JP6435560B1 - 画像処理装置、画像処理方法、プログラム及び撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】高解像G生成部35は、ベイヤー配列の色フィルタアレイが配置されたイメージセンサから出力された第1の画像から1つの注目画素を選択する注目画素選択部と、第1の画像のG成分の画素であって複数の画素からなるコードタップを選択するGコードタップ選択部61と、選択されたコードタップのGコードを演算するGコード演算部63と、コード毎に複数のG係数を記憶し、演算されたGコードに基づいて複数のG係数を出力するG係数記憶部64と、第1の画像のG成分の画素であって複数の画素からなるフィルタタップを選択するGフィルタタップ選択部62と、選択されたフィルタタップの各画素値と、出力された複数のG係数とに基づいて、注目画素毎に対応する出力画素の画素値を演算するG積和演算部65とを備える。
【選択図】図11
Description
<撮像装置10の構成>
図1は、撮像装置10の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。撮像装置10は、静止画、及び、動画のいずれも撮影することができる。
A/D色分離部14は、アナログ信号処理部13から出力された画像信号をA/D変換し、さらに色分離処理を行い、赤(R)、緑(G)、青(B)のそれぞれの画像データを出力する。
欠陥補正部15は、A/D色分離部14から出力されたRGBの各画像データに対して欠陥補正処理を実行する。
ガンマ補正部18は、色処理部17から出力されたRGBの画像データにガンマ補正処理を実行する。
Y色差変換部19は、ガンマ補正部18から出力されたRGBの画像データをY色差の画像データに変換する。
出力部21は、コーデック部20からの画像データを出力する。例えば、出力部21は、半導体メモリや、磁気ディスク、光ディスク等の記録媒体を駆動する図示しないドライバを有し、コーデック部20からの画像データをその記録媒体に記録する。また、出力部21は、コーデック部20からの画像データを、例えば、ネットワークや各種ケーブル、無線などの通信手段に出力してもよい。
制御部22は、ユーザ操作等に従い、撮像装置10を構成する各ブロックを制御する。
図2は、デモザイク部16の構成例を示すブロック図である。デモザイク部16で行われるデモザイク処理について説明する。
図3は、仮想色差(R−G)生成部33の構成例を示すブロック図である。仮想色差(R−G)生成部33は、仮G生成部41、仮R生成部42、及び仮想色差(R−G)演算部43を備える。
仮G生成部41は、水平補間部51、水平補間色差演算部52、水平補間色差統計量算出部53、垂直補間部54、垂直補間色差演算部55、垂直補間色差統計量算出部56、および仮G演算部57を備える。
水平補間部81は、入力画像のR画素の画素位置(以下、R画素位置という。)において水平方向に補間されたG成分値である補間値Ghを算出する。
ベイヤー配列において、R画素が中心画素となる場合、その中心画素の周囲(上下左右)には4つのG画素である画素G1〜G4が配置される。この場合、水平補間部81は、中心画素の左右両隣に位置するG2画素の画素値G2と、G3画素の画素値G3とを用いて、式(1)に従って、中心画素の画素位置における水平方向に補間されたG成分値である補間値Ghを演算する。
Gh=(G2+G3)/2 ・・・(1)
rh=R−Gh ・・・(2)
水平補間色差統計量算出部53は、水平補間色差演算部52から供給される水平補間色差rhに基づいて、水平補間色差rhの平均である平均Arghと、水平補間色差rhの分散である分散Vrghとをそれぞれ算出し、これらの値を仮G演算部57に供給する。
一方、垂直補間部54は、入力画像のR画素位置において垂直方向に補間されたG成分値である補間値Gvを算出する。
Gv=(G1+G4)/2 ・・・(3)
rv=R−Gv ・・・(4)
rh00=R00−Gh00
rh02=R02−Gh02
rh04=R04−Gh04
bh11=B11−Gh11
bh13=B13−Gh13
bh15=B15−Gh15
rv00=R00−Gv00
rv02=R02−Gv02
rv04=R04−Gv04
bv11=B11−Gv11
bv13=B13−Gv13
bv15=B15−Gv15
なお、他の画素位置においても同様の演算が行われる。
Argv=A(rv04,rv24,rv40,rv42,rv44,rv46,rv48,rv64,rv84)
