JPH09214988A - Still image pickup device - Google Patents
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Landscapes
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Color Television Image Signal Generators (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は静止画像撮像装置に
関し、特に、光学結像された被写体の像をデジタル画像
情報に変換するにあたって、撮像素子の解像度を越える
高品質及び高色再現性が要求される静止画像撮像装置に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a still image pickup device, and more particularly, in converting an image of a subject optically formed into digital image information, high quality and high color reproducibility exceeding the resolution of an image pickup device are required. Still image pickup device.
【0002】[0002]
【従来の技術】撮像素子の解像度を越える高品質の静止
画像を得るために各種の方法が従来より開発されてお
り、例えば、(1)撮像素子を圧電素子を用いて上下に
半画素(あるいは1/N画素)振動させるもの(特開昭
58−111580号公報)、(2)光学的に結像位置
を半画素ずつずらすもの(特開昭61−270973号
公報)、(3)複数の撮像素子を半画素位置がずれるよ
うに配置したもの、(4)二個の撮像素子をずれた位置
に配置し、各々によって撮像された画像のズレを相関で
求め、互いにずれたサンプリングを合成して高解像の画
像を得るもの(「異なる画素開口を有する複数のカメラ
を用いた高精細画像入力法」、テレビジョン学会技術報
告Vol.17, No.29,PP13-18,1993)等が知られている。2. Description of the Related Art Various methods have been conventionally developed in order to obtain a high-quality still image exceeding the resolution of an image pickup device. (1 / N pixel) to vibrate (JP-A-58-111580), (2) to optically shift the image forming position by half a pixel (JP-A-61-270973), and (3) a plurality of Image sensors arranged with their half-pixel positions displaced, (4) Two image sensors are arranged at displaced positions, the deviations of the images captured by each are determined by correlation, and samplings that are displaced from each other are combined. To obtain a high-resolution image ("High-definition image input method using multiple cameras with different pixel apertures", Technical Report of the Institute of Television Engineers of Japan Vol.17, No.29, PP13-18, 1993), etc. Are known.
【0003】また、モザイクフィルタを有する撮像素子
を用いて撮像した場合において、欠落色情報を復元して
色再現性を向上させる方法として、(5)欠落色成分を
周囲の同一成分の画素の値から補間したり、(6)色成
分間の相関を調べ、欠落色成分を他の色成分から推定す
るものなどが知られている。Further, when an image is picked up using an image pickup device having a mosaic filter, as a method of restoring missing color information and improving color reproducibility, (5) missing color components are values of pixels of the same surrounding components. It is known to interpolate from, or (6) investigate the correlation between color components and estimate the missing color component from other color components.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た(1)及び(2)に記載の方法では、均一なサンプリ
ング間隔のずれを作り出しているので合成処理は容易に
なるが、サンプリング間隔のずれを作り出すために複雑
な構成の専用の装置が新たに必要となる。また、(3)
に記載の方法は(1)及び(2)に記載の方法と同様に
合成処理は容易であるが、撮像素子間に半画素の位置ず
れができるように正確に撮像素子を配置することが非常
に難しい。However, in the methods described in (1) and (2) above, a uniform sampling interval shift is created, so that the synthesizing process is facilitated, but the sampling interval shift is reduced. It requires a new dedicated device with a complicated structure to create. Also, (3)
Like the method described in (1) and (2), the method described in (1) is easy to combine, but it is extremely difficult to accurately arrange the image pickup elements so that a half pixel can be displaced between the image pickup elements. It's difficult.
【0005】また、(4)に記載の方法はサンプリング
間隔のズレ量をあらかじめ設定しないので装置構成が簡
単で配置精度の問題もないが、逆に対応点を求める計算
が複雑になり、合成処理時間が大幅に増大してしまう。In the method described in (4), since the deviation amount of the sampling interval is not set in advance, the device configuration is simple and there is no problem in the placement accuracy, but conversely, the calculation for finding the corresponding points becomes complicated and the synthesizing process is performed. The time will increase significantly.
【0006】また、(5)及び(6)に記載の方法は、
一枚の画像から欠落色成分値を求めているために補間処
理により解像度が低下したり、補間や相関の仮定が成り
立たない場合には不都合な色づきが生じてしまう。The methods described in (5) and (6) are
Since the missing color component value is obtained from one image, the resolution is lowered by the interpolation process, or inconvenient coloring occurs when the assumption of interpolation or correlation does not hold.
【0007】本発明の静止画像撮像装置はこのような課
題に着目してなされたものであり、その第1の目的は、
複雑な装置構成を新たに必要とせずに低コストで撮像素
子の解像度を越える高品質の静止画像が得られる静止画
像撮像装置を提供することにある。The still image pickup device of the present invention has been made in view of the above problems, and its first purpose is to:
It is an object of the present invention to provide a still image capturing apparatus that can obtain a high quality still image that exceeds the resolution of an image sensor at low cost without newly adding a complicated apparatus configuration.
【0008】また、本発明の第2の目的は、さらに、簡
単な合成処理で撮像素子の解像度を越える高品質の静止
画像が得られる静止画像撮像装置を提供することにあ
る。A second object of the present invention is to provide a still image pickup device which can obtain a high quality still image which exceeds the resolution of the image pickup device by a simple combining process.
【0009】また、本発明の第3の目的は、さらに、複
雑な装置構成を新たに用いることなしに欠落色を復元す
ることができる静止画像撮像装置を提供することにあ
る。A third object of the present invention is to provide a still image pickup device capable of restoring a missing color without newly using a complicated device structure.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記した第1の目的を達
成するために、本発明の静止画像撮像装置は、同一被写
体を複数の異なる変倍率で結像する結像変倍手段と、こ
の結像変倍手段によって変倍して得られた同一被写体に
ついての複数の変倍画像を各々電気信号に変換する撮像
手段と、この撮像手段によって各々電気信号に変換され
た前記複数の変倍画像を記憶する画像記憶手段と、この
画像記憶手段に記憶された前記複数の変倍画像を合成し
て、前記複数の異なる変倍率のうち最も高い倍率で得ら
れた変倍画像よりも高解像度の画像を生成する画像合成
手段とを具備する。In order to achieve the above-mentioned first object, a still image pickup device of the present invention comprises an image-forming variable magnification means for forming an image of the same subject at a plurality of different variable magnifications. Imaging means for converting a plurality of scaled images of the same subject, which have been scaled by the imaging scaling means, into electric signals, respectively, and the plurality of scaled images converted into electric signals by the imaging means. And a plurality of scaled images stored in the image storage means are combined to have a higher resolution than the scaled image obtained at the highest magnification of the plurality of different scales. And an image synthesizing unit for generating an image.
【0011】また、上記した第2の目的を達成するため
に、前記画像合成手段は、前記複数の変倍画像のうち最
も高い倍率で得られた変倍画像と、他の変倍画像との間
の相対倍率が、これら両変倍画像のサンプリング点が完
全には一致しないような所定の有理数になるように、前
記結像変倍手段を制御する変倍率制御手段と、この変倍
率制御手段の制御の基に得られた複数の変倍画像の画素
値と、前記最も高い倍率で得られた変倍画像よりも高解
像度の画像の画素値とを対応付ける対応付け手段と、こ
の対応付け手段による対応付けに基づいて、前記最も高
い倍率で得られた変倍画像よりも高解像度の画像を復元
する画像復元手段とをさらに具備する。また、上記した
第3の目的を達成するために、前記撮像手段はカラーモ
ザイクフィルタを有し、前記所定の有理数は整数分の1
である。In order to achieve the above-mentioned second object, the image synthesizing means combines the scaled image obtained at the highest magnification among the plurality of scaled images with another scaled image. Magnification control means for controlling the image-magnification variability means so that the relative magnification between them becomes a predetermined rational number such that the sampling points of both variegated images do not completely match, and this magnification-variation control means. Associating means for associating the pixel values of the plurality of scaled images obtained under the control of (1) with the pixel values of the image of higher resolution than the scaled image obtained at the highest magnification, and the associating means. And an image restoration unit that restores an image having a higher resolution than the scaled image obtained at the highest magnification, based on the association by. Further, in order to achieve the above-mentioned third object, the image pickup means has a color mosaic filter, and the predetermined rational number is a fraction of an integer.
It is.
【0012】すなわち、本発明の静止画像撮像装置は、
同一被写体を複数の異なる変倍率で結像する結像変倍手
段によって変倍して得られた同一被写体についての複数
の変倍画像を撮像手段によって各々電気信号に変換し、
各々電気信号に変換された前記複数の変倍画像を画像記
憶手段に記憶する。そして、この記憶された前記複数の
変倍画像を合成して、前記複数の異なる変倍率のうち最
も高い倍率で得られた変倍画像よりも高解像度の画像を
画像合成手段によって生成する。That is, the still image pickup device of the present invention is
A plurality of scaled images of the same subject obtained by scaling by the image-forming scaling unit that images the same subject at a plurality of different scaling factors are converted into electric signals by the image capturing unit,
The plurality of scaled images each converted into an electric signal are stored in the image storage means. Then, the stored plurality of scaled images are combined, and an image having a higher resolution than the scaled image obtained at the highest magnification among the plurality of different scales is generated by the image combining means.
【0013】ここで画像合成時は、前記複数の変倍画像
のうち最も高い倍率で得られる変倍画像と、他の変倍画
像との間の相対倍率が、これら両変倍画像のサンプリン
グ点が完全には一致しないような所定の有理数になるよ
うに、変倍率制御手段によって前記結像変倍手段を制御
し、この変倍率制御手段の制御の基に得られた複数の変
倍画像の画素値と、前記最も高い倍率で得られた変倍画
像よりも高解像度の画像の画素値とを対応付け手段によ
って対応付けし、この対応付け手段による対応付けに基
づいて、前記最も高い倍率で得られた変倍画像よりも高
解像度の画像を画像復元手段によって復元する。At the time of image synthesis, the relative magnification between the scaled image obtained at the highest magnification of the plurality of scaled images and the other scaled images is determined by the sampling points of these scaled images. Are controlled by the scaling control means so that the predetermined rational numbers do not completely match, and the plurality of scaling images obtained under the control of the scaling control means are controlled. The pixel value and the pixel value of the image having a higher resolution than the scaled image obtained at the highest magnification are associated by the associating means, and based on the association by the associating means, at the highest magnification. An image having a resolution higher than that of the obtained scaled image is restored by the image restoration means.
【0014】また、前記撮像手段にカラーモザイクフィ
ルタを付加し、前記所定の有理数が整数分の1になるよ
うに変倍率を制御する。Further, a color mosaic filter is added to the image pickup means, and the scaling ratio is controlled so that the predetermined rational number becomes 1 / integral.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
【0016】まず、本実施形態の概略を説明する。第1
の概略として、図1、2を用いて、変倍率の異なる画像
の合成による高解像度化の原理を説明する。簡単のた
め、撮像素子は一次元のラインセンサを考えるが、同様
の原理は二次元のエリアセンサにも容易に拡張できる。First, the outline of this embodiment will be described. First
As an outline of the above, the principle of resolution enhancement by combining images with different scaling factors will be described with reference to FIGS. For simplicity, the image sensor is considered as a one-dimensional line sensor, but the same principle can be easily extended to a two-dimensional area sensor.
【0017】撮像素子も撮影対象も固定した状態で同一
の被写体を種々の変倍率(×1.0、×0.75、×
0.6)で撮影して、図1(a)に示すような複数の変
倍画像E,F,Gを得たとする。ここで、すべての変倍
画像に共通に写っている範囲を標準画角と呼ぶ。各々の
変倍画像上では、標準画角は図1(a)の点線枠のよう
に変倍率に応じて異なった大きさになっているが、これ
ら各変倍画像の標準画角に対応する範囲を部分標準画
像、最も大きな部分標準画像を標準画像と呼ぶ。また、
標準画像を与える倍率に対する各変倍画像の倍率を変倍
率(相対倍率)と呼ぶ。図1(a)は、標準画像Eと、
変倍率3/4(0.75)の変倍画像Fと、変倍率3/
5(0.6)の変倍画像Gを示している。With the image sensor and the object to be photographed fixed, the same subject can be magnified at various magnifications (× 1.0, × 0.75, ×).
It is assumed that a plurality of magnified images E, F, and G as shown in FIG. Here, the range common to all the magnified images is called the standard angle of view. On each of the scaled images, the standard angle of view has a different size according to the scale of magnification as shown by the dotted line frame in FIG. 1A, but corresponds to the standard angle of view of each of the scaled images. The range is called a partial standard image, and the largest partial standard image is called a standard image. Also,
The magnification of each variable-magnification image with respect to the magnification that gives the standard image is referred to as the variable magnification (relative magnification). FIG. 1A shows a standard image E and
A scaled image F with a scale factor of 3/4 (0.75) and a scale factor of 3 /
5 shows a scaled image G of 5 (0.6).
【0018】これらの画像は、例えば図1(b)に示す
ように、光センサが規則的に線状に配列された撮像素子
が撮影対象を垂直方向にスキャンすることで得られる。
このとき光センサに対応する部分を開口pと呼ぶ。ま
た、この開口pは一定の間隔をおいて並んでいるものと
し、この間隔を開口間隔(繰り返し単位)qとする。こ
のとき、p/(p+q)を開口率と呼ぶ。さらに、開口
内では素子の感度は一定(矩形開口)であると仮定して
いる。These images can be obtained, for example, as shown in FIG. 1B, by vertically scanning an object to be photographed by an image pickup device in which photosensors are regularly arranged in a line.
At this time, a portion corresponding to the optical sensor is called an opening p. Further, the openings p are arranged side by side at a constant interval, and this interval is defined as an opening interval (repeating unit) q. At this time, p / (p + q) is called an aperture ratio. Furthermore, it is assumed that the sensitivity of the device is constant (rectangular aperture) within the aperture.
【0019】ここで、図1(a)に示す標準画像E上に
ある水平線Zを考え、この水平線Zに対応する線状領域
を上記した各変倍率で図1(b)に示す線状光センサで
撮影すると、図1(c)に示すような撮像出力E′,
F′,G′が得られる。図中横軸は水平方向の空間座標
(素子上の座標ではない)であり、曲線は線状領域の実
際の輝度分布を表し、点線は撮像素子の感度を示してい
る。感度が0でない部分が開口に対応する。この説明で
は、線状光センサの配列と撮影倍率により決まる、空間
座標に対する感度パターンをサンプリングパターンと呼
ぶ。したがって、撮影対象の輝度分布とサンプリングパ
ターンとの積分を行えばパターン中の各開口に対応した
画素値が得られる。Considering the horizontal line Z on the standard image E shown in FIG. 1A, the linear region corresponding to the horizontal line Z is linearly illuminated as shown in FIG. When the image is taken by the sensor, the imaging output E ′ as shown in FIG.
F'and G'are obtained. In the figure, the horizontal axis represents the horizontal spatial coordinates (not the coordinates on the element), the curve represents the actual luminance distribution in the linear region, and the dotted line represents the sensitivity of the image sensor. The part where the sensitivity is not 0 corresponds to the aperture. In this description, the sensitivity pattern for the spatial coordinates, which is determined by the arrangement of the linear photosensors and the photographing magnification, is called a sampling pattern. Therefore, if the luminance distribution of the object to be photographed and the sampling pattern are integrated, a pixel value corresponding to each aperture in the pattern can be obtained.
【0020】図1(c)中の矢印は各サンプリングパタ
ーン中の開口の中心位置を表し、大きさはサンプリング
で得られた画素値を表している。変倍画像F,Gのサン
プリングパターンは、標準画像Eのサンプリングパター
ンに対し、変倍率の逆数のスケール倍となっている。標
準画像Eのサンプリングパターンを標準サンプリングパ
ターン、変倍画像F,Gの変倍率に対応してスケール倍
されたサンプリングパターンを変倍サンプリングパター
ンと呼ぶ。The arrow in FIG. 1C represents the center position of the aperture in each sampling pattern, and the size represents the pixel value obtained by sampling. The sampling patterns of the scaled images F and G are scaled by the reciprocal of the scaling ratio with respect to the sampling pattern of the standard image E. The sampling pattern of the standard image E is called a standard sampling pattern, and the sampling pattern scale-multiplied corresponding to the scaling factors of the scaled images F and G is called a scaling sampling pattern.
【0021】したがって、かりに開口がδ関数によって
表されると仮定した場合、これらの異なるサンプリング
パターンを合成すると図1(d)に示すような合成結果
が得られる。同図より、斜線部に限ってみれば、上記し
た複数の変倍率のうち最も高倍率で撮影して得られる標
準画像Eのサンプリングパターンよりも密なサンプリン
グパターンが得られ、これによって、複数の異なる変倍
率(×1.0、×0.75、×0.6)のうち最も高い
倍率(標準画像の倍率×1.0)で得られた変倍画像よ
りも高解像度の画像が生成され、撮像素子の解像度を越
える高品質の静止画像が得られる。Therefore, assuming that the aperture is represented by the δ function, combining these different sampling patterns produces a combining result as shown in FIG. 1 (d). From the figure, in the shaded area only, a sampling pattern that is denser than the sampling pattern of the standard image E obtained by shooting at the highest magnification among the plurality of magnifications described above can be obtained. An image with a higher resolution than the scaled image obtained at the highest magnification (magnification of the standard image x 1.0) out of the different magnifications (x 1.0, x 0.75, x 0.6) is generated. , A high-quality still image that exceeds the resolution of the image sensor can be obtained.
【0022】ここで、開口間隔が1/nになれば、サン
プリング定理により得られる帯域はn倍になる。従来の
高解像度化技術のほとんどはこの定理に基づき、均一な
サンプリングずれを作り出すために専用の装置を新たに
用い、生成撮像面を平行に移動させることで一様にサン
プリング間隔を小さくし、均一に帯域を増加させてい
た。しかし、高解像度化は、あるサンプリングパターン
で得られた画素値から、より細かいサンプリングパター
ンで得られた画素値を推定、復元することによっても可
能であり、この場合はサンプリング間隔が不均一でもか
まわない。従来の技術として(4)に記載した方法は、
複数のカメラを用いてこのような不均一なサンプリング
間隔を作り出しているが、画像間でのサンプリングの対
応関係を相関により求めるといった複雑な処理を必要と
する。Here, if the aperture interval becomes 1 / n, the band obtained by the sampling theorem becomes n times. Based on this theorem, most of the conventional high-resolution techniques newly use a dedicated device to create a uniform sampling deviation, and move the generated imaging plane in parallel to uniformly reduce the sampling interval and to achieve uniform sampling. Was increasing the bandwidth. However, high resolution can also be achieved by estimating and restoring the pixel values obtained by a finer sampling pattern from the pixel values obtained by a certain sampling pattern. In this case, it does not matter if the sampling intervals are non-uniform. Absent. The method described in (4) as the conventional technique is
Although such a non-uniform sampling interval is created using a plurality of cameras, it requires complicated processing such as obtaining a correlation of sampling between images by correlation.
