JP5633218B2 - Image processing apparatus and image processing program - Google Patents
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Description
本発明は、光学系によって撮像された画像に対して処理を実行する画像処理装置に関する。 The present invention relates to an image processing apparatus that executes processing on an image captured by an optical system.
従来、光学系によって撮像された画像から、ボケを取り除く方法として、種々の画像処理方法が提案されている(例えば、特許文献1〜3参照)。特許文献1では、カラー画像に対して色滲みを軽減する処理において、軽減対象とする色滲み、及び色滲みの量の推定方方法を、画像の特性及び撮像条件に応じて変更することが開示されている。特許文献2では、ベイヤー配列の撮像素子による画像に対してデコンボリューションをかける方法が開示されている。特許文献3では、透明に近い生体材料を試料とし、試料透過光の減衰量から立体像を得る三次元画像取得装置が開示されている。
Conventionally, various image processing methods have been proposed as a method for removing blur from an image captured by an optical system (see, for example,
上記従来技術では、光学系のPSF(Point Spread Function)に応じた画像復元フィルタリングに基づいた処理が実行される。しかしながら、光学系のPSFは、入射する光の角度(方向)によって変化することが多い。上記従来技術では、入射する光の角度によるPSFの変化を対応することができる画像復元フィルタリングは困難である。 In the above prior art, processing based on image restoration filtering according to the PSF (Point Spread Function) of the optical system is executed. However, the PSF of an optical system often varies depending on the angle (direction) of incident light. In the above prior art, it is difficult to perform image restoration filtering that can cope with a change in PSF due to the angle of incident light.
ゆえに、本発明は、入射する光の角度によるPSFの変化にも対応できる画像処理を可能にすることを目的する。 Therefore, an object of the present invention is to enable image processing that can cope with a change in PSF due to an angle of incident light.
本願開示の画像処理装置は、光学系を介して撮像された画像を処理する画像処理装置であって、前記画像に対して、前記光学系の伝達関数に応じたフィルタリングを実行するフィルタ処理部を備え、前記フィルタ処理部は、前記画像中の光軸中心に対応する位置から処理対象の位置までの距離に応じた係数を、光学系の光軸の方向に入射した光の伝達関数に対応する第1のフィルタ及び前記光軸に対して一定の角度をもって入射した光の伝達関数に対応する第2のフィルタにかけて線形結合することにより、前記画像中の処理対象の位置に応じて異なるフィルタデータを生成し、前記生成したフィルタデータを用いて、フィルタリングを実行する。
An image processing apparatus disclosed in the present application is an image processing apparatus that processes an image captured through an optical system, and includes a filter processing unit that performs filtering on the image according to a transfer function of the optical system. The filter processing unit corresponds to a transfer function of light incident in the direction of the optical axis of the optical system, with a coefficient corresponding to the distance from the position corresponding to the optical axis center in the image to the position to be processed. By linearly combining the first filter and the second filter corresponding to the transfer function of light incident at a certain angle with respect to the optical axis, different filter data depending on the position of the processing target in the image is obtained. And performing filtering using the generated filter data .
本願明細書の開示によれば、画角によるPSFの変化にも対応できる画像処理が可能になる。 According to the disclosure of the present specification, it is possible to perform image processing that can cope with a change in PSF depending on an angle of view.
