JP2007206738A - 撮像装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】可動部品を無くし高信頼性を維持しつつ、一般撮影領域および２次元の情報コード接写にも対応可能な撮像装置およびその方法を提供する。
【解決手段】デジタルフィルタＦ０〜Ｆｎのデジタルフィルタを用い、各デジタルフィルタでのボケ復元処理を行い、その復元処理後の画像からＱＲコードの特徴点の抽出処理を行い、特徴点があると判定すると、特徴点マーク部分についてバンドパスフィルタ２００を掛けて、制御部２２０に入力させて、高周波成分を抽出し、その積分をとって、積分値をピントの合い具合の評価値Ｐとして求めていき、たとえばいわゆる山のぼり法に従って、使用するデジタルフィルタを順次変更しながら連続して求めていく評価値が増加から減少に転じた場合（最大値を検出した場合）に、ボケ復元画像を読み出して、情報コードのデコード処理を行い、モニタ装置２４０に表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像素子を用い、光学系を有したデジタルスチルカメラや携帯電話搭載カメラ、携帯情報端末搭載カメラ、画像検査装置、自動制御用産業カメラ等の撮像装置およびその方法に関するものである。

近年急峻に発展を遂げている情報のデジタル化に相俟って映像分野においてもその対応が著しい。
特に、デジタルカメラに象徴されるように撮像面は従来のフィルムに変わって固体撮像素子であるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ），ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサが使用されているのが大半である。

このように、撮像素子にＣＣＤやＣＭＯＳセンサを使った撮像レンズ装置は、被写体の映像を光学系により光学的に取り込んで、撮像素子により電気信号として抽出するものであり、デジタルスチルカメラの他、ビデオカメラ、デジタルビデオユニット、パーソナルコンピュータ、携帯電話機、携帯情報端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ ＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｔ）、画像検査装置、自動制御用産業カメラ等に用いられている。

図３０は、一般的な撮像レンズ装置の構成および光束状態を模式的に示す図である。
この撮像レンズ装置１は、光学系２とＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子３とを有する。
光学系は、物体側レンズ２１，２２、絞り２３、および結像レンズ２４を物体側（ＯＢＪＳ）から撮像素子３側に向かって順に配置されている。

撮像レンズ装置１においては、図３０に示すように、ベストフォーカス面を撮像素子面上に合致させている。
図３１（Ａ）〜（Ｃ）は、撮像レンズ装置１の撮像素子３の受光面でのスポット像を示している。

また、位相板（Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ Ｃｏｄｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）により光束を規則的に分散し、デジタル処理により復元させ被写界深度の深い画像撮影を可能にする等の撮像装置が提案されている（たとえば非特許文献１，２、特許文献１〜５参照）。
また、伝達関数を用いたフィルタ処理を行うデジタルカメラの自動露出制御システムが提案されている（たとえば特許文献６参照）。

また、特許文献７には、通常撮像モードと、この通常撮像モードよりも近接した撮像を行うマクロ撮像モードとによる撮像が可能な撮像装置であって、撮像装置により撮像されたが画像データに基づいて、通常撮像モードと、マクロ撮像モードのいずれが適しているかを判断して、撮像装置の撮像モードを切り換える撮像装置が提案されている。
"Wavefront Coding;jointly optimized optical and digital imaging systems",Edward R.Dowski,Jr.,Robert H.Cormack,Scott D.Sarama. "Wavefront Coding;A modern method of achieving high performance and/or low cost imaging systems",Edward R.Dowski,Jr.,Gregory E.Johnson. ＵＳＰ６，０２１，００５ ＵＳＰ６，６４２，５０４ ＵＳＰ６，５２５，３０２ ＵＳＰ６，０６９，７３８ 特開２００３−２３５７９４号公報 特開２００４−１５３４９７号公報 特開２００４−２４１８２２号公報

前述したように、カメラモジュールが小型化したことにより、携帯電話を始めとするモバイル機器にカメラが搭載されてきているが、その応用として通常の撮影以外に２次元バーコードを撮影し情報をモバイル機器に取り込む機能も実用化されている。
さて、一般撮影用カメラとして撮影を行う場合は、その撮影距離は一般に無限から１ｍ程度である。
しかしながら、２次元バーコードを撮影するときは、５〜１０ｃｍ程度の接写となる。この一般撮影距離と接写距離があまりにレンジとして広いため、従来の携帯電話に組み込まれるカメラモジュールは接写の場合に接写用のフォーカス位置にレンズを設定して撮影していた。
ところがレンズを移動可能にするとその機構が必要になりコストがかかり、また可動部品は落下衝撃等に対して耐力が弱くなる。

一方、前述したように、画像処理を含めた新しい結像系システムとしてＷＦＣＯ（Wave Front Control Optics）が提案されている。このシステムを用いればかなり広い撮影距離範囲をピントの合う状態にすることができるほか、可動部品を無くすことができるので機構部品を削減できる他、落下衝撃等に対して信頼性が高まる。
しかしながら、これにも限界があり、接写までをカバーすることは困難である。

本発明の目的は、可動部品を無くし高信頼性を維持しつつ、一般撮影領域および２次元の情報コード接写にも対応可能な撮像装置およびその方法を提供することにある。

本発明の第１の観点の撮像装置は、合焦位置およびその前後の距離において焦点のボケ量が略一定となるように形成された光学系と、前記光学系を通過した被写体像を撮像する撮像素子と、前記撮像素子からの画像の焦点のボケを補正して復元した画像信号を生成する変換手段と、前記変換手段で用いる被写体条件に応じたデジタルフィルタと、を有し、前記変換手段は、撮像した被写体像が情報コードの特徴点を有している場合には、当該特徴点に適応するような前記デジタルフィルタを選択してボケ復元処理を行う。

