JPH08298669A - 適応カラー補間単一センサカラー電子カメラ - Google Patents

適応カラー補間単一センサカラー電子カメラ

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JPH08298669A
JPH08298669A JP8041770A JP4177096A JPH08298669A JP H08298669 A JPH08298669 A JP H08298669A JP 8041770 A JP8041770 A JP 8041770A JP 4177096 A JP4177096 A JP 4177096A JP H08298669 A JPH08298669 A JP H08298669A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 カラーフィルター配列での失われた画素値を
推定する改善された単一のカラーセンサ及びメモリを有
する電子スチルカメラ装置を提供する。 【解決手段】 装置はデジタル化された画像信号を記憶
するメモリ１８とフォトサイト位置に近接して失われた
カラー値と異なるカラーのカラー値からそのようなフォ
トサイト位置に対する付加的なカラー値の補間によりフ
ォトサイト位置から適切な失われたカラー値を形成する
該記憶手段と共に動作するプロセッサ２０とを含む。プ
ロセッサは同じ行と列のフォトサイトの付近から少なく
とも２つの画像方向でラプラシアン２次値及び傾斜値を
得て分類器を決定し、分類器に基づく失われたカラー値
の補間に対する好ましい方向を選択するためにラプラシ
アン２次値及び傾斜値を加算する構造を含む。最終的に
配置は 好ましい方向に一致するように選択された複数
のカラー値の付近から失われたカラー値を補間する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】関連する出願の相互参照 Ｊａｍｅｓ Ｅ．Ａｄａｍｓ，Ｊｒ．及びＪｏｈｎ
Ｆ．Ｈａｍｉｌｔｏｎ，Ｊｒ．により本出願と同時に出
願された１９９５年３月１７日出願の米国特許出願０８
／４０７４３６を参照し、その開示を参考として引用す
る。
【０００２】
【発明の属する技術分野】本発明は電子画像に関し、よ
り詳細には単一のカラーセンサ及びメモリを有する電子
スチルカメラによる電子スチル画像に関する。
【０００３】
【従来の技術】電子カラー画像では通常赤、緑、青であ
る３つのカラー面で画像データを同時に捕捉することが
望ましい。３つのカラー面が結合されているときに高品
質カラー画像を形成しうる。これら３つの画像の組を捕
捉することは多くの方法でなされうる。電子写真でこれ
は赤、緑、青のフィルターにより覆われたセンサの単一
の２次元配列を用いることにより達成される。このセン
サの型はカラーフィルター配列又はＣＦＡとして知られ
ている。以下にＣＦＡセンサ上に一般的に配列された赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）画素を示す。
【０００４】カラー画像がＣＦＡを用いて捕捉されたと
きに各センサ位置に対する３つのカラー値全ての推定が
なされるよう赤、緑、青の値を補間する必要がある。い
ったん補間がなされると、各画像の要素、又は画素は３
つのカラー値を有し、システムの必要に依存して種々の
知られた画像処理技術により処理されうる。処理に対す
る理由の例は画像の鮮明化、カラー補正又はハーフトー
ン化をなすことである。
【０００５】以下にどのようにして赤、緑、青の画素が
カラーフィルター配列内に配列されるかを示す。より詳
細な記載はＢａｙｅｒの米国特許第３９７１０６５号を
参照のこと。
【０００６】
【数１】
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はＣＦＡ
での失われた画素値を発生する改善された装置を提供す
ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的は少なくとも３
