JP3931152B2 - 撮像装置の評価方法、画像補正方法、および撮像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置の評価方法、画像補正方法、および撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラやデジタルカメラなどの撮像装置は、一般の撮影に多く使われているが、ビジュアル特性重視のためにダイナミックレンジ補正、視感度補正、γ補正などの出力補正を施しているものが多い。従って、物面輝度を正しく反映する画像が得られないものが多い。
【０００３】
一方、一部の計測分野に利用される撮像装置においては、物面輝度を正しく反映する画像が得られるように配慮されている。特開平6−233333号公報で開示されている較正技術はその１つである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この較正技術を用いた撮像装置においては標準発光面が不可欠である。この標準発光面は、毎回の撮影に必要なものであり、品質管理が煩わしく劣化が生じる。よってこの種の撮像装置では、出力特性の評価精度および画像の較正精度も十分であるとは言えない。
【０００５】
本発明の第１の目的は、既知の輝度分布を有する物面を用意することなく、撮像装置の出力特性を正しく評価する撮像装置の評価方法を提供することにある。
【０００６】
本発明の第２の目的は、既知の輝度分布を有する物面を用意することなく、物面輝度を正しく反映する画像を補正画像として得る画像補正方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の第３の目的は、既知の輝度分布を有する物面を用意することなく、物面輝度を正しく反映する画像が得られる撮像装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
課題を解決し目的を達成するために、本発明の撮像装置の評価方法、画像補正方法、および撮像装置は以下の如く構成されている。
【０００９】
（１）本発明の撮像装置の評価方法は、同一の空間輝度分布面を異なる露光時間で撮像することにより得られた複数の画像データを比較することにより原画像データの出力関数を求める。
【００１０】
（２）本発明の撮像装置の評価方法は上記（１）に記載の方法であり、かつｋを露光時間比、Ｐｎを低い方からｎ番目の物点輝度、ｆ（Ｐｎ）およびｆ（ｋＰｎ）をそれぞれ物点輝度Ｐｎに対応する第一画像データおよび第二画像データの出力輝度とし、式
【数１９】
【００１１】
および式
【数２０】
により、原画像データの出力関数ｆ（Ｐ）を求める。
【００１２】
（３）本発明の撮像装置の評価方法は上記（２）に記載の方法であり、かつ第一画像データの出力輝度をｆ（Ｐｎ）、Ｐｎを閾値とし、この閾値より大なる第一画像データの出力輝度の面積に等しい出力輝度の面積が得られる第二画像データの閾値をｆ（ｋＰｎ）とする。
【００１３】
（４）本発明の画像補正方法は、同一の空間輝度分布面を異なる露光時間で撮像することにより得られた複数の画像データを比較することにより較正係数ａを算出し、この較正係数ａを基に補正画像データを求める。
【００１４】
（５）本発明の画像補正方法は上記（４）に記載の方法であり、かつ原画像データＩ（Ｐ）に対して補正画像データＩ′（Ｐ）を
【数２１】
として求める。
【００１５】
（６）本発明の画像補正方法は上記（５）に記載の方法であり、かつｋを露光時間比、Ｐｎを低い方からｎ番目の物点輝度、ｆ（Ｐｎ）およびｆ（ｋＰｎ）をそれぞれ物点輝度Ｐｎに対応する第一画像データおよび第二画像データの出力輝度とし、式
【数２２】
【００１６】
および式
【数２３】
により、原画像データの出力関数ｆ（Ｐ）を求めた上、較正係数ａを
【数２４】
の平均値として求める。
【００１７】
（７）本発明の画像補正方法は上記（６）に記載の方法であり、かつ露光時間比ｋを変化させ、
【００１８】
【数２５】
の平均値からの偏差の二乗和が最小となるｋを用いる。
【００１９】
（８）本発明の画像補正方法は上記（５）に記載の方法であり、かつｋを露光時間比、Ｐｎを低い方からｎ番目の物点輝度、ｆ（Ｐｎ）およびｆ（ｋＰｎ）をそれぞれ物点輝度Ｐｎに対応する第一画像データおよび第二画像データの出力輝度とし、式
【００２０】
【数２６】
【００２１】
および式
【数２７】
により、原画像データの出力関数ｆ（Ｐ）を求めた上、較正係数ａを
【００２２】
【数２８】
の近似勾配として求める。
【００２３】
（９）本発明の画像補正方法は上記（８）に記載の方法であり、かつ露光時間比ｋを変化させ、
【００２４】
【数２９】
の近似直線からの偏差の二乗和が最小となるｋを用いる。
【００２５】
（１０）本発明の撮像装置は、同一の空間輝度分布面を異なる露光時間で撮像することにより得られた複数の画像データを比較することにより較正係数ａを算出し、この較正係数ａを基に補正画像データを求める処理部を有する。
【００２６】
（１１）本発明の撮像装置は上記（１０）に記載の方法であり、かつ原画像データＩ（Ｐ）に対して補正画像データＩ′（Ｐ）を
【数３０】
として求める処理部を有する。
【００２７】
【数３０】
として求める処理部を有する。
【００２８】
（１２）本発明の撮像装置は上記（１１）に記載の装置であり、かつｋを露光時間比、Ｐｎを低い方からｎ番目の物点輝度、ｆ（Ｐｎ）およびｆ（ｋＰｎ）をそれぞれ物点輝度Ｐｎに対応する第一画像データおよび第二画像データの出力輝度とし、式
【００２９】
【数３１】
【００３０】
および式
【数３２】
により、原画像データの出力関数ｆ（Ｐ）を求めた上、較正係数ａを
【００３１】
【数３３】
の平均値として求める処理部を有する。
【００３２】
（１３）本発明の撮像装置は上記（１１）に記載の装置であり、かつｋを露光時間比、Ｐｎを低い方からｎ番目の物点輝度、ｆ（Ｐｎ）およびｆ（ｋＰｎ）をそれぞれ物点輝度Ｐｎに対応する第一画像データおよび第二画像データの出力輝度とし、式
【００３３】
【数３４】
【００３４】
および式
【数３５】
により、原画像データの出力関数ｆ（Ｐ）を求めた上、較正係数ａを
【数３６】
の近似勾配として求める処理部を有する。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００３６】
図１は、本発明の実施の形態に係る第１の撮像装置のブロック図である。図１において、撮像装置本体１には補正画像処理部２が接続されており、補正画像処理部２には画像出力部３が接続されている。撮像装置本体１、補正画像処理部２、および画像出力部３には制御部１０が接続されている。撮像装置本体１は、ＣＣＤ等の撮像素子からなる。補正画像処理部２は、コンピュータからなる。画像出力部３はメモリ装置からなる。制御部１０はＣＰＵからなる。
