(57)【要約】【課題】不鮮明な画像から精度良く再現性の高いＳＦＲを求めることができる光学ユニットの評価方法を提供する。【解決手段】所定数の画素、及び所定数の画素と隣接する画素の画像データを、画素が受光した光量順に並べ替えた後、複数の画像データ毎に順次平均値を算出し、平均値からＬＳＦ（線像分布関数）を求めることを特徴とする光学ユニットの評価方法。【選択図】図１
2011191244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳＦＲ（空間周波数応答）を算出する方向と直交する方向に対して傾いた白黒のエッジ部を備えたチャートを、前記エッジ部が行又は列方向の所定数の画素を斜めに分割するように撮像し、撮像した画像データをフーリエ変換してＳＦＲを算出する光学ユニットの評価方法において、
測定範囲の画素の画像データを、画素が受光した光量順に並べ替えた後、前記測定範囲の画素数を前記所定数＋２で割った数の画像データ毎に順次平均値を算出し、前記平均値からＬＳＦ（線像分布関数）を求めることを特徴とする光学ユニットの評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学ユニットの評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光学ユニット（写真撮影用レンズ）の描写性能を評価する方法として、ＩＳＯ１２２３３（非特許文献１）に規定されているＳＦＲ（Ｓｐａｔｉａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ：空間周波数応答）計算法が用いられている。
【０００３】
図８を用いて、ＩＳＯ１２２３３に規定されているＳＦＲ計算法を説明する。デジタルカメラのＳＦＲは、傾斜した黒と白のエッジ部を撮像したデジタルカメラの画像データから求められる。
【０００４】
図８（ａ）は、傾斜した黒と白のエッジ部を撮像したデジタルカメラの４行８列の画素を示している。図８（ａ）の例では、１、２列目の画素は黒の部分、４，５列目の画素は白の部分であり、３列目の画素は白、黒の斜めの境界領域である。また、１行目のＬ１の画素データは黒丸、２行目のＬ２の画素データは黒四角、３行目のＬ３の画素データは灰色の丸、４行目のＬ４の画素データは灰色の丸で示している。以下、次のような手順で計算する。
【０００５】
１）各行の画素データを微分する。（図８（ｂ）参照）
２）各行のＬＳＦ（Ｌｉｎｅ  Ｓｐｒｅａｄ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：線像分布関数）の重心を通る線を計算する（図８（ｃ）参照）。
【０００６】
３）データを内挿する（図８（ｄ）参照）。
【０００７】
４）ノイズ成分を減らすため、ハミングの窓関数を使ってカーブを作成する。
【０００８】
５）拡張された曲線からフーリエ級数の計算を行う。
【０００９】
フーリエ級数展開したデータから、撮影画像のＳＦＲ（振幅−周波数特性）を求め、光学ユニットを評価することができる。
【００１０】
非特許文献１に開示されている測定方法では、所定の角度傾斜した黒と白のエッジ部を撮像する必要がある。非特許文献１に開示されている以外の方向におけるＳＦＲを計算するため、抽出した関心領域を回転させた後、非特許文献１の処理を行うことにより、あらゆる角度のエッジ部に対応する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特表２００８−５００５２９号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】ＩＳＯ１２２３３，”写真−電子静止画像カメラ−解像度測定”、第１版、２００１年９月１日出版
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、非特許文献１、特許文献１に開示されている計算方法では、エッジ部分が鮮明な画像が必要であり、ピントのずれた画像や収差による画像歪みのある画像などでは、演算に誤差が生じ、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）時のノイズ成分になってしまう。
【００１４】
図９は、傾斜した白と黒のエッジ部を撮像したデジタルカメラの画像データの理想状態と像がずれた場合を比較する図である。
【００１５】
図９（ａ）、（ｂ）は何れも７行×３列の画素のデータであり、図９（ａ）は理想状態、図９（ｂ）は像がずれた場合である。
