JP6271969B2 - Imaging apparatus and image correction method - Google Patents
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Description
本発明は撮像装置および画像補正方法に関し、幾何変形による画像補正処理に要するリソースの低減と、補正効果を両立させる技術に関する。
The present invention relates to an imaging apparatus and an image correction method , and more particularly to a technique that achieves both a reduction in resources required for image correction processing by geometric deformation and a correction effect.
近年のデジタルビデオカメラ、デジタルカメラ等の撮像装置では、撮像素子や信号処理の技術向上によって、より高画質な映像を取得できる。また、歪曲収差やカメラの姿勢変化の補正では、光学系の小型化および低コスト化が、カメラ本体の小型化に伴って要求される。動画、静止画を問わず、より自然で安定した映像の取得や、複数枚の画像の合成処理は、重要度の高い技術である。レンズの歪曲収差情報やカメラの姿勢変化情報を取得し、着目画素に対する幾何変形量を画素ごとに与え、信号処理によって歪曲収差の補正や像振れ補正を実現できる。 In recent imaging apparatuses such as a digital video camera and a digital camera, it is possible to acquire a higher quality image by improving the imaging device and the signal processing technology. Further, in the correction of distortion and camera posture change, downsizing and cost reduction of the optical system are required along with downsizing of the camera body. Regardless of whether it is a moving image or a still image, acquisition of more natural and stable video and composite processing of a plurality of images are highly important technologies. Lens distortion information and camera posture change information are acquired, a geometric deformation amount for the pixel of interest is given to each pixel, and distortion aberration correction and image blur correction can be realized by signal processing.
カメラの姿勢変化情報の取得には、角速度センサ(ジャイロセンサ)、加速度センサ(シフトセンサ)等の検出デバイスを使用する方法の他、入力画像と過去の参照画像との比較によって動きを検出する、いわゆる動きベクトル検出法がある。カメラの回転、並進の姿勢変化は、その画角変化が像振れとして画像に影響を及ぼす。このため、光学系内に配置した補正用の光学部材(補正レンズ)を駆動制御することで像振れを抑制できる。また、信号処理によって、射影変換等の自由度の高い幾何変形処理を画像データに施すことで像振れを抑制できる。 In addition to a method using a detection device such as an angular velocity sensor (gyro sensor) or an acceleration sensor (shift sensor), the movement of the camera is detected by comparing the input image with a past reference image. There is a so-called motion vector detection method. When the camera rotates or translates, the change in the angle of view affects the image as image shake. For this reason, image blur can be suppressed by driving and controlling a correction optical member (correction lens) disposed in the optical system. In addition, image blur can be suppressed by performing geometric deformation processing with a high degree of freedom such as projective transformation on image data by signal processing.
補正レンズの駆動制御による光学的な像振れ補正の場合、小さい駆動量で大きな補正角が得られるように設計される。反面で、補正レンズが光軸中心から外れることによる偏心歪曲収差による像歪みの影響が避けられなくなる。非偏心歪曲収差、カメラ姿勢変化、偏心歪曲収差による像歪みに対し、幾何変形補正を適正に行うためには要因ごとに補正を当てはめ、現象を生じさせる要因の逆順に従って補正する必要がある。その場合、幾何変形要因が増えて特性が複雑化すると、回路リソースやパラメータ数が要因ごとに増加する。これに伴い、パラメータ設定時間、実行時間が増加するため、補正処理の負荷および消費電力が増大してしまう。この問題に対し、像歪みの補正を適応的に実施する技術として、特許文献1に開示の装置は、手振れによるカメラの移動量を検出し、像振れ補正の適用可否を自動的に判別する。また、特許文献2に開示の装置では、カメラの振れ情報に基づいて、揺れ補正のための幾何変形パラメータの推定方法を変更することで、揺れ補正の座標変換方式を変更している。 In the case of optical image blur correction by drive control of the correction lens, the correction lens is designed to obtain a large correction angle with a small driving amount. On the other hand, the influence of the image distortion due to the eccentric distortion due to the correction lens deviating from the center of the optical axis is unavoidable. In order to appropriately correct geometric deformation for non-eccentric distortion, camera posture change, and image distortion due to decentration distortion, it is necessary to apply correction for each factor and to correct in the reverse order of the factors causing the phenomenon. In this case, when the geometric deformation factor increases and the characteristics become complicated, the circuit resource and the number of parameters increase for each factor. Along with this, parameter setting time and execution time increase, so that the load and power consumption of correction processing increase. With respect to this problem, as a technique for adaptively performing image distortion correction, the apparatus disclosed in Patent Document 1 detects the amount of camera movement due to camera shake and automatically determines whether image blur correction is applicable. In the apparatus disclosed in Patent Document 2, the coordinate transformation method for shake correction is changed by changing the estimation method of the geometric deformation parameter for shake correction based on camera shake information.
