JP2016092676A - Image processing apparatus, imaging apparatus, camera system and image processing system - Google Patents

Image processing apparatus, imaging apparatus, camera system and image processing system Download PDF

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弘至 畠山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an image processing apparatus, an imaging apparatus, a camera system and an image processing system, capable of image restoration processing to make a data amount of an optical transfer function, which is used for image restoration processing, to be in conformity of the specification of the imaging apparatus.SOLUTION: The image processing apparatus includes: selection means for selecting partial optical transfer functions from supply means which stores a set of optical transfer functions proper to an imaging optical system; storage means for storing the partial optical transfer function; and image processing means for generating an image restoration filter corresponding to the imaging condition of the imaging optical system among the partial optical transmission functions and for performing image restoration processing using the image restoration filter.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、画像処理装置、撮像装置、カメラシステムおよび画像処理システムに関し、特に画像回復処理を用いた劣化画像の補正に関する。   The present invention relates to an image processing device, an imaging device, a camera system, and an image processing system, and more particularly to correction of a deteriorated image using image restoration processing.

情報のデジタル化に伴い、画像を信号値として扱えることで撮影画像に対する様々な補正処理方法が提案されている。デジタルカメラで被写体を撮像して画像化するとき、得られた画像は特に撮像光学系の収差や光の回折によって少なからず劣化している。   Along with the digitization of information, various correction processing methods have been proposed for captured images by handling images as signal values. When a subject is imaged with a digital camera and imaged, the obtained image is deteriorated not a little due to aberrations of the imaging optical system and light diffraction.

画像のぼけ成分は、光学系の球面収差、コマ収差、像面湾曲、非点収差等が原因で生じ、無収差で回折の影響もない場合に本来、被写体の一点から発した光束が撮像面上で再度一点に集まるべきものが広がりをもって像を結んでいるもののことである。光学的には点像分布関数(PSF、Point Spread Function)と呼び、画像ではぼけ成分と呼ぶ。画像のぼけと言うと例えばピントがずれた画像もぼけているが、ここでは特にピントが合っていても光学系の収差の影響でぼけてしまうものを指す。また、カラー画像での色にじみも光学系の軸上色収差、色の球面収差、色のコマ収差が原因であるものに関しては、光の波長ごとのぼけ方の相違と言うことができる。また、横方向の色ずれも光学系の倍率色収差が原因であるものに関しては、光の波長ごとの撮像倍率の相違による位置ずれまたは位相ずれと言うことができる。   The blur component of the image is caused by spherical aberration, coma, curvature of field, astigmatism, etc. of the optical system. When there is no aberration and no influence of diffraction, the light beam emitted from one point of the subject is essentially the imaging surface. What should be gathered again at one point above is the one that forms an image with a spread. Optically, this is called a point spread function (PSF), and it is called a blur component in an image. Speaking of image blur, for example, an out-of-focus image is blurred, but here it refers to an image that is blurred due to the effects of aberrations of the optical system, even when the image is in focus. In addition, regarding color bleeding in a color image caused by axial chromatic aberration, chromatic spherical aberration, and color coma in the optical system, it can be said that the blurring is different for each wavelength of light. In addition, when the lateral color shift is caused by the chromatic aberration of magnification of the optical system, it can be said that it is a position shift or a phase shift due to a difference in imaging magnification for each wavelength of light.

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。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。よって、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、位相成分を位相角として以下の式で表す。Re(OTF)、Im(OTF)は、それぞれOTFの実部、虚部を表す。   An optical transfer function (OTF, Optical Transfer Function) obtained by Fourier transforming PSF is aberration frequency component information and is represented by a complex number. The absolute value of the OTF, that is, the amplitude component is called MTF (Modulation Transfer Function), and the phase component is called PTF (Phase Transfer Function). Therefore, MTF and PTF are frequency characteristics of an amplitude component and a phase component of image degradation due to aberration, respectively. Here, the phase component is expressed as the phase angle by the following formula. Re (OTF) and Im (OTF) represent the real part and the imaginary part of the OTF, respectively.

PTF=tan-1(Im(OTF)/Re(OTF))
このように、撮像光学系のOTFは画像の振幅成分と位相成分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。
PTF = tan −1 (Im (OTF) / Re (OTF))
As described above, since the OTF of the imaging optical system deteriorates the amplitude component and the phase component of the image, the deteriorated image is in a state where each point of the subject is asymmetrically blurred like coma aberration.

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。したがって、RGB間で結像位置がずれることはもとより、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。   Further, the chromatic aberration of magnification is generated by shifting the imaging position due to the difference in imaging magnification for each wavelength of light, and acquiring this as, for example, RGB color components according to the spectral characteristics of the imaging device. Therefore, not only the image formation position is shifted between RGB, but also the image formation position shift for each wavelength, that is, the spread of the image due to the phase shift, occurs in each color component.

撮像光学系のOTFの情報を用いて、MTFの劣化とPTFの劣化を補正する方法が知られている。この方法は、画像回復処理や画像復元処理と呼ばれており、画像回復処理の一例として、OTFの逆特性を有する画像回復フィルタを入力画像に対して畳み込む(コンボリューション)方法が知られている。   There is known a method of correcting the deterioration of MTF and the deterioration of PTF using the information of the OTF of the imaging optical system. This method is called image restoration processing or image restoration processing. As an example of the image restoration processing, a method of convolving an image restoration filter having an inverse characteristic of OTF with an input image (convolution) is known. .

画像回復処理を効果的に行うためには、撮像光学系のより正確なOTFの情報を得る必要がある。OTFの情報は、例えば撮像光学系の設計値情報があれば、その情報から計算によって求めることが可能である。また、点光源を撮影し、その強度分布にフーリエ変換を施すことでも求めることが可能である。   In order to effectively perform the image restoration process, it is necessary to obtain more accurate OTF information of the imaging optical system. For example, if there is design value information of the imaging optical system, the OTF information can be obtained by calculation from the information. It can also be obtained by photographing a point light source and subjecting the intensity distribution to Fourier transform.

非常に高性能に設計および製造された撮像光学系を除く一般的な撮像光学系のOTFは、像高(画像の位置)によって大きく変動する。そのため高精度に撮影画像の画像回復処理を行うためには、各像高のOTFの変動に基づいて生成した画像回復フィルタを用いる必要がある。画像の位置に応じて回復の特性を変更するためには、画像回復処理は周波数空間にて一括で行うのではなく、実空間で画像回復フィルタを切り換えながら行うことが望ましい。   The OTF of a general imaging optical system excluding the imaging optical system designed and manufactured with extremely high performance varies greatly depending on the image height (image position). For this reason, in order to perform image restoration processing of a captured image with high accuracy, it is necessary to use an image restoration filter generated based on a variation in OTF of each image height. In order to change the recovery characteristics in accordance with the position of the image, it is desirable to perform the image recovery process while switching the image recovery filter in the real space, rather than performing it all at once in the frequency space.

また、画像がぼける原因として、撮像光学系の絞り値(Fナンバー)に依存した光の回折現象がある。図12は絞り値と回折限界の関係図であり、横軸は空間周波数、縦軸はMTFを示している。絞り値が大きくなると、遮断周波数が低周波側にシフトする。例えば、画素サイズが4μmの撮像素子のナイキスト周波数は125本/mmであるので、F2.8など明るい場合にはその影響は小さいが、F16やF32など暗い場合には影響は大きくなる。回折現象も収差と同様にOTFやPSFで記述できるため、画像回復処理により回折によるぼけを補正することができる。   Further, as a cause of blurring of the image, there is a light diffraction phenomenon depending on the aperture value (F number) of the imaging optical system. FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the aperture value and the diffraction limit. The horizontal axis indicates the spatial frequency and the vertical axis indicates the MTF. As the aperture value increases, the cutoff frequency shifts to the low frequency side. For example, since the Nyquist frequency of an image sensor with a pixel size of 4 μm is 125 lines / mm, the influence is small when it is bright such as F2.8, but it is large when it is dark such as F16 and F32. Since the diffraction phenomenon can be described by OTF or PSF like the aberration, blur due to diffraction can be corrected by image restoration processing.

