JP6655218B2 - 撮像装置及び画像処理方法 - Google Patents
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Description
図1及び図2は、それぞれ本発明に係る撮像装置の外観を示す斜視図及び背面図である。この撮像装置10は、レンズを通った光を撮像素子で受け、デジタル信号に変換して静止画又は動画の画像データとして記録メディアに記録するデジタルカメラである。
図3は撮像装置10の内部構成の実施形態を示すブロック図である。この撮像装置10は、撮像した画像をメモリカード54に記録するもので、装置全体の動作は、中央処理装置(CPU:Central Processing Unit)40によって統括制御される。
撮像素子16は、第1の方向(水平方向)及び第1の方向と直交する第2の方向(垂直方向)に二次元的に配列された光電変換素子(フォトダイオード)で構成される複数の画素上に、赤(R)、緑(G)及び青(B)のカラーフィルタが、以下に例示する第1の周期的色配列で配設されている。
オートフォーカス制御部として機能するCPU40は、位相差AFを行う場合、撮像素子16の少なくともAF領域内の位相差画素行の画像データを読み出す読出し指令をセンサ駆動部32に出力し、撮像素子16から対応する画像データを読み出す。
<補間処理部の第1の実施形態>
図9は、図3に示した画像処理部24における補間処理部の第1の実施形態を示すブロック図である。
図11は、図3に示した画像処理部24における補間処理部の第2の実施形態を示すブロック図である。尚、図11において、図9に示した第1の実施形態と共通する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図12は、図3に示した画像処理部24における補間処理部の第3の実施形態を示すブロック図である。尚、図12において、図11に示した第2の実施形態と共通する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図13は、図3に示した画像処理部24における補間処理部の第4の実施形態を示すブロック図である。尚、図13において、図12に示した第3の実施形態と共通する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図15は、本発明に係る画像処理方法の第1の実施形態を示すフローチャートであり、特に図12に示した補間処理部60での処理手順に関して示している。
図17は、撮像素子16のカラーフィルタ配列及び位相差検出用画素の配置の第2の実施形態を示す図である。
図20は、撮像装置の一実施形態であるスマートフォンの外観を示す図である。
本実施形態の撮像素子は、位相差検出用画素にはGフィルタが配置されているが、Gフィルタの透過波長帯域よりも広い波長帯域の光が入射できるように位相差検出用画素を構成してもよい。例えば、位相差検出用画素にはGフィルタを設けずに、透明フィルタとすることができる。これによれば、通常画素よりも開口部が小さい位相差検出用画素でも大きな画素値を取得する(位相差検出用画素を高感度にする)ことができる。
2 シャッタボタン
3 電源/モードスイッチ
4 モードダイヤル
5 ズームボタン
5T テレボタン
5W ワイドボタン
6 十字ボタン
7 MENU/OKボタン
8 再生ボタン
9 BACKボタン
10 撮像装置
12 撮影レンズ
14 絞り
15 メカシャッタ
16 撮像素子
16A、16B 遮光膜
22 画像入力コントローラ
24 画像処理部
26 圧縮伸張処理部
28 ビデオエンコーダ
30 液晶モニタ
32 センサ駆動部
33 シャッタ駆動部
34 絞り駆動部
36 レンズ駆動部
38 操作部
40 CPU
42 位相差検出部
44 AE検出部
47 ROM
48 メモリ
50 VRAM
52 メディアコントローラ
54 メモリカード
60 補間処理部
61 ゲイン補間部
62 平均値補間部
63 信号勾配算出部
64 画素値加算部
65 最終画素値決定部
66 加算画素レベル補正部
67 飽和判定部
68 平坦判定部
100 スマートフォン
101 主制御部
102 筐体
110 無線通信部
120 表示入力部
121 表示パネル
122 操作パネル
130 通話部
131 スピーカ
132 マイクロホン
140 操作部
141 カメラ部
150 記憶部
151 内部記憶部
152 外部記憶部
160 外部入出力部
170 GPS受信部
