【手続補正書】
【提出日】平成22年7月14日(2010.7.14)
【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】
縮小系、あるいは、拡大系の特性をもつレンズが画像取り込み装置であるカメラ等に適用される画像処理装置において、レンズの球面収差により発生する輝度の明暗のレベルが逆湾曲状をなす歪み（以後、シェーディングと称する。）の補正に適用される均一光源の計測データとしては、基本計測画角として対応する取り込み画像全体において基本的な状況は中央に相当する画素、あるいは、レンズの芯（以後、双方をレンズの芯と称する。）に相当する画素を中点として順次同心円状に輝度レベルが減少する取り込みデータとなる状況が理論的に正しい均一光源であり、レンズの芯における画素の輝度レベルに対するおのおのの画素の輝度レベルとの相関比をシェーディングの補正値として算出しその逆数を補正のために適用されるが、これは均一光源のムラに対しレンズの球面収差による偏差を包括したムラの計測値でもある。しかしながら、全画素を対象とする場合では余りに多くの画素に対する計測値の処理は煩雑となることと、処理に対する不安定要素が発生する可能性が多いためにこれを回避する必然性もあることから、前提条件として、均一光源の構造上輝度のレベルがレンズの芯を中点として同心円状に逆湾曲状をなすことが確認される場合には、レンズの芯を通過する縦横の線を境として４つの象限画角として分割をし、おのおのの象限で基本計測画角の縦横の線分や対角線、あるいは、レンズの芯から引く縦横の線の１／２の角度に相当する４５度の線に配置される画素のデータを、また、これらの線分に対して付近の画素の平均値等を加味した処理を行う方式を適用すること、さらには、それらの複数の条件によるデータを利用してレンズの芯に相当する画素のデータに対応しておのおのの象限ごとにムラ値計測を行い最終的に４象限のデータを利用して総合ムラ値とする機能を備えた均一光源輝度ムラ計測法
【請求項２】
請求項１で説明する、４象限に分割して計測を行い全画素、あるいは、種々の線分で輝度ムラを抽出する手法を施し抽出したデータに対し、それぞれの象限ごとの象限中央を回転の中心として１８０度回転させた状況で同様の計測を行うものであり、この目的は、同じレンズを使用して、レンズの芯部と周辺部、あるいは、角部を反転させてデータ抽出を行うもので、抽出した２種のデータについては、周辺部とレンズの芯の値をそろえて比較演算を行い均一光源の取り込みムラ率を抽出する機能を備えた均一光源の輝度ムラ計測法。
【請求項３】
シェーディング補正値の根幹である、レンズのみの透過ムラ値を検出する計測方式として、あるいは、このデータを請求項１で説明するシェーディング補正値データを補正することで均一光源の均一度の補正値を抽出する機能とするものとしても利用するものであり、その構造は、シェーディング補正処理を施す設定条件であるレンズと均一光源の距離と画角寸法の関係を維持し、その均一光源を取り除いた同位置に機械的に位置、および、照射角度を変更できる構造を備えた機構を備えた上でこの機構に長時間安定をする点光源（以後、標準光源と称する。）を取り付け、予め検出を必要とする画素に相当する位置と照射角度を指定し、その位置と照射角度に標準光源を移動させるものであるが、微調整として、当該画素の検出輝度レベルが最大となるように双方の機構を移動させてその値を保持する機能を備え、全画素、あるいは、請求項１、および、請求項２で説明する線分による計測位置の輝度データを抽出しシェーディング補正値として、あるいは、均一光源のムラ値抽出を目的とする機能を備えた均一光源の輝度ム計測法。
【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】シェーディング補正用均一光源の輝度ムラ計測法
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理等に使用されるカメラに適用されるレンズで、基本的に画像取り込みに縮小系や拡大系のように検出角度を有する場合を条件とするものであり、レンズの球面収差により発生する輝度の明暗のレベルが逆湾曲状を為す歪み（以後、シェーディングと称する。）から画像計測等の高精度化のために適用する画像処理装置のシェーディングを補正するために適用するシェーディング補正用データ、および、シェーディング補正用装置作成の計測方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の画像処理装置のシェーディングの補正のデータ作成には正対する位置で計測を行った均一光源、あるいは、積分球を対象として均一度を保証する手法で補正値を抽出している。
【０００３】
０００２で説明する均一光源の方式以外として、既に、特許文献１で説明特許申請をした構造、あるいは、適用方法を用いてシェーディングの補正を行い画像処理に適用させる方法を説明している。
【特許文献１】特願２００６−２４３５３３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
