JP2016082325A - 撮像装置、画像処理装置および画像処理プログラム - Google Patents
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請求項4に記載の撮像装置は、入射光を減衰する第1領域と、前記第1領域とは異なる減衰率で入射光を減衰する第2領域とを有し、結像光学系の絞り位置近傍に配置された減光フィルターと、前記第1領域を通過した第1光束と前記第2領域を通過した第2光束とが入射するよう二次元状に配置された複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、前記複数のマイクロレンズの各々について、当該マイクロレンズを通過した前記第1光束と前記第2光束とをそれぞれ受光する第1受光素子と第2受光素子とを有する受光素子アレイと、同一被写体部分から出射し前記第1領域および前記第2領域をそれぞれ通過した前記第1光束および前記第2光束を前記マイクロレンズアレイを介して受光した前記第1受光素子の受光出力および前記第2受光素子の受光出力を合成して、ハイダイナミックレンジ画像データを作成する画像合成部と、を備える。
請求項6に記載の画像処理装置は、入射光を減衰する第1領域と、前記第1領域とは異なる減衰率で入射光を減衰する第2領域とを有し、結像光学系の絞り位置近傍に配置された減光フィルターと、前記第1領域を通過した第1光束と前記第2領域を通過した第2光束とが入射するよう二次元状に配置された複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、前記複数のマイクロレンズの各々について、当該マイクロレンズを通過した前記第1光束と前記第2光束とをそれぞれ受光する第1受光素子と第2受光素子とを有する受光素子アレイと、を備える撮像装置から、複数の前記第1受光素子の受光出力および複数の前記第2受光素子の受光出力が入力される入力部と、前記第1領域を通過した前記第1光束による第1画像データを、前記入力部に入力された前記複数の第1受光素子の受光出力に基づき作成する第1画像作成部と、前記第2領域を通過した前記第2光束による第2画像データを、前記入力部に入力された前記複数の第2受光素子の受光出力に基づき作成する第2画像作成部と、を備える。
請求項7に記載の画像処理装置は、入射光を減衰する第1領域と、前記第1領域とは異なる減衰率で入射光を減衰する第2領域とを有し、結像光学系の絞り位置近傍に配置された減光フィルターと、前記第1領域を通過した第1光束と前記第2領域を通過した第2光束とが入射するよう二次元状に配置された複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、前記複数のマイクロレンズの各々について、当該マイクロレンズを通過した前記第1光束と前記第2光束とをそれぞれ受光する第1受光素子と第2受光素子とを有する受光素子アレイと、を備える撮像装置から、複数の前記第1受光素子の受光出力および複数の前記第2受光素子の受光出力が入力される入力部と、前記入力部に入力された、同一被写体部分から出射し前記第1領域および前記第2領域をそれぞれ通過した前記第1光束および前記第2光束を前記マイクロレンズアレイを介して受光した前記第1受光素子の受光出力および前記第2受光素子の受光出力を合成して、ハイダイナミックレンジ画像データを作成する画像合成部と、を備える。
請求項8に記載の画像処理プログラムは、入射光を減衰する第1領域と、前記第1領域とは異なる減衰率で入射光を減衰する第2領域とを有し、結像光学系の絞り位置近傍に配置された減光フィルターと、前記第1領域を通過した第1光束と前記第2領域を通過した第2光束とが入射するよう二次元状に配置された複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、前記複数のマイクロレンズの各々について、当該マイクロレンズを通過した前記第1光束と前記第2光束とをそれぞれ受光する第1受光素子と第2受光素子とを有する受光素子アレイと、を備える撮像装置から、複数の前記第1受光素子の受光出力および複数の前記第2受光素子の受光出力が入力される入力ステップと、前記第1領域を通過した前記第1光束による第1画像データを、前記入力ステップにおいて入力された前記複数の第1受光素子の受光出力に基づき作成する第1画像作成ステップと、前記第2領域を通過した前記第2光束による第2画像データを、前記入力ステップにおいて入力された前記複数の第2受光素子の受光出力に基づき作成する第2画像作成ステップと、をコンピュータに実行させる。
