JP2014203162A - Inclination angle estimation device, mtf measuring apparatus, inclination angle estimation program and mtf measurement program - Google Patents

Inclination angle estimation device, mtf measuring apparatus, inclination angle estimation program and mtf measurement program Download PDF

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Tatsuhiro Tajima
達裕 田嶋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inclination angle estimation device which estimates an inclination angle of a knife edge with high accuracy.SOLUTION: An inclination angle estimation device 1 comprises: Fourier transform means 121 for performing two-dimensional discrete Fourier transform of a knife edge image; spatial frequency component detection means 122 which, for every one space frequency component fx, detects the other spatial frequency component fy for giving the maximum amplitude by using data on a spatial frequency area; and angle estimation means 13 for calculating an angle θ to fit to a formula (1) which is an equation of a straight line for a detected set of (fx,Fy(fx)), and estimates that an extension direction of the knife edge image is an angle to be formed with a direction of the other spatial frequency. Here, the formula (1) shows 0=fx×cosθ+Fy(fx)×sinθ, and Fy(fx) shows the other spatial frequency component fy to give the maximum amplitude in one spatial frequency component fx.

Description

本発明は、図形の傾斜角を推定する傾斜角推定装置、傾斜角推定装置により推定された傾斜角を利用して撮像手段についてのMTFを測定するMTF測定装置及びこれらの装置を実現するプログラムに関する。   The present invention relates to a tilt angle estimation device that estimates the tilt angle of a figure, an MTF measurement device that measures MTF of an imaging means using the tilt angle estimated by the tilt angle estimation device, and a program that implements these devices. .

スキャナやデジタルカメラ、撮像レンズなどの撮像系の品質評価を行うための代表的な指標として、空間周波数に対する振幅伝達特性を表わすMTF(Modulation Transfer Function)が用いられてきた。MTF測定方法として、水平又は垂直から傾斜した辺を有する図形が含まれるMTF測定用チャートを撮像したナイフエッジ画像を用いる方法であるSlanted-edge法(以下、適宜に「エッジ法」という)がある(例えば、非特許文献1、特許文献1参照)。
このエッジ法では、MTF算出の過程でナイフエッジ画像の傾斜角が用いられる。
An MTF (Modulation Transfer Function) representing an amplitude transfer characteristic with respect to a spatial frequency has been used as a representative index for evaluating the quality of an imaging system such as a scanner, a digital camera, and an imaging lens. As an MTF measurement method, there is a Slanted-edge method (hereinafter referred to as an “edge method” as appropriate), which is a method using a knife edge image obtained by imaging an MTF measurement chart including a figure having a side inclined from horizontal or vertical. (For example, refer nonpatent literature 1 and patent literature 1).
In this edge method, the inclination angle of the knife edge image is used in the MTF calculation process.

また、一般の画像について、直線等の図形を自動的に検出する方法として、ハフ変換が知られている(例えば、非特許文献2参照)。具体的には、撮像した画像に対して図形の輪郭抽出処理を行い、抽出した輪郭を構成する画素についてハフ変換を適用して直線を検出するものである。ここで、ハフ変換による直線の検出結果として、その直線の傾斜角(勾配)を得ることができる。   Further, Hough transform is known as a method for automatically detecting a figure such as a straight line for a general image (for example, see Non-Patent Document 2). Specifically, a contour extraction process of a figure is performed on a captured image, and a straight line is detected by applying a Hough transform to pixels constituting the extracted contour. Here, the inclination angle (gradient) of the straight line can be obtained as a detection result of the straight line by the Hough transform.

特許第4092853号公報Japanese Patent No. 4092853

ISO 12233:2000,”Photography - Electronic still-picture cameras - Resolution measurements.”ISO 12233: 2000, ”Photography-Electronic still-picture cameras-Resolution measurements.” Duda,R.O. and Hart,P.E,”Use of the Hough Transformation to Detect Lines and Curves in Pictures”,Comm.ACM,Vol.15,pp.11-15,Jan,1972Duda, R.O. and Hart, P.E, “Use of the Hough Transformation to Detect Lines and Curves in Pictures”, Comm. ACM, Vol. 15, pp. 11-15, Jan, 1972

従来、ハフ変換を用いた手法や、線形回帰法などによりフィッティングする手法による傾斜角の推定においては、前記したように処理の初期段階として図形の輪郭抽出処理を行っている。この処理は画像中のノイズ要因に強く影響されるため、従来の手法ではナイフエッジ画像の傾斜角を高精度に推定できないことがあった。   Conventionally, in the estimation of the inclination angle by the method using the Hough transform or the method of fitting by the linear regression method or the like, the contour extraction processing of the figure is performed as the initial stage of the processing as described above. Since this processing is strongly influenced by noise factors in the image, the conventional method sometimes cannot estimate the inclination angle of the knife edge image with high accuracy.

また、エッジ法によるMTF測定では、その測定精度にエッジ画像の傾斜角の推定精度が大きく影響する。ここで、図10及び図11を参照して、その例について説明する。
なお、図10は、従来のエッジ法によるMTF測定において、ナイフエッジ傾斜角の推定値の偏差がMTF測定値に与える影響をシミュレーションした結果を示す図であり、(a)は真の傾斜角が1度の場合、(b)は真の傾斜角が5度の場合を示す。なお、図10において、横軸は空間周波数、縦軸はMTF値を示し、空間周波数=0.5がナイキスト周波数である。
In the MTF measurement by the edge method, the estimation accuracy of the inclination angle of the edge image greatly affects the measurement accuracy. Here, an example will be described with reference to FIGS.
FIG. 10 is a diagram showing the result of simulating the influence of the deviation of the estimated value of the knife edge inclination angle on the MTF measurement value in the MTF measurement by the conventional edge method, and (a) shows the true inclination angle. In the case of 1 degree, (b) shows the case where the true inclination angle is 5 degrees. In FIG. 10, the horizontal axis represents the spatial frequency, the vertical axis represents the MTF value, and the spatial frequency = 0.5 is the Nyquist frequency.

図10(a)及び図10(b)において、太い実線で示したMTF特性が、傾斜角の偏差(すなわち、誤差)が「0」の場合、すなわち真のMTF特性を示すものである。これに対して、誤差として±0.1度(破線及び一点鎖線)及び±0.5度(細い破線及び二点鎖線)だけ偏差した場合のMTF特性は、真のMTF特性から大きく外れており、僅か±0.1度の誤差であっても、MTF測定値に大きく影響することが分かる。   10 (a) and 10 (b), the MTF characteristic indicated by the thick solid line shows the true MTF characteristic when the deviation (ie, error) of the tilt angle is “0”. On the other hand, the MTF characteristics when the error deviates by ± 0.1 degrees (dashed line and alternate long and short dash line) and ± 0.5 degrees (thin broken line and alternate long and two short dashes line) are significantly different from the true MTF characteristic. It can be seen that even an error of only ± 0.1 degrees greatly affects the MTF measurement value.

また、図11は、従来のエッジ法によるMTF測定において、ナイフエッジ傾斜角の推定誤差がナイキスト周波数におけるMTF測定値に与える影響をシミュレーションした結果を示す図である。図11において、横軸が推定誤差である偏差を示し、縦軸がMTF値を示す。また、真の傾斜角が5度の場合を実線で、1度の場合を破線で示している。
図11に示すように、偏差が「0」の場合はMTF値が約「0.9」であり、偏差の絶対値の増加とともに、急激にMTF値が低下することがわかる。なお、偏差「0」のときのMTF値が「1」よりも小さいのは、アパーチャ開口が有限の値を有しているとしているためである。
このように、エッジ法によりMTFを精度よく測定するには、高精度にナイフエッジの傾斜角を推定することが必要である。
FIG. 11 is a diagram showing the result of simulating the influence of the knife edge inclination angle estimation error on the MTF measurement value at the Nyquist frequency in the conventional MTF measurement by the edge method. In FIG. 11, the horizontal axis indicates a deviation that is an estimation error, and the vertical axis indicates an MTF value. Further, a solid line indicates a case where the true inclination angle is 5 degrees, and a broken line indicates a case where the true inclination angle is 1 degree.
As shown in FIG. 11, when the deviation is “0”, the MTF value is about “0.9”, and it can be seen that the MTF value rapidly decreases as the absolute value of the deviation increases. Note that the MTF value when the deviation is “0” is smaller than “1” because the aperture opening has a finite value.
Thus, in order to accurately measure the MTF by the edge method, it is necessary to estimate the inclination angle of the knife edge with high accuracy.

本発明は、かかる問題に鑑みて創案されたものであり、高精度にナイフエッジの傾斜角を推定する傾斜角推定装置及びそのプログラムを提供することを課題とする。
また、本発明は、前記した傾斜角推定装置によって推定されたナイフエッジの傾斜角を用いて、Slanted-edge法によりMTF測定を行うMTF測定装置及びそのプログラムを提供することを他の課題とする。
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide an inclination angle estimation apparatus and program for estimating the inclination angle of a knife edge with high accuracy.
Another object of the present invention is to provide an MTF measuring apparatus that performs MTF measurement by the Slanted-edge method using the inclination angle of the knife edge estimated by the above-described inclination angle estimating apparatus, and a program therefor. .

前記した課題を解決するために、本発明に係る傾斜角推定装置は、ナイフエッジ画像について、前記ナイフエッジの傾斜角を推定する傾斜角推定装置であって、フーリエ変換手段と、空間周波数成分検出手段と、角度推定手段とを備えることとした。   In order to solve the above-described problem, an inclination angle estimation apparatus according to the present invention is an inclination angle estimation apparatus that estimates an inclination angle of the knife edge with respect to a knife edge image, and includes a Fourier transform unit and spatial frequency component detection. Means and angle estimation means.

