CN101861599B - 图像处理装置、摄像装置、评价装置、图像处理方法以及光学系统评价方法 - Google Patents

图像处理装置、摄像装置、评价装置、图像处理方法以及光学系统评价方法 Download PDF

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Abstract

提供一种图像处理装置等,能够对因包括衍射光学元件的光学系统所产生的不要衍射光而使画质劣化了的图像进行校正。其中包括:评价区域设定部(111),从构成所述图像的多个像素中检测饱和像素,并将包括检测出的饱和像素的所述图像的一部分区域设定为评价区域,所述饱和像素是指亮度值饱和的像素;像素数算出部(112),算出被设定的所述评价区域中所包含的像素的各个亮度值的像素数;第一亮度值确定部(113),根据在将被算出的所述像素数按照亮度值的大小的顺序进行排列时的所述像素数的推移,确定第一亮度值,该第一亮度值示出所述不要衍射光的像的上限亮度;第二亮度值确定部(114),确定第二亮度值,该第二亮度值是与所述图像的背景相对应的亮度值;以及校正部(116),针对所述评价区域中所包含的像素中亮度比所述第一亮度值的亮度低且比所述第二亮度值的亮度高的像素,校正亮度值,以使亮度降低。

Description

图像处理装置、摄像装置、评价装置、图像处理方法以及光学系统评价方法
技术领域
本发明涉及对由包括衍射光学元件的光学系统而产生的无用衍射光所造成的画质劣化了的图像进行校正的图像处理装置、摄像装置以及图像处理方法。并且,本发明涉及对包括衍射光学元件的光学系统中有关不要衍射光的性能进行评价的评价装置以及光学系统评价方法。
背景技术
表面为环状衍射光栅的衍射光学元件能够降低像场弯曲、色差(因波长而出现的成像点偏离)等透镜像差已是周知技术。这是因为被形成在衍射光学元件的衍射光栅具有被称为逆分散性以及异常分散性的特殊性质,以及具有较强的色差校正能力的缘故。包括衍射光学元件的光学系统与具有和该光学系统同等性能的不包括衍射光学元件的光学系统(例如仅以非球面透镜构成的光学系统)相比,能够减少1至2个光学元件的数量(例如,透镜的片数)。因此,包括衍射光学元件的光学系统具有能够降低制造成本的优点。而且,包括衍射光学元件的光学系统由于能够缩短光学距离,因此具有能够使光学系统变薄的优点。并且,在包括形成有截面为锯齿状的衍射光栅(blazed diffraction grating)或截面为与锯齿状内接的细小的阶梯状的衍射光栅的衍射光学元件的情况下,光学系统能够使针对单一波长的光的具有特定级数的衍射效率几乎成为100%。
具体而言,例如一级衍射光的衍射效率为100%的衍射光栅的深度(锯齿的厚度)在理论上由以下公式(1)算出。在此,λ为波长。并且,d为衍射光栅的深度。并且,n(λ)为折射率,且是波长λ的函数。
(算式1)
d = λ n ( λ ) - 1 · · · ( 1 )
从公式(1)可以明确地知道,随着波长λ的变化,衍射效率成为100%的衍射光栅深度d的值也发生变化。也就是说,在衍射光栅深度d的值为固定的情况下,指定的波长(设计波长)λ以外的波长λ中,衍射效率不成为100%。因此,在大的波长范围(例如波长在400nm-700nm左右的可见光区域等)所使用的用于摄像的透镜中包括衍射光学元件的情况下,发生不要衍射光。并且,发生的不要衍射光会成为眩光或鬼影,从而使图像劣化,并使MTF(Modulation Transfer Function:调制传递函数)特性降低。尤其是在单镜头的两面或光学系统的多个面上形成有衍射光栅的情况下,不要衍射光的发生就会更加显著。
因此,公开了能够降低衍射效率的波长依赖性的衍射光学元件。图16示出了衍射光学元件1000的一个例子,该衍射光学元件1000具有用于降低衍射效率的波长依赖性的保护膜1003。如图16所示,在衍射光学元件1000中,在形成有衍射光栅1002的面上被涂敷或粘着有保护膜1003,该保护膜1003是具有与衬底1001不同的折射率以及折射率分布(refractive indexdispersion)的光学材料。通过该保护膜1003,衍射光学元件1000能够抑制不要衍射光的发生。并且在这样的衍射光学元件1000中,形成有衍射光栅的衬底1001的折射率和覆盖在衍射光栅上而被形成的保护膜1003的折射率被设定为规定的条件,据此,能够进一步降低衍射效率的波长依赖性。这样从理论上来看,具有保护膜1003的衍射光学元件1000在较大的波长范围内具有高的衍射效率。
但是,实际上即使在具有保护膜的衍射光学元件,也会因在成形加工时的衍射光栅的转印不完全、衬底以及保护膜材料的折射率调整的偏离等而发生不要衍射光。
并且,即使在衍射效率高的情况下,当拍摄对象以非常强且非常耀眼的光源被拍摄时,由于不要衍射光的亮度的绝对值变大,因此,在与本应不存在拍摄对象的位置相对应的亮度值饱和的拍摄对象的周边形成了像。即,例如在夜间等黑暗的背景中灯光等较亮的物体被拍摄的情况等,拍摄对象与拍摄对象的周边的对比较大的情况下,由不要衍射光所导致的画质劣化问题就会变得显著。
因此,以往曾经公开了一种去除不要衍射光的像的方法,该方法是从利用衍射光学元件的摄像装置而拍摄的图像中的不要衍射光的像(以下仅称为不要衍射光像)的二维点扩散中,利用最小二乘法来求不要衍射光像的亮度值,从而去除不要衍射光像(例如,参照专利文献1)。
并且,还公开了利用拍摄同一拍摄对象的两张图像来去除不要衍射光像的方法(例如,参照专利文献2)。在专利文献2所记载的方法中,首先,在被拍摄的图像(第一格)中存在亮度值饱和的像素的情况下,拍摄与第一格相同的拍摄对象(第二格),以使该像素的亮度值成为不饱和。之后,利用在拍摄第二格时的曝光时间的调整值来求不要衍射光像的亮度值,以此来去除在第一格所拍摄的图像中包含的不要衍射光像。
而且,还公开了在复印机、传真机装置中利用表示亮度值的级数分布的直方图来检测阈值,以此来去除背景色或者背面信息部分的方法(例如,参照专利文献3)。
【专利文献】
【专利文献1】日本特开2005-167485号公报
【专利文献2】日本特开2000-333076号公报
【专利文献3】日本特开2001-94804号公报
但是,在专利文献1的方法中,由于是利用最小二乘法来算出不要衍射光像的亮度值的,因此会出现被算出的不要衍射光像的亮度值和实际的不要衍射光像的亮度值发生偏差的情况。例如,透镜的色差大的情况下,不要衍射光像会出现分布不均匀,呈星状扩散。并且,在拍摄复杂的形状的拍摄对象的情况,以及在拍摄噪声多的图像的情况等,不要衍射光像的分布则会出现不均匀。像这样不要衍射光像的分布出现不均匀的情况下,在利用最小二乘法的专利文献1的方法中,由于很难正确地估算不要衍射光像的亮度值,因此不能将不要衍射光像去除干净。
并且,在专利文献2的方法中,由于需要对同一拍摄对象进行两次拍摄,因此在处理上花费时间。并且,通过专利文献2的方法求出的不要衍射光像的亮度值由于是不要衍射光像的分布估算,因此与实际的不要衍射光像的亮度值有偏差。并且,在拍摄动态的拍摄对象的情况下,由于以几乎相同的条件对同一拍摄对象进行两次拍摄是比较困难的,因此不用利用专利文献2的方法。也就是说,专利文献2的方法不能用于动态的被拍摄对象。
并且,专利文献3的方法是以去除复印机的背景色、背面信息等较低亮度的图像为目的的方法,该方法没有考虑去除亮度较高的图像的问题。并且,由于图像全体被作为了评价对象,因此,低亮度的拍摄对象的图像就有可能被误删除。
发明内容
