JP2003172873A - 補正データ作成方法及び撮像装置 - Google Patents
補正データ作成方法及び撮像装置Info
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- JP2003172873A JP2003172873A JP2002228387A JP2002228387A JP2003172873A JP 2003172873 A JP2003172873 A JP 2003172873A JP 2002228387 A JP2002228387 A JP 2002228387A JP 2002228387 A JP2002228387 A JP 2002228387A JP 2003172873 A JP2003172873 A JP 2003172873A
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/20—Filters
Abstract
(57)【要約】
【課題】回転非対称な鮮鋭度回復フィルタを用いなくと
も光軸外の光学性能の劣化を補償することが可能な補正
データ作成方法を提供する。 【解決手段】光学系におけるＰＳＦ（点広がり関数）の
広がりの対称性を考慮してレンズの焦点面位置を補正す
るための補正データを作成する補正データ作成方法であ
って、前記ＰＳＦの強度を所定の閾値レベルで２値化す
る２値化工程と、前記２値化工程で２値化したＰＳＦに
対して外接する最小円を画像の複数の領域について算出
する最小円算出工程と、前記最小円算出工程で算出した
画像の複数の領域についての最小円の径の重み付け平均
値により画像全体のＰＳＦを評価するＰＳＦ評価工程
と、前記ＰＳＦ評価工程で取得した評価値に基づいて、
レンズの焦点面位置を補正するための補正データを算出
する補正データ算出工程とを具備する。
も光軸外の光学性能の劣化を補償することが可能な補正
データ作成方法を提供する。 【解決手段】光学系におけるＰＳＦ（点広がり関数）の
広がりの対称性を考慮してレンズの焦点面位置を補正す
るための補正データを作成する補正データ作成方法であ
って、前記ＰＳＦの強度を所定の閾値レベルで２値化す
る２値化工程と、前記２値化工程で２値化したＰＳＦに
対して外接する最小円を画像の複数の領域について算出
する最小円算出工程と、前記最小円算出工程で算出した
画像の複数の領域についての最小円の径の重み付け平均
値により画像全体のＰＳＦを評価するＰＳＦ評価工程
と、前記ＰＳＦ評価工程で取得した評価値に基づいて、
レンズの焦点面位置を補正するための補正データを算出
する補正データ算出工程とを具備する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、補正データ作成方
法及び撮像装置に関するものである。
法及び撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＬＳＩ技術の進展によりデジタルフィル
タによる２次元画像処理が広く行われるようになってき
た。２次元画像処理にはローパスフィルタ処理、ハイパ
スフィルタ処理、コンボルーションフィルタ処理等があ
る。このコンボルーションフィルタ処理においては、処
理対象とする画素を中心とするＮ×Ｎ個（Ｎは２以上の
整数）の画素の画像データに夫々所定の重み係数を乗算
して、これら乗算結果を加算することにより、その処理
対象とする画素の画像データが形成される。
タによる２次元画像処理が広く行われるようになってき
た。２次元画像処理にはローパスフィルタ処理、ハイパ
スフィルタ処理、コンボルーションフィルタ処理等があ
る。このコンボルーションフィルタ処理においては、処
理対象とする画素を中心とするＮ×Ｎ個（Ｎは２以上の
整数）の画素の画像データに夫々所定の重み係数を乗算
して、これら乗算結果を加算することにより、その処理
対象とする画素の画像データが形成される。
【０００３】デジタルフィルタを光学系の特性に合わせ
て設計しようとした場合、光学系のＰＳＦ（Point Spre
ad Function：点広がり関数）を実験的にまたは、光学
設計の段階での計算により得て、その特性を補完するよ
うな形でフィルタを設計する。あるいは、実験的にＰＳ
Ｆを求めても良い。通常、光学系の収差は光軸上から離
れるにつれて、回転非対称な成分（コマ収差、非点収
差）が大きくなる。理想的な逆フィルタではＰＳＦの回
転非対称性を考慮すれば、回転非対称なデジタルフィル
タになる。
て設計しようとした場合、光学系のＰＳＦ（Point Spre
ad Function：点広がり関数）を実験的にまたは、光学
設計の段階での計算により得て、その特性を補完するよ
うな形でフィルタを設計する。あるいは、実験的にＰＳ
Ｆを求めても良い。通常、光学系の収差は光軸上から離
れるにつれて、回転非対称な成分（コマ収差、非点収
差）が大きくなる。理想的な逆フィルタではＰＳＦの回
転非対称性を考慮すれば、回転非対称なデジタルフィル
タになる。
【０００４】回転非対称なデジタルフィルタにおいて、
画像の場所毎に異なるパラメータでデータを持つという
ことは、フィルタの行列大きさ分のデータを画素毎に持
たなければならず、非現実的といえる。例えば、画像が
Ｍ×Ｍ個の画素からなっている場合、前出のＮ×Ｎの鮮
鋭化フィルタでは係数の総数がＭ2×Ｎ2個になってしま
い大きなメモリを必要とする。
画像の場所毎に異なるパラメータでデータを持つという
ことは、フィルタの行列大きさ分のデータを画素毎に持
たなければならず、非現実的といえる。例えば、画像が
Ｍ×Ｍ個の画素からなっている場合、前出のＮ×Ｎの鮮
鋭化フィルタでは係数の総数がＭ2×Ｎ2個になってしま
い大きなメモリを必要とする。
【０００５】ところで、パイプライン処理のフィルタで
幾何変換と鮮鋭度回復を同時に実現できる構成は特許第
３０３５９２２号に開示されている。この構成において
は、上述の様に回転対称までは考慮されておらず、場所
毎に異なる係数を持っている必要がある。
幾何変換と鮮鋭度回復を同時に実現できる構成は特許第
３０３５９２２号に開示されている。この構成において
は、上述の様に回転対称までは考慮されておらず、場所
毎に異なる係数を持っている必要がある。
【０００６】現実的な処理のコスト（回路規模、処理速
度）を考えると、ボケ関数を回転対称なものに近似する
ことが好ましい。以下に示すように、比較的簡単な方法
でパラメトリックなデジタルフィルタを構成することが
できる。撮像機器の通常の使用目的では、ＰＳＦを回転
対称と見なせる範囲で逆フィルタを設計しただけでも周
波数成分の回復ということでは効果がある。
度）を考えると、ボケ関数を回転対称なものに近似する
ことが好ましい。以下に示すように、比較的簡単な方法
でパラメトリックなデジタルフィルタを構成することが
できる。撮像機器の通常の使用目的では、ＰＳＦを回転
対称と見なせる範囲で逆フィルタを設計しただけでも周
波数成分の回復ということでは効果がある。
【０００７】パラメトリックにデジタルフィルタを定義
するにはいくつかの方法があり、３×３のカーネルサイ
ズの周波数回復フィルタの例では、高周波強調のフィル
タＨを以下のように設定する。
するにはいくつかの方法があり、３×３のカーネルサイ
ズの周波数回復フィルタの例では、高周波強調のフィル
タＨを以下のように設定する。
【０００８】
【数２】
【０００９】このフィルタＨの分配係数をパラメータα
で調節するようにしたパラメトリックな回復フィルタは Ｈ0＝αＩ＋（１−α）Ｈ （２） Ｉ：単位行列 で表せる。ここで、αを変更すれば回復フィルタの特性
が調整でき、αが小さいほど高周波強調のフィルタとな
る。
で調節するようにしたパラメトリックな回復フィルタは Ｈ0＝αＩ＋（１−α）Ｈ （２） Ｉ：単位行列 で表せる。ここで、αを変更すれば回復フィルタの特性
が調整でき、αが小さいほど高周波強調のフィルタとな
る。
【００１０】パラメトリックなフィルタを設計する他の
方法は、ボケ関数を何らかの近似評価基準を用いてｅｘ
ｐ関数と近似して、そのｅｘｐ関数に対して、最小二乗
法で最適逆フィルタを計算する方法を用いる。２次のｅ
ｘｐ関数を
方法は、ボケ関数を何らかの近似評価基準を用いてｅｘ
ｐ関数と近似して、そのｅｘｐ関数に対して、最小二乗
法で最適逆フィルタを計算する方法を用いる。２次のｅ
ｘｐ関数を
【数３】
とする。ここで、ｉ，ｊは軸対称のボケ関数の中心位置
を（０，０）としたときのインデクスを表している。パ
ラメータｄの変化に対して、逆フィルタの係数を求め
る。ｄが小さければボケが大きいことになり逆フィルタ
の高周波強調も大きくなる。また高周波領域での誤差
