JP2015177244A - Image processing apparatus and image processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像処理装置及び画像処理方法に関する。 The present invention relates to an image processing apparatus and an image processing method.
2次元状に配列された画素を有する撮像センサからの画像の読み出しにおいて、画素出力に大きなゲインを乗じる場合、外乱や読み出し回路等の影響により行毎にランダムなオフセットノイズが画像に生じ、画像上のパターンノイズとして視認されることがあった。このような横縞状のパターンノイズに対して、撮像センサに配置された遮光画素の出力を使った補正技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、撮像センサに配置された有効画素出力又は画像に対してフィルタ処理を施すことによって横縞状の固定パターンノイズを軽減する技術が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 When a pixel output is multiplied by a large gain when reading an image from an image sensor having two-dimensionally arranged pixels, random offset noise is generated in the image for each row due to disturbances or the influence of the readout circuit. It was sometimes visually recognized as pattern noise. For such horizontal stripe pattern noise, a correction technique using an output of a light-shielding pixel arranged in an image sensor has been proposed (for example, see Patent Document 1). In addition, a technique for reducing horizontal stripe-like fixed pattern noise by performing filter processing on an effective pixel output or an image arranged in an image sensor has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、画素出力に大きなゲインを乗じた場合、遮光画素の数が少ないためにランダムノイズから精度よくパターンノイズの成分を抽出することが困難であり、十分な補正効果を得られないことがある。また、特許文献2に記載のような技術では、行毎にランダムなオフセットノイズといった行毎に特徴を有するノイズ成分であっても、近傍画素の情報だけでフィルタ処理を行う。そのため、特許文献2に記載のような技術では、被写体像のエッジ部分では解像感を犠牲にしてしまうか、十分な補正が行えない可能性がある。
However, in the technique described in
本発明の目的は、ランダムノイズが大きい場合であっても、行毎にランダムなオフセットノイズに対する十分な補正効果が得られる画像補正を行うことができる画像処理装置及び画像処理方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an image processing apparatus and an image processing method capable of performing image correction that can provide a sufficient correction effect for random offset noise for each row even when the random noise is large. is there.
本発明に係る画像処理装置は、2次元状に配列された複数の画素を有する撮像素子で得られた画像データを入力画像とし、前記画像データに含まれる前記撮像素子における有効画素の画素出力のうち被写体像の平坦部の画素出力を選択する画素選択部と、前記画素選択部により選択された画素出力を基に第1の1次元データを算出する第1の算出部と、前記第1の算出部により算出された前記第1の1次元データから、行毎にランダムなオフセットノイズの成分を抽出して第2の1次元データを算出する第2の算出部と、前記第2の算出部により算出された前記第2の1次元データを、前記入力画像から行毎に減算する減算部とを有する。 An image processing apparatus according to the present invention uses, as an input image, image data obtained by an image sensor having a plurality of pixels arranged in a two-dimensional shape, and outputs a pixel output of effective pixels in the image sensor included in the image data. Among them, a pixel selection unit that selects a pixel output of a flat portion of the subject image, a first calculation unit that calculates first one-dimensional data based on the pixel output selected by the pixel selection unit, and the first A second calculation unit for calculating second one-dimensional data by extracting a random offset noise component for each row from the first one-dimensional data calculated by the calculation unit; and the second calculation unit A subtracting unit that subtracts the second one-dimensional data calculated by the above-mentioned input image for each row.
本発明によれば、ランダムノイズが大きい場合であっても、行毎にランダムなオフセットノイズに対する画像補正において十分な補正効果を得ることができる。 According to the present invention, even when random noise is large, a sufficient correction effect can be obtained in image correction for random offset noise for each row.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態について説明する。
