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JP2012015872A - Imaging device - Google Patents

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JP2012015872A
JP2012015872A JP2010151569A JP2010151569A JP2012015872A JP 2012015872 A JP2012015872 A JP 2012015872A JP 2010151569 A JP2010151569 A JP 2010151569A JP 2010151569 A JP2010151569 A JP 2010151569A JP 2012015872 A JP2012015872 A JP 2012015872A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pixel value
pixel
estimation
image
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2010151569A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshinobu Komata
芳信 小俣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Corp filed Critical Olympus Corp
Priority to JP2010151569A priority Critical patent/JP2012015872A/en
Priority to PCT/JP2011/062769 priority patent/WO2012002102A1/en
Publication of JP2012015872A publication Critical patent/JP2012015872A/en
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/40Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled
    • H04N25/42Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled by switching between different modes of operation using different resolutions or aspect ratios, e.g. switching between interlaced and non-interlaced mode
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    • H04N25/00Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Studio Devices (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging device or the like capable of obtaining a high-resolution still image from a moving image by a simple process.SOLUTION: An imaging device includes an image acquisition part, a storage part, an estimation calculation part 200, and an image output part 210. The image acquisition part acquires an addition pixel value obtained by adding pixel values of a plurality of pixels included in a light-receiving unit while shifting a pixel sequentially with superposing the light-receiving unit. The storage part stores a low-resolution frame image by the addition pixel value. The estimation calculation part 200 estimates the pixel value of each pixel included in the light-receiving unit, based on a plurality of low-resolution frame images. The image output part 210 outputs a high-resolution frame image with a higher resolution than the low-resolution frame image, based on the estimated pixel value. The estimation calculation part 200 calculates a variation amount of the adjacent addition pixel values among the plurality of addition pixel values used for the estimation of an estimation target pixel, and estimates the pixel value of the estimation target pixel based on the variation amount.

Description

本発明は、撮像装置等に関する。   The present invention relates to an imaging device and the like.

近年、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラは、技術の進歩に伴って高解像度化と多機能化が進んでおり、両者の機能的な差異がなくってきている。そして、1台のカメラで静止画と動画の両方が撮影できるカメラが一般的となってきている。   In recent years, digital still cameras and digital video cameras have been improved in resolution and multifunction as the technology advances, and there is no functional difference between them. In addition, cameras that can shoot both still images and moving images with a single camera have become common.

特開2009−124621号公報JP 2009-124621 A 特開2008−243037号公報JP 2008-243037 A

しかしながら、従来のデジタルカメラでは、例えば1000万画素数以上の静止画を撮影・記録できるのに比べ、動画として撮影・記録できる画素数は200万画素程度とはるかに少ない。そのため、動画撮影中に高解像な静止画を得ることが困難という課題がある。   However, in the conventional digital camera, the number of pixels that can be photographed and recorded as a moving image is much smaller, for example, about 2 million pixels, compared to, for example, that a still image having 10 million pixels or more can be photographed and recorded. Therefore, there is a problem that it is difficult to obtain a high-resolution still image during moving image shooting.

例えば、動画撮像中にシャッターを押して静止画を撮像すると、静止画を撮影する間は動画撮影が停止されてしまう。そのため、動画が撮影されない期間が生じてしまう。   For example, if a still image is captured by pressing the shutter during moving image capturing, the moving image capturing is stopped while the still image is captured. For this reason, a period in which no moving image is captured occurs.

あるいは、シャッターが押されたタイミングにおける動画中のフレーム画像を静止画とすると、高解像な静止画を得られない。具体的には、動画撮影では、30fpsや60fpsの画素信号を読み出して処理するが、撮像素子から読み出せる画像の帯域には制限がある。そのため、読み出しのフレームレートを上げると、1フレームあたりの読み出せる画素数が減り、動画の画素数は静止画より少なくなってしまう。また、フルHDの約200万画素のように、動画の画素数はフォーマットにより制限されている。そのため、フォーマットの画像サイズに合わせて、画素数を減らして撮像素子から読み出される。例えば、画素数を減らす手法として、撮像素子のデータを加算混合して読み出す手法や、画素を間引いて読み出す手法が用いられる。このように、動画は静止画に比べて低解像であるため、動画として撮影された画像を静止画として用いると、解像感のない低解像度画像になってしまう。   Alternatively, if a frame image in a moving image at the timing when the shutter is pressed is a still image, a high-resolution still image cannot be obtained. Specifically, in moving image shooting, 30 fps or 60 fps pixel signals are read and processed, but there is a limit to the band of images that can be read from the image sensor. For this reason, when the reading frame rate is increased, the number of pixels that can be read out per frame decreases, and the number of moving image pixels becomes smaller than that of a still image. In addition, the number of moving picture pixels is limited by the format, such as about 2 million pixels of full HD. For this reason, the number of pixels is reduced in accordance with the image size of the format and read out from the image sensor. For example, as a method of reducing the number of pixels, a method of adding and reading data from the image sensor and a method of reading out by thinning out pixels are used. As described above, since a moving image has a lower resolution than a still image, if an image taken as a moving image is used as a still image, a low-resolution image without a sense of resolution is obtained.

この課題に対して、超解像処理により高解像画像を生成する手法がある。この手法では、低解像画像を順次位置ずらししながら読み出し、それら複数の位置ずれ画像に基づいてモデル化する。そして、その推定した画像を劣化させて低解像画像を生成し、元の低解像画像と比較し、差異が最小になるように、仮定した高精細画像を変形させて高精細画像を推定する。   To solve this problem, there is a technique for generating a high resolution image by super-resolution processing. In this method, low-resolution images are read out while sequentially shifting the position, and modeled based on the plurality of position-shifted images. Then, the estimated image is degraded to generate a low-resolution image, which is compared with the original low-resolution image, and the high-definition image is estimated by deforming the assumed high-definition image so that the difference is minimized. To do.

例えば、特許文献1には、動画撮影時に画素シフトさせた低解像画像を時系列的に順次撮影し、それら複数の低解像画像を合成することにより高解像画像を生成する手法が開示されている。この手法では、仮定した高解像画像に対して上記の超解像処理を施し、尤度の高い高解像画像を推定する。しかしながら、この手法では、繰り返し演算により推定精度を上げていくため、演算量が非常に多く、処理の規模が大きくなり、処理時間がかかってしまう。そのため、処理能力やコストの制限がある機器への適用は困難であり実用的ではない。
また、特許文献2には、デジタルアーカイブやリモートセンシング、生産技術、計測機器等に使用する目的で、高精細画像を生成する手法が開示されている。この手法では、画素シフトさせた低解像画像を用いて、それら複数の低解像画像から高解像画像を生成する。具体的には、原画像から求める位置の輝度値を高解像度画像の初期値として設定し、原画像の輝度値と設定された初期値とに基づいて、推定法により高解像度画像の輝度値を演算する。次に、輝度値の変化が大きい領域に関しては平均法により高解像度画像の輝度値を演算し、推定法による輝度値の演算結果と平均法による輝度値の演算結果を融合することで、高解像度画像の生成処理を行う。しかしながら、この手法では、初期値の特定が上手くいかないと推定誤差が非常に大きくなってしまう。すなわち、この手法では、初期値を設定するために、輝度値が一様な特殊模様が原画像の一部に挿入されるため、その領域を探索する手間かかってしまう。また、画像中そのような領域が検出できない場合には精度のよい高精細画像が得られなくなってしまう。
For example, Patent Document 1 discloses a technique for sequentially capturing low-resolution images pixel-shifted during moving image shooting in time series and generating a high-resolution image by synthesizing the plurality of low-resolution images. Has been. In this method, the super-resolution processing described above is performed on the assumed high-resolution image, and a high-resolution image with high likelihood is estimated. However, in this method, since the estimation accuracy is increased by repetitive calculation, the calculation amount is very large, the processing scale is increased, and processing time is required. For this reason, it is difficult to apply to devices having processing capacity and cost limitations, which is not practical.
Patent Document 2 discloses a technique for generating a high-definition image for the purpose of use in digital archives, remote sensing, production technology, measuring equipment, and the like. In this method, a high-resolution image is generated from the plurality of low-resolution images using a pixel-shifted low-resolution image. Specifically, the luminance value of the position obtained from the original image is set as the initial value of the high-resolution image, and the luminance value of the high-resolution image is determined by the estimation method based on the luminance value of the original image and the set initial value. Calculate. Next, for areas with large changes in luminance values, the luminance value of the high-resolution image is calculated by the average method, and the calculation result of the luminance value by the estimation method and the calculation result of the luminance value by the average method are merged to achieve high resolution. Perform image generation processing. However, in this method, if the initial value is not specified, the estimation error becomes very large. That is, in this method, in order to set the initial value, a special pattern having a uniform luminance value is inserted into a part of the original image, so that it takes time to search for the area. In addition, when such a region in the image cannot be detected, a high-definition image with high accuracy cannot be obtained.

本発明の幾つかの態様によれば、簡素な処理により動画から高解像な静止画を得ることが可能な撮像装置等を提供できる。   According to some aspects of the present invention, it is possible to provide an imaging device or the like that can obtain a high-resolution still image from a moving image by simple processing.

本発明の一態様は、加算画素値を取得する単位である受光単位を撮像素子の複数の画素毎に設定し、前記受光単位を重畳しながら順次画素シフトさせつつ、前記受光単位に含まれる複数の画素の画素値が加算された前記加算画素値を取得する画像取得部と、前記加算画素値による低解像フレーム画像を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された複数の低解像フレーム画像に基づいて、前記受光単位に含まれる各画素の画素値を推定する推定演算部と、前記推定演算部により推定された画素値に基づいて、前記低解像フレーム画像よりも高解像度の高解像フレーム画像を出力する画像出力部と、を含み、前記推定演算部は、推定対象画素の推定に用いられる複数の加算画素値のうち隣り合う加算画素値の変化量を求め、前記変化量に基づいて前記推定対象画素の画素値を推定する撮像装置に関係する。   In one embodiment of the present invention, a light receiving unit that is a unit for obtaining an added pixel value is set for each of a plurality of pixels of an imaging element, and a plurality of pixels included in the light receiving unit are sequentially shifted while superimposing the light receiving units. An image acquisition unit that acquires the added pixel value obtained by adding the pixel values of the pixels, a storage unit that stores a low-resolution frame image based on the added pixel value, and a plurality of low-resolution images stored in the storage unit Based on a frame image, an estimation calculation unit that estimates a pixel value of each pixel included in the light receiving unit, and on the basis of the pixel value estimated by the estimation calculation unit, a higher resolution than the low-resolution frame image An image output unit that outputs a high-resolution frame image, wherein the estimation calculation unit obtains a change amount of adjacent addition pixel values among a plurality of addition pixel values used for estimation of the estimation target pixel, and the change Based on quantity It relates to an imaging apparatus for estimating a pixel value of the serial estimation target pixel.

本発明の一態様によれば、受光単位を重畳しながら順次画素シフトさせつつ加算画素値が取得され、その加算画素値による低解像フレーム画像が取得される。そして、複数の低解像フレーム画像に基づいて画素値が推定され、その画素値に基づいて高解像フレーム画像が出力される。このとき、推定に用いられる複数の加算画素値のうち隣り合う加算画素値の変化量が求められ、その変化量に基づいて推定対象画素の画素値が推定される。これにより、簡素な処理により動画から高解像な静止画を得ること等が可能になる。   According to one aspect of the present invention, an additional pixel value is acquired while sequentially shifting pixels while superimposing light reception units, and a low-resolution frame image based on the additional pixel value is acquired. Then, a pixel value is estimated based on the plurality of low resolution frame images, and a high resolution frame image is output based on the pixel values. At this time, a change amount of adjacent addition pixel values among a plurality of addition pixel values used for estimation is obtained, and a pixel value of the estimation target pixel is estimated based on the change amount. Thereby, it is possible to obtain a high-resolution still image from a moving image by a simple process.

また、本発明の一態様では、前記推定演算部は、前記隣り合う加算画素値の変化量として、前記複数の加算画素値のうち水平方向に隣り合う加算画素値の差分と、前記複数の加算画素値のうち垂直方向に隣り合う加算画素値の差分を求めてもよい。   In the aspect of the invention, the estimation calculation unit may calculate the difference between the adjacent addition pixel values in the horizontal direction among the plurality of addition pixel values and the plurality of additions as the change amount of the adjacent addition pixel values. You may obtain | require the difference of the addition pixel value adjacent to a perpendicular direction among pixel values.

このようにすれば、水平方向に隣り合う加算画素値の差分と、垂直方向に隣り合う加算画素値の差分に基づいて、推定対象画素の画素値を推定できる。   In this way, the pixel value of the estimation target pixel can be estimated based on the difference between the addition pixel values adjacent in the horizontal direction and the difference between the addition pixel values adjacent in the vertical direction.

また、本発明の一態様では、前記推定演算部は、前記推定対象画素に対して複数の候補画素値を求める画素値推定部と、前記複数の候補画素値の中から前記変化量が小さい候補画素値を判定し、判定された前記候補画素値を前記推定対象画素の画素値として出力する判定部と、を有してもよい。   In one aspect of the present invention, the estimation calculation unit includes a pixel value estimation unit that obtains a plurality of candidate pixel values for the estimation target pixel, and a candidate having a small change amount from the plurality of candidate pixel values. And a determination unit that determines a pixel value and outputs the determined candidate pixel value as a pixel value of the estimation target pixel.

このようにすれば、変化量が小さい候補画素値を推定対象画素の画素値として出力できるため、推定誤差の抑制が可能になる。   In this way, since a candidate pixel value with a small amount of change can be output as the pixel value of the estimation target pixel, the estimation error can be suppressed.

