JP6635149B2 - 画像処理装置及び撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、画像処理装置及び撮像装置に関する。
画像データから評価値を求め、当該評価値に基づいて被写体のコントラスト、被写体の合焦データを評価する画像処理装置及び撮像装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
[特許文献1] 特開2010−175696号公報
しかしながら、画像データの増大に伴って、評価値の算出に時間がかかるといった課題がある。
本発明の第1の態様においては、複数の画素のそれぞれから出力された複数の画素信号を定められたビット数でデジタル化した、複数の画素値を含む画像データを生成する画像生成部と、複数の画素値のうちの少なくともいずれかの画素値のビット数を減らして、画像データに関する評価をおこなう評価部と、を備え、評価部は、前記複数の画素値に基づいて減らすビット数を変える、画像処理装置を提供する。
本発明の第2の態様においては、上述画像処理装置を備える撮像装置を提供する。
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
撮像装置10の全体構成図である。 画像処理を説明するフローチャートである。 画像データに含まれる画素のうち、一部の画素のエネルギー量を示すグラフである。 各画素のエネルギー量の下位4ビットを四捨五入した凹みの検出処理について説明する図である。 各画素のエネルギー量の下位5ビットを四捨五入した凹みの検出処理について説明する図である。 各画素のエネルギー量の下位3ビットを四捨五入した凹みの検出処理について説明する図である。 各画素のエネルギー量の下位4ビットを切り捨てた凹みの検出処理を説明する図である。 キャッシュ構造の記憶部20に記憶された評価値のデータ構造を示す図である。 画像内の広域のエネルギー量と画素の位置との関係を示すグラフである。 図9のエネルギー量の上位3ビットを削除したエネルギー量と画素の位置との関係のグラフである。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図1は、撮像装置10の全体構成図である。撮像装置10の一例は、デジタルカメラである。図1に示すように、撮像装置10は、撮像部12と、表示部14と、画像処理部16とを備える。
撮像部12は、CCD(Charge-coupled Device)イメージセンサまたはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等の撮像素子、レンズ等の光学系及び光学系を駆動する駆動部を有する。撮像部12は、撮像した被写体の画像信号を画像処理部16へと出力する。
表示部14は、液晶表示装置、有機EL表示装置等を有する。表示部14は、画像処理部16が画像信号から生成した画像データを取得して、画像を表示する。
画像処理部16の一例は、コンピュータである。画像処理部16は、制御部18と、記憶部20とを有する。
制御部18の一例は、CPU(Central Processing Unit)の演算処理装置である。制御部18は、画像生成部22と、評価値演算部24と、評価値解析部26とを有する。制御部18は、記憶部20に記憶された画像処理プログラムを読み込むことによって、画像生成部22と、評価値演算部24と、評価値解析部26として機能する。尚、画像生成部22、評価値演算部24、及び、評価値解析部26のいずれか一部を回路等によって構成してもよい。
画像生成部22は、撮像部12から画像信号を取得する。画像生成部22は、複数の画素のそれぞれから出力された複数の画素信号を予め定められたビット数でデジタル化した、複数の画素のエネルギー量を含む画像データを生成する。画像生成部22は、生成した画像データを評価値演算部24へと出力するとともに、記憶部20に記憶させる。
