JP2014225843A - 画像処理装置、画像処理方法およびプログラム - Google Patents

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Abstract

【課題】解像感を損なわずに滑らかな電子ズームを実現すること。【解決手段】画像処理装置は、異なる画角で取得された複数の画像データと、ユーザが所望する仮想画角とを取得する。そして、仮想画角と複数の画像データのそれぞれの画角とに応じて重みを決定する。決定した重みと複数の画像データとを用いて仮想画角に対応する仮想画角画像データを生成する。【選択図】図4

Description

本発明は、画像処理装置、画像処理方法およびプログラムに関する。具体的には、画角の異なる複数の撮像画像データを基に別の画角の画像データを生成する画像処理装置、画像処理方法およびプログラムに関する。
従来、撮像画像の所望の領域を拡大することにより画像処理によってズームを実現する技術(電子ズーム)が知られている。この方法ではズーム倍率を大きくするほど拡大倍率も大きくなり、次第に解像感が損なわれてしまうという問題があった。そこで、画角の異なる複数のカメラを用いることで解像感を損なわずに画像処理によるズームを行う技術(例えば、特許文献1)が知られている。特許文献1は、画角の広いカメラと画角の狭いカメラからなる撮像装置を用いる。ズーム倍率が小さい場合は画角の広いカメラを用いて電子ズーム処理を行い、ズーム倍率が所定の値よりも大きくなったら使用するカメラを切り替えて画角の狭いカメラを用いて電子ズーム処理を行う。
特許第4341019号公報
しかしながら、特許文献1では、使用するカメラが切り替わる際に解像感が大きく変化してしまうという課題があった。
そこで本発明では、解像感を損なわないとともに、解像感の変化が滑らかな電子ズームを実現することを目的とする。
本発明に係る画像処理装置は、異なる画角で取得された複数の画像データを取得する画像データ取得手段と、仮想画角を取得する仮想画角取得手段と、前記仮想画角と前記複数の画像データのそれぞれの画角とに応じて重みを決定する決定手段と、前記決定した重みと前記複数の画像データとを用いて前記仮想画角に対応する仮想画角画像データを生成する生成手段とを備えることを特徴とする。
本発明は、解像感を損なわずに滑らかな電子ズームを実現することができる。
本発明の実施例1に係る複数の撮像部を備えた多眼方式の撮像装置の一例を示す図である。 多眼方式の撮像装置の内部構成の一例を示すブロック図である。 撮像部の内部構成の一例を示す図である。 本発明の実施例1に係る概要機能構成を示す図である。 本発明の実施例1に係る処理全体の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例1に係る仮想画角画像生成処理の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例1に係る仮想画角と重みの関係を示す図である。 本発明の実施例1に係る撮像画像1と撮像画像2の対応関係を示す図である。 本発明の実施例1に係る撮像画像1と仮想画角画像の対応関係を示す図である。 画像合成処理における撮像画像1、撮像画像2、仮想画角画像の対応関係を示す図である。 画像合成処理時でブレンド処理を行う際の撮像画像1、撮像画像2、仮想画角画像の対応関係を示す図である。 本発明の実施例4に係る複数の撮像部を備えた多眼方式の撮像装置の一例を示す図である。 本発明の実施例1に係る仮想画角画像生成処理の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例5に係る複数の撮像部を備えた多眼方式の撮像装置の一例を示す図である。 本発明の実施例5に係る仮想画角画像生成処理の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例5における仮想画角と重みの関係を示す図である。 本発明の実施例5における仮想視点画像I1‘と仮想視点画像I2’の対応関係を示す図である。 本発明の実施例5における仮想視点画像I1‘と仮想画角画像の対応関係を示す図である。 本発明の画像合成処理における仮想視点画像I1‘仮想視点画像I2‘と仮想視点画像I3’、仮想画角画像の対応関係を示す図である。
以下に図面を参照して、発明の実施の形態を詳しく説明する。なお、以下の実施の形態はあくまで例示であり、本発明の範囲を限定する趣旨のものではない。
本実施例では、画角の異なる2つの撮像画像データとユーザの指定した仮想画角とを基に、仮想画角に対応する仮想画角画像データを生成する。この際、仮想画角を大きくすることでズーム倍率の小さな仮想画角画像データが得られ、仮想画角を小さくすることでズーム倍率の大きな仮想画角画像データが得られる。すなわち、ユーザは仮想画角を変えることで、仮想画角画像データのズーム倍率を変えることができる。本実施例は、撮像の際のプレビュー画像データを生成する処理として、あるいは撮像後に任意のズーム倍率の画像データを生成する処理として利用可能である。
図1は、複数の撮像部を備えた多眼方式による多視点撮像装置の一例を示す図である。図1(a)に示すように、撮像装置100はカラー画像データを取得する2個の撮像部101〜102及び撮像ボタン103を備えている。図1(b)に示すように撮像部101と撮像部102は、それぞれの光軸104、105が平行になるように配置されている。本実施例では、撮像部101と撮像部102の水平方向の間隔をR、垂直方向の間隔をT、撮像部101の水平画角をθ1、垂直画角をφ1、撮像部102の水平画角をθ2、垂直画角をφ2とする。なお、θ1>θ2かつφ1>φ2とし、撮像部102よりも撮像部101の方が画角が広いものとする。ユーザが撮像ボタン103を押下すると、撮像部101〜102が被写体の光情報をセンサ(撮像素子)で受光し、受光した信号がA/D変換され、複数のデジタルデータ(撮像画像データ)が同時に得られる。撮像画像データには、撮像時のフォーカス設定などに基づき導出された撮像装置100から被写体までの距離Lがタグ情報として付与されるものとする。
