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JP6842691B2 - Color image sensor, color image imager, and color image imager - Google Patents

Color image sensor, color image imager, and color image imager Download PDF

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JP6842691B2 JP2017008086A JP2017008086A JP6842691B2 JP 6842691 B2 JP6842691 B2 JP 6842691B2 JP 2017008086 A JP2017008086 A JP 2017008086A JP 2017008086 A JP2017008086 A JP 2017008086A JP 6842691 B2 JP6842691 B2 JP 6842691B2
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杉山 賢二
賢二 杉山
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SCHOOL JURIDICAL PERSON SEIKEI GAKUEN
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  • Color Television Image Signal Generators (AREA)

Description

本発明は、単一のイメージセンサを用いてカラー画像を効率的かつ高画質に撮像するための撮像とそれにより撮像された画像の補間方法に関し、特に特徴的なカラーフィルタ配列とそれに対応した補間処理により、高品質で情報圧縮に適したカラー画像信号を得るための撮像及び信号処理に関する。 The present invention relates to an imaging method for efficiently and high-quality imaging of a color image using a single image sensor and an interpolation method of the image captured by the imaging, and a particularly characteristic color filter array and corresponding interpolation. The present invention relates to imaging and signal processing for obtaining a high-quality color image signal suitable for information compression by processing.

<カラー画像システム>
動画像に限らずカラー画像信号は、R(Red, 赤),G(Green, 緑),B(Blue, 青)の3原色により形成され、撮像や表示はこの形態で行われている。一方、伝送や記録のための形態は、輝度とふたつの色差により形成されるコンポーネントカラー信号が使われる。これらは3原色から所定の変換により得られ、さらに色差がサブサンプリングされる場合が多い。具体的には、サブサンプリングされない4:4:4、水平方向に2分の1にサブサンプリングされた4:2:2、水平と垂直の両方で2分の1にサブンサンプリングされた4:2:0がある。各動画像カラーフォーマットは、規格で詳細に定義されており、テレビ放送などで広く使われている。
<Color image system>
Not limited to moving images, color image signals are formed by the three primary colors of R (Red, red), G (Green, green), and B (Blue, blue), and imaging and display are performed in this form. On the other hand, as a form for transmission and recording, a component color signal formed by luminance and two color differences is used. These are obtained by a predetermined conversion from the three primary colors, and the color difference is often subsampled. Specifically, non-subsampled 4: 4: 4, horizontally sub-sampled 4: 2: 2, both horizontal and vertical sub-sampled 4: There is 2: 0. Each moving image color format is defined in detail in the standard and is widely used in television broadcasting and the like.

<カラー撮像>
カラー画像撮像では、R,G,Bそれぞれのイメージセンサを持つ3板方式と、一枚のイメージセンサでセル(画素)ごとにR,G,Bを振り分ける単板方式がある。3板方式は、近年特殊な存在になりつつあり、スチルカメラでは存在せず、動画像でも3860×2160画素の4K画像カメラでは、ほぼすべてが単板方式になっている。
<Color imaging>
In color image imaging, there are a three-plate method in which R, G, and B image sensors are provided, and a single-plate method in which R, G, and B are distributed to each cell (pixel) by a single image sensor. The three-plate system is becoming a special existence in recent years, and it does not exist in still cameras, and almost all of the 4K image cameras with 3860 x 2160 pixels are single-panel systems even for moving images.

単板の場合、R,G,Bの各色フィルタを受光セル(画素)に配置するが、3種類のフィルタがなるべく同等で均一になるようにする。しかし、2次元的に3等分することは容易で無いので、図1(a)に示されるようなBayer配列と呼ばれるものが一般的で、Gに半分を、RとBにそれぞれ4分の1を割り振る。Gの割合を他より多くするのは、Gの輝度成分に占める割合が最も高く、輝度信号の解像度を落とさないようにするためである。 In the case of a single plate, the R, G, and B color filters are arranged in the light receiving cells (pixels), but the three types of filters should be as equal and uniform as possible. However, since it is not easy to divide it into three equal parts in two dimensions, what is called a Bayer array as shown in FIG. 1 (a) is common, with half for G and four minutes for R and B, respectively. Allocate 1. The reason why the ratio of G is larger than the others is that the ratio of G to the luminance component is the highest and the resolution of the luminance signal is not deteriorated.

これと異なるものとしては、補色を用いたものがある。R,G,Bの代わりにシアン(Rの補色)C=G+B,マゼンタ(Gの補色)M=R+B,黄色(Bの補色)Y=R+Gを用いる。補色の色成分としては、R成分は(Y+M−C)/2,白色成分は(Y+C+M)/2なので、1/2倍されるので、撮像で生じた暗電流ノイズが軽減される。CCDセンサーにおいて、主にビデオカメラ用に使われていたが、補色フィルタの分光特性は、必ずしも理想的なものではないので色再現性が悪い。図1(b)は、1色をGのままとしたもので、色再現性を改善したものであるが、4色になるので、解像度的には必ずしも有利でなくなる。 Different from this, there is one using complementary colors. Cyan (complementary color of R) C = G + B, magenta (complementary color of G) M = R + B, and yellow (complementary color of B) Y = R + G are used instead of R, G, and B. As the complementary color component, the R component is (Y + MC) / 2 and the white component is (Y + C + M) / 2, so that it is multiplied by 1/2, so that the dark current noise generated in the imaging is reduced. In CCD sensors, it was mainly used for video cameras, but the spectral characteristics of complementary color filters are not always ideal, so color reproducibility is poor. In FIG. 1B, one color is left as G, and the color reproducibility is improved. However, since there are four colors, it is not necessarily advantageous in terms of resolution.

また、R,G,Bに加えて白色(W)を用いたものも提案されている。その配置を図1(c)に示すが、RとBはBayer配列と同じで、Gの半分がWに換えられている。Wフィルタは赤外及び紫外のみを除去した可視光をすべて透過するフィルタで、光エネルギーを有効に使えるので、補色フィルタと同様にノイズが軽減される。色再現性も良いので、近年注目されている。 Further, in addition to R, G, and B, those using white (W) have also been proposed. The arrangement is shown in FIG. 1 (c). R and B are the same as the Bayer sequence, and half of G is replaced with W. The W filter is a filter that transmits all visible light with only infrared rays and ultraviolet rays removed, and since light energy can be used effectively, noise is reduced like a complementary color filter. It has been attracting attention in recent years because of its good color reproducibility.

<色プレーン補間処理(デモザイキング)>
単板式カラー撮像装置では、イメージセンサから得られる画像(RAW画像)の各色は、セル(画素)が間引かれた状態になっているので、欠損画素を補間して全画素が揃った色プレーンを得る必要がある(例えば、特許文献1)。この欠損色補完処理は、デモザイキングと呼ばれている。基本的な処理としては、各色プレーンにおいて、その間引き構造に対応した2次元補間フィルタにより行う。Bayer配列の場合、GとR(B)で間引き構造が異なるので、補間フィルタは別のものとなる。この場合に、得られる解像度は間引き構造に応じたもので、2次元的にGで半分、R,Bでは4分の1となってしまう。
<Color plane interpolation processing (demosaiking)>
In a single-panel color imaging device, each color of the image (RAW image) obtained from the image sensor is in a state where cells (pixels) are thinned out, so a color plane in which all the pixels are aligned by interpolating the missing pixels. (For example, Patent Document 1). This missing color complementary process is called demosaiking. The basic processing is performed by a two-dimensional interpolation filter corresponding to the thinning structure of each color plane. In the case of the Bayer array, the interpolation filter is different because the thinning structure is different between G and R (B). In this case, the obtained resolution depends on the thinning structure, and is two-dimensionally half for G and one quarter for R and B.

