JP6245847B2 - Image processing apparatus and image processing method - Google Patents
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Description
本発明はノイズ低減処理を行う画像処理装置および画像処理方法に関する。 The present invention relates to an image processing apparatus and an image processing method for performing noise reduction processing.
デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどのデジタル撮像装置は広く普及して一般に利用されている。これらのデジタル撮像装置は、CCDやCMOSセンサなどの光電荷変換素子(撮像素子)で受光した光をデジタル信号に変換することでデジタル画像データを生成する。デジタル画像データを生成する過程では、撮像素子や回路の特性により暗電流ノイズ、熱雑音、及びショットノイズなどが発生し、デジタル画像データにランダムなノイズ(ランダムノイズ)が混入する。近年の撮像素子の小型化、高画素化に伴い画素ピッチが極小化しているため、ランダムノイズが目立ちやすくなっており、特に撮像感度を高くした場合などはランダムノイズが顕著に発生し、画質劣化の大きな要因になっている。そこで、ランダムノイズを除去することで高画質化を実現するため様々な方法が提案されている。 Digital imaging devices such as digital still cameras and digital video cameras are widely used and are generally used. These digital imaging devices generate digital image data by converting light received by a photoelectric charge conversion device (imaging device) such as a CCD or CMOS sensor into a digital signal. In the process of generating digital image data, dark current noise, thermal noise, shot noise, and the like are generated due to the characteristics of the image sensor and circuit, and random noise (random noise) is mixed into the digital image data. Random noise is more conspicuous because the pixel pitch has been minimized with the recent downsizing and higher pixel size of the image sensor. Especially when the imaging sensitivity is increased, the random noise is noticeable and the image quality deteriorates. It has become a big factor. Therefore, various methods have been proposed to realize high image quality by removing random noise.
例えば、1枚の撮像画像内の着目画素を含む領域(着目領域)を定め、その領域単位で着目画素と参照画素との類似度を求め、この類似度に応じた加重平均を用いてノイズ低減を実現する方法が提案されている(特許文献1)。しかしながら、特許文献1の方法では、建物などのエッジを多く含む領域と、空などの平坦な領域とが混在する画像の場合、領域によってノイズ低減効果が異なるという問題がある。これはエッジ部に比べ、平坦部の方が着目画素に類似した参照画素が多く分布するためノイズ低減しやすいためである。すなわち、ノイズ低減効果はエッジ部に比べて平坦部の方が高くなってしまう。一方、同一撮像シーンを複数枚撮像し、上記のような1枚の撮像画像内でのノイズ低減後にそれぞれの手ブレや動被写体などによる位置ズレを補正し、合成する方法が提案されている(特許文献2)。特許文献2の方法では、一定のノイズ量になるようにまず1枚の撮像画像に対してノイズ低減を行い、その後、1枚のノイズ低減を行った複数枚の画像を合成することで、画像内のノイズ低減効果を一定にする。
For example, an area including a target pixel in one captured image (target area) is determined, the similarity between the target pixel and the reference pixel is obtained for each area, and noise reduction is performed using a weighted average corresponding to the similarity. Has been proposed (Patent Document 1). However, the method of
特許文献2の方法によれば、領域によって画像内のノイズ低減効果が異なることを避けることができる。しかしながら、特許文献2の方法は、1枚の画像内でのノイズ低減処理を行い、その後、ノイズ低減処理を行った複数枚の画像データを合成する技術である。特許文献1や特許文献2のような1枚の画像内でのノイズ低減処理においては、着目画素と周囲の画素との関係から着目画素の本来の画素値を推定する。そのため、ノイズ量が非常に多い場合には、着目画素の本来の画素を推定が困難となる。従って、S/N比が非常に悪い場合には、ボケやアーティファクトといった画質障害を引き起こしてしまう。特許文献2のように、このような1枚の画像内のノイズ低減処理後の画像データを合成することでノイズ低減を行う場合には、1枚の画像内のノイズ低減処理において生じた画質障害の影響を残したままノイズ低減処理を行うことになる。このため、さらに画像障害を引き起こす可能性がある。
According to the method of Patent Document 2, it is possible to avoid that the noise reduction effect in the image differs depending on the region. However, the method of Patent Document 2 is a technique for performing noise reduction processing in one image and then combining a plurality of pieces of image data subjected to noise reduction processing. In noise reduction processing in one image as in
本発明に係る画像処理装置は、連続して撮像された複数の画像データを取得する取得手段と、前記取得手段で取得した複数の画像データを合成して合成画像データを生成することによってノイズを低減する第1のノイズ低減手段と、前記第1のノイズ低減手段において前記合成画像データを生成する際に用いた画素ごとの補正量を用いて前記合成画像データに対するノイズ低減を行う第2のノイズ低減手段とを有し、前記第1のノイズ低減手段は、複数の画像データのうちいずれか一つを着目画像データ、それ以外を参照画像データとし、前記着目画像データの処理画素に対応するブロック領域と、前記参照画像データの探索領域に含まれる探索位置に対応するブロック領域との差に応じて、各画素についての補正量を決定することを特徴とする。
An image processing apparatus according to the present invention generates noise by combining a plurality of image data acquired by the acquisition unit with an acquisition unit that acquires a plurality of image data continuously captured, and generating composite image data. First noise reduction means for reducing, and second noise for performing noise reduction on the composite image data using a correction amount for each pixel used when the composite image data is generated in the first noise reduction means. possess a reduction means, said first noise reduction means, blocks interest any one of a plurality of image data image data, the reference image data to otherwise corresponds to the processed pixel of the focused image data and characterized by determining the area, according to the difference between the corresponding block area in the search position included in the search area of the reference image data, a correction amount for each pixel That.
