JP5062064B2 - Image processing apparatus, image processing method, and imaging apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、入力画像のダイナミックレンジを圧縮するための画像処理装置および画像処理方法ならびにこれを用いた撮像装置に関する。 The present invention relates to an image processing apparatus and an image processing method for compressing a dynamic range of an input image, and an imaging apparatus using the same.
近年、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等のデジタルカメラ等に適用される撮像装置では、その高画質化の要請に伴って被写体の輝度範囲(最低輝度と最高輝度との差、画像では最低濃度と最高濃度との差)、すなわち、ダイナミックレンジ(DR)を拡大させることが1つのテーマとなっている。このダイナミックレンジを拡大する技術は、様々な技術が研究、開発されている。 In recent years, in an imaging apparatus applied to a digital camera such as a digital still camera or a digital video camera, the luminance range of a subject (difference between the lowest luminance and the highest luminance, the lowest density in an image) One of the themes is to expand the dynamic range (DR), that is, the difference from the maximum density. Various techniques for expanding the dynamic range have been researched and developed.
例えば、特許文献1には、露光量の異なる複数の画像を撮影し、これら複数の画像から適正レベルの画像部分を選択して複数の画像を合成することによって、ダイナミックレンジを拡大する技術が開示されている。また例えば、特許文献2には、1回の露光で得られた光電変換部の信号電荷を複数の容量で保持し、複数の容量のうちの異なる容量で複数の信号電荷を読み出してこれら読み出した複数の信号電荷を加算することによって、ダイナミックレンジを拡大する技術が開示されている。また例えば、特許文献3には、異なる電圧依存性を有する複数の容量から成る電荷電圧変換部で光電変換部から転送された信号電荷を信号電圧に変換することによって、ダイナミックレンジを拡大する技術が開示されている。
For example,
また例えば、特許文献4には、ダイナミックレンジを拡大するために、入射した光量に応じた光電流を発生し得る感光手段と、光電流を入力するMOSトランジスタと、このMOSトランジスタをサブスレッショルド電流が流れ得る状態にバイアスするバイアス手段とを備え、入射光量に対して自然対数的に光電変換された電気信号を出力する固体撮像装置が開示されている。そして、特許文献4では、ダイナミックレンジを拡大するためにMOSトランジスタのサブスレッショルド特性を用いて光電流を対数電圧に変換する固体撮像素子において、前記MOSトランジスタに特定のリセット電圧を与えることによって、固体撮像素子本来の出力特性、すなわち入射光量に対して線形的に光電変換された電気信号を出力する線形動作状態と、上記対数動作状態とを自動的に切り換えることができる固体撮像素子が提案されている。 Further, for example, in Patent Document 4, in order to expand the dynamic range, a photosensitive means capable of generating a photocurrent corresponding to the amount of incident light, a MOS transistor for inputting the photocurrent, and a subthreshold current for this MOS transistor. There is disclosed a solid-state imaging device that includes a biasing means for biasing in a state where it can flow and that outputs an electrical signal that has been subjected to photoelectric conversion in a natural logarithm with respect to an incident light amount. And in patent document 4, in the solid-state image sensor which converts a photocurrent into a logarithmic voltage using the subthreshold characteristic of a MOS transistor in order to expand a dynamic range, by giving a specific reset voltage to the said MOS transistor, solid state A solid-state image sensor that can automatically switch between the logarithmic operation state and the linear operation state that outputs an electrical signal linearly photoelectrically converted with respect to the incident light amount has been proposed. Yes.
このように撮像装置におけるダイナミックレンジの拡大化が進展する一方で、現状では画像を伝送、蓄積または表示する装置におけるダイナミックレンジ(画素レベルを表現するビット数)は、撮像装置におけるダイナミックレンジに対して相対的に狭い場合がある。このような場合、撮像装置におけるダイナミックレンジが拡大化しても、得られた情報を全て取り扱うことが難しくなる。このため、広ダイナミックレンジの画像をそれよりも狭いダイナミックレンジの画像へ変換するダイナミックレンジ圧縮技術も研究、開発されている。 As described above, while the dynamic range of an imaging apparatus is being expanded, the dynamic range (the number of bits representing a pixel level) in an apparatus that transmits, stores, or displays an image is currently smaller than the dynamic range in the imaging apparatus. May be relatively narrow. In such a case, even if the dynamic range in the imaging apparatus is expanded, it is difficult to handle all the obtained information. For this reason, a dynamic range compression technique for converting a wide dynamic range image into a narrower dynamic range image has been researched and developed.
このダイナミックレンジ圧縮技術では、Retinex理論(非特許文献1参照)を基本とした技術が多数報告されている。このRetinex理論によれば、人の目に入る光は、照明光と物体の反射率との積とで決まるが、人の目の知覚は、反射率に強い相関を示す。このため、広ダイナミックレンジの画像において、照明光成分のダイナミックレンジだけを狭くすれば、人の目の知覚との相関の強い反射率成分は、維持され、高コントラストでダイナミックレンジの圧縮された画像を得ることができる。すなわち、画像の中間濃度部分の階調を維持しつつ明部および暗部の濃度を調整することによって、ダイナミック レンジを圧縮した画像が得られる。 In this dynamic range compression technique, many techniques based on Retinex theory (see Non-Patent Document 1) have been reported. According to this Retinex theory, the light entering the human eye is determined by the product of the illumination light and the reflectance of the object, but the human eye perception shows a strong correlation with the reflectance. For this reason, if only the dynamic range of the illumination light component is narrowed in an image with a wide dynamic range, the reflectance component having a strong correlation with the perception of the human eye is maintained, and an image with a high contrast and a compressed dynamic range is maintained. Can be obtained. That is, an image with a compressed dynamic range can be obtained by adjusting the density of the bright and dark portions while maintaining the gradation of the intermediate density portion of the image.
例えば、特許文献5には、原画像の画像信号S0にローパスフィルタによるフィルタリング処理を施すことによって画像信号S0の低周波成分、すなわち穏やかに変動するボケ画像S1を作成し、このボケ画像信号S1をルックアップテーブルによって変換することによってボケ画像信号S1の値を反転し、ダイナミックレンジを圧縮した処理済画像信号S4を作成し、この処理済画像信号S4を原画像の画像信号S0に加算して画像信号S5を計算することによって、原画像のダイナミックレンジを圧縮する技術が開示されている。ここで、このダイナミックレンジ圧縮技術では、ダイナミックレンジの圧縮を強く施した場合に、例えば被写体と背景との境界のように輝度が急激に変化する境界において、境界(前記例では被写体の輪郭)に沿って一定の幅の帯状の擬輪郭が発生してしまう(ハロー効果)。このため、特許文献5には、原画像の画像信号から原画像のボケ画像を表す複数のボケ画像信号を作成し、この複数のボケ画像信号を合成することによって1つの合成ボケ画像信号を作成し、この合成ボケ画像信号に基づいて前記原画像の画像信号に対して前記原画像のダイナミックレンジの圧縮処理を施すことによって、前記擬輪郭の発生を抑制し得る画像処理方法が提案されている。ここで、この特許文献5に提案の画像処理方法におけるダイナミックレンジの圧縮処理に用いられる圧縮関数ftotal(α)は、図11に示すプロファイルを持つ全体的な圧縮率αを算出して圧縮関数f(α)を設定し、これに明部の圧縮関数flight(α)および暗部の圧縮関数fdark(α)で補正することによって生成されている。図11に示すプロファイルを持つ全体的な圧縮率αは、ダイナミックレンジが閾値DRthよりも小さい場合には圧縮率αが0でダイナミックレンジが閾値DRmax(>DRth)よりも大きい場合には圧縮率αが下限値αmaxで固定され、ダイナミックレンジが閾値DRth以上閾値DRmax以下の場合には圧縮率αが線形となっている。
For example, in
また例えば、特許文献6には、入力された画像を、相対的にダイナミックレンジの小さい画像に変換するための画像処理方法であって、分割された複数の入力画像のそれぞれに対して平滑化を行い、平滑化の度合いの異なる複数の平滑画像を生成する平滑化過程と、前記複数の平滑画像に基づいて、エッジ強度を算出するエッジ強度算出過程と、算出された前記エッジ強度に基づいて、前記複数の平滑画像を合成する合成過程と、前記複数の平滑画像を合成することによって生成された合成平滑画像に基づいて、前記入力画像の各画素値を変換するための係数を算出する係数算出過程と、算出された前記係数により、前記入力画像の各画素値の変換を行う画素値変換過程とを含む画像処理方法が開示されている。ここで、この特許文献6に開示の画像処理方法におけるダイナミックレンジの圧縮処理では、前記合成平滑画像Rの各画素値R(x,y)から図12(A)に示すプロファイルを持つ係数算出関数F(l)を用いて係数C(x,y)(=F(R(x,y)))が算出され、この係数C(x,y)に入力画像Iの画素値I(x,y)が乗算されることによってダイナミックレンジの圧縮が行われる。そして、この係数算出関数F(l)は、図12(B)に示すプロファイルを持つレベル変換関数T(l)からF(l)=T(l)/lによって算出され、係数Cの最小値Cminがレベル変換関数T(l)における入力レベルの最大値Lmaxと出力レベルの最大値Mmaxとの比Mmax/Lmaxで与えられる。またレベル変換関数T(l)には、ガンマ関数T(l)=(l/Lmax)g×Lmaxや、LOG関数T(l)=(log(l)/log(Lmax))×Lmaxや、入力画像の画素レベルの頻度分布に応じてレベル変換関数を適応的に変化させるヒストグラムイコライゼーション法を用いることもできる。 For example, Patent Document 6 discloses an image processing method for converting an input image into an image having a relatively small dynamic range, and smoothing each of a plurality of divided input images. Performing a smoothing process for generating a plurality of smoothed images having different degrees of smoothing, an edge strength calculating process for calculating an edge strength based on the plurality of smoothed images, and based on the calculated edge strength, Coefficient calculation for calculating a coefficient for converting each pixel value of the input image based on a synthesis process for synthesizing the plurality of smooth images and a synthesized smooth image generated by synthesizing the plurality of smooth images. An image processing method including a process and a pixel value conversion process of converting each pixel value of the input image by the calculated coefficient is disclosed. Here, in the dynamic range compression processing in the image processing method disclosed in Patent Document 6, the coefficient calculation function having the profile shown in FIG. 12A from each pixel value R (x, y) of the synthesized smoothed image R. A coefficient C (x, y) (= F (R (x, y))) is calculated using F (l), and the pixel value I (x, y) of the input image I is calculated as the coefficient C (x, y). ) Is multiplied, the dynamic range is compressed. This coefficient calculation function F (l) is calculated from the level conversion function T (l) having the profile shown in FIG. 12B by F (l) = T (l) / l, and the minimum value of the coefficient C Cmin is given by a ratio Mmax / Lmax between the maximum value Lmax of the input level and the maximum value Mmax of the output level in the level conversion function T (l). The level conversion function T (l) includes a gamma function T (l) = (l / Lmax) g × Lmax, a LOG function T (l) = (log (l) / log (Lmax)) × Lmax, A histogram equalization method that adaptively changes the level conversion function according to the frequency distribution of the pixel level of the input image can also be used.
また、特許文献7には、ダイナミックレンジの圧縮処理において、反射率成分の振幅を求め、振幅が大きい場合は圧縮率を高く設定する撮像装置が開示されている。
しかし、特許文献7では、反射率成分の振幅を求める手段の規模が大きくなり、コストがアップするという問題がある。また、処理時間も長くなる。また、特許文献5や特許文献6に開示のダイナミックレンジ圧縮では、上述の関数が用いられているため、入力画像によっては画質劣化が発生してしまう場合がある。例えば、特許文献6の場合では、係数Cの最小値Cminがレベル変換関数T(l)の最大値(Mmax,Lmax)で決まるため、入力画像中に飛び抜けて明るい画素が1点あるいは数点ある場合では、入力画像における大部分の画素が圧縮されずに暗くなってしまい、画質劣化が発生してしまう。
However, in
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、より簡素な構成で、より適切にダイナミックレンジの圧縮を行うことができる画像処理装置および画像処理方法ならびにこれを用いた撮像装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an image processing apparatus, an image processing method, and an image processing apparatus that can perform dynamic range compression more appropriately with a simpler configuration. It is to provide an image pickup apparatus.
