JP6055332B2 - 画像処理装置、撮像装置、制御方法、及びプログラム - Google Patents
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Description
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する一実施形態は、画像処理装置の一例としての、同一時間に同一被写体を異なる位置で撮像して得られた複数の画像信号を取得可能な撮像装置を有するカメラシステムに、本発明を適用した例を説明する。しかし、本発明は、同一時間に同一被写体を異なる位置で撮像して得られた複数の画像信号を取得可能な任意の機器に適用可能である。
本実施形態のデジタルカメラ100が有する撮像部102から出力され、所定の現像に係る画像処理が適用されて得られた画像信号。LFデータの各画素は、通過した撮像光学系202の分割瞳領域と入射方向との組み合わせが異なる光束に対応する信号強度を示す。LFデータは、光線空間情報とも呼ばれる。
LFデータから生成される、任意の焦点面の位置に合焦した画像。具体的にはLFデータから同一の分割瞳領域を通過した画素で生成される複数(瞳分割数)の分割瞳画像について、生成する被写体距離に存在する被写体の像が一致するように位置合わせを行い、対応する画素の画素値を合算(重ね合わせ)することで得られる画像。
図1は、本発明の実施形態に係るカメラシステムに含まれる、デジタルカメラ100及びレンズ200の機能構成を示すブロック図である。
カメラ制御部101は、例えばCPUであり、不図示のROM及びRAMを内蔵する。カメラ制御部101は、デジタルカメラ100が有する各ブロックの動作プログラムをROMから読み出し、RAMに展開して実行することにより、デジタルカメラ100が有する各ブロックの動作制御を行う。またカメラ制御部101は、撮像部102から出力される画像信号の解析により決定した焦点位置の情報や、決定した露出設定に対応する絞り値等の情報を、電気接点107を介してレンズ200に送信する。
レンズ制御部201は、例えばCPUであり、不図示のROM及びRAMを内蔵する。レンズ制御部201は、ROMに格納されているレンズ200が有する各ブロックの動作プログラムを読み出し、RAMに展開して実行することにより、各ブロックの動作を制御する。レンズ制御部201は、電気接点107を介してカメラ制御部101より焦点位置や絞り値の情報を受信すると、該情報をレンズ駆動部203に伝送し、撮像光学系202の対応する光学部材を駆動させる。
以下、本実施形態に係る画像処理部103の、再構成画像の生成処理に係る構成を図3を用いて説明する。図3は、再構成画像の生成処理に係る構成をハードウェアとして実現する場合の構成例を示しているが、本発明の実施においては該構成をソフトウェアとして実装して実現してもよい。
時間内位相差検出部311及び同一瞳内位相差検出部313は、それぞれ入力された2つの画像間の位相差を検出する比較器312及び比較器314を有している。各比較器には輝度画像に変換された2つの分割瞳画像が入力される。ここで、比較器312または314の動作について、図4を用いて詳細を説明する。
で算出することができる。このとき、SADが最小となるΔxが、最小となる位相差に相当する。なお、探索は画素単位で行われる必要はない。
で算出することができる。
で算出することができる。
ここで、合成部315における再構成画像の生成に用いる分割瞳画像を、撮影シーンや用途に応じて選択する方法について図6を参照して説明する。図6の各図では、図3において説明した分割瞳画像と同様に、同一時間に撮影されたLFデータから生成された分割瞳画像については同一の参照番号と、対応している分割瞳領域を識別する参照符号1〜nとが付されている。また異なる時間に撮影されたLFデータから生成された分割瞳画像については、異なる参照番号601〜604が付されている。また、各図では、合成部315において再構成画像の生成に用いる分割瞳画像はハッチングされて示される。
低照度シーンにおいて被写体を明るくとらえた画像を得るためには、露光量を多くする必要がある。しかしながら、露光量を増加させるために1回の撮影に係る露光時間を長くすると手ブレの影響を受けて得られる画像にボケが生じる。一般的には撮像光学系202の焦点位置の逆数よりも露光時間が長くなった場合、1回の撮影に係る露光中にブレの影響を受ける。このため通常の撮像装置では、1回の露光時間が撮像光学系202の焦点位置の逆数よりも短い撮影を複数回行い、得られた複数の画像を合成することでブレを軽減しつつ被写体像の明るさを確保した画像を撮影する方法が採られている(電子手ブレ補正)。
