JP5521641B2 - 画像処理用データの圧縮方法および圧縮装置とこれを備えた撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、画像処理を行うスチルカメラやビデオカメラ等の装置に用いられる画像処理用データに係り、特に、そのデータの圧縮方法および圧縮装置、これを備えた撮像装置に関するものである。
従来、車載カメラなどのカメラシステムにおいて、撮影された画像について、歪補正や回転補正や見下ろし補正やその他、必要な画像変形処理を行う場合、処理の高速化のために、画像処理用データとして予め入出力画素の座標値の対応を記憶したルックアップテーブルを用いることが行われている。
そして、特許文献1には、撮像レンズを介して得られた撮像データにおける、撮像レンズに起因する画像歪みの補正、あおりもしくは俯瞰による像倒れの補正、視点変更、鏡像反転、電子ズーム処理のうちの少なくとも1つを実施した出力画像データを得る画像処理方法として、出力画像データにおける、水平走査方向(X方向)に整数a毎の、垂直走査方向(Y方向)に整数b毎のアドレスに対応する撮像データのアドレスを記憶させたルックアップテーブルを予め用意し、出力画像データのアドレスに対応する撮像データのアドレスをルックアップテーブル上に存在しない場合は第1の補間処理で算出し、この算出した撮像データアドレスまたはルックアップテーブル上の撮像データアドレスを用い、撮像データから、出力画像データのアドレスに対応する画像データを第2の補間処理によって生成して、出力画像データとすることが記載されている。
また、特許文献2には、歪みを持った画像を補正し記憶手段に保存するデータ量を削減するため、各サンプリング点のデータ量を出力画像と入力画像との座標データの差分値を用いて圧縮し、この圧縮したデータを解凍することが記載されている。
特許文献1のように、撮像データのアドレスを記憶させたルックアップテーブルを用いて線形補間を行う画像処理は、演算量が非常に少なくて済むことになる。例えば、センサ画像のある部分を拡大して(デジタルズーム)表示したい場合には、図3(a)のセンサ画像に示す7×5個の灰色ドットで示す頂点の画素値をルックアップテーブルに保存しておくとともに、図3(b)に示すような出力画像の対応画素を設定しておく。そして、出力画像の生成時には、対応画素が存在する場合には、センサ画像の画素値そのままの値を、対応画素が存在しない場合は、周囲にある対応画素から線形補間をして算出することでデジタルズームに代表される、複雑な画像処理を小規模な回路で実現している。
しかしこの手法は、センサ画像に対して拡大・縮小などの線形変換を行うことで出力画像を生成する場合には、誤差なく出力画像を生成することができるが、レンズの歪み補正など非線形な変換を行う場合には、出力画像を生成する際に誤差が生じる。さらに、X方向に整数a毎,Y方向に整数b毎のサンプリング間隔を小さくすればするほど画像の見た目は向上する(図3(a)に示す例では灰色ドットの数を7×5→8×6などにする)が、ルックアップテーブルのサイズが大きくなってしまうので、サンプリング間隔を小さくすることには、データ容量の面から限界がある。具体的には、サンプル数を倍にするとデータ容量は倍になるという課題がある。
また、最近の撮像素子は、画素数が非常に多くなっており、それに対応してルックアップテーブルの必要な記憶容量も増加の傾向にある。しかも、ルックアップテーブルは、画像変形処理毎に用意する必要があり、多種多様の画像変形処理が要求されており、ルックアップテーブルの規模増大、コスト高となっている。
また、特許文献2に記載のものは、単に歪み補正を行う場合には有用であると考えられるが、車載カメラなどのように、ノーマルビュー、ハイアングルビューなど、歪み補正だけでなく、より多彩な画像変形を行う場合には、好適ではない。
