(57)【要約】  ひとつの撮像系から一度の露光動作により出力される画像信号を用いて複数の視差画像を生成する場合、被写体光束が撮像素子の各画素へ入射する入射角の違いにより、視差画像間に色味の違いが生じるという課題が存在した。  そこで、少なくとも一部の光電変換素子のそれぞれに対応してカラーフィルタと開口マスクを備え、少なくとも２つの視差画像データを出力する撮像素子から視差画像データを取得する画像データ取得部と、撮像素子における光電変換素子の位置および開口マスクの開口偏位の少なくとも一方に基づいて、視差画像データ間に生じる対応画素の色バランス崩れを補正する補正部とを備える画像処理装置を提供する。
2012132270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部の光電変換素子のそれぞれに対応してカラーフィルタと開口マスクを備え、少なくとも２つの視差画像データを出力する撮像素子から前記視差画像データを取得する画像データ取得部と、
前記撮像素子における前記光電変換素子の位置および前記開口マスクの開口偏位の少なくとも一方に基づいて、前記視差画像データ間に生じる対応画素の色バランス崩れを補正する補正部と
を備える画像処理装置。
【請求項２】
前記視差画像データの取得時における撮影レンズのレンズ情報を取得するレンズ情報取得部を備え、
前記補正部は、前記レンズ情報を加味して前記色バランス崩れを補正する請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記レンズ情報は、前記撮影レンズの瞳位置情報を含む請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記レンズ情報は、前記視差画像データの取得時における絞り情報を含む請求項２または３に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記レンズ情報は、前記撮影レンズの瞳における径方向に対する透過率情報を含む請求項２から４のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記視差画像データの取得時における合焦情報を取得する合焦情報取得部を備え、
前記補正部は、前記合焦情報を加味して前記色バランス崩れを補正する請求項１から５のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項７】
前記画像データ取得部は、前記撮像素子から前記視差画像データと共に出力される非視差画像データを取得し、
前記補正部は、前記非視差画像データの対応画素を参照して前記色バランス崩れを補正する請求項１から６のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項８】
前記撮像素子と請求項１から７のいずれか１項に記載の画像処理装置を含む撮像装置であって、
前記撮像素子は、
隣接するｎ個（ｎは３以上の整数）の前記光電変換素子のうち、少なくとも３つに対応して設けられたそれぞれの前記開口マスクの開口は、互いに異なる波長帯域を透過させる少なくとも２種類の前記カラーフィルタから構成されるカラーフィルターパターンの一パターン内に含まれると共に、入射光の断面領域内の互いに異なる部分領域からの光束をそれぞれ通過させるように位置づけられ、前記ｎ個の前記光電変換素子を一組とする光電変換素子群が周期的に配列されており、
前記開口マスクが設けられた前記光電変換素子の出力信号に基づいて前記視差画像データを出力する撮像装置。
【請求項９】
少なくとも一部の光電変換素子のそれぞれに対応してカラーフィルタと開口マスクを備え、少なくとも２つの視差画像データを出力する撮像素子から前記視差画像データを取得する画像データ取得ステップと、
前記撮像素子における前記光電変換素子の位置および前記開口マスクの開口偏位の少なくとも一方に基づいて、前記視差画像データ間に生じる対応画素の色バランス崩れを補正する補正ステップと
をコンピュータに実行させる画像処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理装置、撮像装置および画像処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
２つの撮影光学系を用いて、右目用の画像と左目用の画像とから成るステレオ画像を撮像するステレオ撮像装置が知られている。このようなステレオ撮像装置は、２つの撮像光学系を一定の間隔で配置することにより、同一の被写体を撮像して得られる２つの画像に視差を生じさせる。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］  特開平８−４７００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
右目用の画像と左目用の画像を独立した２つの撮像系で取得する場合であれば、被写体光束がそれぞれの撮像素子へ入射する入射角の違いを事実上無視し得る。しかし、ひとつの撮像系から一度の露光動作により出力される画像信号を用いて複数の視差画像を生成する場合、被写体光束が撮像素子の各画素へ入射する入射角の違いにより、視差画像間に色味の違いが生じるという課題が存在した。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様における画像処理装置は、少なくとも一部の光電変換素子のそれぞれに対応してカラーフィルタと開口マスクを備え、少なくとも２つの視差画像データを出力する撮像素子から視差画像データを取得する画像データ取得部と、撮像素子における光電変換素子の位置および開口マスクの開口偏位の少なくとも一方に基づいて、視差画像データ間に生じる対応画素の色バランス崩れを補正する補正部とを備える。【０００５】
本発明の第２の態様における撮像装置は、上記画像処理装置と撮像素子を含み、撮像素子は、隣接するｎ個（ｎは３以上の整数）の光電変換素子のうち、少なくとも３つに対応して設けられたそれぞれの開口マスクの開口は、互いに異なる波長帯域を透過させる少なくとも２種類のカラーフィルタから構成されるカラーフィルターパターンの一パターン内に含まれると共に、入射光の断面領域内の互いに異なる部分領域からの光束をそれぞれ通過させるように位置づけられ、ｎ個の光電変換素子を一組とする光電変換素子群が周期的に配列されている。そして、撮像装置は、開口マスクが設けられた光電変換素子の出力信号に基づいて視差画像データを出力する。【０００６】
本発明の第３の態様における画像処理プログラムは、少なくとも一部の光電変換素子のそれぞれに対応してカラーフィルタと開口マスクを備え、少なくとも２つの視差画像データを出力する撮像素子から視差画像データを取得する画像データ取得ステップと、撮像素子における光電変換素子の位置および開口マスクの開口偏位の少なくとも一方に基づいて、視差画像データ間に生じる対応画素の色バランス崩れを補正する補正ステップとをコンピュータに実行させる。【０００７】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係るデジタルカメラの構成を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態に係る撮像素子の断面を表す概略図である。
【図３】撮像素子の一部を拡大した様子を表す概略図である。
【図４】視差画素と被写体の関係を説明する概念図である。
【図５】視差画像を生成する処理を説明する概念図である。
【図６】繰り返しパターンの他の例を示す図である。
【図７】二次元的な繰り返しパターンの例を示す図である。
【図８】開口部の他の形状を説明する図である。
【図９】ベイヤー配列を説明する図である。
【図１０】ベイヤー配列に対する視差画素の割り振りについて、視差画素の種類が２つである場合のバリエーションを説明する図である。
【図１１】バリエーションの一例を示す図である。
【図１２】他のバリエーションの一例を示す図である。
