JP4867204B2 - Imaging device - Google Patents
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Description
本発明は、撮像装置において、例えば、単板撮像素子を用いた場合に、高周波の折帰りにより発生する色モアレを、解像度劣化やS/N劣化を防止して効果的に低減することを図った撮像装置の信号処理方法に関する。 In the imaging apparatus, for example, when a single-plate imaging element is used, color moiré caused by high-frequency return is effectively reduced by preventing resolution deterioration and S / N deterioration. The present invention relates to a signal processing method for an imaging apparatus.
従来、「色信号と輝度信号の垂直方向の位相ずれをなくし、かつ回路の規模の増大を抑制された撮像装置を提供する」(特許文献1の要約の課題)ために、「2つの1H遅延回路8,8‘を用いて近接する3Hの出力信号により、RGB信号と輝度信号を生成し、γ補正回路7aにてRGB信号を点順次の信号とし、γ補正を行う」(特許文献1の要約の解決手段)ことの開示がある。 Conventionally, in order to “provide an imaging device that eliminates a vertical phase shift between a color signal and a luminance signal and suppresses an increase in circuit scale” (problem of the summary of Patent Document 1), An RGB signal and a luminance signal are generated from the adjacent 3H output signals using the circuits 8 and 8 ', and the γ correction circuit 7a converts the RGB signals into dot-sequential signals and performs γ correction ”(Patent Document 1) (Summary Solution).
ところで、複数の色フィルタがモザイク状に配列された、一般的に単板と呼ばれる撮像素子を用いた撮像装置においては、各色信号の空間的サンプリング周波数が、撮像素子の画素のサンプリング周波数より低いため、高周波信号の折返り雑音である色モアレが発生しやすくなる。 By the way, in an imaging apparatus using an imaging device generally called a single plate in which a plurality of color filters are arranged in a mosaic pattern, the spatial sampling frequency of each color signal is lower than the sampling frequency of the pixels of the imaging device. Color moire, which is aliasing noise of high-frequency signals, is likely to occur.
例えば図5の例においては、R・G・Bの各色フィルタが配列されており、各RGBの色信号のサンプリング周波数は、水平方向垂直方向共に、画素のサンプリング周波数の半分となる。この色モアレを低減するものとして、光学水晶フィルタが用いられる。この光学水晶フィルタは、撮像素子へ入射する光に対して、色モアレの発生の要因となる高周波成分を除去するものである。 For example, in the example of FIG. 5, R, G, and B color filters are arranged, and the sampling frequency of each RGB color signal is half the sampling frequency of the pixel in both the horizontal and vertical directions. An optical crystal filter is used to reduce this color moire. This optical crystal filter removes a high-frequency component that causes color moiré from light incident on the image sensor.
図4は、撮像装置における光学系ユニットの周波数特性の図である。横軸を周波数、縦軸を利得する。画素のサンプリング周波数をfs/2とすると、色のサンプリング周波数は図4の例においてはfs/4である。光学水晶フィルタは、色の折り返り雑音となる、限界周波数fs/2付近の利得を下げ、色モアレの発生を抑制している。しかしながら、輝度信号における限界周波数は画素のサンプリング周波数であるfs/2であり、逆に高周波の利得を弱めてしまうことによる、輝度解像度劣化が起こる。 FIG. 4 is a diagram of frequency characteristics of the optical system unit in the imaging apparatus. The horizontal axis is frequency and the vertical axis is gain. If the pixel sampling frequency is fs / 2, the color sampling frequency is fs / 4 in the example of FIG. The optical crystal filter lowers the gain near the limit frequency fs / 2, which causes color aliasing noise, and suppresses the occurrence of color moire. However, the limit frequency in the luminance signal is fs / 2 which is the sampling frequency of the pixel, and on the contrary, the luminance resolution is deteriorated by weakening the high frequency gain.
