JP4717885B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
しかし、人の視覚機能のように主観的に好ましい階調特性を持った画像信号を生成する場合、画像信号内の領域ごとに異なる階調変換(以下、スペースバリアントな階調変換とする)を行う必要がある。
例えば特許第3465226号公報には、テクスチャ情報に基づき画像信号を領域に分割し、各領域に対して適応的に階調変換を行う手法が開示されている。
さらに、画像信号に対するノイズ低減も一般に行われており、例えば、特開2004−88149号公報には、画像信号内のノイズ量を領域ごとに推定することでノイズ低減処理を行う手法が開示されている。
また、特開2004−88149号公報に示される方法では、撮像素子及び撮影条件に基づいたノイズ量のモデル化を行い、画像信号内で信号値レベルに応じてノイズ量を適切に推定することで、高精度なノイズ低減処理が可能である。しかし、スペースバリアントな階調変換が行われる場合、同一の信号値レベルであっても、領域ごとにノイズ量の変動が異なるため、正確にノイズ量を推定できないという課題がある。
また、スペースバリアントな階調変換処理を行う場合、入力時の画像信号において同程度のノイズ量を含む領域であっても、階調変換に伴うノイズ量の変動が異なる(例えば、1以下のゲインが乗算されるとノイズが減る)ため、画像信号全体でみると違和感が生じてしまう場合がある。
このように、ノイズ低減手段においては、推定されたノイズ量を領域補正係数に基づき補正するので、階調変換により領域ごとに強調されたノイズをバランスよく低減させることができる。この場合において、ノイズ量推定手段が、上記抽出手段によって抽出される領域毎にノイズ量を推定するようにすることで、精度のよいノイズ低減処理を行うことが可能となる。
このように、ノイズ低減手段においては、推定されたノイズ量を領域補正係数に基づき補正するので、階調変換により領域ごとに強調されたノイズをバランスよく低減させることができる。この場合において、ノイズ量推定手段が、上記抽出手段によって抽出される領域毎にノイズ量を推定するようにすることで、精度のよいノイズ低減処理を行うことが可能となる。
このように、画像信号からエッジ強調係数を算出し、このエッジ強調係数に基づいてエッジ強調処理を行うので、エッジ部と平坦部でエッジ強調効果の調整を行うことができ、高品位な画像信号を得ることができる。
更に、上記エッジ強調手段が、上記エッジ補正係数に基づくエッジ強調処理を行うようにすることで、エッジ部と平坦部でエッジ強調効果の調整を行うことができ、更に高品位な画像信号を得ることが可能となる。
これにより、スペースバリアントな階調変換処理がされる場合に強調される領域間でのノイズ感の差異に対する違和感を緩和することが可能となる。また、撮像装置とは独立した形態で処理を行うことができるため、多様な画像信号に対して適用することが可能となる。
これにより、局所領域のサイズを変えることが可能となる。この結果、精度と処理速度の調整が可能となり、処理の自由度が向上するという効果を得ることができる。
このように、所定の画像処理が施された画像信号から縮小画像信号を作成し、この縮小画像信号を用いて、修正前の補正係数を算出するので、処理の高速化を図ることができる。また、縮小率を設定する縮小率設定手段を備えることから、任意の縮小率を設定することが可能となるため、画質と処理時間との調整が可能となり、処理の自由度を向上させることができる。
このように、ノイズ低減手段においては、推定されたノイズ量を領域補正係数に基づき補正するので、階調変換により領域ごとに強調されたノイズをバランスよく低減させることができる。この場合において、ノイズ量推定手段が、上記抽出手段によって抽出される領域毎にノイズ量を推定するようにすることで、精度のよいノイズ低減処理を行うことが可能となる。
このように、所定の画像処理が施された画像信号からエッジ強調係数を算出し、このエッジ強調係数に基づいてエッジ強調処理を行うので、エッジ部と平坦部でエッジ強調効果の調整を行うことができ、高品位な画像信号を得ることができる。
更に、上記エッジ強調手段が、上記エッジ補正係数に基づくエッジ強調処理を行うようにすることで、エッジ部と平坦部でエッジ強調効果の調整を行うことができ、更に高品位な画像信号を得ることが可能となる。
また、上述した各態様に係る画像処理装置は、画像データを処理する機能を備える装置であり、例えば、デジタルスチルカメラなどの撮像装置に適用されて好適なものである。
105、200 信号処理部
106 補正係数算出部
107 補正係数マップ用バッファ
108、208 ノイズ推定部
109、209 ノイズ低減部
120 WB部
121 補正処理部
122 彩度調整部
123 階調変換部
124 Y/C分離部
125 エッジ強調処理部
126、201 補正係数乗算部
132 フィルタ用ROM
133 フィルタ処理部
134 エッジ補正係数算出用ROM
135 エッジ補正係数算出部
137 エッジ強調部
〔第1の実施形態〕
図1は、本発明の第1の実施形態に係る撮像装置の一構成例を示したブロック図である。図1において、レンズ系100、CCD101は、この順番で光軸に沿って配置されている。CCD101は、A/D変換器102に接続されている。A/D変換器102は、バッファ103に接続されている。バッファ103は、縮小画像生成部104、ノイズ推定部108及びノイズ低減部109に接続されている。縮小率設定部158は、縮小画像生成部104に接続されている。縮小画像生成部104は、信号処理部105に接続されている。信号処理部105は、補正係数算出部106、ノイズ低減部109、及び圧縮部110に接続されている。補正係数算出部106は、補正係数マップ用バッファ107に接続されている。補正係数マップ用バッファ107は、信号処理部105及びノイズ推定部108に接続されている。ノイズ推定部108は、ノイズ低減部109に接続されている。ノイズ低減部109は、信号処理部105に接続されている。さらに、圧縮部110は、メモリーカードなどの出力部111に接続されている。