図1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。本実施形態に係る撮像装置は、撮像素子10、アナログデジタル(AD)変換部20、タイミングジェネレータ(TG)30、システム制御部40、画像処理部50、メモリ60、表示器70、及び記録媒体80を有する。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. The imaging apparatus according to the present embodiment includes an
撮像素子10は、入射した光信号を電気的なアナログ信号に変換する。撮像素子10から出力されるアナログ信号は、アナログデジタル変換部20でデジタル信号に変換され、出力される。撮像素子10及びアナログデジタル変換部20は、タイミングジェネレータ30からのタイミング信号により同期して動作する。
The
画像処理部50は、システム制御部40による制御に従って、アナログデジタル変換部20から出力されたデジタル信号に対してデジタル信号処理を行う。このデジタル信号処理には、ノイズ低減、ゲイン調整、欠陥画素補間、及び行毎にランダムなオフセットノイズに対する画像補正等を含む。メモリ60には、画像処理部50の処理結果が記録される。また、メモリ60は、信号処理の一時作業領域として用いることが可能となっている。
The
システム制御部40は、タイミングジェネレータ30に制御信号を送り、画像データの取得に係る撮像制御を行うとともに、画像処理部50に対して信号処理に必要なデータを転送する。また、システム制御部40は、メモリ60に記録された画像データを表示器70で表示したり、コンパクトフラッシュ(登録商標)やSDカード等の記録媒体80に画像データを記録したりする。
The
図2は、本実施形態に係る撮像素子10の構成例の概略を示す図である。撮像素子10は、複数の単位画素101が2次元状(行方向及び列方向)に配列された画素部100と、任意の画素出力を読み出すための垂直走査回路102、読み出し回路103、及び水平走査回路104とを有する。
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a configuration example of the
図3(a)は、単位画素101の構成例を示す図である。図3(a)には、画素部100が有する複数の単位画素101のうちj行目に配置された1つの単位画素101を一例として示している。単位画素101は、フォトダイオード(光電変換素子)120、転送スイッチ121、フローティングディフュージョン122、リセットスイッチ123、行選択スイッチ124、及びソースフォロアアンプ125を有する。ソースフォロアアンプ125は、配置された列の垂直信号線126に接続されている。
FIG. 3A is a diagram illustrating a configuration example of the
転送スイッチ121は、制御信号φTXによりオン/オフ制御され、リセットスイッチ127は、制御信号φRによりオン/オフ制御され、行選択スイッチ124は、制御信号φSELによりオン/オフ制御される。制御信号φTX、φR、φSELは、画素外部(垂直走査回路102)から供給される。
The
図3(b)は、読み出し回路103の構成例を示す図である。読み出し回路103は、列毎に設けられた列回路130と出力アンプ135とを有する。列回路130は、ノイズ信号(N)読みスイッチ131a、撮像信号(S)読みスイッチ131b、N読み容量132a、S読み容量132b、N読み転送スイッチ133a、及びS読み転送スイッチ133bを有する。各々の列回路130には、対応する列の垂直信号線126が接続されている。また、各々の列回路130のN読み転送スイッチ133aとS読み転送スイッチ133bは、それぞれ水平出力線134a、134bにより出力アンプ135に接続されている。
FIG. 3B is a diagram illustrating a configuration example of the
N読みスイッチ131aは、制御信号φTNによりオン/オフ制御され、S読みスイッチ131bは、制御信号φTSによりオン/オフ制御される。また、N読み転送スイッチ133a及びS読み転送スイッチ133bは、画素外部(水平走査回路104)からの制御信号φPHによりオン/オフ制御される。
The
図4は、本実施形態における画素信号の読み出し動作例を示すタイミングチャートである。図4では、撮像素子10の第i列、第j行に配置された画素からの読み出しを一例として示している。第j行目の画素に共通の信号を、φSEL(j)、φR(j)、φTX(j)と表している。
FIG. 4 is a timing chart showing an example of a pixel signal readout operation in the present embodiment. In FIG. 4, readout from the pixels arranged in the i-th column and the j-th row of the
まず、時刻T1〜時刻T2の期間において、リセット信号φR(j)がアサートされる。また、時刻T1〜時刻T2の期間中に制御信号φTX(j)がアサートされることで、フォトダイオード120の信号電荷はリセットされる。この動作は、すべての行で行われ、画素部100内のすべての画素が同時にリセットされる。リセット完了後、制御信号φTX(j)、φR(j)はネゲートされる。
First, in the period from time T1 to time T2, the reset signal φR (j) is asserted. Further, the signal charge of the
この後、時刻T3において、被写体像を導光する不図示のメカシャッターが開いて、すべての画素が同時に信号電荷の蓄積を開始する。メカシャッターは、時刻T4で閉じられる。時刻T3〜時刻T4の期間が、フォトダイオード120の信号電荷の蓄積期間となる。時刻T5において、行選択信号φSEL(j)がアサートされ、第j行目の画素の行選択スイッチ124がオンとなり、ソースフォロアアンプ125が動作状態になる。ここで、時刻T6〜時刻T7の期間において、リセット信号φR(j)がアサートされることで、ソースフォロアアンプ125のゲートの電位がリセットされる。
Thereafter, at time T3, a mechanical shutter (not shown) that guides the subject image is opened, and all pixels start to accumulate signal charges simultaneously. The mechanical shutter is closed at time T4. A period from time T3 to time T4 is a signal charge accumulation period of the
時刻T8において、制御信号φTNがアサートされることで、リセット直後のダークレベル信号が、垂直出力線126及びN読みスイッチ131aを介して、読み出し回路103内の第i列目の列回路130のN読み容量132aに保持される。N読み容量132aにダークレベル信号の転送が完了した時刻T9で制御信号φTNはネゲートされる。N読み容量132aに保持されたダークレベル信号を、ここではN読み信号と称する。
At time T8, the control signal φTN is asserted, so that the dark level signal immediately after the reset becomes N in the
