JPH10164602A - 画素補間装置及びその画素補間方法 - Google Patents
画素補間装置及びその画素補間方法Info
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Abstract
度、色合い及びエッジ部の形状等の画像の調子が極端に
変わることがない画素補間を行う。 【解決手段】 ベイヤー配列の画像データを色分離して
得た各色の画像データに対して、画素補間を行う画像デ
ータの異なる複数方向の画素値の勾配を各々算出する勾
配算出手段と、勾配算出手段で勾配を算出した複数方向
の各画素の画素値から補間画素の画素値を算出する画素
値算出手段と、画素値算出手段で算出した画素値を用い
て画素補間を行う画素補間手段とを備え、勾配算出手段
は、補間画素の周囲に設けられた各画素の画素値から異
なる複数方向の画素値の勾配を各々算出し、画素値算出
手段は、勾配算出手段で算出された各勾配に応じて複数
方向の各画素の画素値の重みを変化させて補間画素の画
素値を算出する。
Description
像データに対して画素補間を行う画素補間装置及びその
画素補間方法に関するものである。
CDで撮影された撮影データをA/D変換して得た画像
データに対する画素補間方法として、単純平均による画
素補間方法が用いられていた。図8は、色分離されて形
成されたG(緑)のデータ系列における各画素をそれぞ
れ画素値で示したGデータの一部の画素を示した図であ
る。図8において、G11,G12,G13,G14は、もとも
と存在する画素を示しており、該各画素G11〜G14の間
の画素GXを補間するものとし、該画素GXを補間画素と
呼ぶ。従来の単純平均法では、補間画素GXの画素値
は、下記(1)式のようになる。 GX=(G11+G12+G13+G14)/4 ………………(1) ただし、上記(1)式において、G11〜G14及びGX
は、各画素G11〜G14及び補間画素GXにおける画素値
を示している。
度変化がほとんどない場合、図9で示すように各画素G
11〜G14の画素値はすべて100となり、通常、補間画
素GXにおいても画素値は約100となることが期待さ
れる。実際、図9の場合、上記(1)式から算出した補
間画素GXの画素値は100となり、何ら不具合が生じ
ることはない。一方、図10は、画像のエッジ部を示し
たものであり、各画素G11〜G13の画素値はそれぞれ1
00となり、画素G14の画素値が0となっている。この
ような場合においても、通常、補間画素GXの画素値は
約100となることが期待されるが、上記(1)式から
算出した補間画素GXの画素値は75となる。このた
め、画素補間処理を行った後のエッジ部がギザギザにな
り、又は偽色が発生するという問題があった。
ッジ画像やスリット画像のような高周波画像において
は、画像のエッジがなまり、又は画像のエッジがギザギ
ザし、又は偽色が発生するという問題があった。特に、
ベイヤー配列の画素配置をなすCCDでは、通常はG
(緑)のサンプリング周波数を、R(赤)及びB(青)
のサンプリング周波数の2倍になるようにするため、高
周波成分まで検出できるGデータに対して、単純平均に
よる画素補間を行うと、上記問題点が特に目立つように
なるという問題があった。
が、特開平7−59098号公報で開示されている。し
かし、上記特開平7−59098号公報で開示された装
置は、画像データにおける2つのイメージ方向からの勾
配を求め、該各勾配と所定のしきい値とを比較して、該
比較により補間のためのイメージ方向が、一方向又は両
方のいずれかに切り替えられる。このため、上記勾配が
しきい値近傍に存在する場合、わずかな画像データの変
動で画素補間のための演算である補間演算が極端に変化
することから、階調度、色合い及びエッジ部の形状等の
画像の調子が極端に変わるという問題がある。
めになされたものであり、ベイヤー配列の画像データに
対して、エッジ画像やスリット画像のような高周波画像
において、画像のエッジがなまり、又は画像のエッジが
ギザギザし、又は偽色が発生するということがなく、階
調度、色合い及びエッジ部の形状等の画像の調子が極端
に変わることがない画素補間を行う画素補間装置及びそ
の画素補間方法を得ることを目的とする。
の画像データを色分離して得られた各色の画像データに
対してそれぞれ画素補間を行う画素補間装置においてな
されたものである。このような画素補間装置において、
画素補間を行う画像データにおける異なる複数方向の画
素値の勾配をそれぞれ算出する勾配算出手段と、該勾配
算出手段で勾配が算出された複数方向における各画素の
