JP2020123857A - Imaging apparatus, image correction method, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像装置、画像補正方法、及び、プログラムに関する。 The present invention relates to an imaging device, an image correction method, and a program.
撮像装置において暗電流による黒レベルの変化の画像への影響を低減するために、遮光領域(オプティカルブラック)を設けておき黒レベルの基準とする方法がある。 In order to reduce the influence on the image of the change in black level due to dark current in the image pickup apparatus, there is a method in which a light-shielding area (optical black) is provided and used as a reference for the black level.
また、撮像素子の高解像度化に伴って撮像素子が欠陥画素を有する場合があり、従来から、出荷前に欠陥画素の座標をそれぞれ登録しておき、ユーザが撮像操作を行った際に登録されている座標の画素の出力を補正する方法が採られている。欠陥画素は遮光領域にも生じるので、遮光領域の出力から黒レベルを決定する際にも予め登録されている欠陥画素の出力は黒レベルの決定には用いられない。 In addition, the image sensor may have a defective pixel as the resolution of the image sensor increases, and conventionally, the coordinates of the defective pixel are registered before shipment, and are registered when the user performs an image capturing operation. A method of correcting the output of the pixel at the given coordinates is adopted. Since defective pixels also occur in the light-shielded area, the output of the defective pixel registered in advance is not used for determining the black level when determining the black level from the output of the light-shielded area.
ところで、広角な画角を撮像できる撮像装置では複数の撮像素子が搭載される場合があるが、複数の撮像素子が撮像した画像データのつなぎ目の品質を担保するために、撮像素子によって画素の出力の読み出し方向を変える技術が考案されている(例えば特許文献1参照。)。特許文献1には、つなぎ目の品質を担保するために撮像素子の露光タイミングのずれを補正する撮像装置が開示されている。 By the way, an image pickup apparatus capable of picking up a wide angle of view may be equipped with a plurality of image pickup elements. However, in order to ensure the quality of joints of image data picked up by the plurality of image pickup elements, the image pickup elements output pixels. There has been devised a technique for changing the reading direction of (see Patent Document 1, for example). Patent Document 1 discloses an imaging device that corrects the exposure timing deviation of the imaging element in order to ensure the quality of the joint.
しかしながら、撮像素子によって画素の出力の読み出し方向が変わると、事前に登録されている欠陥画素の座標と遮光領域から読み出される欠陥画素の座標とが一致しない場合が生じ、この結果、遮光領域のうち黒レベルの補正に使用できる画素数が減少するという問題があった。黒レベルの補正に使用できる画素数が減少すると、黒レベルの精度が低下し画質が低下するおそれがある。 However, when the pixel output read direction changes depending on the image sensor, the coordinates of the defective pixel registered in advance and the coordinates of the defective pixel read from the light-shielding area may not match. There is a problem that the number of pixels that can be used for black level correction is reduced. If the number of pixels that can be used to correct the black level decreases, the accuracy of the black level may decrease and the image quality may deteriorate.
本発明は、上記課題に鑑み、撮像素子の画素の出力の読み出し方向が変わっても画質の低下を抑制できる撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an imaging device capable of suppressing deterioration of image quality even when the output reading direction of pixels of an imaging element is changed.
上記課題に鑑み、本発明は、画素の出力が上から下、又は、下から上に読み出される撮像素子を有する撮像装置であって、画素の出力を上から下に読み出すか、又は、下から上に読み出すかによって、出力が読み出されない画素を有する第一遮光領域、画素の出力を上から下に読み出しても、又は、下から上に読み出しても、出力が読み出される画素を有する第二遮光領域、及び、入射光に対する画像データを出力する有効領域、を有する撮像素子と、欠陥画素の座標が登録された欠陥画素情報の記憶手段と、前記欠陥画素情報に登録されている前記欠陥画素を前記第二遮光領域から除外して、前記第二遮光領域の画素の出力から黒レベルを決定し、前記黒レベルに基づいて前記有効領域の画像を補正する画像補正手段と、を有することを特徴とする。 In view of the above problems, the present invention is an imaging device having an imaging device in which pixel outputs are read from top to bottom or from bottom to top, and pixel outputs are read from top to bottom, or from bottom. A first light-shielding region having a pixel whose output is not read, depending on whether to read upward, a second light-shielding region having a pixel whose output is read even if the pixel output is read from top to bottom or from bottom to top An image sensor having a light-shielding area and an effective area for outputting image data for incident light, a storage unit for storing defective pixel information in which the coordinates of the defective pixel are registered, and the defective pixel registered in the defective pixel information. Is excluded from the second light-shielding region, the black level is determined from the output of the pixel of the second light-shielding region, and the image correction unit that corrects the image of the effective region based on the black level is included. Characterize.
撮像素子の画素の出力の読み出し方向が変わっても画質の低下を抑制できる撮像装置を提供することができる。 It is possible to provide an image pickup apparatus capable of suppressing deterioration in image quality even if the reading direction of the pixel output of the image pickup element changes.
以下、本発明を実施するための形態の一例として、撮像装置と撮像装置が行う画像補正方法について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, as an example of a mode for carrying out the present invention, an image pickup apparatus and an image correction method performed by the image pickup apparatus will be described with reference to the drawings.