180 モーションセンサ部
190 電源部
CF カラーフィルタ
L マイクロレンズ
P 基本配列パターン
PD フォトダイオード
PR 第1の位相差画素
PL 第2の位相差画素
Claims (15)
- 第1の方向及び前記第1の方向と直交する第2の方向に二次元的に複数の位相差検出用画素と複数の通常画素とが配置された撮像素子であって、
前記位相差検出用画素は、瞳分割用の開口部を有し、前記第1の方向に対する前記開口部の位置が互いに異なる第1の位相差画素と第2の位相差画素とからなり、かつ前記第1の位相差画素と前記第2の位相差画素とは互いに開口部が向き合って隣接配置され、
前記複数の通常画素には第1の周期的色配列で、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色以上の各色にそれぞれ対応する複数の第2のフィルタとが配置され、
前記第1の位相差画素及び第2の位相差画素には、それぞれ前記第1のフィルタが配置され、又は前記第1のフィルタの透過波長帯域よりも広い波長帯域の光が入射する、撮像素子と、
前記開口部が向き合って隣接配置された前記第1の位相差画素の画素値と前記第2の位相差画素の画素値とを加算し、前記第1の位相差画素と前記第2の位相差画素との間の画素位置における加算画素値を生成する画素値加算部と、
前記第1の位相差画素又は前記第2の位相差画素を注目画素とし、前記注目画素の画素位置における画素値を、前記注目画素の画素位置の周辺の画素の画素値を使用して生成する第1の補間部であって、前記画素値加算部により加算された前記加算画素値を前記周辺の画素のうちの1つの画素の画素値として使用する第1の補間部と、
を備えた撮像装置。 - 前記画素値加算部により加算された前記加算画素値に、設定されたレベル調整係数を乗算し、前記加算画素値を補正する加算画素レベル補正部を備え、
前記第1の補間部は、前記加算画素レベル補正部により補正された前記加算画素値を使用する請求項1に記載の撮像装置。 - 前記第1の補間部は、前記加算画素値及び前記第1のフィルタが配置された通常画素の画素値のうちの少なくとも一方の画素値を使用する請求項1又は2に記載の撮像装置。
- 前記注目画素の画素位置の周辺の画素の信号勾配を算出する信号勾配算出部を備え、
前記第1の補間部は、前記周辺の画素のうちの前記算出された信号勾配に基づいて選択した画素の画素値を使用して前記注目画素の画素位置における画素値を補間演算する請求項1又は2に記載の撮像装置。 - 前記注目画素、前記注目画素に隣接する前記第1の位相差画素又は前記第2の位相差画素、及び前記注目画素に隣接する前記第1のフィルタが配置された通常画素のうちの少なくとも1つの画素の飽和を判定する飽和判定部を備え、
前記第1の補間部は、前記飽和判定部により前記画素が飽和していると判定されると、前記第1のフィルタが配置された通常画素の画素値のみを使用する請求項1から4のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記第1の位相差画素又は前記第2の位相差画素を注目画素とし、前記注目画素の画素位置における画素値をゲイン補間により生成する第2の補間部であって、前記注目画素の画素値と前記注目画素の画素位置に対して設定されるゲイン補間情報とに基づいて前記注目画素の画素位置における画素値をゲイン補間により生成する第2の補間部を備えた請求項1から5のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記第1の補間部により生成された前記注目画素の画素位置における画素値と、前記第2の補間部により生成された前記注目画素の画素位置における画素値の2つの画素値のうちのいずれか一方の画素値を選択し、又は前記2つの画素値を重み付け加算した画素値を生成し、前記注目画素の画素位置における最終の画素値を決定する最終画素値決定部を備えた請求項6に記載の撮像装置。
- 前記第1の補間部は、前記注目画素の画素位置が、前記第2のフィルタが配置される通常画素の画素位置に対応する場合、前記第2のフィルタが配置された通常画素のみを使用する請求項1から7のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記第1のフィルタは、緑色の波長帯域を透過させる緑フィルタであり、前記複数の第2のフィルタは、赤色の波長帯域を透過させる赤フィルタ及び青色の波長帯域を透過させる青フィルタであり、
前記二次元的に配置された複数の位相差検出用画素及び複数の通常画素に配置される前記第1の周期的色配列は、
