JP6089742B2 - 画像処理装置、撮像装置、画像処理方法及びプログラム - Google Patents
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例えば、撮影後にユーザがピント調節できるライトフィールドカメラが知られている(例えば、特許文献1参照)。撮影後にピント調節が出来る利点を生かすためには、望遠レンズを用いてカメラからの距離(被写体距離)が異なる複数の被写体を含むように撮影することが望ましい。
ところで、特許文献2の技術では、合成用画像の比較部位(比較対象となる2本のライン)に含まれる画素同士を一律に比較して類似している位置(輝度のSSDが最も小さいライン)を合成位置とする。このため、被写体同士の相対位置が合成用画像間で変化する場合には合成の継ぎ目で主要な被写体がずれてしまうことがあった。よって、合成用画像を合成する精度の更なる向上が望まれる。
2つの合成用画像の一方における比較部位と他方における比較部位との組合せを、複数設定する設定手段と、
前記比較部位に含まれる画素の重み付け値を、該画素に対応する被写体までの被写体距離と所定の基準距離との差に基づいて決定する重み決定手段と、
前記組合せの比較部位同士の類似度を前記重み付け値を用いて決定する類似度決定手段と、
前記2つの合成用画像を前記類似度が高い前記組合せの比較部位で合成する合成手段と、を備えることを特徴とする。
まず、図1を参照しながらデジタルカメラ100のハードウェア構成について説明する。図1に示すように、デジタルカメラ100は、撮影部110と画像処理装置120と操作部130と表示部140とを備える撮像装置である。
撮影部110は、メインレンズ111とマイクロレンズアレイ112と撮像素子113とを備える。この撮影部110の詳細については後述する。
次に、画像処理装置120は、CPU(Central Processing Unit)121とROM(Read Only Memory)122とRAM(Random Access Memory)123とHDD(Hard Disk Drive)124と角速度センサ125とメディアドライブ126とリムーバルメディア127とを備える。
ROM122は、CPU121が実行するプログラムを格納している不揮発性メモリである。
RAM123は、CPU121が実行するプログラムを一時的に記憶し、CPU121が各種処理を行う際の作業領域として使用する揮発性メモリである。
メディアドライブ126は、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク又は半導体メモリなどのリムーバブルメディア127を装着するためのものである。メディアドライブ126に装着されたリムーバブルメディア127から読み出されたプログラムは、必要に応じてHDD124にインストールされる。また、リムーバブルメディア127は、HDD124に記憶されている画像データなどの各種データを、HDD124と同様に記憶することができる。
表示部140は、液晶ディスプレイ又は有機EL(Electroluminescence)ディスプレイなどの表示手段である。この表示部140は、HDD124又はリムーバルメディア127に記憶された各種画像のデータに基づいて、その各種画像を表示する。
メインレンズ111は、一又は複数の凸レンズ、凹レンズ又は非球面レンズなどから構成される。このメインレンズ111は、被写体OB上の点から射出された光束を集光して結像面MAに結像させる。
このマイクロレンズ112−iは、被写体OBからメインレンズ111を介して入射されてくる光束を入射方向毎に集光して、撮像素子113上にサブ画像として結像させる。
このライトフィールド画像は、被写体OBを同時に複数の視点から見た複数のサブ画像を含む。このライトフィールド画像の概念図を図3に示す。この図3は、ブロック状の被写体OBを撮影したライトフィールド画像の一例である。
このライトフィールド画像は、格子状に配置されたN×M個のマイクロレンズ112−iのそれぞれに対応するサブ画像(S11〜SMN)から構成される。例えば、左上のサブ画像S11は、被写体OBを左上から撮影した画像に相当し、右下のサブ画像SMNは、被写体OBを右下から撮影した画像に相当する。