<従来技術に関する補足>
まず、図1を用いて従来技術について補足する。図1は、撮像素子130と撮像素子130に設けられた第一遮光領域11を拡大して示す図である。
<Supplementary information on conventional technology>
First, the conventional technique will be supplemented with reference to FIG. FIG. 1 is an enlarged view showing the
画素欠陥は長秒撮像時に多く発生する傾向があり、画質の低下を招くので出荷前の調整工程で欠陥画素の座標を登録しておくことが一般的に行われている。撮像時には登録されている座標の画素(欠陥画素)の出力を周囲の画素の出力で補正する。また、欠陥画素は第一遮光領域11にも存在し、第一遮光領域11の出力(検波)の値に誤差を生じさせるので、第一遮光領域11の欠陥画素の座標も調整工程で登録されている。撮像時に黒レベルを決定する際には、登録されている座標の画素(欠陥画素)の出力を黒レベルの決定に用いない(以下、単に「除去する」という)。
Since pixel defects tend to occur frequently during long-time imaging, which leads to deterioration in image quality, it is common to register the coordinates of defective pixels in the adjustment process before shipping. At the time of image capturing, the output of the pixel (defective pixel) at the registered coordinates is corrected by the output of the surrounding pixels. In addition, since the defective pixel also exists in the first light-
ところで、図1のような撮像素子130を複数有する撮像装置では、複数の撮像素子130の各々により撮像された画像を繋ぎ合わせて1つの画像を生成する必要があり、つなぎ目の画質を高めるため、複数の撮像素子130で読み出し方向を異ならせることでつなぎ目部分の露光タイミングを合わせることが望ましいとされている。こうすることで異なる撮像素子130のつなぎ目部分の撮像時刻のずれを低減できつなぎ目の画質を高めることができる。
By the way, in an image pickup apparatus having a plurality of
例えば読み出し方向を揃える方法としては物理的に異なる複数の撮像素子基板(撮像素子130が実装された基板)を用意することが考えられるが、この場合、異なる種類の撮像素子基板が必要になりコストが増大する。そこで、コストを抑えるために1種類の撮像素子基板を用い、撮像素子130からの読み出し方向(ライン単位の画素を上から読み出すか、下から読み出すか)を逆方向に動作させて、読み出し方向を調整するという手法が採用される場合がある。
For example, as a method of aligning the reading directions, it is conceivable to prepare a plurality of physically different image pickup device substrates (substrates on which the
図1の撮像素子130は上から下(非反転読み出し方向)、又は、下から上(反転読み出し方向)に読み出されることになるが、読み出し方向が決まる工程と、欠陥画素の座標の登録工程の順番が常に決まっているとは限らなかった。つまり、読み出し方向が定まった状態で欠陥画素の座標の事前の登録が行われるとは限らない。このため、以下のような不都合が生じる。
The
図1(a)は第一遮光領域11の物理配置と、読み出し方向による読み出し領域の違いを示している。実線で囲まれた領域は非反転読み出し方向で読みだされる非反転読み出し領域35であり、点線で囲まれた領域は反転読み出し方向で読みだされる反転読み出し領域34である。図示するように、非反転読み出し領域35と反転読み出し領域34は完全には一致しない。このため、非反転読み出し領域35の上帯部33は反転読み出し方向の場合は読み出されず、反転読み出し領域34の下帯部32は非反転読み出し方向の場合は読み出されない。
FIG. 1A shows the physical arrangement of the first
これは、第一遮光領域11の画素を全て読み取る必要はないこと、第一遮光領域11の高さは必ずしも一定でないこと、又は、画像データとしてユーザが眼にすることはないため上下反転することもなく一部分だけ読み取ればよいこと、等を理由としている。なお、後述するように、被写体の画像が投影される有効領域13(非遮光領域)が反転読み出しされた場合は、画像データが上下逆になるため、上下反転という処理が行われる。
This is because it is not necessary to read all the pixels of the first light-
非反転読み出し領域35と反転読み出し領域34の重複領域は、非反転読み出しでも反転読み出しでも登録されている欠陥画素の座標と一致する欠陥画素があるため、一致領域31という。
The overlapping area of the
図1(b)は、反転読み出しされた反転読み出し領域34と欠陥画素41a〜41d、42a、42bを示す。反転読み出しであるため図1(a)の下帯部32が上側にあり、下側に一致領域31がある。下帯部32と一致領域31にそれぞれ欠陥画素が存在する。
FIG. 1B shows an inverted
図1(c)は非反転読み出しされた非反転読み出し領域35と欠陥画素を示す。非反転読み出しであるため図1(a)の上帯部33が上側にあり、下側に一致領域31がある。上帯部33と一致領域31にそれぞれ欠陥画素が存在する。
FIG. 1C shows the
図1(b)と図1(c)を比較すると、一致領域31に存在する欠陥画素41a〜41dは読み出し方向が反対に変わっても一致領域31の上下に線対称な位置に存在する(一致領域31を水平に折りたたむと別の読み出し方向の一致領域31の欠陥画素がある)。つまり、一致領域31の欠陥画素41a〜41dは、座標が事前に登録されていれば、つなぎ目の画質維持のために決定された読み出し方向が非反転読み出し方向でも反転読み出し方向でも、座標が登録されているため撮像時の黒レベルの決定から除外できる。
Comparing FIG. 1B and FIG. 1C, the
しかし、下帯部32の欠陥画素は、つなぎ目の画質維持のために決定された読み出し方向が非反転読み出し方向の場合は、撮像時の画質補正に使用できない。上帯部33の欠陥画素は、つなぎ目の画質維持のために決定された読み出し方向が反転読み出し方向の場合は、撮像時の画質補正に使用できない。
However, the defective pixel of the
このように、欠陥画素の座標の登録工程における読み出し方向と撮像装置として出荷された状態の読み出し方向が一致しない場合、第一遮光領域11から読み出された画像データが、欠陥画素の座標が登録されていない領域を含みうるため、結果的に第一遮光領域11として使える領域が一致領域31のみとなってしまい、遮光領域のサンプル数の減少により黒レベルの精度が低下してしまうという不都合があった。
As described above, when the reading direction in the process of registering the coordinates of the defective pixel does not match the reading direction in the state shipped as the imaging device, the image data read from the first light-shielding
<用語について>
画素の出力の読み出し方向とは1ライン分の出力が撮像素子の上から下に順番に読み出されるのか、下から上に順番に読み出されるのかをいう。
<About terms>
The reading direction of the pixel output refers to whether the output for one line is sequentially read from the top to the bottom of the image sensor or from the bottom to the top.
入射光に対する画像データを出力する有効領域とは遮光されていない画素の領域をいう。 The effective area for outputting image data with respect to the incident light refers to an area of pixels that is not shielded.
画像の補正とは、真に近い値に変更すること、適切な画素値に変更すること、画質を向上させることをいう。 Image correction means changing to a value close to true, changing to an appropriate pixel value, and improving image quality.
