(57)【要約】【課題】光学系による影響と撮像素子の個体差による影響が含まれた被写体像から、光学系による影響のみを抽出する画像処理装置を提供する。【解決手段】画像取得部１０は、撮像装置２より光軸検出画像と個体差測定画像を取得する。光軸位置算出部１１は、撮像装置において光軸が撮像素子上のどの位置に存在するかを光軸検出画像より算出する。周辺減光算出部１２は、個体差測定画像および光軸位置より、周辺減光曲面を算出する。周辺減光除去部１３は、周辺減光算出部１２により算出された周辺減光曲面を、個体差測定画像から除去することにより、撮像装置が備える撮像素子固有の特徴のみを含んだ素子特徴画像を出力する。【選択図】図１
2009253582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の光学系および撮像素子を有する撮像装置を用いて均一面を撮像することにより得られた各画素ごとの画素値を取得する画素値取得手段と、
前記撮像素子に対する前記所定の光学系の光軸位置と、前記画素値取得手段により取得された前記各画素ごとの画素値とに基づいて、前記各画素ごとの画素値における光学的影響を表す画素値成分を抽出する抽出手段と、
を備えることを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像処理装置において、
前記抽出手段は、
前記光軸位置と前記各画素ごとの画素値とに基づいて、前記光軸位置からの距離と画素値との関係を表す減光率曲線を算出する第１の演算手段と、
前記減光率曲線に基づいて、前記光軸位置を中心にした同心円状の曲面を前記光学的影響を表す画素値成分として算出する第２の演算手段と、を有することを特徴とする画像処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の画像処理装置において、さらに加え、
前記抽出手段が抽出した前記光学的影響を表す画素値成分を用いて、前記各画素ごとの画素値から前記撮像素子に固有の画素値成分を分離して出力する分離手段を備えることを特徴とする画像処理装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像処理装置において、さらに加え、
前記撮像装置で均一面を撮像することにより得た、光軸検出用の各画素値に基づいて、前記撮像素子に対する光軸位置を検出する光軸検出手段を備え、
前記抽出手段は、前記光軸検出手段により検出された前記光軸位置と、前記画素値取得手段により取得された前記各画素ごとの画素値とに基づいて、前記各画素ごとの画素値における光学的影響を表す画素値成分を抽出することを特徴とする画像処理装置。
【請求項５】
請求項４に記載の画像処理装置において、
前記光軸検出用の各画素値を取得するとき、前記撮像装置が備える光学系の周辺減光量を、請求項１に記載の光学系と比べて大きくすることを特徴とする画像処理装置。
【請求項６】
請求項４に記載の画像処理装置において、
前記光軸検出用の各画素値と、請求項１に記載の前記各画素ごとの画素値とは、同一の光学系を用いる前記画素値取得手段から取得することを特徴とする画像処理装置。
【請求項７】
所定の光学系および撮像素子を有する撮像装置を用いて均一面を撮像することにより得た各画素ごとの画素値を取得する画素値取得工程と、
前記撮像素子に対する光軸位置と、前記画素値取得工程により取得された前記各画素ごとの画素値とに基づいて、前記各画素ごとの画素値における光学的影響を表す画素値成分を抽出する抽出工程と、
を備えることを特徴とする画像処理方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法をコンピュータにより実行させることを特徴とする画像処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置の周辺減光を抽出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
カメラなどの撮像装置により得られる被写体像は、撮像に用いた光学系の光軸位置から遠ざかるほど暗くなることが知られている。このような明るさの変化は周辺減光と呼ばれている。周辺減光の補正を、光軸と撮像素子の中心がずれていることを考慮して行う技術が公知である（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２８９４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
