JP5418258B2 - Imaging apparatus and image processing method - Google Patents

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Description

本発明は、画像撮影を行う撮像装置および画像処理を行う画像処理方法に関する。   The present invention relates to an imaging apparatus that captures an image and an image processing method that performs image processing.

監視カメラ、計測、医用等の分野では、被写界の隅々までピントが合ってほしいという要望が多い。被写界深度を拡大(EDOF:Extension of Depth of Field)するには、F値(焦点距離/レンズ口径)を大きくすればよいので、簡単にはレンズ口径を小さくすればよい。しかし、レンズ口径を小さくすると、空間分解能が低下し、レンズを通過する光量が減少して像が暗くなってしまう。   In fields such as surveillance cameras, measurement, and medical use, there are many requests for focusing on every corner of the object scene. In order to extend the depth of field (EDOF: Extension of Depth of Field), the F value (focal length / lens aperture) may be increased, and the lens aperture may be simply reduced. However, when the lens diameter is reduced, the spatial resolution is lowered, the amount of light passing through the lens is reduced, and the image becomes dark.

一方、近年になって、WFC(Wavefront Coding:波面のコード化)と呼ばれる技術が注目されている。WFCの具体例として、透過光の位相を変調させる光波面変調素子(位相変調素子)と、ディジタル化された画像データに対する画像処理技術との組み合わせが挙げられる。   On the other hand, in recent years, a technique called WFC (Wavefront Coding) has attracted attention. A specific example of WFC is a combination of a light wavefront modulation element (phase modulation element) that modulates the phase of transmitted light and an image processing technique for digitized image data.

WFCは、空間分解能や透過光量を犠牲にせずに被写界深度を拡大する技術であり、レンズ口径を絞ることなく、被写界深度を拡大することが可能である。また、色収差などの影響も受けにくい結像光学系を実現でき、さらにいわゆる光学ズームレンズ機構が不要にできるので、レンズ枚数を低減し、機構や組み立て調整も簡便化することができる。   WFC is a technology that expands the depth of field without sacrificing spatial resolution or the amount of transmitted light, and can increase the depth of field without reducing the lens aperture. In addition, an imaging optical system that is not easily affected by chromatic aberration and the like can be realized, and a so-called optical zoom lens mechanism can be eliminated, so that the number of lenses can be reduced, and the mechanism and assembly adjustment can be simplified.

図7はWFCの概要を説明するための図である。光学系10にはレンズ11〜13が含まれ、レンズ12とレンズ13との間に光波面変調素子10aが挿入されている。光波面変調素子10aを挿入することで、レンズ11〜13のみを備えていた元の光学系の結像特性が変化し、光波面変調素子10aを含む光学系10の状態で結像したアナログの中間画像が生成する。   FIG. 7 is a diagram for explaining the outline of the WFC. The optical system 10 includes lenses 11 to 13, and an optical wavefront modulation element 10 a is inserted between the lenses 12 and 13. By inserting the light wavefront modulation element 10a, the imaging characteristics of the original optical system including only the lenses 11 to 13 are changed, and an analog image formed in the state of the optical system 10 including the light wavefront modulation element 10a is changed. An intermediate image is generated.

通常の光学系は、収差が十分に補正されるように光学設計されているので、位相板などの余分な位相素子を挿入すると結像性能は低下し、中間画像は劣化画像となる。このとき被写体の位置が焦点位置からある程度ずれても、画像の劣化の度合いが変化しないような位相素子を選ぶことができれば、光軸に沿って同じ劣化画像が並ぶ中間画像が得られる。   Since an ordinary optical system is optically designed so that aberrations are sufficiently corrected, if an extra phase element such as a phase plate is inserted, the imaging performance is lowered, and the intermediate image becomes a degraded image. At this time, if a phase element that does not change the degree of degradation of the image even if the position of the subject deviates from the focal position to some extent, an intermediate image in which the same degraded image is arranged along the optical axis can be obtained.

光波面変調素子10aは、被写体の位置がある程度ずれても、画像の劣化の度合いの変化が少ない位相分布を持った位相素子であり、位相分布が以下の式(1)で表される3次光波面変調素子(キュービック型光波面変調素子)である。αは定数、x、yは光軸方向の位置座標である。なお、3次の係数を持つ場合がEDOFの効果を高めることが知られている。   The light wavefront modulation element 10a is a phase element having a phase distribution with little change in the degree of degradation of the image even if the position of the subject is shifted to some extent, and the phase distribution is a cubic expressed by the following equation (1). This is an optical wavefront modulation element (cubic type optical wavefront modulation element). α is a constant, and x and y are position coordinates in the optical axis direction. It is known that the case of having a third order coefficient increases the effect of EDOF.