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる画像処理装置は、入力画像から、空間周波数成分の違いにより、ベース成分画像を生成するベース成分画像生成部と、前記ベース成分画像の空間周波数に基づいて前記ベース成分画像を圧縮するための圧縮特性を生成する圧縮特性生成部と、前記ベース成分画像に前記圧縮特性生成部で生成した圧縮特性を用いることによって、前記ベース成分画像よりもダイナミックレンジの小さい圧縮ベース成分画像を生成するベース成分画像圧縮部とを備えることを特徴とする。そして、本発明の他の一態様にかかる画像処理方法は、入力画像から、空間周波数成分の違いにより、ベース成分画像を生成するベース成分画像生成工程と、前記ベース成分画像生成工程において生成された前記ベース成分画像の空間周波数に基づいて前記ベース成分画像を圧縮するための圧縮特性を生成する圧縮特性生成工程と、前記ベース成分画像に前記圧縮特性生成工程で生成された圧縮特性を用いることによって、前記ベース成分画像よりもダイナミックレンジの小さい圧縮ベース成分画像を生成するベース成分画像圧縮工程とを備えることを特徴とする。 As a result of various studies, the present inventor has found that the above object is achieved by the present invention described below. That is, the image processing apparatus according to an aspect of the present invention includes a base component image generation unit that generates a base component image from an input image based on a difference in spatial frequency components, and the base based on the spatial frequency of the base component image. A compression characteristic generation unit that generates a compression characteristic for compressing a component image; and a compression base having a dynamic range smaller than that of the base component image by using the compression characteristic generated by the compression characteristic generation unit for the base component image. And a base component image compression unit that generates a component image. The image processing method according to another aspect of the present invention is generated in the base component image generation step for generating a base component image from the input image based on the difference in spatial frequency components, and in the base component image generation step. By using a compression characteristic generation step for generating a compression characteristic for compressing the base component image based on a spatial frequency of the base component image, and a compression characteristic generated in the compression characteristic generation step for the base component image And a base component image compression step for generating a compressed base component image having a dynamic range smaller than that of the base component image.
このような構成の画像処理装置および画像処理方法では、入力画像から、空間周波数成分の違いによりベース成分画像を生成し、そのベース成分画像の空間周波数に基づいて圧縮特性を生成するので、より適切な圧縮特性が設定される。また、ベース成分画像の空間周波数は装置の設計の段階で決まっているので、変動することがなく、圧縮特性生成部(圧縮特性生成工程)は、画像に基づいて圧縮特性を生成するよりも簡素に画像処理装置および画像処理方法を構成することが可能となるため、低コスト化が可能である。また、容易に圧縮特性を求めることができることから、処理時間を短縮できる。 In the image processing apparatus and the image processing method configured as described above, the base component image is generated from the input image based on the difference in the spatial frequency component, and the compression characteristics are generated based on the spatial frequency of the base component image. Compression characteristics are set. Also, since the spatial frequency of the base component image is determined at the device design stage, it does not fluctuate, and the compression characteristic generation unit (compression characteristic generation process) is simpler than generating compression characteristics based on the image. Since the image processing apparatus and the image processing method can be configured, the cost can be reduced. Further, since the compression characteristic can be easily obtained, the processing time can be shortened.
また、上述の画像処理装置において、前記入力画像、前記ベース成分画像および前記圧縮ベース成分画像に基づいて、入力画像のダイナミックレンジを圧縮した圧縮画像を生成する圧縮画像生成部とをさらに備えることを特徴とする。 The image processing apparatus further includes a compressed image generation unit that generates a compressed image in which a dynamic range of the input image is compressed based on the input image, the base component image, and the compressed base component image. Features.
この構成によれば、圧縮画像生成部がさらに備えられるので、圧縮画像を生成する画像処理装置の提供が可能となる。 According to this configuration, since the compressed image generation unit is further provided, it is possible to provide an image processing apparatus that generates a compressed image.
また、上述の画像処理装置において、前記ベース成分画像生成部は、ローパスフィルタ部を有し、前記圧縮特性生成部は、前記ローパスフィルタ部の遮断周波数および窓サイズの少なくとも1つに基づいて前記圧縮特性を生成することを特徴とする。 In the above-described image processing device, the base component image generation unit includes a low-pass filter unit, and the compression characteristic generation unit performs the compression based on at least one of a cutoff frequency and a window size of the low-pass filter unit. A characteristic is generated.
この構成によれば、圧縮特性生成部が、ローパスフィルタ部の遮断周波数および窓サイズの少なくとも1つに基づいて圧縮特性を生成するので、より適切な圧縮特性を容易に生成することができる。 According to this configuration, since the compression characteristic generation unit generates the compression characteristic based on at least one of the cutoff frequency and the window size of the low-pass filter unit, it is possible to easily generate a more appropriate compression characteristic.
また、上述の画像処理装置において、前記ベース成分画像生成部は、非線形フィルタ部を有し、前記圧縮特性生成部は、前記非線形フィルタ部の遮断周波数および窓サイズの少なくとも1つに基づいて前記圧縮特性を生成することを特徴とする。 In the above-described image processing device, the base component image generation unit includes a nonlinear filter unit, and the compression characteristic generation unit performs the compression based on at least one of a cutoff frequency and a window size of the nonlinear filter unit. A characteristic is generated.
この構成によれば、圧縮特性生成部が、非線形フィルタ部の遮断周波数および窓サイズの少なくとも1つに基づいて圧縮特性を生成するので、より適切な圧縮特性を容易に生成することができる。 According to this configuration, since the compression characteristic generation unit generates the compression characteristic based on at least one of the cutoff frequency and the window size of the nonlinear filter unit, a more appropriate compression characteristic can be easily generated.
また、上述の画像処理装置において、前記圧縮特性生成部は、前記遮断周波数が高くなるほど圧縮率を低くし、前記窓サイズが大きくなるほど圧縮率を高くすることを特徴とする。 In the above-described image processing apparatus, the compression characteristic generation unit decreases the compression rate as the cutoff frequency increases, and increases the compression rate as the window size increases.
この構成によれば、圧縮特性生成部は、より適切な圧縮特性を生成することができる。 According to this configuration, the compression characteristic generation unit can generate a more appropriate compression characteristic.
また、上述の画像処理装置において、前記ベース成分画像生成部は、前記入力画像から、遮断周波数が互いに異なることで互いに異なる空間周波数成分から成り互いに異なる解像度の複数の平滑画像を生成し、当該複数の平滑画像に基づいて前記入力画像の解像度と等しい前記ベース成分画像を生成することを特徴とする。 Further, in the above-described image processing device, the base component image generation unit generates a plurality of smooth images having different spatial frequency components with different cutoff frequencies and different resolutions from the input image. The base component image having the same resolution as the input image is generated based on the smooth image.
ここで、ベース成分画像生成部は、例えば、入力画像を予め設定された所定の遮断周波数でローパスフィルタ処理することによって前記遮断周波数よりも低い空間周波数成分から成る低空間周波数画像を生成するローパスフィルタ部と、前記低空間周波数画像を予め設定された所定の第1レートでダウンサンプリング処理することによって前記入力画像よりも解像度の小さい低解像度画像、すなわち平滑画像を生成するダウンサンプリング部と、前記複数の平滑画像が複数のボケ画像とされ、前記複数のボケ画像のうちの1つを前記所定の第1レートに対応する第2レートでアップサンプリング処理することによってアップ解像度画像を生成するアップサンプリング部と、前記アップサンプリング部でアップサンプリング処理によって得られたアップ解像度画像と該アップ解像度画像の解像度と等しい解像度のボケ画像とを合成することによって合成ボケ画像を生成するボケ画像合成部とを備え、前記入力画像に対して前記ローパスフィルタ部によるローパスフィルタ処理と前記ダウンサンプリング部によるダウンサンプリング処理とを所定の回数だけ繰り返すことによって前記複数の平滑画像を生成し、前記生成した複数のボケ画像に対して前記アップサンプリング部によるアップサンプリング処理と前記ボケ画像合成部による合成処理とを前記所定の回数だけ繰り返すことによって、前記ベース成分画像を生成するように構成されてもよい。このように構成することにより、入力画像を多段階でローパスフィルタ処理することによって入力画像を1段階でローパスフィルタ処理する場合よりもサイズの小さいローパスフィルタを利用することができ、ローパスフィルタにデジタルフィルタを採用した場合にその計算量が低減される。そして、ボケ画像合成部は、例えば、前記アップサンプリング部でアップサンプリング処理によって得られた画像のエッジ強度を検出し、前記アップサンプリング部でアップサンプリング処理によって得られたアップ解像度画像および該アップ解像度画像の解像度と等しい解像度のボケ画像のそれぞれに前記エッジ強度に応じた重みを付けて、前記アップサンプリング部でアップサンプリング処理によって得られたアップ解像度画像と該アップ解像度画像の解像度と等しい解像度のボケ画像とを合成(加算)するように構成されてもよい。このように合成処理することによって、よりエッジ保存状態の良いベース成分画像を生成することができる。 Here, the base component image generation unit generates, for example, a low-pass filter that generates a low spatial frequency image composed of a spatial frequency component lower than the cutoff frequency by performing low-pass filter processing on the input image at a predetermined cutoff frequency set in advance. A down-sampling unit that generates a low-resolution image having a resolution smaller than that of the input image, that is, a smooth image, by down-sampling the low-spatial-frequency image at a predetermined first rate, The up-sampling unit generates an up-resolution image by performing up-sampling processing on one of the plurality of blurred images at a second rate corresponding to the predetermined first rate. And obtained by upsampling processing in the upsampling unit. A blur image synthesizing unit that generates a synthesized blur image by synthesizing an up-resolution image and a blur image having a resolution equal to the resolution of the up-resolution image, and low-pass filter processing by the low-pass filter unit with respect to the input image And the down-sampling process by the down-sampling unit are generated a predetermined number of times to generate the plurality of smoothed images, and the up-sampling process by the up-sampling unit and the blurred image synthesis are performed on the generated plurality of blurred images The base component image may be generated by repeating the synthesis process by the unit a predetermined number of times. With this configuration, it is possible to use a low-pass filter having a smaller size than the case where the input image is subjected to low-pass filter processing in one stage by performing low-pass filter processing on the input image in multiple stages. The amount of calculation is reduced when using. Then, the blurred image synthesis unit detects, for example, the edge strength of the image obtained by the upsampling process by the upsampling unit, and the upresolution image obtained by the upsampling process by the upsampling unit and the upresolution image The up-resolution image obtained by the up-sampling process in the up-sampling unit and the out-of-resolution image equal in resolution to the up-resolution image are weighted according to the edge strength to each of the out-of-focus images having the same resolution. May be combined (added). By performing synthesis processing in this way, a base component image with a better edge preservation state can be generated.
また、これら上述の画像処理装置において、前記ベース成分画像生成部は、ローパスフィルタ部およびダウンサンプリング部が多段接続された構成を有し、前記圧縮特性生成部は、前記ローパスフィルタ部の接続段数および前記ダウンサンプリング部の間引き率の少なくとも1つに基づいて前記圧縮特性を生成することを特徴とする。ここで、間引き率(ダウンサンプリングレート)とは、ダウンサンプリング部による低解像度化の際に、減じた画素数の割合である。つまり、ダウンサンプリング処理により解像度が低くなるほど、間引き率は高くなる。 Further, in these image processing apparatuses described above, the base component image generation unit has a configuration in which a low-pass filter unit and a downsampling unit are connected in multiple stages, and the compression characteristic generation unit includes the number of connection stages of the low-pass filter unit and The compression characteristic is generated based on at least one of thinning rates of the downsampling unit. Here, the thinning rate (downsampling rate) is the ratio of the number of pixels reduced when the resolution is reduced by the downsampling unit. That is, the thinning rate increases as the resolution is reduced by the downsampling process.
