JP2021111920A - 撮像装置及び撮像装置の制御方法 - Google Patents

撮像装置及び撮像装置の制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】欠陥画素、ランダムノイズ、宇宙線の影響等を除去して被写体の位置を容易に特定し、ひいては、正確な測量を行う。【解決手段】実施形態の撮像装置は、被写体からの入射光を集光するレンズ部と、レンズ部により集光された入射光を非合焦状態で撮像する撮像部と、撮像部における撮像画像の解析を行い、一の注目画素の周囲に位置する複数の所定の周囲画素の画素値に基づいて、注目画素の画素値を設定して、被写体の位置を特定するための結果画像を生成する画像解析部と、を備える。【選択図】図1

Description

本開示は、撮像装置及び撮像装置の制御方法に関する。
イメージセンサには、製造上のバラツキや、放射線の影響で、画素に欠陥(以下、欠陥画素)が生じ、ランダムノイズとなって撮像結果に現れることがある。これらの欠陥画素の大半は「白」または「黒」の点として固定されてしまう。
また、暗所で撮像する場合、一般的には、長時間露光する、アンプにより微小信号を増幅する(ゲインを上げる)といった手法が採られていた。
長時間露光する場合、被写体が動いている、或いは、撮影装置側がきちんと固定されていない場合は被写体ブレや手ブレが発生し、意図した撮影結果にならないといった課題がある。この課題に対しては、露光時間を十分短くし、その分、アンプなどを使用し、微小信号を増幅することで対応可能である。
しかしながら、アンプそのものが持つノイズ成分や、電源回路からのノイズなども同時に増幅してしまうため撮影結果にランダムノイズが記録されてしまう課題がある。
また、宇宙空間で撮影する場合、宇宙線(放射線)等の影響で欠陥画素が増加したり、一時的に画素が誤動作したりし、その結果、輝点ノイズとして撮像されてしまうことで、例えば人工衛星から星を撮影した場合に星とノイズの区別ができない課題がある。
また、欠陥画素に起因するノイズを補正するために、様々な技術が提案されている(例えば、特許文献1〜特許文献3参照)。
特開2015-035717号公報 特開2001−128068号公報 特表2019−500761号公報
しかしながら、上記従来技術は、イメージセンサ上に発生する「欠陥画素」を補正することが目的であるため、暗所撮影時に発生するランダムノイズや、宇宙線が照射されることにより突発的に発生する輝点等については対応できなかった。
特に測量などの目的で必要となる星空の撮影や、暗所でのマーカーの撮影などでは、ランダムノイズ、宇宙線の影響で正確な測量ができないという課題があった。
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、欠陥画素、ランダムノイズ、宇宙線の影響等を除去して被写体の位置を容易に特定し、ひいては、正確な測量を行うことが可能な撮像装置及び撮像装置の制御方法を提供することを目的としている。
実施形態の撮像装置は、被写体からの入射光を集光するレンズ部と、レンズ部により集光された入射光を非合焦状態で撮像する撮像部と、撮像部における撮像画像の解析を行い、一の注目画素の周囲に位置する複数の所定の周囲画素の画素値に基づいて、注目画素の画素値を設定して、被写体の位置を特定するための結果画像を生成する画像解析部と、を備える。
第1実施形態の撮像装置の概要構成ブロック図である。 レンズ部を構成しているレンズと、光電変換部と、の配置関係の説明図である。 画像解析部の概要処理フローチャートである。 撮像画像の一例の説明図である。 画像走査及び得られた結果画像の説明図である。 第1実施形態の変形例のノイズ除去処理の説明図である。 第1実施形態の変形例の結果画像の説明図である。 画像原点を3×3画素のウィンドウで走査している場合の説明図である。 第1実施形態の変形例における概要処理フローチャートである。 第2実施形態の撮像装置の概要構成ブロック図である。 第2実施形態の動作説明図である。 第3実施形態の撮像装置の概要構成ブロック図である。 第4実施形態の説明図である。 第4実施形態の概要処理のフローチャートである。 第4実施形態のウィンドウの説明図である。 第5実施形態の撮像装置の概要構成ブロック図である。 第5実施形態の第1態様の構成説明図である。 第5実施形態の第2態様の構成説明図である。 第5実施形態の第2態様の撮像画像の一例の説明図である。 第5実施形態の第2態様におけるウィンドウの説明図である。 第5実施形態の第2態様における画像解析部の概要処理フローチャートである。 第5実施形態の第2態様における結果画像の説明図である。 画像原点を5画素構成の十字型のウィンドウで走査している場合の説明図である。 第5実施形態の変形例の撮像装置の概要構成ブロック図である。
以下、図面を参照して、実施形態について詳細に説明する。
[1]第1実施形態
図1は、第1実施形態の撮像装置の概要構成ブロック図である。
撮像装置10は、レンズ部11と、撮像部12と、画像蓄積部13と、画像解析部14と、結果保存部15と、を備えている。
レンズ部11は、被写体からの光を集光して撮像部12に導く。
撮像部12は、レンズ部11により集光された光の光電変換及びアナログ/ディジタル変換を行って、画像蓄積部13に出力する。この場合において、撮像部の受光面は、レンズ部11を構成しているレンズにより定まる像点よりも手前の位置に固定されている。これは、受光画像を意図的にぼかして撮影するためである。
この場合において、撮像部12は、光電変換部21と、アナログアンプ部22と、AD変換部23と、を備えている。
光電変換部21は、CCD(Charged-coupled devices)あるいはCMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor)等のイメージセンサを備えて、レンズ部11から入射した光の光電変換を行って原撮像信号としてアナログアンプ部22に出力する。
アナログアンプ部22は、入力された原撮像信号の増幅を行って撮像信号として、AD変換部23に出力する。
AD変換部23は、撮像信号のアナログ/ディジタル変換を行って撮像データとして画像蓄積部13に出力する。