光学水晶フィルタを用いた撮像装置では、光学水晶による解像度劣化を抑制するため、後段に付けられたデジタル信号処理部においてエンハンス処理を行う。しかしながら、撮像素子やA/D変換回路を通った画素信号にはアナログノイズが重畳しており、エンハンス処理はこのアナログノイズを増幅してしまい、S/Nを劣化させる弊害が生じることとなる。よって、従来の撮像装置では、色モアレの低減と解像度、S/N比の間にトレードオフがあった。 In an imaging apparatus using an optical crystal filter, enhancement processing is performed in a digital signal processing unit provided at a later stage in order to suppress resolution degradation due to the optical crystal. However, analog noise is superimposed on the pixel signal that has passed through the image sensor and the A / D conversion circuit, and the enhancement processing amplifies the analog noise, resulting in a problem of deteriorating S / N. Therefore, in the conventional imaging device, there is a trade-off between the reduction of color moire, the resolution, and the S / N ratio.
本発明では、解像度の劣化やS/N劣化を防ぎつつ、色モアレを効果的に低減することで、上記課題を解決するものである。 The present invention solves the above problems by effectively reducing color moire while preventing resolution degradation and S / N degradation.
上記課題は、特許請求の範囲に記載の発明により解決される。 The above problems are solved by the invention described in the claims.
本発明により、使い勝手を向上した撮像装置を提供できる。 According to the present invention, an imaging apparatus with improved usability can be provided.
以下、図面を用いて実施例を説明する。 Embodiments will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明における実施例1の概念図を示す。
レンズ101を透過した被写体からの光は、撮像素子102に入射される。撮像素子102は、複数のセルを持ち、被写体からの光を各セルが光電変換し電気信号に変えることで、画素信号を生成する。撮像素子102により生成された画素信号は、A/D変換部103によりデジタルデータに変換される。前処理部104は、A/D変換部103からのデジタルデータに対して、信号レベルの利得調節等の前処理を行う。
FIG. 1 shows a conceptual diagram of Embodiment 1 of the present invention.
Light from the subject that has passed through the
前処理部104により利得調節がなされた画素信号は、ラインメモリ105に入力され、該ラインメモリからのnH分(nは定数)の画素遅延信号は、輝度信号生成部109に入力され、輝度信号が生成される。
The pixel signal whose gain has been adjusted by the preprocessing
また、ラインメモリ105からのnHの画素遅延信号は、広帯域輝度信号生成部106に入力される。該広帯域輝度信号生成部は、高周波成分の利得低下を防ぎかつ色のキャリア成分の除去を行うローパスフィルター処理を行う。広帯域輝度信号生成部106により生成された輝度信号は、バンドパスフィルタ110に入力され、輝度信号の高周波AC成分の信号が生成される。
Further, the nH pixel delay signal from the
高周波減衰ゲイン算出部111は、該バンドパスフィルタからの出力信号を基に、それぞれの画素信号に対して、高周波の利得を減衰させるためのゲインを算出する処理を行う。高周波信号利得減衰部107は、高周波利得減衰ゲイン算出部111から得られたゲインを、ラインメモリ105からの出力信号であるnHの画素遅延信号に乗算処理することで、画素信号に対する高周波の利得を減衰させる。該高周波信号利得減衰部からの出力である画素信号は、色差信号生成部に入力され、色差信号が生成される。
本実施例によれば、広帯域輝度信号を生成し、該輝度信号から画素補正ゲインを算出し、該画素補正ゲインを画素信号に乗算することで高周波成分の利得を下げ帯域制限を行った信号を生成でき、色差信号を生成するための信号は、この帯域制限を行った信号を用いることで、高周波成分の折り返り雑音である色モアレの発生を抑制することができる。
The high frequency attenuation
According to the present embodiment, a broadband luminance signal is generated, a pixel correction gain is calculated from the luminance signal, and the pixel correction gain is multiplied by the pixel signal to reduce the gain of the high frequency component and perform the band limitation signal. A signal for generating a color difference signal that can be generated can be used to suppress the occurrence of color moiré, which is a high-frequency component aliasing noise, by using the band-limited signal.
