JP6123341B2 - 画像処理装置、撮像装置、画像処理方法及びプログラム - Google Patents
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例えば、撮影後にユーザがピント及び被写界深度を変更できるライトフィールドカメラが知られている。このライトフィールドカメラに関連する技術として、特許文献1には、複数のサブ画像を含むライトフィールド画像から、任意の焦点距離における被写体の画像を再構成する技術が開示されている。
それぞれ異なる視点から被写体を撮影した複数のサブ画像を含むライトフィールド画像を再構成した複数の再構成画像を、露出が異なる複数の前記ライトフィールド画像から生成する生成手段と、
前記複数の再構成画像の合成比率を、前記複数の再構成画像において対応する各画素の画素値に応じて画素毎に決定する決定手段と、
前記複数の再構成画像を構成する画素のうちの、前記合成比率が所定の比率以上である画素を特定する特定手段と、
前記ライトフィールド画像において、前記特定手段が特定した画素の何れにも対応しない画素を有する前記サブ画像のデータ量を削減する削減手段と、
を備える、
ことを特徴とする。
また、前記目的を達成するため、本発明の撮像装置の一態様は、
被写体からの光を捉えるメインレンズと、前記メインレンズが捉えた光をさらに捉える複数の視点にそれぞれ対応する複数のマイクロレンズと、を用いて、それぞれ異なる前記視点から前記被写体を撮影した複数のサブ画像を含むライトフィールド画像を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段により露出を変えて撮影した複数の前記ライトフィールド画像をそれぞれ再構成して複数の再構成画像を生成する生成手段と、
前記複数の再構成画像の合成比率を、前記複数の再構成画像において対応する各画素の画素値に応じて画素毎に決定する決定手段と、
前記複数の再構成画像を構成する画素のうちの、前記合成比率が所定の比率以上である画素を特定する特定手段と、
前記ライトフィールド画像において、前記特定手段が特定した画素の何れにも対応しない画素を有する前記サブ画像のデータ量を削減する削減手段と、
を備える、
ことを特徴とする。
また、前記目的を達成するため、本発明の画像処理方法の一態様は、
それぞれ異なる視点から被写体を撮影した複数のサブ画像を含むライトフィールド画像を再構成した複数の再構成画像を、露出が異なる複数の前記ライトフィールド画像から生成する生成ステップと、
前記複数の再構成画像の合成比率を、前記複数の再構成画像において対応する各画素の画素値に応じて画素毎に決定する決定ステップと、
前記複数の再構成画像を構成する画素のうちの、前記合成比率が所定の比率以上である画素を特定する特定ステップと、
前記ライトフィールド画像において、前記特定ステップで特定した画素の何れにも対応しない画素を有する前記サブ画像のデータ量を削減する削減ステップと、
を含む、
ことを特徴とする。
また、前記目的を達成するため、本発明のプログラムの一態様は、
コンピュータを、
それぞれ異なる視点から被写体を撮影した複数のサブ画像を含むライトフィールド画像を再構成した複数の再構成画像を、露出が異なる複数の前記ライトフィールド画像から生成する生成手段、
前記複数の再構成画像の合成比率を、前記複数の再構成画像において対応する各画素の画素値に応じて画素毎に決定する決定手段、
前記複数の再構成画像を構成する画素のうちの、前記合成比率が所定の比率以上である画素を特定する特定手段、
前記ライトフィールド画像において、前記特定手段が特定した画素の何れにも対応しない画素を有する前記サブ画像のデータ量を削減する削減手段、
として機能させる、
ことを特徴とする。
まず、図1を参照しながらデジタルカメラ100のハードウェア構成について説明する。図1に示すように、デジタルカメラ100は、撮影部110と画像処理部120と操作部130と表示部140とを備える撮像装置である。
撮影部110は、メインレンズ111とマイクロレンズアレイ112と撮像素子113とを備える。この撮影部110の詳細については後述する。
次に、画像処理部120は、CPU(Central Processing Unit)121とROM(Read Only Memory)122とRAM(Random Access Memory)123とSD(Secure Digital Memory Card)124とを備える。
ROM122は、CPU121が実行するプログラムを格納している不揮発性メモリである。
RAM123は、CPU121が実行するプログラムを一時的に展開し、CPU121が各種処理を行う際の作業領域として使用する揮発性メモリである。
