JP2006350017A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】入力画像の周辺領域が圧縮され、この圧縮による歪みを含んだ画像を補正変換する機能を有して且つ、高画質な画像を得ることが可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】被写体の中央領域の光量を周辺領域の光量よりも多くするような特性を付与する発光装置を、発光素子601と、レンズ602及び603で構成する。このような発光装置によって被写体像の中央領域の光量を多くなるような光量特性を付与しておくことで、イメージセンサの受光面に結像された画像の歪曲収差の補正の際のシェーディングを補正することが可能となる。
【選択図】図6
【解決手段】被写体の中央領域の光量を周辺領域の光量よりも多くするような特性を付与する発光装置を、発光素子601と、レンズ602及び603で構成する。このような発光装置によって被写体像の中央領域の光量を多くなるような光量特性を付与しておくことで、イメージセンサの受光面に結像された画像の歪曲収差の補正の際のシェーディングを補正することが可能となる。
【選択図】図6
Description
本発明は、撮像装置に関する。
デジタルカメラやビデオカメラなどの画像入力装置に於いては、撮影する被写体までの距離や画角に占める大きさに合わせてレンズの焦点距離を変更して拡大縮小を自由に行うズーム機能が広く利用されている。このようなズーム機能は、通常内部のレンズを機械的に動かす事により実現される光学ズームと、イメージセンサから出力される画像の一部を利用し、画素間に新たな画素を補間したり画素を間引きしたりすることで拡大や縮小を実現する電子ズームとに大別される。電子ズームは光学ズームと比較して、駆動部分が必要無いため、小型かつ安価に実現できる一方で、光学ズームに対して画質が劣る。
そこで、特許文献1では、図9に示すように入力画像の周辺領域を圧縮する機能を持つ画像入力光学系901と、この画像入力光学系901を介して入射した被写体像を受光する、主として均一な画素密度の受光素子902とを備え、画像入力光学系901における圧縮による歪みを含んだ画像を補正変換するようにしている。このような構成により、その動作領域において電子ズームでも光学ズームと同等の画像を得ることができる。つまり、特許文献1の手法では、広角画像も望遠画像も周辺領域における画質劣化は避けられないものの中央領域は劣化が少ない画像を得ることが期待できる。
特開平10−233950号公報
ここで、特許文献1の手法によって得られた画像は、中央領域と周辺領域とで特性が異なるため、単純な座標変換処理によって光学系の歪曲収差を補正するだけでは良い画質の画像は得られない。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、入力画像の周辺領域が圧縮され、この圧縮による歪みを含んだ画像を補正変換する機能を有して且つ、高画質な画像を得ることが可能な撮像装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の第1の態様による撮像装置は、中央領域を拡大し周辺領域を圧縮するような歪曲収差を有する撮像光学系と、前記撮像光学系を介して被写体像が結像される受光面を有し、前記受光面に結像された被写体像を画像信号に変換するイメージセンサと、前記イメージセンサによって変換された画像信号における歪曲収差を画像処理によって補正する画像信号処理部と、前記イメージセンサの前記受光面に結像された被写体像の光量が前記被写体像の周辺領域よりも中央領域において多くなるような特性を、前記被写体像に付与する光量特性付与部とを具備することを特徴とする。
中央領域を拡大し、周辺領域を圧縮するような歪曲収差を有する撮像光学系によりイメージセンサの受光面に結像された画像の歪曲収差を画像信号処理部で補正すると、撮像光学系の収差特性により画像の中央領域が減光したかのように見える。これをシェーディングという。第1の態様では、光量特性付与部により、イメージセンサ上における被写体像に対して、その周辺領域よりも中央領域においてその光量を多くするような特性を付与することができる。このような光量特性を付与された被写体像を画像信号処理部で補正すると、シェーディングが抑えられる。つまり、収差特性の補正に伴うシェーディングを抑えることができるので、入力画像の周辺領域が圧縮され、この圧縮による歪みを含んだ画像を補正変換する機能を有する装置においても高画質な画像を得ることができる。
