JP5456206B2 - 撮像装置、撮像装置の制御プログラム、及び撮像装置の制御方法 - Google Patents

撮像装置、撮像装置の制御プログラム、及び撮像装置の制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、撮像装置、撮像装置の制御プログラム、及び撮像装置の制御方法に係り、特に、カラーフィルタを備えた撮像装置、撮像装置の制御プログラム、及び撮像装置の制御方法に関する。
撮像素子によって撮像された撮像信号に対しては、撮像素子の特性等に起因する画質劣化を改善、補正する処理が行われるのが通常である(例えば特許文献1及び特許文献2参照)。
例えば、異なる色の複数のフィルタが予め定めたパターンで配置されたカラーフィルタを備えた撮像装置で撮像された撮像信号を補正する場合、撮像素子から得られた各画素の色定義ごとにパラメータ(補正データ)を設定して補正する処理が必要となる。
カラーフィルタは予め定められた基本配列パターンが繰り返し配置されて構成されるため、色定義の種類は、基本配列パターンのサイズで規定される。例えば基本配列パターンが従来のベイヤー配列の場合、2×2画素分の最大4種類の補正値があればよい。
特開2008−288649号公報 特開2009−177418号公報
しかしながら、例えば輝度の相関方向を判別して適正に補正するために、ベイヤー配列よりも大きい配列のカラーフィルタを用いた場合、必要な補正データが増加するため、補正処理の処理負荷が増大する、という問題があった。
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、基本配列パターンのサイズが大きいカラーフィルタを用いた場合でも補正処理の負荷を減少させることができる撮像装置、撮像装置の制御プログラム、及び撮像装置の制御方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の撮像装置は、水平方向及び垂直方向に配列された複数の光電変換素子を含む撮像素子と、前記複数の光電変換素子からなる複数の画素上に設けられたカラーフィルタであって、輝度信号を得るために最も寄与する第1の色に対応する第1のフィルタと前記第1の色以外の2色以上の第2の色にそれぞれ対応する第2のフィルタとが配列された基本配列パターンが水平及び垂直方向に繰り返して配置され、且つ、前記第1のフィルタが、前記基本配列パターン内において、水平、垂直、及び斜め方向の各方向に2以上隣接する部分が含まれるように配置されたカラーフィルタと、前記撮像素子から出力された画像データを、予め定めた方向に沿ったライン毎のライン画像データに分割する分割手段と、前記基本配列パターンを前記予め定めた方向に沿ったパターンラインに分割した際のパターンライン上の各フィルタに対応した複数の補正データから成るライン補正データをパターンライン毎に記憶した記憶手段と、前記分割手段により分割されたライン画像データに対応するライン補正データを前記記憶手段から読み出して、読み出したライン補正データにより前記ライン画像データを前記パターンライン毎に補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする。
この発明によれば、基本配列パターンの予め定めた方向に沿ったパターンライン毎にライン補正データを用意しておき、画像データをライン画像データに分割してライン画像データ毎に補正をするので、基本配列パターンのサイズが大きいカラーフィルタ、すなわち色定義が多いカラーフィルタを用いた場合でも、基本配列パターン毎に補正する場合と比較して、補正処理の負荷を減少させることができる。なお、予め定めた方向は、例えば水平方向、垂直方向、及び斜め方向の何れかとすることができる。
また、輝度信号を得るために最も寄与する第1の色に対応する第1のフィルタが、前記基本配列パターン内において、水平、垂直、及び斜め(NE,NW)方向の各方向に2以上隣接する部分が含まれるように配置されるため、各方向に隣接する第1の色の画素の画素値の差分値に基づいて輝度の相関方向が前記4方向のうちのいずれの方向にあるかを、最小画素間隔で判別することができる。これにより、カラー撮像素子から出力されるモザイク画像から抽出される同時化処理の対象画素の画素位置における他の色の画素値を算出する際に、上記のようにして最小画素間隔の画素値により判別した輝度の相関方向に応じて、相関方向に存在する他の色の画素の画素値を使用することにより、他の色の画素の画素値を精度よく推定することができ、高周波部の偽色の発生を抑圧することができる。
なお、撮像モードが動画モードの場合、前記撮像素子から予め定めた間引きパターンで間引いてライン画像データを読み出す間引き手段を備え、前記補正手段は、前記間引き手段により読み出されたライン画像データに対応したライン補正データを前記記憶手段から読み出し、読み出したライン補正データにより前記ライン画像データを補正するようにしてもよい。
この発明によれば、撮影モードが動画モードの場合のように画像データが間引き読み出しされる場合、読み出されたライン画像データに対応したライン補正データのみを読み出せば良く、動画モードにおける補正処理の負荷を軽減することができる。
また、前記カラーフィルタは、前記第1のフィルタ及び前記第2の色のそれぞれに対応する第2のフィルタは、それぞれ前記基本配列パターン内に前記カラーフィルタの水平及び垂直方向の各ライン内に1つ以上配置された構成とすることができる。
また、前記基本配列パターンは、N×N(N:4以上の整数)画素に対応する正方配列パターンである構成とすることができる。
また、前記カラーフィルタは、前記第1のフィルタからなる2×2画素に対応する正方配列を含む構成とすることができる。
この発明によれば、2×2画素に対応する正方配列の4画素の各画素間の画素値の差分値に基づいて輝度の相関方向が前記4方向のうちのいずれの方向にあるかを、最小画素間隔で判別することができる。
また、前記第1の色は、緑(G)色であり、前記第2の色は、赤(R)色及び青(B)である構成とすることができる。
