JP2010171950A - Imaging apparatus and color correcting method of imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ＣＣＤ，ＣＭＯＳセンサなどの固体撮像素子を有する撮像装置および撮像装置の色補正方法に関するものである。 The present invention relates to an image pickup apparatus having a solid-state image pickup element such as a CCD or CMOS sensor, and a color correction method for the image pickup apparatus.
一般的に撮像装置は、入射光を結像するレンズと、レンズにより結像した光学像を電気信号に変換する固体撮像素子と、固体撮像素子から得られた電気信号に信号処理を施すことにより所定の電気信号を得る信号処理部を有している。 In general, an imaging device includes a lens that forms incident light, a solid-state image sensor that converts an optical image formed by the lens into an electrical signal, and a signal process performed on the electrical signal obtained from the solid-state image sensor. A signal processing unit for obtaining a predetermined electrical signal is provided.
通常、固体撮像素子は、たとえば、相補性金属酸化膜半導体（CMOS：Complementary Metal-oxide Semiconductor）センサや電荷結合素子（CCD：Charge Coupled Device）等が使用される。 Usually, for example, a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) sensor, a charge-coupled device (CCD), or the like is used as the solid-state imaging device.
色の三原色である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色信号を得る場合には、Ｒ、Ｇ、Ｂに対応する光の帯域を透過させる原色フィルタの場合と、マゼンダ（Ｍｇ）、シアン（Ｃｙ）、イエロー（Ｙｅ）、緑（Ｇ）の補色フィルタを色分離フィルタとして用いる場合がある。 When obtaining color signals of red (R), green (G), and blue (B), which are the three primary colors, the primary color filter that transmits the light band corresponding to R, G, and B, and magenta ( In some cases, complementary color filters of Mg), cyan (Cy), yellow (Ye), and green (G) are used as color separation filters.
これらの色分離フィルタはいずれの場合も染料、もしくは顔料を用いて目的の色を透過するように形成される。ただし、色分離フィルタは、目的の色の透過機能を有すると同時に赤外領域も一定の割合で透過率を有してしまう。 In any case, these color separation filters are formed so as to transmit a target color using a dye or a pigment. However, the color separation filter has a transmission function of a target color, and at the same time, the infrared region also has a certain transmittance.
一方、人間の色に対する視感度特性は可視領域と呼ばれる３８０ｎｍから７８０ｎｍまでの感度特性を持っていると言われている。また、近赤外領域は７８０ｎｍから２５００ｎｍまでの波長を、赤外領域葉２５００ｎｍ以上の波長を有している。これらの光は、直接肉眼で見ることはできないが、デジタルカメラやビデオカメラのモニタなどでは見ることができる。 On the other hand, it is said that the visual sensitivity characteristic for human colors has a sensitivity characteristic from 380 nm to 780 nm called a visible region. Further, the near infrared region has a wavelength from 780 nm to 2500 nm and a wavelength of the infrared region leaf 2500 nm or more. These lights cannot be seen directly with the naked eye, but can be seen on a monitor of a digital camera or a video camera.
そのため、撮像装置には、人間の目にあわせるために、一般的に赤外および近赤外領域の光線をカットする赤外線カットフィルタ（ＩＲＣＦ：Infrared Ray Cut Filter）を備える必要がある。 For this reason, the imaging apparatus generally needs to include an infrared ray cut filter (IRCF) that cuts off rays in the infrared and near-infrared regions in order to match the human eyes.
このように、一般的な撮像装置は、固体撮像素子の光入射側に近赤外領域および赤外領域の光線を通さない赤外線カットフィルタを備えている。 As described above, a general imaging apparatus includes an infrared cut filter that does not transmit light in the near infrared region and the infrared region on the light incident side of the solid-state imaging device.
一方、たとえば監視カメラや車載カメラ等のように、特に夜間での感度も重視する場合は、近赤外領域の光を利用するために、赤外線カットフィルタＩＲＣＦを取り外すことが一般に知られている。 On the other hand, it is generally known to remove the infrared cut filter IRCF in order to use light in the near-infrared region, for example, when the sensitivity at night is also important, such as a surveillance camera or an in-vehicle camera.
また、赤外線カットフィルタＩＲＣＦを設置せず、マトリクス演算を行うことにより色再現性を向上する技術も提案されている（特許文献１参照）。 In addition, a technique for improving color reproducibility by performing matrix calculation without installing an infrared cut filter IRCF has been proposed (see Patent Document 1).
しかしながら、赤外線カットフィルタＩＲＣＦを移動させる機構は、撮像素子を含むユニットの小型化に不利であり、また落下や振動による故障が起こる可能性が高く、信頼性が必要とされる製品には問題がある。 However, the mechanism for moving the infrared cut filter IRCF is disadvantageous for downsizing of the unit including the image sensor, and there is a high possibility that a failure due to dropping or vibration occurs, and there is a problem for a product that requires reliability. is there.
また、特許文献１に開示された撮像装置は、彩度の足りない画像に対しては所望の色が再現されない場合がある。 In addition, the imaging device disclosed in Patent Document 1 may not reproduce a desired color for an image with insufficient saturation.
本発明は、赤外線カットフィルタを光路上から抜き差しする切り替え機構を必要とせずに、夜間等の暗時での高感度撮影を可能とし、昼間等の明時での色再現性を向上することが可能な撮像装置および撮像装置の色補正方法を提供することにある。 The present invention enables high-sensitivity shooting in the dark such as at night without requiring a switching mechanism for inserting and removing the infrared cut filter from the optical path, and improves color reproducibility in the bright such as during the day. An object of the present invention is to provide a possible image pickup apparatus and a color correction method for the image pickup apparatus.
