JP7494031B2 - IMAGE PROCESSING APPARATUS, IMAGING APPARATUS, AND IMAGE PROCESSING METHOD - Google Patents

IMAGE PROCESSING APPARATUS, IMAGING APPARATUS, AND IMAGE PROCESSING METHOD Download PDF

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Description

本発明は、偏光情報を含む複数色の画像を対象とした画像処理技術に関する。 The present invention relates to image processing technology for multi-color images that contain polarization information.

被写体からの光の偏光状態を観察することによって、被写体の所定の特徴を強調して検出できることが知られている。例えば、一眼レフカメラのレンズ前面に装着された偏光フィルタを透過する光の偏光方向を変えて撮影することで、被写体の色やコントラスト等の質感を際立たせる効果や、水面等の反射光の写り込みを強調または軽減する効果を得ることができる。 It is known that by observing the polarization state of light from a subject, it is possible to highlight and detect certain characteristics of the subject. For example, by changing the polarization direction of light passing through a polarizing filter attached to the front of the lens of a single-lens reflex camera, it is possible to obtain effects that highlight the texture of the subject, such as its color and contrast, and to emphasize or reduce the appearance of reflected light from the surface of water, etc.

特許文献1には、偏光状態を変えた撮像により生成された複数の入力画像から偏光情報を算出し、該偏光情報から出力画像を生成する際に、生成した出力画像に発生する色づきを低減する方法が開示されている。具体的には、複数の入力画像から選択した基準画像の色情報に基づいて合成画像の色づきを補正する。 Patent Document 1 discloses a method for calculating polarization information from multiple input images generated by imaging with different polarization states, and reducing coloring that occurs in the generated output image when generating an output image from the polarization information. Specifically, the coloring of the composite image is corrected based on color information of a reference image selected from the multiple input images.

特開2017-191986号公報JP 2017-191986 A

しかしながら、特許文献1に開示された方法では、基準画像の色情報が正しく取得されていない場合に出力画像の色づきの補正が正しく行われないという課題がある。 However, the method disclosed in Patent Document 1 has the problem that if the color information of the reference image is not acquired correctly, the color correction of the output image is not performed correctly.

本発明は、入力画像と異なる出力画像を生成する際に、出力画像の色づきを低減することが可能な画像処理装置および方法を提供する。 The present invention provides an image processing device and method capable of reducing coloring in an output image when generating an output image that differs from an input image.

本発明の一側面としての画像処理装置は、複数の異なる偏光状態を有する光を用いた撮像により得られた複数の入力画像を取得し、複数の入力画像のそれぞれにおける第1の波長に対応する複数の第1の画素のそれぞれの第1の輝度値に基づいて、第1の画素ごとの第1の角度情報を取得し、複数の入力画像のそれぞれにおける特定領域内の第2の波長に対応する複数の第2の画素のそれぞれの第2の輝度値に基づいて、第2の画素ごとの第2の角度情報を取得する取得手段と、複数の第1の画素のうち特定領域内の少なくとも1つの画素の第1の角度情報を第2の角度情報に置き換えることで得られる補正偏光情報を取得する補正手段と、補正偏光情報を用いて出力画像を生成する生成手段とを有する。第1の角度情報は第1の輝度値を最大化する第1の偏光角度を示し、第2の角度情報は第2の輝度値を最大化する第2の偏光角度を示すことを特徴とする。なお、上記画像処理装置を備えた撮像装置も、本発明の他の一側面を構成する。 The image processing device according to one aspect of the present invention includes: an acquisition unit that acquires a plurality of input images obtained by imaging using light having a plurality of different polarization states, acquires first angle information for each first pixel based on a first luminance value of each of a plurality of first pixels corresponding to a first wavelength in each of the plurality of input images, and acquires second angle information for each second pixel based on a second luminance value of each of a plurality of second pixels corresponding to a second wavelength in a specific region in each of the plurality of input images ; a correction unit that acquires corrected polarization information obtained by replacing the first angle information of at least one pixel in the specific region among the plurality of first pixels with second angle information ; and a generation unit that generates an output image using the corrected polarization information . The first angle information indicates a first polarization angle that maximizes the first luminance value, and the second angle information indicates a second polarization angle that maximizes the second luminance value. Note that an imaging device including the above image processing device also constitutes another aspect of the present invention.

また本発明の他の一側面としての画像処理方法は、複数の異なる偏光状態を有する光を用いた撮像により得られた複数の入力画像を取得するステップと、複数の入力画像のそれぞれにおける第1の波長に対応する複数の第1の画素のそれぞれの第1の輝度値に基づいて、第1の画素ごとの第1の角度情報を取得するステップと、複数の入力画像のそれぞれにおける特定領域内の第2の波長に対応する複数の第2の画素のそれぞれの第2の輝度値に基づいて、第2の画素ごとの第2の角度情報を取得するステップと、複数の第1の画素のうち特定領域内の少なくとも1つの画素の前記第1の角度情報を第2の角度情報に置き換えることで得られる補正偏光情報を取得するステップと、補正偏光情報を用いて出力画像を生成するステップとを有する。第1の角度情報は第1の輝度値を最大化する第1の偏光角度を示し、第2の角度情報は第2の輝度値を最大化する第2の偏光角度を示すことを特徴とする。なお、上記画像処理方法に従う処理をコンピュータに実行させるプログラムも、本発明の他の一側面を構成する。 An image processing method according to another aspect of the present invention includes the steps of: acquiring a plurality of input images obtained by imaging using light having a plurality of different polarization states; acquiring first angle information for each first pixel based on a first luminance value of each of a plurality of first pixels corresponding to a first wavelength in each of the plurality of input images; acquiring second angle information for each second pixel based on a second luminance value of each of a plurality of second pixels corresponding to a second wavelength in a specific region in each of the plurality of input images; acquiring corrected polarization information obtained by replacing the first angle information of at least one pixel in the specific region among the plurality of first pixels with second angle information ; and generating an output image using the corrected polarization information . The first angle information indicates a first polarization angle that maximizes the first luminance value, and the second angle information indicates a second polarization angle that maximizes the second luminance value . Note that a program for causing a computer to execute a process according to the above image processing method also constitutes another aspect of the present invention.

本発明によれば、入力画像と異なる出力画像を生成する際に、出力画像の色づきを低減することができる。 According to the present invention, when generating an output image that differs from an input image, coloring in the output image can be reduced.

本発明の実施例である画像処理装置の構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing a configuration of an image processing apparatus according to an embodiment of the present invention; 画素の輝度と偏光情報との関係を示す図。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between pixel luminance and polarization information. 実施例1(および実施例2)における画像処理を示すフローチャート。11 is a flowchart showing image processing in the first embodiment (and the second embodiment). 実施例1における撮影画像を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a captured image in the first embodiment. 実施例1における偏光度ヒストグラムを示す図。FIG. 4 is a diagram showing a histogram of the degree of polarization in Example 1. 実施例1における閾値領域を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a threshold region in the first embodiment. 実施例1における合成画像を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a composite image in the first embodiment. 実施例1および比較例における抽出領域を示す図。FIG. 4 is a diagram showing extraction regions in Example 1 and a comparative example. 実施例1における偏光素子の構成を示す図。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a polarizing element in the first embodiment. 本発明の実施例3である画像処理システムの構成を示す図。FIG. 11 is a diagram showing the configuration of an image processing system according to a third embodiment of the present invention. 実施例3における撮像装置の構成を示す図。FIG. 11 is a diagram showing the configuration of an imaging apparatus according to a third embodiment.

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施例である画像処理装置101の構成を示している。画像処理装置101は、偏光算出部(取得手段)11、偏光補正部(補正手段)12および画像合成部(生成手段)13を有する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows the configuration of an image processing device 101 according to an embodiment of the present invention. The image processing device 101 has a polarization calculation unit (acquisition means) 11, a polarization correction unit (correction means) 12, and an image synthesis unit (generation means) 13.