また、輝度信号を生成する場合、ラインメモリ105から輝度信号生成部109へ信号を出力しており、色差信号を生成するときの色モアレの発声を抑制するための処理(広帯域輝度信号生成部106〜高周波信号利得減衰部107の処理)を行っていない。従って、輝度信号を生成するための信号は、光学水晶フィルタを使用した場合に比べ広帯域の信号であり、これにより解像度の劣化を防ぐことができる。
Further, when generating a luminance signal, a signal is output from the
尚、本実施例では単板撮像素子を用いているが、これに限らず、光学的に画素重心ずらしを行った複数の撮像素子からの出力画素信号を再配列し、高画素単板撮像素子の画素信号として信号処理を行う撮像装置においても、本実施例を適用できることは言うまでもない。 In this embodiment, a single-plate image pickup device is used. However, the present invention is not limited to this, and output pixel signals from a plurality of image pickup devices that have optically shifted the pixel center of gravity are rearranged to obtain a high-pixel single-plate image pickup device. Needless to say, the present embodiment can also be applied to an imaging apparatus that performs signal processing as the pixel signal.
図2は、本発明における実施例2の概念図を示す。
レンズ101を透過した被写体からの光は、撮像素子102に入射される。該撮像素子102は、複数のセルを持ち、被写体からの光を各セルが光電変換し電気信号に変えることで、画素信号を生成する。撮像素子102により生成された画素信号は、A/D変換部103によりデジタルデータに変換される。前処理部104は、A/D変換部103からのデジタルデータに対して、信号レベルの利得調節等の前処理を行う。
FIG. 2 shows a conceptual diagram of Embodiment 2 of the present invention.
Light from the subject that has passed through the
前処理部104により利得調節がなされた画素信号は、ラインメモリ105に入力され、ラインメモリ105からのnH分(nは定数)の画素遅延信号は、輝度信号生成部109に入力され、輝度信号が生成される。
The pixel signal whose gain has been adjusted by the
また、ラインメモリ105からのnHの画素遅延信号は、広帯域G補間信号生成部201に入力される。広帯域G補間信号生成部201は、原色ベイヤ配列の単板撮像素子を用いた場合における、G信号を補完する処理を行う。このG信号は、R信号やB信号に比べ、2倍の画素数を持っており広帯域の信号を生成しやすい。広帯域G補間信号生成部201により生成された輝度信号は、バンドパスフィルタ110に入力され、画素信号の高周波成分の信号が生成される。
The nH pixel delay signal from the
高周波減衰ゲイン算出部111は、バンドパスフィルタ110からの出力信号を基に、それぞれの画素信号に対して、高周波の利得を減衰させるためのゲインを算出する処理を行う。高周波信号利得減衰部107は、高周波利得減衰ゲイン算出部111から得られたゲインを、ラインメモリ105からの出力信号であるnHの画素遅延信号に乗算処理することで、画素信号に対する高周波の利得を減衰させる。高周波信号利得減衰部107からの出力である画素信号は、色差信号生成部に入力され、色差信号が生成される。
The high frequency attenuation
本実施例によれば、原色ベイヤ配列の単板撮像素子を用いた撮像装置において、広帯域G補間信号を生成し、該G補間信号から画素補正ゲインを算出し、該画素補正ゲインを画素信号に乗算することで高周波成分の利得を下げ帯域制限を行った信号を生成でき、色差信号を生成するための信号は、この帯域制限を行った信号を用いることで、高周波成分の折り返り雑音である色モアレの発生を抑制することができる。 According to the present embodiment, in an imaging apparatus using a primary color Bayer array single-plate imaging device, a broadband G interpolation signal is generated, a pixel correction gain is calculated from the G interpolation signal, and the pixel correction gain is converted into a pixel signal. By multiplying, it is possible to generate a signal in which the gain of the high-frequency component is reduced and the band is limited, and the signal for generating the color difference signal is the aliasing noise of the high-frequency component by using this band-limited signal. Generation of color moire can be suppressed.
