JP2011259344A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ゴースト補正を高精度に行ない、ゴースト発生を低減する撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像装置１００は、撮像素子６と、複数のレンズから構成されるレンズ群３００と、演算部１５と、画像処理部８と、を備える。演算部１５は、光源の輝度と、撮像した画像における光源の位置と、光源と撮像素子６との距離を決定する。かつ、光源の輝度と位置および距離に基づいて撮像素子６に発生するゴーストの位置を決定する。画像処理部８は、決定されたゴーストの位置に基づいて、撮像した画像からゴーストを除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像した画像に発生するゴーストを低減する技術に関する。

ディジタルスチルカメラなどの撮像装置は、一般に複数のレンズおよび撮像素子などから構成される撮像光学系を有する。撮像した画像内に太陽や電球などの明るい光源が含まれている場合、光源の光がレンズ表面などに反射して、撮像素子に結像することがある。この現象は、一般にゴーストと呼ばれる。被写体の暗い部分で発生するゴーストは、目立つので、画像品質を劣化させる。

ゴーストを低減するために、以下の技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。フォーカスレンズを介して撮像素子でとらえた画像について、撮像素子に対するフォーカスレンズの合焦位置でのフォーカス画像と合焦位置から変位した位置でのデフォーカス画像の差分をとる差分処理回路と、差分処理回路による差分処理画像からゴーストを検出するゴースト検出回路と、フォーカスレンズ駆動回路を制御するとともに、差分処理回路およびゴースト検出回路を制御するゴースト検出制御回路を備える。

特開２００８−５４２０６号公報

特許文献1に開示された技術では、撮像素子に対するフォーカスレンズの合焦位置でのフォーカス画像と合焦位置から変位した位置でのデフォーカス画像の差分をとる。ここでフォーカスレンズの合焦位置での撮像画像と、合焦位置から変位した位置でのデフォーカス画像とは、異なる画像である。よって、ゴーストの発生位置などの情報精度が落ちる場合がある。したがって、ゴースト補正を高精度に行うことが難しいといった課題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ゴースト補正を高精度に行ない、ゴースト発生を低減することが可能な撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の撮像装置は、撮像素子と、複数のレンズから構成されるレンズ群と、演算部と、画像処理部と、を備える。演算部は、光源の位置と、光源と撮像素子との距離とを決定し、かつ、光源の位置および距離に基づいて撮像素子に発生するゴーストの位置を決定する。画像処理部は、決定されたゴーストの位置に基づいて、撮像した画像からゴーストを除去する。

この構成によれば、高精度にゴースト発生位置を取得することができる。よって、ゴースト補正を高精度に行うことができる。

また、演算部は、さらに、光源の輝度を決定し、かつ、光源の輝度と位置および距離に基づいて、撮像素子に発生するゴーストの位置およびゴーストの輝度を決定し、画像処理部は、決定されたゴーストの位置およびゴーストの輝度に基づいて、撮像した画像からゴーストを除去してもよい。この構成によれば、画像処理部は、決定されたゴーストの位置と決定されたゴーストの輝度に基づいて、より高精度にゴースト補正を行うことができる。

また、レンズ群は、フォーカスレンズを含み、フォーカスレンズは、フォーカスレンズ駆動部によって光軸方向に駆動され、演算部は、撮像素子から得られる画像のコントラストが最も高くなるフォーカスレンズ位置から、光源と撮像素子との距離を決定してもよい。この構成によれば、光源と撮像素子との距離をより精度良く算出できる。

また、演算部は、光源の輝度と位置および距離と、光源からの入射光が反射する少なくとも二つの反射面と、に基づいてゴーストの位置を決定してもよい。この構成によれば、より短時間でゴーストの位置を決定することができる。したがって、ゴースト補正をより短時間で行うことができる。

本発明によれば、ゴースト補正を高精度に行ない、ゴースト発生を低減することが可能な撮像装置を提供することができる。

本実施の形態における撮像装置の機能的構成を示すブロック図 同レンズ群の概要図 同光線の動向を示す図 同撮像方法のフローチャート 同ゴースト除去補正前の画像を示す概略図 同ゴースト除去補正後の画像を示す概略図 同テスト撮像画像を示す概略図 同ゴースト除去補正後の画像を示す概略図

