JP5414752B2 - 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
ここで、Re(OTF)およびIm(OTF)はそれぞれ、光学伝達関数OTFの実部および虚部を表す。このように、撮像光学系の光学伝達関数OTFは、画像の振幅成分MTFと位相成分PTF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。また倍率色収差は、光の波長ごとの結像倍率の相違により結像位置がずれ、これを撮像装置の分光特性に応じて例えばRGBの色成分として取得することで発生する。従って、RGB間で結像位置がずれ、各色成分内にも波長ごとの結像位置のずれ、すなわち位相ずれによる像の広がりが発生する。
また、本発明の他の側面としての画像処理方法は、撮影画像の画像回復処理を行う画像処理方法であって、前記撮影画像の撮影条件に応じた係数データを用いて、前記撮影画像の位置に応じた撮像光学系の第1の光学伝達関数を再構成する工程と、前記第1の光学伝達関数を前記撮影画像の中心または前記撮像光学系の光軸の周りに回転させた形状を有する第2の光学伝達関数を生成するように、前記第1の光学伝達関数を展開する工程と、前記第2の光学伝達関数を用いて画像回復フィルタを生成する工程と、前記画像回復フィルタを用いて前記撮影画像の画像回復処理を行う工程と、を有する。
また、本発明の他の側面としての画像処理装置は、撮影画像の画像回復処理を行う画像処理装置であって、前記撮影画像の撮影条件に応じた係数データを用いて、前記撮影画像の位置に応じた撮像光学系の第1の光学伝達関数を再構成する再構成手段と、前記第1の光学伝達関数を前記撮影画像の中心または前記撮像光学系の光軸の周りに回転させた形状を有する第2の光学伝達関数を生成するように、前記第1の光学伝達関数を展開する展開手段と、前記第2の光学伝達関数を用いて画像回復フィルタを生成する生成手段と、前記画像回復フィルタを用いて前記撮影画像の画像回復処理を行う処理手段と、を有する。
また、本発明の他の側面としての撮像装置は、撮影画像の画像回復処理を行う撮像装置であって、撮像光学系と、前記撮像光学系を介して得られた被写体像を光電変換して前記撮影画像を生成する撮像素子と、前記撮影画像の撮影条件に応じた係数データを用いて、前記撮影画像の位置に応じた撮像光学系の第1の光学伝達関数を再構成する再構成手段と、前記第1の光学伝達関数を前記撮影画像の中心または前記撮像光学系の光軸の周りに回転させた形状を有する第2の光学伝達関数を生成するように、前記第1の光学伝達関数を展開する展開手段と、前記第2の光学伝達関数を用いて画像回復フィルタを生成する生成手段と、前記画像回復フィルタを用いて前記撮影画像の画像回復処理を行う処理手段と、を有する。
また、本発明の他の側面としての画像処理プログラムは、撮影画像の画像回復処理を行う画像処理プログラムであって、前記撮影画像の撮影条件に応じた係数データを用いて、前記撮影画像の位置に応じた撮像光学系の第1の光学伝達関数を再構成する工程と、前記第1の光学伝達関数を前記撮影画像の中心または前記撮像光学系の光軸の周りに回転させた形状を有する第2の光学伝達関数を生成するように、前記第1の光学伝達関数を展開する工程と、前記第2の光学伝達関数を用いて画像回復フィルタを生成する工程と、前記画像回復フィルタを用いて前記撮影画像の画像回復処理を行う工程と、を情報処理装置に実行させる。
[入力画像]
入力画像は、撮像光学系を介して撮像素子で受光することで得られたデジタル画像(撮影画像)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、レンズだけでなく曲率を有するミラー(反射面)を用いて構成することもできる。
[画像回復処理]
続いて、画像回復処理の概要について説明する。撮影画像(劣化画像)をg(x,y)、もとの画像をf(x,y)、光学伝達関数OTFのフーリエペアである点像分布関数PSFをh(x,y)としたとき、以下の式(1)が成立する。
ここで、*はコンボリューション(畳み込み積分、積和)、(x,y)は撮影画像上の座標である。
ここで、Hは点像分布関数PSF(h)をフーリエ変換することにより得られた光学伝達関数OTFであり、G,Fはそれぞれ劣化した画像g、もとの画像f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。
そして、F(u,v)、すなわちG(u,v)/H(u,v)を逆フーリエ変換して実面に戻すことにより、もとの画像f(x,y)が回復画像として得られる。
