JPWO2013183378A1 - 撮像装置、画像処理装置、及び画像処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
<撮像装置の構成>
図1は、本発明の第1の実施形態に係るレンズ交換式カメラである撮像装置100(撮像装置)の正面斜視図であり、図2は撮像装置100の要部構成を示すブロック図である。撮像装置100は、カメラ本体200(画像処理装置)と、カメラ本体200に交換可能に装着される交換レンズ300(レンズ装置)と、から構成される。カメラ本体200と交換レンズ300とは、カメラ本体200に備えられたマウント256と、マウント256に対応する交換レンズ300側のマウント346とが結合されることにより交換可能に装着される。
撮像装置100の各種の機能は主としてメインCPU251の制御により実行されるが、メインCPU251はそのような制御を行うための以下の機能を有する。
第1の実施形態において、撮像素子202のカラーフィルタ配列は、下記の特徴(1)、(2)、(3)、(4)、及び(5)を有している。
図4に示すカラーフィルタ配列は、6×6画素に対応する正方配列パターンからなる基本配列パターンP1(太枠で示したパターン)を含み、この基本配列パターンP1が水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている。即ち、このカラーフィルタ配列は、R、G、Bの各色のフィルタ(Rフィルタ、Gフィルタ、Bフィルタ)が所定の周期性をもって配列されている。
図4に示すカラーフィルタ配列は、輝度信号を得るために最も寄与する色(この実施形態では、Gの色)に対応するGフィルタが、カラーフィルタ配列の水平、垂直、斜め右上(NE)、及び斜め左上(NW)方向の各ライン内に配置されている。
図4に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンは、その基本配列パターン内におけるR、G、Bフィルタに対応するR画素、G画素、B画素の画素数が、それぞれ8画素、20画素、8画素になっている。即ち、RGB画素の各画素数の比率は、2:5:2になっており、輝度信号を得るために最も寄与するG画素の画素数の比率は、他の色のR画素、B画素の画素数の比率よりも大きくなっている。
図4に示すカラーフィルタ配列は、上記Gの色以外の2色以上の他の色(この実施形態では、R,Bの色)に対応するRフィルタ、Bフィルタが、基本配列パターンP1内においてカラーフィルタ配列の水平、及び垂直方向の各ライン内に1つ以上配置されている。
図4に示すカラーフィルタ配列は、Gフィルタからなる2×2画素に対応する正方配列を含んでいる。
図4に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンは、その基本配列パターンの中心(4つのGフィルタの中心)に対して点対称になっている。また、図5に示したように、基本配列パターン内のA1配列及びB1配列も、それぞれ中心のGフィルタに対して点対称になっている。
次に、撮像素子202の構成とこれに起因するゴーストの発生について説明する。図9(a)は撮像素子202のカラーフィルタCF(カラーフィルタ)の配列を示す図であり、図10は撮像素子202の断面を示す図である。図4(a)に示すように、カラーフィルタCFは、緑色(G)、赤色(R)、及び青色(B)の各色が6画素×6画素の基本配列パターンの繰り返しとして配列されている。この基本配列パターンにおいて、水平方向の第1から第6のラインのうちの第1及び第3のライン(列a、列c)のカラーフィルタ配列はGBGGRGであり、第2のライン(列b)のカラーフィルタ配列はRGRBGBであり、第4及び第6のライン(列d、列f)のカラーフィルタ配列はGRGGBGであり、第5のライン(列e)のカラーフィルタ配列はBGBRGRである。
上述した下地のレイアウトの違いに起因する出力レベルの差(段差)は、撮像素子202の構成に加え、ゴースト光Gの入射角度にも依存する。図13はゴースト光Gの入射角度(光軸方向とのなす角)と出力レベルとの関係の例を示す図であり、列aのようにゴースト光GがフォトダイオードPDに入射する画素では出力が大きくなり(曲線H)、列bのようにゴースト光GがTGにブロックされる画素では出力が小さくなる(曲線L)様子を示している。曲線Hと曲線Lの差が出力レベルの差に相当する。
