(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系に起因する画像の周辺減光を補正する周辺減光補正方法であって、
結像面上の光軸位置からより離れた位置に対応する画像データほど大きな係数を乗じ、前記係数が乗じられた画像データに対して、前記結像面上の光軸位置からより離れた位置に対応する画像データほど大きなサイズのマスクを用いて平滑化処理を行うことを特徴とする画像の周辺減光補正方法。
【請求項２】
光学系に起因する画像の周辺減光を補正する周辺減光補正装置であって、
結像面上の光軸位置からより離れた位置に対応する画像データほど大きな係数を乗ずる乗算手段と、前記乗算手段により係数が乗じられた画像データに対して、前記結像面上の光軸位置からより離れた位置に対応する画像データほど大きなサイズのマスクを用いて平滑化処理を行う平滑化処理手段とを備えてなることを特徴とする画像の周辺減光補正装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レンズ等の光学系に起因する画像の周辺減光を補正する周辺減光補正方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばＣＣＤカメラで被写体を撮像して画像を得る場合、被写体から発せられカメラレンズを透過する光が形成する像をＣＣＤで検出して画像信号を得るが、その際、カメラレンズが形成する像はレンズの光軸近傍にできる中心部の像からレンズの光軸から離れたところにできる周辺部の像に行くはど光量が少なくなる性質（レンズ周辺減光）を有しており、このレンズ周辺減光により上記画像信号は、レンズの光軸近傍にできる中心部の像に対応する画像の中心部からレンズの光軸から離れたところにできる周辺部の像に対応する画像周辺部に行くにつれてレンズ周辺減光に応じた量だけ信号値が小さくなり、例えば本来均一な明るさの被写体であっても、得られる画像が周辺部に行くほど暗くなる現象が起こり、すなわち画像のレンズ周辺減光現象を招来する。
【０００３】
かかる画像のレンズ周辺減光現象は、被写体の濃度差が大きくレンズ透過光の光量差が顕著に検出される場合には、減光量が透過光の光量差に比べて小さいためにその影響は小さいが、被写体の濃度差が小さくなり透過光の光量差が小さくなるにつれて、減光量が透過光の光量差に比べて相対的に大きくなるためその影響は顕著になる。
【０００４】
このような画像のレンズ周辺減光を補正する方法として、従来より、レンズの光軸近傍に形成される像に対応する画像の中心部からレンズの光軸周辺に形成される像に対応する画像の周辺部に向かうにつれて徐々に大きくなる係数を画像の信号値に乗じ、画像を補正することによりレンズ周辺減光の影響を取り除き、被写体と同じ明るさ分布に補正した画像信号を得るレンズ周辺減光補正方法が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかるレンズ周辺減光補正方法を採用すると、画像の周辺部に対応する画像信号ほど大きな値が乗ぜられることにより、レンズ周辺減光分を補償して全体としてレンズ周辺減光の影響を受けない画像信号に補正することができるが、その場合、周辺部においては撮像対象の画像信号だけでなく被写体を撮像するときに画像信号に混入する電気的ノイズ等の成分も同様に係数が乗じられて大きくなり、その結果画像周辺部のノイズが目立つようになるという問題が生じる。
【０００６】
この間題は、レンズ以外の光学系であって、レンズと同様の周辺減光を生じる光学系を介して撮像された画像の場合にも同様に生じる。
【０００７】
本発明の目的は上記事情に鑑み、光学系に起因する画像の周辺減光を、周辺部のノイズの増大を抑制しつつ補正することのできる周辺減光補正方法および装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による方法は、光学系に起因する画像の周辺減光を補正する周辺減光補正方法であって、結像面上の光軸位置からより離れた位置に対応する画像データほど大きな係数を乗じ、前記係数が乗じられた画像データに対して、前記結像面上の光軸位置からより離れた位置に対応する画像データほど大きなサイズのマスクを用いて平滑化処理を行うことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明による装置は、光学系に起因する画像の周辺減光を補正する周辺減光補正装置であって、結像面上の光軸位置からより離れた位置に対応する画像データほど大きな係数を乗ずる乗算手段と、前記乗算手段により係数が乗じられた画像データに対して、前記結像面上の光軸位置からより離れた位置に対応する画像データほど大きなサイズのマスクを用いて平滑化処理を行う平滑化処理手段とを備えてなることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の効果】