【0023】そこで、第1の概略では変倍という単純な
機構を用いることによって、複雑な装置構成を新たに必
要とせずまたサンプリング間隔のずれが均一でなくとも
画像の高解像度化を実現している。Therefore, in the first outline, by using a simple mechanism of zooming, it is possible to realize high resolution of an image without newly requiring a complicated device configuration and even if the deviation of sampling intervals is not uniform. There is.
【0024】なお、この場合の撮像装置の動作は以下の
ようになる。すなわち,被写体と画角を選択すると、結
像変倍手段は標準画角が指定された画角以上になるよう
に複数の倍率で被写体像を変倍する。撮影手段は結像変
倍手段が変倍率を設定するごとに撮影を行ない、得られ
た同一被写体の複数の変倍画像は画像記憶手段に記憶さ
れる。合成手段はこの画像記憶手段に記憶された前記複
数の変倍画像を合成して、前記複数の異なる変倍率のう
ち最も高い倍率で得られた変倍画像よりも高解像度の画
像を生成する。The operation of the image pickup apparatus in this case is as follows. That is, when the subject and the angle of view are selected, the image-forming variable-magnification means changes the size of the subject image at a plurality of magnifications so that the standard angle of view becomes equal to or larger than the designated angle of view. The photographing means performs photographing every time the image-magnification varying means sets the magnification, and the obtained plurality of magnified images of the same subject are stored in the image storage means. The synthesizing unit synthesizes the plurality of scaled images stored in the image storage unit to generate an image having a higher resolution than the scaled image obtained at the highest magnification of the plurality of different scales.
【0025】以下に本実施形態の第2の概略を説明す
る。The second outline of this embodiment will be described below.
【0026】上記した変倍による高解像度化は、変倍の
結果サンプリング点がどこに来るのかが倍率から計算で
きることにより可能となるが、このような変倍によるサ
ンプリング点の変化の規則性を利用すると、以下に述べ
るようにさらに優れた高解像度化が実現できる。The resolution can be increased by the above-described scaling by calculating from the magnification where the sampling point comes as a result of the scaling. However, if the regularity of the change of the sampling points due to such scaling is used. As described below, a higher resolution can be realized.
【0027】変倍によってサンプリング点がどのように
変化するかは撮影倍率の選び方で異なり、ここではま
ず、相対倍率として有理数を選んだ場合について図2
(a)乃至図2(d)を用いて説明する。図2(a)は
撮影対象の輝度分布を示しており、図2(b),(c)
は、開口率2/3の撮像素子で得られた、各々標準画像
と変倍率2/3(=0.666)の変倍画像のサンプリ
ングパターンである。How the sampling points change due to the magnification change depends on how the photographing magnification is selected. First, FIG. 2 shows the case where a rational number is selected as the relative magnification.
This will be described with reference to (a) to FIG. 2 (d). FIG. 2A shows the luminance distribution of the photographing target, and FIGS. 2B and 2C.
Are sampling patterns of a standard image and a variable-magnification image with a variable magnification of 2/3 (= 0.666), respectively, obtained by an image sensor with an aperture ratio of 2/3.
【0028】図2(d)は開口率1、開口間隔が図2
(b)の開口間隔の1/6のサンプリングパターンを示
している。図1と同様、縦軸は画素値である。ここで
は、光軸に対応する位置にちょうど撮像素子の開口の端
が来ていると仮定している。以下、図2(b)、
(c)、(d)に示す各サンプリングパターンを順に
A、B、Sと呼ぶことにする。また、図2(b)のa
1,a2,a3、図2(c)のb1,b2、図2(d)
のs1〜s18は、図2(a)に示す輝度分布を持つ撮
影対象を各々のサンプリング間隔でサンプリングして得
られる画素値を表し、輝度方向の矢印はその大きさと各
画素の中心位置を表している。In FIG. 2D, the aperture ratio is 1 and the aperture spacing is as shown in FIG.
The sampling pattern of 1/6 of the aperture interval of (b) is shown. As in FIG. 1, the vertical axis represents the pixel value. Here, it is assumed that the edge of the aperture of the image sensor is exactly at the position corresponding to the optical axis. Hereinafter, FIG.
The sampling patterns shown in (c) and (d) will be referred to as A, B, and S, respectively. In addition, a in FIG.
1, a2, a3, b1, b2 of FIG. 2 (c), FIG. 2 (d)
S1 to s18 represent pixel values obtained by sampling the imaging target having the brightness distribution shown in FIG. 2A at each sampling interval, and the arrow in the brightness direction represents the size and the center position of each pixel. ing.
【0029】ここで、各サンプリングパターンの開口の
端に注目すると、 ( 1)サンプリングパターンAの4画素目の開口の左端
T1と、サンプリングパターンBの3画素目の開口の左
端T2とが完全に一致し、この位置から右側では、光軸
からT1あるいはT2までのA、Bのサンプリング間隔
のずれのパターンが繰り返されている。Here, paying attention to the end of the opening of each sampling pattern, (1) the left end T1 of the opening of the fourth pixel of the sampling pattern A and the left end T2 of the opening of the third pixel of the sampling pattern B are completely. On the right side from this position, the pattern of the deviation of the sampling intervals of A and B from the optical axis to T1 or T2 is repeated.
【0030】( 2)サンプリングパターンA、Bの開口
の端は常にサンプリングパターンSの開口の端に一致し
ている。(2) The ends of the openings of the sampling patterns A and B always coincide with the ends of the openings of the sampling pattern S.
【0031】そこで、(1)及び(2)の性質を利用す
ると、サンプリングパターンA、Bの各画素の値はサン
プリングパターンSの画素の値の和で表現することがで
き、例えば図2(b)のa1は、図2(d)のs1〜s
4を用いて(s1+s2+s3+s4)/4の式で表す
ことができる。このことを一般化すると、(1)の周期
性により、この周期内におけるサンプリングパターン
A、Bの画素値はともに、当該周期に含まれるサンプリ
ングパターンSの画素値で表すことができる。このこと
を行列の形で表現したのが図2(e)である。図2
(e)の*印は乗算を表す。Therefore, by utilizing the properties of (1) and (2), the value of each pixel of the sampling patterns A and B can be expressed by the sum of the values of the pixels of the sampling pattern S, for example, as shown in FIG. A1 in) is s1 to s in FIG.
4 can be expressed by the formula (s1 + s2 + s3 + s4) / 4. If this is generalized, due to the periodicity of (1), the pixel values of the sampling patterns A and B in this cycle can both be represented by the pixel values of the sampling pattern S included in the cycle. This is expressed in the form of a matrix in FIG. 2 (e). FIG.
The * mark in (e) represents multiplication.
【0032】一般に、標準画像のサンプリングパターン
Aと変倍画像のサンプリングパターンBの倍率比を1:
n/m(n、mは正整数でn<m)とするとサンプリン
グ間隔のスケール関係は1:m/nとなる。すなわち、
Aでm画素、Bでn画素のサンプリングの後に両画像の
サンプリング位置が重なり、それまでの区間が周期の単
位となる。さらに、サンプリングパターンA、Bがp/
(p+q)(p、qは正整数)の開口率の素子で得られ
た場合は、「W=n(p+q)/{np、nq、mp、
mqの最大公約数}」と定義すれば、(1)、(2)と
同様の性質が成り立ち、サンプリングパターンAを得る
のと同じ倍率での開口率1、開口間隔「1/W」の撮像
素子によるサンプリングパターンをSとして選べば、S
によって得られる画素値とA、Bの画素値とを結びつけ
ることができ、両者の関係は、Generally, the scaling ratio of the sampling pattern A of the standard image and the sampling pattern B of the scaled image is 1:
When n / m (n and m are positive integers and n <m), the scale relationship of the sampling intervals is 1: m / n. That is,
After sampling m pixels for A and n pixels for B, the sampling positions of both images overlap, and the interval up to that point becomes the unit of the cycle. Furthermore, the sampling patterns A and B are p /
When obtained with an element having an aperture ratio of (p + q) (p and q are positive integers), “W = n (p + q) / {np, nq, mp,
, the same property as (1) and (2) holds, and an image with an aperture ratio of 1 and an aperture interval of “1 / W” at the same magnification as that for obtaining the sampling pattern A is obtained. If the sampling pattern by the element is selected as S, S
It is possible to combine the pixel value obtained by the above with the pixel values of A and B, and the relationship between the two is
【数1】 [Equation 1]
【0033】によって表される。ここで、Δa=W×p
/(p+q)、Δb=Δa×m/n、s1 〜mWは一周期
分のSの画素値であり、ai 、bj はそれぞれA、Bの
i、j番目の画素値である。図2の例ではW=6、Δa
=4、Δb=6である。Is represented by Where Δa = W × p
/ (P + q), Δb = Δa × m / n, s 1 to mW are pixel values of S for one period, and a i and b j are i and j pixel values of A and B, respectively. In the example of FIG. 2, W = 6, Δa
= 4 and Δb = 6.
【0034】このように定められるSを共通サンプリン
グパターンと呼び、共通サンプリングパターンSの開口
間隔を共通サンプリング間隔、共通サンプリングパター
ンSから得られる画素値を共通サンプリング値と呼ぶ。
また、図2(e)の形で行列表現された共通サンプリン
グ値と変倍画像の画素値の関係式を共通サンプリング表
現、この共通サンプリング表現に現れる共通サンプリン
グ値の個数を共通サンプリング周期、対応する行列を共
通サンプリング行列と呼ぶ。共通サンプリング行列は、
標準画像及び変倍画像の各々の画素値がどの共通サンプ
リング値を使って表されるかを示しており、要素は0か
1のみである。The S thus determined is called a common sampling pattern, the aperture interval of the common sampling pattern S is called a common sampling interval, and the pixel value obtained from the common sampling pattern S is called a common sampling value.
Also, the relational expression between the common sampling values and the pixel values of the scaled image expressed in a matrix in the form of FIG. 2E corresponds to the common sampling expression, and the number of common sampling values appearing in this common sampling expression corresponds to the common sampling period. The matrix is called a common sampling matrix. The common sampling matrix is
It shows which common sampling value is used to represent each pixel value of the standard image and the scaled image, and the element is only 0 or 1.
【0035】このようにして、変倍率が有理数の場合
は、変倍画像の画素値と、より密なサンプリングにより
得られる画素値との関係が(1a)、(1b)式で表さ
れるような簡単な形で導けるため、この関係式を逆に解
いてaやbからsを求めれば高解像度化ができることに
なる。共通サンプリングによれば、複数の変倍画像から
異なるサンプリングによって得られた画素値を、同一の
共通サンプリング値に連立させることができるので、実
質的に情報量を増やすことができる。また、共通サンプ
リング値による表現は、サンプリング間隔のずれの周期
内での関係なので、この周期単位で画像をブロックに分
割し各々を独立に処理することを可能にし、処理の効率
化が図れる。In this way, when the scaling factor is a rational number, the relation between the pixel value of the scaled image and the pixel value obtained by more dense sampling is represented by the equations (1a) and (1b). Since this can be derived in a simple form, the resolution can be increased by solving this relational expression in reverse and obtaining s from a and b. According to the common sampling, the pixel values obtained by different samplings from a plurality of scaled images can be made to coincide with the same common sampling value, so that the amount of information can be substantially increased. Further, since the expression by the common sampling value has a relationship within the cycle of the deviation of the sampling interval, it becomes possible to divide the image into blocks in each cycle unit and process each independently, so that the processing efficiency can be improved.
【0036】なお、複数の変倍画像の部分領域に関する
(1)式に例示される共通サンプリング関係式は以下の
ように一般化することができる。The common sampling relational expression exemplified in the equation (1) regarding the partial areas of a plurality of scaled images can be generalized as follows.
【0037】すなわち、複数変倍画像から切り出した部
分標準画像の、標準画像に対する相対倍率(変倍率)を
{1、S1、S2、…、Sn−1}とし、それによって
決まる共通サンプリング周期と共通サンプリング表現行
列に基づいて、各サンプリングの共通サンプリング関係
式を求めると、 gi =Hi f(i=1…n) (2) が導ける。ここでgi は各変倍画像の画像値、fは共通
サンプリング値である。この関係をすべて結合すること
で情報量を増やした行列That is, the relative magnification (magnification) of a partial standard image cut out from a plurality of variable-magnification images with respect to the standard image is set to {1, S1, S2, ..., Sn-1}, which is common to the common sampling period. When the common sampling relational expression of each sampling is obtained based on the sampling expression matrix, g i = H i f (i = 1 ... n) (2) can be derived. Here, g i is an image value of each scaled image, and f is a common sampling value. A matrix that increases the amount of information by combining all of these relationships
【数2】 [Equation 2]
【0038】を作り、これを逆に解いてfを求めること
ができる。Then, f can be obtained by solving
【0039】この場合の撮像装置の動作は以下のように
なる。すなわち、変倍率決定手段が所定の有理数の変倍
率を選択し、それに応じて結像変倍手段及び撮像手段を
駆動して指定の変倍率の画像を画像記憶手段に記憶す
る。次に、画像切り出し部が画像記憶手段中の変倍画像
から、標準画像の領域に対応する部分画像を読み出す。
対応付け手段は切り出された複数の部分変倍画像と、変
倍率決定部の変倍率によって決まるサンプリング表現行
列とを対応付けて、式(3)に例示されるような共通サ
ンプリング関係式を導きだす。画像復元手段はこの関係
式を基に、共通サンプリング値を計算、推定する。これ
には、後述する第3〜7の概略で述べられるような推定
方法を用いるのが望ましいが、特に開口補正が可能な場
合は前記した(4)の従来技術で述べられている手法を
用いてもよい。The operation of the image pickup apparatus in this case is as follows. That is, the scaling factor determining means selects a scaling factor of a predetermined rational number, and drives the image forming scaling means and the imaging means in accordance with the scaling factor to store the image of the specified scaling factor in the image storage means. Next, the image cutout unit reads out a partial image corresponding to the area of the standard image from the scaled image in the image storage means.
The associating unit associates the plurality of cut-out partial scaled images with the sampling expression matrix determined by the scaling factor of the scaling factor determination unit, and derives a common sampling relational expression as exemplified in Expression (3). . The image restoration means calculates and estimates the common sampling value based on this relational expression. For this purpose, it is desirable to use an estimation method as described in the third to seventh outlines to be described later, but especially when aperture correction is possible, the method described in the above-mentioned prior art (4) is used. May be.
【0040】以上のように変倍率を有理数にすること
で、得られた画像のサンプリング間隔のいずれよりも小
さな共通サンプリング間隔での画素値をブロック単位で
効率的に精度良く得ることができる。By making the scaling ratio a rational number as described above, it is possible to efficiently and accurately obtain pixel values in block units at common sampling intervals smaller than any of the sampling intervals of the obtained image.
【0041】ところで、変倍率を有理数にする場合は部
分標準画像(変倍画像)間で中心位置(変倍の中心、光
軸に相当)が一致するか、あるいは位置ずれがあっても
光軸位置が固定されている等、特定の条件を満たしてい
ることを前提にしている。ところが、本装置を手ぶれの
ある電子カメラへ適用した場合はこのような条件が成立
しない。そこで、まず、特定の条件を満たすか否かを判
断し、満たさない場合は後述する第8の概略で述べるよ
うに変倍率を無理数にしてサンプリング処理を行なうよ
うにする。By the way, in the case where the scaling factor is a rational number, the center positions (centers of scaling, corresponding to the optical axis) of the partial standard images (scaled images) are the same, or even if there is a position shift, the optical axis is changed. It is premised that certain conditions such as fixed position are met. However, when the present apparatus is applied to an electronic camera with camera shake, such a condition does not hold. Therefore, first, it is determined whether or not a specific condition is satisfied, and if not satisfied, the scaling factor is set to an irrational number and sampling processing is performed as described in an eighth outline described later.
【0042】この場合の撮像装置の動作は以下のように
なる。すなわち、被写体と画角を選択すると、結像変倍
手段は標準画角が指定された画角以上になるように複数
の倍率で被写体像を変倍する。撮影手段は結像変倍手段
が変倍率を設定するごとに撮影を行ない、得られた同一
被写体の複数の変倍画像は画像記憶手段に記憶される。
合成手段は状況に応じて変倍画像に対する復元処理を区
別する。すなわち、ある場合は変倍画像間のずれの規則
性を利用して効率的なサンプリング処理を行ない、位置
ずれによりそれができない場合は、例えば前記した
(4)の従来技術に示されているような、公知のランダ
ムサンプリングからの均一なサンプリング処理を適用し
て、標準画角以内の領域で、より密なサンプリング間隔
で撮像した場合に得られる画像を推定、復元する。The operation of the image pickup apparatus in this case is as follows. That is, when the subject and the angle of view are selected, the image-forming variable-magnification means changes the size of the subject image at a plurality of magnifications so that the standard angle of view becomes equal to or larger than the designated angle of view. The photographing means performs photographing every time the image-magnification varying means sets the magnification, and the obtained plurality of magnified images of the same subject are stored in the image storage means.
The synthesizing unit distinguishes the restoration processing for the scaled image according to the situation. That is, in some cases, efficient sampling processing is performed by utilizing the regularity of the shift between the scaled images, and when it is not possible due to the positional shift, for example, as shown in the above-mentioned prior art (4). In addition, a known uniform sampling process from random sampling is applied to estimate and restore an image obtained when images are taken at a closer sampling interval in a region within the standard angle of view.
