JP2015109517A - 画像処理装置及び画像処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】撮影条件によって画像から特徴領域を抽出し、抽出した領域に応じて画質劣化成分を除去する処理を切り替えることができるようにする。
【解決手段】撮影された画像を読み込む画像読み込み手段と、処理対象の画像が撮影されたときのレンズの光学情報読み込み手段と、前記画像読み込み手段により読み込んだ画像と、前記光学情報読み込み手段で読み込んだ光学情報とを参照して特徴領域を抽出する撮影領域抽出手段と、前記撮影領域抽出手段によって抽出された特徴領域の結果に応じた画像補正処理を行う画像補正処理手段と、前記画像補正処理手段により補正した画像を出力する画像出力手段とを設ける。
【選択図】図3

Description

本発明は画像に編集処理を施すための画像処理装置及び画像処理方法に関し、特に、画像のレンズ補正に関するものである。
レンズの収差に起因する補正処理にはフレア補正、ゴースト補正、周辺光量補正、倍率色収差補正、歪曲収差補正、にじみ補正などがある。
フレアは、像光学系を構成するレンズの表面や鏡筒内壁で反射したり散乱したりした不要光が集まり、画像のコントラストが低下してしまう現象で、原画像を画像処理技術により解析して、原画像から画質劣化成分を除去する方法が提案されている。
フレアに対する画質改善手法として、所定の光源で発生するフレアを予め記憶しておき、原画像から光源の明るさを推定し、その明るさでの予測フレアを、記憶フレアを用いて擬似的に発生させ、予測フレアを原画像から減算する方法がある(特許文献1参照)。
フレアの一種として、前述した不要光によって形成されたある程度の形状を持った像としてのゴーストがある。ゴーストに対する画質改善手法として、ゴースト像成分のシミュレーション画像を生成し、原画像からシミュレーション画像を減算する方法がある(特許文献2参照)。
周辺光量補正、倍率色収差補正、歪曲収差補正は、レンズ毎に光学中心からの距離に応じた補正量をあらかじめ保持しておき、光学中心からの距離に応じて補正を行う。
特開平11−355636号公報 特開2008−289034号公報
前述の特許文献1、特許文献2に開示された従来技術は、レンズが、撮影で得られる画像の画面対角線以上のイメージサークル径を持っているものを前提としている。
これに対して、画面対角線よりもイメージサークル径が小さいレンズの場合、得られる画像は円形となる。このようなレンズの一例として円周魚眼レンズがある。以降、円形の内側の画像の写っている領域を撮影領域、円形の外側の画像の写っていない領域を撮影外領域と呼ぶ。
前述のように、画面対角線よりもイメージサークル径が小さいレンズの場合、撮影外領域にレンズの影響によるゴーストが生じたり、撮影領域と撮影外領域の境界に鮮やかな色にじみが生じたりしてしまうことがある。そのため、従来技術のような撮影領域に適用した補正とは別の補正が必要となる。
本発明は前述の問題点に鑑み、撮影条件によって画像から特徴領域を抽出し、抽出した領域に応じて画質劣化成分を除去する処理を切り替えることができるようにすることを目的とする。
本発明の画像処理装置は、撮影された画像を読み込む画像読み込み手段と、処理対象の画像が撮影されたときのレンズの光学情報を読み込む光学情報読み込み手段と、前記画像読み込み手段により読み込んだ画像と、前記光学情報読み込み手段で読み込んだ光学情報とを参照して特徴領域を抽出する撮影領域抽出手段と、前記撮影領域抽出手段によって抽出された特徴領域の結果に応じた画像補正処理を行う画像補正処理手段と、前記画像補正処理手段により補正した画像を出力する画像出力手段とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、撮影条件によって画像から特徴領域を抽出し、抽出した特徴領域に応じて画質劣化成分を除去する処理を切り替えることができるようにした。これにより、撮影条件によって画像の特徴が領域によって異なる場合においても、元画像から画質劣化成分を良好に除去することができる。
