JP5631935B2 - 画像処理装置、画像処理方法およびプログラム、ならびに、撮像装置 - Google Patents

画像処理装置、画像処理方法およびプログラム、ならびに、撮像装置 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、画像処理装置、画像処理方法およびプログラム、ならびに、撮像装置に関する。
マイクロレンズアレイを備えたライトフィールドカメラや、カメラアレイなどにより、隣接する画像に同一の被写体が位置をずらされて写っている複数の画像を同時に撮像する技術が知られている。このように、隣接する画像に同一の被写体が位置をずらされて撮像された複数の画像をずらして重ね合わせることで、画像内に指定した任意の距離に焦点を合わせた画像を再構成することが可能である。この焦点を変更して再構成した画像をリフォーカス画像と呼ぶ。
特開2007−004471号公報 特開2011−022796号公報
しかしながら、従来技術では、焦点を合わせた被写体の距離から離れた距離を写した領域では、重ね合わせた画像間での画素値の変化量が大きく、リフォーカス画像に偽像状のアーチファクトが発生するという問題点があった。
本発明が解決しようとする課題は、アーチファクトが抑制されたリフォーカス画像を生成可能な画像処理装置、画像処理方法およびプログラム、ならびに、撮像装置を提供することにある。
実施形態の画像処理装置は、生成部が、撮像部により、撮像部から被写体上の点の位置までの距離に応じて被写体上の点が異なる位置に撮像された複数の単位画像から、所定の距離に合焦させたリフォーカス画像を生成する。処理部は、生成されたリフォーカス画像の各画素に対して、合焦の度合いに応じた強さでぼかし処理を施す。算出部は、合焦の度合いが低いほど大きな値を示す非フォーカス度をリフォーカス画像の画素毎に算出する。処理部は、リフォーカス画像の各画素に対して、リフォーカス画像の画素の非フォーカス度が大きいほど強くぼかし処理を施し、算出部は、所定の距離に応じて決まる拡大率に従い複数の単位画像を拡大した際に重ね合わされた各単位画像において画素位置が一致する各画素の画素値のばらつきに応じた大きさの非フォーカス度を算出する
第1の実施形態に係る画像処理装置の一例の構成を示すブロック図。 第1の実施形態に適用可能な取得部の一例の構成を概略的に示す図。 第1の実施形態に適用可能な取得部で取得される画像の例を示す模式図。 第1の実施形態に係る画像処理装置の動作を示す一例のフローチャート。 第1の実施形態に係るリフォーカス画像生成処理の例を示すフローチャート。 第1の実施形態に係る、各マイクロレンズ像を拡大した様子を示す模式図。 第1の実施形態に係るリフォーカス画像の生成について説明するための図。 第1の実施形態に係る非フォーカス度の一例の算出処理を示すフローチャート。 第1の実施形態に係る画像処理装置の別の例の構成を示すブロック図。 第1の実施形態に係るぼかし処理の例を示すフローチャート。 第1の実施形態に係る、カーネルの大きさに対して上下限値を設ける場合の例を示す図。 第1の実施形態に係る非フォーカス度のマップの例を示す図。 第2の実施形態による撮像装置の一例の構成を示すブロック図。 第3の実施形態によるセンサ装置の一例の構成を示すブロック図。 第4の実施形態に適用可能な画像処理システムの一例の構成を示すブロック図。 他の実施形態による、画像処理装置を適用可能なコンピュータ装置の一例の構成を示すブロック図。
(第1の実施形態)
以下、第1の実施形態に係る画像処理装置について説明する。図1は、第1の実施形態に係る画像処理装置100の一例の構成を示す。画像処理装置100は、取得部101で取得された画像に対して第1の実施形態による処理を施す。画像処理装置100は、リフォーカス処理部102、非フォーカス度算出部103およびぼかし処理部104を有する。これらリフォーカス処理部102、非フォーカス度算出部103およびぼかし処理部104は、協働するハードウェアによって構成してもよいし、一部または全部をCPU(Central Processing Unit)上で動作するプログラムにより構成してもよい。
取得部101は、取得部101から被写体上の位置までの距離に応じて被写体上の点の位置が異なる位置に撮像された複数の単位画像を取得する。
図2は、第1の実施形態に適用可能な取得部101の一例の構成を概略的に示す。図2の例では、取得部101は、光学系として、被写体120からの光を結像させるメインレンズ110と、マイクロレンズが所定ピッチで複数配列されたマイクロレンズアレイ111とを備える。さらに、取得部101は、マイクロレンズアレイ111の各マイクロレンズにより結像された光を電気信号に変換して出力するセンサ112を備える。図2の例では、メインレンズ110の結像面がメインレンズ110およびマイクロレンズアレイ111の間(像面Z)に位置するように、メインレンズ110が設定されている。
図示は省略するが、取得部101は、さらに、センサを駆動するセンサ駆動部を備える。センサ駆動部は、外部からの制御信号に従い駆動制御される。
センサ112は、受光面に受光した光を電気信号に変換して出力する。センサ112としては、例えばCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサや、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサを用いることができる。これらのイメージセンサでは、それぞれ画素に対応する受光素子が受光平面上にマトリクス状に並べられて構成され、受光素子それぞれの光電変換によって、光が各画素の電気信号に変換されて出力される。
取得部101は、メインレンズ110上のある位置から、マイクロレンズアレイ111上のある位置に入射した光を、センサ112で受光し、画素毎の画素信号を含む画像信号を出力する。この取得部101のような構成の撮像装置は、ライトフィールドカメラやPlenopticカメラという名称で知られている。
図3は、取得部101で撮像され取得される画像の例を模式的に示す。マイクロレンズアレイ111の各マイクロレンズによりセンサ112の受光面に結像された像131、131、…がマイクロレンズの配列に対応して配置された画像130が取得部101で取得される。また、像131がマイクロレンズアレイ111における各マイクロレンズの配列に従って配置された画像130を、以下、複眼画像130と呼ぶ。なお、各像131、131、…は、複眼画像130を構成する単位となる単位画像である。