【0043】以下に本実施形態の第3の概略を説明す
る。第3の概略では撮影手段にカラーモザイクフィルタ
を付加し、変倍率として整数分の1の変倍率(整数のズ
ームアウト率)を採用している。特に不連続な変倍機構
しかない場合には、整数分の1の変倍率は一般の有理数
より実現しやすい。しかし、撮像手段のすべての画素で
値が得られる場合は、変倍画像間で、ある画像のサンプ
リング点の間に別の画像のサンプリング点が来ないた
め、サンプリング位置が補いあう関係にならず、新たな
情報は得られない。これに対し、カラーモザイクフィル
タの付加された撮像手段のように、サンプリングが画素
単位で行われず、原色成分RGBに関する値が部分的に
しか得られていない場合には、整数分の1の変倍率でも
変倍によりサンプリング位置が補い合うようになる。The third outline of this embodiment will be described below. In the third outline, a color mosaic filter is added to the photographing means, and a scaling factor of 1 / integral ratio (integer zoom-out rate) is adopted as the scaling factor. In particular, if there is only a discontinuous scaling mechanism, a scaling factor of an integer is easier to realize than a general rational number. However, when values can be obtained for all pixels of the image pickup means, the sampling points of another image do not come between the sampling points of one image between the scaled images, so that the sampling positions do not have a complementary relationship. , I cannot get new information. On the other hand, when the sampling is not performed on a pixel-by-pixel basis and the values relating to the primary color components RGB are only partially obtained, as in the case of an image pickup unit to which a color mosaic filter is added, a scaling factor of an integer fraction is obtained. However, the sampling positions are complemented by the scaling.
【0044】図3は撮像素子(CCD)をベイヤー配列
とした場合の変倍画像間のサンプリング関係においてミ
ッシング画素が推定されるようすを説明するための図で
ある。ここでは、RGBベイヤー配列のCCDにおい
て、標準倍率で未知の値を持った画像のG成分について
のミッシング画素が、変倍率0.5倍の変倍画像によっ
て推定されるようすを説明する。FIG. 3 is a diagram for explaining how missing pixels are estimated in the sampling relationship between the scaled images when the image pickup device (CCD) is arranged in the Bayer array. Here, in the RGB Bayer array CCD, the missing pixel for the G component of the image having an unknown value at the standard magnification is estimated by the variable-magnification image with the variable magnification of 0.5.
【0045】標準倍率での画像(a)において画像のG
成分に着目すると、G成分は画素G2,G4,G5,G
7,G10,G12,G13,G15でしか得られず、
G1,G3などではミッシング画素となっている。ここ
で、標準倍率での画像(a)のうち、例えば画素G3,
G4,G7,G8に着目すると、これらを合成したもの
は変倍率0.5倍の変倍画像(b)のg2成分に対応し
ており、G3+G4+G7+G8=g2の関係が成立す
る。これをミッシング画素G3,G8について解くと、
G3+G8=g2−G7−G8となる。これは、標準画
像におけるミッシング画素G3,G8は変倍画像を合成
することによって、すなわち、制約を付加することによ
って、より高い精度で推定され得ることを意味し、図3
の(c)は変倍画像のg2,g3成分によって標準画像
(a)におけるG成分のミッシング画素に対する情報が
補われる様子を示している。Image G in image (a) at standard magnification
Focusing on the component, the G component is the pixel G2, G4, G5, G
7, G10, G12, G13, G15 can only be obtained,
G1 and G3 are missing pixels. Here, in the image (a) at the standard magnification, for example, the pixel G3,
Focusing on G4, G7, and G8, a composite of these corresponds to the g2 component of the scaled image (b) with a scaling ratio of 0.5, and the relationship of G3 + G4 + G7 + G8 = g2 is established. Solving this for the missing pixels G3 and G8,
G3 + G8 = g2-G7-G8. This means that the missing pixels G3, G8 in the standard image can be estimated with higher accuracy by combining the scaled images, i.e. by adding constraints, as shown in FIG.
(C) shows how information about the missing pixel of the G component in the standard image (a) is supplemented by the g2 and g3 components of the scaled image.
【0046】以下に本実施形態の第4の概略を説明す
る。The fourth outline of this embodiment will be described below.
【0047】第2の概略で説明したように、有理数の変
倍率に対する高解像度化は式(3)を解くことを意味す
る。しかしながら、式(3)は一般に条件過多か条件不
足であり、fは一意には決まらない。このような場合に
fを一意に決定する方法はいくつかあるが、ここではよ
く知られているように、(3)式に何らかの制約条件を
付けて、As explained in the second outline, increasing the resolution with respect to the scaling of rational numbers means solving equation (3). However, the equation (3) is generally over- or under-conditioned, and f cannot be uniquely determined. There are several methods to uniquely determine f in such a case, but as is well known here, some constraint is added to the equation (3),
【数3】 (Equation 3)
【0048】を最小化するような手法を選ぶことにす
る。(4)式中、Q、Rは制約条件を離散化して表現し
たもので、γは制約の強さを表わすパラメーターであ
る。この手法は統計的に何らかの性質で特徴づけられる
画像に対しては非常に有効であり、一般の画像に対して
も、非常に特殊な画像に対しても、Q、Rをうまく選択
することで最適に対応することができる。与えられる制
約は、最も汎用的なものとして被写体のもつ性質を反映
した制約条件の下で最小2乗法に基づき推定する。例え
ば、後述する(18)式のような、濃淡画像の輝度成分
があるレート以上には急に変動しないというものや、後
述する(14)式のような色差成分は空間的に非常にゆ
っくりとしか変化しない、といったものが上げられる。
この問題の解は、We will choose a technique that minimizes In the equation (4), Q and R are discrete expressions of the constraint condition, and γ is a parameter indicating the strength of the constraint. This method is very effective for images that are statistically characterized by some property, and by selecting Q and R well for general images and very special images, Can respond optimally. The given constraint is estimated based on the least square method under the constraint condition that reflects the property of the subject as the most general purpose. For example, the brightness component of the grayscale image that does not change abruptly above a certain rate, such as the expression (18) described later, or the color difference component such as the expression (14) described later spatially very slowly. Only things that change can be mentioned.
The solution to this problem is
【数4】 (Equation 4)
【0049】であるが、定数γの大きさを調整すること
で、制約の強さを制御することができる。(5)式中、
Gにかかる行列を復元行列と呼ぶ。However, the strength of the constraint can be controlled by adjusting the magnitude of the constant γ. In equation (5),
The matrix for G is called the restoration matrix.
【0050】そこで、画像復元手段にはあらかじめ与え
られた制約に対する離散化行列Qが与えられており、復
元手段はQを用いて(5)式を計算し、共通サンプリン
グ値を推定する。Therefore, the image restoration means is given the discretization matrix Q for the given constraint, and the restoration means calculates the equation (5) using Q to estimate the common sampling value.
【0051】以下に本実施形態の第5の概略を説明す
る。The fifth outline of the present embodiment will be described below.
【0052】第4の概略における(5)式において、制
約の強さを表すパラメータγの値の選び方によっては、
共通サンプリング値がうまく復元されないこともある。
例えば後述する(18)式のように復元画像の滑らかさ
が制約条件だとすると、γが大きすぎると復元画像の画
質は劣化してしまう。そこで、ここでは、制約条件を決
定するパラメータγを変倍画像と画像合成後の高解像度
画像によって更新するようにする。すなわち、画像復元
手段によって得られた複数の変倍画像のうちの一部を使
ってあるγの値を選んで回復処理を行い、得られた結果
を残りの変倍画像の結果と照らし合わせることで、すべ
ての変倍画像にうまく当てはまる復元を可能にする適切
なγを選べるようにする。In the equation (5) in the fourth outline, depending on how to select the value of the parameter γ representing the strength of the constraint,
Common sampling values may not be restored well.
For example, assuming that the smoothness of the restored image is a constraint condition as shown in equation (18) described later, if γ is too large, the image quality of the restored image deteriorates. Therefore, here, the parameter γ that determines the constraint condition is updated by the scaled image and the high-resolution image after image combination. That is, by using a part of the plurality of scaled images obtained by the image restoration means to perform a restoration process by selecting a value of γ and comparing the obtained result with the results of the remaining scaled images. , So that we can choose an appropriate γ that allows a reconstruction that fits well in all scaled images.
【0053】まずn個の変倍率{S1 …Sn }で変倍画
像を得、それらのうち{Sp1、Sp2、…Spm(p1…p
mは重複のないm(<n)個の適当な自然数)の画像を
使ってfを復元する。このfから、残りの{Sq1,
Sq2,…Sqn-m}についてFirst, a scaled image is obtained with n scale factors {S 1 ... S n }, and among them, {S p1 , S p2 , ... S pm (p1 ... p
For m, f is restored using m (<n) appropriate natural numbers of images that do not overlap. From this f, the remaining {S q1 ,
About S q2 , ... S qn-m }
【数5】 (Equation 5)
【0054】を計算し、これを最小にするγを決める。[Mathematical formula-see original document] is calculated, and γ that minimizes this is determined.
【0055】以下に本実施形態の第6の概略を説明す
る。第6の概略では、結像変倍手段は撮像手段のセンサ
配列と平行な一方向のみに変倍を行ない、画像復元手段
はより密なサンプリング間隔で得られる高解像度の画素
値を部分的に誤差なく復元する。すなわち第4の概略で
は(3)式に最小2乗近似を直接当てはめたが、関係式
が一次元の場合には共通サンプリング値が部分的に誤差
なく求められる場合があるので第6の概略ではこれを利
用している。The sixth outline of the present embodiment will be described below. In the sixth outline, the image-magnification scaling means scales only in one direction parallel to the sensor array of the image-capturing means, and the image restoration means partially converts high-resolution pixel values obtained at a closer sampling interval. Restore without error. That is, in the fourth outline, the least-squares approximation is directly applied to the formula (3), but when the relational expression is one-dimensional, the common sampling value may be partially obtained without an error. I am using this.
【0056】例えば、図4の(a)は開口率1の標準画
像と3/4倍ズームアウト(変倍)画像とのサンプリン
グの関係を表しており、標準画像の画素値をg、ズーム
アウト画像のそれをh、共通サンプリング値をfとする
と、共通サンプリング表現は、For example, FIG. 4A shows the sampling relationship between a standard image with an aperture ratio of 1 and a 3/4 × zoom-out (magnification) image, where the pixel value of the standard image is g and the zoom-out is Let h for the image and f for the common sampling value, then the common sampling representation is
【数6】 (Equation 6)
【0057】となる。ここで、ff4=h1−g1,f
f56=g2−ff4,ff78=h2−ff56,f
f9=g3−ff78という新たな変数を使うと、この
関係はIs as follows. Here, ff4 = h1-g1, f
f56 = g2-ff4, ff78 = h2-ff56, f
Using the new variable f9 = g3-ff78, this relationship becomes
【数7】 (Equation 7)
【0058】と書くことができ、f4とf9は行に1が
ひとつしかないのでff4とff9から誤差なしに直接
定まることがわかる。変倍画像の画素値間の演算は共通
サンプリング行列の行間の加減算であるので、この例の
ように加減算を行って、最終的に行に1がひとつしかな
い形にすれば、どのサンプリング値が誤差なく一意に求
められるかがわかる。It can be written that f4 and f9 have only one 1 in the row, so it can be determined directly from ff4 and ff9 without error. Since the calculation between the pixel values of the scaled image is addition / subtraction between rows of the common sampling matrix, if addition / subtraction is performed as in this example, and finally there is only one 1 in each row, which sampling value is You can see if it can be uniquely calculated without error.
【0059】そして、このような変型は、0と1以外の
値を出さないように行う加減算だけの操作(基本変形)
を繰り返し、1の数が最も少なくなるようにする事で達
成できる。この手続きは、例えば後述する第2の実施形
態例の図9のフローで実現できるが、共通サンプリング
行列に含まれる冗長性を取り除くことができる効果があ
る。このような方法で(3)式を簡単化すると、共通サ
ンプリング表現関係式は、行を入れ替えて、Such a modification is an operation of adding and subtracting only (basic modification) so as not to output values other than 0 and 1.
This can be achieved by repeating the above so that the number of 1's becomes the smallest. This procedure can be realized by, for example, the flow of FIG. 9 of the second embodiment described later, but has the effect of removing the redundancy included in the common sampling matrix. Simplifying equation (3) in this way, the common sampling expression relational expression
【数8】 (Equation 8)
【0060】とかける。{p1,p2,…pm}は共通
サンプリング値が完全に求まる位置を示しており、v1
…vm 、u1 …un は変倍画像の画素値ベクトルg
i (i=1…n)の要素の加減算で作られる値で、とく
に前者はfp1…fpmの値となる。fq1…fqnは、直接に
は求まらない共通サンプリング値で、Hs を通じてuと
関係づけられる。その後、この関係式に対し、適当な逆
推定手法を用いればよい。例えば第4の概略で説明した
手法をこの後適用するとすると、fp1…fpmが既知の
時、(5)式の制約条件はI will call it. {P1, p2, ... pm} indicates the position where the common sampling value is completely obtained, and v 1
... v m , u 1 ... u n are pixel value vectors g of the scaled image
It is a value created by addition and subtraction of the elements of i (i = 1 ... N), and the former is the value of f p1 ... F pm . f q1 ... F qn are common sampling values that cannot be obtained directly, and are associated with u through Hs. Then, an appropriate inverse estimation method may be used for this relational expression. For example, if the method described in the fourth outline is applied after this, when f p1 ... F pm are known, the constraint condition of equation (5) is
【数9】 [Equation 9]
【0061】と書けるので、このQs 、Rs と(9)式
のHs をそれぞれQ、R、Hとして(5)式にいれ、残
りの未知数fq1…fqnを推定することができる。Since Qs, Rs and Hs in the equation (9) are respectively set as Q, R, H in the equation (5), the remaining unknowns f q1 ... F qn can be estimated.
【0062】このことを利用し、画像復元手段は(3)
式が与えられると後述する図9に示すようなフローで前
述の基本変形を行うか、あるいは事前に計算しておいて
変形過程を実行して、誤差なく求められる共通サンプリ
ング値{fp1…fpm}を先に求めてしまう。その後、未
定の値を前記した第4の概略で述べた推定手法等を用い
て復元する。Utilizing this fact, the image restoration means (3)
When an equation is given, the above-described basic deformation is performed according to a flow shown in FIG. 9 described later, or the deformation process is executed in advance and the common sampling value {f p1 ... pm } will be requested first. After that, the undetermined value is restored by using the estimation method and the like described in the fourth outline.
【0063】以下に本実施形態の第7の概略を説明す
る。The seventh outline of the present embodiment will be described below.
【0064】第6の概略で述べたサンプリング表現行列
の冗長度を除く変形手順は、あらかじめ合成に用いる変
倍率の組み合わせが決まっていれば、後述する図9のフ
ローで事前に計算できる。変形結果の各行の1の数は、
対応する各サンプリング値が最低他の何個のサンプリン
グ値と関係づけられているかを表しており、この数は、
局所的な解像力の目安と考えられ、少ないほどよい(1
なら、一意に求まる)。そこで、各共通サンプリング値
について、この数の逆数を対応させたものを解像度パタ
ーンと呼ぶことにする。The transformation procedure excluding the redundancy of the sampling expression matrix described in the sixth outline can be calculated in advance by the flow of FIG. 9, which will be described later, if the combination of scaling factors to be used for synthesis is determined in advance. The number of 1s in each row of the transformation result is
It represents how many corresponding sampled values are associated with at least the number of other sampled values.
It is considered as a measure of local resolution, and the smaller the better (1
If so, uniquely obtained). Therefore, for each common sampling value, the reciprocal of this number is referred to as a resolution pattern.
【0065】図4の(b)は、それぞれ変倍率{1、3
/4}、(1、3/5}での解像力パターンの計算例で
あり、画素幅の1/3単位の共通サンプリング値に対
し、白い部分801は1(一意に定まる)、グレーの部
分802は1/2、黒の部分803は1/3(解像度が
全く上がらない)を示している。このように、変倍率の
組み合わせを変えると、高解像度になる位置の周期や位
相が様々に異なる解像度パターンができる。FIG. 4B shows the scaling factors {1, 3 respectively.
/ 4} and (1, 3/5} are calculation examples of the resolution pattern, and the white portion 801 is 1 (uniquely determined) and the gray portion 802 is the common sampling value of 1/3 unit of the pixel width. Indicates 1/2, and the black portion 803 indicates 1/3 (resolution does not increase at all) In this way, when the combination of the scaling factors is changed, the cycle and phase of the high resolution position are variously changed. A resolution pattern can be created.
【0066】このことを利用し、ここでは、事前に種々
の変倍率の組み合わせに対してどのような解像度パター
ンが生じるかを計算し、解像度パターン記憶部に保持し
ておく。そして、画像を撮像する際には、周波数解析手
段が標準画像の周波数解析を行って局所的な高周波成分
を多く含む画像中の部位を特定し、変倍率決定手段がそ
の解像度パターンになるべく近い解像度パターンをもつ
変倍率の組を解像度パターン記憶手段から選び出すよう
にする。Utilizing this fact, here, what kind of resolution pattern occurs for various combinations of scaling factors is stored in advance in the resolution pattern storage unit. Then, when capturing an image, the frequency analysis means performs a frequency analysis of the standard image to identify a part in the image containing a lot of local high frequency components, and the scaling factor determination means sets the resolution pattern as close as possible to the resolution pattern. A set of scaling factors having a pattern is selected from the resolution pattern storage means.
【0067】以下に本実施形態の第8の概略を説明す
る。The eighth outline of this embodiment will be described below.
【0068】第8の概略では変倍率として無理数を選択
する。変倍率として無理数を選んだ場合には、二つのサ
ンプリング間隔はどこまでもずれたままで、有理数の場
合のような周期性はみられない。また、ずれの大きさは
ランダムではなく、わずかずつ異なるパターンの連続と
なる。In the eighth outline, an irrational number is selected as the scaling factor. When an irrational number is selected as the scaling factor, the two sampling intervals are shifted indefinitely and the periodicity as in the case of rational numbers is not seen. Moreover, the magnitude of the shift is not random but is a series of slightly different patterns.