このような多眼方式の撮像装置により、同一の被写体を複数の視点位置から撮像した撮像画像データ群を得ることができる。なお、ここでは撮像部の数を2個としたが撮像部の数は2個に限定されず、撮像装置が複数の撮像部を有する限りにおいてその数によらず本実施例は適用可能である。
図2は、撮像装置100の内部構成を示すブロック図である。中央処理装置(CPU)201は、以下に述べる各部を統括的に制御する。RAM202は、CPU201の主メモリ、ワークエリア等として機能する。ROM203は、CPU201で実行される制御プラグラム等を格納している。
バス204は、各種データの転送経路となる。例えば、撮像部101〜102によって取得された撮像画像データは、このバス204を介して所定の処理部に送られる。操作部205はユーザの指示を受け取る。具体的にはボタンやモードダイヤルなどが含まれ、撮像指示やズーム指示を受け取ることができる。表示部206は撮像画像や文字の表示を行い、例えば、液晶ディスプレイが用いられる。また、表示部206はタッチスクリーン機能を有していても良い。その場合はタッチスクリーンを用いた撮像指示やズーム指示などのユーザ指示を操作部205の入力として扱うことも可能である。
表示制御部207は、表示部206に表示される画像や文字の表示制御を行う。撮像制御部208は、フォーカスを合わせる、シャッターを開く・閉じる、絞りを調節するなどの、CPU201からの指示に基づいた撮像部の制御を行う。デジタル信号処理部209は、バス204を介して受け取った撮像画像データに対し、ホワイトバランス処理、ガンマ処理、ノイズ低減処理などの各種処理を行う。
エンコード部210は、撮像画像データをJPEGやMPEGなどのファイルフォーマットに変換する処理を行う。外部メモリ制御部211は、撮像装置100を、外部メモリ213(例えば、PC、ハードディスク、メモリーカード、CFカード、SDカード、USBメモリ)に結合するためのインターフェースである。画像処理部212は、撮像部101〜102で取得された撮像画像データ群或いは、デジタル信号処理部209から出力される撮像画像データ群を用いて画像合成などの画像処理を行う。例えば、画角の異なる複数の画像データとユーザのズーム指示によって設定された仮想画角とを用いて、仮想画角に対応した仮想画角画像データを生成する。
なお、撮像装置の構成要素は上記以外にも存在するが、本実施例の主眼ではないので、説明を省略する。
図3は、撮像部101の内部構成を示す図である。撮像部101は、レンズ301〜302、絞り303、シャッター304、光学ローパスフィルタ305、iRカットフィルタ306、カラーフィルタ307、センサ308及びA/D変換部309で構成される。レンズ301〜302は夫々、フォーカスレンズ301、ぶれ補正レンズ302である。センサ308は、例えばCMOSやCCDなどのセンサであり、上記の各レンズでフォーカスされた被写体の光量を検知する。検知された光量はアナログ値としてセンサ308から出力され、A/D変換部309によってデジタル値に変換されて、デジタルデータとなってバス204に出力される。なお、撮像部102についても同様の構成とすることができる。
次に、本実施形態に係る一連の処理を行う際の概要機能構成について、図4を用いて説明する。CPU201の機能部としての撮像データ入力部401は撮像部101、102によって撮像された複数の撮像画像データ404を撮像部101、102から取得する。あるいは撮像データ入力部401は、あらかじめRAM202や外部メモリ213等に記憶されていた撮像画像データ404を取得するなどしてもよい。また、撮像データ入力部401は、撮像部101の画角θ1、φ1、撮像部102の画角θ2、φ2、及び撮像部101と撮像部102との間隔Rを含む撮像情報405をROM203や外部メモリ213などの記憶装置から取得する。
CPU201の機能部としての画像処理パラメータ入力部402は仮想画角θ’を含む画像処理パラメータ406をROM203や外部メモリ213などの記憶装置から取得する。なお、仮想画角θ’は操作部205などで受け取ったユーザのズーム指示に従い決定され、記憶装置に記憶されているものとする。画像処理部212は、複数の撮像画像データ404と撮像情報405と画像処理パラメータ406に含まれる仮想画角θ’とを基に、仮想画角θ’に対応する仮想画角画像データ407を生成する。最後にCPU201の機能部としての出力部405は、仮想画角画像データ407を表示部206や外部メモリ213へ出力する。
図5は、本実施例の画像処理装置における一連の処理の動作手順を示すフローチャートである。詳細には、図5のフローチャートに示す手順を記述したプログラムを、ROM203からRAM202上に読み込んだ後に、CPU201によって該プログラムを実行することによって当該処理が実施される。
以下、図5に示す各処理について説明する。まず、ステップS501の画像データ取得処理において、撮像データ入力部401は撮像部101、102によって撮像された複数の撮像画像データ404を撮像部101、102から取得する。取得した撮像画像データ404はRAM202などに記憶される。あるいは、あらかじめ外部メモリ213などに撮像画像データ404を保持しておき、これを撮像データ入力部401が取得するようにしてもよい。また、撮像データ入力部401は撮像部101の画角θ1、φ1と、撮像部102の画角θ2、φ2と、撮像部101と撮像部102との間隔Rと、を含む撮像情報405をROM203や外部メモリ213などの記憶装置から取得する。
次にステップS502の画像処理パラメータ取得処理(仮想画角取得処理)において、画像処理パラメータ入力部402は仮想画角θ’を含む画像処理パラメータ406をROM203や外部メモリ213などの記憶装置から取得する。
次にステップS503において、画像処理部212はステップS501で記憶された撮像画像データ404および撮像情報405と、ステップS502で取得された画像処理パラメータ406とを用い、仮想画角画像データ407の生成を行う。生成した仮想画角画像データ407はRAM202などに記憶される。ステップS503の処理については後に詳述する。
