JP2009055442A - 画像補正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少ないメモリ容量で、非対称かつ歪んだシェーディングを補正可能にする。
【解決手段】水平同期信号および垂直同機信号をそれぞれカウントすることにより画像を構成する各画素の座標位置をそれぞれ算出する画素カウント手段と、画像内における光軸中心位置から前記各画素の座標位置までの距離をそれぞれ算出する距離算出手段と、光軸中心からの各画素の座標位置の角度をそれぞれ算出する角度算出手段と、各画素の座標位置の角度の値に応じて変調係数をそれぞれ算出し、算出した変調係数に基づいて距離算出手段で算出された距離をそれぞれ変調する距離変調手段と、変調された各距離の値に応じたシェーディングに対する補正係数をそれぞれ算出する補正係数算出手段と、算出された各補正係数を対応する画像信号に乗じることにより補正を行う画像信号補正手段を備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、撮像装置におけるシェーディングを補正する画像補正装置に関するものである。

撮像装置はレンズを介して結像された画像を撮像素子により画像信号に変換して取り出すが、画像には周辺光量低下により中央部に比べ周辺部が暗くなるシェーディングという現象が現れる。これは、ケラレとも呼ばれ、周辺部に行くほど撮像面に入射する光の入射角が大きくなり、単位面積当たりの光量が低下すること、また、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子を使用した場合に、集光効率を上げるために用いられている単位画素当たりのマイクロレンズへの入射角が大きくなることが原因とされている。また、デジタルカメラの小型化、薄型化の要求によりレンズが低背下し特性が劣化しているため、このシェーディング特性は光軸中心に対して非対称かつ歪んだ特性を示すようになっている。

従来、この非対称なシェーディング特性を補正する方法として、画像を中心部と周辺部でサイズの異なるブロックに分割し、ブロック間の境界における基準ゲインデータを用いて、各画素のゲインデータを算出し補正を行う技術がある（例えば特許文献１参照）。また、中心から水平、垂直方向の各々に対して等距離にある領域の平均値の差分から座標変換を行い、補正関数から補正係数を得ることで非対称な場合のシェーディング特性を補正する技術がある（例えば特許文献２参照）。また、シェーディング補正方法として、非対称なセンサシェーディングを補正するＸ，Ｙ軸各々の軸上係数と、対称なレンズシェーディングを補正する補正係数を有することで、非対称な場合のシェーディング特性を補正する技術がある（例えば特許文献３参照）。

特開２００６−１２１６１２号公報 特開２００７−１３４９０３号公報 特開２００５−３４１０３３号公報

従来のシェーディング補正は以上のようにして行われているが、特許文献１に開示された技術の場合、画像をブロックに分割して処理するため、メモリ容量が大きくなり、光学ズーム位置に応じてゲインデータを変更する必要がある。また、特許文献２に開示された技術の場合、対称なレンズシェーディング特性が傾いた場合のみ対応可能で、歪んだ場合の特性を補正できない。また、特許文献３に開示された技術の場合、非対称なレンズシェーディングについて考慮されていない。

この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、少ないメモリ容量で、非対称かつ歪んだシェーディングを補正可能な画像補正装置を得ることを目的とする。

この発明に係る画像補正装置は、水平同期信号および垂直同期信号をそれぞれカウントすることにより画像を構成する各画素の座標位置をそれぞれ算出する画素カウント手段と、画像内における光軸中心位置から各画素の座標位置までの距離をそれぞれ算出する距離算出手段と、光軸中心からの各画素の座標位置の角度をそれぞれ算出する角度算出手段と、各画素の座標位置の角度の値に応じて変調係数をそれぞれ算出し、算出した変調係数に基づいて距離算出手段で算出された距離をそれぞれ変調する距離変調手段と、変調された各距離の値に応じたシェーディングに対する補正係数をそれぞれ算出する補正係数算出手段と、算出された各補正係数を対応する画像信号に乗じることにより補正を行う画像信号補正手段を備えたものである。