因此,本发明鉴于上述的问题,目的在于提供一种图像处理装置、摄像装置等,其能够在不受不要衍射光像的形状的限制的情况下,高精确地对因不要衍射光而导致的画质劣化了的图像进行校正,所述不要衍射光是由具有衍射光学元件的光学系统产生的。
为了达成上述的目的,本发明所涉及的图像处理装置,对因包括衍射光学元件的光学系统所产生的不要衍射光而使画质劣化了的图像进行校正,该图像处理装置包括:评价区域设定部,从构成所述图像的多个像素中检测饱和像素,并将包括检测出的饱和像素的所述图像的一部分区域设定为评价区域,所述饱和像素是指亮度值饱和的像素;像素数算出部,算出被设定的所述评价区域中所包含的像素的各个亮度值的像素数;第一亮度值确定部,根据在将被算出的所述像素数按照亮度值的大小的顺序进行排列时的所述像素数的推移,确定第一亮度值,该第一亮度值示出所述不要衍射光的像的上限亮度;第二亮度值确定部,确定第二亮度值,该第二亮度值是与所述图像的背景相对应的亮度值;以及校正部,针对所述评价区域中所包含的像素中亮度比所述第一亮度值的亮度低且比所述第二亮度值的亮度高的像素,校正亮度值,以使亮度降低。
这样,由于能够针对包含在周边存在不要衍射光像得可能性较大的饱和像素的区域进行图像的校正,因此能够降低对不需要校正的拍摄对象进行的误校正。
并且,由于能够根据评价区域内的各个亮度值的像素数的推移来确定需要校正的像素的亮度值,因此可以在不受不要衍射光像的形状的影响下高精确地对图像进行校正。
而且,由于能够仅使用一张图像来进行校正,因此即使拍摄对象是动态的情况也能够进行校正。
并且,最好是,在所述图像中包含有多个所述饱和像素的情况下,所述评价区域设定部设定将彼此靠近的所述饱和像素分成组后的饱和像素群,并按被设定的各个饱和像素群来设定所述评价区域。
这样,即使在拍摄多个拍摄对象的情况下,由于能够按与各个拍摄对象相对应的饱和像素群来设定评价区域,因此能够降低对不需要进行校正的拍摄对象的误校正。
并且,最好是,所述评价区域设定部设定所述评价区域,以使所述饱和像素群越大所述评价区域就越大。
据此,由于能够按照饱和像素群的大小来设定评价区域,因此能够对按照饱和像素群的大小而变大的不要衍射光设定大小恰当的评价区域。这样,能够以更高的精确度来进行校正,并且能够降低对不需要校正的拍摄对象的误校正。
并且,最好是,所述评价区域设定部,将与所述饱和像素群相对应,并且被包含在所述不要衍射光的规定衍射级数的衍射光的成像范围,设定为所述评价区域。
据此,由于能够按照光学系统的特性来设定评价区域,因此所设定的评价区域能够确实地包括不要衍射光像所存在的区域,并且不会包括不要衍射光像所不存在的区域。这样,能够以更高的精确度来进行校正,并且能够降低对不需要校正的拍摄对象的误校正。并且,由于能够降低对不要衍射光像所不存在的区域的处理量,因此能够减轻处理的负荷。
并且,也可以是,在按照从亮度高的一侧向亮度低的一侧来参照所述像素数的推移的情况下,所述第一亮度值确定部将像素数初次超过规定的像素数时的亮度值确定为所述第一亮度值。
据此,由于能够按照评价区域内的像素的亮度值分布特性来确定表示不要衍射光像的上限亮度的第一亮度值,因此能够在不受不要衍射光像的形状的影响下高精确地对图像进行校正。
并且,也可以是,在将所述亮度值设为横轴、将所述像素数设为纵轴的情况下的所述像素数的推移中,所述第一亮度值确定部算出在位于向上凸起的顶点上的亮度值中,除所述饱和像素的亮度值以外亮度最高的亮度值,并将亮度比算出的亮度值的亮度高且比所述饱和像素的亮度值的亮度低的亮度值确定为所述第一亮度值。
据此,由于能够按照评价区域内的像素的亮度值分布特性来确定表示不要衍射光像的上限亮度的第一亮度值,因此能够在不受不要衍射光像的形状的影响下高精确地对图像进行校正。
并且,也可以是,所述第二亮度值确定部根据所述评价区域的边缘部的像素的亮度值,确定所述第二亮度值。
据此,由于能够在评价区域内利用最不受不要衍射光的影响的像素的亮度值来确定第二亮度值,因此能够高精确地确定与背景相对应的亮度值。
并且,也可以是,在将所述亮度值设为横轴、将所述像素数设为纵轴的情况下的所述像素数的推移中,所述第二亮度值确定部,将位于向上凸起的顶点上的亮度值中的亮度最低的亮度值确定为所述第二亮度值。
据此,由于能够按照评价区域内的像素的亮度值分布的特性来确定第二亮度值,因此能够在不受不要衍射光像的形状的影响下,高精确地确定与背景相对应的亮度值。
并且,也可以是,构成所述图像的多个像素具有分别与多个波长区域相对应的亮度值;所述评价区域设定部按所述多个波长区域的每一个波长区域来设定所述评价区域;所述像素数算出部按所述多个波长区域的每一个波长区域来算出所述像素数;所述第一亮度值确定部按所述多个波长区域的每一个波长区域来确定所述第一亮度值;所述第二亮度值确定部按所述多个波长区域的每一个波长区域来确定所述第二亮度值;所述校正部按所述多个波长区域的每一个波长区域来校正所述亮度值。
据此,即使是由包括根据波长而不要衍射光特性不同的衍射光学元件的光学系统所拍摄的图像,也能够高精确地进行校正。
并且,也可以是,所述亮度值是仅与指定的波长区域相对应的亮度值。
据此,在能够预先知道只有指定的波长区域的光才会受到不要衍射光的影响较大的情况下等,能够仅针对指定的波长区域进行处理,因此能够减轻处理负荷。
并且,也可以是,该图像处理装置进一步包括判断部,判断所述第二亮度值是否比规定的阈值小;只有在所述判断部判断为所述第二亮度值比规定的阈值小的情况下,所述校正部才对所述亮度值进行校正。
据此,在与饱和像素群所对应的拍摄对象的像不同的拍摄对象的像在评价区域内发生重叠的情况下,也能够回避针对该评价区域进行校正,因此能够降低对不需要校正的拍摄对象的像所进行的误校正。
并且,由于不需要对因背景亮度较高而不能检测出不要衍射光像的评价区域进行校正,因此能够减轻处理的负荷。
并且,本发明所涉及的摄像装置,对因不要衍射光而使画质劣化了的图像进行校正,该摄像装置包括:光学系统,该光学系统包括衍射光学元件;摄像系统,拍摄透过所述光学系统的光;以及上述图像处理装置。
据此,能够作为包括上述图像处理装置的摄像装置来实现。
并且,本发明所涉及的评价装置,对有关包括衍射光学元件的光学系统的不要衍射光的性能进行评价,该评价装置包括:光源,被设置成与所述光学系统相距规定的距离;摄像系统,拍摄透过所述光学系统的来自所述光源的光;评价区域设定部,从构成由所述摄像系统拍摄的所述光源的图像的多个像素中检测饱和像素,并将包括检测出的饱和像素的所述图像的一部分区域设定为评价区域,所述饱和像素是指亮度值饱和的像素;像素数算出部,算出被设定的所述评价区域中所包含的像素的各个亮度值的像素数;第一亮度值确定部,根据在将被算出的所述像素数按照亮度值的大小的顺序进行排列时的所述像素数的推移,确定第一亮度值,该第一亮度值示出所述不要衍射光的像的上限亮度;第二亮度值确定部,确定第二亮度值,该第二亮度值是与所述图像的背景相对应的亮度值;以及评价部,利用所述评价区域中所包含的像素中亮度比所述第一亮度值的亮度低且比所述第二亮度值的亮度高的像素的亮度值,对有关所述光学系统的不要衍射光的性能进行评价。
据此,由于能够针对包括在周边存在不要衍射光像的可能性较高的饱和像素的区域,进行有关不要衍射光的评价,因此能够降低将不应该成为评价对象的拍摄对象的像误认为是评价对象的可能性。
而且,由于能够根据评价区域内的各个亮度值的像素数的推移来确定需要评价的像素的亮度值,因此能够在不受不要衍射光像的形状的影响下,高精确地进行有关不要衍射光的评价。
而且,由于能够仅利用一张图像来进行评价,因此即使拍摄对象是动态的情况,也能够进行有关不要衍射光的评价。
并且,最好是,所述光源为点光源。
