JP3652123B2 - Image sensor, image processing apparatus, image processing system, and storage medium - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、カラー画像信号を得るための撮像素子、それを用いた画像処理装置、画像処理システム、及びそれを実施するための処理ステップをコンピュータが読出可能に格納した記憶媒体にに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、色フィルタを介した被写体光が入射される撮像素子により、該被写体の画像信号(カラー画像信号)を得て、この画像信号に対して圧縮処理や伸張処理等の画像処理を行って、画面表示したり、記録媒体に記録したりする画像処理装置がある。
例えば、このような画像処理装置の圧縮処理では、撮像素子から出力される信号を所定の画素ブロックサイズでブロック化し、ブロック単位でDCT変換、量子化、及び可変長符号化等の処理を行って、圧縮データを得るようになされている。
【0003】
ここで、圧縮処理等の画像処理を行う前段階の処理(以下、「前処理」と言う)として、撮像素子の出力信号(例えば、撮像素子で使用する色フィルタが補色フィルタであればYe,Cy,Mg,Grの原信号、原色フィルタであればR,G,Bの原信号)を、フレームメモリに一旦蓄積し、その原信号に対して、ホワイトバランス及びγ補正等の色処理を行った後、輝度信号(Y)及び色差信号(U,V)を得る処理が行われる。したがって、このような前処理により得られた輝度信号(Y)と色差信号(U,V)に対して、上記の画像処理が行われることになる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の撮像素子の出力はシリアル出力であるため、上記の前処理のためのフレームメモリが必要であると共に、該前処理に必要な分の撮像素子の出力がフレームメモリに蓄積されるまでの無駄な時間を要していた。さらには、上記の前処理には膨大な演算を要し、その分処理速度の高速化が非常に困難であった。
【0005】
したがって、従来の撮像素子では、後段の圧縮処理や伸張処理等の画像処理を効率的に行うことができなかった。
そこで、本発明は、上記の欠点を除去するために成されたもので、高精度な画像処理を効率的に行うことが可能な撮像素子、及びそれを実施するための処理ステップをコンピュータが読出可能に格納した記憶媒体を提供することを目的とする。
また、本発明は、上記の欠点を除去するために成されたもので、高精度な画像処理を効率的に行う画像処理装置及び画像処理システムを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的下において、第1の発明は、2次元配列された複数画素により所定の色フィルタを介した被写体光を受光して、該複数画素での各受光量に対応する原信号を出力する撮像手段を備える撮像素子であって、上記撮像手段から出力される原信号から、擬似輝度信号及び擬似色差信号を生成して出力する信号処理手段を更に備えることを特徴とする。
【0007】
第2の発明によれば、上記第1の発明において、上記信号処理手段は、上記撮像手段から出力される原信号を第1の画素ブロック単位で記憶する第1の記憶手段と、上記第1の記憶手段に記憶された原信号に所定の演算処理を行って、上記擬似輝度信号及び擬似色差信号を生成する演算手段とを含むことを特徴とする。
【0008】
第3の発明によれば、上記第2の発明において、上記信号処理手段は、上記演算手段で生成された擬似輝度信号及び擬似色差信号を各々第2の画素ブロック単位で記憶する第2の記憶手段を更に含むことを特徴とする。
【0009】
第4の発明によれば、上記第1の発明において、上記信号処理手段は、第2の画素ブロック単位で上記擬似輝度信号及び擬似色差信号を各々出力することを特徴とする。
【0010】
第5の発明によれば、上記第3又は4の発明において、上記第2の画素ブロックサイズは、上記信号処理手段の出力先での処理に対応したサイズであることを特徴とする。
【0011】
第6の発明によれば、カラー撮像素子により被写体を撮像し、該撮像素子の出力信号に対して所定の画像処理を行う画像処理装置であって、上記カラー撮像素子は、請求項1〜5の何れかに記載の撮像素子であることを特徴とする。
【0012】
第7の発明によれば、カラー撮像素子を含む撮像装置と、上記撮像装置の出力信号に対して所定の画像処理を行う画像処理装置とが少なくとも接続されてなる画像処理システムであって、上記カラー撮像素子は、請求項1〜5の何れかに記載の撮像素子であることを特徴とする。
【0013】
第8の発明によれば、所定の色フィルタを介した被写体光が入射される2次元配列された複数画素を有する撮像部と、該撮像部の出力に所定の信号処理を行う信号処理部とが同一チップ上に設けてなる撮像素子の動作を実施するための処理ステップをコンピュータが読出可能に格納した記憶媒体であって、該処理ステップは、上記撮像部にて、上記複数画素での各受光量に対応する原信号を出力する撮像ステップと、上記信号処理部にて、上記第1のステップにより上記撮像部から出力される原信号から、擬似輝度信号及び擬似色差信号を生成して出力する信号処理ステップとを含むことを特徴とする。
【0014】
第9の発明によれば、上記第8の発明において、上記信号処理ステップは、上記第1のステップにより出力される原信号を第1の画素ブロック単位で記憶する第1の記憶ステップと、上記第1の記憶ステップにより記憶された原信号に所定の演算処理を行って、上記擬似輝度信号及び擬似色差信号を生成する演算ステップとを含むことを特徴とする。
【0015】
第10の発明によれば、上記第9の発明において、上記信号処理ステップは、上記演算ステップにより生成された擬似輝度信号及び擬似色差信号を各々第2の画素ブロック単位で記憶する第2の記憶ステップを更に含むことを特徴とする。
【0016】