時刻T10において、制御信号φTX(j)がアサートされ、フォトダイオード120に蓄積された信号電荷が、転送スイッチ121を介してフローティングディフュージョン122に転送される。転送された電荷はフローティングディフュージョン122の容量で電圧に変換され、信号レベルが確定する。信号電荷の転送が十分に行われた時刻T11で制御信号φTX(j)をネゲートし、時刻T12で制御信号φTSがアサートされる。これにより信号レベルが、垂直出力線126及びS読みスイッチ131bを介して、読み出し回路130内の第i列目の列回路130のS読み容量132bに保持される。S読み容量132bに信号レベルの転送が完了した時刻T13で制御信号φTSはネゲートされる。S読み容量132bに保持された信号レベルを、ここではS読み信号と称する。
At time T10, the control signal φTX (j) is asserted, and the signal charge accumulated in the
時刻T14において、行選択信号φSEL(j)がネゲートされ、第j行の画素からの画素信号の読み出しが完了する。このようにして保持されたS読み信号からN読み信号を、水平走査回路104からの制御信号φPHにより第i列目の列回路から順に水平出力線134a、134bを介して出力アンプ135に出力する。出力アンプ135では、S読み信号からN読み信号を減算することでSN比の良い画素信号が出力される。このような読み出し回路103の働きにより、CMOSイメージセンサは良好なSN比を得ることができるようになっている。
At time T14, the row selection signal φSEL (j) is negated, and reading of the pixel signal from the pixel in the jth row is completed. The N reading signal from the S reading signal held in this way is output to the
しかし、選択行の読み出し中に電源やグランド(GND)の電圧レベルが変動した場合、その電圧変動が選択行全体に水平方向のパターンノイズとして現れてしまう。これは、ノイズ信号の読み出し(N読み)と撮像信号の読み出し(S読み)の時刻差があることで、その間に生じた電圧変動が減算後の信号に行毎にランダムなオフセットノイズとして現れることが原因として考えられる。 However, when the voltage level of the power supply or the ground (GND) varies during reading of the selected row, the voltage variation appears as horizontal pattern noise in the entire selected row. This is because there is a time difference between the readout of the noise signal (N reading) and the readout of the imaging signal (S reading), and voltage fluctuations generated during that time appear as random offset noise for each row in the signal after subtraction. Is considered as the cause.
図5は、本実施形態に係る撮像素子10の画素レイアウトの例を示す図である。撮像素子10には、遮光された画素が配置された垂直オプティカルブラック(VOB)部140、水平オプティカルブラック(HOB)部141、及び非遮光画素が配置された有効画素部142が存在する。遮光画素は、例えば撮像素子を製造する半導体プロセスでフォトダイオード前面の配線層により遮光される。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a pixel layout of the
前述した行毎にランダムなオフセットノイズは、有効画素部142の画素出力に限らず、遮光されたHOB部141の画素出力にも同様に現れる。そのため、画像処理部50でHOB部141の画素信号を用いて有効画素部142の画素信号をデジタル的に補正することが可能である。この画像補正処理について、以下に説明する。
The random offset noise for each row described above appears not only in the pixel output of the
ある行においてHOB部141の画素出力の水平方向の平均値を求めることで、ランダムノイズを抑制し、当該行におけるオフセットノイズ量を推定することができる。この推定されたオフセットノイズ量を減算することで有効画素部142の画素出力におけるオフセットノイズを補正する。また、当該行を含む複数行分のHOB部141の画素出力から平均値を求め、当該行のオフセットノイズ量を推定してもよい。後者の場合、増やした行数分だけ異なる行のオフセットノイズが計算に加わるため、当該行の正確なノイズ量を推定できなくなるが、平均母数が増えることでランダムノイズの抑制効果は大きく、大きな誤りとはなりにくいと考えられている。オフセットノイズ量を推定する際に使用する行数は、HOB部141の1行分の画素数を考慮して適宜調整することが望ましい。この処理をHOB横縞補正と称する。
By obtaining the horizontal average value of the pixel output of the
前述したHOB横縞補正によって、十分な補正効果を得るためには、HOB部141の1行分の画素は十分な数が必要である。特に、ランダムノイズの影響が大きくなる高撮影感度(高ISO感度)設定時においては、HOB部141の画素出力からオフセットノイズ量を推定することが困難になる。
In order to obtain a sufficient correction effect by the above-described HOB horizontal stripe correction, a sufficient number of pixels for one row of the
そこで、本実施形態では、ランダムノイズが大きい場合であっても、行毎にランダムなオフセットノイズを軽減し、十分な補正効果が得られる画像補正を行えるようにする。図6は、第1の実施形態に係る画像処理部50の構成例を示すブロック図である。図6には、第1の実施形態に係る画像処理部50が有する構成のうち、前述の撮像素子の読み出しに起因して発生する行毎にランダムなオフセットノイズを補正する部分のみを示している。
Therefore, in the present embodiment, even when the random noise is large, random offset noise is reduced for each row so that image correction with sufficient correction effect can be performed. FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of the
図6に示すように、画像処理部50は、画素選択部502、第1の算出部503、第2の算出部504、及び行オフセット減算部505を有する。画素選択部502は、画像処理部50に入力された画像データ(入力画像)に対して、有効画素部の画素出力の内から画素値の類似した被写体像の平坦部の画素出力を選択する。
