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JP6541503B2 - Image pickup apparatus, image processing apparatus, image processing method and program - Google Patents
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Image pickup apparatus, image processing apparatus, image processing method and program Download PDF

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Description

本発明は、撮像装置、画像処理装置、画像処理方法およびプログラムに関する。   The present invention relates to an imaging device, an image processing device, an image processing method, and a program.

ベイヤー(Bayer)配列等のカラーフィルタが配置された単板式センサを用いた撮像装置では、撮像時に画素毎に生成できる色信号が異なり、カラーフィルタの配列に起因した折り返し(歪)が発生し、画質が損なわれる場合がある。また、撮影レンズの射出瞳を複数の領域に瞳分割し、分割された瞳領域に応じた複数の視差画像を同時に撮影することができる撮像装置が提案されている。例えば、特許文献1は、1画素毎に、1つのマイクロレンズと複数の光電変換部(以下、副画素と称する)を備え、副画素には、RGBのいずれかのカラーフィルタが配置された2次元撮像素子を用いた撮像装置を提案している。   In an imaging apparatus using a single-plate sensor in which a color filter such as a Bayer array is arranged, color signals that can be generated for each pixel are different at the time of imaging, and aliasing (distortion) occurs due to the array of color filters. Image quality may be impaired. Further, there has been proposed an imaging apparatus capable of dividing an exit pupil of a photographing lens into a plurality of regions and simultaneously photographing a plurality of parallax images according to the divided pupil regions. For example, Patent Document 1 includes one microlens and a plurality of photoelectric conversion units (hereinafter, referred to as sub-pixels) for each pixel, and a sub-pixel includes one of RGB color filters 2. An imaging device using a two-dimensional imaging device is proposed.

特許第5359465号公報Patent No. 5359465 gazette

しかしながら、特許文献1の構成では、撮像時の合焦状態によっては、画素内の副画素が光束を受光する位置のずれ(以下、「重心ずれ」と称する)が発生するため、副画素を用いてデモザイク処理する際に、重心ずれによるエッジのガタつきが発生する。また、重心ずれ量は、撮像時の合焦状態によって異なり、撮像画像の局所的な合焦状態を判定し、合焦状態に応じて、重心ずれを適切に補正することは難しい。   However, in the configuration of Patent Document 1, depending on the in-focus state at the time of imaging, a shift in the position at which the sub-pixel in the pixel receives a light beam (hereinafter referred to as "gravity shift") occurs. At the time of demosaicing, rattling of the edge due to center-of-gravity shift occurs. Further, the center-of-gravity shift amount differs depending on the in-focus state at the time of imaging, and it is difficult to determine the local in-focus state of the captured image and appropriately correct the center-of-gravity shift according to the in-focus state.

本発明は、それぞれ異なる瞳領域からの光を受光する複数の副画素からの信号に基づいて、高画質な画像信号を簡単な方法で生成することが可能な撮像装置、画像処理装置、画像処理方法およびプログラムを提供することを例示的な目的とする。   The present invention provides an imaging device, an image processing device, and an image processing device capable of generating a high quality image signal by a simple method based on signals from a plurality of sub-pixels receiving light from different pupil regions. It is an exemplary object to provide methods and programs.

本発明の撮像装置は、複数の画素からなる画素アレイと、画素アレイ上に規則的に配列された複数の色のカラーフィルタと、を有し、各画素は、結像光学系の異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ受光して前記結像光学系が結像する被写体像を光電変換する複数の光電変換部を備えた撮像素子と、前記画素アレイに出力画像を生成するための複数の画像生成位置を設定し、各画像生成位置に対して、前記複数の画素の中から使用される複数の光電変換部を選択し、選択された前記複数の光電変換部からの信号に基づいて前記複数の色の全ての色情報を設定する画像処理手段と、を有し、前記画像処理手段は、各画像生成位置に対して、選択された前記光電変換部が前記光束を受光する位置と、前記選択された光電変換部に対応する画素の中心位置とのずれ量を相殺するための重みを、前記選択された光電変換部からの信号に加重して加算することによって前記色情報を設定し、前記画素アレイにおいて、前記複数の画像生成位置は、前記複数の画素の中心位置からずれていることを特徴とする。
The imaging device of the present invention has a pixel array consisting of a plurality of pixels, and color filters of a plurality of colors regularly arranged on the pixel array, and each pixel is a different pupil area of the imaging optical system. And a plurality of images for generating an output image on the pixel array, and an imaging device including a plurality of photoelectric conversion units for respectively receiving the luminous fluxes passing through and photoelectrically converting an object image formed by the imaging optical system. A generation position is set, and for each image generation position, a plurality of photoelectric conversion units to be used are selected from the plurality of pixels, and the plurality of photoelectric conversion units are selected based on signals from the selected plurality of photoelectric conversion units. Image processing means for setting all the color information of the colors, wherein the image processing means is a position where the selected photoelectric conversion unit receives the light flux for each image generation position; Among the pixels corresponding to the selected photoelectric conversion unit A weight for canceling the deviation amount between the position, the color information set by adding to weighted signals from said selected photoelectric conversion unit, in the pixel array, said plurality of image generating position And a center position of the plurality of pixels .

本発明によれば、それぞれ異なる瞳領域からの光を受光する複数の副画素からの信号に基づいて、高画質な画像信号を簡単な方法で生成することが可能な撮像装置、画像処理装置、画像処理方法およびプログラムを提供することができる。   According to the present invention, an imaging device and an image processing device capable of generating a high quality image signal by a simple method based on signals from a plurality of sub-pixels receiving light from different pupil regions. An image processing method and program can be provided.

本発明の撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram showing an example of composition of an imaging device of the present invention. 図1に示す撮像素子の画素配列を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the pixel array of the image pick-up element shown in FIG. 図1に示す結像光学系における分割された瞳領域を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the divided | segmented pupil area | region in the imaging optical system shown in FIG. 図3に示す分割された瞳領域を通る光束が入射される様子を示した模式図である。FIG. 4 is a schematic view showing how a light beam passing through a divided pupil region shown in FIG. 3 is incident; 図1に示すカメラ信号処理回路内の色信号生成処理手段のブロック図である。It is a block diagram of the color signal generation processing means in the camera signal processing circuit shown in FIG. 副画素のサンプリング位置と、出力画像のサンプリング位置を示した模式図である。FIG. 5 is a schematic view showing sampling positions of sub-pixels and sampling positions of an output image. Gの副画素と出力画像のサンプリング位置を示した模式図である。FIG. 6 is a schematic view showing a G sub-pixel and a sampling position of an output image. Rの副画素と出力画像のサンプリング位置を示した模式図である。It is the model which showed the sub pixel of R, and the sampling position of an output image. Bの副画素と、出力画像のサンプリング位置を示した模式図である。FIG. 7 is a schematic view showing a B sub-pixel and a sampling position of an output image. 本発明のR、Bの重心ずれ補正処理の動作を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the operation | movement of gravity center shift correction processing of R, B of this invention. 本発明によって補正された画素信号が生成されることを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows that the pixel signal correct | amended by this invention is produced | generated.

図1は、本発明の実施形態に係る撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。撮像装置100は、一眼レフカメラやノンレフレックスカメラ(ミラーレスカメラ)におけるカメラ本体でもよいし、レンズ一体型でもよい。撮像装置100は、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、テレビカメラなどであってもよい。   FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of an imaging device according to an embodiment of the present invention. The imaging device 100 may be a camera body in a single-lens reflex camera or a non-reflex camera (mirrorless camera), or may be a lens integrated type. The imaging device 100 may be a digital still camera, a digital video camera, a television camera, or the like.

図1において、撮像装置100は、結像光学系101、撮像素子102、カメラ信号処理回路103、フレームメモリ104、結像光学系101の駆動制御手段105、表示部106、記録部107、操作系108、システム制御手段109を有する。カメラ信号処理回路103、フレームメモリ104、表示部106、記録部107、操作系108は、バスライン110を介して相互に接続されている。   In FIG. 1, an imaging apparatus 100 includes an imaging optical system 101, an imaging element 102, a camera signal processing circuit 103, a frame memory 104, a drive control unit 105 of the imaging optical system 101, a display unit 106, a recording unit 107, and an operation system. 108, system control means 109 is provided. The camera signal processing circuit 103, the frame memory 104, the display unit 106, the recording unit 107, and the operation system 108 are mutually connected via a bus line 110.

