JP4868576B2 - 画像処理装置 - Google Patents
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Description
より高画質の画像生成を求めて、画像センサー(CCDセンサー又はCMOSセンサー等)の高精細化、従って、画素数の増大化が求められている。斯かる要求に応じて、画素数が8Mピクセルあるいは10Mピクセル以上の画像センサーが実現されるに至っている。この様な画像センサーの画素数の増大化に対して、斯かる画像センサーを使用するデジタルスチルカメラメーカーは、単位時間当たりのコマ数、即ち、連写速度の維持乃至は更なる向上を追及している。このため、例えば、画素数が3Mピクセルの場合に連写速度が10コマ/秒であるとしたときには、データレート乃至は画像データ読み出しレートは30Mピクセル/秒となり、この連写速度を維持するならば、画素数が5Mピクセルの場合には画像データ読み出しレートは50Mピクセル/秒に、画素数が8Mピクセルの場合には画像データ読み出しレートは80Mピクセル/秒に、画素数が10Mピクセルの場合には画像データ読み出しレートは100Mピクセル/秒にも達する。それにも拘らず、CCDセンサーの動作スピードの最大値は35MHz程度であり、又、CMOSセンサーの場合には、その最大値は50MHz〜100MHz程度である。又、C−MOS LSIの動作速度は約100MHz程度である。画像センサーを低価格で且つ低消費電力で作成しようとする場合には、画像センサーの動作スピードの最大値は40MHz程度であることが望ましい。そうすると、1チャンネルで画像データを画像センサーから読み出している限り、既述した読み出しレートが50Mピクセル/秒以上となる連写速度を維持・実現することは不可能となる。この様な問題点を根本的に解決するためには、画像センサーの画像データの読み出しチャンネル数を増やす必要性がある。斯かる必要性に応じて、昨今では、複数の読み出しチャンネルを有する画像センサーが実現されるに至っている。
既述の通り、画像センサーに於ける画素数の増大化に伴い、画像センサーの有効画素領域は同じであるため、画像センサーに於ける各セルのサイズはより一層小さくならざるを得なくなる。この様に画像センサーの各セルの微細化に伴い、各セルの出力信号のレベルは相対的に小さくなり、従って、出力信号の線形性も損なわれて来る。このため、画像センサーの有効画素領域内の場所毎に、あるいは、ライン毎に、その特性が異なるセルが頻出して来る。そのため、画像センサーの有効画素領域内の場所毎に、各画素のRGB Bayer信号を正規化するために必要な黒レベル補正値及びホワイトバランス補正値が異なって来ることとなる。この様な画像センサーの各セルの微細化に伴い生じる上記の問題点を克服して、各画素のRGB Bayer信号を高精度で補正することが求められる。
<複数入力チャンネル下での色選択タイミング信号のプログラマブルな構成>
図1は、本実施の形態に係るデジタル(スチル、ビデオ)カメラ用画像処理LSIの構成を模式的に示すブロック図である。図1の一例では、画像センサー(例えばCCDセンサー又はCMOSセンサー等の固体撮像デバイス)ISの画像データ読み出しチャンネルRCH0〜RCH3の数は4チャンネルである。そして、画像センサーISの有効画素領域内の各画素に設けられた色フィルタの配列(色の並び方)は、既述したRGB Bayer配列となっている。RGB Bayer配列においては、図1に太線で示す様に、R(赤)色の隣に配置されるG(緑)色はR色の影響を受けるため、Gr色として表示され、又、R色の直下に配置されるG色は、その隣に位置するB(青)色の影響を受けるため、Gb色として表示される。
既述した通り、画像センサーISの画素数の増大化に伴う微細化の影響により、あるいは、半導体ウエハから画像センサーISのチップを切り出す場所による影響により、RGB Bayer信号の正規化処理の第1段階である黒レベル補正に於ける各色の黒レベル補正データを画面全体に於いて常に一定値と看做すことが出来なくなって来ている。即ち、画像センサーISの画面全体に渡って、各色の黒レベル補正データには微妙な歪みが生じている(一様ではない。)。換言すれば、画面全体に渡って、各色の黒レベル補正データには、オフセットドリフトが発生しているのである。