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JP2012231379A - Imaging apparatus and image generation method - Google Patents

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JP2012231379A JP2011099267A JP2011099267A JP2012231379A JP 2012231379 A JP2012231379 A JP 2012231379A JP 2011099267 A JP2011099267 A JP 2011099267A JP 2011099267 A JP2011099267 A JP 2011099267A JP 2012231379 A JP2012231379 A JP 2012231379A
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inter
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愼一 今出
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging apparatus which is capable of capturing a high-resolution image from motion picture data of which the data amount has been reduced, through simple processing, and an image generation method or the like.SOLUTION: An imaging apparatus comprises an image capturing section, an inter-frame added image generating section, an inter-frame differential image generating section, an inter-frame added image reproducing section, an inter-frame estimate arithmetic section, and an image output section. The image capturing section captures picked-up images fto f. The inter-frame added image generating section generates an inter-frame added image Bby weight-adding pixel values of fand fand generates an inter-frame added image Bby weight-adding pixel values of fand f. The inter-frame differential image generating section generates a differential between Band Bas an inter-frame differential image DT. The inter-frame added image reproducing section reproduces Bon the basis of Band DT. The inter-frame estimate arithmetic section estimates fto fon the basis of Band B. The image output section outputs a high-resolution image based on the estimated image.

Description

本発明は、撮像装置及び画像生成方法等に関する。   The present invention relates to an imaging apparatus, an image generation method, and the like.

昨今のデジタルカメラやビデオカメラには、静止画撮影モードと動画撮影モードを切り替えて使用できるものがある。例えば、動画撮影中にユーザーがボタン操作をすることで、動画よりも高解像の静止画を撮影できるものがある。   Some recent digital cameras and video cameras can be used by switching between a still image shooting mode and a moving image shooting mode. For example, there is one that can shoot a still image with a higher resolution than a moving image by a user operating a button during moving image shooting.

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、静止画撮影モードと動画撮影モードを切り替える手法では、ユーザーがシャッターチャンスに気付いたときには既に決定的瞬間を逃していることが多いという課題がある。   However, the method of switching between the still image shooting mode and the moving image shooting mode has a problem that when the user notices a photo opportunity, a decisive moment is often already missed.

本発明者は、この決定的瞬間の撮影を実現するために、データ量を削減した動画データから任意タイミングの高解像静止画を生成することを考えている。例えば、特許文献1、2には、画素シフトにより取得された低解像画像から高解像画像を合成する手法が開示されている。しかしながら、この手法では、画素シフトによる撮像が必要となるためカメラの構成が複雑となってしまう。また、高解像化処理の負荷が大きいことや、画素値の推定が困難な場合があるという課題がある。   The present inventor considers generating a high-resolution still image at an arbitrary timing from moving image data with a reduced amount of data in order to realize shooting at the decisive moment. For example, Patent Documents 1 and 2 disclose a technique for synthesizing a high-resolution image from a low-resolution image acquired by pixel shift. However, this method requires imaging by pixel shift, which complicates the camera configuration. In addition, there is a problem that the load of high resolution processing is large and pixel value estimation may be difficult.

本発明の幾つかの態様によれば、データ量を削減した動画データから、簡素な処理で高解像画像を取得できる撮像装置及び画像生成方法等を提供できる。   According to some aspects of the present invention, it is possible to provide an imaging device, an image generation method, and the like that can acquire a high-resolution image by simple processing from moving image data with a reduced data amount.

本発明の一態様は、第1〜第3のフレームにおける第1〜第3の撮像画像を取得する画像取得部と、前記第1の撮像画像の画素値と前記第2の撮像画像の画素値を重み付け加算して第1のフレーム間加算画像を生成し、前記第2の撮像画像の画素値と前記第3の撮像画像の画素値を重み付け加算して第2のフレーム間加算画像を生成するフレーム間加算画像生成部と、前記第1のフレーム間加算画像と前記第2のフレーム間加算画像の差分を、フレーム間差分画像として生成するフレーム間差分画像生成部と、前記第1のフレーム間加算画像と前記フレーム間差分画像に基づいて、前記第2のフレーム間加算画像を再生するフレーム間加算画像再生部と、前記第1のフレーム間加算画像と、再生された前記第2のフレーム間加算画像とに基づいて、前記第1〜第3の撮像画像の画素値を推定するフレーム間推定演算部と、前記フレーム間推定演算部により推定された画素値に基づく高解像画像を出力する画像出力部と、を含む撮像装置に関係する。   One aspect of the present invention is an image acquisition unit that acquires the first to third captured images in the first to third frames, the pixel value of the first captured image, and the pixel value of the second captured image. Are added to each other to generate a first inter-frame added image, and the pixel values of the second captured image and the pixel values of the third captured image are weighted to generate a second inter-frame added image. An inter-frame addition image generation unit; an inter-frame difference image generation unit that generates a difference between the first inter-frame addition image and the second inter-frame addition image as an inter-frame difference image; and Based on the addition image and the inter-frame difference image, an inter-frame addition image reproduction unit that reproduces the second inter-frame addition image, the first inter-frame addition image, and the reproduced second frame Based on the addition image An inter-frame estimation calculation unit that estimates pixel values of the first to third captured images, an image output unit that outputs a high-resolution image based on the pixel values estimated by the inter-frame estimation calculation unit, This relates to an imaging device including

本発明の一態様によれば、第1〜第3の撮像画像が取得され、フレーム間における画素値の重み付け加算により第1、第2のフレーム間加算画像が生成され、その差分であるフレーム間差分画像が生成される。そして、第1のフレーム間加算画像とフレーム間差分画像から第2のフレーム間加算画像が再生され、第1、第2のフレーム間加算画像から第1〜第3の撮像画像が推定され、推定された撮像画像に基づく高解像画像が出力される。   According to one aspect of the present invention, first to third captured images are acquired, and first and second inter-frame added images are generated by weighted addition of pixel values between frames, and the difference between the frames A difference image is generated. Then, the second inter-frame addition image is reproduced from the first inter-frame addition image and the inter-frame difference image, and the first to third captured images are estimated from the first and second inter-frame addition images. A high resolution image based on the captured image is output.

これにより、例えば後述する推定処理を適用することで、簡素な処理でフレーム間加算画像から撮像画像を復元可能になる。動画撮影と静止画撮影を切り換えないため、動画データから任意タイミングの高解像静止画を取得できる。また、フレーム間加算画像を求めることで、高圧縮率で画像データを圧縮可能になる。   Thereby, for example, by applying an estimation process described later, a captured image can be restored from the inter-frame addition image with a simple process. Since moving image shooting and still image shooting are not switched, a high-resolution still image at an arbitrary timing can be acquired from moving image data. Further, by obtaining the inter-frame addition image, the image data can be compressed at a high compression rate.

また本発明の一態様では、前記フレーム間推定演算部は、前記第1のフレーム間加算画像の画素値と、前記第2のフレーム間加算画像の画素値との差分値を求め、前記第1の撮像画像の画素値と、前記第3の撮像画像の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3の撮像画像の画素値を推定してもよい。   In the aspect of the invention, the inter-frame estimation calculation unit obtains a difference value between a pixel value of the first inter-frame addition image and a pixel value of the second inter-frame addition image, and The relational expression between the pixel value of the captured image and the pixel value of the third captured image is expressed using the difference value, and the pixel values of the first to third captured images are expressed using the relational expression. It may be estimated.

また本発明の一態様では、前記フレーム間推定演算部は、前記第1〜第3の撮像画像の画素値間の関係式を、前記第1、第2のフレーム間加算画像の画素値を用いて表し、前記関係式で表された前記第1〜第3の撮像画像の画素値と、前記第1、第2のフレーム間加算画像の画素値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、前記第1〜第3の撮像画像の画素値を推定してもよい。   In the aspect of the invention, the inter-frame estimation calculation unit uses the pixel values of the first and second inter-frame addition images as the relational expression between the pixel values of the first to third captured images. Comparing the pixel values of the first to third captured images represented by the relational expressions with the pixel values of the first and second inter-frame addition images, and evaluating the similarity, Based on the similarity evaluation result, the pixel values of the first to third captured images may be estimated so that the similarity is the highest.

このようにすれば、撮像画像の画素値の関係式を、フレーム間において重畳加算された画素値を用いて表し、その関係式に基づいて撮像画像の画素値を復元できる。これにより、フレーム間加算画像に対する復元推定処理を簡素化できる。   In this way, the relational expression of the pixel value of the captured image can be expressed using the pixel value superimposed and added between the frames, and the pixel value of the captured image can be restored based on the relational expression. Thereby, the restoration estimation process for the inter-frame addition image can be simplified.

また本発明の一態様では、前記第1のフレーム間加算画像又は前記フレーム間差分画像を入力画像として受けて、加算画素値を取得する単位である加算単位を前記入力画像の複数の画素毎に設定し、前記加算単位を順次画素シフトさせながら前記加算単位に含まれる画素値を重み付け加算して第1〜第nのフレーム内加算画像を生成するフレーム内加算画像生成部と、前記第1〜第nのフレーム内加算画像の平均画像を生成する平均画像生成部と、前記第1〜第nのフレーム内加算画像のうちの第mのフレーム内加算画像(mはn以下の自然数)と、前記平均画像との差分を、第mのフレーム内差分画像として生成するフレーム内差分画像生成部と、前記平均画像と前記第mのフレーム内差分画像を圧縮するデータ圧縮部と、圧縮された前記平均画像と前記第mのフレーム内差分画像を伸張する圧縮データ伸張部と、伸張された前記平均画像と前記第mのフレーム内差分画像に基づいて、前記第1〜第nのフレーム内加算画像を再生するフレーム内加算画像再生部と、再生された前記第1〜第nのフレーム内加算画像に基づいて、前記入力画像の画素値を推定するフレーム内推定演算部と、を含んでもよい。   In one embodiment of the present invention, the first inter-frame addition image or the inter-frame difference image is received as an input image, and an addition unit, which is a unit for obtaining an addition pixel value, is obtained for each of the plurality of pixels of the input image. An intra-frame addition image generation unit configured to weight and add pixel values included in the addition unit while sequentially shifting the addition units, and generating first to n-th intra-frame addition images; An average image generating unit that generates an average image of the n-th intra-frame addition image; an m-th intra-frame addition image (m is a natural number equal to or less than n) of the first to n-th intra-frame addition images; An intra-frame difference image generating unit that generates a difference from the average image as an m-th intra-frame difference image, a data compression unit that compresses the average image and the m-th intra-frame difference image, and the compressed A compressed data expansion unit that expands the average image and the m-th intra-frame difference image; and the first to n-th intra-frame addition images based on the expanded average image and the m-th intra-frame difference image May be included, and an intra-frame estimation calculation unit that estimates a pixel value of the input image based on the reproduced first to n-th intra-frame addition images.

このようにすれば、フレーム間の加算を行った後にフレーム内の加算を行い、フレーム内加算画像から平均画像とフレーム内差分画像を生成して圧縮できる。これにより、更に圧縮率を向上できる。即ち、フレーム内差分画像は、平均画像とフレーム内加算画像の差分であるため画素値のエントロピーを入力画像よりも小さくできる。そのため、フレーム内差分画像を例えばエントロピー符号化することで高圧縮率で圧縮できる。   In this way, after performing addition between frames, addition within the frame is performed, and an average image and an intra-frame difference image can be generated and compressed from the intra-frame addition image. Thereby, the compression rate can be further improved. That is, since the intra-frame difference image is a difference between the average image and the intra-frame addition image, the entropy of the pixel value can be made smaller than that of the input image. Therefore, the intra-frame difference image can be compressed at a high compression rate by, for example, entropy encoding.

また本発明の一態様では、前記フレーム内加算画像生成部は、前記加算単位を、水平又は垂直に1画素ずつ順次シフトさせて第1〜第nのポジションに設定し、前記第1〜第nのポジションにおいてそれぞれ前記第1〜第nのフレーム内加算画像を取得し、前記第1〜第nのポジションのうちの第mのポジションと第m+1のポジションの前記加算単位は、共通の画素を含んでもよい。   In one aspect of the present invention, the intra-frame addition image generation unit sequentially shifts the addition unit one pixel at a time horizontally or vertically to set the first to n-th positions. The first to nth intra-frame addition images are acquired at the respective positions, and the addition unit of the mth position and the (m + 1) th position among the first to nth positions includes a common pixel. But you can.

このようにすれば、共通の画素を含みながら加算単位を順次画素シフトして加算画素値を求め、その加算画素値により第1〜第nのフレーム内加算画像を構成できる。   In this way, it is possible to obtain the added pixel value by sequentially shifting the addition unit while including the common pixels, and to construct the first to nth frame added images by the added pixel value.

また本発明の一態様では、前記データ圧縮部は、前記第1〜第nのフレーム内差分画像をエントロピー符号化により可逆圧縮してもよい。   In the aspect of the invention, the data compression unit may reversibly compress the first to nth intra-frame difference images by entropy coding.

このようにすれば、上述のように入力画像よりもエントロピーが小さくなったフレーム内差分画像をエントロピー符号化することで高圧縮率で圧縮できる。   In this way, it is possible to compress at a high compression rate by entropy encoding the intra-frame difference image having entropy smaller than the input image as described above.

また本発明の一態様では、第1のポジションに設定された前記加算単位と、前記第1のポジションの次の第2のポジションに設定された前記加算単位が重畳する場合に、前記推定演算部は、前記第1のポジションの加算画素値と、前記第2のポジションの加算画素値の差分値を求め、前記第1のポジションの加算単位から重畳領域を除いた第1の領域の加算画素値である第1の中間画素値と、前記第2のポジションの加算単位から前記重畳領域を除いた第2の領域の加算画素値である第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加算単位に含まれる各画素の画素値を求めてもよい。   In the aspect of the invention, when the addition unit set in the first position and the addition unit set in the second position next to the first position overlap, the estimation calculation unit Is a difference value between the added pixel value of the first position and the added pixel value of the second position, and the added pixel value of the first area excluding the overlapping area from the addition unit of the first position. A relational expression between the first intermediate pixel value that is and the second intermediate pixel value that is the addition pixel value of the second region excluding the overlap region from the addition unit of the second position, and the difference value The first intermediate pixel value is estimated using the relational expression, and the pixel value of each pixel included in the addition unit is obtained using the estimated first intermediate pixel value. May be.

このようにすれば、加算単位が重畳しながら順次画素シフトされた第1〜第nのフレーム内加算画像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、フレーム内加算画像に対する復元推定処理を簡素化できる。   In this way, the intermediate pixel value is estimated from the first to nth intraframe addition images that are sequentially pixel-shifted while the addition unit is superimposed, and the final estimated pixel value is obtained from the estimated intermediate pixel value. Can do. Thereby, the restoration estimation process for the intra-frame addition image can be simplified.

また本発明の一態様では、前記推定演算部は、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加算画素値を用いて表し、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 estimation calculation unit may include an intermediate included in the intermediate pixel value pattern 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 pixel values is represented using the addition pixel value, the intermediate pixel value pattern represented by the relational expression between the intermediate pixel values is compared with the addition pixel value, and similarity is evaluated, 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、加算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加算画素値に基づいて、中間画素値を推定により求めることができる。   In this way, an intermediate pixel value can be obtained by estimation based on a plurality of added pixel values acquired by pixel shifting while the addition unit is superimposed.

また本発明の一態様では、前記第1〜第3の撮像画像のうちの第xの撮像画像(xは3以下の自然数)を受けて、加算画素値を取得する単位である加算単位を前記第xの撮像画像の複数の画素毎に設定し、前記加算単位を順次画素シフトさせながら前記加算単位に含まれる画素値を重み付け加算して第1〜第nのフレーム内加算画像を生成するフレーム内加算画像生成部と、前記第1〜第nのフレーム内加算画像の平均画像を生成する平均画像生成部と、前記第1〜第nのフレーム内加算画像のうちの第mのフレーム内加算画像と、前記平均画像との差分を、第mのフレーム内差分画像として生成するフレーム内差分画像生成部と、を含み、前記フレーム間加算画像生成部は、前記第mのフレーム内差分画像又は前記平均画像を、第1〜第3の入力画像のうちの第xの入力画像として受けて、前記第1、第2の入力画像に基づく前記第1のフレーム間加算画像を生成し、前記第2、第3の入力画像に基づく前記第2のフレーム間加算画像を生成してもよい。   In one aspect of the present invention, an addition unit, which is a unit for obtaining an added pixel value in response to an x-th captured image (x is a natural number of 3 or less) among the first to third captured images. A frame that is set for each of a plurality of pixels of the x-th captured image and generates the first to nth intra-frame addition images by weighting and adding pixel values included in the addition units while sequentially shifting the addition units. An inner addition image generation unit; an average image generation unit that generates an average image of the first to nth intraframe addition images; and an mth intraframe addition among the first to nth intraframe addition images. An intra-frame difference image generation unit that generates a difference between the image and the average image as an m-th intra-frame difference image, and the inter-frame addition image generation unit includes the m-th intra-frame difference image or The average image is represented by first to third. Receiving the x-th input image of the input images, generating the first inter-frame addition image based on the first and second input images, and generating the first inter-frame image based on the second and third input images. Two inter-frame addition images may be generated.

