以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、同一の部分には同一の符号を付し、同一の部分に関する重複する説明を原則として省略する。後に第1〜第7実施例を説明するが、まず、各実施例に共通する事項又は各実施例にて参照される事項について説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る撮像装置1の全体ブロック図である。撮像装置1は、例えば、デジタルビデオカメラである。撮像装置1は、動画像及び静止画像を撮影可能となっていると共に、動画像撮影中に静止画像を同時に撮影することも可能となっている。
[基本的な構成の説明]
撮像装置1は、撮像部11と、AFE(Analog Front End)12と、映像信号処理部13と、マイク14と、音声信号処理部15と、圧縮処理部16と、DRAM(Dynamic Random Access Memory)などの内部メモリ17と、SD(Secure Digital)カードや磁気ディスクなどの外部メモリ18と、伸張処理部19と、VRAM(Video Random Access Memory)20と、音声出力回路21と、TG(タイミングジェネレータ)22と、CPU(Central Processing Unit)23と、バス24と、バス25と、操作部26と、表示部27と、スピーカ28と、を備えている。操作部26は、録画ボタン26a、シャッタボタン26b及び操作キー26c等を有している。撮像装置1内の各部位は、バス24又は25を介して、各部位間の信号(データ)のやり取りを行う。
TG22は、撮像装置1全体における各動作のタイミングを制御するためのタイミング制御信号を生成し、生成したタイミング制御信号を撮像装置1内の各部に与える。タイミング制御信号は、垂直同期信号Vsyncと水平同期信号Hsyncを含む。CPU23は、撮像装置1内の各部の動作を統括的に制御する。操作部26は、ユーザによる操作を受け付ける。操作部26に与えられた操作内容は、CPU23に伝達される。撮像装置1内の各部は、必要に応じ、信号処理時に一時的に各種のデータ(デジタル信号)を内部メモリ17に記録する。
撮像部11は、撮像素子(イメージセンサ)33の他、図示されない光学系、絞り及びドライバを備える。被写体からの入射光は、光学系及び絞りを介して、撮像素子33に入射する。光学系を構成する各レンズは、被写体の光学像を撮像素子33上に結像させる。TG22は、上記タイミング制御信号に同期した、撮像素子33を駆動するための駆動パルスを生成し、該駆動パルスを撮像素子33に与える。
撮像素子33は、CCD(Charge Coupled Devices)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等からなる固体撮像素子である。撮像素子33は、光学系及び絞りを介して入射した光学像を光電変換し、該光電変換によって得られた電気信号をAFE12に出力する。より具体的には、撮像素子33は、マトリクス状に二次元配列された複数の受光画素(図1において不図示)を備え、各撮影において、各受光画素は露光時間に応じた電荷量の信号電荷を蓄える。蓄えた信号電荷の電荷量に比例した大きさを有する各受光画素からの電気信号は、TG22からの駆動パルスに従って、後段のAFE12に順次出力される。
AFE12は、撮像素子33(各受光画素)から出力されるアナログ信号を増幅し、増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換してから映像信号処理部13に出力する。AFE12における信号増幅の増幅度はCPU23によって制御される。映像信号処理部13は、AFE12の出力信号によって表される画像に対して各種画像処理を施し、画像処理後の画像についての映像信号を生成する。映像信号は、通常、画像の輝度を表す輝度信号Yと、画像の色を表す色差信号U及びVと、から構成される。
マイク14は撮像装置1の周辺音をアナログの音声信号に変換し、音声信号処理部15は、このアナログの音声信号をデジタルの音声信号に変換する。
圧縮処理部16は、映像信号処理部13からの映像信号を、所定の圧縮方式を用いて圧縮する。動画像または静止画像の撮影及び記録時において、圧縮された映像信号は外部メモリ18に記録される。また、圧縮処理部16は、音声信号処理部15からの音声信号を、所定の圧縮方式を用いて圧縮する。動画像撮影及び記録時において、映像信号処理部13からの映像信号と音声信号処理部15からの音声信号は、圧縮処理部16にて時間的に互いに関連付けられつつ圧縮され、圧縮後のそれらは外部メモリ18に記録される。
録画ボタン26aは、動画像の撮影及び記録の開始/終了を指示するための押しボタンスイッチであり、シャッタボタン26bは、静止画像の撮影及び記録を指示するための押しボタンスイッチである。
撮像装置1の動作モードには、動画像及び静止画像の撮影が可能な撮影モードと、外部メモリ18に格納された動画像及び静止画像を表示部27に再生表示する再生モードと、が含まれる。操作キー26cに対する操作に応じて、各モード間の遷移は実施される。
撮影モードでは、所定のフレーム周期にて順次撮影が行われ、撮像素子33から撮影画像列が取得される。撮影画像列に代表される画像列とは、時系列で並ぶ画像の集まりを指す。また、画像を表すデータを画像データと呼ぶ。画像データも、映像信号の一種と考えることができる。1つのフレーム周期分の画像データによって1枚分の画像が表現される。映像信号処理部13は、AFE12の出力信号によって表される画像に対して各種画像処理を施すが、この画像処理を施す前の、AFE12の出力信号そのものによって表される画像を、原画像と呼ぶ。従って、1つのフレーム周期分の、AFE12の出力信号によって、1枚の原画像が表現される。
撮影モードにおいて、ユーザが録画ボタン26aを押下すると、CPU23の制御の下、その押下後に得られる映像信号及びそれに対応する音声信号が、順次、圧縮処理部16を介して外部メモリ18に記録される。動画像撮影の開始後、再度ユーザが録画ボタン26aを押下すると、映像信号及び音声信号の外部メモリ18への記録は終了し、1つの動画像の撮影は完了する。また、撮影モードにおいて、ユーザがシャッタボタン26bを押下すると、静止画像の撮影及び記録が行われる。
再生モードにおいて、ユーザが操作キー26cに所定の操作を施すと、外部メモリ18に記録された動画像又は静止画像を表す圧縮された映像信号は、伸張処理部19にて伸張されVRAM20に書き込まれる。尚、撮影モードにおいては、通常、録画ボタン26a及びシャッタボタン26bに対する操作内容に関係なく、映像信号処理13による映像信号の生成が逐次行われており、その映像信号はVRAM20に書き込まれる。
表示部27は、液晶ディスプレイなどの表示装置であり、VRAM20に書き込まれている映像信号に応じた画像を表示する。また、再生モードにおいて動画像を再生する際、外部メモリ18に記録された動画像に対応する圧縮された音声信号も、伸張処理部19に送られる。伸張処理部19は、受け取った音声信号を伸張して音声出力回路21に送る。音声出力回路21は、与えられたデジタルの音声信号をスピーカ28にて出力可能な形式の音声信号(例えば、アナログの音声信号)に変換してスピーカ28に出力する。スピーカ28は、音声出力回路21からの音声信号を音声(音)として外部に出力する。
[撮像素子の受光画素配列]
図2は、撮像素子33の有効領域内の受光画素配列を示している。撮像素子33の有効領域は長方形形状を有しており、その長方形の一頂点を撮像素子33の原点と捉える。原点が撮像素子33の有効領域の左上隅に位置するものとする。撮像素子33の垂直方向における有効画素数と水平方向における有効画素数との積(例えば、数100〜数1000の二乗)に相当する個数の受光画素が二次元配列されることによって、撮像素子33の有効領域が形成される。撮像素子33の有効領域内の各受光画素をPS[x,y]にて表す。ここで、x及びyは整数である。撮像素子33の原点から見て、右側に位置する受光画素ほど、対応する変数xの値が大きくなり、下側に位置する受光画素ほど、対応する変数yの値が大きくなるものとする。撮像素子33において、上下方向は垂直方向に対応し、左右方向は水平方向に対応する。
図2では、便宜上、10×10の受光画素領域のみを図示しており、この受光画素領域を符号200によって参照する。以下の説明では、受光画素領域200内の受光画素に特に注目する。受光画素領域200内には、不等式「1≦x≦10」及び「1≦y≦10」を満たす合計100個の受光画素PS[x,y]が示されている。受光画素領域200内に属する受光画素群の内、受光画素PS[1,1]の配置位置が最も撮像素子33の原点に近く、受光画素PS[10,10]の配置位置が最も撮像素子33の原点から遠い。
撮像装置1は、1枚のイメージセンサのみを用いる、いわゆる単板方式を採用している。図3は、撮像素子33の各受光画素の前面に配置されたカラーフィルタの配列を示している。図3に示される配列は、一般に、ベイヤー配列と呼ばれる。カラーフィルタには、光の赤成分のみを透過させる赤フィルタと、光の緑成分のみを透過させる緑フィルタと、光の青成分のみを透過させる青フィルタと、がある。赤フィルタは、受光画素PS[2nA−1,2nB]の前面に配置され、青フィルタは、受光画素PS[2nA,2nB−1]の前面に配置され、緑フィルタは、受光画素PS[2nA−1,2nB−1]又はPS[2nA,2nB]の前面に配置される。ここで、nA及びnBは整数である。尚、図3並びに後述の図5等において、赤フィルタに対応する部位をRにて表し、緑フィルタに対応する部位をGにて表し、青フィルタに対応する部位をBにて表す。
赤フィルタ、緑フィルタ、青フィルタが前面に配置された受光画素を、夫々、赤受光画素、緑受光画素、青受光画素とも呼ぶ。各受光画素は、カラーフィルタを介して自身に入射した光を光電変換によって電気信号に変換する。この電気信号は、受光画素の画素信号を表し、以下、それを「受光画素信号」と呼ぶこともある。赤受光画素、緑受光画素及び青受光画素は、夫々、光学系の入射光の、赤成分、緑成分及び青成分にのみ反応する。
撮像素子33から受光画素信号を読み出す方式には、全画素読み出し方式、加算読み出し方式、間引き読み出し方式がある。全画素読み出し方式にて撮像素子33から受光画素信号を読み出す場合、撮像素子33の有効領域内に位置する全ての受光画素からの受光画素信号が個別にAFE12を介して映像信号処理部13に与えられる。加算読み出し方式及び間引き読み出し方式については、後述される。尚、以下の説明では、記述の簡略化上、AFE12における信号増幅及びデジタル化を無視して考える。
[原画像の画素配列]
図4(a)は、原画像の画素配列を示している。図4(a)では、図2の受光画素領域200に対応する、原画像の一部画像領域のみを示している。原画像を含む任意の画像は、二次元直交座標系である画像座標面XY上に二次元配列された画素群から形成されている、と考えることができる(図4(b)参照)。
記号P[x,y]は、受光画素PS[x,y]に対応する、原画像上の画素を表す。撮像素子33の原点に対応する原画像の原点から見て、右側に位置する画素ほど、対応する記号P[x,y]中の変数xの値が大きくなり、下側に位置する画素ほど、対応する記号P[x,y]中の変数yの値が大きくなるものとする。原画像において、上下方向は垂直方向に対応し、左右方向は水平方向に対応する。
また、以下の説明において、撮像素子33の位置を記号[x,y]にて表すと共に、原画像を含む任意の画像上の位置(画像座標面XY上の位置)も記号[x,y]にて表す。撮像素子33における位置[x,y]は、受光画素PS[x,y]の、撮像素子33上の位置と合致し、画像(画像座標面XY)における位置[x,y]は、原画像の画素P[x,y]の位置と合致する。但し、撮像素子33の各受光画素及び原画像上の各画素は、水平及び垂直方向においてゼロではない一定の大きさを有してため、厳密には、撮像素子33における位置[x,y]は、受光画素PS[x,y]の中心位置と合致し、画像(画像座標面XY)における位置[x,y]は、原画像の画素P[x,y]の中心位置と合致する。また、以下の説明では、画素(又は受光画素)の位置を示すことを明示すべく、記号[x,y]を、画素位置を表す記号としても用いることがある。
尚、原画像上の1画素の、水平方向の幅をWpで表す(図4(a)参照)。原画像上の1画素の、垂直方向の幅もWpである。従って、画像(画像座標面XY)上において、位置[x,y]と位置[x+1,y]との距離及び位置[x,y]と位置[x,y+1]との距離は、共にWpである。
全画素読み出し方式を用いた場合、AFE12から出力される、受光画素PS[x,y]の受光画素信号は、原画像の画素P[x,y]の画素信号となる。図5に、全画素読み出し方式を用いて得た原画像220における、画素信号のイメージ図を示す。図5及び後述する図6(a)〜(e)では、図示の簡略化上、画素位置[1,1]〜[4,4]に対応する部分のみを示している。また、図5及び後述する図6(a)〜(e)では、画素信号が表す色成分(R、G又はB)を、画素位置に対応させて示している。
原画像220において、画素位置[2nA−1,2nB]の画素信号は、AFE12から出力される赤受光画素PS[2nA−1,2nB]の受光画素信号であり、画素位置[2nA,2nB−1]の画素信号は、AFE12から出力される青受光画素PS[2nA,2nB−1]の受光画素信号であり、画素位置[2nA−1,2nB−1]又はP[2nA,2nB]の画素信号は、AFE12から出力される緑受光画素PS[2nA−1,2nB−1]又はPS[2nA,2nB]の受光画素信号である(nA及びnBは整数)。このように、全画素読み出し方式を用いた場合、画像上での画素間隔は、撮像素子33上の受光画素間隔と同様、均等となっている。
原画像220では、1つの画素位置に対して、赤成分、緑成分及び青成分の内の何れかの1つの色成分のみの画素信号が存在している。映像信号処理部13は、補間処理を用い、画像を形成する各々の画素に対して、3つの色成分の画素信号を割り当てるための処理を行う。このように、ある画素位置の色信号を補間によって生成する処理を色補間処理と呼ぶ。特に、ある画素位置に3つの色成分の画素信号が夫々含まれるようにする色補間処理は、一般にデモザイキング処理とも呼ばれ、色同時化処理と呼ばれることもある。
以下、原画像を含む任意の画像において、赤成分、緑成分及び青成分のデータを表す画素信号を、夫々、R信号、G信号及びB信号と呼ぶ。また、R信号、G信号及びB信号の何れかを色信号と呼ぶこともあり、それらを総称して、色信号と呼ぶこともある。
図6(a)〜(c)は、原画像220に対して施される色補間処理の概念図であり、図6(d)〜(e)は、原画像220に色補間処理を施すことによって得られた色補間画像230のイメージ図である。図6(a)〜(c)は、夫々、G、B及びR信号に対する色補間処理の概念図であり、図6(d)〜(e)では、色補間画像230の各画素位置にG、B及びR信号が存在している様子が示されている。図6(a)〜(c)において、丸で囲まれたG、B及びRは、夫々、周辺画素(矢印の根元に位置する画素)を用いた補間処理によって得られたG、B及びR信号を表している。尚、図示の煩雑化防止のため、色補間画像230におけるG、B及びR信号を別個に示しているが、原画像220から1枚の色補間画像230が生成される。
周知の如く、原画像220に対する色補間処理では、注目画素の周辺画素における着目色の画素信号を混合することによって、注目画素における着目色の画素信号が生成される。例えば、図6(a)に示す如く、原画像220における画素位置[3,1]、[2,2]、[4,2]及び[3,3]の画素信号の平均信号が、色補間画像230における画素位置[3,2]のG信号として生成され、原画像220における画素位置[2,2]、[1,3]、[3,3]及び[2,4]の画素信号の平均信号が、色補間画像230における画素位置[2,3]のG信号として生成される。原画像220における画素位置[2,2]及び[3,3]の画素信号は、そのまま、夫々、色補間画像230における画素位置[2,2]及び[3,3]のG信号とされる。同様に、周知の信号補間方法に従って、色補間画像230における各画素のB及びR信号も生成される。
撮像装置1は、加算読み出し方式又は間引き読み出し方式の利用時に特徴的な動作を行う。以下に、この特徴的な動作の実現方法を説明する実施例として、第1〜第7実施例を説明する。矛盾なき限り、或る実施例に記載した事項は他の実施例にも適用される。
<<第1実施例>>
まず、第1実施例について説明する。第1実施例では、撮像素子33から画素信号を読み出す方式として、複数の受光画素信号を加算しながら読み出す加算読み出し方式を用いる。この際、用いる加算パターンを複数の加算パターンの間で順次変更させながら加算読み出しを行う。加算パターンとは、加算の対象となる受光画素の組み合わせパターンを意味する。用いられる複数の加算パターンは、互いに異なる第1、第2、第3及び第4の加算パターンの内の、2以上の加算パターンを含む。
図7(a)、(b)、図8(a)及び(b)は、夫々、第1、第2、第3及び第4の加算パターンを用いた場合の信号加算の様子を示す。図7(a)、(b)、図8(a)及び(b)に対応する第1、第2、第3及び第4の加算パターンを、夫々、加算パターンPA1、PA2、PA3及びPA4によって参照することもある。図9(a)、(b)、(c)及び(d)は、夫々、第1、第2、第3及び第4の加算パターンを用いて加算読み出しを行った場合に得られる、原画像の画素信号の様子を示す。上述したように、受光画素PS[1,1]〜PS[10,10]から成る受光画素領域200に注目する(図2参照)。