この発明によれば、画像の光軸中心からの距離を、光軸中心からの角度に応じて変調し、変調された距離に応じたシェーディングの補正係数を求めて画像の対象部分を補正するようにしたので、非対称かつ歪んだシェーディング特性の補正を行うことができる。また、画像をブロックに分けて処理しないため、少ないメモリ容量で構成できる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による画像補正装置の機能構成を示すブロック図である。
図において、画像補正装置は、水平画素カウント部１０、垂直画素カウント部２０、距離算出部３０、角度算出部４０、距離変調部５０、距離変調テーブル６０、補正係数算出部７０、補正係数算出テーブル８０および画像信号補正部９０から構成されている。
水平画素カウント部１０および垂直画素カウント部２０は、水平同期信号および垂直同期信号をそれぞれカウントすることにより画像を構成する各画素の座標位置をそれぞれ算出する手段である。距離算出部３０は、画像内における光軸中心位置から各画素の座標位置までの距離をそれぞれ算出する手段である。角度算出部４０は、光軸中心からの各画素の座標位置がなす角度をそれぞれ算出する手段である。距離変調部５０は、各画素の座標位置の角度の値に応じた変調係数をそれぞれ算出し、算出した変調係数に基づいて距離をそれぞれ変調する手段である。補正係数算出部７０は、変調された各距離の値に応じてシェーディングに対する補正係数をそれぞれ算出する手段である。画像信号補正部９０は、算出された各補正係数を対応する画像信号に乗じることにより補正を行う手段である。

画像補正装置には、図示されない周知の撮像部から水平同期信号、垂直同期信号、画像信号が与えられる。水平画素カウント部１０では、入力される水平同期信号をカウントすることにより、画像を構成する画素の水平座標Ｘを算出する。また、垂直画素カウント部２０では、撮像部から入力される垂直同期信号をカウントすることにより、画像を構成する画素の垂直座標Ｙを算出する。距離算出部３０では、水平画素カウント部１０と垂直画素カウント部２０で算出された座標（Ｘ，Ｙ）と光軸中心座標（ｘ_c ，ｙ_c ）との距離Ｒを（１）式の処理に従って算出し、算出値を距離変調部５０へ出力する。

角度算出部４０では、光軸中心からの各画素の座標位置の角度θを、（２）式の処理に従って算出し、算出値を距離変調部５０へ出力する。

距離変調部５０では、各画素の座標位置の角度θの値に応じて変調係数を算出し、算出した変調係数に基づいて距離Ｒを変調する。この例では、図２に示されるような距離変調テーブル６０を用いて距離変調係数を算出する。距離変調テーブル６０では、基準点間隔Ｔ、テーブル数Ｎ、テーブル番号ｉの時の変調係数をｍ_i として設定している。ここで、角度θが（３）式を満たす場合（ｎは整数）、変調係数ｍは、（４）式を用いて、線形補間により求められる。なお、ここでは角度θの両端２点から線形補間により変調係数を算出したが、両端の４点を多項式で近似し、近似式から、角度θにおける変調係数を求めてもよい。
ｎT≦θ＜（ｎ+１）T （３）

変調後の距離をＲ’とすると、（５）式を用いて求められる。
Ｒ’＝Ｒ×ｍ （５）

補正係数算出部７０では、変調後の距離Ｒ’の値に応じて、シェーディングに対する補正係数を算出する。この処理には補正係数算出テーブル８０が用いられる。補正係数算出テーブル８０では、図３のように、基準点間隔Ｓ、テーブル数Ｍ、テーブル番号ｊの時の補正係数をｋ_j として設定している。ここで、変調後の距離Ｒ’が（６）式を満たす時（ｎ’は整数）、補正係数ｋは、（７）式を用いて、線形補間により求められる。
ｎ’Ｓ≦Ｒ’＜（ｎ’+１）Ｓ （６）

なお、ここでは変調後の距離Ｒ’の両端２点から線形補間により補正係数を算出したが、距離Ｒ’の両端の４点を多項式で近似し、近似式から、変調後の距離Ｒ’における補正係数を求めるようにしてもよい。

画像信号補正部９０では、補正係数算出部７０により得られた補正係数ｋを乗じて画像信号Ｉを補正する。すなわち、画素の輝度値が補正される。補正後の信号をＯとすると、（８）式を用いて得られる。
Ｏ＝Ｉ×ｋ （８）
なお、補正係数算出部７０は、Ｒ，Ｇ，Ｂ毎に補正係数を設けた補正係数算出テーブル８０を用いてＲ，Ｇ，Ｂ毎の補正係数を算出するようにしてもよい。その場合、画像信号補正部９０は、画像の各画素のＲ，Ｇ，Ｂ信号成分にそれぞれ対応した補正係数を乗じることになる。

以上のように、実施の形態１によれば、画像の光軸中心からの距離を、光軸中心からの角度に応じて変調し、変調された距離に応じたシェーディングの補正係数を求めて画像の対象部分を補正するようにしたので、非対称かつ歪んだシェーディング特性の補正を行うことができる。また、画像をブロックに分けて処理しないため、少ないメモリ容量で構成できる。