噴水の水が流れている様子を撮影する場合等、時間方向に広がりをもつ画像を生成したい場合は、通常の撮像装置では長秒露光撮影(露光時間が長い)が使用される。また特に風景シーンの撮影においては、被写界深度を深くすることが好ましい。このような撮影においては、長秒露光により増加する露出量を調整する必要がある。通常、絞りを絞り状態とすることで被写界深度を深くするとともに露光量を制限し、かつNDフィルタ等の減光作用を有するフィルタを適用することで露出制御が行われる。
焦点位置がズレていることを強調した画像、あるいは焦点位置がいずれにあるかを表現した画像を生成する場合は、任意の方向に視差を有する関係にある分割瞳画像のうち、その視差の量が相対的に大きい画像を選択して合成すればよい。
低照度シーンについては、1回の露光時間を制限することで手ブレの影響を回避することについて説明した。しかしながら、被写体が乗り物等の高速に移動する物体等であった場合、露光時間を制限したとしても被写体ブレ、所謂モーションブラーの影響を回避することは難しい。このようなモーションブラーが発生しうる撮影シーンにおいては、「Coded Exposure」という手法をとることで、ブラーを生じさせる移動関数を解析し、ブラーの復元を行うことができる。具体的には「Coded Exposure」では、露光時間を特定のパターンにコード化することで、それぞれの露光時間でのブラー量を解析することで、移動被写体の移動関数を解析している。
上述した長秒露光撮影とは反対に、時間方向に広がりをもたない、特定の時間を画像として切り出したいような用途では、図6(e)のように再構成画像の生成処理に用いる分割瞳画像を、時間方向に制限すればよい。このとき、光量を得るために同一時間についての分割瞳画像は多く選択し、位置合わせして合成することにより、主被写体について合焦し、かつ主被写体の動きを静止させたように表現した再構成画像を生成することができる。
LFデータの時分割撮影において、露光量を制御することで、ダイナミックレンジを拡張した再構成画像を生成することもできる。即ち、時分割撮影において適正露光となる適正露出時間よりも短い時間で撮影したアンダーのLFデータと、適正露出時間よりも長い時間で撮影したオーバーのLFデータとを取得すればよい。つまり、図6(f)に示すように、アンダーのLFデータから生成された分割瞳画像601−1乃至nと、オーバーのLFデータから生成された分割瞳画像602−1乃至nとを用いることで、ダイナミックレンジを拡張した再構成画像を生成できる。なお、図では露光時間が異なることを示すために、分割瞳画像601と分割瞳画像602とでハッチングパターンを異ならせている。
デジタルカメラ100がフラッシュ等の投光部を有する場合、投光色を変化させて被写体に投光することで、物体の色推定を行うことができる。具体的には図6(g)においてハッチングを異ならせて示すように、LFデータの時分割撮影においてそれぞれ投光色をR、G、Bと変化させて露光を行う。そして各露光の結果得られたLFデータから生成された分割瞳画像を全て合成して得られた画像から物体の色を推定し、ホワイトバランスの調整に利用する。
上述した実施形態1では、時間内位相差検出部311及び同一瞳内位相差検出部313において、分割瞳画像の全領域について検出して得られた位相差を、主被写体についての位相差として取得するものとしていた。本実施形態の画像処理部103では、図7に示されるように、人物の顔等、特定の被写体について位相差を検出する被写体検出部700を有する。
本実施形態の画像処理部103では、合成部315が図8に示すように時間内合成部811の各合成器812と同一瞳内合成部813とに分かれている。
本実施形態の画像処理部103では、図9に示すように、実施形態3の画像処理部103の構成と時間内位相差検出部311がない点で異なっている。同一時間に撮影されたLFデータから生成された分割瞳画像は、位相差の検出が行われず、時間内合成部811の各合成器812で被写体像の位置合わせをすることなく合成され、時間内合成画像として出力される。
[実施形態5]
本実施形態では、撮影されたLFデータから、視点を変更した視点変更画像を後ほど確認したい場合における再構成画像の生成処理に係る画像処理部103の構成について説明する。本実施形態の画像処理部103では、実施形態3及び4で示した構成とは異なり、先に時間方向の合成を行って同一瞳内合成画像を生成した後、該同一瞳内合成画像を合成して再構成画像を生成する。
本実施形態では、デジタルカメラ100が三脚等に固定されて撮影が行われる場合、即ち手ブレが発生しない場合における再構成画像の生成処理に係る画像処理部103の構成について説明する。本実施形態の画像処理部103では、図11に示すように、実施形態5の画像処理部103の構成と同一瞳内位相差検出部313がない点で異なる。