本発明によれば、領域によって画像内のノイズ低減効果が異なることを避けつつ、ノイズ低減効果の低下やアーティファクト発生などの画質障害を軽減することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to reduce image quality disturbances such as a reduction in noise reduction effect and occurrence of artifacts, while avoiding a difference in noise reduction effect in an image depending on a region.
以下、図面を参照に本発明を実施するための形態について説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
実施例1の概要について説明する。本実施例1では連続して撮像した複数のRAW画像データに対して合成処理を行うことでノイズ低減を行い1枚のRAW画像に対応する画像データを生成する。以下、この1枚のRAW画像に対応する画像データのことを1枚のRAW画像データと称する。その後、生成した1枚のRAW画像データに対して、1画像内でのRAWノイズ低減処理を行うことでよりノイズ低減した画像データを生成する。なお、RAW画像データとは、後述するカラー撮像素子部201とA/D変換部208とを介して得られるデジタル信号のことである。
An outline of the first embodiment will be described. In the first embodiment, noise reduction is performed by performing synthesis processing on a plurality of RAW image data captured continuously, and image data corresponding to one RAW image is generated. Hereinafter, the image data corresponding to one RAW image is referred to as one RAW image data. Thereafter, RAW noise reduction processing within one image is performed on the generated RAW image data, thereby generating image data with further noise reduction. Note that the RAW image data is a digital signal obtained via a color
尚、本実施例では連続して撮像した画像データが示す画像のうち、いずれか一つを着目画像と呼び、それ以外を参照画像と呼ぶことにする。 In the present embodiment, any one of the images indicated by continuously captured image data is referred to as a focused image, and the other images are referred to as reference images.
図1は本実施例における撮像装置の構成を示す外観図である。図1(a)は撮像装置の前面を、図1(b)は撮像装置の背面を示す。撮像装置101は、光学部102、撮像ボタン103、表示部104、操作ボタン105からなる。光学部102はズームレンズ、フォーカスレンズ、ブレ補正レンズ、絞り、シャッターから構成され被写体の光情報を集光する。撮像ボタン103は、ユーザが撮像の開始を撮像装置101に指示するためのボタンである。表示部104は、液晶ディスプレイなどが用いられており、撮像装置101にて処理された画像データの表示や各種データなどを表示する。操作ボタン105は、ユーザが撮像条件のパラメータなどを撮像装置101に指示するためのボタンである。
FIG. 1 is an external view showing a configuration of an image pickup apparatus in the present embodiment. FIG. 1A illustrates the front surface of the imaging apparatus, and FIG. 1B illustrates the rear surface of the imaging apparatus. The
図2は本実施例における撮像装置101の内部構成を示すブロック図である。カラー撮像素子部201は、光学部102にて集光された光情報を電流値へと変換する素子で、カラーフィルタなどと組み合わせることで色情報を取得する。CPU202は、各構成の処理すべてに関わり、ROM(Read Only Memory)203や、RAM(Rondom Access Memory)204に格納された命令を順次に読み込み、解釈し、その結果に従って処理を実行する。また、撮像系制御部205は光学部102に対して、フォーカスを合わせる、シャッターを開く、絞りを調整するなどのCPU202から指示された制御を行う。制御部206は、撮像ボタン103や操作ボタン105からのユーザ指示によって、撮像動作の開始及び終了の制御を行う。キャラクタージェネレーション部207は文字やグラフィックなどを生成する。A/D変換部208は、カラー撮像素子部201にて検知した被写体の光量をデジタル信号値に変換する。画像処理部209は上記のデジタル信号の画像データ(すなわち、RAW画像データ)に対して、画像処理を行う。エンコーダ部210は、画像処理部209にて処理した画像データをJpegなどのファイルフォーマットに変換処理を行う。メディアI/F211は、PC/メディア213(例えば、ハードディスク、メモリカード、CFカード、SDカードなど)に画像データを送受信するためのインタフェースである。システムバス212はデータを送受信するためのバスである。
FIG. 2 is a block diagram illustrating an internal configuration of the
図3は本実施例1における画像処理部209の内部構成ブロック図である。着目RAW画像データ記憶部301は複数のRAW画像データのうち着目画像のRAW画像データ(以下、着目RAW画像データという)を記憶する。参照RAW画像データ記憶部302は、参照画像のRAW画像データ(以下、参照RAW画像データという)を記憶する。
FIG. 3 is an internal configuration block diagram of the