（エイリアシング）を抑えるために逆フィルタのための
目的関数をδ関数とせずに、高周波帯域を緩和させたも
のにしても良い。一般的な逆フィルタの設計方法として
最小二乗フィルタの計算例を以下に示す。以下の例では
目標とする応答関数をΔ関数としている。
を（０，０）としたときのインデクスを表している。パ
ラメータｄの変化に対して、逆フィルタの係数を求め
る。ｄが小さければボケが大きいことになり逆フィルタ
の高周波強調も大きくなる。また高周波領域での誤差
（エイリアシング）を抑えるために逆フィルタのための
目的関数をδ関数とせずに、高周波帯域を緩和させたも
のにしても良い。一般的な逆フィルタの設計方法として
最小二乗フィルタの計算例を以下に示す。以下の例では
目標とする応答関数をΔ関数としている。
【００１１】
【数４】
で定義されたボケ関数がｈ（ｉ，ｊ）であるときにこれ
を、線形フィルタで表現したときの係数行列は
を、線形フィルタで表現したときの係数行列は
【数５】
となる。インパルスに対するＰＳＦの伝達関数のｚ変換
表現は
表現は
【数６】
となる。また設計するＦＩＲ逆フィルタを
【数７】
と定義しておく。いま、ＰＳＦに逆フィルタを作用させ
たものを
たものを
【数８】
を得る。ここで簡単のためＰ＝Ｑ＝ｍとした式（１４）
を行列表現で表すと Ａｘ＝ｂ （８） となり、ここで、ｘ，ｂの中身を
を行列表現で表すと Ａｘ＝ｂ （８） となり、ここで、ｘ，ｂの中身を
【数９】
というような（２ｍ＋１）×（２ｍ＋１）＝４ｍ2＋４
ｍ＋１個の要素を持つものとする。
ｍ＋１個の要素を持つものとする。
【００１２】このような、Ｅｘｐ関数の逆フィルタは式
（３）のｄの値を指定することによって、鮮鋭化の度合
いが異なるようなパラメトリックな鮮鋭化フィルタとし
て使用できる。従って、像面の画素位置に応じて、像面
の中心からの距離（像高）を割り当て、像高に応じてｄ
の値を指定することによって、シフトバリアントな鮮鋭
度の回復が可能になる。前記した非対称な係数の鮮鋭化
フィルタに比べると、記憶すべき係数の数が圧倒的に少
ない。
（３）のｄの値を指定することによって、鮮鋭化の度合
いが異なるようなパラメトリックな鮮鋭化フィルタとし
て使用できる。従って、像面の画素位置に応じて、像面
の中心からの距離（像高）を割り当て、像高に応じてｄ
の値を指定することによって、シフトバリアントな鮮鋭
度の回復が可能になる。前記した非対称な係数の鮮鋭化
フィルタに比べると、記憶すべき係数の数が圧倒的に少
ない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
様に、ＰＳＦを回転対称な関数で近似できる範囲に限定
してしまうと、特に、単レンズで広角な撮像系のよう
に、軸外の非点収差が大きい場合には、軸上付近でしか
画質の改善が得られない。
様に、ＰＳＦを回転対称な関数で近似できる範囲に限定
してしまうと、特に、単レンズで広角な撮像系のよう
に、軸外の非点収差が大きい場合には、軸上付近でしか
画質の改善が得られない。
【００１４】本発明は、このような課題に着目してなさ
れたものであり、その目的とするところは、回転非対称
な鮮鋭度回復フィルタを用いなくとも光軸外の光学性能
の劣化を補償することが可能な補正データ作成方法及び
撮像装置を提供することにある。
れたものであり、その目的とするところは、回転非対称
な鮮鋭度回復フィルタを用いなくとも光軸外の光学性能
の劣化を補償することが可能な補正データ作成方法及び
撮像装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、第１の発明は、光学系におけるＰＳＦ（点広がり
関数）の広がりの対称性を考慮してレンズの焦点面位置
を補正するための補正データを作成する補正データ作成
方法であって、前記ＰＳＦの強度を所定の閾値レベルで
２値化する２値化工程と、前記２値化工程で２値化した
ＰＳＦに対して外接する最小円を画像の複数の領域につ
いて算出する最小円算出工程と、前記最小円算出工程で
算出した画像の複数の領域についての最小円の径の重み
付け平均値により画像全体のＰＳＦを評価するＰＳＦ評
価工程と、前記ＰＳＦ評価工程で取得した評価値に基づ
いて、レンズの焦点面位置を補正するための補正データ
を算出する補正データ算出工程とを具備する。
めに、第１の発明は、光学系におけるＰＳＦ（点広がり
関数）の広がりの対称性を考慮してレンズの焦点面位置
を補正するための補正データを作成する補正データ作成
方法であって、前記ＰＳＦの強度を所定の閾値レベルで
２値化する２値化工程と、前記２値化工程で２値化した
ＰＳＦに対して外接する最小円を画像の複数の領域につ
いて算出する最小円算出工程と、前記最小円算出工程で
算出した画像の複数の領域についての最小円の径の重み
付け平均値により画像全体のＰＳＦを評価するＰＳＦ評
価工程と、前記ＰＳＦ評価工程で取得した評価値に基づ
いて、レンズの焦点面位置を補正するための補正データ
を算出する補正データ算出工程とを具備する。
【００１６】また、第２の発明は、第１の発明に係る補
正データ作成方法において、前記重み付けは、像面の中
心からの距離に応じて与えられる。
正データ作成方法において、前記重み付けは、像面の中
心からの距離に応じて与えられる。
【００１７】また、第３の発明は、光学系におけるＰＳ
Ｆ（点広がり関数）の広がりの対称性を考慮してレンズ
の焦点面位置を補正するための補正データを作成する補
正データ作成方法であって、前記ＰＳＦの強度を所定の
閾値レベルで２値化し粒子化する粒子化工程と、この粒
子化工程で２値化したＰＳＦに対して粒子の外周長と粒
子の面積を画像の複数の領域について測定する測定工程
と、前記測定工程で算出した画像の複数の領域について
各粒子の外周長と面積の比率を算出する算出工程と、画
像の複数の領域で、前記算出された外周長及び面積比率
の重み付け平均値により画像全体のＰＳＦを評価するＰ
ＳＦ評価工程と、前記ＰＳＦ評価工程で取得した評価値
に基づいて、レンズの焦点面位置を補正するための補正
データを算出する補正データ算出工程とを具備する。
Ｆ（点広がり関数）の広がりの対称性を考慮してレンズ
の焦点面位置を補正するための補正データを作成する補
正データ作成方法であって、前記ＰＳＦの強度を所定の
閾値レベルで２値化し粒子化する粒子化工程と、この粒
子化工程で２値化したＰＳＦに対して粒子の外周長と粒
子の面積を画像の複数の領域について測定する測定工程
と、前記測定工程で算出した画像の複数の領域について
各粒子の外周長と面積の比率を算出する算出工程と、画
像の複数の領域で、前記算出された外周長及び面積比率
の重み付け平均値により画像全体のＰＳＦを評価するＰ
ＳＦ評価工程と、前記ＰＳＦ評価工程で取得した評価値
に基づいて、レンズの焦点面位置を補正するための補正
データを算出する補正データ算出工程とを具備する。
【００１８】また、第４の発明は、第３の発明に係る補
正データ作成方法において、前記重み付けは、像面の中
心からの距離に応じて与えられる。
正データ作成方法において、前記重み付けは、像面の中
心からの距離に応じて与えられる。
【００１９】また、第５の発明は、光学系におけるＰＳ
Ｆ（点広がり関数）の広がりの対称性を考慮してレンズ
の焦点面位置を補正するための補正データを作成する補
正データ作成方法であって、前記ＰＳＦの強度を所定の
閾値レベルで２値化する２値化工程と、前記２値化工程
で２値化したＰＳＦに対して外接する楕円を算出する楕
円算出工程と、前記楕円算出工程で算出した楕円の長軸
と短軸の比率（フェレ比）を画像複数の領域について算
出する比率算出工程と、前記比率算出工程で算出した画
像の複数の領域についてのフェレ比の重み付け平均値に
より画像全体のＰＳＦを評価するＰＳＦ評価工程と、前
記ＰＳＦ評価工程で取得した評価値に基いて、レンズの
焦点面位置を補正するための補正データを算出する補正
データ算出工程とを具備する。
Ｆ（点広がり関数）の広がりの対称性を考慮してレンズ
の焦点面位置を補正するための補正データを作成する補
正データ作成方法であって、前記ＰＳＦの強度を所定の
閾値レベルで２値化する２値化工程と、前記２値化工程
で２値化したＰＳＦに対して外接する楕円を算出する楕
円算出工程と、前記楕円算出工程で算出した楕円の長軸
と短軸の比率（フェレ比）を画像複数の領域について算
出する比率算出工程と、前記比率算出工程で算出した画
像の複数の領域についてのフェレ比の重み付け平均値に
より画像全体のＰＳＦを評価するＰＳＦ評価工程と、前
記ＰＳＦ評価工程で取得した評価値に基いて、レンズの
焦点面位置を補正するための補正データを算出する補正
データ算出工程とを具備する。
【００２０】また、第６の発明は、第５の発明に係る補