【００１６】
図９（ａ）のように白と黒のエッジ部５が２列目の２行目から６行目の５つの画素に規則正しく分割された状態が理想的である。このようにすると、理論上この５つの画素はそれぞれ白と黒の中間の５段階の信号を出力するので、見かけ上１つの画素の水平方向を分割し、５つの画素にしたのと同じ効果が得られる。
【００１７】
実際には、ピントのずれや収差により、図９（ｂ）のようにエッジ部６が曲線になり、３行２列目と３行３列目の画素、６行１列目と６行２列目の画素のように複数の画素にエッジ部６がまたがっている部分がある。
【００１８】
このように２画素にまたがっている部分がある画素データから、非特許文献１、特許文献１に開示されている計算方法によってＬＳＦを求めるとノイズが多く、目的とする評価値が得られなかった。また、繰り返し測定を行った場合の再現性も悪かった。
【００１９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、不鮮明な画像から精度良く再現性の高いＳＦＲを求めることができる光学ユニットの評価方法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】
【００２０】
上記の課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有するものである。
【００２１】
ＳＦＲ（空間周波数応答）を算出する方向と直交する方向に対して傾いた白黒のエッジ部を備えたチャートを、前記エッジ部が行又は列方向の所定数の画素を斜めに分割するように撮像し、撮像した画像データをフーリエ変換してＳＦＲを算出する光学ユニットの評価方法において、
測定範囲の画素の画像データを、画素が受光した光量順に並べ替えた後、前記測定範囲の画素数を前記所定数＋２で割った数の画像データ毎に順次平均値を算出し、前記平均値からＬＳＦ（線像分布関数）を求めることを特徴とする光学ユニットの評価方法。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の光学ユニットの評価方法は、測定範囲の画素の画像データを、画素が受光した光量順に並べ替えた後、測定範囲の画素数を所定数＋２で割った数の画像データ毎に順次平均値を算出し、平均値からＬＳＦ（線像分布関数）を求める。
【００２３】
したがって、不鮮明な画像から精度良く再現性の高いＳＦＲを求めることができる光学ユニットの評価方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態の光学ユニットの評価方法の手順を説明するフローチャートである。
【図２】ＳＦＲの計算範囲を示す図である。
【図３】光学ユニットの評価に用いる評価用チャートである。
【図４】評価用チャートを撮像した画像から切り出した測定範囲の図である。
【図５】ＳＦＲの計算を本発明の手順で行った場合と従来の手順で行った場合のシミュレーションの比較である。
【図６】デフォーカス画像の一例である。
【図７】実験を行ったビデオカメラのデフォーカス量とＭＴＦの計算結果を示すグラフである。
【図８】ＩＳＯ１２２３３に規定されているＳＦＲ計算法を説明する図である。
【図９】傾斜した白と黒のエッジ部を撮像したデジタルカメラの画像データの理想状態と像がずれた場合を比較する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る実施の一形態を図面に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。
【００２６】
図１は、実施形態の光学ユニットの評価方法の手順を説明するフローチャート、図２は、光学ユニットの評価に用いる評価用チャート、図３は、ＳＦＲの計算範囲を示す図である。
【００２７】
図２の評価用チャートは、縦横同時に測定できるよう、正方形とし上下左右のエッジデータを利用できるようにしている。また、ワークのにらみ位置ずれに対応する場合も、チャートを個別調整しなくて良いように、正方形の複数組み合わせた形にしている。本チャートでは、画像処理による重心演算から測定目標に近い像のエッジを利用する。
【００２８】
図１のフローチャートに沿って、本実施形態の光学ユニットの評価方法の手順を説明する。
【００２９】
Ｓ１０１：画像取り込み
カメラにより図２の評価用チャートを撮像する。カメラはＣＣＤなどを用いたデジタルカメラでも、撮像管を用いたアナログカメラでも良い。アナログカメラの場合は、出力されたビデオ信号をサンプリングしてデジタル値に変換する。
