JP5029274B2 - 撮像装置 - Google Patents
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Description
例えば、空間周波数がナイキスト周波数に等しい白黒縦縞模様の像に対して、焦点検出画素の4方向の斜めに隣接する撮像画素の画素データを平均して焦点検出画素の位置の画素データを補間した場合には、本来あるべき画素データと補間データとでは白黒が反転してしまう場合がある。
これは、撮像画素の配列の間に焦点検出画素の配列が挿入されたことによって、撮像画素のピッチが焦点検出画素配列の近傍で大きくなり、それにともなって画像のナイキスト周波数が低周波に変化して画像の再現性が低下するためである。
特に、焦点検出画素や欠陥画素が線状に配列され、この配列方向に直交する方向に高い空間周波数成分を有する像が存在する場合には、上記のような平均化による画素補間を行うと画像劣化が顕著となり視認され易くなる。
請求項2の発明による撮像装置は、光学系による像を受光して画素信号を出力する撮像画素を二次元に配列するとともに、前記撮像画素の配列中に前記撮像画素とは異なる非撮像画素を配列した撮像素子と、前記非撮像画素の周辺に配置された前記撮像画素の前記画素信号に基づいて、前記画素信号の連続性がある方向を検出する連続性検出手段と、前記非撮像画素の周辺に配置された前記撮像画素の前記画素出力を前記連続性がある方向に応じて処理することによって、前記非撮像画素の位置における画素信号を求める演算手段と、を備え、前記撮像素子は、異なる分光特性を有する複数種類の前記撮像画素が一定の法則にしたがって異なる密度で配置されており、前記演算手段は、前記複数種類の撮像画素の中の配置密度が相対的に高い前記撮像画素の位置に配置された前記非撮像画素に対する前記画素信号の演算と、前記複数種類の撮像画素の中の配置密度が相対的に低い前記撮像画素の位置に配置された前記非撮像画素に対する前記画素信号の演算とを、それぞれ異なる処理により行い、前記複数種類の撮像画素の中の配置密度が相対的に低い前記撮像画素の位置に配置された前記非撮像画素に対する前記画素信号の演算は、当該非撮像画素周辺における配置密度が相対的に高い前記撮像画素の画素信号と配置密度が相対的に低い前記撮像画素の画素信号との比により生成する処理であることを特徴とする。
請求項3の発明による撮像装置は、光学系による像を受光して画素信号を出力する撮像画素を二次元に配列するとともに、前記撮像画素の配列中に前記撮像画素とは異なる非撮像画素を配列した撮像素子と、前記非撮像画素の周辺に配置された前記撮像画素の前記画素信号に基づいて、前記画素信号の連続性がある方向を検出する連続性検出手段と、前記非撮像画素の周辺に配置された前記撮像画素の前記画素出力を前記連続性がある方向に応じて処理することによって、前記非撮像画素の位置における画素信号を求める演算手段と、を備え、前記非撮像画素近傍の入射光の分光分布に基づいて当該非撮像画素の位置における画素信号を推定する推定手段と、前記非撮像画素周辺の前記撮像画素の画素信号を統計平均して当該非撮像画素の位置における画素信号を算出する平均手段と、前記平均手段により算出した前記画素信号を基準にして前記演算手段により演算した前記画素信号と前記推定手段により推定した前記画素信号とを比較し、前記演算手段により演算した前記画素信号と前記推定手段により推定した前記画素信号の内のいずれか一方を最終的な画素信号に選択する選択手段とを備えることを特徴とする。
(1)式において、Σ演算はnについて累積される。nのとる範囲は、像ずらし量kに応じてA1n、A1n+1、A2n+k、A2n+1+kのデータが存在する範囲に限定される。像ずらし量kは整数であり、データ列のデータ間隔を単位とした相対的シフト量である。(1)式の演算結果は、図13(a)に示すように、一対のデータの相関が高いシフト量(図13(a)ではk=kj=2)において相関量C(k)が極小(小さいほど相関度が高い)になる。なお、相関演算式は(1)式に限定されない。
x=kj+D/SLOP ・・・(2),
C(x)=C(kj)−|D| ・・・(3),