偏光算出部11は、後に実施例3で説明する撮像装置を用いて複数の色(実施例ではR、GおよびBとする)の光を互いに異なる偏光状態で撮像することにより生成された入力画像としてのRGB画像(以下、撮影画像という)を取得する。この際、撮影画像として、1または複数の画像を取得する。また偏光算出部11は、取得した撮影画像の輝度情報から、各画素におけるR、GおよびBごとの第1の偏光情報を算出する。 The polarization calculation unit 11 acquires an RGB image (hereinafter, referred to as a captured image) as an input image generated by capturing light of multiple colors (R, G, and B in this embodiment) in different polarization states using an imaging device described later in Example 3. At this time, one or multiple images are acquired as the captured image. The polarization calculation unit 11 also calculates first polarization information for each of R, G, and B at each pixel from the luminance information of the acquired captured image.

偏光補正部12は、撮影画像のうち特定領域内におけるR、GおよびBのうち特定色の情報のみを用いて第2の偏光情報を算出し、この算出した第2の偏光情報で偏光算出部11により算出された第1の偏光情報を置き換えた補正偏光情報を生成する。偏光合成部13は、少なくとも偏光補正部12で生成した補正偏光情報を用いて出力画像としての合成画像を生成(合成)する。 The polarization correction unit 12 calculates second polarization information using only information on a specific color among R, G, and B in a specific region of the captured image, and generates corrected polarization information by replacing the first polarization information calculated by the polarization calculation unit 11 with this calculated second polarization information. The polarization synthesis unit 13 generates (synthesizes) a synthetic image as an output image using at least the corrected polarization information generated by the polarization correction unit 12.

以下、偏光算出部11で取得する第1の偏光情報と偏光補正部12での補正偏光情報の生成の詳細について説明する。 The following describes in detail the first polarization information acquired by the polarization calculation unit 11 and the generation of the corrected polarization information by the polarization correction unit 12.

特定の偏光方向を有する直線偏光のみを透過する素子(例えば、偏光板)を通した撮像により画像を取得した場合、透過する直線偏光の角度(以下、偏光角度という)αと取得される画像の各画素における輝度値(輝度情報)I(α)とは、次式(1)で示す関係がある。
(α)=Acos(α-θ)+B (1)
図2は、ある画素におけるある色チャンネルの偏光角度αに対する輝度値I(α)を示す。ここで、jはR、GおよびBのうちいずれかの色を示し、例えばIはRのある画素における輝度値を示す。また、Aは偏光角度αに応じて変化する輝度成分(以下、偏光成分という)、Bは偏光角度αに応じて変化しない輝度成分(以下、非偏光成分という)を示す。さらに、θは輝度値I(α)が最大値となる偏光角度(以下、角度成分という)を示す。A、Bおよびθは、画素ごとにかつ色ごとに算出される定数である。角度成分θ が角度情報に相当する。
When an image is acquired by imaging through an element (e.g., a polarizing plate) that transmits only linearly polarized light having a specific polarization direction, the angle α of the transmitted linearly polarized light (hereinafter referred to as the polarization angle) and the luminance value (luminance information) I j (α) of each pixel of the acquired image have the relationship shown in the following equation (1).
Ij (α)= Ajcos2 ( α- θj )+ Bj (1)
FIG. 2 shows the luminance value I j (α) for a certain color channel at a certain pixel with respect to the polarization angle α. Here, j indicates one of the colors R, G, and B, and for example, I R indicates the luminance value at a certain pixel of R. A j indicates the luminance component that changes according to the polarization angle α (hereinafter, referred to as the polarized component), and B j indicates the luminance component that does not change according to the polarization angle α (hereinafter, referred to as the non-polarized component). Furthermore, θ j indicates the polarization angle (hereinafter, referred to as the angle component) at which the luminance value I (α) is maximum. A j , B j , and θ j are constants calculated for each pixel and for each color. The angle component θ j corresponds to the angle information.

偏光角度αを3つ以上の異なる角度に変えて画像を取得すると、式(1)のA、Bおよびθを求めることができる。これにより、画素ごとに色チャンネルごとの偏光角度αと輝度値I(α)との関係を取得することができる。 By acquiring images while changing the polarization angle α to three or more different angles, A j , B j and θ j in equation (1) can be obtained, thereby obtaining the relationship between the polarization angle α and the luminance value I j (α) for each color channel for each pixel.

ここで、角度成分θは、通常は色によって変化しない。これは、偏光成分Aが主に鏡面反射成分に由来するためである。鏡面反射成分はフレネルの法則に従うため、一般的にs偏光の反射率がp偏光の反射率より高い。よって、s偏光の方向と角度成分θの方向が一致する。s偏光の方向は、入射平面および射出平面によって決まり、波長(色)には依存しない。 Here, the angle component θj does not usually change depending on the color. This is because the polarization component Aj is mainly derived from the specular reflection component. Since the specular reflection component follows Fresnel's law, the reflectance of s-polarized light is generally higher than that of p-polarized light. Therefore, the direction of s-polarized light and the direction of the angle component θj match. The direction of s-polarized light is determined by the plane of incidence and the plane of emergence, and does not depend on the wavelength (color).

しかし、何らかの誤差が原因で、色によって角度成分θが異なって算出される場合がある。特に、特許文献1に開示されている可変位相差板を含む偏光素子を用いて偏光角度αを制御する場合、可変位相差板の角度特性や、位相差の波長依存性等の影響を受けるため、波長(色)の影響が顕著になる。 However, due to some error, the angle component θj may be calculated differently depending on the color. In particular, when the polarization angle α is controlled using a polarizing element including a variable retardation plate as disclosed in Patent Document 1, the influence of the wavelength (color) becomes significant because of the influence of the angle characteristics of the variable retardation plate and the wavelength dependency of the retardation.

図9(a)は特許文献1に開示されている偏光素子200の構成を示し、図9(b)~(d)はそれぞれ、偏光素子200を構成する要素であるλ/4板21、液晶により構成される可変位相差板22および偏光板23を示す。図9(b)~(d)における矢印は、進相軸、遅相軸および透過軸のうちいずれかの軸方向を指す。z軸は撮像時の光軸方向を示し、x軸およびy軸は光軸(z軸)に直交する面内にあって互いに直交する軸を示す。x軸に対してλ/4板21、可変位相差板22および偏光板23のそれぞれの軸方向がなす角度は、90°、45°および90°である。 Figure 9(a) shows the configuration of the polarizing element 200 disclosed in Patent Document 1, and Figures 9(b) to (d) respectively show the λ/4 plate 21, the variable retardation plate 22 made of liquid crystal, and the polarizing plate 23, which are elements that make up the polarizing element 200. The arrows in Figures 9(b) to (d) indicate any of the axial directions of the fast axis, the slow axis, and the transmission axis. The z-axis indicates the optical axis direction during imaging, and the x-axis and y-axis indicate axes that are perpendicular to each other and lie in a plane perpendicular to the optical axis (z-axis). The angles that the axial directions of the λ/4 plate 21, the variable retardation plate 22, and the polarizing plate 23 make with respect to the x-axis are 90°, 45°, and 90°, respectively.

λ/4板21は、入射した光のうち互いに直交する偏光成分間にπ/2(rad)の相対位相差を与える。λ/4板21が与えるπ/2の相対位相差は、不変(固定)である。可変位相差板22は、液晶を用いた素子であり、直交する偏光成分間に印加される電圧に応じて変更可能な相対位相差を与える。偏光板23は、その透過軸方向の偏光成分を透過させる。 The λ/4 plate 21 imparts a relative phase difference of π/2 (rad) between the orthogonal polarization components of the incident light. The relative phase difference of π/2 imparted by the λ/4 plate 21 is invariant (fixed). The variable retardation plate 22 is an element that uses liquid crystal, and imparts a relative phase difference that can be changed depending on the voltage applied between the orthogonal polarization components. The polarizing plate 23 transmits the polarization component in the direction of its transmission axis.