つの別のカラー値を形成するが、各フォトサイト位置に
対してカラー値は１つのみである行及び列に整列された
カラーフォトサイトを有する画像センサから得られたデ
ジタル化された画像信号を処理する装置において、それ
が３つの異なるカラー値を有するように各フォトサイト
位置に対するカラー値を補間する手段は、デジタル化さ
れた画像信号を記憶する手段と；フォトサイト位置に近
接して失われたカラー値と異なるカラーのカラー値から
そのようなフォトサイト位置に対する付加的なカラー値
の補間によりフォトサイト位置から適切な失われたカラ
ー値を形成する該記憶手段と共に動作するプロセッサと
からなり、該プロセッサは、同じ行と列のフォトサイト
の付近から少なくとも２つの画像方向でラプラシアン２
次値及び傾斜値を得る手段と；分類器を決定し、分類器
に基づく失われたカラー値の補間に対する好ましい方向
を選択するためにラプラシアン２次値及び傾斜値を加算
する手段と；好ましい方向に一致するように選択された
複数のカラー値の付近から失われたカラー値を補間する
手段とからなる画像信号処理装置により達成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】カラーフィルタ配列を用いる単一
センサの電子カメラはよく知られており、この記述は本
発明による装置及び方法の一部を形成し、又はとより直
接に協働する要素に特に関する。ここに特に示さない、
又は記載されない要素は当業者により選択されうるもの
である。
【００１０】図１及び２をまず参照するに電子スチルカ
メラは一般に入力部分２及び補間及び記録部分４に分割
される。入力部分２は対象（図示せず）からの画像光線
を画像センサ１２へ導く。これも図示しないが、露出部
分１０はダイアフラムを介して画像光線を導く従来技術
の光学系を含み、これは光学的開口を制御し、また露出
時間を制御するシャッターを含む。画像の画素に対応す
るフォトサイトの２次元配列を含む画像センサ１２は従
来技術の電荷結合デバイス（ＣＣＤ）であり、よく知ら
れたライン間移動又はフレーム移動技術を用いる。画像
センサ１２はＢａｙｅｒアレイとして知られているカラ
ーフィルタ配列（ＣＦＡ）により覆われ、それは米国特
許第３９７１０６５号に記載され、ここにそれを参考と
して引用する。Ｂａｙｅｒ構造では各カラーはフォトサ
イト又はセンサの画像要素（画素）を覆う。特にクロミ
ナンスカラー（赤及び青）は輝度カラー（緑）のチェッ
カー盤模様の間に散在される。画像センサ１２は画像光
線に曝され、それによりアナログ画像電荷情報がそれぞ
れのフォトサイトで発生する。電荷情報は出力ダイオー
ド１４に印加され、それはそれぞれの画素に対応するア
ナログ画像信号に対する電荷情報に変換する。アナログ
画像信号はＡ／Ｄ変換器１６に印加され、それは各画素
に対するアナログ入力信号からデジタル画像信号を形成
する。デジタル信号は画像バッファ１８に印加され、そ
れは複数のスチル画像を記憶する容量を有するランダム
アクセスメモリ（ＲＡＭ）である。
【００１１】制御プロセッサ２０は一般に初期及び制御
露出により（露出部分２０でのダイアフラム及びシャッ
ター（図示せず）による操作による）カメラの入力部分
２を制御し、それは画像センサ１２を駆動し、それから
の画像情報をクロッキングするのに必要な水平及び垂直
クロックを発生すること及び、Ａ／Ｄ変換器１６が画像
バッファ１８と結合することで各信号部分を画素に関係
させることを可能にすることによりなされる（制御プロ
セッサ２０は通常システムタイミング回路と結合された
マイクロプロセッサを含む）。いったんある数のデジタ
ル画像信号が画像バッファ１８に集積されると、記憶さ
れた信号はデジタル信号プロセッサ２２に印加され、こ
れはカメラの補間及び記録部分４に対するスループット
処理速度を制御する。デジタル信号プロセッサ２２は補
間アルゴリズムをデジタル画像信号に対して適用し、補
間された信号をコネクタ２６を介して従来技術の除去可
