(57)【要約】【課題】被写体に応じて違和感のない画像を得ることができる撮像装置を提供する。【解決手段】撮像レンズ１０４を通して結像する光学像を撮像素子１０３により画像信号に変換するデジタルカメラは、撮像レンズ１０４に固有の歪曲収差を画像処理により補正する画像処理部１０８を備える。画像処理部１０８は、撮像レンズ１０４の焦点距離と被写体から撮像レンズ１０４への光束の入射角とに応じて、歪曲収差を補正する際に用いる補正量を変える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像レンズを通して結像する光学像を撮像素子により画像信号に変換する撮像装置であって、
前記撮像レンズに固有の歪曲収差を画像処理により補正する補正手段を備え、
前記補正手段は、前記撮像レンズの焦点距離と被写体から前記撮像レンズへの光束の入射角とに応じて、前記歪曲収差を補正する際に用いる補正量を変えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
被写体までの距離を測定する測定手段を備え、
前記補正手段は、前記測定手段により測定された被写体距離に応じて前記補正量を変えることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
被写体までの距離を測定する測定手段と、
撮像画面内の顔を検出する顔検出手段とを備え、
前記補正手段は、前記測定手段により測定された被写体距離と、前記顔検出手段が検出した顔の前記撮像画面内の位置とに応じて前記補正量を変えることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
被写体までの距離を測定する測定手段と、
前記被写体の形状を検出する形状検出手段とを備え、
前記補正手段は、前記測定手段により測定された被写体距離と、前記形状検出手段が検出した形状とに応じて前記補正量を変えることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項５】
被写体の違いに応じた複数の撮影モードを有し、
前記補正手段は、前記複数の撮影モードの中から設定された撮影モードの違いに応じて前記補正量を変えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
撮像画像の像高をｙ、被写体から前記撮像レンズへの入射角をθ、前記撮像レンズの焦点距離をｆとしたときに、前記補正手段は、ｙ＝ｆ・ｔａｎθ、の条件を満足する補正と、ｙ＝２ｆ・ｔａｎ（θ／２）、の条件を満足する補正との間で切り替えるように前記補正量を変えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
撮像画像の像高をｙ、被写体から前記撮像レンズへの入射角をθ、前記撮像レンズの焦点距離をｆとしたときに、前記補正手段は、２ｆ・ｔａｎ（θ／２）≦ｙ≦ｆ・ｔａｎθ、の条件を満足する補正を行うように前記補正量を変えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
撮像画像の像高をｙ、被写体から前記撮像レンズへの入射角をθ、前記撮像レンズの焦点距離をｆとしたときに、前記撮像レンズに固有の歪曲収差が、ｙ≦２ｆ・ｔａｎ（θ／２）、の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関し、特に、撮像レンズに固有の歪曲収差を画像処理により補正する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像装置では、撮像レンズに固有の歪曲収差により、撮像された画像の結像倍率が撮像画面の像高により変化するため、撮像された画像が歪む現象が生じる。これに対して、撮像された画像に画像処理を行うデジタルカメラ等の撮像装置では、撮像レンズに固有の歪曲収差を補正する画像処理を行うことによって、歪曲収差を低減した画像を得ている（特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２４４８０３号公報
