JP2005176150A - Imaging device - Google Patents

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Katsuya Fujiwara
克哉 藤原
Seiji Yoshikawa
誠司 芳川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging device which enables an MTF characteristic on a periphery at a distance from an optical axis to be corrected so as to be nearly equal to the MTF characteristic in the center of the optical axis. <P>SOLUTION: The imaging device is provided with a lens optical system 10, a CCD sensor 11, and an image processing portion 14 performing sharpening processing to an image generated by the CCD sensor 11. The image processing portion 14 performs an orthogonal conversion to the image (inputted image) generated by the CCD sensor 11, sets a parameter of a BPF to an intermediate frequency range in which enhancement of sharpening is desired, and a sharpening degree (gain) is set so that the sharpening degree (gain) of the intermediate frequency range in which the enhancement of sharpening is desired is enhanced and is proportional to square of a distance from an optical axis of the lens optical system 10. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ディジタルカメラ等の撮像装置に関し、より詳しくは、所定の変調伝達関数特性のレンズ光学系を通して撮像素子により撮像された画像に基づいてディジタル処理する撮像装置に関するものである。   The present invention relates to an imaging apparatus such as a digital camera, and more particularly to an imaging apparatus that performs digital processing based on an image captured by an imaging element through a lens optical system having a predetermined modulation transfer function characteristic.

一般に、ディジタルカメラ等の撮像装置では、撮像素子のサンプリング周波数の1/2以上の高周波成分が入射する光に含まれていると、折り返し信号によるモアレが発生する。このモアレは、電気回路により画像処理により除去することが難しいので、撮像素子に光を入射させる光学レンズと撮像素子との間の光路中に光学ローパスフィルタを配置し、高周波成分を除去している。   In general, in an imaging apparatus such as a digital camera, moire due to a folding signal occurs when a high-frequency component that is 1/2 or more of the sampling frequency of the imaging element is included in the incident light. Since this moire is difficult to remove by image processing by an electric circuit, an optical low-pass filter is disposed in the optical path between the optical lens that causes light to enter the image sensor and the image sensor to remove high-frequency components. .

ところで、一般に光学レンズを含むレンズ光学系の画像の鮮鋭度を表す変調伝達関数特性(以下、MTF特性:Modulation Transfer Function) は、収差の影響により均一ではなく、光学レンズの中心部の解像度が高く、周辺部に行くにしたがって解像度が低くなっている。
図6は、通常の光学レンズを用いた場合のMTF特性を例示し、(a)は光軸上の特性を、(b)は像高5割における特性を、(c)は像高7割における特性を、(d)は光軸から最も遠い位置における特性を、それぞれ示す。図に示すように、光軸上から遠ざかった周辺部ほどMTF特性が悪化する。
一方、光学レンズと撮像素子との間の光路中に配置される光学ローパスフィルタは、水晶で形成されており、周辺部から中心部までその厚みは一定である。したがって、光学ローパスフィルタの周波数特性は、全体的に一様であるため、上記MTF特性を持つ光学レンズと光学ローパスフィルタを組み合わせても、周辺部のMTF特性は改善しない。
By the way, in general, a modulation transfer function characteristic (hereinafter referred to as MTF characteristic: Modulation Transfer Function) representing the sharpness of an image of a lens optical system including an optical lens is not uniform due to the influence of aberration, and the resolution at the center of the optical lens is high. The resolution decreases as you go to the periphery.
FIG. 6 exemplifies MTF characteristics when a normal optical lens is used. (A) shows the characteristics on the optical axis, (b) shows the characteristics at an image height of 50%, and (c) shows the image height at 70%. (D) shows the characteristic at the position farthest from the optical axis. As shown in the figure, the MTF characteristics deteriorate as the distance from the optical axis increases.
On the other hand, the optical low-pass filter disposed in the optical path between the optical lens and the image sensor is made of quartz, and its thickness is constant from the peripheral part to the central part. Accordingly, since the frequency characteristics of the optical low-pass filter are uniform throughout, the MTF characteristics in the peripheral portion are not improved even if the optical lens having the MTF characteristic is combined with the optical low-pass filter.