特許文献1では、撮像光学系が着脱可能な撮像装置において、撮像光学系のOTFと撮像部の特性を加味して画像回復フィルタを生成している。また、特許文献2では、画像回復処理に用いるOTFを係数化して保持し、撮像装置の様々な撮影条件に対応して画像回復処理を行う画像処理装置を開示している。   In Patent Document 1, in an imaging device to which an imaging optical system can be attached and detached, an image restoration filter is generated in consideration of the characteristics of the OTF of the imaging optical system and the imaging unit. Patent Document 2 discloses an image processing apparatus that stores an OTF used for image restoration processing as a coefficient and performs image restoration processing corresponding to various imaging conditions of the imaging apparatus.

特許第5162029号公報Japanese Patent No. 5162029 特許第5153846号公報Japanese Patent No. 5153846

しかしながら、OTFは絞りや撮影距離やズームレンズにおける焦点距離の撮影条件、および画面内の像高によっても変化するため、高精度なOTFのデータの全体量は非常に大きくなってしまう。よって、高精度な画像回復処理を撮像装置の画像処理部で行う場合、撮像装置の記憶部に大きなデータ量であるOTFのデータを保持しておく必要がある。さらに、レンズ交換式のカメラの場合、1つのカメラに着脱可能なレンズは複数存在するので、それら複数のレンズのOTFのデータを保持するために記憶部の容量およびコストが増大してしまう。OTFのデータ量を削減する方法として、上述した撮影条件や像高のデータ分割数を粗くして補間して用いることが考えられ、OTFの精度とデータ量がトレードオフとなる。   However, since the OTF also changes depending on the aperture, the shooting distance, the shooting condition of the focal length of the zoom lens, and the image height in the screen, the total amount of highly accurate OTF data becomes very large. Therefore, when high-accuracy image restoration processing is performed by the image processing unit of the imaging apparatus, it is necessary to store OTF data having a large data amount in the storage unit of the imaging apparatus. Furthermore, in the case of an interchangeable lens camera, there are a plurality of lenses that can be attached to and detached from one camera, so that the capacity and cost of the storage unit increase in order to hold OTF data of the plurality of lenses. As a method of reducing the data amount of OTF, it is conceivable that the above-described shooting conditions and the number of data divisions of image height are coarsely used for interpolation, and the accuracy of OTF and the data amount are traded off.

一方で、1つの着脱可能なレンズに対応するカメラの機種は複数存在する。そしてそれらのカメラは、より高画質を求めるものもあれば低コストを求めるものまで様々である。したがって、あるレンズの撮影条件や像高に対応したOTFのデータをどれだけの粗さで保持するかはカメラの機種によって変化させることが好ましい。   On the other hand, there are a plurality of camera models corresponding to one detachable lens. These cameras vary from those requiring higher image quality to those requiring lower cost. Therefore, it is preferable to change the roughness of the OTF data corresponding to the photographing condition and image height of a certain lens depending on the camera model.

しかしながら、特許文献1,2のいずれにも使用するOTFのデータ量を変更させる記載はない。   However, neither Patent Documents 1 and 2 describe that the amount of OTF data used is changed.

このような課題を鑑みて、本発明は、画像回復処理に用いる光学伝達関数のデータ量を撮像装置の仕様に対応させて、画像回復処理を行うことが可能な画像処理装置、撮像装置、カメラシステムおよび画像処理システムを提供することを目的とする。   In view of such a problem, the present invention provides an image processing apparatus, an imaging apparatus, and a camera capable of performing an image restoration process by making the data amount of an optical transfer function used for the image restoration process correspond to the specifications of the imaging apparatus. It is an object to provide a system and an image processing system.

本発明の一側面としての画像処理装置は、撮像光学系に固有な光学伝達関数のセットを格納する供給手段から一部の光学伝達関数を選択する選択手段と、前記一部の光学伝達関数を記憶する記憶手段と、前記一部の光学伝達関数のうち前記撮像光学系の撮影条件に対応する光学伝達関数を用いて画像回復フィルタを生成し、前記画像回復フィルタを用いて画像回復処理を行う画像処理手段と、を有することを特徴とする。   An image processing apparatus according to one aspect of the present invention includes a selection unit that selects a part of an optical transfer function from a supply unit that stores a set of optical transfer functions unique to an imaging optical system, and the part of the optical transfer function. An image restoration filter is generated using storage means for storing and an optical transfer function corresponding to a photographing condition of the imaging optical system among the partial optical transfer functions, and image restoration processing is performed using the image restoration filter And an image processing means.

また、本発明の他の側面としての画像処理装置は、撮像光学系に固有な光学伝達関数のセットを格納する供給手段から一部の光学伝達関数を用いて生成された画像回復フィルタを選択する選択手段と、前記画像回復フィルタを記憶する記憶手段と、前記画像回復フィルタのうち前記撮像光学系の撮影条件に対応する画像回復フィルタを用いて画像回復処理を行う画像処理手段と、を有することを特徴とする。   An image processing apparatus according to another aspect of the present invention selects an image restoration filter generated using a part of the optical transfer function from a supply unit that stores a set of optical transfer functions unique to the imaging optical system. Selection means, storage means for storing the image restoration filter, and image processing means for performing image restoration processing using an image restoration filter corresponding to a photographing condition of the imaging optical system among the image restoration filters. It is characterized by.

また、本発明の他の側面としての撮像装置は、撮像光学系により形成された被写体像を光電変換して撮影画像を生成する撮像素子と、前記撮像光学系に固有な光学伝達関数のセットを格納する供給手段から一部の光学伝達関数を選択する選択手段と、前記一部の光学伝達関数を記憶する記憶手段と、前記一部の光学伝達関数のうち前記撮像光学系の撮影条件に対応する光学伝達関数を用いて画像回復フィルタを生成し、前記画像回復フィルタを用いて前記撮影画像の画像回復処理を行う画像処理手段と、を有することを特徴とする。   An imaging apparatus according to another aspect of the present invention includes an imaging element that photoelectrically converts a subject image formed by an imaging optical system to generate a captured image, and a set of optical transfer functions unique to the imaging optical system. Corresponding to the imaging conditions of the imaging optical system among the partial optical transfer functions, the selection means for selecting a partial optical transfer function from the supply means for storing, the storage means for storing the partial optical transfer function, And image processing means for generating an image restoration filter using the optical transfer function to perform image restoration processing of the captured image using the image restoration filter.

また、本発明の他の側面としてのカメラシステムは、撮像光学系と、前記撮像光学系により形成された被写体像を光電変換して撮影画像を生成する撮像素子と、前記撮像光学系に固有な光学伝達関数のセットを格納する供給手段から一部の光学伝達関数を選択する選択手段と、前記一部の光学伝達関数を記憶する記憶手段と、前記一部の光学伝達関数のうち前記撮像光学系の撮影条件に対応する光学伝達関数を用いて画像回復フィルタを生成し、前記画像回復フィルタを用いて前記撮影画像の画像回復処理を行う画像処理手段と、を有する。   In addition, a camera system according to another aspect of the present invention includes an imaging optical system, an imaging element that photoelectrically converts a subject image formed by the imaging optical system to generate a captured image, and the imaging system. Selection means for selecting a part of the optical transfer function from supply means for storing a set of optical transfer functions, storage means for storing the part of the optical transfer function, and the imaging optics among the part of the optical transfer function Image processing means for generating an image restoration filter using an optical transfer function corresponding to a photographing condition of the system and performing image restoration processing of the photographed image using the image restoration filter.

また、本発明の他の側面としての画像処理システムは、撮像光学系に固有な光学伝達関数のセットを格納する供給手段と、前記供給手段から一部の光学伝達関数を選択する選択手段と、前記一部の光学伝達関数を記憶する記憶手段と、前記一部の光学伝達関数のうち、前記撮像光学系の撮影条件に対応する光学伝達関数を用いて画像回復フィルタを生成し、前記画像回復フィルタを用いて画像回復処理を行う画像処理手段と、を有する。   An image processing system according to another aspect of the present invention includes a supply unit that stores a set of optical transfer functions unique to the imaging optical system, a selection unit that selects a part of the optical transfer functions from the supply unit, The image recovery filter is generated using a storage unit that stores the partial optical transfer function and an optical transfer function corresponding to a photographing condition of the imaging optical system among the partial optical transfer functions, and the image recovery Image processing means for performing image restoration processing using a filter.