第11の発明によれば、上記第8の発明において、上記信号処理ステップは、第2の画素ブロック単位で上記擬似輝度信号及び擬似色差信号を各々出力するステップを含むことを特徴とする。
【0017】
第12の発明によれば、上記第10又は11の発明において、上記信号処理ステップは、上記第2の画素ブロックサイズを、上記撮像素子の出力先での処理に対応したサイズとするステップを含むことを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【0019】
(第1の実施の形態)
本発明は、例えば、図1に示すような画像処理システム100に適用される。
この画像処理システム100は、撮像素子ICチップ(以下、「撮像部」と言う)10及び圧縮処理装置20からなる送信側(撮像装置)と、伸張処理装置30、色処理装置40、及び表示/記録装置50からなる受信側(再生装置)との間でデータ通信するようになされている。
まず、画像処理システム100の一連の動作について説明する。
【0020】
送信側において、撮像部10は、詳細は後述するが、色フィルタを介して被写体光が入射される撮像素子(受光素子)11と、撮像素子11から出力される原信号から擬似的(簡易的)な輝度信号Y’、擬似色差信号U’,V’を生成して出力する輝度/色差前処理(信号処理)部13とを備えている。
ここでは、色フィルタとして、イエロー(Ye)、シアン(Cy)、マゼンダ(Mg)、グリーン(G)の4色の補色フィルタを用いることとする。したがって、撮像部10からは、4色の補色系の原信号Ye,Cy,Mg,Grから生成された擬似輝度信号Y’及び擬似色差信号U’,V’が出力される。
【0021】
圧縮処理装置20は、撮像部10から出力される擬似輝度信号Y’及び擬似色差信号U’,V’に対して、JPEG,MPEG、H.261、ベクトル量子化等の情報圧縮技術を用いた圧縮処理を行う。
具体的には例えば、先ず、所定の画素ブロック毎にDCT(Discrete Cosine Transform : 離散コサイン変換)を行う。次に、DCTした擬似輝度信号Y’及び擬似色差信号U’,V’を量子化することで、高周波成分を除去した圧縮データを得る。そして、その圧縮データを符号化する。ここでの符号化処理は、種々の方式を用いることが可能であるが、データの発生頻度に応じた符号長を割り当てる可変長符号化を用いることで圧縮率をさらに高めることが可能となる。
このようにして、圧縮処理装置20にて、圧縮及び符号化されたデータは、例えば、通信回線等の媒体を介して、受信側の伸張処理装置30に対して送信される。
【0022】
受信側において、情報伸張装置30は、送信側から送られてきたデータに対して、上述の圧縮装置装置20におけるDCT及び量子化処理の逆の処理を行うことで、擬似輝度信号Y’及び擬似色差信号U’,V’を復元する。
【0023】
色処理装置40は、情報伸張装置30で得られた擬似輝度信号Y’及び擬似色差信号U’,V’に対して、ホワイトバランス補正やγ補正等の色処理のような、良好な画質を得るために必要な種々の補正を行うことで、輝度信号Y及び色差信号U,Vを生成する。
【0024】
表示/記録装置50は、色処理装置40にて生成された輝度信号Y及び色差信号U,Vを画面表示したり、記録媒体に記録したりする。
【0025】
ここで、上述のような画像装置システム100の最も特徴とするところは、撮像部10にある。
【0026】
具体的には、まず、撮像部10は、図2に示すような撮像素子ICチップからなり、補色フィルタを介しての被写体光を受光する複数の画素(ホトダイオード)からなるセンサ201と、センサ201上の各画素を走査して該画素の蓄積電荷を電気信号(原信号)Ye,Cy,Mg,Gに変換して出力する読出回路202と、読出回路202により順次出力される信号が保持される2×2のアナログメモリ203と、アナログメモリ203に保持された信号に所定のマトリックス演算を行って擬似輝度信号Y’及び擬似色差信号U’,V’を生成して出力するマトリックス回路2041 〜2043 とを、同一撮像素子ICチップ上に設けた構成としている。
尚、センサ201及び読出回路202が上記図1の撮像素子11に相当し、アナログメモリ203及びマトリックス回路2041 〜2043 が上記図1の輝度/色差前処理部13に相当する。
このような撮像部10は、次のように動作する。
【0027】
先ず、センサ201には、被写体光が入射される。このとき、被写体光は、イエロー(Ye)、シアン(Cy)、マゼンダ(Mg)、グリーン(G)の4色の補色フィルタ(図示せず)を介してセンサ201に入射される。
【0028】
読出回路202は、センサ201上の各画素を走査して、画素各々に蓄積された電荷を、電気信号(原信号)に変換(光電変換)する。したがって、読出回路202では、イエロの色のフィルタを介し入射された画素の原信号Ye、シアンの色のフィルタを介して入射された画素の原信号Cy、マゼンダの色のフィルタを介して入射された画素の原信号Mg、及びグリーンの色のフィルタを介して入射された画素の原信号Gが得られることになる。
このとき、読出回路202は、センサ201から2×2の4画素ブロック単位でセンサ201を走査する。例えば、上記図2に示すように、先ず、最初のブロックB1 の各画素を走査し、次に、1画素シフトした次のブロックB2 の各画素を走査し、次に、1画素シフトした次のブロックB3 の各画素を走査する。
このようにして、読出回路202は、4画素ブロック単位での原信号Ye,Cy,Mg,Gを得て、図3に示すように、それらを2×2のアナログメモリ203に格納する。
【0029】
アナログメモリ203に格納された4つの原信号Ye,Cy,Mg,Gは、マトリックス回路2041 〜2043 に対して各々パラレルに出力される。
マトリックス回路2041 〜2043 は各々、アナログメモリ203からの4つの原信号Ye,Cy,Mg,Gにマトリックス演算を行って、擬似輝度信号Y’、色差信号U’、及び色差信号V’を得る。
すなわち、マトリックス回路2041 は、例えば、
Y’=Ye+Mg+Cy+G ・・・(1)
