JP6625144B2 - 画像処理方法およびそれを用いた撮像装置、画像処理装置、画像処理プログラム、記憶媒体、および、レンズ装置 - Google Patents
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Description
本発明の他の側面としてのレンズ装置は、撮像素子を有する撮像装置に取り外し可能に装着され、前記撮像装置と通信可能なレンズ装置であって、光学系と、前記光学系の点像強度分布関数の近似に使用される係数データおよび前記点像強度分布関数を再構成する際の離散化間隔を像高に応じて異なる間隔に調整するための離散化係数を記憶する記憶部と、を有し、前記撮像装置は、前記レンズ装置から送信された前記係数データおよび前記離散化係数を用いて、離散化された点像強度分布関数を再構成し、再構成された前記点像強度分布関数の情報に基づいて、前記光学系を介した撮像により生成された撮影画像に対するアンシャープマスク処理を行う。
入力画像は、撮像装置において撮像光学系(光学系)を介して形成された被写体像(光学像)を光電変換した撮像素子からの出力を用いて生成されたデジタル画像(撮影画像)である。デジタル画像は、レンズや光学フィルタ等の光学素子を含む光学系の収差を含む光学伝達関数(OTF:Optical Transfer Function)により劣化した画像である。撮像素子は、CMOSセンサやCCDセンサ等の光電変換素子により構成される。撮像光学系は、曲率を有するミラー(反射面)を含んでもよい。光学系は、撮像装置に対して着脱(交換)が可能であってもよい。撮像装置において、光学系、撮像素子、および、撮像素子の出力を用いてデジタル画像(入力画像)を生成する信号処理回路により、撮像系が構成される。
図3は、本実施形態のアンシャープマスク処理(画像鮮鋭化処理)による鮮鋭化の模式図である。図3(A)において、実線は入力画像、破線は入力画像をアンシャープマスクでぼかした画像、点線は鮮鋭化後の画像をそれぞれ示している。図3(B)の実線は、補正成分を示している。図3(A)、(B)のそれぞれにおいて、横軸は座標、縦軸は画素値または輝度値である。図3は、後述する図4の所定の方向(例えば、X方向)における断面に相当する。
式(1)において、mは補正の強さを変化させるための調整係数である。調整係数mの値を変化させることにより、補正量を調整することができる。なお調整係数mは、入力画像の位置(像高)によらず一定の定数であっても良いし、入力画像の位置に応じて異ならせることにより入力画像の位置に応じて補正量を調整することもできる。また調整係数m(x,y)は、光学系の焦点距離、絞り値(F値)、または、撮影距離などの撮影条件に応じて異ならせることもできる。
式(2)の右辺を変形することにより、以下の式(3)が得られる。
式(2)、式(3)において、*はコンボリューション(畳み込み積分、積和)、δはデルタ関数(理想点像)である。「デルタ関数」とは、USM(x,y)とタップ数が等しく中心の値が1でそれ以外が0で埋まっているデータである。式(2)を変形することにより式(3)を表現することができるため、式(2)と式(3)とは互いに等価である。よって、以下、式(2)を用いて補正成分の生成について説明する。
ここで、撮像光学系が回転対称な共軸光学系であれば、画像の中心部に対応するPSFは回転対称となる。このため、画像の中心部については回転対称なUSMを適用することで、撮影画像f(x,y)を元の画像I(x,y)に近づける鮮鋭化を行うことができる。補正量は、撮影画像とアンシャープマスクでぼかした撮影画像との差分値となるため、精度良く補正するには、アンシャープマスクとして単純な平滑化フィルタを使用するのではなく、psf(x,y)により近い形状のマスクを使用することが好ましい。例えば、球面収差の影響で撮影画像が劣化する場合、球面収差であれば回転対称に影響を与えるものの、ガウシアンフィルタのような平滑化フィルタでは球面収差の影響によるPSFとは分布の形状が異なる。このため、回転対称にぼける影響を低減する場合であっても、撮像光学系のPSFを使用する方が精度良く補正することができる。
