(57)【要約】【課題】光学機器における色シェーディングを定量的に評価する装置および方法を提供する。【解決手段】評価対象となる光学機器で既知の被写体を撮影した画像を電子データ化した上で、この画像データを縦横のメッシュ状に分割し、分割画像データごとに色データを算出する。メッシュごとの彩色の度合いの平均値である色付きと、メッシュごとの彩色の度合いの最大値である色バランスとを用いて、光学機器の色シェーディングを定量的に評価する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
評価対象である光学機器から入力した画像データを、所定の分割数に基づいて、縦横方向のメッシュ状に配置された複数の分割画像データに分割する画像分割部と、
前記複数の分割画像データのそれぞれについて、色データを算出する色データ算出部と、
前記色データに基づいて、前記画像データの色付きを算出する色付き算出部と、
前記色データに基づいて、前記画像データの色バランスを算出する色バランス算出部と
を具備し、
前記色付き算出部は、前記複数の分割画像データのそれぞれにおける彩色の度合いの平均値を算出し、
前記色バランス算出部は、前記複数の分割画像データのそれぞれにおける彩色の度合いの最大値を算出する
色シェーディング評価装置。
【請求項２】
請求項１に記載の色シェーディング評価装置において、
前記色付きと、前記色バランスと、前記画像データにおける、前記色データの分布図とを出力する表示部
をさらに具備する
色シェーディング評価装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の色シェーディング評価装置において、
前記光学機器で既知の被写体を撮影した画像に基づく前記画像データを格納する画像メモリ部と、
前記所定の分割数を入力する操作部と
をさらに具備する
色シェーディング評価装置。
【請求項４】
請求項３に記載の色シェーディング評価装置において、
前記既知の被写体は、
前記画像データの全域を占め、かつ、全域において均一に白い面積
を具備する
色シェーディング評価装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の色シェーディング評価装置において、
前記色データは、
Ｒ（Ｒｅｄ：赤）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ：緑）、Ｂ（Ｂｌｕｅ：青）の３値
を具備し、
前記彩色の度合いは、前記３値における、最大値と最小値との差に等しい
色シェーディング評価装置。
【請求項６】
（ａ）評価対象である光学機器から入力した画像データを、所定の分割数に基づいて、縦横方向のメッシュ状に配置された複数の分割画像データに分割するステップと、
（ｂ）前記複数の分割画像のそれぞれについて、色データを算出するステップと、
（ｃ）前記色データに基づいて、前記画像データの色付きを算出するステップと、
（ｄ）前記色データに基づいて、前記画像データの色バランスを算出するステップと
を具備し、
前記ステップ（ｃ）は、
（ｃ−１）前記複数の分割画像データのそれぞれにおける彩色の度合いの平均値を算出するステップ
を具備し、
前記ステップ（ｄ）は、
（ｄ−１）前記複数の分割画像データのそれぞれにおける彩色の度合いの最大値を算出するステップ
を具備する
色シェーディング評価方法。
【請求項７】
請求項５に記載の色シェーディング評価方法において、
（ｅ）前記色データに基づいて、前記画像データにおける、前記色データの分布図を生成するステップ
をさらに具備する
色シェーディング評価方法。
【請求項８】
請求項６または７に記載の色シェーディング評価方法において、
（ｆ）評価対象である光学機器で既知の被写体を撮影するステップと、
（ｇ）前記ステップ（ｆ）で撮影した画像を前記画像データに変換するステップと、
（ｈ）前記所定の分割数を入力するステップと
をさらに具備する
色シェーディング評価方法。
【請求項９】
請求項８に記載の色シェーディング評価方法において、
前記既知の被写体は、
前記画像データの全域を占め、かつ、全域において均一に白い面積
を具備する
色シェーディング評価方法。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれかに記載の色シェーディング評価方法において、
前記色データは、
Ｒ（Ｒｅｄ：赤）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ：緑）、Ｂ（Ｂｌｕｅ：青）の３値
を具備し、
前記彩色の度合いは、前記３値における、最大値と最小値との差に等しい
