JP2016005080A - 撮像装置、撮像システムおよび撮像方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】1つの撮像手段でフォーカス位置ではないデフォーカス位置においても画像の復元性能を向上させることができる撮像装置、撮像システムおよび撮像方法を提供する。
【解決手段】レンズユニットは、入力する光に対してPSFを拡散し、撮像素子12で撮像される画像がぼけた状態とする代わりに広い深度でそのぼけが一定となるようにし、距離判定部142は、撮像素子12により撮像された撮像画像の特性に基づいて、撮像画像が含む被写体の被写体距離を判定し、選択部144は、判定された被写体距離に対応した逆変換フィルタを選択し、フィルタ処理部145は、選択部144により選択された逆変換フィルタで撮像画像に対して逆変換処理を実行する。
【選択図】図13
【解決手段】レンズユニットは、入力する光に対してPSFを拡散し、撮像素子12で撮像される画像がぼけた状態とする代わりに広い深度でそのぼけが一定となるようにし、距離判定部142は、撮像素子12により撮像された撮像画像の特性に基づいて、撮像画像が含む被写体の被写体距離を判定し、選択部144は、判定された被写体距離に対応した逆変換フィルタを選択し、フィルタ処理部145は、選択部144により選択された逆変換フィルタで撮像画像に対して逆変換処理を実行する。
【選択図】図13
Description
本発明は、撮像装置、撮像システムおよび撮像方法に関する。
近年、情報のデジタル化の発展に伴い、撮像装置の分野においてもデジタル化の発展が著しい。特に、デジタルカメラに代表される撮像装置において、撮像部品は従来のフィルムに置き換わって固体撮像素子が使用されている。固体撮像素子(以下、単に撮像素子という)としては、CCD(Charge Coupled Device)センサまたはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサ等が使用されている。
このように、撮像素子を使用した撮像装置は、被写体からの光を光学系によって取り込み、固体撮像素子によって光を電気信号に変換して抽出するものである。このような撮像装置として、デジタルカメラの他、ビデオカメラ、シンボルリーダ(バーコードリーダ、二次元コードリーダ、OCR(Optical Character Reader)等)、携帯電話機、携帯情報端末(PDA:Personal Digital Assistant)および産業用カメラ等が挙げられる。
このような、CCDまたはCMOS等の撮像素子を備えた撮像装置として、光学系の収差によって発生したぼけを含む画像を、フィルタ処理により復元し、被写界深度を拡張する、いわゆるEDoF(Extended Depth of Field)の技術が既に知られている。ただし、フィルタ処理によりぼけを復元できるのは所定のフォーカス位置近傍の点像分布関数(PSF:Point Spread Function)の形が近似している範囲である。したがって、そのフォーカス位置から外れたデフォーカス位置においては、PSFの形も異なるため、同一のフィルタによるフィルタ処理を施しても、画像の復元性能が低下してしまう。
このようなデフォーカス位置での画像の復元性能を低下させないために、複数の撮像部(撮像手段)を備え、これらの撮像部によって得られる距離情報に基づいて、フィルタ処理のためのフィルタを切り替えることによって、デフォーカス位置の画像の復元性能を向上させる技術が提案されている(特許文献1参照)。
特許文献1に記載された技術は、被写体までの距離情報を得るために複数の撮像部を備える必要があるため、装置のサイズが大きくなり、コストが増加してしまうという問題点があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、1つの撮像手段でフォーカス位置ではないデフォーカス位置においても画像の復元性能を向上させることができる撮像装置、撮像システムおよび撮像方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、入射した光に収差を与える光学系と、前記光学系を通過した前記光を画素に変換して被写体の画像を撮像する1つの撮像手段と、前記撮像手段により撮像された撮像画像の特性に基づいて、前記被写体の被写体距離を判定する距離判定手段と、前記被写体距離に対応した逆変換フィルタを選択する選択手段と、前記選択手段により選択された前記逆変換フィルタにより、前記撮像画像における前記収差によるぼけを復元する逆変換処理を実行する逆変換手段と、を備えていることを特徴とする。
本発明によれば、1つの撮像手段でフォーカス位置ではないデフォーカス位置においても画像の復元性能を向上させることができる。
以下に、図面を参照しながら、本発明に係る撮像装置、撮像システムおよび撮像方法の実施の形態を詳細に説明する。また、以下の実施の形態によって本発明が限定されるものではなく、以下の実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想到できるもの、実質的に同一のもの、およびいわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下の実施の形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換、変更および組み合わせを行うことができる。
(撮像システムの全体構成)
図1は、実施の形態に係る撮像システムの全体構成の一例を示す図である。図1を参照しながら、本実施の形態の撮像システム500の構成について説明する。
図1は、実施の形態に係る撮像システムの全体構成の一例を示す図である。図1を参照しながら、本実施の形態の撮像システム500の構成について説明する。
図1に示すように、本実施の形態の撮像システム500は、撮像装置1と、PC(Personal Computer)2と、を備えている。撮像装置1とPC2とは、Ethernet(登録商標)ケーブルまたはUSB(Universal Serial Bus)ケーブル等の通信ケーブル3によって通信可能に接続されている。
撮像装置1は、被写体4からの光を電気信号に変換することによって被写体4を撮像し、撮像画像の情報(以下、単に撮像画像という)に対して画像処理を実行し、画像処理後の画像に含まれるシンボルを認識して、認識したシンボルをデコードし、デコードした情報を、通信ケーブル3を介してPC2へ送信する。ここで、撮像装置1によるシンボルの認識、および認識したシンボルのデコードの動作を、単に「シンボルの認識処理」というものとする。シンボルとしては、例えば、バーコード、二次元コードまたは文字列等が挙げられる。PC2は、撮像装置1から受信したデコードされた情報に基づいて所定の処理を実行する。
例えば、撮像装置1は、生産ラインを流れる製品に添付されたバーコードを撮像して、バーコードを読み取るための認識処理を実行し、デコードされた情報としての品番情報等をPC2に送信する。PC2は、受信した画像からバーコードの情報を読み出して解析する。
なお、図1に示すように、撮像システム500は、撮像装置1とPC2とが通信ケーブル3を介してデータを通信する有線通信方式のシステムとしているが、これに限定されるものではない。例えば、撮像装置1とPC2とは、Wi−Fi(登録商標)(WirelessFidelity)等の無線通信方式によって互いにデータが通信可能であってもよい。
また、撮像装置1およびPC2が生産ラインにおいて使用される場合、撮像システム500は、PC2がPLC(Programmable Logic Controller)等に通信可能に接続されている構成としてもよい。この場合、撮像システム500の動作として、以下の動作が一例として挙げられる。撮像装置1は、生産ラインを流れる製品に添付されたバーコードを撮像して、認識処理によりバーコードを認識してデコードし、デコードした情報としての品番情報をPC2に送信する。PC2は、受信した品番情報から、生産ラインを流れている製品の品番を判定する。PC2は、判定した品番が、生産ラインにおいて段替えされている品番と不一致である場合、判定した品番に対応する製品は異なる品番の製品であることを示す信号をPLCに送信する。PLCは、PC2から異なる品番の製品であることを示す信号を受信した場合、その製品を生産ラインから除去するように生産ラインの動作を制御する。
(情報処理装置の構成)
図2は、実施の形態の情報処理装置のハードウェア構成の一例を示す図である。図2を参照しながら、情報処理装置の一例であるPC2のハードウェア構成について説明する。
図2は、実施の形態の情報処理装置のハードウェア構成の一例を示す図である。図2を参照しながら、情報処理装置の一例であるPC2のハードウェア構成について説明する。
図2に示すように、情報処理装置の一例であるPC2は、通信部21と、操作部22と、表示部23と、記憶部24と、外部記憶装置25と、制御部26と、を備えている。上記の各部は、バス27によって接続され、互いにデータの送受信が可能となっている。
通信部21は、通信ケーブル3を介して、撮像装置1と通信する装置である。通信部21は、例えば、NIC(Network Interface Card)、またはUSBインタフェース装置等の通信装置によって実現される。通信部21の通信規格は、例えば、TCP(Transmission Control Protocol)/IP(Internet Protocol)またはUDP(User Datagram Protocol)/IP等よって実現される。または、通信部21の通信規格は、USB1.1またはUSB2.0等の規格であってもよい。
操作部22は、ユーザによって制御部26に対して所定の処理を実行させるための操作入力を行う装置である。操作部22は、例えば、マウス、キーボード、テンキー、タッチパッドまたはタッチパネルにおける操作入力機能等によって実現される。
表示部23は、制御部26により実行されているアプリケーション画像、または、撮像装置1から出力された画像等を表示する装置である。表示部23は、例えば、CRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイ、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイまたは有機EL(Electroluminescence)ディスプレイ等によって実現される。
記憶部24は、PC2で実行される各種プログラムおよびPC2で行われる各種処理に使用されるデータ等を記憶する装置である。記憶部24は、例えば、ROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory)等の記憶装置によって実現される。
