JP7134832B2 - 画像処理装置、その制御方法及びプログラム - Google Patents
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Description
このようなシェーディングによる画質劣化を補うために、画像周辺部を形成する画素の画素値にデジタルゲインを印加して、シェーディングにより低下した画像周辺部の明るさを画像中心の明るさにまで揃える画像処理を行う。この画像処理をシェーディング補正と呼び、シェーディング補正におけるデジタルゲインをシェーディング補正量と呼ぶ。
シェーディング補正により、画像上のどの位置でも画像の明るさが適切に設定されるものの、軸上からの各像高でシェーディング補正量が異なるため、各像高でのノイズ量もシェーディング補正量に応じて変動する。シェーディング補正量が大きく設定される像高ほどノイズ量が大きく、シェーディング補正量の小さい画像中心(軸上)よりもノイズが目立つ画像が得られるという弊害を伴う。
特許文献1には、シェーディング補正量に応じてノイズ低減を図り、シェーディング補正量の大きい画像周辺部のノイズ低減量を大きくする構成が開示されている。
図1は、実施形態に係るデジタルカメラ100の機能構成を示すブロック図である。本実施形態では、デジタルカメラ100が本発明を適用した画像処理装置として機能するが、デジタルカメラ100等の撮像装置と別に、本発明を適用した画像処理装置が構成されるようにしてもよい。
撮像素子103は、CCDセンサやCMOSセンサ等の光電変換デバイスであり、レンズ光学系107a、露出機構108aを介して結像する被写体光学像を画素単位のアナログ電気信号(アナログ画像データ)に変換する。露出機構108aは、絞り及びメカニカルシャッターの機能を有する。デジタルカメラ100は、撮像素子103を用いて被写体を撮像し、静止画及び動画を生成することができる。
フォーマット変換部111は、画像処理部105から出力されたデジタル画像データに対して、例えばDCF(Design rule for Camera File System)に準拠した記録用のデータファイルを生成する。フォーマット変換部111は、データファイル生成の過程で、JPEG形式やMotion JPEG形式への符号化や、ファイルヘッダの生成等を行う。
画像記録部112は、フォーマット変換部111で生成したデータファイルを、デジタルカメラ100の内蔵メモリや、デジタルカメラ100に装着されているリムーバブルメディア等に記録する。
外部接続部113は、デジタルカメラ100をPC(パーソナルコンピュータ)やプリンタといった外部装置に接続するためのインターフェースである。外部接続部113は、例えばUSB、IEEE1394等の一般的な規格に準拠して外部装置との通信を行って画像データ等の授受を行い、各外部機器の機能を活用する。
操作部101にはシャッタースイッチが含まれており、シャッタースイッチの半押し状態は第一のシャッタースイッチSW1、全押し状態は第二のシャッタースイッチSW2として、システム制御部102に通知される。SW1の通知により、システム制御部102は、自動合焦制御(AF)処理、自動露出制御(AE)処理等を開始する。その後、SW2の通知により、システム制御部102は、一連の撮影処理動作を開始する。一連の撮影処理動作とは、撮像素子103からの画像信号の読み出し、A/D変換、画像処理、任意の記録フォーマットへの変換処理を経て、画像記録部112への画像データ書き込み等の処理動作のことをいう。
システム制御部102は、画像処理部105から出力されたデジタル画像データから被写体輝度レベルを算出し、撮影モードに応じてシャッタースピード及び絞りの少なくとも一方を自動的に決定するAE処理を行う。システム制御部102は、AE処理結果をメカ駆動部108に通知する。AE処理結果の通知を受けたメカ駆動部108は、露出機構108aの絞り及びシャッタースピードを制御し、レンズ光学系107aと撮像素子103の間の光路及び光量を確保する。これにより、AE処理で求められる露出条件による被写体の撮像素子103への露光が可能になる。
また、システム制御部102は、レンズ駆動部107を介してレンズ光学系107aのフォーカスレンズを駆動させ、画像処理部105から出力されたデジタル画像データのコントラストの変化を検出し、これに基づいてAF処理を行う。