画像処理に適用するための画像取り込み用レンズの特性が、縮小系や拡大系などの並行な光束の取り込み以外の場合を基本としてシェーディングと称するレンズの球面収差により発生する輝度の歪み、即ち、レンズ芯付近が最大の明るさとなり周辺へ至るに従い暗くなる状況を補正するために適用される。このシェーディング補正は、実際の画像処理に適用する条件でのレンズの設定と同様で距離と画角の同一性が重要点であり、距離と画角を同一にすることが前提であったが、この条件での対応には、検出角度という別のファクターを無視することはできない。
【０００５】
シェーディング補正に適用される均一光源の計測においては、均一光源を参照することはレンズを通過することによる影響をも受けていることも原因の１つであることから、高精度計測にはレンズの特性を計測することが重要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の対象は、均一光源の輝度検出に際して全画素が正対することは基本的には有り得ないものであり、レンズの芯以外は対応画素ごとに変化をするレンズによる検出角度を無視することができない。また、レンズ個体での異差があることから、基本的に計測に適用される装置を適用することが前提となる。
【０００７】
適応される均一光源が、レンズの特性から発生することが要因である均一光源が同心円状に逆樽型のレベル変化を推移することが確認できるような理想的な均一度をもつ方式である場合には、前処理であるシェーディング補正処理には、必ずしも、全画素を対象とすることは処理時間の問題ばかりではなく、光源のもつ光束の揺らぎ等の特性上の状況からも、また、処理に適用される光源のフィルターの特性からも面精度に充分な精度を期待できないこともあるために、基本計測画角のレンズの芯となる画素を基軸とする線分として、縦横の線分や対角線、あるいは、縦横の線の間に４５度で引く線分、また、これらの線分の周辺画素を包括して処理を行い線分のデータとする、さらに、これらの線分を複数適応した位置に対応する画素の取り込みデータを基本として面データに展開する方法の適用も可能であり、計測結果として処理に適用されない計測対象目的データから不要画素成分を除外する目的にも合致する。
【０００８】
シェーディング補正に適用する均一光源のムラ計測において、０００７で説明する計測対象線分を利用する方式で、レンズの芯を通過する縦横の線を境として４つの象限画角として分割をし、おのおのの象限でこれらの線分によるデータを利用してレンズの芯に相当する画素のデータに対応しておのおのの象限ごとにムラ値計測を行い最終的に４象限のデータを利用して総合ムラ値とするもの。
【０００９】
均一光源のムラ検出に関し、０００７で説明する４象限に分割して線分に対応する画素から検出されたデータと共に、各象限ごとに、象限の中点を軸に１８０度回転させて同様に線分に対応する画素から検出されたデータの比較を、回転させて得たデータ、あるいは、０００８で抽出された象限データの何れかを逆位置として揃えて比較処理を行い象限でのムラエータとし、最終的に全象限のデータを用い均一光源のムラとする。
【００１０】
最終目的であるシェーディングの是正には、レンズのシェーディング特性を検出することにあり、さらには、この特性を用いて均一光源の均一度の補正を行う目的にも活用が可能となるために、シェーディング補正処理の物理的条件から、均一光源を取り除き、同じ位置を、レンズに正対して２次元に移動でき、さらに、レンズ、あるいは、画素に対向できる機構を備え、全画素、あるいは、０００７で適応する線分に相当する位置合わせ、あるいは、方向合わせを対象となる画素の輝度レベルが最大値となるように自動的に微調整を行う構造を備え、目的の画素データを抽出してレンズを透過することによる画素位置に対する輝度の減衰率を抽出するもので、このデータを全画素を対象とする検出データ、あるいは、０００７で指定する線分による検出画素データと比較演算を行い、均一光源のムラの補正値とし以後のシェーディング補正への均一光源の適用に対する。
【発明の効果】
【００１１】
画像計測を含む、画像処理の高精度計測を可能とする手法に対応する為のシェーディング補正処理に適用する均一光源を運用者側で作成し調整をすることが可能となったことから容易に画像処理の精度維持が確立できるようになったために、安価で高速画像処理が可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
当発明の、計測方式の説明を実施例を図示して説明する。
【実施例１】
【００１３】
当発明を、シェーディング特性の傾向抽出のための方式として適用する状況を図示しながら説明する。
【００１４】
