JP4114633B2 - Image processing apparatus and method - Google Patents
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Description
本発明は、撮像素子で撮像した被写体像を処理する画像処理装置および画像処理方法に関し、特に、撮像光学系により生じた画像端部の輝度ムラを改善したものである。 The present invention relates to an image processing apparatus and an image processing method for processing a subject image picked up by an image pickup device, and in particular, to improve luminance unevenness at an image end caused by an image pickup optical system.
隣接画素の出力を加算することによって解像度を犠牲にしても画像全体の感度を向上させるようにした画像処理装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 There is known an image processing apparatus that improves the sensitivity of the entire image even if the resolution is sacrificed by adding the outputs of adjacent pixels (see, for example, Patent Document 1).
この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
ところで、撮像に用いる光学系は大口径から小口径までいろいろなサイズがあり、またズームレンズ(変倍光学系)を用いる場合もある。小口径レンズやズームレンズの光学系を用いた場合には、光学系の端部の“ケラレ”により画像端部の感度が低下して輝度ムラが発生することがある。 By the way, the optical system used for imaging has various sizes from a large aperture to a small aperture, and a zoom lens (a variable magnification optical system) may be used. When an optical system such as a small-aperture lens or a zoom lens is used, the sensitivity at the edge of the image may decrease due to “vignetting” at the edge of the optical system, resulting in uneven brightness.
このような小口径レンズやズームレンズによる撮像画像を処理する画像処理装置に上述した従来の感度向上技術を適用した場合に、従来技術では画像全体の感度を上げるので、画像端部の感度はもちろん、画像中央部の感度も上がり、依然として画像の輝度ムラは解消されないという問題がある。 When the above-described conventional sensitivity improvement technology is applied to an image processing apparatus that processes an image captured by such a small-aperture lens or a zoom lens, the conventional technology increases the sensitivity of the entire image. However, there is a problem that the sensitivity at the center of the image is also increased, and the luminance unevenness of the image is still not solved.
二次元平面上に複数の画素を展開した撮像素子の受光面に光学系を介して被写体像を結像させ、撮像素子により撮像した被写体像を処理する画像処理装置であって、光学系の光学特性に応じて被写体像上で加算処理を実行する領域(加算領域)を設定し、被写体像上の加算領域において撮像素子の各画素ごとに一つの画素の出力に当該画素の周辺に存在する画素の出力を加算する加算処理を行って新しい被写体像を生成する。 An image processing apparatus that forms a subject image on a light-receiving surface of an image pickup device in which a plurality of pixels are developed on a two-dimensional plane through an optical system and processes the subject image picked up by the image pickup device. An area (addition area) for performing addition processing on the subject image is set according to the characteristics, and pixels existing around the pixel in the output of one pixel for each pixel of the image sensor in the addition area on the subject image Is added to generate a new subject image.
本発明によれば、被写体像全体で輝度ムラのない明るい画像を生成することができる。 According to the present invention, it is possible to generate a bright image without luminance unevenness in the entire subject image.
《発明の第1の実施の形態》
図1は第1の実施の形態の構成を示す。光学系1は倍率設定信号に応じて倍率を変えることができるズームレンズ(変倍光学系)とレンズフォルダーからなる光学系であり、撮像素子2の受光面に被写体像を結像する。撮像素子2は、二次元平面上に展開された複数の受光素子(以下、画素ともいう)と、各受光素子の出力電圧を読み出す読み出し回路とを備えたCMOS構造の半導体デバイスであり、読み出しアドレス信号により指定された受光素子の出力電圧を出力する。
<< First Embodiment of the Invention >>
FIG. 1 shows the configuration of the first embodiment. The