本発明の第１の観点の撮像装置は、光学系と、分光特性の異なる複数のカラーフィルタと、前記光学系および前記カラーフィルタを介して得られる被写体像を撮像する撮像素子と、前記撮像素子で撮像した画像にマトリクス演算処理を施して色補正を行う色補正部と、を有し、前記色補正部は、前記マトリクス演算処理を、色温度によって決定するリニアマトリクスおよび補正マトリクスを用いた以下の式に従って行う。 An image pickup apparatus according to a first aspect of the present invention includes an optical system, a plurality of color filters having different spectral characteristics, an image pickup device that picks up a subject image obtained through the optical system and the color filter, and the image pickup device. And a color correction unit that performs color correction by performing matrix calculation processing on the image captured in step (a), and the color correction unit uses the linear matrix and the correction matrix that are determined by color temperature as follows. According to the formula of
Ｓ’＝Ｌ・Ｓ＋Ｃ
ただし、
Ｓ ：色補正前のカラーフィルタの信号
Ｓ’：色補正後のカラーフィルタの信号
Ｌ ：リニアマトリクス
Ｃ ：補正マトリクス
好適には、前記色温度の入力手段を有する。
S '= L · S + C
However,
S: Color filter signal before color correction S ′: Color filter signal after color correction L: Linear matrix C: Correction matrix Preferably, the color temperature input means is provided.
好適には、前記撮像素子で撮像した画像情報から前記色温度を推定する色温度推定部を有する。 Preferably, a color temperature estimation unit that estimates the color temperature from image information captured by the image sensor.
好適には、前記撮像素子で撮像した画像のホワイトバランス情報を取得するホワイトバランス情報取得部を有し、前記色温度推定部は、前記ホワイトバランス情報から色温度を推定する。 Preferably, a white balance information acquisition unit that acquires white balance information of an image captured by the image sensor is provided, and the color temperature estimation unit estimates a color temperature from the white balance information.
好適には、前記ホワイトバランス情報取得部は、前記各カラーフィルタを介して得られる画素からの出力値を当該出力値のうちの最大値で除した商、または当該商の逆数をホワイトバランス比とし、当該ホワイトバランス比を用いてホワイトバランスを調整する機能を有する。 Preferably, the white balance information acquisition unit uses a quotient obtained by dividing an output value from a pixel obtained through each color filter by the maximum value of the output values, or a reciprocal of the quotient as a white balance ratio. The white balance ratio is used to adjust the white balance.
好適には、前記ホワイトバランス情報取得部は、全画面において前記各カラーフィルタを介して得られるカラー毎の積分値を当該積分値のうちの最大値で除した商、または当該商の逆数をホワイトバランス比とし、当該ホワイトバランス比を用いてホワイトバランスを調整する機能を有する。 Preferably, the white balance information acquisition unit obtains a quotient obtained by dividing an integral value for each color obtained through each color filter over the entire screen by the maximum value of the integral values, or a reciprocal of the quotient. It has a function of adjusting the white balance using the white balance ratio.
好適には、前記ホワイトバランス情報取得部は、画面の白い部分を選択した画像において、前記各カラーフィルタを介して得られるカラー毎の積分値を当該積分値のうちの最大値で除した商、または当該商の逆数をホワイトバランス比とし、当該ホワイトバランス比を用いてホワイトバランスを調整する機能を有する。 Preferably, the white balance information acquisition unit is a quotient obtained by dividing an integral value for each color obtained through each color filter by a maximum value among the integral values in an image in which a white portion of a screen is selected. Alternatively, the reciprocal of the quotient is used as a white balance ratio, and the white balance is adjusted using the white balance ratio.
好適には、色温度推定部は、前記ホワイトバランス情報として前記ホワイトバランス比を用いる。 Preferably, the color temperature estimation unit uses the white balance ratio as the white balance information.
好適には、前記色温度推定部は、前記ホワイトバランス情報から推定した色温度に対応するリニアマトリクスと補正マトリクスを決定するためのルックアップテーブルを有する。 Preferably, the color temperature estimation unit includes a look-up table for determining a linear matrix and a correction matrix corresponding to the color temperature estimated from the white balance information.
好適には、前記複数のカラーフィルタが、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、および青（Ｂ）のカラーフィルタを含む。 Preferably, the plurality of color filters include red (R), green (G), and blue (B) color filters.
好適には、前記複数のカラーフィルタが、マゼンタ（Ｍｇ）、シアン（Ｃｙ）、イエロー（Ｙｅ）、および緑（Ｇ）のカラーフィルタを含む。 Preferably, the plurality of color filters include magenta (Mg), cyan (Cy), yellow (Ye), and green (G) color filters.
好適には、前記色補正部は、下記式に従った色補正処理を行う。 Preferably, the color correction unit performs color correction processing according to the following equation.
本発明の第２の観点の撮像装置の色補正方法は、光学系および分光特性の異なる複数のカラーフィルタを介して撮像素子により被写体像を撮像する第１ステップと、前記撮像素子で撮像した画像情報から色温度を推定する第２ステップと、前記撮像素子で撮像した画像にマトリクス演算処理を施して色補正を行う第３ステップと、を有し、前記第３ステップにおいて、前記マトリクス演算処理を、前記推定した色温度によって決定するリニアマトリクスおよび補正マトリクスを用いて以下の式に従って行う。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a color correction method for an image pickup apparatus, the first step of picking up a subject image by an image pickup device through a plurality of color filters having different optical systems and spectral characteristics, and an image picked up by the image pickup device. A second step of estimating the color temperature from the information, and a third step of performing color correction by performing matrix calculation processing on the image captured by the image sensor, wherein the matrix calculation processing is performed in the third step. The linear matrix determined by the estimated color temperature and the correction matrix are used in accordance with the following equation.