本発明によれば、画像回復処理に用いる光学伝達関数のデータ量を撮像装置の仕様に対応させて、画像回復処理を行うことが可能な画像処理装置、撮像装置、カメラシステムおよび画像処理システムを提供することができる。   According to the present invention, there is provided an image processing apparatus, an imaging apparatus, a camera system, and an image processing system capable of performing an image restoration process by making the data amount of an optical transfer function used for the image restoration process correspond to the specification of the imaging apparatus. Can be provided.

本発明の実施形態に係るカメラシステムのブロック図である。1 is a block diagram of a camera system according to an embodiment of the present invention. 選択された光学伝達関数を記憶部に格納するまでのフローチャートである。It is a flowchart until it stores the selected optical transfer function in a memory | storage part. 格納された光学伝達関数を用いて撮影画像を画像回復して出力するまでのフローチャートである。It is a flowchart until it recovers and outputs a picked-up image using the stored optical transfer function. 実施例1の画像処理方法の変形例の説明図である。It is explanatory drawing of the modification of the image processing method of Example 1. FIG. 画像回復フィルタの説明図である。It is explanatory drawing of an image restoration filter. 画像回復フィルタの説明図である。It is explanatory drawing of an image restoration filter. 点像分布関数の説明図である。It is explanatory drawing of a point spread function. 光学伝達関数の振幅成分と位相成分の説明図である。It is explanatory drawing of the amplitude component and phase component of an optical transfer function. 光学伝達関数の選択例の説明図である。It is explanatory drawing of the example of selection of an optical transfer function. 実施例2の画像処理方法のフローチャートである。6 is a flowchart of an image processing method according to the second embodiment. 本発明の実施形態に係る画像処理システムのブロック図である。1 is a block diagram of an image processing system according to an embodiment of the present invention. 絞り値と回折限界の関係の説明図である。It is explanatory drawing of the relationship between an aperture value and a diffraction limit.

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。 まず、本実施例で説明される用語の定義および画像回復処理について説明する。ここで説明する画像処理方法は、後述の各実施例において適宜用いられる。
[入力画像]
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や回折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)を用いて構成してもよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same members are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. First, definitions of terms and image restoration processing described in this embodiment will be described. The image processing method described here is appropriately used in each embodiment described later.
[Input image]
The input image is a digital image (photographed image) obtained by receiving light with an image sensor through an imaging optical system, and an optical transfer function (diffraction and diffraction) of the imaging optical system including a lens and various optical filters. OTF). The imaging optical system may be configured using not only a lens but also a mirror (reflection surface) having a curvature.

入力画像の色成分は、例えばRGB色成分の情報を有する。色成分としては、これ以外にもLCHで表現される明度、色相、彩度や、YCbCrで表現される輝度、色差信号など一般に用いられている色空間を選択して用いることができる。その他の色空間として、XYZ、Lab、Yuv、JChを用いることが可能である。また、色温度を用いてもよい。   The color component of the input image has information on RGB color components, for example. As the color component, other commonly used color spaces such as brightness, hue, and saturation expressed in LCH, luminance expressed in YCbCr, and color difference signals can be selected and used. As other color spaces, XYZ, Lab, Yuv, and JCh can be used. Color temperature may also be used.

入力画像や出力画像には、レンズの焦点距離、絞り値、撮影距離などの撮影条件や、画像を補正するための各種の補正情報を付帯することができる。
[画像回復処理]
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、以下の式が成り立つ。
The input image and the output image can be accompanied by shooting conditions such as a focal length of the lens, an aperture value, and a shooting distance, and various correction information for correcting the image.
[Image recovery processing]
Next, an outline of the image restoration process will be described. The captured image (degraded image) is g (x, y), the original image is f (x, y), and the point spread function (PSF) that is the Fourier pair of the optical transfer function is h (x, y). When the following equation holds:

g(x,y)=h(x,y)*f(x,y) (1)
*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。
g (x, y) = h (x, y) * f (x, y) (1)
* Is convolution (convolution integration, sum of products), and (x, y) are coordinates on the photographed image.

また、式(1)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、周波数ごとの積で表せる式(2)が得られる。   Further, when Formula (1) is Fourier-transformed and converted into a display format on the frequency plane, Formula (2) that can be expressed by a product for each frequency is obtained.

G(u,v)=H(u,v)・F(u,v) (2)
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画像である。(u,v)は2次元周波数面での座標、すなわち周波数である。
G (u, v) = H (u, v) · F (u, v) (2)
H is an OTF obtained by Fourier transform of a point spread function (PSF) h, and G and F are images obtained by Fourier transform of the degraded image g and the original image f, respectively. (U, v) is a coordinate on a two-dimensional frequency plane, that is, a frequency.

撮影された画像gからもとの画像fを得るためには、以下の式(3)のように両辺をOTFで除算すればよい。   In order to obtain the original image f from the photographed image g, both sides may be divided by OTF as shown in the following equation (3).

G(u,v)/H(u,v)=F(u,v) (3)
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。
G (u, v) / H (u, v) = F (u, v) (3)
The original image f (x, y) is obtained as a restored image by performing inverse Fourier transform on F (u, v), that is, G (u, v) / H (u, v), and returning it to the actual surface. .

−1を逆フーリエ変換したものをRとすると、以下の式(4)のように実面での画像に対するコンボリューション処理を行うことで、同様にもとの画像f(x,y)を得ることができる。 When R is the result of inverse Fourier transform of H− 1 , the original image f (x, y) is similarly obtained by performing convolution processing on the actual image as in the following equation (4). Can be obtained.

g(x,y)*R(x,y)=f(x,y) (4)
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)を有する2次元フィルタとなる。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、収差の特性等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、OTFに基づいているため、振幅成分および位相成分の劣化をともに高精度に補正することができる。
g (x, y) * R (x, y) = f (x, y) (4)
R (x, y) is called an image restoration filter. When the image is a two-dimensional image, generally the image restoration filter R is also a two-dimensional filter having taps (cells) corresponding to each pixel of the image. In general, the greater the number of taps (number of cells) of the image recovery filter R, the higher the recovery accuracy. Therefore, the number of taps that can be realized is set according to the required image quality, image processing capability, aberration characteristics, and the like. Since the image restoration filter R needs to reflect at least aberration and diffraction characteristics, the image restoration filter R is different from a conventional edge enhancement filter (high-pass filter) of about 3 taps each in horizontal and vertical directions. Since the image restoration filter R is based on OTF, both deterioration of the amplitude component and the phase component can be corrected with high accuracy.

また、実際の画像にはノイズ成分があるため、上記のようにOTFの完全な逆数をとって作成した画像回復フィルタRを用いると、劣化画像の回復とともにノイズ成分が大幅に増幅されてしまう。これは、画像の振幅成分にノイズの振幅が付加されている状態に対して、光学系のMTF(振幅成分)を全周波数に渡って1に戻すようにMTFを持ち上げるためである。光学系による振幅劣化であるMTFは1に戻るが、同時にノイズのパワースペクトルも持ち上がってしまい、結果的にMTFを持ち上げる度合(回復ゲイン)に応じてノイズが増幅されてしまう。   In addition, since an actual image has a noise component, using the image restoration filter R created by taking the complete reciprocal of the OTF as described above greatly amplifies the noise component as the degraded image is restored. This is because the MTF is raised so that the MTF (amplitude component) of the optical system is returned to 1 over the entire frequency in a state where the amplitude of noise is added to the amplitude component of the image. The MTF, which is amplitude degradation due to the optical system, returns to 1, but at the same time, the noise power spectrum also rises. As a result, the noise is amplified according to the degree to which the MTF is raised (recovery gain).

したがって、ノイズが含まれる場合には、鑑賞用画像としては良好な画像は得られない。このことは、以下の式(5−1),(5−2)で表せる。   Therefore, when noise is included, a good image cannot be obtained as a viewing image. This can be expressed by the following equations (5-1) and (5-2).

