JP2003209731A - 画像信号処理方法及び撮像装置 - Google Patents
画像信号処理方法及び撮像装置Info
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Abstract
動解像度の劣化のない画像や低速撮影での画像を表示可
能とする。 【解決手段】撮影画像の画像信号DVbに対して、ディ
ジタル低域フィルタ21で時間軸方向のフィルタ処理を
行うことで、露光時間を長くした場合と同様な動解像度
の低下した画像の画像信号DVeを生成する。画像信号
DVeに対してフレーム間引きを行い、低速撮影と同様
な所望のフレーム周期の画像信号DVgを生成する。ス
イッチ23で画像信号DVeあるいは画像信号DVbを選
択してモニタ用画像の画像信号DVhとする。画像信号
DVbを選択することで動解像度の劣化のないモニタ用
画像を得られる。画像信号DVeを選択することで低速
撮影での画像を確認できる。
Description
法及び撮像装置に関する。詳しくは、撮影画像の画像信
号に対してディジタル低域フィルタを用いて時間軸方向
のフィルタ処理を行うことで撮影画像の動解像度を低下
させてシャッタ開口時間調整を模倣し、フィルタ処理が
行われた画像信号に対してフレーム間引き処理を行い所
望のフレーム周期の画像信号を得ることでコマ数可変機
能を模倣するものである。
カメラが用いられている。このフィルムビデオカメラで
は、図6に示すように、回転する円盤状のシャッタ80
における開放部以外のところにミラー81が装着されて
おり、ミラー81の光軸上に撮像レンズ70と光学的ビ
ューファインダ用のグランド・グラス82が置かれてい
る。ここで、シャッタ80が開放部の位置とされている
ときには、撮影画像がフィルム83上に結像されてフィ
ルム83が感光されるとともに、光学的ビューファイン
ダでの撮影画像表示は停止される。また、シャッタ80
が非開放部の位置であるときにフィルム83のコマ送り
が行われるとともに、ミラー81によって撮影画像が光
学的ビューファインダのグランド・グラス82上に表示
される。
することで露光時間を調整したり、フィルムのコマ送り
速度を可変させて、特殊な映像効果を得ることができる
ように成されている。例えば、コマ送り速度を速くして
高速度で撮影した画像を通常の速度で再生すれば、水面
に水滴が落下したときのような高速度動作も容易かつ詳
細に観察できる。また、コマ送り速度を遅くして低速度
で撮影した画像を通常の速度で再生すれば、格闘シーン
の臨場感を高めたり、カーチェイスでのスピード感を高
めることができる。
の撮影や編集及び送出等のディジタル化が図られている
が、ディジタル技術の進展に伴う高画質化や機器の低価
格化に伴い、映画製作等においてもディジタル化が進め
られている。
e Coupled Device)を用いたビデオカメラを使用して撮
影を行う場合、固体撮像素子の電子シャッター機能を利
用して露光時間を制御すればフィルムビデオカメラにお
けるシャッタ開口時間制御を模倣することができる。ま
た、固体撮像素子からの信号の読み出しに要する時間を
制御することで、フィルムビデオカメラにおけるフィル
ム送り時間間隔制御を模倣することができる。さらに、
電子ビューファインダでは、固体撮像素子から読み出し
た信号に基づいて画像表示が行われることから、光学的
ビューファインダのように、画像が途切れることがなく
見やすい画像を表示できる。
を行うものとした場合、固体撮像素子では電子シャッタ
ー機能を利用して露光時間を制御することで図7aに示
すように露光を行い、読み出しに要する時間を図7bに
示すように長くすることで、得られる画像の時間間隔が
長くなり、低速度撮影画像を得ることができる。しか
し、このようにして低速度撮影画像を得るものとする
と、電子ビューファインダーに表示される画像では画像
の更新間隔が長くなってしまう。このため、所望の被写
体が例えば撮影画像の中央位置となるように電子ビュー