請求項9に記載の画像処理プログラムは、入射光を減衰する第1領域と、前記第1領域とは異なる減衰率で入射光を減衰する第2領域とを有し、結像光学系の絞り位置近傍に配置された減光フィルターと、前記第1領域を通過した第1光束と前記第2領域を通過した第2光束とが入射するよう二次元状に配置された複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、前記複数のマイクロレンズの各々について、当該マイクロレンズを通過した前記第1光束と前記第2光束とをそれぞれ受光する第1受光素子と第2受光素子とを有する受光素子アレイと、を備える撮像装置から、複数の前記第1受光素子の受光出力および複数の前記第2受光素子の受光出力が入力される入力ステップと、前記入力ステップにおいて入力された、同一被写体部分から出射し前記第1領域および前記第2領域をそれぞれ通過した前記第1光束および前記第2光束を前記マイクロレンズアレイを介して受光した前記第1受光素子の受光出力および前記第2受光素子の受光出力を合成して、ハイダイナミックレンジ画像データを作成する画像合成ステップと、をコンピュータに実行させる。
図1は、第1の実施の形態に係るデジタルカメラの構成を示す図である。デジタルカメラ1は、複数のレンズ11、12、13から成る撮影光学系10と、撮影光学系により結像された被写体像を撮像する撮像素子15とを有する。レンズ12とレンズ13の間には、所定の開口径の開口部Rを有する絞り14が設けられている。絞り14の開口部Rには、後述する減光フィルター17が設けられている。被写体光は、レンズ11およびレンズ12を通過した後、減光フィルター17およびレンズ13を通過して撮像素子15に入射する。
第1画像合成部20aおよび第2画像合成部20bは、マイクロレンズアレイ21を介して撮影することにより取得された画像信号が奥行き情報等の波面情報を有することを利用して、数値処理によってユーザが所望する焦点面の画像データを生成する。撮影光学系10を介して入射した被写体光束は、マイクロレンズアレイ21の近傍に結像する。このとき、被写体の位置に応じて光束が結像する位置は撮影光学系10の光軸L方向に異なるものとなり、さらに被写体が三次元物体であれば被写体光束は同一平面上には結像しない。第1画像合成部20aおよび第2画像合成部20bは、ユーザが所望する光軸L方向の結像位置に結像する被写体の像を再現した画像データを生成(合成)する。以下、この生成される画像データを合成画像データと称する。合成画像データは、撮影光学系10の焦点があたかも当該結像位置(実際の結像位置ではなくユーザが所望する位置)にあるように見える。そこで、以下の説明において、この結像位置のことを焦点位置と呼ぶこととする。
マイクロレンズ特定処理を行う、すなわち、合成対象の像面上のある光点について、その光点からの光束が入射するマイクロレンズ23を特定するためには、その光点からの光束の広がり方がわかればよい。前述の通り、光点から広がる光の角度は撮影光学系10の瞳により特定することができる。以下の説明では、撮影光学系10の絞り値がマイクロレンズ23の絞り値と同じであると仮定する。
次に、撮像画素特定処理を行う、すなわち、マイクロレンズ特定処理によって特定された各マイクロレンズ23について、光点からの光束がどの撮像画素24に入射するかを特定する方法について説明する。例えば図5の光点P4のように、光点がマイクロレンズ23からマイクロレンズ23の焦点距離fだけ離れた位置にある場合には、その直下のマイクロレンズ23に被覆された領域全体に円形開口の光が広がる。従って、この場合には、1つのマイクロレンズ23に被覆された全ての撮像画素24が選択される。また、光点がマイクロレンズ23から焦点距離fより近い位置にある場合には、マイクロレンズ23で光が収束せずに広がるが、入射光束の広がり角θ1の制限を受けているため、その広がりは1つのマイクロレンズ23に被覆された領域に留まる。