G(u,v)=H(u,v)・F(u,v)+N(u,v) (5―1)
G(u,v)/H(u,v)=F(u,v)+N(u,v)/H(u,v)
(5−2)
Nは、ノイズ成分である。
G (u, v) = H (u, v) .F (u, v) + N (u, v) (5-1)
G (u, v) / H (u, v) = F (u, v) + N (u, v) / H (u, v)
(5-2)
N is a noise component.

この点については例えば、式(6)に示すウィナーフィルタのように画像信号とノイズ信号の強度比(SNR)に応じて回復度合を制御する方法が知られている。   Regarding this point, for example, a method of controlling the degree of recovery according to the intensity ratio (SNR) of the image signal and the noise signal as in the Wiener filter shown in Expression (6) is known.

M(u,v)はウィナーフィルタの周波数特性、|H(u,v)|はOTFの絶対値(MTF)である。 M (u, v) is the frequency characteristic of the Wiener filter, and | H (u, v) | is the absolute value (MTF) of the OTF.

この方法は周波数ごとに、MTFが小さいほど回復ゲイン(回復度合)を抑制し、MTFが大きいほど回復ゲインを強くする。一般的に撮像光学系のMTFは低周波側が高く高周波側が低くなるため、実質的に画像の高周波側の回復ゲインを抑制する方法となっている。   This method suppresses the recovery gain (recovery degree) as the MTF decreases for each frequency, and increases the recovery gain as the MTF increases. In general, since the MTF of the imaging optical system is high on the low frequency side and low on the high frequency side, it is a method of substantially suppressing the recovery gain on the high frequency side of the image.

続いて、図5,6を参照して、画像回復フィルタについて説明する。画像回復フィルタは、撮像光学系の収差や回折によるPSFの広がりや要求される回復精度に応じてタップ数を決めることができ、図5では例として11×11タップの2次元フィルタとしている。   Subsequently, the image restoration filter will be described with reference to FIGS. The image restoration filter can determine the number of taps according to the spread of the PSF due to aberration and diffraction of the imaging optical system and the required restoration accuracy. In FIG. 5, for example, an 11 × 11 tap two-dimensional filter is used.

図5では各タップ内の値(係数)を省略しているが、この画像回復フィルタの1断面を図6に示す。画像回復フィルタの各タップの値(係数値)の分布は、収差や回折によって空間的に広がった信号値(PSF)を、理想的には元の1点に戻す役割を果たす。   Although values (coefficients) in each tap are omitted in FIG. 5, one section of the image restoration filter is shown in FIG. The distribution of the values (coefficient values) of each tap of the image restoration filter serves to return the signal value (PSF) spatially spread due to aberration and diffraction to the original one point ideally.

画像回復フィルタの各タップは、画像の各画素に対応して画像回復処理の工程でコンボリューション処理(畳み込み積分、積和)される。コンボリューション処理では、所定の画素の信号値を改善するために、その画素を画像回復フィルタの中心と一致さる。そして、画像と画像回復フィルタの対応画素ごとに画像の信号値とフィルタの係数値の積をとり、その総和を中心画素の信号値として置き換える。   Each tap of the image restoration filter is subjected to convolution processing (convolution integration, product sum) in the image restoration processing corresponding to each pixel of the image. In the convolution process, in order to improve the signal value of a predetermined pixel, the pixel coincides with the center of the image restoration filter. Then, the product of the signal value of the image and the coefficient value of the filter is taken for each corresponding pixel of the image and the image restoration filter, and the sum is replaced with the signal value of the central pixel.

続いて、図7,8を参照して、画像回復の実空間と周波数空間での特性について説明する。図7はPSFの説明図であり、(a)は画像回復前のPSF、(b)は画像回復後のPSFを示している。図8は、OTFの振幅成分MTF(図8(a))と位相成分PTF(図7(b))の説明図である。図8(a)中の破線(A)は画像回復前のMTF、一点鎖線は画像回復後のMTFを示す。また、図8(b)中の破線(A)は画像回復前のPTF、一点鎖線は画像回復後のPTFを示す。図7(a)に示されるように、画像回復前のPSFは非対称な広がりを有し、この非対称性によりPTFは周波数に対して非直線的な値を有する。画像回復処理は、MTFを増幅し、PTFがゼロになるように補正するため、画像回復後のPSFは対称で先鋭な形状になる。   Next, characteristics of the image restoration in real space and frequency space will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is an explanatory diagram of the PSF, where (a) shows the PSF before image recovery, and (b) shows the PSF after image recovery. FIG. 8 is an explanatory diagram of the amplitude component MTF (FIG. 8A) and the phase component PTF (FIG. 7B) of the OTF. The broken line (A) in FIG. 8A indicates the MTF before image restoration, and the alternate long and short dash line indicates the MTF after image restoration. Further, the broken line (A) in FIG. 8B indicates the PTF before image recovery, and the alternate long and short dash line indicates the PTF after image recovery. As shown in FIG. 7A, the PSF before image restoration has an asymmetric spread, and this asymmetry causes the PTF to have a non-linear value with respect to the frequency. Since the image restoration process amplifies the MTF and corrects the PTF to be zero, the PSF after the image restoration has a symmetrical and sharp shape.

上述したように、画像回復フィルタは、撮像光学系のOTFの逆関数に基づいて設計された関数を逆フーリエ変換して得ることができる。本実施例で用いられる画像回復フィルタは、適宜変更可能であり、例えば上述したウィナーフィルタを用いることができる。ウィナーフィルタを用いる場合、式(6)を逆フーリエ変換することで、実際に画像に畳み込む実空間の画像回復フィルタを作成することができる。また、収差によるOTFは1つの撮影状態においても撮像光学系の像高(画像の位置)に応じて変化するので、画像回復フィルタは像高に応じて変更して使用する。一方、絞り値が大きくなるにしたがって影響が支配的になる回折によるOTFは、光学系のビネッティングの影響が小さい場合、像高に対して一律なOTFとして扱うことができる。   As described above, the image restoration filter can be obtained by performing inverse Fourier transform on a function designed based on the inverse function of the OTF of the imaging optical system. The image restoration filter used in this embodiment can be changed as appropriate. For example, the above-described Wiener filter can be used. When the Wiener filter is used, the real space image restoration filter that is actually convolved with the image can be created by performing inverse Fourier transform on Equation (6). In addition, since the OTF due to aberration changes in accordance with the image height (image position) of the imaging optical system even in one shooting state, the image restoration filter is changed and used in accordance with the image height. On the other hand, an OTF by diffraction whose influence becomes dominant as the aperture value increases can be treated as a uniform OTF with respect to the image height when the influence of the vignetting of the optical system is small.

図1は、本発明の実施形態に係るカメラシステムのブロック図である。カメラシステムは、撮像装置本体と、撮像装置本体に着脱可能に取り付けられる撮像光学系101と、を有する。   FIG. 1 is a block diagram of a camera system according to an embodiment of the present invention. The camera system includes an imaging device body and an imaging optical system 101 that is detachably attached to the imaging device body.

撮像光学系101は、変倍レンズ(不図示)、絞り101aおよびフォーカスレンズ101bを有し、被写体(不図示)からの光束を撮像素子102上で結像する。絞り101aは、開口径を制御することで、撮像素子102に到達する光量を調節する。フォーカスレンズ101bは、被写体距離に応じてピント調整を行うために、オートフォーカス(AF)機構(不図示)や手動のマニュアルフォーカス機構によってレンズの位置が制御される。撮像光学系101には、ローパスフィルタや赤外線カットフィルタ等の光学素子を用いても構わない。ローパスフィルタ等のOTFの特性に影響を与える光学素子を用いる場合には、画像回復フィルタを作成する時点での考慮が必要になる場合がある。赤外線カットフィルタにおいても、分光波長のPSFの積分値であるRGBチャンネルの各PSF、特にRチャンネルのPSFに影響するため画像回復フィルタを作成する時点での考慮が必要になる場合がある。また、画素開口形状もOTFに影響するので考慮に加えてもよい。   The imaging optical system 101 includes a variable power lens (not shown), a diaphragm 101a, and a focus lens 101b, and forms an image of a light beam from a subject (not shown) on the imaging element 102. The diaphragm 101a adjusts the amount of light reaching the image sensor 102 by controlling the aperture diameter. The focus lens 101b has its lens position controlled by an autofocus (AF) mechanism (not shown) or a manual manual focus mechanism in order to adjust the focus according to the subject distance. For the imaging optical system 101, an optical element such as a low-pass filter or an infrared cut filter may be used. When an optical element that affects the characteristics of the OTF such as a low-pass filter is used, it may be necessary to consider at the time of creating the image restoration filter. Even in the infrared cut filter, since it affects each PSF of the RGB channel which is an integral value of the PSF of the spectral wavelength, particularly the PSF of the R channel, it may be necessary to consider at the time of creating the image restoration filter. The pixel aperture shape also affects the OTF and may be taken into consideration.

