JP2005057605A - 画像処理装置、画像処理システム、撮像装置および画像処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 補正パラメータエンコーダ202は、光学ズーム機構におけるズーム位置を区分したズームポイントごとに歪み補正パラメータをエンコードし、これらを歪み補正メモリ113に格納する。歪み補正メモリ113は、歪み補正対象画素の座標とズーム位置情報とから、ズーム位置に応じた2つのズームポイントに対応する歪み補正パラメータを読み出す。ズーム補間処理部114は、読み出された各歪み補正パラメータを、ズーム位置の位相係数を用いて補間演算する。補正パラメータデコーダ112は、補間された歪み補正パラメータをx−y方向にデコードして画像信号処理部104に供給し、これにより撮像画像の歪み補正処理が行われる。
【選択図】 図1
Description
図17に示す画像撮像システムは、撮像装置3と、前処理装置4とを具備している。なお、ここでは、撮像装置3としてデジタルビデオカメラを想定する。また、前処理装置4は、例えばこの撮像装置3の外部に設置されたパーソナルコンピュータ等として構成される。
ここで、図18は、ズーム動作時のレンズ位置と歪み量との関係を示すグラフの例である。
さらに、本発明の他の目的は、光学ズームを利用した場合にも、撮像画像に生じる歪みを補正してその画質を高めることが可能な撮像装置を提供することである。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る画像撮像システムの構成例を示すブロック図である。
撮像装置1は、光学ブロック101、撮像素子102、画像前処理部103、画像信号処理部104、画像メモリ105、表示処理部106、モニタ107、圧縮・伸長処理部108、記録再生部109、記録媒体110、制御マイクロコンピュータ(以下、制御マイコンと呼称する)111、補正パラメータデコーダ112、歪み補正メモリ113、およびズーム補間処理部114を具備する。また、前処理装置2は、補正パラメータ導出部201と、補正パラメータエンコーダ202とを具備する。
被写体からの反射光は、光学ブロック101によって撮像素子102に集光され、撮像素子102からはアナログ画像信号が画像前処理部103に出力される。画像前処理部103では、撮像素子102からのアナログ画像信号に対してCDS処理やAGC処理等が施され、さらにA/D変換されて、デジタル化された画像信号が画像信号処理部104に供給される。
ここで、図2は、ズーム動作時のレンズ位置と歪み量との関係の例と、レンズ位置の区分点とを示す図である。
補正パラメータエンコーダ202は、図3に示すように、格子分割部211と、圧縮データ導出部212とを具備している。
F(x)=a(n)*xn+a(n−1)*x(n−1)+a(n−2)*x(n−2)+・・・+a(0) ……(1)
なお、画面を格子状に分割する場合には、例えば、画面全体を分割の対象とする方法、あるいは、レンズの歪みが点対称であることを利用して、画面の1/4を分割の対象とする方法等がある。これらは、歪みの特性に応じて選択される。さらに、格子分割の方法としては、例えば、画面内を均等な間隔で分割する方法や、画面の中心から端部までの距離を2のべき乗ごとに分割する方法、歪みの大きい画面上下端および左右端の歪み補正座標を利用して、この歪み補正座標と位置との関数を作成し、作成された関数から、区分n次多項式を用いて関数と区分n次多項式との誤差が最も小さくなる分割位置を探索する方法等が提案されている。
ステップS401において、補正パラメータエンコーダ202は、対象画面上のすべての画素に対する歪み補正座標を、補正パラメータ導出部201から読み込む。このとき、ズームポイントごとにすべての歪み補正座標を読み込む。
ステップS403において、分割された格子の画面上の座標等を示す格子情報を、圧縮データ導出部212および補正パラメータデコーダ112に転送する。また、ズームポイントの区分方法を示すズームポイント情報を、圧縮データ導出部212および歪み補正メモリ113に対して転送する。
ステップS407において、ステップS405で導出した区分n次多項式から、上記の各分割点上の歪み補正座標を算出する。
歪み補正メモリ113は、図5に示すように、パラメータ記憶部131と、アドレス生成器132とを具備している。
ズーム補間処理部114には、パラメータ記憶部131より、2つのズームポイントZoom0およびZoom1に対応する歪み補正パラメータが入力される。ズーム補間処理部114では、対象とされる画素の近傍の4つの格子点の歪み補正パラメータについて、それぞれズームポイントZoom0およびZoom1の値を用いて補間演算を行い、歪み補正パラメータを2次元の値に落とす。