正データ作成方法において、前記重み付けは、像面の中
心からの距離に応じて与えられる。
正データ作成方法において、前記重み付けは、像面の中
心からの距離に応じて与えられる。
【００２１】また、第７の発明は、撮像装置であって、
レンズの焦点を制御する制御手段と、光学系におけるＰ
ＳＦ（点広がり関数）の広がりの対称性を考慮して作成
した焦点の補正データを記憶する補正データ記憶手段
と、前記補正データ記憶手段に記憶された補正データに
基づき、前記制御手段によって設定された焦点面位置を
補正する焦点面補正手段とを具備する。
レンズの焦点を制御する制御手段と、光学系におけるＰ
ＳＦ（点広がり関数）の広がりの対称性を考慮して作成
した焦点の補正データを記憶する補正データ記憶手段
と、前記補正データ記憶手段に記憶された補正データに
基づき、前記制御手段によって設定された焦点面位置を
補正する焦点面補正手段とを具備する。
【００２２】また、第８の発明は、第７の発明に係る撮
像装置において、絞りおよびズームを変更する手段を備
えた撮像レンズを更に有し、前記補正データ記憶手段
は、前記撮像レンズの絞り値およびズームに対応した補
正データを記憶するものであり、前記補正データ記憶手
段に記憶された補正データに基づいて前記撮像レンズの
絞り値及びズームに対応する補正データを算出する補間
演算手段を更に有する。
像装置において、絞りおよびズームを変更する手段を備
えた撮像レンズを更に有し、前記補正データ記憶手段
は、前記撮像レンズの絞り値およびズームに対応した補
正データを記憶するものであり、前記補正データ記憶手
段に記憶された補正データに基づいて前記撮像レンズの
絞り値及びズームに対応する補正データを算出する補間
演算手段を更に有する。
【００２３】また、第９の発明は、第８の発明に係る撮
像装置において、前記撮像レンズは前記補正データを記
憶する記憶手段を有し、前記制御手段に対してこの補正
データを与えて焦点を補正する。
像装置において、前記撮像レンズは前記補正データを記
憶する記憶手段を有し、前記制御手段に対してこの補正
データを与えて焦点を補正する。
【００２４】また、第１０の発明は、第７から第９のい
ずれか１つの発明に記載の撮像装置において、更に、回
転対称な係数を持つ鮮鋭化フィルタによって画像の鮮鋭
度を回復する回復手段を有する。
ずれか１つの発明に記載の撮像装置において、更に、回
転対称な係数を持つ鮮鋭化フィルタによって画像の鮮鋭
度を回復する回復手段を有する。
【００２５】また、第１１の発明は、光学系におけるＰ
ＳＦ（点広がり関数）の広がりの対称性を考慮してレン
ズの焦点面位置を補正するための補正データを作成する
補正データ作成方法であって、前記光学系を通して撮像
した画像のコントラスト分布の方向依存性を画像の複数
の領域について算出する工程と、前記算出した画像のコ
ントラスト分布の方向依存性が画像全体で最も少なくな
るように前記光学系の焦点面位置を補正する工程とを備
える。
ＳＦ（点広がり関数）の広がりの対称性を考慮してレン
ズの焦点面位置を補正するための補正データを作成する
補正データ作成方法であって、前記光学系を通して撮像
した画像のコントラスト分布の方向依存性を画像の複数
の領域について算出する工程と、前記算出した画像のコ
ントラスト分布の方向依存性が画像全体で最も少なくな
るように前記光学系の焦点面位置を補正する工程とを備
える。
【００２６】また、第１２の発明は、第１１の発明に係
る補正データ作成方法において、前記、方向依存性を画
像の複数の領域について算出する工程は、注目画素と特
定方向でこの注目画素に隣接する画素との差分から各方
向毎のエッジ強度を所定の領域内で算出する工程と、前
記算出したエッジ強度の絶対値から所定の領域内でのボ
ケの大きさを評価し、各方向のエッジ強度の比率からボ
ケの非対称性を評価する工程と、前記ボケの大きさと非
対称性の評価値が所定の範囲内におさまるように、レン
ズの焦点面位置を補正する工程と、を備えている。
る補正データ作成方法において、前記、方向依存性を画
像の複数の領域について算出する工程は、注目画素と特
定方向でこの注目画素に隣接する画素との差分から各方
向毎のエッジ強度を所定の領域内で算出する工程と、前
記算出したエッジ強度の絶対値から所定の領域内でのボ
ケの大きさを評価し、各方向のエッジ強度の比率からボ
ケの非対称性を評価する工程と、前記ボケの大きさと非
対称性の評価値が所定の範囲内におさまるように、レン
ズの焦点面位置を補正する工程と、を備えている。
【００２７】また、第１３の発明は、第１２の発明に係
る補正データ作成方法において、前記各方向毎のエッジ
強度を所定領域内で算出する工程は、注目画素と水平方
向の隣接画素、垂直方向の隣接画素の差分値iのヒスト
グラムをそれぞれ、S0x(i)、S 0y(i)とし、画像の空間周
波数の高周波成分を低減するような平滑化フィルタ処理
を行った画像で同様に求めた差分値のヒストグラムをS
3x(i)、S3y(i)としたとき、それぞれの方向のコントラ
ストを表す評価値を
る補正データ作成方法において、前記各方向毎のエッジ
強度を所定領域内で算出する工程は、注目画素と水平方
向の隣接画素、垂直方向の隣接画素の差分値iのヒスト
グラムをそれぞれ、S0x(i)、S 0y(i)とし、画像の空間周
波数の高周波成分を低減するような平滑化フィルタ処理
を行った画像で同様に求めた差分値のヒストグラムをS
3x(i)、S3y(i)としたとき、それぞれの方向のコントラ
ストを表す評価値を
【数１０】
として、この評価値の絶対値からコントラストの強さを
評価し、各方向のコントラストに強さの比率SFx/SFy か
ら、コントラスト（エッジ強度）の方向依存性を評価す
る。
評価し、各方向のコントラストに強さの比率SFx/SFy か
ら、コントラスト（エッジ強度）の方向依存性を評価す
る。
【００２８】また、第１４の発明は、補正データ作成方
法で作成された補正データを用いてレンズの焦点面位置
を補正する撮像装置において、レンズの焦点を制御する
制御手段と、前記補正データに基づき、前記制御手段に
よって設定された焦点面位置を補正する焦点面補正手段
と、前記焦点面補正手段で焦点面位置が補正されたレン
ズを用いて撮像された画像データに対して、回転対称な
係数を持つ鮮鋭化フィルタによって画像の鮮鋭度を回復
する回復手段とを具備する。
法で作成された補正データを用いてレンズの焦点面位置
を補正する撮像装置において、レンズの焦点を制御する
制御手段と、前記補正データに基づき、前記制御手段に
よって設定された焦点面位置を補正する焦点面補正手段
と、前記焦点面補正手段で焦点面位置が補正されたレン
ズを用いて撮像された画像データに対して、回転対称な
係数を持つ鮮鋭化フィルタによって画像の鮮鋭度を回復
する回復手段とを具備する。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。本実施形態では、軸外の非点
収差のように、光学系によるボケ特性が回転非対称な場
合において、回転非対称な広がりの影響を低減して、回
転対称な係数のフィルタカーネルを持つ鮮鋭化フィルタ
によって画質を改善するものである。
施形態を詳細に説明する。本実施形態では、軸外の非点
収差のように、光学系によるボケ特性が回転非対称な場
合において、回転非対称な広がりの影響を低減して、回
転対称な係数のフィルタカーネルを持つ鮮鋭化フィルタ
によって画質を改善するものである。
【００３０】（第１実施形態）まず、本発明の第１実施
形態を説明する。図１は、光軸付近で最も良いＭＴＦ
（光学系の結像性能）を示すような光学配置を示す図で
ある。光線は１００を光軸とするレンズ２００で集光し
像面１０１に結像する。１０４は光軸上に集光する光線
束を表し、１０５は光軸外に集光する光線束を示してい
る。このとき、レンズ２００には非点収差があり、メジ
オナル面１０３とサジタル面１０２が分離しているよう
な軸外まで考慮する必要がある。メジオナル面１０３は
光線が光軸を中心とする同心円の接線方向に最も収束す
る面であり、サジタル面１０２はこれに対して直交する
方向に最も集光する面である。
形態を説明する。図１は、光軸付近で最も良いＭＴＦ
（光学系の結像性能）を示すような光学配置を示す図で
ある。光線は１００を光軸とするレンズ２００で集光し
像面１０１に結像する。１０４は光軸上に集光する光線
束を表し、１０５は光軸外に集光する光線束を示してい
る。このとき、レンズ２００には非点収差があり、メジ
オナル面１０３とサジタル面１０２が分離しているよう
な軸外まで考慮する必要がある。メジオナル面１０３は
光線が光軸を中心とする同心円の接線方向に最も収束す
る面であり、サジタル面１０２はこれに対して直交する
