CN103327237A - 图像处理设备和图像处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种图像处理设备和图像处理方法。从摄像镜头输入该摄像镜头的光学传递信息，并且获取摄像设备的摄像单元的特性信息。基于该特性信息，将该光学传递信息转换成依赖于摄像单元的特性的光学传递信息。基于依赖于摄像单元的特性的光学传递信息，生成用于对经由摄像镜头拍摄到的图像的劣化进行校正的校正滤波器。

Description

图像处理设备和图像处理方法
本申请是申请日为“2009年11月26日”、国家申请号为“200980149785.6”、发明名称为“图像处理设备和图像处理方法以及数据处理设备和数据处理方法”的分案申请。
技术领域
本发明涉及对劣化了的所拍摄图像进行校正的图像处理设备和图像处理方法以及数据处理设备和数据处理方法。
背景技术
已知存在以下的图像恢复处理：该图像恢复处理用于在诸如数字静止照相机等的摄像设备所拍摄到的图像发生例如由像差所引起的劣化时，恢复无任何劣化的图像。作为图像恢复算法，已知存在通过点扩散函数(PSF)来表现图像劣化特性并基于该PSF恢复无任何劣化的图像的方法。
日本特开昭62-127976公开了通过具有PSF的逆特性的滤波处理来校正模糊的发明。此外，日本特开2004-205802公开了根据PSF生成维纳(Wiener)滤波器并且使用维纳滤波器来恢复劣化图像的发明。此外，日本特开2000-020691公开了使用摄像设备的特性信息来获得高质量恢复图像的发明。
图像恢复的原理
设(x,y)是帧上的位置坐标，o(x,y)是无任何劣化的图像(以下称为被摄体图像)，z(x,y)是由于离焦、像差和照相机抖动等而劣化了的图像(以下称为劣化图像)，并且p(x,y)是由于模糊而扩散了的点的信息PSF。这三种信息满足等式(1)。
z(x,y)＝o(x,y)*p(x,y)…(1)
在等式(1)中，符号“*”表示卷积运算。因此，可以将等式(1)重写为通过等式(2)所表示的积分公式。
z(x,y)＝∫∫o(x,y)p(x-x′,y-y′)dx′dy′…(2)
如以下的等式(3)所示计算将等式(2)变换到空间频率(u,v)域上的傅立叶变换。
Z(u,v)＝O(u,v)·P(u,v)...(3)
其中，Z(u,v)是z(x,y)的频谱，
O(u,v)是o(x,y)的频谱，以及
P(u,v)是p(x,y)的频谱。
注意，P(u,v)是作为相当于PSF的二维傅立叶变换的光学传递函数(OTF)的绝对值的调制传递函数(MTF)。
如果除劣化图像z(x,y)以外、还可以利用任意方法检测作为PSF的p(x,y)，则可以通过计算它们的频谱并使用通过对等式(3)进行变形所获得的等式(4)来计算被摄体图像的频谱O(u,v)。然后，通过计算利用等式(4)所计算出的频谱的逆傅立叶变换，可以获得被摄体图像o(x,y)。
O(u,v)＝Z(u,v)/P(u,v)...(4)
注意，1/P(u,v)被称为逆滤波器。
劣化的MTF经常包括值为0的频率。MTF值为0表示存在由于劣化而未被传递(信息丢失)的频率成分。如果存在MTF值为0的频率，则不能完全恢复被摄体图像。因此，MTF的逆滤波器经常包括滤波器系数无穷大的频率，并且在该频率处被摄体图像的频谱值不定。
为了防止逆滤波器系数无穷大，图像恢复经常使用通过等式(5)所表示的维纳滤波器。
P(u,v)/{|P(u,v)|2+c}...(5)
其中，c是值非常小的常数。
为了根据劣化图像恢复被摄体图像，期望获取到精确的PSF(或OTF、MTF)。
众所周知，PSF根据像高、变焦、光圈和被摄***置而变化。因此，提出了根据这些摄像信息来计算PSF并将该PSF反馈至恢复处理的方法。例如，日本特开平4-088765根据被摄体距离估计PSF，并且在恢复图像劣化时使用该PSF。由于特别关注以下的事实，日本特开2000-020691通过校正使用闪光灯时的PSF来执行恢复处理：在使用闪光灯的情况下的快门打开期间，被摄体的亮度变化大并且不同于在不使用闪光灯(亮度变化均匀)的情况下的快门打开期间的PSF。
在各种参考文献中公开了恢复处理方法。然而，实际上，这些参考文献从未公开用什么保持恢复滤波器的数据、要保持何种信息、如何保持该数据以及如何使用该数据创建恢复滤波器。特别地，这些讨论均未涉及使用可互换摄像镜头的单镜头反光照相机，并且未考虑摄像镜头和照相机本体的多种组合。
作为最简单的方法，将包括摄像镜头和照相机本体的整体摄像设备的恢复处理信息(恢复滤波器系数、整体摄像设备的PSF数据等)作为数据库存储在照相机本体或图像处理软件中。然后，在执行恢复处理时，仅需要从该数据库获取与摄像条件相对应的恢复处理信息。
前述方法对于摄像镜头和照相机本体的组合固定的数字照相机而言是有效的。然而，在使用可互换摄像镜头的单镜头反光照相机的情况下，必须保持与摄像镜头和照相机本体的所有组合相对应的恢复处理信息。在这种情况下，数据量非常大，并且具有有限的存储大小的各摄像镜头或照相机本体难以保持恢复处理信息。恢复处理信息是与特定摄像镜头和照相机本体的组合相对应的固定数据。由于该原因，在每次出现新型号的照相机本体或摄像镜头时，必须创建与新型号和现有型号的组合相对应的恢复处理信息，并且必须将新的恢复处理信息反映到现有数据库上。这些操作迫使照相机本体和摄像镜头的用户进行麻烦的操作。