Ｓ’＝Ｌ・Ｓ＋Ｃ
ただし、
Ｓ ：色補正前のカラーフィルタの信号
Ｓ’：色補正後のカラーフィルタの信号
Ｌ ：リニアマトリクス
Ｃ ：補正マトリクス
S '= L · S + C
However,
S: Color filter signal before color correction S ': Color filter signal after color correction L: Linear matrix C: Correction matrix
本発明によれば、赤外線カットフィルタを光路上から抜き差しする切り替え機構を必要とせずに、夜間等の暗時での高感度撮影を可能とし、昼間等の明時での色再現性を向上することができる。 According to the present invention, it is possible to perform high-sensitivity shooting in the dark such as at night without requiring a switching mechanism for inserting and removing the infrared cut filter from the optical path, and improve the color reproducibility in the bright such as during the day. be able to.
以下、本発明の実施形態を図面に関連付けて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１および図９は、本発明の実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。 1 and 9 are block diagrams illustrating a configuration example of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
本撮像装置１０は、図１に示すように、レンズ系（光学系）１１、撮像素子１２、カラーフィルタ群１３、フロントエンド部１４、ホワイトバランス情報取得部１５、色温度推定部１６、および色補正部１７を有する。 As shown in FIG. 1, the imaging apparatus 10 includes a lens system (optical system) 11, an imaging element 12, a color filter group 13, a front end unit 14, a white balance information acquisition unit 15, a color temperature estimation unit 16, and a color. A correction unit 17 is included.
レンズ系１１は、被写体ＯＢＪの像を、カラーフィルタ群１３を通して撮像素子１２の撮像面に結像する。 The lens system 11 forms an image of the subject OBJ on the imaging surface of the imaging element 12 through the color filter group 13.
撮像素子１２は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサにより形成され、複数の画素がマトリクス状に配列されている。 The image sensor 12 is formed by a CCD or CMOS sensor, and a plurality of pixels are arranged in a matrix.
撮像素子１２は、カラーフィルタを透過した光に対応する色の画像信号を生成し、生成した各色の画像信号をフロントエンド部１４に出力する。 The image sensor 12 generates an image signal of a color corresponding to the light that has passed through the color filter, and outputs the generated image signal of each color to the front end unit 14.
カラーフィルタ群１３は、複数の色のカラー（色）フィルタを含み、撮像素子１２の撮像面の光入射側に配置されている。 The color filter group 13 includes a plurality of color filters, and is arranged on the light incident side of the imaging surface of the imaging device 12.
カラーフィルタ群１３は、可視領域において、少なくとも３色以上のカラーフィルタを有する。 The color filter group 13 has at least three color filters in the visible region.
本実施形態では、カラーフィルタ群１３が、３色または４色のカラーフィルタを有する場合を例に説明する。 In the present embodiment, a case where the color filter group 13 includes three or four color filters will be described as an example.
そして、本実施形態では、撮像素子１２の画素配列として、図２に示すような、２×２のマトリクス配列された４つの画素ＰＸＬを、一組の単位画素ＵＰＸＬとした場合を例に説明する。 In the present embodiment, as an example of the pixel array of the image sensor 12, a case where four pixels PXL arranged in a 2 × 2 matrix as shown in FIG. 2 are used as a set of unit pixels UPXL will be described. .
以下に、３色または４色のカラーフィルタにより形成される単位フィルタＵＦＬＴの構成例を示す。 Hereinafter, a configuration example of the unit filter UFLT formed by three or four color filters is shown.
図３は、本実施形態の３色のカラーフィルタにより形成される単位フィルタの一例を示す図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a unit filter formed by the three color filters of the present embodiment.
図３の単位フィルタＵＦＬＴ１は、図２の単位画素ＵＰＸＬに対応して２×２のマトリクス配列された３色のカラーフィルタにより形成される。 The unit filter UFLT1 in FIG. 3 is formed by three color filters arranged in a 2 × 2 matrix corresponding to the unit pixel UPXL in FIG.
具体的には、単位フィルタＵＦＬＴ１は、色の三原色である赤（Ｒ）フィルタＲＦＬＴ、２つの緑（Ｇ）フィルタＧＦＬＴ、青（Ｂ）フィルタＢＦＬＴを有する。 Specifically, the unit filter UFLT1 includes a red (R) filter RFLT, two green (G) filters GFLT, and a blue (B) filter BFLT, which are the three primary colors.
この単位フィルタＵＦＬＴ１は、いわゆるベイヤ配列に対応している。 This unit filter UFLT1 corresponds to a so-called Bayer array.
図４は、本実施形態の４色のカラーフィルタにより形成される単位フィルタの配置例を示す図である。 FIG. 4 is a diagram illustrating an arrangement example of unit filters formed by the four color filters of the present embodiment.
図４の単位フィルタＵＦＬＴ２は、図２の単位画素ＵＰＸＬに対応して２×２のマトリクス配列された４色のカラーフィルタにより形成される。 The unit filter UFLT2 in FIG. 4 is formed by four color filters arranged in a 2 × 2 matrix corresponding to the unit pixel UPXL in FIG.
具体的には、単位フィルタＵＦＬＴ２は、補色となるシアン（Ｃｙａｎ：Ｃｙ）フィルタＣＦＬＴ、マゼンダ（Ｍａｇｅｎｄａ：Ｍｇ）フィルタＭＦＬＴ、イエロー（Ｙｅｌｌｏｗ：Ｙｅ）ＹＦＬＴを有する。 Specifically, the unit filter UFLT2 includes a cyan (Cyan) filter CFLT, a magenta (Mganda: Mg) filter MFLT, and a yellow (Yellow: Ye) YFLT which are complementary colors.
そして、単位フィルタＵＦＬＴ２は、色の三原色となる赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）
うちの１色で形成される原色フィルタＰＣＦＬＴにより形成される。
The unit filter UFLT2 has red (R), green (G), and blue (B) as the three primary colors.
It is formed by a primary color filter PCFLT formed by one of them.
本実施形態においては、原色フィルタＰＣＦＬＴとしてＧフィルタＧＦＬＴが適用される。 In the present embodiment, a G filter GFLT is applied as the primary color filter PCFLT.