外部記憶装置25は、画像、撮像装置1によりシンボルからデコードされた情報、プログラムおよびフォントデータ等を蓄積して記憶する記憶装置である。外部記憶装置25は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、光ディスク、または光磁気ディスク(MO:Magneto−Optical Disk)等の記憶装置によって実現される。
制御部26は、PC2の各部の動作を制御する装置である。制御部26は、例えば、CPU(Central Processing Unit)およびASIC(Application Specific Integrated Circuit)等で実現される。
(撮像装置の構成)
図3は、実施の形態に係る撮像装置の構成の一例を示す図である。図3を参照しながら、本実施の形態の撮像装置1の構成について説明する。
図3は、実施の形態に係る撮像装置の構成の一例を示す図である。図3を参照しながら、本実施の形態の撮像装置1の構成について説明する。
図3に示すように、撮像装置1は、レンズユニット11(光学系の一例)と、撮像素子12(撮像手段)と、画像処理部14と、認識処理部15(認識処理手段)と、通信部16と、を備えている。
レンズユニット11は、被写体4(図1参照)からの光を集光し、撮像素子12に対して結像させるユニットである。レンズユニット11は、1枚以上のレンズで構成された光学系によって実現される。被写体4は、例えば、人物、被監視物、またはバーコードもしくは二次元コード等のシンボル等である。
撮像素子12は、レンズユニット11に入射する被写体4からの光を電気信号に変換することによって被写体4を撮像して画像を生成する固体撮像素子である。撮像素子12は、固体撮像素子を構成する各検出単位によって撮像した画像を構成する画素を出力する。撮像素子12は、例えば、CCDセンサまたはCMOSセンサ等によって実現される。
画像処理部14は、撮像素子12から出力される撮像画像から、フィルタ処理を施した画像を生成する。
認識処理部15は、画像処理部14によりフィルタ処理が実行された画像に基づいて、画像に含まれるシンボルを認識して、認識したシンボルをデコードするシンボルの認識処理を実行する。
通信部16は、通信ケーブル3を介して、PC2と通信する装置である。通信部16は、例えば、認識処理部15から出力されるデコードされた情報をPC2に対して送信する。通信部16は、例えば、NIC、またはUSBインタフェース装置等の通信装置によって実現される。通信部16の通信規格は、例えば、TCP/IPまたはUDP/IP等よって実現されるまたは、通信部16の通信規格は、USB1.1またはUSB2.0等の規格であってもよい。
なお、認識処理部15は、撮像装置1に含まれる構成としているが、撮像装置1に接続される外部機器の機能によって実現されるものとしてもよい。例えば、認識処理部15は、撮像装置1ではなくPC2において実現されるものとしてもよい。
また、画像処理部14および認識処理部15は、ソフトウェアであるプログラムが実行されるによって実現されてもよく、または、ASICまたはFPGA(Field−Programmable Gate Array)等のハードウェア回路によって実現されてもよい。また、画像処理部14または認識処理部15の少なくともいずれかがプログラムの実行によって実現される場合、そのプログラムは、撮像装置1が備えるROM等に予め組み込まれて提供される。本実施の形態の撮像装置1で実行されるプログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでCD−ROM、フレキシブルディスク(FD)、CD−R、DVD(Digital Versatile Disc)等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。また、本実施の形態の撮像装置1で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、本実施の形態の撮像装置1で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。本実施の形態の撮像装置1で実行されるプログラムは、上述した画像処理部14または認識処理部15の少なくともいずれかを含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはCPUが上述のROMからプログラムを読み出して実行することにより、画像処理部14または認識処理部15が主記憶装置上にロードされて生成されるようになっている。
(レンズユニットの構成)
図4は、実施の形態の光学系のレンズ構成の一例を示す図である。図4を参照しながら、本実施の形態の撮像装置1のレンズユニット11の構成例について説明する。
図4は、実施の形態の光学系のレンズ構成の一例を示す図である。図4を参照しながら、本実施の形態の撮像装置1のレンズユニット11の構成例について説明する。
図4に示すように、レンズユニット11は、例えば、レンズLZ1〜LZ3と、位相板LZ4と、絞りSBと、レンズLZ5〜LZ7と、を含む。これらは、図4の紙面視左側、すなわち被写体側から、紙面視右側、すなわち像面側(撮像素子12側)へ向かう方向に、レンズLZ1〜LZ3、位相板LZ4、絞りSB、レンズLZ5〜LZ7の順に並んで配置されている。また、レンズLZ1〜LZ3、LZ5〜LZ7は、それぞれの光軸が一致するように配置されている。
位相板LZ4は、レンズユニット11に入射する光に対して収差を与える作用を有する。その結果、位相板LZ4は、撮像素子12に入射される光に対して点像分布関数(PSF)を拡散する作用を有し、撮像素子12で撮像される画像がぼけた状態とする代わりに広い深度でそのぼけが一定、すなわちPSFの形が一定となるようにする。ここで、PSFの拡散とは、例えば、撮像素子12のセンサ面におけるPSFを3画素以上にまたがるような拡散をいう。なお、レンズユニット11に入射する光に対して収差を与えるのは、位相板LZ4に限定されるものではなく、レンズユニット11に含まれるレンズによって収差が与えられるものとしてもよい。
絞りSBは、レンズユニット11に入射する光の量を自在に調整する部材であり、位相板LZ4の近傍に配置されている。
(レンズユニットの収差)
図5は、実施の形態の光学系の横収差の一例を示す図である。図6は、実施の形態の光学系の縦収差の一例を示す図である。図7は、実施の形態の光学系の像面湾曲の一例を示す図である。図8は、実施の形態の光学系のディストーションの一例を示す図である。図5〜8を参照しながら、レンズユニット11が与える収差の例を説明する。
図5は、実施の形態の光学系の横収差の一例を示す図である。図6は、実施の形態の光学系の縦収差の一例を示す図である。図7は、実施の形態の光学系の像面湾曲の一例を示す図である。図8は、実施の形態の光学系のディストーションの一例を示す図である。図5〜8を参照しながら、レンズユニット11が与える収差の例を説明する。
まず、レンズユニット11は、図5に示すような横収差を与える。ここで、横収差とは、撮像素子12のセンサ面の方向に発生する収差である。図5(a)は、レンズユニット11の光軸と撮像素子12のセンサ面との交点から、レンズユニット11を通過する光線のうちの主光線がセンサ面に達する位置までの長さ、すなわち、主光線についての像高が0[mm]である場合の横収差のグラフを示す。図5(a)の左側のグラフは、レンズユニット11の絞りSBに基づく入射瞳における、後述する図14のY方向に対応する方向の位置Pyと、横収差eyとの関係を示すグラフである。また、図5(b)の右側のグラフは、入射瞳における図14のX方向に対応する方向の位置Pxと、横収差exとの関係を示すグラフである。図5(b)および5(c)は、同様に、主光線についての像高がそれぞれ1.5[mm]、3.0[mm]である場合の横収差のグラフを示す。
図5に示すように、レンズユニット11が与える横収差は、横軸(センサ面に平行な方向)において、0とはならずに、センサ面の位置に応じた大きさの収差となっている。なお、図5に示すグラフは、可視光線のうち波長が656[nm]の光線(以下、rと示す)、588[nm]の光線(以下、gと示す)、および486[nm]の光線(以下、bと示す)の各光線について示されているが、実質的に分離されず互いに重なり合っている。
また、レンズユニット11は、図6に示すような縦収差を与える。ここで、縦収差とは、レンズユニット11の光軸方向(縦方向という)の収差であって、撮像素子12のセンサ面上の一点に結像しないことによって発生する収差である。図6の縦軸は、レンズユニット11に入射する光線の入射点の光軸からの高さ(以下、入射高さという)であり、横軸は、縦収差を示す。また、図6の光線rについてのグラフR1、光線gについてのグラフG1、光線bについてのグラフB1が示すように、縦収差は各光線によって少し大きさが異なっていることがわかる。図6では、0.7[mm]以上の大きな収差が発生していることが示されている。これは、位相板LZ4によってPSFを拡散し、広い深度でぼけが一定(PSFの形が一定)となるようにする機能に基づくものである。ただし、その結果として、後述の図9〜11に示すグラフのようにMTF(Modulation Transfer Function)の低下を招来している。
また、レンズユニット11は、図7に示すような像面湾曲の収差を与える。ここで、像面湾曲とは、レンズユニット11に入射する各方向の光が、平面である撮像素子12のセンサ面で結像せず、像点の集合である像面が平面とならずに湾曲する現象をいう。図7では、タンジェンシャル面、すなわちレンズユニット11の光軸と主光線とを含む平面における像面湾曲と、サジタル面、すなわちタンジェンシャル面と直交し、主光線を含む平面における像面湾曲とが示されている。図7の縦軸は、像高IHを示し、横軸は、撮像素子12のセンサ面を基準とした光軸方向の結像点の位置を示す。具体的には、図7に示すグラフR2_Tは、光線rについてのタンジェンシャル面における像面湾曲を示し、グラフG2_Tは、光線gについてのタンジェンシャル面における像面湾曲を示し、そして、グラフB2_Tは、光線bについてのタンジェンシャル面における像面湾曲を示す。また、図7に示すグラフR2_Sは、光線rについてのサジタル面における像面湾曲を示し、グラフG2_Sは、光線gについてのサジタル面における像面湾曲を示し、そして、グラフB2_Sは、光線bについてのサジタル面における像面湾曲を示す。
また、レンズユニット11は、図8に示すようなディストーションを与える。ここで、ディストーション(歪曲収差)とは、歪みの割合が像高によって異なる収差である。図8の縦軸は、像高IHを示し、横軸は、理想の像高に対する、実際の像高と理想の像高との差の割合を示す。
なお、図8に示すグラフは、r光線、g光線およびb光線の各光線について示されているが、実質的に分離されず互いに重なり合っている。