本発明の実施形態における撮像装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施形態における撮像装置の機能構成例を示す図である。 本発明の実施形態における撮像装置の画像処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施形態における撮像装置の撮影領域抽出処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施形態におけるレンズと撮影領域の対応を表した図である。 本発明の実施形態における周辺光量補正の補正テーブルを表した図である。
以下に、本発明の好ましい実施形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態に係るデジタルカメラの構成例を示すブロック図である。
図1において、100は撮像装置としてのデジタルカメラである。
10は撮影レンズで、本実施形態では画面対角線よりもイメージサークル径が小さい円周魚眼レンズであるとする。12は光学像を電気信号に変換する撮像素子、14は撮像素子12のアナログ信号出力をディジタル信号に変換するA/D変換器である。
16は画像処理部であり、A/D変換器14からのデータ或いはメモリ制御部20からのデータに対して所定の画像処理を行う。画像処理部16の機能構成例については図2を用いて後述する。
20はメモリ制御部であり、A/D変換器14、画像処理部16を制御する。A/D変換器14のデータが画像処理部16、メモリ制御部20を介して、或いはA/D変換器14のデータが直接メモリ制御部20を介して、画像表示メモリ26或いはメモリ28に書き込まれる。
26は画像表示メモリ、22はD/A変換器、24はTFT LCD等から成る画像表示部であり、画像表示メモリ26に書き込まれた表示用の画像データはD/A変換器22を介して画像表示部24により表示される。画像表示部24を用いて撮像した画像データを逐次表示すれば、ライブビュー機能を実現することが可能である。
28は撮影した静止画像や動画像を格納するためのメモリであり、所定枚数の静止画像や所定時間の動画像を格納するのに十分な記憶量を備えている。これにより、複数枚の静止画像を連続して撮影する連写撮影の場合にも、高速かつ大量の画像書き込みをメモリ28に対して行うことが可能となる。また、メモリ28はシステム制御部32の作業領域としても使用することが可能である。
32はデジタルカメラ100の全体を制御するシステム制御部である。34はシャッタースイッチSW1で、不図示のシャッターボタンの操作途中でONとなり、AF(オートフォーカス)処理、AE(自動露出)処理、AWB(オートホワイトバランス)処理、EF(フラッシュプリ発光)処理等の動作開始を指示する。
36はシャッタースイッチSW2で、不図示のシャッターボタンの完全な押下でONとなる。これにより、システム制御部32は撮像素子12から読み出した信号をA/D変換器14、メモリ制御部20を介して、画像処理部16やメモリ制御部20での演算を用いた現像処理。および、メモリ28から画像データを読み出し、不図示の圧縮・伸長回路で圧縮を行い、記録媒体30に画像データを書き込む記録処理という一連の処理の動作開始を指示する。
図2は、本実施形態における画像処理部16の機能構成例を示すブロック図である。
201は画像読み込み部であり、処理対象の画像を読み込み、画像は画像フォーマットに応じて必要な伸長処理等を行い、メモリ制御部20に保持される。
202は光学情報読み込み部であり、処理対象の画像が撮影されたときのレンズ、焦点距離、絞り、撮影距離などの撮影情報を取得し、メモリ制御部20に保持する。
204は撮影領域抽出部であり、画像読み込み部201で読み込んだ画像と、光学情報読み込み部202で読み込んだ撮影情報とを参照して撮影領域を抽出する。本実施形態では撮影領域を円形とし撮影領域を中心の座標と半径(Cx,Cy,R)で表す。中心の座標は元画像前の画像の左上を原点とした座標系とする。
205はゴースト軽減処理部であり、撮影領域抽出部204で抽出した領域を参照してゴースト軽減処理を行う。206は幾何学変換部であり、歪曲収差補正、倍率収差補正、アフィン変換など処理を行う。207はにじみ軽減処理部であり、画像からにじみを検出して、にじみ軽減処理を行う。208は画像出力部であり、画像補正処理を行った画像に必要な伸長処理を行い、メモリに格納する。