色シェーディング評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学機器の色シェーディングを定量的に評価する色シェーディング評価装置と、この装置を用いた色シェーディング評価方法とに係る。
【背景技術】
【０００２】
カメラなどの光学機器を用いた撮影画像には、この光学機器が外部から光を入力するレンズなどの特性が原因となって、輝度のムラや色のムラが生じる場合がある。例えば、白一色の均一な被写体を所定の光学機器で撮影して得られた画像について考える。この光学機器が理想的であれば、画像の全域が均一な白色となるはずである。しかし、実際には、画像の一部が他の部分よりも明るかったり暗かったりする場合がある。このような輝度のムラを、以降、「輝度シェーディング」と記す。また、画像が全体的に色付いている場合や、画像の一部の色付きが他の部分とは異なることで全体的な色のバランスが崩れている場合がある。このような色付きや色バランスを合わせて、以降、「色シェーディング」と記す。
【０００３】
輝度シェーディングおよび色シェーディングが発生する原因は様々である。例えば、光学機器に対するレンズを実装した位置や方向にばらつきがあっても、レンズを生成する金型の精度に問題があってレンズ自体に欠陥があっても、輝度シェーディングまたは色シェーディングが発生する原因になり得る。理想的には、光学機器には、輝度シェーディングも、色シェーディングも、全く無いことが望まれる。しかし、実際問題としては、光学機器が抱える輝度シェーディングと色シェーディングを正しく知った上で、この光学機器で得られた画像に正しい補正をかける手法も重要となる。
【０００４】
従来の評価方法では、白一面の均一な被写体を撮影して得られた画像の色シェーディングを、目視にて確認していた。このような評価方法では、評価者の感覚に頼る部分が大きく、また、微小な色の変化を確認する上で人間の視力には限界があり、定量的な評価方法とは程遠いと言わざるを得ない。
【０００５】
その一方で、従来技術として、輝度シェーディングを定量的に評価する方法が知られている。この方法では、均一な被写体を撮影した画像の中央部分および周辺部分で輝度を計測し、その差分を定量的な数値として算出する。同様に、色シェーディングを定量的に評価することも可能である。しかし、このような方法は、画面全体について色シェーディングを評価する方法としては不十分であると言わざるを得ない。
【０００６】
上記に関連して、特許文献１（特開平５−３３２７５３号公報）では、パターン異常検出装置に係る記載が開示されている。このパターン異常検出装置は、半導体ウェハ上に光をあて、そのウェハ上のパターン異常を干渉光による色むらによって検出する装置である。このパターン異常検出装置は、ウェハステージと、カラーカメラと、制御装置と、背面用紙またはカバーとから構成されることを特徴としている。ここで、ウェハステージは、外光を遮断するカバー内に設けられたウェハを載せるものである。カラーカメラは、ウェハ上のパターンが写り、かつレンズ周辺に配置した、ウェハを照明するための拡散光源からの照明光が写らないように配置したものである。制御装置は、カメラに付随した、少なくとも色むらを２値化できるものである。背面用紙またはカバーは、カメラの対向する位置に配置し、カメラに写る色むらの検出感度を向上させる色を塗布したものである。
【０００７】
また、特許文献２（特開２００３−１６７５２９号公報）では、画面欠陥検出方法に係る記載が開示されている。この画面欠陥検出方法は、検査対象の画面を撮像する工程と、撮像により取り込まれた被検査部画像の領域を複数のブロックに分割する工程と、被検査部画像のノイズ成分を除去する工程と、ノイズ成分を除去した被検査部画像の画像データについて、シェーディング補正を行う工程と、シェーディング補正を行った被検査部画像の画像データについて、各ブロックにおける相互相関を計算し、算出した相互相関値に基づいて得た値を欠陥評価値として算出する工程と、欠陥評価値に基づいて被検査部画像における欠陥の有無を判断する工程と、を有することを特徴とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−３３２７５３号公報