説明の簡略化のため、以下、ＲＧＢの原色のカラーフィルタを備えた撮像素子を使用する場合を例に説明することとする。 For the sake of simplification of explanation, hereinafter, a case where an image sensor having a color filter of RGB primary colors is used will be described as an example.
フロントエンド部１４は、撮像素子１２による、たとえばＲ、Ｇ、Ｂの画像信号のノイズ成分を除去するための相関２重サンプリング（ＣＤＳ）処理、ゲインコントロール処理、およびデジタル変換処理を施し、デジタル信号に変換されたＲ、Ｇ、Ｂの画像信号をホワイトバランス情報取得部１５に出力する。 The front end unit 14 performs a correlated double sampling (CDS) process, a gain control process, and a digital conversion process for removing, for example, noise components of R, G, and B image signals by the image sensor 12, and outputs a digital signal The R, G, and B image signals converted into are output to the white balance information acquisition unit 15.
ホワイトバランス情報取得部１５は、フロントエンド部１４により供給される撮像素子１２で撮像した画像のホワイトバランス情報を取得し、取得したホワイトバランス情報を色温度推定部１６に出力し、Ｒ、Ｇ、Ｂの画像信号を色補正部１７に出力する。 The white balance information acquisition unit 15 acquires white balance information of an image captured by the imaging device 12 supplied from the front end unit 14, outputs the acquired white balance information to the color temperature estimation unit 16, R, G, The B image signal is output to the color correction unit 17.
ホワイトバランス情報取得部１５は、ホワイトバランス比を用いてホワイトバランスを調整する機能を有し、各カラーフィルタを介して得られる画素からの出力値をこの出力値のうちの最大値で除した商、またはこの商の逆数をホワイトバランス比とする。 The white balance information acquisition unit 15 has a function of adjusting the white balance using the white balance ratio, and a quotient obtained by dividing the output value from the pixel obtained through each color filter by the maximum value of the output values. Or the reciprocal of this quotient is the white balance ratio.
あるいは、ホワイトバランス情報取得部１５は、全画面からホワイトバランス比を用いてホワイトバランスを調整する機能を有し、前記各カラーフィルタを介して得られるカラー毎の積分値をこの積分値のうちの最大値で除した商、またはこの商の逆数をホワイトバランス比とする。 Alternatively, the white balance information acquisition unit 15 has a function of adjusting the white balance from the entire screen using the white balance ratio, and the integrated value for each color obtained through the color filters is calculated from the integrated values. The quotient divided by the maximum value or the reciprocal of this quotient is used as the white balance ratio.
あるいは、ホワイトバランス情報取得部１５は、画面の白い部分を選択した画像からホワイトバランス比を用いてホワイトバランスを調整する機能を有し、選択した白い部分の画像において、各カラーフィルタを介して得られるカラー毎の積分値をこの積分値のうちの最大値で除した商、またはこの商の逆数をホワイトバランス比とする。 Alternatively, the white balance information acquisition unit 15 has a function of adjusting white balance from an image in which a white portion of the screen is selected using a white balance ratio, and is obtained via each color filter in the selected white portion image. The quotient obtained by dividing the integral value for each color by the maximum value of the integral values, or the reciprocal of this quotient is defined as the white balance ratio.
図１に示すホワイトバランス情報取得部１５は、Ｒ画像信号、Ｇ画像信号、Ｂ画像信号を積算したΣＲ、ΣＧ、ΣＢを用い、ΣＲ、ΣＢをΣＧで除算した、ΣＲ/ΣＧ、ΣＢ/ΣＧの値をホワイトバランス比として表す。 The white balance information acquisition unit 15 illustrated in FIG. 1 uses ΣR, ΣG, and ΣB obtained by integrating the R image signal, the G image signal, and the B image signal, and ΣR / ΣG, ΣB / ΣG obtained by dividing ΣR and ΣB by ΣG. Is expressed as a white balance ratio.
色温度推定部１６は、ホワイトバランス情報取得部１５で取得されたホワイトバランス情報から色温度を推定する。 The color temperature estimation unit 16 estimates the color temperature from the white balance information acquired by the white balance information acquisition unit 15.
色温度推定部１６は、ホワイトバランス比から色温度を推定し、推定した色温度に関連付けて色補正部１７で色補正に用いるリニアマトリクスＬと補正マトリクスＣを決定する。 The color temperature estimation unit 16 estimates a color temperature from the white balance ratio, and determines a linear matrix L and a correction matrix C to be used for color correction by the color correction unit 17 in association with the estimated color temperature.
図５は、色温度とホワイトバランス比ΣＲ/ΣＧ、ΣＢ/ΣＧの関係を説明するための説明図である。 FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the color temperature and the white balance ratios ΣR / ΣG and ΣB / ΣG.
図５において、横軸はΣＲ/ΣＧ、縦軸はΣＢ/ΣＧを示し、各色温度に対応する点を○で示している。 In FIG. 5, the horizontal axis indicates ΣR / ΣG, the vertical axis indicates ΣB / ΣG, and points corresponding to the respective color temperatures are indicated by ◯.
ホワイトバランス比ΣＲ/ΣＧが大きく、ホワイトバランス比ΣＢ/ΣＧが小さいほど色温度が高く、ホワイトバランス比ΣＲ/ΣＧが小さく、ホワイトバランス比ΣＢ/ΣＧが大きいほど色温度が低い。 The larger the white balance ratio ΣR / ΣG and the smaller the white balance ratio ΣB / ΣG, the higher the color temperature, the smaller the white balance ratio ΣR / ΣG, and the larger the white balance ratio ΣB / ΣG, the lower the color temperature.
図５の例においては、色温度６５００度Ｋ、５０００度Ｋ、３０００度Ｋの場合が例示されている。 In the example of FIG. 5, the case where the color temperature is 6500 degrees K, 5000 degrees K, and 3000 degrees K is illustrated.