なお、被写体の像を再構成する仮想的な面のことを再構成面と称して以下説明する。また、再構成面からメインレンズ111までの仮想的な距離のことを再構成距離と言う。再構成距離は、被写体の像を再フォーカスした距離でもある。本実施形態では、再構成距離に近い被写体が合成画像上でずれないように位置合わせをしてパノラマ合成する。そのため、再構成距離を位置合わせの基準となる距離(基準距離)とする。また、この実施形態では各サブ画像はグレースケール画像であり、サブ画像を構成する各画素は画素値を持つ。
具体的には、再構成部150は、ライトフィールド画像に含まれる複数のサブ画像を構成する各画像の画素ズレ係数に基づいて、画素毎に被写体OBまでの距離を推定する。そして、推定した被写体までの距離と所定の再構成距離との差に応じて画素毎にボケを付加する。この再構成部150は、ボケ付加手段としても機能する。
次に、ライトフィールド画像に含まれる各サブ画像の画像ズレ係数に基づいて、各サブ画像から部分画像を切り取る際の大きさと、再構成面に部分画像を配置する際の配置間隔と、を特定する。ここで、サブ画像から部分画像を切り取るとは、部分領域の境界を決定した上でサブ画像から部分画像を抽出することをいう。ここでは切り取られた部分領域の画像データはライトフィールド画像上に残るが、その後不要である場合には削除されても良い。
まず、再構成部150は、k1をカウンタ変数として、ライトフィールド画像のk1番目のサブ画像に注目する(ステップS11)。次に、再構成部150は、ステップS11で注目したサブ画像である注目サブ画像の各画素の画素ズレ係数から被写体までの距離を推定する(ステップS12)。具体的には、再構成部150は、まず注目サブ画像の各画素を順次注目画素として、その注目画素に対応する画素が、周辺サブ画像でどの程度ずれているかを示す係数(注目画素の画素ズレ係数)を算出する。画素ズレ係数は、例えば以下の方法で算出する。
まず、再構成部150は、ライトフィールド画像の左上のサブ画像S11をサブ画像として注目する(ステップS11)。そして、再構成部150は、ステップS12乃至14の処理により、サブ画像S11内の各画素について被写体までの距離推定を行って、所定の再構成距離との差が所定距離以上(例えば2m)である画素についてはボケ付加を行う。そして、再構成部150は、ステップS15乃至17の処理により、部分画像PI11の大きさと配置間隔とを特定した後、注目サブ画像S11から部分画像PI11を切り出し、その切り出した部分画像PI11を再構成面の左上に配置する(ステップS18)。
CPU121は、パノラマ撮影モードに設定されているときに、操作部130がシャッターキーを全押しする操作を検出すると、パノラマ合成処理を開始する。なお、ユーザは、パノラマ撮影モードにおいて、図13に示すように操作部130のシャッターキーを全押しした状態で矢印方法にデジタルカメラ100を移動する。
この実施形態では、上述したようにデジタルカメラ100の角度変位量が一定値になる毎に撮像が行われる。従って、この角度変位量の一定値に基づいてある程度の重なり部分は推定することができる。そこで、この実施形態では、角度変位量の一定値に基づいて推定された部分を重なり部分として検出して、その検出した重なり部分を検索範囲内とする。この処理により、比較部位を角度変位量により絞り込んで比較のための必要処理量を減らすことが出来る。なお、角度変位量が得られない場合には、画像の所定部分を重なり部分として推定して、検索範囲として特定しても良い。例えば左から右へと撮影する場合には先に撮影した画像の左半分と、後に撮影した画像の右半分を検索範囲とすれば良い。あるいは、撮影順序等の情報が得られない場合には、画像全体を検索範囲としても良い。
この例では、RI1及びRI2それぞれに4本ずつラインを設定したが、このラインは少なくとも一つの合成用画像に複数設定されればよい。例えばユーザが一方の合成用画像上の合成位置を決め打ちしたい場合では、一方の合成用画像に1つのラインaを設定し、他方の合成用画像に4つのラインb1乃至b4を設定してもよい。この場合、ラインaとラインb1、ラインaとラインb2、…、ラインaとラインb4、の4つの組み合わせが設定される。