各マイクロレンズによる各像131は、センサ112上に重なり無く結像されることが望ましい。また、図3に例示される複眼画像130中の各像131は実像であるため、各像131を個々に抜き出して上下左右反転したものをマイクロレンズ像131とし、これを単位画像として以下の説明を行う。すなわち、1つのマイクロレンズにより結像された像の画像がマイクロレンズ像131であり、マイクロレンズ像131が複数並んだ画像が複眼画像130である。
ここで、図2の構成によれば、被写体120からの光は、被写体120の全体または被写体120における小領域が各マイクロレンズの位置に応じて少しずつずれて、各マイクロレンズ像131として撮像されることになる。すなわち、取得部101は、2以上のマイクロレンズにより共通に結像される被写体120上の注目点の位置が、この2以上のマイクロレンズそれぞれの注目点までの距離に応じてずれて撮像された2以上のマイクロレンズ像131を取得する。換言すれば、取得部101は、注目点が複数のマイクロレンズそれぞれからの距離に応じて異なる位置に撮像された複数のマイクロレンズ像131を取得する。
なお、上述では、取得部101において、メインレンズ110の結像面がメインレンズ110とマイクロレンズアレイ111との間にあるように説明したが、これはこの例に限定されない。例えば、メインレンズ110の結像面をマイクロレンズアレイ111上に設定してもよいし、センサ112の後方側に位置するように設定してもよい。メインレンズ110による結像面をセンサ112の後方側に位置させる場合、センサ112に結像するマイクロレンズ像131は、虚像となる。
また、上述では、取得部101がマイクロレンズが多数配列されたマイクロレンズアレイ111を用いるものとして説明したが、これはこの例に限定されない。例えば、取得部101は、多数のカメラが配列されたカメラアレイを用いてもよい。マイクロレンズアレイを用いる場合は、1つのセンサを用いることが一般的である。これに対して、カメラアレイを用いる場合は、カメラアレイを構成する個々のカメラが1つずつのセンサを持つ。マイクロレンズによる像の縮小率は、カメラアレイのカメラのレンズの縮小率に相当する。また、マイクロレンズ間のピッチは、カメラアレイのカメラ間の距離に相当する。カメラアレイを用いた場合、各カメラの撮像画像が単位画像となり、カメラアレイ全体の出力画像が複眼画像となる。
図1の説明に戻り、リフォーカス処理部102は、取得部101で取得された複眼画像130から、取得部101(メインレンズ110)からの距離が指定した距離である被写体に合焦させたリフォーカス画像を生成する。ぼかし処理部104は、リフォーカス処理部102から出力されたリフォーカス画像に対して、リフォーカス画像の各画素の合焦の度合いに応じた強さでぼかし処理を施す。ぼかし処理部104でぼかし処理を施されたリフォーカス画像が出力画像として画像処理装置100から出力される。
ぼかし処理部104によるぼかし処理は、より具体的には以下のように行う。非フォーカス度算出部103は、取得部101で取得された複眼画像130から、リフォーカス画像の画素毎に、合焦の度合いを示す非フォーカス度を算出する。この場合、非フォーカス度は、より焦点がずれている(合焦の度合いが低い)場合に、より大きな値を示すように算出する。ぼかし処理部104は、この非フォーカス度に基づき、リフォーカス処理部102から出力されたリフォーカス画像に対して、上述したぼかし処理を施す。ぼかし処理部104でぼかし処理を施されたリフォーカス画像が出力画像として画像処理装置100から出力される。
図4は、第1の実施形態に係る画像処理装置100の動作を示す一例のフローチャートである。先ず、ステップS21で、取得部101により複眼画像130が取得される。取得された複眼画像130は、リフォーカス処理部102および非フォーカス度算出部103に供給される。次のステップS22で、リフォーカス処理部102は、ステップS21で取得部101から供給された複眼画像130から、合焦位置を変更したリフォーカス画像を生成する。次のステップS23で、非フォーカス度算出部103は、ステップS21で取得部101から供給された複眼画像130から、リフォーカス画像の各画素について、非フォーカス度を算出する。そして、ステップS24で、ぼかし処理部104は、ステップS22で生成されたリフォーカス画像に対して、ステップS23で算出された非フォーカス度に基づきぼかし処理を施す。
ステップS22のリフォーカス画像生成処理について説明する。リフォーカス処理部102は、ステップS22で、取得部101から供給された複眼画像130から、取得部101(メインレンズ110)から被写体120に向けた所定の距離に合焦したリフォーカス画像を生成する。所定の距離は、予め決められた距離を用いてもよいし、図示されない入力部に対する入力などにより、ユーザが指定してもよい。リフォーカス処理部102は、合焦させる距離に対応した拡大倍率により単位画像を拡大して重ね合わせることで、リフォーカス画像を生成する。
図5は、リフォーカス処理部102によるリフォーカス画像生成処理の例を示すフローチャートである。図5の説明に先んじて、焦点を合わせる距離と、単位画像であるマイクロレンズ像131の拡大倍率との関係を、図2を参照して説明する。像面Zは、リフォーカス処理により生成する画像の像面を示す。距離Aは、合焦させたい被写体120とメインレンズ110との間の距離を示す。距離Bは、メインレンズ110と像面Zとの間の距離を示す。また、距離Cは像面Zとマイクロレンズアレイ111との間の距離、距離Dは、マイクロレンズアレイ111とセンサ112との間の距離を示す。なお、像面Zには、メインレンズ110からの距離が距離Aである被写体120の像が結像するものとする。
像面Zの像を生成するためには、マイクロレンズ像131をC/D倍で拡大して、マイクロレンズのピッチ分だけずらして重ね合わせればよい。このとき、レンズの性質から、距離Aと距離Bとは1対1の対応関係にあり、距離B+距離Cを固定の距離Kとすれば、距離Aと距離Cとは、1対1の対応関係となる。これにより、距離Aから逆算して距離Cの値を決定することで、マイクロレンズ像131の拡大倍率mを定めることができる。
図5のフローチャートの説明に戻り、ステップS91で、リフォーカス処理部102は、上述したようにして、合焦させたい距離Aにより定められる拡大倍率mを求める。
リフォーカス処理部102は、次のステップS92で、各マイクロレンズ像131をステップS91で求めた拡大倍率mにより拡大する。マイクロレンズ像131の拡大方法は、特に限定されず、例えば双線形補間や3次畳込み内挿法などの一般的な画像拡大手法を適用することができる。i番目のマイクロレンズ像131を拡大した画像をマイクロレンズ像Miとする。