最後にステップS504において、出力部405はステップS503で記憶した仮想画角画像データ407を表示部206や外部メモリ213に出力する。表示部206に出力することにより、仮想画角画像データ407が示す画像を表示できる。外部メモリ213に出力することにより、仮想画角画像データ407を外部メモリに記憶できる。
<仮想画角画像データ生成処理>
ここでは、ステップS503で行う仮想画角画像データ生成処理について説明する。仮想画角画像データ生成処理ではステップS501で記憶された撮像画像データおよび撮像情報405と、ステップS502で取得された画像処理パラメータ406とを用い、仮想画角画像データ407の生成を行う。以下、図6に示すフローチャートを用い、仮想画角画像データ生成処理の詳細を説明する。
まず、ステップS601において、画像処理部212は、撮像情報405に含まれる撮像部101の画角θ1、撮像部102の画角θ2、および画像処理パラメータ406に含まれる仮想画角θ’を基に、重みを決定する。決定される重みは、生成する仮想画角画像データ407に対する撮像画像データ404の重みである。以下、撮像部101、102で撮像した撮像画像データが示す撮像画像をそれぞれI1、I2とする。先に説明したように、撮像部101の方が撮像部102よりも画角が広い。したがって、撮像画像I1の方が撮像画像I2よりも画角が広い。また、撮像画像I1、I2に対する重みをw1、w2とする。仮想画角θ’と重みw1、w2との関係の例を図7(a)に示す。図7(a)では、重みw1、w2は仮想画角θ’の値が大きくなるほど重みw1の値を大きくする。すなわち、仮想画角θ’に近い画角を有する撮像画像の重みを大きくする。具体的には下記の式で表される。
Figure 2014225843
決定した重みw1、w2はRAM202などの記憶装置に記憶される。
次に、ステップS602では、画像処理部212は、撮像画像I1と撮像画像I2との位置合わせを行う。具体的には、撮像画像I1に写っている被写体と、撮像画像I2に写っている被写体とが重なるように、撮像画像I1の各画素(x、y)と撮像画像I2の各画素(x’、y’)とをアフィンパラメータa1〜a6を用いて対応付ける。画素(x、y)、画素(x’、y’)およびアフィンパラメータa1〜a6の関係は以下の式のようになる。
Figure 2014225843
以下、アフィンパラメータa1〜a6の決定方法の例を説明する。ここでは、撮像部101の画角θ1、φ1、撮像部102の画角θ2、φ2、被写体までの距離L、撮像部の間隔Rを基に下記の式に従いアフィンパラメータa1〜a6を決定する。
Figure 2014225843
ここでs1、t1は図8に示すように、撮像画像I1において、位置合わせ後の撮像画像I2に対応する領域から撮像画像I1の端部までの距離にあたり、下記の式で求められる。なお、図(b)も併せて参照されたい。
Figure 2014225843
ここで、WとHとは、撮像画像I1における幅と高さとを示す。また、ΔS、ΔTは見切れている被写体の長さであり、下記の式で求められる。
Figure 2014225843
以上のようにして決定されたアフィンパラメータa1〜a6はRAM202などの記憶装置に記憶される。
次に、ステップS603では、画像処理部212は、画像処理パラメータ406に含まれる仮想画角θ’を基に、撮像画像I1に対する仮想画角領域を設定する。具体的には、図9に示すように撮像画像I1の画素(x、y)と仮想画角画像407の画素(x”、y”)との関係を表すアフィンパラメータb1〜b6を決定する。以下にその式を示す。
Figure 2014225843
以下、アフィンパラメータb1〜b6の決定方法の例を説明する。ここでは、撮像画像I1の画角と、仮想画角画像の画角と、撮像画像I1のサイズとを基に下記の式に従いアフィンパラメータb1〜b6を決定する。
Figure 2014225843
ここで、W’とH’とは、撮像画像I1における仮想画角領域の幅と高さとを示す。また、s2、t2は図9に示す仮想画角領域から撮像画像I1の端部までの距離であり、例えば下記の式で求められる。
Figure 2014225843
以上のようにして決定されたアフィンパラメータb1〜b6はRAM202などの記憶装置に記憶される。
最後に、ステップS604で画像処理部212は、撮像画像データ404から仮想画角画像データ407を生成する。ステップS604では、ステップS601で記憶した重みw1、w2とステップS602で記憶したアフィンパラメータa1〜a6とステップS603で記憶したアフィンパラメータb1〜b6とを用いて仮想画角画像データ407を生成する。具体的には、以下の式に従い撮像画像I1、I2を加重平均することで仮想画角画像データ407を生成する。
Figure 2014225843
ここで、I”は仮想画角画像データ407が示す仮想画角画像である。図10は、画像合成処理における撮像画像I1、I2と仮想画角画像I”との対応関係を示す図である。仮想画角画像I”の画素(x”、y”)は、撮像画像I1にある画素(x、y)とアフィンパラメータb1〜b6とから決定する。また、仮想画角画像I”の画素(x”、y”)に対応する撮像画像I2にある画素(x’、y’)は撮像画像I1の画素(x、y)とアフィンパラメータa1〜6とから決定する。これらの関係を用いることにより、撮像画像I1とI2から仮想合成画像I”を示す仮想画角画像データ407を生成する。生成された仮想画角画像データ407はRAM202などの記憶装置に記憶される。以上で仮想画角画像生成処理を終了する。
以上説明した処理制御を行うことで、任意の仮想画角に対応する仮想画角画像データを生成することができる。ユーザのズーム指示に応じて仮想画角画像データを生成し表示することにより解像感の変化が滑らかな電子ズームを実現できる。
