JP6600217B2 - 画像処理装置および画像処理方法、撮像装置およびその制御方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施形態に係る撮像装置の一例としてのデジタルスチルカメラ100(以下、単にカメラ100という)の機能構成例を示す図である。
第1レンズ群101は撮影光学系(結像光学系)の先端に配置され、光軸に沿って前後に移動可能に保持される。シャッタ102は、静止画撮像時の露光時間を制御するためのシャッタとしてだけでなく、開口径を調節することで撮像時の光量調節を行なう絞りとしても機能する。シャッタ102の背面(撮像素子側)に配置された第2レンズ群103は、シャッタ102と一体となって光軸に沿って前後に可能であり、第1レンズ群101とともにズーム機能を実現する。
フォーカスアクチュエータ114は、フォーカス駆動回路126の制御に従い、第3レンズ群105を光軸に沿って駆動する。
図2は、撮像素子107における撮像画素と副画素の配置例を模式的に示す図であり、撮像画素が横4画素×縦4画素配列された領域を代表的に示している。本実施形態においては、各撮像画素の光電変換領域が縦横各方向に4分割されており、各光電変換領域が副画素として機能する。従って、図2においては、副画素が横16画素×縦16画素配列された領域とも言うことができる。後述するように、本実施形態の撮像素子107には、複数の副画素が設けられた撮像画素が複数配列され、撮像画素に設けられる副画素の各々は、互いに異なる、結像光学系の射出瞳の部分領域(瞳部分領域)を通過した光束を受光する。
光電変換部301〜316のn型層に蓄積された電子は、転送ゲート330を介して、静電容量部(FD)320に転送され、電圧信号に変換される。
また、撮像画素ごとに、副画素201〜216の信号を全て加算(合成)することで、有効画素数の解像度の撮像画像を生成することができる。
以下、本実施形態の撮像素子107で取得可能なLFデータ(視差画像群)のデフォーカス量と像ずれ量の関係について説明する。
図6(b)に、視差画像間の像ずれ量とデフォーカス量との概略関係図を示す。撮像面800に撮像素子が配置され、図5および図6(a)と同様に、結像光学系の射出瞳が瞳部分領域501〜516にNp分割(ここでは16分割)される。
したがって、デフォーカス量dの大きさ|d|が増加するのに伴い、LFデータを構成する複数の視差画像間の像ずれ量の大きさが増加する。
次に、リフォーカス処理とリフォーカス可能範囲について説明する。まず、図7を用いて、副画素によって取得できる入射光束の角度情報に関して説明する。ここでは、副画素周期Δx、1画素あたりの副画素の分割数Np=Nθ×Nθであり、画素周期ΔX=NθΔxであるものとする。また、Δθは角度分解能であり、結像光学系の射出瞳の見込み角をΘとして、Δθ=Θ/Nθである。近軸近似を用いると、結像光学系の絞り値をFとして、概ね、NθF≒1/Δθの関係式が成り立つ。画素に入射した全光束のうち、副画素212〜209には、それぞれ入射角度θ0〜θ3の光束が、角度分解能Δθの幅で入射する。
|d|≦NθFδ (1)
なお、許容錯乱円δの大きさは、δ=2ΔX(画素周期ΔXのナイキスト周波数1/(2ΔX)の逆数)などで規定される。
瞳分割数Np=Nθ×Nθの場合、LFデータを構成する個々の副画素信号を、通常の撮像画像データと同じビット深度または階調数とすると、データ量が通常の撮像画像データのNp倍となることを先に述べた。
b2≧b1−(log2Np) (1)
である第2のビット数b2のビット深度で副画素信号を生成すれば、再構成画像に必要なビット深度(階調数)を維持できる。また、b2<b1とすれば、LFデータ量を削減することができる。
t1=2 b1 ,t2=2 b2 なので、
t2≧t1/Np (2)
となる。この場合も、階調数t2<t1とすると、LFデータ量を削減することができる。
上述の実施形態では、結像光学系の射出瞳を所定の瞳分割数に分割した瞳部分領域を通過した光束の強度の空間分布および角度分布を表すLFデータを、撮像素子から読み出して生成する場合について説明した。しかし、記録済みのLFデータを用いることもできる。例えば、記録済みのLFデータのビット深度b1または階調数t1を低減すれば、LFデータ量を削減することができる。
この場合、例えば図9(b)に示すように、CPU121はLFデータファイルの例えばヘッダ情報からLFデータの瞳分割数を取得する(S911)。この際、必要または取得可能であれば、再構成画像に必要なビット深度または階調数も取得してよい。