本発明は、前記従来技術の課題を解決するものであり、データ記憶手段(ルックアップテーブル)に記憶する画像処理用データ(ルックアップデータ)を圧縮し、これを解凍したルックアップデータを用いることによって、同じデータ容量であっても従来よりも間隔の狭いサンプリングを実現することができ、画像の見た目を向上させることが可能となる、画像処理用データの圧縮方法および圧縮装置とこれを備えた撮像装置を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項1に記載した画像処理用データの圧縮方法は、撮像データから得られる出力画像データの水平走査方向(X方向)の整数a毎のアドレスと前記出力画像データの垂直走査方向(Y方向)の整数b毎のアドレスからなる頂点座標用の座標データを複数求めて、前記出力画像データによる出力画像を前記頂点座標用の座標データを頂点とする複数のブロックに分割し、前記各ブロックの頂点の座標データに対応する前記撮像データの座標データを補間処理用のルックアップデータとして参照するためにルックアップテーブルに記録することにより、前記ルックアップデータを圧縮する画像処理用データの圧縮方法であって、前記水平方向に並設される複数のブロックの頂点のX座標からなる一連の水平データ列を垂直方向に複数求め、前記垂直方向に並設される複数のブロックの頂点のY座標からなる一連の垂直データ列を水平方向に複数求めて、前記複数のブロックの開始ブロック番号、X方向ブロック数、Y方向ブロック数、前記各水平データ列を満たす回転角、前記各垂直データ列を満たす回転角、前記各水平データ列のX座標の開始点の座標データ、及び前記各垂直データ列のY座標開始点の座標データ、を前記ルックアップテーブルに記録させると共に、前記ルックアップデータのX方向の座標データに関しては、前記各出力画像毎に水平走査方向で隣接する前記ブロックの頂点のX座標間の差分を前記ルックアップテーブルに記録させ、Y方向の座標データに関しては、前記各出力画像毎に垂直走査方向で隣接する前記ブロックの頂点のY座標間の差分を前記ルックアップテーブルに記録させることを特徴とする。
この方法により、ルックアップテーブルに蓄えておくべきデータ量を削減することができる。
また、請求項2,3に記載した発明は、請求項1記載の画像処理用データの圧縮方法であって、ルックアップデータのX方向の差分dが全てd≧0(または、全てd≦0)であること、さらに、ルックアップデータのY方向の差分dが全てd≧0(または、全てd≦0)であることを特徴とする。
この方法により、符号ビットが一定である場合に、差分により圧縮した後の各データにおいて、符号ビット分を減少して、さらにデータ量の削減をすることができる。
この方法により、車載カメラなどでサイドミラー上に鉛直下向きに設置したときに生じる、天地の方向が人間の意識と一致しないような場合に画像を回転させた変形処理もできる。
また、請求項4〜6に記載の画像処理用データの圧縮装置は、前述した請求項1〜の圧縮方法とカテゴリーが異なっているのみであり、また請求項7〜9に記載の撮像装置は、請求項1〜の圧縮方法が適用された請求項4〜6の圧縮装置を備えたものであって、前述しました同様の構成、作用であることから、その説明は省略する。

本発明によれば、ルックアップテーブルに蓄えておくべきルックアップデータのデータ量を削減することができ、さらに、符号ビットが一定であるとき、圧縮後の差分データの符号ビット分を減少させて、データ量の削減が可能となり、また、車載カメラなどの設置位置よって天地の方向が人間の意識と一致しない場合であっても、画像を回転変形することで一致させることもできるという効果を奏する。
本発明の実施形態における画像処理用データの圧縮方法を適用した圧縮装置を備えた撮像装置の概略構成を示すブロック図 本実施形態における出力画像で640×480の画像サイズを160×120の16ブロックに分割し頂点番号を記した図 本実施形態におけるセンサ画像(a)を単に切り出して拡大した出力画像(b)を示す図 本実施形態におけるセンサ画像(a)に歪み補正を行って切り出して拡大した出力画像(b)を示す図 本実施形態における車載カメラのノーマルビュー(a)のセンサ画像と出力画像、ハイアングルビュー(b)のセンサ画像と出力画像を示す図 本実施形態におけるセンサ画像(a)に回転変換を施した出力画像(b)を示す図 本実施形態におけるデータ圧縮に係る処理方法のフローチャート 本実施形態におけるセンサ画像(a)により生成したPicture by Pictureの出力画像(b)を示す図
