JP6021780B2 - 画像データ処理装置、距離算出装置、撮像装置および画像データ処理方法 - Google Patents
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Description
以下、図を参照しながら本発明の第一の実施形態について詳細に説明する。
図1(A)は、本実施形態にかかるデジタルカメラ100の構成を示す図である。デジタルカメラ100は、結像光学系120、撮像素子101、距離算出部102、画像生成部(不図示)、レンズ駆動制御部(不図示)が、カメラ筐体130の内部に配置されて構成される。距離算出装置110は、結像光学系120、撮像素子101、距離算出部102から構成される。距離算出部102は論理回路を用いて構成することができる。距離算出部102の別の形態として中央演算処理装置(CPU)と演算処理プログラムを格納するメモリとから構成してもよい。
軸である。本実施形態ではz軸を光軸140と平行とする。さらに、x軸とy軸は互いに垂直であり、且つ光軸140と垂直とする。
撮像素子101はCMOS(相補型金属酸化膜半導体)やCCD(電荷結合素子)から構成される。結像光学系120を介して撮像素子101上に結像した被写体像は、撮像素子101により光電変換され、被写体像に基づく画像データを生成する。以下、本実施形態の撮像素子101について、図1(B)を用いてより詳細に説明する。
本実施形態の画素群150を構成する各画素は、画素中の受光層(図2中の203)にxy断面にて対称な断面形状を有する2つの光電変換部(161:第1の光電変換部、162;第2の光電変換部)が並置されている。撮像素子101内の第1の光電変換部及び第2の光電変換部が受光する光束について、図2を用いて説明する。
1の画像データを生成する。また同様に、各画素に設けられる複数の第2の光電変換部162は、受光した光束を光電変換して第2の画像データを生成する。第1の画像データから第1の瞳領域を主に通過した光束が撮像素子101上に形成する像(A像)の強度分布を得ることができ、第2の画像データから第2の瞳領域を主に通過した光束が撮像素子101上に形成する像(B像)の強度分布を得ることができる。従って、第1の画像データと第2画像データの相対的な位置ズレ量は、A像とB像の像ズレ量となる。この像ズレ量を後述の手法により算出し、変換係数を介して像ズレ量をデフォーカス量に変換することで、被写体までの距離を算出することができる。
以下、本実施形態の距離算出部102が行う距離算出手順について、図3を参照しながら詳細に説明する。
を用いて像ズレ量を像側デフォーカス量に変換することができる。
なお、数式1以外の方法を用いて像ズレ量を像側デフォーカス量に変換してもよい。例えば、数式1にて基線長wが像ズレ量rに比べて十分大きいとの仮定に基づき、数式2によりゲイン値Gainを算出し、数式3に基づき像ズレ量を像側デフォーカス量に変換してもよい。
数式3を用いることで像ズレ量から像側デフォーカス量への変換を容易に行うことができ、被写体距離の算出に係る演算量を削減することができる。また、像ズレ量から像側デフォーカス量への変換に、変換用のルックアップテーブルを用いてもよい。この場合にも、被写体距離の算出に係る演算量を削減することができる。
、像側のデフォーカス量が大きい被写体ほど、よりボケた画像が撮影される。このような画像に対して画像処理によってピント位置を調整するリフォーカス処理では、被写体距離への変換を行う必要はなく、像側のデフォーカス量があれば十分である。
次に、光量バランスの崩れが発生する要因について説明する。
照点411にて相関が高いと判定し、算出される像ズレ量に誤差が生じてしまう。
以降、第1の画像データと第2の画像データの光量バランスの崩れを補正する処理(光量バランス補正処理)について、図7及び図8を参照しながら詳細に説明する。図7は本実施形態における光量バランス補正処理のフローチャートであり、図8は本実施形態における光量バランス補正処理を説明する図である。
なお、xpは部分画像データ中のx方向と対応する方向の座標値を示し、ypは部分画像データ中のy方向と対応する方向の座標値を示している。
し、これらの係数を有し像高(画素位置)を変数とするN次関数で表される補正関数Fnを採用する。なお、補正関数Fnの算出は最小二乗法以外にもスプライン法を用いることもできる。また、Nは1以上の自然数であれば任意の値で構わない。Nの値を大きくするほど補正関数算出処理の計算量が多くなるので、必要な精度と計算量とを比較して適切なNを採用すればよい。N=5でも十分な精度の光量バランスの補正が行えるので、Nとしては5以下の自然数を採用するようにしてもよい。なお、画像データ比Rimgは奇関数となるので、Nとして奇数の自然数を採用することが計算量の観点から好ましい。