また、輝度信号を生成する場合、ラインメモリ105から輝度信号生成部109へ信号を出力しており、色差信号を生成するときの色モアレの発声を抑制するための処理(広帯域G補間信号生成部201〜高周波信号利得減衰部107の処理)を行っていない。従って、輝度信号を生成するための信号は、光学水晶フィルタを使用した場合に比べ広帯域の信号であり、これにより解像度の劣化を防ぐことができる。
Also, when generating a luminance signal, a signal is output from the
尚、本実施例では原色ベイヤ配列の単板撮像素子を用いているが、これに限らず、光学的に画素重心ずらしを行った複数の撮像素子からの出力画素信号を再配列し、高画素単板撮像素子の画素信号として信号処理を行う撮像装置において、特に原色ベイヤ配列と同等となるように画素再配列を行う場合においても、本実施例を適用できることは言うまでもない。 In this embodiment, a single-plate image sensor having a primary color Bayer array is used. However, the present invention is not limited to this. Needless to say, this embodiment can be applied to an image pickup apparatus that performs signal processing as a pixel signal of a single-plate image pickup element, particularly when pixel rearrangement is performed so as to be equivalent to the primary color Bayer arrangement.
図3は、本発明における実施例3の概念図を示す。
レンズ101を透過した被写体からの光は、まずプリズム301に入射される。該プリズムは、レンズからの光を2方向に分光され、一方の光は光学水晶フィルタ302へ入射され、周波数帯域制限がかけられ撮像素子102に入射される。該プリズムにより分光されたもう一方の光は撮像素子303に入射される。この構成によれば、周波数帯域制限をかけた画素信号と、周波数帯域制限をかけない画素信号の双方の信号を同時に生成することが可能となる。この撮像素子102は、複数の色フィルタが配列された撮像素子である。また、撮像素子303は、撮像素子と異なる色フィルタであってよく、単一色フィルタが配列された単板撮像素子であってよい。
FIG. 3 shows a conceptual diagram of Embodiment 3 of the present invention.
The light from the subject that has passed through the
該帯域制限がかけられた撮像素子102からのアナログ画素信号は、A/D変換部103によりデジタルデータに変換され、前処理部104により利得調整等が行われる。該利得調整後のデジタル画素信号は、ラインメモリ105に入力され、該ラインメモリからのnH分(nは定数)の画素遅延信号は、色差信号生成部108に入力され、色差信号が生成される。
The analog pixel signal from the
該帯域制限がかけられていない撮像素子303からのアナログ画素信号は、A/D変換部103によりデジタルデータに変換され、前処理部104により利得調整等が行われる。該利得調整後のデジタル画素信号は、ラインメモリ105に入力され、ラインメモリ105からのnH分(nは定数)の画素遅延信号は、輝度信号生成部109に入力され、輝度信号が生成される。
An analog pixel signal from the
本実施例によれば、単板撮像素子を用いた撮像装置において、被写体からの光をプリズムで2方向に分光し、該分光した一方の光は光学水晶フィルタを通り撮像素子により画素信号に変換されることで、高周波成分の利得を下げ帯域制限を行った信号を生成でき、色差信号を生成するための信号は、この帯域制限を行った信号を用いることで、高周波成分の折り返り雑音である色モアレの発生を抑制することができる。該分光したもう一方の光はそのまま撮像素子により画素信号に変換された広帯域の信号であり、これにより解像度の劣化を防ぐことができる。 According to the present embodiment, in an imaging apparatus using a single-plate imaging device, light from a subject is split in two directions by a prism, and the split one light passes through an optical crystal filter and is converted into a pixel signal by the imaging device. Thus, a signal with reduced bandwidth can be generated by reducing the gain of the high-frequency component, and the signal for generating the color difference signal can be generated with the aliasing noise of the high-frequency component by using this band-limited signal. Occurrence of a certain color moire can be suppressed. The other split light is a wideband signal that is converted into a pixel signal by the image sensor as it is, thereby preventing resolution degradation.
なお、本実施例ではプリズム301で分光しているが、これに限らず、光学水晶フィルタ302へ入力される前に輝度信号を分離できれば本実施例を適用できることは言うまでもない。
In the present embodiment, the light is split by the
以上の実施例によれば、解像度劣化あるいはS/N劣化を伴うことなく、高周波の折り返り雑音である色モアレを効果的に抑制することが可能となる。 According to the above embodiment, it is possible to effectively suppress color moire, which is high-frequency aliasing noise, without causing resolution degradation or S / N degradation.