また、本発明の一態様では、画素値推定部は、各候補画素値で異なる組み合わせの前記加算画素値を用いて、前記複数の候補画素値を推定し、前記判定部は、前記複数の候補画素値の推定に用いられる前記加算画素値から前記変化量を求め、前記異なる組み合わせのうち前記変化量が小さくなる組み合わせを判定し、判定された前記組み合わせに対応する候補画素値を、前記推定対象画素の画素値として出力してもよい。   In one aspect of the present invention, the pixel value estimation unit estimates the plurality of candidate pixel values using the addition pixel values of different combinations for each candidate pixel value, and the determination unit includes the plurality of candidates. The amount of change is obtained from the added pixel value used for estimating a pixel value, a combination having a smaller amount of change is determined among the different combinations, and a candidate pixel value corresponding to the determined combination is determined as the estimation target You may output as a pixel value of a pixel.

このようにすれば、異なる組み合わせの加算画素値から複数の候補画素値を求め、変化量が小さくなる組み合わせを判定することで、変化量が小さい候補画素値を推定対象画素の画素値として出力できる。   In this way, by obtaining a plurality of candidate pixel values from the added pixel values of different combinations and determining a combination with a small change amount, a candidate pixel value with a small change amount can be output as the pixel value of the estimation target pixel. .

また、本発明の一態様では、前記推定演算部は、複数の推定手法の中から選択された推定手法により前記推定対象画素の画素値を推定する画素値推定部と、各推定手法に対応する前記変化量を求め、前記複数の推定手法のうち前記変化量が小さい推定手法を判定して選択する判定部と、を有してもよい。   In one aspect of the present invention, the estimation calculation unit corresponds to a pixel value estimation unit that estimates a pixel value of the estimation target pixel by an estimation method selected from a plurality of estimation methods, and each estimation method. A determination unit that obtains the amount of change and determines and selects an estimation method having a small amount of change among the plurality of estimation methods;

このようにすれば、変化量が小さい推定手法により推定対象画素の画素値を推定できるため、推定誤差の抑制が可能になる。   In this way, the estimation error can be suppressed because the pixel value of the estimation target pixel can be estimated by an estimation method with a small amount of change.

また、本発明の一態様では、前記画素値推定部は、水平方向に高解像化した後に垂直方向に高解像化する第1の推定手法と、垂直方向に高解像化した後に水平方向に高解像化する第2の推定手法の中から、選択された推定手法により前記推定対象画素の画素値を推定し、前記判定部は、水平方向に隣り合う加算画素値の前記変化量である第1の変化量と、垂直方向に隣り合う加算画素値の前記変化量である第2の変化量を求め、前記第1の変化量が前記第2の変化量より小さいと判定した場合には、前記第1の推定手法を選択し、前記第2の変化量が前記第1の変化量より小さいと判定した場合には、前記第2の推定手法を選択してもよい。   In the aspect of the invention, the pixel value estimation unit may perform the first estimation method in which the resolution is increased in the horizontal direction and then the resolution in the vertical direction, and the horizontal after the resolution is increased in the vertical direction. A pixel value of the estimation target pixel is estimated by a selected estimation method from among second estimation methods that achieve high resolution in the direction, and the determination unit determines the amount of change in the addition pixel value adjacent in the horizontal direction. When the first change amount and the second change amount that is the change amount of the addition pixel values adjacent in the vertical direction are obtained, and it is determined that the first change amount is smaller than the second change amount Alternatively, when the first estimation method is selected and it is determined that the second change amount is smaller than the first change amount, the second estimation method may be selected.

このようにすれば、水平方向の変化量と垂直方向の変化量の大小関係を判定し、その判定結果により推定手法を選択することで、変化量の小さい方向に高解像化した後に他方の方向に高解像化を行うことができる。   In this way, the magnitude relationship between the amount of change in the horizontal direction and the amount of change in the vertical direction is determined, and the estimation method is selected based on the determination result. High resolution can be achieved in the direction.

また、本発明の一態様では、前記画素シフトにより、前記受光単位が、第1のポジションと、前記第1のポジションの次の第2のポジションに順次設定され、前記第1のポジションの受光単位と前記第2のポジションの受光単位が重畳する場合に、前記画素値推定部は、前記第1、第2のポジションの加算画素値の差分値を求め、前記第1のポジションの受光単位から重畳領域を除いた第1の受光領域の受光値である第1の中間画素値と、前記第2のポジションの受光単位から前記重畳領域を除いた第2の受光領域の受光値である第2の中間画素値との関係式を、前記差分値を用いて表し、前記関係式を用いて前記第1、第2の中間画素値を推定し、推定した前記第1の中間画素値を用いて前記推定対象画素の画素値を求めてもよい。   In the aspect of the invention, the light receiving unit is sequentially set to a first position and a second position next to the first position by the pixel shift, and the light receiving unit of the first position is set. When the light receiving unit at the second position overlaps, the pixel value estimation unit obtains a difference value between the added pixel values at the first and second positions and superimposes the light receiving unit at the first position. A first intermediate pixel value that is a light receiving value of the first light receiving region excluding the region, and a second light receiving value of the second light receiving region that is the light receiving unit of the second position excluding the overlapping region. A relational expression with an intermediate pixel value is expressed using the difference value, the first and second intermediate pixel values are estimated using the relational expression, and the estimated first intermediate pixel value is used for the estimation. The pixel value of the estimation target pixel may be obtained.

このようにすれば、受光単位が重畳しながら順次画素シフトさせつつ読み出された受光値から中間画素値を推定し、推定した中間画素値から最終的な推定画素値を求めることができる。これにより、高解像フレーム画像の画素値推定を簡素化できる。   In this way, it is possible to estimate the intermediate pixel value from the light reception value read while sequentially shifting the pixels while superimposing the light reception units, and to obtain the final estimated pixel value from the estimated intermediate pixel value. Thereby, pixel value estimation of a high resolution frame image can be simplified.

また、本発明の一態様では、前記画素値推定部は、前記第1、第2の中間画素値を含む連続する中間画素値を中間画素値パターンとする場合に、前記中間画素値パターンに含まれる中間画素値間の関係式を、前記第1、第2のポジションの加算画素値を用いて表し、前記第1、第2のポジションの加算画素値を含む連続する加算画素値を加算画素値パターンとする場合に、前記中間画素値間の関係式で表された前記中間画素値パターンと前記加算画素値パターンとを比較して類似性を評価し、前記類似性の評価結果に基づいて、前記類似性が最も高くなるように前記中間画素値パターンに含まれる中間画素値を決定してもよい。   In the aspect of the invention, the pixel value estimation unit may include a continuous intermediate pixel value including the first and second intermediate pixel values as the intermediate pixel value pattern. The relational expression between the intermediate pixel values is expressed using the added pixel values of the first and second positions, and the continuous added pixel values including the added pixel values of the first and second positions are added pixel values. In the case of a pattern, the intermediate pixel value pattern represented by the relational expression between the intermediate pixel values is compared with the added pixel value pattern to evaluate similarity, and based on the similarity evaluation result, An intermediate pixel value included in the intermediate pixel value pattern may be determined so that the similarity is the highest.

このようにすれば、受光単位が重畳されながら画素シフトされることで取得された複数の受光値に基づいて、中間画素値を推定できる。   In this way, it is possible to estimate the intermediate pixel value based on a plurality of light reception values acquired by pixel shifting while superimposing the light reception units.

また、本発明の一態様では、前記画素値推定部は、前記中間画素値間の関係式で表された前記中間画素値パターンと前記加算画素値パターンとの誤差を表す評価関数を求め、前記評価関数の値が最小となるように前記中間画素値パターンに含まれる中間画素値を決定してもよい。   In one aspect of the present invention, the pixel value estimation unit obtains an evaluation function representing an error between the intermediate pixel value pattern and the addition pixel value pattern expressed by a relational expression between the intermediate pixel values, and The intermediate pixel value included in the intermediate pixel value pattern may be determined so that the value of the evaluation function is minimized.

このようにすれば、評価関数の値が最小となるように中間画素値の値を決定することで、中間画素値パターンと受光値の類似性が最も高くなるように中間画素値の値を決定できる。   In this way, by determining the intermediate pixel value so that the value of the evaluation function is minimized, the intermediate pixel value is determined so that the similarity between the intermediate pixel value pattern and the received light value is the highest. it can.

撮像装置の構成例。2 is a configuration example of an imaging device. 加算画素値の取得手法についての説明図。Explanatory drawing about the acquisition method of an addition pixel value. 加算画素値の取得手法についての説明図。Explanatory drawing about the acquisition method of an addition pixel value. 加算画素値の取得手法についての説明図。Explanatory drawing about the acquisition method of an addition pixel value. 加算画素値の取得手法についての説明図。Explanatory drawing about the acquisition method of an addition pixel value. 動画の記録形式についての説明図。Explanatory drawing about the recording format of an animation. 基本的な推定手法についての説明図。Explanatory drawing about a basic estimation method. 基本的な推定手法についての説明図。Explanatory drawing about a basic estimation method. 最尤画像推定部の第1の構成例。The 1st structural example of a maximum likelihood image estimation part. 複数の候補画素値を求める手法についての説明図。Explanatory drawing about the method of calculating | requiring a some candidate pixel value. 第1の推定手法により画素値を推定する処理のフローチャート。The flowchart of the process which estimates a pixel value with the 1st estimation method. 確からしさを判定する処理の詳細なフローチャート。The detailed flowchart of the process which determines the probability. 隣り合う加算画素値の差分についての説明図。Explanatory drawing about the difference of an adjacent addition pixel value. 最尤画像推定部の第2の構成例。The 2nd structural example of a maximum likelihood image estimation part. 推定誤差の大きさの特性例。Example characteristics of estimation error magnitude. 第2の推定手法により画素値を推定する処理のフローチャート。The flowchart of the process which estimates a pixel value with the 2nd estimation method. 図17(A)は、推定順序を決定する処理の詳細なフローチャートである。図17(B)は、処理ブロックについての説明図。FIG. 17A is a detailed flowchart of processing for determining the estimation order. FIG. 17B is an explanatory diagram of a processing block. 第1の推定手法と第2の推定手法についての説明図。Explanatory drawing about the 1st estimation method and the 2nd estimation method.

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. The present embodiment described below does not unduly limit the contents of the present invention described in the claims, and all the configurations described in the present embodiment are indispensable as means for solving the present invention. Not necessarily.

1.撮像装置
図1に、簡素な処理により動画から高解像な静止画を得ることが可能なデジタルカメラ(撮像装置)の構成例を示す。このデジタルカメラは、撮像レンズ102、ボディ101(本体部)を含む。ボディ101は、メカシャッター103、撮像素子104(センサ)、メカシャッター駆動部108、メモリ110、AE処理部111(AE: Automatic Exposure)、AF処理部112(AF: Auto-Focus)、システムコントローラ113、画像処理部114、圧縮伸張部115、システムバス116、レンズ制御部117、UI制御部(UI: User Interface)118、表示制御部119、最尤画像推定部120、記録媒体制御部121(記憶装置制御部)、LCD122(広義には表示部、LCD:Liquid Crystal Display)、EVF123(Electronic View Finder)、記録媒体124(記憶装置)、画像取得部130を含む。
1. Imaging Device FIG. 1 shows a configuration example of a digital camera (imaging device) that can obtain a high-resolution still image from a moving image by simple processing. This digital camera includes an imaging lens 102 and a body 101 (main body portion). The body 101 includes a mechanical shutter 103, an image sensor 104 (sensor), a mechanical shutter drive unit 108, a memory 110, an AE processing unit 111 (AE: Automatic Exposure), an AF processing unit 112 (AF: Auto-Focus), and a system controller 113. , Image processing unit 114, compression / decompression unit 115, system bus 116, lens control unit 117, UI control unit (UI: User Interface) 118, display control unit 119, maximum likelihood image estimation unit 120, recording medium control unit 121 (memory) Device control unit), LCD 122 (display unit in a broad sense, LCD: Liquid Crystal Display), EVF 123 (Electronic View Finder), recording medium 124 (storage device), and image acquisition unit 130.

このデジタルカメラは、静止画と静止画を撮影可能であり、また、動画撮影中に静止画を撮影可能なカメラシステムである。これらの撮影モードはユーザの指定等により切り替わり、撮影モードに依ってデジタルカメラの制御が切り替わる。例えば、このデジタルカメラは、レンズ交換式デジタルカメラや、レンズとボディが一体のコンパクトカメラである。   This digital camera is a camera system that can shoot still images and still images, and that can shoot still images during moving image shooting. These shooting modes are switched according to user designation or the like, and control of the digital camera is switched depending on the shooting mode. For example, this digital camera is an interchangeable lens digital camera or a compact camera in which a lens and a body are integrated.

UI制御部118には、ユーザがデジタルカメラを操作するためのユーザインターフェースから入力信号が入力され、UI制御部118は、その入力信号に基づいてデジタルカメラを制御する。具体的には、UI制御部118は、図示しない各種ボタンやダイアル等のユーザインターフェースを含む。そして、UI制御部118は、そのユーザインターフェースからの入力情報を、システムコントローラ113に伝達し、デジタルカメラの動作を制御する。   An input signal is input to the UI control unit 118 from a user interface for a user to operate the digital camera, and the UI control unit 118 controls the digital camera based on the input signal. Specifically, the UI control unit 118 includes user interfaces such as various buttons and a dial (not shown). The UI control unit 118 transmits input information from the user interface to the system controller 113 and controls the operation of the digital camera.