結像光学系101は、被写体像を形成する。即ち、結像光学系101は、フォーカスレンズ、ズームレンズ、絞り、手振れ補正レンズ等の光学素子を含み、被写体からの入射光(像光)を取り込んで撮像素子102の撮像面上に結像する。また、結像光学系101の上記光学素子は、駆動制御手段105からの制御信号に基づき、駆動制御される。駆動制御手段105は、システム制御手段109によって制御される。なお、フォーカスレンズは、光軸方向に移動されて焦点調節を行う。焦点調節においては、撮像素子102を光軸方向に移動させてもよい。フォーカスレンズや撮像素子102の駆動手段は、DCモータ、ステッピングモータ、ボイスコイルモータなどのアクチュエータにより構成することができる。駆動制御手段105は、駆動手段の駆動を制御する。   The imaging optical system 101 forms a subject image. That is, the imaging optical system 101 includes optical elements such as a focus lens, a zoom lens, an aperture, and a camera shake correction lens, and captures incident light (image light) from a subject and forms an image on the imaging surface of the imaging element 102 . Further, the optical elements of the imaging optical system 101 are driven and controlled based on a control signal from the drive control unit 105. The drive control unit 105 is controlled by the system control unit 109. The focus lens is moved in the optical axis direction to perform focusing. In focusing, the imaging device 102 may be moved in the optical axis direction. The drive means of the focus lens and the imaging device 102 can be configured by an actuator such as a DC motor, a stepping motor, or a voice coil motor. The drive control means 105 controls the drive of the drive means.

撮像素子102は、2次元CMOSフォトセンサーと周辺回路からなる撮像素子であり、結像光学系の結像面に配置される。撮像素子102は、結像光学系101によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。このように、撮像素子102は、結像光学系101が形成した被写体像を光電変換するが、その詳細な構造については後述する。   The imaging device 102 is an imaging device including a two-dimensional CMOS photosensor and a peripheral circuit, and is disposed on the imaging surface of the imaging optical system. The imaging element 102 converts the light amount of incident light focused on the imaging surface by the imaging optical system 101 into an electrical signal in pixel units and outputs the electrical signal as a pixel signal. As described above, the image sensor 102 photoelectrically converts the subject image formed by the imaging optical system 101, and the detailed structure thereof will be described later.

カメラ信号処理回路103は、撮像素子102から出力される、例えば、1フレーム分の画像信号をフレームメモリ104に一時的に保存し、保存した画像信号に対して各種の信号処理(ホワイトバランス、ガンマ補正、デモザイク処理など)を行う。カメラ信号処理回路103は、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)から構成されてもよい。デモザイク処理は、一般には、撮像素子から得られる信号に対して、欠けている色情報(輝度情報、画素値情報)を補間することによって、各画素に、カラーフィルタに設定された複数の色の全てについて色情報を設定する色補間処理をいう。   The camera signal processing circuit 103 temporarily stores, for example, an image signal of one frame output from the imaging element 102 in the frame memory 104, and performs various signal processing (white balance, gamma) on the stored image signal. Perform correction, demosaicing, etc. The camera signal processing circuit 103 may be composed of a digital signal processor (DSP). Demosaicing is generally performed by interpolating the missing color information (brightness information, pixel value information) from the signal obtained from the image pickup device to obtain a plurality of colors set in the color filter for each pixel. Color interpolation processing to set color information for all.

図5は、カメラ信号処理回路103が有する色信号生成処理手段(デモザイク処理手段)1030の構成を示すブロック図である。色信号生成処理手段1030は、画素アレイに複数の画像生成位置を設定し、各画像生成位置に対して、複数の画素の中から使用される複数の副画素を選択し、選択された複数の副画素からの信号に基づいて全ての色情報を設定する。画像生成位置は、出力画像を生成するために画素アレイに設定される位置であり、以下、「出力画像のサンプリング位置」と呼ぶ場合もある。従来、出力画像のサンプリング位置は各画素の中心位置であった。   FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of color signal generation processing means (demosaicing means) 1030 which the camera signal processing circuit 103 has. The color signal generation processing unit 1030 sets a plurality of image generation positions in the pixel array, selects a plurality of sub-pixels to be used from the plurality of pixels for each image generation position, and selects a plurality of selected pixels. All color information is set based on the signal from the sub-pixel. The image generation position is a position set in the pixel array to generate an output image, and may be hereinafter referred to as "the output image sampling position". Conventionally, the sampling position of the output image has been the center position of each pixel.

なお、本発明が画像処理装置に適用される場合には、画像処理装置は、上記複数の画像生成位置を設定する手段と、上記副画素を選択する手段と、上記選択された副画素からの信号に基づいて全ての色情報を設定する手段と、を有する。また、本発明が画像処理方法に適用される場合には、画像処理方法は、上記複数の画像生成位置を設定するステップと、上記副画素を選択するステップと、上記選択された副画素からの信号に基づいて全ての色情報を設定するステップと、を有する。   When the present invention is applied to an image processing apparatus, the image processing apparatus comprises means for setting the plurality of image generation positions, means for selecting the sub-pixels, and the selected sub-pixels. And means for setting all color information based on the signal. When the present invention is applied to an image processing method, the image processing method comprises the steps of setting the plurality of image generation positions, selecting the sub-pixels, and the selected sub-pixels. Setting all color information based on the signal.

色信号生成処理手段1030は、色信号生成処理手段1030は、内部にR信号補間処理手段1031、B信号補間処理手段1032、G信号補間処理手段1033を有する。   The color signal generation processing unit 1030 includes an R signal interpolation processing unit 1031, a B signal interpolation processing unit 1032, and a G signal interpolation processing unit 1033 inside.

本実施形態の画像処理方法(信号処理方法)は、撮像装置100の内部で行われてもよいし、専用の画像処理装置(信号処理装置)や本実施形態の画像処理方法のプログラムをインストールしたパーソナルコンピュータなど、撮像装置100の外部で行われてもよい。このような画像処理装置、画像処理方法およびプログラムも本発明の一側面を構成する。その際、画像処理方法の各ステップはコンピュータがソフトウェアによって実行してもよいし、専用のハードウェアが実行してもよい。   The image processing method (signal processing method) of the present embodiment may be performed inside the imaging apparatus 100, or a dedicated image processing apparatus (signal processing apparatus) or a program of the image processing method of the present embodiment is installed. It may be performed outside the imaging device 100, such as a personal computer. Such an image processing apparatus, an image processing method, and a program also constitute one aspect of the present invention. At this time, each step of the image processing method may be executed by software by a computer or may be executed by dedicated hardware.

図1に戻り、表示部106は、液晶表示部等のパネル型表示部からなり、撮像素子102で撮像された動画または静止画を表示する。本発明の画像処理方法は、表示部106が、画像処理手段によって処理された画像を逐次表示するライブビュー画像を生成する際に適用されてもよい。記録部107は、撮像素子102で撮像された動画または静止画を、SDカード等の記録媒体に記録する。   Returning to FIG. 1, the display unit 106 includes a panel type display unit such as a liquid crystal display unit, and displays a moving image or a still image captured by the image sensor 102. The image processing method of the present invention may be applied when the display unit 106 generates a live view image for sequentially displaying the image processed by the image processing means. The recording unit 107 records a moving image or a still image captured by the imaging element 102 on a storage medium such as an SD card.