かかる構成によれば、傾斜角推定装置は、フーリエ変換手段によって、前記ナイフエッジ画像を2次元離散フーリエ変換することにより空間周波数領域のデータに変換する。また、傾斜角推定装置は、空間周波数成分検出手段によって、前記空間周波数領域のデータについて、一方の空間周波数成分fx毎に、最大振幅を与える他方の空間周波数成分fyを検出する。そして、傾斜角推定装置は、角度推定手段によって、前記空間周波数成分検出手段により検出された(fx,fy)の組について、直線の方程式である式(1)にフィットする角度θを算出して、前記ナイフエッジの延伸方向が前記他方の空間周波数の方向と成す角度であると推定する。すなわち、前記ナイフエッジの傾斜角が、前記他方の空間周波数の方向であるy軸方向と成す角度として推定される。
0=fx・cosθ+Fy(fx)・sinθ …式(1)
但し、式(1)において、Fy(fx)は前記一方の空間周波数成分fxにおいて最大振幅を与える前記他方の空間周波数成分fyを示し、θは0度以上180度未満の、式(1)で表わされる直線が前記一方の空間周波数軸と成す角度である。
According to such a configuration, the tilt angle estimation device converts the knife edge image into data in the spatial frequency domain by performing a two-dimensional discrete Fourier transform on the Fourier transform means. In addition, the inclination angle estimation device detects the other spatial frequency component fy giving the maximum amplitude for each spatial frequency component fx in the spatial frequency domain data by the spatial frequency component detection means. Then, the inclination angle estimation device calculates an angle θ that fits the equation (1), which is a linear equation, for the set of (fx, fy) detected by the spatial frequency component detection unit by the angle estimation unit. , It is estimated that the extending direction of the knife edge is an angle formed with the direction of the other spatial frequency. That is, the inclination angle of the knife edge is estimated as an angle formed with the y-axis direction that is the direction of the other spatial frequency.
0 = fx · cos θ + Fy (fx) · sin θ (1)
However, in Formula (1), Fy (fx) indicates the other spatial frequency component fy that gives the maximum amplitude in the one spatial frequency component fx, and θ is 0 degree or more and less than 180 degrees in Formula (1). The straight line represented is an angle formed with the one spatial frequency axis.

また、本発明に係る傾斜角推定装置は、更に画像調製手段を有するようにしてもよい。
かかる構成によれば、傾斜角推定装置は、画像調製手段によって、前記ナイフエッジ画像の点対称画像を生成し、前記ナイフエッジ画像の一の辺と当該一の辺に対応する前記点対称画像の辺とが接するように、前記ナイフエッジ画像と前記点対称画像とを合成した合成ナイフエッジ画像を生成する。そして、傾斜角推定装置は、前記フーリエ変換手段によって、前記ナイフエッジ画像に代えて、前記合成ナイフエッジ画像を2次元離散フーリエ変換することにより空間周波数領域のデータに変換する。
これによって、2次元離散フーリエ変換した際に、ナイフエッジ画像の両端におけるエッジ成分の混入によるアーティファクトを避けることができる。
In addition, the tilt angle estimation apparatus according to the present invention may further include image preparation means.
According to such a configuration, the tilt angle estimation device generates a point-symmetric image of the knife edge image by the image preparation unit, and generates one side of the knife edge image and the point-symmetric image corresponding to the one side. A combined knife edge image is generated by combining the knife edge image and the point-symmetric image so that the sides are in contact with each other. Then, the tilt angle estimation device converts the synthesized knife edge image into the data of the spatial frequency domain by performing the two-dimensional discrete Fourier transform on the synthetic knife edge image instead of the knife edge image by the Fourier transform unit.
As a result, when two-dimensional discrete Fourier transform is performed, artifacts due to mixing of edge components at both ends of the knife edge image can be avoided.

また、本発明に係る傾斜角推定装置は、前記角度推定手段は、式(2)で示される評価式の値Jが最小となるθを、前記ナイフエッジの傾斜角であると推定することが好ましい。
J=Σ|fx・cosθ+Fy(fy)・sinθ| …式(2)
但し、式(2)において、Σは複数の空間周波数成分fxについて右式の和を算出することを示し、pは正の実数を示す。
かかる構成によれば、傾斜角推定装置は、角度推定手段によって、精度よく傾斜角を推定することができる。
In the tilt angle estimation apparatus according to the present invention, the angle estimation means may estimate that θ that minimizes the value J of the evaluation formula shown in Formula (2) is the tilt angle of the knife edge. preferable.
J = Σ | fx · cos θ + Fy (fy) · sin θ | p (2)
However, in Formula (2), (SIGMA) shows that the sum of the right type is calculated about several spatial frequency component fx, and p shows a positive real number.
According to such a configuration, the tilt angle estimation apparatus can accurately estimate the tilt angle by the angle estimation means.

また、本発明に係る傾斜角推定装置は、前記式(2)において、pが2未満であることが好ましい。
かかる構成によれば、傾斜角推定装置は、角度推定手段によって、ノイズレベルの変化に対して頑健に傾斜角を推定することができる。
In the tilt angle estimation apparatus according to the present invention, p is preferably less than 2 in the formula (2).
According to such a configuration, the tilt angle estimation device can estimate the tilt angle robustly against a change in noise level by the angle estimation means.

また、本発明に係るMTF測定装置は、画像抽出手段と、傾斜角推定手段と、エッジ拡がり関数算出手段と、MTF算出手段とを備え、前記傾斜角推定手段として、本発明に係る傾斜角推定装置を用いて構成した。   The MTF measurement apparatus according to the present invention includes an image extraction unit, a tilt angle estimation unit, an edge spread function calculation unit, and an MTF calculation unit, and the tilt angle estimation unit according to the present invention is used as the tilt angle estimation unit. The device was configured.

かかる構成によれば、MTF測定装置は、画像抽出手段によって、撮像手段により撮像されたナイフエッジチャートの画像から、ナイフエッジ画像を抽出する。また、MTF測定装置は、傾斜角推定手段によって、前記ナイフエッジ画像について、ナイフエッジの傾斜角を推定する。また、MTF測定装置は、エッジ拡がり関数算出手段によって、前記推定された傾斜角の方向に各画素を投影し、当該ナイフエッジの傾斜に直交する次元に関する画像値の分布であるエッジ広がり関数を算出する。そして、MTF測定装置は、MTF算出手段によって、前記エッジ広がり関数を微分し、更に離散フーリエ変換することにより、MTFを算出する。
これによって、MTF測定装置は、傾斜角推定手段によって高精度に推定されたナイフエッジの傾斜角を用いて、MTFを高精度に算出することができる。
According to this configuration, the MTF measurement device extracts the knife edge image from the image of the knife edge chart imaged by the imaging unit by the image extraction unit. Further, the MTF measuring apparatus estimates the inclination angle of the knife edge for the knife edge image by the inclination angle estimation means. In addition, the MTF measuring apparatus projects each pixel in the direction of the estimated inclination angle by the edge extension function calculation means, and calculates an edge spread function that is a distribution of image values relating to a dimension orthogonal to the inclination of the knife edge. To do. Then, the MTF measuring device calculates the MTF by differentiating the edge spread function by MTF calculating means and further performing discrete Fourier transform.
As a result, the MTF measuring apparatus can calculate the MTF with high accuracy using the inclination angle of the knife edge estimated with high accuracy by the inclination angle estimation means.

また、本発明に係る傾斜角推定装置及びMTF測定装置は、CPU(Central Processing Unit)、記憶手段(例えば、メモリ、ハードディスク)等のハードウェア資源を備えるコンピュータを、前記した各手段として協調動作させるための、それぞれ傾斜角推定プログラム及びMTF測定プログラムによって実現することもできる。このプログラムは、通信回線を介して配布してもよく、光ディスクや磁気ディスク、フラッシュメモリ等の記録媒体に書き込んで配布してもよい。   In addition, the tilt angle estimation device and the MTF measurement device according to the present invention cause a computer including hardware resources such as a CPU (Central Processing Unit) and storage means (for example, a memory and a hard disk) to operate cooperatively as the above-described means. Therefore, it can be realized by an inclination angle estimation program and an MTF measurement program, respectively. This program may be distributed through a communication line, or may be distributed by writing in a recording medium such as an optical disk, a magnetic disk, or a flash memory.

本発明によれば、ナイフエッジ画像について空間周波数領域におけるフィッティングを行うことにより傾斜角を推定するため、ノイズが重畳された画像であっても頑健で高精度に傾斜角を推定することができる。
また、本発明によれば、頑健で高精度に推定されたナイフエッジの傾斜角を用いて、Slanted-edge法によるMTF測定を行うため、高精度にMTFを算出することができる。
According to the present invention, since the tilt angle is estimated by performing fitting in the spatial frequency domain on the knife edge image, the tilt angle can be estimated robustly and with high accuracy even for an image on which noise is superimposed.
Further, according to the present invention, since the MTF measurement by the Slanted-edge method is performed using the inclination angle of the knife edge that is robust and estimated with high accuracy, the MTF can be calculated with high accuracy.

本発明の第1実施形態に係る傾斜角推定装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the inclination-angle estimation apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係る傾斜角推定装置において用いられる画像の例を示し、(a)は撮像画像からナイフエッジ画像を抽出し傾斜角推定用画像を調整する様子を示し、(b)は調製したナイフエッジ画像を示し、(c)は(b)のナイフエッジ画像のパワースペクトルを示し、(d)は検出点を示す。The example of the image used in the inclination-angle estimation apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention is shown, (a) shows a mode that a knife edge image is extracted from a captured image and the image for inclination-angle estimation is adjusted, (b) Shows the prepared knife edge image, (c) shows the power spectrum of the knife edge image of (b), and (d) shows the detection points. 本発明の第1実施形態に係る傾斜角推定装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the inclination-angle estimation apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. ノイズを重畳した種々の傾斜角のナイフエッジ画像について、発明法及び従来法により傾斜角を推定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having estimated the inclination angle by the invention method and the conventional method about the knife edge image of various inclination angles on which noise was superimposed. ノイズレベルを変えて重畳したナイフエッジ画像について、発明法及び従来法により傾斜角を推定した結果を示す図であり、(a)は傾斜角が1度の場合、(b)は傾斜角が5度の場合である。It is a figure which shows the result of having estimated the inclination angle by the invention method and the conventional method about the knife edge image superimposed by changing a noise level, (a) is an inclination angle of 1 degree, (b) is an inclination angle of 5 Is the case of degrees. 本発明の第1実施形態に係る傾斜角推定装置において、傾斜角の推定値を評価するための評価式のp値と推定誤差との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the p value of the evaluation formula for evaluating the estimated value of an inclination angle, and an estimation error in the inclination angle estimation apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係るMTF測定装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the MTF measuring apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係るMTF測定装置におけるエッジ拡がり関数の算出処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation process of the edge spread function in the MTF measuring apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係るMTF測定装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the MTF measuring apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 従来のSlanted-edge法によるMTF測定法において、ナイフエッジ傾斜角の推定誤差がMTF測定値に与える影響をシミュレーションした結果を示す図であり、(a)は真の傾斜角が1度の場合、(b)は真の傾斜角が5度の場合を示す。It is a figure which shows the result of having simulated the influence which the estimation error of a knife edge inclination angle has on the MTF measurement value in the MTF measurement method by the conventional Slanted-edge method, (a) (B) shows the case where the true inclination angle is 5 degrees. 従来のSlanted-edge法によるMTF測定法において、ナイフエッジ傾斜角の推定誤差がナイキスト周波数におけるMTF測定値に与える影響をシミュレーションした結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having simulated the influence which the estimation error of a knife edge inclination angle has on the MTF measurement value in a Nyquist frequency in the MTF measurement method by the conventional Slanted-edge method.