改良された手法では、画像の局所形状に応じて適応的に補間を切り替えるものがある。適応処理がうまく機能すると解像度は改善するが、誤補間となる可能性がある。また、R,G,B各色間の相関を利用した方法もあり、色間の相関が高い、即ち彩度が低い画像において有効であるが、高彩度部分で誤補間となる危険性がある。 Some improved techniques adaptively switch interpolation according to the local shape of the image. If the adaptive process works well, the resolution will improve, but it may result in erroneous interpolation. There is also a method using the correlation between R, G, and B colors, which is effective for an image having a high correlation between colors, that is, a low saturation, but there is a risk of erroneous interpolation in a high saturation portion.

特開2003−179941号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-179941

カラー画像撮像方法は、3原色のR(赤),G(緑),B(青)のカラーフィルタを用いる。単板式カラー画像撮像装置のイメージセンサでは、これらをセル(画素)ごとに配置する。この場合、各色の画素数は最も多いGでも全体の半分なので、その空間解像度は、単色(モノクロ)や3板センサより大幅に劣る。デモザイキングにより各色プレーンを得るが、それから変換される輝度信号は周波数特性が悪く、デモザイキングに起因するムラがある。この様に輝度成分に劣化があると、情報圧縮の際の動き補償画像間予測において予測残差を生じやすく、発生情報量が不必要に多くなる。 The color image imaging method uses color filters of the three primary colors R (red), G (green), and B (blue). In the image sensor of the single-plate color image imaging device, these are arranged for each cell (pixel). In this case, since the number of pixels of each color is half of the whole even with the largest number of G, the spatial resolution is significantly inferior to that of the single color (monochrome) or three-plate sensor. Each color plane is obtained by demosaiking, but the luminance signal converted from it has poor frequency characteristics, and there is unevenness due to demosiking. When the luminance component is deteriorated in this way, a prediction residual is likely to occur in the motion compensation image-to-image prediction at the time of information compression, and the amount of generated information becomes unnecessarily large.

本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、高品質で情報圧縮に適したカラー画像信号を得るための構成を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems in the prior art, and an object of the present invention is to provide a configuration for obtaining a high-quality color image signal suitable for information compression.

本発明者は、高品質で情報圧縮に適したカラー画像信号を得るための構成につき鋭意検討した結果、以下の構成に想到し、本発明に至ったのである。 As a result of diligent studies on a configuration for obtaining a high-quality color image signal suitable for information compression, the present inventor came up with the following configuration and arrived at the present invention.

すなわち、本発明によれば、単一のイメージセンサの各受光セルの上に可視光全域の光を透過させる色フィルタを配置してなる単板式のカラー画像撮像素子であって、前記色フィルタは、第1の原色成分をより多く透過させる第1の淡色フィルタと、第2の原色成分をより多く透過させる第2の淡色フィルタと、第3の原色成分をより多く透過させる第3の淡色フィルタと、を含むカラー画像撮像素子が提供される。 That is, according to the present invention, the color filter is a single-plate color image sensor in which a color filter that transmits light in the entire visible light is arranged on each light receiving cell of a single image sensor. , A first light color filter that transmits more of the first primary color component, a second light color filter that transmits more of the second primary color component, and a third light color filter that transmits more of the third primary color component. A color image sensor including the above is provided.

また、本発明によれば、単一のイメージセンサの各受光セルの上に可視光全域の光を透過させる色フィルタを配置してなる単板式のカラー画像撮像素子であって、前記色フィルタは、第1の原色成分をより少なく透過させる第1の淡色フィルタと、第2の原色成分をより少なく透過させる第2の淡色フィルタと、第3の原色成分をより少なく透過させる第3の淡色フィルタと、を含むカラー画像撮像素子が提供される。 Further, according to the present invention, the color filter is a single-plate color image sensor in which a color filter that transmits light in the entire visible light is arranged on each light receiving cell of a single image sensor. , A first light color filter that transmits the first primary color component less, a second light color filter that transmits the second primary color component less, and a third light color filter that transmits the third primary color component less. A color image sensor including the above is provided.

また、本発明によれば、前記カラー画像撮像素子を備える単板式のカラー画像撮像装置であって、前記第1の淡色フィルタに対応する第1の淡色画像と前記第2の淡色フィルタに対応する第2の淡色画像と前記第3の淡色フィルタに対応する第3の淡色画像を取得する手段と、3種類の前記淡色画像をマトリックス演算により白色成分と色差成分に変換する手段と、前記白色成分と前記色差成分をマトリックス演算により3種類の原色画像に変換する手段と、を含むカラー画像撮像装置が提供される。 Further, according to the present invention, it is a single plate type color image imaging apparatus including the color image imaging element, and corresponds to the first light color image corresponding to the first light color filter and the second light color filter. A means for acquiring a second light-colored image and a third light-colored image corresponding to the third light-colored filter, a means for converting the three types of the light-colored image into a white component and a color difference component by a matrix calculation, and the white component. And a color image imaging apparatus including means for converting the color difference component into three types of primary color images by matrix calculation are provided.

さらに、本発明によれば、前記カラー画像撮像素子を備える単板式のカラー画像撮像装置であって、前記カラー画像撮像素子の全セルに対応するRAW画像からローパスフィルタを使用して低周波数帯域に存在する白色成分を分離する手段と、前記白色成分と前記RAW画像の残差から色差成分を取得する手段と、前記白色成分と前記色差成分をマトリックス演算により3種類の原色画像に変換する手段と、を含むカラー画像撮像装置が提供される。 Further, according to the present invention, it is a single plate type color image imaging device provided with the color image imaging element, and a low-pass filter is used from a RAW image corresponding to all cells of the color image imaging element to a low frequency band. A means for separating existing white components, a means for obtaining a color difference component from the residuals of the white component and the RAW image, and a means for converting the white component and the color difference component into three types of primary color images by matrix calculation. A color image imaging apparatus including, is provided.

上述したように、本発明によれば、高品質で情報圧縮に適したカラー画像信号を得るための構成が提供される。 As described above, the present invention provides a configuration for obtaining a high quality color image signal suitable for information compression.

図1は従来例の単板式カラー撮像装置のカラーフィルタ配置を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a color filter arrangement of a conventional single-plate color imaging device. 図2は第1の実施形態の淡色カラーフィルタ配置を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a light color filter arrangement of the first embodiment. 図3は第1の実施形態の単板カラー撮像装置の機能ブロックを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a functional block of the single plate color imaging apparatus of the first embodiment. 図4は第1の実施形態における部分型フィルタ構造を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a partial filter structure according to the first embodiment. 図5は第2の実施形態の淡色カラーフィルタ配置を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a light color filter arrangement of the second embodiment. 図6は第3の実施形態の単板式カラー撮像装置の機能ブロックを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a functional block of the single-panel color imaging apparatus of the third embodiment. 図7はRAW画像空間周波数スペクトルの様子を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a state of the RAW image space frequency spectrum. 図8はスペクトル検出帯域と分離フィルタ特性を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a spectrum detection band and separation filter characteristics.

以下、本発明を図面に示した実施の形態をもって説明するが、本発明は、図面に示した実施の形態に限定されるものではない。なお、以下に参照する各図においては、共通する要素について同じ符号を用い、適宜、その説明を省略するものとする。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the embodiments shown in the drawings, but the present invention is not limited to the embodiments shown in the drawings. In each of the figures referred to below, the same reference numerals are used for common elements, and the description thereof will be omitted as appropriate.