ファインダーの表示画像に基づいてカメラの向きを操作
したとき、所望の被写体の動きが速いと電子ビューファ
インダーに表示された被写体の表示位置と撮影画像上に
おける実際の被写体の位置が異なるものとなってしま
い、被写体を正しく追従して撮影することが出来なくな
ってしまう。
体を撮影したときには、露光期間中での被写体の動き量
が多くなることから、撮影画像での動解像度が低下する
ため、電子ビューファインダーの表示画像は見難くなっ
てしまう。
フォトセンサ部で暗電流と呼ばれる雑音成分が発生する
ことが知られており、露光時間を長くすると撮影画像の
信号だけでなく暗電流も露光時間に比例して大きくな
る。このため、図8に示すように露光時間が長くなるに
伴いダイナミックレンジの余裕が少なくなり、例えば被
写体の輝度が高いときには、撮影画像の信号が飽和して
輝度の高い部分がつぶれてしまい、階調の再現性が良好
な撮影画像を得ることができない。また、ダイナミック
レンジの余裕を多くするため、照明を暗くしたり撮影レ
ンズの絞りを調整して固体撮像素子に入射する光量を少
なくすると、暗電流のレベルが変わることなく撮影画像
の信号だけが小さくなるのでS/N比の劣化を招く。こ
のため、ノイズの少ない良好な画質の撮影画像を得るこ
とができない。
換によって発生された電荷を読み出すための転送線で発
生する暗電流やスメア等の雑音成分が、信号の読み出し
にかかる時間に比例して大きくなる。このため、読み出
しに要する時間を長くすると、これらの影響によって更
にダイナミックレンジの余裕が少なくなりS/N比も劣
化してしまう。
イナミックレンジの余裕度の低下を防止できるととも
に、S/N比の劣化を招くことなく良好な撮影画像を得
ることができ、さらに電子ビューファインダーには、被
写体を正しく追従可能で動解像度の劣化のない画像ある
いは低速撮影画像を表示できる画像信号処理方法及び撮
像装置を提供するものである。
処理方法は、画像信号に対してディジタル低域フィルタ
を用いて時間軸方向のフィルタ処理を行うことにより、
画像信号に基づく画像の動解像度を低下させるものと
し、フィルタ処理を行った画像信号に対してフレーム間
引き処理を行うことで、所望のフレーム周期の画像信号
を得るものである。
生成する撮像手段と、画像信号の時間軸方向のフィルタ
処理を行うことで、画像信号に基づく画像の動解像度を
低下させるディジタル低域フィルタと、フィルタ処理を
行うことにより得られた画像信号に対してフレーム間引
き処理を行い、所望のフレーム周期の画像信号を生成す
る間引き処理手段と、撮像手段での画像信号の生成動作
とディジタル低域フィルタのフィルタ特性と間引き処理
手段でのフレーム間引き処理動作を制御する制御手段を
有するものである。また、撮像手段で生成された画像信
号と、フィルタ処理が行われた画像信号のいずれかを選
択して、画像モニタ用の画像信号として出力するスイッ
チ手段を有するものである。
た画像信号に対して、ディジタル低域フィルタを用いて
時間軸方向のフィルタ処理を行うことにより画像の動解
像度が低下されると共に、ディジタル低域フィルタの係
数を変更して動解像度の低下量が調整可能とされる。ま
た、この動解像度の低下された画像信号に対してフレー
ム間引きが行われて、所望のフレーム周期の動解像度が
低下された画像信号が出力される。さらに、撮像手段で
生成された画像信号あるいはディジタル低域フィルタで
フィルタ処理が行われた画像信号のいずれかが選択され
て、画像モニタ用の画像信号例えば電子ビューファイン
ダー用の画像信号として出力される。
明の実施の一形態について説明する。図1はビデオカメ
ラの構成を示している。撮像レンズ10を通して入射さ
れた光は、撮像部11に入射されて、撮像面上に被写体
画像が結像される。撮像部11は固体撮像素子例えばC
CDを用いて構成されており、光電変換によって得られ
た被写体画像に基づく信号を後述する駆動部52からの
駆動信号RCに基づいて読み出し、撮影画像の三原色撮