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
図1は本発明の実施形態における画像処理用データの圧縮方法を適用した圧縮装置を備えた撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図1に示す撮像装置は、他に制御部、操作部、画像記憶部、画像表示部などを備えているが記載を省略している。
図1において、撮像素子1は、撮像された光学像を電気信号(画素データ)に変換するための、例えばCCDやCMOSセンサ等で構成される。この撮像素子1にはベイヤー配列の色フィルタが設けられており、ベイヤー配列のRGB画素データが順次出力される。
A/D変換部2は、撮像素子1から出力されたアナログ信号としてのベイヤー配列のRGB画素データをデジタル信号に変換してベイヤー補間部3に送出する。本実施形態では、デジタル信号は、RGBそれぞれ8ビットで構成されるものとする。また、一般にA/D変換部2の前段にはAGC回路が設けられるが、ここでは記載を省略する。
ベイヤー補間部3は、デジタル信号に変換されたベイヤー配列のRGB画素データを入力して、RGB各色独立に、全座標位置の画素データを線形補間によって生成し、画像バッファ部4に送られる。
画像バッファ部4は、ベイヤー補間部3から送られてきた画像データ(センサ画像)を一定時間保管する。
ラスター画像生成部5は、画像変形部7から受信したX座標およびY座標に基づいてアドレス値を算出し、画像バッファ部4から画素データを獲得する。すなわち、ラスター画像生成部5は、画像バッファ部4に蓄積されているセンサ画像と、出力画像との対応関係を画像レベルで決定する働きを担う。
D/A変換部6は、デジタル信号をアナログ信号に変換し、外部ディスプレイなどにNTSCなどの信号を送信する。
画像変形部7は、ラスター画像生成部5が画像バッファ部4から読み取るアドレスを決定する基となる、X座標データ、Y座標データを垂直同期信号および水平同期信号と同期させて出力する。その際に画像変形部7は、データ記憶手段のルックアップテーブル8に記録されているデータを読み込み、読み込んだ頂点データに対して線形補間を行うことで、画像バッファ部4に蓄積されているセンサ画像と、出力画像との対応関係を画素レベルで決定する働きを担う。
例えば図2のように、出力するサイズが640×480の画像をサイズが160×120の16個のブロックに分割し、各ブロックの4隅の座標データをルックアップテーブル8から読み込み、線形補間を行うことで、ブロック内部の座標データを生成する。この線形補間の方法に関しては、前述した特許文献1に記載されている画像生成方法等を用いることによって実際の画像を得ることができる。
本発明は、ルックアップテーブル8に記憶する画像処理用データ(ルックアップデータ)の圧縮方法に関する発明であり、以下に、このルックアップテーブル8を用いて画像処理した例を示す。
図3は、図3(a)のセンサ画像を単に切り出して拡大し、図3(b)の出力画像とする場合の例であり、図4は、図4(a)のセンサ画像において、歪み補正を行ったうえでセンサ画像を切り出して拡大し、図4(b)の出力画像とする場合の例である。レンズ歪みは、画像中心に対して対象系で発生するので、歪み補正を行う場合は、図4(a)のセンサ画像におけるサンプル頂点が曲線を描くことになる。前述した図2は、図3(b),図4(b)の出力画像に頂点番号を記したものを示している。
図2に示した各頂点におけるX方向の座標データに関して、(数1)
Figure 0005521641
が成り立つ。すなわち、X座標データに関しては水平方向に(数1)の関係が成り立つ。
また、Y方向の座標データに関して、(数2)
Figure 0005521641
が成り立つ。すなわち、Y座標データに関しては垂直方向に(数2)の関係が成り立つ。
