JP5195957B2 - Color filter and image sensor - Google Patents

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本発明は、デジタルカメラをはじめとする、固体撮像素子を利用した撮像装置に用いられるカラーフィルタ、撮像素子および画像処理装置に関するものである。   The present invention relates to a color filter, an image sensor, and an image processing apparatus used in an image pickup apparatus using a solid-state image pickup device such as a digital camera.

単板式の固体撮像素子の各画素に色フィルタを貼り、その撮像素子により撮影された色のモザイク画像を用いて全画素位置に全色を揃える画像処理装置を持つ単板カラー撮像装置がある。
このような単板式の固体撮像素子を用いた撮影装置では、そのまま撮影しても単一の分光感度しか得られない。そのため、多数の画素に対してそれぞれ異なる色フィルタを貼り、それらを特定のパターンで配置してカラー撮影を行なう方法が一般的となっている。撮像された画像は、画素毎には1つの色しか得ることができず、色に関してモザイク状になった画像が生成される。しかし、周囲の画素から得られる色情報を利用して補間を行なうことにより、全画素で全ての色がそろった画像を生成することができる。このような補間処理は色分離処理やデモザイク処理と呼ばれる。
There is a single-plate color image pickup device having an image processing device in which a color filter is attached to each pixel of a single-plate solid-state image pickup device and all colors are aligned at all pixel positions using a mosaic image of a color photographed by the image pickup device.
In such an imaging apparatus using a single-plate solid-state imaging device, only a single spectral sensitivity can be obtained even if an image is taken as it is. For this reason, a method is generally employed in which different color filters are attached to a large number of pixels and arranged in a specific pattern to perform color photographing. The captured image can obtain only one color for each pixel, and an image having a mosaic shape with respect to the color is generated. However, by performing interpolation using color information obtained from surrounding pixels, it is possible to generate an image in which all the colors are aligned in all the pixels. Such interpolation processing is called color separation processing or demosaic processing.

単板カラー撮像装置において、一般的に用いられる色フィルタ配列としてUS Patent第3,971,065号,「Bryce E. Bayer.“COLOR IMAGING ARRAY”」に示されるBayer配列が知られている。この配列は図1に示されるように、Gのフィルタが市松状に配置され、R,Bのフィルタの倍の密度で存在することを特徴としている。従って、情報量が多く、輝度に強い相関を持つGについてまず全画素に色を揃え、それをリファレンスとして残るR,Bの色を揃える画素補間方法が良く用いられる。   In a single-plate color imaging apparatus, a Bayer array shown in US Pat. No. 3,971,065, “Bryce E. Bayer.“ COLOR IMAGING ARRAY ”” is known as a commonly used color filter array. As shown in FIG. 1, this arrangement is characterized in that the G filters are arranged in a checkered pattern and are present at double the density of the R and B filters. Therefore, for G having a large amount of information and a strong correlation with luminance, a pixel interpolation method is often used in which colors are aligned for all pixels first, and R and B colors remaining as a reference are aligned.

例えばUS Patent第4,716,455号,「Ozawa, Akiyama, Satoh, Nagahara and Mimura, “Chrominance Signal Interpolation Device for a Color Camera”,」に示される方法では、局所領域における各色の低周波成分の比率がほぼ一定であるという仮定の元、全画素にあらかじめGを揃え、近傍画素におけるRとGの比率の平均、B とGの比率の平均を注目画素位置のGに乗算し、不明な色成分の推定を行う。
さらに、このような補間方法において、Gのフィルタが市松状に配置されていることを利用し、水平、垂直方向の解像度を上げられることが知られている。
例えば、特許第2931520号「単板式カラービデオカメラの色分離回路」においては、補間画素位置の水平、垂直の相関値を求め、水平方向の相関が強い場合に適した処理手段と、垂直方向の相関が強い場合に適した処理手段によって得られた2つの補間値を相関値によって混合する処理が提案されている。
For example, in the method shown in US Patent No. 4,716,455, “Ozawa, Akiyama, Satoh, Nagahara and Mimura,“ Chrominance Signal Interpolation Device for a Color Camera ”,” the ratio of the low frequency components of each color in the local region is almost constant. Based on the assumption that there is a pixel, all pixels are pre-arranged with G, and the average of the ratio of R and G in the neighboring pixels and the average of the ratio of B and G are multiplied by G at the target pixel position to estimate the unknown color component. .
Further, in such an interpolation method, it is known that the resolution in the horizontal and vertical directions can be increased by utilizing the fact that the G filters are arranged in a checkered pattern.
For example, in Japanese Patent No. 2931520 “single-plate color video camera color separation circuit”, horizontal and vertical correlation values of interpolated pixel positions are obtained, processing means suitable for cases where the horizontal correlation is strong, A process has been proposed in which two interpolated values obtained by processing means suitable for a case where the correlation is strong are mixed with the correlation value.

これらの技術により、単板カラー撮像装置を用いて、高い解像度で全画素位置にRGB全色を揃えることができる。
しかし、離散的に各色がサンプリングされているため撮影画像にナイキスト周波数を超える高周波成分が含まれている場合、エイリアシング(高周波成分の低周波領域への折り返し)が起き、本来と異なる色を推定してしまうという問題があった。
With these technologies, it is possible to align all RGB colors at all pixel positions with high resolution using a single-plate color imaging device.
However, since each color is sampled discretely, if the captured image contains high-frequency components that exceed the Nyquist frequency, aliasing (folding of the high-frequency components back into the low-frequency region) occurs, and a different color is estimated. There was a problem that.

偽色と呼ばれるこの現象は、規則的に並べられた色フィルタ配列を用いると、特定の空間周波数帯域に大きな折り返しを起すため、非常に目立ちやすい。また、一度発生した偽色は、それが高周波成分の折り返しであるのか、元から存在した低周波成分であるのかの区別が付かないため、周波数フィルタを用いて取り去ることができない。
そのため従来の単板カラー撮像装置では、偽色を低減するために光学ローパスフィルタを撮像素子の手前に置き、あらかじめ撮像画像の高周波成分を取り除く必要があった。
しかし、光学ローパスフィルタがナイキスト周波数に対して急峻なカットオフを持っていないため、完全に偽色の発生を抑制しようとすれば、ナイキスト周波数よりも低い周波数帯域もカットされてしまう問題がある。
また、Bayer配列においてはR,Bのナイキスト周波数がGに比べて低く、R,Bのナイキスト周波数に合わせた光学ローパスフィルタを用いると、Gの解像度の劣化を招く。
実用上は、解像度の劣化を抑える必要があるため、完全な偽色抑制は困難であった。さらに、光学ローパスフィルタを入れることは、撮像装置の小型化や低コスト化の妨げになっていた。
This phenomenon called false color is very conspicuous because a large aliasing occurs in a specific spatial frequency band when a regularly arranged color filter array is used. In addition, the false color once generated cannot be removed using a frequency filter because it cannot be distinguished whether it is a return of a high-frequency component or a low-frequency component originally present.
Therefore, in the conventional single-plate color imaging device, it is necessary to place an optical low-pass filter in front of the imaging element in order to reduce false colors, and to remove high-frequency components of the captured image in advance.
However, since the optical low-pass filter does not have a steep cutoff with respect to the Nyquist frequency, there is a problem that if a false color is completely suppressed, a frequency band lower than the Nyquist frequency is also cut.
In the Bayer array, the Nyquist frequency of R and B is lower than that of G, and using an optical low-pass filter that matches the Nyquist frequency of R and B causes degradation of the resolution of G.
In practice, since it is necessary to suppress degradation of resolution, it is difficult to completely suppress false colors. Furthermore, the insertion of an optical low-pass filter has hindered downsizing and cost reduction of the imaging device.

また、R、G、Bの3色からなるBayer配列に対し、4色以上に色フィルタの数を増やしたフィルタ配列を用いて、色再現やダイナミックレンジの向上が可能であることが知られている。
図2(a)に示されるように狭い範囲の光の波長帯しか通さないフィルタを多数用いる方が、図2(c)に示されるような広い範囲の光の波長帯を通すフィルタを少数用いるのに比べて、色再現に適している。
図2(b)に示されるように透過率は異なるが同じ光の波長帯を通すフィルタを何種類か用いる方が、図2(c)に示されるフィルタを用いるよりも、ダイナミックレンジを広げることができる。
それにも関わらずBayer配列が広く利用されている理由は、一つの色に対する画素数が少ないほど、その色についての解像度が劣化し偽色を発生させやすくなるためである。
In addition, it is known that color reproduction and dynamic range can be improved by using a filter array in which the number of color filters is increased to four or more compared to the Bayer array consisting of three colors of R, G, and B. Yes.
As shown in FIG. 2 (a), a larger number of filters that pass only a narrow range of light wavelength bands use fewer filters that pass a wider range of light wavelength bands as shown in FIG. 2 (c). Compared to, it is suitable for color reproduction.
As shown in FIG. 2 (b), the use of several types of filters that pass through the same wavelength band with different transmittances expands the dynamic range rather than using the filter shown in FIG. 2 (c). Can do.
Nevertheless, the reason why the Bayer array is widely used is that the smaller the number of pixels for one color, the lower the resolution for that color and the easier it is to generate false colors.

以上の問題に対して、色フィルタ配列の規則性を減らし、偽色の発生を低減させようとする発明がなされてきた。
正確には、偽色がある特定の空間周波数帯域に偏って発生することにより、視覚的に目立ちやすく、またその除去が困難になる問題に対する発明がなされてきた。
同様に本発明で述べる偽色の低減も、特定の空間周波数帯域に偏った偽色の発生を抑制することを意味する。
In order to solve the above problems, inventions have been made to reduce the regularity of the color filter array and reduce the occurrence of false colors.
To be precise, inventions have been made for problems in which false colors are biased to a specific spatial frequency band to make them visually noticeable and difficult to remove.
Similarly, the reduction of false colors described in the present invention means that the generation of false colors biased to a specific spatial frequency band is suppressed.

FillFactory社(2004年にCypress社に買収された)の提案するpseudo-random Bayer(擬似ランダム・ベイヤー)配列では、Gが市松状に配置され、残った画素位置にR,Bが擬似ランダムに配置される、3色G市松擬似ランダム配列が示されている。
特開2000-316169号公報では注目画素位置の4辺又は4角で6色のフィルタと隣接するという条件の6色ランダム配列が示されている。
EP公告公報第0,804,037号,(A2)「Mutze, Ulrich, Dr.“Process and system for generating a full color image or multispectral image from the image data of a CCD image sensor with a mosaic color filter.”」では5色で3x3の繰り返しパターンと、擬似ランダムなパターンを持つ配列が示されている。
これらの配列に共通している点は、配列にランダム性が含まれている点であり、さらに後者2つは、3色を越えるフィルタ数が用いられている点が特徴として挙げられる。
配列のランダム性によって、偽色が様々な空間周波数帯域に分散され目立ちにくくなる効果が得られ、フィルタ数の増加によって、ダイナミックレンジや色再現の向上が望める。
In the pseudo-random Bayer array proposed by FillFactory (acquired by Cypress in 2004), G is arranged in a checkered pattern, and R and B are arranged pseudo-randomly in the remaining pixel positions. A three-color G checkered pseudorandom array is shown.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-316169 discloses a six-color random arrangement under the condition that the pixel is adjacent to a six-color filter at four sides or four corners of the target pixel position.
5 colors in EP Publication No. 0,804,037, (A2) “Mutze, Ulrich, Dr.“ Process and system for generating a full color image or multispectral image from the image data of a CCD image sensor with a mosaic color filter. ”” Shows an array with a 3x3 repeating pattern and a pseudo-random pattern.
What is common to these arrangements is that the arrangement includes randomness, and the latter two are characterized by the fact that the number of filters exceeding three colors is used.
The randomness of the arrangement provides an effect that the false color is dispersed in various spatial frequency bands and becomes inconspicuous, and an improvement in dynamic range and color reproduction can be expected by increasing the number of filters.