また、前記カラーフィルタは、赤(R)、緑(G)、青(B)の色に対応するRフィルタ、Gフィルタ及びBフィルタを有し、かつ、前記カラーフィルタは、3×3画素に対応する第1の配列であって、中心にRフィルタが配置され、4隅にBフィルタが配置され、中心のRフィルタを挟んで上下左右にGフィルタが配置された第1の配列と、3×3画素に対応する第2の配列であって、中心にBフィルタが配置され、4隅にRフィルタが配置され、中心のBフィルタを挟んで上下左右にGフィルタが配置された第2の配列とが、交互に水平及び垂直方向に配列された構成とすることができる。
この発明によれば、前記第1の配列又は第2の配列を中心に5×5画素(モザイク画像の局所領域)を抽出した場合、前記5×5画素の中心の画素(R画素又はB画素)を挟んで、水平及び垂直方向にそれぞれ隣接するG画素が存在することになる。これらのG画素(合計8画素)の画素値は、4方向の相関方向の判別に使用することができる。
また、前記カラーフィルタは、赤(R)、緑(G)、青(B)の色に対応するRフィルタ、Gフィルタ及びBフィルタを有し、かつ、前記カラーフィルタは、3×3画素に対応する第1の配列であって、中心と4隅にGフィルタが配置され、中心のGフィルタを挟んで上下にBフィルタが配置され、左右にRフィルタが配列された第1の配列と、3×3画素に対応する第2の配列であって、中心と4隅にGフィルタが配置され、中心のGフィルタを挟んで上下にRフィルタが配置され、左右にBフィルタが配列された第2の配列とが、交互に水平方向及び垂直方向に配列された構成とすることができる。
この発明によれば、前記第1の配列又は第2の配列を中心に5×5画素(モザイク画像の局所領域)を抽出した場合、前記5×5画素の4隅に2 ×2画素のG画素が存在することになる。これらの2 ×2画素のG画素の画素値は、4方向の相関方向の判別に使用することができる。
また、前記カラーフィルタは、前記第2のフィルタのいずれか1色のフィルタを挟んで水平及び垂直方向にそれぞれ前記第1のフィルタが連続配置されている構成とすることができる。
この発明によれば、これらの連続する第1のフィルタに対応する画素の画素値の差分値に基づいて輝度の相関方向が前記4方向のうちのいずれの方向にあるかを、最小画素間隔で判別することができる。
また、前記カラーフィルタは、前記基本配列パターンの中心に対して点対称である構成とすることができる。
この発明によれば、後段の処理回路の回路規模を小さくすることが可能になる。
本発明の撮像装置の制御プログラムは、水平方向及び垂直方向に配列された複数の光電変換素子を含む撮像素子と、前記複数の光電変換素子からなる複数の画素上に設けられたカラーフィルタであって、輝度信号を得るために最も寄与する第1の色に対応する第1のフィルタと前記第1の色以外の2色以上の第2の色にそれぞれ対応する第2のフィルタとが配列された基本配列パターンが水平及び垂直方向に繰り返して配置され、且つ、前記第1のフィルタが、前記基本配列パターン内において、水平、垂直、及び斜め方向の各方向に2以上隣接する部分が含まれるように配置されたカラーフィルタと、前記基本配列パターンを予め定めた方向に沿ったパターンラインに分割した際のパターンライン上の各フィルタに対応した複数の補正データから成るライン補正データをパターンライン毎に記憶した記憶手段と、を備えた撮像装置を制御するコンピュータを、前記撮像素子から出力された画像データを、前記予め定めた方向に沿ったライン毎のライン画像データに分割する分割手段、及び、前記分割手段により分割されたライン画像データに対応するライン補正データを前記記憶手段から読み出して、読み出したライン補正データにより前記ライン画像データを前記パターンライン毎に補正する補正手段、として機能させることを特徴とする。
本発明によれば、基本配列パターンのサイズが大きいカラーフィルタを用いた場合でも補正処理の負荷が増大するのを防ぐことができる、という効果を有する。
第1実施形態に係る撮像装置の概略ブロック図である。 第1実施形態に係るカラーフィルタの構成図である。 第1実施形態に係るカラーフィルタに含まれる基本配列パターンを示す図である。 第1実施形態に係るカラーフィルタに含まれる6×6画素の基本配列パターンを3×3画素のA配列とB配列に分割し、これらを水平及び垂直方向に繰り返し配置してなるカラーフィルタを示す図である。 図4AのカラーフィルタによるG画素の特徴的な配置を示す図である。 縦方向に相関方向があると判別された場合の同時化処理時の画素補間方法を説明するために用いた図である。 左斜め上方向に相関方向があると判別された場合の同時化処理時の画素補間方法を説明するために用いた図である。 撮像装置で実行される処理を示すフローチャートである。 第1実施形態に係る撮像装置によりライン画像データ毎にライン補正データを用いて補正する場合について説明するための図である。 第2実施形態に係る撮像装置の概略ブロック図である。 第2実施形態に係る撮像装置によりライン画像データ毎にライン補正データを用いて補正する場合について説明するための図である。 第3実施形態に係るカラーフィルタの構成図である。 第3実施形態に係るカラーフィルタに含まれる基本配列パターンを示す図である。 第3実施形態に係るカラーフィルタに含まれる6×6画素の基本配列パターンを3×3画素のA配列とB配列に分割し、これらを水平及び垂直方向に繰り返し配置してなるカラーフィルタを示す図である。 第3実施形態に係るカラーフィルタによるG画素の特徴的な配置を示す図である。 第4実施形態に係るカラーフィルタの構成図である。 第5実施形態に係るカラーフィルタの構成図である。 第6実施形態に係るカラーフィルタの構成図である。 第7実施形態に係るカラーフィルタの構成図である。 第7実施形態に係るカラーフィルタの構成図である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
(第1実施形態)
図1には、本実施形態に係る撮像装置10の概略ブロック図を示した。撮像装置10は、光学系12、撮像素子14、データ制御部16、画像メモリ18、分割制御部20、撮像補正処理部22、及び補正テーブル記憶部24を含んで構成されている。
光学系12は、例えば複数の光学レンズから成るレンズ群、絞り調整機構、ズーム機構、及び自動焦点調節機構等を含んで構成されている。
