JP6694626B1 - 画像処理装置、画像処理方法、プログラム及び撮像装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本実施形態に係る撮像装置1の構成例を示すブロック図である。撮像装置1は、いわゆるステレオカメラであり、光学系41の設計情報を用いて静止画又は動画を撮影する。
画像補正部45は、光学系41より供給された撮影情報を用いて、RGBの色成分毎に、信号処理部44から供給された画像に対して収差補正等の画像補正処理を行う。
制御部47は、ユーザの操作等に従い、撮像装置1を構成する各ブロックを制御する。
イメージセンサ42から出力された画像は、記憶部43に記憶される。記憶部43に記憶された画像は、信号処理部44及び画像補正部45による信号処理が施される。画像補正部45による画像補正済みの画像は、出力部46を介して、外部に出力される。
図2は、図1の画像補正部45内でRGBの色成分毎に設けられた画像変換装置50の構成例を示すブロック図である。画像変換装置50は、各色成分に対応するテーブルや係数を用いて、画像の収差補正処理を行う。
図3に示す第1の画像上の点Pは、光学系の影響により歪曲収差が生じると、画像の中心から放射方向に伸縮して、図4に示す第2の画像上の点P’に対応する。歪曲の度合いは、画像の中心からの距離rに依存する。理想的な撮像光学系における歪曲収差は、画像の中心に対して点対称である。歪曲収差のない画像と歪曲収差のある画像との対応関係は、以下の式(1)〜(3)の通りである。
r’2=x’2+y’2 ・・・(2)
x:y=x’:y’ ・・・(3)
x’=x(r’/r) ・・・(5)
y’=y(r’/r) ・・・(6)
最初に、注目画素(x,y)が選択されると、注目画素(x,y)から中心までの距離rが、小数点以下所定の桁数まで計算される。
最後に、距離rと距離r’との比を用いて、式(5)及び(6)に従って、小数点以下所定の桁数の補正アドレス(x’,y’)が求められる。このように求められた補正アドレス(x’,y’)は、歪曲収差テーブル記憶部52から読み出され、補正アドレス記憶部53に記憶される。
画像変換装置50は、光学系41から撮影情報が供給され、信号処理部44から信号処理済みの画像(第1の画像、第4の画像)が供給されると、次の処理を行う。
注目画素選択部51は、第2の画像を構成するための画素を順次注目画素として選択し、選択した注目画素を表す情報を所定のブロックに供給する。なお、第2の画像は、これら生成しようとする画像であって、第1の画像から歪曲収差やフォーカスボケなどが除去された高画質画像である。
L≦L1thの場合 (被写体が近距離に存在する場合):「近」
L1th<L≦L2thの場合(被写体が中距離に存在する場合):「中」
L2th<Lの場合 (被写体が遠距離に存在する場合):「遠」
f≦F1thの場合 (焦点距離fが近距離撮影に適する場合):「近」
F1th<f≦F2thの場合(焦点距離fが中距離撮影に適する場合):「中」
F2th<fの場合 (焦点距離fが遠距離撮影に適する場合):「遠」
図10は、第1収差補正処理部60の構成例を示すブロック図である。第1収差補正処理部60は、入力画像の微小な収差補正処理、具体的には、入力画像に発生しうるジャギーやリンギングを抑制しつつ入力画像に対して位相シフト補正を行うコード分類型適応フィルタである。
第1収差補正処理部60に供給された入力画像(第1の画像)は、コードタップ選択部72及びフィルタタップ選択部73に供給される。なお、入力画像は、例えば、RGBの各色成分の画素値である。
フィルタタップ選択部72は、注目画素の位置から近い位置にある第1の画像の複数の画素の画素値をフィルタタップとして選択し、選択したフィルタタップを積和演算部76に供給する。
コード演算部74は、コードタップ選択部73からのコードタップに基づいて、例えばDR量子化による量子化値、中心画素値からの差分比等を演算して、コードタップの特徴量を示すコードに分類し、当該コードを係数記憶部75に供給する。
係数記憶部75に記憶されるタップ係数の導出方法について説明する。なお、この導出方法は、係数記憶部115(後述する図19参照)に記憶されるタップ係数にも適用される。ここでは、第2の画像が高画質画像であり、第1の画像が低画質画像とする。
第kサンプル(k番目)の高画質画素の画素値の真値をykと表し、式(7)によって得られるその真値ykの予測値をyk’と表す。予測値yk’の真値ykに対する予測誤差ekは、式(8)で表される。
係数記憶部75には、例えば図11に示すように、コード毎に、原点(注目画素の位置)に対して、白丸印または黒丸印に示す水平方向及び垂直方向に、それぞれ{−2/4、−1/4、0、+1/4、+2/4}の1/4位相ずつ5つ分の位相をシフトさせる合計25個のタップ係数が記憶されている。例えば、右から1番目で上から1番目の丸印は、原点に対して、水平方向に+2/4位相、垂直方向に+2/4位相シフトさせるタップ係数を表す。右から2番目で上から4番目の丸印は、原点に対して、水平方向に+1/4位相、垂直方向に−1/4位相シフトさせるタップ係数を表す。