操作系108は、ユーザによる操作に従って、様々な操作指令を発する、ボタン、ダイヤル、レバー、タッチパネルなどを含む。操作系108は、フォーカス選択スイッチを含む。かかるフォーカス選択スイッチ(フォーカス選択手段)は、マニュアルフォーカス(MF)モード、オートフォーカス(自動焦点調節、AF)モード、デフォーカスモードを選択することができる。MFモードでは、ユーザが不図示のフォーカスリングを操作してフォーカスレンズを移動させ、手動で焦点調節を行う。AFモードでは、位相差検出方式やコントラスト検出方式などを利用して焦点検出を行い、自動でフォーカスレンズを合焦位置に移動させて焦点調節を行う。デフォーカスモードでは、合焦位置から所定量だけデフォーカスさせた位置にフォーカスレンズを自動的に移動させる。デフォーカス状態において、後述する本実施形態の効果を得ることができるが、製造誤差などからAFモードでもフォーカスレンズは焦点位置に完全に一致しない場合が多く、後述する本実施形態の効果を得られる場合がある。   The operation system 108 includes a button, a dial, a lever, a touch panel, and the like which issue various operation commands in accordance with the operation by the user. The operation system 108 includes a focus selection switch. The focus selection switch (focus selection means) can select the manual focus (MF) mode, the auto focus (automatic focus adjustment, AF) mode, and the defocus mode. In the MF mode, the user operates a focus ring (not shown) to move the focus lens and perform manual focus adjustment. In the AF mode, focus detection is performed using a phase difference detection method, a contrast detection method, or the like, and the focus lens is automatically moved to the in-focus position to perform focus adjustment. In the defocus mode, the focus lens is automatically moved to a position defocused from the in-focus position by a predetermined amount. In the defocused state, the effects of the present embodiment described later can be obtained, but due to manufacturing errors and the like, the focus lens often does not completely coincide with the focus position even in the AF mode, and the effects of the present embodiment described later can be obtained. There is a case.

システム制御手段109は、撮像装置100内の各部の動作を制御する制御手段である。   The system control unit 109 is a control unit that controls the operation of each unit in the imaging apparatus 100.

次に、撮像素子102の構成と、瞳分割した画像の取得処理について説明する。撮像素子102は、複数の画素からなる画素アレイと、画素アレイ上に規則的に配列された複数の色のカラーフィルタと、複数のマイクロレンズを有する。各画素は、結像光学系101の異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ受光して結像光学系101が結像する被写体像を光電変換する複数の光電変換部としての副画素を備えている。   Next, the configuration of the image sensor 102 and acquisition processing of the pupil-divided image will be described. The imaging device 102 includes a pixel array formed of a plurality of pixels, color filters of a plurality of colors regularly arranged on the pixel array, and a plurality of microlenses. Each pixel is provided with sub-pixels as a plurality of photoelectric conversion units that respectively receive light fluxes passing through different pupil regions of the imaging optical system 101 and photoelectrically convert an object image formed by the imaging optical system 101. .

図2は、撮像素子102の画素アレイの一部を示したものである。図2(A)は、撮像素子102の撮像面を上から見た模式図であり、複数の画素200、201、202、203は、それぞれ、出力画像の1画素分に相当する同色成分の信号を生成する。画素は、水平方向、垂直方向に、それぞれΔXの、サンプリング周期で、画像信号を出力するものとする。ΔXは、副画素の間隔(ΔX/2)よりも大きい間隔である。300、302は、対応する画素の中心位置を表している。   FIG. 2 shows a part of the pixel array of the imaging device 102. As shown in FIG. FIG. 2A is a schematic view of the image pickup surface of the image pickup device 102 as viewed from above, and the plurality of pixels 200, 201, 202, and 203 are signals of the same color component corresponding to one pixel of the output image. Generate The pixel outputs an image signal in a sampling period of ΔX in the horizontal direction and in the vertical direction. ΔX is an interval larger than the subpixel interval (ΔX / 2). 300 and 302 represent center positions of corresponding pixels.

画素200、201、202、203には、それぞれ1つのマイクロレンズが配置されており、図2は、マイクロレンズを丸で示している。各画素は、水平方向と垂直方向にそれぞれ2つずつ、合計4つの副画素を有する。このような構成で、副画素毎に撮像された信号を読み出すことにより、図3の実線で示す結像光学系101の射出瞳を分割した複数の領域(破線で示す)瞳領域A、B、C、Dに応じた視差画像を同時に撮影することができる。副画素には、R、G、Bのいずれかのカラーフィルタが配置され、共通のマイクロレンズに対応づけられた副画素には、同色のカラーフィルタが配置される。例えば、図2(B)に示すベイヤー配列のカラーフィルタが配置されている。   One micro lens is disposed in each of the pixels 200, 201, 202, and 203, and FIG. 2 shows the micro lens as a circle. Each pixel has a total of four sub-pixels, two each in the horizontal and vertical directions. With such a configuration, by reading out the signal picked up for each sub-pixel, a plurality of areas (shown by broken lines) obtained by dividing the exit pupil of the imaging optical system 101 shown by the solid line in FIG. It is possible to simultaneously capture parallax images according to C and D. A color filter of any of R, G, and B is disposed in the sub-pixel, and a color filter of the same color is disposed in the sub-pixel associated with the common microlens. For example, color filters of the Bayer arrangement shown in FIG. 2 (B) are arranged.

次に、図4を参照して、撮像時に副画素でサンプリングされる被写体像のサンプリング位置について説明する。図4(A)、(B)は、撮像素子102の撮像面30に、分割された瞳領域を通る光束400(実線)、401(破線)が入射される様子を示した模式図であり、光束400、401は、それぞれ、瞳領域A、Dを通る光束を示している。   Next, with reference to FIG. 4, the sampling position of the subject image sampled by the sub-pixel at the time of imaging will be described. FIGS. 4A and 4B are schematic diagrams showing that light beams 400 (solid line) and 401 (broken line) passing through the divided pupil regions are incident on the imaging surface 30 of the imaging element 102. The luminous fluxes 400 and 401 indicate luminous fluxes passing through the pupil regions A and D, respectively.

ここで、被写体からの光が撮像素子102の撮像面30に結像する場合、図4(A)に示すように、分割された瞳領域を通り、撮像素子102に入射された光束400、401は撮像面30の一点に集まる。従って、図4(C)に示すように、撮像素子102で取得される、分割された瞳領域A、B、C、Dに対応した副画素の重心は一致する。なお、図4(A)と(C)の方向Eは対応し、図4(B)と(D)の方向Eは対応している。図2(B)に示す画素200内の副画素Ra、Rb、Rc、Rdが光束を受光する位置は、図4(A)において画素200の中心位置300に一致している。図2(B)に示す画素203内の副画素Ba、Bb、Bc、Bdが光束を受光する位置は、図4(A)において画素203の中心位置302に一致している。このように、副画素が画像を生成する位置を「サンプリング位置」または「重心位置」と呼ぶ場合がある。   Here, when light from a subject forms an image on the imaging surface 30 of the imaging device 102, as shown in FIG. 4A, the light beams 400 and 401 that have entered the imaging device 102 through the divided pupil regions. Are gathered at one point of the imaging plane 30. Therefore, as shown in FIG. 4C, the centers of gravity of the sub-pixels corresponding to the divided pupil areas A, B, C, and D acquired by the imaging device 102 coincide with each other. The directions E in FIGS. 4A and 4C correspond to each other, and the directions E in FIGS. 4B and 4D correspond to each other. The positions where the sub-pixels Ra, Rb, Rc, and Rd in the pixel 200 shown in FIG. 2B receive the light flux coincide with the center position 300 of the pixel 200 in FIG. 4A. The positions at which the sub-pixels Ba, Bb, Bc, and Bd in the pixel 203 shown in FIG. 2B receive the luminous flux coincide with the center position 302 of the pixel 203 in FIG. 4A. As described above, the position where the sub-pixel generates the image may be referred to as "sampling position" or "center of gravity position".

しかし、実際は、結像光学系101の制御誤差等により、合焦位置からずれた位置で撮像される場合が多い。この場合、分割された瞳領域を通り、撮像素子102に入射された光束は、図4(B)に示すように、一点に集まらない。   However, in practice, due to a control error or the like of the imaging optical system 101, imaging is often performed at a position deviated from the in-focus position. In this case, the luminous fluxes passing through the divided pupil regions and incident on the image sensor 102 do not converge at one point as shown in FIG. 4 (B).

この場合、図4(D)に示すように、副画素の重心位置は、画素の重心位置からずれている。例えば、副画素Ra、Rb、Rc、Rdが光束を受光する位置311〜314は、画素の中心位置300から、垂直、水平方向にそれぞれΔX/2以内のずれ量を持っている。以下、副画素の重心位置と画素の中心位置とのずれ量を「位相差」と呼ぶ場合がある。   In this case, as shown in FIG. 4D, the position of the center of gravity of the sub-pixel deviates from the position of the center of gravity of the pixel. For example, the positions 311 to 314 at which the sub-pixels Ra, Rb, Rc, and Rd receive light beams have deviation amounts within ΔX / 2 in the vertical direction and the horizontal direction from the center position 300 of the pixels. Hereinafter, the amount of deviation between the position of the center of gravity of the sub-pixel and the position of the center of the pixel may be referred to as a “phase difference”.