画像蓄積部13は、入力された撮像データを撮像画像単位で記憶する。
画像解析部14は、画像蓄積部13から撮像画像単位の撮像データを読み出し、解析を行って、ランダムノイズ、宇宙線の影響、欠陥画素などの影響を除去した結果画像を結果保存部15に出力する。
結果保存部15は、画像解析部14の出力した結果画像を保存する。
図2は、レンズ部を構成しているレンズと、光電変換部と、の配置関係の説明図である。
図2に示すように、星などの被写体OBJとレンズ部11を構成している両凸レンズであるレンズ11Aとの間のレンズ11Aの光軸上には、第1の焦点FP1が位置している。
同様にレンズ11Aの像点21F0とレンズ11Aとの間のレンズ11Aの光軸上には、第2の焦点FP2が位置している。
そして、図2の例の場合、光電変換部21の受光面21Fは、像点よりレンズ11A側に位置するようにされている。したがって、受光面21Fにおいて形成される像は、像点21F0において形成される像よりもぼやけた状態となっている。
したがって、受光面21F上における受光強度変化は、像点21F0における受光強度変化よりも緩やかなものとなる。ここで「緩やか」とは、受光強度変化がパルス的ではなく、例えば、受光強度変化が正規分布曲線のように最大値から変化するような状態をいう。
これに対し、宇宙線の入射あるいは画素欠陥による隣接画素に対する受光強度変化は、急峻なパルス状のものとなる。
ここで、画像解析処理について詳細に説明する。
図3は、画像解析部の概要処理フローチャートである。
以下の説明においては、光電変換部21における注目画素(注目ピクセル)に対して、周囲の8個の画素(ピクセル)を含む3×3画素(ピクセル)のウィンドウWDを用いて、走査を行い注目画素に対する画像解析を行う場合を例として説明する。
まず画像解析部14は、注目画素としての画素Px(X,Y)を特定するためのパラメータX、Yを初期値である0に設定する(ステップS11)。本実施形態では、パラメータXは、行方向のパラメータであり、パラメータYは、列方向のパラメータである(後述の図4参照)。
次に画像解析部14は、パラメータYがパラメータYの最大値であるYmaxを超えているか否かを判断する(ステップS12)。すなわち、画像解析部14は、全ての画素の処理が終わったか否かを判断する。
ステップS12の判断において、パラメータYがパラメータYの最大値Ymaxを超えている場合には(ステップS12;Yes)、画像解析処理を終了する。
ステップS12の判断において、未だパラメータYがパラメータYの最大値Ymaxを超えていない場合には(ステップS12;No)、パラメータXがパラメータXの最大値であるXmaxを超えているか否かを判断する(ステップS13)。すなわち、画像解析部14は、1ライン分の画素の処理が終わったか否かを判断する。
ステップS13の判断において、パラメータXがパラメータXの最大値であるXmaxを超えている場合には(ステップS13;Yes)、画像解析部14は、Y=Y+1として(ステップS14)、処理を再びステップS12に移行する。
ステップS13の判断において、未だパラメータXがパラメータXの最大値であるXmaxを超えていない場合には(ステップS13;No)、画像解析部14は、3×3画素のウィンドウWDを順次走査して、それぞれ9個の画素に対応する撮像データの値を取得する(ステップS15)。
続いて画像解析部14は、3×3画素のウィンドウに対応する9個の撮像データ内において撮像データの最小値を取得する(ステップS16)。
続いて画像解析部14は、ステップS16で取得した撮像データの最小値と、所定のしきい値データDとを比較する(ステップS17)。
ここで、しきい値データDは、撮像データの値がこれより小さければ、当該撮像データの値をノイズとして扱い、黒点(受光強度(輝度)レベル最低)の撮像データとして扱うためのデータである。
これにより、ステップS17の比較において、ステップS16で取得した撮像データの最小値がしきい値データD以下であれば(ステップS16;撮像データの最小値≦D)、当該注目画素の撮像データの値をノイズとして扱い、黒点(受光強度(輝度)レベル最低)の撮像データとして扱うためにクランプする(ステップS18)。
そして、クランプ後の撮像データの値を、当該注目画素の画素値として出力し、結果保存部15に保存する(ステップS19)。
一方、ステップS13の比較において、ステップS12で取得した撮像データの最小値がしきい値データDを超えている場合には(ステップS17;撮像データの最小値>D)、当該注目画素の撮像データの値を、当該注目画素の画素値として出力し、結果保存部15に保存する(ステップS19)。
続いて、画像解析部14は、X=X+1として(ステップS20)、処理を再びステップS13に移行する。
これらの結果、注目画素に対応する撮像データの値が、隣接する8個の画素の撮像データの値のいずれかに対して、急峻に変化している、すなわち、宇宙線の入射あるいは画素欠陥による値の変化であると考えられる場合には、当該注目画素に対応する撮像データの値はノイズとして扱われることとなる。
一方、注目画素に対応する撮像データの値が、隣接する8個の画素の撮像データの値の全てに対して、緩やかに変化している、すなわち、実際の撮像画像に対応する撮像データと考えられる場合には、当該注目画素に対応する撮像データの値をそのまま保存することとなる。
これらの結果、結果保存部15に保存される結果画像は、宇宙線の入射、画素欠陥等の影響を除去した画像となる。
次に、図面を参照してより具体的な結果画像の取得について説明する。
図4は、撮像画像の一例の説明図である。
図4においては、理解の容易のため、縦9画素×横20画素に対応する撮像撮像データのイメージである撮像画像G1を例として説明する。
撮像画像G1においては、宇宙線の入射、画素欠陥等に起因する撮像データPE−Nと、実際の被写体に対応する撮像データPE−1と、が含まれている。
図4に示すように、撮像データPE−Nの値(画素の明るさ)は、周囲画素に対して、受光強度が急峻に変化していることが分かる。
一方、実際の被写体に対応する撮像データPE1は、レンズ11A及び光電変換部21の配置関係に起因して、ぼやけた画像を撮像していることとなるので、周囲画素に対する受光強度の変化は緩やかなものとなっていることが分かる。