【００３７】
撮像装置本体１は画像データＩ（Ｐ）を取得する。補正画像処理部２は画像データＩ（Ｐ）を入力し、後述するように
【数３７】
【００３８】
を演算する。画像出力部３は画像データＩ′（Ｐ）を入力、記憶し、適宜出力する。
【００３９】
図２は、本発明の実施の形態に係る撮像装置評価装置のブロック図である。図２において図１と同一な部分には同符号を付してある。図２において、撮像装置本体１には出力関数演算部１１が接続されており、出力関数演算部１１には出力関数出力部１２が接続されている。撮像装置本体１、出力関数演算部１１、および出力関数出力部１２には制御部１０が接続されている。
【００４０】
図３は、本発明の実施の形態に係る較正係数取得装置のブロック図である。図３において図１，図２と同一な部分には同符号を付してある。図３において、撮像装置本体１には出力関数演算部１１が接続されており、出力関数演算部１１には較正係数演算部２１が接続されており、較正係数演算部２１には較正係数出力部２２が接続されている。撮像装置本体１、出力関数演算部１１、較正係数演算部２１、および較正係数出力部２２には制御部１０が接続されている。
【００４１】
図４は、本発明の実施の形態に係る第２の撮像装置のブロック図である。図４において図１，図２，図３と同一な部分には同符号を付してある。図４において、撮像装置本体１には出力関数演算部１１が接続されており、出力関数演算部１１には較正係数演算部２１が接続されており、較正係数演算部２１には補正画像処理部２が接続されており、補正画像処理部２には画像出力部３が接続されている。撮像装置本体１、出力関数演算部１１、較正係数演算部２１、補正画像処理部２、および画像出力部３には制御部１０が接続されている。
【００４２】
以下、本実施の形態の作用を説明する。
【００４３】
今、原画像データの出力関数がｆ（Ｐ）である撮像装置本体１からなるデジタル撮像装置を用いて、空間輝度分布面をある露光時間で撮像して第一画像データを得、さらに第一画像データのｋ倍の露光時間で同一の空間輝度分布面を撮像して第二画像データを得るものとする。この空間輝度分布面は、後述する出力関数ｆ（Ｐ）の取得および較正係数ａの取得を行なうための専用の物面であっても、あるいは実際の被写体であっても良い。物面が実際の被写体である場合は、撮像装置を図４の構成とすればよく、適正露光で撮像された画像を被写体画像とし、この適正露光のｋ倍の露光時間で撮像された画像を較正係数ａの取得を行なうための較正用画像とする。なお、この較正用画像は較正係数ａの取得後は不要となるのでメモリ装置の節約のために削除することが望ましい。
【００４４】
空間輝度分布面上の物点輝度を小さい方からＰ０，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…，Ｐｎ，…とし、露光感度Ｒｎを次式により定義する。
【００４５】
【数３８】
【００４６】
ここで、ｆ（Ｐｎ）およびｆ（ｋＰｎ）は、それぞれ物点輝度Ｐｎに対応する第一画像データおよび第二画像データの出力輝度である。つまり、露光感度Ｒｎは出力関数ｆ（Ｐ）が物点輝度Ｐに比例する場合にｋにかかわらず１になるが、比例しない場合は出力関数ｆ（Ｐ）に応じて増加関数もしくは減少関数となる。またＰｎ−Ｐｎ−１が微小であるとすれば近似的に次式が成り立つ。
【００４７】
【数３９】
(1)式および(2)式により、次式が得られる。
【００４８】
【数４０】
【００４９】
ただし、Ｐ０≒０の場合、出力関数の値は物点輝度に等しいと考えて良いから、
ｆ（Ｐ０）＝Ｐ０ (4)
が成り立つ。(1)式(3)式および(4)式を用いて、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…，Ｐｎ，…に対応するデータ列ｆ（Ｐ１），ｆ（Ｐ２），ｆ（Ｐ３），…，ｆ（Ｐｎ），…を求めることができ、これを関数化すれば原画像データの出力関数ｆ（Ｐ）となる。さらに、較正後の出力関数をｇ（Ｐ）、較正関数をＡ（Ｐ）とすれば、近似的に次式が成り立つ。
【００５０】
【数４１】
【００５１】
ここで、ｇ（Ｐ）＝Ｐ、すなわち較正後の出力関数ｇ（Ｐ）が物点輝度を正しく反映する条件を満たす場合には、(5)式により、
【数４２】
【００５２】
となる。(6)式を用いることにより、較正後の出力関数ｇ（Ｐ）が物点輝度を正しく反映するための較正関数Ａ（Ｐ）を演算することができる。今、較正関数Ａ（Ｐ）の平均値を較正係数ａとして定義し、(5)式内のＡ（Ｐ）をａで置き換えることにより、
【数４３】
【００５３】
となる。(7)式の右辺に原画像データの出力関数ｆ（Ｐ）および較正係数ａを代入することにより、ほぼＰに等しい較正後の出力関数ｇ（Ｐ）を求めることができる。
【００５４】
どのような空間輝度分布面であっても、同一の撮像装置においては原画像データの出力関数ｆ（Ｐ）は同一であるので、どのような原画像データＩ（Ｐ）であっても(7)式により求められた補正画像データＩ′（Ｐ）は物点輝度を正しく反映するのである。従って、補正画像データＩ′（Ｐ）を原画像データＩ（Ｐ）と較正係数ａとで表すと次式のようになる。
【００５５】
【数４４】
【００５６】
図５は、本実施の形態の撮像装置の評価処理手順を示すフローチャートである。この処理は図２の装置において制御部１０の制御により実行される。なお以下では、Ｐｍａｘ；最大階調値 Ｐｍｉｎ；最小階調値 Ｐｓｔｅｐ；階調ステップ ｔ；第一画像データの露光時間 ｋ；露光時間比、とする。
【００５７】
ステップＳ１０１で、撮像装置本体１は、露光時間ｔの第一画像データＩを取得する。出力関数演算部１１は、ｔ′＝ｋｔとする。撮像装置本体１は、露光時間ｔ′の第二画像データＩ′を取得する。出力関数演算部１１は、ｎｍａｘ＝（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）／Ｐｓｔｅｐを演算し、ｎ＝０とする。
【００５８】
ステップＳ１０２で、出力関数演算部１１は、Ｐｎ＝Ｐｍｉｎ＋ｎＰｓｔｅｐを演算する。出力関数演算部１１は、閾値をＰｎとする第一画像データＩの二値化画像データ
【数４５】
を取得する。出力関数演算部１１は、二値化画像データ
【００５９】
【数４６】
の白部分の面積Ｓｎを取得し、二値化画像データ
【００６０】
【数４７】
の白部分の面積がＳｎとなる閾値ｆ（ｋＰｎ）を取得する。
【００６１】
ステップＳ１０３で、ｎ＝ｎｍａｘでなければ、ステップＳ１０４で、出力関数演算部１１はｎ＝ｎ＋１とし、ステップＳ１０２に戻る。ステップＳ１０３で、ｎ＝ｎｍａｘであれば、ステップＳ１０５で、出力関数演算部１１は、ｆ（Ｐ０）＝Ｐ０，μ０＝１，ｎ＝１、とする。
【００６２】
ステップＳ１０６で、出力関数演算部１１は
【数４８】
を演算する。
【００６３】