次に、第1画像合成部20aが実行する画素合成処理について説明する。なお、以下の説明では、図5(a)に示した像面S4上の光点P4を例に挙げて画素合成処理を説明する。つまり、第1画像合成部20aは、像面S4に対応する合成画像データを作成するものとし、像面S4上の光点P4に対応する合成画素を作成する方法を説明する。
(1)減光フィルター17は、第1減衰率(0段分)で入射光を減衰する第1領域17aと、第1減衰率とは異なる第2減衰率(2段分)で入射光を減衰する第2領域17bとを有し、撮影光学系10の絞り位置近傍に配置される。マイクロレンズアレイ21は、第1領域17aを通過した第1光束40aと第2領域17bを通過した第2光束40bとが入射するよう二次元状に配置された複数のマイクロレンズ23を有する。受光素子アレイ22は、複数のマイクロレンズ21の各々について、当該マイクロレンズ21を通過した第1光束40aと第2光束40bとをそれぞれ受光する第1受光素子と第2受光素子とを含む複数の撮像画素24を有する。第2画像合成部20bは、第1領域17aを通過した第1光束40aによる合成画像データ(第1画像データ)を、複数の第1受光素子の受光出力に基づき作成する第1画像作成部として機能すると共に、第2領域17bを通過した第2光束40bによる合成画像データ(第2画像データ)を、複数の第2受光素子の受光出力に基づき作成する第2画像作成部として機能する。このようにしたので、撮影時間のずれを生じさせずに、複数の露出条件下における受光出力を得ることができる。また、複数の露出条件下における受光出力に基づく複数の画像データを、撮影時間のずれを生じさせずに作成することができる。
以上では、互いに減衰率が異なる4つの領域(第1領域17a〜第4領域17d)を設けた減光フィルター17を有し、任意焦点面の画像を合成する機能を備えた撮像装置に本発明を適用した実施形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されない。
減光フィルター17が有する各領域を、特定の偏光成分だけを透過する領域としてもよい。例えば、減光フィルター17に、入射光をほぼそのまま通す第1領域と、入射光のうち第1方向に関する直線偏光成分のみを透過する第2領域と、入射光のうち第1方向に直交する第2方向に関する直線偏光成分のみを透過する第3領域とを設ける。このようにすると、入射光の全偏光成分が入射する画素と、入射光の第1方向に関する直線偏光成分のみが入射する画素と、入射光の第2方向に関する直線偏光成分のみが入射する画素とを弁別することができるので、被写体光の偏光状態を記憶することが可能になる。仮に、ある光点からの光量が大きく、その光点から出射し第1領域を通過した光束が入射する画素の画素出力が飽和してしまう(白飛び状態になってしまう)場合であっても、第2領域を通過した光束が入射する画素や、第3領域を通過した光束が入射する画素の画素出力は、被写体光が特定の偏光成分しか有していない場合を除き、第1領域に対応する画素の画素出力に比べて小さいはずである。従って、上述した第1の実施の形態の場合と同様に、牌ダイナミックレンジ画像データを作成することができる。更に、表面反射光等の偏光成分を判別することもできるので、出力画像に対して良好な補正を行うことが可能になる。
第1画像合成部20aが、受光素子アレイ22の受光出力から直接ハイダイナミックレンジ画像データを作成するのではなく、第2画像合成部20bにより作成された、互いに露出設定が異なる4つの合成画像データを、周知の方法で合成し、ハイダイナミックレンジ画像データを作成するようにしてもよい。例えば、4つの合成画像データに対して、それらの合成画像データを構成する各画素の平均値を取って合成する。このとき、図11に示した処理と同様に、変数αに格納される係数を変えたり、飽和している画素を除外したりすれば、ハイダイナミックレンジ画像データを作成することができる。
減光フィルター17の各領域の減衰率を可変にしてもよい。例えば減光フィルター17を複数のセグメントを有する液晶等で構成すれば、各セグメントに印加する電圧を切り替えることで、各セグメントの透過率(すなわち減光フィルター17の減衰率)を変化させることができる。また、各領域の減衰率や各領域の配置が異なる複数種類の減光フィルター17をデジタルカメラ1に内蔵させ、それらを機械的に切り替える構成とすることもできる。