据此,由于拍摄对象的像与不要衍射光像的重叠部分变小,因此能够高精确地对有关光学系统的不要衍射光的性能进行评价。
并且,最好是,进一步包括物镜,被设置在所述光学系统和所述摄像系统之间,对由所述光学系统形成的像进行放大。
据此,由于能够对从光学系统得到的像进行放大,因此能够以更高的精确度来对有关光学系统的不要衍射光的性能进行评价。
通过本发明,能够对由具有衍射光学元件的光学系统所产生的不要衍射光而导致的画质劣化了的图像进行校正,尤其是能够在不受不要衍射光像的限制的情况下进行高精确地校正。
附图说明
图1示出了本发明的实施方式1所涉及的摄像装置的构成。
图2是示出对因不要衍射光而导致画质劣化了的图像进行校正的图像处理部的特征性功能构成的方框图。
图3是用于对由评价区域设定部设定的评价区域进行说明的图。
图4是由图像处理部进行处理的流程图。
图5示出了评价区域内的亮度值的直方图的一个例子。
图6在模式上示出了在一级光成像面以及二级光成像面上的二级光的成像位置。
图7在模式上示出了在一级光成像面以及零级光成像面上的零级光的成像位置。
图8示出了由本发明的实施方式1所涉及的摄像装置进行了校正的图像的一个例子。
图9A示出了不要衍射光像的一个例子。
图9B示出了不要衍射光像的一个例子。
图10示出了本发明的实施方式2所涉及的评价装置的构成。
图11是示出评价有关不要衍射光的性能的图像处理部的特征性功能构成的方框图。
图12示出了在由本发明的实施例1所涉及的摄像装置拍摄的B波长区域的图像中仅提取了评价区域的图像。
图13是图12所示的评价区域内的亮度值的直方图。
图14示出了由本发明的实施例1所涉及的摄像装置进行了校正的图像。
图15示出了由本发明的实施例2所涉及的评价装置得到的不要衍射光像的亮度值的累加值和视角的关系的图表。
图16示出了以往的衍射光学元件的一个例子。
具体实施方式
(实施方式1)
以下参照附图对本发明实施方式1所涉及的摄像装置进行说明。
图1示出了实施方式1所涉及的摄像装置100的构成。如图1所示,摄像装置100包括:光学系统101、摄像元件105以及图像处理部110。
光学系统101具有:光圈102、衍射光学元件103以及折射光学元件104。光学系统101所具有的衍射光学元件103以及折射光学元件104的数量是按照光学系统的设计目的而被决定的。并且,本实施方式的光学系统101虽然具有一个衍射光学元件103以及一个折射光学元件104,但是本发明所涉及的光学系统并非受此数量的限制。例如,光学系统101也可以具有多个衍射光学元件103以及多个折射光学元件104。
光圈102调整入射到摄像元件105的光的量。另外,光圈102的设置位置是按照光学系统101的设计目的而被决定的。即,光圈102并非像图1所示那样必须设置在拍摄对象一侧。光圈102可以被设置在摄像元件105一侧,也可以被设置在衍射光学元件103以及折射光学元件104之间。
衍射光学元件103是利用光的衍射现象的光学元件。具体而言,在衍射光学元件103的摄像元件105一侧的凸面上形成有同心圆状的衍射光栅。并且,衍射光学元件103也可以是平板状。并且,衍射光栅也可以被形成在平面或凹面上。并且,衍射光栅可以形成在衍射光学元件的一个面上,也可以形成在双面上。并且,如图16所示,衍射光学元件103可以是在形成衍射光栅的面上被涂敷或粘着有保护膜的衍射光学元件,所述保护膜是具有与衬底不同的折射率以及折射率分布的光学材料。
折射光学元件104例如是凸透镜、凹透镜等,并按照光学系统的设计目的被设置在衍射光学元件103的前后。
摄像元件105是摄像系统的一个例子,例如具有CCD(Charge CoupledDevice:电荷耦合元件)、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor:金属氧化物半导体元件)等固体摄像元件。摄像元件105将透过光学系统101的来自拍摄对象的光转换为电信号。
图像处理部110例如由CPU(中央处理单元:Central Processing Unit)、存储器、系统LSI等构成。图像处理部110针对根据来自摄像元件105的电信号而得到的图像,进行因不要衍射光而劣化了的画质的校正。并且,不要衍射光是由衍射光学元件而产生的衍射光的一部分,并且是指与通过设计而事先决定的衍射级数(设计衍射级数)不同的衍射级数的衍射光。
并且,图1所示的拍摄对象120是由拍摄装置100拍摄的拍摄对象的一个例子。拍摄对象120包括强光光源121a、121b以及物体123。
图2是示出对因不要衍射光而画质劣化了的图像进行校正的图像处理部110的特征性功能构成的方框图。
如图2所示,摄像装置100所具有的图像处理部110包括:评价区域设定部111、像素数算出部112、第一亮度值确定部113、第二亮度值确定部114、判断部115以及校正部116。
评价区域设定部111从构成图像的多个像素中检测饱和像素,该饱和像素是指亮度值饱和的像素。在此,亮度值是对表示光的强度的亮度进行数值化后得到的值。并且,在光由多个波长区域构成的情况下,亮度值则是对表示每个波长区域的光的强度的亮度进行数值化后而得到的值。并且,在本实施例中所记载的是亮度越高亮度值就越大的情况。并且,饱和像素是指亮度最高的像素,例如在亮度值以256个灰度等级(0-255)来表示的图像的情况下则是指亮度值为“255”的像素。并且,例如饱和像素也可以是亮度值在规定阈值(例如“250”、“240”等)以上的像素。
并且,评价区域设定部111将包括检测出的饱和像素的图像的一部分区域设定为评价区域。评价区域设定部111在图像中包括多个饱和像素的情况下,设定彼此相邻的饱和像素被分组后的饱和像素群,并按照被设定的饱和像素群来设定评价区域。
并且,评价区域设定部111将评价区域设定为饱和像素群越大评价区域就越大。这是因为饱和像素群的大小越大,该饱和像素群周边所出现的不要衍射光像的大小就越大的缘故。
具体而言,评价区域设定部111将与饱和像素群对应,并且不要衍射光中所包含的规定的衍射级数的衍射光的成像范围设定为评价区域。详细待后述。并且,评价区域设定部111也可以仅将针对饱和像素群的大小乘以预先规定的比例系数后的大小设定为评价区域。
像素数算出部112算出评价区域中所包含的像素的各个亮度值的像素数。
第一亮度值确定部113根据在将由像素数算出部112算出的像素数按照亮度值的大小来排顺序的情况下的像素数的推移,来确定表示不要衍射光像的上限亮度的第一亮度值。
具体而言,例如第一亮度值确定部113在从亮度高的一侧向亮度低的一侧来参照像素数的推移的情况下,将初次超过规定的像素数时的亮度值设定为第一亮度值。在此,超过规定的像素数时的亮度值是指,像素数从比规定的像素数少变化为比规定的像素数多时的亮度值。
第二亮度值确定部114确定第二亮度值,该第二亮度值是与图像的背景相对应的亮度值。具体而言,第二亮度值确定部114根据评价区域边缘部分的像素的亮度值来确定第二亮度值。
判断部115判断第二亮度值是否比规定阈值小。
校正部116仅在由判断部115判断为第二亮度值比规定阈值小的情况下,针对评价区域中所包含的像素中亮度比第一亮度值的亮度低且比第二亮度值的亮度高的像素进行校正,以使得被校正的像素的亮度比校正前的亮度值的亮度还要低。
图3是用于说明由评价区域设定部111设定的评价区域的图。另外,在图3所示的图像130a中,以黑色表示最高亮度,以白色表示最低亮度。