なる式(1)により擬似輝度信号Y’を求め、マトリックス回路2042 は、例えば、
U’=(Ye+Mg)−(Cy+G) ・・・(2)
なる式(2)により擬似色差信号U’を求め、マトリックス回路2043 は、例えば、
V’=(Cy+Mg)−(Ye+G) ・・・(3)
なる式(3)により擬似色差信号V’を求める。
【0030】
したがって、マトリックス回路2041 〜2043 で得られた擬似輝度信号Y’、擬似色差信号U’、及び擬似色差信号V’が、撮像部10の出力とされ、上記図1の圧縮処理装置20にパラレルに供給されることになる。
【0031】
上述のように、本実施の形態では、撮像素子11から出力される原信号Ye,Cy,Mg,Gから擬似輝度信号Y’、及び擬似色差信号U’,V’を得るための輝度/色差前処理部13を、撮像素子11と同一チップ上に設けるように構成した。これにより、擬似輝度信号Y’、及び擬似色差信号U’,V’を得るための演算処理を高速化することができる。したがって、後段の圧縮処理や伸張処理等の画像処理を効率的に行うことができる。
また、処理が高速化した分を、圧縮処理や伸張処理等の画像処理の精度向上のためにあてることができるため、高品位の画質を得ることができる。
【0032】
また、撮像部10にて得られる擬似輝度信号Y’、及び擬似色差信号U’,V’に対して、圧縮処理装置20にて圧縮及び符号化を行って、伸張処理装置30にて伸張した後に、色処理装置40にて高品位の画質を得るための、ホワイトばらっす補正やγ補正等の色処理を行うように構成した。これにより、圧縮処理後の伸張処理に伴って発生するブロックノイズや高周波ノイズによる画質の劣化を最小限に抑えることもできる。したがって、表示/記録装置50により記録媒体に記憶したり、通信回線を介して伝送したりする際の情報量を大幅に削減できるとともに、画質の劣化を可及的に防止して高品位の画質を得ることもできる。
【0033】
尚、本実施の形態では、上記図2の読出回路202にて、2×2の4画素ブロック単位(B1 ,B2 ,B3 ,・・・)でセンサ201を走査して、4つの原信号Ye,Cy,Mg,Gを得るようにしたが、例えば、2×8の8画素ブロック単位で走査して、8つの原信号Ye,Cy,Mg,G,Ye,Cy,G,Mgを得るようにしてもよい。
この場合、読出回路202は、図4に示すように、所定の演算処理(縦2画素ずつの加算処理)を行うことで、センサ201から読み出した8つの原信号Ye,Cy,Mg,G,Ye,Cy,G,Mgから、4つの信号(Ye+Mg),(Cy+G),(Ye+G),(Cy,Mg)を得て、これらを2×2のアナログメモリ203に格納する。マトリックス回路2041 〜2043 は各々、アナログメモリ203に格納された4つの信号(Ye+Mg),(Cy+G),(Ye+G),(Cy,Mg)から、例えば、上記式(1)〜式(3)により、擬似輝度信号Y’、及び色差信号U’,V’を得る。
【0034】
また、1画素シフトしながら、2×2の4画素ブロック単位でセンサ201を走査するようにしたが、単純に4画素ブロック単位で順次走査するようにしてもよい(すなわち、2画素シフトしながら走査する)。
【0035】
また、上記図2のセンサ201において、色フィルタとして補色フィルタを用いるようにしたが、例えば、原色フィルタを用いるようにしてもよい。
この場合、読出回路202では、レッドの色のフィルタを介して入射された画素の原信号R、グリーンの色のフィルタを介して入射された画素の原信号G、及びブルーの色のフィルタを介して入射された画素の原信号Bが得られる。したがって、アナログメモリ203には、図5に示すように、それらの原信号R,G,G,Bが格納される。マトリックス回路2041 は、例えば、
Y’=R+2G+B ・・・(1’)
なる式(1’)により擬似輝度信号Y’を求め、マトリックス回路2042 は、マトリックス回路2041 で得られた擬似輝度信号Y’を用いて、例えば、
U’=R−Y’ ・・・(2’)
なる式(2’)により擬似色差信号U’を求め、マトリックス回路2043 も、マトリックス回路2041 で得られた擬似輝度信号Y’を用いて、例えば、
V’=B−Y’ ・・・(3’)
なる式(2’)により擬似色差信号V’を求める。
【0036】
また、圧縮処理装置20での圧縮処理として、DCT及び可変長符号化を用いたが、これに限らず、例えば、コードブック圧縮技術(ベクトル量子化技術)を用いることもできる。
このコードブック圧縮技術を用いる場合、先ず、圧縮処理装置20は、撮像部10で得られた擬似輝度信号Y’、及び擬似色差信号U’,V’と、予め記憶している複数のコードブック(パターン)と比較し、その中で最も似通ったパターンを見つけ出して、そのパターンに対応するコード番号を、受信側の伸張処理装置30に対して送信する。
伸張処理装置30は、圧縮処理装置20から送られてきたコード番号に対応するパターンを、予め記憶している複数のコードブック取り出すことにより、圧縮処理装置20側で圧縮された画像信号を再現する。
【0037】
(第2の実施の形態)
本実施の形態では、上記図1に示した撮像部10の構成を、例えば、図6に示すような構成とする(以下、ここでの撮像部10を「撮像部10’」とする)。
【0038】
すなわち、撮像部10’は、上記図2に示した構成に加えて、3つのマトリックス回路2041 〜2043 に各々対応した3つのアナログメモリ2051 〜2053 を備えた構成としている。
このような撮像部10’は、次のように動作する。
【0039】
尚、3つのアナログメモリ2051 〜2053 は、上記図1の輝度/色差前処理部13に含まれるものである。
また、ここでは説明の簡単のために、上記図6の撮像部10’において、上記図2の撮像部10と同様に動作する箇所には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【0040】