【００３０】
Ｓ１０２：最適閾値計算、２値化重心演算
Ｓ１０１で取り込まれた画像データを２値化する際に最適な閾値を計算する。
【００３１】
Ｓ１０３：測定範囲の切り出し
前ステップで求めた閾値に基づいて２値化した画像データから図３のように測定範囲を切り出す。図３（ａ）は、水平方向のＳＦＲを算出する時に用いる測定範囲１１、１２を説明する図、図３（ｂ）は、垂直方向のＳＦＲを算出する時に用いる測定範囲１４、１５を説明する図である。
【００３２】
測定範囲は例えば次の手順で決定する。
【００３３】
正方形１３の外接する正方形を計算し、それより１０画素程度大きい範囲の外接正方形１０で画像を切り出す。
【００３４】
Ｓ１０４：エッジ長さ、平均化個数計算
測定範囲１１、１２、および測定範囲１４、１５に、それぞれ評価用チャートの白黒のエッジ部が１つ含まれるように、切り出した画像幅の１／３のエリアを測定幅とし、上下（もしくは左右）の大きさを外接正方形１０から計算する。
【００３５】
図２の評価用チャートを撮像した画像の測定範囲は図４のようになる。図４（ａ）はピントが合った画像データから測定範囲を切り出した場合、図４（ｂ）はピントがボケた画像データから測定範囲を切り出した場合である。
【００３６】
２値化画像データから評価用チャートの傾いた正方形の個数を計測し、各傾いた正方形の位置と大きさを算出する。得られた位置と大きさの情報から、ＳＦＲを計算する測定範囲１１、１２、および測定範囲１４、１５を図３のように算出する。
【００３７】
図３は、評価用チャートを撮像した傾いた正方形１３と、Ｓ１０３で求めた切り出し範囲１０、測定範囲１１、１２、測定範囲１４、１５を示している。
【００３８】
平均化個数は、次ステップで行う平均化演算の個数である。測定範囲１１、１２、測定範囲１４、１５の平均化個数は、下記式（１）を用いて計算する。
【００３９】
（平均化個数）＝（エッジ部の長手方向の画素数×測定範囲の数）／（１画素分割個数）・・・・・・・（１）
図３のような正方形チャートを評価用チャートとして使用し、例えば測定範囲１１、１２がそれぞれ水平方向２０画素、垂直方向６０画素の場合について平均化個数の計算例を説明する。エッジ部の長手方向は、垂直方向であり、測定範囲は２つなので、エッジ部の長手方向の画素数×測定範囲の数は、６０×２である。
【００４０】
図２のようなチャートを撮像すると、理論上は図９（ａ）のように画素に対して斜めの白と黒のエッジ部５が５つの画素に規則正しく分割されるので、１画素分割個数は５である。
【００４１】
したがって、
平均化個数＝（６０×２）／５＝２４
となる。
【００４２】
平均化個数は整数値とする。図９の例では、（３×７）／（３×５）＝１．４であり、平均化個数は１である。
【００４３】
Ｓ１０５：光量順に並び替え、平均化、ＬＳＦ作成
本発明の光学ユニットの評価方法では、測定範囲の画像データを、画素が受光した光量順に並べ替えた後、３つの画像データ毎に順次平均値Ｘｉを算出し、平均値の差分ΔＸ＝Ｘｉ＋１−ＸｉからＬＳＦ（線像分布関数）を求める。
【００４４】
図９（ｂ）のように像がずれている場合を例に説明する。
【００４５】
図９（ｂ）の例では、測定範囲の画素数は水平方向３画素、垂直方向７画素の２１画素である。この２１の画素データを画素が受光した光量順に並び替える。なお、受光した光量の多い白を表す画像データ値を１、受光した光量の少ない黒を表す画像データ値を７とする。
【００４６】
理論上白黒のエッジは画素に対して図９（ａ）のように５つの画素に跨るように傾いているので、エッジ部分の画素データは白、黒以外の５段階の画像データ値２、３、４、５６になるはずである。像がずれていると、図９（ａ）のようにエッジ部分が２画素に跨がす部分があり、理論値とは異なる画像データ値になる。
【００４７】
次に、並び替えた画像データを平均化する。図９（ｂ）の例では、白、黒以外の５段階の画像データが得られるよう、３画素毎に平均値を算出する。この例では測定範囲の２１画素を、白黒を含めて７段階になるよう７で割ると、平均値を算出する画素数３が得られる。
【００４８】
平均化したデータからＬＳＦを作成する。隣り合う平均化したデータの差分を求める。
【００４９】
表１は、図９（ｂ）の画像データ値を基に算出した、光量順に並び替えたデータと、平均化したデータと、ＬＳＦとを示す表である。
【００５０】
【表１】