以下、本発明の実施形態について、適宜に図面を参照して詳細に説明する。
<第1実施形態>
[傾斜角推定装置の構成]
まず、第1実施形態に係る傾斜角推定装置の構成について、図1及び図2を参照して説明する。
第1実施形態に係る傾斜角推定装置1は、外部の撮像手段などから入力したナイフエッジ画像を2次元離散フーリエ変換処理によって空間周波数領域のデータに変換し、空間周波数領域において頑健なフィッティングを行うことにより、当該ナイフエッジの傾斜角を推定するものである。空間周波数領域でのフィッティングについては、各部の構成とともに順次説明する。
図1に示すように、本実施形態に係る傾斜角推定装置1は、画像調製手段11と、周波数スペクトル算出手段12と、角度推定手段13とを備えて構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
<First Embodiment>
[Configuration of tilt angle estimation device]
First, the configuration of the tilt angle estimation apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
The tilt angle estimation device 1 according to the first embodiment converts a knife edge image input from an external imaging means or the like into spatial frequency domain data by two-dimensional discrete Fourier transform processing, and performs robust fitting in the spatial frequency domain. Thus, the inclination angle of the knife edge is estimated. The fitting in the spatial frequency domain will be sequentially described together with the configuration of each part.
As shown in FIG. 1, the tilt angle estimation apparatus 1 according to this embodiment includes an image preparation unit 11, a frequency spectrum calculation unit 12, and an angle estimation unit 13.

画像調製手段11は、ナイフエッジ画像G2を入力し、傾斜角推定用の画像G4を調製するものである。このために、画像調製手段11は、画像変換手段111と、画像合成手段112と、画像記憶手段113とを備えている。   The image preparation means 11 inputs the knife edge image G2 and prepares an image G4 for estimating the tilt angle. For this purpose, the image preparation unit 11 includes an image conversion unit 111, an image composition unit 112, and an image storage unit 113.

画像変換手段111は、図2(a)に示すように、外部のカメラなどの撮像手段で撮像された画像G1から抽出されたナイフエッジ画像G2を入力し、入力したナイフエッジ画像G2を、ナイフエッジの延伸方向に沿った一方の辺の中点(図2(a)及び図2(b)においてナイフエッジ画像G2の右辺に×印で示した点)を点対称移動の中心点として、点対称移動変換した画像(点対称画像)G3を生成する。画像変換手段111は、生成した画像G3を画像合成手段112に出力する。
なお、本実施形態では、点対称移動の中心点をナイフエッジ画像G2の右辺の中点として画像G3を生成するようにしたが、これに限定されるものではなく、任意の点を点対称移動の中心点として画像G3を生成することができる。
As shown in FIG. 2A, the image conversion unit 111 inputs a knife edge image G2 extracted from an image G1 captured by an imaging unit such as an external camera, and the input knife edge image G2 is converted into a knife. Using the midpoint of one side along the extending direction of the edge (the point indicated by x on the right side of the knife edge image G2 in FIGS. 2 (a) and 2 (b)) as the center point of point symmetry movement, An image (point-symmetric image) G3 subjected to symmetrical movement conversion is generated. The image conversion unit 111 outputs the generated image G3 to the image composition unit 112.
In the present embodiment, the image G3 is generated with the center point of point-symmetrical movement as the midpoint of the right side of the knife edge image G2. However, the present invention is not limited to this, and any point can be point-symmetrically moved. The image G3 can be generated as the center point of the.

画像合成手段112は、外部からナイフエッジ画像G2を、画像変換手段111から画像G3を、それぞれ入力し、画像G2の右辺と画像G3の左辺とが接するように画像G2と画像G3とを合成することで、図2(a)及び図2(b)に×印で示した画像中心に対して点対称な画像(合成ナイフエッジ画像)G4を生成する。画像合成手段112は、生成した画像G4を画像記憶手段113に記憶する。
なお、本実施形態では、ナイフエッジ画像G2と、その点対称画像である画像G3とを、ナイフエッジ画像G2の右辺と対応する画像G3の辺とが接するように合成したが、これに限定されるものではなく、ナイフエッジ画像G2の他の辺と当該他の辺に対応する画像G3の辺とが接するように合成してもよい。
The image synthesizing unit 112 inputs the knife edge image G2 from the outside and the image G3 from the image converting unit 111, and synthesizes the image G2 and the image G3 so that the right side of the image G2 and the left side of the image G3 are in contact with each other. As a result, an image (synthetic knife edge image) G4 that is point-symmetric with respect to the image center indicated by x in FIGS. 2A and 2B is generated. The image composition unit 112 stores the generated image G4 in the image storage unit 113.
In this embodiment, the knife edge image G2 and the image G3 that is a point-symmetric image thereof are combined so that the right side of the knife edge image G2 and the corresponding side of the image G3 are in contact with each other, but the present invention is not limited to this. Instead, the other edge of the knife edge image G2 and the edge of the image G3 corresponding to the other edge may be combined.

ここで、一方向に延伸するナイフエッジのみを有するナイフエッジ画像G2と、点対称移動変換した画像G3とを合成することにより、ナイフエッジ画像を2次元離散フーリエ変換した際に、画像の両端における垂直方向又は水平方向のエッジ成分の混入によるアーティファクトを避け、傾斜角の推定精度を高めることができる。
なお、図2(a)に示した撮像画像G1が、平行なナイフエッジが連続するバーコードチャートを撮像した画像である場合は、図2(b)に示すような画像領域を抽出して用いることができる。このため、図2(b)に示すような画像をナイフエッジ画像G2として入力する場合は、点対称移動した画像との合成処理は不要である。
Here, when the knife edge image is subjected to two-dimensional discrete Fourier transform by combining the knife edge image G2 having only the knife edge extending in one direction and the image G3 subjected to the point-symmetrical movement conversion, at both ends of the image. Artifacts due to mixing of edge components in the vertical direction or horizontal direction can be avoided, and the estimation accuracy of the tilt angle can be improved.
When the captured image G1 shown in FIG. 2A is an image obtained by capturing a barcode chart with continuous parallel knife edges, an image region as shown in FIG. 2B is extracted and used. be able to. For this reason, when an image as shown in FIG. 2B is input as the knife edge image G2, a composition process with an image moved point-symmetrically is unnecessary.

画像記憶手段113は、画像合成手段112から入力した画像G4を記憶するものである。画像記憶手段113に記憶した画像G4は、周波数スペクトル算出手段12によって参照される。   The image storage means 113 stores the image G4 input from the image composition means 112. The image G4 stored in the image storage unit 113 is referred to by the frequency spectrum calculation unit 12.

周波数スペクトル算出手段12は、画像調製手段11の画像記憶手段113から点対称にナイフエッジが合成された画像G4を入力し、空間周波数領域のデータに変換してナイフエッジ画像の構成に寄与する空間周波数成分を検出し、検出した空間周波数成分を角度推定手段13に出力するものである。
このために、周波数スペクトル算出手段12は、フーリエ変換手段121と、空間周波数成分検出手段122とを備えている。
The frequency spectrum calculation means 12 receives an image G4 in which knife edges are synthesized symmetrically from the image storage means 113 of the image preparation means 11 and converts them into spatial frequency domain data to contribute to the construction of the knife edge image. The frequency component is detected, and the detected spatial frequency component is output to the angle estimation means 13.
For this purpose, the frequency spectrum calculation unit 12 includes a Fourier transform unit 121 and a spatial frequency component detection unit 122.

フーリエ変換手段121は、画像記憶手段113から画像G4を入力し、入力した画像G4を2次元離散フーリエ変換処理により空間周波数領域のデータに変換する。図2(c)において、G5は、この2次元離散フーリエ変換のパワースペクトルを、パワーの大きさを画像の明暗(明るい方がパワーが大きい)で示したものである。なお、図2(c)において、直交する2本の空間周波数軸fx,fyの交点(原点)は、直流成分を示している。
フーリエ変換手段121は、画像G4をフーリエ変換したデータを空間周波数成分検出手段122に出力する。
The Fourier transform unit 121 receives the image G4 from the image storage unit 113, and converts the input image G4 into spatial frequency domain data by two-dimensional discrete Fourier transform processing. In FIG. 2C, G5 indicates the power spectrum of this two-dimensional discrete Fourier transform, indicating the magnitude of the power in the contrast of the image (brighter is greater in power). In FIG. 2C, the intersection (origin) of the two orthogonal spatial frequency axes fx and fy indicates a direct current component.
The Fourier transform unit 121 outputs data obtained by Fourier transforming the image G4 to the spatial frequency component detection unit 122.

空間周波数成分検出手段122は、フーリエ変換手段121から画像G4をフーリエ変換により空間周波数領域のデータに変換されたナイフエッジ画像を入力し、一方の空間周波数成分fx毎に、振幅が最大となる他方の空間周波数成分fyを検出する。
ここで、空間周波数成分fxにおいて、最大振幅を与えるfyを示す関数として、Fy(fx)を定義する。そして、空間周波数成分fxの成分数をNとすると、N個の点(fx,Fy(fx))が検出される。空間周波数成分検出手段122は、検出したN個の点(fx、Fy(fx))を、角度推定手段13に出力する。
なお、図2(d)において、これらの検出点を「●」で示している。
The spatial frequency component detection unit 122 receives a knife edge image obtained by converting the image G4 from the Fourier transform unit 121 into data in the spatial frequency domain by Fourier transform, and the other has the maximum amplitude for each spatial frequency component fx. The spatial frequency component fy is detected.
Here, in the spatial frequency component fx, Fy (fx) is defined as a function indicating fy giving the maximum amplitude. When the number of components of the spatial frequency component fx is N, N points (fx, Fy (fx)) are detected. The spatial frequency component detection unit 122 outputs the detected N points (fx, Fy (fx)) to the angle estimation unit 13.
In FIG. 2D, these detection points are indicated by “●”.