发明内容
在一个方面中，一种图像处理设备，用于使用能互换的摄像镜头的摄像设备，所述图像处理设备包括：输入部，用于从所述摄像镜头输入所述摄像镜头的光学传递信息；获取部，用于获取所述摄像设备的摄像单元的特性信息；转换器，用于基于所述特性信息，将所述光学传递信息转换成依赖于所述摄像单元的特性的光学传递信息；以及生成器，用于基于依赖于所述摄像单元的特性的光学传递信息，生成用于对经由所述摄像镜头拍摄到的图像的劣化进行校正的校正滤波器。
在另一方面中，一种图像处理设备，用于使用能互换的摄像镜头的摄像设备，所述图像处理设备包括：输入部，用于从所述摄像镜头输入所述摄像镜头的光学传递信息；获取部，用于获取所述摄像设备的摄像单元的特性信息；以及输出部，用于输出保存有所述光学传递信息、所述特性信息和经由所述摄像镜头拍摄到的拍摄数据的文件。
在另一方面中，一种图像处理设备，用于使用能互换的摄像镜头的摄像设备，所述图像处理设备包括：输入部，用于从所述摄像镜头输入所述摄像镜头的光学传递信息；获取部，用于获取所述摄像设备的摄像单元的特性信息；转换器，用于基于所述特性信息，将所述光学传递信息转换成依赖于所述摄像单元的特性的光学传递信息生成器，用于基于依赖于所述摄像单元的特性的光学传递信息，生成校正滤波器；以及输出部，用于根据所述摄像设备的摄像模式，选择性地输出通过使用所述校正滤波器对经由所述摄像镜头拍摄到的图像的劣化进行校正所获得的图像数据，或者输出保存有所述光学传递信息、所述特性信息和经由所述摄像镜头拍摄到的拍摄数据的文件。
在另一方面中，一种数据处理设备，用于摄像设备的能互换的摄像镜头，所述数据处理设备包括：接收器，用于接收所述摄像设备的摄像单元的特性信息；获取部，用于获取与所述摄像镜头的镜头设置相对应的光学传递信息；转换器，用于基于所述特性信息，将所述光学传递信息转换成依赖于所述摄像单元的特性的光学传递信息；生成器，用于基于依赖于所述摄像单元的特性的光学传递信息，生成用于对经由所述摄像镜头拍摄到的图像的劣化进行校正的校正滤波器；以及发送器，用于将所述校正滤波器发送至所述摄像设备。
在另一方面中，一种图像处理方法，用于使用能互换的摄像镜头的摄像设备，所述图像处理方法包括以下步骤：从所述摄像镜头输入所述摄像镜头的光学传递信息；获取所述摄像设备的摄像单元的特性信息；基于所述特性信息，将所述光学传递信息转换成依赖于所述摄像单元的特性的光学传递信息；以及基于依赖于所述摄像单元的特性的光学传递信息，生成用于对经由所述摄像镜头拍摄到的图像的劣化进行校正的校正滤波器。
在另一方面中，一种图像处理方法，用于使用能互换的摄像镜头的摄像设备，所述图像处理方法包括以下步骤：从所述摄像镜头输入所述摄像镜头的光学传递信息；获取所述摄像设备的摄像单元的特性信息；以及输出保存有所述光学传递信息、所述特性信息和经由所述摄像镜头拍摄到的拍摄数据的文件。
在另一方面中，一种图像处理方法，用于使用能互换的摄像镜头的摄像设备，所述图像处理方法包括以下步骤：从所述摄像镜头输入所述摄像镜头的光学传递信息；获取所述摄像设备的摄像单元的特性信息；基于所述特性信息，将所述光学传递信息转换成依赖于所述摄像单元的特性的光学传递信息；基于依赖于所述摄像单元的特性的光学传递信息，生成校正滤波器；以及根据所述摄像设备的摄像模式，选择性地输出通过使用所述校正滤波器对经由所述摄像镜头拍摄到的图像的劣化进行校正所获得的图像数据，或者输出保存有所述光学传递信息、所述特性信息和经由所述摄像镜头拍摄到的拍摄数据的文件。
在另一方面中，一种数据处理方法，用于所述摄像设备的能互换的摄像镜头，所述数据处理方法包括以下步骤：接收所述摄像设备的摄像单元的特性信息；获取与所述摄像镜头的镜头设置相对应的光学传递信息；基于所述特性信息，将所述光学传递信息转换成依赖于所述摄像单元的特性的光学传递信息；基于依赖于所述摄像单元的特性的光学传递信息，生成用于对经由所述摄像镜头拍摄到的图像的劣化进行校正的校正滤波器；以及将所述校正滤波器发送至所述摄像设备。
根据这些方面，可以校正使用可互换摄像镜头的摄像设备拍摄到的图像的劣化。
通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将变得清楚。
附图说明
图1是示出数字照相机的外观的图。
图2是数字照相机的纵向截面图。
图3是示出摄像装置的结构的图。
图4是示出与数字照相机的控制、摄像和图像处理有关的结构的框图。
图5是用于解释用于执行恢复处理的结构的框图。
图6是示出镜头特性值存储器所保持的数据结构的基本设计的图。
图7是示出特定波长处像高“I”的OTF的示例的图。
图8是用于解释恢复处理的流程图。
图9是用于解释用于生成恢复滤波器的系数的处理的流程图。
图10A和10B是例示子采样的图。
图11是示出RGB滤波器的光谱透射率特性的示例的图。
图12是示出生成恢复滤波器的图表。
图13是用于解释根据第二实施例的恢复处理的流程图。
图14是用于解释根据第三实施例的处理序列的流程图。