【図１３】他のバリエーションの一例を示す図である。
【図１４】視差画像と２Ｄ画像の生成過程を示す概念図である。
【図１５】カラーフィルタに対する主光線の入射角の違いを説明する図である。
【図１６】視差画像間における色バランス崩れの概念を示す図である。
【図１７】カラーフィルタに対する主光線の入射角と透過率の関係を示す図である。
【図１８】瞳位置の異なるレンズユニットが装着された場合における、主光線の入射角の違いを説明する図である。
【図１９】色バランス崩れを補正する処理フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１０】
撮像装置の一形態である本実施形態に係るデジタルカメラは、１つのシーンについて複数の視点数の画像を一度の撮影により生成できるように構成されている。互いに視点の異なるそれぞれの画像を視差画像と呼ぶ。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態に係るデジタルカメラ１０の構成を説明する図である。デジタルカメラ１０は、本体ユニット３０と本体ユニット３０に着脱できるレンズユニット５０とから構成される。レンズユニット５０が備える撮影レンズ２０は、光軸２１に沿って入射する被写体光束を、本体ユニット３０が備える撮像素子１００へ導く。本実施形態においては、デジタルカメラ１０を、レンズユニット５０が交換できるレンズ交換式カメラとして説明するが、レンズユニット５０が本体ユニット３０と一体的に構成されるタイプのカメラであっても良い。
【００１２】
本体ユニット３０は、撮像素子１００、制御部２０１、Ａ／Ｄ変換回路２０２、メモリ２０３、駆動部２０４、画像処理部２０５、メモリカードＩＦ２０７、操作部２０８、表示部２０９、ＬＣＤ駆動回路２１０およびＡＦセンサ２１１を備える。レンズユニット５０は、撮影レンズ２０に加え、レンズ制御部２３１、レンズメモリ２３２を備える。
【００１３】
なお、図示するように、撮像素子１００へ向かう光軸２１に平行な方向をｚ軸プラス方向と定め、ｚ軸と直交する平面において紙面手前へ向かう方向をｘ軸プラス方向、紙面上方向をｙ軸プラス方向と定める。以降のいくつかの図においては、図１の座標軸を基準として、それぞれの図の向きがわかるように座標軸を表示する。
【００１４】
撮影レンズ２０は、複数の光学レンズ群から構成され、シーンからの被写体光束をその焦点面近傍に結像させる。なお、図１では撮影レンズ２０を説明の都合上、瞳近傍に配置された仮想的な１枚のレンズで代表して表している。撮像素子１００は、撮影レンズ２０の焦点面近傍に配置されている。撮像素子１００は、二次元的に複数の光電変換素子が配列された、例えばＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等のイメージセンサである。撮像素子１００は、駆動部２０４によりタイミング制御されて、受光面上に結像された被写体像を画像信号に変換してＡ／Ｄ変換回路２０２へ出力する。
【００１５】
Ａ／Ｄ変換回路２０２は、撮像素子１００が出力する画像信号をデジタル画像信号に変換してメモリ２０３へ出力する。画像処理部２０５は、メモリ２０３をワークスペースとして種々の画像処理を施し、画像データを生成する。画像処理部２０５は、他にも、撮像素子１００の画素配列に即して、入力される画像信号から非視差画像データとしての２Ｄ画像データおよび視差画像データを生成したり、選択された画像フォーマットに従って画像データを調整したりする機能も担う。生成された画像データは、ＬＣＤ駆動回路２１０により表示信号に変換され、表示部２０９に表示され得る。また、メモリカードＩＦ２０７に装着されているメモリカード２２０に記録され得る。
【００１６】
ＡＦセンサ２１１は、被写体空間に対して複数の測距点が設定された位相差センサであり、それぞれの測距点において被写体像のデフォーカス量を検出する。一連の撮影シーケンスは、操作部２０８がユーザの操作を受け付けて、制御部２０１へ操作信号を出力することにより開始される。撮影シーケンスに付随するＡＦ，ＡＥ等の各種動作は、制御部２０１に制御されて実行される。例えば、制御部２０１は、ＡＦセンサ２１１の検出信号を解析して、撮影レンズ２０の一部を構成するフォーカスレンズを移動させる合焦制御信号をレンズ制御部２３１へ送信する。
【００１７】
レンズ制御部２３１は、レンズユニット５０の制御を司る。例えば、合焦制御信号を制御部２０１から受信して、フォーカスレンズを移動させる。また、フォーカスレンズを含む撮影レンズ２０の現在位置を検出して制御部２０１へ送信する。レンズメモリ２３２は、レンズユニット５０に関する各種特性値を記憶している不揮発性メモリである。レンズ制御部２３１は、制御部２０１の要求に従って、撮影レンズ２０の位置情報、レンズメモリ２３２が記憶している各種特性値等をレンズ情報として制御部２０１へ送信する。
【００１８】
次に、撮像素子１００の構成について詳細に説明する。図２は、本発明の実施形態に係る撮像素子の断面を表す概略図である。図示するように、撮像素子１００は、被写体側から順に、マイクロレンズ１０１、カラーフィルタ１０２、開口マスク１０３、配線層１０５および光電変換素子１０８が配列されて構成されている。光電変換素子１０８は、入射する光を電気信号に変換するフォトダイオードにより構成される。光電変換素子１０８は、基板１０９の表面に二次元的に複数配列されている。
【００１９】
光電変換素子１０８により変換された画像信号、光電変換素子１０８を制御する制御信号等は、配線層１０５に設けられた配線１０６を介して送受信される。また、各光電変換素子１０８に一対一に対応して設けられた開口部１０４を有する開口マスク１０３が、配線層に接して設けられている。開口部１０４は、後述するように、対応する光電変換素子１０８ごとにシフトさせて、相対的な位置が厳密に定められている。詳しくは後述するが、この開口部１０４を備える開口マスク１０３の作用により、光電変換素子１０８が受光する被写体光束に視差が生じる。
【００２０】
一方、視差を生じさせない光電変換素子１０８上には、開口マスク１０３が存在しない。別言すれば、対応する光電変換素子１０８に対して入射する被写体光束を制限しない、つまり有効光束の全体を通過させる開口部１０４を有する開口マスク１０３が設けられているとも言える。視差を生じさせることはないが、実質的には配線１０６によって形成される開口１０７が入射する被写体光束を規定するので、配線１０６を、視差を生じさせない有効光束の全体を通過させる開口マスクと捉えることもできる。開口マスク１０３は、各光電変換素子１０８に対応して別個独立に配列しても良いし、カラーフィルタ１０２の製造プロセスと同様に複数の光電変換素子１０８に対して一括して形成しても良い。
【００２１】
カラーフィルタ１０２は、開口マスク１０３上に設けられている。カラーフィルタ１０２は、各光電変換素子１０８に対して特定の波長帯域を透過させるように着色された、光電変換素子１０８のそれぞれに一対一に対応して設けられるフィルタである。カラー画像を出力するには、互いに異なる少なくとも２種類のカラーフィルタが配列されれば良いが、より高画質のカラー画像を取得するには３種類以上のカラーフィルタを配列すると良い。例えば赤色波長帯を透過させる赤フィルタ、緑色波長帯を透過させる緑フィルタ、および青色波長帯を透過させる青フィルタを格子状に配列すると良い。具体的な配列については後述する。
【００２２】
マイクロレンズ１０１は、カラーフィルタ１０２上に設けられている。マイクロレンズ１０１は、入射する被写体光束のより多くを光電変換素子１０８へ導くための集光レンズである。マイクロレンズ１０１は、光電変換素子１０８のそれぞれに一対一に対応して設けられている。マイクロレンズ１０１は、撮影レンズ２０の瞳中心と光電変換素子１０８の相対的な位置関係を考慮して、より多くの被写体光束が光電変換素子１０８に導かれるようにその光軸がシフトされていることが好ましい。さらには、開口マスク１０３の開口部１０４の位置と共に、後述の特定の被写体光束がより多く入射するように配置位置が調整されても良い。