出力RAW画像データ記憶部303は後述する合成処理を行った結果得られるRAW画像データを記憶する。パラメータ記憶部304は合成処理や1枚の画像内でのノイズ低減処理に必要なパラメータを記憶する。合成重みデータ記憶部305は合成時の合成重みデータを記憶する。合成重みデータとは、合成処理によるノイズ低減効果の度合い(補正量)を示す指標となるデータである。詳細は後述する。出力画像データ記憶部306は各処理部が出力した画像データを記憶する。複数RAW画像合成処理部307は着目RAW画像データ記憶部301に記憶している着目RAW画像データと参照RAW画像データ記憶部302に記憶している参照RAW画像データとを合成する。そして、合成処理によって得られる合成画像データ(RAW画像データ)を出力RAW画像データ記憶部303に記憶する。また、複数RAW画像合成処理部307は、合成重みデータを合成重みデータ記憶部305に記憶する。RAWノイズ低減処理部308は合成重みデータ記憶部305に記憶している合成重みデータを用いて、出力RAW画像データ記憶部303に記憶している合成後のRAW画像データに対して1枚の画像内のRAWノイズ低減処理を行う。RAWノイズ低減処理部308は、出力のRAW画像データを出力RAW画像データ記憶部303に記憶する。現像処理部309は出力RAW画像データ記憶部303に記憶しているRAWノイズ低減処理後のRAW画像データに対して各種の現像処理をする。例えば、ホワイトバランス、デモザイキング、色変換、ガンマ、シャープネス、Jpeg変換などの処理を行い、現像処理後の画像データを出力画像データ記憶部306に記憶する。
The output RAW image data storage unit 303 stores RAW image data obtained as a result of performing a combining process described later. The
図4は本実施例1における全体処理フローを示した図である。まずステップS401において、制御部206は、ユーザが操作ボタン105を介して指示した絞り値、焦点距離などの撮像条件を設定する。ステップS402において、制御部206は、撮像ボタン103がユーザに押されたかどうかを判定する。押された場合にはステップS403に進み、押されていない場合にはステップS401に戻る。
FIG. 4 is a diagram showing an overall processing flow in the first embodiment. First, in step S <b> 401, the
ステップS403で撮像系制御部205は、同一被写体に対して連続での撮像を実行する。画像処理部209は、撮像したRAW画像データのうち着目画像のRAW画像データを着目RAW画像データ記憶部301に記憶し、さらに、参照画像のRAW画像データを参照RAW画像データ記憶部302に記憶する。
In step S403, the imaging
ステップS404で、複数RAW画像合成処理部307は、着目画像のRAW画像データと、参照画像のRAW画像データと、パラメータ記憶部304に記憶している撮像センサのノイズ特性データとを用いて複数枚合成処理を行う。複数枚合成処理の詳細は後述する。複数RAW画像合成処理部307は、複数枚合成処理の結果得られるRAW画像データを出力RAW画像データ記憶部303に記憶する。さらに、複数RAW画像合成処理部307は合成時の合成重みデータを合成重みデータ記憶部305に記憶する。
In step S <b> 404, the multiple RAW image
ステップS405で、RAWノイズ低減処理部308は、出力RAW画像データ記憶部303に記憶しているRAW画像データと合成重みデータ記憶部305に記憶している合成重みデータとを用いて、RAWノイズ低減処理を行う。RAWノイズ低減処理の詳細については後述する。RAWノイズ低減処理部308は、RAWノイズ低減処理の結果得られるRAW画像データを出力RAW画像データ記憶部303に記憶する。
In step S405, the RAW noise
ステップS406で、現像処理部309は、出力RAW画像データ記憶部303に記憶しているRAW画像データに対して現像処理を行う。現像処理部309は、現像処理の結果得られる画像データを出力画像データ記憶部306に記憶する。ステップS407で、制御部206は、出力画像データ記憶部306に記憶している出力画像データを表示部104に表示する。最後に、ステップS408で、制御部206は、出力画像データ記憶部306に記憶している画像データをメディアI/F211を介して、PC/メディア213に出力する。
In step S <b> 406, the
<複数枚合成処理>
図4におけるS404の複数枚合成処理について説明する。複数枚合成処理は着目画像データと1つ以上の参照画像データとを用いて画像データを合成することによってノイズ低減させる処理である。すなわち、複数枚合成処理は、第1のノイズ低減処理ということもできる。以下では、説明の簡素化のため、合成対象のデータを単に着目画像と参照画像と称する。一般的に、着目画像と参照画像とを単純に平均化すればノイズを低減させることができる。しかしながら、連続撮像した場合、撮像装置の位置ずれや動被写体の移動などによって各画像の絵柄が一致しない場合、単純な平均化を行うと多重像や暈けといった画質劣化が生じてしまう。そこで、着目画像の注目画素を含む画像領域(以下、ブロック領域)と参照画像のブロック領域ごとの比較(以下、ブロックマッチング)を行うことで合成を行う。
<Multi-sheet composition processing>
The multi-sheet combining process in S404 in FIG. 4 will be described. The multiple image combining process is a process for reducing noise by combining image data using the target image data and one or more reference image data. That is, the multiple sheet combining process can also be referred to as a first noise reduction process. In the following, for simplification of description, the data to be synthesized is simply referred to as a focused image and a reference image. In general, noise can be reduced by simply averaging the target image and the reference image. However, in the case of continuous imaging, when the images of the images do not match due to the positional deviation of the imaging device or the movement of the moving subject, image quality deterioration such as multiple images and blurring occurs if simple averaging is performed. Therefore, the composition is performed by comparing the image region including the target pixel of the target image (hereinafter referred to as a block region) and the block region of the reference image (hereinafter referred to as block matching).