方向に最も集光する面である。
【００３１】従って、このレンズで点光源を見た場合
に、縦方向に潰れて集光したり、横方向に潰れて集光し
たりする。このように、集光する方向によって焦点面が
異なることを非点隔差という。
に、縦方向に潰れて集光したり、横方向に潰れて集光し
たりする。このように、集光する方向によって焦点面が
異なることを非点隔差という。
【００３２】図１では像高が大きくなり、光軸から離れ
るにつれて非点隔差が大きくなっていることを示してい
る。
るにつれて非点隔差が大きくなっていることを示してい
る。
【００３３】ここで、画像処理に用いる、対称な係数の
フィルタカーネルを持つ鮮鋭化線形フィルタでの回復能
力について説明する。一般に、レンズの性能を表す点広
がり関数（ＰＳＦ）が以下の（１）〜（４）の条件の順
番に、回復が容易とされている。
フィルタカーネルを持つ鮮鋭化線形フィルタでの回復能
力について説明する。一般に、レンズの性能を表す点広
がり関数（ＰＳＦ）が以下の（１）〜（４）の条件の順
番に、回復が容易とされている。
【００３４】１）回転対称で小さな点広がり関数。
【００３５】２）非対称であるが、小さな点広がり関
数。
数。
【００３６】３）回転対称だが、大きな点広がり関数。
【００３７】４）回転非対称で、大きな点広がり関数。
【００３８】従って、大きな点広がり関数に関しては、
回転対称であることが望ましい。
回転対称であることが望ましい。
【００３９】図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、非点隔差
を持つ光学系で像面をずらしたときに見られる、典型的
な軸外のＰＳＦの形状を示している。このように、像面
の位置によってＰＳＦの対称性が変わることがわかる。
ここでの表示は極座標（ｒ−θ）に従っており、横軸
が、光軸を中心とした同心円の接線方向（θ）であり、
縦軸は光軸から軸外に向けた動径方向になっている。図
２の例の場合では、（Ａ）の形状のＰＳＦが対称型の線
形フィルタで最も回復しやすい。
を持つ光学系で像面をずらしたときに見られる、典型的
な軸外のＰＳＦの形状を示している。このように、像面
の位置によってＰＳＦの対称性が変わることがわかる。
ここでの表示は極座標（ｒ−θ）に従っており、横軸
が、光軸を中心とした同心円の接線方向（θ）であり、
縦軸は光軸から軸外に向けた動径方向になっている。図
２の例の場合では、（Ａ）の形状のＰＳＦが対称型の線
形フィルタで最も回復しやすい。
【００４０】従って、対称な形状で有れば、ＰＳＦの広
がりが多少大きくても、回転対称な鮮鋭化フィルタで回
復することが考えられる。そこで、第１実施形態では、
回転対称な係数をもつ鮮鋭化フィルタの特性を考慮して
撮像系の像面を決めるようにする。以下にこの詳細を説
明する。
がりが多少大きくても、回転対称な鮮鋭化フィルタで回
復することが考えられる。そこで、第１実施形態では、
回転対称な係数をもつ鮮鋭化フィルタの特性を考慮して
撮像系の像面を決めるようにする。以下にこの詳細を説
明する。
【００４１】像面を図１から図３に示すように、１０１
よりもレンズ２００に近づけて２０１とする。この様に
すると、フィルタによる補正なしの光学系の結像性能
（ＭＴＦ）は劣化する。
よりもレンズ２００に近づけて２０１とする。この様に
すると、フィルタによる補正なしの光学系の結像性能
（ＭＴＦ）は劣化する。
【００４２】図４、図５は、像面が１０１の位置の場合
（図４）と、像面が２０１の位置の場合（図５）におけ
るＰＳＦを、（１）光軸上、（２）像高０．３、（３）
像高０．７で見たものを示している。像面１０１の位置
では、軸上のＭＴＦが良くなるように設計されているの
で、ＰＳＦの広がりは小さい（１０１１）。これに対し
て像面２０１の位置ではＰＳＦの広がりが大きくなる
（２０１１）。
（図４）と、像面が２０１の位置の場合（図５）におけ
るＰＳＦを、（１）光軸上、（２）像高０．３、（３）
像高０．７で見たものを示している。像面１０１の位置
では、軸上のＭＴＦが良くなるように設計されているの
で、ＰＳＦの広がりは小さい（１０１１）。これに対し
て像面２０１の位置ではＰＳＦの広がりが大きくなる
（２０１１）。
【００４３】ここで像高の大きい軸外のＰＳＦを見てみ
ると、２０１３では１０１３に比べ、裾が小さくなって
いることがわかる。これは前述の４）から３）のケース
に近づいていることを示しており、回転対称な鮮鋭化フ
ィルタによって回復する度合いが改善することを示して
いる。
ると、２０１３では１０１３に比べ、裾が小さくなって
いることがわかる。これは前述の４）から３）のケース
に近づいていることを示しており、回転対称な鮮鋭化フ
ィルタによって回復する度合いが改善することを示して
いる。
【００４４】そこで本実施形態では、像面を決めるため
の基準をＭＴＦが最も良くなる様にするだけでなく、Ｐ
ＳＦの広がりの対称性も考慮するようにする。評価の手
法として、ＰＳＦの強度を最大値で規格化した後、予め
設定した強度の閾値により２値化する。次に２値化図形
の外接円の半径ｒを像高毎に求める。１／ｒが大きけれ
ば、その像高でのＭＴＦは良いはずだが、画像としての
見やすさを考慮し、単に各像高での１／ｒの合計が最大
になるだけではなく、例えば像を１０分割して像高ｉ／
１０｜ｉ＝１…１０毎の重み係数を作成して、評価関数
Ｅを
の基準をＭＴＦが最も良くなる様にするだけでなく、Ｐ
ＳＦの広がりの対称性も考慮するようにする。評価の手
法として、ＰＳＦの強度を最大値で規格化した後、予め
設定した強度の閾値により２値化する。次に２値化図形
の外接円の半径ｒを像高毎に求める。１／ｒが大きけれ
ば、その像高でのＭＴＦは良いはずだが、画像としての
見やすさを考慮し、単に各像高での１／ｒの合計が最大
になるだけではなく、例えば像を１０分割して像高ｉ／
１０｜ｉ＝１…１０毎の重み係数を作成して、評価関数
Ｅを
【数１１】
とする。この評価関数が最大になるところを常に像面と
なるようにする。ここで重み付け関数Ｗｉは適切に調整
する。
なるようにする。ここで重み付け関数Ｗｉは適切に調整
する。
【００４５】図６はＰＳＦに対して外接円を計算する実
施形態について説明するための図である。図６からわか
るように、像面が１０１にあったときの軸外のＰＳＦ１
０１３に外接する円の半径ｒ１は、像面を２０１にした
場合の、同じ像高のＰＳＦ２０１３に外接する円の半径
ｒ２より大きくなる。
施形態について説明するための図である。図６からわか
るように、像面が１０１にあったときの軸外のＰＳＦ１
０１３に外接する円の半径ｒ１は、像面を２０１にした
場合の、同じ像高のＰＳＦ２０１３に外接する円の半径
ｒ２より大きくなる。
【００４６】この様にして式（１１）によって評価して
いけば、単にＰＳＦのフーリエ変換の周波数特性でＭＴ
Ｆを評価して決定している像面に比べて、対称性も考慮
されることになる。
いけば、単にＰＳＦのフーリエ変換の周波数特性でＭＴ
Ｆを評価して決定している像面に比べて、対称性も考慮
されることになる。
【００４７】さらに、ＰＳＦの真円度を評価する方法を
用いて評価関数を作ると、上述のような対称な係数を持
つ鮮鋭化フィルタ処理によって回復効果が大きいような
画像が得られる。
用いて評価関数を作ると、上述のような対称な係数を持
つ鮮鋭化フィルタ処理によって回復効果が大きいような
画像が得られる。
【００４８】図７は、２値化したＰＳＦの外周の長さを
面積で割り算する実施形態について説明するための図で
ある。図７の場合、ｌ１／ｓ１＞ｌ２／ｓ２となり１０
１３の方が、対称性が崩れたものとして評価される。こ
のような評価を像全体に対して行い
面積で割り算する実施形態について説明するための図で
ある。図７の場合、ｌ１／ｓ１＞ｌ２／ｓ２となり１０
１３の方が、対称性が崩れたものとして評価される。こ
のような評価を像全体に対して行い
【数１２】
とすればよい。
【００４９】また、２値化したＰＳＦに外接、または内
接する楕円の長軸と短軸の長さの比率（フェレ比）を基
準として採用する様にしても良い。
接する楕円の長軸と短軸の長さの比率（フェレ比）を基
準として採用する様にしても良い。
【００５０】図８は、フェレ比を基準とする実施形態に
ついて説明するための図である。図８でｅ１，ｅ２は１
０１３，２０１３にそれぞれ外接する最小面積の楕円を
示しており、各々のフェレ比をｆｅｒｅｔ（ｅ１），ｆ
ｅｒｅｔ（ｅ２）とする。個々の評価関数は係数Ａ，Ｂ
を用いて
ついて説明するための図である。図８でｅ１，ｅ２は１
０１３，２０１３にそれぞれ外接する最小面積の楕円を
示しており、各々のフェレ比をｆｅｒｅｔ（ｅ１），ｆ
ｅｒｅｔ（ｅ２）とする。個々の評価関数は係数Ａ，Ｂ
を用いて
【数１３】