<第1の実施形態>
本発明の第1の実施形態の単板式カラー画像撮像装置について説明する。図2に本実施形態の単板式カラー画像撮像装置が備える色フィルタとその配置を示す。なお、本実施形態の特徴は色フィルタであり、撮像センサにおける他の機能(光学系、色フィルタ以外のセル構造、データ転送方法など)は、通常の単板式カラー画像撮像装置と共通である。
<First Embodiment>
The single-panel color image capturing apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 shows a color filter included in the single-panel color image capturing apparatus of the present embodiment and its arrangement. The feature of this embodiment is a color filter, and other functions (optical system, cell structure other than the color filter, data transfer method, etc.) in the image sensor are common to those of a normal single-panel color image image pickup device.

本実施形態の単板式カラー画像撮像装置では、R,G,Bカラーフィルタの代わりに、可視光全域の光をある程度透過させる淡色のカラーフィルタを用いる。具体的な色は、R,G,Bに白色成分が加算され、淡色となったP(Pink),L(Light Green),S(Sky Blue)となる。淡色カラーフィルタPは、第1の原色成分(R成分)をその余の原色成分(G成分,B成分)よりも多く透過させ、淡色カラーフィルタLは、第2の原色成分(G成分)をその余の原色成分(R成分,B成分)よりも多く透過させ、淡色カラーフィルタSは、第3の原色成分(B成分)をその余の原色成分(R成分,G成分)よりも多く透過させる。R,G,BからP,L,Sへの変換マトリックスは、淡色カラーフィルタにおけるR,G,B各成分の光の透過程度であるが、淡色カラーフィルタにおいて、最も多く透過させる原色以外の二つの原色成分の透過率をwとして、次の変換行列式で表わされる。 In the single-plate color image imaging apparatus of the present embodiment, instead of the R, G, and B color filters, a light color filter that transmits light in the entire visible light range to some extent is used. Specific colors are P (Pink), L (Light Green), and S (Sky Blue), which are light colors obtained by adding a white component to R, G, and B. The light color filter P transmits the first primary color component (R component) more than the remaining primary color components (G component, B component), and the light color filter L transmits the second primary color component (G component). The remaining primary color components (R component, B component) are transmitted more, and the light color filter S transmits the third primary color component (B component) more than the remaining primary color components (R component, G component). Let me. The conversion matrix from R, G, B to P, L, S is the degree of light transmission of each component of R, G, B in the light color filter, but in the light color filter, two other than the primary colors that transmit the most. It is expressed by the following transformation matrix equation, where w is the transmittance of one primary color component.

ここで、他色をすべての透過させる色の半分、すなわちw=0.5とすると、次式のようになる。 Here, assuming that half of all transparent colors of other colors, that is, w = 0.5, the following equation is obtained.

従来のR,G,Bのまま(w=0)と比較すると、使われるR,G,B成分は2倍になる。本実施形態の特徴をより強くする場合は、W成分を多くし、例えばw=0.75とする。逆に、W成分を少なくし、例えばw=0.25とすると、従来のR,G,Bのままに近づく。 Compared with the conventional R, G, B as it is (w = 0), the R, G, B components used are doubled. If the characteristics of this embodiment are to be strengthened, the W component is increased, for example, w = 0.75. On the contrary, when the W component is reduced and, for example, w = 0.25, the conventional R, G, and B are approached.

<色フィルタ配置>
図2に本実施形態の色フィルタ配置を示す。図2(a)に示すPLSL配置は、ベイヤー配置のR,G,Bを、そのまま白色成分を加え、P,L,Sとしたもので、Lが1/2で,PとSがそれぞれ1/4存在する。wの値が小さく、比較的従来型に近い処理の場合は、この配置が妥当である。
<Color filter arrangement>
FIG. 2 shows the color filter arrangement of the present embodiment. In the PLSL arrangement shown in FIG. 2A, the Bayer arrangements R, G, and B are converted into P, L, and S by adding white components as they are, L is 1/2, and P and S are 1 respectively. / 4 exists. This arrangement is appropriate for processing where the value of w is small and relatively close to the conventional type.

図2(b)に示すPLPS配置は、PとLを入れ替えたもので、Pが1/2で、Lが1/4となる。R,G,Bでは、輝度に多く含まれるGの割合を増やし、輝度の解像度を維持していたが、P,L,Sでは、白色が全画素にあるので、Gを多くする必要性が薄れるためである。 In the PLPS arrangement shown in FIG. 2B, P and L are interchanged, and P is 1/2 and L is 1/4. In R, G, and B, the proportion of G contained in the brightness was increased to maintain the resolution of the brightness, but in P, L, and S, white is present in all pixels, so it is necessary to increase G. This is because it fades.

図2(c)に示すPLSW配置は、PLSLに対して片方のLを白色Wにしたもので、図1(c)に示した従来のRGBWでWはそのままで、R,G,BをP,L,Sにしたものとも言える。白色Wは、Lでw=1.0としたとも見れる。前述のようにLを多くする必要性が薄れているので、Wとしてしまうことで、wの平均値を上げることになる。 In the PLSW arrangement shown in FIG. 2 (c), one L is white W with respect to PLSL, and the conventional RGB W shown in FIG. 1 (c) has W as it is and R, G, and B are P. It can be said that it is made into, L, S. It can be seen that the white W is L and w = 1.0. As mentioned above, the need to increase L has diminished, so by setting it to W, the average value of w will be increased.

<逆変換と特性>
カラー画像としては、最終的にR,G,B信号が必要となるが、P,L,SからR,G,Bへの変換は、輝度色差信号からRGB信号への変換などと同様に、マトリックス演算で実現できる。これはR,G,BからP,L,Sへの変換の逆変換であり、(1)式に対応するものは次式で表される。
<Inverse conversion and characteristics>
As a color image, R, G, B signals are finally required, but the conversion from P, L, S to R, G, B is the same as the conversion from the luminance color difference signal to the RGB signal. It can be realized by matrix calculation. This is the inverse transformation of the transformation from R, G, B to P, L, S, and the one corresponding to equation (1) is expressed by the following equation.

w=0.5の場合、すなわち(2)式の逆変換は、次式で表される。 When w = 0.5, that is, the inverse transformation of Eq. (2) is expressed by the following equation.

このようにして得られたR,G,B画像信号は、基本的に従来のR,G,B画像信号と同等であるが、撮像で生じるノイズが画質に与える影響において特徴を持つ。具体的には、輝度成分に近いW(白色)成分が多くなるので、輝度成分に含まれるノイズが軽減される。w=0.5の場合の具体例を示すと、白色成分Wは、次式となり、P, L, Sの和を半分にすることで得られる。 The R, G, B image signals thus obtained are basically the same as the conventional R, G, B image signals, but are characterized in the influence of noise generated in imaging on the image quality. Specifically, since the W (white) component close to the luminance component is increased, the noise contained in the luminance component is reduced. To show a specific example when w = 0.5, the white component W is obtained by halving the sum of P, L, and S by the following equation.

これは、従来のR,G,B撮像と同じノイズがP,L,Sのセルで生じた場合、Wでのノイズは半分になることを意味する。P, L, SからWへ変換ゲインをGWとすると、wとの関係は、次式となり、wが大きい程、ノイズ軽減効果は高くなる。 This means that if the same noise as in the conventional R, G, B imaging occurs in the cells P, L, S, the noise in W is halved. Assuming that the conversion gain from P, L, S to W is G W , the relationship with w is as follows. The larger w is, the higher the noise reduction effect is.

