JP2016005190A - Image correction device, optical correction device and program for image correction - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カメラにより撮像された画像の、レンズによる複数の収差を補正する画像補正装置、光学補正装置および画像補正用プログラムに関し、特に、絞り値、焦点距離、フォーカス位置等のレンズパラメータに応じて、シェーディングを含めた各種収差を補正する画像補正装置、光学補正装置および画像補正用プログラムに関する。 The present invention relates to an image correction apparatus, an optical correction apparatus, and an image correction program for correcting a plurality of aberrations of an image captured by a camera, and in particular, according to lens parameters such as an aperture value, a focal length, and a focus position. The present invention relates to an image correction apparatus, an optical correction apparatus, and an image correction program that correct various aberrations including shading.
一般に、カメラなどの撮像レンズによっては、ディストーション等のザイデル収差や光波長による屈折率の違いに応じて生じる色にじみ（倍率色収差）等の色収差が生じる。
これらは、撮影された画像や映像の画質劣化につながるため、光学的手段で補正しきれない部分については、電気的な信号処理によって補正することが肝要である。
一方、入射光線の入射角が撮像素子の入射画素位置に応じて異なることによって生じる明るさのムラ（レンズシェーディング）も画質劣化を引き起こす大きな要因となっている。
In general, depending on an imaging lens such as a camera, chromatic aberration such as color blur (magnification chromatic aberration) caused by Seidel aberration such as distortion or a difference in refractive index depending on light wavelength occurs.
Since these lead to deterioration of the image quality of the captured image or video, it is important to correct the portion that cannot be corrected by optical means by electrical signal processing.
On the other hand, unevenness in brightness (lens shading) that occurs when the incident angle of incident light varies depending on the incident pixel position of the image sensor is also a major factor that causes image quality degradation.
倍率色収差については、下記特許文献１に示されるように、補正データをメモリに保存し、この補正データを用いた画像の幾何学補正によって倍率色収差や歪みを補正する手法が知られている。また、下記特許文献２に示されるように、複数の代表的なレンズパラメータ値に各々対応する幾何学補正データをメモリに保存し、各幾何学補正データの間の値となるレンズパラメータ値に対しては、線形補間等を用いて補正値を算出する手法が知られている。 As for chromatic aberration of magnification, as disclosed in Patent Document 1 below, a technique is known in which correction data is stored in a memory, and chromatic aberration of magnification and distortion are corrected by geometric correction of an image using the correction data. Further, as shown in Patent Document 2 below, geometric correction data corresponding to each of a plurality of representative lens parameter values is stored in a memory, and the lens parameter values that are values between the respective geometric correction data are stored. For this reason, a method for calculating a correction value using linear interpolation or the like is known.
レンズシェーディングについては、放送用カメラなどに搭載されているシェーディング補正回路を用いて、シーンに応じて手動でシェーディングを補正する手法が広く採用されている。
また、下記特許文献３等に示されるように、レンズパラメータの値に応じたシェーディング補正データを予めメモリに記憶しておき、パラメータ値に応じたシェーディング補正データに基づくゲイン値を画素値に乗算することでシェーディングを補正する手段が知られている。
For lens shading, a technique of manually correcting shading according to the scene using a shading correction circuit mounted on a broadcast camera or the like is widely employed.
Further, as shown in the following Patent Document 3 or the like, shading correction data corresponding to the value of the lens parameter is stored in a memory in advance, and the pixel value is multiplied by a gain value based on the shading correction data corresponding to the parameter value. Means for correcting shading are known.
ところで、一般のカメラにおいては、仮に、倍率色収差補正等の幾何学補正とシェーディング補正の双方について電気的な信号処理が行なわれるように構成したとしても、信号処理部は各補正処理毎に設けられることが想定される。
しかしながら、このように補正処理毎に各々信号処理部を設けた場合、特にカメラの高精細化などが進むにしたがって、演算量や必要なメモリの量が増大し、ハードウェアのコスト増大につながる。また、各信号処理部から出力された信号に対して、信号処理を各々について行うことになるので、処理時間が増大し、リアルタイムで信号再生を行うことが困難となる虞がある。
By the way, even if a general camera is configured to perform electrical signal processing for both geometric correction such as lateral chromatic aberration correction and shading correction, a signal processing unit is provided for each correction processing. It is assumed that
However, when each signal processing unit is provided for each correction process in this way, the amount of calculation and the amount of necessary memory increase as the resolution of the camera increases, leading to an increase in hardware costs. In addition, since signal processing is performed for each signal output from each signal processing unit, processing time increases, and it may be difficult to perform signal reproduction in real time.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、倍率色収差補正等の幾何学補正、およびシェーディング補正の双方を、従来よりも短時間かつ低コストで効率よく行うことができる画像補正装置、光学補正装置および画像補正用プログラムを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an image correction apparatus capable of performing both geometric correction such as lateral chromatic aberration correction and shading correction in a shorter time and at a lower cost than conventional methods. An object of the present invention is to provide an optical correction device and an image correction program.