<構成例>
以下、図2及び図3を参照しながら、本実施形態による撮像装置100の全体構成について説明する。図2は、本実施形態による撮像装置100の断面図である。図2に示す撮像装置100は、撮像体19と、上記撮像体19その他コントローラボードやバッテリなどの部品を保持する筐体17と、上記筐体17に設けられた撮像ボタン18とを備える。
<Structure example>
Hereinafter, the overall configuration of the
図2に示す撮像体19は、2つの結像光学系20A,20Bと、撮像素子130A,撮像素子130Bと、を有する(撮像素子130A、130Bのうち任意の撮像素子を撮像素子130とする)。撮像素子130A,130Bは、CCD(Charge Coupled Device)センサやCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサなどである。結像光学系20A、20Bは、例えば6群7枚の魚眼レンズとして構成される。上記魚眼レンズは、図2に示す実施形態では、180度(=360度/n;光学系の数n=2)より大きい全画角を有し、好適には、190度以上の画角を有する。このような広角な結像光学系20A,20Bと撮像素子130とを1個ずつ組み合わせたものを広角撮像光学系と称する。
The
2つの結像光学系20A,20Bの光学素子(レンズ、プリズム、フィルタ及び開口絞り)は、撮像素子130A,130Bに対して位置が定められる。結像光学系20A,20Bの光学素子の光軸が、対応する撮像素子130A,130Bの受光領域の中心部に直交して位置するように、かつ、受光領域が、対応する魚眼レンズの結像面となるように位置決めが行われる。
The positions of the optical elements (lens, prism, filter, and aperture stop) of the two imaging
図2に示す実施形態では、結像光学系20A,20Bは、同一仕様のものであり、それぞれの光軸が合致するようにして、互いに逆向きに組み合わせられる。撮像素子130A,130Bは、受光した光分布を画像信号に変換し、コントローラボード上の画像処理ブロックに、順次、画像フレームを出力する。詳細は後述するが、撮像素子130A,130Bでそれぞれ撮像された画像は、合成処理されて、これにより、立体角4πステアラジアンの画像(以下「全天球画像」と参照する。)が生成される。全天球画像は、撮像地点から見渡すことのできる全ての方向を撮像したものとなる。説明する実施形態では、全天球画像を生成するものとして説明するが、水平面のみ広角に(例えば、90度〜360度)を撮像した、いわゆるパノラマ画像であってもよく、全天球の全景のうちの一部を撮像した画像であってもよい。また、全天球画像は、静止画として保存することもできるし、動画として保存することもできる。
In the embodiment shown in FIG. 2, the image forming
図3は、本実施形態による撮像装置100のハードウェア構成を示す。撮像装置100は、CPU(Central Processing Unit)112と、ROM(Read Only Memory)114と、画像処理ブロック116と、動画圧縮ブロック118と、DRAM(Dynamic Random Access Memory)インタフェース120を介して接続されるDRAM132と、外部ストレージインタフェース122を介して接続される外部ストレージ134と、外部センサインタフェース124を介して接続される姿勢センサ136と、USBインタフェース126を介して接続されるUSBコネクタ138と、シリアルブロック128を介して接続される無線NIC(Network Interface Card)140と、映像出力インタフェース129と、を有する。
FIG. 3 shows a hardware configuration of the
CPU112は、撮像装置100の各部の動作及び全体動作を制御する。ROM114は、CPU112が解読可能なコードで記述された制御プログラム(特許請求の範囲のプログラムの一例)や各種パラメータを格納する。画像処理ブロック116は、撮像素子130A,撮像素子130Bと接続され、それぞれで撮像された画像の画像信号が入力される。撮像素子130Aは撮像素子130Aの温度を検出する第1温度センサ150Aを有し、撮像素子130Bは撮像素子130Bの温度を検出する第2温度センサ150Bを有している。
The
画像処理ブロック116は、ISP(Image Signal Processor)などを含み構成され、撮像素子130から入力された画像信号に対し、シェーディング補正、ベイヤー補間、ホワイト・バランス補正、ガンマ補正などを行う。画像処理ブロック116は、更に、撮像素子130Aと撮像素子130Bから上記処理を経て取得された複数の画像を合成処理し、これにより、上記した全天球画像を生成する処理を行う。
The
動画圧縮ブロック118は、MPEG−4 AVC/H.264などの動画圧縮及び伸張を行うコーデック・ブロックである。動画圧縮ブロック118は、生成された全天球画像の動画データを保存するため、又は、保存された動画データを再生出力するために用いられる。DRAM132は、各種信号処理及び画像処理を施す際にデータを一時的に保存する記憶領域を提供する。
The moving
姿勢センサ136は、加速度センサ、ジャイロセンサ、地磁気センサ又はこれらの組み合わせで構成され、撮像装置100の姿勢を特定するために用いられる。例えば、3軸の加速度センサは、3軸の加速度成分を検出することができる。3軸のジャイロセンサは、3軸の角速度を検出することができる。地磁気センサは、磁界の向きを計測することができる。これらのセンサの出力を単独で又は組み合わせることにより、撮像装置100の3つの姿勢角が与えられる。姿勢センサ136から得られる情報は、全天球画像の天頂補正を施すために用いられ、また、後述する注目点に応じた画像回転処理を施すために用いることができる。
The
外部ストレージインタフェース122には、メモリカードスロットに挿入されたメモリカードなどの外部ストレージ134が接続される。外部ストレージインタフェース122は、外部ストレージ134に対する読み書きを制御する。
An
USBインタフェース126には、USBコネクタ138が接続される。USBインタフェース126は、USBコネクタ138を介して接続されるパーソナル・コンピュータなどの外部機器とのUSB通信を制御する。シリアルブロック128は、パーソナル・コンピュータなどの外部機器とのシリアル通信を制御し、無線NIC140が接続される。映像出力インタフェース129は、HDMI(High−Definition Multimedia Interface,HDMIは登録商標である。)などの外部ディスプレイと接続するためのインタフェースであり、記録前や記録中の画像又は、記録した画像を外部ディスプレイなどに映像出力することができる。
A
なお、一例として、USBコネクタ138、無線NIC140、HDMI(登録商標)による映像出力インタフェース129を示しているが、特定の規格に限定されるものではない。他の実施形態では、有線LAN(Local Area Network)などの有線通信、Bluetooth(登録商標)やワイヤレスUSBなどの他の無線通信、DisplayPort(登録商標)やVGA(Video Graphics Array)などの他の映像出力インタフェースを介して、外部機器と接続されてもよい。
Although the
電源スイッチの操作によって通電状態になると、上記制御プログラムがメインメモリにロードされる。CPU112は、メインメモリに読み込まれた制御プログラムに従って、装置各部の動作を制御すると共に、制御に必要なデータをメモリ上に一時的に保存する。これにより、撮像装置100の後述する各機能部及び処理が実現される。
When the power is turned on by operating the power switch, the control program is loaded into the main memory. The
<機能について>
図4は、撮像装置100が備える機能をブロック状に示す機能ブロック図の一例である。撮像装置100は、撮像画像取得部202と、画像補正部203と、つなぎ合わせ処理部204と、天頂補正部206と、全天球画像生成部208と、画像圧縮部210とを有する。
<About functions>
FIG. 4 is an example of a functional block diagram showing the functions of the
また、撮像装置100はROM114などに構築された欠陥画素DB305を有している。表1は欠陥画素DB305に登録されている欠陥画素の座標を示す。
The
(各機能の説明)
撮像画像取得部202は、上記した撮像素子130A,撮像素子130Bを制御し、それぞれからの撮像画像を取得する。静止画の場合は、シャッターが押されたタイミングで取得された1フレーム分の2つの撮像画像が取得される。動画の場合は、連続したフレームが順次撮像され、各フレームごとに2つの撮像画像が取得される。撮像素子130各々で撮像される画像は、概ね全天球のうちの半球を視野に収めた魚眼画像であり、全天球画像の部分的な画像を構成する。以下、撮像素子130それぞれが撮像した画像を部分画像と称する場合がある。
(Explanation of each function)
The captured