3×3画素に対応する第1の配列であって、中心と4隅に前記緑フィルタが配置され、中心の前記緑フィルタを挟んで前記第1の方向に前記赤フィルタが配列され、前記第2の方向に前記青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、中心と4隅に前記緑フィルタが配置され、中心の前記緑フィルタを挟んで第1の方向に前記青フィルタが配列され、第2の方向に前記赤フィルタが配置された第2の配列とが、交互に第1の方向及び第2の方向に配列されて構成され、
前記撮像素子は、前記第1の方向に前記緑フィルタが隣接する位置に前記第1の位相差画素及び第2の位相差画素が配置された位相差画素行と、前記通常画素のみが前記第1の方向に配置された通常画素行とを有する請求項1から7のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記複数の通常画素に配置される前記第1の周期的色配列は、ベイヤ配列であり、
前記撮像素子は、前記第1の位相差画素及び第2の位相差画素と前記通常画素とが前記第1の方向に配置された位相差画素行と、前記通常画素のみが前記第1の方向に配置された通常画素行とを有し、
前記位相差画素行は、前記第1の位相差画素及び前記第2の位相差画素と1つの前記通常画素の3画素を1周期として周期的に配列され、かつ前記第1の位相差画素及び前記第2の位相差画素には、緑色の波長帯域を透過させる緑フィルタが配置される請求項1から8のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記撮像素子の受光面に被写体像が結像させる撮像光学系と、
前記撮像素子の前記第1の位相差画素から取得した第1の画素値と前記第2の位相差画素から取得した第2の画素値との位相差を検出する位相差検出部と、
前記位相差検出部により検出された位相差に基づいて前記撮像光学系を制御するオートフォーカス制御部と、
を備えた請求項1から10のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 第1の方向及び前記第1の方向と直交する第2の方向に二次元的に複数の位相差検出用画素と複数の通常画素とが配置された撮像素子であって、
前記位相差検出用画素は、瞳分割用の開口部を有し、前記第1の方向に対する前記開口部の位置が互いに異なる第1の位相差画素と第2の位相差画素とからなり、かつ前記第1の位相差画素と前記第2の位相差画素とは互いに開口部が向き合って隣接配置され、
前記複数の通常画素には第1の周期的色配列で、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色以上の各色にそれぞれ対応する複数の第2のフィルタとが配置され、
前記第1の位相差画素及び第2の位相差画素には、それぞれ前記第1のフィルタが配置され、又は前記第1のフィルタの透過波長帯域よりも広い波長帯域の光が入射する、撮像素子を備えた撮像装置の画像処理方法において、
前記開口部が向き合って隣接配置された前記第1の位相差画素の画素値と前記第2の位相差画素の画素値とを加算し、前記第1の位相差画素と前記第2の位相差画素との間の画素位置における加算画素値を生成するステップと、
未処理の前記第1の位相差画素又は前記第2の位相差画素を注目画素として選択するステップと、
前記選択した注目画素の画素位置における画素値を、前記注目画素の画素位置の周辺の画素の画素値を使用して生成する補間ステップであって、前記加算画素値を前記周辺の画素のうちの1つの画素の画素値として使用する補間ステップと、
を含む画像処理方法。 - 前記加算画素値に、設定されたレベル調整係数を乗算し、前記加算画素値を補正するステップを含み、
前記補間ステップは、前記レベル調整係数により補正された前記加算画素値を使用する請求項12に記載の画像処理方法。 - 前記補間ステップは、前記加算画素値及び前記第1のフィルタが配置された通常画素の画素値のうちの少なくとも一方の画素値を使用する請求項12又は13に記載の画像処理方法。
- 前記注目画素の画素位置の周辺の画素の信号勾配を算出するステップを含み、
前記補間ステップは、前記周辺の画素のうちの前記算出された信号勾配に基づいて選択した画素の画素値を使用して前記注目画素の画素位置における画素値を補間演算する請求項12から14のいずれか1項に記載の画像処理方法。
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