このような状況においてゴースト発生の判定を出力レベル差(段差)だけで行うと、図14のような被写体の明暗パターンにより出力レベル差が生じている場合でもゴーストと誤判定し不適切な補正を行うことになってしまう。そこで本実施の形態に係る撮像装置100では以下に説明するように出力レベル差の上限をしきい値として設定し、出力レベル差がこのしきい値を超えない範囲で異なる場合にゴーストと判定するようにしている。具体的には、出力レベルの差(段差)は撮像素子202の構成や個体差、及び交換レンズ300の特性や使用状況(絞り値、ズーム位置、フォーカス位置等)等の条件に基づいて予測が可能であるため、予測される出力レベル差の上限をしきい値として設定し、出力レベル差がしきい値以下の場合はゴーストによるものと認識して補正を行い、しきい値を超える出力レベル差は被写体のパターンによるものと認識して補正を行わない。これにより撮像装置100ではゴースト発生の誤判定を防ぎ、ゴーストの検出及び補正を適切に行うことができる。
上述したしきい値は一定の値を設定しておいてもよいが、諸条件に応じた値を設定することで、ゴーストの検出及び補正をいっそう適切に行うことが可能となる。以下、このようなしきい値設定の詳細について説明する。
撮像素子の周辺部では中心部と比較してゴースト以外の通常光の入射角度が異なり、一般的には通常光は周辺部ほど斜め方向から入射する。図15はそのような状況を示す図であり、図15(a)は撮像素子202の中心に近い部分における通常光Nの入射を示し、図15(b)は撮像素子202の周辺に近い部分における通常光Nの入射を示す。図15(b)のように入射角度が大きくなると、撮像素子202の各ライン間でTG等による入射光のブロックの程度が大きく異なるようになり、周辺部では通常光によってもある程度の大きさの段差が発生するようになる。よって画面周辺部では中心部よりもしきい値を大きく設定することで、誤補正の確率を下げることができる。このようなしきい値設定の例を図16に示す。図16では隣接ラインでの同色画素の出力レベルの差を%(パーセント)表現した値(画面中心では4%、周辺部では5.5%)をしきい値として設定した例を示している。
図18はゴースト検出及び補正処理の手順を示すフローチャートである。処理が開始されると、まずマウント256,346、及び端子257,347を介してカメラ本体200と交換レンズ300とが通信を行い、交換レンズ300のレンズ情報を取得する(S100)。ここで取得される「レンズ情報」はレンズ種類、絞り値(F値)、ズーム位置、フォーカス位置を含む。次に、取得したレンズ情報に基づいてROM228を参照し、出力レベル差に対するしきい値を設定する(S102)。ここで設定されるしきい値は、上述したように撮像素子202の個体差、レンズ情報、画素位置に応じた値である。
|(偶数行出力レベルの積算平均)−(奇数行出力レベルの積算平均)|<しきい値
ただし、
偶数行出力レベルの積算平均=(G00+G20+G30+G50+G02+G22+G32+G52+G14+G44)/10
奇数行出力レベルの積算平均=(G11+G41+G03+G23+G33+G53+G05+G25+G35+G55)/10
である。
[数2]
Sub=(偶数行出力レベルの積算平均)−(奇数行出力レベルの積算平均)
とし、G22,G32画素の出力レベルからSubの値を差し引く。これにより、出力レベルの高い偶数行の出力レベルを奇数行に合わせて下げることとなり、偶数行と奇数行との間で発生した出力レベル差が低減され撮影画像中で段差が目立たなくなる。偶数列(0列,2列,4列)と奇数列(1列,3列,5列)とで出力レベルに差が生じる場合も同様に処理できる。
図21は、ゴースト検出及び補正処理のタイミングを示す図である。本実施の形態に係る撮像装置100では、撮像素子202から出力された信号のキズ補正及び混色補正を行った後であって当該信号のノイズ除去補正を行う前に、メインCPU251の各機能及びデジタル信号処理部206によりゴースト検出の判定及び補正を行う。このようなタイミングで判定及び補正を行う理由は、(1)ゴーストによる出力レベルの段差補正により段差が補正されるが、その補正された後に混色補正を実施すると段差を増加させる可能性があるため、混色補正により通常の混色による段差を補正した後にゴーストの補正を行うことが望ましく、また(2)ノイズ補正でも段差を低減する方向に働くため、ゴースト段差も軽減されてしまいゴーストの判定が悪くなってしまうため、ノイズ補正の前にゴースト段差補正を実施することが望ましいからであり、また(3)このような補正のタイミングに合わせて判定を行うことが望ましいからである。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。第2の実施形態においても第1の実施形態と同様に、レンズ交換式カメラである撮像装置(撮像装置)はカメラ本体(画像処理装置)と、カメラ本体に交換可能に装着される交換レンズ(レンズ装置)と、から構成される。第2の実施形態に係る撮像装置、カメラ本体、及び交換レンズの構成は第1の実施形態にかかる撮像装置100、カメラ本体200、及び交換レンズ300の構成と同様であるが(図1〜図3参照)、第2の実施形態では撮像素子に設けられたカラーフィルタCFのカラーフィルタ配列が第1の実施形態と異なっている。なお第2の実施形態に係る撮像装置では第1の実施形態と同様に、撮像素子に光学的ローパスフィルタ(LPF)が設けられていない。