【００２３】
このように、各々の光電変換素子１０８に対応して一対一に設けられる開口マスク１０３、カラーフィルタ１０２およびマイクロレンズ１０１の一単位を画素と呼ぶ。特に、視差を生じさせる開口マスク１０３が設けられた画素を視差画素、視差を生じさせる開口マスク１０３が設けられていない画素を視差なし画素と呼ぶ。例えば、撮像素子１００の有効画素領域が２４ｍｍ×１６ｍｍ程度の場合、画素数は１２００万程度に及ぶ。
【００２４】
なお、集光効率、光電変換効率が良いイメージセンサの場合は、マイクロレンズ１０１を設けなくても良い。また、裏面照射型イメージセンサの場合は、配線層１０５が光電変換素子１０８とは反対側に設けられる。
【００２５】
次に、開口マスク１０３の開口部１０４と、生じる視差の関係について説明する。図３は、撮像素子１００の一部を拡大した様子を表す概略図である。ここでは、説明を簡単にすべく、カラーフィルタ１０２の配色については後に言及を再開するまで考慮しない。カラーフィルタ１０２の配色に言及しない以下の説明においては、同色のカラーフィルタ１０２を有する視差画素のみを寄せ集めたイメージセンサであると捉えることができる。したがって、以下に説明する繰り返しパターンは、同色のカラーフィルタ１０２における隣接画素として考えても良い。
【００２６】
図３に示すように、開口マスク１０３の開口部１０４は、それぞれの画素に対して相対的にシフトして設けられている。そして、隣接する画素同士においても、それぞれの開口部１０４は互いに変位した位置に設けられている。
【００２７】
図の例においては、それぞれの画素に対する開口部１０４の位置として、互いに左右方向にシフトした６種類の開口マスク１０３が用意されている。そして、撮像素子１００の全体は、紙面左側から右側へ徐々にシフトする開口マスク１０３をそれぞれ有する６つの視差画素を一組とする光電変換素子群が、二次元的かつ周期的に配列されている。つまり、撮像素子１００は、一組の光電変換素子群を含む繰り返しパターン１１０が、周期的に敷き詰められて構成されていると言える。
【００２８】
図４は、視差画素と被写体の関係を説明する概念図である。特に図４（ａ）は撮像素子１００のうち撮影光軸２１と直交する中心に配列されている繰り返しパターン１１０ｔの光電変換素子群を示し、図４（ｂ）は周辺部分に配列されている繰り返しパターン１１０ｕの光電変換素子群を模式的に示している。図４（ａ）、（ｂ）における被写体９０は、撮影レンズ２０に対して合焦位置に存在する。図４（ｃ）は、図４（ａ）に対応して、撮影レンズ２０に対して非合焦位置に存在する被写体９１を捉えた場合の関係を模式的に示している。
【００２９】
まず、撮影レンズ２０が合焦状態に存在する被写体９０を捉えている場合の、視差画素と被写体の関係を説明する。被写体光束は、撮影レンズ２０の瞳を通過して撮像素子１００へ導かれるが、被写体光束が通過する全体の断面領域に対して、６つの部分領域Ｐａ〜Ｐｆが規定されている。そして、例えば繰り返しパターン１１０ｔ、１１０ｕを構成する光電変換素子群の紙面左端の画素は、拡大図からもわかるように、部分領域Ｐｆから射出された被写体光束のみが光電変換素子１０８へ到達するように、開口マスク１０３の開口部１０４ｆの位置が定められている。同様に、右端の画素に向かって、部分領域Ｐｅに対応して開口部１０４ｅの位置が、部分領域Ｐｄに対応して開口部１０４ｄの位置が、部分領域Ｐｃに対応して開口部１０４ｃの位置が、部分領域Ｐｂに対応して開口部１０４ｂの位置が、部分領域Ｐａに対応して開口部１０４ａの位置がそれぞれ定められている。
【００３０】
別言すれば、例えば部分領域Ｐｆと左端画素の相対的な位置関係によって定義される、部分領域Ｐｆから射出される被写体光束の主光線Ｒｆの傾きにより、開口部１０４ｆの位置が定められていると言っても良い。そして、合焦位置に存在する被写体９０からの被写体光束を、開口部１０４ｆを介して光電変換素子１０８が受光する場合、その被写体光束は、点線で図示するように、光電変換素子１０８上で結像する。同様に、右端の画素に向かって、主光線Ｒｅの傾きにより開口部１０４ｅの位置が、主光線Ｒｄの傾きにより開口部１０４ｄの位置が、主光線Ｒｃの傾きにより開口部１０４ｃの位置が、主光線Ｒｂの傾きにより開口部１０４ｂの位置が、主光線Ｒａの傾きにより開口部１０４ａの位置がそれぞれ定められていると言える。
【００３１】
図４（ａ）で示すように、合焦位置に存在する被写体９０のうち、光軸２１と交差する被写体９０上の微小領域Ｏｔから放射される光束は、撮影レンズ２０の瞳を通過して、繰り返しパターン１１０ｔを構成する光電変換素子群の各画素に到達する。すなわち、繰り返しパターン１１０ｔを構成する光電変換素子群の各画素は、それぞれ６つの部分領域Ｐａ〜Ｐｆを介して、一つの微小領域Ｏｔから放射される光束を受光している。微小領域Ｏｔは、繰り返しパターン１１０ｔを構成する光電変換素子群の各画素の位置ずれに対応する分だけの広がりを有するが、実質的には、ほぼ同一の物点と近似することができる。同様に、図４（ｂ）で示すように、合焦位置に存在する被写体９０のうち、光軸２１から離間した被写体９０上の微小領域Ｏｕから放射される光束は、撮影レンズ２０の瞳を通過して、繰り返しパターン１１０ｕを構成する光電変換素子群の各画素に到達する。すなわち、繰り返しパターン１１０ｕを構成する光電変換素子群の各画素は、それぞれ６つの部分領域Ｐａ〜Ｐｆを介して、一つの微小領域Ｏｕから放射される光束を受光している。微小領域Ｏｕも、微小領域Ｏｔと同様に、繰り返しパターン１１０ｕを構成する光電変換素子群の各画素の位置ずれに対応する分だけの広がりを有するが、実質的には、ほぼ同一の物点と近似することができる。
【００３２】
つまり、被写体９０が合焦位置に存在する限りは、撮像素子１００上における繰り返しパターン１１０の位置に応じて、光電変換素子群が捉える微小領域が異なり、かつ、光電変換素子群を構成する各画素は互いに異なる部分領域を介して同一の微小領域を捉えている。そして、それぞれの繰り返しパターン１１０において、対応する画素同士は同じ部分領域からの被写体光束を受光している。つまり、図においては、例えば繰り返しパターン１１０ｔ、１１０ｕのそれぞれの左端の画素は、同じ部分領域Ｐｆからの被写体光束を受光している。
【００３３】
撮影光軸２１と直交する中心に配列されている繰り返しパターン１１０ｔにおいて左端画素が部分領域Ｐｆからの被写体光束を受光する開口部１０４ｆの位置と、周辺部分に配列されている繰り返しパターン１１０ｕにおいて左端画素が部分領域Ｐｆからの被写体光束を受光する開口部１０４ｆの位置は厳密には異なる。しかしながら、機能的な観点からは、部分領域Ｐｆからの被写体光束を受光するための開口マスクという点で、これらを同一種類の開口マスクとして扱うことができる。したがって、図４の例では、撮像素子１００上に配列される視差画素のそれぞれは、６種類の開口マスクの一つを備えると言える。
【００３４】
次に、撮影レンズ２０が非合焦状態に存在する被写体９１を捉えている場合の、視差画素と被写体の関係を説明する。この場合も、非合焦位置に存在する被写体９１からの被写体光束は、撮影レンズ２０の瞳の６つの部分領域Ｐａ〜Ｐｆを通過して、撮像素子１００へ到達する。ただし、非合焦位置に存在する被写体９１からの被写体光束は、光電変換素子１０８上ではなく他の位置で結像する。例えば、図４（ｃ）に示すように、被写体９１が被写体９０よりも撮像素子１００に対して遠い位置に存在すると、被写体光束は、光電変換素子１０８よりも被写体９１側で結像する。逆に、被写体９１が被写体９０よりも撮像素子１００に対して近い位置に存在すると、被写体光束は、光電変換素子１０８よりも被写体９１とは反対側で結像する。
【００３５】