なお、本実施例では重みw1、w2を仮想画角θ’の値に応じて図7(a)に従うように線形に変化させていたが、重みと仮想画角の関係はこれに限らない。例えば、図7(b)に示すように、重みw1、w2を仮想画角θ’の値に応じて変化させてもよい。具体的には下記の式で表される。
Figure 2014225843
図7(b)のような非線形な重みを用いることにより、ユーザのズーム指示に対してより滑らかに解像感を変化させることが出来る。あるいは、図7(c)に示すように、仮想画角θ’の値に応じて重みw1、w2を0あるいは1に切り替えてもよい。
Figure 2014225843
図7(c)のような重みを用いることにより、撮像画像データ404の一部である解像感の高い撮像画像I2を優先的に使用することができるため、仮想画角画像データ407の解像感を向上させることができる。
また、本実施例では光軸104と光軸105とが平行であるとしたが、厳密に平行でない場合でも適用可能である。ただし、この場合はアフィンパラメータa1〜a6の決定方法を変える必要がある。例えば、撮像画像1と撮像画像2から領域毎の動きベクトルを決定し、それを基に最小二乗法などを用いてアフィンパラメータをa1〜a6を決定すればよい。あるいは、アフィンパラメータの代わりに動きベクトルを基に射影変換パラメータを求めることで、撮像画像I1と撮像画像I2とを対応付けるなどしても構わない。
また、図11(a)に示すように、撮像画像I2の端部からの距離がD以下の領域を新たにブレンド用の領域とし、撮像画像I1との境界が目立たないようにブレンド処理を施してもよい。具体的には以下の式に従い撮像画像I1、I2を加重平均することで仮想画角画像データ407を生成する。
Figure 2014225843
ここでw3は、図11(b)に示すように、撮像画像I2の画素(x’、y’)から撮像画像I2の画像端部までの距離dによって定められる重み値であり、dが大きいほど大きくなるように設定される。上式に従い撮像画像I1、I2を合成することにより、撮像画像I1、I2の境界部分が滑らかになるよう合成できる。
実施例1では図7(a)〜(c)に示す重みのうちいずれかを用いて仮想画角画像データ407を生成した。実施例2では、ユーザが設定したモードに応じて重みを切り換える。これにより撮像モードに応じた仮想画角画像データ407を生成することが可能となる。
実施例2では撮像モードとしてノイズ低減優先モードと解像度優先モードとが切り換え可能であるとする。モードは操作部205から得られるユーザ操作によって切り換えられる。各モードにおける重みの例を以下に述べる。ノイズ低減優先モードでは図7(a)あるいは図7(b)に示す重みを用いて合成を行い、解像度優先モードでは図7(c)に示す重みを用いて合成を行う。これにより、ノイズ低減優先モードでは撮像画像I1と撮像画像I2を平均化することでノイズ低減効果を得られる。また、解像度優先モードでは、θt=θ1とすることによりθ1≦θ’≦θ2の範囲で撮像画像I1よりも解像感の高い撮像画像I2を優先的に使用することができる。これにより、仮想画角画像データ407の解像感を向上させることができる。
以上、説明した処理を行うことで撮像モードに応じた仮想画角画像データ407を生成することが可能となる。
実施例1および実施例2では、画像全体に対して一組の重みw1、w2を用いて仮想画角画像データ407を生成した。実施例3では、領域毎に計算した撮像画像I1と撮像画像I2と画像データ間の差分を基に重みw1、w2を補正することにより、領域毎に異なる重みを用いて仮想画角画像データ407を生成する。これにより、位置合わせ誤差による解像感の劣化を抑制することができる。
具体的には、まず仮想画角画像データ407が示す仮想画角画像を複数の矩形領域に分割する。そして、この矩形領域毎に対応する撮像画像I1の画素(x、y)と撮像画像I2の画素(x’、y’)の差分絶対値の和を計算する。そして、求めた差分に基づき重みw1、w2に対して補正処理を施す。具体的には、差分の大きな領域では、重みw2を大きくしw1の値を小さくするように補正をかける。これにより、差分の大きな領域では撮像画像2と同等の解像感となり、位置合わせ誤差による仮想画角画像の解像感の劣化を抑制することができる。
なお、本実施例では重みw2を大きくしw1の値を小さくするように補正をかけたが、逆に重みw1を大きくしw2の値を小さくするように補正をかけても構わない。この場合は差分の大きな領域では撮像画像I1と同等の解像感となるが、位置合わせ誤差による仮想画角画像の解像感の劣化は抑制することができる。
なお、本実施例では撮像画像I1の画素(x、y)と撮像画像I2の画素(x’、y’)との差分絶対値の和を基に重みを設定したが重みの決め方はこれに限らない。撮像画像I1と撮像画像I2との差分を表す値であれば本実施例を適用可能である。
以上、説明した処理を行うことで位置合わせ誤差による解像感の劣化を抑制することができる。
実施例1〜3では、主に平面被写体を対象とし、異なる位置から撮像した画角の異なる撮像画像データを加重平均することにより仮想画角画像データ407を生成する例を説明した。実施例4では、画角θ2の複数の撮像画像データから画角θ1の撮像画像データと同じ視点に対応する画角θ1の仮想視点画像データを生成する。そして、画角θ1の撮像画像データと生成した画角θ1の仮想視点画像データとを足し合わせることより仮想画角画像データを生成する。これにより、奥行のある被写体に対しても良好な仮想画角画像データを生成することが可能となる。
実施例1〜3と比べて、実施例3では撮像装置100と仮想画角画像生成処理S503とが異なる。図12(a)に実施例4における撮像装置の一例を示す。撮像装置の筐体1200は撮像画像データを取得する3個の撮像部1201〜1203及び撮像ボタン1204を備えている。図12(b)に示すように撮像部1201〜1203は、それぞれの光軸が平行になるように配置されている。本実施例では、各撮像部1201〜1203の間隔をRとする。撮像部1201の水平画角をθ1、垂直画角をφ1とする。撮像部1202、1203の水平画角をθ2、垂直画角をφ2とする。すなわち、撮像部1202と撮像部1203とは同一の画角を有する。なお、θ1>θ2かつφ1>φ2とし、撮像部1202、1203よりも撮像部1201の方が画角が広いものとする。ユーザが撮像ボタン1204を押下すると、撮像部1201〜1203が被写体の光情報をセンサ(撮像素子)で受光し、受光した信号がA/D変換され、複数の撮像画像データが同時に撮像される。撮像画像データには、撮像時のフォーカス設定などに基づき導出された撮像装置1200から被写体までの距離Lがタグ情報として付与されるものとする。以下、撮像部1201、1202、1203で撮像した撮像画像データが示す撮像画像をそれぞれI1、I2、I3とする。