好適には、前記被写体条件には、被写体距離を含む。

好適には、前記変換手段は、前記情報コードの特徴点の周波数を分析し、当該分析結果に応じて前記デジタルフィルタ処理を変更する。

好適には、前記デジタルフィルタ処理の変更においては、前記情報コードの特徴点の周波数が高くなるようにフィルタを選択する。

本発明の第２の観点の撮像方法は、合焦位置およびその前後の距離において焦点のボケ量が略一定となるように形成された光学系を通過した被写体像を撮像素子により撮像し、撮像した被写体像が情報コードの特徴点を有している場合には、当該特徴点に適応するような前記デジタルフィルタを選択し、前記選択したデジタルフィルタを用いて前記撮像素子からの画像の焦点のボケを補正して復元し、復元した画像信号に対して所定の画像処理を行う。

本発明によれば、可動部品を無くし高信頼性を維持しつつ、一般撮影領域および２次元の情報コード接写にも対応可能である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に関連付けて説明する。

図１は、本発明に係る撮像装置の一実施形態を示すブロック構成図である。

本実施形態の撮像装置１００は、基本的にＷＦＣＯシステムを採用しており、撮像モードとして、通常撮影モードと接写モードとを少なくとも有している。撮像装置１００は、たとえば接写モードで撮像した被写体像が、情報コードで図２に示すような２次元コード（ＱＲコード）１０であって、特徴点１１を有している場合には、この２次元コード１０に適応するようなデジタルフィルタを選択してボケ復元処理を行う。
本実施形態においては、被写体条件、たとえば被写体距離に応じて複数種のデジタルフィルタを有しており、被写体条件の情報に応じてデジタルフィルタを切り替える。
また、本実施形態において、デジタルフィルタ処理の変更(切り替え)は、情報コードの特徴点の周波数が高くなるようにフィルタを選択する。
なお、情報コードとしては、ＱＲコードに限定されず、バーコード、カラーコード等にも適用可能である。

本実施形態においては、ＷＦＣＯシステムでＬｎ（たとえば２０ｃｍ）〜無限まで被写界深度をカバーしているとする。
２次元バーコードの接写でＬｍ（たとえば７ｃｍ）まで必要であったとすると、当然のことながらＬｍは深度範囲外であるのでＷＦＣＯシステムであってもぼけた状態となるが、ややぼけで済むので、たとえば図２に示すようなＱＲコードなどのように、３隅に特徴点１１があるものは、この特徴点を抽出できればＱＲコードを被写体としていることが認識できる。
そして、撮影距離情報を検出できれば通常使用するＷＦＣＯのフィルタから接写用のデジタルフィルタに変更して、一般撮影における被写界深度外であっても良好な復元画像を得ることができＱＲコードの情報をロス無く読み取ることができる。
しかしながら、ＱＲコード自体は印刷サイズが各種あり、たとえば携帯電話機で撮影する場合、略所定の大きさに収まるように使用者が撮影距離を変えることで倍率を調整して撮影するので、撮影画像の大きさから距離を推測することはできない。
そこで、本実施形態においては、複数のデジタルフィルタを用い、各デジタルフィルタでのボケ復元処理を行い、その復元処理後の画像からＱＲコードの特徴点１１の抽出処理を行い、特徴点１１があると判定すると、特徴点マーク部分についてバンドパスフィルタを掛けて、たとえば高周波成分を抽出し、その積分をとって、積分値をピントの合い具合の評価値Ｐとして求めていき、たとえばいわゆる山のぼり法に従って、使用するデジタルフィルタを順次変更しながら連続して求めていく評価値が増加から減少に転じた場合（最大値を検出した場合）に、ボケ復元画像を読み出して、情報コードのデコード処理を行い、モニタ装置に表示する。
また、特徴点１１が無いと判定すると、そのままボケ復元画像を読み出し、モニタ装置に表示する。
また、全てのデジタルフィルタを使用しても、今求めた積分値が一つ前のデジタルフィルタを使って求めた積分値と等しい(同一)、または減少せず増加した場合（山を検出しない場合）には、デコード処理ができない（ＮＧ）ものとして処理する。
すなわち、本実施形態の撮像装置１００は、より精確にピントの合ったＱＲコードを得ることができ、認識率が向上するという特徴を有する。

このような特徴を有する本実施形態に係る撮像装置１００は、光学系１１０、撮像素子１２０、アナログデジタルコンバータ（Ａ／Ｄ）１３０、信号処理部１４０、第１メモリ１５０、ボケ復元処理部１６０、第２メモリ１７０、復元フィルタ部１８０、特徴点抽出回路１９０、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２００、情報コードデコード処理部２１０、制御部２２０、デジタルアナログコンバータ（Ｄ／Ａ）２３０、およびモニタ装置２４０を有している。
なお、ボケ復元処理部１６０、第２メモリ１７０、復元フィルタ部１８０、特徴点抽出回路１９０、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２００、情報コードデコード処理部２１０、演算制御部２２０等により変換手段が形成される。

光学系１１０は、被写体物体ＯＢＪを撮影した像を撮像素子１２０に供給する。
本実施形態の光学系１１０は、後述するように、光波面変調素子を含み、合焦位置およびその前後の距離において焦点のボケ量が略一定となるように形成されている。
この焦点のボケ量はモニタ装置２４０の分解能を上限として設定されている。

撮像装置１２０は、光学系１１０で取り込んだ像が結像され、結像１次画像情報を電気信号の１次画像信号ＦＩＭとして、アナログデジタルコンバータ部１３０を介して信号処理部１４０に出力するＣＣＤやＣＭＯＳセンサからなる。