このようにすれば、フレーム内の加算を行った後にフレーム間の加算を行い、平均画像とフレーム内差分画像それぞれについてのフレーム間差分画像を生成して圧縮できる。このような処理順序によっても、フレーム内差分画像によるエントロピー低減効果、フレーム間加算画像による画素値の変化を小さくする効果、フレーム間差分画像によるエントロピー低減効果を得ることができる。   In this way, it is possible to generate the inter-frame difference image for each of the average image and the intra-frame difference image and compress it by performing the intra-frame addition after performing the intra-frame addition. Even in such a processing order, it is possible to obtain an entropy reduction effect by the intra-frame difference image, an effect of reducing a change in the pixel value by the inter-frame addition image, and an entropy reduction effect by the inter-frame difference image.

また本発明の他の態様は、第1〜第3のフレームにおける第1〜第3の撮像画像を取得し、前記第1の撮像画像の画素値と前記第2の撮像画像の画素値を重み付け加算して第1のフレーム間加算画像を生成し、前記第2の撮像画像の画素値と前記第3の撮像画像の画素値を重み付け加算して第2のフレーム間加算画像を生成し、前記第1のフレーム間加算画像と前記第2のフレーム間加算画像の差分を、フレーム間差分画像として生成し、前記第1のフレーム間加算画像と前記フレーム間差分画像に基づいて、前記第2のフレーム間加算画像を再生し、前記第1のフレーム間加算画像と、再生された前記第2のフレーム間加算画像とに基づいて、前記第1〜第3の撮像画像の画素値を推定し、前記フレーム間推定演算部により推定された画素値に基づく高解像画像を出力する画像生成方法に関係する。   In another aspect of the present invention, the first to third captured images in the first to third frames are acquired, and the pixel values of the first captured image and the pixel values of the second captured image are weighted. Adding to generate a first inter-frame added image, weighting and adding the pixel value of the second captured image and the pixel value of the third captured image to generate a second inter-frame added image, A difference between the first inter-frame addition image and the second inter-frame addition image is generated as an inter-frame difference image. Based on the first inter-frame addition image and the inter-frame difference image, the second Reproducing the inter-frame addition image, estimating the pixel values of the first to third captured images based on the first inter-frame addition image and the reproduced second inter-frame addition image, Pixel estimated by the inter-frame estimation calculation unit Related to Kokai image generation method for outputting an image image-based.

第1のデータ圧縮手法についての説明図。Explanatory drawing about the 1st data compression method. 撮像装置の第1の構成例。1 is a first configuration example of an imaging apparatus. 第2のデータ圧縮手法についての説明図。Explanatory drawing about the 2nd data compression method. ハフマン符号テーブルの例。An example of a Huffman code table. 撮像装置の第2の構成例。2 shows a second configuration example of an imaging apparatus. 撮像装置の第2の構成例におけるデータ構成例。7 is a data configuration example in the second configuration example of the imaging apparatus. 撮像装置の第2の構成例におけるデータ構成例。7 is a data configuration example in the second configuration example of the imaging apparatus. 撮像装置の第3の構成例。3rd structural example of an imaging device. 第4のデータ圧縮手法についての説明図。Explanatory drawing about the 4th data compression method. データ圧縮手法の第1の変形例についての説明図。Explanatory drawing about the 1st modification of a data compression method. データ圧縮手法の第1の変形例についての説明図。Explanatory drawing about the 1st modification of a data compression method. データ圧縮手法の第2の変形例についての説明図。Explanatory drawing about the 2nd modification of a data compression method. データ圧縮手法の第2の変形例についての説明図。Explanatory drawing about the 2nd modification of a data compression method. フレーム間加算画像の画素値についての説明図。Explanatory drawing about the pixel value of the addition image between frames. 復元推定処理についての説明図。Explanatory drawing about a restoration estimation process. 復元推定処理についての説明図。Explanatory drawing about a restoration estimation process. 復元推定処理についての説明図。Explanatory drawing about a restoration estimation process. 図18(A)、図18(B)は、フレーム内加算画像の画素値と、中間画素値についての説明図。18A and 18B are explanatory diagrams of the pixel value and intermediate pixel value of the intra-frame added image.

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.本実施形態の概要
デジタルカメラやビデオカメラの製品には、静止画撮影を主とするデジタルカメラに動画撮影機能をもたせたものや、動画撮影を主とするビデオカメラに静止画撮影機能をもたせたものがある。このような機器を使えば、静止画と動画の撮影を一つの機器でまかなえるという利便さがある。
1. Outline of this embodiment Digital camera and video camera products have a digital camera that mainly shoots still images with a video shooting function, or a video camera that mainly shoots video with a still image shooting function. There is something. If such a device is used, there is the convenience that a still image and a moving image can be shot with a single device.

しかしながら、この手法では、多くの人が求めるシャッターチャンスを逃さず高品位な静止画を得ることが難しいという課題がある。例えば、動画撮影中に高品位静止画を撮影するモードに瞬時に切り替える方法では、動画が途切れたり、ユーザーが気づいたときには既に決定的瞬間を逃していたりするという課題がある。   However, with this method, there is a problem that it is difficult to obtain a high-quality still image without missing the shutter chance that many people demand. For example, in a method of instantaneously switching to a mode for shooting a high-quality still image during moving image shooting, there is a problem that the moving image is interrupted or a decisive moment is already missed when the user notices.

決定的瞬間の静止画を得るために、高フレームレートの高解像動画を取得し、その高解像動画から任意タイミングの静止画を抜き出す手法が考えられる。しかしながら、この手法では、高解像動画を撮影するためデータ量が増大するという課題がある。   In order to obtain a still image at a decisive moment, a method of acquiring a high-resolution moving image with a high frame rate and extracting a still image at an arbitrary timing from the high-resolution moving image can be considered. However, this method has a problem that the amount of data increases in order to capture a high-resolution moving image.

そこで本実施形態では、図1に示すように、撮像画像f〜fをフレーム間で画素加算して加算画像B〜Bを取得し、その加算画像B〜Bをフレーム間で差分をとって差分画像DT、DTを取得する。加算画像B〜Bは、フレーム間で加算されているため、撮像画像f〜fよりもフレーム間での画素値の変化が小さくなっている。そのため、差分画像DT、DTは、撮像画像f〜fの差分をとるよりも、画素値がゼロ付近により偏在していると考えられる。これにより、画像B、DT、DTを、例えばエントロピー符号化することで圧縮率を向上できる。 In this embodiment, as shown in FIG. 1, the captured image f 1 ~f 4 and pixel addition between frames acquires added image B 1 .about.B 3, inter-frame and the added image B 1 .about.B 3 The difference is taken and difference images DT 2 and DT 3 are obtained. Since the added images B 1 to B 3 are added between frames, the change in pixel value between frames is smaller than that of the captured images f 1 to f 4 . Therefore, it is considered that the difference images DT 2 and DT 3 are unevenly distributed in the vicinity of zero as compared with the difference between the captured images f 1 to f 4 . Thereby, the compression rate can be improved by, for example, entropy encoding the images B 1 , DT 2 , and DT 3 .

さて、時間軸方向に画素値を加算した画像から高解像画像を得る手法として、空間方向に画素値を加算した画像から高解像画像を得る手法を応用することが考えられる。例えば、画素シフトにより撮影した低解像画像に対していわゆる超解像処理を行う手法が考えられる。この手法では、順次位置ずらししながら加算読み出しを行い、その複数の位置ずれ画像に基づいて高精細化画像を一旦仮定する。そして、仮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、その差異が最小になるように高精細画像を推定する。この超解像処理として、ML(Maximum-Likelihood)法、MAP(Maximum A Posterior)法、POCS(Projection Onto Convex Set)法、IBP(Iterative Back Projection)法等が知られている。   As a technique for obtaining a high-resolution image from an image obtained by adding pixel values in the time axis direction, a technique for obtaining a high-resolution image from an image obtained by adding pixel values in the spatial direction can be applied. For example, a method of performing so-called super-resolution processing on a low-resolution image captured by pixel shift can be considered. In this method, addition reading is performed while sequentially shifting the position, and a high-definition image is temporarily assumed based on the plurality of position-shifted images. Then, the assumed 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 so that the difference is minimized. As this super-resolution processing, an ML (Maximum-Likelihood) method, a MAP (Maximum A Postterior) method, a POCS (Projection Onto Convex Set) method, an IBP (Iterative Back Projection) method, and the like are known.

例えば上述の特許文献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、その複数の低解像画像を合成することにより高解像画像を仮定し、その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手法が開示されている。   For example, in Patent Document 1 described above, low-resolution images that have been pixel-shifted during moving image shooting are sequentially captured in time series, and a plurality of low-resolution images are combined to assume a high-resolution image. A technique for performing the above-described super-resolution processing on a high-resolution image and estimating a high-resolution image with high likelihood is disclosed.

しかしながら、この手法では、2次元フィルターを多用する繰り返し演算により推定精度を上げていく一般的な超解像処理を用いている。そのため、非常に処理の規模が大きくなったり、処理時間が増大したりしてしまい、例えばデジタルカメラのような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るという課題がある。   However, this technique uses a general super-resolution process in which the estimation accuracy is increased by iterative calculations that frequently use a two-dimensional filter. For this reason, the scale of processing becomes very large and the processing time increases, and there is a problem that it is difficult to apply to a device such as a digital camera with processing capacity and cost restrictions.

また上述の特許文献2には、画素シフトさせた複数の低解像画像を撮像し、求めたい高解像画像を構成する仮の画素を副画素とおき、その副画素の平均値が、撮影された低解像画像の画素値と一致するように副画素の画素値を推定する手法が開示されている。この手法では、複数の副画素の初期値を設定し、算出したい副画素を除く副画素の画素値を低解像画像の画素値から差し引いて画素値を求め、それを順次隣接する画素に対して適用する。   In Patent Document 2 described above, a plurality of pixel-shifted low-resolution images are captured, and temporary pixels constituting the high-resolution image to be obtained are set as sub-pixels. A technique for estimating the pixel value of the sub-pixel so as to match the pixel value of the low-resolution image that has been made is disclosed. In this method, initial values of a plurality of sub-pixels are set, pixel values of sub-pixels excluding sub-pixels to be calculated are subtracted from pixel values of the low-resolution image, and pixel values are sequentially obtained for adjacent pixels. Apply.

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るという課題がある。この手法では、初期値を設定するために、所定の条件を満たす領域を画像から見つけ出している。そのため、適当な領域が撮影画像から見つけられないと、初期値の推定が困難になってしまう。また、初期値の設定に適当な領域を探索する処理が必要になってしまう。   However, with this method, there is a problem that the estimation error becomes very large unless the initial value is specified. In this method, an area satisfying a predetermined condition is found from an image in order to set an initial value. Therefore, if an appropriate area cannot be found from the captured image, it is difficult to estimate the initial value. In addition, it is necessary to search for an appropriate area for setting the initial value.

この点、本実施形態では、図1で後述するように、画像B、DT、DTから加算画像B〜Bを再生し、その加算画像B〜Bから撮像画像f〜fを復元する。この加算画像B〜Bの画素値vij(1)’〜 vij(3)’は、重畳加算されたものであり、隣接フレームの画素値は共通の撮像画像の画素を含んでいる。図14〜図17で後述するように、この重畳加算された画素値を用いることで、撮像画像f〜fを簡素な処理で復元できる。また、圧縮データから撮像画像f〜fを復元できるため、元の撮像画像と同等の時間分解能が得られる。 In this regard, in the present embodiment, as will be described later with reference to FIG. 1, the added images B 1 to B 3 are reproduced from the images B 1 , DT 2 , and DT 3, and the captured image f 1 from the added images B 1 to B 3. to restore the ~f 4. The pixel values v ij (1) ′ to v ij (3) ′ of the addition images B 1 to B 3 are superimposed and added, and the pixel values of adjacent frames include pixels of a common captured image. . As will be described later with reference to FIGS. 14 to 17, the captured images f 1 to f 4 can be restored by a simple process by using the pixel values subjected to the superposition and addition. Further, since the captured images f 1 to f 4 can be restored from the compressed data, a time resolution equivalent to that of the original captured image can be obtained.

2.第1のデータ圧縮手法
次に、本実施形態について詳細に説明する。まず、加算画像の生成手法と撮像画像の復元手法について説明する。なお以下では撮像素子がRGBベイヤー配列である場合を例に説明するが、本実施形態はこれに限定されず、例えば補色フィルターの撮像素子等であってもよい。また以下では2フレーム間での加算を行う場合を例に説明するが、本実施形態はこれに限定されず、他のフレーム数での加算を行ってもよい。
2. First Data Compression Method Next, this embodiment will be described in detail. First, a method for generating an added image and a method for restoring a captured image will be described. In the following description, the case where the image sensor is an RGB Bayer array will be described as an example. However, the present embodiment is not limited to this, and may be, for example, an image sensor of a complementary color filter. In the following, a case where addition between two frames is performed will be described as an example. However, the present embodiment is not limited to this, and addition may be performed with other number of frames.

ここで、フレームとは、例えば撮像素子により画像が撮像されるタイミングや、画像処理において1つの撮像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加算画像や差分画像等の1つの画像も適宜フレームと呼ぶ。   Here, the frame is, for example, a timing at which an image is captured by an image sensor or a timing at which one captured image is processed in image processing. Alternatively, one image such as an added image or a difference image in the image data is also referred to as a frame as appropriate.

図1に示すように、フレームf(Tは自然数)において、全画素読み出しによりRGBベイヤー配列の撮像画像(以下、撮影フレーム画像と呼ぶ)を取得する。この撮像画像fの連続2フレームの同一位置の画素値を、撮像画像の1フレームが重畳するように重み付け加算し、加算画像Bを生成する。なお以下では、撮影フレーム画像{f,f,f}を例にとり説明する。 As shown in FIG. 1, in a frame f T (T is a natural number), an RGB Bayer array captured image (hereinafter referred to as a captured frame image) is acquired by reading all pixels. The pixel values at the same position of two consecutive frames of the captured image f T, 1 frame of the captured image is weighted addition so as to overlap, to produce a sum image B T. In the following description, the captured frame images {f 1 , f 2 , f 3 } will be described as an example.

撮影フレーム画像{f,f,f}の任意の画素値を、それぞれ{vij(1),vij(2),vij(3)}とする。フレーム間加算画像{B,B}のそれぞれの画素値{vij(1)’,vij(2)’}は、下式(1)により求められる。
ij(1)’=1・vij(1)+(1/r)・vij(2)
ij(2)’=1・vij(2)+(1/r)・vij(3) (1)
Arbitrary pixel values of the photographed frame images {f 1 , f 2 , f 3 } are assumed to be {v ij (1), v ij (2), v ij (3)}, respectively. Each pixel value {v ij (1) ′, v ij (2) ′} of the inter-frame addition image {B 1 , B 2 } is obtained by the following equation (1).
v ij (1) ′ = 1 · v ij (1) + (1 / r) · v ij (2)
v ij (2) ′ = 1 · v ij (2) + (1 / r) · v ij (3) (1)

ここで、rは重み付けの係数であり、1≦|r|を満たす。vij(T)は、撮影フレーム画像fのアドレス(i,j)の画素値を表す。 Here, r is a weighting coefficient and satisfies 1 ≦ | r |. v ij (T) represents the pixel value of the address (i, j) of the captured frame image f T.

上記のように、フレーム間で重み付け加算されて記録された加算画像データに対して、図14〜図17で後述する復元推定処理を適用することにより、元の加算前の撮像画像を推定により復元できる。   As described above, by applying the restoration estimation process described later with reference to FIGS. 14 to 17 to the added image data recorded by weighted addition between frames, the original captured image before addition is restored by estimation. it can.

次に、上記の加算画像と復元推定処理をベースに、フレーム間差分によりデータを削減する手法について説明する。   Next, a method for reducing data using inter-frame differences based on the above-described addition image and restoration estimation processing will be described.

図1に示すように、加算画像B、Bの差分画像DTを求める。具体的には下式(2)に示すように、加算画像B、Bの任意の同一位置における画素値{vij(1)’,vij(2)’}の差分画素値dtij(2)を求める。そして、加算画像Bと差分画像DTを記録する。
dtij(2)=vij(1)’−vij(2)’ (2)
As shown in FIG. 1, a difference image DT 2 between the addition images B 1 and B 2 is obtained. Specifically, as shown in the following expression (2), the difference pixel value dt ij of the pixel values {v ij (1) ′, v ij (2) ′} at arbitrary same positions in the addition images B 1 and B 2. Find (2). Then, recording the added image B 1 and the difference image DT 2.
dt ij (2) = v ij (1) ′ − v ij (2) ′ (2)

撮影フレーム画像を復元するときは、記録された加算画像Bの画素値vij(1)’と差分画像DTの画素値dtij(2)から、上式(2)により加算画像Bの画素値vij(2)’を求める。そして、加算画像B、Bの画素値vij(1)’、vij(2)’から撮像画像f〜fの画素値vij(1)〜 vij(3)を復元する。 When restoring the captured frame image, from the recorded added image B 1 of the pixel value v ij (1) 'and the pixel value dt ij of the difference image DT 2 (2), adding the above formula (2) Image B 2 For the pixel value v ij (2) ′. Then, the pixel values v ij (1) to v ij (3) of the captured images f 1 to f 3 are restored from the pixel values v ij (1) ′ and v ij (2) ′ of the added images B 1 and B 2. .