上述した実施形態1乃至5ではデジタルカメラ100の画像処理部103において再構成画像の生成処理が行われるものとして説明した。しかしながら、本発明の実施はこれに限らず、図12(a)に示すようなデジタルカメラ100に接続されたPC1200、あるいはLFデータまたは分割瞳画像が記録媒体に記録されているPC1200において行われてもよい。
本発明は、図1及び2を用いて説明した光学系の構成に限らず、図13に示すような他の光学系についても適用可能である。図13は物体(被写体)からの光束が撮像素子109上に結像する状態を模式的に示した図である。図13(a)は図2で説明した光学系と対応しており、撮像光学系202の結像面近傍にマイクロレンズアレイ108を配置した例である。図13(b)は撮像光学系202の結像面よりも物体寄りにマイクロレンズアレイ108を配置した例である。図13(c)は撮像光学系202の結像面よりも物体から遠い側にマイクロレンズアレイ108を配置した例である。
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(プログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。
Claims (15)
- 複数のタイミングのそれぞれについて、同一被写体を異なる視点につき撮像して得られた複数の画像を取得する取得手段と、
同一のタイミングについて得られた前記画像間の像の位相差を検出する第1の検出手段と、
同一の視点につき異なるタイミングに撮像して得られた前記画像間の像の位相差を検出する第2の検出手段と、
前記取得手段により得られた画像のうちの少なくとも一部の画像を、前記第1の検出手段及び前記第2の検出手段の少なくともいずれかにより検出された位相差を解消するように合成して出力画像を生成する生成手段と、
前記生成手段による前記出力画像の生成条件を設定する設定手段と、を有し、
前記生成手段は、前記設定手段により設定された前記出力画像の生成条件の情報に従って、前記合成に用いる画像と解消する位相差とを選択して前記出力画像を生成する
ことを特徴とする画像処理装置。 - 前記生成手段は、前記設定手段により特定の被写体の焦点状態を保持する設定がなされた場合に、少なくとも前記第1の検出手段により検出された位相差を解消するように合成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。
- 前記生成手段は、前記設定手段により撮影時の手ブレの影響を解消する設定がなされた場合に、少なくとも前記第2の検出手段により検出された位相差を解消するように合成を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の画像処理装置。
- 前記生成手段は、前記設定手段により長秒露光撮影に相当する画像を生成する設定がなされた場合に、前記取得手段により取得された画像のうち、一部の視点につき複数のタイミングに撮像して得られた画像を、前記出力画像の生成において合成す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装置。
- 前記生成手段は、前記設定手段により合焦している被写体が強調された画像を生成する設定がなされた場合に、前記取得手段により取得された画像のうち、像の視差量が相対的に大きい関係にある複数の視点につき撮像して得られた画像を、少なくとも同一のタイミングに得られた画像間での像の位相差を解消することなく合成して前記出力画像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装置。
- 予め定められた複数の時間帯に撮像された画像をグループとし、各グループについて少なくとも一部の視点につき撮像して得られた画像を画像間の像の位相差を解消して合成し、得られた合成画像を解析することで被写体ブレに係る情報を取得する解析手段をさらに有し、
前記生成手段は、前記設定手段により被写体ブレの影響を解消する設定がなされた場合に、前記解析手段により得られた前記被写体ブレに係る情報に応じて前記被写体ブレの影響を解消した前記出力画像を生成する
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。 - 前記取得手段により取得された画像について、特定の被写体の像を検出する検出手段をさらに有し、
前記生成手段は、前記検出手段により検出された前記特定の被写体の像の位相差が解消されるように合成を行う
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の画像処理装置。 - 前記生成手段は、前記取得手段により取得された画像のうちの少なくとも一部の画像を、同一のタイミングについて得られた画像の前記第1の検出手段により検出された位相差を解消するように合成した後、該合成により得られた画像について前記第2の検出手段により検出された位相差を解消するように合成して前記出力画像を生成す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装置。