加算器3は、加算パターン生成装置6の読み出しアドレス信号により指定された受光素子の出力信号を、加算パターン生成装置6から加算リセット信号が出力されるまでの間、加算する。つまり、加算器3は、撮像素子2の一つの受光素子の出力にその受光素子の周辺に存在する受光素子の出力を加算して新しい画像を生成する。
The
なお、加算器3の加算処理において、単に加算するだけでなく、受光素子ごとに重みを付けて加算するようにしてもよい。この場合には加算パターン生成装置6から重み付け要素を出力するか、あるいは重み付け要素が固定されている場合には加算器3で重み付け要素を自動的に生成するようにしてもよい。
In addition, in the addition process of the
AD変換器4は加算器3の出力をデジタル処理するためにアナログ−デジタル変換を行う。このAD変換器4には従来より周知の回路を用いればよい。
The AD converter 4 performs analog-digital conversion to digitally process the output of the
処理装置5は、デジタル変換後の被写体像信号に基づいて前方に存在する車両の検出、道路状況の検出などを行う。この検出方法については従来より周知の手法を用いればよい。処理装置5はまた、画像処理装置において実行する処理の種別を加算パターン生成装置6へ出力する。例えば、道路上に描かれた白線を検出するために、3×3の画素データを縦ソベルフィルター処理して縦エッジ検出を行う場合には、加算パターン生成装置6へ縦エッジ検出信号を出力する。処理装置5はさらに、処理に必要な領域を最適な大きさで撮像するために画像の倍率を設定する信号を倍率設定装置8へ出力する。
The
加算パターン生成装置6は、画像処理装置において実行する処理の種別を処理装置5から入力し、処理の種別に応じた加算画素の組み合わせパターン(以下、加算パターンという)を生成するとともに、被写体像上で加算器3による加算処理を実行する領域(以下、加算領域という)を加算領域設定装置7から入力し、加算領域内の加算パターンに応じた受光素子を指定するための読み出しアドレス信号を撮像素子2へ出力する。加算パターン生成装置6はまた、加算器3を初期化する加算リセット信号を加算器3へ出力する。
The addition
ここで、処理の種別に応じた加算画素の組み合わせパターン(加算パターン)は、例えば横方向に連続した3個の受光素子出力を加算するパターン、あるいは一つおきに縦に並ぶ4個の受光素子出力を加算するパターンなど、処理目的に対して最適な結果が得られる縦または横のパターンとする。 Here, the combination pattern (addition pattern) of the addition pixels corresponding to the type of processing is, for example, a pattern in which three light receiving element outputs continuous in the horizontal direction are added, or four light receiving elements arranged vertically every other line. A vertical or horizontal pattern such as a pattern in which outputs are added is obtained so that an optimum result is obtained for the processing purpose.
また、加算パターンを二次元平面上に展開してもよい。複数の受光素子(画素)が二次元平面上に展開された図2に示す撮像素子2において、互いに隣接する4個の画素の出力を加算して加算値をそのまま元の画素の出力とする加算パターンとしてもよい。例えば(X11、X12、X21、X22)の4個の互いに隣接する画素の出力を加算するパターンでは、4個の画素X11、X12、X21、X22の出力をそれぞれx11、x12、x21、x22とすると、加算処理後の4個の画素の出力は、
x11=x11+x12+x21+x22,
x12=x11+x12+x21+x22,
x21=x11+x12+x21+x22,
x22=x11+x12+x21+x22 ・・・(1)
となる。この加算パターンでは、次に(X13、X14、X23、X24)の4個の互いに隣接する画素の出力を加算する。
Further, the addition pattern may be developed on a two-dimensional plane. In the
x11 = x11 + x12 + x21 + x22,
x12 = x11 + x12 + x21 + x22,
x21 = x11 + x12 + x21 + x22,
x22 = x11 + x12 + x21 + x22 (1)
It becomes. In this addition pattern, the outputs of the four adjacent pixels (X13, X14, X23, X24) are then added.
加算パターンを二次元平面上に展開する別の例として、任意の画素に隣接する4個の画素の出力を加算して当該画素の出力とする加算パターンも考えられる。例えば画素X11を例に上げると、画素X11の周辺に存在する画素X12、X21、X22の出力を画素X11の出力に加算する。
x11=x11+x12+x21+x22 ・・・(2)
同様に、画素X12、X21、X22、・・については、
x12=x12+x13+x22+x23,
x21=x21+x22+x31+x32,
x22=x22+x23+x32+x33,
・・・ ・・・(3)
As another example of developing the addition pattern on a two-dimensional plane, an addition pattern in which outputs of four pixels adjacent to an arbitrary pixel are added to obtain the output of the pixel can be considered. For example, taking the pixel X11 as an example, the outputs of the pixels X12, X21, and X22 existing around the pixel X11 are added to the output of the pixel X11.
x11 = x11 + x12 + x21 + x22 (2)
Similarly, for the pixels X12, X21, X22,.
x12 = x12 + x13 + x22 + x23,
x21 = x21 + x22 + x31 + x32,
x22 = x22 + x23 + x32 + x33,
... (3)
二次元平面上に展開する加算パターンは上述した“□”(四角形)型に限定されず、例えば“\”型、“へ”の字型、“△”型などいろいろな形状の加算パターンを用いることができる。 The addition pattern developed on the two-dimensional plane is not limited to the above-described “□” (rectangular) type. be able to.
