JP4242669B2 - シェーディング補正方法および装置、並びにデジタルカメラ - Google Patents
シェーディング補正方法および装置、並びにデジタルカメラ Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラで撮影した画像データについて、レンズシェーディングの補正を行う技術に属する。
【０００２】
【従来の技術】
レンズシェーディングとは、図７（ａ）に示すように、光学レンズを通して撮影した画像について、中央部が明るく、周辺部が暗くなる現象のことである。この現象は、図７（ｂ）に示すように、撮像素子の周辺部で光量が低下することによって生じる。すなわち、周辺部では光が斜めに入り込むため、中央部に比べて単位画素当たりの入射光量が少なくなり、このため画像が暗くなる。レンズシェーディングによって、撮像素子の出力は、光軸位置を中心として、周辺に向かって同心円状に低下する。また、シェーディング特性は、カメラの絞り値、ズーム位置、レンズの種類などによって異なる。
【０００３】
図８は従来のシェーディング補正装置の構成例を示すブロック図である。図８の構成では、シェーディングを補正するための補正データを格納するＲＯＭ５３を備えている。アドレス発生ブロック５１ａは水平同期信号ＨＤから水平方向のアドレスを生成し、アドレス発生ブロック５１ｂは垂直同期信号ＶＤから垂直方向のアドレスを生成する。半径演算ブロック５２は水平方向および垂直方向のアドレスをそれぞれ２乗して加算し、光軸位置を中心としてそのアドレスを通る同心円の半径の２乗値を演算する。そして補正データ格納ＲＯＭ５３から、半径演算ブロック５２の出力値に対応する補正データが読み出される。読み出された補正データは、さらにゲイン制御部５４によってゲイン調整が行われ、補正処理ブロック５５はゲイン調整された補正データによって素子出力を補正する。
【０００４】
また、他の従来例として、図８の構成におけるＲＯＭ５３をＲＡＭに置き換えたものもある。
【０００５】
さらに、特許文献１では、シェーディング補正データを格納する複数のＲＯＭ１０７，１０８，１０９を備え、光学レンズ１０１から出力される制御信号を基にして、補正に用いるＲＯＭデータをＲＯＭデータ切替器１１０によって切り替える構成が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−４１１７９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の技術では、次のような問題がある。
【０００８】
まず図８の構成では、シェーディング補正のための補正データがＲＯＭに格納されている。このため、シューデング補正の特性自体が固定されてしまい、光学系特性に合わせたシェーディング補正が実現困難である。もちろん、ゲインの制御によって、ある程度、個別に対応することは可能であるものの、実際に様々な製品に対応するためには不十分であり、汎用性に欠けていた。また、多数の補正データを格納するＲＯＭに加えて、２乗計算を行う半径演算部やゲイン調整を行うゲイン制御部が必要であるので、回路規模が大きくなっていた。
【０００９】
また、ＲＯＭをＲＡＭに置き換えた構成では、補正データの更新が容易になるため、光学系特性に合わせたシェーディング補正も、容易に実現できる。しかしながら、ＲＡＭはＲＯＭよりも回路規模が大きいため、図８の構成よりもさらに回路規模が大きくなってしまう。さらに、起動時において、ＲＡＭに補正データを書き込む処理が必要となり、装置の起動に時間がかかる、という問題もある。
【００１０】
また、特許文献１では、ＲＯＭを複数設けることによって、光学系特性に合わせたシェーディング補正を実現しているが、多数の補正データを格納するＲＯＭを複数設けたことによって、回路規模が一層大きくなっており、コストも高くなるという問題がある。
【００１１】
前記の問題に鑑み、本発明は、シェーディング補正を、小規模な構成によって、光学系特性に合わせて柔軟に、かつ、精度良く、実現可能にすることを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明は、シェーディング補正において、光軸位置からの距離値と、補正データとの関係を表す近似関数を参照して、画素に係る補正データを求めるものである。そして、前記近似関数として、複数の区間に分割されて構成されており、各区間においてそれぞれ、所定数のサンプル点で規定された２次関数によって表されたものを用いる。
【００１３】
これにより、補正データを求めるために、区間毎のサンプル点のデータを与えるだけでよいので、従来のように補正データを格納するＲＯＭやＲＡＭを設ける必要がなくなり、したがって、従来よりも回路規模を小さくできる。また、近似関数は複数の区間に分割されているため、所望の補正特性を精度良く近似することができるので、きめ細かな補正が実現できる。また、補正特性の変更は、区間毎のサンプル点のデータを更新するだけでよいので、光学系特性に応じた補正を容易に実現することができる。さらに、近似関数を、ゲイン制御も含めて設定すれば、ゲイン制御部を省くことができ、回路規模をより一層削減できる。
【００１４】
また、光軸位置からの距離値の代わりに、光軸位置を基準にした座標値を基にして、水平方向および垂直方向の補正データをそれぞれ、近似曲線を参照して求めるようにしてもよい。これにより、距離値を求めるための２乗計算を省くことができるので、さらに回路規模を削減できる。
【００１５】
具体的には、第１の発明は、カメラで撮影した画像データについて、レンズシェーディングを補正する方法として、前記画像データの画素について、光軸位置からの距離に係る距離値を求め、求めた距離値から、距離値と、レンズシェーディングを補正するための補正データとの関係を表す近似関数を参照して、前記画素に係る補正データを求め、求めた補正データによって、前記画素の画素値を補正するものであり、前記近似関数は、複数の区間に分割されて構成されており、各区間においてそれぞれ、所定数のサンプル点で規定された２次関数によって、表されているものである。