ステップＳ１０７で、ｎ＝ｎｍａｘでなければ、ステップＳ１０８で、出力関数演算部１１はｎ＝ｎ＋１とし、ステップＳ１０６に戻る。なお、特性係数μｎは出力感度値の逆数であり、ｆ（Ｐｎ）は出力関数である。
【００６４】
これにより、図６（ａ）のような入力輝度に対する特性係数μを示すグラフと、図６（ｂ）のような入力輝度Ｐに対する出力輝度ｆ（Ｐ）つまり出力輝度を示すグラフが得られる。
【００６５】
ステップＳ１０７で、ｎ＝ｎｍａｘであれば、ステップＳ１０９で、μｎの近似直線の切片μ０′を演算する。さらに、このμ０′を用いて出力関数演算部１１は
【数４９】
【００６６】
を演算する。これにより、ｆ（Ｐ０）＝Ｐ０およびρ０＝１となる。この処理は輝度０の近傍において出力輝度を入力輝度に一致させ、出力感度値を１にするためのものである。さらに、出力関数演算部１１はｎ＝１とする。
【００６７】
ステップＳ１１０で、出力関数演算部１１は
【数５０】
を演算する。
【００６８】
ステップＳ１１１で、ｎ＝ｎｍａｘでなければ、ステップＳ１１２で、出力関数演算部１１はｎ＝ｎ＋１とし、ステップＳ１１０に戻る。なお、ρ（Ｐｎ）は出力感度であり、ｆ（Ｐｎ）は出力関数である。ステップＳ１１１で、ｎ＝ｎｍａｘであれば、出力関数演算部１１は処理を終了する。出力関数ｆ（Ｐｎ）はメモリ装置からなる出力関数出力部１２に記憶される。
【００６９】
これにより、特性係数μが補正され、図７（ａ）のような入力輝度に対する特性係数μを示すグラフと、図７（ｂ）のような入力輝度に対する出力輝度を示すグラフが得られる。また、図７（ａ）から図８のような入力輝度に対する出力感度値（特性係数の逆数）を示すグラフが得られる。
【００７０】
撮像装置において物点輝度が正しく反映されている場合、図７（ａ）のグラフでは入力輝度の変化に対して特性係数が常にほぼ１となり、図８のグラフでは入力輝度の変化に対して出力感度値が常にほぼ１となり、図７（ｂ）のグラフでは入力輝度と出力輝度とがほぼ正比例する。しかし、図７（ａ）（ｂ）と図８の評価結果から分かるように、この撮像装置では物点輝度が正しく反映されていない。以下、物点輝度を正しく反映するよう、補正処理を行なう。
【００７１】
図９は、本実施の形態の撮像装置による画像補正処理手順を示すフローチャートである。この処理は図４の装置において制御部１０の制御により実行される。
【００７２】
ステップＳ１で、出力関数演算部１１により出力関数ｆ（Ｐ）が取得される。ステップＳ２で、較正係数演算部２１により較正係数ａが取得される。ステップＳ３で、補正画像処理部２により
【数５１】
【００７３】
が演算される。この補正画像データＩ′（Ｐ）は、画像出力部３に記憶される。
【００７４】
図１０は、本実施の形態の撮像装置による第１の較正係数取得処理手順を示すフローチャートである。この処理は図９のステップＳ２に相当し、図４の装置において制御部１０の制御により実行される。また、この処理は図３の装置において制御部１０の制御により実行することもできる。なお以下では、Ｐｍａｘ；最大階調値 Ｐｍｉｎ；最小階調値 Ｐｓｔｅｐ；階調ステップ ｔ；第一画像データの露光時間 ｋ；露光時間比、とする。
【００７５】
ステップＳ２０１で、撮像装置本体１は、露光時間ｔの第一画像データＩを取得する。較正係数演算部２１は、ｔ′＝ｋｔとする。撮像装置本体１は、露光時間ｔ′の第二画像データＩ′を取得する。較正係数演算部２１は、ｎｍａｘ＝（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）／Ｐｓｔｅｐを演算し、ａ＝０， Ａ１＝０、とする。
【００７６】
ステップＳ２０２で、較正係数演算部２１はｎ＝０とし、ステップＳ２０３で、較正係数演算部２１は、Ｐｎ＝Ｐｍｉｎ＋ｎＰｓｔｅｐを演算する。較正係数演算部２１は、閾値をＰｎとする第一画像データＩの二値化画像データ
【数５２】
を取得する。較正係数演算部２１は、二値化画像データ
【００７７】
【数５３】
の白部分の面積Ｓｎを取得し、二値化画像データ
【００７８】
【数５４】
の白部分の面積がＳｎとなる閾値ｆ（ｋＰｎ）を取得する。
【００７９】
ステップＳ２０４で、ｎ＝ｎｍａｘでなければ、ステップＳ２０５で、較正係数演算部２１はｎ＝ｎ＋１とし、ステップＳ２０３に戻る。ステップＳ２０４で、ｎ＝ｎｍａｘであれば、ステップＳ２０６で、較正係数演算部２１は、ｆ（Ｐ０）＝Ｐ０，ａ′＝０，Ｓ＝００，ｎ＝１、とする。
【００８０】
ステップＳ２０７で、較正係数演算部２１は
【数５５】
を演算する。
【００８１】
ステップＳ２０８で、ｎ＝ｎｍａｘでなければ、ステップＳ２０９で、較正係数演算部２１はｎ＝ｎ＋１とし、ステップＳ２０７に戻る。ステップＳ２０８で、ｎ＝ｎｍａｘであれば、ステップＳ２１０で、較正係数演算部２１は
【数５６】
を演算する。
【００８２】
ステップＳ２１１で、｜ａ′｜＜０．００１｜ａ｜でなければ、ステップＳ２１２で、較正係数演算部２１は、ａ＝ａ＋ａ′，Ｉ＝Ｉ／（１−ａＩ），Ｉ′＝Ｉ′／（１−ａＩ′）、を演算する。ステップＳ２１１で、｜ａ′｜＜０．００１｜ａ｜であれば、較正係数演算部２１は処理を終了する。これにより、適切な較正係数ａが得られる。なお図３の装置では、較正係数ａはメモリ装置からなる較正係数出力部２２に記憶される。
【００８３】
図１１，図１２，図１３は、それぞれ上述した処理により得られた一回目の較正関数Ａ（Ｐ）、二回目の較正関数Ａ（Ｐ）、三回目の較正関数Ａ（Ｐ）、すなわち入力輝度に対する較正関数値を示すグラフである。図１３のように、三回目の較正関数Ａ（Ｐ）により、｜ａ′｜＜０．００１｜ａ｜の条件式が満たされ、入力輝度に対して較正関数値は常にほぼ０となり、このときのａが較正係数となる。なお、前記条件式の係数は、０．００１に限らず、適宜変更できる。
【００８４】
図１４は、本実施の形態の撮像装置による第２の較正係数取得処理手順を示すフローチャートである。この処理は図９のステップＳ２に相当し、図４の装置において制御部１０の制御により実行される。また、この処理は図３の装置において制御部１０の制御により実行することもできる。なお以下では、Ｐｍａｘ；最大階調値 Ｐｍｉｎ；最小階調値 Ｐｓｔｅｐ；階調ステップ ｔ；第一画像データの露光時間 ｋ；露光時間比、とする。
【００８５】
ステップＳ３０１で、撮像装置本体１は、露光時間ｔの第一画像データＩを取得する。較正係数演算部２１は、ｔ′＝ｋｔとする。撮像装置本体１は、露光時間ｔ′の第二画像データＩ′を取得する。較正係数演算部２１は、ｎｍａｘ＝（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）／Ｐｓｔｅｐを演算し、ａ＝０， Ａ１＝０、とする。
【００８６】
ステップＳ３０２で、較正係数演算部２１はｎ＝０とし、ステップＳ３０３で、較正係数演算部２１は、Ｐｎ＝Ｐｍｉｎ＋ｎＰｓｔｅｐを演算する。較正係数演算部２１は、閾値をＰｎとする第一画像データＩの二値化画像データ