以上のような種類の収差がレンズユニット11によって発生しているが、上述のように、レンズユニット11に含まれる位相板LZ4によって、撮像素子12に入射される光に対してPSFが拡散され、撮像画像をぼけた状態とする代わりに広い深度でそのぼけが一定、すなわちPSFの形が一定となる。
(収差によるMTFの低下について)
図9は、被写体距離が350[mm]の場合のMTFの実施例である。図10は、被写体距離が400[mm]の場合のMTFの実施例である。図11は、被写体距離が470[mm]の場合のMTFの実施例である。図12は、異なる被写体距離にある二次元コードの撮像画像例を示す図である。図9〜12を参照しながら、収差を与えるレンズユニット11を通過した被写体からの光が撮像素子12によって撮像された画像(撮像画像)のMTFについて説明する。
図9は、被写体距離が350[mm]の場合のMTFの実施例である。図10は、被写体距離が400[mm]の場合のMTFの実施例である。図11は、被写体距離が470[mm]の場合のMTFの実施例である。図12は、異なる被写体距離にある二次元コードの撮像画像例を示す図である。図9〜12を参照しながら、収差を与えるレンズユニット11を通過した被写体からの光が撮像素子12によって撮像された画像(撮像画像)のMTFについて説明する。
上述のように、レンズユニット11は、撮像素子12に入射される被写体からの光に対して収差を与えてPSFを拡散し、撮像画像をぼけた状態とする代わりに広い深度でそのぼけが一定となるようにするが、その結果として、MTFの低下を招来する。ここで、MTFとは、被写体の持つコントラストを、どれくらい忠実に再現できるかを数値化した値、すなわちコントラストの再現率を示す値であり、理想値は「1」である。
図9に示すグラフは、被写体距離(例えば、レンズユニット11から被写体までの距離のように定義する)が350[mm]の場合の撮像画像についての空間周波数に対するMTFの特性の実施例を示すグラフである。図10に示すグラフは、被写体距離が400[mm]の場合の撮像画像についての空間周波数に対するMTFの特性の実施例を示すグラフである。図11に示すグラフは、被写体距離が470[mm]の場合の撮像画像についての空間周波数に対するMTFの特性の実施例を示すグラフである。いずれのグラフにおいても、レンズユニット11による収差の影響で、MTFは理想値である「1」よりも低下しており、特に空間周波数が高くになるにしたがって低下する傾向を有する。
また、図9〜11に示すグラフの特徴の1つとして、空間周波数について低周波数側のMTF、および高周波数側のMTFが、被写体距離によって異なる。例えば、図9〜11のグラフを互いに比較した場合、低周波数側の空間周波数が例えば10[mm−1]であるとすると、MTFが最も高いのは、図9に示す被写体距離が350[mm]のMTFのグラフである。一方、高周波数側の空間周波数が例えば50[mm−1]であるとすると、MTFが最も高いのは、図10に示す被写体距離が400[mm]のMTFのグラフである。
また、図12に示す二次元コードの画像は、被写体としての二次元コードからの、収差を与えるレンズユニット11を通過した光が、撮像素子12によって撮像された二次元コードの撮像画像である。図12(a)は、被写体距離が350[mm]の二次元コードの撮像画像を示し、図12(b)は、被写体距離が400[mm]の二次元コードの撮像画像を示し、図12(c)は、被写体距離が470[mm]の二次元コードの撮像画像を示す。そして、図12(d)は、二次元コードの理想画像を示す。図12(a)〜(c)に示す二次元コードの撮像画像のうち、図12(b)に示す被写体距離が400[mm]の撮像画像が最も図12(d)に示す理想画像に近く、二次元コードの模様も他の撮像画像に比べると明瞭となっている。この被写体距離400[mm]を、仮に、ベストフォーカス位置とする。ここで、ベストフォーカス位置とは、被写体距離のうち、レンズユニット11の収差の影響が小さく、最も撮像画像が明瞭になる位置であるものとする。
しかし、いずれにしても図12(a)〜12(c)に示す撮像画像はぼけた画像であり、所定のMTFの値が得られるように補正する必要がある。このような、レンズユニット11によってぼけた撮像画像に対して、ぼけを補正する方法として、点像分布関数(PSF)の逆変換処理を施すことによって、MTFを向上させ、高解像度の画像に補正することができる。逆変換処理は、光学系によってぼけた画像を形成する各画素に対して、逆変換フィルタによるフィルタ処理を施すことにより、収差による画像のぼけを復元することによって実現される。以下、画像処理部14のブロック構成の詳細を説明すると共に、逆変換処理による被写界深度拡張の方法の一例について説明する。
(画像処理部の構成および動作)
図13は、実施の形態に係る撮像装置の画像処理部のブロック構成の一例を示す図である。図14は、実施の形態に係る撮像装置の撮像素子により撮像される撮像画像の一例を示す図である。図13を参照しながら、本実施の形態の撮像装置1の画像処理部14のブロック構成について説明する。
図13は、実施の形態に係る撮像装置の画像処理部のブロック構成の一例を示す図である。図14は、実施の形態に係る撮像装置の撮像素子により撮像される撮像画像の一例を示す図である。図13を参照しながら、本実施の形態の撮像装置1の画像処理部14のブロック構成について説明する。
撮像素子12は、上述のように、レンズユニット11に入射する被写体4(図1参照)からの光を電気信号に変換することにより被写体4を撮像し、画像を生成する固体撮像素子である。以下、撮像素子12は、VGA(Video Graphics Array)の画像を形成して出力するものとして説明する。具体的には、撮像素子12は、図14に示すように、例えば、X方向に640個、Y方向に480個の検出素子によって、640×480のマトリックス状に配列された画素で構成される画像である撮像画像101を撮像する。
なお、撮像素子12が撮像する画像の大きさは640×480のVGAの画像であるものとしたが、これに限定されるものではなく、異なる大きさの画像であってもよい。
図13に示すように、本実施の形態の画像処理部14は、画像バッファ部141と、距離判定部142(距離判定手段)と、記憶部143(記憶手段)と、選択部144(選択手段)と、フィルタ処理部145(逆変換手段)と、を備えている。
画像バッファ部141は、ラインバッファおよびレジスタ等を備え、撮像素子12から出力される画素を順に入力して、撮像画像をバッファリングする機能部である。画像バッファ部141は、バッファリングした撮像画像を、距離判定部142およびフィルタ処理部145に出力する。
距離判定部142は、撮像画像の輝度値についてのヒストグラムの分散に基づいて、撮像画像における被写体距離を判定する機能部である。距離判定部142の動作については、後述する。
記憶部143は、距離判定部142によって判定される被写体距離に対応した逆変換フィルタのデータを予め記憶する記憶装置である。
選択部144は、距離判定部142によって判定された被写体距離に対応した逆変換フィルタを、記憶部143に記憶された逆変換フィルタから選択して、フィルタ処理部145に送る機能部である。
フィルタ処理部145は、画像バッファ部141から出力される画素に対して、選択部144から受け取った逆変換フィルタによって、所定のフィルタ処理(逆変換処理)を行う。本実施の形態においては、フィルタ処理に使用するフィルタとして、位相板LZ4の作用によって点像分布関数(PSF)を与えられたぼけた撮像画像に対して、ぼけを補正(復元)する逆変換処理をするための逆変換フィルタを例に説明する。フィルタ処理部145の具体的な動作については、図16〜18において後述する。
なお、画像バッファ部141、距離判定部142、記憶部143、選択部144およびフィルタ処理部145は、機能を概念的に示したものであって、このような構成に限定されるものではない。
<撮像素子12から出力される画素が画像バッファ部141に入力される動作>
図15は、撮像素子から出力される画素が画像バッファ部に入力される動作を示すタイミングチャートである。図15を参照しながら、撮像素子12によって撮像された画像の出力動作について説明する。
図15は、撮像素子から出力される画素が画像バッファ部に入力される動作を示すタイミングチャートである。図15を参照しながら、撮像素子12によって撮像された画像の出力動作について説明する。
撮像素子12は、検出した画素をX方向の1水平ラインずつ走査しながら、その1水平ラインに含まれる画素を出力する。具体的には、撮像素子12は、Y方向の1番目の水平ラインに含まれる画素を、X方向の1番目の画素から640番目の画素まで順に出力する。撮像素子12は、上記の動作を、Y方向の480番目までの水平ラインに含まれる画素の出力をそれぞれ行う。なお、撮像素子12によって撮像される画像の640×480の各画素について、X方向のX番目およびY方向のY番目の画素を(X,Y)の画素というものとする。
上記の動作を図15に示すタイミングチャートに基づいて説明する。図15に示すように、撮像素子12は、有効フレーム信号がオン状態のとき、1フレーム分、すなわち1画像分の画素を出力する。撮像素子12において、有効フレーム信号がオン状態になってからフレーム開始期間Aを経て、Y方向の1番目の水平ラインの画素の出力許可を示す有効ライン信号L1がオン状態になる。撮像素子12は、有効ライン信号L1がオン状態になっている有効データ期間Tの間に、Y方向の1番目の水平ラインを走査し、その水平ラインに含まれるX方向の1〜640番目の画素((1,1)〜(640,1)の画素)を順に出力する。撮像素子12によってY方向の1番目の水平ラインの画素が出力された後、有効ライン信号L1がオフ状態になる。
撮像素子12において、有効ライン信号L1がオフ状態になってから水平ブランキング期間Bを経て、Y方向の2番目の水平ラインの画素の出力許可を示す有効ライン信号L2がオン状態になる。撮像素子12は、有効ライン信号L2がオン状態になっている有効データ期間Tの間に、Y方向の2番目の水平ラインを走査し、その水平ラインに含まれるX方向の1〜640番目の画素((1,2)〜(640,2)の画素)を順に出力する。撮像素子12によってY方向の2番目の水平ラインの画素が出力された後、有効ライン信号L2がオフ状態になる。
撮像素子12は、以上の動作について、有効ライン信号L480がオン状態になっている有効データ期間Tの間に、Y方向の480番目の水平ラインに含まれるX方向の1〜640番目の画素を出力するまで行う。撮像素子12において、有効ライン信号L480がオフ状態になってからフレーム終了期間Cを経て、有効フレーム信号がオフ状態になる。以上の動作によって、撮像素子12による1フレーム分の画素の出力が終了する。また、撮像素子12において、有効フレーム信号がオフ状態になってから垂直ブランキング期間Dを経て、再び有効フレーム信号がオン状態になり、次の1フレーム分の画素の出力が開始される。
