JP4840740B2 - 画素補間方法および画像判定方法 - Google Patents
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Description
<1.デジタルカメラの全体概略構成>
図1は、本発明に係るデジタルカメラ10の第1の態様を示すブロック図である。デジタルカメラ10は、撮像素子1、信号処理回路2、画像処理回路3A、メモリ5を備えている。撮像素子1は、RGBベイヤ配列の色フィルタアレイを備えた単板式のCCDであり、1画素からはRGBいずれかの色成分の画素信号が出力される。具体的には、たとえば奇数番目の水平ラインがG→R→G→R→・・・とG信号とR信号とが交互に出力されるラインとすると、偶数番目の水平ラインは、B→G→B→G→・・・とB信号とG信号とが交互に出力されるラインである。なお、撮像素子1として、CMOSセンサを用いても良い。
次に、以下の説明および図面におけるベイヤ配列の画素の表記方法について説明する。まず、5×5のマトリクス領域の画素を図2(a)のように表す。図2(a)における記号Pは、画素がRGBいずれの色成分であるかを考慮しない表記である。これに対して、図2(b)〜(e)においては各画素の色成分を区別して表記している。記号Rは赤色画素、記号Gは緑色画素、記号Bは青色画素であることを示している。また、図2および図5〜図16において、G画素は実線の円で描き、R画素およびB画素は破線の円で描いている。
次に、彩度値算出回路31により実行される彩度値算出処理の内容について詳細に説明する。彩度値算出回路31は、注目画素を含むマトリクス領域(これは注目画素及びその周辺画素で構成される)の色差成分を分析し、この領域の彩度評価値を算出する。この彩度評価値は、後工程である選択工程において、処理対象となる領域が彩度の高い画像(以下、カラー画像とする。)であるか、彩度の低い画像(以下、グレー画像とする。)であるかを判定するために利用される。
まず、第1の色差成分評価値の算出方法について説明する。第1の色差成分評価値は、青空や模様のない壁等、平坦部分(低周波領域)の色差成分の評価に適している。ここでいう平坦部分とは、特定の方向について強い相関を持たないような領域である。第1の色差成分評価値を算出するために、まず、注目画素を中心とする3×3のマトリクス領域に含まれるRGB各色毎の画素値の平均値Rave,Gave,Baveを算出する。平均値Rave,Gave,Baveは、一般的には、数1式のように表される。数1式中、NR、NG、NBは、それぞれマトリクス領域内に存在するR,G,B画素の数であり、Σの項は、各色成分の累積画素値を示している。
次に、第2の色差成分評価値の算出処理について説明する。マトリクス領域内に相関の強い方向があり、色差成分値の算出方法次第によっては、彩度値が大きく変化するような領域の色差成分の評価に適している。たとえば、上述したように、レトマチャートなどの高周波成分を含むグレー画像においては、(3−1)で求めた第1の色差成分評価値を彩度評価値として採用した場合、誤ってカラー画像であると判定される場合がある。そこで、このような特定の方向に強い相関を持つ画像に対する色差成分評価値を適切に求めるために、以下の処理を実行する。
彩度値算出回路31は、以上、(3−1),(3−2)で示した演算方法により3つの色差成分評価値Cglobal、Cvertical、Chorizontalを算出すると、さらに、数11式で表される演算処理を実行することにより、色差成分評価値Cglobal、Cvertical、Chorizontalの最小値(つまり、色差成分のレベルが最小のもの)を算出する。この最小値が、処理対象であるマトリクス領域の彩度評価値Cとして採用される。言い換えると、この彩度評価値Cは、各注目画素に対応して決定される彩度値である。なお、数11式中、min(x,y,z)は、x,y,zの最小値を表している。また、上述したように、第2の色差成分評価値としてCvertical、Chorizontalに加えて、斜め方向の色差成分評価値を算出するようにしてもよいが、この場合には、斜め方向の色差成分評価値も含めた評価値の中から最小値となるものを選択するようにすればよい。