この構成によれば、圧縮特性生成部が、ローパスフィルタ部およびダウンサンプリング部が多段接続された構成を有し、圧縮特性生成部は、ローパスフィルタ部の接続段数およびダウンサンプリング部の間引き率の少なくとも1つに基づいて圧縮特性を生成するので、より適切な圧縮特性を容易に生成することができる。 According to this configuration, the compression characteristic generation unit has a configuration in which the low-pass filter unit and the downsampling unit are connected in multiple stages, and the compression characteristic generation unit includes at least the number of connection stages of the low-pass filter unit and the thinning rate of the downsampling unit. Since the compression characteristic is generated based on one, a more appropriate compression characteristic can be easily generated.
また、これら上述の画像処理装置において、前記ベース成分画像生成部は、非線形フィルタおよびダウンサンプリング部が多段接続された構成を有し、前記圧縮特性生成部は、前記非線形フィルタの接続段数および前記ダウンサンプリング部の間引き率の少なくとも1つに基づいて前記圧縮特性を生成することを特徴とする。 In the above-described image processing apparatuses, the base component image generation unit has a configuration in which a nonlinear filter and a downsampling unit are connected in multiple stages, and the compression characteristic generation unit includes the number of connection stages of the nonlinear filter and the downsampling unit. The compression characteristic is generated based on at least one thinning rate of the sampling unit.
この構成によれば、圧縮特性生成部が、非線形フィルタおよびダウンサンプリング部が多段接続された構成を有し、圧縮特性生成部は、非線形フィルタの接続段数およびダウンサンプリング部の間引き率の少なくとも1つに基づいて圧縮特性を生成するので、より適切な圧縮特性を容易に生成することができる。 According to this configuration, the compression characteristic generation unit has a configuration in which the nonlinear filter and the downsampling unit are connected in multiple stages, and the compression characteristic generation unit includes at least one of the number of connection stages of the nonlinear filter and the thinning rate of the downsampling unit. Since the compression characteristic is generated based on the above, a more appropriate compression characteristic can be easily generated.
また、これら上述の画像処理装置において、前記圧縮特性生成部は、前記接続段数が増加するほど圧縮率を高くし、前記間引き率が増加するほど圧縮率を高くすることを特徴とする。 In the above-described image processing apparatuses, the compression characteristic generation unit increases the compression rate as the number of connection stages increases, and increases the compression rate as the thinning rate increases.
この構成によれば、圧縮特性生成部は、より適切な圧縮特性を生成することができる。 According to this configuration, the compression characteristic generation unit can generate a more appropriate compression characteristic.
そして、本発明の他の一態様では、被写体光像を光電変換して画像信号を生成する撮像部と、前記撮像部で生成された画像信号に所定の画像処理を施して画像を生成する画像処理部とを備える撮像装置において、前記画像処理部は、これら上述のいずれかの画像処理装置を備えることを特徴とする。 In another aspect of the present invention, an imaging unit that photoelectrically converts a subject light image to generate an image signal, and an image that generates an image by performing predetermined image processing on the image signal generated by the imaging unit In the imaging apparatus including the processing unit, the image processing unit includes any one of the above-described image processing devices.
この構成によれば、より簡素な構成で、背景技術より高画質で撮像画像のダイナミックレンジを適切に圧縮することができる撮像装置の提供が可能となる。 According to this configuration, it is possible to provide an imaging apparatus capable of appropriately compressing the dynamic range of a captured image with a simpler configuration and higher image quality than the background art.
本発明に係る画像処理装置および画像処理方法は、より適切な圧縮特性を設定することができ、このため、より簡素な構成で、背景技術より高画質で入力画像のダイナミックレンジを圧縮することができる。また、本発明に係る撮像装置は、より簡素な構成で、背景技術より高画質で撮像画像のダイナミックレンジを圧縮することができる。 The image processing apparatus and the image processing method according to the present invention can set a more appropriate compression characteristic. Therefore, the dynamic range of an input image can be compressed with a simpler configuration and higher image quality than the background art. it can. The imaging apparatus according to the present invention can compress the dynamic range of a captured image with a simpler configuration and higher image quality than the background art.
以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
(実施形態の構成)
まず、実施形態における画像処理装置を備えた撮像装置の構成について説明する。図1は、実施形態における画像処理装置を備えた撮像装置の構成を示す図である。図1において、デジタルカメラ等に適用される撮像装置CAは、レンズ部1と、撮像センサ2と、アンプ3と、AD変換部4と、画像処理部5と、制御部6と、画像メモリ7と、モニタ部8と、操作部9とを備えている。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings. In addition, the structure which attached | subjected the same code | symbol in each figure shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted.
(Configuration of the embodiment)
First, the configuration of an imaging apparatus including the image processing apparatus according to the embodiment will be described. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus including an image processing apparatus according to an embodiment. In FIG. 1, an imaging apparatus CA applied to a digital camera or the like includes a
レンズ部1は、被写体光(光像)を取り込むレンズ窓として機能するとともに、この被写体光を撮像装置本体の内部に配置されている撮像センサ2の受光面に形成するように、この被写体光を撮像センサ2へ導くための光学系を構成するものである。レンズ部1は、例えば被写体光の光軸AXに沿って直列的に配置される、例えばズームレンズ、フォーカスレンズおよびその他の固定レンズ等を備え、当該レンズ部1の透過光量を調節するための絞り(図略)やシャッタ(図略)をさらに備え、制御部6によってこれらズームレンズ、フォーカスレンズ、絞りおよびシャッタが駆動制御される構成となっている。
The
撮像センサ2は、2次元平面の受光面を形成するように配置された複数の光電変換素子を備え、レンズ部1によってその受光面に結像された被写体光像の光量に応じてR(赤)、G(緑)、B(青)の各成分の画像信号に光電変換して後段のアンプ3へ出力する素子である。撮像センサ2は、例えば、CCD(電荷結合素子)型イメージセンサ、MOS(金属酸化膜半導体)型イメージセンサおよびVMIS(閾値変調型撮像素子)型イメージセンサ等である。
The imaging sensor 2 includes a plurality of photoelectric conversion elements arranged so as to form a two-dimensional planar light receiving surface, and R (red) according to the amount of light of the subject light image formed on the light receiving surface by the
アンプ3は、撮像センサ2から出力された画像信号を増幅する回路である。アンプ3は、例えば、AGC(オートゲインコントロール)回路を備え、当該出力信号のゲイン(増幅率)調整を行う。アンプ3は、AGC回路の他、アナログ値としての当該画像信号のサンプリングノイズの低減を行うCDS(相関二重サンプリング)回路を備えていてもよい。AGC回路は、適正露出が得られなかった場合、例えば非常に低輝度の被写体を撮影する場合の撮影画像のレベル不足を補償する機能も有する。なお、AGC回路に対するゲイン値は、制御部6によって設定される。
The
AD変換部4は、アンプ3によって増幅されたアナログ値の画像信号(アナログ信号)をデジタル値の画像信号(デジタル信号)に変換するAD変換処理を行う回路である。AD変換部4は、撮像センサ2の各画素で受光して得られる各画素信号をそれぞれ例えば12ビットの画素データに変換する。
The AD conversion unit 4 is a circuit that performs AD conversion processing for converting an analog image signal (analog signal) amplified by the
画像処理部5は、AD変換部4のAD変換処理によって得られた画像信号に対する各種画像処理を行う回路である。画像処理部5は、例えば、前処理部11で黒レベル補正や固定パターンノイズ補正といった前処理を行い、ホワイトバランス補正処理部(WB処理部)12でホワイトバランスの補正処理を行い、色処理部13で色補間処理や色補正処理や色空間変換といった色処理を行い、ダイナミックレンジ圧縮部(DR圧縮部)15でダイナミックレンジの圧縮処理を行い、そして、ガンマ補正部(γ補正部)16でガンマ補正を行う。このようにダイナミックレンジ圧縮部15は、撮像画像に対し輝度や色の各種調整がなされた後の画像に対してダイナミックレンジの圧縮を行うように、画像処理部5内に配置されることが好ましい。これら前処理、ホワイトバランス補正処理、色処理およびガンマ補正は、公知の処理方法によって処理される。
The
画像メモリ7は、画像処理部5によって画像処理される前のRAWデータや、画像処理部5や制御部6における各種処理時または処理後の画像データ等のデータを保存(記憶)する回路である。画像メモリ7は、例えば、書き換え可能な不揮発性の記憶素子であるEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)や、揮発性の記
憶素子であるRAM(Random Access Memory)等のメモリを備えて構成される。
The
モニタ部8は、撮像センサ2で撮影された画像、すなわち画像処理部5で処理された画像や画像メモリ7に保存されている画像等を表示する装置である。モニタ部8は、例えば、撮像装置本体に配設されたカラー液晶表示器(LCD;Liquid Crystal Display)等を備えて構成される。
The
操作部9は、撮像装置CAに対するユーザによる操作指示(指示入力)を行う装置である。操作部9は、例えば、電源スイッチ、レリーズスイッチ、各種撮影モードを設定するモード設定スイッチ、メニュー選択スイッチ等の各種の操作スイッチ群(操作ボタン群)を備えて構成される。例えば、レリーズスイッチが押下(オン)されることによって、撮像動作すなわち撮像センサ2によってレンズ部1を介した被写体光が撮像され、これによって得られた撮影画像に対して所要の画像処理が施された後、画像メモリ7等に記録されるといった一連の静止画や動画の撮影動作が実行される。
The operation unit 9 is an apparatus for performing an operation instruction (instruction input) by the user with respect to the imaging apparatus CA. The operation unit 9 includes, for example, various operation switch groups (operation button groups) such as a power switch, a release switch, a mode setting switch for setting various shooting modes, and a menu selection switch. For example, when the release switch is pressed (turned on), the subject light is imaged through the
制御部6は、各部を当該機能に応じて制御することによって撮像装置CA全体の動作制御を司る回路である。制御部6は、撮像センサ2や操作部9等の各部からの各種信号に基づき、各部が必要とする制御パラメータ、例えば撮影時における最適な露光量に設定するための露光量制御パラメータ等を算出し、制御パラメータを各部に出力することによって各部の動作を制御する。例えば、制御部6は、制御パラメータに基づきレンズ部1や撮像センサ2に対する撮像動作の制御を行い、また画像処理部5における画像処理の制御を行い、また画像メモリ7に記憶される画像データ等のモニタ部8への表示の制御等を行う。制御部6は、例えば、各制御プログラム等を記憶する不揮発性の記憶素子であるROM(Read Only Memory)、一時的に各種データを格納するRAMおよび制御プログラム等をROMから読み出して実行する中央演算処理装置(CPU)等を備えて構成される。
The control unit 6 is a circuit that controls operation of the entire imaging apparatus CA by controlling each unit according to the function. The control unit 6 calculates control parameters required by each unit, for example, an exposure amount control parameter for setting an optimal exposure amount at the time of shooting, based on various signals from the respective units such as the imaging sensor 2 and the operation unit 9. Then, the operation of each part is controlled by outputting the control parameter to each part. For example, the control unit 6 controls the imaging operation for the
次に、ダイナミックレンジ圧縮部15の構成について説明する。図2は、実施形態の撮像装置におけるダイナミックレンジ圧縮部の構成を示す図である。図3は、実施形態の撮像装置におけるダイナミックレンジ圧縮部の動作を示すフローチャートである。