このような構成の偏光素子200をRGB光が透過すると、特定偏光角度αでの偏光角度成分cos(α-θ)のピーク位置がR、GおよびBでずれ、特定偏光角度αでの偏光角度成分cos(α-θ)を用いて生成される合成画像に、通常画像には発生しない不自然な色づき(不要色)が発生する。しかも、この色づきは、R、GおよびB間での偏光角度成分cos(α-θ)ピーク位置のずれによって発生しているため、合成画像の生成時に用いる特定偏光角度αの値によって色の出方が変化する。 When RGB light passes through the polarizing element 200 having such a configuration, the peak positions of the polarization angle component cos 2c - θ j ) at the specific polarization angle α c shift between R, G, and B, and an unnatural coloring (unwanted color) that does not occur in a normal image occurs in a composite image generated using the polarization angle component cos 2c - θ j ) at the specific polarization angle α c . Moreover, since this coloring occurs due to the shift in the peak positions of the polarization angle component cos 2c - θ j ) between R, G, and B, the appearance of the color changes depending on the value of the specific polarization angle α c used when generating the composite image.

実施例では、この特定偏光角度αの値によって変化する色づきを低減するため、偏光補正部12で補正偏光情報としての補正角度成分(の情報)を生成し、該補正角度成分を用いて偏光合成部13で合成画像を生成する。 In the embodiment, in order to reduce the coloring that changes depending on the value of this specific polarization angle αc , the polarization correction unit 12 generates a correction angle component (information) as corrected polarization information, and the polarization synthesis unit 13 generates a synthetic image using the correction angle component.

補正角度成分は、撮影画像における特定領域において、偏光算出部11により画素ごとに算出された色チャンネルごとの角度成分(第1または第3の角度情報)を、別途算出された角度成分(第2の角度情報)で置き換えることで生成する。別途算出された角度成分とは、R、GおよびBのうち特定色の情報のみを用いて算出した角度成分である。例えば、特定色にGを選択した場合、特定領域においてGの輝度値と式(1)を用いて全画素のθの情報を算出し、このθで偏光算出部11により算出されたθ、θおよびθを置き換える。この処理によって、θ、θおよびθは互いに等しくなり、上述したαの値によって変化する色づきを低減することができる。 The correction angle component is generated by replacing the angle component (first or third angle information) for each color channel calculated for each pixel by the polarization calculation unit 11 in a specific region of the captured image with a separately calculated angle component (second angle information). The separately calculated angle component is an angle component calculated using only information on a specific color among R, G, and B. For example, when G is selected as the specific color, the θ G information of all pixels is calculated using the luminance value of G in the specific region and formula (1), and the θ R , θ G , and θ B calculated by the polarization calculation unit 11 are replaced with this θ G. This process makes θ R , θ B , and θ G equal to each other, and the coloring that changes depending on the value of α c described above can be reduced.

なお、偏光算出部11において、予めR、GおよびBのそれぞれの輝度値のみを用いてθ、θおよびθを算出した場合には、特定領域内で画素ごとのθおよびθをθで置き換える処理のみを実施すればよい。一方、θを算出する際に、RとGの輝度分布も考慮している場合には、偏光補正部12で再度、Gの輝度値のみを考慮したθ″を算出し、このθ″でθ、θおよびθを置き換える処理を行う。 In addition, if the polarization calculation unit 11 has calculated θR, θG, and θB in advance using only the luminance values of R , G , and B , it is only necessary to perform the process of replacing θR and θB with θG for each pixel in the specific region. On the other hand, if the luminance distribution of R and G is also taken into consideration when calculating θG , the polarization correction unit 12 again calculates θG " taking into consideration only the luminance value of G, and performs the process of replacing θR , θG , and θB with this θG ".

補正角度成分を算出するために用いる特定色は、R、GおよびBから任意に選択することができる。例えば、ベイヤー配列の撮像センサを用いて取得された撮影画像を用いる場合は、他の色よりも画素数が多いGを特定色として選択することができる。 The specific color used to calculate the correction angle component can be selected from R, G, and B. For example, when using a captured image captured using an image sensor with a Bayer array, G, which has a greater number of pixels than other colors, can be selected as the specific color.

また、特定領域内における被写体像の偏光情報や色情報に応じて、特定色を選択してもよい。例えば、偏光情報の精度に関して、次式(2)で定義される偏光度(DOP)が高い方が偏光度が低いときに比べて、偏光情報の精度が高い傾向にある。
DOP=(Ijmax-Ijmin)/(Ijmax+Ijmin
=A/(A+2B) (2)
式(2)のIjmaxおよびIjminはそれぞれ、R、GおよびBのいずれかの色チャンネルにおいて偏光角度αを変えたときの輝度値I(α)の最大値および最小値である。
In addition, the specific color may be selected according to the polarization information and color information of the subject image in the specific region. For example, the accuracy of the polarization information tends to be higher when the degree of polarization (DOP) defined by the following formula (2) is high than when the degree of polarization is low.
DOPj = ( Ijmax - Ijmin ) / ( Ijmax + Ijmin )
= Aj / ( Aj + 2Bj ) (2)
In equation (2), I jmax and I jmin respectively represent the maximum and minimum values of the luminance value I j (α) when the polarization angle α is changed in any one of the R, G, and B color channels.

式(2)と偏光算出部11で算出した偏光情報から特定領域内で偏光度を算出し、R、GおよびBのうち最も偏光度の高い色を特定色として選択することで、より精度の高い補正角度成分を得ることができる。 By calculating the degree of polarization within a specific region from equation (2) and the polarization information calculated by the polarization calculation unit 11, and selecting the color with the highest degree of polarization among R, G, and B as the specific color, it is possible to obtain a correction angle component with higher accuracy.

また、別の方法として、特定領域において被写体(被写体が映っている領域)のR、GおよびBごとの輝度値を比較し、最も輝度値が低い色(例えば、黄色の被写体に対するB)を特定色として選択する方法もある。偏光度は、拡散成分が低いほど高くなるため、撮影画像における被写体のR、GおよびBごとの輝度値とR、GおよびBごとの偏光度は反比例する傾向がある。よってこの方法でも、間接的に偏光度の高い色を特定色として選択することができる。 Another method is to compare the luminance values of R, G, and B of the subject (the area in which the subject is shown) in a specific area and select the color with the lowest luminance value (for example, B for a yellow subject) as the specific color. Since the degree of polarization increases as the diffuse component decreases, the luminance values of R, G, and B of the subject in the captured image tend to be inversely proportional to the degree of polarization of R, G, and B. Therefore, with this method as well, it is possible to indirectly select a color with a high degree of polarization as the specific color.

ここまでは、特定色としてR、GおよびBのいずれか1色を選択する場合について説明したが、2色(例えば、BとGや、RとB等)を選択してもよい。その場合も、上述したように偏光度、被写体の色および画素数等を考慮して2色を選択すればよい。また、先の説明では、補正角度成分を特定色の角度成分によりθ、θおよびθを置き換えて生成する場合を示したが、α-θやcos(α-θ)を置き換えることで補正角度成分を生成してもよい。 So far, the case where one of R, G, and B is selected as the specific color has been described, but two colors (for example, B and G, or R and B, etc.) may be selected. In that case, too, the two colors may be selected taking into consideration the degree of polarization, the color of the subject, the number of pixels, etc., as described above. In addition, in the above description, the correction angle components are generated by replacing θ B , θ G , and θ R with the angle components of a specific color, but the correction angle components may also be generated by replacing α c - θ j or cos 2c - θ j ).