例えば、図8に例示する様に、有効画素領域EPR内に於いて、4色(R,Gr,Gb,B)の内の各色iのx方向及びy方向に於ける黒レベル補正データDLix,DLiyには、オフセット値ΔMx,ΔMyが生じており、しかも、オフセット値ΔMx,ΔMyは、有効画素領域EPRの全体に渡って、微妙に変化している。この様な各色の黒レベル補正データのオフセットドリフトを除去するには、全ての画素毎に、当該画素の位置に於ける黒レベル補正データDLix,DLiyのオフセット値ΔMx,ΔMyを変調データとして一定値の黒レベル補正データDLix,DLiyから逐一差し引いてやれば良い。しかし、その様な画素毎の且つ色毎の逐次補正は、画像センサーISの画素数を考えれば、非現実的な方法であると言わざるを得ない。そのため、図8に例示した様な画面全体に渡って発生する黒レベル補正データのオフセットドリフトを有効に軽減出来る実用的な対策が要求されている。
既述の通り、画素数増大化のための画像センサーISの微細化は、ホワイトバランス補正に於いても、その補正データが画面全体に渡ってドリフトを生じさせると言う影響をもたらす。そこで、ホワイトバランス補正データに関しても、<黒レベルの2次元変調補正>の欄で記載した解決手段を全面的に採用する。即ち、各入力チャンネルのホワイトバランス補正処理部14Ci(i:0〜3)(図2参照)は、入力する画像信号に対応する画素の位置に応じて、当該入力画像信号に対応する色の一定のホワイトバランス補正データを変調して、当該変調データを当該入力画像信号に乗算する。
画像センサーISの画素数増大化に伴う特性の劣化によって、図18に示す様に、SPU回路100(図2)の各入力チャンネル用SPU回路SPU−Ci(i:0〜3)に入力する画像データの波形に尾引きが生じる。この様な波形の立ち上がり及び立下りのなまりを補正するべく、各入力チャンネル用SPU回路SPU−Ci(i:0〜3)は、尾引き補正処理部(後記の実装例の図22を参照。)を有する。即ち、尾引き補正処理部は、画素クロックCLK毎に、ある着目画素の画像信号Pnと着目画素の近傍の同色の画素の画像信号Pn-1との差分信号(Pn-1−Pn)に一定の尾引き補正ゲインαを乗算して得られる尾引き補正値αΔを、受信した画像データPnに加算する(図18を参照。)、尾引き補正処理を実行する。ところが、この様な尾引き補正処理で用いられる上記尾引き補正ゲインα自体にもまた、黒レベル補正データと同様に、微細化の影響により、画面全体に渡ってドリフトが発生する。
以下に記載の処理の要点は、入力チャンネル毎に於いて、色毎に異なるリニアライゼーション特性を定義しておき、既述した色選択タイミング信号によってリニアライゼーション特性を切替えてリニアライゼーション処理を実行可能とする点にある。この点につき、図面を用いてリニアライゼーション処理の説明を展開する。
図22は、各入力チャンネルのSPU回路SPU−CX(X:0〜3)の主要な一部の実装例を示すブロック図である。図22に於いて、前段の回路C1は尾引き補正処理部であり、次段の回路C2は黒レベル補正処理部であり、その次の回路C3はリニアライゼーション処理実行回路であり、図示していないが、回路C3の後に、ホワイトバランス補正処理部が配設されている。
以上、本発明の実施の形態を詳細に開示し記述したが、以上の記述は本発明の適用可能な局面を例示したものであって、本発明はこれに限定されるものではない。即ち、記述した局面に対する様々な修正や変形例を、この発明の範囲から逸脱することの無い範囲内で考えることが可能である。
IS 画像センサー
9 SPUレジスタ
10 カラータイミングアレンジメント部
C0Input 画像データ
SPU−C0 第1入力チャンネル用SPU回路部
13C0 黒レベル補正処理部
14C0 ホワイトバランス補正処理部
1 グローバルHカウンタ
2 グローバルVカウンタ
CLBASET カラーベースタイミング信号
TR0 第1入力チャンネル用タイミングレジスタ
TRS0 タイミングレジスタ用セレクタ
C0CS 第1入力チャンネル用色選択タイミング信号
5 ローカルHカウンタ
6 ローカルVカウンタ
Claims (24)
- 画像センサーが有する複数の画像データ読み出しチャンネルの各々から同期して読み出された各画像信号を当該画像データ読み出しチャンネルに対応する入力チャンネルで画素クロック毎に受信して、受信した画像データに対して前記画像センサーに特有の問題点に起因した所定の画像処理を前記画素クロック毎に並列的に実行するパイプライン型の複数の画像センサー前処理ユニットと、