【数５７】
を取得する。較正係数演算部２１は、二値化画像データ
【００８７】
【数５８】
の白部分の面積Ｓｎを取得し、二値化画像データ
【００８８】
【数５９】
の白部分の面積がＳｎとなる閾値ｆ（ｋＰｎ）を取得する。
【００８９】
ステップＳ３０４で、ｎ＝ｎｍａｘでなければ、ステップＳ３０５で、較正係数演算部２１はｎ＝ｎ＋１とし、ステップＳ３０３に戻る。ステップＳ３０４で、ｎ＝ｎｍａｘであれば、ステップＳ３０６で、較正係数演算部２１は、ｆ（Ｐ０）＝Ｐ０，ａ′＝０，Ｓ＝００，ｎ＝１、とする。
【００９０】
ステップＳ３０７で、較正係数演算部２１は
【数６０】
を演算する。
【００９１】
ステップＳ３０８で、ｎ＝ｎｍａｘでなければ、ステップＳ３０９で、較正係数演算部２１はｎ＝ｎ＋１とし、ステップＳ３０７に戻る。ステップＳ３０８で、ｎ＝ｎｍａｘであれば、ステップＳ３１０で、較正係数演算部２１はμｎの近似直線の切片μ０＝１を得るため、μ０′＝μｎの近似直線の切片、
【数６１】
を演算し、較正係数演算部２１はｎ＝１とする。
【００９２】
ステップＳ３１１で、較正係数演算部２１は
【数６２】
を演算する。
【００９３】
ステップＳ３１２で、ｎ＝ｎｍａｘでなければ、ステップＳ３１３で、較正係数演算部２１はｎ＝ｎ＋１とし、ステップＳ３１１に戻る。ステップＳ３１２で、ｎ＝ｎｍａｘであれば、ステップＳ３１４で、較正係数演算部２１はμｎの近似直線の近似勾配ａ′を求め、μｎの近似直線とμｎとの偏差の二乗和Ｓμを求める。なお、露光時間比ｋを変化させて本第２の較正係数取得処理を複数回行い、
【数６３】
【００９４】
の近似直線からの偏差の二乗和が最小となるｋを用いることにより、より精確な較正係数が得られる。
【００９５】
ステップＳ３１５で、｜ａ′｜＜０．００１｜ａ｜でなければ、ステップＳ３１６で、較正係数演算部２１はａ＝ａ＋ａ′，Ｉ＝Ｉ／（１−ａＩ），Ｉ′＝Ｉ′／（１−ａＩ′）、を演算する。ステップＳ３１５で、｜ａ′｜＜０．００１｜ａ｜であれば、較正係数演算部２１は処理を終了する。これにより、適切な較正係数ａが得られる。なお図３の装置では、較正係数ａは較正係数出力部２２に記憶される。
【００９６】
図１５，図１６，図１７は、それぞれ上述した処理により得られた一回目の特性係数μ、二回目の特性係数μ、三回目の特性係数μ、すなわち各回の入力輝度に対する特性係数値を示すグラフである。図１７のように、三回目の特性係数により、｜ａ′｜＜０．００１｜ａ｜の条件が満たされ、入力輝度の変化に対して特性係数値が常にほぼ１となり、このときのａが較正係数となる。
【００９７】
なお、図９のステップＳ２の較正係数ａの取得処理においては、図１０に示した第１の較正係数取得処理と図１４に示した第２の較正係数取得処理のいずれかが実行される。
【００９８】
このようにして得られた較正係数ａを基に、図９のステップＳ３で図４の装置における補正画像処理部２が
【数６４】
【００９９】
を演算することにより、原画像データＩ（Ｐ）に対する補正画像データＩ′（Ｐ）が得られる。この補正画像データＩ′（Ｐ）は、画像出力部３に記憶される。
【０１００】
このように、上記式(8)に較正係数ａを代入することで、以降の撮像装置による撮影において、物面輝度が正しく反映された補正画像が得られる。すなわち、撮像装置による通常の撮影時に既知の輝度分布を有する物面を用意することなく、物面輝度を正しく反映する画像が得られる。なお、較正係数ａは撮像装置の出荷時等に上述したように演算され、補正画像処理部２の上記式に代入される。
【０１０１】
よって、図１に示す構成をなす第１の撮像装置の場合、別の装置によりあらかじめ測定されている較正係数ａを補正画像処理部２の上記式に代入するだけで、物面輝度が正しく反映される補正画像を得るための設定を行なえる。
【０１０２】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されず、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施できる。
【０１０３】
【発明の効果】
本発明によれば、既知の輝度分布を有する物面を用意することなく、撮像装置の出力特性を正しく評価する撮像装置の評価方法を提供できる。
【０１０４】
また本発明によれば、既知の輝度分布を有する物面を用意することなく、物面輝度を正しく反映する画像を補正画像として得る画像補正方法を提供できる。
【０１０５】
また本発明によれば、既知の輝度分布を有する物面を用意することなく、物面輝度を正しく反映する画像が得られる撮像装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る第１の撮像装置のブロック図。
【図２】本発明の実施の形態に係る撮像装置評価装置のブロック図。
【図３】本発明の実施の形態に係る較正係数取得装置のブロック図。
【図４】本発明の実施の形態に係る第２の撮像装置のブロック図。
【図５】本発明の実施の形態に係る撮像装置の評価処理手順を示すフローチャート。
【図６】本発明の実施の形態に係るμ補正前の入力輝度に対する特性係数μを示す図と、入力輝度に対する出力輝度を示す図。
【図７】本発明の実施の形態に係るμ補正後の入力輝度に対する特性係数μを示す図と、入力輝度に対する出力輝度を示す図。
【図８】本発明の実施の形態に係る入力輝度に対する出力感度値（特性係数の逆数）を示す図。
【図９】本発明の実施の形態に係る撮像装置による画像補正処理手順を示すフローチャート。
【図１０】本発明の実施の形態に係る撮像装置による第１の較正係数取得処理手順を示すフローチャート。
【図１１】本発明の実施の形態に係る一回目の入力輝度に対する較正関数値を示す図。
【図１２】本発明の実施の形態に係る二回目の入力輝度に対する較正関数値を示す図。
【図１３】本発明の実施の形態に係る三回目の入力輝度に対する較正関数値を示す図。
【図１４】本発明の実施の形態に係る撮像装置による第２の較正係数取得処理手順を示すフローチャート。
【図１５】本発明の実施の形態に係る一回目の入力輝度に対する特性係数値を示す図。
【図１６】本発明の実施の形態に係る二回目の入力輝度に対する特性係数値を示す図。
【図１７】本発明の実施の形態に係る三回目の入力輝度に対する特性係数値を示す図。
【符号の説明】
１…撮像装置本体 ２…補正画像処理部 ３…画像出力部 １０…制御部
１１…出力関数演算部 １２…出力関数出力部 ２１…較正係数演算部
２２…較正係数出力部
