JP5460202B2 - 画像処理装置及び撮像システム - Google Patents
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Description
図1(a)は本発明の第1の実施形態による撮像システムの構成例を示すブロック図であり、図1(b)は本発明の第1の実施形態による固体撮像装置の構成例を示す図である。撮像システムは、デジタル一眼レフカメラ、コンパクトデジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯用デジタルカメラ、放送用デジタルカメラ等である。図1(a)の撮像システムの構成及び図1(b)の固体撮像装置の構成は全ての実施形態で共通である。図1(a)の撮像システムは、固体撮像装置が例えばデジタル一眼レフカメラの一部として構成される。この構成はデジタル一眼レフカメラの適用に限られるものではなく、ビデオカメラ、デジタルコンパクトカメラ等の撮像装置全般に対して適用できる。図1(a)の撮像システムは、光学系101、固体撮像装置102、AFE103、DFE104、画像エンジン105、タイミングジェネレータ106、レンズ制御部107、カメラ制御部108、インターフェース109等を有する。AFE103はアナログフロントエンド、DFE104はデジタルフロントエンドである。光学系101は、被写体からの入射光を固体撮像装置102の撮像面上に結像するレンズ101aと、当該レンズ101a、シャッタ101cを経た入射光の光量を制御する絞り101bと、固体撮像装置102への光入射時間を制御するシャッタ101cを有する。固体撮像装置102は、光学系101を通して入射した光を画素単位で光電変換して電気信号として出力する。固体撮像装置102の具体的な構成は後述する。AFE103は、アナログ信号処理回路であり、固体撮像装置102から出力されるアナログ信号に対して、サンプルホールドし、ゲイン調整、オフセット調整をした後、A/D(アナログ/デジタル)変換する。DFE104はデジタル処理でのゲイン微調整や、オフセットの微調整、デジタル信号の並べ替えや、デジタル信号のマルチプレクス処理を行う。DFE104は、混色補正装置(画像処理装置)110を有する。画像エンジン105は、ホワイトバランス処理や、明るさ、コントラスト、色合い等の画像処理を行う。タイミングジェネレータ106は、カメラ制御部108の指示に応じて固体撮像装置102に適切な駆動信号を与える。レンズ制御部107は、カメラ制御部108の指示に応じて、被写体からの光を固体撮像装置102の撮像面上に結像させるように、レンズ101aの位置を調整し、被写界深度、明るさを調整する為に絞り101bを調整する。カメラ制御部108は、一般的にマイクロコンピュータにより主に構成され、ユーザの設定している撮影モードや、絞り、シャッタスピード・ISO感度を検知し、レンズ制御部107を介して光学系101を制御、AFE3・DFE104でゲインを制御する。そして、カメラ制御部108は、タイミングジェネレータ106を介して固体撮像装置102の蓄積時間を制御、AFE103、DFE104のゲインを制御、画像エンジン105での色あいを制御する。逆に、カメラ制御部108は、画像エンジン105から送られてくる信号を基に、撮影画像の信号をインターフェース109を介してユーザの表示装置に表示する。なお、混色補正装置110はDFE104に限らず、画素エンジン105の中にあってもよいし、独立して混色補正装置110があってもよい。
R(0)sig'= R(0)sig -{B×αR_UL(0) + G1×αR_UU(0) + B×αR_UR(0)
+ G2×αR_RR(0)+ B×αR_BR(0) + G1×αR_BB(0)
+ B×αR_BL(0) + G2×αR_LL(0) } 式(1.1)
注目画素がG1(0)の場合、以下の補正式となる。
G1(0)sig'= G1(0)sig -{G2×αG1_UL(0) + R×αG1_UU(0) + G2×αG1_UR(0)
+ B×αG1_RR(0)+ G2×αG1_BR(0) + R×αG1_BB(0)
+ G2×αG1_BL(0) + B×αG1_LL(0) } 式(1.2)
注目画素がB(0)の場合、以下の補正式となる。