加算領域設定装置7は、倍率設定装置8からの倍率設定信号に応じて被写体像上で加算器3による加算処理を実行する領域(加算領域)を設定し、加算パターン生成装置6へ加算領域設定信号を出力する。例えば図3(a)に示すように、小口径レンズやズームレンズで撮影を行うと、レンズ端部の“ケラレ”により画像の四隅の感度が低下して輝度ムラが発生する。特に、ズームレンズでは、倍率を小さくして広角撮影を行うと画像の四隅が暗くなって輝度ムラが発生する。そこで、このような画像四隅の輝度ムラが発生した領域において上述した加算処理を行うことにより、明るくコントラストが高い画像が得られる。ズームレンズでは倍率を小さくしてより広角にするほど画像四隅の輝度ムラの発生領域が広くなるため、倍率が小さくなるほど加算領域を拡大することによって、どのような倍率が設定されても輝度ムラのない明るい画像を得ることができる。
The addition area setting device 7 sets an area (addition area) for performing the addition processing by the
なお、光学系1の倍率に応じて加算領域を拡大するとともに、光学系1の倍率に応じて加算パターンおよび/または加算画素数を変えて最適化するようにしてもよい。また、画素出力ごとに重みを付けて加算する加算処理を行う場合には、光学系1の倍率に応じて画素ごとの重みを変えて最適化するようにしてもよい。
The addition area may be enlarged according to the magnification of the
倍率設定装置8は、処理装置5で実行される処理に必要な領域を最適な大きさで撮像するために処理装置5の処理に応じて画像の倍率を設定し、倍率設定信号を光学系1と加算領域設定装置7へ出力する。
The
この一実施の形態によれば、図3(a)に示すズームレンズの光学系1で撮像した四隅に輝度ムラのある原画像に対して、ズームレンズの倍率に応じた加算領域を設定して加算処理を行うようにしたので、図3(b)に示すように画像四隅の輝度ムラが解消され、明るくコントラストが高い画像が得られる。
According to this embodiment, an addition area corresponding to the magnification of the zoom lens is set for the original image having uneven brightness at the four corners captured by the
《発明の第2の実施の形態》
上述した第1の実施の形態ではズームレンズ(変倍光学系)の設定倍率に応じて加算領域を設定する例を示したが、光学系の絞り量に応じて加算領域を設定する第2の実施の形態を説明する。
<< Second Embodiment of the Invention >>
In the first embodiment described above, an example in which the addition area is set according to the set magnification of the zoom lens (variable magnification optical system) has been described, but the second area where the addition area is set according to the aperture amount of the optical system. An embodiment will be described.
図4は第2の実施の形態の構成を示す。なお、図1に示す機器および装置と同様なものに対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。光学系1’は、絞り設定信号に応じて絞り量を変えることができるレンズとレンズフォルダーからなる光学系であり、撮像素子2の受光面に被写体像を結像する。
FIG. 4 shows the configuration of the second embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the thing similar to the apparatus and apparatus shown in FIG. 1, and it demonstrates centering around difference. The
処理装置5’は、デジタル変換後の撮像信号に基づいて前方に存在する車両の検出、道路状況の検出などを行う。この検出方法については従来より周知の手法を用いればよい。処理装置5’はまた、画像処理装置において実行する処理の種別を加算パターン生成装置6へ出力する。例えば、道路上に描かれた白線を検出するために、3×3の画素データを縦ソベルフィルター処理して縦エッジ検出を行う場合には、加算パターン生成装置6へ縦エッジ検出信号を出力する。処理装置5’はさらに、処理に必要な画像を最適な明るさで撮影するために絞り量を設定する信号を絞り設定装置9へ出力する。
The processing device 5 'performs detection of a vehicle existing ahead, detection of road conditions, and the like based on the imaging signal after digital conversion. As this detection method, a conventionally known method may be used. The
絞り設定装置9は、処理装置5’で実行される処理に必要な画像を最適な明るさで撮影するために処理装置5’の処理に応じて絞り量を設定し、絞り設定信号を光学系1’と加算領域設定装置7’へ出力する。
The
加算領域設定装置7’は、絞り設定装置9からの絞り設定信号に応じて被写体像上で加算器3による加算処理を実行する領域(加算領域)を設定し、加算パターン生成装置6へ加算領域設定信号を出力する。広角レンズを用いて絞り開放状態で撮影した場合には画像の四隅が暗くなって輝度ムラが発生するが、そのような輝度ムラが発生した領域を加算領域に設定し、上述した加算処理を行うことによって明るくコントラストの高い画像が得られる。絞り量が大きいほど画像四隅の輝度ムラの発生領域が小さくなるため、絞り量が大きいほど加算領域を縮小することによって、どのような絞り量が設定されても輝度ムラのない明るい画像を生成することができる。
The addition area setting device 7 ′ sets an area (addition area) for performing addition processing by the
なお、光学系1’の絞り量に応じて加算領域を縮小するとともに、光学系1’の絞り量に応じて加算パターンおよび/または加算画素数を変えて最適化するようにしてもよい。また、画素出力ごとに重みを付けて加算する加算処理を行う場合には、光学系1’の絞り量に応じて画素ごとの重みを変えて最適化するようにしてもよい。
The addition area may be reduced in accordance with the aperture amount of the