一方、w=0.5の場合の色差成分は、R-Gを例にすると、次式となり、信号成分と共にノイズも2倍になる。 On the other hand, the color difference component when w = 0.5 is as follows, taking R-G as an example, and the noise is doubled together with the signal component.

これを変換ゲインGCとすると、wとの関係は、次式となり、w が1.0に近い値は現実的でないことが分かる。 If this is the conversion gain G C , the relationship with w is given by the following equation, and it can be seen that a value where w is close to 1.0 is not realistic.

色差成分誤差に対する視感度は、輝度成分誤差に対する視感度よりかなり低いので、w < 0.5での画質は、そのままでも視覚特性に適合する。また、高い空間周波数に対する色感度は、色差成分に関して大幅に低いので、色差成分にノイズ軽減処理を適用することを前提にすると、w > 0.5も可能になる。 Since the luminosity factor for the color difference component error is considerably lower than the luminosity factor for the luminance component error, the image quality at w <0.5 matches the visual characteristics as it is. Moreover, since the color sensitivity to a high spatial frequency is significantly low with respect to the color difference component, w> 0.5 is also possible on the premise that noise reduction processing is applied to the color difference component.

<現像処理>
次にRAW画像データからR,G,B画像データを得るまでの現像処理について説明する。図3に本実施形態の単板カラー画像撮像装置の機能ブロックを示す。イメージセンサ1の各受光セルの上述した淡色カラーフィルタを配置してなるカラー画像撮像素子で得られた各セルの光電変換値(RAW画像データ)は、デモザイキング2に与えられる。デモザイキング2は、一般的なR,G,Bに対する処理と同様にP,L,S等の各色プレーンの欠損画素を補間して、全画素の揃った各色プレーンを出力する。本実施形態では、補間処理は固定の線形フィルタにより行う。補間された信号を直ぐにR,G,Bに変換して出力しても良いが、成分ごとの処理を施すことで、本実施形態の効果をより高めることができる。
<Development processing>
Next, the development process from obtaining the R, G, B image data from the RAW image data will be described. FIG. 3 shows a functional block of the single plate color image capturing apparatus of this embodiment. The photoelectric conversion value (RAW image data) of each cell obtained by the color image image sensor in which the above-mentioned light color filter of each light receiving cell of the image sensor 1 is arranged is given to the demosaiking 2. The demosaiking 2 interpolates the missing pixels of each color plane such as P, L, and S in the same manner as the general processing for R, G, and B, and outputs each color plane in which all the pixels are aligned. In this embodiment, the interpolation process is performed by a fixed linear filter. The interpolated signal may be immediately converted into R, G, and B and output, but the effect of the present embodiment can be further enhanced by performing processing for each component.

補間されたP,L,S等の各色プレーン信号は、淡色マトリックス3に与えられる。淡色マトリックス3は、白色成分W,色差成分R-W,色差成分B-Wの3成分への変換を行う。この処理は、R,G,Bへの変換とW形成及び減算処理を同時に行なうことになるが、R,G,Bへの変換の係数を変更するのみで実現できる。なお、W,R-W,B-Wは、白色Wを輝度Yとして、Y,R-Y,B-Yでも良い。 Each interpolated color plane signal such as P, L, S is given to the light color matrix 3. The light color matrix 3 converts the white component W, the color difference component R-W, and the color difference component B-W into three components. This process is to perform the conversion to R, G, B and the W formation and subtraction processes at the same time, but it can be realized only by changing the coefficients of the conversion to R, G, B. W, R-W, B-W may be Y, R-Y, B-Y, where white W is the brightness Y.

変換されたW信号はW補正器4へ、R-W信号はR-W補正器5へ、B-W信号はB-W補正器6に与えられる。各補正器は、各信号に適した補正が行なわれるが、R-W補正器5とB-W補正器6では、W補正器4で補正されたW’信号も使われる。W補正器4では、デモザイキングでの周波数の劣化分を補う形での鮮鋭化処理を行う。R-W補正器5とB-W補正器6では、エッジであるWの大きな変換点では、Wと相似の急峻化処理を、その他の部分では平坦化処理を行なう。補正されたW信号、R-W信号、B-W信号は、原色マトリックス7に与えられる。原色マトリックス7は、R,G,Bへの変換を行うが、これはR=(R-W)+W、G=W-R-B、B=(B-W)+Wで実現できる。得られたR,G,B信号は、R信号出力8、G信号出力9、B信号出力10より出力される。 The converted W signal is given to the W corrector 4, the R-W signal is given to the R-W corrector 5, and the B-W signal is given to the B-W corrector 6. Each corrector performs correction suitable for each signal, but the R-W corrector 5 and the B-W corrector 6 also use the W'signal corrected by the W corrector 4. The W corrector 4 performs sharpening processing in a form of compensating for the deterioration of the frequency in the demosaiking. In the R-W corrector 5 and the B-W corrector 6, a sharpening process similar to W is performed at a conversion point where W, which is an edge, is large, and a flattening process is performed at other parts. The corrected W signal, RW signal, and BW signal are given to the primary color matrix 7. The primary color matrix 7 converts to R, G, B, which can be realized by R = (R-W) + W, G = W-R-B, B = (B-W) + W. The obtained R, G, B signals are output from the R signal output 8, the G signal output 9, and the B signal output 10.

<淡色カラーフィルター>
本実施形態を実現するためには、上述した淡色のカラーフィルタが必要になる。通常のカラーフィルタは、透明フィルム素材に染料を染み込ませるなどして作られ、透過における分光特性により、そのフィルタの色が決まる。現在のR,G,Bのカラーフィルタを、淡色(P,L,S)化するには、安易な方法としては、染料の量を減らして阻止される光の量を減らすことにより実現される。しかし、通常は抑圧される波長(色)について、完全に均一の特性でなくても、十分抑圧されていれば問題無いが、半分程度も透過させる場合は、透過率の違いが問題になる。例えばRをPにした場合、波長が近いGより波長が遠いBの方が、減衰は大きくなりやすい。この様な、フィルタ特性の理想との乖離に対する対策が必要になる。ここでは、3種類の方法を示す。
<Light color filter>
In order to realize this embodiment, the above-mentioned light color filter is required. A normal color filter is made by impregnating a transparent film material with a dye, and the color of the filter is determined by the spectral characteristics of transmission. An easy way to make the current R, G, B color filters lighter (P, L, S) is to reduce the amount of dye and the amount of blocked light. .. However, normally, there is no problem if the wavelength (color) to be suppressed is not completely uniform, as long as it is sufficiently suppressed, but if about half of the wavelength (color) is transmitted, the difference in transmittance becomes a problem. For example, when R is set to P, the attenuation tends to be larger in B having a far wavelength than in G having a near wavelength. It is necessary to take measures against such deviation from the ideal filter characteristics. Here, three types of methods are shown.

第1の方法は、マトリックスの変更である。透過率のばらつきが顕著でない場合は、それを許容し、変換マトリックス自体が、その特性のものとする。この場合の式は、次式のように少し異なったWが存在することになる。 The first method is to change the matrix. If the variation in transmittance is not remarkable, it is allowed, and the conversion matrix itself is the characteristic. In this case, there will be a slightly different W as shown in the following equation.