(第1の実施形態)
[撮像装置の構成例]
図1は、第1の実施形態における画像処理装置を含む撮像装置の概略構成を示す機能ブロック図である。図1に示す撮像装置は、被写体Kからの光を像面に集光する光学系1、光学系1によって集光された被写体からの光を電子信号(アナログ信号)に変換する撮像素子2、撮像画像のアナログ信号をデジタル信号に変換するAFE(Analog front end)3、デジタル信号の画像に対してフィルタリング処理を実行する機能を含む画像処理装置4、フィルタリング処理を経た画像に対して更に必要な処理を施して表示画像を生成する後処理部5、後処理部5が生成した画像を表示する表示部9を備える。また、撮像装置は、さらに、光学系1を制御する駆動制御装置6と、AFE3、画像処理装置4及び後処理装置5を制御する制御装置7をさらに備える。
(First embodiment)
[Configuration example of imaging device]
FIG. 1 is a functional block diagram illustrating a schematic configuration of an imaging apparatus including an image processing apparatus according to the first embodiment. An imaging apparatus shown in FIG. 1 includes an
光学系1は、レンズ11a、11b、11c、及び絞り12を含む。レンズ11a、11b、11c、及び絞り12は、被写体Kからの光を撮像素子1の撮像面に集光させて被写体の像を結像する。駆動制御装置6は、レンズ11a、11b、11cの位置や絞り12の絞り度合い等を制御することができる。なお、光学系1の構成は特定のものに限定されない。撮像素子2は、例えば、CCD/CMOS等の二次元撮像素子を含み、二次元撮像素子は、被写体の像を電子信号(画像信号)に変換してAFE3へ出力する。
The
AFE3は、A/D(アナログデジタル)コンバータ31及びタイミングジェネレータ32を含む。タイミングジェネレータ32は、制御装置7からの制御信号に基づいて、撮像素子2の駆動に用いられるタイミングパルスを生成し、撮像素子2及びA/Dコンバータ31へ出力する。
The AFE 3 includes an A / D (analog / digital)
画像処理装置4は、A/Dコンバータ31でデジタル信号に変換された画像(RAW画像)を記録するRAWメモリ41と、その画像に対して、光学系1の伝達関数(PSFまたはOTF(Optical Transfer Function))に応じたフィルタデータを用いて、フィルタリングを実行するフィルタ処理部42を含む。フィルタ処理部42でフィルタリングを施された画像は画像メモリ8に記録される。
The
フィルタ処理部42では、画像中の処理対象の位置に応じて異なるフィルタデータを用いて、それぞれの位置においてフィルタリングを実行する。このように、画像中の位置に応じてフィルタを変えることで、光学系における光の入射角の違いによるOTFの違いにも対応したフィルタリングが可能になる。
The
フィルタ処理部42は、例えば、予め記録された光学系1の伝達関数に対応するフィルタを示すフィルタデータを、画像中の処理対象の位置に応じて補正し、当該補正したフィルタデータを用いて、画像中の処理対象の位置におけるフィルタリングを実行することができる。これにより、予め記録されるフィルタデータの量を抑えながらも、画像中の位置に応じて柔軟にフィルタを変えることができる。フィルタリング処理の詳細例については、後述する。
For example, the
フィルタデータは、例えば、デコンボリューションカーネルのように、フィルタリングに必要なパラメータの集合とすることができる。デコンボリューションカーネルは、具体的には、PSFに応じた円形の被写体の像の分布する領域と、領域における各画素の重みを表すデータ(このようなデータをデコンボリューション分布と称する)で表すことができる。リファレンス分布は、例えば、光学系1のPSFを基に計算することができる。ファイルデータは、フィルタ処理部の内部または外部のメモリに予め記録されていることが好ましい。
The filter data can be a set of parameters necessary for filtering, such as a deconvolution kernel. Specifically, the deconvolution kernel is represented by a region in which an image of a circular subject corresponding to the PSF is distributed and data representing the weight of each pixel in the region (such data is referred to as a deconvolution distribution). it can. The reference distribution can be calculated based on the PSF of the
後処理部5は、フィルタリングされた画像を画像メモリ8から読み出して、フィルタリング以外に必要な処理を行って、表示するための画像を生成し、表示部9へ出力する。表示部9は、例えば、画像を記録するVRAM、及びVRAMの画像を出力するディスプレイを含む。なお、撮像装置は、表示機能を必ずしも備えなくてもよく、表示部9の替わりに、表示用の画像を記録する記録部(例えば、VRAM等)が設けられてもよい。
The post-processing unit 5 reads out the filtered image from the
画像処理装置4は、例えば、DSP(Digital Signal Processor)により構成することができる。この場合、RAWメモリ41は、DSP内蔵メモリであってもよいし、外部のメモリであってもよい。また、後処理部5、画像メモリ8、表示のためのVRAM等が画像処理装置4とともに一体のDSPで構成されてもよいし、画像処理装置4のフィルタ処理部のみが1つのDSPで構成されてもよい。あるいは、DSPのような特定処理専用プロセッサでなく、CPU等の汎用プロセッサが、所定のプログラムを実行することにより画像処理装置4の機能を実現することもできる。駆動制御装置6、制御装置7及び後処理部5も同様に、少なくとも1台の、特定処理専用プロセッサまたは汎用プロセッサにより構成することができる。
The
なお、プロセッサを画像処理装置4として機能させるプログラムやそれを記録した記録媒体も本発明の実施形態に含まれる。この記録媒体は、一過性でない(non-transitory)ものであり、信号そのものような一過性の媒体は含まれない。