画像補正部203は(画像補正手段の一例)、欠陥画素DB305から欠陥画素の座標を取得し、欠陥画素の画素値を補正又は除外する。有効領域13においては主に欠陥画素の周囲の画素の画素値を用いて欠陥画素の画素値を補正する。第一遮光領域11及び第二遮光領域12においては黒レベルを決定するための画素から欠陥画素を除外する。本実施形態の画像補正部203は図1で説明した不都合を解消するため、第二遮光領域12の画素の出力を用いて黒レベルを決定する。
The image correction unit 203 (an example of an image correction unit) acquires the coordinates of the defective pixel from the
つなぎ合わせ処理部204は(つなぎ合わせ手段の一例)、取得された2つの部分画像間のつなぎ位置を検出し、2つの部分画像をつなぎ合わせるための処理を実行する。つなぎ位置検出処理では、フレーム毎に、複数の部分画像間に存在する重複領域において、複数の対応点各々の位置ずらし量を検出する処理が行われる。 The stitching processing unit 204 (an example of stitching means) detects the stitching position between the two acquired partial images, and executes processing for stitching the two partial images. In the joint position detection process, a process of detecting the position shift amount of each of the plurality of corresponding points in the overlapping region existing between the plurality of partial images is performed for each frame.
天頂補正部206は、図3に示した姿勢センサ136を制御し、撮像装置100の姿勢角を検出し、生成される全天球画像の天頂方向が所定の基準方向に一致するようにするための補正処理を実行する。ここで、所定の基準方向とは、典型的には、鉛直方向であり、重力加速度が作用する方向である。全天球画像の天頂方向が鉛直方向(天方向)に一致するよう補正することにより、特に動画像において、閲覧時に視野の変更を行う場合でもユーザに3次元酔いなどの違和感を与えないようにすることが可能となる。
The
全天球画像生成部208は、つなぎ合わせ処理部204及び天頂補正部206の処理結果が反映された状態で、撮像された2つの部分画像から全天球画像を生成する処理を実行する。なお、説明する実施形態においては、2つの部分画像から全天球画像を生成するための変換パラメータが存在し、つなぎ合わせ処理部204は、この変換パラメータに対し、つなぎ位置検出の結果を反映する。天頂補正部206も、変換パラメータに対し天頂補正の結果を反映する。そして、全天球画像生成部208は、これらの処理結果が反映された変換パラメータを用いて、2つの部分画像から全天球画像を生成する。このように処理することにより、最終的な全天球画像を得るための処理負荷を軽減することができる。
The omnidirectional
しかしながら、上記した実施形態に限定されるものではなく、2つの部分画像をつなぎ合わせて全天球画像を生成し、生成された全天球画像に対して天頂補正処理を施して、天頂補正が施された全天球画像を生成するよう構成することもできる。なお、変換パラメータについては後述する。 However, the zenith correction is not limited to the above-described embodiment, and the two partial images are joined to generate a omnidirectional image, and the generated omnidirectional image is subjected to the zenith correction process. It can also be configured to generate a rendered spherical image. The conversion parameters will be described later.
画像圧縮部210は、静止画圧縮ブロックを含み構成され、静止画を撮像する場合、撮像された画像を、JPEG(Joint Photographic Experts Group)などの所定の静止画形式の画像データに圧縮する。画像圧縮部210は、また、図3に示した動画圧縮ブロック118を制御するものであり、動画を撮像する場合、撮像された連続する画像フレームを所定の動画形式の画像データに圧縮する。動画圧縮形式としては、特に限定されるものではないが、H.264/MPEG−4 AVC(Advanced Video Coding)、H.265/HEVC(High Efficiency Video Coding)、Motion JPEG、Motion JPEG2000などの種々の動画圧縮形式を挙げることができる。生成された画像データは、撮像装置100に装着された外部ストレージ134や、その他、撮像装置100が備えるフラッシュメモリなどのストレージに保存される。
The
<全体的な手順>
図5は、撮像装置100が実行する撮像手順を示すフローチャート図の一例である。以下、図5を参照しながら、撮像装置100が実行する処理について説明する。なお、図5に示す処理は、ユーザによる撮像ボタンの押下などの記録指示に応答して開始される。図5に示す処理は静止画を撮像する場合を説明している。
<Overall procedure>
FIG. 5 is an example of a flowchart showing an image capturing procedure executed by the
ステップS101では、撮像画像取得部202が撮像素子130A,撮像素子130Bからの撮像画像を取得する。撮像画像について図6〜図8を参照して説明する。
In step S101, the captured
図6は、本実施形態による撮像装置100における射影関係を説明する図である。本実施形態において、1つ魚眼レンズで撮像された画像は、撮像地点から概ね半球分の方位を撮像したものとなる。また、魚眼レンズは、図6(a)に示すように、光軸に対する入射角度φに対応した像高hで画像を生成する。像高hと、入射角度φとの関係は、所定の投影モデルに応じた射影関数で決定される。
FIG. 6 is a diagram illustrating a projection relationship in the
射影関数は、魚眼レンズの性質によって異なる。上記投影モデルとしては、等距離射影方式(h=f・φ)、中心投影方式(h=f・tanφ)、立体射影方式(h=2f・tan(φ/2))、等立体角射影方式(h=2f・sin(φ/2))及び正射影方式(h=f・sinφ)を挙げることができる。いずれの方式においても、光軸からの入射角度φと焦点距離fとに対応して結像の像高hが決定される。また、本実施形態では、画像対角線よりもイメージサークル径が小さな、いわゆる円周魚眼レンズの構成を採用するものとし、得られる部分画像は、図6(b)に示すように、撮像範囲の概ね半球分が投影されたイメージサークル全体を含む平面画像となる。 The projection function depends on the nature of the fisheye lens. The projection model includes an equidistant projection method (h=f·φ), a central projection method (h=f·tan φ), a stereoscopic projection method (h=2f·tan(φ/2)), an equisolid angle projection method. (H=2f·sin(φ/2)) and the orthogonal projection method (h=f·sinφ). In either method, the image height h of the formed image is determined according to the incident angle φ from the optical axis and the focal length f. Further, in the present embodiment, it is assumed that a so-called circumferential fisheye lens having a smaller image circle diameter than the diagonal line of the image is adopted, and the partial image obtained is approximately a hemisphere of the imaging range as shown in FIG. 6B. It becomes a planar image including the entire image circle onto which the minutes are projected.