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像装置の評価方法、画像補正方法、および撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラやデジタルカメラなどの撮像装置は、一般の撮影に多く使われているが、ビジュアル特性重視のためにダイナミックレンジ補正、視感度補正、γ補正などの出力補正を施しているものが多い。従って、物面輝度を正しく反映する画像が得られないものが多い。
【０００３】
一方、一部の計測分野に利用される撮像装置においては、物面輝度を正しく反映する画像が得られるように配慮されている。特開平6−233333号公報で開示されている較正技術はその１つである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この較正技術を用いた撮像装置においては標準発光面が不可欠である。この標準発光面は、毎回の撮影に必要なものであり、品質管理が煩わしく劣化が生じる。よってこの種の撮像装置では、出力特性の評価精度および画像の較正精度も十分であるとは言えない。
【０００５】
本発明の第１の目的は、既知の輝度分布を有する物面を用意することなく、撮像装置の出力特性を正しく評価する撮像装置の評価方法を提供することにある。
【０００６】
本発明の第２の目的は、既知の輝度分布を有する物面を用意することなく、物面輝度を正しく反映する画像を補正画像として得る画像補正方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の第３の目的は、既知の輝度分布を有する物面を用意することなく、物面輝度を正しく反映する画像が得られる撮像装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
課題を解決し目的を達成するために、本発明の撮像装置の評価方法、画像補正方法、および撮像装置は以下の如く構成されている。
【０００９】
（１）本発明の撮像装置の評価方法は、同一の空間輝度分布面を異なる露光時間で撮像することにより得られた複数の画像データを比較することにより原画像データの出力関数を求める。
【００１０】
（２）本発明の撮像装置の評価方法は上記（１）に記載の方法であり、かつｋを露光時間比、Ｐｎを低い方からｎ番目の物点輝度、ｆ（Ｐｎ）およびｆ（ｋＰｎ）をそれぞれ物点輝度Ｐｎに対応する第一画像データおよび第二画像データの出力輝度とし、式
【数１９】
および式
【数２０】
【００１２】
（３）本発明の撮像装置の評価方法は上記（２）に記載の方法であり、かつ第一画像データの出力輝度をｆ（Ｐｎ）、Ｐｎを閾値とし、この閾値より大なる第一画像データの出力輝度の面積に等しい出力輝度の面積が得られる第二画像データの閾値をｆ（ｋＰｎ）とする。
【００１３】
（４）本発明の画像補正方法は、同一の空間輝度分布面を異なる露光時間で撮像することにより得られた複数の画像データを比較することにより較正係数ａを算出し、この較正係数ａを基に補正画像データを求める。
【００１４】
（５）本発明の画像補正方法は上記（４）に記載の方法であり、かつ原画像データＩ（Ｐ）に対して補正画像データＩ′（Ｐ）を
【数２１】
【００１５】
（６）本発明の画像補正方法は上記（５）に記載の方法であり、かつｋを露光時間比、Ｐｎを低い方からｎ番目の物点輝度、ｆ（Ｐｎ）およびｆ（ｋＰｎ）をそれぞれ物点輝度Ｐｎに対応する第一画像データおよび第二画像データの出力輝度とし、式
【数２２】
および式
【数２３】
【数２４】
【００１７】
（７）本発明の画像補正方法は上記（６）に記載の方法であり、かつ露光時間比ｋを変化させ、
【００１８】
【数２５】
【００１９】
（８）本発明の画像補正方法は上記（５）に記載の方法であり、かつｋを露光時間比、Ｐｎを低い方からｎ番目の物点輝度、ｆ（Ｐｎ）およびｆ（ｋＰｎ）をそれぞれ物点輝度Ｐｎに対応する第一画像データおよび第二画像データの出力輝度とし、式
【００２０】
【数２６】
および式
【数２７】
【００２２】
【数２８】
【００２３】
（９）本発明の画像補正方法は上記（８）に記載の方法であり、かつ露光時間比ｋを変化させ、
【００２４】
【数２９】
【００２５】
（１０）本発明の撮像装置は、同一の空間輝度分布面を異なる露光時間で撮像することにより得られた複数の画像データを比較することにより較正係数ａを算出し、この較正係数ａを基に補正画像データを求める処理部を有する。
【００２６】
（１１）本発明の撮像装置は上記（１０）に記載の方法であり、かつ原画像データＩ（Ｐ）に対して補正画像データＩ′（Ｐ）を
【数３０】
【００２７】
【数３０】
【００２８】
（１２）本発明の撮像装置は上記（１１）に記載の装置であり、かつｋを露光時間比、Ｐｎを低い方からｎ番目の物点輝度、ｆ（Ｐｎ）およびｆ（ｋＰｎ）をそれぞれ物点輝度Ｐｎに対応する第一画像データおよび第二画像データの出力輝度とし、式
【００２９】
【数３１】
および式
【数３２】
【００３１】
【数３３】
【００３２】
（１３）本発明の撮像装置は上記（１１）に記載の装置であり、かつｋを露光時間比、Ｐｎを低い方からｎ番目の物点輝度、ｆ（Ｐｎ）およびｆ（ｋＰｎ）をそれぞれ物点輝度Ｐｎに対応する第一画像データおよび第二画像データの出力輝度とし、式
【００３３】
【数３４】
および式
【数３５】
【数３６】
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００３６】
図１は、本発明の実施の形態に係る第１の撮像装置のブロック図である。図１において、撮像装置本体１には補正画像処理部２が接続されており、補正画像処理部２には画像出力部３が接続されている。撮像装置本体１、補正画像処理部２、および画像出力部３には制御部１０が接続されている。撮像装置本体１は、ＣＣＤ等の撮像素子からなる。補正画像処理部２は、コンピュータからなる。画像出力部３はメモリ装置からなる。制御部１０はＣＰＵからなる。
【００３７】
撮像装置本体１は画像データＩ（Ｐ）を取得する。補正画像処理部２は画像データＩ（Ｐ）を入力し、後述するように
【数３７】
を演算する。画像出力部３は画像データＩ′（Ｐ）を入力、記憶し、適宜出力する。
【００３９】
図２は、本発明の実施の形態に係る撮像装置評価装置のブロック図である。図２において図１と同一な部分には同符号を付してある。図２において、撮像装置本体１には出力関数演算部１１が接続されており、出力関数演算部１１には出力関数出力部１２が接続されている。撮像装置本体１、出力関数演算部１１、および出力関数出力部１２には制御部１０が接続されている。
【００４０】
図３は、本発明の実施の形態に係る較正係数取得装置のブロック図である。図３において図１，図２と同一な部分には同符号を付してある。図３において、撮像装置本体１には出力関数演算部１１が接続されており、出力関数演算部１１には較正係数演算部２１が接続されており、較正係数演算部２１には較正係数出力部２２が接続されている。撮像装置本体１、出力関数演算部１１、較正係数演算部２１、および較正係数出力部２２には制御部１０が接続されている。