図7(a)、(b)、図8(a)及び(b)に示される黒塗りの丸は、夫々、第1、第2、第3及び第4の加算パターンを用いた場合に想定される仮想的な受光画素の配置位置を示している。図7(a)、(b)、図8(a)及び(b)において、黒塗りの丸の周囲に示された矢印は、その丸に対応する仮想的な受光画素の画素信号を生成するために、該仮想的な受光画素の周辺受光画素の画素信号が加算される様子を示している。
第1の加算パターンとしての加算パターンPA1を用いる場合は、
撮像素子33の画素位置[2+4nA,2+4nB]及び[3+4nA,3+4nB]に仮想的な緑受光画素が配置され、撮像素子33の画素位置[3+4nA,2+4nB]に仮想的な青受光画素が配置され、撮像素子33の画素位置[2+4nA,3+4nB]に仮想的な赤受光画素が配置される、と想定する。
第2の加算パターンとしての加算パターンPA2を用いる場合は、
撮像素子33の画素位置[4+4nA,4+4nB]及び[5+4nA,5+4nB]に仮想的な緑受光画素が配置され、撮像素子33の画素位置[5+4nA,4+4nB]に仮想的な青受光画素が配置され、撮像素子33の画素位置[4+4nA,5+4nB]に仮想的な赤受光画素が配置される、と想定する。
第3の加算パターンとしての加算パターンPA3を用いる場合は、
撮像素子33の画素位置[4+4nA,2+4nB]及び[5+4nA,3+4nB]に仮想的な緑受光画素が配置され、撮像素子33の画素位置[5+4nA,2+4nB]に仮想的な青受光画素が配置され、撮像素子33の画素位置[4+4nA,3+4nB]に仮想的な赤受光画素が配置される、と想定する。
第4の加算パターンとしての加算パターンPA4を用いる場合は、
撮像素子33の画素位置[2+4nA,4+4nB]及び[3+4nA,5+4nB]に仮想的な緑受光画素が配置され、撮像素子33の画素位置[3+4nA,4+4nB]に仮想的な青受光画素が配置され、撮像素子33の画素位置[2+4nA,5+4nB]に仮想的な赤受光画素が配置される、と想定する。
尚、nA及びnBは、上述したように、整数である。
1つの仮想的な受光画素の画素信号は、その仮想的な受光画素の左斜め上、右斜め上、左斜め下及び右斜め下に隣接する実際の受光画素の画素信号の加算信号とされる。例えば、加算パターンPA1を用いる場合において、画素位置[2,2]に配置される仮想的な緑受光画素の画素信号は、実際の緑受光画素PS[1,1]、[3,1]、[1,3]及び[3,3]の画素信号の加算信号とされる。このように、同一色のカラーフィルタが配置された4つの受光画素の画素信号を加算することによって、その4つの受光画素の中心に位置する1つの仮想的な受光画素の画素信号を形成する。これは、どの加算パターン(後述する加算パターンPB1〜PB4、PC1〜PC4及びPD1〜PD4を含む)を用いた場合も同じである。
そして、位置[x,y]に配置された仮想的な受光画素の画素信号が、画像上の位置[x,y]の画素信号として取り扱われるように原画像が取得される。
従って、第1の加算パターン(PA1)を用いた加算読み出しによって得られる原画像は、図9(a)に示す如く、画素位置[2+4nA,2+4nB]及び[3+4nA,3+4nB]に配置された、G信号のみを有する画素と、画素位置[3+4nA,2+4nB]に配置された、B信号のみを有する画素と、画素位置[2+4nA,3+4nB]に配置された、R信号のみを有する画素と、を備えた画像となる。
同様に、第2の加算パターン(PA2)を用いた加算読み出しによって得られる原画像は、図9(b)に示す如く、画素位置[4+4nA,4+4nB]及び[5+4nA,5+4nB]に配置された、G信号のみを有する画素と、画素位置[5+4nA,4+4nB]に配置された、B信号のみを有する画素と、画素位置[4+4nA,5+4nB]に配置された、R信号のみを有する画素と、を備えた画像となる。
同様に、第3の加算パターン(PA3)を用いた加算読み出しによって得られる原画像は、図9(c)に示す如く、画素位置[4+4nA,2+4nB]及び[5+4nA,3+4nB]に配置された、G信号のみを有する画素と、画素位置[5+4nA,2+4nB]に配置された、B信号のみを有する画素と、画素位置[4+4nA,3+4nB]に配置された、R信号のみを有する画素と、を備えた画像となる。
同様に、第4の加算パターン(PA4)を用いた加算読み出しによって得られる原画像は、図9(d)に示す如く、画素位置[2+4nA,4+4nB]及び[3+4nA,5+4nB]に配置された、G信号のみを有する画素と、画素位置[3+4nA,4+4nB]に配置された、B信号のみを有する画素と、画素位置[2+4nA,5+4nB]に配置された、R信号のみを有する画素と、を備えた画像となる。
第1、第2、第3及び第4の加算パターンを用いた加算読み出しによって得られる原画像を、以下、夫々、第1、第2、第3及び第4の加算パターンの原画像と呼ぶ。また、或る原画像において、R、G又はB信号を有する画素を実画素とも呼び、R、G及びB信号の何れもが存在しない画素を空白画素とも呼ぶ。従って例えば、第1の加算パターンの原画像では、位置[2+4nA,2+4nB]、[3+4nA,3+4nB]、[3+4nA,2+4nB]又は[2+4nA,3+4nB]に配置される画素のみが実画素であり、それ以外の画素(例えば、位置[1,1]に配置される画素)は空白画素である。
図10は、図1の映像信号処理部13として用いられる映像信号処理部13aの内部ブロック図を含む、図1の撮像装置1の一部ブロック図である。映像信号処理部13aは、符号51〜56によって参照される各部位を備える。また図11は、図10の映像信号処理部13aの動作を示すフローチャートである。図10及び図11を用いて、映像信号処理部13aの構成及び動作の概要について説明する。尚、図11は、1枚の画像の処理について示したフローチャートである。
最初に、AFE12から映像信号処理部13aにRAWデータ(原画像を表す画像データ)が入力される(STEP1)。このRAWデータは、映像信号処理部13a内の色補間処理部51に入力される。
色補間処理部51は、STEP1で得られたRAWデータに色補間処理を施す(STEP2)。RAWデータ(原画像)は、色補間処理が施されることによってR、G及びB信号(色補間画像)に変換される。また、色補間画像を構成するR、G及びB信号は、順次画像合成部54に入力される。
色補間処理部51でのフレーム周期が経過するごとに、撮像素子33からAFE12を介して第1、第2、・・・、第(n−1)、第nフレームの原画像が順次取得され、色補間処理部51により、第1、第2、・・・、第(n−1)、第nフレームの原画像から夫々第1、第2、・・・、第(n−1)、第nフレームの色補間画像が生成される。
STEP2で生成された色補間画像(以下、現フレームの色補間画像とも呼ぶ)は画像合成部54に入力され、画像合成部54において1フレーム前に出力された合成画像(以下、前フレームの合成画像とも呼ぶ)と合成される。そして、この合成処理によって合成画像が生成される(STEP3)。ここで、色補間処理部51から画像合成部54に入力される第1、第2、・・・、第(n−1)、第nフレームの色補間画像からは、夫々第1、第2、・・・、第(n−1)、第nフレームの合成画像が生成されることとする(但し、nは2以上の整数)。即ち、第nフレームの色補間画像と第(n−1)フレームの合成画像とが合成されることにより、第nフレームの合成画像が生成されることとなる。
STEP3の合成を行うために、フレームメモリ52は、画像合成部54から出力される合成画像を一時記憶する。ここで、画像合成部54に第nフレームの色補間画像が入力される場合であれば、フレームメモリ52には第(n−1)フレームの合成画像が記憶されていることとなる。そして、画像合成部54は、フレームメモリ52に記憶した前フレームの合成画像を構成する信号と、色補間処理部51から入力される現フレームの色補間画像を構成する信号と、の夫々を順次入力させるとともに合成し、合成画像を構成する信号を順次出力する。
動き検出部53は、現時点において色補間処理部51から出力されている現フレームの色補間画像と、フレームメモリ52に記憶されている前フレームの合成画像と、に基づいて、これらの画像間における物体の動きを検出する。例えば、隣接フレーム間のオプティカルフローを求めることにより、動きを検出する。この場合、第nフレームの色補間画像の画像データと、第(n−1)フレームの合成画像の画像データと、に基づいて両画像間におけるオプティカルフローを求める。動き検出部53は、そのオプティカルフローから両画像間における動きの大きさ及び向きを検出する。この動き検出部53の検出結果は画像合成部54に入力され、画像合成部54による合成処理(STEP3)において利用される。
STEP3で生成された合成画像は、色同時化処理部55に入力される。色同時化処理部55は、入力される合成画像に色同時化処理(デモザイキング)を施すことで出力合成画像を生成する(STEP4)。また、STEP4で生成される出力合成画像は、信号処理部56に入力される。
信号処理部56は、入力される出力合成画像を構成するR、G及びB信号を変換して、輝度信号Y及び色差信号U及びVから成る映像信号を生成する(STEP5)。以上のSTEP1〜STEP5の動作は、夫々のフレームの画像に対して行われる。その結果、夫々のフレームの映像信号(Y、U及びV)が生成され、順次信号処理部56から出力される。出力される映像信号は圧縮処理部16に入力され、圧縮処理部16において所定の画像圧縮方式に従って圧縮符号化される。
尚、図10に示す構成では、AFE12から圧縮処理部16に向かって、色補間処理部51、動き検出部53、画像合成部54、色同時化処理部55及び信号処理部56が、この順番に配列されているが、この順番を変更することも可能である。以下に、色補間処理の基本方法を説明した後、色補間処理部51、動き検出部53、画像合成部54及び色同時化処理部55の機能について、詳細に説明する。
[色補間処理の基本方法]
G信号に着目し、図12(a)及び(b)を参照して、色補間処理の基本方法を説明する。原画像のG信号から色補間画像のG信号を生成する際、色補間画像上に補間画素位置が定められ、その補間画素位置の近傍位置に存在し且つG信号を有する、原画像における複数の実画素が注目される。そして、その注目された複数の実画素におけるG信号を混合することによって補間画素位置のG信号が生成される。補間画素位置におけるG信号を生成するために注目された複数の実画素を、便宜上、参照実画素群と呼ぶ。
参照実画素群を形成する実画素の個数が2であって、参照実画素群が第1及び第2画素から成る場合、式(A1)に従って補間画素位置におけるG信号値が算出される。ここで、図12(a)に示す如く、d1及びd2は、夫々、第1画素の画素位置と補間画素位置との距離及び第2画素の画素位置と補間画素位置との距離である。ここにおける距離は、画像上における距離(画像座標面XY上の距離)である。原画像における第1及び第2画素のG信号値を夫々式(A1)のVG1及びVG2に代入することによって得たVGTは、補間画素位置におけるG信号値を表す。つまり、補間画素位置におけるG信号値は、参照実画素群のG信号値を距離d1及びd2に応じて線形補間することによって算出される。尚、G信号値とはG信号の値を指す(R信号値、B信号値も同様)。
参照実画素群を形成する実画素の個数が4であって、参照実画素群が第1〜第4画素から成る場合も、参照実画素群を形成する実画素の個数が2である場合と同様の線形補間によって、補間画素位置におけるG信号値が算出される。つまり、第1〜第4画素の画素位置と補間画素位置との距離d1〜d4に応じた比率にて第1〜第4画素のG信号値VG1〜VG4を混合することにより、補間画素位置におけるG信号値VGTが算出される(図12(b)参照)。
尚、第1〜第m画素のG信号値VG1〜VGmを混合し、補間画素位置におけるG信号値VGTを算出することとしても構わない(mは2以上の整数)。参照実画素群を形成する実画素の個数がm個であったとしても、上述した方法と同様の方法(即ち、画素位置と補間画素位置との距離d1〜dmに応じた比率で混合を行う方法)で線形補間を行うことにより、G信号値VGTを算出することが可能である。G信号に着目して、色補間処理の基本方法を説明したが、B信号及びR信号に対しても、同様の方法に従って色補間処理がなされる。即ち、着目色が緑、青及び赤の何れであるかに拘らず、上述の基本方法に従って着目色の色信号に対する色補間処理がなされる。B又はR信号に対する色補間処理を考える場合は、上述の“G”を“B”又は“R”に読み替えれば足る。
[色補間処理部]
色補間処理部51は、AFE12から得られる原画像に対して色補間処理を施すことによって色補間画像を生成する。第1実施例及び後述する第2〜第5及び第7実施例において、AFE12から色補間処理部51に与えられる原画像は、例えば第1、第2、第3又は第4の加算パターンの原画像となる。故に、色補間処理の対象となる原画像における画素間隔(隣接する実画素の間隔)は、図9(a)〜(d)に示す如く、不均等である。このような原画像に対して、色補間処理部51は、上述の基本方法に従う色補間処理を実行する。
図13(a)〜(c)及び図14(a)〜(c)を参照して、第1の加算パターンの原画像251から色補間画像261を生成するための色補間処理を説明する。図13(a)〜(c)は、夫々、補間画素位置のG、B及びR信号を生成するために、原画像251の実画素のG、B及びR信号が混合される様子を示す図である。図14(a)〜(c)は、夫々、色補間画像261上のG、B及びR信号を示す図である。図13(a)〜(c)に示される黒塗りの丸は、夫々、色補間画像261におけるG、B及びR信号が生成されるべき補間画素位置を示し、各黒塗りの丸の周囲に示された黒及び灰色の矢印は、補間画素位置の色信号を生成するために複数の色信号が混合される様子を示している。尚、図示の煩雑化防止のため、色補間画像261におけるG、B及びR信号を別個に示しているが、原画像251から1枚の色補間画像261が生成される。
まず、図13(a)及び図14(a)を参照し、原画像251におけるG信号から色補間画像261におけるG信号を生成するための色補間処理を説明する。不等式“2≦x≦7”及び“2≦y≦7”を満たす位置[x,y]を内包するブロック241に注目する。そして、ブロック241内に属する実画素のG信号から生成される、色補間画像261の補間画素位置のG信号を考える。尚、補間画素位置に対して生成されるG信号(又はB信号若しくはR信号)を、特に、補間G信号(又は補間B信号若しくは補間R信号)とも呼ぶ。
ブロック241内に属する、原画像251上の実画素のG信号から、色補間画像261に設定される2つの補間画素位置301及び302についての補間G信号が生成される。補間画素位置301は[3.5,3.5]であり、この補間画素位置301の補間G信号は、実画素P[2,2]、P[6,2]、P[2,6]及びP[6,6]のG信号を用いて求められる。一方、補間画素位置302は[5.5,5.5]であり、この補間画素位置302の補間G信号は、実画素P[3,3]、P[7,3]、P[3,7]及びP[7,7]のG信号を用いて求められる。
図14(a)では、補間画素位置301及び302に生成される補間G信号を夫々符号311及び312によって指し示している。補間画素位置301に生成される補間G信号311の値は、原画像251における実画素P[2,2]、P[6,2]、P[2,6]及びP[6,6]の画素値(即ちG信号値)を、夫々の実画素と補間画素位置301との距離に応じた比率で混合することによって生成される。同様に、補間画素位置302に生成される補間G信号312の値は、原画像251における実画素P[3,3]、P[7,3]、P[3,7]及びP[7,7]の画素値(即ちG信号値)を、夫々の実画素と補間画素位置302との距離に応じた比率で混合することによって生成される。尚、画素値とは、画素信号の値を指す。
ブロック241に注目した場合は、2つの補間画素位置301及び302が設定されて、それらに対する補間G信号311及び312が生成される。注目するブロックを、ブロック241を起点として、水平方向、垂直方向に4画素ずつずらして、順次、同様の補間G信号の生成処理を行う。これにより、図21(a)に示すような、色補間画像261上のG信号が生成される。図21(a)におけるG12,2及びG13,3は、夫々、図14(a)の補間G信号311及び312に対応している。図21(a)に対する詳細な説明は後述することとし、先に、B及びR信号に対する色補間処理と、第2〜第4の加算パターンを用いた場合の色補間処理を説明する。
図13(b)及び図14(b)を参照し、原画像251におけるB信号から色補間画像261におけるB信号を生成するための色補間処理を説明する。ブロック241に注目し、ブロック241内に属する実画素のB信号から生成される、色補間画像261の補間画素位置のB信号を考える。
ブロック241内に属する実画素のB信号から、色補間画像261に設定される補間画素位置321についての補間B信号が生成される。補間画素位置321は[3.5,5.5]であり、この補間画素位置321の補間B信号は、実画素P[3,2]、P[7,2]、P[3,6]及びP[7,6]のB信号を用いて求められる。