【0069】この場合、撮像手段は、(1)結像変倍手
段による適当な変倍率とタイミングで撮像を行うか、あ
るいは(2)画像記憶手段にあらかじめ記憶されている
画像と互いに倍率が無理数の関係になるものだけを撮像
する。得られた複数の画像は画像記憶手段に記憶され
る。(2)の場合、画像合成手段は、合成に用いる画像
を画像記憶手段から読み出すときに変倍率が無理数の関
係にあるものだけに制限することで、複数画像間のサン
プリングのずれの周期性をなくし、サンプリング間隔の
重なり合いを極力減らした上で、サンプリング挿入法な
どの公知の高解像度法を用いて高解像度の画像を得る。In this case, the image pickup means (1) performs image pickup at an appropriate magnification and timing by the image formation magnification varying means, or (2) the magnification of the image prestored in the image storage means is unreasonable. Only images that have a numerical relationship are imaged. The obtained plurality of images are stored in the image storage means. In the case of (2), the image synthesizing means limits the scaling ratio to an irrational number when the images used for the synthesizing are read from the image storage means. , And the overlap of sampling intervals is reduced as much as possible, and a high-resolution image is obtained by using a known high-resolution method such as a sampling insertion method.
【0070】以下に本実施形態の第9の概略を説明す
る。第9の概略では画像合成手段が複数の変倍画像間の
位置ずれ量(変倍画像間の光軸に対応する中心位置)を
検出する検出手段を有し、画像合成手段は標準画像の中
心位置を基準にして、各変倍画像の位置ずれによるサン
プリング間隔のシフト量を考慮して画像の復元を行な
う。The ninth outline of this embodiment will be described below. In the ninth outline, the image synthesizing means has a detecting means for detecting a positional deviation amount between a plurality of scaled images (a central position corresponding to the optical axis between the scaled images), and the image synthesizing means is a center of the standard image. The image is restored with reference to the position, considering the shift amount of the sampling interval due to the position shift of each scaled image.
【0071】以下に本発明の第1実施形態について説明
する。第1実施形態は本発明を顕微鏡に適用したもので
あり、既存の顕微鏡に高解像度機能を付加した形になっ
ている。図5は第1実施形態の構成図であり、図6は第
1実施形態の構成において、特に画像合成部の構成図で
ある。The first embodiment of the present invention will be described below. The first embodiment is one in which the present invention is applied to a microscope, and has a form in which a high resolution function is added to an existing microscope. FIG. 5 is a configuration diagram of the first embodiment, and FIG. 6 is a configuration diagram of an image combining unit in the configuration of the first embodiment.
【0072】図5において、撮像装置は顕微鏡部314
と本体315とから構成され、顕微鏡部314には対物
レンズ群301とそれを保持するレボルバー302、接
眼レンズ303に加え、レボルバー302の回転とピン
トを制御するレボルバー・ピント駆動部304及び接眼
レンズ303の焦点位置にカラーモザイクフィルタとし
てのRGBベイヤー配列のCCD305を保持するカメ
ラボックスが設置されている。RGBベイヤー配列のC
CD305からの信号線は本体315の色分離サンプル
ホールド回路307、A/D変換部308を経てシステ
ムバス309に接続されている。In FIG. 5, the image pickup device is a microscope unit 314.
The microscope unit 314 includes an objective lens group 301, a revolver 302 that holds the objective lens unit 301, and an eyepiece lens 303, and a revolver / focus drive unit 304 and an eyepiece lens 303 that control rotation and focus of the revolver 302. A camera box holding a CCD 305 of an RGB Bayer array as a color mosaic filter is installed at the focal position of. RGB Bayer array C
The signal line from the CD 305 is connected to the system bus 309 via the color separation sample hold circuit 307 of the main body 315 and the A / D converter 308.
【0073】逆にRGBベイヤー配列のCCD305へ
の制御信号はシステムバス309からCCDドライバ3
06経由でRGBベイヤー配列CCD305に入力され
る。システムバス309には、この他、装置全体の動作
を制御する制御部310、カラー画像記憶用の画像保持
RAM311、画像合成部312、及び外部端子313
が接続されている。On the contrary, the control signal to the CCD 305 of the RGB Bayer array is sent from the system bus 309 to the CCD driver 3
It is input to the RGB Bayer array CCD 305 via 06. In addition to the above, the system bus 309 also includes a control unit 310 for controlling the operation of the entire apparatus, an image holding RAM 311 for storing a color image, an image synthesizing unit 312, and an external terminal 313.
Is connected.
【0074】図6は図5に示す画像合成部312の詳細
な構成図である。画像合成部312は画像切り出し部4
01、共通サンプリング表現構成部402、画像復元部
403及び画像合成用バッファ(RAM)404を有す
る。共通サンプリング表現構成部402は画像ブロック
分解部402aと変倍パターンテーブル(ROM)40
2bからなり、画像復元部403は部分復元演算部40
3aと画像ブロック合成部403bとからなる。図6に
おいて実線が画像データの流れを、点線がその他の情報
の流れを表している。FIG. 6 is a detailed block diagram of the image synthesizing unit 312 shown in FIG. The image synthesizing unit 312 is an image cutting unit 4
01, a common sampling expression configuration unit 402, an image restoration unit 403, and an image composition buffer (RAM) 404. The common sampling expression construction unit 402 includes an image block decomposition unit 402a and a scaling pattern table (ROM) 40.
2b, and the image restoration unit 403 is a partial restoration calculation unit 40.
3a and an image block synthesis unit 403b. In FIG. 6, the solid line represents the flow of image data, and the dotted line represents the flow of other information.
【0075】以下に上記した構成の作用を説明する。The operation of the above configuration will be described below.
【0076】まず、撮像者により標本がセットされ、さ
らに最終的に得たい高解像度画像の画角の設定が、レボ
ルバー302を適当に回して対物レンズ301を選択す
ることにより行われる。First, a sampler is set by a photographer, and the angle of view of a high resolution image to be finally obtained is set by appropriately rotating the revolver 302 and selecting the objective lens 301.
【0077】標本のセット及び画角の設定の完了後、制
御部310は始めに選択された倍率を標準倍率として記
憶しレボルバー302に接続されている他の対物レンズ
を用いた場合の変倍率(対物レンズ倍率の標準倍率に対
する比率)を計算し、変倍率が整数分の1になる場合に
のみ対物レンズ倍率を記憶する。この実施形態ではn個
の対物レンズ倍率が記憶されたと仮定する。画像合成部
312の変倍パターンテーブル402bは、変倍率の各
組み合わせに対して画像ブロック分解部402aで用い
るべきブロックサイズおよび部分復元計算部403aで
用いるべき復元行列を記憶している。After the setting of the sample and the setting of the angle of view are completed, the control unit 310 stores the initially selected magnification as a standard magnification and the magnification change (when using another objective lens connected to the revolver 302). The ratio of the objective lens magnification to the standard magnification) is calculated, and the objective lens magnification is stored only when the variable magnification becomes a fraction of an integer. In this embodiment, it is assumed that n objective lens magnifications have been stored. The scaling pattern table 402b of the image composition unit 312 stores the block size to be used by the image block decomposition unit 402a and the restoration matrix to be used by the partial restoration calculation unit 403a for each combination of scaling factors.
【0078】制御部310は記憶された対物レンズ倍率
の組から変倍率の組を計算し、これを索引としてシステ
ムバス309を通じて画像合成部312の変倍パターン
テーブル402bにアクセスし、対応するブロックサイ
ズを画像ブロック分解部402aの内部バッファに、復
元行列を部分復元演算部403aの内部バッファにロー
ドする。The control unit 310 calculates a set of magnifications from the stored set of objective lens magnifications, and uses this as an index to access the magnification change pattern table 402b of the image composition unit 312 through the system bus 309 to obtain the corresponding block size. Is loaded into the internal buffer of the image block decomposition unit 402a, and the restoration matrix is loaded into the internal buffer of the partial restoration calculation unit 403a.
【0079】その後、制御部310はレボルバー・ピン
ト駆動部304を制御して記憶している対物レンズ倍率
を持つ対物レンズ301だけをひとつひとつ選択し、そ
の都度、RGBベイヤー配列のCCD305の撮像面に
ピントが合うように調整するとともに、RGBベイヤー
配列のCCD305を駆動して変倍された被写体を撮像
する。RGBベイヤー配列のCCD305により得られ
た電気信号は、色分離サンプルホールド307、A/D
変換部308を経て、3枚のRGB原色画像に分解され
て画像保持RAM311に記憶される。After that, the control unit 310 controls the revolver / focus drive unit 304 to select only one of the objective lenses 301 having the stored objective lens magnification, and each time, it focuses on the image pickup surface of the CCD 305 in the RGB Bayer array. And the CCD Bayer array CCD 305 is driven to image the scaled object. The electric signals obtained by the CCD 305 of the RGB Bayer array are color separation sample hold 307, A / D
After passing through the conversion unit 308, the RGB primary color images are decomposed and stored in the image holding RAM 311.
【0080】対物レンズ301の選択が終了し、所定の
変倍率の変倍画像がすべて画像保持RAM311に蓄え
られると、画像切り出し部401は標準画角に対応する
各変倍率画像内の領域位置を計算し、その部分を画像合
成用バッファ404に読み出す。読み出し位置の計算
は、画像保持RAM311中の画像がすべて中心を共通
として変倍関係にあることから求める。When the selection of the objective lens 301 is completed and all the scaled images of a predetermined scale factor are stored in the image holding RAM 311, the image cutout unit 401 determines the area position in each scaled image corresponding to the standard angle of view. The calculation is performed and the portion is read out to the image compositing buffer 404. The read position is calculated from the fact that all the images in the image holding RAM 311 have a common center and a variable magnification relationship.
【0081】ここで次の処理に移る前に、ブロックサイ
ズと復元行列の計算法について述べる。ブロックサイズ
と復元行列は事前に計算され変倍パターンテーブル40
2bに記憶される。図3は、ベイヤー配列のCCDにお
いて、切り出された標準画像と0.5倍ズームアウト画
像間のサンプリング関係を例示したものである。共通サ
ンプリング間隔は、変倍比を整数に選んでいるため標準
画像の画素間隔と一致する。ベイヤー配列は図3のよう
に2×2のパターンの繰り返しなので、変倍率の組み合
わせ{S1,S2,…Sn}に対し、R,G,Bのどの
成分についても、共通サンプリング間隔の単位で({1
/Si }(i=1…n)の最小公倍数)×2画素の正方
形のブロック内でのサンプリング関係が全画像にわたっ
て繰り返される。この正方形の辺の長さがブロックサイ
ズであり、各変倍画像では大きさがSi 倍となる。Before proceeding to the next processing, the block size and the method of calculating the restoration matrix will be described. The block size and the restoration matrix are calculated in advance and the scaling pattern table 40
Stored in 2b. FIG. 3 exemplifies a sampling relationship between a standard image cut out and a 0.5 × zoom-out image in a Bayer array CCD. The common sampling interval coincides with the pixel interval of the standard image because the scaling ratio is selected as an integer. Since the Bayer array is a repetition of a 2 × 2 pattern as shown in FIG. 3, for each combination of scaling factors {S1, S2, ... {1
/ Si} (least common multiple of i = 1 ... N) .times.2 The sampling relationship within a square block is repeated over the entire image. The length of the side of this square is the block size, and the size is Si times in each variable-magnification image.
【0082】図3の例では、{1、2}の最小公倍数=
2、2×2=4となり、共通サンプリング間隔の単位で
ブロックサイズ4、各変倍画像では、共通サンプリング
間隔が標準画像の画素幅と同じになるのでそれぞれ
{4、2}の大きさとなる。また、この実施形態の説明
では、カラー画像であり、しかも二次元なので、共通サ
ンプリング表現と復元行列に関して新たな説明が必要で
ある。In the example of FIG. 3, the least common multiple of {1, 2} =
2, 2 × 2 = 4, the block size is 4 in the unit of the common sampling interval, and in each variable-magnification image, the common sampling interval is the same as the pixel width of the standard image, and thus the size is {4, 2}. Further, in the description of this embodiment, since it is a color image and is two-dimensional, a new description is necessary regarding the common sampling expression and the restoration matrix.
【0083】二次元のサンプリングに対しては、図3に
示す添字に見られるように、各ブロックの行方向のなら
びを縦ベクトルにし、さらに列方向に各行からの縦ベク
トルを上から順につないで二次元の画素値を一次元化す
ることにより、前記した第6の概略での説明と同じ議論
ができる。図3に示した変倍率{1、1/2}の組み合
わせでは、共通サンプリング行列は例えばRとG成分に
ついて以下のようになる。For two-dimensional sampling, as seen in the subscripts shown in FIG. 3, the row direction of each block is a vertical vector, and the vertical vectors from each row are connected in the column direction from top to bottom. By making the two-dimensional pixel value one-dimensional, the same discussion as in the above-mentioned sixth outline can be made. In the combination of the scaling factors {1, 1/2} shown in FIG. 3, the common sampling matrix is as follows for the R and G components, for example.
【0084】[0084]
【数10】 (Equation 10)
【0085】ここでfR1…fR16等は、各原色成分
の復元値である。この実施形態では、制約付き最小2乗
法に基づく処理を行うが、カラー画像を考慮しているた
めに制約条件が少し複雑になっている。ここでは、一般
の自然画像の色差成分(R−Y、B−Y)などは高空間
周波成分を持たないことを制約として利用している。具
体的には、原色値(R,G,B)から輝度・色差値
(Y,R−Y,B−Y)にHere, fR1 ... fR16 etc. are the restored values of each primary color component. In this embodiment, processing is performed based on the constrained least squares method, but the constrained condition is slightly complicated because color images are taken into consideration. Here, the color difference components (RY, BY) of a general natural image are used as a constraint that they do not have high spatial frequency components. Specifically, from the primary color values (R, G, B) to the luminance / color difference values (Y, RY, BY)
【数11】 [Equation 11]
【0086】を用いて変換し、制約条件として、各成分
の滑らかさをまとめて表現したAnd the smoothness of each component was collectively expressed as a constraint condition.
【数12】 (Equation 12)
【0087】を離散化して用いる。x,yは空間座標、
wY,wRY,wBYは制約の重みであり、wY<<w
RY,wBYである。この型の制約は原色成分画像各々
に単独に適用されるものではないので、離散化する場合
には復元すべき原色成分画像を1つのベクトルで表す必
要がある。その場合、サンプリング関係式は、Is used after being discretized. x and y are spatial coordinates,
wY, wRY, wBY are constraint weights, and wY << w
RY and wBY. Since this type of constraint is not applied individually to each primary color component image, it is necessary to represent the primary color component image to be restored by one vector when discretizing. In that case, the sampling relation is
【数13】 (Equation 13)
【0088】の形となり、(14)式の積分内を離散化
したものは、And the discretization of the integral of equation (14) is
【数14】 [Equation 14]
【0089】と書ける。そこで、(15)、(16)式
の行列H,Q,Rを(3)式に代入して(4)式の復元
行列を事前に求めておくことができる。Can be written as Then, the matrices H, Q, and R of the equations (15) and (16) can be substituted into the equation (3) to obtain the restoration matrix of the equation (4) in advance.
【0090】このように事前に求められたブロックサイ
ズと復元行列が、変倍画像の撮像前に制御部310によ
り画像ブロック分解部402a、及び部分復元演算部4
03aに蓄えられている。すべての変倍画像の切り出し
が終わった後、ブロック単位で復元処理が行われる。画
像ブロック分解部402aは、各変倍原色成分の部分画
像から、対応する変倍率で決まるブロックサイズ(標準
画像のブロックサイズ×変倍率)のブロックを画像合成
用バッファ404から読み出し、(11)、(12)、
(15)式に示されるような一列のベクトルとして部分
復元演算部403aの内部バッファに転送する。部分復
元演算部403aは復元行列を転送されたベクトルに乗
算し、RGBの原色復元画像を一度に求める。As described above, the block size and the restoration matrix obtained in advance are controlled by the control unit 310 before the variable-magnification image is picked up by the image block decomposition unit 402a and the partial restoration calculation unit 4.
It is stored in 03a. After cutting out all the scaled images, restoration processing is performed in block units. The image block decomposition unit 402a reads, from the partial image of each variable-magnification primary color component, a block having a block size (block size of the standard image × magnification) determined by the corresponding magnification from the image combining buffer 404, and (11), (12),
It is transferred to the internal buffer of the partial restoration calculation unit 403a as a vector of one column as shown in the equation (15). The partial restoration calculation unit 403a multiplies the transferred vector by the restoration matrix to obtain RGB primary color restored images at once.
【0091】得られたベクトルのままの復元画像は3原
色別に画像ブロック合成部403bに転送され、ここ
で、画像合成バッファ404の各原色成分合成画像の、
処理しているブロックに対応する位置に二次元ブロック
として書き込まれる。すべてのブロックにつきこの処理
が終了すると、画像合成バッファ404には標準画像と
同じ画角の3原色復元画像が得られる。この画像はシス
テムバス309を通じて画像保持RAM311か外部端
子313に出力される。The restored image of the obtained vector is transferred to the image block synthesizing unit 403b for each of the three primary colors, and here, each primary color component synthetic image of the image synthesizing buffer 404 is
It is written as a two-dimensional block at a position corresponding to the block being processed. When this process is completed for all blocks, the three primary color restored image having the same angle of view as the standard image is obtained in the image synthesis buffer 404. This image is output to the image holding RAM 311 or the external terminal 313 via the system bus 309.
【0092】以下に本発明の第2実施形態を説明する。
第2実施形態は本発明をスキャナに適用したものであ
り、画像合成処理はホストコンピュータ613で行な
う。図7は第2実施形態の構成図であり、図8は図7に
示す特に画像合成部の構成図である。The second embodiment of the present invention will be described below.
In the second embodiment, the present invention is applied to a scanner, and image synthesis processing is performed by the host computer 613. FIG. 7 is a block diagram of the second embodiment, and FIG. 8 is a block diagram of the image combining unit shown in FIG.
【0093】図7において、スキャナー本体612に
は、シリンドリカルレンズ601、ズーム機構602、
ズームドライバ603、CCDラインセンサ604、ラ
インセンサ移動機構606、CCD・移動機構ドライバ
605が備えられ、それらはシステムバス608を介し
て制御部609に接続されている。CCDラインセンサ
604の出力はA/D変換部607を経てシステムバス
608に接続されている。システムバス608にはホス
トコンピュータ613が接続され、この内部には画像保
持RAM610と画像合成部611とが設けられてい
る。In FIG. 7, a scanner body 612 includes a cylindrical lens 601, a zoom mechanism 602,
A zoom driver 603, a CCD line sensor 604, a line sensor moving mechanism 606, and a CCD / moving mechanism driver 605 are provided, and these are connected to a control unit 609 via a system bus 608. The output of the CCD line sensor 604 is connected to the system bus 608 via the A / D converter 607. A host computer 613 is connected to the system bus 608, and an image holding RAM 610 and an image composition unit 611 are provided inside the host computer 613.
