JP7171254B2 - 画像処理装置、撮像装置、および画像処理方法 - Google Patents
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Description
第1の距離に合焦する可視光域の画像を表す可視光画像信号と、前記第1の距離よりも短い第2の距離に合焦する赤外光域の画像と前記第1の距離よりも長い第3の距離に合焦する赤外光域の画像とを表す赤外線画像信号とを取得する第1の取得手段と、
前記可視光画像信号から第1の明度情報、色相情報、および彩度情報を取得し、前記赤
外線画像信号から少なくとも第2の明度情報を取得する、第2の取得手段と、
前記第1の明度情報から得られるエッジ情報と前記第2の明度情報から得られるエッジ情報に基づいて、第3の明度情報を取得する第3の取得手段と、
前記第3の明度情報、前記色相情報、および前記彩度情報を用いて、第2の可視光画像を生成する生成手段と、
を備える画像処理装置である。
画像処理装置が行う画像処理方法であって、
第1の距離に合焦する可視光域の画像を表す可視光画像信号から第1の明度情報、色相情報、および彩度情報を抽出し、前記第1の距離よりも短い第2の距離に合焦する赤外光域の画像と前記第1の距離よりも長い第3の距離に合焦する赤外光域の画像とを表す赤外線画像信号から少なくとも第2の明度情報を取得する第1の取得ステップと、
前記第1の明度情報から得られるエッジ情報と前記第2の明度情報から得られるエッジ情報に基づいて、第3の明度情報を取得する第2の取得ステップと、
前記第3の明度情報、前記色相情報、および前記彩度情報を用いて、第2の可視光画像を生成する生成ステップと、
を含む、画像処理方法である。
図1Aは、本実施形態での撮像装置の一例を示すブロック図である。撮像装置は静止画、動画等を取得する装置であり、その具体例としてデジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ等があげられる。
107は、ASIC等の論理回路によって構成してもよい。あるいは、画像処理部107は、汎用的なプロセッサーがプログラムを実行することによって実現されてもよい。本実施形態において、画像処理部107を有する撮像装置100が、画像処理装置に相当する。また、本実施形態では、画像処理部107が撮像装置100に内蔵されている構成を説明するが、撮像装置100と別体の画像処理装置が画像処理部107を有していても構わない。
図2は撮像装置100に配されている撮像素子101及び102の構成を示すブロック図である。撮像素子101と撮像素子102は同様の構成を有する。
図3Aは、図2に示す画素21の等価回路の構成を示す。図3Aは4つの画素からなる例である。画素21は、光電変換部301、フローティングディフュージョン302(FD302)、転送スイッチ304、入力ノード303、リセットトランジスタ305、増幅部306、選択トランジスタ307を含む。同一行に配されている複数の画素21は転送スイッチ304、リセットトランジスタ305および選択トランジスタ307を各々一斉に動作・停止制御する制御線pTX1、pSEL、pRESに接続される。
もよい。光電変換膜310で電荷を生じる材料は有機半導体材料、ハロゲン化金属ペロブスカイトカイトなどの無機材料、有機あるいは無機材料を核または外殻とするいわゆる量子ドットを含む材料が挙げられる。また前述の光電変換膜310で電荷を生じる材料を単層あるいは複数層堆積、接合して膜構造を形成してよい。
図4A~図4Cは、それぞれ撮像素子101の構成例を示す図である。図4Dは、撮像
素子102の構成例を示す図である。
号の生成は一体の撮像素子として動作する。
れる。図5A~図5Cの構成と同様にカラーフィルタは可視光に加えて赤外光に対する透過特性を備える。また図5A~図5Cの構成と同様に、カラーフィルタ及び光電変換部601を伝搬する過程で可視光は、光電変換部602に届く前に減衰するため、光電変換部602は赤外線を検出できる。
図7は、本実施形態における撮像装置100の画像処理手順を示すフローチャートである。ここで、撮像装置100は、図4Aに示す第1の撮像素子101と図4Dに示す第2の撮像素子102を有する構成を例に用いて、図7を参照しながら画像処理手順を説明する。
のラプラシアン画像Liは、特定の周波数のエッジ成分を表す。画像処理部107は、このラプラシアン画像ピラミッドLi-1に基づいてエッジ情報VVIS Lを得る。
抽出される明度情報をそれぞれ、VIR1およびVIR2と称する。VIR1およびVIR2は、それぞれ第1の赤外明度情報および第2の赤外明度情報に相当する。