特殊な光学レンズを使用することにより、ある程度周辺部のMTF特性を改善することは可能であるが、このような特殊な光学レンズの使用はコスト上昇を招来するため好ましくなく、かかる特殊な光学レンズを使用することなく、従来の光学レンズおよび光学ローパスフィルタを使用しつつ、画像処理によって、周辺部のMTF特性を中心部のMTF特性並に向上させる技術が要請される。   Although it is possible to improve the MTF characteristics of the peripheral part to some extent by using a special optical lens, the use of such a special optical lens is not preferable because it causes an increase in cost. Therefore, there is a demand for a technique for improving the MTF characteristics of the peripheral portion as well as the MTF characteristics of the central portion by image processing while using the conventional optical lens and the optical low-pass filter without using the optical filter.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、光軸から離れた周辺部のMTF特性を、光軸中心部のMTF特性と略同一となるように補正することを可能とする撮像装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to make it possible to correct the MTF characteristics of the peripheral part away from the optical axis so as to be substantially the same as the MTF characteristic of the central part of the optical axis. It is to provide an image pickup apparatus.

上記目的を達成するために本発明の観点は、レンズ光学系により、被写体の光学像を撮像素子の撮像面上に結像して、前記被写体を撮像する撮像装置であって、撮像により得られた画像のうち、特定の空間周波数成分の鮮鋭化度が大きくなるように、前記画像に対する第1の鮮鋭化度を設定する第1の鮮鋭化度設定手段と、撮像により得られた前記画像の中心からの距離と、前記レンズ光学系の変調伝達関数特性との関係に基づいて、前記画像に対する第2の鮮鋭化度を設定する第2の鮮鋭化度設定手段と、前記第1の鮮鋭化度と前記第2の鮮鋭化度に基づいて、前記画像に対して鮮鋭化処理を行う鮮鋭化処理手段とを有する。   In order to achieve the above object, an aspect of the present invention is an image pickup apparatus that picks up an image of a subject by forming an optical image of the subject on an image pickup surface of an image pickup device using a lens optical system, and is obtained by imaging. First sharpness setting means for setting a first sharpness degree for the image so that a sharpness degree of a specific spatial frequency component of the image is increased, and the image obtained by imaging A second sharpness setting means for setting a second sharpness for the image based on a relationship between a distance from the center and a modulation transfer function characteristic of the lens optical system; and the first sharpening Sharpening processing means for performing a sharpening process on the image based on the degree and the second sharpening degree.

好適には、前記第2の鮮鋭化度設定手段は、前記画像に対する第2の鮮鋭化度を、前記画像の中心からの距離の二乗に比例するように設定する。   Preferably, the second sharpness setting unit sets the second sharpness for the image so as to be proportional to the square of the distance from the center of the image.

本発明の撮像装置によれば、光軸から離れた周辺部のMTF特性を、光軸中心部のMTF特性と略同一となるように補正することを可能となるので、広い範囲で解像度の高い鮮明な画像が得られる。   According to the imaging apparatus of the present invention, it is possible to correct the MTF characteristics in the peripheral part away from the optical axis so as to be substantially the same as the MTF characteristic in the central part of the optical axis, so that the resolution is high in a wide range. A clear image can be obtained.

実施形態
以下、本発明に係る撮像装置の実施形態について、添付図面に関連付けて説明する。
図1は、本実施形態における撮像装置1の全体構成を例示する図である。当該撮像装置1は、大別して光学系、信号処理系、記録系、表示系、および制御系から構成される。
Embodiments Hereinafter, embodiments of an imaging apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of an imaging apparatus 1 in the present embodiment. The imaging apparatus 1 is roughly composed of an optical system, a signal processing system, a recording system, a display system, and a control system.

光学系は、レンズ光学系10およびCCDセンサ11から構成される。
レンズ光学系10は、被写体に対向する光学レンズおよび図示しない光学ローパスフィルタ等を備えている。レンズ光学系10においては、光学レンズにより被写体の光学像を集光して、CCDセンサ11上に被写体の像を結像する。
The optical system includes a lens optical system 10 and a CCD sensor 11.
The lens optical system 10 includes an optical lens facing the subject, an optical low-pass filter (not shown), and the like. In the lens optical system 10, the optical image of the subject is condensed by the optical lens, and an image of the subject is formed on the CCD sensor 11.

また、レンズ光学系10は、上記の光学レンズの曲率、収差等により定まる所定のMTF特性を備えている。
一般に、MTF特性は、収差等により光軸中心から遠ざかるほどが悪化し、同一の空間周波数においては、光軸中心からの距離の二乗とMTF値とは略反比例の関係にある。すなわち、光軸中心から離れるほどMTF特性は加速度的に悪化する。
The lens optical system 10 has a predetermined MTF characteristic determined by the curvature, aberration, and the like of the optical lens.
In general, the MTF characteristics deteriorate as the distance from the optical axis center increases due to aberrations or the like, and at the same spatial frequency, the square of the distance from the optical axis center and the MTF value are in an inversely proportional relationship. That is, as the distance from the center of the optical axis increases, the MTF characteristics deteriorate at an accelerated rate.