撮像素子14は、水平方向及び垂直方向に配列された複数の光電変換素子を含む撮像素子、例えばCCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の撮像素子上にカラーフィルタが配置された構成の所謂単板式の撮像素子である。
図2には、本実施形態に係るカラーフィルタの一部を示した。各画素上には、赤(R)、緑(G)、青(B)の3原色のカラーフィルタのうちのいずれかが配置される。
<カラーフィルタ配列の特徴>
第1実施形態のカラーフィルタは、下記の特徴(1)、(2)、(3)、及び(4)を有している。
〔特徴(1)〕
図2に示すカラーフィルタは、6×6画素に対応する正方配列パターンからなる基本配列パターンP(太枠で示したパターン)を含み、この基本配列パターンPが水平及び垂直方向に繰り返し配置されている。即ち、このカラーフィルタは、R、G、Bの各色のフィルタ(Rフィルタ、Gフィルタ、Bフィルタ)が所定の周期性をもって配列されている。
このようにRフィルタ、Gフィルタ、Bフィルタが所定の周期性をもって配列されているため、カラー撮像素子から読み出されるR、G、B信号の同時化(補間)処理(デモザイク処理とも言う。)等を行う際に、繰り返しパターンにしたがって処理を行うことができる。
また、基本配列パターンPの単位で間引き処理して画像を縮小する場合、間引き処理さした縮小画像のカラーフィルタの配列は、間引き処理前のカラーフィルタの配列と同じにすることができ、共通の処理回路を使用することができる。
〔特徴(2)〕
図2に示すカラーフィルタを構成する基本配列パターンPは、輝度信号を得るために最も寄与する色 (この実施形態では、Gの色 )に対応するGフィルタと、Gの色以外の他の色(この実施形態では、R,B)に対応するRフィルタ、Bフィルタとが、基本配列パターン内の水平及び垂直方向の各ライン内に1つ以上配置されている。
R、G、Bフィルタが、それぞれ基本配列パターンP内の水平及び垂直方向の各ライン内に配置されるため、色モワレ(偽色)の発生を抑圧することができる。
〔特徴(3)〕
輝度系画素に対応するGフィルタは、基本配列パターンP内において、水平、垂直、及び斜め(NE,NW)方向の各方向に2以上隣接する部分が含まれるように配置されている。
図3は、図2に示した基本配列パターンPを、3×3画素に4分割した状態に関して示している。
図3に示すように基本配列パターンPは、実線の枠で囲んだ3×3画素のA配列と、破線の枠で囲んだ3×3画素のB配列とが、水平、垂直方向に交互に並べられた配列となっていると捉えることもできる。
A配列は、中心にRフィルタが配置され、4隅にBフィルタが配置され、中心のRフィルタを挟んで上下左右にGフィルタが配置されている。一方、B配列は、中心にBフィルタが配置され、4隅にRフィルタが配置され、中心のBフィルタを挟んで上下左右にGフィルタが配置されている。これらのA配列とB配列とは、RフィルタとBフィルタとの位置関係が逆転しているが、その他の配置は同様になっている。
図4Aに示すように、第1実施形態のカラーフィルタは、上記A配列とB配列とが、水平及び垂直方向に交互に配置されていると捉えることもできる。
いま、図4Aに示すように、撮像素子14から出力されるモザイク画像を、A配列を中心にして5×5画素の局所領域(太枠で示した領域)を抽出した場合、この局所領域内の8個のG画素は、図4Bに示すように十字形状に配置される。これらのG画素を左から右の順にG1、G2、G3、G4とし、上から下の順にG5、G6、G7、G8とすると、画素G1G2、画素G2G3が水平方向に隣接し、画素G5G6、画素G7G8が垂直方向に隣接し、画素G6G3、画素G2G7が左上斜め方向に隣接し、画素G6G2、画素G3G7が右上斜め方向に隣接している。
従って、これらの隣接する画素の画素値の差分絶対値を求めることにより、水平、垂直、及び斜め(NE,NW)方向の各方向のうち、輝度の変化が最も小さい方向(相関の高い相関方向)を、最小画素間隔で判別することができる。
即ち、水平方向の差分絶対値の和は|G1−G2|+|G3−G4|、水平方向の差分絶対値の和は|G5−G6|+|G7−G8|、右上斜め方向の差分絶対値の和は|G6−G2|+|G3−G7|、左上斜め方向の差分絶対値の和は|G6−G3|+|G2G7|となる。
これらの4つの相関絶対値のうち最小となる差分絶対値をとる方向に相関(相関方向)があると判別することができる。尚、判別された相関方向は、同時化(補間)処理等を行う際に利用することができる。
<相関方向を使用した補間方法>
次に、上記のようにして方向判別された相関方向を利用した補間方法について説明する。
図5に示すように縦方向に相関方向があると判別され、図5に示す太枠内の3×3画素(A配列)の各画素の画素位置における他の色の画素値を補間して求める場合、相関方向の近傍に存在する同じ色の画素の画素値を使用する。
Gの画素値を補間する場合、B22,B24の画素位置におけるGの画素値G22’,G24’は、G23の画素値を使用し、B42,B44の画素位置におけるGの画素値G42’,G44’は、G43の画素値を使用する。一方、R33の画素位置におけるGの画素値G33’は、G32とG34の画素値の平均値を使用する。
R、Bの画素値を補間する場合、B22の画素位置におけるRの画素値R22’は、R21の画素値を使用し、G23の画素位置におけるR,Bの画素値R23’,B23’は、それぞれR21とR25の画素値の平均値、B22とB24の画素値の平均値を使用し、B22,B24の画素位置におけるRの画素値R22’,R24’は、それぞれR21,R25の画素値を使用する。
G32の画素位置におけるR,Bの画素値R32’,B32’は、それぞれR33,B30の画素値を使用し、R33の画素位置におけるBの画素値B33’は、B30とB36の画素値の平均値を使用し、G34の画素位置におけるR,Bの画素値R34’,B34’は、それぞれR33,B36の画素値を使用する。
B42の画素位置におけるRの画素値R42’は、R41の画素値を使用し、G43お画素位置におけるR,Bの画素値R43’,B43’は、それぞれR41とR45の画素値の平均値、B42とB44の画素値の平均値を使用し、B44の画素位置におけるRの画素値R44’は、R45の画素値を使用する。