图15和16是用于解释根据第四实施例的处理序列的流程图。
图17是示出根据第五实施例的镜头特性值存储器所保持的数据结构的基本设计的图。
图18是用于解释根据第六实施例的生成恢复滤波器的处理的流程图。
具体实施方式
以下将参考附图来详细说明根据本发明实施例的图像处理设备和图像处理方法以及数据处理设备和数据处理方法。
第一实施例
照相机的结构
图1示出数字照相机的外观。
在照相机本体100的上部，配置有取景器目镜111、自动曝光(AE)锁定按钮114、用于选择自动调焦(AF)点的按钮113和用于开始摄像操作的释放按钮112。此外，配置有摄像模式选择拨盘117、显示单元409和数字拨盘411等。
数字拨盘411用作连同其它操作按钮一起输入数值并且切换摄像模式的多功能信号输入单元。LCD面板的显示单元409显示诸如快门速度、光圈和摄像模式等的摄像条件以及其它类型的信息。
在照相机本体100的背面，配置有：液晶显示器(LCD)监视器417，其显示该照相机拍摄到的图像、正在拍摄的图像和各种设置画面等；开关121，用于开启/关闭LCD监视器417的显示；十字键116；以及菜单按钮124等。由于LCD监视器417是透射型，因此用户不能仅通过驱动LCD监视器417观看图像。由于该原因，如后面将说明的，在LCD监视器417的背面上需要背光灯。
十字键116具有配置在上下左右位置的四个按钮和配置在中央位置的设置按钮，并且用于选择并指示执行LCD监视器417上显示的菜单项。
菜单按钮124用于在LCD监视器417上显示菜单画面。例如，当用户想要选择和设置摄像模式时，他或她按下菜单按钮124，通过操作十字键116的上下左右按钮选择所期望的摄像模式，然后在选择了所期望的摄像模式的情况下按下设置按钮，由此完成摄像模式的设置。注意，菜单按钮124和十字键116还用于设置(后面要说明的)AF模式。
图2是数字照相机的纵向截面图。
摄像光学***的摄像镜头200是照相机本体100用的可互换摄像镜头，摄像镜头200可经由镜头安装座202安装至照相机本体并且可从照相机本体拆卸下来。
配置在以摄像光轴201作为中心的摄像光路中的镜203可以在将来自摄像镜头200的被摄体光引导至取景器光学***的位置(倾斜位置)和位于摄像光路外的退出位置之间快速往返。
通过镜203引导至取景器光学***的被摄体光在聚焦屏204上形成图像。已透射通过聚焦屏204的被摄体光穿过用于提高取景器的可见性的聚光透镜205和五棱镜206，并被引导至目镜透镜208和测光传感器207。
第一帘幕210和第二帘幕209构成焦平面快门(机械快门)，并且打开和关闭以使配置在这些帘幕后面的作为电荷耦合器件(CCD)或CMOS传感器的摄像装置418曝光所需的时间段。将摄像装置418保持在印刷电路板211上。在印刷电路板211后面配置另一印刷电路板215，并且在印刷电路板215的背面上配置LCD监视器417和背光灯416。
图3是示出摄像装置418的结构的图。摄像装置418是单板型，并且滤色器的布局具有典型的拜尔矩阵。
此外，照相机本体100包括记录有图像数据的记录介质419a和作为便携式电源的电池217。注意，记录介质419a和电池217可从照相机本体100拆卸下来。
图4是示出与数字照相机的控制、摄像和图像处理有关的结构的框图。
微处理器(CPU)402控制诸如处理从摄像装置418输出的图像数据和LCD监视器417的显示控制等的整体照相机的操作。
在释放按钮112的半行程位置(半按下状态)处接通开关(SW1)405。当开关(SW1)405接通时，照相机准备拍摄图像。在释放按钮112的全行程位置(全按下状态)处接通开关(SW2)406。当开关(SW2)406接通时，照相机本体100开始摄像操作。
镜头控制器407与摄像镜头200进行通信，并且在AF模式下执行摄像镜头200的驱动控制和光圈的驱动控制。显示控制器408控制显示单元409和取景器内的显示单元(未示出)。开关感测单元410是用于将从包括前述数字拨盘411的大量开关和键所输出的信号传输至CPU402的接口。
闪光灯控制器412通过X接点412a接地，并且执行外部闪光灯的发光控制和光控制。将诸如硬盘或存储卡等的记录介质419a安装至记录介质驱动器419。
距离测量单元413检测相对于被摄体的离焦量以实现AF控制。测光单元414测量被摄体的亮度并控制曝光时间。快门控制器415控制机械快门从而对摄像装置418进行适当曝光。如上所述，LCD监视器417和背光灯416构成显示装置。
图像处理器425包括数字信号处理器(DSP)等。此外，模拟-数字转换器(A/D)423和用于缓冲图像数据的缓冲存储器424等连接至CPU402。
照相机特性值存储器428是存储照相机本体100的各种特性的非易失性存储器。镜头特性值存储器429是包括在摄像镜头200的本体内、并且存储摄像镜头200的各种特性的非易失性存储器。
如后面将说明的，当接通开关(SW2)406以设置摄像状态时，恢复滤波器生成器430从镜头特性值存储器429接收与摄像时的装置设置相对应的镜头特性值。此外，恢复滤波器生成器430从照相机特性值存储器428读出与摄像时的装置设置相对应的照相机特性值，并且生成恢复滤波器作为用于校正劣化了的拍摄图像的校正滤波器。