As illustrated in FIG. 6, the
ここで、被写体像の平坦部について図7を参照して説明する。図7は、画像データの被写体像の平坦部を説明するための図である。図7(a)に示す画像データに対して、図7(b)においてハッチングを施した領域510は、人物等の主被写体ではない空や平坦な壁等が撮影された領域を示す。特に夜間の撮影では、主被写体に対して背景部分は露光不足で平坦な暗部として写りやすい。画素選択部502は、図7(b)の領域510に示すような被写体像の平坦部の画素出力を選択する。
Here, the flat portion of the subject image will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram for explaining a flat portion of a subject image of image data. A hatched
第1の算出部503は、画素選択部502が選択した画素出力から、行毎に水平方向の画素出力の平均値を求めて、画像垂直方向に関する1次元データである第1の1次元データDTAを算出する。つまり、第1の算出部503では、行毎に平坦部として選択した画素出力の水平方向の平均値を算出することで、その行における画像水平方向の低周波成分を抽出している。第1の1次元データDTAからは、画像水平方向の低周波成分の画像垂直方向に対する変化を知ることができる。
The
第1の算出部503により算出された第1の1次元データDTAには、行毎にランダムなオフセットノイズ成分と被写体像の成分とが含まれる。第2の算出部504は、第1の1次元データDTAに対してフィルタ処理を施すことにより、行毎にランダムなオフセットノイズ成分だけが抽出された第2の1次元データDTBを算出する。前述した画素選択部502による処理で、第1の1次元データDTAには低周波側に被写体像の成分を持ち、高周波側に行毎にランダムなオフセットノイズの成分が多く含まれ、被写体像の高周波成分は除去されている。したがって、第1の1次元データDTAに対して低周波成分を小さくするフィルタ処理を行うだけで、被写体像の高周波成分の影響を受けることなく、行毎にランダムなオフセットノイズの成分のみが抽出された第2の1次元データDTBを抽出することができる。
The first one-dimensional data DTA calculated by the
行オフセット減算部で505は、画像処理部50に入力された画像データ(入力画像)から、第2の算出部504により算出された第2の1次元データDTBを、行毎に減算する。これにより、前述したHOB横縞補正だけよりも、行毎にランダムなオフセットノイズが少ない画像データを得ることが可能となる。本実施形態では、画素選択部502により被写体像の平坦部の画素出力だけを取り出すことにより、フィルタ処理時にノイズ成分として取り出せる周波数帯域を広くでき、被写体のエッジ部の周波数帯域と重複するノイズ成分も抽出することが可能になる。
A row offset
以下に、前述した第1の実施形態に係る画像処理部50での処理について詳細を説明する。まず、画素選択部502の具体的な処理内容について説明する。図8は、画像における行毎の画素出力値の分布例を説明するための図である。図8(a)、(b)に示すように、画像中の行CA及び行CBから行毎の画像出力値のヒストグラムを作成した場合、ピントの合っている主被写体は高周波成分が多く、背景部等は低周波成分が多いため、画素出力の最頻値は背景部分を示している可能性が高い。背景部が空や平坦な壁等であった場合には、その傾向が強くなる。
Details of the processing in the
そこで、画素選択部502は、行毎の画像出力値のヒストグラムを作成し、第1の閾値と第2の閾値との範囲内の画素出力を示す画素を、その行における平坦部画素とする。図8を参照して、第1の閾値及び第2の閾値の決定方法の一例を説明する。最頻値κとし、(κ−λ1)≦κ≦(κ+λ2)の関係がある値λ1、λ2により、第1の閾値を(κ−λ1)、第2の閾値を(κ+λ2)とする。値λ1、λ2の決定方法としては、撮影画像と同じ撮影感度(ISO感度)設定で得られたダーク画像の画素値の標準偏差σを基準に決定してもよい。本発明者が実験的に行った結果では、それぞれ(κ−2σ)≦(κ−λ1)≦(κ−σ)、(κ+σ)≦(κ+λ2)≦(κ+2σ)の範囲で定めたときに良好な結果が得られた。ここで、一つ上の行の最頻値κ’により、第1の閾値を(κ’−λ1)、第2の閾値を(κ’+λ2)としても差し支えない。
Therefore, the
前述した処理において、電線等の水平方向に長く細い被写体が写っていた場合、行毎の画素出力の最頻値が短い周期で大きく変化することがある。図9は、水平方向に長く細い被写体が写っていた場合の行毎の画素出力の最頻値の例を示す図である。図9(a)に示すように行毎の画素出力の最頻値に高周波成分が含まれると、これを基に算出される第1の1次元データにも不要な高周波成分が含まれてしまい、フィルタ処理で行毎にランダムなオフセットノイズだけを抽出することが困難となってしまう。図9(b)は、図9(a)に示したデータに対して移動平均フィルタをかけたデータを示している。このように、各行での最頻値κに対して移動平均フィルタ等のローパスフィルタ処理を施すことで、被写体平坦部の画素の選択において誤った判断をしにくくすることができる。 In the processing described above, when a long and thin subject such as an electric wire is captured in the horizontal direction, the mode value of the pixel output for each row may change greatly in a short cycle. FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the mode value of the pixel output for each row when a long and thin subject is captured in the horizontal direction. As shown in FIG. 9A, if the mode value of the pixel output for each row includes a high frequency component, the first one-dimensional data calculated based on this mode also includes an unnecessary high frequency component. Therefore, it becomes difficult to extract only random offset noise for each row by the filter processing. FIG. 9B shows data obtained by applying a moving average filter to the data shown in FIG. In this way, by performing low-pass filter processing such as a moving average filter on the mode value κ in each row, it is possible to make it difficult to make an erroneous determination in selecting a pixel in the subject flat portion.