評価値演算部24は、画像生成部22から画像データを取得する。評価値演算部24は、複数の画素のエネルギー量のうちの少なくともいずれかの画素のエネルギー量のビット数を減らして、画像データに関する評価値を演算する。画素のエネルギー量は、画素値の一例である。また、評価値演算部24は、上述した少なくともいずれかの画素のエネルギー量を示すビット列の一部に対応付けて評価値を記憶部20に記憶させる。さらに、複数の画素のエネルギー量のうちの他の画素のエネルギー量を示すビット列の一部が記憶部20に記憶されたビット列の一部に一致した場合に、評価値を演算することに代えて、評価値を記憶部20から取得する。ここでいう画素のエネルギー量を示すビット列の一部とは、複数桁のビット列の一部の桁のことであって、例えば、複数桁のビット列の下4桁または上4桁のことである。評価値演算部24は、演算した評価値、または、記憶部20から取得した評価値を評価値解析部26へと出力する。
評価値解析部26は、評価値演算部24から評価値を取得する。また、評価値解析部26は、記憶部20から画像データを取得してもよい。評価値解析部26は、取得した評価値及び画像データに基づいて、撮像部12及び表示部14を制御する。例えば、評価値解析部26は、取得した評価値を解析して、合焦データを演算する。撮像部12の駆動部を制御して光学系のレンズを被写体に合焦させる。また、評価値解析部26は、取得した評価値から被写体のコントラストまたはエッジを演算する。評価値解析部26は、当該コントラストまたはエッジに基づいて撮像部12を制御する。
記憶部20は、評価処理等に関する情報を記憶する。記憶部20は、例えば、評価値演算部24によって演算された評価値を記憶する。より具体的には、記憶部20は、少なくともいずれかの画素のエネルギー量のビット列の一部に対応付けて評価値を記憶する。
図2は、評価処理を説明するフローチャートである。図2に示すように、評価処理が開始すると、画像生成部22は撮像部12から画像信号を取得して、画像データを生成する(S10)。
次に、評価値演算部24は、ステップS16からステップS22の処理を、X方向及びY方向にマトリックス状に配列された、全ての画素について実行する(S12、S14、S24、S26)。
まず、評価値演算部24は、演算対象の画素のエネルギー量と同じエネルギー量による評価値が既に演算されているか否かを記憶部20に記憶された評価値から判定する(S12)。
評価値演算部24は、当該エネルギー量の評価値が既に演算されていると判定すると(S16:Yes)、記憶部20から当該評価値を抽出する(S18)。
一方、評価値演算部24は、当該エネルギー量の評価値が演算されていないと判定すると(S16:No)、エネルギー量から当該画素の評価値を演算する(S20)。評価値演算処理については、後述する。評価値演算部24は、演算した評価値を記憶部20に記憶させる(S22)。
この後、評価値演算部24が、X方向及びY方向に1画素ずつずれて、全ての画素をスキャンして、ステップS16からS22の処理を全ての画素について実行すると、評価値解析部26が、演算された評価値を取得して解析する(S28)。これにより、評価処理が終了する。
図3は、画像データに含まれる画素のうち、一部の画素のエネルギー量を示すグラフである。図3において、縦軸は、画素のエネルギー量を示し、横軸は、画素の位置を示す。また、黒丸は、各画素を示す。画素のエネルギー量は、12ビットで表示する。尚、画素のエネルギー量のうち、上位4ビットは、特定せずに「XXXX」とし、いずれの値が入っていてもよいとする。
図3において、細い折れ線は、各画素のエネルギー量を連結した線である。評価値演算部24は、評価値が記憶部20に記憶されていない場合、演算対象の画素と、当該画素に隣接する複数個(例えば、5個)の画素とのエネルギー量の平均値を算出して、当該折れ線グラフの凹みを検出する。
図4から図6は、図3のグラフを近似して凹みを検出する方法を説明するグラフである。図4から図6における縦軸及び横軸は、図3と同じである。図4から図6に示す例においては、特定のビットを四捨五入することにより、評価値を算出するビット数を減らす。
