JPH09252426A - 画像処理方法 - Google Patents

画像処理方法

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JPH09252426A
JPH09252426A JP8058994A JP5899496A JPH09252426A JP H09252426 A JPH09252426 A JP H09252426A JP 8058994 A JP8058994 A JP 8058994A JP 5899496 A JP5899496 A JP 5899496A JP H09252426 A JPH09252426 A JP H09252426A
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image
pixel
matrix
pixels
coordinates
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JP8058994A
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Inventor
Yoichi Shoji
洋一 庄司
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Nippon Avionics Co Ltd
Original Assignee
Nippon Avionics Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ぶれやぼけが生じた画像を補正して正常な画
像を得る。 【解決手段】 縦mピクセル×横nピクセルの画像を取
得した後(ステップ101)、入力画像のピクセルの輝
度情報を要素とする行列C、補正画像のピクセルの輝度
情報を要素とする行列Bを定義する。各行の要素が入力
画像の各ピクセルに対応し各列の要素が補正画像の各ピ
クセルに対応する、C=A×Bとなる変換行列Aを作成
する(ステップ102)。入力画像の特定の1ピクセル
に対応する行列Aの1行の要素は、特定のピクセルを構
成する補正画像のピクセルの割合を示す。行列Aの逆行
列A-1を求め(ステップ103)、補正画像の行列Bを
求めることにより入力画像を補正画像に変換する(ステ
ップ104)。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば画像入力装
置の移動によってぶれが生じた画像、あるいは画像入力
装置の焦点距離のずれによってぼけが生じた画像を補正
する画像処理方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、撮像装置等の画像入力装置におい
ては、画像取得時の装置の振れ等による像ぶれを自動的
に補正する機能や、焦点距離を自動的に調整する機能が
付加されており、この機能によって像ぶれや焦点ぼけを
補正していた。ところが、これらの機能で補正しきれな
い場合や、画像入力装置に補正機能がない場合、画像入
力装置から出力された画像データにはぶれやぼけが生じ
ており、このデータを画像処理して補正することは困難
であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の画
像処理システムでは、画像入力装置から出力される画像
にぶれやぼけが生じてしまうと、これを補正することが
難しいため、ぶれやぼけのない正常な画像を得ることが
できないという問題点があった。本発明は、上記課題を
解決するためになされたもので、画像入力装置から出力
された画像を補正して正常な画像を得ることができる画
像処理方法を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、縦mピクセル
×横nピクセルの入力画像に対して、所定順に並んだ入
力画像のピクセルの輝度情報を要素とする行列C、所定
順に並んだ補正画像のピクセルの輝度情報を要素とする
行列Bを定義し、入力画像の1ピクセルの輝度情報が補
正画像のどのピクセルの輝度情報から構成されているか