図2(b)に示すように、画像G4において、実空間領域における座標軸であるy軸とナイフエッジの延伸方向とが成す角度(ナイフエッジ傾斜角)をθとする。
このように、画像の一の辺の端部から対向する辺の端部まで延伸する1つのナイフエッジのみを含む画像を空間周波数領域のデータに変換すると、図2(c)に示すように、ナイフエッジの延伸方向に垂直な方向についての空間周波数成分が大きな振幅を有することになる。従って、前記したN個の検出点(fx,Fy(fx))は、図2(d)に示すように、空間周波数領域における座標軸であるfx軸と成す角度がθの直線上にプロットされる。
なお、図2(d)において、当該直線から外れた位置にプロットされている検出点は、ノイズなどの影響を受けている空間周波数成分である。
As shown in FIG. 2B, in the image G4, the angle (knife edge inclination angle) formed by the y-axis that is the coordinate axis in the real space region and the extending direction of the knife edge is defined as θ.
In this way, when an image including only one knife edge extending from the end of one side of the image to the end of the opposite side is converted into spatial frequency domain data, as shown in FIG. The spatial frequency component in the direction perpendicular to the extending direction of the knife edge has a large amplitude. Accordingly, the N detection points (fx, Fy (fx)) described above are plotted on a straight line whose angle formed with the fx axis, which is the coordinate axis in the spatial frequency domain, as shown in FIG. 2D. .
In FIG. 2D, detection points plotted at positions deviating from the straight line are spatial frequency components that are affected by noise or the like.

ここで、(fx,Fy(fx))がプロットされる直線は、式(1)で表される。
ρ=fx・cosθ+Fy(fx)・sinθ …式(1)
但し、式(1)において、ρは空間周波数領域における原点から式(1)で表される直線との距離を示し、θは0度以上180度未満の、式(1)で表わされる直線が前記一方の空間周波数軸と成す角度である。また、エッジが直線状に延伸するナイフエッジ画像の場合は、ρ=0となり、式(1)は原点を通る直線となる。
Here, the straight line on which (fx, Fy (fx)) is plotted is expressed by Expression (1).
ρ = fx · cos θ + Fy (fx) · sin θ (1)
However, in equation (1), ρ represents the distance from the origin in the spatial frequency domain to the straight line represented by equation (1), and θ is a straight line represented by equation (1) that is 0 degree or more and less than 180 degrees. An angle formed with the one spatial frequency axis. Further, in the case of a knife edge image in which the edge extends linearly, ρ = 0, and Equation (1) is a straight line passing through the origin.

なお、本実施形態では、x軸方向の空間周波数成分fx毎に、最大振幅を与えるy軸方向の空間周波数成分fyを検出するようにしたが、fxとfyとを入れ替えて、y軸方向の空間周波数成分fy毎に、最大振幅を与えるfxを検出するようにしてもよい。
また、水平方向に近い傾斜角を有するナイフエッジ画像G2を用いる場合は、画像G2を時計回り又は反時計回りに90度回転した画像に変換し、更に点対称移動変換した画像G3と合成して用いるようにしてもよい。これによって、以降の処理を垂直方向に近い傾斜角を有するナイフエッジ画像G2を用いる場合と同じ手順で行うことができる。
In the present embodiment, the spatial frequency component fy in the y-axis direction that gives the maximum amplitude is detected for each spatial frequency component fx in the x-axis direction. However, by replacing fx and fy, For each spatial frequency component fy, fx giving the maximum amplitude may be detected.
When a knife edge image G2 having an inclination angle close to the horizontal direction is used, the image G2 is converted into an image rotated 90 degrees clockwise or counterclockwise, and further combined with an image G3 subjected to point-symmetric movement conversion. You may make it use. Accordingly, the subsequent processing can be performed in the same procedure as when the knife edge image G2 having an inclination angle close to the vertical direction is used.

角度推定手段13は、周波数スペクトル算出手段12の空間周波数成分検出手段122からN個の検出点(fx、Fy(fx))を入力し、入力したこれらの検出点の集合が最もフィットする直線を算出して、当該算出した直線の勾配をナイフエッジ傾斜角、すなわちナイフエッジの延伸方向がy軸方向と成す角度であると推定するものである。
フィットする直線の算出方法は特に限定されるものではないが、以下に具体例を挙げて説明する。本例では、図1に示すように、角度推定手段13は、評価値算出手段131と傾斜角推定値更新手段132と傾斜角推定値記憶手段133とを備えている。
The angle estimation means 13 inputs N detection points (fx, Fy (fx)) from the spatial frequency component detection means 122 of the frequency spectrum calculation means 12 and calculates a straight line that best fits the set of these input detection points. By calculating, it is estimated that the calculated gradient of the straight line is a knife edge inclination angle, that is, an angle formed by the extending direction of the knife edge with the y-axis direction.
The method for calculating the straight line to be fitted is not particularly limited, but will be described below with a specific example. In this example, as shown in FIG. 1, the angle estimation means 13 includes an evaluation value calculation means 131, an inclination angle estimated value update means 132, and an inclination angle estimated value storage means 133.

評価値算出手段131は、周波数スペクトル算出手段12からN個の検出点(fx、Fy(fx))を入力し、入力したこれらの検出点について、式(2)で示される評価式の値である評価値Jを算出する。なお、評価値算出手段131は、傾斜角推定値記憶手段133に記憶されている傾斜角の推定値を式(2)におけるθの値として用いる。
J=Σ|fx・cosθ+Fy(fx)・sinθ| …式(2)
但し、式(2)において、Σは複数の空間周波数成分fxについての和を算出することを示し、pは正の実数を示す。
The evaluation value calculation means 131 receives N detection points (fx, Fy (fx)) from the frequency spectrum calculation means 12, and uses the value of the evaluation expression shown in the expression (2) for these input detection points. A certain evaluation value J is calculated. Note that the evaluation value calculation unit 131 uses the estimated value of the tilt angle stored in the tilt angle estimated value storage unit 133 as the value of θ in Equation (2).
J = Σ | fx · cos θ + Fy (fx) · sin θ | p (2)
However, in Formula (2), (SIGMA) shows calculating the sum about several spatial frequency component fx, and p shows a positive real number.

すなわち、評価値算出手段131は、検出点(fx,Fy(fx))の集合が、式(1)にフィットする度合いを評価するための評価値を式(2)によって算出するものである。
評価値算出手段131は、算出した評価値Jを傾斜角推定値更新手段132に出力する。
That is, the evaluation value calculation unit 131 calculates an evaluation value for evaluating the degree to which a set of detection points (fx, Fy (fx)) fits to the equation (1) by the equation (2).
The evaluation value calculation unit 131 outputs the calculated evaluation value J to the tilt angle estimated value update unit 132.

なお、式(2)を用いて評価値Jを算出する際に、すべての空間周波数成分fxについての検出点(fx,Fy(fx))を用いるようにしてもよいが、所定の空間周波数以下の空間周波数成分fxについての検出点を用いるようにしてもよい。ノイズの影響を受けやすい高周波成分を評価値Jの計算から除外することで、安定した精度で、より頑健に傾斜角を推定することができる。   Note that when calculating the evaluation value J using Equation (2), the detection points (fx, Fy (fx)) for all the spatial frequency components fx may be used, but below a predetermined spatial frequency. The detection points for the spatial frequency component fx may be used. By excluding high-frequency components that are easily affected by noise from the calculation of the evaluation value J, the tilt angle can be estimated more stably with stable accuracy.

式(2)において、p値は正の実数であれば限定されるものではないが、例えば、p=2の場合は、式(2)は最小二乗距離を基準とするフィッティングを行うこととなる。また、p<2、例えば、p=1、p=1/2とすることにより、検出点(fx、Fy(fx))の中のはずれ値の寄与を抑えた頑健なフィッティングを行うことができる。また、ナイフエッジ画像G2に重畳されているノイズの性質を予め調べ、ノイズの性質に応じて、適宜に最適なp値を選択するようにしてもよい。
なお、p値と傾斜角推定精度との関係の詳細については、後記する。
In Expression (2), the p value is not limited as long as it is a positive real number. For example, when p = 2, Expression (2) performs fitting based on the least square distance. . In addition, by setting p <2, for example, p = 1 and p = 1/2, it is possible to perform robust fitting while suppressing the contribution of outliers in the detection points (fx, Fy (fx)). . Further, the property of noise superimposed on the knife edge image G2 may be examined in advance, and an optimal p value may be selected as appropriate according to the property of noise.
Details of the relationship between the p value and the inclination angle estimation accuracy will be described later.

傾斜角推定値更新手段132は、評価値算出手段131から評価値Jを入力し、評価値Jがθに対して最小値となっているかどうかを判定する。評価値Jがθに対して最小値となっていない場合は、傾斜角推定値θを、評価値Jを最小化させるように逐次更新し、更新した傾斜角推定値θを傾斜角推定値記憶手段133に記憶する。
なお、傾斜角推定値の更新値の算出は、例えば、シンプレックス法を用いることができる。また、必要な精度よりも小さな差分量(例えば、0.001度)を加減することで更新するようにしてもよい。また、評価値が最小値となっているかどうかの判定は、前回の評価値Jとの変化量が所定の閾値より小さい場合に最小値になっていると判定するようにすることができる。
また、傾斜角推定値更新手段132が、評価値Jが最小値となっていると判定した場合は、傾斜角推定装置1は、そのときに傾斜角推定値記憶手段133に記憶されている傾斜角推定値をナイフエッジ画像の傾斜角の推定値として出力する。
The inclination angle estimated value updating unit 132 inputs the evaluation value J from the evaluation value calculating unit 131 and determines whether the evaluation value J is a minimum value with respect to θ. When the evaluation value J is not the minimum value with respect to θ, the tilt angle estimated value θ is sequentially updated so as to minimize the evaluation value J, and the updated tilt angle estimated value θ is stored as the tilt angle estimated value. Store in the means 133.
Note that, for example, a simplex method can be used to calculate the update value of the estimated tilt angle value. Further, the update may be performed by adding or subtracting a difference amount (for example, 0.001 degree) smaller than the required accuracy. Further, whether or not the evaluation value is the minimum value can be determined to be the minimum value when the amount of change from the previous evaluation value J is smaller than a predetermined threshold value.
When the tilt angle estimated value updating unit 132 determines that the evaluation value J is the minimum value, the tilt angle estimating device 1 is stored in the tilt angle estimated value storage unit 133 at that time. The estimated angle value is output as an estimated value of the inclination angle of the knife edge image.