像信号Spaを生成して前処理部12に供給する。
ズ成分を除去する処理、例えば相関二重サンプリング処
理を行い、ノイズ除去された撮像信号Spaを撮像信号S
pbとしてA/D変換部13に供給する。A/D変換部1
3では、撮像信号Spbをディジタルの画像信号DVaに
変換してフィードバッククランプ部14に供給する。フ
ィードバッククランプ部14では、ブランキング期間の
黒レベル信号と基準信号との誤差を検出してA/D変換
部13に供給することで、安定した黒レベルで所要の大
きさの画像信号DVaを得ることが出来るように、A/
D変換動作を制御する。補正処理部15では、画像信号
DVaに対してシェーディング補正や撮像素子の欠陥に
対する補正処理等を行う。この補正処理部15で補正処
理が行われた画像信号DVaは、画像信号DVbとして速
度対応処理部20に供給される。
ている。補正処理部15から供給された画像信号DVb
は、ディジタル低域フィルタ21の減算器211と加算
器213及びスイッチ23の端子aに供給される。減算
器211には、後述する1フレーム遅延回路214から
画像信号DVfが供給されており、画像信号DVeから画
像信号DVbを減算する。この減算器211で得られた
減算信号DVcは乗算器212に供給される。
間の長さ調整と同様な効果が得られるようにフィルタ特
性を調整するための係数kが供給されており、減算信号
DVcに係数kを乗算する。この乗算器212で得られ
た乗算信号DVdは加算器213に供給される。
給された画像信号DVbと乗算器212から供給された
乗算信号DVdを加算して画像信号DVeを生成する。こ
の加算器213で得られた画像信号DVeは、1フレー
ム遅延回路214とフレーム間引き回路22及びスイッ
チ23の端子bに供給される。
DVeを1フレーム遅延させて画像信号DVfとして減算
器211に供給する。フレーム間引き回路22では、制
御部50からの間引き制御信号CTaに基づきフレーム
の間引きを行い、所望のコマ数の画像信号DVgを生成
して図1の本線側信号処理部31に供給する。スイッチ
23の可動端子cは、図1のモニタ側信号処理部41と
接続されており、制御部50からの制御信号CTbに基
づき、画像信号DVbあるいは画像信号DVeのいずれか
を選択して画像信号DVhとしてモニタ側信号処理部4
1に供給する。
gに対してビデオカメラ出力に対するγ処理や輪郭補償
処理を行うとともに、ニー補正処理等の処理も行う。こ
の信号処理が行われた画像信号DVgは、画像信号DVj
として本線側信号出力処理部32に供給される。
DVjをビデオカメラに接続される機器に応じた信号C
Moutに変換して出力する。例えば、コンポーネント信
号に対応した機器やコンポジット信号に対応した機器が
接続される場合には、それぞれの機器に応じた信号CM
outに変換して出力する。またSMPTE292Mとし
て規格化されているシリアルディジタルインタフェース
等を介して画像信号を伝送する場合には、インタフェー
ス規格に応じた伝送信号を生成して信号CMoutとして
出力する。
Vgに対してγ処理や輪郭補償処理等を行うとともに、
ニー補正処理等の処理を行う。ここで、モニタ側信号処
理部41では、撮影画像をモニタするために用いる画像
表示装置に応じた信号処理を行う。例えば画像表示装置
が、陰極線管を用いて構成されたものであるかあるいは
液晶表示素子を用いて構成されたものであるかに応じ
て、γ補正特性やニー補正特性及び輪郭補償特性等を切
り換える。このモニタ側信号処理部41で信号処理が行
われた画像信号DVhは、画像信号DVkとしてモニタ側
信号出力処理部42に供給される。
れた画像信号DVkを、撮影画像モニタ用の画像表示装
置に応じた信号MToutに変換して出力する。例えば画
像表示装置がアナログ信号を用いるものであるときに
は、画像信号Duをアナログ信号に変換して信号MTout
として出力する。
おり、操作部51をビデオカメラのユーザが操作する