このような多眼方式の撮像装置により、同一の被写体を複数の視点位置から撮像したカラー画像群を得ることができる。なお、ここでは撮像部の数を3個としたが撮像部の数は3個に限定されない。以上が実施例4における撮像装置の一例である。
次に図13に示すフローチャートを用いて、実施例4における仮想画角画像データ生成処理の詳細を説明する。
まず、ステップS1301において画像処理部212は、撮像画像データ404が示す撮像画像I2および撮像画像I3から視差補間処理によって撮像部1202と撮像部1203との間の位置の視点に対応する画像データを生成する。すなわち、同じ画角を有する撮像画像データから仮想視点画像データを生成する。具体的には、撮像部1201の位置の視点に対応する仮想視点画像I’を示す仮想視点画像データを生成する。視差補間処理には既存の方法を利用する。例えば、撮像画像I2と撮像画像I3の2画像を用いてブロックマッチングを行い決定した各画素の視差量を基に、撮像部1201の位置の視点に対応する仮想視点画像I’を生成してもよい。あるいは2画像から抽出した特徴点を対応付け、各特徴点の対応関係を基にモーフィング処理を行うことで撮像部1201の位置の視点に対応する仮想視点画像I’を生成することもできる。
次に、ステップS1302で画像処理部212は、生成する仮想画角画像データ407に対する撮像画像データ404及び仮想視点画像データの重みを決定する。すなわち、撮像情報405に含まれる画角θ1、画角θ2および画像処理パラメータに含まれる仮想画角θ’を基に重みを決定する。実施例4では、撮像画像I1と仮想視点画像I’に対する重みを決定する。なお、具体的な処理はステップS601と同様である。
次に、ステップS1303では、撮像画像I1と仮想視点画像I’との位置合わせを行う。具体的には、ステップS602と同様に、撮像画像I1の画素(x、y)と第1の仮想視点画像I’の画素(x’、y’)との位置関係を表すアフィンパラメータa1〜6を決定する。ステップS602との違いは、ΔS、ΔTの決定方法であり、ここでは下記の式で求める。
Figure 2014225843
以上のようにして決定されたアフィンパラメータa1〜a6はRAM202などの記憶装置に記憶される。
次に、ステップS1304では、画像処理部212は、画像処理パラメータ406に含まれる仮想画角θ’を基に、撮像画像I1に対する仮想画角領域を設定する。具体的な処理はステップS603と同様である。
最後に、ステップS1305では、画像処理部212は、撮像画像I1と仮想視点画像I’から仮想画角画像を示す仮想画角画像データ407を生成する。ステップS1305では、ステップS1302で記憶した重みw1、w2とステップS1303で記憶したアフィンパラメータa1〜a6とステップS1304で記憶したアフィンパラメータb1〜b6を用いて、像を示す仮想画角画像データ407を生成する。具体的な処理はステップS604のI2をI’に置き換えたものと同様である。
以上、説明した処理を行うことで奥行のある被写体に対しても良好な仮想画角画像データ407を生成することが可能となる。
実施例4では、撮像画像と同じ視点に対応する仮想視点画像を生成して、撮像画像と仮想視点画像とを用いることで奥行きのある被写体に対して良好に仮想画角画像データを生成する例を説明した。
実施例5では、まず撮像画像から所定の視点における画角の異なる仮想視点画像を複数生成する。そして、生成した複数の仮想視点画像のうち、所望の仮想画角に近い画角を有する仮想視点画像を優先的に使用して仮想画角画像を生成する。これにより、仮想視点画像に対して行なう画像拡大処理の拡大倍率を小さくできるので、画像の解像度の低下を抑えつつ、奥行きのある被写体に対して、実施例4よりも高倍率な電子ズームが可能になる。
実施例1〜4と比べて、実施例5では撮像装置100と仮想画角画像生成処理S503が異なる。
図14(a)に実施例5における撮像装置の一例を示す。撮像装置1400は、カラー画像を取得する6個の撮像部1402〜1407及び撮像ボタン1408を備えている。図14(b)に示すように撮像部1402〜1407は、それぞれの光軸が平行になるように配置されている。本実施例では、撮像部1402、1403の間隔をR1、撮像部1404、1405の間隔をR2、撮像部1406、1407の間隔をR3とする。また、撮像部1402、1403の水平画角をθ3、垂直画角をφ3、撮像部1404、1405の水平画角をθ2、垂直画角をφ2、撮像部1406、1407の水平画角をθ1、垂直画角をφ1、とする。なお、θ1>θ2>θ3かつφ1>φ2>φ3とし、最も画角が広いのは撮像部1406、撮像部1407であり、最も画角が狭いのは撮像部1402、1403である。また、同じ画角を有する撮像部は仮想視点位置1401を中心に対称となるように配置されている。
ユーザが撮像ボタン1408を押下すると、撮像部1402〜1407が被写体の光情報をセンサ(撮像素子)で受光し、受光した信号がA/D変換され、複数のカラー画像データ(デジタルデータ)が同時撮像される。カラー画像データには、撮像時のフォーカス設定などに基づき算出された撮像装置1400から被写体までの距離Lがタグ情報として付与されるものとする。以下、撮像部1402、1403、1404、1405、1406、1407で撮像した撮像画像をそれぞれI2、I3、I4、I5、I6、I7とする。