撮像レンズ102(交換レンズ)は、フォーカスレンズ、ズームレンズ、絞り等の光学素子により構成される。フォーカスレンズは、AF処理部112から出力されるフォーカス位置データに基づいて駆動される。ズームレンズは、UI制御部118を介したユーザのズーム操作に基づいて、所定のズーム位置に駆動される。絞りは、AE処理部111から出力される絞り値データに基づいて、絞りの径(F値)が制御される。レンズ交換式デジタルカメラでは、ボディ101と撮像レンズ102が通信路で接続されている。そのため、レンズ制御部117が所定のタイミングで通信を行って光学素子を制御することで、撮像レンズ102が制御される。   The imaging lens 102 (interchangeable lens) is composed of optical elements such as a focus lens, a zoom lens, and a diaphragm. The focus lens is driven based on focus position data output from the AF processing unit 112. The zoom lens is driven to a predetermined zoom position based on a user's zoom operation via the UI control unit 118. As for the aperture, the aperture diameter (F value) is controlled based on aperture value data output from the AE processing unit 111. In the interchangeable lens digital camera, the body 101 and the imaging lens 102 are connected via a communication path. For this reason, the lens control unit 117 communicates at a predetermined timing to control the optical element, whereby the imaging lens 102 is controlled.

メカシャッター103は、静止画を撮影する場合に使用される。メカシャッター103は、モータとモータドライバによって構成され、メカシャッター駆動部108によって駆動される。メカシャッター駆動部108は、UI制御部118からのシャッターボタンの押下信号のタイミングに合わせて、メカシャッター103の開閉を制御する。また、メカシャッター駆動部108は、AE処理部111から出力されるシャッター速度データに応じて、メカシャッター103の開閉を制御する。動画撮影時には、メカシャッター駆動部108は動作しないよう(非動作状態に)設定される。   The mechanical shutter 103 is used when taking a still image. The mechanical shutter 103 includes a motor and a motor driver, and is driven by a mechanical shutter driving unit 108. The mechanical shutter drive unit 108 controls the opening / closing of the mechanical shutter 103 in accordance with the timing of the pressing signal of the shutter button from the UI control unit 118. The mechanical shutter drive unit 108 controls the opening and closing of the mechanical shutter 103 according to the shutter speed data output from the AE processing unit 111. At the time of moving image shooting, the mechanical shutter drive unit 108 is set not to operate (non-operating state).

画像取得部130は、露光や電荷読み出し等の撮像動作を制御し、撮像画像を取得する。具体的には、画像取得部130は、撮像素子104、CDS105(Correlated Double Sampling circuit)、AMP106(アンプ)、A/D変換器107、撮像素子駆動部109を含む。   The image acquisition unit 130 controls an imaging operation such as exposure or charge readout, and acquires a captured image. Specifically, the image acquisition unit 130 includes an image sensor 104, a CDS 105 (Correlated Double Sampling circuit), an AMP 106 (amplifier), an A / D converter 107, and an image sensor drive unit 109.

撮像素子104は、多数の受光素子がマトリクス状に配置された光電面を有する。撮像素子104には、撮像レンズ102を通過した被写体像が光電面に結像され、撮像素子104は、その結像を光電変換する。撮像素子104は、モザイク状に配置されたRGB各色の色フィルタを有する。   The image sensor 104 has a photocathode on which a large number of light receiving elements are arranged in a matrix. A subject image that has passed through the imaging lens 102 is formed on the photoelectric surface on the image sensor 104, and the image sensor 104 photoelectrically converts the image. The image sensor 104 has RGB color filters arranged in a mosaic pattern.

撮像素子駆動部109は、垂直転送クロック信号と水平転送クロック信号を供給し、撮像素子104は、これらの信号に同期して、画素毎に蓄積された電荷を読み出して画像信号として出力する。撮像素子駆動部109は、各画素における電荷の露光時間を制御するための電子シャッター駆動信号を、撮像素子104に供給する。撮像素子104が出力する画像信号は、CDS(相関2重サンプリング回路)105によりノイズ除去が行われ、ゲイン調整が行われた後、AMP106により増幅され、A/D変換器107によりデジタル画像データに変換される。   The image sensor driving unit 109 supplies a vertical transfer clock signal and a horizontal transfer clock signal, and the image sensor 104 reads out the electric charge accumulated for each pixel in synchronization with these signals and outputs it as an image signal. The image sensor driving unit 109 supplies the image sensor 104 with an electronic shutter drive signal for controlling the charge exposure time in each pixel. The image signal output from the image sensor 104 is subjected to noise removal by a CDS (correlated double sampling circuit) 105, gain adjustment is performed, amplified by an AMP 106, and converted into digital image data by an A / D converter 107. Converted.

システムコントローラ113は、デジタルカメラの各構成要素の動作や処理を制御する。例えば、システムコントローラ113は、動画撮影時において、撮像素子駆動部109のタイミング制御を行う。すなわち、システムコントローラ113は、UI制御部118からの入力により撮影開始の指示が行われると撮影を開始し、撮像素子104の電荷読み出しの制御を行う。そして、システムコントローラ113は、CDS105(相関2重サンプリング回路)やAMP106、A/D変換器107によるアナログ信号処理を制御し、デジタル画像データをメモリ110に書き込む制御を行う。   The system controller 113 controls the operation and processing of each component of the digital camera. For example, the system controller 113 performs timing control of the image sensor driving unit 109 during moving image shooting. That is, the system controller 113 starts imaging when an instruction to start imaging is given by an input from the UI control unit 118, and controls charge reading of the image sensor 104. The system controller 113 controls analog signal processing by the CDS 105 (correlated double sampling circuit), the AMP 106, and the A / D converter 107, and performs control to write digital image data into the memory 110.

AF処理部112は、UI制御部118によって設定されたAFエリア情報と、所定の撮影タイミングで撮影される画像データとに基づいて合焦位置を決定する。AF処理部112は、連続的にメモリ110に書き込まれた画像データを処理することにより、撮像レンズ102を駆動するためのフォーカス位置データを演算する。   The AF processing unit 112 determines an in-focus position based on the AF area information set by the UI control unit 118 and image data captured at a predetermined capturing timing. The AF processing unit 112 calculates focus position data for driving the imaging lens 102 by processing the image data continuously written in the memory 110.

AE処理部111は、AF処理部112と同様に、所定の撮影タイミングで撮影されてメモリ110に書き込まれた画像データから被写体輝度を算出し、その被写体輝度に基づいてシャッター速度や絞り値等の露出条件を決定する。   Similar to the AF processing unit 112, the AE processing unit 111 calculates subject luminance from image data captured at a predetermined photographing timing and written in the memory 110, and based on the subject luminance, the shutter speed, the aperture value, and the like are calculated. Determine the exposure conditions.

表示制御部119は、LCD122やEVF123(電子ビューファインダー)に画像を表示する制御や、推定された高解像画像をLCD122に表示する制御を行う。例えば、表示制御部119は、メモリ110に書き込まれた画像データをスルー画としてLCD122やEVF123に表示させ、LCD122やEVF123で表示可能なフォーマットに画像データを変換する。表示制御部119は、UI制御部118によりスルー画表示モードが設定されている場合、メモリ110に所定間隔で更新される画像を逐次、スルー画としてLCD122やEVF123に表示する。表示制御部119は、UI制御部118により撮影モードが設定されている場合には、画像取得部130が取得した画像をスルー画として、LCD122やEVF123に表示する。   The display control unit 119 performs control to display an image on the LCD 122 and the EVF 123 (electronic viewfinder), and control to display the estimated high resolution image on the LCD 122. For example, the display control unit 119 displays the image data written in the memory 110 on the LCD 122 or EVF 123 as a through image, and converts the image data into a format that can be displayed on the LCD 122 or EVF 123. When the through image display mode is set by the UI control unit 118, the display control unit 119 sequentially displays images updated at predetermined intervals on the LCD 122 and the EVF 123 in the memory 110. When the shooting mode is set by the UI control unit 118, the display control unit 119 displays the image acquired by the image acquisition unit 130 on the LCD 122 or the EVF 123 as a through image.

画像処理部114は、メモリ110に書き込まれた画像データの画像処理を行う。具体的には、画像処理部114は、画像処理として、カラー化処理やガンマ補正、コントラスト補正、輪郭強調処理等を行う。   The image processing unit 114 performs image processing on the image data written in the memory 110. Specifically, the image processing unit 114 performs colorization processing, gamma correction, contrast correction, contour enhancement processing, and the like as image processing.

圧縮伸張部115は、所定の圧縮形式により画像データの圧縮処理を行い、圧縮処理した画像データを記録媒体制御部121に出力する。記録媒体制御部121は、その圧縮処理された画像データを記録媒体124に書き込む。圧縮伸張部115は、再生モードにおいて、記録媒体124から圧縮された動画ファイル(画像データ)を読み出し、その動画ファイルに対して伸張処理を行う。伸張後の画像データは、動画として表示制御部119に出力され、表示制御部119は、その動画をLCD122やEVF123に表示する。   The compression / decompression unit 115 performs image data compression processing in a predetermined compression format, and outputs the compressed image data to the recording medium control unit 121. The recording medium control unit 121 writes the compressed image data into the recording medium 124. In the playback mode, the compression / decompression unit 115 reads a compressed moving image file (image data) from the recording medium 124 and performs decompression processing on the moving image file. The decompressed image data is output to the display control unit 119 as a moving image, and the display control unit 119 displays the moving image on the LCD 122 or the EVF 123.

記録媒体制御部121は、記録媒体124への書き込みや記録媒体124からの読み出しを制御する。例えば、記録媒体124は、フラッシュメモリやハードディスク、光学ディスク等である。   The recording medium control unit 121 controls writing to the recording medium 124 and reading from the recording medium 124. For example, the recording medium 124 is a flash memory, a hard disk, an optical disk, or the like.

最尤画像推定部120は、低解像動画から高解像静止画を推定する処理を行う。例えば、動画撮影中に静止画撮影を行う場合、最尤画像推定部120は、ユーザがシャッターを押したタイミングの静止画を、撮影された動画から再構成する。また、動画撮影後に静止画を生成する場合、ユーザが、LCD122に表示された動画を見て、静止画が欲しいタイミングを指定する。そして、最尤画像推定部120は、そのタイミングの静止画を、記録媒体124に記録された動画から構成する。   The maximum likelihood image estimation unit 120 performs processing for estimating a high resolution still image from a low resolution moving image. For example, when still image shooting is performed during moving image shooting, the maximum likelihood image estimation unit 120 reconstructs a still image at a timing when the user presses the shutter from the shot moving image. In addition, when generating a still image after moving image shooting, the user views the moving image displayed on the LCD 122 and designates a timing at which a still image is desired. Then, the maximum likelihood image estimation unit 120 configures the still image at that timing from the moving image recorded on the recording medium 124.

2.加算画素値の取得手法
次に、動画静止画撮影モード(動画から静止画を取得するモード)において、低解像動画から高解像静止画を推定する手法について説明する。
2. Next, a method for estimating a high-resolution still image from a low-resolution moving image in the moving-image still image shooting mode (a mode for acquiring a still image from a moving image) will be described.

まず、低解像動画の各フレーム画像を構成する加算画素値の取得手法について説明する。動画静止画撮影モードでは、UI制御部118によりあらかじめ動画静止画撮影モードが選択され、撮影開始の指示が行われると、撮影を開始し、撮像素子104の電荷読み出しの制御を行い、CDS105やAMP106、A/D変換器107によりアナログ信号処理を行い、画像データをメモリ110に書き込む。   First, a method for obtaining an added pixel value constituting each frame image of a low resolution moving image will be described. In the moving image still image shooting mode, when the moving image still image shooting mode is selected in advance by the UI control unit 118 and an instruction to start shooting is issued, shooting is started, charge reading of the image sensor 104 is controlled, and the CDS 105 and the AMP 106 are controlled. Then, analog signal processing is performed by the A / D converter 107 and the image data is written in the memory 110.

図2〜図5に、撮像素子104からの電荷の読み出し手法についての説明図を示す。例えば、撮像素子104には、RGB各色の色フィルタが配置され、各画素には特定の色信号のみが入力される(例えばベイヤ配列)。図2〜図5は、この場合の加算画素値についての説明図である。   2 to 5 are explanatory diagrams showing a method for reading out charges from the image sensor 104. FIG. For example, RGB color filters are arranged in the image sensor 104, and only specific color signals are input to each pixel (for example, a Bayer array). 2-5 is explanatory drawing about the addition pixel value in this case.

なお、以下の説明で用いるフレームとは、例えば撮像素子により1つのフレーム画像が撮影されるタイミングや、画像処理において1つのフレーム画像が処理されるタイミングである。あるいは、画像データにおける1つのフレーム画像も適宜フレームと呼ぶ。   Note that the frame used in the following description is, for example, the timing at which one frame image is captured by the image sensor or the timing at which one frame image is processed in image processing. Alternatively, one frame image in the image data is also referred to as a frame as appropriate.

図2に、G1画素(1番目のG画素)の読み出し手法を示す。図2に示すように、4フレームf、fn+1、fn+2、fn+3(nは自然数)を1サイクルとして、フレーム毎に繰り返し読み出しが行われる。図2において、pは画素ピッチを表し、点線の四角は、水平垂直方向にそれぞれ2p離れた位置の画素が加算して読み出されることを表す。この点線の四角内の4画素が受光単位であり、加算読み出しされた画素値が加算画素値(受光値)である。 FIG. 2 shows a method for reading G1 pixels (first G pixel). As shown in FIG. 2, four frames f n , f n + 1 , f n + 2 , and f n + 3 (n is a natural number) are taken as one cycle, and reading is repeatedly performed for each frame. In FIG. 2, p represents a pixel pitch, and a dotted square represents that pixels at positions separated by 2p in the horizontal and vertical directions are added and read. The four pixels within the dotted square are light reception units, and the pixel value obtained by addition reading is the addition pixel value (light reception value).