Note that a program that causes a processor to function as the
[光学系1における光の入射角による伝達関数の変化について]
図2は、光学系1に入射する光の経路の例を示す図である。図2では、(a)は、光学系1の光軸とほぼ同じ方向に入射する光束、すなわち、像面に垂直な方向に入射する光束、(b)は、光軸に対して一定の角度をもって入射する光束、(c)は、光軸に対する角度が最大となる場合の光束を示す。
[Change in transfer function depending on incident angle of light in optical system 1]
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a path of light incident on the
図3の(a)、(b)及び(c)は、それぞれ、図2の(a)、(b)及び(c)に示す光束のPSFの計算例を示している。図3に示す例では、光束の光軸に対する角度が大きくなるにつれて、PSFの分布範囲が広がっている。このように、光学系1に入射する光の角度が変わると、PSFも変化する。
(A), (b), and (c) in FIG. 3 show calculation examples of the PSF of the light beam shown in (a), (b), and (c) in FIG. 2, respectively. In the example shown in FIG. 3, the PSF distribution range increases as the angle of the light beam with respect to the optical axis increases. Thus, when the angle of light incident on the
図4の(a)、(b)及び(c)は、それぞれ、図2の(a)、(b)及び(c)に示す光束のMTF(Modulation Transfer Function)の計算例を示している。図4に示す例では、光束の光軸に対する角度が大きくなるにつれて、レスポンスが劣化している。 FIGS. 4A, 4B, and 4C show calculation examples of the MTF (Modulation Transfer Function) of the light beam shown in FIGS. 2A, 2B, and 2C, respectively. In the example shown in FIG. 4, the response deteriorates as the angle of the light beam with respect to the optical axis increases.
このように、光学系1に入射する光の角度が変化すると光の伝達関数が変化する。本実施形態では、画像処理装置4のフィルタ処理部42において、画像中に位置に応じて適用するフィルタを変化させている。そのため、光の角度の変化による伝達関数の変化にも対応できるフィルタリングが可能になる。
Thus, when the angle of light incident on the
[フィルタリング処理の具体例]
ここで、フィルタ処理部42によるフィルタリング処理の具体例について説明する。なお、下記の処理は一例であり、フィルタ処理部42の動作は、下記の例に限定されない。図5は、画像処理装置4の詳細な構成の一例を示す機能ブロック図である。図5に示す画像処理装置4では、フィルタ処理部42は、コンボリューション演算部44及びコンボリューション制御部45を含む。コンボリューション演算部44は、画像処理装置4が備えるメモリ43に格納されたフィルタデータを用いて、RAWメモリ41に格納された画像に対するデコンボリューション処理を実行する。コンボリューション制御部45は、コンボリューション演算部44の動作を制御する。メモリ43は、例えば、リファレンス分布及び画像中の位置に対応する係数を含むフィルタデータを記録するレジスタである。
[Specific examples of filtering processing]
Here, a specific example of the filtering process by the
図6は、フィルタ処理部42の動作例を示すフローチャートである。図6に示す例では、コンボリューション演算部44が、RAWメモリ41から画像を取得すると(Op1)、コンボリューション制御部45は、取得した画像中の処理対象位置、すなわち、フィルタをかける位置を決定する(Op2)。例えば、ラスタ走査の順に画素または局所領域を選択することにより、順次、処理対象位置を決定することができる。処理対象位置は、例えば、画素の座標または局所領域を示す座標で表すことができる。
FIG. 6 is a flowchart illustrating an operation example of the
処理対象位置が決定すると、コンボリューション制御部45は、その処理対象位置の光軸中心からの距離を算出する(Op3)。光軸中心は、光学系1の光軸が撮像面に交わる点に対応する画像上の点とすることができる。光学系1の光軸は、例えば、レンズ11などの光学素子の回転対称軸であることが多い。この場合、光軸中心は、画像の中心の画素とすることができる。
When the processing target position is determined, the
コンボリューション制御部45は、Op3で算出した光軸中心から距離を基に、その処理対象位置におけるフィルタを特定するフィルタデータを設定する(Op4)。ここでは、一例として、メモリ43に、予めリファレンス分布A、リファレンス分布B及び処理対象位置と係数との対応を示すマップデータが格納されている場合の例を説明する。リファレンス分布Aは、光学系1の光軸の方向に入射した光の伝達関数に対応する第1のフィルタを示すデータの一例であり、リファレンス分布Bは、光軸に対して一定の角度をもって入射した光の伝達関数に対応する第2のフィルタを示すデータの一例である。処理対象位置と係数とのマップデータは、光軸中心から処理対象の位置までの距離に応じた係数の一例を示すデータである。
The
デコンボリューション分布は、例えば、円形の被写体であれば、撮影した画像にコンボリューション演算をおこなうことにより、元の円形に復元される分布を表すデータである。本実施形態では、画像における複数の基準となる領域(ここでは、光軸中心と最外位置)におけるデコンボリューション分布が、リファレンス分布A、Bとして、予めメモリ43に記録される。リファレンス分布A、Bにそれぞれ距離lに依存する係数a、bを掛けたものの和がデコンボリューション分布として算出される。このデコンボリューション分布が、光軸中心から距離lの位置におけるデコンボリューションカーネル(逆フィルタ)として、デコンボリューション処理に用いられる。このように、本実施形態では、光軸中心から処理対象位置までの距離lにより、リファレンス分布の係数a、bが決定される。