色温度推定部１６は、ホワイトバランス情報から推定した色温度に対応するリニアマトリクスＬと補正マトリクスＣを決定するためのルックアップテーブルＬＵＴを有する。 The color temperature estimation unit 16 has a lookup table LUT for determining a linear matrix L and a correction matrix C corresponding to the color temperature estimated from the white balance information.
図６は、本実施形態に係るルックアップテーブルの一例を示す図である。 FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a lookup table according to the present embodiment.
色温度推定部１６は、上述したように、カラーフィルタの値から色温度を推定し、推定した色温度に関連付けてリニアマトリクスＬおよび補正マトリクスＣを決定する。 As described above, the color temperature estimation unit 16 estimates the color temperature from the value of the color filter, and determines the linear matrix L and the correction matrix C in association with the estimated color temperature.
図６の例において、たとえば色温度６５００度Ｋと推定した場合には色温度推定部１６は、リニアマトリクスＬおよび補正マトリクスＣの各パラメータを以下のように選択する。 In the example of FIG. 6, when the color temperature is estimated to be 6500 degrees K, for example, the color temperature estimation unit 16 selects the parameters of the linear matrix L and the correction matrix C as follows.
色温度推定部１６は、色温度を６５００度Ｋと推定した場合、リニアマトリクスＬのＫｒｒは０．６、Ｋｒｇは０．４、Ｋｒｂは−０．１、Ｋｇｒは−０．２、Ｋｇｇは１．２、Ｋｇｂは０．０、Ｋｂｒは−０．２、Ｋｂｇは０．１、Ｋｂｂは１．０とする。 When the color temperature estimation unit 16 estimates the color temperature to be 6500 degrees K, the Krr of the linear matrix L is 0.6, the Krg is 0.4, the Krb is −0.1, the Kgr is −0.2, and the Kgg is 1.2, Kgb is 0.0, Kbr is -0.2, Kbg is 0.1, and Kbb is 1.0.
色温度推定部１６は、色温度を６５００度Ｋと推定した場合、補正マトリクスＣのＣｒは−３．０、Ｃｇは−１．９、Ｃｂは−０．９とする。 When the color temperature estimation unit 16 estimates the color temperature to be 6500 degrees K, the correction matrix C has Cr of −3.0, Cg of −1.9, and Cb of −0.9.
色温度推定部１６は、色温度を５０００度Ｋと推定した場合、リニアマトリクスＬのＫｒｒは０．４、Ｋｒｇは１．０、Ｋｒｂは−０．１、Ｋｇｒは−１．１、Ｋｇｇは２．６、Ｋｇｂは−０．１、Ｋｂｒは−１．０、Ｋｂｇは０．２、Ｋｂｂは２．２とする。 When the color temperature estimation unit 16 estimates the color temperature to be 5000 degrees K, the Krr of the linear matrix L is 0.4, Krg is 1.0, Krb is −0.1, Kgr is −1.1, and Kgg is 2.6, Kgb is -0.1, Kbr is -1.0, Kbg is 0.2, and Kbb is 2.2.
色温度推定部１６は、色温度を５０００度Ｋと推定した場合、補正マトリクスＣのＣｒは３４．０、Ｃｇは４０．０、Ｃｂは５０．０とする。 When the color temperature estimation unit 16 estimates that the color temperature is 5000 degrees K, the correction matrix C has Cr of 34.0, Cg of 40.0, and Cb of 50.0.
色温度推定部１６は、色温度を３０００度Ｋと推定した場合、リニアマトリクスＬのＫｒｒは１．４、Ｋｒｇは０．１、Ｋｒｂは−０．７、Ｋｇｒは−１．７、Ｋｇｇは３．０、Ｋｇｂは−０．３、Ｋｂｒは−２．４、Ｋｂｇは２．２、Ｋｂｂは１．３とする。 When the color temperature estimation unit 16 estimates the color temperature to be 3000 degrees K, the Krr of the linear matrix L is 1.4, Krg is 0.1, Krb is −0.7, Kgr is −1.7, and Kgg is 3.0, Kgb is -0.3, Kbr is -2.4, Kbg is 2.2, and Kbb is 1.3.
色温度推定部１６は、色温度を３０００度Ｋと推定した場合、補正マトリクスＣのＣｒは−１０．０、Ｃｇは４０．０、Ｃｂは４０．０とする。 When the color temperature estimation unit 16 estimates the color temperature to be 3000 degrees K, the correction matrix C has Cr of −10.0, Cg of 40.0, and Cb of 40.0.
色補正部１７は、撮像素子１２で撮像した画像にマトリクス演算処理を施して色補正を行う。 The color correction unit 17 performs color correction by performing matrix calculation processing on the image captured by the image sensor 12.
色補正部１７は、マトリクス演算処理を、色温度推定部１６で推定した色温度によって決定されるリニアマトリクスＬおよび補正マトリクスＣを用いて以下の式に従って行う
Ｓ’＝Ｌ・Ｓ＋Ｃ
ただし、
Ｓ ：色補正前のカラーフィルタの信号
Ｓ’：色補正後のカラーフィルタの信号
Ｌ ：リニアマトリクス
Ｃ ：補正マトリクス
色補正部１７は、具体的には、次式に従った色補正処理を行う。
The color correction unit 17 performs matrix calculation processing according to the following equation using the linear matrix L and the correction matrix C determined by the color temperature estimated by the color temperature estimation unit 16 S ′ = L · S + C
However,
S: Color filter signal before color correction S ′: Color filter signal after color correction L: Linear matrix C: Correction matrix The color correction unit 17 specifically performs color correction processing according to the following equation. .
次に、図１の構成による動作を説明する。 Next, the operation of the configuration of FIG. 1 will be described.
レンズ系（光学系）１１を介して入射された光がカラーフィルタ群１３を介して撮像素子１２に集光される。撮像素子１２は、入射した光に対応する色の画像信号がフロントエンド部１４に出力される。 Light incident through the lens system (optical system) 11 is condensed on the image sensor 12 through the color filter group 13. The image sensor 12 outputs an image signal of a color corresponding to the incident light to the front end unit 14.