下式(1)に、フレームfにおける読み出し後の画素値をas00、フレームfn+1における読み出し後の画素値をas01、フレームfn+2における読み出し後の画素値をas10、フレームfn+3における読み出し後の画素値をas11として示す。図2に示すように、画素に注目すると、フレームfとフレームfn+1では、画素値G102と画素値G122が両フレームで読み出される。また、フレームfn+1とフレームfn+2では、画素値G122と画素値G124が両フレームで読み出され、フレームfとフレームfn+3では画素値G122が両フレームで読み出される。すなわち、各フレーム間で読み出す領域に重複領域がある。

Figure 2012015872
In the following expression (1), the pixel value after readout in the frame f n is as 00 , the pixel value after readout in the frame f n + 1 is as 01 , the pixel value after readout in the frame f n + 2 is as 10 , and the pixel value in the frame f n + 3 is The pixel value after readout is shown as as 11 . As shown in FIG. 2, when attention is paid to the pixels, in the frame f n and the frame f n + 1 , the pixel value G102 and the pixel value G1 22 are read out in both frames. In the frame f n + 1 and the frame f n + 2 , the pixel value G1 22 and the pixel value G1 24 are read out in both frames, and in the frame f n and the frame f n + 3 , the pixel value G1 22 is read out in both frames. That is, there is an overlapping area in the area read between the frames.
Figure 2012015872

図3に、R画素の読み出し手法を示し、図4に、G2画素(2番目のG画素)の読み出し手法を示し、図5に、B画素の読み出し手法を示す。下式(2)〜(4)に、フレームf〜fn+3における加算画素値を示す。これらの加算画素値の取得手法は、上述のG1画素と同様であるため、説明を省略する。

Figure 2012015872
Figure 2012015872
Figure 2012015872
FIG. 3 shows an R pixel readout method, FIG. 4 shows a G2 pixel (second G pixel) readout method, and FIG. 5 shows a B pixel readout method. The following formulas (2) to (4) show the added pixel values in the frames f n to f n + 3 . Since the method for obtaining these added pixel values is the same as that for the G1 pixel described above, description thereof is omitted.
Figure 2012015872
Figure 2012015872
Figure 2012015872

図2〜図5に示すように、フレームfでは、加算画素値as00、at00、au00、av00によりフレーム画像が構成される。そして、フレームfn+1では、加算画素値as01、at01、au01、av01によりフレーム画像が構成され、フレームfn+2では、加算値画素値as10、at10、au10、av10によりフレーム画像が構成され、フレームfn+3では、加算値画素値as11、at11、au11、av11によりフレーム画像が構成される。 As shown in FIGS. 2 to 5, in the frame f n , a frame image is constituted by the added pixel values as 00 , at 00 , au 00 , and av 00 . In the frame f n + 1 , a frame image is configured by the addition pixel values as 01 , at 01 , au 01 , and av 01 , and in the frame f n + 2 , the frame is formed by the addition value pixel values as 10 , at 10 , au 10 , and av 10. An image is configured, and in the frame f n + 3 , a frame image is configured by the addition value pixel values as 11 , at 11 , au 11 , and av 11 .

このようにして撮像素子104から読み出された信号は、所定の処理が行われ、メモリ110に書き込まれる。メモリ110に書き込まれた画像は、画像処理部114により、カラー化などの処理が行われ、圧縮伸張部115により、所定の圧縮形式で圧縮処理が行われ、記録媒体124に書き込まれる。   The signal read out from the image sensor 104 in this way is subjected to predetermined processing and written into the memory 110. The image written in the memory 110 is subjected to processing such as colorization by the image processing unit 114, compressed in a predetermined compression format by the compression / decompression unit 115, and written to the recording medium 124.

次に、図6を用いて、動画静止画撮影モードにおいて撮影した動画の記録形式について説明する。図6のA1に示すように、動画撮影時には、画像処理部114によって生成された画像が圧縮伸張部115により圧縮され、画像データPD〜PDn+2(フレーム画像)が生成される。そして、その画像データは、A2に示すヘッダやA3に示すシャッターフラグと共に、フレーム毎に記録される。 Next, a recording format of a moving image shot in the moving image still image shooting mode will be described with reference to FIG. As shown in A1 of FIG. 6, at the time of moving image shooting, the image generated by the image processing unit 114 is compressed by the compression / decompression unit 115 to generate image data PD 1 to PD n + 2 (frame image). The image data is recorded for each frame together with the header indicated by A2 and the shutter flag indicated by A3.

A4に示すように、ユーザが動画撮影中にシャッターを押すと、UI制御部118がシャッターを押されたことを検出し、システムコントローラ113に通知する。例えば、フレームfの撮像動作期間Tにシャッターが押されたとする。そうすると、システムコントローラ113は、シャッターが押されたフレームfの画像が圧縮されるタイミングで、圧縮伸張部115に対して、フレームfでシャッターが押されたことを通知する。そして、A5に示すように、圧縮伸張部115は、画像データPDを書き込む際に、シャッターフラグに“1”をセットする。図6において、シャッターフラグ“0”は、シャッターが押されていない状態を表し、シャッターフラグ“1”は、シャッターが押された状態を表す。 As shown in A4, when the user presses the shutter during moving image shooting, the UI control unit 118 detects that the shutter has been pressed and notifies the system controller 113 of it. For example, the shutter has been pressed in the image pickup operation period T n in the frame f n. Then, the system controller 113, at the timing when the image of the frame f n the shutter is pressed is compressed, the compression decompression unit 115, and notifies that the shutter has been pressed by the frame f n. Then, as indicated by A5, the compression / decompression unit 115 sets “1” to the shutter flag when writing the image data PD n . In FIG. 6, a shutter flag “0” represents a state where the shutter is not pressed, and a shutter flag “1” represents a state where the shutter is pressed.

この動作は、ユーザが動画静止画撮影モードで撮影している間は継続され、撮影が終了した場合には停止する。最尤画像推定部120は、撮影終了後に、記録された動画データから静止画を生成する。生成のタイミングは、たとえばユーザが図示しない生成開始ボタンを押した場合でもよいし、撮影終了後に自動的に生成してもよい。例えば、静止画は、フラグ“1”が付与されたフレームfの前後2フレーム(計4フレーム)の画像PDn−2〜PDn+1から生成される。 This operation is continued while the user is shooting in the moving image still image shooting mode, and is stopped when shooting is finished. The maximum likelihood image estimation unit 120 generates a still image from the recorded moving image data after the end of shooting. The generation timing may be, for example, when the user presses a generation start button (not shown), or may be generated automatically after completion of shooting. For example, the still image is generated from the images PD n−2 to PD n + 1 of two frames before and after the frame f n to which the flag “1” is assigned (a total of four frames).

3.画素値の基本的な推定手法
次に、フレーム画像に含まれる加算画素値から高解像静止画を推定する手法について説明する。まず基本的な推定手法について説明し、次に、その基本的な推定手法を用いた第1、第2の推定手法について説明する。
3. Basic Estimation Method for Pixel Value Next, a method for estimating a high-resolution still image from the addition pixel value included in the frame image will be described. First, the basic estimation method will be described, and then the first and second estimation methods using the basic estimation method will be described.

図7、図8に、基本的な推定手法についての説明図を示す。なお、以下の説明では、撮像素子の画素が直交2軸の座標系で配列される場合に、一方の軸に沿った方向を水平方向と呼び、他方の軸に沿った方向を垂直方向と呼ぶ。例えば、水平方向は、撮像動作における水平走査方向である。また、以下の説明では、画像データ上の方向についても適宜、直交2軸の一方の軸に沿った方向を水平方向と呼び、他方の軸に沿った方向を垂直方向と呼ぶ。   FIG. 7 and FIG. 8 are explanatory diagrams for a basic estimation method. In the following description, when the pixels of the image sensor are arranged in an orthogonal two-axis coordinate system, the direction along one axis is called the horizontal direction, and the direction along the other axis is called the vertical direction. . For example, the horizontal direction is the horizontal scanning direction in the imaging operation. In the following description, as to the direction on the image data, the direction along one of the two orthogonal axes is referred to as a horizontal direction, and the direction along the other axis is referred to as a vertical direction.

図7のB1に示すように、加算(混合)前画像が求めるべき画像であり、画素をv00’、v10’、v20’、・・・で表す。加算前画像とは、撮像素子本来の解像度で撮像したと仮定した場合に取得される画像である。B2に示すように、撮像素子104から画素加算により画像が読み出される。この撮影画像では、それぞれの画素をa00、a01、a02、・・・で表す。 As shown in B1 of FIG. 7, the image before addition (mixing) is an image to be obtained, and pixels are represented by v 00 ′, v 10 ′, v 20 ′,. The pre-addition image is an image acquired when it is assumed that the image is captured at the original resolution of the image sensor. As shown in B2, an image is read from the image sensor 104 by pixel addition. In this captured image, each pixel is represented by a 00 , a 01 , a 02,.

次に、B3に示すように、撮影画像から中間推定画像(推定画像1)を推定する。このとき、中間推定画像は短冊状の画素で構成され、中間推定画素値b00、b10、b20、・・・が算出される。この画素値は、加算前画素の2画素が加算された画素値に対応するため、1回目の推定において、4画素加算値から2画素加算値を算出することになる。例えば、b00は、v00’、v01’の加算画素に対応し、b01は、v01’、v02’の加算画素に対応し、b00とb01は、重畳領域v01’で重畳している。すなわち、中間推定画像の画素値は、2画素の加算画素値を垂直方向(または水平方向)に重畳しながら画素シフトして取得した画素値に相当する。 Next, as shown in B3, an intermediate estimated image (estimated image 1) is estimated from the captured image. At this time, the intermediate estimated image is composed of strip-like pixels, and intermediate estimated pixel values b 00 , b 10 , b 20 ,... Are calculated. Since this pixel value corresponds to the pixel value obtained by adding the two pre-addition pixels, the 2-pixel addition value is calculated from the 4-pixel addition value in the first estimation. For example, b 00 corresponds to the addition pixel of v 00 ′ and v 01 ′, b 01 corresponds to the addition pixel of v 01 ′ and v 02 ′, and b 00 and b 01 are the overlapping region v 01 ′. Is superimposed. That is, the pixel value of the intermediate estimated image corresponds to a pixel value obtained by pixel shift while superimposing the added pixel value of two pixels in the vertical direction (or horizontal direction).

B4に示すように、中間推定画像から最終的な推定画素v00、v10、v20、・・・を算出し、最終推定画像(推定画像2)を推定する。最終的な推定値の推定精度が十分良い場合には、加算前画像と最終推定画像の画素値は同値になる。 As shown in B4, final estimated pixels v 00 , v 10 , v 20 ,... Are calculated from the intermediate estimated image, and a final estimated image (estimated image 2) is estimated. When the estimation accuracy of the final estimated value is sufficiently good, the pixel values of the pre-addition image and the final estimated image are the same value.

図8を用いて、aijからbijを推定する手法について説明する。図8には、重複領域のある加算画素aijの水平方向の最初の行を例に示す。シフト順に画素値をa00、a10とすると、下式(5)となる。b00を未知数とし、中間推定画素値b10、b20をb00の関数として求めると、下式(5)より下式(6)が求められる。

Figure 2012015872
Figure 2012015872
A method for estimating b ij from a ij will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows an example of the first row in the horizontal direction of the addition pixel a ij having an overlapping region. When the pixel values are a 00 and a 10 in the order of shift, the following equation (5) is obtained. When b 00 is an unknown and the intermediate estimated pixel values b 10 and b 20 are obtained as a function of b 00 , the following equation (6) is obtained from the following equation (5).
Figure 2012015872
Figure 2012015872

上式(6)のように、b00を未知数としてb00、b10、b20の組合せパターンが求められるが、未知数b00の絶対値は分からない。そのため、未知数b00の算出または設定が必要である。そこで、下式(7)に示すように、加算画素値によるパターン{a00、a10}と中間推定画素値によるパターン{b00、b10、b20}を比較し、その誤差Eが最小となる未知数b00を導出する。例えば、誤差Eは、下式(7)に示す誤差Eにより求められ、このEが最小となるb00を求める。そして、その求めた値を中間推定画素値b00として設定し、上式(6)に代入して中間推定画素値b10、b20を求める。

Figure 2012015872
As in the above equation (6), b a b 00 a unknown 00, b 10, the combination pattern of the b 20 are determined, we do not know the absolute value of the unknown b 00. Therefore, it is necessary to calculate or set the unknown b 00. Therefore, as shown in the following equation (7), the pattern {a 00 , a 10 } based on the added pixel value is compared with the pattern {b 00 , b 10 , b 20 } based on the intermediate estimated pixel value, and the error E is minimized. An unknown number b 00 is derived. For example, the error E is obtained by the error E j shown in the following equation (7), and b 00 that minimizes this E j is obtained. Then, the obtained value is set as an intermediate estimated pixel value b 00 and substituted into the above equation (6) to obtain intermediate estimated pixel values b 10 and b 20 .
Figure 2012015872

なお、上記と同様の手法によりbijからvijが推定される。すなわち、v00を未知数として、推定画素値v00、v01、v02をv00の関係式で表す。そして、パターン{v00、v01、v02}とパターン{b00、b01}の誤差を求め、その誤差が最小となるv00を求め、そのv00を関係式に代入してv01、v02を求める。このようにして、4つの加算画素値a00、a10、a01、a11から、4つの中間推定画素値b00、b10、b01、b11、を推定し、その4つの中間画素値から4つの推定画素値v00、v10、v01、v11を推定する。 Note that v ij is estimated from b ij by the same method as described above. That is, v 00 as unknowns, representing the estimated pixel values v 00, v 01, v 02 in relation of v 00. Then, an error between the pattern {v 00 , v 01 , v 02 } and the pattern {b 00 , b 01 } is obtained, v 00 at which the error is minimized is obtained, and the v 00 is substituted into the relational expression to obtain v 01. , seek v 02. In this way, four intermediate estimated pixel values b 00 , b 10 , b 01 , b 11 are estimated from the four added pixel values a 00 , a 10 , a 01 , a 11, and the four intermediate pixels are estimated. Four estimated pixel values v 00 , v 10 , v 01 , v 11 are estimated from the values.