<フィルタ処理部145の動作>
図16は、逆変換フィルタの構成の一例を示す図である。図17は、画像を逆変換フィルタによってフィルタ処理することを説明する図である。図18は、画像において逆変換フィルタのフィルタ処理の対象となる対象部分画像をスキャンする動作を説明する図である。図16〜18を参照しながら、画像処理部14のフィルタ処理部145の逆変換処理について説明する。なお、フィルタ処理部145が用いる逆変換フィルタは、距離判定部142により撮像画像に含まれる被写体の被写体距離が判定され、選択部144によって、距離判定部142により判定された被写体距離に対応するものとして選択された逆変換フィルタであるものとする。
図16は、逆変換フィルタの構成の一例を示す図である。図17は、画像を逆変換フィルタによってフィルタ処理することを説明する図である。図18は、画像において逆変換フィルタのフィルタ処理の対象となる対象部分画像をスキャンする動作を説明する図である。図16〜18を参照しながら、画像処理部14のフィルタ処理部145の逆変換処理について説明する。なお、フィルタ処理部145が用いる逆変換フィルタは、距離判定部142により撮像画像に含まれる被写体の被写体距離が判定され、選択部144によって、距離判定部142により判定された被写体距離に対応するものとして選択された逆変換フィルタであるものとする。
逆変換処理に使用されるフィルタは、例えば、図16に示すように、フィルタ係数a11〜a15、a21〜a25、a31〜a35、a41〜a45およびa51〜a55によって構成されたタップ数が5×5の線形フィルタである逆変換フィルタ121であるものとする。逆変換フィルタ121による逆変換処理の対象となる画像の部分を、図17に示す対象部分画像131であるものとする。対象部分画像131は、画素A11〜A15、A21〜A25、A31〜A35、A41〜A45およびA51〜A55によって構成された5×5の部分画像である。
フィルタ処理部145は、図17に示すように、対象部分画像131に対して逆変換フィルタ121によってコンボリューション演算した値、すなわち、図17の式(1)で表される演算値と同一である。コンボリューション演算の演算値は、対象部分画像131の中央に位置する画素である中央データに対して逆変換処理を実行した値となる。すなわち、コンボリューションの演算値は、逆変換処理後の画像において、逆変換処理前の画像の中央データに相当する位置の画素となる。
次に、フィルタ処理部145の逆変換処理について、図18を参照しながら、画像105においてX方向の水平ラインを走査しながら逆変換処理をする動作の概略を説明する。図18(a)は、フィルタ処理部145が、画像105における(1,1)の画素に対して逆変換フィルタ121によって逆変換処理をする状態を示している。図18(a)に示すように、(1,1)の画素を中央データ135aとしてコンボリューション演算するためには、(1,1)の画素を中央データとする対象部分画像131aと、画像105とが重複している部分の画素が必要になる。すなわち、対象部分画像131aのうち、図17に示す対象部分画像131の画素A33〜A35、A43〜A45およびA53〜A55に相当する画素が必要である。そして、対象部分画像131aにおいて、画像105と重複していない部分の画素は「0」として取り扱うものとする。
以上の状態において、フィルタ処理部145は、図17に示したコンボリューション演算と同様に、対象部分画像131aに対して逆変換フィルタ121によってコンボリューション演算を行う。フィルタ処理部145は、画像105の対象部分画像131aの中央データ135aである(1,1)の画素に対してコンボリューション演算した値を、逆変換処理後の画像の(1,1)の画素として出力する。
次に、フィルタ処理部145は、図18(b)に示すように、コンボリューション演算の対象となる画素をX方向にひとつシフトし、対象部分画像131bの中央データ135bである(2,1)の画素に対して逆変換処理をする。そして、フィルタ処理部145は、X方向の水平ラインをシフトしながらコンボリューション演算を繰り返し、図18(c)に示すように、X方向の水平ラインの最後の画素である(640,1)の画素に対して逆変換処理をする。(640,1)の画素は、図18(c)に示すように、対象部分画像131cの中央データ135cである。
以上のように、フィルタ処理部145は、X方向の水平ラインをシフトしながらコンボリューション演算を繰り返し、水平ラインの最後の画素に対する逆変換処理が終了すると、Y方向の次の水平ラインに対して同様に逆変換処理を行う。
図18(d)〜18(f)は、フィルタ処理部145が、画像105におけるY方向の4番目の水平ラインの画素に対して逆変換処理を行う状態を示している。図18(d)は、フィルタ処理部145が、画像105における(1,4)の画素に対して逆変換フィルタ121によって逆変換処理をする状態を示している。図18(d)に示すように、(1,4)の画素を中央データ135dとしてコンボリューション演算するためには、(1,4)の画素を中央データとする対象部分画像131dと、画像105とが重複している部分の画素が必要になる。そして、対象部分画像131dにおいて、画像105と重複していない部分の画素は、上述と同様に「0」として取り扱うものとする。
図18(e)は、フィルタ処理部145が、画像105における(5,4)の画素に対して逆変換フィルタ121によって逆変換処理をする状態を示している。図18(e)に示すように、(5,4)の画素を中央データ135eとする対象部分画像131eは全体が画像105と重複しているので、フィルタ処理部145は、対象部分画像131eに含まれる画素をすべて利用した逆変換処理が可能となる。
そして、フィルタ処理部145は、X方向の水平ラインをシフトしながらコンボリューション演算を繰り返し、図18(f)に示すように、X方向の水平ラインの最後の画素である(640,4)の画素に対して逆変換処理をする。(640,4)の画素は、図18(f)に示すように、対象部分画像131fの中央データ135fである。
以上のように、フィルタ処理部145は、画像105を構成する各画素に対して逆変換フィルタ121によるコンボリューション演算を行って逆変換処理をするので、位相板LZ4によってぼけた画像を復元し、画像の解像度を向上させることができる。
なお、上述のように、画像105における逆変換フィルタ121によるコンボリューション演算の対象となる対象部分画像について、画像105と重複していない部分の画素は「0」としたが、これに限定されるものではない。例えば、対象部分画像の画像105と重複していない部分の画素は、対象部分画像の中央データを基準にして、対象部分画像の画像105と重複している部分の画素を折り返した場合の画素を用いるものとしてもよい。
具体的に、図18(a)の対象部分画像131aを例にして説明する。対象部分画像131aのそれぞれの画素の名称を、仮に図17に示す対象部分画像131の画素の名称と同様とする。この場合、対象部分画像131aの画像105と重複していない部分の画素は、画素A11〜A15、A21〜A25、A31、A32、A41、A42、A51およびA52である。また、対象部分画像131aの画像105と重複している部分の画素は、画素A33〜A35、A43〜A45およびA53〜A55である。
このとき、画素A31、A32、A41、A42、A51およびA52は、中央データを基準にして、対象部分画像131aの画像105と重複している部分の画素を折り返し、それぞれ画素A35、A34、A45、A44、A55およびA54の値を用いる。また、画素A13〜A15およびA23〜A25は、中央データを基準にして、対象部分画像131aの画像105と重複している部分の画素を折り返し、それぞれ画素A53〜A55およびA43〜A45の値を用いる。そして、画素A11、A12、A21およびA22は、中央データを基準にして、対象部分画像131aの画像105と重複している部分の画素のうち点対象の位置関係にある画素、すなわち、それぞれA55、A54、A45およびA44の値を用いる。以上のような方法によって、対象部分画像の各画素を決定するものとしてもよい。
また、図17に示すように、フィルタ処理部145が用いる逆変換フィルタ121はタップ数が5×5のフィルタとしているが、これに限定されるものではない。すなわち、フィルタのタップ数は7×7、15×15または21×21等の異なるタップ数としてもよい。この場合、フィルタのタップ数に合わせて、対象部分画像の大きさも一致させる必要がある。また、フィルタによる逆変換処理の対象となる中央データが存在するように、フィルタのタップ数は奇数である必要がある。
また、逆変換フィルタは、例えば15×15以上のタップ数であることが好ましい。逆変換フィルタは、タップ数が多いほど、位相板LZ4によってぼけが加えられた画像に対して、ぼけを補正できる光軸上の幅を大きくすることができる。したがって、タップ数が多い逆変換フィルタを用いることによって、位相板およびレンズの被写界深度についての設計のバリエーションを増やすことができる。
<逆変換フィルタの周波数特性の導出>
次に、上述の逆変換フィルタ(例えば、図17に示す逆変換フィルタ121)の周波数特性を導出する方法について説明する。フォーカス位置(例えば、上述のベストフォーカス位置)において光学系であるレンズユニット11によって拡散されたPSFを一点に集まるように復元する逆変換処理に使用される逆変換フィルタの周波数特性の導出方法について説明する。上述の周波数特性を実現するフィルタとしては、二次元の線形フィルタかつFIR(Finite Impulse Response)フィルタが好適である。
次に、上述の逆変換フィルタ(例えば、図17に示す逆変換フィルタ121)の周波数特性を導出する方法について説明する。フォーカス位置(例えば、上述のベストフォーカス位置)において光学系であるレンズユニット11によって拡散されたPSFを一点に集まるように復元する逆変換処理に使用される逆変換フィルタの周波数特性の導出方法について説明する。上述の周波数特性を実現するフィルタとしては、二次元の線形フィルタかつFIR(Finite Impulse Response)フィルタが好適である。
まず、撮像素子12によって撮像された画像への光学系による影響のモデルを以下の式(2)に示す2次元のコンボリューション演算(畳み込み演算)の式によって表す。
ここで、imagecapturedは光学系を通って検出された二次元の撮像画像の画素であり、imageidealは被写体4そのものを示す理想画像の画素であり、hは光学系のPSFを示す。