被写体像の明るさの正確さに影響を与える要因として、光学系だけではなく、撮像素子の個体差に起因するものが存在する。従来技術では、光学系による影響のみを考慮して明るさの補正を行うため、正確な補正が行われない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、所定の光学系および撮像素子を有する撮像装置を用いて均一面を撮像することにより得た各画素ごとの画素値を取得する画素値取得手段と、前記撮像素子に対する光軸位置と、前記画素値取得手段により取得された前記各画素ごとの画素値とに基づいて、前記各画素ごとの画素値における光学的影響を表す画素値成分を抽出する抽出手段と、を備えることを特徴とする画像処理装置である。
請求項７に係る発明は、所定の光学系および撮像素子を有する撮像装置を用いて均一面を撮像することにより得た各画素ごとの画素値を取得する画素値取得工程と、前記撮像素子に対する光軸位置と、前記画素値取得工程により取得された前記各画素ごとの画素値とに基づいて、前記各画素ごとの画素値における光学的影響を表す画素値成分を抽出する抽出工程と、を備えることを特徴とする画像処理方法である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、撮像装置の光学系による影響のみを抽出することができるので、周辺減光を効果的に補正することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
――第１の実施の形態――
図１は、本実施形態の主要な構成要素とその関係を表したブロック図である。図１に示す画像処理装置１は、撮像装置２が出力する光軸検出用の画像（以下、光軸検出画像という）および画素値成分分離用の画像（以下、個体差測定画像という）を入力とし、撮像装置が備える撮像素子固有の特徴を表す素子特徴画像を出力する装置である。画像処理装置１は画像取得部１０，光軸位置算出部１１，周辺減光算出部１２および周辺減光除去部１３を備える。
【０００８】
光軸検出画像および個体差測定画像は、それぞれ同一の撮像装置により出力される画像である。これら２つの画像については後に詳述する。画像取得部１０は、撮像装置２より光軸検出画像と個体差測定画像を取得する。光軸位置算出部１１は、撮像装置において光軸が撮像素子上のどの位置に存在するかを光軸検出画像より算出する。
【０００９】
周辺減光算出部１２は、個体差測定画像および光軸位置より、周辺減光曲面を算出する。周辺減光曲面は、個体差測定画像から、光学的影響による成分のみを抽出した曲面である。周辺減光除去部１３は、周辺減光算出部１２により算出された周辺減光曲面を、個体差測定画像から除去する。
【００１０】
図２は、本実施形態における画像処理装置１が対象とする撮像装置２の主要な構成要素を表したブロック図である。撮像装置２は、光学系２１，周辺光量調整装置２２，固体撮像素子２３，Ａ／Ｄコンバータ２４を備える。光軸検出画像および個体差測定画像を得る際は、撮像装置２により白色均一面の撮像を行う。固体撮像素子２３が備える各々の画素における光量は、Ａ／Ｄコンバータ２４により画素値に変換され、画素値の集まりが画像として出力される。
【００１１】
図３は、画像処理装置１が用いる光軸検出画像および個体差測定画像の例を示す図である。図３（ａ）には光軸検出画像３１が、図３（ｂ）には個体差測定画像３２が示されている。光軸検出画像３１は光軸の位置を算出するための画像なので、光軸を検出しやすいよう、周辺減光量が大きくなっている。光軸検出画像３１を取得する際は、撮像装置２の周辺光量調整装置２２を、周辺減光量が大きくなるように設定する。
【００１２】
次に、光軸位置算出部１１の具体的な処理内容を説明する。光軸位置算出部１１はまず、光軸検出画像３１の各画素値に対して、所定の値（例えば、光軸検出画像３１の画素値の平均値）を減じる減算処理を行う。減算処理の結果が０以下となる画素値は０とする。
【００１３】
図４は、光軸検出画像３１に対して減算処理を行った例を示す図である。減算処理後の光軸検出画像３３は、光軸および光軸周辺の画素を除く大部分の画素値が０となっている。このとき、各画素の画素値を重さとすると、現在処理後の光軸検出画像３３の重心が光軸の位置となる。画素が座標（１，１）から座標（Ｎ，Ｍ）まで存在し、座標（ｘ，ｙ）に存在する画素の画素値を重さＷｘｙとすると、重心の座標（ａ，ｂ）は次式（１）および（２）にて表される。
【００１４】
【数１】
2009253582.tif 000003
【数２】
2009253582.tif 000004
【００１５】
光軸位置算出部１１は、減算処理後の光軸検出画像３３に対して上式を適用し、光軸位置を算出する。そして、算出した光軸位置を、周辺減光算出部１２へ渡す。
【００１６】
次に、周辺減光算出部１２の具体的な処理内容を説明する。周辺減光算出部１２はまず、光軸位置算出部１１より渡された光軸位置と個体差測定画像３２を用いて、光軸位置からの距離と画素値との関係を調べる。次に、上記の関係を基に、減光率曲線式を求める。そして、減光率曲線式から、個体差測定画像３２における光学的影響を表す同心円状の曲面を作成する。