B配列の場合はR、Bを入れ替えて同様の処理を行うことでRGBの画素値の補間を行う。
以上の処理を3×3画素毎に繰り返すことでRGBの画素値が補間される。
一方、図6に示すように左斜め上方向に相関方向があると判別され、図6に示す太枠内の3×3画素(A配列)の各画素の画素位置における他の色の画素値を補間して求める場合、相関方向の近傍に補間する色の画素が存在する場合には、その画素値を使用し、相関方向に補間する色の画素が存在しない場合には、近傍に存在する補間済みの画素のRGBの画素値の差又は比(色差又は色比)の関係を利用して補間する。
まず、補間方向に補間する色の画素が存在する画素から補間を行う。図6では、B22の画素位置におけるRの画素値R22’は、R23の画素値を使用し、G32の画素位置におけるRの画素値R32’は、R21の画素値を使用し、B42の画素位置におけるGの画素値G42’は、G31とG53の画素値の平均値を使用する。以降、R23’、B33’、R43’、G24’、R34’、R44’も同じように相関方向に存在する補間する色の画素の画素値を使用する。
次に、相関方向に補間する色の画素が存在しない画素の補間の処理方法を説明する。
図6のB22の画素位置におけるGの画素値G22’を補間して求める場合、G13と補間した画素値B13’、及びG31と補間した画素値B31’の色差を用いて補間を行う。具体的には下式の計算により値を算出する。
[数1]
G22’=B22+(G13+G31)/2−(B13’+B31’)/2
同様に、G32の画素位置におけるBの画素値B32’、B42の画素位置におけるRの画素値R42’の補間方法は、下式のようになる。
[数2]
B32’=G32+B31’−G31
R42’=B42+R33−B33’
同様の処理を行ってB32’、G33’、B43’、R24’、B34’、G44’の補間を行う。
以上の処理を3×3画素毎に繰り返すことでRGBの画素値が補間される。
尚、A配列、B配列におけるRGBのカラーフィルタの対称性により、相関方向が横方向と判別された場合、又は右斜め上方向に相関方向があると判別された場合であっても、上述したように縦方向と判別された場合、又は左斜め上方向と判別された場合と同様にしてRGBの画素値を補間して求めることができる。
また、上記[数1]式、[数2]式では、色差を用いて補間を行っているが、色比を用いて補間を行うようにしてもよい。
〔特徴(4)〕
図2に示すカラーフィルタを構成する基本配列パターンPは、その基本配列パターンPの中心に対して点対称になっている。
図3に示したように、基本配列パターン内のA配列及びB配列は、それぞれ中心のRフィルタ、又はGフィルタに対して点対称になっており、かつ上下左右が対称(線対称)になっている。
このような対称性により、後段の処理回路の回路規模を小さくしたり、簡略化したりすることが可能になる。
尚、基本配列パターンを水平方向及び垂直方向に繰り返し配置することで、図2に示すカラーフィルタを構成することができる基本配列パターンは複数存在するが、第1実施形態では、基本配列パターンが点対称になっている基本配列パターンPを、便宜上、基本配列パターンという。
尚、後述する他の実施形態のカラーフィルタにおいても、各カラーフィルタに対して複数の基本配列パターンが存在するが、その代表的なものをそのカラーフィルタの基本配列パターンという。
データ制御部16は、撮像素子14から出力された画像データを画像メモリ18に一時記憶させると共に、分割制御部20からの指示に従って、画像メモリ18に記憶された画像データを、水平方向に沿ったライン毎の分割したライン画像データに分割し、分割したライン画像データを撮像補正処理部22に順次出力する。
補正テーブル記憶部24は、基本配列パターンPを水平方向に沿ったパターンラインに分割した際のパターンライン上の各フィルタに対応した複数の補正データから成るパターンライン補正データをパターンライン毎に予め記憶している。
図3に示すように、本実施形態に係るカラーフィルタの基本配列パターンPは、6×6画素に対応しているので、補正テーブル記憶部24は、第1パターンライン〜第6パターンラインの各々に対応した第1ライン補正データ〜第6ライン補正データから成る補正テーブルを記憶している。カラーフィルタは基本配列パターンPが繰り返し配置された構成であるので、補正テーブル記憶部24は、この6×6画素分の補正テーブルを記憶するだけでよい。なお、補正テーブルは、カラーフィルタの配列に起因する画質の劣化を補正するための補正データである。
撮像補正処理部22は、分割制御部20からの指示に従って、補正テーブル記憶部24からライン毎のライン補正データを読み出して、データ制御部16から出力されたライン画像データを基本配列パターンのパターンライン毎に補正する。すなわち、撮像補正処理部22は、ライン画像データが(n+1)ライン(n=0,1,2,・・・)のライン画像データの場合は、補正テーブル記憶部24から第1ライン補正データを読み出して補正する。同様に、ライン画像データが(n+2)ラインのライン画像データの場合は、第2ライン補正データを読み出して補正し、ライン画像データが(n+3)ラインのライン画像データの場合は、第3ライン補正データを読み出して補正し、ライン画像データが(n+4)ラインのライン画像データの場合は、第4ライン補正データを読み出して補正し、ライン画像データが(n+5)ラインのライン画像データの場合は、第5ライン補正データを読み出して補正し、ライン画像データが(n+6)ラインのライン画像データの場合は、第6ライン補正データを読み出して補正する。
次に、本実施形態の作用として、撮像装置10で実行される処理について、図7に示すフローチャートを参照して説明する。
まず、ステップ100では、データ制御部16が、撮像素子14から画像データを読み出して画像メモリ18に順次記憶する。
ステップ102では、データ制御部16が、分割制御部20からの指示に従って、画像メモリ18に記憶された画像データを、水平方向に沿ったライン毎のライン画像データに分割し、分割したライン画像データを撮像補正処理部22に順次出力する。
ステップ104では、撮像補正処理部22が、分割制御部20からの指示に従って、補正テーブル記憶部24からライン毎のライン補正データを読み出す。