とすれば、図８において、１０１３の方が楕円のフェレ
比が大きいので、Ｌｉが低い（対称性が低い）と評価さ
れる。この様にしてできる評価関数は
比が大きいので、Ｌｉが低い（対称性が低い）と評価さ
れる。この様にしてできる評価関数は
【数１４】
となる。このような評価関数Ｅ１〜Ｅ３を単独で用いて
も良く、また従来のＭＴＦの評価と併せて用いても良
い。
も良く、また従来のＭＴＦの評価と併せて用いても良
い。
【００５１】（第２実施形態）以下に本発明の第２実施
形態を説明する。監視カメラ、デジタルカメラ等でＡＦ
を行う場合に、通常行われる画像のエッジ検出や、セパ
レータレンズでの位相検出による焦点検出機構に加え
て、鮮鋭化フィルタの特性を考慮して像面のシフトを行
う量をＲＯＭに記録しておき、焦点の補正を行う。
形態を説明する。監視カメラ、デジタルカメラ等でＡＦ
を行う場合に、通常行われる画像のエッジ検出や、セパ
レータレンズでの位相検出による焦点検出機構に加え
て、鮮鋭化フィルタの特性を考慮して像面のシフトを行
う量をＲＯＭに記録しておき、焦点の補正を行う。
【００５２】図９は、本発明の第２実施形態に係る撮像
装置の構成を示すブロック図であり、レンズ９０１と、
ＡＦセンサ９０２と、ＡＦ制御部９０３と、ＡＦ修正デ
ータＲＯＭ９０４とから構成される。まず、レンズ９０
１、ＡＦセンサ９０２、ＡＦ制御部９０３によって通常
のＡＦ制御を行う。
装置の構成を示すブロック図であり、レンズ９０１と、
ＡＦセンサ９０２と、ＡＦ制御部９０３と、ＡＦ修正デ
ータＲＯＭ９０４とから構成される。まず、レンズ９０
１、ＡＦセンサ９０２、ＡＦ制御部９０３によって通常
のＡＦ制御を行う。
【００５３】ＡＦ制御が終了したところで、像面のシフ
ト量をＡＦ修正データＲＯＭ９０４から読み出して焦点
の補正を行う。ここで、被写体の距離によってＡＦ修正
データＲＯＭ９０４内のデータを選択するようにしても
よい。このように第２実施形態では、鮮鋭化フィルタの
特性を考慮してＡＦの補正を行う。また、このような焦
点の補正はデジタルカメラに限らず、フィルムカメラ、
撮影後のデジタイズして、画像の補正を行う様な場合で
も良い。
ト量をＡＦ修正データＲＯＭ９０４から読み出して焦点
の補正を行う。ここで、被写体の距離によってＡＦ修正
データＲＯＭ９０４内のデータを選択するようにしても
よい。このように第２実施形態では、鮮鋭化フィルタの
特性を考慮してＡＦの補正を行う。また、このような焦
点の補正はデジタルカメラに限らず、フィルムカメラ、
撮影後のデジタイズして、画像の補正を行う様な場合で
も良い。
【００５４】図１０は、図９に示す構成の変形例を示す
ブロック図である。この変形例ではズーム及び絞りが可
変となっている。レンズ９１０は絞り変更機能、ズーム
変更機能を備えている。絞りと像倍率が変わる場合に、
絞り・焦点距離毎のＡＦ修正データＲＯＭ９０４は、絞
りと像倍率のパラメータの代表値に対して焦点距離を補
正するためのＬＵＴ（ルックアップテーブル）を備えて
いる。
ブロック図である。この変形例ではズーム及び絞りが可
変となっている。レンズ９１０は絞り変更機能、ズーム
変更機能を備えている。絞りと像倍率が変わる場合に、
絞り・焦点距離毎のＡＦ修正データＲＯＭ９０４は、絞
りと像倍率のパラメータの代表値に対して焦点距離を補
正するためのＬＵＴ（ルックアップテーブル）を備えて
いる。
【００５５】補間演算部９０５は、レンズ９１０からレ
ンズの絞り、焦点距離情報を取得し、それぞれのパラメ
ータに対応した焦点面位置の補正値を検出する。そし
て、補間演算部９０５は、それぞれのパラメータが絞り
・焦点距離毎のＡＦ修正データＲＯＭ９０４に記録され
ている代表値の中間の設定値であることを確認し、焦点
距離補正のパラメータの補間演算を行ってＡＦ制御の補
正値をＡＦ制御部９０３に渡す。
ンズの絞り、焦点距離情報を取得し、それぞれのパラメ
ータに対応した焦点面位置の補正値を検出する。そし
て、補間演算部９０５は、それぞれのパラメータが絞り
・焦点距離毎のＡＦ修正データＲＯＭ９０４に記録され
ている代表値の中間の設定値であることを確認し、焦点
距離補正のパラメータの補間演算を行ってＡＦ制御の補
正値をＡＦ制御部９０３に渡す。
【００５６】なお、ＡＦ修正データは、レンズ９１０に
実装されたＲＯＭ等から読み出すようにしても良い。図
１１は、そのような変形例を示すブロック図である。レ
ンズ１０１０に実装された絞り・ズーム毎のＡＦ修正デ
ータＲＯＭ１００４は、レンズ１０１０の絞り・ズーム
の情報と、基準の絞り・ズームの情報に対応したＡＦ補
正データを補間演算処理部９０５に出力する。
実装されたＲＯＭ等から読み出すようにしても良い。図
１１は、そのような変形例を示すブロック図である。レ
ンズ１０１０に実装された絞り・ズーム毎のＡＦ修正デ
ータＲＯＭ１００４は、レンズ１０１０の絞り・ズーム
の情報と、基準の絞り・ズームの情報に対応したＡＦ補
正データを補間演算処理部９０５に出力する。
【００５７】補間演算処理部９０５は、レンズ１０１０
内の絞り・ズーム毎のＡＦ修正データＲＯＭ１００４か
ら受け取った基準の絞り・ズームの情報に対応したＡＦ
補正データと実際の絞り・ズームの情報から、実際の絞
り・ズームの設定値に適応したＡＦ補正データを補間演
算により算出してＡＦ制御部９０３に渡す。
内の絞り・ズーム毎のＡＦ修正データＲＯＭ１００４か
ら受け取った基準の絞り・ズームの情報に対応したＡＦ
補正データと実際の絞り・ズームの情報から、実際の絞
り・ズームの設定値に適応したＡＦ補正データを補間演
算により算出してＡＦ制御部９０３に渡す。
【００５８】上記した実施形態によれば、回転対称な係
数を持つ鮮鋭化フィルタの特性を考慮して撮像系の像面
を決めるようにしたので、従来に比べて、特に軸外でＰ
ＳＦが非対称となる領域での解像度特性を向上すること
ができる。また、あらかじめ画像処理の特性を考慮し
て、光学性能と画像処理をトータルに最適化することが
可能となる。
数を持つ鮮鋭化フィルタの特性を考慮して撮像系の像面
を決めるようにしたので、従来に比べて、特に軸外でＰ
ＳＦが非対称となる領域での解像度特性を向上すること
ができる。また、あらかじめ画像処理の特性を考慮し
て、光学性能と画像処理をトータルに最適化することが
可能となる。
【００５９】（第３実施形態）ＰＳＦ（点広がり関数）
が回転非対称であると、画像のボケ具合に方向依存性を
示す。すなわち、コントラストの強さを方向別に測定す
る方法があれば、ＰＳＦの回転非対称性が評価値として
現れると考えられる。
が回転非対称であると、画像のボケ具合に方向依存性を
示す。すなわち、コントラストの強さを方向別に測定す
る方法があれば、ＰＳＦの回転非対称性が評価値として
現れると考えられる。
【００６０】以下に、方向別のコントラストの強さを測
定する方法について説明する。デルタヒストグラムはデ
ジタル画像の鮮鋭度の評価方法として知られているが、
これは、例えば、写真光学の基礎（コロナ社、日本写真
学会編）の５５９ページに開示されている。本実施形態
では、このデルタヒストグラムを方向別のコントラスト
を評価するために用いる。
定する方法について説明する。デルタヒストグラムはデ
ジタル画像の鮮鋭度の評価方法として知られているが、
これは、例えば、写真光学の基礎（コロナ社、日本写真
学会編）の５５９ページに開示されている。本実施形態
では、このデルタヒストグラムを方向別のコントラスト
を評価するために用いる。
【００６１】図１２（ａ）〜（ｄ）は、方向別ＳＦ値の
定義について説明するための図である。原画素の着目し
ている画素Ｓ（図１２（ａ））と、そのx方向の隣接画
素２個の差分とy方向の隣接画素２個の差分（輝度差）
を測定する（図１２（ｂ）、（ｃ））。ここで図１２
（ｂ）における各数字は各画素の輝度レベルを示し、図
１２（ｃ）における各数字は測定した輝度差を示してい
る。ここでは、輝度は８ビット階調（０〜２５５）を有
するものとする。
定義について説明するための図である。原画素の着目し
ている画素Ｓ（図１２（ａ））と、そのx方向の隣接画
素２個の差分とy方向の隣接画素２個の差分（輝度差）
を測定する（図１２（ｂ）、（ｃ））。ここで図１２
（ｂ）における各数字は各画素の輝度レベルを示し、図
１２（ｃ）における各数字は測定した輝度差を示してい
る。ここでは、輝度は８ビット階調（０〜２５５）を有
するものとする。
【００６２】そして、その輝度差ｉに対するヒストグラ
ムを所定の領域で測定しその値をSo x(i), Soy(i)とす
る。また、原画像に対して３×３の等しい係数を持つ平
滑化フィルタ
ムを所定の領域で測定しその値をSo x(i), Soy(i)とす
る。また、原画像に対して３×３の等しい係数を持つ平