図１は、均一光源を参照した際の中央付近でレンズの芯に相当する基本計測画角の画像の走査線、あるいは、横軸の輝度レベルの推移を代表として示すものであり、１本は水平線であり均一を示すものであり、この線は、シェーディング補正を施した後のものである。一方、中央付近が最大の輝度を示している線があるが、この線は基本的には逆婉型の傾向が見てとれるものと判断ができレンズを通過した影響が顕著に出ている。さらに、図２で図示する基本計測画角をレンズの芯を境として４等分し４象限に分割しそれぞれに対しての特徴を抽出する方法を示す。２−１、２−２、２−３、および、２−４は、４象限に分割した小割画角を示し２−５は４象限に分割をした面積と同等な小割画角でありその中心をレンズの芯の位置に指定したものである。２−５は一番変化が少ない部分である可能性があることから、この部分を均一とみなして４象限との比較を行うもので、予め、２−５を参照してシェーディング補正を施して補正値を抽出する。この補正値を４象限に適応しておのおのの象限でのおのおのの画素のデータを抽出する。図３は、周辺画素を包括する処理を行う際の小割画角の状況を示すものであり、図４は図３のレンズの芯の位置と小割画角との関係を示すものである。この用法としては、シェーディング補正におけるカーネル設定や、線分に対する周辺画素の枠の設定などがある。図５は、全画素を対象とする計測値では煩雑となることから、均一光源がレンズの芯を中心として同心円を描くように輝度レベルが減少することが認められる構造である場合の条件のもと、代表的計測点として、基本計測画角で引いた対角線に関わる画素のみを対象とした内容で説明するが、この対象を、レンズの芯から引いた縦横の線分やこの縦横に引いた線分から４５度に引く線分なども対象とすることが可能であり、図３、および、図４で説明するように、線分に対しての周辺画素を包括して処理をする条件もある。シェーディング補正を施して均一と設定された状況の２−５に対する２−１や２−２、２−３、および、２−４がどのように検出されるかで相対比が得られる。図５の小割画角の代表として２−１を示す。５−１は、レンズの芯であり基本計測画角の中心部であり、５−２は基本計測画角の周辺部になる。図６は、この５−１から５−２で検出された画素の輝度レベルの状況を説明するグラフである。図５の位置のレンズの芯にあたる５−１の中央部から５−２の周辺部に至る状況であるが、５−２の周辺部へ輝度レベルが減少してゆく状況が示されている。この状況を４象限全部の輝度レベルを抽出することでレンズの芯から基本計測画角の４隅に至る状況が把握できる。
【実施例２】
【００１５】
当発明を、光源補正係数を抽出して光源のムラをデータ上で補正するための全画素を対象とする補正係数作成の方法を図示しながら説明する。
【００１６】
０００７で示した４象限に分割して処理を行う手法を用い、おのおのの象限のデータを抽出しておき、さらに、図７で説明する手法で同様にデータを抽出する。図７は、例として２−１の小割画角を示すが他の３象限の小割画角も同様に処理を行う。斜線の小割画角が対象とするものであり、７−１のように小割画角の中点を境として１８０度回転をさせて同様に計測を行う。この場合には、レンズの芯にあたる画素が周辺部に相当する位置となり、レンズの同じ位置を使用して逆の条件とすることになる。図８は、図７の手法により抽出された２−１を代表とする輝度レベルのグラフである。８−１は基本計測画角での輝度のグラフであり、８−２は、図７で抽出された輝度のグラフが均一度が高い場合を示す。８−３は、実際に抽出された輝度のグラフがこのような状況にあった場合を想定したものである。この場合の偏差は、８−１と８−３を比較対照することになるが、８−３は左右逆に置き換えて、あるいは、８−１を逆に置き換えて相関の比を算出することで変さを求めることになる。同様に、他の象限においても処理を行うことで全体の状態が把握できる。これは、図９で説明するレンズと均一光源などの撮像対象の関係を示すものであり、撮像に際して９−１レンズと撮像対象の関係は、均一光源が正対して計測した場合に均一度が高いと評価をされたものについては、レンズの芯では９−２正対する光束では最大の輝度レベルを示すものと想定できるが、９−３のように画角の周辺部では正対した輝度レベルより低くなり、９−２から９−３に至る間では周辺に至るに従い輝度レベルが減少してゆくことになることを示している。この手法を別の線分であるレンズの芯を通過する縦横の線分やこの縦横の線分に対し４５度の線分、あるいは、線分の周辺画素を包括する画素による輝度データにも適用することで、同心円を描くことから基本計測画角の全画素に対応する補正値に展開することも可能となる。
【実施例３】
【００１７】
当発明の骨子である、レンズの球面収差による輝度レベルを直接検出し、シェーディング補正値としての適応や均一光源に対する補正に適用する手法を説明する。
【００１８】
