JP4500360B2 - 画像処理装置 - Google Patents
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Description
実施形態1:カラーモザイクのうち、G画素だけに偏光子を配置する。
実施形態2:カラーモザイクにおけるR、G、Bの全ての画素に偏光子を配置する。
実施形態3:カラーモザイクにおけるGとRまたはGとBのみに偏光子を配置する。
実施形態4:実施形態1と同様に4種類の偏光子がG画素のみに設けられているが、隣接する3種類の偏光子を選択して偏光情報取得とカラー補間を行う。
図1は、本明細書で説明する本発明の実施形態のすべてに共通する基本的な構成を示すブロック図である。本実施形態の装置は、被写体からリアルタイムにカラー画像情報を取得すると同時に偏光画像情報を取得し、2種類の偏光画像(偏光度画像ρおよび偏光位相画像φ)として出力することができる。偏光度画像ρと偏光位相画像φは静止、動画のどちらの場合もありえる。
図8のR33を例に説明する。図8において、R11、R13、R31、R33は、それぞれ、画素座標(x:横、y:縦)=(1、1)、(1、3)、(3、1)、(3、3)におけるR画素を示す。また、B22、B24、B42、B44は、それぞれ、画素座標(2、2)、(2、4)、(4、2)、(4、4)におけるB画素を示す。これらR画素およびB画素は、非偏光画素である。
R画素において補間すべきカラー輝度はBおよびGの輝度である。B輝度については、図8のR33の近傍8連結位置にある4点のB画素における輝度の平均値をB輝度の補間値とする。
図8のB22を例に説明する。B画素であるB22の近傍には、偏光主軸の方向が異なる4つの偏光画素(G1)12、(G2)21、(G3)32、(G4)23が配置されているため、R画素について説明した方法と同様の方法により、偏光情報が得られる。
B画素において、補間すべきカラー輝度は、RおよびGの輝度である。Rの輝度については、以下の(式13)に示すように、図8のB22の近傍8連結位置に存在する4種のR画素における観測輝度の平均をとってR輝度の補間値とする。
図10の(G4)23を例に説明する。図10に示す添え字の意味などは、図8に示すものと同一である。
G画素は、偏光子単位が設けられた画素であるため、当該画素位置では、RおよびBの輝度のほかに、本来のG輝度も算出することが必要である。
以下、本発明による画像処理装置の第2の実施形態を説明する。
図19の(R1)33を例にとり説明する。
本実施形態のR画素には偏光子単位が設けられているため、R画素においては、GおよびBの輝度だけではなく、Rの輝度を含む全てのカラー輝度を推定する必要がある。
ここでは、図19の(B2)22を例に説明する。偏光情報は、R画素と同様に、周辺のG1〜G4画素における観測輝度から得られるため、説明は省略する。
図19の(B2)22を例に説明する。R、G、B全てのカラー輝度を求める必要がある。
図21の(G4)23を例に説明する。この画素の近傍4連結位置には、R1、R3、B2、B4が存在する。しかし、R光およびB光の偏光主軸角度は、それぞれ、2つしかない。正弦関数パラメータA、B、Cを決定するには、最低3つの異なる偏光主軸角度における観測輝度が必要であるため、同一カラーについて2つの偏光主軸角度における輝度しか観測されない場合、正弦関数パラメータを決定できない。この問題を解決するため、(式19)を用いる。
図21の(G4)23を例にとり、R、G、Bのカラー輝度を以下のように補間、推定する。
以下、本発明による画像処理装置の第3の実施形態を説明する。
(3−1) R画素として位相が90°異なる偏光主軸を有する2種類の偏光子単位のみを配置する。
(3−2) G1〜G4画素の全ての近傍2連結位置に、必ず異なる2種類のR画素が存在することである。
図27の(R1)33を例に説明する。R画素(R1)33の近傍4連結位置には、G1からG4までの同色でかつ異なる4種類の偏光画素(G1)43、(G2)34、(G3)32、(G4)23が配置されており、ここから偏光情報が第1の実施形態と同様に得られることになる。詳細は省略する。なお、これは全てのR1、R3の画素位置で成り立つ。