【００１６】
また、第２の発明は、カメラで撮影した画像データについて、レンズシェーディングを補正する方法として、前記画像データの画素について、光軸位置を基準にした水平座標値および垂直座標値をそれぞれ求め、求めた水平座標値から、水平座標値と、レンズシェーディングを補正するための補正データとの関係を表す第１の近似関数を用いて、前記画素に係る水平方向の補正データを求め、求めた垂直座標値から、垂直座標値と、レンズシェーディングを補正するための補正データとの関係を表す第２の近似関数を用いて、前記画素に係る垂直方向の補正データを求め、求めた水平方向および垂直方向の補正データを加算し、加算後の補正データによって、前記画素の画素値を補正するものであり、前記第１および第２の近似関数は、それぞれ、複数の区間に分割されて構成されており、各区間においてそれぞれ、所定数のサンプル点で規定された２次関数によって、表されているものである。
【００１７】
そして、前記第１または第２の発明において、前記近似関数、または前記第１および第２の近似関数は、その区間が、光軸位置に近い範囲において相対的に広く、遠い範囲において相対的に狭く、設定されているのが好ましい。
【００１８】
また、第３の発明は、カメラで撮影した画像データについて、レンズシェーディングを補正する装置として、前記画像データの画素について、光軸位置からの距離に係る距離値を求める距離演算部と、前記距離演算部によって求められた距離値から、距離値と、レンズシェーディングを補正するための補正データとの関係を表す近似関数を参照して、前記画素に係る補正データを求める補正データ演算部と、前記補正データ演算部によって求められた補正データによって、前記画素の画素値を補正する補正部とを備え、前記近似関数は、複数の区間に分割されて構成されており、各区間においてそれぞれ、所定数のサンプル点で規定された２次関数によって、表されており、前記補正データ演算部は、前記距離値が属する区間に係るサンプル点のデータを受け、このサンプル点によって規定された２次関数に従って、補正データを求めるものである。
【００１９】
また、第４の発明は、カメラで撮影した画像データについて、レンズシェーディングを補正する装置として、前記画像データの画素について、光軸位置を基準にした水平座標値および垂直座標値をそれぞれ求める第１および第２の座標演算部と、前記第１の座標演算部によって求められた水平座標値から、水平座標値と、レンズシェーディングを補正するための補正データとの関係を表す第１の近似関数を参照して、前記画素に係る水平方向の補正データを求める第１の補正データ演算部と、前記第２の座標演算部によって求められた垂直座標値から、垂直座標値と、レンズシェーディングを補正するための補正データとの関係を表す第２の近似関数を参照して、前記画素に係る垂直方向の補正データを求める第２の補正データ演算部と、前記第１および第２の補正データ演算部によってそれぞれ求められた水平方向および垂直方向の補正データを加算する加算部と、前記加算部によって得られた補正データによって、前記画素の画素値を補正する補正部とを備え、前記第１および第２の近似関数は、それぞれ、複数の区間に分割されて構成されており、各区間においてそれぞれ、所定数のサンプル点で規定された２次関数によって、表されており、前記第１および第２の補正データ演算部は、前記水平座標値および垂直座標値が属する区間に係るサンプル点のデータを受け、このサンプル点によって規定された２次関数に従って、補正データを求めるものである。
【００２０】
さらに、第５の発明は、前記第３または第４の発明のシェーディング補正装置と、前記サンプル点のデータを格納する書き換え可能なメモリとを備えたデジタルカメラである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２２】
（第１の実施形態）
図１は本発明に係るデジタルカメラのシステム構成の一例を示すブロック図である。図１に示すデジタルカメラ１は、レンズ２と、撮像素子（イメージセンサ）３と、シェーディング補正ブロック１０，１０Ａを有するＤＳＰ（Digital Signal Processor）４と、シェーディング補正のためのパラメータを記憶するＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable ROM ）５とを備えている。
【００２３】
ＤＳＰ４は、同期信号を生成するＳＳＧ（Sync Signal Generator ）４１と、同期信号を受けて撮像素子３に駆動パルスを供給するＴＧ（Timing Generator）４２と、シェーディング補正がなされた撮像素子３の出力から輝度信号（Ｙ）および色信号（Ｃ）を生成するＹＣ生成部４３と、ＹＣ生成部４３から出力された輝度・色信号を圧縮するＪＰＥＧ部４４とを備えている。ＹＣ生成部４３の出力信号は例えば液晶モニタに表示され、ＪＰＥＧ部４４の出力信号は例えばメモリカードのような記録媒体に記録される。またＣＰＵ４５は、シェーディング補正ブロック１０，１０Ａにおける補正処理を、ＥＥＰＲＯＭ５に記憶されたパラメータを基にして制御する。
【００２４】
図２は本実施形態に係るシェーディング補正装置としてのシェーディング補正ブロック１０の内部構成を示すブロック図である。図２のシェーディング補正ブロック１０は、ＳＳＧ４１から出力された水平同期信号ＨＤおよび垂直同期信号ＶＤを受けて、撮像素子３の画素値ＰＶを補正して補正後画素値ＣＰＶとして出力する。
【００２５】
図３を参照して、図２のシェーディング補正ブロック１０の動作を説明する。まず第１および第２の座標演算部１１ａ，１１ｂは、それぞれ、水平同期信号ＨＤおよび垂直同期信号ＶＤを受けて、画素の水平座標値ＨＣおよび垂直座標値ＶＣを演算する。ここで求められる座標値ＨＣ，ＶＣは、図３（ａ）に示すように、画像データにおいて、レンズ２の光軸位置を基準とした相対的な座標値である。すなわち、図３（ｂ）に示すように、第１の座標演算部１１ａは、水平同期信号ＨＤを受けてのこぎり波を内部で生成し、こののこぎり波を基にして相対座標値ＨＣを生成する。第２の座標演算部１１ｂも同様に動作する。