なお、特定領域内のみ上述した角度成分の置き換え処理を実施することで、画像全体に処理する場合と比べて演算量を低減することができる。このため、特定領域は、角度成分の置き換え処理が必要なエリア、すなわち色づきが発生しやすい領域を選択することが好ましい。例えば、偏光度が所定値(閾値)より大きい領域や、R、GおよびBごとの角度成分θの差が閾値より大きい領域を選択することが好ましい。 By performing the above-mentioned angle component replacement process only within the specific region, the amount of calculation can be reduced compared to processing the entire image. For this reason, it is preferable to select an area where angle component replacement process is required as the specific region, that is, an area where coloring is likely to occur. For example, it is preferable to select an area where the degree of polarization is greater than a predetermined value (threshold value) or an area where the difference in angle component θ for R, G, and B is greater than a threshold value.

また、特定領域は1つに限定されるものではなく、画像全域のうち複数の特定領域を選択してもよい。複数の特定領域を選択する場合は、上述した補正角度成分を算出するために用いる特定色ごとに特定領域を指定したり、被写体ごとに特定領域を分離したり、背景と主被写体で特定領域を分離する等、任意の分類方法や任意の手法で選択や分離をすることができる。また、予め画像全域を被写体、色、偏光度等に応じて複数の領域に分割し、分割した複数の領域の中から特定領域を選択してもよい。 The number of specific regions is not limited to one, and multiple specific regions may be selected from the entire image. When multiple specific regions are selected, any classification method or technique may be used to select or separate specific regions, such as specifying a specific region for each specific color used to calculate the above-mentioned correction angle component, separating specific regions for each subject, or separating specific regions for the background and main subject. Alternatively, the entire image may be divided into multiple regions in advance according to the subject, color, degree of polarization, etc., and a specific region may be selected from the multiple divided regions.

図3のフローチャートは、図1に示した画像処理装置101で実行される処理(画像処理方法)としての実施例1を示している。画像処理装置101は、コンピュータにより構成され、コンピュータプログラムに従って本処理を実行する。 The flowchart in FIG. 3 shows Example 1 as a process (image processing method) executed by the image processing device 101 shown in FIG. 1. The image processing device 101 is configured by a computer, and executes this process according to a computer program.

ステップS101において、画像処理装置101は、R、GおよびBのそれぞれに対して互いに異なる偏光状態で撮像を行って生成された撮影画像としての偏光画像データを読み込む。読み込む偏光画像データは、R、GおよびBごとの輝度情報を持つカラー画像であり、圧縮処理やガンマ処理が行われていないRAW画像である。実施例では、ベイヤー配列の撮像センサを備えた撮像装置により、図9(a)~(d)に示す偏光素子200を用いて撮像を行う。偏光素子200は、透過光に対して可変位相差板21が付与する面内位相差Δを変えることで、透過光の偏光方向である偏光角度αを変調することができる。透過光の偏光角度α(deg)と面内位相差Δ(nm)との関係は、次式(3)で表される。
α=Θ-180・Δ/λ (3)
式(3)において、Θは偏光素子200内に配置された偏光板23の透過軸角度(deg)、λは透過光の波長(nm)である。式(3)より、可変位相差板21を用いた偏光素子200を通した撮像により得られる撮影画像は、波長λによって異なる偏光角度αを持つ。
In step S101, the image processing device 101 reads in polarization image data as a captured image generated by capturing images in different polarization states for R, G, and B. The polarization image data to be read is a color image having luminance information for each of R, G, and B, and is a RAW image that has not been subjected to compression processing or gamma processing. In the embodiment, an image capturing device equipped with an image sensor having a Bayer array captures images using a polarizing element 200 shown in FIGS. 9(a) to 9(d). The polarizing element 200 can modulate the polarization angle α, which is the polarization direction of the transmitted light, by changing the in-plane phase difference Δ that the variable retardation plate 21 imparts to the transmitted light. The relationship between the polarization angle α (deg) of the transmitted light and the in-plane phase difference Δ (nm) is expressed by the following formula (3).
α = Θ - 180 Δ / λ (3)
In formula (3), Θ is the transmission axis angle (deg) of the polarizing plate 23 disposed in the polarizing element 200, and λ is the wavelength (nm) of the transmitted light. From formula (3), the captured image obtained by imaging through the polarizing element 200 using the variable retarder 21 has a polarization angle α that differs depending on the wavelength λ.

図4(a)~(c)は、本実施例において取得される3つの撮影画像(偏光画像データ)の例を示す。図4(a)~(c)の撮影画像はそれぞれ、偏光板23の透過軸角度Θが90°で面内位相差Δが10nm、133nm、265nmでの撮像により得られたものである。このときの、R、GおよびBの色チャンネルの偏光角度α(deg)を表1に示す。 Figures 4(a) to (c) show examples of three captured images (polarized image data) acquired in this embodiment. The captured images in Figures 4(a) to (c) were obtained by imaging with the transmission axis angle Θ of the polarizing plate 23 set to 90° and the in-plane phase differences Δ set to 10 nm, 133 nm, and 265 nm, respectively. The polarization angles α (deg) of the R, G, and B color channels at this time are shown in Table 1.

なお、表1では、R、GおよびBの色チャンネルの透過角度の算出に用いる波長をそれぞれ、600nm、530nm、470nmとし、R、GおよびBの画素に配置されたカラーフィルタの透過光量が最大となる波長を選択した。 In Table 1, the wavelengths used to calculate the transmission angles of the R, G, and B color channels are 600 nm, 530 nm, and 470 nm, respectively, and the wavelengths at which the amount of transmitted light through the color filters arranged in the R, G, and B pixels is maximized were selected.

次にステップS102では、画像処理装置101(偏光算出部11)は、図4(a)~(c)に示した3つの撮影画像の輝度値データから、各画素の輝度値を偏光角度αに対してプロットし、各画素の偏光情報A、B、θを算出する。具体的には、撮影画像の各画素では、R、GおよびBのいずれかの輝度値が取得されているため、画素のR、GまたはBに応じて表1の透過角度αの値を選択し、画素に応じてR、GおよびBのいずれかの偏光情報A,B,θを算出する。そして、撮影画像に対してデモザイク処理を行うことによって、全画素のR、GおよびBに対する偏光情報A、B、θを求める。なお、デモザイク処理には、一般的な方法を用いればよい。ただし、本実施例では、後の処理を考慮して、色チャンネルごとに各色の輝度値のみを用いてデモザイク処理を行う。 Next, in step S102, the image processing device 101 (polarization calculation unit 11) plots the luminance value of each pixel against the polarization angle α from the luminance value data of the three captured images shown in FIGS. 4(a) to 4(c), and calculates the polarization information A j , B j , and θ j of each pixel. Specifically, since the luminance value of any of R, G, and B is acquired for each pixel of the captured image, the value of the transmission angle α in Table 1 is selected according to the R, G, or B of the pixel, and the polarization information A j , B j , and θ j of any of R, G, and B is calculated according to the pixel. Then, the captured image is subjected to demosaic processing to obtain the polarization information A j , B j , and θ j for R, G, and B of all pixels. Note that a general method may be used for the demosaic processing. However, in this embodiment, in consideration of the subsequent processing, the demosaic processing is performed using only the luminance value of each color for each color channel.

ここでは、偏光情報を取得した後にデモザイク処理によって全画素のR、GおよびBの偏光情報を取得したが、撮影画像の輝度値に対してデモザイク処理を行った後に、画素ごとおよび色ごとに偏光情報を算出してもよい。ただし、偏光情報を算出してからデモザイク処理を行う方が、演算量が少なくなるため、好ましい。 Here, the polarization information is acquired and then demosaic processing is performed to obtain the R, G, and B polarization information for all pixels, but it is also possible to perform demosaic processing on the luminance values of the captured image and then calculate the polarization information for each pixel and each color. However, it is preferable to calculate the polarization information before performing demosaic processing, as this reduces the amount of calculation required.

