JP2014127773A - 画像処理装置およびそれを備えた撮像装置、ならびに画像処理装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 幾何変形処理に必要な参照領域が撮像領域内に収まるかどうかを判定する(S203)。幾何変形処理に必要な参照領域が撮像領域内に収まらない場合、収まるように幾何変形処理の参照領域の変位量に上限値を設定する。設定された上限値に基づいて生成した幾何変形パラメータを用いた幾何変形処理を画像に適用する(S204)。
【選択図】 図2
Description
撮像領域1001内に出力画像領域1002が設けられている。そして、垂直方向に立っている被写体1004を出力画像領域の中央で撮影しようとしたが、手振れによって撮像装置が撮像面に平行に回転し、被写体1005のように撮影されてしまったとする。
これは特許文献1にも当てはまる。幾何変形処理後の画像の欠落を回避するために参照領域を変更することが考えられるが、複数の幾何変形処理を行う特許文献1のような場合では、参照領域をどのように変更するかを決定することが容易でない。
以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る画像処理装置の一例としてのデジタルカメラの機能構成例を示すブロック図である。なお、変形処理の実施には、撮像装置の動きに関する情報、撮影条件に関する情報、撮像領域、参照領域およびどのような変形処理を適用するのかの情報が取得可能であれば足り、少なくとも撮像や記録のための機構は必須ではない点に留意されたい。
S201において、システム制御部107が、幾何変形パラメータを順次座標算出部111に入力する。順次座標算出部111は、第1の座標算出部112及び、第2の座標算出部113及び、第3の座標算出部114及び、第4の座標算出部115から構成される。
参照領域が撮像領域内に収まると判定された場合、S204において幾何変形処理部106は、出力選択部116を介して得られる順次座標算出部111の出力に基づいて、画像に幾何変形を行う。
S207においてパラメータ調整部120は、各幾何変形の参照領域が、S206において設定された上限値を超えないよう、システム制御部107から入力される各幾何変形パラメータを調整する。
以降、S201からの処理が再度実行される。
本実施形態では、画像の幾何変形処理として、リサイズ及び切り出し処理、射影変換、ローリング歪み補正、歪曲収差補正を想定する。上述の通り、ローリング歪みはローリングシャッター方式の撮像素子を用いた撮影で生じる歪みである。
順次座標算出部111の内部構成、及び順次座標算出部111内で行われる処理について、図3を用いて説明する。
第1の座標算出部112は、画像のリサイズ及び切り出しを行うための参照座標を算出し、第2の座標算出部113及び、出力選択部116に出力する。
第1の座標算出部112で用いる幾何変形パラメータを、第1の幾何変形パラメータPrと表現する。第1の幾何変形パラメータPrは、リサイズ処理の水平変倍率rx、垂直変倍率ry、切り出し処理の水平切り出し量c、垂直切り出し量dを含む。
この場合、リサイズ処理の中心座標を(Xr0,Yr0)とすると、座標(X,Y)に対して、リサイズ及び切り出し処理による参照座標(Xr,Yr)は以下の式で算出される。
ローリング歪みは、CMOSセンサのようなライン毎に露光期間が異なる撮像素子で撮影を行った場合に、露光中の被写体の移動、もしくは撮影者の手振れにより、ライン毎に被写体像が移動するために生じる撮像画像の歪みである。
第4の座標算出部115で用いる幾何変形パラメータを、第4の幾何変形パラメータPdと表現する。第4の幾何変形パラメータPdは、歪曲収差の補正量である。
以上が、順次座標算出部111の説明である。
順次座標算出部111において、参照座標は小数精度で算出することが可能だが、デジタル画像の各画素の座標は全て整数で表現される。そのため小数点を含む座標における画素値は、近傍の整数座標上の画素を補間することで計算する。この補間処理としては、例えば補間される画素の近傍4画素の値を用いて線形補間を行うバイリニア補間などの公知の手法を適用すれば良い。
参照領域算出部117は、出力選択部116を介して入力される順次座標算出部111の出力から、画像の各幾何変形に必要な参照領域をそれぞれ算出する。
参照領域は、図4に示すように、出力画像領域401の各辺上の座標の参照座標を算出することで、領域402のように得られる。ただし、本実施形態では計算を簡略化するため、以降の処理では領域402に外接する矩形領域403を参照領域として扱う。
ここで、領域算出部117は、第1〜第4の座標算出部112〜115の出力から得られる参照領域をそれぞれ第1〜第4の参照領域とし、4つの参照領域の4隅の座標値を、領域判定部118に出力する。