なお、本例では、評価値Jを算出すための式(2)において、右辺の絶対値記号内の式である式(1)は、理想的には「0」となる。従って、そのp乗の総和である評価値Jも、理想的には「0」となる。そこで、評価値Jがθに対して最小かどうかの判定方法として、評価値Jが十分に小さいかどうかで判定することもできる。十分に小さいかどうかは、前記したように前回の評価値Jとの変化量が所定の閾値よりも小さい場合に十分に小さくなっている(すなわち、十分に小さい)と判定することもできるが、変化量ではなく当該評価値Jが一定の値よりも小さいかどうかで判定することもできる。   In this example, in the formula (2) for calculating the evaluation value J, the formula (1) that is the formula in the absolute value symbol on the right side is ideally “0”. Therefore, the evaluation value J that is the sum of the p-th power is ideally “0”. Therefore, as a method for determining whether or not the evaluation value J is minimum with respect to θ, it can be determined whether or not the evaluation value J is sufficiently small. Whether or not it is sufficiently small can be determined to be sufficiently small (that is, sufficiently small) when the amount of change from the previous evaluation value J is smaller than a predetermined threshold as described above, It is also possible to determine whether the evaluation value J is smaller than a certain value instead of the amount of change.

傾斜角推定値記憶手段133は、傾斜角推定値更新手段132から、傾斜角推定値を入力し、記憶している傾斜角推定値と置き換えて記憶する。
また、傾斜角推定値記憶手段133に記憶されている傾斜角推定値は、評価値算出手段131によって参照される。なお、傾斜角推定値が傾斜角推定値更新手段132によって最初に更新される前の初期値として、キーボードなどの不図示の入力手段を介して、ナイフエッジ画像の傾斜角のおよその値を入力して設定するようにしてもよい。
The tilt angle estimated value storage unit 133 receives the tilt angle estimated value from the tilt angle estimated value update unit 132 and stores the tilt angle estimated value in place of the stored tilt angle estimated value.
The estimated tilt angle value stored in the tilt angle estimated value storage unit 133 is referred to by the evaluation value calculating unit 131. As an initial value before the tilt angle estimated value is first updated by the tilt angle estimated value updating unit 132, an approximate value of the tilt angle of the knife edge image is input via an input unit (not shown) such as a keyboard. You may make it set.

なお、傾斜角推定装置1によって出力されるナイフエッジ画像の傾斜角の推定値は、例えば、後記するMTF測定装置100(図6参照)において、エッジ法を用いたMTF測定の際に、ナイフエッジの傾斜角として用いられる。また、傾斜角の推定値は、MTF測定での利用に限定されるものではなく、例えば画像認識処理において、種々の図形が含まれる画像の個々のエッジについて傾斜角を推定することにより、画像中の図形の形状を高精度に認識することもできる。
また、垂直や水平など、傾斜角が既知の図形などの指標を撮像した画像について、本発明の手法を適用して画像座標に対する当該指標の傾斜角を推定し、既知の傾斜角からのズレを算出することにより、撮像系の傾きを検出することができる。そして、検出した撮像系の傾きを用いて当該撮像系の傾きを補正することもできる。
Note that the estimated value of the tilt angle of the knife edge image output by the tilt angle estimation device 1 is, for example, the knife edge when performing MTF measurement using the edge method in the MTF measurement device 100 (see FIG. 6) described later. It is used as the inclination angle. Further, the estimated value of the tilt angle is not limited to the use in MTF measurement. For example, in the image recognition process, by estimating the tilt angle for each edge of an image including various figures, The shape of the figure can be recognized with high accuracy.
Also, for an image obtained by imaging an index such as a figure with a known inclination angle, such as vertical or horizontal, the method of the present invention is applied to estimate the inclination angle of the index with respect to the image coordinates, and the deviation from the known inclination angle By calculating, the inclination of the imaging system can be detected. Then, the tilt of the imaging system can be corrected using the detected tilt of the imaging system.

[傾斜角推定装置の動作]
次に、図3を参照(適宜図1及び図2参照)して、本実施形態に係る傾斜角推定装置1の動作について説明する。
図3に示すように、傾斜角推定装置1は、まず、画像調製手段11によって、外部から入力したナイフエッジ画像G2から、傾斜角推定用の画像G4を調製する(ステップS11)。このステップS11では、より詳細には、傾斜角推定装置1は、まず、画像変換手段111によって、ナイフエッジ画像G2を点対称移動変換した画像G3を生成する。次に、傾斜角推定装置1は、画像合成手段112によって、画像G2と画像G3とを合成し、画像の中心が点対称の中心となる画像G4を生成し、画像記憶手段113に記憶する。
[Operation of tilt angle estimation device]
Next, with reference to FIG. 3 (refer to FIGS. 1 and 2 as appropriate), the operation of the tilt angle estimation apparatus 1 according to the present embodiment will be described.
As shown in FIG. 3, the tilt angle estimation device 1 first prepares an image G4 for tilt angle estimation from the knife edge image G2 input from the outside by the image preparation means 11 (step S11). In this step S11, more specifically, the tilt angle estimation device 1 first generates an image G3 obtained by performing point-symmetric movement conversion on the knife edge image G2 by the image conversion unit 111. Next, the tilt angle estimation device 1 combines the image G2 and the image G3 by the image combining unit 112, generates an image G4 in which the center of the image is a point-symmetric center, and stores the image G4 in the image storage unit 113.

次に、傾斜角推定装置1は、周波数スペクトル算出手段12のフーリエ変換手段121によって、画像G4を2次元離散フーリエ変換することにより、空間周波数領域のデータに変換する(ステップS12)。
そして、傾斜角推定装置1は、周波数スペクトル算出手段12の空間周波数成分検出手段122によって、空間周波数領域のデータに変換されたナイフエッジ画像の一方の空間周波数成分fx毎に、Fy(fx)を、すなわち最大振幅を与える他方の空間周波数成分fyを検出する(ステップS13)。
Next, the tilt angle estimation device 1 performs two-dimensional discrete Fourier transform on the image G4 by the Fourier transform unit 121 of the frequency spectrum calculation unit 12 to convert it into spatial frequency domain data (step S12).
Then, the inclination angle estimation device 1 calculates Fy (fx) for each spatial frequency component fx of the knife edge image converted into the spatial frequency domain data by the spatial frequency component detection unit 122 of the frequency spectrum calculation unit 12. That is, the other spatial frequency component fy giving the maximum amplitude is detected (step S13).

次に、傾斜角推定装置1は、角度推定手段13の評価値算出手段131によって、式(2)を用いて評価値Jを算出する(ステップS14)。なお、このとき、式(2)における傾斜角推定値θとして、傾斜角推定値記憶手段133に記憶されている推定値を用いる。   Next, the inclination angle estimation device 1 calculates the evaluation value J using the expression (2) by the evaluation value calculation unit 131 of the angle estimation unit 13 (step S14). At this time, the estimated value stored in the estimated tilt angle storage unit 133 is used as the estimated tilt angle θ in the equation (2).

次に、傾斜角推定装置1は、角度推定手段13の傾斜角推定値更新手段132によって、ステップS14で算出された評価値Jが十分に小さいかどうかを判定する(ステップS15)。
十分に小さい場合は(ステップS15でYes)、傾斜角推定装置1は処理を終了する。このとき、傾斜角推定値記憶手段133に記憶されている推定値が、ナイフエッジ画像の傾斜角の最終的な推定値となる。
Next, the tilt angle estimation device 1 determines whether or not the evaluation value J calculated in step S14 is sufficiently small by the tilt angle estimated value update unit 132 of the angle estimation unit 13 (step S15).
If it is sufficiently small (Yes in step S15), the tilt angle estimation device 1 ends the process. At this time, the estimated value stored in the tilt angle estimated value storage unit 133 is the final estimated value of the tilt angle of the knife edge image.

一方、十分に小さくなっていない場合は(ステップS15でNo)、傾斜角推定装置1は、傾斜角推定値更新手段132によって、評価値Jを最小化させるように傾斜角の推定値を変化させた値に更新し(ステップS16)、更新した推定値を傾斜角推定値記憶手段133に記憶し(ステップS17)、ステップS14に戻る。
以上の手順により、傾斜角推定装置1は、ナイフエッジの傾斜角を推定する。
On the other hand, if the angle is not sufficiently small (No in step S15), the inclination angle estimation device 1 changes the estimated value of the inclination angle so that the evaluation value J is minimized by the inclination angle estimation value update unit 132. (Step S16), the updated estimated value is stored in the tilt angle estimated value storage means 133 (step S17), and the process returns to step S14.
By the above procedure, the inclination angle estimation device 1 estimates the inclination angle of the knife edge.

[シミュレーション]
次に、本発明による傾斜角推定方法(以下、適宜「発明法」という)と、実空間のナイフエッジ画像から輪郭抽出した画素に線形回帰法を用いて直線の勾配を算出する従来法とにより、ノイズが重畳されたナイフエッジ画像について、ナイフエッジの傾斜角の推定を行ったシミュレーション結果について説明する。
[simulation]
Next, an inclination angle estimation method according to the present invention (hereinafter referred to as “invention method” as appropriate) and a conventional method for calculating a linear gradient using a linear regression method on pixels extracted from a knife edge image in real space. A simulation result in which the inclination angle of the knife edge is estimated for the knife edge image on which noise is superimposed will be described.

(第1実験)
まず、第1実験として、コンピュータグラフィックスにより真の傾斜角が1度から20度までのノイズのないナイフエッジ画像を生成し、更に−10dBのガウシアンホワイトノイズを重畳した画像を用いて、傾斜角推定シミュレーションを行った。なお、発明法において、式(2)におけるp値は「0.5」とした。
(First experiment)
First, as a first experiment, a noise-free knife edge image having a true inclination angle of 1 to 20 degrees is generated by computer graphics, and further, an inclination angle is used using an image on which -10 dB of Gaussian white noise is superimposed. An estimation simulation was performed. In the invention method, the p value in the formula (2) was set to “0.5”.