本発明の画像補正装置は、
撮像用のレンズ系の絞り値、このレンズ系の焦点距離、およびこのレンズ系のフォーカス値の３つのレンズパラメータのうち少なくとも１つを入力されるレンズパラメータ入力手段と、
カメラの撮像素子からの画像出力を入力される画像出力入力手段と、
前記レンズ系が所定のレンズパラメータ値を有する場合に出現する収差を補正するための幾何学補正データを該レンズパラメータ値との対応関係で記憶する幾何学補正データ対応関係記憶手段と、
前記レンズ系が所定のレンズパラメータ値を有する場合に出現するシェーディングを補正するためのシェーディング補正データを該レンズパラメータ値との対応関係で記憶するシェーディング補正データ対応関係記憶手段と、
前記レンズパラメータ入力手段からの入力に応じて、前記幾何学補正データ対応関係記憶手段から出力された幾何学補正データ値と、前記レンズパラメータ入力手段からの入力に応じて、前記シェーディング補正データ対応関係記憶手段から出力されたシェーディング補正データ値とを統合して統合補正データを出力する補正データ統合演算手段と、
前記補正データ統合演算手段から出力された統合補正データを用いて、前記画像出力入力手段からの画像出力について幾何学補正処理とシェーディング補正処理を一括して同時に実行する信号処理手段と、を備えたことを特徴とするものである。
The image correction apparatus of the present invention includes:
A lens parameter input means for inputting at least one of three lens parameters of an aperture value of the imaging lens system, a focal length of the lens system, and a focus value of the lens system;
Image output input means for inputting an image output from the image sensor of the camera;
Geometric correction data correspondence storage means for storing geometric correction data for correcting aberrations that appear when the lens system has a predetermined lens parameter value in correspondence with the lens parameter value;
Shading correction data correspondence storage means for storing shading correction data for correcting shading that appears when the lens system has a predetermined lens parameter value in correspondence with the lens parameter value;
In response to an input from the lens parameter input means, a geometric correction data value output from the geometric correction data correspondence storage means, and in accordance with an input from the lens parameter input means, the shading correction data correspondence Correction data integration calculation means for integrating the shading correction data values output from the storage means and outputting integrated correction data; and
Signal processing means for simultaneously executing geometric correction processing and shading correction processing for image output from the image output input means at the same time using the integrated correction data output from the correction data integration calculation means; It is characterized by this.
ここで、上記「統合」とは、「複数の異なる係数を互いに演算して、各係数を互いに関連させた数式等として表す」ことを言うものとする。
また、上記「収差」には、単色で生じるザイデル収差と倍率色収差等の色収差の双方を含むものとする。
また、上記「幾何学補正」とは、上記収差が低減するように行われる補正をいうものとする。
Here, the “integration” means that “a plurality of different coefficients are calculated from each other, and each coefficient is expressed as an equation associated with each other”.
The “aberration” includes both Seidel aberration generated in a single color and chromatic aberration such as lateral chromatic aberration.
The “geometric correction” refers to correction performed so that the aberration is reduced.
また、前記幾何学補正データ対応関係記憶手段およびシェーディング補正データ対応関係記憶手段は、撮像素子からの画像データ上の同一の画素サンプル点に対応した幾何学補正データおよびシェーディング補正データを格納することが好ましい。 The geometric correction data correspondence storage means and the shading correction data correspondence storage means may store geometric correction data and shading correction data corresponding to the same pixel sample point on the image data from the image sensor. preferable.
また、前記補正データ統合演算手段は、前記レンズパラメータの入力に基づき、幾何学補正のための、画素のサブピクセル単位のシフトを行うための幾何学補正データであるフィルタ係数に、シェーディング補正のためのシェーディング補正データであるゲイン値を乗じた値を出力することが好ましい。 Further, the correction data integration calculation means is adapted to perform shading correction on filter coefficients which are geometric correction data for performing pixel-by-subpixel shift for geometric correction based on the input of the lens parameters. It is preferable to output a value obtained by multiplying the gain value which is the shading correction data.
また、前記幾何学補正データ対応関係記憶手段および前記シェーディング補正データ対応関係記憶手段は、撮像素子からの画像データによる画像を水平方向にＮ個に分割するとともに、垂直方向にＭ個に分割して、これら２方向の分割線により形成される各分割領域の各対応点をサンプリング点として選択し、この選択された各サンプリング点に対応した幾何学補正データおよびシェーディング補正データを格納し、
前記補正データ統合演算手段は、前記サンプリング点に対応した、離散的に分布する幾何学補正データおよびシェーディング補正データを補間することで、任意のサンプル点に対応する補正係数を求めることが好ましい。
The geometric correction data correspondence storage unit and the shading correction data correspondence storage unit divide an image of image data from the image sensor into N pieces in the horizontal direction and M pieces in the vertical direction. , Selecting each corresponding point of each divided area formed by these two-direction dividing lines as a sampling point, storing geometric correction data and shading correction data corresponding to each selected sampling point,
The correction data integration calculation means preferably obtains a correction coefficient corresponding to an arbitrary sample point by interpolating discretely distributed geometric correction data and shading correction data corresponding to the sampling point.
また、前記幾何学補正データ対応関係記憶手段および前記シェーディング補正データ対応関係記憶手段は、前記レンズパラメータの連続的な値のうち、少なくとも最大値および最小値を含む複数の値の各々に対応する複数の離散的な補正データを記憶し、
前記補正データ統合演算手段は、記憶された前記離散的な補正データを用いて任意のレンズパラメータに対応する補正データを補間演算により生成することが好ましい。
Further, the geometric correction data correspondence storage means and the shading correction data correspondence storage means are a plurality of values corresponding to each of a plurality of values including at least the maximum value and the minimum value among the continuous values of the lens parameter. The discrete correction data of
Preferably, the correction data integration calculation means generates correction data corresponding to an arbitrary lens parameter by interpolation calculation using the stored discrete correction data.
また、本発明の光学補正装置は、
上記いずれかの画像補正装置、前記レンズ系、および該レンズ系を光軸に沿って移動せしめるレンズ系駆動制御手段を備えてなることを特徴とするものである。
The optical correction device of the present invention is
Any one of the above image correction devices, the lens system, and a lens system drive control means for moving the lens system along an optical axis are provided.