図5は、画像走査及び得られた結果画像の説明図である。
まず画像解析部14は、3×3画素のウィンドウWDを、例えば、左側から右側及び上側から下側に順次注目画素を変更して撮像画像全体を走査して、一つの注目画素に対してそれぞれ9個の画素に対応する撮像データの値を取得する。
より詳細には、注目画素が撮像データPE−Nに対応する画素である場合には、図5(A)に示すように、撮像データPE−Nの受光強度は、8個の周囲画素に対して急峻に変化しており、3×3画素のウィンドウWDに対応する9個の撮像データ内において撮像データの最小値は、8個の周囲画素のいずれかとなる。
この場合に、しきい値データDが図4に示した5段階の受光強度範囲において、下から2番目の受光強度範囲と、下から3番目の受光強度範囲の間に設定されていたとすると、8個の周囲画素における最小値の値(下から1番目の受光強度範囲)は、しきい値データDの値以下であるので、注目画素が撮像データPE−Nに対応する画素の受光強度は、最も低受光強度にクランプされる。
これに対し、注目画素が撮像データPE−1である場合には、図5(A)に示すように、撮像データPE−1の受光強度は、8個の周囲画素に対して緩やかに変化しており、3×3画素のウィンドウWDに対応する9個の撮像データ内において撮像データの最小値は、撮像データPE−1に対して斜め方向に位置する4個の周囲画素のいずれかとなる。
この場合には、しきい値データDが図4に示した5段階の受光強度範囲において、下から2番目の受光強度範囲と、下から3番目の受光強度範囲の間に設定されていたとすると、4個の斜め方向に位置する周囲画素における最小値の値(下から3番目の受光強度範囲)は、しきい値データDの値を超えているので、注目画素が撮像データPE−1に対応する画素の受光強度は、下から3番目の受光強度範囲とされる。
同様の処理は、注目画素が撮像データPE−1に対応する画素の周囲の8個の画素についても行われる結果、最終的な結果画像は、図5(B)に示すようなものとなる。
これにより注目画素が撮像データPE−1に対応する画素には、被写体としての星等が存在することがわかる。
同様にして、撮像画像全体について注目画素を走査して処理を行うことにより、当該撮像画像のみの処理で、宇宙線の照射や、欠陥画素に起因するノイズを除去して、被写体に対応する撮像データを得ることができる。
換言すれば、光電変換部21上でランダムに発生する小さな光点は、レンズ部11のレンズ11Aを通過して得られたぼやけた点光源のみが、結果保存部15に保存されることになる。
この場合に、欠陥画素の箇所等を記憶しておく必要も無いので、記憶容量も低減でき、例外処理を行う必要も無いので、簡易な処理で所望の画像を得ることができる。
以上の説明においては、ウィンドウのサイズは、3×3画素としていたが、画像解像度に応じて、5×5画素、7×7画素等のサイズに調整することも可能である。
逆に被写体の大きさがウィンドウサイズよりも十分に大きい場合には、ウィンドウサイズに合わせて、画像を縮小してリサイズするようにすることも可能である。これにより画素数が多い画像であっても画素数が少ない画像と同じ走査回数とすることができ、処理の簡素化あるいは高速化が図れる。
図6は、第1実施形態の変形例のノイズ除去処理の説明図である。
上記第1実施形態のノイズ除去処理においては、撮像画像として、グレースケール画像を用い、注目画素の周辺画素の最小値を所定値Dと比較することにより注目画素の受光強度を設定していたが、本変形例は、撮影画像をから所定のしきい値を用いて、2値化画像を生成し、さらに注目画素の周辺画素(上述の3×3画素のウィンドウの場合、周辺の8画素)に一つでも低受光強度(=0)の画素が含まれている場合には、注目画素の値を低受光強度(=0)とするものである。
例えば、図4の撮像画像G1を2値化した場合には、図6に示すように、2値化画像G3として得られる。
この2値化画像G3に対して、画像解析部14は、3×3画素のウィンドウWDを、例えば、左側から右側及び上側から下側に順次注目画素を変更して撮像画像全体を走査して、一つの注目画素に対してそれぞれ9個の画素に対応する撮像データの値を取得する。
そして、注目画素に対する周囲の8個の画素のうち、低受光強度(=0)となっている画素が一つでも含まれているか否かを判断する。
図6の例の場合には、注目画素が撮像データPE−Nに対応する画素である場合には、周囲の8個の画素の全てが低受光強度(=0)となっているので、注目画素である撮像データPE−Nに対応する画素の値は、低受光強度(=0)とされる。
これに対し、注目画素が撮像データPE−1に対応する画素である場合には、周囲の8個の画素の全てが高受光強度(=1)となっているので、注目画素である撮像データPE−1に対応する画素の値は、高受光強度(=1)とされる。
図7は、第1実施形態の変形例の結果画像の説明図である。
上述の処理の結果、図6の撮影画像G3により得られる結果画像G4は、図7に示すように、注目画素が撮像データPE−1に対応する画素のみが高受光強度(=1)とされ、ノイズの影響がなく、当該位置に被写体である星などが位置していることが容易に判断できることとなる。
図8は、画像原点を3×3画素のウィンドウで走査している場合の説明図である。
以上の説明においては、3×3画素のウィンドウWDの全てに対象画素が存在する場合について説明したが、撮影画像の周縁部を走査する場合には、3×3画素のウィンドウWDの一部に処理対象画素が存在しない場合がある。
図8の例の場合、3×3画素のウィンドウWDのうち、5個の画素において処理対象画素が存在していない。
このような場合には、例えば、以下のいずれかの方法により、処理を行う。
(1) 処理対象画素が存在しない部分については、無視し、処理対象画素が存在する部分のみで処理を行う。より具体的は、図8の例の場合、処理対象画素が存在する4つの画素のみで評価を行うこととなる。
(2) 処理対象画素が存在しない部分については、値を0として、通常通り処理を行う。
(3) 列方向あるいは行方向に隣接する画素の画素値をそのままコピーする(なお、左上の画素には、列方向あるいは行方向に隣接する画素は存在しないので、(1)の場合と同様に、残り8個の画素で処理を行うか、(2)の場合と同様に、値を0として処理する。