滑化フィルタ
【数１５】
によるコンボリューション処理を行った画像を用いて図
１２（ａ）〜（ｃ）と同様に求めた差分値のヒストグラ
ムをS3x(i)、S3y(i)とする。そして、それぞれの方向
（ｘ方向、ｙ方向）のコントラストを表す評価値を、原
画像と平滑化画像のヒストグラムの差分の積分値とし
て、以下のように定義する。
１２（ａ）〜（ｃ）と同様に求めた差分値のヒストグラ
ムをS3x(i)、S3y(i)とする。そして、それぞれの方向
（ｘ方向、ｙ方向）のコントラストを表す評価値を、原
画像と平滑化画像のヒストグラムの差分の積分値とし
て、以下のように定義する。
【００６３】
【数１６】
【００６４】図１２（ｄ）に示すグラフは、輝度差レベ
ルのヒストグラムであり、横軸が輝度差ｉの絶対値レベ
ルを示し、縦軸が輝度差ｉの出現頻度Ｓ（ｉ）（％）を
示している。ハッチングを施した部分の面積が式（１
４）に相当する。ＳＦx 、ＳＦ y の大きさは各方向のコ
ントラストの大きさを表すと共にボケ量の小ささを表し
ている。例えばｙ方向のボケが大きくなるとＳＦy ＜Ｓ
Ｆx という関係になる。
ルのヒストグラムであり、横軸が輝度差ｉの絶対値レベ
ルを示し、縦軸が輝度差ｉの出現頻度Ｓ（ｉ）（％）を
示している。ハッチングを施した部分の面積が式（１
４）に相当する。ＳＦx 、ＳＦ y の大きさは各方向のコ
ントラストの大きさを表すと共にボケ量の小ささを表し
ている。例えばｙ方向のボケが大きくなるとＳＦy ＜Ｓ
Ｆx という関係になる。
【００６５】図１３は、ボケを表わすＰＳＦの非対称性
と方向別ＳＦ値の関係を示す図である。図１３では、図
を見易くするため、Ｂ（青）についてのみ表している
が、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）についても同様の関係を有す
る。この図では、非点収差のＰＳＦを用いて、縦方向、
横方向のＰＳＦの広がりの変化を横軸にとって、縦軸に
は方向別のＳＦ値を表している。ここで、Ｂ成分のＸ方
向のＳＦ値をＢＸ、Ｂ成分のＹ方向のＳＦ値をＢＹとし
ている。
と方向別ＳＦ値の関係を示す図である。図１３では、図
を見易くするため、Ｂ（青）についてのみ表している
が、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）についても同様の関係を有す
る。この図では、非点収差のＰＳＦを用いて、縦方向、
横方向のＰＳＦの広がりの変化を横軸にとって、縦軸に
は方向別のＳＦ値を表している。ここで、Ｂ成分のＸ方
向のＳＦ値をＢＸ、Ｂ成分のＹ方向のＳＦ値をＢＹとし
ている。
【００６６】図１４は、ＰＳＦのアスペクト比（x方向
の拡がり/y方向の拡がり）と、方向別ＳＦ値の比率（Ｓ
Ｆy /ＳＦx ）の関係を示す図である。横軸はｌｏｇ表
示によるＰＳＦのアスペクト比であり、縦軸はｌｏｇ表
示によるＳＦ値の比率である。図では、Ｒ成分のＸ方向
のＳＦ値をＲＸ、Ｒ成分のＹ方向のＳＦ値をＲＹ、Ｂ成
分のＸ方向のＳＦ値をＢＸ、Ｂ成分のＹ方向のＳＦ値を
ＢＹ、Ｇ成分のＸ方向のＳＦ値をＧＸ、Ｇ成分のＹ方向
のＳＦ値をＧＹとしている。
の拡がり/y方向の拡がり）と、方向別ＳＦ値の比率（Ｓ
Ｆy /ＳＦx ）の関係を示す図である。横軸はｌｏｇ表
示によるＰＳＦのアスペクト比であり、縦軸はｌｏｇ表
示によるＳＦ値の比率である。図では、Ｒ成分のＸ方向
のＳＦ値をＲＸ、Ｒ成分のＹ方向のＳＦ値をＲＹ、Ｂ成
分のＸ方向のＳＦ値をＢＸ、Ｂ成分のＹ方向のＳＦ値を
ＢＹ、Ｇ成分のＸ方向のＳＦ値をＧＸ、Ｇ成分のＹ方向
のＳＦ値をＧＹとしている。
【００６７】このように方向別のＳＦ値の測定を行なう
ことによって、ボケ量の大きさと共に、ボケの非対称性
を評価することができる。
ことによって、ボケ量の大きさと共に、ボケの非対称性
を評価することができる。
【００６８】以上のように本実施形態では、画像全体の
ボケ量および、画像全体でのボケの回転非対称性を考慮
した焦点面位置の補正値を求めて焦点面位置の補正を行
うことを特徴としている。
ボケ量および、画像全体でのボケの回転非対称性を考慮
した焦点面位置の補正値を求めて焦点面位置の補正を行
うことを特徴としている。
【００６９】図１５は、方向別ＳＦ値を用いた、閉ルー
プによるＡＦ補正を行うための一構成例を示す図であ
る。光学系／制御・駆動系１２０１は、レンズ、撮像素
子および、ズーム・フォーカス動作を行なうレンズの駆
動部を含んでおり、ここで得られた画像信号は画像処理
部１２０２において２次元の画像データに変換される。
方向別ＳＦ値算出部１２０３では画像の場所毎に上述の
方法を用いて方向別ＳＦ値の計算を行う。ＡＦ補正値算
出部１２０４は、この求めた方向別のＳＦ値を用いて焦
点面位置の補正値、すなわちフォーカス位置の補正値を
算出する。ＡＦセンサ１２０６はＡＦを行うためのセン
サで、通常のＡＦ動作を行う。ＡＦ制御部１２０５は、
ＡＦセンサ１２０６で得られたＡＦ値と、ＡＦ補正値算
出部１２０４で算出した補正値を考慮したＡＦ値を算出
し、光学系／制御・駆動系１２０１に出力する。
プによるＡＦ補正を行うための一構成例を示す図であ
る。光学系／制御・駆動系１２０１は、レンズ、撮像素
子および、ズーム・フォーカス動作を行なうレンズの駆
動部を含んでおり、ここで得られた画像信号は画像処理
部１２０２において２次元の画像データに変換される。
方向別ＳＦ値算出部１２０３では画像の場所毎に上述の
方法を用いて方向別ＳＦ値の計算を行う。ＡＦ補正値算
出部１２０４は、この求めた方向別のＳＦ値を用いて焦
点面位置の補正値、すなわちフォーカス位置の補正値を
算出する。ＡＦセンサ１２０６はＡＦを行うためのセン
サで、通常のＡＦ動作を行う。ＡＦ制御部１２０５は、
ＡＦセンサ１２０６で得られたＡＦ値と、ＡＦ補正値算
出部１２０４で算出した補正値を考慮したＡＦ値を算出
し、光学系／制御・駆動系１２０１に出力する。
【００７０】更に、以上のようにＡＦの補正を行った光
学系で撮像した画像に対して再び方向別のコントラスト
の評価を行い、以下の（１）、（２）に示すような２つ
の評価値が所定の範囲におさまるようにフィードバック
制御を行い、焦点面位置を補正する。
学系で撮像した画像に対して再び方向別のコントラスト
の評価を行い、以下の（１）、（２）に示すような２つ
の評価値が所定の範囲におさまるようにフィードバック
制御を行い、焦点面位置を補正する。
【００７１】(1) 上述の方向別のコントラストを画像の
位置に応じて重み付け加算平均した値から像全体のボケ
量を算出する。
位置に応じて重み付け加算平均した値から像全体のボケ
量を算出する。
【００７２】(2) 方向別のコントラストの比率を画像の
各位置で求め、各位置に対応する量（比率）の重み付け
加算平均から像全体のボケの非対称性を算出する。
各位置で求め、各位置に対応する量（比率）の重み付け
加算平均から像全体のボケの非対称性を算出する。
【００７３】図１６は、方向別ＳＦ値によるＡＦの補正
を行う他の構成例を示す図である。ここでは、図１５の
構成に加えて、焦点距離・ズーム情報読み出し部１３０
１と、ＲＯＭ１３０２とが追加になっている。焦点距離
・ズーム情報読み出し部１３０１は、光学系／制御・駆
動系１２０１から、焦点距離及びズーム情報を読み出
す。ＲＯＭ１３０２は、読み出された焦点距離とズーム
の情報の組み合わせ毎に所定のＡＦ補正値のルックアッ
プテーブル(ＬＵＴ)を生成して記憶する。
を行う他の構成例を示す図である。ここでは、図１５の
構成に加えて、焦点距離・ズーム情報読み出し部１３０
１と、ＲＯＭ１３０２とが追加になっている。焦点距離
・ズーム情報読み出し部１３０１は、光学系／制御・駆
動系１２０１から、焦点距離及びズーム情報を読み出
す。ＲＯＭ１３０２は、読み出された焦点距離とズーム
の情報の組み合わせ毎に所定のＡＦ補正値のルックアッ
プテーブル(ＬＵＴ)を生成して記憶する。
【００７４】図１７は、このようにして生成されたＡＦ
補正値用ＬＵＴを持つＲＯＭ１３０２の使用時の一構成
例を示す図である。ここでは、焦点距離・ズーム情報読
み出し部１３０１からの焦点距離とズームの情報に基づ
いて、ＲＯＭ１３０２内のＬＵＴからＡＦの補正値が参
照され、当該補正値がＡＦ制御部１２０５に渡されるよ
うになっている。
補正値用ＬＵＴを持つＲＯＭ１３０２の使用時の一構成
例を示す図である。ここでは、焦点距離・ズーム情報読
み出し部１３０１からの焦点距離とズームの情報に基づ
いて、ＲＯＭ１３０２内のＬＵＴからＡＦの補正値が参
照され、当該補正値がＡＦ制御部１２０５に渡されるよ
うになっている。
【００７５】このように方法を用いることによって、Ｐ
ＳＦそのものの測定を行わずに、レンズの実測値から、
