JP2010041403A - Device and method for correcting image - Google Patents
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Description
この発明は、レンズ収差の色収差を補償する画像補正装置及び画像補正方法に関するものである。 The present invention relates to an image correction apparatus and an image correction method for compensating for chromatic aberration of lens aberration.
レンズと撮像素子から構成されている撮像装置では、レンズの屈折率が波長によって異なるため、色によって像の大きさと位置に差異が生じる色収差が発生する。
これにより、撮像素子に結像される撮像画像のエッジ部分で、色にじみが発生する状況が生まれる。
従来の撮像装置では、この撮像画像の色収差を補償するために、屈折率が異なる複数枚のレンズを組み合わせることで、色収差の影響を少なくしている。
ただし、複数枚のレンズを組み合わせる場合、レンズの個数や種類が増えてしまうため、コストの増加につながる。
また、デジタルスチルカメラでは小型化が進み、レンズも小型化されていることから、レンズによる色収差の補償が困難になっている。
In an image pickup apparatus including a lens and an image pickup element, since the refractive index of the lens differs depending on the wavelength, chromatic aberration that causes a difference in image size and position depending on the color occurs.
This creates a situation in which color blur occurs at the edge portion of the captured image formed on the image sensor.
In a conventional imaging apparatus, in order to compensate for chromatic aberration of the captured image, the influence of chromatic aberration is reduced by combining a plurality of lenses having different refractive indexes.
However, when combining a plurality of lenses, the number and types of lenses increase, leading to an increase in cost.
In addition, since the digital still camera has been downsized and the lens has also been downsized, it is difficult to compensate for chromatic aberration by the lens.
そこで、複数枚のレンズを組み合わせる代わりに、非球面レンズや異常分散レンズなどの特殊レンズを使用し、その特殊レンズを用いて、色収差を補償している画像補正装置が開発されている(例えば、特許文献1を参照)。 Therefore, instead of combining a plurality of lenses, an image correction apparatus that uses a special lens such as an aspheric lens or an anomalous dispersion lens and compensates for chromatic aberration using the special lens has been developed (for example, (See Patent Document 1).
従来の画像補正装置は以上のように構成されているので、非球面レンズや異常分散レンズなどの特殊レンズを使用すれば、色収差を補償することができるが、特殊レンズを製造するには、高度な設計技術や加工技術が必要であるため、コスト高を招いてしまうなどの課題があった。 Since conventional image correction devices are configured as described above, chromatic aberration can be compensated for by using special lenses such as aspherical lenses and anomalous dispersion lenses. Since a special design technique and processing technique are necessary, there are problems such as high costs.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、特殊レンズを用いることなく、色収差を補償することができる画像補正装置及び画像補正方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain an image correction apparatus and an image correction method capable of compensating for chromatic aberration without using a special lens.
この発明に係る画像補正装置は、レンズを介して撮像素子に結像された撮像画像を構成する各画素の位置と光軸の中心位置との距離を算出する距離算出手段と、距離算出手段により算出された距離に対応するレンズ収差の色収差特性を算出する色収差特性算出手段とを設け、画像データ補正手段が色収差特性算出手段により算出された色収差特性を用いて、撮像画像の画像データを補正するようにしたものである。 The image correction apparatus according to the present invention includes a distance calculation unit that calculates a distance between the position of each pixel constituting the captured image formed on the image sensor via the lens and the center position of the optical axis, and a distance calculation unit. Chromatic aberration characteristic calculating means for calculating the chromatic aberration characteristic of the lens aberration corresponding to the calculated distance is provided, and the image data correcting means corrects the image data of the captured image using the chromatic aberration characteristic calculated by the chromatic aberration characteristic calculating means. It is what I did.
