JP2014150421A - 撮像装置、画像処理装置、画像処理方法、画像処理プログラム、および、記憶媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】撮像装置は、撮影画像を取得する撮像素子と、撮影条件および撮影画像内の位置に応じて異なる第1の光学伝達関数と、2次元のフィルタ値の分布が撮影画像内の位置に関して一定かつ絞り値に応じて異なる画像回復フィルタまたは第2の光学伝達関数を生成するための関数を記憶する記憶手段と、絞り値が所定値未満の場合に第1の光学伝達関数を取得し、絞り値が所定値以上の場合に画像回復フィルタまたは第2の光学伝達関数を生成するための関数に基づいて生成された第2の光学伝達関数を取得するデータ取得手段と、第1または第2の光学伝達関数が取得された場合、取得された第1または第2の光学伝達関数に基づいて画像回復フィルタを生成するフィルタ生成手段と、画像回復フィルタを用いて撮影画像から回復画像を生成する画像処理手段とを有する。
【選択図】図1
Description
ここで、Re(OTF)およびIm(OTF)はそれぞれ、光学伝達関数OTFの実部および虚部を表す。このように、撮像光学系の光学伝達関数OTFは、画像の振幅成分MTFと位相成分PTFに劣化を与えるため、劣化画像は被写体の各点がコマ収差のように非対称にぼけた状態になっている。また倍率色収差は、光の波長ごとの結像倍率の相違により結像位置がずれ、これを撮像装置の分光特性に応じて例えばRGBの色成分として取得することで発生する。従って、RGB間で結像位置がずれ、各色成分内にも波長ごとの結像位置のずれ、すなわち位相ずれによる像の広がりが発生する。
入力画像は、撮像光学系を介して撮像素子で受光することで得られたデジタル画像(撮影画像)であり、レンズと各種の光学フィルタ類を含む撮像光学系の収差による光学伝達関数OTFにより劣化している。撮像光学系は、レンズだけでなく曲率を有するミラー(反射面)を用いて構成することもできる。
続いて、画像回復処理の概要について説明する。撮影画像(劣化画像)をg(x,y)、もとの画像をf(x,y)、光学伝達関数OTFのフーリエペアである点像分布関数PSFをh(x,y)としたとき、以下の式(1)が成立する。
ここで、*はコンボリューション(畳み込み積分、積和)、(x,y)は撮影画像上の座標である。
ここで、Hは点像分布関数PSF(h)をフーリエ変換することにより得られた光学伝達関数OTFであり、G,Fはそれぞれ劣化した画像g、もとの画像fをフーリエ変換して得られた関数である。(u,v)は2次元周波数面での座標、すなわち周波数である。
そして、F(u,v)、すなわちG(u,v)/H(u,v)を逆フーリエ変換して実面に戻すことにより、もとの画像f(x,y)が回復画像として得られる。
ここで、R(x,y)は画像回復フィルタと呼ばれる。画像が2次元画像である場合、一般的に、画像回復フィルタRも画像の各画素に対応したタップ(セル)を有し、2次元のフィルタ値の分布を有する。また、画像回復フィルタRのタップ数(セルの数)は、一般的に多いほど回復精度が向上する。このため、要求画質、画像処理能力、収差の特性などに応じて実現可能なタップ数が設定される。画像回復フィルタRは、少なくとも収差や回折の特性を反映している必要があるため、従来の水平垂直各3タップ程度のエッジ強調フィルタ(ハイパスフィルタ)などとは異なる。画像回復フィルタRは光学伝達関数OTFに基づいて設定されるため、振幅成分および位相成分の劣化の両方を高精度に補正することができる。
G(u,v)/H(u,v)=F(u,v)+N(u,v)/H(u,v) … (5−2)
ここで、Nはノイズ成分である。
次に、図1を参照して、本発明の実施例1における画像処理方法について説明する。図1は、本実施例における画像処理方法(画像回復処理)を示すフローチャートである。本実施例の画像処理方法は、画像処理装置または撮像装置の画像処理部により実行される。以下、各ステップを実行するステップの主体の代表として画像処理部を主体として記載するが、画像処理装置と置き換えることができる。
