JP2011008045A - 撮像装置および撮像システム - Google Patents
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Abstract
画像回復処理に合わせた特性を有する光学系を備えた撮像装置、撮像システムを提供することで、効果的な画像回復処理を実現する。
【解決手段】
撮像素子12と、撮像素子12に被写体の像を結像する光学系11と、撮像素子12が出力する観測画像に対して画像処理を実行する画像処理手段14を有し、光学系11は、撮像素子12の設置位置およびその前後の所定距離において略一定なMTFを有することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
ν=1/(2×P×A)、1<A<20 …(1)
ただし、ν:空間周波数、P:撮像素子の画素ピッチである。
ν=1/(2×P×A)、2<A<8 …(2)
ただし、ν:空間周波数、P:撮像素子の画素ピッチである。
0.001<ν/N<3 …(3)
ただし、ν:空間周波数、N:撮像素子一辺の画素数である。
するものである。
f(x,y)=g(x,y)+a1(x,y)・g'(x,y)+ … +an(x,y)・g(n)(x,y)
ただし、
f:回復画像、g:観測画像、a1、a2、…an:劣化パラメータ
g(n):観測画像に対するn次微分。
f(x,y)=g(x,y)+a1(x,y)・g'(x,y)+ … +an(x,y)・g(n)(x,y)
ただし、
f:回復画像、g:観測画像、a1、a2、…an:劣化パラメータ
g(n):観測画像に対するn次微分。
ν=1/(2×P×A)、1<A<20 …(1)
ただし、ν:空間周波数、P:撮像素子の画素ピッチ
以下に、この撮像装置の第2の構成を採用する理由と作用について説明する。この第2の構成は、略一定なMTFが存在する空間周波数を規定したものである。第2の構成では、画素ピッチPを有する撮像素子における最大空間周波数νmax=1/(2×P)と係数
Aを用いて、略一定なMTFが存在する空間周波数を規定している。この第2の構成では、特に、空間周波数νの下限をνmax/20に規定している。撮像素子の設置位置および
その前後の所定距離において略一定なMTFが、この空間周波数νの範囲内で少なくとも1つ存在することを条件としている。このような条件を有する光学系を用いることで、十分に解像された画像回復ができる。また、画像回復処理を効果的に行うことが可能となる。
ν=1/(2×P×A)、2<A<8 …(2)
ただし、ν:空間周波数、P:撮像素子の画素ピッチ
以下に、この撮像装置の第3の構成を採用する理由と作用について説明する。この第3の構成は、第2の構成と同様、略一定なMTFが存在する空間周波数を規定したものであ
って、第2の構成より空間周波数の範囲を狭め、更に良好な画像回復処理を行うことを可能としている。具体的には、最大空間周波数νmaxとすると、空間周波数の上限をνmax/2、下限をνmax/8とするものである。この条件を満足することで、より解像された画
像回復ができる。また、画像回復処理を更に効果的に行うことが可能となる。
0.001<ν/N<3 …(3)
ただし、ν:空間周波数、N:撮像素子一辺の画素数
以下に、この撮像装置の第4の構成を採用する理由と作用について説明する。この第4の構成も、略一定なMTFが存在する空間周波数を規定したものである。この第4の構成では、撮像装置で使用される撮像素子の一辺の画素数を用いて、空間周波数の上限と下限を規定したものである。ここで撮像素子一辺の画素数とは、矩形の撮像素子の場合、縦、横どちらか一辺の画素の並びにおいて多い方の画素数をいうものである。撮像素子の設置位置およびその前後の所定距離において略一定なMTFが、この空間周波数νの範囲内で少なくとも1つ存在することを条件としている。この条件を満足することで、十分に解像された画像回復ができる。また、画像回復処理を効果的に行うことが可能となる。
率半径を有するものの他、非球面形状のように所定の計算式で得られる曲率を含むものである。
f(x,y)=g(x,y)+a1(x,y)・g'(x,y)+ … +an(x,y)・g(n)(x,y)
ただし、
f:回復画像、g:観測画像、a1、a2、…an:劣化パラメータ
g(n):観測画像に対するn次微分。
f(x,y)=g(x,y)+a1(x,y)・g'(x,y)+ … +an(x,y)・g(n)(x,y)
ただし、
f:回復画像、g:観測画像、a1、a2、…an:劣化パラメータ
g(n):観測画像に対するn次微分。