【特許文献２】特開２０１０−２２６１５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の従来技術のような画像処理によって撮像レンズに固有の歪曲収差を補正する場合、平面的な被写体であれば画像の歪みを低減することができるが、被写体が立体的であると、立体的な被写体に特有な歪みが発生してしまう。特に、撮像レンズの広角位置での大きな樽型の歪曲収差を補正したときには、平面の直線物は良好な画像が得られるが、立体物については広角歪みと呼ばれる画像の歪みが発生する。この広角歪みは、画面の周辺部の被写体が画面の像高方向に引き伸ばされて撮影される現象であり、特に人の顔等が被写体の場合に、引きの伸ばされた違和感のある画像になってしまう。その具体例について、図４を参照して説明する。
【０００５】
図４（Ａ）は、歪曲収差が良好に補正された従来例に係る画像の一例である。図４（Ａ）では、平面的な直線上の形状は良好に補正されているが、画面周辺部の人物の顔のような立体物には、広角歪が発生し違和感のある画像となっていることがわかる。また、図４（Ｂ）は、樽型の歪曲収差がある従来例に係る画像の一例である。図４（Ｂ）では、平面的な直線上の形状が歪んでしまっていることで違和感のある画像となっているが、画面周辺部の人物の顔のような立体物には広角歪が発生せず、その結果、人物の顔には違和感のない画像となっている。
【０００６】
本発明は、被写体に応じて違和感のない画像を得ることができる撮像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】
【０００７】
本発明に係る撮像装置は、撮像レンズを通して結像する光学像を撮像素子により画像信号に変換する撮像装置であって、前記撮像レンズに固有の歪曲収差を画像処理により補正する補正手段を備え、前記補正手段は、前記撮像レンズの焦点距離と被写体から前記撮像レンズへの光束の入射角とに応じて、前記歪曲収差を補正する際に用いる補正量を変えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、撮像レンズの焦点距離と被写体から撮像レンズへの光束の入射角とに応じて、撮像レンズに固有の歪曲収差を画像処理により補正する際の補正量を変える。これにより、被写体に応じて違和感のない良好な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置の一例であるデジタルカメラの構成を示すブロック図である。
【図２】図１のデジタルカメラが備える撮像レンズの歪曲収差と広角歪を模式的に示す図である。
【図３】本実施形態での被写体及び被写体距離と歪曲収差との関係を表す図であり、（Ｂ），（Ｃ）が適切な補正例であり、（Ａ），（Ｄ）は適切ではない補正例である。
【図４】歪曲収差が良好に補正された従来例に係る画像の一例と、樽型の歪曲収差がある従来例に係る画像の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。ここでは、本発明に係る撮像装置として、所謂、デジタルカメラを取り上げることとする。
【００１１】
＜撮像装置の構成＞
図１は、本発明の実施形態に係るデジタルカメラの構成を示すブロック図である。デジタルカメラは、操作部１０１、制御部１０２、撮像素子１０３、撮像レンズ１０４、絞り１０５、シャッタ１０６、Ａ／Ｄ変換部１０７、画像処理部１０８及びＥＶＦ表示部１０９を備える。また、デジタルカメラは、フォーマット変換部１１０、画像記憶部１１１、外部接続部１１２、ＡＦ処理部１１３及びＡＥ処理部１１４を備える。
【００１２】
操作部１０１は、デジタルカメラの操作者がデジタルカメラに対して各種の指示を入力するために操作するスイッチやボタン等によって構成されており、シャッタスイッチを含む。制御部１０２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成されており、デジタルカメラの全体的制御を行う。また、制御部１０２は、画像処理部１０８から出力されるデジタル画像信号を用いて、撮像画面に含まれている人物の顔を検出する顔検出機能と、建築物や植物等の形状を検出する形状検出機能を有する。なお、顔検出や形状検出には、周知の判定技術が用いられ、ここでの詳細な説明は省略する。
【００１３】
撮像レンズ１０４、絞り１０５及びシャッタ１０６を通して入射される光束（被写体からの反射光）は、撮像素子１０３の結像面に光学像として結像する。なお、撮像レンズ１０４は、フォーカスレンズ、ズームレンズ、ぶれ補正レンズ等の複数のレンズを含む。撮像素子１０３は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等のイメージセンサであり、光電変換により光学像の光量に応じた電荷を出力する。Ａ／Ｄ変換部１０７は、撮像素子１０３から出力されたアナログ画像信号に対して、サンプリングやゲイン調整、Ａ／Ｄ変換等を行い、デジタル画像信号として出力する。
