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先日のスレッドは、皆さんにご迷惑をおかけしました。
なんか酷いことになってしまったので、改めて言いたいことを書いておしまいとします。
今回は冷静になってクールにいきます。揚げ足取りなレスは、完全にスルーしますので悪しからずご了承ください。
フーリエ解析などから導かれた式は、僕自身が良く理解していないのでご了承ください。そのため、今回はリンクもつけましたので、疑問がある際はそちらを参照してください。
また、話の前提を記します。
１．基本的にライカ判、35mmフルサイズに限定します。
２．なるべくイオス及びキャノンと関係のある記述とします。
■キャノンのベイヤー配列の謎
前回のスレッドで、
「ベイヤー配列では、緑の空間周波数が青と赤より２倍高いのにもかかわらず、赤と青も緑と同様の空間周波数と考えて良い」と記しました。
その説明については、非常に難しく私には説明は困難とも記しました。
今回は根拠となったリンクを貼りますので参照してください。
ベイヤーフィルターアレイは、コダックに勤めていたベイヤー氏の特許の切れた８０年代から日本の企業で採用され始めたと聞いています。単純なアベレージ法によるデモザイキングでは、G画素以外の色は空間周波数が2倍低いので必ずモアレが発生して酷い画像となってしまいます。それで企業は必死になってそこを改善しているようですが、さすがにロジックは詳細は公開されていません。
企業と違って大学の研究は詳細が公開されていますので、そこからそのあらましを推測することができます。テキサスのコーネル大学の論文は、比較的分かりやすい方なのでリンクを貼ります。
http://dsplab.ece.cornell.edu/papers/journal/DemosaicORrevisionFinal.pdf
http://dsplab.ece.cornell.edu/papers/conference/sip_02_6.pdf
これを読むと、デモザイクのロジックが画素の廻りの状況を判断しながら像のアウトラインを判断しつつ反復計算しているのがわかります。3×3の範囲どころかもっと広い範囲のベクターを調べながら計算をしていることが判ると思います。
下の論文ではローパスフィルターの副作用を取り除くアルゴリズムが研究されています。
http://www.joem.or.jp/img/k_di_06-1-2.pdf
http://www.hbf.or.jp/grants/pdf/g/14-g-saitou.pdf
キャノンにも独自のロジックとプログラムがあるはずですが、私はまだ探し出せていません。前回の記述で詳細には書きませんでしたが、キャノンのベイヤー補間回路から最終的な色出力するロジックの概要を貼ります。これはキャノンの特許出願の開示資料の抜粋です。ここでは、BとRの補間回路はパッケージになっていて記述されていません。
１． レンズ系を通った光は色収差が存在するため、固体撮像素子の配列が等間隔であっても、実質的にはカラーフィルタの色に依存してサンプリングがずれてしまい、モアレが発生していた。
２． (特許には)ＯｕｔｏｆＧｒｅｅｎ輝度回路、ＳｗｉｃｈＹ輝度回路、混合比率変更回路、輝度混合回路を有する。
３． ＣＣＤの各カラーフィルタ位置に対応して、Ｒ、Ｂ、Ｇの各信号を独立に処理するために、Ｒ補間回路、Ｂ補間回路、Ｇ補間回路を備える。例えば、Ｒ信号を処理する場合には、Ｒ以外の画素に挿入しておき、水平、垂直方向それぞれに［１ ２ １］の係数を持つＬＰＦを適用してＧ信号、Ｂ信号に関しても同様に処理し、乗算回路および加算回路により次式のように輝度信号Ｙを生成する。
Ｙ ＝ ０．３Ｒ ＋ ０．５９Ｇ ＋ ０．１１Ｂ
４． ＳｗｉｃｈＹ輝度回路により、例えば、従来技術で述べたＳｗｉｃｈＹ方式により輝度信号を作成する（ステップＳ）。なお、このＳｗｉｃｈＹ方式は、レッド（Ｒ）信号、グリーン（Ｇ）信号、ブルー（Ｂ）信号をそのまま輝度信号とみなす方式であり、実施形態で採用している原色ベイヤー配列の撮像素子の場合、輝度の色構成比は、Ｒ：Ｇ：Ｂ＝１：２：１である。
５． 画像の中心ではＳｗｉｔｃｈ Ｙ方式を採用し、画像の周辺ではＯｕｔｏｆＧｒｅｅｎ方式を採用し、中間ではＳｗｉｔｃｈ Ｙ方式とＯｕｔｏｆＧｒｅｅｎ方式の両方を採用する。
６． Ｓｗｉｔｃｈ Ｙ方式により得られる輝度信号は、従来例で述べたように、画像の周辺においてモアレが顕著に発生してしまう。一方、ＯｕｔｏｆＧｒｅｅｎ方式による輝度信号は、後述するようにＧ信号を中心に輝度信号を構成するため、色収差によりＧ信号に対してＲ信号およびＢ信号のサンプリングの位置がずれたとしても、その影響を受けにくい。しかし、ＯｕｔｏｆＧｒｅｅｎ方式はＳｗｉｔｃｈ Ｙ方式に比べＣＣＤの画素を約半分しか利用していないことになるため、画像の中心ではＳｗｉｔｃｈ Ｙ方式を利用した方が有利である。
７． まず、画素位置検出回路により処理している画素位置（ｘ，ｙ）を検出する。次に、距離演算回路により画像中心（ｘｃ，ｙｃ）からの距離を演算する。
８． 次に、混合比率演算回路において、距離ｄにより混合比率ｒを演算する。例えば、画像中心から最も距離の離れた画素位置までの距離をＤｍａｘとすると、
ｒ ＝ ｄ／Ｄｍａｘ
のように演算する。このようにすると、中心付近では混合比率ｒが０となり、周辺で１となる。
９． また、距離ｄと混合比率ｒの関係を成しておき、テーブル変換によって距離ｄから混合比率ｒを求めるように構成してもよい。輝度混合回路では、上記混合比率ｒを用いて、輝度信号１と輝度信号２を次式（５）のように混合して混合輝度信号Ｙｍｉｘを得る。なお、式（５）において、輝度信号１はＹ１、輝度信号２はＹ２、比率ｒは輝度信号１の混合比率を示すものとする。従って、輝度信号２の混合比率は（１−ｒ）により表される。
Ｙｍｉｘ ＝ ｒＹ１ ＋ （１−ｒ）Ｙ２
ベイヤー配列からの元画像復元はたぶんもっとさまざまな問題点を解決しつつ改良されていくものと思います。ともあれ、ベイヤーアレイの各色ごとの空間周波数は、このロジックにより緑の配列と同じものとして扱うことが可能となりました。
図は、論文にあった赤色補間するときにアルゴリズムが参照とする領域の絵です。1画素の近傍の周りだけから求めるということはやっていません。 |