相関値算出回路32は、注目画素と注目画素周辺の画素信号を用いて、マトリクス領域内における4つの方向の相関値を算出する。ここでは、図4に示すように、水平方向、垂直方向、水平方向から時計回りに45度傾いた斜めA方向、斜めA方向と直交する斜めB方向について、相関値を算出する。具体的には、注目画素とこれら4つの方向に存在する画素との間での画素値の差分である画素差分値を算出し、各方向について画素差分値を累積することによって相関値を求める。
(4−1−1)中心画素がGの場合
まず、注目画素がG画素である場合のカラー画像用の相関値算出方法について説明する。つまり、マトリクス領域の画素配列が、図2(b)あるいは図2(e)である場合の相関値算出方法である。垂直方向の相関値は、数13式により算出される。また、図5は、垂直方向の相関値の算出方法を図示したものであり、図5(a)は、G画素に関する相関算出方法、図5(b)は、R画素およびB画素に関する相関算出方法を図示したものである。このように、カラー画像用の相関値は、全ての色成分の画素差分値を考慮するようにしている。なお、図5〜図16において、図中の矢印で結ばれた2つの画素は、画素差分値を算出する対象であることを示している。
次に、注目画素がBまたはR画素である場合のカラー画像用相関値の算出方法について説明する。つまり、マトリクス領域の画素配列が図2(c)あるいは図2(d)である場合の相関値算出方法である。垂直方向の相関値は、数17式により算出される。また、図9は、垂直方向の相関値の算出方法を図示したものであり、図9(a)は、G画素に関する相関算出方法、図9(b)は、R画素およびB画素に関する相関算出方法を図示したものである。
彩度の低いグレー画像では注目画素がRGBいずれの画素であるかを区別せずに相関値を算出する。つまり、マトリクス領域内の画素配列が図2(b)〜図2(e)のいずれであるかに関わらず、以下の共通の演算方法により相関値を算出する。垂直方向の相関値は、数21式により算出される。また、図13は、垂直方向の相関値の算出方法を図示したものである。
選択回路33は、彩度値算出回路31が算出した彩度係数Kcと閾値TH1,TH2との関係に基づいて相関判定方法と画素補間方法とを選択する。具体的には、相関判定方法の選択とは、グレー画像用の相関値を採用して相関判定を行うか、あるいは、カラー画像用の相関値を採用して相関判定を行うかの選択である。また、画素補間方法の選択とは、グレー画像用とカラー画像用のうちいずれの画素補間方法を採用するかの選択である。
(a)Kc>TH1の場合
カラー画像用の相関判定方法とカラー画像用の画素補間方法を選択する。
(b)TH1≧Kc>TH2の場合
グレー画像用の相関判定方法とカラー画像用の画素補間方法を選択する。
(c)TH2≧Kcの場合
グレー画像用の相関判定方法とグレー画像用の画素補間方法を選択する。
次に、画素補間回路34において実行される画素補間処理について説明する。画素補間回路34は、選択回路33より供給された選択情報に基づいて相関方向を決定するとともに、選択情報に基づいて画素補間処理を実行する。上述したように、彩度の高いカラー画像と彩度の低いグレー画像それぞれで異なった画素補間処理を行う。
画素補間回路34は、選択情報に基づいて、グレー画像用あるいはカラー画像用のいずれかの相関値演算結果を選択し、相関方向を決定する。つまり、選択回路33において、上記(b)あるいは(c)のパターンが選択されている場合には、数21式から数24式を用いて求めたグレー画像用の相関値に基づいて相関方向を決定し、上記(a)のパターンが選択されている場合であって、注目画素がG画素の場合には、数13式から数16式を用いて求めたカラー画像用の相関値に基づいて相関方向を決定し、上記(a)のパターンが選択されている場合であって、注目画素がB画素あるいはR画素の場合には、数17式から数20式を用いて求めたカラー画像用の相関値に基づいて相関方向を決定する。
画素補間回路34は、上述した処理により相関方向を決定すると、次に、選択情報に基づいてグレー画像用あるいはカラー画像用のいずれの画素補間処理を実行するかを選択する。つまり、選択回路33において、上記(c)のパターンが選択されている場合には、グレー画像用の画素補間処理を実行し、上記(a)あるいは(b)のパターンが選択されている場合には、カラー画像用の画素補間処理を実行する。
