【手続補正書】
【提出日】平成22年9月29日(2010.9.29)
【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】
画像処理等で使用する、カメラに適用するレンズの球面収差が主な原因であるところの、光学的歪みであるシェーデイングの補正処理に使用される均一光源の光量が変化をする状況に対する補正技術として時間的要因に対する加算平均処理があり、また別の要因である２次元面での細かい凸凹を改善するために空間フィルター処理でのスムージング処理技術を用いるが、それらの手段を再度適用してシェーディング補正を施すことにより同心円状の不整データが発生するが、通常のシェーディング補正のみの対応では確認が不能であり、さらに、この対応には主に縮小系のレンズ、あるいは、拡大系のレンズに対しては正しい均一光源を適用していることを前提とし、再度、シェーディング補正処理と同一条件で均一光源を参照し補正値を用いて演算処理を行った後の輝度レベルの値が事実上の輝度ムラデータとなる。この輝度データを画像化することで図１６の画像のような表示が可能となる機能を備えたシェーデイング補正処理付随処理機能補正技術を備えた画像処理装置。
【請求項２】
請求項１で説明する輝度ムラデータをシェーディング補正処理と同様に比較処理を行い補正値を抽出しこの補正値と当初のシェーディング補正の値を合成演算を行い最終補正値とする機能を備えたシェーデイング補正処理付随処理機能補正技術を備えた画像処理装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】シェーデイング補正処理付随処理機能補正技術を備えた画像処理装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理装置に適用されるレンズの収差による明るさの歪みであるシェーデイングを補正処理をシェーディング補正処理用均一光源（以後、均一光源と称する。）を用い補正処理を行う際に適用する補正処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のシェーディング補正処理の手法では、均一光源を参照するために均一光源に正対して距離・画角等のレンズ設定を実際の画像処理に適応する条件と同等の設定としカメラで検出した値を処理し補正値を作成しているが、このような補正処理を行ってもなお残るレンズによる影響が原因の誤差の対処には適応されるものがない。 
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
画像処理には、カメラに取り付けられたレンズが存在をしているが、この
レンズの特性が画像処理における高精度データ取り込みを阻害している。
【０００４】
画像処理で多用される、縮小系や拡大系においては、検出角度があり、この特性から均一光源にもその対応が求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
レンズ装着の目的は、像をセンサーに結ぶことであるがこのレンズには球面収差という特性があり、それが原因としてシェーディングという明るさのムラが発生する。このムラをデータ上で除去するためには、実際の画像処理に適応する適正な距離と画角に合致する条件での補正が必要となる。このことは、距離と画角の設定、あるいは、絞り等を包括して同等な条件で補正値を設け、均一光源を参照してレンズの明るさのムラ成分を検出しそのレベルの値を演算しで補正値として画像処理の取り込みデータにこの補正値を適応する必要があるが、この手法にはデータの安定条件を満たす目的で加算平均処理やスムージング処理と言った手法を併用することになる。
【０００６】
しかしながら、０００５で説明する手法は、データの安定を目的とするための理論的平均値を求める手法であったために実際の物理的状況にあるレンズの球面収差の影響を含める結果となることから高精度画像処理に対応する際の誤差抽出には至っていない。図１６び画像は、一般的なシェーディング補正処理を施して抽出した補正値（以後、１次補正値と称する。）を抽出した後に、再度、同一条件で均一光源を参照したまま検出されるデータに１次補正値を適用することにより抽出される輝度ムラのデータの画像化であり、単純に従来の手法によるシェーディング補正では高精度に対応が不可能であることを示している。
【０００７】