ここで、FはFナンバー(絞り値)、pは画素ピッチ、λは可視光の波長帯域のうち所定の波長である。或いは、λを撮像素子が受光可能な波長帯域の中心波長としてもよい。すなわち絞り値の所定値は、F=p/λを満たすか近い値に設定すればよい。例えば、画素ピッチをp=0.006mmとすると、サンプリング周波数は167本/mmとなる。このため、波長をλ=550nmとすると、絞り値の所定値はF11である。
ここで、Tは水平方向および垂直方向のタップ数、pは撮像素子の画素ピッチ(画素サイズ)、FはFナンバー(絞り値)である。上記条件式の下限を超えると、収差や回折によるPSFの広がりに対してタップ数が不足するため、十分な補正効果を得ることができない。一方、上記条件式の上限を超えると、畳み込み処理の演算量が肥大化し、処理速度が低下する。例えば、p=0.006mm、F=22とし、タップ数を奇数とすると、7<T<35となる。
条件式(9)のように、条件式(8)の上限を上げることにより、収差が支配的な撮影条件においてもPSFの広がりに対するタップ数の不足を回避することができる。
次に、図7を参照して、本発明の実施例2における画像処理方法について説明する。図7は、本実施例における画像処理方法(画像回復処理)を示すフローチャートである。本実施例の画像処理方法は、画像処理装置または撮像装置の画像処理部により実行される。以下、各ステップを実行するステップの主体の代表として画像処理部を主体として記載するが、画像処理装置と置き換えることができる。なお本実施例において、図7のステップS11〜S17は図1を参照して説明した実施例1と同様であるため、それらの説明は省略する。
次に、図8を参照して、本発明の実施例3における画像処理システムについて説明する。図8は、本実施例における画像処理システム300の構成図である。なお、本実施例の画像回復処理の処理フロー(画像処理方法)は、図1を参照して説明した実施例1、または、図7を参照して説明した実施例2と同様であるため、その説明は省略する。
102:撮像素子
104:画像処理部
107:状態検知部
108:記憶部
Claims (11)
- 撮影画像から回復画像を生成可能な撮像装置であって、
撮像光学系を介して形成された被写体像を光電変換して前記撮影画像を取得する撮像素子と、
撮影条件および撮影画像内の位置に応じて異なる第1の光学伝達関数と、2次元のフィルタ値の分布が該撮影画像内の位置に関して一定かつ絞り値に応じて異なる画像回復フィルタまたは第2の光学伝達関数を生成するための関数を記憶する記憶手段と、
前記絞り値が所定値未満の場合に前記第1の光学伝達関数を取得し、該絞り値が所定値以上の場合に前記画像回復フィルタまたは前記第2の光学伝達関数を生成するための前記関数に基づいて生成された該第2の光学伝達関数を取得するデータ取得手段と、
前記データ取得手段により前記第1の光学伝達関数または前記第2の光学伝達関数が取得された場合、取得された該第1の光学伝達関数または該第2の光学伝達関数に基づいて画像回復フィルタを生成するフィルタ生成手段と、
前記記憶手段に記憶された前記画像回復フィルタまたは前記フィルタ生成手段で生成された前記画像回復フィルタを用いて、前記撮影画像から前記回復画像を生成する画像処理手段と、を有することを特徴とする撮像装置。 - 前記記憶手段に記憶された前記第2の光学伝達関数を生成するための前記関数は、前記絞り値に依存する光学伝達関数の計算式であることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記画像回復フィルタは、更に、光学ローパスフィルタによる第3の光学伝達関数に基づいて生成されることを特徴とする請求項1または2に記載の撮像装置。
- 前記画像回復フィルタは、更に、画素開口による第4の光学伝達関数に基づいて生成されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 前記画像回復フィルタのタップ数をT、前記撮像素子の画素ピッチをp、前記絞り値をFとするとき、
前記画像回復フィルタは、
1<T・p/(0.0016・F)<6
を満足することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記絞り値をF、前記撮像素子の画素ピッチをp、可視光の波長帯域のうちの所定の波長をλとするとき、
前記絞り値の前記所定値は、