しかし、FillFactory社のpseudo-random Bayer配列ではR,Bの配列が擬似ランダムとはいえ繰り返し周期が短いため、空間周波数領域における偽色の発生位置がBayer配列と多少異なるだけで、実質的には偽色低減の効果は見られず、3色の配列であるので、色再現やダイナミックレンジに関してはBayer配列相当になる。
後者2つは前者よりもランダム性を強めているので偽色低減の効果は期待できるが、全色を区別無くランダムに並べているため解像度の面ではBayer配列やpseudo-random Bayer配列に比べて不利となる。
一般的に、色分離処理においては、高い解像度で補間された色をリファレンスにして、
他の色を補間する方法が用いられる。そのため、Gが市松に存在し、特許番号2931520号に見られる相関処理などが使えるBayer配列やpseudo-random Bayer配列に比べると、特開2000-316169号公報やEP公告公報第0,804,037号,(A2)の配列はリファレンスとなる色を生成することが非常に困難であり、画素位置毎に再現できる周波数帯域が大きく異なってしまうという問題がある。
その上、後者2つはBayer配列に比べて色数を増やしているために、1色辺りの画素数が減り、さらに解像度が下がるのは明らかである。
However, in the pseudo-random Bayer array of FillFactory, the R and B arrays are pseudo-random, but the repetition period is short, so the false color occurrence position in the spatial frequency domain is only slightly different from the Bayer array, which is substantially Since the effect of reducing false colors is not seen and the arrangement is three colors, the color reproduction and dynamic range are equivalent to the Bayer arrangement.
The latter two are more random than the former, so the effect of reducing false colors can be expected. However, since all colors are arranged randomly without distinction, they are disadvantageous in terms of resolution compared to Bayer and pseudo-random Bayer arrays. It becomes.
In general, in color separation processing, the color interpolated at a high resolution is used as a reference,
Other color interpolation methods are used. Therefore, when G is present in Ichimatsu and compared with the Bayer array or pseudo-random Bayer array that can be used for the correlation processing shown in Patent No. 2931520, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-316169 and EP Publication Nos. 0,804,037, (A2 ) Has a problem that it is very difficult to generate a reference color, and the frequency band that can be reproduced for each pixel position is greatly different.
In addition, since the latter two increase the number of colors compared to the Bayer array, it is clear that the number of pixels per color decreases and the resolution further decreases.

また一般に、画素の間引きや加算を行って固体撮像素子から高速に信号を読み出す工夫がなされているが、間引きや加算は周期的なパターンで行われるため、ランダムなフィルタ配列を用いると、間引き後のフィルタ配列が元と変わってしまったり、異なる色の画素がランダムに加算されてしまったりするという問題が生じる。
以上に述べたように、フィルタ配列にランダム性を入れ、色数を増加させることは、偽色の低減や、ダイナミックレンジ・色再現の向上と引き換えに、解像度の低下や、間引き・加算読み出しでの不具合を生じさせる。
In general, pixel thinning and addition are performed to read out signals from the solid-state imaging device at high speed. However, since thinning and addition are performed in a periodic pattern, if a random filter array is used, There arises a problem that the filter arrangement of this is changed from the original, or pixels of different colors are randomly added.
As described above, adding randomness to the filter array and increasing the number of colors can be achieved by reducing the resolution, reducing the resolution, reducing the number of colors, and increasing the number of colors. Cause problems.

特開2005-160044号公報JP 2005-160044 A US Patent第3,971,065号US Patent No. 3,971,065 US Patent第4,716,455号US Patent No. 4,716,455 EP公告公報第0,804,037号,(A2)EP Publication No. 0,804,037, (A2) 特開2000-316169号公報JP 2000-316169

単板カラー撮像素子に使用される色フィルタをランダムに配置して偽色の発生を抑える発明や、フィルタの色数を増やして色再現やダイナミックレンジを向上させる発明がなされてきたが、Bayer配列を代表とする従来の配列に比べて解像度が低下し、間引き・加算読み出しでの不具合を生じさせるという問題があった。   There have been inventions to suppress the occurrence of false colors by randomly arranging color filters used in single-chip color image sensors, and to improve color reproduction and dynamic range by increasing the number of filter colors. There is a problem that the resolution is lower than that of the conventional arrangement represented by No. 1 and there is a problem in thinning / addition readout.

本発明は上記問題を解決し、Bayer配列に比べてより多くの色数のフィルタを用いても、解像度の低下や偽色の発生が十分に抑制でき、間引き・加算読み出しにも対応できるカラーフィルタ、撮像素子および画像処理装置を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described problem, and even when a filter having a larger number of colors is used than in the Bayer array, a decrease in resolution and generation of false colors can be sufficiently suppressed, and a color filter that can cope with thinning / addition readout. An object of the present invention is to provide an imaging device and an image processing apparatus.

上述した従来技術の問題点を解決し、上述した目的を達成するため、第1の発明のカラーフィルタは、分光特性が異なる複数種類のフィルタのうち何れかのフィルタが各画素位置に割り当てられたカラーフィルタであって、前記複数種類のフィルタの色が4色であり、第1の色が市松状に配置され、第2の色が前記第1の色の存在しない画素位置で水平及び垂直に1ラインおきに配置され、第3の色及び第4の色が前記第1の色及び前記第2の色の存在しない画素位置にランダムに配置されている。   In order to solve the above-described problems of the prior art and achieve the above-described object, the color filter according to the first invention has any one of a plurality of types of filters having different spectral characteristics assigned to each pixel position. A color filter, wherein the plurality of types of filters have four colors, the first color is arranged in a checkered pattern, and the second color is horizontally and vertically at a pixel position where the first color does not exist. Arranged every other line, the third color and the fourth color are randomly arranged at pixel positions where the first color and the second color do not exist.

第2の発明のカラーフィルタは、分光特性が異なる複数種類のフィルタのうち何れかのフィルタが各画素位置に割り当てられたカラーフィルタであって、前記複数種類のフィルタの色が5色であり、前記第1の色が市松状に配置され、前記第2の色及び第3の色がの存在しない画素位置で水平及び垂直に1ラインおきの画素位置にランダムに配置され、前記第4の色及び第5の色が前記第1の色、前記第2の色、前記第3の色の存在しない画素位置にランダムに配置されている。   The color filter of the second invention is a color filter in which any one of a plurality of types of filters having different spectral characteristics is assigned to each pixel position, and the plurality of types of filters have five colors. The first color is arranged in a checkered pattern, and the second color and the third color are randomly arranged at pixel positions every other line horizontally and vertically at the pixel position where the second color and the third color do not exist, and the fourth color And the fifth color is randomly arranged at pixel positions where the first color, the second color, and the third color do not exist.

第3の発明のカラーフィルタは、分光特性が異なる5種類以上のフィルタのうち何れかのフィルタが各画素位置に割り当てられたカラーフィルタであって、複数のフィルタの色のうち第1の色が水平及び垂直に1ラインおきに配置され、第2の色が水平及び垂直に1ラインおき、且つ前記第1の色とは異なるラインに配置されており、残りの色の一部もしくは全てが前記第1の色及び前記第2の色の存在しない画素位置にランダムに配置されている。   The color filter of the third invention is a color filter in which any one of five or more types of filters having different spectral characteristics is assigned to each pixel position, and the first color among the colors of the plurality of filters is It is arranged every other line in the horizontal and vertical directions, the second color is arranged every other line in the horizontal and vertical directions, and is arranged on a line different from the first color, and part or all of the remaining colors are The first color and the second color are randomly arranged at pixel positions that do not exist.

第4の発明のカラーフィルタは、分光特性が異なる複数種類のフィルタのうち何れかのフィルタが各画素位置に割り当てられたカラーフィルタであって、前記複数のフィルタの色が6色であり、前記第1の色が水平及び垂直に1ラインおきに配置され、前記第2の色が水平及び垂直に1ラインおき、且つ前記第1のとは異なるラインに配置され、第3の色及び第4の色が前記第1の色及び前記第2の色の存在しない画素位置で、水平及び垂直に1ラインおきの画素位置にランダムに配置され、第5の色及び第6の色が前記第1の色、前記第2の色、前記第3の色および前記第4の色の存在しない画素位置にランダムに配置されている。   The color filter of the fourth invention is a color filter in which any one of a plurality of types of filters having different spectral characteristics is assigned to each pixel position, and the plurality of filters have six colors, The first color is arranged every other line horizontally and vertically, the second color is arranged every other line horizontally and vertically, and arranged on a line different from the first, and the third color and the fourth color are arranged. Are randomly arranged at pixel positions every other line horizontally and vertically at the pixel positions where the first color and the second color do not exist, and the fifth color and the sixth color are the first color and the second color, respectively. , The second color, the third color, and the fourth color are randomly arranged in pixel positions.

第5の発明の撮像素子は、分光特性が異なる複数種類のフィルタのうち何れかのフィルタが各画素位置に割り当てられたカラーフィルタを有する撮像素子であって、前記複数種類のフィルタの色が4色であり、第1の色が市松状に配置され、第2の色が前記第1の色の存在しない画素位置で水平及び垂直に1ラインおきに配置され、第3の色及び第4の色が前記第1の色及び前記第2の色の存在しない画素位置にランダムに配置されている。   An image pickup device of a fifth invention is an image pickup device having a color filter in which any one of a plurality of types of filters having different spectral characteristics is assigned to each pixel position, and the color of the plurality of types of filters is 4 The first color is arranged in a checkered pattern, the second color is arranged every other line horizontally and vertically at the pixel position where the first color does not exist, the third color and the fourth color Colors are randomly arranged at pixel positions where the first color and the second color do not exist.

第9の発明の画像処理装置は、分光特性が異なる複数種類のフィルタのうち何れかのフィルタが各画素位置に割り当てられ、前記複数種類のフィルタのうち1種類の所定のフィルタが市松状の画素位置に配置され、残りのフィルタの一部もしくは全てが前記所定のフィルタが位置しない画素位置にランダムに配置されているカラーフィルタを持つ画像センサから、画像データを入力する入力手段と、前記入力手段が入力した画像データ内の前記所定の色が存在しない画素位置における第1の色の画素値を、その周囲に存在する前記第1の色を用いて補間して第1の画像を生成する第1の補間手段と、前記第1の色以外の第2の色の画素値は注目画素位置を含む局所領域に存在する前記第1の色及び前記第2の色を用いて補間して第2の画像を生成する第2の補間手段とを有する。   In the image processing apparatus of the ninth invention, any one of a plurality of types of filters having different spectral characteristics is assigned to each pixel position, and one type of the predetermined filter among the plurality of types of filters is a checkered pixel. Input means for inputting image data from an image sensor having a color filter arranged at a position and a part or all of the remaining filters are randomly arranged at pixel positions where the predetermined filter is not located; and the input means A first image is generated by interpolating the pixel value of the first color at the pixel position where the predetermined color does not exist in the image data input by using the first color existing around the pixel value. Pixel values of the second color other than the first color are interpolated using the first color and the second color existing in the local region including the target pixel position, and second Images of And a second interpolation means for forming.