（実施の形態）
［１．撮像装置１００の概要］
図１に示すように、撮像装置１００は、被写体１からの光を撮像素子６の光電変換面に結像させる複数のレンズから構成されるレンズ群３００および撮像素子６の光入射面側に備えられた光学平板３０８を備える。撮像素子６の出力は、増幅器７を介して絞り制御回路１１と撮像素子駆動回路１２に入力される。また、被写体１からの光は、画像処理部８に入力される。適正なレベルの増幅出力が得られるように、増幅器７の出力に応じて、絞り制御回路１１は絞り（図示せず）を制御する。また、撮像素子駆動回路１２は撮像素子６の露出時間を制御し、適切な露光状態を得る。

画像処理部８は、撮像素子６からの画像データ（ＲＧＢまたは補色）を、増幅器７を介して入力し、輝度（Ｙ）と色差信号（Ｃｒ，Ｃｂ）に変換する。さらに画像処理部８は、ゴースト除去部２０を有する。後述するように、ゴースト除去部２０は、演算部１５が算出したゴースト情報に基づいて、撮像した画像からゴーストを除去する。

ＡＦ回路９は、画像処理部８が処理した画像データの輝度成分等から周波数特性等を検出することにより、入力画像がユーザ指定の画面内被写体に合焦しているかを判定する。入力画像がユーザ指定の画面内被写体に合焦していない場合は、フォーカスレンズ駆動回路１２を制御してフォーカスレンズ（図示せず）を移動させながら合焦判定を行い、フォーカスレンズ（図示せず）を合焦位置に移動させる。ＡＦ処理は、例えばカメラのシャッタ半押し状態や押下状態などの外部トリガ信号等により開始される。

フォーカスレンズ駆動回路１０は、ＡＦ回路９を介してフォーカスレンズ（図示せず）についての移動の方向（望遠側または広角側）と移動量を指示する情報を受け、フォーカスレンズ（図示せず）を移動させる機能を有している。

メモリ４０は、画像データなどを記憶する。

［２．レンズ群３００の詳細］
本実施の形態におけるレンズ群３００は、一例として図２に示すように複数のレンズなどから構成される。レンズ群３００は、被写体側から、撮像素子６側へ順に以下の構成である。

第１レンズ群３０１は、５枚のレンズで構成される。第２レンズ群３０２は、1枚のレンズで構成され、フォーカス位置を決定する機能を有する。すなわち、第２レンズ群３０２はフォーカスレンズである。第３レンズ群３０３は、３枚のレンズで構成される。第４群レンズ３０４は、３枚のレンズで構成される。第４レンズ群を構成するレンズは第１０レンズ３０５、第１１レンズ３０６、第１２レンズ３０７である。

それぞれのレンズの両面は、誘電体膜が多層に形成された反射防止膜（図示せず）が形成されている。反射防止膜（図示せず）によって、それぞれのレンズの表面からの可視光線の反射率は１％以下である。

光学平板３０８は、撮像素子６の光入射面を保護するためのガラス板から構成されている。ガラス板は、高透過率の光学ガラスを用いることが好ましい。

［３．光線追跡法によるゴーストシミュレーション］
本実施の形態においては、後述するように、撮像した画像内に光源が存在する場合、撮像素子６に発生するゴーストの位置とゴーストの輝度を、光線追跡法を用いて算出する。このとき、レンズ群３００における全レンズ面および光学平板３０８の両面および撮像素子６の光入射面をパラメータとして算出すると、計算に膨大な時間を要する。よって、予め、ゴーストの発生に支配的な影響を与える二面の反射面を選択しておくことが好ましい。すなわち、例えば、撮像装置１００の製品化前に、ゴーストの発生に支配的な影響を与える二面の反射面を選択しておくことが好ましい。

そのため、予め、レンズ群３００において、光線追跡法によるゴーストシミュレーションを実施する。本実施の形態において、ゴーストシミュレーションは、レンズ群３００および、光学平板３０８の被写体側面と撮像素子側面の２６面と撮像素子６の光入射面の合計２７面を用いる。

まず、全ての面の組み合わせでゴーストシミュレーションを実施する。具体的には、任意に抽出した二面（図３においては、光学平板３０８の被写体側面と第１０レンズ３０５の被写体側面）での光線の反射を計算する。本実施の形態におけるシミュレーション条件は、一例として、光源からの光線の入射角度を画像中心から右上対角方向に５度ピッチで変化させた。次に、反射面で反射した光線が、撮像素子６の光入射面でゴーストとして結像した場合の輝度を求める。このとき光源と撮像素子６との距離は、無限遠方とすることが好ましい。