撮像素子102上に形成された光学像(被写体像)は、撮像素子102により光電変換される。撮像素子102からのアナログ信号は、A/Dコンバータ103でデジタル信号に変換され、画像処理部(画像処理手段)104に入力される。   An optical image (subject image) formed on the image sensor 102 is photoelectrically converted by the image sensor 102. An analog signal from the image sensor 102 is converted into a digital signal by the A / D converter 103 and input to the image processing unit (image processing means) 104.

画像処理部104は、所定の処理と併せて画像回復処理を行う。表示部105は、回復画像に表示用の所定の処理を行った画像を表示する。表示部105は、回復画像に高速表示のために簡易的な処理を行った画像を表示してもよい。   The image processing unit 104 performs image restoration processing together with predetermined processing. The display unit 105 displays an image obtained by performing predetermined processing for display on the recovered image. The display unit 105 may display an image obtained by performing simple processing for high-speed display on the recovered image.

状態検知部107は、画像処理部104に撮影装置本体の撮像条件に関する情報を送る。状態検知部107は、システムコントローラ111から撮像条件に関する情報を取得してもよいし、撮像光学系101についての撮像条件に関する情報については撮像光学系制御部106から取得してもよい。記憶部(記憶手段)108は、OTFまたはOTFを生成するための係数データ群を格納している。画像記録媒体109は、画像処理部104で処理した出力画像を所定のフォーマットで保存する。選択手段110は、OTFのセットを格納した供給手段(不図示)から一部のOTFを選択する。システムコントローラ111は、撮像光学系101の機械的な駆動について撮像光学系制御部106に指示を行う。   The state detection unit 107 sends information related to the imaging conditions of the imaging apparatus main body to the image processing unit 104. The state detection unit 107 may acquire information regarding the imaging conditions from the system controller 111, and may acquire information regarding the imaging conditions regarding the imaging optical system 101 from the imaging optical system control unit 106. The storage unit (storage means) 108 stores an OTF or a coefficient data group for generating an OTF. The image recording medium 109 stores the output image processed by the image processing unit 104 in a predetermined format. The selection unit 110 selects some OTFs from a supply unit (not shown) that stores a set of OTFs. The system controller 111 instructs the imaging optical system control unit 106 to mechanically drive the imaging optical system 101.

次に、本実施例の画像処理フローを図1のカメラシステムに適用した場合について説明する。本実施例では、画像回復処理に用いるOTFを保持した供給手段から使用する撮像装置に応じてOTFの一部を選択的に撮像装置に格納した後、画像回復処理を行う。   Next, the case where the image processing flow of the present embodiment is applied to the camera system of FIG. 1 will be described. In this embodiment, the image restoration process is performed after a part of the OTF is selectively stored in the imaging apparatus according to the imaging apparatus used from the supply unit holding the OTF used for the image restoration process.

まず、図2を用いて、選択手段110によって選択されたOTFが記憶部108に格納されるまでについて説明する。   First, the process until the OTF selected by the selection unit 110 is stored in the storage unit 108 will be described with reference to FIG.

ステップS11で画像回復処理を開始し、ステップS12では指定した撮像光学系のOTFが撮像装置の記憶部108に存在するか否かを判定する。OTFが存在する場合はステップS17に進み、OTFが存在しない場合にはステップS13に進む。撮像光学系は、撮像装置に装着されている撮像光学系を自動的に判別することで指定してもよいし、使用者が撮像光学系を指定してもよい。OTFは複素数であるため、実部のデータと虚部のデータからなる空間的に2次元のデータであるが、格納するデータとしてはOTFを再構成するための係数データ群であってもよい。例えば、OTFの1つが縦横11×11の2次元データの場合121個のデータとなるが、これを縦横0〜4次までの係数で多項式フィッティングした場合25個のデータとなりデータを削減することができる。   In step S11, image restoration processing is started, and in step S12, it is determined whether or not the OTF of the designated imaging optical system exists in the storage unit 108 of the imaging apparatus. If the OTF exists, the process proceeds to step S17, and if the OTF does not exist, the process proceeds to step S13. The imaging optical system may be specified by automatically determining the imaging optical system mounted on the imaging apparatus, or the user may specify the imaging optical system. Since the OTF is a complex number, it is spatially two-dimensional data composed of real part data and imaginary part data. However, the data to be stored may be a coefficient data group for reconfiguring the OTF. For example, if one of the OTFs is two-dimensional data of 11 × 11 in length and width, there are 121 pieces of data, but if this is polynomial-fitted with coefficients from 0 to 4th order in width and width, it becomes 25 pieces of data and data can be reduced. it can.

ステップS13では、OTFのセットが格納されたデータベース(供給手段)に接続する。データベースは、撮像装置とデータ通信可能なデータサーバに存在し、複数の機種の撮像光学系それぞれに固有なOTFのセットが格納されている。データ通信の方法としては、撮像装置の無線通信機能を用いて直接データサーバと通信してもよいし、コンピュータを介して通信してもよい。データベースは、撮像装置に挿脱可能な記憶媒体でもよいし、撮像光学系101でもよい。   In step S13, connection is made to a database (supply means) in which a set of OTFs is stored. The database exists in a data server capable of data communication with the imaging apparatus, and stores a set of OTFs unique to each of a plurality of types of imaging optical systems. As a data communication method, communication with the data server may be performed directly using the wireless communication function of the imaging apparatus, or communication may be performed via a computer. The database may be a storage medium that can be inserted into and removed from the imaging apparatus, or the imaging optical system 101.

ステップS14では、接続されたデータサーバ内にある指定の撮像光学系のOTFのセットを特定する。   In step S14, the OTF set of the designated imaging optical system in the connected data server is specified.

ステップS15では、選択手段110が特定されたOTFのセットの中から撮像装置の機種に応じてOTFの一部を選択する。選択の仕方としては、撮像光学系が撮影可能な焦点距離、絞り値、および撮影距離の組み合わせに応じて格納されたOTFのセットに対して、撮影条件に応じて範囲を選択する方法がある。説明の便宜上撮影条件を焦点距離と絞り値の2つとすると、データサーバに格納されたOTFのセットは図9(a)のようになっている。黒丸は、OTFが用意された撮影条件である。一つの黒丸に画像の像高および色成分ごとに実部、虚部のデータが存在している。OTFのセットの中から撮像装置の機種に応じて使用するものを選択する。選択の例として、全てを選択して用いるもの以外に図9(b)では一つおきにデータを選択している。白丸は選択しないデータを示している。選択されない撮影条件に対して画像回復処理を行う場合には、選択した撮影条件のデータから補間して用いることができる。また、図9(c)では、絞り値が所定値以下の撮影条件範囲のOTFを選択している。絞り値により選択の有無を変更しているのは、所定値以下の場合は収差の影響が支配的であり、所定値以上の場合は回折の影響が支配的であるためである。選択しない撮影条件に対しての画像回復処理の方法については実施例2で説明する。   In step S15, the selection unit 110 selects a part of the OTF from the specified OTF set according to the model of the imaging apparatus. As a selection method, there is a method in which a range is selected according to shooting conditions with respect to a set of OTFs stored according to a combination of a focal length, an aperture value, and a shooting distance that can be shot by the imaging optical system. For convenience of explanation, assuming that the shooting conditions are two, that is, the focal length and the aperture value, the set of OTFs stored in the data server is as shown in FIG. A black circle is an imaging condition for which an OTF is prepared. The data of the real part and the imaginary part exists for each image height and color component of the image in one black circle. A device to be used is selected from the set of OTFs according to the model of the imaging apparatus. As an example of selection, every other data is selected in FIG. 9B except that all are selected and used. White circles indicate data that is not selected. When image restoration processing is performed for an unselected shooting condition, it can be used by interpolating from the selected shooting condition data. Further, in FIG. 9C, an OTF with an imaging condition range in which the aperture value is a predetermined value or less is selected. The reason for changing the presence or absence of the selection according to the aperture value is that the influence of aberration is dominant when the value is less than or equal to the predetermined value, and the effect of diffraction is dominant when the value is greater than or equal to the predetermined value. A method of image restoration processing for an imaging condition that is not selected will be described in a second embodiment.