そして、CPU121は、読み出したLFデータを構成する信号(副画素信号)の削減前のビット深度または階調数を、瞳分割数に基づいて決定した値に削減する(S913)。具体的には、CPU121は、削減前のビット数を、(log2Np)未満(>0)削減するか、削減前の階調数を、1/瞳分割数以上で、削減前の階調数未満の階調数に削減する。
S911でおいて、再構成画像に必要なビット深度または階調数を取得していれば、それより小さくなるように削減後のビット深度または階調数を決定することができる。
Claims (11)
- 結像光学系の射出瞳を所定の瞳分割数に分割した瞳部分領域を通過した光束の強度の空間分布および角度分布を表すデータを取得する取得手段と、
前記データを構成する信号のビット深度または階調数を、前記瞳分割数に基づいて削減する削減手段と、
を有することを特徴とする画像処理装置。 - 前記削減手段は、削減前のビット数を、(log2 (瞳分割数))未満(>0)削減するか、削減前の階調数を、1/瞳分割数以上で、削減前の階調数未満の階調数に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。
- 結像光学系の射出瞳を所定の瞳分割数に分割した瞳部分領域を通過した光束の強度の空間分布および角度分布を表すデータを生成可能な撮像素子と、
請求項1または2に記載の画像処理装置と、
を有することを特徴とする撮像装置。 - 前記撮像素子には、複数の撮像画素が配置され、
前記複数の撮像画素の各々は複数の副画素を有し、
前記複数の副画素の各々は、前記瞳部分領域の互いに異なる1つを通過した光束を受光する、ことを特徴とする請求項3記載の撮像装置。 - 複数の撮像画素が配置された撮像素子であって、
前記複数の撮像画素の各々は複数の副画素を有し、
前記複数の副画素の各々は、結像光学系の射出瞳を所定の瞳分割数に分割した瞳部分領域の互いに異なる1つを通過した光束を受光する、撮像素子と、
前記複数の副画素の信号を前記撮像画素ごとに合成して得られる撮像画像データと、前記複数の副画素の信号からなるライトフィールドデータとを生成可能な生成手段と、を有し、
前記生成手段は、前記ライトフィールドデータを生成する際、前記複数の副画素の信号のビット深度または階調数を、前記撮像画像データの画素信号のビット深度または階調数よりも小さくなるよう、前記瞳分割数に基づいて決定する、
ことを特徴とする撮像装置。 - 前記生成手段は、前記撮像画像データの画素信号のビット深度がb1ビットの場合、前記複数の副画素の信号のビット深度を、
b1>b2≧b1−(log2瞳分割数)
を満たすビット数b2に決定する、
ことを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。 - 前記生成手段は、前記撮像画像データの画素信号の階調数がt1の場合、前記複数の副画素の信号の階調数を、
t1>t2≧t1/瞳分割数
を満たす階調数t2に決定する、
ことを特徴とする請求項5に記載の撮像装置。 - 画像処理装置が実行する画像処理方法であって、
取得手段が、結像光学系の射出瞳を所定の瞳分割数に分割した瞳部分領域を通過した光束の強度の空間分布および角度分布を表すデータを取得する取得工程と、
削減手段が、前記データを構成する信号のビット深度または階調数を、前記瞳分割数に基づいて削減する削減工程と、
を有することを特徴とする画像処理方法。 - 複数の撮像画素が配置された撮像素子を有する撮像装置の制御方法であって、
前記撮像素子は、
前記複数の撮像画素の各々は複数の副画素を有し、
前記複数の副画素の各々は、結像光学系の射出瞳を所定の瞳分割数に分割した瞳部分領域の互いに異なる1つを通過した光束を受光し、
前記制御方法は、
生成手段が、モードに応じて、前記複数の副画素の信号を前記撮像画素ごとに合成して得られる撮像画像データと、前記複数の副画素の信号からなるライトフィールドデータとを生成する生成工程と、を有し、
前記生成工程において前記生成手段は、前記ライトフィールドデータを生成する際、前記複数の副画素の信号のビット深度または階調数を、前記撮像画像データの画素信号のビット深度または階調数よりも小さくなるよう、前記瞳分割数に基づいて決定する、
ことを特徴とする撮像装置の制御方法。 - コンピュータを、請求項1または請求項2に記載の画像処理装置の各手段として機能させるためのプログラム。
- コンピュータを、請求項5から請求項7のいずれか1項に記載の撮像装置の各手段として機能させるためのプログラム。
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