表示部140は、液晶ディスプレイ又は有機EL(Electroluminescence)ディスプレイなどの表示手段である。この表示部140は、SD124に記憶された各種画像のデータに基づいて、その各種画像を表示する。
メインレンズ111は、一又は複数の凸レンズ、凹レンズ又は非球面レンズなどから構成される。このメインレンズ111は、被写体OB上の点から射出された光束を集光して結像面MAに結像させる。
このマイクロレンズ112−iは、被写体OBからメインレンズ111を介して入射されてくる光束を入射方向毎に集光して、撮像素子113上にサブ画像として結像させる。
このライトフィールド画像は、被写体OBを同時に複数の視点から見た複数のサブ画像を含む。このライトフィールド画像の概念図を図3に示す。この図3は、ブロック状の被写体OBを撮影したライトフィールド画像の一例である。
このライトフィールド画像は、格子状に配置されたN×M個のマイクロレンズ112−iのそれぞれに対応するサブ画像(S11〜SMN)から構成される。例えば、左上のサブ画像S11は、被写体OBを左上から撮影した画像に相当し、右下のサブ画像SMNは、被写体OBを右下から撮影した画像に相当する。
なお、この実施形態では各サブ画像はグレースケール画像であり、サブ画像を構成する各画素は画素値を持つ。
具体的には、再構成部150は、ライトフィールド画像に含まれる各サブ画像の画像ズレ係数に基づいて、各サブ画像から部分画像を切り取る際の大きさと、再構成面に部分画像を配置する際の配置間隔と、を特定する。ここで、サブ画像から部分画像を切り取るとは、部分領域の境界を決定した上でサブ画像の画像データを全て残したままサブ画像から部分画像を抽出することをいう。
まず、再構成部150は、k1をカウンタ変数として、ライトフィールド画像のk1番目のサブ画像に注目する(ステップS11)。次に、再構成部150は、ステップS11で注目したサブ画像である注目サブ画像の画像ズレ係数を算出する(ステップS12)。具体的には、再構成部150は、注目サブ画像に写る被写体が、その注目サブ画像を中心とした所定範囲の周囲のサブ画像においてどの程度ずれて映っているかを示す係数である画像ズレ係数を算出する。画像ズレ係数は、例えば以下の方法で算出する。
まず、再構成部150は、ライトフィールド画像の左上のサブ画像S11をサブ画像として注目する(ステップS11)。そして、再構成部150は、ステップS12乃至S14の処理の後、注目サブ画像S11から部分画像PI11を切り出し、その切り出した部分画像PI11を再構成面の左上に配置する(ステップS15)。
この画素対応テーブルにおいて再構成画像の各画素の座標は、再構成面の左上を座標原点(0,0)とし、水平方向をx座標、垂直方向をy座標で表したものである。また、サブ画像の各画素の座標は、ライトフィールド画像を構成する左上のサブ画像S11から右下のサブ画像SMNの各画素の座標のうち、再構成画像の各画素の座標と対応する座標を示している。例えば、再構成画像の画素の座標(0,0)と対応するのは、ライトフィールド画像を構成する左上のサブ画像S11の画素の座標(x1,y1)である。一方、再構成画像の画素の座標(1,1)と対応するのは、S11(x3,y3)、S12(x2,y2)、S21(x1,y1)及びS22(x1,y1)である。このことは、座標(1,1)の再構成画像の画素は、S11、S12、S21及びS22の各座標における部分画像の画素が重ね合っていることを示す。
具体的には、HDR合成部160は、露出を変えて高速3連写した3枚のライトフィールド画像から再構成部150により再構成された3枚の再構成画像をSD124から取得する。次に、HDR合成部160は、取得した3枚の再構成画像を画素毎に所定の合成比率を用いて合成しHDR画像を生成し、SD124に記憶する。以下、HDR画像を生成するためのHDR合成処理について図11を参照しながら詳述する。
図12に示した合成比率設定グラフは、判定用画像の画素値が低い場合(暗い場合)、明るい露出オーバー再構成画像の画素の合成比率が高くなるようにRoが高く設定されている。一方、合成比率設定グラフは、判定用画像の画素値が高い場合(明るい場合)、暗い露出アンダー再構成画像の画素の合成比率が高くなるようにRuが高く設定されている。
ここで、適正露出再構成画像の注目画素の画素値を「RIm」とし、露出アンダー再構成画像の注目画素の画素値を「RIu」とし、露出オーバー再構成画像の注目画素の画素値を「RIo」とする。この場合、HDR画像の画素の画素値を「HDRmix」とすると、HDRmixは次の(1)の式で表される。
HDRmix=Ru×RIu+Rm×RIm+Ro×RIo・・・・(1)