また、システム制御部102は、ズームレンズのズームポジション情報、及びメカ駆動部108から出力される絞り情報を画像処理部105に通知する。画像処理部105は、この情報に基づいて、シェーディング補正や画像回復等の光学補正処理における各種設定を行う。
また、システム制御部102は、フラッシュの設定を行い、システム制御部102からのAE処理結果によるシャッタースピードや撮影モード等に応じて、本撮影時のフラッシュ部110の発光の要否を決定する。フラッシュの発光を決定した場合、システム制御部102は、EF処理部109にフラッシュ発光実施を指示する。EF処理部109は、システム制御部102からフラッシュ発光実施の指示を受けると、フラッシュ部110を制御し、露出機構108aのシャッターが開くタイミングでフラッシュ部110を発光させる。
ユーザが操作部101に含まれる電源スイッチをONにすると、システム制御部102はこれを検知し、デジタルカメラ100の各部に対し、不図示の電池やAC入力により電源を供給する。
電源が供給されると、システム制御部102の制御下で、EVF表示動作を開始する。まず露出機構108aに設けられたメカニカルシャッターが開き、撮像素子103が露光される。撮像素子103の各画素で蓄積した電荷は、予め定められたフレームレートで順次読み出され、A/D変換部104にアナログ画像データとして出力される。このように、EVF表示用の画像を、予め定められたフレームレートで順次読み出す、いわゆる電子シャッターを用いて連続して撮像することにより取得する。
ゲイン調整について述べる。撮像素子103では、露光量によってそのアナログ電気信号の出力信号レベルが変化する。明るい被写体では露光量が増加するため出力信号レベルも大きいものとなり、一方、暗い被写体では露光量が減少するため出力信号レベルも小さいものとなる。以上のようなレベル変動が生じるアナログ電気信号をA/D変換部104に入力し、ゲイン調整をせずに出力した場合、出力されたデジタル電気信号もレベル変動が生じる。
これに対し、デジタルカメラでは一般的に、被写体の明るさ(アナログ電気信号の出力信号レベル)によらずA/D変換部104からのデジタル電気信号の出力信号レベルを一定に保つようなゲインが、被写体の明るさに応じて設定されている。以上のゲインは、撮影条件の一つであるISO感度の設定に応じて変化し、調整される。すなわち、被写体の明るい低ISO感度時よりも被写体の暗い高ISO感度時の方がゲインとしては高い値に設定する。このため、ノイズ成分としても、高ISO感度時の方が高ゲインによる増幅効果により、悪化することになる。換言すると、予めISO感度毎のノイズ量を計測し記憶しておけば、撮像時のISO感度情報によりノイズ量を類推することができる。
EVF表示部106は、画像処理部105から出力されたデジタル画像データを用いて、D/A変換処理を行った画像を逐次表示する。
システム制御部102は、SW1の通知を受けると、通知を受けた時点で最新の撮像画像に基づいてAF処理、AE処理を行い、合焦位置及び露出条件を決定する。
システム制御部102は、SW1の通知が継続している間、操作部101から全押しの通知であるSW2の通知を受けるまで、撮影処理動作を開始することなく待機する。なお、SW2の通知を受ける前にSW1の通知が途絶えた場合、システム制御部102はEVF表示動作を再開させる。
システム制御部102は、SW2の通知を受けると、一連の撮影処理動作を開始する。具体的には、SW1時のAF処理、AE処理を経た撮影条件で、撮像素子103上に被写体光学像を結像及び露光する。その後、撮像素子103からの画素単位のアナログ電気信号を、A/D変換部104でデジタル画像データに変換して、このデータを用いて画像処理部105で画像処理を行う。そして、画像処理後のデジタル画像データを、フォーマット変換部111によって記録用のデータファイル形式に変換し、画像記録部112により記録媒体に記録する。
図2は、画像処理部105の機能構成を示すブロック図である。
画像処理部105は、光学補正処理部201と、ノイズ除去処理部202とを備える。