る。一方、第2の赤外線画像は、縦横共に隣接するデータの統合を行い、縦Y/2=Y0個、横X/2=X0個からなる画像データをG0(IR2)と定める。手順S811以降の処理は上記と同様であるため説明を省略する。
比較する。もし可視光画像のエッジ情報の絶対値Abs(VVIS L)が赤外線画像のエッジ情報の絶対値Abs(VIR L)より大きければ、画像処理部107は、VVIS Lを明瞭なエッ
ジ情報と看做す(手順S761)。また可視光画像のエッジ情報の絶対値Abs(VVIS L)が赤外線画像のエッジ情報の絶対値Abs(VIR L)以下であれば、画像処理部107は、VIR Lを明瞭なエッジ情報と看做す(手順S762)。
画像のエッジ情報に着目して選択してもよい。この場合、他の解像度のエッジ情報は、可視光画像と赤外線画像のうち選択された画像のエッジ情報を用いてもよいし、可視光及び赤外線画像のエッジ情報を合成して用いてもよい。
)する。手順S731~S762の処理によって、明瞭なエッジ情報を有する画像の明度情報VVISnew(第3の明度情報)を決定する画像処理部107が、第3の取得手段あるいは決定手段に相当する。
本実施形態によれば、可視光領域での合焦距離域の画像情報に加えて、可視光領域では非合焦距離域の輪郭(エッジ)及び/または明度差情報を、可視光領域とは異なる合焦距
離域を有する赤外線画像情報によって補っている。その結果、可視光領域において合焦する被写体-撮像装置間距離より被写界深度を拡張された可視光画像が時間同時性を保ちながら得られる。
図9は本実施形態での撮像装置の別の一例を示すブロック図である。
撮像レンズ902は、回折光学素子を含むレンズ群によって構成される。さらに撮像レンズ902に含まれる回折光学素子は、2種類の回折光学素子を含む。具体的には、回折光学素子は、負の焦点距離を有する凹レンズ903と、正の焦点距離を有する凸レンズ904を堆積した、所謂堆積型回折光学素子から成る。
所望の合焦距離域の数に応じてレンズ瞳域の分割数を増やしても良い。
図15は、本実施形態での撮像装置900の画像処理手順を示すフローチャートである。ここで撮像装置900は、図4Aに示す撮像素子を有する構成を例に用いて、図15を参照しながら画像処理手順を説明する。
る。これらの画像信号を取得する画像処理部107が、取得手段に相当する。
られるが、判定方法によっては彩度最低値Sminは用いない場合もある。従って、S1530の判定方法で彩度最低値Sminを用いない場合は、手順S1527を省略してよい
。
外線画像のエッジ情報のいずれが明瞭か判定する。図16Aおよび図16Bは、可視光画像及び赤外線画像のエッジ情報のVLの判定工程S1530の2つの例をより詳細に説明する図である。
外線画像のエッジ情報に着目して選択してもよい。この場合、他の解像度のエッジ情報は、可視光画像と赤外線画像のうち選択された画像のエッジ情報を用いてもよいし、可視光及び赤外線画像のエッジ情報を合成して用いてもよい。
低値Sminは、手順S1527において、原画像データG0(データ数縦Y0、横X0)から得た彩度情報S(データ数縦Y0、横X0)を分別して、ある画素群毎に彩度最低値Sminを割り付けることにより得られている。具体的には、例えば縦j画素、横k画素か
ら成る画素群を定め、原画像データG0に対してj画素×k画素の区画毎に彩度情報を参照して、前記区画内画素の彩度最低値を前記区画の彩度最低値Sminとして割り付けられて
よい。また彩度情報S(データ数縦Y0、横X0)に統合対象となる彩度データの彩度最低値Sminを拾い出す多重解像度解析を施し、解像度が粗いガウシアン画像の彩度情報を
画素群毎の彩度最低値Sminとして割り当てられてよい。
及び彩度最低値Sminが得られている。手順S1623では、画像処理部107は、これ
らの情報を用いて、エッジ情報の選択を行う。
2の閾値よりも大きい(Smin>0.7S)ならば、画像処理部107は、赤外線画像のエッジ情報VIR Lを明瞭なエッジ情報とみなす(手順S1627)。上記以外、すなわち0.1S<Smin≦0.7Sであれば、可視光画像のエッジ情報の絶対値Abs(
VVIS L)が赤外線画像のエッジ情報の絶対値Abs(VIR L)を比較して、大きい方
を明瞭なエッジ情報とみなす(手順S1625またはS1626)。ここで、2つの判定閾値0.1Sおよび0.7Sは一例に過ぎず、その他の値であってもよい。
画像のエッジ情報に着目して選択してもよい。この場合、他の解像度のエッジ情報は、可視光画像と赤外線画像のうち選択された画像のエッジ情報を用いてもよいし、可視光及び赤外線画像のエッジ情報を合成して用いてもよい。
域と異なる合焦距離を有する赤外線画像情報によって補っている。その結果、可視光領域において合焦する被写体-撮像装置間距離より被写界深度を拡張された可視光画像が時間同時性を保ちながら得られる。