まず、図示しない外部I/Fを介してISO感度などの撮影条件が設定された後、ユーザにより図示しないシャッタボタンが押されると、レンズ系100により結像された被写体像は、CCD101により光学被写体から電気信号に変換され、アナログ信号として出力される。なお、本実施形態においてCCD101は、Bayer型原色フィルタを前面に配置した単板CCDを想定する。上記アナログ信号は、A/D変換器102にてデジタル信号へ変換されて、バッファ103へ転送される。なお、本実施形態例においてA/D変換器102は、12bit階調でデジタル信号へ変換するものと想定する。
具体的には、信号処理部105は、入力された画像信号に対して、WB調整処理を行った後、補間処理により三板状態の画像信号を生成し、更に、彩度強調処理、階調変換処理を行う。続いて、下記の(1)式に基づきY/C分離処理を行い、変換された輝度信号Yからエッジ成分を算出し、このエッジ成分に基づいてエッジ強調処理を行い、エッジ強調処理後の画像信号を補正係数算出部106へ転送する。
Cb=−0.16874R−0.33126G+0.50000B (1)
Cr=0.50000R−0.41869G−0.08131B
ノイズ低減部109は、バッファ103より原画像信号を取得し、上述した信号処理部105において算出されたエッジ補正係数及びノイズ推定部108により推定されたノイズ量に基づいて、この原画像信号の注目画素に対してノイズ低減処理を行い、ノイズ低減処理後の画像信号を信号処理部105へ転送する。
R=Y+1.40200Cr
G=Y−0.34414Cb−0.71414Cr (2)
B=Y+1.77200Cb
出力部111は、メモリーカードなどへ画像信号を記録保存する。
図2は、本実施形態に係る信号処理部105の一構成例を示すブロック図である。図2に示すように、信号処理部105は、WB部120、補間処理部121、彩度強調部122、階調変換部123、Y/C分離部124、エッジ強調処理部125、及び補正係数乗算部126を備えて構成されている。
WB部120は、補間処理部121及びエッジ強調処理部125に接続されている。補間処理部121は、彩度強調部122に接続されている。彩度強調部122は、階調変換部123に接続されている。階調変換部123は、Y/C分離部124に接続されている。Y/C分離部124は、エッジ強調処理部125及び補正係数乗算部126に接続されている。エッジ強調処理部125は補正係数乗算部126及びノイズ低減部109に接続されている。補正係数マップ用バッファ107は補正係数乗算部126に接続されている。補正係数乗算部126は、補正係数算出部106、及び圧縮部110に接続されている。
補正係数乗算部126は、信号処理部105に入力された画像信号がノイズ低減部109からの信号であった場合は、各画素に対応する領域補正係数を補正係数マップ用バッファ107から取得し、取得した領域補正係数を輝度信号Y及び色差信号Cに対して乗算する処理を行い、処理後の信号を圧縮部110へ転送する。一方、信号処理部105に入力された画像信号が縮小画像生成部104からの信号であった場合は、補正係数乗算部126は、上述のような領域補正係数の乗算処理は行わず、補正係数算出部106へ当該信号をそのまま出力する。
フィルタ処理部133は、フィルタROM132から公知のエッジ成分抽出−フィルタ処理に要するフィルタ係数を読み出す。ここで、例えば、5×5画素サイズのフィルタであった場合は、5×5画素単位でバッファ131より局所領域を読み出し、この局所領域に関するエッジ成分を、上記フィルタROM132から読み出したフィルタ係数を用いて求め、求めたエッジ成分をエッジ補正係数算出部135及びエッジ強調部137へ転送する。
ここで、エッジ補正係数用ROM134には、例えば、図4に示されるような入力エッジ成分とエッジ補正係数を関係付ける関数またはテーブルが記憶されている。
いま、変換曲線をf()、注目画素Px,yの入力エッジ成分をEx,y,注目画素Px,yのエッジ補正係数をCedge:x,yとすると、エッジ補正係数Cedge:x,yは、以下の(3)式で与えられる。
なお、上記補間の手法としては、例えば、ニアレストネイバー補間、バイリニア補間、バイキュービック補間等が一例として挙げられる。
このような構成を備える補正係数算出処理部106において、信号処理部105から転送された画像信号は、バッファ140を経由して抽出部141に供給される。抽出部141は、この画像信号(輝度信号Y)から局所領域の信号を抽出し、ヒストグラム算出部142へ転送する。ヒストグラム算出部142は、局所領域毎にヒストグラムを作成し、累積正規化部143へ転送する。
累積正規化部143は、ヒストグラムを累積することで累積ヒストグラムを作成し、これを階調幅にあわせて正規化することで階調変換曲線を生成し、補正係数算出部144へ転送する。ここで、本実施形態では、画像信号の階調幅を12bitとしているため、上記階調変換曲線は、12bit入力12bit出力になる。
補正係数算出部144は、累積正規化部からの階調変換曲線に基づく領域の信号レベルに対する階調変換処理により発生する領域補正係数を算出する。
いま、階調変換曲線をt()、入力信号レベルをAVc、階調変換処理により発生する補正係数をg´とすると、補正係数g´は、以下の(4)式で与えられる。