このような多眼方式の撮像装置により、同一の被写体を複数の視点位置から撮像したカラー画像群を得ることができる。なお、ここでは撮像部の数を6個としたが撮像部の数は6個に限定されない。以上が実施例5における撮像装置の一例である。
次に図15に示すフローチャートを用いて、実施例5における仮想画角画像生成処理の詳細を説明する。概要としては、まず撮像画像データ404から視差補間処理により、図14に示す仮想視点位置1401に対応する画角の異なる3つの仮想視点画像データを生成する。その後、3つの仮想視点画像データを基に仮想画角画像データを生成する。以下、説明を簡便にするため、仮想視点画像データが生成されることを、単に仮想視点画像が生成される、として説明する。同様に、仮想画角画像データが生成されることを、単に、仮想画角画像が生成される、として説明する。フローチャートを参照しながら詳細に説明する。
まず、ステップS1501において画像処理部212は、撮像画像データ404に含まれる撮像画像I2、I3から視差補間処理によって撮像部1402と撮像部1403との間の位置に対応する画像を生成する。具体的には、仮想視点位置1401の位置に対応する仮想視点画像I1’を生成する。視差補間処理には実施例4同様に既存の方法を利用する。
次に、ステップS1502において画像処理部212は、撮像画像データ404に含まれる撮像画像I4、I5から視差補間処理によって撮像部1404と撮像部1405との間の位置に対応する画像を生成する。具体的には、仮想視点位置1401の位置に対応する仮想視点画像I2’を生成する。視差補間処理には実施例4同様に既存の方法を利用する。
次に、ステップS1503において画像処理部212は、撮像画像データ404に含まれる撮像画像I6、I7から視差補間処理によって撮像部1406と撮像部1407との間の位置に対応する画像を生成する。具体的には、仮想視点位置1401の位置に対応する仮想視点画像I3’を生成する。視差補間処理には実施例4同様に既存の方法を利用する。
次に、ステップS1504で画像処理部212は、撮像情報405に含まれる画角θ1、画角θ2、画角θ3および仮想画角θ’を基に、生成する仮想画角画像407に対する、仮想視点画像I1’、I2’、I3’の重みを算出する。仮想視点画像I1’、I2’、I3’に対する重みをそれぞれw1、w2、w3とする。仮想画角θ’と重みw1、w2、w3との関係の例を図16(a)に示す。図16(a)において、重みw1、w2、w3は、θ1>θ’≧θ2の範囲において、w1とw2を適応的に変化させてw3は0に固定して変化させない。具体的には下記の式で表される。
Figure 2014225843
また、θ2>θ’≧θ3の範囲において、w1は0に固定して変化させず、w2とw3を適応的に変化させる。具体的には下記の式で表される。
Figure 2014225843
上記のように重みを設定することにより、仮想画角に近い画角を有する仮想視点画像により重い重みを付けて仮想画角画像を生成することが可能になる。したがって、仮想視点画像に対して行なう画像拡大処理の拡大倍率を小さくできるので、画像の解像度の低下を抑えつつ、奥行きのある被写体に対して、高倍率な電子ズームが可能になる。
なお、重みw1、w2、w3を算出方法については上記に限らず、図16(b)に示すように、仮想画角に対して設定する閾値θτ1と閾値θτ2を用いて重みw1、w2、w3を算出するようにしてもよい。閾値θτ1と閾値θτ2は、ROM203に予め記録されており、本画像処理装置の開始時にRAM202に読み込み利用する。閾値θτ1と閾値θτ2を用いた重みw1、w2、w3の算出は、具体的には下記の式で表される。
Figure 2014225843
上記の式において、θ1>θτ1≧θ2であり、θ2>θτ2≧θ3である。図16(b)で示される重み付けは実施例2における解像度優先モードに対応する。すなわち、θτ1=θ1とすることによりθ1>θ’≧θ2の範囲でI1’よりも解像感の高いI2’を優先的に使用することができる。同様に、θτ2=θ2とすることによりθ2>θ’≧θ3の範囲でI2’よりも解像感の高いI3’を優先的に使用することができる。これにより、仮想画角画像407の解像感を向上させることができる。算出した重みw1、w2、w3はRAM202などの記憶装置に記憶される。
なお、本実施例においても実施例2に記載したように、ユーザが設定したモードに応じて上記に示したような重みの算出方法を切り替えることが可能である。すなわち、解像度優先モードの場合には図16(b)の重みを用い、ノイズ低減優先モードの場合には図16(a)に示すような重みを用いることができる。
次に、ステップS1505で画像処理部212は、仮想視点画像I1’とI2’とI3’の位置合わせを行なう。これは複数の2画像間の位置合わせであり、具体的には仮想視点画像I1’とI2’との位置合わせと、仮想視点画像I2’とI3’との位置合わせと、を組み合わせることにより実現される。
仮想視点画像I1’とI2’との位置合わせにおいて、仮想視点画像I1’に写っている被写体と、仮想視点画像I2’に写っている被写体とが重なるように、対応付ける。具体的には、位置あわせでは、仮想視点画像I1’の各画素(x1’、y1’)と仮想視点画像I2’の各画素(x2’、y2’)とをアフィンパラメータa1〜a6を用いて対応付ける。画素(x1’、y1’)、画素(x2’、y2’)およびアフィンパラメータa1〜a6の関係は以下の式のようになる。
Figure 2014225843
以下、アフィンパラメータa1〜a6の決定方法の例を説明する。ここでは、仮想視点画像I1’の画角と仮想視点画像I2’の画角と、被写体までの距離Lとを基に下記の式に従いアフィンパラメータa1〜a6を算出する。
Figure 2014225843
ここでs1、t1は図17に示すように、仮想視点画像I1’において、位置合わせ後の仮想視点画像I2’に対応する領域から仮想視点画像I1’の端部までの距離にあたり、下記の式で求められる。
Figure 2014225843
ここでWとHとは、仮想視点画像I1’のサイズを示す。また、ΔS、ΔTは見切れている被写体の長さであり、下記の式で求められる。