4.画素値の第1の推定手法
次に、上記の基本推定手法を用いた第1の推定手法について説明する。図9に、最尤画像推定部120の第1の構成例として、第1の推定手法により画素値を求める場合の構成例を示す。この最尤画像推定部は、推定演算部200、画像出力部210を含む。
4). First Estimation Method for Pixel Value Next, a first estimation method using the above basic estimation method will be described. FIG. 9 shows a configuration example in the case where the pixel value is obtained by the first estimation method as a first configuration example of the maximum likelihood image estimation unit 120. The maximum likelihood image estimation unit includes an estimation calculation unit 200 and an image output unit 210.

推定演算部200は、各推定画素値vijに対して複数の候補を求め、その候補から最終的な推定画素値vijを選択する。具体的には、推定演算部200は、画素値推定部220、判定部230(選択部)を含む。画素値推定部220は、異なる加算画素値aijの組み合わせから、上記の基本推定手法を用いて1つのvijに対して複数の候補を求める。判定部230は、隣接する加算画素値aijの水平方向と垂直方向の差分値を求め、その差分値の大小関係を判定し、その判定結果から最終的な推定画素値vijを決定する。 Estimation calculation section 200 obtains a plurality of candidates for each estimated pixel values v ij, selects the final estimated pixel values v ij from the candidates. Specifically, the estimation calculation unit 200 includes a pixel value estimation unit 220 and a determination unit 230 (selection unit). The pixel value estimation unit 220 obtains a plurality of candidates for one v ij from the combination of different added pixel values a ij using the above basic estimation method. The determination unit 230 obtains a difference value between adjacent horizontal pixel values a ij in the horizontal direction and the vertical direction, determines a magnitude relationship between the difference values, and determines a final estimated pixel value v ij from the determination result.

画像出力部210は、推定画素値vijに基づいて高解像画像を出力する。図2等で上述のように、ベイヤ配列の撮像素子で取得した加算画素値から推定画素を求めると、元の撮像素子のベイヤ配列に対応したモザイク画像が求められる。この場合、画像出力部210は、推定した高解像のモザイク画像をデモザイキング処理し、カラーの高解像静止画を出力する。また、画像出力部210は、階調変換処理やフィルタ処理等の画像処理を行ってもよい。 The image output unit 210 outputs a high resolution image based on the estimated pixel value v ij . As described above with reference to FIG. 2 and the like, when the estimated pixel is obtained from the added pixel value obtained by the Bayer array image sensor, a mosaic image corresponding to the Bayer array of the original image sensor is obtained. In this case, the image output unit 210 performs demosaicing processing on the estimated high-resolution mosaic image, and outputs a color high-resolution still image. Further, the image output unit 210 may perform image processing such as gradation conversion processing and filter processing.

図10を用いて、v11に対して4つの候補を求める場合を例に、各推定画素値に対して複数の候補を求める手法について説明する。図10に示すように、第1のパターンでは、加算画素a00、a10、a01、a11からv11の候補画素を算出する。第2のパターンでは、加算画素a10、a20、a11、a21からv11の候補画素を算出する。第3のパターンでは、加算画素a01、a11、a02、a12からv11の候補画素を算出する。第4のパターンでは、加算画素a11、a21、a12、a22からv11の候補画素を算出する。このように、重複領域のある加算画素の4通りの組み合わせからv11を算出し、4つの候補画素を得ることができる。 With reference to FIG. 10, an example case of obtaining four candidate against v 11, it will be described a method of obtaining a plurality of candidates for each estimated pixel value. As shown in FIG. 10, in the first pattern, candidate pixels of addition pixels a 00 , a 10 , a 01 , a 11 to v 11 are calculated. In the second pattern, candidate pixels of v 11 are calculated from the addition pixels a 10 , a 20 , a 11 , a 21 . In the third pattern, and calculates the candidate pixel pixel-sum a 01, a 11, a 02 , a 12 from v 11. In the fourth pattern, v 11 candidate pixels are calculated from the added pixels a 11 , a 21 , a 12 , and a 22 . In this way, v 11 can be calculated from four combinations of addition pixels having overlapping regions, and four candidate pixels can be obtained.

図11に、第1の推定手法により画素値を推定する処理のフローチャートを示す。この処理が開始されると、撮影画像から画素値を推定する処理の対象となる推定対象画素(例えば、図10におけるv11の位置の画素)を設定する(ステップS1)。次に、推定対象画素を含む加算画素から候補画素値を算出する。すなわち、図10に示す4通りの加算画素の組み合わせより、それぞれの組み合わせに対応した候補画素値を算出する(ステップS2)。 FIG. 11 shows a flowchart of processing for estimating a pixel value by the first estimation method. When this process is started, it sets the estimated target pixel to be processed for estimating the pixel values from the captured image (e.g., the position of the pixel of v 11 in FIG. 10) (step S1). Next, a candidate pixel value is calculated from the addition pixel including the estimation target pixel. That is, candidate pixel values corresponding to each combination are calculated from the four combinations of addition pixels shown in FIG. 10 (step S2).

次に、算出された4つの候補画素値から確からしさを判定して適切な推定画素値を選択する(ステップS3)。次に、画像を構成する全ての画素の推定が終了したか判断する(ステップS4)。全ての画素の推定が終了していなければ対象画素の位置を変えて推定画素の演算を引き続き行う(NO)。全ての画素の推定が終了していれば推定処理を終了する(YES)。この処理フローは最尤画像推定部120により行われ、処理が完了するとメモリ110に推定画像が記憶される。記憶された推定画像は高精細静止画として記録媒体124に書き込まれる。   Next, the probability is determined from the calculated four candidate pixel values, and an appropriate estimated pixel value is selected (step S3). Next, it is determined whether the estimation of all the pixels constituting the image has been completed (step S4). If the estimation of all the pixels has not been completed, the calculation of the estimated pixel is continued by changing the position of the target pixel (NO). If all pixels have been estimated, the estimation process ends (YES). This processing flow is performed by the maximum likelihood image estimation unit 120. When the processing is completed, the estimated image is stored in the memory 110. The stored estimated image is written to the recording medium 124 as a high-definition still image.

図12に、4つの候補画素値から確からしさを判定する処理(図11のステップS3)の詳細なフローチャートを示す。この処理が開始されると、加算画素値aijから差分値D1〜D4を算出する(ステップS10〜S13)。図13を用いて、v11を推定する場合を例に、差分値D1〜D4について説明する。図13に示すように、4つの候補を求めるために9つの加算画素を用いる。このとき、差分値D1は、1行目と2行目の加算画素の垂直方向の差分値の和であり、差分値D2は、2行目と3行目の加算画素の垂直方向の差分値の和である。差分値D3は、1列目と2列目の加算画素の水平方向の差分値の和であり、差分値D4は、2列目と3列目の加算画素の水平方向の差分値の和である。このように、隣接する列間あるいは行間の画素値の差分を演算し合計値を算出する。 FIG. 12 shows a detailed flowchart of the process of determining the probability from the four candidate pixel values (step S3 in FIG. 11). When this process is started, and calculates a difference value D1~D4 from the addition pixel value a ij (step S10 to S13). With reference to FIG. 13, as an example the case of estimating the v 11, described difference value D1 to D4. As shown in FIG. 13, nine addition pixels are used to obtain four candidates. At this time, the difference value D1 is the sum of the vertical difference values of the added pixels in the first and second rows, and the difference value D2 is the vertical difference value of the added pixels in the second and third rows. Is the sum of The difference value D3 is the sum of the horizontal difference values of the addition pixels in the first and second columns, and the difference value D4 is the sum of the horizontal difference values of the addition pixels in the second and third columns. is there. In this way, the difference between pixel values between adjacent columns or rows is calculated to calculate the total value.

図12に示すように、次にD1とD2を比較する(ステップS14)。D1が小さい場合(YES)、さらにD3とD4を比較する(ステップS15)。D3が小さい場合(YES)、第1のパターンの組み合わせから算出した推定値を選択する(ステップS16)。D4がD3以下の場合(NO)、第3のパターンの組み合わせから算出した推定値を選択する(ステップS17)。ステップS14においてD2がD1以下の場合(NO)、D3とD4を比較する(ステップS18)。D3が小さい場合(YES)、第2のパターンの組み合わせから算出した推定値を選択する(ステップS19)。D4がD3以下の場合(NO)、第4のパターンの組み合わせから算出した推定値を選択する(ステップS20)。このようにして、水平方向と垂直方向の差分値がより小さい組み合わせパターンから求めた候補が選択される。推定画素値の選択が完了すると処理を終了する。   As shown in FIG. 12, D1 and D2 are then compared (step S14). If D1 is small (YES), D3 and D4 are further compared (step S15). If D3 is small (YES), the estimated value calculated from the first pattern combination is selected (step S16). If D4 is equal to or less than D3 (NO), the estimated value calculated from the combination of the third patterns is selected (step S17). If D2 is equal to or less than D1 in step S14 (NO), D3 and D4 are compared (step S18). When D3 is small (YES), the estimated value calculated from the combination of the second patterns is selected (step S19). When D4 is equal to or less than D3 (NO), an estimated value calculated from the combination of the fourth patterns is selected (step S20). In this way, a candidate obtained from a combination pattern having a smaller difference value between the horizontal direction and the vertical direction is selected. When the selection of the estimated pixel value is completed, the process ends.

さて、上述のように、デジタルカメラでは、動画撮影中に高解像な静止画を得ることが困難という課題がある。また、動画から高解像画像を推定する際の推定精度を向上するという課題がある。また、低解像動画から高解像静止画を得る超解像処理(例えば、上述の特許文献1、2)は、演算量が多く処理負荷が大きいという課題や、初期値設定のための領域を探索する必要があるという課題がある。   As described above, the digital camera has a problem that it is difficult to obtain a high-resolution still image during moving image shooting. In addition, there is a problem of improving estimation accuracy when estimating a high resolution image from a moving image. In addition, the super-resolution processing (for example, Patent Documents 1 and 2 described above) that obtains a high-resolution still image from a low-resolution moving image has a problem of a large amount of calculation and a large processing load, and an area for initial value setting. There is a problem that it is necessary to search.

この点、本実施形態によれば、図2等に示すように、画像取得部130は、加算画素値aijを取得する単位である受光単位を撮像素子104の複数の画素毎に設定する(例えば、a00の受光単位はG100、G120、G102、G122を含む)。画像取得部130は、その受光単位を重畳しながら(a00とa10はG120とG122で重畳)順次画素シフトさせつつ(所定の周期(4フレーム)で受光単位をa00、a10、a11、a01に順次シフト)、その受光単位に含まれる複数の画素の画素値が加算された加算画素値aijを取得する。 In this regard, according to the present embodiment, as illustrated in FIG. 2 and the like, the image acquisition unit 130 sets a light reception unit, which is a unit for acquiring the added pixel value a ij, for each of the plurality of pixels of the image sensor 104 ( For example, the light receiving unit of a 00 includes G1 00 , G1 20 , G1 02 , G1 22 ). Image acquisition unit 130, while superimposing the light receiving unit (a 00 and a 10 are G1 20 and superimposed G1 22) while sequentially pixel shifted light receiving units (a predetermined period (4 frames) a 00, a 10 , A 11 and a 01 are sequentially shifted), and an added pixel value a ij obtained by adding the pixel values of a plurality of pixels included in the light receiving unit is obtained.

そして、図6に示すように、記憶部(記録媒体124、またはメモリ110)は、加算画素値aijによる低解像フレーム画像PD〜PDn+2を記憶する。図7に示すように、推定演算部200は、記憶部に記憶された複数の低解像フレーム画像(B2に示す、4フレーム分の加算画素値aij)に基づいて、受光単位に含まれる各画素の画素値(B4に示す推定画素値vij)を推定する。画像出力部210は、推定演算部200により推定された画素値vijに基づいて、低解像フレーム画像よりも高解像度の高解像フレーム画像を出力する。 Then, as illustrated in FIG. 6, the storage unit (the recording medium 124 or the memory 110) stores the low-resolution frame images PD 1 to PD n + 2 based on the added pixel value a ij . As shown in FIG. 7, the estimation calculation unit 200 is included in the light receiving unit based on a plurality of low-resolution frame images (added pixel values a ij for four frames shown in B2) stored in the storage unit. The pixel value of each pixel (estimated pixel value v ij shown in B4) is estimated. The image output unit 210 outputs a high resolution frame image having a higher resolution than the low resolution frame image based on the pixel value v ij estimated by the estimation calculation unit 200.

このとき、図12に示すように、推定演算部200は、推定対象画素v11の推定に用いられる複数の加算画素値a00〜a22のうち隣り合う加算画素値の変化量(差分値D1〜D4)を求め、その変化量に基づいて推定対象画素の画素値v11を推定する。 At this time, as illustrated in FIG. 12, the estimation calculation unit 200 includes a change amount (difference value D1) of adjacent addition pixel values among the plurality of addition pixel values a 00 to a 22 used for estimation of the estimation target pixel v 11. to D4) the calculated estimates the pixel value v 11 of the estimation target pixel based on the amount of change.

これにより、簡素な処理により動画から高解像な静止画を得ること等が可能になる。具体的には、受光単位を重畳しながら順次画素シフトさせつつ取得された加算画素値aijを用いて画素値vijを推定することで、推定処理を簡素化し、比較的演算量が少なく回路規模も小さい処理によって高精細静止画を生成することができる。これにより、動画撮影時に高精細静止画を撮影する機能を有するデジタルカメラを、より低コストで開発できる。 Thereby, it is possible to obtain a high-resolution still image from a moving image by a simple process. Specifically, by estimating the pixel value v ij using the added pixel value a ij acquired while sequentially shifting the pixels while superimposing the light receiving units, the estimation process is simplified and the circuit has a relatively small amount of calculation. A high-definition still image can be generated by processing with a small scale. Thereby, a digital camera having a function of shooting a high-definition still image at the time of moving image shooting can be developed at a lower cost.