【0094】画像合成部611は図8に示すように複数
のブロックからなっている。大きく分けると画像切り出
し部701、共通サンプリング表現構成部704、画像
復元部705、ウェーブレット分解部702、変倍率決
定部703、画像合成用バッファ(RAM)706から
なる。共通サンプリング表現構成部704は画像ブロッ
ク分解部704aと変倍パターンテーブル704bとを
有し、画像復元部705は部分復元演算部705aと画
像ブロック合成部705bとを有する。The image composition unit 611 is composed of a plurality of blocks as shown in FIG. It is roughly divided into an image cutout unit 701, a common sampling expression configuration unit 704, an image restoration unit 705, a wavelet decomposition unit 702, a scaling factor determination unit 703, and an image synthesis buffer (RAM) 706. The common sampling expression configuration unit 704 has an image block decomposition unit 704a and a scaling pattern table 704b, and the image restoration unit 705 has a partial restoration calculation unit 705a and an image block synthesis unit 705b.
【0095】この実施形態では、変倍率の組み合わせが
決まれば図9のフローに従って共通サンプリング値の位
置、及び計算手順が正確に計算できることを利用し、部
分復元演算部705aでは誤差なく直接計算できる共通
サンプリング値を先に計算した後で残りの未知のサンプ
リング値を推定するという方法を採る。そのため、変倍
パターンテーブル704bは変倍率の組み合わせを索引
にして、(9)式中に示される、推定の必要なく直接求
まる共通サンプリング値の位置{p1,p2,…pm}
及び対応する変数v1 …vm の計算法と、Hs ,Qs を
(5)式のH,Qとした復元行列をあらかじめ記憶して
いる。変倍パターンテーブル704bにはさらに、図1
0のフローを用いて計算した前記第7の概略で定義され
た解像度パターンも蓄えられている。In this embodiment, the position of the common sampling value and the calculation procedure can be calculated accurately according to the flow of FIG. 9 if the combination of the scaling factors is determined, and the partial restoration calculation unit 705a can directly calculate the common value without error. A method of estimating the remaining unknown sampling values after first calculating the sampling values is adopted. Therefore, the scaling pattern table 704b uses the combination of scaling factors as an index, and the common sampling value positions {p1, p2, ... pm} shown in equation (9) that are directly obtained without the need for estimation.
And a corresponding variable v1 ... Vm calculation method and a restoration matrix in which Hs and Qs are H and Q in the equation (5) are stored in advance. The scaling pattern table 704b further includes
The resolution pattern defined in the seventh outline calculated using the 0 flow is also stored.
【0096】以下に上記した構成の作用を説明する。図
8においては、実線が画像データの流れを点線がその他
の情報の流れを表している。この実施形態では、まずユ
ーザとのインターフェースであるホストコンピュータ6
13から撮像対象の撮像範囲の指定がスキャナー本体6
12の制御部609に送られる。制御部609は、まず
撮像範囲をカバーするズーム倍率にズーム機構602を
設定し、このズーム倍率を標準倍率として記憶する。そ
して、CCDラインセンサ604を駆動して希望の画角
を持った標準画像を1ラインずつ撮像する。A/D変換
部607で得られた信号は一度画像合成バッファ706
に読み込まれた後、ウェーブレット分解部702に転送
される。The operation of the above configuration will be described below. In FIG. 8, the solid line represents the flow of image data and the dotted line represents the flow of other information. In this embodiment, first, the host computer 6 that is an interface with the user
The scanner body 6 specifies the imaging range of the imaging target from 13
12 control units 609. The control unit 609 first sets the zoom mechanism 602 to a zoom magnification that covers the imaging range, and stores this zoom magnification as the standard magnification. Then, the CCD line sensor 604 is driven to capture a standard image having a desired angle of view line by line. The signal obtained by the A / D conversion unit 607 is once stored in the image synthesis buffer 706.
And then transferred to the wavelet decomposition unit 702.
【0097】ウェーブレット分解は、ウェーブレットと
呼ばれる狭い広がりを持つ波形をシフト及びスケール倍
したものの線形和で信号を近似するもので、スケールの
程度が大きい波形に対する重みが局所的な低周波成分の
大きさを表し、スケールの程度が小さいものに対する重
みが局所的な高周波成分の大きさを表しているとみなせ
る。ウェーブレットには、Haar関数やスプライン関
数などが用いられる。ウェーブレット分解部702は、
1ラインごとの信号(水平方向の画像)をスプラインウ
ェーブレットなどによりウェーブレット分解した結果、
平均値がある閾値以上の値を持つ最も高周波のレベルの
結果を量子化して局所的な高域成分とし、変倍率決定部
703の内部バッファに転送する。The wavelet decomposition approximates a signal by a linear sum of a waveform called a wavelet, which has a narrow spread and is scaled and scaled, and the weight of a waveform having a large scale is a magnitude of a local low frequency component. Can be regarded as representing the magnitude of the local high frequency component. A Haar function, a spline function, or the like is used for the wavelet. The wavelet decomposition unit 702
As a result of wavelet decomposition of a signal (horizontal image) for each line by a spline wavelet,
The result of the highest frequency level having an average value equal to or larger than a certain threshold value is quantized into a local high frequency component, which is transferred to the internal buffer of the scaling factor determination unit 703.
【0098】共通サンプリング表現構成部704の変倍
パターンテーブル704bには、合成に用いる変倍率の
組み合わせによって前記した第7の概略で定義した解像
度パターンが事前に図10のフローによって計算されて
記憶されている。変倍率決定部703は変倍パターンテ
ーブル704bにアクセスし、転送されてきた高域成分
の存在位置のパターンと変倍パターンテーブル704に
記憶されている解像度パターンの内積をとる。そして、
最も大きい内積値を与える解像度パターンに対応する変
倍率の組み合わせを選んで、各ラインでの最適な変倍率
の組み合わせを自身の内部バッファに記憶する。In the scaling pattern table 704b of the common sampling expression constructing unit 704, the resolution pattern defined in the above-mentioned seventh outline according to the combination of scaling factors used for synthesis is calculated in advance by the flow of FIG. 10 and stored. ing. The scaling factor determination unit 703 accesses the scaling pattern table 704b, and calculates the inner product of the transferred pattern of the existing position of the high frequency component and the resolution pattern stored in the scaling pattern table 704. And
The combination of scaling factors corresponding to the resolution pattern giving the largest inner product value is selected, and the optimal combination of scaling factors for each line is stored in its own internal buffer.
【0099】各ラインごとに必要な変倍率の組み合わせ
は異なるが、各ラインの読み取りごとに変倍率を変える
という形でスキャンをおこなうと読み取りが非常に遅く
なってしまう。そこで、この実施形態では、撮像範囲中
の全ラインに関して、各ラインが必要とする変倍率の組
み合わせの和集合をとり、和集合の要素となった各々の
変倍率で撮像領域全体をスキャンする。そのため、標準
画像の全ラインのスキャンの終了後、変倍率決定部70
3は、自身の内部バッファに蓄えた変倍率の組み合わせ
情報から、倍率を変えてスキャンする回数と、各変倍率
を必要とするラインは何ライン目かを計算する。The required combination of scaling factors differs for each line, but if scanning is performed in such a manner that the scaling factor is changed each time each line is read, the scanning will be very slow. Therefore, in this embodiment, for all lines in the imaging range, the union of combinations of scaling factors required for each line is taken, and the entire imaging region is scanned with each scaling factor that is an element of the union. Therefore, after scanning all the lines of the standard image, the scaling factor determination unit 70
3 calculates from the combination information of the scaling factors stored in its own internal buffer, the number of times the scanning is performed by changing the scaling factor and the number of the line which requires each scaling factor.
【0100】その後、制御部609はズームドライバ6
03を介して変倍率決定部703に指定された倍率でズ
ーム機構602を駆動する。ズーム機構602はCCD
ラインセンサ604に焦点面を合わせつつ、CCDライ
ンセンサ604のセンサの並びの方向のみに、指定の倍
率で対象像の変倍を行う。変倍された対象像はCCDラ
インセンサ604、A/D変換部607を通して一次元
画像信号となり、制御部609がCCD・移動機構ドラ
イバ605を介してラインセンサ移動機構606を制御
して指定領域のスキャンを行うことで、画像保持RAM
610に所定領域の変倍二次元画像が得られる。Thereafter, the control unit 609 controls the zoom driver 6
The zoom mechanism 602 is driven at a magnification specified by the magnification change determination unit 703 via 03. The zoom mechanism 602 is a CCD
While focusing on the line sensor 604, the target image is scaled at a designated magnification only in the direction in which the CCD line sensor 604 is arranged. The scaled target image becomes a one-dimensional image signal through the CCD line sensor 604 and the A / D conversion unit 607, and the control unit 609 controls the line sensor moving mechanism 606 via the CCD / moving mechanism driver 605 to display the designated area. Image scanning RAM by scanning
At 610, a scaled two-dimensional image of a predetermined area is obtained.
【0101】必要なすべての変倍率でスキャンを行った
後、画像切り出し部701は標準倍率をもつ画像の画角
に対応する他の倍率の画像の領域を計算し、その部分を
画像合成用バッファ706に読み出す。読み出し位置の
計算は、各ラインについて画像保持RAM610中の画
像がすべてラインの中点を共通として変倍関係にあるこ
とから求める。変倍率決定部703の内部バッファに
は、得られた変倍部分画像の各ラインごとの変倍率の組
み合わせがすでに保持されている。変倍率決定部703
は変倍パターンテーブル704bを引いて各ラインごと
のブロックサイズと上記の復元行列、および誤差なく直
接求まる画素位置と計算手順を求め、ブロックサイズを
画像ブロック分解部704aに、復元行列、直接求まる
画素位置、および計算手順を部分復元演算部705aに
転送する。After scanning with all the necessary scaling factors, the image cropping unit 701 calculates the area of the image of another scaling factor corresponding to the angle of view of the image having the standard scaling factor, and that part is buffered for image synthesis. Read to 706. The read position is calculated from the fact that all the images in the image holding RAM 610 for each line have a variable power relationship with the midpoint of the line being common. A combination of scaling factors for each line of the obtained scaling partial image is already held in the internal buffer of the scaling factor determination unit 703. Scale factor determination unit 703
Is a block size for each line and the above-mentioned restoration matrix, and the pixel position and calculation procedure that are directly obtained without error are obtained by subtracting the scaling pattern table 704b, and the block size is obtained in the image block decomposition unit 704a and the restoration matrix and directly obtained pixels. The position and the calculation procedure are transferred to the partial restoration calculation unit 705a.
【0102】画像ブロック分解部704aは、ブロック
サイズを指定されると各々の変倍画像につき指定ブロッ
クサイズ×変倍率の大きさのブロックで1ラインを複数
ブロックに分割し、部分復元演算部705aの内部バッ
ファに送る。部分復元演算部705aでは、変倍率決定
部から転送された、直接求まる画素位置の画素値の計算
手順を実行し、直接求まる共通サンプリング値を先に求
め、残りの値を復元行列を使って推定する。算出された
部分画像は、画像ブロック合成部705bで合成画像の
対応するブロック領域に書き込まれる。すべてのブロッ
クにつきこの処理が終了すると、画像合成バッファ70
6には標準画像と同じ画角の高解像度画像が得られる。
この画像はシステムバス608を通じて画像保持RAM
610に書き出される。When the block size is designated, the image block disassembling unit 704a divides one line into a plurality of blocks by a block having a size of the designated block size × the scaling ratio for each scaled image, and the partial restoration computing unit 705a Send to internal buffer. The partial restoration calculation unit 705a executes the calculation procedure of the pixel value of the pixel position directly obtained, which is transferred from the scaling factor determination unit, obtains the common sampling value directly obtained first, and estimates the remaining values using the restoration matrix. To do. The calculated partial image is written in the corresponding block area of the combined image by the image block combining unit 705b. When this process is completed for all blocks, the image composition buffer 70
In 6, a high-resolution image with the same angle of view as the standard image is obtained.
This image is stored in the image holding RAM through the system bus 608.
Written in 610.
【0103】図9は、共通サンプリング行列の冗長性を
除去する工程をフローで示したものである。アルゴリズ
ムは、ある行ベクトルから他の行ベクトルを引いて行ベ
クトル中の1の数を減少させる基本変形を、それ以上変
形ができなくなるまで続けるものである。変形手順は、
i番目の行ベクトルからj番目の行ベクトルを引くとい
う操作を(i、j)の組で計算スタックに順に保存して
いくことで記憶される。FIG. 9 is a flow chart showing a process of removing the redundancy of the common sampling matrix. The algorithm continues the basic transformation of subtracting one row vector from another row vector to reduce the number of 1's in the row vector until no further transformation is possible. The transformation procedure is
It is stored by sequentially saving the operation of subtracting the j-th row vector from the i-th row vector in the calculation stack as a set of (i, j).
【0104】ステップs0:共通サンプリング行列が配
列Hに代入される。計算スタックは最初空にされる。H
のすべての行番号のペア(i、j)を組スタックに積
む。Step s0: The common sampling matrix is assigned to the array H. The computational stack is initially emptied. H
All row number pairs (i, j) of are stacked on the tuple stack.
【0105】ステップs1:組スタックHのすべての行
ベクトル番号の組(i、j)について、Hの対応する行
ベクトルLi、Ljの内積をとった結果が0になるもの
を組スタックから取り除く。Step s1: For all the row vector number pairs (i, j) of the pair stack H, the one whose inner product of the corresponding row vectors Li and Lj of H is 0 is removed from the pair stack.
【0106】ステップs2:基本変形を行った回数を保
持するカウンタを0にする。Step s2: The counter holding the number of times of basic deformation is set to 0.
【0107】ステップs3:組スタックが空かどうか調
べる。Step s3: Check whether the set stack is empty.
【0108】ステップs4:組スタックからペアをひと
つ取り出す。Step s4: One pair is taken out from the pair stack.
【0109】ステップs5:取り出したペア(i、j)
に対応するHの行ベクトルLi、Ljについて、差ベク
トルd=Li−Ljをつくる。Step s5: The fetched pair (i, j)
For the row vectors Li and Lj of H corresponding to, the difference vector d = Li-Lj is created.
【0110】ステップs6:差ベクトルdの要素の最小
値が負かどうかを調べ、負でなければステップs7に分
岐、負ならステップs8に進む。Step s6: It is checked whether or not the minimum value of the elements of the difference vector d is negative. If not negative, the process branches to step s7, and if negative, the process proceeds to step s8.
【0111】ステップs7:Hのi番目の行ベクトルを
差ベクトルdで置き換える。行番号の組(i、j)を計
算スタックに積み、カウンタを1増やす。Step s7: Replace the i-th row vector of H with the difference vector d. The set of row numbers (i, j) is stacked on the calculation stack and the counter is incremented by 1.
【0112】ステップs8:差ベクトルdの符号を反転
させる(dを−dに置き換える)。Step s8: The sign of the difference vector d is inverted (d is replaced with -d).
【0113】ステップs9:差ベクトルdの最小値が負
かどうかを調べ、負でなければステップs10に分岐、
負ならステップs3に進む。Step s9: Check whether the minimum value of the difference vector d is negative, and if not negative, branch to step s10.
If negative, proceed to step s3.
【0114】ステップs10:Hのj番目の行ベクトル
を差ベクトルdで置き換える。行番号の組(i、j)を
計算スタックに積み、カウンタを1増やす。Step s10: Replace the jth row vector of H with the difference vector d. The set of row numbers (i, j) is stacked on the calculation stack and the counter is incremented by 1.
【0115】ステップs11:カウンタが正かどうかを
調べ、正ならステップs1に、正でないならステップs
12に分岐する。Step s11: Check whether the counter is positive, and if positive, go to step s1. If not positive, go to step s.
Branch to 12.
【0116】ステップs12:Hの各行を調べて1の数
がひとつだけの行をすべて見つけ、行番号をr1〜rm
に記憶する。r1〜rmについて、対応する行ベクトル
の1のある列番号Pi (i=1…m)を求め、行番号と
ペアにして組スタックに積み、Hから対応する行を取り
除く。計算スタックを逆転する。Step s12: Examine each row of H to find all rows having a number of 1's, and set row numbers r1 to rm.
To memorize. For r1 to rm, the column number Pi (i = 1 ... M) having 1 of the corresponding row vector is obtained, paired with the row number and stacked on the set stack, and the corresponding row is removed from H. Reverse the computational stack.
【0117】この過程により、共通サンプリング行列の
冗長性が除去され、直接には求まらない共通サンプリン
グ値についてのみの関係を表す行列Hs と、組スタック
のペアの二つ目の要素に、直接求まる共通サンプリング
値の位置が得られる。実際に変倍画像の画素値が列ベク
トルとして与えられた場合には、計算スタックに得られ
た行の引き算の過程を上から順に実行し、得られたベク
トルの、組スタックのペアの最初の要素で指定される位
置の値をとれば、それが組スタックのペアの二つ目の要
素で指定された位置の共通サンプリング値である。得ら
れたベクトルの残りの値からなるベクトルに、Hs から
計算された復元行列を乗算すれば残りの共通サンプリン
グ値が推定される。By this process, the redundancy of the common sampling matrix is removed, and the matrix Hs representing the relationship only for the common sampling values that cannot be directly obtained and the second element of the pair of the pair stack are directly connected to each other. The position of the common sampling value to be obtained is obtained. When the pixel values of the scaled image are actually given as column vectors, the process of subtraction of the rows obtained in the calculation stack is executed in order from the top, and the first obtained vector of the pair of the stack stack of the obtained vectors is executed. If the value of the position specified by the element is taken, it is the common sampling value of the position specified by the second element of the pair of the tuple stack. The remaining common sampling value can be estimated by multiplying the vector consisting of the remaining values of the obtained vector by the restoration matrix calculated from Hs.
【0118】図10は、簡単化された共通サンプリング
行列から解像度パターンを求めるフローである。FIG. 10 is a flow for obtaining a resolution pattern from a simplified common sampling matrix.