【００４１】
図４は、本発明の実施の形態に係る第２の撮像装置のブロック図である。図４において図１，図２，図３と同一な部分には同符号を付してある。図４において、撮像装置本体１には出力関数演算部１１が接続されており、出力関数演算部１１には較正係数演算部２１が接続されており、較正係数演算部２１には補正画像処理部２が接続されており、補正画像処理部２には画像出力部３が接続されている。撮像装置本体１、出力関数演算部１１、較正係数演算部２１、補正画像処理部２、および画像出力部３には制御部１０が接続されている。
【００４２】
以下、本実施の形態の作用を説明する。
【００４３】
今、原画像データの出力関数がｆ（Ｐ）である撮像装置本体１からなるデジタル撮像装置を用いて、空間輝度分布面をある露光時間で撮像して第一画像データを得、さらに第一画像データのｋ倍の露光時間で同一の空間輝度分布面を撮像して第二画像データを得るものとする。この空間輝度分布面は、後述する出力関数ｆ（Ｐ）の取得および較正係数ａの取得を行なうための専用の物面であっても、あるいは実際の被写体であっても良い。物面が実際の被写体である場合は、撮像装置を図４の構成とすればよく、適正露光で撮像された画像を被写体画像とし、この適正露光のｋ倍の露光時間で撮像された画像を較正係数ａの取得を行なうための較正用画像とする。なお、この較正用画像は較正係数ａの取得後は不要となるのでメモリ装置の節約のために削除することが望ましい。
【００４４】
空間輝度分布面上の物点輝度を小さい方からＰ０，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…，Ｐｎ，…とし、露光感度Ｒｎを次式により定義する。
【００４５】
【数３８】
ここで、ｆ（Ｐｎ）およびｆ（ｋＰｎ）は、それぞれ物点輝度Ｐｎに対応する第一画像データおよび第二画像データの出力輝度である。つまり、露光感度Ｒｎは出力関数ｆ（Ｐ）が物点輝度Ｐに比例する場合にｋにかかわらず１になるが、比例しない場合は出力関数ｆ（Ｐ）に応じて増加関数もしくは減少関数となる。またＰｎ−Ｐｎ−１が微小であるとすれば近似的に次式が成り立つ。
【００４７】
【数３９】
【００４８】
【数４０】
ただし、Ｐ０≒０の場合、出力関数の値は物点輝度に等しいと考えて良いから、
ｆ（Ｐ０）＝Ｐ０ (4)
が成り立つ。(1)式(3)式および(4)式を用いて、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…，Ｐｎ，…に対応するデータ列ｆ（Ｐ１），ｆ（Ｐ２），ｆ（Ｐ３），…，ｆ（Ｐｎ），…を求めることができ、これを関数化すれば原画像データの出力関数ｆ（Ｐ）となる。さらに、較正後の出力関数をｇ（Ｐ）、較正関数をＡ（Ｐ）とすれば、近似的に次式が成り立つ。
【００５０】
【数４１】
ここで、ｇ（Ｐ）＝Ｐ、すなわち較正後の出力関数ｇ（Ｐ）が物点輝度を正しく反映する条件を満たす場合には、(5)式により、
【数４２】
となる。(6)式を用いることにより、較正後の出力関数ｇ（Ｐ）が物点輝度を正しく反映するための較正関数Ａ（Ｐ）を演算することができる。今、較正関数Ａ（Ｐ）の平均値を較正係数ａとして定義し、(5)式内のＡ（Ｐ）をａで置き換えることにより、
【数４３】
となる。(7)式の右辺に原画像データの出力関数ｆ（Ｐ）および較正係数ａを代入することにより、ほぼＰに等しい較正後の出力関数ｇ（Ｐ）を求めることができる。
【００５４】
どのような空間輝度分布面であっても、同一の撮像装置においては原画像データの出力関数ｆ（Ｐ）は同一であるので、どのような原画像データＩ（Ｐ）であっても(7)式により求められた補正画像データＩ′（Ｐ）は物点輝度を正しく反映するのである。従って、補正画像データＩ′（Ｐ）を原画像データＩ（Ｐ）と較正係数ａとで表すと次式のようになる。
【００５５】
【数４４】
図５は、本実施の形態の撮像装置の評価処理手順を示すフローチャートである。この処理は図２の装置において制御部１０の制御により実行される。なお以下では、Ｐｍａｘ；最大階調値 Ｐｍｉｎ；最小階調値 Ｐｓｔｅｐ；階調ステップ ｔ；第一画像データの露光時間 ｋ；露光時間比、とする。
【００５７】
ステップＳ１０１で、撮像装置本体１は、露光時間ｔの第一画像データＩを取得する。出力関数演算部１１は、ｔ′＝ｋｔとする。撮像装置本体１は、露光時間ｔ′の第二画像データＩ′を取得する。出力関数演算部１１は、ｎｍａｘ＝（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）／Ｐｓｔｅｐを演算し、ｎ＝０とする。
【００５８】
ステップＳ１０２で、出力関数演算部１１は、Ｐｎ＝Ｐｍｉｎ＋ｎＰｓｔｅｐを演算する。出力関数演算部１１は、閾値をＰｎとする第一画像データＩの二値化画像データ
【数４５】
【００５９】
【数４６】
【００６０】
【数４７】
【００６１】
ステップＳ１０３で、ｎ＝ｎｍａｘでなければ、ステップＳ１０４で、出力関数演算部１１はｎ＝ｎ＋１とし、ステップＳ１０２に戻る。ステップＳ１０３で、ｎ＝ｎｍａｘであれば、ステップＳ１０５で、出力関数演算部１１は、ｆ（Ｐ０）＝Ｐ０，μ０＝１，ｎ＝１、とする。
【００６２】
ステップＳ１０６で、出力関数演算部１１は
【数４８】
【００６３】
ステップＳ１０７で、ｎ＝ｎｍａｘでなければ、ステップＳ１０８で、出力関数演算部１１はｎ＝ｎ＋１とし、ステップＳ１０６に戻る。なお、特性係数μｎは出力感度値の逆数であり、ｆ（Ｐｎ）は出力関数である。
【００６４】
これにより、図６（ａ）のような入力輝度に対する特性係数μを示すグラフと、図６（ｂ）のような入力輝度Ｐに対する出力輝度ｆ（Ｐ）つまり出力輝度を示すグラフが得られる。
【００６５】
ステップＳ１０７で、ｎ＝ｎｍａｘであれば、ステップＳ１０９で、μｎの近似直線の切片μ０′を演算する。さらに、このμ０′を用いて出力関数演算部１１は
【数４９】
を演算する。これにより、ｆ（Ｐ０）＝Ｐ０およびρ０＝１となる。この処理は輝度０の近傍において出力輝度を入力輝度に一致させ、出力感度値を１にするためのものである。さらに、出力関数演算部１１はｎ＝１とする。
【００６７】
ステップＳ１１０で、出力関数演算部１１は
【数５０】
【００６８】
ステップＳ１１１で、ｎ＝ｎｍａｘでなければ、ステップＳ１１２で、出力関数演算部１１はｎ＝ｎ＋１とし、ステップＳ１１０に戻る。なお、ρ（Ｐｎ）は出力感度であり、ｆ（Ｐｎ）は出力関数である。ステップＳ１１１で、ｎ＝ｎｍａｘであれば、出力関数演算部１１は処理を終了する。出力関数ｆ（Ｐｎ）はメモリ装置からなる出力関数出力部１２に記憶される。
【００６９】
これにより、特性係数μが補正され、図７（ａ）のような入力輝度に対する特性係数μを示すグラフと、図７（ｂ）のような入力輝度に対する出力輝度を示すグラフが得られる。また、図７（ａ）から図８のような入力輝度に対する出力感度値（特性係数の逆数）を示すグラフが得られる。