本発明は、撮像装置において、特に単板撮像素子を用いた場合に、高周波の折帰りにより発生する色モアレを、解像度劣化やS/N劣化を防止して効果的に低減することを図った撮像装置の信号処理方法に関する。 The present invention aims to effectively reduce color moiré that occurs due to high-frequency return in an imaging apparatus, particularly when a single-plate imaging element is used, by preventing resolution degradation and S / N degradation. The present invention relates to a signal processing method for an imaging apparatus.
101 レンズ
102 撮像素子
103 A/D変換部
104 前処理部
105 ラインメモリ
106 広帯域輝度信号生成部
107 高周波信号利得減衰部
108 色差信号生成部
109 輝度信号生成部
110 バンドパスフィルタ
111 高周波減衰ゲイン算出部
201 広帯域G補間信号生成部
301 プリズム
302 光学水晶フィルタ
303 撮像素子
501 撮像素子
DESCRIPTION OF
Claims (6)
画素信号周波数帯域制限手段は、画素信号から広帯域輝度信号を生成する広帯域輝度信号生成部と、該広帯域輝度信号生成部からの輝度信号に対して高周波成分を抽出するバンドパスフィルタと、該画素信号に対して高周波成分を減衰させるゲインを該バンドパスフィルタの出力から算出する高周波減衰ゲイン算出部と、を有することを特徴とする撮像装置。 The imaging device according to claim 1,
The pixel signal frequency band limiting means includes a broadband luminance signal generation unit that generates a broadband luminance signal from the pixel signal, a bandpass filter that extracts a high frequency component from the luminance signal from the broadband luminance signal generation unit, and the pixel signal And a high-frequency attenuation gain calculation unit that calculates a gain for attenuating high-frequency components from the output of the bandpass filter.
画素信号周波数帯域制限手段は、撮像素子からの画素信号に対し補間処理により補間画素信号を生成する画素補間手段と、該補間画素信号の高周波成分を抽出するバンドパスフィルタと、該撮像素子からの画素信号に対して高周波成分を減衰させるゲインを該バンドパスフィルタの出力から算出する高周波減衰ゲイン算出部と、を有することを特徴とする撮像装置。 In the imaging device according to claim 1,
The pixel signal frequency band limiting unit includes a pixel interpolating unit that generates an interpolated pixel signal by interpolating the pixel signal from the image sensor, a bandpass filter that extracts a high frequency component of the interpolated pixel signal, and a An imaging apparatus, comprising: a high-frequency attenuation gain calculation unit that calculates a gain for attenuating a high-frequency component with respect to a pixel signal from an output of the bandpass filter.
複数の色フィルタが配列された単板撮像素子と、該撮像素子からの画素信号をデジタルデータに変換するA/D変換部と、該デジタルデータ化された画素信号を複数水平走査期間遅延させた信号を生成するラインメモリと、該ラインメモリにより複数の水平走査期間遅延された画素信号から輝度信号を生成する輝度信号生成部と、
該ラインメモリにより複数の水平走査期間遅延された画素信号から広帯域輝度信号を生成する広帯域輝度信号生成部と、該広帯域輝度信号生成部からの輝度信号に対して高周波成分を抽出するバンドパスフィルタと、該ラインメモリからの出力画素信号に対して高周波成分を減衰させるゲインを該バンドパスフィルタの出力から算出する高周波減衰ゲイン算出部と、該高周波減衰ゲイン算出部により算出されたゲインを該ラインメモリからの出力画素信号に対して乗算することで高周波信号を減衰させる高周波信号利得減衰部とを有し、
該色差信号生成部は該高周波信号利得減衰部からの出力画素信号を用いて色差信号を生成すること、
を特徴とする撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 2,
A single-plate image sensor in which a plurality of color filters are arranged, an A / D converter that converts pixel signals from the image sensor into digital data, and the pixel signals converted into digital data are delayed by a plurality of horizontal scanning periods A line memory that generates a signal, and a luminance signal generation unit that generates a luminance signal from pixel signals delayed by a plurality of horizontal scanning periods by the line memory;
A broadband luminance signal generating unit that generates a broadband luminance signal from a plurality of pixel signals delayed by a horizontal scanning period by the line memory; and a bandpass filter that extracts a high-frequency component from the luminance signal from the broadband luminance signal generating unit; A high-frequency attenuation gain calculation unit for calculating a gain for attenuating a high-frequency component from the output of the bandpass filter with respect to an output pixel signal from the line memory; and a gain calculated by the high-frequency attenuation gain calculation unit for the line memory A high-frequency signal gain attenuator that attenuates the high-frequency signal by multiplying the output pixel signal from
The color difference signal generation unit generates a color difference signal using an output pixel signal from the high-frequency signal gain attenuation unit;
An imaging apparatus characterized by the above.