画素値から、補間を行う画素である補間画素の画素値を
算出する画素値算出手段と、該画素値算出手段で算出さ
れた画素値を用いて画素補間を行う画素補間手段とを備
え、上記勾配算出手段は、補間画素の周囲に設けられた
各画素の画素値から異なる複数方向の画素値の勾配をそ
れぞれ算出し、上記画素値算出手段は、勾配算出手段で
算出された各勾配に応じて上記複数方向の各画素の画素
値の重みを変化させて補間画素の画素値を算出すること
を特徴とする画素補間装置を提供するものである。
り、上記画素値算出手段は、勾配が算出された同一方向
の各画素の画素値の重みを、該方向の勾配に反比例する
ように変化させる。
タを色分離して得られた各色の画像データに対してそれ
ぞれ画素補間を行う画素補間装置における画素補間方法
においてなされたものである。このような画素補間方法
において、補間を行う画素である補間画素の周囲に設け
られた各画素の画素値から異なる複数方向の画素値の勾
配をそれぞれ算出し、該算出された各勾配に応じて上記
複数方向の各画素の画素値の重みを変化させ、上記勾配
が算出された複数方向における各画素の画素値から補間
画素の画素値を算出し、該算出した補間画素の画素値を
用いて画素補間を行うことを特徴とする画素補間方法を
提供するものである。
り、勾配が算出された同一方向の各画素の画素値の重み
を、該方向の勾配に反比例するように変化させる。
づいて、本発明を詳細に説明する。 実施の形態1.図1は、本発明の実施の形態1における
画素補間装置を使用するディジタルカメラの例を示した
斜視図であり、図2は、本発明の実施の形態1における
画素補間装置を使用したディジタルカメラの例を示した
概略のブロック図である。図1において、ディジタルカ
メラ1は、シャッターボタン2を押すと、内蔵された撮
影用のCCD3上に、撮影用レンズ4によって画像が結
ばれ、CCD3で光の信号が電気信号に変換される。5
は、ファインダー用の窓であり、6は、CCD3で変換
された電気信号に所定の処理を行った画像データを記憶
するメモリカードを挿入して接続するカード挿入口であ
り、メモリカードは、カード取り出しボタン7を押すこ
とによって、カード挿入口6から取り出される。上記C
CD3は、画素の配置がベイヤー配列となっている。
記CCD3と、上記シャッターボタン2が押されるとオ
ンするシャッタースイッチ10と、シャッタースイッチ
10がオンになるのを検出すると、撮影動作を開始する
ように各部を制御するCPU11と、上記撮影用レンズ
4、シャッター及び絞り装置等からなる撮影光学系部1
2と、CCD3で変換された電気信号のA/D変換を行
うA/D変換部13と、該A/D変換部13でA/D変
換された画像データを一時的に記憶する一次メモリ14
と、画像データの色分離を行う色分離部15と、画像デ
ータの画素補間を行う画素補間部16と、画像データの
輪郭補正を行う輪郭補正部17と、所定の画像処理が行
われた画像データを記憶するメモリカード18とからな
る。なお、上記画素補間部16は勾配算出手段、画素値
算出手段及び画素補間手段をなす。
タースイッチ10、撮影光学系部12、A/D変換部1
3、一次メモリ14、色分離部15、画素補間部16、
輪郭補正部17、及びメモリカード18にそれぞれ接続
されている。更に、CCD3とA/D変換部13、A/
D変換部13と一次メモリ14、一次メモリ14と色分
離部15、色分離部15と画素補間部16、画素補間部
16と輪郭補正部17、輪郭補正部17とメモリカード
18がそれぞれ接続される。
タースイッチ10がオンになると、CPU11は、撮影
光学系部12を制御してCCD3上に画像が結ばれるよ
うにすると共に、CCD3に対して入力された画像を電
気信号に変換させる。更に、CPU11は、CCD3で
変換された電気信号をA/D変換部13でA/D変換さ
せて画像データを形成させ、該画像データを一次メモリ
14に一時的に記憶させる。更に、CPU11は、一次
メモリ14に記憶させた画像データを読み出し、該読み
出した画像データを、色分離部15で色分離させた後、
画素補間部16で画素補間させ、更に輪郭補正部17で
輪郭補正させて、メモリカード18に記憶させる。
画像の電気信号への変換及びA/D変換部13によるA
/D変換を行う速度と、色分離部15、画素補間部16
及び輪郭補正部17による画像処理並びにメモリカード
18への記憶を行う速度との差を吸収するためのバッフ
ァメモリであり、色分離部15、画素補間部16及び輪
郭補正部17による画像処理並びにメモリカード18へ
の記憶を行う速度が高速であれば必要ない。