アナログデジタルコンバータ１３０は、撮像素子１２０で得られるアナログ画像信号ＦＩＭをデジタル信号に変換して信号処理部１４０に出力する。
信号処理部１４０は、デジタル画像信号の処理の画像処理を施して第１メモリ１５０に格納する。

変換手段として機能するボケ復元処理部１６０は、第１メモリ１５０に可能された撮像画像のデジタル信号を入力し、二次元のコンボリューション処理を施し、第２メモリ１７０に格納する。
ボケ復元処理部１６０、制御部２２０の露出情報やＱＲコード１０の特徴点１１の抽出後の積分値に基づくボケ復元デジタルフィルタの選定結果に応じたデジタルフィルタを復元フィルタ１８０として用いて、光学的伝達関数（OTF）に対してフィルタ処理を行って、ボケ復元処理を行い、ボケ復元処理後の画像を第２メモリ１７０に格納する。
ボケ復元処理部１６０は、撮像素子１２０からの画像の焦点のボケを補正して復元した画像信号を生成する。より具体的には、ボケ復元処理部１６０は、撮像素子１２０からの被写体分散画像信号より分散のない画像信号を生成する機能を有する。

復元フィルタ部１８０は、ボケ復元処理部１６０においてボケ復元処理に用いる複数のデジタルフィルタが用意され、制御部２２０の指示に従ったデジタルフィルタがボケ復元処理部１６０で用いられる。

特徴点抽出回路１９０は、第２メモリ１７０に格納されたボケ復元処理画像を読み出してＱＲコード１０の特徴点１１の抽出処理を行い、特徴点があると判定すると、第２メモリ１７０から読み出したボケ復元画像をバンドパスフィルタ２００をパスして制御部２２０に入力させ、特徴点がないと判定した場合には、第２メモリ１７０から読み出したボケ復元画像をバンドパスフィルタ２００をパスして制御部２２０に入力させる。

バンドパスフィルタ２００は、特徴点抽出回路１９０から出力されたボケ処理画像の特徴点マーク部分をフィルタリングして、たとえば高周波成分を抽出して制御部２２０に供給する。

情報コードデコード処理部２１０は、制御部２２０の制御の下、ＱＲコード１０のデコード処理を行う。情報コードデコード処理部２１０でデコードされたＱＲコード１０の内容が制御部２２０によりデジタルアナログコンバータ２３０を通してモニタ装置２４０に表示される。

制御部２２０は、露出制御を行うとともに、操作部などの操作入力を持ち、それらの入力に応じて、システム全体の動作を決定し、システム全体の調停制御を司るものである。
制御部２２０は、特徴点抽出回路１９０により直接的に供給されたボケ復元処理が施された画像に対して、カラー補間、ホワイトバランス、ＹＣｂＣｒ変換処理、圧縮、ファイリング等の所定の画像処理を行い、図示しないメモリへの格納やモニタ装置２４０への画像表示制御等を行う。
制御部２２０は、複数のデジタルフィルタを用い、各デジタルフィルタでのボケ復元処理を行わせ、バンドパスフィルタ２００を通過して高周波成分が抽出されたＱＲコード情報を受けて、その積分をとって、積分値をピントの合い具合の評価値Ｐとして求めていき、たとえばいわゆる山のぼり法に従って、使用するデジタルフィルタを順次変更しながら連続して求めていく評価値が増加から減少に転じた場合（最大値を検出した場合）に、ボケ復元画像を読み出して、情報コードデコード処理部２１０に情報コードのデコード処理を行わせ、デコードした情報をモニタ装置２４０に表示する。
すなわち、制御部２２０は、情報コードの特徴点の周波数を分析し、分析結果に応じてデジタルフィルタ処理を変更する。

デジタルアナログコンバータ２３０は、制御部２２０で処理されたデジタルデータをアナログデータに変換してモニタ装置２４０に出力する。

モニタ装置２４０は、たとえば液晶表示装置により形成され、制御部２２０で所定の画像処理を受けた画像やデコードされたＱＲコードの内容を表示する。

ここで、図３、図４、および図５に関連付けて、本実施形態における情報コードを撮像するときのピントの合った最適な画像を得るためのボケ復元用のデジタルフィルタの選択処理について説明する。

光波面変調素子を含む光学系１１０を通して撮像素子１２０で撮像された被写体の画像は、デジタル信号に変換され、所定の信号処理を受けた後、第１メモリ１５０に保存される（ＳＴ１）。

ここで、ボケ復元フィルタ選択処理に入る(ＳＴ２)。
まず、デジタルフィルタＦ０をセットし（ＳＴ２０１）、デジタルフィルタＦ０を用いたボケ補正復元処理を行う（ＳＴ２０２）。
ボケ補正復元処理においては、図４に示すように、第１メモリ１５０から画像信号を読み出し（ＳＴ２１）、ボケ復元処理部1６０においてデジタルフィルタＦ０を用いたボケ補正復元処理を行い（ＳＴ２２）、ボケ復元画像を第２メモリ１７０に保存する（ＳＴ２３）。
次に、特徴点抽出回路１９０において、第２メモリ１７０に格納されたボケ復元処理画像を読み出してＱＲコード１０の特徴点１１の抽出処理を行う(ＳＴ２０３)。
そして、特徴点２０１が抽出できたか否か、すなわち、特徴点を抽出でき、情報コードであるＱＲコード１０であると判定すると(ＳＴ２０４)、第２メモリ１７０から読み出したボケ復元画像の特徴点抽出部分をバンドパスフィルタ２００をパスして(ＳＴ２０５)、制御部２２０に入力させる。
制御部２２０は、ｎを０として（ＳＴ２０６）、バンドパスフィルタ２００で抽出した高周波成分の積分をとって、積分値をピントの合い具合の評価値Ｐ０として求め（ＳＴ２０７）、次のステップＳＴ３において、ｎを１プラスしｎ＋１として、ステップＳＴ４の処理に移行する。