特許文献1では、像振れ補正の適用可否を二値制御しているので、制御の不連続性が問題となる。また、特許文献2の場合、カメラの振れ情報に基づいて幾何変形パラメータの推定方法を変更するだけでは対処できない課題がある。これらの従来技術では、非偏心歪曲収差や偏心歪曲収差による複雑な像歪みについて、複合的な幾何変形に対する制御が考慮されていない。
本発明の目的は、撮像装置の姿勢変化や撮影光学系により発生する像歪みに対する幾何変形補正の効果を実質的に確保しつつ、補正処理の負荷を軽減し、回路リソースの削減により消費電力を抑制することである。
In Patent Document 1, since whether or not to apply image blur correction is binary controlled, control discontinuity becomes a problem. In the case of Patent Document 2, there is a problem that cannot be dealt with only by changing the estimation method of the geometric deformation parameter based on camera shake information. In these conventional techniques, control for complex geometric deformation is not considered for complex image distortion due to non-eccentric distortion or decentration distortion.
An object of the present invention is to reduce the load of correction processing while substantially securing the effect of geometric deformation correction on the posture change of the image pickup apparatus and image distortion caused by the photographing optical system, and reduce power consumption by reducing circuit resources. It is to suppress.
上記課題を解決するために、本発明に係る装置は、撮影光学系および撮像素子により取得した画像に対し、複数の幾何変形による座標変換を合成して画素ごとに座標変換を施すことで画像補正を行う撮像装置であって、前記撮影光学系の光学パラメータによって変化する歪曲収差量のデータから幾何変形情報を生成する生成手段と、前記撮像装置の姿勢変化を検出する検出手段と、前記検出手段による検出情報を取得して幾何変形情報を算出する算出手段と、前記生成手段および算出手段から前記幾何変形情報を取得してそれぞれの座標変換の合成比率を決定する座標変換制御手段と、前記座標変換制御手段の指示する合成比率に従って幾何変形パラメータを出力する幾何変形量制御手段と、前記幾何変形パラメータを取得して幾何変換前の座標から幾何変換後の座標を出力する座標演算手段と、前記撮影光学系および撮像素子により取得した画像に対し、前記座標演算手段から指示された座標変換による幾何変形処理を行う幾何変形処理手段と、を備える。 In order to solve the above-described problems, the apparatus according to the present invention corrects an image by synthesizing coordinate transformations based on a plurality of geometric deformations on an image acquired by an imaging optical system and an imaging device, and performing coordinate transformation for each pixel. An imaging device that performs geometric deformation information from distortion amount data that changes according to optical parameters of the imaging optical system, a detection unit that detects a change in posture of the imaging device, and the detection unit Calculation means for obtaining detection information by calculating geometric deformation information, coordinate conversion control means for acquiring the geometric deformation information from the generation means and calculation means, and determining a composition ratio of the respective coordinate conversions, and the coordinates Geometric deformation amount control means for outputting a geometric deformation parameter in accordance with the composition ratio indicated by the conversion control means; Coordinate calculation means for outputting coordinates after geometric transformation from a standard, and geometric deformation processing means for performing geometric deformation processing by coordinate transformation instructed by the coordinate calculation means on an image acquired by the photographing optical system and the image sensor. .
本発明によれば、撮像装置の姿勢変化や撮影光学系により発生する像歪みに対する幾何変形補正の効果を実質的に確保しつつ、補正処理の負荷を軽減し、回路リソースの削減により消費電力を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the load of correction processing and to reduce power consumption by reducing circuit resources while substantially ensuring the effect of geometric deformation correction on the posture change of the imaging apparatus and image distortion caused by the photographing optical system. Can be suppressed.
本発明に各実施形態について、添付図面を参照して説明する。以下では、撮影光学系(結像光学系)および撮像素子により取得した画像に対し、複数の幾何変形による座標変換を順次実行し、1つの座標変換に合成して画素ごとに座標変換を施す撮像装置を説明する。複数の幾何変形処理による画像補正は、歪曲収差(偏心歪曲収差、非偏心歪曲収差)の補正、およびカメラ姿勢の補正を含む。偏心歪曲収差とは、光学系の光軸に対して非対称に生じる歪曲収差である。また、非偏心歪曲収差とは、光学系の光軸に対して点対称に生じる歪曲収差である。倍率色収差などの、歪曲以外の収差は除外される。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following, an image obtained by performing coordinate transformation by a plurality of geometrical deformations sequentially on an image acquired by a photographing optical system (imaging optical system) and an image sensor, and combining them into one coordinate transformation to perform coordinate transformation for each pixel The apparatus will be described. Image correction by a plurality of geometric deformation processes includes correction of distortion aberration (eccentric distortion aberration, non-eccentric distortion aberration) and camera attitude correction. Eccentric distortion is distortion that occurs asymmetrically with respect to the optical axis of the optical system. Non-eccentric distortion is distortion that occurs point-symmetrically with respect to the optical axis of the optical system. Aberrations other than distortion, such as chromatic aberration of magnification, are excluded.