本発明によれば、入力画像の周辺領域が圧縮され、この圧縮による歪みを含んだ画像を補正変換する機能を有して且つ、高画質な画像を得ることが可能な撮像装置を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る撮像装置の一例であるデジタルカメラシステムの構成を示す図である。ここで、撮像光学系101は、入射した被写体像の中央領域は拡大され周辺領域は縮小されるような歪曲収差を持つ光学系である。イメージセンサ102は、撮像光学系101を通して得られた被写体像を電気信号に変換する光電変換素子である。イメージセンサ102には、例えばCCDセンサやCMOSセンサなどが用いられる。また、イメージセンサ102の受光面にはBayer配列の色フィルタが貼り付けられており、イメージセンサ102からはBayer配列の色情報を含む画像データが出力される。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る撮像装置の一例であるデジタルカメラシステムの構成を示す図である。ここで、撮像光学系101は、入射した被写体像の中央領域は拡大され周辺領域は縮小されるような歪曲収差を持つ光学系である。イメージセンサ102は、撮像光学系101を通して得られた被写体像を電気信号に変換する光電変換素子である。イメージセンサ102には、例えばCCDセンサやCMOSセンサなどが用いられる。また、イメージセンサ102の受光面にはBayer配列の色フィルタが貼り付けられており、イメージセンサ102からはBayer配列の色情報を含む画像データが出力される。
画像信号処理部としての歪曲収差補正画像処理装置103は、イメージセンサ102から出力された画像データを表示や記録に適する形式に変換したり、画像データにおける撮像光学系101の光学歪曲収差の影響を補正したり、画像データに対して高画質化のための画像処理を行ったり、記録のための圧縮処理を行ったりするなどの種々の画像処理を行う。画像表示装置104は、液晶モニタやその駆動制御回路などで構成されており、歪曲収差補正画像処理装置103において処理された画像データに基づいて画像表示を行う。画像記録装置105は、例えば半導体メモリや磁気メモリなどで構成されており、歪曲収差補正画像処理装置103において圧縮処理された画像データを記録する。制御装置106は、撮像光学系101、イメージセンサ102、歪曲収差補正画像処理装置103、画像表示装置104などの本デジタルカメラシステムの全体的な動作を制御する。操作部107は、ユーザが本カメラシステムを操作するためのボタンやスイッチ類、及びボタンやスイッチ類の操作状態を表示するための情報表示部などから構成されている。光量特性付与部としての発光装置108は被写体を照明する。この発光装置108の構成については後述する。
図2は、撮像光学系101の構成例を示す図である。図2は、撮像光学系101の例として、カマボコ形のシリンドリカルレンズ201、202を縦・横に組み合わせたものを示している。また、図2の撮像光学系101を通して生成される画像を図3(a)に示す。さらに、歪曲収差が無い通常の撮像光学系を通して生成される画像を図3(b)に示す。図3(a)の画像は、図3(b)の画像に対して、縦・横のそれぞれの周辺領域になるほど被写体像が圧縮されるような歪曲収差を有するものとなる。
また、図3(c)は共軸系の撮像光学系を通して生成される画像を示したものである。図3(c)の画像は、図3(b)の画像に対して、同心円状に中心からの距離が大きくなるほど被写体像が圧縮されるような樽型の歪曲収差を有するものとなる。
ここで、図3(a)のような歪曲収差と図3(c)のような歪曲収差とを組み合わせたような歪曲収差を与える光学系を構成するようにしても良い。なお、一般的に、図3(a)に示す歪曲収差を発生させたほうが、歪曲収差を高画質に補正することが可能である。
次に、図1のように構成されたデジタルカメラシステムの動作について説明する。