图像处理
恢复处理的结构
图5是用于解释用于执行恢复处理的结构的框图。
当设置了摄像状态时，快门控制器415将从镜头控制器407等获取到的F值、到被摄体的距离(摄像距离)和变焦位置作为镜头设置信息发送至摄像镜头200的微控制器(MPU)431。MPU431从镜头特性值存储器429读出作为与接收到的镜头设置信息相对应的摄像镜头200的光学传递信息的OTF数据，并将该OTF数据发送至恢复滤波器生成器430。
恢复滤波器生成器430从照相机特性值存储器428读出照相机本体100的装置特性。这些装置特性包括摄像装置418的传感器间距、光学低通滤波器(LPF)信息和RGB滤波器的光谱透射率特性等。
恢复滤波器生成器430基于接收到的OTF数据和所读出的装置特性生成恢复滤波器的系数，并将这些恢复滤波器的系数发送至图像处理器425。
图6是示出镜头特性值存储器429保持的数据结构的基本设计的图。
镜头特性值存储器429具有指针表501，指针表501描述表示存储与镜头设置信息相对应的OTF组的OTF表的地址的指针。注意，对于变焦位置，例如，将变焦范围分割成10个位置，并且将索引0～9分配至从广角端到远摄端的这些位置。此外，对于摄像距离，将从最短摄像距离到无限远的范围分割成10个位置。因此，指针表501所描述的指针的数量等于F值的数量×102。
OTF表502保持与变焦位置为“1”、F值=2.8并且摄像距离=2500mm相对应的OTF组。该OTF组是通过将像高分割成10个位置(索引0～9)并且还以步长大小为10nm的方式对波长范围400nm～700nm进行分割所获得的310(=10×31)个OTF数据的集合。换言之，生成一个恢复滤波器所使用的OTF数据的数量为310。即，MPU431所发送的OTF数据是与对应于镜头设置信息的所有像高和各个波长相对应的OTF数据的集合。
图7是示出特定波长处像高“I”的OTF的示例的图。注意，由于OTF为复数，因此图7示出作为OTF的绝对值的MTF。在图7中，用fx表示图像中水平方向(x方向)的空间频率，用fy表示垂直方向(y方向)的空间频率，并且用每mm的线对(lp/mm或线对/mm)表示空间频率的单位。线对用作分辨率的指标，并且表示每mm包括了多少对分别具有等宽度的黑线和白线。
注意，当更详细地区分摄像条件时，可以获得更适合于摄像条件的OTF数据，并且可以生成针对摄像条件的最佳恢复滤波器。然而，当更详细地区分摄像条件时，OTF数据量相应地增加，并且不得不增大镜头特性值存储器429的存储大小。
恢复处理
图8是用于解释恢复处理的流程图。
在从CPU402接收到表示开关(SW2)406=ON(接通)的通知时，即当设置了摄像状态时(S701)，快门控制器415从镜头控制器407获取镜头设置信息(S702)。然后，快门控制器415将获取到的镜头设置信息发送至摄像镜头200(S703)。
在接收到镜头设置信息时(S704)，摄像镜头200的MPU431从镜头特性值存储器429读出与该镜头设置信息相对应的OTF数据(S705)，并将所读出的OTF数据发送至照相机本体100(S706)。
照相机本体100的恢复滤波器生成器430接收OTF数据(S707)，并且从照相机特性值存储器428读出照相机本体100的装置特性(S708)。然后，如后面将详细说明的，恢复滤波器生成器430基于接收到的OTF数据和所读出的装置特性生成恢复滤波器的系数(S709)，并将这些恢复滤波器的系数发送至图像处理器425(S710)。
图像处理器425对从缓冲存储器424读出的拍摄数据应用诸如去马赛克等的显影处理(S711)。注意，拍摄数据是通过A/D423将从作为摄像单元的摄像装置418输出的信号转换成数字数据所获得的去马赛克(显影处理)之前的数据(以下还称为RAW数据)。此外，注意，至少摄像装置418构成摄像单元，但摄像装置418和A/D423的组合经常可被称为摄像单元。可选地，照相机本体100经常可被称为摄像单元。
图像处理器425使用接收到的恢复滤波器的系数，通过对已经过了显影处理的图像数据应用恢复滤波处理来校正劣化图像(S712)。然后，图像处理器425将恢复滤波处理之后的图像数据输出至显示控制器408或记录介质驱动器419(S713)。
恢复滤波器的生成
图9是用于解释用于生成恢复滤波器的系数的处理(S709)的流程图。
恢复滤波器生成器430获取OTF数据的空间频率的单位(S801)。注意，本实施例中空间频率的单位是lp/mm。
然后，恢复滤波器生成器430根据装置特性获取摄像装置418的传感器间距(S802)。假定在本实施例中传感器间距为5.0μm。
恢复滤波器生成器430使用传感器间距，通过等式(6)将OTF数据的空间频率的单位转换成基于传感器间距(基于像素间距)的单位lp/像素(S803)。
fx[lp/pixel]=fx[lp/mm]×5.0[μm]
fy[lp/pixel]=fy[lp/mm]×5.0[μm]...(6)