以上より、瞳分割して被写体像を取得する場合、撮像時に完全に合焦していない場合には、副画素を個別に読み出すことで、画素間隔ΔXよりも細かい間隔(例えば、ΔX/4)で被写体像をサンプリングすることが可能になる。カメラ信号処理回路103は、副画素によってオーバーサンプリングされた信号を用いて、画素の中心と異なる位置にRGBの全ての色信号を生成(設定)する。   As described above, when the subject image is acquired by pupil division, when the image is not completely in focus at the time of imaging, the sub-pixels are individually read to obtain an interval (for example, ΔX / 4) finer than the pixel interval ΔX. Makes it possible to sample the subject image. The camera signal processing circuit 103 generates (sets) all RGB color signals at positions different from the center of the pixel, using the signal oversampled by the sub-pixel.

カメラ信号処理回路103は、副画素によってオーバーサンプリングされた信号を用いて、画素の重心と異なる位置(例えば、図4(C)、(D)に示す位置301)にR、G、Bの全ての色信号を生成する。副画素の重心位置と画素の中心とのずれ量は、撮像時の合焦状態によって異なる。R信号補間処理1031、B信号補間処理1032、G信号補間処理1033のそれぞれは重心ずれ補正手段を有し、重心ずれ補正を行いながらRGBの色信号を生成(設定)する。   The camera signal processing circuit 103 uses all of the signals oversampled by the sub-pixels to generate all of R, G, and B at positions different from the center of gravity of the pixel (for example, positions 301 shown in FIGS. 4C and 4D). Generate a color signal of The amount of deviation between the position of the center of gravity of the sub-pixel and the center of the pixel differs depending on the in-focus state at the time of imaging. Each of the R signal interpolation processing 1031, the B signal interpolation processing 1032, and the G signal interpolation processing 1033 has gravity center shift correction means, and generates (sets) RGB color signals while performing gravity center shift correction.

図6は、撮像素子102から出力される副画素のサンプリング位置と、副画素を用いて、色信号生成処理手段1030が生成する、出力画像のサンプリング位置を示す模式図である。例えば、図6の左上隅の画素250には、4つの副画素251〜254が含まれ、副画素251〜254の重心位置は261〜264である。   FIG. 6 is a schematic view showing sampling positions of sub-pixels output from the imaging device 102 and sampling positions of an output image generated by the color signal generation processing unit 1030 using the sub-pixels. For example, the pixel 250 at the upper left corner of FIG. 6 includes four sub-pixels 251 to 254, and the barycenter positions of the sub-pixels 251 to 254 are 261 to 264.

図6において、黒丸で示したサンプリング位置が、撮像素子102から出力される副画素のサンプリング位置であり、白丸で示したサンプリング位置が、出力画像のサンプリング位置である。副画素には、それぞれ、R、G、Bいずれかのカラーフィルタが配置されているため、その位置に応じて、取得できる色信号が異なる。白丸の位置には、R信号補間処理手段1031、B信号補間処理手段1032、G信号補間処理手段1033によって、それぞれ、近傍の副画素の色情報を用いてRGBの色補間処理を行う。   In FIG. 6, the sampling position indicated by a black circle is the sampling position of the sub-pixel output from the imaging element 102, and the sampling position indicated by a white circle is a sampling position of the output image. Since one of the R, G, and B color filters is disposed in each of the sub-pixels, the obtainable color signals differ depending on the position. At the positions of the white circles, RGB color interpolation processing is performed by the R signal interpolation processing unit 1031, the B signal interpolation processing unit 1032, and the G signal interpolation processing unit 1033, using the color information of the adjacent subpixels.

ここで、出力画像のサンプリング位置(白丸の位置)P00、P01、P10、P11によって、近傍の副画素に配置されたカラーフィルタの配列が異なる。例えば、P00を中心とした4x4画素の副画素領域内のカラーフィルタの配列は、2×2を1つの単位としてみると、左上、右上、左下、右下の順で、R、G、G、Bとなる。P01を中心とした4x4画素の副画素領域内のカラーフィルタの配列は、2×2を1つの単位としてみると、左上、右上、左下、右下の順で、G、R、B、Gとなる。P10を中心とした4x4画素の副画素領域内のカラーフィルタの配列は、2×2を1つの単位としてみると、左上、右上、左下、右下の順で、G、B、R、Gとなる。P11を中心とした4x4画素の副画素領域内のカラーフィルタの配列は、2×2を1つの単位としてみると、左上、右上、左下、右下の順で、B、G、G、Rとなる。   Here, the arrangement of the color filters arranged in the adjacent subpixels differs depending on the sampling position (the position of the white circle) P00, P01, P10 and P11 of the output image. For example, the arrangement of color filters in a 4 × 4 pixel sub-pixel area centering on P00 is R, G, G, in the order of upper left, upper right, lower left, lower right when 2 × 2 is one unit. It becomes B. The arrangement of color filters in 4 × 4 pixel sub-pixel area centering on P01 is G, R, B, G and in the order of upper left, upper right, lower left, lower right when 2 × 2 is one unit. Become. The arrangement of color filters in a 4 × 4 pixel sub-pixel area centering on P10 is G, B, R, G, and in the order of upper left, upper right, lower left, lower right when 2 × 2 is one unit. Become. The arrangement of color filters in a 4 × 4 pixel sub-pixel area centering on P11 is B, G, G, R and in the order of upper left, upper right, lower left, lower right when 2 × 2 is one unit. Become.

図7は、G信号補間処理手段1033で参照される、Gのカラーフィルタが配置された副画素と、生成される出力画像のサンプリング位置を示した模式図である。   FIG. 7 is a schematic view showing a sub-pixel in which a G color filter is arranged, which is referred to by the G signal interpolation processing means 1033, and a sampling position of an output image to be generated.

図7(A)は、出力画像のサンプリング位置P00又はP11の場合の例を示している。例えば、対角方向に隣接し、Gの色情報を有する、副画素603〜606を有する画素と副画素607〜610を有する画素の交点の位置600にG信号を生成する場合、対角方向に隣接するGの副画素605、608の色情報を加算平均する。副画素608には、副画素607〜610からなる画素の重心位置に対して、撮像時の合焦状態に応じた位相差が発生し、副画素605には、副画素603〜606からなる画素の重心位置に対して、撮像時の合焦状態に応じた位相差が発生している。合焦状態に応じた副画素のサンプリング位相に起因して、位置600と副画素605、608の重心位置の距離も変化する。しかし、副画素605、608を加算平均することにより、生成されるG信号の画素重心を、位置600に一致させることができる。   FIG. 7A shows an example in the case of the sampling position P00 or P11 of the output image. For example, in the case of generating a G signal at a position 600 of the intersection of a pixel having subpixels 603 to 606 and a pixel having subpixels 607 to 610 which is diagonally adjacent and has G color information, The color information of adjacent G sub-pixels 605 and 608 is averaged. The sub-pixel 608 has a phase difference corresponding to the in-focus state at the time of imaging with respect to the barycentric position of the sub-pixel 607 to 610, and the sub-pixel 605 includes the sub-pixel 603 to 606 A phase difference corresponding to the in-focus state at the time of imaging occurs with respect to the barycentric position of. The distance between the position 600 and the position of the center of gravity of the sub-pixels 605 and 608 also changes due to the sampling phase of the sub-pixel according to the in-focus state. However, the pixel centroid of the generated G signal can be made to coincide with the position 600 by averaging the sub-pixels 605 and 608.