【００７０】
撮像装置において物点輝度が正しく反映されている場合、図７（ａ）のグラフでは入力輝度の変化に対して特性係数が常にほぼ１となり、図８のグラフでは入力輝度の変化に対して出力感度値が常にほぼ１となり、図７（ｂ）のグラフでは入力輝度と出力輝度とがほぼ正比例する。しかし、図７（ａ）（ｂ）と図８の評価結果から分かるように、この撮像装置では物点輝度が正しく反映されていない。以下、物点輝度を正しく反映するよう、補正処理を行なう。
【００７１】
図９は、本実施の形態の撮像装置による画像補正処理手順を示すフローチャートである。この処理は図４の装置において制御部１０の制御により実行される。
【００７２】
ステップＳ１で、出力関数演算部１１により出力関数ｆ（Ｐ）が取得される。ステップＳ２で、較正係数演算部２１により較正係数ａが取得される。ステップＳ３で、補正画像処理部２により
【数５１】
が演算される。この補正画像データＩ′（Ｐ）は、画像出力部３に記憶される。
【００７４】
図１０は、本実施の形態の撮像装置による第１の較正係数取得処理手順を示すフローチャートである。この処理は図９のステップＳ２に相当し、図４の装置において制御部１０の制御により実行される。また、この処理は図３の装置において制御部１０の制御により実行することもできる。なお以下では、Ｐｍａｘ；最大階調値 Ｐｍｉｎ；最小階調値 Ｐｓｔｅｐ；階調ステップ ｔ；第一画像データの露光時間 ｋ；露光時間比、とする。
【００７５】
ステップＳ２０１で、撮像装置本体１は、露光時間ｔの第一画像データＩを取得する。較正係数演算部２１は、ｔ′＝ｋｔとする。撮像装置本体１は、露光時間ｔ′の第二画像データＩ′を取得する。較正係数演算部２１は、ｎｍａｘ＝（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）／Ｐｓｔｅｐを演算し、ａ＝０， Ａ１＝０、とする。
【００７６】
ステップＳ２０２で、較正係数演算部２１はｎ＝０とし、ステップＳ２０３で、較正係数演算部２１は、Ｐｎ＝Ｐｍｉｎ＋ｎＰｓｔｅｐを演算する。較正係数演算部２１は、閾値をＰｎとする第一画像データＩの二値化画像データ
【数５２】
【００７７】
【数５３】
【００７８】
【数５４】
【００７９】
ステップＳ２０４で、ｎ＝ｎｍａｘでなければ、ステップＳ２０５で、較正係数演算部２１はｎ＝ｎ＋１とし、ステップＳ２０３に戻る。ステップＳ２０４で、ｎ＝ｎｍａｘであれば、ステップＳ２０６で、較正係数演算部２１は、ｆ（Ｐ０）＝Ｐ０，ａ′＝０，Ｓ＝００，ｎ＝１、とする。
【００８０】
ステップＳ２０７で、較正係数演算部２１は
【数５５】
【００８１】
ステップＳ２０８で、ｎ＝ｎｍａｘでなければ、ステップＳ２０９で、較正係数演算部２１はｎ＝ｎ＋１とし、ステップＳ２０７に戻る。ステップＳ２０８で、ｎ＝ｎｍａｘであれば、ステップＳ２１０で、較正係数演算部２１は
【数５６】
【００８２】
ステップＳ２１１で、｜ａ′｜＜０．００１｜ａ｜でなければ、ステップＳ２１２で、較正係数演算部２１は、ａ＝ａ＋ａ′，Ｉ＝Ｉ／（１−ａＩ），Ｉ′＝Ｉ′／（１−ａＩ′）、を演算する。ステップＳ２１１で、｜ａ′｜＜０．００１｜ａ｜であれば、較正係数演算部２１は処理を終了する。これにより、適切な較正係数ａが得られる。なお図３の装置では、較正係数ａはメモリ装置からなる較正係数出力部２２に記憶される。
【００８３】
図１１，図１２，図１３は、それぞれ上述した処理により得られた一回目の較正関数Ａ（Ｐ）、二回目の較正関数Ａ（Ｐ）、三回目の較正関数Ａ（Ｐ）、すなわち入力輝度に対する較正関数値を示すグラフである。図１３のように、三回目の較正関数Ａ（Ｐ）により、｜ａ′｜＜０．００１｜ａ｜の条件式が満たされ、入力輝度に対して較正関数値は常にほぼ０となり、このときのａが較正係数となる。なお、前記条件式の係数は、０．００１に限らず、適宜変更できる。
【００８４】
図１４は、本実施の形態の撮像装置による第２の較正係数取得処理手順を示すフローチャートである。この処理は図９のステップＳ２に相当し、図４の装置において制御部１０の制御により実行される。また、この処理は図３の装置において制御部１０の制御により実行することもできる。なお以下では、Ｐｍａｘ；最大階調値 Ｐｍｉｎ；最小階調値 Ｐｓｔｅｐ；階調ステップ ｔ；第一画像データの露光時間 ｋ；露光時間比、とする。
【００８５】
ステップＳ３０１で、撮像装置本体１は、露光時間ｔの第一画像データＩを取得する。較正係数演算部２１は、ｔ′＝ｋｔとする。撮像装置本体１は、露光時間ｔ′の第二画像データＩ′を取得する。較正係数演算部２１は、ｎｍａｘ＝（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）／Ｐｓｔｅｐを演算し、ａ＝０， Ａ１＝０、とする。
【００８６】
ステップＳ３０２で、較正係数演算部２１はｎ＝０とし、ステップＳ３０３で、較正係数演算部２１は、Ｐｎ＝Ｐｍｉｎ＋ｎＰｓｔｅｐを演算する。較正係数演算部２１は、閾値をＰｎとする第一画像データＩの二値化画像データ
【数５７】
【００８７】
【数５８】
【００８８】
【数５９】
【００８９】
ステップＳ３０４で、ｎ＝ｎｍａｘでなければ、ステップＳ３０５で、較正係数演算部２１はｎ＝ｎ＋１とし、ステップＳ３０３に戻る。ステップＳ３０４で、ｎ＝ｎｍａｘであれば、ステップＳ３０６で、較正係数演算部２１は、ｆ（Ｐ０）＝Ｐ０，ａ′＝０，Ｓ＝００，ｎ＝１、とする。
【００９０】
ステップＳ３０７で、較正係数演算部２１は
【数６０】
【００９１】
ステップＳ３０８で、ｎ＝ｎｍａｘでなければ、ステップＳ３０９で、較正係数演算部２１はｎ＝ｎ＋１とし、ステップＳ３０７に戻る。ステップＳ３０８で、ｎ＝ｎｍａｘであれば、ステップＳ３１０で、較正係数演算部２１はμｎの近似直線の切片μ０＝１を得るため、μ０′＝μｎの近似直線の切片、
【数６１】
【００９２】
ステップＳ３１１で、較正係数演算部２１は
【数６２】
【００９３】
ステップＳ３１２で、ｎ＝ｎｍａｘでなければ、ステップＳ３１３で、較正係数演算部２１はｎ＝ｎ＋１とし、ステップＳ３１１に戻る。ステップＳ３１２で、ｎ＝ｎｍａｘであれば、ステップＳ３１４で、較正係数演算部２１はμｎの近似直線の近似勾配ａ′を求め、μｎの近似直線とμｎとの偏差の二乗和Ｓμを求める。なお、露光時間比ｋを変化させて本第２の較正係数取得処理を複数回行い、
【数６３】
の近似直線からの偏差の二乗和が最小となるｋを用いることにより、より精確な較正係数が得られる。
【００９５】