Vrgh=V(rh04,rh24,rh40,rh42,rh44,rh46,rh48,rh64,rh84)
Vrgv=V(rv04,rv24,rv40,rv42,rv44,rv46,rv48,rv64,rv84)
・・・(7)
B55画素が注目画素の場合、B55画素の画素位置を中心とする複数の参照画素の画素値に基づいて、水平補間色差の平均Abgh及び分散Vbgh、垂直補間色差の平均Abgv及び分散Vbgvが求められる。複数の参照画素は、B55画素を中心として十字状に配列された9画素(図8の下段の太線の円)が該当するが、この例に限定されるものではない。
Abgv=A(bv15,bv35,bv51,bv53,bv55,bv57,bv59,bv75,rv95)
Vbgh=V(bh15,bh35,bh51,bh53,bh55,bh57,bh59,bh75,rh95)
Vbgv=V(bv15,bv35,bv51,bv53,bv55,bv57,bv59,bv75,rv95)
・・・(8)
図9は、仮想色差(R−G)生成部33内の仮G生成部41による仮G生成ルーチンを説明するフローチャートである。ここでは、R画素位置における仮Gの生成について説明する。なお、B画素位置における仮Gの生成、つまり仮想色差(B−G)生成部34による仮Gの生成も、図9に示すルーチンと同様に行われる。
仮R生成部42は、例えば、R00画素とR02画素の間にあるG画素が中心画素になった場合、中心画素の左右両隣にあるR00画素とR02画素の各画素値R00、R02を用いて、式(9)に従って、水平方向に補間されたR成分値である仮R(r01)を算出する。
r01=(R00+R02)/2 ・・・(9)
r01=(R00+R20)/2 ・・・(10)
図2に示す高解像G生成部35は、遅延部32から供給される入力G画像に基づいて、当該入力G画像の2倍の解像度を有する高解像G画像を生成する。具体的には、高解像G生成部35は、入力画像における注目画素に対応する画素およびその周辺の画素値を変数とし、予め学習により得られた係数を用いて積和演算を行うことにより、出力画像の注目画素の画素値を予測する。
高解像G生成部35は、Gコードタップ選択部61、Gフィルタタップ選択部62と、Gコード演算部63、G係数記憶部64、及びG積和演算部65を備える。
図12は、Gコードタップ選択部61で選択されるGコードタップの構成例を示す図である。細い線の丸印は、入力画像である入力画素を表す。ドット柄の丸印は、出力画像の入力画素に対する画素位置位相のイメージを表す。
図13は、Gフィルタタップ選択部62で選択されるフィルタタップの構成例を示す図である。細い線の丸印は、入力画像である入力画素を表す。ドット柄の丸印は、出力画像の入力画素に対する画素位置位相のイメージを表す。
図14は、上述したGコード演算部63の構成例を示すブロック図である。Gコード演算部63は、量子化演算部91、及び、変換テーブル記憶部92を備える。
量子化演算部91は、Gコードタップ選択部61から供給されるGコードタップを構成する入力画素の各画素値を、例えば1ビットのDR量子化を用いて量子化し、各入力画素の1ビットを所定の順番で配列したコードを、変換テーブル記憶部92に供給する。
DR量子化では、注目画素のコードタップを構成する各画素の画素値が量子化され、量子化によって得られたDR量子化コードにしたがって、注目画素のコードが決定される。
図2に示す高解像(R−G)生成部36は、仮想色差(R−G)生成部33で生成された仮想色差(R−G)に基づいて、高解像G画像と同じ解像度である高解像(R−G)画像を生成する。
高解像G生成部35は、(R−G)コードタップ選択部71、(R−G)フィルタタップ選択部72と、(R−G)コード演算部73、(R−G)係数記憶部74、及び(R−G)積和演算部75を備える。
図17は、(R−G)コードタップ選択部71で選択される(R−G)コードタップの構成例を示す図である。細い線の丸印は、入力画像である入力画素を表す。ドット柄の丸印は、出力画像の入力画素に対する画素位置位相のイメージを表す。
図18は、(R−G)フィルタタップ選択部72で選択される(R−G)フィルタタップの構成例を示す図である。細い線の丸印は、入力画像である入力画素を表す。ドット柄の丸印は、出力画像の入力画素に対する画素位置位相のイメージを表す。
高解像(B−G)生成部37は、高解像(R−G)生成部36と同様に構成されており、R画素に代えてB画素を取り扱う。
図19は、(B−G)コードタップの構成例を示す図である。細い線の丸印は、入力画像である入力画素を表す。ドット柄の丸印は、出力画像の入力画素に対する画素位置位相のイメージを表す。