を決定し、各行の要素が所定順の入力画像の各ピクセル
に対応すると共に、各列の要素が所定順の補正画像の各
ピクセルに対応する、C=A×Bとなる変換行列Aを作
成し、この変換行列Aの逆行列A-1を求め、B=A-1×
Cによって補正画像の行列Bを求めることにより入力画
像を補正するものであり、入力画像の特定の1ピクセル
に対応する変換行列Aの1行の要素は、上記構成の決定
に基づく、特定のピクセルを構成する補正画像のピクセ
ルの割合を示すものである。このように、入力画像の1
ピクセルの輝度情報が補正画像のどのピクセルの輝度情
報から構成されているかを定義して、変換行列の要素を
決定することにより、入力画像を補正画像に変換するこ
とができる。
【0005】
【発明の実施の形態】
実施の形態の1.図1は本発明の第1の実施の形態とな
る画像処理方法を説明するためのフローチャート図であ
る。本実施の形態の画像処理方法は、撮像装置等の画像
入力装置が画像取得中に動いたために、ぶれが生じた画
像を補正するものである。ここでは、処理内容を簡潔に
するために、画像入力装置が等速で移動したものとす
る。
【0006】図2にぶれ画像と装置が不動の場合の本来
の画像の例を示す。図2において、マトリクス状に並ん
だ四角形はピクセル(画素)を表し、この四角形内の数
値はそのピクセルの輝度を示す。図2は、本来、図2
(b)のような輝度情報を有すべき画像が、画像入力装
置が右方向に移動したために、図2(a)のような輝度
情報を有するぶれ画像となったことを示している。この
とき、本来の画像の輝度は、左方向の4ピクセルに分割
され、ぶれ画像の輝度となる。
【0007】例えば、図2(b)に示す本来の画像にお
いて、座標X=4、Y=1のピクセルの輝度100は、
図2(a)のように、この座標を含む4ピクセル(つま
り、X=1〜4、Y=1)に分割され、各ピクセルの輝
度が25となる。なお、ぶれ画像において、例えば座標
X=1、Y=0の輝度35は、本来の画像の座標X=
4、Y=0の輝度の分割分25と、同じく座標X=2、
Y=0の輝度の分割分10とを合わせたものとなる。
【0008】このような考え方に基づいて、ぶれ画像
(以下、入力画像とする)のあるピクセルは、本来の画
像(以下、正常画像とする)のどのピクセルから構成さ
れているかを考える。入力画像の座標(x0、y0)に
あるピクセルの情報は、図3に示すように、正常画像の
座標(x0、y0)から(x’、y’)までのピクセル
の情報の集合と考えられる。ただし、座標(x’、
y’)のピクセルは、入力画像の座標(x0、y0)の
ピクセルを構成する最大遠のピクセルであり、ぶれのベ
クトルVから1点に決定される。
【0009】図3により、入力画像における座標(x
0、y0)のピクセルを構成する正常画像のピクセルの
座標(X、Y)は次式の条件を満たす。 Y=a×X+b (ただし、x0≦X≦x0+d、d=|V|×cosθ) ・・・(1) aはぶれ方向(ぶれベクトルVの傾き、すなわちY増加
分/X増加分)、bはy0−a×x0、|V|はぶれベ
クトルVの大きさ、θはx軸に平行なベクトルLに対す
るぶれベクトルVの傾き角である。
【0010】このとき、|a|>1の場合には次式を用
いる。 X=(Y−b)/a (ただし、y0≦Y≦y0+e、e=|V|×sinθ) ・・・(2) |a|>1の場合に、式(2)を用いる理由を図4で説
明する。式(1)の場合(図4ではa=1)には、図4
に示すように、ベクトルV上のピクセルの座標Xによっ
てそのピクセルの座標Yを規定している。
【0011】ところが、|a|>1(図4ではa>1)
の場合、離散的な整数値をとる座標値Xで表現できない
ピクセルP(このピクセルPは座標値が実数なので、実
際には存在しないが、それに近い座標値Xによって近似
することが望ましいピクセルである)が発生し、入力画
像の座標(x0、y0)のピクセルを構成するベクトル
V’に大きな隙間が生じてしまう。したがって、|a|
>1の場合には、ベクトルV’上のピクセルの座標Yに
よってそのピクセルの座標Xを規定する式(2)を使用
する。式(1)、式(2)により、入力画像の1ピクセ
