JP5546229B2 - 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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Description
このように、撮像光学系の光学伝達関数は画像の振幅成分と位相成分に劣化を与えるため、劣化画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。
また、上記式をフーリエ変換により2次元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)をフーリエ変換したものであり、光学伝達関数(OTF)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。
劣化画像から元の画像を得るためには、以下のように、両辺をHで除算すればよい。
このF(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。
このR(x,y)を、画像回復フィルタという。画像が2次元のとき、通常は画像回復フィルタも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が多いほど回復精度が向上する。画像回復フィルタは、少なくとも収差の特性を反映している必要があるため、従来の水平/垂直方向においてそれぞれ3タップ程度のエッジ強調フィルタ(ハイパスフィルタ)とは一線を隔する。画像回復フィルタは光学伝達関数に基づいて作成されるため、振幅成分および位相成分の劣化をともに高精度に補正することができる。
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(Wiener filter)のように画像信号とノイズ信号の強度比(SNR)に応じて回復度合を制御する方法が知られている。
入力画像は、基本的には、撮像光学系により形成された物体像(被写体像)を撮像素子により光電変換して得られたデジタル画像であり、レンズと各種の光学フィルタ類を含む撮像光学系の収差による光学伝達関数(OTF)により劣化している。撮像光学系は、レンズの他にも曲率を有するミラー(反射面)を用いることもできる。また、撮像光学系と撮像素子とにより撮像系が構成される。
図2には、画像回復フィルタを模式的に示す。画像回復フィルタは、撮像光学系の収差特性や要求される回復精度に応じてタップ数(セル数)を決めることができる。図2では、例として、11×11タップの2次元フィルタを示している。画像回復フィルタの各タップは、画像回復処理を行う入力画像の各画素に対応する。図2では、各タップが有する値(係数値)を省略している。
振幅成分および位相成分を回復する画像回復フィルタを用いた画像回復処理により、第1の画像fd1mが得られる。従来における画像回復では、この第1の画像fd1mを回復画像(補正画像)として出力している。第1の画像fd1mが必要な画質を満たしていれば、補正画像fmとして用いることができるが、実際には上記のようにノイズ増幅や偽色が含まれている。ノイズ増幅に関しては、予め画像回復フィルタの回復度合を適正に設定することで抑制できるが、リンギングや偽色に関しては、その発生量の予測が困難であるため、回復画像を評価して再度、回復度合を調整する必要がある。
位相成分のみを回復する画像回復フィルタを用いた画像回復処理により第2の画像fd2mが得られる。この第2の画像fd2mは、画像の画素値の絶対値成分(MTF)の増幅を行っていないため、ノイズ増幅が生じない。また、位相劣化成分が補正されるため、例えばメリジオナル方向の色成分間の結像位置に対する非対称性が原因となる倍率色収差は除去される。また、コマ収差はメリジオナル方向、サジタル方向を含む全アジムス方向においてそれぞれ対称性を持つようになるため、非点収差のような点対称な収差形状に補正される。ここで、コマ収差が補正後に回転対称性を持たないのは、位相が全アジムス方向で揃っていてもMTFがアジムス方向依存を持っているので、アジムス方向によってぼけ量が異なるためである。
第1の画像fd1mから第2の画像fd2mを、式(7)のように減算する(色成分および画素ごとの減算処理を行う)ことで、色成分ごとの回復成分情報Smを生成することができる。第1の画像fd1mおよび第2の画像fd2mは、撮像光学系で劣化した位相劣化成分が同等に補正され、位相成分の状態が等しく、振幅成分が異なっている。したがって、回復成分情報Smは、第1の画像fd1mと第2の画像fd2mの振幅成分の差分情報ということができる。ここで、位相成分の状態としては、第1の画像fd1mおよび第2の画像fd2mともに、撮像光学系による位相劣化成分が十分に除去された状態として揃っていることが望ましい。振幅成分の状態としては、後述する回復強度調整係数により回復度合を調整できるため、異なった状態である。
式(8)に示すように、色成分ごとに回復成分情報Smを回復強度調整係数μmに応じて第2の画像fd2mに合成することで、補正画像fmを得る。補正画像fmは、回復強度調整係数μmが0のときに第2の画像fd2mとして得られ、回復強度調整係数μmが1のときに第1の画像fd1mとして得られる。また、回復強度調整係数μmが0から1の間においては、第2の画像fd2mから第1の画像fd1mの間で連続的に回復度合を調整することができる。