CCDセンサ11は、たとえば、カラーフィルタが設けられたCCDイメージセンサから構成され、レンズ光学系10により結像された被写体の像を光電変換する。   The CCD sensor 11 is composed of, for example, a CCD image sensor provided with a color filter, and photoelectrically converts an object image formed by the lens optical system 10.

信号処理系は、CCDセンサ11から出力される電気信号をサンプリングすることによってノイズを低減させるための相関2重サンプリング回路(CDS:Correlated Double
Sampling)であるCDS12と、CDS12が出力するアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換器13と、A/D変換器13が出力するディジタル信号に対して、後述する所定の画像処理を行う画像処理部14とから構成される。
The signal processing system is a correlated double sampling circuit (CDS: Correlated Double) for reducing noise by sampling the electrical signal output from the CCD sensor 11.
Sampling) CDS 12, A / D converter 13 that converts an analog signal output from CDS 12 into a digital signal, and predetermined image processing to be described later are performed on the digital signal output from A / D converter 13. And an image processing unit 14.

記録系は、制御部16により実行される制御用プログラムと、画像処理部14により生成された画像データの圧縮データと、を格納するメモリ15を含んで構成される。   The recording system includes a memory 15 that stores a control program executed by the control unit 16 and compressed data of the image data generated by the image processing unit 14.

表示系は、画像処理部14が処理し、内蔵する画像メモリに格納する画像データをアナログ化するD/A変換器18と、入力される画像を表示することによりファインダとして機能するLCD(Liquid Crystal Display)等よりなる表示部19を含んで構成される。   The display system includes a D / A converter 18 that converts image data processed by the image processing unit 14 and stored in a built-in image memory, and an LCD (Liquid Crystal) that functions as a finder by displaying an input image. The display unit 19 including a display) is included.

制御系は、CCDセンサ11乃至A/D変換器13の動作タイミングを制御するタイミングジェネレータ17と、ユーザによるシャッタ操作やその他のコマンドを入力するための操作入力部20と、入力画像を鮮鋭化処理することによりMTF特性を補正する画像処理部14と、メモリ15に記憶されている制御用プログラムを読み出し、読み出した制御用プログラムと、操作入力部20から入力されるユーザからのコマンド等に基づいて、撮像装置1の全体を制御するCPU(Central Processing Unit) などよりなる制御部16とを含んで構成される。   The control system includes a timing generator 17 for controlling the operation timing of the CCD sensor 11 to the A / D converter 13, an operation input unit 20 for inputting a shutter operation and other commands by the user, and a sharpening process for the input image. Thus, the image processing unit 14 that corrects the MTF characteristics and the control program stored in the memory 15 are read out, based on the read control program, a user command input from the operation input unit 20, and the like. The control unit 16 includes a CPU (Central Processing Unit) that controls the entire imaging apparatus 1.

撮像装置1においては、被写体の光学像は、レンズ光学系10を介してCCDセンサ11に入射され、CCDセンサ11により光電変換されて電気信号となる。得られた電気信号は、CDS12によりノイズ成分が除去され、A/D変換器13によってディジタル化された後、画像処理部14が内蔵する画像メモリに一時格納される。
通常の状態では、タイミングジェネレータ17による信号処理系に対する制御により、画像処理部14が内蔵する画像メモリには、一定のフレームレートで絶えず画像信号が上書きされるようになされている。画像処理部14が内蔵する画像メモリの画像信号は、D/A変換器18によってアナログ信号に変換され、対応する画像が表示部19に表示される。
In the imaging apparatus 1, an optical image of a subject is incident on a CCD sensor 11 via a lens optical system 10, and is photoelectrically converted by the CCD sensor 11 into an electrical signal. The obtained electrical signal is removed of noise components by the CDS 12, digitized by the A / D converter 13, and then temporarily stored in an image memory built in the image processing unit 14.
In a normal state, an image signal is constantly overwritten at a constant frame rate in the image memory built in the image processing unit 14 by the control of the signal processing system by the timing generator 17. The image signal of the image memory built in the image processing unit 14 is converted into an analog signal by the D / A converter 18, and a corresponding image is displayed on the display unit 19.

