(57)【要約】【課題】収差補正係数をある範囲からランダムに選択することで補正後の画像段差を視覚的に見えなくする。【解決手段】ＲＧＢ映像画素データのうち、Ｒ，Ｂ各チャンネルに対して、フィルタ係数に基づき所定のフィルタ処理を施すフィルタ処理部３００と、フィルタ係数として、映像信号の、光学レンズの光学的中心に対応する位置から同心円状に複数の補正エリアに分割し、フィルタ処理の対象となる対象画素までの距離もしくは相対座標と、光学レンズの絞り、焦点距離、フォーカス位置を入力として、対象画素までの距離に対応する補正エリアＡ、及び、補正エリアＡに隣接する２つの補正エリアＢ，Ｃにおける、レンズの色収差に起因するＲ、Ｇ、Ｂ各映像画素データ間の位相ずれの補正を行う補正フィルタ係数Ｘ、Ｙ、Ｚのうち、時間的にランダムに１つを選択し、出力するフィルタ係数設定部２００とを備えた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学レンズからの光を検出して光電変換素子から出力される映像信号の補正処理を行う収差補正装置であって、
前記映像信号のうち、Ｒ，Ｂ各チャンネルに対して、フィルタ係数に基づき所定のフィルタ処理を施すフィルタ処理部と、
前記フィルタ係数として、前記映像信号の、前記光学レンズの光学的中心に対応する位置から同心円状に複数の補正エリアに分割し、前記中心から前記フィルタ処理の対象となる対象画素までの距離もしくは相対座標と、前記光学レンズの絞り、焦点距離およびフォーカス位置とを入力として、前記対象画素までの距離に対応する補正エリアＡ、及び、前記補正エリアＡに隣接する２つの補正エリアＢ，Ｃにおける、レンズの色収差に起因するＲ、Ｇ、Ｂ各映像信号間の位相ずれの補正を行う補正フィルタ係数Ｘ、Ｙ、Ｚのうちから１つを選択し、前記フィルタ処理部へ出力するフィルタ係数設定部と、
を備えた収差補正装置。
【請求項２】
光学レンズからの光を検出して光電変換素子から出力される映像信号の補正処理を行う収差補正装置であって、
前記映像信号のうち、Ｒ，Ｂ各チャンネルに対して、フィルタ係数に基づき所定のフィルタ処理を施すフィルタ処理部と、
前記光学レンズの光学的中心に対応する位置から前記フィルタ処理の対象となる対象画素までの距離もしくは相対座標と、前記光学レンズの絞り、焦点距離およびフォーカス位置とを入力として、前記対象画素までの距離に対応する補正エリアＡ、及び、前記補正エリアＡに隣接する２つの補正エリアＢ，Ｃにおける、レンズの色収差に起因するＲ、Ｇ、Ｂ各映像信号間の位相ずれの補正を行う補正フィルタ係数Ｘ、Ｙ、Ｚのいずれを対象画素に適用するかを、入力した対象画素の位置座標が補正エリアＢに近いほどフィルタ係数Ｙを選択する確率を高くし、前記対象画素の位置座標が補正エリアＣに近いほどフィルタ係数Ｚを選択する確率を高くしてフィルタ係数を前記フィルタ処理部へ出力するフィルタ係数設定部と、
を備えた収差補正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像信号の信号処理装置、信号処理方法に関し、特に、光学レンズによる色収差の補正に用いて色分散を低減する収差補正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光の屈折率は波長によって異なる。そのため、可視光においても、例えば赤色の光と青色の光では同じレンズを用いても焦点距離が異なる。この現象を色分散といい、結果として、赤色の光が結ぶ像の大きさ及び位置と、青色の光が結ぶ像の大きさ及び位置に差が生じる。これをレンズの色収差という。色収差は光の屈折率の差に起因するので、入射角の大きくなる光学レンズの光軸から離れた周辺部ほど色収差が大きくなり、各色間の位相ずれが大きくなることが知られている。このような色収差を補正する手段として、例えば、特許文献１に記載されているようなものがあった。図１は、前記特許文献１に記載された従来の画像処理装置を示すものである。
【０００３】