【００２６】
距離演算部１２は、水平座標値ＨＣおよび垂直座標値ＶＣから、光軸位置からの距離に係る距離値ＲＶを演算する。ここでは、座標値ＨＣ，ＶＣをそれぞれ２乗して加算した値、すなわち図３（ａ）における距離ｒの２乗に相当する値を距離値ＲＶとして出力するものとする。
【００２７】
補正データ演算部１３は、距離値ＲＶを受けて、当該画素に対する補正データＣＤを演算する。ここでの演算については、後述する。補正データ演算部１３は例えばロジック回路とレジスタによって構成される。そして補正部１４は、画素値ＰＶに補正データＣＤを乗じて補正後画素値ＣＰＶを生成する。
【００２８】
次に、補正データ演算部１３の処理について、詳しく説明する。補正データ演算部１３では、距離値と、レンズシェーディングを補正するための補正データとの関係を表す近似関数を参照して、与えられた距離値ＲＶを基にして、補正データＣＤを求める。
【００２９】
図４は補正データを求めるための近似関数の一例を示すグラフである。本実施形態では、ｘ軸は距離値ＲＶであり、ｙ軸は補正データＣＤである。図４の関数は、複数の区間（ここでは４区間Ｉ１〜Ｉ４）に分割されて構成されており、各区間Ｉ１〜Ｉ４においてそれぞれ、３個のサンプル点で規定された２次関数によって、表されている。
【００３０】
例えば、区間Ｉ１（ｘ０≦ｘ≦ｘ２）では、３個のサンプル点（ｘ０，ｙ０）（ｘ１，Ｙ１）（ｘ２，ｙ２）から、次式によって２次関数が規定される。
ｙ＝ｙ１＋（ｙ２−ｙ０）（ｘ−ｘ１）／２Ｎ１
＋（ｙ０＋ｙ２−２ｙ１）（ｘ−ｘ１）2 ／２Ｎ１2 …（１）
ただし、Ｎ１＝ｘ１−ｘ０＝ｘ２−ｘ１
同様に、区間Ｉ２（ｘ２≦ｘ≦ｘ４）では、３個のサンプル点（ｘ２，ｙ２）（ｘ３，Ｙ３）（ｘ４，ｙ４）から、次式によって２次関数が規定される。
ｙ＝ｙ３＋（ｙ４−ｙ２）（ｘ−ｘ３）／２Ｎ２
＋（ｙ２＋ｙ４−２ｙ３）（ｘ−ｘ３）2 ／２Ｎ２2 …（２）
ただし、Ｎ２＝ｘ３−ｘ２＝ｘ４−ｘ３
【００３１】
このように、補正データを生成するための近似関数を複数の区間に分割して表すことによって、所望の補正特性を精度良く近似できるので、光学系特性に合わせたきめ細かなシェーディング補正を行うことができる。また、図４の関数は、ｘの値が小さい範囲、言い換えると光軸位置に近い範囲では、区間の幅は相対的に大きく設定されており、ｘの値が大きくなるほど、言い換えると光軸位置から遠くなるほど、区間の幅が小さく設定されている。レンズによるシェーディングは、周辺に向かうほど顕著に現れるので、このように、光軸位置に近い範囲において相対的に広く、遠い範囲において相対的に狭く、区間の幅を設定することによって、よりきめの細かいシェーディング補正を行うことができる。
【００３２】
ここで、２次関数を規定するための各サンプル点のデータは、予め書き換え可能なメモリとしてのＥＥＰＲＯＭ５に格納されている。ＣＰＵ４５は距離値ＲＶから、この距離値ＲＶが属する区間を特定し、特定した区間のサンプル点のデータをＥＥＰＲＯＭ５から読み出して補正データ演算部１３に供給する。補正データ演算部１３は、供給されたサンプル点データをその内部のレジスタに一時的に格納し、式（１）（２）のような演算を実行して、補正データＣＤを求める。
【００３３】
以上のように本実施形態によると、近似関数を規定するサンプル点のデータを与えるだけで、補正データの演算を行うことができる。したがって、従来のように、補正データを格納するためのＲＯＭまたはＲＡＭを設けなくても、光学系特性に合わせたきめ細かなシェーディング補正を行うことができる。このため、従来よりも回路規模を格段に小さくすることができる。また、サンプル点の座標をＥＥＰＲＯＭ５のような書き換え可能なメモリに格納することによって、個別の光学系特性に容易に対応することができる。さらに、近似関数を、ゲイン制御も含めて設定することができるので、従来の構成におけるゲイン制御部を省くことができ、回路規模をより一層削減できる。
【００３４】
（第２の実施形態）
図５は本発明の第２の実施形態に係るシェーディング補正装置としてのシェーディング補正ブロック１０Ａの内部構成を示すブロック図である。図５において、図２と共通の構成要素には図２と同一の符号を付している。
【００３５】
第１の実施形態では、光軸位置からの距離から、補正データを演算した。これに対して本実施形態では、光軸位置を基準にした水平座標値ＨＣおよび垂直座標値ＶＣから、水平方向の補正データＨＣＤと垂直方向の補正データＶＣＤとをそれぞれ求めて、これら補正データＨＣＤ，ＶＣＤを加算して補正データＣＤを求める。
【００３６】
すなわち、図５の構成では、第１の補正データ演算部１５ａは、水平座標値と、レンズシェーディングを補正するための補正データとの関係を表す第１の近似関数を参照して、与えられた水平座標値ＨＣを基にして、水平方向の補正データＨＣＤを求める。また、第２の補正データ演算部１５ｂは、垂直座標値と、レンズシェーディングを補正するための補正データとの関係を表す第２の近似関数を参照して、与えられた垂直座標値ＶＣを基にして、垂直方向の補正データＶＣＤを求める。そして加算器１６は、水平方向の補正データＨＣＤと垂直方向の補正データＶＣＤとを加算し、その加算結果を補正データＣＤとして出力する。
【００３７】
図６は画像データと第１および第２の近似関数との関係を示す図である。第１および第２の近似関数は、ともに、図４に示すような、複数の区間に分割されて構成されており、各区間においてそれぞれ３個のサンプル点で規定された２次関数によって表されている関数を用いる。ただし、第１の近似関数の場合は、ｘ軸は水平座標値ＨＣ、ｙ軸は水平方向の補正データＨＣＤであり、第２の近似関数の場合は、ｘ軸は垂直座標値ＶＣ、ｙ軸は垂直方向の補正データＶＣＤである。第１および第２の近似関数を規定するための各サンプル点のデータは、第１の実施形態と同様に、予めＥＥＰＲＯＭ５に格納しておけばよい。
【００３８】
本実施形態を第１の実施形態と比較すると、２乗演算を行う距離演算部１２が不要になるので、回路規模がさらに小さくなる。なお、準備すべきサンプル点の数は第１の実施形態のほぼ２倍になるものの、元々データ量が小さいため、特に問題とはならない。