以下、画像処理系(撮像素子12および画像処理部14)に加わるノイズの影響を考慮して、逆変換処理後の画像の各画素と、理想画像の各画素との誤差についての平均二乗誤差を最小とする逆変換フィルタの周波数特性の導出を考える。平均二乗誤差は、以下の式(3)によって表される。
ここで、E[]は期待値(平均値)を示し、nは画像上の位置を示し、imageprocessed(n)は、imagecaptured(n)に対して逆変換処理をした画素を示す。なお、imagecapturedは、ノイズが含まれていることを考慮する。
波形x(n)が持つ全エネルギーのnの全領域についての総和と、波形x(n)のエネルギーのフーリエ変換X(ω)の全周波数成分についての総和とが等しいとするパーセバルの定理より、式(3)は、周波数領域における平均二乗誤差として以下の式(4)で表される。
ここで、IMAGEideal(ω)はimageideal(n)の周波数特性を示し、IMAGEprocessed(ω)はimageprocessed(n)の周波数特性を示し、ωは空間周波数を示す。
ここで、逆変換フィルタの周波数特性をR(ω)とすると、以下の式(5)の最小値を与える周波数特性R(ω)が最適の逆変換フィルタとなる。
ここで、IMAGEcaptured(ω)は、imagecaptured(n)の周波数特性である。
式(5)において、IMAGEideal(ω)=S(ω)、およびIMAGEcaptured(ω)=X(ω)とし、式(5)の最小値を求めるため、式(5)をR*によって微分すると、下記の式(6)が得られる。
ここで、E[|X(ω)|2]は、ノイズを含んだ撮像画像のパワースペクトルの平均値であり、E[S(ω)・X(ω)*]は、ノイズを含んだ撮像画像と理想画像との相互パワースペクトルの平均値である。
式(5)の最小値を求めるため式(6)の最右辺を0とすると下記の式(7)が得られる。
式(7)から下記の式(8)が得られる。
この式(8)に示す周波数特性R(ω)に基づく逆変換フィルタが、上述の式(3)に示す平均二乗誤差を最小とする最適のフィルタとなる。
ここで、ノイズの周波数特性をW(ω)とし、光学系のPSFであるhの周波数特性をH(ω)として、上述の式(2)を周波数領域で示すと下記の式(9)で示される。
ノイズの周波数特性W(ω)と、周波数特性S(ω)とが無相関であるとすると、E[S(ω)・W(ω)*]=0であるので、上述の式(8)の右辺の分子に、式(9)を代入すると、下記の式(10)が得られる。
同じくノイズの周波数特性W(ω)と、周波数特性S(ω)とが無相関であるとすると、E[W(ω)・S(ω)*]=0およびE[S(ω)*・W(ω)]=0であるので、上述の式(8)の右辺の分母に、式(9)を代入すると、下記の式(11)が得られる。
上述の式(8)、(10)および(11)から、下記の式(12)に示す周波数特性R(ω)が得られる。
この式(12)に示す周波数特性R(ω)に基づく逆変換フィルタが、画像処理系のノイズを考慮した場合の上述の式(3)に示す平均二乗誤差を最小とする最適なフィルタとなる。ここで、E[|S(ω)|2]は理想画像のパワースペクトルの平均値であり、E[|W(ω)|2]はノイズのパワースペクトルの平均値であり、|H(ω)|2は光学系の周波数特性のパワースペクトルである。
また、上述の式(12)に示す周波数特性R(ω)を適用した場合において、逆変換処理後の画像の各画素と、理想画像の各画素との二乗誤差についての周波数領域における積分を取ると、下記の式(13)が得られる。
上記の式(13)の演算においては、上述のように、ノイズの周波数特性W(ω)と、周波数特性S(ω)とが無相関であることを利用している式(13)の最右辺の第1項は、逆変換処理後の画像の復元しきれなかった誤差量を示している。第2項は、ノイズによる誤差量を示している。
式(13)の積分値が最小となるように、光学系の周波数特性H(ω)を設計することによって、上述の式(5)に示す周波数領域においての平均二乗誤差が最小となる光学系および逆変換フィルタの組み合わせを得ることができる。また、パーセバルの定理より、上述の式(3)に示す実空間における平均二乗誤差が最小となる光学系および逆変換フィルタの組み合わせを得ることができる。したがって、式(12)に示す周波数特性R(ω)に基づいて、例えば、画像処理部14のフィルタ処理部145が用いる逆変換フィルタ121を導出するものとすればよい。
以上のように、フォーカス位置について、式(12)に示す周波数特性R(ω)から最適な逆変換フィルタを求めることができる。これによって、フォーカス位置においてより広い範囲にまでぼけを復元し、被写界深度を拡張することができる。
図19は、実施の形態の画像処理部のフィルタ処理部の逆変換フィルタを決定するための周波数特性を演算する流れの一例を示すフローチャートである。図19を参照しながら、式(12)に示す周波数特性Rを具体的に演算する流れについて説明する。
<<ステップS1>>
まず、レンズユニット11における面曲率および面間隔等、ならびに位相板LZ4の特性等の光学系パラメータに基づいて、レンズユニット11に対する光線追跡演算によりPSFを導出する。ここで、複数のデフォーカス位置における光学系パラメータによって光線追跡演算を行い、PSFを導出する。そして、ステップS2へ進む。
まず、レンズユニット11における面曲率および面間隔等、ならびに位相板LZ4の特性等の光学系パラメータに基づいて、レンズユニット11に対する光線追跡演算によりPSFを導出する。ここで、複数のデフォーカス位置における光学系パラメータによって光線追跡演算を行い、PSFを導出する。そして、ステップS2へ進む。
<<ステップS2>>
ステップS1で導出したPSFをフーリエ変換することによって、光学系の周波数特性Hを導出する。そして、ステップS5へ進む。
ステップS1で導出したPSFをフーリエ変換することによって、光学系の周波数特性Hを導出する。そして、ステップS5へ進む。
<<ステップS3>>
画像処理系(撮像素子12および画像処理部14)に加わるノイズ特性を測定する。そして、ノイズ特性をフーリエ変換することによって、ノイズの周波数特性Wを導出する。なお、ノイズ特性の測定が困難である場合は、空間周波数によらず、撮像素子12のS/N比の値を定数としてノイズの周波数特性Wを導出するものとしてもよい。そして、ステップS5へ進む。
画像処理系(撮像素子12および画像処理部14)に加わるノイズ特性を測定する。そして、ノイズ特性をフーリエ変換することによって、ノイズの周波数特性Wを導出する。なお、ノイズ特性の測定が困難である場合は、空間周波数によらず、撮像素子12のS/N比の値を定数としてノイズの周波数特性Wを導出するものとしてもよい。そして、ステップS5へ進む。
<<ステップS4>>
撮像装置1により、自然風景またはシンボル等を様々な大きさおよび撮影条件によって撮像された画像を理想画像とする。理想画像を構成する画素の値をフーリエ変換し、空間周波数ωについての平均値を被写体の周波数特性Sとして導出する。なお、被写体の周波数特性Sは、被写体から出る光に収差を与えない光学系を通過した光に基づく撮像画像の画素の周波数特性としてもよい。また、被写体の周波数特性Sは、定数としてもよい。そして、ステップS5へ進む。
撮像装置1により、自然風景またはシンボル等を様々な大きさおよび撮影条件によって撮像された画像を理想画像とする。理想画像を構成する画素の値をフーリエ変換し、空間周波数ωについての平均値を被写体の周波数特性Sとして導出する。なお、被写体の周波数特性Sは、被写体から出る光に収差を与えない光学系を通過した光に基づく撮像画像の画素の周波数特性としてもよい。また、被写体の周波数特性Sは、定数としてもよい。そして、ステップS5へ進む。
<<ステップS5>>
ステップS2で導出した光学系の周波数特性H、ステップS3で導出したノイズの周波数特性W、およびステップS4で導出した被写体の周波数特性Sから、上述の式(12)を使用して、逆変換フィルタの周波数特性Rを演算する。
ステップS2で導出した光学系の周波数特性H、ステップS3で導出したノイズの周波数特性W、およびステップS4で導出した被写体の周波数特性Sから、上述の式(12)を使用して、逆変換フィルタの周波数特性Rを演算する。
<MTFの空間周波数特性>
図20は、光学系を通過した光による撮像画像の空間周波数特性の一例を示す図である。図21は、逆変換処理が行われた画像の空間周波数特性を示す図である。図22は、ベストフォーカス位置の被写体に対する逆変換フィルタによってフィルタ処理した二次元コードの画像例を示す図である。図20〜22を参照しながら、画像のMTFの空間周波数特性について説明する。
図20は、光学系を通過した光による撮像画像の空間周波数特性の一例を示す図である。図21は、逆変換処理が行われた画像の空間周波数特性を示す図である。図22は、ベストフォーカス位置の被写体に対する逆変換フィルタによってフィルタ処理した二次元コードの画像例を示す図である。図20〜22を参照しながら、画像のMTFの空間周波数特性について説明する。
まず、図20を参照しながら、レンズユニット11(光学系)を通過した光が撮像素子12によって撮像された画像についての空間周波数ωに対するMTFについてさらに説明する。図20に示される目標空間周波数特性201は、被写体の撮像画像のコントラストが完全に再現された場合のMTFの空間周波数ωについての特性(MTF=1)を示す。
上述したように、レンズユニット11を通過した光は、収差を与えるレンズおよび位相板LZ4の作用によって点像分布関数(PSF)が拡散される。図20における空間周波数特性202は、レンズユニット11を通過した光に基づいて、撮像素子12によりフォーカス位置において撮像された撮像画像のMTFの空間周波数ωについての特性を示す。図20における空間周波数特性203は、レンズユニット11を通過した光に基づいて撮像素子12によってあるデフォーカス位置において撮像された撮像画像のMTFの空間周波数ωについての特性を示す。レンズユニット11を通過した光はPSFが付加されているので、フォーカス位置における空間周波数特性202、およびデフォーカス位置における空間周波数特性203は、図20に示すように、何れも目標空間周波数特性201よりも低い値となる。この図20に示す空間周波数特性202、203は、上述の図9〜11に示したMTFの特性の実施例を模式的に示したものである。
次に、図21を参照しながら、フィルタ処理部145がフォーカス位置の被写体の撮像画像に対して逆変換処理するための逆変換フィルタが、上述の式(12)に示す周波数特性Rによって求められた場合を考える。この場合において、撮像素子12によって撮像された画像がフィルタ処理部145によって逆変換処理が行われた画像についての空間周波数ωに対するMTFについて説明する。