図１において、光学系を介して映像の情報がＣＣＤセンサ１０１で読み取られる。得られたＲＧＢ各色のカラー映像信号は、Ａ／Ｄ変換器１０２に入力される。Ａ／Ｄ変換器１０２はアナログ信号であるＲＧＢのカラー映像信号をディジタルのＲＧＢカラー映像データに変換する。得られたカラー映像データは、Ｒ，Ｂの各映像画素データについては補間処理部１０３Ｒ及び１０３Ｂに入力される。Ｇ映像画素データについては前記処理部は設けられていない。視認性の高いＧ映像画素データについては補間処理を行わずに入力データをそのまま出力データとする。そして、Ｒ，Ｂ各映像画素データについて、Ｇ映像画素データを基準として位相ずれを補正する。
【０００４】
補間処理部１０３Ｒ，１０３Ｂはそれぞれ補間係数設定部１０４から与えられる補間係数を用いて、５種類の補間データを出力する。補間係数は主走査有効画素エリアを光学的中心（画像データの中心）を中心とする同心円状にｎ分割し、それぞれの領域に対して予め定められた補間係数セットが選択される。これら補間データＱ，Ｑ０，Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３は彩度値生成部１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃ，１０５Ｄ，１０５Ｅにそれぞれ入力され、彩度値Ｗ＝ＭＡＸ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）−ＭＩＮ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）を得る。彩度値生成部１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃ，１０５Ｄ，１０５Ｅから出力された彩度値Ｗはデータ選択部１０６Ｒ，１０６ＢのＷ０，Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４にそれぞれ入力される。データ選択部１０６Ｒのデータ入力端子Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４には、補間処理部１０３Ｒの出力Ｑ０，Ｑ１，Ｑ，Ｑ２，Ｑ３が入力されている。また、データ選択部１０６Ｂのデータ入力端子Ａ０，Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４には、補間処理部１０３Ｂの出力Ｑ０，Ｑ１，Ｑ，Ｑ２，Ｑ３が入力されている。そして、データ選択部１０６Ｒ，１０６Ｂは５つの選択用制御端子Ｗ０〜Ｗ４に入力された制御信号のうちの最も小さい値の制御信号に対応するデータ入力を選択し、出力端子Ｙから出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２３６４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の色収差補正回路では、図３に示すように主走査有効画素エリアをｎ分割し、各分割エリアごとに予め決められた補間係数を用いたフィルタ演算を行って色収差補正を行っている。図３において、実線の四角が撮像領域、点線の円が収差補正において同一の補間係数を用いる領域の境界を示す。例えば、線分ＬＭにおいて、点Ｌから点Ｎまでの領域は係数Ｘを用いて収差補正を行い（領域Ａ）、点Ｎから点Ｏまでの領域は係数Ｙを用いて収差補正を行い（領域Ｂ）、点Ｏから点Ｍまでの領域は係数Ｚを用いて収差補正を行う（領域Ｃ）。色収差補正において理想的な補間フィルタとは、信号レベルは変えずに、位相のみずらすようなフィルタである。すなわち、位相特性のみ変化し、周波数特性が周波数によらず一定であることである。しかしながら、有限の数の係数を用いたフィルタで周波数特性を周波数によらず一定に保つことは出来ない。このため、各分割エリア毎に決められたフィルタは周波数特性を持つことになる。
【０００７】
また、色収差はレンズの周辺部ほど顕著に現れるため領域Ａよりも領域Ｂの方が、また領域Ｂよりも領域Ｃの方が、収差量は大きくなる。そのため、係数Ｘ，Ｙ，Ｚはそれぞれに相異なった値が設定されることになる。従って、領域Ａ，Ｂ，Ｃに適用されるフィルタの周波数特性は異なり、各領域の境界付近では補間後の画像に信号レベルの段差が生じる。主走査有効画素エリアを有効画素数分だけ分割して補間フィルタを適用すれば、事実上は１ドット単位で補正係数を変えることができ、結果として画像段差がわかりにくくなるが、有効画素が何百、何千といった数に上る場合は回路規模が増大し、現実的ではない。