ルは、次式に示す情報から構成されていると定義するこ
とができる。
【0012】
【数1】
【0013】式(3)において、C(x、y)は入力画
像における座標(x、y)のピクセルの輝度情報、B
(X、Y)は正常画像における座標(X、Y)のピクセ
ルの輝度情報である。また、fはぶれ度数(図2の例で
は4)であり、次式によって表すことができる。
【0014】
【数2】
【0015】次に、画像の大きさを入力画像、正常画像
共に縦mピクセル×横nピクセルとし、入力画像におけ
るm×n個のピクセルの輝度情報を要素とする行列C、
正常画像におけるm×n個のピクセルの輝度情報を要素
とする行列Bを次式のように定義する。
【0016】
【数3】
【0017】このとき、行列Cは、座標(0、0)、
(1、0)、(2、0)・・・(n−1、0)、(0、
1)、(1、1)、(2、1)・・・(n−1、1)、
(0、2)、(1、2)、(2、2)・・・(n−1、
2)・・・・(0、m−1)、(1、m−1)、(2、
m−1)・・・(n−1、m−1)のピクセル(以下、
この座標の順番を所定順とする)の輝度情報C(0、
0)〜C(n−1、m−1)が縦方向に順次並ぶm×n
行1列の行列である。
【0018】同様に、行列Bは、上記所定順のピクセル
の輝度情報B(0、0)〜B(n−1、m−1)が縦方
向に順次並ぶm×n行1列の行列である。続いて、次式
を満たすm×n行m×n列の変換行列Aを以下のように
求める。 C=A×B ・・・(6) この変換行列Aは次式のように定義することができる。
【0019】
【数4】
【0020】変換行列Aの各行は、入力画像の各ピクセ
ルに対応する。すなわち、上記所定順に並ぶ座標(0、
0)〜(n−1、m−1)の各ピクセルに対して、A00
〜An-1m-1を要素とする各行が対応している。また、変
換行列Aの各列は、正常画像の各ピクセルに対応する。
すなわち、上記所定順に並ぶ座標(0、0)〜(n−
1、m−1)の各ピクセルに対して、A(0、0)〜A
(n−1、m−1)を要素とする各列が対応している。
【0021】式(6)、式(7)は、以下のようなこと
を意味している。式(6)の計算を行列C、Bの1行目
について行うと次式となる。 C(0、0)=A00(0、0)×B(0、0)+A00(1、0)×B(1、0) +A00(2、0)×B(2、0)・・A00(n−1、0)×B(n−1×0) ・・+A00(0、m−1)×B(0、m−1)+A00(1、m−1) ×B(1、m−1)+A00(2、m−1)×B(2、m−1) ・・+A00(n−1、m−1)×B(n−1×m−1) ・・(8)
【0022】式(8)により、入力画像における座標
(0、0)のピクセルの輝度情報C(0、0)は、正常
画像のピクセルの輝度情報B(0、0)〜B(n−1、
m−1)の各々にA00(0、0)〜A00(n−1、m−
1)を掛けたものとして表現される。よって、変換行列
Aの要素A00(0、0)〜A00(n−1、m−1)は、
輝度情報C(0、0)を構成する輝度情報B(0、0)
〜B(n−1、m−1)の割合をそれぞれ示す。
【0023】同様に、変換行列Aの要素A10(0、0)
〜A10(n−1、m−1)は、輝度情報C(1、0)を
構成する輝度情報B(0、0)〜B(n−1、m−1)
の割合を示し、要素An-1m-1(0、0)〜An-1m-1(n
−1、m−1)は、輝度情報C(n−1、m−1)を構
成する輝度情報B(0、0)〜B(n−1、m−1)の
割合を示す。以上の説明は、その他の輝度情報Cについ
ても同様である。したがって、変換行列Aの要素を定め
てやれば、入力画像の各ピクセルを表現できることにな
る。
【0024】次に、この変換行列Aの作成方法を説明す
る。入力画像の1ピクセルが正常画像のどのピクセルか
ら構成されているかは、式(3)の説明から求めること
ができるので、式(3)の関係を利用して、行列Aの各
要素を決定すればよい。まず、|a|≦1のときは次式
を用いる。 X=x+k ・・・(9) Y=y+a×k ・・・(10)
【0025】前述のように、X、Yは正常画像の座標、
x、yは入力画像の座標である。式(9)と式(10)
において、kは同じ値をとり、その値は0、1、・・・