このような構成を備えるノイズ推定部108において、抽出部145は、バッファ103から図7に示される注目画素Px,yを中心とした局所領域(Pij(i=x−1,x,x+1,j=y−1,y,y+1))を抽出し、平均値算出部146へ転送する。また、抽出部145は、単板状態の色信号については、図8に示すように、色信号ごとに局所領域を形成した後、平均値算出部146へ転送する。そして、以降、この色信号毎に、ノイズ量の推定、ノイズ低減処理が実施される。
AVx,y=ΣPij/9 (5)
N=αL2+βL+γ (6)
上記式(6)において、α、β、γは、それぞれ定数項である。
上記(7)式において、α(g)、β(g)、γ(g)は、領域補正係数gを変数として実測値から定式化した関数である。ただし、ノイズ量の分布は、処理系の組み合わせにより傾向が異なる。そのため、ここでは、2次の多項式によりモデル化したが、ノイズ量分布傾向にあわせて、以下の(8)式のような1次関数、または(9)式のようなLog関数によるモデル化も可能である。(8)、(9)式は、上記(7)式と容易に置換可能であるため、説明は省略する。
N=α(g)logL (9)
続いて、パラメータ選択部149は、信号レベルが属する区間の座標データ(Ln,Nn)と(Ln+1,Nn+1)とをパラメータ用ROM150から探索し、これを補間部151へ転送する。さらに、係数kgをパラメータ用ROM150から探索し、これを補正部152へ転送する。
補正部152は、パラメータ選択部149からの係数kgおよび補間部151からの基準ノイズ量Nlから(11)式に基づきノイズ量Nを算出し、注目画素Px,yのノイズ量Nx,yとする。各画素を注目画素として推定されたノイズ量Nx,yおよび平均値AVx,yはノイズ低減部109へ転送される。
バッファ103は、抽出部153に接続している。抽出部153は切換部154に接続している。ノイズ推定部108及びエッジ補正係数マップ用バッファ136は、範囲設定部155に接続されている。切換部154及び範囲設定部155は、第1スムージング部156、並びに第2スムージング部157に接続されている。第1スムージング部156及び第2スムージング部157は、信号処理部105に接続されている。
このような構成を備えるノイズ低減部109において、ノイズ推定部108から局所領域の平均値AVx,yおよびノイズ量Nx,yが範囲設定部155へ転送される。範囲設定部155は、上記(3)式にて算出したエッジ補正係数Cedgeをエッジ補正係数マップ用バッファ136より取得し、このエッジ補正係数Cedge及びノイズ推定部108からの局所領域の平均値AVx,y並びにノイズ量Nx,yに基づいて、ノイズ量に関する許容範囲として、上限Upおよび下限Lowを以下の(12)式を用いて設定し、この許容範囲の上限Up及び下限Lowを切換部154へ転送する。
Low=AVx,y−(Nx,y/2)*Cedge:x,y (12)
PVx,y=AVx,y+Nx,y/2 (15)
また、上記実施形態では、ハードウェアによる処理を前提としていたが、このような構成に限定される必要はない。例えば、CCD101からの信号を未処理のままのRawデータとして、外部I/Fから入力されたISO感度などの撮影情報をヘッダ情報として出力し、別途ソフトウェアにて処理する構成も可能である。以下、信号処理のソフトウェア処理について、図13及び図14を参照して説明する。
図13のStep1にて、画像信号と、ISO感度などの撮影情報を含むヘッダ情報とを読み出す。Step2にて、補正係数算出用の縮小画像を作成する。Step3にて、WB調整、色補間、彩度強調、階調変換、エッジ強調等の信号処理、エッジ強調処理に伴うエッジ補正係数の算出を行う。Step4にて、16×16画素単位の局所領域を抽出し、Step5にて、ヒストグラム作成処理を行う。Step6にて、Step5にて作成されたヒストグラムを累積し、正規化処理を行う。Step7にて、累積ヒストグラムに基づき階調変換曲線を設定し、変換曲線に基づき各画素に対する補正係数を算出する。Step8にて、算出した補正係数に対するクリッピング処理を行い、さらにStep9にて、縮小画像に対する補正係数を元に、原信号の対応する画素に対する領域補正係数を算出し記録することにより補正係数マップを作成する。
Step18にて、バッファから画像信号が入力される。Step19にて、図7に示されるような注目画素および3×3画素サイズの局所領域を抽出する。Step20にて、別途説明するように注目画素に対するノイズ量を算出する。Step21にて、注目画素に上記(12)式に示される許容範囲を設定する。Step22にて、許容範囲内に属するか否かを判断し、属する場合はStep23へ、属さない場合はStep24へ分岐する。Step23にて、上記(13)式に示される処理を行う。Step24にて、上記(14)式及び(15)式に示される処理を行う。Step25にて、全領域の抽出が完了したかを判断し、完了していない場合はStep19へ、完了した場合はStep26へ分岐する。Step26にて、ノイズ低減処理後の信号を信号処理部へ出力する。
Step28にて、上記(5)式に示される局所領域の平均値を算出する。Step29にて、読み込まれたヘッダ情報からISO感度などの情報を設定する。もしヘッダ情報に必要なパラメータが存在しない場合は所定の標準値を割り当てる。Step30にて、補正係数マップ用バッファから領域補正係数を取得する。Step31にて、基準ノイズモデルの座標データおよび領域補正係数を読み出す。Step32にて、上記(10)式に示される補間処理にて基準ノイズ量を求める。Step33にて、(11)式に示される補正処理にてノイズ量を求める。Step34にて、算出されたノイズ量を出力し、当該処理を終了する。なお、上述のStep31乃至Step34では、(6)式乃至(9)式を用いることにより、ノイズ量を算出してもよい。