図20は、(B−G)フィルタタップの構成例を示す図である。細い線の丸印は、入力画像である入力画素を表す。ドット柄の丸印は、出力画像の入力画素に対する画素位置位相のイメージを表す。
加算器39は、高解像G生成部35で生成された高解像G画像と、高解像(B−G)生成部37で生成された高解像(B−G)画像と、を加算することで、高解像G画像と同じ解像度である高解像B画像を生成する。
図21は、デモザイク部16によるデモザイク処理ルーチンを示すフローチャートである。
デモザイク処理のために使用されるタップ係数は、コード分類型適応フィルタの学習処理によって、以下の手順で求められる。
図23は、学習装置100の構成例を示すブロック図である。学習装置100は、教師画像及び生徒画像を用いて学習することにより、高解像G画像、高解像(R−G)画像、高解像(B−G)画像をそれぞれ生成するために使用されるG係数、(R−G)係数、及び(B−G)係数を生成する。
生徒画像生成部101は、学習装置100に入力される高解像度画像RGBをそれぞれダウンコンバートする。ここで、ダウンコンバートのフィルタ特性は、例えば、4画素平均処理、LPF処理等でよい。その後、生徒画像生成部102は、ダウンコンバートされた画像RGBから、ベイヤー配列に従ってRGBが配置された生徒画像を生成する。すなわち、生徒画像は、ベイヤー配列の色フィルタアレイが配置されたイメージセンサ12からそのまま出力された画像に対応する。
図25は、G係数データ生成部107の構成例を示す図である。
G係数データ生成部107は、Gコードタップ選択部111、Gフィルタタップ選択部112、Gコード演算部113、G正規方程式加算部114、及びG係数データ演算部115を備える。
図26は、(R−G)係数データ生成部108の構成例を示す図である。
(R−G)係数データ生成部108は、(R−G)コードタップ選択部121、(R−G)フィルタタップ選択部122、(R−G)生成部123、(R−G)コード演算部124、(R−G)正規方程式加算部125、及び(R−G)係数データ演算部126を備える。
図27は、図21の学習装置100による学習処理ルーチンを説明するフローチャートである。学習装置100は、3つのイメージセンサからそれぞれ生成されたRGB各成分の高解像画像RGBが入力されると、ステップS31以降の処理を実行する。
同様に、(R−G)係数データ演算部126は、(R−G)係数データを演算し、(B−G)係数データ生成部109は、(B−G)係数データを演算する。
Claims (9)
- 複数の色成分のそれぞれに対応する画素が所定の配列で構成された撮像素子から出力された第1の画像に対して、前記第1の画像の中の1つの画素を注目画素として選択する注目画素選択部と、
前記第1の画像の主成分となる第1の色成分の画素であって前記注目画素選択部により選択された注目画素に対して、前記第1の色成分の複数の画素が第1の配列パターンで配列されたコードタップを選択する第1のコードタップ選択部と、
前記第1のコードタップ選択部により選択された前記コードタップの特徴量を示すコードを演算する第1のコード演算部と、
コード毎に、コード分類型適応フィルタの第1の学習処理によって予め求められた複数の第1のタップ係数を記憶し、前記第1のコード演算部により演算されたコードに基づいて複数の第1のタップ係数を出力する第1の係数記憶部と、
前記第1の画像の主成分となる第1の色成分の画素であって前記注目画素選択部により選択された注目画素に対して、前記第1の色成分の複数の画素が第2の配列パターンで配列されたフィルタタップを選択する第1のフィルタタップ選択部と、
前記第1のフィルタタップ選択部により選択されたフィルタタップの各画素値と、前記第1の係数記憶部から出力された複数の第1のタップ係数と、に基づいて、前記注目画素毎に対応する出力画素の画素値を演算することで、前記第1の色成分の画像を生成する第1の画像生成部と、を備え、
前記第1のタップ係数は、
所定の被写体について、色成分、前記色成分の配列、及びサイズのそれぞれが前記第1の画像と同一である画像から、前記第1の色成分のみで構成された第1の生徒画像と、
前記所定の被写体について、前記第1の画像と同一サイズの前記第1の色成分のみで構成され、前記第1の生徒画像に対して水平方向及び垂直方向に半画素シフトした第1の教師画像と、
を用いた前記第1の学習処理であって、前記第1の生徒画像の各画素と前記第1の教師画像の各画素のマッピングされた正規方程式を解く前記第1の学習処理により算出されたタップ係数である