この発明によれば、レンズを介して撮像素子に結像された撮像画像を構成する各画素の位置と光軸の中心位置との距離を算出する距離算出手段と、距離算出手段により算出された距離に対応するレンズ収差の色収差特性を算出する色収差特性算出手段とを設け、画像データ補正手段が色収差特性算出手段により算出された色収差特性を用いて、撮像画像の画像データを補正するように構成したので、特殊レンズを用いることなく、色収差を補償することができる効果がある。 According to this invention, the distance calculation means for calculating the distance between the position of each pixel constituting the captured image formed on the image sensor via the lens and the center position of the optical axis, and the distance calculation means And a chromatic aberration characteristic calculating unit that calculates a chromatic aberration characteristic of the lens aberration corresponding to the distance, and the image data correcting unit corrects the image data of the captured image using the chromatic aberration characteristic calculated by the chromatic aberration characteristic calculating unit. Therefore, there is an effect that chromatic aberration can be compensated without using a special lens.
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を示す構成図である。
図1において、撮像素子2は画像補正装置3の前段に設置されており、レンズ1を介して撮像画像を結像して、その撮像画像の画像データを画像補正装置3に出力するとともに、その撮像画像を構成する画素の特定を可能にするために、水平同期信号及び垂直同期信号を画像補正装置3に出力する。
画像補正装置3は撮像素子2から出力される画像データを補正して、レンズ収差の色収差を補償する装置である。
Embodiment 1 FIG.
1 is a block diagram showing an image correction apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 1, the
The
画像補正装置3の画素カウント部11は撮像素子2から出力される水平同期信号及び垂直同期信号をカウントして、撮像素子2に結像された撮像画像を構成する各画素の位置を示す水平座標Xと垂直座標Yを算出する処理を実施する。以降、各画素の位置を示す座標を(X,Y)で表すものとする。
距離算出部12は画素カウント部11により算出された各画素の位置を示す座標(X,Y)と、撮像画像内における光軸の中心位置を示す座標(Xc,Yc)との距離Rを算出する処理を実施する。
なお、画素カウント部11及び距離算出部12から距離算出手段が構成されている。
The
The
The
色収差特性算出テーブル格納部13は距離Rと色収差特性αの対応関係が示されている色収差特性算出テーブルを格納しているメモリである。
色収差特性算出部14は色収差特性算出テーブル格納部13に格納されている色収差特性算出テーブルを参照して、距離算出部12により算出された距離Rに対応するレンズ収差の色収差特性αを特定する処理を実施する。
なお、色収差特性算出テーブル格納部13及び色収差特性算出部14から色収差特性算出手段が構成されている。
The chromatic aberration characteristic calculation
The chromatic aberration
The chromatic aberration characteristic calculation
画像バッファ部15は撮像素子2から出力される撮像画像の画像データを一時的に保持するメモリである。
なお、撮像画像の画像データは、各画素の色情報として、R,G,Bの全ての色情報を有しているものとする。即ち、Rawデータ(1画素当りの画像データとして、R,G,Bの色情報のうち、いずれかの単色の情報のみを有しているデータ)を用いて、色補間処理が実施されることによって、R,G,Bの全ての色情報を有する画像データが撮像素子2から得られるものとする。
The
In addition, the image data of a captured image shall have all the color information of R, G, B as color information of each pixel. That is, color interpolation processing is performed using Raw data (data having only one single color information among R, G, and B color information as image data per pixel). Thus, it is assumed that image data having all color information of R, G, and B is obtained from the
色収差補償部16は色収差特性算出部14により特定された色収差特性αを用いて、画像バッファ部15に保持されている撮像画像の画像データを補正して、レンズ収差の色収差を補償する処理を実施する。なお、色収差補償部16は画像データ補正手段を構成している。
図2はこの発明の実施の形態1による画像補正装置の処理内容を示すフローチャートである。
The chromatic
FIG. 2 is a flowchart showing the processing contents of the image correction apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
次に動作について説明する。
撮像素子2は、レンズ1を介して撮像画像を結像すると、その撮像画像の画像データを画像補正装置3に出力するとともに、水平同期信号及び垂直同期信号を画像補正装置3に出力する。
Next, the operation will be described.
