WO2005043891A1 - 画像補正方法および撮像装置 - Google Patents

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WO2005043891A1
WO2005043891A1 PCT/JP2003/013972 JP0313972W WO2005043891A1 WO 2005043891 A1 WO2005043891 A1 WO 2005043891A1 JP 0313972 W JP0313972 W JP 0313972W WO 2005043891 A1 WO2005043891 A1 WO 2005043891A1
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distance
correction
calculating
value
correction coefficient
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Application number
PCT/JP2003/013972
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English (en)
French (fr)
Inventor
Takeo Fujita
Narihiro Matoba
Original Assignee
Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Application filed by Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha filed Critical Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/61—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise the noise originating only from the lens unit, e.g. flare, shading, vignetting or "cos4"

Definitions

  • the present invention relates to an imaging device. a) Image correction for correcting brightness and color unevenness (shading) in an image. Background leakage
  • Shiedingu due characteristic distribution like the vignetting 1 ⁇ solid Mamoruzo device of the camera optical system, luminance and color difference between the central portion and the peripheral portion of the imaging screen generated by an imaging apparatus including the digital still camera (Unevenness) occurs.
  • the image compensation in the image pickup apparatus disclosed in the first embodiment and FIG. 1 calculates a shading correction coefficient approximated by a quadratic (N-order) surface function of pixel coordinates, and calculates the shading correction coefficient by CCD. (Shading correction) by applying to the output signal from (Charge Coupled Device).
  • the image correction method in the difficult-to-take position disclosed in FIG. 7 and FIG. 12 calculates the distance between the pixel coordinates and the optical axis center coordinate, and calculates the shading correction coefficient corresponding to this
  • the shading correction is performed by applying the shading correction coefficient to the output signal from the CCD.
  • An object of the present invention is to solve the above-described problems of the Toru's image correction method. Disclosure of the invention
  • the image complementing IE ⁇ method is a method of calculating a distance between a pixel coordinate of a pixel constituting an image and a predetermined reference coordinate, and a distance calculating step, and calculating the distance calculated in the above-described macro separation calculation step by an N-order function ( N is an integer greater than or equal to 1).
  • the distance between the pixel coordinates and the predetermined reference coordinates is input to the variable of the N-th function to calculate the distance correct value.
  • Pair of The correction coefficient for the distance correction value calculated in the so-called big-key correction value calculation step is calculated based on a table indicating the response.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an image capturing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a look-up table of the object device according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the distance correction value and the correction coefficient of the imaging device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a configuration diagram showing a retaining device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing a look-up table of a disgusting device according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an imaging device according to a third embodiment of the present invention
  • FIG. FIG. 8 is a diagram showing a look-up table of a bell device according to a third embodiment
  • FIG. 8 is a diagram showing a lookup table of a fiber device according to a third embodiment of the present invention
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an imaging apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the imaging device includes a lens 11 having a zoom function, an aperture mechanism 12 for adjusting the amount of light incident on the camera 12, a CCD (Charge Coupled Device)! 3, a photoelectric conversion element, Analog signal processing section 14, analog one digital! ⁇ Male (AD 15) Digital signal processing section 16; Image data output section 17 for storing captured data in the consideration area; optical zoom function; control of aperture mechanism; and shading correction described later
  • the processing unit 20 includes a distance correction unit 23 and a shading correction coefficient calculation unit 24.
  • the vertical control unit 18 changes settings.
  • a shading correction processing section 20 for performing shading correction includes a pixel coordinate force section 21 for calculating the horizontal and vertical coordinates of the pixel, and calculates a distance from the reference point based on the pixel coordinates.
  • the light from the object to be imaged is imaged on the CCD 13 ( ⁇ light-receiving surface through the imaging lens 11 1 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ 12 1.
  • CCD 13 3 ⁇ (R), green (G), blue (B)
  • the three types of pixels that are sensitive to the light of (B) are composed of hundreds of thousands of pixels arranged alternately in a matrix.
  • the light received for each pixel is converted into electric charges, and the stored data is output as an analog signal. I do.
  • the imaging lens 11 has an optical zoom function, and the set value of the zoom amount is controlled by the imaging control unit 18. Also, the aperture setting amount of the aperture raising 12 is similarly controlled by the imaging control unit 18.
  • the analog signal processing unit 14 performs double correlation sampling of the output signal from the CCD 13 and performs gain control.
  • the AD converter 15 converts the analog signal input from the analog signal processing unit 14 into a digital signal, and outputs the digital signal to the S: n-decoding correction processing unit 20.
  • the digital signalized image data is input to the shading compensation HL processing unit 20.
  • the Hi elementary value data is input to the pixel coordinate force section 21.
  • the distance calculation unit 22 calculates ⁇ between the reference point and the pixel from the coordinate value of the pixel and the coordinate value of the reference point.
  • the distance D is calculated according to the following equation (1), where the coordinates of the pixel are (x, y) and the coordinates of the reference point are (x, y.).
  • the calculated distance is output to the DttS giant positive part 23.
  • the distance IS positive part 23 performs a distance correction process using an N-order function (N is an integer of 1 or more).
  • N is an integer of 1 or more.
  • a quadratic function is used for the correction process:
  • the distance correction value S is obtained from the value of the distance D according to the following equation (2).
  • a 2 and a 3 are coefficients relating to variables, and these coefficients are used to measure the shading characteristics of the imaging device to be changed in advance, and to obtain the shading correction information output section 24.
  • the most effective value for the shading correction is determined in combination with the lookup table in the above, and is stored in a storage area (not shown).
  • these coefficients can be set to arbitrary values by setting from the imaging control unit 18.
  • the shading correction section 24 refers to the significant value S and determines a correction coefficient based on a preset look-up procedure.
  • FIG. 2 is used in the shading correction section 24.
  • (m + 1) points from 0 to mX N at a fixed interval N are specified for the distance correction value S (m is 1 or more) in Fig. 3.
  • correction coefficients K Q to K m for each point are determined in advance.
  • Figure 3 shows a method for obtaining the correction coefficient K from the positive! S value using the lookup table.
  • the horizontal axis represents the reference distance value S
  • the vertical axis represents the correction coefficient K obtained by referring to the distance correction value S.
  • Fig. 4 shows (m + 1) points from 0 to mX N at a fixed interval N for the distance value S, as in Fig. 3.
  • the values in the look-up table in FIG. 3 measure the shading characteristics in the imaging ⁇ used in advance, determine the most effective value for the shading correction together with the coefficient set in the iWi corrector 23, and a value not shown. In the storage area.
  • a mechanism is provided in which these coefficients can be changed to arbitrary values by setting from the imaging control unit 18.
  • the actual positive distance value S in the shading correction section 24 is included between any of the (m + 1) points from 0 to mXN, so that the nearest two points From the distance value and the correction coefficient at, the correction coefficient is determined by linear interpolation.
  • the correction coefficient K «ffi «positive value S satisfies the conditional expression t ⁇ ⁇ S ⁇ (t + 1) ⁇ ⁇ ⁇ . It is obtained according to the following equation (3).
  • K K t + (K ( t + 1) - K t) x ⁇ (3)
  • determined correction coefficient ⁇ law Is not limited to this.
  • the calculated correction coefficient K is output to the image signal correction unit 25.
  • the image signal correction unit 25 obtains a corrected signal level by multiplying the pixel signal level by the correction coefficient K using the correction coefficient K as a magnification.
  • the imaging data corrected by the correction coefficient K for each pixel is output to the digital signal processing unit 16.
  • the digital signal processing unit 16 converts the output signal of the CCD 13 digitized by the AD converter 15 and corrected by the shading correction processing unit 20 into white balance adjustment, defective pixel correction, R, It performs interpolation, gamma correction, color conversion, and other processing on the three G and B signals to generate image data consisting of luminance and color difference signals.
  • the imaging data output unit 17 performs processing such as storing image data in a storage area and displaying the image data on a liquid crystal screen for image confirmation.
  • the imaging controller 18 controls the zoom function of the fiber lens 11 and the control of the aperture 12.
  • the characteristics of the fresh system are improved at the age when the freshness is reduced. Therefore, the characteristics of the generated shading also change. Therefore, the imaging control unit 18 changes the settings of the distance correction unit 23 and the shading correction unit 24 based on the imaging lens and the optical zoom setting.
  • the jiS can be performed by entering only the coefficients of the distance part 23. In this case, the shading with a large amount of data Since it is not necessary to perform the data ⁇ of the correction coefficient calculation unit 24, the amount of setting change with respect to the change of the shading characteristics can be suppressed to the minimum necessary. It is highly probable that the shading correction should be changed overnight for each image frame: ⁇ At this time, the amount of setting is small, so it is possible to quickly follow changes in system characteristics Shading correction can be realized.
  • the shading characteristics in each of the optical zoom setting and the killing setting to be used are measured in advance, and the shading correction data according to the characteristics are measured.