さて、時間的に隣接するフレーム間では、結像される被写体の動きが小さい場合には相互の相関性が高く、動きが大きい場合には相互の相関性が低くなる。従って、フレーム間の差分画素値は、被写体の動きに大きく左右されるので、差分値による安定したデータ削減が難しい。   Now, between the temporally adjacent frames, the mutual correlation is high when the movement of the subject to be imaged is small, and the mutual correlation is low when the movement is large. Therefore, since the difference pixel value between frames is greatly influenced by the movement of the subject, it is difficult to stably reduce data using the difference value.

この点、本実施形態によれば、フレーム間における同一位置の画素に対して重み付け加算を施す。これにより、一種の加算フィルター効果が得られ、差分値の変化を緩やかにする作用が生まれる。差分値の変化が緩やかになることで、撮像画像を直接圧縮するよりも安定したデータ削減を行うことができる。   In this regard, according to the present embodiment, weighted addition is performed on pixels at the same position between frames. As a result, a kind of addition filter effect is obtained, and an effect of gradual change of the difference value is born. Since the change in the difference value becomes gradual, data can be reduced more stably than when the captured image is directly compressed.

次に、加算画像から撮影フレーム画像を復元する点について考える。一般的に、単に加算をして得られた値から元の加算前の値に戻すには、初期値が定まれば、方程式を順次解いていけばよい。しかしながら、差分値に何らかの劣化が発生すると、誤差の波及が発生してしまうので望ましくない。   Next, consider the point of restoring the captured frame image from the added image. In general, in order to return the value obtained by simple addition to the original value before addition, it is sufficient to solve the equations sequentially once the initial value is determined. However, if any deterioration occurs in the difference value, an error ripple occurs, which is not desirable.

この点、本実施形態によれば、1回の復元処理において、2フレームの加算画像から3フレームの撮像画像を推定する。各回の復元処理は、他の回の復元処理の結果を用いないため、誤差が波及しない。即ち、重み付け加算の復元推定処理の方が、誤差の影響は部分的フレーム間に留めることができるので、画像としての劣化も小さく抑えることができる。   In this regard, according to the present embodiment, a captured image of 3 frames is estimated from an added image of 2 frames in one restoration process. Since each restoration process does not use the result of the other restoration process, an error does not spread. That is, in the weighted addition restoration estimation process, the influence of errors can be kept between partial frames, so that deterioration as an image can be suppressed to a smaller value.

なお、上記ではフレーム{f,f,f}を例にとり説明したが、任意のフレームfに拡張できることは言うまでもない。即ち、加算画像Bの画素値vij(T)’は下式(3)により表され、差分画像DTT+1の画素値dtij(T+1)は下式(4)により表される。
ij(T)’=1・vij(T)+(1/r)・vij(T+1) (3)
dtij(T+1)=vij(T)’−vij(T+1)’ (4)
In the above description, the frame {f 1 , f 2 , f 3 } has been described as an example, but it goes without saying that the frame can be extended to an arbitrary frame f T. That is, the pixel value v ij (T) ′ of the added image B T is expressed by the following equation (3), and the pixel value dt ij (T + 1) of the difference image DT T + 1 is expressed by the following equation (4).
v ij (T) ′ = 1 · v ij (T) + (1 / r) · v ij (T + 1) (3)
dt ij (T + 1) = v ij (T) ′ − v ij (T + 1) ′ (4)

1回の復元推定処理では、画素値{vij(T),vij(T+1),vij(T+2)}が求められる。そのため、処理対象とするフレーム画像をシフトさせていくと、同一画素の画素値が複数回得られることになる。そのため、1回の復元処理において1つの値(例えばf〜fT+2の復元において画素値vij(T)のみを、復元推定データとして採用しても構わない。 In one restoration estimation process, pixel values {v ij (T), v ij (T + 1), v ij (T + 2)} are obtained. Therefore, when the frame image to be processed is shifted, the pixel value of the same pixel is obtained a plurality of times. Therefore, only one value (for example, the pixel value v ij (T) in the restoration of f T to f T + 2 ) may be adopted as the restoration estimation data in one restoration process.

ここで、上記では隣接2フレームの重み付け加算を例にとり説明したが、本実施形態ではこれに限定されない。例えば、隣接2フレームの重み付け加算値を2個更に重み付け加算し、見かけ上隣接4フレームの加算値を得てもよい。この隣接4フレームの加算値の差分値によりデータ化することも、本方式の応用として容易であることは言うまでもない。   Here, in the above description, the weighted addition of two adjacent frames has been described as an example, but the present embodiment is not limited to this. For example, two weighted addition values of two adjacent frames may be further weighted and added to obtain an apparent value of four adjacent frames. Needless to say, it is easy to apply the data based on the difference value of the added values of the adjacent four frames as an application of this method.

3.撮像装置
図2に、上記圧縮を行う場合の構成例として、撮像装置の第1の構成例を示す。撮像装置は、撮像とデータ圧縮処理を行う撮像部10と、高精細画像の復元処理を行う画像処理部20を含む。画像処理部20は、カメラ本体に内蔵されてもよいし、PC等の外部の情報処理装置により構成されてもよい。
3. Imaging Device FIG. 2 shows a first configuration example of an imaging device as a configuration example in the case of performing the above compression. The imaging apparatus includes an imaging unit 10 that performs imaging and data compression processing, and an image processing unit 20 that performs restoration processing of a high-definition image. The image processing unit 20 may be built in the camera body or may be configured by an external information processing apparatus such as a PC.

具体的には、撮像部10は、レンズ110、撮像素子120(撮像センサー)、フレーム間加算画像生成部122、フレーム間差分画像生成部124、データ記録部155を含む。   Specifically, the imaging unit 10 includes a lens 110, an imaging element 120 (imaging sensor), an inter-frame addition image generation unit 122, an inter-frame difference image generation unit 124, and a data recording unit 155.

レンズ110は、被写体100を結像させる。撮像素子120は、結像された被写体像を撮像する。撮像により得られたアナログ信号は、図示しないA/D変換部によりデジタル信号に変換される。   The lens 110 forms an image of the subject 100. The image sensor 120 captures the formed subject image. An analog signal obtained by imaging is converted into a digital signal by an A / D converter (not shown).

フレーム間加算画像生成部122は、上述のように、撮影フレーム画像f〜fの画素値をフレーム間で重み付け加算し、フレーム間加算画像{B、B}を生成する。フレーム間差分画像生成部124は、フレーム間加算画像Bを基準画像とし、基準画像Bとフレーム間加算画像Bの差分をとり、フレーム間差分画像DTを生成する。データ記録部155は、基準画像Bとフレーム間差分画像DTを記録する。 As described above, the inter-frame addition image generation unit 122 weights and adds the pixel values of the captured frame images f 1 to f 3 between frames to generate an inter-frame addition image {B 1 , B 2 }. The inter-frame difference image generation unit 124 uses the inter-frame addition image B 1 as a reference image, takes a difference between the reference image B 1 and the inter-frame addition image B 2 , and generates an inter-frame difference image DT 2 . Data recording unit 155 records the reference image B 1 and the inter-frame difference image DT 2.

画像処理部20は、フレーム間加算画像再生部214、フレーム間推定演算部234、高精細静止画生成部240、高精細動画生成部250、標準動画生成部260、画像出力部290、画像選択部295を含む。   The image processing unit 20 includes an inter-frame addition image reproduction unit 214, an inter-frame estimation calculation unit 234, a high-definition still image generation unit 240, a high-definition moving image generation unit 250, a standard moving image generation unit 260, an image output unit 290, and an image selection unit. 295.

フレーム間加算画像再生部214は、記録された基準画像Bとフレーム間差分画像DTからフレーム間加算画像{B、B}を再生する。フレーム間推定演算部234は、フレーム間加算画像{B、B}に基づいて撮影フレーム画像f〜fを推定により復元する。復元された画像は、ベイヤー配列のRAW画像である。この推定演算については、図14等において後述する。 The inter-frame addition image reproduction unit 214 reproduces the inter-frame addition image {B 1 , B 2 } from the recorded reference image B 1 and inter-frame difference image DT 2 . The inter-frame estimation calculation unit 234 restores the captured frame images f 1 to f 3 by estimation based on the inter-frame addition image {B 1 , B 2 }. The restored image is a Bayer array RAW image. This estimation calculation will be described later with reference to FIG.

高精細静止画生成部240は、ベイヤー配列の復元画像をデモザイキング処理し、その画像に対して例えば階調補正処理等の画像処理を行い、高精細静止画を生成する。このとき、画像選択部295により選択されたタイミングの静止画が生成される。タイミングは、ユーザーの指示により選択され、ユーザーは、例えば画像出力部290の出力動画を見てタイミングを選択する。   The high-definition still image generation unit 240 performs demosaicing processing on the restored image with the Bayer arrangement, and performs image processing such as gradation correction processing on the image to generate a high-definition still image. At this time, a still image at the timing selected by the image selection unit 295 is generated. The timing is selected according to the user's instruction, and the user selects the timing by looking at the output moving image of the image output unit 290, for example.

高精細動画生成部250は、ベイヤー配列の復元動画画像をデモザイキング処理し、その動画画像に対して例えば階調補正処理等の画像処理を行い、高精細動画を生成する。標準動画生成部260は、高精細動画をダウンサンプリングし、例えばハイビジョン画素数の動画を標準動画として生成する。   The high-definition moving image generation unit 250 performs demosaicing processing on the restored moving image having the Bayer arrangement, performs image processing such as gradation correction processing on the moving image, and generates a high-definition moving image. The standard moving image generation unit 260 downsamples the high-definition moving image, and generates, for example, a moving image having the number of high-definition pixels as the standard moving image.

画像出力部290は、高精細静止画、高精細動画、標準動画を、例えば表示装置やプリンターに出力する。   The image output unit 290 outputs a high-definition still image, a high-definition moving image, and a standard moving image to, for example, a display device or a printer.

以上の実施形態によれば、図2に示すように、撮像装置は、画像取得部(例えば撮像素子120)とフレーム間加算画像生成部122とフレーム間差分画像生成部124とフレーム間加算画像再生部214とフレーム間推定演算部234と画像出力部290を含む。   According to the above embodiment, as illustrated in FIG. 2, the imaging apparatus includes an image acquisition unit (for example, the imaging device 120), the inter-frame addition image generation unit 122, the inter-frame difference image generation unit 124, and the inter-frame addition image reproduction. A unit 214, an inter-frame estimation calculation unit 234, and an image output unit 290.

図1に示すように、画像取得部は、第1〜第3のフレームにおける第1〜第3の撮像画像f〜fを取得する。フレーム間加算画像生成部122は、第1の撮像画像fの画素値vij(1)と第2の撮像画像fの画素値vij(2)を重み付け加算して第1のフレーム間加算画像Bを生成し、第2の撮像画像fの画素値vij(2)と第3の撮像画像fの画素値vij(3)を重み付け加算して第2のフレーム間加算画像Bを生成する。フレーム間差分画像生成部124は、第1のフレーム間加算画像Bと第2のフレーム間加算画像Bの差分を、フレーム間差分画像DTとして生成する。 As illustrated in FIG. 1, the image acquisition unit acquires first to third captured images f 1 to f 3 in the first to third frames. Interframe adding image generation unit 122, between the first frame by weighted addition of pixel values of the first captured image f 1 v ij (1) and the second pixel value v ij of the captured image f 2 (2) added image B 1 generates, between the second pixel value of the captured image f 2 of v ij (2) and the third pixel value v ij (3) adding the weighted with the second captured image f 3 of the frame addition generating an image B 2. The inter-frame difference image generation unit 124 generates a difference between the first inter-frame addition image B 1 and the second inter-frame addition image B 2 as an inter-frame difference image DT 2 .

図2に示すように、フレーム間加算画像再生部214は、第1のフレーム間加算画像Bとフレーム間差分画像DTに基づいて、第2のフレーム間加算画像Bを再生する。フレーム間推定演算部234は、第1のフレーム間加算画像Bと、再生された第2のフレーム間加算画像Bとに基づいて、第1〜第3の撮像画像f〜fの画素値vij(1)〜vij(3)を推定する。画像出力部290は、推定された画素値vij(1)〜vij(3)に基づく高解像画像を出力する。 As shown in FIG. 2, the inter-frame addition image reproduction unit 214 reproduces the second inter-frame addition image B 2 based on the first inter-frame addition image B 1 and the inter-frame difference image DT 2 . The inter-frame estimation calculation unit 234 calculates the first to third captured images f 1 to f 3 based on the first inter-frame addition image B 1 and the reproduced second inter-frame addition image B 2 . estimating a pixel value v ij (1) ~v ij ( 3). The image output unit 290 outputs a high resolution image based on the estimated pixel values v ij (1) to v ij (3).

このようにすれば、撮像画像fを効率よく圧縮することが可能になる。即ち、撮像画像の画素値をフレーム間で加算することで、画素値の時間的な変化を緩やかにできる。これにより、上述のように、フレーム間差分画像のエントロピーを下げることができ、例えばエントロピー符号化により高圧縮率を実現できる。 This makes it possible to compress efficiently captured image f T. That is, by adding the pixel value of the captured image between frames, the temporal change of the pixel value can be moderated. Thereby, as described above, the entropy of the inter-frame difference image can be lowered, and for example, a high compression rate can be realized by entropy coding.

また、例えば後述する復元推定処理を適用することで、簡素な処理で撮像画像fを再生可能である。これにより、フレーム間で加算する前の画像が再性されるため、動体でもブレが少ない時間分解能が高い復元画像を得られる。また、高圧縮率の画像データから撮像画像fを復元して任意タイミングの高精細静止画を取り出すことができる。 Further, by applying the restoring estimation process example described below, it is possible to reproduce the captured image f T a simple process. As a result, the image before the addition between frames is re-established, and thus a restored image with a high temporal resolution with little blurring can be obtained. Further, it is possible to take out the high-resolution still image of an arbitrary timing from the image data of a high compression ratio to restore the captured image f T.

4.第2のデータ圧縮手法
次に、上述の基準画像Bと差分画像DT(T=2,3,・・・)を更にフレーム内(画像内)で画素加算し、データ削減する手法について説明する。なお以下では、任意の差分画像DTに対する処理を例にとり説明するが、基準画像Bについても同様である。また、4画素加算を行う場合を例に説明するが、本実施形態はこれに限定されず、他の画素数の加算を行ってもよい。以下では、フレーム番号を表す(T)を画素値vij(T)、dtij(T)、aij(T)から省略し、vij、dtij、aijと表記する。
4). Second Data Compression Method Next, a method of reducing data by adding pixels in the above-described reference image B 1 and difference image DT T (T = 2, 3,...) Within a frame (inside an image) will be described. To do. In the following is described taking the process for any difference image DT T as an example, it is the same for the reference image B 1. Although the case where 4-pixel addition is performed will be described as an example, the present embodiment is not limited to this, and other pixel numbers may be added. Hereinafter, (T) representing the frame number is omitted from the pixel values v ij (T), dt ij (T), and a ij (T), and is denoted as v ij , dt ij , and a ij .

図3に示すように、差分画像DTに4画素で構成される加算単位(加算される画素群)を設定し、その加算単位の画素値に対して重み付けを行って加算する。このとき、加算単位を1画素分重畳させながら水平又は垂直にシフトさせ、4枚の画素加算画像A〜Aを生成する。この処理は、差分画像1枚毎に行われる。 As shown in FIG. 3, to set the configured summation unit (summed as pixel group) in the 4 pixels in the difference image DT T, it adds by weighting the pixel value of the summation unit. At this time, the addition unit is shifted horizontally or vertically while superimposing one pixel, and four pixel addition images A 1 to A 4 are generated. This process is performed for each difference image.

4画素加算値aijは下式(5)で表わされる。画素加算画像A〜Aを構成する加算画素値はそれぞれ{aij、a(i+1)j、a(i+1)(j+1)、ai(j+1)}である。
ij=dtij+(1/r)dt(i+1)j
(1/r)dti(j+1)+(1/r)dt(i+1)(j+1)
(5)
The 4-pixel addition value a ij is expressed by the following equation (5). The addition pixel values constituting the pixel addition images A 1 to A 4 are {a ij , a (i + 1) j , a (i + 1) (j + 1) , a i (j + 1) }, respectively.
a ij = dt ij + (1 / r) dt (i + 1) j +
(1 / r) dt i (j + 1) + (1 / r 2 ) dt (i + 1) (j + 1)
(5)

ここで、rは重み付けのパラメータであり、1≦rである。またdtijは差分画像DTにおけるアドレス(i,j)の画素値である。 Here, r is a weighting parameter, and 1 ≦ r. The dt ij is a pixel value of the address (i, j) in the difference image DT T.