【００３９】
ここで、第１および第２の近似関数の設定について、補足説明を行う。
【００４０】
本実施形態のように、水平方向および垂直方向についてそれぞれ補正データを求めるようにすると、光軸位置を中心にした水平方向および垂直方向については、理想的なシェーディング補正ができる。しかしながら、光軸位置から斜め方向については、必ずしも理想的な補正とはならない。
【００４１】
すなわち、レンズシェーディングでは、光軸位置から周辺に向かって、同心円状に、均等に画素値が低下する。したがって、第１および第２の近似関数は、２次の項だけの２次関数であることが理想的である。これに対して、１次や０次の項が含まれている場合には、斜め方向における補正特性が同心円状にならない。
【００４２】
このため、水平方向および垂直方向について理想的なシェーディング補正が実現されるように第１および第２の近似関数を設定した後、１次や０次の項の係数が０に近づくように、サンプル点のデータを補正することが望ましい。これにより、斜め方向も含めて、理想的なシェーディング補正を実現することができる。
【００４３】
なお、近似関数について、各区間の２次関数を規定するためのサンプル点の個数は３個以外であってもよい。ただし、２次関数を規定するためには、サンプル点は３個あれば十分である。
【００４４】
なお、上述の各実施形態では、シェーディング補正ブロックをハード的に構成した例を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば全部または一部の機能をソフトウェアによって実現してもよい。すなわち、画像データの画素について、光軸位置からの距離に係る距離値、または光軸位置を基準にした座標値を求め、求めた距離値または座標値から上述したような近似関数を参照して補正データを求め、求めた補正データによって画素の画素値を補正するシェーディング補正方法が実現できる構成であれば、どのようなものでもかまわない。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明によると、補正データを求めるために、近似関数の区間毎のサンプル点のデータを与えるだけでよいので、従来よりも回路規模を小さくできるとともに、補正特性の変更が容易になるため、光学系特性に応じた補正を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るデジタルカメラの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るシェーディング装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図２のシェーディング装置の動作を説明するための図であり、（ａ）は画像データにおける光軸位置と座標値との関係を示す図であり、（ｂ）は座標演算部の入力、内部波形および出力を示す波形図である。
【図４】シェーディング補正に用いる関数の一例を示すグラフである。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るシェーディング補正装置の構成を示すブロック図である。
【図６】画像データと第１および第２の近似関数との関係を示す図である。
【図７】レンズシェーディングを説明するための図である。
【図８】従来のシェーディング補正装置の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ デジタルカメラ
５ ＥＥＰＲＯＭ（書き換え可能なメモリ）
１０，１０Ａ シェーディング補正ブロック（シェーディング補正装置）
１１ａ 第１の座標演算部
１１ｂ 第２の座標演算部
１２ 距離演算部
１３ 補正データ演算部
１４ 補正部
１５ａ 第１の補正データ演算部
１５ｂ 第２の補正データ演算部
１６ 加算部
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラで撮影した画像データについて、レンズシェーディングの補正を行う技術に属する。
【０００２】
【従来の技術】
レンズシェーディングとは、図７（ａ）に示すように、光学レンズを通して撮影した画像について、中央部が明るく、周辺部が暗くなる現象のことである。この現象は、図７（ｂ）に示すように、撮像素子の周辺部で光量が低下することによって生じる。すなわち、周辺部では光が斜めに入り込むため、中央部に比べて単位画素当たりの入射光量が少なくなり、このため画像が暗くなる。レンズシェーディングによって、撮像素子の出力は、光軸位置を中心として、周辺に向かって同心円状に低下する。また、シェーディング特性は、カメラの絞り値、ズーム位置、レンズの種類などによって異なる。
【０００３】
図８は従来のシェーディング補正装置の構成例を示すブロック図である。図８の構成では、シェーディングを補正するための補正データを格納するＲＯＭ５３を備えている。アドレス発生ブロック５１ａは水平同期信号ＨＤから水平方向のアドレスを生成し、アドレス発生ブロック５１ｂは垂直同期信号ＶＤから垂直方向のアドレスを生成する。半径演算ブロック５２は水平方向および垂直方向のアドレスをそれぞれ２乗して加算し、光軸位置を中心としてそのアドレスを通る同心円の半径の２乗値を演算する。そして補正データ格納ＲＯＭ５３から、半径演算ブロック５２の出力値に対応する補正データが読み出される。読み出された補正データは、さらにゲイン制御部５４によってゲイン調整が行われ、補正処理ブロック５５はゲイン調整された補正データによって素子出力を補正する。
【０００４】
また、他の従来例として、図８の構成におけるＲＯＭ５３をＲＡＭに置き換えたものもある。
【０００５】
さらに、特許文献１では、シェーディング補正データを格納する複数のＲＯＭ１０７，１０８，１０９を備え、光学レンズ１０１から出力される制御信号を基にして、補正に用いるＲＯＭデータをＲＯＭデータ切替器１１０によって切り替える構成が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−４１１７９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の技術では、次のような問題がある。