通过将空间频率的单位转换成lp/像素，一律由0.5lp/像素来表示奈奎斯特(Nyquist)频率，并且由1.0lp/像素来表示采样频率。当传感器间距为5.0μm时，奈奎斯特频率为100lp/mm。如果传感器间距为2.0μm时，则奈奎斯特频率为250lp/mm。
恢复滤波器生成器430按最终要生成的恢复滤波器大小，对转换成基于传感器间距的频率空间的OTF数据中的等于或低于奈奎斯特频率的OTF数据进行子采样(S804)。
图10A和10B是示出子采样的图。图10A是示出特定波长的OTF数据在频率fy=0处沿频率fx方向上的MTF(OTF的绝对值)的分布的图。如上所述，当传感器间距为5μm时，奈奎斯特频率为100lp/mm(0.5lp/像素)，并且提取夹在图10A所示的虚线之间的区域内的MTF。图10B是示出等于或低于奈奎斯特频率的MTF的分布的图。假定MTF如图10A所示一直分布到500lp/mm，则当提取等于或低于100lp/mm的MTF时，如等式(7)所示，数据量减少至1/25，并且可以大幅减少后续的计算量。
(100+100)2/(500+500)2＝1/25...(7)
恢复滤波器生成器430按照恢复滤波器大小对提取出的OTF数据进行子采样。例如，假定恢复滤波器大小为17×17，则如由图10B中的箭头↑所示，恢复滤波器生成器430每0.0625lp/像素对OTF数据进行采样。
这样，在步骤S804完成时，可以获得与波长=400、410、420、690和700nm相对应的17×17个OTF数据。注意，恢复滤波器大小可以是预定的固定值，或者通过用户的指定或根据摄像时设置的其它参数(像素数、ISO速度等)来确定。
恢复滤波器生成器430根据装置特性获取RGB滤波器的光谱透射率特性，并且将17×17个波长依赖的OTF数据乘以获取到的特性，由此将这些OTF数据转换成RGB成分各自的OTF数据(S805)。
图11是示出RGB滤波器的光谱透射率特性的示例的图。如图11所示，将各个波长的OTF数据乘以各个成分的滤波器的相应波长的透射率，以利用这些积的总和对OTF数据进行标准化，由此获得RGB成分各自的OTF数据。
恢复滤波器生成器430根据装置特性获取光学LPF信息，并且对RGB成分各自的OTF数据应用由该光学LPF信息所表示的低通滤波器特性(S806)。这样，计算出在组合摄像镜头200和照相机本体100的情况下RGB成分各自的OTF数据。
恢复滤波器生成器430使用在步骤S806中获得的OTF数据来计算RGB成分各自的恢复滤波器的系数(S807)。注意，由于以上已说明了恢复滤波器生成方法，因此将不重复对该方法的详细说明。这样，生成各自包括17×17个实值的三个滤波器作为实空间的恢复滤波器。
图12是示出生成恢复滤波器的图表，并且示出直到根据OTF数据生成了RGB成分各自的实空间的恢复滤波器为止的数据流程。如上所述，针对摄像镜头200准备与摄像装置无关的各个频率的OTF数据。然后，照相机本体100侧基于摄像装置418的传感器间距、RGB滤波器的光谱透射率特性和光学LPF特性，对从摄像镜头200获取到的OTF数据进行转换。
这样，照相机本体侧可以生成与摄像镜头和照相机本体的各组合相对应的OTF数据。即，保持OTF数据的摄像镜头和保持摄像装置的装置特性的照相机本体允许生成与作为新型号的摄像镜头和现有照相机本体(或者反之亦然)的特定组合相对应的OTF数据，并且可以生成恢复滤波器。
当然，由于摄像镜头保持OTF数据、并且照相机本体保持摄像装置的装置特性，因此可以独立开发摄像镜头和照相机本体。此外，由于摄像镜头和照相机本体仅需要保持它们自身的信息，因此在摄像镜头和照相机本体这两者中均可以抑制生成恢复滤波器所要保持的数据量。此外，当使用作为新型号的摄像镜头或照相机本体时，对用户而言可以不需要诸如更新固件等的麻烦的操作。
第二实施例
以下将说明根据本发明第二实施例的图像处理。注意，在第二实施例中相同的附图标记表示与第一实施例相同的组件，并且将不重复对这些组件的详细说明。
如上所述，为了应对传感器间距=5μm，仅需要包括直至奈奎斯特频率=100lp/mm的数据的空间频率的数据。当设置了更细的传感器间距时，对于2.0μm必须包括直至250lp/mm的空间频率的数据，并且对于1μm必须包括直至500lp/mm的空间频率的数据。
此外，OTF数据为复数，并且是由垂直方向和水平方向上的频率空间所定义的二维数据。因此，即使仅与特定装置特性信息相对应的OTF数据也需要大的数据量。因此，要从摄像镜头200发送至照相机本体100的OTF数据的数据量、换言之摄像镜头200和照相机本体100之间的数据通信量仍非常大。
因而，第二实施例将解释摄像镜头200的MPU431计算恢复滤波器的系数、并将计算出的系数发送至图像处理器425的配置。注意，诸如单片微控制器等的MPU431使用其内部随机存取存储器(RAM)作为工作存储器，并根据其内部只读存储器(ROM)中所存储的程序执行后面要说明的数据处理。
图13是用于解释根据第二实施例的恢复处理的流程图。注意，图13中相同的步骤编号表示与图8相同的处理，并且将不重复对这些处理的详细说明。
