JP6417055B2 - 画像処理装置及び画像処理方法 - Google Patents
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Description
第1の実施形態では、コンピュータに接続可能なデジタルカメラ(画像処理装置)に本発明を適用する場合について説明する。図1は、コンピュータに接続されるデジタルカメラ10を示すブロック図である。
デジタルカメラ10は、レンズユニット12と、撮像素子26を具備するカメラ本体14とを備え、レンズユニット12とカメラ本体14とは、レンズユニット12のレンズユニット入出力部22とカメラ本体14のカメラ本体入出力部30とを介して電気的に接続される。なおデジタルカメラ10は様々な分野で使用することが可能であり、例えば一般撮影のみならずセキュリティ分野(監視カメラ)や医療分野(内視鏡)でも使用することができる。
図3は第1の実施形態に係る画像処理部35(情報取得部)の機能構成例を示した機能ブロック図である。画像処理部35はカメラ本体コントローラ28に備えられ、上述したデモザイク処理等の機能の他に、画像取得部40、座標変換部41、解像度強調処理部42、逆変換部43、及び情報取得部44を備えている。
後述する座標変換を行うには、撮影された画像のサジタル及びタンジェンシャルの解像度の情報が必要であるが、撮影された画像の解像度は撮影レンズ16の解像度に依存する。そこで画像処理部35の情報取得部44(情報取得部)は、撮影レンズ16のサジタルの解像度の情報とタンジェンシャルの解像度の情報とをレンズユニット12のメモリ19から取得して、取得した情報から撮影された画像の解像度を求める(図6のステップS11:情報取得工程)。なお撮影レンズ16の解像度の情報は、メモリ19から取得する他、インターネット70から取得してもよいし、情報取得部44が撮影された画像(例えば、図4(b)の撮影画像51)を解析して取得してもよい。また、ユーザが液晶モニタ31に表示された画像や情報を確認しつつユーザインターフェース29を介して情報を入力し、この情報を情報取得部44が取得するようにしてもよい。なお撮影レンズ16の歪曲収差の情報も、上述した解像度の情報の取得と同様にメモリ19やインターネット70、画像解析、ユーザ入力等を介して情報取得部44が取得することができる。
<被写体及び撮影画像>
図4(a)は被写体50を模式的に示す図であり、図4(b)は被写体50をデジタルカメラ10で撮影し、画像取得部40により取得された撮影画像51を模式的に示す図である。画像取得部40は、取得した撮影画像51を座標変換部41に送信する。なお図4(b)の撮影画像51には、撮影レンズ16のタンジェンシャル方向(光軸を中心とした円周の放射方向)をTaで、撮影レンズ16のサジタル方向(光軸を中心とした円周の接線方向;放射方向と垂直)をSaで示している。なお図4、図13、および図15の文字”FUJIFILM Value from Innovation”は登録商標である。
また、撮影画像51は、撮影レンズ16の解像度に依存して、サジタルとタンジェンシャルとで解像度が異なる。ここで解像度とは画像のボケの程度を示す指標であり、様々な指標、例えば変調伝達関数(MTF:Modulation Transfer Function)や空間周波数応答(SFR:Spatial Frequency Response)を使用することができる。なおこれ以降に説明する図では、撮影画像51の解像度を表す指標として撮影レンズ16のMTFを用いている。
被写体50は撮影レンズ16を介して撮影されるので、撮影画像51には、撮影レンズ16の特性(歪曲収差)に起因して歪み(歪曲成分)が生じる。図4(b)では、撮影レンズ16の歪曲収差がプラスであり、これに起因して撮影画像51が「糸巻き型」(像の周辺ほど伸びが大きい)の歪曲成分を有する例を示している。
図6は、画像処理部35における画像処理(画像処理方法)の概要を示す図である。まず、画像処理部35の画像取得部40は、光学系を用いた被写体50の撮影により撮像素子26から取得される撮影画像51を取得する(ステップS10:画像取得工程)。また情報取得部44は、撮影画像51について、撮影画像51のサジタルの解像度Sの情報とタンジェンシャルの解像度Tの情報をレンズユニット12のメモリ19から取得する(ステップS11:情報取得工程)。そして座標変換部41は、ステップS11で取得した解像度の情報に基づいて撮影画像51を座標変換し、図4(c)に示すような座標変換画像52を生成する(ステップS12:座標変換工程)。
