CN1147131C - 图像处理装置和处理方法 - Google Patents

Abstract

对彩色摄影器件适用像素错开方法在短时间取得高分辨率的单色图像的图像处理装置，由摄影光学系统和；具有多组由重复使用了3色(R、G、B)过滤器中的1色(G)的4个过滤器组成的彩色过滤器，按各色生成像素数据的彩色摄影器件和；在上述图像形成面内使在上述摄影光学系统的图像形成面配置的上述彩色摄影器件仅偏移规定的像素量的偏移驱动装置和；图像合成部组成，图像合成部只从在上述偏移驱动前后生成位置关系不同的同一色(G)的像素数据生成并输出1幅单色图像。

Description

图像处理装置和处理方法

技术领域

本发明涉及图像处理装置和处理方法，特别是涉及对具有配列成2维的光敏器件的彩色摄影器件适用像素错开方法而生成高分辨率的单色图像的图像处理装置和处理方法。

发明背景

CCD等固体摄影元件具有2维配列光敏器件的摄影面，使用摄影光学系统在该摄影面成像被摄物体像。因此，由光敏器件的配列间隔确定该摄影器件的分辨率。从而，要提高分辨率，提高光敏器件的排列密度即可。但是，提高配列密度会随着制造摄影元件复杂而使制造成本上升。还有，提高配列密度而缩小像素形状会导致每个摄影元件的灵敏度下降。

特开平10-304235号公报公开了适用通过将个体摄影元件的摄影面分别错开规定量而摄影多幅图像，之后合成摄影的这些多幅图像，生成高分辨率的彩色图像的方法，所谓的“像素错开”的方法的图像生成方法。

图4是表示现有的取得单色图像的方法的图。单色图像是首先适用像素错开方法生成多幅彩色图像之后，利用生成的彩色图像可以取得高分辨率的单色图像。图4A是表示与形成彩色摄影器件的摄影面的光敏器件对应配列的R、G、B的3色组成的原色型的色过滤阵列的图。该配置方式为平面(ベイヤ)方式。平面方式是首先方格状配置需要高分辨率的亮度信号的绿(G)过滤器，并在剩余部分方格状地交互配置的红(R)和蓝(B)过滤器。从而，对于光敏器件的配列密度，绿(G)为1/2，红(R)和蓝(B)分别为1/4的配列密度(分辨率)。

以前，生成RGB各色的分辨率相同的3幅图像。即，为使各色的分辨率与光敏器件的配列密度相同，利用错开像素来取得各色的多幅图像数据，对各色生成取得的图像数据。首先，对于绿(G)，取得彩色摄影器件和被摄物体像的某一位置关系的图像数据，接着，对于彩色摄影器件和被摄物体像的相对位置关系，如图4B的箭头所示，在错开1个像素间隔的状态下取得图像数据。只抽取取得的2幅图像数据的绿(G)部分，生成由(G)部分组成的1幅图像。对于蓝(B)，对于彩色摄影器件和被摄物体像的相对位置关系，如图4C的箭头所示，取得在不同的3个方向分别错开1个像素间隔的共计4幅图像数据之后，只抽取取得的4幅图像数据的蓝(B)部分，生成由(B)部分组成的1幅图像。同样，对于红(R)，对于彩色摄影器件和被摄物体像的相对位置关系，如图4C的箭头所示，取得在不同的3个方向分别错开1个像素间隔的4幅图像数据之后，只抽取取得的4幅图像数据的红(R)部分，生成由(R)部分组成的1幅图像。如上取得的单色图像的分辨率为G成为2倍、B和R成为4倍，同时RGB都成为同一分辨率。

另一方面，如果彩色摄影器件和被摄物体像的相对位置关系的错开量为1/2像素间隔，可以取得各色的密度都为光敏器件的配列密度的几倍的图像数据。即，对于绿(G)，如图4D所示，取得彩色摄影器件和被摄物体像的相对位置关系不同的8幅图像数据，生成只由(G)部分组成的1幅图像数据。另外，对于蓝(B)，如图4E所示，取得彩色摄影器件和被摄物体像的相对位置关系不同的16幅图像数据，生成只由(B)部分组成的1幅图像数据。另外，对于红(R)，如图4E所示，取得彩色摄影器件和被摄物体像的相对位置关系不同的16幅图像数据，生成由(R)部分组成的1幅图像数据。此时，单色图像的分辨率为G成为8倍、B和R成为16倍。