ここで、R(x,y)は画像回復フィルタと呼ばれる。画像が2次元画像である場合、一般的に、画像回復フィルタR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、画像回復フィルタRのタップ数(セルの数)は、一般的に多いほど回復精度が向上する。このため、要求画質、画像処理能力、収差の特性等に応じて実現可能なタップ数が設定される。画像回復フィルタR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、従来の水平垂直各3タップ程度のエッジ強調フィルタ(ハイパスフィルタ)などとは異なる。画像回復フィルタRは光学伝達関数OTFに基づいて設定されるため、振幅成分および位相成分の劣化の両方を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) … (5−2)
ここで、Nはノイズ成分である。
[補正制御情報]
補正制御情報は、画像処理装置301、撮像機器302、または、出力機器305のいずれの機器にて補正処理を行うかに関する設定情報と、これに伴い他の機器に伝送するデータの選択情報から構成される。例えば、撮像機器302内で回復画像を生成する場合、係数データを伝送する必要はない。一方、撮像機器302から補正前の画像を取得して画像処理装置301で回復画像を生成する場合、係数データ、タップ数情報、レンズID、撮像素子ナイキスト情報、および、撮影条件等を伝送する。または、撮影に使用された撮像機器302の撮像機器情報や撮像条件情報に基づいて、予め画像処理装置301に保持された係数データから選択し、必要に応じて補正して用いるように構成してもよい。
[撮像機器情報]
撮像機器情報は、撮像機器302の識別情報である。レンズがカメラ本体に対して交換可能に装着される場合、その組み合わせを含む識別情報である。例えば、上述のレンズIDがこれに相当する。
[撮像条件情報]
撮像条件情報は、撮影時の撮像機器302の状態に関する情報である。例えば、焦点距離、絞り値、撮影距離、ISO感度、または、ホワイトバランス設定などである。
[撮像機器個別情報]
撮像機器個別情報は、上述の撮像機器情報に対して、個々の撮像機器の識別情報である。製造誤差のばらつきにより撮像機器302の光学伝達関数(OTF)には個体ばらつきがある。このため、撮像機器個別情報は、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、係数データや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、または、シェーディング補正などの設定値である。予め製造誤差の状態が把握されている場合、画像回復フィルタ生成に用いられる初期データを補正することで、より高精度な画像回復処理を行うことができる。
[係数データ群]
係数データ群は、位相劣化の補正に用いられる係数データのセットである。画像回復処理を行う機器が係数データを有していない場合、別の機器から係数データを伝送する必要がある。
[ユーザ設定情報]
ユーザ設定情報は、ユーザの好みに応じた先鋭度(回復の度合)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。ユーザは、補正パラメータを可変に設定可能であるが、ユーザ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。またユーザ設定情報は、ユーザにより設定された補正パラメータの履歴に基づいて、学習機能を用いてユーザが最も好む先鋭度に更新されることが好ましい。さらに、撮像機器302の提供者(メーカ)がいくつかの先鋭度パターンに応じたプリセット値をネットワークや記憶媒体303を介して提供することもできる。
121:画像回復情報保持部
122:OTF再構成部
123:フィルタ処理部
Claims (21)
- 撮影画像の画像回復処理を行う画像処理方法であって、
前記撮影画像の撮影条件に応じた係数データを用いて、前記撮影画像の位置に応じた撮像光学系の光学伝達関数を再構成する工程と、
前記光学伝達関数を前記撮影画像の中心または前記撮像光学系の光軸の周りに回転させて該光学伝達関数を展開する工程と、
展開された光学伝達関数を用いて画像回復フィルタを生成する工程と、