φ(x,y)=α(x3+y3)・・・(1)
一方、光波面変調素子10aによって劣化した中間画像は、後段の撮像素子20で撮像されて、ディジタル画像化される。画像処理部30では、デコンボリューションフィルタ(逆フィルタ)によるディジタル画像処理を施して、劣化中間画像から劣化成分を除去して、高品質な最終画像を生成する。
φ (x, y) = α (x 3 + y 3 ) (1)
On the other hand, the intermediate image deteriorated by the light wavefront modulation element 10a is picked up by the subsequent image pickup element 20 and converted into a digital image. The image processing unit 30 performs digital image processing using a deconvolution filter (inverse filter), removes the deteriorated component from the deteriorated intermediate image, and generates a high-quality final image.

図8は位相分布関数を示す図である。上述の位相分布関数の式(1)は、光波面変調素子10aの形状の厚さと考えることができるので、厚さをZとすれば、以下の式(1a)となる。したがって、図8は光波面変調素子10aの表面形状を模式した図と見ることもできる。   FIG. 8 is a diagram showing a phase distribution function. Since the expression (1) of the above phase distribution function can be considered as the thickness of the shape of the light wavefront modulation element 10a, if the thickness is Z, the following expression (1a) is obtained. Therefore, FIG. 8 can also be seen as a schematic view of the surface shape of the light wavefront modulation element 10a.

Z=α(X3+Y3)・・・(1a)
光波面変調素子10aは、式(1a)のようにX軸およびY軸に対して形状変化を持たせた厚みを有することで入射光を位相変調させて出射する。このような特徴を持つ光波面変調素子10aを使用することで、被写体の位置がある程度ずれても中間画像の劣化の度合の変化が少なくなり、劣化度合いが既知となる。このため、画像処理部30で適切な画像処理を行うことにより、焦点位置に対して、被写体のずれ量によらず回折限界まで復元された鮮明な画像を得ることができる。
Z = α (X 3 + Y 3 ) (1a)
The optical wavefront modulation element 10a has a thickness with a shape change with respect to the X axis and the Y axis as shown in the formula (1a), and emits the incident light after phase modulation. By using the light wavefront modulation element 10a having such characteristics, even if the position of the subject is shifted to some extent, the change in the degree of deterioration of the intermediate image is reduced, and the degree of deterioration becomes known. For this reason, by performing appropriate image processing in the image processing unit 30, it is possible to obtain a clear image restored to the diffraction limit with respect to the focal position regardless of the amount of deviation of the subject.

従来技術として、WFCにより被写界深度を拡大して画像撮影を行う技術が提案されている(例えば、特許文献1および非特許文献1)。また、逆フィルタのインパルス応答によるデータ補正を行って、画質劣化を抑制する技術が提案されている(例えば、特許文献2)。   As a conventional technique, a technique for taking an image by expanding the depth of field by WFC has been proposed (for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). In addition, a technique for suppressing image quality deterioration by performing data correction based on an impulse response of an inverse filter has been proposed (for example, Patent Document 2).

特開2003−235794号公報JP 2003-235794 A 特開2004−24659号公報JP 2004-24659 A

E. R. Dowski and W.T. Cathey, “Extended Depth of Field Through Wavefront Coding”, Applied Optics, vol. 34, no 11, pp. 1859-1866, April, 1995E. R. Dowski and W.T.Cathey, “Extended Depth of Field Through Wavefront Coding”, Applied Optics, vol. 34, no 11, pp. 1859-1866, April, 1995

画像ボケのような画像劣化は、PSF(Point Spread Function:点像分布関数)で表現されることが多い。PSFは、光学系の点光源に対する応答を表すもので、理想的な点像が光学系を通過した場合に、点像がどの程度広がるかを表す関数である。   Image degradation such as image blur is often expressed by a PSF (Point Spread Function). The PSF represents the response of the optical system to the point light source, and is a function representing how much the point image spreads when an ideal point image passes through the optical system.

例えば、光学系を通じて試料の1点をスクリーン上に映した場合、レンズの回折によって元の点と同じ大きさにはならず、ボケて広がったスポットが映し出される。このスポットがPSFによって生成された像であり、このとき映し出されたボケ画像は、元の画像情報にPSFを乗算(コンボリューション)した像となって現れる。   For example, when one point of the sample is projected on the screen through the optical system, the spot does not become the same size as the original point due to the diffraction of the lens, but a blurred and spread spot is projected. This spot is an image generated by the PSF, and the blurred image displayed at this time appears as an image obtained by multiplying the original image information by the PSF (convolution).