表示部19は、撮像装置1のファインダの役割も担っている。ユーザが操作入力部20に含まれるシャッタボタンを押下(操作)した後、制御部16は、タイミングジェネレータ17に対し、シャッタボタンが押下された直後の画像信号を保持するように、すなわち、画像処理部14の画像メモリに画像信号が上書きされないように、信号処理系を制御する。そして、画像処理部14の画像メモリに保持された画像データは、所定の方式により圧縮されてメモリ15に記録される。
以上のような撮像装置1の動作によって、1枚の画像データの取り込みが終了する。
The display unit 19 also serves as a finder for the imaging apparatus 1. After the user presses (operates) the shutter button included in the operation input unit 20, the control unit 16 holds the image signal immediately after the shutter button is pressed to the timing generator 17, that is, image processing. The signal processing system is controlled so that the image signal is not overwritten in the image memory of the unit 14. Then, the image data held in the image memory of the image processing unit 14 is compressed by a predetermined method and recorded in the memory 15.
With the operation of the imaging apparatus 1 as described above, the acquisition of one piece of image data is completed.

次に、図2を用いて、画像処理部14において実行される処理について説明する。
図2において、(A)はレンズ光学系10のMTF特性であり、(a)は光軸中心のMTF特性を、(b)は光軸から少し離れた位置のMTF特性を、(c)は光軸から最も遠い位置(最周辺部)のMTF特性を、それぞれ示す。また、図2において、(B)は、画像処理部14において実行される鮮鋭化度(後述するゲイン)と空間周波数との関係を示す。
Next, processing executed in the image processing unit 14 will be described with reference to FIG.
2A shows the MTF characteristic of the lens optical system 10, FIG. 2A shows the MTF characteristic at the center of the optical axis, FIG. 2B shows the MTF characteristic at a position slightly away from the optical axis, and FIG. The MTF characteristics at the position farthest from the optical axis (most peripheral part) are shown. In FIG. 2, (B) shows the relationship between the sharpness (a gain described later) executed in the image processing unit 14 and the spatial frequency.

図2(A)に示すように、MTF特性は光軸から遠ざかるほど悪化するため、画像処理部14においては、光軸からの距離に応じて、鮮鋭化度を調整する。
一方、MTF特性を改善するために全空間周波数領域について一様に鮮鋭化度を上げるのは好ましくなく、図2(B)に示すように、中間の空間周波数領域Bfについて特に鮮鋭度を上げることが望ましい。すなわち、空間周波数の低周波領域や高周波領域において、過剰に鮮鋭化度を上げてしまうと、かえって不自然な印象の画像になってしまう場合があり、これを回避する必要がある。
かかる観点から、後述するように、画像処理部14においては、光軸からの距離と空間周波数域に応じて、鮮鋭化度(ゲイン)を設定するように構成する。
As shown in FIG. 2A, the MTF characteristics deteriorate as the distance from the optical axis increases. Therefore, the image processing unit 14 adjusts the sharpening degree according to the distance from the optical axis.
On the other hand, in order to improve the MTF characteristics, it is not preferable to increase the sharpness uniformly in the entire spatial frequency region, and as shown in FIG. 2B, the sharpness is particularly increased in the intermediate spatial frequency region Bf. Is desirable. That is, if the sharpening degree is excessively increased in the low frequency region and the high frequency region of the spatial frequency, an image with an unnatural impression may be generated, and this needs to be avoided.
From this point of view, as will be described later, the image processing unit 14 is configured to set the sharpening degree (gain) according to the distance from the optical axis and the spatial frequency range.