图3所示的图像130a是利用包括衍射光学元件的光学系统在黑暗中拍摄强光光源121a、121b和物体123时的图像的一个例子。由于光源121a、121b是强光,因此分别与光源121a、121b相对应的图像,即拍摄对象图像131a、131b的亮度值饱和。并且,在该拍摄对象图像131a、131b的周边存在不要衍射光像132a、132b。像这种不要衍射光像132a、132b是在拍摄强光光源等亮度高的拍摄对象的情况下,或者是在增加曝光时间或增益时进行拍摄的情况下,能够在亮度值为饱和的拍摄对象图像的周边被检测到。
与此相比,在亮度低的物体123所对应的图像,即拍摄对象图像133的周边检测不到不要衍射光像。这是因为拍摄对象图像的亮度值越大不要衍射光像的亮度值就越大的缘故。也就是说,亮度值小的拍摄对象图像所对应的不要衍射光像由于亮度值变得非常小因此不能被检测到。
在这样的图像130a中,评价区域设定部111针对作为亮度值为饱和的像素(饱和像素)的组的拍摄对象图像131a、131b(饱和像素群),分别设定评价区域134a、134b。如图3所示,评价区域设定部111进行设定,以使评价区域134a、134b内包含不要衍射光像132a、132b。另外,对于详细的设定方法待后述。
以下,对具有以上所述构成的摄像装置100的图像处理部110的各种工作进行说明。
图4是图像处理部110进行的处理的流程图。
首先,评价区域设定部111从构成图像的多个像素中检测亮度值为饱和的像素,即检测饱和像素(步骤S101)。
之后,评价区域设定部111设定饱和像素群,该饱和像素群是通过对被检测出来的饱和像素中彼此相邻的饱和像素进行分组而得到的。另外,“相邻”是指存在于预先规定的像素数(例如,1个像素、4个像素、8个像素等)以内的范围中。也就是说,在预先规定的像素数为1个像素的情况下,与某饱和像素相邻的像素为饱和像素时,评价区域设定部111将这些饱和像素作为同一个饱和像素群来编组。
具体而言,评价区域设定部111将构成图3所示的拍摄对象图像131a、131b的像素的每一个作为饱和像素来检测。而且,评价区域设定部111将作为彼此相邻的饱和像素的拍摄对象图像131a作为第一饱和像素群来设定。同样,评价区域设定部111将拍摄对象图像131b作为第二饱和像素群来设定。
之后,评价区域设定部111选择一个被设定了的饱和像素群(步骤S103)。具体而言,例如选择上述的第一饱和像素群。
之后,评价区域设定部111设定符合被选择的饱和像素群的大小的评价区域(步骤S104)。具体而言,评价区域设定部111设定评价区域,以使得饱和像素群越大评价区域就越大。以下,利用图3所示的图像130a对步骤S104的处理进行具体说明。
在步骤S103第一饱和像素群(拍摄对象图像131a)被选择了的情况下,评价区域设定部111利用拍摄对象图像131a的面积来算出拍摄对象图像131a的大小。例如,评价区域设定部111通过将拍摄对象图像131a假定为圆形,从而将与拍摄对象图像131a的面积相对应的圆的直径作为拍摄对象图像131a的大小来算出。并且,评价区域设定部111利用被算出的拍摄对象图像131a的大小,将不要衍射光中所包含的规定的衍射级数的光的成像范围设定为评价区域134a。在此,评价区域设定部111设定评价区域134a,以使评价区域134a的中心与拍摄对象图像131a的中心一致。以后将详细说明不要衍射光中所包含的规定的衍射级数的光的成像范围。
另外,在步骤S103第二饱和像素群(拍摄对象图像131b)被选择的情况下,评价区域设定部111与上述同样,在拍摄对象图像131b的周边设定评价区域134b。
这样,评价区域设定部111设定包含不要衍射光像132a、132b,而不包含拍摄对象图像133的评价区域134a、134b。
返回到图4的流程图进行说明。
之后,像素数算出部112算出被设定的评价区域中所包含的像素的各个亮度值的像素数(步骤S105)。
之后,第一亮度值确定部113根据将被算出的像素数按照亮度值的大小的顺序而被排列时的像素数的推移,确定作为不要衍射光像的亮度值的上限值的第一亮度值Imax(步骤S106)。
以下,利用图5对步骤S105以及步骤S106的处理进行具体说明。
图5示出了评价区域内的亮度值的直方图的一个例子。
在步骤S103第一饱和像素群被选择的情况下,像素数算出部112算出图3所示的评价区域134a中所包含的像素的各个亮度值的像素数。并且,像素数算出部112例如制作图5所示的亮度值的直方图140。在此,亮度值的直方图是横轴为亮度值,纵轴为像素数的图表。也就是说,直方图140示出了按照亮度值的大小顺序而被排列了的像素数的推移。
接着,如直方图140所示,在从亮度值大的一侧(右侧)向小的一侧(左侧)来参照像素数的推移的情况下,第一亮度值确定部113将像素数初次超过规定像素数“10”之时的亮度值确定为第一亮度值Imax。如图5所示,像以上这样被确定的第一亮度值Imax与不要衍射光像132a的亮度值的上限值相对应。在此,规定的像素数可以不必是“10”。在直方图140中噪声较多的情况下,由于不要衍射光像132a的亮度值的上限值较高,因此会出现误检测。为了防止这一问题,可以选择大一些的值来作为规定的像素数。直方图140的噪声在评价区域的图像出现亮度不均一的情况下,或者在拍摄复杂的形状或亮度的拍摄对象的情况下容易发生。关于噪声的发生量,通过对直方图140进行傅立叶变换,就可以作为高频而被检测出来,因此能够判断噪声的大小,据此能够决定规定的像素数。并且,需要注意的是,作为规定的像素数而被设定的值若过大,则不要衍射光像132a的亮度值的上限值就会过小,从而会造成不要衍射光像132a不能被完全去除。在考虑到这些问题的基础上,规定的像素数的决定方法,例如可以设定为与不要衍射光像132a相对应的峰值143的像素数的一半或1/10。
在此,对像上述这样确定了的第一亮度值Imax与不要衍射光像132a的亮度值的上限值相对应的理由进行说明。
一般而言,因不要衍射光而画质降低成为问题的图像是,在黑暗中拍摄非常明亮的拍摄对象的情况下的图像。其原因是,即使在不要衍射光像的亮度值小的情况下,由于不要衍射光像和背景的对比度变大,因此图像内的不要衍射光像在视觉上比较显著。像这样在黑暗中拍摄了非常明亮的拍摄对象的图像的情况下,如图5所示,与亮度值饱和的拍摄对象图像131a对应的峰值142、与不要衍射光像132a对应的峰值143、以及与背景对应的峰值141这3个像素数的峰值被检测出的情况比较多。并且,与拍摄对象图像131a对应的峰值142的亮度值和与不要衍射光像132a对应的峰值143的亮度值之间的亮度值的像素数,在0近旁的情况比较多。因此,在将像素数的推移从高亮度侧向低亮度侧参照的情况下,能够将超过规定的像素数时的亮度值作为第一亮度值Imax来检测,该第一亮度值Imax是不要衍射光像132a的最大亮度值。
另外,在直方图中噪声较多的情况下,最好是第一亮度值确定部113在对像素数的推移进行移动平均等平均化处理之后,再确定第一亮度值Imax。
返回到图4的流程图进行说明。
接着,第二亮度值确定部114利用评价区域的边缘部的像素的亮度值,算出该评价区域的背景的亮度值。于是,第二亮度值确定部114将算出的亮度值确定为第二亮度值Imin(步骤S107)。具体而言,评价区域的背景的亮度值是,将与矩形的评价区域的四个顶点的位置相对应的像素的亮度值的平均值作为第二亮度值Imin来确定。
接着,判断部115判断被确定的第二亮度值Imin是否比规定阈值小(步骤S108)。