積和演算部76は、16個の積和演算器91〜106を備えている。積和演算器91〜106の数は、補間演算部77の補間処理で必要とする画素数に対応していればよく、16個に限定されるものではない。
積和演算器91〜106には、フィルタタップ(例えば後述する図13に示す13画素の各画素値)が入力される。さらに、積和演算器91〜106には、図11に示す16個のタップ係数がそれぞれ入力される。本実施の形態では、選択されたタップ係数の数は、積和演算器の数と同じであるが、積和演算器の数と異なる数であってもよい。
積和演算器92は、係数群2(例えば図11の16個の黒丸印のうちの左から1番目で上から2番目の黒丸印に対応するタップ係数)と、フィルタタップ(例えば前述した13画素の各画素値)と、を用いて積和演算を行い、画素値2を出力する。
以上のように、積和演算部76は、注目画素の画素値について、係数記憶部75より供給された複数のタップ係数(係数群1〜16)をそれぞれの積和演算器91〜106に供給して、複数の画素値1〜16を得て、これら複数の画素値1〜16を補間演算部77に供給する。
図13は、フィルタタップ選択部72で選択されるフィルタタップの構成例を示す図である。
したがって、入力画像である第1の画像は、補正アドレス記憶部54からの位相情報に基づいて、位相シフトした第3の画像に変換される。
図14は、コードタップ選択部73で選択されるコードタップの構成例を示す図である。太線の丸印は、コードタップとなる入力画素を表す。その他の丸印は、図13と同じである。
図15は、コード演算部74の構成例を示すブロック図である。
コード演算部74は、量子化演算部81、中心画素差分比検出部82、及び変換テーブル記憶部83を有する。
例えば、図14に示すコードタップの場合、コードタップを構成する13画素が1ビットDR量子化処理の対象となる。その結果、入力されたコードタップの特徴量を表す13ビットのDR量子化コードが得られる。
最初に、中心画素差分比検出部82は、画素位置(横軸)方向において、注目画素(中心画素)が中心となる所定の範囲を範囲1として設定し、注目画素が中心となり、かつ、範囲1を包含する広い範囲を範囲2として設定する。
図18は、第1収差補正処理部60による画像変換処理の例を説明するフローチャートである。
ステップS51では、図10に示す注目画素選択部71は、第1収差補正処理部60に入力される入力画像に対する出力画像を構成する画素のうち、まだ注目されていない画素の1つを注目画素として選択する。そして、ステップS52に進む。例えば、注目画素選択部71は、例えば、出力画像を構成する画素のうち注目画素として選択されていない画素を、ラスタースキャン順で注目画素として選択する。
図19は、第2収差補正処理部61の構成例を示すブロック図である。
第2収差補正処理部61は、コード分類型適応フィルタを利用して、第1収差補正処理部60により歪曲収差が補正された第3の画像に対して、主にフォーカスボケ改善のための収差補正処理を行う。なお、第2収差補正処理部61は、先鋭感改善だけでなく、収差に起因するあらゆる画像の劣化を改善させるための収差補正も行う。
注目画素選択部111は、第2収差補正処理部61の出力画像である第2の画像を構成するそれぞれ画素を、順次、注目画素として選択し、選択した注目画素を表す情報を所定のブロックに供給する。
コードタップ選択部113は、注目画素の位置から近い位置にある第3の画像を構成する複数の画素の画素値をコードタップとして選択し、選択したコードタップをコード演算部114に供給する。
図20は、フィルタタップ選択部112で選択されるフィルタタップの構成例を示す図である。細線の丸印は、入力画素を表すと共に、出力画素も表す。出力画素は、図12と異なり、入力画素と同じ位置に変換される。
図21は、コードタップ選択部113で選択されるコードタップの構成例を示す図である。太線の丸印は、コードタップとなる入力画素を表す。その他の丸印は、図20と同じである。
図22は、コード演算部114の構成例を示すブロック図である。コード演算部114は、量子化演算部121、及び変換テーブル記憶部122を有する。
例えば、図21に示すコードタップの場合、コードタップを構成する9画素が1ビットDR量子化処理の対象となる。その結果、入力されたコードタップの特徴量を表す9ビットのDR量子化コードが得られる。
図23は、第2収差補正処理部61による画像変換処理の例を説明するフローチャートである。
図24は、図2に示す画像変換装置50による画像変換処理の例を説明するフォローチャートである。
ステップS92では、図7のフレーム記憶部58に第1の画像が書き込まれる。そして、ステップS93に進む。