次に、実施形態における画像処理装置の動作について説明する。
図3は、シャッタースイッチSW2で撮像素子12から読み出した信号を画像処理部16で現像処理する処理の流れを示すフローチャートである。
S301にて、画像読み込み部201は処理対象の画像(元画像)を読み込む。
S302にて、光学情報読み込み部202は、システム制御部32から撮影時のレンズ、焦点距離の情報、センサーサイズ、画素ピッチなど撮影情報を読み込む。撮影時のレンズの種類、焦点距離、および絞り値などの光学情報から、レンズによって結像される像のイメージサークルを求め、センサーサイズと比較することで、撮影外領域が生じるか否かを判断することができる。
S303にて、レンズが画像補正切り替えを行う補正対象レンズか否かを判定する。システム制御部32は、図5に示す補正対象レンズのリストを保持しており、撮影レンズが補正対象に含まれるか否かをリストから判定する。S303で撮影レンズが補正対象に含まれていればS304に進み、含まれていなければS310に進む。
さらにS304にて、センサーサイズと撮影時の焦点距離から、図5に示す焦点距離と撮影領域の対応を参照して補正が可能かどうかの判定を行う。
図5は、レンズ毎の焦点距離と撮影領域の対応を表す図である。
レンズAの場合、焦点処理が変化するズームレンズの例であるが、焦点距離が15mmのとき光学中心から半径22mmまで撮影画像が写っている。また、焦点距離が8mmのときは光学中心から半径8mmまで撮影画像が写っており、それより外側の領域は撮影画像が写らないということを表している。
レンズ、センサーサイズ、焦点距離から撮影された画像に撮影外領域がある場合には、撮影外領域に対する補正が必要と判定してS305に進み、そうでない場合には、撮影外領域に対する補正は不要と判定してS310に進む。
S305にて、レンズのイメージサークル径に依存する領域を抽出する撮影領域抽出処理を行う。レンズ、焦点距離、センサーサイズから図5の焦点距離と撮影領域の対応からおおよその撮影外領域の判定が行えるが、実際には、焦点距離の精度や,レンズの製造ばらつきなどにより光学中心ずれなどが生じるため画像の撮影領域が正確ではない。
光学中心ずれがない場合には光学中心は画像中心と一致する。抽出した撮影領域(Cx,Cy,R)の中心(Cx,Cy)と、画像中心(W/2,H/2)との差分が光学中心のずれとなる。抽出した半径Rも前述した理由から、図5を参照して得られる半径とは異なる。このS305で行われる撮影領域抽出処理については、図4を用いて後述する。
S306にて、撮影領域が抽出できたか否かの判定を行う。S305で撮影領域が抽出できた場合にはS307に進み、以下で行う画質劣化成分を除去するための画像補正処理の内容を切り替える撮影領域が抽出できなかった場合にはS310に進む。
S307にて、撮影画像の撮影領域外に写り込んだゴースト除去処理を行う。ゴーストとは、複数のレンズ等を含む光学系において、レンズ表面での反射を介して本来の結像光(有効結像光)が通る光路とは異なる光路を通って像面上に到達した光(不要光)により、視覚的に一定の形状が認められるように形成された光学像である。
なお、ゴーストは、一般に、前述と同様の不要光により形成されるが、むらやかぶり等の一定の形状が認められないように発生するフレアと区別される。
元画像の座標値(x,y)=(i,j)の画素に係るゴースト除去ゲインをG(i,j)とし、次式で定義する。
Figure 2015109517
ゴースト除去処理後の画像は元画像の画素値にゴースト除去ゲインG(i,j)をかけることによって求められる。なお、本実施形態では、撮影外領域の画素値に対してゲイン0をかけているため、撮影外領域の画素値は全て0となり、補正残りによるムラは全く生じない。なお、撮影外領域の画素値に対する処理はこれに限られるものではなく、予め定められた値に全て置換するようにしてもよい。
S308にて、特定された撮影領域の淵に発生するにじみ軽減処理を行う。色にじみ軽減処理は、後述のS305の処理で撮影領域を抽出するためにエッジ検出を行っており、撮影領域を表すエッジのRGB値の信号をG信号の値に合わせる処理を行うことで、にじみ補正処理を行う。