まず、被写体は発光装置108によって照明される。このときに得られる被写体像は、歪曲収差を持つ撮像光学系101を通して、その中央領域が拡大され、周辺領域が圧縮された状態でイメージセンサ102の受光面上に像を結ぶ。この歪曲収差を持った被写体像はイメージセンサ102において電気信号(画像信号)に変換される。イメージセンサ102において得られた画像信号は受光面を構成する画素単位で出力される。画素単位で出力された画像信号は図示しないアナログフロントエンド回路(ノイズ除去のためのCDS回路、ゲイン調整などを行うPGA、アナログ画像信号をデジタル画像信号に変換するA/D変換回路などを含む回路)を通じてデジタル画像信号に変換され、歪曲収差補正画像処理装置103に入力される。
まず、被写体は発光装置108によって照明される。このときに得られる被写体像は、歪曲収差を持つ撮像光学系101を通して、その中央領域が拡大され、周辺領域が圧縮された状態でイメージセンサ102の受光面上に像を結ぶ。この歪曲収差を持った被写体像はイメージセンサ102において電気信号(画像信号)に変換される。イメージセンサ102において得られた画像信号は受光面を構成する画素単位で出力される。画素単位で出力された画像信号は図示しないアナログフロントエンド回路(ノイズ除去のためのCDS回路、ゲイン調整などを行うPGA、アナログ画像信号をデジタル画像信号に変換するA/D変換回路などを含む回路)を通じてデジタル画像信号に変換され、歪曲収差補正画像処理装置103に入力される。
歪曲収差補正画像処理装置103に入力されたデジタル画像信号は、収差の無い画像信号に補正されるなどの種々の画像処理がなされた後、圧縮処理がなされ、画像記録装置105に記録される。また、画像処理がなされたデジタル画像信号は、必要に応じて画像表示装置104に画像表示がなされる。
次に、撮像光学系101によりイメージセンサ102に結像される被写体像の特性について説明する。なお、ここでは、被写体は均一の輝度分布を有しているものを例とする。
第1の実施形態との比較のために、まず従来の発光装置の構成を図4(a)に、従来の発光装置における発光量分布特性及び歪曲収差補正後の被写体像光量分布特性を図4(b)に示す。
従来の発光装置は、発光素子401とレンズ402とから構成されている。発光素子401の発光光はレンズ402において集光されて被写体に照射されるようになっている。図4(a)の発光装置では、図4(b)の参照符号403で示すようなほぼ均一な発光量分布特性を有する光が被写体に照射される。
また、このような構成によって得られる画像の歪曲収差を歪曲収差補正画像処理装置103において補正すると、その画像の被写体像光量分布は図4(b)の参照符号404で示すものとなる。つまり、歪曲収差補正画像処理装置103に入力される画像は、撮像光学系101の特性により、中央領域が拡大され周辺領域が圧縮されているので、これを補正するために、中央領域を圧縮し、周辺領域を拡大するような補正が行われる。このため、均一な輝度分布を有する被写体を撮像した場合には、歪曲収差の補正によって、参照符号404で示すように、中央領域の光量が周辺領域の光量に比べて低くなる。
図5に歪曲収差補正画像処理装置103により補正された画像を示す。ここで、図5(a)は図3(a)のようなシリンドリカルな光学系の歪曲収差を補正した場合の画像の例であり、図5(b)は図3(c)のような共軸光学系の歪曲収差を補正した場合の画像の例である。これら図5(a)、図5(b)の何れの場合も、均一の輝度分布を示す被写体を撮影しているにも係わらず、撮像光学系101の歪曲収差で周辺領域が圧縮されるのを補正する際に、中央領域が減光されてシェーディングが発生してしまう。
このため、第1の実施形態では、発光装置を図6(a)のように構成する。図6(a)に示す発光装置は、発光素子601と、レンズ602及び603とから構成されている。ここで、レンズ602及びレンズ603は、発光素子601の発光光を、図6(b)の参照符号604で示すような発光量分布特性の光として照射可能に構成されたレンズである。即ち、レンズ602及び603は、被写体の中央領域に多くの光量の光が照射されるように構成されている。
このような第1の実施形態の発光装置からの光が被写体に照射されることにより、歪曲収差補正画像処理装置103において補正される画像の被写体像光量分布特性は、図6(b)の参照符号605で示すようなものとなる。この場合、中央領域におけるシェーディングが補正されるため、入力画像の周辺領域が圧縮され、この圧縮による歪みを含んだ画像を補正変換する機能を有する装置においても高画質な画像を得ることができる。