前述した第1の閾値及び第2の閾値の決定方法は一例であり、これに限定されるものではない。また、複数の画素出力を平坦部の画素選択の判定に使うことも可能である。例えば、画素選択部502は、注目している画素を中心に画像の水平方向に移動平均値を算出し、その平均値が第1の閾値と第2の閾値との範囲内であるときに、その注目している画素を平坦部画素と判断する。このようにした場合には、水平方向に移動平均を求めることでランダムノイズを抑制できるため、単一の画素だけで判断するよりも平坦部を正しく捉えることができる。また、複数の画素を使うことに関し、水平方向の複数の画素に限定するものではなく、2次元的に近傍に存在する画素を使っても良いし、移動平均以外のメディアンフィルタ等を使用しても良い。
The method for determining the first threshold value and the second threshold value described above is an example, and the present invention is not limited to this. It is also possible to use a plurality of pixel outputs for determination of pixel selection in the flat portion. For example, the
次に、第1の算出部503の具体的な処理について説明する。第1の算出部503は、画素選択部502で被写体像の平坦部の画素と判断された画素の画素出力値を一行間に渡り、積分するとともに、その画素数をカウントする。そして、第1の算出部503は、行末の画素まで処理が終了すると、積分値を画素数で除算する。すべての行について処理が終了すると、第1の1次元データDTAが得られる。
Next, specific processing of the
図10は、第1の1次元データDTAの特徴を説明するための図である。図10(a)、(b)に示すように、第1の1次元データは、横軸を画素部100の行とし、縦軸を画素選択部502で選択された画素の水平方向の平均値としたデータである。図10(a)は、入力画像に行毎のランダムノイズが存在する場合に第1の算出部503で得られる第1の1次元データを示している。図10(b)は、前述の行毎にランダムなオフセットノイズがなかった場合に同様の処理をして得られる第1の1次元データを示している。行毎にランダムなオフセットノイズがない場合、第1の1次元データは、画像垂直方向に対して大きく変化することが少ないため、図10(b)に示すような低周波成分が支配的なデータとなることが予想できる。したがって、図10(a)に見られる高周波成分は、行毎にランダムなオフセットノイズの影響が主であると判断できる。
FIG. 10 is a diagram for explaining the characteristics of the first one-dimensional data DTA. As shown in FIGS. 10A and 10B, the first one-dimensional data is the horizontal average value of the pixels selected by the
次に、第2の算出部504の具体的な処理について説明する。第2の算出部504は、第1の算出部503により算出された第1の1次元データに対して、特定の周波数帯域を抽出する処理を行うことにより、行毎にランダムなオフセットノイズを抽出する。周波数帯域毎に分解する方法としては、例えば離散ウェーブレット変換(Discrete Wavelet Transform)による多重解像度分解等がある。
Next, specific processing of the
図11は、第2の算出部504の構成例を示すブロック図である。第2の算出部504は、周波数変換部520、帯域抽出部521、被写体エッジ除去部522、及び逆変換部523を有する。周波数変換部520は、離散ウェーブレット変換を第1の1次元データDTAに適用し、周波数帯域毎のウェーブレット係数に分解する。また、離散ウェーブレット変換には高速アルゴリズムが知られている。ウェーブレット変換の概要を、図12を参照して説明する。
FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration example of the
図12(a)は、ウェーブレット変換の概要を示す図である。離散ウェーブレット変換は、利得特性が対称な一組のローパスフィルタとハイパスフィルタとを利用して複数の周波数帯域に分解する。ローパスフィルタの出力として得られた信号はスケーリング係数と呼ばれ、ハイパスフィルタの出力として得られた信号はウェーブレット係数と呼ばれる。高速アルゴリズムを用いるにはデータ長が2のべき乗でなければならないので、ダミーデータ等で数を合わせる。 FIG. 12A is a diagram showing an outline of wavelet transform. The discrete wavelet transform is decomposed into a plurality of frequency bands using a pair of low-pass filters and high-pass filters having symmetrical gain characteristics. The signal obtained as the output of the low-pass filter is called a scaling coefficient, and the signal obtained as the output of the high-pass filter is called a wavelet coefficient. Since the data length must be a power of 2 in order to use the high-speed algorithm, the numbers are matched with dummy data or the like.