ここで、G信号の値に合わせるのは、エッジは画像において、隣接する数画素単位で輝度のレベルが大きく変化する部分である。このような細かい周期での輝度レベルの変化、すなわち、画像の高域成分を検出できるサンプリング構造であることが必要となるが、画像の高周波成分を抽出できるのはG信号であるからである。
S309にて、中心ずれを補正する中心補正を行う。元画像の幅をW、高さをHとすると、元画像におけるP:(x,y)=(i,j)の点は、中心ずれの補正により、
Figure 2015109517
S310にて、レンズの周辺光量補正、倍率色収差補正、歪曲補正を行う。システム制御部32は、図6に示す像高とゲインの周辺光量補正テーブルをあらかじめ保持しており、元画像の画像中心を光学中心として中心からの距離に応じた補正量を適応する。同様に倍率色収差補正、歪曲収差補正も像高と補正量のテーブルを保持しており、画像中心からの距離に応じた補正量を適応する。
S311にて、画像出力を行う。
本実施形態においては、S306で撮影領域が抽出できた場合には、S309で中心補正を行うことにより、レンズの歪曲補正、倍率色補正、周辺光量補正を行う場合に良好な結果が得られる。
S306で領域の判定ができ、その結果をもとにしてS307〜S309の画像処理を施した場合には、メタデータに記録するようにしてもよい。
図4は、図3におけるS305の撮影領域抽出処理の流れを説明するフローチャートである。
S401で、元画像に対して平滑化を行った画像を生成する。撮影された画像は露出やISOなどによってノイズが異なり、ノイズによって以降の処理に誤検出が発生しないようにするため平滑化を行う。平滑化は、元画像に対して例えば下記のローパスフィルターをかけることによって行う。
Figure 2015109517
S402で、S401で生成された画像に対してエッジ抽出を行う。
図5を参照して撮影画像のおおよその撮影領域は分かる。例えば、撮影したレンズがレンズAで焦点距離が9mmの場合、撮影領域は光学中心から半径13mmの領域である。焦点距離の精度や光学中心が画像中心と一致しているとは限らないため、焦点距離±1mmの範囲で撮影領域の抽出を行う。
焦点距離が8mmの場合、撮影領域の半径は12mm、焦点距離が10mmの場合には撮影領域の半径は14mmである。撮影領域の領域を元画像のピクセル座標に変換するには、イメージセンサの画素ピッチをかけることによりピクセル座標に変換できる。イメージセンサの画素ピッチをNmm、元画像の幅をWピクセル、高さをHピクセルとすると、元画像のP:(x,y)=(i,j)の点の中心からの半径r(i,j)は次式で求められる。
Figure 2015109517
S401で生成した画像に対して、前述の焦点距離±1mmの範囲の領域以外、つまりr(i,j)<10、またはr(i,j)>14を満たすピクセルにはピクセル値0を挿入する。この画像に対してエッジ抽出を行う。座標値P(x,y)=(i,j)の画素に係るエッジをg(i,j)で表す。
元画像に対して下記の2つのフィルタを適応した結果を、gx(i,j)とgy(i,j)とすると、
Figure 2015109517
S403で、撮影領域の候補の抽出を行う。撮影領域は中心の座標と半径(Cx,Cy,R)で表す。S402の結果の各画素に対して、g(i,j)>K(Kは定数)を満たす点について、
Figure 2015109517
前述の式を用いて点(i,j)を新しい三次元空間(centerX,centerY,radius)上に変換すると、三次元空間上の一つの曲面に対応する。centerX,centerYの範囲はそれぞれ0〜W、0〜Hであるが、抽出する領域の中心は画像中心に近いと考えられるので、centerX,centerY範囲を画像中心から±10ピクセル程度に限定することで計算量を削減できる。
g(i,j)>Kを満たす点が多数あると、空間上に多数の曲面が得られる。それらの曲面が共有する点の個数をカウントし一定以上のものを撮影領域の候補とする。
S404で、撮影領域の候補の数の判定を行う。撮影領域の候補が1つ以下だった場合には、S406に進む。2つ以上の場合にはS405に進む。