画像処理装置。 - 前記第1の色成分の各画素の画素位置、及び前記第1の色成分と異なる1つの色成分である第2の色成分の各画素の画素位置において、前記第1の色成分の画素の画素値と、前記第2の色成分の画素の画素値と、の差分である色差成分を生成する色差成分生成部と、
前記第1の色成分又は前記第2の色成分の画素であって前記注目画素選択部により選択された注目画素に対して、前記色差成分の複数の画素が第3の配列パターンで配列されたコードタップを選択する第2のコードタップ選択部と、
前記第2のコードタップ選択部により選択された前記コードタップの特徴量を示すコードを演算する第2のコード演算部と、
コード毎に、コード分類型適応フィルタの第2の学習処理によって予め求められた複数の第2のタップ係数を記憶し、前記第2のコード演算部により演算されたコードに基づいて複数の第2のタップ係数を出力する第2の係数記憶部と、
前記第1の色成分又は前記第2の色成分の画素であって前記注目画素選択部により選択された注目画素に対して、前記色差成分の複数の画素が第4の配列パターンで配列されたフィルタタップを選択する第2のフィルタタップ選択部と、
前記第2のフィルタタップ選択部により選択されたフィルタタップの各画素値と、前記第2の係数記憶部から出力された複数の第2のタップ係数と、に基づいて、前記注目画素毎に対応する出力画素の画素値を演算することで、前記色差成分の画像を生成する第2の画像生成部と、
前記第1の画像生成部により生成された前記第1の色成分の画像と、前記第2の画像生成部により生成された前記色差成分の画像と、に基づいて、前記第2の色成分の画像を演算する演算部と、
を更に備えた請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記第2のタップ係数は、
前記所定の被写体について、色成分、前記色成分の配列、及びサイズのそれぞれが前記第1の画像と同一である画像から、前記第1及び前記第2の各色成分の差分として得られた色差画像である第2の生徒画像と、
前記所定の被写体について、前記第1の画像と同一サイズの前記第1の色成分の画像と前記同一サイズの前記第2の色成分の画像との差分として得られた色差画像であって、前記第1の生徒画像に対して水平方向及び垂直方向に半画素シフトした前記色差画像である第2の教師画像と、
を用いた前記第2の学習処理であって、前記第2の生徒画像の各画素と前記第2の教師画像の各画素のマッピングされた正規方程式を解く前記第2の学習処理により算出されたタップ係数である
請求項2に記載の画像処理装置。 - 前記色差成分生成部、前記第2のコードタップ選択部、前記第2のコード演算部、前記第2の係数記憶部、前記第2のフィルタタップ選択部、前記第2の画像生成部、及び前記演算部は、前記第1の画像において前記第1の色成分と異なる第2の色成分が複数存在する場合には、それぞれの第2の色成分毎に設けられる
請求項2又は請求項3に記載の画像処理装置。 - 前記色差成分生成部は、
前記第2の色成分の各画素の画素位置において、当該画素位置に近接する第1の色成分の各画素の画素値から補間することで、前記第1の色成分の補間画素値を演算する第1の補間画素値演算部と、
前記第1の色成分の各画素の画素位置において、当該画素位置に近接する第2の色成分の各画素の画素値から補間することで、前記第2の色成分の補間画素値を演算する第2の補間画素値演算部と、
前記第2の色成分の各画素の画素位置においては、当該画素位置における第1の色成分の補間画素値と、当該画素位置における第2の色成分の画素値と、の差分を演算することで前記色差成分を生成し、前記第1の色成分の各画素の画素位置においては、当該画素位置における第1の色成分の画素値と、当該画素位置における第2の色成分の補間画素値と、の差分を演算することで前記色差成分を生成する差分演算部と、
を備えた請求項2から請求項4のいずれか1項に記載の画像処理装置。 - 第1の補間画素値演算部は、前記第2の色成分の各画素の画素位置において、当該画素位置の水平方向及び垂直方向にそれぞれ近接する前記第1の色成分の複数の画素がある場合、水平方向における第1の色成分の各画素の画素値から水平補間値を演算し、垂直方向における第1の色成分の各画素の画素値から垂直補間値を演算し、前記水平補間値及び前記垂直補間値のそれぞれの分散に基づいて、前記水平補間値及び前記垂直補間値の重み付け平均値を演算することで、前記第2の色成分の補間値を演算する