Step36にて、画像信号が入力される。Step37にて、画像信号から局所領域を抽出する。Step38にて、フィルタ処理によりエッジ成分を抽出する。Step39にて、エッジ成分に基づきエッジ補正係数を算出する。Step40にて、エッジ成分に基づきエッジ強調処理を行う。Step41にて全領域の抽出が完了したかを判断し、完了していない場合はStep37へ、完了した場合はStep42へ移行する。Step42にて、エッジ強調処理済みの画像信号を出力する。
次に、本発明の第2の実施形態に係る撮像装置について図を参照して説明する。
図18は、本発明の第2の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
第2の実施形態は、上述した第1の実施形態と構成を略同じくするが、信号処理部105に代わって信号処理部200を、ノイズ推定部108に代わってノイズ推定部208を、ノイズ低減部109に代わってノイズ低減部209を備える点、並びに補正係数乗算部201を更に備える点が異なる。
以下、本実施形態に係る画像処理装置について、第1の実施形態と共通する点については説明を省略し、主に異なる点について説明する。なお、第1の実施形態と同一の構成には、同一の名称と番号を割り当てている。
まず、図示しない外部I/Fを介してISO感度などの撮影条件が設定された後、ユーザにより図示しないシャッタボタンが押されると、レンズ系100により結像された被写体像は、CCD101により光学被写体から電気信号に変換され、アナログ信号として出力される。なお、本実施形態においてCCD101はBayer型原色フィルタを前面に配置した単板CCDを想定する。上記アナログ信号はA/D変換器102にてデジタル信号へ変換されてバッファ103へ転送される。なお、本実施形態例においてA/D変換器102は12bit階調でデジタル信号へ変換するものと想定する。
ノイズ低減部209は、信号処理部200から入力された画像信号から注目画素を抽出し、ノイズ推定部208により推定されたノイズ量及び前述の信号処理部200におけるエッジ強調処理の際に算出されたエッジ補正係数に基づき、ノイズ低減処理を行い、ノイズ低減処理後の画像信号を補正係数乗算部201へ転送する。
縮小画像作成部104及びバッファ103は、WB部120に接続されている。WB部120は、補間処理部121及びエッジ強調処理部125に接続されている。補間処理部121は、彩度強調部122に接続されている。彩度強調部122は、階調変換部123に接続されている。階調変換部123は、Y/C分離部124に接続されている。Y/C分離部124は、エッジ強調処理部125に接続されている。エッジ強調処理部125及びY/C分離部124は、補正係数算出部106、ノイズ推定部208、及びノイズ低減部209に接続されている。
エッジ強調処理後の輝度信号Yは、Y/C分離部124で分離された色差信号Cと共に、縮小画像信号の場合は、補正係数算出部106に転送され、原画像信号である場合はノイズ推定部208及びノイズ低減部209へ転送される。
信号処理部200は、抽出部245に接続されている。抽出部245は、平均算出部246に接続されている。平均算出部246は、パラメータ選択部249に接続されている。補正係数マップ用バッファ107は、ゲイン算出部247に接続されている。ゲイン算出部247、標準値付与部248、及びパラメータ用ROM250は、パラメータ選択部249に接続されている。パラメータ選択部249は、補間部251に接続されている。補間部251は、補正部252に接続されている。補正部252は、ノイズ低減部209に接続されている。本実施形態に係るノイズ推定部208においては、ノイズ量の推定に関して、第1の実施形態において色信号に対してノイズ量を推定したのと同様の手法により、輝度信号Y、色差信号Cに対してノイズ量の推定を行う。以下、詳細に説明する。
信号処理部200は、抽出部253に接続されている。抽出部253は、切換部254に接続されている。また、ノイズ推定部208及びエッジ補正係数マップ用バッファ136は、範囲設定部255に接続されている。切換部254及び範囲設定部255は、第1スムージング部256及び第2スムージング部257に接続されている。第1スムージング部256及び第2スムージング部257は、補正係数乗算部201に接続されている。
図23は、信号処理のソフトウェア処理に関する手順を示したフローチャートである。なお、図13及び図14に示す第1の実施形態における信号処理のフローと同一の処理に関しては、同一のStep数を割り当てている。
次に、本発明の第3の実施形態に係る撮像装置について図を参照して説明する。
図25は、本発明の第3の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
以下、本実施形態に係る撮像装置について、第1の実施形態と共通する点については説明を省略し、主に異なる点について説明する。なお、第1の実施形態と同一の構成には、同一の名称と番号を割り当てている。
圧縮部110は、上述の(2)式に基づいて、信号処理後の画像信号をRGB信号に変換した後、公知の圧縮処理などを行い、出力部111へ転送する。出力部111は、メモリーカードなどへ信号を記録保存する。
図30及び図31は、信号処理のソフトウェア処理に関する処理手順を示したフローチャートである。なお、図13及び図14に示す第1の実施形態における信号処理の手順と同一の処理については、同一のStep数を割り当てている。