図14(b)では、補間画素位置321に生成される補間B信号を符号331によって指し示している。補間画素位置321に生成される補間B信号331の値は、原画像251における実画素P[3,2]、P[7,2]、P[3,6]及びP[7,6]の画素値(即ちB信号値)を、夫々の実画素と補間画素位置321との距離に応じた比率で混合することによって生成される。
ブロック241に注目した場合は補間画素位置321が設定されて、これに対する補間B信号331が生成される。注目するブロックを、ブロック241を起点として、水平方向、垂直方向に4画素ずつずらして、順次、同様の補間B信号の生成処理を行う。これにより、図21(b)に示すような、色補間画像261上のB信号が生成される。図21(b)におけるB12,3は、図14(b)の補間B信号331に対応している。
図13(c)及び図14(c)を参照し、原画像251におけるR信号から色補間画像261におけるR信号を生成するための色補間処理を説明する。ブロック241に注目し、ブロック241内に属する実画素のR信号から生成される、色補間画像261の補間画素位置のR信号を考える。
ブロック241内に属する実画素のR信号から、色補間画像261に設定される補間画素位置341についての補間R信号が生成される。補間画素位置341は[5.5,3.5]であり、この補間画素位置341の補間R信号は、実画素P[2,3]、P[6,3]、P[2,7]及びP[6,7]のR信号を用いて求められる。
図14(c)では、補間画素位置341に生成される補間R信号を符号351によって指し示している。補間画素位置341に生成される補間R信号351の値は、原画像251における実画素P[2,3]、P[6,3]、P[2,7]及びP[6,7]の画素値(即ちR信号値)を、夫々の実画素と補間画素位置341との距離に応じた比率で混合することによって生成される。
ブロック241に注目した場合は補間画素位置341が設定されて、これに対する補間R信号351が生成される。注目するブロックを、ブロック241を起点として、水平方向、垂直方向に4画素ずつずらして、順次、同様の補間R信号の生成処理を行う。これにより、図21(c)に示すような、色補間画像261上のR信号が生成される。図21(c)におけるR13,2は、図14(c)の補間R信号351に対応している。
第2、第3、第4加算パターンの原画像に対する色補間処理を説明する。第2、第3、第4加算パターンの原画像を、夫々、符号252、253及び254によって参照し、原画像252、253及び254から生成される色補間画像を符号262、263及び264によって参照する。
図15(a)〜(c)は、夫々、色補間画像262における補間画素位置のG、B及びR信号を生成するために、原画像252の実画素のG、B及びR信号が混合される様子を示す図である。図16(a)〜(c)は、夫々、色補間画像262上のG、B及びR信号を示す図である。図17(a)〜(c)は、夫々、色補間画像263における補間画素位置のG、B及びR信号を生成するために、原画像253の実画素のG、B及びR信号が混合される様子を示す図である。図18(a)〜(c)は、夫々、色補間画像263上のG、B及びR信号を示す図である。図19(a)〜(c)は、夫々、色補間画像264における補間画素位置のG、B及びR信号を生成するために、原画像254の実画素のG、B及びR信号が混合される様子を示す図である。図20(a)〜(c)は、夫々、色補間画像264上のG、B及びR信号を示す図である。
図15(a)〜(c)に示される黒塗りの丸は、夫々、色補間画像262におけるG、B又はR信号が生成されるべき補間画素位置を示し、図17(a)〜(c)に示される黒塗りの丸は、夫々、色補間画像263におけるG、B又はR信号が生成されるべき補間画素位置を示し、図19(a)〜(c)に示される黒塗りの丸は、夫々、色補間画像264におけるG、B又はR信号が生成されるべき補間画素位置を示している。各黒塗りの丸の周囲に示された黒色及び灰色の矢印は、補間画素位置の色信号を生成するために複数の色信号が混合される様子を示している。尚、図示の煩雑化防止のため、色補間画像262におけるG、B及びR信号を別個に示しているが、原画像252から1枚の色補間画像262が生成される。色補間画像263及び264についても同様である。
第1の加算パターンの原画像における実画素の存在位置を基準として、第2の加算パターンの原画像における実画素の存在位置は右方向に2・Wp分且つ下方向に2・Wp分だけずれており、第3の加算パターンの原画像における実画素の存在位置は右方向に2・Wp分だけずれており、第4の加算パターンの原画像における実画素の存在位置は下方向に2・Wp分だけずれている(図4(a)も参照)。
上記のように、加算パターンが異なると原画像における実画素の存在位置が異なるものとなる。しかしながら、夫々の色信号が生成される補間画素位置はどの加算パターンにおいても同様の位置となり、かつ均等な(隣接する色信号間の距離が等しい)ものとなる。具体的には、補間G信号であれば補間画素位置は[1.5+4nC,1.5+4nD]及び[3.5+4nC,3.5+4nD]となり、補間B信号であれば補間画素位置は[3.5+4nC,1.5+4nD]となり、補間R信号であれば補間画素位置は[1.5+4nC,3.5+4nD]となる(尚、nC及びnDは整数である)。このように、補間G信号、補間B信号及び補間R信号の夫々の補間画素位置は、所定の位置となる。
そのため、補間G信号、補間B信号及び補間R信号を求めるために用いるG信号、B信号及びR信号を有する実画素の位置と、補間G信号、補間B信号及び補間R信号が生成される補間画素位置と、の相対的な位置関係は、以下に示すように加算パターンに応じて異なるものとなる。したがって、第2〜第4の加算パターンを用いて得られる原画像に対する色補間処理の方法は、原画像に応じて(使用する加算パターンに応じて)異なるものとなる。以下に、第2〜第4パターンを用いて得られる原画像に対する色補間処理の具体的な方法と、得られる色補間画像について説明する。
第2の加算パターンについて示す図15(a)〜(c)に対応する原画像252に関しては、不等式“4≦x≦9”及び“4≦y≦9”を満たす位置[x,y]を内包するブロック242に注目し、そのブロック242内に属する実画素のG信号、B信号及びR信号から、図16に示す色補間画像262に設定される補間画素位置についての補間G信号、補間B信号及び補間R信号を生成する。補間G信号は、実画素P[4,4]、P[8,4]、P[4,8]及びP[8,8]のG信号を用いて求められるもの(補間画素位置[5.5,5.5])と、実画素P[5,5]、P[9,5]、P[5,9]及びP[9,9]のG信号を用いて求められるもの(補間画素位置[7.5,7.5])と、の二つがある。補間画素位置[7.5,5.5]の補間B信号は、実画素P[5,4]、P[9,4]、P[5,8]及びP[9,8]のB信号を用いて求められる。補間画素位置[5.5,7.5]の補間R信号は、実画素P[4,5]、P[8,5]、P[4,9]及びP[8,9]のR信号を用いて求められる。
第3の加算パターンについて示す図17(a)〜(c)に対応する原画像253に関しては、不等式“4≦x≦9”及び“2≦y≦7”を満たす位置[x,y]を内包するブロック243に注目し、そのブロック243内に属する実画素のG信号、B信号及びR信号から、図18に示す色補間画像263に設定される補間画素位置についての補間G信号、補間B信号及び補間R信号を生成する。補間G信号は、実画素P[4,2]、P[8,2]、P[4,6]及びP[8,6]のG信号を用いて求められるもの(補間画素位置[7.5,3.5])と、実画素P[5,3]、P[9,3]、P[5,7]及びP[9,7]のG信号を用いて求められるもの(補間画素位置[5.5,5.5])と、の二つがある。補間画素位置[7.5,5.5]の補間B信号は、実画素P[5,2]、P[9,2]、P[5,6]及びP[9,6]のB信号を用いて求められる。補間画素位置[5.5,3.5]の補間R信号は、実画素P[4,3]、P[8,3]、P[4,7]及びP[8,7]のR信号を用いて求められる。
第4の加算パターンについて示す図19(a)〜(c)に対応する原画像254に関しては、不等式“2≦x≦7”及び“4≦y≦9”を満たす位置[x,y]を内包するブロック244に注目し、そのブロック244内に属する実画素のG信号、B信号及びR信号から、図20に示す色補間画像264に設定される補間画素位置についての補間G信号、補間B信号及び補間R信号を生成する。補間G信号は、実画素P[2,4]、P[6,4]、P[2,8]及びP[6,8]のG信号を用いて求められるもの(補間画素位置[5.5,5.5])と、実画素P[3,5]、P[7,5]、P[3,9]及びP[7,9]のG信号を用いて求められるもの(補間画素位置[3.5,7.5])と、の二つがある。補間画素位置[3.5,5.5]の補間B信号は、実画素P[3,4]、P[7,4]、P[3,8]及びP[7,8]のB信号を用いて求められる。補間画素位置[5.5,7.5]の補間R信号は、実画素P[2,5]、P[6,5]、P[2,9]及びP[6,9]のR信号を用いて求められる。
そして、注目するブロック242〜244の夫々を、ブロック242〜244を起点として、水平方向、垂直方向に4画素ずつずらして、順次、同様の補間G信号、補間B信号及び補間R信号の生成処理を行う。すると、図22(a)〜(c)、図23(a)〜(c)及び図24(a)〜(c)に示すような、色補間画像262〜264上のG信号、B信号及びR信号が生成される。
図21(a)〜(c)は、夫々、色補間画像261のG、B及びR信号の存在位置を示す図であり、図22(a)〜(c)は、夫々、色補間画像262のG、B及びR信号の存在位置を示す図である。また、図23(a)〜(c)は、夫々、色補間画像263のG、B及びR信号の存在位置を示す図であり、図24(a)〜(c)は、夫々、色補間画像264のG、B及びR信号の存在位置を示す図である。
図21(a)〜(c)では、夫々、色補間画像261上のG、B及びR信号が丸によって示されており、丸の中に示された記号は、その丸に対応するG、B及びR信号を表している。図22(a)〜(c)では、夫々、色補間画像262上のG、B及びR信号が丸によって示されており、丸の中に示された記号は、その丸に対応するG、B及びR信号を表している。図23(a)〜(c)では、夫々、色補間画像263上のG、B及びR信号が丸によって示されており、丸の中に示された記号は、その丸に対応するG、B及びR信号を表している。図24(a)〜(c)では、夫々、色補間画像264上のG、B及びR信号が丸によって示されており、丸の中に示された記号は、その丸に対応するG、B及びR信号を表している。
色補間画像261におけるG、B及びR信号を表す記号として、夫々、G1i,j、B1i,j及びR1i,jを用い、色補間画像262におけるG、B及びR信号を表す記号として、夫々、G2i,j、B2i,j及びR2i,jを用いる。また、色補間画像263におけるG、B及びR信号を表す記号として、夫々、G3i,j、B3i,j及びR3i,jを用い、色補間画像264におけるG、B及びR信号を表す記号として、夫々、G4i,j、B4i,j及びR4i,jを用いる。i及びjは、整数である。尚、G1i,j〜G4i,jを、G信号の値を表す記号として用いることもある(B1i,j〜B4i,j、R1i,j〜R4i,jに対しても同様)。
色補間画像261の注目画素の色信号G1i,j、B1i,j及びR1i,jにおけるi及びjは、夫々、色補間画像261の注目画素の水平画素番号及び垂直画素番号を示している(色信号G2i,j〜G4i,j、B2i,j〜B4i,j及びR2i,j〜R4i,jについても同様)。
第1の加算パターンの原画像を用いて生成される色補間画像261における色信号G1i,j、B1i,j及びR1i,jの配置について説明する。図21(a)〜(c)に示す如く、色補間画像261の位置[1.5,1.5]を信号基準位置として捉え、この信号基準位置における信号の水平画素番号iを1、垂直画素番号jを1とする。即ち、色補間画像261では、位置[1.5,1.5]のG信号をG11,1とする。
信号基準位置(位置[1.5,1.5])から右方向に向かって色補間画像261上の信号を走査した時、G11,1、B12,1、G13,1、B14,1・・・、の色信号がこの順番で存在する。
信号基準位置(位置[1.5,1.5])から下方向に向かって色補間画像261上の信号を走査した時、G11,1、R11,2、G11,3、R11,4・・・、の色信号がこの順番で存在する。
また、上記のように、所定の補間画素位置に夫々の色信号が配置される。したがって、水平画素番号iが偶数かつ垂直画素番号jが奇数である色信号はB信号となり、水平画素番号iが奇数かつ垂直画素番号jが偶数である色信号はR信号となる。そして、水平画素番号i及び垂直画素番号jがともに偶数または奇数となる色信号がG信号となる。
第2の加算パターンの原画像を用いて生成される色補間画像262における色信号G2i,j、B2i,j及びR2i,jの配置について説明する。図22(a)〜(c)に示す如く、色補間画像262の位置[3.5,3.5]を信号基準位置として捉え、この信号基準位置における信号の水平画素番号iを1、垂直画素番号jを1とする。即ち、色補間画像262では、位置[3.5,3.5]のG信号をG21,1とする。
信号基準位置(位置[3.5,3.5])から右方向に向かって色補間画像262上の信号を走査した時、G21,1、R22,1、G23,1、R24,1・・・、の色信号がこの順番で存在する。
信号基準位置(位置[3.5,3.5])から下方向に向かって色補間画像262上の信号を走査した時、G21,1、B21,2、G21,3、B21,4・・・、の色信号がこの順番で存在する。
また、上記のように、所定の補間画素位置に夫々の色信号が配置される。したがって、水平画素番号iが奇数かつ垂直画素番号jが偶数である色信号はB信号となり、水平画素番号iが偶数かつ垂直画素番号jが奇数である色信号はR信号となる。そして、水平画素番号i及び垂直画素番号jがともに偶数または奇数となる色信号がG信号となる。
第3の加算パターンの原画像を用いて生成される色補間画像263における色信号G3i,j、B3i,j及びR3i,jの配置について説明する。図23(a)〜(c)に示す如く、色補間画像263の位置[3.5,1.5]を信号基準位置として捉え、この信号基準位置における信号の水平画素番号iを1、垂直画素番号jを1とする。即ち、色補間画像263では、位置[3.5,1.5]のB信号をB31,1とする。
信号基準位置(位置[3.5,1.5])から右方向に向かって色補間画像263上の信号を走査した時、B31,1、G32,1、B33,1、G34,1・・・、の色信号がこの順番で存在する。
信号基準位置(位置[3.5,1.5])から下方向に向かって色補間画像263上の信号を走査した時、B31,1、G31,2、B31,3、G31,4・・・、の色信号がこの順番で存在する。
また、上記のように、所定の補間画素位置に夫々の色信号が配置される。したがって、水平画素番号i及び垂直画素番号jがともに奇数である色信号はB信号となり、水平画素番号i及び垂直画素番号jがともに偶数である色信号はR信号となる。そして、水平画素番号iが偶数かつ垂直画素番号jが奇数となる色信号と、水平画素番号iが奇数かつ垂直画素番号jが偶数となる色信号と、はG信号となる。
第4の加算パターンの原画像を用いて生成される色補間画像264における色信号G4i,j、B4i,j及びR4i,jの配置について説明する。図24(a)〜(c)に示す如く、色補間画像264の位置[1.5,3.5]を信号基準位置として捉え、この信号基準位置における信号の水平画素番号iを1、垂直画素番号jを1とする。即ち、色補間画像264では、位置[1.5,3.5]のR信号をR41,1とする。
信号基準位置(位置[1.5,3.5])から右方向に向かって色補間画像264上の信号を走査した時、R41,1、G42,1、R43,1、G44,1・・・、の色信号がこの順番で存在する。
信号基準位置(位置[1.5,3.5])から下方向に向かって色補間画像264上の信号を走査した時、R41,1、G41,2、R41,3、G41,4・・・、の色信号がこの順番で存在する。
また、上記のように、所定の補間画素位置に夫々の色信号が配置される。したがって、水平画素番号i及び垂直画素番号jがともに偶数である色信号はB信号となり、水平画素番号i及び垂直画素番号jがともに奇数である色信号はR信号となる。そして、水平画素番号iが偶数かつ垂直画素番号jが奇数となる色信号と、水平画素番号iが奇数かつ垂直画素番号jが偶数となる色信号と、はG信号となる。
また、色補間画像261〜264における色信号の存在位置は、どの加算パターンを用いる場合であっても、位置[2×(i−1)+信号基準位置(水平),2×(j−1)+信号基準位置(垂直)]となる。例えば、第1の加算パターンを用いた場合のG12,4の位置は、位置[2×(2−1)+1.5,2×(4−1)+1.5]、即ち位置[3.5,7.5]となる。
尚、図13、図15、図17及び図19に示した夫々の補間方法は一例に過ぎず、他の補間方法を採用しても構わない。例えば、参照実画素の数を上記の方法(4個)と異なるものとしても構わないし、補間画素の信号値を算出するために用いる実画素を上記の方法と異なるものとしても構わない。但し、上記の方法のように、補間画素位置に近い実画素を用いて補間を行うこととすると、より正確な補間画素の信号値を求めることが可能となるため好ましい。