図12(a)において、スケール0は原信号であり、便宜上、スケーリング係数S0として表している。スケーリング係数S0に対し、ローパスフィルタを通したスケーリング係数S1とハイパスフィルタを通したウェーブレット係数T1を得る。ここで、スケーリング係数S1及びウェーブレット係数T1のデータ長は、それぞれスケーリング係数S0の半分となる。同様にして、スケーリング係数S1に対し、ローパスフィルタを通したスケーリング係数S2とハイパスフィルタを通したウェーブレット係数T2を得る。スケーリング係数S2及びウェーブレット係数T2のデータ長は、スケーリング係数S1の半分である。また、ウェーブレット係数T1についてはフィルタ処理を行わない。このようにスケーリング係数にだけ一連のフィルタ処理を繰り返し行うことで、図12(a)に示したように、繰り返した分だけ周波数帯域の異なるウェーブレット係数を得ることができる。
In FIG. 12A,
図12(b)は、各スケールでのウェーブレット係数がもつ周波数帯域を表した図である。帯域抽出部521は、前述のようにして周波数変換部520により得られたウェーブレット係数に対して、特定の周波数帯域成分以外に1.0以下のゲインを乗じて、行毎のオフセットノイズを抽出する。本実施形態では、第2の算出部504に入力された第1の1次元データDTAには被写体像の成分が低周波成分として含まれているので、予め設定したスケール以下のウェーブレット係数にはゼロを乗じる。言い換えると、帯域抽出部521は、事前に決めた周波数帯域以下の成分をカットする。カットする周波数帯域は、行毎にランダムなオフセットノイズが撮像素子における垂直方向にどのような周波数帯域で出現しているかで判断する。
FIG. 12B is a diagram showing the frequency bands of the wavelet coefficients at each scale. The
次に、被写体エッジ除去部522は、帯域抽出部521でカットしなかったウェーブレット係数に対しても、ウェーブレット係数の大きさに応じてゲイン調整を行う。図13は、スケールmのウェーブレット係数に対する被写体エッジ除去を示す図である。被写体エッジ除去部522は、スケールmのウェーブレット係数のうち、負の閾値a1以下の係数及び正の閾値a2以上の係数に対して1.0以下のゲインを乗じる。この処理は、行毎にランダムなオフセットノイズは、被写体像のエッジ部分に比べ、画素値の変動が小さいという特徴を利用して、画素選択部502で混入してしまった被写体像のエッジ部の情報を縮小するために行う。これにより、画像補正後の画像において、被写体のエッジ情報が失われるのを抑制することができる。
Next, the subject
逆変換部523は、被写体エッジ部522で処理したウェーブレット係数データを、逆離散ウェーブレット変換(Inverse Discrete Wavelet Transform)を施し、第2の1次元データDTBを得る。ここで求められた第2の1次元データDTBは、行毎にランダムなオフセットノイズが抽出されたものである。
The
なお、ここでは離散ウェーブレット変換を用いる例を説明したが、周波数帯域で成分の分離を行うことができれば、フーリエ変換やその他の多重解像度分解手段、又はデジタルフィルタを用いてもよい。 Although an example using the discrete wavelet transform has been described here, a Fourier transform, other multi-resolution decomposition means, or a digital filter may be used as long as the components can be separated in the frequency band.
次に、行オフセット減算部505の具体的な処理について説明する。行オフセット減算部505は、画像処理部50に入力された元の画像データから、第2の1次元データDTBの中で元画像の行に対応する数値に後述する信頼性係数を乗じて行毎に一律の値を減算する。信頼性係数とは、第2の1次元データDTBがどの程度正確に行毎にランダムなオフセットノイズを抽出できたかによって乗じるものである。例えば、画素選択部502で選択された画素のカウント数に応じて、1.0以下のゲインを信頼性係数として乗じる。例えば、画素選択部502で選択された画素のカウント数が大きい場合にはゲインを大きくし、カウント数が小さい場合にはゲインを小さくする。
Next, specific processing of the row offset
第1の実施形態によれば、前述した画像処理部50での処理により、有効画素の画素出力から画像に含まれる行毎にランダムなオフセットノイズの成分を除くことができる。したがって、画像に含まれる行毎にランダムなオフセットノイズに対する画像補正を有効画素の画素出力に適切に施すことができ、ランダムノイズが大きい場合であっても十分な補正効果を得ることができる。
According to the first embodiment, by the processing in the
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。第2の実施形態は、第1の実施形態における画像補正と前述したHOB横縞補正と併用するものである。以下では、第1の実施形態と異なる点についてのみ説明する。図14は、第2の実施形態に係る画像処理部50の構成例を示すブロック図である。なお、図14においても、第2の実施形態に係る画像処理部50が有する構成のうち、前述の撮像素子の読み出しに起因して発生する行毎にランダムなオフセットノイズを補正する部分のみを示している。図14において、図6に示した構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the image correction in the first embodiment and the HOB horizontal stripe correction described above are used in combination. Hereinafter, only differences from the first embodiment will be described. FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration example of the