図3に示すカラーフィルタ配列では、色C1が市松状に配置され、色C2,C3,C4,C5がC1の存在しない位置にランダムに配置された5色の配列であり、規定された大きさの領域を15x15画素の矩形とし、C1の存在頻度が比率として1/2、色C2,C3,C4,C5の存在頻度をそれぞれ1/8とし、存在頻度の誤差を±1/50としている。   In the color filter array shown in FIG. 3, the color C1 is arranged in a checkered pattern, and the colors C2, C3, C4, and C5 are randomly arranged at positions where C1 does not exist, and have a predetermined size. This area is a rectangle of 15 × 15 pixels, the existence frequency of C1 is 1/2 as a ratio, the existence frequencies of colors C2, C3, C4, and C5 are each 1/8, and the error of the existence frequency is ± 1/50.

また、本実施形態では、上記カラーフィルタ配列において、第1の変形例として、フィルタ配列に含まれる色が4色であり、第1の色C1が市松状に配置され、第2の色C2が色C1の存在しない画素位置で水平及び垂直に1ラインおきに配置され、第3の色C3及び第4の色C4が色C1及び色C2の存在しない画素位置にランダムに配置されるようにしてもよい。
このように定められたフィルタ配列では、C1とC2が規則正しく配列され、C3とC4がランダムに配置される。
色C1は撮像素子全体の約1/2の画素数を持ち、色C2は約1/4の画素数を持つ。
色C3,C4は2色合わせて約1/4の画素数しか持たないので、例えば色C3、C4がほぼ同数あるとすると、色C3,C4はそれぞれ約1/8の画素数しか持たないため、解像度が低く偽色が発生しやすいが、ランダムに配置することで、偽色の発生を低減することができる。
In the present embodiment, in the color filter array, as a first modification, the colors included in the filter array are four colors, the first color C1 is arranged in a checkered pattern, and the second color C2 is It is arranged every other line horizontally and vertically at the pixel position where the color C1 does not exist, and the third color C3 and the fourth color C4 are randomly arranged at the pixel position where the color C1 and the color C2 do not exist. Also good.
In the filter arrangement determined in this way, C1 and C2 are regularly arranged, and C3 and C4 are randomly arranged.
The color C1 has about 1/2 the number of pixels of the entire image sensor, and the color C2 has about 1/4 the number of pixels.
Colors C3 and C4 have only about 1/4 pixel count for the two colors, so if there are almost the same number of colors C3 and C4, for example, colors C3 and C4 each have only about 1/8 pixel count. Although the resolution is low and false colors are likely to occur, the occurrence of false colors can be reduced by arranging them randomly.

また、本実施形態の上記第1の変形例のカラーフィルタ配列は、例えば、色C3と色C4の分光感度の相関が高いフィルタ配列である。
このように定められたカラーフィルタ配列では、例えば色C1をGとし、色C2をRとし、色C3をBとし、色C4をBに分光感度の近いB’とすると、Bayer配列においてBが配置されている位置に、色BとB’がランダムに配置されている配列であると考えられる。
In addition, the color filter array of the first modification of the present embodiment is, for example, a filter array having a high correlation between the spectral sensitivities of the color C3 and the color C4.
In the color filter array defined in this way, for example, if color C1 is G, color C2 is R, color C3 is B, and color C4 is B 'which is close to B in spectral sensitivity, B is arranged in the Bayer array. It is considered that the colors B and B ′ are randomly arranged at the positions where they are placed.

以下、この配列を4色G市松ランダム配列と呼ぶ。4色G市松ランダム配列を図4に示す。
固体撮像素子の間引きや加算読み出し方法として現在用いられている技術の大半は、Bayer配列を元にして考えられており、読み出した結果得られる配列がやはりBayer配列になっていることを特徴としている。
Hereinafter, this arrangement is referred to as a four-color G checkered random arrangement. A 4-color G checkered random array is shown in FIG.
Most of the techniques currently used for thinning out and addition readout methods for solid-state imaging devices are based on the Bayer array, and the array obtained as a result of the readout is still a Bayer array. .

間引き読み出しと加算読み出しを組み合わせて固体撮像素子から高速に信号を読み出す例を図5に示す。
この例では垂直8ライン中、4ラインが間引かれると同時に、水平方向については1ライン飛ばしで同色同士の加算が行われ、垂直方向については3ライン飛ばしで同色同士の加算が行われる。
FIG. 5 shows an example in which signals are read out from the solid-state imaging device at high speed by combining thinning readout and addition readout.
In this example, four out of eight vertical lines are thinned out, and at the same time, the same colors are added by skipping one line in the horizontal direction, and the same colors are added by skipping three lines in the vertical direction.

これらの従来用いられてきた読み出し方法を4色G市松ランダム配列に適用した場合、間引き読み出しでは、読み出し後にも4色G市松ランダム配列になることは明らかである。
間引き読み出しを行った後でもなお、上述した存在頻度に関する条件を満たすようにあらかじめ配列を決定しておくと、より好ましい。
When these conventional readout methods are applied to a four-color G checkered random array, it is clear that the thinning-out readout results in a four-color G checkered random array even after readout.
Even after the thinning-out reading is performed, it is more preferable to determine the arrangement in advance so as to satisfy the above-described condition regarding the existence frequency.

加算読み出しの場合、色GとRについてはBayer配列と同じ条件になるが、色BとB’が区別なく加算されて出力される。
例えば4画素を加算する場合を考えると、(1)色Bの画素が4個、色B’の画素が0個加算される場合、(2)色Bの画素が3個、色B’の画素が1個加算される場合、(3)色Bの画素が2個、色B’の画素が2個加算される場合、(4)色Bの画素が1個、色B’の画素が3個加算される場合、(5)色Bの画素が0個、B’の画素が4個加算される場合の5通りがある。
つまり、単色の領域であっても加算される色BとB’の個数の違いによって、Bayer配列のBの位置で得られる画素値が異なってしまうことになる。
しかし、色分離処理における計算の特徴により、本実施形態のカラーフィルタ配列で述べた色の存在頻度に比例して色BとB’の画素値をブレンドした色を新たな色B’’とすると、加算読み出しによって得られた配列はRGB’’のBayer配列と見なすことができる。
Bayer配列の色分離処理では色R,Bはその低周波成分さえ分かれば、色Gをリファレンスにして高周波成分まで含んだ信号を推定できることが知られている。
例えば、ある画素位置pにおける色Gの画素値をG(p)、G、Bの低周波成分をGlow(p)、Blow(p)とするとBの画素値B(p)は下記式(1)を用いて推定することができる。
In addition reading, the colors G and R have the same conditions as the Bayer array, but the colors B and B ′ are added and output without distinction.
For example, when adding 4 pixels, (1) 4 pixels of color B and 0 pixels of color B ′ are added, (2) 3 pixels of color B, and color B ′ When one pixel is added, (3) When two pixels of color B and two pixels of color B ′ are added, (4) One pixel of color B and one pixel of color B ′ When three pixels are added, (5) there are five ways of adding 0 pixels of color B and 4 pixels of B ′.
That is, even in a single color region, the pixel value obtained at the position B in the Bayer array differs depending on the difference in the number of colors B and B ′ to be added.
However, due to the calculation characteristics in the color separation processing, when a color obtained by blending the pixel values of the colors B and B ′ in proportion to the frequency of the color described in the color filter array of the present embodiment is a new color B ″. The array obtained by addition readout can be regarded as an RGB ″ Bayer array.
In the color separation processing of the Bayer array, it is known that the colors R and B can be estimated by including the high frequency components with reference to the color G, as long as the low frequency components are known.
For example, if the pixel value of color G at a certain pixel position p is G (p), the low frequency components of G and B are Glow (p), and Blow (p), the pixel value B (p) of B is given by the following formula (1 ) Can be used for estimation.

Figure 0005195957
Figure 0005195957

低周波成分は、画素位置pの近傍に存在する色GやBの加算平均として計算される。RGB画像の大半の部分において、色RとGとBの画素値の間には強い正の相関が存在する。
そのため、図6に示されるように、横軸を色Gの画素値、縦軸を色Bの画素値とした空間に対し、局所領域に存在する画素をプロットすると、限られた狭い領域内に画素が分布する。
この分布は原点と分布の中心を通る線形回帰直線、つまり式(1)で表される直線を用いて近似することができる。
ここで加算読み出しによって得られた配列に対して、Bayer配列の色Bに対して行われる低周波成分の算出と同じ計算を行うことを考える。
この計算は色BとB’が加算された結果をさらにある局所範囲内で加算平均したものである。
The low frequency component is calculated as an average of the colors G and B existing in the vicinity of the pixel position p. In most parts of the RGB image, there is a strong positive correlation between the color R, G and B pixel values.
Therefore, as shown in FIG. 6, when the pixels existing in the local area are plotted against the space where the horizontal axis is the pixel value of color G and the vertical axis is the pixel value of color B, the pixel is within a limited narrow area. Pixels are distributed.
This distribution can be approximated using a linear regression line passing through the origin and the center of the distribution, that is, a straight line represented by the equation (1).
Here, it is considered that the same calculation as the calculation of the low frequency component performed for the color B of the Bayer array is performed on the array obtained by the addition reading.
This calculation is obtained by averaging the results of adding colors B and B ′ within a certain local range.

加算前の配列に対する計算として考えると、画素位置pの近傍に存在する色B、B’を加算平均したものに過ぎない。
色BとB’の分光感度が近いことから、同じ入射光パターンに対しては、ほぼ同じ周波数特性を示すことが期待でき、さらに十分に局所領域が大きければ、色BとB’の加算される画素数の比率は上述した色の存在頻度に近付くことが期待できる。
この特徴により、加算読み出しによって得られた配列を用いて、色RGB’’のBayer配列における色B’’の低周波成分を近似することができる。
色B’’の低周波成分が分かれば、B’’の画素値は式(1)に示されるようにGをリファレンスとして推定できることから、加算読み出しによって得られた配列はRGB’’のBayer配列の代わりとして用いることができる。
間引き読み出しと加算読み出しを組み合わせた場合も、同様の理由でRGB’’のBayer配列の代わりとして用いることができる。
When considered as a calculation for the array before addition, it is merely an average of the colors B and B ′ existing in the vicinity of the pixel position p.
Since the spectral sensitivities of colors B and B 'are close, the same incident light pattern can be expected to show almost the same frequency characteristics, and if the local area is sufficiently large, colors B and B' are added. It can be expected that the ratio of the number of pixels to be approximated to the color existence frequency described above.
With this feature, the low-frequency component of the color B ″ in the Bayer array of the color RGB ″ can be approximated using the array obtained by addition reading.
If the low-frequency component of color B '' is known, the pixel value of B '' can be estimated using G as the reference as shown in Equation (1), so the array obtained by additive readout is the Bayer array of RGB '' Can be used instead of
When thinning readout and addition readout are combined, they can be used instead of the RGB ″ Bayer array for the same reason.