図7は、本実施形態で用いられる全天球画像の画像データのデータ構造を説明する図である。なお、図7はすでに2つの半球の画像がつなぎ合わされた状態を示す。図7(b)に示すように、全天球画像のフォーマットは、所定の軸に対するなす角度に対応する角度φと、上記軸周りの回転角に対応する水平角度θとを座標とした画素値の配列として表現される。各座標値(θ,φ)は、図7(a)に示すように、撮像地点を中心とした全方位を表す球面上の各点と対応付けられており、全方位が全天球画像上にマッピングされる。 FIG. 7 is a diagram for explaining the data structure of the image data of the spherical image used in this embodiment. Note that FIG. 7 shows a state in which the images of two hemispheres have already been joined. As shown in FIG. 7B, the spherical image format has a pixel value in which an angle φ corresponding to an angle formed with respect to a predetermined axis and a horizontal angle θ corresponding to a rotation angle around the axis are coordinates. Expressed as an array of. As shown in FIG. 7A, each coordinate value (θ, φ) is associated with each point on the spherical surface representing the omnidirectional direction centered on the imaging point, and the omnidirectional direction is on the omnidirectional image. Is mapped to.
図8は、本実施形態による撮像装置が用いる変換パラメータを説明する図である。変換パラメータは、平面座標系で表現される部分画像から、球面座標系で表現される画像への射影を規定する。変換パラメータは、図8(a)及び(b)に示すように、各魚眼レンズごとに、補正後画像の座標値(θ,φ)と、該座標値(θ,φ)にマッピングされる補正前の部分画像の座標値(x、y)とを対応付ける情報を、全座標値(θ,φ)に対して保持したものである。図8の例示では、1画素が担当する角度は、φ方向及びθ方向いずれも1/10度であり、変換パラメータは、各魚眼レンズについて、3600×1800の対応関係を示す情報を有している。オリジナルの変換パラメータは、事前に製造元等で理想的なレンズモデルからの歪みを補正した上で計算され、テーブル化されたものを用いることができる。 FIG. 8 is a diagram for explaining conversion parameters used by the image pickup apparatus according to the present embodiment. The conversion parameter defines the projection from the partial image represented by the plane coordinate system to the image represented by the spherical coordinate system. As shown in FIGS. 8A and 8B, the conversion parameters are, for each fish-eye lens, the coordinate values (θ, φ) of the corrected image and the pre-correction mapped to the coordinate values (θ, φ). The information for associating with the coordinate values (x, y) of the partial image is stored for all coordinate values (θ, φ). In the example of FIG. 8, the angle that one pixel is in charge of is 1/10 degrees in both the φ direction and the θ direction, and the conversion parameter has information indicating the correspondence of 3600×1800 for each fisheye lens. .. The original conversion parameters may be calculated in advance after correcting the distortion from the ideal lens model by the manufacturer or the like and tabulated.
図5に戻って説明する。ステップS102では、画像補正部203が撮像素子130Aと撮像素子130Bがそれぞれ撮像した画像を補正する。この処理の詳細は後述する。
It returns to FIG. 5 and demonstrates. In step S102, the
次に、ステップS103では、つなぎ合わせ処理部204が、取得された2つの部分画像間の重複領域にてつなぎ位置を検出し、変換パラメータに対し、つなぎ位置検出の結果を反映する。つなぎ位置検出の結果の反映により、図8(a)に示す変換パラメータは、補正後画像の座標値(θ,φ)に対し、つなぎ位置補正を反映した部分画像の座標値(x、y)が対応付けられるように修正される。
Next, in step S103, the joining
ステップS104では、天頂補正部206が、撮像装置100の重力方向に対する姿勢角を検出し、生成される全天球画像の天頂方向が鉛直方向に一致するように変換パラメータを修正する。天頂補正は、詳細を後述する3次元回転変換と同様の処理により実施することができるが、ここでは詳細には立ち入らない。
In step S104, the zenith correction|
ステップS105では、全天球画像生成部208が変換パラメータを用いて、撮像された2つの部分画像から全天球画像を生成する処理を実行する。ステップS105においては、まず、変換パラメータを用いて、部分画像が、平面座標系から球面座標系へ変換される。そして、2つの球面座標系の部分画像が画像合成されて、全天球画像が生成される。
In step S105, the omnidirectional
図9は、本実施形態による撮像装置100が2つの部分画像から生成する全天球画像を示す。図9(a)は撮像装置100で撮像された半球画像(前側)、図9(b)は撮像装置100で撮像された半球画像(後側)、図9(c)は正距円筒図法により表された画像(以下、「正距円筒射影画像」という)を示した図である。
FIG. 9 shows a celestial sphere image generated from the two partial images by the
図9(a)に示されているように、撮像素子130Aによって得られた画像は、後述の魚眼レンズ102aによって湾曲した半球画像(前側)となる。また、図9(b)に示されているように、撮像素子130Bによって得られた画像は、後述の魚眼レンズ102bによって湾曲した半球画像(後側)となる。そして、半球画像(前側)と、180度反転された半球画像(後側)とが合成され、図9(c)に示されているように、正距円筒射影画像ECが作成される。
As shown in FIG. 9A, the image obtained by the
OpenGL ES(Open Graphics Library for Embedded Systems)等が利用されることで、正距円筒射影画像が球面を覆うように貼り付けられ、全天球画像が作成される。このように、全天球画像は、正距円筒射影画像ECが球の中心を向いた画像として表される。なお、OpenGL ESは、2D(2−Dimensions) 及び3D(3−Dimensions)のデータを視覚化するために使用するグラフィックスライブラリである。なお、全天球画像は、静止画であっても動画であってもよい。 By using OpenGL ES (Open Graphics Library for Embedded Systems) etc., the equirectangular projection image is pasted so as to cover the spherical surface, and a spherical image is created. In this way, the omnidirectional image is represented as an image in which the equirectangular cylindrical projection image EC faces the center of the sphere. OpenGL ES is a graphics library used for visualizing 2D (2-Dimensions) and 3D (3-Dimensions) data. The spherical image may be a still image or a moving image.
