JP2016036066A - 画像処理方法、画像処理装置、撮像装置、画像処理プログラム、および、記憶媒体 - Google Patents
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Abstract
Description
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であり、撮像光学系と各種の光学フィルタ類の光学伝達関数(OTF)により劣化している。また、歪曲収差による画像の歪みや、倍率色収差による画像の色ずれも発生している。歪曲収差や倍率色収差は、光学伝達関数に含めることもできるが、ここでは補正処理をそれぞれ独立して行う場合を考慮して、別々に記載している。その他にも、画像の周辺部に行くに従って光量が低下する周辺光量の低下もある。ここで、撮像光学系として、レンズの他に、曲率を有するミラー(反射面)を用いることもできる。
点像分布関数(PSF)をフーリエ変換して得られる光学伝達関数(OTF:Optical Transfer Function)は、収差の周波数成分情報であり、複素数で表される。光学伝達関数(OTF)の絶対値、すなわち振幅成分をMTF(Modulation Transfer Function)と呼び、位相成分をPTF(Phase Transfer Function)と呼ぶ。従って、MTF、PTFはそれぞれ、収差による画像劣化の振幅成分および位相成分の周波数特性である。ここでは、位相成分PTFは、位相角として以下の式(1)のように表される。式(1)において、Re(OTF)、Im(OTF)は、OTFの実部、虚部をそれぞれ表す。
このように、撮像光学系の光学伝達関数(OTF)は、画像の振幅成分および位相成分に劣化を与えるため、結像位置での像は、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。
光学伝達関数(OTF)の振幅成分(MTF)の劣化および位相成分(PTF)の劣化を、撮像光学系の光学伝達関数(OTF)の情報を用いて補正する方法が知られている。この方法は、画像回復や画像復元という言葉で呼ばれており、以降、撮像光学系の光学伝達関数(OTF)の情報を用いて画像の劣化を補正する処理を画像回復処理または回復処理という。
また、式(2)をフーリエ変換して周波数面での表示形式に変換すると、以下の式(3)で表されるように、周波数ごとの積の形式になる。式(3)において、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、g、fをフーリエ変換したものである。(u,v)は、2次元周波数面での座標、すなわち周波数である。
撮影された劣化画像から元の画像を得るには、以下の式(4)で表されるように、両辺をHで除算すればよい。
式(4)において、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と、元の画像f(x,y)が回復画像として得られる。
式(5)において、R(x,y)を画像回復フィルタと呼ぶ。画像が2次元の場合、一般的にこの画像回復フィルタも画像の各画素に対応したタップ(セル)を有する2次元フィルタとなる。また、画像回復フィルタのタップ数(セルの数)は、要求画質、画像処理能力、収差の特性などに応じたタップ数に設定して用いられる。この画像回復フィルタは、収差の特性を反映している必要があるため、従来のエッジ強調フィルタ(ハイパスフィルタ)などとは一線を隔する技術である。画像回復フィルタは、光学伝達関数(OTF)に基づいているため、振幅成分(MTF)および位相成分(PTF)の劣化をともに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) … (6−2)
この点に関し、例えば、以下の式(7)で表されるウィナーフィルタのように、画像信号とノイズ信号との強度比(SNR)に応じて回復度合を制御する方法が知られている。
システム制御部21は、CPU、および、CPUにより実行される制御プログラムを格納するROM(いずれも不図示)を含み、カメラ(撮像装置100)の全体の処理を制御する。操作部30は、ユーザがカメラに対して所望の指示を与えるために用いられるキーやボタンなどの入力デバイスを有する。これらの入力デバイスの操作に応じて、システム制御部21は、撮像装置100のモード遷移、メニュー画面、または、各種情報などを表示するためのデータをモニタ42へ供給する。これにより、モニタ42は、システム制御部21から供給されたデータを、撮影時/再生時の画像とともに表示する。画像の撮影は、ユーザが操作部30を介した撮影指示に基づいて実行される。撮影指示がなされると、システム制御部21は、撮影指示信号を撮像部22へ送る。
多眼画像処理部26(画像処理装置)は、ユーザが操作部30(図1ではズームレバー105)を介して指示した撮影画角の仮想光軸から撮影したRGB画像(再構成画像信号)を生成する。仮想光軸とは、図7に示される視点の重心Oに仮想のレンズ系を設定したときの光軸である。本実施例において、多眼画像処理部26は、4つの視点の画像から、仮想光軸Oに視点を補正した画像信号(再構成画像信号)を生成する。また、ユーザが指定した撮像画角が光学系(a)〜(d)の焦点距離と異なる場合、多眼画像処理部26は、指定した画角より一段階広角の焦点距離の光学系で撮影した再構成画像信号から、指定した画角に相当する領域を切り出す電子ズーム処理を行う。
次に、撮像装置100に電源を投入したときに液晶パネルや有機ELなどの薄型のユニットから構成されたモニタ42に画像を表示する処理に関して説明する。モニタ画像処理部27は、多眼画像処理部26の出力を受け、画像を表示する。またモニタ画像処理部27は、多眼画像処理部26と同様に、視点の補正処理を簡易的に行い、表示用再構成画像信号を生成してモニタ42に送る。モニタ42は、表示用再構成画像信号をリアルタイムで表示する。モニタ画像処理部27は、このような簡易表示処理により、画像切り出し処理、補間処理、光軸合わせ処理などの処理時間を有する画像処理を省いて撮影画像をモニタ42に表示することができる。このため、表示遅延の少ない画面をユーザに提供することが可能となる。これにより、被写体のフレーミング操作などの妨げにならないような利便性の良い撮像装置を構成することができる。なお、光学特性を用いた補正処理においても、この簡易表示処理では必要に応じて取捨選択して行えばよい。