図21における空間周波数特性202aは、撮像素子12により被写体がフォーカス位置において撮像された撮像画像について、フィルタ処理部145により逆変換処理された画像のMTFの空間周波数ωについての特性を模式的に示したものである。図21における空間周波数特性203aは、撮像素子12によりあるデフォーカス位置において撮像された撮像画像について、フィルタ処理部145により同じ逆変換フィルタで逆変換処理された画像のMTFの空間周波数ωについての特性を示す。上述のように、式(12)は、フォーカス位置の被写体についての、レンズユニット11によってPSFが付加された画像を復元する逆変換フィルタの周波数特性Rを示すので、空間周波数特性202aは、MTF=1となり、目標空間周波数特性201と一致する。しかし、式(12)に示す周波数特性Rから導出された逆変換フィルタは、フォーカス位置におけるPSFとは形の異なるデフォーカス位置には対応していないので、空間周波数特性203aのMTFは、空間周波数特性202aのMTFよりも低くなる。
このように、フィルタ処理部145は、式(12)に示す周波数特性R(ω)に基づいて求められた逆変換フィルタによる逆変換処理によって、フォーカス位置を含む所定の位置範囲において、レンズユニット11によってPSFが拡散された画像を復元することができる。しがたって、フォーカス位置においてより広い範囲にまで被写界深度を拡張することができる。
この空間周波数特性202a、203aが示す特性を、二次元コードの画像として示したのが図22に示す画像である。図22に示す画像は、フィルタ処理部145が、フォーカス位置(ベストフォーカス位置である被写体距離400[mm])に存在する被写体(二次元バーコード)についての撮像画像のぼけを復元するために、式(12)により求められた逆変換フィルタを用いて、フォーカス位置およびデフォーカス位置に存在する被写体の撮像画像に対して逆変換処理を実行した画像である。このうち、図22(b)に示す画像は、被写体距離が400[mm]のフォーカス位置(ベストフォーカス位置)に存在する二次元コードを被写体として撮像された画像が、フィルタ処理部145により上述の逆変換フィルタにより逆変換処理が実行された画像である。一方、図22(a)および22(c)に示す画像は、それぞれ被写体距離が350[mm]および470[mm]のデフォーカス位置に存在する二次元コードを被写体として撮像された画像が、フィルタ処理部145により上述と同一の逆変換フィルタにより逆変換処理が実行された画像である。図22(b)に示す画像は、フォーカス位置の被写体の撮像画像のぼけを復元するための逆変換フィルタによって逆変換処理がなされているので、図22(a)および22(c)に示す画像よりも、二次元コードの模様が明瞭となっている。これに対し、図22(a)および22(c)に示す画像は、デフォーカス位置の被写体の撮像画像に対して、フォーカス位置の被写体の撮像画像のぼけを復元するための逆変換フィルタによって逆変換処理がなされているため、図22(b)に示す画像よりも、二次元コードの模様が不明瞭となっている。これは、被写体距離が変わることによってPSFの形も変わるため、同一の逆変換フィルタでは対応し切れないためである。ここで、本実施の形態に係る画像処理部14は、デフォーカス位置に存在する被写体の撮像画像に対しても、MTFが改善するように復元する。その動作の詳細を以下に説明する。
<距離判定部142および選択部144の動作>
図23は、被写体距離が350[mm]および470[mm]の被写体に対して適用する逆変換フィルタの構成の一例を示す図である。図24は、被写体距離に対応した逆変換フィルタによってそれぞれフィルタ処理した二次元コードの画像例を示す図である。図23および24を参照しながら、デフォーカス位置の被写体の撮像画像に対する逆変換処理について説明する。
図23は、被写体距離が350[mm]および470[mm]の被写体に対して適用する逆変換フィルタの構成の一例を示す図である。図24は、被写体距離に対応した逆変換フィルタによってそれぞれフィルタ処理した二次元コードの画像例を示す図である。図23および24を参照しながら、デフォーカス位置の被写体の撮像画像に対する逆変換処理について説明する。
上述において、フォーカス位置においてレンズユニット11により拡散されたPSFを一点に集まるように復元する逆変換フィルタを導出するために、式(12)に示す周波数特性R(ω)を導出した。上述のように、フォーカス位置における被写体の撮像画像のぼけに対しては、この周波数特性R(ω)に基づく逆変換フィルタにより逆変換処理が実行されれば、適切に復元することが可能となる。しかし、この逆変換フィルタを、デフォーカス位置における被写体の撮像画像に対して適用しても、適切に復元することはできない。そこで、デフォーカス位置における被写体の撮像画像のぼけを復元するために、式(12)を用いて、デフォーカス位置において拡散されたPSFに対応した逆変換フィルタを導出する。このように導出した逆変換フィルタの構成例を、図23に示す。図23(a)は、デフォーカス位置である被写体距離350[mm]の被写体の撮像画像のぼけを復元するための逆変換フィルタ122(タップ数を7×7としている)を示す。図23(b)は、別のデフォーカス位置である被写体距離470[mm]の被写体の撮像画像のぼけを復元するための逆変換フィルタ123(タップ数を7×7としている)を示す。
図24では、それぞれ異なる被写体距離にある被写体(二次元コード)の撮像画像に対して、その被写体距離に対応した逆変換フィルタにより逆変換処理が実行された画像が示されている。例えば、図24(a)に示す画像は、フィルタ処理部145によって、デフォーカス位置である被写体距離350[mm]の被写体に対応した逆変換フィルタ122で逆変換処理が実行された画像である。また、図24(b)に示す画像は、フィルタ処理部145によって、ベストフォーカス位置である被写体距離400[mm]の被写体に対応した逆変換フィルタで逆変換処理が実行された画像であり、図22(b)に示す画像と同一の画像である。そして、図24(c)に示す画像は、フィルタ処理部145によって、デフォーカス位置である被写体距離450[mm]の被写体に対応した逆変換フィルタ123で逆変換処理が実行された画像である。図24に示すいずれの画像も、被写体(二次元コード)のぼけが復元され、コードの模様が明瞭となっており、MTFが向上した画像となっている。
このように、例えば、式(12)を用い、かつ、被写体距離に対応した逆変換フィルタを導出し、撮像画像に含まれる被写体の被写体距離を判定し、判定した被写体距離に対応した逆変換フィルタを選択して適用することによって、フォーカス位置にある被写体のみならず、デフォーカス位置にある被写体についても、ぼけが復元された画像が得られる。ここで、上述の距離判定部142による撮像画像に含まれる被写体の被写体距離の判定動作、および、選択部144による被写体距離に応じた逆変換フィルタの選択動作について、以下に説明する。
図25は、被写体距離が350[mm]の場合の画像の輝度値についてのヒストグラムの実施例を示す図である。図26は、被写体距離が400[mm]の場合の画像の輝度値についてのヒストグラムの実施例を示す図である。図27は、被写体距離が470[mm]の場合の画像の輝度値についてのヒストグラムの実施例を示す図である。図25〜27を参照しながら、距離判定部142による被写体の被写体距離の判定動作について説明し、さらに、選択部144による被写体距離に応じた逆変換フィルタの選択動作について説明する。
上述のように、被写体距離に対応した逆変換フィルタを選択して逆変換処理を実行することによって、フォーカス位置またはデフォーカス位置に関わりなく、ぼけが復元された画像を得ることができる。しかし、実際には、撮像素子12により撮像された撮像画像に含まれる被写体の被写体距離については、本実施の形態に係る撮像装置1の構成(図3参照)のようにレンズユニット11および撮像素子12を複数組備えていないので、三角測量の原理により測定することはできない。そこで、本実施の形態に係る撮像装置1の画像処理部14は、被写体距離がそれぞれ異なる被写体の撮像画像についての以下に示す特性に基づいて、被写体距離を判定する。
図25〜27は、それぞれ被写体距離が350、400および470[mm]の被写体の撮像画像における輝度値のヒストグラムである。図25〜27に示すように、被写体距離が大きくなるほど、ヒストグラムの分散が小さく、また、最大輝度値と最小輝度値との差が小さくなっていることがわかる。この性質を利用して、例えば、画像処理部14の距離判定部142は、撮像画像の特性として、撮像画像から輝度値についてのヒストグラムの分散を算出する。そして、距離判定部142は、算出した分散が所定の第1閾値未満である場合、撮像画像の被写体はフォーカス位置より撮像装置1から遠い被写体距離にあると判定する。また、距離判定部142は、分散が所定の第2閾値以上である場合、撮像画像の被写体はフォーカス位置より撮像装置1に近い被写体距離にあると判定する。そして、距離判定部142は、分散が第1閾値以上第2閾値未満である場合、撮像画像の被写体はフォーカス位置近傍の被写体距離にあると判定する。距離判定部142は、判定した被写体距離の情報を、選択部144へ送る。
なお、距離判定部142は、撮像画像の輝度値についてのヒストグラムの分散を利用して、被写体距離を判定するものとしたが、これに限定されるものではない。すなわち、距離判定部142は、上述の撮像画像の最大輝度値と最小輝度値との差に基づいて、被写体距離を判定するものとしてもよい。具体的には、距離判定部142は、まず、撮像画像の特性として、撮像画像の最大値輝度値と最小輝度値との差を算出する。距離判定部142は、算出した差が所定の第3閾値未満である場合、撮像画像の被写体はフォーカス位置より撮像装置1から遠い被写体距離にあると判定する。また、距離判定部142は、算出した差が所定の第4閾値以上である場合、撮像画像の被写体はフォーカス位置より撮像装置1に近い被写体距離にあると判定する。そして、距離判定部142は、算出した差が第3閾値以上第4閾値未満である場合、撮像画像の被写体はフォーカス位置近傍の被写体距離にあると判定する。
また、距離判定部142は、撮像画像の特性として、撮像画像の輝度値のヒストグラムの分散、および撮像画像の最大輝度値と最小輝度値との差の双方を用いて、被写体距離を判定するものとしてもよい。具体的には、距離判定部142は、まず、撮像画像の輝度値のヒストグラムを求め、そのヒストグラムの分散を算出し、かつ、撮像画像の最大輝度値と最小輝度値との差を算出する。距離判定部142は、分散が第1閾値未満、かつ、差が第3閾値未満である場合、撮像画像の被写体はフォーカス位置より撮像装置1から遠い被写体距離にあると判定する。また、距離判定部142は、分散が第2閾値以上、かつ、差が第4閾値以上である場合、撮像画像の被写体はフォーカス位置より撮像装置1に近い被写体距離にあると判定する。そして、距離判定部142は、分散が第1閾値以上第2閾値未満、または、差が第3閾値以上第4閾値未満である場合、撮像画像の被写体はフォーカス位置近傍の被写体距離にあると判定する。