また、PSFにしたがって広がった像を元の像に戻すためには、得られた像に対して逆操作、すなわちPSFによる割り算(PSFの逆行列演算)を行えばよい。
具体的には、PSFをフーリエ変換した結像光学系の空間周波数伝達特性を表すOTF(Optical Transfer Function:光学伝達関数)で割り算することによる逆フィルタ処理を行う。
In order to return the image spread according to the PSF to the original image, an inverse operation, that is, division by PSF (inverse matrix calculation of PSF) may be performed on the obtained image.
Specifically, an inverse filter process is performed by dividing the PSF by an OTF (Optical Transfer Function) representing the spatial frequency transfer characteristic of the imaging optical system obtained by Fourier transform.

ただし、OTFが非常に小さな空間周波数であったりする場合等は、ノイズが増幅されることになるので、適切な拘束条件または逆関数を選択して、逆フィルタ処理を実行することになる。   However, when the OTF has a very small spatial frequency or the like, noise is amplified, and therefore an appropriate constraint condition or inverse function is selected and the inverse filter process is executed.

図9は一般的な逆フィルタ処理の概要を示す図である。通常の逆フィルタ処理では、撮像素子上で得られた画像の画素を縦横に並べた画像行列に対して、カーネル(Kernel)と呼ばれる行列の逆フィルタで演算処理する。   FIG. 9 is a diagram showing an outline of general inverse filter processing. In normal inverse filter processing, an image matrix obtained by arranging pixels of an image obtained on an image sensor vertically and horizontally is processed by a matrix inverse filter called a kernel.

簡単のため、カーネルを3×3の行列とする。また、カーネルの各要素(カーネルデータ)をa〜iとし、カーネルが作用する画像領域の画素値をA〜Iとする。まず、画像行列からカーネルが作用する画像領域の画素値A〜Iを読み取り、読み取った画素値とカーネルデータとの積和演算(畳み込み演算)を行って、画像処理を行う。   For simplicity, the kernel is a 3 × 3 matrix. Further, each element (kernel data) of the kernel is assumed to be a to i, and pixel values of the image area where the kernel acts are assumed to be A to I. First, the pixel values A to I of the image area on which the kernel acts are read from the image matrix, and a product-sum operation (convolution operation) between the read pixel value and kernel data is performed to perform image processing.

図の場合では、A×a+B×b+C×c+D×d+E×e+F×f+G×g+H×h+I×i=E1となり、元の画素値Eは、新しい画素値E1に変換される。このような処理を適切なカーネル(逆フィルタ)を用意して、他の画素値に対しても行うことで、ボケた画像をシャープな画像にしたり、ノイズが除去された画像を生成したりする。 In the case of the figure, A × a + B × b + C × c + D × d + E × e + F × f + G × g + H × h + I × i = E 1 , and the original pixel value E is converted to a new pixel value E 1 . By preparing an appropriate kernel (inverse filter) and performing such processing on other pixel values, the blurred image can be made sharper, or the image from which noise has been removed can be generated. .

図10は逆フィルタのフィルタ強度を示す図である。WFCによって得られた画像の逆フィルタは、光波面変調素子を通過した後のPSFをフーリエ変換したOTFの逆数をとることによって生成されるが、このときの逆フィルタは、フィルタ強度に片寄りが生じる。Z軸は、逆フィルタのフィルタ強度を表しており、図に示すように、フィルタ強度は、第2象限側に片寄っている。   FIG. 10 is a diagram showing the filter strength of the inverse filter. The inverse filter of the image obtained by WFC is generated by taking the inverse of the OTF obtained by Fourier transforming the PSF after passing through the light wavefront modulation element. Arise. The Z-axis represents the filter strength of the inverse filter, and as shown in the figure, the filter strength is shifted to the second quadrant side.

逆フィルタのフィルタ強度の片寄りは、逆フィルタの縦、横の要素数(ドット数)、つまり有効な演算領域に片寄りがあることを示している。このように、光波面変調素子から得られた逆フィルタは、フィルタ強度に片寄りが生じる(有効演算領域に片寄りが生じる)ことになるが、従来では、このような片寄りを何ら考慮せずに逆フィルタ処理を行っていた。   The deviation of the filter strength of the inverse filter indicates that there is a deviation in the number of vertical and horizontal elements (number of dots) of the inverse filter, that is, the effective calculation area. As described above, the inverse filter obtained from the light wavefront modulation element has a deviation in the filter strength (a deviation occurs in the effective calculation area). Conventionally, however, such deviation is not taken into consideration. Inverse filter processing was performed.