光学補正処理部201は、A/D変換部104から出力されたデジタル画像データに対して、所定の光学補正処理を行う。光学補正処理における光学補正量は、各画素値に対してゲイン処理を行うためのデジタルゲインであり、ズームポジション情報及び絞り情報により決定される。光学補正処理部201は、デジタルゲインに関する光学補正量情報をノイズ除去処理部202に出力する。なお、光学補正処理としては、像高方向のレンズ光学系の透過率むらに起因するシェーディング補正処理の他、レンズ光学系の回折や収差等による画像劣化の補正を実施する画像回復等が想定される。ただし、これに限られるものではなく、像高毎、もしくは画素位置毎に、各画素値レベルを増幅させるゲイン処理を行う画像処理に本発明を適用することができる。
ノイズ低減処理部203は、光学補正処理部201による光学補正処理後のデジタル画像データに対して、フィルタリング処理によるノイズ低減処理を行う。ノイズ低減処理部203は、ノイズ低減性能(以下、NR性能と記す。)に関するNR性能情報をエッジ補正処理部204に出力する。本実施形態では、ノイズ低減処理部203が、本発明でいうノイズ低減処理手段として機能する。
図3では、シェーディング補正処理でみられるような、画像中心(軸上)から像高rの増加とともにデジタルゲインg(r)が増加する例を示す。この場合、画像中心のノイズ量に対し、デジタルゲインg(r)によるゲイン処理分、画像周辺部のノイズ量が増加し、画質劣化が生じる。そこで、デジタルゲインg(r)の増減に応じる形でノイズ低減量NR(r)を増減させる特性を設定して、画像周辺部のノイズ量増加を抑制する。
このデジタル画像データに対し、例えば一対の二点鎖線402で表されるフィルタリング閾値3σで挟まれた画素値に対して平均値処理を行えば、図4(c)に示すように、ノイズのないノイズ低減処理後の出力が得られる。平均値処理とは、ノイズ平滑化のための処理であり、周辺の画素値を用いて平均化した画素値に置き換える処理のことである。また、σは、ノイズが重畳した画素値レベル変動の標準偏差を示しており、フィルタリング閾値3σまでのノイズを抑圧できることを示している。
図5(a)は、画像中心におけるノイズが重畳された光学補正処理後のデジタル画像データと、フィルタリング閾値th0及び最大ノイズ量σmaxとの関係を表す。Δは、フィルタリング閾値th0と最大ノイズ量σmaxとの差分である。また、図5(b)は、像高rにおけるノイズが重畳された光学補正処理後のデジタル画像データと、フィルタリング閾値th1及び最大ノイズ量√g(r)・σmaxとの関係を表す。Δは、フィルタリング閾値th1と最大ノイズ量√g(r)・σmaxとの差分である。画像中心の最大ノイズ量σmaxは標準偏差で表されたノイズ量であり、デジタルゲインg(r)による光学補正処理の場合、像高rの最大ノイズ量は、σmaxを√g(r)倍したものとして求めることができる。なお、√g(r)の表記は、√の中にg(r)が表記されているものとする。
Δ=th0-σmax=th1-√g(r)・σmax
∴ th1=th0+(√g(r)-1)・σmax ・・・(1)
一方で、本実施形態では、画像中心の最大ノイズ量σmaxの代わりに、画像中心のフィルタリング閾値th0を用いて、式(2)により像高rに応じたフィルタリング閾値th1を設定する。これにより、上述したISO感度に対するノイズ量の対応表や、ノイズ量をモニタする機能等の実装を行う必要がないというメリットを有する。
th1=th0+(√g(r)-1)・th0(=√g(r)・th0) ・・・(2)
このフィルタリング閾値th0を、画像中心の最大ノイズ量σmaxでチューニングして導出する場合、th0=σmaxとなるので、式(1)と式(2)は同等となる。これにより導出されるノイズ低減量NR(r)は理想的な設定となり、画像中心から画像周辺部にかけて、解像感及びノイズ感が変わらない画質を得ることができる。この場合、像高rに応じたエッジ量可変対応をする必要がなく、デジタルゲイン1倍である画像中心で設定したエッジ量EG(0)を全画素に対して付加する処理を行えばよい。
例えば高ISO感度のノイズ量の多い状況においては、個体ばらつき等を考慮し、できるだけノイズ感を減らしたい要望がある。そこで、フィルタリング閾値th0を、画像中心の最大ノイズσmaxよりも大きいノイズ量αhでチューニングして導出する(th0=σh>σmax)。すなわち、撮像素子103のセンサの実力よりも多いノイズ量を想定してフィルタリング閾値th0を設定しており、このような場合を「画像中心のNR性能が高い(NR(0)が大きいと同意)」と判定する。
そこで、ノイズ低減処理の過補正による解像感の劣化を補うために、エッジ補正処理部204を用いて、補うべきエッジ量EG(r)を導出する。そして、ノイズ低減処理部203から出力された、ノイズ低減量NR(r)でノイズ低減処理された画像データに対して、このエッジ量EG(r)を加算する。
