JP5055571B2 - 画像処理装置、電子カメラ、および画像処理プログラム - Google Patents
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Description
なお、解像度の異なる別の撮像素子から出力された画像間において、絵柄の位置ズレを検出する技術として、下記の特許文献2が公知である。この従来技術では、高解像度画像と低解像度画像との間で、まず大域的探索を行って、一致領域の候補を見つける。次に、この一致領域の範囲内で両画像をそれぞれ画素補間し、補間された画素間の比較によって絵柄が細部まで一致する領域を見つける。このような2段階の探索処理によって、解像度の異なる画像間の位置ズレを検出している。
なお、撮像素子の低解像度読み出しモード(ドラフトモード)を利用すれば、低解像度画像を高フレームレートで読み出すことができる。この場合、画像間の時間間隔を短くすることができる。しかしながら、低解像度画像の間では、絵柄の位置ズレの検出精度が粗い。そのため、低精度の位置ズレに従って絵柄を位置合わせすると、画像間のエッジが微妙にずれるなど、絵柄が破綻しやすい。その結果、この方法でも良好な画像合成を行うことは難しい。
そこで、本発明は、上述した問題点を解決して、良好な画像合成を行うための技術を提供することを目的とする。
画像入力部は、同一被写体を撮影した複数の第1解像度画像と、同一被写体を撮影した少なくとも1つの第1解像度画像より高解像度の第2解像度画像とを取り込む。
位置ズレ検出部は、第1解像度画像それぞれと第2解像度画像との間で位置ズレを検出する。
画像合成部は、第2解像度画像が露出計算で決定された露光時間より短い露光時間で撮影された画像の場合、位置ズレに基づいて、複数の第1解像度画像に対し位置合わせを行い、複数の第1解像度画像の信号成分を再配置して、第1解像度画像より画像サイズの大きい再配置画像を生成し、第2解像度画像と再配置画像とに基づいて合成画像を生成する。
《2》 なお好ましくは、位置ズレ検出部は、位相分割部、および精密検出部を備える。
位相分割部は、第2解像度画像またはその特徴を、位相をずらしながらサブサンプリングすることにより、位相が互いにずれた複数のサンプリング情報を生成する。
精密検出部は、第1解像度画像と複数のサンプリング情報との間で最も一致する位置ズレを検出することにより、第1解像度画像の画素間隔よりも小さな単位の位置ズレを検出する。
《3》 また好ましくは、位置ズレ検出部は、粗検出部、および精密検出部を備える。
粗検出部は、複数の第1解像度画像の間で位置ズレを検出する。
精密検出部は、粗検出部の検出した位置ズレから出発して、第2解像度画像と第1解像度画像との位置ズレを検出する。
《4》 なお好ましくは、画像合成部は、第2解像度画像と再配置画像との信号差が大きい箇所ほど、再配置画像の合成比率を局所的に下げて、合成画像を生成する。
《5》 また好ましくは、画像合成部は、第2解像度画像の局所的な信号変化が大きい箇所ほど、再配置画像の合成比率を局所的に下げて、合成画像を生成する。
《6》 なお好ましくは、画像合成部は、第2解像度画像と第1解像度画像との時間間隔および/または位置ズレが小さいほど、再配置画像の合成比率を全般的に上げて、合成画像を生成する。
《7》 なお好ましくは、画像合成部は、カラー画像を構成する視覚感度の高い信号成分について、合成画像を生成する。一方、画像合成部は、残りの視覚感度の低い信号成分について再配置画像を生成する。
《8》 本発明の電子カメラは、《1》ないし《7》のいずれか1項に記載の画像処理装置と、被写体を少なくとも2種類の解像度で撮影する撮像部とを備える。
この場合、画像処理装置が処理する第2解像度画像は、撮像部で撮影される高解像度の静止画像とする。一方、画像処理装置が処理する第1解像度画像は、静止画像の撮影前および/または撮影後に撮像部で撮影される低解像度の画像とする。
《9》 本発明の画像処理プログラムは、コンピュータを、《1》ないし《7》のいずれか1項に記載の画像処理装置として機能させるためのプログラムである。
さらに、本発明では、画素密度の高い高解像度画像を位置基準として、複数の低解像度画像それぞれの位置ズレを検出する。したがって、低解像度画像の相対的な位置ズレを高精度に検出できる。その結果、低解像度画像の絵柄の位置合わせ精度は高く、一段と良好な画像合成を行うことが可能になる。
図1は、本実施形態の電子カメラ10(画像処理装置25を含む)を示すブロック図である。
図1において、電子カメラ10には、撮影レンズ12が装着される。この撮影レンズ12の像空間には、撮像素子11の撮像面が配置される。撮像素子11は、撮像制御部14によって制御される。この撮像素子11は、高解像度画像を読み出すモードと、素子内部で画素間引きや画素加算を行って低解像度画像を読み出すモードとを備える。この撮像素子11から出力される画像信号は、信号処理部15、およびA/D変換部16を介して処理された後、メモリ17に一時蓄積される。