f×cosθ−1の整数値をとる。また、|a|>1の
ときは次式を用いる。 X=x+(k/a) ・・・(11) Y=y+k ・・・(12)
【0026】式(11)と式(12)において、kは同
じ値をとり、その値は0、1、・・・f×sinθ−1
の整数値をとる。なお、本実施の形態で扱う画像は、デ
ィジタル信号によって表現されているので、X、Y、|
V|、f×cosθ、f×sinθは近似される整数と
なる。
【0027】入力画像の任意の座標(x、y)のピクセ
ルを構成する正常画像のピクセルの座標は、式(9)、
(10)を同時に満たす、あるいは式(11)、(1
2)を同時に満たすものである。こうして、正常画像の
座標(X、Y)を決定した後、この座標に対応する行列
Aの要素の値を所定値とする。本実施の形態では、正常
画像のピクセルがぶれ度数fの数に分割され、画像入力
装置が等速移動したとしているので、正常画像のピクセ
ルは均一に分割される。つまり、上記所定値は1/fと
すればよい。
【0028】また、決定した座標(X、Y)以外の正常
画像のピクセルは、対象となる入力画像のピクセルを構
成していない。よって、求めた座標(X、Y)以外の正
常画像のピクセルに対応する変換行列Aの要素の値は
「0」とすればよい。以上のような作成方法による変換
行列Aの例を次式に示す。
【0029】
【数5】
【0030】ここでは、|V|=3、a=0、θ=0、
画像の大きさを縦8ピクセル×横8ピクセル(m=8、
n=8)としている。なお、式(13)において、
「1」以外の未表記の要素の値は「0」である。
【0031】この変換行列Aの作成方法を1行目を例に
とって図5で説明する。今、a=0なので、変換行列A
を作成するためには、式(9)、式(10)を使用す
る。前述のように、行列Aの1行目は、入力画像の座標
(0、0)のピクセルに対応するため、x=0、y=0
として、式(9)、式(10)を同時に満たす正常画像
の座標(X、Y)を求める。こうして、正常画像の座標
(0、0)、(1、0)、(2、0)、(3、0)が得
られる。
【0032】そして、行列Aの各列は所定順に並んだ正
常画像の各ピクセルに対応する。これにより、入力画像
の座標(0、0)のピクセルに対応する行列Aの1行目
において、求めた座標(0、0)、(1、0)、(2、
0)、(3、0)に対応する要素の値を所定値とし、そ
れ以外の要素の値を「0」とすればよい。この例では、
|V|=3であり、式(4)によりf=4となるので、
上記所定値は「1/4」(式(13)の行列内では
「1」)である。以下、同様の処理を2〜64行目(入
力画像の座標(1、0)〜(7、7))まで繰り返せば
よい。こうして、変換行列Aを作成することができる。
【0033】次に、式(6)より、正常画像の行列Bは
次式のように求めることができる。 B=A-1×C ・・・(14) よって、作成した変換行列Aの逆行列A-1を求めれば、
行列Bを求めることができ、正常画像の各ピクセルの輝
度情報を求めることができる。すなわち、入力画像を正
常画像(補正画像)に変換することができる。
【0034】以上のように本実施の形態では、画像入力
装置より入力画像のディジタルデータを取得した後(図
1ステップ101)、変換行列Aを作成して(ステップ
102)、その逆行列A-1を求め(ステップ103)、
この逆行列A-1により式(14)を使って正常画像の行
列Bを求めることにより、入力画像のぶれを補正するこ
とができる(ステップ104)。なお、上述したパラメ
ータ|V|、θについては、実際に補正を試みながら適
当な値を設定すればよい(ぶれ方向aはθから決定する
ことができる)。
【0035】実施の形態の2.実施の形態の1では、画
像入力装置の移動によるぶれを補正したが、被写体が移
動したときには、被写体だけがぶれて背景にはぶれが生
じない。このような場合には、被写体の領域のみを入力
画像として指定してやれば、実施の形態の1と同様にぶ
れを補正することができる。
【0036】実施の形態の3.次に、焦点距離がずれた
ために、ぼけが生じた画像を補正する画像処理方法につ
いて説明する。本実施の形態においても、処理手順は、