図1は、本発明の一実施形態に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。
撮影光学系101は被写体像を形成するレンズ群を備える。補正レンズ102は撮影光学系101内にて、光軸とは異なる方向に移動可能な補正部材である。例えば光軸と直交する方向に移動可能な光学部材(シフトレンズ)が像振れ補正に使用される。補正部材にはチルトレンズ等を使用してもよい。
撮像素子103は、撮影光学系101により形成される被写体像を光電変換する、CCD(電荷結合素子)センサやCMOS(相補型金属酸化膜半導体)センサ等である。現像処理部104は、撮像素子103から出力される電気信号から映像信号を生成する。現像処理部104は不図示のA(アナログ)/D(デジタル)変換部、オートゲイン制御部(AGC)、オートホワイトバランス(AWB)部を含み、デジタル信号を出力する。撮影光学系101、撮像素子103、および現像処理部104により、画像取得を行う撮像系が構成される。メモリ105は、現像処理部104により生成された映像信号の1フレーム又は複数フレームの画像データを一時的に記憶保持する。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.
The photographing
The
収差情報記憶部106は、撮影光学系101の焦点距離、物体距離等の光学パラメータによって変化する収差量を、像高方向にて複数のデータとして保持している。収差補正パラメータ生成部(以下、変数生成部という)107は、収差情報記憶部106から出力される現在の光学パラメータを取得し、該パラメータに基づいて撮影光学系101の収差補正量を幾何変形パラメータ(幾何変形情報)として出力する。
The aberration
姿勢変化検出部108は、手振れやカメラワーク等の撮像装置の動きや姿勢変化の検出情報を取得するためのジャイロセンサ等の検出装置で構成される。幾何変形パラメータ推定部(以下、変数推定部という)109は、姿勢変化検出部108から姿勢変化検出情報を取得し、カメラ姿勢の補正パラメータを推定する。変数推定部109は推定した演算結果を幾何変形パラメータ(幾何変形情報)として出力するとともに、補正レンズ102の駆動量を算出して駆動制御部116に出力する。駆動制御部116は駆動量に従って補正レンズ102を駆動制御する。
The posture
座標変換制御部110は、変数生成部107および変数推定部109からそれぞれ出力されるパラメータと、撮影光学系101の焦点距離情報を取得し、各パラメータの合成比率を決定する。幾何変形量制御部111は、変数生成部107および変数推定部109からそれぞれ出力されるパラメータを取得し、座標変換制御部110からの指示される各パラメータの合成比率に基づいて各幾何変形に対応する幾何変形パラメータを算出する。座標演算部112は、幾何変形量制御部111から指示される幾何変形パラメータに基づいて、各幾何変形処理の座標計算を順次に行い、幾何変換前の座標から幾何変換後の座標を出力する。幾何変形処理部113は、メモリ105に保持されたフレーム画像データを読み出し、該データに対して座標演算部112から指示された座標変換による幾何変形処理を行い、処理済みの画像データをメモリ105に書き出す。画像記録部114は、収差補正が施された画像データをメモリ105から読み出して記録媒体に記録する。画像表示部115は収差補正が施された映像をディスプレイの画面上に表示する。
The coordinate
次に、本実施形態における幾何変形処理制御について、図2に示すフローチャートを参照して詳細に説明する。
処理開始後、S201、S203、S207の並行処理が実行される。S201にて、変数生成部107は現在の光学パラメータに基づいて、収差情報記憶部106に保持されたデータを取得する。図4(A)は、像高方向における収差量の変化を例示する。横軸は像高hを示し、縦軸は非偏心歪曲収差量D(h)を示す。メモリ容量を節約するために、光学パラメータに対する非偏心歪曲収差量のデータは離散的に保持されている。保持されていないプロット位置での光学パラメータについては、近傍位置での収差量から補間演算によって非偏心歪曲収差量が算出される。
Next, geometric deformation processing control in the present embodiment will be described in detail with reference to the flowchart shown in FIG.