- 前記生成手段は、前記取得手段により取得された画像が、該画像を撮像した撮像装置が固定された状態で撮像した画像である場合に、前記取得手段により取得された画像のうちの少なくとも一部の画像を、異なるタイミングに撮像して得られた画像について像の位相差を解消する位置合わせを行うことなく合成した後、該合成により得られた画像について前記第1の検出手段により検出された位相差を解消するように合成して前記出力画像を生成す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装置。
- 前記同一被写体を異なる視点につき撮像して得られた複数の画像は、画素の各々が撮像装置の撮像光学系において通過した分割瞳領域及び入射方向の組み合わせが異なる光束に対応した画像信号から、同一の分割瞳領域を通過した光束に対応する画素を結合させることで各々得られる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。
- 複数のタイミングのそれぞれについて、同一被写体を異なる視点につき撮像して得られた複数の画像を出力する撮像手段と、
前記撮像手段により出力された、同一のタイミングについて得られた前記画像間の像の位相差を検出する第1の検出手段と、
前記撮像手段により出力された、同一の視点につき異なるタイミングに撮像して得られた前記画像間の像の位相差を検出する第2の検出手段と、
前記撮像手段により出力された画像のうちの少なくとも一部の画像を、前記第1の検出手段及び第2の検出手段の少なくともいずれかにより検出された位相差を解消するように合成して出力画像を生成する生成手段と、
前記生成手段による前記出力画像の生成条件を設定する設定手段と、を有し、
前記生成手段は、前記設定手段により設定された前記出力画像の生成条件の情報に従って、前記合成に用いる画像と解消する位相差とを選択して前記出力画像を生成する
ことを特徴とする撮像装置。 - 画像処理装置の取得手段が、複数のタイミングのそれぞれについて、異なる視点につき撮像して得られた複数の画像を取得する取得工程と、
前記画像処理装置の第1の検出手段が、同一のタイミングについて得られた前記画像間の像の位相差を検出する第1の検出工程と、
前記画像処理装置の第2の検出手段が、同一の視点につき異なるタイミングに撮像して得られた前記画像間の像の位相差を検出する第2の検出工程と、
前記画像処理装置の生成手段が、前記取得工程において得られた画像のうちの少なくとも一部の画像を、前記第1の検出工程及び前記第2の検出工程の少なくともいずれかにおいて検出された位相差を解消するように合成して出力画像を生成する生成工程と、
前記画像処理装置の設定手段が、前記生成工程における前記出力画像の生成条件を設定する設定工程と、を有し、
前記生成手段は前記生成工程において、前記設定工程において設定された前記出力画像の生成条件の情報に従って、前記合成に用いる画像と解消する位相差とを選択して前記出力画像を生成する
ことを特徴とする画像処理装置の制御方法。 - 撮像装置の撮像手段が、複数のタイミングのそれぞれについて、同一被写体を異なる視点につき撮像し、得られた複数の画像を出力する撮像工程と、
前記撮像装置の第1の検出手段が、前記撮像工程において出力された、同一のタイミングについて得られた前記画像間の像の位相差を検出する第1の検出工程と、
前記撮像装置の第2の検出手段が、前記撮像工程において出力された、同一の視点につき異なるタイミングに撮像して得られた前記画像間の像の位相差を検出する第2の検出工程と、
前記撮像装置の生成手段が、前記撮像工程において出力された画像のうちの少なくとも一部の画像を、前記第1の検出工程及び第2の検出工程の少なくともいずれかにおいて検出された位相差を解消するように合成して出力画像を生成する生成工程と、
前記撮像装置の設定手段が、前記生成工程における前記出力画像の生成条件を設定する設定工程と、を有し、
前記生成手段は前記生成工程において、前記設定工程において設定された前記出力画像の生成条件の情報に従って、前記合成に用いる画像と解消する位相差とを選択して前記出力画像を生成する
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乃至10のいずれか1項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。
- コンピュータに、請求項13に記載の撮像装置の制御方法の各工程を実行させるためのプログラム。
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