【特許文献２】特開２００３−１６７５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、光学機器における色シェーディングを定量的に評価する装置および方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による色シェーディング評価装置は、画像分割部と、色データ算出部と、色付き算出部と、色バランス算出部とを具備する。ここで、画像分割部は、評価対象である光学機器から入力した画像データを、所定の分割数に基づいて、縦横方向のメッシュ状に配置された複数の分割画像データに分割する。色データ算出部は、複数の分割画像データのそれぞれについて、色データを算出する。色付き算出部は、色データに基づいて、画像データの色付きを算出する。色バランス算出部は、色データに基づいて、画像データの色バランスを算出する。色付き算出部は、複数の分割画像データのそれぞれにおける彩色の度合いの平均値を算出する。色バランス算出部は、複数の分割画像データのそれぞれにおける彩色の度合いの最大値を算出する。
【００１１】
本発明による色シェーディング評価方法は、（ａ）評価対象である光学機器から入力した画像データを、所定の分割数に基づいて、縦横方向のメッシュ状に配置された複数の分割画像データに分割するステップと、（ｂ）複数の分割画像のそれぞれについて、色データを算出するステップと、（ｃ）色データに基づいて、画像データの色付きを算出するステップと、（ｄ）色データに基づいて、画像データの色バランスを算出するステップとを具備する。ステップ（ｃ）は、（ｃ−１）複数の分割画像データのそれぞれにおける彩色の度合いの平均値を算出するステップを具備する。ステップ（ｄ）は、（ｄ−１）複数の分割画像データのそれぞれにおける彩色の度合いの最大値を算出するステップを具備する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の色シェーディング評価装置によれば、評価対象となる光学機器で撮影した画像を電子データ化した上で、この画像データを縦横のメッシュ状に分割し、分割画像データごとに色データを算出する。メッシュごとの彩色の度合いの平均値である色付きと、メッシュごとの彩色の度合いの最大値である色バランスとを用いて、光学機器の色シェーディングを定量的に評価することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施形態による色シェーディング評価装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態による色データ変換回路部の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態による色シェーディング評価方法の構成を示すフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の実施形態による色シェーディング評価方法で得られた画像データの例を概略的に示す画像である。
【図５】図５は、本発明の実施形態における分割画像の配置を示す概略図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態による色シェーディングの出力結果の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
添付図面を参照して、本発明による色シェーディング評価装置と、色シェーディング評価方法とを実施するための形態を以下に説明する。
【００１５】
（実施形態）
図１は、本発明の実施形態による色シェーディング評価装置１０の構成を示すブロック図である。図１の色シェーディング評価装置１０の構成要素について説明する。図１の色シェーディング評価装置１０は、画像メモリ部１２と、色データ変換回路部１３と、表示部１４と、操作部１５とを具備している。
【００１６】
図２は、本発明の実施形態による色データ変換回路部１３の構成を示すブロック図である。図２の色データ変換回路部１３の構成要素について説明する。図２の色データ変換回路部１３は、バス１３０と、画像分割部１３１と、色データ算出部１３２と、色付き算出部１３３と、色バランス算出部１３４とを具備している。
【００１７】
図１の色シェーディング評価装置１０の構成要素同士の接続関係について説明する。画像メモリ部は、色データ変換回路部１３と、表示部１４とに接続されている。色データ変換回路部１３は、操作部１５にも接続されている。画像メモリ部１２は、さらに、評価対象である外部のカメラ部１１に接続されていても良い。カメラ部１１は、被写体１６を撮影可能に設置されることが望ましい。なお、カメラ部１１は、撮像機能を有する光学機器であれば、いわゆるスチールカメラやビデオカメラ以外でも、例えばコピー機やスキャナーなどであっても構わない。
【００１８】
図２の色データ変換回路部１３の構成要素同士の接続関係について説明する。バス１３０は、画像分割部１３１と、色データ算出部１３２と、色付き算出部１３３と、色バランス算出部１３４とに接続されている。
【００１９】