图像处理器425从照相机特性值存储器428读出照相机本体100的装置特性(S721)。然后，图像处理器425将这些装置特性发送至摄像镜头200(S722)。摄像镜头200的MPU431接收这些装置特性(S723)。注意，由于装置特性不依赖于摄像条件，因此仅需要在摄像镜头200和照相机本体100相连接之后、执行电源ON(接通)时的初始化处理时，执行一次步骤S721～S723中的处理。
在从快门控制器415接收到摄像状态的通知时(S724)，MPU431从镜头控制器407获取镜头设置信息(S725)，并且从镜头特性值存储器429读出与该镜头设置信息相对应的OTF数据(S726)。然后，MPU431通过基于接收到的装置特性和所读出的OTF数据执行与图9相同的处理序列，生成恢复滤波器的系数(S727)，并且将恢复滤波器的系数发送至照相机本体100(S728)。
照相机本体100的图像处理器425接收恢复滤波器的系数(S729)。然后，图像处理器425以与图8所示的处理序列相同的方式执行显影处理(S711)、恢复滤波处理(S712)和输出处理(S713)。
根据该配置，要从摄像镜头200发送至照相机本体100的数据例如是针对各像高的三个17×17的恢复滤波器的实值数据的集合，并且与发送OTF数据的集合相比较，可以大幅减少数据通信量。
通常，与照相机本体100中包括的CPU402相比，摄像镜头200中包括的MPU431的运算能力较差。由于该原因，与照相机本体100生成恢复滤波器的情况相比，当摄像镜头200生成恢复滤波器时，恢复滤波器的运算处理需要更多的时间。然而，可以大幅减少摄像镜头200和照相机本体100之间的数据通信量。
在以上说明的例子中，将全部装置特性发送至摄像镜头200，并且摄像镜头200生成恢复滤波器的系数。然而，可以利用仅将传感器间距发送至摄像镜头200的方法。然后，恢复滤波器生成器430接收子采样之后数据量减少了的OTF数据，并且执行后续处理(RGB滤波器的光谱透射率特性和光学LPF特性的应用以及傅立叶变换)。这样，尽管数据通信量减少得比图13所示的处理序列少，但可以减少MPU431的运算处理负荷。
同样，还可以利用将传感器间距和RGB滤波器的光谱透射率特性发送至摄像镜头200的方法。然后，恢复滤波器生成器430例如接收针对各像高的三个17×17的恢复滤波器的频率特性数据，并且执行后续处理(光学LPF特性的应用和傅立叶变换)。这样，可以与图13所示的处理序列一样减少数据通信量，并且可以减少MPU431的运算处理负荷。
特别地，由于傅立叶变换需要的运算处理负荷最重，因此当至少将傅立叶变换从MPU431的处理排除时，可以显著减少MPU431的运算处理负荷。
第三实施例
以下将说明根据本发明第三实施例的图像处理。注意，在第三实施例中相同的附图标记表示与第一实施例和第二实施例相同的组件，并且将不重复对这些组件的详细说明。
第一实施例已例示了通过在照相机本体100中生成恢复滤波器来执行恢复处理的情况。第二实施例已例示了通过在摄像镜头200中生成恢复滤波器来执行恢复处理的情况。然而，通常，照相机本体100中包括的CPU402和摄像镜头200中包括的MPU431的能力均不足，并且需要大量的时间来生成恢复滤波器。
第三实施例将例示以下的情况：将生成恢复滤波器所需的信息和拍摄数据保存在文件中，并且由在外部计算机上运行的软件来生成恢复滤波器以及执行恢复处理。
图14是用于解释根据第三实施例的处理序列的流程图。
在从快门控制器415接收到摄像状态的通知时(S724)，MPU431从镜头控制器407获取镜头设置信息(S731)，并且从镜头特性值存储器429读出与该镜头设置信息相对应的OTF数据(S732)。然后，MPU731将所读出的OTF数据发送至照相机本体100(S733)。
照相机本体100的图像处理器425接收OTF数据(S734)，从照相机特性值存储器428读出照相机本体100的装置特性(S735)，并且从缓冲存储器424获取拍摄数据(S736)。然后，图像处理器425将该OTF数据、装置特性和拍摄数据保存在文件中，并将该文件输出至记录介质驱动器419(S737)。
记录介质419a中存储的RAW数据格式的文件通常将镜头设置信息作为摄像时的信息连同拍摄数据一起保存。因此，在本实施例中要输出的文件中，向用于保存RAW数据和镜头设置信息的现有区域添加用于保存照相机本体100的装置特性值和OTF数据的新的区域。
由在外部计算机上运行的软件所执行的恢复滤波器生成处理和恢复处理与前述方法的恢复滤波器生成处理和恢复处理相同。
在以上说明的例子中，将从摄像镜头200接收到的OTF数据以及作为照相机本体100的装置特性的传感器间距、RGB滤波器的光谱透射率特性和光学LPF特性保存在文件中。可选地，可以将在子采样之后数据量减少了的OTF数据、RGB滤波器的光谱透射率特性和光学LPF特性保存在文件中。这样，可以减小要存储在记录介质419a中的文件的数据大小。
变形例
第一实施例和第二实施例已例示了生成恢复滤波器并将已经过了恢复处理的恢复图像作为文件存储在记录介质419a中的情况。第三实施例已例示了将保存生成恢复滤波器所需的信息和拍摄数据两者的文件存储在记录介质419a中的情况。