以上のような構成を採ることにより、撮影画像の周縁部を走査する場合でも確実に処理が行える。
ここで、第1実施形態の変形例の処理について説明する。
図9は、第1実施形態の変形例における概要処理フローチャートである。
以下の説明においても、光電変換部21における注目画素(注目ピクセル)に対して、周囲の8個の画素(ピクセル)を含む3×3画素(ピクセル)のウィンドウを用いて、走査を行い注目画素に対する画像解析を行う場合を例として説明する。
まず撮像装置10は、焦点をずらした状態で撮影する(ステップS21)。
次に画像解析部14は、得られた撮影画像の撮像データの2値化を行い、2値化画像を生成する(ステップS22)。
この場合において、2値化の処理は、例えば、画素の値が、所定のしきい値未満(=暗い)である場合には、黒に相当する“0”とし、所定のしきい値以上(=明るい)である場合には、白に相当する“1”とする。
次に画像解析部14は、注目画素としての画素Px(X,Y)を特定するためのパラメータX、Yを初期値である0に設定する(ステップS23)。
次に画像解析部14は、パラメータYがパラメータYの最大値であるYmaxを超えているか否かを判断する(ステップS24)。すなわち、画像解析部14は、全ての画素の処理が終わったか否かを判断する。
ステップS24の判断において、パラメータYがパラメータYの最大値Ymaxを超えている場合には(ステップS24;Yes)、撮影画像を構成している全ての画素について処理が終わったので、得られた画像を結果保存部15に保存して(ステップS30)、画像解析処理を終了する。
ステップS24の判断において、未だパラメータYがパラメータYの最大値Ymaxを超えていない場合には(ステップS24;No)、パラメータXがパラメータXの最大値であるXmaxを超えているか否かを判断する(ステップS25)。すなわち、画像解析部14は、1ライン分の画素の処理が終わったか否かを判断する。
ステップS25の判断において、パラメータXがパラメータXの最大値であるXmaxを超えている場合には(ステップS25;Yes)、画像解析部14は、Y=Y+1として(ステップS26)、処理を再びステップS24に移行する。
ステップS25の判断において、未だパラメータXがパラメータXの最大値であるXmaxを超えていない場合には(ステップS25;No)、画像解析部14は、3×3画素のウィンドウを順次走査して(ステップS27)、注目画素に対応する8個の周辺画素に、一つでも低受光強度(=0)の画素があるか否かを判断し、注目画素に対応する8個の周辺画素に、一つでも低受光強度(=0)の画素がある場合には、当該注目画素の撮像データの値を低受光強度(=0)とする(ステップS28)。
続いて、画像解析部14は、X=X+1として(ステップS29)、処理を再びステップS25に移行する。
上記処理がなされ、得られた画像が結果保存部15に保存された結果、注目画素に対応する撮像データの値が、隣接する8個の画素の撮像データの値のいずれかに対して、急峻に変化している、すなわち、例えば、宇宙線の入射あるいは画素欠陥による値の変化であると考えられる場合には、当該注目画素に対応する撮像データの値は低受光強度(=0)とされて、ノイズとして扱われることとなる。
一方、注目画素に隣接する8個の画素の撮像データが全て高受光強度である場合には、当該注目画素に対応する撮像データの値は高受光強度(=1)のままとされて、保存することとなる。
これらの結果、結果保存部15に保存される結果画像は、宇宙線の入射、画素欠陥等の影響を除去して、本来の目的の被写体(星等)の位置を表す画像となる。
[2]第2実施形態
図10は、第2実施形態の撮像装置の概要構成ブロック図である。
図10において、図1の第1実施形態と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
本第2実施形態が第1実施形態と異なる点は、撮像部12をレンズ部11のレンズ11Aの光軸に沿って駆動し、撮像部12を構成している光電変換部21の受光面21Fの像点21F0からの距離を可変できる撮像制御部31を設けるようにした点である。
換言すれば、本第2実施形態においては、撮像面をずらすことが可能となるように構成し、必要に応じてフォーカスをずらし、得られる画像のエッジをぼかすようにしている。すなわち、撮像データの値の平滑化、ひいては、画像の平滑化(smoothing)を必要に応じて図ることができるように構成しているのである。
ここで、撮像データの値[画像]の平滑化とは、例えば、パルス的に変化する撮像データの値をガウス分布的に変化し、画像がなだらかに変化するようにすることである(以下、同様)。
この場合において、撮像制御部31により、光電変換部21の受光面21Fを像点21F0と一致させることにより、撮像装置10Aは、通常のカメラと同様に、焦点の合った画像を撮像画像として取得することが可能となる。
図11は、第2実施形態の動作説明図である。
さらに光電変換部21の受光面21Fの像点21F1からの距離を、図10に示すように、撮像制御部31により可変することで、受光面21F上における画像のぼやける度合いを可変することができ、様々な撮像条件に最適な撮像画像を得ることができる。
例えば、被写体が小さく、1画素内に全てが収まってしまうような場合であっても、より光電変換部21の受光面21Fの像点21F0からの距離を大きくすることで、複数画素で被写体からの光を受光する状態として、同様の処理を行って、ノイズを除去するようにすることも可能である。また、鑑賞目的等で撮像を行う場合は、従来の撮像装置と同様に制御することで焦点位置(フォーカス)が合った画像が得られることとなる。
[3]第3実施形態
図12は、第3実施形態の撮像装置の概要構成ブロック図である。
図12において、図1の第1実施形態と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
本第3実施形態が第1実施形態と異なる点は、レンズ部11を、当該レンズ部11のレンズ11Aの光軸沿って駆動し、撮像部12を構成している光電変換部21の受光面21Fの像点21F0からの距離を可変できるレンズ制御部32を設けるようにした点である。