After the processing starts, the parallel processing of S201, S203, and S207 is executed. In S201, the
S201の次にS202に進み、変数生成部107は、S201で得た撮影光学系101の収差量に基づいて幾何変形パラメータを推定する。例えば、推定により非偏心歪曲補正パラメータが算出される。撮影光学系101の非偏心歪曲収差量Δdは、像高に応じた参照画素位置の変化を示しており、歪曲率をD、撮像素子103のセルピッチをCp、理想像高をR、実像高をR’とすると、
図5は非偏心歪曲収差および偏心歪曲収差の説明図である。歪曲収差のない撮影光学系101であれば、結像によって得られる格子画像501は、図5(A)のように縦横線が直交した状態となる。撮影光学系101が非偏心歪曲収差をもつ場合には、例えば図5(B)の画像502に誇張して示すように被写体像が歪んで結像することになる。図5(B)には縦横線が樽型に変形した形状例を示す。
S203で姿勢変化検出部108は、撮像装置の姿勢変化を検出して動き情報を取得する。動き情報の一例としてジャイロセンサを使用した場合、撮像装置のヨー(Yaw)方向、ピッチ(Pitch)方向、ロール(Roll)方向の動き情報がそれぞれ得られる。尚、ジャイロセンサに限られるものではなく、撮像装置の動き情報を得るための別の手段(動きベクトル検出手段等)を用いてもよい。
FIG. 5 is an explanatory diagram of non-eccentric distortion and decentration distortion. If the photographic
In step S <b> 203, the posture
図6は姿勢変化の説明図である。撮像装置が姿勢変化のない状態であれば、結像して得られる格子画像601は図6(A)のように縦横線が直交した状態となる。撮像装置の姿勢変化を生じると、例えば図6(B)の画像602に誇張して示すように被写体像が歪んで結像することになる。図6(B)には縦横線が斜交した形状例を示す。
FIG. 6 is an explanatory diagram of posture change. If the imaging apparatus is in a state where there is no change in posture, the
図2のS203の後、S204とS205の並行処理が実行される。
S204で変数推定部109は、S203で得た撮像装置の姿勢変化量に基づいて、複数のフレーム画像間の幾何変形パラメータを推定する。本実施形態では、幾何変形を表す一例として、ホモグラフィ行列と呼ばれる3行3列の行列を用いる場合について説明する。
After S203 of FIG. 2, the parallel processing of S204 and S205 is executed.
In S204, the
まず、画像上のある点aを、
ホモグラフィ行列Hは、画像間の並進、回転、変倍、せん断、あおりによる変形量を示す行列であり、下式で表すことができる。
・パラメータh13、h23:並進の動き成分。
・パラメータh11、h12、h21、h22:回転、変倍、せん断の動き成分。
・パラメータh31、h32:あおりの動き成分。
あおりの動き成分までを防振制御の対象とする場合には、8個のパラメータ全てを推定しなければならないため、8自由度の最小二乗法を使用する必要がある。また、回転の動き成分までを防振制御の対象とする場合には、あおりの動き成分を表すパラメータh31、h32を推定する必要がない。このため、それ以外の6個のパラメータの推定、つまり6自由度での最小二乗法による推定を行えばよい。また、並進の動き成分のみを防振の対象とする場合には、パラメータh13、h23についてのみ推定を行えばよい。
The homography matrix H is a matrix indicating the amount of deformation caused by translation, rotation, scaling, shearing, and tilting between images, and can be expressed by the following equation.
Parameters h 13 and h 23 : translational motion components.
Parameters h 11 , h 12 , h 21 , h 22 : Motion components of rotation, zooming and shearing.
Parameters h 31 and h 32 : Movement components of tilt.
In the case where the motion component of the tilt is targeted for the image stabilization control, since all eight parameters must be estimated, it is necessary to use the least square method with 8 degrees of freedom. Further, in the case where even the rotational motion component is the target of the image stabilization control, it is not necessary to estimate the parameters h 31 and h 32 representing the tilt motion component. For this reason, estimation of the other six parameters, that is, estimation by the least square method with six degrees of freedom may be performed. In addition, when only translational motion components are targeted for image stabilization, only the parameters h 13 and h 23 need be estimated.