ステップＳＴ４において、デジタルフィルタＦｎをセットし（ＳＴ４０１）、図４に示すボケ補正復元処理を行う（ＳＴ４０２）。
すなわち、第１メモリ１５０から画像信号を読み出し（ＳＴ２１）、ボケ復元処理部1６０においてデジタルフィルタＦｎを用いたボケ補正復元処理を行い（ＳＴ２２）、ボケ復元画像を第２メモリ１７０に保存する（ＳＴ２３）。
次に、特徴点抽出回路１９０において、第２メモリ１７０に格納されたボケ復元処理画像を読み出してＱＲコード１０の特徴点１１の抽出処理を行う(ＳＴ４０３)。
そして、第２メモリ１７０から読み出したボケ復元画像をバンドパスフィルタ２００をパスして(ＳＴ４０４)、制御部２２０に入力させる。
制御部２２０は、バンドパスフィルタ２００で抽出した高周波成分の積分をとって、積分値をピントの合い具合の評価値Ｐｎとして求め（ＳＴ４０５）、次のステップＳＴ５の処理に移行する。

ステップＳＴ５において、制御部２２０は、用意された全てのデジタルフィルタの最後のフィルタを用いてテップＳＴ１〜ＳＴ４の処理を行ったか否かを判別し、否定的な判別結果を得ると、今求めた積分値である評価値Ｐｎが一つ前のデジタルフィルタを使って求めた積分値である評価値Ｐn-1に対して減少したか否かを判別する（ＳＴ６）。
ステップＳＴ６において、今求めた評価値が前回の評価値より増加し、あるいは等しい（同一）と判別した場合には、山登り法に従ってステップＳＴ３〜ＳＴ５の処理を繰り返す。
ステップＳＴ６において、今求めた評価値が前回の評価値より減少したと判別すると、デジタルフィルタＦn-1をセットし（ＳＴ７）、図４に示すボケ補正復元処理を行う（ＳＴ８）。
すなわち、第１メモリ１５０から画像信号を読み出し（ＳＴ２１）、ボケ復元処理部1６０においてデジタルフィルタＦｎを用いたボケ補正復元処理を行い（ＳＴ２２）、ボケ復元画像を第２メモリ１７０に保存する（ＳＴ２３）。
第２メモリ１７０から画像信号を読み出し（ＳＴ９）、情報コードのデコード処理を行い(ＳＴ１０)、液晶ディスプレイ等のモニタ装置２４０に表示する(ＳＴ１１)。

また、ステップＳＴ５において、最後のデジタルフィルタであると判別すると、今求めた積分値である評価値Ｐｎが一つ前のデジタルフィルタを使って求めた積分値である評価値Ｐn-1に対して減少したか否かを判別する（ＳＴ１２）。
ステップＳＴ１２において、今求めた評価値が前回の評価値より増加し、あるいは等しい（同一）と判別した場合には、ステップＳＴ７の処理に移行し、さらにステップＳＴ８〜ＳＴ１の処理を行う。
ステップＳＴ１２において、今求めた評価値が前回の評価値より増加し、あるいは等しい（同一）と判別した場合には、デコード処理ができない（ＮＧ）ものとして処理し（ＳＴ１３)、たとえばその旨をモニタ装置２４０に表示する。

ステップＳＴ２のＳＴ２０４の判定処理で、特徴点がないと判定した場合には、第２メモリ１７０からボケ復元画像を読み出し、ボケ復元処理を行った通常の撮像画像の表示を行う。

以上、本実施形態における情報コードを撮像するときのピントの合った最適な画像を得るためのボケ復元用のデジタルフィルタの選択処理では、図５に示すように、山登り法を採用している。
後で詳述するＷＦＣＯの性格上、至近側にあれば（ＷＦＣＯ領域からはずれれば）、必ず通常フィルタＦ_０では性能が出ない（ぼけている）。
至近側のフィルタ（Ｆ_１，Ｆ_２，Ｆ_３，・・・）の方が必ずボケ改善方向に行くので高周波成分が高くなる。
したがって、ＡＦレンズ制御のように、初期位置が途中に存在した場合や、超無限、超至近側の配慮で山登り法が下がった場合は不要となる。
画像処理の場合レンズ駆動と異なり、所望の場所から始められるので、応答性良く処理ができる利点がある。
また、前述したように、山が検出できずに用意しているデジタルフィルタの最後まで使用してしまった場合は、ＮＧとしているが、とりあえずデコードにいって検出できれば所定の処理を行うようにすることも可能である。
このような構成を有する撮像装置１００は、より精確にピントの合ったＱＲコードを得ることができ、認識率を向上することが可能となる。

以下に、本実施形態の光学系の基本的な機能およびボケ画像復元の有無に応じた基本的な処理について説明した後、本実施形態の特徴である光学系１１０と変換手段として機能するボケ復元処理部（画像処理装置）１６０のさらに具体的な構成および機能について具体的に説明する。

ここでは、ベストフォーカス（焦点）位置で光線が集中する一般的な結像光学系を比較例として挙げる。
図６は、一般的な結像光学系の光線高さとデフォーカスとの関係を示す図である。
また、図７は、本実施形態の光学系の結像付近の光学特性を示す図である。