と、ユーザの操作に応じた操作信号PSが操作部51か
ら制御部50に供給される。制御部50では、この操作
信号PSに基づいて各種の制御信号CTを生成して各部
の動作を制御することにより、ビデオカメラをユーザの
操作に応じて動作させる。また制御部50では、操作部
51で撮影速度やシャッタ開口時間の切り換えが行われ
たとき、切り換えられたシャッタ開口時間に応じた係数
kを速度対応処理部20に供給して、切り換えられたシ
ャッタ開口時間に応じて動解像度が低下された画像の画
像信号を速度対応処理部20で生成させる。また、撮像
部11での信号読み出しフレーム周期を設定する制御信
号TCを切り換えられた撮影速度に応じて生成して駆動
部52に供給すると共に、切り換えられた撮影速度に応
じて制御信号CTa,CTbを生成して速度対応処理部2
0に供給する。この駆動部52では、制御部TCに基づ
き駆動信号RCを生成して撮像部11に供給すること
で、設定されたフレーム周期で信号の読み出しを行い、
速度対応処理部20では、制御信号CTa,CTbに基づ
いてフレーム間引きや信号の選択を行い、本線側信号出
力処理部32から切り換えられた撮影速度に応じた画像
信号を出力させると共に、モニタ側信号出力処理部42
からは、ユーザの操作に応じた画像信号を出力させる。
度対応処理部20において、画像信号DVbとディジタ
ル低域フィルタ21で時間軸方向のフィルタ処理を行っ
て得られた画像信号DVeの関係は式(1)に示すもの
となり、振幅特性は角周波数ω=0のときの振幅を
「1」に正規化すると、角周波数ωに対して式(2)に
示すものとなる。なお、画像信号DVbのフレーム周期
を「T」としたとき、角周波数ωは「ω=π/T」であ
る。
フィルタ21におけるフィルタ特性おいて、係数kを
「0」〜「1」の範囲内で可変してステップ応答を求め
ると図3に示す特性となり、係数kが大きくなるに伴い
応答が緩やかとなる。また、周波数特性も図4に示すよ
うに、係数kが大きくなるに伴い帯域が狭くなる。すな
わち、係数kが大きくなるに伴い画像信号DVeに基づ
く画像では残像が多くなるとともに高域成分が失われ
て、露光時間を長くした場合と同様な動解像度の低下し
た画像となる。すなわち、ディジタル低域フィルタ21
でのフィルタ特性を調整して、画像信号DVbのフィル
タ処理を行うことにより、シャッタ開口時間を調整して
所望の露光時間としたときの撮影画像と同様な画像の画
像信号を生成できる。すなわち、ディジタル低域フィル
タ21の係数kを変更することで、シャッタ開口時間調
整を模倣することができる。
長くして動解像度が低下させた場合と同様な画像の画像
信号DVeを得られるようにディジタル低域フィルタ2
1の係数kを変更して動画像の低下量を調整する。
影速度に応じて画像信号DVeに対するフレーム間引き
を実施する。このフレーム間引き回路22でフレーム間
引きを行うとともに、間引き数を調整することで所望の
フレーム周期の画像信号を得ることができる。すなわ
ち、フレーム間引き回路22によってコマ数可変機能を
模倣することができる。
レーム間引きを行うとともに間引き数を調整すること
で、フレーム間引き回路22からは、露光時間が長く動
解像度が低下した場合と同様な画像であるとともに所望
のフレーム周期の画像信号DVgを出力させることがで
きる。
に設定して画像信号DVbを画像表示装置に供給すれ
ば、動解像度が低下していないとともにフレーム間引き
の行われていない画像を表示できるので、被写体を正し
く追従して低速度撮影を行うことができる。さらに、可
動端子cを端子bに設定して画像信号DVeを画像表示
装置に供給すれば、画像表示装置の表示画像によって動
解像度がどの程度低下しているかも確認できる。
体撮像素子では図5A及び図5Bに示すようにフレーム
周期Faで露光及び信号の読み出しを行い、速度対応処
理部20のフレーム間引き回路22では、図5Cに示す
ように4フレーム当たり3フレームの間引きを行うもの