B(0)sig'= B(0)sig - R×αB_UL(0) + G2×αB_UU(0) + R×αB_UR(0)
+ G1×αB_RR(0)+ R×αB_BR(0) + G2×αB_BB(0)
+ R×αB_BL(0) + G1×αB_LL(0) } 式(1.3)
注目画素がG2(0)の場合、以下の補正式となる。
G2(0)sig'= G2(0)sig -{G1×αG2_UL(0) + B×αG2_UU(0) + G1×αG2_UR(0)
+ R×αG2_RR(0)+ G1×αG2_BR(0) + B×αG2_BB(0)
+ G1×αG2_BL(0) + R×αG2_LL(0) } 式(1.4)
なお、撮像領域202上の画素201では、パラメータは変わるが、注目画素と周囲画素との演算の関係は変わらない。
図5(a)及び(b)は、本発明の第2の実施形態の固体撮像装置の色配置を示す図である。遮光画素領域602は、撮像領域601の中に複数箇所設けられる。遮光画素とは光が光電変換素子に入射しないようにした金属層等で遮光した画素のことである。カラーフィルタを遮光材料で形成しても同様に遮光画素となる。本実施形態は、固体撮像装置102上に遮光画素で囲まれた開口画素を形成し、この開口画素の信号を評価することで混色量を評価できる構造を作り込んだ固体撮像装置102の例である。図5(b)に示すように遮光画素領域602の詳細は、1つの開口画素(白色部)701の周囲画素を遮光画素(ハッチ部)702で囲ったものである。被写体からの入射光は開口画素R701にて光電変換される。開口画素Rのカラーフィルタを通過した光又は光電変換された電荷が開口画素R701の周囲画素に混色として漏れ込む。左上の遮光画素Bに現れる混色信号Bの信号Bsigと開口画素Rの信号Rsigの比、すなわちαB_BR(n)を求めることができる。同様に、開口画素Rの他の周辺の遮光画素に同様の手法で、αG1_BB(n)、αB_BL(n)、αG2_LL(n)、αB_UL(n)、αG1_UU(n)、αB_UR(n)、αG2_RR(n)、を計算することができる。ここで、n=1,2,3・・・である。開口画素G2の周辺画素についても、αG1_BR(n)、αB_BB(n)、αG1_BL(n)、αR_LL(n)、αG1_UL(n)、αB_UU(n)、αG1_UR(n)、αR_RR(n)が計算できる。以下同様に、開口画素Bについて、αR_BR(n)、αG2_BB(n)、αR_BL(n)、αG1_LL(n)、αR_UL(n)、αG2_UU(n)、αR_UR(n)、αG1_RR(n)が計算できる。開口画素G2について、αG2_BR(n)、αR_BB(n)、αG2_BL(n)、αB_LL(n)、αG2_UL(n)、αR_UU(n)、αG2_UR(n)、αB_RR(n)が計算できる。図5(a)で複数箇所に設けられている遮光画素領域602の各々で、補正パラメータを求める。ある画素の混色を補正する際には、例えば補正パラメータが計算されているいくつかの開口画素のうち最も近いパラメータを使用する。そして、第1の実施形態に記載の式(1.1)、(1.2)、(1.3)、(1.4)を用いて混色の補正処理を行う。
図7は本発明の第3の実施形態の固体撮像装置の撮像領域を含む画素配列を示し、図8は本実施形態の混色補正装置110の構成例を示す図である。以下、本実施形態が第2の実施形態と異なる点を説明する。画素配列は、撮像領域801と遮光画素領域802から構成され、撮像領域801の中に遮光画素は設けられていない。本実施形態では、遮光画素領域802中に設けられた複数の混色パラメータを用いて、撮像領域801内の画素の補正量を、線形補間法で計算する。本実施形態の混色補正パラメータの求め方と混色補正処理について、例をあげて説明する。撮像領域801の中央部の画素B(0)803を注目画素とした場合の、混色補正パラメータを、αB_UL(0)、αB_UU(0)、αB_UR(0)、αB_RR(0)、αB_BR(0)、αB_BB(0)、αB_BL(0)、αB_LL(0)、とする。これは事前に実験あるいはシミュレーションにより求めておく。同様に、遮光画素領域802内の画素B(1)804から求められる混色補正パラメータをαB_UL(1)、αB_UU(1)、αB_UR(1)、αB_RR(1)、αB_BR(1)、αB_BB(1)、αB_BL(1)、αB_LL(1)、とする。