また、選択するOTFのデータ量の決定については、撮像装置の機種により自動的に決定する他に使用者が指定してもよい。1つの撮像装置に複数の撮像光学系のOTFのデータを格納する場合、格納する撮像光学系の機種数を減らす代わりに1つの撮像光学系のデータ量を増やし、データ量を減らす代わりに機種数を増やすことができる。このようにすることで、有限の記憶容量に対して要求精度と対応光学系の機種数のトレードオフを使用者が選択できる。   The determination of the data amount of the OTF to be selected may be specified by the user in addition to being automatically determined according to the model of the imaging apparatus. When storing OTF data of a plurality of imaging optical systems in one imaging device, the number of models is increased instead of reducing the amount of data by increasing the data amount of one imaging optical system instead of reducing the number of models of the imaging optical system to be stored. Can be increased. In this way, the user can select a trade-off between the required accuracy and the number of types of compatible optical systems for a finite storage capacity.

ステップS16では選択されたOTFを記憶部108に格納し、ステップS17で終了となる。   In step S16, the selected OTF is stored in the storage unit 108, and the process ends in step S17.

次に、図3を用いて、記憶部108に格納されたOTFを用いて撮影画像に対して画像回復処理を行った後、回復画像を出力するまでについて説明する。   Next, with reference to FIG. 3, a description will be given of the process from when image recovery processing is performed on a captured image using the OTF stored in the storage unit 108 to when the recovered image is output.

ステップS21では、撮影画像を入力画像として取得する。特に、現像処理の入力データとしてRAW画像を取得することが好ましい。   In step S21, a captured image is acquired as an input image. In particular, it is preferable to acquire a RAW image as input data for development processing.

ステップS22では、撮影条件を取得する。撮影条件には、レンズやカメラの機種を特定する情報が含まれている。撮影条件は、撮像装置から直接取得してもよいし、画像に付帯された情報から取得してもよい。   In step S22, shooting conditions are acquired. The shooting conditions include information for specifying the model of the lens or camera. The shooting conditions may be acquired directly from the imaging device or may be acquired from information attached to the image.

ステップS23では、画像処理部104が撮影条件に対応したOTFを記憶部108から取得する。撮影条件と合致するOTFが存在しない場合には、近傍の撮影条件から補間して生成する。補間処理の方法としては、例えばバイリニア補間(線形補間)やバイキュービック補間等が知られているが、これに限るものではない。   In step S <b> 23, the image processing unit 104 acquires an OTF corresponding to the shooting condition from the storage unit 108. If there is no OTF that matches the shooting conditions, the OTF is generated by interpolation from nearby shooting conditions. As an interpolation processing method, for example, bilinear interpolation (linear interpolation), bicubic interpolation, or the like is known, but is not limited thereto.

ステップS24では、画像処理部104がOTFを用いて画像回復フィルタを生成する。   In step S24, the image processing unit 104 generates an image restoration filter using OTF.

ステップS25では、画像処理部104が撮影画像に画像回復フィルタをコンボリューション(畳み込み)することで画像回復処理を行う。   In step S25, the image processing unit 104 performs image recovery processing by convolving an image recovery filter with the captured image.

ステップS26は、回復画像を出力する。   A step S26 outputs a restored image.

なお、図2のステップS15において、選択手段110は、データベースに格納されているOTFの一部を選択するのではなく、既に画像回復フィルタに変換されたデータの一部を選択してもよい。その場合、図4に示すフローに沿って処理が行われる。ステップS31で撮影画像を入力画像として取得し、ステップS32で撮影条件を取得する。ステップS33では、画像処理部104が撮影条件に対応した画像回復フィルタを記憶部108から取得する。撮影条件があらかじめ画像回復フィルタの格納された条件と合致しない場合には近傍の撮影条件の画像回復フィルタを用いて補間生成する。ステップS34で画像処理部104が撮影画像に画像回復フィルタをコンボリューション(畳み込み)することで画像回復処理を行い、ステップS35で回復画像を出力する。   In step S15 in FIG. 2, the selection unit 110 may select a part of the data already converted into the image restoration filter, instead of selecting a part of the OTF stored in the database. In that case, processing is performed along the flow shown in FIG. In step S31, a captured image is acquired as an input image, and in step S32, a capturing condition is acquired. In step S <b> 33, the image processing unit 104 acquires an image restoration filter corresponding to the shooting condition from the storage unit 108. If the shooting conditions do not match the conditions stored in advance in the image restoration filter, interpolation generation is performed using an image restoration filter of a neighboring shooting condition. In step S34, the image processing unit 104 performs image recovery processing by convolving an image recovery filter with the captured image, and outputs a recovered image in step S35.

本実施例では、図9(c)に示すように絞り値が所定値以下の撮影条件範囲のOTFを選択する場合について説明する。絞り値により選択の有無を変更しているのは、絞り値が所定値以下の場合は収差の影響が支配的で、所定値以上の場合は回折の影響が支配的であるためである。   In this embodiment, as shown in FIG. 9C, a case will be described in which an OTF in an imaging condition range whose aperture value is equal to or smaller than a predetermined value is selected. The reason for changing the presence or absence of the selection according to the aperture value is that the influence of aberration is dominant when the aperture value is less than a predetermined value, and the effect of diffraction is dominant when the aperture value is greater than or equal to the predetermined value.

本実施例の画像処理フローを図1のカメラシステムに適用した場合について説明する。撮像装置の記憶部に選択されたOTFを格納するまでの処理は、実施例1と同様のため省略する。   A case where the image processing flow of this embodiment is applied to the camera system of FIG. 1 will be described. Since the processing until the selected OTF is stored in the storage unit of the imaging apparatus is the same as that in the first embodiment, a description thereof will be omitted.

図10は、格納されたOTFを用いて撮影画像を画像回復して出力するまでのフローチャートである。   FIG. 10 is a flowchart until the captured image is restored and output using the stored OTF.

ステップS41で撮影画像を入力画像として取得し、ステップS42で撮影条件を取得する。   In step S41, the captured image is acquired as an input image, and in step S42, the imaging condition is acquired.

ステップS43では、絞り値が所定値以下であるか否かを判定する。絞り値が所定値以下の場合には収差の影響が支配的であると判断し、ステップS44〜S47で出力画像を生成する。ステップS44〜S47における処理は、実施例1で説明したステップS23〜S26と同様の処理であるため説明を省略する。所定値以上の場合には回折の影響が支配的であると判断し、ステップS48に進む。所定値については、使用する撮像光学系の収差量や撮像素子の画素ピッチ(画素サイズ)によって適宜変更可能であるが、例えばF16とするとこれ以上であるかどうかで分岐する。好ましくは、絞り値で決まる回折による遮断周波数が撮像素子の画素ピッチで決まるサンプリング周波数より小さくなる絞り値を所定値としておくとよい。このことは、以下の式(7)で表せる。   In step S43, it is determined whether or not the aperture value is equal to or less than a predetermined value. If the aperture value is equal to or smaller than the predetermined value, it is determined that the influence of aberration is dominant, and an output image is generated in steps S44 to S47. Since the processing in steps S44 to S47 is the same as the processing in steps S23 to S26 described in the first embodiment, the description thereof is omitted. If it is greater than or equal to the predetermined value, it is determined that the influence of diffraction is dominant, and the process proceeds to step S48. The predetermined value can be appropriately changed according to the aberration amount of the imaging optical system to be used and the pixel pitch (pixel size) of the imaging element. Preferably, an aperture value in which the cutoff frequency due to diffraction determined by the aperture value is smaller than the sampling frequency determined by the pixel pitch of the image sensor is set as a predetermined value. This can be expressed by the following equation (7).