また、本発明の画像補正プログラムは、
撮像用のレンズ系の絞り値、このレンズ系の焦点距離、およびこのレンズ系のフォーカス値の３つのレンズパラメータのうち少なくとも１つをレンズパラメータ入力手段に入力せしめるレンズパラメータ入力ステップと、
カメラの撮像素子からの画像出力を画像出力入力手段に入力せしめる画像出力入力ステップと、
前記レンズ系が所定のレンズパラメータ値を有する場合に出現する収差を補正するための幾何学補正データを該レンズパラメータ値との対応関係で幾何学補正データ対応関係記憶手段に記憶せしめる幾何学補正データ対応関係記憶ステップと、
前記レンズ系が所定のレンズパラメータ値を有する場合に出現するシェーディングを補正するためのシェーディング補正データを該レンズパラメータ値との対応関係でシェーディング補正データ対応関係記憶手段に記憶せしめるシェーディング補正データ対応関係記憶ステップと、
前記レンズパラメータ入力手段からの入力に応じて、前記幾何学補正データ対応関係記憶手段から出力された幾何学補正データ値と、前記レンズパラメータ入力手段からの入力に応じて、前記シェーディング補正データ対応関係記憶手段から出力されたシェーディング補正データ値とを統合して統合補正データを出力する補正データ統合演算ステップと、
前記補正データ統合演算ステップにおいて出力された統合補正データを用いて、前記画像出力入力手段から出力された信号の幾何学補正処理とシェーディング補正処理を一括して実行する信号処理ステップと、をコンピュータにおいて実行せしめることを特徴とするものである。
The image correction program of the present invention is
A lens parameter input step for causing the lens parameter input means to input at least one of the three lens parameters of the aperture value of the imaging lens system, the focal length of the lens system, and the focus value of the lens system;
An image output input step for inputting an image output from the image sensor of the camera to an image output input means;
Geometric correction data for storing geometric correction data for correcting aberration appearing when the lens system has a predetermined lens parameter value in the geometric correction data correspondence storage means in correspondence with the lens parameter value A correspondence storage step;
Shading correction data correspondence storage for storing shading correction data for correcting shading that appears when the lens system has a predetermined lens parameter value in a correspondence relationship with the lens parameter value. Steps,
In response to an input from the lens parameter input means, a geometric correction data value output from the geometric correction data correspondence storage means, and in accordance with an input from the lens parameter input means, the shading correction data correspondence A correction data integration calculation step for integrating the shading correction data values output from the storage means and outputting integrated correction data;
A signal processing step for collectively executing a geometric correction process and a shading correction process for signals output from the image output input means using the integrated correction data output in the correction data integration calculation step. It is characterized by being executed.
本発明の画像補正装置、光学補正装置および画像補正用プログラムによれば、倍率色収差補正等の幾何学補正およびシェーディング補正における、各々の補正データの値を、乗算等の演算を用いて統合しておき、この統合された統合補正データの値に基づき、各補正処理を一括して行うようにしている。すなわち、入力されたレンズパラメータに応じ、倍率色収差補正等の幾何学補正とレンズシェーディング補正を一括して行うことができるため、補正処理を行なうハードウェアのコンパクト化を図ることができるとともに、この補正処理を短時間かつ低コストで効率よく行うことができる。 According to the image correction device, the optical correction device, and the image correction program of the present invention, the values of the correction data in the geometric correction such as the chromatic aberration of magnification correction and the shading correction are integrated using an operation such as multiplication. In addition, each correction process is performed collectively on the basis of the integrated integrated correction data value. That is, according to the input lens parameters, geometric correction such as chromatic aberration of magnification correction and lens shading correction can be performed collectively, so that the hardware for performing the correction process can be made compact and this correction can be performed. Processing can be performed efficiently in a short time and at low cost.
なお、補正データの統合は、それぞれの補正処理に含まれる乗算成分を互いに乗算することにより行なうことができるという本願発明者の知見によって可能となったものである。 The integration of the correction data is made possible by the inventor's knowledge that the multiplication components included in the respective correction processes can be integrated with each other.
以下、本発明の実施形態について、上記図面を参照しながら説明する。
まず、実施形態の構成を図1を用いて説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る画像補正装置１は、レンズ部１１ａおよび撮像素子１１ｂと組み合わせられて本実施形態に係る撮像装置１０を構成するものであり、レンズ部１１ａから出力されたレンズパラメータの値を入力されるレンズパラメータ取得部１３と、予め記憶されていた幾何学補正データのうち、このレンズパラメータ取得部１３からのレンズパラメータの値に応じた幾何学補正データを出力する、幾何学補正データ記憶部１４、および予め記憶されていたシェーディング補正データのうち、このレンズパラメータ取得部１３からのレンズパラメータの値に応じたシェーディング補正データを出力する、シェーディング補正データ記憶部１５を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the configuration of the embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, an image correction apparatus 1 according to the present embodiment is combined with a lens unit 11a and an imaging element 11b to constitute an imaging apparatus 10 according to the present embodiment, and is output from the lens unit 11a. The lens parameter acquisition unit 13 to which the lens parameter value is input and the geometric correction data corresponding to the lens parameter value from the lens parameter acquisition unit 13 out of the previously stored geometric correction data are output. The geometric correction data storage unit 14 and a shading correction data storage unit 15 that outputs shading correction data corresponding to the value of the lens parameter from the lens parameter acquisition unit 13 among the previously stored shading correction data. I have.
さらに、本実施形態に係る画像補正装置１は、撮像素子１１ｂからの画像出力が入力され、この画像出力および演算して得た画像座標データを出力する撮像素子画像出力入力部１２、ならびに、この撮像素子画像出力入力部１２から出力される画像座標データ、レンズパラメータ取得部１３から出力されるレンズパラメータ、および、これらの記憶部１４、１５からの各補正データを入力され、演算して得た統合補正データを出力するデータ演算部１６、およびこのデータ演算部１６からの統合補正データとともに撮像素子画像出力入力部１２からの画像出力を入力されて映像信号を外部に出力する信号処理部１７を備えている。 Further, the image correction apparatus 1 according to the present embodiment receives an image output from the image sensor 11b, outputs the image coordinate data obtained by the image output and calculation, and the image sensor image output input unit 12 Image coordinate data output from the image sensor image output input unit 12, lens parameters output from the lens parameter acquisition unit 13, and correction data from the storage units 14 and 15 are input and obtained by calculation. A data calculation unit 16 that outputs integrated correction data, and a signal processing unit 17 that receives an image output from the image sensor image output input unit 12 together with the integrated correction data from the data calculation unit 16 and outputs a video signal to the outside. I have.
ところで、レンズ部１１ａの位置等を検出する位置センサ等（レンズ部１１ａを駆動制御するサーボコントローラ等に設けられている）から、レンズ部１１ａの絞り値（アイリス値）、レンズ部１１ａの焦点距離（ズーム値；変倍量）、あるいはレンズ部１１ａのフォーカス値などのレンズパラメータの値がレンズパラメータ取得部１３に入力されるように構成する。 By the way, from a position sensor or the like that detects the position of the lens unit 11a (provided in a servo controller or the like that drives and controls the lens unit 11a), the aperture value (iris value) of the lens unit 11a and the focal length of the lens unit 11a. A lens parameter value such as a zoom value (magnification amount) or a focus value of the lens unit 11 a is input to the lens parameter acquisition unit 13.