本実施形態のカラーフィルタ配列は、第2の変形例として、フィルタ配列に含まれる色が5色であり、第1の色C1が市松状に配置され、第2の色C2及び第3の色C3がC1の存在しない画素位置で、水平及び垂直に1ラインおきの画素位置にランダムに配置され、第4の色C4及び第5の色C5がC1,C2,C3の存在しない画素位置にランダムに配置される。
このように定められたフィルタ配列では、フィルタ配列の色数を増やすことによって、さらに色再現やダイナミックレンジを向上させることができる。
上記第2の変形例において、上記カラーフィルタ配列において、C2とC3の分光感度の相関が高く、C4とC5の分光感度の相関が高いフィルタ配列にしてもよい。
このように定められたカラーフィルタ配列では、例えばC1をGとし、C2をRとし、C3をRに感度の近いR’とし、C4をBとし、C5をBに感度の近いB’とすると、Bayer配列においてRが配置されている位置に、RとR’がランダムに配置され、Bが配置されている位置に、BとB’がランダムに配置されている配列であると考えられる。
As a second modification, the color filter array of the present embodiment includes five colors included in the filter array, the first color C1 is arranged in a checkered pattern, and the second color C2 and the third color C3 is randomly placed at every other pixel position horizontally and vertically at the pixel position where C1 does not exist, and the fourth color C4 and the fifth color C5 are randomly placed at pixel positions where C1, C2, and C3 do not exist Placed in.
In the filter array thus determined, the color reproduction and dynamic range can be further improved by increasing the number of colors of the filter array.
In the second modification, the color filter array may have a high correlation between the spectral sensitivities of C2 and C3 and a high correlation between the spectral sensitivities of C4 and C5.
In the color filter array determined in this way, for example, if C1 is G, C2 is R, C3 is R 'close to R, C4 is B, and C5 is B' close to B, In the Bayer array, R and R ′ are randomly arranged at the position where R is arranged, and B and B ′ are randomly arranged at the position where B is arranged.

以下、この配列を5色G市松ランダム配列と呼ぶ。
5色G市松ランダム配列を図7に示す。
5色G市松ランダム配列に対して、加算読み出しや間引き読み出しを行った場合も、請求項1-1で述べた色の存在頻度に比例してRとR’の画素値をブレンドした色を新たな色R’’とし、上記カラーフィルタ配列で述べた色の存在頻度に比例してBとB’の画素値をブレンドした色を新たな色B’’とすると、4色G市松ランダム配列と同様の理由で、読み出し後の配列はR’’GB’’のBayer配列として扱うことができる。
Hereinafter, this arrangement is referred to as a five-color G checkered random arrangement.
A five-color G checkered random array is shown in FIG.
Even when addition reading or thinning-out reading is performed for a 5-color G checkered random array, a new color that blends R and R 'pixel values in proportion to the color existence frequency described in claim 1-1 is newly added. Color R '' and a color blended with the pixel values of B and B 'in proportion to the frequency of the color described in the above color filter array is a new color B''. For the same reason, the array after reading can be handled as a Bayer array of R ″ GB ″.

以下、本発明を内部に実装した撮像装置(デジタルビデオカメラ)の例を説明する。
図8は本実施形態であるデジタルビデオカメラシステム100の構成を示すブロックダイアグラムである。
図8に示すようにデジタルビデオカメラシステム100は、レンズ101 、絞り102 、CCDイメージセンサ103 、相関2重サンプリング回路104 、A/Dコンバータ105 、DSPブロック106 、タイミングジェネレータ107 、D/Aコンバータ108 、ビデオエンコーダ109 、ビデオモニタ110 、CODEC111 、メモリ112 、CPU113 および入力デバイス114 から構成される。
ここで、入力デバイス114 はカメラ本体にある録画ボタンなどの操作ボタン類をさす。また、DSPブロック106 は信号処理用プロセッサと画像用RAMを持つブロックで、信号処理用プロセッサが画像用RAMに格納された画像データに対してあらかじめプログラムされた画像処理をおこなうことができるようになっている。以下DSPブロックを単にDSPと呼ぶ。
Hereinafter, an example of an imaging device (digital video camera) in which the present invention is mounted will be described.
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the digital video camera system 100 according to the present embodiment.
As shown in FIG. 8, a digital video camera system 100 includes a lens 101, an aperture 102, a CCD image sensor 103, a correlated double sampling circuit 104, an A / D converter 105, a DSP block 106, a timing generator 107, and a D / A converter 108. , A video encoder 109, a video monitor 110, a CODEC 111, a memory 112, a CPU 113 and an input device 114.
Here, the input device 114 refers to operation buttons such as a recording button on the camera body. The DSP block 106 is a block having a signal processing processor and an image RAM, and the signal processing processor can perform pre-programmed image processing on the image data stored in the image RAM. ing. Hereinafter, the DSP block is simply referred to as DSP.

光学系を通過してCCD103 に到達した入射光は、まずCCD撮像面上の各受光素子に到達し、受光素子での光電変換によって電気信号に変換され、相関2重サンプリング回路104 によってノイズ除去され、A/Dコンバータ105 によってデジタイズされた後、DSP106中の画像メモリに一時格納されるようになっている。   Incident light that passes through the optical system and reaches the CCD 103 first reaches each light receiving element on the CCD imaging surface, is converted into an electrical signal by photoelectric conversion at the light receiving element, and is denoised by the correlated double sampling circuit 104. After being digitized by the A / D converter 105, it is temporarily stored in the image memory in the DSP 106.

撮像中の状態においては、一定のフレームレートによる画像取り込みを維持するようにタイミングジェネレータ107 が信号処理系を制御するようになっている。DSP106へも一定のレートで画素のストリームが送られ、そこで適切な画像処理がおこなわれた後、画像データはD/Aコンバータ108 もしくはCODEC111 あるいはその両方に送られる。
D/Aコンバータ108はDSP106 から送られる画像データをアナログ信号に変換し、それをビデオエンコーダ109がビデオ信号に変換し、そのビデオ信号をビデオモニタ110でモニタできるようになっていて、このビデオモニタ110 は本実施例においてカメラのファインダの役割を担っている。
また、CODEC111はDSP106から送られる画像データに符号化をおこない、符号化された画像データはメモリ112に記録されるようになっている。ここで、メモリ112は半導体、磁気記録媒体、光磁気記録媒体、光記録媒体などを用いた記録装置などであってもよい。
以上が本実施例のデジタルビデオカメラのシステム全体の説明であるが、本実施例中で本発明が実現されているのは、DSP106における画像処理である。以下その画像処理の部分を詳細に説明する。
In the state during imaging, the timing generator 107 controls the signal processing system so as to maintain image capture at a constant frame rate. A stream of pixels is also sent to the DSP 106 at a constant rate, and after appropriate image processing is performed there, the image data is sent to the D / A converter 108 and / or the CODEC 111.
The D / A converter 108 converts the image data sent from the DSP 106 into an analog signal, the video encoder 109 converts it into a video signal, and the video signal can be monitored on the video monitor 110. Reference numeral 110 serves as a camera finder in this embodiment.
The CODEC 111 encodes image data sent from the DSP 106, and the encoded image data is recorded in the memory 112. Here, the memory 112 may be a recording device using a semiconductor, a magnetic recording medium, a magneto-optical recording medium, an optical recording medium, or the like.
The above is the description of the entire system of the digital video camera of the present embodiment. In the present embodiment, the present invention is realized by image processing in the DSP 106. The image processing portion will be described in detail below.

前述のように、本実施例の画像処理部は実際には、DSP106で実現されている。したがって本実施例の構成においては、画像処理部の動作は、DSP106内部において、入力された画像信号のストリームに対して演算ユニットが所定のプログラムコードに記述された演算を順次実行するようにして実現されている。
以降の説明では、そのプログラム中の各処理単位を機能ブロックとして説明し、また各処理が実行される順序をフローチャートで説明する。しかしながら、本発明は本実施例で説明するようなプログラムという形態以外にも、以降で説明する機能ブロックと同等の処理を実現するハードウェア回路を実装して構成してもよい。
CCD103のオンチップカラーフィルタには本発明のフィルタ配列が用いられているものとする。一時格納状態での画像は各画素1つの色しか持たない。DSP106はあらかじめ組み込まれた画像処理プログラムによってこの画像を処理し、全画素において全色もつ画像データを生成する。
As described above, the image processing unit of the present embodiment is actually realized by the DSP 106. Therefore, in the configuration of the present embodiment, the operation of the image processing unit is realized in the DSP 106 such that the arithmetic unit sequentially executes the operations described in the predetermined program code with respect to the stream of the input image signal. Has been.
In the following description, each processing unit in the program will be described as a functional block, and the order in which each processing is executed will be described with a flowchart. However, the present invention may be configured by mounting a hardware circuit that realizes processing equivalent to the functional blocks described below, in addition to the program form described in the present embodiment.
Assume that the on-chip color filter of the CCD 103 uses the filter array of the present invention. An image in the temporary storage state has only one color for each pixel. The DSP 106 processes this image using an image processing program incorporated in advance, and generates image data having all colors in all pixels.

本実施形態では図7に示す5色G市松ランダム配列から得られたモザイク画像に対して画像処理を行う場合説明する。
まず、市松状に得られたGの画素値を用い、全画素位置のGの画素値を算出する。
続いて、Gをリファレンスとし、R,R’,B,B’を全画素位置で補間する。
このようにして全画素位置に全ての色が揃った画像に対し、MS-SyncNRを適用し、偽色を除去する。
In this embodiment, a case will be described in which image processing is performed on a mosaic image obtained from the five-color G checkered random array shown in FIG.
First, G pixel values at all pixel positions are calculated using G pixel values obtained in a checkered pattern.
Subsequently, G is used as a reference, and R, R ′, B, and B ′ are interpolated at all pixel positions.
In this way, MS-SyncNR is applied to an image in which all colors are aligned at all pixel positions to remove false colors.

図9は本実施例のブロックダイヤグラムである。5色G市松ランダム配列より得られたRR’GBB’モザイク画像が入力され、G補間部201、R補間部202、R’補間部203、B補間部204、B’補間部205により全画素位置で全ての色が補間された画像であるRR’GBB’補間画像1 206 が得られる。さらにRR’GBB’補間画像206 に対して、R MS-SyncNR部207、R’MS-SyncNR部208、B MS-SyncNR部209、B’MS-SyncNR部210を適用し、最終出力であるRR’GBB’補間画像211 を得る。   FIG. 9 is a block diagram of this embodiment. RR'GBB 'mosaic image obtained from 5 colors G checkered random array is input, and G pixel interpolation unit 201, R interpolation unit 202, R' interpolation unit 203, B interpolation unit 204, B 'interpolation unit 205 all pixel positions Thus, an RR′GBB ′ interpolated image 1 206 which is an image in which all colors are interpolated is obtained. Further, the RMS-SyncNR unit 207, the R'MS-SyncNR unit 208, the BMS-SyncNR unit 209, and the B'MS-SyncNR unit 210 are applied to the RR'GBB 'interpolated image 206, and the final output RR A 'GBB' interpolated image 211 is obtained.