ここで、カラーフィルタ群１３において、レンズ系（光学系）11を通過した光は、ＲフィルタＲＦＬＴ、ＧフィルタＧＦＬＴ、ＢフィルタＢＦＬＴを透過し、それぞれのフィルタに対応する光電変換素子（フォトダイオード）において受光される。 Here, in the color filter group 13, light that has passed through the lens system (optical system) 11 passes through the R filter RFLT, G filter GFLT, and B filter BFLT, and photoelectric conversion elements (photodiodes) corresponding to the respective filters. Is received.
フォトダイオードでは、受光した光の光電変換が行われ、各々の出力信号がＲ画像信号、Ｇ画像信号、Ｂ画像信号として生成され、フロントエンド部１４に出力される。 In the photodiode, received light is subjected to photoelectric conversion, and output signals are generated as an R image signal, a G image signal, and a B image signal, and output to the front end unit 14.
フロントエンド部１４においては、撮像素子１２から供給された出力信号に対して、たとえば、ノイズ成分を除去するための相関２重サンプリング処理、ゲインコントロール処理、およびデジタル変換処理が施され、処理された画像信号がホワイトバランス情報取得部１５に出力される。 In the front end unit 14, the output signal supplied from the imaging device 12 is subjected to, for example, a correlated double sampling process, a gain control process, and a digital conversion process for removing a noise component. The image signal is output to the white balance information acquisition unit 15.
ホワイトバランス情報取得部１５においては、フロントエンド部１４から供給された出力画像信号のホワイトバランス比が算出され、色温度推定部１６にホワイトバランス比情報が出力される。 In the white balance information acquisition unit 15, the white balance ratio of the output image signal supplied from the front end unit 14 is calculated, and the white balance ratio information is output to the color temperature estimation unit 16.
ホワイトバランス比は、Ｒ画像信号、Ｇ画像信号、Ｂ画像信号を積算したΣＲ、ΣＧ、ΣＢを用い、ΣＲ、ΣＢをΣＧで除算した、ΣＲ/ΣＧ、ΣＢ/ΣＧの値を表す。 The white balance ratio represents values of ΣR / ΣG and ΣB / ΣG obtained by dividing ΣR and ΣB by ΣG using ΣR, ΣG, and ΣB obtained by integrating the R image signal, the G image signal, and the B image signal.
また、ホワイトバランス情報取得部１５では、ホワイトバランス比の逆数が各Ｒ画像信号、Ｇ画像信号、Ｂ画像信号に積算され、ホワイトバランスが調整される。 Further, in the white balance information acquisition unit 15, the reciprocal of the white balance ratio is added to each R image signal, G image signal, and B image signal, and the white balance is adjusted.
色温度推定部１６においては、ホワイトバランス比から色温度が推定され、ルックアップテーブルＬＵＴを参照して色温度に応じてリニアマトリクスＬと補正マトリクスＣが選択され、色補正部１７にリニアマトリクスＬと補正マトリクスＣが出力される。 In the color temperature estimation unit 16, the color temperature is estimated from the white balance ratio, the linear matrix L and the correction matrix C are selected according to the color temperature with reference to the lookup table LUT, and the color correction unit 17 receives the linear matrix L And a correction matrix C is output.
色補正部１７においては、色温度推定部１６により選択されたリニアマトリクスＬと補正マトリクスＣを用いて色信号の補正が行われる。 In the color correction unit 17, color signals are corrected using the linear matrix L and the correction matrix C selected by the color temperature estimation unit 16.
ここで、リニアマトリクスのみを用いた場合と、本実施形態のようにリニアマトリクスと補正マトリクスを用いた場合の色再現性について、図７および図８に関連付けて考察する。 Here, color reproducibility when only a linear matrix is used and when a linear matrix and a correction matrix are used as in the present embodiment will be considered in association with FIGS.
図７は、リニアマトリクスのみを用いた場合の色再現性について説明するための図である。 FIG. 7 is a diagram for explaining color reproducibility when only a linear matrix is used.
図８は、本実施形態のように、リニアマトリクスと補正マトリクスを用いた場合の色再現性を説明するための図である。 FIG. 8 is a diagram for explaining color reproducibility when a linear matrix and a correction matrix are used as in the present embodiment.
図７および図８において、横軸はａ、縦軸はｂを表す。 7 and 8, the horizontal axis represents a, and the vertical axis represents b.
ここで、ａおよびｂは、Ｒ画像信号、Ｇ画像信号、Ｂ画像信号をＬ＊ａ＊ｂ表色系で表した際のａおよびｂを表す。 Here, a and b represent a and b when the R image signal, the G image signal, and the B image signal are represented in the L * a * b color system.
図７のリニアマトリクスのみを用いた場合よりも、図８のリニアマトリクスに補正マトリクスを追加した方が、ＩＲＣＦがある場合の色に近づいており、色再現が良好であることが分かる。 It can be seen that the color reproduction is better when the correction matrix is added to the linear matrix of FIG. 8 than the case of using only the linear matrix of FIG.
以上説明したように、本実施形態によれば、撮像装置１０は、レンズ系（光学系）11と、分光特性の異なる複数のカラーフィルタを含むカラーフィルタ群１３と、レンズ系（光学系）11とカラーフィルタを介して得られる被写体像を撮像する撮像素子１２とを有する。 As described above, according to the present embodiment, the imaging apparatus 10 includes the lens system (optical system) 11, the color filter group 13 including a plurality of color filters having different spectral characteristics, and the lens system (optical system) 11. And an image sensor 12 that captures a subject image obtained through a color filter.