When the
画像補正装置3の画素カウント部11は、撮像素子2から水平同期信号及び垂直同期信号を受けると、その水平同期信号及び垂直同期信号をカウントすることにより、撮像素子2に結像された撮像画像を構成する各画素の位置を示す座標を(X,Y)を算出する(ステップST1)。
When the
距離算出部12は、画素カウント部11が各画素の位置を示す座標(X,Y)を算出すると、下記の式(1)に示すように、各画素の位置を示す座標(X,Y)と、撮像画像内における光軸の中心位置を示す座標(Xc,Yc)との距離Rを算出する(ステップST2)。
ここで、色収差特性算出テーブル格納部13は、距離Rと色収差特性αの対応関係が示されている色収差特性算出テーブルを格納している。
色収差特性算出テーブルは、光軸の中心位置から、色収差がない理想的な結像位置までの距離Rと、実際の結像位置までの距離rとを用いて表される色収差特性α(以下の式(2で表される色収差特性α)を離散的に保持している。
The chromatic aberration characteristic calculation table is a chromatic aberration characteristic α (referred to below) expressed by using a distance R from the center position of the optical axis to an ideal imaging position without chromatic aberration and a distance r to the actual imaging position. The equation (chromatic aberration characteristic α expressed by 2) is held discretely.
色収差特性算出部14は、距離算出部12が距離Rを算出すると、色収差特性算出テーブル格納部13に格納されている色収差特性算出テーブルを参照して、距離算出部12により算出された距離Rに対応するレンズ収差の色収差特性αを特定する(ステップST3)。
When the
ただし、色収差特性算出テーブル格納部13に格納されている色収差特性算出テーブルは、距離Rに対して、色収差特性αを離散的に保持しているため、距離算出部12により算出された距離Rと一致する距離が色収差特性算出テーブルに記録されていない場合、下記の式(3)に示すように、距離算出部12により算出された距離Rに近い2点のRn,Rn+1にそれぞれ対応するαn,αn+1を用いて、距離Rに対応する色収差特性αを算出する。
画像バッファ部15は、撮像素子2から出力される撮像画像の画像データを一時的に保持している。
色収差補償部16は、色収差特性算出部14が色収差特性αを特定すると、その色収差特性αを用いて、画像バッファ部15に保持されている撮像画像の画像データを補正して、レンズ収差の色収差を補償する(ステップST4)。
The
When the chromatic aberration
以下、色収差補償部16による画像データの補正処理を具体的に説明する。
例えば、座標(X,Y)の位置にある画素の像は、図3に示すように、座標が(Xc,Yc)である光軸の中心位置からの距離がαRの位置に結像される。
その結像位置の座標(X’,Y’)は、下記の式(4)で表される。
X’=α(X−Xc)+Xc
Y’=α(Y−Yc)+Yc
(4)
Hereinafter, the image data correction processing by the
For example, as shown in FIG. 3, an image of a pixel at the position of coordinates (X, Y) is imaged at a position where the distance from the center position of the optical axis whose coordinates are (Xc, Yc) is αR. .
The coordinates (X ′, Y ′) of the imaging position are expressed by the following formula (4).
X ′ = α (X−Xc) + Xc
Y ′ = α (Y−Yc) + Yc
(4)
撮像画像の画像データは離散的に分布しているため、結像位置の近傍の4点の画像データを用いて、結像位置の画像データI(X’,Y’)を算出し、結像位置の画像データI(X’,Y’)を補正後の画像データとして出力する。
ここで、近傍4点の画像データがI(Xn,Yn),I(Xn+1,Yn),I(Xn,Yn+1),I(Xn+1,Yn+1)であるとすると、結像位置の画像データI(X’,Y’)は、距離の重み付けを用いて、以下の式(5)で表される。
s=X’−Xn
t=Y’−Yn
I(X’,Y’)
=(1−t){(1−s)I(Xn,Yn)+sI(Xn+1,Yn)}
+t{(1−s)I(Xn,Yn+1)+sI(Xn+1,Yn+1)}
(5)
Since the image data of the captured image is distributed discretely, the image data I (X ′, Y ′) of the imaging position is calculated using the image data of the four points in the vicinity of the imaging position, and the imaging is performed. The position image data I (X ′, Y ′) is output as corrected image data.