次に、本発明の第4の実施形態に係る撮像装置について図を参照して説明する。
図32は、本発明の第4の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
第4の実施形態は、上述した第1の実施形態と構成を略同じくするが、信号処理部105に代わって信号処理部500を、補正係数算出部106に代わって補正係数算出部501を備える点、並びに、縮小率設定部158および縮小画像生成部104が削除された点で異なる。
図32において、レンズ系100,CCD101を介して撮影された信号は、A/D変換器102にてデジタル信号へ変換される。A/D変換器102からの信号はバッファ103を介して信号処理部500、ノイズ推定部108、ノイズ低減部109へ転送される。
信号処理部500は、補正係数算出部501、圧縮部110に接続している。補正係数算出部501は、補正係数マップ用バッファ107に接続している。
補正係数マップ用バッファ107は、信号処理部500、ノイズ推定部108に接続している。ノイズ推定部108はノイズ低減部109に接続している。ノイズ低減部109は信号処理部500に接続している。圧縮部110は、出力部111に接続している。
まず、図示しない外部I/Fを介してISO感度などの撮影条件が設定された後、ユーザにより図示しないシャッタボタンが押されると、レンズ系100により結像された被写体像は、CCD101により光学被写体から電気信号に変換され、アナログ信号として出力される。このアナログ信号はA/D変換器102にてデジタル信号へ変換されてバッファ103へ転送される。バッファ103内の画像信号は信号処理部500へ転送される。信号処理部500に入力された画像信号は、WB調整処理後、補間処理により三板状態の画像信号とされ、彩度強調処理が行われた後、補正係数算出部501へ転送される。補正係数算出部501では、転送された画像信号中の注目画素、または局所領域の特徴量に基づき階調変換曲線が設定され、この階調変換曲線に基づいて階調変換処理が行われる。この階調変換処理において、注目画素に係る補正係数が求められ、この補正係数マップ用バッファ107に記録され、以降のノイズ低減処理、信号処理(例えば、補正係数乗算処理)において利用される。
バッファ103、またはノイズ低減部109から転送された画像信号はWB部120へ入力される。WB部120は補間処理部121、エッジ強調処理部125に接続している。補間処理部121は彩度強調部122に接続している。彩度強調部122はY/C分離部124に接続している。Y/C分離部124はエッジ強調処理部125、補正係数乗算部126に接続している。エッジ強調処理部125は補正係数乗算部126に接続されている。補正係数マップ用バッファ107は補正係数乗算部126に接続されている。補正係数乗算部126は、補正係数算出部501、及び圧縮部110に接続している。
ここで、信号処理部500に入力された画像信号がノイズ低減部109からの信号である場合、補正係数乗算部126は、エッジ強調処理部125からの輝度信号Y及びY/C分離部124からの色差信号Cの各画素に対応する補正係数を補正係数マップ用バッファ107より取得し、輝度信号Y、色差信号Cに対して補正係数の乗算処理を行い、処理後の信号を圧縮部110へ転送する。
ここで、画素毎の信号レベルとして、注目画素を中心とする所定サイズの局所領域内での画素の平均信号レベルを用いる構成も可能である。また、階調変換曲線に関連付けされる特徴量として他の特徴量(ヒストグラム等)を算出し、信号レベルの代わりに階調変換曲線と関連付ける構成も可能である。
補正係数算出部144は、階調変換曲線と信号レベルに基づき階調変換における補正係数を算出する。
なお、上記実施形態では、ハードウェアによる処理を前提としていたが、このような構成に限定される必要はない。例えば、CCD101(図32参照)からの信号を未処理のままのRawデータとして、外部I/Fから入力されたISO感度など撮影情報をヘッダ情報として出力し、別途ソフトウェアにて処理する構成も可能である。
図35のStep1にて、画像信号と、ISO感度などの撮影情報とを含むヘッダ情報を読み込む。Step60にて、WB調整、色補間、彩度強調等の信号処理を行う。Step61にて、注目画素、または局所領域を抽出し、Step62にて、注目画素の画素値、または局所領域内平均画素値に基づき階調変換曲線を設定し、変換曲線に基づき各画素に対する補正係数を算出する。Step8にて、算出した補正係数に対するクリッピング処理を行う。Step9にて、補正係数を記録する。Step64にて、全画素、または全領域の抽出が完了したかを判断し、完了している場合は図36のStep11へ、完了していない場合はStep61へ移行する。
次に、本発明の第5の実施形態に係る撮像装置について図を参照して説明する。
図37は、本発明の第5の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
第5の実施形態は、上述した第2の実施形態と構成を略同じくするが、信号処理部200に代わって信号処理部504を、補正係数算出部106に代わって補正係数算出部501を備える点、並びに、縮小率設定部158および縮小画像生成部104を備えていない点で異なる。
図37において、レンズ系100,CCD101を介して撮影された信号は、A/D変換器102にてデジタル信号へ変換される。A/D変換器102からの信号はバッファ103を介して信号処理部504へ転送される。
信号処理部504は、補正係数算出部501、ノイズ推定部208、ノイズ低減部209に接続している。補正係数算出部501は、補正係数マップ用バッファ107に接続している。