D={C(kj-1)−C(kj+1)}/2 ・・・(4),
SLOP=MAX{C(kj+1)−C(kj),C(kj-1)−C(kj)} ・・・(5)
shft=PY・x ・・・(6)
(6)式において、PYは検出ピッチ、すなわち焦点検出画素のピッチである。次に、(6)式により算出された像ズレ量に所定の変換係数kを乗じてデフォーカス量defへ変換する。
def=k・shft ・・・(7)
Gav=(G10+G30+G21+G12+G32+G14+G34+G25+G16+G36)/10 ・・・(8),
Gsd=(|G10−Gav|+|G30−Gav|+|G21−Gav|+|G12−Gav|+|G32−Gav|+|G14−Gav|+|G34−Gav|+|G25−Gav|+|G16−Gav|+|G36−Gav|))/(10・Gav) ・・・(9)
焦点検出画素位置近傍の画素データの偏差を表すGsdが所定のしきい値以内である場合には、像の均一性があると判定される。均一性があると判別された場合はステップ420へ進み、均一性がないと判断された場合はステップ340へ進む。
Gav1=(G12+G21)/2 ・・・(10),
Gsd1=|G12−G21|/Gav1 ・・・(11),
Gav2=(G14+G32)/2 ・・・(12),
Gsd2=|G14−G32|/Gav2 ・・・(13),
Gav3=(G25+G34)/2 ・・・(14),
Gsd3=|G25−G34|/Gav3 ・・・(15),
Gdf12=|Gav1−Gav2| ・・・(16),
Gdf13=|Gav1−Gav3| ・・・(17),
Gdf23=|Gav2−Gav3| ・・・(18)
Gav1=(G14+G25)/2 ・・・(19),
Gsd1=|G14−G25|/Gav1 ・・・(20),
Gav2=(G12+G34)/2 ・・・(21),
Gsd2=|G12−G34|/Gav2 ・・・(22),
Gav3=(G21+G32)/2 ・・・(23),
Gsd3=|G21−G32|/Gav3 ・・・(24),
Gdf12=|Gav1−Gav2| ・・・(25),
Gdf13=|Gav1−Gav3| ・・・(26),
Gdf23=|Gav2−Gav3| ・・・(27)
Gav1=(G12+G14)/2 ・・・(28),
Gsd1=|G12−G14|/Gav1 ・・・(29),
Gav2=(G21+G25)/2 ・・・(30),
Gsd2=|G21−G25|/Gav2 ・・・(31),
Gav3=(G32+G34)/2 ・・・(32),
Gsd3=|G32−G34|/Gav3 ・・・(33),
Gdf12=|Gav1−Gav2| ・・・(34),
Gdf13=|Gav1−Gav3| ・・・(35),
Gdf23=|Gav2−Gav3| ・・・(36)
Gav1=(G01+G21+G41)/3 ・・・(37),
Gsd1=(|G01−Gav1|+|G21−Gav1|+|G41−Gav1|/(3・Gav1) ・・・(38),
Gav2=(G12+G32)/2 ・・・(39),
Gsd2=|G12−G32|/Gav2 ・・・(40),
Gav3=(G14+G34)/2 ・・・(41),
Gsd3=|G14−G34|/Gav3 ・・・(42),
Gav4=(G05+G25+G45)/2 ・・・(43),
Gsd4=(|G05−Gav4|+|G25−Gav4|+|G45−Gav4|)/Gav4 ・・・(44),
Gdf12=|Gav1−Gav2| ・・・(45),
Gdf23=|Gav2−Gav3| ・・・(46),
Gdf34=|Gav3−Gav4| ・・・(47)
G23=(G12+G32+G14+G34)/4 ・・・(48)
G23=(G14+G32)/2 ・・・(49)
また、左上がり斜め45度方向に像の連続性がある場合(DCG=3)には、図16に示すDCG=3の方向において焦点検出画素の近傍にある緑画素の画素データの平均をとり、焦点検出画素位置の画素データとする。
G23=(G12+G34)/2 ・・・(50)