したがって、非合焦位置に存在する被写体９１のうち、微小領域Ｏｔ'から放射される被写体光束は、６つの部分領域Ｐａ〜Ｐｆのいずれを通過するかにより、異なる組の繰り返しパターン１１０における対応画素に到達する。例えば、部分領域Ｐｄを通過した被写体光束は、図４（ｃ）の拡大図に示すように、主光線Ｒｄ'として、繰り返しパターン１１０ｔ'に含まれる、開口部１０４ｄを有する光電変換素子１０８へ入射する。そして、微小領域Ｏｔ'から放射された被写体光束であっても、他の部分領域を通過した被写体光束は、繰り返しパターン１１０ｔ'に含まれる光電変換素子１０８へは入射せず、他の繰り返しパターンにおける対応する開口部を有する光電変換素子１０８へ入射する。換言すると、繰り返しパターン１１０ｔ'を構成する各光電変換素子１０８へ到達する被写体光束は、被写体９１の互いに異なる微小領域から放射された被写体光束である。すなわち、開口部１０４ｄに対応する１０８へは主光線をＲｄ'とする被写体光束が入射し、他の開口部に対応する光電変換素子１０８へは主光線をＲａ＋、Ｒｂ＋、Ｒｃ＋、Ｒｅ＋、Ｒｆ＋とする被写体光束が入射するが、これらの被写体光束は、被写体９１の互いに異なる微小領域から放射された被写体光束である。このような関係は、図４（ｂ）における周辺部分に配列されている繰り返しパターン１１０ｕにおいても同様である。
【００３６】
すると、撮像素子１００の全体で見た場合、例えば、開口部１０４ａに対応する光電変換素子１０８で捉えた被写体像Ａと、開口部１０４ｄに対応する光電変換素子１０８で捉えた被写体像Ｄは、合焦位置に存在する被写体に対する像であれば互いにずれが無く、非合焦位置に存在する被写体に対する像であればずれが生じることになる。そして、そのずれは、非合焦位置に存在する被写体が合焦位置に対してどちら側にどれだけずれているかにより、また、部分領域Ｐａと部分領域Ｐｄの距離により、方向と量が定まる。つまり、被写体像Ａと被写体像Ｄは、互いに視差像となる。この関係は、他の開口部に対しても同様であるので、開口部１０４ａから１０４ｆに対応して、６つの視差像が形成されることになる。
【００３７】
したがって、このように構成されたそれぞれの繰り返しパターン１１０において、互いに対応する画素の出力を寄せ集めると、視差画像が得られる。つまり、６つの部分領域Ｐａ〜Ｐｆうちの特定の部分領域から射出された被写体光束を受光した画素の出力は、視差画像を形成する。
【００３８】
図５は、視差画像を生成する処理を説明する概念図である。図は、左列から順に、開口部１０４ｆに対応する視差画素の出力を集めて生成される視差画像データＩｍ＿ｆの生成の様子、開口部１０４ｅの出力による視差画像データＩｍ＿ｅの生成の様子、開口部１０４ｄの出力による視差画像データＩｍ＿ｄの生成の様子、開口部１０４ｃの出力による視差画像データＩｍ＿ｃの生成の様子、開口部１０４ｂの出力による視差画像データＩｍ＿ｂの生成の様子、開口部１０４ａの出力による視差画像データＩｍ＿ａの生成の様子を表す。まず開口部１０４ｆの出力による視差画像データＩｍ＿ｆの生成の様子について説明する。
【００３９】
６つの視差画素を一組とする光電変換素子群から成る繰り返しパターン１１０は、横一列に配列されている。したがって、開口部１０４ｆを有する視差画素は、撮像素子１００上において、左右方向に６画素おき、かつ、上下方向に連続して存在する。これら各画素は、上述のようにそれぞれ異なる微小領域からの被写体光束を受光している。したがって、これらの視差画素の出力を寄せ集めて配列すると、視差画像が得られる。
【００４０】
しかし、本実施形態における撮像素子１００の各画素は正方画素であるので、単に寄せ集めただけでは、横方向の画素数が１／６に間引かれた結果となり、縦長の画像データが生成されてしまう。そこで、補間処理を施して横方向に６倍の画素数とすることにより、本来のアスペクト比の画像として視差画像データＩｍ＿ｆを生成する。ただし、そもそも補間処理前の視差画像データが横方向に１／６に間引かれた画像であるので、横方向の解像度は、縦方向の解像度よりも低下している。つまり、生成される視差画像データの数と、解像度の向上は相反関係にあると言える。
【００４１】
同様にして、視差画像データＩｍ＿ｅ〜視差画像データＩｍ＿ａが得られる。すなわち、デジタルカメラ１０は、横方向に視差を有する６視点の視差画像を生成することができる。
【００４２】
上記の例では、横一列を繰り返しパターン１１０として周期的に配列される例を説明したが、繰り返しパターン１１０はこれに限らない。図６は、繰り返しパターン１１０の他の例を示す図である。
【００４３】
図６（ａ）は、縦６画素を繰り返しパターン１１０とした例である。ただし、それぞれの開口部１０４は、紙面上端の視差画素から下に向かって、紙面左側から右側へ徐々にシフトするように位置が定められている。このように配列された繰り返しパターン１１０によっても、横方向に視差を与える６視点の視差画像を生成することができる。この場合は、図３の繰り返しパターン１１０に比較すると、縦方向の解像度を犠牲にする代わりに横方向の解像度を維持する繰り返しパターンであると言える。
【００４４】
図６（ｂ）は、斜め方向に隣接する６画素を繰り返しパターン１１０とした例である。それぞれの開口部１０４は、紙面左上端の視差画素から右下に向かって、紙面左側から右側へ徐々にシフトするように位置が定められている。このように配列された繰り返しパターン１１０によっても、横方向に視差を与える６視点の視差画像を生成することができる。この場合は、図３の繰り返しパターン１１０に比較すると、縦方向の解像度および横方向の解像度をある程度維持しつつ、視差画像の数を増やす繰り返しパターンであると言える。
【００４５】
図３の繰り返しパターン１１０、および図６（ａ）（ｂ）の繰り返しパターン１１０をそれぞれ比較すると、いずれも６視点の視差画像を生成する場合において、視差画像でない全体から一枚の画像を出力する場合の解像度に対し、縦方向、横方向のいずれの方向の解像度を犠牲にするかの違いであると言える。図３の繰り返しパターン１１０の場合は、横方向の解像度を１／６とする構成である。図６（ａ）の繰り返しパターン１１０の場合は、縦方向の解像度を１／６とする構成である。また、図６（ｂ）の繰り返しパターン１１０の場合は、縦方向を１／３、横方向を１／２とする構成である。いずれの場合も、一つのパターン内には、各画素に対応して開口部１０４ａ〜１０４ｆが一つずつ設けられており、それぞれが対応する部分領域Ｐａ〜Ｐｆのいずれかから被写体光束を受光するように構成されている。したがって、いずれの繰り返しパターン１１０であっても視差量は同等である。
【００４６】
上述の例では、左右方向に視差を与える視差画像を生成する場合について説明したが、もちろん上下方向に視差を与える視差画像を生成することもできるし、上下左右の二次元方向に視差を与える視差画像を生成することもできる。図７は、二次元的な繰り返しパターン１１０の例を示す図である。
【００４７】
図７の例によれば、縦６画素横６画素の３６画素を一組の光電変換素子群として繰り返しパターン１１０を形成する。それぞれの画素に対する開口部１０４の位置として、互いに上下左右方向にシフトした３６種類の開口マスク１０３が用意されている。具体的には、各開口部１０４は、繰り返しパターン１１０の上端画素から下端画素に向かって、上側から下側へ徐々にシフトすると同時に、左端画素から右端画素に向かって、左側から右側へ徐々にシフトするように位置決めされている。
【００４８】
このような繰り返しパターン１１０を有する撮像素子１００は、上下方向および左右方向に視差を与える、３６視点の視差画像を出力することができる。もちろん図７の例に限らず、さまざまな視点数の視差画像を出力するように繰り返しパターン１１０を定めることができる。
【００４９】
以上の説明においては、開口部１０４の形状として矩形を採用した。特に、横方向に視差を与える配列においては、シフトさせる方向である左右方向の幅よりも、シフトさせない上下方向の幅を広くすることにより、光電変換素子１０８へ導く光量を確保している。しかし、開口部１０４の形状は矩形に限定されない。
【００５０】