姿勢変化検出部108にジャイロセンサを使用する場合、ヨー方向、ピッチ方向、ロール方向でそれぞれγ、β、αの回転ブレが検出される。この場合、ホモグラフィ行列Hgとして得られる幾何変形パラメータは、下式により表すことができる。
S205で変数推定部109は、補正レンズ102の駆動量を算出して駆動制御部116に出力する。補正レンズ102の駆動量については、姿勢変化検出部108から得られるヨー方向とピッチ方向の各回転角を戻すように駆動制御部116に指示される。補正レンズ102の水平方向、垂直方向の駆動量をそれぞれδ、θとする。ヨー方向、ピッチ方向の各回転角と、補正レンズ102の駆動量δ、θとの関係は、デバイス(補正光学系)の機構部の構造で定まるものであり、一次関数等の低次な関数により表現できる。
In step S <b> 205, the
S205の次にS206へ進み、変数推定部109は偏心歪曲補正パラメータを算出する。補正レンズ102の水平方向、垂直方向の各駆動量δ、θより、偏心歪曲収差の幾何変形量は、
このとき、補正レンズ102で生じる偏心歪曲収差は補正レンズ102の駆動量に応じて発生しており、駆動量が大きくなるにつれて偏心歪曲収差量が増大する。偏心歪曲収差のない状態での、図5(A)に示す格子画像501は、偏心歪曲収差により変形する。例えば、図5(C)の画像503に誇張して示すように被写体像が歪んで結像することになる。
In step S206 after step S205, the
At this time, the eccentric distortion generated in the
S207で変数推定部109は、撮影光学系101の焦点距離情報を取得する。この情報は、撮影光学系101の制御情報として、撮像装置内のCPU(中央演算処理装置)等の制御部が保持して使用する情報である。ズーム位置の検出法については既知として説明を省略する。次のS208で座標変換制御部110は、変数生成部107および変数推定部109からそれぞれ出力される幾何変形パラメータ、および撮影光学系101の焦点距離情報に基づいて各幾何変形パラメータの合成比率を決定する。例えば焦点距離が短い場合、撮影光学系101は樽型の非偏心歪曲収差を生じやすい(図5(B)参照)が、焦点距離が長くなるにつれて、非偏心歪曲収差はなくなるか、または若干糸巻型となるように設計される。座標変換制御部110は、焦点距離が長くなるにつれて、非偏心歪曲収差補正パラメータを設計値以上に弱めるように制御ゲイン値を出力する。その様子を図4(A)に例示する。設計上ではグラフ線Aで示す補正特性に対して、制御ゲインを乗じる演算が行われる。その結果、グラフ線Bで示す補正特性に変更されるので、補正効果を弱めることができる。尚、補正特性を変化させる方法については、補正特性を複数のデータとしてメモリに保持して適宜に選択してもよい。
In step S <b> 207, the
図4(B)を参照して、焦点距離が短くなるにつれて、非偏心歪曲収差補正の重みを大きくする場合の制御特性例を説明する。図4(B)の横軸は焦点距離を示し、縦軸は補正ゲイン、つまり、非偏心歪曲収差補正に係るゲイン係数を示す。図4(A)のグラフ線Aに示す特性(横軸X=0で縦軸Y=1.0)に対して、図4(B)の補正ゲインが乗算される。
図4(C)は、焦点距離が長くなるにつれて、偏心歪曲収差補正の重みを大きくする場合の制御特性例を示す。図4(C)の横軸は焦点距離を示し、縦軸は補正ゲイン、つまり、偏心歪曲収差補正に係るゲイン係数を示す。(式7)の各駆動量δ、θに対して、図4(C)の補正ゲインが乗算される。
図4(B)、図4(C)に示す制御特性は、2つの座標変換処理を正規に実施した状態にて補正ゲインが1.0となるように定義される。これらの特性に従う制御は同時に実行され、かつ補正ゲイン(ゲイン係数値)の合計値が1.0以下に制御される。これにより、焦点距離が短い時には非偏心歪曲収差補正の合成比率が高く、焦点距離が長い時には、偏心歪曲収差補正の合成比率が高くなるように、座標変換を制御することができる。合成比率とは複数の補正を組み合わせる際に設定される割合を表す。焦点距離が短い場合、非偏心歪曲収差補正が相対的に大きな比率を占め、焦点距離が長い場合、偏心歪曲収差補正が相対的に大きな比率を占める。さらには、補正ゲインの合計値がゼロとなる期間を設けることで、いずれの座標変換も行わない遷移期間を持たせ、切り替わり時の違和感を緩和することができる。
With reference to FIG. 4B, an example of control characteristics when the weight of non-eccentric distortion correction is increased as the focal length becomes shorter will be described. In FIG. 4B, the horizontal axis indicates the focal length, and the vertical axis indicates the correction gain, that is, the gain coefficient related to non-eccentric distortion correction. The characteristic shown in the graph line A of FIG. 4A (horizontal axis X = 0 and vertical axis Y = 1.0) is multiplied by the correction gain of FIG. 4B.
FIG. 4C shows an example of control characteristics when the decentration distortion correction weight is increased as the focal length is increased. In FIG. 4C, the horizontal axis indicates the focal length, and the vertical axis indicates the correction gain, that is, the gain coefficient related to the eccentric distortion correction. Each drive amount δ, θ in (Expression 7) is multiplied by the correction gain in FIG.
The control characteristics shown in FIGS. 4B and 4C are defined so that the correction gain becomes 1.0 in a state where two coordinate conversion processes are normally performed. Controls according to these characteristics are executed simultaneously, and the total value of correction gains (gain coefficient values) is controlled to 1.0 or less. Thus, the coordinate conversion can be controlled so that the non-eccentric distortion correction composition ratio is high when the focal distance is short, and the decentration distortion correction composition ratio is high when the focal distance is long. The composition ratio represents a ratio set when combining a plurality of corrections. When the focal length is short, non-eccentric distortion correction occupies a relatively large ratio, and when the focal distance is long, decentration distortion correction occupies a relatively large ratio. Furthermore, by providing a period in which the total value of the correction gains is zero, it is possible to have a transition period in which no coordinate conversion is performed, and to relieve the uncomfortable feeling at the time of switching.