記録エンコード部35は、多眼画像処理部26にて生成された再構成画像信号を、図16に例示されるような所定のフォーマットにエンコードする。図16は、本実施例における画像フォーマットの説明図である。画像フォーマットは、撮影の情報を格納するファイルのヘッダー部、画像データ(画像信号a1〜d4)を格納する画像データ部、および、距離マップデータを格納する距離マップデータ部から構成される。
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。すなわち、上述した実施例の機能を実現するソフトウエア(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(又は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。この場合、撮像装置の制御方法の手順が記述されたコンピュータで実行可能なプログラムおよびそのプログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成する。
26a 画像取得手段
26b 撮影条件取得手段
26c 光学特性取得手段
26d 補正手段
26e 画像処理手段
Claims (18)
- 撮影された第一の画像を取得するステップと、
撮影条件情報を取得するステップと、
前記撮影条件情報に応じて、互いに異なる複数の焦点距離を有する複数の光学系の光学特性情報を取得するステップと、
前記光学特性情報に基づいて前記第一の画像を補正するステップと、
補正された前記第一の画像から得られる光線の位置および角度の情報に基づいて第二の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。 - 前記複数の焦点距離は固定であり、
前記複数の光学系は、
第一の焦点距離を有する複数の第一の光学系と、
前記第一の焦点距離とは異なる第二の焦点距離を有する複数の第二の光学系と、を有することを特徴とする請求項1の画像処理方法。 - 前記光学特性情報は、倍率色収差補正情報、歪曲収差補正情報、および、周辺光量補正情報の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の画像処理方法。
- 前記光学特性情報は、光学伝達関数、または、該光学伝達関数に基づいて生成された画像回復フィルタを含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像処理方法。
- 前記光学特性情報は、ブレ関数、または、該ブレ関数に基づいて生成されたブレ補正フィルタを含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像処理方法。
- 前記光学特性情報は、前記複数の光学系に応じて異なることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の画像処理方法。
- 前記第二の画像は、前記補正された第一の画像に対して再構成処理を行うことにより生成されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の画像処理方法。
- 前記第二の画像は、前記補正された第一の画像に対して前記再構成処理を行った後、電子ズーム処理を行うことにより生成されることを特徴とする請求項7に記載の画像処理方法。
- 前記複数の焦点距離は、広角側の第一の焦点距離および望遠側の第二の焦点距離を含み、
前記第二の画像は、前記第一の焦点距離と前記第二の焦点距離との間の第三の焦点距離に相当する画角を有する画像であることを特徴とする請求項8に記載の画像処理方法。 - 前記第二の画像は、前記第一の焦点距離に相当する画角を有する前記第一の画像に対して前記再構成処理を行った後、前記電子ズーム処理を行うことにより生成されることを特徴とする請求項9に記載の画像処理方法。
- 前記第二の画像は、前記第一の焦点距離および前記第二の焦点距離のそれぞれに相当する画角を有する前記第一の画像に対して前記再構成処理を行った後、前記電子ズーム処理および画像合成処理を行うことにより生成されることを特徴とする請求項9に記載の画像処理方法。
- 前記補正された第一の画像の前記再構成処理を行う際に、該補正された第一の画像を用いて、前記複数の焦点距離のそれぞれに関する自由視点画像を生成することを特徴とする請求項7乃至11のいずれか1項に記載の画像処理方法。
- 前記複数の焦点距離のそれぞれに関する前記自由視点画像は、互いに一致する視点を有することを特徴とする請求項12に記載の画像処理方法。
- 前記第二の画像を生成する際に、前記複数の光学系のうち特定の光学系の光学特性情報に基づいて前記第一の画像うち特定の第一の画像を補正することを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の画像処理方法。
- 撮影された第一の画像を取得する画像取得手段と、
撮影条件情報を取得する撮影条件取得手段と、
前記撮影条件情報に応じて、互いに異なる複数の焦点距離を有する複数の光学系の光学特性情報を取得する光学特性取得手段と、
前記光学特性情報に基づいて前記第一の画像を補正する補正手段と、
補正された前記第一の画像から得られる光線の位置および角度の情報に基づいて第二の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。 - 互いに異なる複数の焦点距離を有する複数の光学系と、
前記複数の光学系のそれぞれに対応して設けられた複数の撮像素子と、
前記複数の光学系および前記複数の撮像素子を用いて撮影された第一の画像を取得する画像取得手段と、
撮影条件情報を取得する撮影条件取得手段と、
前記撮影条件情報に応じて、前記複数の光学系の光学特性情報を取得する光学特性取得手段と、
前記光学特性情報に基づいて前記第一の画像を補正する補正手段と、
補正された前記第一の画像から得られる光線の位置および角度の情報に基づいて第二の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。 - 撮影された第一の画像を取得するステップと、
撮影条件情報を取得するステップと、
前記撮影条件情報に応じて、互いに異なる複数の焦点距離を有する複数の光学系の光学特性情報を取得するステップと、
前記光学特性情報に基づいて前記第一の画像を補正するステップと、
補正された前記第一の画像から得られる光線の位置および角度の情報に基づいて第二の画像を生成するステップと、をコンピュータに実行させることを特徴とする画像処理プログラム。 - 請求項17に記載の画像処理プログラムを記憶していることを特徴とする記憶媒体。
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