図3は、本実施形態における画像処理部14の構成の一例を示す。図3に示すとおり、画像処理部14は、直交変換部141と、第1の鮮鋭化度設定手段としてのパラメータ設定部142と、第2の鮮鋭化度設定手段および鮮鋭化処理手段としての鮮鋭化処理部143とを含んで構成される。
直交変換部141は、A/D変換器13より入力した画像(入力画像Iin)を直交変換してパラメータ設定部142へ出力する。直交変換部141で行われる直交変換は、2次元のフーリエ変換を指しており、FFT(高速フーリエ変換)を行うことであり、これにより入力画像Iinの空間周波数特性を得ることができる。
パラメータ設定部142は、後段の鮮鋭化処理部143において実行されるバンドパスフィルタ(BPF)のための空間周波数の設定を行う。具体的には、レンズ光学系10のMTF特性のうち補正したい空間周波数領域Bfがあらかじめ設定されるが、たとえば、光軸からの距離に応じて、設定値(空間周波数域)を可変としてもよい。
鮮鋭化処理部143は、パラメータ設定部142により設定されたBPF、および、光軸中心からの距離に応じて設定されるゲインを用いて、入力画像の鮮鋭化処理を行い、出力画像Ioutを生成する。
FIG. 3 shows an example of the configuration of the image processing unit 14 in the present embodiment. As shown in FIG. 3, the image processing unit 14 includes an orthogonal transform unit 141, a parameter setting unit 142 serving as a first sharpening degree setting unit, a second sharpening degree setting unit, and a sharpening unit serving as a sharpening processing unit. And the conversion processing unit 143.
The orthogonal transform unit 141 performs orthogonal transform on the image (input image Iin) input from the A / D converter 13 and outputs the result to the parameter setting unit 142. The orthogonal transformation performed by the orthogonal transformation unit 141 refers to two-dimensional Fourier transformation, and is performed by FFT (fast Fourier transformation), whereby the spatial frequency characteristics of the input image Iin can be obtained.
The parameter setting unit 142 sets a spatial frequency for a bandpass filter (BPF) executed in the subsequent sharpening processing unit 143. Specifically, the spatial frequency region Bf to be corrected among the MTF characteristics of the lens optical system 10 is set in advance. For example, the set value (spatial frequency region) may be variable according to the distance from the optical axis. .
The sharpening processing unit 143 performs a sharpening process on the input image using the BPF set by the parameter setting unit 142 and a gain set according to the distance from the optical axis center, and generates an output image Iout To do.

さらに、鮮鋭化処理部143において実行される画像の鮮鋭化処理について、図4に関連付けて説明する。
図4において、画像入力部51は、A/D変換器13から入力した入力画像Iinを入力して、水平方向成分、垂直方向成分、および、斜め方向成分に分離する。
垂直方向LPF52,54は垂直方向のローパスフィルタ(LPF)であり、水平方向LPF53,55は水平方向のローパスフィルタ(以下、LPF)である。
水平方向BPF56,垂直方向BPF57は、それぞれ水平方向,垂直方向のバンドパスフィルタ(以下、BPF)である。ゲイン58〜61は、画像鮮鋭化の程度(鮮鋭化度)を調整するためのゲインである。
以上のような構成により、入力画像Iinの水平、垂直および斜め方向の鮮鋭化を行った後、それらを合成し、全体としての鮮鋭化の程度を調整して鮮鋭化処理が終了する。
Further, the image sharpening process executed by the sharpening processing unit 143 will be described with reference to FIG.
In FIG. 4, an image input unit 51 receives the input image Iin input from the A / D converter 13 and separates it into a horizontal direction component, a vertical direction component, and an oblique direction component.
The vertical LPFs 52 and 54 are vertical low-pass filters (LPF), and the horizontal LPFs 53 and 55 are horizontal low-pass filters (hereinafter LPF).
The horizontal direction BPF 56 and the vertical direction BPF 57 are band-pass filters (hereinafter referred to as BPF) in the horizontal direction and the vertical direction, respectively. The gains 58 to 61 are gains for adjusting the degree of image sharpening (sharpness).
With the configuration described above, the input image Iin is sharpened in the horizontal, vertical, and diagonal directions, then they are combined, the overall sharpening degree is adjusted, and the sharpening process ends.

ここで、水平方向の鮮鋭化処理を例に、各方向において行われる鮮鋭化処理について説明する。
先ず、鮮鋭化を行う方向に対して直交方向にLPFをかけ、後段の処理に不要な成分を除いておく。すなわち、図3に示すとおり、水平方向の鮮鋭化の場合には、垂直方向のLPFをかけることになる(垂直方向LPF52)。
次に、鮮鋭化したい空間周波数を水平方向のBPF(水平方向BPF56)で抽出し、抽出された部分に対して鮮鋭化の度合いを示すゲインをかける(ゲイン58)ことで水平方向の鮮鋭化が終了する。
Here, the sharpening process performed in each direction will be described by taking the horizontal direction sharpening process as an example.
First, LPF is applied in a direction orthogonal to the direction in which sharpening is performed, and components unnecessary for subsequent processing are removed. That is, as shown in FIG. 3, in the case of sharpening in the horizontal direction, vertical LPF is applied (vertical LPF 52).
Next, the spatial frequency to be sharpened is extracted by a BPF in the horizontal direction (horizontal direction BPF 56), and a gain indicating the degree of sharpening is applied to the extracted portion (gain 58), thereby achieving horizontal sharpening. finish.