ステップ106では、撮像補正処理部22が、補正テーブル記憶部24から読み出したライン補正データに基づいて、データ制御部16から出力されたライン画像データを基本配列パターンのパターンライン毎に補正する。すなわち、図8に示すように、第1ライン補正データ〜第6ライン補正データの各々に基づいて、(n+1)〜(n+6)ライン目のライン画像データが順次補正される。このような処理が、画像データの全てのライン画像データに対して実行されるまで繰り返される。
補正されたライン画像データは、後段の例えば図示しない同時化回路等へ出力される。同時化回路では、前述したように、判別された相関方向に基づいて同時化(補間)処理が実行される。
このように、基本配列パターンの水平方向に沿ったパターンライン毎にライン補正データを用意しておき、画像データをライン画像データに分割してライン画像データ毎に補正をするので、基本配列パターンのサイズが大きいカラーフィルタ、すなわち色定義が多いカラーフィルタを用いた場合でも、基本配列パターン毎に補正する場合と比較して、補正処理の負荷を減少させることができる。なお、本実施形態では、基本配列パターンの水平方向に沿ったパターンライン毎にライン補正データを用意しておき、画像データを水平方向に沿ってライン画像データに分割してライン画像データ毎に補正をする場合について説明したが、これに限らず、例えば、基本配列パターンの垂直方向に沿ったパターンライン毎にライン補正データを用意しておき、画像データを垂直方向に沿ってライン画像データに分割してライン画像データ毎に補正をするようにしてもよい。
また、撮像装置10は、CPU、ROM、RAM、不揮発性ROM等を含むコンピュータを含んだ構成とすることができる。この場合、上記の処理の処理プログラムを例えば予め不揮発性ROMに記憶しておき、これをCPUが読み込んで実行することができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態では、動画モードで撮像した画像を動画処理する場合について説明する。なお、第1実施形態と同一部分には同一符号を伏し、その詳細な説明は省略する。
図9には、本実施形態に係る撮像装置30を示した。同図に示すように、撮像装置30は、動画制御部26及び駆動部28を備えた点が図1に示した撮像装置10と異なる。その他の構成は撮像装置10と同一なので、詳細な説明は省略する。
動画制御部26は、撮影モードが動画モードの場合に、撮像した画像を間引いて読み出すように駆動部28に指示すると共に、間引き読み出しされたライン画像データに対応したライン補正データに基づいて補正するよう分割制御部20に指示する。
駆動部28では、動画制御部26で指示された間引き方法により画像データが出力されるように撮像素子14を制御する。
なお、撮影モードとしては、静止画を撮影する静止画モードや、撮像した画像を間引いて比較的高解像度のHD(高精細)動画データを生成して図示しないメモリーカード等の記録媒体に記録するHD動画モード、撮影した画像を間引いて比較的低解像度のスルー動画を図示しない表示部に出力するスルー動画モード(ライブビューモード)等の動画モードがある。
次に、本実施形態の作用として、撮像装置30で実行される処理について説明する。
撮影モードが動画モードの場合に撮像装置30で実行される処理は、図7に示す処理と略同様であるが、ステップ100では、撮影モードに応じた間引き方法で画像データが読み出される。すなわち、動画制御部26が駆動部28に対して撮影モードに応じた間引き方法で画像データが出力されるように撮像素子14に指示する。これにより、データ制御部16は、撮影モードに応じて間引かれたライン画像データを読み出して画像メモリ18に順次記憶する。
ステップ102では、データ制御部16が、分割制御部20からの指示に従って、画像メモリ18に記憶された画像データを、水平方向に沿ったライン毎のライン画像データに分割し、分割したライン画像データを撮像補正処理部22に順次出力する。
ステップ104では、撮像補正処理部22が、分割制御部20からの指示に従って、補正テーブル記憶部24から間引き読み出しされたライン補正データを読み出す。
例えば図10に示すように、間引き読み出しされるラインが(n+1)ライン、(n+4)ラインの場合は、これらに対応する第1ライン補正データ及び第4ライン補正データを補正テーブル記憶部24から読み出す。
ステップ106では、撮像補正処理部22が、補正テーブル記憶部24から読み出したライン補正データに基づいて、データ制御部16から出力されたライン画像データを補正する。すなわち、図10に示すように、第1ライン補正データ及び第4ライン補正データの各々に基づいて、(n+1)ライン目及び(n+4)ライン目のライン画像データが順次補正される。このような処理が、間引き読み出しされたライン画像データの全てに対して実行されるまで繰り返される。
このように、本実施形態では、撮影モードが動画モードの場合のように画像データが間引き読み出しされる場合、読み出されたライン画像データに対応したライン補正データのみを読み出せば良く、動画モードにおける補正処理の負荷を軽減することができる。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態では、カラーフィルタの変形例について説明する。
図11には本実施形態に係るカラーフィルタを示した。同図に示すように、本実施形態に係るカラーフィルタは、6×6画素に対応する正方配列パターンからなる基本配列パターンP(太枠で示したパターン)を含み、この基本配列パターンPが水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている。即ち、このカラーフィルタ配列は、R、G、Bの各色のフィルタ(Rフィルタ、Gフィルタ、Bフィルタ)が所定の周期性をもって配列されている。
また、このカラーフィルタ配列を構成する基本配列パターンPは、第1実施形態と同様に、R、G、Bの全ての色のフィルタが、基本配列パターン内の水平及び垂直方向の各ライン内に1つ以上配置されている。
また、輝度系画素に対応するGフィルタは、カラーフィルタ配列P内において、水平、垂直、及び斜め(NE,NW)方向の各方向に2以上隣接する部分が含まれるように配置されている。