とすると、本線側信号処理部31に供給される画像信号
DVgは、フレーム周期が「Fa/4」であるとともに、
係数kに基づき露光時間が長くした場合と同様な動解像
度が低下した画像の画像信号となる。
側として画像信号DVbを選択すると、画像モニタ用の
画像表示装置には、図5Dに示すように、フレーム周期
が「Fa」であるとともに動解像度の低下していない画
像を表示させることができる。さらに、スイッチ23の
可動端子cを端子b側として画像信号DVeを選択すれ
ば、フレーム周期が「Fa」であるとともに本線側信号
処理部31に供給された画像信号DVeに基づく画像が
どの程度だけ動解像度が低下されているか確認できる。
「0」に設定するとともにフレーム間引き回路22では
間引きを行わないものとする。このときには、画像信号
DVbと画像信号DVeが等しいとともに、間引きが行わ
れないことから、本線側信号処理部31とモニタ側信号
処理部41には画像信号DVbが供給されることとな
り、所定のフレームレート画像の信号CMoutをビデオ
カメラから出力できる。また、動解像度の低下していな
い画像を画像表示装置に表示させることができる。さら
に、固体撮像素子からの信号読み出し動作を制御するこ
とで電子シャッタ機能を働かせるものとすれば、露光時
間を短くできるので、高速撮影も可能となる。
ーム間引き回路22での間引き数を可変することで、所
望のフレームレートの信号CMoutを生成するものとし
たが、フレーム間引き数だけでなく、制御信号TCによ
って撮像部11での信号読み出しフレーム周期を可変し
て所望のフレームレートの信号を生成させることもでき
る。
レーム周期が、撮像素子で動作できる最短フレーム周期
の所定倍を超えることが無いように、間引き数の切り換
えと撮像部11での信号読み出しフレーム周期の切り換
えを行う。例えば、信号CMoutのフレーム周期(以下
「出力フレーム周期」という)Toが撮像素子で動作で
きる最短フレーム周期Tminの2倍の範囲内(Tmin<T
o≦2Tmin)であるときには、間引きを行わないものと
して、撮像部11での信号読み出しフレーム周期Tiを
可変させて、所望のフレームレートの信号を生成する。
次に、出力フレーム周期Toが最短フレーム周期Tminの
2倍を超え3倍以内(2Tmin<To≦3Tmin)である
ときには、信号読み出しフレーム周期Tiを1/2倍し
て、2フレーム毎に間引きを行う。出力フレーム周期T
oが最短フレーム周期Tminの3倍を超え4倍以内(3T
min<To≦4Tmin)であるときには、信号読み出しフ
レーム周期Tiを1/3倍して、3フレーム毎に間引き
を行う。以下同様に、出力フレーム周期Toが最短フレ
ーム周期Tminのn倍を超え(n+1)倍以内(nTmin
<To≦(n+1)Tmin)であるときには、信号読み出しフ
レーム周期Tiを1/n倍して、nフレーム毎に間引き
を行うものとすると、信号読み出しフレーム周期Tiを
常に短い状態とすることができる。
長くしても信号読み出しフレーム周期Tiは所定の周期
よりも長くならないので、出力フレーム周期Toが長く
なると共に撮像部11での暗電流やスメア等の影響も大
きくなってしまうことがなく、撮像部11からの信号の
S/N比の劣化や撮像部11でのダイナミックレンジの
余裕減少を抑えることができる。また、信号読み出しフ
レーム周期を長くすることで間引きされるフレーム数も
少なくできる。さらに、電子ビューファインダーで撮影
画像をモニタするために、スイッチ23の可動端子cを
端子a側として画像信号DVbを選択した場合、画像信
号DVbのフレーム周期は所定の周期よりも長くなるこ
とが無いので、動解像度の低下も抑えることができる。
ィジタル低域フィルタで時間軸方向のフィルタ処理を行
うことで、画像信号に基づく画像の動解像度が低下され
るとともに、フィルタ処理を行った画像信号に対してフ
レーム間引き処理を行うことで、所望のフレーム周期の
画像信号が得られる。また、ディジタル低域フィルタの