まず、領域判定部118は、第4の参照領域504が、撮像領域501に対して、右上、右下、左上、左下のいずれの方向にはみ出す可能性が高いかを判定する。
図5(a)の例では、dx>0かつdy>0であるため、領域判定部118は、第4の参照領域504が撮像領域501に対して右上方向にはみ出す可能性が高いと判定する。
また、第3の変位量は、第3の参照領域の右上の頂点座標(Xwrt,Ywrt)と第2の参照領域の右上の頂点座標(Xhrt,Yhrt)の差分、Swx=Xwrt−Xhrt、Swy=Ywrt−Yhrtと算出できる。
第4の変位量は、第4の参照領域の右上の頂点座標(Xdrt,Ydrt)と第3の参照領域の右上の頂点座標(Xwrt,Ywrt)の差分、Sdx=Xdrt−Xwrt、Sdy=Ydrt−Ywrtと算出できる。
領域判定部118は、判定結果を出力選択部116およびシステム制御部107に出力するとともに、各参照領域の変位量をシステム制御部107に出力する。
上限値の設定方法について、図5(d)を用いて説明する。
変位量の上限値は、各変位量の水平成分と垂直成分に対してそれぞれ設定することができる。ここでは、水平成分に対する上限値の設定について説明するが、垂直成分に関しても水平成分と同様の方法で上限値を設定するものとする。
図7(a)において、701は撮像領域、702は出力画像領域、703は樽型歪曲収差補正による参照領域を表わしている。
図7(b)では、樽型歪曲収差補正に加えて、手振れによる回転を補正する場合の参照領域704の例を示した。この例では、参照領域704のうち、黒塗りされた領域が撮像領域701をはみ出している。ここで、樽型歪曲収差補正と回転補正による参照領域の変位量をそれぞれE、Fと表現する。図7(a)から分かるように、変位量Eは、はみ出す方向(この場合は上方向もしくは下方向)に対して逆方向に変位するため、負の値を取る。一方、変位量Fははみ出す方向に変位するため正の値となる。
以上のことから、負の変位量に対しては上限値を設定しないことが望ましいと考えられる。
この場合、式11を以下のように変形して適用すれば良い。
式1から、第1の変位量と幾何変形パラメータPrの関係は以下のようになる。
そこで、例えば変倍率rx、ryは調整せず、式14を満たす最大の切り出し量c、dを求めるようにして上限値を調整することができる。一方、切り出し量c=d=0とした場合でも式14が満足されない場合に初めて変倍率rx、ryを調整し、式14を満足する最大のrx、ryを求めるようにすることができる。
射影変換行列は、並進成分、回転成分、あおり成分に分解して考えることができる。式2で示した、並進及び回転に関する射影変換行列H1による参照領域の変位量は、式6において、Phの代わりにH1を適用することで、以下のように求めることができる。
式8から、第3の変位量と幾何変形パラメータPwの関係は以下のようになる。
式10から、第4の変位量と幾何変形パラメータPdの関係は以下のようになる。
そのため、撮像画像に対して複数の幾何変形処理を適用して出力画像を生成する際に、撮像領域の不足によって出力画像が欠落することを回避できる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。第1の実施形態では、適用される複数の幾何変形処理の各々において参照領域を撮像領域内に収めるため、各幾何変形処理の参照領域の変位量に応じて変位量に上限値を設定し、上限値を満たすように各幾何変形パラメータを調整する方法について説明した。
つまり、複数の幾何変形処理のうち、どの処理における補正不足を抑制すべきかは、各幾何変形処理における参照領域の変位量からだけでは判断できない。参照領域の変位量が同じであっても、補正不足の目立ち易さは撮影状況に応じて変わりうる。
また、補助情報として、撮影状況を示す情報の例としてのシャッタースピードおよび被写体輝度値と、主被写体情報を用いるものとする。主被写体情報は例えば、主被写体の人物らしさ、主被写体の大きさ、主被写体までの距離である。主被写体の人物らしさおよび大きさは、例えば主被写体を人物の顔とする場合、主被写体の色や輪郭の情報を用いる公知の顔検出技術によって得る事ができる。また、主被写体までの距離は例えば自動焦点検出処理で検出されるフォーカスレンズ位置から得る事ができる。
同様に、主被写体までの距離については、主被写体までの距離が近いほど、画面全体の動きよりも主被写体の領域における歪みが目立つと考えられるため、例えば図9(c)のような優先順位を設定する。
また、人物らしさが低い場合は回転を補正する幾何変形処理の優先度を「5」、ローリング歪みを補正する幾何変形処理の優先度を「4」、歪曲収差を補正する幾何変形処理の優先度を「3」、あおりを補正する幾何変形処理の優先度を「2」とすることができる。