図６に示すように、一般的な結像光学系においては、ベストフォーカスの位置では光線が最も密に集中し、ベストフォーカス位置から離れていくとそのデフォーカス量にほぼ比例してボケ径が広がる。
これに対し、本実施形態の光学系１１０は、図７に示すように、一般的な結像系光学系と異なり、ベストフォーカスの位置で光線が集中しないため、ベストフォーカス位置であってもボケている。しかしながら、本実施形態の光学系１１０は、このベストフォーカス近傍では、デフォーカス量に対してボケの形（ＰＳＦ）の変化が鈍感になるように設計されている。
したがって、ベストフォーカス位置のＰＳＦに応じたボケ復元処理を行えば、ベストフォーカス点はもちろんその前後もボケを除去し鮮明な画像を得ることができる。
これが本実施形態で採用している深度拡大の原理である。

次に、ボケ画像復元処理について説明する。
図８は、一般的な光学系のベストフォーカス（ＢｅｓｔＦｏｒｃｕｓ）位置でのＭＴＦ（Modulation Transfer Function：振幅伝達関数）特性図である。
図９は、本実施形態の光学系のＭＴＦ特性を示す図である。

本実施形態の光学系１１０を通過して撮像素子１２０で得られた撮像画像はボケているため中域〜高域にかけてＭＴＦが低下している。このＭＴＦを演算によって上昇させる。レンズ単体の振幅特性であるＭＴＦに対し、画像処理を含めたトータルの振幅特性はＳＦＲ（Spatial Frequency Response）と呼ばれている。
ボケ画像を発生させるＰＳＦの周波数特性がＭＴＦであるので、これから所望のＳＦＲ特性まで引き上げるゲイン特性に設計してできたものがボケ復元フィルタである。どの程度のゲインにするかはノイズや偽像とのバランスで決めていく。

このボケ復元フィルタを元画像にデジタルフィルタリングする方法は、画像をフーリエ変換し周波数領域でフィルタと周波数毎に積を取る方法と、空間領域でコンボリューション（Convolution）演算（畳み込み演算）を行なう方法がある。ここでは後者での実現方法を説明する。コンボリューション演算は下記の式で表される。

ただし、ｆはフィルタ（ｆｉｌｔｅｒ）カーネルを示している（ここでは計算を容易にするために１８０度回転済みのものを使用している）。
また、Ａは元画像、Ｂはフィルタリングされた画像（ボケ復元画像）を示している。
この式から分かる通り、ｆを画像に重ねて各タップ同士の積和した結果をその重ねた中心座標の値とすることである。

次に、図１０（Ａ）〜（Ｃ）に関連付けて３＊３のフィルタを例に挙げ具体的に説明する。
図１０（Ａ）の復元フィルタ（既に１８０度回転済み）を図１０（Ｂ）に示すボケ画像のＡ(i,j)上にフィルタの中心ｆ(0,0)を重ね、各タップ同士の積をとりこの９個の総和値を図１０（Ｃ)に示すボケ復元画像のＢ(i,j)とする。
(i,j)を画像全体に渡ってスキャンすると新たなＢ画像が生成される。これがデジタルフィルタである。ここではフィルタがボケ復元目的であるので、この処理を行なうことでボケ復元処理を実施することができる。

以下、本実施形態の光学系、画像処理装置の構成および機能についてさらに具体的には説明する。

図１１は、本実施形態に係るズーム光学系１１０の構成例を模式的に示す図である。この図は広角側を示している。
また、図１２は、本実施形態に係る撮像レンズ装置の望遠側のズーム光学系の構成例を模式的に示す図である。
そして、図１３は、本実施形態に係るズーム光学系の広角側の像高中心のスポット形状を示す図であり、図１４は、本実施形態に係るズーム光学系の望遠側の像高中心のスポット形状を示す図である。

図１１および図１２ズーム光学系１１０は、物体側ＯＢＪＳに配置された物体側レンズ１１１と、撮像素子１２０に結像させるための結像レンズ１１２と、物体側レンズ１１１と結像レンズ１１２間に配置され、結像レンズ１１２による撮像素子１２０の受光面への結像の波面を変形させる、たとえば３次元的曲面を有する位相板（Ｃｕｂｉｃ Ｐｈａｓｅ Ｐｌａｔｅ）からなる光波面変調素子（波面形成用光学素子：Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ Ｃｏｄｉｎｇ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ）群１１３を有する。また、物体側レンズ１１１と結像レンズ１１２間には図示しない絞りが配置される。
たとえば、本実施形態においては、可変絞りが設けられ、露出制御（装置）において可変絞りの絞り度（開口度）を制御する。

なお、本実施形態においては、位相板を用いた場合について説明したが、本発明の光波面変調素子としては、波面を変形させるものであればどのようなものでもよく、厚みが変化する光学素子（たとえば、上述の３次の位相板）、屈折率が変化する光学素子（たとえば屈折率分布型波面変調レンズ）、レンズ表面へのコーディングにより厚み、屈折率が変化する光学素子（たとえば、波面変調ハイブリッドレンズ）、光の位相分布を変調可能な液晶素子（たとえば、液晶空間位相変調素子）等の光波面変調素子であればよい。

図１１および図１２のズーム光学系１１０は、デジタルカメラに用いられる３倍ズームに光学位相板１１３ａを挿入した例である。
図で示された位相板１１３ａは、光学系により収束される光束を規則正しく分散する光学レンズである。この位相板を挿入することにより、撮像素子１２０上ではピントのどこにも合わない画像を実現する。
換言すれば、位相板１１３ａによって深度の深い光束（像形成の中心的役割を成す）とフレアー（ボケ部分）を形成している。
この規則的に分光した画像をデジタル処理により、ピントの合った画像に復元する手段を、前述した波面収差制御光学系システム（ＷＦＣＯ：Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ Ｃｏｄｉｎｇ Ｏｐｔｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）といい、この処理をボケ復元処理部（画像処理装置）１６０において行う。