図4は、各画素のエネルギー量の下位4ビットを四捨五入した凹みの検出処理について説明する図である。図4において、細い折れ線は、図3の折れ線と同じ、即ち、近似していないエネルギー量を連結した線である。図4において、太い折れ線は、図3の各画素の下位4ビットを四捨五入したエネルギー量を、連結した線である。即ち、図4に示す太い折れ線上の四捨五入されたエネルギー量は、横軸の細直線または太い点線上にプロットされる。
図4に示すように、評価値演算部24は、下位4ビットを四捨五入した太い折れ線の場合においても、四捨五入しなかった細い折れ線の場合と同じ個所で凹みを検出することができる。ここで、評価値演算部24は、予め定められた画素の範囲内の凹みが凹み検出範囲以上か否かによって凹みか否かを判定する。図4に示す例では、「画素の範囲」は、5画素分であって、「凹みの検出範囲」のエネルギー量は、10_0000である。尚、凹みの判定に使用される「画素の範囲」及び「凹み検出範囲」は、ユーザが適宜変更してもよく、検出される凹みの個数等によって評価値演算部24が自動で変更してもよい。これらの範囲を変更することにより、検出される凹みの大きさを変更することができる。
図4に示すように、「画素の範囲」及び「凹み検出範囲」が同じであれば、評価値演算部24は、下位4ビットを四捨五入したエネルギー量においても、四捨五入していない場合の演算と略同じ凹みを検出できる。これにより、評価値演算部24は、凹み検出の精度を下げることなく、処理の時間を短縮することができる。
評価値演算部24は、凹みを検出すると、凹みの個所の画素を中心とする近傍で大きなコントラストの変化が存在すると判定する。また、評価値演算部24は、凹みの個所の画素に色の変化を示すエッジが存在すると判定する。
図5は、各画素のエネルギー量の下位5ビットを四捨五入した凹みの検出処理について説明する図である。図5において、細い折れ線は、図3の折れ線と同じ、即ち、近似していないエネルギー量を連結した線である。図5において、太い折れ線は、図3の各画素の下位5ビットを四捨五入したエネルギー量を連結した線である。即ち、図5に示す太い折れ線上の四捨五入されたエネルギー量は、横軸の細直線上にプロットされる。四捨五入するビット数を増加させた場合、凹みの判定に使用される「凹みの検出範囲」を大きくすることが好ましい。即ち、図4に示す「凹みの検出範囲」よりも、図5に示す「凹みの検出範囲」を大きくすることが好ましい。図5に示す例では、凹みの判定に使用される「画素の範囲」は、5画素分であって、「凹みの検出範囲」のエネルギー量は、100_0000である。
図5に示すように、「画素の範囲」及び「凹み検出範囲」が同じであれば、評価値演算部24は、下位5ビットを四捨五入したエネルギー量においても、四捨五入していない場合の演算と略同じ凹みを検出できる。
図6は、各画素のエネルギー量の下位3ビットを四捨五入した凹みの検出処理について説明する図である。図6において、細い折れ線は、図3の折れ線と同じ、即ち、近似していないエネルギー量を連結した線である。図6において、太い折れ線は、図3の各画素の下位3ビットを四捨五入したエネルギー量を連結した線である。即ち、図6に示す太い折れ線上の四捨五入されたエネルギー量は、横軸の細直線上または太点線上にプロットされる。四捨五入するビット数を減少させた場合、凹みの判定に使用される「凹みの検出範囲」を小さくすることが好ましい。即ち、図4に示す「凹みの検出範囲」よりも、図6に示す「凹みの検出範囲」を小さくすることが好ましい。図6に示す例では、凹みの判定に使用される「画素の範囲」は、5画素分であって、「凹みの検出範囲」のエネルギー量は、1_0000である。
図6に示すように、「画素の範囲」及び「凹み検出範囲」が同じであれば、評価値演算部24は、下位3ビットを四捨五入したエネルギー量においても、四捨五入していない場合の演算と略同じ凹みを検出できる。
また、図4及び図5に示すように、四捨五入するビット数を増加させることにより、評価値演算部24が検出する凹みの個数が減少する。一方、図4及び図6に示すように、四捨五入するビット数を減少させることにより、評価値演算部24が検出する凹みの個数が増加する。即ち、四捨五入させるビット数によって、評価値演算部24が検出する凹みの個数を増減させることができる。