[G補間部]
G補間部201 では全画素位置にGの画素値を補間する。
他の色に比べて画素数が多いので、Bicubic補間のような簡易な補間方法を用いても高い解像度を持った補間結果が得られる。
ここでは、Gが市松状に並べられている特長を生かす補間方法の一例として、特許番号2931520号「単板式カラービデオカメラの色分離回路」で述べられている補間方法を用いて説明を行う。
[G interpolation section]
The G interpolation unit 201 interpolates G pixel values at all pixel positions.
Since there are more pixels than other colors, an interpolation result having a high resolution can be obtained even by using a simple interpolation method such as Bicubic interpolation.
Here, as an example of an interpolation method that takes advantage of the feature that G is arranged in a checkered pattern, the interpolation method described in Patent No. 2931520 “Color Separation Circuit of Single-Plate Color Video Camera” will be described.

図10は図9のG補間部201の処理手順を示すフローチャートである。
以下、このフローチャートに基づいて手順を説明する。
G補間部201は、ループ302 により、ループ内の処理を全画素位置において行う。
一回のループにおいて処理される一つの画素の事を、ここでは注目画素と呼ぶ。
G補間部201は、ステップST301において、モザイク画像中の注目画素位置近傍の画素値を読み込む。
次に、G補間部201は、ステップST303において、注目画素におけるフィルタの色がGであるかどうかを判定する。
次に、G補間部201は、ステップST303において、フィルタの色がGであると判定された場合、ステップST304により、注目画素の画素値をGの画素値とする。
次に、G補間部201は、ステップST303において、フィルタの色がGではないと判定された場合、ステップST305に進む。
次に、G補間部201は、ステップST305において、以下式(2)により、水平グラディエントGradHを算出し、下記式(3)により水平補間GHを算出する。M(x,y)は注目画素位置(x,y)におけるモザイク画像の画素値を表すものとする。
FIG. 10 is a flowchart showing a processing procedure of the G interpolation unit 201 of FIG.
The procedure will be described below based on this flowchart.
The G interpolation unit 201 performs processing in the loop at all pixel positions by the loop 302.
One pixel processed in one loop is referred to as a target pixel here.
In step ST301, the G interpolation unit 201 reads a pixel value near the target pixel position in the mosaic image.
Next, in step ST303, the G interpolation unit 201 determines whether the color of the filter in the target pixel is G.
Next, when it is determined in step ST303 that the color of the filter is G, the G interpolation unit 201 sets the pixel value of the target pixel as the G pixel value in step ST304.
Next, when it is determined in step ST303 that the filter color is not G, the G interpolation unit 201 proceeds to step ST305.
Next, in step ST305, the G interpolation unit 201 calculates the horizontal gradient GradH by the following equation (2), and calculates the horizontal interpolation GH by the following equation (3). M (x, y) represents the pixel value of the mosaic image at the target pixel position (x, y).

Figure 0005195957
Figure 0005195957

Figure 0005195957
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同様に、G補間部201は、ステップST306において、以下式(4)により、垂直グラディエントGradVを算出し、下記式(5)により垂直補間GVを算出する。 Similarly, in step ST306, the G interpolation unit 201 calculates a vertical gradient GradV by the following equation (4), and calculates a vertical interpolation GV by the following equation (5).

Figure 0005195957
Figure 0005195957

Figure 0005195957
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これら、GradH、GradV、GH、GVを用い、ステップST307において、注目画素のGの画素値G(x,y)が式(6)により補間される。   Using these GradH, GradV, GH, and GV, in step ST307, the pixel value G (x, y) of G of the pixel of interest is interpolated by Expression (6).

Figure 0005195957
Figure 0005195957

ステップST304若しくはステップST307が終了したところで当該注目画素におけるGの画素値の補間が完了するので、次の注目画素位置の処理のために次のループ処理を行う。全画素においてループ処理が終了したらループ302を抜け、G補間部201の処理を完了する。   When step ST304 or step ST307 is completed, the interpolation of the G pixel value at the target pixel is completed, so the next loop processing is performed for processing the next target pixel position. When the loop processing is completed for all the pixels, the loop 302 is exited and the processing of the G interpolation unit 201 is completed.

[R補間部202、R’補間部203、B補間部204、B’補間205]
R補間部202、R’補間部203、B補間部204、B’補間部205は対象とする色が異なる以外は同等の処理であるので、ここではR補間部202を例にして説明を行う。R’,B,B’に関する補間部203、204、205についてはR補間部202 の説明内で用いられているRの表記をR’,B,B’に読み替えれば良い。
[R interpolation unit 202, R 'interpolation unit 203, B interpolation unit 204, B' interpolation 205]
The R interpolation unit 202, the R ′ interpolation unit 203, the B interpolation unit 204, and the B ′ interpolation unit 205 are the same processes except for the target colors, and thus the R interpolation unit 202 will be described as an example here. . For the interpolation units 203, 204, and 205 relating to R ′, B, and B ′, the notation of R used in the description of the R interpolation unit 202 may be read as R ′, B, and B ′.

図11は、図9のR補間部202の処理手順を示すフローチャートである。以下、このフローチャートに基づいて手順を説明する。
R補間部202は、ループ403により、ループ内の処理を全画素位置において行う。一回のループにおいて処理される一つの画素のことを、ここでは注目画素と呼ぶ。
R補間部202は、ステップST401により図9のG補間部201で算出された当該注目画素近傍のGの画素値を読み込む。
さらにR補間部202は、ステップST402によりRR’GBB’モザイク画像中の注目画素位置近傍の画素値を読み込む。
次に、R補間部202は、ステップST404において注目画素におけるG画素の低周波成分Glowを算出し、ステップST405において注目画素におけるR画素の低周波成分Rlowを算出する。
R補間部202は、これらGlow、Rlowを用い、ステップST406において、注目画素のRの画素値R(x,y)を式(7)により補間する。
FIG. 11 is a flowchart showing a processing procedure of the R interpolation unit 202 of FIG. The procedure will be described below based on this flowchart.
The R interpolation unit 202 performs processing in the loop at all pixel positions by the loop 403. One pixel processed in one loop is referred to as a target pixel here.
The R interpolation unit 202 reads the G pixel value near the target pixel calculated by the G interpolation unit 201 of FIG. 9 in step ST401.
Further, the R interpolation unit 202 reads a pixel value in the vicinity of the target pixel position in the RR′GBB ′ mosaic image in step ST402.
Next, the R interpolation unit 202 calculates the low frequency component Glow of the G pixel in the target pixel in step ST404, and calculates the low frequency component Rlow of the R pixel in the target pixel in step ST405.
The R interpolation unit 202 uses these Glow and Rlow, and in step ST406, interpolates the pixel value R (x, y) of R of the pixel of interest by Expression (7).

Figure 0005195957
Figure 0005195957

ステップST406が終了したところで当該注目画素におけるRの画素値の補間が完了するので、次の注目画素の処理のために次のループ処理を行う。全画素においてループ処理が終了したらループ403を抜け、R補間部202の処理を完了する。   When step ST406 is completed, the interpolation of the R pixel value at the target pixel is completed, so the next loop process is performed for the next target pixel process. When the loop processing is completed for all pixels, the loop 403 is exited, and the processing of the R interpolation unit 202 is completed.

図12(a)は図11のステップST404の処理手順の詳細を示したフローチャートである。
この処理は局所領域内に含まれるG画素を加算平均する処理であり、FIRフィルタによるローパスフィルタを構成している。
先ず、R補間部202は、ステップST501により、変数Glowに0を設定して初期化する。
続いて、R補間部202は、ループ502により、ループ内の処理を注目画素を含む局所領域内の全画素位置において行う。
ここで用いる局所領域は、上述した予め規定された大きさの領域と同一のものである。
一回のループにおいて局所領域内で処理される一つの画素の事を、ここでは局所内注目画素と呼ぶ。
R補間部202は、ステップST503ではG(s,t)にWG(s,t)を乗算したものをGlowに加算し、その結果を新たなGlowとする。
ここで、G(s,t)は局所内注目画素位置(s,t)におけるGの画素値、WG(s,t)は重み付け係数を表すものとする。
WG(s,t)はローパスフィルタとなる係数であれば良く、係数の総和が1になるように選ばれる。
FIG. 12A is a flowchart showing details of the processing procedure of step ST404 in FIG.
This process is a process of averaging the G pixels included in the local region, and constitutes a low-pass filter using an FIR filter.
First, in step ST501, the R interpolation unit 202 sets a variable Glow to 0 and initializes it.
Subsequently, the R interpolation unit 202 performs processing in the loop at all pixel positions in the local region including the target pixel by the loop 502.
The local region used here is the same as the region having the predetermined size described above.
One pixel processed in the local region in one loop is referred to as a local attention pixel here.
In step ST503, the R interpolation unit 202 adds G (s, t) multiplied by WG (s, t) to Glow, and sets the result as a new Glow.
Here, G (s, t) represents the G pixel value at the local pixel of interest position (s, t), and WG (s, t) represents the weighting coefficient.
WG (s, t) may be any coefficient that is a low-pass filter, and is selected so that the sum of the coefficients is 1.

ステップST503が終了したところで当該局所内注目画素における処理が完了するので、次の局所内注目画素位置の処理のために次のループ処理を行う。全局所内画素においてループ処理が終了したらループ502を抜け、R補間部202のステップST404の処理を完了する。   When the processing in step ST503 is completed, the processing in the local attention pixel is completed, so the next loop processing is performed for processing the next local attention pixel position. When the loop processing is completed for all local pixels, the loop 502 is exited, and the processing of step ST404 of the R interpolation unit 202 is completed.

図12(b)は図11のステップST405の処理手順の詳細を示したフローチャートである。
この処理は局所領域内に含まれるR画素を加算平均する処理であり、FIRフィルタによるローパスフィルタを構成している。
先ず、R補間部202は、ステップST601により、変数Rlowが0に初期化される。
続いて、R補間部202は、ループ602により、ループ内の処理を注目画素を含む局所領域内の全画素位置において行う。
ここで用いる局所領域は、上述した予め規定された大きさの領域と同一のものである。
R補間部202は、ステップST603では局所内注目画素におけるフィルタの色がRであるかどうかを判定する。
R補間部202は、ステップST603において、フィルタの色がRであると判定された場合、ステップST604により、M(s,t)にWR(s,t)を乗算したものをRlowに加算し、その結果を新たなRlowとする。
ここで、M(s,t)は局所内注目画素位置(s,t)におけるモザイク画像の画素値、WR(s,t)は重み付け係数を表すものとする。
WR(s,t)はローパスフィルタとなる係数であれば良く、係数の総和が1になるように選ばれる。
ただし、R画素はランダムに配列されているため、局所領域内のRの配置に応じて、異なるWR(s,t)が用いられる。
また、WG(s,t)により構成されるローパスフィルタの特性になるべく近づくようにWR(s,t)が選ばれることが好ましい。
FIG. 12B is a flowchart showing details of the processing procedure of step ST405 of FIG.
This process is a process of averaging the R pixels included in the local region, and constitutes a low-pass filter using an FIR filter.
First, in step ST601, the R interpolation unit 202 initializes the variable Rlow to 0.
Subsequently, the R interpolation unit 202 performs processing in the loop at all pixel positions in the local region including the target pixel by the loop 602.
The local region used here is the same as the region having the predetermined size described above.
In step ST603, the R interpolation unit 202 determines whether or not the color of the filter in the local attention pixel is R.
When it is determined in step ST603 that the filter color is R, the R interpolation unit 202 adds M (s, t) multiplied by WR (s, t) to Rlow in step ST604, The result is a new Rlow.
Here, M (s, t) represents the pixel value of the mosaic image at the local pixel of interest position (s, t), and WR (s, t) represents the weighting coefficient.
WR (s, t) may be any coefficient that becomes a low-pass filter, and is selected so that the sum of the coefficients is 1.
However, since the R pixels are randomly arranged, different WR (s, t) are used according to the arrangement of R in the local region.
In addition, WR (s, t) is preferably selected so as to be as close as possible to the characteristics of the low-pass filter constituted by WG (s, t).