さらに、焦点検出画素配列の方向に直交する方向に像の連続性がある場合(DCG=2)には、図16に示すDCG=2の方向において焦点検出画素の近傍にある緑画素の画素データの平均をとり、焦点検出画素位置の画素データとする。
G23=(G21+G25)/2 ・・・(51)
Gip0=Gav2+Gav3−(Gav1+Gav4)/2 ・・・(52)
A23=Ka・(Ga+Ba+Ra) ・・・(53)
(53)式において、Kaは焦点検出画素の光電変換部の面積を撮像画素の光電変換部の面積で除して求めた係数であり、Ga、Ba、Raは焦点検出画素の位置にそれぞれ緑画素、青画素、赤画素があった場合の画素データである。
Ba/Ga=(B11+B31+B15+B35)/(2・(G21+G25)) ・・・(54),
Ra/Ga=2・(R22+R24)/(G12+G32+G14+G34) ・・・(55)
と表される。
Gip2=Ga=A23/(Ka・(1+(B11+B31+B15+B35)/(2・(G21+G25))+2・(R22+R24)/(G12+G32+G14+G34)) ・・・(56)
G23=Gip0 ・・・(57)
それ以外の場合は、
G23=Gip2 ・・・(58)
上記の処理を行うことにより、ナイキスト周波数近傍の高周波成分を多く含む像に対しても補間画素データの大外れを防止することができる。
B33/(G23+G32+G34+G43)=((B31/(G21+G30+G32+G41)+(B35/(G25+G34+G36+G45))/2 ・・・(59)
(58)式を整理すれば、補間画素データB33が算出される。
B33=(G23+G32+G34+G43)・((B31/(G21+G30+G32+G41)+(B35/(G25+G34+G36+G45))/2 ・・・(60)
図14に示す一実施の形態の動作のステップ330、340、360、380、400において、像の均一性や連続性を判定するための式において使用される撮像画素の画素データの範囲は、上述した式の範囲に限定されているわけではなく、状況に応じて任意に変更が可能である。
Claims (11)
- 光学系による像を受光して画素信号を出力する撮像画素を二次元に配列するとともに、前記撮像画素の配列中に前記撮像画素とは異なる非撮像画素を配列した撮像素子と、
前記非撮像画素の周辺に配置された前記撮像画素の前記画素信号に基づいて、前記画素信号の連続性がある方向を検出する連続性検出手段と、
前記非撮像画素の周辺に配置された前記撮像画素の前記画素出力を前記連続性がある方向に応じて処理することによって、前記非撮像画素の位置における画素信号を求める演算手段と、を備え、
前記撮像素子は、異なる分光特性を有する複数種類の前記撮像画素が一定の法則にしたがって異なる密度で配置されており、
前記演算手段は、前記複数種類の撮像画素の中の配置密度が相対的に高い前記撮像画素の位置に配置された前記非撮像画素に対する前記画素信号の演算と、前記複数種類の撮像画素の中の配置密度が相対的に低い前記撮像画素の位置に配置された前記非撮像画素に対する前記画素信号の演算とを、それぞれ異なる処理により行い、
前記複数種類の撮像画素の中の配置密度が相対的に高い前記撮像画素の位置に配置された前記非撮像画素に対する前記画素信号の演算は、前記連続性のある方向において当該非撮像画素周辺の配置密度が相対的に高い前記撮像画素から出力される画素信号を平均化する処理であることを特徴とする撮像装置。 - 光学系による像を受光して画素信号を出力する撮像画素を二次元に配列するとともに、前記撮像画素の配列中に前記撮像画素とは異なる非撮像画素を配列した撮像素子と、
前記非撮像画素の周辺に配置された前記撮像画素の前記画素信号に基づいて、前記画素信号の連続性がある方向を検出する連続性検出手段と、
前記非撮像画素の周辺に配置された前記撮像画素の前記画素出力を前記連続性がある方向に応じて処理することによって、前記非撮像画素の位置における画素信号を求める演算手段と、を備え、
前記撮像素子は、異なる分光特性を有する複数種類の前記撮像画素が一定の法則にしたがって異なる密度で配置されており、