図6は、各マイクロレンズ像131を拡大倍率mで拡大した様子を模式的に示す。図6の例では、互いに隣接する3のマイクロレンズにより撮像されたマイクロレンズ像1311、1312および1313を、それぞれ拡大倍率mで拡大している。拡大された各マイクロレンズ像M1、M2およびM3は、互いに重なり合う部分が発生している。
リフォーカス処理部102は、次のステップS93で、ステップS92で拡大した各マイクロレンズ像Miを、そのマイクロレンズ像Miを結像したマイクロレンズの中心座標oiの差分だけずらして画素毎に重ね合わせる。そして、リフォーカス処理部102は、次のステップS94で、重ね合わせて位置が一致する画素の値の平均値を計算し、この平均値を画素値としたリフォーカス画像140(図6参照)を生成する。
i番目のマイクロレンズ像Miのセンサ112上における中心座標oiを用いて、リフォーカス画像Iの画素値は、次の式(1)で計算できる。なお、式(1)において、W(x)は、座標xに重なるマイクロレンズ像Miの番号iの集合であり、記号|・|は、集合の要素数を表す。
Figure 0005631935
図7を用いて、リフォーカス画像140の生成についてより具体的に説明する。例えば、拡大された各マイクロレンズ像M1、M2およびM3は、像面Z上で、図7に例示されるように、それぞれセンサ112上におけるマイクロレンズ像1311、1312および1313(図6参照)の各中心座標o1、o2およびo3を中心に配置され、拡大されたマイクロレンズ像Mi同士が重なる重なり部分が発生している。
この場合、例えば拡大されたマイクロレンズ像M1およびM2が重なった重なり部分の座標x1の画素値は、拡大されたマイクロレンズ像M1およびM2が重ね合わされた際に当該座標x1に位置する画素値の平均により計算できる。同様に、拡大されたマイクロレンズ像M1、M2およびM3が重なった重なり部分の座標x2は、拡大されたマイクロレンズ像M1、M2およびM3中の該当する画素値の平均により計算できる。
なお、リフォーカス画像140の大きさは自由に設定することができる。リフォーカス画像140の大きさをセンサ112の解像度の1/αにするときは、拡大倍率と各中心座標oiとをそれぞれ1/α倍にした値を用いて、リフォーカス処理部102によるリフォーカス処理をすればよい。
また、各マイクロレンズ像131の拡大を行わずに、単位画像のずらし量を変更することでリフォーカス画像140を生成することもできる。このとき、ずらし量は、上述した拡大倍率mを用い、各中心座標oiを1/m倍した値を用いて、式(1)によりリフォーカス画像140を生成すればよい。
ユーザが後から距離Aを設定する場合、距離Aを設定するのではなく、拡大倍率mを直接的に設定してもよい。この場合、ユーザは、設定した拡大倍率mに応じたリフォーカス画像140を確認しながら、合焦させたい被写体に焦点が合うまで、繰り返し拡大倍率mの設定を変更することができる。
なお、カメラアレイにより撮影した複眼画像を処理する場合も、合焦させた距離Aに応じて決まるカメラ間の視差量をずらし量として、単位画像をずらして重ね、重なった画素値の平均値を計算することで、リフォーカス画像140を生成できる。
図4のフローチャートにおけるステップS23の非フォーカス度算出処理について説明する。非フォーカス度算出部103は、リフォーカス画像140の画素毎に、合焦の度合いの低さを示す非フォーカス度を算出する。より具体的には、非フォーカス度は、フォーカスが合っていない程、すなわち合焦の度合いが低い程、大きい値を示す値である。
非フォーカス度算出部103は、各単位画像(マイクロレンズ像131)が拡大されたマイクロレンズ像Miが重ね合わされた重なり部分において、各マイクロレンズ像Miの位置が対応する画素の画素値のばらつきを算出する。そして、非フォーカス度算出部103は、算出した画素値にばらつきが大きい程、大きな値となるように非フォーカス度を算出する。
図8は、非フォーカス度算出部103における非フォーカス度Jの一例の算出処理を示すフローチャートである。非フォーカス度算出部103は、ステップS1001〜ステップS1003で、上述したリフォーカス処理部102の処理と同じ拡大倍率mとマイクロレンズの中心座標oiとを用いて各マイクロレンズ像131を拡大し、拡大された各マイクロレンズ像Miを重ね合わせる。なお、このステップS1001〜ステップS1003の処理は、図5を用いて説明したリフォーカス処理部102によるステップS91〜ステップS93の処理と同一なので、ここでの詳細な説明を省略する。
非フォーカス度算出部103は、各マイクロレンズ像Miの重ね合わせを行うと、次のステップS1004で、重ね合わせた際に位置が一致する画素の画素値のばらつきを算出する。ばらつきは、例えば、式(2)に従い、重ね合わせて位置が一致するマイクロレンズ像Miの画素の画素値の分散を、非フォーカス度Jとして求める。
Figure 0005631935
なお、非フォーカス度Jの算出は、式(2)の分散による方法に限定されない。例えば、式(3)で表される、重なった各マイクロレンズ像Miの位置が一致する画素値の平均値からの差分の平均値を、非フォーカス度Jとして算出してもよい。
Figure 0005631935
マイクロレンズ像131は、合焦した被写体が撮像されている領域では、拡大してずらして重ねることで像が一致するために、拡大されて重なった各マイクロレンズ像Miの位置が一致する画素の画素値のばらつきが小さくなる。そのため、上述の式(2)や式(3)で算出される非フォーカス度Jの値が小さくなる。一方、合焦していない被写体が撮像されている領域では、拡大されたマイクロレンズ像Miを重ねても像が一致しないため、画素値のばらつきが大きくなり、式(2)や式(3)で算出される非フォーカス度Jの値が大きくなる。
なお、上述では、非フォーカス度算出部103は、リフォーカス処理部102と同様にしてリフォーカス画像140を生成して非フォーカス度Jを算出しているが、これはこの例に限定されない。すなわち、非フォーカス度算出部103は、リフォーカス処理部102における処理過程の情報を入力として受け取り、非フォーカス度Jの算出処理を行なってもよい。例えば、図9に画像処理装置100’として例示されるように、非フォーカス度算出部103は、リフォーカス処理部102が処理過程で生成した、拡大したマイクロレンズ像Miを受け取り、このマイクロレンズ像Miを用いて非フォーカス度Jを算出してもよい。
なお、カメラアレイにより撮像して取得した複眼画像130から非フォーカス度Jを算出する場合は、リフォーカス処理部102でずらしたずらし量だけ単位画像をずらして重ね合わせたときの画素値のばらつきを計算する。