なお、上記の構成は、あくまでも本発明の実施形態による一例であって、本発明による色シェーディング評価装置１０の構成を限定するものではない。例えば、操作部１５としての機能を有する入力部と、表示部１４としての機能を有する出力部と、色データ変換回路部１３としての機能を有する演算部と、画像メモリ部１２としての機能を有する記憶部１２とを、これらの構成要素同士で信号をやりとりするバスで接続した構成であっても構わない。この場合、評価対象である外部のカメラ部１１は、バスに接続されても良い。
【００２０】
図１の色シェーディング評価装置１０の各構成要素の動作について、すなわち本発明の実施形態による色シェーディング評価方法について説明する。図３は、本発明の実施形態による色シェーディング評価方法の構成を示すフローチャートである。このフローチャートは、第１〜第６のステップＳ１〜Ｓ６を具備している。図３のフローチャートが開始すると第１のステップＳ１に進む。
【００２１】
第１のステップＳ１では、画像メモリ部１２が、評価対象であるカメラ部１１が撮影して得られた画像のデータを取得する。この画像は、画像全体が均一となるような被写体１６を撮影したものであることが望ましい。この被写体１６としては、例えば、画像全体を占める面積を有し、色が均一で白いことが望ましい。画像メモリ部１２に格納された画像データは、色データ変換回路部１３から参照可能となる。図４は、本発明の実施形態による色シェーディング評価方法で得られた画像データの例を概略的に示す画像である。枠内の線は、色シェーディングの境を示す等高線である。第１のステップＳ１の次には、第２のステップＳ２に進む。
【００２２】
第２のステップＳ２では、画像データを縦横のメッシュに分割するための分割数を決定する。以降、横方向の分割数をＸ、縦方向の分割数をＹと記す。縦横方向それぞれの分割数は、予め設定されて色シェーディング評価装置１０に記憶されていても良いし、外部から操作部１５を介して入力しても良いし、第１のステップＳ１で取得した画像データのサイズに応じて色シェーディング評価装置１０が自動的に決定しても良い。本実施形態では、一例として、次の値を用いて説明を続ける。
Ｘ＝１２
Ｙ＝８
第２のステップＳ２の次には、第３のステップＳ３に進む。
【００２３】
第３のステップＳ３では、画像分割部１３１が、第１のステップＳ１で取得した画像データを、第２のステップＳ２で決定した分割数で、縦横のメッシュ状に分割する。本実施形態では、Ｘ×Ｙ＝９６個の分割画像が得られる。ここで、例として、９６個の分割画像に、Ａ１〜Ｌ８の符号を付けることにする。図５は、本発明の実施形態における分割画像の配置を示す概略図である。図５の概略図は、横方向に１２分割、縦方向に８分割されたメッシュ状の画像であって、全体が画像データを示し、合計９６個のメッシュが９６個の分割画像にそれぞれ対応する。これらのメッシュにおいて、符号のＡ〜Ｌは横方向に対する位置を示し、同じく１〜８は縦方向に対する位置を示している。これらの分割画像および対応する符号を表すデータは、画像メモリ部に格納されても良い。なお、画像データが複数のピクセルで表現されていて、かつ、縦横のピクセル数が、縦横の分割数Ｘ、Ｙの倍数でない場合は、分割画像を、仮想的な部分ピクセルを用いて表現しても良い。ここで、部分ピクセルとは、１ピクセルよりも小さい面積を有するものである。第３のステップＳ３の次には、第４のステップＳ４に進む。
【００２４】
第４のステップＳ４では、色データ算出部１３２が、分割画像のそれぞれについて、色データを算出する。本実施形態では、この色データを、光の３原色であるＲＧＢ（Ｒｅｄ，  Ｇｒｅｅｎ，  Ｂｌｕｅ：赤、緑、青）のそれぞれを、０〜２５５の２５６階調で示す２４ビットのデータとして説明を続ける。ただし、この色データは、その他の、例えば印刷の分野で用いられるＣＭＹ（Ｃｙａｎ，  Ｍａｇｅｎｔａ，  Ｙｅｌｌｏｗ：シアン、マゼンタ、黄色）モデルなどで表現しても構わない。なお、分割画像が複数のピクセルや部分ピクセルを含む場合は、これらのピクセルまたは部分ピクセルのそれぞれにおける色の平均値を、それぞれの面積で重み付けした上で算出して、その分割画像の色とすれば良い。第４のステップＳ４の次には、第５のステップＳ５に進む。
【００２５】
第５のステップＳ５では、色付き算出部１３３および色バランス算出部１３４が、画像データの色付きおよび色バランスを、それぞれ算出する。色付きおよび色バランスは、以下のように算出される。
【００２６】
まず、各メッシュにおけるＲ、Ｇ、Ｂの値を、それぞれＲａ，ｂ、Ｇａ，ｂ、Ｂａ，ｂと表記する。ここで、添え字ａは、メッシュの画像データにおける横方向の位置を示し、ここでは１〜Ｘ、すなわち１〜１２の範囲の整数値を持つ。同様に、添え字ｂは、メッシュの画像データにおける縦方向の位置を示し、ここでは１〜Ｙ、すなわち１〜８の範囲の整数値を持つ。