S405では、撮影領域の候補が2つ以上だった場合に、どれが撮影領域として正しいかの判定を行う。
例えば、焦点距離が9mmとすると、撮影領域の半径はおおよそ13mmであることから半径が13mmより一定半径以上離れているものと、中心が画像中心から一定ピクセル以上離れているものを除外する。
S406では、抽出された領域の数が1つであるか否かを判定し、1つの場合にはその撮影領域(Cx,Cy,R)を特徴領域として記録する(S407)。抽出された領域の数が2つ以上である場合には、特徴領域の抽出に失敗したと判断し、この処理を終了する。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
本実施形態では円周魚眼レンズを例に説明しているが、他にも異なるセンサーサイズ用のレンズを接続して撮影した場合も考えられる。一般的に、36mmセンサ用に対して、それよりも小さいセンサ用のレンズを接続して撮影した場合には、レンズの露光面が36mmセンサ全面にない可能性が高い。
その際、あらかじめ定められた組み合わせであればサイズが算出できる。例えば、36mmx24mmのセンサに露光するためには21.635mmの半径で露光できるレンズが必要であるが、24mmx16mmのセンサ用のレンズでは半径14.42mmでしか露光できないと仮定できる。
このとき、36mmセンサに24mmレンズを接続したことが撮影条件から分かった場合には、中心からの距離が14.42mmの円形、もしくはそれに内接する矩形が撮影領域であり、実施形態と同様に特徴領域を抽出することができる。このように、センサーサイズがレンズと異なる場合においても、特徴領域を抽出し、抽出した特徴領域に対して画像補正処理を良好に行うことが可能である。
(その他の実施形態)
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、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(コンピュータプログラム)を、ネットワーク又は各種のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給する。そして、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。
10 レンズ
12 撮像部
16 画像処理部
20 メモリ制御部
28 メモリ
32 システム制御部
100 撮像装置

Claims (11)

  1. 撮影された画像を読み込む画像読み込み手段と、
    処理対象の画像が撮影されたときのレンズの光学情報を読み込む光学情報読み込み手段と、
    前記画像読み込み手段により読み込んだ画像と、前記光学情報読み込み手段で読み込んだ光学情報とを参照して特徴領域を抽出する撮影領域抽出手段と、
    前記撮影領域抽出手段によって抽出された特徴領域の結果に応じた画像補正処理を行う画像補正処理手段と、
    前記画像補正処理手段により補正した画像を出力する画像出力手段とを備えることを特徴とする画像処理装置。
  2. 撮影された画像を読み込む画像読み込み手段と、
    処理対象の画像が撮影されたときのレンズの光学情報を読み込む光学情報読み込み手段と、
    前記画像読み込み手段により読み込んだ画像と、前記光学情報読み込み手段で読み込んだ光学情報とを参照して特徴領域を抽出する撮影領域抽出手段と、
    前記撮影領域抽出手段によって抽出された特徴領域の結果に応じた画像補正処理を行うための2つ以上の画像補正処理手段と、
    前記撮影領域抽出手段によって抽出された特徴領域の結果に応じて、前記画像補正処理手段を切り替える画像補正切り替え手段と、
    前記画像補正処理手段により補正した画像を出力する画像出力手段とを備えることを特徴とする画像処理装置。
  3. 前記撮影領域抽出手段は、前記光学情報に基づいて、レンズのイメージサークル径に依存する領域を抽出することを特徴とする請求項1または2に記載の画像処理装置。
  4. 前記画像補正処理手段はゴースト軽減処理およびにじみ軽減処理のいずれか1つ以上の補正を行うことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の画像処理装置。