図１６の画像は、理論的均一データとの比較による物理的変化分を示すものであり、この要因を削除することが当発明の骨子であり、このためには、このデータの最大値と最小値を用い、シェーディング補正処理と同様に処理を行い２次補正値としての各画素に対する補正値を抽出するものであり、実際の画像処理においては、当初のシェーディング補正値と２次補正値を包括処理を行い最終補正値を作成し入力される画素データに適用し補正を行うものである。
【０００８】
図１６の画像の最大値と最小値の偏差レベル差は、８ｂｉｔ（０−２５５）のレベル分解能のうち２〜３程度の分解能を示したものだが、光源やレンズ設定の条件次第ではさらに変化の差は発生するものだが高精度画像処理に対する要求はこの程度であってもこの誤差は問題となる。 
【発明の効果】
【０００９】
当発明により、シェーディング補正処理を施すことにより発生するムラを削除することができたために、さらなる、輝度ムラ、および、画像計測等画像処理に対する高精度処理が可能となった。このために、従来は、空間フィルターが最大の高精度画像計測とされてきたものだが、画像入力時に既に信号中に埋没しているこのムラに対応する装置がなかったことから、さらなる高精度画像処理が可能となった。また、当発明の結果から空間フィルター処理を含むデジタル処理を行う画像処理においてもレンズによる影響を排除しなければ高精度画像処理には適さないことを示したことも大きな成果と考え、従来では問題とされている２値化処理や微分処理といった旧来の手法であっても、当発明のシェーディング補正処理を施すことで、寧ろ、安価で高速な処理装置の構築が可能となったことで飛躍的に画像処理装置の運用の幅が開けることとなった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
当発明の説明を、実施例を図示して説明する。
【実施例】
【００１１】
図１は、２次元画像の全画素の信号を示すことが不可能であるために信号上特徴のある１次元を代表する画角の対角線、あるいは、中央の水平ラインに位置する画素の輝度レベルを表示するものであり、カメラで均一光源を参照した際の信号１−２として表示し、補正後の信号を１−１として表示したものでそれぞれの状況を対比できるものとして図示した。１−３は、信号の基底となるゼロレベルを示すものである。図２は、均一光源とカメラの位置関係を示すための図であり、２−１は、拡散光源を基調とする均一光源であり充分にレンズの検出角度に対応して同心円状の輝度を保てることを条件とするものであり、その同心円の中心軸上に２−２は均一光源の参照面を示す。２−３は同様に同軸上にレンズの芯が存在することを示すものであり２−４はカメラを示すものであり２−５のように同じ軸上に存在をしていることを示すものである。この２−１の均一光源は、拡散光源を基調とする構造が想定されるが、これは一般的に画像処理で適用される検出状況にある拡大系、あるいは、縮小系のレンズにおける検出角度が存在する場合には、均一光源に求められる特性はレンズの焦点位置における検出角度の変更にも対応できる光軸をもつ必然性から単純に均一光源が１点に集中した光軸をもつだけでは対応が不可能となることから単純に拡散光源のみでの対応では不可能となることから、要求される光軸は集中軸としての均一性を問われることになる。あるいは、完璧な散乱光源が存在する場合には均一光源に要求される位置は画角から外れないという条件になる。図３は、均一光源が正しく取り込まれない状況の代表的例であり、大きな幅をもつムラが原光源以外での反射面などで発生する状況を示すものだが、実際には、１つづつのうねりのレベルには変化が存在する。この反射面等でレベル面の変化があると、距離等の変化に対応しておのおののうねりの状況も変化をすることから、主に、距離の相違で異常な変化をする場合が問題となる。図４は、主に、拡散シートで発生する４−１のように細かい変化による凹凸を示すものであり、その変化が与えるデータへの問題を解決する必要がある。
【００１２】