この合成比率対応テーブルにおいてHDR画像の各画素の座標は、HDR画像の左上を座標原点(0,0)とし、水平方向をx座標、垂直方向をy座標で表したものである。また、合成比率は、HDR画像の各画素を示す座標と同じ座標位置にある露出アンダー再構成画像、適正露出再構成画像及び露出オーバー再構成画像それぞれの各画素をどれだけの合成比率(Ru、Rm及びRo)で合成したかを示している。図中に示すA乃至Iは、図12の合成比率設定グラフに基づいて決定した各合成比率を示している。
具体的には、特定部170は、図13の合成比率対応テーブルを参照して、露出アンダー再構成画像、適正露出再構成画像及び露出オーバー再構成画像それぞれについて合成比率が0よりも大きい画素を複数特定する。これは、HDR画像と各再構成画像とは各画素を示す座標位置が同じであるため、図13の合成比率対応テーブルを参照すればHDR画像の画素の座標から各再構成画像の合成比率が0よりも大きい画素を特定できるからである。なお、特定部170の具体的な特定方法については後述する。
具体的には、削減部180は、特定部170により特定した複数の画素と何れにも対応しない画素を含むサブ画像について、そのサブ画像の画素の画素値を特定の値に変更し、その変更後のサブ画像を含むライトフィールド画像を圧縮してデータ量を削減する。なお、削減部180による具体的なデータ量の削減方法については後述する。
以上、図1乃至図11を参照しながら説明したデジタルカメラ100の一つの特徴的な点は、HDR画像の生成にあたり合成に用いなかった合成比率が0の再構成画像の画素と対応する画素を含むサブ画像のデータ量を削減してライトフィールド画像をSD124に保存する点である。そこで、以下この点に関連するデータ量削減処理について、図14のフローチャートを参照しながら説明する。
CPU121は、露出を変えて高速3連写して得られた3枚のライトフィールド画像(LFI)を撮像素子113から取得してRAM123の所定領域に設定されたバッファメモリに一時的に保存するとデータ量削減処理を開始する。
ここで、説明の便宜上、座標HDR(X,Y)と対応する4つのサブ画像の座標をそれぞれSb1(x,y)、Sb2(x+α,y)、Sb3(x,y+α)及びSb4(x+α,y+α)として説明する。サブ画像Sb1乃至Sb4は、再構成画像の座標HDR(X,Y)位置にある画素と対応する画素を含むサブ画像である。また、サブ画像Sb2乃至Sb4の各座標は、座標HDR(X,Y)と対応するサブ画像Sb1の座標(x,y)を基準として、その基準座標(x,y)からどれだけずれているかを係数αを用いて表している。ここで、αは再構成距離によって変化する係数である。この実施形態では、再構成距離は2mであるので、Sb1を基準とした場合に再構成距離2mで生じる画素ずれ(視差)分がαとなる。
例えば、上述した実施形態では、図1のCPU121が画像処理部120及びデジタルカメラ100を制御したが、デジタルカメラ100に別途CPUを設けてもよい。この場合、画像処理部120のCPU121は、画像処理部120の制御に特化し、表示部140への表示制御や操作部130の操作検知等は行わない。
また、図14の処理では、ステップS25及びS26において、HDR画像の注目画素の合成比率が0より大きい(合成に用いる)の場合、注目画素の座標と対応するサブ画像の画素の座標にフラグ1をたてるようにしたが、これに限られない。例えば、合成比率が所定の比率以上(例えば5%以上)の再構成画像の画素について、上記同様にフラグをたてるようにしてもよい。
ただし、上述したサブ画像内の画素の座標のフラグが全て0でなくても画素値を変更してもよい。例えば、サブ画像内のある領域に含まれる画素の座標のフラグが全て0であれば、その領域の画素値を全て0にしてもよい。その領域については高圧縮が期待できるからである。また、画素値0を別の特定の画素値にしてもよい。同じ画素値が連続すればサブ画像の圧縮率が高まるからである。
あるいは、サブ画像内の所定の閾値以上の面積を持つ領域に含まれる画素の座標のフラグが全て0又は所定の合成比率未満であれば、その領域を削除してライトフィールド画像のデータ量を削減してもよい。また、ライトフィールド画像においてサブ画像を構成しない領域は合成に用いることがないので、この領域を削除してもよい。これらのことは、ライトフィールド画像において、所定の閾値以上の面積を持つ領域を構成する全ての画素が合成に用いられない場合、その領域を削除してデータ量を削減することを意味する。
具体的には、上記実施形態では、各処理に係る機能を発揮するためのプログラムが、ROM122に予め記憶されているものとして説明した。しかし、図5の各部の機能を実行させるためのプログラムを、フレキシブルディスク、CD−ROM、DVD及びMO等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布し、そのプログラムをコンピュータにインストールすることにより、上述の各部の機能を発揮することができるコンピュータを構成してもよい。