図９で説明する、カメラに取り付けられたレンズに正対する撮像対象である均一光源を取り外し、同位置に均一光源の面と同等の機械的走査が可能な２次元駆動の機構と、首振りを目的とする機構を備え、この首振りを目的とする機構に長時間輝度値が安定する点光源（以後、標準光源と称する。）を備える。この標準光源の発光位置が、均一光源と同位置となるように設定させるもので、これらの機構には駆動装置を備えている。この際、レンズの設定は、実際の画像処理に適用する距離と画角に設定されており、均一光源に正対する方向に固定するものである。この用法以外の目的では、図１０のようにレンズを標準光源に向けることで取り込み角度による減衰率の検出が可能となる。図１１は、代表例として、対角線上にある画素に対応するデータ収集を行わせることを説明するものであるが、他にも０００７で説明する線分などがその対象となる。この線分に対して、予め、画素に対する位置と適応角度を求めておき、画素に対する位置は均一光源の面と同様に展開が可能な位置に２次元駆動の機構を用いて移動し、さらに、同様に画素に対応する検出角度に首振りを目的とする機構を用い光源を照射する。図１２では、１２−１の対象画素として描いているが、実際の対象画素として検出されるデータを配置する基本計測画角のアドレスを示す。一方、図１３の１３−１カーネルによる検出は同様の対応ではあるが、１画素中央に向かった画素を参考として描いており、その周辺である３画素ｘ３画素を代表として示している、基本的には、対象画素が最大輝度レベルとなるように首振り位置を自動的に駆動させる構造をもつものであり、その際検出した輝度レベルを基本計測画角のアドレスに保持する機能を備えたものである。図１４で図示する１４−１標準光源位置Ａは、図示状況では均一光源の面からずれた位置にあるが、実際の位置としては、均一光源の面と同一にあることが条件となる。ただし、１４−２標準光源位置Ｂの値と、１４−１で図示するように正対する位置で距離を離して同輝度レベルになる距離で減衰率を求める方式もある。この方式で抽出された輝度データは、均一光源の同じアドレスの画素の値と比較をして均一光源の補正値に適応することが可能であり、さらには、多数の線分のデータを利用し、相関でのデータを作成することで面のデータに展開をすることも可能である。このデータは、シェーディング補正の値としても適用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
従来では、均一光源を参照してレンズの補正を行う際の指針がなかったが、均一光源が均一である状態を示すための手法を示したために、均一光源の精度を表示することが可能となった。それぞれの条件に合致するデータ作成により条件設定に対するデータを比較して対処ができることと、画像計測等の高精度を必要とする場合の補正値作成には重要な意味となった。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】基本計測画角での信号を示すもので、画角の横線（水平線）の中央の線のシェーデイング補正処理前と処理後を表示している。
【図２】基本計測画角に対する小割画画を説明する図。
【図３】小割画角の基本計測画画内での助長部を示す図。
【図４】小割画角の助長部の中心部分の考え方を示す図。
【図５】基本計測画角の代表小割画画に対して引かれる対角線の状態を示す図。
【図６】図５で発生する信号を表示した図。
【図７】小割画角の中点を１８０度回転させる状況を示す図。
【図８】小割画角と、回転後の計測小割画角の対角線上の信号を示す図。
【図９】カメラレンズと均一光源の検出角度の状況を示す図。
【図１０】カメラとレンズを、計測点である角部へ向けた図。
【図１１】基本計測画角で、対角線を引いた図。
【図１２】角部の計測点で、対象画素の位置を示す図。
【図１３】角部の計測カーネルの位置を示す図。
【図１４】計測対象を均一光源から、標準光源に変えて計測する相対関係を示す図。
【符号の説明】
【００２１】
２−１  小割画角を示す枠。
２−２  小割画角を示す枠。
２−３  小割画角を示す枠。
２−４  小割画角を示す枠。 
２−５  シェーデイング補正係数抽出対象の小割画角を示す枠。
３−１  のび分である、助長部を包括する小割画角を示す。
３−５  のび分である助長部を中央の部分を中心として示す。
４−１  のび分である助長部を示す。
５−１  基本計測画角の中心部に相当することを示す。
５−２  基本計測画角の角部に相当する周辺部を示す。
６−１  図５の、５−１から５−２で検出した輝度レベルのグラフを示す。
７−１  小割画角の中心で、基本計測画角を１８０度回転させることを示す図。
８−１  図７で発生した輝度レベルのグラフ。
８−２  小割画角を１８０度回転して計測をした際の輝度レベルのグラフで均一光源が均一である場合を示す図。
８−３  小割画角を１８０度回転して計測をした際の実際の輝度レベルのグラフ示す。
９−１  計測のためのレンズの位置と方向を示す図。
９−２  均一光源に正対をしていることを示す図。
９−３  周辺部での均一光源に正対する光束を示す図。
９−４  周辺部からレンズに向かう光束を示す図。                
１０−１ レンズを周辺部へ向ける図。
１２−１ 検出対象となる角部と画素の位置を示す図。
１３−１ 検出対象となる角部と計測カーネルの位置を示す図。
１４−１ カメラのレンズが、均一光源に対して正対していることを示す。
１４−２ 均一光源の代りに、正対位置に標準光源を配置した図。
１４−３ 均一光源の代りに、周辺部に標準光源を配置対象画素、あるいは、カーネルの中央に方向を向けた図。