【００１４】
画像処理部１０８は、Ａ／Ｄ変換部１０７から出力されたデジタル画像信号に対して各種の画像処理を施し、処理されたデジタル画像信号を出力する。画像処理部１０８は、例えば、Ａ／Ｄ変換部１０７からのデジタル画像信号の領域ごとに、コントラスト値に基づくＡＦ評価値を算出する。画像処理部１０８は、デジタル画像信号のそれぞれの領域に対して、このＡＦ評価値が最大値となるときのフォーカスレンズの位置から、各領域における被写体までの距離（被写体距離）の測定を行うことができる。また、画像処理部１０８は、Ａ／Ｄ変換部１０７からのデジタル画像信号に対して、被写体に応じたホワイトバランス調整等の画像処理、撮像レンズ１０４に固有の歪曲収差を補正する画像処理を行う。なお、撮像レンズ１０４に固有の歪曲収差を補正するための補正量は、ズーム停止位置に対して予め制御部１０２のＲＡＭ等に記憶されている。
【００１５】
ＥＶＦ表示部１０９は、小型液晶パネル等で構成されており、画像処理部１０８による処理済みの画像データに従った画像を表示する。フォーマット変換部１１０は、画像処理部１０８から出力されたデジタル画像信号（画像データ）のフォーマットをＪＰＥＧやＭＰＥＧ等のフォーマットに変換し、画像記憶部１１１に出力する。画像記憶部１１１は、フォーマット変換部１１０から受信したフォーマット変換済みの画像データを、デジタルカメラが備える不図示のメモリや、デジタルカメラに装着された不図示の外部メモリ等に記憶する処理を行う。外部接続部１１２は、不図示の外部装置と接続するためのインタフェースであり、例えば、ＵＳＢ端子である。なお、外部装置としては、例えば、パーソナルコンピュータやプリンタが挙げられる。
【００１６】
＜撮影動作＞
次に、デジタルカメラによる撮像動作について説明する。ここでは、小型液晶パネルに被写体をリアルタイムに表示するライブビューを実行することによって被写体を確認しながら撮影を行う場合について説明する。
【００１７】
先ず、制御部１０２は、操作部１０１に含まれる電源スイッチがオンされたことを検知すると、デジタルカメラを構成する各部に電源を供給する。これにより、シャッタ１０６が開き、撮像レンズ１０４、絞り１０５及びシャッタ１０６を介して光束が撮像素子１０３へ入射する。制御部１０２は、撮像素子１０３に溜まった電荷を一定の時間間隔で読み出す。撮像素子１０３から読み出されたアナログ電気信号は、Ａ／Ｄ変換部１０７に入力され、Ａ／Ｄ変換部１０７は、受信したアナログ画像信号に対して、サンプリングやゲイン調整、Ａ／Ｄ変換等を行ったデジタル画像信号を画像処理部１０８に対して出力する。
【００１８】
画像処理部１０８は、受信したデジタル画像信号を用いて、被写体距離の測定を行う。また、画像処理部１０８は、受信したデジタル画像信号に対して、被写体に応じた適正なホワイトバランス等の画像処理、撮像レンズ１０４に固有の歪曲収差を補正する画像処理等の各種画像処理を行う。そして、画像処理部１０８は、処理済みのデジタル画像信号をＥＶＦ表示部１０９に出力する。これにより、ＥＶＦ表示部１０９に被写体が表示される。なお、本実施形態では、画像処理部１０８は、ズーム位置や被写体距離、被写体が変わった場合に、歪曲収差の補正量を変える。
【００１９】
制御部１０２は、画像処理部１０８によって取得された画像に基づき、被写体にピントを合わせるべく撮像レンズ１０４を動作させるようにＡＦ処理部１１３を制御する。また、制御部１０２は、小型液晶パネルに適切な画像を表示すべく絞り１０５を動作させるようにＡＥ処理部１１４を制御する。制御部１０２は、シャッタスイッチが半押しされたことを示す信号を操作部１０１から受けるまで上記の処理を繰り返す。
【００２０】
制御部１０２は、シャッタスイッチが半押しされたことを示す信号を操作部１０１から受信すると、ＡＦ処理部１１３とＡＥ処理部１１４とを通して、その時点における画像を用いてＡＦ処理とＡＥ処理を行い、撮影に最適なピントと露出条件を取得する。制御部１０２は、シャッタスイッチが全押しされたことを示す信号を検知するまで前記の処理を繰り返す。
【００２１】
