JP2013062587A - 画像処理方法、画像処理装置、撮像装置および画像処理プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】画像処理方法は、撮影光学系101からの光を光学素子アレイ101cを通して撮像素子102に導く撮像装置を用いて生成された第1の画像から第2の画像を生成する。該方法は、第1の画像および該第1の画像を生成した際の撮像装置における撮影条件に関する情報を得るステップS11,S12と、撮影条件に関する情報と撮影光学系および光学素子アレイのそれぞれの光学伝達関数とに応じた画像回復フィルタS12を得るステップと、画像回復フィルタを用いて第1の画像に対して画像回復処理を行うステップS13と、画像回復処理が行われた第1の画像から第2の画像を生成するステップS14とを有する。
【選択図】図1
Description
撮影光学系に収差がある場合、例えば図1中の点Aを通った光線の撮像素子102上での到達位置が本来の位置からずれることになる。図4(a)は、撮影光学系に収差が存在しない場合を示しており、撮影光学系からの光線はそれぞれが本来到達すべき撮像素子102上の位置(画素)に到達している。一方、図4(b)は、撮影光学系にコマ収差が存在する場合を示しており、撮影光学系からの光線はそれぞれが本来到達すべき位置に到達せず、非対称で複雑なずれを有する。他の収差についても同様に、撮影光学系からの光線を本来到達すべき位置からずれた位置に到達させる。
入力画像は、撮像装置において光学系(本実施例では、撮影光学系およびマイクロレンズアレイ等の光学素子アレイ)により形成された被写体像を光電変換した撮像素子からの出力を用いて生成されたデジタル画像である。このデジタル画像は、レンズや光学フィルタ等の光学素子を含む光学系の収差を含む光学伝達関数(OTF)により劣化した画像である。撮像素子は、CMOSやCCD等の光電変換素子により構成される。撮影光学系は、曲率を有するミラー(反射面)を含んでもよい。また、光学系は、撮像装置に対して着脱(交換)が可能であってもよい。撮像装置において、撮像素子および該撮像素子の出力を用いてデジタル画像(入力画像)を生成する信号処理回路により撮像系が構成される。
点像分布関数(PSF)をフーリエ変換して得られる光学伝達関数(Optical Transfer Function:OTF)は、収差の周波数成分情報であり、複素数で表される。光学伝達関数(OTF)の絶対値、すなわち振幅成分をMTF(Modulation Transfer Function)といい、位相成分をPTF(Phase Transfer Function)という。MTFおよびPTFはそれぞれ、収差による画像劣化の振幅成分および位相成分の周波数特性である。ここでは、位相成分を位相角として以下の式で表す。Re(OTF)およびIm(OTF)はそれぞれ、OTFの実部および虚部を表す。
PTF=tan−1(Im(OTF)/Re(OTF))
このように、光学系の光学伝達関数(OTF)は、画像の振幅成分と位相成分に劣化を与えるため、結像位置での像は被写体の各点がコマ収差のように非対称にぼけた状態になっている。
光学伝達関数(OTF)の振幅(MTF)の劣化と位相(PTF)の劣化を補正する方法として、光学系の光学伝達関数(OTF)の情報を用いて補正するものが知られている。この方法は画像回復や画像復元と呼ばれており、以下、本明細書では、この光学系の光学伝達関数(OTF)の情報を用いて画像の劣化を補正する処理を、画像回復処理(または回復処理)と記す。
g(x,y)=h(x,y)*f(x,y)
この式をフーリエ変換して周波数面での表示形式に変換すると、以下の式のように周波数ごとの積の形式になる。Hは点像分布関数(PSF)hをフーリエ変換したものであり、光学伝達関数(OTF)に相当する。G,Fはそれぞれ、g,fをフーリエ変換したものである。(u,v)は2次元周波数面での座標、すなわち周波数を示す。
G(u,v)=H(u,v)・F(u,v)
撮像装置により生成された劣化画像から元の画像を得るためには、以下のように、上記式の両辺をHで除算すればよい。
G(u,v)/H(u,v)=F(u,v)
F(u,v)、すなわちG(u,v)/H(u,v)を逆フーリエ変換して実面に戻すことで、元の画像f(x,y)に相当する回復画像が得られる。
g(x,y)*R(x,y)=f(x,y)