Here, the image data of four neighboring points I (X n, Y n) , I (X n + 1, Y n), I (X n, Y n + 1), I (X n + 1, Y n +1 ), the image data I (X ′, Y ′) at the imaging position is expressed by the following formula (5) using distance weighting.
s = X′−X n
t = Y′−Y n
I (X ', Y')
= (1-t) {( 1-s) I (X n, Y n) + sI (X n + 1, Y n)}
+ T {(1-s) I ( Xn , Yn + 1 ) + sI ( Xn + 1 , Yn + 1 )}
(5)
以上で明らかなように、この実施の形態1によれば、レンズ1を介して撮像素子2に結像された撮像画像を構成する各画素の位置と光軸の中心位置との距離Rを算出する距離算出部12と、距離算出部12により算出された距離Rに対応するレンズ収差の色収差特性αを算出する色収差特性算出部14とを設け、色収差補償部16が色収差特性算出部14により算出された色収差特性αを用いて、撮像画像の画像データを補正するように構成したので、特殊レンズを用いることなく、色収差を補償することができる効果を奏する。
As apparent from the above, according to the first embodiment, the distance R between the position of each pixel constituting the captured image formed on the
また、この実施の形態1によれば、距離と色収差特性の対応関係が示されている色収差特性算出テーブルを参照して、距離算出部12により算出された距離Rに対応するレンズ収差の色収差特性αを特定するように構成したので、複雑な計算を実施することなく、レンズ収差の色収差特性αを特定することができる効果を奏する。
Further, according to the first embodiment, the chromatic aberration characteristic of the lens aberration corresponding to the distance R calculated by the
なお、この実施の形態1では、距離算出部12が、各画素の位置を示す座標(X,Y)と、光軸の中心位置を示す座標(Xc,Yc)との距離Rを算出するものについて示したが、レンズ1のズーム位置、フォーカス位置及び絞り量に応じて、各画素の位置と光軸の中心位置との距離Rを補正するようにしてもよい。
In the first embodiment, the
即ち、距離算出部12が、例えば、レンズ1のズーム位置とフォーカス位置に対応する絞り量を記録しているテーブルを保持している場合、そのテーブルを参照して、レンズ1のズーム位置とフォーカス位置に対応する絞り量を特定する。ここでは、レンズ1のズーム位置をa,フォーカス位置をb、絞り量をcとする。
そして、距離算出部12は、例えば、下記の式(6)に示すような変換式(式(6)は1次多項式であるが、N次多項式(Nは2次以上)であってもよい)に、レンズ1のズーム位置a、フォーカス位置b及び絞り量cを代入することで、式(1)で算出した距離Rを補正する。R’は補正後の距離Rである。
R’=aR+bR+cR (6)
That is, for example, when the
The
R ′ = aR + bR + cR (6)
実施の形態2.
上記実施の形態1では、色収差補償部16が、各画素の色情報として、R,G,Bの全ての色情報を有している画像データを補正するものについて示したが、撮像素子2から出力されて、画像バッファ部15に保持されている画像データがRawデータである場合、そのRawデータを補正するようにしてもよい。
In the first embodiment, the
具体的には、以下の通りである。
Rawデータは、R,G,Bそれぞれの画素と同色の画素が一画素おきに並んでいるデータである。
このため、Rawデータを補正する場合、近傍4点を使用する際に、同色画素を選択する必要が生じる。
よって、(X,Y)座標に位置する画素の色と、(Xn,Yn)座標に位置する参照画素の色とが一致している必要がある。
Specifically, it is as follows.
Raw data is data in which pixels of the same color as the R, G, and B pixels are arranged every other pixel.
For this reason, when correcting Raw data, it is necessary to select pixels of the same color when using four neighboring points.
Therefore, the color of the pixel located at the (X, Y) coordinate and the color of the reference pixel located at the (X n , Y n ) coordinate need to match.