このメモリ17は、バス18に接続される。このバス18には、撮像制御部14、マイクロプロセッサ19、記録部22、画像圧縮部24、モニタ表示部30、および画像処理装置25なども接続される。上記のマイクロプロセッサ19には、レリーズ釦などの操作部19aが接続される。また、上記の記録部22には、記録媒体22aが着脱自在に装着される。
図2は、画像処理装置25の構成を模式的に示したブロック図である。
メモリ17から読み出される高解像度画像は、ゲイン補正部31を介して、縮小画像生成部32、特徴量抽出部33、および画像合成部34にそれぞれ供給される。縮小画像生成部32の出力データは、特徴量抽出部35を介して、粗検出部36に供給される。特徴量抽出部33の出力データは、位相分割部37を介して、精密検出部38に供給される。
一方、メモリ17から読み出される複数の低解像度画像は、特徴量抽出部39および画像合成部34にそれぞれ供給される。特徴量抽出部39の出力データは、粗検出部36および精密検出部38にそれぞれ供給される。
粗検出部36で粗く検出された位置ズレは、精密検出部38に供給される。精密検出部38で高精度に検出された位置ズレは、画像合成部34に供給される。画像合成部34は、この位置ズレの検出結果に基づいて、複数の低解像度画像や高解像度画像を合成する。
図3および図4は、電子カメラ10の動作を説明する流れ図である。以下、図3に示すステップ番号に沿って、この動作を説明する。
ここでの所定コマ数は、後述する再配置画像の合成に使用する低解像度画像のコマ数に相当し、(高解像度画像の画素数/低解像度画像の画素数)以上に設定することが好ましい。
例えば、低解像度画像の縦横画素数を、高解像度画像の縦横画素数の各1/4とした場合、所定コマ数は4×4=16コマ以上に設定することが好ましい。
レリーズ釦が全押し操作された場合、マイクロプロセッサ19は、ステップS5に動作を移行する。
一方、レリーズ釦の全押し操作されていない場合、マイクロプロセッサ19は、ステップS1に動作を戻す。
露光時間設定が許容上限以下の場合、マイクロプロセッサ19はステップS6に動作を移行する。
一方、露光時間設定が許容上限を超える場合、マイクロプロセッサ19はステップS7に動作を移行する。
この動作により、電子カメラ10は撮影動作を完了する。
撮像制御部14は、短く制限された露光時間に従って撮像素子11をシャッタ制御する。その状態で、撮像制御部14は、撮像素子11を高解像度の読み出しモードで駆動し、高解像度画像を読み出す。この高解像度画像は、露光不足のために信号レベルは低いが、ぶれる可能性の少ない画像である。この高解像度画像は、メモリ17に一時記録される。
例えば、4×4画素の平均値を抽出することにより、高解像度画像の縦横画素数を各1/4に解像度変換することができる。
このように低解像度化された高解像度画像(以下、縮小画像という)は、特徴量抽出部35に伝達される。
まず、特徴量抽出部35は、下式に示す縦エッジ抽出用のフィルタ(図6[A]参照)を用いて、縮小画像f(x,y)から縦エッジ成分gyを抽出する。
gy(x,y)=-f(x,y-1)+f(x,y+1)
さらに、特徴量抽出部35は、下式に示す横エッジ抽出用のフィルタ(図6[B]参照)を用いて、縮小画像f(x,y)から横エッジ成分gxを抽出する。
gx(x,y)=-f(x-1,y)+f(x+1,y)
なお、ノイズの影響を軽減するため、特徴量抽出部35は、所定の微小振幅に収まる縦エッジ成分gyと横エッジ成分gxについては、ゼロに置き換えることが好ましい。
次に、特徴量抽出部35は、図6[A]に示すように、縦エッジ成分gyを水平行の単位に累積加算することにより、縦射影波形を算出する。
さらに、特徴量抽出部35は、図6[B]に示すように、横エッジ成分gxを垂直列の単位に累積加算することにより、横射影波形を算出する。
一方、特徴量抽出部39は、メモリ17から複数の低解像度画像を取り込む。特徴量抽出部39は、個々の低解像度画像に対して特徴量抽出部35と同一の処理を実施し、縦射影波形および横射影波形をそれぞれ求める。
ここで、粗検出部36は、図6[A]に示すように、縮小画像の中央域の縦射影波形と、低解像度画像の中央域の縦射影波形とをずらしながら差分をとり、その差分の絶対値和が最小となる波形ズレを検出する。この波形ズレは、縮小画像と低解像度画像との縦方向の位置ズレに相当する。
また、粗検出部36は、図6[B]に示すように、縮小画像の中央域の横射影波形と、低解像度画像の中央域の横射影波形とをずらしながら差分をとり、差分の絶対値和が最小となる波形ズレを検出する。この波形ズレは、縮小画像と低解像度画像との横方向の位置ズレに相当する。