さらに、フレーム記憶部58は、図8に示すように、その整数位置情報の画素近傍の4画素以上の画素値を読み出す。フレーム記憶部58は、画素値をアドレス整列部59に供給する。そして、ステップS96に進む。
図25は、タップ係数を求めるための学習装置90の構成例を示すブロック図である。学習用画像記憶部91には、学習用画像として高画質画像が記憶される。
記憶部115に記憶されるタップ係数は、図25に示す学習装置90により求められる。学習用画像記憶部91には、学習用画像として、高画質画像(教師データ)が記憶される。高画質画像は、撮像装置の光学系が最適な焦点距離の場合に撮影された画像である。なお、高画質画像は、例えば、近距離撮影・中距離撮影・遠距離撮影(主たる被写体が近距離・中距離・遠距離)の場合のものが用意される。
d=L−f
本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された事項の範囲内において種々の変更が可能である。本発明は、複数のイメージセンサを備えるステレオカメラに限定されるものではなく、その他、被写体を撮影すると共に被写体までの距離を計測できる単眼カメラにも適用可能である。
放送局用カメラ、内視鏡、及び顕微鏡などは、リアルタイムで長時間の撮影することが多いため、カメラヘッドと画像処理装置に分かれているケースが多い。カメラヘッドと画像処理装置に分かれているシステムを、システムカメラという。本発明は、このようなシステムカメラにも適用可能である。
高級一眼ディジタルカメラ及び業務用カメラなどのレンズ交換式ディジタルカメラで撮影された画像は、信号処理装置で編集されることが多い。この場合、レンズ交換式ディジタルカメラは、撮影した画像や撮影情報などのデータを、メモリカードに記録する。信号処理装置は、メモリカードに記録された画像や撮影情報などのデータを読み込んで、画像を編集する。本発明は、この信号処理装置にも適用可能である。
Claims (7)
- 光学系を介して被写体からの光が入射された撮像部であって当該撮像部から出力された前記被写体の第1の画像に対して、前記第1の画像の中の1つの画素を注目画素として選択する注目画素選択部と、
前記注目画素選択部により選択された注目画素に対して、複数の画素が第1の配列パターンで配列されたコードタップを選択するコードタップ選択部と、
前記コードタップ選択部により選択された前記コードタップの特徴量を示すコードを演算するコード演算部と、
前記注目画素選択部により選択された注目画素毎に、前記被写体までの距離を計測する距離計測部と、
前記注目画素選択部により選択された注目画素毎に、前記光学系の焦点距離と、前記距離計測部により計測された距離と、に基づいて、焦点距離に対する所定のずれ量であるオフセット量を判定するオフセット量判定部と、
コード及びオフセット量毎に、コード分類型適応フィルタの学習処理によって予め求められた複数のタップ係数を記憶し、前記コード演算部により演算されたコードと、前記オフセット量判定部により判定された前記オフセット量と、に基づいて複数のタップ係数を出力する係数記憶部と、
前記注目画素選択部により選択された前記注目画素に対して、複数の画素が第2の配列パターンで配列されたフィルタタップを選択するフィルタタップ選択部と、
前記フィルタタップ選択部により選択された前記フィルタタップの各画素値と、前記係数記憶部から出力された複数のタップ係数と、に基づいて、前記注目画素毎に対応する出力画素の画素値を演算することで、前記被写体の第2の画像を生成する画像生成部と、を備え、
前記タップ係数は、前記学習処理によって教師画像の各画素と生徒画像の各画素とがマッピングされた正規方程式を解くことにより算出されたタップ係数であり、
前記教師画像は、撮像光学系から撮像面までの距離が焦点距離に一致する状態で撮影された画像であり、
前記生徒画像は、前記撮像光学系から前記撮像面までの距離が前記焦点距離に対して前記オフセット量がある状態で撮影された画像である
画像処理装置。 - 前記撮像部は、前記被写体の前記第1の画像を出力する第1の撮像素子と、前記被写体の第3の画像を出力する第2の撮像素子と、を有し、
前記距離計測部は、前記第1の撮像素子から出力された前記第1の画像と、前記第2の撮像素子から出力された前記第3の画像と、前記第1の撮像素子と前記第2の撮像素子の間の距離情報と、に基づいて、前記注目画素毎に、前記被写体までの距離を計測する
請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記撮像部は、前記被写体からの距離に応じて前記第1の画像を生成する第3の撮像素子を有し、
前記距離計測部は、前記被写体に光を照射する照射部と、前記照射部により光が照射された時点から前記第3の撮像素子により前記第1の画像が生成された時点までの時間情報に基づいて前記被写体までの距離を計測する計測部と、を有する