すなわち、WFCによって得られた画像における従来の逆フィルタ処理では、撮像素子でのA/D変換後の画像に対して、逆フィルタのフィルタ強度の強弱に関係なく、フィルタ強度の第1象限から第4象限の全領域に渡って、デコンボリューションの演算を行って画像を復元させていた。このため、画像処理効率が非効率的であり、特に撮像素子が高画素数であるほど、その影響は顕著であるといった問題があった。   That is, in the conventional inverse filter processing on the image obtained by WFC, the first to the second quadrant of the filter strength is applied to the image after A / D conversion by the image sensor regardless of the strength of the filter strength of the inverse filter. The image was restored by performing a deconvolution operation over the entire area of the four quadrants. For this reason, there is a problem that the image processing efficiency is inefficient, and that the influence is more remarkable as the number of pixels of the image sensor is increased.

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、画像処理効率を向上させた撮像装置を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、画像処理効率を向上させた画像処理方法を提供することである。
The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide an imaging apparatus with improved image processing efficiency.
Another object of the present invention is to provide an image processing method with improved image processing efficiency.

上記課題を解決するために、撮像装置が提供される。この撮像装置は、光波面変調素子を含む光学系と、前記光学系を通過した被写体像を撮像する撮像素子と、前記被写体像を逆フィルタによって画像処理する画像処理部とを備える。前記画像処理部は、前記逆フィルタのフィルタ強度が閾値よりも高い領域に演算領域を制限して前記画像処理を行う。   In order to solve the above problems, an imaging apparatus is provided. The imaging apparatus includes an optical system including a light wavefront modulation element, an imaging element that captures a subject image that has passed through the optical system, and an image processing unit that performs image processing on the subject image using an inverse filter. The image processing unit performs the image processing by limiting a calculation region to a region where the filter strength of the inverse filter is higher than a threshold value.

画像処理効率の向上を図ることが可能になる。   It becomes possible to improve the image processing efficiency.

撮像装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of an imaging device. 撮像装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of an imaging device. フレア領域を示す図である。It is a figure which shows a flare area | region. 逆フィルタ処理を示す図である。It is a figure which shows an inverse filter process. 逆フィルタの周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of an inverse filter. 撮像装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of an imaging device. WFCの概要を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the outline | summary of WFC. 位相分布関数を示す図である。It is a figure which shows a phase distribution function. 一般的な逆フィルタ処理の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of a general reverse filter process. 逆フィルタのフィルタ強度を示す図である。It is a figure which shows the filter strength of an inverse filter.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は撮像装置の構成例を示す図である。撮像装置1は、光学系10、撮像素子20および画像処理部30を備える。
光学系10は、図示しない複数レンズを備えて被写体像を形成する。また、レンズの間には、光波面変調素子10aが挿入される。光波面変調素子10aは、焦点距離に応じてOTFの変化を少なくする素子である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an imaging apparatus. The imaging device 1 includes an optical system 10, an imaging element 20, and an image processing unit 30.
The optical system 10 includes a plurality of lenses (not shown) and forms a subject image. An optical wavefront modulation element 10a is inserted between the lenses. The optical wavefront modulation element 10a is an element that reduces changes in OTF in accordance with the focal length.

撮像素子20は、CCD(Charged Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサなどを使用でき、光学系10を通過した被写体像を撮像し、アナログ画像をディジタル画像化する。   The image pickup device 20 can use a CCD (Charged Coupled Device), a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) sensor, or the like, picks up a subject image that has passed through the optical system 10, and converts the analog image into a digital image.

画像処理部30は、被写体像を逆フィルタによって画像処理する。この場合、逆フィルタのフィルタ強度が、設定した閾値よりも高い領域を演算領域として使用して、演算領域を制限した画像処理を行う。   The image processing unit 30 performs image processing on the subject image using an inverse filter. In this case, image processing with the calculation area limited is performed using an area where the filter strength of the inverse filter is higher than the set threshold as the calculation area.

次に撮像装置の構成および動作について詳しく説明する。図2は撮像装置の構成例を示す図である。撮像装置1aは、光学系10、撮像素子20、画像処理部30およびモニタ部40を備える。また、画像処理部30は、プロセッサ部31、レジスタ32a、32b、フィルタ強度処理部33、デコンボリューション部34および画像補正部35を含む。   Next, the configuration and operation of the imaging apparatus will be described in detail. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the imaging apparatus. The imaging apparatus 1a includes an optical system 10, an imaging element 20, an image processing unit 30, and a monitor unit 40. The image processing unit 30 includes a processor unit 31, registers 32 a and 32 b, a filter strength processing unit 33, a deconvolution unit 34, and an image correction unit 35.