逆変換は、この行列に対して求めるので、R,G,Bは逆変換により適正に得られる。ただし、各Wはセンサにより変化することになるので、逆変換では固有のWが必要になる。 Since the inverse transformation is obtained for this matrix, R, G, and B can be appropriately obtained by the inverse transformation. However, since each W changes depending on the sensor, a unique W is required for the inverse conversion.

第2の方法は、染料の調整で、極力一定のWを得る手法である。先の例のようにGの透過率がBより高い場合、透過率を高めることはできないので、Gの透過率をさげるため、Gのみを抑圧する色(マゼンタ)の染料を僅かに追加する。 The second method is a method of obtaining a constant W as much as possible by adjusting the dye. When the transmittance of G is higher than that of B as in the previous example, the transmittance cannot be increased. Therefore, in order to reduce the transmittance of G, a slight amount of dye of a color (magenta) that suppresses only G is added.

第3の方法は、白色フィルタ(つまりフィルタなし)を、空間的にある程度の面積で設ける方法である。この様子を図4に示す。最も簡単なのは、図4(a)に示すように、左右分割で、1セル(画素)において左右の左半分のみにR,G,Bフィルタを設け、残り半分を白色フィルタとする。この場合、光学フィルタにより1セル内の光の変化は抑圧されているが、完全に均一になっている訳では無いので、若干のアンバランスを生じる。なお、左右で無く、上下や斜めに分割しても良いが、同様の問題は残る。 The third method is a method in which a white filter (that is, no filter) is provided in a certain spatial area. This situation is shown in FIG. The simplest is, as shown in FIG. 4A, left-right division, in which R, G, B filters are provided only on the left and right left halves in one cell (pixel), and the other half is a white filter. In this case, the change in light in one cell is suppressed by the optical filter, but it is not completely uniform, so that a slight imbalance occurs. It should be noted that it may be divided vertically or diagonally instead of left and right, but the same problem remains.

少なくとも上下左右にバランスが取れる方法としては、図4(b)に示すように、中央部分のみにセルより小さいフィルタをおく方法、また、図4(c)に示すように、中央部分に穴を開けてフィルタ無しとする方法もある。いずれの場合も、各セルでは中央に集光されるので、中央部の面積は、中央を除いた周辺部より小さくなる。また、フィルタ無しでは、可視光外も受光してしまうので、白色フィルタを設けるのが望ましいが、フィルタの無い部分のみにする必要は無く、セル全体を覆うように白色フィルタを設けても構わない。 As a method of balancing at least vertically and horizontally, as shown in FIG. 4 (b), a filter smaller than the cell is placed only in the central portion, and as shown in FIG. 4 (c), a hole is formed in the central portion. There is also a way to open it without a filter. In either case, since the light is focused in the center of each cell, the area of the central portion is smaller than that of the peripheral portion excluding the center. In addition, without a filter, it is desirable to provide a white filter because it also receives light outside the visible light, but it is not necessary to provide only the part without the filter, and a white filter may be provided so as to cover the entire cell. ..

<第2の実施例形態>
本発明の第2の実施形態の単板式カラー画像撮像装置について説明する。図5に本実施形態の色フィルタとその配置を示す。なお、本実施形態と上述した第1の実施形態との違いは色フィルタであり、他は共通である。本実施形態では、第1の実施形態で用いた原色系淡色カラーフィルタの代わりに、可視光全域の光を透過させるフィルタであって、3種類の原色成分のうち1の原色成分のみの透過率を減じた補色系淡色カラーフィルタを用いる。具体的な色は、白色からRを減じたものは明るいシアンでA(Aqua)、Gを減じたものは明るいマゼンタでV(Violet)、Bを減じたものは明るい黄色でE(Lemon)とする。補色系淡色カラーフィルタAは、第1の原色成分(R成分)をその余の原色成分(G成分,B成分)よりも少なく透過させ、補色系淡色カラーフィルタVは、第2の原色成分(G成分)をその余の原色成分(R成分,B成分)よりも少なく透過させ、補色系淡色カラーフィルタEは、第3の原色成分(B成分)をその余の原色成分(R成分,G成分)よりも少なく透過させる。なお、Lemonは、第1の実施形態でLight GreenをLとしたので、区別するために2文字目のEとする。R,G,BからA,V,Eへの変換マトリックスは、第1の実施形態で用いた原色系淡色フィルタと同様にR,G,B各成分の光の透過程度であるが、補色系淡色カラーフィルタにおいて、各原色成分の透過に対して透過が減らされる(阻止される)割合をc(color)として、次の変換マトリックスで表わされる。
<Second Embodiment>
The single-panel color image capturing apparatus of the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 shows the color filter of the present embodiment and its arrangement. The difference between this embodiment and the first embodiment described above is the color filter, and the others are common. In the present embodiment, instead of the primary color light color filter used in the first embodiment, it is a filter that transmits light in the entire visible light range, and has a transmittance of only one primary color component out of three types of primary color components. Use a complementary light color filter with the value reduced. The specific colors are bright cyan with R subtracted from white, A (Aqua), bright magenta with V (Violet) with G reduced, and bright yellow with E (Lemon) with B subtracted. To do. The complementary light color filter A transmits the first primary color component (R component) less than the remaining primary color components (G component and B component), and the complementary light color filter V transmits the second primary color component (G component, B component). The G component) is transmitted less than the remaining primary color components (R component, B component), and the complementary light color filter E allows the third primary color component (B component) to pass through the remaining primary color component (R component, G component). Permeate less than component). In Lemon, since Light Green was set to L in the first embodiment, it is set to E as the second character to distinguish it. The conversion matrix from R, G, B to A, V, E is similar to the primary color light color filter used in the first embodiment, and has a degree of light transmission of each component of R, G, B, but is a complementary color system. In the light color filter, the rate at which the transmission is reduced (prevented) with respect to the transmission of each primary color component is represented by the following conversion matrix as c (color).

c=0.5の場合は次式になる。 When c = 0.5, the following equation is obtained.

減じる割合を増やしてc=2/3とすると次式になる。 If the rate of subtraction is increased and c = 2/3, the following equation is obtained.

なお、c=1とすると、純粋な補色フィルターになる。 If c = 1, it becomes a pure complementary color filter.

図5に本実施例形態の色フィルタ配置を示す。図5(a)に示すAVEV配置は、ベイヤー配置のR,G,Bを、そのままA,V,Eとしたもので、Vが1/2で、AとEがそれぞれ1/4存在する。図5(b)に示すAWEW配置は、Vを白色Wにしたもので、変換式は次式に変わる。 FIG. 5 shows the color filter arrangement of this embodiment. In the AVEV arrangement shown in FIG. 5A, R, G, and B of the Bayer arrangement are directly A, V, and E, V is 1/2, and A and E are 1/4 each. In the AWEW arrangement shown in FIG. 5 (b), V is changed to white W, and the conversion formula is changed to the following formula.

これは、白色と白色に2種類の色差を加えたもので、輝度色差信号Y,Cb,Crと似た形になっている。 This is white and white with two types of color differences added, and has a shape similar to the luminance color difference signals Y, Cb, and Cr.

A,V,EからR,G,Bへの変換で、(10)式に対する逆変換の一般式は、次式の変換マトリックスで表わされる。 In the conversion from A, V, E to R, G, B, the general formula of the inverse conversion to the formula (10) is represented by the conversion matrix of the following formula.

c=0.5とした(11)式に対応する逆変換は、次式になる。 The inverse transformation corresponding to equation (11) with c = 0.5 is as follows.

c=2/3とした(12)式に対応する逆変換は、次式になる。 The inverse transformation corresponding to equation (12) with c = 2/3 is as follows.