本発明による周辺減光補正方法および装置によれば、画像の周辺部に対応する画像信号ほど大きな値を乗じ、周辺減光分を補償した画像信号に補正することに加え、さらにこの補正により画像の周辺に行くほど強調されたノイズを含むようになった画像信号に対して画像の周辺に行くほど大きなサイズのマスクを用いた平滑化処理を施すことにより、光学系に起因する周辺減光の影響を周辺部のノイズの増大を抑制しつつ補正することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
図１は、本発明による周辺減光補正方法を実施する周辺減光補正装置を蛍光検出装置に適用した一実施形態の概略構成を示す。
【００１３】
本発明の実施の形態による蛍光検出装置は、紫外線ＵＶを照射する紫外線照射部１００と、紫外線照射部１００からの紫外線ＵＶの照射により蛍光を発する試料３０と、試料３０から発せられる蛍光を撮像し画像信号Ｖとして出力する高感度なＣＣＤカメラ１０と、ＣＣＤカメラ１０から出力される画像信号Ｖを入力し周辺減光補正の処理とノイズの軽減処理を行いこれらの処理を完了した信号を画像信号Ｗとして出力する周辺減光補正演算器４０と、周辺減光補正演算器４０から出力される画像信号Ｗを入力し画像として表示する画像表示装置５０と、試料３０を載置する試料台２１と、外部からの光を遮光すると共に照射部１００とＣＣＤカメラ１０と試料台２１とを内部に収容する暗箱２０とを備えている。
【００１４】
ＣＣＤカメラ１０は、紫外線照射部１００が照射する紫外線ＵＶの反射光をカットし試料３０が発する蛍光を透過する励起光カットフィルタ１４と、試料３０が発する蛍光を結像するレンズ系１１と、レンズ系１１により結像された蛍光像ＫＺを画像情報として撮像する撮像素子１２と、撮像素子１２で撮像した画像情報を画像信号に変換し画像信号Ｖとして出力する画像出力部１３とを備えている。
【００１５】
また、ＣＣＤカメラ１０は、そののレンズ系１１の光軸Ｘを試料台の中心位置に一致させて、かつ試料台２１に載置された試料３０を撮影するための適切な距離だけ試料３０から離して暗箱２０内に固定されている。
【００１６】
周辺減光補正演算器４０は、前記ＣＣＤカメラ１０から出力される画像信号Ｖを入力し記憶する記憶部４３と、記憶部４３に記憶された画像信号Ｖを入力し画像の周辺に行くほど大きな係数を乗じることにより画像信号Ｖを補正し画像信号ＶＡとして出力する乗算部４１と、画像信号ＶＡを入力し画像の周辺に行くほど大きなサイズのマスクを用いた平滑化処理を行うことにより画像信号ＶＡを補正し画像信号ＶＢとして出力する平滑化処理部４２と、画像信号ＶＢを入力し表示可能な信号に変換し表示信号Ｗとして出力する表示変換部４４とを備えている。
【００１７】
次に、本実施の形態の周辺減光補正装置の作用について説明する。
【００１８】
試料３０を試料台２１に載置し、紫外線照射部１００から試料３０に紫外線ＵＶを照射して試料３０を励起し蛍光Ｋｅを発生させる。 試料３０から発生した蛍光Ｋｅは励起光カットフィルタ１４を透過しレンズ系１１に入射するが、紫外線照射部１００から照射され試料３０等で反射した紫外線ＵＶは励起光カットフィルタ１４でカットされレンズ系１１には入射しない。励起光カットフィルタ１４を透過した蛍光Ｋｅはレンズ系１１により撮像素子１２の撮像面ｈ上に結像する。撮像面ｈ上に結像した蛍光像ＫＺは、撮像素子１２により撮像され信号に変換されて出力される。撮像素子１２から出力された信号は、画像出力部１３に入力され画像信号に変換され画像信号Ｖとして出力される。ここで撮像面ｈ上に結像する蛍光像ＫＺはレンズ系１１のレンズ周辺減光の影響を受けており、画像出力部１３により画像信号に変換された画像信号Ｖも同様にレンズ周辺減光の影響を受けている。
【００１９】
画像出力部１３により画像信号に変換され出力された画像信号Ｖは、周辺減光補正演算器４０に入力され記憶部４３、乗算部４１、平滑化処理部４２、表示変換部４４において上述の各処理が施された後、表示信号Ｗとして画像表示装置５０に出力されて画像表示装置５０に表示される。
【００２０】
ここで、乗算部４１の作用の詳細について説明する。
【００２１】
試料３０の発する蛍光の強度は全ての場所で均一であっても、試料３０の発する蛍光がレンズ１１により撮像素子１２の撮像面ｈ上に結像する蛍光像ＫＺの明るさは、レンズ周辺減光の影響で図２に示すように、レンズ１１の光軸Ｘが撮像素子１２の撮像面ｈと交わる光軸交差画素Ｐ（０，０）に対応する蛍光像ＫＺの部位で最大となり、光軸交差画素Ｐ（０，０）からより離れた周辺部の位置（撮像面ｈ上の位置）に対応する蛍光像ＫＺの部位ほど減少する。従って撮像面ｈの画素が受光する光量も同様に光軸交差画素Ｐ（０，０）で最大となり、光軸交差画素Ｐ（０，０）から離れて周辺に行くほど画素の受光する光量は減少する。
【００２２】