図5は複数枚合成処理S404の処理フローである。図7は複数枚合成処理を説明するための図である。図7(a)は、着目画像701を示し、図7(b)は参照画像702を示す。また、着目画像701のうち、処理対象となる画素の位置を703で示す。また、この着目画像701の処理画素位置703に対応する、参照画像702の探索領域を704で示す。また、着目画像701の処理画素位置703に対応するブロック領域を705で示す。また、参照画像702の探索位置707に対応するブロック領域を706で示す。
FIG. 5 is a processing flow of the multi-sheet composition processing S404. FIG. 7 is a diagram for explaining the multi-sheet composition process. FIG. 7A shows a
次に、ブロックマッチングの概要について説明する。ブロックマッチングは、着目画像の各画素を処理画素として順次処理を行う。図7の例では、着目画像701の処理画素位置703に対応する探索範囲が決定される。図7の例では、探索範囲は着目画像データの処理画素位置に対応する位置にある参照画像の画素を中心に5×5の画素と決定されているものとする。そして、処理画素位置703に対応するブロック領域705と、探索位置707に対応するブロック領域706とのブロックマッチングを行う。ブロックマッチングは、探索範囲内における各探索位置に対して行われることになる。
Next, an outline of block matching will be described. In block matching, each pixel of the image of interest is sequentially processed as a processing pixel. In the example of FIG. 7, the search range corresponding to the
次に、複数枚合成処理の流れを図5を参照して説明する。 Next, the flow of the multi-sheet composition process will be described with reference to FIG.
ステップS501で複数RAW画像合成処理部307は、パラメータ記憶部304に記憶している探索範囲を設定する。図7の例では、探索範囲は着目画像の処理対象位置に対応する位置にある参照画像の画素を中心に5×5の画素と設定される。尚、一般的なRAW画像データは、1画素につきR,G,Bのうち1色しかないBayer配置である。そのため、探索位置707は、処理画素位置703と同じ色の必要がある。すなわち、図7の例では、探索範囲704に含まれるRの画素を示す9画素分の探索位置に対してブロックマッチングが行われる。
In step S <b> 501, the multiple RAW image
ステップS502で複数RAW画像合成処理部307は出力画素値と合成重みデータとを1に初期化する。
In step S502, the multiple RAW image
ステップS503で複数RAW画像合成処理部307は参照画像データ記憶部302に記憶している参照RAW画像データのうち1つの画像データを読み込む。
In step S <b> 503, the multiple RAW image
ステップS504で複数RAW画像合成処理部307は処理画素位置の初期化を行う。
In step S504, the multiple RAW image
ステップS505で複数RAW画像合成処理部307は探索範囲内で最大類似度となる出力画素値及び類似度を決定する。詳細は後述する。
In step S505, the multiple RAW image
ステップS506で複数RAW画像合成処理部307はステップS505にて決定した出力画素値と類似度とを用いて、出力画素値及び合成重みデータの更新を行う。詳細は後述する。
In step S506, the multiple RAW image
ステップS507で複数RAW画像合成処理部307は着目画像データのすべての処理画素位置に対して、ステップS505〜S506の処理が行われたかどうかを判定する。すべての処理画素位置に対して処理が行われた場合には、ステップS509に進み、そうでない場合にはステップS508に進む。
In step S507, the multiple RAW image
ステップS508で複数RAW画像合成処理部307は処理画素位置の更新を行い、ステップS505に処理を進める。
In step S508, the multiple RAW image
ステップS509で複数RAW画像合成処理部307は、参照RAW画像データ記憶部302に記憶しているすべての参照RAW画像データに対して、ステップS504〜S508の処理が行われたかどうかを判定する。処理が行われた場合にはステップS511に進み、そうでない場合にはステップS510に進む。
In step S509, the multiple RAW image
ステップS510で複数RAW画像合成処理部307は参照RAW画像データ記憶部302に記憶している参照RAW画像データのうち未処理のRAW画像データを読み込み、ステップS504に処理を進める。
In step S510, the multiple RAW image
ステップS511で複数RAW画像合成処理部307は、出力RAW画像データを出力RAW画像データ記憶部303に出力する。出力RAW画像データは、ステップS506で出力画素値の更新が行われた(すなわち、合成が行われた結果得られた)RAW画像データのことである。
In step S511, the multiple RAW image
<探索範囲内で最大類似度となる画素値及び類似度を算出>
図5のステップS505の探索範囲内で最大類似度となる出力画素値及び類似度を決定する処理について説明する。図6は、ステップS505の内部処理フローを示している。図6の処理は、1つの処理対象の画素に対して行われる。
<Calculation of pixel value and similarity that have maximum similarity within the search range>
The process of determining the output pixel value and the similarity that are the maximum similarity within the search range in step S505 in FIG. 5 will be described. FIG. 6 shows an internal processing flow of step S505. The process of FIG. 6 is performed on one processing target pixel.