また、3つの撮影画像から偏光情報を算出する前に、必要に応じて被写体の位置合わせ処理を実施しておくことが好ましい。
こうして全画素のR、GおよびBに対する偏光情報A、B、θを算出した後、ステップS103では、画像処理装置101(偏光補正部12)は、撮影画像の全領域から特定領域を選択する。特定領域は、前述したように偏光度やRGBによるθの差分と閾値とを比較し、偏光度が閾値より大きい領域またはθの差分が閾値より大きい領域を選択する。本実施例では、偏光度が閾値より大きい領域を特定領域として選択する場合について説明する。また本実施例では、閾値を、偏光度のヒストグラムを用いて決定する場合について説明する。
Furthermore, before calculating polarization information from the three captured images, it is preferable to carry out a subject alignment process as necessary.
After calculating the polarization information Aj , Bj, and θj for R, G, and B of all pixels in this way, in step S103, the image processing device 101 (polarization correction unit 12) selects a specific region from the entire region of the captured image. As described above, the specific region is selected by comparing the degree of polarization or the difference in θj due to RGB with a threshold value, and a region where the degree of polarization is greater than the threshold value or a region where the difference in θj is greater than the threshold value is selected. In this embodiment, a case where a region where the degree of polarization is greater than the threshold value is selected as the specific region will be described. Also, in this embodiment, a case where the threshold value is determined using a histogram of the degree of polarization will be described.

図5(a)、(b)は、閾値の決定に用いる偏光度のヒストグラムを示す。図5(a)は偏光度0~1までのヒストグラム、図5(b)は偏光度0.05~1までのヒストグラムを示す。図5(a)、(b)から、偏光度が0.1未満の領域を背景画像と、偏光度が0.6付近が被写体における偏光度がピークの領域と推定できる。よって、本実施例では、背景領域を排除し、かつ被写体の色づき領域を十分補正できるように、偏光度が0.6付近である偏光度0.45を閾値として決定し、偏光度0.45以上の領域を特定領域として選択する。 Figures 5(a) and (b) show histograms of the degree of polarization used to determine the threshold. Figure 5(a) shows a histogram for degrees of polarization from 0 to 1, and Figure 5(b) shows a histogram for degrees of polarization from 0.05 to 1. From Figures 5(a) and (b), it can be estimated that areas with a degree of polarization less than 0.1 are background images, and areas with a degree of polarization around 0.6 are areas where the degree of polarization of the subject is at its peak. Therefore, in this embodiment, in order to eliminate background areas and sufficiently correct colored areas of the subject, a degree of polarization of 0.45, which is around 0.6, is determined as the threshold, and areas with a degree of polarization of 0.45 or more are selected as specific areas.

図6は、撮影画像のうち上記の方法で選択した特定領域を示す。図6では、偏光度が0.45以上の領域を白で、0.45未満の領域を黒で表している。図6と図4(a)~(c)との比較より、偏光度が0.45以上の領域を特定領域として選択することで、被写体のうち偏光状態によって輝度値が変化する領域を選択できていることが分かる。 Figure 6 shows a specific area selected from a captured image using the above method. In Figure 6, areas with a polarization degree of 0.45 or more are shown in white, and areas with a polarization degree of less than 0.45 are shown in black. Comparing Figure 6 with Figures 4(a) to (c), it can be seen that by selecting an area with a polarization degree of 0.45 or more as a specific area, it is possible to select an area of the subject where the brightness value changes depending on the polarization state.

なお、偏光度に対する閾値は、上述した偏光度のヒストグラムを用いる方法に限定されず、任意の閾値を用いてもよい。例えば、撮影画像によっても異なるが、通常は0.1以上に設定することが好ましく、0.3以上に設定することがより好ましい。また、θの差分が閾値より大きい特定領域を選択する場合も、偏光度を用いる場合と同様に行うことができる。 The threshold value for the degree of polarization is not limited to the above-mentioned method using the histogram of the degree of polarization, and any threshold value may be used. For example, although it varies depending on the captured image, it is usually preferable to set it to 0.1 or more, and more preferably to set it to 0.3 or more. In addition, the same process as the case of using the degree of polarization can be used to select a specific region where the difference in θj is larger than the threshold value.

次に、ステップS104では、画像処理装置101(偏光補正部12)は、補正偏光情報を生成するために使用する特定色を選択する。本実施例では、被写体がほぼ無彩色であるものとして、画素数が多いGを特定色に選択する。 Next, in step S104, the image processing device 101 (polarization correction unit 12) selects a specific color to be used to generate corrected polarization information. In this embodiment, the subject is assumed to be almost achromatic, and G, which has a large number of pixels, is selected as the specific color.

なお、撮影画像の色相を用いて特定色を選択する場合には、撮影画像のうち可変位相差板の位相差絶対値が最小となる画像(本実施例では図4(a)に示す撮影画像)を使って撮影画像の色相を判断することが好ましい。これは、可変位相差板の位相差絶対値が大きくなるにしたがって、偏光角度αの波長分散が大きくなり、この結果、撮影画像に偏光角度αの波長分散由来の色づきが発生するためである。 When selecting a specific color using the hue of a captured image, it is preferable to determine the hue of the captured image using the image in which the absolute value of the phase difference of the variable retardation plate is the smallest (the captured image shown in FIG. 4(a) in this embodiment). This is because as the absolute value of the phase difference of the variable retardation plate increases, the wavelength dispersion of the polarization angle α increases, and as a result, coloring due to the wavelength dispersion of the polarization angle αj occurs in the captured image.

特定色を選択した偏光補正部12は、ステップS105において、特定色であるGの情報を用いて、補正偏光情報を生成(算出)する。本実施例では、ステップS102での偏光情報の算出時にR、GおよびBそれぞれの輝度値のみを用いて各画素のR、GおよびBの偏光情報を算出しておく。このため本実施例では、特定領域内の各画素のθおよびθを、θで置き換えることで補正偏光情報を生成する。 In step S105, the polarization correction unit 12 that has selected the specific color generates (calculates) corrected polarization information using information on the specific color G. In this embodiment, the polarization information of R, G, and B of each pixel is calculated using only the luminance values of R, G, and B when calculating the polarization information in step S102. Therefore, in this embodiment, the corrected polarization information is generated by replacing θ R and θ B of each pixel in the specific region with θ G.

次にステップS106では、画像処理装置101(画像合成部13)は、補正偏光情報と偏光情報を用いて合成画像を生成する。本実施例では、合成画像の各画素の輝度値I′を次式(4)を用いて算出する。
′(α)=kcos[k(α-θ′)]+k (4)
式(4)において、k~kは任意の係数、αは任意の偏光角度である。また、θ′はステップS105で生成した補正偏光情報(補正角度成分)、AとBはそれぞれステップS102で算出した偏光成分と非偏光成分である。
Next, in step S106, the image processing device 101 (image synthesis unit 13) generates a synthetic image using the corrected polarization information and the polarization information. In this embodiment, the luminance value I j ' of each pixel of the synthetic image is calculated using the following equation (4).
I j '(α c ) = k 1 A j cos 2 [k 2c - θ j ')] + k 3 B j (4)
In equation (4), k1 to k3 are arbitrary coefficients, αc is an arbitrary polarization angle, θj ' is the corrected polarization information (corrected angle component) generated in step S105, and Aj and Bj are the polarized component and the non-polarized component calculated in step S102, respectively.

なお、係数k~kと偏光角度αとしては、R、GおよびBや画素によらず一定値を用いる。これらの係数と偏光角度を色や画素によらず一定値とすることで、偏光情報により合成画像に付与される質感を画像内で統一することができる。ただし、上記係数は必ずしも画像全体で同じである必要はなく、例えば、画像内の領域ごと、被写体ごと等、質感を統一したい領域ごとに設定してもよい。 The coefficients k1 to k3 and the polarization angle αc are constant values regardless of R, G, and B or pixels. By setting these coefficients and polarization angles to constant values regardless of color or pixel, the texture imparted to the composite image by the polarization information can be unified within the image. However, the coefficients do not necessarily need to be the same throughout the image, and may be set for each area in which the texture is desired to be unified, such as for each area in the image or for each subject.