ステップS12での座標変換について説明する。図5に示すように撮影画像51のサジタル方向の解像度Sがタンジェンシャル方向の解像度Tよりも高い場合、撮影画像51の周辺部を像高に応じた圧縮量で圧縮する。この処理はステップS11で取得した解像度の情報に基づいて行うことができる。すると図7(a)に示すようにタンジェンシャルの解像度Tが見かけ上向上し(図7(a)中、座標変換前のタンジェンシャルの解像度Tを点線で示す)、サジタルの解像度Sに近づく。この態様では撮影画像51が圧縮されるので、座標変換後に適用される回復フィルタF(図10〜12参照)のカーネルサイズも縮小され、高速な処理が可能となる。
ステップS12での座標変換後のサジタル,タンジェンシャルの解像度の数値について画像シミュレーションで検証した結果を示す。このシミュレーションでは、“Fujifilm”という文字(原画像)の太さを撮像素子上で略2画素とし、撮影レンズの非点収差(いわゆるアス誤差)によって撮影画像の解像度(MTF)が低下している状態で、上述した座標変換後の「(1/2)×ナイキスト周波数」における解像度の関係が条件1〜5(図8の表を参照)を満たす場合の画像を生成した。その結果図8の表に示すように、座標変換後の解像度の関係が上述した数値範囲を満たす条件1〜3では座標変換後の画像においてボケの方向が知覚できない状態であり(ボケが円形か円形に近い)、座標変換後の画像に対し回転対称な解像度強調処理を行えることが分かる。
撮影画像51は、図5に示すようにサジタルの解像度Sとタンジェンシャルの解像度Tに差があるほか、図4(b)に示すように撮影レンズ16の歪曲収差に起因する歪曲成分を有する。このため、ステップS11で撮影レンズ16の歪曲収差の情報を取得し、ステップS12において歪曲収差の情報をも考慮して上述の座標変換(周辺部の圧縮と中心部の膨張とのうち少なくとも一方)を行うことが好ましい。これにより座標変換後の座標変換画像52は、図4(c)に示すように歪曲収差(歪曲成分)が補正された状態になり、サジタルの解像度Sとタンジェンシャルの解像度Tとを近づける座標変換により、撮影レンズ16の歪曲収差をも補正することができる。
図10は、画像撮影から点像復元処理(回復処理)までの概略を示す図である。点像を被写体として撮影を行う場合、光学系(撮影レンズ16、絞り17等)により撮像素子26(イメージセンサ)上に被写体像が結像され、これにより撮像素子26から原画像データDo(撮影画像51に対応)が出力される。この原画像データDoは、光学系の特性に由来する点拡がり現象によって、本来の被写体像がボケた状態の画像データとなる。この原画像データに対し座標変換処理P30(図6のステップS12)が行われるが、座標変換後の座標変換画像52は座標変換処理により非対称なボケの成分は補正されているものの、点対称なボケの成分は残存している。そこで、座標変換画像52から本来の被写体像(点像)を復元するため、座標変換画像52に対して回復フィルタFを用いた点像復元処理P10(解像度強調処理;図6のステップS13)を行うことで、本来の被写体像(点像)により近い像(回復画像)を表す回復画像データDrが得られる。なお、詳細を後述するように、この回復画像データDrに対して必要に応じ逆変換処理(図6のステップS14)が行われる。
図11は、点像復元処理の一例を示すブロック図である。点像復元処理P10(解像度強調処理)は、上述のように回復フィルタFを用いたフィルタリング処理によって座標変換画像52から回復画像データDrを作成する処理であり、例えばN×M(N及びMは2以上の整数)のタップによって構成される実空間上の回復フィルタFが処理対象の画像(画像データ)に適用される。これにより、各タップに割り当てられるフィルタ係数と対応の画素データ(座標変換画像52の処理対象画素データ及び隣接画素データ)とを加重平均演算(デコンボリューション演算)することで、点像復元処理後の画素データ(回復画像データDr)を算出することができる。この回復フィルタFを用いた加重平均処理を、対象画素を順番に代えながら、画像(画像データ)を構成する全画素データに適用することで、点像復元処理を行うことができる。