  • the amount of data stored in the storage area as a parameter for switching should be reduced. Can be.
  • the above two types of shading correction setting methods are always different depending on the characteristics of the 3 ⁇ 4 ⁇ system. It is also possible to use only the flicking force, and for example, ⁇ ⁇ 1 Video that requires compliance 3 ⁇ 4 Time It can also be used depending on the operation mode, for example, by responding by changing the setting of the shading correction coefficient calculation unit 24.
  • the correction of the distance from the reference point by the quadratic function or the ⁇ -order function and the calculation of the correction coefficient by the look-up table are combined.
  • the imaging device has a high-precision shading correction capability, and at the same time, can quickly follow the dynamics of the shading characteristics due to the change of the aperture and the aperture setting. There is an effect that can be done.
  • Embodiment 2 Since the amount of data that needs to be stored to change the zoom and aperture settings can be reduced, there is an effect that the storage area required for storing data can be reduced. . Embodiment 2.
  • a configuration is shown in which the color components of pixels are not considered and the shading correction is performed with the same value for all pixels.
  • different shading characteristics are observed for each color component due to the characteristics of a microphone aperture lens for collecting light at each pixel of the fixed image element.
  • the configuration for performing different shading correction for each color component is shown below.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an imaging apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
  • the imaging device includes an imaging lens 11 having an optical zoom function, an aperture mechanism 12 for adjusting the amount of light entering the camera, and a CCD (Charge
  • the shading correction processing unit 20 includes a distance control unit 1523, and a shading correction coefficient calculation unit 24, which is configured with an energy control unit 18 that performs setting.
  • a shading correction processing unit 2G for performing shading correction includes a pixel coordinate force unit 21 for counting the horizontal and vertical coordinates of the pixel and determining the color of the pixel, based on the coordinates of the pixel.
  • the distance unit 22 for calculating the distance from the reference point, the distance correction unit 23 for correcting the distance value by a quadratic or N-order function, and the distance output from the distance frost correction unit. It comprises a shading correction coefficient calculation unit 24 for obtaining a correction coefficient based on the correction value, and an image signal correction unit 25 for multiplying the pixel value by the correction coefficient and correcting the signal level.
  • the pixel coordinate counting unit 21 counts the coordinates of the pixels on the imaging screen based on the vertical synchronization signal and the horizontal synchronization signal of the image sent together with the image data, and converts the pixel data of the RGB based on the pixel array of the CCD. It is determined whether the data is the color of the color.
  • the pixel coordinate force counting unit 21 outputs the counted coordinate values to the distance calculation unit 22, and outputs the color information about the pixel to the distance extraction unit 22, the S ⁇ ⁇ normal sound 23, and the shading correction coefficient calculation unit 24 Output to each. '
  • the distance calculation unit 22 calculates the distance between the reference point and the pixel from the coordinate value of the pixel and the coordinate value of the reference point.
  • the method of calculating the distance S is the same as that of the first embodiment, but the reference point is switched and used depending on whether the color of the pixel data is RGB.
  • the distance S of the coordinate value of the pixel (x, ⁇ ,, S3 ⁇ 4 point ⁇ the (x R of R, y R), the reference point (x G for G, y G), a B® »point (x B, y B ), R is obtained according to equation (4), G is obtained according to equation (5), and B is obtained according to equation (6).
  • the calculated distance D is output to the giant omission section 23.
  • the distance correction unit 23 performs a distance correction process using an N-order function (N is an integer of 1 or more). For example, for an i-feed that uses a quadratic function for the compensation, the distance fiber positive value S is obtained from the value of the distance D according to the following equations (7) to (9).
  • Equation (7) applies when the pixel is an R pixel
  • Equation (8) applies when the pixel is a G pixel
  • Equation (9) applies when the pixel is a B pixel.
  • aR1 , aR2 , aR3 , aG1 , aG2 , aG3 , aB1 , aB2 , and aB3 are coefficients relating to function variables, and these coefficients are The shading characteristic is measured, and a value that can be most effectively subjected to shading correction is determined together with a look-up table in a shading correction coefficient calculation unit 24 described later, and is stored in a storage area (not shown).
  • a mechanism that can be changed to an arbitrary value by setting from the coefficient ⁇ 3 ⁇ 41 image control unit 18 is provided.
  • the shading correction section purchasing unit 24 refers to the correction value S and determines a correction coefficient based on a preset look-up table.
  • the method of determining the correction coefficient based on the look-up table is the same as in the first embodiment, and among the points specified by the look-up table, the closest to the distance correction value S for which the distance correction value has been calculated.
  • a correction coefficient is determined by linear interpolation from the distance correction value and the correction coefficient at one point.
  • switch the look-up reference to refer to which of the pixel data colors is RG #.
  • FIG. 5 shows an example of a look-up table used in the shading correction listening section 24. Compared to lookup table FIG.
  • the correction coefficient for distance correction value S is ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ for the R pixel, B ⁇ ⁇ ⁇ 'for the G pixel, and K BQ to K for the pixel.
  • Bm which can be set independently The
  • the value of the look-up table in FIG. 5 determines the characteristics of the shading of the imaging device in advance, and the most effective shading correction can be performed in combination with the coefficient set in the distance Hi positive part 23. Values are determined and transferred to the illustrated storage area. In addition, a mechanism is provided in which these coefficients can be changed to arbitrary values by setting from the imaging control unit 18.
  • the method of determining the horizontal correction coefficient based on the look-up table is the same as that of the first embodiment.
  • the distance correction value S for which the positive value is calculated The correction coefficient is determined by linear interpolation from the distance correction value and the correction coefficient at the two points closest to.
  • the horizontal correction coefficient ⁇ calculated by referring to the lookup table is output to the image signal correction unit 25.
  • the image signal correction unit 25 calculates the corrected signal level by multiplying the pixel signal level by the correction coefficient ⁇ using the correction coefficient ⁇ ⁇ ⁇ as the magnification, as in the first embodiment. You.
  • the imaging data corrected by the correction coefficient ⁇ for each pixel is output to the digital signal processing unit 16.
  • the imaging control section 18 controls the optical zoom function and the shark mechanism 12 of the imaging lens 11, and also controls the optical lens and the optical lens in order to change the characteristics of the generated shading.
  • the settings of the distance correction unit 23 and the shading correction coefficient calculation unit 24 are changed based on the time setting. Since each setting value is separated for each RGB color, changing the setting requires changing all the setting parts for each of the R, G, and B components.
  • the R pixel, the G pixel, and the B pixel are determined, and the ⁇ P point of the shading correction that is independent for each color pixel, the coefficient of the distance correction function, the look Since the correction is performed by setting up tables, the shading characteristics differ for each color component due to the characteristics of the microphone aperture lens that collects light at each pixel of the fixed polar image eaves. Performing the shading correction has a powerful effect.
  • the distance between the point and the pixel position is obtained, and the correction coefficient is calculated based on the distance value.
  • the calculation of the distance includes the square calculation and the calculation regarding the pixel position, a relatively large arithmetic circuit is required.
  • the configuration for reducing the amount of calculation required for shading correction and performing shading correction with a smaller amount of calculation is shown below.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an image capturing apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
  • the imaging device includes an imaging lens 11 having a zoom function, an aperture mechanism 12 for adjusting the amount of light entering the camera, and a CCD (Charge Coupled Device) 13, which is a photoelectric conversion element.
  • Analog signal processing unit 14 analog-to-digital signal fluctuation (AD converter overnight) 15, digital signal processing unit 16, imaging data output unit 17 for storing imaged data in the storage area,
  • the imaging control unit 18 changes the setting of the correction coefficient calculation unit 23 b.
  • a shading correction processing unit 20 for performing shading correction is a pixel coordinate counting unit 21 for counting horizontal coordinates and vertical coordinates of pixels, and calculates a horizontal distance from a reference point based on horizontal coordinates of pixels.
  • ZK horizontal distance correction unit 23 a for correcting the plane distance value by a quadratic or ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ -order function, calculates the vertical distance from the reference point based on the vertical coordinates of the pixel, and calculates the vertical occlusion value.
  • the ⁇ Vertical shading correction coefficient calculation unit 24 for calculating the vertical shading correction coefficient based on the vertical SgW positive value output from the correction unit 23 b b, 7jc flat correction coefficient and vertical correction Number
  • an image signal correcting unit 25 for multiplying the pixel value by the pixel value to correct the signal level.
  • Imaging lens 11 aperture 12, CCD 13, analog signal processor 14, AD converter 15, digital signal processor 16, image data output 17
  • image data output 17 The same operation as in state 1 is performed.
  • the pixel coordinate counting unit 21 counts the coordinates of the pixels on the imaging screen based on the vertical synchronization signal and the horizontal synchronization signal of the image sent together with the image data.
  • the pixel coordinate counting section 21 outputs a flat pixel value of the counted coordinate values to the horizontal distance key correction section 23a, and outputs a vertical pixel value to the vertical distance correction section 23b.