図7(B)は、出力画像のサンプリング位置P01又はP10の場合の例を示している。例えば、位置620におけるG信号を生成する場合には、対角方向に隣接するGの副画素625、628の色情報を加算平均する。副画素625には、副画素622〜625からなる画素の重心位置に対して、撮像時の合焦状態に応じた位相差が発生し、副画素628には、副画素628〜631からなる画素の重心位置に対して、撮像時の合焦状態に応じた位相差が発生している。合焦状態に応じた副画素のサンプリング位相に起因して、位置620と副画素625、628の重心位置の距離も変化する。しかし、副画素625、628を加算平均することにより、生成されるG信号の画素重心を、位置620に一致させることができる。   FIG. 7B shows an example in the case of the sampling position P01 or P10 of the output image. For example, in the case of generating the G signal at the position 620, color information of diagonally adjacent G sub-pixels 625 and 628 is averaged. The sub-pixel 625 has a phase difference corresponding to the in-focus state at the time of imaging with respect to the center of gravity of the pixel consisting of the sub-pixels 622 to 625, and the sub-pixel 628 has a pixel consisting of the sub-pixels 628 to 631 A phase difference corresponding to the in-focus state at the time of imaging occurs with respect to the barycentric position of. The distance between the position 620 and the gravity center position of the sub-pixels 625 and 628 also changes due to the sampling phase of the sub-pixel according to the in-focus state. However, by averaging the sub-pixels 625 and 628, the pixel gravity center of the generated G signal can be made to coincide with the position 620.

このように、G信号を生成する場合は、出力画像のサンプリング位置の対角方向にある同距離の副画素のペアを選択する。   Thus, when generating a G signal, a pair of subpixels of the same distance in the diagonal direction of the sampling position of the output image is selected.

図8は、R信号補間処理1031が使用するRの副画素と出力画像のサンプリング位置を示す模式図である。図8において、位置700、701、702、703は、それぞれ、出力画像のサンプリング位置P00、P01、P10、P11に対応している。位置700、701、702、703におけるR信号は、それぞれ、近傍のRの副画素を参照した補間処理により生成される。   FIG. 8 is a schematic view showing R subpixels used by the R signal interpolation processing 1031 and sampling positions of an output image. In FIG. 8, positions 700, 701, 702, and 703 correspond to sampling positions P00, P01, P10, and P11 of the output image, respectively. The R signals at the positions 700, 701, 702, and 703 are generated by interpolation processing with reference to nearby R sub-pixels.

Rの副画素710〜713の信号には、撮像時の合焦状態に応じて副画素間の位相差が発生する。位置700に重心が一致するように、近傍のRの副画素を参照した補間を行うためには、位置700の近傍の合焦状態を正確に検出し、合焦状態に起因した重心ずれ量を補正する重み付け係数を算出する必要があるが、これは煩雑である。そこで、R信号補間処理手段1031は、簡便な重心ずれ補正処理を行うことにより、局所的な合焦状態の判定と判定結果を用いた重心ずれ補正を行うことなく、目標位置に画像信号を生成する。   In the signals of the R sub-pixels 710 to 713, a phase difference between the sub-pixels occurs in accordance with the in-focus state at the time of imaging. In order to perform interpolation with reference to the R sub-pixels in the vicinity so that the center of gravity coincides with the position 700, the in-focus state in the vicinity of the position 700 is accurately detected, and the gravity center shift amount caused by the in-focus state is calculated. Although it is necessary to calculate a weighting factor to be corrected, this is complicated. Therefore, the R signal interpolation processing unit 1031 generates an image signal at the target position without performing the gravity center shift correction using the determination of the local focusing state and the determination result by performing the gravity center shift correction process. Do.

次に、図10と図11を参照して、R信号補間処理手段1031が行う重心ずれ補正処理について説明する。本実施例では、カメラ信号処理回路103は、各出力画像のサンプリング位置に対して、選択された複数の副画素の位相差を相殺するための重みを、選択された複数の副画素からの信号に加重して加算することによって色情報を設定する。なお、位相差の相殺は、瞳分割の方向に対して行う必要がある。本実施形態では、水平方向と垂直方向において瞳分割を行う構成としているため、水平方向と垂直方向のそれぞれにおいて位相差の相殺を行うことが望ましい。これに対し、垂直方向あるいは水平方向の一方においてのみ瞳分割を行う構成とした場合には、水平方向と垂直方向の一方において位相差の相殺を行えば良い。   Next, center-of-gravity shift correction processing performed by the R signal interpolation processing unit 1031 will be described with reference to FIGS. 10 and 11. In the present embodiment, the camera signal processing circuit 103 outputs weights from the selected sub-pixels to the weights for canceling the phase difference of the selected sub-pixels with respect to the sampling position of each output image. Set color information by weighting and adding to. The cancellation of the phase difference needs to be performed in the pupil division direction. In this embodiment, since the pupil division is performed in the horizontal direction and the vertical direction, it is desirable to cancel the phase difference in each of the horizontal direction and the vertical direction. On the other hand, when pupil division is performed only in one of the vertical direction and the horizontal direction, the phase difference may be canceled in one of the horizontal direction and the vertical direction.

図10には、水平方向と垂直方向に1画素分だけ離れて配置された4つの画素が描かれている。左上の画素R1は副画素710〜713を有し、右上の画素R2は副画素714〜717を有し、左下の画素R3は副画素718〜721を有し、右下の画素R4は副画素722〜725を有する。   In FIG. 10, four pixels arranged so as to be separated by one pixel in the horizontal direction and the vertical direction are drawn. The upper left pixel R1 has sub-pixels 710 to 713, the upper right pixel R2 has sub-pixels 714 to 717, the lower left pixel R3 has sub-pixels 718 to 721, and the lower right pixel R4 has sub-pixels It has 722-725.

図10では、Rのカラーフィルタが配置された副画素710、711、712、713、714、716、718、719、722を参照して、画素R1の右下隅の位置700(第1の画像生成位置)におけるR信号を生成する。   In FIG. 10, referring to the sub-pixels 710, 711, 712, 713, 714, 716, 718, 719, 722 in which the R color filter is disposed, the position 700 (first image generation) of the lower right corner of the pixel R1. Generate the R signal at

まず、R信号補間処理1031内での水平方向の重心ずれ補正処理によって、副画素710、711、714を1:2:1の比率で加重加算することにより、位置730におけるR信号を生成する。即ち、画素R1の左上の副画素710の色情報と、右上の副画素711の色情報と、画素R2の左上の副画素714の色情報を1:2:1の割合で加重加算する。これによって、副画素711と714の重心位置を結ぶ第1の線と画素R1の輪郭が交差する第1の位置730に、第1の色情報を設定する。   First, the R signals at the position 730 are generated by performing weighted addition of the sub-pixels 710, 711, and 714 at a ratio of 1: 2: 1 by the gravity center shift correction process in the horizontal direction in the R signal interpolation process 1031. That is, the color information of the upper left sub pixel 710 of the pixel R1, the color information of the upper right sub pixel 711 and the color information of the upper left sub pixel 714 of the pixel R2 are weighted and added at a ratio of 1: 2: 1. As a result, the first color information is set at the first position 730 where the first line connecting the barycentric positions of the sub-pixels 711 and 714 intersects the outline of the pixel R1.

同様に、副画素712、713、716を1:2:1の比率で加重加算することにより、位置731におけるR信号を生成する。即ち、画素R1の左下の副画素712の色情報と、右下の副画素713の色情報と、画素R2の左下の副画素716の色情報を1:2:1の割合で加重加算する。これによって、副画素712と713の重心位置を結ぶ第2の線と画素R2の輪郭が交差する第2の位置731に、第2の色情報を設定する。   Similarly, the R signal at position 731 is generated by weighted addition of the sub-pixels 712, 713, 716 at a ratio of 1: 2: 1. That is, the color information of the lower left sub pixel 712 of the pixel R1, the color information of the lower right sub pixel 713, and the color information of the lower left sub pixel 716 of the pixel R2 are weighted and added at a ratio of 1: 2: 1. As a result, the second color information is set at the second position 731 where the second line connecting the barycentric positions of the sub-pixels 712 and 713 intersects the outline of the pixel R2.

同様に、副画素718、719、722を1:2:1の比率で加重加算することにより、位置732におけるR信号を生成する。即ち、画素R3の左上の副画素718の色情報と、右上の副画素719の色情報と、画素R4の左上の副画素722の色情報を1:2:1の割合で加重加算する。これによって、副画素718と719の重心位置を結ぶ第3の線と画素R3の輪郭が交差する第3の位置732に、第3の色情報を設定する。   Similarly, the R signal at position 732 is generated by weighted addition of the sub-pixels 718, 719, 722 at a ratio of 1: 2: 1. That is, the color information of the upper left sub pixel 718 of the pixel R3, the color information of the upper right sub pixel 719, and the color information of the upper left sub pixel 722 of the pixel R4 are weighted and added at a ratio of 1: 2: 1. As a result, third color information is set at a third position 732 where the third line connecting the center-of-gravity positions of the sub-pixels 718 and 719 intersects the outline of the pixel R3.