このレンズ周辺減光による撮像素子１２の周辺部の画素の受光量の減少量は、あらかじめレンズ系１１を設計するときに計算により求めるか、または実際に全ての場所で均一な光量を発する試料を試料台２１に載置しＣＣＤカメラ１０で撮影する等の手段により事前に求めることができるので、撮像素子１２の光軸交差画素Ｐ（０，０）の受光量を基準値１と設定し、周辺部の画素Ｐ（ｘ、ｙ）が受光する光量をｑ（ｘ、ｙ）とした場合、画素Ｐ（ｘ、ｙ）に対応する乗算の係数をＱ（ｘ、ｙ）＝１／ｑ（ｘ、ｙ）と設定する。同様の係数をすべての画素に対して求め、乗算部４１に前記係数を記憶させ、乗算部４１に入力されるレンズ周辺減光の影響を受けた画像信号Ｖの各画素に対応する信号値に前記係数を乗算してレンズ周辺減光の影響を補正した値を求めそれらの信号値を画像信号ＶＡとして出力する。
【００２３】
なお、前記乗算の係数は正確にレンズ周辺減光の影響による撮像素子１２の画素の受光量の減少量を補正する係数ではなくても単に周辺に行くほど大きくなる任意の係数の値で代用し簡略化することもできる。
【００２４】
次に平滑化処理部４２の作用の詳細について説明する。
【００２５】
紫外線ＵＶが照射された試料３０から発せられる蛍光は非常に微弱な光であるのでＣＣＤカメラで撮影してから画像信号Ｖとして出力されるまでに種々のノイズが混入する可能性がある。
【００２６】
試料３０の発する蛍光の強度が全ての場所で均一であるとした場合にノイズが混入すると、画像信号Ｖが担持する信号の値は図３に示すようにレンズ周辺減光とノイズの両方の影響を受けている。この信号を前記乗算部４１で処理すると周辺に行くほど大きな係数が乗算されるため図４に示すようにレンズ周辺減光による周辺部の光量の減少分は補正されるが、一方で周辺に行くほどノイズが強調された画像を担持する画像信号ＶＡとなる。
【００２７】
この周辺に行くほどノイズが強調された画像を担持する画像信号ＶＡに対し平滑化処理を行う。図５（ａ）に示すように撮像面ｈの撮像領域を光軸交差画素Ｐ（０，０）を中心とする異なる大きさの正方形で囲まれる領域６つに分割する。６つの領域に分割された撮像面ｈのＵ１−Ｕ２断面上の各画素が担持する画像信号の値を図５（ｂ）に示す。そして、光軸交差画素Ｐ（０，０）に近い領域から領域ａ、領域ｂ、領域ｃ、領域ｄ、領域ｅ、領域ｆと設定し、領域ａの画素は３Ｘ３画素のマスクで平滑化処理を行い、すなわち図６に示すようにＧ11、Ｇ12、Ｇ13、Ｇ21、Ｇ22、Ｇ23、Ｇ31、Ｇ32、Ｇ33の９個の画素が担持する画像信号の平均値でＧ22の値を置き換える処理を領域ａの画素についてそれぞれ行い、領域ｂでは５Ｘ５画素のマスクで同様な平滑化処理を行い、領域ｃでは７Ｘ７画素のマスクで同様な平滑化処理を行い、領域ｄでは９Ｘ９画素のマスクで同様な平滑化処理を行い、領域ｅでは１１Ｘ１１画素のマスクで同様な平滑化処理を行い、領域ｆでは１３Ｘ１３画素のマスクで同様な平滑化処理を行うことにより、ノイズがより強調されている周辺部ほどより平滑化の効果が大きな処理が施されるので、図７に示すように周辺減光の影響をノイズの増大を抑制しつつ補正でき、その値は画像信号ＶＢ１として出力される。
【００２８】
尚、前記平滑化処理を行う画素領域とマスクの大きさは必ずしも上記例に限らず、例えば画素領域は、光軸交差画素Ｐ（０，０）を中心とし周辺方向に概略等距離の位置に配置されている画素を同じ領域とし、マスクは光軸交差画素Ｐ（０，０）を中心とし周辺に行くほど大きなサイズであればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による周辺減光補正装置を適用した蛍光検出装置の概略構成図
【図２】撮像素子が検出する光量と画素の位置との関係を示す図
【図３】ノイズが混入した画像信号Ｖが担持する画像の明るさの値と位置との関係を示す図
【図４】画像信号ＶＡが担持する画像の明るさと位置との関係を示す図
【図５】画像の分割領域と画像信号に含まれるノイズの大きさとの関係を示す図
【図６】平滑化処理に用いるマスクの大きさに対応した画素範囲を示す図
【図７】画像信号ＶＢが担持する画像の明るさと位置の関係を示す図
【符号の説明】
１０    ＣＣＤカメラ
１１    レンズ系
１２    撮像素子
１３    画像出力部
３０    試料
４０    周辺減光補正演算器
４１    乗算部
４２    平滑化処理部
４３    記憶部
４４    表示変換部
５０    画像表示装置
【図１】
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【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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【図７】
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