【００１７】
図５は、減光率曲線式の算出方法を説明するための図である。図５（ａ）に示す曲線３４が減光率曲線式である。周辺減光算出部１２は曲線３４を求めるために、光軸からの距離ごとの画素値の平均値を、個体差測定画像３２から算出する。
【００１８】
図５（ｂ）に示す個体差測定画像３５を例にして、上記の処理を説明する。今、光軸からの距離がｎであった場合の画素値の平均値Ｖｎを算出したいとする。図５（ｂ）に示すように、光軸位置３６から距離ｎの場所に位置する画素は、円３７の円周上に位置する画素である。そこで、円３７の円周上に位置する画素の画素値の平均値を求めれば、図５（ａ）に示す画素値の平均値Ｖｎが求まることになる。
【００１９】
上記のように、光軸からの距離に対する画素値の平均値を、光軸からの距離を変化させながらすべての画素について算出する。次に、これらの各点を基にスプライン曲線補完などを行い、近似曲線式を求める。この近似曲線式を、減光率曲線式とする。なお、全ての画素について画素値の平均値を求めるのではなく、所定の間隔ごとに平均値を求めてもよい。
【００２０】
光軸位置を中心に減光率曲線式を展開すれば、個体差測定画像３２における光学的影響を表す同心円状の曲面（以下、周辺減光曲面という）を作成することができる。図６は、周辺減光曲面の例を示す図である。図６（ａ）には周辺減光曲面が平面画像３８で、図６（ｂ）には周辺減光曲面が三次元画像３９で示されている。この周辺減光曲面が、個体差測定画像３２における光学的影響を表している。
【００２１】
次に、周辺減光除去部１３の具体的な処理内容を説明する。周辺減光除去部１３は、周辺減光算出部１２が算出した周辺減光曲面を用いて、個体差測定画像３２から素子特徴画像を分離する。分離処理は、個体差測定画像３２の各画素値を周辺減光曲面で除算することにより行われる。個体差測定画像３２は周辺減光曲面（すなわち光学的影響の成分）と素子特徴画像（すなわち固体撮像素子固有の特徴を示す成分）とを掛け合わせたものであるため、周辺減光曲面で除算を行えば素子特徴画像を分離することができる。
【００２２】
図７は、個体差測定画像３２より分離した素子特徴画像の例を示す図である。素子特徴画像４０は、図３（ｂ）に示す個体差測定画像３２に見られた周辺減光が除去され、画像の中央と端が均一な明るさとなっている。
【００２３】
次に、画像処理装置１の具体的な処理内容を、図を用いて説明する。図８は、画像処理装置１の処理内容を示すフローチャートである。まずステップＳ１０では、撮像装置２が白色均一面を撮像し、画像取得部１０が光軸検出画像および個体差測定画像を取得する。ステップＳ２０では、ステップＳ１０で取得した光軸検出画像の全画素値の平均値を算出する。ステップＳ３０では、光軸検出画像の各画素値から、ステップＳ２０で算出した平均値を減算する。
【００２４】
ステップＳ４０では、前述の式（１）および（２）を用いて、光軸検出画像の重心を算出する。これ以降のステップでは、ステップＳ４０で算出された重心を光軸位置として扱う。ステップＳ５０では、個体差測定画像における、光軸位置からの距離ごとの画素値の平均値を算出する。例えば、初めに光軸位置から１離れた画素の画素値の平均値を求め、次に光軸位置から２離れた画素の画素値の平均値を求め、後は全ての画素について同様に平均値を算出していく。
【００２５】
ステップＳ６０では、ステップＳ５０で算出した光軸位置からの距離ごとの平均値を基に、光軸位置からの距離を引数として画素値を導出する関数である近似曲線式を算出する。ステップＳ７０では、光軸位置を中心に、ステップＳ６０で算出した近似曲線式を用いて周辺減光曲面を作成する。ステップＳ８０では、個体差測定画像の各画素値を、ステップＳ７０で作成した周辺減光曲面の、各画素に対応する値で除算する。除算した結果が、画像処理装置１が出力する素子特徴画像である。
【００２６】
上述した第１の実施の形態による画像処理装置によれば、次の作用効果が得られる。
（１）光軸位置算出部により算出される撮像素子に対する光軸位置と、画素値成分分離用の画像である個体差測定画像とを用いて、個体差測定画像から光学的影響を表す画素値成分である周辺減光曲面を抽出する。これにより、周辺減光を効果的に補正することが可能となる。
（２）画素値成分分離用の画像である個体差測定画像を、周辺減光算出部により算出された周辺減光曲面を用いて、撮像素子固有の画素値成分である素子特徴画像を分離する。これにより、撮像素子の個体差を補正することができる。
（３）光軸検出用の画像である光軸検出画像の重心を求めることにより、撮像素子に対する光軸位置を算出する。これにより、光軸が撮像素子の中心からずれている場合であっても、光軸位置を正しく算出される。