図4に第1実験のシミュレーション結果を示す。図4において、横軸は真の傾斜角を示し、縦軸は傾斜角推定値を示す。また、発明法による結果を「○」印で示し、従来法による結果を「×」印で示し、更に推定の信頼度を誤差棒で示している。
図4に示すように、画像にノイズが重畳されている場合であっても、従来法に比べて、発明法では高い精度で傾斜角を推定できることが分かる。また、従来法による推定値が、真の傾斜角からの乖離が大きい5度以上の傾斜角についても、発明法では高い精度、かつ高い信頼度で推定できることが分かる。
FIG. 4 shows the simulation result of the first experiment. In FIG. 4, the horizontal axis indicates the true inclination angle, and the vertical axis indicates the estimated inclination angle value. In addition, the result of the invention method is indicated by “◯”, the result of the conventional method is indicated by “×”, and the reliability of estimation is indicated by an error bar.
As shown in FIG. 4, even when noise is superimposed on the image, it can be seen that the inventive method can estimate the tilt angle with higher accuracy than the conventional method. Further, it can be seen that the estimated value according to the conventional method can be estimated with high accuracy and high reliability by the invention method even for an inclination angle of 5 degrees or more, which has a large deviation from the true inclination angle.

(第2実験)
次に、第2実験として、コンピュータグラフィックスにより真の傾斜角が1度及び5度のノイズのないナイフエッジ画像を生成し、更に「−13.0103dB」、「−10dB」及び「−6.0206dB」のガウシアンホワイトノイズを重畳した画像を用いて、傾斜角推定シミュレーションを行い、ノイズレベルの傾斜角推定値の誤差への影響について評価した。なお、発明法において、式(2)におけるp値は「0.5」とした。
(Second experiment)
Next, as a second experiment, a noiseless knife edge image having true inclination angles of 1 degree and 5 degrees is generated by computer graphics, and “−13.0103 dB”, “−10 dB”, and “−6. An inclination angle estimation simulation was performed using an image on which Gaussian white noise of “0206 dB” was superimposed, and the influence of the noise level on the error of the inclination angle estimation value was evaluated. In the invention method, the p value in the formula (2) was set to “0.5”.

図5に第2実験のシミュレーション結果を示す。図5において、上段に傾斜角1度の場合を、下段に傾斜角5度の場合を示し、左側から順にノイズレベルが「−13.0103dB」、「−10dB」及び「−6.0206dB」の場合を示す。また、縦軸は、傾斜角推定値の誤差の絶対値を示す。
図5に示したように、発明法は従来法に比べて、ノイズレベルの変化に対しても頑健に傾斜角を推定できることが分かる。
FIG. 5 shows the simulation result of the second experiment. In FIG. 5, the upper stage shows a case where the inclination angle is 1 degree, and the lower stage shows a case where the inclination angle is 5 degrees. The noise levels are “−13.0103 dB”, “−10 dB” and “−6.0206 dB” in order from the left side. Show the case. The vertical axis indicates the absolute value of the error in the estimated tilt angle.
As shown in FIG. 5, it can be seen that the inventive method can robustly estimate the tilt angle against changes in the noise level as compared with the conventional method.

(第3実験)
次に、第3実験として、コンピュータグラフィックスにより真の傾斜角が5度のノイズのないナイフエッジ画像を生成し、更に「−13.0dB」、「−10.0dB」及び「−6.99dB」のガウシアンホワイトノイズを重畳した画像を用い、発明法におけるp値を0.1から5まで変化させて傾斜角推定シミュレーションを行い、p値の傾斜角推定値の誤差への影響について評価した。
(Third experiment)
Next, as a third experiment, a noiseless knife edge image having a true inclination angle of 5 degrees is generated by computer graphics, and “−13.0 dB”, “−10.0 dB”, and “−6.99 dB” are generated. Using the image on which Gaussian white noise was superimposed, an inclination angle estimation simulation was performed by changing the p value in the invention method from 0.1 to 5, and the influence of the p value on the error of the estimated inclination angle was evaluated.

図6に第3実験のシミュレーション結果を示す。図6において、横軸はp値を示し、縦軸は推定誤差を示す。また、ノイズレベルが「−13.0dB」の場合を「○」で、「−10.0dB」の場合を「□」で、「−6.99dB」の場合を「△」で示した。また、この順に、対応するノイズレベルの画像についての従来法による結果を「●」、「■」及び「▲」で図6の右端に示した。
図6に示すように、p値が2以下の場合に、従来法よりも精度よく傾斜角を推定できることが分かる。特に、p値を2未満、更に好ましくは1以下とすることにより、ノイズレベルの変化に対しても頑健に、かつ高精度に傾斜角を推定できることが分かる。
FIG. 6 shows the simulation result of the third experiment. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the p value, and the vertical axis indicates the estimation error. The case where the noise level is “−13.0 dB” is indicated by “◯”, the case where “−10.0 dB” is indicated by “□”, and the case where “−6.99 dB” is indicated by “Δ”. Further, in this order, the results of the conventional method for the corresponding noise level images are indicated by “●”, “■” and “▲” at the right end of FIG.
As shown in FIG. 6, when the p value is 2 or less, it can be seen that the tilt angle can be estimated more accurately than in the conventional method. In particular, it can be seen that by setting the p-value to less than 2, more preferably 1 or less, the inclination angle can be estimated robustly and with high accuracy against changes in the noise level.

<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態として、第1実施形態に係る傾斜角推定装置1を用いたMTF測定装置について説明する。
まず、図7を参照(適宜図1及び図2参照)して、第2実施形態に係るMTF測定装置の構成について説明する。
Second Embodiment
Next, as a second embodiment of the present invention, an MTF measurement device using the tilt angle estimation device 1 according to the first embodiment will be described.
First, the configuration of the MTF measuring apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIG. 7 (refer to FIGS. 1 and 2 as appropriate).

図7に示すように、第2実施形態に係るMTF測定装置100は、画像記憶手段101と、ROI取得手段102と、画像抽出手段103と、傾斜角推定手段104と、ESF算出手段105と、MTF算出手段106とを備えて構成されている。   As shown in FIG. 7, the MTF measurement apparatus 100 according to the second embodiment includes an image storage unit 101, an ROI acquisition unit 102, an image extraction unit 103, an inclination angle estimation unit 104, an ESF calculation unit 105, And an MTF calculating means 106.

また、MTF測定装置100は、MTF測定用チャートを撮像するカメラやスキャナなどの撮像手段110からナイフエッジ画像が含まれる画像を入力するとともに、キーボード、マウスなどの入力装置との入力インターフェイス120を介して、入力画像からナイフエッジ画像を抽出する領域を示す情報を入力する。また、MTF測定装置100は、算出したMTFのデータを、出力インターフェイス130を介して、外部の表示装置や記憶装置などに出力する。   Further, the MTF measuring apparatus 100 inputs an image including a knife edge image from an imaging unit 110 such as a camera or a scanner that captures an MTF measurement chart, and via an input interface 120 with an input device such as a keyboard and a mouse. Thus, information indicating a region for extracting the knife edge image from the input image is input. The MTF measuring apparatus 100 outputs the calculated MTF data to an external display device, storage device, or the like via the output interface 130.

なお、本実施形態に係るMTF測定装置100は、第1実施形態に係る傾斜角推定装置1を傾斜角推定手段104として用いることでSlanted-edge法におけるナイフエッジ画像の傾斜角を高精度に推定し、この傾斜角の推定値を用いてSlanted-edge法によりMTFを測定するものである。   Note that the MTF measurement apparatus 100 according to the present embodiment uses the inclination angle estimation apparatus 1 according to the first embodiment as the inclination angle estimation means 104 to estimate the inclination angle of the knife edge image in the Slanted-edge method with high accuracy. The MTF is measured by the Slanted-edge method using the estimated value of the tilt angle.

画像記憶手段101は、カメラやスキャナなどの撮像手段110によって撮像されたMTF測定用のチャートの画像G1(図2(a)参照)を記憶するものである。画像記憶手段101に記憶された画像G1は、ROI取得手段102及び画像抽出手段103によって参照される。
MTF測定用チャートとしては、例えば、非特許文献1に記載された「Resolution test chart」を用いることができるが、これに限定されるものではない。例えば、図2(a)に示すように、白色の背景G1wに傾斜して配置された黒べたの矩形図形G1kを有するチャートを用いることができる。
The image storage unit 101 stores an MTF measurement chart image G1 (see FIG. 2A) captured by the imaging unit 110 such as a camera or a scanner. The image G1 stored in the image storage unit 101 is referred to by the ROI acquisition unit 102 and the image extraction unit 103.
As the MTF measurement chart, for example, “Resolution test chart” described in Non-Patent Document 1 can be used, but the MTF measurement chart is not limited to this. For example, as shown in FIG. 2A, a chart having a black solid rectangular figure G1k arranged to be inclined on a white background G1w can be used.

なお、水平方向(x軸方向)についてのMTFを測定する場合は、ナイフエッジの延伸方向が垂直よりも僅かに傾斜(例えば、1度〜5度程度)するようにチャートを配置することが好ましい。また、垂直方向(y軸方向)についてのMTFを測定する場合は、ナイフエッジの延伸方向が水平よりも僅かに傾斜するようにチャートを配置することが好ましい。更にまた、他の方向のMTFを測定する場合は、当該他の方向に垂直な方向よりも僅かにナイフエッジの延伸方向が傾斜するようにチャートを配置することが好ましい。   When measuring the MTF in the horizontal direction (x-axis direction), it is preferable to arrange the chart so that the extending direction of the knife edge is slightly inclined (for example, about 1 to 5 degrees) than the vertical direction. . When measuring the MTF in the vertical direction (y-axis direction), it is preferable to arrange the chart so that the extending direction of the knife edge is slightly inclined from the horizontal. Furthermore, when measuring the MTF in another direction, it is preferable to arrange the chart so that the extending direction of the knife edge is slightly inclined than the direction perpendicular to the other direction.

ROI(Region of interest)取得手段102は、外部から入力した画像G1から、MTF測定のために用いるナイフエッジ画像の領域を示す情報を取得する手段である。ここで、ROI取得手段102は、オペレータが指定したナイフエッジ画像の領域を示す情報(例えば、画像G1における矩形領域の右上角及び左下角の画素の座標値など)を、入力インターフェイス120を介して取得する。
ROI取得手段102は、取得したナイフエッジ画像の領域を示す情報を、画像抽出手段103に出力する。
ROI (Region of interest) acquisition means 102 is means for acquiring information indicating a region of a knife edge image used for MTF measurement from an image G1 input from the outside. Here, the ROI acquisition unit 102 receives information indicating the region of the knife edge image designated by the operator (for example, the coordinate values of the pixels in the upper right corner and the lower left corner of the rectangular region in the image G1) via the input interface 120. get.
The ROI acquisition unit 102 outputs information indicating the acquired knife edge image area to the image extraction unit 103.