15、画素補間部16及び輪郭補正部17における画像
データの処理について、もう少し詳細に説明する。図3
は、図2で示した色分離部15、画素補間部16及び輪
郭補正部17における画像データの処理の流れ例を示し
た図である。
素の配置がベイヤー配列となっているCCD3によって
撮影された画像がベイヤー配列の撮影データとなり、上
記A/D変換部13は該撮影データをA/D変換してベ
イヤー配列の画像データを形成し、該画像データは、一
次メモリ14に記憶され再び一次メモリ14から読み出
される。次に、色分離部15は、ステップ#2からステ
ップ#4において、上記画像データをR(赤),G
(緑),B(青)の各色ごとのデータ系列に分離する色
分離処理を行う。上記色分離部16による色分離処理が
行われた後、画素補間部16は、ステップ#5で、上記
ステップ#2で色分離されて形成されたGのデータ系列
における各画素をそれぞれ画素値で示したGデータに対
して、後述する画素補間法に従って画素補間を行い、画
素補間処理が行われたGデータが形成されてGデータの
画素補間処理が終了する。
おいて、上記ステップ#3で得られたRのデータ系列に
おける各画素をそれぞれ画素値で示したRデータに対し
て、データの存在するRの各画素の画素値に、上記ステ
ップ#5で得られたGデータにおける該Rの各画素に対
応した画素の画素値を、それぞれ減算して各色差データ
Crを算出し、ステップ#7で各色差データCrからなる
Crデータを作成する。同様に、画素補間部16は、ス
テップ#8において、上記ステップ#4で得られたBの
データ系列における各画素をそれぞれ画素値で示したB
データに対して、データの存在するBの各画素の画素値
に、上記ステップ#5で得られたGデータにおける該B
の各画素に対応した画素の画素値を、それぞれ減算して
各色差データCbを算出し、ステップ#9で各色差デー
タCbからなるCbデータを作成する。
において、上記ステップ#7で作成したCrデータに対
してディジタルフィルタQを用いて単純平均処理で画素
補間を行い、画素補間されたCrデータを得る。同様
に、画素補間部16は、ステップ#11において、上記
ステップ#9で作成したCbデータに対してディジタル
フィルタQを用いて単純平均処理で画素補間を行い、画
素補間されたCbデータを得る。画素補間部16は、ス
テップ#12において、上記ステップ#10で得られた
Crデータに、上記ステップ#5で得られたGデータを
加算し、ステップ#13でCrデータがRデータに戻さ
れてRデータの画素補間処理が終わる。同様に、画素補
間部16は、ステップ#14において、上記ステップ#
11で得られたCbデータに、上記ステップ#5で得ら
れたGデータを加算し、ステップ#15でCbデータが
Bデータに戻されてBデータの画素補間処理が終わる。
で、画素補間を行ったGデータの高周波成分をラプラシ
アンフィルタを用いて抽出した後、ステップ#17で、
高周波成分の抽出を行ったGデータに所定のゲイン、例
えば0.3を掛ける。次に、輪郭補正部17は、ステッ
プ#18において、ステップ#17で得られたデータ
を、元のデータであるステップ#5のGデータに加算
し、ステップ#19で、輪郭補正処理が行われたGデー
タを形成する。このように、ステップ#16からステッ
プ#19の輪郭補正処理を行った後、各処理が終了した
Gデータが出力される。
において、上記ステップ#13で得られたRデータの高
周波成分をラプラシアンフィルタを用いて抽出した後、
ステップ#21で、高周波成分の抽出を行ったRデータ
に所定のゲイン、例えば0.3を掛ける。次に、輪郭補
正部17は、ステップ#22において、ステップ#21
で得られたデータを、元のデータであるステップ#13
のRデータに加算し、ステップ#23で、輪郭補正処理
が行われたRデータを形成する。このように、ステップ
#20からステップ#23の輪郭補正処理を行った後、
各処理が終了したRデータが出力される。
4において、上記ステップ#15で得られたBデータの
高周波成分をラプラシアンフィルタを用いて抽出した
後、ステップ#25で、高周波成分の抽出を行ったBデ
ータに所定のゲイン、例えば0.3を掛ける。次に、輪
郭補正部17は、ステップ#26において、ステップ#
25で得られたデータを、元のデータであるステップ#
15のBデータに加算し、ステップ#27で、輪郭補正
処理が行われたBデータを形成する。このように、ステ
ップ#24からステップ#27の輪郭補正処理を行った
後、各処理が終了したBデータが出力される。
で色分離処理が行われたGデータにおける一部の画素の