また、補間画素位置(色信号の位置)を、上記の位置と異なるものとしても構わない。例えば、補間B信号の位置と、補間R信号の位置とを入れ替えても構わないし、補間B信号及び補間R信号の位置と、補間G信号の位置と、を入れ替えても構わない。但し、上記のように何れの加算パターンを用いた原画像から得られる色補間画像においても、同様の補間画素位置(位置[x、y]が等しく生成される色信号の種類が同じ)になるものとする。
[動き検出部]
図10の動き検出部53の機能について説明する。動き検出部53は、上述した例のように、フレームメモリに52に記憶される第(n−1)フレームの合成画像の画像データと、第nフレームの色補間画像の画像データと、に基づいて両画像間のオプティカルフローを求めることにより、動きを検出することとする。合成画像は、色補間画像261〜264と同様に等間隔の画像となる。即ち、上述した補間画素位置に、夫々G信号、B信号及びR信号が存在する画像となる。
図26(a)〜(c)を参照して合成画像における夫々の色信号について説明する。図26(a)〜(c)は、合成画像の夫々の色信号を示した図である。図26(a)〜(c)では、G信号をGci,j、B信号をBci,j、R信号をRci,jで示している。図26(a)〜(c)に示す如く、合成画像の色信号であるGci,j、Bci,j及びRci,jは、第1の加算パターンの原画像を用いて生成される色補間画像261の色信号であるG1i,j、B1i,j及びR1i,jと、等しい位置[x、y]に存在する。換言すると、ある位置[x、y]に存在する色信号の水平画素番号iと垂直画素番号jとが、色補間画像261と合成画像270とで等しいものとなる。即ち、水平画素番号i及び垂直画素番号jが、色補間画像261と合成画像270とで対応したものとなる。
ここで例として、図22(a)〜(c)に示される色補間画像262と、フレームメモリ52に記憶される合成画像270(図26(a)〜(c)参照)と、の間のオプティカルフローの導出方法を説明する。図25に示す如く、動き検出部53は、まず、色補間画像262のR、G及びB信号から輝度画像262Yを生成し、合成画像270のR、G及びB信号から輝度画像270Yを生成する。輝度画像は、輝度信号のみを含む濃淡画像である。輝度画像262Y及び270Yの夫々は、輝度信号を有する画素を水平及び垂直方向に等間隔で配置することによって形成される。尚、図25における“Y”は、輝度信号を表している。
輝度画像262Y上の注目画素の輝度信号は、該注目画素に位置する或いは該注目画素の近傍に位置する、色補間画像262上の、G、B及びR信号から導出される。例えば、輝度画像262Yの、位置[5.5,5.5]における輝度信号を生成する場合は、色補間画像262のG信号G22,2を位置[5.5,5.5]のG信号としてそのまま利用し、色補間画像262のB信号B21,2及びB23,2から位置[5.5,5.5]のB信号を線形補間によって算出し、色補間画像262のR信号R22,1及びR22,3から位置[5.5,5.5]のR信号を線形補間によって算出する(図22(a)〜(c)参照)。そして、色補間画像262に基づいて算出した、位置[5.5,5.5]のG、B及びR信号から、輝度画像262Yにおける位置[5.5,5.5]の輝度信号を算出する。算出された輝度信号は、輝度画像262Y上の、位置[5.5,5.5]に存在する画素の輝度信号として取り扱われる。
輝度画像270Yの、位置[5.5,5.5]における輝度信号を生成する場合は、例えば合成画像270のG信号Gc3,3を位置[5.5,5.5]のG信号としてそのまま利用し、合成画像270のB信号Bc2,3及びB24,3から位置[5.5,5.5]のB信号を線形補間によって算出し、合成画像270のR信号Rc3,2及びRc3,4から位置[5.5,5.5]のR信号を線形補間によって算出する(図26(a)〜(c)参照)。そして、合成画像270に基づいて算出した、位置[5.5,5.5]のG、B及びR信号から、輝度画像262Yにおける位置[5.5,5.5]の輝度信号を算出する。算出された輝度信号は、輝度画像262Y上の、位置[5.5,5.5]に存在する画素の輝度信号として取り扱われる。
輝度画像262Y上の、位置[5.5,5.5]に存在する画素と、輝度画像270Y上の、位置[5.5,5.5]に存在する画素は、互いに対応する画素である。位置[5.5,5.5]における輝度信号の算出方法を説明したが、他の位置に対しても同様の方法に従って輝度信号が算出される。これにより、輝度画像262Y上の任意の画素位置[x,y]の輝度信号と、輝度画像270Y上の任意の画素位置[x,y]の輝度信号が算出される。
動き検出部53は、輝度画像262Y及び270Yを生成した後、輝度画像262Yの輝度信号と輝度画像270Yの輝度信号を対比することによって、輝度画像262Y−270Y間におけるオプティカルフローを求める。オプティカルフローの導出方法として、ブロックマッチング法、代表点マッチング法、勾配法などを利用することができる。求めたオプティカルフローは、輝度画像262Y−270Y間における、画像上の被写体(物体)の動きを表す動きベクトルによって表現される。動きベクトルは、その動きの向き及び大きさを示す二次元量である。動き検出部53は、輝度画像262Y−270Y間に対して求めたオプティカルフローを、画像262−270間におけるオプティカルフローとして取り扱って、それを動き検出結果として出力する。
尚、“輝度画像262Y−270Y間におけるオプティカルフロー(又は動きベクトル)”とは、“輝度画像262Yと輝度画像270Yとの間におけるオプティカルフロー(又は動きベクトル)”を意味する。輝度画像262Y及び270Y以外の複数画像に対して、オプティカルフロー、動きベクトル若しくは動き又はそれらに関連する事項を述べる際も、同様の記載方法を採用する。従って、例えば、“色補間画像262−合成画像270間におけるオプティカルフロー”とは、“色補間画像262と合成画像270との間におけるオプティカルフロー”を指す。
また、上記の輝度画像の生成方法は一例に過ぎず、他の生成方法を採用しても構わない。例えば、所定の位置(上記例では[5.5,5.5])の夫々の色信号を補間によって求めるために用いる色信号を、上記の例と異なるものとしても構わない。
また、上記の例のように、色信号が存在し得る補間画素位置(位置[1.5+2nE,1.5+2nF]、但し、nE及びnFは整数)のG信号、B信号及びR信号を補間によって夫々求め、輝度画像を生成しても構わないし、実画素と同じ位置(即ち、[1,1]、[1,2]、・・・、[2,1]、[2,2]・・・となる位置)のG信号、B信号及びR信号を補間によって夫々求め、輝度画像を生成しても構わない。
[画像合成部]
図10の画像合成部54の機能について説明する。画像合成部54は、色補間処理部51から出力される色補間画像の色信号と、フレームメモリ52に記憶されている合成画像の色信号と、動き検出部53から入力される動き検出結果とに基づいて、合成画像を生成する。
画像合成部54は、合成処理を行うに際して、現フレームの色補間画像と前フレームの合成画像とを参照する。このとき、合成される色補間画像の生成に用いられる原画像の加算パターンが時間によって変化すると、合成する色信号の位置[x、y]が異なる問題や、画像合成部54から出力される合成画像の色信号(Gci,j、Bci,j及びRci,j)の位置[x、y]が一定にならずに画像全体が動いてしまう問題が生じ得る。これを回避すべく、一連の合成画像を生成する際に合成基準画像を設定する。そして、例えばフレームメモリ52や色補間処理部51から読み出す画像データを制御することにより、上記の加算パターンの時間的な変化に起因する問題に対応する。尚、以下では、第1の加算パターンの原画像を用いて生成される色補間画像261が合成基準画像として設定される場合を例に挙げて説明する。
また、以下では、動き検出部53から出力される動き検出結果については考慮せず、色補間画像間と合成画像とが所定の割合(重み係数:k)で合成される場合について説明する。この重み係数kは、生成される現フレームの合成画像の信号値に対する、前フレームの合成画像の信号値の割合(寄与率)を示すものとする。一方、生成される現フレームの合成画像の信号値に対する、現フレームの色補間画像の信号値の割合は(1−k)で表される。
以上の想定の下、図21(a)〜(c)及び図26(a)〜(c)を参照しつつ、第1の加算パターンの原画像を用いて生成される色補間画像261と、合成画像270(前フレーム)とから1枚の合成画像270(現フレーム)を生成する処理方法について説明する。
上述のように、色補間画像261の色信号G1i,j、B1i,j及びR1i,jと、合成画像270の色信号Gci,j、Bci,j及びRci,jと、は等しい位置に存在する。そのため、本例では、下記式(B1)〜(B3)に従って、色補間画像261のG、B及びR信号値と、合成画像270のG、B及びR信号値と、を加重加算することにより現フレームの合成画像270のG、B及びR信号値Gci,j、Bci,j及びRci,jを算出する。尚、下記式(B1)〜(B3)中において、前フレームの合成画像270のG、B及びR信号値を、Gpci,j、Bpci,j及びRpci,jとし、現フレームの合成画像270のG、B及びR信号値と区別する。
式(B1)〜(B3)に示すように、前フレームの合成画像270のG、B及びR信号値Gpci,j、Bpci,j及びRpci,jと、色補間画像261のG、B及びR信号値G1i,j、B1i,j及びR1i,jとは、水平画素番号i及び垂直画素番号jをずらすことなく合成を行う。これによって、現フレームの合成画像270のG、B及びR信号値Gci,j、Bci,j及びRci,jを得ることができる。
また、図22(a)〜(c)及び図26(a)〜(c)を参照しつつ、第2の加算パターンの原画像を用いて生成される色補間画像262と、合成画像270(前フレーム)とから1枚の合成画像270(現フレーム)を生成する処理方法について説明する。
色補間画像262(第2の加算パターン)と、合成画像270(第1の加算パターンと同様)は、等しい位置[x、y]を示す水平画素番号i及び垂直画素番号jが異なるものとなる。具体的には、色補間画像262の色信号G2i-1,j-1、B2i-1,j-1及びR2i-1,j-1と、合成画像270の色信号Gci,j、Bci,j及びRci,jとが夫々等しい位置を示したものとなる。そのため、本例では、下記式(B4)〜(B6)に従って、色補間画像262のG、B及びR信号値と、合成画像270のG、B及びR信号値と、を加重加算することにより現フレームの合成画像270のG、B及びR信号値Gci,j、Bci,j及びRci,jを算出する。尚、下記式(B4)〜(B6)中においても、前フレームの合成画像270のG、B及びR信号値を、Gpci,j、Bpci,j及びRpci,jとし、現フレームの合成画像270のG、B及びR信号値と区別する。
式(B4)〜(B6)に示すように、本例の場合は水平画素番号i及び垂直画素番号jをずらして合成する。具体的には、前フレームの合成画像270のG、B及びR信号値Gpci,j、Bpci,j及びRpci,jと、色補間画像262のG、B及びR信号値G2i-1,j-1、B2i-1,j-1及びR2i-1,j-1と、を合成する。これによって、現フレームの合成画像270のG、B及びR信号値Gci,j、Bci,j及びRci,jを得ることができる。
また、図23(a)〜(c)及び図26(a)〜(c)を参照しつつ、第3の加算パターンの原画像を用いて生成される色補間画像263と、合成画像270(前フレーム)とから1枚の合成画像270(現フレーム)を生成する処理方法について説明する。
色補間画像263(第3の加算パターン)と、合成画像270(第1の加算パターンと同様)は、等しい位置[x、y]を示す水平画素番号iが異なるものとなる。具体的には、色補間画像263の色信号G3i-1,j、B3i-1,j及びR3i-1,jと、合成画像270の色信号Gci,j、Bci,j及びRci,jとが夫々等しい位置を示したものとなる。そのため、本例では、下記式(B7)〜(B9)に従って、色補間画像263のG、B及びR信号値と、合成画像270のG、B及びR信号値と、を加重加算することにより現フレームの合成画像270のG、B及びR信号値Gci,j、Bci,j及びRci,jを算出する。尚、下記式(B7)〜(B9)中においても、前フレームの合成画像270のG、B及びR信号値を、Gpci,j、Bpci,j及びRpci,jとし、現フレームの合成画像270のG、B及びR信号値と区別する。
式(B7)〜(B9)に示すように、本例の場合は水平画素番号i及び垂直画素番号jをずらして合成する。具体的には、前フレームの合成画像270のG、B及びR信号値Gpci,j、Bpci,j及びRpci,jと、色補間画像263のG、B及びR信号値G3i-1,j、B3i-1,j及びR3i-1,jと、を合成する。これによって、現フレームの合成画像270のG、B及びR信号値Gci,j、Bci,j及びRci,jを得ることができる。
また、図24(a)〜(c)及び図26(a)〜(c)を参照しつつ、第4の加算パターンの原画像を用いて生成される色補間画像264と、合成画像270(前フレーム)とから1枚の合成画像270(現フレーム)を生成する処理方法について説明する。
色補間画像264(第4の加算パターン)と、合成画像270(第1の加算パターンと同様)は、等しい位置[x、y]を示す垂直画素番号jが異なるものとなる。具体的には、色補間画像264の色信号G4i,j-1、B4i,j-1及びR4i,j-1と、合成画像270の色信号Gci,j、Bci,j及びRci,jとが夫々等しい位置を示したものとなる。そのため、本例では、下記式(B10)〜(B12)に従って、色補間画像263のG、B及びR信号値と、合成画像270のG、B及びR信号値と、を加重加算することにより現フレームの合成画像270のG、B及びR信号値Gci,j、Bci,j及びRci,jを算出する。尚、下記式(B10)〜(B12)中においても、前フレームの合成画像270のG、B及びR信号値を、Gpci,j、Bpci,j及びRpci,jとし、現フレームの合成画像270のG、B及びR信号値と区別する。
式(B10)〜(B12)に示すように、本例の場合は水平画素番号i及び垂直画素番号jをずらして合成する。具体的には、前フレームの合成画像270のG、B及びR信号値Gpci,j、Bpci,j及びRpci,jと、色補間画像264のG、B及びR信号値G4i,j-1、B4i,j-1及びR4i,j-1と、を合成することにより、現フレームの合成画像270のG、B及びR信号値Gci,j、Bci,j及びRci,jを得ることができる。
尚、第1の加算パターンの原画像を用いて生成される色補間画像261を合成基準画像としたが、他の加算パターンの原画像を用いて生成される色補間画像262〜264を合成基準画像としても構わない。即ち、合成画像270の色信号Gci,j、Bci,j及びRci,jが、第1の加算パターンの原画像を用いて生成される色補間画像261の色信号G1i,j、B1i,j及びR1i,jと等しい位置[x、y]に存在するものとしたが、他の加算パターンの原画像を用いて生成される色補間画像262〜264の色信号(G2i,j〜G4i,j、B2i,j〜B4i,j及びR2i,j〜R4i,j)と等しい位置[x、y]に存在するものとしても構わない。
また、動き検出部53による輝度画像の比較の際に、上記式(B1)〜(B12)に示す対応関係を用いても構わない。特に、動き検出部53が夫々の補間画素位置の輝度信号を求めて輝度画像を生成する場合、得られる輝度信号の水平画素番号i及び垂直画素番号jを合成時と同様にずらして比較することとする。このように比較することで、夫々の輝度Yが示す位置[x、y]がずれることを抑制することができる。
[色同時化処理部]
図10の色同時化処理部55の機能について説明する。上述したように、色同時化処理部53は、画像合成部54から出力される合成画像に色同時化処理(デモザイキング)を施すことで出力合成画像を生成し、出力する。色同時化処理とは、1つの補間画素位置に3つの色信号が備えられている画像を生成する処理であり、必要となるG信号、B信号及びR信号は、後述のように補間によって夫々求める。
図27(a)〜(c)を参照して、出力合成画像について説明する。図27(a)〜(c)は、出力合成画像の夫々の色信号について示した図である。27(a)〜(c)では、出力合成画像280のG信号をGoi,j、B信号をBoi,j、R信号をRoi,jで示す。図27(a)〜(c)に示す如く、出力合成画像280のG信号Goi,j、B信号Boi,j及びR信号Roi,jと、合成画像270(図26(a)〜(c)参照)の色信号Gci,j、Bci,j及びRci,jと、は等しい位置[x、y]に存在する。換言すると、ある位置[x、y]に存在する色信号の水平画素番号iと垂直画素番号jとが、合成画像270と出力合成画像280とで等しいものとなる。即ち、水平画素番号i及び垂直画素番号jが、合成画像270と出力合成画像280とで対応したものとなる。
但し、出力合成画像280では、色信号Goi,j、Boi,j及びRoi,jの3つの信号が、位置[1.5+2×(i−1),1.5+2×(j−1)]に色成分として揃って存在することとなる。この点において、ある補間画素位置に一つの色信号のみが存在し得る合成画像270と異なる。
