JP2005354610A - 画像処理装置、画像処理方法および画像処理プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 イメージセンサによって得られた色分離画像としての第1の画像を用いて、カラー出力画像を生成する画像処理装置であって、カラー入力画像に基づいて、イメージセンサを用いた撮像をシミュレートすることにより、色分離画像の推定画/対応した第2の情報に変換する変換部S144と、上記入力画像に対して定義される画像ペナルティに基づいて入力画像の修正量を算出するペナルティ算出部S145と、第2の情報と修正量とに基づいて上記入力画像を修正することにより、カラー画像としての第3の画像を生成する修正部S146とを有する。第3の画像を上記入力画像として上記各部での処理を繰り返して生成された第3の画像を出力画像とする。
【選択図】 図1
Description
(式1) fn+1=fn+μAt(g−Afn)
が計算される。これらのステップを反復的に複数回動作させることによりfkは収束解g=Afkに達することができる。
(式2) fk+1=fk+μAt{g−P(Afk)}
を計算すればよい。もちろん、非線形変換の後に線形変換が更にある場合も考えられ、
g’=P1(A1P2(A2…Pn(Anf)…))であれば、
(式3) fk+1=fk+μ(A1 A2…An)t[g−P1{A1P2(A2…Pn(Anfk)…)}]
とする。
(式4) fk+1=(1/At1×Atg/Afk)μ×fk
が計算され、同様にfkは収束解g=Afkに達する。
(式5) fk+1=fk+μ(At(g−Afk)−β∇fU(fk))
が計算され、同様にfkは収束解として、
(式6) At(g−Afk)=β∇fU(fk)
に達する。
(式8) U(fX)=kXΣx.y(∇x,yfX)2
とすると、
(式9) ∇fXU(f X)=kXΔx,yfX
となる。ここで、kxは比例定数であり、Δx,yfXは画素面上で、カーネルを、
(式10) ∇fXU(fX)=H*fX =2kX(fX−S*fX)
である。このSによるコンボリューションS*は画像の平滑化を行うことから、この平滑化を一般化すると、
(式11) δfX =kX(fX−smooth(fX))
が考えられる。smooth(fX)には、前述のコンボリューションS*に限らず、
(式12)
δf=2kR(fR−smooth(fR)),2kG(fG−smooth(fG)),2kB(fB−smooth(fB))}
である。
(式16)
U(f)=(kx(∇x,yfR)2+(∇x,yfG)2+(∇x,yfB)2)
−kc(∇x,yfR×∇x,yfG+∇x,yfG×∇x,yfB+∇x,yfB×∇x,yfR)
とすることも考えられる。なお、「×」は要素毎の乗算を示す。
これより、画像ペナルティを、
δf =∇fU(f)={2kxΔx,yfR−kc(Δx,yfG+Δx,yfB),2kxΔx,yfG−kc(Δx,yfR+Δx,yfB),2kxΔx,yfB−kc(Δx,yfR+Δx,yfG)}
とすることもできる。
(式18)
U(fR)
=∇x,yfR×(kx∇x,yfR−kc∇x,yfG−kc∇x,yfB)
U(fG)
=∇x,yfG×(kx∇x,yfG−kc∇x,yfR−kc∇x,yfB)
U(fB)
=∇x,yfB×(kx∇x,yfB−kc∇x,yfR−kc∇x,yfG)
但し、kx>2kc
とすると、画像ペナルティは、これらの和とも考えられる。
(式19) U(fk)=[fkを画像圧縮して生成されたデータサイズ]
とすることもできる。
以下に各ステップの動作を説明する。
まず、結像光学系110では、画像の変形や非点収差が生じる。これらはコンボリューション等の画像空間フィルタとして表される。また、結像光学系110に色収差がある場合、RGBの各色プレーンに異なる画像空間フィルタを施すことにより対処することもできる。
fn+1=fn+μ(en−βδfn)
によって修正し、新たな推定カラー画像(第3の画像)fn+1を生成する。
(en−βδfn)2
が一定の閾値あるいは前回のフィードバック量
(en−1−βδfn−1)2
を上回った場合とするとよい。また、これ以外に、反復が一定の回数に達したり、処理時間が一定の時間に達したりしたことによって収束したと見なしてもよい。
U(f)=Σx.y[(∇x,yfR)2+(∇x,yfG)2+(∇x,yfB)2
−kc{(∇x,yfR×∇x,yfG)+(∇x,yfG×∇x,yfB)+(∇x,yfB×∇x,yfR)}]
を考え、微小修正量δfn=∇ffnとして、
δfnR=Δx,yfnR−kc(Δx,yfnG+Δx,yfnB)
δfnG=Δx,yfnG−kc(Δx,yfnR+Δx,yfnB)
δfnB=Δx,yfnB−kc(Δx,yfnR+Δx,yfnG)