  • the ⁇ horizontal distance concealment unit 23a first calculates the horizontal distance between the combined point and the pixel from the horizontal coordinate value of the pixel and the horizontal coordinate value of the door point.
  • the horizontal distance D H coordinate value of the pixel (x, y), when the door point (x 0, y 0), is determined according to the following equation (1 0).
  • the horizontal distance correction unit 23a performs a horizontal distance correction IE process using an Nth order function (N is an integer of 1 or more). For example, in order to calculate a quadratic function in the correction processing, it can be obtained from the value of the horizontal distance hidden value S H «j the average distance DH according to the following equation (11). '
  • aa 2 and a 3 are coefficients relating to the variables of the function, and these coefficients previously measure the shading characteristics in the image ⁇ to be subjected to ⁇ ffl, and calculate the horizontal shading correction coefficient calculating unit 24 a
  • the value that can be most effectively corrected for shading is determined together with the set values in the vertical distance correction section 23b and the vertical shading correction coefficient calculation section 24b, and the storage area not shown is used.
  • a mechanism that can arbitrarily store these coefficients according to the setting from the imaging control unit 18 is prepared.
  • Calculated distance S H is output to the horizontal Shiedingu correction coefficient calculating unit 2 4 a.
  • the horizontal distance positive S H in advance
  • the correction coefficient is determined based on the set look-up table.
  • Figure 7 3 ⁇ 4Taukappa Rights Shie loading correction factor »out section 2 4 a ⁇ Yes Medellin also shows an example of a look-up table ffl, 7 Hira ⁇ positive S mX each from 0 constant intervals N H for H N H Up to (m + 1) points (m is an integer of 1 or more), and for each point Is determined in advance.
  • the values of the look-up table in FIG. 7 are obtained by measuring the shading characteristics of the imaging device used in advance, and calculating the horizontal distance hidden portion 23a, the vertical distance locked portion 23b, and the vertical shell.
  • the most effective value for shading correction is determined in combination with the setting value in the ding correction award calculation unit 24b and stored in a storage area (not shown)! are doing.
  • a mechanism is prepared in which these coefficients can be set to arbitrary values by setting from the imaging control unit 18.
  • the vertical distance concealment unit 23b first calculates the vertical distance between the »point and the pixel from the vertical coordinate value of the pixel and the vertical coordinate value of the door point.
  • the vertical distance correction unit 23b performs complementation of the vertical distance using an Nth order function (N is an integer of 1 or more); For example, the age at which the quadratic function is used in the correction processing is obtained from the value of the vertical distance ⁇ S positive value S v male direct distance D v according to the following Expression 14.
  • b P b 2 and b 3 are the coefficients of the function, and these coefficients are added to the imaging ⁇
  • the characteristics of the shading of the 7J are measured along with the values set in the 7J horizontal distance correction section 23a, the horizontal shading correction section 24a, and the vertical shading correction section 24b.
  • a value that can be effectively shaded is determined and stored in a storage area (not shown).
  • a mechanism is provided in which these coefficients can be changed to arbitrary values by setting from the imaging control unit 18.
  • the calculated distance S v is output to the vertical Shiedingu correction coefficient calculating unit 2 4 b.
  • vertical Shiedingu correction coefficient calculating unit 2 4, b vertical Distance KagiTadashichi S v, Ru determine 3 ⁇ 4T a correction factor based on a lookup tape Carré set in advance.
  • Figure 8 is a drawing showing an example of a lookup table used in the vertical Shie loading correction factor output unit 2 4 b, the vertical distance correction value S v from 0 each constant interval N v to mX N v (m +1) points are specified (m is an integer of 1 or more), and the vertical correction coefficients K VQ to K Vm for each point are determined in advance.
  • the values of the look-up table in FIG. 8 are obtained by measuring the shading characteristics of the imaging device to be used in advance, and calculating the horizontal distance key corrector 23a, the horizontal shading correction coefficient calculator 24a, and the vertical distance corrector 2 In conjunction with the set value in 3b, the value that can be most effectively corrected for shading is determined and stored in the storage area not shown. In addition, a mechanism is provided in which these coefficients can be changed to arbitrary values by setting from the fiber control unit 18.
  • the method of determining the vertical correction coefficient based on the look-up table is the same as in the first embodiment, and among the points specified by the lookup table, the vertical distance correction value is the closest to the calculated vertical distance correction value S v
  • the vertical correction coefficient is determined by linear interpolation from the vertical distance correction value and the vertical correction value at the two points. 'The vertical correction coefficient ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ calculated by referring to the look-up table is output to the image signal correction unit 25.
  • the corrected signal level is obtained by multiplication.
  • Correction factor ⁇ ⁇ for each pixel, and Imaging data subjected to correction by K v is outputted to the digital signal processor 1 6.
  • the imaging control unit 18 controls the optical zoom function of the objectionable lens 11 and controls the fogging movement 12, and also performs horizontal control based on the imaging lens and the optical zoom setting in order to change the characteristics of shading that occurs.
  • the settings of the distance correction section 23a, the horizontal shading correction coefficient calculation section 24a, the vertical distance correction section 23b, and the vertical shading correction coefficient calculation section 24 are changed.
  • the distance correction coefficient and the parameters of the look-up table are similar to those in the first embodiment in that the change in the characteristics of the ⁇ system can be reduced and the required shading correction can follow the acidification. It is T ability to select either one or the other depending on the setting change.
  • the age at which the shading correction is performed with the same ⁇ : is described for all the pixels without considering the color components of the pixels, but the relationship between the second embodiment and the first embodiment is described.
  • the horizontal distance correction section 23a, the horizontal shading correction section output sound 1524a, the vertical range correction sound 1523b, the vertical shading correction section ⁇ By performing setting switching depending on which color of the pixel data is RGB, different shading correction is performed for each color component.
  • the square calculation and the calculation of the root are not performed in the calculation of the distance between the pixel position and the reference point, and the pixel position and the vertical position are individually calculated. Since the correction coefficients are calculated and multiplied and applied, the amount of calculation required for the shading correction can be reduced, and the shading correction can be performed with less observation.
  • the distance between the pixel coordinates and the reference point is obtained by distance calculation with a circle as ⁇ .
  • the optical axis of the ⁇ system will not be perfectly perpendicular to the imaging surface of the image sensor, and the shading characteristics that occur will not always be pointed with respect to the center of the optical axis. May not be possible.
  • the processing accuracy of the lens itself is not sufficient, non-textual shading may occur with respect to the center of the optical axis.
  • the following shows a configuration for setting two door points for calculating the distance and calculating the distance between the pixel coordinates and the reference point by calculating the distance based on the ellipse.
  • the configuration diagram of the fourth embodiment is the same as FIG. 1 as in the first embodiment, and only the operation of the distance calculation unit 22 in the shading correction processing unit 20 is different from that of the first embodiment.
  • the distance extracting unit 22 calculates the distance between the reference point and the pixel from the coordinate value of the pixel and the coordinate values of the two points.
  • the distance D is calculated according to the following equation (14), where (x, y) is the coordinate value of the pixel, (Xp yi ) is the reference point 1, and (x 2 , y 2 ) is the reference point 2.
  • the calculated distance D ⁇ is output to the giant separation correction unit 23.
  • FIG. 9 shows the distribution of pixel coordinates at which the calculated distances are equal when distance extraction is performed using two reference points.
  • two reference points are set, and the sum of the distances of the pixel coordinates from the two door points is regarded as the distance from the reference point to the pixel coordinates. It becomes an elliptical distribution 101 with two »points as focal points. ,
  • the same correction coefficient can also be obtained by performing the calculation of the ⁇ Oki value and the calculation of the correction coefficient using the look-up table in the same manner as in the first embodiment based on the distance D calculated in this manner.
  • the distribution is like an ellipse with two reference points as focal points, and shading correction with a different distribution of correction coefficients depending on the direction from the center can be performed with the center point of the two reference points as the center. .
  • Embodiment 4 the color components of the pixels are not considered, and all the pixels are not considered.
  • Perform shading correction with ⁇ ; ⁇ is described, but in the same way as in the relation of the second embodiment to the first embodiment, hidden part 22, distance correction part 23, shading correction coefficient It is also possible to perform different shading corrections for each color component by holding three types of settings in the calculation unit 24 and switching the settings according to whether the pixel data color is RGB. is there.
  • the shading supplementary section 20 and the like have been described as circuits, but these may be implemented by software processing. That is, a configuration may be adopted in which a computer equipped with a central processing unit having general-purpose functions executes a predetermined process through a computer program.
  • the image compensation method according to the present invention is useful in an application for correcting luminance or color shading in an image in an imaging device such as a digital still camera.
  • the application is not limited to this.
  • the present invention can be applied to other image processing apparatuses that use desired processing on an image.