先ず、上記図2の撮像部10と同様にして、読出回路202は、1画素シフトしながら4画素ブロック単位(B1 ,B2 ,・・・)でセンサ201を走査することで、原信号Ye,Cy,Mg,Gを得て、それらを2×2画素のアナログメモリ203に格納する。マトリックス回路2041 〜2043 は各々、アナログメモリ203に格納された信号Ye,Cy,Mg,Gから、上記式(1)〜(3)により、擬似輝度信号Y’、擬似色差信号U’、及び擬似色差信号V’を得る。
【0041】
マトリックス回路2041 〜2043 で得られた擬似輝度信号Y’、擬似色差信号U’、及び擬似色差信号V’は各々、対応するアナログメモリ2051 〜2053 の同じアドレスに格納される。
アナログメモリ2051 〜2053 は各々同様の構成としており、撮像部10’の後段に設けられた圧縮処理装置20に対して最適なサイズのメモリである。ここでは、その一例として、6×6のアナログメモリとする。
【0042】
そこで、例えば、上記図6に示すように、アナログメモリ2051 において、センサ201の最初のブロックB1 の各画素に対応する原信号Ye,Cy,Mg,Gから生成された擬似輝度信号Y’(マトリックス2041 の出力)は、アナログメモリ2051 の左上端の画素位置D1 に格納される。このときの画素位置D1 は、図7に示すように、ブロックB1 の重心の位置(画素の走査に対して重心の位置)O1 に対応している。
また、次のブロックB2 の各画素に対応する原信号Ye,Cy,Mg,Gから生成された擬似輝度信号Y’は、画素位置D1 の次の画素位置D2 に格納される。この画素位置D2 も、上記図7に示すように、ブロックB2 の重心の位置O2 に対応している。
以降同様にして、マトリックス2041 で得られた擬似輝度信号Y’は、順次アナログメモリ2051 の所定の画素位置に格納される。
【0043】
また、アナログメモリ2052 及び2053 に対しても、上述のアナログメモリ2051 と同様にして、擬似色差信号U’及び擬似色差信号V’が各々対応して6×6画素分格納される。
【0044】
このようにして、各アナログメモリ2051 〜2053 に各々格納された6×6画素分の擬似輝度信号Y’、擬似色差信号U’、及び擬似色差信号V’が撮像部10’の出力とされる。
したがって、撮像部10’の後段に設けられた圧縮処理装置20には、擬似輝度信号Y’、擬似色差信号U’、及び擬似色差信号V’が6×6画素単位で、すなわち本装置での処理に最適なサイズ単位でパラレル(又はシリアル)に供給されることになる。
【0045】
上述のように、本実施の形態では、撮像部10’から圧縮処理装置20に対しては、上記擬似輝度信号Y’、擬似色差信号U’、及び擬似色差信号V’が、圧縮処理装置20での処理に対して最適なサイズ単位で出力されるように構成したことにより、さらなる処理の高速化を図ることができる。
【0046】
具体的には例えば、撮像部10’の後段に設けられている圧縮処理装置20にて、上述したコードブック圧縮技術が用いられていた場合、アナログメモリ2051 〜2053 のサイズを、そのコードブックのサイズ(例えば、4×4画素)よりも大きいサイズ(ここでの6×6画素)とする。
これにより、コードブック検索のために必要な画素分(ここでは6×6画素)の擬似輝度信号Y’、擬似色差信号U’、及び擬似色差信号V’が順次、撮像部10’から出力される。
このときの撮像部10’の出力、すなわちアナログメモリ2051 〜2053 の出力については、図8に示すように、その6×6画素の信号のうち、先ず最初に中心の4×4画素の信号が出力され、その後、該中心周辺の20画素の信号が出力されるようにする。そして、圧縮処理装置20は、上記図8に示したようにして6×6画素単位で順次出力された信号に対して、図9に示すように、中心の4×4画素の信号が隣接するようにして、6×6画素単位のコードブック検索処理を順次進めていく。
したがって、圧縮処理装置20は、従来のように、処理に必要な6×6画素分の信号が出力されるのを待つことなしに、6×6画素単位のコードブック検索処理を順次進めていくことができる。
【0047】
尚、本実施の形態においても、センサ201の走査を、単純に4画素ブロック単位で行うようにしてもよい(すなわち、上記図6において、ブロックB1 の次にブロックB2 を読まずにブロックB3 を読むことで2画素シフトする)が、1画素シフトしながら行うようにした方が好ましい。
これは、単純に4画素ブロック単位で走査するようにすると、図10に示すように、6×6のアナログメモリ上での各画素が、センサ201での各画素に対して、1つ置きになってしまうため、その分解像度が落ちてしまうからである(ここでは、解像度が1/4になってしまう)。これに対して、1画素シフトしながら走査するようにすれば、上記図7に示したように、6×6のアナログメモリ上での各画素が全て、センサ201での各画素に対応するため、解像度は落ちることはない。
【0048】
また、本発明の目的は、上述した各実施の形態のホスト及び端末の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(又はCPUやMPU)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読みだして実行することによっても、達成されることは言うまでもない。
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が各実施の形態の機能を実現することとなり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することとなる。
【0049】
プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、ROM、フロッピーディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、CD−R、磁気テープ、不揮発性のメモリカード等を用いることができる。
【0050】