Figure 2014225843
次に、仮想視点画像I2’と仮想視点画像I3’の位置合わせについて説明する。仮想視点画像I2’に写っている被写体と、仮想視点画像I3’に写っている被写体が重なるように、I2’の各画素(x2’、y2’)とI3’の各画素(x3’、y3’)をアフィンパラメータa’1〜a’6を用いて対応付ける。画素(x2’、y2’)、画素(x3’、y3’)およびアフィンパラメータa’1〜a’6の関係は以下の式のようになる。
Figure 2014225843
以下、アフィンパラメータa’1〜a’6の決定方法の例を説明する。ここでは、仮想視点画像I2’の画角と仮想視点画像I3’の画角と、被写体までの距離Lとを基に下記の式に従いアフィンパラメータa’1〜a’6を算出する。
Figure 2014225843
ここでs2、t2は図示しない、仮想視点画像I2’において、位置合わせ後の仮想視点画像I3’に対応する領域から仮想視点画像I2’の端部までの距離にあたり、下記の式で求められる。
Figure 2014225843
ここでW2とH2とは、仮想視点画像I2’のサイズを示す。また、ΔS、ΔTは見切れている被写体の長さであり、下記の式で求められる。
Figure 2014225843
以上、算出されたアフィンパラメータa1〜a6、a’1〜a’6はRAM202などの記憶装置に記憶される。
次に、ステップS1506で画像処理部212は、画像処理パラメータ406に含まれる仮想画角θ’を基に、仮想視点画像I1’に対する仮想画角領域を設定する。具体的には、図18に示すように仮想視点画像I1’の画素(x1’、y1’)と仮想画角画像407の画素(x”、y”)との関係を表すアフィンパラメータb1〜6を決定する。以下にその式を示す。
Figure 2014225843
以下、アフィンパラメータb1〜b6の決定方法の例を説明する。ここでは、仮想視点画像I1’の画角と、仮想画角画像の画角と、仮想視点画像I1’のサイズとを基に下記の式に従いアフィンパラメータb1〜6を算出する。
Figure 2014225843
ここで、WとHとは、仮想視点画像I1’の幅と高さとを示し、W’とH’とは、仮想視点画像I1’における仮想画角領域の幅と高さとを示す。ここで、s3、t3は図18に示す仮想画角領域から仮想視点画像I1’の端部までの距離であり、例えば下記の式で求められる。
Figure 2014225843
以上、決定されたアフィンパラメータb1〜b6はRAM202などの記憶装置に記憶される。
最後に、ステップS1507で画像処理部212は、仮想視点画像I1’、I2’、I3’から仮想画角画像データ407を生成する。ステップS1507では、ステップS1504で記憶した重みw1、w2、w3とステップS1505で記憶したアフィンパラメータa1〜a6およびa’1〜a’6とステップS1506で記憶したアフィンパラメータb1〜b6を用いて生成する。具体的には、以下の式に従いI1’、I2’、I3’を加重平均することで仮想画角画像407を生成する。
Figure 2014225843
ここで、I”は仮想画角画像データ407である。図19にて、アフィン変換処理による仮想画角画像と仮想視点画像の対応関係を模式的に示す。仮想画角画像の画素(x”、y”)は、仮想視点画像I1’の画素(x1’、y1’)とアフィンパラメータb1〜b6とから決定する。また、仮想画角画像の画素(x”、y”)に対応する、仮想視点画像I2’にある画素(x2’、y2’)は、仮想視点画像I1’の対応する画素(x1’、y1’)とアフィンパラメータa1〜a6とから決定する。また、仮想画角画像の画素(x”、y”)に対応する、仮想視点画像I3’にある画素(x3’、y3’)は、仮想視点画像I2’の対応する画素(x2’、y2’)とアフィンパラメータa’1〜a’6とから決定する。生成された仮想画角画像データ407はRAM202などの記憶装置に記憶される。以上で仮想画角画像生成処理を終了する。
以上、説明した処理を行なうことで、奥行きのある被写体に対しても奥行のある被写体に対しても良好な仮想画角画像データ407を生成することが可能となる。
また、本実施例では画角θ1から画角θ3までの範囲において、仮想画角θ’を基に仮想画角画像を生成することが可能である。これにより、実施例4に示すように撮像画像と仮想視点画像を用いて画角θ1から画角θ2までの範囲において、仮想画角θ’を基に仮想画角画像を生成するよりも高倍率な電子ズームが可能になる。
尚、図15において、ステップS1501からステップS1503までにおいて、仮想視点画像I1’、I2’、I3’を生成したが、生成する仮想視点画像の数は3つに限定されない。これに伴い、図14(b)において、画角θ1から図示しない画角θ4までの範囲において、仮想画角θ’を基に仮想画角画像を生成することが可能となる。
このように画角の異なる仮想視点画像を複数用いることで、拡大処理による仮想視点画像の解像度劣化を所定の程度に抑えた上で、高倍率な電子ズームを行なえることが、本実施例の特長である。
尚、本実施例においても実施例4に示すように、撮像画像と仮想視点画像を用いて仮想画角画像を生成してもよい。具体的には、仮想視点位置1401に新たな撮像部を設置して、仮想視点位置1401から取得した画像I1と仮想視点画像I1’を用いて仮想画角画像を生成するようにしてもよい。
尚、I1’、I2’、I3’の全てを用いて仮想画角画像を生成することも可能である。これは例えばステップ1504において、重みw1、w2、w3をそれぞれ1/3に設定することで実現される。
<その他の実施例>
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (20)

  1. 異なる画角で取得された複数の画像データを取得する画像データ取得手段と、
    仮想画角を取得する仮想画角取得手段と、
    前記仮想画角と前記複数の画像データのそれぞれの画角とに応じて重みを決定する決定手段と、
    前記決定した重みと前記複数の画像データとを用いて前記仮想画角に対応する仮想画角画像データを生成する生成手段と