A,V,EからWへ変換ゲインGWとcの関係を示すと、次式となり、cが小さい程ノイズ軽減効果は高くなる。 The conversion gain from A, V, E to W G W and c are shown by the following equation, and the smaller c is, the higher the noise reduction effect is.

一方、色差成分の変換ゲインGCとcの関係は、次式となり、c が0に近い値は現実的でないことが分かる。 On the other hand, the relationship between the conversion gains G C and c of the color difference component is as follows, and it can be seen that a value where c is close to 0 is not realistic.

GW, GCを第1の実施形態と比較すると、第1の実施形態ではw=0.5でGW=1/2, GC=2となるのに対し、第2の実施形態のc=0.5では、GW=1/2.5, GC=2となり、同一GCでGWがより小さくなるので、ノイズ軽減効果上有利となる。これは、一般的な原色フィルタと補色フィルタの特徴と同一傾向であり、この点では補色フィルタが優れるが、分光特性の点では原色フィルタが優れるので、単純に優劣は決められない。 Comparing G W and G C with the first embodiment, w = 0.5 and G W = 1/2, G C = 2 in the first embodiment, whereas c = in the second embodiment. At 0.5, G W = 1 / 2.5 and G C = 2, and G W becomes smaller for the same G C, which is advantageous in terms of noise reduction effect. This tends to be the same as the characteristics of general primary color filters and complementary color filters. In this respect, complementary color filters are superior, but in terms of spectral characteristics, primary color filters are superior, so superiority or inferiority cannot be simply determined.

<第3の実施形態>
本発明の第3の実施形態の単板式カラー画像撮像装置について説明する。図6は、本実施形態の単板式カラー画像撮像装置の機能ブロックを示したものである。本実施例形態は、より画質を高めるための画像信号処理を追加したもので、イメージセンサ1と淡色カラーフィルタからなるカラー画像撮像素子の構成は、第1の実施例形態や第2の実施例形態と同じである。
<Third embodiment>
The single-panel color image capturing apparatus of the third embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 shows a functional block of the single-panel color image capturing apparatus of the present embodiment. In the present embodiment, image signal processing for further improving the image quality is added, and the configuration of the color image image sensor including the image sensor 1 and the light color filter is the first embodiment and the second embodiment. It is the same as the form.

本実施形態は、RAW画像に対する直接フィルタリングで、W成分の周波数特性を重視したデモザイキング処理を実現するものである。本実施形態では、イメージセンサの全画素にW成分を持つので、RAW画像の周波数成分は、低い周波数帯域にW成分が、高い周波数帯域に色差成分が存在する。スペクトルの広がり方としては、図8(a)に示すように、W成分は広く、色差成分は狭い。これに合わせた空間フィルタでW成分と色差成分を分離することで、広帯域のW成分を得ることができる。ただし、高周波数成分除去で得られるのは純粋な白色成分ではなく、図2(a)に示すPLSL配置の場合はLのセル数が他の2倍あるので、その成分Wlは次式のようになる。 In the present embodiment, RAW images are directly filtered to realize a demosaiking process that emphasizes the frequency characteristics of the W component. In the present embodiment, since all the pixels of the image sensor have a W component, the frequency component of the RAW image has a W component in the low frequency band and a color difference component in the high frequency band. As for how to spread the spectrum, as shown in FIG. 8A, the W component is wide and the color difference component is narrow. A wide band W component can be obtained by separating the W component and the color difference component with a spatial filter suitable for this. However, it is not a pure white component that can be obtained by removing the high frequency component, and in the case of the PLSL arrangement shown in FIG. 2 (a), the number of cells of L is twice as many as the other, so that component W l is given by the following equation. Will be.

Gが(1-w)/4だけ他より多いので、Wlは若干輝度に近いものになる。 Since G is (1-w) / 4 more than others, W l is a little closer to brightness.

RAW画像の2次元周波数スペクトルを図7に示す。図7において、μは水平周波数, νは垂直周波数で、末端はイメージセンサのセル数で決まる最高周波数である。スペクトルにおいて、DC(μ=0, ν=0)成分はWlである。μ, ν軸上の高い周波数に、Wlに対するP,Sの差分すなわちR,B色差成分Cr=R-Wl , Cb=B-Wlがあり、μ, ν共に高い周波数となる部分には、さらにWlに対するL差分すなわちG色差成分Cg=G-Wlがある。3成分すべてある場所は、単にCと示されている。スペクトルの広がりは、WlがCは狭いので、2次元フィルタでWlを分離する場合のカットオフ(半減)周波数は、図8(b)に示す点線のようになる。なお、フィルター色や配列を変えても、スペクトルの概要は変化しない。 The two-dimensional frequency spectrum of the RAW image is shown in FIG. In FIG. 7, μ is the horizontal frequency, ν is the vertical frequency, and the end is the maximum frequency determined by the number of cells of the image sensor. In the spectrum, the DC (μ = 0, ν = 0) component is W l . There is a difference between P and S with respect to W l at high frequencies on the μ and ν axes, that is, R and B color difference components Cr = RW l and Cb = BW l. There is an L difference with respect to l, that is, a G color difference component Cg = GW l . Places with all three components are simply indicated as C. As for the spread of the spectrum, since W l is narrow in C, the cutoff (half) frequency when W l is separated by the two-dimensional filter is as shown by the dotted line in FIG. 8 (b). Even if the filter color or arrangement is changed, the outline of the spectrum does not change.

本実施形態では、W成分とC成分が多重化されているので、分離に伴うクロストークが問題となる。エッジなどでは、W成分のスペクトルが広がり、高い周波数成分がCに混入する。最高周波数にまで達すると、偽色を生じる可能性があるので、最高周波数成分は光学フィルタで除去されるのが望ましい。一方、C信号が急峻に変化している部分では、色差の高い周波数成分がW成分に混入し、形状歪となる。しかし、W信号もエッジである可能が高く、W信号の高い周波数への混入となるので、視覚的には分かり難い。 In the present embodiment, since the W component and the C component are multiplexed, crosstalk associated with separation becomes a problem. At the edge or the like, the spectrum of the W component is widened, and a high frequency component is mixed in C. When the maximum frequency is reached, false color may occur, so it is desirable to remove the maximum frequency component with an optical filter. On the other hand, in the portion where the C signal changes sharply, a frequency component having a high color difference is mixed with the W component, resulting in shape distortion. However, the W signal is also likely to be an edge, and the W signal is mixed into a high frequency, so that it is difficult to understand visually.

図6に示す機能ブロックに基づいて、本実施形態の単板式カラー画像撮像装置が実行する処理について説明する。イメージセンサ1で得たRAW画像データは、WC分離器11に与えられる。WC分離器11は、画像の部分ごと色差成分のスペクトル状況を掌握し、W(白色)成分と比較してC(色差)成分が弱い場合はW広帯域とし、Cが強い場合はC広帯域とする。分離フィルタ(空間フィルタ)のカットオフ周波数は、WにおいてW広帯域が全帯域の85%、C広帯域が50%とする。これは8タップ程度の可変型のLPF(ローパスフィルタ)で、垂直及び水平の分離型処理とする。すなわち、WC分離器11は、W成分に対するC成分の相対量に応じてLPFのカットオフ周波数を適応的に制御する。そして、C信号は、LPFを通過したW信号と元RAW画像の残差により得る。 The process executed by the single-panel color image imaging apparatus of the present embodiment will be described based on the functional block shown in FIG. The RAW image data obtained by the image sensor 1 is given to the WC separator 11. The WC separator 11 grasps the spectral status of the color difference component for each part of the image, and if the C (color difference) component is weaker than the W (white) component, it is set to W wide band, and if C is strong, it is set to C wide band. .. The cutoff frequency of the separation filter (spatial filter) is 85% of the total band in the W wide band and 50% in the C wide band in W. This is a variable LPF (low-pass filter) with about 8 taps, and is a vertical and horizontal separation type processing. That is, the WC separator 11 adaptively controls the cutoff frequency of the LPF according to the relative amount of the C component with respect to the W component. Then, the C signal is obtained from the residual of the W signal that has passed through the LPF and the original RAW image.