補正制御情報は、撮像装置202、画像処理装置201および出力機器205のどれで補正処理を行うかを示す設定情報と、該設定情報に応じて他の機器に伝送するデータを選択するための選択情報である。例えば、撮像装置202で初期設定の補正のみを行い、画像処理装置201でエッジ強調のゲイン調整を行う場合、画像回復フィルタを画像処理装置201に伝送する必要は無い。一方、撮像装置202から補正前の画像を取得して画像処理装置201で補正処理を行う場合には、画像処理装置201に画像回復フィルタを伝送する必要がある。また、使用された撮像装置を示す撮像装置情報や、該撮像装置の撮像状態情報に基づいて、対応する画像回復フィルタを予め画像処理装置201に保持された中から選択し、必要に応じて補正して用いる方法がある。
撮像装置情報は、製品名称に相当する撮像装置202の識別情報である。レンズとカメラ本体が交換可能な場合はその組み合わせを含む識別情報である。
撮像状態情報は、撮影時の撮像装置202の状態に関する情報である。例えば、焦点距離、絞り値、被写体距離、ISO感度、ホワイトバランス設定等である。
撮像装置個別情報は、上記の撮像装置情報に対して、個々の撮像装置の識別情報である。製造誤差のばらつきにより撮像装置の光学伝達関数(OTF)は個体ばらつきがあるため、撮像装置個別情報は個々に最適な補正パラメータを設定するために有効な情報である。補正パラメータとは、画像回復フィルタの補正係数、エッジ強調のゲイン値、歪曲補正およびシェーディング補正における設定値等を含む。
画像回復フィルタ群は、位相成分の補正(回復)に用いる画像回復フィルタのセットである。ただし、実施例2、3の場合には、位相成分と振幅成分を回復する画像回復フィルタも含む。画像回復処理を行う装置が画像回復フィルタを有していない場合は、別の装置(機器)から画像回復フィルタを伝送する必要がある。
ユーザー設定情報は、ユーザーの好みに応じた先鋭度に補正するための補正パラメータまたは補正パラメータの補正値である。ユーザーは補正パラメータを可変に設定可能であるが、ユーザー設定情報を用いれば、常に初期値として好みの出力画像を得ることができる。また、ユーザー設定情報は、ユーザーが補正パラメータを決定した履歴から最も好む鮮鋭度を学習機能により更新することが好ましい。
102:撮像素子
104:画像処理部
105:表示部
107:状態検知部
108:記憶部
110:システムコントローラ
Claims (7)
- 撮像系により生成された画像を取得するステップと、
前記撮像系の光学伝達関数に基づいて生成又は選択された画像回復フィルタを用いて前記画像の補正処理を行うステップとを有し、
前記画像回復フィルタは、前記画像の位相劣化成分および振幅劣化成分のうち該位相劣化成分のみを低減させるフィルタであり、
前記位相劣化成分は、前記撮像系の点像分布関数の非対称性に対応する非対称な画像成分であり、
前記画像回復フィルタは、前記位相劣化成分を低減させることにより前記非対称な画像成分の対称性を増加させることを特徴とする画像処理方法。 - 前記光学伝達関数に基づいて、前記画像回復フィルタを生成又は選択するステップを有することを特徴とする請求項1に記載の画像処理方法。
- 前記補正処理による前記画像の振幅劣化成分の増幅率が2倍以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の画像処理方法。
- 前記画像回復フィルタとは別のエッジ強調フィルタを用いて前記画像の振幅劣化成分を低減させるステップを有することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の画像処理方法。
- 撮像系により生成された画像を処理する画像処理装置であって、
前記撮像系の光学伝達関数に基づいて生成又は選択された画像回復フィルタを用いて前記画像の補正処理を行う補正手段を有し、
前記画像回復フィルタは、前記画像の位相劣化成分および振幅劣化成分のうち該位相劣化成分のみを低減させるフィルタであり、
前記位相劣化成分は、前記撮像系の点像分布関数の非対称性に対応する非対称な画像成分であり、
前記画像回復フィルタは、前記位相劣化成分を低減させることにより前記非対称な画像成分の対称性を増加させることを特徴とする画像処理装置。 - 撮像光学系により形成された被写体像を光電変換して画像を生成する撮像素子と、
前記撮像光学系と前記撮像素子を含む撮像系の光学伝達関数に基づいて生成又は選択された画像回復フィルタを用いて前記画像の補正処理を行う補正手段を有し、
前記画像回復フィルタは、前記画像の位相劣化成分および振幅劣化成分のうち該位相劣化成分のみを低減させるフィルタであり、
前記位相劣化成分は、前記撮像系の点像分布関数の非対称性に対応する非対称な画像成分であり、
前記画像回復フィルタは、前記位相劣化成分を低減させることにより前記非対称な画像成分の対称性を増加させることを特徴とする撮像装置。 - 撮像系により生成された画像を取得する処理と、
前記撮像系の光学伝達関数に基づいて生成又は選択された画像回復フィルタを用いた前記画像の補正処理とをコンピュータに実行させる画像処理プログラムであって、
前記画像回復フィルタは、前記画像の位相劣化成分および振幅劣化成分のうち該位相劣化成分のみを低減させるフィルタであり、
前記位相劣化成分は、前記撮像系の点像分布関数の非対称性に対応する非対称な画像成分であり、
前記画像回復フィルタは、前記位相劣化成分を低減させることにより前記非対称な画像成分の対称性を増加させることを特徴とする画像処理プログラム。
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