従って、各画素のエネルギー量の変化が大きい場合、四捨五入させるビット数を増加させることにより、評価値演算部24は、高速に凹みを検出することができる。一方、各画素のエネルギー量の変化が小さい場合であっても、四捨五入させるビット数を減少させることにより、評価値演算部24は、精度よく凹みを検出することができる。尚、四捨五入させるビット数は、評価値演算部24が、自動で設定してもよい。例えば、評価値演算部24は、エネルギー量の変化量の閾値として設定された変化閾値がエネルギー量の変化量よりも、大きい場合、四捨五入させるビット数を増加させ、変化閾値がエネルギー量の変化量よりも小さい場合、四捨五入させるビット数を減少させることができる。
図7に基づいて、各画素のエネルギー量の下位4ビットを切り捨てることによりビット数を減らした凹みの検出処理を説明する図である。図7において、細い折れ線は、図3の折れ線と同じ、即ち、近似していないエネルギー量を連結した線である。図7において、太い折れ線は、図3の各画素の下位4ビットを切り捨てたエネルギー量を連結した線である。即ち、図7に示す太い折れ線上の下位4ビットを切り捨てたエネルギー量は、横軸の太点線上にプロットされる。図7に示す例では、凹みの判定に使用される「画素の範囲」は、5画素分であって、「凹みの検出範囲」のエネルギー量は、10_0000である。
図7に示すように、「画素の範囲」及び「凹み検出範囲」が同じであれば、評価値演算部24は、下位4ビットを切り捨てたエネルギー量においても、下位4ビットを切り捨てていない場合の演算と略同じ凹みを検出できる。
注目している画素のエネルギー量と、他の画素のエネルギー量が同じで、それらに隣接する画素のエネルギー量もそれぞれ同じであれば、注目している画素に対する評価値と当該他の画素に対する評価値とは一致するかまたは近い値となることが多い。そこで、注目している画素に対する評価値の計算を省略して、当該他の画素に対する評価値で近似してもよい。図8は、そのような近似に用いられるキャッシュ構造の記憶部20に記憶された評価値のデータ構造を示す図である。ここでいう記憶部20の一例は、SRAM(Static Random Access Memory)によって構成されるキャッシュメモリである。図8は、1ウエイ当たりのキャッシュを示す。
図8に示すように、記憶部20のキャッシュ構造のアドレスとして、ビット数が減らされた画素のエネルギー量の数値を示すビット列が用いられる。記憶部20のTagの領域には、対象画素の前後の画素のエネルギー量がビット列として記憶される。図2のステップS22において、画素のエネルギー量及び当該画素の前後の画素のエネルギー量と関連付けて、演算された評価値が演算結果として記憶部20に記憶される。Valid Bitは、演算されている評価値が記憶されているか否かを示すビットである。
これにより、図2のステップS16において、評価値演算部24は、演算対象の画素のエネルギー量及び当該画素の前後のエネルギー量を示すビット列から、評価値が既に演算されて記憶部20に記憶されているか否かを判定する。具体的には、注目している画素における四捨五入しないビット部分で示されるエネルギー量の数値をアドレスで特定する。次に、当該アドレスのValid Bitが評価値なしを示す場合には、図2のステップS20に進む。Valid Bitが評価値ありを示す場合は、当該アドレスにおいて、Tagに記憶されているエネルギー量を示すビット列が、注目している画素の前後の画素のエネルギー量を示すビット列と一致するか否かを判断する。一致する場合には、図2のステップS20に進む。
一致した場合、評価値演算部24は、演算対象の当該アドレスに記憶されている評価値で評価値を近似する。これにより、近似性の高い評価値を記憶部20から取得して、計算せずに近似することができる。特に、省略するビット数が増加すれば、演算対象の画素のエネルギー量及び前後のエネルギー量を示すビット列に対応して同じ評価値が記憶部20に記憶される確率が高くなるので、評価値演算部24が、評価値を特定する時間及び電力は、記憶部20を参照する時間及び電力と略等しくなる。これにより、評価値演算部24が、ステップS20で実際に計算するのに比べて時間及び電力を低減することができる。更に、記憶部20が、回路負荷無しで当該判定を実行するキャッシュ構造のメモリに、この構成は有効である。