例を示した図である。図4を用いて、画素補正部16に
よる、図3のステップ#5のGデータにおける画素補間
方法について説明する。図4において、G1,G2,G
3,G4は、もともと存在する画素を示しており、該各画
素G1〜G4の間の画素GXを補間するものとし、該画素
GXを補間画素と呼ぶ。なお、画素G2,G3方向をH方
向、例えば垂直方向とし、画素G1,G4方向をV方向、
例えば水平方向とする。
ような(a)〜(d)に分類することができる。 |G1−G4|が大きく、|G2−G3|が小さい場合 …………(a) |G1−G4|が小さく、|G2−G3|が大きい場合 …………(b) |G1−G4|及び|G2−G3|が共に大きい場合 ……………(c) |G1−G4|及び|G2−G3|が共に小さい場合 ……………(d) なお、|G1−G4|及び|G2−G3|におけるG1,G
2,G3,G4は、各画素G1〜G4の画素値を示す。上記
(a)は、H方向に沿って画像のエッジがあり、上記
(b)は、V方向に画像のエッジがあることを示してい
る。また、上記(c)は、補間画素GXに画像の角があ
り、上記(d)は、輝度差の小さい画像であることを示
している。
て、(a)のときは、画像のエッジを再現するするた
め、画素補間演算時に、画素G1,G4における画素値の
重みを小さくすると共に画素G2,G3における画素値の
重みを大きくし、(b)のときは、画像のエッジを再現
するするため、画素補間演算時に、画素G1,G4におけ
る画素値の重みを大きくすると共に画素G2,G3におけ
る画素値の重みを小さくし、(c)又は(d)のとき
は、画素補間演算時に、画素G1〜G4における画素値の
重みにあまり差を設けないようにするとよい。
間画素GXの画素値を算出する。 GX={m×(G1+G4)+n×(G2+G3)}/{2×(m+n)} …………(2) なお、上記(2)式において、G1〜G4及びGXは、各
画素G1〜G4及び補間画素GXにおける画素値を示して
おり、mは、V方向のGデータの勾配を示す|G1−G4
|の値に応じて可変設定される設定値であり、nは、H
方向のGデータの勾配を示す|G2−G3|の値に応じて
可変設定される設定値である。すなわち、上記設定値m
及びnは、各画素G1〜G4の画素値の重みをなしてい
る。
いて説明する。図5は、上記設定値mの設定例を示した
図である。図5において、0≦|G1−G4|≦所定値p
1のとき、設定値mは1となり、所定値q1≦|G1−G4
|≦所定値Mのとき、設定値mは所定値m1で一定とな
る。また、所定値p1<|G1−G4|<所定値q1のと
き、設定値mは、上記所定値m1を超え1未満の間を|
G1−G4|に反比例するように変化する。なお、上記M
は、|G1−G4|及び|G2−G3|の最大値であり、例
えば画像データの範囲が0〜100であるとすると、M
=100となる。また、具体例として、上記所定値p1
は35であり、上記所定値q1は65であり、上記所定
値m1は0.01である。
である。図6において、0≦|G2−G3|≦所定値p2
のとき、設定値nは1となり、所定値q2≦|G2−G3
|≦所定値Mのとき、設定値nは所定値n1で一定とな
る。また、所定値p2<|G2−G3|<所定値q2のと
き、設定値nは、上記所定値n1を超え1未満の間を|
G2−G3|に反比例するように変化する。具体例とし
て、上記所定値p2は35であり、上記所定値q2は65
であり、上記所定値n1は0.01である。
の画素補間処理の例を示したフローチャートである。な
お、図7では、上記図4で示したGデータにおける補間
画素GXの補間方法を例にして説明する。図7におい
て、画素補間部16は、最初にステップ#50で、H方
向のGデータの勾配である|G2−G3|、及びV方向の
Gデータの勾配である|G1−G4|を算出して勾配演算
を行った後、ステップ#51で、上記図5及び図6から
上記設定値m及びnを算出して設定値m及びnの演算を
行う。次に、画素補間部16は、上記(2)式から補間
画素GXの画素値を算出して画素補間演算を行い、補間
画素GXの補間を行って本フローは終了する。このよう
な画素補間処理をGデータの他のすべての部分において
行うことによって、Gデータの画素補間処理が終了す
る。
って、上記図9で示したGデータにおける補間画素GX
の画素値は100となり、上記図10で示したGデータ
における補間画素GXの画素値は99.5となる。
画素GXを挟む2つの画素の画素値を用いてGデータの
勾配を算出したが、本発明はこれに限定するものではな
く、補間画素GXの2個隣、又は3個隣の画素の画素値