αB_UU(6) =αB_UU(0) + [ αB_UU(3) −αB_UU(2)] + [ αB_UU(5) −αB_UU(4)]
αB_UR(6) =αB_UR(0) + [ αB_UR(3) −αB_UR(2)] + [ αB_UR(5) −αB_UR(4)]
αB_RR(6) =αB_RR(0) + [ αB_RR(3) −αB_RR(2)] + [ αB_RR(5) −αB_RR(4)]
αB_BR(6) =αB_BR(0) + [ αB_BR(3) −αB_BR(2)] + [ αB_BR(5) −αB_BR(4)]
αB_BB(6) =αB_BB(0) + [ αB_BB(3) −αB_BB(2)] + [ αB_BB(5) −αB_BB(4)]
αB_BL(6) =αB_BL(0) + [ αB_BL(3) −αB_BL(2)] + [ αB_BL(5) −αB_BL(4)]
αB_LL(6) =αB_LL(0) + [ αB_LL(3) −αB_LL(2)] + [ αB_LL(5) −αB_LL(4)]
…式(3.1)〜(3.8)
図11は、本発明の第4の実施形態による混色補正装置110の構成例を示す図である。混色補正装置110は、メモリ120及び補正部121を有する。本実施形態は第1の実施形態の補正精度を更に向上させるものである。以下、本実施形態が第1の実施形態と異なる点を説明する。本実施形態では、注目画素から隣接画素への混色量を、注目画素の出力に足し戻すことで混色補正の精度を向上するものである。第1の実施形態で示した式(1.1)、(1.2)、(1.3)、(1.4)の補正処理の後に以下の式によって補正処理をすることでさらに混色の低減が可能となる。例として、画素Rに処理を施す場合をあげる。図10(a)は画素Rから漏れ出る光及び電荷を補正パラメータで示したものである。同様に、図10(b)は画素G2から漏れ出る光及び電荷を補正パラメータで示したものである。図を省略するが、画素B、画素G2についても同様の図を描くことができる。補正パラメータは第1〜第3の実施形態で示したものを使用する。また、第1〜第3の実施形態と同様にして、補正パラメータ(例えばαR_UU(n))を撮像領域によって使い分ける。補正部121は、画素G1、R、B、G2から漏れ出した光及び電荷をそれぞれ式(4.1)〜(4.4)により補正処理する。本実施形態では、補正対象となる注目画素は、光及び電荷が漏れ出す画素となる。ここでの画素G1の補正前の信号をG1(n)sig'とし、補正後の信号をG1(n)sig'’とする。同様に、画素Rの補正前の信号をR(n)sig'とし、補正後の信号をR(n)sig'’とする。同様に、画素Bの補正前の信号をB(n)sig'とし、補正後の信号をB(n)sig'’とする。同様に、画素G2の補正前の信号をG2(n)sig'とし、補正後の信号をG2(n)sig'’とする。すなわち、補正部121は、補正前の信号G1(n)sig'、R(n)sig'、B(n)sig'、G2(n)sig'を入力し、メモリ120内の補正パラメータを読み出す。そして、補正部121は、補正後の信号G1(n)sig'’、R(n)sig'’、B(n)sig'’、G2(n)sig'’を演算及び出力する。
G1(n)sig'’= G1(n)sig' ×{1+ αG2_BR(n) + αR_BB(n) + αG2_BL(n)
+ αB_LL(n)+ αG2_UL(n) + αR_UU(n)
+ αG2_UR(n) +αG1_LL(n) } 式(4.1)
R(n)sig'’= R(n)sig' ×{1+ αB_BR(n) + αG1_BB(n) + αB_BL(n)
+ αG2_LL(n)+ αB_UL(n) + αG1_UU(n)
+ αB_UR(n) +αG2_LL(n) } 式(4.2)
B(n)sig'’= B(n)sig' ×{1+ αR_BR(n) + αG2_BB(n) + αR_BL(n)
+ αG1_LL(n)+ αR_UL(n) + αG2_UU(n)
+ αR_UR(n) +αG1_LL(n) } 式(4.3)
G2(n)sig'’= G2(n)sig' ×{1+ αG1_BR(n) + αB_BB(n) + αG1_BL(n)