鮮鋭化処理部143において、ゲインに応じて実行される鮮鋭化処理については、ラプラシアンフィルタを用いる方法など様々な公知技術を適用させることができる。たとえば、ゲインの値に応じてラプラシアンフィルタのフィルタ係数を変更することにより、ゲインに応じた鮮鋭化処理が可能となる。   In the sharpening processing unit 143, various known techniques such as a method using a Laplacian filter can be applied to the sharpening processing executed according to the gain. For example, by changing the filter coefficient of the Laplacian filter according to the gain value, sharpening processing according to the gain can be performed.

次に、図4に示す各ゲイン58〜61において設定されるゲイン(鮮鋭化度)について説明する。
図5は、光軸からの距離Rとゲインとの関係を示す図であり、(A)は、撮像面における光軸からの距離Rの定義を、(B)は光軸からの距離Rとゲインの関係の一例を、それぞれ示す。
図5(A)は、被写体からの光束がレンズ光学系10の光学レンズを通してCCDセンサ11の撮像面に結像する状態を表しており、CCDセンサ11により撮像された画像において、Rは光軸中心からの距離により定義される。
図5(B)において、光軸からの距離Rとゲインとの関係を例示するように、図4に示す各ゲイン58〜61において設定されるゲイン(鮮鋭化度)は、光軸からの距離Rの二乗に比例するように設定される。
これにより、光軸からの距離Rに応じて加速度的に低下するレンズ光学系10のMTF特性を補正することが可能となる。すなわち、光軸から離れた位置の撮像面に対して、図2(A)に示すように、見かけ上のMTF特性を持ち上げることが可能となる。
Next, the gain (sharpness) set in each of the gains 58 to 61 shown in FIG. 4 will be described.
5A and 5B are diagrams illustrating the relationship between the distance R from the optical axis and the gain. FIG. 5A is a definition of the distance R from the optical axis on the imaging surface, and FIG. 5B is the distance R from the optical axis. An example of the gain relationship is shown respectively.
FIG. 5A shows a state in which the light beam from the subject forms an image on the imaging surface of the CCD sensor 11 through the optical lens of the lens optical system 10, and in the image captured by the CCD sensor 11, R is the optical axis. Defined by distance from center.
In FIG. 5B, the gain (sharpness) set in each of the gains 58 to 61 shown in FIG. 4 is the distance from the optical axis, as exemplified by the relationship between the distance R from the optical axis and the gain. It is set to be proportional to the square of R.
As a result, it is possible to correct the MTF characteristic of the lens optical system 10 that decreases at an acceleration according to the distance R from the optical axis. That is, as shown in FIG. 2A, the apparent MTF characteristic can be raised with respect to the imaging surface at a position away from the optical axis.

以上説明したように、本実施形態における撮像装置1によれば、所定のMTF特性を有するレンズ光学系10と、レンズ光学系10により結像された光学像を光電変換して画像を生成するCCDセンサ11と、CCDセンサ11により生成された画像に対して鮮鋭化処理を施す画像処理部14とを含み、画像処理部14は、CCDセンサ11が生成した画像(入力画像)を直交変換する直交変換部と、直交変換により得られた入力画像の空間周波数特性に対して鮮鋭化を強調したい中間周波数領域に対するBPFのパラメータを設定するパラメータ設定部と、パラメータ設定部により設定されたパラメータに基づいて、鮮鋭化を強調したい中間周波数領域の鮮鋭化度(ゲイン)が高くなるように設定される。また、鮮鋭化対象の画像に対する鮮鋭化度が、画像の中心(レンズ光学系10の光軸)に対する鮮鋭化度に対して、画像の中心からの距離の二乗に比例するように、鮮鋭化度(ゲイン)が設定される。以上のように設定された鮮鋭化度により、入力画像の鮮鋭化処理が行われる結果、以下の効果を得ることができる。   As described above, according to the imaging device 1 of the present embodiment, the lens optical system 10 having a predetermined MTF characteristic and the CCD that generates an image by photoelectrically converting the optical image formed by the lens optical system 10. The image processing unit 14 includes a sensor 11 and an image processing unit 14 that performs a sharpening process on an image generated by the CCD sensor 11, and the image processing unit 14 performs orthogonal transformation to orthogonally transform an image (input image) generated by the CCD sensor 11. Based on the parameters set by the transform unit, the parameter setting unit for setting the BPF parameters for the intermediate frequency region for which sharpening is to be emphasized with respect to the spatial frequency characteristics of the input image obtained by the orthogonal transform, and the parameter set unit The sharpening degree (gain) in the intermediate frequency region where sharpening is to be emphasized is set to be high. In addition, the sharpening degree of the image to be sharpened is proportional to the square of the distance from the center of the image with respect to the sharpening degree with respect to the center of the image (the optical axis of the lens optical system 10). (Gain) is set. The following effects can be obtained as a result of performing the sharpening process of the input image with the sharpening degree set as described above.