能なメモリカード２４に送る。
【００１２】補間及び関連した処理は通常幾つかの段階
で生じる故に処理アルゴリズムの中間的な生成物は処理
バッファ２８に記憶される（処理バッファ２８はまた画
像バッファ１８のメモリ空間の部分として構成され
る）。デジタル処理の前に画像バッファ１８で必要な画
像信号の数は処理の型に依存して開始され、即ち開始す
る隣接補間に対してビデオフレームからなる画像信号の
少なくとも一部分を含む信号のブロックは利用されなけ
ればならない。従ってほとんどの場合において補間は画
素の必要なブロックがバッファ１８に現れるとすぐに開
始される。
【００１３】入力部分２は補間の間はカメラの通常の動
作と比例した速度で動作し、これはより多くの時間を消
費し、入力速度から比較的分離されうる。露出部分１０
は露出要求に依存する、例えば１／１０００秒と数秒の
間の時間だけ画像センサ１２を画像光線に対して露出す
る。それから画像電荷は画像センサ１２でフォトサイト
から掃引され、デジタルフォーマットに変換され、画像
バッファ１８に書き込まれる。駆動信号は制御プロセッ
サ２０により画像センサ１２へ供給され、従ってＡ／Ｄ
変換器１６及びバッファ１８はそのような移動を達成す
るように形成される。補間及び記録部分４の処理スルー
プット速度はデジタル信号プロセッサ２２の速度により
決定される。
【００１４】このアーキテクチャーの一つの望ましい成
果は補間及び記録部分で用いられた処理アルゴリズムは
スループット速度に対するよりむしろ画像の品質保持に
対して選択されることである。無論これは写真撮影間の
時間に依存してユーザーに影響する連続する画像間の遅
延をもたらす。それはデジタルスチルカメラは一連の連
続した画像の連続撮影能力を提供すべきであると電子画
像化の分野でよく知られ、理解されている故に問題であ
る。この理由により、図１に示されるバッファ１８は複
数の画像の記憶を提供し、一連の画像をビデオレートで
「蓄積（スタックアップ）」することを実質的に許容す
る。バッファの大きさはほとんどの画像撮影状況に適用
されるために連続した充分な画像を保持することを確立
する。
【００１５】操作表示パネル３０はカメラの操作に有用
な情報を表示する制御プロセッサ２０に接続される。そ
のような情報はシャッター速度、絞り値、露出バイア
ス、カラーバランス（自動、タングステン、蛍光灯、昼
光）、フィールド／フレーム、バッテリー低下、低照
度、露出モード（絞り優先、シャッター優先）、等々の
典型的な写真データを含む。更にまたカメラのこの型に
独特の他の情報も表示される。例えば着脱可能メモリカ
ード２４は各記憶された画像の最初と最後を示す番地を
通常含む。これは記憶された画像の数又は、残り又は残
っていると推定される画像空間の数のいずれか（又は両
方）を表示パネル３０上に示す。
【００１６】デジタル信号プロセッサ２２は図２に示さ
れる補間技術により画像バッファ１８に記憶される各ビ
デオ画像を補間する。各画素位置での失われたデータ値
の補間は図２に示されるシーケンスを辿る；即ち最初に
「失われた緑」画素に対する高周波数情報（即ち赤及び
青画素位置）は輝度表現を改善するよう補間され、第二
にカラー差情報はＣＦＡパタンの他のカラーを形成する
双線形方法により高周波数位置補間される。図２に示さ
れる例では適応補間技術が水平及び垂直端を有する画像
に対するシステムの性能を最適化する輝度部分３６で用
いられる。「失われた緑」画素はそのまわりで垂直及び
水平でのクロミナンス（赤及び青）画素位置間で確立さ
れた傾斜に依存するように水平、垂直、又は２次元のい
ずれかで適応的に補間される。
【００１７】「失われた緑」画素を適応的に補間する第
一の段階は補間方法を選択することである、この処理の
詳細は図３のブロック４０に示される。処理は一つは水
平方向、一つは垂直方向である２つの複合画素分類器
（ｃｌａｓｓｉｆｉｅｒ）値（ブロック５０）を計算す
ることから開始する。「画素分類器」という用語は画素
情報の更なる処理についての決定をなす目的に対して計