図14に示すように、画像処理部50は、HOB横縞補正部500、ISO感度判定部501、画素選択部502、第1の算出部503、第2の算出部504、及び行オフセット減算部505を有する。画像処理部50に入力された画像データ(入力画像)は、まずHOB横縞補正部500に入力される。HOB横縞補正部500は、前述の第1の実施形態で説明したHOB横縞補正処理を行う。HOB横縞補正処理に用いるHOB画素の行数は、撮影感度(ISO感度)の設定に応じて予め決めておく。ここで、撮影感度(ISO感度)の設定が高いほどランダムノイズが大きくなることから、撮影時の撮影感度(ISO感度)が高いほど補正に用いるHOB画素の行数を十分に大きくする。これにより、行毎にランダムなオフセットノイズの低周波成分が除去された第1の横縞補正画像が得られる。
As illustrated in FIG. 14, the
HOB横縞補正処理に用いるHOB画素の行数の決定方法としては、例えば撮像素子10に光が入り込まないように遮光して撮影した画像(以下、ダーク画像と称する)の有効画素部の画素値のばらつきから決定する方法がある。有効画素部の画素出力値が平均μ、標準偏差σの分布を持っているとき、中心極限定理に基づき、画素n個の平均値は平均μ、標準偏差σ/√nの分布に含まれる。平均値の標準偏差σ/√nが十分に小さくなるように値nを決定する。なお、値nが2のべき乗となるようにすると除算がシフト演算で実現できるので、実装上好ましい。
As a method for determining the number of rows of HOB pixels used for the HOB horizontal stripe correction process, for example, the pixel value of the effective pixel portion of an image (hereinafter referred to as a dark image) captured while being shielded so that light does not enter the
ISO感度判定部501は、画像データの撮影感度(ISO感度)に応じたスイッチから成る。ISO感度判定部501は、画像処理装置50に入力された画像データの撮影時の撮影感度(ISO感度)を基に、第1の横縞補正画像を画素選択部502に出力するか否かを判定する。画像処理装置50に入力された画像データの撮影時の撮影感度(ISO感度)が予め設定された撮影感度である場合、第1の横縞補正画像を画素選択部502に出力し、第1の実施形態と同様の処理を行う。このように第2の実施形態によれば、第1の実施形態における画像補正とHOB横縞補正部500によるHOB横縞補正処理とを併用することで、行毎にランダムなオフセットノイズの低周波成分と高周波成分を合わせて軽減することができる。
The ISO
(本発明の他の実施形態)
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。
(Other embodiments of the present invention)
The present invention can also be realized by executing the following processing. That is, software (program) that realizes the functions of the above-described embodiments is supplied to a system or apparatus via a network or various storage media, and a computer (or CPU, MPU, or the like) of the system or apparatus reads the program. It is a process to be executed.
例えば、第1及び第2の実施形態に示した画像処理装置は、図15に示すようなコンピュータ機能1000を有し、そのCPU1001により第1及び第2の実施形態での動作が実施される。コンピュータ機能1000は、図15に示すように、CPU1001と、ROM1002と、RAM1003とを備える。また、操作部(CONS)1009のコントローラ(CONSC)1005と、CRTやLCD等の表示部としてのディスプレイ(DISP)1010のディスプレイコントローラ(DISPC)1006とを備える。さらに、ハードディスク(HD)1011、及びフレキシブルディスク等の記憶デバイス(STD)1012のコントローラ(DCONT)1007と、ネットワークインタフェースカード(NIC)1008とを備える。それら機能部1001、1002、1003、1005、1006、1007、1008は、システムバス1004を介して互いに通信可能に接続された構成としている。
For example, the image processing apparatus shown in the first and second embodiments has a
CPU1001は、ROM1002又はHD1011に記憶されたソフトウェア、又はSTD1012より供給されるソフトウェアを実行することで、システムバス1004に接続された各構成部を総括的に制御する。すなわち、CPU1001は、前述したような動作を行うための処理プログラムを、ROM1002、HD1011、又はSTD1012から読み出して実行することで、第1及び第2の実施形態での動作を実現するための制御を行う。RAM1003は、CPU1001の主メモリ又はワークエリア等として機能する。CONSC1005は、CONS1009からの指示入力を制御する。DISPC1006は、DISP1010の表示を制御する。DCONT1007は、ブートプログラム、種々のアプリケーション、ユーザファイル、ネットワーク管理プログラム、及び第1及び第2の実施形態における前記処理プログラム等を記憶するHD1011及びSTD1012とのアクセスを制御する。NIC1008はネットワーク1013上の他の装置と双方向にデータをやりとりする。
The
なお、前記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化のほんの一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 The above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed as being limited thereto. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.