そこで、この実施の形態2では、色収差補償部16は、水平座標XとXnの奇偶が一致する場合、参照画素の水平座標としてXnを選択し、水平座標XとXnの奇偶が一致しない場合、参照画素の水平座標としてXn−1を選択する。
また、色収差補償部16は、垂直座標YとYnの奇偶が一致する場合、参照画素の垂直座標としてYnを選択し、垂直座標YとYnの奇偶が一致しない場合、参照画素の垂直座標としてYn−1を選択する。
Accordingly, in the second embodiment, the chromatic
Further, the chromatic
即ち、色収差補償部16は、水平座標XとXnの奇偶が一致し、かつ、垂直座標YとYnの奇偶が一致する場合、近傍4点の画像データとして、I(Xn,Yn),I(Xn+2,Yn),I(Xn,Yn+2),I(Xn+2,Yn+2)を選択し、下記の式(7)に示すように、結像位置の画像データI(X’,Y’)を補正する。
s=X’−Xn
t=Y’−Yn
I(X’,Y’)
={(2−t){(2−s)I(Xn,Yn)+sI(Xn+2,Yn)}
+t{(2−s)I(Xn,Yn+2)+sI(Xn+2,Yn+2)}}/4
(7)
That is, the
s = X′−X n
t = Y′−Y n
I (X ', Y')
= {(2-t) { (2-s) I (X n, Y n) + sI (X n + 2, Y n)}
+ T {(2-s) I ( Xn , Yn + 2 ) + sI ( Xn + 2 , Yn + 2 )}} / 4
(7)
式(7)は、水平座標XとXnの奇偶が一致している場合を示しているが、水平座標XとXnの奇偶が一致していない場合、式(7)における“Xn”を“Xn−1”として、結像位置の画像データI(X’,Y’)を補正する。
また、式(7)は、垂直座標YとYnの奇偶が一致している場合を示しているが、垂直座標YとYnの奇偶が一致していない場合、式(7)における“Yn”を“Yn−1”として、結像位置の画像データI(X’,Y’)を補正する。
Expression (7) shows a case where the odd and even numbers of the horizontal coordinates X and X n match. However, when the odd and even numbers of the horizontal coordinates X and X n do not match, “X n ” in Expression (7) Is “X n −1”, and the image data I (X ′, Y ′) at the imaging position is corrected.
Further, Expression (7) shows a case where the odd-even numbers of the vertical coordinates Y and Y n match, but when the odd-even numbers of the vertical coordinates Y and Y n do not match, “Y” in Expression (7) The image data I (X ′, Y ′) at the imaging position is corrected with “ n ” being “Y n −1”.
以上で明らかなように、この実施の形態2によれば、画像バッファ部15に保持されている画像データがRawデータである場合でも、上記実施の形態1と同様に、特殊レンズを用いることなく、色収差を補償することができる効果を奏する。
As is apparent from the above, according to the second embodiment, even when the image data held in the
実施の形態3.
上記実施の形態1,2では、色収差特性が対称の特性であるものに適用するものについて示したが、この実施の形態3では、色収差特性が非対称の特性であるものにも適用できるようにしている。
具体的には、以下の通りである。
In the first and second embodiments, the chromatic aberration characteristic is applied to a symmetrical characteristic. However, in the third embodiment, the chromatic aberration characteristic is asymmetrical so that it can be applied. Yes.
Specifically, it is as follows.
図4は同心楕円形に分布している色収差特性(非対称の色収差特性)を示す説明図である。
距離算出部12は、画素カウント部11が各画素の位置を示す座標(X,Y)を算出すると、各画素の位置を示す座標(X,Y)と、撮像画像内における光軸の中心位置を示す座標(Xc,Yc)との距離Rを算出するが、この実施の形態3では、下記の式(8)に示すように、距離Rを算出するに際して、光軸の中心位置を示す座標(Xc,Yc)を原点として、各画素の位置をθ回転する処理と、P倍・Q倍の拡大縮小処理とを行うことにより、各画素の位置を示す座標(X,Y)を座標(Xd,Yd)に変換する。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing chromatic aberration characteristics (asymmetric chromatic aberration characteristics) distributed concentrically.
When the
なお、距離算出部12は、P倍・Q倍の拡大縮小処理を行う際、A方向の正方向及び負方向で、Pの設定値を変更するようにする。
また、B方向の正方向及び負方向で、Qの設定値を変更するようにする。
P,Qの設定値を変更することで、適用可能な色収差特性(非対称の色収差特性)を変更することができる。
The
Also, the set value of Q is changed in the positive direction and the negative direction in the B direction.
By changing the set values of P and Q, applicable chromatic aberration characteristics (asymmetric chromatic aberration characteristics) can be changed.