を用いて平均的な勾配を算出してもよく、補間画素GX
付近での任意の2方向のGデータの勾配が分かればよ
い。また、実施の形態1においては、Gデータを例にし
て本発明の装置における画素補間処理を説明したが、R
データ及びBデータに対しても、本発明の画素補間装置
における画素補間処理を行ってもよく、この場合、上記
Gデータに対する画素補間処理と同様であるのでその説
明を省略する。
補間装置は、補間画素GX付近における異なる2方向に
おける各画素の画素値の各勾配に応じて、各方向の画素
の画素値の重みを変えて画素補間を行うようにした、例
えば上記勾配が小さい方向の画素の画素値の重みは大き
くなるようにし上記勾配が大きい方向の画素の画素値の
重みは小さくなるようにして画素補間を行うようにした
ことから、ベイヤー配列の画像データにおいて、同一条
件の繰り返し撮影時に、ノイズ等の影響により画像デー
タがばらついた場合においても、算出した補間画素の画
素値が大きく変化することがなく、階調度、色合い及び
エッジ部の形状等の画像の調子が極端に変わるという不
具合をなくすことができる。
の画素補間装置及びその画素補間方法によれば、補間画
素の周囲に設けられた異なる複数方向、具体的には異な
る2方向における各画素の画素値の各勾配に応じて、各
方向の画素の画素値の重みを変えて画素補間を行うよう
にした。例えば、勾配が算出された同一方向の各画素の
画素値の重みを該方向の勾配に反比例するように、すな
わち、上記勾配が小さい方向の画素の画素値の重みは大
きくなるようにし上記勾配が大きい方向の画素の画素値
の重みは小さくなるようにして画素補間を行うようにし
たことから、ベイヤー配列の画像データにおいて、同一
条件の繰り返し撮影時に、ノイズ等の影響により画像デ
ータがばらついた場合においても、算出した補間画素の
画素値が大きく変化することがなく、階調度、色合い及
びエッジ部の形状等の画像の調子が極端に変わるという
不具合をなくすことができる。
を使用するディジタルカメラの例を示した斜視図であ
る。
を使用したディジタルカメラの例を示す概略のブロック
図である。
データの処理の流れ例を示した図である。
の画素の例を示した図である。
タの画素補間処理の例を示したフローチャートである。
る。
ある。
した図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 ベイヤー配列の画像データを色分離して
得られた各色の画像データに対してそれぞれ画素補間を
行う画素補間装置において、 画素補間を行う画像データにおける異なる複数方向の画
素値の勾配をそれぞれ算出する勾配算出手段と、 該勾配算出手段で勾配が算出された複数方向における各
画素の画素値から、補間を行う画素である補間画素の画
素値を算出する画素値算出手段と、 該画素値算出手段で算出された画素値を用いて画素補間
を行う画素補間手段とを備え、 上記勾配算出手段は、補間画素の周囲に設けられた各画
素の画素値から異なる複数方向の画素値の勾配をそれぞ
れ算出し、上記画素値算出手段は、勾配算出手段で算出
された各勾配に応じて上記複数方向の各画素の画素値の
重みを変化させて補間画素の画素値を算出することを特
徴とする画素補間装置。 - 【請求項2】 上記複数方向とは、2方向であることを
特徴とする請求項1に記載の画素補間装置。 - 【請求項3】 上記画素値算出手段は、勾配が算出され
た同一方向の各画素の画素値の重みを、該方向の勾配に
反比例するように変化させることを特徴とする請求項1
又は請求項2のいずれかに記載の画素補間装置。 - 【請求項4】 ベイヤー配列の画像データを色分離して
得られた各色の画像データに対してそれぞれ画素補間を
行う画素補間装置における画素補間方法において、 補間を行う画素である補間画素の周囲に設けられた各画
素の画素値から異なる複数方向の画素値の勾配をそれぞ
れ算出し、 該算出された各勾配に応じて上記複数方向の各画素の画
素値の重みを変化させ、 上記勾配が算出された複数方向における各画素の画素値
から補間画素の画素値を算出し、 該算出した補間画素の画素値を用いて画素補間を行うこ
とを特徴とする画素補間方法。 - 【請求項5】 上記複数方向とは2方向であることを特
徴とする請求項4に記載の画素補間方法。 - 【請求項6】 勾配が算出された同一方向の各画素の画
素値の重みを、該方向の勾配に反比例するように変化さ
せることを特徴とする請求項4又は請求項5のいずれか
に記載の画素補間方法。
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