図８は、開口部１０４の他の形状を説明する図である。図においては、開口部１０４の形状を円形とした。円形とした場合、半球形状であるマイクロレンズ１０１との相対的な関係から、予定外の被写体光束が迷光となって光電変換素子１０８へ入射することを防ぐことができる。
【００５１】
次に、カラーフィルタ１０２と視差画像について説明する。図９は、ベイヤー配列を説明する図である。図示するように、ベイヤー配列は、緑フィルタが左上と右下の２画素に、赤フィルタが左下の１画素に、青フィルタが右上の１画素に割り当てられる配列である。ここでは、緑フィルタが割り当てられた左上の画素をＧｂ画素と、同じく緑色フィルタが割り当てられた右下の画素をＧｒ画素とする。また、赤色フィルタが割り当てられた画素をＲ画素と、青色が割り当てられた画素をＢ画素とする。そして、Ｇｂ画素およびＢ画素が並ぶ横方向をＧｂ行とし、Ｒ画素およびＧｒ画素が並ぶ横方向をＧｒ行とする。また、Ｇｂ画素およびＲ画素が並ぶ縦方向をＧｂ列とし、Ｂ画素およびＧｒ画素が並ぶ縦方向をＧｒ列とする。
【００５２】
このようなカラーフィルタ１０２の配列に対して、視差画素と視差なし画素を、何色の画素にどのような周期で割り振っていくかにより、膨大な数の繰り返しパターン１１０が設定され得る。視差なし画素の出力を集めれば、通常の撮影画像と同じく視差のない撮影画像データを生成することができる。したがって、相対的に視差なし画素の割合を増やせば、解像度の高い２Ｄ画像を出力させることができる。この場合、視差画素は相対的に少ない割合となるので、複数の視差画像からなる３Ｄ画像としては画質が低下する。逆に、視差画素の割合を増やせば、３Ｄ画像としては画質が向上するが、視差なし画素は相対的に減少するので、解像度の低い２Ｄ画像が出力される。
【００５３】
このようなトレードオフの関係において、何れの画素を視差画素とするか、あるいは視差なし画素とするかにより、様々な特徴を有する繰り返しパターン１１０が設定される。図１０は、ベイヤー配列に対する視差画素の割り振りについて、視差画素の種類が２つである場合のバリエーションを説明する図である。この場合の視差画素は、開口部１０４が中心よりも左側に偏心した視差Ｌ画素と、同じく右側に偏心した視差Ｒ画素を想定している。つまり、このような視差画素から出力される２視点の視差画像は、いわゆる立体視を実現する。
【００５４】
それぞれの繰り返しパターンに対する特徴の説明は図に示す通りである。例えば、視差なし画素が多く割り振られていれば高解像度の２Ｄ画像データとなり、ＲＧＢのいずれの画素に対しても均等に割り振られていれば、色ずれの少ない高画質の２Ｄ画像データとなる。視差画素の出力も利用して２Ｄ画像データを生成する場合、ずれた被写体像を周辺画素の出力を参照して補正する。したがって、例えば全部のＲ画素が視差画素であったとしても２Ｄ画像を生成することはできるものの、その画質は自ずと低下する。
【００５５】
一方、視差画素が多く割り振られていれば高解像度の３Ｄ画像データとなり、ＲＧＢのいずれの画素に対しても均等に割り振られていれば、３Ｄ画像でありながら、色再現性の良い高品質のカラー画像データとなる。視差なし画素の出力も利用して３Ｄ画像データを生成する場合、視差のない被写体像から周辺の視差画素の出力を参照してずれた被写体像を生成する。したがって、例えば全部のＲ画素が視差なし画素であったとしてもカラーの３Ｄ画像を生成することはできるものの、やはりその品質は低下する。
【００５６】
以下にいくつかのバリエーションについて説明する。図１１は、バリエーションの一例を示す図である。図１１のバリエーションは、図１０における繰り返しパターン分類Ａ−１に相当する。
【００５７】
図の例においては、ベイヤー配列と同じ４画素を繰り返しパターン１１０とする。Ｒ画素とＢ画素は視差なし画素であり、Ｇｂ画素を視差Ｌ画素に、Ｇｒ画素を視差Ｒ画素に割り当てる。この場合、同一の繰り返しパターン１１０に含まれる視差Ｌ画素と視差Ｒ画素は、瞳上の互いに異なる部分領域を通過する被写体光束をそれぞれ受光するように開口部１０４が定められる。
【００５８】
図の例においては、視感度の高い緑画素であるＧｂ画素およびＧｒ画素を視差画素として用いるので、コントラストの高い視差画像を得ることが期待できる。また、同じ緑色画素であるＧｂ画素およびＧｒ画素を視差画素として用いるので、これら２つの出力から視差のない出力に変換演算がし易く、視差なし画素であるＲ画素およびＢ画素の出力と共に、高画質の２Ｄ画像データを生成できる。
【００５９】
図１２は、他のバリエーションの一例を示す図である。図１２のバリエーションは、図１０における繰り返しパターン分類Ｂ−１に相当する。
【００６０】
図の例においては、ベイヤー配列の４画素が左右に２組続く８画素を繰り返しパターン１１０とする。８画素のうち、左側のＧｂ画素に視差Ｌ画素を、右側のＧｂ画素に視差Ｒ画素を割り当てる。このような配列においては、Ｇｒ画素を視差なし画素としたことにより、図１０の例よりも、更に２Ｄ画像の高画質化が望める。
【００６１】
図１３は、更に他のバリエーションの一例を示す図である。図１３のバリエーションは、図１０における繰り返しパターン分類Ｄ−１に相当する。
【００６２】
図の例においては、ベイヤー配列の４画素が左右に２組続く８画素を繰り返しパターン１１０とする。８画素のうち、左側のＧｂ画素に視差Ｌ画素を、右側のＧｂ画素に視差Ｒ画素を割り当てる。さらに、左側のＲ画素に視差Ｌ画素を、右側のＲ画素に視差Ｒ画素を割り当てる。さらに、左側のＢ画素に視差Ｌ画素を、右側のＢ画素に視差Ｒ画素を割り当てる。２つのＧｒ画素には視差なし画素を割り当てる。
【００６３】
２つのＧｂ画素に割り当てられた視差Ｌ画素と視差Ｒ画素は、焦点面に存在する被写体を捉える場合、一つの微小領域から放射される光束を受光する。また、２つのＲ画素に割り当てられた視差Ｌ画素と視差Ｒ画素は、同様に、Ｇｂ画素のそれとは異なる一つの微小領域から放射される光束を受光し、２つのＢ画素に割り当てられた視差Ｌ画素と視差Ｒ画素は、同様に、Ｇｂ画素およびＲ画素のそれとは異なる一つの微小領域から放射される光束を受光する。したがって、３Ｄ画像としての解像度が増す。しかも、ＲＧＢの３色の出力が得られるので、カラー画像としての３Ｄ画像として高品質である。
【００６４】
なお、上述のように視差画素の種類を２つにすれば２視点の視差画像が得られるが、もちろん視差画素の種類は、出力したい視差画像数に合わせて、図３、図７、図８などで説明したような様々な数を採用し得る。視点数が増えていっても、さまざまな繰り返しパターン１１０を形成することができる。したがって、仕様、目的等に応じた繰り返しパターン１１０を選択することができる。
【００６５】
上述の例では、カラーフィルタ配列としてベイヤー配列を採用した場合について説明したが、もちろん他のカラーフィルタ配列であっても差し支えない。図３等を用いて説明したように、カラーフィルタ配列を構成するある１色に着目して寄せ集めた場合に、隣接する複数の画素を一組の光電変換素子群とする繰り返しパターンを形成し、視差画像を出力するように視差画素が割り当てられていれば良い。このとき、一組の光電変換素子群を構成する視差画素のそれぞれは、互いに異なる部分領域を向く開口部１０４を有する開口マスク１０３を備えると良い。
【００６６】
したがって、撮像素子１００は、入射光を電気信号に光電変換する、二次元的に配列された光電変換素子１０８と、光電変換素子１０８の少なくとも一部のそれぞれに一対一に対応して設けられた開口マスク１０３と、光電変換素子１０８の少なくとも一部のそれぞれに一対一に対応して設けられたカラーフィルタ１０２とを備え、隣接するｎ個（ｎは３以上の整数）の光電変換素子１０８のうち、少なくとも３つに対応して設けられたそれぞれの開口マスク１０３の開口部１０４は、互いに異なる波長帯域を透過させる少なくとも２種類のカラーフィルタ１０２から構成されるカラーフィルターパターンの一パターン内に含まれると共に、入射光の断面領域内の互いに異なる部分領域からの光束をそれぞれ通過させるように位置づけられ、ｎ個の光電変換素子１０８を一組とする光電変換素子群が周期的に配列されていれば良い。
【００６７】