図5に戻って説明する。ステップS106では、画像圧縮部210が生成された全天球画像の画像データを画像圧縮し、ステップS107で、生成された画像データをストレージに保存する。
It returns to FIG. 5 and demonstrates. In step S106, the
<撮像素子における遮光領域について>
続いて、図10を用いて撮像素子130の遮光領域について説明する。図10は撮像素子130A,130Bに設けられた遮光領域と有効領域13の配置例を示す図である。なお、2つの撮像素子130A,130Bの構造は同じでよいため、図では1つの撮像素子130A又は130Bのみを示した。
<Regarding the light shielding area in the image sensor>
Next, the light blocking area of the
CMOSやCCDなどのイメージセンサでは、高ゲイン時、長秒撮像時、又は、高温時など画素に光が入射していなくても暗電流による出力が生じることあり、暗電流により光が入射しているかのような画像となってしまうことがある(暗いはずの部分が明るく写ってしまう等)。暗電流による画質低下を抑制するため、撮像素子130A,130Bは1つ以上の遮光領域を有している。図10では第一遮光領域11と第二遮光領域12が設けられている。上側の端部にある第一遮光領域11をトップ遮光領域、横側(左側)の端部にある第二遮光領域12をサイド遮光領域という場合がある。なお、有効領域13は入射光に対する画像データを出力する(ユーザが眼にする画像データを出力する)。
In an image sensor such as a CMOS or a CCD, an output due to a dark current may be generated even when light is not incident on a pixel at the time of high gain, long-time imaging, or high temperature. The image may appear as if it were dark (a part that should be dark appears bright). In order to suppress image quality deterioration due to dark current, the
遮光領域の画素も有効領域13の画素に近い(同程度の)暗電流を出力するので、画像補正部203は遮光領域の画素の出力を検出(検波)して、有効領域13から遮光領域の出力を減算することによって、入射光に対する有効領域13の画素の出力のみを取り出す。より具体的には、撮像時に遮光領域の出力の平均値を求めて黒レベルとし、この平均値(黒レベル)を有効領域13の各画素の出力から減算することで暗電流補正を行う。
Since the pixels in the light-shielded area also output a dark current that is close to (comparable to) the pixels in the
遮光領域の画素の出力にもノイズが含まれるので、サンプル数(遮光領域の画素数)は多いほうが安定した黒レベルを算出することができる。図1にて説明したように、第一遮光領域11ではサンプル数(画素の数)が十分でなくなるおそれがあるので、本実施形態では第二遮光領域12を黒レベルの決定に使用する。必ずしも第二遮光領域12の全てを使用しなくてもよく、例えば第一遮光領域11と同程度のサイズに相当する一部の画素の出力のみを使用してもよい。なお、第二遮光領域12は撮像素子130A、130Bの右側にあってもよい。
Since noise is also included in the output of the pixels in the light-shielded area, a stable black level can be calculated as the number of samples (the number of pixels in the light-shielded area) increases. As described with reference to FIG. 1, the number of samples (the number of pixels) in the first light-shielding
また、撮像素子130は上下(又は片方)にカラム並列ADC15を有する。カラム並列ADC15は各列の出力を並列に水平の1ラインごとに読み出すA/Dコンバータである。本実施形態では上から下(非反転読み出し)、又は、下から上(反転読み出し)のいずれかで水平方向1ラインごとに各画素の出力を読み出す。
Further, the
<第二遮光領域の欠陥画素の座標について>
第一遮光領域11では撮像時にも使用できる登録されている欠陥画素の数(一致領域31)が少なくなると説明したが、第二遮光領域12にはそのような不都合がない。
<Regarding the coordinates of the defective pixel in the second light shielding area>
Although it has been described that the number of registered defective pixels (matching region 31) that can be used during imaging is small in the first light-shielding
図11は、非反転読み出しと反転読み出しにおける第二遮光領域12の欠陥画素の座標の一例を示す。図11(a)は非反転読み出しによる出力画像を示し、図11(b)は反転読み出しによる出力画像を示す。図11では「F」という文字が撮像された場合を模式的に示している。図11(b)では下から上に読み出されたため「F」の上下が反転していることが分かる。
FIG. 11 shows an example of the coordinates of the defective pixel in the second light-shielding
第二遮光領域12の欠陥画素51a〜51dも上下が反転しているが、第二遮光領域12の欠陥画素51a〜51dは有効領域13と同じ水平ライン上に存在している。このため、有効領域13と共に第二遮光領域12の出力も読み出され、読み出し方向によって読み出されない画素(非反転読み出しと反転読み出しで座標が一致しない画素)は全くないか又は非常に少ない。リングピクセル(フィルタ処理に必要とされる有効領域13周辺の合理的かつ最小限の画素)やベイヤー配列による領域の不一致(ベイヤフィルタと画素のずれによる画素の不一致)は多少あるとしても、有効領域13の画素に比べて無視できる程度である。従って、第二遮光領域12を使って暗電流に関する画像補正を行えば、図1で説明した不都合を抑制できる。
The
<画像補正の手順>
図12は、画像補正部203が遮光領域の出力を使って暗電流による有効領域13の画質低下を抑制する手順を示すフローチャート図の一例である。
<Procedure for image correction>
FIG. 12 is an example of a flowchart showing a procedure in which the