まず、図示しない外部I/Fを介してISO感度などの撮影条件が設定された後、ユーザにより図示しないシャッタボタンが押されると、レンズ系100により結像された被写体像は、CCD101により光学被写体から電気信号に変換され、アナログ信号として出力される。このアナログ信号はA/D変換器102にてデジタル信号へ変換されてバッファ103へ転送される。バッファ103内の画像信号は信号処理部504へ転送される。
補正係数乗算部201は、ノイズ低減部209からの画像信号に対して、補正係数マップ用バッファ107から補正係数を取得し、それを用いて補正処理を行う。補正係数乗算部201は、全画素に対する補正処理が終了すると、処理後の画像信号を最終的な画像信号として圧縮部110へ転送する。
バッファ103は、WB部120に接続している。WB部120は補間処理部121、エッジ強調処理部125に接続している。補間処理部121は彩度強調部122に接続している。彩度強調部122はY/C分離部124に接続している。Y/C分離部124はエッジ強調処理部125に接続している。エッジ強調処理部125は補正係数算出部501、ノイズ推定部208、ノイズ低減部209に接続している。
エッジ強調処理後の輝度信号Yは、Y/C分離部124で分離された色差信号Cと共に、補正係数算出部501、ノイズ推定部208、ノイズ低減部209へ転送される。
なお、Step52におけるノイズ低減処理、Step67におけるエッジ強調処理は第2の実施形態における処理内容と同様である。
次に、本発明の第6の実施形態に係る撮像装置について図を参照して説明する。
図41は、本発明の第6の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
第6の実施形態は、上述した第3の実施形態と構成を略同じくするが、信号処理部105に代わって信号処理部500を、補正係数算出部106に代わって補正係数算出部501を備える点、並びに、縮小率設定部158および縮小画像生成部104を備えていない点で異なる。
図41において、レンズ系100,CCD101を介して撮影された信号は、A/D変換器102にてデジタル信号へ変換される。A/D変換器102からの信号はバッファ103を介して信号処理部500へ転送される。信号処理部500は、ノイズ推定部208、ノイズ低減部209、補正係数算出部501に接続している。
ノイズ推定部208は、ノイズ低減部209に接続している。ノイズ低減部209は圧縮部110に接続している。さらに、圧縮部110は、メモリーカードなどの出力部111に接続している。
まず、図示しない外部I/Fを介してISO感度などの撮影条件が設定された後、ユーザにより図示しないシャッタボタンが押されると、レンズ系100により結像された被写体像は、CCD101により光学被写体から電気信号に変換され、アナログ信号として出力される。このアナログ信号はA/D変換器102にてデジタル信号へ変換されてバッファ103へ転送される。信号処理部500は、バッファ103から画像信号を読み込み、WB調整処理、補間処理、彩度強調処理、エッジ強調処理等を行い、処理後の画像信号を補正係数算出部501へ転送する。また、信号処理部500は、エッジ強調処理時において、画像信号に対するエッジ補正係数を算出する。このエッジ補正係数は、後段のノイズ低減処理の際に利用される。
ノイズ推定部208は、信号処理部500からの画像信号において、注目画素を中心とする所定サイズの矩形領域,例えば本例では5×5画素単位の局所領域を抽出する。また、ノイズ推定部208は、抽出した局所領域、補正係数マップ用バッファ107から取得した補正係数、および撮影時に外部I/Fによって設定されたISO感度に基づき、注目画素のノイズ量を推定し、これをノイズ低減部209へ転送する。
Step15にて、公知の信号圧縮技術を用いて信号圧縮を行い、Step16にて、処理後の信号を出力し、本処理を終了する。
なお、Step52におけるノイズ低減処理及びノイズ量推定処理、Step67におけるエッジ強調処理は上述の第3の実施形態における処理手順と同様である。
Claims (38)
- 画像の領域毎に階調変換処理を行う撮像装置であって、
撮像素子からの画像信号をもとに、第一の信号変換処理を行う第一の信号処理手段と、
前記領域毎の階調変換処理に適用する前記領域毎の補正係数である領域補正係数を、前記第一の信号変換処理により得た画像信号をもとに算出する補正係数算出手段と、
前記撮像素子からの画像信号をもとに前記領域補正係数を用いてノイズ低減処理を行うノイズ低減手段と、
前記ノイズ低減処理により得た画像信号をもとに前記領域補正係数を用いて前記領域毎の階調変換処理を行う第二の信号処理手段と
を具備する撮像装置。 - 画像の領域毎に階調変換処理を行う撮像装置であって、
撮像素子からの画像信号をもとに、第一の信号変換処理を行う第一の信号処理手段と、
前記領域毎の階調変換処理に適用する前記領域毎の補正係数である領域補正係数を、前記第一の信号変換処理により得た画像信号をもとに算出する補正係数算出手段と、
前記第一の信号変換処理により得た画像信号をもとに前記領域補正係数を用いてノイズ低減処理を行うノイズ低減手段と、
前記ノイズ低減処理により得た画像信号をもとに前記領域補正係数を用いて前記領域毎の階調変換処理を行う第二の信号処理手段と
を具備する撮像装置。 - 前記補正係数算出手段は、