本実施例では、着目画像と参照画像について、探索領域内においてブロック同士の最小の誤差を決定し、その結果に基づいて最大類似度を決定する。 In this embodiment, the minimum error between blocks in the search area is determined for the target image and the reference image, and the maximum similarity is determined based on the result.
ステップS601で複数RAW画像合成処理部307はパラメータ記憶部304に記憶しているブロックサイズNb及び重み制御パラメータh(詳細は後述する)を設定する。
In step S601, the multiple RAW image
ステップS602で複数RAW画像合成処理部307は最小誤差値Cminを、取りうる値の範囲の最大値に初期化する。ステップS603で複数RAW画像合成処理部307は出力画素値oをゼロに初期化する。ステップS604で複数RAW画像合成処理部307は、現在着目している処理画素に対応する探索範囲の中の探索位置iを初期化する。ステップS605で複数RAW画像合成処理部307は式1に基づいて誤差Ciを決定する。
In step S602, the multiple RAW image
ここで、btは着目画像のブロック領域であり、br,iは参照画像の探索位置iにおけるブロック領域である。 Here, b t is a block area of the image of interest, and b r, i is a block area at the search position i of the reference image.
ステップS606で複数RAW画像合成処理部307はステップS605にて決定したCiと最小誤差値Cminとを比較する。CiがCminよりも小さい場合にはステップS607に進み、そうでない場合にはステップS609に進む。
In step S606, the multiple RAW image
ステップS607で複数RAW画像合成処理部307は最小誤差値CminをCiに更新する。
In step S607, the multiple RAW image
ステップS608で複数RAW画像合成処理部307は出力画素値を探索位置iにおける画素値に更新する。
In step S608, the multiple RAW image
ステップS609で複数RAW画像合成処理部307はすべての探索位置で処理をしたかどうかを判定する。すべての探索位置で処理を行った場合にはステップS611に進む。そうでない場合にはステップS610に進む。
In step S609, the multiple RAW image
ステップS610で複数RAW画像合成処理部307は探索位置の更新を行う。
In step S610, the multiple RAW image
ステップS611で複数RAW画像合成処理部307は、式2に基づいて最大類似度となる類似度sを算出する。
In step S611, the multiple RAW image
<重み制御パラメータh>
図6のステップS601にて設定する重み制御パラメータhについて説明する。図8は、式2で重み制御パラメータhを変化させて、最小誤差値Cminとしての誤差Cと、類似度sとをプロットした例を示すものである。図8に示すように、hの値が大きくなるほど誤差に対して類似度sが大きくなる。一方、一般的にまったく同じ被写体を撮像したとしてもISO感度が大きくなれば、ノイズ量が増加する。その結果、式1によって決定される誤差は、ノイズ量が増加するに従って大きくなる。そのため、本実施例では、同一被写体に対してノイズ量に寄らず同様の類似度を決定するために撮像時のノイズ量すなわちISO感度に応じてhの値を変化させる。
<Weight control parameter h>
The weight control parameter h set in step S601 in FIG. 6 will be described. FIG. 8 shows an example in which the error C as the minimum error value Cmin and the similarity s are plotted by changing the weight control parameter h in Expression 2. As shown in FIG. 8, the similarity s increases with respect to the error as the value of h increases. On the other hand, in general, even if the same subject is imaged, the amount of noise increases as the ISO sensitivity increases. As a result, the error determined by
<出力画素値及び合成重みデータの更新>
ステップS506の出力画素値及び合成重みデータの更新について説明する。ステップS505にて決定した出力画素値をv、類似度をsとすると、更新後の出力画素値O(x,y)は式3に示すように出力画素値と類似度との加重加算で得られる。また、更新後の合成重みデータα(x,y)は、式4で求められる。ステップS506の更新は参照画像データ毎にそれぞれ行われる。
O(x,y)+=v・s (式3)
α(x,y)+=s (式4)
<Update of output pixel value and composite weight data>
The update of the output pixel value and composite weight data in step S506 will be described. If the output pixel value determined in step S505 is v and the similarity is s, the updated output pixel value O (x, y) is obtained by weighted addition of the output pixel value and the similarity as shown in Equation 3. It is done. Also, the updated composite weight data α (x, y) is obtained by Equation 4. The update in step S506 is performed for each reference image data.