当在照相机本体100中设置的摄像模式是JPEG模式时，基于第一实施例或第二实施例的处理序列执行恢复处理，并且将已经过了恢复处理的恢复图像作为文件存储在记录介质419a中。另一方面，当摄像模式是RAW模式时，可以基于第三实施例的处理序列将拍摄数据和生成恢复滤波器所需的信息保存在文件中。
第四实施例
以下将说明根据本发明第四实施例的图像处理。注意，在第四实施例中相同的附图标记表示与第一实施例至第三实施例相同的组件，并且将不重复对这些组件的详细说明。
第四实施例将例示执行与摄像模式相对应的水平的处理的情况。即，当在照相机本体100中设置的摄像模式是JPEG模式时，使用与摄像时的镜头设置信息无关的通用恢复滤波器来执行恢复处理，并且将恢复图像以JPEG格式保存在文件中。当摄像模式是RAW模式时，将根据摄像时的镜头设置信息所生成的恢复滤波器连同拍摄数据一起保存在文件中。
图15和16是用于解释根据第四实施例的处理序列的流程图。注意，图15和16中相同的步骤编号表示与图8和14相同的处理，并且将不重复对这些处理的详细说明。
摄像镜头200的MPU431从镜头特性值存储器429获取生成通用恢复滤波器所需的OTF数据(S741)，并且将获取到的OTF数据发送至照相机本体100(S742)。
照相机本体100的恢复滤波器生成器430接收OTF数据(S743)，并且从照相机特性值存储器428获取照相机本体100的装置特性(S744)。恢复滤波器生成器430根据接收到的OTF数据和所获取的装置特性计算通用恢复滤波器的系数(S745)，并且将计算出的系数发送至图像处理器425(S746)。
注意，通用恢复滤波器在摄像镜头200和照相机本体100的组合固定的情况下保持不变。因此，仅需要在摄像镜头200和照相机本体100相连接之后执行电源ON时的初始化处理时，执行一次步骤S741～S746中的处理。通用恢复滤波器生成处理与图9的恢复滤波器生成处理相同。
在从CPU402接收到摄像状态的通知时(S747)，图像处理器425向CPU402询问所设置的摄像模式(S748)。然后，图像处理器425判断摄像模式(S749)。如果摄像模式是JPEG模式，则图像处理器425以与图8所示的处理序列相同的方式执行显影处理(S711)、恢复滤波处理(S712)和输出处理(S713)。注意，图像处理器425在恢复滤波处理(S712)中使用通用恢复滤波器。
另一方面，如果摄像模式是RAW模式，则图像处理器425请求摄像镜头200发送OTF数据(S750)。响应于该请求，MPU431以与图14的处理序列相同的方式，获取镜头设置信息(S731)，读出OTF数据(S732)，并且发送该OTF数据(S733)。
图像处理器425以与图14所示的处理序列相同的方式，接收OTF数据(S734)，获取装置特性(S735)，获取拍摄数据(S736)，并且输出保存该OTF数据、装置特性和拍摄数据的文件(S737)。
这样，根据第四实施例，根据摄像模式来选择性地执行这些处理。结果，当设置了JPEG模式时，使用通用恢复滤波器来执行恢复处理。在这种情况下，尽管恢复精度下降，但可以不必针对每次摄像均进行生成恢复滤波器的处理，并且可以降低恢复处理所需的运算处理操作并缩短运算处理时间。另一方面，当设置了RAW模式时，可以输出保存有OTF数据、装置特性和拍摄数据的文件以允许外部设备执行最佳恢复处理。
当然，当设置了JPEG+RAW模式作为摄像模式时，可以输出保存有使用通用恢复滤波处理后的JPEG数据、OTF数据、装置特性和拍摄数据的文件。
第五实施例
以下将说明根据本发明第五实施例的图像处理。注意，在第五实施例中相同的附图标记表示与第一实施例至第四实施例相同的组件，并且将不重复对这些组件的详细说明。
在第一实施例的图6的例子中，镜头特性值存储器429针对参数的各组合(变焦位置、F值和摄像距离的各组合)保持310个OTF数据，并且需要非常大的存储容量。
图17是示出根据第五实施例的镜头特性值存储器429所保持的数据结构的基本设计的图。
根据第五实施例的镜头特性值存储器429具有指针表1701，指针表1701描述表示存储与镜头设置信息相对应的OTF组的OTF表的地址的指针。指针表1701针对参数的各个组合具有表示存储器中OTF表(未示出)的地址的OTF组地址。
第五实施例的特征在于，共用相同或几乎相同的OTF表以减小镜头特性值存储器429的存储大小。例如，当要拍摄远景的图像时(当摄像距离大时)，即使在摄像距离变化时也经常可以使用相同的OTF数据。在图17所示的数据结构中，在“变焦位置为‘0’并且F值=2.8”的情况下，针对∞～1250mm的远景摄像处理存储指示同一OTF表的指针。另一方面，针对625mm以下的近景摄像处理存储对参数的各个组合指示不同的OTF表的指针。
此外，图17示出针对“变焦位置为‘0’、F值=3.5并且摄像距离=400mm”的OTF表与针对“变焦位置为‘1’、F值=2.8并且摄像距离=625mm”的OTF表相同。
为了实现前述的共用OTF表，执行以下处理。
(1)生成与参数的所有组合相对应的OTF表。
(2)基于镜头特性值存储器429的存储大小计算可以存储在镜头特性值存储器429中的OTF表的数量。
(3)从通过处理(1)生成的OTF表中选择与通过处理(2)计算出的OTF表的数量一样多的代表OTF表。