（４）光軸検出用の画像である光軸検出画像として、個体差測定画像と比べて周辺減光量の大きな画像を用いる。これにより、算出される光軸位置の精度が高くなる。
【００２７】
上述した第１の実施の形態では、撮像装置２より周辺減光量の異なる２つの画像を取得していた。以下に詳述する第２の実施の形態では、撮像装置２より１つの画像のみを取得して、同様の処理を行う。
【００２８】
――第２の実施の形態――
図９は、本実施形態の主要な構成要素とその関係を表したブロック図である。図９に示す画像処理装置１０１は、第１の実施の形態における画像処理装置１と同様に、画像取得部１０，光軸位置算出部１１，周辺減光算出部１２および周辺減光除去部１３を備える。また、出力についても第１の実施の形態における画像処理装置１と同様である。
【００２９】
画像処理装置１０１は、撮像装置２より取得された個体差測定画像のみを入力とする。画像取得部１１０は個体差測定画像のみを取得し、光軸位置算出部１１は個体差測定画像を基に光軸位置を算出する。個体差測定画像は第１の実施の形態における光軸検出画像ほど周辺減光が明確ではないものの、周辺減光が含まれていないわけではないため、光軸位置を算出することができる。
【００３０】
上述した第２の実施の形態による画像処理装置によれば、第１の実施の形態による画像処理装置で得られる作用効果に加えて、次の作用効果が得られる。光軸検出用の画像である光軸検出画像として、画素値成分分離用の画像である個体差測定画像を用いる。これにより、画像処理装置による処理のために繰り返し撮像を行う必要がなく、処理の工程が簡略化される。
【００３１】
次のような変形も本発明の範囲内である。
（１）画像処理装置が光軸位置を算出する手段を備えなくてもよい。例えば、撮像装置から光軸位置を受け取ったり、別の装置により算出された光軸位置を受け取るようにしてもよい。
【００３２】
（２）光軸位置算出部が実行する減算処理により減じられる値は、画素値の平均値でなくてもよい。例えば光軸検出画像が含む全ての画素値の中央値であってもよいし、予め設定された固定値であってもよい。
【００３３】
なお、光学的影響による画素値成分を抽出する例として周辺減光について説明したが、これに限るものではない。例えば、光学系を構成するレンズ後玉径の大きさ、光学系を構成するレンズに付着した汚れ、光学系を構成するレンズを保持する保持部材、撮像装置の内部部材、周辺光量調整装置の動作異常等によるケラレの画素値成分を抽出することもできる。
【００３４】
本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
【００３５】
なお、以上説明した実施の形態における画像処理装置の各構成要素と特許請求の範囲の各構成要素との対応関係は以下の通りである。本発明の画素値取得手段は画像取得部１０に対応し、抽出手段は周辺減光算出部１２に対応する。なお、以上の対応関係の説明は一例であり、権利解釈に際して何ら拘束されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】第１の実施形態における画像処理装置１の主要な構成要素とその関係を表したブロック図である。
【図２】第１の実施形態における画像処理装置１が対象とする撮像装置２の主要な構成要素を表したブロック図である。
【図３】画像処理装置１が用いる光軸検出画像および個体差測定画像の例を示す図である。
【図４】光軸検出画像３１に対して減算処理を行った例を示す図である。
【図５】周辺減光曲線式の算出方法を説明するための図である。
【図６】周辺減光曲面の例を示す図である。
【図７】個体差測定画像３２より分離した素子特徴画像の例を示す図である。
【図８】画像処理装置１の処理内容を示すフローチャートである。
【図９】第２の実施形態における画像処理装置１０１の主要な構成要素とその関係を表したブロック図である。
【符号の説明】
【００３７】
１、１０１  画像処理装置
２  撮像装置
１０，１１０  画像取得部
１１  光軸位置算出部
１２  周辺減光算出部
１３  周辺減光除去部
【図１】
2009253582.tif 000005
【図２】
2009253582.tif 000006
【図３】
2009253582.tif 000007
【図４】
2009253582.tif 000008
【図５】
2009253582.tif 000009
【図６】
2009253582.tif 000010
【図７】
2009253582.tif 000011
【図８】
2009253582.tif 000012
【図９】
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