ＰＳＦの拡がりと非対称性を評価し、回転対称なコンボ
リューションフィルタによる画像処理（後処理）に適し
た、ＡＦの補正を行うことが出来る。
ＳＦそのものの測定を行わずに、レンズの実測値から、
ＰＳＦの拡がりと非対称性を評価し、回転対称なコンボ
リューションフィルタによる画像処理（後処理）に適し
た、ＡＦの補正を行うことが出来る。
【００７６】さらに、第１及び第２実施形態と同様に、
上記した第３実施形態によれば、回転対称の係数を持つ
鮮鋭化フィルタの特性を考慮して、ＰＳＦの非対称性を
評価する手段を用い、撮像系の像面を補正するようにし
たので、従来に比べて特に、軸外でＰＳＦの非対称性が
大きくなる領域での解像度を向上することができる。
上記した第３実施形態によれば、回転対称の係数を持つ
鮮鋭化フィルタの特性を考慮して、ＰＳＦの非対称性を
評価する手段を用い、撮像系の像面を補正するようにし
たので、従来に比べて特に、軸外でＰＳＦの非対称性が
大きくなる領域での解像度を向上することができる。
【００７７】
【発明の効果】本発明によれば、回転対称な係数を持つ
鮮鋭化フィルタであっても、光軸から離れた領域での画
質の劣化を改善することが出来る。
鮮鋭化フィルタであっても、光軸から離れた領域での画
質の劣化を改善することが出来る。
【図１】光軸付近で最も良いＭＴＦ（光学系の結像性
能）を示すような光学配置を示す図である。
能）を示すような光学配置を示す図である。
【図２】非点隔差を持つ光学系で像面をずらしたときに
見られる、典型的な軸外のＰＳＦの形状を示す図であ
る。
見られる、典型的な軸外のＰＳＦの形状を示す図であ
る。
【図３】像面をよりレンズ２００に近づけた光学配置を
示す図である。
示す図である。
【図４】像面が１０１の位置にあるときのＰＳＦを、
（１）光軸上、（２）像高０．３、（３）像高０．７で
見たときの形状を示す図である。
（１）光軸上、（２）像高０．３、（３）像高０．７で
見たときの形状を示す図である。
【図５】像面が２０１の位置にあるときのＰＳＦを、
（１）光軸上、（２）像高０．３、（３）像高０．７で
見たときの形状を示す図である。
（１）光軸上、（２）像高０．３、（３）像高０．７で
見たときの形状を示す図である。
【図６】ＰＳＦに対して外接円を計算する実施形態につ
いて説明するための図である。
いて説明するための図である。
【図７】２値化したＰＳＦの外周の長さを面積で割り算
する実施形態について説明するための図である。
する実施形態について説明するための図である。
【図８】フェレ比を基準とする実施形態について説明す
るための図である。
るための図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る撮像装置の構成を
示すブロック図である。
示すブロック図である。
【図１０】図９に示す構成の変形例を示すブロック図で
ある。
ある。
【図１１】図９に示す構成の他の変形例を示すブロック
図である。
図である。
【図１２】本発明の第３実施形態において、方向別ＳＦ
値の定義について説明するための図である。
値の定義について説明するための図である。
【図１３】本発明のボケを表わすＰＳＦの非対称性と方
向別ＳＦ値の関係を示す図である。
向別ＳＦ値の関係を示す図である。
【図１４】ＰＳＦのアスペクト比（x方向の拡がり/y方
向の拡がり）と、方向別ＳＦ値の比率（ＳＦy /Ｓ
Ｆx ）の関係を示す図である。
向の拡がり）と、方向別ＳＦ値の比率（ＳＦy /Ｓ
Ｆx ）の関係を示す図である。
【図１５】方向別ＳＦ値を用いた、閉ループによるＡＦ
補正を行うための一構成例を示す図である。
補正を行うための一構成例を示す図である。
【図１６】方向別ＳＦ値によるＡＦの補正を行う他の構
成例を示す図である。ある。
成例を示す図である。ある。
【図１７】生成されたＡＦ補正値用ＬＵＴを持つＲＯＭ
１３０２の使用時の一構成例を示す図である。
１３０２の使用時の一構成例を示す図である。
１００ 光軸
１０１ 像面
１０２ サジタル面
１０３ メジオナル面
１０４，１０５ 光線軸
２００ 光軸
２０１ 像面
１０１１，１０１２，１０１３ ＰＳＦ
２０１１，２０１２，２０１３ ＰＳＦ
９０１ レンズ
９０２ ＡＦセンサ
９０３ ＡＦ制御部
９０４ ＡＦ修正データＲＯＭ
９０５ 補間演算部
９０６ 絞り・焦点距離毎のＡＦ修正データＲＯＭ
９１０ レンズ
１００４ 絞り・ズーム毎のＡＦ修正データＲＯＭ
１０１０ レンズ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１４年１０月４日（２００２．１０．
４）
４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】現実的な処理のコスト（回路規模、処理速
度）を考えると、ＰＳＦを回転対称なものに近似するこ
とが好ましい。以下に示すように、比較的簡単な方法で
パラメトリックなデジタルフィルタを構成することがで
きる。撮像機器の通常の使用目的では、ＰＳＦを回転対
称と見なせる範囲で逆フィルタを設計しただけでも周波
数成分の回復ということでは効果がある。
度）を考えると、ＰＳＦを回転対称なものに近似するこ
とが好ましい。以下に示すように、比較的簡単な方法で
パラメトリックなデジタルフィルタを構成することがで
きる。撮像機器の通常の使用目的では、ＰＳＦを回転対
称と見なせる範囲で逆フィルタを設計しただけでも周波
数成分の回復ということでは効果がある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１０】パラメトリックなフィルタを設計する他の
方法は、ＰＳＦを何らかの近似評価基準を用いてｅｘｐ
関数と近似して、そのｅｘｐ関数に対して、最小二乗法
で最適逆フィルタを計算する方法を用いる。２次のｅｘ
ｐ関数を
方法は、ＰＳＦを何らかの近似評価基準を用いてｅｘｐ
関数と近似して、そのｅｘｐ関数に対して、最小二乗法
で最適逆フィルタを計算する方法を用いる。２次のｅｘ
ｐ関数を
【数３】
とする。ここで、ｉ，ｊは軸対称のＰＳＦの中心位置を
（０，０）としたときのインデクスを表している。パラ
メータｄの変化に対して、逆フィルタの係数を求める。
ｄが小さければボケが大きいことになり逆フィルタの高
周波強調も大きくなる。また高周波領域での誤差（エイ
リアシング）を抑えるために逆フィルタのための目的関
数をδ関数とせずに、高周波帯域を緩和させたものにし
ても良い。一般的な逆フィルタの設計方法として最小二
乗フィルタの計算例を以下に示す。以下の例では目標と
する応答関数をδ関数としている。
（０，０）としたときのインデクスを表している。パラ
メータｄの変化に対して、逆フィルタの係数を求める。
ｄが小さければボケが大きいことになり逆フィルタの高
周波強調も大きくなる。また高周波領域での誤差（エイ
リアシング）を抑えるために逆フィルタのための目的関
数をδ関数とせずに、高周波帯域を緩和させたものにし
ても良い。一般的な逆フィルタの設計方法として最小二
乗フィルタの計算例を以下に示す。以下の例では目標と
する応答関数をδ関数としている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】
【数４】
で定義されたＰＳＦがｈ（ｉ，ｊ）であるときにこれ
を、線形フィルタで表現したときの係数行列は
を、線形フィルタで表現したときの係数行列は
【数５】
となる。インパルスに対するＰＳＦの伝達関数のｚ変換
表現は
表現は
【数６】
となる。また設計するＦＩＲ逆フィルタを
【数７】
と定義しておく。いま、ＰＳＦに逆フィルタを作用させ
たものを
たものを
【数８】
を得る。ここで簡単のためＰ＝Ｑ＝ｍとした式（１４）
を行列表現で表すと Ａｘ＝ｂ （８） となり、ここで、ｘ，ｂの中身を
を行列表現で表すと Ａｘ＝ｂ （８） となり、ここで、ｘ，ｂの中身を
【数９】
というような（２ｍ＋１）×（２ｍ＋１）＝４ｍ2＋４
ｍ＋１個の要素を持つものとする。
ｍ＋１個の要素を持つものとする。
Claims (14)
- 【請求項１】 光学系におけるＰＳＦ（点広がり関数）
の広がりの対称性を考慮してレンズの焦点面位置を補正
するための補正データを作成する補正データ作成方法で
あって、 前記ＰＳＦの強度を所定の閾値レベルで２値化する２値
化工程と、 前記２値化工程で２値化したＰＳＦに対して外接する最
小円を画像の複数の領域について算出する最小円算出工
程と、 前記最小円算出工程で算出した画像の複数の領域につい
ての最小円の径の重み付け平均値により画像全体のＰＳ
Ｆを評価するＰＳＦ評価工程と、 前記ＰＳＦ評価工程で取得した評価値に基づいて、レン
ズの焦点面位置を補正するための補正データを算出する