【０００８】
まず図８の構成では、シェーディング補正のための補正データがＲＯＭに格納されている。このため、シューデング補正の特性自体が固定されてしまい、光学系特性に合わせたシェーディング補正が実現困難である。もちろん、ゲインの制御によって、ある程度、個別に対応することは可能であるものの、実際に様々な製品に対応するためには不十分であり、汎用性に欠けていた。また、多数の補正データを格納するＲＯＭに加えて、２乗計算を行う半径演算部やゲイン調整を行うゲイン制御部が必要であるので、回路規模が大きくなっていた。
【０００９】
また、ＲＯＭをＲＡＭに置き換えた構成では、補正データの更新が容易になるため、光学系特性に合わせたシェーディング補正も、容易に実現できる。しかしながら、ＲＡＭはＲＯＭよりも回路規模が大きいため、図８の構成よりもさらに回路規模が大きくなってしまう。さらに、起動時において、ＲＡＭに補正データを書き込む処理が必要となり、装置の起動に時間がかかる、という問題もある。
【００１０】
また、特許文献１では、ＲＯＭを複数設けることによって、光学系特性に合わせたシェーディング補正を実現しているが、多数の補正データを格納するＲＯＭを複数設けたことによって、回路規模が一層大きくなっており、コストも高くなるという問題がある。
【００１１】
前記の問題に鑑み、本発明は、シェーディング補正を、小規模な構成によって、光学系特性に合わせて柔軟に、かつ、精度良く、実現可能にすることを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明は、シェーディング補正において、光軸位置からの距離値と、補正データとの関係を表す近似関数を参照して、画素に係る補正データを求めるものである。そして、前記近似関数として、複数の区間に分割されて構成されており、各区間においてそれぞれ、所定数のサンプル点で規定された２次関数によって表されたものを用いる。
【００１３】
これにより、補正データを求めるために、区間毎のサンプル点のデータを与えるだけでよいので、従来のように補正データを格納するＲＯＭやＲＡＭを設ける必要がなくなり、したがって、従来よりも回路規模を小さくできる。また、近似関数は複数の区間に分割されているため、所望の補正特性を精度良く近似することができるので、きめ細かな補正が実現できる。また、補正特性の変更は、区間毎のサンプル点のデータを更新するだけでよいので、光学系特性に応じた補正を容易に実現することができる。さらに、近似関数を、ゲイン制御も含めて設定すれば、ゲイン制御部を省くことができ、回路規模をより一層削減できる。
【００１４】
また、光軸位置からの距離値の代わりに、光軸位置を基準にした座標値を基にして、水平方向および垂直方向の補正データをそれぞれ、近似曲線を参照して求めるようにしてもよい。これにより、距離値を求めるための２乗計算を省くことができるので、さらに回路規模を削減できる。
【００１５】
具体的には、第１の発明は、カメラで撮影した画像データについて、レンズシェーディングを補正する方法として、前記画像データの画素について、光軸位置からの距離に係る距離値を求め、求めた距離値から、距離値と、レンズシェーディングを補正するための補正データとの関係を表す近似関数を参照して、前記画素に係る補正データを求め、求めた補正データによって、前記画素の画素値を補正するものであり、前記近似関数は、複数の区間に分割されて構成されており、各区間においてそれぞれ、所定数のサンプル点で規定された２次関数によって、表されているものである。
【００１６】
また、第２の発明は、カメラで撮影した画像データについて、レンズシェーディングを補正する方法として、前記画像データの画素について、光軸位置を基準にした水平座標値および垂直座標値をそれぞれ求め、求めた水平座標値から、水平座標値と、レンズシェーディングを補正するための補正データとの関係を表す第１の近似関数を用いて、前記画素に係る水平方向の補正データを求め、求めた垂直座標値から、垂直座標値と、レンズシェーディングを補正するための補正データとの関係を表す第２の近似関数を用いて、前記画素に係る垂直方向の補正データを求め、求めた水平方向および垂直方向の補正データを加算し、加算後の補正データによって、前記画素の画素値を補正するものであり、前記第１および第２の近似関数は、それぞれ、複数の区間に分割されて構成されており、各区間においてそれぞれ、所定数のサンプル点で規定された２次関数によって、表されているものである。
【００１７】
そして、前記第１または第２の発明において、前記近似関数、または前記第１および第２の近似関数は、その区間が、光軸位置に近い範囲において相対的に広く、遠い範囲において相対的に狭く、設定されているのが好ましい。
【００１８】
また、第３の発明は、カメラで撮影した画像データについて、レンズシェーディングを補正する装置として、前記画像データの画素について、光軸位置からの距離に係る距離値を求める距離演算部と、前記距離演算部によって求められた距離値から、距離値と、レンズシェーディングを補正するための補正データとの関係を表す近似関数を参照して、前記画素に係る補正データを求める補正データ演算部と、前記補正データ演算部によって求められた補正データによって、前記画素の画素値を補正する補正部とを備え、前記近似関数は、複数の区間に分割されて構成されており、各区間においてそれぞれ、所定数のサンプル点で規定された２次関数によって、表されており、前記補正データ演算部は、前記距離値が属する区間に係るサンプル点のデータを受け、このサンプル点によって規定された２次関数に従って、補正データを求めるものである。
【００１９】