10:撮像素子 50:画像処理部 500:HOB横縞補正部 501:ISO感度判定部 502:画素選択部 503:第1の算出部 504:第2の算出部 505:行オフセット減算部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10: Image pick-up element 50: Image processing part 500: HOB horizontal stripe correction | amendment part 501: ISO sensitivity determination part 502: Pixel selection part 503: 1st calculation part 504: 2nd calculation part 505: Row offset subtraction part
Claims (11)
前記画像データに含まれる前記撮像素子における有効画素の画素出力のうち被写体像の平坦部の画素出力を選択する画素選択部と、
前記画素選択部により選択された画素出力を基に第1の1次元データを算出する第1の算出部と、
前記第1の算出部により算出された前記第1の1次元データから、行毎にランダムなオフセットノイズの成分を抽出して第2の1次元データを算出する第2の算出部と、
前記第2の算出部により算出された前記第2の1次元データを、前記入力画像から行毎に減算する減算部とを有することを特徴とする画像処理装置。 Image data obtained by an image sensor having a plurality of pixels arranged two-dimensionally is used as an input image,
A pixel selection unit that selects a pixel output of a flat portion of a subject image among pixel outputs of effective pixels in the image sensor included in the image data;
A first calculation unit that calculates first one-dimensional data based on a pixel output selected by the pixel selection unit;
A second calculation unit that extracts random offset noise components for each row from the first one-dimensional data calculated by the first calculation unit to calculate second one-dimensional data;
An image processing apparatus comprising: a subtraction unit that subtracts the second one-dimensional data calculated by the second calculation unit for each row from the input image.
前記第1の算出部により算出された前記第1の1次元データを複数の周波数帯域のデータに変換する周波数変換部と、
前記周波数変換部により得られた複数の周波数帯域のデータから特定の周波数帯域成分を抽出する帯域抽出部と、
前記帯域抽出部により抽出された周波数帯域のデータから被写体のエッジ情報を取り除く被写体エッジ除去部と、
前記被写体エッジ除去部からの出力を逆変換し、前記第2の1次元データを算出する逆変換部とを有することを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の画像処理装置。 The second calculation unit includes:
A frequency converter that converts the first one-dimensional data calculated by the first calculator into data of a plurality of frequency bands;
A band extractor for extracting specific frequency band components from data of a plurality of frequency bands obtained by the frequency converter;
A subject edge removing unit that removes subject edge information from the frequency band data extracted by the band extracting unit;
The image processing apparatus according to claim 1, further comprising: an inverse conversion unit that performs inverse conversion on an output from the subject edge removal unit and calculates the second one-dimensional data. .
前記画像データの撮影時の撮影感度を基に、前記第1の横縞補正画像を前記画素選択部に出力するか否かを判定する判定部とを有することを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の画像処理装置。 Based on the pixel output of the light-shielded pixel included in the image data, a correction unit that obtains a first horizontal stripe correction image in which random offset noise is corrected for each row from the pixel output of the effective pixel;
The determination unit according to claim 1, further comprising: a determination unit configured to determine whether to output the first horizontal stripe correction image to the pixel selection unit based on a photographing sensitivity at the time of photographing the image data. The image processing apparatus according to any one of the above.
前記画像データに含まれる前記撮像素子における有効画素の画素出力のうち被写体像の平坦部の画素出力を選択する画素選択工程と、
前記画素選択工程で選択された画素出力を基に第1の1次元データを算出する第1の算出工程と、
算出された前記第1の1次元データから、行毎にランダムなオフセットノイズの成分を抽出して第2の1次元データを算出する第2の算出工程と、
算出された前記第2の1次元データを、前記入力画像から行毎に減算する減算工程とを有することを特徴とする画像処理方法。 Image data obtained by an image sensor having a plurality of pixels arranged two-dimensionally is used as an input image,
A pixel selection step of selecting a pixel output of a flat portion of a subject image among pixel outputs of effective pixels in the image sensor included in the image data;
A first calculation step of calculating first one-dimensional data based on the pixel output selected in the pixel selection step;
A second calculation step of calculating a second one-dimensional data by extracting a random offset noise component for each row from the calculated first one-dimensional data;
And a subtracting step of subtracting the calculated second one-dimensional data for each row from the input image.
前記画像データに含まれる前記撮像素子における有効画素の画素出力のうち被写体像の平坦部の画素出力を選択する画素選択ステップと、
前記画素選択ステップで選択された画素出力を基に第1の1次元データを算出する第1の算出ステップと、
算出された前記第1の1次元データから、行毎にランダムなオフセットノイズの成分を抽出して第2の1次元データを算出する第2の算出ステップと、
算出された前記第2の1次元データを、前記入力画像から行毎に減算する減算ステップとをコンピュータに実行させるためのプログラム。 Image data obtained by an image sensor having a plurality of pixels arranged two-dimensionally is used as an input image,
A pixel selection step of selecting a pixel output of a flat portion of the subject image among pixel outputs of effective pixels in the image sensor included in the image data;
A first calculation step of calculating first one-dimensional data based on the pixel output selected in the pixel selection step;
A second calculation step of calculating a second one-dimensional data by extracting a random offset noise component for each row from the calculated first one-dimensional data;
A program for causing a computer to execute a subtraction step of subtracting the calculated second one-dimensional data from the input image for each row.
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