尚、演算対象の画素の前後の画素のエネルギー量をTagに記憶させることに代えて、対象画素のエネルギー量と、前後の画素のエネルギー量との差分を、「凹み検出範囲」に対応付けてもよい。これにより、Tagのビット数を減少させることができる。
図9は、画像内の広域のエネルギー量と画素の位置との関係を示すグラフである。図10は、図9のエネルギー量の上位3ビットを削除したエネルギー量と画素の位置との関係のグラフである。図9及び図10において、点線の折れ線は、下位4ビットを四捨五入していないエネルギー量を連結した線である。図9及び図10において、実線の折れ線は、下位4ビットを四捨五入したエネルギー量を連結した線である。図10における円C11〜円C14は、図9における円C1〜円C4の上位3ビットを削除したエネルギー量に対応する。図9及び図10に基づいて、画像内の広域での凹みの検出処理について説明する。
図9に示す円C1〜円C4は、互いに離れた広域での各画素の位置のエネルギー量を示す。図9に示すように、広域の各画素のエネルギー量は、数桁にわたって大きく異なる場合がある。この状態で、評価値演算部24は、記憶部20に記憶された評価値を検索すると、対応する評価値を検出できない可能性が高くなる。評価値演算部24は、高速化のために下位4ビットを四捨五入しても、各画素で評価値を演算しなくてはならないので、十分な高速化を実現できない。
一方、評価値演算部24が、図10に示すように、上位3ビットを削除したエネルギー量に基づいて、評価値を決定する場合、円C11〜円C14で囲まれる狭い領域内でのエネルギー量の上下の幅が一定の領域内に納まる。これにより、評価値演算部24が、上位3ビットが削除された演算対象の画素のエネルギー量及び当該画素の前後の画素のエネルギー量に対応する評価値を記憶部20から検索すると、対応する評価値が検索される確率が高くなる。この結果、評価値演算部24は、評価値の決定に要する時間を短縮することができる。
上述の実施形態では、評価値演算部24が、評価値からエネルギー量の凹みをエッジとして検出する例を示したが、評価値演算部24が、評価値から別の情報を演算してもよい。例えば、評価値演算部24は、評価値から被写体のコントラストを演算してもよい。コントラストを演算する場合、まず、評価値演算部24は、各画素のエネルギー量の平均値を評価値として算出する。次に、評価値演算部24は、画像の全領域または画像内の一部の領域のエネルギー量の平均値の最大値と最小値との差をコントラストとして演算する。
評価値解析部26は、評価値または評価値と関連する評価値情報を評価値演算部24から取得して、合焦データを演算してもよい。例えば、評価値解析部26は、評価値情報として、コントラストの情報を取得すると、コントラスト方式によって合焦データを演算する。評価値解析部26は、演算した合焦データに基づいて、駆動部を制御して光学系を駆動する。
評価値解析部26は、評価値または評価値と関連する評価値情報を評価値演算部24から取得して、絞りを駆動して適正露出にする絞り値データを演算してもよい。例えば、評価値解析部26は、被写体の明るさとして評価値を取得して、露出値を演算して、当該露出値から絞り値データを演算する。評価値解析部26は、算出した絞り値データに基づいて、撮像部及び駆動部を制御して、シャッタ速度及び光学系の絞りを制御する。
評価値解析部26は、評価値または評価値と関連する評価値情報を評価値演算部24から取得して解析することにより、画像を解析してもよい。
評価値解析部26は、画像生成部22が生成した画像データの複数のエネルギー量に対応する階調によって、画像データに対応する画像を表示部14に表示させてもよい。