色同時化処理を行う場合、例えば信号値Go1,1として、合成画像270の信号値Gc1,1をそのまま用いても構わない。また、信号値Go2,1を、合成画像270の信号値Gc1,1と信号値Gc3,1とを線形補間することによって求めても構わない(図26(a)参照)。B信号、R信号も同様であり、例えば信号値Bo2,1として、合成画像270の信号値Bc2,1をそのまま用いても構わない。また、信号値Bo3,1を、合成画像270の信号値Bc2,1と信号値Bc4,1とを線形補間することによって求めても構わない(図26(b)参照)。また、信号値Ro1,2として、合成画像270の信号値Rc1,2をそのまま用いても構わない。また、信号値Ro2,2は、合成画像270の信号値Rc1,2と信号値Rc3,2とを線形補間することによって求めても構わない(図26(c)参照)。
以上に示すような方法によって、全ての補間画素位置に対して色信号Goi,j、Boi,j及びRoi,jの3つの信号を生成することで、出力合成画像を生成する。
尚、上記の補間方法は一例に過ぎず、他の方法で補間を行うことにより、色同時化処理を行っても構わない。例えば、夫々の色信号を補間によって求めるために用いる色信号を、上記の例と異なるものとしても構わない。また、求める色信号の周辺に存在する4つの色信号を用いて、補間を行うこととしても構わない。
上述のような出力合成画像の生成手法に基づく効果について考察する。まず、図58に対応する従来手法では、加算読み出しを行った原画素を補間するためジャギーや偽色を抑制することができるが、補間によって得られる画像の解像感が劣化する(図58のブロック902及び903参照)。これに対して本発明に係る第1実施例では、時間的に異なる加算パターンを用いて原画像を読み出し、これらの原画像から時間的に異なる色補間画像を生成する(図22〜図24参照)。そして、時間的に異なる色補間画像と、前フレームの合成画像(図26参照)と、を合成することにより現フレームの合成画像を得る。この合成画像より得られる出力合成画像(図27参照)は、図58の出力画像(図58のブロック905参照)と比べて生成に用いる画素が多いため、解像感の向上が図られる。また、図58に対応する従来手法と同様に、ジャギーや偽色を抑制することができる。
さらに、撮像される画像においてノイズはランダムに発生するため、現フレームより前の色補間画像を順次合成して生成される前フレームの合成画像は、ノイズが低減されたものとなる。そのため、前フレームの合成画像を合成に利用することで、得られる現フレームの合成画像及び出力合成画像のノイズを低減することができる。そのため、ジャギー及び偽色とノイズとを同時に低減することができる。
また、ジャギー及び偽色とノイズとを低減するための合成が一度だけであり、合成する画像は、順次入力される現フレームの色補間画像と、前フレームの合成画像だけである。そのため、合成を行うために記憶する画像が前フレームの合成画像だけとなる。したがって、合成を行うために必要とするフレームメモリ52を1つ(1フレーム分)とすることが可能となり、回路構成の簡略化や小型化を図ることが可能となる。
尚、AFE12から色補間処理部51に入力される原画像について、原画像に生成される加算パターンが異なるものとして説明したが、フレームごとに異ならせても構わない。例えば、第1の加算パターン及び第2の加算パターンが交互に用いられることとしても構わないし、第1〜第4の加算パターンが順に(サイクリックに)用いられることとしても構わない。
<<第2実施例>>
次に、第2実施例について説明する。第1実施例では、動き検出部53の出力を無視して画像合成部54による合成処理を中心に述べたが、第2実施例では、動き検出部53が検出した動きを考慮した画像合成部54の構成及び動作を説明する。図28は、第2実施例に係る、図1の撮像装置1の一部ブロック図であり、図28には、図1の映像信号処理部13として用いられる映像信号処理部13aの内部ブロック図が示されていると共に、画像合成部54の内部ブロック図が示されている。
図28の画像合成部54は、重み係数算出部61及び合成処理部62を備える。重み係数算出部61及び合成処理部62を除く映像信号処理部13a内の構成及び動作は、第1実施例で述べたものと同じであるため、以下、重み係数算出部61及び合成処理部62の動作について説明する。第1実施例で述べた事項は、矛盾無き限り、第2実施例にも適用される。
第1実施例において説明したように、動き検出部53は、現フレームの色補間画像と前フレームの合成画像とに基づいて動き検出結果を出力する。そして、画像合成部54は、動き検出結果に基づいて、合成処理に用いる重み係数を設定する。第2実施例では、この動き検出部53から出力される動き検出結果と、動き検出結果に応じて設定される重み係数wと、について中心に説明する。また、以下では説明の具体化のため、現フレームの色補間画像が、第1の加算パターンの原画像を用いて生成された色補間画像261(図21参照)である場合について説明する。
動き検出部53は、色補間画像261−合成画像270間に対して、例えば上述した方法で動きベクトル(オプティカルフロー)を求め、画像合成部54の重み係数算出部61に出力する。重み係数算出部61は、入力される動きベクトルの大きさ|M|に基づいて重み係数wを算出する。この際、大きさ|M|が増大するに従って重み係数wが小さくなるように重み係数wを算出する。但し、重み係数w(及び後述のwi,j)の上限値(重み係数最大値)及び下限値を、夫々Z及び0とする。
図29は、重み係数wと大きさ|M|との関係例を示す図である。この関係例を採用する場合、式“w=−K・|M|+Z”に従って重み係数wが算出される。但し、|M|>Z/Kの範囲内では、w=0である。また、Kは、所定の正の値を有する、|M|とwとの関係式における傾きである。
動き検出部53により色補間画像261−合成画像270間に対して求められたオプティカルフローは、画像座標面XY上の様々な位置における動きベクトルの束によって形成される。例えば、色補間画像261及び合成画像270の夫々の全体画像領域が複数の一部画像領域に分割され、1つの一部画像領域に対して夫々1つの動きベクトルが求められる。今、図30(a)に示す如く、色補間画像261又は合成画像270である画像290の全体画像領域が9つの一部画像領域AR1〜AR9に分割され、一部画像領域AR1〜AR9の夫々に対して1つずつ動きベクトルが求められた場合を想定する。勿論、一部画像領域の個数を9以外にすることも可能である。図30(b)に示す如く、一部画像領域AR1〜AR9に対して求められた、色補間画像261−合成画像270間の動きベクトルを、夫々符号M1〜M9によって表す。動きベクトルM1〜M9の大きさは、夫々、|M1|〜|M9|によって表される。尚、図30(b)中、符号291及び292で示した画像は、色補間画像及び合成画像を夫々示すものとする。
重み係数算出部61は、動きベクトルM1〜M9の大きさ|M1|〜|M9|に基づいて、画像座標面XY上の様々な位置における重み係数wを算出する。水平画素番号及び垂直画素番号が夫々i及びjである場合の重み係数wをwi,jにて表す。重み係数wi,jは、合成画像の色信号Gci,j、Bci,j及びRci,jを有する画素(画素位置)に対する重み係数であり、その画素の属する一部画像領域についての動きベクトルから算出される。従って例えば、G信号Gc1,1が存在する画素位置[1.5,1.5]が一部画像領域AR1に属するのであれば、大きさ|M1|に基づき、式“w1,1=−K・|M1|+Z”に従って重み係数w1,1が算出され(但し、|M1|>Z/Kの範囲内では、w1,1=0)、G信号Gc1,1が存在する画素位置[1.5,1.5]が一部画像領域AR2に属するのであれば、大きさ|M2|に基づき、式“w1,1=−K・|M2|+Z”に従って重み係数w1,1が算出される(但し、|M2|>Z/Kの範囲内では、w1,1=0)。
合成処理部62は、現時点において色補間処理部51から出力されている現フレームについての色補間画像261のG、B及びR信号と、フレームメモリ52に記憶されている前フレームの合成画像270のG、B及びR信号とを、重み係数算出部61にて算出された重み係数wi,jに応じた比率にて合成する。即ち、上記式(B1)〜(B3)に示す重み係数kとして、重み係数wi,jを用いて合成する。これにより、現フレームについての合成画像270を生成する。
現フレームの色補間画像と前フレームの合成画像との合成によって合成画像を生成する際、両画像間における被写体の動きが比較的大きいと、この合成画像から生成される出力合成画像において輪郭部がぼやけてしまう、或いは、二重像が表れるおそれがある。そこで、上述の如く、両画像間における動きベクトルの大きさが比較的大きいならば、合成によって生成される現フレームの合成画像に対する前フレームの合成画像の寄与率(重み係数wi,j)を低下させる。これにより、出力合成画像においる輪郭部のぼけや二重像の発生が抑制される。
また、重み係数wi,jを算出するために用いる動き検出結果を、現フレームの色補間画像と、前フレームの合成画像から検出することとしている。即ち、合成のために記憶している前フレームの合成画像を利用することとしている。そのため、動き検出のための画像(例えば、連続する2枚の色補間画像など)を別途記憶する必要をなくすことができる。したがって、備えるフレームメモリ52を1つ(1フレーム分)とすることが可能となり、回路構成の簡略化や小型化を図ることが可能となる。
尚、上述の例では、画像座標面XY上の様々な位置における重み係数wi,jを設定するようにしているが、現フレームの色補間画像と前フレームの合成画像とを合成する際に設定される重み係数の個数を1つとし、その1つの重み係数を全体画像領域に対して共通使用するようにしてもよい。例えば、動きベクトルM1〜M9を平均化することによって、色補間画像261−合成画像270間の、被写体の平均的な動きを表す平均動きベクトルMAVEを求め、平均動きベクトルMAVEの大きさ|MAVE|を用いて、式“w=−K・|MAVE|+Z”に従って1つの重み係数wを算出する(但し、|MAVE|>Z/Kの範囲内ではw=0)。そして、|MAVE|を用いて算出した重み係数wを上記式(B1)〜(B12)の重み係数kに代入して得られる各式に従って、信号値Gci,j、Bci,j及びRci,jを求めるようにしてもよい。
<<第3実施例>>
次に、第3実施例について説明する。第3実施例では、重み係数を設定する際に、色補間画像及び合成画像の画像間における被写体の動きに加えて画像特徴量も考慮するものとする。画像特徴量とは、ある注目した画素の周辺の画素の特徴を示したものである。また、図31は、第3実施例に係る図1の撮像装置1の一部ブロック図である。図31には、図1の映像信号処理部13として用いられる映像信号処理部13bの内部ブロック図が示されている。
映像信号処理部13bは、符号51〜53、54b、55及び56によって参照される各部位を備え、その内、符号51〜53、55及び56によって参照される各部位は、図10に示すそれらと同じものである。図31の画像合成部54bは、画像特徴量算出部70、重み係数算出部71及び合成処理部72を備える。画像合成部54bを除く映像信号処理部13b内の構成及び動作は、第1又は第2実施例で述べた、映像信号処理部13a内のそれらと同じであるため、以下、画像合成部54bの構成及び動作について説明する。第1及び第2実施例で述べた事項は、矛盾無き限り、第3実施例にも適用される。
説明の具体化のため、第3実施例においても第2実施例と同様に、合成に用いられる現フレームの色補間画像が、第1の加算パターンの原画像を用いて生成された色補間画像261(図21参照)である場合について説明する。また、第3実施例では、画像特徴量算出部70によって算出される画像特徴量Coと、画像特徴量Coに応じて設定される重み係数wと、について中心に説明する。
画像特徴量算出部70は、色補間処理部51から出力されている現フレームの色補間画像261のG、B及びR信号を入力信号として受け、この入力信号に基づいて、現フレームの色補間画像261の画像特徴量を算出する。また、画像特徴量算出部70は、現フレームの色補間画像261の輝度画像261Y(図22参照)を用いて、画像特徴量Coを算出する。
画像特徴量Coとして、例えば、下記式(C1)を用いて算出される、輝度画像261Yの標準偏差σを利用することができる。下記式(C1)において、nは算出に用いる画素数を表し、xkは画素の輝度値、xaveは算出に用いる画素の輝度値の平均値を表す。
尚、この標準偏差σを、一部画像領域AR1〜AR9ごとの値としても構わないし、輝度画像261Yの全体の値としても構わない。また、標準偏差σを、一部画像領域AR1〜AR9ごとに算出した標準偏差を平均化した値としても構わない。
また例えば、輝度画像261Yにおける所定の高域周波数成分Hをハイパスフィルタによって抽出することによって得られる値を、画像特徴量Coに利用することも可能である。より具体的に、例えば、ハイパスフィルタを所定のフィルタサイズを有するラプラシアンフィルタ(例えば、図32(a)に示す3×3のラプラシアンフィルタ)にて形成し、そのラプラシアンフィルタを輝度画像261Yの各画素に作用させる空間フィルタリングを行う。そうすると、ハイパスフィルタからは、そのラプラシアンフィルタのフィルタ特性に応じた出力値が順次得られる。そして、これらの値を用いて高域周波数成分Hを算出する。尚、上記のハイパスフィルタの出力値の絶対値(ハイパスフィルタによって抽出された高域周波数成分の大きさ)を積算し、積算した値を高域周波数成分Hとしても構わない。
また、高域周波数成分Hを、画素ごとの値としても構わないし、輝度画像261Yの一部画像領域AR1〜AR9ごとの値としても構わないし、輝度画像261Yの全体の値としても構わない。また、高域周波数成分Hを、画素ごとに算出した高周波成分を一部画像領域AR1〜AR9ごとで夫々平均化した値としても構わない。また、高域周波数成分Hを、一部画像領域AR1〜AR9ごとに算出した高周波成分を平均化した値としても構わない。
さらに例えば、輝度画像261Yにおけるエッジ成分P(画素の変化量)を微分フィルタによって抽出することによって得られる値を、画像特徴量Coに利用することも可能である。より具体的に、例えば、微分フィルタを所定のフィルタサイズを有するプレウィットフィルタ(例えば、図32(b)に示す3×3のプレウィットフィルタ)にて形成し、そのプレウィットフィルタを輝度画像261Yの各画素に作用させる空間フィルタリングを行う。そうすると、微分フィルタからは、その微分フィルタのフィルタ特性に応じた出力値が順次得られる。そして、これらの値を用いてエッジ成分Pを算出する。尚、水平方向のエッジ成分Pxと、垂直方向のエッジ成分Pyとを別々に算出することが可能であり、下記式(C2)及び(C3)を用いてエッジ成分Pを算出しても構わない。
上記式(C2)及び(C3)に示す例では、エッジ成分Pとして、水平方向のエッジ成分Pxと、垂直方向のエッジ成分Pyとの中の大きい方の値を利用することとしている。尚、エッジ成分Pを、画素ごとの値としても構わないし、輝度画像261Yの一部画像領域AR1〜AR9ごとの値としても構わないし、輝度画像261Yの全体の値としても構わない。また、エッジ成分Pを、画素ごとに算出したエッジ成分を一部画像領域AR1〜AR9ごとで夫々平均化した値としても構わない。また、エッジ成分Pを、一部画像領域AR1〜AR9ごとに算出したエッジ成分を平均化した値としても構わない。
以上のように算出される夫々の値(標準偏差σ、高域周波数成分H及びエッジ成分P)は、大きいほど注目した画素の周辺の画素の輝度の変化が大きいことを示し、小さいほど注目した画素の周辺の画素の輝度の変化が小さいことを示す。そのため、下記式(C4)に示すように、上記の夫々の値を加重加算して組み合わせた値を、画像特徴量Coとすることも可能である。尚、下記式中、A〜Cは、夫々の値の大きさを調整したり加算割合を設定したりするための係数である。
上記のように、画像特徴量Coに寄与する夫々の値(標準偏差σ、高域周波数成分H及びエッジ成分P)は、一部画像領域AR1〜AR9ごとに算出することが可能である。そのため、画像特徴量Coも一部画像領域AR1〜AR9ごとに算出することが可能である。尚、以下の説明においては、画像特徴量Coが一部画像領域AR1〜AR9ごとに算出されるものとし、一部画像領域ARmに対する画像特徴量を、画像特徴量Comで表すこととする。但し、本例の場合mは、1≦m≦9を満たす整数とする。
画像特徴量算出部70は、画像特徴量Co1〜Co9に基づいて、上述した重み係数最大値Z1〜Z9(図29参照)を一部画像領域AR1〜AR9ごとに算出する。重み係数最大値Zmは、図32(c)に示す如く、画像特徴量Comがゼロ以上かつ所定の画像特徴量閾値CTH1より小さい値である場合(0≦Com<CTH1)、1に設定される。また、画像特徴量Comが所定の画像特徴量閾値CTH2以上の値である場合(CTH2≦Cm)は、0.5に設定される。但し、CTH1>0、CTH2>0、CTH1<CTH2である。