プロセッサ部31は、図示しないメモリを有しており、このメモリには、露出状態に応じて、最適な逆フィルタを選択するための情報が登録されている。プロセッサ部31は、登録情報から現在の露出状態に応じた最適な逆フィルタを認識し、演算に用いるべき逆フィルタ(カーネル)を選択するための選択信号をレジスタ32aへ送信する。   The processor unit 31 has a memory (not shown), and information for selecting an optimum inverse filter is registered in this memory in accordance with the exposure state. The processor unit 31 recognizes the optimum inverse filter corresponding to the current exposure state from the registration information, and transmits a selection signal for selecting the inverse filter (kernel) to be used for the calculation to the register 32a.

レジスタ32aは、逆フィルタを複数個格納しており、プロセッサ部31より送信された選択信号を受けて、演算に用いる逆フィルタを決定して出力する。フィルタ強度処理部33は、レジスタ32aから逆フィルタを受け取る。そして、逆フィルタ強度に閾値を設けて、閾値以上の強度を持つ要素(演算領域)以外を削除する。   The register 32a stores a plurality of inverse filters, receives the selection signal transmitted from the processor unit 31, and determines and outputs the inverse filter used for the calculation. The filter strength processing unit 33 receives the inverse filter from the register 32a. Then, a threshold is set for the inverse filter strength, and elements other than the elements (calculation areas) having the strength equal to or higher than the threshold are deleted.

WFCによって得られる逆フィルタのフィルタ強度、すなわち、光波面変調素子10aを通過した後のPSFをフーリエ変換したOTFの逆数をとることによって生成される逆フィルタのフィルタ強度は、上述したように、フィルタ強度分布の第2象限側に集中して現れる。   The filter strength of the inverse filter obtained by WFC, that is, the filter strength of the inverse filter generated by taking the reciprocal of the OTF obtained by Fourier transforming the PSF after passing through the optical wavefront modulation element 10a is as described above. It appears concentrated on the second quadrant side of the intensity distribution.

したがって、フィルタ強度処理部33では、第2象限の要素と第2象限のフレア領域の要素とを残して、それ以外の要素を削除することになる。図3にフレア領域を示す。フレア領域とは、第2象限近傍の領域のことであって、フィルタ強度の分布上において、第2象限と第1象限との境界近傍の領域および第2象限と第3象限との境界近傍の領域を指す。   Therefore, the filter strength processing unit 33 deletes the other elements while leaving the second quadrant element and the second quadrant flare area element. FIG. 3 shows the flare area. The flare area is an area in the vicinity of the second quadrant, and in the filter strength distribution, the area in the vicinity of the boundary between the second quadrant and the first quadrant and the area in the vicinity of the boundary between the second quadrant and the third quadrant. Refers to an area.

レジスタ32bは、フィルタ強度処理部33で処理された、閾値以上のフィルタ強度を持つ逆フィルタ(第2象限領域および第2象限のフレア領域に演算領域が制限されている逆フィルタ)を格納する。   The register 32b stores the inverse filter (the inverse filter in which the calculation area is limited to the second quadrant area and the flare area of the second quadrant) processed by the filter intensity processing unit 33 and having a filter strength equal to or higher than the threshold value.

デコンボリューション部34は、撮像素子20から出力されたA/D変換後の画像信号と、レジスタ32bに格納されている逆フィルタとのデコンボリューション演算を行う。
画像補正部35は、デコンボリューション演算後の画像信号に所定の画像補正処理を行って処理後の画像信号を出力する。モニタ部40は、画像処理部30から出力された画像信号のモニタ表示を行う。
The deconvolution unit 34 performs a deconvolution operation between the image signal after A / D conversion output from the image sensor 20 and an inverse filter stored in the register 32b.
The image correction unit 35 performs a predetermined image correction process on the image signal after the deconvolution operation and outputs the processed image signal. The monitor unit 40 performs monitor display of the image signal output from the image processing unit 30.

なお、画像補正部35における画像補正処理としては、例えば、カラー補間(色調を隣接画素間で混合して滑らかな色の変化を生成するための機能)、ホワイトバランス(白色が白く映るように補正する機能)、圧縮、ファイリング等の処理が行われる。   The image correction processing in the image correction unit 35 includes, for example, color interpolation (a function for mixing a tone between adjacent pixels to generate a smooth color change), white balance (correction so that white appears white). Function), compression, filing, and the like.

ここで、被写体は、光波面変調素子10aを含む光学系10を通過して被写体像となり、撮像素子20に入ってアナログ信号からディジタル信号の画像に変換されて、画像処理部30へ出力される。   Here, the subject passes through the optical system 10 including the light wavefront modulation element 10 a to become a subject image, enters the image sensor 20, is converted from an analog signal to a digital signal image, and is output to the image processing unit 30. .