撮像素子１０は、さらに撮像素子で撮像した画像のホワイトバランス情報を取得するホワイトバランス情報取得部１５と、ホワイトバランス情報から色温度を推定する色温度推定部１６と、撮像素子で撮像した画像にマトリクス演算処理を施して色補正を行う色補正部１７と、を有する。 The image sensor 10 further includes a white balance information acquisition unit 15 that acquires white balance information of an image captured by the image sensor, a color temperature estimation unit 16 that estimates a color temperature from the white balance information, and an image captured by the image sensor. And a color correction unit 17 that performs matrix correction and performs color correction.
そして、色補正部１７は、マトリクス演算処理を推定した色温度によって決定するリニアマトリクスＬおよび補正マトリクスＣを用いた式［Ｓ’＝Ｌ・Ｓ＋Ｃ］に従って行う。Ｓは色補正前のカラーフィルタの信号を、Ｓ’は色補正後のカラーフィルタの信号を示す。 Then, the color correction unit 17 performs matrix calculation processing according to an equation [S ′ = L · S + C] using the linear matrix L and the correction matrix C determined by the estimated color temperature. S represents a color filter signal before color correction, and S ′ represents a color filter signal after color correction.
また、図９に示すように色温度の入力手段を有して、そこから得られた色温度によって同様に色補正部１７でリニアマトリクスＬおよび補正マトリクスＣを決定して、色補正を行うことも可能である。 In addition, as shown in FIG. 9, color temperature input means is provided, and the color correction unit 17 similarly determines the linear matrix L and the correction matrix C according to the color temperature obtained therefrom, and performs color correction. Is also possible.
撮像装置１０ａの例では入力手段として入力スイッチ１８を備える。操作者がこの入力スイッチ１８を操作して色温度情報を設定すると、ルックアップテーブルＬＵＴを参照して色温度に応じてリニアマトリクスＬと補正マトリクスＣが選択され、色補正部１７にリニアマトリクスＬと補正マトリクスＣが出力される。 In the example of the imaging apparatus 10a, an input switch 18 is provided as input means. When the operator operates the input switch 18 to set the color temperature information, the linear matrix L and the correction matrix C are selected according to the color temperature with reference to the lookup table LUT, and the color correction unit 17 receives the linear matrix L. And a correction matrix C is output.
撮像装置１０ｂの例では入力手段として色温度検知センサ１９を備える。この色温度検知センサは近赤外領域やあるいは赤外領域まで感度を有する必要がある。色温度検知センサ１９によって被写体の色温度を検知し、ルックアップテーブルＬＵＴを参照して色温度に応じてリニアマトリクスＬと補正マトリクスＣが選択され、色補正部１７にリニアマトリクスＬと補正マトリクスＣが出力される。 In the example of the imaging device 10b, a color temperature detection sensor 19 is provided as an input unit. This color temperature detection sensor needs to have sensitivity to the near infrared region or the infrared region. The color temperature detection sensor 19 detects the color temperature of the subject, refers to the look-up table LUT, selects the linear matrix L and the correction matrix C according to the color temperature, and the color correction unit 17 stores the linear matrix L and the correction matrix C. Is output.
したがって、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。 Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
赤外線カットフィルタを光路上から移動させる駆動部を必要とせずに、人間の視感度特性に合致する撮像装置を実現することが可能である。 It is possible to realize an imaging device that matches human visibility characteristics without requiring a drive unit that moves the infrared cut filter from the optical path.
すなわち、赤外カットフィルタを用いずに、色温度の入力手段や撮影画像から得られるホワイトバランス情報によって色情報を推定することで感度と色再現性を両立させることから、赤外カットフィルタも必要なければ、それを出し入れする機構不要であり、コストダウンや小型化に貢献できる。 In other words, without using an infrared cut filter, color information is estimated based on white balance information obtained from color temperature input means and captured images, so that both sensitivity and color reproducibility are compatible, so an infrared cut filter is also necessary. Otherwise, a mechanism for taking it in and out is unnecessary, which can contribute to cost reduction and downsizing.
また、赤外カットフィルタ有りと無しの両方の画像を必要とすることがなくなるため、それらの撮影間のタイムラグが、被写体が静止していない限り問題となることもなくなる。 In addition, since both the images with and without the infrared cut filter are not required, the time lag between the shootings does not become a problem unless the subject is stationary.
以上のように、本実施形態によれば、赤外線カットフィルタを光路上から抜き差しする
切り替え機構を必要とせずに、夜間等の暗時での高感度撮影を可能とし、昼間等の明時での色再現性を向上することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to perform high-sensitivity shooting in the dark such as at night without requiring a switching mechanism for inserting and removing the infrared cut filter from the optical path, and in bright conditions such as in the daytime. Color reproducibility can be improved.
なお、以上詳細に説明した方法は、上記手順に応じたプログラムとして形成し、ＣＰＵ等のコンピュータで実行するように構成することも可能である。 It should be noted that the method described in detail above can be formed as a program according to the above procedure and executed by a computer such as a CPU.
また、このようなプログラムは、半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク、フロッピー（登録商標）ディスク等の記録媒体、この記録媒体をセットしたコンピュータによりアクセスし上記プログラムを実行するように構成可能である。 Such a program can be configured to be accessed by a recording medium such as a semiconductor memory, a magnetic disk, an optical disk, a floppy (registered trademark) disk, or the like, and to execute the program by a computer in which the recording medium is set.