また、コンピュータが読みだしたプログラムコードを実行することにより、実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているOS等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって各実施の形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【0051】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された拡張機能ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるCPUなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって各実施の形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【0052】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、被写体光を受光して得られた原信号から、擬似輝度信号及び擬似色差信号を得るための信号処理(マトリックス演算等)を、撮像素子外ではなく同一チップ上で行うように構成した。
これにより、処理速度の高速化を図ることができる。このため、撮像素子の出力に対して圧縮処理や伸張処理等の画像処理を効率的に行うことができる。また、処理速度が高速化した分を、画像処理の精度向上のためにあてることで、高品位な画質を得ることもできる。
【0053】
また、擬似輝度信号及び擬似色差信号を、所定の画素ブロック単位で出力するように構成すれば、その出力先にて、効率的な処理を行うことができる。例えば、その出力先の圧縮処理に最適な画素ブロックサイズ単位で、擬似輝度信号及び擬似色差信号を圧縮処理に与えることで、圧縮処理に必要なブロックサイズ分の信号を蓄積する必要もなく、また、蓄積されるのを待つことなしに、処理を順次進めていくことができる。
【0054】
よって、本発明によれば、高精度な画像処理を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態において、本発明を適用した画像処理システムの構成を示すブロック図である。
【図2】上記画像処理システムの撮像装置の内部構成を示すブロック図である。
【図3】上記撮像装置において、センサで得られた原信号Ye,Cy,Mg,Gが2×2のアナログメモリに格納される状態を説明するための図である。
【図4】上記センサから8つの原信号Ye,Cy,Mg,G,Ye,Cy,G,Mgを読み出し、上記2×2のアナログメモリに格納する場合を説明するための図である。
【図5】色フィルタを原色フィルタとして、上記センサで得られた原信号R,G,G,Bが2×2のアナログメモリに格納される状態を説明するための図である。
【図6】第2の実施の形態において、上記画像処理システムの撮像部の内部構成を示すブロック図である。
【図7】上記撮像部において、6×6のアナログメモリに信号を格納する際の、該格納位置(アドレス)とセンサの関係を説明するための図である。
【図8】上記撮像部の後段の圧縮処理装置において、コードブック圧縮技術を用いた合の、該撮像部からの信号出力を説明するための図である。
【図9】上記圧縮処理装置において、上記撮像部の出力信号に対する処理を説明するための図である。
【図10】1画素シフトしながら画素ブロックを読み出す場合に対して、2画素シフトする場合の解像度を悦明するための図である。
【符号の説明】
10 撮像部
11 撮像素子
13 輝度/色差前処理部
20 圧縮処理装置
30 伸張処理装置
40 色処理装置
50 表示/記録装置
100 画像処理システム
201 センサ
202 読出回路
203 2×2アナログメモリ
2041 〜2043 マトリックス回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention particularly relates to an image pickup device for obtaining a color image signal, an image processing apparatus using the image pickup device, an image processing system, and a storage medium in which processing steps for implementing the same are stored in a computer-readable manner. It is.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an image signal (color image signal) of a subject is obtained by an image sensor that receives subject light through a color filter, and image processing such as compression processing and expansion processing is performed on the image signal. There are image processing apparatuses that display a screen or record on a recording medium.
For example, in such compression processing of an image processing apparatus, a signal output from an image sensor is blocked in a predetermined pixel block size, and processing such as DCT conversion, quantization, and variable length encoding is performed on a block basis. , Compressed data is obtained.