なお、図6で説明したような歪曲収差の補正の際のシェーディング補正は、レンズ602及び603による構成に限るものではない。つまり、被写体の中央領域における光量を多くすれば良いので、例えば、被写体からの反射光のうちで、被写体の中央領域からの反射光を周辺領域からの反射光に比べて多く透過させるような透過率の特性を有する光学フィルタを、撮像光学系に含ませるようにしても良い。このような光学フィルタを用いるようにすれば、発光装置のレンズの設計及び構造を簡素化することができる。
[第2の実施形態]
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図7は、本発明の第2の実施形態に係る発光装置の構成を示した図である。なお、撮像装置の構成は、図1で説明したものと同様であるので説明を省略する。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図7は、本発明の第2の実施形態に係る発光装置の構成を示した図である。なお、撮像装置の構成は、図1で説明したものと同様であるので説明を省略する。
図7に示す第2の実施形態の発光装置は、被写体の中央領域のみを照明する第1の発光部と、被写体の中央領域と周辺領域とを共に照明する第2の発光部とから構成されている。
第1の発光部は、発光素子701とレンズ702とが図4(a)で示したようにして配置されて構成されている。これに対し、第2の発光部は、発光素子703と、レンズ704及び705とが図6(a)で示したようにして配置されて構成されている。
第1の実施形態でも述べたように、撮像光学系101の歪曲収差によって被写体像の周辺領域が圧縮される事により、画像中の歪曲収差の影響を補正する際には、中央領域が減光されてシェーディングが発生する。
これに対して、第2の実施形態における発光装置は、被写体全体をムラ無く照明する第2の発光部に加えて、被写体の中央領域を照明する第1の発光部を有することにより、第1の実施形態に比べて、より確実に歪曲収差補正の際のシェーディングを補正することが可能である。
また、発光部を分離することによって各発光部のレンズの設計及び構造を簡素化することができる。
なお、図7では、2つの発光部のそれぞれに発光素子を設けているが、図8のように、1つの発光素子701からの発光光をハーフミラー706、ミラー707で分光するようにして2つの発光部を構成するようにしても何ら問題はない。
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
101…撮像光学系、102…イメージセンサ、103…歪曲収差補正画像処理装置、104…画像表示装置、105…画像記録装置、106…制御装置、107…操作部、108…発光装置、601,701,703…発光素子、602,603,702,704,705…レンズ
Claims (4)
- 中央領域を拡大し周辺領域を圧縮するような歪曲収差を有する撮像光学系と、
前記撮像光学系を介して被写体像が結像される受光面を有し、前記受光面に結像された被写体像を画像信号に変換するイメージセンサと、
前記イメージセンサによって変換された画像信号における歪曲収差を画像処理によって補正する画像信号処理部と、
前記イメージセンサの前記受光面に結像された被写体像の光量が前記被写体像の周辺領域よりも中央領域において多くなるような特性を、前記被写体像に付与する光量特性付与部と、
を具備することを特徴とする撮像装置。 - 前記光量特性付与部は、前記中央領域の光量が前記周辺領域よりも多い光で被写体を照明する発光部を含むことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。
- 前記発光部は、
前記中央領域のみを照明する第1の発光部と、
前記中央領域と前記周辺領域とを共に照明する第2の発光部と、
を有することを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。 - 前記光量特性付与部は、前記周辺領域よりも前記中央領域において、多くの光量の光を透過させる光学フィルタを含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080902 |