F≧p/λ (7)
FはFナンバー、pは画素ピッチ、λは波長である。
F ≧ p / λ (7)
F is the F number, p is the pixel pitch, and λ is the wavelength.

例えば、画素ピッチpを0.006mmとすると、サンプリング周波数は167本/mmとなるため、波長λを550nmとするとF11以上か否かで分岐することとなる。   For example, if the pixel pitch p is 0.006 mm, the sampling frequency is 167 lines / mm. Therefore, if the wavelength λ is 550 nm, the branching occurs depending on whether it is F11 or more.

ステップS48では、撮影条件に応じた画像回復フィルタを取得する。画像の劣化の要因は回折の影響が大きく、撮影距離や焦点距離の撮影条件には依存しないので、絞り値のみに応じて画像回復フィルタを選択すればよい。画像回復フィルタは、あらかじめ撮像装置の記憶部に格納してもよいし、データベースから取得してもよい。そして、ステップS46,S47を経て回復画像を出力する。   In step S48, an image restoration filter corresponding to the shooting condition is acquired. The cause of image degradation is greatly affected by diffraction and does not depend on the shooting conditions of the shooting distance and the focal length. Therefore, the image restoration filter may be selected only in accordance with the aperture value. The image restoration filter may be stored in advance in the storage unit of the imaging apparatus or may be acquired from a database. Then, the restored image is output through steps S46 and S47.

したがって、記憶部108が保持するデータとしては、絞り値が所定値以下の場合のOTFまたはOTFを生成するための係数データ、および絞り値が所定値以上の場合の画像回復フィルタとなる。これにより絞り値が所定値以上のOTFに関するデータが削減されるとともに、像高ごとの画像回復フィルタの生成も不要となる。さらに、ステップS46で像高に応じて画像回復フィルタを切り替えることなく、画像全域に対して同一の画像回復フィルタを用いることができる。   Therefore, the data stored in the storage unit 108 is the coefficient data for generating the OTF or OTF when the aperture value is less than or equal to the predetermined value, and the image restoration filter when the aperture value is greater than or equal to the predetermined value. As a result, data relating to OTFs with an aperture value equal to or greater than a predetermined value is reduced, and generation of an image restoration filter for each image height becomes unnecessary. Further, the same image restoration filter can be used for the entire image without switching the image restoration filter in accordance with the image height in step S46.

一方、データ量が多くとも高精度な画像回復処理を行う撮像装置の場合には、回折の影響が大きい撮影条件でも収差の影響を加味したOTFを記憶部に格納して回復画像を生成することができる。このように、撮像装置の仕様に応じて使用するOTFのデータ量を可変にすることで、撮像光学系のOTFのセットは共通として対応することができる。   On the other hand, in the case of an imaging apparatus that performs high-accuracy image restoration processing even if the amount of data is large, an OTF that takes account of the influence of aberration is stored in the storage unit even under imaging conditions that are greatly affected by diffraction, and a restored image is generated. Can do. In this way, by changing the amount of OTF data used according to the specifications of the imaging apparatus, the OTF set of the imaging optical system can be handled in common.

ここで、絞り値が所定値以下の場合はOTFから画像回復フィルタを生成し、絞り値が所定値以上の場合は直接画像回復フィルタを用いる理由について説明する。   Here, the reason why the image restoration filter is generated from the OTF when the aperture value is equal to or smaller than the predetermined value and the image restoration filter is directly used when the aperture value is equal to or larger than the predetermined value will be described.

絞り値が所定値以下の場合、収差が支配的になるため、画像内の像高ごとの収差に応じて画像回復フィルタを変更して用いる必要がある。この場合、撮像光学系の回転対称性を用いると、1次元方向の像高ごとにOTFを用意して、光軸を中心に回転することで画像の各位置のOTFを生成することができる。OTFは、図8で示したように特性の変化が比較的急峻ではないため、回転とこれに伴う補間処理を行っても少ない劣化で再配置することが可能である。よって、1次元方向の少ないデータ量から画面全体のOTFを再現することができる。一方、画像回復フィルタは、図6で示したように特性の変化が急峻であるため、回転とこれに伴う補間処理を行うと特性が大きく変化してしまう。そのため、あらかじめ画面全体の画像回復フィルタを保持しておく必要が発生してしまう。また、画面内の補間だけでなく、撮影条件間で補間する際にも同様の問題によりOTFを初期データとして扱うほうがデータ量を削減することができる。   When the aperture value is equal to or smaller than the predetermined value, the aberration becomes dominant. Therefore, it is necessary to change and use the image restoration filter according to the aberration for each image height in the image. In this case, using the rotational symmetry of the imaging optical system, an OTF can be prepared for each image height in a one-dimensional direction, and an OTF at each position of the image can be generated by rotating around the optical axis. Since the characteristic change of the OTF is not relatively steep as shown in FIG. 8, the OTF can be rearranged with little deterioration even if the rotation and the interpolation processing associated therewith are performed. Therefore, the OTF of the entire screen can be reproduced from a small amount of data in the one-dimensional direction. On the other hand, since the characteristics of the image restoration filter are steep as shown in FIG. 6, when the rotation and the interpolation processing associated therewith are performed, the characteristics change greatly. Therefore, it becomes necessary to hold an image restoration filter for the entire screen in advance. Further, not only in-screen interpolation but also when interpolating between shooting conditions, the amount of data can be reduced by treating OTF as initial data due to the same problem.

絞り値が所定値以上の場合、回折が支配的であり、画像内に一律の画像回復フィルタを用いることができる。よって、絞り値が所定値以上の場合はOTFを初期データとして画像回復フィルタに変換する処理が必要なく、あらかじめ用意された画像回復フィルタを用いることで処理の負荷を低減することができる。   When the aperture value is greater than or equal to a predetermined value, diffraction is dominant and a uniform image restoration filter can be used in the image. Therefore, when the aperture value is equal to or larger than the predetermined value, it is not necessary to convert the OTF into the image restoration filter as the initial data, and the processing load can be reduced by using the image restoration filter prepared in advance.

本実施例では、図11を用いて、供給手段側が選択手段を備えている場合について説明する。図11は、本発明の実施形態に係る画像処理システムのブロック図である。   In the present embodiment, a case where the supply unit side includes a selection unit will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a block diagram of an image processing system according to the embodiment of the present invention.

図11(a)は、データサーバ306が選択手段308を有している場合の画像処理システムを表している。撮像装置301は、OTFを格納する記憶部302と、画像回復処理を行う画像処理部303を有している。撮像光学系304は、撮像装置301に着脱可能に取り付けられる。撮像装置301は、コンピュータ305を介してデータサーバ306とデータ通信可能な状態に接続されている。なお、撮像装置301の通信手段(不図示)を用いて無線通信等によりコンピュータ305を介さずに直接データサーバ306とデータ通信可能な状態に接続してもよい。データサーバ306は、複数の機種の撮像光学系のOTFのセットを格納したデータベース307と、撮像装置に応じてOTFのセットから一部を選択する選択手段308を有している。データベース307からOTFを選択して記憶部302に格納する場合、撮像装置301側からは撮像光学系304と撮像装置301の機種情報を送信し、データサーバ306側の選択手段308がこれに適したOTFを選択する。   FIG. 11A shows an image processing system when the data server 306 has a selection unit 308. The imaging apparatus 301 includes a storage unit 302 that stores an OTF and an image processing unit 303 that performs image restoration processing. The imaging optical system 304 is detachably attached to the imaging device 301. The imaging device 301 is connected to a data server 306 via a computer 305 so that data communication is possible. Note that the communication unit (not shown) of the image pickup apparatus 301 may be connected to a state in which data communication can be performed directly with the data server 306 without using the computer 305 by wireless communication or the like. The data server 306 includes a database 307 that stores a set of OTFs of a plurality of types of imaging optical systems, and a selection unit 308 that selects a part from the set of OTFs according to the imaging apparatus. When the OTF is selected from the database 307 and stored in the storage unit 302, the imaging optical system 304 and the model information of the imaging device 301 are transmitted from the imaging device 301 side, and the selection unit 308 on the data server 306 side is suitable for this. Select OTF.