また、上述のように、距離判定部142による被写体距離の判定は、3種類の距離領域のいずれに属するかについて判定するものだが、これに限定されるものではなく、2種類または4種類以上の距離領域のいずれに属するか判定するものとしてもよい。
また、距離判定部142は、撮像画像の輝度値についてのヒストグラム、または、最大輝度値と最小輝度値との差に基づいて、被写体距離を判定するものとしたが、これに限定されるものではない。例えば、距離判定部142は、撮像画像の特性としての、撮像画像のコントラスト、すなわち、上述の図9〜11に示すような撮像画像の空間周波数に対するMTFのグラフに基づいて、被写体距離を判定するものとしてもよい。例えば、図9に示すように、フォーカス位置より撮像装置1に近い被写体距離350[mm]のMTFのグラフでは、低周波数側の空間周波数(例えば、10[mm−1])のMTFが高く、高周波数側の空間周波数(例えば、50[mm−1])のMTFが低いという傾向がある。また、図10および11に示すように、フォーカス位置の被写体距離400[mm]のMTFのグラフ、および、フォーカス位置より撮像装置1から遠い被写体距離470[mm]のMTFグラフでは、低周波数側の空間周波数のMTFと、高周波数側の空間周波数のMTFとの差があまり変わらない。しかし、フォーカス位置より撮像装置1から遠い被写体距離470[mm]のMTFグラフの方が、フォーカス位置の被写体距離400[mm]のMTFのグラフよりも、全体としてMTFが低い(例えば、MTFの平均値が低い)という傾向がある。距離判定部142は、このようなそれぞれの被写体距離に対応したMTFのグラフに基づいて、被写体距離を判定することもできる。具体的には、例えば、距離判定部142は、まず、低周波数側の所定の空間周波数のMTFと、高周波数側の所定の空間周波数のMTFとの差を求め、その差が所定の閾値以上である場合、撮像画像の被写体はフォーカス位置より撮像装置1に近い被写体距離にあると判定する。また、距離判定部142は、求めた差が所定の閾値未満である場合、撮像画像の被写体はフォーカス位置近傍の被写体距離、または、フォーカス位置より撮像装置1から遠い被写体距離であると判定する。さらに、距離判定部142は、MTFの平均値が所定の閾値以上である場合、撮像画像の被写体はフォーカス位置近傍の被写体距離にあると判定し、閾値未満である場合、フォーカス位置より撮像装置1から遠い被写体距離にあると判定する。
また、上述においては、距離判定部142は、撮像画像全体の特性に基づいて、被写体距離を判定するものとしたが、これに限定されるものではない。例えば、距離判定部142は、撮像画像を複数に分割し、分割した部分画像の上述のような特性に基づいて、部分画像ごとに、部分画像に含まれる被写体の被写体距離を判定するものとしてもよい。
選択部144は、距離判定部142により判定された被写体距離の情報を受け取り、その被写体距離に対応した逆変換フィルタを、記憶部143に予め記憶された逆変換フィルタから選択して抽出する。選択部144は、選択した逆変換フィルタの情報を、フィルタ処理部145に送る。そして、フィルタ処理部145は、画像バッファ部141から受け取る撮像画像に対して、選択部144から受け取った逆変換フィルタによって逆変換処理を実行する。
以上のように、距離判定部142が、撮像画像が含む被写体の被写体距離を判定し、選択部144が、判定された被写体距離に対応した逆変換フィルタを選択し、フィルタ処理部145が、選択された逆変換フィルタで撮像画像に対して逆変換処理を実行する。これによって、被写体がどのような被写体距離にあっても、撮像画像のぼけを復元することができる。
(認識処理部の動作)
認識処理部15は、撮像素子12により撮像された撮像画像に対して、フィルタ処理部145により逆変換処理が実行された画像に含まれるシンボルの認識処理を実行する。具体的には、認識処理部15は、シンボルの認識処理として、逆変換処理後の画像に含まれるシンボルを認識し、認識したシンボルをデコードする。そして、認識処理部15は、通信部16を介して、デコードした情報を外部機器(例えば、図1に示すPC2)に送信する。
認識処理部15は、撮像素子12により撮像された撮像画像に対して、フィルタ処理部145により逆変換処理が実行された画像に含まれるシンボルの認識処理を実行する。具体的には、認識処理部15は、シンボルの認識処理として、逆変換処理後の画像に含まれるシンボルを認識し、認識したシンボルをデコードする。そして、認識処理部15は、通信部16を介して、デコードした情報を外部機器(例えば、図1に示すPC2)に送信する。
上述のように、フィルタ処理部145の逆変換処理により解像度が向上した、すなわちぼけが復元された被写体に含まれるシンボルに対して認識処理が実行されるので、シンボルの認識の精度を向上させることができる。
(撮像装置の動作の全体の流れ)
図28は、実施の形態に係る撮像装置の動作の一例を示すフローチャートである。図28を参照しながら、撮像装置1の全体的な動作の流れについて説明する。
図28は、実施の形態に係る撮像装置の動作の一例を示すフローチャートである。図28を参照しながら、撮像装置1の全体的な動作の流れについて説明する。
<ステップS11>
レンズユニット11は、被写体からの光を集光し、撮像素子12に対して結像させる。この際、レンズユニット11の位相板LZ4は、レンズユニット11に入射する光に対して収差を与える。その結果、位相板LZ4は、撮像素子12に入射される光に対して点像分布関数(PSF)を拡散し、撮像素子12で撮像される画像がぼけた状態とする代わりに広い深度でそのぼけが一定、すなわちPSFの形が一定となるようにする。撮像素子12は、レンズユニット11に入射する被写体からの光を電気信号に変換することによって被写体を撮像して撮像画像を生成する。撮像素子12は、生成した撮像画像を画像処理部14の画像バッファ部141に出力する。そして、ステップS12へ進む。
レンズユニット11は、被写体からの光を集光し、撮像素子12に対して結像させる。この際、レンズユニット11の位相板LZ4は、レンズユニット11に入射する光に対して収差を与える。その結果、位相板LZ4は、撮像素子12に入射される光に対して点像分布関数(PSF)を拡散し、撮像素子12で撮像される画像がぼけた状態とする代わりに広い深度でそのぼけが一定、すなわちPSFの形が一定となるようにする。撮像素子12は、レンズユニット11に入射する被写体からの光を電気信号に変換することによって被写体を撮像して撮像画像を生成する。撮像素子12は、生成した撮像画像を画像処理部14の画像バッファ部141に出力する。そして、ステップS12へ進む。
<ステップS12>
画像バッファ部141は、バッファリングした撮像画像を、距離判定部142に送る。距離判定部142は、受け取った撮像画像の特性(輝度値についてのヒストグラムの分散、最大輝度値と最小輝度値との差、または、空間周波数に対するMTFのグラフ等)に基づいて、撮像画像に含まれる被写体の被写体距離を判定する。距離判定部142は、判定した被写体距離の情報を、選択部144に送る。そして、ステップS13へ進む。
画像バッファ部141は、バッファリングした撮像画像を、距離判定部142に送る。距離判定部142は、受け取った撮像画像の特性(輝度値についてのヒストグラムの分散、最大輝度値と最小輝度値との差、または、空間周波数に対するMTFのグラフ等)に基づいて、撮像画像に含まれる被写体の被写体距離を判定する。距離判定部142は、判定した被写体距離の情報を、選択部144に送る。そして、ステップS13へ進む。
<ステップS13>
選択部144は、距離判定部142により判定された被写体距離の情報を受け取り、その被写体距離に対応した逆変換フィルタを、記憶部143に予め記憶された逆変換フィルタから選択して抽出する。選択部144は、選択した逆変換フィルタの情報を、フィルタ処理部145に送る。そして、ステップS14へ進む。
選択部144は、距離判定部142により判定された被写体距離の情報を受け取り、その被写体距離に対応した逆変換フィルタを、記憶部143に予め記憶された逆変換フィルタから選択して抽出する。選択部144は、選択した逆変換フィルタの情報を、フィルタ処理部145に送る。そして、ステップS14へ進む。
<ステップS14>
フィルタ処理部145は、画像バッファ部141から撮像画像を受け取り、選択部144から受け取った逆変換フィルタによって、撮像画像に対して逆変換処理を実行する。フィルタ処理部145は、逆変換処理後の画像を認識処理部15に送る。そして、ステップS15へ進む。
フィルタ処理部145は、画像バッファ部141から撮像画像を受け取り、選択部144から受け取った逆変換フィルタによって、撮像画像に対して逆変換処理を実行する。フィルタ処理部145は、逆変換処理後の画像を認識処理部15に送る。そして、ステップS15へ進む。
<ステップS15>
認識処理部15は、フィルタ処理部145により逆変換処理が実行された画像に対して、被写体におけるシンボルの認識処理を実行する。そして、ステップS16へ進む。
認識処理部15は、フィルタ処理部145により逆変換処理が実行された画像に対して、被写体におけるシンボルの認識処理を実行する。そして、ステップS16へ進む。
<ステップS16>
認識処理部15によって、画像処理部14から入力した画像に対してシンボルの認識処理が実行されることにより、シンボルが認識された場合、すなわち、シンボルの候補が発見された場合(ステップS16:Yes)、ステップS17へ進む。一方、シンボルが認識されない場合、すなわち、シンボルの候補が発見されなかった場合(ステップS16:No)、動作を終了する。
認識処理部15によって、画像処理部14から入力した画像に対してシンボルの認識処理が実行されることにより、シンボルが認識された場合、すなわち、シンボルの候補が発見された場合(ステップS16:Yes)、ステップS17へ進む。一方、シンボルが認識されない場合、すなわち、シンボルの候補が発見されなかった場合(ステップS16:No)、動作を終了する。
<ステップS17>
認識処理部15によって、認識したシンボルに対してデコード処理を実行した結果、デコードが正常に完了した場合(ステップS17:Yes)、ステップS18へ進み、デコードが正常に完了できなかった場合(ステップS17:No)、動作を終了する。
認識処理部15によって、認識したシンボルに対してデコード処理を実行した結果、デコードが正常に完了した場合(ステップS17:Yes)、ステップS18へ進み、デコードが正常に完了できなかった場合(ステップS17:No)、動作を終了する。
<ステップS18>
認識処理部15は、画像処理部14から入力した画像に対してシンボルの認識処理を実行することにより、画像に含まれるシンボルを認識して、認識したシンボルをデコードした情報を外部機器(例えば、図1に示すPC2)に送信(出力)する。