在此,在第二亮度值Imin比规定阈值小的情况下(步骤S108的是),校正部116对评价区域中所包含的像素中的亮度值比第一亮度值Imax小且比第二亮度值Imin大的像素的亮度值进行校正(步骤S109)。也就是说,校正部116将亮度值比第一亮度值Imax小且比第二亮度值Imin大的像素作为构成不要衍射光像的像素来处理,通过校正该像素的亮度值,从而对因不要衍射光而画质劣化了的图像进行校正。例如,校正部116将亮度值比第一亮度值Imax小且比第二亮度值Imin大的所有像素的亮度值校正为第二亮度值Imin,以使得亮度比校正前的亮度值的亮度低。并且,校正部116还进行使校正后的评价区域内的图像和评价区域周边的图像的边界变得模糊的处理。具体而言,例如校正部116进行该边界周边的像素的亮度值平均化以及高斯滤波等处理。据此,能够降低校正了评价区域内的图像后的评价区域的边界上的亮度的差。
另一方面,在第二亮度值Imin比规定阈值大的情况下(步骤S108的否),校正部116在步骤S109不进行校正。在这种情况下,由于其他的拍摄对象图像有可能与在步骤S103被选择的饱和像素群所对应的拍摄对象图像重叠,因此校正部116对评价区域不进行校正。这样,能够减少校正部116对拍摄对象图像的误校正。并且,由于背景的亮度高,不要衍射光像就不能被检测出来,对于这样的评价区域,校正部116可以不进行校正,这样能够减轻处理的负荷。
并且,规定阈值可以是在估计使用环境后,被设定为预先决定的值。例如可以是255灰度等级的一半即128,也可以是1/3即85。并且,规定阈值可以不必利用预先决定的固定值,可以按照使用环境来自动决定。例如,在夜间摄影等图像整体比较暗的情况下(在直方图中的分布偏向于低亮度一侧的情况等),由于不应该被消去的拍摄对象的像重叠的可能性较低,因此可以将规定阈值设定得大些。相反,在图像整体比较明亮得情况下(在直方图中的分布偏向于高亮度一侧的情况等),由于不应该被消去的拍摄对象的像重叠的可能性较高,因此可以将规定阈值设定得小些。在这种情况下,由于拍摄对象的像具有一定的亮度,因此即使不要衍射光像重叠也不会显著,所以不去除不要衍射光像也不会成为问题。在这种情况下的规定阈值的决定方法可以是对图像上的全体像素的亮度的总和进行累加,并按照这个值来决定。
接着,评价区域设定部111判断在步骤S102被设定的饱和像素群的全体是否在步骤S103被选择(步骤S110)。在此,在所有的饱和像素群没有被选择的情况下(步骤S110的否),评价区域设定部111选择还没有被选择的饱和像素群(步骤S103)。另一方面,在所有的饱和像素群被选择的情况下(步骤S110的是),结束处理。
以下利用图6以及图7,对评价区域设定部111作为评价区域而设定的不要衍射光中所包含的规定的衍射级数的光的成像范围进行说明。并且,以下对设计衍射级数的光为一级光的情况进行说明。
图6在模式上示出了一级光成像面152以及二级光成像面153中二级光成像的位置。来自大小为y的拍摄对象151的光在透过入瞳直径为D的光学系统155时而产生的一级光以及二级光成像于一级光成像面152以及二级光成像面153。并且,由于设计衍射级数为“1”,因此设置摄像元件105,以使摄像面与一级光成像面152一致。
在此,在将一级光的焦距设为f1,二级光的焦距设为f2,在二级光成像面153的二级光图像的大小设为y22,在一级光成像面152的二级光图像的大小设为y21,在一级光城西成像面152的一级光图像的大小设为y11,一级光成像面152和二级光成像面153的距离设为L21,入瞳直径设为D的情况下,以下的关系式成立。
(算式2)
y 22 = f 2 f 1 y 11 · · · ( 2 )
D + y 22 f 2 = y 21 - y 22 L 21 · · · ( 3 )
L 21 ≅ f 1 - f 2 · · · ( 4 )
整理上述的公式(2)、(3)以及(4),可以得到以下的公式(5)。
(算式3)
y 21 = y 11 + f 1 - f 2 f 2 D · · · ( 5 )
一级光焦距f1、二级光焦距f2以及入瞳直径D是预先可以获得的系数。因此,在二级光作为不要衍射光起主导作用的情况下,评价区域设定部111将一个边的长为y21的矩形区域视为二级光的成像范围,并将该矩形区域设定为评价区域。
图7在模式上示出了在一级光成像面152以及零级光成像面154中的零级光成像的位置。在此,在将一级光的焦距设为f1,零级光的焦距设为f0,在零级光成像面154的零级光图像的大小设为y00,在一级光成像面152的零级光图像的大小设为y01,在一级光成像面152的一级光图像的大小设为y11,入瞳直径设为D的情况下,与上述同样,可以推导出以下的公式(6)。
(算式4)
y 01 = y 11 + f 0 - f 1 f 0 D · · · ( 6 )
因此,在零级光作为不要衍射光起主导作用的情况下,评价区域设定部111将一个边的长为y01的矩形区域视为零级光的成像范围,并将该矩形区域设定为评价区域。
这样,由于评价区域设定部111能够按照饱和像素群的大小以及光学系统101的特性来设定评价区域,因此所设定的评价区域是包括不要衍射光像所存在的区域且不包括不要衍射光像所不存在的区域。这样,摄像装置100能够减少对不需要校正的拍摄对象所进行的误校正。并且,由于摄像装置100能够减少对不要衍射光像所不存在的区域进行处理的处理量,因此减轻了处理负荷。
并且,在作为不要衍射光起主导作用的衍射级数不明确的情况下,评价区域设定部111对有可能成为候补的多个衍射级数的每一个算出在一级光成像面152的图像的大小,可以将被算出的图像的大小中最大图像的大小设为评价区域的大小。
并且,评价区域设定部111没有必要使评价区域的大小与通过上述公式(5)或公式(6)得到的图像的大小严密保持一致。为了使不要衍射光像存在于评价区域外的可能性降低,评价区域设定部111例如可以在通过上述公式(5)或公式(6)得到的图像的大小上加上规定的常数,并将该加上规定的常数以后的大小设为评价区域的大小。
如以上所述,本实施方式的摄像装置100能够从包含不要衍射光像的图像中去除不要衍射光像。
图8示出了摄像装置100进行校正后的图像的一个例子。在图8所示的图像130b中,与图3同样,最高亮度以黑色表示,最低亮度以白色表示。并且,图像130b是图3所示的图像130a被校正时的图像。
如图8所示,本实施方式的摄像装置100由于能够对包括不要衍射光像存在于周边的可能性较高的饱和像素的区域进行图像的校正,因此能够降低对不需要校正的拍摄对象图像进行的误校正。即,摄像装置100不是去除亮度值与不要衍射光像132a、132b的亮度值接近的拍摄对象图像133,而是能够仅去除不要衍射光像132a、132b。
并且,摄像装置100即使在拍摄多个拍摄对象的情况下,也能够按照与各个拍摄对象对应的饱和像素群来设定评价区域,因此能够降低对不需要校正的拍摄对象的误校正。具体而言,由于摄像装置100能够针对拍摄对象图像131a、131b分别设定评价区域134a、134b,因此能够降低去除拍摄对象图像133的可能性。
并且,由于摄像装置100能够根据评价区域内的各个亮度值的像素数的推移来确定需要校正的像素的亮度值,因此能够在不受不要衍射光像的形状的影响的情况下高精确度地对图像进行校正。具体而言,摄像装置100能够按照图5所示的亮度值分布的特性来确定第一亮度值。并且,摄像装置100能够利用评价区域边缘的像素的亮度值来确定第二亮度值,该评价区域边缘可以考虑为是最不受不要衍射光影响的区域。由于摄像装置100能够利用通过以上这样被确定的第一亮度值以及第二亮度值来确定需要校正的像素,因此能够在不受不要衍射光像的形状的影响下高精确度地对图像进行校正。
并且,由于摄像装置100能够仅利用一张图像来进行校正,因此即使拍摄对象是动态的情况也能够进行校正。