すなわち、画像処理部14は、撮像面における光軸からの距離に応じた鮮鋭化度(ゲイン)により、入力画像を鮮鋭化処理する結果、周辺部のMTF特性が光軸中心部のMTF特性並に向上し、広範囲で解像度の高い画像が得られる。   That is, the image processing unit 14 sharpens the input image based on the sharpness (gain) according to the distance from the optical axis on the imaging surface, and as a result, the MTF characteristics in the peripheral portion are equal to the MTF characteristics in the central portion of the optical axis. Thus, a wide range and high resolution image can be obtained.

光軸からの距離Rに応じて加速度的に低下するレンズ光学系10のMTF特性を補間するように、鮮鋭化度(ゲイン)を光軸からの距離の二乗に応じて設定したので、過剰に鮮鋭化処理を行うことによって不自然な印象の画像になることはない。   Since the sharpening degree (gain) is set according to the square of the distance from the optical axis so as to interpolate the MTF characteristic of the lens optical system 10 that decreases at an acceleration according to the distance R from the optical axis, The sharpening process does not result in an unnatural impression.

従来の一般的な光学レンズのMTF特性に適合するように、鮮鋭化度(ゲイン)を設定したので、撮像装置のレンズ光学系に使用される光学レンズは、従来から使用される一般的な光学レンズでよく、特殊な光学レンズを使用する必要がないので、安価に性能向上を実現できる。   Since the sharpening degree (gain) is set so as to match the MTF characteristic of a conventional general optical lens, the optical lens used for the lens optical system of the image pickup apparatus is a general optical used conventionally. A lens can be used, and it is not necessary to use a special optical lens.

なお、本実施形態の内容は、上述した内容に拘泥せず、本発明の要旨を変更しない範囲で様々な改変が可能である。
たとえば、画像処理部14では、直交変換部141により直交変換された空間周波数特性に対してBPFをかけることとしたが、空間周波数に応じた大きさのゲイン(鮮鋭化度)を設定してもよい。すなわち、MTF値を大きく向上させる必要がある中間の空間周波数域では強いゲインをかけ、MTF値を大きく向上させる必要がない高周波および低周波の空間周波数域では比較的弱いゲインをかけるように構成してもよい。
The contents of the present embodiment are not limited to the contents described above, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
For example, in the image processing unit 14, BPF is applied to the spatial frequency characteristic orthogonally transformed by the orthogonal transformation unit 141. However, even when a gain (sharpness) having a magnitude corresponding to the spatial frequency is set. Good. That is, a strong gain is applied in the intermediate spatial frequency range where the MTF value needs to be greatly improved, and a relatively weak gain is applied in the high frequency and low frequency spatial frequency regions where the MTF value does not need to be greatly improved. May be.

また、上記説明では、一般的な光学レンズに適合するように、鮮鋭化処理部143において実行される鮮鋭化処理のゲインを、光軸中心からの距離の二乗に応じて変化させるように構成したが、「二乗」に拘泥するものではなく、光軸中心からの距離とMTF特性の関係が明確であれば、その関係に応じてゲインを設定することが可能である。
たとえば、実際に撮像装置1に使用されるレンズ光学系10のMTF特性を光軸中心からの距離を変数として測定し、その測定結果に応じたマッピングデータ(光軸中心からの距離とゲインとの関係)に基づいて、鮮鋭化処理を行うように構成してもよい。
In the above description, the gain of the sharpening process executed in the sharpening processing unit 143 is changed in accordance with the square of the distance from the optical axis center so as to be adapted to a general optical lens. However, if the relationship between the distance from the center of the optical axis and the MTF characteristic is clear, the gain can be set according to the relationship.
For example, the MTF characteristic of the lens optical system 10 actually used in the imaging device 1 is measured using the distance from the optical axis center as a variable, and mapping data (the distance between the optical axis center and the gain between the optical axis center and the gain) is measured. The sharpening process may be performed based on the relationship.