R画素は、偏光子単位が設けられた偏光画素であるため、R画素位置におけるR、G、Bの全てのカラー輝度を推定する必要がある。
図27のB22を例に説明すると、偏光情報については、R画素と同様に周辺のG1〜G4を利用して得られるので説明を省略する。
おなじく図28のB22を例に説明する。求めるのは、R、Gのカラー輝度である。まずRについては、90°角度が異なるR1とR3が周辺画素内に存在するため、これらの平均で偏光の効果を打ち消して求められる。
図28の(G4)23を例にとり説明する。この画素の近傍4連結位置には、偏光画素としてはR1、R3のみが存在するため、実施形態1と同様に近傍8連結位置に存在する4種のG1〜G4の画素(G1)12、(G3)14、(G3)32、(G2)34における観測輝度に基づいてG輝度カーブを決定することにより偏光情報を得る。ただし、R、B画素の場合と異なり、G3の情報が2個重複するため、以下の2つの手法のいずれを用いてもよい。
G画素は偏光子単位が設けられた偏光画素であるため、当該位置では、RおよびBの輝度のほかにGの輝度も算出することが必要である。まず、RおよびBの輝度補間を説明する。
以下、本発明による画像処理装置の第4の実施形態を説明する。
図30および図31に示すとおり、本実施形態における各三角形画素は、隣接する4種類の偏光子単位1〜4から1個の偏光画素が欠落した構成を有している。本実施形態では、各三角画素の頂点に位置する3種の偏光子単位から得られる偏光情報に基づいて、正弦関数パラメータA、B、Cを求める。
図32は、図29(a)における三角形画素の集合を描いたものであり、三角形の各頂点(a)〜(i)がGの偏光画素1、2、3、4のいずれかに対応する。図32に示すように、本実施形態ではカラー輝度補間も三角形画素を単位として実施する。
図33は、図32に示す三角形画素のBのカラー輝度を取得するために必要な画素を示す図である。図33に示される9つの頂点(a)〜(i)は、三角形画素の頂点に位置しており、Gの偏光画素1、2、3、4のいずれかに対応している。図33には、補間に必要なデータを取得するための画素位置として、上記の頂点(a)〜(i)によって構成される三角形画素の外側の4つの頂点(α)(β)(γ)(δ)、さらに外側の頂点(μ)(ν)も図示されている。
図34は、図32に示す三角形画素のRのカラー輝度を取得するために必要な画素を示す図である。補間に必要なデータを取得するため、頂点(a)〜(i)からなる三角形画素の外側のG画素位置である4つの頂点(ε)(ζ)(η)(θ)も描かれている。ここで、R画素が存在するのは、先ほどのB画素と同様の考え方によれば、斜線をほどこした領域である。具体的には、斜め正方形(a)(b)(e)(d)、斜め正方形(e)(f)(i)(h)の位置、三角形(ε)(c)(b)、三角形(c)(ζ)(f)、三角形(d)(g)(η)、三角形(g)(h)(θ)である。R画素を持たない三角形画素の補間は、B画素の補間と同様にして、以下(式39)(式40)によって算出することができる。
101 カラー偏光取得部
102 偏光情報処理部
103 カラーモザイク補間部
104 カラー画像フレームメモリ
105 偏光度画像フレームメモリ
106 偏光位相画像フレームメモリ
107 モザイク画像フレームメモリ
Claims (13)
- カラーモザイクフィルタ、および、異なる角度の透過偏波面を有する複数の偏光子単位が前記カラーモザイクフィルタ内の同一色の複数の画素に設けられたパターン化偏光子を有する単板カラー撮像素子を含むカラー偏光取得部と、
前記同一色の複数の画素において前記偏光子単位を透過した光の輝度と前記偏光子単位の透過偏波面の角度との関係を正弦関数で近似する偏光情報処理部と、
カラー輝度の補間を行うことにより、注目画素で得られないカラー輝度を得てカラー輝度画像を生成するカラーモザイク補間部と、
を有する画像処理装置。 - 前記パターン化偏光子は、透過偏波面の角度が相互に異なる4種類の偏光子単位が隣接して配置された構成を有している請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記カラーモザイクフィルタは、単一特定色の画素が市松模様状に配列された構成を有しており、