【０００８】
また、上述のような画像段差は、特にレンズに入る光の強度が小さい場合に、つまり暗所の処理に対して顕著に発生する。光の入力が小さい、つまり、光電変換後の電気信号レベルが小さいと、相対的に回路で発生するノイズの影響が支配的になるためである。このノイズは回路構成に起因し、当然収差補正回路の前段でも発生するため、これが収差補正を受けると各分割エリア、例えば領域Ａ，Ｂ，Ｃごとに特性の異なるノイズとなって画像に表れ、画像段差を形成する。
【０００９】
また、上述のような光学レンズを使用して暗所での撮像を行う場合、後処理で入力信号のゲインを電気的に上げて使用する場合が多く、その場合は入力信号もノイズも等しくゲインを上げるため、画像段差がより目立ってしまう要因となる。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑み、収差補正後の画像段差を軽減するような収差補正装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するために、色収差を補正する目的のフィルタ処理部と、画像領域内を光学レンズの光学的中心に対応する位置から同心円状に複数のエリアに分割し、光学レンズの特性を入力として各エリアに最適化した収差補正のフィルタ係数を設定する係数設定部と、を設け、この係数設定部で選択されるフィルタ係数を、エリアによって最適化した値を単一的に選択するのではなく、当該エリアとそのエリアに隣接するエリアでそれぞれ最適化した値から、時間的にランダムに選ぶ。あるいは、どの係数を選択するかを任意の確率関数に従って選ぶことによって、フィルタ係数が切り替わる境界をわかりにくくし、色収差補正における画像段差の影響を少なくなるようにする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の色収差補正装置によれば、画像を複数のエリアに分割して、各エリア毎に固有のフィルタ係数を設定して色収差補正を行う場合において、エリア毎のフィルタ周波数特性の違いによる出力画像の画像段差を軽減することが出来る。特に暗所等、ノイズが目立つような環境における光学レンズを使用した撮像において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来の色収差補正回路のブロック図
【図２】本発明の実施の形態１にかかる色収差補正回路のブロック図
【図３】撮像領域に対する収差補正領域の関係を示す図
【図４】１６５０ｘ７２０画素における、カウンタと動径、偏角の関係を示す図
【図５】レンズパラメータと収差補正量の関係を示す図
【図６】線分ＬＭ上の収差補正領域の関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図２は、実施の形態１における収差補正装置のブロック図である。本実施の形態の収差補正装置は、大きく分けてフィルタ係数設定部２００とフィルタ処理部３００とを含む。詳細な内容について以下に記す。図２において、光学系を介して映像の情報がＣＣＤセンサ１０１で読み取られる。得られたＲＧＢ各色のカラー映像信号は、Ａ／Ｄ変換器１０２に入力される。Ａ／Ｄ変換器１０２から出力されたＲＧＢの各映像データは従来例と同じく、視認性の高いＧ映像画素データについては補間処理を行わずに入力データをそのまま出力データとする。そして、Ｒ，Ｂ各映像画素データについて、Ｇ映像画素データを基準として位相ずれを補正する。但し、Ｒ，Ｂ各映像画素データの処理時間分だけ、Ｇ映像画素データは遅延させて出力する。この遅延は遅延部３０３にて行う。
【００１６】
画素位置カウンタ２０１は、映像画素データの光学的中心（レンズの中心）に対応する位置を原点とした場合の水平、垂直座標を出力するものである。例えば、有効画素が水平１６５０画素×垂直７２０画素の映像データを扱う場合の座標を図４に示す。図４の左上の頂点が、座標（−８５０，−３６０）となっており、カウンタはここから開始して、座標をカウントする。例えば、点Ａのカウント値は水平がｘ、垂直がｙであり、これは画面の中心を原点とした直交座標である。カウント値と映像画素データを正しく連動させるには、ＣＣＤやＣＭＯＳといった撮像素子を光電変換を行うタイミングと同じタイミングでリセットすれば容易に実現できる。