また、重み係数最大値Zmは、所定の画像特徴量閾値CTH1以上でありかつ所定の画像特徴量閾値CTH2より小さい場合(CTH1≦Com<CTH2)は、画像特徴量Comの値に応じて1〜0.5の間の値に設定される。この場合、画像特徴量Comの値が大きいほど重み係数最大値Zmが小さい値となる。より具体的には例えば、式“Zm=−Θ・Com+1”に従って算出される。ここで、Θ=0.5/(CTH2−CTH1)であり、所定の正の値を有する、画像特徴量Comと重み係数最大値Zmとの関係式における傾きである。
第2実施例において説明したように、重み係数算出部71は、動き検出部53から出力される動き検出結果に応じて重み係数wi,jを設定する。本実施例ではこのとき、重み係数算出部71が、上記のように画像特徴量算出部70から出力される画像特徴量Comに応じて、重み係数wi,jの最大値である重み係数最大値Zmを決定することとなる。
撮像される画像においてノイズはランダムに発生するため、現フレームより前の色補間画像を順次合成して生成されている前フレームの合成画像270(図26参照)は、ノイズが低減されたものとなる。また、現フレームの色補間画像261(図21参照)の平坦画像領域(画像特徴量Comが比較的小さい画像領域)は、ジャギーが目立ちにくく合成によってジャギーを低減する意義が小さいため、前フレームの寄与率が高くなっても問題がない。そこで、このような画像領域については、重み係数最大値Zmを大きくして前フレームの合成画像270の寄与率が大きくなることを許容する。このように重み係数最大値Zmを設定することによって、第1及び第2実施例で説明した合成画像から生成される出力合成画像よりも、さらにノイズが低減された出力合成画像を得ることが可能となる。
一方、画像特徴量Comが比較的大きい画像領域はエッジを多く含む画像領域であるため、ジャギーが目立ちやすい。そのため、画像合成によるジャギー低減効果が大きい。そこで、効果的な合成を実現するために、重み係数最大値Zmを0.5に近い値とする。このように構成すると、動きがない画像領域においては、現フレームの合成画像に対する色補間画像261と前フレームの合成画像270との寄与率がともに0.5に近い値となる。そのため、ジャギーを効果的に低減することが可能となる。
したがって、ジャギー低減が必要とされる画像領域においては効果的にジャギーを低減するとともに、ジャギー低減があまり必要とされない画像領域ではさらなるノイズ低減を行うことが可能となる。
尚、画像特徴量Coは、上記のように領域ごとに設定しても構わないし、画素ごとに設定しても構わないし、画像ごとに設定しても構わない。また、傾きK(図29参照)が、重み係数最大値Zに応じて可変となるものとしても構わない。また、画像特徴量Coを算出するための式(C4)は一例に過ぎず、これ以外の方法で画像特徴量Coを算出しても構わない。例えば、標準偏差σや高域周波数成分H、エッジ成分Pの少なくとも一つを用いないこととしても構わないし、他の成分(例えば、一部画像領域AR1〜AR9内や画像内における画素の信号値の最大値と最小値との差など)を考慮して算出することとしても構わない。
<<第4実施例>>
次に、第4実施例を説明する。第4実施例では、圧縮処理部16(図1等参照)にて採用可能な、特異な画像圧縮方法を説明する。第4実施例では、圧縮処理部16が、映像信号に対する代表的な圧縮方式である、MPEG(Moving Picture Experts Group)圧縮方式を採用して映像信号の圧縮を行う場合を想定する。MPEGでは、フレーム間差分を利用して、圧縮動画像であるMPEG動画像を生成する。図33に、このMPEG動画像の構成を模式的に示す。MPEG動画像は、3種類のピクチャ、即ち、Iピクチャ、Pピクチャ及びBピクチャから構成される。
Iピクチャは、フレーム内符号化画像(Intra-Coded Picture)であり、1枚のフレームの映像信号を当該フレーム画像内で符号化した画像である。Iピクチャ単独で1枚のフレームの映像信号を復号することが可能である。
Pピクチャは、フレーム間予測符号化画像(Predictive-Coded Picture)であり、時間的に先のIピクチャまたはPピクチャから予測される画像である。Pピクチャの対象となる元の画像と当該Pピクチャから見て時間的に先のIピクチャまたはPピクチャとの差分を圧縮符号化したデータにより、Pピクチャが形成される。Bピクチャは、フレーム内挿双方向予測符号化画像(Bidirectionally Predictive-Coded Picture)であり、時間的に後及び先のIピクチャまたはPピクチャから双方向予測される画像である。Bピクチャの対象となる元の画像と、当該Bピクチャから見て時間的に後のIピクチャまたはPピクチャとの差分及び当該Bピクチャから見て時間的に前のIピクチャまたはPピクチャとの差分を圧縮符号化したデータにより、Bピクチャが形成される。
MPEG動画像は、GOP(Group Of Pictures)を単位として構成されている。GOPは、圧縮及び伸張が行われる単位であり、1つのGOPは、或るIピクチャから次のIピクチャまでのピクチャで構成される。1又は2以上のGOPにてMPEG動画像は構成される。或るIピクチャから次のIピクチャまでのピクチャ枚数は、固定されることもあるが、ある程度の範囲内で変動させることも可能である。
MPEGに代表される、フレーム間差分を利用した画像圧縮方式を用いる場合、IピクチャはB及びPピクチャの何れにも差分データを提供するため、Iピクチャの画質はMPEG動画像の全体画質に大きな影響を与える。これを考慮し、ノイズやジャギーが効果的に低減されていると判断される画像番号を映像信号処理部13又は圧縮処理部16にて記録しておき、画像圧縮の際、記録している画像番号に対応する出力合成画像を優先的にIピクチャの対象として利用する。これにより、圧縮によって得られたMPEG動画像の全体的な画質を向上させることができる。
図34を参照して、より具体的な例を説明する。第4実施例に係る映像信号処理部13として、図28又は図31に示される映像信号処理部13a又は13bが用いられる。今、色補間処理部51によって、第n、第(n+1)、第(n+2)、第(n+3)、第(n+4)・・・フレームの原画像から第n、第(n+1)、第(n+2)、第(n+3)、第(n+4)・・・フレームの色補間画像351、352、353及び354・・・、が生成され、画像合成部54又は54bにおいて、色補間画像351及び合成画像360から合成画像361、色補間画像352及び合成画像361から合成画像362、色補間画像353及び合成画像362から合成画像363、色補間画像354及び合成画像363から合成画像364、・・・が生成された場合を考える。さらにこの場合、生成された合成画像361〜364から、色同時化処理部55によって出力画像信号371〜374が夫々生成される。
注目した色補間画像及び合成画像から1枚の合成画像を生成する手法は、第2又は第3実施例で述べた手法と同じであり、注目した色補間画像及び合成画像に対して算出された重み係数wi,jに従う合成によって1枚の合成画像が生成される。その1枚の合成画像を生成する際に使用した重み係数wi,jは、水平画素番号i及び垂直画素番号jに応じて様々な値を取りうる(図29(c)参照)。また、重み係数wi,jを算出する過程で用いた重み係数最大値Zも、例えば、一部画像領域AR1〜AR9ごとに様々な値を取りうる(図32(c)参照)。本実施例では、重み係数wi,j及び重み係数最大値Zmを用いて総合重み係数を算出する。尚、総合重み係数は、例えば重み係数算出部61又は71によって算出される(図28又は図31参照)。
総合重み係数を求める場合、まず、重み係数wi,jを重み係数最大値Zmで割った値(即ち、wi,j/Zm)をそれぞれの画素(または、一部画像領域)ごとに求める。そして、この値を画像全体で平均化した値を、総合重み係数として設定する。尚、画像全体ではなく、画像の中央部などの所定の領域で上記値を平均化して得られる値を、総合重み係数として設定しても構わない。また、注目した色補間画像及び合成画像に対して設定される重み係数の個数を1つにすることが可能であることを第2実施例にて述べたが、このように設定される重み係数の個数が1つである場合は、その1つの重み係数を重み係数最大値Zで割った値を総合重み係数として機能させるとよい。
合成画像361〜364に対して算出された総合重み係数を、夫々、wT1〜wT4にて表す。合成画像361〜364を指し示す符号361〜364は、対応する合成画像の画像番号を表している。また、出力合成画像371〜374を指し示す符号371〜374は、対応する出力合成画像の画像番号を表している。出力合成画像371〜374と、総合重み係数wT1〜wT4と、は互いに関連付けられて、圧縮処理部16が参照可能なように映像信号処理部13a又は13b内に記録される(図28又は図31を参照)。
比較的大きな総合重み係数に対応する出力合成画像は、ジャギー及びノイズが比較的大きく低減されている画像であると推測される。そこで、圧縮処理部16は、比較的大きな総合重み係数に対応する出力合成画像を優先的にIピクチャの対象として利用する。従って、出力合成画像371〜374の中から1枚の出力合成画像をIピクチャの対象として選択する場合、総合重み係数wT1〜wT4の値が最も大きい出力合成画像をIピクチャの対象として選択する。例えば、総合重み係数wT1〜wT4の内、総合重み係数wT2が最も大きければ、出力合成画像372がIピクチャの対象として選択され、出力合成画像372と出力合成画像371、373及び374とに基づいて、P及びBピクチャが生成される。出力合成画像374以降に得られる複数の出力合成画像の中からIピクチャの対象を選択する場合も同様である。
圧縮処理部16は、Iピクチャの対象として選択された出力合成画像を、MPEG圧縮方式に従って符号化することによりIピクチャを生成すると共に、Iピクチャの対象として選択された出力合成画像とIピクチャの対象として選択されなかった出力合成画像とに基づいてP及びBピクチャを生成する。
<<第5実施例>>
次に、第5実施例について説明する。第1〜第4実施例では、図7(a)、(b)、図8(a)及び(b)に対応する加算パターンPA1〜PA4を、原画像を取得するための第1〜第4の加算パターンとして用いることを想定しているが、原画像を取得するための加算パターンとして、加算パターンPA1〜PA4と異なる加算パターンを用いることも可能である。利用可能な加算パターンには、加算パターンPB1〜PB4、加算パターンPC1〜PC4及び加算パターンPD1〜PD4が含まれる。
加算パターンPB1〜PB4を利用する場合、加算パターンPB1〜PB4は、夫々、第1〜第4実施例における第1、第2、第3及び第4の加算パターンとして機能する。
加算パターンPC1〜PC4を利用する場合、加算パターンPC1〜PC4は、夫々、第1〜第4実施例における第1、第2、第3及び第4の加算パターンとして機能する。
加算パターンPD1〜PD4を利用する場合、加算パターンPD1〜PD4は、夫々、第1〜第4実施例における第1、第2、第3及び第4の加算パターンとして機能する。
図35(a)〜(d)は、夫々、加算パターンPB1〜PB4を用いた場合の信号加算の様子を示し、図36(a)〜(d)は、夫々、加算パターンPB1〜PB4を用いて加算読み出しを行った場合における、原画像の画素信号の様子を示す。
図37(a)〜(d)は、夫々、加算パターンPC1〜PC4を用いた場合の信号加算の様子を示し、図38(a)〜(d)は、夫々、加算パターンPC1〜PC4を用いて加算読み出しを行った場合における、原画像の画素信号の様子を示す。
図39(a)〜(d)は、夫々、加算パターンPD1〜PD4を用いた場合の信号加算の様子を示し、図40(a)〜(d)は、夫々、加算パターンPD1〜PD4を用いて加算読み出しを行った場合における、原画像の画素信号の様子を示す。
図35(a)〜(d)において、黒塗りの丸は、夫々、加算パターンPB1〜PB4を第1〜第4の加算パターンとして用いた場合に想定される仮想的な受光画素の配置位置を示している。但し、図35(a)〜(d)では、想定される仮想的な受光画素の内、R信号に対応する、仮想的な受光画素の配置位置のみを明示している。
図37(a)〜(d)において、黒塗りの丸は、夫々、加算パターンPC1〜PC4を第1〜第4の加算パターンとして用いた場合に想定される仮想的な受光画素の配置位置を示している。但し、図37(a)〜(d)では、想定される仮想的な受光画素の内、B信号に対応する、仮想的な受光画素の配置位置のみを明示している。
図39(a)〜(d)において、黒塗りの丸は、夫々、加算パターンPD1〜PD4を第1〜第4の加算パターンとして用いた場合に想定される仮想的な受光画素の配置位置を示している。但し、図39(a)〜(d)では、想定される仮想的な受光画素の内、G信号に対応する、仮想的な受光画素の配置位置の一部のみを明示している。
図35(a)〜(d)、図37(a)〜(d)及び図39(a)〜(d)において、黒塗りの丸の周囲に示された矢印は、その丸に対応する仮想的な受光画素の画素信号を生成するために、該仮想的な受光画素の周辺受光画素の画素信号が加算される様子を示している。
任意の加算パターンを用いて加算読み出しを行う場合、
撮像素子33の画素位置[pG1+4nA,pG2+4nB]及び[pG3+4nA,pG4+4nB]に仮想的な緑受光画素が配置され、撮像素子33の画素位置[pB1+4nA,pB2+4nB]に仮想的な青受光画素が配置され、撮像素子33の画素位置[pR1+4nA,pR2+4nB]に仮想的な赤受光画素が配置される、と想定する(nA及びnBは整数)。但し、
加算パターンPB1、PB2、PB3及びPB4を用いる場合、(pG1,pG2,pG3,pG4,pB1,pB2,pR1,pR2)は、夫々、
(4,2,3,3,3,2,4,3)、(6,4,5,5,5,4,6,5)、
(6,2,5,3,5,2,6,3)及び(4,4,3,5,3,4,4,5)であり、
加算パターンPC1、PC2、PC3及びPC4を用いる場合、(pG1,pG2,pG3,pG4,pB1,pB2,pR1,pR2)は、夫々、
(3,3,2,4,3,4,2,3)、(5,5,4,6,5,6,4,5)、
(5,3,4,4,5,4,4,3)及び(3,5,2,6,3,6,2,5)であり、
加算パターンPD1、PD2、PD3及びPD4を用いる場合、(pG1,pG2,pG3,pG4,pB1,pB2,pR1,pR2)は、夫々、
(3,3,4,4,3,4,4,3)、(5,5,6,6,5,6,6,5)、
(5,3,6,4,5,4,6,3)及び(3,5,4,6,3,6,4,5)である。
尚、(pG1,pG2,pG3,pG4,pB1,pB2,pR1,pR2)が(pG1’,pG2’,pG3’,pG4’,pB1’,pB2’,pR1’,pR2’)であるとは、pG1=pG1’、pG2=pG2’、pG3=pG3’、pG4=pG4’、pB1=pB1’、pB2=pB2’、pR1=pR1’且つpR2=pR2’、であることを意味する。
また、上述の加算パターンPA1、PA2、PA3及びPA4を用いる場合を、上記と同様の方法で表現すると、(pG1,pG2,pG3,pG4,pB1,pB2,pR1,pR2)は、夫々、
(2,2,3,3,3,2,2,3)、(4,4,5,5,5,4,4,5)、
(4,2,5,3,5,2,4,3)及び(2,4,3,5,3,4,2,5)となる。
第1実施例で述べたように、1つの仮想的な受光画素の画素信号は、その仮想的な受光画素の左斜め上、右斜め上、左斜め下及び右斜め下に隣接する実際の受光画素の画素信号の加算信号とされる。そして、位置[x,y]に配置された仮想的な受光画素の画素信号が、画像上の位置[x,y]の画素信号として取り扱われるように原画像が取得される。
従って、任意の加算パターンを用いた加算読み出しによって得られる原画像は、図36(a)〜(d)、図38(a)〜(d)及び図40(a)〜(d)に示す如く、画素位置[pG1+4nA,pG2+4nB]及び[pG3+4nA,pG4+4nB]に配置された、G信号のみを有する画素と、画素位置[pB1+4nA,pB2+4nB]に配置された、B信号のみを有する画素と、画素位置[pR1+4nA,pR2+4nB]に配置された、R信号のみを有する画素と、を備えた画像となる。
尚、加算パターンPA1〜PA4から成る加算パターン群、加算パターンPB1〜PB4から成る加算パターン群、加算パターンPC1〜PC4から成る加算パターン群及び加算パターンPD1〜PD4から成る加算パターン群を、夫々、PA、PB、PC及びPDによって表す。
第1実施例において示したように、図10の色補間処理部51は、所定の加算パターン群(PA)用いて得られる原画像に色補間処理を施し、所定の補間画素位置(色信号が生成され得る位置[x、y])に色信号を生成する(図13、図15、図17及び図19参照)。これは、加算パターン群PB、加算パターン群PC及び加算パターン群PDを用いる場合であっても同様である。即ち、加算パターン群PB〜PDを用いて得られる原画像(図36、図38及び図40参照)に対しても、第1実施例と同様の色補間処理を行い、所定の補間画素位置に色信号を生成する。このとき、第1実施例と同様に、周辺の色信号を用いた補間処理を行う。
尚、色補間処理を行う際に、加算パターン群PAを用いた場合と同じ補間画素位置に色信号を生成しても構わない。また、加算パターン群ごとで、補間画素位置を異ならせても構わない。また、加算パターン群ごとで、補間画素位置を同じものとして生成される色信号の種類を異ならせても構わない。例えば、加算パターン群PAでは位置[1.5,1.5]がG信号となるが、加算パターン群PBでは同位置に生成される色信号をB信号としても構わない。