[0003]
Here, as a pre-stage process (hereinafter referred to as “pre-process”) for performing image processing such as compression processing, the output signal of the image sensor (for example, if the color filter used in the image sensor is a complementary color filter, Ye, Cy, Mg, Gr original signals, and R, G, B original signals in the case of primary color filters) are temporarily stored in a frame memory, and color processing such as white balance and γ correction is performed on the original signals. After that, processing for obtaining a luminance signal (Y) and color difference signals (U, V) is performed. Therefore, the above image processing is performed on the luminance signal (Y) and the color difference signals (U, V) obtained by such preprocessing.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the output of the conventional image sensor is a serial output, a frame memory for the above preprocessing is necessary, and until the output of the image sensor necessary for the preprocessing is accumulated in the frame memory. Wasted time. Furthermore, the above pre-processing requires enormous computations, and it is very difficult to increase the processing speed accordingly.
[0005]
Therefore, the conventional image sensor cannot efficiently perform image processing such as subsequent compression processing and expansion processing.
Therefore, the present invention was made to eliminate the above-mentioned drawbacks, and a computer reads out an image sensor capable of efficiently performing high-accuracy image processing and processing steps for implementing the image sensor. It is an object to provide a storage medium that can be stored.
Another object of the present invention is to provide an image processing apparatus and an image processing system that efficiently perform high-precision image processing.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Under such an object, the first invention receives subject light through a predetermined color filter by a plurality of pixels arranged two-dimensionally, and outputs an original signal corresponding to the amount of light received by the plurality of pixels. An image pickup device comprising an image pickup means, further comprising a signal processing means for generating and outputting a pseudo luminance signal and a pseudo color difference signal from an original signal output from the image pickup means.
[0007]
According to a second invention, in the first invention, the signal processing means includes a first storage means for storing the original signal output from the imaging means in units of first pixel blocks, and the first And an arithmetic means for performing the predetermined arithmetic processing on the original signal stored in the storage means to generate the pseudo luminance signal and the pseudo color difference signal.
[0008]
According to a third aspect, in the second aspect, the signal processing means stores a pseudo luminance signal and a pseudo color difference signal generated by the arithmetic means in units of second pixel blocks. Further comprising means.
[0009]
According to a fourth invention, in the first invention, the signal processing means outputs the pseudo luminance signal and the pseudo color difference signal for each second pixel block.
[0010]
According to a fifth invention, in the third or fourth invention, the second pixel block size is a size corresponding to processing at an output destination of the signal processing means.
[0011]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an image processing apparatus that images a subject with a color image sensor and performs predetermined image processing on an output signal of the image sensor. The image pickup device according to any one of the above.
[0012]
According to a seventh aspect of the invention, there is provided an image processing system in which an imaging device including a color imaging device and an image processing device that performs predetermined image processing on an output signal of the imaging device are connected. A color image sensor is an image sensor according to any one of claims 1 to 5.
[0013]
According to the eighth aspect of the invention, the imaging unit having a plurality of two-dimensionally arranged pixels on which subject light is incident via a predetermined color filter, and a signal processing unit that performs predetermined signal processing on the output of the imaging unit Is a storage medium in which processing steps for carrying out the operation of the imaging device provided on the same chip are stored in a computer-readable manner, and the processing steps are performed by each of the plurality of pixels in the imaging unit. An imaging step for outputting an original signal corresponding to the amount of received light, and a pseudo luminance signal and a pseudo color difference signal are generated and output from the original signal output from the imaging unit in the first step by the signal processing unit. And a signal processing step.
[0014]
According to a ninth invention, in the eighth invention, the signal processing step includes a first storage step of storing the original signal output in the first step in units of a first pixel block; And a calculation step of performing a predetermined calculation process on the original signal stored in the first storage step to generate the pseudo luminance signal and the pseudo color difference signal.
[0015]
According to a tenth aspect, in the ninth aspect, the signal processing step stores a pseudo luminance signal and a pseudo color difference signal generated by the calculation step in units of a second pixel block. The method further includes a step.
[0016]
According to an eleventh aspect, in the eighth aspect, the signal processing step includes a step of outputting the pseudo luminance signal and the pseudo color difference signal for each second pixel block.
[0017]
According to a twelfth aspect, in the tenth or eleventh aspect, the signal processing step includes a step of setting the second pixel block size to a size corresponding to processing at an output destination of the image sensor. It is characterized by that.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0019]
(First embodiment)
The present invention is applied to, for example, an
This
First, a series of operations of the
[0020]
On the transmission side, the
Here, four color complementary filters of yellow (Ye), cyan (Cy), magenta (Mg), and green (G) are used as color filters. Accordingly, the
[0021]
The
Specifically, for example, first, DCT (Discrete Cosine Transform) is performed for each predetermined pixel block. Next, the DCT pseudo luminance signal Y ′ and pseudo color difference signals U ′ and V ′ are quantized to obtain compressed data from which high frequency components have been removed. Then, the compressed data is encoded. Various methods can be used for the encoding process here, but it is possible to further increase the compression rate by using variable-length encoding that assigns a code length according to the frequency of data generation.