【００１７】
画素位置カウンタ２０１で出力される座標は直交座標であるが、これをそのまま補正演算で用いるには計算が複雑になるため、極座標への変換を行う。
【００１８】
これが動径計算部２０２と偏角計算部２０３であり、動径計算部では画素位置の直交座標を入力として、画素位置の動径を出力し、偏角計算部２０３では画素位置の直交座標を入力として画素位置の偏角を出力する。
【００１９】
動径計算部２０２では、中心からの距離を得る。これは図４における点Ａではｚで表されており、動径計算部２０２への入力座標を水平ｘ、垂直ｙとすると、出力ｚは
【００２０】
【数１】
2010283720.tif 000003
【００２１】
で表される。
【００２２】
偏角計算部２０３では、水平軸からの時計回りの角度を計算し、正弦、余弦の値を出力する。偏角は図４における点Ａではθで表されている。偏角計算部２０３への入力座標を水平ｘ（右方向を正とする）、垂直ｙ（下方向を正とする）とすると、出力は
ｓｉｎθ＝ｙ／ｚ
ｃｏｓθ＝ｘ／ｚ
で表される。
【００２３】
これらｚ，ｓｉｎθ，ｃｏｓθを用いて水平方向の収差補正量及び、垂直方向の収差補正量を決定する。
【００２４】
具体的には、収差補正量の絶対値は、予めレンズ特性を元に測定しておいたデータを記憶媒体２０４に格納しておき、そこから読み出した収差補正量の絶対値と、ｚ，ｓｉｎθ，ｃｏｓθを用いて、収差補正の対象となる画素について垂直方向の補正量と、水平方向の補正量を算出する。測定したデータをどのように格納しておくかを以下に述べる。
【００２５】
収差補正量は、レンズの絞り、焦点距離、フォーカス位置によって変動する。そのため、図５のような３次元レンズパラメータ空間を考える。あるレンズ状態において、発生している収差特性は、この空間内の１点と対応する。従って、絞り、焦点距離、フォーカス位置それぞれの軸に対し、カバーするパラメータ範囲とこの範囲を複数の区間に分割するパラメータ値を設定し、絞り、焦点距離、フォーカス位置それぞれのパラメータ値が交差する点に対して色収差データを測定し、保持する。記憶媒体２０４の容量には限りがあるため、色収差データは絞り、焦点距離、フォーカス位置のパラメータをある程度荒く分割して測定したデータを保持しておき、任意のパラメータ値のデータは隣接する点の色収差データから補完して作り出す。
【００２６】
また、当然ながら、収差補正量は、補正対象とする映像画素データが、Ｒ信号かＢ信号かどうかによって変わり、映像データの原点からの距離によっても変わる。従って、上記色収差データとは、原点から端までの距離をｒとするとｒ／１０、２ｒ／１０、３ｒ／１０・・というように原点から端までの距離をある程度分割した箇所でのＲ信号の色収差量のデータ列、及びＢ信号の色収差量のデータ列を意味する。このように離散的なデータ列を保持しておくのは、記憶媒体２０４の容量の限界や、演算量の増大を防ぐためであるが、これが前記課題で述べた画像段差が生じる原因となる。
【００２７】
以上のように格納しておいた色収差データを、まず絞り、焦点距離、フォーカス位置という３つのレンズ状態に従って記憶媒体２０４から読み出す。読み出された色収差データは、収差補正絶対量決定部２０５に入力される。収差補正絶対量決定部２０５では、中心からの距離ｚに従って、例えば２ｒ／１０≦ｚ＜３ｒ／１０であれば、ｒ／１０、２ｒ／１０、３ｒ／１０の位置に相当する３つのＲ，Ｂ色収差データから１つをランダムに選択し、選択した補正量をこの画素でのＲ，Ｂ信号の補正量の絶対値として出力する。
【００２８】
上記のように補正量をランダムで選択することで、色収差データが切り替わる境界がわかりにくくなり、画像段差がわかりにくくなる。また、比較的近い位置の色収差データをランダムで選択するので、レンズの中心から端までの分割単位をある程度細かくすれば本来の目的である色収差の補正にも殆ど影響を与えることはない。
【００２９】