ここで、カラー画像としての視差画像の生成と、カラー画像としての２Ｄ画像の生成について説明する。図１４は、視差画像と２Ｄ画像の生成過程を示す概念図である。ここでは、図１３を用いて説明した繰り返しパターン分類Ｄ−１を例に説明する。図示するように、視差Ｌ画素の出力が、撮像素子１００上の相対的な位置関係を維持しながら寄せ集められて、Ｌ画像データが生成される。一つの繰り返しパターン１１０に含まれる視差Ｌ画素は、ベイヤー配列の４画素が左右に２組続く８画素のうち、左側のＧｂ画素、Ｒ画素、Ｂ画素である。そこで、視差なし画素である左側のＧｒ画素の位置には、Ｇｂ画素の出力を補間する。
【００６８】
このようにして生成されたＬ画像データは、ベイヤー配列に相当する画像信号が並ぶことになるので、ベイヤー配列の出力に対する画像処理を採用してカラー画像としてのＬ画像データを生成することができる。例えば、可視画像形式としてのＪＰＥＧファイルを生成することができる。ただし、一つの繰り返しパターン１１０のうち左側の４画素の位置に相当する画像信号を寄せ集めたことになるので、右側の４画素に対応する画像信号が欠落しており、生成される画像は実際の被写体像に対して横方向に圧縮された画像となる。したがって、Ｌ画像データは、図５を用いて説明したように、いずれかの段階においてアスペクト比を調整する補間処理が施される。
【００６９】
同様に、視差Ｒ画素の出力が、撮像素子１００上の相対的な位置関係を維持しながら寄せ集められて、Ｒ画像データが生成される。Ｒ画像データの場合は、一つの繰り返しパターン１１０のうち右側の４画素の位置に相当する画像信号を寄せ集めたことになるので、左側の４画素に対応する画像信号が欠落している。したがって、Ｌ画像データと同様に、Ｒ画像データは、いずれかの段階においてアスペクト比を調整する補間処理が施される。
【００７０】
また、視差なし画素の出力が、撮像素子１００上の相対的な位置関係を維持しながら寄せ集められて、２Ｄ画像データが生成される。ただし、図の例では、一つの繰り返しパターン１１０のうち２つのＧｒ画素のみが視差なし画素である。そこで、他の画素位置における視差なしの出力を、補間処理および平均化処理により生成する。具体的には、まず、Ｇｂ画素の出力は、隣接するＧｒ画素の出力で補間する。また、２つのＲ画素の出力は、繰り返しパターン１１０に含まれるＲ画素がそれぞれ視差Ｌ画素と視差Ｒ画素であることから、これらの出力を平均化してそれぞれの視差なし出力とみなす平均化処理を施す。同様に、２つのＢ画素の出力は、繰り返しパターン１１０に含まれるＢ画素がそれぞれ視差Ｌ画素と視差Ｒ画素であることから、これらの出力を平均化してそれぞれの視差なし出力とみなす平均化処理を施す。このように、補間処理および平均化処理を施せば、ベイヤー配列の出力に対する画像処理を採用して２Ｄ画像データを生成することができる。
【００７１】
なお、以上の画像処理は、画像処理部２０５によって実行される。画像処理部２０５は、制御部２０１を介して撮像素子１００から出力される画像信号を受け取り、上述のようにそれぞれの画素の出力ごとに分配してＬ画像データ、Ｒ画像データおよび２Ｄ画像データを生成する。
【００７２】
次に、視差画像間に生じる色バランス崩れとその対処について説明する。図１５は、カラーフィルタに対する主光線の入射角の違いを説明する図である。上述のように、視差画素の開口部１０４は、瞳に設定された特定の部分領域を向くように、その位置が定められている。
【００７３】
例えば、光軸２１に対して光軸外のほぼ同じ像高を有する２つの視差画素に着目した場合、一方の視差Ｒ画素は、部分領域ＰＲに向けて開口部１０４ａＲの位置が定められており、他方の視差Ｌ画素は、部分領域ＰＬに向けて開口部１０４ａＬの位置が定められている。このとき、部分領域ＰＲを通過して視差Ｒ画素へ向かう被写体光束の主光線ＲａＲのカラーフィルタ１０２に対する入射角はθａＲである。また、部分領域ＰＬを通過して視差Ｌ画素へ向かう被写体光束の主光線ＲａＬのカラーフィルタ１０２に対する入射角はθａＬである。
【００７４】
カラーフィルタ１０２の厚さをｄとすると、主光線ＲａＲがカラーフィルタ１０２を通過するときの光路長は、ｄ／ｃｏｓθａＲであり、主光線ＲａＬがカラーフィルタ１０２を通過するときの光路長は、ｄ／ｃｏｓθａＬである。すなわち、対応する視差Ｒ画素と視差Ｌ画素でありながら、カラーフィルタ１０２に対する光路長が異なる。カラーフィルタ１０２に対する光路長が異なると光電変換素子１０８へ届く光量に差異が生じるので、視差Ｒ画素と視差Ｌ画素は、被写体の同じ微小領域から放射された光束を捉えながら、それぞれの出力値が異なることになる。つまり、異なった色信号を出力することになる。なお、ここでは、カラーフィルタ１０２を通過する光の物理的な長さを光路長として説明する。
【００７５】
図１６は、視差画像間における色バランス崩れの概念を示す図である。被写体の同じ微小領域から放射された光束を捉えながら、視差Ｒ画素と視差Ｌ画素が互いに異なった信号を出力すると、例えば、被写体としての洋服３００の色がＲ画像とＬ画像で異なることになる。このような２つの画像を用いて実現される立体視映像は、鑑賞者に違和感を生じさせる。
【００７６】
また、Ｒ画像およびＬ画像のそれぞれの面内で色バランス崩れが生じる場合がある。図１５に戻って、光軸近傍の視差Ｌ画素と、光軸に対してある像高を有する上述の視差Ｌ画素に着目する。光軸近傍の視差Ｌ画素も、部分領域ＰＬに向けて開口部１０４ｃＬの位置が定められているが、部分領域ＰＬを通過して光軸近傍の視差Ｌ画素へ向かう被写体光束の主光線ＲｃＬのカラーフィルタ１０２に対する入射角はθｃＬである。一方、上述のように、部分領域ＰＬを通過して像高を有する視差Ｌ画素へ向かう被写体光束の主光線ＲａＬのカラーフィルタ１０２に対する入射角はθａＬである。
【００７７】
カラーフィルタ１０２の厚さが共にｄであれば、主光線ＲｃＬがカラーフィルタ１０２を通過するときの光路長は、ｄ／ｃｏｓθｃＬであり、主光線ＲａＬがカラーフィルタ１０２を通過するときの光路長は、ｄ／ｃｏｓθａＬである。すなわち、光軸近傍の視差Ｌ画素と像高を有する視差Ｌ画素で、カラーフィルタ１０２に対する光路長が異なる。すると、同じ色をした被写体を捉える場合であっても、それぞれの視差Ｌ画素は異なった色信号を出力することになる。図１６の例によれば、Ｌ画像における洋服３００に対して、実際には全体として同じ色であっても、画像には中央付近から周辺部へ向かってグラデーションとなって色むらが現れることになる。このような関係は視差Ｒ画素に対しても同様であり、Ｒ画像にもＬ画像に対応する色むらが現れることになる。また、Ｌ画像とＲ画像間でも異なった結果となる。
【００７８】
すなわち、撮像素子１００の画素構造においては、撮像素子１００の受光面における光電変換素子１０８の位置、および開口マスク１０３における開口部１０４の偏位に起因して色バランス崩れが生じ得る。そこで、本実施形態においては、この色バランス崩れを補正する。
【００７９】
図１７は、カラーフィルタ１０２に対する主光線の入射角と透過率の関係を示す図である。横軸は、カラーフィルタ１０２に対する主光線の入射角θを示し、縦軸は、入射前と射出後の光量の比である透過率を示す。図示するように、透過率Ｔ（θ）は、θ＝０を最大値とする曲線で表される。具体的には、カラーフィルタ１０２の吸収係数をαとし、厚さをｄとした場合に、Ｔ（θ）＝ｅ（−α・ｄ／ｃｏｓθ）で表される。
【００８０】
本実施形態においては、主光線が入射角θで入射する被写体光束による画素出力を、入射角０で入射した場合の画素出力に換算することにより、補正処理を行う。具体的には、実際に検出された画素出力がＩ（θ）である場合に、補正された画素出力Ｉｃ（θ）を、Ｉｃ（θ）＝｛Ｔ（０）／Ｔ（θ）｝・Ｉ（θ）として換算する補正演算を画像処理部２０５が各画素に対して実行する。
【００８１】
各視差画素の開口部１０４は、それぞれが対応する部分領域に向けてその位置が定められているので、主光線のカラーフィルタ１０２に対する入射角は、それぞれの視差画素において既知である。それぞれの視差画素における主光線の入射角は、制御部２０１が内蔵するシステムメモリ内に予め記憶されている。