ンズL1、第2レンズL2、第3レンズL3、明るさ絞りSにて構成されている。図中、r8で示される撮像面には、CCDなどの撮像素子が設置される。
数値比較例1
単位 mm
面データ
面番号 r d nd Vd F
1 3.0139 1.2800 1.72341 50.20 6.1743
2 7.6146 0.1923
3 -10.5848 0.2367 1.70448 30.10 -3.5085
4 3.2544 0.3997
5 10.7443 0.4438 1.81067 41.00 5.0931
6 -6.5817 0.2367
7(絞り) ∞ 7.7389
8(撮像面) ∞
各種データ
焦点距離 9.9902
Fナンバー 3.5
深度特性(評価空間周波数:84[lp/mm])
深度
MTF20% 0.09
MTF10% 0.11 。
+A2y2+A4y4+A6y6+A8y8+A10y10+ …
ただし、rは近軸曲率半径、Kは円錐係数、A2〜A10はそれぞれ2次〜10次の非球面係数である。
単位 mm
面データ
面番号 r d nd Vd F
1 3.0139 1.2800 1.72341 50.20 6.1743
2 7.6146 0.1923
3 -10.5848 0.2367 1.70448 30.10 -3.5085
4 3.2544 0.3997
5 10.7443 0.4438 1.81067 41.00 5.0931
6* -6.5817 0.2367
7(絞り) ∞ 7.7389
8(撮像面) ∞
非球面データ
第6面
K=0
A2=-2.01E-12
A4=5.98E-03
A6=-2.08E-02
A8=2.19E-02
A10=-7.06E-03
各種データ
焦点距離 9.9902
Fナンバー 3.5
深度特性(評価空間周波数:84[lp/mm])
深度 対比較例[%] 換算Fナンバー
MTF20% 0.16 182 6.4
MTF10% 0.25 223 7.8 。
である。ここでは、0.25dと、0.35d(ただし、0.5d:撮像面最大高)、2つの軸外におけるMTF特性が示されている。なお、図4(a)、(b)ともに評価空間周波数は、84(lp/mm)としている。
取り巻くように領域Bが設けられている。本実施例では領域A、領域Bは、共に球面形状を有するとともに、領域Aと領域B間は段差を有すること無く連続的に変化する形状となっている。下記数値実施例に、領域毎の半径、曲率、各レンズ面(光学面)間の間隔d4、d5を示しておく。ここで、領域Bの面間隔d4、d5は、図6に示すように、領域Bのレンズ面が形成する仮想面が光軸と交差する位置での面間隔(図中d4'、d5')をいうものである。
単位 mm
面データ
面番号 r d nd Vd F
1 3.0139 1.2800 1.72341 50.20 6.1743
2 7.6146 0.1923
3 -10.5848 0.2367 1.70448 30.10 -3.5085
4 3.2544 0.3997
5(2焦点) 10.7443 0.4438 1.81067 41.00 8.1189
6 -6.5817 0.2367
7(絞り) ∞ 7.7389
8(撮像面) ∞
2焦点レンズデータ(面番号5)
半径 曲率 d4 d5
領域A 0.715 10.7443 0.3997 0.4438
領域B 1.2 11.0443 0.4003 0.4432
各種データ
焦点距離 9.9902
Fナンバー 3.5
深度特性(評価空間周波数:84[lp/mm])
深度 対比較例[%] 換算Fナンバー
MTF20% 0.16 177 6.2
MTF10% 0.19 175 6.1 。
単位 mm
面データ
面番号 r d nd Vd F
1 3.0139 1.2800 1.72341 50.20 6.1743
2 7.6146 0.1923
3 -10.5848 0.2367 1.70448 30.10 -3.5085
4 3.2544 0.3997
5(3焦点) 10.7443 0.4438 1.81067 41.00 8.1189
6 -6.5817 0.2367
7(絞り) ∞ 7.7389
8(撮像面) ∞
3焦点レンズデータ(面番号5)
半径 曲率 d4 d5
領域A 0.715 10.7443 0.3997 0.4438
領域B 1.105 11.0443 0.4003 0.4432
領域C 1.2 11.2943 0.4025 0.4410
各種データ
焦点距離 9.9902
Fナンバー 3.5
深度特性(評価空間周波数:84[lp/mm])
深度 対比較例[%] 換算Fナンバー
