JP5409829B2 - 画像処理装置、撮像装置、画像処理方法、および、プログラム - Google Patents
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Description
[入力画像]
入力画像は、撮像光学系を介して撮像素子で受光することで得られたデジタル画像(撮影画像)であり、レンズと各種の光学フィルタ類を含む撮像光学系の収差による光学伝達関数OTFにより劣化している。撮像光学系は、レンズだけでなく曲率を有するミラー(反射面)を用いて構成することもできる。
[光学伝達関数(OTF)]
点像分布関数PSFをフーリエ変換して得られる光学伝達関数OTF(Optical Transfer Function)は、収差の周波数成分情報であり、複素数で表される。光学伝達関数OTFの絶対値、すなわち振幅成分をMTF(Modulation Transfer Function)と呼び、位相成分をPTF(Phase Transfer Function)と呼ぶ。振幅成分MTFおよび位相成分PTFはそれぞれ、収差による画像劣化の振幅成分および位相成分の周波数特性であり、位相成分を位相角として以下の式(1)で表される。
ここで、Re(OTF)およびIm(OTF)はそれぞれ、光学伝達関数OTFの実部および虚部を表す。このように、撮像光学系の光学伝達関数OTFは、画像の振幅成分MTFと位相成分PTFに劣化を与えるため、劣化画像は被写体の各点がコマ収差のように非対称にぼけた状態になっている。
[画像回復処理]
続いて、画像回復処理の概要について説明する。撮影画像(劣化画像)をg(x,y)、もとの画像をf(x,y)、光学伝達関数OTFのフーリエペアである点像分布関数PSFをh(x,y)としたとき、以下の式(2)が成立する。
ここで、*はコンボリューション(畳み込み積分、積和)、(x,y)は撮影画像上の座標である。
ここで、Hは点像分布関数PSF(h)をフーリエ変換することにより得られた光学伝達関数OTFであり、G,Fはそれぞれ劣化した画像g、もとの画像fをフーリエ変換して得られた関数である。(u,v)は2次元周波数面での座標、すなわち周波数である。
そして、F(u,v)、すなわちG(u,v)/H(u,v)を逆フーリエ変換して実面に戻すことにより、もとの画像f(x,y)が回復画像として得られる。
ここで、R(x,y)は画像回復フィルタと呼ばれる。画像が2次元画像である場合、一般的に、画像回復フィルタRも画像の各画素に対応したタップ(セル)を有する2次元フィルタとなる。また、画像回復フィルタRのタップ数(セルの数)は、一般的に多いほど回復精度が向上する。このため、要求画質、画像処理能力、収差の特性等に応じて実現可能なタップ数が設定される。画像回復フィルタRは、少なくとも収差の特性を反映している必要があるため、従来の水平垂直各3タップ程度のエッジ強調フィルタ(ハイパスフィルタ)などとは異なる。画像回復フィルタRは光学伝達関数OTFに基づいて設定されるため、振幅成分および位相成分の劣化の両方を高精度に補正することができる。
G(u,v)/H(u,v)=F(u,v)+N(u,v)/H(u,v) … (6−2)
ここで、Nはノイズ成分である。
例えば、処理の簡易化のため、第1画像および第2画像の全体を画像回復処理を行う領域として選択し、画像回復処理後に合成画像に必要な画素のみを抜き出して合成するようにしてもよい。この場合、画像回復処理部201は、第1画像および第2画像の全てに対して画像回復処理を行う。
200 画像取得部
201 画像回復処理部
202 画像置き換え部
203 領域選択部
Claims (10)
- 互いに露出の異なる第1画像および第2画像を取得する画像取得手段と、
前記第1画像の中から輝度飽和部を含む領域と異なる第1領域を選択し、前記第2画像の中から該第1画像の該輝度飽和部を含む領域に対応する第2領域を選択する領域選択手段と、
前記第1画像の前記第1領域および前記第2画像の前記第2領域に対して、光学伝達関数に基づき生成された画像回復フィルタを用いて画像回復処理を行う画像回復処理手段と、
前記第1画像の前記輝度飽和部を含む領域を前記第2画像の前記第2領域に置き換えることにより、該第1画像の前記第1領域および該第2画像の該第2領域を合成して一つの画像を生成する画像置き換え手段と、を有することを特徴とする画像処理装置。 - 前記画像置き換え手段は、前記第1画像の前記輝度飽和部を含む領域を前記第2画像の前記第2領域に置き換える際に、該第2画像の露出が前記画像回復処理を行う前の該第1画像の露出と同じになるように露出調整を行うことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記露出が互いに異なる画像とは、露出時間、ISO感度、絞り値、及びNDフィルタの種類のうち少なくともいずれか1つが異なる状態で撮影された画像であることを特徴とする請求項1又は2に記載の画像処理装置。
- 前記画像置き換え手段は、前記画像回復処理手段により前記第1画像の前記第1領域および前記第2画像の前記第2領域の前記画像回復処理を行ってから、該第1画像および該第2画像を合成することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 前記画像回復処理手段は、前記画像置き換え手段により前記第1画像および前記第2画像を合成してから、前記第1領域および前記第2領域の前記画像回復処理を行うことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 前記画像回復処理手段は、前記第1画像および前記第2画像の全領域に対して前記画像回復処理を行うことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 前記画像回復処理手段は、前記第1画像の前記第1領域および前記第2画像の前記第2領域に対してのみ前記画像回復処理を行うことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 互いに露出の異なる第1画像および第2画像を取得する画像取得手段と、
前記第1画像の中から輝度飽和部を含む領域と異なる第1領域を選択し、前記第2画像の中から該第1画像の該輝度飽和部を含む領域に対応する第2領域を選択する領域選択手段と、
前記第1画像の前記第1領域および前記第2画像の前記第2領域に対して、光学伝達関数に基づき生成された画像回復フィルタを用いて画像回復処理を行う画像回復処理手段と、
前記第1画像の前記輝度飽和部を含む領域を前記第2画像の前記第2領域に置き換えることにより、該第1画像の前記第1領域および該第2画像の該第2領域を合成して一つの画像を生成する画像置き換え手段と、を有することを特徴とする撮像装置。 - 互いに露出の異なる第1画像および第2画像を取得するステップと、
前記第1画像の中から輝度飽和部を含む領域と異なる第1領域を選択し、前記第2画像の中から該第1画像の該輝度飽和部を含む領域に対応する第2領域を選択するステップと、
前記第1画像の前記第1領域および前記第2画像の前記第2領域に対して、光学伝達関数に基づき生成された画像回復フィルタを用いて画像回復処理を行うステップと、
前記第1画像の前記輝度飽和部を含む領域を前記第2画像の前記第2領域に置き換えることにより、該第1画像の前記第1領域および該第2画像の該第2領域を合成して一つの画像を生成するステップと、を有することを特徴とする画像処理方法。 - 互いに露出の異なる第1画像および第2画像を取得するステップと、
前記第1画像の中から輝度飽和部を含む領域と異なる第1領域を選択し、前記第2画像の中から該第1画像の該輝度飽和部を含む領域に対応する第2領域を選択するステップと、
前記第1画像の前記第1領域および前記第2画像の前記第2領域に対して、光学伝達関数に基づき生成された画像回復フィルタを用いて画像回復処理を行うステップと、
前記第1画像の前記輝度飽和部を含む領域を前記第2画像の前記第2領域に置き換えることにより、該第1画像の前記第1領域および該第2画像の該第2領域を合成して一つの画像を生成するステップと、を情報処理装置に実行させることを特徴とするプログラム。
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