The deconvolution distribution is, for example, data representing a distribution that is restored to the original circle by performing a convolution operation on a captured image if the subject is a circle. In the present embodiment, deconvolution distributions in a plurality of reference regions (here, the optical axis center and the outermost position) in the image are recorded in advance in the
図7は、画像領域Rにおけるデコンボリューション分布の例を示す図である。図7に示す例では、光軸中心Pからの距離l、光軸中心の周りの回転角θの位置におけるデコンボリューション分布D2が示されている。なお、デコンボリューション分布D1は、距離l、回転角90度の場合、デコンボリューション分布D3は、距離l、回転角0度の場合を示している。このように、デコンボリューション分布は、光軸中心Pからの距離と、光軸中心周りの回転角によって変化するものとして扱うことができる。これにより、光の入射角変化によるPSF変化に対応したデコンボリューション分布をデータで表すことが可能になる。 FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the deconvolution distribution in the image region R. In the example shown in FIG. 7, the deconvolution distribution D2 at a position of the distance l from the optical axis center P and the rotation angle θ around the optical axis center is shown. The deconvolution distribution D1 shows a case where the distance is 1 and the rotation angle is 90 degrees, and the deconvolution distribution D3 shows a case where the distance is 1 and the rotation angle is 0 degrees. In this way, the deconvolution distribution can be treated as changing depending on the distance from the optical axis center P and the rotation angle around the optical axis center. As a result, the deconvolution distribution corresponding to the PSF change due to the change in the incident angle of light can be represented by data.
図8及び図9に示すように、デコンボリューション分布は、二重の楕円で表されるリファレンス分布Aと、それより大きい楕円で表されるリファレンス分布Bにそれぞれ距離lに依存する係数a=f1(l)、b=f2(l)をかけて線形結合した形で表すことができる。また、図9に示すように、デコンボリューション分布は、処理対象位置の回転角θに応じて回転されることで、処理対象位置をさらに考慮した分布とすることができる。 As shown in FIGS. 8 and 9, the deconvolution distribution includes a reference distribution A represented by a double ellipse and a reference distribution B represented by a larger ellipse, and a coefficient a = f depending on the distance l. 1 (l) and b = f 2 (l) can be expressed in a linearly coupled form. Also, as shown in FIG. 9, the deconvolution distribution can be a distribution that further considers the processing target position by being rotated according to the rotation angle θ of the processing target position.
コンボリューション制御部45は、メモリ43の処理対象位置と係数とのマップデータを参照し、Op3で算出した距離lに対応する係数a、bの値を取得する。この場合、マップデータとして、距離lと係数a、bとの対応関係を示すデータが予め記録されている。例えば、図5に示すメモリ43のマップデータの係数(a1,b1)、(a2,b2)、(a3,b3)、・・・に対応付けられる位置1、位置2、位置3・・・を、距離l1、l2、l3、・・・のように距離を示す値にするができる。
The
そして、係数aとリファレンス分布Aとの積に、係数bとリファレンス分布Bとの積を加えたものに、回転角θに応じた回転処理を加えることで、その処理対象位置におけるデコンボリューション分布(デコンボリューションカーネル)を算出することができる。これにより、その処理対象位置におけるフィルタが決定される。 Then, by adding a product of the coefficient a and the reference distribution A to the product of the coefficient b and the reference distribution B, and applying a rotation process according to the rotation angle θ, a deconvolution distribution ( Deconvolution kernel) can be calculated. Thereby, a filter at the processing target position is determined.