第2の実施形態において、撮像素子のカラーフィルタ配列は、下記の特徴(1)、(2)、(3)、及び(4)を有している。
図22に示すカラーフィルタ配列は、6×6画素に対応する正方配列パターンからなる基本配列パターンP2(太枠で示したパターン)を含み、この基本配列パターンP2が水平及び垂直方向に繰り返し配置されている。即ち、このカラーフィルタ配列は、R、G、Bの各色のフィルタ(Rフィルタ、Gフィルタ、Bフィルタ)が所定の周期性をもって配列されている。
図22に示すカラーフィルタ配列を構成する基本配列パターンP2は、輝度信号を得るために最も寄与する色(この実施形態では、Gの色)に対応するGフィルタと、Gの色以外の他の色(この実施形態では、R,B)に対応するRフィルタ、Bフィルタとが、基本配列パターン内の水平及び垂直方向の各ライン内に1つ以上配置されている。
次に、上記のようにして方向判別された相関方向を利用した補間方法について説明する。
G22’=B22+(G13+G31)/2−(B13’+B31’)/2
同様に、G32の画素位置におけるBの画素値B32'、B42の画素位置におけるRの画素値R42'の補間方法は、下式のようになる。
B32’=G32+B31'−G31
R42’=B42+R33−B33’
同様の処理を行ってB32'、G33'、B43'、R24'、B34'、G44'の補間を行う。
図22に示すカラーフィルタ配列を構成する基本配列パターンP2は、その基本配列パターンP2の中心に対して点対称になっている。
図22に示すカラーフィルタ配列の基本配列パターンは、その基本配列パターン内におけるR、G、Bフィルタに対応するR画素、G画素、B画素の画素数が、それぞれ10画素、16画素、10画素になっている。即ち、RGB画素の各画素数の比率は、5:8:5になっており、輝度信号を得るために最も寄与するG画素の画素数の比率は、他の色のR画素、B画素の画素数の比率よりも大きくなっている。
上述した構成の下、第2の実施形態では第1の実施形態と同様に、近接した同色画素間での出力レベル差が被写体の明暗パターンによるものかゴースト光によるものかを、しきい値を用いて検出し補正する。具体的には、ゴースト発生の様子及びしきい値の設定は図9〜図17及びこれに対応する上述の説明と同様であり、ゴーストの検出及び補正処理は図18,19及びこれに対応する上述の説明と同様であり、ゴースト検出及び補正処理のタイミングは図21及びこれに対応する上述の説明と同様である。
Claims (27)
- 撮影光学系と、
2次元配列された光電変換素子からなる複数の画素であって下地のレイアウトが異なる複数の画素が所定のパターンで繰り返し配列され、当該複数の画素上に所定のカラーフィルタ配列のカラーフィルタが配設された単板式の撮像素子と、
前記複数の画素のうちの一の画素の出力レベルと、当該一の画素の近傍にある同色の画素であって当該一の画素と前記下地のレイアウトが異なる他の画素の出力レベルと、があらかじめ設定されたしきい値を超えない範囲で異なる場合にゴーストが発生していると判定する判定手段と、
前記判定手段によりゴーストが発生していると判定された場合に、前記一の画素の出力レベルと前記近傍にある同色の画素の出力レベルとの差を低減する補正を行う補正手段と、
を備える撮像装置。 - 前記撮像素子は前記2次元配列における隣接ライン間で前記下地のレイアウトが異なり、
前記判定手段は前記隣接ラインに存在する同色画素の出力レベルが前記しきい値を超えない範囲で異なる場合にゴーストが発生していると判定する、
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記判定手段は前記一の画素の出力レベルと前記他の画素の出力レベルとの差が前記下地のレイアウトの繰り返し周期に応じて繰り返し生じている場合にゴーストが発生していると判定する、請求項1または2に記載の撮像装置。
- 前記判定手段は前記カラーフィルタのフィルタ色の全ての色に対応する画素に対して前記判定を行い、
前記補正手段はゴーストが発生していると判断された色に対応する画素に対して前記補正を行う、
請求項1から3のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記判定手段は前記カラーフィルタのフィルタの色のうちの一の色に対応する画素に対してゴーストが発生しているか否かの判定を行い、
前記補正手段は、前記判定手段が前記一の色についてゴーストが発生していると判定した場合は当該一の色を含む前記カラーフィルタのフィルタ色の全ての色に対応する画素に対して前記補正を行う、