距離算出部12は、各画素の位置を示す座標(X,Y)を座標(Xd,Yd)に変換すると、下記の式(9)に示すように、変換後の座標(Xd,Yd)から距離Rを算出する。
以上で明らかなように、この実施の形態3によれば、距離Rを算出するに際して、光軸の中心位置を示す座標(Xc,Yc)を原点として、各画素の位置をθ回転する処理と、P倍・Q倍の拡大縮小処理とを行うように構成したので、色収差特性が非対称な場合でも、色収差を補償することができる効果を奏する。 As apparent from the above, according to the third embodiment, when calculating the distance R, the process of rotating the position of each pixel by θ with the coordinates (Xc, Yc) indicating the center position of the optical axis as the origin, and Since the P / Q magnification enlargement / reduction processing is performed, the chromatic aberration can be compensated even when the chromatic aberration characteristic is asymmetrical.
実施の形態4.
図5はこの発明の実施の形態4による画像補正装置を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
色収差特性算出部17は距離算出部12により算出された距離Rを近似式に代入して、レンズ収差の色収差特性αを算出する処理を実施する。
なお、色収差特性算出部17は色収差特性算出手段を構成している。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 5 is a block diagram showing an image correction apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG.
The chromatic aberration characteristic calculation unit 17 substitutes the distance R calculated by the
The chromatic aberration characteristic calculation unit 17 constitutes chromatic aberration characteristic calculation means.
上記実施の形態1では、色収差特性算出部14が色収差特性算出テーブル格納部13に格納されている色収差特性算出テーブルを参照して、距離算出部12により算出された距離Rに対応するレンズ収差の色収差特性αを特定するものについて示したが、色収差特性算出部17が距離算出部12により算出された距離Rを近似式に代入して、レンズ収差の色収差特性αを算出するようにしてもよい。
In the first embodiment, the chromatic aberration
即ち、色収差特性算出部17は、距離算出部12が距離Rを算出すると、下記の式(10)に示すような近似式(式(10)は、近似式が2次多項式である例を示しているが、3次以上の多項式を用いてもよい)に、距離Rを代入して、レンズ収差の色収差特性αを算出する。
α=fR2+gR+h (10)
ただし、f,g,hは多項式の係数である。
That is, the chromatic aberration characteristic calculation unit 17 shows an example in which the approximate expression is a quadratic polynomial as shown in the following expression (10) when the
α = fR 2 + gR + h (10)
However, f, g, and h are polynomial coefficients.
以上で明らかなように、この実施の形態4によれば、色収差特性算出部17が距離算出部12により算出された距離Rを近似式に代入して、レンズ収差の色収差特性αを算出するように構成したので、色収差特性算出テーブルを格納する色収差特性算出テーブル格納部13が不要になり、メモリ量を削減することができる効果を奏する。
また、レンズ1のズーム位置、フォーカス位置及び絞り量に応じて、近似式の係数f,g,hを変更することで、色収差補正を行うことができる。
As apparent from the above, according to the fourth embodiment, the chromatic aberration characteristic calculation unit 17 substitutes the distance R calculated by the
Further, chromatic aberration correction can be performed by changing the coefficients f, g, and h of the approximate expression according to the zoom position, focus position, and aperture amount of the lens 1.
1 レンズ、2 撮像素子、3 画像補正装置、11 画素カウント部(距離算出手段)、12 距離算出部(距離算出手段)、13 色収差特性算出テーブル格納部(色収差特性算出手段)、14 色収差特性算出部(色収差特性算出手段)、15 画像バッファ部、16 色収差補償部(画像データ補正手段)、17 色収差特性算出部(色収差特性算出手段)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lens, 2 Image pick-up element, 3 Image correction apparatus, 11 Pixel count part (distance calculation means), 12 Distance calculation part (distance calculation means), 13 Chromatic aberration characteristic calculation table storage part (chromatic aberration characteristic calculation means), 14 Chromatic aberration characteristic calculation Section (chromatic aberration characteristic calculating means), 15 image buffer section, 16 chromatic aberration compensating section (image data correcting means), 17 chromatic aberration characteristic calculating section (chromatic aberration characteristic calculating means).
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