また、第４の発明は、カメラで撮影した画像データについて、レンズシェーディングを補正する装置として、前記画像データの画素について、光軸位置を基準にした水平座標値および垂直座標値をそれぞれ求める第１および第２の座標演算部と、前記第１の座標演算部によって求められた水平座標値から、水平座標値と、レンズシェーディングを補正するための補正データとの関係を表す第１の近似関数を参照して、前記画素に係る水平方向の補正データを求める第１の補正データ演算部と、前記第２の座標演算部によって求められた垂直座標値から、垂直座標値と、レンズシェーディングを補正するための補正データとの関係を表す第２の近似関数を参照して、前記画素に係る垂直方向の補正データを求める第２の補正データ演算部と、前記第１および第２の補正データ演算部によってそれぞれ求められた水平方向および垂直方向の補正データを加算する加算部と、前記加算部によって得られた補正データによって、前記画素の画素値を補正する補正部とを備え、前記第１および第２の近似関数は、それぞれ、複数の区間に分割されて構成されており、各区間においてそれぞれ、所定数のサンプル点で規定された２次関数によって、表されており、前記第１および第２の補正データ演算部は、前記水平座標値および垂直座標値が属する区間に係るサンプル点のデータを受け、このサンプル点によって規定された２次関数に従って、補正データを求めるものである。
【００２０】
さらに、第５の発明は、前記第３または第４の発明のシェーディング補正装置と、前記サンプル点のデータを格納する書き換え可能なメモリとを備えたデジタルカメラである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２２】
（第１の実施形態）
図１は本発明に係るデジタルカメラのシステム構成の一例を示すブロック図である。図１に示すデジタルカメラ１は、レンズ２と、撮像素子（イメージセンサ）３と、シェーディング補正ブロック１０，１０Ａを有するＤＳＰ（Digital Signal Processor）４と、シェーディング補正のためのパラメータを記憶するＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable ROM ）５とを備えている。
【００２３】
ＤＳＰ４は、同期信号を生成するＳＳＧ（Sync Signal Generator ）４１と、同期信号を受けて撮像素子３に駆動パルスを供給するＴＧ（Timing Generator）４２と、シェーディング補正がなされた撮像素子３の出力から輝度信号（Ｙ）および色信号（Ｃ）を生成するＹＣ生成部４３と、ＹＣ生成部４３から出力された輝度・色信号を圧縮するＪＰＥＧ部４４とを備えている。ＹＣ生成部４３の出力信号は例えば液晶モニタに表示され、ＪＰＥＧ部４４の出力信号は例えばメモリカードのような記録媒体に記録される。またＣＰＵ４５は、シェーディング補正ブロック１０，１０Ａにおける補正処理を、ＥＥＰＲＯＭ５に記憶されたパラメータを基にして制御する。
【００２４】
図２は本実施形態に係るシェーディング補正装置としてのシェーディング補正ブロック１０の内部構成を示すブロック図である。図２のシェーディング補正ブロック１０は、ＳＳＧ４１から出力された水平同期信号ＨＤおよび垂直同期信号ＶＤを受けて、撮像素子３の画素値ＰＶを補正して補正後画素値ＣＰＶとして出力する。
【００２５】
図３を参照して、図２のシェーディング補正ブロック１０の動作を説明する。まず第１および第２の座標演算部１１ａ，１１ｂは、それぞれ、水平同期信号ＨＤおよび垂直同期信号ＶＤを受けて、画素の水平座標値ＨＣおよび垂直座標値ＶＣを演算する。ここで求められる座標値ＨＣ，ＶＣは、図３（ａ）に示すように、画像データにおいて、レンズ２の光軸位置を基準とした相対的な座標値である。すなわち、図３（ｂ）に示すように、第１の座標演算部１１ａは、水平同期信号ＨＤを受けてのこぎり波を内部で生成し、こののこぎり波を基にして相対座標値ＨＣを生成する。第２の座標演算部１１ｂも同様に動作する。
【００２６】
距離演算部１２は、水平座標値ＨＣおよび垂直座標値ＶＣから、光軸位置からの距離に係る距離値ＲＶを演算する。ここでは、座標値ＨＣ，ＶＣをそれぞれ２乗して加算した値、すなわち図３（ａ）における距離ｒの２乗に相当する値を距離値ＲＶとして出力するものとする。
【００２７】
補正データ演算部１３は、距離値ＲＶを受けて、当該画素に対する補正データＣＤを演算する。ここでの演算については、後述する。補正データ演算部１３は例えばロジック回路とレジスタによって構成される。そして補正部１４は、画素値ＰＶに補正データＣＤを乗じて補正後画素値ＣＰＶを生成する。
【００２８】
次に、補正データ演算部１３の処理について、詳しく説明する。補正データ演算部１３では、距離値と、レンズシェーディングを補正するための補正データとの関係を表す近似関数を参照して、与えられた距離値ＲＶを基にして、補正データＣＤを求める。
【００２９】
図４は補正データを求めるための近似関数の一例を示すグラフである。本実施形態では、ｘ軸は距離値ＲＶであり、ｙ軸は補正データＣＤである。図４の関数は、複数の区間（ここでは４区間Ｉ１〜Ｉ４）に分割されて構成されており、各区間Ｉ１〜Ｉ４においてそれぞれ、３個のサンプル点で規定された２次関数によって、表されている。
【００３０】
例えば、区間Ｉ１（ｘ０≦ｘ≦ｘ２）では、３個のサンプル点（ｘ０，ｙ０）（ｘ１，Ｙ１）（ｘ２，ｙ２）から、次式によって２次関数が規定される。
ｙ＝ｙ１＋（ｙ２−ｙ０）（ｘ−ｘ１）／２Ｎ１
＋（ｙ０＋ｙ２−２ｙ１）（ｘ−ｘ１）2 ／２Ｎ１2 …（１）
ただし、Ｎ１＝ｘ１−ｘ０＝ｘ２−ｘ１
同様に、区間Ｉ２（ｘ２≦ｘ≦ｘ４）では、３個のサンプル点（ｘ２，ｙ２）（ｘ３，Ｙ３）（ｘ４，ｙ４）から、次式によって２次関数が規定される。
ｙ＝ｙ３＋（ｙ４−ｙ２）（ｘ−ｘ３）／２Ｎ２
＋（ｙ２＋ｙ４−２ｙ３）（ｘ−ｘ３）2 ／２Ｎ２2 …（２）
ただし、Ｎ２＝ｘ３−ｘ２＝ｘ４−ｘ３
【００３１】