画像合成機能を撮像装置の外部に設けてもよい。例えば、デジタルカメラ1は撮像素子15の受光出力をそのままの形で記憶媒体等に記憶し、その記憶された受光出力が入力される入力部を有する画像処理装置を用意する。この画像処理装置は、例えば上述した画像合成処理を含むプログラムを読み込んで実行するパソコンであり、上述した画像合成処理を実行することにより合成画像データを作成する画像合成部を有する。また、受光出力は記憶媒体ではなく、ネットワークを介して画像処理装置に入力するようにしてもよい。
マイクロレンズ23の配列および形状は、実施の形態で述べたものに限定されない。例えば、略正六角形の形状を有するマイクロレンズ23を、いわゆるハニカム状に配列してもよい。また、撮像画素24の配列および形状についても同様である。例えば、マイクロレンズ23により被覆される撮像画素24が、マイクロレンズ23毎に分離していてもよい。
Claims (9)
- 入射光を減衰する第1領域と、前記第1領域とは異なる減衰率で入射光を減衰する第2領域とを有し、結像光学系の絞り位置近傍に配置された減光フィルターと、
前記第1領域を通過した第1光束と前記第2領域を通過した第2光束とが入射するよう二次元状に配置された複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、
前記複数のマイクロレンズの各々について、当該マイクロレンズを通過した前記第1光束と前記第2光束とをそれぞれ受光する第1受光素子と第2受光素子とを有する受光素子アレイと、
前記第1領域を通過した前記第1光束による第1画像データを、複数の前記第1受光素子の受光出力に基づき作成する第1画像作成部と、
前記第2領域を通過した前記第2光束による第2画像データを、複数の前記第2受光素子の受光出力に基づき作成する第2画像作成部と、
を備える撮像装置。 - 請求項1に記載の撮像装置において、
前記第1画像作成部により作成された前記第1画像データと前記第2画像作成部により作成された前記第2画像データとを合成して、ハイダイナミックレンジ画像データを作成する画像合成部を備える撮像装置。 - 請求項2に記載の撮像装置において、
前記画像合成部は、同一被写体部分に対応する前記第1画像データの画素と前記第2画像データの画素とに対して、それぞれ前記第1領域の減衰率および前記第2領域の減衰率に対応する重みによる加重平均を演算することにより、前記ハイダイナミックレンジ画像データを作成する撮像装置。 - 入射光を減衰する第1領域と、前記第1領域とは異なる減衰率で入射光を減衰する第2領域とを有し、結像光学系の絞り位置近傍に配置された減光フィルターと、
前記第1領域を通過した第1光束と前記第2領域を通過した第2光束とが入射するよう二次元状に配置された複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、
前記複数のマイクロレンズの各々について、当該マイクロレンズを通過した前記第1光束と前記第2光束とをそれぞれ受光する第1受光素子と第2受光素子とを有する受光素子アレイと、
同一被写体部分から出射し前記第1領域および前記第2領域をそれぞれ通過した前記第1光束および前記第2光束を前記マイクロレンズアレイを介して受光した前記第1受光素子の受光出力および前記第2受光素子の受光出力を合成して、ハイダイナミックレンジ画像データを作成する画像合成部と、
を備える撮像装置。 - 請求項4に記載の撮像装置において、
前記画像合成部は、同一被写体部分から出射した前記第1光束および前記第2光束が入射する前記第1受光素子および前記第2受光素子の受光出力に対して、それぞれ前記第1領域の減衰率および前記第2領域の減衰率に対応する重みによる加重平均を演算することにより、前記ハイダイナミックレンジ画像データを作成する撮像装置。 - 入射光を減衰する第1領域と、前記第1領域とは異なる減衰率で入射光を減衰する第2領域とを有し、結像光学系の絞り位置近傍に配置された減光フィルターと、前記第1領域を通過した第1光束と前記第2領域を通過した第2光束とが入射するよう二次元状に配置された複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、前記複数のマイクロレンズの各々について、当該マイクロレンズを通過した前記第1光束と前記第2光束とをそれぞれ受光する第1受光素子と第2受光素子とを有する受光素子アレイと、を備える撮像装置から、複数の前記第1受光素子の受光出力および複数の前記第2受光素子の受光出力が入力される入力部と、