并且,本实施方式所涉及的摄像装置100不仅在不要衍射光像132a、132b是连续的图像的情况下,即使是在饱和图像群周边被断断续续形成的多个像素群构成的情况下,也能够高精确度地对图像进行校正。具体而言,摄像装置100即使在不要衍射光像132a、132b例如是被形成为图9A所示的同心圆形状的多个环状的情况下,也能够高精确度地对图像进行校正。并且,摄像装置100即使在不要衍射光像132a、132b例如是被划分为图9B所示的放射状的形状的情况下,也能够高精确度地对图像进行校正。并且,摄像装置100即使在不要衍射光像132a、132b是同心圆形状的多个环状分别被划分为放射状的形状的情况下,即成为图9A和图9B被组合起来的形状的情况下,也能够高精确度地对图像进行校正。
(实施方式2)
以下参照附图对本发明的实施方式2所涉及的评价装置进行说明。另外,对于与实施方式1所涉及的摄像装置相同的部分赋予相同的符号,并省略说明。
图10示出了实施方式2所涉及的评价装置200的构成。如图10所示,评价装置200的构成中包括:光源221、屏蔽单元222、可动机构223、摄像元件105以及图像处理部210。
光源221被安装在可动机构223。并且,光源221被设置在暗室。这样,通过将光源221设置在暗室,从而能够排除光源221以外的光的影响,因此评价装置200能够严密地评价有关光学系统101的不要衍射光的性能。
屏蔽单元222被设置在光源221和光学系统101之间,具有圆形的开口部。并且,屏蔽单元222在光源221移动时与光源221一起移动。这样,通过设置屏蔽单元222,从而能够将拍摄对象视为点光源。由于拍摄对象为点光源,因此拍摄对象图像和不要衍射光像重叠的部分变小,所以评价装置200能够高精度地评价有关光学系统101的不要衍射光的性能。
可动机构223由XYZ台(stage)、测微计等构成,能够任意地设定光源221以及屏蔽单元222的位置。即,评价装置200能够以任意的视角来拍摄来自光源221并通过屏蔽单元222的开口部的光。
图11是示出评价有关不要衍射光的性能的图像处理部210的特征性功能构成的方框图。如图11所示,本实施方式的图像处理部210与实施方式1的图像处理部110的不同之处是,具有评价部216以取代校正部116,以及第二亮度值确定部114的处理中的一部分不同,除此之外其他的构成要素与实施方式1的图像处理部110相同。
第二亮度值确定部114将光源221在没有点灯的状态下拍摄的图像的亮度值的平均值确定为第二亮度值。
评价部216利用评价区域中所包含的像素中的,亮度比第一亮度值低且比第二亮度值高的像素的亮度值,来评价有关光学系统101的不要衍射光的性能。具体而言,例如评价部216利用该像素的亮度值的累加值,来评价有关光学系统101的不要衍射光的性能。并且,评价部216也可以利用该像素的亮度值和第二亮度值的差的累加值,来评价有关光学系统101的不要衍射光的性能。
而且,评价部216按照与多个视角相对应而被拍摄的图像,来评价有关光学系统101的不要衍射光的性能。
通过以上所述,由于评价装置200能够针对包括不要衍射光像存在于周边的可能性高的饱和像素的区域,进行有关不要衍射光的评价,因此能够降低误将不应该是评价对象的拍摄对象图像视为评价对象的可能性。
而且,由于能够根据评价区域内的各个亮度值的像素数的推移来确定需要评价的像素的亮度值,因此能够在不受不要衍射光像的形状的影响下,高精度地进行有关不要衍射光的评价。
而且,由于能够仅用一张图像来进行评价,因此即使拍摄对象是动态的情况下,也能够进行有关不要衍射光的评价。
并且,评价装置200也可以在光学系统101和摄像元件105之间设置物镜。这样,能够使与不要衍射光相对应的图像放大,因此能够以更高的精度来评价有关光学系统101的不要衍射光的性能。
并且,包括衍射光学元件103的光学系统101由于波长的影响而不要衍射光的发生分布以及发生量会不同,因此评价装置200也可以具有波长带通滤波器。这样,评价装置200能够按照波长来评价得到的图像,因此能够以更高的精度来评价有关光学系统101的不要衍射光的性能。而且,波长带通滤波器可以被设置在光学系统101和光源221之间,也可以被设置在光学系统101和摄像元件105之间。
以上根据实施方式对本发明所涉及的摄像装置以及评价装置进行了说明,但是本发明并非受这些实施方式的限定。只要是不超出本发明的主旨,本领域技术人员能够想到的各种针对本实施方式的变形,以及由不同的实施方式中的构成要素的组合而构成的实施方式均包含在本发明的范围内。
例如,本发明可以作为具有实施方式1的摄像装置100所具有的图像处理部110或者实施方式2的评价装置200所具有的图像处理部210的图像处理装置来实现。
并且,实施方式1的摄像装置100所具有的图像处理部110或者实施方式2的评价装置200所具有的图像处理部210也可以针对具有分别与多个波长区域相对应的亮度值的图像,按照各个波长区域来进行图像处理。在这种情况下,评价区域设定部111也可以按照波长区域来变更评价区域的大小。例如,在光学系统101的G波长区域的衍射效率比R波长区域以及B波长区域的衍射效率高的情况下,评价区域设定部111可以将G波长区域的评价区域设定为比R波长区域以及B波长区域的评价区域小。
这样,通过图像处理部110按照波长区域进行图像处理,即使是包括具有因波长而不要衍射光的特性不同的衍射光学元件的光学系统所拍摄的图像,摄像装置也能够高精度地对因不要衍射光造成的画质劣化进行校正。并且,评价装置能够按照波长区域来评价光学系统的性能,该光学系统是指包括因波长而不要衍射光的特性不同的衍射光学元件的光学系统。
并且,实施方式1以及2中的评价区域设定部111是为了使评价区域的中心和拍摄对象图像131a的中心一致而设定评价区域134a的,不过本发明所涉及的摄像装置以及评价装置并非受限于这种摄像装置以及评价装置。例如,评价区域设定部111可以按照拍摄对象的视角来变更评价区域的中心位置。并且,评价区域设定部111也可以按照图像的波长区域来变更评价区域的中心位置。这样,能够进一步地提高校正以及评价的精确度。
并且,实施方式1以及2中的评价区域设定部111为了使图像处理中的各种运算变的简单,而设定了矩形的评价区域134a,不过本发明所涉及的摄像装置以及评价装置并非受限于这种摄像装置以及评价装置。例如,评价区域设定部111可以将评价区域的形状设定为与饱和像素群的形状略相似的形状。在这种情况下,第二亮度值确定部114可以将位于评价区域的周边部的像素的亮度值的平均值确定为第二亮度值。
这样,评价区域设定部111通过将评价区域的形状设定为略与饱和像素群的形状相似,从而能够设定形状与不要衍射光像的形状相近的评价区域。这样,摄像装置能够降低对不需要校正的拍摄对象图像的误校正。并且,评价装置能够减少将拍摄对象图像误认为是不要衍射光像而进行的光学系统的评价。
并且,在将各个亮度值的像素数的推移从亮度高的一侧向亮度低的一侧参照的情况下,实施方式1以及2的第一亮度值确定部113是将初次超过规定的像素数时的亮度值设定为第一亮度值的,不过本发明所涉及的摄像装置以及评价装置并非受限于这样的摄像装置以及评价装置。
例如,在将亮度值作为横轴,将像素数作为纵轴的情况下的所述像素数推移中,第一亮度值确定部也可以算出在位于向上凸起的位置上的亮度值中算出除去饱和像素的亮度值以外亮度最高的亮度值,将比算出的亮度值高且比饱和像素的亮度值低的亮度值确定为第一亮度值。具体而言,第一亮度值确定部113从图5所示的直方图的峰值141、142、143的各自的亮度值中,算出除去与饱和像素的亮度值相对应的峰值142后示出最高亮度的峰值143的亮度值。并且,第一亮度值确定部113将峰值143的亮度值和饱和像素的亮度值的中间值确定为第一亮度值。并且,作为中间值的一个例子可以是,第一亮度值确定部113可以将峰值143的亮度值和饱和像素的亮度值的平均值确定为第一亮度值。即,第一亮度值确定部113将亮度值比峰值143的亮度值大且比饱和像素的亮度值小的亮度值确定为第一亮度值。