なお、非フォーカス度の計算方法は、上述した方法に限定されない。例えば、被写体から取得部101(メインレンズ110)までの距離を示す距離情報を別途取得し、この距離情報に基づき非フォーカス度Jを求めるようにしてもよい。この場合、取得した距離情報がリフォーカス処理部102で合焦した距離から離れる程、非フォーカス度Jが大きくなるように計算する。距離情報は、距離センサやステレオカメラを用いて別途計測した情報から計算することができる。また、複眼画像中の単位画像のずれ量を計算して、距離情報を取得することも可能である。
次に、図4のフローチャートにおけるステップS24のぼかし処理について説明する。ぼかし処理部104は、ステップS23で非フォーカス度算出部103で算出された非フォーカス度Jに基づき、ステップS22でリフォーカス処理部102で生成されたリフォーカス画像140に対してぼかし処理を施す。
図10は、ぼかし処理部104による一例のぼかし処理を示すフローチャートである。ステップS1101で、ぼかし処理部104は、リフォーカス処理部102から供給されたリフォーカス画像140上の1の座標xpを注目画素の座標として選択する。ぼかし処理部104は、次のステップS1102で、出力画像の画素値を計算するためのカーネルの大きさを、座標xpの非フォーカス度J(xp)に応じて決定する。カーネルは、フィルタ処理により画像をぼかす際の、1の座標(注目画素)に対してフィルタ処理を行う画像範囲である。すなわち、カーネルは、注目画素の近傍に位置する各近傍画素を含む範囲であるといえる。
ぼかし処理部104は、例えば、座標xpの非フォーカス度J(xp)が大きい程、カーネルのサイズを大きくする。座標xpにおけるカーネルの大きさをk(xp)とし、次の式(4)によりカーネルの大きさk(kp)を計算する。なお、式(4)において、値αは正の定数である。
Figure 0005631935
ぼかし処理部104は、カーネルの大きさk(xp)に下限と上限の値を設けてもよい。図11は、カーネルの大きさk(xp)に対して上下限値を設ける場合の例を示す。ぼかし処理部104は、この図11に示した関係に従い、非フォーカス度J(xp)からカーネルの大きさk(xp)を算出する。
より具体的には、ぼかし処理部104は、非フォーカス度J(xp)の値が0から下限値th1の間であれば、カーネルの大きさk(xp)を値k1とする。ぼかし処理部104は、非フォーカス度J(xp)の値が下限値th1から上限値th2の間であれば、カーネルの大きさk(xp)を値k1から値k2まで、非フォーカス度J(xp)の値に応じて徐々に大きな値となるように設定する。また、ぼかし処理部104は、非フォーカス度J(xp)の値が上限値th2を超えていれば、カーネルの大きさk(xp)の値を上限値k2とする。
図11に示したような非フォーカス度J(xp)とカーネルの大きさk(xp)との関係は、計算により求めてもよいし、テーブルとして予め用意しておいてもよい。
なお、カーネルの大きさk(xp)の値を1以上の奇数の整数となるように量子化すると、次のステップS1103の計算を簡単にすることができ、好ましい。
また、上述では、カーネルの大きさk(xp)を、1の座標xpにおける非フォーカス度J(xp)のみから決定するように説明したが、これはこの例に限定されない。例えば、座標xpの周辺の座標の非フォーカス度Jの値を用いてカーネルの大きさk(xp)を決定すると、リフォーカス画像140のアーチファクトをより効果的に低減することができ、好ましい。
例えば、座標xpを中心として水平および垂直方向それぞれに±b画素の範囲の矩形領域の各座標の非フォーカス度Jを求め、求めた各非フォーカス度Jの最大値を求めて非フォーカス度J’(xp)とする。そして、上述の式(4)における非フォーカス度J(xp)の代わりにこの非フォーカス度J’(xp)を用いて、カーネルの大きさk(xp)を計算してもよい。例えば、次式(5)により、カーネルの大きさk(xp)を計算する。
Figure 0005631935
また、上述の非フォーカス度J’(xp)の算出方法は、式(5)によるものに限られない。例えば、座標xpを中心として水平および垂直方向に±b画素の範囲の矩形領域の各座標の非フォーカス度Jの平均値を用いて、カーネルの大きさk(xp)を求めることもできる。
次のステップS1103で、ぼかし処理部104は、ステップS1102で求めたカーネルの大きさk(xp)を用いて、座標xpにおける出力画像の画素値I’(xp)を、次式(6)により計算する。
Figure 0005631935
ここで、式(6)において、Y(xp)は、座標xpを中心に水平および垂直方向の長さがカーネルの大きさk(xp)である矩形領域内の座標の集合を示す。また、画素値I(x)は、カーネル内の各画素の画素値を示す。画素値I’(xp)は、当該矩形領域内の画素値の平均値となる。この画素値I’(xp)は、リフォーカス処理部102から供給されたリフォーカス画像140の画素をぼかし処理によりぼかした画素値となっている。
ぼかし処理部104が施すぼかし処理は、上述した方法に限定されない。例えば、カーネルの大きさk(xp)の値により分散を決定したガウシアンカーネルを用いて、画素値I(xp)をぼかした画素値I”(xp)を計算することもできる。
上述では、リフォーカス画像140内の各座標の画素値について逐次的にぼかし処理を施すように説明したが、これはこの例に限定されない。例えば、リフォーカス画像140について、非フォーカス度Jのマップを作成し、このマップに基づきぼかし処理を施してもよい。
図12は、非フォーカス度Jのマップの例を示す。図12において、非フォーカス度Jの値が小さくなる程、密度の高いハッチングを付して示している。図12の例では、リフォーカス画像140は、取得部101(メインレンズ110)からの距離が異なる3の被写体の画像150、151および152が含まれている。取得部101に対して、画像150の被写体が最も近く、画像152の被写体が最も遠い。
リフォーカス画像140は、各画像150、151および152の被写体のうち、中間の距離に位置する被写体(画像151)に合焦させて生成されているものとする。したがって、リフォーカス画像140において、非フォーカス度Jは、画像151に含まれる座標で小さな値となる。また、この図12の例では、非フォーカス度Jは、画像150に含まれる座標で2番目に小さな値となり、画像152に含まれる座標で3番目に小さい値となる。また、図12の例では、リフォーカス画像140において、画像150、151および152以外の領域は、非フォーカス度Jが、画像150、151および152に対して大きな値となっている。
ぼかし処理部104は、この非フォーカス度Jのマップに対してフィルタ処理を施したマップを用いて、リフォーカス画像に対するぼかし処理を行う。フィルタ処理としては、例えば膨張フィルタ処理を用いることができる。これに限らず、一般的なぼかし処理フィルタ(平均値フィルタなど)によるフィルタ処理を、このマップに対して施してもよい。