次に、アンシャープマスクUSMの生成に用いる係数について説明する。前述のように、各実施例では撮像光学系のPSFをアンシャープマスクとして用いる。このとき、撮像光学系のPSFは像高、焦点距離、F値および撮像距離等の撮像条件によって変化するため、鮮鋭化を行う際には撮像条件に応じたアンシャープマスクを生成する必要がある。撮像条件によって変化するPSFに応じてアンシャープマスクを変形させるために、すべての組み合わせを計算しておき、撮像条件に対応するPSFを選択する方法も考えられる。しかし、このような手法はアンシャープマスクを適用する際の処理速度やデータを保持しておくための記録容量の観点からも好ましくない。
x≧0かつy≧0において、
次に、アンシャープマスク処理における周波数特性の制御について説明する。前述の式(1)をフーリエ変換して周波数空間での表示形式に変換すると、式(1)は以下の式(9)のように表現することができる。
式(9)において、H(u,v)は補正成分h(x,y)をフーリエ変換することにより得られる関数であり、G(u,v)、F(u,v)はそれぞれ鮮鋭化後の画像g(x,y)、元画像f(x,y)をフーリエ変換して得られた関数である。(u,v)は、2次元周波数面での座標、すなわち周波数である。H(u,v)は、式(2)より、以下の式(10)のように表現することができる。
式(10)において、U(u,v)はアンシャープマスクUSM(x,y)のフーリエ変換により得られた関数である。同様に、式(3)より、H(u,v)は以下の式(11)のように表すことができる。
G(u,v)は、式(9)に式(10)を代入することで、以下の式(12)のように表される。
同様に、式(9)に式(11)を代入することで、G(u,v)は以下の式(13)のように表すことができる。
式(13)は、以下の式(14)のように変形することができる。
式(12)から式(14)は、処理する順序等が異なるものの、式の変形により導出できるため、いずれも等価な関係にある。よって、式(12)から式(14)のいずれの方式を利用しても、式(14)における括弧{}の部分がアンシャープマスク処理前後の周波数特性の変化に対応する。すなわち、括弧{}の絶対値は、アンシャープマスク処理におけるフィルタのゲイン(鮮鋭化度合い)となり、アンシャープマスク処理の周波数空間における鮮鋭化の効果を表している。
式(16)において、A、Bは離散化を実施する際の離散化係数(離散化調整係数)である。式(16)を用いた場合、離散化係数Aは、画素ピッチpに対する傾きであり、画素ピッチpに対する割合で調整することができる。前述の例のように、離散化間隔spを画素ピッチpの2倍とする場合、離散化関数f(p)の離散化係数A、Bはそれぞれ、A=2.0、B=0となる。
g(x,y)=f(x,y)+m×f(x,y)*{δ(x,y)−USM(x,y)} … (18)
g(x,y)=f(x,y)*{δ(x,y)+m×(δ(x,y)−USM(x,y))} … (19)
ここで、便宜的に式(19)の中括弧{}の部分を鮮鋭化フィルタと呼ぶ。鮮鋭化フィルタは、アンシャープマスクUSMおよび調整係数mを用いて生成することができる。調整係数mは、画像のノイズや鮮鋭化の補正過剰や補正不足を考慮して値を決定される。ステップS14において、鮮鋭化処理部1053は、ステップS13にて生成したアンシャープマスクUSMを用いて、式(19)に基づき入力画像に対して鮮鋭化処理を実行する。
本発明は、上述の実施例の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
1051 取得部
1052 再構成処理部
1053 鮮鋭化処理部
Claims (16)
- 光学系を介した撮像により生成された撮影画像を取得する取得部と、
前記光学系の点像強度分布関数の近似に使用される係数データを用いて、離散化された前記点像強度分布関数を再構成する再構成処理部と、
再構成された前記点像強度分布関数の情報に基づいて、前記撮影画像に対するアンシャープマスク処理を行う鮮鋭化処理部と、を有し、
再構成された前記点像強度分布関数の離散化間隔は、像高に応じて異なることを特徴とする画像処理装置。 - 前記鮮鋭化処理部は、再構成された前記点像強度分布関数の情報に基づいて生成されたフィルタを用いて、前記撮影画像に対する前記アンシャープマスク処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記フィルタは、フィルタ係数が回転非対称に分布している二次元フィルタであることを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。