+ αR_LL(n)+ αG1_UL(n) + αB_UU(n)
+ αG1_UR(n) +αR_LL(n) } 式(4.4)
Claims (8)
- 光電変換素子を含む画素が行列状に2次元配置され、複数色のカラーフィルタが前記画素の表面上に配置される固体撮像装置の隣接画素間の混色を補正する画像処理装置であって、
隣接画素から注目画素へ漏れ込む混色信号を除去するための補正パラメータであって、前記注目画素の位置に応じた補正パラメータを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶される補正パラメータを用いて、画素の位置に応じて前記固体撮像装置の画素信号から前記混色信号を減算する補正部とを有し、
前記注目画素は少なくとも2つあり、前記少なくとも2つの注目画素は相互に水平方向のアドレス及び垂直方向のアドレスの両者が異なり、
前記固体撮像装置は、開口画素及びそれに隣接する遮光画素を有し、
さらに、前記開口画素の信号及び前記遮光画素の信号を基に補正パラメータを演算し、前記記憶部に前記補正パラメータを記憶する演算部を有することを特徴とする画像処理装置。 - 光電変換素子を含む画素が行列状に2次元配置され、複数色のカラーフィルタが前記画素の表面上に配置される固体撮像装置の隣接画素間の混色を補正する画像処理装置であって、
隣接画素から注目画素へ漏れ込む混色信号を除去するための補正パラメータであって、前記注目画素の位置に応じた補正パラメータを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶される補正パラメータを用いて、画素の位置に応じて前記固体撮像装置の画素信号から前記混色信号を減算する補正部とを有し、
前記注目画素は少なくとも2つあり、前記少なくとも2つの注目画素は相互に水平方向のアドレス及び垂直方向のアドレスの両者が異なり、
前記固体撮像装置は、第1の開口画素、第2の開口画素、前記第1の開口画素と同じ行の第1の遮光画素、前記第1の開口画素と同じ列の第2の遮光画素、前記第2の開口画素と同じ行の第3の遮光画素、及び前記第2の開口画素と同じ列の第4の遮光画素を有し、
前記記憶部は、前記第1の開口画素の補正パラメータ及び第1〜第4の遮光画素の補正パラメータを記憶し、
前記補正部は、前記第1の開口画素の補正パラメータ及び第1〜第4の遮光画素の補正パラメータを基に前記第2の開口画素の補正パラメータを演算し、前記第2の開口画素の補正パラメータを用いて前記第2の開口画素の信号から前記混色信号を減算することを特徴とする画像処理装置。 - 中央部の画素の前記補正パラメータ及び周辺部の画素の前記補正パラメータは相互に異なることを特徴とする請求項1又は2記載の画像処理装置。
- 前記記憶部は、前記画素の領域を複数領域に分割した領域毎の補正パラメータを記憶し、
前記補正部は、前記画素が属する領域の補正パラメータを用いて、前記画素信号から前記混色信号を減算することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の画像処理装置。 - 前記記憶部は、複数の画素位置の補正パラメータを記憶し、
前記補正部は、最も近い画素位置の補正パラメータを用いて、前記画素信号から前記混色信号を減算することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の画像処理装置。 - 前記補正部は、前記固体撮像装置に使用される光学系の絞り値及び/又は瞳距離に応じて、前記画素信号から前記混色信号を減算することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 前記補正部は、注目画素から隣接画素へ漏れ出す混色信号を前記注目画素の信号に加算することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の画像処理装置と、
光電変換素子を含む画素が行列状に2次元配置され、複数色のカラーフィルタが前記画素の表面上に配置される固体撮像装置と
を有することを特徴とする撮像システム。
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