本実施例では、画像全域でk=k=k=1とし、α=0°、45°、90°、135°の4つの合成画像を生成する。図7(a)~(d)は、この条件で生成された合成画像の例を示す。実際に生成される合成画像はカラー画像であるが、図7(a)~(d)では白黒画像として示している。これらの図から、偏光角度αを変えて合成画像を生成することにより、光沢位置が異なる合成画像を生成できることが分かる。 In this embodiment, k 1 = k 2 = k 3 = 1 across the entire image, and four composite images are generated with α c = 0°, 45°, 90°, and 135°. Figures 7(a) to (d) show examples of composite images generated under these conditions. The composite images actually generated are color images, but are shown as black and white images in Figures 7(a) to (d). These figures show that composite images with different gloss positions can be generated by generating composite images with different polarization angles α c .

そして最後にステップS107において、画像処理装置101は、生成した合成画像を出力して本処理を完了する。 Finally, in step S107, the image processing device 101 outputs the generated composite image and completes this process.

なお、本実施例では、面内位相差ΔをR、GおよびBに対して一定値としたが、ΔがR、GおよびBで異なっていてもよい。ΔがR、GおよびBで異なる場合は、色チャンネルごとに適切なΔを用いて偏光角度αを算出すればよい。
(比較例)
実施例1において補正角度成分を用いる効果を、補正角度成分を用いない比較例と対比して説明する。この比較例では、合成画像の生成時に補正角度成分θ′に代えて角度成分θを用い、それ以外は実施例1と同じ方法で実施例1と同様の4つの合成画像(α=0°、45°、90°、135°)を生成する。
In this embodiment, the in-plane retardation Δ is a constant value for R, G, and B, but Δ may be different for R, G, and B. When Δ is different for R, G, and B, the polarization angle α may be calculated using an appropriate Δ for each color channel.
(Comparative Example)
The effect of using the corrective angle component in the first embodiment will be described in comparison with a comparative example in which the corrective angle component is not used. In this comparative example, the angle component θj is used instead of the corrective angle component θj ' when generating a composite image, and four composite images ( αc = 0°, 45°, 90°, 135°) similar to those in the first embodiment are generated in the same manner as in the first embodiment except for the above.

表2は、比較例で生成された4つの合成画像と実施例1(表には単に実施例と記す)で生成された4つの合成画像における偏光角度αに依存した色づきを確認するために、各合成画像のL***代表値を算出した結果を示している。各合成画像のL***代表値は、4つの合成画像における同じ一部領域(図8に示す交換レンズにおけるレンズキャップ上の白枠内の領域)を抽出し、該一部領域のL***の平均値を計算した結果である。また、表2には、各合成画像のL***代表値の平均および分散も示している。 Table 2 shows the results of calculating the L*a*b* representative value of each composite image in order to confirm the coloring depending on the polarization angle αc in the four composite images generated in the comparative example and the four composite images generated in Example 1 (simply referred to as Example in the table). The L*a*b* representative value of each composite image is the result of extracting the same partial area (the area within the white frame on the lens cap of the interchangeable lens shown in FIG . 8) in the four composite images and calculating the average value of the L * a * b * of the partial area. Table 2 also shows the average and variance of the L * a * b * representative value of each composite image.

表2における実施例1と比較例のL***の代表値を見ると、明度を表すL*の値は実施例1と比較例でほぼ同じ値になるのに対し、色度を表すa*とb*の値は実施例と比較例で異なり、実施例よりも比較例にてばらつきが大きいことが分かる。また、a*とb*の分散を比較すると、実施例よりも比較例が大きくなっている。このことから、実施例1の方が比較例よりも合成画像間での色味の変化が小さく、補正角度成分を用いることにより、αの値によって変化する色づきを低減できていることが分かる。 Looking at the representative values of L * a * b * for Example 1 and Comparative Example in Table 2, it can be seen that the value of L * , which represents lightness, is almost the same in Example 1 and Comparative Example, whereas the values of a * and b * , which represent chromaticity, are different between Example and Comparative Example, and the variation is greater in Comparative Example than in Example. Also, when comparing the variances of a * and b * , the Comparative Example has a larger variance than the Example. From this, it can be seen that the change in color between the composite images in Example 1 is smaller than that in Comparative Example, and that the use of the correction angle component has reduced the coloring that changes depending on the value of αc .

本発明の実施例2について説明する。実施例2は、補正偏光情報として、補正角度成分θ′に加え、補正偏光成分A′および補正非偏光成分B′(の情報)を算出し、θ′、A′およびB′を用いて合成画像を生成する点で実施例1と異なる。 A second embodiment of the present invention will be described below. The second embodiment differs from the first embodiment in that, in addition to the corrected angle component θj ', the corrected polarized component Aj ' and the corrected unpolarized component Bj ' (information) are calculated as the corrected polarization information, and a composite image is generated using θj ', Aj ', and Bj '.

実施例2において、図3に示した画像処理のうちステップS101~S104は実施例1と同様である。また、ステップS105における補正角度成分θ′の算出も実施例1と同様である。 3, steps S101 to S104 are the same as those in the first embodiment. The calculation of the corrected angle component θ j ′ in step S105 is also the same as that in the first embodiment.

実施例2では、ステップS105において、画像処理装置101(偏光補正部12)は、さらに補正角度成分θ′を用いて補正偏光成分A′と補正非偏光成分B′を算出する。補正偏光成分A′と補正非偏光成分B′は、撮影画像の特定領域において偏光算出部11で画素ごとに算出された色ごとの偏光成分と非偏光成分を、別途算出された偏光成分と非偏光成分で置き換えることで生成される。別途算出された偏光成分と非偏光成分は、補正角度成分θ′と3つの撮影画像の輝度値データを用いて式(1)から算出されたものである。 In the second embodiment, in step S105, the image processing device 101 (polarization correction unit 12) further calculates a corrected polarization component A j ' and a corrected non-polarized component B j ' using the corrected angle component θ j '. The corrected polarization component A j ' and the corrected non-polarized component B j ' are generated by replacing the polarization component and non-polarized component for each color calculated for each pixel by the polarization calculation unit 11 in a specific region of the captured image with the polarization component and non-polarized component calculated separately. The separately calculated polarization component and non-polarized component are calculated from formula (1) using the corrected angle component θ j ' and the luminance value data of the three captured images.

具体的には、特定領域内の各画素のθとθをθで置き換えた補正角度成分θ′を式(1)のθとし、再度、3つの撮影画像の輝度値データから画素ごとの偏光成分Aと非偏光成分Bを求める。そして、これら偏光成分Aと非偏光成分Bで、偏光算出部11により算出された偏光成分A、Aと非偏光成分B、Bを置き換えることで補正偏光成分A′と補正非偏光成分B′が得られる。この処理により、偏光成分と非偏光成分に含まれる誤差を補正することができる。 Specifically, the corrected angle component θj ' obtained by replacing θR and θB of each pixel in the specific region with θG is defined as θj in formula (1), and the polarized component Aj and non-polarized component Bj for each pixel are again obtained from the luminance value data of the three captured images. Then, the polarized components AR , AG and non-polarized components BR, BG calculated by the polarization calculation unit 11 are replaced with these polarized components Aj and non-polarized components Bj , thereby obtaining the corrected polarized component Aj ' and corrected non-polarized component Bj '. This process makes it possible to correct errors contained in the polarized components and non-polarized components.

ステップS1076は、画像処理装置101(画像合成部13)は、θ′、A′およびB′を用いて合成画像を生成する。 In step S1076, the image processing device 101 (image synthesis unit 13) generates a synthetic image using θ j ', A j ', and B j '.

実施例1では補正角度成分とステップS102で算出した偏光情報(偏光成分および非偏光成分)を用いて合成画像を生成したが、実施例2では補正偏光情報(補正偏光成分、補正非偏光成分および補正角度成分)のみを用いて合成画像を生成する。これにより、偏光成分と非偏光成分の誤差由来の色づきも低減することが可能となる。 In the first embodiment, a composite image is generated using the corrected angle component and the polarization information (polarized component and non-polarized component) calculated in step S102, but in the second embodiment, a composite image is generated using only the corrected polarization information (corrected polarization component, corrected non-polarized component, and corrected angle component). This makes it possible to reduce coloring resulting from errors between the polarized component and the non-polarized component.