なお、ラインの組合せの決定ルールとして、精度の高い合成位置の組合せが少なくとも一つ含まれるような決定ルールを予め実験により求めておく。そして、ROM122やHDD124にその決定ルールを実現するための例えばライン決定テーブルを記憶しておき、CPU121がステップS25でこれを用いて適当なラインの組合せを決定すれば良い。
まず、CPU121は、複数の組合せの中から一つの組合せを選択する(ステップS31)。具体的には、CPU121は、a1とb1、a2とb2、a3とb3及びa4とb4の組合せの中から1つの組合せを任意に選択する。ここでは、CPU121は、a1とb1の組合せを選択したとする。
一方、CPU121は、平均した被写体距離と所定の再構成距離とに差がある場合、その差の絶対値が大きい程重み付け値を最小値に近づける。被写体距離と所定の再構成距離とが一致しない場合、ピントを合わせる再構成距離に対して被写体が離れていると推定される。このような被写体が継ぎ目でずれていても、その被写体にはボケが付加されているためそのボケの影響でピントが合った被写体よりも違和感が少ない。また、一般にピントから外れた被写体は撮影の主要対象とは異なるため、ずれていても影響が少ない。このためで重み付け値が小さい。なお、テーブルではなく同様の結果を得られる式を用いて重み付け値を算出してもよい。
CPU121は、全てのライトフィールド画像について不用サブ画像を削除してHDD124に保存した後、処理を終了する。
例えば、上述した実施形態では、図1のCPU121が画像処理装置120及びデジタルカメラ100を制御したが、デジタルカメラ100に別途CPUを設けてもよい。この場合、画像処理装置120のCPU121は、画像処理装置120の制御に特化し、表示部140への表示制御や操作部130の操作検知等は行わない。
また、図15の類似度算出処理では、ラインの組合せを複数設定して、その組合せ毎に類似度を算出した。すなわち、a1とb1、a2とb2、a3とb3及びa4とb4の類似度をそれぞれ算出した。しかしながら、例えばa1を総当りでb1乃至b4それぞれと比較して類似度を算出してもよい。すなわち、組合せをa1とb1、a1とb2、a1とb3及びa1とb4として類似度を算出してもよい。このように、a1乃至a4をb1乃至b4それぞれと総当りで類似度を算出することで、精度よく類似度を算出することができる。
また、この実施形態では、各種画像がグレースケール画像であることを前提に説明したが、各種画像はカラー画像でもよい。この場合、例えばRGB又はYUV等の任意の色空間を用いることができる。
具体的には、上記実施形態では、各処理に係る機能を発揮するためのプログラムが、ROM122に予め記憶されているものとして説明した。しかし、図5の各部の機能を実行させるためのプログラムを、フレキシブルディスク、CD−ROM、DVD及びMO等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布し、そのプログラムをコンピュータにインストールすることにより、上述の各部の機能を発揮することができるコンピュータを構成してもよい。また、プログラムをインターネット等の通信ネットワーク上のサーバ装置が有するディスク装置等に格納しておき、例えば、コンピュータがダウンロード等することができるようにしてもよい。
なお、プログラムをインストールしたコンピュータは、合成用画像である再構成画像をその再構成画像が記憶される記憶手段から取得してパノラマ合成処理及び類似度算出処理を行う。再構成画像の取得先は、例えばデジタルカメラ100のHDD124、リムーバルメディア127、又はコンピュータのHDDなどである。
2つの合成用画像の一方における比較部位と他方における比較部位との組合せを、複数設定する設定手段と、
前記比較部位に含まれる画素の重み付け値を、該画素に対応する被写体までの被写体距離と所定の基準距離との差に基づいて決定する重み決定手段と、
前記組合せの比較部位同士の類似度を前記重み付け値を用いて決定する類似度決定手段と、