The data compressed and encoded in this way by the
[0022]
On the reception side, the
[0023]
The
[0024]
The display /
[0025]
Here, the most characteristic feature of the
[0026]
Specifically, first, the
Note that the
Such an
[0027]
First, subject light is incident on the
[0028]
The
At this time, the
In this way, the
[0029]
The four original signals Ye, Cy, Mg, and G stored in the
That is, the
Y ′ = Ye + Mg + Cy + G (1)
The pseudo luminance signal Y ′ is obtained by the following equation (1), and the
U ′ = (Ye + Mg) − (Cy + G) (2)
The pseudo color difference signal U ′ is obtained by the following equation (2), and the
V ′ = (Cy + Mg) − (Ye + G) (3)
The pseudo color difference signal V ′ is obtained by the following equation (3).
[0030]
Therefore, the
[0031]
As described above, in the present embodiment, the luminance / color difference for obtaining the pseudo luminance signal Y ′ and the pseudo color difference signals U ′, V ′ from the original signals Ye, Cy, Mg, G output from the
Further, since the processing speed can be increased to improve the accuracy of image processing such as compression processing and decompression processing, high-quality image quality can be obtained.
[0032]
Further, the pseudo luminance signal Y ′ and the pseudo color difference signals U ′ and V ′ obtained by the
[0033]
In this embodiment, the
In this case, as shown in FIG. 4, the
[0034]
Further, the
[0035]
In the
In this case, in the
Y ′ = R + 2G + B (1 ′)
The pseudo luminance signal Y ′ is obtained by the following equation (1 ′), and the
U ′ = R−Y ′ (2 ′)
The pseudo color difference signal U ′ is obtained by the following equation (2 ′) and the
V ′ = BY− (3 ′)
The pseudo color difference signal V ′ is obtained by the following equation (2 ′).
[0036]
Further, although DCT and variable length coding are used as the compression processing in the
When using this code book compression technique, first, the
The
[0037]
(Second Embodiment)
In the present embodiment, the configuration of the
[0038]
That is, the
Such an
[0039]
Three
Further, for the sake of simplicity of description, in the
[0040]
First, in the same manner as the
[0041]
[0042]
Therefore, for example, as shown in FIG. 1 In the first block B of the
The next block B 2 The pseudo luminance signal Y ′ generated from the original signals Ye, Cy, Mg, G corresponding to each pixel of 1 Next pixel position D 2 Stored in This pixel position D 2 As shown in FIG. 2 The position of the center of gravity O 2 It corresponds to.
Thereafter, in the same manner, the
[0043]
In addition, the
[0044]
In this way, each
Therefore, in the
[0045]
As described above, in the present embodiment, the pseudo luminance signal Y ′, the pseudo chrominance signal U ′, and the pseudo chrominance signal V ′ are transmitted from the
[0046]
Specifically, for example, when the above-described codebook compression technique is used in the
As a result, the pseudo luminance signal Y ′, the pseudo color difference signal U ′, and the pseudo color difference signal V ′ corresponding to the pixels necessary for codebook search (here, 6 × 6 pixels) are sequentially output from the
The output of the
Therefore, the
[0047]
In the present embodiment, the scanning of the
If the scanning is simply performed in units of 4 pixel blocks, as shown in FIG. 10, each pixel on the 6 × 6 analog memory is alternately arranged with respect to each pixel in the
[0048]
Another object of the present invention is to supply a storage medium storing software program codes for realizing the functions of the host and terminal of each of the above-described embodiments to a system or apparatus, and the computer (or CPU) of the system or apparatus. Needless to say, this can also be achieved by reading and executing the program code stored in the storage medium.
In this case, the program code itself read from the storage medium implements the functions of the respective embodiments, and the storage medium storing the program code constitutes the present invention.
[0049]
A ROM, floppy disk, hard disk, optical disk, magneto-optical disk, CD-ROM, CD-R, magnetic tape, nonvolatile memory card, or the like can be used as a storage medium for supplying the program code.
[0050]
Further, by executing the program code read by the computer, not only the functions of the embodiment are realized, but also the OS or the like running on the computer performs the actual processing based on the instruction of the program code. Needless to say, the present invention includes a case where part or all of the functions are performed and the functions of the respective embodiments are realized by the processing.
[0051]
Further, after the program code read from the storage medium is written to the memory provided in the extension function board inserted in the computer or the function extension unit connected to the computer, the function extension is performed based on the instruction of the program code It goes without saying that the case where the CPU or the like provided in the board or function expansion unit performs part or all of the actual processing and the functions of the respective embodiments are realized by the processing.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, signal processing (matrix calculation or the like) for obtaining a pseudo luminance signal and a pseudo color difference signal from an original signal obtained by receiving subject light is performed on the same chip, not outside the image sensor. Configured to do.
As a result, the processing speed can be increased. For this reason, image processing such as compression processing and expansion processing can be efficiently performed on the output of the image sensor. In addition, high-quality image quality can be obtained by applying the increased processing speed to improve the accuracy of image processing.
[0053]
If the pseudo luminance signal and the pseudo color difference signal are configured to be output in units of predetermined pixel blocks, efficient processing can be performed at the output destination. For example, by giving the pseudo luminance signal and the pseudo color difference signal to the compression process in the pixel block size unit optimum for the compression process of the output destination, it is not necessary to accumulate signals for the block size necessary for the compression process. The processing can proceed sequentially without waiting for accumulation.