这样,摄像装置或评价装置能够按照评价区域内的像素的亮度值分布特性,来确定表示不要衍射光像的上限亮度的第一亮度值,因此,可以在不受不要衍射光像的形状的影响下高精度地对图像进行校正或对光学系统进行评价。
并且,实施方式1以及2的第二亮度值确定部114是根据评价区域的边缘部分的像素的亮度值来确定第二亮度值的,不过也可以利用亮度值的推移来确定第二亮度值。即,第二亮度值确定部114在亮度值为横轴,像素数为纵轴的情况下的像素数推移中的向上凸起的位置的亮度值中,将亮度最低的亮度值确定为第二亮度值。具体而言,例如,第二亮度值确定部114将图5所示的直方图中的峰值141的亮度值确定为第二亮度值。
这样,第二亮度值确定部114能够按照评价区域内的像素的亮度值分布的特性来确定第二亮度值,因此,能够在不受不要衍射光像的形状的影响下高精度地确定与背景相对应的亮度值。
并且,实施方式1的摄像装置100或实施方式2的评价装置200具备了判断部,不过本发明的摄像装置或评价装置也可以不必具备判断部。摄像装置或评价装置即使在不具备判断部的情况下,也可以根据评价区域内的各个亮度值的像素数的推移来确定需要校正的像素的亮度值,因此能够在不受不要衍射光像的形状的影响下高精度地对图像进行校正。并且,在不具备判断部的情况下,校正部可以在不受第二亮度值的影响的情况下,对具有从第一亮度值到第二亮度值之间的亮度值的像素的亮度值进行校正。
并且,本发明不仅可以作为这样的摄像装置或评价装置来实现,也可以作为将这样的摄像装置或评价装置所具备的特征性的处理部作为步骤的图像处理方法或光学评价方法来实现,也可以将这些处理作为使计算机执行的程序来实现。并且,这样的程序可以通过CD-ROM等记录介质或互联网等传输介质来分发。
(实施例)
以下利用实施例对本发明进行具体说明。不过,本发明并非受以下的实施例所限定。
(实施例1)
对本发明的实施例1所涉及的摄像装置进行说明。
本实施例所涉及的摄像装置100的像素数为640×480像素,并生成亮度为256个灰度等级的彩色图像。并且,摄像装置100通过从被生成的彩色图像中抽出B波长区域的成分,从而获得B波长区域的图像。
本实施例所涉及的摄像装置100的光学系统101所包含的衍射光学元件103的一个面上形成有衍射光栅,该衍射光栅被设计成在G波长区域中的衍射效率为100%。因此,本实施例的光学系统101对于B波长区域的光而言衍射效率不成为100%。即,光学系统101对于B波长区域的光而言产生不要衍射光。
图12示出了在本实施例所涉及的摄像装置所拍摄的B波长区域的图像中,仅提取了评价区域的部分的图像。并且,图12所示的图像是亮度越高(亮度值越大)颜色就越黑。并且,为了便于理解因不要衍射光而导致的画质劣化,图12所示的图像被施加了γ校正。
如图12所示,在本实施例的摄像装置100所拍摄的B波长区域的图像中,在高亮度的拍摄对象图像331的周边检测到低亮度的不要衍射光像332。
因此,评价区域设定部111将能够充分容纳不要衍射光像332的较大的矩形区域设定为评价区域334。具体而言,评价区域334的大小为300×300像素。由于拍摄了被设置在光轴近旁的拍摄对象,因此,评价区域设定部111设定评价区域334,以使得亮度值饱和的拍摄对象图像331的中心和评价区域334的中心一致。
图13是图12所示的评价区域334内的亮度值的直方图340。在本实施例中,为了去除噪声,像素数算出部112针对算出的像素数,利用相邻的5个像素进行移动平均处理。如图13所示,在直方图340中能够分别对与背景相对应的峰值341、与不要衍射光像332相对应的峰值343、以及与亮度值饱和的拍摄对象图像331相对应的峰值342这三个峰值进行分离并确认。
因此,第一亮度值确定部113将与亮度值饱和的拍摄对象图像331相对应的峰值342的亮度值和与不要衍射光像332相对应的峰值343的亮度值的中间值“120”确定为不要衍射光像332的最大亮度值,即第一亮度值Imax。
并且,第二亮度值确定部114将评价区域334的四个顶点所分别对应的10×10像素的区域中所包含的像素的亮度值的平均值“0.72”确定为不要衍射光像332的最小亮度值,即第二亮度值Imin。
并且,校正部116将从第二亮度值Imin到第一亮度值Imax之间的亮度值的像素亮度值校正为第二亮度值Imin。
图14示出了由本实施例所涉及的摄像装置校正了的图像。如图14所示,存在于图12所示的评价区域334内的图像中的,分布不均匀的不要衍射光像332被完全去除。
(实施例2)
以下,对本发明的实施例2所涉及的评价装置进行说明。
本实施例所涉及的评价装置200对有关光学系统101的不要衍射光的性能进行了评价,该光学系统101所包含的衍射光学元件的形成有衍射光栅的面上,被涂敷有保护膜,该保护膜是具有与衬底不同的折射率以及折射率分布的光学材料。该衍射光学元件由于是以降低不要衍射光的发生为目的而被制成的光学元件,因此需要高精确度地评价是否按照设计那样使不要衍射光的发生降低了。
如图10所示,由于将拍摄对象设为了点光源,因此本实施例中的评价装置200被设置在光源221和光学系统101之间,并具备具有圆形的开口部的屏蔽单元222。因此,光学系统101使从屏蔽单元222的开口部射出的光成像于摄像元件105的拍摄面。
并且,评价装置200包括被设置在光学系统101和摄像元件105之间的物镜。
由该评价装置200来获得拍摄对象的像被扩大了的图像。并且,评价区域设定部111从获得的图像中设定评价区域。在此,被设定的评价区域为300×300像素。并且,评价区域设定部111设定评价区域,以使评价区域的中心与亮度值为饱和的拍摄对象的像的中心一致。
之后,像素数算出部112与实施例1同样,算出评价区域内的各个亮度值的像素数,以作成直方图。
并且,第一亮度值确定部113与实施例1同样,在该直方图中,将拍摄对象的像所对应的峰值的亮度值和不要衍射光像所对应的峰值的亮度值的中间值确定为第一亮度值Imax。在此被确定的第一亮度值Imax为“118”。
并且,第二亮度值确定部114将光源221以不点亮的状态下所拍摄的图像的平均亮度值确定为第二亮度值。在此被确定的第二亮度值Imin为“0.60”。
于是,评价部216累加像素的亮度值,即累加从第二亮度值Imin到第一亮度值Imax的亮度值。
本实施例中的评价装置200对通过移动光源221而的到的视角0度、10度以及30度这三个视角的图像执行上述的处理。
图15是示出通过实施例2的评价装置200而得到的不要衍射光像的亮度值的累加值和视角之间的关系的图表。如图15所示,本实施例的光学系统101在视角越大的情况下发生的不要衍射光就越多。于是,例如能够根据被算出的累加值来改善衍射光学元件的设计。并且,通过判断被算出的累加值是否在预先规定的阈值以下,从而能够对被制造的衍射光学元件进行检查。
本发明所涉及的图像处理装置等,能够作为可以高精确地对包括衍射光学元件的光学系统所产生的不要衍射光而使画质劣化了的图像进行校正的图像处理装置以及摄像装置等来利用,例如可以作为数码相机、数字摄像机、以及便携电话等来利用。并且,本发明所涉及的评价装置等,能够作为对有关包括衍射光学元件的光学系统的不要衍射光的性能进行定量评价的评价装置等来利用,例如可以作为构成光学系统生产流水线的检查装置等来利用。
符号说明
100撮像装置
101、155光学系统
102光圈
103衍射光学元件
104折射光学元件
202摄像元件
110、210图像处理部
111评价区域设定值部