このように、優先度の差を偏らせたり、優先順位が同じ幾何変形処理に異なる優先度を設定したりすることができる。
S=A+B+C+D、s=a+b+c+dとし、各参照領域の変位量の上限値をA’、B’、C’、D’と表現する。
前述の通り、各参照領域の変位量だけに基づいて上限値を設定するならば、式11または式12を用いれば良い。
参照領域の変位量AとDはいずれも40で等しかったが、優先度がa>dであるため、A’がD’より高く設定されることがわかる。これにより、回転を補正する幾何変形処理が、歪曲歪みを補正する幾何変形処理よりも優先され、回転補正が十分に行われるようになる。
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。
Claims (8)
- 撮像装置の動きや光学特性に起因する画質劣化を補正する画像処理装置であって、
前記画質劣化を補正するための変形処理を規定するパラメータを生成する生成手段と、
前記変形処理が必要とする画像領域である参照領域が、前記画像を含み、前記画像より大きな撮像領域内に収まるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により前記参照領域が前記撮像領域内に収まらないと判定された場合に、前記パラメータを、前記参照領域が前記撮像領域内に収まるように調整する調整手段と、
前記パラメータに従って前記画像に対して変形処理を適用する変形手段と、を有することを特徴とする画像処理装置。 - 前記変形処理が、複数の幾何変形処理の組み合わせであり、
前記生成手段が、前記複数の幾何変形処理の各々を規定する複数のパラメータを生成し、
前記判定手段が、前記複数の幾何変形処理の各々における、幾何変形処理前後の変位量の合計および、前記撮像領域と前記画像との位置関係に基づいて前記判定を行い、
前記調整手段が、前記変位量の合計が、前記参照領域が前記撮像領域内に収まる範囲の値となるように、前記複数の幾何変形処理の各々における前記変位量に上限値を設定することによって、前記生成手段が生成するパラメータを調整する、
ことを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。 - 前記画像の主被写体情報および撮影状況を示す情報の少なくとも一方に基づいて、前記複数の幾何変形処理の各々に優先度を設定する設定手段をさらに有し、
前記調整手段は、前記設定された優先度が高い幾何変形処理ほど、対応する変位量の上限値を高く設定することを特徴とする請求項2記載の画像処理装置。 - 前記主被写体情報が、主被写体の人物らしさ、主被写体の大きさ、および主被写体までの距離のいずれかであり、前記撮影状況を示す情報がシャッタースピードおよび被写体輝度値であることを特徴とする請求項3に記載の画像処理装置。
- 前記変形処理は、
画像のリサイズ及び切り出し、
画像のあおり補正および回転補正を行う射影変換と、
ローリングシャッター方式の撮像素子での撮影で生じるローリング歪みを補正するローリング歪み補正と、
レンズの光学特性により生じる歪みを補正するための歪曲収差補正と、
の1つ以上であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の画像処理装置。 - 撮像装置であって、
前記撮像装置の動きを検出する検出手段と、
請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の画像処理装置とを有し、
前記撮像装置の動きによって画像に生じた画質劣化を、前記画像処理装置で補正して出力することを特徴とする撮像装置。 - 撮像装置の動きや光学特性に起因する画質劣化を補正する画像処理装置の制御方法であって、
生成手段が、前記画質劣化を補正するための変形処理を規定するパラメータを生成する生成ステップと、
判定手段が、前記変形処理が必要とする画像領域である参照領域が、前記画像を含み、前記画像より大きな撮像領域内に収まるか否かを判定する判定ステップと、
前記判定ステップにおいて前記参照領域が前記撮像領域内に収まらないと判定された場合に、調整手段が、前記パラメータを、前記参照領域が前記撮像領域内に収まるように調整する調整ステップと、
幾何変形手段が、前記パラメータに従って前記画像に変形処理を適用する変形ステップと、を有することを特徴とする画像処理装置の制御方法。 - コンピュータを、請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の画像処理装置として機能させるためのプログラム。
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