[0054]
Therefore, according to the present invention, highly accurate image processing can be performed efficiently.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an image processing system to which the present invention is applied in a first embodiment.
FIG. 2 is a block diagram illustrating an internal configuration of an imaging apparatus of the image processing system.
FIG. 3 is a diagram for explaining a state in which original signals Ye, Cy, Mg, and G obtained by a sensor are stored in a 2 × 2 analog memory in the imaging apparatus.
FIG. 4 is a diagram for explaining a case where eight original signals Ye, Cy, Mg, G, Ye, Cy, G, and Mg are read from the sensor and stored in the 2 × 2 analog memory.
FIG. 5 is a diagram for explaining a state in which original signals R, G, G, and B obtained by the sensor are stored in a 2 × 2 analog memory using a color filter as a primary color filter.
FIG. 6 is a block diagram showing an internal configuration of an imaging unit of the image processing system in the second embodiment.
FIG. 7 is a diagram for explaining a relationship between a storage position (address) and a sensor when a signal is stored in a 6 × 6 analog memory in the imaging unit.
FIG. 8 is a diagram for explaining signal output from the imaging unit using a codebook compression technique in the subsequent compression processing apparatus of the imaging unit.
FIG. 9 is a diagram for explaining processing on an output signal of the imaging unit in the compression processing apparatus.
FIG. 10 is a diagram for clarifying the resolution in the case of shifting two pixels with respect to the case of reading a pixel block while shifting one pixel.
[Explanation of symbols]
10 Imaging unit
11 Image sensor
13 Brightness / color difference pre-processing section
20 Compression processor
30 Decompression processing device
40 color processor
50 Display / Recording Device
100 Image processing system
201 sensor
202 Read circuit
203 2 × 2 analog memory
204 1 ~ 204 Three Matrix circuit
Claims (12)
上記撮像手段から出力される原信号から、擬似輝度信号及び擬似色差信号を生成して出力する信号処理手段を更に備えることを特徴とする撮像素子。An imaging device comprising imaging means for receiving subject light via a predetermined color filter by a plurality of pixels arranged two-dimensionally and outputting an original signal corresponding to each received light amount at the plurality of pixels,
An image pickup device further comprising signal processing means for generating and outputting a pseudo luminance signal and a pseudo color difference signal from the original signal outputted from the image pickup means.
上記撮像手段から出力される原信号を第1の画素ブロック単位で記憶する第1の記憶手段と、
上記第1の記憶手段に記憶された原信号に所定の演算処理を行って、上記擬似輝度信号及び擬似色差信号を生成する演算手段とを含むことを特徴とする請求項1記載の撮像素子。The signal processing means includes
First storage means for storing the original signal output from the imaging means in units of first pixel blocks;
2. The image pickup device according to claim 1, further comprising a calculation unit that performs a predetermined calculation process on the original signal stored in the first storage unit to generate the pseudo luminance signal and the pseudo color difference signal.
上記カラー撮像素子は、請求項1〜5の何れかに記載の撮像素子であることを特徴とする画像処理装置。An image processing apparatus that images a subject with a color image sensor and performs predetermined image processing on an output signal of the image sensor,
The image processing apparatus according to claim 1, wherein the color image sensor is an image sensor according to claim 1.
上記カラー撮像素子は、請求項1〜5の何れかに記載の撮像素子であることを特徴とする画像処理装置。An image processing system in which an imaging device including a color imaging device and an image processing device that performs predetermined image processing on an output signal of the imaging device are connected at least.
The image processing apparatus according to claim 1, wherein the color image sensor is an image sensor according to claim 1.
上記撮像部にて、上記複数画素での各受光量に対応する原信号を出力する撮像ステップと、
上記信号処理部にて、上記第1のステップにより上記撮像部から出力される原信号から、擬似輝度信号及び擬似色差信号を生成して出力する信号処理ステップとを含むことを特徴とする記憶媒体。An imaging unit having a plurality of two-dimensionally arranged pixels on which subject light is incident via a predetermined color filter and a signal processing unit that performs predetermined signal processing on the output of the imaging unit are provided on the same chip. A storage medium storing computer-readable processing steps for performing an operation of an image sensor, wherein the processing steps include:
In the imaging unit, an imaging step of outputting an original signal corresponding to each received light amount in the plurality of pixels;
The signal processing unit includes a signal processing step of generating and outputting a pseudo luminance signal and a pseudo color difference signal from the original signal output from the imaging unit in the first step in the signal processing unit. .
上記第1のステップにより出力される原信号を第1の画素ブロック単位で記憶する第1の記憶ステップと、
上記第1の記憶ステップにより記憶された原信号に所定の演算処理を行って、上記擬似輝度信号及び擬似色差信号を生成する演算ステップとを含むことを特徴とする請求項8記載の記憶媒体。The signal processing step includes
A first storage step of storing the original signal output in the first step in units of first pixel blocks;
9. The storage medium according to claim 8, further comprising a calculation step of performing a predetermined calculation process on the original signal stored in the first storage step to generate the pseudo luminance signal and the pseudo color difference signal.
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