制御部１０２は、シャッタスイッチが全押しされたことを示す信号を操作部１０１から受信すると、撮像素子１０３に対して設定された露光条件で露光を行い、こうして、撮像素子１０３からＡ／Ｄ変換部１０７へアナログ画像信号が出力される。Ａ／Ｄ変換部１０７は、受信したアナログ画像信号に対してサンプリングやゲイン調整、Ａ／Ｄ変換等を行い、処理済みのデジタル画像信号を画像処理部１０８へ出力する。画像処理部１０８は、受信したデジタル画像信号に対して、撮影条件に対応したホワイトバランスや撮像レンズ１０４に固有の歪曲収差を補正する画像処理等の各種の画像処理を行い、処理済みのデジタル画像信号をフォーマット変換部１１０へ出力する。このとき、被写体及び被写体距離に応じて、撮像レンズ１０４に固有な歪曲収差を最適な補正量で補正することにより、被写体に応じた違和感のない良好な画像を得ることができる。
【００２２】
フォーマット変換部１１０は、受信したデジタル画像信号（画像データ）のフォーマットをＪＰＥＧやＭＰＥＧ等のフォーマットに変換し、画像記憶部１１１に出力する。画像記憶部１１１は、受信した画像データを不図示のメモリ等に記憶する処理を行う。
【００２３】
＜歪曲収差補正＞
次に、撮像レンズ１０４に固有な歪曲収差を補正するための補正量を被写体及び被写体距離に応じて変えることにより、被写体に応じて違和感のない良好な画像を得る方法について説明する。
【００２４】
図２は、撮像レンズ１０４の歪曲収差と広角歪を模式的に示す図である。通常、撮像画像の像高を“ｙ”とし、被写体から撮像レンズ１０４への入射角を“θ”とし、撮像レンズ１０４の焦点距離を“ｆ”とすると、式“ｙ＝ｆ・ｔａｎθ”となる正射影と呼ばれる射影方式が用いられる。この射影方式では、撮像レンズ１０４の歪曲収差を無くして、平面的な被写体を歪みなく撮影することができる。しかしながら、立体物を撮影する場合には、広角歪という歪みが発生してしまう。
【００２５】
撮像レンズ１０４による歪曲収差がない場合の理想像高“ｈ”は、“ｈ＝β・Ｈ”で表される。ここで“β”は、撮像レンズ１０４の横倍率であり、“Ｈ”は被写体の高さである。なお、“ｈ＝β・Ｈ＝ｆ・ｔａｎθ”となる。一方、撮像レンズ１０４による歪曲収差がある場合の像高“ｊ”は、“ｊ＝β・（１＋δ）・Ｈ”となる。ここで、“δ”は、撮像レンズ１０４の歪曲収差である。
【００２６】
被写体側での球体状の被写体の直径の長さを“Ｌ”とした場合、像側では撮像レンズ１０４の歪曲によって、像高方向の長さが“Ｌｍ”になり、像高方向と直交する方向の長さが“Ｌｓ”となる。像高方向の長さ“Ｌｍ”と、像高方向と垂直方向の長さ“Ｌｓ”が等しくない場合には、どちらかの方向に画像が伸びる又は縮む現象が生じ、これが広角歪と呼ばれる。広角歪は、“広角歪＝（Ｌｍ−Ｌｓ）／Ｌｓ”で表すことができ、したがって、被写体側で球体状の被写体が像側で球体状に違和感なく写るためには、“Ｌｍ−Ｌｓ＝０”、つまり、広角歪が“０（ゼロ）”となることが望ましい。
【００２７】
広角歪を“０”にする条件は、像高方向の歪曲を“δ（ｈ）”とし、像高方向と直交する方向の歪曲を“δ´（ｈ）”としたときに、“（１／ｃｏｓθ）・［ｈ・δ´（ｈ）／（１＋δ（ｈ））＋１］＝１”の関係が満たされることである。この式から、“δ（ｈ）＝−ｔａｎ２（θ／２）”となり、“ｙ＝２ｆ・ｔａｎ（θ／２）”を算出することができる。このような広角歪を無くすような射影方式は、立体射影と呼ばれる。
【００２８】
以上のことから、撮像レンズ１０４に固有の歪曲収差の補正する場合に、“ｙ＝ｆ・ｔａｎθ”の条件を満足する補正を行うことで、歪曲収差を補正することができる。また、“ｙ＝２ｆ・ｔａｎ（θ／２）”の条件を満足する補正を行うことで、広角歪を補正することができる。
【００２９】
次に、被写体及び被写体距離と歪曲収差による画像の見え方と歪曲収差の補正について説明する。図３は、被写体及び被写体距離と歪曲収差との関係を表す図であり、（Ｂ），（Ｃ）が適切な補正例であり、（Ａ），（Ｄ）は適切ではない補正例である。
【００３０】
図３（Ａ）は、人物の顔等の立体物が主要被写体であり、主要被写体がデジタルカメラから比較的近い距離にあり、且つ、撮像画面内で一定の大きさを持つ場合の例であり、歪曲収差が正射影の場合には、撮影される画像に広角歪によって違和感が生じる。この場合、図３（Ｂ）に示すように、画像の歪曲収差の補正を立体射影となるように行う。これにより、背景は歪曲収差により歪むが、主要被写体である人物の顔には、広角歪が無くなり、したがって、違和感をなくすことができる。