R(x,y)が画像回復フィルタである。入力画像が2次元であるとき、一般に画像回復フィルタも該2次元画像の各画素に対応したタップ(セル)を有する2次元フィルタとなる。また、一般に画像回復フィルタのタップ数(セル数)が多いほど画像回復精度が向上するため、出力画像としての要求画質、画像処理装置としての画像処理能力、撮影光学系の収差の特性等に応じて実現可能なタップ数を設定する。
G(u,v)=H(u,v)・F(u,v)+N(u,v)
G(u,v)/H(u,v)=F(u,v)+N(u,v)/H(u,v)
この点については、例えば、式(1)に示すウィナーフィルタのように画像信号とノイズ信号の強度比(SNR)に応じて回復度合いを制御する方法が知られている。
図1は、主レンズ群101bおよび開口絞り101aにより構成される撮影光学系101の結像位置に、マイクロレンズアレイ101cを配置し、その後方(被写体側とは反対側)に撮像素子102を配置した構成を示す。撮像素子102は、マイクロレンズアレイ101cに関して撮影光学系101の射出瞳と共役な位置に配置されている。先にも説明したように、マイクロレンズアレイ101cは、例えば点Aのような被写体空間のある1点を通る光線群と、点Aの近傍の点を通る光線とが撮像素子102上で混ざらないようにするセパレータの役割を有する。
102 撮像素子
101c マイクロレンズアレイ
Claims (6)
- 撮影光学系からの光を光学素子アレイを通して撮像素子に導く撮像装置を用いて生成された第1の画像から第2の画像を生成する画像処理方法であって、
前記第1の画像および該第1の画像を生成した際の前記撮像装置における撮影条件に関する情報を得るステップと、
前記撮影条件に関する情報と前記撮影光学系および前記光学素子アレイのそれぞれの光学伝達関数とに応じた画像回復フィルタを得るステップと、
前記画像回復フィルタを用いて前記第1の画像に対して画像回復処理を行うステップと、
前記画像回復処理が行われた前記第1の画像から前記第2の画像を生成するステップとを有することを特徴とする画像処理方法。 - 前記撮像装置において、
前記光学素子アレイは、前記撮影光学系の結像位置に配置されており、
前記撮像素子は、前記光学素子アレイに関して前記撮影光学系の射出瞳と共役な位置に配置されており、
前記第1の画像は、前記射出瞳の像が前記撮像素子によって光電変換されることにより生成された画像であることを特徴とする請求項1に記載の画像処理方法。 - 前記撮像装置において、
前記光学素子アレイは、前記撮影光学系の結像位置から離れた位置に配置され、該結像位置と共役な位置に配置された前記撮像素子上に前記撮影光学系からの光を結像させ、
前記第1の画像は、前記撮影光学系の空中像が前記撮像素子によって光電変換されることにより生成された画像であることを特徴とする請求項1に記載の画像処理方法。 - 撮影光学系からの光を光学素子アレイを通して撮像素子に導く撮像装置を用いて生成された第1の画像から第2の画像を生成する画像処理装置であって、
前記第1の画像および該第1の画像を生成した際の前記撮像装置における撮影条件に関する情報を得る入力部と、
前記撮影条件に関する情報と前記撮影光学系および前記光学素子アレイのそれぞれの光学伝達関数とに応じた画像回復フィルタを得るフィルタ取得部と、
前記画像回復フィルタを用いて前記第1の画像に対して画像回復処理を行う処理部と、
前記画像回復処理が行われた前記第1の画像から前記第2の画像を生成する画像生成部とを有することを特徴とする画像処理装置。 - 撮影光学系からの光を光学素子アレイを通して撮像素子に導く撮像装置であって、
請求項4に記載の画像処理装置を有することを特徴とする撮像装置。 - コンピュータに、撮影光学系からの光を光学素子アレイを通して撮像素子に導く撮像装置を用いて生成された第1の画像から第2の画像を生成させる画像処理プログラムであって、
前記第1の画像および該第1の画像を生成した際の前記撮像装置における撮影条件に関する情報を得るステップと、
前記撮影条件に関する情報と前記撮影光学系および前記光学素子アレイのそれぞれの光学伝達関数とに応じた画像回復フィルタを得るステップと、
前記画像回復フィルタを用いて前記第1の画像に対して画像回復処理を行うステップと、
前記画像回復処理が行われた前記第1の画像から前記第2の画像を生成するステップとを有することを特徴とする画像処理プログラム。
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