請求項1から4のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記判定手段により用いられる前記しきい値は撮影画像の画素位置に応じて設定される、請求項1から5のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記判定手段は前記撮像素子の各個体に応じて設定されたしきい値に基づいて前記判定を行う、請求項1から6のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記撮像素子の撮像面は複数のエリアに分割されており、
前記判定手段は、前記複数のエリアのうちの少なくとも一のエリア内の同色画素の出力レベルの積算値に基づいて前記判定を行う、
請求項1から7のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記補正手段は、前記一の画素の出力レベルと前記他の画素の出力レベルとのうち高い方を低い方に合わせて下げることで前記発生した出力レベル差を低減する、請求項1から8のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記判定手段及び前記補正手段は、前記撮像素子から出力された信号のキズ補正及び混色補正を行った後であって前記信号のノイズ除去補正を行う前に前記判定及び前記補正を行う、請求項1から9のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記撮影光学系は光学ローパスフィルタの機能が非搭載である、請求項1から10のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記カラーフィルタ配列は、輝度信号を得るために最も寄与する第1の色に対応する第1のフィルタと前記第1の色以外の2色以上の第2の色に対応する第2のフィルタとが配列された所定の基本配列パターンを含み、該基本配列パターンが水平及び垂直方向に繰り返して配置され、
前記基本配列パターンの中に第1のフィルタまたは第2のフィルタの少なくとも1つの同色のフィルタが水平及び垂直方向に2画素以上連続配置されている、
請求項1から11のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記第1のフィルタ及び第2のフィルタは、それぞれ前記基本配列パターン内に前記カラーフィルタ配列の水平及び垂直方向の各ライン内に1つ以上配置され、
前記第1のフィルタは、更に前記基本配列パターン内において、水平、垂直、斜め右上、及び斜め左上方向の各方向に2以上隣接する部分が含まれるように配置されている、
請求項12に記載の撮像装置。 - 前記カラーフィルタ配列は、前記第2のフィルタのいずれか1色のフィルタを挟んで水平及び垂直方向にそれぞれ前記第1のフィルタが2以上連続配置されている、請求項12または13に記載の撮像装置。
- 前記カラーフィルタ配列は、前記第1のフィルタが3×3画素群において中心のフィルタを挟んで上下左右に配置され、該3×3画素群が水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている請求項12から14のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記第1の色は、緑(G)色であり、前記第2の色は、赤(R)色及び青(B)であり、
前記カラーフィルタは、赤(R)、緑(G)、青(B)の色に対応するRフィルタ、Gフィルタ及びBフィルタを有し、
前記カラーフィルタ配列は、3×3画素に対応する第1の配列であって、中心にRフィルタが配置され、4隅にBフィルタが配置され、中心のRフィルタを挟んで上下左右にGフィルタが配置された第1の配列と、3×3画素に対応する第2の配列であって、中心にBフィルタが配置され、4隅にRフィルタが配置され、中心のBフィルタを挟んで上下左右にGフィルタが配置された第2の配列とが、交互に水平及び垂直方向に配列されて構成されている請求項12から15のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記カラーフィルタ配列は、前記カラーフィルタのフィルタの色のうち輝度信号を得るために最も寄与する第1の色に対応する第1のフィルタと前記第1の色以外の2色以上の第2の色に対応する第2のフィルタとが配列された所定の基本配列パターンを含み、該基本配列パターンが水平方向及び垂直方向に繰り返して配置され、
前記第1のフィルタは、前記カラーフィルタ配列の水平、垂直、斜め右上、及び斜め左上方向の各ライン内に1つ以上配置され、 前記第2のフィルタは、前記基本配列パターン内に前記カラーフィルタ配列の水平、及び垂直方向の各ライン内に1つ以上配置される、