前記複数の画像センサー前処理ユニットの各々の入力チャンネル毎に独立に、ある時点に於ける画素の色を指定する色選択タイミング信号を生成して、各画像センサー前処理ユニットに対して対応する色選択タイミング信号を出力する色タイミングアレンジメント部とを備え、
前記色タイミングアレンジメント部は、前記画素クロックに基づき水平方向に於ける画素の読み出しタイミングを定義する水平カウンタと、前記画素クロックに基づき垂直方向に於ける前記画素の読み出しタイミングを定義する垂直カウンタとを備え、前記水平カウンタのカウント値と前記垂直カウンタのカウント値とに基づいて前記色選択タイミング信号を生成し、
前記各画像センサー前処理ユニットは当該ユニットに対応する前記色選択タイミング信号に応じて前記所定の画像処理を実行することを特徴とする、
画像処理装置。 - 請求項1記載の画像処理装置であって、
前記色タイミングアレンジメント部は、
前記水平カウンタと、前記垂直カウンタとを備え、前記水平カウンタの出力信号の内で少なくとも最下位ビットを含む下位ビット(1ビット以上)と前記垂直カウンタの出力信号の内で少なくとも最下位ビットを含む下位ビット(1ビット以上)とを合わせることにより、その繰り返し範囲が規定されるカラーベースタイミング信号を生成するカラーベースタイミング信号生成部と、
前記入力チャンネル毎に設けられ、且つ、その各々は、前記カラーベースタイミング信号の前記繰り返し範囲内に於ける各場所の当該入力チャンネルに対応した色の種類を与えるデータが格納された複数のレジスタを備える、複数のタイミングレジスタと、
前記入力チャンネル毎に設けられ、且つ、その各々は、対応する前記複数のタイミングレジスタの各々の出力を入力とし、前記カラーベースタイミング信号によって、各入力チャンネルに属するタイミングレジスタ内の該当するレジスタの出力を前記色選択タイミング信号として選択する、複数のタイミングレジスタ用セレクタとを備えることを特徴とする、
画像処理装置。 - 請求項2記載の画像処理装置であって、
前記カラーベースタイミング信号生成部は、
前記画素クロックに基づき前記画像センサーからの前記水平方向に於ける画素の読み出しタイミングを管理するグローバル水平方向カウンタと、
前記画素クロック及び前記グローバル水平方向カウンタのキャリーアウト端子から出力される水平方向リセット信号に基づき前記画像センサーからの前記垂直方向に於ける前記画素の読み出しタイミングを管理するグローバル垂直方向カウンタと、
前記グローバル水平方向カウンタのリセットに同期してリセットされ、且つ、前記カラーベースタイミング信号の前記繰り返し範囲の前記水平方向に於ける周期を最大nビット(n≧1)の範囲内で以って決定するローカル水平方向カウンタと、
前記グローバル垂直方向カウンタのリセットに同期してリセットされ、且つ、前記カラーベースタイミング信号の前記繰り返し範囲の前記垂直方向に於ける周期を最大mビット(m≧1)の範囲内で以って決定するローカル垂直方向カウンタと、
前記ローカル水平方向カウンタのカウンタ値と前記ローカル垂直方向カウンタのカウンタ値とを選択的に合成して前記カラーベースタイミング信号を生成するセレクタ部とを備えることを特徴とする、
画像処理装置。 - 請求項2記載の画像処理装置であって、
前記カラーベースタイミング信号生成部は、
前記水平カウンタの前記下位ビットと前記垂直カウンタの前記下位ビットとを選択的に割り当てて前記繰り返し範囲を規定することで前記カラーベースタイミング信号を生成することを特徴とする、
画像処理装置。 - 請求項4記載の画像処理装置であって、
前記カラーベースタイミング信号生成部は、
前記水平カウンタの下位2ビットと前記垂直カウンタの下位2ビットとの組合せ、
前記水平カウンタの下位3ビットと前記垂直カウンタの最下位1ビットとの組合せ、
前記水平カウンタの最下位1ビットと前記垂直カウンタの下位3ビットとの組合せ、
の何れかを選択的に割り当てることにより前記カラーベースタイミング信号を生成することを特徴とする、
画像処理装置。 - 請求項1乃至5のうちの何れか1項に記載の画像処理装置であって、
各入力チャンネルに共通な、前記所定の画像処理の実行に必要な各色用の補正データを格納しており、その出力の全ては前記各画像センサー前処理ユニットに入力される補正データ用レジスタを更に備えており、