次に、生成した画素加算画像A〜Aの加算位置の整合を行い、4枚の画素加算画像を重ね合わせた上で同一位置の値の加算平均をとることにより平均画像Mを生成する。即ち、画素加算画像A〜Aの4画素加算値をそれぞれ{a(1) ij,a(2) (i+1)j,a(3) (i+1)(j+1),a(4) i(j+1)}とすると、平均画像Mの画素値a ijは下式(6)で表される。
ij=[a(1) ij+a(2) (i+1)j
(3) i(j+1)+a(4) (i+1)(j+1)]/4 (6)
Next, the addition positions of the generated pixel addition images A 1 to A 4 are matched, and an average image M is generated by superimposing the four pixel addition images and taking the addition average of the values at the same position. . That is, the 4-pixel addition values of the pixel addition images A 1 to A 4 are respectively represented by {a (1) ij , a (2) (i + 1) j , a (3) (i + 1) (j + 1) , a (4) i ( j + 1) }, the pixel value a M ij of the average image M is expressed by the following equation (6).
a M ij = [a (1) ij + a (2) (i + 1) j +
a (3) i (j + 1) + a (4) (i + 1) (j + 1) ] / 4 (6)

生成した平均画像Mを基準とし、その平均画像Mと画素加算画像A〜Aとの差分(方向ベクトル(1,−1)への射影)をそれぞれ差分画像D〜Dとする。差分画像D〜Dと平均画像Mを合わせて融合画像データF(M,D〜D)とする。差分画像D〜Dを構成する4画素加算差分値を{aD1 ij,aD2 ij,aD3 ij,aD4 ij}とすれば、下式(7)のように表わせる。
D1 ij=a ij−a(1) ij
D2 ij=a ij−a(2) (i+1)j
D3 ij=a ij−a(3) (i+1)(j+1)
D4 ij=a ij−a(4) i(j+1) (7)
Using the generated average image M as a reference, the difference (projection to the direction vector (1, −1)) between the average image M and the pixel addition images A 1 to A 4 is set as difference images D 1 to D 4 , respectively. The difference images D 1 to D 4 and the average image M are combined to obtain fused image data F (M, D 1 to D 4 ). If the 4-pixel addition difference values constituting the difference images D 1 to D 4 are represented as {a D1 ij , a D2 ij , a D3 ij , a D4 ij }, they can be expressed as the following expression (7).
a D1 ij = a M ij −a (1) ij ,
a D2 ij = a M ij −a (2) (i + 1) j ,
a D3 ij = a M ij −a (3) (i + 1) (j + 1) ,
a D4 ij = a M ij −a (4) i (j + 1) (7)

このようにして、静止画と動画を融合させた融合画像データF(M,D〜D)を生成し、それを記録しておき、その記録されたF(M,D〜D)を後段において解凍処理することにより、「高精細静止画データ」又は「動画データ」を適宜生成することが可能となる。 In this way, the still image fusion is fused to the moving image data F (M, D 1 ~D 4 ) generates, may be recorded it, the recorded F (M, D 1 ~D 4 ) In the subsequent stage, "high-definition still image data" or "moving image data" can be appropriately generated.

なお、この例では差分(即ち方向ベクトル(1,−1)への射影)をとったが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、平均画像Mの画素値と画素加算画像A〜Aの画素値の相関分布に応じて、その主成分軸(分散が最も大きくなる直線)を求め、主成分軸に直交する軸に対して射影した値を用いた方が、より一層データの圧縮が可能となることは言うまでもない。 In this example, the difference (that is, projection onto the direction vector (1, −1)) is taken, but the present embodiment is not limited to this. For example, in accordance with the correlation distribution between the pixel values of the average image M and the pixel values of the pixel addition images A 1 to A 4 , the principal component axis (straight line with the largest variance) is obtained, and the axis orthogonal to the principal component axis is obtained. It goes without saying that the data can be further compressed by using the projected value.

5.エントロピー符号化
次に、上述した平均画像Mとフレーム内差分画像D〜Dを圧縮する手法について説明する。
5. Entropy Coding Next, a method for compressing the above-described average image M and intra-frame difference images D 1 to D 4 will be described.

平均画像M及びフレーム内差分画像D〜Dの画素値データは、発生頻度分布の偏りが顕著になるため、エントロピー符号化(例えばハフマン符号,LZH等)がデータ圧縮として効果的である。エントロピー符号化とは、画素値の発生確率を求め、発生確率の高いものから短い符号長を割当てる圧縮手法である。 In the pixel value data of the average image M and the intra-frame difference images D 1 to D 4 , since the occurrence frequency distribution is significantly biased, entropy coding (eg, Huffman code, LZH, etc.) is effective as data compression. Entropy coding is a compression technique in which the occurrence probability of a pixel value is obtained and a short code length is assigned from the one with the highest occurrence probability.

例えば、平均画像Mの画素値データの平均値に対して最も短い符号長を割り当て、その平均値から離れる値ほど符号長を長くして行く符号化が適当である。即ち、フレーム内差分画像D〜Dの画素値データは各々の平均がゼロであり、ゼロの発生確率をピークとして分布しているので、ゼロ値に最も短い符号を割当てるようにすればよい。また、平均画像M及びフレーム内差分画像D〜Dの画素値データは、確率密度に応じて非線形量子化を行うことも有効である。 For example, it is appropriate to assign the shortest code length to the average value of the pixel value data of the average image M, and to make the code length longer as the value is farther from the average value. That is, since the pixel value data of the intra-frame difference images D 1 to D 4 has an average of zero and is distributed with the occurrence probability of zero as a peak, the shortest code may be assigned to the zero value. . It is also effective to perform nonlinear quantization on the pixel value data of the average image M and the intra-frame difference images D 1 to D 4 according to the probability density.

一方、平均画像Mでは、確かに加算平均した画素値データなので発生頻度分布の偏りは顕著になるが、画素加算値の取りうる範囲は、フレーム内差分画像D〜Dの画素値データと比較すると、かなり大きくなる。そのため、一般的に高圧縮率が期待できる非可逆圧縮法(JPEG,MPEG等)の適用がデータの圧縮としては効果的である。 On the other hand, in the average image M, the deviation of the occurrence frequency distribution becomes remarkable because it is certainly the pixel value data obtained by addition averaging, but the range that the pixel addition value can take is the pixel value data of the intra-frame difference images D 1 to D 4. When compared, it becomes quite large. For this reason, application of an irreversible compression method (JPEG, MPEG, etc.) that can generally be expected to have a high compression rate is effective as data compression.

従って、平均画像Mにおいては画素数を削減して非可逆高圧縮を適用し、フレーム内差分画像D〜Dにおいては、同様な発生分布の偏りを呈する特性を利用した高速エントロピー符号化を適用することが考えられる。 Therefore, in the average image M, irreversible high compression is applied by reducing the number of pixels, and in the intra-frame difference images D 1 to D 4 , high-speed entropy encoding using characteristics that exhibit a similar occurrence distribution bias is performed. It is possible to apply.

次に、最も単純なハフマン符号を適用する場合の例を示す。多数の画像の画素値分布に基づいて一つのハフマン符号テーブルを生成すると、適用範囲が広くなり、圧縮効果は画像依存になってしまう。しかしながら、画像毎又は画像範囲毎にハフマンテーブルを毎回生成するのは効果的ではない。   Next, an example of applying the simplest Huffman code is shown. If one Huffman code table is generated based on the pixel value distribution of a large number of images, the application range becomes wide and the compression effect becomes image-dependent. However, it is not effective to generate the Huffman table for each image or image range every time.

そこで、上記の平均画像Mに適用する場合、所定の画像領域毎に平均値α ijを下式(8)により求め、その平均値α ijと各加算平均値{a ij}の差分値{a’ ij}を下式(9)により求める。そして、その差分値{a’ ij}を改めて平均画像Mのデータとし、ハフマン符号化を適用すればよい。このことにより、差分値{a’ ij}は、普遍的にゼロを中心とした値の生起分布を形成できる。融合画像データF(M,D〜D)の中のMは、M={α ij,a’ ij}に置き換えて考えられる。

Figure 2012231379
a’ ij=a ij−α ij (9) Therefore, when applied to the above average image M, an average value α M ij is obtained for each predetermined image area by the following equation (8), and the difference between the average value α M ij and each added average value {a M ij }. The value {a ′ M ij } is obtained by the following equation (9). Then, the difference value {a ′ M ij } is used as the data of the average image M again, and Huffman coding may be applied. Thus, the difference value {a ′ M ij } can form an occurrence distribution of values universally centered on zero. M in the fusion image data F (M, D 1 to D 4 ) is considered to be replaced with M = {α M ij , a ′ M ij }.
Figure 2012231379
a ′ M ij = a M ij −α M ij (9)

ここで、(h0,v0)は、平均値α ijを算出する領域の始点であり、(h,v)は、平均値α ijを算出する領域の終点である。即ち上式(8)においてh0≦i≦h,v0≦j≦vを満たす。例えば、平均値α ijを算出する領域は、平均画像Mの全体である。平均値α ijを算出する領域や、平均値α ijの算出に用いる平均値a ijの数は、データの圧縮率とのバランスを評価して決めればよい。 Here, (h0, v0) is the start point of the area where the average value α M ij is calculated, and (h, v) is the end point of the area where the average value α M ij is calculated. That is, in the above formula (8), h0 ≦ i ≦ h and v0 ≦ j ≦ v are satisfied. For example, the area for calculating the average value α M ij is the entire average image M. The area for calculating the average value α M ij and the number of average values a M ij used for calculating the average value α M ij may be determined by evaluating the balance with the data compression rate.

上記の差分値{a’ ij}と4画素加算差分値{aD1 ij,aD2 ij,aD3 ij,aD4 ij}は、それら自体が平均ゼロの値から成っているので、図4に示す符号割り当てが考えられる。このようにすれば、ハフマン符号テーブルは固定的な一種類で済ますことができる。 Since the difference value {a ′ M ij } and the 4-pixel addition difference value {a D1 ij , a D2 ij , a D3 ij , a D4 ij } are themselves composed of a value of zero on average, FIG. The code assignment shown in FIG. In this way, the Huffman code table can be a fixed type.

なお、上述の平均値α ijとして、下式(10)に示す固定値mAVRを適用し、変動データとして扱わずに先見情報として扱ってもよい。この場合、平均値mAVRはデータとして記録する必要はない。融合画像データF(M,D〜D)の中のMは、M={mAVR,a’ ij}と置き換えて考えられる。下式(10)は、上式(5)で定義される重み付け4画素加算値の場合への適用であり、加算画素数や重み付けの掛け方によって適宜適正な値が設定されることに注意が必要である。
AVR=vmax・{1+(1/r)+(1/r)+(1/r)}/2
(10)
Note that, as the above-described average value α M ij , the fixed value m AVR shown in the following equation (10) may be applied, and may be handled as look-ahead information without being treated as fluctuation data. In this case, the average value m AVR need not be recorded as data. M in the fusion image data F (M, D 1 to D 4 ) is considered to be replaced with M = {m AVR , a ′ M ij }. The following equation (10) is applied to the case of the weighted 4-pixel addition value defined by the above equation (5), and it should be noted that an appropriate value is appropriately set depending on the number of added pixels and the weighting method. is necessary.
m AVR = v max · {1+ (1 / r) + (1 / r) + (1 / r 2 )} / 2
(10)

ここで、rは重み付けのパラメータであり、1≦rである。vmaxは、画素値を規定する最大値である。 Here, r is a weighting parameter, and 1 ≦ r. v max is a maximum value that defines the pixel value.

6.高精細静止画の再生手法
上述のF(M,D〜D)からフレーム間差分画像DT(又は基準画像B)を復元推定する手法について説明する。
6). High-definition still image reproduction method A method for reconstructing and estimating the inter-frame difference image DT T (or the reference image B 1 ) from the above-described F (M, D 1 to D 4 ) will be described.

上式(7)を変形すると、下式(11)が得られる。下式(11)に示すように、平均画像Mを構成する4画素加算値{a ij}と、フレーム内差分画像D〜Dを構成する4画素加算値{aD1 ij,aD2 ij,aD3 ij,aD4 ij}から、画素加算画像A〜Aのそれぞれの4画素加算値{a(1) ij,a(2) (i+1)j,a(3) (i+1)(j+1),a(4) i(j+1)}が得られる。
(1) ij=a ij−aD1 ij
(2) (i+1)j=a ij−aD2 ij
(3) (i+1)(j+1)=a ij−aD3 ij
(4) i(j+1)=a ij−aD4 ij (11)
When the above equation (7) is transformed, the following equation (11) is obtained. As shown in the following formula (11), the 4-pixel addition value {a M ij } constituting the average image M and the 4-pixel addition values {a D1 ij , a D2 constituting the intra-frame difference images D 1 to D 4. ij , a D3 ij , a D4 ij }, the four-pixel addition values {a (1) ij , a (2) (i + 1) j , a (3) (i + 1) of the pixel addition images A 1 to A 4 (J + 1) , a (4) i (j + 1) } is obtained.
a (1) ij = a M ij −a D1 ij ,
a (2) (i + 1) j = a M ij −a D2 ij ,
a (3) (i + 1) (j + 1) = a M ij −a D3 ij ,
a (4) i (j + 1) = a M ij −a D4 ij (11)

求められた4画素加算値{a(1) ij,a(2) (i+1)j,a(3) (i+1)(j+1),a(4) i(j+1)}は、1枚の高精細画像を水平又は垂直に1画素ずつ重畳シフトした4画素加算値により構成されている画像データである。この4画素加算値を、図18(A)等で後述する復元推定処理に適用することにより、元の基準画像B又は差分画像DTの画素値が求められる。 The obtained 4-pixel addition value {a (1) ij , a (2) (i + 1) j , a (3) (i + 1) (j + 1) , a (4) i (j + 1) } is one high definition This is image data composed of an added value of four pixels obtained by superimposing and shifting an image horizontally or vertically one pixel at a time. The pixel value of the original reference image B 1 or the difference image DT 2 is obtained by applying this 4-pixel addition value to the restoration estimation process described later with reference to FIG.

次に、復元された基準画像Bとフレーム間差分画像DTを用いてフレーム間加算画像Bを再生する。具体的には下式(12)に示すように、基準画像Bの画素値vij(1)’を基準値とし、加算画像Bの画素値vij(2)’を求める。
ij(2)’=vij(1)’−dtij(2) (12)
Next, the inter-frame addition image B 2 is reproduced using the restored reference image B 1 and the inter-frame difference image DT 2 . Specifically, as shown in the following formula (12), the pixel value v ij (1) ′ of the reference image B 1 is used as a reference value, and the pixel value v ij (2) ′ of the added image B 2 is obtained.
v ij (2) ′ = v ij (1) ′ − dt ij (2) (12)

このようにして得られたフレーム間加算画像{B,B}の画素値{vij(1)’,vij(2)’}に対して、図14等で後述する復元推定処理を適用し、フレーム間加算前の撮影フレーム画像{f,f,f}の画素値{vij(1),vij(2),vij(3)}を推定する。なお、上記の実施形態では、扱うフレーム画像を画像フレーム{f,f,f}に限って説明したが、次々と後段のフレームに拡張し、この考え方を適用できることは言うまでもない。 For the pixel values {v ij (1) ′, v ij (2) ′} of the inter-frame addition image {B 1 , B 2 } obtained in this way, the restoration estimation process described later with reference to FIG. Apply and estimate the pixel values {v ij (1), v ij (2), v ij (3)} of the captured frame images {f 1 , f 2 , f 3 } before inter-frame addition. In the above embodiment, the frame image to be handled is described as being limited to the image frames {f 1 , f 2 , f 3 }, but it goes without saying that this concept can be applied to the subsequent frames one after another.

7.撮像装置の第2の構成例
図5に、上述のように基準画像Bとフレーム間差分画像DTを生成し、更に平均画像Mとフレーム内差分画像D〜Dを生成する場合の構成例として、撮像装置の第2の構成例を示す。撮像装置は、撮像部10、画像処理部20を含む。なお以下では、図2等で上述した構成要素と同一の構成要件については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
7). Second Configuration Example FIG. 5 of the imaging device, and generates the reference image B 1 and the inter-frame difference image DT T, as described above, in the case of further generating an average image M and frame difference image D 1 to D 4 As a configuration example, a second configuration example of the imaging apparatus is shown. The imaging device includes an imaging unit 10 and an image processing unit 20. In the following description, the same components as those described above with reference to FIG. 2 and the like are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.