また、隣り合う加算画素値の変化量に基づいて画素値を推定することで、隣り合う加算画素値の変化量を考慮した推定が可能になる。そのため、変化量を考慮しない推定(例えば、図10に示すパターン1のみ用いる推定)に比べて、画素値の推定精度を向上できる。   Further, by estimating the pixel value based on the change amount of the adjacent addition pixel value, it is possible to perform the estimation considering the change amount of the adjacent addition pixel value. Therefore, the estimation accuracy of the pixel value can be improved as compared with the estimation that does not consider the amount of change (for example, estimation using only the pattern 1 shown in FIG. 10).

また、動画から静止画を取得できるため、静止画撮影のために動画撮影を中断する必要がなくなる。また、動画中の任意タイミングの静止画を動画撮影後に得られるため、シャッターを押して静止画を撮る場合に比べて、シャッターチャンスを逃す心配がない。   In addition, since a still image can be acquired from a moving image, there is no need to interrupt the moving image shooting for still image shooting. In addition, since a still image at an arbitrary timing in a moving image can be obtained after shooting the moving image, there is no fear of missing a photo opportunity as compared with a case where a still image is shot by pressing the shutter.

また、本実施形態では、図13に示すように、推定演算部200は、隣り合う加算画素値の変化量として、複数の加算画素値a00〜a22のうち水平方向に隣り合う加算画素値の差分D3、D4と、垂直方向に隣り合う加算画素値の差分D1、D2を求める。 In this embodiment, as shown in FIG. 13, the estimation calculation unit 200 uses the addition pixel values adjacent in the horizontal direction among the plurality of addition pixel values a 00 to a 22 as the change amount of the adjacent addition pixel values. Differences D3 and D4 and differences D1 and D2 between the addition pixel values adjacent in the vertical direction are obtained.

このようにすれば、水平方向に隣り合う加算画素値の差分と、垂直方向に隣り合う加算画素値の差分に基づいて、推定対象画素の画素値を推定できる。図15に示すように、加算画素値の差分が小さいほど推定誤差も小さくなるため、加算画素値の差分を考慮した推定を行うことで推定精度を向上できる。   In this way, the pixel value of the estimation target pixel can be estimated based on the difference between the addition pixel values adjacent in the horizontal direction and the difference between the addition pixel values adjacent in the vertical direction. As shown in FIG. 15, the smaller the difference between the addition pixel values, the smaller the estimation error. Therefore, the estimation accuracy can be improved by performing the estimation taking into account the difference between the addition pixel values.

また、本実施形態では、図9に示すように、推定演算部200は、画素値推定部220と、判定部230を含む。画素値推定部220は、推定対象画素に対して複数の候補画素値を求める。そして、判定部230は、その複数の候補画素値の中から変化量が小さい候補画素値を判定し、判定された候補画素値を推定対象画素の画素値として出力する。   In the present embodiment, as illustrated in FIG. 9, the estimation calculation unit 200 includes a pixel value estimation unit 220 and a determination unit 230. The pixel value estimation unit 220 obtains a plurality of candidate pixel values for the estimation target pixel. Then, the determination unit 230 determines a candidate pixel value having a small change amount from the plurality of candidate pixel values, and outputs the determined candidate pixel value as a pixel value of the estimation target pixel.

具体的には、図10に示すように、画素値推定部220は、各候補画素値で異なる組み合わせの加算画素値(パターン1〜4の組み合わせのaij)を用いて、複数の候補画素値(パターン1〜4に対応するv11)を推定する。図12に示すように、判定部230は、その複数の候補画素値の推定に用いられる加算画素値(パターン1〜4に含まれる全てのaij。図13に示すa00〜a22)から変化量を求める(ステップS10〜S13)。そして、判定部230は、その異なる組み合わせのうち変化量が小さくなる組み合わせを判定(ステップS14等)する。判定部230は、判定された組み合わせに対応する候補画素値を、推定対象画素の画素値v11として出力する(ステップS16等)。 Specifically, as illustrated in FIG. 10, the pixel value estimation unit 220 uses a plurality of candidate pixel values by using different combinations of added pixel values (a ij of combinations of patterns 1 to 4) for each candidate pixel value. (V 11 corresponding to the patterns 1 to 4) is estimated. As illustrated in FIG. 12, the determination unit 230 determines the addition pixel values (all a ij included in the patterns 1 to 4 included in the patterns 1 to 4, a 00 to a 22 illustrated in FIG. 13) used for the estimation of the plurality of candidate pixel values. A change amount is obtained (steps S10 to S13). Then, the determination unit 230 determines a combination with a small change amount among the different combinations (step S14 and the like). Determination unit 230, the candidate pixel values corresponding to the determined combination, and outputs the pixel value v 11 of the estimated target pixel (step S16 etc.).

このようにすれば、異なる組み合わせの加算画素値から複数の候補画素値を求め、各組み合わせに対応する変化量の大小関係を比較することで、変化量が小さい組み合わせを判定できる。また、変化量が小さい加算画素値の組み合わせから求めた候補画素値を選択できるため、推定対象画素の推定誤差を低減できる。   In this way, it is possible to determine a combination with a small amount of change by obtaining a plurality of candidate pixel values from the added pixel values of different combinations and comparing the magnitude relationship of the amount of change corresponding to each combination. Moreover, since the candidate pixel value calculated | required from the combination of the addition pixel value with a small variation | change_quantity can be selected, the estimation error of an estimation object pixel can be reduced.

なお、上記実施形態では、4つの候補画素から1つの候補画素を選択したが、本実施形態では、変化量に応じた重み付け係数により4つの候補画素値を重み付け加算して、推定対象画素の画素値を求めてもよい。具体的には、パターン1〜4の候補画素値をvk〜vkとし、重み付け係数をw〜wとする場合に、v11=w・vk+w・vk+w・vk+w・vkにより画素値v11を求める。そして、差分値が小さいと判定されたパターンの重み付け係数を1とし、他の係数を0とする。例えば、パターン1が選択された場合、w=1、w=w=w=0とする。 In the above embodiment, one candidate pixel is selected from the four candidate pixels. However, in this embodiment, the four candidate pixel values are weighted and added by the weighting coefficient corresponding to the amount of change, and the pixel of the estimation target pixel A value may be obtained. Specifically, when the candidate pixel values of patterns 1 to 4 are vk 1 to vk 4 and the weighting coefficients are w 1 to w 4 , v 11 = w 1 · vk 1 + w 2 · vk 2 + w 3 · The pixel value v 11 is obtained by vk 3 + w 4 · vk 4 . The weighting coefficient of the pattern determined to have a small difference value is set to 1, and the other coefficients are set to 0. For example, when the pattern 1 is selected, w 1 = 1, w 2 = w 3 = w 4 = 0.

また、本実施形態では、画素シフトにより受光単位が、第1のポジションと第1のポジションの次の第2のポジションに順次設定される。第1、第2のポジションの受光単位は重畳する。そして、画素値推定部220は、第1、第2のポジションの受光単位の受光値の差分値を求める。画素値推定部220は、第1のポジションの受光単位から重畳領域を除いた第1の受光領域の受光値である第1の中間画素値(第1の中間推定画素値)と、第2のポジションの受光単位から重畳領域を除いた第2の受光領域の受光値である第2の中間画素値(第2の中間推定画素値)との関係式を、差分値を用いて表す。画素値推定部220は、その関係式を用いて第1、第2の中間画素値を推定し、推定した第1の中間画素値を用いて受光単位の各画素の画素値を求める。   In the present embodiment, the light receiving unit is sequentially set to the first position and the second position next to the first position by the pixel shift. The light receiving units at the first and second positions overlap. Then, the pixel value estimation unit 220 calculates a difference value between the light reception values of the light reception units at the first and second positions. The pixel value estimation unit 220 includes a first intermediate pixel value (first intermediate estimated pixel value) that is a light reception value of the first light reception region obtained by removing the overlap region from the light reception unit of the first position, and a second A relational expression with a second intermediate pixel value (second intermediate estimated pixel value) that is a light reception value of the second light reception region obtained by removing the overlap region from the light reception unit of the position is expressed using a difference value. The pixel value estimation unit 220 estimates the first and second intermediate pixel values using the relational expression, and obtains the pixel value of each pixel of the light receiving unit using the estimated first intermediate pixel value.

例えば、図7に示すように、受光値a00を取得する第1のポジションに受光単位が設定され、次のフレームでは、受光値a10を取得する第2のポジションに受光単位が設定される。これらの受光単位は、推定画素v10、v11を含む領域において重畳する。推定画素v00、v01を含む領域が第1の受光領域に対応し、その領域の中間画素値b00が第1の中間画素値に対応する。また、推定画素v20、v21を含む領域が第2の受光領域に対応し、その領域の中間画素値b20が第2の中間画素値に対応する。そして、図8で説明したように、受光値a00、a10の差分値δiが求められ、関係式b20=b00+δiが求められる。未知数b00が推定され、関係式を用いてb20が推定される。b00を用いて、推定画素値v00、v01が求められる。 For example, as shown in FIG. 7, the first position to the light receiving unit to obtain the received-light value a 00 is set, in the next frame, the light-receiving unit is set to the second position for obtaining the received-light value a 10 . These light receiving units are overlapped in a region including the estimated pixels v 10 and v 11 . A region including the estimated pixels v 00 and v 01 corresponds to the first light receiving region, and an intermediate pixel value b 00 of the region corresponds to the first intermediate pixel value. In addition, a region including the estimated pixels v 20 and v 21 corresponds to the second light receiving region, and an intermediate pixel value b 20 in the region corresponds to the second intermediate pixel value. Then, as described with reference to FIG. 8, the difference value δi 0 between the received light values a 00 and a 10 is obtained, and the relational expression b 20 = b 00 + δi 0 is obtained. An unknown number b 00 is estimated, and b 20 is estimated using a relational expression. Estimated pixel values v 00 and v 01 are obtained using b 00 .

このようにすれば、重畳シフトされた受光値から中間画素値を一旦推定し、その重畳シフトされた中間画素値から推定画素値を求めることで、高解像画像の推定処理を簡素化できる。例えば、上述の特許文献1に比べて、超解像処理の演算量を少なくできるため、回路規模を抑制できる。また、上述の特許文献2に比べて、初期値設定のための特殊領域を撮像画像から探索する必要がなくなる。   In this way, the estimation process of the high resolution image can be simplified by once estimating the intermediate pixel value from the superposed shifted light reception value and obtaining the estimated pixel value from the superposed shifted intermediate pixel value. For example, compared with the above-mentioned Patent Document 1, the amount of calculation for super-resolution processing can be reduced, so that the circuit scale can be suppressed. Further, as compared with Patent Document 2 described above, it is not necessary to search for a special area for setting an initial value from a captured image.

また、本実施形態では、画素値推定部220は、第1、第2の中間画素値を含む連続する中間画素値を中間画素値パターンとする場合に、その中間画素値パターンに含まれる中間画素値間の関係式を、第1、第2のポジションの加算画素値を用いて表す。画素値推定部220は、第1、第2のポジションの加算画素値を含む連続する加算画素値を加算画素値パターンとする場合に、中間画素値間の関係式で表された中間画素値パターンと加算画素値パターンとを比較して類似性を評価する。そして、画素値推定部220は、類似性の評価結果に基づいて、その類似性が最も高くなるように中間画素値パターンに含まれる中間画素値を決定する。   In the present embodiment, the pixel value estimation unit 220 uses the intermediate pixels included in the intermediate pixel value pattern when successive intermediate pixel values including the first and second intermediate pixel values are used as the intermediate pixel value pattern. A relational expression between the values is expressed using the added pixel values of the first and second positions. The pixel value estimation unit 220 uses an intermediate pixel value pattern represented by a relational expression between intermediate pixel values when successive addition pixel values including the addition pixel values at the first and second positions are used as the addition pixel value pattern. And the added pixel value pattern are compared to evaluate the similarity. Then, the pixel value estimation unit 220 determines an intermediate pixel value included in the intermediate pixel value pattern based on the similarity evaluation result so that the similarity becomes the highest.

例えば、図8で説明したように、連続する中間画素値{b00、b10、b20}が中間画素値パターンに対応し、上式(6)に示すように、{b00、b10、b20}間の関係式が受光値a00、a10を用いて表される。そして、中間画素値パターン{b00、b10、b20}と受光値パターン{a00、a10}を比較し、評価関数Eで表される類似性が最も高くなるように{b00、b10、b20}の値が決定される。ここで、受光値パターン{a00、a10}は、水平方向又は垂直方向に連続する(連続する順番の)受光値である。 For example, as described with reference to FIG. 8, successive intermediate pixel values {b 00 , b 10 , b 20 } correspond to the intermediate pixel value pattern, and as shown in the above equation (6), {b 00 , b 10 , B 20 } is expressed using received light values a 00 , a 10 . Then, the intermediate pixel value pattern {b 00 , b 10 , b 20 } and the received light value pattern {a 00 , a 10 } are compared, and {b 00 so that the similarity represented by the evaluation function E j is the highest. , B 10 , b 20 } are determined. Here, the light reception value pattern {a 00 , a 10 } is a light reception value that is continuous in the horizontal direction or the vertical direction (in a continuous order).

このようにすれば、受光単位が重畳されながら画素シフトされることで取得された複数の受光値に基づいて、中間画素値を推定できる。   In this way, it is possible to estimate the intermediate pixel value based on a plurality of light reception values acquired by pixel shifting while superimposing the light reception units.