- 前記係数データは、前記フィルタのゲインを調整するための調整係数を含むことを特徴とする請求項請求項2または3に記載の画像処理装置。
- 前記調整係数は、前記像高に応じて異なることを特徴とする請求項4に記載の画像処理装置。
- 前記再構成処理部は、前記点像強度分布関数の離散化を調整する離散化係数を用いて前記点像強度分布関数を再構成することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 前記離散化係数は、撮像素子の画素ピッチに関する線形関数の係数であることを特徴とする請求項6に記載の画像処理装置。
- 前記離散化係数は前記像高に応じて異なることを特徴とする請求項6または7に記載の画像処理装置。
- 前記再構成処理部は、
前記離散化係数および撮像素子の画素ピッチを用いて前記係数データを更新し、
更新した係数データを用いて前記点像強度分布関数を再構成することを特徴とする請求項7または8に記載の画像処理装置。 - 前記点像強度分布関数は前記撮影画像の撮影条件に対応した点像強度分布関数であり、
前記撮影条件は、前記像高、焦点距離、F値、および、撮影距離のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の画像処理装置。 - 光学系を介して形成された光学像を光電変換する撮像素子と、
請求項1乃至10のいずれか1項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。 - 前記撮像装置は、前記撮像装置と通信可能であって前記光学系を有するレンズ装置が取り外し可能に装着されるように構成されており、
前記画像処理装置は、前記点像強度分布関数の離散化を調整する離散化係数を用いて前記点像強度分布関数を再構成し、
前記レンズ装置は、前記光学系に関する前記係数データおよび前記離散化係数を記憶する記憶部を備え、
前記撮像装置は前記レンズ装置と通信を行うことにより前記記憶部に記憶された前記係数データと前記離散化係数を取得することを特徴とする請求項11に記載の撮像装置。 - 光学系を介した撮像により生成された撮影画像を取得するステップと、
前記光学系の点像強度分布関数の近似に使用される係数データを用いて、離散化された前記点像強度分布関数を再構成するステップと、
再構成された前記点像強度分布関数の情報に基づいて、前記撮影画像に対するアンシャープマスク処理を行うステップと、を有し、
再構成された前記点像強度分布関数の離散化間隔は、像高に応じて異なることを特徴とする画像処理方法。 - コンピュータに、
光学系を介した撮像により生成された撮影画像を取得するステップと、
前記光学系の点像強度分布関数の近似に使用される係数データを用いて、離散化された前記点像強度分布関数を再構成するステップと、
再構成された前記点像強度分布関数の情報に基づいて、前記撮影画像に対するアンシャープマスク処理を行うステップと、を実行させる画像処理プログラムであって、
再構成された前記点像強度分布関数の離散化間隔は、像高に応じて異なることを特徴とする画像処理プログラム。 - 請求項14に記載の画像処理プログラムを記憶していることを特徴とする記憶媒体。
- 撮像素子を有する撮像装置に取り外し可能に装着され、前記撮像装置と通信可能なレンズ装置であって、
光学系と、
前記光学系の点像強度分布関数の近似に使用される係数データおよび前記点像強度分布関数を再構成する際の離散化間隔を像高に応じて異なる間隔に調整するための離散化係数を記憶する記憶部と、
を有し、
前記撮像装置は、
前記レンズ装置から送信された前記係数データおよび前記離散化係数を用いて、離散化された点像強度分布関数を再構成し、
再構成された前記点像強度分布関数の情報に基づいて、前記光学系を介した撮像により生成された撮影画像に対するアンシャープマスク処理を行うことを特徴とするレンズ装置。
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