また、上記幾何学補正データ記憶部１４とシェーディング補正データ記憶部１５には、各レンズパラメータである、所定間隔毎の絞り値（Ｙ１〜Ｙｎ）、焦点距離（Ｚ１〜Ｚｎ）およびフォーカス値（Ｘ１〜Ｘｎ）に対応する補正データを予め計算し、補正テーブルとして格納しておく。 Further, the geometric correction data storage unit 14 and the shading correction data storage unit 15 include the aperture values (Y1 to Yn), focal lengths (Z1 to Zn), and focus values (X1) for each lens parameter, which are lens parameters. To Xn) is calculated in advance and stored as a correction table.
ただし、上記幾何学補正データおよび上記シェーディング補正データとしては、図２に示すような３次元座標の格子点すべてに対応する位置での補正データの取得が好ましいことから、例えば、レンズパラメータである、絞り値を５通り（ｎ＝５）、焦点距離を４通り（ｎ＝４）およびフォーカス値を３通り（ｎ＝３）とした場合には、5×4×3=60通りの補正データが存在することになる。 However, as the geometric correction data and the shading correction data, it is preferable to obtain correction data at positions corresponding to all lattice points of three-dimensional coordinates as shown in FIG. When the aperture value is 5 (n = 5), the focal length is 4 (n = 4), and the focus value is 3 (n = 3), 5 × 4 × 3 = 60 correction data is obtained. Will exist.
上述したように、これら２つの補正データはデータ演算部１６において統合される。データ演算部１６では統合された補正データを信号処理部（映像処理部）１７に出力し、この信号処理部１７において、撮像素子１１ｂから撮像素子画像出力入力部１２を介して入力された画像データに対して収差の補正処理およびシェーディングの補正処理を一括して行なう。 As described above, these two correction data are integrated in the data calculation unit 16. The data calculation unit 16 outputs the integrated correction data to a signal processing unit (video processing unit) 17, and in this signal processing unit 17, image data input from the image sensor 11 b via the image sensor image output input unit 12. On the other hand, aberration correction processing and shading correction processing are collectively performed.
補正データの統合は、それぞれの補正処理に含まれる乗算成分に着目し、幾何学補正の乗算値とレンズシェーディング補正の乗算値をかけ合わせた値を新たな乗算値として信号処理部１７に与えることで実現できる。これにより、通常の幾何学補正処理と同じ信号処理によってレンズシェーディングについても一括して補正できる。 The integration of the correction data focuses on the multiplication component included in each correction process, and gives the value obtained by multiplying the multiplication value of the geometric correction and the multiplication value of the lens shading correction to the signal processing unit 17 as a new multiplication value. Can be realized. Thereby, the lens shading can be collectively corrected by the same signal processing as the normal geometric correction processing.
なお、採用する各レンズパラメータの間隔を細かくすることで補正精度を高めることができるが、その一方、それに応じて補正データ量が増大していくため、適宜、重要度の低いデータを間引きする等して、データ量が大幅に増大することを阻止するデータ間引き処理を行なうことも肝要である（例えば特開2011-182071号公報を参照）。 Although the correction accuracy can be improved by reducing the interval between the lens parameters to be employed, the amount of correction data increases accordingly. Thus, it is also important to perform data thinning processing that prevents the amount of data from increasing significantly (see, for example, JP 2011-182071 A).
また、補正データは、必ずしも画像の全画素に対して設定する必要はなく、代表的な画素のみをサンプル的に選択して保存するようにしてもよい。例えば、図３に示すように、画像（画面）をＮ×Ｍ（水平方向にＮ分割、垂直方向にＭ分割（但し、Ｎ、Ｍは２以上の整数））のブロックに分割した際の、各ブロックの中心座標に対応した補正データのみを保存するようにしてもよい。
また、上記幾何学補正データ記憶部１４とシェーディング補正データ記憶部１５は、レンズパラメータ取得部１３からの各レンズパラメータ値を入力されると、予め格納されていた補正テーブルに基づき、補正処理に有効な補正データをデータ演算部１６に出力する。
The correction data does not necessarily need to be set for all pixels of the image, and only representative pixels may be selected and stored as a sample. For example, as shown in FIG. 3, when an image (screen) is divided into N × M blocks (N division in the horizontal direction and M division in the vertical direction (where N and M are integers of 2 or more)), Only correction data corresponding to the center coordinates of each block may be stored.
The geometric correction data storage unit 14 and the shading correction data storage unit 15 are effective for correction processing based on a correction table stored in advance when each lens parameter value from the lens parameter acquisition unit 13 is input. Correction data is output to the data calculation unit 16.
次に、図４を用いてデータ演算部１６の構成について説明する。
このデータ演算部１６は、幾何学補正データ記憶部１４からの幾何学補正データおよびレンズパラメータ取得部１３からのレンズパラメータ値を入力される幾何学補正データ補間部２１、およびシェーディング補正データ記憶部１５からのシェーディング補正データおよびレンズパラメータ取得部１３からのレンズパラメータ値を入力されるシェーディング補正データ補間部２４を備えている。
Next, the configuration of the data calculation unit 16 will be described with reference to FIG.
The data calculation unit 16 includes a geometric correction data interpolation unit 21 to which the geometric correction data from the geometric correction data storage unit 14 and the lens parameter value from the lens parameter acquisition unit 13 are input, and a shading correction data storage unit 15. Is provided with a shading correction data interpolation unit 24 to which the shading correction data from the lens and the lens parameter value from the lens parameter acquisition unit 13 are input.