認識処理部15は、画像処理部14から入力した画像に対してシンボルの認識処理を実行することにより、画像に含まれるシンボルを認識して、認識したシンボルをデコードした情報を外部機器(例えば、図1に示すPC2)に送信(出力)する。
以上の流れによって、撮像装置1による被写体距離の判定、逆変換フィルタの選択、逆変換処理、およびシンボルの認識処理が実行される。なお、ステップS11〜S18の動作によって、シンボルの認識処理が正常に完了しなかった場合、正常に完了するまで所定回数繰り返すものとしてもよい。
以上のように、本実施の形態に係る撮像装置1において、レンズユニット11は、入力する光に対してPSFを拡散し、撮像素子12で撮像される画像がぼけた状態とする代わりに広い深度でそのぼけが一定となるようにする。距離判定部142は、撮像素子12により撮像された撮像画像の特性に基づいて、撮像画像が含む被写体の被写体距離を判定し、選択部144は、判定された被写体距離に対応した逆変換フィルタを選択する。そして、フィルタ処理部145は、選択部144により選択された逆変換フィルタで撮像画像に対して逆変換処理を実行するものとしている。これによって、被写体がどのような被写体距離にあっても、その被写体を含む撮像画像のぼけを復元することができる。また、複数の撮像手段を必要とせず、1つの撮像素子12を用いて、撮像画像の特性に基づいて被写体距離を判定するものとしているので、撮像装置1のサイズの拡大を抑制し、コストの増加を抑制することができる。また、被写体がどのような被写体距離にあっても、その被写体を含む撮像画像のぼけを復元することができるので、認識処理部15による被写体が含む二次元コード等のシンボルの認識精度が向上する。
なお、上述のように、距離判定部142は、撮像画像を複数に分割し、分割した部分画像の上述のような特性に基づいて、部分画像ごとに、部分画像に含まれる被写体の被写体距離を判定することが望ましい。これによって、1つの撮像画像に異なる被写体距離にある被写体が含まれる場合、部分画像ごとに、部分画像が含む被写体の被写体距離に応じた逆変換処理が実行されるので、撮像画像全体としてぼけを復元することが可能となる。
また、被写界深度拡張のために、上述の式(12)に示す周波数特性Rに基づく逆変換フィルタによる逆変換処理を例に挙げたが、被写界深度拡張の方法はこれに限定されるものではない。すなわち、異なる逆変換フィルタによる逆変換処理、または、異なるその他の処理によって被写界深度の拡張が実現されるものとしてもよい。
また、レンズユニット11の位相板LZ4により、広い深度でぼけが一定になるようにし、フィルタ処理部145の逆変換処理を実行することによりそのぼけが復元されることによって被写界深度の拡張を実現するものとしているが、これに限定されるものではない。すなわち、レンズユニット11の収差によってぼけを含む撮像画像に対して、フィルタ処理部145が逆変換処理を実行して復元するという動作であって、特に被写界深度を拡張するものではない場合であっても、上述の距離判定部142による被写体距離の判定、および選択部144による逆変換フィルタの選択動作によって、上述の効果を奏することが可能である。
1 撮像装置
2 PC
3 通信ケーブル
4 被写体
11 レンズユニット
12 撮像素子
14 画像処理部
15 認識処理部
16 通信部
21 通信部
22 操作部
23 表示部
24 記憶部
25 外部記憶装置
26 制御部
27 バス
101 撮像画像
105 画像
121〜123 逆変換フィルタ
131、131a〜131f 対象部分画像
135a〜135f 中央データ
141 画像バッファ部
142 距離判定部
143 記憶部
144 選択部
145 フィルタ処理部
201 目標空間周波数特性
202、202a 空間周波数特性
203、203a 空間周波数特性
500 撮像システム
A フレーム開始期間
B 水平ブランキング期間
B1、B2_S、B2_T グラフ
C フレーム終了期間
D 垂直ブランキング期間
G1、G2_S、G2_T グラフ
LZ1〜LZ3 レンズ
LZ4 位相板
LZ5〜LZ7 レンズ
R1、R2_S、R2_T グラフ
SB 絞り
T 有効データ期間
2 PC
3 通信ケーブル
4 被写体
11 レンズユニット
12 撮像素子
14 画像処理部
15 認識処理部
16 通信部
21 通信部
22 操作部
23 表示部
24 記憶部
25 外部記憶装置
26 制御部
27 バス
101 撮像画像
105 画像
121〜123 逆変換フィルタ
131、131a〜131f 対象部分画像
135a〜135f 中央データ
141 画像バッファ部
142 距離判定部
143 記憶部
144 選択部
145 フィルタ処理部
201 目標空間周波数特性
202、202a 空間周波数特性
203、203a 空間周波数特性
500 撮像システム
A フレーム開始期間
B 水平ブランキング期間
B1、B2_S、B2_T グラフ
C フレーム終了期間
D 垂直ブランキング期間
G1、G2_S、G2_T グラフ
LZ1〜LZ3 レンズ
LZ4 位相板
LZ5〜LZ7 レンズ
R1、R2_S、R2_T グラフ
SB 絞り
T 有効データ期間
Claims (11)
- 入射した光に収差を与える光学系と、
前記光学系を通過した前記光を画素に変換して被写体の画像を撮像する1つの撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された撮像画像の特性に基づいて、前記被写体の被写体距離を判定する距離判定手段と、
前記被写体距離に対応した逆変換フィルタを選択する選択手段と、
前記選択手段により選択された前記逆変換フィルタにより、前記撮像画像における前記収差によるぼけを復元する逆変換処理を実行する逆変換手段と、
を備えた撮像装置。 - 前記距離判定手段は、前記撮像画像を複数の部分画像に分割し、前記部分画像ごとに、該部分画像の特性に基づいて、該部分画像が含む被写体の被写体距離を判定し、
前記選択手段は、前記距離判定手段により判定された前記部分画像ごとの前記被写体距離に対応した前記逆変換フィルタを選択する請求項1に記載の撮像装置。 - 前記距離判定手段は、前記撮像画像の特性として、該撮像画像の輝度値についてのヒストグラムの分散を算出し、前記分散に基づいて、前記被写体距離を判定する請求項1または2に記載の撮像装置。
- 前記距離判定手段は、前記撮像画像の特性として、該撮像画像の最大輝度値と最小輝度値との差を算出し、前記差に基づいて、前記被写体距離を判定する請求項1〜3のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記距離判定手段は、前記撮像画像の特性として、該撮像画像のコントラストに基づいて、前記被写体距離を判定する請求項1または2に記載の撮像装置。
- 前記被写体距離に対応した前記逆変換フィルタを記憶する記憶手段を、さらに備えた請求項1〜5のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記逆変換フィルタは、前記被写体距離に応じた前記被写体の理想画像の画素の周波数特性と、前記逆変換手段により前記逆変換処理が実行された画像の画素の周波数特性との平均二乗誤差を最小にするフィルタである請求項1〜6のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 前記光学系は、所定の深度で前記ぼけが一定となるような前記収差を与え、
前記逆変換手段は、前記収差による一定の前記ぼけを復元する前記逆変換フィルタにより前記逆変換処理を実行することによって被写界深度を拡張する請求項1〜7のいずれか一項に記載の撮像装置。 - 前記逆変換手段により前記逆変換処理が実行された画像に対して、シンボルを認識する認識処理手段をさらに備えた請求項1〜8のいずれか一項に記載の撮像装置。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の撮像装置と、
前記逆変換手段により前記逆変換処理が実行された画像に対して、シンボルを認識する認識処理手段と、
を備えた撮像システム。 - 光学系により入射した光に収差を与える光学処理ステップと、
1つの撮像手段により前記光学系を通過した前記光を画素に変換して被写体の画像を撮像する撮像ステップと、
撮像した撮像画像の特性に基づいて、前記被写体の被写体距離を判定する距離判定ステップと、
前記被写体距離に対応した逆変換フィルタを選択する選択ステップと、
選択した前記逆変換フィルタにより、前記撮像画像における前記収差によるぼけを復元する逆変換処理を実行する逆変換ステップと、
を有する撮像方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014123502A JP2016005080A (ja) | 2014-06-16 | 2014-06-16 | 撮像装置、撮像システムおよび撮像方法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2014123502A JP2016005080A (ja) | 2014-06-16 | 2014-06-16 | 撮像装置、撮像システムおよび撮像方法 |
Publications (1)
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JP2016005080A true JP2016005080A (ja) | 2016-01-12 |
Family
ID=55224085
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2014123502A Pending JP2016005080A (ja) | 2014-06-16 | 2014-06-16 | 撮像装置、撮像システムおよび撮像方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2016005080A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022190770A1 (ja) * | 2021-03-10 | 2022-09-15 | ソニーグループ株式会社 | 情報処理装置、情報処理方法およびプログラム |
CN118095315A (zh) * | 2024-04-18 | 2024-05-28 | 泉州职业技术大学 | 二维码识别方法、装置、电子设备及存储介质 |
-
2014
- 2014-06-16 JP JP2014123502A patent/JP2016005080A/ja active Pending
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