MTF20% 0.17 184 6.5
MTF10% 0.22 195 6.8 。
単位 mm
面データ
面番号 r d nd Vd F
1* 1.0577 0.4200 1.59008 29.90 3.5608
2 1.8160 0.3820
3 ∞ 0.0500
4(絞り) ∞ 0.2020
5 -0.3626 0.4200 1.49380 57.40 4.1989
6* -0.4268 0.0380
7 1.1353 0.3530 1.69979 55.50 1.2981
8 -3.9640 0.6686
9(撮像面) ∞
非球面データ
第1面
K=0
A2=0.00E+00
A4=1.58E-01
A6=0.00E+00
A8=0.00E+00
A10=0.00E+00
第6面
K=0
A2=0.00E+00
A4=1.08E+00
A6=-5.63E+00
A8=7.40E+01
A10=0.00E+00
各種データ
焦点距離 0.9971
Fナンバー 2.8
深度特性(評価空間周波数:111[lp/mm])
深度
MTF20% 0.06
MTF10% 0.07 。
単位 mm
面データ
面番号 r d nd Vd F
1* 1.0577 0.4200 1.59008 29.90 3.5608
2 1.8160 0.3820
3* ∞ 0.0500 2.11986 36.80 11.0766
4(絞り) ∞ 0.2020
5 -0.3626 0.4200 1.49380 57.40 4.1989
6* -0.4268 0.0380
7 1.1353 0.3530 1.69979 55.50 1.2981
8 -3.9640 0.6222
9(撮像面) ∞
非球面データ
第1面
K=0
A2=0.00E+00
A4=1.58E-01
A6=0.00E+00
A8=0.00E+00
A10=0.00E+00
第3面
K=0
A2=4.01E-02
A4=-3.95E+00
A6=6.19E+02
A8=-7.92E-01
A10=-1.04E+06
第6面
K=0
A2=0.00E+00
A4=1.08E+00
A6=-5.63E+00
A8=7.40E+01
A10=0.00E+00
各種データ
焦点距離 0.9973
Fナンバー 2.8
深度特性(評価空間周波数:111[lp/mm])
深度 対比較例[%] 換算Fナンバー
MTF20% 0.09 159 4.4
MTF10% 0.11 158 4.4 。
収差特性と比較して、大幅に変動する特性となっており、マイナス側に2つのピークをとって変動することがみてとれる。
条件式(1) 84 84 84 111
条件式(2) 84 84 84 111
条件式(3) 0.021 0.021 0.021 0.314 。
(1)光学系11の結像特性を利用するとともに、観測画像の位置に応じた処理が行われる画像回復処理。
(2)光学系11の結像特性を利用するとともに、観測画像全体に対し一定の処理が行われる画像回復処理。
(3)光学系11の結像特性を利用することなく、観測画像全体に対し一定の処理が行われる画像回復処理。
ただし、
f:回復画像、g:観測画像、a1、a2、…an:劣化パラメータ
g(n):観測画像に対するn次微分。
る。このように、本実施形態では、光学系11の設計値に基づくルックアップテーブルを予め用意しておくことで、演算時間を短縮することができる。なお、ソーベルフィルタとラプラシアンフィルタを用いた場合は、劣化パラメータルックアップテーブル33から読み出す係数はa1、a2までになるので、a3〜anは使わなくても良い。
L2…第2レンズ
L3…第3レンズ
S…明るさ絞り
C…非球面板
10…撮像装置
11…光学系
12…撮像素子
13…(第1)制御手段
14…(第1)画像処理手段
15…第1通信手段
20…外部装置
21…第2通信手段
22…第2画像処理手段
23…第2制御手段
30…画像回復処理
31…入力信号微分手段
32…劣化パラメータ読み出し手段
33…劣化パラメータLUT
34…乗加算手段
Claims (25)
- 撮像素子と、
前記撮像素子に被写体の像を結像する光学系と、
前記撮像素子が出力する観測画像に対して画像処理を実行する画像処理手段を有し、
前記光学系は、前記撮像素子の設置位置およびその前後の所定距離において略一定なMTFを有することを特徴とする
撮像装置。 - 前記略一定なMTFは、条件式(1)を満足する空間周波数を有することを特徴とする
請求項1に記載の撮像装置。
ν=1/(2×P×A)、1<A<20 …(1)
ただし、ν:空間周波数、P:撮像素子の画素ピッチ - 前記略一定なMTFは、条件式(2)を満足する空間周波数を有することを特徴とする