画像補正部203は、第一遮光領域11の出力を取り出す(S11)。非反転読み出しの場合は、非反転読み出し領域35の画素が取り出され、反転読み出しの場合は反転読み出し領域34の画素が取り出される。
The
画像補正部203は、一致領域31の出力を取り出す(S12)。欠陥画素DB305には一致領域31の欠陥画素の座標しか登録されていないおそれがあるためである。一致領域31の座標は画像補正部203に予め登録されているものとする。仮に登録されていない場合、ステップS11で読み取った第一遮光領域11の画素のうち下から2/3程度を一致領域31と見なせばよい。図1(b)又は図1(c)に示したように非反転読み出しでも反転読み出しでも第一遮光領域11の下側に一致領域31が存在するためである。
The
次に、画像補正部203は欠陥画素DB305から一致領域31の欠陥画素の座標を読み出す(S13)。一致領域31の画素範囲の座標を持つ欠陥画素を欠陥画素DB305から特定すればよい。そして、一致領域31の画素から欠陥画素を除外する(S14)。除外とは画素からの出力の平均の算出に使用しないことをいう。
Next, the
次に、画像補正部203は第二遮光領域12の出力を取り出す(S15)。第二遮光領域12は、読み出し方向が変わっても変更がない。
Next, the
そして、画像補正部203は欠陥画素DB305から第二遮光領域12の欠陥画素の座標を読み出す(S16)。第二遮光領域12の画素範囲の座標を持つ欠陥画素を欠陥画素DB305から特定すればよい。
Then, the
次に、画像補正部203は第二遮光領域12の画素から欠陥画素を除外する(S17)。除外とは画素からの出力の平均の算出に使用しないことをいう。
Next, the
画像補正部203は、欠陥画素を除外した一致領域31の画素と第二遮光領域12の画素の出力の平均(黒レベル)を算出する(S18)。これにより、欠陥画素の出力を除いて黒レベルを決定できる。また、暗電流が有効領域13の出力に与える影響を推定できる。
The
次に、画像補正部203は有効領域13の画素の出力からステップS18で算出した平均を減算する(S19)。これにより、有効領域13の画像データの本来は暗い領域が暗電流により明るく見えるような画質低下を抑制できる。
Next, the
なお、図12の処理では第一遮光領域11を暗電流補正に使用しているが、第二遮光領域12を使用する場合はサンプル数が十分なので第一遮光領域11を暗電流補正に使用しなくてもよい。
In the process of FIG. 12, the first light-shielding
<有効領域の飽和による暗電流補正の影響の低減>
図13は有効領域13の飽和による暗電流補正の影響の低減について説明する図である。有効領域13の任意の画素に強い光が入射するとこの画素が飽和することが知られている。飽和とは画素で発生した電荷を蓄積するコンデンサの容量の上限まで充電することをいう。飽和した画素領域を飽和領域53という。
<Reduction of influence of dark current correction due to saturation of effective area>
FIG. 13 is a diagram for explaining reduction of the influence of dark current correction due to saturation of the
第二遮光領域12は有効領域13と同じ水平ライン上に存在しているため、有効領域13に飽和領域53が生じると同一の水平ライン上に存在している第二遮光領域12の画素54の出力も影響を受けることがある。遮光されているのに、暗電流とは別に飽和領域53から流れ出た電荷を第二遮光領域12の画素が蓄積する場合がある。
Since the second light-shielding
本実施形態のように全天球を撮像できる広角な撮像装置では、撮像領域が広いのに対し飽和領域53の面積は小さく、影響は軽微と考えられるが、影響を可能な限り排除することが好ましい。
In the wide-angle imaging device capable of imaging the celestial sphere as in the present embodiment, although the imaging region is wide, the area of the
そこで、画像補正部203は、飽和領域53と同一の水平ライン上に存在している第二遮光領域12の画素54を検波除外領域として、黒レベルの決定の対象から除外する。こうすることで、有効領域13で飽和領域53が発生しても暗電流補正の効果が低下することを抑制できる。なお、飽和領域53の検出には実画像の画素値(例えば0〜255の画素値を取る場合に255の画素値を示した画素)を使ってもよいし、AE(Automatic Exposure)で評価値の算出に用いた画素ブロックのデータを使ってもよい。なお、AEは撮像素子130の出力から輝度値の評価値を算出し、評価値に基づいて適切な露出量が得られるようにゲイン、絞り及び露光時間(シャッター速度)を制御する機能である。
Therefore, the
図14は、飽和領域53が生じても、画像補正部203が遮光領域の出力を使って暗電流による有効領域13の画質低下を抑制する手順を示すフローチャート図の一例である。なお、図14の説明では主に図12との相違を説明する。まず、ステップS11〜S17の処理は図12と同様でよい。
FIG. 14 is an example of a flowchart showing a procedure in which the
ステップS17−2において、画像補正部203は飽和領域があるか否かを判断する(S17−2)。そして、飽和領域がある場合、第二遮光領域12の画素のうち飽和領域と同じ水平ラインの画素を除外する(S17−3)。
In step S17-2, the
こうすることで、有効領域13で飽和領域が発生しても暗電流補正の効果が低下することを抑制できる。
By so doing, it is possible to prevent the effect of dark current correction from decreasing even if a saturated region occurs in the
<まとめ>
以上説明したように、本実施形態の撮像装置100は、第二遮光領域12(サイド遮光領域)を使って暗電流補正を行うので、複数の画像データをつなぎ合わせるために読み出し方向が異なる撮像素子が存在し、第一遮光領域11のサンプル数が少なくなっても、黒レベルの決定を精度よく行うことができ、画質が低下することを抑制できる。
<Summary>
As described above, the
<その他の適用例>
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。
<Other application examples>
The best mode for carrying out the present invention has been described above with reference to the embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. And substitutions can be added.