第3の実施形態による撮像システム及び移動体について、図17A及び図17Bを用いて説明する。図17A及び図17Bは、本実施形態による撮像システム及び移動体の構成を示す図である。
システム400は、撮像装置410を有する。撮像装置410は、上述の第1または第2の実施形態に記載の撮像装置のいずれかである。撮像システム400は、撮像装置410により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部412と、撮像装置410により取得された複数の画像データから視差(視差画像の位相差)の算出を行う視差取得部414を有する。なお、本実施形態では、画像処理部412が上記で説明した画像処理(図7または図15)を実施することを想定するが、撮像装置410内の画像処理部107が当該処理を実施してもよい。また、撮像システム400は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離取得部416と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部418と、を有する。ここで、視差取得部414や距離取得部416は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部418はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、FPGA(Field Programmable Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。
撮像素子は、画素が設けられた第1半導体チップと、読み出し回路(増幅器)が設けられた第2半導体チップとを積層した構造(チップ積層構造)を有していてもよい。第2半導体チップにおける読み出し回路(増幅器)は、それぞれ、第1半導体チップの画素列に対応した列回路とすることができる。また、第2半導体チップにおける読み出し回路(増幅器)は、それぞれ、第1半導体チップの画素あるいは画素ブロックに対応したマトリックス回路とすることもできる。第1半導体チップと第2半導体チップとの接続は貫通電極(TSV)、銅(Cu)等の金属の直接接合によるチップ間配線、チップ間のマイクロバンプによる接続などを採用することができる。
103 撮像レンズ 107 画像処理部
Claims (19)
- 第1の距離に合焦する可視光域の画像を表す可視光画像信号と、前記第1の距離よりも短い第2の距離に合焦する赤外光域の画像と前記第1の距離よりも長い第3の距離に合焦する赤外光域の画像とを表す赤外線画像信号とを取得する第1の取得手段と、
前記可視光画像信号から第1の明度情報、色相情報、および彩度情報を取得し、前記赤外線画像信号から少なくとも第2の明度情報を取得する、第2の取得手段と、
前記第1の明度情報から得られるエッジ情報と前記第2の明度情報から得られるエッジ情報に基づいて、第3の明度情報を取得する第3の取得手段と、
前記第3の明度情報、前記色相情報、および前記彩度情報を用いて、第2の可視光画像を生成する生成手段と、
を備える画像処理装置。 - 前記第1の取得手段は、前記第2の距離に合焦する赤外光域の画像を表す第1の赤外線画像信号と、前記第3の距離に合焦する赤外光域の画像を表す第2の赤外線画像信号とを、前記赤外線画像信号として取得し、
前記第2の取得手段は、前記第1の赤外線画像信号から得られる第1の赤外明度情報と、前記第2の赤外線画像信号から得られる第2の赤外明度情報とのそれぞれを、前記第2の明度情報として抽出する、
請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記第3の取得手段は、前記第1の明度情報、前記第1の赤外明度情報、前記第2の赤外明度情報のうち、エッジ強度が最も大きいものを、前記第3の明度情報として決定する、
請求項2に記載の画像処理装置。 - 前記第1の取得手段は、前記第2の距離に合焦する赤外光域の画像と前記第3の距離に合焦する赤外光域の画像とが重畳された画像を表す画像信号を、前記赤外線画像信号として取得する、
請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記第3の取得手段は、前記第1の明度情報と前記第2の明度情報のうち、エッジ強度
が最も大きいものを、前記第3の明度情報として決定する、
請求項4に記載の画像処理装置。 - 前記第3の取得手段は、前記第1の明度情報、前記第2の明度情報、および前記彩度情報に基づいて、前記第3の明度情報を決定する、
請求項4に記載の画像処理装置。 - 前記第3の取得手段は、
前記彩度情報が第1の閾値以下であれば、前記第1の明度情報を前記第3の明度情報として決定し、