上述した実施例1、2では、偏光算出部11でデモザイク処理を実施して全画素および全色チャンネルの偏光情報を算出するが、デモザイク処理のタイミングは適宜変更可能である。例えば、合成画像の生成時に各画素の輝度値を上述した式(4)を用いて計算した後にデモザイク処理を行ってもよい。ただし、その場合は、補正偏光情報の算出時に、特定領域内の各画素の偏光情報を周辺画素の情報から生成しておく必要がある。 In the above-described first and second embodiments, the polarization calculation unit 11 performs demosaic processing to calculate the polarization information of all pixels and all color channels, but the timing of the demosaic processing can be changed as appropriate. For example, when generating a composite image, the luminance value of each pixel may be calculated using the above-described formula (4) and then the demosaic processing may be performed. In that case, however, when calculating the corrected polarization information, it is necessary to generate the polarization information of each pixel in the specific region from the information of the surrounding pixels.

また、撮影画像を取得するための撮像に用いる偏光素子も、図9に示した偏光素子200に限定されない。例えば、偏光板や、偏光板と1/4λ板を組み合わせたC-PLフィルタや、撮像センサの各画素に異なる方向の偏光子が組み込まれた偏光センサ等、様々な偏光素子を用いることができる。 The polarizing element used for capturing an image to obtain a photographed image is not limited to the polarizing element 200 shown in FIG. 9. For example, various polarizing elements can be used, such as a polarizing plate, a C-PL filter that combines a polarizing plate and a 1/4 λ plate, or a polarizing sensor in which polarizers of different orientations are incorporated in each pixel of the image sensor.

さらに、合成画像の生成は、式(4)を用いる方法に限定されず、例えば次式(5)に示すような複数の偏光角度αc1~αcnを用いて各画素の輝度値I′を算出して合成画像を生成してもよい。
′=Σk1ncos[k2n(αcn-θ)]+k (5)
式(5)において、k1n、k2n、kは任意の係数、αcnは任意の偏光角度である。なお、これらの係数および偏光角度は、式(3)と同様に、R、GおよびBや画素によらず一定値を用いる。また、式(4)や式(5)の一部のみを用いて合成画像を生成することもできる。
Furthermore, the generation of the composite image is not limited to the method using equation (4). For example, the composite image may be generated by calculating the luminance value I j ' of each pixel using a plurality of polarization angles α c1 to α cn as shown in the following equation (5).
I j ′=Σk 1n A j cos 2 [k 2ncn −θ j )]+k 3 B j (5)
In formula (5), k 1n , k 2n , and k 3 are arbitrary coefficients, and α cn is an arbitrary polarization angle. As with formula (3), these coefficients and polarization angles use constant values regardless of R, G, and B or pixels. Also, a composite image can be generated using only a part of formula (4) or formula (5).

また、撮影画像、合成画像、偏光情報および補正偏光情報に対して、ノイズ低減処理、コントラスト補正およびホワイトバランス補正等の一般的な画像処理を行ってもよい。 In addition, general image processing such as noise reduction, contrast correction, and white balance correction may be performed on the captured image, the composite image, the polarization information, and the corrected polarization information.

さらに、撮影画像は必ずしもRAW画像でなくてもよく、JPEG画像等の圧縮処理された画像を用いることもできる。ただし、輝度値に対してガンマ補正が行われた撮影画像を用いる場合には、偏光情報の算出前に逆補正を行って、輝度値を線形に戻しておくことが好ましい。 Furthermore, the captured image does not necessarily have to be a RAW image, and a compressed image such as a JPEG image can also be used. However, when using a captured image in which gamma correction has been performed on the luminance values, it is preferable to perform inverse correction before calculating the polarization information to return the luminance values to linearity.

図10は、上述した画像処理装置101を含む画像処理システム100の構成を示している。 Figure 10 shows the configuration of an image processing system 100 including the image processing device 101 described above.

画像処理装置101は、画像処理ソフトウェア(コンピュータプログラムとしての画像処理プログラム)106を搭載し、該画像処理ソフトウェア106に従って実施例1または2で説明した画像処理を実行するコンピュータ機器である。 The image processing device 101 is a computer device that is equipped with image processing software (an image processing program as a computer program) 106 and executes the image processing described in the first or second embodiment in accordance with the image processing software 106.

撮像装置102は、カメラ、望遠鏡、内視鏡またはスキャナ等、撮像により画像を取得する装置である。図11には、撮像装置102の例として、レンズ交換式カメラを示している。レンズ交換式カメラは、交換レンズ121、アダプタ122およびデジタルカメラボディ123により構成される。アダプタ122は、図9(a)に示した偏光素子200内部に備えている。 The imaging device 102 is a device that captures an image, such as a camera, a telescope, an endoscope, or a scanner. FIG. 11 shows an interchangeable lens camera as an example of the imaging device 102. The interchangeable lens camera is composed of an interchangeable lens 121, an adapter 122, and a digital camera body 123. The adapter 122 is provided inside the polarizing element 200 shown in FIG. 9(a).

デジタルカメラボディ123は、CMOSセンサ等の撮像センサ(撮像素子)123aを備えており、交換レンズ121とアダプタ122を透過した光を撮像することができる。 The digital camera body 123 is equipped with an image sensor (image sensor) 123a such as a CMOS sensor, and can capture images of light that passes through the interchangeable lens 121 and the adapter 122.

なお、図11では、交換レンズ121とデジタルカメラボディ123との間に偏光素子(アダプタ122)を設けたが、偏光素子を交換レンズ121よりも物体側に配置してもよい。また、アダプタ122を設けず、デジタルカメラボディ123内の撮像センサと一体に又はその直前に偏光素子を設けてもよい。 In FIG. 11, a polarizing element (adapter 122) is provided between the interchangeable lens 121 and the digital camera body 123, but the polarizing element may be located closer to the object than the interchangeable lens 121. Also, instead of providing the adapter 122, the polarizing element may be provided integral with or immediately before the image sensor in the digital camera body 123.

図10に示す記憶媒体103は、半導体メモリ、ハードディスク、ネットワーク上のサーバ等、撮像により取得された画像を記憶する。 The storage medium 103 shown in FIG. 10 stores images captured by imaging, such as a semiconductor memory, a hard disk, or a server on a network.

画像処理装置101は、撮像装置102または記憶媒体103から、これらとの有線または無線通信や装着読み出しによって、入力画像としての撮影画像を取得する。そして、実施例1または2で説明した画像処理により出力画像を生成し、該出力画像を出力機器105、撮像装置102および記憶媒体103のうち少なくとも1つに出力する。また、出力画像を画像処理装置101に内蔵された内部記憶部に保存することもできる。出力機器105は、例えばプリンタである。 The image processing device 101 acquires a captured image as an input image from the imaging device 102 or the storage medium 103 by wired or wireless communication with them or by attached reading. Then, an output image is generated by the image processing described in the first or second embodiment, and the output image is output to at least one of the output device 105, the imaging device 102, and the storage medium 103. The output image can also be saved in an internal storage unit built into the image processing device 101. The output device 105 is, for example, a printer.

画像処理装置101には、表示機器104も接続されている。このため、ユーザは、表示機器104を通じて、画像処理の作業を行ったり生成された出力画像の評価を行ったりすることができる。画像処理装置101は、実施例1または2で説明した画像処理のほか、必要に応じて現像処理や画像回復処理等、他の画像処理を行ってもよい。 The image processing device 101 is also connected to a display device 104. Therefore, a user can perform image processing tasks and evaluate the generated output image through the display device 104. In addition to the image processing described in the first or second embodiment, the image processing device 101 may also perform other image processing such as development processing and image restoration processing as necessary.