係数を変更して動解像度の低下量が調整可能とされる。
このため、ディジタル低域フィルタの係数を変更してフ
ィルタ特性を調整することで、シャッタ開口時間を調整
して所望の露光時間としたときと同様な撮影画像の画像
信号を生成できると共に、フレーム間引き処理を行うこ
とによってコマ数可変機能を模倣することができるの
で、固体撮像素子からの信号の読み出しに要する時間を
長くしたり、露光時間を長くしたりすることなく低速度
撮影画像の画像信号を生成できる。また、また、撮像手
段での信号読み出しフレーム周期を所定の範囲内で可変
するとともに、間引き処理手段でのフレーム間引き処理
動作を制御することで、所望のフレーム周期の画像信号
を生成するものであることから、S/N比やダイナミッ
クレンジの余裕の減少を抑えることができる。
で生成された画像信号とフィルタ処理が行われた画像信
号のいずれかを選択して出力することができるので、撮
像手段で生成された画像信号を出力させて画像表示を行
うことにより、被写体を正しく追従して撮影を行うこと
ができる。またフィルタ処理が行われた画像信号を出力
させて画像表示を行うことにより、動解像度がどの程度
だけ低下されたか容易に確認できる。
った場合を示す図である。
ジ余裕を示す図である。
・・・前処理部、13・・・A/D変換部、14・・・
フィードバッククランプ部、15・・・補正処理部、2
0・・・速度対応処理部、21・・・ディジタル低域フ
ィルタ、22・・・フレーム間引き回路、23・・・ス
イッチ、31・・・本線側信号処理部、32・・・本線
側信号出力処理部、41・・・モニタ側信号処理部、4
2・・・モニタ側信号出力処理部、50・・・制御部、
51・・・操作部、52・・・駆動部、80・・・シャ
ッタ、81・・・ミラー、82・・・グランド・グラ
ス、83・・・フィルム、211・・・減算器、212
・・・乗算器、213・・・加算器、214・・・フレ
ーム遅延回路
Claims (6)
- 【請求項1】 画像信号に対してディジタル低域フィル
タを用いて時間軸方向のフィルタ処理を行うことによ
り、前記画像信号に基づく画像の動解像度を低下させる
ものとし、 前記フィルタ処理を行った画像信号に対してフレーム間
引き処理を行うことで、所望のフレーム周期の画像信号
を得ることを特徴とする画像信号処理方法。 - 【請求項2】 前記ディジタル低域フィルタの係数を変
更して、前記動解像度の低下量を調整可能としたことを
特徴とする請求項1記載の画像信号処理方法。 - 【請求項3】 撮影画像の画像信号を生成する撮像手段
と、 前記画像信号の時間軸方向のフィルタ処理を行うこと
で、前記画像信号に基づく画像の動解像度を低下させる
ディジタル低域フィルタと、 前記フィルタ処理を行うことにより得られた画像信号に
対してフレーム間引き処理を行い、所望のフレーム周期
の画像信号を生成する間引き処理手段と、 前記撮像手段での画像信号の生成動作と前記ディジタル
低域フィルタのフィルタ特性と前記間引き処理手段での
フレーム間引き処理動作を制御する制御手段を有するこ
とを特徴とする撮像装置。 - 【請求項4】 前記制御手段では、前記撮像手段で生成
する画像信号のフレーム周期を所定の範囲内で可変する
とともに、前記間引き処理手段でのフレーム間引き処理
動作を制御することで、前記所望のフレーム周期の画像
信号を生成することを特徴とする請求項3記載の撮像装
置。 - 【請求項5】 前記撮像手段で生成された画像信号と、
前記ディジタル低域フィルタでフィルタ処理が行われた
画像信号のいずれかを選択して、画像モニタ用の画像信
号として出力するスイッチ手段を有することを特徴とす
る請求項3記載の撮像装置。 - 【請求項6】 前記制御手段では、前記ディジタル低域
フィルタの係数を変更して、前記動解像度の低下量を調
整することを特徴とする請求項3記載の撮像装置。
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