前記複数の画像センサー前処理ユニットの各々は、
前記補正データ用レジスタの出力を当該ユニットに対応する前記色選択タイミング信号によって選択出力するセレクタと、
前記セレクタが選択出力する補正データを用いて前記画像データに対して前記所定の画像処理を実行する画像処理回路とを備えることを特徴とする、
画像処理装置。 - 請求項1乃至6のうちの何れか1項に記載の画像処理装置であって、
前記各画像センサー前処理ユニットは、
色毎に設けられており、色毎に当該色の明るさと出力値との非線形特性を補正するリニアライゼーション特性を保有する複数のリニアライゼーションテーブル用レジスタと、
当該ユニットに対応する前記色選択タイミング信号に応じて前記複数のリニアライゼーションテーブル用レジスタの出力を選択する第1セレクタと、
前記第1セレクタが選択・出力するリニアライゼーション特性を用いて入力画像データの非線形性を補正処理するリニアライゼーション処理部とを備えることを特徴とする、
画像処理装置。 - 請求項7記載の画像処理装置であって、
前記各画像センサー前処理ユニットは、
前記複数のリニアライゼーションテーブル用レジスタの出力の内で当該ユニットに対応する特定の出力を指定する固定リニアライゼーションパラメータを保有するレジスタと、
前記レジスタの出力及び当該ユニットに対応する前記色選択タイミング信号の何れかを選択・出力する第2セレクタを更に備えており、
前記第1セレクタは、前記第2セレクタの出力値に応じて前記複数のリニアライゼーションテーブル用レジスタの出力を選択することを特徴とする、
画像処理装置。 - 請求項8記載の画像処理装置であって、
前記各画像センサー前処理ユニットが有する前記複数のリニアライゼーションテーブル用レジスタの各々に保有されている前記リニアライゼーション特性は、複数個の折れ線から成る特性であり、
前記各画像センサー前処理ユニットは、
色毎に設けられ、その各々は色毎に当該色に対応する前記複数個の折れ線の内のある折れ線のあるレベルをリミット値として保有する複数のリミッタ用レジスタと、
前記第2セレクタの出力値に応じて前記複数のリミッタ用レジスタの出力を選択する第3セレクタとを更に備えており、
前記リニアライゼーション処理部は、前記入力画像データが前記第3セレクタの出力が与える前記リミット値以上となるときには、その補正処理をクリップすることを特徴とする、
画像処理装置。 - 請求項1乃至9のうちの何れか1項に記載の画像処理装置であって、
前記複数の画像センサー前処理ユニットの各々は、受信した画像データに対して前記画像信号の正規化を行うための黒レベル補正処理を前記画素クロック毎に実行する黒レベル補正処理部を有し、
前記水平カウンタ及び前記垂直カウンタによって、前記画像センサーの各画素の位置が規定され、
前記黒レベル補正処理部は、
入力する画像信号に対応する画素の前記位置に応じて、当該入力画像信号に対応する色の一定の黒レベル補正データを変調して、当該変調データを前記入力画像信号から減算することを特徴とする、
画像処理装置。 - 請求項10記載の画像処理装置であって、
前記黒レベル補正処理部は、
前記水平カウンタ及び前記垂直カウンタで規定される位置座標内に離散的に配置された複数の黒レベル変調データを保有しており、前記入力画像信号に対応する画素の前記位置に於ける変調データを、前記複数の黒レベル変調データを用いた内挿補間によって求めることを特徴とする、
画像処理装置。 - 請求項11記載の画像処理装置であって、
前記黒レベル補正処理部は、
対角線上に隣り合う場合を除いて、互いに隣り合う黒レベル変調データ同士の配置位置の間隔が常に2n(nは自然数)に成る様に配置された前記複数の黒レベル変調データを用いて前記内挿補間を行うことを特徴とする、
画像処理装置。 - 請求項12記載の画像処理装置であって、
前記黒レベル補正処理部は、
変調範囲の物理的な広さを規定する前記水平カウンタ及び前記垂直カウンタの上位ビットを選択することを特徴とする、
画像処理装置。 - 請求項12又は13に記載の画像処理装置であって、
正及び負の値を取り得るオフセット値を前記水平カウンタ及び前記垂直カウンタの各々の出力値に独立に加算して、前記複数の黒レベル変調データで規定される変調範囲の中心を前記画像センサーの有効画素領域の中心に一致させた後に、前記内挿補間の演算を行うことを特徴とする、