ぼかし処理部104は、次のステップS1104で、ステップS1101〜ステップS1103の処理を、リフォーカス処理部102から供給されたリフォーカス画像140における全座標について処理したか否かを判定する。若し、全座標について処理していないと判定した場合、ぼかし処理部104は、処理をステップS1101に戻し、リフォーカス画像140においてぼかし処理をおこなっていない座標を1つ選択し、その座標に対するぼかし処理を行う。
一方、ぼかし処理部104は、リフォーカス画像140の全座標に対してステップS1101〜ステップS1103の処理を行ったと判定した場合、リフォーカス画像140の全座標の画素値I’を、ぼかし処理を施した出力画像として出力する。
このように、第1の実施形態に係わる画像処理装置100によれば、非フォーカス度Jが大きい領域、すなわち、焦点が合っていない領域において、リフォーカス画像140をより強くぼかすようにしている。この処理により、画像処理装置100は、アーチファクトの抑制されたリフォーカス画像を生成することが可能となる。
なお、上述では、複眼画像130は、その都度、取得部101で取得されて画像処理装置100に入力されるように説明したが、これはこの例に限定されない。例えば、取得部101をハードディスクなどのストレージ装置とし、別途取得された複眼画像130を、ハードディスクなどのストレージ装置に格納、蓄積し、画像処理装置100に対して、このストレージ装置に格納された複眼画像130を入力するようにしてもよい。
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。第2の実施形態は、第1の実施形態による画像処理装置100を、光学系を有すると共に出力画像の記憶および表示が可能な撮像装置に適用した例である。
図13は、第2の実施形態による撮像装置200の一例の構成を示す。なお、図13において、上述した図1と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。撮像装置200は、図13に例示されるように、撮像部160と、画像処理装置100と、操作部210と、メモリ211と、表示部212とを有する。
なお、この撮像装置200の全体の動作は、図示されないCPUにより、プログラムに従い制御される。また、撮像部160は、上述した取得部101に対応するもので、図2に例示した光学系とセンサ112とを有する。
メモリ211は、例えば不揮発性の半導体メモリであって、画像処理装置100から出力された出力画像を記憶する。また、表示部212は、例えばLCD(Liquid Crystal Display)などの表示デバイスと、表示デバイスを駆動する駆動回路とを含み、画像処理装置100から出力された出力画像を表示させる。
操作部210は、ユーザ入力を受け付ける。例えば、操作部210に対するユーザ入力により、画像処理装置100に対して、リフォーカス画像140において合焦させたい距離を指定することができる。合焦させたい距離は、例えば単位画像を拡大する際の拡大倍率mに応じた値となる。操作部210は、さらに、撮像部160に対する撮像タイミングや出力画像のメモリ211への記憶タイミング、撮像時の合焦制御のユーザ入力などを受け付けることができる。
このような構成において、撮像装置200は、操作部210に対するユーザ入力に従い撮像時の合焦距離を指定する。また、撮像装置200は、操作部210に対するユーザ入力に従い、撮像部160から出力される複眼画像130を画層処理装置100に取り込むタイミングを指定する。
さらに、撮像装置200は、操作部210に対するユーザ入力により指定された、リフォーカス画像140における合焦距離に従い、ぼかし処理部104によるぼかし処理までが施された出力画像を表示部212に表示させる。例えば、ユーザは、この表示部212の表示を参照して、合焦距離を操作部210から再入力することができる。例えば、ユーザは、気に入った出力画像が得られると、操作部210を操作して、当該出力画像をメモリ211に記憶する。
このように、第2の実施形態に係る撮像装置200によれば、撮像部160で撮像された複眼画像130から生成したリフォーカス画像140の非フォーカス度Jを求める。そして、焦点が合っておらず非フォーカス度Jが大きい領域において、リフォーカス画像140をより強くぼかした出力画像を得るようにしている。そのため、ユーザは、撮像装置200で撮像された複眼画像130から、アーチファクトの抑制されたリフォーカス画像を生成し、出力画像として得ることができる。
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について説明する。第3の実施形態は、第1の実施形態による画像処理装置100を、光学系を有すると共に、出力画像の外部に対する送信と、外部からの操作信号の受信を行うようにしたセンサ装置に適用した例である。
図14は、第3の実施形態によるセンサ装置300の一例の構成を示す。なお、図14において、上述した図1および図13と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。センサ装置300は、図14に例示されるように、撮像部160および画像処理装置100を有する。
外部から有線または無線通信により送信された操作信号がセンサ装置300に受信され、画像処理装置100に入力される。また、画像処理装置100から出力された出力画像が、有線または無線通信によりセンサ装置300から出力される。
このような構成において、センサ装置300は、外部から送信された操作信号により指定された、リフォーカス画像140における合焦距離に従い、ぼかし処理部104によるぼかし処理までが施された出力画像を生成する。この出力画像は、センサ装置300から外部に送信される。外部において、受信した出力画像を表示させ、この表示に基づき、合焦位置を指定する操作信号をセンサ装置300に対して送信することができる。操作部210から再入力することができる。
センサ装置300は、例えば監視カメラへの応用が考えられる。この場合、遠隔地からセンサ装置300からの出力画像による表示を監視し、表示画像に不審な画像が含まれる場合に、この不審な画像部分に対する合焦距離を指定し、センサ装置300に対して操作信号を送信する。センサ装置300では、この操作信号に応じてリフォーカス画像140を再生成し、ぼかし処理を施して、出力画像を送信する。合焦距離が最設定され、アーチファクトが抑制された出力画像により、不審な画像部分の詳細を確認することができる。