算された値を指す。「複合」という用語はカラー平面の
複数性への値の依存性を示す。この場合には緑平面のラ
プラシアンの絶対値はどれがＢａｙｅｒカラーフィルタ
ー配列でのカラーに対応するかに依存して赤又は緑平面
のラプラシアンの絶対値に加えられる。
【００１８】２つの分類器値は比較され（ブロック５
２）、品質をテストされる。ある値が他の値より小さい
類似の場合には小さい値に対応する補間方法が選択され
る（ブロック５２）。値が等しい場合にはデフォルトの
保管方法が選択される（ブロック５６）。どちらかの場
合にはブロック４０がなされる。緑（ルマ（ｌｕｍ
ａ））補間段階（ブロック４４）は図４に示されるよう
に２つの部分を有する。第一の部分（ブロック８０）は
選択された補間方法により２つの輝度（緑）値を平均す
る。第二の部分（ブロック８２）は問題の画素がＢａｙ
ｅｒカラーフィルタ配列で赤及び青フィルタにより覆わ
れるかどうかに基づく赤及び青の隣接値に基づく補正係
数を加える。
【００１９】赤／青（クロマ）補間は上記の緑（ルマ）
補間に類似の方法で処理される。この処理の詳細は図５
のブロック４６に示される。処理は２つの複合画素分類
器値（ブロック６０）から開始し、一方は負の対角線方
向、他方は正の対角線方向である。「負の対角線」とい
う用語は勾配−１のライン（左上と右下を結ぶ）を示
す。「正の対角線」という用語は勾配＋１のライン（左
下と右上を結ぶ）を示す。再びこれらの複合分類器は緑
平面でのラプラシアンの絶対値をどちらの色が補間され
るべきかにより赤又は青のいずれかを傾斜の絶対値に加
えることにより見いだされる。
【００２０】それから２つの分類器値は比較され（ブロ
ック６２）、品質をテストされる。一つの値が他の値よ
り小さい同様な場合にはより小さな値に対応する補間方
法が選択される（ブロック６４）。値が等しいときには
デフォルトの補間方法が選択される（ブロック６６）。
どちらの場合にもブロック４６は実行される。赤／青
（クロマ）補間段階（ブロック４８）は図６に示すよう
に２つの部分を有する。最初の部分（ブロック７０）で
はＢａｙｅｒカラーフィルタ配列での画素位置に依存し
て赤又は青のいずれかである２つのクロミナンス値は選
択された補間方法により平均化される。第二の部分（ブ
ロック７２）は緑の隣接する値に基づく補正係数を加え
る。
【００２１】より特徴的にはＢａｙｅｒ配列を用いた特
定の例に対するデジタル信号プロセッサの動作の詳細な
説明である。緑平面補間 補間の第一のパスは緑のカラー平面に完全に位置する。
Ｂａｙｅｒカラーフィルタ配列が仮定される。以下の近
傍を考える。
【００２２】
【数２】
【００２３】Ｇｘは緑画素であり、Ａｘは赤又は青画素
である（全てのＡｘ画素は全体的な近傍で同じカラーで
ある）。簡単化のために「クロマ」という用語を赤又は
青のいずれかを意味するように用いる。以下の分類器が
形成される。
【００２４】
【数３】
【００２５】これらの分類器はクロマデータに対するラ
プラシアン２次項及び緑のデータに対する傾斜で構成さ
れる。そのようにしてこれらの分類器は水平（ＤＨ）及
び垂直（ＤＶ）の隣接画素で現れる高空間周波数情報を
検知する。次に３つの予測器を形成する。
【００２６】
【数４】
【００２７】これらの予測器は緑データに対する算術平
均及びクロマデータに対する適切にスケール化されたラ
プラシアン２次項で構成される。Ｇ５Ｈは補間に対する
好ましい方向が画素近傍で水平方向にあるときに用いら
れる。同様にしてＧ５Ｖは補間に対する好ましい方向が
画素近傍で垂直方向にあるときに用いられる。Ｇ５Ａは
補間に対する好ましい方向がないときに用いられる。
【００２８】完全な緑補間処理は以下のように表現され
る。
【００２９】
【数５】
【００３０】この処理の鍵は緑及びクロマデータの両方
は補間に対する好ましい方向として選択される所定の方
向に対する高空間周波数情報の最小値を示さなければな
らないことである。緑のデータ又はクロマデータのいず
れかで大量の高空間周波数情報がなければ対応する分類