前記第一の信号変換処理により得られた画像信号から前記領域に対応する画素の画素値を抽出する抽出手段を有し、該抽出手段で抽出した前記領域に対応する画素の画素値に基づいて前記領域補正係数を算出する請求項1又は請求項2に記載の撮像装置。 - 前記補正係数算出手段は、前記抽出手段で抽出した前記領域に対応する画像信号から当該領域についてのヒストグラムを算出するヒストグラム算出手段を有し、該ヒストグラムに基づいて前記領域補正係数を算出する請求項3に記載の撮像装置。
- 前記第一の信号処理手段は、前記撮像素子からの画像信号に対して縮小率を設定する縮小率設定手段と、前記縮小率に基づき縮小画像信号を生成する縮小画像生成手段とを有し、前記縮小画像信号をもとに信号変換処理を行うことで前記第一の信号変換処理を行い、
前記補正係数算出手段は、前記第一の信号変換処理により得た画像信号をもとに、修正前の領域補正係数を算出した後、前記縮小率に基づいて前記修正前の領域補正係数を前記撮像素子からの画像信号に対応するように修正して前記領域補正係数を算出する請求項1から請求項4のいずれかに記載の撮像装置。 - 前記ノイズ低減手段は、前記撮像素子からの画像信号に関してノイズ量を推定するノイズ量推定手段と、前記ノイズ量及び前記領域補正係数に基づき平滑化処理を行う平滑化手段とを有し、当該平滑化処理によって前記ノイズ低減処理を行う請求項1に記載の撮像装置。
- 前記ノイズ低減手段は、前記第一の信号変換処理により得た画像信号に関してノイズ量を推定するノイズ量推定手段と、前記ノイズ量及び前記領域補正係数に基づき平滑化処理を行う平滑化手段とを有し、当該平滑化処理によって前記ノイズ低減処理を行う請求項2に記載の撮像装置。
- 前記撮像素子、ISO感度、色信号、前記領域補正係数の少なくともいずれか1つの変化に対するノイズ量を推定するための基準ノイズモデルを記憶したノイズモデル記憶手段を備え、
前記ノイズ量推定手段は、前記基準ノイズモデルを用いてノイズ量を推定する請求項6又は請求項7に記載の撮像装置。 - 前記基準ノイズモデルは、処理対象の画像信号の信号値レベル及び前記領域補正係数を独立変数として関数化したものである請求項8に記載の撮像装置。
- 前記基準ノイズモデルは、処理対象の画像信号の信号値レベル及び前記領域補正係数を独立変数として、線形近似、対数近似、及び多項式近似の少なくとも1つを用いて関数化したものである請求項8に記載の撮像装置。
- 前記第一の信号処理手段は、前記第一の信号変換処理とともに、ホワイトバランス処理、補間処理、彩度強調処理、エッジ強調処理のうちの少なくともいずれか1つを行う請求項1から請求項10のいずれかに記載の撮像装置。
- 前記第一の信号処理手段は、前記第一の信号変換処理とともにエッジ強調処理を行うエッジ強調処理手段を有し、該エッジ強調処理手段は、処理対象の画像信号からエッジ強調係数を算出するエッジ強調係数算出手段と、前記エッジ強調係数に基づき前記処理対象の画像信号に対してエッジ強調を行うエッジ強調手段とを有する請求項1から請求項11のいずれかに記載の撮像装置。
- 前記エッジ強調処理手段は、前記エッジ強調係数からエッジ補正係数を算出するエッジ補正係数算出手段を更に有し、
前記ノイズ低減手段は、前記領域補正係数と前記エッジ補正係数とを用いてノイズ低減処理を行う請求項12に記載の撮像装置。 - 前記第二の信号処理手段は、前記領域補正係数を前記ノイズ低減処理により得た画像信号に乗算することで前記領域毎の階調変換処理を行う請求項1から請求項13のいずれかに記載の撮像装置。
- 画像の領域毎に階調変換処理を行う画像処理装置において、
前記領域毎の階調変換処理に適用する前記領域毎の補正係数である領域補正係数を、画像信号をもとに算出する補正係数算出手段と、
前記画像信号をもとに前記領域補正係数を用いて前記領域毎の階調変換処理を行う変換手段と、
前記階調変換処理により得た画像信号をもとに前記領域補正係数を用いてノイズ低減処理を行うノイズ低減手段と
を具備する画像処理装置。 - 前記補正係数算出手段は、
前記画像信号から前記領域に対応する画像信号を抽出する抽出手段を有し、該抽出手段で抽出した前記領域に対応する画像信号に基づいて前記領域補正係数を算出する請求項15に記載の画像処理装置。 - 前記補正係数算出手段は、前記抽出手段で抽出した前記領域に対応する画像信号から当該領域についてのヒストグラムを算出するヒストグラム算出手段を有し、該ヒストグラムに基づいて前記領域補正係数を算出する請求項16に記載の画像処理装置。
- 前記画像信号に対して縮小率を設定する縮小率設定手段と、前記縮小率に基づき縮小画像信号を生成する縮小画像生成手段とを有し、
前記補正係数算出手段は、前記縮小画像信号をもとに修正前の領域補正係数を算出した後、前記縮小率に基づいて前記修正前の領域補正係数を前記画像信号に対応するように修正して前記領域補正係数を算出する請求項15から請求項17のいずれかに記載の画像処理装置。 - 前記ノイズ低減手段は、
前記階調変換処理により得た画像信号に関してノイズ量を推定するノイズ量推定手段と、前記ノイズ量及び前記領域補正係数に基づき平滑化処理を行う平滑化手段とを有し、当該平滑化処理によって前記ノイズ低減処理を行う請求項15から請求項18のいずれかに記載の画像処理装置。 - 前記撮像素子、ISO感度、色信号、前記領域補正係数の少なくともいずれか1つの変化に対するノイズ量を推定するための基準ノイズモデルを記憶したノイズモデル記憶手段を備え、
前記ノイズ量推定手段は、前記基準ノイズモデルを用いてノイズ量を推定することを特徴とする請求項15から請求項19のいずれかに記載の画像処理装置。 - 前記基準ノイズモデルは、処理対象の画像信号の信号値レベル及び前記領域補正係数を独立変数として、線形近似、対数近似、多項式近似の少なくとも1つを用いることで関数化したものである請求項20に記載の画像処理装置。