画像処理部30において、プロセッサ部31は、撮像装置1aの露出制御における露出情報(絞り情報)に応じて、レジスタ32aに格納されている複数の逆フィルタから最適な逆フィルタを選択する。   In the image processing unit 30, the processor unit 31 selects an optimal inverse filter from a plurality of inverse filters stored in the register 32a in accordance with exposure information (aperture information) in exposure control of the imaging device 1a.

これは、露出を絞って撮影を行う場合、絞りによって光波面変調素子10aの一部が覆われてしまい、位相が変化してしまうため、適切な画像を復元することが困難となるおそれがあるからである。   This is because, when shooting with the exposure reduced, a part of the light wavefront modulation element 10a is covered by the stop and the phase changes, so that it may be difficult to restore an appropriate image. Because.

このため、露出の状態に適した画像を形成することが可能な逆フィルタを複数個レジスタ32aに格納しておき、この中から最適な逆フィルタを選択するようにする。このように、露出の状態(絞りの状態)にもとづいて、適応的に逆フィルタを選択することで、精細な画像を復元することが可能になる。   Therefore, a plurality of inverse filters capable of forming an image suitable for the exposure state are stored in the register 32a, and the optimum inverse filter is selected from these. In this way, a fine image can be restored by adaptively selecting an inverse filter based on the exposure state (aperture state).

一方、光波面変調素子10aから得られた逆フィルタのフィルタ強度は、上述したように第2象限側に集中する傾向がある。そこで、撮像装置1aでは、レジスタ32bに格納する逆フィルタは、従来のカーネル分布の中心に対して、分布の強度が高い領域を残すように演算領域を制限する。このとき、その制限された領域の中心は、従来のカーネル中心よりも第2象限側の対角方向にずれていることを特徴とする。   On the other hand, the filter strength of the inverse filter obtained from the light wavefront modulation element 10a tends to concentrate on the second quadrant side as described above. Therefore, in the imaging device 1a, the inverse filter stored in the register 32b limits the calculation area so as to leave an area with a high distribution intensity with respect to the center of the conventional kernel distribution. At this time, the center of the limited region is characterized by being shifted in the diagonal direction on the second quadrant side from the conventional kernel center.

すなわち、レジスタ32aに格納されている逆フィルタは、通常のカーネルサイズとなっており、レジスタ32bに格納されている逆フィルタは、従来のカーネル中心(全領域の中心)よりも第2象限側の対角方向に中心がずれて、演算領域が制限されたカーネルサイズとなる。   That is, the inverse filter stored in the register 32a has a normal kernel size, and the inverse filter stored in the register 32b is closer to the second quadrant than the conventional kernel center (center of all areas). The center is shifted in the diagonal direction, resulting in a kernel size with a limited calculation area.

レジスタ32bに格納されているカーネルは、第2象限および第2象限のフレア領域の分布である。第2象限のみの分布とせずに、フレア領域までを含めることにしたのは、第2象限のフレア領域にも画像復元に必要なカーネルが存在するからである。   The kernel stored in the register 32b is the distribution of the second quadrant and the flare area of the second quadrant. The reason for including the flare area instead of the distribution only in the second quadrant is that the flare area in the second quadrant also includes a kernel necessary for image restoration.

したがって、フィルタ強度処理部33では、レジスタ32aに格納されているカーネル分布に対して、第2象限の要素と第2象限のフレア領域の要素とを残して、それ以外の要素を削除するような適切な閾値を設定する。そして、閾値を超えないカーネルは削除してカーネルサイズを調整する。   Therefore, the filter strength processing unit 33 deletes other elements from the kernel distribution stored in the register 32a while leaving the second quadrant element and the second quadrant flare area element. Set an appropriate threshold. The kernel that does not exceed the threshold is deleted and the kernel size is adjusted.

図4は逆フィルタ処理を示す図である。撮像素子20から出力されたディジタル中間画像に対し、逆フィルタf1によって、デコンボリューション演算を行って、再生画像を出力する。この逆フィルタf1は、フィルタ強度の分布が、第2象限および第2象限のフレア領域を演算領域とし、それ以外の領域は演算領域としないフィルタ強度を持つ。なお、図5は逆フィルタの周波数特性を示す図である。縦軸は振幅、横軸は周波数である。   FIG. 4 is a diagram illustrating inverse filter processing. A deconvolution operation is performed on the digital intermediate image output from the image sensor 20 by the inverse filter f1, and a reproduced image is output. The inverse filter f1 has a filter strength distribution in which the second quadrant and the second quadrant flare region are used as calculation regions and the other regions are not used as calculation regions. FIG. 5 shows the frequency characteristics of the inverse filter. The vertical axis represents amplitude, and the horizontal axis represents frequency.