次に、R信号補間処理1031内での垂直方向の重心ずれ補正処理によって、位置730、731、732におけるR信号を1:2:1の比率で加重加算することにより、位置700におけるR信号を生成する。即ち、第1の色情報と、第2の色情報と、第3の色情報を1:2:1の割合で加重加算することによって、位置731にR信号を生成する。   Next, the R signal at position 700 is weighted by adding the R signals at positions 730, 731, and 732 at a ratio of 1: 2: 1 by the gravity center shift correction process in the vertical direction in the R signal interpolation processing 1031. Generate That is, the R signal is generated at the position 731 by weighted addition of the first color information, the second color information, and the third color information at a ratio of 1: 2: 1.

画素R1とR2の中心位置のそれぞれを垂直方向に第1の線に投影すると、位置730は第1の線に投影された画素R1とR2の中心位置の間の距離を1:3に内分する。画素R1とR2の中心位置のそれぞれを垂直方向に第2の線に投影すると、位置731は第2の線に投影された画素R1とR2の中心位置の間の距離を1:3に内分する。画素R3とR4の中心位置のそれぞれを垂直方向に第3の線に投影すると、位置732は第3の線に投影された画素R3とR4の中心位置の間の距離を1:3に内分する。   When each of the central positions of the pixels R1 and R2 is vertically projected onto the first line, the position 730 internally divides the distance between the central positions of the pixels R1 and R2 projected onto the first line into 1: 3. Do. When each of the central positions of the pixels R1 and R2 is projected on the second line in the vertical direction, the position 731 internally divides the distance between the central positions of the pixels R1 and R2 projected onto the second line into 1: 3. Do. If the central positions of the pixels R3 and R4 are projected on the third line in the vertical direction, the position 732 divides the distance between the central positions of the pixels R3 and R4 projected on the third line into 1: 3 Do.

画素R1〜R4の近傍での合焦状態は同一であるとみなすと、画素R1〜R4の各重心位置と副画素との位相のずれ量と方向は等しいとみなすことができる。このため、上述の加重加算を行うことにより、撮像時の合焦状態に応じた重心ずれを補正しながら、目標位置(例えば、位置700)に信号を生成することができる。   Assuming that the in-focus states in the vicinity of the pixels R1 to R4 are the same, it is possible to consider that the amounts of phase shift between the respective barycentric positions of the pixels R1 to R4 and the sub-pixels are equal to the direction. Therefore, by performing the above-described weighted addition, it is possible to generate a signal at the target position (for example, the position 700) while correcting the gravity center shift according to the in-focus state at the time of imaging.

図11を参照して、副画素710、711、714を1:2:1の比率で加重加算し、位置730においてR信号を生成する際の、重心ずれ補正の作用について説明する。図11において、副画素710、711、714、715の撮像時の重心位置は、黒丸で示した位置となる。副画素710、711の重心位置では、それぞれ、画素R1の水平方向の重心位置740に対して、−Δd、+Δdの位相差が発生している。また、副画素714、715の重心位置では、それぞれ、画素R2の水平方向の重心位置741に対して、−Δd、+Δdの位相差が発生している。
ここで、副画素710、711、714から得られる信号を、それぞれ、p0、p1、p2とし、位置730に生成される信号をp1’とすると、信号p1’は、数式(1)で示すように生成される。
p1’=(p0+p1*2+p2)/4・・・(1)
また、信号p1’、p0、p1、p2の重心位置の水平方向の座標(x座標)を、x(p1’),x(p0)、x(p1)、x(p2)で表すと、数式(1)の演算により、信号p1’の重心は、数式(2)で表すことができる。
x(p1’)=(x(p0)+x(p1)*2+x(p2))/4・・・(2)
ここで、副画素の間隔をΔX、画素R1の重心位置740のx座標(=x(R1))を0とすると、画素R2の重心位置741のx座標x(R2)は4ΔXとなる。また、信号p0、p1、p2には、それぞれ、撮像時の合焦状態に応じた位相差が発生しているため、x座標は、数式(3)〜(5)で示すことができる。
x(p0)=0−Δd ・・・(3)
x(p1)=0+Δd ・・・(4)
x(p2)=4ΔX−Δd ・・・(5)
数式(3)〜(5)を数式(2)に代入すると、信号p1’の重心は次式で表される。
x(p1’)(−Δd+(Δd)*2+4ΔX−Δd)/4=ΔX・・・(6)
即ち、撮像時の合焦状態によって発生する重心ずれΔdの成分は相殺され、画素R1の水平方向の重心位置730からΔX離れた所望の位置の信号を生成することができる。
With reference to FIG. 11, the function of the gravity center shift correction when the R pixels are generated at the position 730 by weighted addition of the sub-pixels 710, 711, 714 at a ratio of 1: 2: 1 will be described. In FIG. 11, the barycentric positions at the time of imaging of the sub-pixels 710, 711, 714, and 715 are positions indicated by black circles. At the barycentric positions of the sub-pixels 710 and 711, phase differences of −Δd and + Δd are generated with respect to the barycentric position 740 in the horizontal direction of the pixel R 1. Further, at the barycentric positions of the sub-pixels 714 and 715, phase differences of −Δd and + Δd are generated with respect to the barycentric position 741 in the horizontal direction of the pixel R2.
Here, assuming that the signals obtained from the sub-pixels 710, 711, and 714 are p0, p1, and p2, respectively, and the signal generated at the position 730 is p1 ', the signal p1' is expressed by Equation (1). Generated on
p1 '= (p0 + p1 * 2 + p2) / 4 (1)
Further, the horizontal coordinates (x-coordinate) of the barycentric position of the signals p1 ′, p0, p1 and p2 can be expressed as x (p1 ′), x (p0), x (p1) and x (p2). By the calculation of (1), the center of gravity of the signal p1 'can be expressed by equation (2).
x (p1 ') = (x (p0) + x (p1) * 2 + x (p2)) / 4 (2)
Here, assuming that the distance between the sub-pixels is ΔX and the x-coordinate (= x (R1)) of the barycentric position 740 of the pixel R1 is 0, the x-coordinate x (R2) of the barycentric position 741 of the pixel R2 is 4ΔX. Moreover, since the phase difference according to the focusing state at the time of imaging is generated in the signals p0, p1 and p2, respectively, the x-coordinate can be expressed by Equations (3) to (5).
x (p0) = 0-Δd (3)
x (p1) = 0 + Δd (4)
x (p2) = 4ΔX-Δd (5)
Substituting the equations (3) to (5) into the equation (2), the center of gravity of the signal p1 'is expressed by the following equation.
x (p1 ') (-. DELTA.d + (. DELTA.d) * 2 + 4.DELTA.X-.DELTA.d) /4=.DELTA.X (6)
That is, the component of the center-of-gravity shift Δd generated due to the in-focus state at the time of imaging is offset, and a signal at a desired position away from the horizontal center of gravity position 730 of the pixel R1 by ΔX can be generated.

数式(6)に示す重心ずれ補正を、位置731、732に対しても水平方向に行う。その後、位置730、731,732の信号を参照して、垂直方向に、数式(6)と同様の重心ずれ補正処理を行うことにより、最終的に位置700にR信号を生成する。また、位置701、702、703に対しても、位置700と同様のR信号補間処理を行い、撮像時の合焦状態によって発生する、重心ずれを相殺した、正しい画素位置の信号を生成する。   The center-of-gravity shift correction shown in Formula (6) is also performed in the horizontal direction with respect to the positions 731 and 732. Thereafter, with reference to the signals at the positions 730, 731, and 732, the R-signal is finally generated at the position 700 by performing the center-of-gravity shift correction processing similar to the equation (6) in the vertical direction. Further, the R signal interpolation processing similar to the position 700 is also performed for the positions 701, 702, and 703, and a signal of a correct pixel position is generated, which is generated by the focusing state at the time of imaging.

図9は、B信号補間処理手段1032が使用するBの副画素と出力画像のサンプリング位置を示す模式図である。図9において、位置800、801、802、803は、それぞれ、出力画像のサンプリング位置P00、P01、P10、P11に対応している。位置800、801、802、803におけるB信号は、それぞれ、近傍のBの副画素を参照した補間処理により生成される。   FIG. 9 is a schematic view showing a B sub-pixel used by the B signal interpolation processing means 1032 and a sampling position of an output image. In FIG. 9, positions 800, 801, 802 and 803 correspond to sampling positions P00, P01, P10 and P11 of the output image, respectively. The B signals at the positions 800, 801, 802 and 803 are generated by interpolation processing with reference to nearby B sub-pixels.