ここで、ＷＦＣＯの基本原理について説明する。
図１５に示すように、被写体の画像ｆがＷＦＣＯ光学系Ｈに入ることにより、ｇ画像が生成される。
これは、次のような式で表される。

（数２）
ｇ＝Ｈ＊ｆ
ただし、＊はコンボリューションを表す。

生成された画像から被写体を求めるためには、次の処理を要する。

（数３）
ｆ＝Ｈ^−１＊ｇ

ここで、Ｈに関するカーネルサイズと演算係数について説明する。
ズームポジションをＺＰｎ，ＺＰｎ−１・・・とする。また、それぞれのＨ関数をＨｎ，Ｈｎ−１、・・・・とする。
各々のスポット像が異なるため、各々のＨ関数は、次のようになる。

この行列の行数および／または列数の違いをカーネルサイズ、各々の数字を演算係数とする。
ここで、各々のＨ関数はメモリに格納しておいても構わないし、ＰＳＦを物体距離の関数としておき、物体距離によって計算し、Ｈ関数を算出することによって任意の物体距離に対して最適なフィルタを作るように設定できるようにしても構わない。また、Ｈ関数を物体距離の関数として、物体距離によってＨ関数を直接求めても構わない。

本実施形態においては、図１に示すように、光学系１１０からの像を撮像素子１２０で受像して、ボケ復元処理部（画像処理装置）１６０に入力させ、光学系に応じた変換係数を取得して、取得した変換係数をもって撮像素子１２０からの分散画像信号より分散のない画像信号を生成するように構成している。

なお、本実施形態において、分散とは、上述したように、位相板１１３ａを挿入することにより、撮像素子１２０上ではピントのどこにも合わない画像を形成し、位相板１１３ａによって深度の深い光束（像形成の中心的役割を成す）とフレアー（ボケ部分）を形成する現象をいい、像が分散してボケ部分を形成する振る舞いから収差と同様の意味合いが含まれる。したがって、本実施形態においては、収差として説明する場合もある。

次に、ボケ復元処理部（画像処理装置）１６０の構成および処理について説明する。

ボケ復元処理部１６０は、図１６に示すように、生（ＲＡＷ）バッファメモリ１６１、コンボリューション演算器１６２、記憶手段としてのカーネルデータ格納ＲＯＭ１６３、およびコンボリューション制御部１６４を有する。

コンボリューション制御部１６４は、コンボリューション処理のオンオフ、画面サイズ、カーネルデータの入れ替え等の制御を行い、たとえば制御部２２０により制御される。

また、カーネルデータ格納ＲＯＭ１６３には、図１７または図１８に示すように予め用意されたそれぞれの光学系のＰＳＦにより算出されたコンボリューション用のカーネルデータが格納されており、制御部２２０によって露出設定時に決まる露出情報を取得し、コンボリューション制御部１６４を通じてカーネルデータを選択制御する。
なお、露出情報には、絞り情報が含まれる。

図１７の例では、カーネルデータＡは光学倍率（×１．５）、カーネルデータＢは光学倍率（×５）、カーネルデータＣは光学倍率（×１０）に対応したデータとなっている。

また、図１８の例では、カーネルデータＡは絞り情報としてのＦナンバ（２．８）、カーネルデータＢはＦナンバ（４）、カーネルデータＣはＦナンバ（５．６）に対応したデータとなっている。

図１８の例のように、絞り情報に応じたフィルタ処理を行うのは以下の理由による。
絞りを絞って撮影を行う場合、絞りによって光波面変調素子を形成する位相板１１３ａが覆われてしまい、位相が変化してしまうため、適切な画像を復元することが困難となる。
そこで、本実施形態においては、本例のように、露出情報中の絞り情報に応じたフィルタ処理を行うことによって適切な画像復元を実現している。

以上は露出情報のみに応じて２次元コンボリューション演算部１６２においてフィルタ処理を行う例を説明したが、たとえば被写体距離情報、ズーム情報、あるいは撮影モード情報と露出情報とを組み合わせることにより適した演算係数の抽出、あるいは演算を行うことが可能となる。

図１９は、被写体距離情報と露出情報とを組み合わせる画像処理装置の構成例を示す図である。
図１９は、撮像素子１２０からの被写体分散画像信号より分散のない画像信号を生成する画像処理装置３００の構成例を示している。

画像処理装置３００は、図１９に示すように、コンボリューション装置３０１、カーネル・数値演算係数格納レジスタ３０２、および画像処理演算プロセッサ３０３を有する。

この画像処理装置３００においては、物体概略距離情報検出装置４００から読み出した被写体の物体距離の概略距離に関する情報および露出情報を得た画像処理演算プロセッサ３０３では、その物体離位置に対して適正な演算で用いる、カーネルサイズやその演算係数をカーネル、数値算係数格納レジスタ３０２に格納し、その値を用いて演算するコンボリューション装置３０１にて適正な演算を行い、画像を復元する。

上述のように、光波面変調素子としての位相板(Wavefront Coding optical element)を有した撮像装置の場合、所定の焦点距離範囲内であればその範囲内に関し画像処理によって適正な収差のない画像信号を生成できるが、所定の焦点距離範囲外の場合には、画像処理の補正に限度があるため、前記範囲外の被写体のみ収差のある画像信号となってしまう。
また一方、所定の狭い範囲内に収差が生じない画像処理を施すことにより、所定の狭い範囲外の画像にぼけ味を出すことも可能になる。
本例においては、主被写体までの距離を、距離検出センサを含む物体概略距離情報検出装置４００により検出し、検出した距離に応じて異なる画像補正の処理を行うことにように構成されている。