前記彩度情報が前記第1の閾値よりも大きい第2の閾値よりも大きければ、前記第2の明度情報を前記第3の明度情報として決定し、
上記以外の場合は、前記第1の明度情報と前記第2の明度情報のうち、エッジ強度が最も大きいものを、前記第3の明度情報として決定する、
請求項6に記載の画像処理装置。 - 前記第3の取得手段は、前記第1の明度情報から得られるエッジ強度と、前記第2の明度情報から得られるエッジ強度に前記彩度情報に基づく重み付けをした値を比較して、当該比較の結果に基づいて前記第3の明度情報を決定する、
請求項6に記載の画像処理装置。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載の画像処理装置と、
可視光域において第1の焦点距離を有し、赤外光域において前記第1の焦点距離よりも短い第2の焦点距離および前記第1の焦点距離よりも長い第3の焦点距離を有する撮像レンズと、
前記撮像レンズを透過した光束を受光し、第1の距離に合焦する可視光域の画像を表す可視光画像信号と、前記第1の距離よりも短い第2の距離に合焦する赤外光域の画像と前記第1の距離よりも長い第3の距離に合焦する赤外光域の画像とを表す赤外線画像信号とを出力する撮像素子と、
を備え、
前記画像処理装置は、前記撮像素子が出力する可視光画像信号と赤外線画像信号から、前記第2の可視光画像を生成する、
撮像装置。 - 移動体であって、
請求項9に記載の撮像装置と、
移動装置と、
前記撮像装置から出力される信号から情報を取得する処理装置と、
前記情報に基づいて前記移動装置を制御する制御装置と、
を有することを特徴とする移動体。 - 画像処理装置が行う画像処理方法であって、
第1の距離に合焦する可視光域の画像を表す可視光画像信号から第1の明度情報、色相情報、および彩度情報を抽出し、前記第1の距離よりも短い第2の距離に合焦する赤外光域の画像と前記第1の距離よりも長い第3の距離に合焦する赤外光域の画像とを表す赤外線画像信号から少なくとも第2の明度情報を取得する第1の取得ステップと、
前記第1の明度情報から得られるエッジ情報と前記第2の明度情報から得られるエッジ情報に基づいて、第3の明度情報を取得する第2の取得ステップと、
前記第3の明度情報、前記色相情報、および前記彩度情報を用いて、第2の可視光画像を生成する生成ステップと、
を含む、画像処理方法。 - 前記赤外線画像信号は、前記第2の距離に合焦する赤外光域の画像を表す第1の赤外線画像信号と、前記第3の距離に合焦する赤外光域の画像を表す第2の赤外線画像信号とを含み、
前記第1の取得ステップでは、前記第1の赤外線画像信号から得られる第1の赤外明度情報と、前記第2の赤外線画像信号から得られる第2の赤外明度情報とのそれぞれを、前記第2の明度情報として抽出する、
請求項11に記載の画像処理方法。 - 前記第2の取得ステップでは、前記第1の明度情報、前記第1の赤外明度情報、前記第2の赤外明度情報のうち、エッジ強度が最も大きいものを、前記第3の明度情報として決定する、
請求項12に記載の画像処理方法。 - 前記赤外線画像信号は、前記第2の距離に合焦する赤外光域の画像と前記第3の距離に合焦する赤外光域の画像とが重畳された画像を表す画像信号である
請求項11に記載の画像処理方法。 - 前記第2の取得ステップでは、前記第1の明度情報と前記第2の明度情報のうち、エッジ強度が最も大きいものを、前記第3の明度情報として決定する、
請求項14に記載の画像処理方法。 - 前記第2の取得ステップでは、前記第1の明度情報、前記第2の明度情報、および前記彩度情報に基づいて、前記第3の明度情報を決定する、
請求項14に記載の画像処理方法。 - 前記第2の取得ステップでは、
前記彩度情報が第1の閾値以下であれば、前記第1の明度情報を前記第3の明度情報として決定し、
前記彩度情報が前記第1の閾値よりも大きい第2の閾値よりも大きければ、前記第2の明度情報を前記第3の明度情報として決定し、
上記以外の場合は、前記第1の明度情報と前記第2の明度情報のうち、エッジ強度が最も大きいものを、前記第3の明度情報として決定する、
請求項16に記載の画像処理方法。 - 前記第2の取得ステップでは、前記第1の明度情報から得られるエッジ強度と、前記第2の明度情報から得られるエッジ強度に前記彩度情報に基づく重み付けをした値を比較して、当該比較の結果に基づいて前記第3の明度情報を決定する、
請求項16に記載の画像処理方法。 - 請求項11から18のいずれか1項に記載の方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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