補正データ算出工程と、 を具備することを特徴とする補正データ作成方法。 - 【請求項２】 前記重み付けは、像面の中心からの距離
に応じて与えられることを特徴とする請求項１記載の補
正データ作成方法。 - 【請求項３】 光学系におけるＰＳＦ（点広がり関数）
の広がりの対称性を考慮してレンズの焦点面位置を補正
するための補正データを作成する補正データ作成方法で
あって、 前記ＰＳＦの強度を所定の閾値レベルで２値化し粒子化
する粒子化工程と、 この粒子化工程で２値化したＰＳＦに対して粒子の外周
長と粒子の面積を画像の複数の領域について測定する測
定工程と、 前記測定工程で算出した画像の複数の領域について各粒
子の外周長と面積の比率を算出する算出工程と、 画像の複数の領域で、前記算出された外周長及び面積比
率の重み付け平均値により画像全体のＰＳＦを評価する
ＰＳＦ評価工程と、 前記ＰＳＦ評価工程で取得した評価値に基づいて、レン
ズの焦点面位置を補正するための補正データを算出する
補正データ算出工程と、 を具備することを特徴とする補正データ作成方法。 - 【請求項４】 前記重み付けは、像面の中心からの距離
に応じて与えられることを特徴とする請求項３記載の補
正データ作成方法。 - 【請求項５】 光学系におけるＰＳＦ（点広がり関数）
の広がりの対称性を考慮してレンズの焦点面位置を補正
するための補正データを作成する補正データ作成方法で
あって、 前記ＰＳＦの強度を所定の閾値レベルで２値化する２値
化工程と、 前記２値化工程で２値化したＰＳＦに対して外接する楕
円を算出する楕円算出工程と、 前記楕円算出工程で算出した楕円の長軸と短軸の比率
（フェレ比）を画像複数の領域について算出する比率算
出工程と、 前記比率算出工程で算出した画像の複数の領域について
のフェレ比の重み付け平均値により画像全体のＰＳＦを
評価するＰＳＦ評価工程と、 前記ＰＳＦ評価工程で取得した評価値に基いて、レンズ
の焦点面位置を補正するための補正データを算出する補
正データ算出工程と、 を具備することを特徴とする補正データ作成方法。 - 【請求項６】 前記重み付けは、像面の中心からの距離
に応じて与えられることを特徴とする請求項５記載の補
正データ作成方法。 - 【請求項７】 レンズの焦点を制御する制御手段と、 光学系におけるＰＳＦ（点広がり関数）の広がりの対称
性を考慮して作成した焦点の補正データを記憶する補正
データ記憶手段と、 前記補正データ記憶手段に記憶された補正データに基づ
き、前記制御手段によって設定された焦点面位置を補正
する焦点面補正手段とを具備することを特徴とする撮像
装置。 - 【請求項８】 絞りおよびズームを変更する手段を備え
た撮像レンズを更に有し、前記補正データ記憶手段は、
前記撮像レンズの絞り値およびズームに対応した補正デ
ータを記憶するものであり、前記補正データ記憶手段に
記憶された補正データに基づいて前記撮像レンズの絞り
値及びズームに対応する補正データを算出する補間演算
手段を更に有することを特徴とする請求項７記載の撮像
装置。 - 【請求項９】 前記撮像レンズは前記補正データを記憶
する記憶手段を有し、前記制御手段に対してこの補正デ
ータを与えて焦点を補正することを特徴とする請求項８
記載の撮像装置。 - 【請求項1０】 更に、回転対称な係数を持つ鮮鋭化フ
ィルタによって画像の鮮鋭度を回復する回復手段を有す
ることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１
つに記載の撮像装置。 - 【請求項１１】 光学系におけるＰＳＦ（点広がり関
数）の広がりの対称性を考慮してレンズの焦点面位置を
補正するための補正データを作成する補正データ作成方
法であって、 前記光学系を通して撮像した画像のコントラスト分布の
方向依存性を画像の複数の領域について算出する工程
と、 前記算出した画像のコントラスト分布の方向依存性が画
像全体で最も少なくなるように前記光学系の焦点面位置
を補正する工程と、を備えている事を特徴とする補正デ
ータ作成方法。 - 【請求項１２】 前記、方向依存性を画像の複数の領域
について算出する工程は、 注目画素と特定方向でこの注目画素に隣接する画素との
差分から各方向毎のエッジ強度を所定の領域内で算出す
る工程と、 前記算出したエッジ強度の絶対値から所定の領域内での
ボケの大きさを評価し、各方向のエッジ強度の比率から
ボケの非対称性を評価する工程と、 前記ボケの大きさと非対称性の評価値が所定の範囲内に
おさまるように、レンズの焦点面位置を補正する工程
と、を備えている事を特徴とする請求項１１記載の補正
データの作成方法。 - 【請求項１３】 前記各方向毎のエッジ強度を所定領域
内で算出する工程は、注目画素と水平方向の隣接画素、
垂直方向の隣接画素の差分値iのヒストグラムをそれぞ
れ、S0x(i)、S0y(i)とし、画像の空間周波数の高周波成
分を低減するような平滑化フィルタ処理を行った画像で
同様に求めた差分値のヒストグラムをS3 x(i)、S3y(i)と
したとき、それぞれの方向のコントラストを表す評価値
を 【数１】 として、この評価値の絶対値からコントラストの強さを
評価し、各方向のコントラストに強さの比率SFx/SFy か
ら、コントラストの方向依存性を評価することを特徴と
する請求項１２記載の補正データの作成方法。 - 【請求項１４】 請求項１１から請求項１３に記載の補
正データ作成方法で作成された補正データを用いてレン
ズの焦点面位置を補正する撮像装置において、 レンズの焦点を制御する制御手段と、 前記補正データに基づき、前記制御手段によって設定さ
れた焦点面位置を補正する焦点面補正手段と、 前記焦点面補正手段で焦点面位置が補正されたレンズを
用いて撮像された画像データに対して、回転対称な係数
を持つ鮮鋭化フィルタによって画像の鮮鋭度を回復する
回復手段と、 を具備することを特徴とする撮像装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002228387A JP2003172873A (ja) | 2001-09-28 | 2002-08-06 | 補正データ作成方法及び撮像装置 |
| US10/254,846 US7054499B2 (en) | 2001-09-28 | 2002-09-26 | Correction data generation method and imaging apparatus |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001304528 | 2001-09-28 | ||
| JP2001-304528 | 2001-09-28 | ||
| JP2002228387A JP2003172873A (ja) | 2001-09-28 | 2002-08-06 | 補正データ作成方法及び撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003172873A true JP2003172873A (ja) | 2003-06-20 |
| JP2003172873A5 JP2003172873A5 (ja) | 2005-11-04 |
Family
ID=26623489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002228387A Pending JP2003172873A (ja) | 2001-09-28 | 2002-08-06 | 補正データ作成方法及び撮像装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7054499B2 (ja) |
| JP (1) | JP2003172873A (ja) |
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| KR100764414B1 (ko) | 2006-03-09 | 2007-10-05 | 삼성전기주식회사 | Ｐｓｆ 선택 모듈, 디지털 자동 초점 조절 장치 및 ｐｓｆ선택 방법 |
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| CN114063282A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-02-18 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于点扩散函数的大视场单透镜面形优化方法和装置 |
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