１０・・・撮像装置
１１・・・レンズ系（光学系）
１２・・・撮像素子
１３・・・カラーフィルタ群
１４・・・フロントエンド部
１５・・・ホワイトバランス情報取得部
１６・・・色温度推定部
１７・・・色補正部
ＬＵＴ・・・ルックアップテーブル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Imaging device 11 ... Lens system (optical system)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Image pick-up element 13 ... Color filter group 14 ... Front end part 15 ... White balance information acquisition part 16 ... Color temperature estimation part 17 ... Color correction part LUT ... Lookup table
Claims (13)
分光特性の異なる複数のカラーフィルタと、
前記光学系および前記カラーフィルタを介して得られる被写体像を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子で撮像した画像にマトリクス演算処理を施して色補正を行う色補正部と、を有し、
前記色補正部は、
前記マトリクス演算処理を、色温度によって決定するリニアマトリクスおよび補正マトリクスを用いた以下の式に従って行う
撮像装置。
Ｓ’＝Ｌ・Ｓ＋Ｃ
ただし、
Ｓ ：色補正前のカラーフィルタの信号
Ｓ’：色補正後のカラーフィルタの信号
Ｌ ：リニアマトリクス
Ｃ ：補正マトリクス Optical system,
A plurality of color filters having different spectral characteristics;
An image sensor that captures a subject image obtained through the optical system and the color filter;
A color correction unit that performs matrix correction processing on the image captured by the image sensor and performs color correction, and
The color correction unit
An imaging apparatus that performs the matrix calculation processing according to the following equation using a linear matrix and a correction matrix that are determined by a color temperature.
S '= L · S + C
However,
S: Color filter signal before color correction S ': Color filter signal after color correction L: Linear matrix C: Correction matrix
前記色温度推定部は、
前記ホワイトバランス情報から色温度を推定する
請求項３記載の撮像装置。 A white balance information acquisition unit that acquires white balance information of an image captured by the image sensor;
The color temperature estimation unit
The imaging apparatus according to claim 3, wherein a color temperature is estimated from the white balance information.
前記各カラーフィルタを介して得られる画素からの出力値を当該出力値のうちの最大値で除した商、または当該商の逆数をホワイトバランス比とし、当該ホワイトバランス比を用いてホワイトバランスを調整する機能を有する
請求項４記載の撮像装置。 The white balance information acquisition unit
The white balance is adjusted using the white balance ratio, with the quotient obtained by dividing the output value from the pixel obtained through each color filter by the maximum value of the output value or the reciprocal of the quotient as the white balance ratio. The imaging device according to claim 4, which has a function of:
全画面において前記各カラーフィルタを介して得られるカラー毎の積分値を当該積分値のうちの最大値で除した商、または当該商の逆数をホワイトバランス比とし、
当該ホワイトバランス比を用いてホワイトバランスを調整する機能を有する
請求項４記載の撮像装置。 The white balance information acquisition unit
The quotient obtained by dividing the integral value for each color obtained through each color filter on the entire screen by the maximum value of the integral values, or the reciprocal of the quotient is the white balance ratio,
The imaging apparatus according to claim 4, having a function of adjusting white balance using the white balance ratio.
画面の白い部分を選択した画像において、前記各カラーフィルタを介して得られるカラー毎の積分値を当該積分値のうちの最大値で除した商、または当該商の逆数をホワイトバランス比とし、
当該ホワイトバランス比を用いてホワイトバランスを調整する機能を有する
請求項４記載の撮像装置。 The white balance information acquisition unit
In the image where the white portion of the screen is selected, the quotient obtained by dividing the integral value for each color obtained through each color filter by the maximum value of the integral value, or the reciprocal of the quotient is the white balance ratio,
The imaging apparatus according to claim 4, having a function of adjusting white balance using the white balance ratio.
前記ホワイトバランス情報として前記ホワイトバランス比を用いる
請求項４から７のいずれか一に記載の撮像装置。 The color temperature estimation unit
The imaging device according to any one of claims 4 to 7, wherein the white balance ratio is used as the white balance information.
前記ホワイトバランス情報から推定した色温度に対応するリニアマトリクスと補正マトリクスを決定するためのルックアップテーブルを有する
請求項８記載の撮像装置。 The color temperature estimation unit
The imaging apparatus according to claim 8, further comprising a lookup table for determining a linear matrix and a correction matrix corresponding to a color temperature estimated from the white balance information.
赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、および青（Ｂ）のカラーフィルタを含む
請求項１から９のいずれか一に記載の撮像装置。 The imaging device according to any one of claims 1 to 9, wherein the plurality of color filters include red (R), green (G), and blue (B) color filters.
マゼンタ（Ｍｇ）、シアン（Ｃｙ）、イエロー（Ｙｅ）、および緑（Ｇ）のカラーフィルタを含む
請求項１から９のいずれか一に記載の撮像装置。 The plurality of color filters are
The imaging apparatus according to claim 1, comprising color filters of magenta (Mg), cyan (Cy), yellow (Ye), and green (G).
請求項１から１１のいずれか一に記載の撮像装置。
を撮像する第１ステップと、
前記撮像素子で撮像した画像情報から色温度を推定する第２ステップと、
前記撮像素子で撮像した画像にマトリクス演算処理を施して色補正を行う第３ステップと、を有し、
前記第３ステップにおいて、
前記マトリクス演算処理を、前記推定した色温度によって決定するリニアマトリクスおよび補正マトリクスを用いて以下の式に従って行う
撮像装置の色補正方法。
Ｓ’＝Ｌ・Ｓ＋Ｃ
ただし、
Ｓ ：色補正前のカラーフィルタの信号
Ｓ’：色補正後のカラーフィルタの信号
Ｌ ：リニアマトリクス
Ｃ ：補正マトリクス
A first step of capturing a subject image by an image sensor through a plurality of color filters having different optical systems and spectral characteristics;
A second step of estimating a color temperature from image information captured by the image sensor;
A third step of performing color correction by performing matrix calculation processing on the image captured by the image sensor,
In the third step,
A color correction method for an imaging apparatus, wherein the matrix calculation processing is performed according to the following expression using a linear matrix and a correction matrix determined by the estimated color temperature.
S '= L · S + C
However,
S: Color filter signal before color correction S ': Color filter signal after color correction L: Linear matrix C: Correction matrix
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|---|---|---|---|---|
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| CN113639881A (en) * | 2021-08-23 | 2021-11-12 | Oppo广东移动通信有限公司 | Color temperature testing method and device, computer readable medium and electronic equipment |
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