図12は、図11に示した基本配列パターンPを、3×3画素に4分割した状態に関して示している。
図12に示すように基本配列パターンPは、実線の枠で囲んだ3×3画素のA配列と、破線の枠で囲んだ3×3画素のB配列とが、水平、垂直方向に交互に並べられた配列となっていると捉えることもできる。
A配列及びB配列は、それぞれ輝度系画素であるGフィルタが4隅と中央に配置され、両対角線上に配置されている。また、A配列は、中央のGフィルタを挟んでRフィルタが水平方向に配列され、Bフィルタが垂直方向に配列され、一方、B配列は、中央のGフィルタを挟んでBフィルタが水平方向に配列され、Rフィルタが垂直方向に配列されている。即ち、A配列とB配列とは、RフィルタとBフィルタとの位置関係が逆転しているが、その他の配置は同様になっている。
また、A配列とB配列の4隅のGフィルタは、図13に示すようにA配列とB配列とが水平、垂直方向に交互に配置されることにより、2×2画素に対応する正方配列のGフィルタとなる。
即ち、図11に示すカラーフィルタ配列(基本配列パターンP)は、Gフィルタからなる2×2画素に対応する正方配列を含んでいる。
いま、図13に示すように、撮像素子14から出力されるモザイク画像を、A配列を中心にして5×5画素の局所領域(太枠で示した領域)を抽出した場合、この局所領域内の4隅の2×2画素のG画素は、図14に示す配置になっている。
図14に示すように、2×2画素のG画素の画素値を、左上から右下の順にG1、G2、G3、G4とした場合、これらのG画素の画素値の垂直方向の差分絶対値は(|G1−G3|+|G2−G4|)/2、水平方向の差分絶対値は(|G1−G2|+|G3−G4|)/2、右上斜め方向の差分絶対値は|G2−G3|、左上斜め方向の差分絶対値は|G1−G4|となる。
これらの4つの相関絶対値のうち最小となる差分絶対値をとる方向に相関(相関方向)があると判別することができる。
いま、図13又は図14に示すように中央に3×3画素のA配列が位置するように、モザイク画像から5×5画素の局所領域を抽出した場合、4隅に2×2画素のG画素が配置されることになる。したがって、上記局所領域内のA配列の3×3画素を同時化処理の対象画素とした場合、4隅の各方向別の相関絶対値の総和(又は平均値)を求め、各方向別の相関絶対値の総和(又は平均値)のうち最小となる値をとる方向を、同時化処理の対象画素における輝度の相関方向として判別する。
また、図11に示すカラーフィルタ配列を構成する基本配列パターンPは、その基本配列パターンの中心(4つのGフィルタの中心)に対して点対称になっている。また、図12に示すように、基本配列パターン内のA配列及びB配列も、それぞれ中心のGフィルタに対して点対称になっており、かつ上下左右が対称(線対称)になっている。
このように第3実施形態に係るカラーフィルタは、第1実施形態に係るカラーフィルタの特徴(1)、(2)、(3)、及び(4)と同じ特徴を有している。
更に、第3実施形態に係るカラーフィルタは、Gフィルタが、カラーフィルタ配列の斜め(NE,NW)方向の各ライン内に配置されており、高周波領域での同時化処理の再現精度をより向上させることができるという、第1実施形態に係るカラーフィルタにない特徴を有している。
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態では、カラーフィルタの変形例について説明する。
図15には本実施形態に係るカラーフィルタを示した。同図に示すように、本実施形態に係るカラーフィルタは、4×4画素に対応する正方配列パターンからなる基本配列パターン(太枠で示したパターン)を含み、この基本配列パターンが水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている。即ち、このカラーフィルタ配列は、R、G、Bの各色のフィルタ(Rフィルタ、Gフィルタ、Bフィルタ)が所定の周期性をもって配列されている。
また、図15に示すカラーフィルタ配列は、R、G、Bの全ての色のフィルタが、基本配列パターン内の水平及び垂直方向の各ライン内に1つ以上配置されている。
更に、輝度系画素に対応するGフィルタは、基本配列パターン内において、水平、垂直、及び斜め(NE,NW)方向の各方向に2以上隣接する部分が含まれるように配置されている。これらの隣接するGフィルタに対応するG画素の画素値により、水平、垂直、及び斜め(NE,NW)方向のそれぞれの方向の輝度の相関を、最小画素間隔で判断することができる。
また、カラーフィルタ配列を構成する基本配列パターンは、その基本配列パターンの中心に対して点対称になっている。
この第4実施形態に係るカラーフィルタは、第1実施形態に係るカラーフィルタの特徴(1)、(2)、(3)及び(4)と同じ特徴を有している。
(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態について説明する。本実施形態では、カラーフィルタの変形例について説明する。
図16には本実施形態に係るカラーフィルタを示した。同図に示すように、本実施形態に係るカラーフィルタは、5×5画素に対応する正方配列パターンからなる基本配列パターン(太枠で示したパターン)を含み、この基本配列パターンが水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている。即ち、このカラーフィルタ配列は、R、G、Bの各色のフィルタ(Rフィルタ、Gフィルタ、Bフィルタ)が所定の周期性をもって配列されている。
また、図16に示すカラーフィルタ配列は、R、G、Bの全ての色のフィルタが、基本配列パターン内の水平及び垂直方向の各ライン内に1つ以上配置されている。
更に、輝度系画素に対応するGフィルタは、基本配列パターン内において、水平、垂直、及び斜め(NE,NW)方向の各方向に2以上隣接する部分が含まれるように配置されている。これらの隣接するGフィルタに対応するG画素の画素値により、水平、垂直、及び斜め(NE,NW)方向のそれぞれの方向の輝度の相関を、最小画素間隔で判断することができる。
この第5実施形態に係るカラーフィルタは、第1実施形態に係るカラーフィルタの特徴(1)、(2)及び(3)と同じ特徴を有している。
(第6実施形態)