図11(b)は、コンピュータ305が選択手段308を有している場合の画像処理システムを表している。データベース307からOTFを選択して記憶部302に格納する場合、撮像装置301側からは撮像光学系304と撮像装置301の機種情報を送信する。そして、コンピュータ305の選択手段308が送信された情報に適したOTFを選択し、データサーバ306からOTFを取得して撮像装置301に送信する。また、使用者がコンピュータ上で、撮像装置301の記憶部302の空き容量からOTFのデータ量を指定してもよい。このようにすることで、有限の記憶容量に対して要求精度と対応光学系の機種数のトレードオフを使用者が選択できる。   FIG. 11B shows an image processing system when the computer 305 has the selection unit 308. When the OTF is selected from the database 307 and stored in the storage unit 302, the model information of the imaging optical system 304 and the imaging device 301 is transmitted from the imaging device 301 side. Then, the selection unit 308 of the computer 305 selects an OTF suitable for the transmitted information, acquires the OTF from the data server 306, and transmits it to the imaging apparatus 301. Further, the user may specify the amount of OTF data from the free capacity of the storage unit 302 of the imaging device 301 on the computer. In this way, the user can select a trade-off between the required accuracy and the number of types of compatible optical systems for a finite storage capacity.

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。   As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.

101 撮像光学系
104 画像処理部(画像処理手段)
108 記憶部(記憶手段)
110 選択手段
101 Imaging optical system 104 Image processing unit (image processing means)
108 Storage unit (storage means)
110 Selection means

Claims (11)

撮像光学系に固有な光学伝達関数のセットを格納する供給手段から一部の光学伝達関数を選択する選択手段と、
前記一部の光学伝達関数を記憶する記憶手段と、
前記一部の光学伝達関数のうち前記撮像光学系の撮影条件に対応する光学伝達関数を用いて画像回復フィルタを生成し、前記画像回復フィルタを用いて画像回復処理を行う画像処理手段と、を有することを特徴とする画像処理装置。
A selection means for selecting a part of the optical transfer function from a supply means for storing a set of optical transfer functions specific to the imaging optical system;
Storage means for storing the partial optical transfer function;
Image processing means for generating an image restoration filter using an optical transfer function corresponding to a photographing condition of the imaging optical system among the partial optical transfer functions, and performing image restoration processing using the image restoration filter; An image processing apparatus comprising:
前記光学伝達関数のセットは、前記撮像光学系が撮影可能な焦点距離、絞り値、および撮影距離の組み合わせに応じて格納され、
前記選択手段は、少なくとも焦点距離、絞り値、および撮影距離のうちのいずれかに基づいて、前記一部の光学伝達関数を選択することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
The set of optical transfer functions is stored according to a combination of a focal length that can be photographed by the imaging optical system, an aperture value, and a photographing distance,
The image processing apparatus according to claim 1, wherein the selection unit selects the partial optical transfer function based on at least one of a focal length, an aperture value, and an imaging distance.
前記選択手段は、前記光学伝達関数のセットのうち、前記撮像光学系の絞り値が所定値以下である光学伝達関数を選択することを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。   The image processing apparatus according to claim 2, wherein the selection unit selects an optical transfer function in which the aperture value of the imaging optical system is a predetermined value or less from the set of optical transfer functions. 前記画像処理手段は、前記撮影条件のうち絞り値が前記所定値以下の場合に、生成した前記画像回復フィルタを用いて画像回復処理を行うことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の画像処理装置。   4. The image processing device according to claim 1, wherein the image processing unit performs image recovery processing using the generated image recovery filter when an aperture value is equal to or less than the predetermined value among the photographing conditions. 5. The image processing apparatus according to item. 前記一部の光学伝達関数は、前記画像処理手段が使用する光学伝達関数を生成するための係数データ群であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の画像処理装置。   5. The image processing apparatus according to claim 1, wherein the partial optical transfer function is a coefficient data group for generating an optical transfer function used by the image processing unit. . 撮像光学系に固有な画像回復フィルタのセットを格納する供給手段から一部の画像回復フィルタを選択する選択手段と、
前記一部の画像回復フィルタを記憶する記憶手段と、
前記一部の画像回復フィルタのうち前記撮像光学系の撮影条件に対応する画像回復フィルタを用いて画像回復処理を行う画像処理手段と、を有することを特徴とする画像処理装置。
Selection means for selecting some image restoration filters from supply means for storing a set of image restoration filters unique to the imaging optical system;
Storage means for storing the partial image restoration filter;
An image processing apparatus comprising: an image processing unit that performs an image restoration process using an image restoration filter corresponding to a photographing condition of the imaging optical system among the partial image restoration filters.
撮像光学系により形成された被写体像を光電変換して撮影画像を生成する撮像素子と、
前記撮像光学系に固有な光学伝達関数のセットを格納する供給手段から一部の光学伝達関数を選択する選択手段と、
前記一部の光学伝達関数を記憶する記憶手段と、
前記一部の光学伝達関数のうち前記撮像光学系の撮影条件に対応する光学伝達関数を用いて画像回復フィルタを生成し、前記画像回復フィルタを用いて前記撮影画像の画像回復処理を行う画像処理手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
An image sensor that photoelectrically converts a subject image formed by the imaging optical system to generate a captured image; and
A selection means for selecting a part of the optical transfer function from a supply means for storing a set of optical transfer functions specific to the imaging optical system;
Storage means for storing the partial optical transfer function;
Image processing for generating an image restoration filter using an optical transfer function corresponding to a photographing condition of the imaging optical system among the partial optical transfer functions, and performing image restoration processing of the photographed image using the image restoration filter And an imaging device.
撮像光学系と、
前記撮像光学系により形成された被写体像を光電変換して撮影画像を生成する撮像素子と、
前記撮像光学系に固有な光学伝達関数のセットを格納する供給手段から一部の光学伝達関数を選択する選択手段と、
前記一部の光学伝達関数を記憶する記憶手段と、
前記一部の光学伝達関数のうち前記撮像光学系の撮影条件に対応する光学伝達関数を用いて画像回復フィルタを生成し、前記画像回復フィルタを用いて前記撮影画像の画像回復処理を行う画像処理手段と、を有することを特徴とするカメラシステム。
An imaging optical system;
An imaging device that photoelectrically converts a subject image formed by the imaging optical system to generate a captured image;
A selection means for selecting a part of the optical transfer function from a supply means for storing a set of optical transfer functions specific to the imaging optical system;
Storage means for storing the partial optical transfer function;
Image processing for generating an image restoration filter using an optical transfer function corresponding to a photographing condition of the imaging optical system among the partial optical transfer functions, and performing image restoration processing of the photographed image using the image restoration filter And a camera system.
撮像光学系に固有な光学伝達関数のセットを格納する供給手段と、
前記供給手段から一部の光学伝達関数を選択する選択手段と、
前記一部の光学伝達関数を記憶する記憶手段と、
前記一部の光学伝達関数のうち、前記撮像光学系の撮影条件に対応する光学伝達関数を用いて画像回復フィルタを生成し、前記画像回復フィルタを用いて画像回復処理を行う画像処理手段と、を有することを特徴とする画像処理システム。
Supply means for storing a set of optical transfer functions specific to the imaging optics;
Selection means for selecting a part of the optical transfer function from the supply means;
Storage means for storing the partial optical transfer function;
An image processing unit that generates an image restoration filter using an optical transfer function corresponding to a photographing condition of the imaging optical system among the partial optical transfer functions, and performs image restoration processing using the image restoration filter; An image processing system comprising:
前記供給手段は、前記選択手段を有することを特徴とする請求項9に記載の画像処理システム。   The image processing system according to claim 9, wherein the supply unit includes the selection unit. 前記供給手段は、データサーバ、記憶媒体、撮像装置および前記撮像光学系のうちいずれかであることを特徴とする請求項9または10に記載の画像処理システム。   The image processing system according to claim 9, wherein the supply unit is any one of a data server, a storage medium, an imaging device, and the imaging optical system.
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