Abstract

記憶領域の少ないテーブルを用いて、シェーディング特性が動的に変化するような場合にも性能低下を招くことなく、高精度のシェーディング補正を行うことができる画像補正方法を実現する。画像を構成する画素の画素座標と所定の基準座標との距離を算出する距離算出工程と、前記距離算出工程で算出した距離をＮ次関数（Ｎは１以上の整数）の変数に入力することによって距離補正値を算出する距離補正値算出工程と、距離補正値と補正係数との対応を示すテーブルに基いて、前記距離補正値算出工程で算出した距離補正値に対応する補正係数を算出する補正係数算出工程と、前記補正係数算出工程で算出した補正係数に基いて、前記画素の信号を補正する画素信号補正工程とを備える。

Description

明 細 書
画像補正方法および撮像装置 擴分野
この発明は、 撮像装置に係るものであり、 特に、 例えば！ a像における輝度や色のむ ら （シェーディング） を補正するための画像補正 に関するものである。 背景漏
デジタルスチルカメラを初めとする撮像装置で発生するシエーディングは、 カメラ 光学系の周辺減1 ^固体衞象素子の特性分布等により、 撮像画面の中央部と周辺部と の間で輝度や色の差異 （むら） が発生する現象である。
このようなシエーディングを補正するための画像補正方法として、 例えば日本特許 公開 2 0 0 0— 6 9 3 7 1号公報に開示されているものがある。 特に実施例 1および 第 1図に開示された撮像装置における画像補 法は、 画素の座標の 2次 （N次） 曲 面関数によって近似したシェーディング補正係数を演算し、 このシェーディング補正 係数を C CD (Charge Coupled Device)からの出力信号にかけることにより、シエーデ ィング補正を行うものである。
しかしながら、 このような徹の画像補正方法では、 画素の座標の 2次 （N次） 曲 面関数によって近似したシェ一ディング補正係数を演算しており、 シエーディングが レンズ特性や固 «像^?の感度特性など複数の要因に起因して起こる現象であるた め、 N次関数による近似では十分な精度でシエーディング補正を行えない場合がある という問題がある。
また、 シェーディングを補正するための別の画像補正方法として、 例えば日本特許 公開 2 0 0 2 - 2 1 6 1 3 6号公報に開示されているものがある。 特に第 7頁および 第 1 2図に開示された撮難置における画像補正方法は、 画素の座標と光軸中心座標 との距離を算出し、 この ¾|鎮に応じたシェ一ディング補正係数がルックアップテープ ルから取出され、 このシエーディング補正係数を C CDからの出力信号にかけること により、 シェ一ディング補正を行うものである。
しかしながら、 このような «の画像補正方法では、 シェーディング補正の精度を 高めるためには、 多くのデータをルックアップテ一ブルに保持しておく必要がある。 また、 鮮ズーム機能等との組み合わせによりシエーディング特性が撮像中に動的に 変化するような場合には、 それらのデータを変更する必要があるため、 書き換え用デ —タを保持するためにさらに多くの記憶領域が必要となり、 さらに、 書き換えに必要 な処理時間も長くなるので、 撮像時のフレームレートが低下するなどの性能低下につ ながるという問題がある。
以上のように、 徹の画像補正方法では、 十分な精度でシェーディング補正を行え ないという点で問題があった。 また、 別の ί魏の画像補正方法では、 ルックアップテ —ブルのデータが多ぐ その保持に多くの記憶領域が必要となり、 さらに、 それが性 能低下にもつながるという点で問題があつた。
この発明は、 徹の画像補正方法の^ る上記のような問題を解決することを目的 とするものである。 発明の開示
この発明に係る画像補 IE ^法は、 画像を構成する画素の画素座標と所定の基準座標 との距離を算出する距騰出工程と、前言 巨離算出工程で算出した距離を N次関数 (N は 1以上の整数） の変数に入力することによって距離補正値を算出する距离謙正値算 出工程と、 距隱正値と補正係数との対応を示すテ一ブルに基いて、 嫌己隱正値 算出工程で算出した距離補正値に対 ji る補正係数を算出する補正係聽出工程と、 鎌 ¾t正係数算出工程で算出した補正係数に基いて、 觸己画素の信号を補正する画素 信号補正工程とを備えるものである。
このように、 この画像補正方法では、 画素座標と所定の基準座標との距離を N次関 数の変数に入力することによつて距謹正値を算出し、 距嶋正値と補正係数との対 応を示すテーブルに基いて、 謂巨离爾正値算出工程で算出した距讓正値に対 る補正係数を算出するようにした。
これにより、 記憶領域の少ないテーブルを用いて、 シェーディング特性が 的に変 化するような場合にも性能低下を招くことなく、 高精度のシェ一ディング補正が実現 できるのである。 図面の簡単な説明
図 1はこの発明の実施の形態 1による撮維置を示 冓成図、
図 2はこの発明の実施の形態 1による櫥象装置のルツクアツプテーブルを示す図、 図 3はこの発明の実施の形態 1による撮維置の距謹正値と補正係数との関係を 説明するための図、
図 4はこの発明の実施の形態 2による擁装置を示す構成図、
図 5はこの発明の実施の形態 2による嫌装置のルツクアツプテーブルを示す図、 図 6はこの発明の実施の形態 3による撮像装 を示すォ冓成図、 - 図 7はこの発明の実施の形態 3による鐘装置のルックアップテーブルを示す図、 図 8はこの発明の実施の形態 3による纖装置のルツクアツプテーブルを示す図、 図 9はこの発明の実施の形態 4による撮像装置の 2つの »座標と距離との関係を 説明するための図、
である。 発明を実施するための最良の形態
実施の形態 1 .
図 1はこの発明の実施の形態 1による撮像装置を示す ί冓成図である。
図 1において、 撮像装置は、 ズ一ム機能を備えた嫌レンズ 1 1、 カメラに入 射する光量を調節するための絞り機構 1 2、 光電変換素子である C C D(Charge Coupled Device) ! 3 ,アナログ信号処理部 1 4、アナログ一デジタリ！ ^雄（ADコ ンバ一夕） 1 5、 デジタル信号処理部 1 6、 撮像したデータを記慮領域に格納するた めの撮像データ出力部 1 7、 光学ズーム機能、 絞り機構を制御するとともに、 後述す るシエーディング補正処理部 2 0中の距離補正部 2 3、 シエーディング補正係数算出 部 2 4の設定を変更する垂制御部 1 8から構成されている。
さらに、 シエーディング補正を行うためのシェ一ディング補正処理部 2 0は、 画素 の水平座標及び垂直座標を力ゥントするための画素座標力ゥント部 2 1、 画素の座標 に基づき基準点からの距離を算出するための距離算出部 2 2、 距離の値に対して 2次 あるいは N次関数による補正を行うための距離補正部 2 3、 距離補正部から出力され た距離の値に基づき、 補正係数を求めるためのシェ一ディング補正係数算出部 2 4、 補正係数を画素値に対して乗算し信号レベルを補正するための画像信号補正部 2 5か ら構成されている。
次に動作について説明する。
まず撮像レンズ 1 1〖 较りネ播冓1 2を通して ¾影対象からの光を C CD 1 3 ( ^受光 面に結像させる。 C CD 1 3〖赫 （R)、 緑 （G)、 青 （B) の光にそれぞれ感 JiTTる 3種の画素を交互にマトリクス状に数十万個配列して成り、 画素毎に受けた光を電荷 に変換して し、 蓄 荷をアナログ信号として出力する。
撮像レンズ 1 1は光学ズーム機能を有しており、 ズーム量の設定値は撮像制御部 1 8によって制御される。 また絞り騰 1 2の絞り設定量も同様に撮像制御部 1 8によ つて制御される。