請求項1に記載の撮像装置。
ν=1/(2×P×A)、2<A<8 …(2)
ただし、ν:空間周波数、P:撮像素子の画素ピッチ - 前記略一定なMTFは、条件式(3)を満足する空間周波数を有することを特徴とする
請求項1に記載の撮像装置。
0.001<ν/N<3 …(3)
ただし、ν:空間周波数、N:撮像素子一辺の画素数 - 前記光学系は、開放Fナンバーにおいて、前記略一定なMTFを有することを特徴とする
請求項1から請求項4の何れか1項に記載の撮像装置。 - 前記略一定なMTFは、コントラストが0にならない範囲で他の空間周波数のMTFと交差することを特徴とする
請求項1から請求項5の何れか1項に記載の撮像装置。 - 前記略一定なMTFは、他の空間周波数のMTFと10%以下の位置で交差することを特徴とする
請求項6に記載の撮像装置。 - 前記光学系の球面収差特性は、ピークを有することを特徴とする
請求項1から請求項7の何れか1項に記載の撮像装置。 - 前記光学系の球面収差特性は、2つ以上のピークを有することを特徴とする
請求項8に記載の撮像装置。 - 前記球面収差特性のピークは、プラス側とマイナス側に位置することを特徴とする
請求項9に記載の撮像装置。 - 前記光学系は、前記略一定なMTFを実現するための波面制御素子を備えることを特徴とする
請求項1から請求項10の何れか1項に記載の撮像装置。 - 前記略一定なMTFを実現するための波面制御素子は、非球面を有することを特徴とす
る
請求項11に記載の撮像装置。 - 前記略一定なMTFを実現するための波面制御素子は、位相板であることを特徴とする
請求項11に記載の撮像装置。 - 前記略一定なMTFを実現するための波面制御素子は、1面に複数の曲率を有するレンズであることを特徴とする
請求項11に記載の撮像装置。 - 前記略一定なMTFを実現するための波面制御素子は、中心と周辺で異なる曲率を有するレンズであることを特徴とする
請求項14に記載の撮像装置。 - 前記略一定なMTFを実現するための波面制御素子は、1面に3つの曲率を有するレンズであることを特徴とする
請求項14または請求項15の何れか1項に記載の撮像装置。 - 前記略一定なMTFを実現するための波面制御素子は、その材質に複屈折結晶が用いられることを特徴とする
請求項11から請求項16の何れか1項に記載の撮像装置。 - 前記略一定なMTFを実現するための波面制御素子は、着脱可能とすることを特徴とする
請求項11から請求項17の何れか1項に記載の撮像装置。 - 前記画像処理手段において実行される画像処理は、前記撮像素子が出力する観測画像に対して画像回復処理を含むことを特徴とする
請求項1から請求項18の何れか1項に記載の撮像装置。 - 前記画像回復処理は、前記光学系の結像特性を用いることを特徴とする
請求項19に記載の撮像装置。 - 前記画像回復処理は、回復画像が下記微分方程式で表される処理を実行することを特徴とする
請求項20に記載の撮像装置。
f(x,y)=g(x,y)+a1(x,y)・g'(x,y)+ … +an(x,y)・g(n)(x,y)
ただし、
f:回復画像、g:観測画像、a1、a2、…an:劣化パラメータ
g(n):観測画像に対するn次微分 - 請求項1から請求項19の何れか1項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置で撮像された観測画像に対して画像回復処理を実行する外部装置とを有することを特徴とする
撮像システム。 - 前記画像回復処理は、前記光学系の結像特性を用いることを特徴とする
請求項22に記載の撮像システム。 - 前記画像回復処理は、回復画像が下記微分方程式で表される処理を実行することを特徴とする
請求項22または請求項23に記載の撮像システム。
f(x,y)=g(x,y)+a1(x,y)・g'(x,y)+ … +an(x,y)・g(n)(x,y)
ただし、
f:回復画像、g:観測画像、a1、a2、…an:劣化パラメータ
g(n):観測画像に対するn次微分 - 前記撮像装置と前記外部装置はそれぞれ通信手段を備え、
前記撮像装置で撮像された観測画像を、前記通信手段を介して前記外部装置に送信することを特徴とする
請求項22から請求項24の何れか1項に記載の撮像システム。
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---|---|---|---|
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