【００８２】
以上の補正処理を実行することにより、撮像素子１００の受光面における光電変換素子１０８の位置に起因する色バランス崩れも、開口部１０４の偏位に起因する色バランス崩れも補正されるので、デジタルカメラ１０は、品位の高いカラー視差画像データを出力することができる。
【００８３】
なお、上記の補正処理においては、入射角０で入射した場合の画素出力に換算することにより補正処理を行ったが、補正の基準とする条件は、処理の目的によって任意に選択され得る。例えば、被写体の同じ微小領域から放射された光束を捉えながら、視差Ｒ画素と視差Ｌ画素が互いに異なった信号を出力することに起因する色バランス崩れを主に緩和したいのであれば、一方の入射角を基準として他方の入射角を補正する処理を行うことができる。つまり、開口部１０４の偏位に起因する色バランス崩れのみを補正する場合であるが、この場合は、基準となる視差画素に対しては補正演算を行わなくて良いので演算量が半分になり、処理速度の向上も併せて期待できる。
【００８４】
以上の説明においては、ある基準となるレンズユニット５０が本体ユニット３０に装着されている場合について説明した。つまり、撮影レンズ２０の瞳位置は一定であり、それぞれの開口部１０４が向く部分領域も固定された領域であるとして説明した。そもそも撮像素子１００の開口マスク１０３は、このような基準となるレンズユニット５０が装着された場合を想定して、それぞれの光電変換素子１０８に対応する開口部１０４が設けられている。
【００８５】
したがって、基準となるレンズユニット５０でない他のレンズユニット５０が本体ユニット３０に装着されたときは、その瞳位置が基準となるレンズユニット５０の瞳位置とは異なる場合がある。また、ある状態において瞳位置が基準となるレンズユニット５０の瞳位置とほぼ一致するレンズユニット５０であっても、フォーカスレンズ、ズームレンズなどの構成レンズの移動に伴って瞳位置が変化するレンズユニット５０も存在する。
【００８６】
このように、基準となる瞳位置とは異なる位置に瞳が存在する場合には、上述の補正処理に瞳位置の変化分を加味すると良い。図１８は、瞳位置が基準位置と異なるレンズユニット５０が装着された場合における、主光線の入射角の違いを説明する図である。撮像素子１００の受光面からの距離Ｄ０が基準となるレンズユニット５０の瞳位置であるが、図においては、距離Ｄ１が瞳位置となるレンズユニット５０が装着されている場合を想定している。特に図は、図１５でも着目した光軸近傍の視差Ｌ画素を例として拡大して示している。
【００８７】
この光軸近傍の視差Ｌ画素は、部分領域ＰＬに向けて開口部１０４ｃＬの位置が定められているが、瞳位置が距離Ｄ１となるレンズユニット５０が装着された場合には、この瞳における部分領域Ｐ'Ｌから射出される主光線Ｒ'ｃＬの光束を主に受光する。したがって、主光線Ｒ'ｃＬは、部分領域ＰＬからの主光線ＲｃＬとは異なる角度でカラーフィルタ１０２へ入射する。この入射角を図示するようにθ'ｃＬで表す。
【００８８】
ここで、基準となるレンズユニット５０の瞳位置Ｄ０は既知であり、入射角θｃＬは、Ｄ０の関数として表される。したがって、装着されたレンズユニット５０の瞳位置Ｄ１が検出できれば、この関数を適用して入射角θ'ｃＬを算出することができる。入射角θ'ｃＬが算出できれば、上述のように、入射角０で入射した場合の画素出力に換算することができる。
【００８９】
制御部２０１は、装着されたレンズユニット５０の瞳位置である距離Ｄ１を、レンズ制御部２３１から受信するレンズ情報を用いて決定する。例えば、レンズユニット５０の瞳位置がフォーカスレンズ等のレンズ移動に関わらず一定の場合は、制御部２０１は、レンズメモリ２３２が記憶している当該瞳位置をレンズ情報として受信し、当該瞳位置を距離Ｄ１として決定する。また、制御部２０１は、視差画像データの取得時における合焦情報を取得した場合には、フォーカスレンズ位置の変位を算出して距離Ｄ１を決定する。
【００９０】
以上のように、装着したレンズユニット５０の瞳位置が基準とする瞳位置と異なる場合であっても、色バランス崩れを補正することができる。なお、上述においては光軸近傍の視差Ｌ画素を例示したが、像高を有する視差Ｌ画素においても同様に主光線の入射角の違いを吸収し得る。もちろん、視差Ｒ画素における主光線の入射角の違いは上述の視差Ｌ画素の場合と同様であるので、Ｒ画像データに対しても同様に補正処理と施すことができる。
【００９１】
色バランス崩れに影響を与えるパラメータは、他にも存在し得る。例えば、レンズ硝材の特性に起因して、瞳の光軸近傍を透過する光束と周辺部を透過する光束とで、透過時の減衰に波長依存性が存在する場合がある。本実施形態においては、特定の部分領域を透過する光束を受光するように視差画素が設定されているので、このような波長依存性は色バランス崩れの原因となり得る。そこで、このような場合には、予め実験的、シミュレーション的に取得された、撮影レンズ２０の瞳における径方向に対する波長ごとの透過率情報をルックアップテーブルとしてレンズメモリ２３２に記憶しておくと良い。制御部２０１は、レンズ制御部２３１から当該ルックアップテーブルをレンズ情報として取得し、補正処理に適用することができる。
【００９２】
また、制御部２０１は、レンズ情報として視差画像データの取得時における絞り情報を取得し、補正処理に適用することもできる。本実施形態においては、特定の部分領域を透過する光束を受光するように視差画素が設定されているので、絞り値によっては特定の部分領域が絞りにより遮られる場合がある。そこで、画像処理部２０５は、制御部２０１から受信する絞り情報により絞りによる遮光領域を加味して、カラーフィルタ１０２に対する変化した主光線の入射角を算出する。変化した主光線の入射角が算出されれば、上述の通り補正処理を実行することができる。
【００９３】
上述の説明においては、視差画像データ間で補正処理を実行した。しかし、撮像素子１００から出力される画像信号により、同一被写体を捉えた２Ｄ画像データも生成されるので、補正処理に２Ｄ画像データを参照することもできる。例えば、画像処理部２０５は、視差画像データにおいて、特定画素の出力が周辺画素の出力と閾値以上に異なるような場合に、その出力が被写体像による正しい出力であるか、それともノイズの影響による出力であるかを、２Ｄ画像データを参照して判断する。具体的には、視差画像データと２Ｄ画像データをマッチング処理して対応する画素を定め、それぞれの画素が周辺画素とどれくらいの差異を有するかを算出する。そして、当該差異が予め設定された閾値以上であれば、特定画素の出力が異常であると判断する。異常であると判断された特定画素の出力は、例えば、比較された２Ｄ画像データの画素出力に置き換えられる。
【００９４】
次に、補正処理のフローについて説明する。図１９は、色バランス崩れを補正する処理フローを示す図である。フローは、例えば露光動作を終え撮像素子１００が画像信号を出力する時点から開始する。
【００９５】
ステップＳ１０１において、画像処理部２０５は、Ｌ画像データ、Ｒ画像データおよび２Ｄ画像データを取得する。なお、画像処理部２０５は、これらの画像データを取得するにあたり、撮像素子１００から出力される画像信号を受け取って画素の出力ごとに３つの画像データに分配して生成することにより取得しても良いし、メモリカード２２０に記録されているこれらの画像データを読み出すことにより取得しても良い。
【００９６】
ステップＳ１０２へ進み、制御部２０１は、レンズ制御部２３１を介してレンズメモリ２３２に記憶されているレンズ情報を取得する。メモリカード２２０から撮影済みの画像データを読み出した場合には、ファイルのヘッダ情報からレンズ情報を取得することができる。なお、メモリカード２２０から撮影済みの画像データを読み出す場合には、他のデジタルカメラ１０により撮影された画像データである場合も想定されるので、同様にヘッダ情報から撮像素子情報を取得する。撮像素子情報は、撮像素子１００の情報であり、上述の画素配列情報、基準となるレンズユニット５０に対する各視差画素における主光線の入射角情報を含む。