アナログ信号処理部 1 4は、 C CD 1 3からの出力信号を 2重相関サンプリングし、 ゲイン制御を行う。 ADコンバータ 1 5はアナログ信号処理部 1 4から入力されるァ ナログ信号をデジタル信号に変換して、 シ: n—デイング補正処理部 2 0に出力する。 デジタル信号化された画像データはシエーディング補 HL理部 2 0に入力される。 シエーディング補應理部 2 0では、 ます Hi素値デ一夕を画素座標力ゥント部 2 1に 入力する。
画素座標カウント部 2 1では、 画像データと共に送られる画像の垂直同期信号およ び水平同期信号に基づき、 画素の撮像画面における座標をカウントし、 座標値を距離 算出部 2 2に出力する。
距離算出部 2 2は、 画素の座標値と基準点の座標値から、 基準点と画素の赚を算 出する。 距離 Dは画素の座標値を （x、 y)、 基準点の座標値を （x。、 y。） とする と、 下記の式 ( 1 ) に従って求められる。
D = (x - x0)2 + (y - y0)2 ( 1 )
算出された距離 DttS巨离赚正部 2 3に出力される。
距离 IS正部 2 3では N次関数による距離の補正処理を行う（Nは 1以上の整数)。例 えば補正処理に 2次関数を使用する： ^には、 距離補正値 Sは、 距離 Dの値から下記 の式 （2) に従って求められる。
Figure imgf000007_0001
ここで 、 a2、 a3は変数に係る係数であり、 これらの係数は予め翻する撮像機 器におけるシェ一ディングの特性を測定し、 ί»Τるシェ一ディング補正係聽出部 2 4におけるルックアップテーブルと併せて最も効果的にシエーディング補正可能な 値を決定し、 図示しない記憶領域に保持している。 またこれらの係数は撮像制御部 1 8からの設定によって、 任意の値に颜可能な仕組みとしている。
シェーディング補正係體出部 2 4で 巨謹正値 Sを参照し、 予め設定されたル ックアツプテ一カレに基いて補正係数を決^ "る。 図 2はシエーディング補正係購 出部 2 4で使用するルツクアツプテーブルの例を示したものである。 例えば図 3では 距離補正値 Sについてそれぞれ一定間隔 Nの 0から mX Nまでの（m+ 1 )個のボイ ントを規定し（mは 1以上の整 ¾)、それぞれのポイントに対して、対 る補正係数 KQ〜Kmを予め決定している。
図 3はルツクアツプテ一ブルを用いて^!黼正値 Sから補正係数 Kを求める方法に ついて示したものである。 図 3では、 横軸が参照する距 正値 Sを示し、 縦軸が距 離補正値 Sを参照して求められる補正係数 Kを示している。 図 4は、 図 3と同じく距 正値 Sについてそれぞれ一定間隔 Nの 0から mX Nまでの（m+ 1 )個のポイン トを規定した についての例である。 図 3のルックアップテーブルの値は予め使用 する撮像 βにおけるシェーディングの特性を測定し、 iWi正部 2 3において設定 する係数と併せて最も効果的にシエーディング補正可能な値を決定し、 図示しない記 憶領域に保持している。 また、 これらの係数は撮像制御部 1 8からの設定によって、 任意の値に変更可能な仕組みを用意している。
シエーディング補正係蘭出部 2 4における実際の距瞧正値 Sは、 0から mX N までの （m+ 1 ) 個のポイントのうちいずれかのポイント間に含まれるため、 最も近 い 2つのボイン卜における距 正値と補正係数から線形捕間により補正係数を決定 する。補正係数 K«ffi«正値 Sが条件式 t · Ν≤ S < ( t + 1 ) · を満たす Μ^. 下記の式 ( 3) に従って求められる。
K = Kt + (K(t+1) - Kt )x^^ ( 3) なお、この実施例では補正係数を線形補間により決定することとして説明しているが、 補正係数の決^法はこれに限られるものではない。
算出された補正係数 Kは画像信号補正部 2 5に対して出力される。
画像信号補正部 2 5では、 補正係数 Kを倍率として用い、 画素の信号レベルに対し て補正係数 Kを乗算することにより補正後の信号レベルを求める。 画素毎に補正係数 Kによる補正を行った撮像データがデジタル信号処理部 1 6に対して出力される。 デジタル信号処理部 1 6は、 ADコンバータ 1 5によってデジタル化され シェ一 デイング補正処理部 2 0によって補正された C CD 1 3の出力信号に対して、 ホワイ トバランス調整、 欠陥画素補正、 R、 G、 B 3色の信号の補間、 ガンマ補正、 色変換 等の処理を行い、 輝度信号および色差信号から成る画像データを生成する。
撮像データ出力部 1 7では画像データを記憶領域に格納したり、 画像確認用の液晶 画面に表示する等の処理を行う。
撮像制御部 1 8では、 纖レンズ 1 1が持つ ズーム機能および、 絞り漏 1 2 の制御を行う。 ここで、 鮮ズ一ムゃ絞りを した齢には、 鮮系の特性が 化 するため、 発生するシェーディングの特性にも変化が生じる。 そこで、 撮像制御部 1 8は撮像レンズと光学ズーム設定に基づいて距離補正部 2 3、 およびシェーディング 補正係^:出部 2 4の設定を変更する。
設定颜の^:として、 距离猶正部 2 3の係数のみを颜する、 シェーディング補 正係隨出部 2 4で使用するルックアップテーブルのデータのみを変更する、 距瞧 正部 2 3の係数およびシェ一ディング補正係数算出部 2 4のデ一夕の両方を変更する、 という 3通りの方法がある。
系の特 f嫂化が穩でない場合には、 距离編正部 2 3の係数のみを颜するこ とによって対 jiS "ること力河能である。 この場合にはデータ量の多いシェ一ディング 補正係数算出部 2 4のデータ颜を行う必要がないため、 シエーディング特性の変化 に対する設定変更量を必要最低限に抑えることが出来る。 特に ズームや絞り量の 変更は画像撮像中に動的に行う可能性が高く、 シエーディング補正のデ一夕変更を撮 像フレ一ム毎に実行する:^が考えられる。 その際設定颜量が少ないことにより、 系の特性変更に対して高速に追従可能なシェ一ディング補正を実現することがで きる。
通常、 ズームの設定颜および被りの設定 ¾Mに対 j¾fるためには、 予め使用 する光学ズーム設定、 およ Ό殺り設定のそれぞれにおけるシエーディングの特性を測 定し、 特性に合わせたシエーディング補正のデータを切り替え用データとして記憶領 域に保持しておく必要がある。 しかし、 前述のように設定変更を距瞧正部 2 3の係 数変更のみで行える動作条件があれば、 切り替え用パラメ一夕として記慮領域に保持 しておくデ一夕量を削減することができる。
系の特性変化が穩な には、 シエーディング補正係数算出部 2 4で使用す るルツクアツプテ一ブルのデ一夕を含めた変更によつて対 ji る必要がある。 この場 合には 系変化に対する高 ¾i 従俗^ F低下するが、 より精度の高いシエーディ ング補正を行うこと力河能である。
上記 2種類のシェ一ディング補正設定変 法は、 ¾ ^系の特性に合わせて常にど ちら力^方のみを使用することも可能であり、 また例えぱ ¾1従が求められる動画 ¾時 巨 正部 2 3の設定 ¾®こよる対応を行い、 精度が求められる静止画 ίΐ^ 時はシェーディング補正係数算出部 2 4の設定変更による対応を行うなど、 動作形態 によって使い分けることもできる。
以上のように、 この発明の実施の形態 1による撮像装置では、 2次関数もしくは Ν 次関数による基準点からの距離の補正と、 ルックァップテ一ブルによる補正係数の算 出を組み合わせるようにした。 これにより、 高精度のシェーディング補正力河能であ り、 また同時に鮮ズ一ムゃ絞りの設定変更によるシエーディング特性の動的颜に 対しても高速に追従することが 能な撮像装置の^ iできる効果がある。
さらに ¾ ^ズームや絞りの設定変更を行うために保持しておく必要のあるデータ量 を少なく抑えることができるため、 データの保持に必要な記憶領域の容量を少なくす ることができる効果がある。 . 実施の形態 2 .