器の値は暴騰する。反対にこれは補間に対して好ましい
方向として選択された方向に対する尤度を減少する。
【００３１】実際に緑の補間処理は計算効率に対して以
下のように簡単化される。
【００３２】
【数６】
【００３３】この簡単化は水平及び垂直分類器の両方が
等しいときに補間に対してデフォルトの好ましい方向と
して水平方向を決定する。水平及び垂直分類器が等しい
ときの典型的な画像での発生の数はこの簡単化が一般に
最終的に再構成された画像の画質への無視できる打撃し
か有さない。赤及び青（クロマ）補間 補間の第二のパスは赤及び青のカラー平面に完全に位置
する。Ｃｏｋの１９８７年２月１０日に発行された米国
特許第４６４２６７８号（この開示は参考として引用す
る）では以下に要約されるクロマ補間が開示されてい
る。次のような近傍を考える。
【００３４】
【数７】
【００３５】Ｇｘは緑画素であり、Ａｘは赤又は青画素
であり、Ｃ５はＡｘと反対のカラー画素（即ちＡｘが赤
の場合にはＣ５は青であり、逆もまた成り立つ）。Ｇ１
からＧ９までの全てのＧｘ画素は知られていると仮定さ
れ、対応するＡｘ及びＣ５画素の全てと一致する。３つ
の場合がある。場合１はＡｘの最近接近傍が同じ列内に
あるときである。以下の予測器が用いられる（Ａ４が例
として用いられている。）
【００３６】
【数８】
【００３７】場合２はＡｘの最近接近傍が同じ行内にあ
るときである。以下の予測器が用いられる（Ａ２が例と
して用いられている。）
【００３８】
【数９】
【００３９】場合３はＡｘの最近接近傍が四隅にあると
きである。以下の予測器が用いられる（Ａ５が例として
用いられている。）
【００４０】
【数１０】
【００４１】場合３に対する改善を説明する。以下の２
つの分類器を形成する。
【００４２】
【数１１】
【００４３】これらの分類器は緑に対してはラプラシア
ン２次項及びクロマデータに対しては傾斜で形成され
る。そのようにしてこれらの分類器は負の対角線（Ｄ
Ｎ）及び正の対角線（ＤＰ）方向の画素近傍に現れる高
空間周波数情報を検知する。それから３つの予測器を形
成する。
【００４４】
【数１２】
【００４５】これらの予測器はクロマデータに対する算
術平均及び緑データに対する適切にスケールされたラプ
ラシアン二次項で構成される。Ａ５Ｎは補間に対して好
ましい向きが画素近傍で負の対角線方向にあるときに用
いられる。Ａ５Ｐは補間に対して好ましい向きが画素近
傍で正の対角線方向にあるときに用いられる。Ａ５Ａは
補間に対して好ましい向きが明らかでないときに用いら
れる。
【００４６】完全な場合３のクロマ補間処理は以下のよ
うに表される。
【００４７】
【数１３】
【００４８】この処理では緑及びクロマデータの両方は
補間に対して好ましい方向として選択される所定の方向
に対する高空間周波数情報の最小値を示さなければなら
ない。所定の方向に対する緑データ又はクロマデータの
いずれかの高空間周波数情報が大量にある場合にこれは
対応する分類器の値を暴騰させる。これはまた補間に対
して好ましい方向として選択されるその方向に対する尤
度を減少する。
【００４９】特に場合３のクロマ補間処理は計算効率に
対して以下のように簡単化される。
【００５０】
【数１４】
【００５１】簡単化は負及び正の対角線分類器の両方が
等しいときに補間に対するデフォルトの好ましい方向と
して負の対角線方向を決定することにより達成される。
正及び負の対角線分類器が等しいときに典型的な画像で
生ずる数は非常に小さいのでこの簡単化は一般に最終的
に再構成された画像の画質に与える打撃は無視しうるも
のである。
【００５２】本発明はそれの好ましい実施例を特に参照
して詳細に説明されたが、改良及び変更は本発明の精神
及び範囲内で有効である。
【００５３】
【発明の効果】本発明の利点は１）実行時間及びメモリ
ー記憶容量の両方で計算上効率的であり、２）分類器を
形成するためにラプラシアン２次値及び傾斜値の組み合
わせの使用により入力画像のアーティファクト（カラー