Ｒ，Ｂ信号の補正量の絶対値はそれぞれ垂直／水平補正量決定部２０６に入力される。入力された補正量の絶対値にｓｉｎθをかけてＲ，Ｂ信号の垂直方向の補正量とし、これらをそれぞれＲ垂直フィルタ係数、Ｂ垂直フィルタ係数として出力する。同様に入力された補正量の絶対値にｃｏｓθをかけてＲ，Ｂ信号の水平方向の補正量を算出し、Ｒ水平フィルタ係数、Ｂ水平フィルタ係数として出力する。
【００３０】
Ｒ映像画素データは垂直フィルタ３０１Ｒに入力される。垂直フィルタ３０１ＲはＲ垂直フィルタ係数も入力に持ち、上記補正量に従って、Ｒ映像画素データに垂直方向のフィルタ処理を施し、出力する。Ｒ信号の垂直フィルタ３０１Ｒの出力は、Ｒ信号の水平フィルタ３０２Ｒに入力される。水平フィルタ３０２ＲはＲ水平フィルタ係数も入力に持ち、上記補正量に従って、Ｒ映像画素データに水平方向のフィルタ処理を施し、出力する。
【００３１】
また、Ｂ映像画素データは垂直フィルタ３０１Ｂに入力される。垂直フィルタ３０１ＢはＢ垂直フィルタ係数も入力に持ち、上記補正量に従って、Ｂ映像画素データに垂直方向のフィルタ処理を施し、出力する。Ｂ信号の垂直フィルタ３０１Ｂの出力は、Ｂ信号の水平フィルタ３０２Ｂに入力される。水平フィルタ３０２ＲはＢ水平フィルタ係数も入力に持ち、上記補正量に従って、Ｂ映像画素データに水平方向のフィルタ処理を施し、出力する。
【００３２】
以上の構成により本実施の形態の色収差補正装置は、画像を複数のエリアに分割して、各エリア毎に固有のフィルタ係数を設定して色収差補正を行う場合において、エリア毎のフィルタ周波数特性の違いによる出力画像の画像段差を軽減することが出来る。
【００３３】
（実施の形態２）
本実施の形態が、実施の形態１と異なるところは、収差補正絶対量決定部２０５である。実施の形態１では、収差補正絶対量決定部２０５は３つのＲ，Ｂ色収差データから完全にランダムに１つを選択したが、本実施の形態では、係数の選択にある程度の規則性を持たせる。図６に、図３の線分ＬＭを切り出したものを示す。例えば、線分ＬＭ上の係数Ｙを用いる領域において、その線分を３分割し、領域Ｐでは係数ＹとＸからそれぞれ５０％の確率で選択する。また、領域Ｑでは確率Ａで係数Ｙを選び、確率Ｂで係数Ｘを選び、確率Ｃで係数Ｚを選択する。領域Ｒでは係数Ｙと係数Ｚからそれぞれ５０％の確率で選択する。
【００３４】
このように係数を選択することで、より自然に分割エリアの境界領域での画像段差を目立たなくすることが出来る。
【００３５】
但し、本発明は上記の例に限られるわけではなく、たとえば分割エリア内の領域の分割をもっと細かくしたり、係数の選択される確率を上記とは異なる値に定めてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の収差補正装置によれば、画像を複数のエリアに分割して、各エリアごとに固有のフィルタ係数を設定して色収差補正を行うような回路において、エリアごとのフィルタ係数の違いによる出力画像の画像段差を軽減することが出来る。特に暗所など、ノイズが目立つような環境における光学レンズを使用した映像信号処理回路にも有用である。
【符号の説明】
【００３７】
１０１  ＣＣＤ
１０２  Ａ／Ｄ変換
１０３Ｒ  補間処理部（Ｒチャンネル）
１０３Ｂ  補間処理部（Ｂチャンネル）
１０４  補間係数設定部
１０５Ａ  彩度値生成部
１０５Ｂ  彩度値生成部
１０５Ｃ  彩度値生成部
１０５Ｄ  彩度値生成部
１０５Ｅ  彩度値生成部
１０６Ｒ  データ選択部（Ｒチャンネル）
１０６Ｂ  データ選択部（Ｂチャンネル）
２００  フィルタ係数設定部
２０１  画素位置カウンタ
２０２  動径計算部
２０３  偏角計算部
２０４  記憶媒体
２０５  収差補正絶対量決定部
２０６  垂直／水平補正量決定部
３００  フィルタ処理部
３０１Ｒ  Ｒ垂直フィルタ
３０２Ｒ  Ｒ水平フィルタ
３０１Ｂ  Ｂ垂直フィルタ
３０２Ｂ  Ｂ水平フィルタ
３０３  遅延部
【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１】
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【図２】
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