合成使用如上述的像素错开方法得到的高分辨率的RGB的3色图像而生成黑白单色图像。此时，由于RGB各色图像生成为同一分辨率，所以在合成RGB各色图像的相互相同位置的3色图像数据而生成黑白单色图像数据时，考虑彩色摄影器件的分光灵敏度特性、视灵敏度特性等对每个像素进行运算，在运算完所有像素数据之后形成黑白单色图像。

利用这样的方法生成黑白单色图像，比生成RGB的3色单色图像，在运算黑白单色图像数据所需时间多得多，生成单色图像的时间长。例如，上述分别错开1/2像素间隔的方法中，除了16幅的摄影时间之外，还耗费合成黑白单色图像数据的运算时间。另外，由于在16幅的摄影时间同时进行3色摄影，所以用摄影16幅的时间可以取得3色的单色图像。

即，利用现有技术，生成黑白单色图像时间比取得3色的单色彩色图像的时间多耗费运算时间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用错开像素的方法，在短时间生成高分辨率的单色图像的图像处理装置和方法。

在取得黑白单色图像时，只利用占亮度信号的成分最大的绿(G)色取得被摄物体的图像而得到黑白单色图像，图像几乎没有恶化，特别是在读取黑白印刷的票单类时图像没有恶化。例如，对于读取在纸面上描绘的文字和线图等扫描，由于一般读取单色像，所以不需要将彩色像变换为正确的黑白单色图像，可以生成几乎完全相同的单色图像即可。发明人员基于这样的经验而想到了本发明。

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种只对于像素密度最高的过滤器的颜色，利用像素错开方法得到高分辨率的该颜色的单色图像，只用该单色图像进行图像处理的图像处理装置和方法。

根据本发明一实施例，本发明的一种图像处理装置，包括：摄影光学系统，用以将被摄物体像成像在摄影面上；彩色摄影器件，包括光敏器件和在摄影面上将多个彩色部分在2维上配列的彩色过滤器，用以进行由摄影光学系统成像的上述被摄物体的像的光电变换；控制部；偏移驱动单元，用以通过控制部的控制，在预定方向，向与预定间隔对应的逐一的距离上，将上述被摄物体像和彩色摄影器件互相相对地偏移；图像合成部，用以通过控制部的控制，在利用偏移驱动单元，将通过彩色摄影器件的彩色过滤器所选择的唯一的颜色部分取得的被摄物体的像的图像数据，和摄影光学系统与彩色摄影器件互相相对地偏移时，使用通过与上述相同的所选择的唯一的颜色部分取得的被摄物体的像的图像数据，产生一个合成图像；和输出装置，用以通过控制部的控制，输出由图像合成部合成的一个合成图像，作为单色图像。

另外，根据本发明的一种图像处理方法，通过摄影光学系统，将被摄物体像成像在彩色摄影器件的光敏器件上；从已成像的被摄物体像，抽出只有1种颜色的被摄物体像的第1图像数据；将成像在上述光敏器件上的被摄物体像，在规定方向上偏移与预定的间隔对应的距离；从偏移后的被摄物体像，抽出只有与上述相同1种颜色的被摄物体像的第2图像数据；将上述第1图像数据和上述第2图像数据合成，产生单一的合成图像数据；和输出上述合成图像数据，作为1个单色图像。

附图说明

图1是表示本发明的图像处理装置的一实施例的框图。

图2A-2C是表示本发明的取得单色图像的方法的图。

图3是表示本发明的取得单色图像的处理程序的流程图。

图4A-4E是表示现有的取得单色图像的方法的图。

具体实施方式

以下，采用图1至图3说明本发明的一实施例。

图1中，摄影光学系统1在彩色摄影器件2的摄影面上成像被摄物体像。彩色摄影器件2在空间上取样在摄影面上2维配列的光敏器件上成像的被摄物体像并进行光电变换之后，发送给输出处理部5。合适的彩色摄影器件2为摄影2维图像的区域CCD等固体摄影器件。