Dist_x0_y0=Dist_x0_y0_z0*(1−coef)+Dist_x0_y0_z1*coef ……(2)
Dist_x0_y1=Dist_x0_y1_z1*(1−coef)+Dist_x0_y1_z1*coef ……(3)
Dist_x1_y0=Dist_x1_y0_z0*(1−coef)+Dist_x1_y0_z1*coef ……(4)
Dist_x1_y1=Dist_x1_y1_z0*(1−coef)+Dist_x1_y1_z1*coef ……(5)
図7は、歪み補正メモリ113およびズーム補間処理部114における処理の流れを示すフローチャートである。
ステップS704において、アドレス生成器132は、入力された座標値と、ステップS702で設定したズームポイントとから読み出しアドレスを生成し、パラメータ記憶部131に対して指定する。これにより、各ズームポイントおよび座標値に対応する歪み補正パラメータが、ズーム補間処理部114に転送される。
図8に示すように、補正パラメータデコーダ112は、格子情報バッファ121、格子決定部122、正規化部123、関数算出部124、関数変換部125、および平面補間部126を具備している。また、画像信号処理部104は、水平一次元補間部104aと、垂直一次元補間部104bとを具備している。
格子決定部122は、画像信号処理部104から補正対象として指定された画素の座標と、制御マイコン111からのズーム位置情報とを、歪み補正メモリ113に通知して、対応する歪み補正パラメータの読み出しを要求するとともに、指定された座標が包含される格子を、格子情報バッファ121に保持された格子の位置情報と比較して算出する。また、算出した格子の位置を指定する情報を歪み補正メモリ113に通知するようにしてもよい。
関数変換部125は、関数算出部124によって得られた区分n次多項式の係数を、平面補間で利用する関数形式に変換する。
ステップS901において、初期設定として、補正パラメータエンコーダ202から、格子情報を読み込む。読み込んだ格子情報は、格子情報バッファ121に格納される。
ステップS905において、関数算出部124は、格子を囲む4本の格子線分のうちの1本を選択し、ズーム補間処理部114からの歪み補正パラメータから該当する歪み補正座標を選択して、区分n次多項式を再構築する。
ステップS908において、平面補間部126は、導出された平面関数に、正規化部123で算出された相対座標を代入して、対象画素の歪み補正座標を導出する。そして、相対座標とともに、補正量パラメータとして画像信号処理部104に出力する。ここでは、例えば、補正量パラメータの整数部に歪み補正座標、小数部に相対座標を設定する。
なお、この他に例えば、z方向に対してはn次多項式を用いた補間演算を行い、x−y方向に対しては線形補間による補間演算を行うことで、パラメータのエンコード・デコードを行うことも可能である。この場合、歪み補正パラメータとして、近似した区分n次多項式の係数を用いることも可能である。
ところで、上記の実施の形態に係る画像撮像システムでは、光学ズームレンズ機構のズームポイントごとに、歪み補正パラメータを用意して、歪み補正メモリ113に記憶させていた。このため、従来のシステムと比較すると用意するデータ量が大幅に削減され、メモリ容量を削減できるものの、ある程度のメモリ容量を確保する必要があった。また、これらの歪み補正パラメータが外部から供給されるように構成した場合にも、ある程度の通信容量や、これらの値を算出する演算能力が必要とされていた。従って、必要なメモリ容量や通信容量、演算能力をより低下させ、低コスト化で歪み補正処理のリアルタイム性を確保したいという要求があった。
本実施の形態に係る画像撮像システムの基本的な構成は、図1に示したものと同様である。ただし、歪み補正メモリ113およびズーム補間処理部114の内部構成が異なる。また、補正パラメータエンコーダ202は、歪み補正メモリ113からの要求に応じて、必要な歪み補正パラメータのみを歪み補正メモリ113に供給する。
ステップS1301において、歪み補正メモリ113における初期設定を行う。ここで、「pre_u」「pre_d」は、選択された2つのズームポイントのうち、ズーム位置の基準点から見て遠い側のズームポイント、近い側のズームポイントをそれぞれ示す変数であり、レジスタ判定部135が保持する。ここでは、基準点を最もワイド端側のズームポイント(Zoom0)とし、ワイド端側のズームポイントを「pre_u」、テレ端側のズームポイントを「pre_d」とし、初期設定としてそれぞれ「Zoom1」「Zoom0」を選択しておく。