図５から図７は、原光源の原因が主な対象として発生する画像ごとの基本的レベル変動を補正する手法を示すが、図５から図７は、おのおのの画像の代表として中央線上にある画素の信号レベル変化を示すものである。また、煩雑さを避けるために２つの画像を対象とする加算平均の状況図示するものである。図５は、取り込み画像の１番目の信号レベルを実線で示す。図６は、２番目の画像の信号レベルを鎖線示す。図７は、図５と図６の信号レベルを同一グラフ上に描き、さらに、それらを平均化処理を施した信号レベルを点線で示したものであり、この手法でさらに多く、また、適当となる画像枚数を平均化することにより安定した画像とすることが可能となる。別のサンプルとして、図９も９−１で図示する信号レベルの画像と９−２で図示する信号レベルの画像も平均化処理を行うことで９−３の信号レベルの画像として補整されることを示すが、図７も図９も確かな均一光源では発生し難い信号形体であり、基本としては、２つの信号レベルが交差をせずに同一の率での変動をするものが正しく、図７のように、１方でのみ信号レベルが交差をすることは可能である。しかしながら、図９では９−６や９−７の２つの信号レベルが交差をしているが、９−４や９−５のように信号の基本的条件が変動することで信号レベルが交差をしなくなったところで基本的には同率での変動とは言えずこの場合には均一光源ではないことを示すものである。
【００１３】
一方、スムージング処理を施す場合を説明すると、図４で図示する細かい凹凸を安定させる補正手法は、図８を代表として示すものであるが、処理単位を代表として３ｘ３に限定して説明する。図８で図示するａからｉの四角形はおのおのの画素を示し、その画素にはａからｉまでの記号が付されている。このカーネルサイズは代表例として３ｘ３画素で示すが、さらに大きいサイズのカーネルでも同様の対処となる。３ｘ３画素を対象とする場合の基本的な演算としては、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ＋ｈ＋ｉを９で割る、あるいは、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｆ＋ｇ＋ｈ＋ｉを８で割り周辺画素の平均値を求めることになり、その中央の画素ｅと周辺画素の平均値の相対比を用いることになる。これは、本来ならば８画素、または、９の画素に相当する説明を必要とするものであるがこれも煩雑さを回避するために１ライン分の３画素を対象とする説明とした。図１０で示す３個の細かい凹凸を図１３で示す１３−１の信号レベルとして平均化したものであり、図１１で示す３個の細かい凹凸を図１３で示す１３―２の信号レベルとし、さらに、図１２で示す３個の細かい凹凸を図１３で示す１３―３の信号レベルとして適用するものである。
【００１４】
本発明の骨子は、画像処理に適応するレンズ設定と同等な設定で均一光源を参照して全画素を対象として平均化処理やスムージング処理を行いおのおのの画素に対する補正値を抽出することでだけでは到達することができない図１６で示すようなムラデータの抽出とその対応であり、一般的なシェーディング補正処理を１次シェーディング補正処理とし、その補正値を１次補正値とするが、この補正値を均一光源を参照して抽出した信号と演算を行うと図１で示す１−１のような平坦な線となり変化を見ることができない。図１６で示す画像に相当する信号は、１次シェーディング補正処理で適用した設定のまま２次シェーディング補正処理を行うものだが、この手法は均一光源を参照しながら１次補正値を適用しながら複数枚の画像を１次シェーディング補正処理と同様な処理を施すことにより抽出することでできたものが図１６の画像となる。この図１６の信号のレベルを見るために画像中央の線を対象とする画素信号によるグラフが図１４であり１４−２の最小レベルと１４―３の最大レベルの比を用い１次シェーディング補正処理同様の演算により相対比による補正値を作成することができる。１４−１はその偏差でありその信号レベルは２ｌｓｂから３ｌｓｂであったが、このレベルは均一光源やレンズの相対差やレンズの設定によっても変化がある。ここで得られた補正値を１次シェーディング補正処理による１次補正値と合成値を作成することで実際の運用時に適用するもの。ただし、限界値としての配慮としてＡ／Ｄ変換回路の誤差が通常では１ｌｓｂ±１／２ｌｓｂが問題ともなることから、図１５で図示した１５−１と１５−２のレベルにも精度の要因としてのこの公差も考慮の対象と考えるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