Next, the configuration of the dynamic
図2において、ダイナミックレンジ圧縮部15は、上述のRetinex理論に基づいて入力画像Iのダイナミックレンジを圧縮するものであり、ベース成分画像生成部21と、圧縮特性生成部22と、ベース成分画像圧縮部23と、除算部24と、合成部25とを備えて構成される。
In FIG. 2, the dynamic
ベース成分画像生成部21は、入力画像Iから、遮断周波数が互いに異なることで互いに異なる空間周波数成分から成り互いに異なる解像度(サイズ、画素数)の複数の平滑画像を生成すると共に、これら複数の平滑画像に基づいて入力画像Iの解像度と等しいベース成分画像Lを生成するものである。ベース成分画像Lは、平滑化され、穏やかに変化するぼけた画像であり、Retinex理論における照明光成分の画像に相当する。なお、ベース成分画像生成部21は、入力画像Iから、空間周波数成分の違いにより、ベース成分画像を生成する構成であってもよい。つまり、入力画像Iのうち、所定の空間周波数以下の成分を抽出することでベース成分画像Lを生成する構成でもよい。
The base component
圧縮特性生成部22は、ベース成分画像Lの空間周波数に基づいて、圧縮特性X(ib)を生成する。より具体的には、ベース成分画像Lの空間周波数に関するものであり、ベース成分画像生成部21の構成によるパラメータである圧縮特性生成用パラメータSに基づいてベース成分画像Lを圧縮するための圧縮特性X(ib)を生成するものである。圧縮特性X(ib)は、入力画像Iのダイナミックレンジを圧縮するに当たって、圧縮前の画素値ibと圧縮後の画素値iaとの対応関係を表すものである。圧縮特性X(ib)は、後述するように関数式によって表される。なお、圧縮特性X(ib)は、ルックアップテーブル等によって表されてもよい。また、ベース成分画像Lの空間周波数は、ベース成分画像生成部21の構成により決定される。すなわち、ベース成分画像生成部21の設計事項等によって決定される。なお、圧縮特性生成用パラメータSはこのベース成分画像生成部21の設計事項等に当たるものである。
The compression
ベース成分画像圧縮部23は、ベース成分画像生成部21で生成されたベース成分画像Lに圧縮特性生成部22で生成した圧縮特性X(ib)を用いることによって、ベース成分画像Lよりもダイナミックレンジの小さい圧縮ベース成分画像Lsを生成するものである。
The base component
除算部24は、入力画像Iをベース成分画像生成部21で生成されたベース成分画像Lで除算することによって反射率成分画像Rを生成するものである。この反射率成分画像Rは、入力画像Iからベース成分画像を除去した入力画像Iにおける高周波成分の画像であり、Retinex理論における物体の反射率成分の画像に相当する。
The
合成部25は、ベース成分画像圧縮部23で生成された圧縮ベース成分画像Lsと除算部24で生成された反射率成分画像Rとを合成するものである。
The combining
このような構成のダイナミックレンジ圧縮部15では、入力画像Iがベース成分画像生成部21および除算部24に入力される。ベース成分画像生成部21では、入力画像Iから複数の平滑画像が生成され、これら複数の平滑画像を用いて入力画像Iのベース成分画像Lが生成され、このベース成分画像Lがベース成分画像圧縮部23および除算部24に入力される。また、ベース成分画像生成部21から抽出された圧縮特性生成用パラメータSが圧縮特性生成部22に入力される。圧縮特性生成部22では、この入力された圧縮特性生成用パラメータSに基づいて圧縮特性X(ib)が生成され、この圧縮特性X(ib)がベース成分画像圧縮部23に入力される。ベース成分画像圧縮部23では、ベース成分画像生成部21から入力されたベース成分画像Lが圧縮特性生成部22から入力された圧縮特性X(ib)によって圧縮され、入力画像Iのベース成分画像Lを圧縮した圧縮ベース成分画像Lsが生成される。すなわち、ベース成分画像圧縮部23では、ベース成分画像Lの画素の画素値ibがX(ib)(=ia)に変換され、圧縮ベース成分画像Lsの画素の画素値iaとなる。この圧縮ベース成分画像Lsは、ベース成分画像圧縮部23から合成部25へ出力される。一方、除算部24では、入力画像Iがベース成分画像生成部21から入力されたベース成分画像Lで除算され、反射率成分画像Rが生成される。この反射率成分画像Rは、除算部24から合成部25へ出力される。合成部25では、このベース成分画像圧縮部23から入力された圧縮ベース成分画像Lsと除算部24から入力された反射率成分画像Rとを合成(乗算)し、入力画像Iのダイナミックレンジを圧縮した圧縮画像Isが生成される。
In the dynamic
このようにダイナミックレンジ圧縮部15は、まず、図3に示すように、第1工程では、入力画像Iからベース成分画像Lが生成され、かつベース成分画像生成部21から圧縮特性生成用パラメータSが抽出される(S1)。第2工程では、圧縮特性生成用パラメータSに基づいて圧縮特性X(ib)が生成される(S2)。第3工程では、ベース成分画像Lに前記第2工程で生成された圧縮特性X(ib)を用いることによって圧縮ベース成分画像Lsが生成される(S3)。一方、第4工程では、入力画像Iをベース成分画像Lで除算することによって反射率成分画像Rが生成される(S4)。そして、第5工程では、圧縮ベース成分画像Lsと反射率成分画像Rとを乗算することによって、入力画像Iの圧縮画像Isが生成される(S5)。ここで、第1ないし第3工程(S1〜S3)と第4工程(S4)とは、第5工程(S5)が実行される前に実行されればよく、同時に実行されても、順次に実行されてもよい。
In this way, the dynamic
次に、ベース成分画像生成部21の構成について説明する。図4は、実施形態の撮像装置における3段構成のベース成分画像生成部の構成を示す図である。図5は、実施形態のベース成分画像生成部におけるボケ画像合成部の構成を示す図である。
Next, the configuration of the base component
図4に示すベース成分画像生成部21Aは、ダイナミックレンジ圧縮部15におけるベース成分画像生成部21の一例である。このベース成分画像生成部21Aは、まず、予め設定された遮断周波数でローパスフィルタ処理することによって遮断周波数よりも低い空間周波数成分から成る低空間周波数画像を生成するローパスフィルタ部(LPF部)31と、この低空間周波数画像を予め設定された所定の第1レートでダウンサンプリング処理(間引き処理)することによって入力画像Iよりも解像度の小さい低解像度画像を生成するダウンサンプリング部(DS部)32とを備え、入力画像Iに対してLPF部31によるローパスフィルタ処理とDS部32によるダウンサンプリング処理とを所定の回数n(図4に示す例では3回)だけ繰り返すことによって、入力画像Iから、互いに異なる空間周波数成分であって互いに異なる解像度の複数のボケ画像を生成するように構成されている。そして、このベース成分画像生成部21Aは、これら複数のボケ画像のうちの1つを上述の第1レートに対応する第2レートでアップサンプリング処理することによってアップ解像度画像を生成するアップサンプリング部(US部)33と、US部33でアップサンプリング処理によって得られたアップ解像度画像とこのアップ解像度画像の解像度と等しい解像度のボケ画像とを合成することによって合成ボケ画像を生成するボケ画像合成部(Mix部)34とを備え、これら複数のボケ画像に対してUS部33によるアップサンプリング処理とMix部34による合成処理とを前述の所定の回数n(図4に示す例では3回)だけ繰り返すことによって、ベース成分画像Lを生成するように構成されている。ベース成分画像 Lは、最終段階の合成処理によって得られた合成ボケ画像である。
The base component
このように入力画像Iを多段階でローパスフィルタ処理することによって入力画像Iを1段階でローパスフィルタ処理する場合よりもサイズの小さいローパスフィルタを利用することができるので、より簡素に構成することができ、また、ローパスフィルタにデジタルフィルタを採用した場合にその計算量が低減される。 Since the input image I is subjected to low-pass filter processing in multiple stages in this way, a low-pass filter having a smaller size than the case where the input image I is subjected to low-pass filter processing in one stage can be used. In addition, when a digital filter is adopted as the low-pass filter, the amount of calculation is reduced.
例えば、3段構成のベース成分画像生成部21Aは、図4に示すように、その段数に応じて3個のLPF部31−1〜31−3と、3個のDS部32−1〜32−3と、3個のUS部33−1〜33−3と、3個のMiX部34−1〜34−3とを備える。そして、ベース成分画像生成部21Aは、LPF部31と、DS部32と、US部33と、Mix部34とを備えて成る構成を1段構成とし、上段構成のDS部32の出力を下段構成の入力画像Iと見なすと共に下段構成のMix部34の出力を上段構成のUS部33の入力とみなして、上段構成のDS部32とUS部33との間に下段構成が介在するように構成されている。
For example, as shown in FIG. 4, the base component
なお、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。 In the present specification, when referring generically, it is indicated by a reference symbol without a suffix, and when referring to an individual configuration, it is indicated by a reference symbol with a suffix.
入力画像I(=I1)は、LPF部31−1およびMix部34−1に入力される。LPF部31−1では、例えばタップ(tap)数7のフィルタサイズの2次元デジタルフィルタが用いられ、入力画像I1をローパスフィルタ処理することによって第1低空間周波数画像が生成され、この第1低空間周波数画像がDS部32−1に入力される。DS部32−1では、第1低空間周波数画像の画素数を縦横ともに例えば1/2倍にする例えば画素間引きを行うことによって第1低空間周波数画像をダウンサンプリング処理して第1低解像度画像、すなわち、第1ボケ画像(第1平滑画像)I2が生成され、この第1ボケ画像I2が下段の入力画像IとしてLPF部31−2およびMix部34−2に入力される。この例では、第1レートは、1/2とされている。 The input image I (= I1) is input to the LPF unit 31-1 and the Mix unit 34-1. In the LPF unit 31-1, for example, a two-dimensional digital filter having a filter size of 7 taps is used, and a first low spatial frequency image is generated by low-pass filtering the input image I1. A spatial frequency image is input to the DS unit 32-1. In the DS unit 32-1, the first low spatial frequency image is down-sampled by, for example, pixel thinning to reduce the number of pixels of the first low spatial frequency image both vertically and horizontally by, for example, 1/2. That is, a first blurred image (first smoothed image) I2 is generated, and this first blurred image I2 is input to the LPF unit 31-2 and the Mix unit 34-2 as the lower input image I. In this example, the first rate is ½.
LPF部31−2では、LPF部31−1と同様に第1ボケ画像I2をローパスフィルタ処理することによって第1低空間周波数画像よりも低い空間周波数成分から成る(よりも平滑化された、よりもぼけた)第2低空間周波数画像が生成され、この第2低空間周波数画像がDS部32−2に入力される。DS部32−2では、DS部32−1と同様に第2低空間周波数画像をダウンサンプリング処理することによって第1低解像度画像よりも解像度の小さい(サイズの小さい、画素数の少ない)第2低解像度画像、すなわち、第2ボケ画像(第2平滑画像)I3が生成され、この第2ボケ画像I3が下段の入力画像IとしてLPF部31−3およびMix部34−3に入力される。 In the LPF unit 31-2, the low-pass filter process is performed on the first blurred image I2 in the same manner as the LPF unit 31-1, and the LPF unit 31-2 includes lower spatial frequency components than the first low spatial frequency image (more smoothed, A second low spatial frequency image is generated, and the second low spatial frequency image is input to the DS unit 32-2. In the DS unit 32-2, the second low spatial frequency image is down-sampled in the same manner as the DS unit 32-1, so that the second resolution is smaller than that of the first low-resolution image (small size, small number of pixels). A low-resolution image, that is, a second blurred image (second smoothed image) I3 is generated, and this second blurred image I3 is input to the LPF unit 31-3 and the Mix unit 34-3 as the lower input image I.
LPF部31−3では、LPF部31−1と同様に第3ボケ画像I3をローパスフィルタ処理することによって第2低空間周波数画像よりも低い空間周波数成分から成る(よりも平滑化された、よりもぼけた)第3低空間周波数画像が生成され、この第3低空間周波数画像がDS部32−3に入力される。DS部32−3では、DS部32−1と同様に第3低空間周波数画像をダウンサンプリング処理することによって第2低解像度画像よりも解像度の小さい(サイズの小さい、画素数の少ない)第3低解像度画像、すなわち、第3ボケ画像(第3平滑画像)I4が生成される。最下段では、下段のMix部34がないので、第3ボケ画像I4は、当該最下段におけるUP部33−3に入力される。
In the LPF unit 31-3, the third blurred image I3 is subjected to low-pass filter processing in the same manner as the LPF unit 31-1, and is composed of lower spatial frequency components than the second low spatial frequency image (more smoothed, more A third low spatial frequency image is generated, and the third low spatial frequency image is input to the DS unit 32-3. In the DS unit 32-3, the third low spatial frequency image is down-sampled in the same manner as the DS unit 32-1, so that the third resolution is smaller than the second low-resolution image (small in size and small in number of pixels). A low-resolution image, that is, a third blurred image (third smoothed image) I4 is generated. In the lowermost stage, since there is no lower-
US部33−2では、US部33−3と同様に第3合成ボケ画像をアップサンプリング処理して第2アップ解像度画像J2が生成され、この第2アップ解像度画像J2がMix部34−2に入力される。Mix部34−2では、Mix部34−3と同様に、第2アップ解像度画像J2と第1ボケ画像I2とを合成(加算)することによって第2合成ボケ画像が生成され、この第2合成ボケ画像が上段のUS部33−1に入力される。 In the US unit 33-2, as in the US unit 33-3, the third synthesized blurred image is up-sampled to generate a second up-resolution image J2, and the second up-resolution image J2 is sent to the Mix unit 34-2. Entered. In the Mix unit 34-2, similarly to the Mix unit 34-3, a second combined blurred image is generated by combining (adding) the second up-resolution image J2 and the first blurred image I2, and this second combined image is generated. The blurred image is input to the upper US section 33-1.