(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態について説明する。第4の実施形態は、第1の実施形態による画像処理装置100をネットワーク・クラウド上に構成した画像処理システムの例である。図15は、第4の実施形態に適用可能な画像処理システムの一例の構成を示す。なお、図15において、上述した図1と共通する部分には同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。
図15において、画像処理システムは、画像処理装置100がネットワーク・クラウド500上に構成される。ネットワーク・クラウド500は、互いにネットワークで接続される複数のコンピュータを含み、外部からは、その内部が隠蔽されたブラックボックスとして入出力のみが示されるネットワーク・グループである。ネットワーク・クラウド500は、例えば通信プロトコルとしてTCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)を用いるものとする。
取得部101で取得された複眼画像130は、通信部510を介してネットワーク・クラウド500に向けて送信され、画像処理装置100に入力される。通信部510を介して送信された複眼画像130を、ネットワーク・クラウド500上のサーバ装置などに蓄積的に格納しておいてもよい。画像処理装置100は、通信部510を介して送信された複眼画像130に基づきリフォーカス画像140を生成すると共に非フォーカス度Jを求め、非フォーカス度Jに基づきリフォーカス画像140に対してぼかし処理を施して出力画像を生成する。
生成された出力画像は、画像処理装置100から出力され、ネットワーク・クラウド500から、例えばPC(パーソナルコンピュータ)である端末装置511に受信される。端末装置511は、受信した出力画像をディスプレイに表示させることができると共に、ユーザ入力に応じて合焦距離を指定する操作信号をネットワーク・クラウド500に向けて送信することができる。画像処理装置100は、この操作信号に応じて、指定された合焦距離でリフォーカス画像140を再生成し、ぼかし処理を施して、出力画像を生成する。この出力画像は、ネットワーク・クラウド500から端末装置511に向けて再び送信される。
この第4の実施形態の構成によれば、ユーザは、画像処理装置100を有していなくても、画像処理装置100により生成されぼかし処理によりアーチファクトを抑制された出力画像を得ることができる。
(他の実施形態)
上述した実施形態による画像処理装置100は、汎用的なコンピュータ装置を基本ハードウェアとして用いて実現することも可能である。図16は、他の実施形態による、画像処理装置100を適用可能なコンピュータ装置400の一例の構成を示す。
図16に例示されるコンピュータ装置400において、バス401に対してCPU(Central Processing Unit)402、ROM(Read Only Memory)403、RAM(Random Access Memory)404および表示制御部405が接続される。また、バス401に対して、ストレージ407、ドライブ装置408、入力部409、通信I/F410およびカメラI/F420が接続される。ストレージ407は、データを不揮発に記憶することが可能な記憶媒体であって、例えばハードディスクである。これに限らず、ストレージ407をフラッシュメモリなど不揮発性の半導体メモリとしても良い。
CPU402は、ROM403およびストレージ407に記憶されるプログラムに従い、RAM404をワークメモリとして用いて、このコンピュータ装置400の全体を制御する。表示制御部405は、CPU402により生成された表示制御信号を、表示部406が表示可能な信号に変換して出力する。
ストレージ407は、上述のCPU402が実行するためのプログラムや各種データが格納される。ドライブ装置408は、脱着可能な記録媒体(図示しない)が装填可能とされ、当該記録媒体に対するデータの読み書きを行うことができる。ドライブ装置408が対応可能な記録媒体としては、CD(Compact Disk)、DVD(Digital Versatile Disk)といったディスク記録媒体や、不揮発性の半導体メモリが考えられる。
入力部409は、外部からのデータの入力を行う。例えば、入力部409は、USB(Universal Serial Bus)やIEEE1394(Institute of Electrical and Electronics Engineers 1394)といった所定のインターフェイスを有し、このインターフェイスにより外部の機器からのデータ入力を行う。入力画像の画像データは、この入力部409から入力することができる。
また、入力部409に対して、キーボードやマウスといった、ユーザ入力を受け付ける入力デバイスが接続される。ユーザは、例えば表示部406に対する表示に応じてこれら入力デバイスを操作することで、コンピュータ装置400に対して指示を出すことができる。なお、ユーザ入力を受け付ける入力デバイスを、表示部406と一体的に構成してもよい。このとき、入力デバイスは、押圧した位置に応じた制御信号を出力すると共に、表示部406の画像を透過するタッチパネルとして構成すると、好ましい。
通信I/F410は、所定のプロトコルを用いて外部の通信ネットワークと通信を行う。
カメラI/F420は、取得部101とコンピュータ装置400との間のインターフェイスである。取得部101で取得された複眼画像130は、カメラI/F420を介してコンピュータ装置400に取り込まれ、例えばRAM404やストレージ407に格納される。また、カメラI/F420は、CPU402の命令に従った制御信号を取得部101に供給することができる。
上述したリフォーカス処理部102、非フォーカス度算出部103およびぼかし処理部104は、CPU402上で動作する画像処理プログラムによって実現される。実施形態に係る画像処理を実行するための画像処理プログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでCD、DVDなどのコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供される。これに限らず、画像処理プログラムを、ROM403に予め記憶させて提供してもよい。
さらに、実施形態に係る画像処理を実行するための画像処理プログラムを、インターネットなどの通信ネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、通信ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、実施形態に係る画像処理を実行するための画像処理プログラムを、インターネットなどの通信ネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。