換言すれば、本第3実施形態においては、レンズ部を光軸に沿ってずらすことが可能となるように構成し、必要に応じてフォーカスをずらし、得られる画像のエッジをぼかす、すなわち、撮像データの値[画像]の平滑化を図ることができるように構成しているのである。
この場合において、レンズ制御部32により、光電変換部21の受光面21Fを像点21F0と一致させることにより、撮像装置10Bは、通常のカメラと同様に、焦点の合った画像を撮像画像として取得することが可能となる。
また、レンズ制御部32により、光電変換部21の受光面21Fの像点21F0からの距離を可変させることで、受光面21F上における画像のぼやける度合いを可変することができ、様々な撮像条件に最適な撮像画像を得ることができる。
また、鑑賞目的等で撮像を行う場合は、従来の撮像装置と同様に制御することで焦点位置(フォーカス)が合った画像が得られることとなる。
[4]第4実施形態
図13は、第4実施形態の説明図である。
また、図14は、第4実施形態の概要処理のフローチャートである。
また、図15は、第4実施形態のウィンドウの説明図である。
本第4実施形態が、上記各実施形態と異なる点は、注目画素の受光強度を周辺画素のうち、最小の受光強度を有する画素の受光強度とする点である。
以下の説明においては、再び図1を参照するとともに、光電変換部21における注目画素(注目ピクセル)に対して、周囲の8個の画素(ピクセル)を含む3×3画素(ピクセル)のウィンドウを用いて、走査を行い注目画素に対する画像解析を行う場合を例として説明する。
まず撮像装置10は、焦点をずらした状態で撮影する(ステップS31)。
次に画像解析部14は、図13(A)に示すように、3×3画素のウィンドウを順次走査して(ステップS32)、注目画素に対応する8個の周辺画素に対応する撮像データのうち、最小値(受光強度最小値)を当該注目画素の撮像データの値とする(ステップS33)。
具体的には、図15に示すように、3×3画素(ピクセル)の撮像データのうち、注目画素に対応する8個の周辺画素に対応する撮像データの値をa1〜a8とした場合、注目画素に対応する撮像データの値Cを最小値を算出する関数MINを用い、次式で定義する。
C=MIN(a1〜a8)
これらの結果、注目画素に対応する撮像データの値Cは、注目画素に対応する8個の周辺画素に対応する撮像データのうち、最小値とされる。
そして、画像解析部14は、撮影画像を構成している全ての画素を一つずつ注目画素としてステップS32及びステップS33の処理を繰り返し行う。
そして、撮影画像を構成している全ての画素について処理が終わった段階で、得られた画像を結果保存部15に保存する(ステップS34)。
これらの結果、注目画素に対応する撮像データの値が、隣接する8個の画素の撮像データの値のいずれかに対して、急峻に変化している、すなわち、例えば、宇宙線の入射あるいは画素欠陥による値の変化であると考えられる場合には、当該注目画素に対応する撮像データの値は低受光強度とされて、ノイズとして扱われることとなる。
一方、注目画素に対応する撮像データの値が、隣接する8個の画素の撮像データの値の全てに対して、緩やかに変化している場合には、それら8個の画素の撮像データのうち、最小値の値が当該注目画素に対応する撮像データの値とされて保存されることとなる。
以上の説明のように、本第4実施形態においても、簡易な演算処理で、結果保存部15に保存される結果画像は、宇宙線の入射、画素欠陥等の影響を除去して、本来の目的の被写体(星等)の位置を表す画像となる。
以上の説明においては、本第4実施形態においては、第1実施形態と同様に、光電変換部21の受光面21Fを像点よりずらした位置(具体的には、レンズ11A側の位置)として得られる画像のエッジをぼかす(撮像データの値[画像]の平滑化を図る)ようにしていた。
しかしながら、第2実施形態と同様に、撮像面をずらすことが可能となるようにエッジし、必要に応じてフォーカスをずらし、得られる画像のエッジをぼかす(撮像データの値[画像]の平滑化を図る)ことができるように構成したり、第3実施形態と同様に、レンズ部を光軸に沿ってずらすことが可能となるようにし、必要に応じてフォーカスをずらし、得られる画像のエッジをぼかす(撮像データの値[画像]の平滑化を図る)ように構成したりすることも可能である。
[5]第5実施形態
図16は、第5実施形態の撮像装置の概要構成ブロック図である。
図16において、図1の第1実施形態と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
本第5実施形態が第1実施形態と異なる点は、通常の撮像装置と同様に、撮像部12を構成している光電変換部21の受光面がレンズ11Aの像点に配置されている点と、レンズ部11の前段に、入射光を拡散、屈折などにより、得られる画像のエッジをぼかす(撮像データの値[画像]の平滑化を図る)ようにするフィルタ部41を設けた点である。
図17は、第5実施形態の第1態様の構成説明図である。
図17に示すように、レンズ11Aとの間のレンズ11Aの光軸上であって、レンズ11Aと第1の焦点FP1との間に、フィルタ部41として機能する光学的ロウパスフィルタLPFが位置している。
そして、光電変換部21の受光面21F1は、像点と一致するように配置されている。
上記構成において、光学的ロウパスフィルタLPFを除いた状態では、光電変換部21の受光面21F1は、レンズ11Aの像点に一致しており、合焦した状態となる。
しかし、光学的ロウパスフィルタLPFが光路中に挿入されることにより、入射光は拡散されて、被写体のエッジをぼかす効果がある。
この場合において、光学的ロウパスフィルタLPFとしては、曇りガラスや異常屈折ガラスなど、公知の素材を使用すればよい。
そして、上述した各実施形態と同様に、ノイズ除去処理を行うことで、簡易な演算処理で、結果保存部15に保存される結果画像は、宇宙線の入射、画素欠陥等の影響を除去して、本来の目的の被写体(星等)の位置を表す画像となる。
以上の説明においては、光学的ロウパスフィルタLPFを用いて被写体のエッジをぼかして、画像の平滑化を図る場合について説明したが、第4実施形態と同様に、注目画素に対応する撮像データの値を注目画素に対応する周辺画素に対応する撮像データのうち、最小値とすることにより、被写体のエッジをぼかして、画像の平滑化を図るように構成することも可能である。