(4)将通过处理(3)选择的OTF表存储在镜头特性值存储器429中。
在第五实施例中，可以通过共用OTF表来减小镜头特性值存储器429的存储大小。
另外，通过针对各个OTF表改变OTF表的波长的步长大小，可以减小镜头特性值存储器429的存储大小。在第一实施例的说明的例子中，将与波长范围400～700nm中步长大小为10nm的波长相对应的OTF数据保存在镜头特性值存储器429中。然而，可以将步长大小设置为比RGB滤波器的光谱透射率特性小的步长大小(例如，1nm)。在这种情况下，尽管各数据量增加到10倍，但如果这两个数据的步长大小均为1nm，则可以获得更精确的OTF数据，并且提高了恢复处理精度。例如，通过对与小的数据变化量相对应的OTF表设置粗略的步长大小、并且对与大的数据变化量相对应的OTF表设置精细的步长大小，可以整体减小镜头特性值存储器429的存储大小。
第六实施例
以下将说明根据本发明第六实施例的图像处理。注意，在第六实施例中相同的附图标记表示与第一实施例至第五实施例相同的组件，并且将不重复对这些组件的详细说明。
在第一实施例的图10A和10B的例子的说明中，可以通过提取夹在奈奎斯特频率之间的区域内的OTF数据(MTF数据)来减少后续的计算量。
然而，为了生成精度较高的恢复滤波器，经常还可以使用等于或高于奈奎斯特频率的OTF数据。例如，通过获取高达相当于奈奎斯特频率两倍的频率(采样频率)的OTF数据，可以考虑到超过奈奎斯特频率成分的频率的混叠效果来设计恢复滤波器。
图18是用于解释根据第六实施例的生成恢复滤波器的处理(S709)的流程图。
恢复滤波器生成器430基于用户的输入或摄像条件(例如，高速连拍模式的设置)设置计算模式(S1801)。该计算模式包括高精度模式和高速模式。然后，处理根据所设置的计算模式是高精度模式还是高速模式而分支(S1802)。如果设置了高精度模式，则恢复滤波器生成器430从镜头特性值存储器429载入高达采样频率的OTF数据(S1803)。另一方面，如果设置了高速模式，则恢复滤波器生成器430从镜头特性值存储器429载入夹在奈奎斯特频率之间的区域内的OTF数据(S1804)。然后，恢复滤波器生成器430基于在步骤S1803或S1804中载入的OTF数据生成恢复滤波器(S1805)。
利用前述处理，可以在执行恢复处理时生成与用户的需求(是以高速恢复还是以高精度恢复)和摄像状态(是否设置了高速连拍模式)相对应的恢复滤波器。
实施例的变形例
在包含切换滤波器的诸如远摄镜头等的摄像镜头的情况下，镜头设置信息包括切换滤波器的类型。然后，摄像镜头将与各个切换滤波器相对应的OTF数据保持在镜头特性值存储器429中。
此外，镜头设置信息可以包括摄像镜头本身的光谱透射率特性。在这种情况下，在生成恢复滤波器时，代替RGB滤波器的光谱透射率特性，使用照相机本体的RGB滤波器的光谱透射率特性和摄像镜头的RGB滤波器的光谱透射率特性的乘积。
经常可以在摄像装置上配置红外线截止滤波器或紫外线截止滤波器。这些滤波器的光谱透射率特性可以包括在照相机本体的RGB滤波器的光谱透射率特性中。此外，可以考虑到摄像装置的光谱透射率特性来保持照相机本体的RGB滤波器的光谱透射率特性。
其它实施例
还可以利用读出并执行记录在存储器装置上的程序以进行上述实施例的功能的***或设备的计算机(或者CPU或MPU等装置)和通过下面的方法实现本发明的各方面，其中，***或设备的计算机通过例如读出并执行记录在存储器装置上的程序以进行上述实施例的功能来进行上述方法的各步骤。由于该原因，例如经由网络或者通过用作存储器装置的各种类型的记录介质(例如，计算机可读介质)将该程序提供给计算机。
尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改以及等同结构和功能。

Claims (4)

1.一种图像处理设备，用于使用能互换的摄像镜头的摄像设备，所述图像处理设备包括：
输入部，用于从所述摄像镜头输入所述摄像镜头的光学传递信息；
获取部，用于获取所述摄像设备的摄像单元的特性信息；以及
输出部，用于输出保存有所述光学传递信息、所述特性信息和经由所述摄像镜头拍摄到的拍摄数据的文件。
2.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，所述摄像镜头输出与所述摄像镜头的镜头设置信息相对应的光学传递信息。
3.根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于，还包括发送器，所述发送器用于将所述摄像镜头的镜头设置信息发送至所述摄像镜头，
其中，所述摄像镜头输出与接收到的镜头设置信息相对应的光学传递信息。
4.一种图像处理方法，用于使用能互换的摄像镜头的摄像设备，所述图像处理方法包括以下步骤：
从所述摄像镜头输入所述摄像镜头的光学传递信息；
获取所述摄像设备的摄像单元的特性信息；以及
输出保存有所述光学传递信息、所述特性信息和经由所述摄像镜头拍摄到的拍摄数据的文件。
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