図1に示す実施の形態の1の手順と同様である。ここで
は、処理内容を簡潔に説明するために、ぼけ画像につい
て以下のように定義する。
【0037】図6にぼけ画像と焦点距離が正しい場合の
本来の画像の例を示す。図6は、本来、図6(b)のよ
うな輝度情報を有すべき画像が、焦点距離が正しくない
ために、図6(a)のような輝度情報を有するぼけ画像
となったことを示している。このとき、本来の画像の1
点の輝度は、s(図6では5)倍の面積の輝度に分割さ
れる。例えば、図6(b)に示す本来の画像において、
座標X=1、Y=1のピクセルの輝度50は、図6
(a)のように、この座標を含む5ピクセルに分割さ
れ、各ピクセルの輝度が10となる。
【0038】図6の考え方に基づいて、ぼけ画像(以
下、入力画像とする)のあるピクセルは、正常画像のど
のピクセルから構成されているかを考える。入力画像の
座標(x0、y0)にあるピクセルの情報は、正常画像
の座標(x0、y0)から(x0+α、y0+β)まで
のピクセルの情報の集合と考えられる。α、βはα2
β2 ≦r2 を満たし、rはぼけが生じた半径である。
【0039】これにより、入力画像における座標(x
0、y0)のピクセルを構成する正常画像のピクセルの
座標(X、Y)は次式の条件を満たす。 (X−x0)2 +(Y−y0)2 ≦r2 ・・・(15) 式(15)により、入力画像の1ピクセルは、次式に示
す情報から構成されていると定義することができる。
【0040】
【数6】
【0041】式(16)において、C(x、y)は入力
画像における座標(x、y)のピクセルの輝度情報、B
(X、Y)は正常画像における座標(X、Y)のピクセ
ルの輝度情報である。また、ぼけの面積sは次式によっ
て表すことができる。
【0042】
【数7】
【0043】式(16)、式(17)の意味を図7を用
いて説明する。今、座標(x0、y0)を中心とする半
径rの円を考える。座標(x0、y0)からx軸方向に
kだけ離れた円上の点は、y軸方向で距離jだけ離れて
おり、このjはj2 +k2 =r2 の関係を満たす。これ
により、この点のy座標は、y0−(r2 −k21/ 2
又はy0+(r2 −k21/2 である。また、図7の円
上の点が取り得るx座標はx0−rからx0+rまでの
範囲である。
【0044】したがって、−rからrまでの値をとる任
意のkに対して、jを−(r2 −k21/2 から(r2
−k21/2 まで変化させれば、円内に存在するピクセ
ルの座標(X、Y)を全て求めることができる。
【0045】入力画像のピクセルの輝度情報を要素とす
る行列C、正常画像のピクセルの輝度情報を要素とする
行列B、変換行列Aの定義については、実施の形態の1
の式(5)〜(7)と全く同じであるので、次に本実施
の形態の場合の変換行列Aの作成方法について説明す
る。入力画像の1ピクセルが正常画像のどのピクセルか
ら構成されているかは、式(16)、式(17)から求
めることができるので、この式の関係を利用して、行列
Aの各要素を次式のように決定すればよい。
【0046】 X=x+k ・・・(18) Y=y+j (ただし、jは−(r2 −k21/2 〜(r2 −k21/2 の整数値) ・・・(19) 式(18)と式(19)において、kは同じ値をとり、
その値は−r〜rの整数値をとる。
【0047】なお、本実施の形態で扱う画像は、ディジ
タル信号によって表現されているので、X、Y、r、
(r2 −k21/2 は近似される整数となる。入力画像
の任意の座標(x、y)のピクセルを構成する正常画像
のピクセルの座標は、式(18)、式(19)を同時に
満たすものである。こうして、正常画像の座標(X、
Y)を決定した後、この座標に対応する行列Aの要素の
値を所定値とする。本実施の形態では、正常画像のピク
セルが面積sの数に均一に分割されるとしているので、
上記所定値は1/sとすればよい。
【0048】また、決定した座標(X、Y)以外の正常
画像のピクセルに対応する変換行列Aの要素の値は、実
施の形態の1と同様に「0」とする。以上のような作成
方法による変換行列Aの例を次式に示す。
【0049】