図18は、第5実施形態の第2態様の構成説明図である。
図18に示すように、レンズ11Aとの間のレンズ11Aの光軸上であって、レンズ11Aと第1の焦点FP1との間に、フィルタ部41として機能するクロスフィルタCFが位置している。
ここで、クロスフィルタCFとは、ガラス表面に細い線上の溝を刻む等の公知の技術で実現可能である。
そして、光電変換部21の受光面21F1は、像点と一致するように配置されている。
上記構成においても、クロスフィルタCFを除いた状態では、光電変換部21の受光面21F1は、レンズ11Aの像点に一致しており、合焦した状態となる。
しかし、クロスフィルタCFが光路中に挿入されることにより、例えば、入射光は点光源の中心から水平、垂直方向に光条が発生することとなる。
図19は、第5実施形態の第2態様の撮像画像の一例の説明図である。
撮像画像G21においても図4と同様に、宇宙線の入射、画素欠陥等に起因する撮像データPE−Nと、実際の被写体に対応する撮像データPE−1と、が含まれている。
図19に示すように、撮像データPE−1に対応する点光源の中心から水平、垂直方向に光条が発生している。これに対し撮像データPE−Nについては、クロスフィルタCFの影響を受けないので、1画素のみが高受光強度となっている。
ここで、第5実施形態の第2態様における画像解析処理について詳細に説明する。
図20は、第5実施形態の第2態様におけるウィンドウの説明図である。
第5実施形態の第2態様における走査に用いるウィンドウとしては、図20に示すように、十字型のウィンドウWD2が用いられる。
次に第5実施形態の第2態様における動作を説明する。
図21は、第5実施形態の第2態様における画像解析部の概要処理フローチャートである。
まず画像解析部14は、注目画素としての画素Px(X,Y)を特定するためのパラメータX、Yを初期値である0に設定する(ステップS41)。本実施形態では、パラメータXは、行方向のパラメータであり、パラメータYは、列方向のパラメータである(後述の図4参照)。
次に画像解析部14は、パラメータYがパラメータYの最大値であるYmaxを超えているか否かを判断する(ステップS42)。すなわち、画像解析部14は、全ての画素の処理が終わったか否かを判断する。
ステップS42の判断において、パラメータYがパラメータYの最大値Ymaxを超えている場合には(ステップS42;Yes)、画像解析処理を終了する。
ステップS42の判断において、未だパラメータYがパラメータYの最大値Ymaxを超えていない場合には(ステップS42;No)、パラメータXがパラメータXの最大値であるXmaxを超えているか否かを判断する(ステップS43)。すなわち、画像解析部14は、1ライン分の画素の処理が終わったか否かを判断する。
ステップS13の判断において、パラメータXがパラメータXの最大値であるXmaxを超えている場合には(ステップS43;Yes)、画像解析部14は、Y=Y+1として(ステップS44)、処理を再びステップS42に移行する。
ステップS43の判断において、未だパラメータXがパラメータXの最大値であるXmaxを超えていない場合には(ステップS43;No)、画像解析部14は、十字型のウィンドウWD2を順次走査して、それぞれ5個の画素に対応する撮像データの値を取得する(ステップS41)。
続いて画像解析部14は、ウィンドウWD2に対応する5個の撮像データ内において撮像データの最小値を検索し、取得する(ステップS46)。
続いて画像解析部14は、ステップS46で取得した撮像データの最小値と、所定のしきい値データDとを比較する(ステップS47)。
これにより、ステップS47の比較において、ステップS46で取得した撮像データの最小値がしきい値データD以下であれば(ステップS47;No:撮像データの最小値≦D)、当該注目画素の撮像データの値をノイズとして扱い、黒点(受光強度(輝度)レベル最低)の撮像データとして扱うためにクランプする(ステップS48)。
そして、クランプ後の撮像データの値を、当該注目画素の画素値として出力し、結果保存部15に保存する(ステップS49)。
一方、ステップS47の比較において、ステップS46で取得した撮像データの最小値がしきい値データDを超えている場合には(ステップS47;Yes:撮像データの最小値>D)、当該注目画素の撮像データの値を、当該注目画素の画素値として出力し、結果保存部15に保存する(ステップS49)。
これらの結果、注目画素に対応する撮像データの値が、隣接する4個の画素の撮像データの値のいずれかに対して、急峻に変化している、すなわち、宇宙線の入射あるいは画素欠陥による値の変化であると考えられる場合には、当該注目画素に対応する撮像データの値はノイズとして扱われることとなる。
一方、注目画素に対応する撮像データの値が、隣接する4個の画素の撮像データの値の全てに対して、緩やかに変化している、すなわち、実際の撮像画像に対応する撮像データと考えられる場合には、当該注目画素に対応する撮像データの値をそのまま保存することとなる。
図22は、本第5実施形態の第2態様における結果画像の説明図である。
これらの結果、本第5実施形態の第2態様によっても、結果保存部15に保存される結果画像は、図22に示すように、宇宙線の入射、画素欠陥等の影響を除去した画像となる。
すなわち、画像解析部14では、実効的に、クロスフィルタCFにより発生した光条を検出することで、容易な処理で、被写体の撮像画像と、ノイズによる輝点と、を区別することができる。
以上の第5実施形態の第2態様における説明においては、クロスフィルタCFを用いて中心画素値を判定する方法として、第1実施形態と同様の場合について説明したが、図9に示した第1実施形態の変形例における処理、あるいは、図14に示した第4実施形態における処理を適用して中心画素値を判定するように構成することも可能である。
図23は、画像原点を5画素構成の十字型のウィンドウで走査している場合の説明図である。
以上の説明においては、十字型のウィンドウWD2の全てに対象画素が存在する場合について説明したが、撮影画像の周縁部を走査する場合には、十字型のウィンドウWD2の一部に処理対象画素が存在しない場合がある。
図23の例の場合、十字型のウィンドウWD2うち、2個の画素において処理対象画素が存在していない。