以上説明したように、光学系の特性によって輝度ムラが発生し、倍率や絞り量などの光学系の光学特性によって輝度ムラの発生領域が変化する場合でも、輝度ムラの発生領域に応じて加算処理を行う領域を変更することによって、被写体像全体で輝度ムラのない明るい画像を生成することができる。特に、輝度ムラが顕著に現れる開口径の小さいレンズを用いた撮像装置で撮影する場合に有効であり、小さな光学系を用いることができるため、撮像装置の小型化とコスト低減を図ることができる。 As described above, even if luminance unevenness occurs due to the characteristics of the optical system, and the region where the luminance unevenness occurs varies depending on the optical characteristics of the optical system such as the magnification and the aperture amount, the addition processing is performed according to the region where the luminance unevenness occurs. By changing the region where the image processing is performed, it is possible to generate a bright image with no luminance unevenness in the entire subject image. In particular, it is effective when shooting with an imaging device using a lens with a small aperture diameter in which uneven brightness appears remarkably, and a small optical system can be used, so that the imaging device can be reduced in size and cost. .
特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、加算器3が加算手段を、加算領域設定装置7が加算領域設定手段をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
The correspondence between the constituent elements of the claims and the constituent elements of the embodiment is as follows. That is, the
なお、上述した一実施の形態では撮像素子の直後に加算器を配置する構成としたが、撮像素子と加算器との間にA/D変換器を配置し、撮像信号をデジタル信号に変換して上述した加算処理を行ってもよい。さらに、上述した各実施の形態を組み合わせて適用することも可能である。 In the embodiment described above, the adder is arranged immediately after the image sensor. However, an A / D converter is arranged between the image sensor and the adder to convert the image signal into a digital signal. The above-described addition processing may be performed. Furthermore, the above-described embodiments can be applied in combination.
また、本願発明は物体の位置を検出するロボット用の撮像装置に対しても適用可能である。 The present invention is also applicable to an imaging apparatus for a robot that detects the position of an object.
1、1’ 光学系
2 撮像素子
3 加算器
4 A/D変換器
5、5’ 処理装置
6 加算パターン生成装置
7、7’ 加算領域設定装置
8 倍率設定装置
9 絞り設定装置
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記撮像素子の各画素ごとに、一つの画素の出力に当該画素の周辺に存在する画素の出力を加算(以下、加算処理という)する加算手段と、
前記光学系の光学特性に応じて前記被写体像上で前記加算処理を実行する領域(以下、加算領域という)を設定する加算領域設定手段とを備え、
前記被写体像上の前記加算領域において前記加算処理を行って新しい被写体像を生成することを特徴とする画像処理装置。 An image processing device that forms a subject image via an optical system on a light receiving surface of an image sensor in which a plurality of pixels are developed on a two-dimensional plane, and processes the subject image captured by the image sensor,
For each pixel of the image sensor, an adding means for adding the output of a pixel existing around the pixel to the output of one pixel (hereinafter referred to as addition processing);
Addition region setting means for setting a region (hereinafter referred to as an addition region) for performing the addition processing on the subject image according to the optical characteristics of the optical system;
An image processing apparatus that performs the addition process in the addition area on the subject image to generate a new subject image.
前記光学系は変倍光学系であって、前記加算領域設定手段は前記変倍光学系の倍率に応じた加算領域を設定することを特徴とする画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 1.
The image processing apparatus according to claim 1, wherein the optical system is a variable magnification optical system, and the addition region setting unit sets an addition region corresponding to a magnification of the variable magnification optical system.
前記加算手段は前記変倍光学系の倍率に応じた加算画素数を設定することを特徴とする画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 2,
The image processing apparatus according to claim 1, wherein the adding means sets the number of added pixels according to the magnification of the zoom optical system.