これらの関係は、図3,図4の例に限ったものではなく、一般のノーマルビュー、ハイアングルビューにも成立する関係である(図5(a),(b)参照)。車載カメラは、魚眼レンズという複雑なレンズ系使用していること、また多様な画像変形を行っていることから煩雑な画像変形を必要とするが、人間が視認用に利用する目的から、手前が画像の下側、遠方が画像の上側となるように変形すると見やすい。また、魚眼レンズで撮影した画像は一般には、天が上側および地が下側になるように設置することから、車載カメラの画像変形においては、前述の(数1)、(数2)が成立するケースがほとんどである。
また、車載カメラをサイドミラーに設置して鉛直下向きに撮影を行うような場合でも、撮影画像に回転変換を施すことのみで、(数1)、(数2)を満たすような画像変形に帰着することができる(図6(a),(b))。
(数1)、(数2)が成立する場合に、差分データを使って圧縮を行うと、符号データが不要となるため、各差分データのビット数に関して、1ビット分を圧縮することができる。
次に、本実施形態におけるデータ圧縮に係る処理方法について、図7のフローチャートを用いて説明する。
座標位置を決定する(S1)。図2に示すように、25個の頂点に対応するセンサ画像における座標系の座標V1(x1、y1),V2(x2、y2),…V25(x25、y25)を決定する。単純に得られたセンサ画像を拡大したいだけであれば、図3(a),(b)各頂点を対応させれば良い。なお、対応付けは手動で行っても良いし、自動で行っても良い。
回転角の算出を行う(S2)。これは前述した(数1)および(数2)を満たす回転角αを算出するためのものである。回転角αの2次元回転行列をRとし、処理S1の座標位置の決定にて算出された、座標V1〜V25に回転変換Rを施した頂点の座標V1’(x1’,y1’)〜V25’(x25’,y25’)を考える。
このとき、以下の(数3)を満たす回転角αを探索する。(数3)を満たす回転角αは一般には一意には決定しないが、ある回転角αを決定できれば十分である。ただし、回転角α=0のとき、(数3)が成立するのであれば回転角α=0とするのが好ましい。
Figure 0005521641
なお、データを解凍する際には、逆回転変換(回転角−α)を施すことになる。
差分データの算出を行う(S3)。処理S2の回転角の算出により決定した「x1’〜x25’」,「y1’〜y25’」を用いて差分値を計算する。
「x1’〜x25’」に関しては水平方向に差分をとり、以下の(数4)のように20個の差分情報を獲得する。
Figure 0005521641
また、「y1’〜y25’」に関しては垂直方向に差分をとり、以下の(数5)のように20個の差分情報を獲得する。
Figure 0005521641
これにより、X座標の水平差分値、Y座標の垂直差分値の各値を算出する。
圧縮データの生成を行う(S4)。まず、図2に示す例では、開始ブロック番号(=1)、X方向ブロック数(=4)、Y方向ブロック数(=4)、回転角α、水平方向のX座標の開始点(x1’,x6’,x11’,x16’,x21’の各座標)、垂直方向のY座標の開始点(y1’,y2’,y3’,y4’,y5’の各座標)、X座標の差分値(dx1〜dx20)、Y座標の差分値(dy1〜dy20)の各値を1つのデータとして、SPI(Serial parallel Interface)などの記憶装置に書き込む。
ここで開始ブロック番号とは、出力画像中(図2参照)のブロックのうちの左上に位置するブロックの番号を表し、X方向ブロック数は出力画像中の水平方向のブロック数、Y方向ブロック数は出力画像中の垂直方向のブロック数を表している。
さらに、X方向ブロック数、Y方向ブロック数と、水平方向のX座標の開始点の要素数、垂直方向のY座標の開始点の要素数と、X座標の差分値の要素数、Y座標の差分値の要素数との関係は以下
「水平方向のX座標の開始点の要素数=X方向ブロック数+1
垂直方向のY座標の開始点の要素数=Y方向ブロック数+1
X座標の差分値の要素数=(X方向ブロック数+1)×Y方向ブロック数
Y座標の差分値の要素数=(Y方向ブロック数+1)×X方向ブロック数」
のようになる。