例えば、本実施形態では、2つの画像のつなぎ合わせの前に画像を補正しているが、画像の補正はつなぎ合わせ後に行ってもよい。 For example, in the present embodiment, the image is corrected before joining the two images, but the image may be corrected after joining.
また、本実施形態では、補正を撮像装置100が行っているが、撮像から画像の補正までのシステムで行ってもよい。例えば、撮像装置100は2つの画像と撮像条件をスマートフォンやサーバに送信し、スマートフォンやサーバが補正後の2つの画像データを撮像装置100に返す。
Further, in the present embodiment, the correction is performed by the
また、以上の実施例で示した図4の構成例は、撮像装置100の処理の理解を容易にするために、主な機能に応じて分割したものである。しかし、各処理単位の分割の仕方や名称によって本願発明が制限されることはない。撮像装置100は、処理内容に応じて更に多くの処理単位に分割することもできる。また、1つの処理単位が更に多くの処理を含むように分割することもできる。
Further, the configuration example of FIG. 4 shown in the above embodiment is divided according to the main function in order to facilitate understanding of the processing of the
11 第一遮光領域
12 第二遮光領域
13 有効領域
31 一致領域
34 反転読み出し領域
35 非反転読み出し領域
100 撮像装置
11 First Light-
Claims (9)
画素の出力を上から下に読み出すか、又は、下から上に読み出すかによって、出力が読み出されない画素を有する第一遮光領域、
画素の出力を上から下に読み出しても、又は、下から上に読み出しても、出力が読み出される画素を有する第二遮光領域、及び、
入射光に対する画像データを出力する有効領域、を有する撮像素子と、
欠陥画素の座標が登録された欠陥画素情報の記憶手段と、
前記欠陥画素情報に登録されている前記欠陥画素を前記第二遮光領域から除外して、前記第二遮光領域の画素の出力から黒レベルを決定し、前記黒レベルに基づいて前記有効領域の画像を補正する画像補正手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。 An image pickup device having an image pickup device in which the output of a pixel is read from top to bottom or from bottom to top,
A first light-shielding region having a pixel whose output is not read by reading the output of the pixel from top to bottom or from bottom to top;
Whether the pixel output is read from top to bottom or from bottom to top, a second light-shielding region having a pixel whose output is read, and
An image pickup device having an effective area for outputting image data for incident light;
Storage means for defective pixel information in which coordinates of defective pixels are registered;
The defective pixel registered in the defective pixel information is excluded from the second light-shielding region, the black level is determined from the output of the pixel in the second light-shielding region, and the image of the effective region is determined based on the black level. Image correction means for correcting
An imaging device comprising:
前記画像補正手段は、前記飽和領域と同一の水平ラインにある前記第二遮光領域の画素を、前記第二遮光領域から除外して、前記第二遮光領域の画素の出力から黒レベルを決定することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 When there is a saturated region where the output is saturated in the effective region,
The image correction unit excludes the pixels in the second light-shielding region on the same horizontal line as the saturation region from the second light-shielding region, and determines the black level from the output of the pixels in the second light-shielding region. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein
前記複数の撮像素子が撮像した画像データをつなぎ合わせるつなぎ合わせ手段を有し、
つなぎ合わされた2つの画像データにより全天球画像を生成することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の撮像装置。 Having multiple image sensors,
A connecting means for connecting the image data picked up by the plurality of image pickup devices,
The image pickup apparatus according to claim 1, wherein a celestial sphere image is generated from the two pieces of image data that have been joined together.
画素の出力を上から下に読み出しても、又は、下から上に読み出しても、出力が読み出される画素を有する第二遮光領域、及び、
入射光に対する画像データを出力する有効領域、を有する撮像素子と、
欠陥画素の座標が登録された欠陥画素情報の記憶手段と、を有し、画素の出力が上から下、又は、下から上に読み出される撮像素子を有する撮像装置が行う画像補正方法であって、
画像補正手段が、前記欠陥画素情報に登録されている前記欠陥画素を前記第二遮光領域から除外して、前記第二遮光領域の画素の出力から黒レベルを決定し、前記黒レベルに基づいて前記有効領域の画像を補正する、
ことを特徴とする画像補正方法。 A first light-shielding region having a pixel whose output is not read by reading the output of the pixel from top to bottom or from bottom to top;
Whether the pixel output is read from top to bottom or from bottom to top, a second light-shielding region having a pixel whose output is read, and
An image pickup device having an effective area for outputting image data for incident light;
An image correction method performed by an image pickup apparatus having a storage unit for storing defective pixel information in which the coordinates of defective pixels are registered, and having an image pickup device whose pixel output is read from top to bottom or from bottom to top. ,
The image correction means excludes the defective pixel registered in the defective pixel information from the second light-shielding region, determines a black level from the output of the pixel of the second light-shielding region, and based on the black level. Correct the image of the effective area,
An image correction method characterized by the above.
画素の出力を上から下に読み出しても、又は、下から上に読み出しても、出力が読み出される画素を有する第二遮光領域、及び、
入射光に対する画像データを出力する有効領域、を有する撮像素子と、
欠陥画素の座標が登録された欠陥画素情報の記憶手段と、を有し、画素の出力が上から下、又は、下から上に読み出される撮像素子を有する撮像装置を、
前記欠陥画素情報に登録されている前記欠陥画素を前記第二遮光領域から除外して、前記第二遮光領域の画素の出力から黒レベルを決定し、前記黒レベルに基づいて前記有効領域の画像を補正する画像補正手段、
として機能させるためのプログラム。 A first light-shielding region having a pixel whose output is not read by reading the output of the pixel from top to bottom or from bottom to top;
Whether the pixel output is read from top to bottom or from bottom to top, a second light-shielding region having a pixel whose output is read, and
An image pickup device having an effective area for outputting image data for incident light;
A defective pixel information storage unit in which the coordinates of the defective pixel are registered; and an image pickup device having an image pickup device whose pixel output is read from top to bottom or from bottom to top,
The defective pixel registered in the defective pixel information is excluded from the second light-shielding region, the black level is determined from the output of the pixel in the second light-shielding region, and the image of the effective region is determined based on the black level. Image correction means for correcting
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