以上の実施の形態 1では、 画素の色成分については考慮せず、 全ての画素について 同じ^;でシェーディング補正を行う場合の構成を示している。 し力、し、 固 ί«像素 子の各画素に光を集めるためのマイク口レンズの特性等により、 色成分毎に異なつた シェーディング特性が見られる場合もある。
Figure imgf000010_0001
色成分 毎に異なったシエーディング補正を行う場合の構成を以下に示す。
図 4は、 この発明の実施の形態 2による撮像装置を示 1冓成図である。なお、図中、 同一符号は同一または相当部分を示す。
図 4において、 撮像装置は、 光学ズーム機能を備えた撮像レンズ 1 1、 カメラに入 射する光量を調節するための絞り機構 1 2、 光電変換素子である C C D(Charge
Coupled Device) 1 3、アナログ信号処理部 1 4、アナログ—デジ夕 J液画（ADコ ンバ一夕） 1 5、 デジタル信号処理部 1 6、 撮像したデータを記隨域に格納するた めの撮像データ出力部 1 7、 ^ズーム機能、 絞り樹冓を制御するとともに、 ί«す るシエーディング補正処理部 2 0中の距离辭甬正き 152 3、 シエーディング補正係数算出 部 2 4の設定を ¾Mする衞象制御部 1 8から構成されている。
さらに、 シェ一ディング補正を行うためのシエーディング補正処理部 2 Gは、 画素 の水平座標及び垂直座標をカウントすると共に画素の色を判別するための画素座標力 ゥント部 2 1、 画素の座標に基づき基準点からの距離を算出するための距 出部 2 2、距離の値に対して 2次あるいは N次関数による補正を行うための距離補正部 2 3、 距離霜正部から出力された距離の補正値に基づき、 補正係数を求めるためのシエーデ ィング補正係数算出部 2 4、 補正係数を画素値に対して乗算し信号レベルを補正する ための画像信号補正部 2 5から構成されている。
次に動作について説明する。
撮像レンズ 1 1、 絞り搬冓 1 2、 C CD 1 3、 アナログ信号処理部 1 4、 ADコン バ一タ 1 5、 デジタル信号処理部 1 6、 纖デ一夕出力部 1 7については、 実施の形 態 1と同様の動作を行う。
画素座標カウント部 2 1は画像デ一夕と共に送られる画像の垂直同期信号および水 平同期信号に基づき、 画素の撮像画面における座標をカウントするとともに、 C CD の画素配列に基づき画素データが R G Bのレ れの色のデータであるかを判別する。 画素座標力ゥント部 2 1はカウントした座標値を距離算出部 2 2に出力するとともに、 画素に関する色情報を距离鎮出部 2 2、 S巨 β正音 2 3、 シェーディング補正係数算 出部 2 4のそれぞ、れに出力する。 '
距離算出部 2 2は、 画素の座標値と基準点の座標値から、 基準点と画素の距離を算 出する。 距離 Sの算出方法は実施の形態 1と同様であるが、 画素データの色が RGB のいずれであるかによって基準点を切り替えて使用する。距離 Sは画素の座標値を（x、 γ、、 Rの S¾点ヽを （xR、 yR)、 Gの基準点を （xG、 yG)、 B®»点を （xB、 y B)、 とすると、 R画素については式 （4)、 G画素については式 （5 )、 B画素につい ては式 ( 6) に従って求められる。
½)2 +7 ^ (4)
Figure imgf000012_0001
算出された距離 D 巨隱正部 23に出力される。
. 距離補正部 23では N次関数による距離の補正処理を行う（Nは 1以上の整数)。例 えば補 理に 2次関数を使用する i給には、 距纖正値 Sは、 距離 Dの値から下記 の式 （7) 〜式 （9) に従って求められる。
S^a^-D^a^-D+a^ (7)
S = aG1 - D2+aG2- D + aG3 (8)
S = aB1-D2+aB2-D + aB3 (9)
式 （7) は画素が R画素の場合、 式 （8) は画素が G画素の場合、 式 （9) は画素が B画素の場合に適用される。 また、 aR1、 aR2、 aR3、 aG1、 aG2、 aG3、 aB1、 aB2、 a B3は関数の変数に係る係数であり、 これらの係数は予め使用する撮像 βにおける シェ一ディングの特性を測定し、 後述するシエーディング補正係数算出部 24におけ るルックアップテ一ブルと併せて最も効果的にシェーディング補正可能な値を決定し、 図示しない記憶領域に保持している。 またこれらの係数〖¾1像制御部 18からの設定 によって、 任意の値に変更可能な仕組みを用意している。
シエーディング補正係購出部 24で 瞧補正値 Sを参照し、 予め設定されたル ックアツプテーブルに基レて補正係数を決 ¾Τる。 ルックァップテーブルに基づく補 正係数の決 法については実施の形態 1と同様であり,、 ルックアップテーブルによ つて規定されるボイントのうち距離補正値が算出された距離補正値 Sに最も近い 2つ のボイントにおける距離補正値と補正係数から線形補間により補正係数を決定する。 ただし画素データの色が R G Βのいずれであるかによって参照するルツクアツプテ一 カレの切り替えを行う。 図 5はシエーディング補正係聽出部 24で使用するルック アップテーブルの例を示したものである。 実施の形態 1におけるルックアップテープ ル図 2に対して、 距離補正値 Sに対 る補正係数を R画素用の Κκο Κ^ G画素 用の Κ^^Κ^' Β画素用の KBQ〜KBmに分離し、 独立して設定可能としたものであ る。
図 5のルックァップテ一ブルの値は予め麵する撮像薩におけるシェ一ディング の特' I生を j定し、 距离 Hi正部 2 3において設定する係数と併せて最も効果的にシェ一 デイング補正可能な値を決定し、 図示しなレゝ記憶領域に搬している。 またこれらの 係数は撮像制御部 1 8からの設定によって、 任意の値に変更可能な仕組みを用意して いる。
ルックアップテ一ブルに基づく水平補正係数の決^ Γ法については実施の形態 1と 同様であり、 ルックアップテ一ブルによって規定されるポイントのうち、 黼正値 が算出された距離補正値 Sに最も近い 2つのボイントにおける距離補正値と補正係数 から線形補間により補正係数を決 ¾Tる。 ルックアップテーブルの参照により算出さ れた水平補正係数 Κを画像信号補正部 2 5に対して出力する。
画像信号補正部 2 5では、 実施の形態 1と同様に補正係数 Κを倍率として用い、 画 素の信号レベルに対して、 補正係数 Κを乗算することにより補正後の信号レべソレを求 める。 画素毎に補正係数 Κによる補正を行った撮像デ一夕がデジタル信号処理部 1 6 に対して出力される。
撮像制御部 1 8では、 撮像レンズ 1 1が持つ光学ズーム機能および鮫り機構 1 2の 制御を行うとともに、 発生するシエーディングの特'性の変ィ匕に文 ¾するため撮像レン ズと光学ズ一ム設定に基づいて距離補正部 2 3、 およびシェーディング補正係数算出 部 2 4の設定を変更する。 各設定値は RGBの各色に対応して分離されているので、 設定を変更する は R成分、 G成分、 B成分のそれぞれに対 る設定部分を全て 変更する必要がある。
以上のような実施の形態 2による撮像装置では、 R画素、 G画素、 B画素を判別し、 それぞれ色の画素に対して独立したシエーディング補正の^ P点、、 距離補正関数の係 数、 ルックアップテーブルを設定して補正を行うため、 固ィ極像軒の各画素に光を 集めるためのマイク口レンズの特性等により、 色成分毎に異なつたシエーディング特 性が見られる i でも高精度なシエーディング補正を行うこと力 きる効果がある。 実施の形態 3.
実施の形態 1および 2で 点と画素位置との距離を求め、 距離の値に基づいて 補正係数を算出していた。 しかし距離の算出は、 画素位置に関する二乗計算およ の計算が含まれるため、 比較的大きな演算回路を必要とする。 シェーディング補 正に必要な演算量を減らし、 より少ない演算量でシエーディング補正を行うための構 成を以下に示す。
図 6は、 この発明の実施の形態 3による撮維置を示 冓成図である。なお、図中、 同一符号は同一または相当部分を示す。
図 6において、 撮像装置は、 ズ一ム機能を備えた撮像レンズ 1 1、 カメラに入 射する光量を調節するための絞り機構 1 2、 光電変換素子である C C D(Charge Coupled Device) l 3,アナログ信号処理部 1 4、アナログ一デジタレ変騰（ADコ ンバ一夕） 1 5、 デジタル信号処理部 1 6、 撮像したデータを記慮領域に格 S¾Tるた めの撮像データ出力部 1 7、 ズーム機能、 絞り漏を制御するとともに、 るシエーディング補 ΙΕ 理部 2 0中の水平距瞧正部 2 3 a、垂直距隱正部 2 3 b、 水平シエーディング補正係数算出部 2 4 a、 垂直シエーディング補正係数算出部 2 3 bの設定を変更する撮像制御部 1 8から構成されている。