112像素数算出部
113第一亮度值确定部
114第二亮度值确定部
115判断部
116校正部
120、151拍摄对象
121a、121b、221光源
123物体
130a、130b图像
131a、131b、133、331拍摄对象的像
132a、132b、332不要衍射光像
134a、134b、334评价区域
140、340直方图
141、142、143、341、342、343峰值
152一次光成像面
153二次光成像面
154零次光成像面
200评价装置
216评价部
222屏蔽单元
223可动机构

Claims (18)

1.一种图像处理装置,对因包括衍射光学元件的光学系统所产生的不要衍射光而使画质劣化了的图像进行校正,该图像处理装置包括:
评价区域设定部,从构成所述图像的多个像素中检测饱和像素,并将包括检测出的饱和像素的所述图像的一部分区域设定为评价区域,所述饱和像素是指亮度值饱和的像素;
像素数算出部,算出被设定的所述评价区域中所包含的像素的各个亮度值的像素数;
第一亮度值确定部,根据在将被算出的所述像素数按照亮度值的大小的顺序进行排列时的所述像素数的推移,确定第一亮度值,该第一亮度值示出所述不要衍射光的像的上限亮度;
第二亮度值确定部,确定第二亮度值,该第二亮度值是与所述图像的背景相对应的亮度值;以及
校正部,针对所述评价区域中所包含的像素中亮度比所述第一亮度值的亮度低且比所述第二亮度值的亮度高的像素,校正亮度值,以使亮度降低。
2.根据权利要求1所述的图像处理装置,
在所述图像中包含有多个所述饱和像素的情况下,所述评价区域设定部设定将彼此靠近的所述饱和像素分成组后的饱和像素群,并按被设定的各个饱和像素群来设定所述评价区域。
3.根据权利要求2所述的图像处理装置,
所述评价区域设定部设定所述评价区域,以使所述饱和像素群越大所述评价区域就越大。
4.根据权利要求3所述的图像处理装置,
所述评价区域设定部,将与所述饱和像素群相对应,并且被包含在所述不要衍射光的规定衍射级数的衍射光的成像范围,设定为所述评价区域。
5.根据权利要求1所述的图像处理装置,
在按照从亮度高的一侧向亮度低的一侧来参照所述像素数的推移的情况下,所述第一亮度值确定部将像素数初次超过规定的像素数时的亮度值确定为所述第一亮度值。
6.根据权利要求1所述的图像处理装置,
在将所述亮度值设为横轴、将所述像素数设为纵轴的情况下的所述像素数的推移中,所述第一亮度值确定部算出在位于向上凸起的位置上的亮度值中,除所述饱和像素的亮度值以外亮度最高的亮度值,并将亮度比算出的亮度值的亮度高且比所述饱和像素的亮度值的亮度低的亮度值确定为所述第一亮度值。
7.根据权利要求1所述的图像处理装置,
所述第二亮度值确定部根据所述评价区域的边缘部的像素的亮度值,确定所述第二亮度值。
8.根据权利要求1所述的图像处理装置,
在将所述亮度值设为横轴、将所述像素数设为纵轴的情况下的所述像素数的推移中,所述第二亮度值确定部,将位于向上凸起的顶点上的亮度值中的亮度最低的亮度值确定为所述第二亮度值。
9.根据权利要求1所述的图像处理装置,
构成所述图像的多个像素具有分别与多个波长区域相对应的亮度值;
所述评价区域设定部按所述多个波长区域的每一个波长区域来设定所述评价区域;
所述像素数算出部按所述多个波长区域的每一个波长区域来算出所述像素数;
所述第一亮度值确定部按所述多个波长区域的每一个波长区域来确定所述第一亮度值;
所述第二亮度值确定部按所述多个波长区域的每一个波长区域来确定所述第二亮度值;
所述校正部按所述多个波长区域的每一个波长区域来校正所述亮度值。
10.根据权利要求1所述的图像处理装置,
所述亮度值是仅与指定的波长区域相对应的亮度值。
11.根据权利要求1所述的图像处理装置,
所述不要衍射光的像由多个像素群构成。
12.根据权利要求1所述的图像处理装置,
该图像处理装置进一步包括判断部,判断所述第二亮度值是否比规定的阈值小;
只有在所述判断部判断为所述第二亮度值比规定的阈值小的情况下,所述校正部才对所述亮度值进行校正。
13.一种图像处理方法,对因包括衍射光学元件的光学系统所产生的不要衍射光而使画质劣化了的图像进行校正,该图像处理方法包括:
评价区域设定步骤,从构成所述图像的多个像素中检测饱和像素,并将包括检测出的饱和像素的所述图像的一部分区域设定为评价区域,所述饱和像素是指亮度值饱和的像素;
像素数算出步骤,算出被设定的所述评价区域中所包含的像素的各个亮度值的像素数;
第一亮度值确定步骤,根据在将被算出的所述像素数按照亮度值的大小的顺序进行排列时的所述像素数的推移,确定第一亮度值,该第一亮度值示出所述不要衍射光的像的上限亮度;
第二亮度值确定步骤,确定第二亮度值,该第二亮度值是与所述图像的背景相对应的亮度值;以及
校正步骤,针对所述评价区域中所包含的像素中亮度比所述第一亮度值的亮度低且比所述第二亮度值的亮度高的像素,校正亮度值,以使亮度降低。
14.一种摄像装置,对因不要衍射光而使画质劣化了的图像进行校正,该摄像装置包括:
光学系统,该光学系统包括衍射光学元件;
摄像系统,拍摄透过所述光学系统的光;以及
权利要求1所述的图像处理装置。
15.一种评价装置,对有关包括衍射光学元件的光学系统的不要衍射光的性能进行评价,该评价装置包括:
光源,被设置成与所述光学系统相距规定的距离;
摄像系统,拍摄透过所述光学系统的来自所述光源的光;
评价区域设定部,从构成由所述摄像系统拍摄的所述光源的图像的多个像素中检测饱和像素,并将包括检测出的饱和像素的所述图像的一部分区域设定为评价区域,所述饱和像素是指亮度值饱和的像素;
像素数算出部,算出被设定的所述评价区域中所包含的像素的各个亮度值的像素数;
第一亮度值确定部,根据在将被算出的所述像素数按照亮度值的大小的顺序进行排列时的所述像素数的推移,确定第一亮度值,该第一亮度值示出所述不要衍射光的像的上限亮度;
第二亮度值确定部,确定第二亮度值,该第二亮度值是与所述图像的背景相对应的亮度值;以及
评价部,利用所述评价区域中所包含的像素中亮度比所述第一亮度值的亮度低且比所述第二亮度值的亮度高的像素的亮度值,对有关所述光学系统的不要衍射光的性能进行评价。
16.根据权利要求15所述的评价装置,
所述光源为点光源。
17.根据权利要求15所述的评价装置,
该评价装置进一步包括物镜,该物镜被设置在所述光学系统和所述摄像系统之间,对由所述光学系统形成的像进行放大。
18.一种光学系统评价方法,用于评价装置,该评价装置对有关包括衍射光学元件的光学系统的不要衍射光的性能进行评价,
所述评价装置包括:
光源,被设置成与所述光学系统相距规定的距离;以及
摄像系统,拍摄透过所述光学系统的来自所述光源的光;
所述光学系统评价方法包括:
评价区域设定步骤,从构成由所述摄像系统拍摄的所述光源的图像的多个像素中检测饱和像素,并将包括检测出的饱和像素的所述图像的一部分区域设定为评价区域,所述饱和像素是指亮度值饱和的像素;
像素数算出步骤,算出被设定的所述评价区域中所包含的像素的各个亮度值的像素数;
第一亮度值确定步骤,根据在将被算出的所述像素数按照亮度值的大小的顺序进行排列时的所述像素数的推移,确定第一亮度值,该第一亮度值示出所述不要衍射光的像的上限亮度;
第二亮度值确定步骤,确定第二亮度值,该第二亮度值是与所述图像的背景相对应的亮度值;以及
评价步骤,利用所述评价区域中所包含的像素中亮度比所述第一亮度值的亮度低且比所述第二亮度值的亮度高的像素的亮度值,对有关所述光学系统的不要衍射光的性能进行评价。
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