偏移驱动单元3例如使用压电器件等用电进行微小移动的单元，偏移彩色摄影器件2和被摄物体像的相对位置关系，可以在成像面上移动彩色摄影器件2。

控制部4在将1帧部分的图像数据从彩色摄影器件2发送给输出处理部5的期间，偏移驱动单元3，将彩色摄影器件2的位置移动到相对位置关系不同的下一帧位置。接着，取得下一帧的图像数据。这样，通过取得改变了彩色摄影器件2和被摄物体的相对位置关系的多幅图像数据并插入邻接的像素数据来提高分辨率。

输出处理部5放大从彩色摄影器件发送的各模拟图像数据，交互取样基线部和信号部，进行作为信号检测两者差的相关2重取样，再进行A/D变换等，作为数字图像数据输出。

图像合成部6插入相互邻接相对位置关系不同的多个图像数据的图像数据，生成被摄物体的分辨率更高的1幅单色图像。图像的合成是在1幅图像数据中，对1幅图像中的没有像素数据的像素用不同位置的1幅图像数据的对应像素数据进行补偿，即进行插入。该插入操作不需要考虑了RGB各色的特别的运算。

图像处理部7进行使整体画面的亮度均匀的调节色光修正，实施调整输入输出特性的γ修正，强调图像轮廓的MTF修正等。图像处理部7可以根据需要，基于RGB的3色彩色图像进行到黑白单色图像的变换。另外，图像处理部7还可以利用来自用户的指示，选择被摄物体像为彩色像还是单色像。输出部8以符合外部接口协议的格式，将从图像处理部7输出的合成图像数据输出到输出线9上。

图2是表示取得单色图像的方法的图。单色图像首先在利用错开像素的图像生成方法而生成特定色的多幅彩色图像之后，可以利用生成的彩色图像取得高分辨率的单色图像。图2A是表示在彩色摄影器件的摄影面形成的上述平面方式的色过滤阵列的图。如上所述，在平面方式中，方格状地配置了需要高分辨率的亮度信号的绿(G)过滤器，该配列密度为光敏器件的配列密度的1/2，与此相对应，红(R)和蓝(B)过滤器分别为1/4的配列密度。因此，作为利用像素错开取得的图像数据的颜色选择绿(G)，取得多幅该颜色的图像数据，合成取得的图像数据生成1幅绿(G)色的单色图像。

即，对于绿(G)，取得彩色摄影器件和被摄物体像的某一位置关系的图像数据，接着，对于彩色摄影器件和被摄物体像的相对位置关系，如图2B的箭头所示，在错开1个像素的状态下取得图像数据，抽取取得的2幅图像数据的绿(G)部分，对一图像中欠缺G像素数据的像素插入另一图像中的像素数据，合成1幅绿(G)色的单色图像。

图3是表示进行取得单色图像的处理的控制部4的工作的流程图。首先，在步骤1摄影被摄物体像。在步骤2抽取摄影的图像中的绿(G)部分。在步骤3如图2B所示，将彩色摄影器件和被摄物体像的相对位置关系例如错开1个间隔。在步骤4摄影被摄物体像，在步骤5抽取摄影的图像中的绿(G)部分。在步骤6合成在上述步骤2和步骤5抽取的图像中的绿(G)部分。在步骤7对合成图像进行各种修正而生成单色图像。在步骤8输出到外部。另外，如后所述，在像素错开量为1/2间隔时，重复规定次数的步骤3至5。

另外，在取得蓝(B)时，对于彩色摄影器件和被摄物体像的相对位置关系，如图4C的箭头所示，取得在3个方向分别错开1个像素间隔的4幅图像数据之后，抽取取得的4幅图像数据的蓝(B)部分，可以合成1幅蓝(B)色的单色图像。同样，在取得红(R)时，对于彩色摄影器件和被摄物体像的相对位置关系，如图4C的箭头所示，取得在不同的3个方向分别错开1个像素间隔的4幅图像数据之后，抽取取得的4幅图像数据的红(R)部分，可以合成1幅红(R)色的单色图像。另外，有关B和R的以上操作不是必须的，根据需要可以选择执行。

下面，如果彩色摄影器件和被摄物体像的相对位置关系的错开量为1/2像素间隔，可以取得各色的密度都为光敏器件的配列密度的几倍的图像数据。

即，对于绿(G)，如图2C所示，取得彩色摄影器件和被摄物体像的相对位置关系不同的8幅图像数据，抽取取得的8幅图像数据的绿(G)部分，合成1幅绿(G)色的单色图像。