【００９７】
画像処理部２０５は、ステップＳ１０３で、上述の手法によりＬ画像データの画素値を補正する補正処理を実行する。さらにステップＳ１０４で、マッチング処理を施して２Ｄ画像データを参照する。具体的には、上述のように、Ｌ画像データの画素と２Ｄ画像データの対応画素を比較する。その結果、ステップＳ１０５で異常出力であると判断した場合には、ステップＳ１０６へ進み、２Ｄ画像データの対応画素出力で置き換える修正処理を実行する。ステップＳ１０５で異常出力でないと判断した場合、およびステップＳ１０６で修正処理を終えた場合には、ステップＳ１０７へ進み、制御部２０１は処理すべき視差画像データが残っていないか否かを判断する。この場合、Ｒ画像データが未処理であるので、ステップＳ１０３へ戻ってＲ画像データの処理を実行する。すべての視差画像データの処理が終了したら一連の処理を終える。なお、ステップＳ１０５の判断処理は、Ｌ画像データ、Ｒ画像データおよび２Ｄ画像データのそれぞれで輪郭抽出を施して領域分けを行い、同一の領域内にある画素の補正処理であれば，色、透過率の補正による輝度の変化を補正しても良い。この場合、同一領域内の類似性に矛盾がなければ正常出力と判断すれば良い。
【００９８】
以上の実施形態において、図９以降に説明したＬ画像データとＲ画像データに対する処理は、前半で説明した多視差画像データに対してももちろん適用できる。例えば、図７および図８で示したような、縦方向にも視差を与える視差画像データを出力する場合には、主光線のカラーフィルタ１０２に対する入射角を、ｘ方向に０に換算するだけではなく、ｙ方向にも０に換算すれば良い。もちろん、横方向に視差を与える視差画像データのみが生成される場合であっても、ｙ方向に０に換算する処理を加えても良い。
【００９９】
また、上記実施形態においては、デジタルカメラ１０を例に説明したが、色バランス崩れの補正処理は、撮影時に限らず、撮影後にそれぞれの画像データを読み出して実行することもできるので、例えばＰＣ等の機器においても処理を行うことができる。この場合、撮像装置であるデジタルカメラ１０に代わってＰＣが画像処理装置として機能する。
【０１００】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
【０１０１】
請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１０２】
１０  デジタルカメラ、２０  撮影レンズ、２１  光軸、３０  本体ユニット、５０  レンズユニット、９０、９１  被写体、１００  撮像素子、１０１  マイクロレンズ、１０２  カラーフィルタ、１０３  開口マスク、１０４  開口部、１０５  配線層、１０６  配線、１０７  開口、１０８  光電変換素子、１０９  基板、１１０  繰り返しパターン、２０１  制御部、２０２  Ａ／Ｄ変換回路、２０３  メモリ、２０４  駆動部、２０５  画像処理部、２０７  メモリカードＩＦ、２０８  操作部、２０９  表示部、２１０  ＬＣＤ駆動回路、２１１  ＡＦセンサ、２２０  メモリカード、２３１  レンズ制御部、２３２  レンズメモリ、３００  洋服
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年12月17日(2013.12.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部の光電変換素子のそれぞれに対応してカラーフィルタと開口マスクを備え、少なくとも２つの視差画像データを出力する撮像素子から前記視差画像データを取得する画像データ取得部と、
前記撮像素子における前記光電変換素子の位置および前記開口マスクの開口偏位の少なくとも一方に基づいて、前記視差画像データ間に生じる対応画素の色バランス崩れを補正する補正部と
を備える画像処理装置。
【請求項２】
前記視差画像データの取得時における撮影レンズのレンズ情報を取得するレンズ情報取得部を備え、
前記補正部は、前記レンズ情報を加味して前記色バランス崩れを補正する請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記レンズ情報は、前記撮影レンズの瞳位置情報を含む請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記レンズ情報は、前記視差画像データの取得時における絞り情報を含む請求項２または３に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記レンズ情報は、前記撮影レンズの瞳における径方向に対する透過率情報を含む請求項２から４のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記視差画像データの取得時における合焦情報を取得する合焦情報取得部を備え、
前記補正部は、前記合焦情報を加味して前記色バランス崩れを補正する請求項１から５のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項７】
前記画像データ取得部は、前記撮像素子から前記視差画像データと共に出力される非視差画像データを取得し、
前記補正部は、前記非視差画像データの対応画素を参照して前記色バランス崩れを補正する請求項１から６のいずれか１項に記載の画像処理装置。
【請求項８】
前記撮像素子と請求項１から７のいずれか１項に記載の画像処理装置を含む撮像装置であって、
前記撮像素子は、
隣接するｎ個（ｎは３以上の整数）の前記光電変換素子のうち、少なくとも３つに対応して設けられたそれぞれの前記開口マスクの開口は、互いに異なる波長帯域を透過させる少なくとも２種類の前記カラーフィルタから構成されるカラーフィルターパターンの一パターン内に含まれると共に、入射光の断面領域内の互いに異なる部分領域からの光束をそれぞれ通過させるように位置づけられ、前記ｎ個の前記光電変換素子を一組とする光電変換素子群が周期的に配列されており、
前記開口マスクが設けられた前記光電変換素子の出力信号に基づいて前記視差画像データを出力する撮像装置。
【請求項９】
少なくとも一部の光電変換素子のそれぞれに対応してカラーフィルタと開口マスクを備え、少なくとも２つの視差画像データを出力する撮像素子から前記視差画像データを取得する画像データ取得ステップと、
前記撮像素子における前記光電変換素子の位置および前記開口マスクの開口偏位の少なくとも一方に基づいて、前記視差画像データ間に生じる対応画素の色バランス崩れを補正する補正ステップと
をコンピュータに実行させる画像処理プログラム。
【請求項１０】
少なくとも一部の画素が視差画素として構成されて、少なくとも２つの視差画像データを出力する撮像素子から前記視差画像データを取得する画像データ取得部と、
前記撮像素子における前記視差画素の位置および前記視差画素へ入射する被写体光束の入射角の少なくとも一方に基づいて、前記視差画像データ間に生じる対応画素の色バランス崩れを補正する補正部と
を備える画像処理装置。
【請求項１１】
前記視差画素は、光電変換素子に対応してカラーフィルタと開口マスクを備え、
前記入射角は、前記開口マスクの開口偏位によって規定される請求項１０に記載の画像処理装置。
【請求項１２】
少なくとも一部の画素が視差画素として構成されて、少なくとも２つの視差画像データを出力する撮像素子から前記視差画像データを取得する画像データ取得ステップと、
前記撮像素子における前記視差画素の位置および前記視差画素へ入射する被写体光束の入射角の少なくとも一方に基づいて、前記視差画像データ間に生じる対応画素の色バランス崩れを補正する補正ステップと
をコンピュータに実行させる画像処理プログラム。
【国際調査報告】
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