画像領域の指定は、例えば、画像G1を表示する画像表示装置(不図示)とマウスなどの入力デバイス(不図示)を用いる方法を用いることができる。具体的には、図2(a)に示すように撮像された画像G1を画像表示装置に表示しつつ、マウスを用いて移動可能な矩形枠(図2(a)に破線で示した矩形枠を参照)を重畳表示し、所望の位置に矩形枠が表示されたときにマウスのボタンをクリックする。ROI取得手段102は、このときに矩形枠が表示された領域に対応する画像G1の領域情報を、入力インターフェイス120を介して取得するようにすることができる。   For example, the image area can be specified by using an image display device (not shown) for displaying the image G1 and an input device (not shown) such as a mouse. Specifically, a rectangular frame that can be moved using a mouse while displaying an image G1 captured as shown in FIG. 2A on the image display device (a rectangular frame indicated by a broken line in FIG. 2A). And click the mouse button when a rectangular frame is displayed at the desired position. The ROI acquisition unit 102 can acquire the area information of the image G1 corresponding to the area where the rectangular frame is displayed at this time via the input interface 120.

画像抽出手段103は、画像記憶手段101から撮像手段110により撮像された画像G1を、ROI取得手段102からナイフエッジ画像の領域を示す情報をそれぞれ入力し、画像4からナイフエッジ画像の領域を示す情報で指示された領域の画像をナイフエッジ画像G2として抽出する。画像抽出手段103は、抽出したナイフエッジ画像G2を、傾斜角推定手段104及びESF算出手段105に出力する。   The image extraction unit 103 inputs the image G1 captured by the imaging unit 110 from the image storage unit 101 and information indicating the knife edge image region from the ROI acquisition unit 102, and indicates the knife edge image region from the image 4. An image of the area designated by the information is extracted as a knife edge image G2. The image extraction unit 103 outputs the extracted knife edge image G2 to the tilt angle estimation unit 104 and the ESF calculation unit 105.

なお、ナイフエッジ画像G2として抽出する領域は、図2(a)及び図2(b)に示すように、ナイフエッジの延伸方向を示す直線が、矩形領域の対向する2辺と交差するように選択する。図2(a)及び図2(b)に示した例では、ナイフエッジの延伸方向を示す直線が、画像G2を示す矩形領域の上下の辺と交差している。すなわち、画像G2中には、1方向のナイフエッジのみが含まれる。1方向のナイフエッジのみが含まれる画像G2とすることにより、当該ナイフエッジの傾斜角を精度よく推定することができる。
なお、図2(a)及び図2(b)に示した例は、水平方向(x軸方向)のMTFを測定するための画像である。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the region to be extracted as the knife edge image G2 is such that the straight line indicating the extending direction of the knife edge intersects two opposite sides of the rectangular region. select. In the example shown in FIGS. 2A and 2B, the straight line indicating the extending direction of the knife edge intersects the upper and lower sides of the rectangular area indicating the image G2. That is, the image G2 includes only a knife edge in one direction. By using the image G2 including only one knife edge in one direction, the inclination angle of the knife edge can be accurately estimated.
The examples shown in FIGS. 2A and 2B are images for measuring the MTF in the horizontal direction (x-axis direction).

傾斜角推定手段104は、図1に示した第1実施形態に係る傾斜角推定装置1を用いるものである。そして、傾斜角推定手段104は、画像抽出手段103からナイフエッジ画像G2を入力し、当該ナイフエッジ画像G2の傾斜角を推定し、傾斜角の推定値をESF算出手段105に出力する。
傾斜角推定手段104の構成は、図1に示した傾斜角推定装置1と同様であるから、詳細な説明は省略する。
The inclination angle estimation means 104 uses the inclination angle estimation apparatus 1 according to the first embodiment shown in FIG. Then, the inclination angle estimation means 104 receives the knife edge image G2 from the image extraction means 103, estimates the inclination angle of the knife edge image G2, and outputs the estimated value of the inclination angle to the ESF calculation means 105.
The configuration of the tilt angle estimating means 104 is the same as that of the tilt angle estimating device 1 shown in FIG.

ESF(Edge Spread Function;エッジ拡がり関数)算出手段(エッジ拡がり関数算出手段)105は、画像抽出手段103からナイフエッジ画像G2を、傾斜角推定手段104からナイフエッジ画像G2におけるナイフエッジの傾斜角の推定値をそれぞれ入力する。ESF算出手段105は、ナイフエッジ画像G2におけるナイフエッジの延伸方向から角度θだけ傾斜した方向に垂直な方向、すなわちx軸方向についてのプロファイルであるESFを、本来の画素ピッチよりも細かいサブ画素ピッチで算出するものである。
ESF算出手段105は、算出したESFをMTF算出手段106に出力する。
An ESF (Edge Spread Function) calculating means (edge spreading function calculating means) 105 calculates the knife edge image G2 from the image extracting means 103 and the knife edge inclination angle in the knife edge image G2 from the inclination angle estimating means 104. Enter each estimate. The ESF calculation means 105 calculates an ESF that is a profile in the direction perpendicular to the direction inclined by the angle θ from the knife edge stretching direction in the knife edge image G2, that is, the profile in the x-axis direction, as a sub-pixel pitch smaller than the original pixel pitch. Is calculated by
The ESF calculation unit 105 outputs the calculated ESF to the MTF calculation unit 106.

ここで、サブ画素ピッチでESFを算出する方法について、図8を参照して説明する。
図8の下段の図において、エッジ位置より右側のハッチングを施した領域がテストチャートの黒べた図形を撮像した領域に該当し、ハッチングを施していない左側の領域が白い背景部を撮像した領域に該当する。また、ナイフエッジ延伸方向は、垂直方向を示すy軸に対して角度θだけ傾斜している。
Here, a method for calculating the ESF at the sub-pixel pitch will be described with reference to FIG.
In the lower part of FIG. 8, the hatched area on the right side of the edge position corresponds to the area where the solid figure of the test chart is imaged, and the left area where no hatching is applied is the area where the white background is imaged. Applicable. The knife edge extending direction is inclined by an angle θ with respect to the y-axis indicating the vertical direction.

ここで、ナイフエッジは直線であるから、y軸方向に配列する各画素のナイフエッジ延伸方向に垂直な軸への投影像は、本来の画素ピッチの(sinθ)倍のピッチのサブ画素で構成される1次元画像となる。
図8の上段の図は、縦軸を画素値として、サブ画素ピッチで構成された1次元画像であるESFを示している。
Here, since the knife edge is a straight line, the projected image of each pixel arranged in the y-axis direction on the axis perpendicular to the knife edge extending direction is composed of sub-pixels having a pitch (sin θ) times the original pixel pitch. It becomes a one-dimensional image.
The upper diagram in FIG. 8 shows an ESF that is a one-dimensional image composed of sub-pixel pitches with the vertical axis as the pixel value.

なお、x軸はナイフエッジ延伸方向に垂直な軸から角度θだけ傾斜しているから、この1次元画像のx軸への投影像を考える。そうすると、図8の上段に示したESFは、本来の画素ピッチの(tanθ)倍のピッチのサブ画素でサンプリングされたx軸方向のESFであるとみることができる。
このように、傾斜したナイフエッジ画像を用いた超解像処理により、本来の画素ピッチにより規定されるサンプリング周波数を超える解像度のESFを算出することができる。
これによって、頑健かつ高精度にMTFを測定することができる。
Since the x-axis is inclined by an angle θ from the axis perpendicular to the knife edge extending direction, a projection image of this one-dimensional image on the x-axis is considered. Then, the ESF shown in the upper part of FIG. 8 can be regarded as an ESF in the x-axis direction sampled by sub-pixels having a pitch (tan θ) times the original pixel pitch.
As described above, an ESF having a resolution exceeding the sampling frequency defined by the original pixel pitch can be calculated by super-resolution processing using an inclined knife edge image.
This makes it possible to measure MTF robustly and with high accuracy.

図7に戻って、MTF測定装置100の構成について説明を続ける。
MTF算出手段106は、ESF算出手段105からESFを入力し、ナイフエッジ図形の配置方向に応じた方向(本例の場合は、x軸方向)についてのMTFを算出する。
ESFを用いたMTFの算出は、微分とフーリエ変換を用いた公知の手法により行うことができる。
Returning to FIG. 7, the description of the configuration of the MTF measuring apparatus 100 will be continued.
The MTF calculation means 106 receives the ESF from the ESF calculation means 105 and calculates the MTF for the direction (in this example, the x-axis direction) corresponding to the arrangement direction of the knife edge graphic.
Calculation of MTF using ESF can be performed by a known method using differentiation and Fourier transform.

具体的には、まず、1次元画像であるESFを微分することで、LSF(Line Spread Function;線広がり関数)を算出する。次に、LSFを1次元離散フーリエ変換し、そのパワースペクトルを算出することにより、x軸方向の各空間周波数成分についてのMTFを算出することができる。   Specifically, first, an LSF (Line Spread Function) is calculated by differentiating an ESF that is a one-dimensional image. Next, the MTF for each spatial frequency component in the x-axis direction can be calculated by performing one-dimensional discrete Fourier transform on the LSF and calculating its power spectrum.

なお、本実施形態では、超解像処理を行うことでESFを算出し、超解像のESFを微分して超解像のLSFを算出するようにしたがこれに限定されるものではない。非特許文献1に記載された手法のように、本来の画素ピッチで複数のESFを算出し、算出した複数のESF毎に微分して複数のLSFを算出し、超解像処理により、複数のLSFから超解像のLSFを算出するようにしてもよい。この場合も、LSFを用いたMTFの算出は前記した手順と同様であるから説明は省略する。   In the present embodiment, the super-resolution processing is performed to calculate the ESF, and the super-resolution ESF is differentiated to calculate the super-resolution LSF. However, the present invention is not limited to this. As in the technique described in Non-Patent Document 1, a plurality of ESFs are calculated at the original pixel pitch, and a plurality of LSFs are calculated by differentiating each of the calculated ESFs. The super resolution LSF may be calculated from the LSF. Also in this case, the calculation of the MTF using the LSF is the same as the procedure described above, and the description thereof is omitted.