O (x, y) + = v · s (Formula 3)
α (x, y) + = s (Formula 4)
<RAWノイズ低減処理>
図4のステップS405のRAWノイズ低減処理について説明する。RAWノイズ低減処理は、従来の1枚の画像内でのノイズ低減処理方法に加え、ステップS404において決定した合成重みデータαを用いることで、より効果的なノイズ低減処理を行う。具体的には、ステップS404において決定した合成重みデータαは出力RAW画像データの各画素におけるノイズの低減効果になる。そこで、複数枚合成処理によってノイズ低減効果が小さかった画素については、1枚の画像内でのノイズ低減処理の効果を大きく設定し、大きかった画素については、1枚の画像内でのノイズ低減処理の効果を小さく設定する。このように処理することによって、領域によってノイズ低減効果が異なることを避けることができる。本実施例では、連続して撮像した複数のRAW画像データを用いて合成処理を行っている。この複数のRAW画像データは互いに類似しているので、複数のRAW画像データ同士を合成することによってノイズ低減できた画素については、そのノイズ低減された画素を使用する。一方、複数のRAW画像データ同士を合成することによってノイズ低減できなかった画素については、1枚の画像データ内でのノイズ低減処理を行う。このように、本実施例によれば各画素について同等のノイズ低減効果を得ることが可能となる。なお、ステップS405の1枚の画像データ内のノイズ低減処理を第2のノイズ低減処理という。
<RAW noise reduction processing>
The RAW noise reduction process in step S405 in FIG. 4 will be described. In the RAW noise reduction processing, in addition to the conventional noise reduction processing method in one image, more effective noise reduction processing is performed by using the synthesis weight data α determined in step S404. Specifically, the composite weight data α determined in step S404 has an effect of reducing noise in each pixel of the output RAW image data. Therefore, the effect of the noise reduction process in one image is set to a large value for a pixel whose noise reduction effect is small by the multi-sheet composition process, and the noise reduction process in one image is set for a large pixel. Set the effect of. By processing in this way, it can be avoided that the noise reduction effect varies depending on the region. In the present embodiment, the composition processing is performed using a plurality of RAW image data captured continuously. Since the plurality of RAW image data are similar to each other, the pixels whose noise has been reduced by combining the plurality of RAW image data are used. On the other hand, noise reduction processing within one piece of image data is performed for pixels that have not been able to reduce noise by combining a plurality of RAW image data. Thus, according to the present embodiment, it is possible to obtain an equivalent noise reduction effect for each pixel. Note that the noise reduction processing in one piece of image data in step S405 is referred to as second noise reduction processing.
図9は図4のステップS405のRAWノイズ低減処理の内部処理のフローを示した図である。 FIG. 9 is a diagram showing a flow of internal processing of the RAW noise reduction processing in step S405 of FIG.
ステップS901でRAWノイズ低減処理部308は処理に必要となるパラメータをパラメータ記憶部304から取得して設定する。
In step S <b> 901, the RAW noise
ステップS902でRAWノイズ低減処理部308は出力RAW画像データ記憶部303に記憶している、ステップS404において複数枚合成して得られたRAW画像データを読み込む。
In step S902, the RAW noise
ステップS903でRAWノイズ低減処理部308は処理画素位置の初期化を行う。
In step S903, the RAW noise
ステップS904でRAWノイズ低減処理部308は処理画素位置に対してノイズ低減処理を行う。詳細は後述する。
In step S904, the RAW noise
ステップS906でRAWノイズ低減処理部308はすべての処理画素位置に対して、ステップS904のノイズ低減処理が行われたかどうかを判定する。すべての処理画素位置に対してノイズ低減処理が行われた場合にはステップS908に進み、そうでない場合にはステップS907に進む。
In step S906, the RAW noise
ステップS907でRAWノイズ低減処理部308は処理画素位置の更新を行い、ステップS904に戻る。
In step S907, the RAW noise
ステップS908でRAWノイズ低減処理部308は処理結果のRAW画像データを出力RAW画像データ記憶部303に出力する。
In step S <b> 908, the RAW noise
<ノイズ低減処理>
本処理では、ステップS904のノイズ低減処理として、Non−Local−Means(以下、NLM)法と呼ばれる手法を用いる。この手法は、ノイズ低減対象となる着目画素を含む、着目画素の周辺に存在する複数の参照画素の画素値に適応的な重みを掛け、その結果を全て加算した結果で着目画素の画素値を置き換える事でノイズを低減する。参照画素の画素数をNS、参照画素の画素値をIj(j=1〜NS)、参照画素の重みをwj(j=1〜NS)とすると、ノイズ低減処理後の着目画素の画素値Inewは式5になる。
<Noise reduction processing>
In this process, a technique called a non-local-means (hereinafter, NLM) method is used as the noise reduction process in step S904. This method multiplies the pixel values of a plurality of reference pixels that exist around the pixel of interest, including the pixel of interest that is subject to noise reduction, adaptively weights the pixel values of the pixel of interest by adding all the results. Noise is reduced by replacement. When the number of reference pixels is N S , the pixel value of the reference pixel is I j (j = 1 to N S ), and the weight of the reference pixel is w j (j = 1 to N S ), attention after noise reduction processing The pixel value I new of the pixel is given by Equation 5.
次に、参照画素の重みの決定方法について、図10および図11を参照して説明する。 Next, a method for determining the weight of the reference pixel will be described with reference to FIGS.