Cスペクトルの検出は、当然Cの帯域であるが、DC成分は通過させないので、比較的帯域は狭いものになる。検出値は、Wのスペクトルと比較される。あらかじめ中程度のフィルタ特性でWとCを分離しておくと、W,Cそれぞれの検出は容易になる。これらのフィルタの特性を1次元で図8(b)に示す。図8(b)の横軸は正規化された水平周波数で、1.0はセル画素数で決まる最高周波数である。 The detection of the C spectrum is naturally in the C band, but since the DC component is not passed through, the band is relatively narrow. The detected value is compared with the spectrum of W. If W and C are separated in advance with medium filter characteristics, detection of each of W and C becomes easy. The characteristics of these filters are shown in one dimension in FIG. 8 (b). The horizontal axis of FIG. 8B is the normalized horizontal frequency, and 1.0 is the maximum frequency determined by the number of cell pixels.

WC分離器11で分離されたW信号は、そのまま使うことができる。一方、C信号は、色差復調器12で高い周波数成分からベースバンドに変換される。これは、各色成分に対する変調のキャリアに相当する信号を乗じて復調する。または、通常のデモザイキングと同様に、各成分の画素のみを用いて補間しても良い。得られたR-W信号とB-W信号は、波形補正ノイズ軽減器13に与えられる。 The W signal separated by the WC separator 11 can be used as it is. On the other hand, the C signal is converted from a high frequency component into a baseband by the color difference demodulator 12. This is demodulated by multiplying the signal corresponding to the modulation carrier for each color component. Alternatively, the interpolation may be performed using only the pixels of each component, as in the case of normal demosaiking. The obtained R-W signal and B-W signal are given to the waveform correction noise reducer 13.

波形補正ノイズ軽減器13は、図3に示したR-W補正器5やB-W補正器6と同様な補正処理と共に、ノイズ軽減を行なう。この処理は、一般的な非線形低域通過フィルタで、小振幅成分のみ低域通過フィルタを通過させるものである。その際、フィルタの強さとなる小振幅の値(非線形特性)を、イメージセンサ1での光電変換された画像信号の増幅度(ゲイン)により制御する。本来イメージセンサの各セルで暗電流により生じるノイズは変わらないので、ゲインが高いとそれだけノイズも増幅される。従って、ゲインに比例してフィルタを作用させる小振幅の値も大きくする。すなわち、波形補正ノイズ軽減器13は、イメージセンサ1における光電変換された画像信号のゲインの大きさに応じてカットする小振幅の値を適応的に制御する。 The waveform correction noise reducer 13 performs noise reduction together with the same correction process as the RW corrector 5 and the BW corrector 6 shown in FIG. This process is a general non-linear low-pass filter, in which only the small-amplitude component is passed through the low-pass filter. At that time, the value of the small amplitude (non-linear characteristic), which is the strength of the filter, is controlled by the amplification degree (gain) of the photoelectrically converted image signal in the image sensor 1. Originally, the noise generated by the dark current does not change in each cell of the image sensor, so the higher the gain, the more the noise is amplified. Therefore, the value of the small amplitude that causes the filter to act in proportion to the gain is also increased. That is, the waveform correction noise reducer 13 adaptively controls the value of the small amplitude to be cut according to the magnitude of the gain of the photoelectrically converted image signal in the image sensor 1.

このような処理を、γ補正後のR,G,Bやそれから形成された色差信号に施した場合、高彩度部分で輝度信号の周波数特性劣化を招き、画質が低下する。これは、非線形変換であるγ補正により、輝度信号成分の一部が色差信号として伝送されるためで、彩度が高い程、通過帯域が狭い程顕著になる。しかし、本来の色差成分に対する視感度は、輝度より遥かに低いので、γ補正を行なう前に帯域制限すれば、前記のような輝度成分の劣化は生じない。また、色差信号は基本的に変化が少ないので、非線形フィルタによるノイズ軽減の効果は高い。 When such processing is applied to R, G, B after γ correction and the color difference signal formed from the R, G, B, the frequency characteristic of the luminance signal is deteriorated in the high saturation portion, and the image quality is deteriorated. This is because a part of the luminance signal component is transmitted as a color difference signal by γ correction, which is a non-linear conversion, and becomes more remarkable as the saturation is higher and the pass band is narrower. However, since the luminosity factor for the original color difference component is much lower than the luminance component, if the band is limited before the γ correction is performed, the deterioration of the luminance component as described above does not occur. Further, since the color difference signal basically has little change, the effect of noise reduction by the non-linear filter is high.

この様に処理されたR-W信号とB-W信号は、原色マトリックス7に与えられる。原色マトリックス7は、第1の実施形態と同様なものであり、W,R-W,B-WをR,G,Bへと変換する。変換されたR信号はγ補正器14に、G信号はγ補正器15に、B信号はγ補正器16に与えられる。γ補正器14,15、16では、ガンマ補正(y = x0.45)の処理が行われる。ガンマ補正されたR,G,B信号は、R信号出力8、G信号出力9、B信号出力10より出力される。ガンマ補正は動画像では規格上必要な処理であるが、本実施例ではγ補正の前にノイズ軽減処理を行なうのが特徴である。 The RW signal and the BW signal processed in this way are given to the primary color matrix 7. The primary color matrix 7 is the same as that of the first embodiment, and converts W, RW, and BW into R, G, and B. The converted R signal is given to the γ corrector 14, the G signal is given to the γ corrector 15, and the B signal is given to the γ corrector 16. The gamma correctors 14, 15 and 16 perform gamma correction (y = x 0.45 ) processing. The gamma-corrected R, G, B signals are output from the R signal output 8, the G signal output 9, and the B signal output 10. Gamma correction is a process required by the standard for moving images, but in this embodiment, it is a feature that noise reduction processing is performed before gamma correction.

以上、本発明について実施形態をもって説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、当業者が推考しうるその他の実施態様の範囲内において、本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。 Although the present invention has been described above with embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the actions and effects of the present invention can be exhibited within the scope of other embodiments that can be conceived by those skilled in the art. As long as it works, it is included in the scope of the present invention.