また、座標変換制御部110は、焦点距離が長くなるにつれて、補正レンズ102の駆動量δ、θに基づく幾何変形補正パラメータを、レンズ駆動量に対して弱めるように制御ゲイン値を出力する。これは、(式7)の各駆動量δ、θの値が小さくなるようにゲインを乗じることで実現できる。補正レンズ102の幾何変形補正パラメータを変化させる方法については、補正パラメータ制御関数を複数持つことで適宜に選択してもよい。
Further, the coordinate
図2に示す4系統の並行処理を終えると、S209に進む。S209で幾何変形量制御部111は、座標変換制御部110からの指示による各幾何変形の合成比率に基づいて、各幾何変形のパラメータを算出する。例えば、撮像装置の姿勢変化の補正と撮影光学系の偏心歪曲収差の補正についての合成比率が決定されて、それぞれの幾何変形パラメータが算出される。
座標変換による補正処理では、座標演算部112がカメラの姿勢変化の補正、非偏心歪曲収差の補正、偏心歪曲収差の補正の順に演算を実行することで、像歪みを正しく補正できる。カメラの姿勢変化の補正と偏心歪曲収差の補正は、いずれも射影変換により実現できる。つまり、(式6)、(式7)に示した2つのホモグラフィ行列が乗算されて、以下のホモグラフィ行列Hmが算出される。
In the correction processing by coordinate transformation, the coordinate
座標変換制御部110は、撮影光学系101の焦点距離が短い場合、偏心歪曲収差の補正がかからないように制御し、また、焦点距離が長い場合には非偏心歪曲収差の補正がかからないように制御する。射影変換は1回で済むが、幾何変形補正は正しく行われることになる。S210で幾何変形処理部113は、S209で得られた座標演算部112の指示に従い、座標変換による幾何変形処理を行う。
The coordinate
以上説明したように本実施形態では、撮影光学系101の非偏心歪曲収差、撮像装置の姿勢変化、補正レンズ102による偏心歪曲収差を補正する際、焦点距離に応じて非偏心歪曲収差の補正量と偏心歪曲収差の補正量に係る重み付けを制御する。すなわち、前記した補正ゲインの乗算処理によって制御特性が決定される。また、撮像装置の姿勢変化の補正に係る座標変換と撮影光学系の偏心歪曲収差の補正に係る座標変換との合成比率が決定される。これにより、補正効果を実質的に維持しながら、補正パラメータの設定や補正処理自体の処理負荷を軽減でき、回路リソースの削減による消費電力の抑制を実現できる。
尚、非偏心歪曲収差の補正量と偏心歪曲収差の補正量についての重み付けについては、歪曲収差なしの焦点距離で互いにゼロとなるように制御することで、幾何変形補正の連続性を維持できる。また、非偏心歪曲収差の補正および偏心歪曲収差の補正のいずれも実施しない焦点距離領域を設けることで、幾何変形補正の連続性を維持できる。
As described above, in the present embodiment, when correcting the decentration distortion aberration of the photographing
Note that the continuity of the geometric deformation correction can be maintained by controlling the non-eccentric distortion correction amount and the decentration distortion correction amount so as to be zero with respect to the focal length without distortion. In addition, by providing a focal length region in which neither the decentration distortion correction nor the eccentric distortion correction is performed, the continuity of the geometric deformation correction can be maintained.
[第2実施形態]
次に本発明の第2実施形態を説明する。第2実施形態と第1実施形態との制御上の差異は、補正レンズ102によって生じる、偏心歪曲収差量に応じた非偏心歪曲収差補正と偏心歪曲収差補正に関する重み付けにある。よって、本実施形態にて第1実施形態の場合と同様の構成については既に使用した符号を用いることによって、それらの詳細な説明を省略し、相違点を説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The difference in control between the second embodiment and the first embodiment lies in the weighting related to the decentration distortion correction and the decentration distortion correction according to the amount of decentering distortion generated by the
図3のフローチャートを参照して、本実施形態における制御を詳細に説明する。本実施形態では、図2のS207が無い代わりに、S205の後でS206とS208の処理が並行して実行される。従って、S208の処理のみを説明する。
S208で座標変換制御部110は、変数生成部107および変数推定部109からそれぞれ出力される幾何変形パラメータを取得する。そして座標変換制御部110は、S205で算出された補正レンズ102の水平方向、垂直方向の各駆動量δ、θに基づいて各幾何変形パラメータの合成比率を決定する。
補正レンズ102の駆動量δ、θが小さい場合、補正レンズ102は偏心歪曲収差を生にくいが、駆動量δ、θが大きくなるにつれて偏心歪曲収差が大きくなる。座標変換制御部110は、駆動量δ、θが大きくなるにつれて、非偏心歪曲収差の補正パラメータを設計値以上に弱め、偏心歪曲収差を設計通りに補正できるよう、制御ゲイン値を出力する。その際、駆動量の大きさについては、δ、θのうちのいずれか大きい方で制御してもよいし、2つの角度の二乗平均値等のように、合成された大きさを用いて制御してもよい。
With reference to the flowchart of FIG. 3, the control in this embodiment is demonstrated in detail. In the present embodiment, instead of the absence of S207 in FIG. 2, the processes of S206 and S208 are executed in parallel after S205. Therefore, only the process of S208 will be described.