前記偏光子単位は、前記市松模様状に配列された画素に配置されている請求項1または2に記載の画像処理装置。 - 前記特定色は、R(レッド)、G(グリーン)、B(ブルー)のうちのG(グリーン)である請求項3に記載の画像処理装置。
- カラー画素配列のうちの単一特定色の複数の画素に透過偏波面の角度が異なる偏光子単位が設けられた単板カラー撮像素子を用いて各画素の輝度を観測するステップと、
前記単一特定色の複数の画素で観測された輝度から偏光情報を取得するステップと、
前記単一特定色および他の2色の光の輝度に基づいてカラー輝度を空間的に補間することによりカラー輝度画像を生成するステップと
を含む画像処理方法。 - カラーモザイクフィルタ、および、異なる角度の透過偏波面を有する複数の偏光子単位が前記カラーモザイクフィルタ内の異なる色の複数の画素に設けられたパターン化偏光子を有する単板カラー撮像素子を含むカラー偏光取得部と、
前記異なる色の複数の画素において前記偏光子単位を透過した光の輝度または補正輝度と前記偏光子単位の透過偏波面の角度との関係を正弦関数で近似する偏光情報処理部と、
カラー輝度の補間を行うことにより、注目画素で得られないカラー輝度を得てカラー輝度画像を生成するカラーモザイク補間部と、
を有する画像処理装置。 - 前記カラーモザイクフィルタは、単一特定色の画素が市松模様状に配列された構成を有しており、
前記市松模様状に配列された画素には透過偏波面の角度が相互に異なる4種類の偏光子単位が隣接して配置され、他の色の画素には透過偏波面の角度が相互に異なる少なくとも2種類の偏光子単位が配置されている、請求項6に記載の画像処理装置。 - 前記特定色は、R(レッド)、G(グリーン)、B(ブルー)のうちのG(グリーン)である請求項7に記載の画像処理装置。
- 前記カラーモザイク補間部は、注目画素近傍において透過偏光面の角度がお互いにθ°だけ異なる(180/θ)種類の偏光子単位を有する同一色の画素で観測された輝度を平均化することにより偏光の効果を打ち消してカラー輝度を補間する、請求項6に記載の画像処理装置。
- 前記カラーモザイク補間部は、注目画素近傍において透過偏光面の角度が等しい異なる色の画素で観測された輝度に基づいてカラー輝度を推定する請求項6に記載の画像処理装置。
- 同一色の画素に使用される偏光子単位の偏光波長依存特性は、当該色に対応する波長帯域内にて相互に概略等しい請求項1または6に記載の画像処理装置。
- カラー画素配列のうちの異なる色の複数の画素に透過偏波面の角度が異なる偏光子単位が設けられた単板カラー撮像素子を用いて各画素の輝度を観測するステップと、
同一色で透過偏波面の角度が異なる複数の画素の輝度から偏光情報を取得するステップと、
注目画素近傍における異なる色で透過偏波面の角度が異なる複数の画素の輝度を補正して偏光情報を取得するステップと、
注目画素近傍における同一色で透過偏波面の角度が相互にθ°だけ異なる(180/θ)種類の偏光子単位を有する画素の輝度、および、異なる色で透過偏波面の角度が等しい偏光子単位を有する画素をそれぞれ利用して、注目画素において得られないカラー輝度を推定することによりカラー輝度画像を生成するステップと、
を有する画像処理方法。 - カラーモザイクフィルタ、および、異なる4つ以上の角度の透過偏波面を有する複数の偏光子単位が前記カラーモザイクフィルタ内の同一色の複数の画素に設けられたパターン化偏光子を有する単板カラー撮像素子を含むカラー偏光取得部と、
前記同一色の複数の画素において前記偏光子単位を透過した光の輝度と前記偏光子単位の透過偏波面の角度との関係を正弦関数で近似する偏光情報処理部と、
カラー輝度の補間を行うことにより、相互に透過偏波面の角度が異なり、かつ隣接する3つの偏光子単位で形成される三角形領域を画素単位としてカラー輝度画像を生成するカラーモザイク補間部と、
を有する画像処理装置。
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