撮像部10は、レンズ110、撮像素子120、フレーム間加算画像生成部122(第1の加算画像生成部)、フレーム間差分画像生成部124(第1の差分画像生成部)、フレーム内加算画像生成部130(第2の加算画像生成部)、フレーム内差分画像生成部141(第2の差分画像生成部)、平均画像生成部142、エントロピー符号化部143、圧縮データ記録部150を含む。   The imaging unit 10 includes a lens 110, an image sensor 120, an inter-frame addition image generation unit 122 (first addition image generation unit), an inter-frame difference image generation unit 124 (first difference image generation unit), and an intra-frame addition image. A generation unit 130 (second addition image generation unit), an intra-frame difference image generation unit 141 (second difference image generation unit), an average image generation unit 142, an entropy encoding unit 143, and a compressed data recording unit 150 are included.

フレーム内加算画像生成部130は、上述のように、画素シフトさせつつ基準画像B又はフレーム間差分画像DTの画素値を加算し、フレーム内加算画像A〜Aを生成する。平均画像生成部142は、フレーム内加算画像A〜Aから平均画像Mを生成する。フレーム内差分画像生成部141は、フレーム内加算画像A〜Aと平均画像Mからフレーム内差分画像D〜Dを生成する。エントロピー符号化部143は、上述のエントロピー符号化等の可逆圧縮により差分画像D〜Dを圧縮する。データ圧縮部144は、例えばM−JPEGやJPEG−XR等の非可逆圧縮により平均画像Mを圧縮する。圧縮データ記録部150は、圧縮された平均画像Mとフレーム内差分画像D〜Dのデータを記録する。 Frame adding image generation unit 130, as described above, it adds the pixel values of the reference image B 1 or the inter-frame difference image DT T while shifting pixels, to generate a frame added image A 1 to A 4. The average image generation unit 142 generates an average image M from the intra-frame addition images A 1 to A 4 . The intra-frame difference image generation unit 141 generates intra-frame difference images D 1 to D 4 from the intra-frame addition images A 1 to A 4 and the average image M. The entropy encoding unit 143 compresses the difference images D 1 to D 4 by lossless compression such as the above-described entropy encoding. The data compression unit 144 compresses the average image M by irreversible compression such as M-JPEG or JPEG-XR. The compressed data recording unit 150 records data of the compressed average image M and intra-frame difference images D 1 to D 4 .

画像処理部20は、圧縮データ伸張部200、フレーム内加算画像再生部210(第2の加算画像再生部)、フレーム間加算画像再生部214(第1の加算画像再生部)、フレーム内推定演算部230(第2の推定演算部)、フレーム間推定演算部234(第1の推定演算部)、高精細静止画生成部240、高精細動画生成部250、標準動画生成部260、画像出力部290、画像選択部295を含む。   The image processing unit 20 includes a compressed data decompression unit 200, an intra-frame addition image reproduction unit 210 (second addition image reproduction unit), an inter-frame addition image reproduction unit 214 (first addition image reproduction unit), and an intra-frame estimation calculation. Unit 230 (second estimation calculation unit), inter-frame estimation calculation unit 234 (first estimation calculation unit), high-definition still image generation unit 240, high-definition moving image generation unit 250, standard moving image generation unit 260, image output unit 290 and an image selection unit 295.

圧縮データ伸張部200は、圧縮された平均画像Mとフレーム内差分画像D〜Dを伸張する処理を行う。フレーム内加算画像再生部210は、平均画像Mとフレーム内差分画像D〜Dからフレーム内加算画像A〜Aを再生する処理を行う。フレーム内推定演算部230は、フレーム内加算画像A〜Aに基づいて、基準画像Bとフレーム間差分画像DTを推定により復元する。復元された画像は、ベイヤー配列のRAW画像である。 The compressed data decompression unit 200 performs a process of decompressing the compressed average image M and intra-frame difference images D 1 to D 4 . The intra-frame addition image reproduction unit 210 performs processing for reproducing the intra-frame addition images A 1 to A 4 from the average image M and the intra-frame difference images D 1 to D 4 . Frame estimation calculation section 230, based on the frame in addition image A 1 to A 4, is restored by estimating the reference image B 1 and the inter-frame difference image DT T. The restored image is a Bayer array RAW image.

図6、図7に、上記第2の構成例におけるデータ構成例を示す。図6に示すように、撮像画像fは、P×Q画素(P、Qは自然数)の画素値v00(T)〜vPQ(T)で構成される。フレーム間差分画像DTも、P×Q画素の画素値dt00(T)〜dtPQ(T)で構成される。基準画像Bも同様である。 6 and 7 show data configuration examples in the second configuration example. As shown in FIG. 6, the captured image f T is, P × Q pixels (P, Q is a natural number) formed by the pixel value v 00 of the (T) ~v PQ (T) . The inter-frame difference image DT T is also composed of pixel values dt 00 (T) to dt PQ (T) of P × Q pixels. Reference image B 1 is the same.

図7に示すように、フレーム内加算画像A(DT)〜A(DT)は、それぞれp×q画素の画素値a00(T)〜apq(T)で構成される。ここで、p=P/2、q=Q/2である。フレーム内加算画像A(B)〜A(B)も同様である。平均画像M(DT)、フレーム内差分画像D(DT)〜D(DT)も、それぞれp×q画素の画素値で構成される。平均画像M(B)、フレーム内差分画像D(B)〜D(B)も同様である。 As shown in FIG. 7, the intra-frame addition images A 1 (DT T ) to A 4 (DT T ) are configured with pixel values a 00 (T) to a pq (T) of p × q pixels, respectively. Here, p = P / 2 and q = Q / 2. The same applies to the intra-frame addition images A 1 (B 1 ) to A 4 (B 1 ). The average image M (DT T ) and the intra-frame difference images D 1 (DT T ) to D 4 (DT T ) are also configured with pixel values of p × q pixels. The same applies to the average image M (B 1 ) and the intra-frame difference images D 1 (B 1 ) to D 4 (B 1 ).

上記の実施形態によれば、図5に示すように、撮像装置は、フレーム内加算画像生成部130と平均画像生成部142とフレーム内差分画像生成部141とデータ圧縮部(例えばエントロピー符号化部143)と圧縮データ伸張部200とフレーム内加算画像再生部210とフレーム内推定演算部230を含む。   According to the above embodiment, as illustrated in FIG. 5, the imaging device includes an intra-frame addition image generation unit 130, an average image generation unit 142, an intra-frame difference image generation unit 141, and a data compression unit (for example, an entropy encoding unit). 143), a compressed data decompression unit 200, an intra-frame addition image reproduction unit 210, and an intra-frame estimation calculation unit 230.

図3に示すように、フレーム内加算画像生成部130は、第1のフレーム間加算画像B又はフレーム間差分画像DTを入力画像として受けて、加算画素値aijを取得する単位である加算単位を入力画像の複数の画素毎(例えば4画素毎)に設定し、その加算単位を順次画素シフトさせながら加算単位に含まれる画素値dtijを重み付け加算(上式(5))して第1〜第4(広義には第1〜第n)のフレーム内加算画像A〜Aを生成する。上式(6)で説明したように、平均画像生成部142は、フレーム内加算画像A〜Aの平均画像Mを生成する。上式(7)で説明したように、フレーム内差分画像生成部141は、第mのフレーム内加算画像A(mはn以下の自然数)と平均画像Mとの差分を、第mのフレーム内差分画像Dとして生成する。データ圧縮部は、平均画像Mとフレーム内差分画像Dを圧縮する。 As illustrated in FIG. 3, the intra-frame addition image generation unit 130 is a unit that receives the first inter-frame addition image B 1 or the inter-frame difference image DT 2 as an input image and acquires the addition pixel value a ij. The addition unit is set for each of a plurality of pixels of the input image (for example, every 4 pixels), and the pixel value dt ij included in the addition unit is weighted and added (the above equation (5)) while sequentially shifting the addition unit. First to fourth (first to nth in a broad sense) intra-frame addition images A 1 to A 4 are generated. As described in the above equation (6), the average image generation unit 142 generates the average image M of the intra-frame addition images A 1 to A 4 . As described in Expression (7) above, the intra-frame difference image generation unit 141 calculates the difference between the m-th intra-frame addition image A m (m is a natural number equal to or less than n) and the average image M as the m-th frame. generating as an internal difference image D m. Data compression unit compresses the average image M and frame difference image D m.

図5に示すように、圧縮データ記録部150は、圧縮された平均画像Mとフレーム内差分画像Dを伸張する。フレーム内加算画像再生部210は、伸張された平均画像Mとフレーム内差分画像Dに基づいて、フレーム内加算画像A〜Aを再生する。フレーム内推定演算部230は、再生されたフレーム内加算画像A〜Aに基づいて、入力画像の画素値を推定する。 As shown in FIG. 5, the compressed data recording unit 150 decompresses the compressed average image M and frame difference image D m. The intra-frame addition image reproduction unit 210 reproduces the intra-frame addition images A 1 to A 4 based on the expanded average image M and intra-frame difference image D m . The intra-frame estimation calculation unit 230 estimates the pixel value of the input image based on the reproduced intra-frame addition images A 1 to A 4 .

このようにすれば、フレーム間加算画像Bとフレーム間差分画像DTに対して更にフレーム内加算を行い、そのフレーム内加算画像A〜Aの平均画像Mとフレーム内差分画像D〜Dを生成して圧縮できる。これにより、更に圧縮率を向上できる。即ち、入力画像B(又はDT)と4枚の加算画像A〜Aは画素数としては同一になるが、差分画像Dの画素値のエントロピーを入力画像よりも小さくできるため、圧縮率を向上できる。 In this way, intra-frame addition is further performed on the inter-frame addition image B 1 and the inter-frame difference image DT 2 , and the average image M of the intra-frame addition images A 1 to A 4 and the intra-frame difference image D 1. to D 4 can be produced by compressing. Thereby, the compression rate can be further improved. That is, although the input image B 1 (or DT 2 ) and the four added images A 1 to A 4 have the same number of pixels, the entropy of the pixel value of the difference image D m can be made smaller than that of the input image. The compression rate can be improved.

また本実施形態によれば、簡素な処理で圧縮データから入力画像を再生可能である。即ち、フレーム内加算画像A〜Aは、重畳シフト加算により得られた画像データであり、後述する復元推定処理を適用可能である。この復元推定処理は、低解像画像から高解像画像を推定する処理を、上述の特許文献1、2に比べて簡素化することができる。また、復元された入力画像から更に撮像画像fを復元できるため、高圧縮率の画像データから任意タイミングの高精細静止画を取り出すことが可能になる。 Further, according to the present embodiment, it is possible to reproduce the input image from the compressed data with a simple process. That is, the intra-frame addition images A 1 to A 4 are image data obtained by superposition shift addition, and a restoration estimation process described later can be applied. This restoration estimation process can simplify the process of estimating a high-resolution image from a low-resolution image as compared with Patent Documents 1 and 2 described above. Further, since the reconstructed input image can further recover the captured image f T, it is possible to take out the high-resolution still image of an arbitrary timing from the image data of a high compression ratio.

また本実施形態では、図3に示すように、フレーム内加算画像生成部130は、加算単位を、水平又は垂直(i軸方向又はj軸方向)に1画素ずつ順次シフトさせて第1〜第4のポジション(例えば座標(0,0)、(1,0)、(1,1)、(0,1))に設定し、その第1〜第4のポジションにおいてそれぞれフレーム内加算画像A〜Aを取得する。第mのポジションと第m+1のポジション(例えば(0,0)、(1,0))の加算単位は、共通の画素(v10、v11)を含む。 In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the intra-frame addition image generation unit 130 sequentially shifts the addition unit one pixel at a time horizontally or vertically (i-axis direction or j-axis direction). 4 positions (for example, coordinates (0, 0), (1, 0), (1, 1), (0, 1)), and in-frame addition images A 1 at the first to fourth positions, respectively. to get the ~A 4. The addition unit of the m-th position and the m + 1-th position (for example, (0, 0), (1, 0)) includes a common pixel (v 10 , v 11 ).

このようにすれば、共通の画素を含みながら加算単位を順次画素シフトして加算画素値を求める重畳シフト加算を行うことができる。   In this way, it is possible to perform superposition shift addition for obtaining an added pixel value by sequentially shifting the addition unit while including a common pixel.

また本実施形態では、上式(6)に示すように、平均画像生成部142は、第1〜第4のポジションの加算画素値の平均値a ijを、平均画像の画素値として求める。上式(7)に示すように、フレーム内差分画像生成部141は、平均画像の画素値a ijと、第mのポジションの加算画素値(例えばa(1) ij)の差分値(aD1 ij)を、第mの差分画像の画素値(aD1 ij)として求める。 In the present embodiment, as shown in the above equation (6), the average image generation unit 142 calculates the average value a M ij of the added pixel values of the first to fourth positions as the pixel value of the average image. As shown in the above equation (7), the intra-frame difference image generation unit 141 calculates a difference value (a between the pixel value a M ij of the average image and the added pixel value (for example, a (1) ij ) at the m-th position. D1 ij ) is obtained as the pixel value (a D1 ij ) of the mth difference image.

また本実施形態では、図3等で説明したように、データ圧縮部は、第mのフレーム内差分画像Dをエントロピー符号化により可逆圧縮する。 In the present embodiment, as described with reference to FIG. 3 and the like, the data compression unit reversibly compresses the mth intra-frame difference image Dm by entropy coding.

このようにすれば、上述のようにエントロピーが小さくなったフレーム内差分画像Dを高圧縮率で圧縮することができるため、画像データの圧縮率を向上できる。これにより、圧縮データを記録するストレージの容量を削減したり、データ通信における通信負荷を軽減できる。 In this way, it is possible to compress the frame difference image D m entropy as described above is reduced with a high compression ratio, it is possible to improve the compression ratio of the image data. Thereby, the capacity of the storage for recording the compressed data can be reduced, and the communication load in data communication can be reduced.

8.第3のデータ圧縮手法
上記の実施形態では、フレーム間の加算を行った後にフレーム内の加算を行ったが、フレーム内の加算を行った後にフレーム間の加算を行ってもよい。図8に、このような場合の構成例として、撮像装置の第3の構成例を示す。
8). Third Data Compression Method In the above embodiment, the addition within the frame is performed after the addition between the frames. However, the addition between the frames may be performed after the addition within the frame. FIG. 8 shows a third configuration example of the imaging apparatus as a configuration example in such a case.

撮像装置は、撮像部10、画像処理部20を含む。なお以下では、図2等で上述した構成要素と同一の構成要件については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。   The imaging device includes an imaging unit 10 and an image processing unit 20. In the following description, the same components as those described above with reference to FIG. 2 and the like are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.

撮像部10は、レンズ110、撮像素子120、フレーム間加算画像生成部122、フレーム間差分画像生成部124、フレーム内加算画像生成部130、フレーム内差分画像生成部141、平均画像生成部142、エントロピー符号化部143、圧縮データ記録部150を含む。画像処理部20の構成要素は、図5の画像処理部20と同様である。   The imaging unit 10 includes a lens 110, an image sensor 120, an inter-frame addition image generation unit 122, an inter-frame difference image generation unit 124, an intra-frame addition image generation unit 130, an intra-frame difference image generation unit 141, an average image generation unit 142, An entropy encoding unit 143 and a compressed data recording unit 150 are included. The components of the image processing unit 20 are the same as those of the image processing unit 20 in FIG.

フレーム内加算画像生成部130は、連続して得られる撮像画像f(Tは自然数)のフレーム一つ一つにおいてフレーム内の重畳シフト重み付け加算を行い、フレーム内加算画像{A(T),A(T),A(T),A(T)}を生成する。平均画像生成部142は、フレーム内加算画像の平均画像M(T)を求める。フレーム内差分画像生成部141は、フレーム内加算画像と平均画像の差分であるフレーム内差分画像{D(T),D(T),D(T),D(T)}を求める。 The intra-frame addition image generation unit 130 performs superposition shift weighting addition in each frame in each frame of the captured images f T (T is a natural number) obtained continuously, and adds the intra-frame addition image {A 1 (T). , A 2 (T), A 3 (T), A 4 (T)}. The average image generation unit 142 obtains an average image M (T) of the intra-frame addition image. The intra-frame difference image generation unit 141 generates an intra-frame difference image {D 1 (T), D 2 (T), D 3 (T), D 4 (T)} that is a difference between the intra-frame addition image and the average image. Ask.

フレーム間加算画像生成部122は、平均画像M(T)とフレーム内差分画像{D(T),D(T),D(T),D(T)}のそれぞれについてフレーム間の重畳シフト重み付け加算を行い、フレーム間加算画像{B}を生成する。即ち、画像単位にて表記すると、重み付け加算は下式(13)で表される。
(M)=1・M(T)+(1/r)・M(T+1),
(D)=1・D(T)+(1/r)・D(T+1) (13)
The inter-frame addition image generation unit 122 performs inter-frame processing for each of the average image M (T) and the intra-frame difference image {D 1 (T), D 2 (T), D 3 (T), D 4 (T)}. Are added, and an inter-frame addition image {B T } is generated. That is, when expressed in image units, the weighted addition is expressed by the following equation (13).
B T (M) = 1 · M (T) + (1 / r) · M (T + 1),
B T (D m ) = 1 · D m (T) + (1 / r) · D m (T + 1) (13)

ここで、rは重み付け係数である。mは4以下の自然数である。   Here, r is a weighting coefficient. m is a natural number of 4 or less.