さらに、水平用幾何学補正フィルタ係数とシェーディング補正のためのゲイン倍率を掛け合わせる水平用フィルタ係数乗算部２５ａ、およびこの掛け算の結果に応じて新たなフィルタ係数を作成する水平用統合フィルタ係数生成部２６ａ、ならびに、垂直用幾何学補正フィルタ係数とシェーディング補正のためのゲイン倍率を掛け合わせる垂直用フィルタ係数乗算部２５ｂ、およびこの掛け算の結果に応じて新たなフィルタ係数を作成する垂直用統合フィルタ係数生成部２６ｂとを備えてなる。これにより、幾何学補正とシェーディング補正を一括して実行できる統合フィルタ係数を生成できる。 Furthermore, a horizontal filter coefficient multiplication unit 25a that multiplies the horizontal geometric correction filter coefficient and the gain magnification for shading correction, and a horizontal integrated filter coefficient generation unit that creates a new filter coefficient in accordance with the result of the multiplication. 26a, a vertical filter coefficient multiplier 25b that multiplies the vertical geometric correction filter coefficient and the gain magnification for shading correction, and a vertical integrated filter coefficient that creates a new filter coefficient according to the result of the multiplication And a generation unit 26b. Thereby, the integrated filter coefficient which can perform geometric correction and shading correction collectively can be produced | generated.
上述したように、データ演算部１６では、幾何学補正データ記憶部１４とシェーディング補正データ記憶部１５に個別に保存された幾何学補正データとシェーディング補正データを統合する処理を行って統合補正データを生成する。 As described above, the data calculation unit 16 performs processing for integrating the geometric correction data and the shading correction data individually stored in the geometric correction data storage unit 14 and the shading correction data storage unit 15 to obtain the integrated correction data. Generate.
次に、幾何学補正フィルタバンク２２は少なくとも数種類の幾何学補正フィルタを予め記憶してなり、各幾何学補正フィルタ係数生成部２３ａ，２３ｂでは幾何学補正フィルタバンク２２から最適な補正フィルタ係数を選択する。各幾何学補正フィルタ係数生成部２３ａ，２３ｂでは２次元方向の補正処理が必要となるため、水平用と垂直用の２つのフィルタ係数を互いに独立して選択することが必要となる。 Next, the geometric correction filter bank 22 stores at least several types of geometric correction filters in advance, and each geometric correction filter coefficient generation unit 23a, 23b selects an optimal correction filter coefficient from the geometric correction filter bank 22. To do. Since each geometric correction filter coefficient generation unit 23a, 23b requires two-dimensional correction processing, it is necessary to select two horizontal and vertical filter coefficients independently of each other.
なお、本発明の実施形態に係る画像補正用プログラムは、上記画像補正装置１において、各手段を機能させるための、図示されないＣＰＵにおいて実行されるものであって、その内容は以下のようになっている。 The image correction program according to the embodiment of the present invention is executed by a CPU (not shown) for causing each unit to function in the image correction apparatus 1, and the contents thereof are as follows. ing.
すなわち、本実施形態に係る画像補正プログラムは、
撮像用のレンズ系の絞り値、このレンズ系の焦点距離、およびこのレンズ系のフォーカス値の３つのレンズパラメータのうち少なくとも１つをレンズパラメータ取得部１３に入力せしめるレンズパラメータ入力ステップと、
カメラの撮像素子１１ｂからの画像出力を撮像素子画像出力入力部１２に入力せしめる画像出力入力ステップと、
上記レンズ系が所定のレンズパラメータ値を有する場合に出現する収差を補正するための幾何学補正データを該レンズパラメータ値との対応関係で幾何学補正データ記憶部１４に記憶せしめる幾何学補正データ記憶ステップと、
上記レンズ系が所定のレンズパラメータ値を有する場合に出現するシェーディングを補正するためのシェーディング補正データを該レンズパラメータ値との対応関係でシェーディング補正データ記憶部１５に記憶せしめるシェーディング補正データ記憶ステップと、
上記レンズパラメータ取得部１３からの入力に応じ、データ演算部１６において、上記幾何学補正データ記憶部１４から出力された幾何学補正データ値と、上記レンズパラメータ取得部１３からのレンズパラメータ値に応じて、上記シェーディング補正データ記憶部１５から出力されたシェーディング補正データ値とを統合して統合補正データを出力する補正データ統合演算ステップと、
データ演算部１６から出力された統合補正データを用いて、上記撮像素子画像出力入力部１２からの画像出力の幾何学補正処理とシェーディング補正処理を一括して実行する信号処理ステップと、をコンピュータにおいて実行せしめるように構成されている。
That is, the image correction program according to the present embodiment is
A lens parameter input step for causing the lens parameter acquisition unit 13 to input at least one of the three lens parameters of the aperture value of the lens system for imaging, the focal length of the lens system, and the focus value of the lens system;
An image output input step for inputting an image output from the image sensor 11b of the camera to the image sensor image output input unit 12;
Geometric correction data storage for storing geometric correction data for correcting aberrations that appear when the lens system has a predetermined lens parameter value in the geometric correction data storage unit 14 in correspondence with the lens parameter value. Steps,
A shading correction data storage step for storing shading correction data for correcting shading that appears when the lens system has a predetermined lens parameter value in the shading correction data storage unit 15 in correspondence with the lens parameter value;
In response to the input from the lens parameter acquisition unit 13, the data calculation unit 16 corresponds to the geometric correction data value output from the geometric correction data storage unit 14 and the lens parameter value from the lens parameter acquisition unit 13. A correction data integration calculation step of integrating the shading correction data values output from the shading correction data storage unit 15 and outputting integrated correction data;
A signal processing step for collectively executing a geometric correction process and a shading correction process for image output from the image sensor image output input unit 12 using the integrated correction data output from the data calculation unit 16 in a computer. It is configured to be executed.
以下、図４を用い、データ演算部１６の信号処理について説明する。なお、レンズパラメータは、フォーカス値ｆ、絞り値（アイリス値Ｉ）、および焦点距離（ズーム値ｚ）、の３つのパラメータからなるものとする。 Hereinafter, the signal processing of the data calculation unit 16 will be described with reference to FIG. The lens parameters are assumed to be composed of three parameters: a focus value f, an aperture value (iris value I), and a focal length (zoom value z).