なお、上記例では、リファレンス分布を距離l及び回転角θの双方に基づいて補正することで処理対象位置でのデコンボリューション分布を算出しているが、距離l及び回転角θの少なくともいずれか一方のみでリファレンス分布を補正することによっても処理対象位置に応じたフィルタを設定することはできる。 In the above example, the deconvolution distribution at the processing target position is calculated by correcting the reference distribution based on both the distance l and the rotation angle θ. However, at least one of the distance l and the rotation angle θ is calculated. It is also possible to set a filter according to the processing target position by correcting the reference distribution only.
デコンボリューション演算部44は、Op4にて設定されたフィルタを用いて、処理対象位置におけるデコンボリューション処理を実行する(Op5)。デコンボリューション処理は、例えば、デコンボリューション分布をフィルタとして用いたフィルタリング処理である。
The
上記Op2〜Op5の処理は、取得した画像の領域Rすべてについて終了するまで(Op6でYesと判定されるまで)繰り返される。これにより、取得した画像の領域Rについて、画像中の位置に応じて適切なフィルタを用いたフィルタリング処理が実行される。 The processes of Op2 to Op5 are repeated until all the regions R of the acquired image are completed (until determined to be Yes in Op6). Thereby, filtering processing using an appropriate filter is executed for the region R of the acquired image according to the position in the image.
なお、フィルタリング処理は上記例に限られない。例えば、フィルタの設定処理において、画像の全域を網羅するように、複数の位置ごとにデコンボリューションカーネルデータを予め記録しておき、処理対象位置の光軸中心Pからの距離に応じて、デコンボリューションカーネルデータを選択して、デコンボリューション処理を行ってもよい。あるいは、処理対象位置の光軸中心からの距離に応じて、係数kの値を選択し、予め記録されたデコンボリューションカーネル劣化データを係数倍した結果を、リファレンス分布のようなデコンボリューションカーネル基準データから減算してもよい。これによっても、処理対象位置に応じたフィルタデータを生成することができる。 The filtering process is not limited to the above example. For example, in the filter setting process, deconvolution kernel data is recorded in advance for each of a plurality of positions so as to cover the entire image, and the deconvolution is performed according to the distance from the optical axis center P of the processing target position. Deconvolution processing may be performed by selecting kernel data. Alternatively, the value of the coefficient k is selected according to the distance from the optical axis center of the processing target position, and the result obtained by multiplying the previously recorded deconvolution kernel degradation data by the coefficient is obtained as deconvolution kernel reference data such as a reference distribution. You may subtract from This also makes it possible to generate filter data according to the processing target position.
[リファレンス分布の計算例]
ここで、リファレンス分布のコンピュータによる計算例を説明する。図10は、リファレンス分布計算の一例を示すフローチャートである。図10に示す例では、予め計算された、光学系1における光軸に沿った光束(光軸中心光束)のPSF(A)と、画角の最外側に沿った光束(最外画角光束)のPSF(B)とが入力データとなる。
[Reference distribution calculation example]
Here, an example of calculation of the reference distribution by a computer will be described. FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of reference distribution calculation. In the example shown in FIG. 10, the PSF (A) of the luminous flux along the optical axis in the optical system 1 (optical axis central luminous flux) and the luminous flux along the outermost angle of view (outermost angular luminous flux) calculated in advance. ) PSF (B) is input data.
図11は、光学系1における光軸中心光束F1と、最外画角光束F2の例を示す図である。図11に示す例では、光軸中心光束F1は、レンズ11a、11b、11cの回転対称軸に一致する光軸に沿って入射する光である。最外画角光束は、撮像面に対する入射角が最大となる光である。すなわち、光軸中心光束の像は画像の中心に対応し、最外画角光束の像は画像の外側に対応する。これらの光軸中心光束のPSF(A)及び最外画角光束のPSF(B)は、例えば、市販の光学系の設計支援ソフトウエアを用いたシミュレーションにより計算することができる。
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the optical axis central light beam F1 and the outermost field angle light beam F2 in the
被写体の理想的な像をfと、光学系1を経て撮像された画像をgとすると、PSF(A)及びPSF(B)は、下記式の関係を有する。下記式において、*はコンボリューションを表す。
Assuming that an ideal image of the subject is f and an image captured through the
g=PSF(A)*f
g=PSF(B)*f
図10のOp11において、コンピュータは、入力したPSF(A)とPSF(B)のフーリエ変換値を算出するfとgのフーリエ変換値をそれぞれF、Gとすると、PSF(A)及びPSF(B)のフーリエ変換値H(A)、H(B)は、下記式の関係を有する。
g = PSF (A) * f
g = PSF (B) * f
In Op11 of FIG. 10, the computer calculates the Fourier transform values of the input PSF (A) and PSF (B). If the Fourier transform values of f and g are F and G, respectively, PSF (A) and PSF (B ) Fourier transform values H (A) and H (B) have the following relationship.