また、本実施形態では、画素値推定部220は、中間画素値間の関係式で表された中間画素値パターンと加算画素値パターンとの誤差を表す評価関数を求め、その評価関数の値が最小となるように中間画素値パターンに含まれる中間画素値を決定する。   In the present embodiment, the pixel value estimation unit 220 obtains an evaluation function representing an error between the intermediate pixel value pattern and the added pixel value pattern expressed by the relational expression between the intermediate pixel values, and the value of the evaluation function is The intermediate pixel value included in the intermediate pixel value pattern is determined so as to be minimized.

例えば、上式(6)、(7)に示すように、中間画素値パターン{b00、b10、b20}が未知数b00の関数として表され、中間画素値パターン{b00、b10、b20}と受光値パターン{a00、a10}との誤差が評価関数Eで表される。そして、評価関数Eの値が最小となる未知数b00=α(初期値)が求められ、求められたb00を上式(6)に代入してb00〜b20の値が決定される。 For example, as shown in the above formulas (6) and (7), the intermediate pixel value pattern {b 00 , b 10 , b 20 } is represented as a function of the unknown b 00 , and the intermediate pixel value pattern {b 00 , b 10 , B 20 } and the received light value pattern {a 00 , a 10 } are represented by an evaluation function E j . Then, an unknown number b 00 = α (initial value) that minimizes the value of the evaluation function E j is obtained, and the obtained values of b 00 to b 20 are determined by substituting the obtained b 00 into the above equation (6). The

このようにすれば、誤差を評価関数で表し、その評価関数の極小値に対応する中間画素値を求めることで、中間画素値の値を推定できる。例えば、上述のように最小二乗法を用いて未知数を求めることで、簡素な処理で中間画素推定の初期値を設定できる。すなわち、上述の特許文献2に比べて、初期値設定のための領域を探索することが不要である。   In this way, the value of the intermediate pixel value can be estimated by expressing the error by the evaluation function and obtaining the intermediate pixel value corresponding to the minimum value of the evaluation function. For example, as described above, the initial value of the intermediate pixel estimation can be set with a simple process by obtaining the unknown using the least square method. That is, it is not necessary to search for an area for setting an initial value as compared with the above-described Patent Document 2.

5.画素値の第2の推定手法
次に、上述の基本推定手法を用いた第2の推定手法について説明する。図14に、最尤画像推定部120の第2の構成例として、第2の推定手法により画素値を求める場合の構成例を示す。この最尤画像推定部は、推定演算部200、画像出力部210を含む。なお、図9等で上述の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
5. Second Estimation Method for Pixel Value Next, a second estimation method using the basic estimation method described above will be described. FIG. 14 shows a configuration example in the case where the pixel value is obtained by the second estimation method as a second configuration example of the maximum likelihood image estimation unit 120. The maximum likelihood image estimation unit includes an estimation calculation unit 200 and an image output unit 210. In FIG. 9 and the like, the same components as those described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.

推定演算部200は、中間推定画素値bijの推定手法を選択し、その選択した手法により求めた中間推定画素値bijから推定画素値vijを推定する。具体的には、推定演算部200は、画素値推定部220、判定部230(選択部)を含む。判定部230は、加算画素値aijを水平方向に高精細化して中間推定画素値bijを求めるか、加算画素値aijを垂直方向に高精細化して中間推定画素値bijを求めるかを判定する。画素値推定部220は、判定された方向にaijを高精細化してbijを求め、そのbijからvijを推定する。 Estimation calculation unit 200 selects a method of estimating the intermediate estimated pixel values b ij, to estimate the estimated pixel values v ij from the intermediate estimated pixel values b ij determined by the selected method. Specifically, the estimation calculation unit 200 includes a pixel value estimation unit 220 and a determination unit 230 (selection unit). Or determination unit 230, or obtains the intermediate estimated pixel values b ij and higher definition the sum pixel values a ij in the horizontal direction, obtaining the intermediate estimated pixel values b ij and higher definition the sum pixel values a ij vertically Determine. The pixel value estimation unit 220 obtains b ij by increasing the definition of a ij in the determined direction, and estimates v ij from the b ij .

図15〜図18を用いて、推定演算部200が行う処理について詳細に説明する。まず、推定誤差について説明する。上述のように、第1の推定手法では、推定候補画像を生成する際に水平方向の推定を行った後、垂直方向の推定を行う。これは、撮像素子104の出力は、一般的に水平ライン毎に出力されるためである。中間推定画素値bijの推定では、上式(7)に示す誤差Eが最小となる未知数b00を求めるが、加算画素値aijの組み合わせによって推定誤差Eの大きさが異なる。 The process which the estimation calculating part 200 performs is demonstrated in detail using FIGS. 15-18. First, the estimation error will be described. As described above, in the first estimation method, the estimation in the horizontal direction is performed when the estimation candidate image is generated, and then the estimation in the vertical direction is performed. This is because the output of the image sensor 104 is generally output for each horizontal line. In the estimation of the intermediate estimated pixel value b ij, the unknown b 00 that minimizes the error E j shown in the above equation (7) is obtained, but the magnitude of the estimated error E j differs depending on the combination of the added pixel values a ij .

図15に、この誤差Eの大きさの特性例を模式的に示す。図15には、推定に用いる加算画素の差分の絶対値を横軸とする場合の誤差の大きさ(推定値に対する誤差の割合)を示す。図15に示すように、推定に用いる加算画素の差分が大きくなると、発生する誤差も大きくなる。また、本実施形態では、水平方向と垂直方向に2回の推定演算を行うため、1回目の推定で推定値に誤差が発生すると2回目の推定値にも影響し、精度のよい推定値が得られない。そこで、第2の推定手法では、画素推定を行う方向の順番を制御することで、推定誤差を小さくする。 FIG. 15 schematically shows a characteristic example of the magnitude of the error E j . FIG. 15 shows the magnitude of error (ratio of error to estimated value) when the horizontal axis is the absolute value of the difference between the added pixels used for estimation. As shown in FIG. 15, when the difference between the addition pixels used for estimation increases, the generated error also increases. Further, in this embodiment, since the estimation calculation is performed twice in the horizontal direction and the vertical direction, if an error occurs in the estimated value in the first estimation, the second estimated value is also affected, and an accurate estimated value is obtained. I can't get it. Therefore, in the second estimation method, the estimation error is reduced by controlling the order of the direction in which pixel estimation is performed.

図16に、第2の推定手法により画素値を推定する処理のフローチャートを示す。この処理が開始されると、推定を行う処理ブロックを決定する(ステップS20)。この処理ブロックは、撮像画像の中の1回の推定処理で用いる加算画素の組み合わせであり、例えば4つの加算画素毎に設定される。例えば、第1の処理ブロックとして、a00、a10、a01、a11が設定され、第2の処理ブロックとしてa20、a30、a21、a31が設定される。あるいは、第2の処理ブロックとしてa10、a20、a11、a21が設定されてもよい。 FIG. 16 shows a flowchart of processing for estimating a pixel value by the second estimation method. When this process is started, a process block to be estimated is determined (step S20). This processing block is a combination of addition pixels used in one estimation process in the captured image, and is set for every four addition pixels, for example. For example, a 00 , a 10 , a 01 , and a 11 are set as the first processing block, and a 20 , a 30 , a 21 , and a 31 are set as the second processing block. Alternatively, a 10 , a 20 , a 11 , and a 21 may be set as the second processing block.

次に、処理ブロック内に属する加算画素の差分値から推定順序を決定する(ステップS21)。次に、その推定順序で中間推定画素値bijを推定し、bijから推定画素値vijを推定する(ステップS23)。次に、推定画像の生成が終了したか否かを判断し(ステップS23)、全ての画素の推定が終了した場合には処理を終了し(YES)、終了していない場合にはステップS20へ戻る(NO)。 Next, the estimation order is determined from the difference value of the addition pixels belonging to the processing block (step S21). Next, the intermediate estimated pixel value b ij is estimated in the estimation order, and the estimated pixel value v ij is estimated from b ij (step S23). Next, it is determined whether or not the generation of the estimated image has been completed (step S23). If all the pixels have been estimated, the process is terminated (YES), and if not, the process proceeds to step S20. Return (NO).

図17(A)に、推定順序を決定する処理(ステップS21)の詳細なフローチャートを示す。以下では、図17(B)に示すように、a00、a10、a01、a11を処理ブロックに設定した場合を例に説明する。この処理が開始されると、水平方向の画素値の変化量P1を演算する(ステップS30)。次に、垂直方向の画素値の変化量P2を演算する(ステップS31)。 FIG. 17A shows a detailed flowchart of the process for determining the estimation order (step S21). Hereinafter, as illustrated in FIG. 17B, a case where a 00 , a 10 , a 01 , and a 11 are set as processing blocks will be described as an example. When this process is started, the amount of change P1 in the horizontal pixel value is calculated (step S30). Next, the amount of change P2 in the vertical pixel value is calculated (step S31).

次に、変化量P1と変化量P2を比較し(ステップS32)、P1が小さい場合には水平方向に高解像化する(YES)。すなわち、図18のE1に示すように、加算画素値a00、a10、a01、a11から、水平1画素で垂直2画素の中間推定画素値b00、b10、b01、b11を推定し、第1の中間推定画像(推定画像1a)を求める(ステップS33)。次に、中間推定画素値b00、b10、b01、b11を用いて、最終的な推定画像を推定する(ステップS34)。一方、P2がP1以上の場合には、垂直方向に高解像化する(ステップS32、NO)。すなわち、図18のE2に示すように、加算画素値a00、a10、a01、a11から、水平2画素で垂直1画素の中間推定画素値c00、c01、c10、c11を推定し、第2の中間推定画像(推定画像1b)を求める(ステップS35)。次に、中間推定画素値c00、c01、c10、c11を用いて、最終的な推定画像を推定する(ステップS36)。最終的な推定画像が求まったら処理を終了する。 Next, the amount of change P1 and the amount of change P2 are compared (step S32). If P1 is small, the resolution is increased in the horizontal direction (YES). That is, as shown in E1 in FIG. 18, the addition pixel value a 00, a 10, a 01 , a 11 from the intermediate estimated pixel value b of the vertical two pixels in one horizontal pixel 00, b 10, b 01, b 11 And a first intermediate estimated image (estimated image 1a) is obtained (step S33). Next, a final estimated image is estimated using the intermediate estimated pixel values b 00 , b 10 , b 01 , and b 11 (step S34). On the other hand, if P2 is greater than or equal to P1, high resolution is achieved in the vertical direction (step S32, NO). That is, as indicated by E2 in FIG. 18, the sum pixel values a 00, a 10, a 01 , a 11, a horizontal second intermediate estimated pixel value of the vertical one pixel pixel c 00, c 01, c 10 , c 11 And a second intermediate estimated image (estimated image 1b) is obtained (step S35). Next, a final estimated image is estimated using the intermediate estimated pixel values c 00 , c 01 , c 10 and c 11 (step S36). When the final estimated image is obtained, the process is terminated.

上記実施形態によれば、図14に示すように、推定演算部200は、画素値推定部220と、判定部230を含む。画素値推定部220は、複数の推定手法の中から選択された推定手法により推定対象画素の画素値を推定する。判定部230は、各推定手法に対応する変化量を求め、複数の推定手法のうち変化量が小さい推定手法を判定して選択する。   According to the above embodiment, as shown in FIG. 14, the estimation calculation unit 200 includes a pixel value estimation unit 220 and a determination unit 230. The pixel value estimation unit 220 estimates the pixel value of the estimation target pixel using an estimation method selected from a plurality of estimation methods. The determination unit 230 obtains a change amount corresponding to each estimation method, and determines and selects an estimation method having a small change amount from among a plurality of estimation methods.

具体的には、図18に示すように、画素値推定部220は、水平方向に高解像化した後に垂直方向に高解像化する第1の推定手法(E1)と、垂直方向に高解像化した後に水平方向に高解像化する第2の推定手法(E2)の中から、選択された推定手法により推定対象画素の画素値を推定する。図17(A)に示すように、判定部230は、水平方向に隣り合う加算画素値の変化量である第1の変化量P1と、垂直方向に隣り合う加算画素値の変化量である第2の変化量P2を求める(ステップS30、S31)。そして、判定部230は、第1の変化量P1が第2の変化量P2より小さいと判定した場合には、第1の推定手法を選択する(ステップS33)。一方、判定部230は、第2の変化量P2が第1の変化量P1より小さいと判定した場合には、第2の推定手法を選択する(ステップS35)。   Specifically, as illustrated in FIG. 18, the pixel value estimation unit 220 includes a first estimation method (E1) in which high resolution is achieved in the horizontal direction and then high resolution in the vertical direction, and high in the vertical direction. The pixel value of the pixel to be estimated is estimated by the estimation method selected from the second estimation method (E2) that performs high resolution in the horizontal direction after the resolution. As illustrated in FIG. 17A, the determination unit 230 includes a first change amount P1 that is a change amount of the addition pixel value adjacent in the horizontal direction and a first change amount that is a change amount of the addition pixel value adjacent in the vertical direction. 2 change amount P2 is obtained (steps S30 and S31). If the determination unit 230 determines that the first change amount P1 is smaller than the second change amount P2, the determination unit 230 selects the first estimation method (step S33). On the other hand, if the determination unit 230 determines that the second change amount P2 is smaller than the first change amount P1, the determination unit 230 selects the second estimation method (step S35).

このようにすれば、第1の変化量と第2の変化量の大小関係を比較することで、第1の推定手法と第2の推定手法のうち変化量が小さい推定手法を判定できる。また、変化量が小さい推定手法により推定対象画素の画素値を推定できるため、推定対象画素の推定誤差を低減できる。   In this way, by comparing the magnitude relationship between the first change amount and the second change amount, an estimation method having a small change amount can be determined between the first estimation method and the second estimation method. Further, since the pixel value of the estimation target pixel can be estimated by an estimation method with a small change amount, the estimation error of the estimation target pixel can be reduced.