前記画像回復フィルタを用いて前記撮影画像の画像回復処理を行う工程と、を有することを特徴とする画像処理方法。 - 前記撮影画像の位置は、前記撮影画像の中心または前記撮像光学系の光軸から所定の方向に互いに異なる距離で配列された複数の位置であることを特徴とする請求項1に記載の画像処理方法。
- 前記所定の方向は、前記撮影画像の水平方向または垂直方向であることを特徴とする請求項2に記載の画像処理方法。
- 前記画像回復フィルタは、前記撮影画像の第1の位置における第1の画像回復フィルタ、および、該撮影画像の第2の位置における第2の画像回復フィルタを有し、
前記第1の画像回復フィルタは、前記展開された光学伝達関数を用いて生成され、
前記第2の画像回復フィルタは、前記第1の画像回復フィルタを用いて補間することにより生成される、ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像処理方法。 - 前記展開された光学伝達関数に、前記撮影画像の中心または撮像光学系の光軸に対して回転非対称な伝達関数を適用する工程を更に有し、
前記回転非対称な伝達関数が適用された光学伝達関数を用いて前記画像回復フィルタを生成することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像処理方法。 - 前記回転非対称な伝達関数は、光学ローパスフィルタの伝達関数であることを特徴とする請求項5に記載の画像処理方法。
- 前記回転非対称な伝達関数は、撮像素子の画素開口形状の伝達関数であることを特徴とする請求項5に記載の画像処理方法。
- 前記係数データは、前記撮像光学系の光学伝達関数の設計値または測定値を近似した関数の係数データであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の画像処理方法。
- 前記撮像光学系の光学伝達関数は、実部および虚部を有し、
前記係数データは、前記実部および前記虚部のそれぞれの係数データであることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の画像処理方法。 - 前記係数データは、前記光学伝達関数の定義域の一部の係数データであり、
前記光学伝達関数は、前記撮影画像の中心または撮像光学系の光軸に対する対称性を利用して定義域全体に展開されることを特徴とする請求項9に記載の画像処理方法。 - 前記画像回復フィルタを生成する工程は、
前記撮影画像の中心または前記撮像光学系の光軸を通り互いに直交する2つの直線により分けられる前記撮影画像の4領域のうち、1つの領域の画像を回復するために用いられる画像回復フィルタを生成する工程と、前記1つの領域の画像を回復するために用いられる画像回復フィルタを用いて、他の領域の画像を回復するために用いられる画像回復フィルタを生成する工程を含むことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の画像処理方法。 - 前記他の領域の画像回復フィルタは、前記1つの領域の画像回復フィルタを反転することにより生成されることを特徴とする請求項11に記載の画像処理方法。
- 前記撮影画像の中心または前記撮像光学系の光軸を通り互いに直交する2つの直線により分けられる前記撮影画像の4領域の1つの領域を第1領域とし、前記撮影画像の中心または撮像光学系の光軸上の点に対して前記第1領域と点対称な領域を第2領域とし、前記撮影画像の中心または前記撮像光学系の光軸上の点を通る直線に対して前記第1領域と線対称な領域を第3領域とするとき、
前記第1領域の光学伝達関数を用いて前記第2領域または前記第3領域の光学伝達関数を生成する工程を有することを特徴とすることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の画像処理方法。 - 前記撮影画像の中心または前記撮像光学系の光軸を通り互いに直交する2つの直線により分けられる前記撮影画像の4領域のうち1つの領域を第1領域とし、前記撮影画像の中心または撮像光学系の光軸上の点に対して前記第1領域と点対称な領域を第2領域とし、前記撮影画像の中心または前記撮像光学系の光軸上の点を通る直線に対して前記第1領域と線対称な領域を第3領域とするとき、
前記第1領域の光学伝達関数を用いて前記第1領域の画像回復フィルタを生成し、前記第1領域の画像回復フィルタを用いて、前記第2領域または前記第3領域の画像回復フィルタを生成する工程を有することを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の画像処理方法。 - 撮影画像の画像回復処理を行う画像処理装置であって、