前記2つの合成用画像を前記類似度が高い前記組合せの比較部位で合成する合成手段と、を備えることを特徴とする画像処理装置。
前記2つの合成用画像と、該2つの合成用画像を構成する画素毎の被写体距離と、前記所定の基準距離と、を記憶する記憶手段を更に備えることを特徴とする付記1に記載の画像処理装置。
前記合成用画像は、前記被写体を異なる複数の視点から撮影した複数のサブ画像を含む多視点画像から再構成された再構成画像であり、
前記被写体距離は、前記被写体が写る位置が前記サブ画像間でずれる程度に基づいて推定され、
前記所定の基準距離は、前記再構成画像を再構成した際の再フォーカスの距離である所定の再構成距離であることを特徴とする付記1又は2に記載の画像処理装置。
前記2つの合成用画像に含まれる画素のうち、前記被写体距離と前記所定の基準距離との差が所定の閾値よりも大きい画素にボケを付加するボケ付加手段をさらに備え、
前記合成手段は、前記画素にボケが付加された2つの合成用画像を合成することを特徴とする付記1乃至3の何れか1つに記載の画像処理装置。
前記重み決定手段は、前記重み付け値を前記被写体距離と前記所定の基準距離とが一致する場合に最大値にすることを特徴とする付記1乃至4の何れか1つに記載の画像処理装置。
前記重み決定手段は、前記重み付け値を前記被写体距離と前記所定の基準距離との差が大きい程小さくすることを特徴とする付記1乃至5の何れか1つに記載の画像処理装置。
前記多視点画像に含まれる複数のサブ画像のうち、前記合成手段が合成した結果得られた合成画像に含まれる画素の元となった画素を含むサブ画像を特定し、該特定したサブ画像以外のサブ画像を前記多視点画像から削除して該多視点画像を保存する保存手段を備えることを特徴とする付記3に記載の画像処理装置。
前記類似度決定手段は、前記組合せの比較部位のうち一方の比較部位の複数の画素それぞれの画素値と、他方の比較部位の複数の画素それぞれの画素値と、の差分二乗値に前記重み付け値をそれぞれ乗じた値の和に基づいて前記組合せの比較部位同士の類似度を決定することを特徴とする付記1乃至7の何れか1つに記載の画像処理装置。
撮影手段と、
前記撮影手段によって撮影された2つの合成用画像の一方における比較部位と他方における比較部位との組合せを、複数設定する設定手段と、
前記比較部位に含まれる画素の重み付け値を、該画素に対応する被写体までの被写体距離と所定の基準距離との差に基づいて決定する重み決定手段と、
前記組合せの比較部位同士の類似度を前記重み付け値を用いて決定する類似度決定手段と、
前記2つの合成用画像を前記類似度が高い前記組合せの比較部位で合成する合成手段と、を備えることを特徴とする撮像装置。
2つの合成用画像の一方における比較部位と他方における比較部位との組合せを、複数設定する設定ステップと、
前記比較部位に含まれる画素の重み付け値を、該画素に対応する被写体までの被写体距離と所定の基準距離との差に基づいて決定する重み決定ステップと、
前記組合せの比較部位同士の類似度を前記重み付け値を用いて決定する類似度決定ステップと、
前記2つの合成用画像を前記類似度が高い前記組合せの比較部位で合成する合成ステップと、を含むことを特徴とする画像処理方法。
コンピュータを、
2つの合成用画像の一方における比較部位と他方における比較部位との組合せを、複数設定する設定手段、
前記比較部位に含まれる画素の重み付け値を、該画素に対応する被写体までの被写体距離と所定の基準距離との差に基づいて決定する重み決定手段、
前記組合せの比較部位同士の類似度を前記重み付け値を用いて決定する類似度決定手段、
前記2つの合成用画像を前記類似度が高い前記組合せの比較部位で合成する合成手段、として機能させるためのプログラム。
Claims (11)
- 2つの合成用画像の一方における比較部位と他方における比較部位との組合せを、複数設定する設定手段と、
前記比較部位に含まれる画素の重み付け値を、該画素に対応する被写体までの被写体距離と所定の基準距離との差に基づいて決定する重み決定手段と、
前記組合せの比較部位同士の類似度を前記重み付け値を用いて決定する類似度決定手段と、