請求項5に記載の画像処理装置。 - 複数の色成分のそれぞれに対応する画素が所定の配列で構成された撮像素子から出力された第1の画像に対して、前記第1の画像の中の1つの画素を注目画素として選択する注目画素選択ステップと、
前記第1の画像の主成分となる第1の色成分の画素であって前記注目画素選択ステップで選択された注目画素に対して、前記第1の色成分の複数の画素が第1の配列パターンで配列されたコードタップを選択する第1のコードタップ選択ステップと、
前記第1のコードタップ選択ステップで選択された前記コードタップの特徴量を示すコードを演算する第1のコード演算ステップと、
コード毎に、コード分類型適応フィルタの学習処理によって予め求められた複数の第1のタップ係数を記憶する係数記憶部から、前記第1のコード演算ステップで演算されたコードに基づいて複数の第1のタップ係数を読み出す第1の係数読み出しステップと、
前記第1の画像の主成分となる第1の色成分の画素であって前記注目画素選択ステップで選択された注目画素に対して、前記第1の色成分の複数の画素が第2の配列パターンで配列されたフィルタタップを選択する第1のフィルタタップ選択ステップと、
前記第1のフィルタタップ選択ステップで選択されたフィルタタップの各画素値と、前記係数読み出しステップで読み出された複数の第1のタップ係数と、に基づいて、前記注目画素毎に対応する出力画素の画素値を演算することで、前記第1の色成分の画像を生成する画像生成ステップと、を備え、
前記第1のタップ係数は、
所定の被写体について、色成分、前記色成分の配列、及びサイズのそれぞれが前記第1の画像と同一である画像から、前記第1の色成分のみで構成された第1の生徒画像と、
前記所定の被写体について、前記第1の画像と同一サイズの前記第1の色成分のみで構成され、前記第1の生徒画像に対して水平方向及び垂直方向に半画素シフトした第1の教師画像と、
を用いた第1の学習処理であって、前記第1の生徒画像の各画素と前記第1の教師画像の各画素のマッピングされた正規方程式を解く前記第1の学習処理により算出されたタップ係数である
画像処理方法。 - コンピュータを、
複数の色成分のそれぞれに対応する画素が所定の配列で構成された撮像素子から出力された第1の画像に対して、前記第1の画像の中の1つの画素を注目画素として選択する注目画素選択部と、
前記第1の画像の主成分となる第1の色成分の画素であって前記注目画素選択部により選択された注目画素に対して、前記第1の色成分の複数の画素が第1の配列パターンで配列されたコードタップを選択する第1のコードタップ選択部と、
前記第1のコードタップ選択部により選択された前記コードタップの特徴量を示すコードを演算する第1のコード演算部と、
コード毎に、コード分類型適応フィルタの学習処理によって予め求められた複数の第1のタップ係数を記憶し、前記第1のコード演算部により演算されたコードに基づいて複数の第1のタップ係数を出力する第1の係数記憶部と、
前記第1の画像の主成分となる第1の色成分の画素であって前記注目画素選択部により選択された注目画素に対して、前記第1の色成分の複数の画素が第2の配列パターンで配列されたフィルタタップを選択する第1のフィルタタップ選択部と、
前記第1のフィルタタップ選択部により選択されたフィルタタップの各画素値と、前記第1の係数記憶部から出力された複数の第1のタップ係数と、に基づいて、前記注目画素毎に対応する出力画素の画素値を演算することで、前記第1の色成分の画像を生成する第1の画像生成部と、して機能させるためのものであって、
前記第1のタップ係数は、
所定の被写体について、色成分、前記色成分の配列、及びサイズのそれぞれが前記第1の画像と同一である画像から、前記第1の色成分のみで構成された第1の生徒画像と、
前記所定の被写体について、前記第1の画像と同一サイズの前記第1の色成分のみで構成され、前記第1の生徒画像に対して水平方向及び垂直方向に半画素シフトした第1の教師画像と、
を用いた第1の学習処理であって、前記第1の生徒画像の各画素と前記第1の教師画像の各画素のマッピングされた正規方程式を解く前記第1の学習処理により算出されたタップ係数である
プログラム。 - 複数の色成分のそれぞれに対応する画素が所定の配列で構成された撮像素子と、
前記撮像素子から出力された第1の画像に対して画像処理を行う請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の画像処理装置と、
を備えた撮像装置。
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