幾何学補正データ記憶部１４およびシェーディング補正データ記憶部１５に、レンズパラメータ取得部１３からのレンズパラメータが入力されると、記憶されている補正データの値は有限であるから、下式（１）、（２）、（３）を満足するレンズパラメータを取り囲む近傍８点の幾何学補正データ（４）およびシェーディング補正データ（５）を出力するように構成されている。 When the lens parameter from the lens parameter acquisition unit 13 is input to the geometric correction data storage unit 14 and the shading correction data storage unit 15, the stored correction data value is finite. , (2), and (3) are configured to output geometric correction data (4) and shading correction data (5) at eight neighboring points surrounding the lens parameter.
また、幾何学補正データ補間部２１では、まず、上記６つの幾何学補正データ（４）から、レンズパラメータ(z,I,f)に対応する幾何学補正データG(z,I,f)を得る。 In the geometric correction data interpolation unit 21, first, geometric correction data G (z, I, f) corresponding to the lens parameter (z, I, f) is obtained from the six geometric correction data (4). obtain.
例えば、上述したように、図３に示すごとく、幾何学補正データが、画像の縦方向にＭ分割されるとともに、その横方向にＮ分割されて得られる各ブロック領域の中心点のみの値を持つ場合には、信号処理の対象となっている画像の座標(x,y)に応じて幾何学補正データを内挿または外挿した幾何学補正量gV(x,y),gH(x,y)を算出する。これにより、任意の点の座標(x,y)における水平方向および垂直方向の幾何学補正量を算出することができる。 For example, as described above, as shown in FIG. 3, the geometric correction data is divided into M in the vertical direction of the image, and the value of only the center point of each block area obtained by dividing into N in the horizontal direction is obtained. If it has, geometric correction amount g V (x, y), g H (with interpolation or extrapolation of geometric correction data according to the coordinates (x, y) of the image subject to signal processing x, y) is calculated. Thereby, the geometric correction amount in the horizontal direction and the vertical direction at the coordinates (x, y) of an arbitrary point can be calculated.
同様に、シェーディング補正データ補間部２４では、上記６つのシェーディング補正データ（５）から、レンズパラメータ(z,I,f)に対応するシェーディング補正データS(z,I,f)を線形補間により得る。これにより、上記任意の点の座標(x,y)に応じてシェーディング補正データを内挿または外挿してシェーディング補正量s(x,y)を算出する。 Similarly, the shading correction data interpolation unit 24 obtains shading correction data S (z, I, f) corresponding to the lens parameter (z, I, f) from the six shading correction data (5) by linear interpolation. . Thereby, the shading correction amount s (x, y) is calculated by interpolating or extrapolating the shading correction data according to the coordinates (x, y) of the arbitrary point.
また、幾何学補正フィルタバンク２２には、サブピクセル単位で画素の位置をシフトさせるためのフィルタ係数を予めセットしておくことが可能である。このフィルタ係数は、ＦＩＲ（有限インパルス応答）フィルタの位相特性を変化させることで実現している。例えば、1/8画素単位でサブピクセルシフトさせる場合は、位相を１／８づつずらした８種類のフィルタ係数セットが設定される。 In the geometric correction filter bank 22, a filter coefficient for shifting the pixel position in units of subpixels can be set in advance. This filter coefficient is realized by changing the phase characteristic of an FIR (finite impulse response) filter. For example, when the sub-pixel shift is performed in units of 1/8 pixels, eight types of filter coefficient sets having phases shifted by 1/8 are set.
また、幾何学補正フィルタバンク２２は、幾何学補正データ補間部２１から受け取った幾何学補正量gV(x,y),gH(x,y)の小数部の値を検出して、この値に最も近いサブピクセルシフトに対応するKタップのフィルタ係数cB ={cb1,cb2,…,cbK }を選択し、整数シフト量とともに水平用幾何学補正フィルタ係数生成部２３ａおよび垂直用幾何学補正フィルタ係数生成部２３ｂに出力する。 The geometric correction filter bank 22 detects the value of the decimal part of the geometric correction amounts g V (x, y) and g H (x, y) received from the geometric correction data interpolation unit 21. K-tap filter coefficients c B = {c b1 , c b2 ,..., C bK } corresponding to the sub-pixel shift closest to the value are selected, and the horizontal geometric correction filter coefficient generation unit 23 a and the vertical shift together with the integer shift amount To the geometric correction filter coefficient generation unit 23b.
垂直用幾何学補正フィルタ係数生成部２３ｂが出力するフィルタ係数をcV、幾何学補正量の整数部の値をA、幾何学補正量の最大値をLとすると、cVはK+2Lタップ分のフィルタとなり、フィルタ係数のi番目の係数値をcViとすると、係数値はフィルタ係数cBの係数値を用いて、下式（６）で表される。
最後に、各フィルタ係数乗算部２５ａ、２５ｂにおいて、幾何学補正フィルタ係数cV，cHに、シェーディング補正データ補間部２４からのシェーディング補正データs(x,y)を乗算することで、下式（７）に示すように水平方向および垂直方向にそれぞれの統合フィルタ係数が得られ、この統合フィルタ係数は信号処理部１７に出力される。
次に、図５を用いて信号処理部１７について説明する。
信号処理部１７においては、データ演算部１６で生成された水平用、垂直用の各統合フィルタ係数を用い、撮像素子画像出力入力部１２からの撮像素子映像信号に対して、水平方向と垂直方向にフィルタ係数を畳み込む。
Next, the signal processing unit 17 will be described with reference to FIG.
In the signal processing unit 17, the horizontal and vertical integrated filter coefficients generated by the data calculation unit 16 are used, and the horizontal direction and the vertical direction with respect to the image sensor image signal from the image sensor image output input unit 12 Convolve filter coefficients with.
また、水平方向にはＤフリップフロップ（DFF）３１ａ，３１ｂ，３１ｃ・・・３１ｚを、垂直方向にはラインメモリ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ・・・３４ｚを、各々フィルタ係数生成部２６ａ，２６ｂからのフィルタ係数のタップ数に応じた数だけ設けられて、演算が行われる。
この場合に、フィルタ係数をシェーディング補正と統合した統合係数とすることにより幾何学補正と一括してシェーディング補正も行うことができる。
Further, D flip-flops (DFF) 31a, 31b, 31c,... 31z in the horizontal direction, and line memories 34a, 34b, 34c,. The number of filter coefficients corresponding to the number of taps is provided, and the calculation is performed.