前記2つの合成用画像を前記類似度が高い前記組合せの比較部位で合成する合成手段と、を備えることを特徴とする画像処理装置。 - 前記2つの合成用画像と、該2つの合成用画像を構成する画素毎の被写体距離と、前記所定の基準距離と、を記憶する記憶手段を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記合成用画像は、前記被写体を異なる複数の視点から撮影した複数のサブ画像を含む多視点画像から再構成された再構成画像であり、
前記被写体距離は、前記被写体が写る位置が前記サブ画像間でずれる程度に基づいて推定され、
前記所定の基準距離は、前記再構成画像を再構成した際の再フォーカスの距離である所定の再構成距離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2つの合成用画像に含まれる画素のうち、前記被写体距離と前記所定の基準距離との差が所定の閾値よりも大きい画素にボケを付加するボケ付加手段をさらに備え、
前記合成手段は、前記画素にボケが付加された2つの合成用画像を合成することを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の画像処理装置。 - 前記重み決定手段は、前記重み付け値を前記被写体距離と前記所定の基準距離とが一致する場合に最大値にすることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の画像処理装置。
- 前記重み決定手段は、前記重み付け値を前記被写体距離と前記所定の基準距離との差が大きい程小さくすることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の画像処理装置。
- 前記多視点画像に含まれる複数のサブ画像のうち、前記合成手段が合成した結果得られた合成画像に含まれる画素の元となった画素を含むサブ画像を特定し、該特定したサブ画像以外のサブ画像を前記多視点画像から削除して該多視点画像を保存する保存手段を備えることを特徴とする請求項3に記載の画像処理装置。
- 前記類似度決定手段は、前記組合せの比較部位のうち一方の比較部位の複数の画素それぞれの画素値と、他方の比較部位の複数の画素それぞれの画素値と、の差分二乗値に前記重み付け値をそれぞれ乗じた値の和に基づいて前記組合せの比較部位同士の類似度を決定することを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載の画像処理装置。
- 撮影手段と、
前記撮影手段によって撮影された2つの合成用画像の一方における比較部位と他方における比較部位との組合せを、複数設定する設定手段と、
前記比較部位に含まれる画素の重み付け値を、該画素に対応する被写体までの被写体距離と所定の基準距離との差に基づいて決定する重み決定手段と、
前記組合せの比較部位同士の類似度を前記重み付け値を用いて決定する類似度決定手段と、
前記2つの合成用画像を前記類似度が高い前記組合せの比較部位で合成する合成手段と、を備えることを特徴とする撮像装置。 - 2つの合成用画像の一方における比較部位と他方における比較部位との組合せを、複数設定する設定ステップと、
前記比較部位に含まれる画素の重み付け値を、該画素に対応する被写体までの被写体距離と所定の基準距離との差に基づいて決定する重み決定ステップと、
前記組合せの比較部位同士の類似度を前記重み付け値を用いて決定する類似度決定ステップと、
前記2つの合成用画像を前記類似度が高い前記組合せの比較部位で合成する合成ステップと、を含むことを特徴とする画像処理方法。 - コンピュータを、
2つの合成用画像の一方における比較部位と他方における比較部位との組合せを、複数設定する設定手段、
前記比較部位に含まれる画素の重み付け値を、該画素に対応する被写体までの被写体距離と所定の基準距離との差に基づいて決定する重み決定手段、
前記組合せの比較部位同士の類似度を前記重み付け値を用いて決定する類似度決定手段、
前記2つの合成用画像を前記類似度が高い前記組合せの比較部位で合成する合成手段、として機能させるためのプログラム。
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