ステップST604が終了したところで当該局所内注目画素における処理が完了するので、次の局所内注目画素位置の処理のために次のループ処理をおこなう。全局所内画素においてループ処理が終了したらループ602を抜け、R補間部202のステップST405の処理を完了する。   Since the processing for the local attention pixel is completed when step ST604 is completed, the next loop processing is performed for the processing of the next local attention pixel position. When the loop processing is completed for all local pixels, the loop 602 is exited, and the processing of step ST405 of the R interpolation unit 202 is completed.

[R MS-SyncNR部207、R’MS-SyncNR部208 、B MS-SyncNR部209、B’MS-SyncNR部210]
R MS-SyncNR部207 、R’MS-SyncNR部208、B MS-SyncNR部209、B’MS-SyncNR部210は対象とする色が異なる以外は同等の処理であるので、ここではR MS-SyncNR207 を例にして説明を行う。R’,B,B’に関するMS-SyncNR部208、209、210については R MS-SyncNR207 の説明内で用いられているRの表記をR’,B,B’に読み替えれば良い。
[R MS-SyncNR unit 207, R'MS-SyncNR unit 208, B MS-SyncNR unit 209, B'MS-SyncNR unit 210]
Since the RMS-SyncNR unit 207, the R'MS-SyncNR unit 208, the BMS-SyncNR unit 209, and the B'MS-SyncNR unit 210 are the same processes except for the target colors, here the RMS- The explanation will be made taking SyncNR207 as an example. For the MS-SyncNR units 208, 209, and 210 related to R ′, B, and B ′, the notation of R used in the description of R MS-SyncNR207 may be read as R ′, B, and B ′.

図13は図9の R MS-SyncNR部207 の詳細を示したブロックダイアグラムである。
図13に示す構成は、GとRの2チャネルの入力によりRに対してノイズ除去をおこなった出力を算出するようになっている。Gに対してRの相関がない成分が除去されれば偽色は除去されるので、本発明ではGに対するノイズ除去はおこなわない。しかしながら実用においては、Gに対してなんらかのノイズ除去をおこなった後に本発明によりRのノイズ除去をおこなうようにするのがより適切である。
R MS-SyncNR部207 は2つ多重解像度変換部701、702、多重解像度逆変換部717、多重解像度のレイヤ数より1少ない数(図13では3)の修正部711、712、713 によって構成される。第1の多重解像度変換部701はGチャネルの入力画像を多重解像度画像データに変換し、その結果多重解像度の各レイヤの画像信号を対応するメモリ703、704 705、706 に格納する。
同様に、第2の多重解像度変換部702 はRチャネルの入力画像を多重解像度画像データに変換し、その結果多重解像度の各レイヤの画像信号を対応するメモリ707、708、709、710に格納する。
FIG. 13 is a block diagram showing details of the RMS-SyncNR unit 207 of FIG.
The configuration shown in FIG. 13 calculates an output obtained by removing noise from R by inputting two channels of G and R. Since a false color is removed if a component having no R correlation with G is removed, noise removal for G is not performed in the present invention. However, in practice, it is more appropriate to perform noise removal of R according to the present invention after some noise removal from G.
The RMS-SyncNR unit 207 includes two multi-resolution conversion units 701 and 702, a multi-resolution inverse conversion unit 717, and correction units 711, 712, and 713 that are one less than the number of multi-resolution layers (3 in FIG. 13). The The first multi-resolution conversion unit 701 converts the input image of the G channel into multi-resolution image data, and as a result, stores the image signals of each layer of multi-resolution in the corresponding memories 703, 704 705, 706.
Similarly, the second multi-resolution conversion unit 702 converts the input image of the R channel into multi-resolution image data, and as a result stores the image signals of each layer of multi-resolution in the corresponding memories 707, 708, 709, 710. .

3つの修正部711、712、713は、最低解像度のレイヤ以外のレイヤにそれぞれ対応し、各レイヤのG、Rチャネルの画像を入力として、ノイズが混在した各画素の修正をおこなって、ノイズが除去されたRチャネル画像を生成し、それを対応する画像メモリ714、715、716に格納する。   Three correction units 711, 712, and 713 correspond to layers other than the lowest resolution layer, respectively, and input G and R channel images of each layer to correct each pixel mixed with noise. The removed R channel image is generated and stored in the corresponding image memory 714, 715, 716.

以下、修正部711、712、713について詳細に説明する。
修正部711、712、713は同様の構成を有し同様の動作を行うので、ここでは一例として修正部711について説明する。
図14は、修正部711の構成の一例を示すブロック図である。
図14に示すように、修正部711は、サンプリング処理部801及び802、分散算出処理部803、クリッピング処理部804、除算処理部805、共分散算出処理部806、乗算処理部807を有する。
Hereinafter, the correction units 711, 712, and 713 will be described in detail.
Since the correction units 711, 712, and 713 have the same configuration and perform the same operation, the correction unit 711 will be described here as an example.
FIG. 14 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the correction unit 711.
As illustrated in FIG. 14, the correction unit 711 includes sampling processing units 801 and 802, a variance calculation processing unit 803, a clipping processing unit 804, a division processing unit 805, a covariance calculation processing unit 806, and a multiplication processing unit 807.

サンプリング処理部801は、当該するレイヤのGチャネル画像から、注目画素位置に対応して設定される所定位置の近傍画素から複数個のGチャネル画素値をサンプリング(抽出)し、乗算処理部807、分散算出処理部803、および共分散算出処理部806に供給する。サンプリング処理部802は、当該するレイヤのRチャネル画像から、注目画素位置に対応して設定される所定の位置の近傍画素から複数個のRチャネル画素値をサンプリング(抽出)し、共分散算出処理部806に供給する。尚、サンプリング処理部801,802は、注目画素位置に対して設定される同一の所定の位置のG画素値とR画素値を抽出する。   The sampling processing unit 801 samples (extracts) a plurality of G channel pixel values from neighboring pixels at a predetermined position set corresponding to the target pixel position from the G channel image of the corresponding layer, and a multiplication processing unit 807, This is supplied to the variance calculation processing unit 803 and the covariance calculation processing unit 806. The sampling processing unit 802 samples (extracts) a plurality of R channel pixel values from neighboring pixels at a predetermined position set corresponding to the target pixel position from the R channel image of the corresponding layer, and performs a covariance calculation process Supplied to the unit 806. Note that the sampling processing units 801 and 802 extract the G pixel value and the R pixel value at the same predetermined position set for the target pixel position.

分散算出処理部803は、サンプリングされたGの画素値に基づいて、Gの注目画素周辺の分散値を算出し、クリッピング処理部804に供給する。   The variance calculation processing unit 803 calculates a variance value around the G pixel of interest based on the sampled G pixel value, and supplies the calculated variance value to the clipping processing unit 804.

共分散算出処理部806は、サンプリングされたGとRの画素値に基づいて、それらの共分散値を算出し、除算処理部805に供給する。クリッピング処理部804は、Gチャネルのサンプルの分散値が所定の閾値より小さい場合、その閾値でクリッピングし、除算処理部805に供給する。除算処理部805は、クリッピング処理部804より供給される分散値により、共分散算出処理部806より供給される共分散値を除算し、分散値に対する共分散値の割合(共分散値/分散値)として乗算処理部807に供給する。尚、クリッピング処理部804の処理は、後続の除算処理部805が(共分散値/分散値)を算出するため、0割を回避するための処理である。乗算処理部807は、(共分散値/分散値)に注目画素位置のGチャネル画素値を乗じることで注目画素のノイズ除去されたRチャネル画素値を推定し、それを出力する。   The covariance calculation processing unit 806 calculates the covariance values based on the sampled G and R pixel values and supplies them to the division processing unit 805. When the variance value of the G channel samples is smaller than a predetermined threshold, the clipping processing unit 804 performs clipping with the threshold and supplies the result to the division processing unit 805. The division processing unit 805 divides the covariance value supplied from the covariance calculation processing unit 806 by the variance value supplied from the clipping processing unit 804, and the ratio of the covariance value to the variance value (covariance value / variance value). ) To the multiplication processing unit 807. Note that the processing of the clipping processing unit 804 is processing for avoiding 0% because the subsequent division processing unit 805 calculates (covariance value / variance value). The multiplication processing unit 807 estimates the R channel pixel value from which noise has been removed from the target pixel by multiplying (covariance value / variance value) by the G channel pixel value at the target pixel position, and outputs it.

ここで、修正部711、712、713の処理の詳細について説明する。
修正部711、712、713は、チャネル間相関を利用した画素値推定方法により画素値を修正している。より具体的には、チャネル間相関を利用した画素値推定方法は、局所領域に注目した場合、2つのチャネル(例えばGとR)間には線形な関係があるという仮定に基づいて、局所領域内のある画素位置Rの推定値を線形回帰計算によって算出するというものである。
Here, details of the processing of the correction units 711, 712, and 713 will be described.
The correction units 711, 712, and 713 correct the pixel values by a pixel value estimation method using inter-channel correlation. More specifically, the pixel value estimation method using the correlation between channels is based on the assumption that there is a linear relationship between two channels (for example, G and R) when focusing on the local region. The estimated value of a certain pixel position R is calculated by linear regression calculation.

例えば、画像中の注目画素周辺の局所領域においてC1チャネル(例えばG)の画素値のサンプル(注目画素の位置に対応する所定の位置の複数の画素の画素値){C11,C12,C13,・・・,C1N}とC2チャネル(例えばR)の画素値のサンプル(注目画素の位置に対応する所定の位置の複数の画素の画素値){C21,C22,C23,・・・,C2N}とが得られたとき、上述した両者間の線形な関係があると仮定することにより、C2チャネルの注目画素位置の輝度推定値C2C’は注目画素位置のC1チャネルの輝度値C1Cから以下の式(8)により推定することができる。 For example, in the local region around the target pixel in the image, a sample of pixel values of the C 1 channel (for example, G) (pixel values of a plurality of pixels at a predetermined position corresponding to the position of the target pixel) {C 11 , C 12 , C 13 ,..., C 1N } and C 2 channel (for example, R) pixel value samples (pixel values of a plurality of pixels at predetermined positions corresponding to the position of the target pixel) {C 21 , C 22 , C 23 ,..., C 2N } is obtained, the luminance estimation value C 2C ′ of the target pixel position of the C 2 channel is obtained by assuming that there is a linear relationship between the two. From the luminance value C 1C of the C 1 channel, it can be estimated by the following equation (8).