US部33−1では、US部33−3と同様に第2合成ボケ画像をアップサンプリング処理して第1アップ解像度画像J1が生成され、この第1アップ解像度画像J1がMix部34−1に入力される。Mix部34−1では、Mix部34−3と同様に、第1アップ解像度画像J1と入力画像I(=I1)とを合成(加算)することによって第1合成ボケ画像が生成される。この第1合成ボケ画像がベース成分画像Lである。 In the US unit 33-1, similarly to the US unit 33-3, the second synthesized blurred image is up-sampled to generate a first up-resolution image J1, and the first up-resolution image J1 is sent to the Mix unit 34-1. Entered. In the Mix unit 34-1, similarly to the Mix unit 34-3, a first combined blurred image is generated by combining (adding) the first up-resolution image J <b> 1 and the input image I (= I1). This first synthesized blurred image is the base component image L.
このようにベース成分画像生成部21Aは、構成され、動作することによって入力画像Iから複数のボケ画像(平滑画像)を生成した後にベース成分画像Lを生成する。
In this way, the base component
そして、本実施形態のベース成分画像生成部21におけるボケ画像合成部(Mix部)34は、次のように構成され、動作している。
Then, the blurred image synthesis unit (Mix unit) 34 in the base component
図5は、実施形態のベース成分画像生成部におけるボケ画像合成部の構成を示す図である。図5(A)は、ボケ画像合成部の構成を示し、図5(B)は、エッジ強度eと重みwとの対応関係を表す重み付け関数を示す。図5(B)の横軸は、エッジ強度eであり、その縦軸は、重みwである。 FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a blurred image synthesis unit in the base component image generation unit of the embodiment. FIG. 5A shows the configuration of the blurred image composition unit, and FIG. 5B shows a weighting function representing the correspondence between the edge strength e and the weight w. The horizontal axis of FIG. 5B is the edge strength e, and the vertical axis is the weight w.
図5(A)において、Mix部34は、第1乗算器41と、加算器42と、第2乗算器43と、エッジ部44と、ルックアップテーブル部(LUT部)45とを備える。
5A, the
エッジ部44は、当該段構成におけるUS部33からアップ解像度画像Jnが入力され、アップ解像度画像Jnのエッジ強度eを求め、この求めたエッジ強度eをLUT部45へ出力する。エッジ強度eは、例えば、ソベルフィルタ(Sobelフィルタ)やプレウィットフィルタ(Prewittフィルタ)等のエッジ抽出フィルタによって求められる。
The
LUT部45は、エッジ部44から入力されたエッジ強度eに基づいて、当該Mix部34で合成される前段構成のDS部32から入力されたボケ画像In−1および当該段構成のUS部33から入力されるアップ解像度画像Jnのそれぞれに重み付ける各重みw、1−wを求め、これら求めた各重みw、1−wを第1および第2乗算器41、43へ出力する。
The
この重みwは、次のように決定される。図5(B)に示すように、エッジ強度eが0以上であって予め設定された所定の第1エッジ保存閾値th1以下である場合には重みwが0とされ、エッジ強度eが予め設定された所定の第2エッジ保存閾値th2以上である場合には重みwが1.0とされ、そして、エッジ強度eが第1エッジ保存閾値th1以上であって第2エッジ保存閾値th2以下である場合には重みwが(e−th1)/(th2−th1)とされる。 This weight w is determined as follows. As shown in FIG. 5B, when the edge strength e is not less than 0 and not more than a predetermined first edge storage threshold th1, the weight w is set to 0 and the edge strength e is set in advance. The weight w is set to 1.0 when the predetermined second edge storage threshold th2 is equal to or higher than the predetermined second edge storage threshold th2, and the edge strength e is equal to or higher than the first edge storage threshold th1 and lower than the second edge storage threshold th2. In this case, the weight w is (e−th1) / (th2−th1).
図5(A)に戻って、第1乗算器41は、前段構成のDS部32から入力されたボケ画像In−1にLUT部45から入力された重みwを乗算し、この重みwで重み付けされたボケ画像In−1を加算器42へ出力する。
Returning to FIG. 5A, the
第2乗算器43は、当該段構成のUS部33から入力されたアップ解像度画像JnにLUT部45から入力された重み1−wを乗算し、この重み1−wで重み付けされたアップ解像度画像Inを加算器42へ出力する。
The
加算器42は、第1乗算器41から入力された重みwで重み付けされたボケ画像In−1と第2乗算器43から入力された重み1−wで重み付けされたアップ解像度画像Jnとを加算することによって合成ボケ画像を生成し、この生成した合成ボケ画像を前段構成のUS部33へ出力する。
The adder 42 adds the blurred image In-1 weighted with the weight w input from the
このような構成のMix部34では、当該段構成のUS部33で生成されたアップ解像度画像Jnのエッジ強度eがエッジ部44によって求められ、このエッジ強度eに基づいてLUT部45によって各重みw、1−wが求められる。前段構成のDS部32から入力されたボケ画像In−1が第1乗算器41によって重みwで重み付けされ、当該段構成のUS部33から入力されたアップ解像度画像Jnが第2乗算器43によって重み1−wで重み付けされる。そして、これら各重みw、1−wで重み付けされたボケ画像In−1、アップ解像度画像Jnが加算器42によって加算され、合成ボケ画像が生成される。
In the
第1および第2エッジ保存閾値th1、th2は、前段構成のDS部32から入力されたボケ画像In−1と当該段構成のUS部33から入力されたアップ解像度画像Jnとの混合割合を制御する値である。第1エッジ保存閾値th1は、各段構成で同一の値でも異なった値でもよく、また第1エッジ保存閾値th2も各段構成で同一の値でも異なった値でもよい。 The first and second edge storage thresholds th1 and th2 control the mixing ratio between the blurred image In-1 input from the DS unit 32 having the previous stage configuration and the up-resolution image Jn input from the US unit 33 having the previous stage configuration. The value to be The first edge storage threshold th1 may be the same value or a different value in each stage configuration, and the first edge storage threshold th2 may be the same value or a different value in each stage configuration.
このようにMix部34が構成され、動作することによって、ベース成分画像Lのエッジ部分は、入力画像Iのエッジ部分の情報をより多く含むこととなり、エッジが保存される。
By configuring and operating the
なお、図4には、3段構成のベース成分画像生成部21Aを示したが、ベース成分画像生成部21Aは、1段構成でも、2段構成でも、あるいは、4段構成以上であってもよく、任意の段数構成でよい。また、上述では、第1レートは、1/2とされたが、例えば、1/3や1/4等のように、任意のレートでよい。第2レートは、上述のように第1レートに応じて設定され、例えば第1レートが1/3の場合では3とされ、また例えば第1レートが1/4の場合では4とされる。
4 shows the base component
次に、圧縮特性生成部22について説明する。図6は、実施形態のダイナミックレンジ圧縮部における圧縮特性を示す図である。図6の横軸は、圧縮前の画素値ib(ベース成分画像Lの画素値ib)であり、その縦軸は、圧縮後の画素値ia(圧縮ベース成分画像Lsの画素値ia)である。
Next, the compression
本実施形態の圧縮特性X(ib)は、連続する2つの第1および第2直線SL1、SL2で表され、両端点O、Qの座標値と連続点(接続点)Pの座標値によって一意に決定される。第1および第2直線SL1、SL2の各傾きおよび各切片をそれぞれa1、a2およびb1、b2とすると、第1直線SL1は、ia=a1×ib+b1で表され、第2直線SL2は、ia=a2×ib+b2で表される。 The compression characteristic X (ib) of the present embodiment is represented by two continuous first and second straight lines SL1 and SL2, and is uniquely determined by the coordinate values of both end points O and Q and the coordinate value of the continuous point (connection point) P. To be determined. If the slopes and intercepts of the first and second straight lines SL1, SL2 are a1, a2, and b1, b2, respectively, the first straight line SL1 is represented by ia = a1 × ib + b1, and the second straight line SL2 is represented by ia = It is represented by a2 × ib + b2.
圧縮特性X(ib)が両端点O、Qの座標値と連続点Pの座標値によって一意に決定されるので、圧縮特性生成部22は、これら各点O、P、Qの座標値を設定することによって圧縮特性X(ib)を生成するものである。そして、これら各点O、P、Qの座標点の設定に当たって、圧縮特性生成部22は、これら各点O、P、Qのうちの少なくとも1つの点の座標値をベース成分画像生成部21から抽出した圧縮特性生成用パラメータSに基づいて設定する。ここで、圧縮特性生成用パラメータSは、ベース成分画像Lの空間周波数に関係するパラメータであって、ベース成分画像生成部21の構成によるものである。より具体的には、圧縮特性生成用パラメータSは、LPF部31の遮断周波数、LPF部31の窓サイズ、LPF部31の接続段数、DS部32におけるダウンサンプリング処理の際の間引き率等である。なお、1段構成である場合は、LPF部31は1つであることから、そのLPF部31の値を用いればよいが、多段構成の場合は、すべての段におけるLPF部31に対して平均的な値を用いればよい。なお、間引き率についても同様に、多段の場合はすべての段におけるDS部32に対して、平均的な間引き率とすればよい。なお、DS部32の間引き率は、設計における容易さを考慮すれば、すべての段において同一の値とすることが好ましい。
Since the compression characteristic X (ib) is uniquely determined by the coordinate values of the end points O and Q and the coordinate value of the continuous point P, the compression
圧縮特性X(ib)の一方の端点Oの座標値は、例えば、図6に示すように座標原点(0,0)に設定され、固定される(b1=0)。なお、端点Oは、ia軸上の点(0,b1)(b1≠0)に設定され、固定されてもよい。 The coordinate value of one end point O of the compression characteristic X (ib) is set to a coordinate origin (0, 0) as shown in FIG. 6, for example, and is fixed (b1 = 0). The end point O may be set to a point (0, b1) (b1 ≠ 0) on the ia axis and may be fixed.
圧縮特性X(ib)の他方の端点Qの座標値(qi,qo)において、例えば、その値qiは、圧縮特性生成用パラメータSに基づいて求めた値に設定すればよい。具体的には、LPF部31の遮断周波数、LPF部31の窓サイズ、LPF部31の接続段数、DS部32における間引き率等に基づいて設定すればよい。qiの値は、LPF部31の遮断周波数に対しては単調減少することとし、LPF部31の窓サイズ、LPF部31の接続段数、DS部32における間引き率に対しては、単調増加することとすればよい。つまり、LPF部31の遮断周波数が高くなれば、qiの値は小さくなることとすればよい。また、LPF部31の窓サイズ、LPF部31の接続段数、DS部32における間引き率が大きくなれば、qiの値は大きくなることとすればよい。なお、qiが大きくなれば圧縮率は高くなり、qiが小さくなれば圧縮率は低くなる。そして、その値qoは、圧縮後のダイナミックレンジにおける画素値の最大値に設定される。その値qiは、このOmaxは所定の画像出力系の出力最大値(撮像センサ2の出力最大値又は最大画素値であってもよい)であり、例えば8ビット画像において「255」の階調値をとる。 In the coordinate value (qi, qo) of the other end point Q of the compression characteristic X (ib), for example, the value qi may be set to a value obtained based on the compression characteristic generation parameter S. Specifically, it may be set based on the cutoff frequency of the LPF unit 31, the window size of the LPF unit 31, the number of connection stages of the LPF unit 31, the thinning rate in the DS unit 32, and the like. The value of qi is monotonously decreased with respect to the cutoff frequency of the LPF unit 31, and is monotonously increased with respect to the window size of the LPF unit 31, the number of connection stages of the LPF unit 31, and the thinning rate in the DS unit 32. And it is sufficient. That is, if the cutoff frequency of the LPF unit 31 is increased, the value of qi may be decreased. Further, if the window size of the LPF unit 31, the number of connection stages of the LPF unit 31, and the thinning rate in the DS unit 32 are increased, the value of qi may be increased. Note that the compression ratio increases as qi increases, and the compression ratio decreases as qi decreases. The value qo is set to the maximum pixel value in the dynamic range after compression. The value qi is the maximum output value of the predetermined image output system (may be the maximum output value or the maximum pixel value of the imaging sensor 2), and for example, a gradation value of “255” in an 8-bit image. Take.