図10(a)は、1枚の画像データ1001を示す。画像データ1001の左上の画素を原点として各画素の画素値をI(x、y)と表すものとする。ここで、1002は着目画素であり、その画素値はI(4、4)である。1003は着目領域であり、ノイズ低減対象となる着目画素1002を中心とした5×5画素の矩形領域である。1004は参照画素であり、着目画素1002を含む5×5画素(NS=25)の矩形領域内の画素である。1005は、参照画素I(2,2)の参照領域であり、参照画素I(2,2)を中心とし、着目領域と同サイズの5×5画素の矩形領域である。尚、参照領域は参照画素毎に存在するが、ここでは参照画素I(2,2)の参照領域だけ示している。
FIG. 10A shows one piece of
参照画素I(2、2)の重みを求めるために、まず、着目領域1003と当該参照画素I(2、2)の参照領域1005とを比較して類似度を算出する。尚、類似度は所望の方法で求めてよい。例えば、図10(b)のように、着目領域1003の画素をbs(p,q)、参照領域1005の画素をbj(p,q)(j=1〜NS)とする。そして、着目領域1003と参照領域1005との空間的に対応する画素の差を誤差とすると、誤差Cjは式6になる。
In order to obtain the weight of the reference pixel I (2, 2), first, the similarity is calculated by comparing the
誤差Cjは値が小さいほど着目領域と参照領域の類似度が高くなる。そこで、誤差に応じて、重みを決定する。重みは図11に示す関数のように誤差Cjが小さいほど重みが大きく、誤差Cjが大きいほど重みが小さくなるように決定すればよく、例えば式7で定まる。 The smaller the value of the error C j is, the higher the similarity between the attention area and the reference area is. Therefore, the weight is determined according to the error. The weight may be determined so that the weight is larger as the error C j is smaller and the weight is smaller as the error C j is larger as in the function shown in FIG.
hは重みの大きさを制御する変数であり、hを大きくすると重みを大きくなりノイズ低減効果が大きくなる。一方、hを小さくすると重みが小さくなり、ノイズ低減効果が小さくなる。ここで、hは画像データ中に含まれるノイズ量に応じて変化させることで効果的にノイズ低減させることができる。そこで、本実施例では、ステップS404において複数枚合成処理において合成処理した際の合成重みデータに応じて、hの値を変化させる。ここで、ステップS404において出力する合成重みデータは、合成に使用した画像の枚数となる。この時、n枚の画像を合成した際のノイズの標準偏差σ‘は1枚のノイズの標準偏差をσとすると、式8のようになる。 h is a variable for controlling the magnitude of the weight. When h is increased, the weight is increased and the noise reduction effect is increased. On the other hand, if h is reduced, the weight is reduced and the noise reduction effect is reduced. Here, the noise can be effectively reduced by changing h in accordance with the amount of noise included in the image data. Therefore, in the present embodiment, the value of h is changed according to the combination weight data when the combination process is performed in the combination process in step S404. Here, the composition weight data output in step S404 is the number of images used for composition. At this time, the standard deviation σ ′ of noise when n images are combined is expressed by Equation 8, where the standard deviation of one noise is σ.
そこで、処理画素位置jにおける合成重みデータをα(j)とすると、式7を式9のように変更する。 Therefore, if the combined weight data at the processing pixel position j is α (j), Expression 7 is changed to Expression 9.
以下同様に、着目領域1003と各参照画素の参照領域とを順次比較していくことで、各参照画素の重みが得られる。そして、得られた重みを式5に適用してノイズ低減後の画素値を得る。
Similarly, the weight of each reference pixel can be obtained by sequentially comparing the region of
尚、本実施例におけるノイズ低減処理は、参照画素の重みを着目領域と参照領域の誤差及び合成重みデータに基づいて決まる処理であればよく、誤差や重みの算出方法などはここで説明した方法に限られるものではない。 Note that the noise reduction processing in this embodiment may be processing in which the weight of the reference pixel is determined based on the error between the focus area and the reference area and the combined weight data, and the calculation method of the error and weight is the method described here. It is not limited to.
以上、説明したように、本実施例ではまず複数枚の画像データの合成によりノイズ低減を行い、さらに、合成結果に基づいて1枚の画像データのノイズ低減を行う。これにより、ノイズ低減効果の低下やアーティファクト発生などの画質障害を軽減することが可能となる。さらに、1枚の画像データのノイズ低減は合成後の画像データのみに行うため処理負荷も軽減することができる。 As described above, in this embodiment, first, noise reduction is performed by combining a plurality of pieces of image data, and further, noise reduction of one piece of image data is performed based on the combination result. As a result, it is possible to reduce image quality problems such as a reduction in noise reduction effect and the occurrence of artifacts. Further, since noise reduction of one piece of image data is performed only on the combined image data, the processing load can be reduced.
<その他の実施例>
上記の実施例においては、デモザイク処理(画素補間処理)前のベイヤ画像を合成する例を説明した。デモザイク処理前のベイヤ画像を合成することによってデモザイク時に生じ得る画像劣化を防止することができる。しかしながら、本発明は、1枚の画像内でのノイズ低減処理を行う前の画像データ同士を合成し、合成して得られた画像データに対して1枚の画像内でのノイズ低減処理を行う場合に適用可能である。例えば、デモザイク処理後のRGB画像データ同士を合成する処理であってもよい。
<Other examples>
In the above embodiment, an example in which a Bayer image before demosaic processing (pixel interpolation processing) is synthesized has been described. By synthesizing the Bayer image before demosaic processing, it is possible to prevent image degradation that may occur during demosaic processing. However, the present invention combines image data before performing noise reduction processing within one image, and performs noise reduction processing within one image on the image data obtained by combining. Applicable to the case. For example, a process of combining RGB image data after demosaic processing may be performed.