このような場合には、例えば、以下のいずれかの方法により、処理を行う。
(1) 処理対象画素が存在しない部分については、無視し、処理対象画素が存在する部分のみで処理を行う。より具体的には、図23の例の場合、処理対象画素が存在する3つの画素のみで評価を行うこととなる。
(2) 処理対象画素が存在しない部分については、値を0として、通常通り処理を行う。
(3) 列方向あるいは行方向に隣接する画素の画素値をそのままコピーして処理するより具体的には、図23の例の場合、画素Px(0,0)の画素値をそれぞれコピーして評価を行うこととなる。
以上のような構成を採ることにより、撮影画像の周縁部を走査する場合でも確実に処理が行える。
以上の説明においては、十字型のウィンドウWD2のサイズは、5画素構成としていたが、画像解像度に応じて、縦横の長さをそれぞれ長くした9画素構成、13画素構成や、5画素構成の相似形の20画素構成等のサイズに調整することも可能である。なお、十字型の変形例として、中心部を正方形状の9画素構成とし、上下左右にそれぞれ1画素追加した13画素構成等とすることも可能である。
逆に被写体の大きさがウィンドウサイズよりも十分に大きい場合には、ウィンドウサイズに合わせて、画像を縮小してリサイズするようにすることも可能である。これにより画素数が多い画像であっても画素数が少ない画像と同じ走査回数とすることができ、処理の簡素化あるいは高速化が図れる。
図24は、第5実施形態の変形例の撮像装置の概要構成ブロック図である。
図24において、図16の第5実施形態と同様の部分には、同一の符号を付すものとする。
本第5実施形態の変形例が第5実施形態と異なる点は、フィルタ部41をレンズ部11のレンズ11Aの光軸が通過するように、フィルタ部41を入射光の光路中に挿脱可能に駆動するフィルタ制御部42を設けるようにした点である。
この場合において、フィルタ制御部42により、フィルタ部41内をレンズ11Aの光路外とすることにより、撮像装置40Aは、通常のカメラと同様に、焦点の合った画像を撮像画像として取得することが可能となる。
以上の説明においては、フィルタ部41をフィルタ制御部42により入射光の光路中に挿脱する構成を採っていたが、光学的ロウパスフィルタLPFやクロスフィルタCF等の測量用(位置測定用)フィルタと、通常の光学フィルタ(例えば、赤外線フィルタ、NDフィルタ等)とを切り替えて光路中に挿入する構成とすることも可能である。
以上の説明のように、各実施形態によれば、外部からの宇宙線の入射や、撮像素子の欠陥画素の影響を簡易な処理で、除去できるとともに、撮像対象の被写体の撮像画像を得ることが可能となる。
[6]実施形態の変形例
なお、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
例えば、上記第1実施形態及び第5実施形態の第2態様においては、ウィンドウWDあるいはウィンドウWD2のサイズの調整及び画像サイズの調整について述べたが、第1実施形態の変形例、第2実施形態、第3実施形態、第4実施形態、第5実施形態の第1態様においても同様に適用が可能である。
また、上記第1実施形態及び第5実施形態の第2態様においては、ウィンドウWDあるいはウィンドウWD2の全ての領域に対象画素が存在する場合について説明したが、第1実施形態の変形例、第2実施形態、第3実施形態、第4実施形態、第5実施形態の第1態様においても、撮影画像の周縁部を走査する場合には、3×3画素のウィンドウWDあるいはウィンドウWD2の一部に処理対象画素が存在しない場合について、上述した(1)〜(3)の手法を同様に適用するように構成することも可能である。このような構成を採ることにより、撮影画像の周縁部を走査する場合でも確実に処理が行える。
また、上記第2実施形態においては、撮像面をずらすことが可能となるように構成し、必要に応じてフォーカスをずらすことにより、上記第3実施形態においては、レンズ部を光軸に沿ってずらすことが可能となるように構成し、必要に応じてフォーカスをずらすことにより、得られる画像のエッジをぼかす(画像の平滑化を行う)ことができるように構成していた。
しかしながら、これらに代えて、第4実施形態と同様に、注目画素に対応する撮像データの値を注目画素に対応する周辺画素に対応する撮像データのうち、最小値とすることにより、被写体のエッジをぼかして、画像の平滑化を図るように構成することも可能である。
さらに、本技術は、以下の構成とすることも可能である。
(1)
被写体からの入射光を集光するレンズ部と、
前記レンズ部により集光された入射光を非合焦状態で撮像する撮像部と、
前記撮像部における撮像画像の解析を行い、一の注目画素の周囲に位置する複数の所定の周囲画素の画素値に基づいて、前記注目画素の画素値を設定して、前記被写体の位置を特定するための結果画像を生成する画像解析部と、
を備えた撮像装置。
(2)
前記画像解析部は、複数の所定の周囲画素の画素値の最小値が所定のしきい値を超えている場合に、前記注目画素の画素値を前記最小値に設定し、
前記最小値が前記しきい値以下である場合に、前記注目画素の画素値を所定の低受光強度値とする、
(1)記載の撮像装置。
(3)
前記画像解析部は、複数の所定の周囲画素の画素値の最小値を、前記注目画素の画素値として設定する、
(1)記載の撮像装置。
(4)
前記画像解析部は、前記撮像画像を構成している画素値を高受光強度及び低受光強度に区分する2値化処理を行い、複数の所定の周囲画素の画素値に前記低受光強度に区分される画素値が含まれている場合に、前記注目画素の画素値を前記低受光強度値に設定する、
(1)記載の撮像装置。
(5)
前記レンズ部と、前記撮像部と、の相対的な配置位置は、前記撮像部において、非合焦状態で撮像可能な位置に設定されている、
(1)〜(4)のいずれかに記載の撮像装置。
(6)
前記レンズ部を光軸方向に駆動して、前記レンズ部と、前記撮像部と、の相対的な配置位置は、前記撮像部において、非合焦状態で撮像可能な位置に設定するレンズ制御部を備えた、
(5)記載の撮像装置。
(7)
前記撮像部を光軸方向に駆動して、前記レンズ部と、前記撮像部と、の相対的な配置位置は、前記撮像部において、非合焦状態で撮像可能な位置に設定する撮像制御部を備えた、
(5)記載の撮像装置。