また、プログラムをインターネット等の通信ネットワーク上のサーバ装置が有するディスク装置等に格納しておき、例えば、コンピュータがダウンロード等することができるようにしてもよい。
それぞれ異なる視点から被写体を撮影した複数のサブ画像を含むライトフィールド画像を再構成した再構成画像を、露出が異なる複数の前記ライトフィールド画像から複数生成する生成手段と、
前記複数の再構成画像の合成比率を、該複数の再構成画像において対応する各画素の画素値に応じて画素毎に決定する決定手段と、
前記複数の再構成画像を構成する画素のうち、前記合成比率が所定の比率以上である画素を特定する特定手段と、
前記ライトフィールド画像において、前記特定した画素との関係が所定条件を満たす画素を含むサブ画像のデータ量を削減する削減手段と、
前記削減手段により前記データ量が削減された複数のライトフィールド画像を記憶する記憶手段と、を備えたことを特徴とする画像処理装置。
前記削減手段は、前記特定した画素と何れにも対応しない画素を、前記所定条件を満たす画素とすることを特徴とする付記1に記載の画像処理装置。
前記削減手段は、前記所定条件を満たす画素を含むサブ画像について、該サブ画像の画素の画素値を特定の値に変更し、該変更後のサブ画像を含むライトフィールド画像を圧縮するものであり、
前記記憶手段は、前記圧縮されたライトフィールド画像を複数記憶することを特徴とする付記1又は2に記載の画像処理装置。
前記削減手段は、前記サブ画像を構成する全ての画素が前記所定条件を満たす画素である場合に、該サブ画素を構成する全ての画素の画素値を特定の画素値に変更することを特徴とする付記3に記載の画像処理装置。
前記削減手段は、前記複数のライトフィールド画像それぞれが含む何れかのサブ画像において、所定の閾値以上の面積を持つ領域を構成する全ての画素が前記所定条件を満たす画素である場合、該領域を削除してデータ量を削減することを特徴とする付記1又は2に記載の画像処理装置。
被写体からの光りを捉えるメインレンズと、該メインレンズが捉えた光りをさらに捉える複数の視点にそれぞれ対応する複数のマイクロレンズと、を用いて、それぞれ異なる視点から前記被写体を撮影した複数のサブ画像を含むライトフィールド画像を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段により露出を変えて撮影した複数の前記ライトフィールド画像をそれぞれ再構成して複数の再構成画像を生成する生成手段と、
前記複数の再構成画像の合成比率を、該複数の再構成画像において対応する各画素の画素値に応じて画素毎に決定する決定手段と、
前記複数の再構成画像を構成する画素のうち、前記合成比率が所定の比率以上である画素を特定する特定手段と、
前記ライトフィールド画像において、前記特定した画素との関係が所定条件を満たす画素を含むサブ画像のデータ量を削減する削減手段と、
前記削減手段により前記データ量が削減された複数のライトフィールド画像を記憶する記憶手段と、を備えたことを特徴とする撮像装置。
それぞれ異なる視点から被写体を撮影した複数のサブ画像を含むライトフィールド画像を再構成した再構成画像を、露出が異なる複数の前記ライトフィールド画像から複数生成する生成ステップと、
前記複数の再構成画像の合成比率を、該複数の再構成画像において対応する各画素の画素値に応じて画素毎に決定する決定ステップと、
前記複数の再構成画像を構成する画素のうち、前記合成比率が所定の比率以上である画素を特定する特定ステップと、
前記ライトフィールド画像において、前記特定した画素との関係が所定条件を満たす画素を含むサブ画像のデータ量を削減する削減ステップと、
前記削減ステップにより前記データ量が削減された複数のライトフィールド画像を記憶する記憶ステップと、を含むことを特徴とする画像処理方法。
コンピュータを、
それぞれ異なる視点から被写体を撮影した複数のサブ画像を含むライトフィールド画像を再構成した再構成画像を、露出が異なる複数の前記ライトフィールド画像から複数生成する生成手段、
前記複数の再構成画像の合成比率を、該複数の再構成画像において対応する各画素の画素値に応じて画素毎に決定する決定手段、
前記複数の再構成画像を構成する画素のうち、前記合成比率が所定の比率以上である画素を特定する特定手段、
前記ライトフィールド画像において、前記特定した画素との関係が所定条件を満たす画素を含むサブ画像のデータ量を削減する削減手段、
前記削減手段により前記データ量が削減された複数のライトフィールド画像を記憶する記憶手段、として機能させるためのプログラム。
Claims (9)