圧縮特性X(ib)の連続点(接続点)Pの座標値(pi,po)において、各値pi、poは、例えば、圧縮前の暗部が圧縮後に適切な明るさとなるような値に設定され、固定される。 In the coordinate value (pi, po) of the continuous point (connection point) P of the compression characteristic X (ib), each value pi, po is set to a value such that, for example, the dark part before compression has appropriate brightness after compression. And fixed.
第1直線SL1の傾きa1および切片b1は、点Oの座標値および点Pの座標値をia=a1×ib+b1に代入し、a1、b1の連立方程式を解くことによって求められる。第2直線SL2の傾きa2および切片b2は、点Pの座標値および点Qの座標値をia=a2×ib+b2に代入し、a2、b2の連立方程式を解くことによって求められる。 The slope a1 and the intercept b1 of the first straight line SL1 are obtained by substituting the coordinate value of the point O and the coordinate value of the point P into ia = a1 × ib + b1 and solving the simultaneous equations of a1 and b1. The slope a2 and the intercept b2 of the second straight line SL2 are obtained by substituting the coordinate value of the point P and the coordinate value of the point Q into ia = a2 × ib + b2 and solving the simultaneous equations of a2 and b2.
このように圧縮特性生成部22は、圧縮特性生成用パラメータSである、LPF部31の遮断周波数、LPF部31の窓サイズ、LPF部31の接続段数またはDS部32における間引き率等を用いることによって圧縮特性X(ib)を生成するものである。
As described above, the compression
このように、ベース成分画像生成部21の構成に係るパラメータであって、ベース成分画像Lの空間周波数に関係するものである圧縮特性生成用パラメータSに基づいて、圧縮特性X(ib)が圧縮特性生成部22によって生成されるので、圧縮特性生成部22を簡素に構成することができ、また適切な圧縮特性X(ib)の生成が可能となる。
As described above, the compression characteristic X (ib) is compressed based on the compression characteristic generation parameter S which is a parameter related to the configuration of the base component
また、圧縮特性生成部22は、次のように圧縮特性X(ib)を生成してもよい。図7は、実施形態のダイナミックレンジ圧縮部における他の圧縮特性を示す図である。図7の横軸は、圧縮前の画素値ib(ベース成分画像Lの画素値ib)であり、その縦軸は、圧縮後の画素値ia(圧縮ベース成分画像Lsの画素値ia)である。
Further, the compression
本実施形態の他の圧縮特性X(ib)は、曲線、例えば、対数曲線CLで表され、両端点O、Qの座標値とその間の中間点Pの座標値によって一意に決定される。対数曲線CLは、例えば、ia=exp(ln(ib)×c)×dで表される(c、dは、定数)。 Another compression characteristic X (ib) of the present embodiment is represented by a curve, for example, a logarithmic curve CL, and is uniquely determined by the coordinate values of the end points O and Q and the coordinate value of the intermediate point P therebetween. The logarithmic curve CL is represented by, for example, ia = exp (ln (ib) × c) × d (c and d are constants).
圧縮特性X(ib)が両端点O、Qの座標値と中間点Pの座標値によって一意に決定されるので、圧縮特性生成部22は、これら各点O、P、Qの座標値を設定することによって圧縮特性X(ib)を生成するものである。そして、これら各点O、P、Qの座標点の設定に当たって、圧縮特性生成部22は、これら各点O、P、Qのうちの少なくとも1つの点の座標値を圧縮特性生成用パラメータSに基づいて設定する。
Since the compression characteristic X (ib) is uniquely determined by the coordinate values of the end points O and Q and the coordinate value of the intermediate point P, the compression
圧縮特性X(ib)の一方の端点Oの座標値は、例えば、図7に示すように座標原点(0,0)に設定される。なお、端点Oは、ia軸上の点に設定され、固定されてもよい。 The coordinate value of one end point O of the compression characteristic X (ib) is set to the coordinate origin (0, 0) as shown in FIG. 7, for example. The end point O may be set to a point on the ia axis and fixed.
圧縮特性X(ib)の他方の端点Qの座標値(qi,qo)において、その値qiは、圧縮特性生成用パラメータSに基づいて設定すればよい。具体的には、LPF部31の遮断周波数、LPF部31の窓サイズ、LPF部31の接続段数、DS部32における間引き率等に基づいて設定すればよい。qiの値は、LPF部31の遮断周波数に対しては単調減少することとし、LPF部31の窓サイズ、LPF部31の接続段数、DS部32における間引き率に対しては、単調増加することとすればよい。つまり、LPF部31の遮断周波数が高くなれば、qiの値は小さくなることとすればよい。また、LPF部31の窓サイズ、LPF部31の接続段数、DS部32における間引き率が大きくなれば、qiの値は大きくなることとすればよい。なお、qiが大きくなれば圧縮率は高くなり、qiが小さくなれば圧縮率は低くなる。そして、その値qoは、圧縮後のダイナミックレンジにおける画素値の最大値に設定される。その値qiは、このOmaxは所定の画像出力系の出力最大値(撮像センサ2の出力最大値又は最大画素値であってもよい)であり、例えば8ビット画像において「255」の階調値をとる。 In the coordinate value (qi, qo) of the other end point Q of the compression characteristic X (ib), the value qi may be set based on the compression characteristic generation parameter S. Specifically, it may be set based on the cutoff frequency of the LPF unit 31, the window size of the LPF unit 31, the number of connection stages of the LPF unit 31, the thinning rate in the DS unit 32, and the like. The value of qi is monotonously decreased with respect to the cutoff frequency of the LPF unit 31, and is monotonously increased with respect to the window size of the LPF unit 31, the number of connection stages of the LPF unit 31, and the thinning rate in the DS unit 32. And it is sufficient. That is, if the cutoff frequency of the LPF unit 31 is increased, the value of qi may be decreased. Further, if the window size of the LPF unit 31, the number of connection stages of the LPF unit 31, and the thinning rate in the DS unit 32 are increased, the value of qi may be increased. Note that the compression ratio increases as qi increases, and the compression ratio decreases as qi decreases. The value qo is set to the maximum pixel value in the dynamic range after compression. The value qi is the maximum output value of the predetermined image output system (may be the maximum output value or the maximum pixel value of the imaging sensor 2), and for example, a gradation value of “255” in an 8-bit image. Take.
圧縮特性X(ib)の連続点(接続点)Pの座標値(pi,po)において、各値pi、poは、例えば、圧縮前の暗部が圧縮後に適切な明るさとなるような値に設定され、固定される。 In the coordinate value (pi, po) of the continuous point (connection point) P of the compression characteristic X (ib), each value pi, po is set to a value such that, for example, the dark part before compression has appropriate brightness after compression. And fixed.
対数曲線CLの定数c、dは、点Pの座標値および点Qの座標値をia=exp(ln(ib)×c)×dに代入し、c、dの連立方程式を解くことによって求められる。 The constants c and d of the logarithmic curve CL are obtained by substituting the coordinate value of the point P and the coordinate value of the point Q into ia = exp (ln (ib) × c) × d and solving the simultaneous equations of c and d. It is done.
このように圧縮特性生成部22は、圧縮特性生成用パラメータSである、LPF部31の遮断周波数、LPF部31の窓サイズ、LPF部31の接続段数またはDS部32における間引き率等を用いることによって圧縮特性X(ib)を生成するものである。
これにより、ベース成分画像Lの空間周波数に基づいて、圧縮特性X(ib)が圧縮特性生成部22によって生成されるので、圧縮特性生成部22を簡素に構成することができ、また適切な圧縮特性X(ib)の生成が可能となる。
As described above, the compression
Thereby, since the compression characteristic X (ib) is generated by the compression
ここで、ダイナミックレンジ圧縮部15に入力される入力画像Iのダイナミックレンジは、任意でよいが、ダイナミックレンジ圧縮部15は、広ダイナミックレンジの入力画像Iが入力される場合に好適に機能する。
Here, the dynamic range of the input image I input to the dynamic
この広ダイナミックレンジの入力画像Iは、例えば、次のように生成される。まず、制御部6がレンズ部1および撮像センサ2の露出を制御することによって、露出量(露光量)の異なる複数の画像(多重露光画像)が撮影される。そして、広ダイナミックレンジ画像生成部(広DR画像生成部)14Aで複数の画像に当該画像の露出に反比例したゲインをかけて複数の画像が加算され、広ダイナミックレンジの画像が生成される。例えば、露出1、1/2、1/4の3枚の画像が撮影され、露出1の画像にゲイン1がかけられ、露出1/2の画像にゲイン2がかけられ、露出1/4の画像にゲイン4がかけられ、そして、各ゲインをかけた各露出の画像が加算され、広ダイナミックレンジの画像が生成される。この広DR画像生成部14Aは、AD変換部4より後段であって画像処理部5のDR圧縮部15より前段に配置される。図1には、広DR画像生成部14AがDR圧縮部15の前段に配置される例が示されている。
The wide dynamic range input image I is generated as follows, for example. First, the control unit 6 controls the exposure of the
また例えば、この広ダイナミックレンジの入力画像Iは、次のように生成される。図8は、ニー特性の撮像センサにおける光電変換特性および光電変換特性の伸張を示す図である。図8の横軸は、被写体輝度であり、その縦軸は、画素値である。図8における実線は、撮像センサ2自体の光電変換特性を示し、その一点鎖線は、高輝度範囲の光電変換特性が低輝度範囲の光電変換特性の延長線上に乗るように変換された光電変換特性を示す。まず、撮像センサ2には、光電変換特性がニー特性の撮像センサが用いられる。ニー特性の撮像センサでは、被写体輝度Dと撮像センサ2の画素値iとの対応関係を示す光電変換特性が予め設定された所定の閾値Dthで低輝度範囲の第1光電変換特性と高輝度範囲の第2光電変換特性とに二分されている。被写体輝度Dが0から所定の閾値Dthまでの低輝度範囲内である場合には、第1傾きで被写体輝度Dが画素値iに光電変換され、被写体輝度Dが所定の閾値Dthから撮像センサの光電変換可能な最大値Dmaxまでの高輝度範囲内である場合には、被写体輝度Dthで画素値iが連続するように、そして、第1傾きよりも小さい第2傾きで被写体輝度Dが画素値iに光電変換される。すなわち、高輝度範囲の光電変換特性が低輝度範囲の光電変換特性よりも圧縮されている。図8に示す例では、第1傾きが1とされ、第2傾きがa3(0<a3<1)とされている。このようなニー特性の撮像センサ2で撮影された画像は、広ダイナミックレンジ画像生成部(広DR画像生成部)14Bで高輝度範囲の光電変換特性が低輝度範囲の光電変換特性の延長線上に乗るように変換され、伸張され、広ダイナミックレンジの画像が生成される。より具体的には、広輝度範囲の光電変換特性がi=a3×D+b3(b3=ith−a3×Dth)で表される場合では、画素値iが0から所定の閾値Dthに対応する画素値ithまでは、撮像センサ2の画素値iがそのまま採用され、画素値iが画素値ithから最大値Dmaxに対応する画素値imaxまでは、撮像センサ2の画素値iが(i−b3)/a3に変換され、広ダイナミックレンジの画像が生成される。この広DR画像生成部14Bは、AD変換部4より後段であって画像処理部5のDR圧縮部15より前段に配置される。図1には、広DR画像生成部14BがDR圧縮部15の前段に配置される例が示されている。