ステップＳ３１５で、｜ａ′｜＜０．００１｜ａ｜でなければ、ステップＳ３１６で、較正係数演算部２１はａ＝ａ＋ａ′，Ｉ＝Ｉ／（１−ａＩ），Ｉ′＝Ｉ′／（１−ａＩ′）、を演算する。ステップＳ３１５で、｜ａ′｜＜０．００１｜ａ｜であれば、較正係数演算部２１は処理を終了する。これにより、適切な較正係数ａが得られる。なお図３の装置では、較正係数ａは較正係数出力部２２に記憶される。
【００９６】
図１５，図１６，図１７は、それぞれ上述した処理により得られた一回目の特性係数μ、二回目の特性係数μ、三回目の特性係数μ、すなわち各回の入力輝度に対する特性係数値を示すグラフである。図１７のように、三回目の特性係数により、｜ａ′｜＜０．００１｜ａ｜の条件が満たされ、入力輝度の変化に対して特性係数値が常にほぼ１となり、このときのａが較正係数となる。
【００９７】
なお、図９のステップＳ２の較正係数ａの取得処理においては、図１０に示した第１の較正係数取得処理と図１４に示した第２の較正係数取得処理のいずれかが実行される。
【００９８】
このようにして得られた較正係数ａを基に、図９のステップＳ３で図４の装置における補正画像処理部２が
【数６４】
を演算することにより、原画像データＩ（Ｐ）に対する補正画像データＩ′（Ｐ）が得られる。この補正画像データＩ′（Ｐ）は、画像出力部３に記憶される。
【０１００】
このように、上記式(8)に較正係数ａを代入することで、以降の撮像装置による撮影において、物面輝度が正しく反映された補正画像が得られる。すなわち、撮像装置による通常の撮影時に既知の輝度分布を有する物面を用意することなく、物面輝度を正しく反映する画像が得られる。なお、較正係数ａは撮像装置の出荷時等に上述したように演算され、補正画像処理部２の上記式に代入される。
【０１０１】
よって、図１に示す構成をなす第１の撮像装置の場合、別の装置によりあらかじめ測定されている較正係数ａを補正画像処理部２の上記式に代入するだけで、物面輝度が正しく反映される補正画像を得るための設定を行なえる。
【０１０２】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されず、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施できる。
【０１０３】
【発明の効果】
本発明によれば、既知の輝度分布を有する物面を用意することなく、撮像装置の出力特性を正しく評価する撮像装置の評価方法を提供できる。
【０１０４】
また本発明によれば、既知の輝度分布を有する物面を用意することなく、物面輝度を正しく反映する画像を補正画像として得る画像補正方法を提供できる。
【０１０５】
また本発明によれば、既知の輝度分布を有する物面を用意することなく、物面輝度を正しく反映する画像が得られる撮像装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る第１の撮像装置のブロック図。
【図２】本発明の実施の形態に係る撮像装置評価装置のブロック図。
【図３】本発明の実施の形態に係る較正係数取得装置のブロック図。
【図４】本発明の実施の形態に係る第２の撮像装置のブロック図。
【図５】本発明の実施の形態に係る撮像装置の評価処理手順を示すフローチャート。
【図６】本発明の実施の形態に係るμ補正前の入力輝度に対する特性係数μを示す図と、入力輝度に対する出力輝度を示す図。
【図７】本発明の実施の形態に係るμ補正後の入力輝度に対する特性係数μを示す図と、入力輝度に対する出力輝度を示す図。
【図８】本発明の実施の形態に係る入力輝度に対する出力感度値（特性係数の逆数）を示す図。
【図９】本発明の実施の形態に係る撮像装置による画像補正処理手順を示すフローチャート。
【図１０】本発明の実施の形態に係る撮像装置による第１の較正係数取得処理手順を示すフローチャート。
【図１１】本発明の実施の形態に係る一回目の入力輝度に対する較正関数値を示す図。
【図１２】本発明の実施の形態に係る二回目の入力輝度に対する較正関数値を示す図。
【図１３】本発明の実施の形態に係る三回目の入力輝度に対する較正関数値を示す図。
【図１４】本発明の実施の形態に係る撮像装置による第２の較正係数取得処理手順を示すフローチャート。
【図１５】本発明の実施の形態に係る一回目の入力輝度に対する特性係数値を示す図。
【図１６】本発明の実施の形態に係る二回目の入力輝度に対する特性係数値を示す図。
【図１７】本発明の実施の形態に係る三回目の入力輝度に対する特性係数値を示す図。
【符号の説明】
１…撮像装置本体 ２…補正画像処理部 ３…画像出力部 １０…制御部
１１…出力関数演算部 １２…出力関数出力部 ２１…較正係数演算部
２２…較正係数出力部
Claims (13)
- 同一の空間輝度分布面を異なる露光時間で撮像することにより得られた複数の画像データを比較することにより原画像データの出力関数を求めることを特徴とする撮像装置の評価方法。
- ｋを露光時間比、Ｐｎを低い方からｎ番目の物点輝度、ｆ（Ｐｎ）およびｆ（ｋＰｎ）をそれぞれ物点輝度Ｐｎに対応する第一画像データおよび第二画像データの出力輝度とし、式
- 第一画像データの出力輝度をｆ（Ｐｎ）、Ｐｎを閾値とし、この閾値より大なる第一画像データの出力輝度の面積に等しい出力輝度の面積が得られる第二画像データの閾値をｆ（ｋＰｎ）とすることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置の評価方法。
- 同一の空間輝度分布面を異なる露光時間で撮像することにより得られた複数の画像データを比較することにより較正係数ａを算出し、この較正係数ａを基に補正画像データを求めることを特徴とする画像補正方法。
- 原画像データＩ（Ｐ）に対して補正画像データＩ′（Ｐ）を
- ｋを露光時間比、Ｐｎを低い方からｎ番目の物点輝度、ｆ（Ｐｎ）およびｆ（ｋＰｎ）をそれぞれ物点輝度Ｐｎに対応する第一画像データおよび第二画像データの出力輝度とし、式
- 露光時間比ｋを変化させ、
- ｋを露光時間比、Ｐｎを低い方からｎ番目の物点輝度、ｆ（Ｐｎ）およびｆ（ｋＰｎ）をそれぞれ物点輝度Ｐｎに対応する第一画像データおよび第二画像データの出力輝度とし、式
- 露光時間比ｋを変化させ、
- 同一の空間輝度分布面を異なる露光時間で撮像することにより得られた複数の画像データを比較することにより較正係数ａを算出し、この較正係数ａを基に補正画像データを求める処理部を有することを特徴とする撮像装置。
- 原画像データＩ（Ｐ）に対して補正画像データＩ′（Ｐ）を
- ｋを露光時間比、Ｐｎを低い方からｎ番目の物点輝度、ｆ（Ｐｎ）およびｆ（ｋＰｎ）をそれぞれ物点輝度Ｐｎに対応する第一画像データおよび第二画像データの出力輝度とし、式
- ｋを露光時間比、Ｐｎを低い方からｎ番目の物点輝度、ｆ（Ｐｎ）およびｆ（ｋＰｎ）をそれぞれ物点輝度Ｐｎに対応する第一画像データおよび第二画像データの出力輝度とし、式
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