【0119】ステップS13:Hs と直接に求まる共通
サンプリング位置{p1…pm}が与えられる。Step S13: The common sampling positions {p1 ... pm} obtained directly with Hs are given.
【0120】ステップS14:第i行第pi列のみ1で
他は0のm次正方行列Cを作る。Step S14: An m-th order square matrix C in which only the i-th row and the pi-th column are 1 and the others are 0 is created.
【0121】ステップS15:Hs とCを行方向に積ん
でできる行列について、各行の和を1に正規化してH′
に記憶する。Step S15: For the matrix formed by stacking Hs and C in the row direction, the sum of each row is normalized to 1 and H '
To memorize.
【0122】ステップS16:H′の列ごとの和をと
る。Step S16: The sum of H'for each column is calculated.
【0123】これにより、直接の求まる共通サンプリン
グ位置では1、その他の位置では簡単化しても独立にな
らず関係づけられてしまう共通サンプリング値の数に反
比例した値をもったパターンが計算される。As a result, a pattern having a value which is 1 at the common sampling position directly obtained and which is inversely proportional to the number of common sampling values which are not independent even if simplified at other positions is calculated.
【0124】以下に本発明の第3の実施形態を説明す
る。第3実施形態は、通常の電子カメラにズームによる
高解像化機能を搭載した例である。図11は第3の実施
形態の構成図であり、図12は図11に示す特に画像合
成部の構成図である。The third embodiment of the present invention will be described below. The third embodiment is an example in which a normal electronic camera is equipped with a high resolution function by zooming. FIG. 11 is a block diagram of the third embodiment, and FIG. 12 is a block diagram of the image synthesizing section shown in FIG.
【0125】図11において、撮像装置は単体構成で、
ズームレンズ1001をもち、ズームレンズ駆動・制御
部1002、A/D変換部1005を経て単板CCDエ
リアセンサ1003、CCDドライバ1004、画像保
持RAM1009がシステムバス1006に接続されて
いる。システムバス1006には、位置ずれ検出機構1
010、及び画像合成部1008も接続されている。In FIG. 11, the image pickup apparatus has a single structure,
A single lens CCD area sensor 1003, a CCD driver 1004, and an image holding RAM 1009 are connected to a system bus 1006 via a zoom lens driving / control unit 1002, an A / D conversion unit 1005, and a zoom lens 1001. The system bus 1006 has a positional deviation detection mechanism 1
010 and the image composition unit 1008 are also connected.
【0126】画像合成部1008は、図12に示すよう
なブロック構成になっており、画像切り出し部110
1、共通サンプリング表現構成部1103、画像復元部
1104、変倍率決定部1102、ランダムサンプリン
グ合成部1105、及び画像合成用バッファ1106か
らなる。共通サンプリング表現構成部1103はブロッ
クサイズ計算部1103a、サンプリング計算部110
3b、画像ブロック分解部1103cから構成され、画
像復元部1104は復元パラメータ設定部1104b、
部分復元演残部1104a、画像ブロック合成部110
4cとからなる。さらに、図12においては実線が画像
データの流れを、点線がその他の情報の流れを表してい
る。The image composition section 1008 has a block structure as shown in FIG.
1, a common sampling expression configuration unit 1103, an image restoration unit 1104, a scaling factor determination unit 1102, a random sampling synthesis unit 1105, and an image synthesis buffer 1106. The common sampling expression construction unit 1103 includes a block size calculation unit 1103a and a sampling calculation unit 110.
3b, an image block decomposition unit 1103c, and the image restoration unit 1104 includes a restoration parameter setting unit 1104b,
Partial decompression residual part 1104a, image block composition part 110
4c. Further, in FIG. 12, the solid line represents the flow of image data, and the dotted line represents the flow of other information.
【0127】以下に上記した構成の作用を説明する。本
実施形態では撮像装置は本来完全に固定されていること
が望ましいが、この実施形態は、装置が十分安定に固定
されていない場合に対応させたものである。この場合
は、変倍に時間がかかるので、変倍画像間にずれが生じ
る。そのため、各変倍画像につき位置ずれ量を計算し、
対応するサンプリング間隔の平行移動を加味した共通サ
ンプリング行列を作る。ただし、ずれ量によってはサン
プリング行列がうまく構成できないこともある。例え
ば、開口率1の擦像素子で得られた変倍率{1、n/m
(n、mは整数でn<m)}の変倍画像の組について、
後者が前者に対しp/q(p,qは整数)画素だけ平行
移動していたとすると、平行移動の影響を扱えるかどう
かは、両サンプリングの開口の端が一致する条件 i=mj/n+mp/nq(i、jは整数) (17) を満たす解があるかどうかに依存している。ここで、
i、jは開口が一致する位置まで各サンプリングの何画
素分あるかを示している。The operation of the above configuration will be described below. In the present embodiment, it is desirable that the image pickup device is originally fixed completely, but this embodiment corresponds to a case where the device is not fixed sufficiently stably. In this case, since it takes time to change the magnification, a shift occurs between the magnified images. Therefore, calculate the amount of displacement for each scaled image,
Create a common sampling matrix that takes into account the parallel movement of the corresponding sampling intervals. However, the sampling matrix may not be well constructed depending on the shift amount. For example, a magnification ratio {1, n / m obtained with an imager having an aperture ratio of 1
(N and m are integers and n <m)},
If the latter is translated by p / q (p and q are integers) pixels with respect to the former, whether or not the effect of the translation can be treated depends on the condition that the edges of the apertures of both samplings coincide: i = mj / n + mp / nq (i and j are integers) (17) It depends on whether there is a solution. here,
i and j indicate the number of pixels of each sampling up to the position where the openings match.
【0128】図13に示すように、変倍率{1、3/
4}の組み合わせで撮像したとすると、後者の中心位置
が前者(標準画像)の中心位置に対して1/4画素だけ
ずれている場合には、上式はi=(4/3)j+(1/
3)となり、整数解(i、j)={(−1、−1)、
(3、2)}を得る。As shown in FIG. 13, scaling factors {1, 3 /
4}, when the center position of the latter is displaced by 1/4 pixel from the center position of the former (standard image), the above equation is i = (4/3) j + ( 1 /
3) and the integer solution (i, j) = {(-1, -1),
(3, 2)} is obtained.
【0129】これは、図13に示すように、標準画像の
画素単位で(−1、3)の範囲以外では、シフトがない
場合の通常のサンプリング関係が成り立つことを示して
いる。一方、この範囲内ではずれの位置関係は特殊なも
のになる。以下、説明では前者を特殊なブロック120
1、後者を通常のブロックサイズで分割したものを通常
のブロック1202と呼ぶ。このような整数解は、mp
/qが共通サンプリング間隔の倍数であれば常に可能で
ある。This indicates that, as shown in FIG. 13, the normal sampling relationship in the case where there is no shift is established outside the range of (-1, 3) in the pixel unit of the standard image. On the other hand, within this range, the positional relationship of the shift becomes special. In the description below, the former is a special block 120.
1 and the latter divided into a normal block size is called a normal block 1202. Such an integer solution is mp
It is always possible if / q is a multiple of the common sampling interval.
【0130】一方、図14に示すように、シフトが2/
3画素だった場合は、(17)式はi=(4/3)j+
(8/9)となり、整数解は存在しないため、上記のよ
うなブロック分けはできない。この場合は前記した第2
の概略で述べたような規則性をうまく利用した処理はで
きなくなる。On the other hand, as shown in FIG. 14, the shift is 2 /
When the number of pixels is 3, the equation (17) is i = (4/3) j +
(8/9), and since there is no integer solution, the above block division cannot be performed. In this case, the second
Processing that makes good use of the regularity described in the outline of will not be possible.
【0131】そこで、この実施形態では、合成に用いる
変倍率の各々につき、位置ずれによるサンプリングの平
行移動量が、サンプリングの位置ずれがないとした場合
の共通サンプリング間隔の倍数に十分近似できる場合に
だけ撮像する。この場合はサンプリングのずれに周期性
を必ず作ることができ、前記した第2の概略で述べたよ
うにブロック処理が可能になる。そのかわり、各変倍率
の画像の撮像時間がかかるので、前記した第5の概略で
述べた方法を使って、合成に用いる変倍率の値はあらか
じめ決めた少数のものにし、ずれに対する制限を必要と
しないチェック用の変倍画像を多く撮像し、これらを用
いて復元パラメーターを調整して復元精度を上げる。Therefore, in this embodiment, for each of the scaling factors used for synthesis, when the amount of parallel translation of sampling due to displacement can be sufficiently approximated to a multiple of the common sampling interval when there is no displacement of sampling. Just image. In this case, a periodicity can be surely created in the deviation of sampling, and the block processing can be performed as described in the second outline above. Instead, since it takes a long time to capture an image of each magnification, the value of the magnification used for composition is set to a predetermined small number by using the method described in the above-mentioned fifth outline, and it is necessary to limit the deviation. A large number of variable-magnification images for checking are captured, and the restoration parameters are adjusted using these to improve the restoration accuracy.
【0132】合成に用いた変倍率の画像で条件を満たす
ものがうまく得られなかった場合は、合成手法をズーム
専用の高解像度化手法から、一般的に用いられているサ
ンプリング合成手法に切り替える。その場合は、変倍率
を無理数に選んでサンプリングのずれの周期性をなくし
公知の復元手法で高解像度化を図る。When the image of the scaling ratio used for the composition does not satisfy the condition, the composition method is switched from the high resolution method exclusively for zooming to the commonly used sampling composition method. In that case, the scaling factor is selected as an irrational number to eliminate the periodicity of the sampling shift, and the resolution is increased by a known restoration method.
【0133】撮像装置の動作は、以下のようになる。ま
ず、被写体と画角が選択されると、制御部1007は選
択された倍率で単板CCDエリアセンサ1003を制御
して標準画像を一枚撮像し、画像保持RAM1009に
記録する。次に、変倍率決定部1102があらかじめい
くつか決められた合成用変倍率の組み合わせのうちひと
つを選んでその共通サンプリング間隔とともに制御部1
007に伝える。The operation of the image pickup apparatus is as follows. First, when the subject and the angle of view are selected, the control unit 1007 controls the single-chip CCD area sensor 1003 at the selected magnification to capture one standard image and records it in the image holding RAM 1009. Next, the scaling factor determination unit 1102 selects one of a plurality of combinations of scaling factors for synthesis which are determined in advance, and the control unit 1 along with the common sampling interval.
Tell 007.
【0134】制御部1007は選択した変倍率になるよ
うズーム駆動・制御部1002を通じてズームレンズ1
001を制御し、同時に位置ずれ検出機構1010によ
り撮像装置の変位を検出する。位置ずれ検出機構101
0は例えばジャイロを用いて実現する。制御部1007
は、検出された位置ずれが、指定された共通サンプリン
グ間隔の倍数に十分近いかどうかを計算し、近い場合は
CCDドライバ1004を通じて単板CCDエリアセン
サ1003を駆動して撮像し、A/D変換部1005を
通じて画像信号として画像保持RAM1009に蓄え
る。位置ずれ量は共通サンプリング間隔を単位に変倍率
決定部1102の内部バッファに転送される。The control section 1007 controls the zoom lens 1 through the zoom drive / control section 1002 so that the zoom ratio becomes the selected one.
001 is controlled, and at the same time, the displacement detection mechanism 1010 detects the displacement of the imaging device. Position shift detection mechanism 101
0 is realized by using a gyro, for example. Control unit 1007
Calculates whether the detected positional deviation is sufficiently close to a specified multiple of the common sampling interval, and if it is close, drives the single-chip CCD area sensor 1003 through the CCD driver 1004 to capture an image and perform A / D conversion. An image signal is stored in the image holding RAM 1009 through the unit 1005. The positional deviation amount is transferred to the internal buffer of the scaling factor determination unit 1102 in units of the common sampling interval.
【0135】変倍率決定部1102は、一定時間以内に
適切な位置ずれが起こらず撮像がなされない場合には別
の変倍率の組み合わせを制御部1007に伝えるか、合
成方法を切り替えて無理数の変倍率を選ぶかを決定す
る。一定時間内に撮像が行われた場合は、変倍率決定部
1102は選択した変倍率の組み合わせに対して定めら
れたチェック用の変倍率をいくつか制御部1007に伝
える。位置ずれ量は位置ずれ検出機構1010で検出、
計算され、変倍率決定部1102に伝えられるが、制御
部1007ではその情報に関係なく撮像を行い、任意な
位置ずれの、チェック用変倍率を持った画像が画像保持
RAM1009に記憶される。指定したすべてのチェッ
ク用変倍率について撮像が終了すると画像切り出し部1
101は画像保持RAM1009から各変倍画像を読み
出し、標準画像に対応する部分画像を取り出して画像合
成バッファ1106に蓄える。ここから、サンプリング
のずれかたの周期に対応する大きさのブロックでブロッ
ク単位で処理することになるが、画像の中心部に、図1
3に示したような特殊なブロック1201ができ、周囲
には通常のブロック1202ができる。The scaling factor determination unit 1102 informs the control unit 1007 of another combination of scaling factors when an appropriate position shift does not occur within a certain period of time and imaging is not performed, or the synthesis method is switched to an irrational number. Decide whether to select a scaling factor. When the imaging is performed within the fixed time, the scaling factor determining unit 1102 notifies the control unit 1007 of some scaling factors for checking that are determined for the selected combination of scaling factors. The positional deviation amount is detected by the positional deviation detection mechanism 1010,
Although calculated and transmitted to the scaling factor determination unit 1102, the control unit 1007 captures an image regardless of the information, and an image having an arbitrary positional deviation and a scaling factor for checking is stored in the image holding RAM 1009. When the imaging is completed for all the specified scaling factors for checking, the image cropping unit 1
Reference numeral 101 reads each scaled image from the image holding RAM 1009, extracts a partial image corresponding to the standard image, and stores it in the image synthesis buffer 1106. From this point, processing is performed in block units in blocks of a size corresponding to the sampling deviation period.
A special block 1201 as shown in FIG. 3 is formed, and a normal block 1202 is formed in the periphery.
【0136】ブロックサイズ計算部1103aは、変倍
率決定部1102から伝えられた、画像バッファ110
6中の合成用画像の変倍率と位置ずれに基づいて(1
7)式を解き、適切なブロック分割の仕方を計算する。
この分割に基づいて、サンプリング計算部1103b
は、共通サンプリング行列を計算する。ここまでの計算
が終了すると、画像ブロック分解部1103cは計算さ
れたブロック分割に従って画像合成バッファ1106中
の各変倍画像から画像をブロックごとに読み出して
(5)式にあるような一次元ベクトルgを形成し、部分
復元演算部1104aに転送する。サンプリング計算部
1103bからは、対応するブロックのサンプリング行
列Hが転送される。The block size calculation unit 1103a receives the image buffer 110 sent from the scaling ratio determination unit 1102.
Based on the scaling ratio and position shift of the image for composition in 6 (1
Solve equation (7) and calculate the appropriate block division method.
Based on this division, the sampling calculation unit 1103b
Computes the common sampling matrix. When the calculation up to this point is completed, the image block decomposition unit 1103c reads out an image for each block from each scaled image in the image synthesis buffer 1106 according to the calculated block division, and the one-dimensional vector g as shown in equation (5). Is formed and transferred to the partial restoration calculation unit 1104a. The sampling matrix H of the corresponding block is transferred from the sampling calculator 1103b.
【0137】この段階が終了すると、画像切り出し部1
101はチェック用変倍画像の標準画像に対応するチェ
ック用変倍部分画像を画像合成バッファ1106に読み
出しておく。When this step is completed, the image cutout unit 1
Reference numeral 101 reads a check variable-magnification partial image corresponding to the standard image of the check variable-magnification image into the image combining buffer 1106.
【0138】この時点で必要なデータがそろうので復元
演算が行われる。まず復元パラメータ決定部1104b
が、(5)式で用いるパラメータγとして、あらかじめ
記憶していた初期値{γ1 、γ2 、…γn }を部分復元
演算部1104aに伝える。部分復元演算部1104a
は、与えられた各γi、H及びgから(5)式に従い共
通サンプリング値fi (i=1…n)を計算する。ここ
で(5)式中Qは、滑らかさの条件At this point in time, the necessary data are available, so the restoration operation is performed. First, the restoration parameter determination unit 1104b
, The initial values {γ1, γ2, ... γn} stored in advance are transmitted to the partial restoration calculation unit 1104a as the parameter γ used in the equation (5). Partial restoration calculation unit 1104a
Calculates a common sampling value fi (i = 1 ... n) from the given .gamma.i, H and g according to the equation (5). In the equation (5), Q is a smoothness condition.
【数15】 (Equation 15)
【0139】を離散化したものを用いる。Yは復元画像
の画素値を表す。得られた結果fは、復元パラメータ設
定部1104bに送られる。A discretized version of is used. Y represents the pixel value of the restored image. The obtained result f is sent to the restoration parameter setting unit 1104b.
【0140】復元パラメータ決定部1104bは、読み
込まれた各チェック用変倍部分画像に対し、対応する倍
率と位置ずれを持つサンプリングの画像を各fi から作
成しチェック用変倍部分画像との誤差を比較する。計算
された誤差量はすべてのチェック用倍率の画像について
重み付きで足し合わされ、選択されたパラメータγiに
よる復元の誤差評価値ei として用いられる。復元パラ
メータ決定部1104bは、得られたei のなかで最も
小さい値を与えるパラメータ値γi を選び、ei からパ
ラメータの振り幅wを計算する。そしてγi を中心に±
wの範囲内でランダムに値を選んで、パラメータ{γ1
…、γn}を新たに作り出す。The restoration parameter determination unit 1104b creates, from each fi, a sampling image having a corresponding magnification and positional deviation with respect to each read check variable-magnification partial image, and determines an error from the check variable-magnification partial image. Compare. The calculated error amounts are weighted and added together for the images of all the check magnifications, and are used as the error evaluation value ei of the restoration by the selected parameter γi. The restoration parameter determination unit 1104b selects the parameter value γi that gives the smallest value among the obtained ei, and calculates the swing width w of the parameter from ei. And centering around γi ±
A value is randomly selected within the range of w and the parameter {γ1
..., γn} is newly created.