2011191244.tif 000003
【００５１】
１行目は、光量順に並び替えたデータであり、これを３画素毎に平均化すると２行目のように１、１、１．５、３．９、５．５、６．９、７．０になる。
【００５２】
次に、平均化した値の１次元配列Ｘｉの差分ΔＸ＝Ｘｉ＋１−Ｘｉを順次算出する。表１の例では、１−１＝０、１．５−１＝０．５、３．９−１．５＝２．４・・・というように算出し、３行目の値が求められる。
【００５３】
Ｓ１０６：ＬＳＦ×窓関数、ＯＴＦ演算、Ｌａｇｒａｎｇｅ補間
ＬＳＦに窓関数をかけた後、ＯＴＦ演算を行い、次に公知のＬａｇｒａｎｇｅ補間を行う。窓関数には公知のハミング窓、ブラックマン窓を用いることができる。窓関数は必ずしも用いなくても良いが、窓関数を用いると低周波成分のフーリエ演算値を改善することができる。
【００５４】
Ｓ１０７：必要周波数のＭＴＦ値を選択
必要周波数のＭＴＦ値を選択して表示させる。
【００５５】
フローチャートの説明は以上である。
【００５６】
図５は、ＳＦＲの計算を本発明の手順で行った場合と従来の手順で行った場合のシミュレーションの比較である。図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の手順で行った場合であり、図５（ｃ）、（ｄ）は、従来の手順で行った場合である。
【００５７】
図５（ａ）、（ｂ）は、図３（ａ）に示す測定範囲１２のように、縦方向に斜めになったエッジ部を撮像した横方向画素の画素出力である。図５のシミュレーションは、ピントのボケた画像からＳＦＲの計算を行った場合の効果を確認するためのものであり、図５（ａ）、（ｂ）の横方向画素の画素出力のデータは、白部分では大きかった出力が、エッジ部で徐々に低下して黒部分では小さくなっている。エッジ部で画素出力が低下する割合は、合焦時のように急峻なものではない。
【００５８】
このような画像データから本発明の手順で求めたＬＳＦは、従来の手順で求めた図５（ｃ）に示すＬＳＦよりも図５（ａ）のように大きく、ノイズが少ない。また、本発明の手順で算出する方が従来の手順と比較して演算時間が短かった。
【００５９】
図５（ｂ）、（ｄ）は、シミュレーションにより求めた空間周波数とＭＴＦの関係を示すグラフであり、本発明の手順で求めたＭＴＦは、図５（ｂ）のようにノイズが少なく理論値に近い結果が得られた。一方、従来の手順で求めたＭＴＦは、図５（ｄ）のようにノイズが多かった。
【００６０】
次に、本発明の効果を実験で確認した。実験は、図２の評価用チャートをビデオカメラのデフォーカス量を変えながら撮影した画像を用い、本発明の手順でＭＴＦを求めた。
【００６１】
図６は、デフォーカス画像の一例であり、図７は、実験を行ったビデオカメラのデフォーカス量とＭＴＦの計算結果を示すグラフである。
【００６２】
図７の縦軸はＭＴＦ、横軸はビデオカメラのデフォーカス量であり、図中央の０は合焦位置を示す。また、図中ＬＵは評価用チャートの左上を、ＬＤは左下を、ＲＵは右上を、ＲＤは右下を示す。
【００６３】
実験は、ＬＵ、ＬＤ、ＲＵ、ＲＤのそれぞれの条件でデフォーカス量−１００μｍ〜＋１００μｍの範囲で行い、ＬＳＦを求めて算出したＳＦＲのデータから、４５本／ｍｍの空間周波数のデータを図７に示している。
【００６４】
このように、本発明の手順によるとデフォーカス量−１００μｍ〜＋１００μｍの範囲でＳＦＲを算出できることが確認できた。また、画面位置の何れでもほぼ同じ値が得られることが確認できた。
【００６５】
以上このように、本発明によれば、不鮮明な画像から精度良く再現性の高いＳＦＲを求めることができる光学ユニットの評価方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００６６】
５  エッジ部
６  エッジ部
１０  外接正方形
１１  測定範囲
１２  測定範囲
１３  チャート像
１４  測定範囲
１３  測定範囲
２０  水平方向
６０  垂直方向
【図１】
2011191244.tif 000004
【図２】
2011191244.tif 000005
【図３】
2011191244.tif 000006
【図４】
2011191244.tif 000007
【図５】
2011191244.tif 000008
【図６】
2011191244.tif 000009
【図７】
2011191244.tif 000010
【図８】
2011191244.tif 000011
【図９】
2011191244.tif 000012