Bの副画素810〜813の信号にも、撮像時の合焦状態に応じて副画素間の位相差が発生する。位置800に重心が一致するように、近傍のBの副画素を参照した補間を行うためには、位置800の近傍の合焦状態を正確に検出し、合焦状態に起因した重心ずれ量を補正する重み付け係数を算出する必要があるが、これは煩雑である。そこで、B信号補間処理手段1032は、簡便な重心ずれ補正処理を行うことにより、局所的な合焦状態の判定と判定結果を用いた重心ずれ補正を行うことなく、目標位置に、画像信号を生成する。B信号補間処理手段1032の処理内容は、R信号補間処理手段1031と同様であるので、説明を省略する。   Also in the signals of the B sub-pixels 810 to 813, a phase difference between the sub-pixels occurs in accordance with the in-focus state at the time of imaging. In order to perform interpolation with reference to the B sub-pixels in the vicinity so that the center of gravity coincides with the position 800, the in-focus state in the vicinity of the position 800 is accurately detected, and the center-of-gravity shift amount due to the in-focus state is calculated. Although it is necessary to calculate a weighting factor to be corrected, this is complicated. Therefore, the B signal interpolation processing unit 1032 performs the simple gravity center offset correction processing to determine the in-focus state locally and to correct the image signal at the target position without performing the gravity center offset correction using the determination result. Generate The processing content of the B signal interpolation processing unit 1032 is the same as that of the R signal interpolation processing unit 1031, so the description will be omitted.

このように、カメラ信号処理回路103は、撮像時の合焦状態に起因して、副画素に発生する重心位置のずれを、簡便な方法で補正し、所望の画素位置に、RGBのそれぞれの画像信号を生成することができる。被写体像をオーバーサンプリングして撮像することによって、高品質な画像信号を出力することができる。なお、1:2:1は画素が有する副画素の数や出力画像のサンプリング位置に対して選択される副画素の数によって変更可能である。   As described above, the camera signal processing circuit 103 corrects the deviation of the position of the center of gravity occurring in the sub-pixel by a simple method due to the in-focus state at the time of imaging. An image signal can be generated. A high quality image signal can be output by oversampling and imaging a subject image. Note that 1: 2: 1 can be changed according to the number of sub-pixels included in the pixel and the number of sub-pixels selected for the sampling position of the output image.

本発明は、デジタルカメラなどの撮像装置や画像処理装置等の用途に適用することができる。特に、分割された瞳領域に応じた複数の視差画像を同時に撮影し、画像信号を生成するための撮像装置に好適である。   The present invention can be applied to applications such as imaging devices such as digital cameras and image processing devices. In particular, the present invention is suitable for an imaging device for simultaneously capturing a plurality of parallax images according to divided pupil regions and generating an image signal.

100…撮像装置、101…結像光学系、103…カメラ信号処理回路(画像処理手段)、250…画素、251〜254…副画素(光電変換部)、P00、P01、P10、P11…出力画像のサンプリング位置(画像生成位置) DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Imaging device, 101 ... Imaging optical system, 103 ... Camera signal processing circuit (image processing means), 250 ... Pixel, 251-254 ... Sub pixel (photoelectric conversion part), P00, P01, P10, P11 ... Output image Sampling position (image generation position)

Claims (9)