G=H(A)×F
G=H(B)×F
Op12において、コンピュータは、H(A)、H(B)それぞれについて逆数処理をして、例えば、下記式の関係を満たすようなH-1(A)、H-1(B)を算出する。
G = H (A) × F
G = H (B) × F
In Op12, the computer performs reciprocal processing for H (A) and H (B), and calculates H −1 (A) and H −1 (B) that satisfy the relationship of the following formula, for example.
F=H-1(A)×G
F=H-1(B)×G
Op13において、コンピュータは、H-1(A)、H-1(B)の逆フーリエ変換値h-1(A)、h-1(B)をそれぞれ算出する。このh-1(A)、h-1(B)をそれぞれ、上記のリファレンス分布(A)、リファレンス分布(B)として用いることができる。このように、本実施形態では、光学系1における代表的な複数の光束について、それぞれデコンボリューションカーネル(ここでは、リファレンス分布)を計算して記録しておくことができる。これにより、フィルタ処理部42は、画像中の処理対象位置に合うように、代表的なデコンボリューションカーネルの内挿あるいは外挿を計算してデコンボリューションカーネルを生成し、それを用いてデコンボリューション処理を実行することができる。
F = H −1 (A) × G
F = H −1 (B) × G
In Op 13, computer, H -1 (A), H -1 inverse Fourier transform value h -1 (A) of (B), calculates h -1 to (B), respectively. These h −1 (A) and h −1 (B) can be used as the reference distribution (A) and the reference distribution (B), respectively. Thus, in this embodiment, the deconvolution kernel (here, the reference distribution) can be calculated and recorded for each of a plurality of representative light beams in the
なお、リファレンス分布(A)、(B)として用いられるデータは上記例に限られない。例えば、上記2つの光束に加えて、さらに他の光束についてのPSFからリファレンス分布を計算して、3つ以上のリファレンス分布をメモリ43に予め記録しておくこともできる。また、リファレンス分布の基になるPSFの光束の組み合わせは、上記のように光軸中心と最外画角の組に限られず、光軸中心と最外画角の中間の光束のPSFを基にリファレンス分布を作成してもよい。
The data used as the reference distributions (A) and (B) is not limited to the above example. For example, in addition to the above two light fluxes, a reference distribution can be calculated from the PSF for other light fluxes, and three or more reference distributions can be recorded in the
(第2の実施形態)
図12は、第2の実施形態にかかるフィルタ処理部42の動作例を示すフローチャートである。図12において、図6と同じステップには同じ番号を付している。また、フィルタ処理部42を含む画像処理装置4及び撮像装置の構成は、第1の実施形態と同様にすることができる。
(Second Embodiment)
FIG. 12 is a flowchart illustrating an operation example of the
図12に示す例では、コンボリューション演算部44が画像を取得すると(Op1)、コンボリューション制御部45は、処理対象となる領域(ゾーン)を画像中に設定する(Op2a)。以降のOp3〜Op5の処理は、Op2aで設定されたゾーンごとに実行される。Op2aにおいて、コンボリューション制御部45は、予め設定された画像中の複数のゾーンから処理対象となるゾーンを順次選択し、選択したゾーンに対してフィルタリング処理が繰り返される。
In the example shown in FIG. 12, when the
Op3では、処理対象のゾーンの代表点と光軸中心との距離lが算出される。各ゾーンの代表点は、特に限定されず、例えば、ゾーンの中心の位置座標でよいし、ゾーンの境界上の点でもよい。 In Op3, the distance l between the representative point of the zone to be processed and the optical axis center is calculated. The representative point of each zone is not particularly limited, and may be, for example, a position coordinate at the center of the zone or a point on the boundary of the zone.