本実施形態では、本発明に関わる圧縮のみを行う方法を示したが、その他のデータ圧縮方法を利用して、さらなる圧縮をかけてもよい。例えば水平方向のX座標の開始点ごとの差分データを計算して、そのデータを記憶してもよいし、垂直方向のY座標の開始点ごとの差分データを計算して、そのデータを記憶してもよい。また、さらなるデータ圧縮処理を加えたものをSPIに書き込んでもよい。しかし、これらの処理を追加した場合には、データを解凍する回路が複雑化する。そのため回路規模とのトレードオフを検討した上で、圧縮方法を決定することが望ましい。
また、本実施形態では、1画面の画像を出力する方法を示したが、図8に記載されているような、Picture by Pictureの出力画像を生成することも可能である。そのためには、前述した手順に従って、図8の灰色ドットで記載された領域に関するデータを作成する。次に、黒色ドットで記載された領域に関するデータを作成する。最後に、灰色ドットのデータと黒色ドットのデータを統合してひとつのデータとして扱うことによって、Picture by Pictureを実現できる。同様にPicture in Picture用のデータも作成することができる。
以上のように、ルックアップテーブル8に記憶する画像処理に用いるルックアップデータを圧縮し、これを解凍して用いることによって、同じデータ容量であっても従来よりも間隔の狭いサンプリングを実現することができ、画像の見た目を向上させることが可能となる。
本発明に係る画像処理用データの圧縮方法および装置とこれを備えた撮像装置は、ルックアップテーブルに蓄えておくべきルックアップデータのデータ量を削減でき、さらに、符号ビットが一定であるときに符号ビット分を減少させてデータ量の削減を可能とし、また、カメラの設置位置よって天地の方向が人間の意識と一致しないときに画像を回転変形して一致させることもでき、画像処理に有用である。
1 撮像素子
2 A/D変換部
3 ベイヤー補間部
4 画像バッファ部
5 ラスター画像生成部
6 D/A変換部
7 画像変形部
8 ルックアップテーブル
特開2009−10730号公報 特許第4144292号公報

Claims (9)

  1. 撮像データから得られる出力画像データの水平走査方向(X方向)の整数a毎のアドレスと前記出力画像データの垂直走査方向(Y方向)の整数b毎のアドレスからなる頂点座標用の座標データを複数求めて、前記出力画像データによる出力画像を前記頂点座標用の座標データを頂点とする複数のブロックに分割し、前記各ブロックの頂点の座標データに対応する前記撮像データの座標データを補間処理用のルックアップデータとして参照するためにルックアップテーブルに記録することにより、前記ルックアップデータを圧縮する画像処理用データの圧縮方法であって、
    前記水平方向に並設される複数のブロックの頂点のX座標からなる一連の水平データ列を垂直方向に複数求め、前記垂直方向に並設される複数のブロックの頂点のY座標からなる一連の垂直データ列を水平方向に複数求めて、
    前記複数のブロックの開始ブロック番号、X方向ブロック数、Y方向ブロック数、前記各水平データ列を満たす回転角、前記各垂直データ列を満たす回転角、前記各水平データ列のX座標の開始点の座標データ、及び前記各垂直データ列のY座標開始点の座標データ、を前記ルックアップテーブルに記録させると共に、
    前記ルックアップデータのX方向の座標データに関しては、前記各出力画像毎に水平走査方向で隣接する前記ブロックの頂点のX座標間の差分を前記ルックアップテーブルに記録させ、
    Y方向の座標データに関しては、前記各出力画像毎に垂直走査方向で隣接する前記ブロックの頂点のY座標間の差分を前記ルックアップテーブルに記録させることを特徴とする画像処理用データの圧縮方法。
  2. 請求項1記載の画像処理用データの圧縮方法であって、前記ルックアップデータのX方向の差分dが全てd≧0(または、全てd≦0)であることを特徴とする画像処理用データの圧縮方法。
  3. 請求項1または2記載の画像処理用データの圧縮方法であって、前記ルックアップデータのY方向の差分dが全てd≧0(または、全てd≦0)であることを特徴とする画像処理用データの圧縮方法。