次に、本発明の第6実施形態について説明する。本実施形態では、カラーフィルタの変形例について説明する。
図17には本実施形態に係るカラーフィルタを示した。同図に示すように、本実施形態に係るカラーフィルタは、7×7画素に対応する正方配列パターンからなる基本配列パターン(太枠で示したパターン)を含み、この基本配列パターンが水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている。即ち、このカラー フィルタ配列は、R、G、Bの各色のフィルタ(Rフィルタ、Gフィルタ、Bフィルタ)が所定の周期性をもって配列されている。
また、図17に示すカラーフィルタ配列は、R、G、Bの全ての色のフィルタが、基本配列パターン内の水平方向及び垂直方向の各ライン内に配置されている。
更に、輝度系画素に対応するGフィルタは、基本配列パターン内において、水平、垂直、及び斜め方向(NE,NW)方向の各方向に2以上隣接する部分が含まれるように配置されている。即ち、基本配列パターン内で上下左右に隣接する2×2画素を含むG画素のかたまりが4組存在する。これらの隣接するGフィルタに対応するG画素の画素値により、水平、垂直、及び斜め(NE,NW)方向のそれぞれの方向の輝度の相関を、最小画素間隔で判断することができる。
また、カラーフィルタ配列を構成する基本配列パターンは、その基本配列パターンの中心に対して点対称になっている。
この第6実施形態に係るカラーフィルタは、第1実施形態に係るカラーフィルタの特徴(1)、(2)、(3)及び(4)と同じ特徴を有している。
(第7実施形態)
次に、本発明の第7実施形態について説明する。本実施形態では、カラーフィルタの変形例について説明する。
図18には本実施形態に係るカラーフィルタを示した。同図に示すように、本実施形態に係るカラーフィルタは、8×8画素に対応する正方配列パターンからなる基本配列パターン(太枠で示したパターン)を含み、この基本配列パターンが水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている。即ち、このカラーフィルタ配列は、R、G、Bの各色のフィルタ(Rフィルタ、Gフィルタ、Bフィルタ) が所定の周期性をもって配列されている。
また、図18に示すカラーフィルタ配列は、R、G、Bの全ての色のフィルタが、基本配列パターン内の水平方向及び垂直方向の各ライン内に配置されている。
更に、輝度系画素に対応するGフィルタは、基本配列パターン内において、水平、垂直、及び斜め方向(NE,NW)方向の各方向に2以上隣接する部分が含まれるように配置されている。即ち、基本配列パターン内で上下左右に隣接する2×2画素を含むG画素のかたまりが4組存在する。これらの隣接するGフィルタに対応するG画素の画素値により、水平、垂直、及び斜め(NE,NW)方向のそれぞれの方向の輝度の相関を、最小画素間隔で判断することができる。
また、カラーフィルタ配列を構成する基本配列パターンは、その基本配列パターンの中心に対して点対称になっている。
この第7実施形態に係るカラーフィルタは、第1実施形態に係るカラーフィルタの特徴(1)、(2)、(3)及び(4)と同じ特徴を有している。
なお、上記実施形態では、RGBの3原色のカラーフィルタを有するカラー撮像素子について説明したが、本発明は、これに限らず、RGBの3原色+他の色(例えば、エメラルド(E))の4色のカラーフィルタ、例えば図19に示すようなカラーフィルタにも適用できる。
以上第3実施形態から第7実施形態の変形例で示される基本配列パターンがN×N(Nは4以上の自然数)の正方配列カラーフィルタ配列の撮像素子を有する撮像装置において、第1実施形態のように基本配列パターンの水平方向に沿ったパターンライン毎にライン補正データを用意しておき、画像データをライン画像データに分割してライン画像データ毎に補正をすることで、基本配列パターンのサイズが大きい(Nが4以上)カラーフィルタ、すなわち色定義が多いカラーフィルタを用いた場合でも、基本配列パターン毎に補正する場合と比較して、補正処理の負荷を減少させることができる。なお、これに限らず、例えば、基本配列パターンの垂直方向に沿ったパターンライン毎にライン補正データを用意しておき、画像データを垂直方向に沿ってライン画像データに分割してライン画像データ毎に補正をするようにしてもよい。
同様に第2実施形態のように、撮影モードが動画モードの場合のように画像データが間引き読み出しされる場合は、読み出されたライン画像データに対応したライン補正データのみを読み出すようにすることで、動画モードにおける補正処理の負荷を軽減することができる。
また本発明は、基本配列パターンはN×N(Nは4以上の自然数)の正方配列となるカラーフィルタ配列に限られず、基本配列パターンがN×M(N,Mはそれぞれ3以上の自然数)の配列のものであっても適用できる。ただし、同時化処理、動画撮影時の間引き処理等の画像処理の容易さを考えると、N及びMは10以下であることが望ましい。
また、本発明は、原色RGBの補色であるC(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)に、Gを加えた4色の補色系のカラーフィルタを有するカラー撮像素子にも適用できる。
更に、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。
10 撮像装置
12 光学系
14 撮像素子
16 データ制御部
18 画像メモリ
20 分割制御部
22 撮像補正処理部
24 補正テーブル記憶部
24 補正テーブル記憶部
26 動画制御部
28 駆動部
30 撮像装置

Claims (12)

  1. 水平方向及び垂直方向に配列された複数の光電変換素子を含む撮像素子と、
    前記複数の光電変換素子からなる複数の画素上に設けられたカラーフィルタであって、輝度信号を得るために最も寄与する第1の色に対応する第1のフィルタと前記第1の色以外の2色以上の第2の色にそれぞれ対応する第2のフィルタとが配列された基本配列パターンが水平及び垂直方向に繰り返して配置され、且つ、前記第1のフィルタが、前記基本配列パターン内において、水平、垂直、及び斜め方向の各方向に2以上隣接する部分が含まれるように配置されたカラーフィルタと、