本実施の形態における光学平板３０８および撮像素子６の表面には、反射防止膜が形成されていない。したがって光学平板３０８および撮像素子６の表面の可視光線反射率は、反射防止膜が形成されているレンズ群３００の可視光線反射率と比較して高い。すなわち、ゴーストシミュレーションに際してレンズ群３００と光学平板３０８、撮像素子６との反射率の違いをゴースト輝度値に反映させることが好ましい。具体的には、例えば、任意の二面を抽出したときに、反射防止膜が形成されていない反射面が含まれている場合、反射防止膜が形成されていない反射面の反射率が、反射防止膜が形成されている反射面の反射率と比較して１０倍大きいときには、ゴースト輝度値を１０倍として計算する。

次に、ゴーストシミュレーションの結果である輝度値の高いゴーストの原因となる二面（被写体側面または撮像素子側面）をメモリ４０に記憶させる。本実施の形態においては、光学平板３０８の被写体側面と第１２レンズ３０７の被写体側面との反射によって、撮像素子６に最も輝度値の高いゴーストが発生することがわかった。

［４．撮像方法］
以下、図４に示すフローチャートにしたがって、本実施の形態における撮像方法が説明される。

まずステップ1で、撮像装置１００は、テスト撮像をする。撮像装置１００は、一例として、８ビット、すなわち０から２５５階調の階調表現機能を備える。具体的には、テスト撮像する画像の全体の平均階調が３０階調になるような撮像条件で撮像する。例えば、露光時間の調整によって、撮像条件を決定することができる。

次に、ステップ２で、画像内に光源があるか否かを検出する。具体的には、まず、画像処理部８がテスト撮像した画像にノイズ除去などの調整を施した後、２値化処理を行う。２値化の閾値は、一例として、６０階調とした。次に、画像処理部８は、６０階調以上の画素が所定の画素数以上集合しているか否かを判断する。所定の画素数は、例えば、撮像素子６の画素数が１０００万であるときは、１０００画素とする。ステップ２で、光源が存在すると判断された場合、フローはステップ３に進む。一方、光源が存在しないと判断された場合、通常の撮像をしてフローは終了する。

次にステップ３で、メモリ４０は、光源の位置および輝度を記憶する。

次にステップ４で、撮像素子６と光源との距離が測定される。具体的には、撮像装置１００が、光源に対してコントラストＡＦ動作を行う。すなわち、フォーカスレンズ駆動回路１０が、フォーカス機能を有する第３レンズ群（フォーカスレンズ）３０３を光軸方向に移動させることにより、ＡＦ回路９が、光源の最もコントラストが高いときのフォーカスレンズ位置を合焦位置として決定する。演算部１５は、フォーカスレンズ位置から光源と撮像素子６との距離を算出する。

次にステップ５で、メモリ４０が光源と撮像素子６との距離を記憶する。

次にステップ６で、撮像装置１００は、被写体を撮像する。具体的には、撮像装置１００が、被写体に対してコントラストＡＦ動作を行うことにより、フォーカスレンズ位置が決定される。続いて所定の露光条件で撮像素子６に被写体の像が結像される。撮像素子６に蓄積された光は、電気信号に変換され、増幅器７、画像処理部８、演算部１５、を介して画像情報としてメモリ４０に記憶される。ステップ６では、ステップ１のテスト撮像とは、異なる撮像条件で撮像することもできる。具体的には、例えば、撮像した画像内に光源が存在しなくなるまで被写体を望遠して撮影することも可能である。

次にステップ７で、演算部１５は、ステップ５におけるフォーカスレンズ位置の情報を取得する。

次にステップ８で、演算部１５は、メモリ４０がステップ３で記憶した光源の位置および輝度の情報と、メモリ４０がステップ５で記憶した光源と撮像素子６との距離の情報と、演算部１５がステップ７で取得したフォーカスレンズ位置の情報に基づいて、光線追跡法を実施する。具体的には、演算部１５は、光源位置から放射状の光線を射出したとして光線追跡の計算を行う。このとき、光線追跡法の基礎となる光学系は、ステップ７で取得したフォーカスレンズ位置のレンズ群３００である。

光線追跡法の計算では、計算に用いる反射面を予め指定しておくことにより、計算量を低減させることができる。さらに、光線追跡法の輝度の計算では、予め基準値を準備しておく。つまり、光線追跡法の輝度の計算では、基準値と光線追跡法による計算結果の相対的な集光度比較により輝度が算出される。