とする。ここで、0<kc≦0.5であり、kc=0.2程度が望ましい。また、Δx,yfXはノイズの影響を受けにくいように、半径を大きく取り、
ここで、5番と7番のR画素の出力は、出力飽和によって1.0に留まる。これに従来手法であるbi-linear フィルタによるデモザイク処理を適用すれば、推定カラー画像のRバンドは図7の折れ線R’のような処理結果となり、飽和値以上の照度を得ることはできない。
以下、上記各実施例での説明をまとめる。上記各実施例にて説明した画像処理方法は、前述した画像処理方法の概要で説明した通りの画像シミュレートステップと、比較ステップと、逆射影ステップと、画像ペナルティ算出ステップと、フィードバックステップとを備える。
110 結像光学系
120 イメージセンサ
121 光学ローパスフィルタ
122 カラーフィルタ
123 固体撮像素子
300 処理回路
310,370 端子
320 画像シミュレーション部
330 比較部
340 逆射影部
350 画像ペナルティ算出部
360 フィードバック部
Claims (23)
- 互いに異なる色光を光電変換する複数の画素を有するイメージセンサによって得られた、各画素が単色情報を有した色分離画像としての第1の画像を用いて、各画素がカラー情報を有したカラー画像としての出力画像を生成する画像処理装置であって、
前記カラー画像としての入力画像に基づいて、前記イメージセンサを用いた撮像をシミュレートすることにより、前記色分離画像の推定画像としての第2の画像を生成するシミュレーション部と、
前記第2の画像と前記第1の画像とを比較し、該比較結果を示す第1の情報を生成する比較部と、
前記第1の情報を前記カラー画像に対応した第2の情報に変換する変換部と、
前記入力画像に対して定義される画像ペナルティに基づいて前記入力画像の修正量を算出するペナルティ算出部と、
前記第2の情報と前記修正量とに基づいて前記入力画像を修正することにより、前記カラー画像としての第3の画像を生成する修正部とを有し、
該画像処理装置は、前記第3の画像を前記入力画像として前記各部での処理を繰り返して生成された前記第3の画像を前記出力画像とすることを特徴とする画像処理装置。 - 互いに異なる色光を光電変換する複数の画素を有するイメージセンサによって得られた、各画素が単色情報を有した色分離画像としての第1の画像を用いて、各画素がカラー情報を有したカラー画像としての出力画像を生成する画像処理装置であって、
前記カラー画像としての入力画像に基づいて、前記イメージセンサを用いた撮像を、非線形変換を含めてシミュレートすることにより、前記色分離画像の推定画像としての第2の画像を生成するシミュレーション部と、
前記第2の画像と前記第1の画像とを比較し、該比較結果を示す第1の情報を生成する比較部と、
前記第1の情報を前記カラー画像に対応した第2の情報に変換する変換部と、
前記第2の情報に基づいて前記入力画像を修正することにより、前記カラー画像としての第3の画像を生成する修正部とを有し、
該画像処理装置は、前記第3の画像を前記入力画像として、前記各部での処理を繰り返して生成された前記第3の画像を前記出力画像とすることを特徴とする画像処理装置。 - 前記第1の画像は、カラーフィルタを通して取得されたものであり、
前記シミュレーション部は、前記カラーフィルタの特性を模擬した色応答変換を行い、
前記変換部は、前記色応答変換に対応した色分配を行う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。 - 前記第1の画像は、光学ローパスフィルタを通して取得されたものであり、
前記前記シミュレーション部は、前記光学ローパスフィルタの特性を模擬したコンボリューションを行い、
前記変換部は、前記コンボリューションの結果に対して反転コンボリューションを行う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。 - 前記比較部は、前記第3の画像と前記第1の画像との差分を示す前記第1の情報を生成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。
- 前記比較部は、前記第3の画像と前記第1の画像との比を示す前記第1の情報を生成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。
- 前記シミュレーション部は、線形変換と、同一の基底空間内で要素ごとに作用して該要素の大小関係を逆転させない非線形変換を行うことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記非線形変換は、同一の基底空間内で要素ごとに作用して該要素の大小関係を逆転させない非線形変換であることを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。