従来のシェーディング補正の運用には、距離と画角等を実際の計測に基づく適用を基本とし、拡大系、あるいは、縮小系に対応するレンズ設定に合致する均一光源を参照してレンズの補正を行う条件の指針がなかったものだが、明細書の説明中で合致する均一光源を示すことによりこの光源を適用することで従来では不可能であった高精度画像計測が可能となったことで、この参考画像のようなムラによる精度保全も従来の空間フィルター処理においても考慮に入れる必然性が発生することになり産業で使用される画像処理装置の精度向上に寄与することが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】光源の光量レベルと、カメラからの出力信号の相違を示すグラフ。
【図２】均一光源と、カメラ、および、レンズとの位置の相関を示す側面図。
【図３】複数の、比較的相関幅が広く点在する均一に近いレベルを示す図。
【図４】拡散光源に発生する、信号幅が狭くその振幅が大きいものが多数ぞ存在することを示す図。
【図５】１つの画像信号を示すグラフ。
【図６】別の画像信号を示すグラフ。
【図７】図５と図６で示す信号とそれらの信号の平均化された信号レベルの状況を示す図。
【図８】シェーディング補正処理に付随する、スムージング処理を行う際の代表例として示す３ｘ３のカーネルを示す図。
【図９】シェーディング補正処理に付随する、加算平均を行う状況を示すレベル線の状況の固定状況を示すグラフ。
【図１０】拡散光源により発生する、信号の凹凸を代表例として３ｘ３画素を代表する３画素をスムージング処理を行う枠を示す。
【図１１】拡散光源により発生する、信号の凹凸を代表例として３ｘ３画素を代表する３画素をスムージング処理を行う枠を示す。
【図１２】拡散光源により発生する、信号の凹凸を代表例として３ｘ３画素を代表する３画素をスムージング処理を行う枠を示す。
【図１３】拡散光源により発生する、図１０・図１１、および、図１２の信号の凹凸をスムージングで平均化した状況を水平線で示す図。
【図１４】シェーディング補正処理に付随する処理により発生するムラを示すレベルの断面グラフ。
【図１５】Ａ／Ｄ変換に伴う、公差が与える変化量を示す図。
【符号の説明】
【００１７】
１−１    均一光源の信号状態を示す線。 
１−２    カメラ出力信号を示す線。 
１−３    信号の表示を行うグラフを示す。 
２−１    均一光源の側面図。 
２−２    均一光源の、参照面の側面を示す。 
２−３    カメラに取り付けられたレンズを示す。 
２−４    カメラ   
２−５    均一光源とカメラ、および、レンズの相関を示す線。    
４−１    拡散光源で発生する、微少幅で大きい振幅の凹凸が発生を示す。 
９−１    樽型歪みの、固有波形の１つを代表するものを示す線。 
９−２    代表例としての、別の、樽型歪みの固有波形を示す。 
９−３    ９−１と９−２の、１セットのみの場合の平均化による平均化された線を示す。 
９−４    ９−１を基本とする、固有波形のレベルが増減することを示す矢印線。 
９−５    ９−２を基本とする、固有波形のレベルが増減することを示す矢印線。 
９−６    ９−１と、９−２の固有波形の線が交わる付近を示す。 
９−７    ９−１と、９−２の固有波形の線が交わる付近を示す。 
１０−１  拡散光源の、微少幅で大きい振幅の凹凸の信号のうちの３本の波形を対象とすることを示す枠の図。 
１１−１  拡散光源の、微少幅で大きい振幅の凹凸の信号のうちの３本の波形を対象とすることを示す枠の図。 
１２−１  拡散光源の、微少幅で大きい振幅の凹凸の信号のうちの３本の波形を対象とすることを示す枠の図。 
１３−１  １０−１で示す枠内の３本の波形とそれらのスムージングによる平均化された水平レベル線を１つの図で示すもの。 
１３−２  １１−１で示す枠内の３本の波形とそれらのスムージングによる平均化された水平レベル線を１つの図で示すもの。 
１３−３  １２−１で示す枠内の３本の波形とそれらのスムージングによる平均化された水平レベル線を１つの図で示すもの。 
１４−１  シェーデイング補正の、付随処理で発生するムラ成分の変化レベル幅を示す偏差量を示す。 
１４−２  シェーデイング補正の、付随処理で発生するレベルの最低レベル値を示す。 
１４−３  シェーデイング補正の、付随処理で発生するレベルの最高レベル値を示す。 
１５−１  Ａ／Ｄ変換に伴う公差である、１ｌｓｂを除外した＋１／２ｌｓｂのレベル幅を示す。 
１５−２  Ａ／Ｄ変換に伴う公差である、１ｌｓｂを除外した−１／２ｌｓｂのレベル幅を示す。