- 前記基準ノイズモデルは、処理対象の画像信号の信号値レベル及び前記領域補正係数を独立変数として関数化したものである請求項20に記載の画像処理装置。
- 前記変換手段は、前記領域毎の階調変換処理とともにエッジ強調処理を行うエッジ強調処理手段を有し、該エッジ強調処理手段は、前記画像信号からエッジ強調係数を算出するエッジ強調係数算出手段と、前記エッジ強調係数に基づき前記画像信号に対してエッジ強調を行うエッジ強調手段とを具備する請求項15から請求項22のいずれかに記載の画像処理装置。
- 前記エッジ強調処理手段は、前記エッジ強調係数からエッジ補正係数を算出するエッジ補正係数算出手段を更に有し、
前記ノイズ低減手段は、前記領域補正係数と前記エッジ補正係数とを用いてノイズ低減処理を行うことを特徴とする請求項23に記載の画像処理装置。 - 前記変換手段は、前記領域補正係数を前記画像信号に乗算することで前記領域毎の階調変換処理を行う請求項15から請求項24のいずれかに記載の画像処理装置。
- 画像の領域毎に階調変換処理を行う画像処理プログラムであって、
撮像素子からの画像信号をもとに、第一の信号変換処理を行うステップと、
前記領域毎の階調変換処理に適用する前記領域毎の補正係数である領域補正係数を、前記第一の信号変換処理により得た画像信号をもとに算出するステップと、
撮像素子からの画像信号をもとに前記領域補正係数を用いてノイズ低減処理を行うステップと、
前記ノイズ低減処理により得た画像信号をもとに、前記領域補正係数を用いて前記領域毎の階調変換処理を行うステップと
をコンピュータに実行させるための画像処理プログラム。 - 画像の領域毎に階調変換処理を行う画像処理プログラムであって、
撮像素子からの画像信号に対して第一の信号変換処理を行うステップと、
前記領域毎の階調変換処理に適用する前記領域毎の補正係数である領域補正係数を、前記第一の信号変換処理により得た画像信号をもとに算出するステップと、
前記第一の信号変換処理により得た画像信号をもとに前記領域補正係数を用いてノイズ低減処理を行うステップと、
前記ノイズ低減処理により得た画像信号をもとに前記領域補正係数を用いて前記領域毎の階調変換処理を行うステップと
をコンピュータに実行させるための画像処理プログラム。 - 画像の領域毎に階調変換処理を行う画像処理プログラムであって、
前記領域毎の階調変換処理に適用する前記領域毎の補正係数である領域補正係数を、画像信号をもとに算出するステップと、
前記画像信号をもとに前記領域補正係数を用いて前記領域毎の階調変換処理を行うステップと、
前記階調変換処理により得た画像信号をもとに前記領域補正係数を用いてノイズ低減処理を行うステップと
をコンピュータに実行させるための画像処理プログラム。 - 前記第一の信号変換処理は、エッジ強調処理を行うエッジ強調処理を含み、
前記エッジ強調処理は、
処理対象の画像信号からエッジ強調係数を算出するステップと、
前記エッジ強調係数に基づき前記処理対象の画像信号に対してエッジ強調を行うステップと
を有する請求項26又は請求項27に記載の画像処理プログラム。 - 前記エッジ強調処理は、
前記エッジ強調係数からエッジ補正係数を算出するステップを更に有し、
前記ノイズ低減処理では、前記領域補正係数と前記エッジ補正係数とを用いてノイズ低減処理が行われる請求項29に記載の画像処理プログラム。 - 階調変換処理を行う画像処理装置であって、
前記階調変換処理に適用する補正係数を、画像信号をもとに算出する算出手段と、
前記画像信号をもとに前記補正係数を用いてノイズ低減処理を行うノイズ低減手段と、
前記ノイズ低減処理された画像信号をもとに前記補正係数を用いて前記階調変換処理を行う変換手段と
を具備する画像処理装置。 - 階調変換処理を行う画像処理装置であって、
前記階調変換処理に適用する補正係数を、画像信号をもとに算出する算出手段と、
前記画像信号をもとに前記補正係数を用いて前記階調変換処理を行う変換手段と、
前記変換手段により変換された画像信号に対し、前記補正係数を用いてノイズ低減処理を行うノイズ低減手段と、
を具備する画像処理装置。 - 前記ノイズ低減手段は、
前記画像信号に関してノイズ量を推定するノイズ量推定手段と、
前記ノイズ量および前記補正係数に基づき平滑化処理を行う平滑化手段と
を具備する請求項31または請求項32に記載の画像処理装置。 - 前記ノイズ量推定手段は、撮像素子、ISO感度、色信号、および補正係数に対応する一つ以上の基準ノイズモデルを記録する記録手段を具備する請求項33に記載の画像処理装置。
- 前記変換手段は、
前記画像信号からエッジ強調係数を算出するエッジ強調係数算出手段と、
前記エッジ強調係数からエッジ補正係数を算出するエッジ補正係数算出手段と、
前記エッジ強調係数に基づき前記画像信号に対してエッジ強調を行うエッジ強調手段と
を具備する請求項31から請求項34のいずれかに記載の画像処理装置。 - 前記ノイズ低減手段は、前記補正係数と前記エッジ補正係数とに基づいてノイズ低減処理を行う請求項35に記載の画像処理装置。
- 階調変換処理を行う画像処理方法であって、
前記階調変換処理に適用する補正係数を、画像信号をもとに算出し、
前記画像信号をもとに前記補正係数を用いてノイズ低減処理を行い、
前記ノイズ低減処理された画像信号をもとに前記補正係数を用いて前記階調変換処理を行う画像処理方法。 - 階調変換処理を行う画像処理方法であって、
前記階調変換処理に適用する補正係数を、画像信号をもとに算出し、
前記画像信号をもとに前記補正係数を用いて前記階調変換処理を行い、
変換された画像信号に対し、前記補正係数を用いてノイズ低減処理を行う画像処理方法。
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