Further, for example, the input image I having a wide dynamic range is generated as follows. FIG. 8 is a diagram illustrating photoelectric conversion characteristics and expansion of photoelectric conversion characteristics in an image sensor having knee characteristics. The horizontal axis in FIG. 8 is the subject brightness, and the vertical axis is the pixel value. The solid line in FIG. 8 indicates the photoelectric conversion characteristic of the image sensor 2 itself, and the alternate long and short dash line indicates the photoelectric conversion characteristic converted so that the photoelectric conversion characteristic in the high luminance range is on the extension line of the photoelectric conversion characteristic in the low luminance range. Indicates. First, an imaging sensor having a knee characteristic of photoelectric conversion characteristics is used for the imaging sensor 2. In the knee characteristic imaging sensor, the photoelectric conversion characteristic indicating the correspondence between the subject brightness D and the pixel value i of the imaging sensor 2 has a predetermined threshold value Dth and the first photoelectric conversion characteristic in the low brightness range and the high brightness range. The second photoelectric conversion characteristic is divided into two. When the subject brightness D is within a low brightness range from 0 to a predetermined threshold value Dth, the subject brightness D is photoelectrically converted to a pixel value i with the first inclination, and the subject brightness D is changed from the predetermined threshold value Dth to the image sensor. When the pixel value i is within the high luminance range up to the maximum value Dmax that can be photoelectrically converted, the pixel value i is such that the pixel value i is continuous at the subject luminance Dth and the second gradient is smaller than the first gradient. Photoelectrically converted to i. That is, the photoelectric conversion characteristic in the high luminance range is compressed more than the photoelectric conversion characteristic in the low luminance range. In the example shown in FIG. 8, the first inclination is 1, and the second inclination is a3 (0 <a3 <1). An image photographed by the imaging sensor 2 having such knee characteristics is on the extended line of the photoelectric conversion characteristics in the high luminance range and the photoelectric conversion characteristics in the low luminance range by the wide dynamic range image generation unit (wide DR image generation unit) 14B. The image is converted so as to be ridden and expanded to generate a wide dynamic range image. More specifically, when the photoelectric conversion characteristic in the wide luminance range is represented by i = a3 × D + b3 (b3 = ith−a3 × Dth), the pixel value corresponding to a predetermined threshold value Dth from 0. Up to ith, the pixel value i of the image sensor 2 is adopted as it is, and the pixel value i of the image sensor 2 is (i−b3) / from the pixel value ith to the pixel value imax corresponding to the maximum value Dmax. A wide dynamic range image is generated by converting to a3. The wide DR
また例えば、この広ダイナミックレンジの入力画像Iは、次のように生成される。図9は、リニアログ特性の撮像センサにおける光電変換特性および光電変換特性の伸張を示す図である。図9の横軸は、被写体輝度であり、その縦軸は、画素値である。図9における実線は、撮像センサ2自体の光電変換特性を示し、その一点鎖線は、高輝度範囲の光電変換特性が低輝度範囲の光電変換特性の延長線上に乗るように変換された光電変換特性を示す。まず、撮像センサ2には、光電変換特性がリニアログ特性の撮像センサが用いられる。リニアログ特性の撮像センサでは、被写体輝度Dと撮像センサ2の画素値iとの対応関係を示す光電変換特性が予め設定された所定の閾値Dthで低輝度範囲の第1光電変換特性と高輝度範囲の第2光電変換特性とに二分されている。被写体輝度Dが0から所定の閾値Dthまでの低輝度範囲内である場合には、被写体輝度Dが画素値iに線形で光電変換され、被写体輝度Dが所定の閾値Dthから撮像センサの光電変換可能な最大値Dmaxまでの高輝度範囲内である場合には、被写体輝度Dthで画素値iが連続するように、そして、被写体輝度Dが画素値iに対数で光電変換される。すなわち、高輝度範囲の光電変換特性が低輝度範囲の光電変換特性よりも圧縮されている。図9に示す例では、低輝度範囲における線形の第1光電変換特性がi=Dとされ、高輝度範囲における対数の第2光電変換特性がi=α×ln(D)+β(β=ith−α×ln(Dth))とされている。このようなリニアログ特性の撮像センサ2で撮影された画像は、広ダイナミックレンジ画像生成部(広DR画像生成部)14Cで高輝度範囲の光電変換特性が低輝度範囲の光電変換特性の延長線上に乗るように変換され、伸張され、広ダイナミックレンジの画像が生成される。より具体的には、第1および第2光電変換特性が上記のように表される場合では、画素値iが0から所定の閾値Dthに対応する画素値ithまでは、撮像センサ2の画素値iがそのまま採用され、画素値iが画素値ithから最大値Dmaxに対応する画素値imaxまでは、撮像センサ2の画素値iがexp((i−β)/α)に変換され、広ダイナミックレンジの画像が生成される。この広DR画像生成部14Cは、AD変換部4より後段であって画像処理部5のDR圧縮部15より前段に配置される。図1には、広DR画像生成部14CがDR圧縮部15の前段に配置される例が示されている。
Further, for example, the input image I having a wide dynamic range is generated as follows. FIG. 9 is a diagram illustrating photoelectric conversion characteristics and expansion of photoelectric conversion characteristics in an image sensor having linear log characteristics. The horizontal axis in FIG. 9 is the subject brightness, and the vertical axis is the pixel value. The solid line in FIG. 9 indicates the photoelectric conversion characteristic of the image sensor 2 itself, and the alternate long and short dash line indicates the photoelectric conversion characteristic converted so that the photoelectric conversion characteristic in the high luminance range is on the extended line of the photoelectric conversion characteristic in the low luminance range. Indicates. First, an imaging sensor having a linear log characteristic as a photoelectric conversion characteristic is used as the imaging sensor 2. In the linear log characteristic imaging sensor, the photoelectric conversion characteristic indicating the correspondence between the subject luminance D and the pixel value i of the imaging sensor 2 has a predetermined threshold value Dth and the first photoelectric conversion characteristic in the low luminance range and the high luminance range. The second photoelectric conversion characteristic is divided into two. When the subject brightness D is within a low brightness range from 0 to a predetermined threshold value Dth, the subject brightness D is linearly photoelectrically converted to the pixel value i, and the subject brightness D is photoelectrically converted from the predetermined threshold value Dth to the imaging sensor. When it is within the high luminance range up to the maximum possible value Dmax, the subject luminance D is photoelectrically converted logarithmically into the pixel value i so that the pixel value i is continuous with the subject luminance Dth. That is, the photoelectric conversion characteristic in the high luminance range is compressed more than the photoelectric conversion characteristic in the low luminance range. In the example shown in FIG. 9, the linear first photoelectric conversion characteristic in the low luminance range is i = D, and the logarithmic second photoelectric conversion characteristic in the high luminance range is i = α × ln (D) + β (β = ith). −α × ln (Dth)). The image captured by the imaging sensor 2 having such a linear log characteristic is on the extension line of the photoelectric conversion characteristic in the high luminance range by the wide dynamic range image generation unit (wide DR image generation unit) 14C. The image is converted so as to be ridden and expanded to generate a wide dynamic range image. More specifically, in the case where the first and second photoelectric conversion characteristics are expressed as described above, the pixel value of the image sensor 2 is from 0 to the pixel value ith corresponding to the predetermined threshold value Dth. i is employed as it is, and from pixel value ith to pixel value imax corresponding to maximum value Dmax, pixel value i of imaging sensor 2 is converted to exp ((i−β) / α), and wide dynamic A range image is generated. The wide DR
広ダイナミックレンジの入力画像Iは、この他、公知の方法、例えば、前記特許文献1ないし特許文献4のいずれかに開示の方法で得られたものであってもよい。
In addition to this, the input image I having a wide dynamic range may be obtained by a known method, for example, the method disclosed in any one of
以上のように、本実施形態における画像処理装置を備えた撮像装置CAでは、圧縮特性生成用パラメータSである、LPF部31の遮断周波数、LPF部31の窓サイズ、LPF部31の接続段数、DS部32におけるダウンサンプリング処理の際の間引き率等のうちの少なくともいずれか1つに基づいて、圧縮特性X(ib)が生成される。すなわち、ベース成分画像の空間周波数Lに基づいて圧縮特性X(ib)が生成されるため、より適切な圧縮特性X(ib)が設定される。それにより、例えばいわゆる白飛びや黒つぶれ等の無い背景技術より高画質で入力画像Iのダイナミックレンジの圧縮が可能となる。そして、これらのパラメータにより圧縮特性X(ib)が決まるので、画像に基づいて圧縮特性X(ib)を求める場合に比べて、容易であり、処理時間を短縮できる。 As described above, in the imaging apparatus CA including the image processing apparatus according to the present embodiment, the cutoff frequency of the LPF unit 31, the window size of the LPF unit 31, the number of connection stages of the LPF unit 31, which are compression characteristic generation parameters S, The compression characteristic X (ib) is generated based on at least one of the thinning rates and the like at the time of downsampling processing in the DS unit 32. That is, since the compression characteristic X (ib) is generated based on the spatial frequency L of the base component image, a more appropriate compression characteristic X (ib) is set. As a result, for example, the dynamic range of the input image I can be compressed with higher image quality than the background technology without so-called whiteout or blackout. Since the compression characteristic X (ib) is determined by these parameters, it is easier than the case where the compression characteristic X (ib) is obtained based on the image, and the processing time can be shortened.