F=p/λ
を満たすことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の撮像装置。 - 前記撮影条件は、撮影距離および焦点距離を含むことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の撮像装置。
- 撮影画像から回復画像を生成可能な画像処理装置であって、
前記撮影画像および該撮影画像の撮影条件を取得する取得手段と、
前記撮影条件および撮影画像内の位置に応じて異なる第1の光学伝達関数と、2次元のフィルタ値の分布が該撮影画像内の位置に関して一定かつ絞り値に応じて異なる画像回復フィルタまたは第2の光学伝達関数を生成するための関数を記憶する記憶手段と、
前記絞り値が所定値未満の場合に前記第1の光学伝達関数を取得し、該絞り値が所定値以上の場合に前記画像回復フィルタまたは前記第2の光学伝達関数を生成するための前記関数に基づいて生成された該第2の光学伝達関数を取得するデータ取得手段と、
前記データ取得手段により前記第1の光学伝達関数または前記第2の光学伝達関数が取得された場合、取得された該第1の光学伝達関数または該第2の光学伝達関数に基づいて画像回復フィルタを生成するフィルタ生成手段と、
前記記憶手段に記憶された前記画像回復フィルタまたは前記フィルタ生成手段で生成された前記画像回復フィルタを用いて、前記撮影画像から前記回復画像を生成する画像処理手段と、を有することを特徴とする画像処理装置。 - 撮影画像から回復画像を生成する画像処理方法であって、
前記撮影画像および該撮影画像の撮影条件を取得するステップと、
前記撮影条件のうち絞り値が所定値未満の場合に用いられる、前記撮影条件および撮影画像内の位置に応じて異なる第1の光学伝達関数と、該絞り値が所定値以上の場合に用いられる、2次元のフィルタ値の分布が該撮影画像内の位置に関して一定かつ該絞り値に応じて異なる画像回復フィルタまたは第2の光学伝達関数を生成するための関数を記憶する記憶手段から、前記第1の光学伝達関数を取得するステップと、
前記絞り値が所定値以上の場合、前記記憶手段から、前記画像回復フィルタまたは前記第2の光学伝達関数を生成するための前記関数に基づいて生成された該第2の光学伝達関数を取得するステップと、
データ取得手段により前記第1の光学伝達関数または前記第2の光学伝達関数が取得された場合、取得された該第1の光学伝達関数または該第2の光学伝達関数に基づいて画像回復フィルタを生成するステップと、
前記記憶手段に記憶された前記画像回復フィルタまたはフィルタ生成手段で生成された前記画像回復フィルタを用いて、前記撮影画像から前記回復画像を生成するステップと、を有することを特徴とする画像処理方法。 - 撮影画像から回復画像を生成する画像処理プログラムであって、
前記撮影画像および該撮影画像の撮影条件を取得するステップと、
前記撮影条件のうち絞り値が所定値未満の場合に用いられる、前記撮影条件および撮影画像内の位置に応じて異なる第1の光学伝達関数と、該絞り値が所定値以上の場合に用いられる、2次元のフィルタ値の分布が該撮影画像内の位置に関して一定かつ該絞り値に応じて異なる画像回復フィルタまたは第2の光学伝達関数を生成するための関数を記憶する記憶手段から、前記第1の光学伝達関数を取得するステップと、
前記絞り値が前記所定値以上の場合、前記記憶手段から、前記画像回復フィルタまたは前記第2の光学伝達関数を生成するための前記関数に基づいて生成された該第2の光学伝達関数を取得するステップと、
データ取得手段により前記第1の光学伝達関数または前記第2の光学伝達関数が取得された場合、取得された該第1の光学伝達関数または該第2の光学伝達関数に基づいて画像回復フィルタを生成するステップと、
前記記憶手段に記憶された前記画像回復フィルタまたはフィルタ生成手段で生成された前記画像回復フィルタを用いて、前記撮影画像から前記回復画像を生成するステップと、を情報処理装置に実行させるように構成されていることを特徴とする画像処理プログラム。 - 請求項10に記載の画像処理プログラムを格納していることを特徴とする記憶媒体。
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