【００２７】
次に、各メッシュにおけるＲ、Ｇ、Ｂの最大差分をＤａ，ｂと表記する。Ｄａ，ｂは以下の式で算出される。
Ｄａ，ｂ＝Ｍａｘ（Ｒａ，ｂ、Ｇａ，ｂ、Ｂａ，ｂ）−Ｍｉｎ（Ｒａ，ｂ、Ｇａ，ｂ、Ｂａ，ｂ）
ここで、関数「Ｍａｘ（…）」はカッコ内の数値の最大値を意味し、関数「Ｍｉｎ（…）」はカッコ内の数値の最小値を意味する。
【００２８】
なお、Ｄａ，ｂを求める目的は、そのメッシュの色が、白や灰色などの無彩色からどれだけ離れているかを定量的に示すことである。したがって、Ｄａ，ｂの別の定義として、例えば、色の３属性における彩度を用いても良い。以下、Ｄａ，ｂを彩色の度合いと表記する。
【００２９】
以上から、本発明において、評価対称となる光学機器であるカメラ部６の色付きは、以下の式で算出される。
色付き＝ＡＶＥ（Ｄａ，ｂ），  １＜ａ＜Ｘ，  １＜ｂ＜Ｙ
ここで、関数「ＡＶＥ（…）」は、カッコ内の数値の平均値を意味する。すなわち、本発明における色付とは、全てのメッシュにおける彩色の度合いの平均値である。
【００３０】
同様に、本発明において、評価対称となる光学機器であるカメラ部６の色バランスは、以下の式で算出される。
色バランス＝Ｍａｘ（Ｄａ，ｂ），  １＜ａ＜Ｘ，  １＜ｂ＜Ｙ
すなわち、本発明における色バランスは、全てのメッシュにおける彩色の度合いの最大値である。
なお、色付きの算出および色バランスの算出は、どちらかを先に行っても良いし、同時に行っても構わない。色付きおよび色バランスの値は、画像メモリ部１２に記憶される。
【００３１】
このように、本発明では、評価対称となる光学機器の色シェーディングを、光学機器で撮影して得られた画像データから算出される、画面全体の平均的な彩色の度合いである色付きと、画面の局所的な色付きである色バランスとを指標にして、評価する。ここで、色シェーディングと、輝度シェーディングとを混同しないよう注意したい。つまり、色シェーディングとしての理想は、画像データの全てのメッシュ、ひいては全てのピクセルまたは場所のそれぞれにおいて、以下の式が成り立つことである。
Ｒａ，ｂ＝Ｇａ，ｂ＝Ｂａ，ｂ
すなわち、画像データの全域において以下の式が成り立つ必要は無い。
Ｒａ，ｂ＝一様，  １＜ａ＜Ｘ，  １＜ｂ＜Ｙ
Ｇａ，ｂ＝一様，  １＜ａ＜Ｘ，  １＜ｂ＜Ｙ
Ｂａ，ｂ＝一様，  １＜ａ＜Ｘ，  １＜ｂ＜Ｙ
これは輝度シェーディングの評価につながるものであって、色シェーディングとは関係無い。第５のステップＳ５の次には、第６のステップＳ６に進む。
【００３２】
第６のステップＳ６では、表示部１４が、色シェーディングの評価の結果を出力する。表示部１４は、第５のステップＳ５で算出した画像全体の色付きおよび色バランスの他に、各種パラメータの画像内の分布を示すグラフを出力しても良い。図６は、本発明の実施形態による色シェーディング方法の出力例を示すグラフである。図６のグラフは、画像を分割したメッシュのうち、４行目に配置されたＸ個、すなわち１２個のメッシュにおける、Ｒ、Ｇ、Ｂの値の分布を示している。図６のグラフにおいて、横軸は画像の横方向の位置を示し、縦軸はＲ、Ｇ、Ｂの値を示している。なお、図６のようなグラフは、例えば操作部１５に入力する操作信号に基づいて、どの行のメッシュ群についても出力可能であり、また、どの列のメッシュ群についても同様のグラフが出力可能である。図６のようにグラフ化することで、評価対称となる光学機器であるカメラ部１１の色シェーディングが分かりやすい形式で出力可能である。図６のグラフに基づいて、評価対象である光学機器における色シェーディングを中和するフィルタプログラムを構成することも可能である。
【００３３】
図６では、３つのグラフがそれぞれＲ、Ｇ、Ｂの値を示しているが、表示部１４はさらに別のバリエーションのグラフを出力しても良い。例えば、各メッシュにおける彩色の度合いを行ごとまたは列ごとにグラフ化することも可能である。第６のステップＳ６が終了すると、本発明の実施形態による色シェーディング評価方法は完了する。
【符号の説明】
【００３４】
１０  色シェーディング評価装置
１１  カメラ部
１２  画像メモリ部
１３  色データ変換回路部
１３０  バス
１３１  画像分割部
１３２  色データ算出部
１３３  色付き算出部
１３４  色バランス算出部
１４  表示部
１５  操作部
１６  被写体
【図１】
2011185605.tif 000003
【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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