JP2006350017A

JP2006350017A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2006350017A
Application number: JP2005176553A
Authority: JP
Inventors: Toshio Niwa; 寿雄丹羽
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2005-06-16
Filing date: 2005-06-16
Publication date: 2006-12-28
Also published as: US7505680B2; US20060285845A1

Abstract

【課題】入力画像の周辺領域が圧縮され、この圧縮による歪みを含んだ画像を補正変換する機能を有して且つ、高画質な画像を得ることが可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】被写体の中央領域の光量を周辺領域の光量よりも多くするような特性を付与する発光装置を、発光素子６０１と、レンズ６０２及び６０３で構成する。このような発光装置によって被写体像の中央領域の光量を多くなるような光量特性を付与しておくことで、イメージセンサの受光面に結像された画像の歪曲収差の補正の際のシェーディングを補正することが可能となる。
【選択図】図６

Description

本発明は、撮像装置に関する。

デジタルカメラやビデオカメラなどの画像入力装置に於いては、撮影する被写体までの距離や画角に占める大きさに合わせてレンズの焦点距離を変更して拡大縮小を自由に行うズーム機能が広く利用されている。このようなズーム機能は、通常内部のレンズを機械的に動かす事により実現される光学ズームと、イメージセンサから出力される画像の一部を利用し、画素間に新たな画素を補間したり画素を間引きしたりすることで拡大や縮小を実現する電子ズームとに大別される。電子ズームは光学ズームと比較して、駆動部分が必要無いため、小型かつ安価に実現できる一方で、光学ズームに対して画質が劣る。

そこで、特許文献１では、図９に示すように入力画像の周辺領域を圧縮する機能を持つ画像入力光学系９０１と、この画像入力光学系９０１を介して入射した被写体像を受光する、主として均一な画素密度の受光素子９０２とを備え、画像入力光学系９０１における圧縮による歪みを含んだ画像を補正変換するようにしている。このような構成により、その動作領域において電子ズームでも光学ズームと同等の画像を得ることができる。つまり、特許文献１の手法では、広角画像も望遠画像も周辺領域における画質劣化は避けられないものの中央領域は劣化が少ない画像を得ることが期待できる。
特開平１０−２３３９５０号公報

ここで、特許文献１の手法によって得られた画像は、中央領域と周辺領域とで特性が異なるため、単純な座標変換処理によって光学系の歪曲収差を補正するだけでは良い画質の画像は得られない。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、入力画像の周辺領域が圧縮され、この圧縮による歪みを含んだ画像を補正変換する機能を有して且つ、高画質な画像を得ることが可能な撮像装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様による撮像装置は、中央領域を拡大し周辺領域を圧縮するような歪曲収差を有する撮像光学系と、前記撮像光学系を介して被写体像が結像される受光面を有し、前記受光面に結像された被写体像を画像信号に変換するイメージセンサと、前記イメージセンサによって変換された画像信号における歪曲収差を画像処理によって補正する画像信号処理部と、前記イメージセンサの前記受光面に結像された被写体像の光量が前記被写体像の周辺領域よりも中央領域において多くなるような特性を、前記被写体像に付与する光量特性付与部とを具備することを特徴とする。

中央領域を拡大し、周辺領域を圧縮するような歪曲収差を有する撮像光学系によりイメージセンサの受光面に結像された画像の歪曲収差を画像信号処理部で補正すると、撮像光学系の収差特性により画像の中央領域が減光したかのように見える。これをシェーディングという。第１の態様では、光量特性付与部により、イメージセンサ上における被写体像に対して、その周辺領域よりも中央領域においてその光量を多くするような特性を付与することができる。このような光量特性を付与された被写体像を画像信号処理部で補正すると、シェーディングが抑えられる。つまり、収差特性の補正に伴うシェーディングを抑えることができるので、入力画像の周辺領域が圧縮され、この圧縮による歪みを含んだ画像を補正変換する機能を有する装置においても高画質な画像を得ることができる。

本発明によれば、入力画像の周辺領域が圧縮され、この圧縮による歪みを含んだ画像を補正変換する機能を有して且つ、高画質な画像を得ることが可能な撮像装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の一例であるデジタルカメラシステムの構成を示す図である。ここで、撮像光学系１０１は、入射した被写体像の中央領域は拡大され周辺領域は縮小されるような歪曲収差を持つ光学系である。イメージセンサ１０２は、撮像光学系１０１を通して得られた被写体像を電気信号に変換する光電変換素子である。イメージセンサ１０２には、例えばＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどが用いられる。また、イメージセンサ１０２の受光面にはBayer配列の色フィルタが貼り付けられており、イメージセンサ１０２からはBayer配列の色情報を含む画像データが出力される。