1…イメージセンサ、2…デモザイキング、3…淡色マトリックス、4…W補正器、5…R-W補正器、6…B-W補正器、7…原色マトリックス、8…R信号出力、9…G信号出力、10…B信号出力、11…WC分離器、12…色差復調器、13…波形補正ノイズ軽減器、14,15,16…γ補正器 1 ... Image sensor, 2 ... Demodulation, 3 ... Light color matrix, 4 ... W corrector, 5 ... RW corrector, 6 ... BW corrector, 7 ... Primary color matrix, 8 ... R signal output, 9 ... G signal output, 10 ... B signal output, 11 ... WC separator, 12 ... color difference demodulator, 13 ... waveform correction noise reducer, 14, 15, 16 ... γ corrector

Claims (9)

単一のイメージセンサの各受光セルの上に可視光全域の光を透過させる色フィルタを配置してなる単板式のカラー画像撮像素子であって、
前記色フィルタは、
前記光に含まれる3つの原色成分のうち第1の原色成分を、その余の原色成分より多く透過させる第1の淡色フィルタと、
前記光に含まれる3つの原色成分のうち第2の原色成分を、その余の原色成分より多く透過させる第2の淡色フィルタと、
前記光に含まれる3つの原色成分のうち第3の原色成分を、その余の原色成分より多く透過させる第3の淡色フィルタと、
を含むカラー画像撮像素子。
It is a single-plate color image sensor in which a color filter that transmits light over the entire visible light is arranged on each light receiving cell of a single image sensor.
The color filter
A first light color filter that allows the first primary color component of the three primary color components contained in the light to pass through more than the remaining primary color components.
A second light color filter that allows the second primary color component of the three primary color components contained in the light to pass through more than the remaining primary color components.
A third light color filter that transmits a third primary color component out of the three primary color components contained in the light more than the remaining primary color components.
A color image sensor including.
単一のイメージセンサの各受光セルの上に可視光全域の光を透過させる色フィルタを配置してなる単板式のカラー画像撮像素子であって、
前記色フィルタは、
前記光に含まれる3つの原色成分のうち第1の原色成分を、その余の原色成分より少なく透過させる第1の淡色フィルタと、
前記光に含まれる3つの原色成分のうち第2の原色成分を、その余の原色成分より少なく透過させる第2の淡色フィルタと、
前記光に含まれる3つの原色成分のうち第3の原色成分を、その余の原色成分より少なく透過させる第3の淡色フィルタと、
を含み、
前記第1の淡色フィルタを含むセルと、前記第2の淡色フィルタを含むセルと、前記第3の淡色フィルタを含むセルは、前記各セルの一部に白色フィルタを含むカラー画像撮像素子。
It is a single-plate color image sensor in which a color filter that transmits light over the entire visible light is arranged on each light receiving cell of a single image sensor.
The color filter
A first light color filter that transmits the first primary color component of the three primary color components contained in the light less than the remaining primary color components, and
A second light color filter that allows the second primary color component of the three primary color components contained in the light to pass through less than the remaining primary color components.
A third light color filter that transmits a third primary color component out of the three primary color components contained in the light less than the remaining primary color components.
Including
The cell containing the first light color filter, the cell containing the second light color filter, and the cell containing the third light color filter are color image pickup devices including a white filter in a part of each of the cells.
請求項1または2に記載のカラー画像撮像素子を備える単板式のカラー画像撮像装置であって、
前記第1の淡色フィルタに対応する第1の淡色画像と前記第2の淡色フィルタに対応する第2の淡色画像と前記第3の淡色フィルタに対応する第3の淡色画像を取得する手段と、
3種類の前記淡色画像をマトリックス演算により白色成分と白色との色差成分に変換する手段と、
前記白色成分と前記色差成分をマトリックス演算により3種類の原色画像に変換する手段と、
を含むカラー画像撮像装置。
A single-panel color image pickup apparatus including the color image pickup device according to claim 1 or 2.
A means for acquiring a first light color image corresponding to the first light color filter, a second light color image corresponding to the second light color filter, and a third light color image corresponding to the third light color filter.
A means for converting the three types of light-colored images into a white component and a color difference component between white by matrix calculation, and
A means for converting the white component and the color difference component into three types of primary color images by matrix calculation, and
Color image imaging device including.
前記白色成分の鮮鋭化処理を実行する手段と、
前記白色成分のエッジに合わせて前記色差成分の急峻化処理と平坦化処理を実行する手段とを含む、
請求項3に記載のカラー画像撮像装置。
Means for performing the sharpening treatment of the white component and
A means for performing a sharpening treatment and a flattening treatment of the color difference component according to the edge of the white component.
The color image capturing apparatus according to claim 3.
請求項1または2に記載のカラー画像撮像素子を備える単板式のカラー画像撮像装置であって、
前記カラー画像撮像素子の全セルに対応するRAW画像からローパスフィルタを使用して低周波数帯域に存在する白色成分を分離する手段と、
前記白色成分と前記RAW画像の残差から色差成分を取得する手段と、
前記白色成分と前記色差成分をマトリックス演算により3種類の原色画像に変換する手段と、
を含むカラー画像撮像装置。
A single-panel color image pickup apparatus including the color image pickup device according to claim 1 or 2.
A means for separating a white component existing in a low frequency band from a RAW image corresponding to all cells of the color image sensor using a low-pass filter,
A means for obtaining a color difference component from the residual of the white component and the RAW image, and
A means for converting the white component and the color difference component into three types of primary color images by matrix calculation, and
Color image imaging device including.
前記分離する手段は、
前記白色成分に対する前記色差成分の相対量に応じて前記ローパスフィルタのカットオフ周波数を適応的に制御することを特徴とする、
請求項5に記載のカラー画像撮像装置。
The means for separating
The cutoff frequency of the low-pass filter is adaptively controlled according to the relative amount of the color difference component with respect to the white component.
The color image capturing apparatus according to claim 5.
前記色差成分の小振幅成分をカットするノイズ軽減手段を含み、該ノイズ軽減手段は、前記イメージセンサにおける光電変換された画像信号のゲインの大きさに応じてカットする小振幅の値を適応的に制御することを特徴とする、
請求項5または6に記載のカラー画像撮像装置。
A noise reducing means for cutting a small amplitude component of the color difference component is included, and the noise reducing means adaptively sets a small amplitude value to be cut according to the magnitude of the gain of the photoelectrically converted image signal in the image sensor. Characterized by controlling,
The color image capturing apparatus according to claim 5 or 6.
請求項1または2に記載のカラー画像撮像素子を使用してカラー画像を撮像する方法であって、
前記第1の淡色フィルタに対応する第1の淡色画像と前記第2の淡色フィルタに対応する第2の淡色画像と前記第3の淡色フィルタに対応する第3の淡色画像を取得するステップと、
3種類の前記淡色画像をマトリックス演算により白色成分と白色との色差成分に変換するステップと、
前記白色成分と前記色差成分をマトリックス演算により3種類の原色画像に変換するステップと、
を含むカラー画像撮像方法。
A method of capturing a color image using the color image sensor according to claim 1 or 2.
A step of acquiring a first light color image corresponding to the first light color filter, a second light color image corresponding to the second light color filter, and a third light color image corresponding to the third light color filter.
A step of converting the three types of light-colored images into a white component and a color difference component between white by matrix calculation, and
A step of converting the white component and the color difference component into three types of primary color images by matrix calculation, and
Color image imaging method including.
請求項1または2に記載のカラー画像撮像素子を使用してカラー画像を撮像する方法であって、
前記カラー画像撮像素子の全セルに対応するRAW画像からローパスフィルタを使用して低周波数帯域に存在する白色成分を分離するステップと、
前記白色成分と前記RAW画像の残差から色差成分を取得するステップと、
前記白色成分と前記色差成分をマトリックス演算により3種類の原色画像に変換するステップと、
を含むカラー画像撮像方法。
A method of capturing a color image using the color image sensor according to claim 1 or 2.
A step of separating a white component existing in a low frequency band from a RAW image corresponding to all cells of the color image image sensor using a low-pass filter, and
The step of acquiring the color difference component from the residual of the white component and the RAW image, and
A step of converting the white component and the color difference component into three types of primary color images by matrix calculation, and
Color image imaging method including.
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