シエーディング補正を行うためのシエーディング補正処理部 2 0は、 画素の水平座 標及び垂直座標をカウントするための画素座標カウント部 2 1、 画素の水平座標に基 づき基準点からの水平距離を算出し、 ZK平距離の値に対して 2次あるいは Ν次関数に よる補正を行うための水平距離補正部 2 3 a、 画素の垂直座標に基づき基準点からの 垂直距離を算出し、 垂直隱の値に対して 2次あるいは N次関数による補正を行うた めの垂直距离赚正部 2 3 b、 水平距 β正部 2 3 aから出力された水平距离赚正値に 基づき、 τΚ平補正係数を求めるための水平シェーディング補正係数算出部 2 4 a、 垂 直距离賺正部 2 3 bから出力された垂直 SgW正値に基づき、 垂直補正係数を求める ための垂直シェ一ディング補正係数算出部 2 4 b， 7jc平補正係数および垂直補正係数 を画素値に対して乗算し信号レベルを補正するための画像信号補正部 2 5から構成さ れている。
次に動作について説明する。 ,
撮像レンズ 1 1、 絞り樹冓 1 2、 C CD 1 3、 アナログ信号処理部 1 4、 ADコン バ一夕 1 5、 デジタル信号処理部 1 6、 撮像データ出力部 1 7については、 実施の形 態 1と同様の動作を行う。
画素座標カウント部 2 1は， 画像データと共に送られる画像の垂直同期信号および 水平同期信号に基づき、 画素の撮像画面における座標をカウントする。 画素座標カウ ント部 2 1はカウントした座標値のうち、 平画素値を水平距离鍵正部 2 3 aに出力 するとともに、 垂直画素値を垂直距離補正部 2 3 bに出力する。
' τΚ平距隱正部 2 3 aは、 画素の水平座標値と扉点の水平座標値から、 まず纏 点と画素の水平距離を算出する。 水平距離 DHは画素の座標値を （x、 y)、 扉点を (x 0、 y 0) とすると、 下記の式（1 0 ) に従って求められる。
DH= x _ x。 （1 0 )
さらに水平距離補正部 2 3 aでは N次関数 （Nは 1以上の整数） による水平距離の 補 IE 理を行う。例えば補正処理に 2次関数を删する には、水平距隱正値 SH « j平距離 DHの値から下記の式 （1 1 ) に従って求められる。 '
SH= a1 · DH 2 + a2 · DH+ a3 ( 1 1；
ここで a a2、 a3は関数の変数に係る係数であり、 これらの係数は予め^ fflする撮 像 βにおけるシェ一デイングの特性を測定し、 ί¾する水平シェーディング補正係 数算出部 2 4 a、 垂直距离赚正部 2 3 b、 垂直シエーディング補正係数算出部 2 4 b における設定値と併せて最も効果的にシエーディング補正可能な値を決定し、 図示し ない記憶領域に膽している。 またこれらの係数は撮像制御部 1 8からの設定によつ て、 任意の備こ颜可能な仕組みを用意している。
算出された距離 SHは水平シエーディング補正係数算出部 2 4 aに出力される。 水平シエーディング補正係数算出部 2 4 aでは水平距 正値 SHを参照し、 予め 設定されたルツクアツプテープレに基づいて補正係数を決 ¾ る。 図 7 ¾τΚ平シエー ディング補正係 »出部 2 4 aで^ fflするルックアップテーブルの例を示したもめで あり、 7平距 β正値 SHについてそれぞれ一定間隔 NHの 0から mX NHまでの （m + 1 )個のポイントを規定し（mは 1以上の整数)、それぞれのポイントに対して、対
Figure imgf000016_0001
を予め決定している。
図 7のルックアップテーブルの値は予め使用する撮像機器におけるシェ一ディング の特性を測定し、 水平距隱正部 2 3 a、 およ ϋ¾ϋする垂直距离爾正部 2 3 b、 垂 直シェ一ディング補正係獎算出部 2 4 bにおける設定値と併せて最も効果的にシェ一 デイング補正可能な値を決定し、 図示しない記憶領域に！ している。 またこれらの 係数は撮像制御部 1 8からの設定によって、 任意の値に颜可能な仕組みを用意して いる。
またリレックアツプテ一ブルに基づく 7平補正係数の決定方法については実施の形態 1と同様であり、 ルックアップテーブルによって規定されるポイントのうち水平距離 補正値が算出された水平距離補正値 SHに最も近い 2つのボイントにおける水平距離 補正値と水平補正係数から線形補間により水平補正係数を決 ¾ "る。 ルックアップテ —カレの参照により算出された水平補正係数 KHを画像信号補正部 2 5に対して出力 する。
垂直距隱正部 2 3 bは、 画素の垂直座標値と扉点の垂直座標値から、 まず » 点と画素の垂直距蹿を算出する。 垂直距離 Dvは画素の座標値を （x、 y)、 鮮点を (x 0、 y 0) とすると、 下記の式 （1 2) に従って求められる。
Dv=y -y 0 ( 1 2)
さらに垂直距離補正部 2 3 bでは N次関数 （Nは 1以上の整数） による垂直距離の 補； M理を行う。例えば補正処理に 2次関数を使用する齢には、垂直距离薩正値 Sv 雄直距離 Dvの値から下記の数式 1 4に従って求められる。
Sv= b Dv 2 + b2 · Dv+ b3 ( 1 3)
ここで bP b2、 b3は関数の係数であり、 これらの係数は予め ^fflする撮像 βにお けるシェーディングの特性を測定し、 7J平距謹正部 2 3 a、 水平シェーディング補 正係 出部 2 4 a、 およ する垂直シエーディング補正係 出部 2 4 bにお ける設定値と併せて最も効果的にシェ—ディング補正可能な値を決定し、 図示しない 記憶領域に保持している。また、 これらの係数は撮像制御部 1 8からの設定によって、 任意の値に変 能な仕組みを用意している。
算出された距離 Svは垂直シエーディング補正係数算出部 2 4 bに出力される。 垂直シエーディング補正係数算出部 2 4 bでは垂直距离鍵正値 Svを参照し、 予め 設定されたルックアップテーカレに基づいて補正係数を決 ¾Tる。 図 8は垂直シエー ディング補正係 出部 2 4 bで使用するルックアップテーブルの例を示したもので あり、 垂直距離補正値 Svについてそれぞれ一定間隔 Nvの 0から mX Nvまでの （m + 1 )個のポイントを規定し（mは 1以上の整数)、それぞれのポイントに対して、対 る垂直補正係数 KVQ〜KVmを予め決定しておく。
図 8のルックアップテーブルの値は予め使用する撮像機器におけるシェ一ディング の特性を測定し、水平距离鍵正部 2 3 a、水平シェ一ディング補正係数算出部 2 4 a、 垂直距離補正部 2 3 bにおける設定値と併せて最も効果的にシエーディング補正可能 な値を決定し、 図示しなレ 憶領域に保持している。 またこれらの係数は纖制御部 1 8からの設定によって、 任意の値に変更可能な仕組みを用意している。
またルツクアツプテーブルに基づく垂直補正係数の決 法については実施の形態 1と同様であり、 ルックアップテーブルによって規定されるポイントのうち垂直距離 補正値が算出された垂直距離補正値 Svに最も近い 2つのボイントにおける垂直距離 補正値と垂直補正繊から線形補間により垂直補正係数を決^ る。 'ルックアップテ 一カレの参照により算出された垂直補正係数 Κνを画像信号補正部 2 5に対して出力 する。
画像信号補正部 2 5では、 7平補正係数 ΚΗ、 および垂直補正係数 Κνを倍率として 用い、画素の信号レベルに対して水平補正係数 ΚΗと垂直補正係数 Κνを掛け合わせた 値を乗算することにより補正後の信号レベルを求める。画素毎に補正係数 ΚΗ、および Kvによる補正を行った撮像データがデジタル信号処理部 1 6に対して出力される。 '撮像制御部 1 8では、 嫌レンズ 1 1が持つ光学ズーム機能および被り搬冓 1 2の 制御を行うとともに、 発生するシエーディングの特性の変化に するため撮像レン ズと光学ズーム設定に基づいて水平距 正部 2 3 a、 水平シエーディング補正係数 算出部 2 4 a、 垂直距离黼正部 2 3 b、 垂直シェ一ディング補正係数算出部 2 4 の 設定を変更する。
距瞧正係数およびルックアップテーブルのパラメ一夕颜は実施の形態 1と同様 に、 ^系の特性変化の '1頓、 およ 求されるシェーディング補正の特'酸換に対 する追従性に応じてどちらカゝ一方のみを するか、 両方の設定変更で対 ji るかを 選択することが T能である。
またこの実施の形態 3では、 画素の色成分については考慮せず、 全ての画素につい て同じ^:でシエーディング補正を行う齢について記述しているが、 実施の形態 2 の実施の形態 1に対する関係と同様に、 水平距謹正部 2 3 a、 水平シェーディング 補正係 出音 152 4 a、 垂直距 正音 152 3 b、 垂直シェーディング補正係^:出部 2 4 bの設定を 3種類ずつ保持し、 画素データの色が R GBのいずれであるかによつ て設定の切り替えを行うことにより、 色成分毎に異なったシエーディング補正を行う こと fc可倉である。
以上のような実施の形態 3による撮像装置では、 画素位置と基準点の距離計算に二 乗計算およ 方根の計算を行わず、 画素の水 置および垂直位置に対してそれぞ れ に対 る補正係数を算出し、 掛け合わせて適用するようにしているので、 シ エーディング補正に必要な演算量を減らし、 より少ない觀量でシエーディング補正 を行うことができる効果がある。 実施の形態 4.