次に、ステップ９で、メモリ４０は、光線追跡法により計算したゴースト発生領域およびゴースト輝度を記憶する。

最後に、ステップ１０で、画像処理部８は、メモリ４０が記憶したゴースト発生領域およびゴースト輝度の情報を用いて、ステップ６で撮像した画像から、ゴーストを除去する補正を行う。具体的には、画像処理部８は、ステップ５で撮像した画像を画素毎に分割する。次に、画像処理部８は、ステップ９で計算されたゴースト発生領域の画素におけるゴースト輝度に相当する階調を、同画素の階調から差し引く。次に、画像処理部８は、ゴーストを除去した補正後の画像を生成し、画像信号として出力する。

［５．ゴースト除去補正］
図５Ａに示すように、例えば、テスト撮像画像の右上に光源がある場合、光源と画像中心とを結んだ線上である画像左下に、ゴーストが発生している。ゴーストは、光学平板３０８の被写体側面で反射した光が、さらに第１２レンズ３０７の被写体側面で再反射して、撮像素子６に結像したものである。図５Ａでは、被写体の右足はゴーストと重なっている。

図５Ｂに示すように、ゴースト発生領域からゴースト輝度を差し引くことで、画像の左下に発生したゴーストを除去する補正がされている。ゴースト除去補正後の図５Ｂでは、被写体の右足は、鮮明に表示されている。

図６Ａに示すように、例えば、広角側でテスト撮像をして、テスト撮像画像の右上に光源がある場合、光源と画像中心とを結んだ線上である画像左下に、ゴーストが発生している。ゴーストの発生原因は、上述の通りである。図６Ｂに示すように、図６Ａにおける望遠領域を拡大した画像では、光源は画像内に無い。しかし、図６Ａにおける光源の位置と、輝度と、光源と撮像素子との距離の情報から演算部１５がゴースト発生位置を算出し、画像処理部８が、ゴーストを除去する補正をした結果、被写体は鮮明に表示されている。すなわち、本実施の形態においては、被写体を撮像した画像に光源が存在しない場合でも、テスト撮像した画像に光源が存在していれば、ゴースト発生位置を算出できる。

［６．まとめ］
本実施の形態における撮像装置１００は、撮像素子６と、撮像素子６の光入射面側に備えられた光学平板３０８と、複数のレンズから構成されるレンズ群３００と、演算部１５と、画像処理部８と、を備える。演算部１５は、光源の輝度と、撮像した画像における光源の位置と、光源と撮像素子６との距離を算出する。かつ、光源の位置および光源と撮像素子６との距離に基づいて撮像素子６に発生するゴーストの位置を算出する。画像処理部８は、算出されたゴーストの位置に基づいて、撮像した画像からゴーストを除去する。

上記構成によれば、演算部１５は、撮像した画像内に存在する光源の情報を用いて、撮像素子６に発生するゴーストの位置を高精度に算出することができる。画像処理部８は、演算部１５が算出したゴーストの位置情報に基づいて、ゴースト除去補正を高精度に行なうことができる。よって撮像装置１００は、ゴースト発生を低減することが可能となる。

［７．その他の実施形態］
上述のように、本発明の実施の形態が例示された。しかし、本発明は、これには限られない。そこで本発明の他の実施の形態が、以下にまとめて説明される。なお、本発明は、これらには限定されず、適宜修正された他の実施の形態に対しても適用可能である。

実施の形態において、撮像装置１００の演算部１５は、光線追跡法により、撮像素子６に発生するゴーストの位置および輝度を算出した。しかし、演算部１５は、撮像素子６に発生するゴーストの位置のみを算出し、算出したゴースト位置に基づいて、ゴースト発生部とゴースト発生周辺部との輝度差を、ゴースト輝度として算出することができる。

実施の形態において、撮像装置１００の演算部１５は、光線追跡法により、撮像素子６に発生するゴーストの位置および輝度を算出した。しかし、演算部１５は、光源の位置および光源と撮像素子６との距離とゴーストの位置との関係をテーブルとして記憶することもできる。すなわち、演算部１５は、光源の位置および光源と撮像素子６との距離に基づいて、テーブルからゴーストの位置を選択することもできる。