In this case, the shading correction can be performed together with the geometric correction by making the filter coefficient an integrated coefficient integrated with the shading correction.
また、信号処理部１７の構成をより具体的に説明すれば、フィルタ係数のタップ数に応じて設けられたK+2L個の遅延素子（DFF）３１ａ〜３１ｚと、水平用フィルタ係数生成部２６ａからの各フィルタ係数（ｃH1'〜ｃH（K+2L）'）に対して、順次大きくなる遅延量を各々乗算するための乗算部３２ａ〜３２ｚと、これら乗算部３２ａ〜３２ｚからの出力を総和する総和部３３と、総和部３３からのフィルタ係数総和値を順次移動させるように直列的に接続された、K+2Lライン分のラインメモリ３４ａ〜３４ｚとを備えている。 More specifically, the configuration of the signal processing unit 17 will be described. K + 2L delay elements (DFF) 31a to 31z provided according to the number of taps of the filter coefficient, and a horizontal filter coefficient generation unit 26a. Multipliers 32a to 32z for multiplying the filter coefficients (c H1 ′ to c H (K + 2L) ′) by the respective delay amounts that increase sequentially, and outputs from these multipliers 32a to 32z And a line memory 34a to 34z for K + 2L lines connected in series so as to sequentially move the filter coefficient sum value from the sum part 33.
また、各ラインメモリ３４ａ〜３４ｚからの出力を、垂直用統合フィルタ係数生成部２６ｂからの、垂直用統合フィルタ係数（ｃV1'〜ｃV（K+2L）'）と逐次掛け合わせる乗算部３５ａ〜３５ｚと、これら乗算部３５ａ〜３５ｚからの出力を総和し、外部へ映像信号を出力する総和部３６と、を備えている。このような構成によってフィルタ係数を畳み込むことで、所望の幾何学補正とシェーディング補正を一括して行うことができる。 Further, a multiplier 35a that sequentially multiplies the outputs from the line memories 34a to 34z with the vertical integrated filter coefficients (c V1 ′ to c V (K + 2L) ′) from the vertical integrated filter coefficient generation unit 26b. To 35z, and a summing unit 36 for summing up the outputs from the multiplying units 35a to 35z and outputting the video signal to the outside. By convolving the filter coefficient with such a configuration, desired geometric correction and shading correction can be performed collectively.
なお、本発明の画像補正装置、光学補正装置および画像補正用プログラムとしては、上記実施形態のものに限られるものではなく、その他の種々の態様のものを採用し得る。例えば、上記実施形態においては、幾何学補正処理とシェーディング補正処理とを一括して行う場合に適用しているが、この幾何学補正処理は、ザイデルの各収差および色収差（倍率色収差、軸上色収差）のうちの１つの収差または、２つ以上の収差とすることができる。すなわち、シェーディングの他、例えば、倍率色収差とディストーションを一括して補正する場合に適用させることができる。 Note that the image correction apparatus, the optical correction apparatus, and the image correction program of the present invention are not limited to those of the above-described embodiment, and various other aspects can be adopted. For example, the above embodiment is applied to the case where the geometric correction process and the shading correction process are performed collectively, but this geometric correction process is performed by Seidel aberration and chromatic aberration (magnification chromatic aberration, axial chromatic aberration). ) Or two or more aberrations. That is, in addition to shading, for example, it can be applied when correcting lateral chromatic aberration and distortion all together.
また、図１、４、および５に表されるブロック図としてもこれに限られるものではなく、要は、シェーディング補正を含む２つ以上の補正係数を統合して信号処理を行うことができる構成を有するものであればよい。
また、レンズパラメータは、上述したレンズ絞り値（アイリス値Ｉ）、レンズ焦点距離（ズーム値ｚ）、およびレンズフォーカス値（ｆ）の３つのパラメータの他に、例えば、レンズの曲率（Ｒ）、レンズの間隔（Ｄ）、レンズ材料の屈折率（Ｎ）、あるいはレンズ材料のアッベ数（ν）等の中から適宜追加することが可能である。
また、レンズパラメータは、レンズ絞り値（アイリス値Ｉ）、レンズ焦点距離（ズーム値ｚ）、およびレンズフォーカス値（ｆ）の３つのパラメータのうち、少なくとも一つを有していればよい。
In addition, the block diagrams shown in FIGS. 1, 4 and 5 are not limited to this, and in short, a configuration capable of performing signal processing by integrating two or more correction coefficients including shading correction. What is necessary is just to have.
In addition to the above three parameters of the lens aperture value (iris value I), the lens focal length (zoom value z), and the lens focus value (f), the lens parameters include, for example, the lens curvature (R), It is possible to appropriately add the distance from the lens (D), the refractive index (N) of the lens material, or the Abbe number (ν) of the lens material.
The lens parameter only needs to have at least one of the three parameters of the lens aperture value (iris value I), the lens focal length (zoom value z), and the lens focus value (f).