選択回路33において、上記(c)のパターンが選択されている場合には、決定された相関方向について、グレー画像用の画素補間処理を実行する。グレー画像用の画素補間は注目画素がRGBいずれの色成分の画素であるかを区別せずに、決定された相関方向に存在する画素を用いて画素補間処理を行う。つまり、注目画素がRGBいずれの画素であるか、注目画素の周辺の画素がRGBいずれの画素であるかという点は考慮せず、注目画素をその周辺の画素を用いて補間するのである。
選択回路33において、上記(a)あるいは(b)のパターンが選択されている場合には、決定された相関方向について、カラー画像用の画素補間処理を実行する。カラー画像用の画素補間は、注目画素がRGBいずれの色成分の画素であるかによって補間演算方法が異なる。つまり、決定された相関方向に存在する補間対象となる画素と同色の画素を用いて画素補間処理を行う。たとえば、注目画素がG画素である場合であって、垂直方向の相関が高いと判定されている場合には、垂直方向に存在するR画素及びB画素を用いて注目画素のそれぞれR色成分及びB色成分を補間する。また、注目画素がG画素である場合であって、水平方向の相関が高いと判定されている場合には、水平方向に存在するB画素及びR画素を用いて注目画素のそれぞれB色成分及びR色成分を補間する。
図18は、本発明に係るデジタルカメラ10の第2の実施の形態を示すブロック図である。第1の実施の形態と、画像処理回路3Aが画像処理回路3Bに置換されて設けられた点で異なっている。
図21は、本発明に係るデジタルカメラ10の第3の実施の形態を示すブロック図である。第1の実施の形態と、画像処理回路3Aが画像処理回路3Cに置換されて設けられた点で異なっている。
32,321,322 相関値算出回路
33 選択回路
34,341,342 画素補間回路
35 合成回路
Claims (10)
- a)所定の色空間の画素信号を入力する工程と、
b)注目画素及びその周辺画素で構成される領域の彩度評価値を算出する工程と、
c)前記彩度評価値に基づいて相関判定方法と画素補間方法とを選択する工程と、
d)選択された画素補間方法を用いて、選択された相関判定方法により決定された相関方向に関して前記注目画素の画素補間処理を実行する工程と、
を備え、
前記工程b)は、
b-1)前記注目画素及び前記周辺画素を用いて、各色成分ごとの画素平均値に基づく色差成分値から第1色差成分評価値を算出する工程と、
b-2)前記注目画素及び前記周辺画素を用いて、所定の方向に関する色差成分値を累積し、第2色差成分評価値を算出する工程と、
b-3)前記第1色差成分評価値と前記第2色差成分評価値とを比較して、色差成分のレベルが小さい方を前記彩度評価値として選択する工程と、
を備えることを特徴とする画素補間方法。 - 請求項1に記載の画素補間方法において、
前記工程c)は、
c-1)前記彩度評価値と第1の閾値とを比較することにより、グレー画像用とカラー画像用の相関判定方法のうちいずれかを選択する工程と、
c-2)前記彩度評価値と第2の閾値とを比較することにより、グレー画像用とカラー画像用の画素補間方法のうちいずれかを選択する工程と、
を含むことを特徴とする画素補間方法。 - a)所定の色空間の画素信号を入力する工程と、
b)注目画素及びその周辺画素で構成される領域の彩度評価値を算出する工程と、
c)前記彩度評価値に基づいて相関判定方法と画素補間方法とを選択する工程と、
d)選択された画素補間方法を用いて、選択された相関判定方法により決定された相関方向に関して前記注目画素の画素補間処理を実行する工程と、
を備え、
前記工程c)では、
所定の2つの閾値TH1,TH2(ただし、TH1>TH2とする。)を用いて、前記彩度評価値が閾値TH2より小さい場合には、グレー画像用の相関判定方法とグレー画像用の画素補間方法とを選択し、前記彩度評価値が閾値TH2より大きく閾値TH1より小さい場合には、グレー画像用の相関判定方法とカラー画像用の画素補間方法とを選択し、前記彩度評価値が閾値TH1より大きい場合には、カラー画像用の相関判定方法とカラー画像用の画素補間方法とを選択することを特徴とする画素補間方法。 - a)所定の色空間の画素信号を入力する工程と、