実施の形態２．
ここでは、距離変調部５０が距離変調係数を算出するために用いる距離変調テーブル６０を、光軸中心からの距離の範囲毎に分けた複数のテーブルで構成する。
距離の範囲毎のテーブルは、実施の形態１と同様に光軸中心からの角度と変調係数を対応付けているが、変調係数は距離の範囲に適した値に設定されているものとする。例えば、距離の範囲によって分けられたテーブルをＡとＢの２つとした場合、距離変調部５０は、距離Ｒが閾値Ｒｔｈ以下の場合、テーブルＡを選択する。それ以外の場合には、距離変調テーブルＢを選択する。次に、選択した距離変調テーブルを用いて、実施の形態１と同様にして光軸中心からの角度に応じた変調係数を算出する。なお、距離変調テーブルは３つ以上に分けたものであってもよい。

以上のように、この実施の形態２によれば、距離変調部５０は光軸中心からの距離に応じて複数ある距離変調テーブルから１つを選択し、選択した距離変調テーブルから光軸中心からの角度に応じた変調係数を算出して距離を変調するようにしたので、歪みの度合いが光軸中心からの距離に対して一様でないシェーディング特性を示す場合においても、補正を行うことができるようになる。また、その際、距離ＲがＲｔｈ以下の場合とＲｔｈを超える場合でテーブルの基準点間隔を変えてもよく、基準点数を変えることによってテーブル用のメモリ量の増加を抑えることもできる。

実施の形態３．
ここでは、距離算出部３０は、画像内における光軸中心位置から各画素の座標位置までの距離Ｒの算出を、（９）式を用いて行うようにしている。

ここで、ｆ（ｘ）はｘに対する多項式であるが、この多項式を、レンズのズーム位置、フォーカス位置、絞り量の少なくとも１つの撮像条件に応じた式に自動的に変更するようにする。このことにより、撮像条件を変更した際に、その都度補正係数算出テーブル８０を変更することなく補正係数を算出することができるようになる。

この発明の実施の形態１による画像補正装置の機能構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る距離変調テーブルのデータ構成を示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係る補正係数算出テーブルのデータ構成を示す説明図である。

符号の説明

１０ 水平画素カウント部、２０ 垂直画素カウント部、３０ 距離算出部、４０ 角度算出部、５０ 距離変調部、６０ 距離変調テーブル、７０ 補正係数算出部、８０ 補正係数算出テーブル、９０ 画像信号補正部。

Claims (5)

1. レンズを介して撮像素子に結像された画像を画像信号として取り出し再生する際に生じる画像のシェーディングを補正する画像補正装置において、
   水平同期信号および垂直同期信号をそれぞれカウントすることにより画像を構成する各画素の座標位置をそれぞれ算出する画素カウント手段と、
   画像内における光軸中心位置から前記各画素の座標位置までの距離をそれぞれ算出する距離算出手段と、
   光軸中心からの各画素の座標位置の角度をそれぞれ算出する角度算出手段と、
   前記各画素の座標位置の角度の値に応じて変調係数をそれぞれ算出し、算出した変調係数に基づいて前記距離算出手段で算出された距離をそれぞれ変調する距離変調手段と、
   変調された各距離の値に応じてシェーディングに対する補正係数をそれぞれ算出する補正係数算出手段と、
   算出された各補正係数を対応する画像信号に乗じることにより補正を行う画像信号補正手段を備えたことを特徴とする画像補正装置。
2. 距離変調手段は、基準点間隔で分けた光軸中心からの角度に変調係数を対応付けた距離変調テーブルを用いて変調係数を算出することを特徴とする請求項１記載の画像補正装置。
3. 距離変調テーブルは、光軸中心からの距離の範囲毎に生成した複数のテーブルとし、
   距離変調手段は、距離算出手段で算出された光軸中心からの距離に対応するテーブルを選択した後、当該選択したテーブルを用いて変調係数を算出するようにしたことを特徴とする請求項２記載の画像補正装置。
4. 補正係数算出手段は、基準点間隔で分けた距離にシェーディングの補正係数を対応付けたテーブルを用いてシェーディングに対する補正係数を算出することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の画像補正装置。
5. 距離算出手段は、レンズのズーム位置、フォーカス位置、絞り量の少なくとも１つに対応して光軸中心位置から各画素の座標位置までの距離を算出するようにしたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の画像補正装置。

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