Figure 0005195957
Figure 0005195957

ここで、MC1は、その局所領域におけるC1チャネルの期待値、MC2は、C2チャネルの期待値、VC1C2は、C1,C2チャネルの共分散値、VC1C1は、C1チャネルの分散値である。 Here, M C1 is the expected value of the C 1 channel in the local region, M C2 is the expected value of the C 2 channel, V C1C2 is the covariance value of the C 1 and C 2 channels, and V C1C1 is C 1 The variance value of the channel.

また、共分散値VC1C2および分散値VC1C1は、それぞれ以下の式(9),式(10)により求められる。 Further, the covariance value V C1C2 and the variance value V C1C1 are obtained by the following equations (9) and (10), respectively.

Figure 0005195957
Figure 0005195957

Figure 0005195957
Figure 0005195957

式(9),式(10)において、wiは、所定の重み係数である。 In Expressions (9) and (10), w i is a predetermined weight coefficient.

従って、上述した式(8)を算出することでノイズを除去することが可能となる。しかしながら、図13で示されるようにR MS-SyncNR部207 には多重解像度変換部701、702が設けられており、修正部711は、帯域毎に分離された画像に対して上述した2チャネルの相関を利用して画素値を修正することになる。   Therefore, noise can be removed by calculating the above-described equation (8). However, as shown in FIG. 13, the RMS-SyncNR unit 207 is provided with multi-resolution conversion units 701 and 702, and the correction unit 711 performs the above-described two-channel processing on the image separated for each band. The pixel value is corrected using the correlation.

ところで、多重解像度変換により生成された複数のレイヤの画像においては、画像の直流成分は最低解像度のレイヤに集中するので、それ以外のレイヤでは局所的な画素の期待値は0になる。結果として、多重解像度処理を利用する場合、上述した式(8)乃至式(10)は、以下の式(11)乃至式(13)で置き換えられることになる。   By the way, in the image of a plurality of layers generated by the multi-resolution conversion, the direct current component of the image is concentrated on the layer of the lowest resolution, so that the expected value of the local pixel is 0 in the other layers. As a result, when multi-resolution processing is used, the above-described equations (8) to (10) are replaced by the following equations (11) to (13).

Figure 0005195957
Figure 0005195957

Figure 0005195957
Figure 0005195957

Figure 0005195957
Figure 0005195957

従って、図14の分散算出処理部803は、実質的に式(13)により分散値を算出し、共分散算出処理部806は、式(12)により共分散値を算出し、さらに、乗算処理部807は、式(11)により画素値を修正している(補正している)。   Accordingly, the variance calculation processing unit 803 in FIG. 14 substantially calculates the variance value by Equation (13), the covariance calculation processing unit 806 calculates the covariance value by Equation (12), and further performs multiplication processing. The unit 807 corrects (corrects) the pixel value using Expression (11).

さらに、式(12)乃至式(13)の共分散値および分散値の算出処理にあたり、コンピュータによる算出処理で処理負荷の大きな乗算処理を軽減させるため、近似関数を用いて、乗算処理回数を低減させるようにしてもよく、例えば、以下の式(14)乃至式(15)のような近似関数により算出するようにしてもよい。   Furthermore, in calculating the covariance values and variance values of Equations (12) to (13), the number of multiplication processes is reduced by using an approximate function to reduce multiplication processing with a large processing load by computer calculation processing. For example, it may be calculated by an approximation function such as the following formulas (14) to (15).

Figure 0005195957
Figure 0005195957

Figure 0005195957
Figure 0005195957

また、多重解像度逆変換部717は、各レイヤのノイズ除去されたRチャネル画像と、最低解像度のレイヤのRチャネル画像を入力として、元画像と同じ解像度の画像へ統合し、出力する。   Further, the multi-resolution inverse transform unit 717 receives the R channel image from which noise has been removed from each layer and the R channel image of the lowest resolution layer as input, and integrates and outputs the image to the same resolution as the original image.

以上説明したように、本実施形態では、4色以上の色フィルタを持ち、一部の色が規則的に配置され、残りの色がランダムに配置された単板カラー撮像素子に使用される色フィルタの配列を定義し、本フィルタ配列を持つカラーフィルタを用いた画像処理装置を構成する。
本実施形態のカラーフィルタは、従来用いられてきたBayer配列と比べ色数が多く、色再現やダイナミックレンジを向上させることができる。
また、本実施形態のカラーフィルタは、規則的に配置された色フィルタの存在により、Bayer配列同等の解像度を得ることができると同時に、ランダム配列と図9に示すR MS-SyncNR部207 、R’MS-SyncNR部208、B MS-SyncNR部209、B’MS-SyncNR部210を用いることで、効果的に偽色の発生を低減させることができる。
すなわち、本実施形態のカラーフィルタで得られたモザイク画像ではC1が全画素数の半分を占めるため、他の色に比べて高い解像度を持つ。そこで、まず全画素位置においてまずC1を揃え、それをリファレンスとして他の色の高周波成分を推定(補間)することで、全色が高い解像度をもった補間結果を得ることができる。
As described above, in the present embodiment, there are four or more color filters, some colors are regularly arranged, and the remaining colors are used in a single-plate color image sensor that is randomly arranged. An array of filters is defined, and an image processing apparatus using a color filter having this filter array is configured.
The color filter of this embodiment has a larger number of colors than the Bayer arrangement conventionally used, and can improve color reproduction and dynamic range.
Further, the color filter of this embodiment can obtain a resolution equivalent to the Bayer array due to the presence of the regularly arranged color filters, and at the same time, the random array and the RMS-SyncNR unit 207, R shown in FIG. By using the 'MS-SyncNR unit 208, the B MS-SyncNR unit 209, and the B'MS-SyncNR unit 210, generation of false colors can be effectively reduced.
That is, in the mosaic image obtained by the color filter of the present embodiment, C1 occupies half of the total number of pixels, and thus has a higher resolution than other colors. Therefore, by first aligning C1 at all pixel positions and using that as a reference to estimate (interpolate) high-frequency components of other colors, it is possible to obtain an interpolation result with high resolution for all colors.

また、本実施形態では、カラーフィルタから得られたモザイク画像に対して画像処理を適用して得られた画像は、特定の空間周波数帯域に偏った偽色の発生が抑制され、様々な空間周波数帯域に少しずつ偽色が分散して存在している。このため人間に知覚され難く、R MS-SyncNR部207 、R’MS-SyncNR部208、B MS-SyncNR部209、B’MS-SyncNR部210を用いて効果的に除去することができる。
R MS-SyncNR部207 、R’MS-SyncNR部208、B MS-SyncNR部209、B’MS-SyncNR部210を用いた処理は、チャネル間相関を利用した画素値推定方法と同じ考え方に基づき、基準となるチャネル(例えばG)信号に対して他のチャネル信号の相関がなるべく高くなるように推定する処理をおこなうことにより、チャネル間の無相関な成分を低減し、クロマ成分に混在するノイズ成分である、色ムラや色ズレという現象をなくすことのできる画像処理方法である。本実施形態で得られた画像は、色ムラを含んだ画像と同じ特徴を持つ。様々な空間周波数帯域に分散して偽色が存在する画像は、チャネル間の相関が低くなっている状態であり、R MS-SyncNR部207 、R’MS-SyncNR部208、B MS-SyncNR部209、B’MS-SyncNR部210を用いて相関を高めることで、偽色を除去することができる。
In the present embodiment, the image obtained by applying image processing to the mosaic image obtained from the color filter is suppressed from generating false colors biased to a specific spatial frequency band, and has various spatial frequencies. False colors are scattered in the band little by little. For this reason, it is hardly perceived by humans, and can be effectively removed using the RMS-SyncNR unit 207, the R'MS-SyncNR unit 208, the BMS-SyncNR unit 209, and the B'MS-SyncNR unit 210.
The processing using the RMS-SyncNR unit 207, the R'MS-SyncNR unit 208, the BMS-SyncNR unit 209, and the B'MS-SyncNR unit 210 is based on the same concept as the pixel value estimation method using inter-channel correlation. By performing processing to estimate the correlation of other channel signals as high as possible with respect to the reference channel (for example, G) signal, the uncorrelated component between channels is reduced, and noise mixed in chroma components This is an image processing method that can eliminate the phenomenon of color unevenness and color misregistration that are components. The image obtained in the present embodiment has the same characteristics as an image including color unevenness. An image in which false colors exist in various spatial frequency bands is in a state in which the correlation between channels is low, and the RMS-SyncNR unit 207, the R'MS-SyncNR unit 208, and the B MS-SyncNR unit By increasing the correlation using the B'MS-SyncNR unit 210, false colors can be removed.

なお、本実施形態のカラーフィルタは、間引き読み出し、加算読み出しを行った場合にはBayer配列同等の配列と見なすことができる。   Note that the color filter of this embodiment can be regarded as an array equivalent to the Bayer array when thinning readout and addition readout are performed.

<第2実施形態>
第2実施形態は、第2および第4の観点の発明の一例である。
本実施形態のカラーフィルタ配列は、第1実施形態で説明したカラーフィルタ配列において色C1が市松状に配置されていた点を二つの色C1aとC1bの規則的配置に置き換えたものである。
特開2005-160044号公報に述べられているように、C1aとC1bの規則的配置からC1aとC1bに基づいて作られた新たな色C1cをC1aとC1bが存在する全画素上に補間することができる。
C1aとC1bの代わりにC1cを配置した配列は、第1実施形態で説明したフィルタ配列と等しい。
すなわち、本実施形態のカラーフィルタは、第1実施形態で説明したカラーフィルタの利点を持ちながら、フィルタの色数が一つ増えることにより、さらに色再現やダイナミックレンジを向上させることができる。
Second Embodiment
The second embodiment is an example of the inventions of the second and fourth aspects.
The color filter array of this embodiment is obtained by replacing the point where the color C1 is arranged in a checkered pattern in the color filter array described in the first embodiment with a regular arrangement of two colors C1a and C1b.
As described in Japanese Patent Laid-Open No. 2005-160044, the new color C1c created based on C1a and C1b from the regular arrangement of C1a and C1b is interpolated on all the pixels where C1a and C1b exist Can do.
The arrangement in which C1c is arranged instead of C1a and C1b is equal to the filter arrangement described in the first embodiment.
That is, the color filter of this embodiment has the advantages of the color filter described in the first embodiment, but can further improve color reproduction and dynamic range by increasing the number of colors of the filter by one.

図15は、本実施形態のカラーフィルタの構成を説明するための図である。
図15に示すように、本実施形態のカラーフィルタは、GとG’の2色で市松配置を構成し、残り4色をランダムに配置している。
FIG. 15 is a diagram for explaining the configuration of the color filter of the present embodiment.
As shown in FIG. 15, the color filter of this embodiment comprises a checkered arrangement with two colors G and G ′, and the remaining four colors are arranged randomly.