【００３１】
図３（Ｃ）は、人物の顔等の立体物が映り込んでいるが、この立体物が主要被写体ではなく、且つ、デジタルカメラから比較的遠い距離にあるために撮像画面内での大きさが小さい場合の例である。この場合、歪曲収差が正射影であれば、直線物は歪むことなく、また、撮影される人物の顔等の立体物の画像が画面内で小さいため、広角歪による画像全体としての違和感は殆どない。このように近い距離に主要な立体物の被写体がないにもかかわらず歪曲収差を立体射影にすると、図３（Ｄ）に示すように、平面物の歪曲収差による歪みにより直線物が曲がって見えることとなり、画像に違和感が生じる。このように、立体物が主要被写体ではなく、デジタルカメラから比較的遠い距離にあり、且つ、撮像画面内での大きさが小さい場合には、歪曲収差の補正を正射影となるように補正する。
【００３２】
このとき、被写体及び被写体距離と被写体の撮像画面内での大きさに応じて、歪曲収差の補正量に重み付けを行ってもよい。この場合、歪曲収差の補正量は、被写体及び被写体距離と、被写体の撮像画面内での大きさによって、正射影と立体射影との間となる（つまり、２ｆ・ｔａｎ（θ／２）≦ｙ≦ｆ・ｔａｎθ、の条件が満たされる）ように設定することが好ましい。
【００３３】
デジタルカメラには、被写体の違いに応じた複数の撮影モードを有するものが多い。撮影モードとしては、例えば、ポートレート（人物）モード、風景モード、スポーツモード、花（マクロ）モード、夜景モード、花火モード等が挙げられる。このようなデジタルカメラにおいて、人物撮影等の立体物の被写体が近距離にあるシーンを想定した撮影モードが設定された場合には、常に立体射影となるように歪曲収差の補正を行うようにしてもよい。一方、風景撮影等のように平面物に近い被写体が遠距離にあるシーンを想定した撮影モードが設定された場合には、常に正射影となるように歪曲収差の補正を行うようにしてもよい。また、立体射影と正射影とを撮影者が選択できるようにしてもよい。
【００３４】
更に、上述した撮像画像の像高ｙ、被写体から撮像レンズ１０４への入射角θ、撮像レンズ１０４の焦点距離ｆについて、“ｙ≦２ｆ・ｔａｎ（θ／２）”の条件が満足されるように、デジタルカメラを設計することもできる。この場合、撮像レンズ１０４に固有の歪曲収差の補正は、像を拡大する方向にだけ補正すればよいので、補正回路及び補正処理を簡単にすることができる。
【００３５】
以上の説明の通り、本発明によれば、撮像レンズ１０４に固有な歪曲収差を補正する歪曲収差の補正量を、被写体及び被写体距離に応じて変える。これにより、被写体に応じて違和感のない良好な画像を得ることができる。
【００３６】
＜その他の実施形態＞
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。さらに、上述した各実施形態は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。
【００３７】
例えば、上記実施形態では、撮像装置としてデジタルカメラを取り上げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、撮像素子を用いたカメラ（撮像機能）を備えたその他の電子機器に適用することができる。即ち、本発明は、カメラを備える携帯電話やスマートフォン等の移動通信端末、カメラを備えるタブレットＰＣやノートＰＣ、カメラを備える携帯ゲーム機等にも適用することができる。
【００３８】
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（又は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。この場合、そのプログラム、及び該プログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【符号の説明】
【００３９】
１０１    操作部
１０２    制御部
１０３    撮像素子
１０４    撮像レンズ
１０８    画像処理部
１１３    ＡＦ処理部
１１４    ＡＥ処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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