前記の画像処理はコンボリューション演算により行うが、これを実現するには、たとえばコンボリューション演算の演算係数を共通で１種類記憶しておき、焦点距離に応じて補正係数を予め記憶しておき、この補正係数を用いて演算係数を補正し、補正した演算係数で適性なコンボリューション演算を行う構成をとることができる。
この構成の他にも、以下の構成を採用することが可能である。

焦点距離に応じて、カーネルサイズやコンボリューションの演算係数自体を予め記憶しておき、これら記憶したカーネルサイズや演算係数でコンボリューション演算を行う構成、焦点距離に応じた演算係数を関数として予め記憶しておき、焦点距離によりこの関数より演算係数を求め、計算した演算係数でコンボリューション演算を行う構成等、を採用することが可能である。

図１９の構成に対応付けると次のような構成をとることができる。

変換係数記憶手段としてのレジスタ３０２に被写体距離に応じて少なくとも位相板１１３ａに起因する収差に対応した変換係数を少なくとも２以上予め記憶する。画像処理演算プロセッサ３０３が、被写体距離情報生成手段としての物体概略距離情報検出装置４００により生成された情報に基づき、レジスタ３０２から被写体までの距離に応じた変換係数を選択する係数選択手段として機能する。
そして、変換手段としてのコンボリューション装置３０１が、係数選択手段としての画像処理演算プロセッサ３０３で選択された変換係数によって、画像信号の変換を行う。

または、前述したように、変換係数演算手段としての画像処理演算プロセッサ３０３が、被写体距離情報生成手段としての物体概略距離情報検出装置４００により生成された情報に基づき変換係数を演算し、レジスタ３０２に格納する。
そして、変換手段としてのコンボリューション装置３０１が、変換係数演算手段としての画像処理演算プロセッサ３０３で得られレジスタ３０２に格納された変換係数によって、画像信号の変換を行う。

または、補正値記憶手段としてのレジスタ３０２にズーム光学系１１０のズーム位置またはズーム量に応じた少なくとも１以上の補正値を予め記憶する。この補正値には、被写体収差像のカーネルサイズを含まれる。
第２変換係数記憶手段としても機能するレジスタ３０２に、位相板１１３ａに起因する収差に対応した変換係数を予め記憶する。
そして、被写体距離情報生成手段としての物体概略距離情報検出装置４００により生成された距離情報に基づき、補正値選択手段としての画像処理演算プロセッサ３０３が、補正値記憶手段としてのレジスタ３０２から被写体までの距離に応じた補正値を選択する。
変換手段としてのコンボリューション装置３０１が、第２変換係数記憶手段としてのレジスタ３０２から得られた変換係数と、補正値選択手段としての画像処理演算プロセッサ３０３により選択された補正値とに基づいて画像信号の変換を行う。

図２０は、ズーム情報と露出情報とを組み合わせる画像処理装置の構成例を示す図である。
図２０は、撮像素子１２０からの被写体分散画像信号より分散のない画像信号を生成する画像処理装置３００Ａの構成例を示している。

画像処理装置３００Ａは、図１９と同様に、図２０に示すように、コンボリューション装置３０１、カーネル・数値演算係数格納レジスタ３０２、および画像処理演算プロセッサ３０３を有する。

この画像処理装置３００Ａにおいては、ズーム情報検出装置５００から読み出したズーム位置またはズーム量に関する情報および露出情報を得た画像処理演算プロセッサ３０３では、露出情報およびそのズーム位置に対して適正な演算で用いる、カーネルサイズやその演算係数をカーネル、数値演算係数格納レジスタ３０２に格納し、その値を用いて演算するコンボリューション装置３０１にて適正な演算を行い、画像を復元する。

上述したように、光波面変調素子としての位相板をズーム光学系に有した撮像装置に適用する場合、ズーム光学系のズーム位置によって生成されるスポット像が異なる。このため、位相板より得られる焦点ズレ画像（スポット画像）を後段のＤＳＰ等でコンボリューション演算する際、適性な焦点合わせ画像を得るためには、ズーム位置に応じて異なるコンボリューション演算が必要となる。
そこで、本実施形態においては、ズーム情報検出装置５００を設け、ズーム位置に応じて適正なコンボリューション演算を行い、ズーム位置によらず適性な焦点合わせ画像を得るように構成されている。

画像処理装置３００Ａにおける適正なコンボリーション演算には、コンボリューションの演算係数をレジスタ３０２に共通で１種類記憶しておく構成をとることができる。
この構成の他にも、以下の構成を採用することが可能である。

各ズーム位置に応じて、レジスタ３０２に補正係数を予め記憶しておき、この補正係数を用いて演算係数を補正し、補正した演算係数で適性なコンボリューション演算を行う構成、各ズーム位置に応じて、レジスタ３０２にカーネルサイズやコンボリューションの演算係数自体を予め記憶しておき、これら記憶したカーネルサイズや演算係数でコンボリューション演算行う構成、ズーム位置に応じた演算係数を関数としてレジスタ３０２に予め記憶しておき、ズーム位置によりこの関数より演算係数を求め、計算した演算係数でコンボリューション演算を行う構成等を採用することが可能である。