実施形態に係る画像処理を実行するための画像処理プログラムは、例えば、上述した各部(リフォーカス処理部102、非フォーカス度算出部103およびぼかし処理部104)を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはCPU402が例えばストレージ407から当該画像処理プログラムを読み出して実行することにより上記各部が主記憶装置(例えばRAM404)上にロードされ、各部が主記憶装置上に生成されるようになっている。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
100 画像処理装置
101 取得部
102 リフォーカス処理部
103 非フォーカス度算出部
104 ぼかし処理部
110 メインレンズ
111 マイクロレンズアレイ
112 センサ
120 被写体
130 複眼画像
131 マイクロレンズ像

Claims (13)

  1. 撮像部により、該撮像部から被写体上の点の位置までの距離に応じて該被写体上の点が異なる位置に撮像された複数の単位画像から、所定の距離に合焦させたリフォーカス画像を生成する生成部と、
    前記リフォーカス画像の各画素に対して、前記リフォーカス画像の画素の合焦の度合いに応じた強さでぼかし処理を施す処理部と
    前記合焦の度合いが低いほど大きな値を示す非フォーカス度を前記リフォーカス画像の画素毎に算出する算出部と
    を有し、
    前記処理部は、
    前記リフォーカス画像の各画素に対して、前記リフォーカス画像の画素の前記非フォーカス度が大きいほど強くぼかし処理を施し、
    前記算出部は、
    前記所定の距離に応じて決まる拡大率に従い前記複数の単位画像を拡大した際に重ね合わされた各単位画像において画素位置が一致する各画素の画素値のばらつきに応じた大きさの前記非フォーカス度を算出する
    ことを特徴とする画像処理装置。
  2. 撮像部により、該撮像部から被写体上の点の位置までの距離に応じて該被写体上の点が異なる位置に撮像された複数の単位画像から、所定の距離に合焦させたリフォーカス画像を生成する生成部と、
    前記リフォーカス画像の各画素に対して、前記リフォーカス画像の画素の合焦の度合いに応じた強さでぼかし処理を施す処理部と、
    前記合焦の度合いが低いほど大きな値を示す非フォーカス度を前記リフォーカス画像の画素毎に算出する算出部と
    を有し、
    前記処理部は、
    前記リフォーカス画像の各画素に対して、前記リフォーカス画像の画素の前記非フォーカス度が大きいほど強くぼかし処理を施し、
    前記算出部は、
    前記所定の距離に応じて決まるずらし量に従い前記複数の単位画像をずらして重ね合わせた際に、重ね合わせた各単位画像において画素位置が一致する各画素の画素値のばらつきに応じた大きさの前記非フォーカス度を算出する
    ことを特徴とする画像処理装置。
  3. 前記処理部は、
    前記リフォーカス画像の注目画素の近傍に位置する各近傍画素について前記算出部が算出した各非フォーカス度の大きさに応じた範囲内の画素の画素値を用いて、該注目画素に対するぼかし処理を施す
    ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の画像処理装置。
  4. 前記処理部は、
    注目画素を含む所定の範囲内の画素における非フォーカス度の最大値の大きさに応じた強さで、該注目画素に対するぼかし処理を施す
    ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の画像処理装置。
  5. 前記ばらつきは、前記画素位置が一致する各画素の画素値の分散である
    ことを特徴とする請求項または請求項に記載の画像処理装置。
  6. 撮像部により、該撮像部から被写体上の点の位置までの距離に応じて該被写体上の点が異なる位置に撮像された複数の単位画像から、所定の距離に合焦させたリフォーカス画像を生成する生成ステップと、
    前記リフォーカス画像の各画素に対して、前記リフォーカス画像の画素の合焦の度合いに応じた強さでぼかし処理を施す処理ステップと
    前記合焦の度合いが低いほど大きな値を示す非フォーカス度を前記リフォーカス画像の画素毎に算出する算出ステップと
    を有し、
    前記処理ステップは、
    前記リフォーカス画像の各画素に対して、前記リフォーカス画像の画素の前記非フォーカス度が大きいほど強くぼかし処理を施し、
    前記算出ステップは、
    前記所定の距離に応じて決まる拡大率に従い前記複数の単位画像を拡大した際に重ね合わされた各単位画像において画素位置が一致する各画素の画素値のばらつきに応じた大きさの前記非フォーカス度を算出する
    ことを特徴とする画像処理方法。
  7. 画像処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
    前記画像処理方法は、
    撮像部により、該撮像部から被写体上の点の位置までの距離に応じて該被写体上の点が異なる位置に撮像された複数の単位画像から、所定の距離に合焦させたリフォーカス画像を生成する生成ステップと、
    前記リフォーカス画像の各画素に対して、前記リフォーカス画像の画素の合焦の度合いに応じた強さでぼかし処理を施す処理ステップと
    前記合焦の度合いが低いほど大きな値を示す非フォーカス度を前記リフォーカス画像の画素毎に算出する算出ステップと
    を有し、
    前記処理ステップは、
    前記リフォーカス画像の各画素に対して、前記リフォーカス画像の画素の前記非フォーカス度が大きいほど強くぼかし処理を施し、
    前記算出ステップは、
    前記所定の距離に応じて決まる拡大率に従い前記複数の単位画像を拡大した際に重ね合わされた各単位画像において画素位置が一致する各画素の画素値のばらつきに応じた大きさの前記非フォーカス度を算出する
    ことを特徴とするプログラム。
  8. 撮像部と、
    前記撮像部により、前記撮像部から被写体上の点の位置までの距離に応じて該被写体上の点が異なる位置に撮像された複数の単位画像から、所定の距離に合焦させたリフォーカス画像を生成する生成部と、
    前記リフォーカス画像の各画素に対して、前記リフォーカス画像の画素の合焦の度合いに応じた強さでぼかし処理を施す処理部と
    前記合焦の度合いが低いほど大きな値を示す非フォーカス度を前記リフォーカス画像の画素毎に算出する算出部と、