実施の形態 1およ 施の形態 2では、 扉点は 1点のみとし、 円を^ とした距 離計算によって画素の座標と基準点との距離を求めていた。 しかし、 撮像装置におけ る 系の取り付け精度が十分でない場合には^^系の光軸と固觀像素子の撮像面 が完全に垂直にならず、 発生するシエーディングの特性が光軸の中心に対して必ずし も点 とならない可能性がある。 またレンズ自体の加工精度が十分でない場合にも 同様に光軸の中心に対して非文偷のシエーディングが発生する可能性がある。 このよ うな に対 るため、 距離を計算するための扉点を 2点設定し、 楕円を基準と した距離計算によって画素座標と基準点との距離を求めるための構成を以下に示す。 この実施の形態 4の構成図は実施の形態 1と同じく図 1であり、 シェーディング補 正処理部 20内の距離算出部 22の動作のみが実施の形態 1とは異なる。
ここでこの実施の形態 4におけるシエーディング補正処理部 20内の距,出部 2 2の動作について説明する。
距离鎮出部 22は、 画素の座標値と 2つの辨点の座標値から、 基準点と画素の距 離を算出する。 距離 Dは画素の座標値を （x、 y)、 基準点 1を （Xp yi)、 基準点 2を (x2、 y2) とすると、 下記の式 (14) に従って求められる。
D = ( -^ +(y-y1)2"+ (x-x^)I+( -y )r (14)
算出された距離 D〖 巨離補正部 23に出力される。
図 9は 2つの基準点を用いて距离鎮出を行う に、 算出される距離が等しくなる 画素座標の分布を示している。 図 9のように、 基準点を 2つとし、 2つの扉点から の画素座標の距離の和を、 基準点から画素座標までの距離と見なすことにより、 算出 される距離の等しい画素の座標は 2つの »点を焦点とする楕円のような分布 101 になる。 ，
よって、 このように計算された距離 Dに基づいて実施の形態 1と同様に ί隱正値 の算出、 およびルックアップテ一カレを利用した補正係数の算出を行うことにより、 等しい補正係数もまた 2つの基準点を焦点とする楕円のように分布することになり、 2つの基準点の中点を中心として、 中心からの方向性によって補正係数の分布の異な るシエーディング補正を行うことが、できる。
なおこの実施の形態 4では、 画素の色成分については考慮せず、 全ての画素につい て同じ;^でシエーディング補正を行う:^について記述しているが、 実施の形態 2 の実施の形態 1に対する関係と同様に、 隱出部 2 2、 距瞧正部 2 3、 シエーデ ィング補正係数算出部 2 4の設定を 3種類ずつ保持し、 画素データの色が RGBのい ずれであるかによって設定の切り替えを行うことにより、 色成分毎に異なったシェ一 ディング補正を行うことも可能である。
以上のような実施の形態 4による撮像装置では、 距離算出に用いる扉点を 2っ設 け、 2つの基準点からの画素座標の距離の和を、 基準点から画素座標までの距離とみ なすことにより、 2つの^点の中点を中心とし、 中心からの方向性によって補正係 数の分布の異なるシェ一ディング補正を行うため、 発生するシエーディングの特性が 光軸の中心に対して点稱とならない場合においても高精度なシエーディング補正を 行うことができる効果がある。 実施の形態 5.
なお、 上記実施例ではシェーディング補雄理部 2 0等を回路として説明したが、 これらはソフトウェア処理により親してもよい。 すなわち、 汎用的な機能を有する 中央演算装置を搭載したコンピュータに、 コンピュータプログラムを通じて所定の処 理を実行させるような構成を採っていてもよい。 産業上の利用の可能性
以上のように、 この発明に係る画像補 ΙΕ^法は、 デジタルスチルカメラを初めとす る撮像装置において、 画像における輝度や色のシエーディングを補正する用途に有用 である。 ただし、 用途はこれに限られるものではない。 例えば、 画像に所望の処理を こめに用いられる他の画像処理装置にも適用可能性のあるものである。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 画像を構成する画素の画素座標と所定の ®座標との距離を算出する距離算出 工程と、
鎌 3距離算出工程で算出した距離を N次関数 （Nは 1以上の整数） の変数に入力す ることによって距隱正値を算出する距离爾正値算出工程と、
距隱正値と補正係数との対応を示すテーブルに基いて、 前記距瞧正値算出工程 で算出した距謹正値に対 ji る補正係数を算出する補正係数算出工程と、
鎌 3補正係隨出工程で算出した補正係数に基いて、 嫌 3画素の信号を補正する画 素信号補正工程と
を備えることを樹敷とする画像補正方法。
2. 距瞧正値と補正係数との対応を示すテーカレに基いて、 テーブルに記慮され ている距離補正値およ 正係数のデータの直線補間により、 前記距離補正値算出ェ 程で算出した距«正値に対 iirする補正係数を算出する補正係数算出工程とを備える ことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の画像補正方法。
3. 巨離算出工程における基準座標、 編 H距離補正値算出工程における N次関 数の変数に係る係数、 および、 鎌 3補正係数算出工程におけるテーブルに記憶された 距謹正値およ 0¾正係数を、 前記画素の色成分毎に設定できることを特徴とする請 求の範囲第 1項に記載の画像補正方法。
4. 画像信号に対 る画素座標と所定の 2つの基準座標とのそれぞれの巨离の禾ロ を、 距離と見なして算出する距 出工程とを備えることを特徴とする請求の範囲第
1項に記載の画像補 法。
5. 画像を構 する画素の画素座標と所定の »座標との水平方向距離を算出する 水平方向距离! ^出工程と、
前記水平方向距離算出工程で算出した水平方向距離を第 1の N次関数 （Nは 1以上 の整数） の変数に入力することによって水平方向距離補正値を算出する水平方向距離 補正値算出工程と、 水平方向距瞧正値と第 1の補正係数との対応を示す第 1のテ一カレに基いて、 前 言 ¾κ平方向距 ΐϋ正値算出工程で算出した水平方向距 us正値に対 ^る第 1の補正 係数を算出する第 1の補正係,出工程と.、
画像を構 j¾Tる画素の画素座標と所定の^座標との垂直方向距離を算出する垂直 方向距離算出工程と、
編 3垂直方向距,出工程で算出した垂直方向距離を第 2の N次関数 （Nは 1以上 の整数） の変数に入力することによって垂直方向距隱正値を算出する垂直方向距離 補正値算出工程と、
垂直方向距瞧正値と第 2の補正係数との対応を示す第 2のテーブルに基いて、 前 記垂直方向距離補正値算出工程で算出した垂直方向距離補正値に対応する第 2の補正 係数を算出する第 2の補正係数算出工程と、
ΙίίΙ己第 1の補正係数算出工程で算出した第 1の補正係数および ΙίίΙ3第 2の補正係数 算出工程で算出した第 2の補正係数に基いて、 前記画素の信号を補正する画素信号補 正工程と
を備えることを特徴とする画像補正方法。
6. 画像を構成する画素の画素座標と所定の基準座標との距離を算出する距離算出 手段と、
巨離算出工程で算出した距離を N次関数 （Nは 1以上の整数） の変数に入力す ることによって距離補正値を算出する距隱正値算出手段と、
距隨正値と補正係数との対応を示すテーブルに基いて、 前記距离麵正値算出手段 で算出した距隱正値に対 ϋί Τる補正係数を算出する補正係数算出手段と、
觸 3補正係體出手段で算出した補正係数に基いて、 嫌 3画素の信号を補正する画 素信号補正手段と
を備えることを特徴とする撮像装置。
7. 距离猶正値と補正係数との対応を示すテーブルに基いて、 テ一ブルに記慮され ている距離補正値およ mi正係数のデータの直線補間により、 前記距离 iffi正値算出手 段で算出した距 正値に対 iiする補正係数を算出する補正係数算出手段とを備える ことを特徴とする請求の範囲第 6項に記載の撮像装置。
8. 鎌 巨离鎮出手段における基準座標、 巨離補正値算出手段における N次関 数の変数に係る係数、 および、 編 3補正係数算出手段におけるテ一ブルに記憶された 距謹正値およ ϋ¾正係数を、 嫌己画素の色成分毎に設定できることを特徴とする請 求の範囲第 6項に記載の撮像装置。 .
9. 画像信号に対 iiする画素座標と所定の 2つの^ 座標とのそれぞれの距離の和 を、 距離と見なして算出する距嶋出手段とを備えることを特徴とする請求の範囲第 6項に記載の撮像装置。
1 0. 画像を構^ Tる画素の画素座標と所定の辨座標との水平方向距離を算出す る水平方向距離算出手段と、
平方向距離算出手段で算出した水平方向距離を第 1の N次関数 （Nは 1以上 の整数） の変数に入力する とによって水平方向距 正値を算出する水平方向距離 補正値算出手段と、
水平方向距隱正値と第 1の補正係数との対応を示す第 1のテ一ブルに基いて、 前 言¾|平方向距離補正値算出手段で算出した水平方向距離補正値に対応する第 1の補正 係数を算出する第 1の補正係数算出手段と、
画像を構成する画素の画素座標と所定の »座標との垂直方向距離を算出する垂直 方向距離算出手段と、
嫌 3垂直方向距離算出手段で算出した垂直方向距離を第 2の N次関数 （Nは 1以上 の整数） の変数に入力することによって垂直方向距離補正値を算出する垂直方向距離 補正値算出手段と、
垂直方向距庸賺正値と第 2の補正係数との対応を示す第 2のテーブルに基いて、 前 記垂直方向距«正値算出手段で算出した垂直方向距 正値に対 i¾Tる第 2の補正 係数を算出する第 2の補正係 出手段と、
嫌己第 1の補正係 出手段で算出した第 1の補正係数および Ml己第 2の補正係数 算出手段で算出した第 2の補正係数に基いて、 嫌 3画素の信号を補正する画素信号補 正手段と
を備えることを特徴とする撮像装置。
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