  5. 前記切り替え手段は、前記撮影領域抽出手段が撮影領域を抽出できた場合には、前記画像補正処理手段が前記特徴領域の外側の領域に含まれる画素値を予め定められた値に変更するゴースト軽減処理を行うように画像補正処理を切り替え、
    前記撮影領域抽出手段が撮影領域を抽出できなかった場合には、前記画像補正処理手段が前記ゴースト軽減処理を行わないように画像補正処理を切り替えることを特徴とする請求項2〜4の何れか1項に記載の画像処理装置。
  6. 前記切り替え手段は、前記撮影領域抽出手段が撮影領域を抽出できた場合には、前記画像補正処理手段が前記特徴領域の淵における色にじみ補正処理を行うように画像補正処理を切り替え、
    前記撮影領域抽出手段が撮影領域を抽出できなかった場合には、前記画像補正処理手段が前記特徴領域の淵における色にじみ補正処理を行わないように画像補正処理を切り替えることを特徴とする請求項2〜5の何れか1項に記載の画像処理装置。
  7. 撮影された画像を読み込む画像読み込み工程と、
    処理対象の画像が撮影されたときのレンズの光学情報を読み込む情報読み込み工程と、
    前記画像読み込み工程において読み込んだ画像と、前記情報読み込み工程で読み込んだ光学情報とを参照して特徴領域を抽出する撮影領域抽出工程と、
    前記撮影領域抽出工程において抽出された特徴領域の結果に応じた画像補正処理を行う画像補正処理工程と、
    前記画像補正処理工程において補正した画像を出力する画像出力工程とを備えることを特徴とする画像処理方法。
  8. 撮影された画像を読み込む画像読み込み工程と、
    処理対象の画像が撮影されたときのレンズの光学情報を読み込む光学情報読み込み工程と、
    前記画像読み込み工程において読み込んだ画像と、前記光学情報読み込み工程で読み込んだ光学情報とを参照して特徴領域を抽出する撮影領域抽出工程と、
    前記撮影領域抽出工程において抽出された特徴領域の結果に応じた画像補正処理を行うための2つ以上の画像補正処理工程と、
    前記撮影領域抽出工程において抽出された特徴領域の結果に応じて、前記画像補正処理工程を切り替える画像補正切り替え工程と、
    前記画像補正処理工程において補正した画像を出力する画像出力工程とを備えることを特徴とする画像処理方法。
  9. 撮影された画像を読み込む画像読み込み工程と、
    処理対象の画像が撮影されたときのレンズの光学情報を読み込む光学情報読み込み工程と、
    前記画像読み込み工程において読み込んだ画像と、前記光学情報読み込み工程で読み込んだ光学情報とを参照して特徴領域を抽出する撮影領域抽出工程と、
    前記撮影領域抽出工程において抽出された特徴領域の結果に応じた画像補正処理を行う画像補正処理工程と、
    前記画像補正処理工程において補正した画像を出力する画像出力工程とをコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
  10. 撮影された画像を読み込む画像読み込み工程と、
    処理対象の画像が撮影されたときのレンズの光学情報を読み込む光学情報読み込み工程と、
    前記画像読み込み工程において読み込んだ画像と、前記光学情報読み込み工程で読み込んだ光学情報とを参照して特徴領域を抽出する撮影領域抽出工程と、
    前記撮影領域抽出工程において抽出された特徴領域の結果に応じた画像補正処理を行うための2つ以上の画像補正処理工程と、
    前記撮影領域抽出工程において抽出された特徴領域の結果に応じて、前記画像補正処理工程を切り替える画像補正切り替え工程と、
    前記画像補正処理工程において補正した画像を出力する画像出力工程とをコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
  11. 請求項9または10に記載のプログラムを記憶したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
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