- それぞれ異なる視点から被写体を撮影した複数のサブ画像を含むライトフィールド画像を再構成した複数の再構成画像を、露出が異なる複数の前記ライトフィールド画像から生成する生成手段と、
前記複数の再構成画像の合成比率を、前記複数の再構成画像において対応する各画素の画素値に応じて画素毎に決定する決定手段と、
前記複数の再構成画像を構成する画素のうちの、前記合成比率が所定の比率以上である画素を特定する特定手段と、
前記ライトフィールド画像において、前記特定手段が特定した画素の何れにも対応しない画素を有する前記サブ画像のデータ量を削減する削減手段と、
を備える、
ことを特徴とする画像処理装置。 - 前記削減手段は、前記合成比率が0である、又は、前記合成比率が前記所定の比率未満である画素を有する前記サブ画像の前記データ量を削減することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記削減手段により前記データ量が削減された前記複数のライトフィールド画像を記憶する記憶手段を更に備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の画像処理装置。
- 前記削減手段は、前記特定手段が特定した画素の何れにも対応しない画素を有する前記サブ画像について、前記サブ画像の画素の前記画素値を特定の値に変更し、変更後のサブ画像を含むライトフィールド画像を圧縮するものであり、
前記記憶手段は、圧縮された前記ライトフィールド画像を複数記憶することを特徴とする請求項3に記載の画像処理装置。 - 前記削減手段は、前記サブ画像を構成する全ての画素が、前記特定手段が特定した画素の何れにも対応しない画素である場合に、前記サブ画像を構成する全ての画素の前記画素値を前記特定の値に変更することを特徴とする請求項4に記載の画像処理装置。
- 前記削減手段は、前記複数のライトフィールド画像それぞれが含む何れかの前記サブ画像において、所定の閾値以上の面積を持つ領域を構成する全ての画素が、前記特定手段が特定した画素の何れにも対応しない画素である場合、前記領域を削除して前記データ量を削減することを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の画像処理装置。
- 被写体からの光を捉えるメインレンズと、前記メインレンズが捉えた光をさらに捉える複数の視点にそれぞれ対応する複数のマイクロレンズと、を用いて、それぞれ異なる前記視点から前記被写体を撮影した複数のサブ画像を含むライトフィールド画像を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段により露出を変えて撮影した複数の前記ライトフィールド画像をそれぞれ再構成して複数の再構成画像を生成する生成手段と、
前記複数の再構成画像の合成比率を、前記複数の再構成画像において対応する各画素の画素値に応じて画素毎に決定する決定手段と、
前記複数の再構成画像を構成する画素のうちの、前記合成比率が所定の比率以上である画素を特定する特定手段と、
前記ライトフィールド画像において、前記特定手段が特定した画素の何れにも対応しない画素を有する前記サブ画像のデータ量を削減する削減手段と、
を備える、
ことを特徴とする撮像装置。 - それぞれ異なる視点から被写体を撮影した複数のサブ画像を含むライトフィールド画像を再構成した複数の再構成画像を、露出が異なる複数の前記ライトフィールド画像から生成する生成ステップと、
前記複数の再構成画像の合成比率を、前記複数の再構成画像において対応する各画素の画素値に応じて画素毎に決定する決定ステップと、
前記複数の再構成画像を構成する画素のうちの、前記合成比率が所定の比率以上である画素を特定する特定ステップと、
前記ライトフィールド画像において、前記特定ステップで特定した画素の何れにも対応しない画素を有する前記サブ画像のデータ量を削減する削減ステップと、
を含む、
ことを特徴とする画像処理方法。 - コンピュータを、
それぞれ異なる視点から被写体を撮影した複数のサブ画像を含むライトフィールド画像を再構成した複数の再構成画像を、露出が異なる複数の前記ライトフィールド画像から生成する生成手段、
前記複数の再構成画像の合成比率を、前記複数の再構成画像において対応する各画素の画素値に応じて画素毎に決定する決定手段、
前記複数の再構成画像を構成する画素のうちの、前記合成比率が所定の比率以上である画素を特定する特定手段、
前記ライトフィールド画像において、前記特定手段が特定した画素の何れにも対応しない画素を有する前記サブ画像のデータ量を削減する削減手段、
として機能させる、
ことを特徴とするプログラム。
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