RimgとFnの差分二乗和が最小となるように、a(y)とb(y)を、y座標毎に算出すればよい。また、係数a(y)とb(y)をy座標毎に算出するのではなく、y座標に依存しない定数として算出しても構わない。
最小二乗法の手法としては公知の手法を用いることができ、例えばQR分解法や特異値分解を用いることができる。また、光ショットノイズ等のノイズの影響を低減するために、画像データ比Rimgに公知の平滑化フィルタを施してから補正関数Fnを算出しても構わない。平滑化フィルタとしては、移動平均フィルタやガウシアンフィルタを用いることができる。
に示すように、第1の画像データImg1と補正関数Fnの逆数に1を加えた関数(1+1/Fn:第1の画像データ補正関数)との乗算処理を行って算出している。
の調整工程を削減することができ、より低コストにデジタルカメラ100を製造することができる。
光量バランス補正処理の具体的な詳細は、上記で説明した方法から変更することができる。例えば、補正関数に基づく補正画像データの算出方法や、補正関数自体の算出方法を変形することができる。まず、補正関数に基づく補正画像データ算出処理の変形例を説明し、次に、補正関数算出処理の変形例を説明する。
本実施形態の光量バランス補正処理では、ステップS2−4にて第1の画像データを補正し、ステップS2−5にて第2の画像データを補正している。本実施形態の光量バランス補正処理の変形例として、第1の画像データ補正処理による第1の画像データの補正のみを行い、第2の画像データ補正処理を省略してもよい。この場合の第1の画像データ補正処理では、第1の補正画像データCimg1を、数式9に示すように、第1の画像データImg1と補正関数Fnの逆数との乗算処理によって算出する。
合わせることで、光量バランスの崩れを補正している。
以下では、図7を用いて説明した光量バランス補正処理とは一部が異なる光量バランス補正処理の別の形態について図9を用いて説明する。図9中のステップS2−1からステップS2−5は、図7を用いた説明と重複するため、以下では、新たに追加した処理であるステップS2−7からステップS2−9について説明する。
以下では、図7を用いて説明した光量バランス補正処理とは一部が異なる光量バランス補正処理の別の形態について図10を用いて説明する。図10中のステップS2−1からステップS2−5は、図7を用いた説明と重複するため、以下では、新たに追加した処理
であるステップS2−10について説明する。
本実施形態における撮像素子101の別の形態として、図12(A)に示すように、2種類の画素群150,1250を市松格子状に配列した構成としてもよい。画素群150は、第1の光電変換部161と第2の光電変換部162をx方向に配列した画素群である
。画素群150から得られる画像データに上記の距離算出処理を適用することで、x方向に輝度変化する被写体の距離を算出することができる。画素群1250は、第1の光電変換部161と第2の光電変換部162をy方向に配列した画素群1250に配列した画素群である。画素群1250から得られる画像データに上記の距離算出処理を適用することで、y方向に輝度変化する被写体の距離を算出することができる。
以下、図を参照しながら本発明の第二の実施形態について詳細に説明する。
以降、本実施形態の光量バランス補正処理について、図14を参照しながら詳細に説明する。なお、図14中のステップS2−1からステップS2−5は、図7を用いた説明と重複するため、以降の説明ではステップS2−11からステップS2−14について説明する。
も本発明の範疇に含まれる。
103 射出瞳
110 距離算出装置
120 結像光学系
Claims (16)
- 結像光学系の第1の瞳領域を通過する第1の光束に基づく画素値の集合である第1の画像データと前記結像光学系の前記第1の瞳領域とは異なる第2の瞳領域を通過する第2の光束に基づく画素値の集合である第2の画像データとを取得する画像データ取得手段と、
少なくとも一部の対応する画素位置で前記第1の画像データの画素値と前記第2の画像データの画素値との比を算出し、前記比の集合である画像データ比を算出する画像データ比算出手段と、
前記画像データ比を近似した補正関数を算出する補正関数算出手段と、
前記補正関数に基づき、前記第1の画像データと前記第2の画像データの少なくとも一方を補正する補正手段と、
を備える、画像データ処理装置。 - 前記画像データ比算出手段は、対応する画素位置で前記第1の画像データに含まれる第1の部分画像データと前記第2の画像データに含まれる第2の部分画像データとの比を算出し、前記画像データ比を算出する、