また、積層型撮像センサや3CCDセンサなどのようにセンサから得られる画素がRGBプレーンを有する画像データ同士を合成し、合成して得られた画像データに対して1枚の画像内でのノイズ低減処理を行ってもよい。この場合、合成処理における探索範囲や、ノイズ低減処理における参照画素の設定を合成する画像データに応じて設定し、その他の処理は同様に行えばよい。 Further, image data obtained by combining pixels having RGB planes obtained from sensors such as a multilayer imaging sensor or a 3CCD sensor, and reducing noise in one image with respect to the obtained image data Processing may be performed. In this case, the search range in the synthesis process and the reference pixel settings in the noise reduction process are set according to the image data to be synthesized, and the other processes may be performed in the same manner.
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。 The present invention can also be realized by executing the following processing. That is, software (program) that realizes the functions of the above-described embodiments is supplied to a system or apparatus via a network or various storage media, and a computer (or CPU, MPU, or the like) of the system or apparatus reads the program. It is a process to be executed.
Claims (13)
前記取得手段で取得した複数の画像データを合成して合成画像データを生成することによってノイズを低減する第1のノイズ低減手段と、
前記第1のノイズ低減手段において前記合成画像データを生成する際に用いた画素ごとの補正量を用いて前記合成画像データに対するノイズ低減を行う第2のノイズ低減手段と
を有し、
前記第1のノイズ低減手段は、複数の画像データのうちいずれか一つを着目画像データ、それ以外を参照画像データとし、前記着目画像データの処理画素に対応するブロック領域と、前記参照画像データの探索領域に含まれる探索位置に対応するブロック領域との差に応じて、各画素についての補正量を決定することを特徴とする画像処理装置。 An acquisition means for acquiring a plurality of image data captured continuously;
First noise reduction means for reducing noise by combining a plurality of image data acquired by the acquisition means to generate composite image data;
Have a second noise reduction means for performing noise reduction for the synthetic image data by using the correction amount for each pixel used to generate the composite image data in said first noise reduction means,
The first noise reduction means uses any one of the plurality of image data as the target image data and the other as the reference image data, a block region corresponding to a processing pixel of the target image data, and the reference image data An image processing apparatus that determines a correction amount for each pixel according to a difference from a block area corresponding to a search position included in the search area .
前記撮像手段で撮像した複数の画像データを合成して合成画像データを生成することによってノイズを低減する第1のノイズ低減手段と、
前記第1のノイズ低減手段において前記合成画像データを生成する際に用いた画素ごとの補正量を用いて前記合成画像データに対するノイズ低減を行う第2のノイズ低減手段と
を有し、
前記第1のノイズ低減手段は、複数の画像データのうちいずれか一つを着目画像データ、それ以外を参照画像データとし、前記着目画像データの処理画素に対応するブロック領域と、前記参照画像データの探索領域に含まれる探索位置に対応するブロック領域との差に応じて、各画素についての補正量を決定することを特徴とする撮像装置。 Imaging means for continuously imaging a plurality of image data;
First noise reduction means for reducing noise by combining a plurality of image data picked up by the image pickup means to generate composite image data;
Have a second noise reduction means for performing noise reduction for the synthetic image data by using the correction amount for each pixel used to generate the composite image data in said first noise reduction means,
The first noise reduction means uses any one of the plurality of image data as the target image data and the other as the reference image data, a block region corresponding to a processing pixel of the target image data, and the reference image data A correction amount for each pixel is determined in accordance with a difference from a block area corresponding to a search position included in the search area .
前記取得工程で取得した複数の画像データを合成して合成画像データを生成することによってノイズを低減する第1のノイズ低減工程と、
前記第1のノイズ低減工程において前記合成画像データを生成する際に用いた画素ごとの補正量を用いて前記合成画像データに対するノイズ低減を行う第2のノイズ低減工程と
を有し、
前記第1のノイズ低減工程は、複数の画像データのうちいずれか一つを着目画像データ、それ以外を参照画像データとし、前記着目画像データの処理画素に対応するブロック領域と、前記参照画像データの探索領域に含まれる探索位置に対応するブロック領域との差に応じて、各画素についての補正量を決定することを特徴とする画像処理方法。 An acquisition step of acquiring a plurality of image data continuously captured;
A first noise reduction step of reducing noise by combining a plurality of image data acquired in the acquisition step to generate composite image data;
Have a second noise reduction step for performing noise reduction for the synthetic image data by using the correction amount for each pixel used to generate the composite image data in the first noise reduction step,
The first noise reduction step uses any one of a plurality of image data as target image data and the other as reference image data, and a block region corresponding to a processing pixel of the target image data; and the reference image data A correction amount for each pixel is determined according to a difference from a block area corresponding to a search position included in the search area .
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