図14のフローチャートの開始時には、制御マイコン111から、補正パラメータデコーダ112を介して、新たなズーム位置情報「z_pos」が歪み補正メモリ113およびズーム補間処理部114に入力される。上述したように、「z_pos」の整数部により、指定されたズーム位置のワイド端側に近接するズームポイントが指定され、小数部により、そのズームポイントとテレ端側に隣接するズームポイントとの間におけるズーム位置の位相が指定される。
ステップS1401において、「z_pos」の値が「pre_u」より小さく、かつ「pre_d」より大きい場合、すなわち、「z_pos」で指定されるズームポイントが、レジスタ判定部135により1フィールド前に選択されていた2つのズームポイントの間に存在する場合には、ステップS1402に進む。そうでない場合はステップS1406に進む。
ステップS1411では、「z_pos」で指定されるズームポイントが、以前におけるテレ端側のズームポイントと一致しており、この場合にも、レジスタReg0およびReg1に対して同じ「pre_d」の値(=「z_pos」の値)を格納して、位相係数coefを0にするように操作する。すなわち、「z_pos」で指定されるズームポイントに対応する歪み補正パラメータの読み出しを、補正パラメータエンコーダ202に要求し、転送されたデータを、「pre_d」の対応データが格納されていたレジスタに格納する。これとともに、「pre_u」の対応データが格納されていたレジスタをワイド端側のズームポイントの対応データを格納したレジスタとして設定し、「pre_d」の値を「z_pos」に一致させて、設定処理を終了する。
図15(A)および(B)は、それぞれステップS1403およびS1405での処理に対応する例であり、隣接しないズームポイントが選択された状態から、それらのズームポイント間に新たなズーム位置が設定されている。図15(A)では、テレ端側のズームポイントのみ変更され、図15(B)ではワイド端側のズームポイントのみ変更される。
「SET」「ACT」がともに1である場合は、歪み補正処理が実行されることになる。ステップS1305において、位相演算器142は、レジスタ判定部135から供給された各変数を用いて、実際に選択された各ズームポイント間における位相係数coefを算出する。位相演算器142は、pre_u−pre_d=1となるように、ズーム位置情報で指定された位相係数を正規化する。なお、ズームポイントの位置を示す値は整数と仮定している。
coef=(z_pos−pre_d)/(pre_u−pre_d) ……(6)
また、u1x0=0のとき、位相係数coefは以下の式(7)によって求められる。
coef=(pre_u−z_pos)/(pre_u−pre_d) ……(7)
なお、pre_u=pre_dの場合には、位相係数coefの値を0とする。
ズーム方向の補間演算に区分n次多項式を用いた場合、補正対象の画素の座標とズーム位置とが指定されたときに歪み補正メモリ113に格納すべきデータは、ズーム位置を跨ぐ2つのズームポジションに対応する各格子からエンコードされた歪み補正座標(または区分n次多項式の係数)と、これらのズームポジション間をn分割した内分点に対応する格子からエンコードされた歪み補正座標(または区分n次多項式の係数)となる。従って、これらをそれぞれ格納する(n+1)個のレジスタをパラメータ記憶部131に設ければよい。
Claims (16)
- 光学ズーム機構を具備する集光レンズ群を用いて撮像された画像の入力を受けてその画像の歪みを補正する画像処理装置において、
入力画像の撮像時における前記光学ズーム機構のレンズ位置状態を示すズーム位置を取得するズーム位置取得手段と、
前記光学ズーム機構におけるレンズ位置状態をワイド端からテレ端までの間でその両端を含む複数段階に順次区分したズーム区分点を利用してレンズ位置状態ごとの歪み補正用の補正パラメータが圧縮されたズーム圧縮パラメータを基に、前記ズーム位置取得手段によって取得された前記ズーム位置に対応する前記補正パラメータを補間演算により算出するズーム方向デコード手段と、
前記ズーム方向デコード手段によって算出された前記補正パラメータを基にして前記入力画像の歪みを補正する画像補正手段と、
を有することを特徴とする画像処理装置。 - 前記ズーム方向デコード手段は、前記ズーム位置に基づいて選択された複数の前記ズーム区分点に対応する前記補正パラメータを前記ズーム圧縮パラメータとして取得し、選択した前記複数のズーム区分点間における前記ズーム位置の相対位置と前記ズーム圧縮パラメータとを基に線形補間による補間演算を行うことを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