画像信号処理部としての歪曲収差補正画像処理装置１０３は、イメージセンサ１０２から出力された画像データを表示や記録に適する形式に変換したり、画像データにおける撮像光学系１０１の光学歪曲収差の影響を補正したり、画像データに対して高画質化のための画像処理を行ったり、記録のための圧縮処理を行ったりするなどの種々の画像処理を行う。画像表示装置１０４は、液晶モニタやその駆動制御回路などで構成されており、歪曲収差補正画像処理装置１０３において処理された画像データに基づいて画像表示を行う。画像記録装置１０５は、例えば半導体メモリや磁気メモリなどで構成されており、歪曲収差補正画像処理装置１０３において圧縮処理された画像データを記録する。制御装置１０６は、撮像光学系１０１、イメージセンサ１０２、歪曲収差補正画像処理装置１０３、画像表示装置１０４などの本デジタルカメラシステムの全体的な動作を制御する。操作部１０７は、ユーザが本カメラシステムを操作するためのボタンやスイッチ類、及びボタンやスイッチ類の操作状態を表示するための情報表示部などから構成されている。光量特性付与部としての発光装置１０８は被写体を照明する。この発光装置１０８の構成については後述する。

図２は、撮像光学系１０１の構成例を示す図である。図２は、撮像光学系１０１の例として、カマボコ形のシリンドリカルレンズ２０１、２０２を縦・横に組み合わせたものを示している。また、図２の撮像光学系１０１を通して生成される画像を図３（ａ）に示す。さらに、歪曲収差が無い通常の撮像光学系を通して生成される画像を図３（ｂ）に示す。図３（ａ）の画像は、図３（ｂ）の画像に対して、縦・横のそれぞれの周辺領域になるほど被写体像が圧縮されるような歪曲収差を有するものとなる。

また、図３（ｃ）は共軸系の撮像光学系を通して生成される画像を示したものである。図３（ｃ）の画像は、図３（ｂ）の画像に対して、同心円状に中心からの距離が大きくなるほど被写体像が圧縮されるような樽型の歪曲収差を有するものとなる。

ここで、図３（ａ）のような歪曲収差と図３（ｃ）のような歪曲収差とを組み合わせたような歪曲収差を与える光学系を構成するようにしても良い。なお、一般的に、図３（ａ）に示す歪曲収差を発生させたほうが、歪曲収差を高画質に補正することが可能である。

次に、図１のように構成されたデジタルカメラシステムの動作について説明する。
まず、被写体は発光装置１０８によって照明される。このときに得られる被写体像は、歪曲収差を持つ撮像光学系１０１を通して、その中央領域が拡大され、周辺領域が圧縮された状態でイメージセンサ１０２の受光面上に像を結ぶ。この歪曲収差を持った被写体像はイメージセンサ１０２において電気信号（画像信号）に変換される。イメージセンサ１０２において得られた画像信号は受光面を構成する画素単位で出力される。画素単位で出力された画像信号は図示しないアナログフロントエンド回路（ノイズ除去のためのＣＤＳ回路、ゲイン調整などを行うＰＧＡ、アナログ画像信号をデジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換回路などを含む回路）を通じてデジタル画像信号に変換され、歪曲収差補正画像処理装置１０３に入力される。

歪曲収差補正画像処理装置１０３に入力されたデジタル画像信号は、収差の無い画像信号に補正されるなどの種々の画像処理がなされた後、圧縮処理がなされ、画像記録装置１０５に記録される。また、画像処理がなされたデジタル画像信号は、必要に応じて画像表示装置１０４に画像表示がなされる。

次に、撮像光学系１０１によりイメージセンサ１０２に結像される被写体像の特性について説明する。なお、ここでは、被写体は均一の輝度分布を有しているものを例とする。

第１の実施形態との比較のために、まず従来の発光装置の構成を図４（ａ）に、従来の発光装置における発光量分布特性及び歪曲収差補正後の被写体像光量分布特性を図４（ｂ）に示す。

従来の発光装置は、発光素子４０１とレンズ４０２とから構成されている。発光素子４０１の発光光はレンズ４０２において集光されて被写体に照射されるようになっている。図４（ａ）の発光装置では、図４（ｂ）の参照符号４０３で示すようなほぼ均一な発光量分布特性を有する光が被写体に照射される。

また、このような構成によって得られる画像の歪曲収差を歪曲収差補正画像処理装置１０３において補正すると、その画像の被写体像光量分布は図４（ｂ）の参照符号４０４で示すものとなる。つまり、歪曲収差補正画像処理装置１０３に入力される画像は、撮像光学系１０１の特性により、中央領域が拡大され周辺領域が圧縮されているので、これを補正するために、中央領域を圧縮し、周辺領域を拡大するような補正が行われる。このため、均一な輝度分布を有する被写体を撮像した場合には、歪曲収差の補正によって、参照符号４０４で示すように、中央領域の光量が周辺領域の光量に比べて低くなる。

図５に歪曲収差補正画像処理装置１０３により補正された画像を示す。ここで、図５（ａ）は図３（ａ）のようなシリンドリカルな光学系の歪曲収差を補正した場合の画像の例であり、図５（ｂ）は図３（ｃ）のような共軸光学系の歪曲収差を補正した場合の画像の例である。これら図５（ａ）、図５（ｂ）の何れの場合も、均一の輝度分布を示す被写体を撮影しているにも係わらず、撮像光学系１０１の歪曲収差で周辺領域が圧縮されるのを補正する際に、中央領域が減光されてシェーディングが発生してしまう。