- 前記修正量は、前記入力画像に加算することにより前記画像ペナルティを増加させる値であ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。
- 前記画像ペナルティは、画素ごとに計算可能な画素ペナルティの和として表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。
- 前記画像ペナルティは、色プレーンごとに計算可能な色プレーンペナルティを用いて表され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。
- 前記色プレーンペナルティは、該色プレーンと他の色プレーンの相関が反映されることを特徴とする請求項12に記載の画像処理装置。
- 前記色プレーンペナルティは、該色プレーンにおける変化量と他の色プレーンの変化量との積に逆相関することを特徴とする請求項13に記載の画像処理装置。
- 前記色プレーンは、輝度プレーンと複数のクロミナンスプレーンを有し、前記輝度プレーンと前記クロミナンスプレーンで前記色プレーンペナルティの異なる計算が行われることを特徴とする請求項13に記載の画像処理装置。
- 前記クロミナンスプレーンのペナルティは、クロミナンスプレーンの変化量に正相関し、輝度プレーンの変化量に逆相関する値の画素ごとの和に比例する項を含むことを特徴とする請求項15に記載の画像処理装置。
- 前記画像ペナルティは、少なくとも1つの色プレーンに対して、その平滑化画像との差に正相関する項を含むことを特徴とする請求項12に記載の画像処理装置。
- 前記画像ペナルティは、前記第3の画像の高周波成分の量に正相関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。
- 前記画像ペナルティは、前記第3の画像を圧縮した際に生成される画像データのサイズに正相関する値であ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。
- イメージセンサと、
請求項1から19のいずれか1つに記載の画像処理装置とを有することを特徴とする撮像装置。 - 前記イメージセンサは、
4色以上のカラーフィルタが配列されたイメージセンサ、
複数色のカラーフィルタが2×2より大きな周期で配列されたイメージセンサ、
又は複数色のカラーフィルタが不規則に配置されたイメージセンサであることを特徴とする請求項20に記載の撮像装置。 - 互いに異なる色光を光電変換する複数の画素を有するイメージセンサによって得られた、各画素が単色情報を有した色分離画像である第1の画像を用いて、各画素がカラー情報を有したカラー画像としての出力画像を生成する画像処理方法であって、
前記カラー画像としての入力画像に基づいて、前記イメージセンサを用いた撮像をシミュレートすることにより、前記色分離画像の推定画像としての第2の画像を生成するシミュレーションステップと、
前記第2の画像と前記第1の画像とを比較し、該比較結果を示す第1の情報を生成する比較ステップと、
前記第1の情報を前記カラー画像に対応した第2の情報に変換するステップと、
前記入力画像に対して定義される画像ペナルティに基づいて前記入力画像の修正量を算出するペナルティ算出ステップと、
前記第2の情報と前記修正量とに基づいて前記入力画像を修正することにより、前記カラー画像としての第3の画像を生成する修正ステップとを有し、
前記第3の画像を前記入力画像とし、前記各ステップの処理を繰り返して生成された前記第3の画像を前記出力画像とすることを特徴とする画像処理方法。 - 互いに異なる色光を光電変換する複数の画素を有するイメージセンサによって得られた、各画素が単色情報を有した色分離画像である第1の画像を用いて、各画素がカラー情報を有したカラー画像としての出力画像を生成する画像処理方法であって、
前記カラー画像としての入力画像に基づいて、前記イメージセンサを用いた撮像を、非線形変換を含めてシミュレートすることにより、前記色分離画像の推定画像としての第2の画像を生成するシミュレーションステップと、
前記第2の画像と前記第1の画像とを比較し、該比較結果を示す第1の情報を生成する比較ステップと、
前記第1の情報を前記カラー画像に対応した第2の情報に変換する変換ステップと、
前記第2の情報に基づいて前記入力画像を修正することにより、前記カラー画像としての第3の画像を生成する修正ステップとを有し、
該画像処理装置は、前記第3の画像を前記入力画像とし、前記各ステップの処理を繰り返して生成された前記第3の画像を前記出力画像とすることを特徴とする画像処理方法。 - 請求項22又は23に記載の画像処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであることを特徴とする画像処理プログラム。
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