本実施例では、画像処理装置101が撮像装置102とは別に設けられている場合について説明したが、画像処理装置101が撮像装置102に内蔵されていてもよい。
(その他の実施例)
本発明は、上述の実施例の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
In the present embodiment, the image processing device 101 is provided separately from the imaging device 102 . However, the image processing device 101 may be built into the imaging device 102 .
Other Examples
The present invention can also be realized by a process in which a program for implementing one or more of the functions of the above-described embodiments is supplied to a system or device via a network or a storage medium, and one or more processors in a computer of the system or device read and execute the program. The present invention can also be realized by a circuit (e.g., ASIC) that implements one or more of the functions.

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。 The embodiments described above are merely representative examples, and various modifications and alterations are possible when implementing the present invention.

11 偏光算出部
12 偏光補正部
13 画像合成部
101 画像処理装置
11 Polarization calculation unit 12 Polarization correction unit 13 Image synthesis unit 101 Image processing device

Claims (13)

複数の異なる偏光状態を有する光を用いた撮像により得られた複数の入力画像を取得し、前記複数の入力画像のそれぞれにおける第1の波長に対応する複数の第1の画素のそれぞれの第1の輝度値に基づいて、前記第1の画素ごとの第1の角度情報を取得し、前記複数の入力画像のそれぞれにおける特定領域内の第2の波長に対応する複数の第2の画素のそれぞれの第2の輝度値に基づいて、前記第2の画素ごとの第2の角度情報を取得する取得手段と、
前記複数の第1の画素のうち前記特定領域内の少なくとも1つの画素の前記第1の角度情報を前記第2の角度情報に置き換えることで得られる補正偏光情報を取得する補正手段と、
前記補正偏光情報を用いて出力画像を生成する生成手段とを有し、
前記第1の角度情報は前記第1の輝度値を最大化する第1の偏光角度を示し、前記第2の角度情報は前記第2の輝度値を最大化する第2の偏光角度を示すことを特徴とする画像処理装置。
an acquisition means for acquiring a plurality of input images obtained by imaging using light having a plurality of different polarization states, acquiring first angle information for each of a plurality of first pixels corresponding to a first wavelength in each of the plurality of input images based on a first luminance value of each of the plurality of first pixels, and acquiring second angle information for each of the plurality of second pixels based on a second luminance value of each of a plurality of second pixels corresponding to a second wavelength in a specific region in each of the plurality of input images;
a correction means for acquiring corrected polarization information obtained by replacing the first angle information of at least one pixel in the specific region among the plurality of first pixels with the second angle information ;
generating means for generating an output image using the corrected polarization information ;
An image processing device characterized in that the first angle information indicates a first polarization angle that maximizes the first luminance value, and the second angle information indicates a second polarization angle that maximizes the second luminance value .
前記取得手段は、前記複数の入力画像のそれぞれにおける第3の波長に対応する複数の第3の画素のそれぞれの第3の輝度値に基づいて、前記第3の画素ごとの第3の角度情報を取得し、
前記補正手段は、前記複数の第3の画素のうち前記特定領域内の少なくとも1つの画素の前記第3の角度情報を前記第2の角度情報に置き換えることにより前記補正偏光情報を取得することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
the acquiring means acquires third angle information for each of a plurality of third pixels based on a third luminance value of each of a plurality of third pixels corresponding to a third wavelength in each of the plurality of input images;
The image processing device according to claim 1 , characterized in that the correction means acquires the corrected polarization information by replacing the third angle information of at least one pixel within the specific region among the plurality of third pixels with the second angle information .
前記第1の波長および前記第2の波長はそれぞれ、赤、緑および青のうちいずれか2つに対応する波長であることを特徴とする請求項1または2に記載の画像処理装置。 3. The image processing apparatus according to claim 1 , wherein the first wavelength and the second wavelength each correspond to any two of red, green, and blue. 前記第1の波長、前記第2の波長および前記第3の波長はそれぞれ、赤、緑および青のうちいずれかに対応する波長であることを特徴とする請求項に記載の画像処理装置。 3. The image processing apparatus according to claim 2 , wherein the first wavelength, the second wavelength and the third wavelength each correspond to any one of red, green and blue. 前記補正手段は、前記複数の入力画像のそれぞれにおいて偏光度が所定値よりも大きい領域を前記特定領域として選択することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の画像処理装置。 5 . The image processing apparatus according to claim 1 , wherein the correction means selects, as the specific region, a region in each of the plurality of input images in which the degree of polarization is greater than a predetermined value. 前記補正手段は、前記複数の入力画像のそれぞれにおいて前記第1の偏光角度と前記第2の偏光角度の差が所定値より大きい領域を前記特定領域として選択することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の画像処理装置。 5. The image processing device according to claim 1, wherein the correction means selects, as the specific area, an area in each of the plurality of input images where a difference between the first polarization angle and the second polarization angle is greater than a predetermined value. 前記補正手段は、前記複数の入力画像のそれぞれ波長情報に基づいて複数の領域に分割し、
該複数の領域から前記特定領域を選択することを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載の画像処理装置。
The correction means divides each of the plurality of input images into a plurality of regions based on wavelength information,
7. The image processing apparatus according to claim 1, wherein the specific area is selected from the plurality of areas.
前記補正手段は、前記第2の波長を、前記特定領域内の偏光情報または波長情報に応じて選択することを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載の画像処理装置。 8. The image processing apparatus according to claim 1, wherein the correction means selects the second wavelength in accordance with polarization information or wavelength information in the specific region. 請求項1から8のいずれか一項に記載の画像処理装置と、
前記入力画像を取得する撮像素子とを有することを特徴とする撮像装置。
An image processing device according to any one of claims 1 to 8;
and an image sensor for acquiring the input image.
透過する光の偏光状態を制御する偏光素子を有することを特徴とする請求項9に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 9, characterized in that it has a polarizing element that controls the polarization state of the transmitted light. 前記偏光素子は、液晶により構成される可変位相差板と、偏光板とを含むことを特徴とする請求項10に記載の撮像装置。 The imaging device according to claim 10, characterized in that the polarizing element includes a variable retardation plate made of liquid crystal and a polarizing plate. 複数の異なる偏光状態を有する光を用いた撮像により得られた複数の入力画像を取得するステップと、
前記複数の入力画像のそれぞれにおける第1の波長に対応する複数の第1の画素のそれぞれの第1の輝度値に基づいて、前記第1の画素ごとの第1の角度情報を取得するステップと、
前記複数の入力画像のそれぞれにおける特定領域内の第2の波長に対応する複数の第2の画素のそれぞれの第2の輝度値に基づいて、前記第2の画素ごとの第2の角度情報を取得するステップと、
前記複数の第1の画素のうち前記特定領域内の少なくとも1つの画素の前記第1の角度情報を前記第2の角度情報に置き換えることで得られる補正偏光情報を取得するステップと、
前記補正偏光情報を用いて出力画像を生成するステップとを有し、
前記第1の角度情報は前記第1の輝度値を最大化する第1の偏光角度を示し、前記第2の角度情報は前記第2の輝度値を最大化する第2の偏光角度を示すことを特徴とする画像処理方法。
acquiring a plurality of input images obtained by imaging with light having a plurality of different polarization states;
obtaining first angle information for each of a plurality of first pixels based on a first luminance value of each of the plurality of input images, the first luminance value corresponding to a first wavelength;
acquiring second angle information for each of a plurality of second pixels based on second luminance values of the second pixels corresponding to a second wavelength within a specific region in each of the plurality of input images;
acquiring corrected polarization information obtained by replacing the first angle information of at least one pixel in the specific region among the plurality of first pixels with the second angle information ;
and generating an output image using the corrected polarization information ;
An image processing method, characterized in that the first angle information indicates a first polarization angle that maximizes the first brightness value, and the second angle information indicates a second polarization angle that maximizes the second brightness value .
請求項12に記載の画像処理方法に従う処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。 A program for causing a computer to execute processing according to the image processing method described in claim 12.
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