前記第1領域を通過した前記第1光束による第1画像データを、前記入力部に入力された前記複数の第1受光素子の受光出力に基づき作成する第1画像作成部と、
前記第2領域を通過した前記第2光束による第2画像データを、前記入力部に入力された前記複数の第2受光素子の受光出力に基づき作成する第2画像作成部と、
を備える画像処理装置。 - 入射光を減衰する第1領域と、前記第1領域とは異なる減衰率で入射光を減衰する第2領域とを有し、結像光学系の絞り位置近傍に配置された減光フィルターと、前記第1領域を通過した第1光束と前記第2領域を通過した第2光束とが入射するよう二次元状に配置された複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、前記複数のマイクロレンズの各々について、当該マイクロレンズを通過した前記第1光束と前記第2光束とをそれぞれ受光する第1受光素子と第2受光素子とを有する受光素子アレイと、を備える撮像装置から、複数の前記第1受光素子の受光出力および複数の前記第2受光素子の受光出力が入力される入力部と、
前記入力部に入力された、同一被写体部分から出射し前記第1領域および前記第2領域をそれぞれ通過した前記第1光束および前記第2光束を前記マイクロレンズアレイを介して受光した前記第1受光素子の受光出力および前記第2受光素子の受光出力を合成して、ハイダイナミックレンジ画像データを作成する画像合成部と、
を備える画像処理装置。 - 入射光を減衰する第1領域と、前記第1領域とは異なる減衰率で入射光を減衰する第2領域とを有し、結像光学系の絞り位置近傍に配置された減光フィルターと、前記第1領域を通過した第1光束と前記第2領域を通過した第2光束とが入射するよう二次元状に配置された複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、前記複数のマイクロレンズの各々について、当該マイクロレンズを通過した前記第1光束と前記第2光束とをそれぞれ受光する第1受光素子と第2受光素子とを有する受光素子アレイと、を備える撮像装置から、複数の前記第1受光素子の受光出力および複数の前記第2受光素子の受光出力が入力される入力ステップと、
前記第1領域を通過した前記第1光束による第1画像データを、前記入力ステップにおいて入力された前記複数の第1受光素子の受光出力に基づき作成する第1画像作成ステップと、
前記第2領域を通過した前記第2光束による第2画像データを、前記入力ステップにおいて入力された前記複数の第2受光素子の受光出力に基づき作成する第2画像作成ステップと、
をコンピュータに実行させる画像処理プログラム。 - 入射光を減衰する第1領域と、前記第1領域とは異なる減衰率で入射光を減衰する第2領域とを有し、結像光学系の絞り位置近傍に配置された減光フィルターと、前記第1領域を通過した第1光束と前記第2領域を通過した第2光束とが入射するよう二次元状に配置された複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、前記複数のマイクロレンズの各々について、当該マイクロレンズを通過した前記第1光束と前記第2光束とをそれぞれ受光する第1受光素子と第2受光素子とを有する受光素子アレイと、を備える撮像装置から、複数の前記第1受光素子の受光出力および複数の前記第2受光素子の受光出力が入力される入力ステップと、
前記入力ステップにおいて入力された、同一被写体部分から出射し前記第1領域および前記第2領域をそれぞれ通過した前記第1光束および前記第2光束を前記マイクロレンズアレイを介して受光した前記第1受光素子の受光出力および前記第2受光素子の受光出力を合成して、ハイダイナミックレンジ画像データを作成する画像合成ステップと、
をコンピュータに実行させる画像処理プログラム。
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