[MTF測定装置の動作]
次に、図9を参照(適宜図2及び図7参照)して、本実施形態に係るMTF測定装置100の動作について説明する。
まず、MTF測定装置100は、画像記憶手段101によって、撮像手段110から入力したMTF測定用チャートを撮像した画像G1を記憶する(ステップS21)。
次に、MTF測定装置100は、ROI取得手段102によって、ステップS21で記憶した画像G1から、MTFの測定に用いるナイフエッジ画像領域を示す情報を取得する(ステップS22)。
次に、MTF測定装置100は、画像抽出手段103によって、ステップS22で取得したナイフエッジ画像領域を示す情報を用いて、ステップS21で記憶した画像G1から当該情報で示された領域の画像を、ナイフエッジ画像G2として抽出する(ステップS23)。
[Operation of MTF measuring device]
Next, the operation of the MTF measuring apparatus 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 9 (refer to FIGS. 2 and 7 as appropriate).
First, the MTF measuring apparatus 100 stores the image G1 obtained by imaging the MTF measurement chart input from the imaging unit 110 by the image storage unit 101 (step S21).
Next, the MTF measuring apparatus 100 acquires information indicating the knife edge image region used for the MTF measurement from the image G1 stored in Step S21 by the ROI acquisition unit 102 (Step S22).
Next, the MTF measuring apparatus 100 uses the information indicating the knife edge image area acquired in step S22 by the image extraction unit 103 to obtain an image of the area indicated by the information from the image G1 stored in step S21. Extracted as a knife edge image G2 (step S23).

次に、MTF測定装置100は、傾斜角推定手段104によって、ステップS23で抽出したナイフエッジ画像G2を用いて、ナイフエッジの傾斜角を推定する(ステップS24)。なお、ナイフエッジの傾斜角の推定処理は、図3に示した第1実施形態に係る傾斜角推定装置1による傾斜角の推定と同様であるから、詳細な説明は省略する。
次に、MTF測定装置100は、ESF算出手段105によって、ステップS24で推定したナイフエッジの傾斜角推定値を用いて、ステップS23で抽出したナイフエッジ画像G2について超解像処理によりESFを算出する(ステップS25)。
Next, the MTF measuring apparatus 100 estimates the inclination angle of the knife edge using the knife edge image G2 extracted in step S23 by the inclination angle estimation means 104 (step S24). The knife edge inclination angle estimation process is the same as the inclination angle estimation performed by the inclination angle estimation apparatus 1 according to the first embodiment shown in FIG.
Next, the MTF measuring apparatus 100 uses the ESF calculation means 105 to calculate the ESF by super-resolution processing for the knife edge image G2 extracted in step S23, using the estimated inclination angle of the knife edge estimated in step S24. (Step S25).

そして、MTF測定装置100は、MTF算出手段106によって、ステップS25で算出したESFを微分してLSFを算出し、更にこのLSFを1次元離散フーリエ変換してパワースペクトルを算出することにより、空間周波数成分毎のMTFを算出する(ステップS26)。
以上の手順により、MTF測定装置100は、MTFを高精度に測定することができる。
The MTF measuring apparatus 100 differentiates the ESF calculated in step S25 by the MTF calculating means 106 to calculate LSF, and further calculates the power spectrum by performing one-dimensional discrete Fourier transform on the LSF, thereby obtaining the spatial frequency. The MTF for each component is calculated (step S26).
Through the above procedure, the MTF measuring apparatus 100 can measure the MTF with high accuracy.

以上、本発明の実施形態に係る傾斜角推定装置及びMTF測定装置について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。   As described above, the tilt angle estimation device and the MTF measurement device according to the embodiment of the present invention have been specifically described by the mode for carrying out the invention, but the gist of the present invention is not limited to these descriptions. It should be construed broadly based on the claims. Needless to say, various changes and modifications based on these descriptions are also included in the spirit of the present invention.

1 傾斜角推定装置
11 画像調製手段
111 画像変換手段
112 画像合成手段
113 画像記憶手段
12 周波数スペクトル算出手段
121 フーリエ変換手段
122 空間周波数成分検出手段
13 角度推定手段
131 評価値算出手段
132 傾斜角推定値更新手段
133 傾斜角推定値記憶手段
100 MTF測定装置
101 画像記憶手段
102 ROI取得手段
103 画像抽出手段
104 傾斜角推定手段
105 ESF算出手段(エッジ拡がり関数算出手段)
106 MTF算出手段
110 撮像手段
120 入力インターフェイス
130 出力インターフェイス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inclination angle estimation apparatus 11 Image preparation means 111 Image conversion means 112 Image composition means 113 Image storage means 12 Frequency spectrum calculation means 121 Fourier transform means 122 Spatial frequency component detection means 13 Angle estimation means 131 Evaluation value calculation means 132 Inclination angle estimation value Update means 133 Inclination angle estimated value storage means 100 MTF measuring device 101 Image storage means 102 ROI acquisition means 103 Image extraction means 104 Inclination angle estimation means 105 ESF calculation means (edge spread function calculation means)
106 MTF calculation means 110 Imaging means 120 Input interface 130 Output interface

Claims (7)

ナイフエッジ画像について、前記ナイフエッジの傾斜角を推定する傾斜角推定装置であって、
前記ナイフエッジ画像を2次元離散フーリエ変換することにより空間周波数領域のデータに変換するフーリエ変換手段と、
前記空間周波数領域のデータについて、一方の空間周波数成分fx毎に、最大振幅を与える他方の空間周波数成分fyを検出する空間周波数成分検出手段と、
前記空間周波数成分検出手段により検出された(fx,fy)の組について、直線の方程式である式(1)にフィットする角度θを算出して、前記ナイフエッジの延伸方向が前記他方の空間周波数の方向と成す角度であると推定する角度推定手段と、
を備えることを特徴とする傾斜角推定装置。
0=fx・cosθ+Fy(fx)・sinθ …式(1)
但し、式(1)において、Fy(fx)は前記一方の空間周波数成分fxにおいて最大振幅を与える前記他方の空間周波数成分fyを示し、θは0度以上180度未満の、式(1)で表わされる直線が前記一方の空間周波数軸と成す角度である。
For a knife edge image, an inclination angle estimation device for estimating the inclination angle of the knife edge,
Fourier transform means for transforming the knife edge image into spatial frequency domain data by two-dimensional discrete Fourier transform;
Spatial frequency component detection means for detecting the other spatial frequency component fy giving the maximum amplitude for each spatial frequency component fx for the spatial frequency domain data;
For the set of (fx, fy) detected by the spatial frequency component detecting means, an angle θ that fits the equation (1) that is a linear equation is calculated, and the extension direction of the knife edge is the other spatial frequency. Angle estimation means for estimating the angle formed with the direction of
An inclination angle estimation device comprising:
0 = fx · cos θ + Fy (fx) · sin θ (1)
However, in Formula (1), Fy (fx) indicates the other spatial frequency component fy that gives the maximum amplitude in the one spatial frequency component fx, and θ is 0 degree or more and less than 180 degrees in Formula (1). The straight line represented is an angle formed with the one spatial frequency axis.
前記ナイフエッジ画像の点対称画像を生成し、前記ナイフエッジ画像の一の辺と当該一の辺に対応する前記点対称画像の辺とが接するように、前記ナイフエッジ画像と前記点対称画像とを合成した合成ナイフエッジ画像を生成する画像調製手段を更に有し、
前記フーリエ変換手段は、前記ナイフエッジ画像に代えて、前記合成ナイフエッジ画像を2次元離散フーリエ変換することにより空間周波数領域のデータに変換することを特徴とする請求項1に記載の傾斜角推定装置。
Generating a point symmetric image of the knife edge image, and the knife edge image and the point symmetric image so that one side of the knife edge image and a side of the point symmetric image corresponding to the one side are in contact with each other. Further comprising image preparation means for generating a combined knife edge image obtained by combining
2. The tilt angle estimation according to claim 1, wherein the Fourier transform unit transforms the synthesized knife edge image into data in a spatial frequency domain by performing a two-dimensional discrete Fourier transform instead of the knife edge image. apparatus.
前記角度推定手段は、式(2)で示される評価式の値Jが最小となるθを、前記ナイフエッジの傾斜角であると推定することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の傾斜角推定装置。
J=Σ|fx・cosθ+Fy(fy)・sinθ| …式(2)
但し、式(2)において、Σは複数の空間周波数成分fxについて右式の和を算出することを示し、pは正の実数を示す。
3. The angle estimation unit estimates θ that minimizes the value J of the evaluation formula represented by Expression (2) as an inclination angle of the knife edge. 4. Tilt angle estimation device.
J = Σ | fx · cos θ + Fy (fy) · sin θ | p (2)
However, in Formula (2), (SIGMA) shows that the sum of the right type is calculated about several spatial frequency component fx, and p shows a positive real number.
前記式(2)において、pが2未満であることを特徴とする請求項3に記載の傾斜角推定装置。   In the said Formula (2), p is less than 2, The inclination-angle estimation apparatus of Claim 3 characterized by the above-mentioned. 撮像手段により撮像されたナイフエッジチャートの画像から、ナイフエッジ画像を抽出する画像抽出手段と、
前記ナイフエッジ画像について、ナイフエッジの傾斜角を推定する傾斜角推定手段と、
前記推定された傾斜角の方向に各画素を投影し、当該ナイフエッジの傾斜に直交する次元に関する画像値の分布であるエッジ広がり関数を算出するエッジ広がり関数算出手段と、
前記エッジ広がり関数を微分し、更に離散フーリエ変換することにより、MTF(Modulation Transfer Function)を算出するMTF算出手段と、を備え、
前記傾斜角推定手段として、請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の傾斜角推定装置を用いることを特徴とするMTF測定装置。
Image extracting means for extracting a knife edge image from the image of the knife edge chart imaged by the imaging means;
For the knife edge image, an inclination angle estimating means for estimating the inclination angle of the knife edge;
An edge spread function calculating means for projecting each pixel in the direction of the estimated inclination angle and calculating an edge spread function that is a distribution of image values relating to a dimension orthogonal to the inclination of the knife edge;
MTF calculating means for calculating an MTF (Modulation Transfer Function) by differentiating the edge spread function and further performing discrete Fourier transform,
5. An MTF measurement apparatus using the inclination angle estimation apparatus according to claim 1 as the inclination angle estimation means.
コンピュータを、請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の傾斜角推定装置として機能させるための傾斜角推定プログラム。   An inclination angle estimation program for causing a computer to function as the inclination angle estimation apparatus according to any one of claims 1 to 4. コンピュータを、請求項5に記載のMTF測定装置として機能させるためのMTF測定プログラム。   An MTF measurement program for causing a computer to function as the MTF measurement device according to claim 5.
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