１ 画像補正装置
１０ 撮像装置（光学補正装置）
１１ａ レンズ部
１１ｂ 撮像素子
１２ 撮像素子画像出力入力部
１３ レンズパラメータ取得部
１４ 幾何学補正データ記憶部
１５ シェーディング補正データ記憶部
１６ データ演算部
１７ 信号処理部
２１ 幾何学補正データ補間部
２２ 幾何学補正フィルタバンク
２４ シェーディング補正データ補間部
２３ａ、２３ｂ、２６ａ、２６ｂ フィルタ係数生成部
２５ａ、２５ｂ、３２ａ〜３２ｚ、３５ａ〜３５ｚ 乗算部
３３、３６ 総和部
３４ａ〜３４ｚ ラインメモリ
1 Image Correction Device 10 Imaging Device (Optical Correction Device)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11a Lens part 11b Image pick-up element 12 Image pick-up element image output input part 13 Lens parameter acquisition part 14 Geometric correction data storage part 15 Shading correction data storage part 16 Data operation part 17 Signal processing part 21 Geometric correction data interpolation part 22 Geometric correction Filter bank 24 Shading correction data interpolation unit 23a, 23b, 26a, 26b Filter coefficient generation unit 25a, 25b, 32a-32z, 35a-35z Multiplication unit 33, 36 Summation unit 34a-34z Line memory
Claims (7)
カメラの撮像素子からの画像出力を入力される画像出力入力手段と、
前記レンズ系が所定のレンズパラメータ値を有する場合に出現する収差を補正するための幾何学補正データを該レンズパラメータ値との対応関係で記憶する幾何学補正データ対応関係記憶手段と、
前記レンズ系が所定のレンズパラメータ値を有する場合に出現するシェーディングを補正するためのシェーディング補正データを該レンズパラメータ値との対応関係で記憶するシェーディング補正データ対応関係記憶手段と、
前記レンズパラメータ入力手段からの入力に応じて、前記幾何学補正データ対応関係記憶手段から出力された幾何学補正データ値と、前記レンズパラメータ入力手段からの入力に応じて、前記シェーディング補正データ対応関係記憶手段から出力されたシェーディング補正データ値とを統合して統合補正データを出力する補正データ統合演算手段と、
前記補正データ統合演算手段から出力された統合補正データを用いて、前記画像出力入力手段からの画像出力について幾何学補正処理とシェーディング補正処理を一括して実行する信号処理手段と、を備えたことを特徴とする画像補正装置。 A lens parameter input means for inputting at least one of three lens parameters of an aperture value of the imaging lens system, a focal length of the lens system, and a focus value of the lens system;
Image output input means for inputting an image output from the image sensor of the camera;
Geometric correction data correspondence storage means for storing geometric correction data for correcting aberrations that appear when the lens system has a predetermined lens parameter value in correspondence with the lens parameter value;
Shading correction data correspondence storage means for storing shading correction data for correcting shading that appears when the lens system has a predetermined lens parameter value in correspondence with the lens parameter value;
In response to an input from the lens parameter input means, a geometric correction data value output from the geometric correction data correspondence storage means, and in accordance with an input from the lens parameter input means, the shading correction data correspondence Correction data integration calculation means for integrating the shading correction data values output from the storage means and outputting integrated correction data; and
Signal processing means for collectively executing geometric correction processing and shading correction processing for image output from the image output input means using the integrated correction data output from the correction data integration calculation means; An image correction apparatus characterized by the above.
前記補正データ統合演算手段は、前記サンプリング点に対応した、離散的に分布する幾何学補正データおよびシェーディング補正データを補間することで、任意のサンプル点に対応する補正係数を求めることを特徴とする請求項３に記載の画像補正装置。 The geometric correction data correspondence storage unit and the shading correction data correspondence storage unit divide an image based on image data from the image sensor into N pieces in the horizontal direction and M pieces in the vertical direction. Each corresponding point of each divided region formed by the dividing lines in two directions is selected as a sampling point, and geometric correction data and shading correction data at each selected sampling point are stored.
The correction data integration calculation means obtains a correction coefficient corresponding to an arbitrary sample point by interpolating discretely distributed geometric correction data and shading correction data corresponding to the sampling point. The image correction apparatus according to claim 3.
前記補正データ統合演算手段は、記憶された前記離散的な補正データを用いて任意のレンズパラメータに対応する補正データを補間演算により生成することを特徴とする請求項１〜４に記載の画像補正装置。 The geometric correction data correspondence storage means and the shading correction data correspondence storage means each include a plurality of discrete values corresponding to each of a plurality of values including at least a maximum value and a minimum value among continuous values of the lens parameter. Memorize correction data,
The image correction according to claim 1, wherein the correction data integration calculation unit generates correction data corresponding to an arbitrary lens parameter by interpolation using the stored discrete correction data. apparatus.
カメラの撮像素子からの画像出力を画像出力入力手段に入力せしめる画像出力入力ステップと、
前記レンズ系が所定のレンズパラメータ値を有する場合に出現する収差を補正するための幾何学補正データを該レンズパラメータ値との対応関係で幾何学補正データ対応関係記憶手段に記憶せしめる幾何学補正データ対応関係記憶ステップと、
前記レンズ系が所定のレンズパラメータ値を有する場合に出現するシェーディングを補正するためのシェーディング補正データを該レンズパラメータ値との対応関係でシェーディング補正データ対応関係記憶手段に記憶せしめるシェーディング補正データ対応関係記憶ステップと、
前記レンズパラメータ入力手段からの入力に応じて、前記幾何学補正データ対応関係記憶手段から出力された幾何学補正データ値と、前記レンズパラメータ入力手段からの入力に応じて、前記シェーディング補正データ対応関係記憶手段から出力されたシェーディング補正データ値とを統合して統合補正データを出力する補正データ統合演算ステップと、
前記補正データ統合演算ステップにおいて出力された統合補正データを用いて、前記画像出力入力手段から出力された信号の幾何学補正処理とシェーディング補正処理を一括して実行する信号処理ステップと、をコンピュータにおいて実行せしめることを特徴とする画像補正用プログラム。
A lens parameter input step for causing the lens parameter input means to input at least one of the three lens parameters of the aperture value of the imaging lens system, the focal length of the lens system, and the focus value of the lens system;
An image output input step for inputting an image output from the image sensor of the camera to an image output input means;
Geometric correction data for storing geometric correction data for correcting aberration appearing when the lens system has a predetermined lens parameter value in the geometric correction data correspondence storage means in correspondence with the lens parameter value A correspondence storage step;
Shading correction data correspondence storage for storing shading correction data for correcting shading that appears when the lens system has a predetermined lens parameter value in a correspondence relationship with the lens parameter value. Steps,
In response to an input from the lens parameter input means, a geometric correction data value output from the geometric correction data correspondence storage means, and in accordance with an input from the lens parameter input means, the shading correction data correspondence A correction data integration calculation step for integrating the shading correction data values output from the storage means and outputting integrated correction data;
A signal processing step for collectively executing a geometric correction process and a shading correction process for signals output from the image output input means using the integrated correction data output in the correction data integration calculation step. An image correction program characterized by being executed.
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