補間）は実質的に減少することである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による補間処理を用いる電子スチルカメ
ラのブロック図である。
【図２】本発明に関連して用いられる補間処理技術の処
理方法のブロック図である。
【図３】図２での輝度補間部分の処理方法の詳細ブロッ
ク図である。
【図４】図２でのクロミナンス部分の処理方法のより詳
細なブロック図である。
【図５】本発明による補間処理に対する処理方法のブロ
ック図である。
【図６】本発明による補間処理に対する処理方法のブロ
ック図である。
【符号の説明】
２ 入力部分 ４ 記録部分 １０ 露出部分 １２ 画像センサ １４ 出力ダイオード １６ Ａ／Ｄ変換器 １８ 画像バッファ ２０ 制御プロセッサ ２２ デジタル信号プロセッサ ２４ 着脱可能メモリカード ２６ コネクタ ２８ 処理バッファ ３０ 表示パネル ３６ 輝度部分 ３８ クロマ部分 ４０ 最良のルマ補間を選択 ４４ 失われたルマ値を補間 ４６ 最良のクロマ補間を選択 ４８ 失われたクロマ値を補間

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも３つの別のカラー値を発生す
    るが、各フォトサイト位置に対してカラー値は１つのみ
    である行及び列に整列されたカラーフォトサイトを有す
    る画像センサから得られたデジタル化された画像信号を
    処理する装置において、それが３つの異なるカラー値を
    有するように各フォトサイト位置に対するカラー値を補
    間する手段は、 デジタル化された画像信号を記憶する手段と；フォトサ
    イト位置に近接して失われたカラー値と異なるカラーの
    カラー値からそのようなフォトサイト位置に対する付加
    的なカラー値の補間によりフォトサイト位置から失われ
    た適切なカラー値を発生する該記憶手段と共に動作する
    プロセッサとからなり、 該プロセッサは、 同じ行と列のフォトサイトの付近から少なくとも２つの
    画像方向にラプラシアン２次値及び傾斜値を得る手段
    と；分類器を決定し、分類器に基づく失われたカラー値
    の補間に対する好ましい方向を選択するためにラプラシ
    アン２次値及び傾斜値を加算する手段と；好ましい方向
    に一致するように選択された複数のカラー値の付近から
    失われたカラー値を補間する手段とからなる画像信号処
    理装置。
  2. 【請求項２】 少なくとも３つの別のカラー値を発生す
    るが、各フォトサイト位置に対してカラー値は１つのみ
    である行及び列に整列された赤、緑、青のカラーフォト
    サイトを有する画像センサから得られたデジタル化され
    た画像信号を処理する装置において、それが３つの異な
    るカラー値を有するように各フォトサイト位置に対する
    カラー値を補間する手段は、 デジタル化された画像信号を記憶する手段と；フォトサ
    イト位置に近接して失われたカラー値と異なるカラーの
    カラー値からそのようなフォトサイト位置に対する付加
    的なカラー値の補間によりフォトサイト位置から失われ
    た適切なカラー値を発生する該記憶手段と共に動作する
    プロセッサとからなり、 該プロセッサは、 同じ行と列のフォトサイトの付近から少なくとも２つの
    画像方向でラプラシアン２次値及び傾斜値を得る手段
    と；分類器を決定し、分類器に基づく失われたカラー値
    の補間に対する好ましい方向を選択するためにラプラシ
    アン２次値及び傾斜値を加算する手段と；好ましい方向
    に一致するように選択された複数のカラー値の付近から
    失われたカラー値を補間し、ここで同じカラーの隣接す
    るカラー値は異なるカラー値の隣接するカラー値により
    平均され、補正される手段とからなる画像信号処理装
    置。
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