Radius_EG=EG(r)-EG(0) ・・・(3)
Δ=th0-σmax=√g(r)・th0-√g(r)・σmax-Radius_EG
∴ Radius_EG=(th0-σmax)・(√g(r)-1)
=a・(√g(r)-1) ・・・(4)
図6では、「画像中心のNR性能が高い」と判定されていることから、式(5)の関係を有する。
a=th0-σmax>0 ・・・(5)
EG(r)=EG(0)+a・(√g(r)-1), a>0 ・・・(6)
そこで、ノイズ低減処理の補正不足によるノイズ感の劣化を補うために、エッジ補正処理部204を用いて、減らすべきエッジ量EG(r)を導出する。そして、ノイズ低減処理部203から出力された、ノイズ低減量NR(r)でノイズ低減処理された画像データに対して、このマイナス方向のエッジ量EG(r)を加算する。
-Δ=σmax-th0=√g(r)・σmax-√g(r)・th0+Radius_EG
∴ Radius_EG=(th0-σmax)・(√g(r)-1)
=a・(√g(r)-1) ・・・(7)
図7では、「画像中心のNR性能が低い」と判定されていることから、式(8)の関係を有する。
a=th0-σmax<0 ・・・(8)
EG(r)=EG(0)+a・(√g(r)-1), a<0 ・・・(9)
前提として、ノイズ低減量NR(r)及びエッジ量EG(r)は、式(10)、式(11)で表される。
NR(r)=NR(0)+F(g(r))・NR(0) ・・・(10)
EG(r)=EG(0)+a・F(g(r)) ・・・(11)
式(10)は式(2)に相当し、式(11)は式(6)及び式(9)に相当する。式(10)、式(11)において、F(g(r))=√g(r)-1とすることにより、式(2)、式(6)、式(9)と同一の関係式が得られる。なお、本実施形態では、F(g(r))=√g(r)-1としたが、これに限るものではなく、ノイズ量の算出やノイズ低減処理に応じて関数F(g(r))を決定すればよい。
[1]~[3]それぞれの(a)のグラフに示すように、画像中心のNR性能の高低に応じて、Radius_NR_Gainの特性、すなわち式(10)で表されるノイズ低減量NR(r)の特性を異ならせる。具体的には、像高rの増加に対してRadius_NR_Gainを増加する割合を、[1]画像中心のNR性能が高い場合、[2]画像中心のNR性能が適切である場合、[3]画像中心のNR性能が低い場合の順で小さくするような特性とする。
[1]~[3]それぞれの(b)のグラフに示すように、画像中心のNR性能の高低に応じて、Radius_EG_Gainの特性、すなわち式(11)で表されるエッジ量EG(r)の特性を異ならせる。具体的には、[1]画像中心のNR性能が高い場合、a>0として、画像中心のRadius_EG_Gainに対して、像高rの増加とともにRadius_EG_Gainを増やす(すなわちエッジ量EG(r)を増やす)ようにした特性とする。また、[3]画像中心のNR性能が低い場合、a<0として、画像中心のRadius_EG_Gainに対して、像高rの増加とともにRadius_EG_Gainを減らす(すなわちエッジ量EG(r)を減らす)ようにした特性とする。また、[2]画像中心のNR性能が適切である場合、a=0として、像高rに依らず、画像中心のエッジ量EG(0)を保つ特性とする。
(その他の実施形態)
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
Claims (18)
- 画像データに対してノイズ低減処理を行うノイズ低減処理手段と、
前記画像データを用いて、前記画像データの画像上の位置に応じた補正量を導出し、前記ノイズ低減処理手段によるノイズ低減処理後の画像データに加算する補正処理手段とを備え、
前記補正処理手段は、前記画像データの画像上の所定の位置でのノイズ低減性能の高低に応じて、前記補正量の特性を異ならせることを特徴とする画像処理装置。 - 前記所定の位置でのノイズ低減性能の高低は、前記所定の位置でのノイズ低減量と前記所定の位置でのノイズ量との関係により判定されることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記補正処理手段は、