【0141】このパラメータを再び復元演算部1104
aに伝え、上に述べた過程が繰り返される。誤差値が小
さくなるにつれてあらかじめ設定された振り幅wは小さ
くなる。ei がある閾値を下回ると繰り返しが終了し、
復元された共通サンプリング値は画像ブロック合成部1
104cによって画像合成バッファ1106中の合成画
像の対応する位置に書き込まれる。すべてのブロックに
つきこの処理が終了すると、画像合成バッファ1106
には標準画像と同じ画角の高解像度の像が得られる。こ
の画像はシステムバス1006を通じて画像保持RAM
1009に書き出される。This parameter is again restored by the restoration calculation unit 1104.
Then, the process described above is repeated. The preset swing width w becomes smaller as the error value becomes smaller. When ei falls below a certain threshold, the iteration ends,
The restored common sampling value is the image block synthesis unit 1.
It is written in the corresponding position of the composite image in the image composition buffer 1106 by 104c. When this process is completed for all blocks, the image synthesis buffer 1106
A high-resolution image with the same angle of view as the standard image can be obtained. This image is stored in the image holding RAM through the system bus 1006.
Written in 1009.
【0142】一方、変倍率決定部1102によって合成
手法の切り替えが決定されるとブロック単位での処理は
行われない。この場合、変倍率決定部1102はランダ
ムに無理数の変倍率を選んで制御部1007に伝え、変
倍画像が位置ずれ検出機構1010による位置ずれ情報
とともに画像保持RAM1009に記憶される。画像切
り出し部1101は標準画像に対応する領域を各変倍画
像から読み出し、画像合成バッファ1106に蓄える。
ランダムサンプリング合成手段1105が変倍率と位置
ずれ量をもとに公知のサンプリング再構成手法により、
規則的な標準画像より細かいサンプリング間隔で得た画
像を再構成し、画像保持RAM1009に書き込む。On the other hand, when the scaling factor determination unit 1102 determines the switching of the combining method, the processing in block units is not performed. In this case, the scaling factor determining unit 1102 randomly selects an irrational scaling factor and sends it to the control unit 1007, and the scaled image is stored in the image holding RAM 1009 together with the displacement information by the displacement detection mechanism 1010. The image cutout unit 1101 reads out an area corresponding to the standard image from each scaled image and stores it in the image synthesis buffer 1106.
The random sampling synthesizing means 1105 uses a known sampling reconstruction method based on the scaling factor and the position shift amount.
An image obtained at a sampling interval smaller than that of a regular standard image is reconstructed and written in the image holding RAM 1009.
【0143】なお、上記した具体的実施形態には以下の
構成を有する発明が含まれており、各構成の「対応する
発明の実施の形態」及び「効果」は次の通りである。The specific embodiments described above include inventions having the following configurations, and "corresponding embodiments of the invention" and "effects" of each configuration are as follows.
【0144】(構成1)同一被写体を複数の異なる変倍
率で結像する結像変倍手段と、この結像変倍手段によっ
て変倍して得られた同一被写体についての複数の変倍画
像を各々電気信号に変換する撮像手段と、この撮像手段
によって各々電気信号に変換された前記複数の変倍画像
を記憶する画像記憶手段と、この画像記憶手段に記憶さ
れた前記複数の変倍画像を合成して、前記複数の異なる
変倍率のうち最も高い倍率で得られた変倍画像よりも高
解像度の画像を生成する画像合成手段と、を具備するこ
とを特徴とする静止画像撮像装置。(Structure 1) Image-magnification scaling means for forming an image of the same subject at a plurality of different magnifications, and a plurality of scaled images of the same subject obtained by scaling by the image-magnification scaling means. Image pickup means for converting each to an electric signal, image storage means for storing the plurality of scaled images each converted to an electric signal by the image pickup means, and the plurality of scaled images stored in the image storage means An image synthesizing unit for synthesizing to generate an image having a higher resolution than a scaled image obtained at the highest scale factor among the plurality of different scale factors, the still image capturing apparatus.
【0145】(対応する発明の実施の形態)この発明に
関する実施の形態としては、上記した第1、第2、第3
の実施形態が対応する。構成中の結像変倍手段には、図
5の光路挿入型の対物レンズ301、図7のシリンドリ
カルレンズ601、図11のズームレンズ1001が対
応する。構成中の撮像手段には図5のRGBベイヤー配
列のCCD305、図7のCCDラインセンサ604、
図11の単板CCDエリアセンサ1003が対応する
が、他の補色系フィルタ配列や3板式撮像系を用いるこ
とも可能である。構成中の画像記憶手段には、図5の画
像保持RAM311、図7の画像保持RAM610、図
11の画像保持RAM1009を用いることが望ましい
が、ハードディスクやメモリカード撮像装置とは独立な
記憶デバイスを用いることも可能である。構成中の画像
合成手段には、図6の画像合成部312、図8の画像合
成部611、図12の画像合成部1008が対応する。
画像合成手段は撮像装置本体に内蔵してもよいが、装置
とは独立なホストコンピューターを用いてもよい。(Corresponding Embodiment of the Invention) As the embodiment relating to the present invention, the above-mentioned first, second and third embodiments are provided.
The embodiment corresponds to. An optical path insertion type objective lens 301 in FIG. 5, a cylindrical lens 601 in FIG. 7, and a zoom lens 1001 in FIG. 11 correspond to the image-forming variable power unit in the configuration. The image pickup means in the configuration are the CCD Bayer array CCD 305 of FIG. 5, the CCD line sensor 604 of FIG.
The single-plate CCD area sensor 1003 in FIG. 11 corresponds, but it is also possible to use another complementary color filter array or a three-plate image pickup system. It is desirable to use the image holding RAM 311 of FIG. 5, the image holding RAM 610 of FIG. 7, and the image holding RAM 1009 of FIG. 11 as the image storage means in the configuration, but a storage device independent of the hard disk or the memory card imaging device is used. It is also possible. The image composition means in the configuration corresponds to the image composition section 312 of FIG. 6, the image composition section 611 of FIG. 8, and the image composition section 1008 of FIG.
The image synthesizing means may be built in the image pickup apparatus main body, or a host computer independent of the apparatus may be used.
【0146】(効果)複数の異なる変倍率のうち最も高
い倍率で得られた変倍画像よりも高解像度の画像、すな
わち、得られたどの変倍画像より密なサンプリング間隔
で得られる画像を計算することで、撮像素子を越えた解
像度の画像を得ることができ、これによって解像度を向
上させることができる。また、複雑な構成を新たに必要
とせず必要な機構は変倍機構だけであるために安価に本
装置を構成することができる。 (構成2)前記画像合成手段は、前記複数の変倍画像の
うち最も高い倍率で得られた変倍画像と、他の変倍画像
との間の相対倍率が、これら両変倍画像のサンプリング
点が完全には一致しないような所定の有理数になるよう
に、前記結像変倍手段を制御する変倍率制御手段と、こ
の変倍率制御手段の制御の基に得られた複数の変倍画像
の画素値と、前記最も高い倍率で得られた変倍画像より
も高解像度の画像の画素値とを対応付ける対応付け手段
と、この対応付け手段による対応付けに基づいて、前記
最も高い倍率で得られた変倍画像よりも高解像度の画像
を復元する画像復元手段と、をさらに具備することを特
徴とする構成(1)に記載の静止画像撮像装置。(Effect) An image having a resolution higher than that of a scaled image obtained at the highest magnification among a plurality of different scales, that is, an image obtained at a sampling interval closer than any of the obtained scaled images is calculated. By doing so, it is possible to obtain an image with a resolution that exceeds that of the image sensor, and thus it is possible to improve the resolution. Further, since a complicated structure is not newly required and the only mechanism required is the variable power mechanism, the present apparatus can be constructed at low cost. (Structure 2) The image synthesizing means determines the relative magnification between the scaled image obtained at the highest magnification of the plurality of scaled images and the other scaled images, and the sampling of both scaled images. Magnification control means for controlling the image-magnification scaling means so that the points have a predetermined rational number such that the points do not completely match, and a plurality of scaled images obtained under the control of the scaling magnification control means. And a pixel value of the image having a higher resolution than the scaled image obtained at the highest magnification, and a correspondence means for associating the pixel value of the image with the highest magnification. The still image pickup device according to the configuration (1), further comprising: an image restoration unit that restores an image having a higher resolution than the scaled image.
【0147】(対応する発明の実施の形態)この発明の
実施の形態としては、前記した第1、第2、第3の実施
形態が対応する。構成中の画像合成手段には、図6の画
像合成部312、図8の画像合成部611、図12の画
像合成部1008が対応し、変倍率制御手段は図5の制
御部310、図6の変倍パターンテーブル402b、図
8の変倍率決定部703、図12の変倍率決定部110
2が対応する。対応付け手段には、図6の共通サンプリ
ング表現構成部402、図8の共通サンプリング表現構
成部704、図12の共通サンプリング表現構成部11
03が対応するが、実施の形態では別に記載されている
画像切り出し部(401,701,1101)を含んで
もよい。画像復元手段は、図6の画像復元部403、図
8の画像復元部705、図12の画像復元部1104が
対応する。これらの実施の形態では、いずれも画像をブ
ロック単位で処理するが、ブロック歪が気になる場合は
必ずしも画像をブロックに区切って処理する必要はな
い。また、開口の影響はすべて画像復元部(403,7
05,1104)でまとめて扱っているが、画像切り出
し部(401,701,1101)で事前に開口補正を
行ってもよい。(Corresponding Embodiment of the Invention) The above-described first, second and third embodiments correspond to the embodiment of the present invention. The image composition means in the configuration corresponds to the image composition section 312 of FIG. 6, the image composition section 611 of FIG. 8, and the image composition section 1008 of FIG. 12, and the scaling control means is the control section 310 of FIG. Scaling pattern table 402b of FIG. 8, scaling factor determination unit 703 of FIG. 8, scaling factor determination unit 110 of FIG.
2 corresponds. As the associating means, the common sampling expression configuring unit 402 in FIG. 6, the common sampling expression configuring unit 704 in FIG. 8, and the common sampling expression configuring unit 11 in FIG.
03 corresponds, but may include an image clipping unit (401, 701, 1101) described separately in the embodiment. The image restoration means corresponds to the image restoration unit 403 in FIG. 6, the image restoration unit 705 in FIG. 8, and the image restoration unit 1104 in FIG. In each of these embodiments, the image is processed on a block-by-block basis, but it is not always necessary to divide the image into blocks to process when block distortion is a concern. Also, the effects of the aperture are all on the image restoration section (403, 7).
05, 1104), but the image clipping unit (401, 701, 1101) may perform aperture correction in advance.
【0148】(効果)変倍率を有理数とすることで、得
られた画像のサンプリングのいずれよりも小さな共通サ
ンプリング間隔での画素値を、ブロック単位で効率的に
精度よく得ることができる。その結果、簡単な合成処理
で撮像素子の解像度を越える高品質の静止画像が得られ
る。(Effect) By making the scaling ratio a rational number, it is possible to efficiently and accurately obtain pixel values in block units at common sampling intervals smaller than any of the samplings of the obtained images. As a result, a high-quality still image that exceeds the resolution of the image sensor can be obtained by a simple combining process.
【0149】(構成3)前記撮像手段はカラーモザイク
フィルタを有し、前記所定の有理数は整数分の1である
ことを特徴とする構成(2)に記載の静止画像撮像装置 (対応する発明の実施の形態)この発明の実施の形態と
しては、前記した第1の実施形態が対応する。構成中の
カラーモザイクフィルタは、図3に示すRGBベイヤー
配列のCCD305に付加されたRGBベイヤー配列が
対応するが、種々の配列の原色及び補色方式のモザイク
フィルタでもよく、第2の実施形態で示したCCDライ
ンセンサ604にストライプフィルタを付加したものに
適用してもよい。(Structure 3) The still image pickup device according to the structure (2), characterized in that the image pickup means has a color mosaic filter, and the predetermined rational number is a fraction of an integer. (Embodiment) The above-described first embodiment corresponds to the embodiment of the present invention. The color mosaic filter in the configuration corresponds to the RGB Bayer array added to the CCD 305 of the RGB Bayer array shown in FIG. 3, but various arrays of primary color and complementary color type mosaic filters may be used, which are shown in the second embodiment. Alternatively, the CCD line sensor 604 may be applied with a stripe filter added.
【0150】(効果)モザイクフィルターにより画素単
位では情報がとれない場合には、他の場合なら利用価値
の乏しい整数分の1の変倍率を用いても欠落色成分を復
元できるため簡単な変倍操作で色再現性を向上させるこ
とができる。(Effect) When information cannot be obtained on a pixel-by-pixel basis by the mosaic filter, in other cases, it is possible to restore the missing color component by using a scaling factor of 1 / integer, which is not very useful, and thus simple scaling is possible. Color reproducibility can be improved by operation.
【0151】(構成4)前記画像復元手段は、前記最も
高い倍率で得られた変倍画像よりも高解像度の画像の画
素値を、被写体の持つ性質を反映した制約条件の下で最
小2乗法に基づき推定することを特徴とする構成(2)
または(3)に記載の静止画像撮像装置。(Structure 4) The image restoration means uses the least-squares method for the pixel value of an image having a higher resolution than the scaled image obtained at the highest magnification under the constraint condition that reflects the nature of the subject. Configuration characterized by estimation based on (2)
Alternatively, the still image capturing device according to (3).
【0152】(対応する発明の実施の形態)この発明の
実施の形態としては、前記した第1、第2、第3の実施
形態が対応する。構成中の画像復元手段は、図6の画像
復元部403中の部分復元演算部403a、図8の画像
復元部705中の部分復元演算部705a、図12の画
像復元部1104中の部分復元演算部1104aが対応
する。「被写体のもつ性質」とは「被写体のもつ統計的
な性質」を含み、「統計的な性質を反映した制約条件」
としては、輝度の変動は空間的にある程度滑らかである
とする(18)式や、色差成分の空間的変動は輝度成分
のそれよりはるかに滑らかであるとする(14)式が対
応するが、被写体の持つ統計的性質をよく反映するもの
であれば他のものであってもよい。(Corresponding Embodiment of the Invention) The above-described first, second and third embodiments correspond to the embodiment of the present invention. The image restoration means in the configuration is the partial restoration calculation unit 403a in the image restoration unit 403 in FIG. 6, the partial restoration calculation unit 705a in the image restoration unit 705 in FIG. 8, and the partial restoration calculation in the image restoration unit 1104 in FIG. The section 1104a corresponds to this. "Characteristic of subject" includes "statistical characteristic of subject" and "constraint condition reflecting statistical characteristic"
As for, the expression (18), which assumes that the fluctuation of the luminance is spatially smooth to some extent, and the expression (14), which assumes that the spatial fluctuation of the color difference component is much smoother than that of the luminance component, correspond to Other objects may be used as long as they statistically reflect the statistical properties of the subject.
【0153】(効果)(4)式を解くのに制約条件付き
最小二乗法を使うことで、推定される共通サンプリング
値の持つべき統計的な特性を明示的に指定でき、特に色
成分を復元する場合に自然画像中に含まれる拘束を十分
に利用できる。また、第5の概略で述べたような適応的
処理を施さない場合は、(5)式の計算に必要な行列を
あらかじめ計算しておけるので、高速な処理が可能とな
る。(Effect) By using the least squares method with a constraint condition to solve the equation (4), it is possible to explicitly specify the statistical characteristics that the estimated common sampling value should have, and especially to restore the color component. In this case, the constraint included in the natural image can be fully utilized. Further, when the adaptive processing as described in the fifth outline is not performed, the matrix required for the calculation of the equation (5) can be calculated in advance, so that the high speed processing can be performed.
【0154】(構成5)前記制約条件を決定するバラメ
ーターは、変倍画像と合成後の高解像度画像によって更
新されることを特徴とする構成(4)に記載の静止画像
撮像装置。(Structure 5) The still image capturing apparatus described in Structure (4) is characterized in that the parameter for determining the constraint condition is updated by the scaled image and the high resolution image after synthesis.
【0155】(対応する発明の実施の形態)この発明の
実施の形態としては、前記した第3の実施形態が対応す
る。構成中の制約条件は、第3の実施形態における(1
8)式が対応し、その強さは式中のスカラー値γが対応
するが、第1の実施形態に適用し、制約条件(14)
式、強さに式中の重み係数の組(wY,wR−Y,wB
−Y)のようなベクトル値を用いることもできる。(Corresponding Embodiment of the Invention) The above-mentioned third embodiment corresponds to the embodiment of the present invention. The constraint condition in the configuration is (1) in the third embodiment.
8) corresponds, and its strength corresponds to the scalar value γ in the formula, but it is applied to the first embodiment, and the constraint condition (14) is applied.
Expression, strength, and a set of weighting factors in the expression (wY, wR-Y, wB
It is also possible to use a vector value such as -Y).
【0156】(効果)一般に、復元に使う変倍画像を増
やすと共通サンプリングの関係式を導くために用いる共
通サンプリング値は多くなる。つまり復元処理を行うブ
ロックのサイズが大きくなる。逆に、変倍画像を減らす
と復元の精度が落ちる。この構成によれば、制約パラメ
ータの強さをデータにうまく合うように選べるので復元
処理に少しの変倍画像を使っても復元の正確さを落とさ
ずに済み、ブロックサイズを小さく抑えつつより正確な
高解像度化や高色再現化が可能になる。(Effect) Generally, when the scaled image used for restoration is increased, the common sampling value used for deriving the relational expression of common sampling increases. That is, the size of the block to be restored becomes large. On the contrary, if the number of scaled images is reduced, the accuracy of restoration is reduced. According to this configuration, the strength of the constraint parameter can be selected so that it fits the data well, so even if a small scaled image is used for the restoration process, the restoration accuracy does not drop, and the block size is kept small and more accurate. It is possible to achieve high resolution and high color reproduction.
【0157】(構成6)前記結像変倍手段は前記撮像手
段のセンサ配列と平行な一方向のみに変倍を行い、前記
画像復元手段は、前記最も高い倍率で得られた変倍画像
よりも高解像度の画像の画素値を部分的に誤差なく復元
することを特徴とする構成(2)に記載の静止画像撮像
装置。(Structure 6) The image-forming variable magnification means performs the variable magnification only in one direction parallel to the sensor array of the image pickup means, and the image restoration means uses the variable-magnification image obtained at the highest magnification. The still image pickup device according to the configuration (2), wherein the pixel values of a high-resolution image are partially restored without error.