フレーム間差分画像生成部124は、下式(14)に示すように、フレーム間加算画像{B}を基準とし、{B}を順次差し引きして差分画像DTを求める。
=(基準値),
DTT+1=B−BT+1 (14)
The inter-frame difference image generation unit 124 obtains the difference image DT T by sequentially subtracting {B T } with the inter-frame addition image {B 1 } as a reference, as shown in the following equation (14).
B 1 = (reference value),
DT T + 1 = B T −B T + 1 (14)

エントロピー符号化部143は、加算画像{B}と差分画像DTに対してそれぞれエントロピー符号化(可逆圧縮)を行い、記録データを生成する。 The entropy encoding unit 143 performs entropy encoding (reversible compression) on the added image {B 1 } and the difference image DT T to generate recording data.

圧縮データ伸張部200は、圧縮された加算画像{B}と差分画像DTを伸張する処理を行う。フレーム間加算画像再生部214は、伸張された基準画像Bと差分画像DTから加算画像{B、B}を再生する。フレーム間推定演算部234は、加算画像{B、B}に基づいて、平均画像M(T)と差分画像D(T)〜D(T)を推定により復元する。 The compressed data decompression unit 200 performs a process of decompressing the compressed added image {B 1 } and the difference image DT T. The inter-frame addition image reproduction unit 214 reproduces the addition image {B 1 , B 2 } from the expanded reference image B 1 and the difference image DT 2 . The inter-frame estimation calculation unit 234 restores the average image M (T) and the difference images D 1 (T) to D 4 (T) by estimation based on the added image {B 1 , B 2 }.

フレーム内加算画像再生部210は、平均画像M(T)と差分画像D(T)〜D(T)から加算画像A〜Aを再生する処理を行う。フレーム内推定演算部230は、加算画像A〜Aに基づいて、撮像画像fを推定により復元する。復元された画像は、ベイヤー配列のRAW画像である。 The intra-frame addition image reproduction unit 210 performs a process of reproducing the addition images A 1 to A 4 from the average image M (T) and the difference images D 1 (T) to D 4 (T). Frame estimation calculation section 230, based on the added image A 1 to A 4, is restored by estimating the captured image f T. The restored image is a Bayer array RAW image.

以上の実施形態によれば、フレーム内加算画像生成部130は、第xの撮像画像f(xは3以下の自然数)を受けて、加算画素値を取得する単位である加算単位を撮像画像fの複数の画素毎に設定し、加算単位を順次画素シフトさせながら加算単位に含まれる画素値を重み付け加算して第1〜第nのフレーム内加算画像A(x)〜A(x)を生成する。平均画像生成部142は、フレーム内加算画像A(x)〜A(x)の平均画像M(x)を生成する。フレーム内差分画像生成部141は、第mのフレーム内加算画像A(x)と平均画像M(x)との差分を、第mのフレーム内差分画像D(x)として生成する。 According to the above embodiments, frame adding image generation unit 130 (the x 3 following a natural number) the captured image f x of the x receives the captured image addition unit is a unit for acquiring an addition pixel value set for each of a plurality of pixels of f x, frame added image a 1 of the first to n by weighted addition of pixel values included in the summation unit while sequentially pixel shifting summation unit (x) ~A 4 ( x). The average image generation unit 142 generates an average image M (x) of the intra-frame addition images A 1 (x) to A 4 (x). The intra-frame difference image generation unit 141 generates a difference between the m-th intra-frame addition image A m (x) and the average image M (x) as an m-th intra-frame difference image D m (x).

フレーム間加算画像生成部122は、フレーム内差分画像D(x)又は平均画像M(x)を第xの入力画像として受けて、第1、第2の入力画像(例えばD(1)、D(2))に基づく第1のフレーム間加算画像Bを生成し、第2、第3の入力画像(D(2)、D(3))に基づく第2のフレーム間加算画像Bを生成する。 The inter-frame addition image generation unit 122 receives the intra-frame difference image D m (x) or the average image M (x) as the x-th input image, and receives the first and second input images (for example, D m (1)). , D m (2)) to generate a first inter-frame addition image B 1 and a second inter-frame based on the second and third input images (D m (2), D m (3)) generating a sum image B 2.

このようにすれば、撮像画像に対してフレーム内加算を行った後にフレーム内加算を行ってデータ圧縮を行うことができる。このような処理順序によっても、フレーム内差分画像によるエントロピー低減効果、フレーム間加算画像による画素値の変化を小さくする効果、フレーム間差分画像によるエントロピー低減効果を得ることができる。また、復元推定処理により撮像画像を復元して、任意タイミングの高精細静止画を得ることができる。   In this way, it is possible to perform data compression by performing intra-frame addition after performing intra-frame addition on the captured image. Even in such a processing order, it is possible to obtain an entropy reduction effect by the intra-frame difference image, an effect of reducing a change in the pixel value by the inter-frame addition image, and an entropy reduction effect by the inter-frame difference image. Further, the captured image can be restored by the restoration estimation process, and a high-definition still image at an arbitrary timing can be obtained.

9.第4のデータ圧縮手法
上記の実施形態では、2フレーム間の差分によりフレーム間差分画像を生成したが、基準フレームと前後フレームの差分によりフレーム間差分画像を生成してもよい。図9を用いて、基準フレームと前後フレームの差分によりデータ圧縮を行う手法について説明する。
9. Fourth Data Compression Method In the above embodiment, the inter-frame difference image is generated based on the difference between the two frames. However, the inter-frame difference image may be generated based on the difference between the reference frame and the previous and subsequent frames. A method for performing data compression based on the difference between the reference frame and the preceding and following frames will be described with reference to FIG.

図9に示すように、まず、上述の手法と同様にしてフレーム間加算画像B(Tは自然数)を生成する。このフレーム間加算画像Bにおいて、例えば基準画像をB3k+2(kは0以上の整数)とする。そして、基準画像B3k+2と、その前後のフレーム間加算画像B3k+1,B3k+3の差分をとり、差分画像DT3k+1,DT3k+3を得る。画像の差分は、同一位置の画素値の差分値を求めることにより行う。 As shown in FIG. 9, first, an inter-frame addition image B T (T is a natural number) is generated in the same manner as described above. In this inter-frame addition image B T, for example, B (the k 0 or an integer) 3k + 2 the reference image and. Then, the difference between the reference image B 3k + 2 and the inter-frame addition images B 3k + 1 and B 3k + 3 before and after the difference is obtained to obtain difference images DT 3k + 1 and DT 3k + 3 . The image difference is obtained by obtaining a difference value between pixel values at the same position.

次に、基準画像と差分画像の組合せデータ{B3k+2,DT3k+1,DT3k+3}をデータ単位とし、それぞれに可逆圧縮符号化(例えばエントロピー符号化)を施し、順次融合圧縮データとして記録する。 Next, the combination data {B 3k + 2 , DT 3k + 1 , DT 3k + 3 } of the reference image and the difference image are used as data units, each is subjected to lossless compression coding (for example, entropy coding), and sequentially recorded as fusion compressed data.

元の画像fを再生するには、上記とは逆のプロセスを行えばよい。即ち、記録された融合圧縮データに対して可逆圧縮符号の復号を行い、組合せデータ{B3k+2,DT3k+1,DT3k+3}を生成する。そして、組み合わせデータからフレーム間加算画像Bを再生する。フレーム間加算画像Bに対して画像復元推定法を適用し、撮像フレーム画像fを得る。 To reproduce the original image f T may be performed reverse process to the above. That is, the lossless compression code is decoded with respect to the recorded fusion compressed data, and combination data {B 3k + 2 , DT 3k + 1 , DT 3k + 3 } is generated. Then, the inter-frame addition image BT is reproduced from the combination data. Applying the image reconstruction estimation method with respect to the frame between the addition image B T, obtaining a captured frame image f T.

10.データ圧縮手法の第1の変形例
次に、データ圧縮手法の第1の変形例について説明する。図10に示すように、まず、撮影フレーム画像f(Tは自然数)の各フレーム内において、図3等で上述の重畳シフト4画素加算を行い、フレーム内加算画像f’={A〜A}を生成する。
10. First Modified Example of Data Compression Method Next, a first modified example of the data compression method will be described. As shown in FIG. 10, first, in each frame of the captured frame image f T (T is a natural number), the above-described superposition shift 4-pixel addition is performed in FIG. 3 and the like, and the intra-frame addition image f T ′ = {A 1 generating a to a 4}.

次に、フレーム内加算画像f’の時間軸方向において、図1等で上述のフレーム間差分処理を行う。即ち、基準画像をB=f’とし、隣接フレームの差分によりフレーム間差分画像DTを生成する。なお、図10では簡単のために基準画像Bやフレーム間差分画像DTをそれぞれ1枚の画像で表しているが、実際には下式(15)に示すように、それぞれ4枚の画像で構成される。
’(T)=A(T)−A(T+1) (15)
Next, the inter-frame difference process described above with reference to FIG. 1 and the like is performed in the time axis direction of the intra-frame addition image f T ′. That is, the reference image and B 1 = f 1 ', to generate a difference image DT T between frames by difference of adjacent frames. Although representing a reference image B 1 and the inter-frame difference image DT T for simplicity in FIG. 10 in one image respectively, as shown in fact following formulas (15), each of the four images Consists of.
A k ′ (T) = A k (T) −A k (T + 1) (15)

ここで、上式(15)の差分は、同一位置の画素値の減算により行われる。kは4以下の自然数である。   Here, the difference of the above equation (15) is performed by subtraction of pixel values at the same position. k is a natural number of 4 or less.

上式(15)は、図1で上述のフレーム間加算において、重み付け係数をr=−1とすることに対応する。   The above equation (15) corresponds to setting the weighting coefficient to r = −1 in the above-described interframe addition in FIG.

次に、図11に示すように、基準画像Bやフレーム間差分画像DTを構成する4枚の画像A’(T)〜A’(T)の平均画像Mを生成し、その平均画像Mと4枚の画像A’(T)〜A’(T)の差分画像D〜Dを生成する。この平均画像Mと差分画像D〜Dの生成は、図3で上述の手法と同様に行う。そして、平均画像Mと差分画像D〜Dを可逆圧縮処理し、データ圧縮された記録データを生成する。 Next, as shown in FIG. 11, an average image M of the four images A 1 ′ (T) to A 4 ′ (T) constituting the reference image B 1 and the inter-frame difference image DT T is generated. Difference images D 1 to D 4 between the average image M and the four images A 1 ′ (T) to A 4 ′ (T) are generated. The average image M and the difference images D 1 to D 4 are generated in the same manner as described above with reference to FIG. Then, the average image M and the difference images D 1 to D 4 are subjected to lossless compression processing to generate data-compressed recording data.

記録データから撮影フレーム画像fを復元するときには、まず圧縮された記録データに対して伸張処理を行い、平均画像Mと差分画像D〜Dを再生する。次に、平均画像Mと差分画像D〜Dから基準画像Bとフレーム間差分画像DTを求める。次に、基準画像Bと差分画像DTからフレーム内加算画像f’={A〜A}を再生する。このフレーム内加算画像f’は、水平又は垂直に重畳シフトされた加算画素値であり、その加算画素値に対して図18(A)等で後述する復元推定処理を適用することにより、元の撮影フレーム画像fを再生する。 When restoring the captured frame image f T from the recording data, performs decompression processing on the compressed recorded data first, to reproduce the average image M and the difference image D 1 to D 4. Next, determine the reference image B 1 and the inter-frame difference image DT T from the average image M and the difference image D 1 to D 4. Next, the intra-frame addition image f T ′ = {A 1 to A 4 } is reproduced from the reference image B 1 and the difference image DT T. This intra-frame addition image f T ′ is an addition pixel value that is superimposed and shifted horizontally or vertically, and by applying a restoration estimation process described later with reference to FIG. Play of the shooting frame image f T.

11.データ圧縮手法の第2の変形例
上記の変形例では、フレーム間差分をとってから平均画像Mと差分画像D〜Dを生成したが、平均画像Mと差分画像D〜Dを生成してからフレーム間差分をとってもよい。図12、図13を用いて、このような第2の変形例について説明する。
11. In the second variant above modification of the data compression technique has been generated an average image M and the difference image D 1 to D 4 from taking a difference between frames, the average image M and the difference image D 1 to D 4 An inter-frame difference may be taken after generation. Such a second modification will be described with reference to FIGS.

図12に示すように、まず、撮影フレーム画像f(Tは自然数)の各フレーム内において、図3等で上述の重畳シフト4画素加算を行い、フレーム内加算画像f’={A〜A}を生成する。 As shown in FIG. 12, first, in each frame of the captured frame image f T (T is a natural number), the above-described superposition shift 4-pixel addition is performed in FIG. 3 and the like, and the intra-frame addition image f T ′ = {A 1 generating a to a 4}.

次に、フレーム内加算画像f’={A〜A}の平均画像M(T)を生成し、その平均画像M(T)とフレーム内加算画像{A〜A}の差分をとり、フレーム内差分画像{D(T)〜D(T)}を生成する。図12では、フレーム内差分画像をD(T)(mは4以下の自然数)で表す。 Next, an average image M (T) of the intra-frame addition image f T ′ = {A 1 to A 4 } is generated, and the difference between the average image M (T) and the intra-frame addition image {A 1 to A 4 } And generate the intra-frame difference images {D 1 (T) to D 4 (T)}. In FIG. 12, the intra-frame difference image is represented by D m (T) (m is a natural number of 4 or less).

次に、図13に示すように、平均画像M(1)を基準画像とし、平均画像M(T)のフレーム間の差分画像DM(T)=M(T+1)−M(T)を生成する。また、フレーム内差分画像D(1)を基準画像とし、フレーム内差分画像D(T)のフレーム間の差分画像DT(T)=D(T+1)−D(T)を生成する。 Next, as shown in FIG. 13, using the average image M (1) as a reference image, a difference image DM (T) = M (T + 1) −M (T) between frames of the average image M (T) is generated. . Also, intraframe difference image D m (1) is a reference image, the difference image DT m between frames of intraframe difference image D m (T) (T) = D m (T + 1) generate -D m (T) To do.

次に、平均画像の基準画像M(1)と差分画像DM(T)、及びフレーム内差分画像の基準画像D(1)と差分画像DT(T)に対して可逆圧縮処理を行い、記録データを生成する。 Next, a reversible compression process is performed on the reference image M (1) and the difference image DM (T) of the average image, and the reference image D m (1) and the difference image DT m (T) of the intra-frame difference image, Generate recorded data.

記録データから撮影フレーム画像fを復元するときには、まず、圧縮された記録データに対して伸張処理を行い、基準画像M(1)、差分画像DM(T)、基準画像D(1)、差分画像DT(T)を再生する。次に、基準画像M(1)と差分画像DM(T)から平均画像M(T)を再生し、基準画像D(1)と差分画像DT(T)からフレーム内差分画像D(T)を再生する。次に、平均画像M(T)とフレーム内差分画像D(T)からフレーム内加算画像{A〜A}を再生する。次に、フレーム内加算画像{A〜A}に対して、図18(A)等で後述する復元推定処理を適用し、元の撮影フレーム画像fを復元する。 When restoring the captured frame image f T from the recording data, first, the compressed recording data is expanded, and the reference image M (1), the difference image DM (T), the reference image D m (1), The difference image DT m (T) is reproduced. Next, the average image M (T) is reproduced from the reference image M (1) and the difference image DM (T), and the intra-frame difference image D m (from the reference image D m (1) and the difference image DT m (T) is reproduced. T) is played back. Next, an intra-frame addition image {A 1 to A 4 } is reproduced from the average image M (T) and the intra-frame difference image D m (T). Next, restoration estimation processing described later with reference to FIG. 18A and the like is applied to the intra-frame addition images {A 1 to A 4 } to restore the original captured frame image f T.

12.フレーム間加算画像に対する復元推定処理
次に、図1等で上述したフレーム間加算画像Bに基づいて、加算前の撮影フレーム画像fの画素値vij(T)を推定する手法について説明する。
12 Next, a method for estimating the pixel value v ij (T) of the captured frame image f T before the addition based on the inter-frame addition image B T described above with reference to FIG. 1 and the like will be described. .

なお以下では、フレームf〜fの画素値{vij(1),vij(2),vij(3)}(i,jは0以上の整数)を復元する場合を例に説明するが、他のフレームの画素値についても同様である。また、2フレームの画素値を重み付け加算する場合を例に説明するが、これに限定されず、3以上のフレームの画素値を重み付け加算してもよい。 In the following, a case where the pixel values {v ij (1), v ij (2), v ij (3)} (i, j are integers of 0 or more) of the frames f 1 to f 3 will be described as an example. However, the same applies to the pixel values of other frames. In addition, although a case where weighted addition of pixel values of two frames is described as an example, the present invention is not limited to this, and pixel values of three or more frames may be weighted and added.