実施の形態において、撮像装置１００のレンズ群３００は、フォーカスレンズを含む構成である。しかし、レンズ群３００は、フォーカスレンズを含まない構成でもよい。すなわち、本発明は、固定焦点の撮像装置においても、同様の効果を奏することができる。この場合、光源と撮像素子６との距離を、例えば、無限遠と予め設定しておくことにより、演算部１５は、撮像素子６に発生するゴーストの位置を算出することができる。

実施の形態において、撮像装置１００の演算部１５は、光学平板３０８と、レンズ群のうちで予め定められた一つのレンズと、光源の輝度と位置および距離、とに基づいてゴーストの位置を算出する構成である。しかし、撮像素子６と、レンズ群と、光学平板３０８との構成条件に基づくゴーストシミュレーションの結果、輝度値の高いゴーストの原因となる反射面を適宜選択し、演算部１５でゴーストの位置を算出する基礎とすることもできる。

実施の形態において、撮像方法は、光線追跡法によって撮像素子に発生するゴーストの位置とゴーストの輝度を算出するステップを含む。しかし、撮像方法は、光線追跡法によって撮像素子に発生するゴーストの位置のみを算出してもよい。

実施の形態において、撮像方法は、コントラストＡＦ法によって光源に合焦するフォーカスレンズの位置を記憶するステップと、フォーカスレンズの位置から光源と撮像素子６との距離を算出するステップとをさらに含む。しかし、これら二つのステップを省略することもできる。この場合、光源と撮像素子６との距離を、例えば、無限遠と予め設定しておくことにより、演算部１５は、撮像素子６に発生するゴーストの位置を算出することができる。

実施の形態において、撮像方法は、光線追跡法によって撮像素子６に発生するゴーストの位置を算出するステップを含み、光学平板３０８と、レンズ群の内で予め定められた一つのレンズと、光源の輝度と位置および距離、とに基づいて前記ゴーストの位置を算出する。しかし、撮像素子６と、レンズ群と、光学平板３０８との構成条件に基づくゴーストシミュレーションの結果、輝度値の高いゴーストの原因となる反射面を適宜選択し、演算部１５でゴーストの位置を算出する基礎とすることもできる。

本発明によれば、ゴースト補正を高精度に行ない、ゴースト発生を低減することが可能な撮像装置を提供できる。したがって、本発明は、ディジタルスチルカメラなどに広く有用である。

１ 被写体
６ 撮像素子
７ 増幅器
８ 画像処理部
９ ＡＦ回路
１０ フォーカスレンズ駆動回路
１１ 絞り制御回路
１２ 撮像素子駆動回路
１５ 演算部
２０ ゴースト除去部
４０ メモリ
１００ 撮像装置
３００ レンズ群
３０１ 第1レンズ群
３０２ 第２レンズ群
３０３ 第３レンズ群
３０４ 第４レンズ群
３０５ 第１０レンズ
３０６ 第１１レンズ
３０７ 第１２レンズ
３０８ 光学平板

Claims (4)

1. 撮像素子と、
   複数のレンズから構成されるレンズ群と、
   演算部と、
   画像処理部と、を備え、
   前記演算部は、前記光源の位置と、前記光源と前記撮像素子との距離とを決定し、かつ、前記光源の位置および距離に基づいて前記撮像素子に発生するゴーストの位置を決定し、
   前記画像処理部は、決定された前記ゴーストの位置に基づいて、撮像した画像からゴーストを除去する、
   撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置であって、
   前記演算部は、さらに、光源の輝度を決定し、かつ、前記光源の輝度と位置および距離に基づいて、前記撮像素子に発生する前記ゴーストの位置および前記ゴーストの輝度を決定し、
   前記画像処理部は、決定された前記ゴーストの位置および前記ゴーストの輝度に基づいて、撮像した画像からゴーストを除去する、
   撮像装置。
3. 請求項１または請求項２のいずれか一項に記載の撮像装置であって、
   前記レンズ群は、フォーカスレンズを含み、
   前記フォーカスレンズは、フォーカスレンズ駆動部によって光軸方向に駆動され
   前記演算部は、前記撮像素子から得られる画像のコントラストが最も高くなるフォーカスレンズ位置から、前記光源と前記撮像素子との距離を決定する、
   撮像装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の撮像装置であって、
   前記演算部は、前記光源の輝度と位置および距離と、前記光源からの入射光が反射する少なくとも二つの反射面と、に基づいて前記ゴーストの位置を決定する、
   撮像装置。

Images