図6は撮像装置1aの動作を示すフローチャートである。
〔S1〕光波面変調素子10aを含む光学系10で被写体像が結像して中間画像が生成される。
FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the imaging apparatus 1a.
[S1] An object image is formed by the optical system 10 including the light wavefront modulation element 10a to generate an intermediate image.

〔S2〕撮像素子20は、アナログ中間画像を撮像し、A/D変換を行ってディジタル中間画像を出力する。
〔S3〕プロセッサ部31は、露出状態に応じた逆フィルタを選択するための選択信号をレジスタ32aへ送信する。
[S2] The image sensor 20 captures an analog intermediate image, performs A / D conversion, and outputs a digital intermediate image.
[S3] The processor unit 31 transmits a selection signal for selecting an inverse filter corresponding to the exposure state to the register 32a.

〔S4〕レジスタ32aは、選択信号にもとづき、露出状態に適した逆フィルタを出力する。
〔S5〕フィルタ強度処理部33は、レジスタ32aから逆フィルタを受信し、演算領域が所定の演算領域であるか否か、すなわち演算領域が第2象限および第2象限のフレア領域であるか否かを判断する。所定の演算領域でない場合はステップS6へいき、所定の演算領域である場合はステップS7へいく。
[S4] The register 32a outputs an inverse filter suitable for the exposure state based on the selection signal.
[S5] The filter strength processing unit 33 receives the inverse filter from the register 32a and determines whether or not the calculation area is a predetermined calculation area, that is, whether or not the calculation area is a flare area in the second quadrant and the second quadrant. Determine whether. If it is not the predetermined calculation area, the process goes to step S6, and if it is the predetermined calculation area, the process goes to step S7.

〔S6〕フィルタ強度処理部33は、第2象限および第2象限のフレア領域以外の領域のカーネルを削除する。ステップS5へ戻る。
〔S7〕レジスタ32bは、フィルタ強度処理部33で生成された逆フィルタ、すなわち、設定した閾値以上のフィルタ強度を持つ逆フィルタであって、第2象限および第2象限のフレア領域に演算領域が制限されている逆フィルタを格納して出力する。
[S6] The filter strength processing unit 33 deletes kernels in areas other than the second quadrant and the flare area in the second quadrant. Return to step S5.
[S7] The register 32b is an inverse filter generated by the filter strength processing unit 33, that is, an inverse filter having a filter strength equal to or higher than a set threshold value, and has a calculation area in the second quadrant and the second quadrant flare area. Store and output restricted inverse filter.

〔S8〕デコンボリューション部34は、撮像素子20から入力されたA/D変換後の画像信号と、レジスタ32bに格納されている逆フィルタとでデコンボリューション演算を行う。   [S8] The deconvolution unit 34 performs a deconvolution operation using the A / D converted image signal input from the image sensor 20 and the inverse filter stored in the register 32b.

〔S9〕画像補正部35は、デコンボリューションの後の画像信号に所定の画像補正処理を行って補正後の画像信号を出力する。
〔S10〕モニタ部40は、画像処理部30から送信された画像信号のモニタ表示を行う。
[S9] The image correction unit 35 performs a predetermined image correction process on the image signal after deconvolution, and outputs the corrected image signal.
[S10] The monitor unit 40 performs monitor display of the image signal transmitted from the image processing unit 30.

以上説明したように、撮像装置では、光波面変調素子10aのPSFにもとづいて得られる逆フィルタの演算領域の中心を、従来のカーネル中心よりも第2象限側の対角方向へずらして、第2象限および第2象限のフレア領域を含む領域を演算領域とした。これにより、フィルタ強度の高い領域を演算領域にしてデコンボリューションするので、画像処理効率の向上を図ることが可能になる。   As described above, in the imaging apparatus, the center of the inverse filter calculation region obtained based on the PSF of the light wavefront modulation element 10a is shifted in the diagonal direction on the second quadrant side from the conventional kernel center, A region including the flare region in the second quadrant and the second quadrant was defined as a calculation region. As a result, deconvolution is performed using a region with a high filter strength as a computation region, so that it is possible to improve image processing efficiency.

なお、光波面変調素子には、波面を変形させた位相素子として、位相板の他にも、屈折率が変化する光学素子(屈折率分布型波面変調レンズ)や、光の位相分布を変調可能な液晶素子(液晶空間位相変調素子)等を使用することもできる。   In addition to the phase plate, the optical wavefront modulation element can be used to modulate the phase distribution of light, as well as an optical element that changes the refractive index (refractive index distribution type wavefront modulation lens). A liquid crystal element (liquid crystal spatial phase modulation element) or the like can also be used.