    を備えることを特徴とする画像処理装置。
  2. 前記生成手段は、前記複数の画像データの対応する画素を位置あわせすることによって前記仮想画角画像データを生成することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
  3. 前記生成手段は、前記仮想画角と、前記複数の画像データのそれぞれの画角と、前記複数の画像データを撮像した撮像手段の位置と、被写体までの距離とに基づいて前記位置あわせをすることを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。
  4. 前記生成手段は、前記複数の画像データの対応する画素に前記決定した重みを適用することによって前記仮想視点画像データを生成することを特徴とする請求項2または3に記載の画像処理装置。
  5. 前記生成手段は、前記重みを用いて前記複数の画像データの少なくとも一部を足し合わせることにより前記仮想画角に対応した前記仮想画角画像データを生成することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の画像処理装置。
  6. 前記決定手段は、モードに応じて異なる重みを決定することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の画像処理装置。
  7. 前記決定手段は、前記モードがノイズ低減優先モードの場合、線形または非線形の重みを決定し、前記モードが解像度優先モードの場合、0または1の重みを決定することを特徴とする請求項6に記載の画像処理装置。
  8. 前記決定手段は、画角の狭い画像データにおける画素と端部との間の距離に応じて重みを決定することを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の画像処理装置。
  9. さらに前記仮想画角画像データの領域毎に前記重みを補正する補正手段を有し、
    前記生成手段は前記補正手段で補正された重みを用いて前記仮想画角画像データを生成することを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の画像処理装置。
  10. 前記補正手段は前記複数の画像データ間の差分に基づき前記重みを補正することを特徴とする請求項9に記載の画像処理装置。
  11. 前記生成手段は、前記複数の画像データを用いて仮想視点画像データを生成し、
    前記生成した仮想視点画像データと前記複数の画像データの少なくとも一部とを用いて前記仮想画角に対応した仮想画角画像データを生成することを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の画像処理装置。
  12. 前記画像データ取得手段は、前記複数の画像データとして、同じ画角を有する画像データを含む画像データを取得し、
    前記生成手段は、前記同じ画角を有する画像データを用いて前記仮想視点画像データを生成し、前記同じ画角とは異なる画角を有する画像データと前記仮想視点画像データとを用いて前記仮想画角画像データを生成することを特徴とする請求項11に記載の画像処理装置。
  13. 前記生成手段は、前記複数の画像データのうちの少なくとも一部と同じ視点の仮想視点画像データである前記仮想視点画像データを生成することを特徴とする請求項11または12に記載の画像処理装置。
  14. 前記生成手段は、前記複数の画像データを用いて複数の仮想視点画像データを生成し、
    前記生成した複数の仮想視点画像データの少なくとも一部を用いて前記仮想画角に対応した仮想画角画像データを生成することを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の画像処理装置。
  15. 前記画像データ取得手段は、同じ画角を有する画像データを用いて前記仮想視点画像データを生成し、異なる画角を有する前記仮想視点画像データを用いて前記仮想画角画像データを生成することを特徴とする請求項14に記載の画像処理装置。
  16. 前記画像データ取得手段は、前記複数の画像データとして、同じ被写体を同時に撮像して得られた複数の画像データを取得することを特徴とする請求項1から15のいずれか一項に記載の画像処理装置。
  17. 異なる画角を有する複数の撮像手段と、
    前記複数の撮像手段で撮像された複数の画像データを取得する画像データ取得手段と、
    仮想画角を取得する仮想画角取得手段と、
    前記仮想画角と前記複数の画像データのそれぞれの画角とに応じて重みを決定する決定手段と、
    前記決定した重みと前記複数の画像データとを用いて前記仮想画角に対応する仮想画角画像データを生成する生成手段と
    を備えることを特徴とする撮像装置。
  18. 異なる画角で取得された複数の画像データを取得する画像データ取得工程と、
    仮想画角を取得する仮想画角取得工程と、
    前記仮想画角と前記複数の画像データのそれぞれの画角とに応じて重みを決定する決定工程と、
    前記決定した重みと前記複数の画像データとを用いて前記仮想画角に対応する仮想画角画像データを生成する生成工程と
    を備えることを特徴とする画像処理方法。
  19. 異なる画角を有する複数の撮像手段を用いる撮像方法であって、
    前記複数の撮像手段で撮像された複数の画像データを取得する画像データ取得工程と、
    仮想画角を取得する仮想画角取得工程と、
    前記仮想画角と前記複数の画像データのそれぞれの画角とに応じて重みを決定する決定工程と、
    前記決定した重みと前記複数の画像データとを用いて前記仮想画角に対応する仮想画角画像データを生成する生成工程と
    を備えることを特徴とする撮像方法。
  20. コンピュータを請求項1から16のいずれか一項に記載の画像処理装置として機能させるためのプログラム。
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