    前記撮像素子から出力された画像データを、予め定めた方向に沿ったライン毎のライン画像データに分割する分割手段と、
    前記基本配列パターンを前記予め定めた方向に沿ったパターンラインに分割した際のパターンライン上の各フィルタに対応した複数の補正データから成るライン補正データをパターンライン毎に記憶した記憶手段と、
    前記分割手段により分割されたライン画像データに対応するライン補正データを前記記憶手段から読み出して、読み出したライン補正データにより前記ライン画像データを前記パターンライン毎に補正する補正手段と、
    を備えた撮像装置。
  2. 撮像モードが動画モードの場合、前記撮像素子から予め定めた間引きパターンで間引いてライン画像データを読み出す間引き手段を備え、前記補正手段は、前記間引き手段により読み出されたライン画像データに対応したライン補正データを前記記憶手段から読み出し、読み出したライン補正データにより前記ライン画像データを補正する
    請求項1記載の撮像装置。
  3. 前記第1のフィルタ及び前記第2の色のそれぞれに対応する第2のフィルタは、それぞれ前記基本配列パターン内に前記カラーフィルタの水平及び垂直方向の各ライン内に1つ以上配置された
    請求項1又は請求項2記載の撮像装置。
  4. 前記基本配列パターンは、N×N(N:4以上の整数)画素に対応する正方配列パターンである
    請求項1〜3の何れか1項に記載の撮像装置。
  5. 前記カラーフィルタは、前記第1のフィルタからなる2×2画素に対応する正方配列を含む
    請求項1〜4の何れか1項に記載の撮像装置。
  6. 前記第1の色は、緑(G)色であり、前記第2の色は、赤(R)色及び青(B)である
    請求項1〜5の何れか1項に記載の撮像装置。
  7. 前記カラーフィルタは、赤(R)、緑(G)、青(B)の色に対応するRフィルタ、Gフィルタ及びBフィルタを有し、かつ、
    前記カラーフィルタは、3×3画素に対応する第1の配列であって、中心にRフィルタが配置され、4隅にBフィルタが配置され、中心のRフィルタを挟んで上下左右にGフィルタが配置された第1の配列と、3×3画素に対応する第2の配列であって、中心にBフィルタが配置され、4隅にRフィルタが配置され、中心のBフィルタを挟んで上下左右にGフィルタが配置された第2の配列とが、交互に水平及び垂直方向に配列されて構成されている
    請求項6記載の撮像装置。
  8. 前記カラーフィルタは、赤(R)、緑(G)、青(B)の色に対応するRフィルタ、Gフィルタ及びBフィルタを有し、かつ、
    前記カラーフィルタは、3×3画素に対応する第1の配列であって、中心と4隅にGフィルタが配置され、中心のGフィルタを挟んで上下にBフィルタが配置され、左右にRフィルタが配列された第1の配列と、3×3画素に対応する第2の配列であって、中心と4隅にGフィルタが配置され、中心のGフィルタを挟んで上下にRフィルタが配置され、左右にBフィルタが配列された第2の配列とが、交互に水平方向及び垂直方向に配列されて構成されている
    請求項6記載の撮像装置。
  9. 前記カラーフィルタは、前記第2のフィルタのいずれか1色のフィルタを挟んで水平及び垂直方向にそれぞれ前記第1のフィルタが連続配置されている
    請求項1〜8の何れか1項に記載の撮像装置。
  10. 前記カラーフィルタは、前記基本配列パターンの中心に対して点対称である
    請求項1〜9の何れか1項に記載の撮像装置。
  11. 水平方向及び垂直方向に配列された複数の光電変換素子を含む撮像素子と、
    前記複数の光電変換素子からなる複数の画素上に設けられたカラーフィルタであって、輝度信号を得るために最も寄与する第1の色に対応する第1のフィルタと前記第1の色以外の2色以上の第2の色にそれぞれ対応する第2のフィルタとが配列された基本配列パターンが水平及び垂直方向に繰り返して配置され、且つ、前記第1のフィルタが、前記基本配列パターン内において、水平、垂直、及び斜め方向の各方向に2以上隣接する部分が含まれるように配置されたカラーフィルタと、
    前記基本配列パターンを予め定めた方向に沿ったパターンラインに分割した際のパターンライン上の各フィルタに対応した複数の補正データから成るライン補正データをパターンライン毎に記憶した記憶手段と、
    を備えた撮像装置を制御するコンピュータを、
    前記撮像素子から出力された画像データを、前記予め定めた方向に沿ったライン毎のライン画像データに分割する分割手段、及び、
    前記分割手段により分割されたライン画像データに対応するライン補正データを前記記憶手段から読み出して、読み出したライン補正データにより前記ライン画像データを前記パターンライン毎に補正する補正手段、
    として機能させるための撮像装置の制御プログラム。
  12. 水平方向及び垂直方向に配列された複数の光電変換素子を含む撮像素子と、
    前記複数の光電変換素子からなる複数の画素上に設けられたカラーフィルタであって、輝度信号を得るために最も寄与する第1の色に対応する第1のフィルタと前記第1の色以外の2色以上の第2の色にそれぞれ対応する第2のフィルタとが配列された基本配列パターンが水平及び垂直方向に繰り返して配置され、且つ、前記第1のフィルタが、前記基本配列パターン内において、水平、垂直、及び斜め方向の各方向に2以上隣接する部分が含まれるように配置されたカラーフィルタと、
    前記基本配列パターンを予め定めた方向に沿ったパターンラインに分割した際のパターンライン上の各フィルタに対応した複数の補正データから成るライン補正データをパターンライン毎に記憶した記憶手段と、
    を備えた撮像装置の制御方法であって、
    前記撮像素子から出力された画像データを、前記予め定めた方向に沿ったライン毎のライン画像データに分割し、
    前記分割手段により分割されたライン画像データに対応するライン補正データを前記記憶手段から読み出して、読み出したライン補正データにより前記ライン画像データを前記パターンライン毎に補正する
    撮像装置の制御方法。
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