図14に示す加算画素値{bij(1)、bij(2)}は、図1で説明したフレーム間加算画像B、Bの画素値{vij(1)’,vij(2)’}に対応する。推定処理では、この加算画素値{bij(1)、bij(2)}を用いて、最終的な推定画素値vij(1)〜vij(3)を推定する。 The added pixel values {b ij (1), b ij (2)} shown in FIG. 14 are the pixel values {v ij (1) ′, v ij () of the inter-frame added images B 1 and B 2 described in FIG. 2) corresponds to '}. In the estimation processing, final estimated pixel values v ij (1) to v ij (3) are estimated using the added pixel values {b ij (1), b ij (2)}.

説明を簡単にするために、例えば重み係数r=2とすると、加算画素値{bij(1)、bij(2)}は下式(16)で表される。
ij(1)=vij(1)+(1/2)・vij(2)
ij(2)=vij(2)+(1/2)・vij(3) (16)
For the sake of simplicity, for example, when the weighting factor r = 2, the added pixel value {b ij (1), b ij (2)} is expressed by the following equation (16).
b ij (1) = v ij (1) + (1/2) · v ij (2)
b ij (2) = v ij (2) + (1/2) · v ij (3) (16)

図15に示すように、上式(16)において、{bij(1)、bij(2)}に所定の重み係数を掛けて差分δiを取ると、下式(17)が成り立つ。
δi=bij(2)−2bij(1)
=(1/2)vij(3)−2vij(1) (17)
As shown in FIG. 15, in the above equation (16), when {b ij (1), b ij (2)} is multiplied by a predetermined weighting factor to obtain the difference δi 0 , the following equation (17) is established.
δi 0 = b ij (2) -2b ij (1)
= (1/2) v ij (3) -2v ij (1) (17)

なお、図15〜図17では、簡単のため画素値のサフィックスijを省略する。   15 to 17, the pixel value suffix ij is omitted for simplicity.

ij(1)を未知数(初期変数)とすると、下式(18)に示すように、画素値{vij(2),vij(3)}をvij(1)の関数として求めることができる。このようにして、vij(1)を未知数として、フレーム加算されていない画素値{vij(1),vij(2),vij(3)}の組合せパターンが求められる。
ij(1)=(未知数),
ij(2)=2(bij(1)−vij(1)),
ij(3)=4vij(1)+2δi
=4vij(1)+2(bij(2)−2bij(1))
(18)
When v ij (1) is an unknown number (initial variable), the pixel value {v ij (2), v ij (3)} is obtained as a function of v ij (1) as shown in the following equation (18). Can do. In this way, a combination pattern of pixel values {v ij (1), v ij (2), v ij (3)} not subjected to frame addition is obtained using v ij (1) as an unknown.
v ij (1) = (unknown number),
v ij (2) = 2 (b ij (1) −v ij (1)),
v ij (3) = 4 v ij (1) + 2δi 0
= 4v ij (1) +2 (b ij (2) -2b ij (1))
(18)

次に、未知数vij(1)を求める手法について説明する。図16に示すように、加算画素値のパターン{bij(1)、bij(2)}と推定画素値のパターン{vij(1),vij(2),vij(3)}を比較する。そして、その誤差Eが最小になる未知数vij(1)を導出し、推定画素値vij(1)として設定する。 Next, a method for obtaining the unknown number v ij (1) will be described. As shown in FIG. 16, the pattern of added pixel values {b ij (1), b ij (2)} and the pattern of estimated pixel values {v ij (1), v ij (2), v ij (3)} Compare Then, an unknown number v ij (1) that minimizes the error E is derived and set as the estimated pixel value v ij (1).

具体的には、加算画素値{bij(T)}と推定画素値{vij(T),vij(T+1)}には、下式(19)の関係が成り立つ。この下式(19)による重み付けを考慮すると、下式(20)に示す評価関数Eが求められる。そして、この評価関数Eにより、パターン{bij(1)、bij(2)}とパターン{vij(1),vij(2),vij(3)}の類似性評価を行う。
ij(T)=vij(T)+(1/2)vij(T+1) (19)

Figure 2012231379
Specifically, the relationship of the following formula (19) is established between the added pixel value {b ij (T)} and the estimated pixel value {v ij (T), v ij (T + 1)}. Considering the weighting by the following equation (19), the evaluation function E shown in the following equation (20) is obtained. Then, with this evaluation function E, the similarity between the pattern {b ij (1), b ij (2)} and the pattern {v ij (1), v ij (2), v ij (3)} is evaluated.
b ij (T) = v ij (T) + (1/2) v ij (T + 1) (19)
Figure 2012231379

図17に示すように、評価関数Eを最小にする未知数vij(1)(=α)を求め、vij(1)の値を決定できる。そして、推定したvij(1)の値を上式(18)に代入し、{vij(2),vij(3)}が求められる。 As shown in FIG. 17, an unknown v ij (1) (= α) that minimizes the evaluation function E is obtained, and the value of v ij (1) can be determined. Then, the estimated value of v ij (1) is substituted into the above equation (18) to obtain {v ij (2), v ij (3)}.

上記の実施形態によれば、上式(17)に示すように、フレーム間推定演算部234は、第1のフレーム間加算画像の画素値bij(1)と第2のフレーム間加算画像の画素値bij(2)との差分値δiを求める。上式(18)に示すように、第1の撮像画像の画素値vij(1)と第3の撮像画像の画素値vij(3)との関係式を、差分値δiを用いて表す。そして、その関係式を用いて第1〜第3の撮像画像の画素値vij(1)〜vij(3)を推定する。 According to the above embodiment, as shown in the above equation (17), the inter-frame estimation calculation unit 234 calculates the pixel value b ij (1) of the first inter-frame addition image and the second inter-frame addition image. A difference value δi 0 from the pixel value b ij (2) is obtained. As shown in the above equation (18), a relational expression between the pixel value v ij (1) of the first captured image and the pixel value v ij (3) of the third captured image is expressed using the difference value δi 0. Represent. Then, the pixel values v ij (1) to v ij (3) of the first to third captured images are estimated using the relational expression.

より具体的には、上式(18)に示すように、フレーム間推定演算部234は、撮像画像の画素値vij(1)〜vij(3)の間の関係式を、フレーム間加算画像の画素値{bij(1)、bij(2)}を用いて表す。図16で説明したように、その関係式で表された撮像画像の画素値vij(1)〜vij(3)と、フレーム間加算画像の画素値{bij(1)、bij(2)}とを比較して類似性を評価する。図17で説明したように、その類似性の評価結果に基づいて、類似性が最も高くなるように、撮像画像の画素値vij(1)〜vij(3)を推定する。 More specifically, as shown in the above equation (18), the inter-frame estimation calculation unit 234 adds the relational expression between the pixel values v ij (1) to v ij (3) of the captured image to the inter-frame addition. The pixel value {b ij (1), b ij (2)} of the image is used. As described in FIG. 16, the pixel values v ij (1) to v ij (3) of the captured image represented by the relational expression and the pixel values {b ij (1), b ij ( 2)} and the similarity is evaluated. As described with reference to FIG. 17, based on the similarity evaluation result, the pixel values v ij (1) to v ij (3) of the captured image are estimated so that the similarity becomes the highest.

このようにすれば、撮像画像の画素値の関係式を、フレーム間において重畳加算された画素値を用いて表し、その関係式に基づいて撮像画像の画素値を復元できる。これにより、時間軸方向における復元推定処理を簡素化できる。例えば、2次元フィルターの繰り返し演算(特許文献1)や、初期値の設定に適当な部分を探索(特許文献2)する等の複雑な処理が不要となる。   In this way, the relational expression of the pixel value of the captured image can be expressed using the pixel value superimposed and added between the frames, and the pixel value of the captured image can be restored based on the relational expression. Thereby, the restoration estimation process in the time axis direction can be simplified. For example, complicated processing such as iterative calculation of a two-dimensional filter (Patent Document 1) and searching for a part suitable for setting an initial value (Patent Document 2) becomes unnecessary.

13.フレーム内加算画像に対する復元推定処理
次に、図3等で上述したフレーム内加算画像A〜Aに基づいて、加算前の基準画像Bの画素値vij(1)’又はフレーム間差分画像DTの画素値dtij(T)を推定する手法について説明する。
13. Next, based on the intra-frame addition images A 1 to A 4 described above with reference to FIG. 3 and the like, the pixel value v ij (1) ′ of the reference image B 1 before the addition or the inter-frame difference A method for estimating the pixel value dt ij (T) of the image DT T will be described.

図18(A)、図18(B)に、推定画素値と中間画素値の説明図を示す。図18(A)に示す加算画素値{a00、a10、a11、a01}は、図3で説明した加算画像A〜Aの加算画素値{a(1) 00,a(2) 10,a(3) 11,a(4) 01}に対応する。推定処理では、この加算画素値を用いて、最終的な推定画素値v00〜v22を推定する。推定画素値vijは、図3で説明した基準画像Bの画素値vij(1)’又はフレーム間差分画像DTの画素値dtij(T)に対応する。 FIGS. 18A and 18B are explanatory diagrams of the estimated pixel value and the intermediate pixel value. Summing the pixel values shown in FIG. 18 (A) {a 00, a 10, a 11, a 01} is added pixel value of the added image A 1 to A 4 described in FIG. 3 {a (1) 00, a ( 2) Corresponds to 10 , a (3) 11 , a (4) 01 }. In the estimation process, final estimated pixel values v 00 to v 22 are estimated using the added pixel values. The estimated pixel value v ij corresponds to the pixel value v ij (1) ′ of the reference image B 1 described in FIG. 3 or the pixel value dt ij (T) of the inter-frame difference image DT T.

図18(B)に示すように、まず加算画素値a00〜a11から中間画素値b00〜b21を推定する。中間画素値は2画素加算値に対応し、例えばb00は画素値v00とv01の加算値に対応する。これらの中間画素値b00〜b21から最終的な画素値v00〜v22を推定する。 As shown in FIG. 18B, first, intermediate pixel values b 00 to b 21 are estimated from the added pixel values a 00 to a 11 . Intermediate pixel value corresponds to 2-pixel sum values, for example, b 00 corresponds to the sum of the pixel values v 00 and v 01. The final pixel values v 00 to v 22 are estimated from these intermediate pixel values b 00 to b 21 .

中間画素値b00〜b21は、上述の推定処理と同様に求めることができる。即ち、上式(16)を下式(21)に置き換えれば、以降の処理は同様である。
00=b00+(1/2)b10
10=b10+(1/2)b20 (21)
The intermediate pixel values b 00 to b 21 can be obtained in the same manner as the above estimation process. That is, if the above equation (16) is replaced with the following equation (21), the subsequent processing is the same.
a 00 = b 00 + (1/2) b 10 ,
a 10 = b 10 + (1/2) b 20 (21)

求めた中間画素値b00〜b21から推定画素値v00〜v22を推定する処理も、上述の推定処理と同様に行うことができる。即ち、上式(16)を下式(22)に置き換えれば、以降の処理は同様である。
00=v00+(1/2)v01
01=v01+(1/2)v02 (22)
The process of estimating the estimated pixel values v 00 to v 22 from the obtained intermediate pixel values b 00 to b 21 can also be performed in the same manner as the above-described estimation process. That is, if the above equation (16) is replaced with the following equation (22), the subsequent processing is the same.
b 00 = v 00 + (1/2) v 01 ,
b 01 = v 01 + (1/2) v 02 (22)

上記の実施形態によれば、図18(A)に示すように、第1のポジションに設定された加算単位(例えばa00)と、第1のポジションの次の第2のポジションに設定された加算単位(例えばa10)は重畳する。上式(17)と同様にして、フレーム内推定演算部230は、第1、第2のポジションの加算画素値a00、a10の差分値δiを求める。図18(B)に示すように、第1の中間画素値b00は、加算単位a00から重畳領域(v10、v11)を除いた第1の領域(v00、v01)の加算画素値である。第2の中間画素値b20は、加算単位a10から重畳領域(v10、v11)を除いた第2の領域(v20、v21)の加算画素値である。上式(18)と同様にして、第1、第2の中間画素値b00、b20の関係式を、差分値δiを用いて表す。そして、その関係式を用いて第1、第2の中間画素値b00、b20を推定する。推定した第1の中間画素値b00を用いて加算単位に含まれる各画素の画素値(v00、v10、v11、v01)を求める。 According to the above embodiment, as shown in FIG. 18A, the addition unit (eg, a 00 ) set at the first position and the second position after the first position are set. The addition unit (for example, a 10 ) is overlapped. In the same manner as the above equation (17), the intra-frame estimation calculation unit 230 obtains a difference value δi 0 between the added pixel values a 00 and a 10 at the first and second positions. As shown in FIG. 18B, the first intermediate pixel value b 00 is an addition of the first area (v 00 , v 01 ) obtained by removing the overlapping area (v 10 , v 11 ) from the addition unit a 00. It is a pixel value. The second intermediate pixel value b 20 is an addition pixel value of the second region (v 20 , v 21 ) obtained by removing the overlap region (v 10 , v 11 ) from the addition unit a 10 . Similar to the above equation (18), the relational expression of the first and second intermediate pixel values b 00 and b 20 is expressed using the difference value δi 0 . Then, the first and second intermediate pixel values b 00 and b 20 are estimated using the relational expression. Using the estimated first intermediate pixel value b 00 , pixel values (v 00 , v 10 , v 11 , v 01 ) of each pixel included in the addition unit are obtained.

このようにすれば、フレーム内において重畳シフトされた加算画素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、2次元フィルターの繰り返し演算(特許文献1)や、初期値の設定に適当な部分を探索(特許文献2)する等の複雑な処理が不要となる。   In this way, the intermediate pixel value is once estimated from the added pixel value that is superimposed and shifted in the frame, and the estimated pixel value is obtained from the superimposed and shifted intermediate pixel value, thereby performing the estimation processing of the high resolution image. It can be simplified. For example, complicated processing such as iterative calculation of a two-dimensional filter (Patent Document 1) and searching for a part suitable for setting an initial value (Patent Document 2) becomes unnecessary.

ここで、重畳するとは、加算単位と加算単位が重なった領域を有することであり、例えば図18(A)に示すように、加算単位a00と加算単位a10が、2つの推定画素v10、v11を共有することである。 Here, superimposing means having an area where the addition unit and the addition unit overlap. For example, as shown in FIG. 18A, the addition unit a 00 and the addition unit a 10 are two estimated pixels v 10. is to share the v 11.

また、加算単位のポジションとは、撮像画像における加算単位の位置や座標のことであり、あるいは、推定処理における推定画素値データ(画像データ)上での加算単位の位置や座標のことである。また、次のポジションとは、元のポジションから画素シフトされたポジションであり、元のポジションと位置や座標が一致しないポジションのことである。   Further, the position of the addition unit is the position and coordinates of the addition unit in the captured image, or the position and coordinates of the addition unit on the estimated pixel value data (image data) in the estimation process. The next position is a position shifted from the original position by a pixel, and is a position where the position and coordinates do not coincide with the original position.

また本実施形態では、第1、第2の中間画素値(例えばb00、b20)を含む連続する中間画素値を中間画素値パターン({b00、b10、b20})とする。上式(18)と同様にして、フレーム内推定演算部230は、中間画素値パターンに含まれる中間画素値の間の関係式を加算画素値a00、a10を用いて表す。図17で説明した手法と同様にして、中間画素値の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とを比較して類似性を評価する。その類似性の評価結果に基づいて、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b00、b10、b20を決定する。 In this embodiment, continuous intermediate pixel values including the first and second intermediate pixel values (for example, b 00 , b 20 ) are defined as intermediate pixel value patterns ({b 00 , b 10 , b 20 }). Similarly to the above equation (18), the intra-frame estimation calculation unit 230 represents the relational expression between the intermediate pixel values included in the intermediate pixel value pattern using the added pixel values a 00 and a 10 . Similar to the method described in FIG. 17, the similarity is evaluated by comparing the intermediate pixel value pattern represented by the relational expression between the intermediate pixel values and the added pixel value. Based on the similarity evaluation result, the intermediate pixel values b 00 , b 10 , and b 20 included in the intermediate pixel value pattern are determined so that the similarity is the highest.

このようにすれば、加算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加算画素値に基づいて、中間画素値を推定できる。   In this way, the intermediate pixel value can be estimated based on a plurality of added pixel values acquired by pixel shifting while the addition unit is superimposed.

ここで、中間画素値パターンとは、推定処理に用いられる範囲の中間画素値のデータ列(データの組み)である。また、加算画素値パターンとは、推定処理に用いられる範囲の加算画素値のデータ列である。   Here, the intermediate pixel value pattern is a data string (a set of data) of intermediate pixel values in a range used for estimation processing. The addition pixel value pattern is a data string of addition pixel values in a range used for the estimation process.