- 前記ズーム方向デコード手段は、前記ズーム位置に基づいて選択された複数の前記ズーム区分点間の各レンズ位置状態に対応する前記補正パラメータの推移を近似したn次多項式(ただし、nは自然数)を前記ズーム圧縮パラメータを基に再現し、選択した前記複数のズーム区分点間における前記ズーム位置の相対位置を前記n次多項式に適用することで補間演算を行うことを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
- 前記ズーム圧縮パラメータは、前記ズーム位置に基づいて選択された2つの前記ズーム区分点と、選択された前記各ズーム区分点間をn分割することで得られる(n−1)の内分点とに対応する前記補正パラメータからなり、
前記ズーム方向デコード手段は、前記ズーム位置に基づいて選択した2つの前記ズーム区分点とその間における前記内分点とに対応する前記補正パラメータより前記n次多項式を再現して、前記ズーム位置に対応する前記補正パラメータを補間演算により算出することを特徴とする請求項2記載の画像処理装置。 - 前記ズーム方向デコード手段による補間演算に必要な前記ズーム圧縮パラメータを格納する複数の記憶領域を具備するパラメータ記憶手段と、
前記ズーム位置の変化に応じて前記ズーム方向デコード手段による補間演算に必要な前記ズーム圧縮パラメータを選択するパラメータ選択手段と、
前記パラメータ選択手段によって選択された前記ズーム圧縮パラメータを格納する前記記憶領域を選択する記憶領域選択手段と、
前記パラメータ選択手段によって選択された前記ズーム圧縮パラメータに対応する前記ズーム区分点間における前記ズーム位置の相対位置を位相係数として算出する位相演算手段と、
をさらに有し、
前記ズーム方向デコード手段は、前記各記憶領域から読み出した前記ズーム圧縮パラメータと、前記位相演算手段によって算出された前記位相係数とを基にして補間演算を行うことを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。 - 前記パラメータ選択手段は、前記ズーム位置が変化したとき、変化後の前記ズーム位置が、変化前で選択されていた前記ズーム圧縮パラメータに対応する前記ズーム区分点間の領域外に存在する場合に、変化前での選択に対応する前記ズーム区分点のうち、変化後の前記ズーム位置に近い前記ズーム区分点に対応する前記ズーム圧縮パラメータを継続して選択するとともに、他の前記ズーム圧縮パラメータのみ新たに選択し、
前記記憶領域選択手段は、前記ズーム位置の変化後に、前記パラメータ選択手段により新たに選択された前記ズーム圧縮パラメータのみ書き込みを行うように前記記憶領域を選択することを特徴とする請求項5記載の画像処理装置。 - 前記位相演算手段は、前記パラメータ選択手段によって選択された前記ズーム圧縮パラメータと、前記記憶領域選択手段による前記記憶領域の選択とに応じて、常に、あらかじめ決められた一つの前記記憶領域に記憶された前記ズーム圧縮パラメータに対応する前記ズーム区分点を基準とした前記ズーム位置の相対位置を前記位相係数として算出することを特徴とすることを特徴とする請求項6記載の画像処理装置。
- 歪み補正後の画像の横方向および縦方向に対して前記補正パラメータが圧縮されたX−Y圧縮パラメータを補間演算により伸長するX−Y方向デコード手段をさらに有し、
前記ズーム方向デコード手段は、前記X−Y圧縮パラメータが前記ズーム位置に応じてさらに圧縮された圧縮データを前記ズーム圧縮パラメータとして受け取って補間演算を行い、算出したX−Y圧縮パラメータを前記X−Y方向デコード手段に供給し、
前記画像補正手段は、前記X−Y方向デコード手段によって補間演算により伸長された前記補正パラメータに基づいて歪みの補正を行うことを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。 - 前記X−Y圧縮パラメータは、前記歪み補正後の画像を格子状に区分し、各格子点の位置を利用して格子線に対応する前記補正パラメータを圧縮することにより生成され、
前記X−Y方向デコード手段は、格子の区分ごとに前記X−Y圧縮パラメータを伸長することを特徴とする請求項8記載の画像処理装置。 - 光学ズーム機構を具備する集光レンズ群を用いて撮像された画像の入力を受けてその画像の歪みを補正する画像処理システムにおいて、
入力画像の撮像時における前記光学ズーム機構のレンズ位置状態を示すズーム位置を取得するズーム位置取得手段と、
前記光学ズーム機構におけるレンズ位置状態をワイド端からテレ端までの間でその両端を含む複数段階に順次区分したズーム区分点を利用してレンズ位置状態ごとの歪み補正用の補正パラメータを圧縮するズーム方向エンコード手段と、
前記ズーム方向エンコード手段により圧縮されたズーム圧縮パラメータを基に、前記ズーム位置取得手段によって取得された前記ズーム位置に対応する前記補正パラメータを補間演算により算出するズーム方向デコード手段と、