前記加算手段は、複数の加算画素の組み合わせパターン(以下、加算パターンという)を有し、前記変倍光学系の倍率に応じた加算パターンを選択して前記加算処理を行うことを特徴とする画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 2,
The addition unit has a combination pattern of a plurality of addition pixels (hereinafter referred to as an addition pattern), and performs the addition process by selecting an addition pattern corresponding to the magnification of the zoom optical system. Processing equipment.
前記加算手段は、前記変倍光学系の倍率に応じて画素ごとの重みを付け、前記加算処理を行うことを特徴とする画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 2,
The image processing apparatus according to claim 1, wherein the adding unit assigns a weight for each pixel in accordance with a magnification of the zoom optical system and performs the adding process.
前記光学系は絞りが可変な光学系であって、前記加算領域設定手段は前記光学系の絞り量に応じた加算領域を設定することを特徴とする画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 1.
The image processing apparatus according to claim 1, wherein the optical system is an optical system having a variable aperture, and the addition area setting unit sets an addition area according to an aperture amount of the optical system.
前記加算手段は前記光学系の絞り量に応じた加算画素数を設定することを特徴とする画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 6.
The image processing apparatus according to claim 1, wherein the adding means sets the number of pixels to be added according to a diaphragm amount of the optical system.
前記加算手段は、複数の加算画素の組み合わせパターン(以下、加算パターンという)を有し、前記光学系の絞り量に応じた加算パターンを選択して前記加算処理を行うことを特徴とする画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 6.
The addition means has a combination pattern of a plurality of addition pixels (hereinafter referred to as an addition pattern), and performs the addition process by selecting an addition pattern corresponding to the aperture amount of the optical system. apparatus.
前記加算手段は、前記光学系の絞り量に応じて画素ごとの重みを付け、前記加算処理を行うことを特徴とする画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 6.
The image processing apparatus according to claim 1, wherein the adding unit assigns a weight for each pixel according to a diaphragm amount of the optical system and performs the adding process.
前記撮像素子の各画素ごとに一つの画素の出力に当該画素の周辺に存在する画素の出力を加算する加算処理を、前記光学系の光学特性に応じて前記被写体像上で実行する領域(以下、加算領域という)を設定し、前記被写体像上の前記加算領域で前記加算処理を行って新しい被写体像を生成することを特徴とする画像処理方法。 An image processing method of forming a subject image via an optical system on a light receiving surface of an image sensor in which a plurality of pixels are developed on a two-dimensional plane, and processing the subject image captured by the image sensor,
An area (hereinafter, referred to as “addition process”) in which an addition process of adding the output of a pixel existing around the pixel to the output of one pixel for each pixel of the image sensor is performed on the subject image according to the optical characteristics of the optical system And an addition region), and a new subject image is generated by performing the addition process on the addition region on the subject image.
前記撮像素子の各画素ごとに一つの画素の出力に当該画素の周辺に存在する画素の出力を加算する加算処理を、前記光学系の倍率に応じて前記被写体像上で実行する領域(以下、加算領域という)を設定し、前記被写体像上の前記加算領域で前記加算処理を行って新しい被写体像を生成することを特徴とする画像処理方法。 An image processing method of forming a subject image via an optical system on a light receiving surface of an image sensor in which a plurality of pixels are developed on a two-dimensional plane, and processing the subject image captured by the image sensor,
An area (hereinafter, referred to as “additional processing”) that performs addition processing on the subject image in accordance with the magnification of the optical system to add the output of a pixel existing around the pixel to the output of one pixel for each pixel of the image sensor. An image processing method characterized in that a new subject image is generated by setting an addition region) and performing the addition process on the subject region on the subject image.
前記撮像素子の各画素ごとに一つの画素の出力に当該画素の周辺に存在する画素の出力を加算する加算処理を、前記光学系の絞り量に応じて前記被写体像上で実行する領域(以下、加算領域という)を設定し、前記被写体像上の前記加算領域で前記加算処理を行って新しい被写体像を生成することを特徴とする画像処理方法。 An image processing method of forming a subject image via an optical system on a light receiving surface of an image sensor in which a plurality of pixels are developed on a two-dimensional plane, and processing the subject image captured by the image sensor,
A region (hereinafter, referred to as “additional processing”) that performs addition processing for adding the output of a pixel existing around the pixel to the output of one pixel for each pixel of the image sensor on the subject image according to the aperture amount of the optical system And an addition region), and a new subject image is generated by performing the addition process on the addition region on the subject image.
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