另外，在取得蓝(B)时，如图4E所示，取得彩色摄影器件和被摄物体像的相对位置关系不同的16幅图像数据，抽取取得的16幅图像数据的蓝(B)部分，可以合成1幅蓝(B)色的单色图像。在取得红(R)时，如图4E所示，取得彩色摄影器件和被摄物体像的相对位置关系不同的16幅图像数据，抽取取得的16幅图像数据的红(R)部分，可以合成1幅红(R)色的单色图像。

平面方式的配列中，绿(G)色过滤器的配列密度为蓝(B)色和红(R)色过滤器的各2倍。即，绿(G)色的摄影幅数为8幅，但蓝(B)色和红(R)色的摄影幅数为16幅。从而，只高密度化绿(G)色而取得单色图像时的摄影幅数为B和R时的1/2即可，因此可以使摄影时间也缩短1/2。而且，由于不需要生成单色图像的运算时间，所以只用8幅的摄影时间就能完成生成单色图像的运算时间。像这样，本发明的该实施例中，可以将单色图像的生成时间缩短为现有的1/2以下。

像这样，在取得单色图像时，只利用占亮度信号的成分最大的绿(G)色，除了读取对象整体为绿色之外，还可以得到良好的单色图像。特别是，在读取黑白印刷的票单类时没有图像的恶化。

以上说明了使像素错开量为1/2像素间隔的例子，但也可以同样适用于像素错开量为1/n像素间隔的情况，取得单色图像缩短的时间与n成比例增大。

另外，在此说明了作为彩色摄影器件2的原色过滤器配列使用了平面方式的场合，但在使用其它方式的配列时，使用配置了受光面占有率最大的颜色的过滤器的光敏器件的输出而生成单色图像即可。另外，作为上述过滤器可以使用补色过滤器(Ye、Mg、Cy)。

Claims (8)

1.一种图像处理装置，包括：

摄影光学系统，用以将被摄物体像成像在摄影面上；

彩色摄影器件，包括光敏器件和在摄影面上将多个彩色部分在2维上配列的彩色过滤器，用以进行由摄影光学系统成像的上述被摄物体的像的光电变换；

控制部；

偏移驱动单元，用以通过控制部的控制，在预定方向，向与预定间隔对应的逐一的距离上，将上述被摄物体像和彩色摄影器件互相相对地偏移；

图像合成部，用以通过控制部的控制，在利用偏移驱动单元，将通过彩色摄影器件的彩色过滤器所选择的唯一的颜色部分取得的被摄物体的像的图像数据，和摄影光学系统与彩色摄影器件互相相对地偏移时，使用通过与上述相同的所选择的唯一的颜色部分取得的被摄物体的像的图像数据，产生一个合成图像；和

输出装置，用以通过控制部的控制，输出由图像合成部合成的一个合成图像，作为单色图像。

2.如权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于：

上述偏移驱动单元，在预定的多个不同方向和与预定间隔对应的逐一的距离上，将上述被摄物体像和彩色摄影器件互相相对地偏移。

3.如权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于：

上述彩色过滤器，按照平面方式配列3色的颜色部分。

4.如权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于：

预定的间隔是与摄影面上的1象素的1/n对应的距离，其中n为整数。

5.如权利要求4所述的图像处理装置，其特征在于：

控制部作控制以使得偏移驱动单元反复在与摄影面上的1象素的1/n对应的距离上逐一多次移位，其中n为整数。

6.权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于：

上述所选择的1个颜色部分为绿色。

7.一种图像处理方法，通过摄影光学系统，将被摄物体像成像在彩色摄影器件的光敏器件上；

从已成像的被摄物体像，抽出只有1种颜色的被摄物体像的第1图像数据；

将成像在上述光敏器件上的被摄物体像，在规定方向上偏移与预定的间隔对应的距离；

从偏移后的被摄物体像，抽出只有与上述相同1种颜色的被摄物体像的第2图像数据；

将上述第1图像数据和上述第2图像数据合成，产生单一的合成图像数据；和

输出上述合成图像数据，作为1个单色图像。

8.如权利要求7所述的图像处理方法，其特征在于：

重复上述偏移步骤和上述抽出第2图像数据步骤，而抽出多组上述第2图像数据。

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