前記ズーム方向デコード手段によって算出された前記補正パラメータを基にして前記入力画像の歪みを補正する画像補正手段と、
を有することを特徴とする画像処理システム。 - 前記ズーム方向デコード手段による補間演算に必要な前記ズーム圧縮パラメータを前記ズーム方向エンコード手段から受け取って複数の記憶領域にそれぞれパラメータ記憶手段と、
前記ズーム位置の変化に応じて前記ズーム方向デコード手段による補間演算に必要な前記ズーム圧縮パラメータを選択するパラメータ選択手段と、
前記パラメータ選択手段によって選択された前記ズーム圧縮パラメータを格納する前記記憶領域を選択する記憶領域選択手段と、
前記パラメータ選択手段によって選択された前記ズーム圧縮パラメータに対応する前記ズーム区分点間における前記ズーム位置の相対位置を位相係数として算出する位相演算手段と、
をさらに有し、
前記ズーム方向デコード手段は、前記各記憶領域から読み出した前記ズーム圧縮パラメータと、前記位相演算手段によって算出された前記位相係数とを基にして補間演算を行うことを特徴とする請求項10記載の画像処理システム。 - 光学ズーム機構を具備する集光レンズ群を用いて画像を撮像する撮像装置において、
前記光学ズーム機構のレンズ位置状態を示すズーム位置を検知するズーム位置検知手段と、
前記光学ズーム機構におけるレンズ位置状態をワイド端からテレ端までの間でその両端を含む複数段階に順次区分したズーム区分点を利用してレンズ位置状態ごとの歪み補正用の補正パラメータが圧縮されたズーム圧縮パラメータを基に、前記ズーム位置検知手段によって検知された前記ズーム位置に対応する前記補正パラメータを補間演算により算出するズーム方向デコード手段と、
前記ズーム方向デコード手段によって算出された前記補正パラメータを基にして撮像画像の歪みを補正する画像補正手段と、
を有することを特徴とする撮像装置。 - 前記ズーム方向デコード手段による補間演算に必要な前記ズーム圧縮パラメータを格納する複数の記憶領域を具備するパラメータ記憶手段と、
前記ズーム位置の変化に応じて前記ズーム方向デコード手段による補間演算に必要な前記ズーム圧縮パラメータを選択するパラメータ選択手段と、
前記パラメータ選択手段によって選択された前記ズーム圧縮パラメータを格納する前記記憶領域を選択する記憶領域選択手段と、
前記パラメータ選択手段によって選択された前記ズーム圧縮パラメータに対応する前記ズーム区分点間における前記ズーム位置の相対位置を位相係数として算出する位相演算手段と、
をさらに有し、
前記ズーム方向デコード手段は、前記各記憶領域から読み出した前記ズーム圧縮パラメータと、前記位相演算手段によって算出された前記位相係数とを基にして補間演算を行うことを特徴とする請求項12記載の撮像装置。 - 光学ズーム機構を具備する集光レンズ群を用いて撮像された画像の入力を受けてその画像の歪みを補正するための画像処理方法において、
入力画像の撮像時における前記光学ズーム機構のレンズ位置状態を示すズーム位置を取得し、
前記光学ズーム機構におけるレンズ位置状態をワイド端からテレ端までの間でその両端を含む複数段階に順次区分したズーム区分点を利用してレンズ位置状態ごとの歪み補正用の補正パラメータが圧縮されたズーム圧縮パラメータを基に、前記ズーム位置に対応する前記補正パラメータを補間演算により算出し、
算出した前記補正パラメータを基にして前記入力画像の歪みを補正する、
ことを特徴とする画像処理方法。 - 前記ズーム位置の変化に応じてズーム方向に対する補間演算に必要な前記ズーム圧縮パラメータを選択し、
選択した前記ズーム圧縮パラメータを個別の記憶領域にそれぞれ格納し、
選択した前記ズーム圧縮パラメータに対応する前記ズーム区分点間における前記ズーム位置の相対位置を位相係数として算出し、
前記各記憶領域から読み出した前記ズーム圧縮パラメータと、算出した前記位相係数とを基にして前記ズーム方向に対する補間演算を行うことを特徴とする請求項14記載の画像処理方法。 - 前記ズーム位置が変化したとき、変化後の前記ズーム位置が、変化前で選択されていた前記ズーム圧縮パラメータに対応する前記ズーム区分点間の領域外に存在する場合に、変化前での選択に対応する前記ズーム区分点のうち、変化後の前記ズーム位置に近い前記ズーム区分点に対応する前記ズーム圧縮パラメータを継続して選択するとともに、他の前記ズーム圧縮パラメータのみ新たに選択し、
前記ズーム位置の変化後には、新たに選択された前記ズーム圧縮パラメータのみ前記記憶領域に書き込み、継続して選択した前記ズーム圧縮パラメータが格納されている前記記憶領域への新たな書き込み動作を行わない、
ことを特徴とする請求項15記載の画像処理方法。
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