上述の実施形態では、評価値演算部24が、12ビットのエネルギー量の一部のビットを四捨五入または切り捨てることにより省略して評価値を演算する例を示したが、これに限られない。例えば、評価値演算部24が、各画素に関連する12ビット以外の画素値の上位ビットまたは下位ビットの少なくとも一方を省略して、予め定められたビット数に減らして評価値を演算するようにしてもよい。以上、本実施形態によれば、各画素のエネルギー量のビット数を減らして評価値を算出することにより、画素数が多くても画素を間引きしなくても高速で評価値を計算することができる。更に、算出済みの評価値を減らしたビット数で表したエネルギー量の数値に対応付けて記憶させ、他の評価値を演算するのに代えて、当該値で近似することにより、より高速に評価値を得ることができる。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
10 撮像装置
12 撮像部
14 表示部
16 画像処理部
18 制御部
20 記憶部
22 画像生成部
24 評価値演算部
26 評価値解析部

Claims (12)

  1. 複数の画素のそれぞれから出力された複数の画素信号を定められたビット数でデジタル化した、複数の画素値を含む画像データを生成する画像生成部と、
    前記複数の画素値のうちの少なくともいずれかの画素値のビット数を減らして、前記画像データに関する評価をおこなう評価部と、を備え、
    前記評価部は、前記複数の画素値に基づいて減らすビット数を変える、画像処理装置。
  2. 複数の画素のそれぞれから出力された複数の画素信号を定められたビット数でデジタル化した、複数の画素値を含む画像データを生成する画像生成部と、
    前記複数の画素値のうちの少なくともいずれかの画素値のビット数を減らして、前記画像データに関する評価をおこなう評価部と、を備え、
    前記評価部は、前記複数の画素値の変化に基づいてビット数を減らす画像処理装置。
  3. 複数の画素のそれぞれから出力された複数の画素信号を定められたビット数でデジタル化した、複数の画素値を含む画像データを生成する画像生成部と、
    前記複数の画素値のうちの少なくともいずれかの画素値のビット数を減らして、前記画像データに関する評価をおこなう評価部と、を備え、
    前記評価部は、減らすビット数を変更可能であり、
    前記評価部は、前記少なくともいずれかの画素値を示すビット列の一部に対応付けて前記評価を記憶部に記憶させるとともに、前記複数の画素値のうちの他の画素値を示すビット列の一部が前記記憶部に記憶された前記ビット列の前記一部に一致した場合に、評価をおこなうことに代えて、前記記憶部から前記評価を取得する画像処理装置。
  4. 前記評価部は、前記少なくともいずれかの画素値の下位ビットを省略して、ビット数を減らす請求項1から3のいずれか一項に記載の画像処理装置。
  5. 前記評価部は、前記少なくともいずれかの画素値の上位ビットを省略して、ビット数を減らす請求項1からのいずれか1項に記載の画像処理装置。
  6. 前記評価部は、前記評価から被写体のコントラストを演算する請求項1からのいずれか1項に記載の画像処理装置。
  7. 前記評価部は、前記評価から被写体のエッジを演算する請求項1からのいずれか1項に記載の画像処理装置。
  8. 前記評価及び前記評価と関連する評価情報の少なくとも一方を前記評価部から取得して解析することにより、レンズを駆動して被写体に合焦させる合焦データを演算する評価解析部
    を更に備える請求項1からのいずれか1項に記載の画像処理装置。
  9. 前記評価及び前記評価と関連する評価情報の少なくとも一方を前記評価部から取得して解析することにより、絞りを駆動して適正露出に設定する絞り値データを演算する評価解析部
    を更に備える請求項1からのいずれか1項に記載の画像処理装置。
  10. 前記評価及び前記評価と関連する評価情報の少なくとも一方を前記評価部から取得して解析することにより、画像を解析する評価解析部
    を更に備える請求項1からのいずれか1項に記載の画像処理装置。
  11. 前記画像生成部が生成した前記画像データの前記複数の画素値に対応する階調によって、前記画像データに対応する画像を表示する表示部を更に備える請求項1から10のいずれか1項に記載の画像処理装置。
  12. 請求項1から11のいずれか1項に記載の画像処理装置を備える撮像装置。
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