    外部から送信された少なくとも前記所定の距離を示す情報を受信する受信部と、
    前記処理部でぼかし処理を施されたリフォーカス画像を外部に送信する送信部と
    を有し、
    前記処理部は、
    前記リフォーカス画像の各画素に対して、前記リフォーカス画像の画素の前記非フォーカス度が大きいほど強くぼかし処理を施し、
    前記算出部は、
    前記所定の距離に応じて決まる拡大率に従い前記複数の単位画像を拡大した際に重ね合わされた各単位画像において画素位置が一致する各画素の画素値のばらつきに応じた大きさの前記非フォーカス度を算出する
    ことを特徴とする撮像装置。
  9. 撮像部と、
    前記撮像部により、前記撮像部から被写体上の点の位置までの距離に応じて該被写体上の点が異なる位置に撮像された複数の単位画像から、所定の距離に合焦させたリフォーカス画像を生成する生成部と、
    前記リフォーカス画像の各画素に対して、前記リフォーカス画像の画素の合焦の度合いに応じた強さでぼかし処理を施す処理部と、
    前記合焦の度合いが低いほど大きな値を示す非フォーカス度を前記リフォーカス画像の画素毎に算出する算出部と、
    少なくとも前記所定の距離を示す情報のユーザ入力を受け付ける入力部と、
    前記処理部でぼかし処理を施されたリフォーカス画像を表示する表示部と
    を有し、
    前記処理部は、
    前記リフォーカス画像の各画素に対して、前記リフォーカス画像の画素の前記非フォーカス度が大きいほど強くぼかし処理を施し、
    前記算出部は、
    前記所定の距離に応じて決まる拡大率に従い前記複数の単位画像を拡大した際に重ね合わされた各単位画像において画素位置が一致する各画素の画素値のばらつきに応じた大きさの前記非フォーカス度を算出する
    ことを特徴とする撮像装置。
  10. 撮像部により、該撮像部から被写体上の点の位置までの距離に応じて該被写体上の点が異なる位置に撮像された複数の単位画像から、所定の距離に合焦させたリフォーカス画像を生成する生成ステップと、
    前記リフォーカス画像の各画素に対して、前記リフォーカス画像の画素の合焦の度合いに応じた強さでぼかし処理を施す処理ステップと、
    前記合焦の度合いが低いほど大きな値を示す非フォーカス度を前記リフォーカス画像の画素毎に算出する算出ステップと
    を有し、
    前記処理ステップは、
    前記リフォーカス画像の各画素に対して、前記リフォーカス画像の画素の前記非フォーカス度が大きいほど強くぼかし処理を施し、
    前記算出ステップは、
    前記所定の距離に応じて決まるずらし量に従い前記複数の単位画像をずらして重ね合わせた際に、重ね合わせた各単位画像において画素位置が一致する各画素の画素値のばらつきに応じた大きさの前記非フォーカス度を算出する
    ことを特徴とする画像処理方法。
  11. 画像処理方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
    前記画像処理方法は、
    撮像部により、該撮像部から被写体上の点の位置までの距離に応じて該被写体上の点が異なる位置に撮像された複数の単位画像から、所定の距離に合焦させたリフォーカス画像を生成する生成ステップと、
    前記リフォーカス画像の各画素に対して、前記リフォーカス画像の画素の合焦の度合いに応じた強さでぼかし処理を施す処理ステップと、
    前記合焦の度合いが低いほど大きな値を示す非フォーカス度を前記リフォーカス画像の画素毎に算出する算出ステップと
    を有し、
    前記処理ステップは、
    前記リフォーカス画像の各画素に対して、前記リフォーカス画像の画素の前記非フォーカス度が大きいほど強くぼかし処理を施し、
    前記算出ステップは、
    前記所定の距離に応じて決まるずらし量に従い前記複数の単位画像をずらして重ね合わせた際に、重ね合わせた各単位画像において画素位置が一致する各画素の画素値のばらつきに応じた大きさの前記非フォーカス度を算出する
    ことを特徴とするプログラム。
  12. 撮像部と、
    前記撮像部により、前記撮像部から被写体上の点の位置までの距離に応じて該被写体上の点が異なる位置に撮像された複数の単位画像から、所定の距離に合焦させたリフォーカス画像を生成する生成部と、
    前記リフォーカス画像の各画素に対して、前記リフォーカス画像の画素の合焦の度合いに応じた強さでぼかし処理を施す処理部と、
    前記合焦の度合いが低いほど大きな値を示す非フォーカス度を前記リフォーカス画像の画素毎に算出する算出部と、
    外部から送信された少なくとも前記所定の距離を示す情報を受信する受信部と、
    前記処理部でぼかし処理を施されたリフォーカス画像を外部に送信する送信部と
    を有し、
    前記処理部は、
    前記リフォーカス画像の各画素に対して、前記リフォーカス画像の画素の前記非フォーカス度が大きいほど強くぼかし処理を施し、
    前記算出部は、
    前記所定の距離に応じて決まるずらし量に従い前記複数の単位画像をずらして重ね合わせた際に、重ね合わせた各単位画像において画素位置が一致する各画素の画素値のばらつきに応じた大きさの前記非フォーカス度を算出する
    ことを特徴とする撮像装置。
  13. 撮像部と、
    前記撮像部により、前記撮像部から被写体上の点の位置までの距離に応じて該被写体上の点が異なる位置に撮像された複数の単位画像から、所定の距離に合焦させたリフォーカス画像を生成する生成部と、
    前記リフォーカス画像の各画素に対して、前記リフォーカス画像の画素の合焦の度合いに応じた強さでぼかし処理を施す処理部と、
    前記合焦の度合いが低いほど大きな値を示す非フォーカス度を前記リフォーカス画像の画素毎に算出する算出部と、
    少なくとも前記所定の距離を示す情報のユーザ入力を受け付ける入力部と、
    前記処理部でぼかし処理を施されたリフォーカス画像を表示する表示部と
    を有し、
    前記処理部は、
    前記リフォーカス画像の各画素に対して、前記リフォーカス画像の画素の前記非フォーカス度が大きいほど強くぼかし処理を施し、
    前記算出部は、
    前記所定の距離に応じて決まるずらし量に従い前記複数の単位画像をずらして重ね合わせた際に、重ね合わせた各単位画像において画素位置が一致する各画素の画素値のばらつきに応じた大きさの前記非フォーカス度を算出する
    ことを特徴とする撮像装置。
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