以上、実施の形態を例示したが、実施の形態で示した各部の構成は同様の機能を有する他のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や工程が付加されてもよい。
(付記1) 光波面変調素子を含む光学系と、
前記光学系を通過した被写体像を撮像する撮像素子と、
前記被写体像を逆フィルタによって画像処理する画像処理部と、
を備え、
前記画像処理部は、前記逆フィルタのフィルタ強度が閾値よりも高い領域に演算領域を制限して前記画像処理を行う、
ことを特徴とする撮像装置。
As mentioned above, although embodiment was illustrated, the structure of each part shown by embodiment can be substituted by the other thing which has the same function. Moreover, other arbitrary structures and processes may be added.
(Supplementary note 1) an optical system including a light wavefront modulation element;
An image sensor that images a subject image that has passed through the optical system;
An image processing unit that performs image processing on the subject image using an inverse filter;
With
The image processing unit performs the image processing by limiting a calculation region to a region where the filter strength of the inverse filter is higher than a threshold value.
An imaging apparatus characterized by that.

(付記2) 前記画像処理部は、前記フィルタ強度の分布の第2象限の領域および前記第2象限のフレア領域を前記演算領域とする前記閾値を設定することを特徴とする付記1記載の撮像装置。   (Additional remark 2) The said image processing part sets the said threshold value which makes the said 2nd quadrant area | region of the said filter strength distribution and the flare area | region of the said 2nd quadrant the said calculation area, The imaging of Additional remark 1 characterized by the above-mentioned apparatus.

(付記3) 前記画像処理部によって制限された前記演算領域の中心は、前記第2象限側の対角方向へずれていることを特徴とする付記2記載の撮像装置。
(付記4) 前記画像処理部は、前記逆フィルタを複数個用意し、露出の状態に応じて前記逆フィルタを選択することを特徴とする付記1記載の撮像装置。
(Supplementary note 3) The imaging apparatus according to supplementary note 2, wherein a center of the calculation area limited by the image processing unit is shifted in a diagonal direction on the second quadrant side.
(Supplementary note 4) The imaging apparatus according to supplementary note 1, wherein the image processing unit prepares a plurality of the inverse filters and selects the inverse filter according to an exposure state.

(付記5) 画像処理方法において、
光波面変調素子を含む光学系で被写体像を撮像し、
前記被写体像を逆フィルタによって画像処理し、
前記画像処理の際は、前記逆フィルタのフィルタ強度が閾値よりも高い領域に演算領域を制限して前記画像処理を行う、
ことを特徴とする画像処理方法。
(Supplementary Note 5) In the image processing method,
Take a subject image with an optical system that includes a light wavefront modulation element,
Image processing of the subject image by an inverse filter;
At the time of the image processing, the image processing is performed by limiting a calculation region to a region where the filter strength of the inverse filter is higher than a threshold value.
An image processing method.

1 撮像装置
10 光学系
10a 光波面変調素子
20 撮像素子
30 画像処理部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Imaging device 10 Optical system 10a Light wavefront modulation element 20 Imaging element 30 Image processing part

Claims (4)

光波面変調素子を含む光学系と、
前記光学系を通過した被写体像を撮像する撮像素子と、
前記被写体像を逆フィルタによって画像処理する画像処理部と、
を備え、
前記画像処理部は、前記逆フィルタのフィルタ強度が閾値よりも高い領域に演算領域を制限して前記画像処理を行う、
ことを特徴とする撮像装置。
An optical system including an optical wavefront modulation element;
An image sensor that images a subject image that has passed through the optical system;
An image processing unit that performs image processing on the subject image using an inverse filter;
With
The image processing unit performs the image processing by limiting a calculation region to a region where the filter strength of the inverse filter is higher than a threshold value.
An imaging apparatus characterized by that.
前記画像処理部は、前記フィルタ強度の分布の第2象限の領域および前記第2象限のフレア領域を前記演算領域とする前記閾値を設定することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 1, wherein the image processing unit sets the threshold value using the second quadrant area and the second quadrant flare area of the filter intensity distribution as the calculation area. 前記画像処理部は、前記逆フィルタを複数個用意し、露出の状態に応じて前記逆フィルタを選択することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 1, wherein the image processing unit prepares a plurality of the inverse filters and selects the inverse filter according to an exposure state. 画像処理方法において、
光波面変調素子を含む光学系で被写体像を撮像し、
前記被写体像を逆フィルタによって画像処理し、
前記画像処理の際は、前記逆フィルタのフィルタ強度が閾値よりも高い領域に演算領域を制限して前記画像処理を行う、
ことを特徴とする画像処理方法。
In the image processing method,
Take a subject image with an optical system that includes a light wavefront modulation element,
Image processing of the subject image by an inverse filter;
At the time of the image processing, the image processing is performed by limiting a calculation region to a region where the filter strength of the inverse filter is higher than a threshold value.
An image processing method.
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