(8)
前記レンズ部と、前記被写体の間の光路中に挿入されて、得られる画像の平滑化を行うフィルタ部を備えた、
(1)〜(4)のいずれかに記載の撮像装置。
(9)
前記フィルタ部は、光学的ロウパスフィルタとして構成されている、
(8)記載の撮像装置。
(10)
前記レンズ部と、前記被写体の間の光路中に挿入されて、光条を生成するクロスフィルタとして構成されたフィルタ部を備えた、
(1)〜(4)のいずれかに記載の撮像装置。
前記レンズ部と、前記被写体の間の光路中に挿入されて、前記レンズ部を通過後の前記入射光が非合焦状態となるようにするフィルタ部を備えた、
(1)〜(4)のいずれかに記載の撮像装置。
(11)
前記フィルタ部を光路中に挿脱可能に挿入して、前記非合焦状態で撮像可能とするフィルタ制御部を備えた、
(8)〜(10)のいずれかに記載の撮像装置。
(12)
被写体からの入射光を集光するレンズ部と、前記レンズ部により集光された入射光を非合焦状態で撮像する撮像部と、を有する撮像装置の制御方法において、
撮像画像の解析を行い、一の注目画素の周囲に位置する複数の所定の周囲画素の画素値に基づいて、前記注目画素の画素値を設定する処理を前記注目画素を更新しつつ繰り返し行う過程と、
複数の注目画素に対応する前記設定した画素値に基づいて前記被写体の位置を特定するための結果画像を生成する過程と、
を備えた撮像装置の制御方法。
(13)
前記注目画素の画素値を設定する過程は、複数の所定の周囲画素の画素値の最小値が所定のしきい値を超えている場合に、前記注目画素の画素値を前記最小値に設定する過程と、
前記最小値が前記しきい値以下である場合に、前記注目画素の画素値を所定の低受光強度値とする過程と、
を備えた(12)記載の撮像装置の制御方法。
(14)
前記注目画素の画素値を設定する過程は、複数の所定の周囲画素の画素値の最小値を、前記注目画素の画素値として設定する過程、
を備えた(12)記載の撮像装置の制御方法。
(15)
前記注目画素の画素値を設定する過程は、前記撮像画像を構成している画素値を高受光強度及び低受光強度に区分する2値化処理を行う過程と、
複数の所定の周囲画素の画素値に前記低受光強度に区分される画素値が含まれている場合に、前記注目画素の画素値を前記低受光強度値に設定する過程と、
を備えた(12)記載の撮像装置の制御方法。
10、10A、10B、40A 撮像装置
11 レンズ部
11A レンズ
12 撮像部
13 画像蓄積部
14 画像解析部
15 結果保存部
21 光電変換部
21F0 像点
21F、21F1 受光面
22 アナログアンプ部
23 AD変換部
31 撮像制御部
32 レンズ制御部
41 フィルタ部
42 フィルタ制御部
CF クロスフィルタ
D しきい値データ
LPF 光学的ロウパスフィルタ
OBJ 被写体
PE−1 撮像データ
PE−N 撮像データ(ノイズ)
WD、WD2 ウィンドウ

Claims (12)

  1. 被写体からの入射光を集光するレンズ部と、
    前記レンズ部により集光された入射光を非合焦状態で撮像する撮像部と、
    前記撮像部における撮像画像の解析を行い、一の注目画素の周囲に位置する複数の所定の周囲画素の画素値に基づいて、前記注目画素の画素値を設定して、前記被写体の位置を特定するための結果画像を生成する画像解析部と、
    を備えた撮像装置。
  2. 前記画像解析部は、複数の所定の周囲画素の画素値の最小値が所定のしきい値を超えている場合に、前記注目画素の画素値を前記最小値に設定し、
    前記最小値が前記しきい値以下である場合に、前記注目画素の画素値を所定の低受光強度値とする、
    請求項1記載の撮像装置。
  3. 前記画像解析部は、複数の所定の周囲画素の画素値の最小値を、前記注目画素の画素値として設定する、
    請求項1記載の撮像装置。
  4. 前記画像解析部は、前記撮像画像を構成している画素値を高受光強度及び低受光強度に区分する2値化処理を行い、複数の所定の周囲画素の画素値に前記低受光強度に区分される画素値が含まれている場合に、前記注目画素の画素値を前記低受光強度に対応する値に設定する、
    請求項1記載の撮像装置。
  5. 前記レンズ部と、前記撮像部と、の相対的な配置位置は、前記撮像部において、非合焦状態で撮像可能な位置に設定されている、
    請求項1乃至請求項4のいずれか一項記載の撮像装置。
  6. 前記レンズ部を光軸方向に駆動して、前記レンズ部と、前記撮像部と、の相対的な配置位置は、前記撮像部において、非合焦状態で撮像可能な位置に設定するレンズ制御部を備えた、
    請求項5記載の撮像装置。
  7. 前記撮像部を光軸方向に駆動して、前記レンズ部と、前記撮像部と、の相対的な配置位置は、前記撮像部において、非合焦状態で撮像可能な位置に設定する撮像制御部を備えた、
    請求項5記載の撮像装置。
  8. 前記レンズ部と、前記被写体の間の光路中に挿入されて、得られる画像の平滑化を行うフィルタ部を備えた、
    請求項1乃至請求項4のいずれか一項記載の撮像装置。
  9. 前記フィルタ部は、光学的ロウパスフィルタとして構成されている、
    請求項8記載の撮像装置。
  10. 前記レンズ部と、前記被写体の間の光路中に挿入されて、光条を生成するクロスフィルタとして構成されたフィルタ部を備えた、
    請求項1乃至請求項4のいずれか一項記載の撮像装置。
  11. 前記フィルタ部を光路中に挿脱可能に挿入して、前記非合焦状態で撮像可能とするフィルタ制御部を備えた、
    請求項8乃至請求項10のいずれか一項記載の撮像装置。
  12. 被写体からの入射光を集光するレンズ部と、前記レンズ部により集光された入射光を非合焦状態で撮像する撮像部と、を有する撮像装置の制御方法において、
    撮像画像の解析を行い、一の注目画素の周囲に位置する複数の所定の周囲画素の画素値に基づいて、前記注目画素の画素値を設定する処理を前記注目画素を更新しつつ繰り返し行う過程と、
    複数の注目画素に対応する前記設定した画素値に基づいて前記被写体の位置を特定するための結果画像を生成する過程と、
    を備えた撮像装置の制御方法。
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