解像度強調処理部42で行われる解像度強調処理は、座標変換画像52の解像度を強調する(ボケを抑制する)処理であれば特に限定されない。上述した点像復元処理(回復処理)の他に、解像度強調処理部42が座標変換画像52の輝度値に対して輪郭強調フィルタを使用して輪郭強調処理を行うようにしてもよい。なお、解像度強調処理部42は、デモザイク処理前のRGB画像に対しても解像度強調処理を行うことができる。その場合には、上述した座標変換がされたRGB画像に対して解像度強調処理が行われる。
逆変換部43は、回復画像(解像度強調画像)に対してステップS12の座標変換の逆変換を行い、逆変換画像を生成する(図6のステップS14)。逆変換画像は、撮影画像51と同様の構図を有し且つ解像度強調処理が行われた画像である。なお、ステップS12における座標変換によりレンズの歪曲収差を十分補正できる場合や撮影画像51に歪曲成分がほとんど無い場合はステップS14の逆変換は行わなくてもよく、座標変換により歪曲成分が付加される場合に逆変換を行えばよい。例えば、撮影画像51(図4参照)や撮影画像53(図15参照)のような画像が座標変換により座標変換画像52のようになる場合、即ち画像中の歪曲成分が座標変換により補正(除去)される場合は逆変換を行う必要はなく、図13(a)に示すように歪曲成分がほとんどない撮影画像55に座標変換により歪曲成分が付加されて図13(b),(c)の座標変換画像56,57のようになる場合に逆変換を行えばよい。
次に、サジタルの解像度Sとタンジェンシャルの解像度Tとの関係が実施例1と異なる場合について説明する。実施例1では、図5に示すようにサジタルの解像度Sがタンジェンシャルの解像度Tより高い場合について説明したが、実施例2ではそれと逆に、撮影画像において、タンジェンシャルの解像度Tがサジタルの解像度Sより高い場合について説明する。図14はそのような場合の解像度を示す図である。この場合、図15に示すように撮影画像53はたる型の歪曲収差(歪曲収差がマイナス)を有しているものとする。なお実施例2に関し、デジタルカメラ10の構成及び処理の手順は実施例1と同様でよい。
次に本発明の第2の実施形態に関して説明する。撮影レンズにおいて、サジタルの解像度Sとタンジェンシャルの解像度Tとの大小関係は空間周波数によって変化することがあり、そのような場合座標変換のみでは空間周波数の全範囲において解像度を近づけきれない場合がある。そこで第2の実施形態では、特定の空間周波数もしくは幅を持った空間周波数の領域を指定し、この空間周波数において解像度を近づけるようにする。なお第2の実施形態においても、画像処理装置(デジタルカメラ10)の構成や処理手順は第1の実施形態と同様でよい。
上述した第1,第2の実施形態における各構成及び機能は、任意のハードウェア、ソフトウェア、或いは両者の組み合わせによって適宜実現可能である。例えば、上述の処理ステップ(処理手順)をコンピュータに実行させるプログラム、そのようなプログラムを記録したコンピュータに読み取り可能な記録媒体(非一時的記録媒体)、或いはそのようなプログラムをインストール可能なコンピュータに対しても本発明を適用することが可能である。
次に、本発明の画像処理装置をスマートフォンに適用する場合について説明する。
図20は、第3の実施形態に係るスマートフォン201の外観を示すものである。図20に示すスマートフォン201は、平板状の筐体202を有し、筐体202の一方の面に表示部としての表示パネル221と、入力部としての操作パネル222とが一体となった表示入力部220を備えている。また、かかる筐体202は、スピーカ231と、マイクロホン232、操作部240と、カメラ部241(光学系)とを備えている。なお、筐体202の構成はこれに限定されず、例えば、表示部と入力部とが独立した構成を採用したり、折り畳み構造やスライド機構を有する構成を採用したりすることもできる。
Claims (17)
- 撮影レンズを介して撮影された被写体の撮影画像を取得する画像取得部と、
前記撮影画像を座標変換して、撮像面の中心を原点とした円周の接線方向であるサジタルの解像度と前記接線方向に垂直な放射方向であるタンジェンシャルの解像度とを、特定の空間周波数において一致させる座標変換部と、
前記座標変換がされた画像に対して回転対称な解像度強調処理を行う解像度強調処理部と、