画像処理装置。 - 請求項1乃至14のうちの何れか1項に記載の画像処理装置であって、
前記複数の画像センサー前処理ユニットの各々は、受信した画像データに対して前記画像信号の正規化を行うためのホワイトバランス補正処理を前記画素クロック毎に実行するホワイトバランス補正処理部を有し、
前記水平カウンタ及び前記垂直カウンタによって、前記画像センサーの各画素の位置が規定され、
前記ホワイトバランス補正処理部は、
入力する画像信号に対応する画素の前記位置に応じて、当該入力画像信号に対応する色の一定のホワイトバランス補正データを変調して、当該変調データを前記入力画像信号に乗算することを特徴とする、
画像処理装置。 - 請求項15記載の画像処理装置であって、
前記ホワイトバランス補正処理部は、
前記水平カウンタ及び前記垂直カウンタで規定される位置座標内に離散的に配置された複数のホワイトバランス変調データを保有しており、前記入力画像信号に対応する画素の前記位置に於ける変調データを、前記複数のホワイトバランス変調データを用いた内挿補間によって求めることを特徴とする、
画像処理装置。 - 請求項16記載の画像処理装置であって、
前記ホワイトバランス補正処理部は、
対角線上に隣り合う場合を除いて、互いに隣り合うホワイトバランス変調データ同士の配置位置の間隔が常に2n(nは自然数)に成る様に配置された前記複数のホワイトバランス変調データを用いて前記内挿補間を行うことを特徴とする、
画像処理装置。 - 請求項17記載の画像処理装置であって、
前記ホワイトバランス補正処理部は、
変調範囲の物理的な広さを規定する前記水平カウンタ及び前記垂直カウンタの上位ビットを選択することを特徴とする、
画像処理装置。 - 請求項17又は18に記載の画像処理装置であって、
正及び負の値を取り得るオフセット値を前記水平カウンタ及び前記垂直カウンタの各々の出力値に独立に加算して、前記複数のホワイトバランス変調データで規定される変調範囲の中心を前記画像センサーの有効画素領域の中心に一致させた後に、前記内挿補間の演算を行うことを特徴とする、
画像処理装置。 - 請求項1乃至19のうちの何れか1項に記載の画像処理装置であって、
前記複数の画像センサー前処理ユニットの各々は、受信した画像データに対して、当該画像信号と当該画像信号に対応する着目画素の近傍の同色の画素の画像信号との差分信号に一定の尾引き補正ゲインを乗算して得られる尾引き補正値を加算する尾引き補正処理を前記画素クロック毎に実行する尾引き補正処理部を有し、
前記水平カウンタ及び前記垂直カウンタによって、前記画像センサーの各画素の位置が規定され、
前記尾引き補正処理部は、
入力する画像信号に対応する前記着目画素の前記位置に応じて、当該入力画像信号に対応する色の前記尾引き補正ゲインを変調して、当該被変調補正ゲインを前記差分信号に乗算することで前記尾引き補正値を得ることを特徴とする、
画像処理装置。 - 請求項20記載の画像処理装置であって、
前記尾引き補正処理部は、
前記水平カウンタ及び前記垂直カウンタで規定される位置座標内に離散的に配置された複数の尾引き補正ゲイン変調データを保有しており、前記入力画像信号に対応する前記着目画素の前記位置に於ける前記被変調補正ゲインを、前記複数の尾引き補正ゲイン変調データを用いた内挿補間によって求めることを特徴とする、
画像処理装置。 - 請求項21記載の画像処理装置であって、
前記尾引き補正処理部は、
対角線上に隣り合う場合を除いて、互いに隣り合う尾引き補正ゲイン変調データ同士の配置位置の間隔が常に2n(nは自然数)に成る様に配置された前記複数の尾引き補正ゲイン変調データを用いて前記内挿補間を行うことを特徴とする、
画像処理装置。 - 請求項22記載の画像処理装置であって、
前記尾引き補正処理部は、
変調範囲の物理的な広さを規定する前記水平カウンタ及び前記垂直カウンタの上位ビットを選択することを特徴とする、
画像処理装置。 - 請求項22又は23に記載の画像処理装置であって、
正及び負の値を取り得るオフセット値を前記水平カウンタ及び前記垂直カウンタの各々の出力値に独立に加算して、前記複数の尾引き補正ゲイン変調データで規定される変調範囲の中心を前記画像センサーの有効画素領域の中心に一致させた後に、前記内挿補間の演算を行うことを特徴とする、
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