Op4では、上記第1の実施形態と同様に、ゾーンの代表点の光軸中心Pからの距離lと当該代表点の光軸中心に垂直な軸周りの回転角θに基づいて、リファレンス分布(A)(B)を補正して、デコンボリューションカーネルを生成する処理が実行される。Op5では、Op4で生成されたデコンボリューションカーネルを用いてフィルタリングが実行される。 In Op4, as in the first embodiment, the reference distribution (based on the distance l from the optical axis center P of the representative point of the zone and the rotation angle θ around the axis perpendicular to the optical axis center of the representative point) A) A process of generating a deconvolution kernel by correcting (B) is executed. In Op5, filtering is performed using the deconvolution kernel generated in Op4.
このように、本実施形態では、画像を複数の領域に分割し、当該複数の領域(ゾーン)ごとに適用するフィルタのフィルタデータを変えて、フィルタリング処理が実行される。これにより、ゾーンごとに、PSFの変化に対応した適切なフィルタリングを実行することが可能になる。また、上記例では、各ゾーンにおけるフィルタデータは、Op4において、リファレンス分布(A)、(B)を、距離l、回転角θを使って補正することで生成されているが、各ゾーンのフィルタの設定方法はこれに限られない。例えば、ゾーンごとに予めデコンボリューションカーネルなどのフィルタデータをメモリ43に記録しておき、処理対象のゾーンが決定したら、そのゾーンに対応するデコンボリューションカーネルをメモリ43から読み出してフィルタリングに用いることもできる。
As described above, in this embodiment, the image is divided into a plurality of regions, and the filtering process is executed by changing the filter data of the filter applied to each of the plurality of regions (zones). This makes it possible to execute appropriate filtering corresponding to the change in PSF for each zone. In the above example, the filter data in each zone is generated by correcting the reference distributions (A) and (B) using the distance l and the rotation angle θ in Op4. The setting method is not limited to this. For example, filter data such as a deconvolution kernel is recorded in advance in the
図13は、画像に予め設定される複数のゾーンの一例を示す図である。図13に示す例では、取得画像領域Rを、光軸中心点Pを中心とする複数の同心円と、径方向に放射状に延びる直線とによってゾーンが区切られている。すなわち、補正対象とする画像領域が放射状に分割される。このように、複数のゾーンが放射状に配置されることによって、光軸中心から放射状に変化するPSFに応じたフィルタの設定が可能になる。 FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a plurality of zones preset in an image. In the example shown in FIG. 13, the acquired image region R is divided into zones by a plurality of concentric circles centered on the optical axis center point P and straight lines extending radially in the radial direction. That is, the image area to be corrected is divided radially. As described above, by arranging the plurality of zones radially, it is possible to set a filter according to the PSF that changes radially from the center of the optical axis.
図14は、画像に予め設定される複数のゾーンの他の例を示す図である。図14に示す例では、各ゾーンは矩形になるように画像が分割される。また、画像中の光軸中心に対応する位置から遠いほど、ゾーンの面積が小さくなるよう各ゾーンが設定される。すなわち、光軸中心からの距離に応じて補正対象とする画像領域の面積を小さくすることができる。これにより、画像の周辺部ほどフィルタ設定を細かく変えることができる。PSFの変化の度合いは、光軸中心から離れるに従って大きくなる傾向がある。そのため、光軸中心から遠いゾーンほど面積を小さく設定することで、PSFの変化度合いにさらに適応したフィルタリングが可能になる。なお、図13、図14では、取得画像領域Rの4分の1の部分のみゾーンを示しており、その他のゾーンは省略している。 FIG. 14 is a diagram illustrating another example of a plurality of zones preset in an image. In the example shown in FIG. 14, the image is divided so that each zone is rectangular. Further, each zone is set so that the area of the zone becomes smaller as the position is farther from the position corresponding to the center of the optical axis in the image. That is, the area of the image area to be corrected can be reduced according to the distance from the center of the optical axis. Thereby, the filter setting can be changed more finely in the peripheral part of the image. The degree of change in PSF tends to increase as the distance from the optical axis center increases. Therefore, by setting the area smaller in the zone farther from the center of the optical axis, filtering that is more adapted to the degree of change in PSF can be performed. In FIGS. 13 and 14, only a quarter of the acquired image region R is shown as a zone, and the other zones are omitted.