In S208, the coordinate
When the drive amounts δ and θ of the
図4(D)を参照して、偏心歪曲収差量が大きくなるにつれて、非偏心歪曲収差補正の重みを小さくする場合の制御特性例を説明する。図4(D)の横軸は補正レンズ102の駆動量 δまたはθを示す。偏心歪曲収差量は、補正レンズ102の駆動量 δ、θ で定義することができる。縦軸は補正ゲイン、つまり、非偏心歪曲収差補正に係るゲイン係数を示す。図4(A)の特性に対して、図4(D)の補正ゲインが乗算される。
図4(E)は、偏心歪曲収差量が大きくなるにつれて、偏心歪曲収差補正の重みを大きくする場合の制御特性例を示す。図4(E)の横軸は補正レンズ102の駆動量 δまたはθを示す。縦軸は補正ゲイン、つまり、偏心歪曲収差補正に係るゲイン係数を示す。(式7)の各駆動量δ、θに対して、図4(E)の補正ゲインが乗算される。
図4(D)、図4(E)に示す制御特性は、2つの座標変換処理を正規に実施した状態にて補正ゲインが1.0となるように定義される。これらの制御特性に従う制御は同時に実行され、かつ補正ゲインの合計値が1.0以下に制御される。これにより、偏心歪曲収差量が小さい時には非偏心歪曲収差補正の合成比率が高くなり、偏心歪曲収差量が大きい時には、偏心歪曲収差補正の合成比率が高くなる。このように、偏心歪曲収差量が大きくなるにつれて、非偏心歪曲収差補正の重みを小さくすることによる相対的な結果として、偏心歪曲収差補正およびカメラ姿勢変化の補正の合成比率が高くなるように座標変換を制御できる。
非偏心歪曲収差補正特性を変化させる方法については、補正特性を複数のデータでメモリに保持して適宜に切り替えてもよい。また、補正レンズ102の幾何変形補正パラメータを変化させる方法については、補正パラメータ制御関数を複数持つことで適宜に選択してもよい。
With reference to FIG. 4D, an example of control characteristics in the case where the weight of non-eccentric distortion correction is reduced as the amount of decentering distortion increases will be described. The horizontal axis of FIG. 4D indicates the driving amount δ or θ of the
FIG. 4E shows an example of control characteristics when the weight of decentration distortion correction is increased as the amount of decentration distortion increases. The horizontal axis of FIG. 4E indicates the driving amount δ or θ of the
The control characteristics shown in FIGS. 4D and 4E are defined so that the correction gain is 1.0 in a state where two coordinate conversion processes are normally performed. Controls according to these control characteristics are executed simultaneously, and the total value of the correction gains is controlled to 1.0 or less. Thereby, when the amount of decentration distortion is small, the composition ratio of non-eccentric distortion correction is high, and when the amount of decentration distortion is large, the composition ratio of decentration distortion correction is high. As described above, as the amount of decentering distortion increases, as a relative result of reducing the weight of non-decentering distortion correction, coordinates are set so that the combined ratio of decentration distortion correction and camera posture change correction increases. You can control the conversion.