このため、第１の実施形態では、発光装置を図６（ａ）のように構成する。図６（ａ）に示す発光装置は、発光素子６０１と、レンズ６０２及び６０３とから構成されている。ここで、レンズ６０２及びレンズ６０３は、発光素子６０１の発光光を、図６（ｂ）の参照符号６０４で示すような発光量分布特性の光として照射可能に構成されたレンズである。即ち、レンズ６０２及び６０３は、被写体の中央領域に多くの光量の光が照射されるように構成されている。

このような第１の実施形態の発光装置からの光が被写体に照射されることにより、歪曲収差補正画像処理装置１０３において補正される画像の被写体像光量分布特性は、図６（ｂ）の参照符号６０５で示すようなものとなる。この場合、中央領域におけるシェーディングが補正されるため、入力画像の周辺領域が圧縮され、この圧縮による歪みを含んだ画像を補正変換する機能を有する装置においても高画質な画像を得ることができる。

なお、図６で説明したような歪曲収差の補正の際のシェーディング補正は、レンズ６０２及び６０３による構成に限るものではない。つまり、被写体の中央領域における光量を多くすれば良いので、例えば、被写体からの反射光のうちで、被写体の中央領域からの反射光を周辺領域からの反射光に比べて多く透過させるような透過率の特性を有する光学フィルタを、撮像光学系に含ませるようにしても良い。このような光学フィルタを用いるようにすれば、発光装置のレンズの設計及び構造を簡素化することができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は、本発明の第２の実施形態に係る発光装置の構成を示した図である。なお、撮像装置の構成は、図１で説明したものと同様であるので説明を省略する。

図７に示す第２の実施形態の発光装置は、被写体の中央領域のみを照明する第１の発光部と、被写体の中央領域と周辺領域とを共に照明する第２の発光部とから構成されている。

第１の発光部は、発光素子７０１とレンズ７０２とが図４（ａ）で示したようにして配置されて構成されている。これに対し、第２の発光部は、発光素子７０３と、レンズ７０４及び７０５とが図６（ａ）で示したようにして配置されて構成されている。

第１の実施形態でも述べたように、撮像光学系１０１の歪曲収差によって被写体像の周辺領域が圧縮される事により、画像中の歪曲収差の影響を補正する際には、中央領域が減光されてシェーディングが発生する。

これに対して、第２の実施形態における発光装置は、被写体全体をムラ無く照明する第２の発光部に加えて、被写体の中央領域を照明する第１の発光部を有することにより、第１の実施形態に比べて、より確実に歪曲収差補正の際のシェーディングを補正することが可能である。

また、発光部を分離することによって各発光部のレンズの設計及び構造を簡素化することができる。

なお、図７では、２つの発光部のそれぞれに発光素子を設けているが、図８のように、１つの発光素子７０１からの発光光をハーフミラー７０６、ミラー７０７で分光するようにして２つの発光部を構成するようにしても何ら問題はない。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。

さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の一例であるデジタルカメラシステムの構成を示す図である。撮像光学系の構成例を示す図である。撮像光学系によって生成される画像を示す図であって、図３（ａ）はシリンドリカルな光学系を通して生成される画像を示す図であり、図３（ｂ）は歪曲収差が無い通常の光学系を通して生成される画像を示す図であり、図３（ｃ）は共軸光学系を通して生成される画像を示す図である。従来の発光装置について説明するための図である。画像におけるシェーディングについて示した図である。第１の実施形態における発光装置について説明するための図である。第２の実施形態における発光装置について説明するための図である。第２の実施形態の変形例について示した図である。従来例について示した図である。

符号の説明

１０１…撮像光学系、１０２…イメージセンサ、１０３…歪曲収差補正画像処理装置、１０４…画像表示装置、１０５…画像記録装置、１０６…制御装置、１０７…操作部、１０８…発光装置、６０１，７０１，７０３…発光素子、６０２，６０３，７０２，７０４，７０５…レンズ

Claims

中央領域を拡大し周辺領域を圧縮するような歪曲収差を有する撮像光学系と、
前記撮像光学系を介して被写体像が結像される受光面を有し、前記受光面に結像された被写体像を画像信号に変換するイメージセンサと、
前記イメージセンサによって変換された画像信号における歪曲収差を画像処理によって補正する画像信号処理部と、
前記イメージセンサの前記受光面に結像された被写体像の光量が前記被写体像の周辺領域よりも中央領域において多くなるような特性を、前記被写体像に付与する光量特性付与部と、
を具備することを特徴とする撮像装置。
前記光量特性付与部は、前記中央領域の光量が前記周辺領域よりも多い光で被写体を照明する発光部を含むことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記発光部は、
前記中央領域のみを照明する第１の発光部と、
前記中央領域と前記周辺領域とを共に照明する第２の発光部と、
を有することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
前記光量特性付与部は、前記周辺領域よりも前記中央領域において、多くの光量の光を透過させる光学フィルタを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。