このように、補正データを生成するための近似関数を複数の区間に分割して表すことによって、所望の補正特性を精度良く近似できるので、光学系特性に合わせたきめ細かなシェーディング補正を行うことができる。また、図４の関数は、ｘの値が小さい範囲、言い換えると光軸位置に近い範囲では、区間の幅は相対的に大きく設定されており、ｘの値が大きくなるほど、言い換えると光軸位置から遠くなるほど、区間の幅が小さく設定されている。レンズによるシェーディングは、周辺に向かうほど顕著に現れるので、このように、光軸位置に近い範囲において相対的に広く、遠い範囲において相対的に狭く、区間の幅を設定することによって、よりきめの細かいシェーディング補正を行うことができる。
【００３２】
ここで、２次関数を規定するための各サンプル点のデータは、予め書き換え可能なメモリとしてのＥＥＰＲＯＭ５に格納されている。ＣＰＵ４５は距離値ＲＶから、この距離値ＲＶが属する区間を特定し、特定した区間のサンプル点のデータをＥＥＰＲＯＭ５から読み出して補正データ演算部１３に供給する。補正データ演算部１３は、供給されたサンプル点データをその内部のレジスタに一時的に格納し、式（１）（２）のような演算を実行して、補正データＣＤを求める。
【００３３】
以上のように本実施形態によると、近似関数を規定するサンプル点のデータを与えるだけで、補正データの演算を行うことができる。したがって、従来のように、補正データを格納するためのＲＯＭまたはＲＡＭを設けなくても、光学系特性に合わせたきめ細かなシェーディング補正を行うことができる。このため、従来よりも回路規模を格段に小さくすることができる。また、サンプル点の座標をＥＥＰＲＯＭ５のような書き換え可能なメモリに格納することによって、個別の光学系特性に容易に対応することができる。さらに、近似関数を、ゲイン制御も含めて設定することができるので、従来の構成におけるゲイン制御部を省くことができ、回路規模をより一層削減できる。
【００３４】
（第２の実施形態）
図５は本発明の第２の実施形態に係るシェーディング補正装置としてのシェーディング補正ブロック１０Ａの内部構成を示すブロック図である。図５において、図２と共通の構成要素には図２と同一の符号を付している。
【００３５】
第１の実施形態では、光軸位置からの距離から、補正データを演算した。これに対して本実施形態では、光軸位置を基準にした水平座標値ＨＣおよび垂直座標値ＶＣから、水平方向の補正データＨＣＤと垂直方向の補正データＶＣＤとをそれぞれ求めて、これら補正データＨＣＤ，ＶＣＤを加算して補正データＣＤを求める。
【００３６】
すなわち、図５の構成では、第１の補正データ演算部１５ａは、水平座標値と、レンズシェーディングを補正するための補正データとの関係を表す第１の近似関数を参照して、与えられた水平座標値ＨＣを基にして、水平方向の補正データＨＣＤを求める。また、第２の補正データ演算部１５ｂは、垂直座標値と、レンズシェーディングを補正するための補正データとの関係を表す第２の近似関数を参照して、与えられた垂直座標値ＶＣを基にして、垂直方向の補正データＶＣＤを求める。そして加算器１６は、水平方向の補正データＨＣＤと垂直方向の補正データＶＣＤとを加算し、その加算結果を補正データＣＤとして出力する。
【００３７】
図６は画像データと第１および第２の近似関数との関係を示す図である。第１および第２の近似関数は、ともに、図４に示すような、複数の区間に分割されて構成されており、各区間においてそれぞれ３個のサンプル点で規定された２次関数によって表されている関数を用いる。ただし、第１の近似関数の場合は、ｘ軸は水平座標値ＨＣ、ｙ軸は水平方向の補正データＨＣＤであり、第２の近似関数の場合は、ｘ軸は垂直座標値ＶＣ、ｙ軸は垂直方向の補正データＶＣＤである。第１および第２の近似関数を規定するための各サンプル点のデータは、第１の実施形態と同様に、予めＥＥＰＲＯＭ５に格納しておけばよい。
【００３８】
本実施形態を第１の実施形態と比較すると、２乗演算を行う距離演算部１２が不要になるので、回路規模がさらに小さくなる。なお、準備すべきサンプル点の数は第１の実施形態のほぼ２倍になるものの、元々データ量が小さいため、特に問題とはならない。
【００３９】
ここで、第１および第２の近似関数の設定について、補足説明を行う。
【００４０】
本実施形態のように、水平方向および垂直方向についてそれぞれ補正データを求めるようにすると、光軸位置を中心にした水平方向および垂直方向については、理想的なシェーディング補正ができる。しかしながら、光軸位置から斜め方向については、必ずしも理想的な補正とはならない。
【００４１】
すなわち、レンズシェーディングでは、光軸位置から周辺に向かって、同心円状に、均等に画素値が低下する。したがって、第１および第２の近似関数は、２次の項だけの２次関数であることが理想的である。これに対して、１次や０次の項が含まれている場合には、斜め方向における補正特性が同心円状にならない。
【００４２】
このため、水平方向および垂直方向について理想的なシェーディング補正が実現されるように第１および第２の近似関数を設定した後、１次や０次の項の係数が０に近づくように、サンプル点のデータを補正することが望ましい。これにより、斜め方向も含めて、理想的なシェーディング補正を実現することができる。
【００４３】
なお、近似関数について、各区間の２次関数を規定するためのサンプル点の個数は３個以外であってもよい。ただし、２次関数を規定するためには、サンプル点は３個あれば十分である。
【００４４】
なお、上述の各実施形態では、シェーディング補正ブロックをハード的に構成した例を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば全部または一部の機能をソフトウェアによって実現してもよい。すなわち、画像データの画素について、光軸位置からの距離に係る距離値、または光軸位置を基準にした座標値を求め、求めた距離値または座標値から上述したような近似関数を参照して補正データを求め、求めた補正データによって画素の画素値を補正するシェーディング補正方法が実現できる構成であれば、どのようなものでもかまわない。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明によると、補正データを求めるために、近似関数の区間毎のサンプル点のデータを与えるだけでよいので、従来よりも回路規模を小さくできるとともに、補正特性の変更が容易になるため、光学系特性に応じた補正を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るデジタルカメラの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るシェーディング装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図２のシェーディング装置の動作を説明するための図であり、（ａ）は画像データにおける光軸位置と座標値との関係を示す図であり、（ｂ）は座標演算部の入力、内部波形および出力を示す波形図である。