As for the method of changing the non-eccentric distortion correction characteristic, the correction characteristic may be held in a memory with a plurality of data and switched as appropriate. The method for changing the geometric deformation correction parameter of the
本実施形態では、撮影光学系101の焦点距離情報を取得して合成比率を算出する必要がないので、処理が簡単化される。すなわち、補正レンズ102の駆動量に基づいて各幾何変形パラメータの合成比率が決定される。本実施形態によれば、補正効果を実質的に維持しつつ、補正パラメータの設定や補正処理自体の処理負荷を軽減し、回路リソースの削減により消費電力の抑制を実現できる。尚、非偏心歪曲収差補正と偏心歪曲収差補正のいずれも実施しない補正レンズ102の駆動量領域を設けることで、幾何変形補正の連続性を維持できるように制御してもよい。
In this embodiment, since it is not necessary to obtain the focal length information of the photographing
101・・・撮影光学系
102・・・補正レンズ
103・・・撮像素子
106・・・収差情報記憶部
107・・・収差補正パラメータ生成部
108・・・姿勢変化検出部
109・・・幾何変形パラメータ推定部
110・・・座標変換制御部
111・・・幾何変形量制御部
112・・・座標演算部
113・・・幾何変形処理部
116・・・駆動制御部
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記撮影光学系の光学パラメータによって変化する歪曲収差量のデータから幾何変形情報を生成する生成手段と、
前記撮像装置の姿勢変化を検出する検出手段と、
前記検出手段による検出情報を取得して幾何変形情報を算出する算出手段と、
前記生成手段および算出手段から前記幾何変形情報を取得してそれぞれの座標変換の合成比率を決定する座標変換制御手段と、
前記座標変換制御手段の指示する合成比率に従って幾何変形パラメータを出力する幾何変形量制御手段と、
前記幾何変形パラメータを取得して幾何変換前の座標から幾何変換後の座標を出力する座標演算手段と、
前記撮影光学系および撮像素子により取得した画像に対し、前記座標演算手段から指示された座標変換による幾何変形処理を行う幾何変形処理手段と、を備えることを特徴とする撮像装置。 An image capturing apparatus that performs image correction by synthesizing coordinate transformation by a plurality of geometric deformations and performing coordinate transformation for each pixel on an image acquired by an imaging optical system and an imaging element,
Generating means for generating geometric deformation information from distortion amount data that varies depending on optical parameters of the photographing optical system;
Detecting means for detecting a change in posture of the imaging device;
Calculating means for obtaining detection information by the detecting means and calculating geometric deformation information;
Coordinate transformation control means for obtaining the geometric deformation information from the generation means and the calculation means and determining a composition ratio of the respective coordinate transformations;
Geometric deformation amount control means for outputting geometric deformation parameters in accordance with the composition ratio indicated by the coordinate transformation control means;
Coordinate calculation means for obtaining the geometric deformation parameters and outputting coordinates after geometric transformation from coordinates before geometric transformation;
An imaging apparatus comprising: geometric deformation processing means for performing geometric deformation processing by coordinate transformation instructed by the coordinate calculation means on an image acquired by the photographing optical system and the imaging element.
前記幾何変形処理手段は、前記座標演算手段からの指示にしたがって幾何変形処理を行い、前記撮像装置の姿勢変化の補正、前記撮影光学系の非偏心歪曲収差の補正、偏心歪曲収差の補正を実行することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 Before SL calculation means may calculates and outputs the driving amount of the correction member used in image blur correction to the drive control means of the correcting member, said generating means and said calculating means non decentering distortion of the photographing optical system and Each of the correction parameters for the eccentric distortion is calculated and output to the coordinate conversion control means,
The geometric transformation processing means performs geometric deformation processing in accordance with an instruction from the coordinate calculating unit, the correction of a change in the posture of the imaging device, the correction of the non-decentering distortion of the photographing optical system, executes the correction of decentering distortion The imaging apparatus according to claim 1, wherein:
前記撮影光学系の光学パラメータによって変化する歪曲収差量のデータから幾何変形情報を生成する生成ステップと、
撮像装置の姿勢変化を検出する検出ステップと、
前記検出ステップでの検出情報を取得して幾何変形情報を算出する算出ステップと、
前記生成ステップで生成された幾何変形情報、および前記算出ステップで算出された幾何変形情報を取得してそれぞれの座標変換の合成比率を決定する座標変換制御ステップと、
前記座標変換制御ステップにて決定された合成比率に従って幾何変形パラメータを出力する幾何変形量制御ステップと、
前記幾何変形パラメータを取得して幾何変換前の座標から幾何変換後の座標を出力する座標演算ステップと、
前記撮影光学系および撮像素子により取得した画像に対し、前記座標演算ステップでの出力にしたがって座標変換による幾何変形処理を行う幾何変形処理ステップと、を有することを特徴とする画像補正方法。
An image correction method for performing image correction by synthesizing coordinate transformations by a plurality of geometric deformations and performing coordinate transformation for each pixel on an image acquired by an imaging optical system and an imaging element,
A generating step for generating geometric deformation information from distortion amount data that varies depending on optical parameters of the photographing optical system;
A detection step of detecting a change in posture of the imaging device;
A calculation step of obtaining detection information in the detection step and calculating geometric deformation information;
A coordinate transformation control step of obtaining the geometric deformation information generated in the generating step and the geometric deformation information calculated in the calculating step and determining a composition ratio of the respective coordinate transformations;
A geometric deformation amount control step for outputting a geometric deformation parameter in accordance with the composition ratio determined in the coordinate transformation control step;
A coordinate calculation step of obtaining the geometric deformation parameters and outputting coordinates after geometric transformation from coordinates before geometric transformation;
An image correction method comprising: a geometric deformation processing step of performing a geometric deformation process by coordinate transformation on an image acquired by the photographing optical system and the image sensor in accordance with an output in the coordinate calculation step.
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