前記撮影画像の撮影条件に応じた係数データを用いて、前記撮影画像の位置に応じた撮像光学系の光学伝達関数を再構成する再構成手段と、
前記光学伝達関数を前記撮影画像の中心または前記撮像光学系の光軸の周りに回転させて該光学伝達関数を展開する展開手段と、
展開された光学伝達関数を用いて画像回復フィルタを生成する生成手段と、
前記画像回復フィルタを用いて前記撮影画像の画像回復処理を行う処理手段と、を有することを特徴とする画像処理装置。 - 撮影画像の画像回復処理を行う撮像装置であって、
撮像光学系と、
前記撮像光学系を介して得られた被写体像を光電変換して前記撮影画像を生成する撮像素子と、
前記撮影画像の撮影条件に応じた係数データを用いて、前記撮影画像の位置に応じた撮像光学系の光学伝達関数を再構成する再構成手段と、
前記光学伝達関数を前記撮影画像の中心または前記撮像光学系の光軸の周りに回転させて該光学伝達関数を展開する展開手段と、
展開された光学伝達関数を用いて画像回復フィルタを生成する生成手段と、
前記画像回復フィルタを用いて前記撮影画像の画像回復処理を行う処理手段と、を有することを特徴とする撮像装置。 - 撮影画像の画像回復処理を行う画像処理プログラムであって、
前記撮影画像の撮影条件に応じた係数データを用いて、前記撮影画像の位置に応じた撮像光学系の光学伝達関数を再構成する工程と、
前記光学伝達関数を前記撮影画像の中心または前記撮像光学系の光軸の周りに回転させて該光学伝達関数を展開する工程と、
展開された光学伝達関数を用いて画像回復フィルタを生成する工程と、
前記画像回復フィルタを用いて前記撮影画像の画像回復処理を行う工程と、を情報処理装置に実行させることを特徴とする画像処理プログラム。 - 撮影画像の画像回復処理を行う画像処理方法であって、
前記撮影画像の撮影条件に応じた係数データを用いて、前記撮影画像の位置に応じた撮像光学系の第1の光学伝達関数を再構成する工程と、
前記第1の光学伝達関数を前記撮影画像の中心または前記撮像光学系の光軸の周りに回転させた形状を有する第2の光学伝達関数を生成するように、前記第1の光学伝達関数を展開する工程と、
前記第2の光学伝達関数を用いて画像回復フィルタを生成する工程と、
前記画像回復フィルタを用いて前記撮影画像の画像回復処理を行う工程と、を有することを特徴とする画像処理方法。 - 撮影画像の画像回復処理を行う画像処理装置であって、
前記撮影画像の撮影条件に応じた係数データを用いて、前記撮影画像の位置に応じた撮像光学系の第1の光学伝達関数を再構成する再構成手段と、
前記第1の光学伝達関数を前記撮影画像の中心または前記撮像光学系の光軸の周りに回転させた形状を有する第2の光学伝達関数を生成するように、前記第1の光学伝達関数を展開する展開手段と、
前記第2の光学伝達関数を用いて画像回復フィルタを生成する生成手段と、
前記画像回復フィルタを用いて前記撮影画像の画像回復処理を行う処理手段と、を有することを特徴とする画像処理装置。 - 撮影画像の画像回復処理を行う撮像装置であって、
撮像光学系と、
前記撮像光学系を介して得られた被写体像を光電変換して前記撮影画像を生成する撮像素子と、
前記撮影画像の撮影条件に応じた係数データを用いて、前記撮影画像の位置に応じた撮像光学系の第1の光学伝達関数を再構成する再構成手段と、
前記第1の光学伝達関数を前記撮影画像の中心または前記撮像光学系の光軸の周りに回転させた形状を有する第2の光学伝達関数を生成するように、前記第1の光学伝達関数を展開する展開手段と、
前記第2の光学伝達関数を用いて画像回復フィルタを生成する生成手段と、
前記画像回復フィルタを用いて前記撮影画像の画像回復処理を行う処理手段と、を有することを特徴とする撮像装置。 - 撮影画像の画像回復処理を行う画像処理プログラムであって、
前記撮影画像の撮影条件に応じた係数データを用いて、前記撮影画像の位置に応じた撮像光学系の第1の光学伝達関数を再構成する工程と、
前記第1の光学伝達関数を前記撮影画像の中心または前記撮像光学系の光軸の周りに回転させた形状を有する第2の光学伝達関数を生成するように、前記第1の光学伝達関数を展開する工程と、
前記第2の光学伝達関数を用いて画像回復フィルタを生成する工程と、
前記画像回復フィルタを用いて前記撮影画像の画像回復処理を行う工程と、を情報処理装置に実行させることを特徴とする画像処理プログラム。
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