請求項1から11のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記カラーフィルタ配列は、前記第1のフィルタが水平、垂直、斜め右上、及び斜め左上方向の各ライン内で2画素以上連続する部分を含む、請求項17に記載の撮像装置。
- 前記カラーフィルタ配列は、前記第1のフィルタからなる2×2画素に対応する正方配列を含む、請求項17または18に記載の撮像装置。
- 前記カラーフィルタ配列は、前記第1のフィルタが3×3画素群において中心と4隅に配置され、該3×3画素群が水平方向及び垂直方向に繰り返し配置されている請求項17から19のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記第1の色は、緑(G)色であり、前記第2の色は、赤(R)色及び青(B)色であり、
前記所定の基本配列パターンは、6×6画素に対応する正方配列パターンであり、
前記カラーフィルタ配列は、3×3画素に対応する第1の配列であって、中心と4隅にGフィルタが配置され、中心のGフィルタを挟んで上下にBフィルタが配置され、左右にRフィルタが配列された第1の配列と、3×3画素に対応する第2の配列であって、中心と4隅にGフィルタが配置され、中心のGフィルタを挟んで上下にRフィルタが配置され、左右にBフィルタが配列された第2の配列とが、交互に水平方向及び垂直方向に配列されて構成されている請求項17から20のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 2次元配列された光電変換素子からなる複数の画素であって下地のレイアウトが異なる複数の画素が所定のパターンで繰り返し配列され、当該複数の画素上に所定のカラーフィルタ配列のカラーフィルタが配設された単板式の撮像素子と、
前記複数の画素のうちの一の画素の出力レベルと、当該一の画素の近傍にある同色の画素であって当該一の画素と前記下地のレイアウトが異なる他の画素の出力レベルと、があらかじめ設定されたしきい値を超えない範囲で異なる場合にゴーストが発生していると判定する判定手段と、
前記判定手段によりゴーストが発生していると判定された場合に、前記一の画素の出力レベルと前記近傍にある同色の画素の出力レベルとの差を低減する補正を行う補正手段と、
を備える画像処理装置。 - 請求項22に記載の画像処理装置と、
前記画像処理装置に交換可能に装着されるレンズ装置と、
前記レンズ装置のレンズ情報と前記しきい値とを関連づけて記憶する記憶手段と、
前記画像処理装置に装着されたレンズのレンズ情報を取得するレンズ情報取得手段と、を備え、
前記判定手段は前記記憶手段を参照して前記取得したレンズ情報に対応するしきい値を取得し、当該取得したしきい値に基づいて前記判定を行う、
撮像装置。 - 前記レンズ情報は前記装着されたレンズの絞り値、ズーム位置、及びフォーカス位置のうち少なくとも一つを含む、請求項23に記載の撮像装置。
- 光学ローパスフィルタの機能が非搭載である、請求項23または24に記載の撮像装置。
- 撮影光学系と、2次元配列された光電変換素子からなる複数の画素であって下地のレイアウトが異なる複数の画素が所定のパターンで繰り返し配列され、当該複数の画素上に所定のカラーフィルタ配列のカラーフィルタが配設された単板式の撮像素子を備える撮像装置の画像処理方法であって、
前記複数の画素のうちの一の画素の出力レベルと当該一の画素の近傍にある同色の画素であって当該一の画素と前記下地のレイアウトが異なる他の画素の出力レベルとがあらかじめ設定されたしきい値を超えない範囲で異なる場合にゴーストが発生していると判定する判定ステップと、
前記判定ステップによりゴーストが発生していると判定された場合に前記一の画素の出力レベルと前記近傍にある同色の画素の出力レベルとの差を低減する補正を行う補正ステップと、
を含む画像処理方法。 - 2次元配列された光電変換素子からなる複数の画素であって下地のレイアウトが異なる複数の画素が所定のパターンで繰り返し配列され、当該複数の画素上に所定のカラーフィルタ配列のカラーフィルタが配設された単板式の撮像素子を備える画像処理装置の画像処理方法であって、
前記複数の画素のうちの一の画素の出力レベルと当該一の画素の近傍にある同色の画素であって当該一の画素と前記下地のレイアウトが異なる他の画素の出力レベルとがあらかじめ設定されたしきい値を超えない範囲で異なる場合にゴーストが発生していると判定する判定ステップと、
前記判定ステップによりゴーストが発生していると判定された場合に前記一の画素の出力レベルと前記近傍にある同色の画素の出力レベルとの差を低減する補正を行う補正ステップと、
を含む画像処理方法。
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