ここで、以上の実施形態では、最尤画像推定部120を構成する各部をハードウェアで構成することとしたが、これに限定されるものではない。例えば、撮像レンズ102やメカシャッター103や撮像素子104を含む撮像部を用いて予め取得された画像に対して、CPUが各部の処理を行う構成とし、CPUがプログラムを実行することによってソフトウェアとして実現することとしてもよい。あるいは、各部が行う処理の一部をソフトウェアで構成することとしてもよい。   Here, in the above embodiment, each unit configuring the maximum likelihood image estimation unit 120 is configured by hardware, but is not limited thereto. For example, it is configured such that the CPU processes each unit on an image acquired in advance using an imaging unit including the imaging lens 102, the mechanical shutter 103, and the imaging element 104, and is realized as software by the CPU executing a program. It is good to do. Alternatively, a part of processing performed by each unit may be configured by software.

撮像部を別体とし、最尤画像推定部120の各部が行う処理をソフトウェアとして実現する場合には、ワークステーションやパソコン等の公知のコンピュータシステムを画像処理装置として用いることができる。そして、最尤画像推定部120の各部が行う処理を実現するためのプログラム(画像処理プログラム)を予め用意し、この画像処理プログラムをコンピュータシステムのCPUが実行することによって実現できる。この場合、例えばCPUは、図11、図12、図16、図17(A)に示すフローチャートの処理を実行する。   When the imaging unit is separated and the processing performed by each unit of the maximum likelihood image estimation unit 120 is realized as software, a known computer system such as a workstation or a personal computer can be used as the image processing apparatus. Then, a program (image processing program) for realizing processing performed by each unit of the maximum likelihood image estimation unit 120 is prepared in advance, and this image processing program is executed by the CPU of the computer system. In this case, for example, the CPU executes the processes of the flowcharts shown in FIGS. 11, 12, 16, and 17A.

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語(混合、混合画素、中間画素値、推定画素等)と共に記載された用語(加算、加算画素、中間推定画素値、最終推定画素等)は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また最尤画像推定部、撮像装置等の構成、動作も本実施形態で説明したものに限定に限定されず、種々の変形実施が可能である。   Although the present embodiment has been described in detail as described above, it will be easily understood by those skilled in the art that many modifications can be made without departing from the novel matters and effects of the present invention. Accordingly, all such modifications are intended to be included in the scope of the present invention. For example, in the specification or the drawings, terms (addition, addition pixel, intermediate estimated pixel value, final estimation) described at least once together with different terms (mixed, mixed pixel, intermediate pixel value, estimated pixel, etc.) having a broader meaning or the same meaning Pixel etc.) may be replaced with the different terms anywhere in the specification or drawings. Further, the configurations and operations of the maximum likelihood image estimation unit, the imaging device, and the like are not limited to those described in the present embodiment, and various modifications can be made.

101 ボディ、102 撮像レンズ、103 メカシャッター、104 撮像素子、
107 A/D変換器、108 メカシャッター駆動部、109 撮像素子駆動部、
110 メモリ、111 AE処理部、112 AF処理部、
113 システムコントローラ、114 画像処理部、115 圧縮伸張部、
116 システムバス、117 レンズ制御部、118 UI制御部、
119 表示制御部、120 最尤画像推定部、121 記録媒体制御部、
124 記録媒体、130 画像取得部、200 推定演算部、210 画像出力部、
220 画素値推定部、230 判定部、
ij 加算画素値、bij,cij 中間推定画素値、vij 推定画素値、
δi 差分値、E 評価関数、f〜fn+4 フレーム、
PD-PDn+2 画像データ、T 撮像動作期間、D1〜D4 差分値、
P1 第1の変化量、P2 第2の変化量
101 body, 102 imaging lens, 103 mechanical shutter, 104 imaging device,
107 A / D converter, 108 mechanical shutter drive unit, 109 image sensor drive unit,
110 memory, 111 AE processing unit, 112 AF processing unit,
113 system controller, 114 image processing unit, 115 compression / decompression unit,
116 system bus, 117 lens control unit, 118 UI control unit,
119 display control unit, 120 maximum likelihood image estimation unit, 121 recording medium control unit,
124 recording medium, 130 image acquisition unit, 200 estimation calculation unit, 210 image output unit,
220 pixel value estimation unit, 230 determination unit,
a ij addition pixel value, b ij , c ij intermediate estimation pixel value, v ij estimation pixel value,
δi 0 difference value, E j evaluation function, f n to f n + 4 frames,
PD 1 -PD n + 2 image data, T n imaging operation period, D1 to D4 difference values,
P1 first change amount, P2 second change amount

Claims (9)

加算画素値を取得する単位である受光単位を撮像素子の複数の画素毎に設定し、前記受光単位を重畳しながら順次画素シフトさせつつ、前記受光単位に含まれる複数の画素の画素値が加算された前記加算画素値を取得する画像取得部と、
前記加算画素値による低解像フレーム画像を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された複数の低解像フレーム画像に基づいて、前記受光単位に含まれる各画素の画素値を推定する推定演算部と、
前記推定演算部により推定された画素値に基づいて、前記低解像フレーム画像よりも高解像度の高解像フレーム画像を出力する画像出力部と、
を含み、
前記推定演算部は、
推定対象画素の推定に用いられる複数の加算画素値のうち隣り合う加算画素値の変化量を求め、前記変化量に基づいて前記推定対象画素の画素値を推定することを特徴とする撮像装置。
A light receiving unit, which is a unit for obtaining an added pixel value, is set for each of a plurality of pixels of the image sensor, and pixel values of a plurality of pixels included in the light receiving unit are added while sequentially shifting the pixels while superimposing the light receiving units. An image acquisition unit for acquiring the added pixel value,
A storage unit for storing a low-resolution frame image based on the added pixel value;
Based on a plurality of low-resolution frame images stored in the storage unit, an estimation calculation unit that estimates a pixel value of each pixel included in the light receiving unit;
An image output unit that outputs a high-resolution frame image having a higher resolution than the low-resolution frame image based on the pixel value estimated by the estimation calculation unit;
Including
The estimation calculation unit includes:
An imaging apparatus, wherein a change amount of adjacent addition pixel values among a plurality of addition pixel values used for estimation of an estimation target pixel is obtained, and a pixel value of the estimation target pixel is estimated based on the change amount.
請求項1において、
前記推定演算部は、
前記隣り合う加算画素値の変化量として、前記複数の加算画素値のうち水平方向に隣り合う加算画素値の差分と、前記複数の加算画素値のうち垂直方向に隣り合う加算画素値の差分を求めることを特徴とする撮像装置。
In claim 1,
The estimation calculation unit includes:
As a change amount of the adjacent addition pixel values, a difference between the addition pixel values adjacent in the horizontal direction among the plurality of addition pixel values and a difference between the addition pixel values adjacent in the vertical direction among the plurality of addition pixel values. An imaging device characterized by being obtained.
請求項1または2において、
前記推定演算部は、
前記推定対象画素に対して複数の候補画素値を求める画素値推定部と、
前記複数の候補画素値の中から前記変化量が小さい候補画素値を判定し、判定された前記候補画素値を前記推定対象画素の画素値として出力する判定部と、
を有することを特徴とする撮像装置。
In claim 1 or 2,
The estimation calculation unit includes:
A pixel value estimation unit for obtaining a plurality of candidate pixel values for the estimation target pixel;
A determination unit that determines a candidate pixel value having a small amount of change from the plurality of candidate pixel values, and outputs the determined candidate pixel value as a pixel value of the estimation target pixel;
An imaging device comprising:
請求項3において、
前記画素値推定部は、
各候補画素値で異なる組み合わせの前記加算画素値を用いて、前記複数の候補画素値を推定し、
前記判定部は、
前記複数の候補画素値の推定に用いられる前記加算画素値から前記変化量を求め、前記異なる組み合わせのうち前記変化量が小さくなる組み合わせを判定し、判定された前記組み合わせに対応する候補画素値を、前記推定対象画素の画素値として出力することを特徴とする撮像装置。
In claim 3,
The pixel value estimating unit
Estimating the plurality of candidate pixel values using the summed pixel values in different combinations for each candidate pixel value;
The determination unit
The change amount is obtained from the added pixel values used for the estimation of the plurality of candidate pixel values, a combination in which the change amount is reduced among the different combinations is determined, and a candidate pixel value corresponding to the determined combination is determined. An image pickup apparatus that outputs a pixel value of the estimation target pixel.
請求項1または2において、
前記推定演算部は、
複数の推定手法の中から選択された推定手法により前記推定対象画素の画素値を推定する画素値推定部と、
各推定手法に対応する前記変化量を求め、前記複数の推定手法のうち前記変化量が小さい推定手法を判定して選択する判定部と、
を有することを特徴とする撮像装置。
In claim 1 or 2,
The estimation calculation unit includes:
A pixel value estimation unit that estimates a pixel value of the estimation target pixel by an estimation method selected from a plurality of estimation methods;
A determination unit that obtains the amount of change corresponding to each estimation method, and determines and selects an estimation method with a small amount of change among the plurality of estimation methods;
An imaging device comprising:
請求項5において、
前記画素値推定部は、
水平方向に高解像化した後に垂直方向に高解像化する第1の推定手法と、垂直方向に高解像化した後に水平方向に高解像化する第2の推定手法の中から、選択された推定手法により前記推定対象画素の画素値を推定し、
前記判定部は、
水平方向に隣り合う加算画素値の前記変化量である第1の変化量と、垂直方向に隣り合う加算画素値の前記変化量である第2の変化量を求め、
前記第1の変化量が前記第2の変化量より小さいと判定した場合には、前記第1の推定手法を選択し、
前記第2の変化量が前記第1の変化量より小さいと判定した場合には、前記第2の推定手法を選択することを特徴とする撮像装置。
In claim 5,
The pixel value estimating unit
From the first estimation method for high resolution in the vertical direction after high resolution in the horizontal direction and the second estimation method for high resolution in the horizontal direction after high resolution in the vertical direction, Estimating a pixel value of the estimation target pixel by the selected estimation method;
The determination unit
A first change amount that is the change amount of the addition pixel value adjacent in the horizontal direction and a second change amount that is the change amount of the addition pixel value adjacent in the vertical direction;
If it is determined that the first change amount is smaller than the second change amount, the first estimation method is selected,
An imaging apparatus characterized by selecting the second estimation method when it is determined that the second change amount is smaller than the first change amount.
請求項1乃至6のいずれかにおいて、
前記画素シフトにより、前記受光単位が、第1のポジションと、前記第1のポジションの次の第2のポジションに順次設定され、前記第1のポジションの受光単位と前記第2のポジションの受光単位が重畳する場合に、
前記画素値推定部は、
前記第1、第2のポジションの加算画素値の差分値を求め、
前記第1のポジションの受光単位から重畳領域を除いた第1の受光領域の受光値である第1の中間画素値と、前記第2のポジションの受光単位から前記重畳領域を除いた第2の受光領域の受光値である第2の中間画素値との関係式を、前記差分値を用いて表し、
前記関係式を用いて前記第1、第2の中間画素値を推定し、推定した前記第1の中間画素値を用いて前記推定対象画素の画素値を求めることを特徴とする撮像装置。
In any one of Claims 1 thru | or 6.
By the pixel shift, the light receiving unit is sequentially set to a first position and a second position next to the first position, and the light receiving unit of the first position and the light receiving unit of the second position. Are superimposed,
The pixel value estimating unit
Obtaining a difference value between the added pixel values of the first and second positions;
A first intermediate pixel value that is a light reception value of the first light receiving region obtained by removing the overlap region from the light reception unit of the first position, and a second value obtained by removing the overlap region from the light reception unit of the second position. A relational expression with the second intermediate pixel value that is a light reception value of the light receiving region is expressed using the difference value,
An imaging apparatus, wherein the first and second intermediate pixel values are estimated using the relational expression, and the pixel value of the estimation target pixel is obtained using the estimated first intermediate pixel value.
請求項7において、
前記画素値推定部は、
前記第1、第2の中間画素値を含む連続する中間画素値を中間画素値パターンとする場合に、前記中間画素値パターンに含まれる中間画素値間の関係式を、前記第1、第2のポジションの加算画素値を用いて表し、
前記第1、第2のポジションの加算画素値を含む連続する加算画素値を加算画素値パターンとする場合に、前記中間画素値間の関係式で表された前記中間画素値パターンと前記加算画素値パターンとを比較して類似性を評価し、
前記類似性の評価結果に基づいて、前記類似性が最も高くなるように前記中間画素値パターンに含まれる中間画素値を決定することを特徴とする撮像装置。
In claim 7,
The pixel value estimating unit
When successive intermediate pixel values including the first and second intermediate pixel values are used as an intermediate pixel value pattern, a relational expression between intermediate pixel values included in the intermediate pixel value pattern is expressed as the first and second It is expressed using the added pixel value of the position of
The intermediate pixel value pattern and the addition pixel represented by the relational expression between the intermediate pixel values when successive addition pixel values including the addition pixel values of the first and second positions are used as the addition pixel value pattern. Compare with value patterns to evaluate similarity,
An imaging device, wherein an intermediate pixel value included in the intermediate pixel value pattern is determined based on the similarity evaluation result so that the similarity becomes the highest.
請求項8において、
前記画素値推定部は、
前記中間画素値間の関係式で表された前記中間画素値パターンと前記加算画素値パターンとの誤差を表す評価関数を求め、前記評価関数の値が最小となるように前記中間画素値パターンに含まれる中間画素値を決定することを特徴とする撮像装置。
In claim 8,
The pixel value estimating unit
An evaluation function representing an error between the intermediate pixel value pattern represented by the relational expression between the intermediate pixel values and the addition pixel value pattern is obtained, and the intermediate pixel value pattern is set so that the value of the evaluation function is minimized. An image pickup apparatus that determines an intermediate pixel value to be included.
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