このようにして、粗検出部36は、縮小画像を位置基準として複数の低解像度画像の位置ズレ(粗検出結果)をそれぞれ求め、精密検出部38に出力する。
なお、ここでのエッジ抽出フィルタは、低解像度画像の読み出し方式に応じて、下記のように切り替えることが好ましい。
・低解像度画像が画素加算または画素平均によって作成される場合
gy(x,y)=[-f(x,y-4)-f(x,y-3)-f(x,y-2)-f(x,y-1)+f(x,y+4)+f(x,y+5)+f(x,y+6)+f(x,y+7)]/4
gx(x,y)=[-f(x-4,y)-f(x-3,y)-f(x-2,y)-f(x-1,y)+f(x+4,y)+f(x+5,y)+f(x+6,y)+f(x+7,y)]/4
・低解像度画像が画素間引きによって作成される場合
gy(x,y)=-f(x,y-4)+f(x,y+4)
gx(x,y)=-f(x-4,y)+f(x+4,y)
なお、ノイズの影響を軽減するため、特徴量抽出部33は、所定の微小振幅に収まる縦エッジ成分gyと横エッジ成分gxについては、ゼロに置き換えることが好ましい。
次に、特徴量抽出部33は、縦エッジ成分gyを水平行の単位に累積加算することにより、縦射影波形を算出する。また、特徴量抽出部33は、横エッジ成分gxを垂直列の単位に累積加算することにより、横射影波形を算出する。
位相分割部37は、高解像度画像の縦射影波形を4画素おきにサブサンプリングする。このとき、位相分割部37は、サブサンプリングの位相をずらすことによって、図7に示すように、位相が互いにずれた4種類のサンプリング情報を生成する。
同様に、位相分割部37は、高解像度画像の横射影波形を4画素おきにサブサンプリングする。このとき、サブサンプリングの位相をずらすことにより、位相が互いにずれた4種類のサンプリング情報を生成する。
精密検出部38は、この波形ズレの検出を4種類のサンプリング情報それぞれについて実施することにより、絵柄の特徴(ここでは波形)が最も一致する波形ズレを求める。この波形ズレは、低解像度画像の画素間隔よりも小さな単位の横方向の位置ズレに相当する。
さらに、精密検出部38は、同様にして、縦方向の位置ズレを低解像度画像の画素間隔よりも小さな単位(例えば高解像度画像の画素間隔の単位)で検出する。
このようにして、精密検出部38は、高解像度画像を位置基準として複数の低解像度画像の位置ズレ(精密検出結果)をそれぞれ求め、画像合成部34に出力する。
なお、図8に示すように、高域成分の多い順に画像に順番を付与し、上位から所定順位までの画像を選別して、合成に使用する画像としてもよい。また、高域成分の量が所定の閾値を超える画像を選別して、合成に使用する画像としてもよい。
このような選別処理により、ブレ量が大きいなど、高域成分が基準に満たない画像を合成処理から適度に除外することが可能になる。その結果、合成後の画質を確実に高めることが可能になる。
次に、画像合成部34は、精密検出部38が求めた位置ズレの精密検出結果に基づいて、低解像度画像の拡大画像の画素位置をそれぞれ変位させ、図9に示すようにマッピング(再配置)を行う。
このようにして、高解像度画像と同程度の縦横画素数を有する再配置画像を得ることができる。
画像合成部34は、この再配置画像の正規の画素位置ごとに、近傍画素をピックアップする。画像合成部34は、これら近傍画素の信号成分に対して、ステップS15で設定された合成比率に従って加重平均を実施する。画像合成部34は、この加重平均値を正規の画素位置の信号成分(輝度/色差成分など)とする。このような合成処理により、高解像度画像と同じ縦横画素数の再配置画像を得ることができる。
なお、上記の加重平均の代わりに、近傍画素の信号成分のメディアン演算によって、再配置画像の合成を行ってもよい。
まず、画像合成部34は、ゲイン補正後の高解像度画像から輝度成分を抽出し、メディアン処理およびガウシアンフィルタを合わせたフィルタ処理を施す。例えば、フィルタサイズを3×3画素に設定し、このフィルタサイズ内の9つの画素から中央3つの値を抽出して、ガウシアンフィルタを実施する。この処理により、露光不足の輝度成分に含まれるノイズ分を予め低減することができる。
(1)高解像度画像の輝度成分Aと再配置画像の輝度成分Bとの信号差が大きい箇所ほど、再配置画像の合成比率を局所的に下げる。
(2)高解像度画像の輝度成分Aの局所的な信号変化が大きい箇所ほど、再配置画像の合成比率を局所的に下げる。
(3)高解像度画像と低解像度画像との時間間隔が小さいほど、再配置画像の輝度成分Bの合成比率を全般的に引き上げる。
(4)高解像度画像と低解像度画像との位置ズレが小さいほど、再配置画像の輝度成分Bの合成比率を全般的に引き上げる。
このとき、輝度成分A,Bの信号差が大きいほど、輝度成分Bの合成比率G(i,j,p)が下がる。その結果、高解像度画像と再配置画像との絵柄が大きく違う箇所については、高解像度画像の輝度成分Aが局所的に優先される。