【数8】
【0050】ここでは、r=1、画像の大きさを縦4ピ
クセル×横4ピクセル(m=4、n=4)としている。
この変換行列Aの作成方法を6行目を例にとって図8で
説明する。行列Aの6行目は、入力画像の座標(1、
1)のピクセルに対応するため、x=1、y=1とし
て、式(18)、式(19)を同時に満たす正常画像の
座標(X、Y)を求める。こうして、正常画像の座標
(1、0)、(0、1)、(1、1)、(2、1)、
(1、2)が得られる。
【0051】そして、行列Aの各列は正常画像の各ピク
セルに対応している。これにより、入力画像の座標
(1、1)のピクセルに対応する行列Aの6行目におい
て、求めた座標(1、0)、(0、1)、(1、1)、
(2、1)、(1、2)に対応する要素の値を所定値と
し、それ以外の要素の値を「0」とすればよい。この例
では、r=1であり、式(17)によりs=5となるの
で、上記所定値は「1/5」(式(20)の行列内では
「1」)である。
【0052】同様の処理をその他の行についても行うこ
とにより、変換行列Aを作成することができる。変換行
列Aを作成することができれば、逆行列A-1を求めて、
式(14)から正常画像の行列Bが得られることは実施
の形態の1と同様である。こうして、ぼけ画像を補正す
ることができる。上述したパラメータrについては、実
際に補正を試みながら適当な値を設定すればよい。
【0053】なお、カラー画像の場合には、R(赤)、
G(緑)、B(青)の3つの輝度情報があるので、R、
G、Bの各プレーンごとに実施の形態の1〜3のような
画像処理を行えばよい。
【0054】
【発明の効果】本発明によれば、入力画像の1ピクセル
の輝度情報が補正画像のどのピクセルの輝度情報から構
成されているかを定義して、変換行列の要素を決定する
ことにより、入力画像を補正画像に変換することができ
るので、補正画像としてぶれやぼけのない正常な画像を
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態となる画像処理方
法を説明するためのフローチャート図である。
【図2】 ぶれ画像の例を示す図である。
【図3】 ぶれ画像の1ピクセルを構成する正常画像の
ピクセルの集合であるぶれベクトルを示す図である。
【図4】 ぶれベクトルの傾きに応じた処理の振り分け
を説明するための図である。
【図5】 変換行列の作成方法を説明するための図であ
る。
【図6】 ぼけ画像の例を示す図である。
【図7】 ぼけ画像の1ピクセルを構成する正常画像の
ピクセルの求め方を説明するための図である。
【図8】 変換行列の作成方法を説明するための図であ
る。
【符号の説明】
C…入力画像の行列、B…正常画像(補正画像)の行
列、A…変換行列、m…画像の縦の大きさ、n…画像の
横の大きさ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 縦mピクセル×横nピクセルの入力画像
    に対して、所定順に並んだ入力画像のピクセルの輝度情
    報を要素とする行列C、前記所定順に並んだ補正画像の
    ピクセルの輝度情報を要素とする行列Bを定義し、 入力画像の1ピクセルの輝度情報が補正画像のどのピク
    セルの輝度情報から構成されているかを決定し、 各行の要素が前記所定順の入力画像の各ピクセルに対応
    すると共に、各列の要素が前記所定順の補正画像の各ピ
    クセルに対応する、C=A×Bとなる変換行列Aを作成
    し、 この変換行列Aの逆行列A-1を求め、 B=A-1×Cによって前記補正画像の行列Bを求めるこ
    とにより入力画像を補正する画像処理方法であって、 入力画像の特定の1ピクセルに対応する変換行列Aの1
    行の要素は、前記構成の決定に基づく、前記特定のピク
    セルを構成する補正画像のピクセルの割合を示すもので
    あることを特徴とする画像処理方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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