また、必ずしも1つの加算パターン群から加算パターンを選択して用いる必要はない。例えば、加算パターンPA1と、加算パターンPB2と、を選択して用いることとしても構わない。但し、画像合成部54において行う合成処理を簡単にするために、補間画素位置を等しくし、かつ、同じ位置[x、y]に同じ種類の色信号が生成されることとすると好ましい。
<<第6実施例>>
第1〜第5実施例では、加算読み出しによって原画像の画素信号を取得しているが、間引き読み出しによって原画像の画素信号を取得することも可能である。間引き読み出しを行うことによって原画像の画素信号を取得する実施例を、第6実施例として説明する。間引き読み出しによって原画像の画素信号を取得した場合においても、矛盾無き限り、第1〜第5実施例で述べた事項は適用可能である。
周知の如く、間引き読み出しでは、撮像素子33の受光画素信号が間引いて読み出される。第6実施例では、原画像の取得に用いる間引きパターンを複数の間引きパターンの間で順次変更させながら間引き読み出しを行う。間引きパターンとは、間引きの対象となる受光画素の組み合わせパターンを意味する。
第1〜第4の間引きパターンから成る間引きパターン群として、間引きパターンQA1〜QA4から成る間引きパターン群QA、間引きパターンQB1〜QB4から成る間引きパターン群QB、間引きパターンQC1〜QC4から成る間引きパターン群QC、又は、間引きパターンQD1〜QD4から成る間引きパターン群QDを利用可能である。
図41(a)〜(d)は、夫々、間引きパターンQA1〜QA4を示しており、図42(a)〜(d)は、夫々、間引きパターンQA1〜QA4を用いて間引き読み出しを行った場合における、原画像の画素信号の様子を示している。
図43(a)〜(d)は、夫々、間引きパターンQB1〜QB4を示しており、図44(a)〜(d)は、夫々、間引きパターンQB1〜QB4を用いて間引き読み出しを行った場合における、原画像の画素信号の様子を示している。
図45(a)〜(d)は、夫々、間引きパターンQC1〜QC4を示しており、図46(a)〜(d)は、夫々、間引きパターンQC1〜QC4を用いて間引き読み出しを行った場合における、原画像の画素信号の様子を示している。
図47(a)〜(d)は、夫々、間引きパターンQD1〜QD4を示しており、図48(a)〜(d)は、夫々、間引きパターンQD1〜QD4を用いて間引き読み出しを行った場合における、原画像の画素信号の様子を示している。
図41(a)〜(d)、図43(a)〜(d)、図45(a)〜(d)及び図47(a)〜(d)において、丸枠内の受光画素の画素信号が原画像の実画素の画素信号として読み出され、水平又は垂直方向に隣接する丸枠間に位置する受光画素の画素信号は間引かれる。
任意の間引きパターンを用いて間引き読み出しを行う場合、
撮像素子33の画素位置[pG1+4nA,pG2+4nB]及び[pG3+4nA,pG4+4nB]に配置される緑受光画素の画素信号が原画像の画素位置[pG1+4nA,pG2+4nB]及び[pG3+4nA,pG4+4nB]におけるG信号として読み出され、撮像素子33の画素位置[pB1+4nA,pB2+4nB]に配置される青受光画素の画素信号が原画像の画素位置[pB1+4nA,pB2+4nB]におけるB信号として読み出され、撮像素子33の画素位置[pR1+4nA,pR2+4nB]に配置される青受光画素の画素信号が原画像の画素位置[pR1+4nA,pR2+4nB]におけるR信号として読み出される(nA及びnBは整数)。但し、
間引きパターンQA1、QA2、QA3及びQA4を用いる場合、(pG1,pG2,pG3,pG4,pB1,pB2,pR1,pR2)は、夫々、
(1,1,2,2,2,1,1,2)、(3,3,4,4,4,3,3,4)、
(3,1,4,2,4,1,3,2)及び(1,3,2,4,2,3,1,4)であり、
間引きパターンQB1、QB2、QB3及びQB4を用いる場合、(pG1,pG2,pG3,pG4,pB1,pB2,pR1,pR2)は、夫々、
(3,1,2,2,2,1,3,2)、(5,3,4,4,4,3,5,4)、
(5,1,4,2,4,1,5,2)及び(3,3,2,4,2,3,3,4)であり、
間引きパターンQC1、QC2、QC3及びQC4を用いる場合、(pG1,pG2,pG3,pG4,pB1,pB2,pR1,pR2)は、夫々、
(2,2,1,3,2,3,1,2)、(4,4,3,5,4,5,3,4)、
(4,2,3,3,4,3,3,2)及び(2,4,1,5,2,5,1,4)であり、
間引きパターンQD1、QD2、QD3及びQD4を用いる場合、(pG1,pG2,pG3,pG4,pB1,pB2,pR1,pR2)は、夫々、
(2,2,3,3,2,3,3,2)、(4,4,5,5,4,5,5,4)、
(4,2,5,3,4,3,5,2)及び(2,4,3,5,2,5,3,4)である。
G、B又はR信号が読み出された画素位置に対応する、原画像上の画素は、G、B又はR信号が存在する実画素であるが、G、B及びR信号の何れもが読み出されなかった画素位置に対応する、原画像上の画素は、G、B及びR信号の何れもが存在しない空白画素である。
図41、図43、図45及び図47に示すように、各種間引きパターンを用いた間引き読み出しを行って得られる原画像は、実画素の位置が僅かに異なることを除けば、加算読み出しを行って得られる原画像と同様のものとなる(図13、図15、図17及び図19参照)。したがって、間引きパターン群QA〜QDを用いて得られる原画像(図41、図43、図45及び図47参照)に対しても、第1実施例と同様の色補間処理を行い、所定の補間画素位置に色信号を生成することができる。またこのとき、第1実施例と同様に、周辺の色信号を用いた補間処理を行う。
尚、色補間処理を行う際に、加算パターン群PAを用いた場合と同じ補間画素位置に色信号を生成しても構わないし、異なる補間画素位置に色信号を生成しても構わない。また、間引きパターン群ごとで、補間画素位置を異ならせても構わない。また、間引きパターン群ごとで、補間画素位置を同じものとして生成される色信号の種類を異ならせても構わない。例えば、間引きパターン群QAで位置[1.5,1.5]をG信号とした場合に、間引きパターン群QBで同位置に生成される色信号をB信号としても構わない。
また、必ずしも1つの間引きパターン群から複数の間引きパターンを選択して用いる必要はない。例えば、間引きパターンQA1と、間引きパターンQB2と、を用いることとしても構わない。但し、画像合成部54において行う合成処理を簡単にするために、補間画素位置を等しくし、かつ、同じ位置[x、y]に同じ種類の色信号が生成されることとすると好ましい。
上記のように、間引き読み出しによって得られる原画像からも、加算読み出しによって得られる原画像から得られる色補間画像と同様の色補間画像を得ることができる。そのため、両原画像から得られる色補間画像を、等価なものとして取り扱うことができる。したがって、第1〜第4実施例にて述べた事項を、そのまま第6実施例にも適用可能である。基本的には、第1〜第4実施例における加算パターン及び加算読み出しを間引きパターン及び間引き読み出しに置き換えて考えればよい。
即ち例えば、時間的に異なる間引きパターンを用いることによって原画像を取得する。そして、得られる原画像に対して第1実施例にて述べた色補間処理を実行することにより、色補間処理部51にて色補間画像を生成する一方で、第1実施例にて述べた動き検出処理を実行することにより、動き検出部53にて現フレームの色補間画像と前フレームの合成画像との動きベクトルを検出する。そして、その検出された動きベクトルに基づきつつ、第1〜第3実施例の何れかにて述べた手法に従って、画像合成部54又は54bにて現フレームの色補間画像と前フレームの合成画像とから1枚の合成画像を生成する。そして、この合成画像に対して色同時化処理部55において色同時化処理を行い、出力合成画像を生成する。また、間引き読み出しによって得られた原画像列に基づく出力合成画像列に対して、第4実施例にて述べた画像圧縮技術を適用することも可能である。
尚、時間的に異なる加算パターンを用いる方法、時間的に異なる間引きパターンを用いる方法に限らず、加算パターンと間引きパターンとを交互に用いるなどして、時間的に異なる方法で原画像を生成することとしても構わない。例えば、加算パターンPA1と、間引きパターンQD2と、を交互に用いることとしても構わない。
また、上述してきた加算読み出し方式と間引き読み出し方式を組み合わせた読み出し方式(以下、加算/間引き方式という)を用いて、撮像素子33の受光画素信号を読み出してもよい。加算/間引き方式を用いた時の読み出しパターンを、加算/間引きパターンという。例として、図49及び図50に対応するような加算/間引きパターンを採用することができる。この加算/間引きパターンは、第1の加算/間引きパターンとして機能する。図49は、第1の加算/間引きパターンを用いた時の、信号加算の様子及び信号間引きの様子を示しており、図50は、第1の加算/間引きパターンに従って受光画素信号を読み出した時の、原画像の画素信号の様子を示す。
この第1の加算/間引きパターンを用いた場合、
撮像素子33の画素位置[2+6nA,2+6nB]及び[3+6nA,3+6nB]に仮想的な緑受光画素が配置され、撮像素子33の画素位置[3+6nA,2+6nB]に仮想的な青受光画素が配置され、撮像素子33の画素位置[2+6nA,3+6nB]に仮想的な赤受光画素が配置される、と想定する(nA及びnBは整数)。
第1実施例で述べたように、1つの仮想的な受光画素の画素信号は、その仮想的な受光画素の左斜め上、右斜め上、左斜め下及び右斜め下に隣接する実際の受光画素の画素信号の加算信号とされる。そして、位置[x,y]に配置された仮想的な受光画素の画素信号が、画像上の位置[x,y]の画素信号として取り扱われるように原画像が取得される。従って、第1の加算/間引きパターンを用いた読み出しによって得られる原画像は、図50に示す如く、画素位置[2+6nA,2+6nB]及び[3+6nA,3+6nB]に配置された、G信号のみを有する画素と、画素位置[3+6nA,2+6nB]に配置された、B信号のみを有する画素と、画素位置[2+6nA,3+6nB]に配置された、R信号のみを有する画素と、を備えた画像となる。
このように、複数の受光画素信号を加算することによって原画像の画素信号が形成されるため、加算/間引き方式は、加算読み出し方式の一種である。同時に、位置[5,nB]、[6,nB]、[nA,5]及び[nA,6]における受光画素信号は、原画像の画素信号の生成に寄与しない。つまり、原画像の生成に際して、位置[5,nB]、[6,nB]、[nA,5]及び[nA,6]における受光画素信号は間引かれる。故に、加算/間引き方式は、間引き読み出し方式の一種であるとも言える。
上述したように、加算パターンは、加算の対象となる受光画素の組み合わせパターンを意味し、間引きパターンは、間引きの対象となる受光画素の組み合わせパターンを意味する。これに対し、加算/間引きパターンは、加算及び間引きの対象となる受光画素の組み合わせパターンを意味する。加算/間引き方式を用いる場合も、互いに異なる複数の加算/間引きパターンを設定し、原画像の取得に用いる加算/間引きパターンを該複数の加算/間引きパターンの間で順次変更させながら受光画素信号の読み出しを行い、得られる現フレームの色補間画像と前フレームの合成画像とを合成することによって、1枚の合成画像を生成すればよい。
<<第7実施例>>
上述の各実施例では、色補間画像と色補間画像と同様に色信号が配置された合成画像とを合成し、得られた合成画像に色同時化処理を施すことによって出力合成画像を得る構成としたが、予め色補間画像に色同時化処理を施して、得られる色同時化画像を合成することで出力合成画像を得る構成とすることも可能である。この構成を第7実施例として説明する。また、上述の各実施例に記載した事項は、矛盾なき限り、第7実施例に適用することができる。
図51は、第7実施例に係る、図1の撮像装置1の一部ブロック図であり、図51には、図1の映像信号処理部13として用いられる映像信号処理部13cの内部ブロック図が示されている。図51は、第1実施例の映像信号処理部13aについて示した図10に相当するものであり、対比され得るものである。
また、図52は、図51の映像信号処理部13cの動作を示すフローチャートである。図52は、第1実施例の映像信号処理部13aの動作について示した図11に相当するものであり、対比され得るものである。尚、図52は、図11と同様に1枚の画像の処理について示したフローチャートである。
図51に示す映像信号処理部13は、上述したものと同様の色補間処理部51を備え、入力される原画像から色補間画像を生成する(STEP1及びSTEP2)。色補間処理部51を備える構成や、色補間処理部51の動作については第1実施例において説明したものと同様であるため、詳細な説明については省略する。尚、以下においては、第1〜第4の加算パターンとして加算パターンPA1〜PA4を採用するとともに、加算パターンPA1〜PA4を用いた原画像が入力される場合を例に挙げて説明するが、第1、第5及び第6実施例で示したような加算パターンや間引きパターン、加算/間引きパターンを用いた原画像が入力されることとしても構わない。
また、色補間画像の生成方法や生成される色補間画像は、第1実施例で説明したものと同様としても構わない(図13〜図24参照)。そのため、以下では第1実施例で説明したものと同様の生成方法で生成された、同様の色補間画像を用いる場合について説明する。但し、本実施例では、第1実施例において説明したものと異なる生成方法や、異なる色補間画像を用いることが可能である。尚、第1実施例で説明したものと異なる場合の詳細については、後述する。
STEP2で生成された色補間画像は、色同時化処理部55cによって色同時化処理が施され、色同時化画像が生成される(STEP3a)。このとき、色同時化処理部55cに第1、第2、・・・、第(n−1)、第nフレームの色補間画像が順次入力されるとともに、色同時化処理部55cにより、第1、第2、・・・、第(n−1)、第nフレームの色同時化画像が生成される。
生成される色同時化画像について、図53〜56を用いて説明する。図53は、図21に示した色補間画像261(第1の加算パターンを用いて生成された原画像から得られる色補間画像)に色同時化処理を施して得られる色同時化画像301を示すものである。図54は、図22に示した色補間画像262(第2の加算パターンを用いて生成された原画像から得られる色補間画像)に色同時化処理を施して得られる色同時化画像302を示すものである。図55は、図23に示した色補間画像263(第3の加算パターンを用いて生成された原画像から得られる色補間画像)に色同時化処理を施して得られる色同時化画像303を示すものである。図56は、図24に示した色補間画像264(第4の加算パターンを用いて生成された原画像から得られる色補間画像)に色同時化処理を施して得られる色同時化画像304を示すものである。
色同時化画像301におけるG、B及びR信号を表す記号として、夫々、G1si,j、B1si,j及びR1si,jを用い、色同時化画像302におけるG、B及びR信号を表す記号として、夫々、G2si,j、B2si,j及びR2si,jを用いる。また、色補間画像303におけるG、B及びR信号を表す記号として、夫々、G3si,j、B3si,j及びR3si,jを用い、色補間画像304におけるG、B及びR信号を表す記号として、夫々、G4si,j、B4si,j及びR4si,jを用いる。i及びjは、整数である。尚、G1si,j〜G4si,jを、G信号の値を表す記号として用いることもある(B1si,j〜B4si,j、R1si,j〜R4si,jに対しても同様)。
また、色同時化画像301の注目画素の色信号G1si,j、B1si,j及びR1si,jにおけるi及びjは、夫々、色同時化画像301の注目画素の水平画素番号及び垂直画素番号を示している(色信号G2si,j〜G4si,j、B2si,j〜B4si,j及びR2si,j〜R4si,jについても同様)。
色補間画像261から生成される色同時化画像301における色信号G1si,j、B1si,j及びR1si,jの配置について説明する。図53(a)〜(c)に示す如く、色同時化画像301の位置[1.5,1.5]を信号基準位置として捉え、この信号基準位置における信号の水平画素番号iを1、垂直画素番号jを1とする。即ち、色同時化画像301では、位置[1.5,1.5]のG信号をG1s1,1、B信号をB1s1,1及びR信号をR1s1,1とする。そして、位置[2×(i−1)+1.5,2×(j−1)+1.5]に、色信号G1si,j、B1si,j及びR1si,jの夫々が配置される。
色補間画像262から生成される色同時化画像302における色信号G2si,j、B2si,j及びR2si,jの配置について説明する。図54(a)〜(c)に示す如く、色同時化画像302の位置[3.5,3.5]を信号基準位置として捉え、この信号基準位置における信号の水平画素番号iを1、垂直画素番号jを1とする。即ち、色同時化画像302では、位置[3.5,3.5]のG信号をG2s1,1、B信号をB2s1,1及びR信号をR2s1,1とする。そして、位置[2×(i−1)+3.5,2×(j−1)+3.5]に、色信号G2si,j、B2si,j及びR2si,jの夫々が配置される。