複数の画素からなる画素アレイと、画素アレイ上に規則的に配列された複数の色のカラーフィルタと、を有し、各画素は、結像光学系の異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ受光して前記結像光学系が結像する被写体像を光電変換する複数の光電変換部を備えた撮像素子と、
前記画素アレイに出力画像を生成するための複数の画像生成位置を設定し、各画像生成位置に対して、前記複数の画素の中から使用される複数の光電変換部を選択し、選択された前記複数の光電変換部からの信号に基づいて前記複数の色の全ての色情報を設定する画像処理手段と、
を有し、
前記画像処理手段は、各画像生成位置に対して、選択された前記光電変換部が前記光束を受光する位置と、前記選択された光電変換部に対応する画素の中心位置とのずれ量を相殺するための重みを、前記選択された光電変換部からの信号に加重して加算することによって前記色情報を設定し、
前記画素アレイにおいて、前記複数の画像生成位置は、前記複数の画素の中心位置からずれていることを特徴とする撮像装置。
It has a pixel array consisting of a plurality of pixels and color filters of a plurality of colors regularly arranged on the pixel array, and each pixel receives a light flux that has passed through different pupil regions of the imaging optical system. And an imaging device including a plurality of photoelectric conversion units for photoelectrically converting an object image formed by the imaging optical system.
A plurality of image generation positions for generating an output image are set in the pixel array, and for each of the image generation positions, a plurality of photoelectric conversion units to be used from the plurality of pixels are selected and selected. An image processing unit that sets all color information of the plurality of colors based on signals from the plurality of photoelectric conversion units;
Have
The image processing means cancels the amount of deviation between the position at which the selected photoelectric conversion unit receives the light flux and the center position of the pixel corresponding to the selected photoelectric conversion unit for each image generation position. Setting the color information by weighting and adding a weighting for the selection to the signal from the selected photoelectric conversion unit ,
In the pixel array, the plurality of image generation positions are offset from the center positions of the plurality of pixels .
前記カラーフィルタはベイヤー配列され、各画素は2×2の光電変換部を備え、
前記画像処理手段は、前記ベイヤー配列のRとBの色情報を設定する際に、前記画素アレイにおいて、水平方向と垂直方向に1画素分だけ離れて配置された4つの画素うち左上の画素の右下隅の位置を第1の画像生成位置として設定し、
前記画像処理手段は、
前記左上の画素の左上の光電変換部の色情報と、前記左上の画素の右上の光電変換部の色情報と、前記4つの画素のうち右上の画素の左上の光電変換部の色情報を1:2:1の割合で加重加算することによって、前記左上の画素の前記左上の光電変換部と前記右上の光電変換部のそれぞれが前記光束を受光する位置を結ぶ第1の線と前記左上の画素の輪郭が交差する第1の位置に、第1の色情報を設定し、
前記左上の画素の左下の光電変換部の色情報と、前記左上の画素の右下の光電変換部の色情報と、前記右上の画素の左下の光電変換部の色情報を1:2:1の割合で加重加算することによって、前記左上の画素の前記左下の光電変換部と前記右下の光電変換部のそれぞれが前記光束を受光する位置を結ぶ第2の線と前記左上の画素の輪郭が交差する第2の位置に、第2の色情報を設定し、
前記4つの画素のうち左下の画素の左上の光電変換部の色情報と、前記左下の画素の右上の光電変換部の色情報と、前記4つの画素のうち右下の画素の左上の光電変換部の色情報を1:2:1の割合で加重加算することによって、前記左下の画素の前記左上の光電変換部と前記右上の光電変換部のそれぞれが前記光束を受光する位置を結ぶ第3の線と前記左下の画素の輪郭が交差する第3の位置に、第3の色情報を設定し、
前記第1の色情報と、前記第2の色情報と、前記第3の色情報を1:2:1の割合で加重加算することによって、前記第1の画像生成位置に前記色情報を設定することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
The color filters are arranged in a Bayer pattern, and each pixel includes a 2 × 2 photoelectric conversion unit.
When setting the color information of R and B in the Bayer array, the image processing means sets an upper left pixel among four pixels arranged apart by one pixel in the horizontal direction and the vertical direction in the pixel array. Set the position of the lower right corner as the first image generation position,
The image processing means
The color information of the top left photoelectric conversion unit of the top left pixel, the color information of the top right photoelectric conversion unit of the top left pixel, and the color information of the top left photoelectric conversion unit of the top right pixel among the four pixels By performing weighted addition at a ratio of 2: 1, a first line connecting positions where the photoelectric conversion unit at the upper left and the photoelectric conversion unit at the upper right of the upper left pixel receive the light flux and the upper left Setting first color information at a first position where pixel outlines intersect;
The color information of the lower left photoelectric conversion unit of the upper left pixel, the color information of the lower right photoelectric conversion unit of the upper left pixel, and the color information of the lower left photoelectric conversion unit of the upper right pixel are 1: 2: 1. Of the upper left pixel and the lower right one of the photoelectric conversion units at the lower left and the lower left, respectively, of the upper left pixel and the outline of the upper left pixel. Set second color information at a second position where
Color information of the photoelectric conversion unit at the upper left of the lower left pixel among the four pixels, color information of the photoelectric conversion unit at the upper right of the lower left pixel, and photoelectric conversion of the upper left of the lower right pixel among the four pixels A weighted connection of the color information of the part at a ratio of 1: 2: 1 to connect the positions where the photoelectric conversion units at the upper left and the photoelectric conversion units at the upper right of the lower left pixel receive the light flux Setting third color information at a third position where the line of lines and the outline of the lower left pixel intersect;
The color information is set at the first image generation position by weighted addition of the first color information, the second color information, and the third color information at a ratio of 1: 2: 1. The imaging device according to claim 1, wherein:
前記左上の画素の中心位置と前記右上の画素の中心位置のそれぞれを垂直方向に前記第1の線に投影すると、前記第1の位置は、前記第1の線に投影された前記左上の画素の中心位置と前記右上の画素の中心位置の間の距離を1:3に内分し、
前記左上の画素の中心位置と前記右上の画素の中心位置のそれぞれを垂直方向に前記第2の線に投影すると、前記第2の位置は、前記第2の線に投影された前記左上の画素の中心位置と前記右上の画素の中心位置の間の距離を1:3に内分し、
前記左下の画素の中心位置と前記右下の画素の中心位置のそれぞれを垂直方向に前記第3の線に投影すると、前記第3の位置は、前記第3の線に投影された前記左下の画素の中心位置と前記右下の画素の中心位置の間の距離を1:3に内分することを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
When the center position of the upper left pixel and the center position of the upper right pixel are vertically projected onto the first line, the first position corresponds to the upper left pixel projected onto the first line. Internally divide the distance between the center position of and the center position of the upper right pixel to 1: 3,
When the center position of the upper left pixel and the center position of the upper right pixel are vertically projected onto the second line, the second position corresponds to the upper left pixel projected onto the second line. Internally divide the distance between the center position of and the center position of the upper right pixel to 1: 3,
When the center position of the lower left pixel and the center position of the lower right pixel are vertically projected onto the third line, the third position is the lower left projected onto the third line. The image pickup apparatus according to claim 2, wherein a distance between a center position of a pixel and a center position of the lower right pixel is internally divided into 1: 3.
前記カラーフィルタはベイヤー配列され、各画素は2×2の光電変換部を備え、
前記画像処理手段は、前記ベイヤー配列のGの色情報を設定する際に、対角方向に隣接するGの色情報を有する2つの画素の交点を第1の画像生成位置として設定し、該第1の画像生成位置を介して前記対角方向に隣接する2つの光電変換部の色情報を加算平均することによって、前記第1の画像生成位置の色情報を設定することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
The color filters are arranged in a Bayer pattern, and each pixel includes a 2 × 2 photoelectric conversion unit.
The image processing means, when setting G color information of the Bayer array, sets an intersection point of two pixels having G color information adjacent in the diagonal direction as a first image generation position, The color information of the first image generation position is set by averaging the color information of two photoelectric conversion units adjacent in the diagonal direction via the image generation position of 1. The imaging device according to 1.
前記画像処理手段は、各画像生成位置に対して、水平方向および垂直方向の少なくとも一方において、前記ずれ量を相殺するように、前記重みを加重することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。   2. The imaging according to claim 1, wherein the image processing means weights the weights so as to offset the deviation amount in at least one of the horizontal direction and the vertical direction with respect to each image generation position. apparatus. 前記結像光学系または前記撮像素子を駆動する駆動手段と、
合焦位置からずれた位置で撮像されるように前記駆動手段を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする請求項1乃至のうちいずれか1項に記載の撮像装置。
A driving unit for driving the imaging optical system or the imaging device;
Control means for controlling the drive means to pick up an image at a position deviated from the in-focus position;
The imaging device according to any one of claims 1 to 5 , characterized in that
複数の画素からなる画素アレイと、画素アレイ上に規則的に配列された複数の色のカラーフィルタと、を有し、各画素は、結像光学系の異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ受光して前記結像光学系が結像する被写体像を光電変換する複数の光電変換部を備えた撮像素子から得られる信号を処理する画像処理装置であって、
前記画素アレイに出力画像を生成するための複数の画像生成位置を設定する手段と、
各画像生成位置に対して、前記複数の画素の中から使用される複数の光電変換部を選択する手段と、
選択された前記複数の光電変換部からの信号に基づいて前記複数の色の全ての色情報を設定する手段と、
を有し、
前記色情報を設定する手段は、各画像生成位置に対して、選択された前記光電変換部が前記光束を受光する位置と、前記選択された光電変換部に対応する画素の中心位置とのずれ量を相殺するための重みを、前記選択された光電変換部からの信号に加重して加算し、
前記画素アレイにおいて、前記複数の画像生成位置は、前記複数の画素の中心位置からずれていることを特徴とする画像処理装置。
It has a pixel array consisting of a plurality of pixels and color filters of a plurality of colors regularly arranged on the pixel array, and each pixel receives a light flux that has passed through different pupil regions of the imaging optical system. An image processing apparatus for processing a signal obtained from an image pickup device including a plurality of photoelectric conversion units for photoelectrically converting an object image formed by the imaging optical system;
Means for setting a plurality of image generation positions for generating an output image in the pixel array;
A unit for selecting a plurality of photoelectric conversion units to be used from the plurality of pixels for each image generation position;
A unit configured to set all color information of the plurality of colors based on signals from the selected plurality of photoelectric conversion units;
Have
The means for setting the color information is a shift between a position where the selected photoelectric conversion unit receives the light flux and the center position of the pixel corresponding to the selected photoelectric conversion unit with respect to each image generation position. Weight for canceling the amount is added to the signal from the selected photoelectric conversion unit ,
In the pixel array, the plurality of image generation positions are offset from the center positions of the plurality of pixels .
複数の画素からなる画素アレイと、画素アレイ上に規則的に配列された複数の色のカラーフィルタと、を有し、各画素は、結像光学系の異なる瞳領域を通過した光束をそれぞれ受光して前記結像光学系が結像する被写体像を光電変換する複数の光電変換部を備えた撮像素子から得られる信号を処理する画像処理方法であって、
前記画素アレイに出力画像を生成するための複数の画像生成位置を設定するステップと、
各画像生成位置に対して、前記複数の画素の中から使用される複数の光電変換部を選択するステップと、
選択された前記複数の光電変換部からの信号に基づいて前記複数の色の全ての色情報を設定するステップと、
を有し、
前記色情報を設定するステップは、各画像生成位置に対して、選択された前記光電変換部が前記光束を受光する位置と、前記選択された光電変換部に対応する画素の中心位置とのずれ量を相殺するための重みを、前記選択された光電変換部からの信号に加重して加算し、
前記画素アレイにおいて、前記複数の画像生成位置は、前記複数の画素の中心位置からずれていることを特徴とする画像処理方法。
It has a pixel array consisting of a plurality of pixels and color filters of a plurality of colors regularly arranged on the pixel array, and each pixel receives a light flux that has passed through different pupil regions of the imaging optical system. An image processing method for processing a signal obtained from an image pickup element provided with a plurality of photoelectric conversion units for photoelectrically converting an object image formed by the imaging optical system;
Setting a plurality of image generation positions for generating an output image in the pixel array;
Selecting a plurality of photoelectric conversion units to be used from the plurality of pixels for each image generation position;
Setting all color information of the plurality of colors based on signals from the selected plurality of photoelectric conversion units;
Have
In the step of setting the color information, for each image generation position, a shift between a position where the selected photoelectric conversion unit receives the luminous flux and a center position of a pixel corresponding to the selected photoelectric conversion unit. Weight for canceling the amount is added to the signal from the selected photoelectric conversion unit ,
2. The image processing method according to claim 1 , wherein in the pixel array, the plurality of image generation positions are shifted from center positions of the plurality of pixels .
コンピュータに請求項に記載の画像処理方法を実行させるためのプログラム。 The program for making a computer perform the image processing method of Claim 8 .
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