【図４】シェーディング補正に用いる関数の一例を示すグラフである。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るシェーディング補正装置の構成を示すブロック図である。
【図６】画像データと第１および第２の近似関数との関係を示す図である。
【図７】レンズシェーディングを説明するための図である。
【図８】従来のシェーディング補正装置の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ デジタルカメラ
５ ＥＥＰＲＯＭ（書き換え可能なメモリ）
１０，１０Ａ シェーディング補正ブロック（シェーディング補正装置）
１１ａ 第１の座標演算部
１１ｂ 第２の座標演算部
１２ 距離演算部
１３ 補正データ演算部
１４ 補正部
１５ａ 第１の補正データ演算部
１５ｂ 第２の補正データ演算部
１６ 加算部
Claims (6)
- カメラで撮影した画像データについて、レンズシェーディングを補正する方法であって、
前記画像データの画素について、光軸位置からの距離に係る距離値を求め、
求めた距離値から、距離値と、レンズシェーディングを補正するための補正データとの関係を表す近似関数を参照して、前記画素に係る補正データを求め、
求めた補正データによって、前記画素の画素値を補正するものであり、
前記近似関数は、複数の区間に分割されて構成されており、各区間においてそれぞれ、所定数のサンプル点で規定された２次関数によって、表されている
ことを特徴とするシェーディング補正方法。 - カメラで撮影した画像データについて、レンズシェーディングを補正する方法であって、
前記画像データの画素について、光軸位置を基準にした水平座標値および垂直座標値をそれぞれ求め、
求めた水平座標値から、水平座標値と、レンズシェーディングを補正するための補正データとの関係を表す第１の近似関数を用いて、前記画素に係る水平方向の補正データを求め、
求めた垂直座標値から、垂直座標値と、レンズシェーディングを補正するための補正データとの関係を表す第２の近似関数を用いて、前記画素に係る垂直方向の補正データを求め、
求めた水平方向および垂直方向の補正データを加算し、
加算後の補正データによって、前記画素の画素値を補正するものであり、
前記第１および第２の近似関数は、それぞれ、複数の区間に分割されて構成されており、各区間においてそれぞれ、所定数のサンプル点で規定された２次関数によって、表されている
ことを特徴とするシェーディング補正方法。 - 請求項１または２において、
前記近似関数、または前記第１および第２の近似関数は、その区間が、光軸位置に近い範囲において相対的に広く、遠い範囲において相対的に狭く、設定されている
ことを特徴とするシェーディング補正方法。 - カメラで撮影した画像データについて、レンズシェーディングを補正する装置であって、
前記画像データの画素について、光軸位置からの距離に係る距離値を求める距離演算部と、
前記距離演算部によって求められた距離値から、距離値と、レンズシェーディングを補正するための補正データとの関係を表す近似関数を参照して、前記画素に係る補正データを求める補正データ演算部と、
前記補正データ演算部によって求められた補正データによって、前記画素の画素値を補正する補正部とを備え、
前記近似関数は、複数の区間に分割されて構成されており、各区間においてそれぞれ、所定数のサンプル点で規定された２次関数によって、表されており、
前記補正データ演算部は、
前記距離値が属する区間に係るサンプル点のデータを受け、このサンプル点によって規定された２次関数に従って、補正データを求めるものである
ことを特徴とするシェーディング補正装置。 - カメラで撮影した画像データについて、レンズシェーディングを補正する装置であって、
前記画像データの画素について、光軸位置を基準にした水平座標値および垂直座標値をそれぞれ求める第１および第２の座標演算部と、
前記第１の座標演算部によって求められた水平座標値から、水平座標値と、レンズシェーディングを補正するための補正データとの関係を表す第１の近似関数を参照して、前記画素に係る水平方向の補正データを求める第１の補正データ演算部と、
前記第２の座標演算部によって求められた垂直座標値から、垂直座標値と、レンズシェーディングを補正するための補正データとの関係を表す第２の近似関数を参照して、前記画素に係る垂直方向の補正データを求める第２の補正データ演算部と、
前記第１および第２の補正データ演算部によってそれぞれ求められた水平方向および垂直方向の補正データを加算する加算部と、
前記加算部によって得られた補正データによって、前記画素の画素値を補正する補正部とを備え、
前記第１および第２の近似関数は、それぞれ、複数の区間に分割されて構成されており、各区間においてそれぞれ、所定数のサンプル点で規定された２次関数によって、表されており、
前記第１および第２の補正データ演算部は、
前記水平座標値および垂直座標値が属する区間に係るサンプル点のデータを受け、このサンプル点によって規定された２次関数に従って、補正データを求めるものである
ことを特徴とするシェーディング補正装置。 - 請求項４または５のシェーディング補正装置と、
前記サンプル点のデータを格納する書き換え可能なメモリとを備えた
デジタルカメラ。
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