なお、上述の実施形態において、ベース成分画像生成部21は、図2に示す構成に限定されるものではない。例えば、前記特許文献6に開示の画像処理装置を利用することも可能である。この特許文献6に開示の画像処理装置は、当該特許文献6に詳述されているが、大略、次のように構成され、動作する。
In the above-described embodiment, the base component
図10は、実施形態のダイナミックレンジ圧縮におけるベース成分画像生成部の他の構成を示す図である。図10において、ベース成分画像生成部21Bは、複数のイプシロンフィルタ120、120A、120Bと、複数の線形ローパスフィルタ(線形LPF)121A、121Bと、複数のダウンサンプリング器122A、122Bと、複数のアップサンプリング器123A、123Bと、複数の補間器124A、124Bと、複数の合成器125A、125Bとを備えて構成されている。
FIG. 10 is a diagram illustrating another configuration of the base component image generation unit in the dynamic range compression of the embodiment. In FIG. 10, the base component
入力画像I1は、第1イプシロンフィルタ120と第1線形LPF121Aとに分割入力される。第1イプシロンフィルタ120では、入力画像I1に対して所定の非線形フィルタリング処理を行い、最も平滑化の度合いが小さく、解像度の最も高い第1平滑画像RH0を生成し、この第1平滑画像RH0を第2合成器125Bに出力する。第1線形LPF121Aは、後段の第1ダウンサンプリング器122Aでのダウンサンプリング処理においてエリアシングの発生を回避するためのものであり、ダウンサンプリングのレートに応じて適当なフィルタ処理を施す。第1線形LPF121Aの出力は、第1ダウンサンプリング器122Aに入力され、第1ダウンサンプリング器122Aで予め設定された所定のレートによりダウンサンプリング処理が施される。第1線形LPF121Aおよび第1ダウンサンプリング器122Aによって縮小された画像I2は、第2イプシロンフィルタ120Aおよび第2線形LPF121Bに入力される。
The input image I1 is divided and input to the
第2イプシロンフィルタ120Aおよび第2線形LPF121Bは、入力画像Iの大きさが異なる以外、すなわち、入力画像Iとして第1ダウンサンプリング器122Aからの画像I2が入力される以外、それぞれ、第1イプシロンフィルタ120および第1線形LPF121Aと実質的に同じ働きをする。すなわち、第2イプシロンフィルタ120Aでは、第1ダウンサンプリング器122Aからの入力画像I2に対して所定の非線形フィルタリング処理を行って第2平滑画像RH1を生成し、この第2平滑画像RH1を第1合成器125Aに出力する。第2線形LPF121Bでは、後段の第2ダウンサンプリング器122Bでのダウンサンプリングのレートに応じて適当なフィルタ処理を施す。第2線形LPF121Bの出力は、第2ダウンサンプリング器122Bに入力され、第2ダウンサンプリング器122Bで予め設定されたレートによりダウンサンプリング処理が施される。これによって縮小された画像I3は、第3イプシロンフィルタ120Bに入力される。
The
第3イプシロンフィルタ120Bも第1イプシロンフィルタ120と実質的に同じ働きをする。すなわち、第3イプシロンフィルタ120Bでは、第2ダウンサンプリング器122Bからの入力画像I3に対して所定の非線形フィルタリング処理を行って第3平滑画像RH2を生成し、この第3平滑画像RH2を第1アップサンプリング器123Aに出力する。
The
第1アップサンプリング器123Aでは、第3平滑画像RH2に対して、第2ダウンサンプリング器122Bと同じレートでアップサンプリング処理を施す。すなわち、第2ダウンサンプリング器122Bにおけるダウンサンプリングレートが1/Nである場合、第1アップサンプリング器123Aでは、隣接する画素の間に値が0であるN−1個の画素を挿入する処理を行う。第1補間器124Aでは、アップサンプリング処理の施された画像に対して適当な補間処理を行うことによって中間合成画像を生成し、第1合成器125Aに出力する。第1合成器125Aでは、エッジ強度Gの算出を行い、それに基づいて第2イプシロンフィルタ120Aからの第2平滑画像RH1と第1補間器124Aからの中間合成画像とを合成して、第1合成平滑画像を生成し、第1合成平滑画像を第2アップサンプリング器123Bに出力する。
The
第2アップサンプリング器123Bおよび第2補間器124Bは、それぞれ、第1アップサンプリング器123Aおよび第1補間器124Aと実質的に同じ働きをする。これらによって生成された中間合成画像は、第2合成器125Bに出力される。第2合成器125Bは、第1合成器125Aと実質的に同じ働きをする。すなわち、第2合成器125Aは、第1イプシロンフィルタ120から出力された第1平滑画像RH0と第2補間器124Bから出力された中間合成画像とを合成して、ベース成分を表す最終的なベース成分画像Lとして第2合成平滑画像を生成し、出力する。
The
このようにベース成分画像生成部21Bでは、入力画像I1を分割入力し、その分割された複数の入力画像Iのそれぞれに対して平滑化を行い、平滑化の度合いの異なる複数の平滑画像RH0、RH1、RH2を生成する。そして、ベース成分画像生成部21Bでは、これら複数の平滑画像RH0、RH1、RH2に基づいてエッジ強度Gを算出し、さらにこの算出されたエッジ強度Gに基づいて、複数の平滑画像RH0、RH1、RH2を合成することによって、ベース成分を表す最終的なベース成分画像Lを生成する。
In this way, the base component
そして、ベース成分画像Lの空間周波数に関係するパラメータであって、ベース成分画像生成部21Bの構成によるものを圧縮特性生成用パラメータSとすればよい。例えば、イプシロンフィルタ120、120A、120Bの遮断周波数、イプシロンフィルタ120、120A、120Bの窓サイズ、イプシロンフィルタ120、120A、120Bの接続段数、ダウンサンプリング器122A、122Bにおけるダウンサンプリング処理の際の間引き率等である。なお、ベース成分画像生成部21Bにおいても、1段および複数段の構成でもよい。そして、ベース成分画像生成部21Bが1段構成である場合は、イプシロンフィルタは1つなので、その値を用いればよいが、多段構成の場合は、すべての段におけるイプシロンフィルタ120、120A、120Bに対して平均的な値を用いればよい。なお、間引き率についても同様に、多段の場合はすべての段における間引き率に対して、平均的な間引き率とすればよい。
Then, a parameter relating to the spatial frequency of the base component image L, which is based on the configuration of the base component
また、上述のベース成分画像生成部21Aの圧縮特性生成用パラメータSと同様に、圧縮特性生成部22は、これに基づいて圧縮特性を設定すればよい。これにより、容易に、より適切な圧縮特性の生成が可能となる。
Similarly to the compression characteristic generation parameter S of the base component
なお、上述の実施形態では、入力画像I、ベース成分画像Lおよび圧縮ベース成分画像Lsに基づいて圧縮画像Isが生成される一構成例として、DR圧縮部15において、入力画像Iとベース成分画像Lとに基づいて反射率成分画像Rが生成され、圧縮ベース成分画像Lsと反射率成分画像Rとに基づいて圧縮画像Isが生成される構成を挙げたが、これに限定されるものではなく、他の構成でもよい。例えば、入力画像Iは、I=L×Rであり、圧縮画像Isは、Is=Ls×Rであるから、Is=(Ls/L)×Iとなるので、DR圧縮部15において、圧縮ベース成分画像Lsがベース成分画像Lで除算され、その除算結果が入力画像Iと乗算される構成でもよい。この場合では、DR圧縮部15は、ベース成分画像生成部21と、圧縮特性生成部22と、ベース成分画像圧縮部23と、入力画像I、ベース成分画像Lおよび圧縮ベース成分画像Lsが入力され、圧縮ベース成分画像Lsをベース成分画像Lで除算した後に、その除算結果に入力画像Iを乗算する除乗算部とを備えて構成される。
In the above-described embodiment, as an example of a configuration in which the compressed image Is is generated based on the input image I, the base component image L, and the compressed base component image Ls, the
また、上記説明は、静止画についてであったが、動画の1フレームごとに上記と同様の処理を行うことで、動画においても、同様の効果を得ることができる。 Moreover, although the said description was about a still image, the same effect can be acquired also in a moving image by performing the process similar to the above for every frame of a moving image.
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および/または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。従って、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。 In order to express the present invention, the present invention has been properly and fully described through the embodiments with reference to the drawings. However, those skilled in the art can easily change and / or improve the above-described embodiments. It should be recognized that this is possible. Accordingly, unless the modifications or improvements implemented by those skilled in the art are at a level that departs from the scope of the claims recited in the claims, the modifications or improvements are not limited to the scope of the claims. To be construed as inclusive.
CA 撮像装置
L ベース成分画像
Ls 圧縮ベース成分画像
R 反射率成分画像
S 圧縮特性生成用画像
CL 対数曲線
SL1、SL2 直線
1 レンズ部
2 撮像センサ
5 画像処理部
6 制御部
7 画像メモリ
14、14A、14B、14C 広ダイナミックレンジ画像生成部(広DR画像生成部)15 ダイナミックレンジ圧縮部(DR圧縮部)
21、21A、21B ベース成分画像生成部
22 圧縮特性生成部
23 ベース成分画像圧縮部
24 除算部
25 合成部
31(31−1〜31−3) ローパスフィルタ部
32(32−1〜32−3) ダウンサンプリング部
33(33−1〜33−3) アップサンプリング部
34(34−1−〜34−3) ボケ画像合成部(Mix部)
41 第1乗算器
42 加算器
43 第2乗算器
44 エッジ部
45 ルックアップテーブル部(LUT部)
120、120A、120B イプシロンフィルタ
122A、122B ダウンサンプリング器
123A、123B アップサンプリング器
124A、124B 補間器
125A、125B 合成器
CA imaging device L base component image Ls compressed base component image
R Reflectance component image S Compression characteristic generation image CL Logarithmic curve SL1,
21, 21A, 21B Base component
41 First multiplier 42
120, 120A,
125A, 125B combiner
Claims (11)
前記ベース成分画像の空間周波数に基づいて前記ベース成分画像を圧縮するための圧縮特性を生成する圧縮特性生成部と、
前記ベース成分画像に前記圧縮特性生成部で生成した圧縮特性を用いることによって、前記ベース成分画像よりもダイナミックレンジの小さい圧縮ベース成分画像を生成するベース成分画像圧縮部とを備えること
を特徴とする画像処理装置。 A base component image generation unit that generates a base component image based on a difference in spatial frequency components from an input image;
A compression characteristic generation unit that generates a compression characteristic for compressing the base component image based on a spatial frequency of the base component image;
A base component image compression unit that generates a compressed base component image having a dynamic range smaller than that of the base component image by using the compression characteristic generated by the compression characteristic generation unit for the base component image. Image processing device.
を特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 The compressed image generation unit that generates a compressed image obtained by compressing a dynamic range of the input image based on the input image, the base component image, and the compressed base component image. Image processing device.
前記圧縮特性生成部は、前記ローパスフィルタ部の遮断周波数および窓サイズの少なくとも1つに基づいて前記圧縮特性を生成すること
を特徴とする請求項1または請求項2に記載の画像処理装置。 The base component image generation unit includes a low pass filter unit,
The image processing apparatus according to claim 1, wherein the compression characteristic generation unit generates the compression characteristic based on at least one of a cutoff frequency and a window size of the low-pass filter unit.
前記圧縮特性生成部は、前記非線形フィルタ部の遮断周波数および窓サイズの少なくとも1つに基づいて前記圧縮特性を生成すること
を特徴とする請求項1または請求項2に記載の画像処理装置。 The base component image generation unit includes a nonlinear filter unit,
The image processing apparatus according to claim 1, wherein the compression characteristic generation unit generates the compression characteristic based on at least one of a cutoff frequency and a window size of the nonlinear filter unit.
を特徴とする請求項3または請求項4に記載の画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 3, wherein the compression characteristic generation unit decreases the compression rate as the cutoff frequency increases, and increases the compression rate as the window size increases.
を特徴とする請求項1または請求項2に記載の画像処理装置。 The base component image generation unit generates, from the input image, a plurality of smooth images having different spatial frequency components with different cutoff frequencies and having different resolutions, and the input image is based on the plurality of smooth images. The image processing apparatus according to claim 1, wherein the base component image having a resolution equal to that of the base image is generated.
前記圧縮特性生成部は、前記ローパスフィルタ部の接続段数および前記ダウンサンプリング部の間引き率の少なくとも1つに基づいて前記圧縮特性を生成すること
を特徴とする請求項6に記載の画像処理装置。 The base component image generation unit has a configuration in which a low-pass filter unit and a downsampling unit are connected in multiple stages,
The image processing apparatus according to claim 6, wherein the compression characteristic generation unit generates the compression characteristic based on at least one of a connection stage number of the low-pass filter unit and a thinning rate of the downsampling unit.
前記圧縮特性生成部は、前記非線形フィルタの接続段数および前記ダウンサンプリング部の間引き率の少なくとも1つに基づいて前記圧縮特性を生成すること
を特徴とする請求項6に記載の画像処理装置。 The base component image generation unit has a configuration in which a nonlinear filter unit and a downsampling unit are connected in multiple stages,
The image processing apparatus according to claim 6, wherein the compression characteristic generation unit generates the compression characteristic based on at least one of a connection stage number of the nonlinear filter and a thinning rate of the downsampling unit.
を特徴とする請求項7または請求項8に記載の画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 7, wherein the compression characteristic generation unit increases the compression rate as the number of connection stages increases, and increases the compression rate as the thinning rate increases. .
前記ベース成分画像生成工程において生成された前記ベース成分画像の空間周波数に基づいて前記ベース成分画像を圧縮するための圧縮特性を生成する圧縮特性生成工程と、
前記ベース成分画像に前記圧縮特性生成工程で生成された圧縮特性を用いることによって、前記ベース成分画像よりもダイナミックレンジの小さい圧縮ベース成分画像を生成するベース成分画像圧縮工程とを備えること
を特徴とする画像処理方法。 A base component image generating step for generating a base component image from the input image due to a difference in spatial frequency components;
A compression characteristic generation step for generating a compression characteristic for compressing the base component image based on a spatial frequency of the base component image generated in the base component image generation step;
A base component image compression step for generating a compressed base component image having a dynamic range smaller than that of the base component image by using the compression characteristic generated in the compression property generation step for the base component image. Image processing method.
前記画像処理部は、請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載の画像処理装置を備えること
を特徴とする撮像装置。 An imaging apparatus comprising: an imaging unit that photoelectrically converts a subject light image to generate an image signal; and an image processing unit that performs predetermined image processing on the image signal generated by the imaging unit to generate an image.
The image processing unit includes the image processing apparatus according to any one of claims 1 to 9.
An imaging apparatus characterized by the above.
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