請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記生徒画像は、光学シミュレーションにより、前記教師画像から変換された画像である
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の画像処理装置。 - 光学系を介して被写体からの光が入射された撮像部であって当該撮像部から出力された前記被写体の第1の画像に対して、前記第1の画像の中の1つの画素を注目画素として選択する注目画素選択ステップと、
前記注目画素選択ステップにより選択された注目画素に対して、複数の画素が第1の配列パターンで配列されたコードタップを選択するコードタップ選択ステップと、
前記コードタップ選択ステップにより選択された前記コードタップの特徴量を示すコードを演算するコード演算ステップと、
前記注目画素選択ステップにより選択された注目画素毎に、前記被写体までの距離を計測する距離計測ステップと、
前記注目画素選択ステップにより選択された注目画素毎に、前記光学系の焦点距離と、前記距離計測ステップにより計測された距離と、に基づいて、焦点距離に対する所定のずれ量であるオフセット量を判定するオフセット量判定ステップと、
コード及びオフセット量毎に、コード分類型適応フィルタの学習処理によって予め求められた複数のタップ係数を記憶する係数記憶部から、前記コード演算ステップにより演算されたコードと、前記オフセット量判定ステップにより判定された前記オフセット量と、に基づく複数のタップ係数を読み出す係数読出しステップと、
前記注目画素選択ステップにより選択された前記注目画素に対して、複数の画素が第2の配列パターンで配列されたフィルタタップを選択するフィルタタップ選択ステップと、
前記フィルタタップ選択ステップにより選択された前記フィルタタップの各画素値と、前記係数読出しステップにより読み出された複数のタップ係数と、に基づいて、前記注目画素毎に対応する出力画素の画素値を演算することで、前記被写体の第2の画像を生成する画像生成ステップと、を備え、
前記タップ係数は、前記学習処理によって教師画像の各画素と生徒画像の各画素とがマッピングされた正規方程式を解くことにより算出されたタップ係数であり、
前記教師画像は、撮像光学系から撮像面までの距離が焦点距離に一致する状態で撮影された画像であり、
前記生徒画像は、前記撮像光学系から前記撮像面までの距離が前記焦点距離に対して前記オフセット量がある状態で撮影された画像である
画像処理方法。 - コンピュータを、
光学系を介して被写体からの光が入射された撮像部であって当該撮像部から出力された前記被写体の第1の画像に対して、前記第1の画像の中の1つの画素を注目画素として選択する注目画素選択部、
前記注目画素選択部により選択された注目画素に対して、複数の画素が第1の配列パターンで配列されたコードタップを選択するコードタップ選択部、
前記コードタップ選択部により選択された前記コードタップの特徴量を示すコードを演算するコード演算部、
前記注目画素選択部により選択された注目画素毎に、前記被写体までの距離を計測する距離計測部、
前記注目画素選択部により選択された注目画素毎に、前記光学系の焦点距離と、前記距離計測部により計測された距離と、に基づいて、焦点距離に対する所定のずれ量であるオフセット量を判定するオフセット量判定部、
コード及びオフセット量毎に、コード分類型適応フィルタの学習処理によって予め求められた複数のタップ係数を記憶し、前記コード演算部により演算されたコードと、前記オフセット量判定部により判定された前記オフセット量と、に基づいて複数のタップ係数を出力する係数記憶部、
前記注目画素選択部により選択された前記注目画素に対して、複数の画素が第2の配列パターンで配列されたフィルタタップを選択するフィルタタップ選択部、及び、
前記フィルタタップ選択部により選択された前記フィルタタップの各画素値と、前記係数記憶部から出力された複数のタップ係数と、に基づいて、前記注目画素毎に対応する出力画素の画素値を演算することで、前記被写体の第2の画像を生成する画像生成部、として機能させるためのものであって、
前記タップ係数は、前記学習処理によって教師画像の各画素と生徒画像の各画素とがマッピングされた正規方程式を解くことにより算出されたタップ係数であり、
前記教師画像は、撮像光学系から撮像面までの距離が焦点距離に一致する状態で撮影された画像であり、
前記生徒画像は、前記撮像光学系から前記撮像面までの距離が前記焦点距離に対して前記オフセット量がある状態で撮影された画像である
プログラム。 - 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の画像処理装置と、
前記撮像部と、
を備えた撮像装置。
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