前記演算手段は、前記複数種類の撮像画素の中の配置密度が相対的に高い前記撮像画素の位置に配置された前記非撮像画素に対する前記画素信号の演算と、前記複数種類の撮像画素の中の配置密度が相対的に低い前記撮像画素の位置に配置された前記非撮像画素に対する前記画素信号の演算とを、それぞれ異なる処理により行い、
前記複数種類の撮像画素の中の配置密度が相対的に低い前記撮像画素の位置に配置された前記非撮像画素に対する前記画素信号の演算は、当該非撮像画素周辺における配置密度が相対的に高い前記撮像画素の画素信号と配置密度が相対的に低い前記撮像画素の画素信号との比により生成する処理であることを特徴とする撮像装置。 - 光学系による像を受光して画素信号を出力する撮像画素を二次元に配列するとともに、前記撮像画素の配列中に前記撮像画素とは異なる非撮像画素を配列した撮像素子と、
前記非撮像画素の周辺に配置された前記撮像画素の前記画素信号に基づいて、前記画素信号の連続性がある方向を検出する連続性検出手段と、
前記非撮像画素の周辺に配置された前記撮像画素の前記画素出力を前記連続性がある方向に応じて処理することによって、前記非撮像画素の位置における画素信号を求める演算手段と、を備え、
前記非撮像画素近傍の入射光の分光分布に基づいて当該非撮像画素の位置における画素信号を推定する推定手段と、
前記非撮像画素周辺の前記撮像画素の画素信号を統計平均して当該非撮像画素の位置における画素信号を算出する平均手段と、
前記平均手段により算出した前記画素信号を基準にして前記演算手段により演算した前記画素信号と前記推定手段により推定した前記画素信号とを比較し、前記演算手段により演算した前記画素信号と前記推定手段により推定した前記画素信号の内のいずれか一方を最終的な画素信号に選択する選択手段とを備えることを特徴とする撮像装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の撮像装置において、
前記連続性検出手段は、前記非撮像画素を基準とする前記撮像素子上の複数の方向に沿った複数の撮像画素が出力する前記画素信号の出力の変化が少ない方向を前記連続性がある方向として検出することを特徴とする撮像装置。 - 請求項1、請求項2または請求項4に記載の撮像装置において、
前記演算手段は、前記連続性のある方向が前記非撮像画素の配列方向と一致した場合には、前記非撮像画素の配列方向と垂直な方向の前記非撮像画素周辺の前記撮像画素の画素信号に基づいて内挿を行うことを特徴とする撮像装置。 - 請求項1、請求項2または請求項4に記載の撮像装置において、
前記非撮像画素周辺の前記撮像画素の画素信号に基づいて、当該非撮像画素周辺の前記像に一様性があるか否かを判定する判定手段と、
前記非撮像画素周辺の前記撮像画素の画素信号を統計平均して当該非撮像画素の位置における画素信号を算出する平均手段と、
前記判定手段により一様性があると判定された場合は、前記平均手段により算出された前記画素信号を前記非撮像画素の位置における最終的な画素信号に決定する決定手段とを備えることを特徴とする撮像装置。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の撮像装置において、
前記非撮像画素は、前記光学系の焦点調節状態を検出するための画素信号を出力する焦点検出画素であることを特徴とする撮像装置。 - 請求項7に記載の撮像装置において、
前記撮像画素の二次元配列は、赤画素、緑画素および青画素のベイヤー配列であることを特徴とする撮像装置。 - 請求項8に記載の撮像装置において、
前記焦点検出画素は、前記緑画素と前記青画素が直線上に配列された行または列の一部に配列されることを特徴とする撮像装置。 - 請求項7〜9のいずれか1項に記載の撮像装置において、
前記焦点検出画素は、マイクロレンズと光電変換部から構成されることを特徴とする撮像装置。 - 請求項10に記載の撮像装置において、
前記焦点検出画素は、前記光学系の射出瞳の一対の領域を通過する一対の光束によって形成される一対の像に応じた焦点検出用信号を出力することを特徴とする撮像装置。
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