【0158】(対応する発明の実施の形態)この発明の
実施の形態としては、前記した第2の実施形態が対応す
る。構成中の画像復元手段は、図8の画像復元部705
が対応し、撮像手段には図7のCCDラインセンサ60
4が対応する。(Corresponding Embodiment of the Invention) The above-described second embodiment corresponds to the embodiment of the present invention. The image restoration means in the configuration is the image restoration unit 705 of FIG.
The CCD line sensor 60 of FIG. 7 corresponds to the image pickup means.
4 corresponds.
【0159】(効果)直接的に共通サンプリング値が求
まる部分は単純な最小2乗法に比べて正確に求まるの
で、推定する場合に比べ復元誤差が少なく、より正確な
高精度化及び色再現が行える。どの画素値が誤差なく直
接に求まるのかはあらかじめ計算しておけるので、復元
計算の規模が小さくなり効率も高くなる。(Effect) Since the portion where the common sampling value is directly obtained is obtained more accurately than the simple least squares method, the restoration error is smaller than in the case of estimation and more accurate high precision and color reproduction can be performed. . Since it is possible to calculate in advance which pixel value can be directly obtained without error, the scale of the restoration calculation becomes small and the efficiency becomes high.
【0160】(構成7)前記合成手段は、種々の変倍率
の組み合わせについて、対応する変倍画像から前記画像
復元手段により誤差なく復元される画素位置のパターン
を記憶する解像度パターン記憶手段と、被写体の周波数
特性を解析する周波数解析手段と、を有し、前記変倍率
制御手段は、解像度パターン記憶手段を参照し、周波数
解析部によって得られた被写体像の高周波成分の分布に
最も類似したパターンを与える変倍率の組み合わせを選
択することを特徴とする構成(6)に記載の静止画像撮
像装置。(Structure 7) The synthesizing means stores, with respect to various combinations of scaling factors, a resolution pattern storage means for storing a pattern of pixel positions restored from the corresponding scaled image without error by the image restoring means, and an object. Frequency analysis means for analyzing the frequency characteristics of the, and the scaling control means refers to the resolution pattern storage means to generate a pattern most similar to the distribution of the high frequency components of the subject image obtained by the frequency analysis part. The still image pickup device according to the configuration (6), characterized in that a combination of scaling factors to be given is selected.
【0161】(対応する発明の実施の形態)この発明の
実施の形態としては、前記した第2の実施形態が対応す
る。構成中の解像度パターン記憶手段には、図8の変倍
パターンテーブル704bが対応する。周波数解析手段
には図8のウェーブレット解析部702が対応するが、
局所的な高周波成分を取り出せるものなら、フーリエ変
換やエッジ検出オペレーター、ハイパスフィルター等を
用いてもよい。変倍率制御手段には図8の変倍率決定部
703が対応し、画像復元手段には図8の画像復元部7
05が対応する。(Corresponding Embodiment of the Invention) The above-described second embodiment corresponds to the embodiment of the present invention. The resolution pattern storage means in the configuration corresponds to the scaling pattern table 704b in FIG. The wavelet analysis unit 702 of FIG. 8 corresponds to the frequency analysis means,
A Fourier transform, an edge detection operator, a high-pass filter, or the like may be used as long as a local high-frequency component can be extracted. The scaling factor control unit corresponds to the scaling factor determination unit 703 in FIG. 8, and the image restoration unit corresponds to the image restoration unit 7 in FIG.
05 corresponds.
【0162】(効果)変倍率の組み合わせによっては解
像度が全く上がらない部位に対象の高周波部位が来ると
いう現象を回避し、画像間で高解像度化が異なってしま
うのを防ぐことができる。(Effect) It is possible to avoid the phenomenon that the target high-frequency part comes to a part where the resolution does not rise at all depending on the combination of the scaling factors, and it is possible to prevent the difference in resolution from being increased between images.
【0163】(構成8)前記画像合成手段は、前記複数
の変倍画像のうち最も高い倍率で得られた変倍画像と、
他の変倍画像との間の相対倍率が無理数になるもののみ
を用いることを特徴とする構成(1)に記載の静止画像
撮像装置。(Structure 8) The image synthesizing means includes a scaled image obtained at the highest magnification among the plurality of scaled images,
The still image pickup device according to the configuration (1), which uses only an image whose relative magnification with respect to other scaled images becomes an irrational number.
【0164】(対応する発明の実施の形態)この発明の
実施の形態としては、前記した第3の実施形態が対応す
る。構成中の画像合成手段には図12のランダムサンプ
リング合成部1105が対応する。 (効果)撮像装置の保持の安定が悪く、第2の概略に述
べられているような規則性を利用する手法が使えない場
合に、サンプリング間隔の重複を防いで最も効率のよい
画像の高解像度化を可能にする。(Corresponding Embodiment of the Invention) The above-described third embodiment corresponds to the embodiment of the present invention. The random sampling composition unit 1105 in FIG. 12 corresponds to the image composition means in the configuration. (Effect) When the holding of the image pickup device is not stable and the method of utilizing the regularity as described in the second outline cannot be used, the overlapping of sampling intervals is prevented and the most efficient image high resolution is obtained. Enable
【0165】(構成9)前記画像合成手段は複数の変倍
画像間の位置ずれ量を検出するずれ検出手段を有し、検
出された位置ずれを補正して合成を行うことを特徴とす
る構成(1)〜(8)のいずれかに記載の静止画像撮像
装置。(Structure 9) The image synthesizing means has a deviation detecting means for detecting a positional deviation amount between a plurality of scaled images, and corrects the detected positional deviation to perform composition. The still image capturing device according to any one of (1) to (8).
【0166】(対応する発明の実施の形態)この発明の
実施の形態としては、前記した第3の実施形態が対応す
る。構成中の画像合成手段には図12のランダムサンプ
リング合成部1105が対応する。 (効果)撮像装置の保持の安定が悪く、前記した第2〜
7の概略に述べられているような規則性を利用する手法
が使えない場合に、サンプリング間隔の重複を防いで最
も効率よく高解像度化を達成できる。(Corresponding Embodiment of the Invention) The above-described third embodiment corresponds to the embodiment of the present invention. The random sampling composition unit 1105 in FIG. 12 corresponds to the image composition means in the configuration. (Effect) The holding stability of the imaging device is poor, and
When the method of utilizing the regularity as outlined in 7 cannot be used, it is possible to prevent duplication of the sampling intervals and most efficiently achieve the high resolution.
【0167】(構成10)前記結像変倍手段にズームレ
ンズを用いることを特徴とする構成(1)〜(9)のい
ずれかに記載の静止画像撮像装置。(Structure 10) The still image pickup device according to any one of structures (1) to (9), characterized in that a zoom lens is used as the image-forming variable power unit.
【0168】(対応する発明の実施の形態)この発明の
実施の形態としては、前記した第3の実施形態が対応す
る。構成中のズームレンズには、図11のズームレンズ
1001が対応する。(Corresponding Embodiment of the Invention) The above-mentioned third embodiment corresponds to the embodiment of the present invention. The zoom lens 1001 in FIG. 11 corresponds to the zoom lens in the configuration.
【0169】(効果)結像変倍手段として通常のズーム
レンズ及びズーム制御機構を用いることで、最も安価に
本装置を実現することができる。(Effect) The present apparatus can be realized at the lowest cost by using the usual zoom lens and zoom control mechanism as the image-forming variable power unit.
【0170】撮像装置側には合成手段及び画像記憶手段
は無くてもよいため、通常の電子カメラ、ビデオカメラ
などをコンピューターに接続した系で高解像度化、高色
再現化が可能になる。Since the synthesizing means and the image storing means do not have to be provided on the side of the image pickup device, it is possible to realize high resolution and high color reproduction in a system in which an ordinary electronic camera, video camera or the like is connected to a computer.
【0171】(構成11)前記結像変倍手段として光路
中にレンズ群を挿入できる機構を用いることを特徴とす
る構成(1)〜(9)のいずれかに記載の静止画像撮像
装置。(Structure 11) The still image pickup device according to any one of structures (1) to (9), characterized in that a mechanism capable of inserting a lens group into an optical path is used as the image-magnification varying means.
【0172】(対応する発明の実施の形態)この発明の
実施の形態としては、前記した第1の実施形態が対応す
る。レンズ群には、図5に示すリボルバー302に保持
された対物レンズ301が対応し、挿入機構にはリボル
バー、ピント駆動部304が対応するが、レンズ群はひ
とつでもよく、挿入操作は人間が行ってもよい。(Corresponding Embodiment of the Invention) The above-described first embodiment corresponds to the embodiment of the present invention. The lens group corresponds to the objective lens 301 held by the revolver 302 shown in FIG. 5, and the insertion mechanism corresponds to the revolver and the focus drive unit 304. However, the lens group may be one, and the insertion operation is performed by a human. May be.
【0173】(効果)高解像度化のためには変倍率は連
続的に変わる必要がないため、離散的な変倍手段しか備
えていない顕微鏡のような装置でも、非常に安価に高画
質化を実現できる。また、離散的な変倍機構は、連続的
な変倍機構を用いた場合に比べて画像取り込みを高速、
高精度化できるうえ、手動による変倍も可能となる。(Effect) Since it is not necessary to continuously change the scaling ratio for high resolution, even a device such as a microscope equipped with only a discrete scaling unit can improve image quality at a very low cost. realizable. In addition, the discrete scaling mechanism captures images at a higher speed than when a continuous scaling mechanism is used.
In addition to high accuracy, manual zooming is also possible.
【0174】(構成12)前記結像変倍手段が、前記撮
像手段に対して縦、横で異なる倍率を用いることを特徴
とする構成(1)〜(9)のいずれかに記載の静止画像
撮像装置。(Structure 12) The still image according to any one of structures (1) to (9), wherein the image-forming variable-magnification means uses different magnifications in the vertical and horizontal directions with respect to the imaging means. Imaging device.
【0175】(対応する発明の実施の形態)この発明の
実施の形態としては、前記した第2の実施形態が対応す
る。構成中の解像度パターン記憶手段には、図8の変倍
パターンテーブル704bが対応する。周波数解析手段
には図8のウェーブレット解析部702が対応するが、
局所的な高周波成分を取り出せるものであれば、フーリ
エ変換やエッジ検出オペレーター、ハイパスフィルター
等を用いてもよい。前記変倍率制御手段には図8の変倍
率決定部703が対応し、画像復元手段には図8の画像
復元部705が対応する。(Corresponding Embodiment of the Invention) The above-mentioned second embodiment corresponds to the embodiment of the present invention. The resolution pattern storage means in the configuration corresponds to the scaling pattern table 704b in FIG. The wavelet analysis unit 702 of FIG. 8 corresponds to the frequency analysis means,
A Fourier transform, an edge detection operator, a high-pass filter, or the like may be used as long as it can extract a local high-frequency component. The scaling factor control unit corresponds to the scaling factor determination unit 703 of FIG. 8, and the image restoration unit corresponds to the image restoration unit 705 of FIG.
【0176】(効果)一方向のみの高解像度化が必要と
される場合やスキャナーのようにある方向に自由に解像
度を変えられる場合、およびラインセンサが用いられる
場合、縦、横の変倍率を等しくしないことで、所望の方
向のみ高解像度化できる。一方向だけに変倍を限ること
により、前記した第6の概略で述べたように、復元計算
の規模が小さくなって復元の正確さを向上させることが
できる。(Effect) When the resolution is required to be increased in only one direction, the resolution can be freely changed in a certain direction like a scanner, and when a line sensor is used, the vertical and horizontal scaling factors are changed. By not making them equal, the resolution can be increased only in the desired direction. By limiting the scaling in only one direction, the scale of the restoration calculation becomes small and the restoration accuracy can be improved, as described in the sixth outline.
【0177】[0177]
【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、複雑な
装置構成を新たに必要とせずに低コストで撮像素子の解
像度を越える高品質の静止画像が得られるようになる。According to the first aspect of the present invention, a high quality still image exceeding the resolution of the image pickup device can be obtained at low cost without newly adding a complicated device configuration.
【0178】また、請求項2に記載の発明によれば、請
求項1に記載の発明の効果に加えて、簡単な合成処理で
撮像素子の解像度を越える高品質の静止画像が得られる
ようになる。According to the invention described in claim 2, in addition to the effect of the invention described in claim 1, a high quality still image exceeding the resolution of the image pickup device can be obtained by a simple combining process. Become.
【0179】また、請求項3に記載の発明によれば、請
求項1,2に記載の発明の効果に加えて、複雑な装置構
成を新たに用いることなしに欠落色を復元することがで
きるようになる。According to the third aspect of the invention, in addition to the effects of the first and second aspects of the invention, the missing color can be restored without newly using a complicated device configuration. Like
【図1】複数の変倍画像から撮像素子の解像度を越える
高解像度の画像を生成する方法を説明するための図であ
る。FIG. 1 is a diagram for explaining a method of generating a high-resolution image exceeding the resolution of an image sensor from a plurality of scaled images.
【図2】変倍によるサンプリング点の変化の規則性を利
用して高解像度化を行なう場合の方法を説明するための
図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a method in the case of achieving high resolution by utilizing the regularity of changes in sampling points due to scaling.
【図3】ベイヤー配列のCCDを用いた場合の変倍画像
間のサンプリング関係の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a sampling relationship between scaled images when a CCD with a Bayer array is used.
【図4】変倍率の組み合わせによる解像度パターンの変
化の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a change in resolution pattern due to a combination of scaling factors.
【図5】本発明の第1実施形態の構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of the first embodiment of the present invention.
【図6】図5に示す画像合成部の詳細な構成図である。FIG. 6 is a detailed configuration diagram of an image combining unit shown in FIG.
【図7】本発明の第2実施形態の構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram of a second embodiment of the present invention.
【図8】図7に示す画像合成部の構成図である。8 is a configuration diagram of an image composition unit shown in FIG. 7. FIG.
【図9】共通サンプリング行列の冗長性を除去する工程
を示すフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart showing a process of removing redundancy of a common sampling matrix.
【図10】簡単化された共通サンプリング行列から解像
度パターンを求めるフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart for obtaining a resolution pattern from a simplified common sampling matrix.
【図11】本発明の第3実施形態の構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram of a third embodiment of the present invention.
【図12】図11に示す画像合成部の構成図である。12 is a configuration diagram of an image composition unit shown in FIG.
【図13】位置ずれによるサンプリング間隔のずれの影
響を説明するための図である(ずれの影響を吸収できる
場合)。FIG. 13 is a diagram for explaining the influence of the deviation of the sampling interval due to the position deviation (when the effect of the deviation can be absorbed).
【図14】位置ずれによるサンプリング間隔のずれの影
響を説明するための図である(ずれの影響を吸収できな
い場合)。FIG. 14 is a diagram for explaining the influence of the deviation of the sampling interval due to the position deviation (when the effect of the deviation cannot be absorbed).
301…対物レンズ、302…レボルバー、303…接
眼レンズ、304…レボルバー・ピント駆動部、305
…RGBベイヤー配列のCCD、306…CCDドライ
バ、307…色分離S/H、308…A/D変換部、3
09…システムバス、310…制御部、311…画像保
持RAM、312…画像合成部、313…外部端子、3
14…顕微鏡部、315…本体。301 ... Objective lens, 302 ... Revolver, 303 ... Eyepiece lens, 304 ... Revolver / focus drive unit, 305
... RGB Bayer array CCD, 306 ... CCD driver, 307 ... Color separation S / H, 308 ... A / D converter, 3
09 ... System bus, 310 ... Control section, 311 ... Image holding RAM, 312 ... Image combining section, 313 ... External terminal, 3
14 ... Microscope section, 315 ... Main body.
Claims (3)
する結像変倍手段と、 この結像変倍手段によって変倍して得られた同一被写体
についての複数の変倍画像を各々電気信号に変換する撮
像手段と、 この撮像手段によって各々電気信号に変換された前記複
数の変倍画像を記憶する画像記憶手段と、 この画像記憶手段に記憶された前記複数の変倍画像を合
成して、前記複数の異なる変倍率のうち最も高い倍率で
得られた変倍画像よりも高解像度の画像を生成する画像
合成手段と、 を具備することを特徴とする静止画像撮像装置。1. An image-forming variable magnification means for forming an image of the same subject at a plurality of different magnification-change ratios, and a plurality of variable-magnification images of the same object obtained by changing the magnification by the image-forming magnification change means. Image pickup means for converting into a signal, image storage means for storing the plurality of scaled images each converted into an electric signal by the image pickup means, and the plurality of scaled images stored in the image storage means And a image synthesizing unit for generating an image having a higher resolution than the scaled image obtained at the highest scale factor among the plurality of different scale factors, and a still image capturing apparatus.
画像と、他の変倍画像との間の相対倍率が、これら両変
倍画像のサンプリング点が完全には一致しないような所
定の有理数になるように、前記結像変倍手段を制御する
変倍率制御手段と、 この変倍率制御手段の制御の基に得られた複数の変倍画
像の画素値と、前記最も高い倍率で得られた変倍画像よ
りも高解像度の画像の画素値とを対応付ける対応付け手
段と、 この対応付け手段による対応付けに基づいて、前記最も
高い倍率で得られた変倍画像よりも高解像度の画像を復
元する画像復元手段と、 をさらに具備することを特徴とする請求項1記載の静止
画像撮像装置。2. The image synthesizing means calculates a relative magnification between a magnified image obtained at the highest magnification among the plurality of magnified images and another magnified image of these magnified images. Magnification control means for controlling the image-magnification variability means so that the sampling points do not have a predetermined rational number, and a plurality of magnification variability values obtained under the control of the variability control means. An associating unit that associates the pixel value of the image with the pixel value of the image having a higher resolution than the scaled image obtained at the highest magnification, and based on the association by the associating unit, at the highest magnification. The still image capturing apparatus according to claim 1, further comprising: an image restoration unit that restores an image having a higher resolution than the obtained scaled image.
を有し、前記所定の有理数は整数分の1であることを特
徴とする請求項2記載の静止画像撮像装置。3. The still image pickup device according to claim 2, wherein the image pickup means has a color mosaic filter, and the predetermined rational number is a fraction of an integer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01889196A JP3907729B2 (en) | 1996-02-05 | 1996-02-05 | Still image pickup device |
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPH09214988A true JPH09214988A (en) | 1997-08-15 |
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