色補間画像263から生成される色同時化画像303における色信号G3si,j、B3si,j及びR3si,jの配置について説明する。図55(a)〜(c)に示す如く、色同時化画像303の位置[3.5,1.5]を信号基準位置として捉え、この信号基準位置における信号の水平画素番号iを1、垂直画素番号jを1とする。即ち、色同時化画像303では、位置[3.5,1.5]のG信号をG3s1,1、B信号をB3s1,1及びR信号をR3s1,1とする。そして、位置[2×(i−1)+3.5,2×(j−1)+1.5]に、色信号G3si,j、B3si,j及びR3si,jの夫々が配置される。
色補間画像264から生成される色同時化画像304における色信号G4si,j、B4si,j及びR4si,jの配置について説明する。図56(a)〜(c)に示す如く、色同時化画像304の位置[1.5,3.5]を信号基準位置として捉え、この信号基準位置における信号の水平画素番号iを1、垂直画素番号jを1とする。即ち、色同時化画像304では、位置[1.5,3.5]のG信号をG4s1,1、B信号をB4s1,1及びR信号をR4s1,1とする。そして、位置[2×(i−1)+1.5,2×(j−1)+3.5]に、色信号G4si,j、B4si,j及びR4si,jの夫々が配置される。
上記のように、色同時化処理を行うと1つの補間画素位置に対してG、B及びRの3つの信号が含まれることとなる。しかしながら、色同時化処理を施す色補間画像に含まれる色信号の位置に応じて、色同時化画像の色信号の水平画素番号i及び垂直画素番号jが異なるものとなる。具体的には、色同時化画像301〜304の夫々の色信号で同じ水平画素番号i及び垂直画素番号jを有しているものであったとしても、異なる位置[x、y]の信号を示すものとなる(図53〜図56参照)。
ここで、画像合成部54cにおいて生成される出力合成画像は、第1実施例において説明した出力合成画像と同様のものとする。即ち、図27(a)〜(c)に示した出力合成画像280と同様のものとする。したがって、G信号Goi,j、B信号Boi,j、R信号Roi,jが、補間画素位置[1.5+2×(i−1),1.5+2×(j−1)]に夫々揃って生成されているものとなる。そのため、色同時化画像301(図53(a)〜(c)参照)の色信号G1si,j、B1si,j及びR1si,jと、出力合成画像280の色信号Goi,j、Boi,j及びRoi,jと、は等しい位置[x、y]に存在する。換言すると、ある位置[x、y]に存在する色信号の水平画素番号iと垂直画素番号jとが、色同時化画像301と合成画像280とで等しいものとなる。即ち、水平画素番号i及び垂直画素番号jが、色同時化画像301と出力合成画像280とで対応したものとなる。一方、他の色同時化画像302〜304(図54〜図56参照)の色信号の水平画素番号iと垂直画素番号jと、出力合成画像の色信号の水平画素番号iと垂直画素番号jと、は対応したものとならない。
STEP3aで生成された色同時化画像(以下、現フレームの色同時化画像とも呼ぶ)は画像合成部54cに入力され、画像合成部54cにおいて1フレーム前に出力された出力合成画像(以下、前フレームの出力合成画像とも呼ぶ)と合成される。そして、この合成処理によって出力合成画像が生成される(STEP4a)。ここで、色同時化処理部55cから画像合成部54cに入力される第1、第2、・・・、第(n−1)、第nフレームの色補間画像からは、夫々第1、第2、・・・、第(n−1)、第nフレームの出力合成画像が生成されることとする(但し、nは2以上の整数)。即ち、第nフレームの色同時化画像と第(n−1)フレームの出力合成画像とが合成されることにより、第nフレームの出力合成画像が生成されることとなる。
STEP4aの合成を行うために、フレームメモリ52cは、画像合成部54cから出力される出力合成画像を一時記憶する。ここで、画像合成部54cに第nフレームの色同時化画像が入力される場合であれば、フレームメモリ52cには第(n−1)フレームの出力合成画像が記憶されていることとなる。そして、画像合成部54cは、フレームメモリ52cに記憶した前フレームの出力合成画像を構成する信号と、色同時化処理部55cから入力される現フレームの色同時化画像を構成する信号と、の夫々を順次入力させるとともに合成し、現フレームの出力合成画像を構成する信号を順次出力する。
また、STEP4aで色同時化画像と出力合成画像とを合成する場合においても、第1実施例のSTEP3(図11参照)における合成と同様の問題が生じ得る。即ち、合成する画像の色信号の位置[x、y]が異なる問題や、画像合成部54cから出力される出力合成画像の信号(Goi,j、Boi,j及びRoi,j)の位置[x、y]が一定にならず画像全体が動いてしまう問題が生じ得る。これを回避すべく、第1実施例と同様に、一連の出力合成画像を生成する際に合成基準画像を設定する。そして、例えばフレームメモリ52cや色同時化処理部55cから読み出す画像データを制御することにより、これらの問題に対応する。尚、以下では、色同時化画像301が合成基準画像として設定される場合について説明する。
合成基準画像を設定して合成を行う場合、第1実施例と同様の方法で合成することとなる。さらに、第1実施例において説明した条件と同様の条件(第1の加算パターンを用いて得られる原画像に基づいた画像(色同時化画像301)を合成基準画像にする)としているため、上記式(B1)〜(B12)と同様の方法(同様の水平画素番号i及び垂直画素番号jの対応方法)を用いて合成を行うことができる。尚、下記式(D1)〜(D12)中の重み係数kは、第1実施例と同様のものである。即ち、動き検出部53から出力される動き検出結果に応じたものとなる。
色同時化画像301と出力合成画像280とを合成する場合、下記式(D1)〜(D3)に示す式に従って、色同時化画像301のG、B及びR信号値と、出力合成画像280のG、B及びR信号値とを加重加算することにより、現フレームの出力合成画像280のG、B及びR信号値を算出する。尚、下記式(D1)〜(D3)中において、前フレームの出力合成画像280のG、B及びR信号値を、Gpoi,j、Bpoi,j及びRpoi,jとし、現フレームの出力合成画像280のG、B及びR信号値と区別する。
式(D1)〜(D3)に示すように、前フレームの出力合成画像280のG、B及びR信号値Gpoci,j、Bpoi,j及びRpoi,jと、色同時化画像301のG、B及びR信号値G1si,j、B1si,j及びR1si,jとは、水平方向及び垂直方向にずらすことなく合成を行う。これによって、現フレームの出力合成画像280のG、B及びR信号値Goi,j、Boi,j及びRoi,jを得ることができる。
また、色同時化画像302と出力合成画像280とを合成する場合、下記式(D4)〜(D6)に示す式に従って、色同時化画像302のG、B及びR信号値と、出力合成画像280のG、B及びR信号値とを加重加算することにより、現フレームの出力合成画像280のG、B及びR信号値を算出する。尚、下記式(D4)〜(D6)中においても、前フレームの出力合成画像280のG、B及びR信号値を、Gpoi,j、Bpoi,j及びRpoi,jとし、現フレームの出力合成画像280のG、B及びR信号値と区別する。
式(D4)〜(D6)に示すように、本例の場合は水平画素番号i及び垂直画素番号jをずらして合成する。具体的には、前フレームの出力合成画像280のG、B及びR信号値Gpoi,j、Bpoi,j及びRpoi,jと、色同時化画像302のG、B及びR信号値G2si-1,j-1、B2si-1,j-1及びR2si-1,j-1と、を合成する。これによって、現フレームの出力合成画像280のG、B及びR信号値Goi,j、Boi,j及びRoi,jを得ることができる。
また、色同時化画像303と出力合成画像280とを合成する場合、下記式(D7)〜(D9)に示す式に従って、色同時化画像303のG、B及びR信号値と、出力合成画像280のG、B及びR信号値とを加重加算することにより、現フレームの出力合成画像280のG、B及びR信号値を算出する。尚、下記式(D7)〜(D9)中においても、前フレームの出力合成画像280のG、B及びR信号値を、Gpoi,j、Bpoi,j及びRpoi,jとし、現フレームの出力合成画像280のG、B及びR信号値と区別する。
式(D7)〜(D9)に示すように、本例の場合は水平画素番号i及び垂直画素番号jをずらして合成する。具体的には、前フレームの出力合成画像280のG、B及びR信号値Gpoi,j、Bpoi,j及びRpoi,jと、色同時化画像303のG、B及びR信号値G3si-1,j、B3si-1,j及びR3si-1,jと、を合成する。これによって、現フレームの出力合成画像280のG、B及びR信号値Goi,j、Boi,j及びRoi,jを得ることができる。
また、色同時化画像304と出力合成画像280とを合成する場合、下記式(D10)〜(D12)に示す式に従って、色同時化画像304のG、B及びR信号値と、出力合成画像280のG、B及びR信号値とを加重加算することにより、現フレームの出力合成画像280のG、B及びR信号値を算出する。尚、下記式(D10)〜(D12)中においても、前フレームの出力合成画像280のG、B及びR信号値を、Gpoi,j、Bpoi,j及びRpoi,jとし、現フレームの出力合成画像280のG、B及びR信号値と区別する。
式(D10)〜(D12)に示すように、本例の場合は水平画素番号i及び垂直画素番号jをずらして合成する。具体的には、前フレームの出力合成画像280のG、B及びR信号値Gpoi,j、Bpoi,j及びRpoi,jと、色同時化画像303のG、B及びR信号値G4si,j-1、B4si,j-1及びR4si,j-1と、を合成する。これによって、現フレームの出力合成画像280のG、B及びR信号値Goi,j、Boi,j及びRoi,jを得ることができる。
上記式(D1)〜(D12)における重み係数kを設定するために、動き検出部53は、入力される色同時化画像及び出力合成画像の夫々の色信号から夫々の輝度信号(輝度画像)を生成し、両輝度画像間のオプティカルフローを求めることにより動きの大きさ及び向きを検出して画像合成部54cに出力する。夫々の輝度画像は、第1実施例と同様に、任意の位置[x、y]のG、B及びR信号の信号値を求めることにより生成することができる。尚、第7実施例では、色同時化画像及び出力合成画像の補間画素位置のG、B及びR信号の夫々の信号値が既に得られているため、色信号の補間を行うことなく補間画素位置の輝度信号は求めることができる。また、上記式(D1)〜(D12)に示す対応関係を用いてオプティカルフローを求めても構わない。特に、求める輝度信号の水平画素番号i及び垂直画素番号jを、合成時と同様にずらして比較することとする。このように比較することで、夫々の輝度信号が示す位置[x、y]がずれることを抑制することができる。
STEP4aで得られた出力合成画像は信号処理部56に入力される。信号処理部56は、出力合成画像を構成するR、G及びB信号を変換して、輝度信号Y及び色差信号U及びVから成る映像信号を生成する(STEP5)。以上のSTEP1〜STEP5の動作は、夫々のフレームの画像に対して行われる。その結果、夫々のフレームの映像信号(Y、U及びV)が生成され、順次信号処理部56から出力される。出力される映像信号は圧縮処理部16に入力され、圧縮処理部16において所定の画像圧縮方式に従って圧縮符号化される。
第7実施例に示すように、色同時化画像と出力合成画像とを合成する構成(色同時化処理を行ったあとに合成処理を行う構成)としても、第1実施例(合成を行ったあとに色同時化処理を行う構成)と同様の効果を得ることができる。即ち、ジャギーや偽色を抑制することができるとともに、解像感の向上を図ることができる。さらに、生成される出力合成画像のノイズを低減することができる。
また、ジャギー及び偽色とノイズとを低減するための合成が一度だけであり、合成する画像が、順次入力される現フレームの色同時化画像と、前フレームの出力合成画像だけとなる。そのため、合成を行うために記憶する画像が前フレームの出力合成画像だけとなる。したがって、備えるフレームメモリ52cを1つ(1フレーム分)とすることが可能となり、回路構成の簡略化や小型化を図ることが可能となる。
さらに第7実施例では、色補間画像261〜264(図21〜図24参照)の色信号の存在位置を限定する必要を無くすことができる。第1実施例では、合成する色補間画像及び合成画像が、1つの補間画素位置にG、B及びR信号のいずれか1つが存在するものとなる。そのため、色補間処理によって生成する色信号の補間画素位置を規定して、特定の補間画素位置に特定の種類の色信号が生成されるようにすることで、合成を容易に行うこととしていた。これに対して第7実施例では、合成を行う前に色同時化処理を行うため、色同時化画像及び出力合成画像の1つの補間画素位置には、G、B及びR信号が全て含まれる。そのため、色補間画像を生成する際に、特定の補間画素位置に特定の種類の色信号を生成することを不要とすることが可能となる。但し、色信号を生成する補間画素位置自体は規定する必要がある。
上記の効果について、具体的に図57を参照して説明する。図57は、第7実施例における第4の加算パターンを用いて取得された原画像におけるG、B及びR信号が混合される様子を示す図であり、第1実施例について示した図19に対応するとともに比較され得るものである。第1実施例では、特定の種類の色信号を生成する補間画素位置を規定すると好適であるため、上述のように原画像に応じて色信号の生成方法を異ならせる必要がある。例えば、図13及び図19では、黒色及び灰色の矢印で示される色信号の生成方法が異なるものとなる。これに対して第7実施例では、特定の種類の色信号が生成される補間画素位置を規定する必要がないため、図13及び図57に示すように、色信号の生成方法を同じものとすることができる。したがって、入力される原画像が時間によって異なるものであったとしても、加算パターン群、間引きパターン群及び加算/間引きパターン群が同じものであれば、入力される異なる種類の原画像に対して同じ色補間処理方法を適用することが可能となる。
また、このようにして得られる色補間画像の色信号の位置[x、y]は、上述のようにずれたものとなるが、パターンは同じものとなる。例えば、水平画素位置i及び垂直画素位置jが偶数及び奇数であればG信号、水平画素位置iが奇数かつ垂直画素位置jが偶数であればB信号、水平画素位置iが偶数かつ垂直画素位置jが奇数であればR信号となり、原画像によらず等しくなる。そのため、入力される異なる種類の色補間画像の信号に対して同じ色同時化処理方法を適用することが可能となる。
尚、第7実施例は第1実施例と対応するものであるため、第1実施例に適用可能な第2〜第6実施例の構成を、第7実施例にも組み合わせることが可能となる。即ち、第2や第3実施例に示した重み係数の決定方法を第7実施例に適用しても構わないし、第4実施例に示した画像圧縮方法を適用しても構わないし、第5や第6実施例に示した加算パターンや間引きパターン、加算/間引きパターンを第7実施例に適用しても構わない。
<<変形等>>
上述した説明文中に示した具体的な数値は、単なる例示であって、当然の如く、それらを様々な数値に変更することができる。上述の実施形態の変形例または注釈事項として、以下に、注釈1〜注釈3を記す。各注釈に記載した内容は、矛盾なき限り、任意に組み合わせることが可能である。
[注釈1]
上述してきた加算パターンは様々に変形可能である。上述の加算読み出し方式では、4個の受光画素信号を加算することによって原画像上の1つの画素信号を形成しているが、4個以外の複数の受光画素信号(例えば、9個又は16個の受光画素信号)を加算することによって原画像上の1つの画素信号を形成するようにしてもよい。
同様に、上述してきた間引きパターンも様々に変形可能である。上述の間引き読み出し方式では、水平及び垂直方向に2画素ずつ受光画素信号が間引かれるが、間引かれる受光画素信号の個数は2以外であってもよい。例えば、水平及び垂直方向に4画素ずつ受光画素信号を間引くようにしてもよい。
[注釈2]
図1の撮像装置1は、ハードウェア、或いは、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせによって実現可能である。特に、映像信号処理部(13、13a、13b又は13c)内で実行される処理の全部又は一部を、ソフトウェアを用いて実現することも可能である。勿論、映像信号処理部をハードウェアのみで形成することも可能である。ソフトウェアを用いて撮像装置1を構成する場合、ソフトウェアにて実現される部位についてのブロック図は、その部位の機能ブロック図を表すことになる。
[注釈3]
例えば、以下のように考えることができる。図1のCPU23は、原画像の取得の際に、どのような加算パターン又は間引きパターンを用いるかを制御し、この制御の下、撮像素子33から原画像の画素信号となるべき信号が読み出される。従って、原画像を取得する原画像取得手段は、主としてCPU23と映像信号処理部13によって実現されると考えることもでき、この原画像取得手段に、加算読み出し又は間引き読み出しを行う読出手段が内包されていると考えることもできる。尚、加算読み出し方式と間引き読み出し方式を組み合わせた加算/間引き方式は、上述したように、加算読み出し方式又は間引き読み出し方式の一種であるので、加算読み出し方式による加算/間引きパターンは加算パターン又は間引きパターンの一種であると考えることができると共に、加算読み出し方式による受光画素信号の読み出しは加算読み出し又は間引き読み出しの一種であると考えることができる。