を備える画像処理装置。 - 前記撮影画像の前記サジタルの解像度の情報と前記タンジェンシャルの解像度の情報とを取得する情報取得部を備え、
前記座標変換部は、前記取得した前記サジタルの解像度の情報と前記タンジェンシャルの解像度の情報とに基づいて前記座標変換を行う請求項1に記載の画像処理装置。 - 前記撮影レンズを含む光学系を有し、前記画像取得部は前記光学系を介して前記撮影画像を取得する請求項1または2に記載の画像処理装置。
- 前記撮影レンズは、光軸を中心とした円周の接線方向であるサジタルの解像度が前記接線方向に垂直な放射方向であるタンジェンシャルの解像度よりも高い請求項3に記載の画像処理装置。
- 前記座標変換部は、前記撮影画像の周辺部を圧縮する座標変換と前記撮影画像の中心部を膨張させる座標変換とのうち少なくとも一方の座標変換を行う請求項4に記載の画像処理装置。
- 前記撮影レンズの歪曲収差がプラスである請求項3から5のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 前記撮影レンズは、光軸を中心とした円周の放射方向であるタンジェンシャルの解像度が前記放射方向に垂直な接線方向であるサジタルの解像度よりも高い請求項3に記載の画像処理装置。
- 前記座標変換部は、前記撮影画像の周辺部を膨張させる座標変換と前記撮影画像の中心部を圧縮する座標変換とのうち少なくとも一方の座標変換を行う請求項7に記載の画像処理装置。
- 前記撮影レンズの歪曲収差がマイナスである請求項3,7,8のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 前記座標変換部は前記座標変換により前記撮影レンズの歪曲収差を補正する請求項3から9のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 前記解像度強調処理がされた画像に対して前記座標変換の逆変換を行う逆変換部を備える、請求項1から10のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 前記座標変換部は、前記座標変換がされた画像において、前記特定の空間周波数以外の空間周波数における前記サジタルの解像度と前記タンジェンシャルの解像度とのうち高い方の解像度を1としたときに、前記サジタルの解像度と前記タンジェンシャルの解像度とのうち低い方の解像度が0.5以上、好ましくは0.75以上になるような座標変換を行う請求項1から11のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 前記座標変換部は、前記画像取得部が有する撮像素子のナイキスト周波数の4分の1以上2分の1以下の範囲において指定された周波数を前記特定の空間周波数として前記座標変換を行う請求項1から12のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 画像取得部と、座標変換部と、解像度強調処理部と、を備える画像処理装置の画像処理方法であって、
撮影レンズを介して撮影された被写体の撮影画像を前記画像取得部により取得する画像取得工程と、
前記撮影画像を前記座標変換部により座標変換して、撮像面の中心を原点とした円周の接線方向であるサジタルの解像度と前記接線方向に垂直な放射方向であるタンジェンシャルの解像度とを、特定の空間周波数において一致させる座標変換工程と、
前記座標変換がされた画像に対して、前記解像度強調処理部により回転対称な解像度強調処理を行う解像度強調処理工程と、
を有する画像処理方法。 - 前記撮影画像の前記サジタルの解像度の情報と前記タンジェンシャルの解像度の情報とを取得する情報取得工程を備え、
前記座標変換工程では前記取得した前記サジタルの解像度の情報と前記タンジェンシャルの解像度の情報とに基づいて前記座標変換を行う、請求項14に記載の画像処理方法。 - 前記解像度強調処理がされた画像に対して前記座標変換の逆変換を行う逆変換工程をさらに有する、請求項14または15に記載の画像処理方法。
- 前記座標変換工程では、前記画像取得部が有する撮像素子のナイキスト周波数の4分の1以上2分の1以下の範囲において指定された周波数を前記特定の空間周波数として前記座標変換を行う請求項14から16のいずれか1項に記載の画像処理方法。
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