  4. 撮像データから得られる出力画像データの水平走査方向(X方向)の整数a毎のアドレスと前記出力画像データの垂直走査方向(Y方向)の整数b毎のアドレスからなる頂点座標用の座標データを複数求めて、前記出力画像データによる出力画像を前記頂点座標用の座標データを頂点とする複数のブロックに分割し、前記各ブロックの頂点の座標データに対応する前記撮像データの座標データを補間処理用のルックアップデータとして参照するためにルックアップテーブルに記録することにより、前記ルックアップデータを圧縮する画像処理用データの圧縮装置であって、
    前記水平方向に並設される複数のブロックの頂点のX座標からなる一連の水平データ列を垂直方向に複数求め、前記垂直方向に並設される複数のブロックの頂点のY座標からなる一連の垂直データ列を水平方向に複数求めて、
    前記複数のブロックの開始ブロック番号、X方向ブロック数、Y方向ブロック数、前記各水平データ列を満たす回転角、前記各垂直データ列を満たす回転角、前記各水平データ列のX座標の開始点の座標データ、及び前記各垂直データ列のY座標開始点の座標データ、を前記ルックアップテーブルにルックアップデータとして記録させていると共に、
    前記ルックアップデータのX方向の座標データに関しては、前記各出力画像毎に水平走査方向で隣接する前記ブロックの頂点のX座標間の差分をX座標水平差分値算出手段により算出させて前記ルックアップテーブルに記録させ、
    Y方向の座標データに関しては、前記各出力画像毎に垂直走査方向で隣接する前記ブロックの頂点のY座標間の差分をY座標垂直差分値算出手段により算出させて前記ルックアップテーブルに記録させることを特徴とする画像処理用データの圧縮装置。
  5. 請求項4に記載の画像処理用データの圧縮装置において、前記ルックアップデータのX方向の差分dが全てd≧0(または、全てd≦0)であることを特徴とする画像処理用データの圧縮装置。
  6. 請求項4または記載の画像処理用データの圧縮装置において、前記ルックアップデータの方向の差分dが全てd≧0(または、全てd≦0)であることを特徴とする画像処理用データの圧縮装置。
  7. 撮像データから得られる出力画像データの水平走査方向(X方向)の整数a毎のアドレスと前記出力画像データの垂直走査方向(Y方向)の整数b毎のアドレスからなる頂点座標用の座標データを複数求めて、前記出力画像データによる出力画像を前記頂点座標用の座標データを頂点とする複数のブロックに分割し、前記各ブロックの頂点の座標データに対応する前記撮像データの座標データを補間処理用のルックアップデータとして参照するためにルックアップテーブルに記録することにより、前記ルックアップデータを圧縮する画像処理用データの圧縮装置を備えた画像処理用データの撮像装置であって、
    前記水平方向に並設される複数のブロックの頂点のX座標からなる一連の水平データ列を垂直方向に複数求め、前記垂直方向に並設される複数のブロックの頂点のY座標からなる一連の垂直データ列を水平方向に複数求めて、
    前記複数のブロックの開始ブロック番号、X方向ブロック数、Y方向ブロック数、前記各水平データ列を満たす回転角、前記各垂直データ列を満たす回転角、前記各水平データ列のX座標の開始点の座標データ、及び前記各垂直データ列のY座標開始点の座標データ、を前記ルックアップテーブルに記録させると共に、
    前記ルックアップデータのX方向の座標データに関しては、前記各出力画像毎に水平走査方向で隣接する前記ブロックの頂点のX座標間の差分を前記ルックアップテーブルに記録させ、
    Y方向の座標データに関しては、前記各出力画像毎に垂直走査方向で隣接する前記ブロックの頂点のY座標間の差分を前記ルックアップテーブルに記録させることを特徴とする撮像装置。
  8. 請求項7に記載の撮像装置であって、前記ルックアップデータのX方向の差分dが全てd≧0(または、全てd≦0)であることを特徴とする撮像装置。
  9. 請求項7または8に記載の撮像装置であって、前記ルックアップデータのY方向の差分dが全てd≧0(または、全てd≦0)であることを特徴とする撮像装置。
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