請求項1に記載の画像データ処理装置。 - 前記補正関数算出手段は、前記画像データ比に対して微分フィルタを作用させた微分画像データ比の絶対値が所定の第1の閾値以下である位置の前記画像データ比に含まれるデータのみを用いて、前記補正関数を算出する、
請求項1または2に記載の画像データ処理装置。 - 前記補正関数はN次関数(Nは自然数)である、
請求項1から3のいずれか1項に記載の画像データ処理装置。 - 前記補正関数と前記画像データ比との相関を示す相関度を算出し、
前記相関度が、第2の閾値以上か否かを判別し、
前記補正関数と前記画像データ比との相関度が前記第2の閾値よりも低いと判別された場合には、次数Nの値をより大きくして前記補正関数算出手段による前記補正関数の算出を再度行う、
請求項4に記載の画像データ処理装置。 - 前記補正関数と前記画像データ比との前記相関度が前記第2の閾値よりも低いと判別された場合には、前記相関度の値に応じて前記補正関数の算出を再実行する際の次数Nを設定する、
請求項5に記載の画像データ処理装置。 - 撮影条件と対応付けて予め定められた既定の補正関数を記憶する補正関数格納手段と、
前記第1の画像データと前記第2の画像データを取得した際の撮影条件を取得する撮影条件取得手段と、
を更に備え、
前記補正手段は、前記撮影条件取得手段によって取得した撮影条件に対応する前記既定の補正関数が前記補正関数格納手段に記憶されている場合には、当該記憶されている補正関数を用いて補正を行い、そうでない場合には、前記補正関数算出手段によって算出された補正関数を用いて補正を行う、
請求項1から6のいずれか1項に記載の画像データ処理装置。 - 前記第1の瞳領域の面積のほうが前記第2の瞳領域の面積よりも広く、
前記第1の瞳領域が前記第2の瞳領域を含んでいる、
請求項1から7のいずれか1項に記載の画像データ処理装置。 - 請求項1から7のいずれか1項に記載の画像データ処理装置と、
前記補正手段により補正された画像データを用いて、前記第1の画像データと、前記第2の画像データと、の相対的な位置ズレ量である像ズレ量を算出する距離算出手段と、
を備える距離算出装置。 - 請求項8に記載の画像データ処理装置と、
前記補正手段により補正された画像データを用いて、前記第2の画像データと、前記第1の画像データと前記第2の画像データとの差分データである第3の画像データと、の相対的な位置ズレ量である像ズレ量を算出する距離算出手段と、
を備える距離算出装置。 - 前記距離算出手段は、前記像ズレ量に基づき、デフォーカス量又は被写体までの距離を算出する、
請求項9または10に記載の距離算出装置。 - 結像光学系と、
前記結像光学系の第1の瞳領域を通過する第1の光束に基づく第1の画像データと前記結像光学系の第2の瞳領域を通過する第2の光束に基づく第2の画像データを取得する撮像素子と、
請求項1から8のいずれか1項に記載の画像データ処理装置、または、請求項9から11のいずれか1項に記載の距離算出装置と、
を備える撮像装置。 - 前記撮像素子は、前記第1の光束を光電変換して前記第1の画像データを生成する第1の光電変換部と前記第2の光束を光電変換して前記第2の画像データを生成する第2の光電変換部とを備える測距画素と、前記第1および第2の光束を光電変換して撮影画像データを生成する第3の光電変換部を備える撮影画素とを含む、
請求項12に記載の撮像装置。 - 前記撮像素子は、前記第1の光束を光電変換して前記第1の画像データを生成する第1
の光電変換部を備える第1の測距画素と、前記第2の光束を光電変換して前記第2の画像データを生成する第2の光電変換部を備える第2の測距画素と、前記第1および第2の光束を光電変換して撮影画像データを生成する第3の光電変換部を備える撮影画素とを含む、
請求項12に記載の撮像装置。 - 結像光学系の第1の瞳領域を通過する第1の光束に基づく画素値の集合である第1の画像データと前記結像光学系の第2の瞳領域を通過する第2の光束に基づく画素値の集合である第2の画像データとを取得する画像データ取得工程と、
対応する画素位置で前記第1の画像データと前記第2の画像データとの比を算出し、前記比の集合である画像データ比を算出する画像データ比算出工程と、
前記画像データ比を近似した補正関数を算出する補正関数算出工程と、
前記補正関数に基づき、前記第1の画像データと前記第2の画像データの少なくとも一方を補正する補正工程と、
を含む、画像データ処理方法。 - 請求項15に記載の画像データ処理方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
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