また、上式中のσは、合成比率の値や下げ幅を調整する数値である。このσは、輝度成分Aの周辺3×3画素の分散値が大きい箇所ほど、局所的に小さく設定することが好ましい。このようにσを局所的に小さくすることにより、高解像度画像のエッジ付近では、再配置画像の合成比率が局所的に下がる。その結果、エッジなどの画像構造への影響(平滑化や乱れ)を抑制することができる。
このカラー画像は、画像圧縮部24および記録部22などを介して、記録媒体22aに保存記録される。
本実施形態では、モニタ表示を終われば廃棄されるスルー画像(低解像度画像)を、静止画像(高解像度画像)の画質向上に有効活用する。このスルー画像の有効活用によって、電子カメラ10の撮像性能を高めることができる。
なお、本発明者は、特願2005−345715において、位置ズレ検出を更に高速化する手順を開示している。この手順に従って、本実施形態の位置ズレ検出を高速化してもよい。
Claims (9)
- 同一被写体を撮影した複数の第1解像度画像と、前記同一被写体を撮影した少なくとも1つの前記第1解像度画像より高解像度の第2解像度画像とを取り込む画像入力部と、
前記第1像度画像それぞれと前記第2解像度画像との間で位置ズレを検出する位置ズレ検出部と、
前記第2解像度画像が露出計算で決定された露光時間より短い露光時間で撮影された画像の場合、前記位置ズレに基づいて、前記複数の第1解像度画像に対し位置合わせを行い、前記複数の第1解像度画像の信号成分を再配置して、前記第1解像度画像より画像サイズの大きい再配置画像を生成し、前記第2解像度画像と前記再配置画像とに基づいて合成画像を生成する画像合成部と
を備えることを特徴とする画像処理装置。 - 請求項1に記載の画像処理装置において、
前記位置ズレ検出部は、
前記第2解像度画像またはその特徴を、位相をずらしてサブサンプリングし、位相が互いにずれた複数のサンプリング情報を生成する位相分割部と、
前記第1解像度画像と前記複数のサンプリング情報との間で最も一致する前記位置ズレを検出することにより、前記第1解像度画像の画素間隔よりも小さな単位の前記位置ズレを検出する精密検出部とを備えた
ことを特徴とする画像処理装置。 - 請求項1に記載の画像処理装置において、
前記位置ズレ検出部は、
前記複数の第1解像度画像の間で位置ズレを検出する粗検出部と、
前記粗検出部の検出した前記位置ズレから出発して、前記第2解像度画像と前記第1解像度画像との位置ズレを検出する精密検出部とを備えた
ことを特徴とする画像処理装置。 - 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の画像処理装置において、
前記画像合成部は、前記第2解像度画像と前記再配置画像との信号差が大きい箇所ほど、前記再配置画像の合成比率を局所的に下げて、前記合成画像を生成する
ことを特徴とする画像処理装置。 - 請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の画像処理装置において、
前記画像合成部は、前記第2解像度画像の局所的な信号変化が大きい箇所ほど、前記再配置画像の合成比率を局所的に下げて、前記合成画像を生成する
ことを特徴とする画像処理装置。 - 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の画像処理装置において、
前記画像合成部は、前記第2解像度画像と前記第1解像度画像との時間間隔および/または前記位置ズレが小さいほど、前記再配置画像の合成比率を全般的に上げて、前記合成画像を生成する
ことを特徴とする画像処理装置。 - 請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の画像処理装置において、
前記画像合成部は、カラー画像を構成する視覚感度の高い信号成分について、前記合成画像を生成し、残りの視覚感度の低い信号成分について前記再配置画像を生成する
ことを特徴とする画像処理装置。 - 請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の画像処理装置と、
被写体を少なくとも2種類の解像度で撮影する撮像部とを備えた電子カメラであって、
前記画像処理装置が処理する前記第2解像度画像は、前記撮像部で撮影される高解像度の静止画像であり、
前記画像処理装置が処理する前記第1解像度画像は、前記静止画像の撮影前および/または撮影後に前記撮像部で撮影される低解像度の画像である
ことを特徴とする電子カメラ。 - コンピュータを、請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の画像処理装置として機能させるための画像処理プログラム。
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