前記所定の位置でのノイズ低減性能が高い場合、前記所定の位置以外の位置での前記補正量を、前記所定の位置での前記補正量に対して増やすようにした特性とし、
前記所定の位置でのノイズ低減性能が低い場合、前記所定の位置以外の位置での前記補正量を、前記所定の位置での前記補正量に対して減らすようにした特性とすることを特徴とする請求項1又は2に記載の画像処理装置。 - 前記補正処理手段は、前記所定の位置でのノイズ低減性能が適切である場合、前記所定の位置以外の位置での前記補正量を、前記所定の位置での前記補正量に保つ特性とすることを特徴とする請求項3に記載の画像処理装置。
- 前記画像データは、ゲイン処理されており、
前記補正量であるエッジ量EG(r)は、像高r、前記所定の位置でのエッジ量EG(0)、ゲインg(r)、及び係数aにより、
EG(r)=EG(0)+a・F(g(r))
と表され、
前記所定の位置でのノイズ低減性能が高い場合はa>0、前記所定の位置でのノイズ低減性能が低い場合はa<0とすることを特徴とする請求項3又は4に記載の画像処理装置。 - F(g(r))=√g(r)-1であることを特徴とする請求項5に記載の画像処理装置。
- 前記画像データは、ゲイン処理されており、
前記所定の位置でのノイズ低減量は、ゲイン1倍におけるノイズ低減量であることを特徴とする請求項2乃至6のいずれか1項に記載の画像処理装置。 - 前記ノイズ低減処理手段は、フィルタリング処理によるノイズ低減処理を行い、
前記所定の位置でのノイズ低減量の指標として、前記所定の位置でのフィルタリング閾値を用いることを特徴とする請求項2乃至7のいずれか1項に記載の画像処理装置。 - 前記フィルタリング閾値は、前記所定の位置でのレベル変動の標準偏差を用いて表されることを特徴とする請求項8に記載の画像処理装置。
- ISO感度情報に基づいて前記所定の位置でのノイズ量を求めることを特徴とする請求項2乃至9のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 予め定められた計測領域における前記画像データのノイズ量を計測することにより、前記所定の位置でのノイズ量を求めることを特徴とする請求項2乃至9のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 前記所定の位置は、画像中心であることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 前記補正量は、前記画像データから導出される画像戻し量であることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 前記補正量は、前記画像データのエッジを強調するエッジ強調量であることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 前記ノイズ低減処理手段は、前記所定の位置でのノイズ低減性能の高低に応じて、ノイズ低減量の特性を異ならせることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 前記画像データは、レンズ光学系を介して撮像素子により撮像された画像データであることを特徴とする請求項1乃至15のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 画像データに対してノイズ低減処理を行うノイズ低減処理手段を備えた画像処理装置の制御方法であって、
前記画像データを用いて、前記画像データの画像上の位置に応じた補正量を導出し、前記ノイズ低減処理手段によるノイズ低減処理後の画像データに加算する補正処理ステップを有し、
前記補正処理ステップでは、前記画像データの画像上の所定の位置でのノイズ低減性能の高低に応じて、前記補正量の特性を異ならせることを特徴とする画像処理装置の制御方法。 - 画像データに対してノイズ低減処理を行うノイズ低減処理手段と、
前記画像データを用いて、前記画像データの画像上の位置に応じた補正量を導出し、前記ノイズ低減処理手段によるノイズ低減処理後の画像データに加算する補正処理手段としてコンピュータを機能させ、
前記補正処理手段は、前記画像データの画像上の所定の位置でのノイズ低減性能の高低に応じて、前記補正量の特性を異ならせることを特徴とするプログラム。
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