以上、本発明の実施形態について説明した。上記実施形態によれば、画像中の位置に応じて適切なフィルタリングを施すことが可能になるので、PSFの変化に対応したボケ復元が可能になる。そのため、例えば、PSFの変化を抑えるための位相変調素子等を光学系1に挿入しなくても、フィルタリングによる画像の復元効果を得ることができる。その結果、光学系の簡素化も可能になる。すなわち、簡素な光学系を用いて取得画像の解像度を向上させることができる。
The embodiment of the present invention has been described above. According to the above-described embodiment, since it is possible to perform appropriate filtering according to the position in the image, it is possible to restore the blur corresponding to the change in the PSF. Therefore, for example, an image restoration effect by filtering can be obtained without inserting a phase modulation element or the like for suppressing a change in PSF into the
なお、本発明は、上記第1〜第2の具体的な実施形態に限定されない。 In addition, this invention is not limited to the said 1st-2nd specific embodiment.
上記のように、画像処理装置に、光学系、撮像素子を加えた撮像装置も本発明の実施形態に含まれる。この撮像装置の用途は特に限定されない。上記撮像装置は、例えば、デジタルスチルカメラ、携帯電話搭載カメラ、携帯情報端末搭載カメラ、画像検査装置、自動制御用産業カメラ、情報コード読取装置等に用いることができる。 As described above, an imaging apparatus in which an optical system and an imaging element are added to the image processing apparatus is also included in the embodiment of the present invention. The use of this imaging device is not particularly limited. The imaging device can be used for, for example, a digital still camera, a mobile phone camera, a mobile information terminal camera, an image inspection device, an industrial camera for automatic control, an information code reader, and the like.
Claims (8)
前記画像に対して、前記光学系の伝達関数に応じたフィルタリングを実行するフィルタ処理部を備え、
前記フィルタ処理部は、前記画像中の光軸中心に対応する位置から処理対象の位置までの距離に応じた係数を、光学系の光軸の方向に入射した光の伝達関数に対応する第1のフィルタ及び前記光軸に対して一定の角度をもって入射した光の伝達関数に対応する第2のフィルタにかけて線形結合することにより、前記画像中の処理対象の位置に応じて異なるフィルタデータを生成し、前記生成したフィルタデータを用いて、フィルタリングを実行する、
画像処理装置。
An image processing apparatus that processes an image captured through an optical system,
A filtering unit that performs filtering on the image according to a transfer function of the optical system;
The filter processing unit uses a coefficient corresponding to a distance from a position corresponding to the optical axis center in the image to a processing target position as a first transfer function corresponding to the transfer function of light incident in the direction of the optical axis of the optical system. Filter data and a second filter corresponding to the transfer function of light incident at a certain angle with respect to the optical axis, thereby generating different filter data according to the position of the processing target in the image. , Filtering using the generated filter data ,
Image processing device.
The filter processing unit corrects filter data indicating a filter corresponding to a transfer function of the optical system recorded in advance according to a position of a processing target in the image, and uses the corrected filter data to perform the filtering The image processing apparatus according to claim 1, wherein:
前記フィルタを前記画像中の光軸中心に対応する点から処理対象の位置への方向に応じて補正し、当該補正したフィルタのフィルタデータを用いて、前記フィルタリングを実行する、請求項1または2に記載の画像処理装置。The filter is corrected according to a direction from a point corresponding to the optical axis center in the image to a position to be processed, and the filtering is executed using filter data of the corrected filter. An image processing apparatus according to 1.
前記画像に対して、前記光学系の伝達関数に応じたフィルタリングを実行するフィルタ処理をコンピュータに実行させ、Causing the computer to perform a filtering process for performing filtering according to the transfer function of the optical system on the image;
前記フィルタ処理は、前記画像中の光軸中心に対応する位置から処理対象の位置までの距離に応じた係数を、光学系の光軸の方向に入射した光の伝達関数に対応する第1のフィルタ及び前記光軸に対して一定の角度をもって入射した光の伝達関数に対応する第2のフィルタにかけて線形結合することにより、前記画像中の処理対象の位置に応じて異なるフィルタデータを生成し、前記生成したフィルタデータを用いて、フィルタリングを実行するIn the filtering process, a coefficient corresponding to the distance from the position corresponding to the optical axis center in the image to the position to be processed is a first function corresponding to the transfer function of light incident in the direction of the optical axis of the optical system. The filter and the second filter corresponding to the transfer function of the light incident at a certain angle with respect to the optical axis are linearly combined to generate different filter data according to the position of the processing target in the image, Perform filtering using the generated filter data
ことを特徴とする、画像処理プログラム。An image processing program.
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