撮像装置のブロック図の一例である。It is an example of the block diagram of an imaging device. 画像処理部において実行される処理を図解した図であり、(A)はMTF特性を、(B)はMTF特性を補正するために必要な空間周波数に対する鮮鋭化度を、それぞれ示す。It is the figure which illustrated the process performed in an image process part, (A) shows an MTF characteristic, (B) shows the sharpening degree with respect to the spatial frequency required in order to correct | amend an MTF characteristic, respectively. 画像処理部のブロック図である。It is a block diagram of an image processing part. 鮮鋭化処理部のブロック図である。It is a block diagram of a sharpening process part. 光軸からの距離Rとゲインとの関係を示す図であり、(A)は、撮像面における光軸からの距離Rの定義を、(B)は光軸からの距離Rとゲインの関係の一例を、それぞれ示す。It is a figure which shows the relationship between the distance R from an optical axis, and a gain, (A) is the definition of the distance R from the optical axis in an imaging surface, (B) is the relationship between the distance R from an optical axis, and a gain. An example is shown respectively. 通常の光学レンズを用いた場合のレンズ光学系のMTF特性を例示し、(a)は光軸上の特性を、(b)は像高5割における特性を、(c)は像高7割における特性を、(d)は光軸から最も遠い位置における特性を、それぞれ示す。Examples of MTF characteristics of a lens optical system when a normal optical lens is used, (a) shows characteristics on the optical axis, (b) shows characteristics at an image height of 50%, and (c) shows image height at 70%. (D) shows the characteristic at the position farthest from the optical axis.

符号の説明Explanation of symbols

1…撮像装置
10…レンズ光学系
11…CCDセンサ
12…CDS
13…A/D変換器
14…画像処理部
141…直交変換部
142…パラメータ設定部
143…鮮鋭化処理部
15…メモリ
16…制御部
17…タイミングジェネレータ
18…D/A変換器
19…表示部
20…操作入力部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Imaging device 10 ... Lens optical system 11 ... CCD sensor 12 ... CDS
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 ... A / D converter 14 ... Image processing part 141 ... Orthogonal transformation part 142 ... Parameter setting part 143 ... Sharpening process part 15 ... Memory 16 ... Control part 17 ... Timing generator 18 ... D / A converter 19 ... Display part 20 ... operation input part

Claims (2)

レンズ光学系により、被写体の光学像を撮像素子の撮像面上に結像して、前記被写体を撮像する撮像装置であって、
撮像により得られた画像のうち、特定の空間周波数成分の鮮鋭化度が大きくなるように、前記画像に対する第1の鮮鋭化度を設定する第1の鮮鋭化度設定手段と、
撮像により得られた前記画像の中心からの距離と、前記レンズ光学系の変調伝達関数特性との関係に基づいて、前記画像に対する第2の鮮鋭化度を設定する第2の鮮鋭化度設定手段と、
前記第1の鮮鋭化度と前記第2の鮮鋭化度に基づいて、前記画像に対して鮮鋭化処理を行う鮮鋭化処理手段と
を有することを特徴とする撮像装置。
An imaging device that forms an optical image of a subject on an imaging surface of an imaging element by a lens optical system and images the subject,
A first sharpness setting means for setting a first sharpness for the image so that the sharpness of a specific spatial frequency component of the image obtained by imaging is increased;
Second sharpness setting means for setting a second sharpness for the image based on the relationship between the distance from the center of the image obtained by imaging and the modulation transfer function characteristic of the lens optical system When,
An imaging apparatus comprising: a sharpening processing unit that performs a sharpening process on the image based on the first sharpening degree and the second sharpening degree.
前記第2の鮮鋭化度設定手段は、
前記画像に対する第2の鮮鋭化度を、前記画像の中心からの距離の二乗に比例するように設定すること
を特徴とする請求項1記載の撮像装置。
The second sharpening degree setting means includes:
The imaging device according to claim 1, wherein the second sharpening degree for the image is set to be proportional to the square of the distance from the center of the image.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010028814A (en) * 2008-07-18 2010-02-04 Ricoh Co Ltd Electo-optical color imaging systems having strong lateral chromatic aberration compensated by digital image processing
CN103344222A (en) * 2013-06-24 2013-10-09 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 Method for automatically adjusting space camera gain in real time

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