b)注目画素及びその周辺画素で構成される領域の彩度評価値を算出する工程と、
c)カラー画像用の画素補間方法を用いて、前記注目画素のカラー画像用の画素補間処理を実行する工程と、
d)グレー画像用の画素補間方法を用いて、前記注目画素のグレー画像用の画素補間処理を実行する工程と、
e)前記彩度評価値と正相関ある按分比で、前記カラー画像用の画素補間処理を実行した画素値と前記グレー画像用の画素補間処理を実行した画素値とを加算する工程と
を備える画素補間方法。 - 請求項4に記載の画素補間方法において、
前記工程c)において、
前記注目画素のカラー画像用の画素補間処理は、前記カラー画像用の画素補間方法を用いて、カラー画像用の相関判定方法により決定された相関方向に関して実行され、
前記工程d)において、
前記注目画素のグレー画像用の画素補間処理は、前記グレー画像用の画素補間方法を用いて、グレー画像用の相関判定方法により決定された相関方向に関して実行されることを特徴とする画素補間方法。 - 請求項4に記載の画素補間方法において、
前記彩度評価値が閾値よりも高い場合にはカラー画像用の、前記閾値よりも小さい場合にはグレー画像用の、それぞれ相関判定方法が選択され、
前記工程c)において、
前記注目画素のカラー画像用の画素補間処理は、前記カラー画像用の画素補間方法を用いて、選択された前記相関判定方法により決定された相関方向に関して実行され、
前記工程d)において、
前記注目画素のグレー画像用の画素補間処理は、前記グレー画像用の画素補間方法を用いて、選択された前記相関判定方法により決定された相関方向に関して実行されることを特徴とする画素補間方法。 - 請求項4乃至請求項6のいずれか一つに記載の画素補間方法において、
前記工程b)は、
b-1)前記注目画素及び前記周辺画素を用いて、各色成分ごとの画素平均値に基づく色差成分値から第1色差成分評価値を算出する工程と、
b-2)前記注目画素及び前記周辺画素を用いて、所定の方向に関する色差成分値を累積し、第2色差成分評価値を算出する工程と、
b-3)前記第1色差成分評価値と前記第2色差成分評価値とを比較して、色差成分のレベルが小さい方を前記彩度評価値として選択する工程と、
を備えることを特徴とする画素補間方法。 - 請求項7に記載の画素補間方法において、
前記工程b-2)は、
b-2-1)前記注目画素の周辺画素を用いて、垂直方向に関して色差成分値を累積し、垂直色差成分評価値を算出する工程と、
b-2-2)前記注目画素の周辺画素を用いて、水平方向に関して色差成分値を累積し、水平色差成分評価値を算出する工程と、
を含み、
前記工程b-3)は、
b-3-1)前記第1色差成分評価値と前記垂直色差成分評価値と前記水平色差成分評価値とを比較して、最も色差成分のレベルが小さい評価値を彩度評価値として選択する工程、
を含むことを特徴とする画素補間方法。 - a)所定の色空間の画素信号を入力する工程と、
b)注目画素及びその周辺画素を用いて、各色成分ごとの画素平均値に基づく色差成分値から第1色差成分評価値を算出する工程と、
c)前記注目画素及び前記周辺画素を用いて、所定の方向に関する色差成分値を累積し、第2色差成分評価値を算出する工程と、
d)前記第1色差成分評価値と前記第2色差成分評価値とを比較して、最も色差成分のレベルが小さい方を彩度評価値として選択する工程と、
e)前記彩度評価値を用いて前記注目画素を含む領域がグレー画像であるかカラー画像であるかを判定する工程と、
を備えることを特徴とする画像判定方法。 - 請求項9に記載の画像判定方法において、
前記工程c)は、
c-1)前記注目画素及び前記周辺画素を用いて、垂直方向に関する色差成分値を累積し、垂直色差成分評価値を算出する工程と、
c-2)前記注目画素及び前記周辺画素を用いて、水平方向に関する色差成分値を累積し、水平色差成分評価値を算出する工程と、
を含み、
前記工程d)は、
前記第1色差成分評価値と前記垂直色差成分評価値と前記水平色差成分評価値とを比較して、最も色差成分のレベルが小さい方を前記彩度評価値として選択する工程、
を含むことを特徴とする画像判定方法。
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