図16は、図15に示す本実施形態のカラーフィルタを用いた場合におけるデモザイク処理を説明するための図である。
図16に示すように、本実施形態の画像処理装置は、図9と対比すると、G補間部201に代わって(G+G’)補間部a201を用い、R(R’,B,B’)補間部202(203,204,205)と同じ処理がGとG’用に追加され(G補間部a202,G’補間部a203)、その結果5プレーンでなく6プレーン画像RR’GG’BB’補間画像1a208が生成される。
その後段のノイズ除去処理では、G画像、G’画像はランダム配列に起因するノイズが発生しないためノイズ除去処理をスルーし、図9と同様にR,R’B,B’画像の4つに対してMS-SyncNR処理がおこなわれる。
FIG. 16 is a diagram for explaining the demosaic process when the color filter of the present embodiment shown in FIG. 15 is used.
As shown in FIG. 16, in contrast to FIG. 9, the image processing apparatus of this embodiment uses a (G + G ′) interpolation unit a201 instead of the G interpolation unit 201, and R (R ′, B, B ′ ) The same processing as the interpolation unit 202 (203, 204, 205) is added for G and G ′ (G interpolation unit a202, G ′ interpolation unit a203), and as a result, instead of 5 planes, 6 plane images RR′GG′BB ′ interpolation image 1a208 Is generated.
In the subsequent noise removal processing, noise due to random arrangement does not occur in the G image and G ′ image, so the noise removal processing is passed through, and the four images R, R′B, and B ′ are obtained in the same manner as in FIG. On the other hand, MS-SyncNR processing is performed.

なお、(G+G’)補間部a201の実現には、特開2005-160044号公報に開示された補間処理アルゴリズムを利用することができる。当該公報には、2色で市松配置を構成する配列の当該2色C1,C2から第3の色をC3=(C1+C2)を全画素に補間する処理について記載されている。
本実施形態においても、第1実施形態で説明した図8示すブロック構成、並びに図9に示すフローチャートが適用できる。
Note that the interpolation processing algorithm disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2005-160044 can be used to realize the (G + G ′) interpolation unit a201. This publication describes a process for interpolating C3 = (C1 + C2) from the two colors C1 and C2 of the array constituting the checkered arrangement with two colors to all pixels.
Also in this embodiment, the block configuration shown in FIG. 8 and the flowchart shown in FIG. 9 described in the first embodiment can be applied.

本実施形態のカラーフィルタの変形例として、図17に示す構成を用いてもよい。当該カラーフィルタでは、GとG’の2色で市松配置を構成し、Rが水平垂直に1画素おきに配置され、残り2色がランダムに配置されている。   As a modification of the color filter of this embodiment, the configuration shown in FIG. 17 may be used. In the color filter, a checkered arrangement is formed with two colors G and G ′, R is arranged every other pixel horizontally and vertically, and the remaining two colors are arranged randomly.

本実施形態のカラーフィルタは、例えば、色C1をC1aとC1bに置き換えることによって、さらに色再現やダイナミックレンジを向上させることができることができる。
また、色C1aと色C1bの分光感度の相関が、他の色間の分光感度の相関に比べて高いことが好ましい。すなわち、特開2005-160044号公報に述べられているように、C1aとC1bの規則的配置からC1aとC1bに基づいて作られた新たな色C1cを作る場合、C1aとC1bの分光感度の相関が高い方が好ましい。
The color filter of this embodiment can further improve color reproduction and dynamic range by replacing the color C1 with C1a and C1b, for example.
In addition, it is preferable that the correlation between the spectral sensitivities of the colors C1a and C1b is higher than the correlation between the spectral sensitivities of the other colors. That is, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-160044, when creating a new color C1c based on C1a and C1b from the regular arrangement of C1a and C1b, the correlation between the spectral sensitivities of C1a and C1b Higher is preferable.

また、本実施形態のカラーフィルタを備えた画像センサによって得られたモザイク画像から、全画素で全色がそろうようなカラー画像を生成する画像処理では、色C1aとC1bを用いて新たな色C1cを算出する。
当該画像処理部は、注目画素位置に色C1aが配置されている場合、注目画素位置における色C1bの画素値を、注目画素位置を含む局所領域に存在する色C1a, C1bを用いて推定(補間)する。
上記画像処理部は、注目画素位置に色C1bが配置されている場合、注目画素位置における色C1aの画素値を、注目画素位置を含む局所領域に存在する色C1a, C1bを用いて補間する。
また、上記画像処理部は、市松の画素位置に得られたC1a及びC1bの画素値から市松の画素位置の色C1cを算出し、色C1cが存在しない画素位置における色C1cの画素値を、周囲に存在する色C1cを用いて補間し、色C1c以外の色CXは注目画素位置を含む局所領域に存在する色C1c及びCXを用いて補間する。
また、本実施形態においても、図16に示すように、第1実施形態と同様に、R MS-SyncNR部a209、R’MS-SyncNR部a210、B MS-SyncNR部a211、B’MS-SyncNR部a212を備えている。
In addition, in image processing for generating a color image in which all the colors are matched in all pixels from the mosaic image obtained by the image sensor including the color filter of the present embodiment, a new color C1c is used by using the colors C1a and C1b. Is calculated.
When the color C1a is arranged at the target pixel position, the image processing unit estimates (interpolates) the pixel value of the color C1b at the target pixel position using the colors C1a and C1b existing in the local region including the target pixel position. )
When the color C1b is arranged at the target pixel position, the image processing unit interpolates the pixel value of the color C1a at the target pixel position using the colors C1a and C1b existing in the local region including the target pixel position.
The image processing unit calculates the color C1c of the checkered pixel position from the pixel values of C1a and C1b obtained at the checkered pixel position, and calculates the pixel value of the color C1c at the pixel position where the color C1c does not exist Is interpolated using the color C1c existing in, and colors CX other than the color C1c are interpolated using the colors C1c and CX existing in the local region including the target pixel position.
Also in the present embodiment, as shown in FIG. 16, as in the first embodiment, the RMS-SyncNR unit a209, the R′MS-SyncNR unit a210, the B MS-SyncNR unit a211 and the B′MS-SyncNR A part a212 is provided.

上述したように、本実施形態では、色C1aとC1bの規則的配置から色C1aとC1bに基づいて作られた新たな色C1cをC1aとC1bが存在する全画素上に補間することができる。
本実施形態においても、第1実施形態と同様の効果が得られる。
As described above, in this embodiment, a new color C1c created based on the colors C1a and C1b from the regular arrangement of the colors C1a and C1b can be interpolated on all the pixels where C1a and C1b exist.
Also in this embodiment, the same effect as the first embodiment can be obtained.

本発明は上述した実施形態には限定されない。
すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。
The present invention is not limited to the embodiment described above.
That is, those skilled in the art may make various modifications, combinations, subcombinations, and alternatives regarding the components of the above-described embodiments within the technical scope of the present invention or an equivalent scope thereof.

100 デジタルビデオカメラシステム、101 レンズ、102 絞り、103 CCDイメージセンサ、104 相関2重サンプリング回路、105 A/Dコンバータ、106 DSPブロック、107 タイミングジェネレータ、108 D/Aコンバータ、109 ビデオエンコーダ、110 ビデオモニタ、111 CODEC、112 メモリ、113 CPU、114 入力デバイス、201 G補間部、202 R補間部、203 R'補間部、204 B補間部、205 B'補間部、206 RR'GBB'補間画像、207 R MS-SyncNR部、208 R' MS-SyncNR部、209 B MS-SyncNR部、210 B' MS-SyncNR部、211 RR'GBB'補間画像、701 多重解像度変換部(G画素)、702 多重解像度変換部(R画素)、703 レイヤ0画像(G画素)、704 レイヤ1画像(G画素)、705 レイヤ2画像(G画素)、706 レイヤ3画像(G画素)、707 レイヤ0画像(R画素)、708 レイヤ1画像(R画素)、709 レイヤ2画像(R画素)、710 レイヤ3画像(R画素)、711 修正部(レイヤ0)、712 修正部(レイヤ1)、713 修正部(レイヤ2)、714 レイヤ0修正画像(R画素)、715 レイヤ1修正画像(R画素)、716 レイヤ2修正画像(R画素)、717 多重解像度逆変換部(R画素)、801 サンプリング処理部、802 サンプリング処理部、803 分散算出処理部、804 クリッピング処理部、805 除算処理部、806 共分散算出処理部、807 乗算処理部   100 digital video camera system, 101 lens, 102 aperture, 103 CCD image sensor, 104 correlated double sampling circuit, 105 A / D converter, 106 DSP block, 107 timing generator, 108 D / A converter, 109 video encoder, 110 video Monitor, 111 CODEC, 112 memory, 113 CPU, 114 input device, 201 G interpolation unit, 202 R interpolation unit, 203 R 'interpolation unit, 204 B interpolation unit, 205 B' interpolation unit, 206 RR'GBB 'interpolation image, 207 R MS-SyncNR unit, 208 R 'MS-SyncNR unit, 209 B MS-SyncNR unit, 210 B' MS-SyncNR unit, 211 RR'GBB 'interpolated image, 701 Multi-resolution conversion unit (G pixel), 702 multiplexing Resolution converter (R pixel), 703 Layer 0 image (G pixel), 704 Layer 1 image (G pixel), 705 Layer 2 image (G pixel), 706 Layer 3 image (G pixel), 707 Layer 0 image (R Pixel), 708 Layer 1 image (R pixel), 709 Layer 2 image (R pixel), 710 Layer 3 image (R pixel), 711 Correction unit (Layer 0), 712 Correction unit (Layer 1), 71 3 Correction unit (Layer 2), 714 Layer 0 correction image (R pixel), 715 Layer 1 correction image (R pixel), 716 Layer 2 correction image (R pixel), 717 Multi-resolution inverse conversion unit (R pixel), 801 Sampling processing unit, 802 sampling processing unit, 803 variance calculation processing unit, 804 clipping processing unit, 805 division processing unit, 806 covariance calculation processing unit, 807 multiplication processing unit

Claims (2)

分光特性が異なる複数種類のフィルタのうち何れかのフィルタが各画素位置に割り当てられたカラーフィルタであって、
前記複数種類のフィルタの色が4色であり、第1の色が市松状に配置され、第2の色が前記第1の色の存在しない画素位置で水平及び垂直に1ラインおきに配置され、第3の色及び第4の色が前記第1の色及び前記第2の色の存在しない画素位置にランダムに配置されている
カラーフィルタ。
A color filter in which any one of a plurality of types of filters having different spectral characteristics is assigned to each pixel position,
The plurality of types of filters have four colors, the first color is arranged in a checkered pattern, and the second color is arranged every other line horizontally and vertically at pixel positions where the first color does not exist. A color filter in which the third color and the fourth color are randomly arranged at pixel positions where the first color and the second color do not exist.
分光特性が異なる複数種類のフィルタのうち何れかのフィルタが各画素位置に割り当てられたカラーフィルタを有する撮像素子であって、
前記複数種類のフィルタの色が4色であり、第1の色が市松状に配置され、第2の色が前記第1の色の存在しない画素位置で水平及び垂直に1ラインおきに配置され、第3の色及び第4の色が前記第1の色及び前記第2の色の存在しない画素位置にランダムに配置されている
撮像素子。
An image sensor having a color filter in which any one of a plurality of types of filters having different spectral characteristics is assigned to each pixel position,
The plurality of types of filters have four colors, the first color is arranged in a checkered pattern, and the second color is arranged every other line horizontally and vertically at pixel positions where the first color does not exist. The image sensor in which the third color and the fourth color are randomly arranged at pixel positions where the first color and the second color do not exist.
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