原色ベイヤ配列の単板撮像素子と、該撮像素子からの画素信号をデジタルデータに変換するA/D変換部と、該デジタルデータ化された画素信号を複数水平走査期間遅延させた信号を生成するラインメモリと、該ラインメモリにより複数水平走査期間遅延された画素信号から色差信号を生成する色差信号生成部と、該ラインメモリにより複数水平走査期間遅延された画素信号から輝度信号を生成する輝度信号生成部と、を有する撮像装置において、
該ラインメモリにより複数の水平走査期間遅延された画素信号からG信号を補間により生成する広帯域G補間信号生成部と、該広帯域G補間信号生成部からのG信号に対して高周波成分を抽出するバンドパスフィルタと、該ラインメモリからの出力画素信号に対して高周波成分を減衰させるゲインを該バンドパスフィルタの出力から算出する高周波減衰ゲイン算出部と、該高周波減衰ゲイン算出部により算出されたゲインを該ラインメモリからの出力画素信号に対して乗算することで高周波信号を減衰させる高周波信号利得減衰部とを有し、
該色差信号生成部は該高周波信号利得減衰部からの出力画素信号を用いて色差信号を生成すること、
を特徴とする撮像装置。 The imaging apparatus according to claim 3,
A single-plate image sensor with a primary color Bayer array, an A / D converter that converts pixel signals from the image sensor into digital data, and a signal obtained by delaying the pixel signals converted into digital data by a plurality of horizontal scanning periods A line memory, a color difference signal generating unit that generates a color difference signal from a pixel signal delayed by a plurality of horizontal scanning periods by the line memory, and a luminance signal that generates a luminance signal from the pixel signal delayed by a plurality of horizontal scanning periods by the line memory An imaging device having a generation unit;
A wideband G interpolation signal generation unit that generates a G signal by interpolation from a plurality of pixel signals delayed by a horizontal scanning period by the line memory, and a band that extracts a high frequency component from the G signal from the wideband G interpolation signal generation unit A pass filter, a high-frequency attenuation gain calculation unit that calculates a gain for attenuating a high-frequency component with respect to an output pixel signal from the line memory, and a gain calculated by the high-frequency attenuation gain calculation unit. A high frequency signal gain attenuating unit for attenuating the high frequency signal by multiplying the output pixel signal from the line memory;
The color difference signal generation unit generates a color difference signal using an output pixel signal from the high-frequency signal gain attenuation unit;
An imaging apparatus characterized by the above.
前記単板撮像素子からの出力された画素信号に代わり、該画素信号倍サンプリング手段により生成した画素信号を用いて実現すること、
を特徴とする撮像装置。 6. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein a plurality of image pickup elements comprising a single color filter optically shifted from the center of gravity of the pixel and an output pixel signal from the plurality of image pickup elements are interpolated. Pixel signal double sampling means having the same color arrangement as the output signal from the single-plate image sensor,
Realization using the pixel signal generated by the pixel signal double sampling means instead of the pixel signal output from the single-plate image sensor;
An imaging apparatus characterized by the above.
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