また本実施形態では、上式(20)と同様にして、フレーム内推定演算部230は、中間画素値の間の関係式で表された中間画素値パターン({b00、b10、b20})と加算画素値(a00、a10)との誤差を表す評価関数Eを求める。評価関数E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b00、b10、b20を決定する。 Further, in the present embodiment, in the same manner as the above equation (20), the intra-frame estimation calculation unit 230 performs an intermediate pixel value pattern ({b 00 , b 10 , b 20) represented by a relational expression between intermediate pixel values. }) And an evaluation function E representing an error between the added pixel values (a 00 , a 10 ). Intermediate pixel values b 00 , b 10 , and b 20 included in the intermediate pixel value pattern are determined so that the value of the evaluation function E is minimized.

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。例えば、初期値設定に適当な画像部分の探索(特許文献2)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. For example, searching for an image portion suitable for initial value setting (Patent Document 2) is unnecessary.

また本実施形態では、上式(5)に示すように、加算単位の各画素値(例えば、v00、v10、v01、v11)が重み付け加算された加算画素値(a00)を取得する。取得された加算単位の加算画素値(a00、a10)に基づいて、加算単位の各画素の画素値(v00、v10、v01、v11)を推定する。 In the present embodiment, as shown in the above equation (5), an addition pixel value (a 00 ) obtained by weighting and adding each pixel value (for example, v 00 , v 10 , v 01 , v 11 ) of the addition unit is used. get. Based on the obtained addition pixel value (a 00 , a 10 ) of the addition unit, the pixel value (v 00 , v 10 , v 01 , v 11 ) of each pixel of the addition unit is estimated.

このようにすれば、加算単位の各画素値を重み付け加算してフレーム内加算画像を取得し、取得したフレーム内加算画像から高解像画像の画素値を推定できる。これにより、推定処理において、被写体の持つ高周波成分の再現性を向上できる。すなわち、加算単位の画素値を単純加算した場合には、矩形の窓関数を結像にコンボリューションすることになる。一方、加算単位の画素値を重み付け加算した場合には、矩形よりも高周波成分を多く含む窓関数を結像にコンボリューションすることになる。そのため、被写体の持つ高周波成分をより多く含む加算画像を取得でき、推定画像での高周波成分の再現性を向上できる。   In this way, each pixel value in the addition unit is weighted and added to obtain an intra-frame addition image, and the pixel value of the high-resolution image can be estimated from the obtained intra-frame addition image. Thereby, in the estimation process, the reproducibility of the high-frequency component of the subject can be improved. That is, when the pixel values of the addition unit are simply added, a rectangular window function is convoluted for imaging. On the other hand, when the pixel value of the addition unit is weighted and added, a window function containing more high frequency components than the rectangle is convoluted for imaging. Therefore, it is possible to acquire an added image that includes more high-frequency components of the subject, and to improve the reproducibility of the high-frequency components in the estimated image.

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と共に記載された用語は、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。また撮像部、画像処理部、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, a term described with a different term having a broader meaning or the same meaning at least once in the specification or the drawings can be replaced with the different term in any part of the specification or the drawings. Further, the configurations and operations of the imaging unit, the image processing unit, the imaging device, and the like are not limited to those described in the present embodiment, and various modifications can be made.

10 撮像部、20 画像処理部、100 被写体、110 レンズ、
120 撮像素子、122 フレーム間加算画像生成部、
124 フレーム間差分画像生成部、130 フレーム内加算画像生成部、
141 フレーム内差分画像生成部、142 平均画像生成部、
143 エントロピー符号化部、144 データ圧縮部、
150 圧縮データ記録部、155 データ記録部、200 圧縮データ伸張部、
210 フレーム内加算画像再生部、214 フレーム間加算画像再生部、
230 フレーム内推定演算部、234 フレーム間推定演算部、
240 高精細静止画生成部、250 高精細動画生成部、
260 標準動画生成部、290 画像出力部、295 画像選択部、
〜A フレーム内加算画像、B〜B フレーム間加算画像、
〜D フレーム内差分画像、DT,DT フレーム間差分画像、
E 評価関数、aij 加算画素値、bij 中間画素値、dtij 差分画素値、
〜f 撮影フレーム画像、mAVR 平均値、r 重み付け係数、
ij 画素値、vij(1) 未知数、α ij 平均値、δi 差分値
10 imaging unit, 20 image processing unit, 100 subject, 110 lens,
120 image sensors, 122 inter-frame addition image generation unit,
124 inter-frame difference image generation unit, 130 intra-frame addition image generation unit,
141 intra-frame difference image generation unit, 142 average image generation unit,
143 Entropy encoding unit, 144 data compression unit,
150 compressed data recording unit, 155 data recording unit, 200 compressed data decompression unit,
210 intra-frame addition image reproduction unit, 214 inter-frame addition image reproduction unit,
230 intra-frame estimation calculation unit, 234 inter-frame estimation calculation unit,
240 high-definition still image generator, 250 high-definition video generator,
260 standard video generation unit, 290 image output unit, 295 image selection unit,
A 1 -A 4 intra-frame addition images, B 1 -B 3 inter-frame addition images,
D 1 to D 4 intra-frame difference images, DT 2 , DT 3 inter-frame difference images,
E evaluation function, a ij addition pixel value, b ij intermediate pixel value, dt ij difference pixel value,
f 1 to f 3 captured frame images, m AVR average value, r weighting coefficient,
v ij pixel value, v ij (1) unknown, α M ij average value, δi 0 difference value

Claims (10)

第1〜第3のフレームにおける第1〜第3の撮像画像を取得する画像取得部と、
前記第1の撮像画像の画素値と前記第2の撮像画像の画素値を重み付け加算して第1のフレーム間加算画像を生成し、前記第2の撮像画像の画素値と前記第3の撮像画像の画素値を重み付け加算して第2のフレーム間加算画像を生成するフレーム間加算画像生成部と、
前記第1のフレーム間加算画像と前記第2のフレーム間加算画像の差分を、フレーム間差分画像として生成するフレーム間差分画像生成部と、
前記第1のフレーム間加算画像と前記フレーム間差分画像に基づいて、前記第2のフレーム間加算画像を再生するフレーム間加算画像再生部と、
前記第1のフレーム間加算画像と、再生された前記第2のフレーム間加算画像とに基づいて、前記第1〜第3の撮像画像の画素値を推定するフレーム間推定演算部と、
前記フレーム間推定演算部により推定された画素値に基づく高解像画像を出力する画像出力部と、
を含むことを特徴とする撮像装置。
An image acquisition unit for acquiring the first to third captured images in the first to third frames;
The pixel value of the first captured image and the pixel value of the second captured image are weighted and added to generate a first inter-frame added image, and the pixel value of the second captured image and the third captured image An inter-frame addition image generation unit that generates a second inter-frame addition image by weighted addition of pixel values of the image;
An inter-frame difference image generation unit that generates a difference between the first inter-frame addition image and the second inter-frame addition image as an inter-frame difference image;
An inter-frame addition image reproduction unit that reproduces the second inter-frame addition image based on the first inter-frame addition image and the inter-frame difference image;
Based on the first inter-frame addition image and the reproduced second inter-frame addition image, an inter-frame estimation calculation unit that estimates pixel values of the first to third captured images;
An image output unit that outputs a high-resolution image based on the pixel value estimated by the inter-frame estimation calculation unit;
An imaging apparatus comprising:
請求項1において、
前記フレーム間推定演算部は、
前記第1のフレーム間加算画像の画素値と、前記第2のフレーム間加算画像の画素値との差分値を求め、
前記第1の撮像画像の画素値と、前記第3の撮像画像の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3の撮像画像の画素値を推定することを特徴とする撮像装置。
In claim 1,
The inter-frame estimation calculation unit is
Obtaining a difference value between a pixel value of the first inter-frame addition image and a pixel value of the second inter-frame addition image;
A relational expression between the pixel value of the first captured image and the pixel value of the third captured image is expressed using the difference value,
An image pickup apparatus that estimates pixel values of the first to third picked-up images using the relational expression.
請求項2において、
前記フレーム間推定演算部は、
前記第1〜第3の撮像画像の画素値間の関係式を、前記第1、第2のフレーム間加算画像の画素値を用いて表し、
前記関係式で表された前記第1〜第3の撮像画像の画素値と、前記第1、第2のフレーム間加算画像の画素値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、前記第1〜第3の撮像画像の画素値を推定することを特徴とする撮像装置。
In claim 2,
The inter-frame estimation calculation unit is
The relational expression between the pixel values of the first to third captured images is expressed using the pixel values of the first and second inter-frame addition images,
The pixel values of the first to third captured images represented by the relational expression are compared with the pixel values of the first and second inter-frame addition images to evaluate similarity,
An imaging apparatus, wherein pixel values of the first to third captured images are estimated so that the similarity is the highest based on the similarity evaluation result.
請求項1乃至3のいずれかにおいて、
前記第1のフレーム間加算画像又は前記フレーム間差分画像を入力画像として受けて、加算画素値を取得する単位である加算単位を前記入力画像の複数の画素毎に設定し、前記加算単位を順次画素シフトさせながら前記加算単位に含まれる画素値を重み付け加算して第1〜第nのフレーム内加算画像を生成するフレーム内加算画像生成部と、
前記第1〜第nのフレーム内加算画像の平均画像を生成する平均画像生成部と、
前記第1〜第nのフレーム内加算画像のうちの第mのフレーム内加算画像(mはn以下の自然数)と、前記平均画像との差分を、第mのフレーム内差分画像として生成するフレーム内差分画像生成部と、
前記平均画像と前記第mのフレーム内差分画像を圧縮するデータ圧縮部と、
圧縮された前記平均画像と前記第mのフレーム内差分画像を伸張する圧縮データ伸張部と、
伸張された前記平均画像と前記第mのフレーム内差分画像に基づいて、前記第1〜第nのフレーム内加算画像を再生するフレーム内加算画像再生部と、
再生された前記第1〜第nのフレーム内加算画像に基づいて、前記入力画像の画素値を推定するフレーム内推定演算部と、
を含むことを特徴とする撮像装置。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
The first inter-frame addition image or the inter-frame difference image is received as an input image, an addition unit, which is a unit for obtaining an addition pixel value, is set for each of the plurality of pixels of the input image, and the addition unit is sequentially An intra-frame addition image generation unit that generates a first to n-th intra-frame addition image by weighted addition of pixel values included in the addition unit while performing pixel shift;
An average image generating unit for generating an average image of the first to n-th intraframe addition images;
A frame that generates a difference between the mth intraframe addition image (m is a natural number equal to or less than n) of the first to nth intraframe addition images and the average image as an mth intraframe difference image. An internal difference image generation unit;
A data compression unit for compressing the average image and the mth intra-frame difference image;
A compressed data decompression unit for decompressing the compressed average image and the mth intra-frame difference image;
An intra-frame addition image reproduction unit for reproducing the first to n-th intra-frame addition images based on the expanded average image and the m-th intra-frame difference image;
An intra-frame estimation calculation unit that estimates a pixel value of the input image based on the reproduced first to n-th intra-frame addition images;
An imaging apparatus comprising:
請求項4において、
前記フレーム内加算画像生成部は、
前記加算単位を、水平又は垂直に1画素ずつ順次シフトさせて第1〜第nのポジションに設定し、前記第1〜第nのポジションにおいてそれぞれ前記第1〜第nのフレーム内加算画像を取得し、
前記第1〜第nのポジションのうちの第mのポジションと第m+1のポジションの前記加算単位は、共通の画素を含むことを特徴とする撮像装置。
In claim 4,
The intra-frame addition image generation unit
The addition unit is sequentially shifted one pixel at a time horizontally or vertically to set the first to n-th positions, and the first to n-th intra-frame addition images are obtained at the first to n-th positions, respectively. And
The imaging apparatus, wherein the addition unit of the m-th position and the (m + 1) -th position among the first to n-th positions includes a common pixel.
請求項4又は5において、
前記データ圧縮部は、
前記第1〜第nのフレーム内差分画像をエントロピー符号化により可逆圧縮することを特徴とする撮像装置。
In claim 4 or 5,
The data compression unit
An imaging apparatus, wherein the first to n-th frame difference images are reversibly compressed by entropy coding.
請求項4乃至6のいずれかにおいて、
第1のポジションに設定された前記加算単位と、前記第1のポジションの次の第2のポジションに設定された前記加算単位が重畳する場合に、
前記推定演算部は、
前記第1のポジションの加算画素値と、前記第2のポジションの加算画素値の差分値を求め、
前記第1のポジションの加算単位から重畳領域を除いた第1の領域の加算画素値である第1の中間画素値と、前記第2のポジションの加算単位から前記重畳領域を除いた第2の領域の加算画素値である第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加算単位に含まれる各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 4 thru | or 6.
When the addition unit set in the first position and the addition unit set in the second position next to the first position overlap,
The estimation calculation unit includes:
A difference value between the added pixel value of the first position and the added pixel value of the second position;
A first intermediate pixel value that is an addition pixel value of the first area obtained by removing the overlap area from the addition unit of the first position, and a second that is obtained by removing the overlap area from the addition unit of the second position. A relational expression with the second intermediate pixel value that is the added pixel value of the region is expressed using the difference value,
The first and second intermediate pixel values are estimated using the relational expression, and the pixel value of each pixel included in the addition unit is obtained using the estimated first intermediate pixel value. Imaging device.
請求項7において、
前記推定演算部は、
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加算画素値を用いて表し、
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 estimation calculation unit includes:
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 obtained using the added pixel value. Represent,
Comparing the intermediate pixel value pattern represented by the relational expression between the intermediate pixel values and the added pixel value to evaluate similarity;
An image pickup apparatus, comprising: determining an intermediate pixel value included in the intermediate pixel value pattern based on the similarity evaluation result so that the similarity becomes the highest.
請求項1乃至3のいずれかにおいて、
前記第1〜第3の撮像画像のうちの第xの撮像画像(xは3以下の自然数)を受けて、加算画素値を取得する単位である加算単位を前記第xの撮像画像の複数の画素毎に設定し、前記加算単位を順次画素シフトさせながら前記加算単位に含まれる画素値を重み付け加算して第1〜第nのフレーム内加算画像を生成するフレーム内加算画像生成部と、
前記第1〜第nのフレーム内加算画像の平均画像を生成する平均画像生成部と、
前記第1〜第nのフレーム内加算画像のうちの第mのフレーム内加算画像と、前記平均画像との差分を、第mのフレーム内差分画像として生成するフレーム内差分画像生成部と、
を含み、
前記フレーム間加算画像生成部は、
前記第mのフレーム内差分画像又は前記平均画像を、第1〜第3の入力画像のうちの第xの入力画像として受けて、前記第1、第2の入力画像に基づく前記第1のフレーム間加算画像を生成し、前記第2、第3の入力画像に基づく前記第2のフレーム間加算画像を生成することを特徴とする撮像装置。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
Receiving the x-th picked-up image (x is a natural number of 3 or less) among the first to third picked-up images, an addition unit, which is a unit for obtaining an added pixel value, is a plurality of the x-th picked-up images. An intra-frame addition image generation unit that sets for each pixel and generates the first to n-th intra-frame addition images by weighted addition of pixel values included in the addition units while sequentially shifting the addition units.
An average image generating unit for generating an average image of the first to n-th intraframe addition images;
An intra-frame difference image generation unit that generates a difference between the m-th intra-frame addition image of the first to n-th intra-frame addition images and the average image as an m-th intra-frame difference image;
Including
The inter-frame addition image generation unit
The first frame based on the first and second input images by receiving the mth intra-frame difference image or the average image as the xth input image of the first to third input images. An imaging apparatus that generates an inter-frame addition image and generates the second inter-frame addition image based on the second and third input images.
第1〜第3のフレームにおける第1〜第3の撮像画像を取得し、
前記第1の撮像画像の画素値と前記第2の撮像画像の画素値を重み付け加算して第1のフレーム間加算画像を生成し、前記第2の撮像画像の画素値と前記第3の撮像画像の画素値を重み付け加算して第2のフレーム間加算画像を生成し、
前記第1のフレーム間加算画像と前記第2のフレーム間加算画像の差分を、フレーム間差分画像として生成し、
前記第1のフレーム間加算画像と前記フレーム間差分画像に基づいて、前記第2のフレーム間加算画像を再生し、
前記第1のフレーム間加算画像と、再生された前記第2のフレーム間加算画像とに基づいて、前記第1〜第3の撮像画像の画素値を推定し、
前記フレーム間推定演算部により推定された画素値に基づく高解像画像を出力することを特徴とする画像生成方法。
Obtaining the first to third captured images in the first to third frames;
The pixel value of the first captured image and the pixel value of the second captured image are weighted and added to generate a first inter-frame added image, and the pixel value of the second captured image and the third captured image Weighted addition of pixel values of the image to generate a second inter-frame addition image,
A difference between the first inter-frame addition image and the second inter-frame addition image is generated as an inter-frame difference image;
Based on the first inter-frame addition image and the inter-frame difference image, reproduce the second inter-frame addition image,
Based on the first inter-frame addition image and the reproduced second inter-frame addition image, the pixel values of the first to third captured images are estimated,
A method for generating an image, comprising: outputting a high-resolution image based on a pixel value estimated by the inter-frame estimation calculation unit.
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