図２０の構成に対応付けると次のような構成をとることができる。

変換係数記憶手段としてのレジスタ３０２にズーム光学系１１０のズーム位置またはズーム量に応じた位相板１１３ａに起因する収差に対応した変換係数を少なくとも２以上予め記憶する。画像処理演算プロセッサ３０３が、ズーム情報生成手段としてのズーム情報検出装置５００により生成された情報に基づき、レジスタ３０２からズーム光学系１１０のズ−ム位置またはズーム量に応じた変換係数を選択する係数選択手段として機能する。
そして、変換手段としてのコンボリューション装置３０１が、係数選択手段としての画像処理演算プロセッサ３０３で選択された変換係数によって、画像信号の変換を行う。

または、前述したように、変換係数演算手段としての画像処理演算プロセッサ３０３が、ズーム情報生成手段としてのズーム情報検出装置５００により生成された情報に基づき変換係数を演算し、レジスタ３０２に格納する。
そして、変換手段としてのコンボリューション装置３０１が、変換係数演算手段としての画像処理演算プロセッサ３０３で得られレジスタ３０２に格納された変換係数によって、画像信号の変換を行う。

または、補正値記憶手段としてのレジスタ３０２にズーム光学系１１０のズーム位置またはズーム量に応じた少なくとも１以上の補正値を予め記憶する。この補正値には、被写体収差像のカーネルサイズを含まれる。
第２変換係数記憶手段としても機能するレジスタ３０２に、位相板１１３ａに起因する収差に対応した変換係数を予め記憶する。
そして、ズーム情報生成手段としてのズーム情報検出装置５００により生成されたズーム情報に基づき、補正値選択手段としての画像処理演算プロセッサ３０３が、補正値記憶手段としてのレジスタ３０２からズーム光学系のズーム位置またはズーム量に応じた補正値を選択する。
変換手段としてのコンボリューション装置３０１が、第２変換係数記憶手段としてのレジスタ３０２から得られた変換係数と、補正値選択手段としての画像処理演算プロセッサ３０３により選択された補正値とに基づいて画像信号の変換を行う。

図２１に、露出情報と、物体距離情報と、ズーム情報とを用いた場合のフィルタの構成例を示す。
この例では、物体距離情報とズーム情報で２次元的な情報を形成し、露出情報が奥行きのような情報を形成している。

図２２は、撮影モード情報と露出情報とを組み合わせる画像処理装置の構成例を示す図である。
図２２は、撮像素子１２０からの被写体分散画像信号より分散のない画像信号を生成する画像処理装置３００Ｂの構成例を示している。

画像処理装置３００Ｂは、図１９および図２０と同様に、図２２に示すように、コンボリューション装置３０１、記憶手段としてのカーネル・数値演算係数格納レジスタ３０２、および画像処理演算プロセッサ３０３を有する。

この画像処理装置３００Ｂにおいては、物体概略距離情報検出装置６００から読み出した被写体の物体距離の概略距離に関する情報および露出情報を得た画像処理演算プロセッサ３０３では、その物体離位置に対して適正な演算で用いる、カーネルサイズやその演算係数をカーネル、数値算係数格納レジスタ３０２に格納し、その値を用いて演算するコンボリューション装置３０１にて適正な演算を行い、画像を復元する。

この場合も上述のように、光波面変調素子としての位相板(Wavefront Coding optical element)を有した撮像装置の場合、所定の焦点距離範囲内であればその範囲内に関し画像処理によって適正な収差のない画像信号を生成できるが、所定の焦点距離範囲外の場合には、画像処理の補正に限度があるため、上記範囲外の被写体のみ収差のある画像信号となってしまう。
また一方、所定の狭い範囲内に収差が生じない画像処理を施すことにより、所定の狭い範囲外の画像にぼけ味を出すことも可能になる。
本例においては、主被写体までの距離を、距離検出センサを含む物体概略距離情報検出装置６００により検出し、検出した距離に応じて異なる画像補正の処理を行うことにように構成されている。

上記の画像処理はコンボリューション演算により行うが、これを実現するには、コンボリューション演算の演算係数を共通で１種類記憶しておき、物体距離に応じて補正係数を予め記憶しておき、この補正係数を用いて演算係数を補正し、補正した演算係数で適性なコンボリューション演算を行う構成、物体距離に応じた演算係数を関数として予め記憶しておき、焦点距離によりこの関数より演算係数を求め、計算した演算係数でコンボリューション演算を行う構成、物体距離に応じて、カーネルサイズやコンボリューションの演算係数自体を予め記憶しておき、これら記憶したカーネルサイズや演算係数でコンボリューション演算を行う構成等、を採用することが可能である。

本実施形態においては、上述したように、ＤＳＣのモード設定（ポートレイト、無限遠（風景）、マクロ）に応じて画像処理を変更する。

図２２の構成に対応付けると次のような構成をとることができる。

前述したように、変換係数演算手段としての画像処理演算プロセッサ３０３を通して操作部１９０の撮影モード設定部７００により設定される各撮影モードに応じて異なる変換係数を変換係数記憶手段としてのレジスタ３０２に格納する。
画像処理演算プロセッサ３０３が、撮影モード設定部７００の操作スイッチ７０１により設定された撮影モードに応じて、被写体距離情報生成手段としての物体概略距離情報検出装置６００により生成された情報に基づき、変換係数記憶手段としてのレジスタ３０２から変換係数を抽出する。このとき、たとえば画像処理演算プロセッサ３０３が変換係数抽出手段とて機能する。
そして、変換手段としてのコンボリューション装置３０１が、レジスタ３０２に格納された変換係数によって、画像信号の撮影モードに応じた変換処理を行う。

なお、図９や図１０の光学系は一例であり、本発明は図９や図１０の光学系に対して用いられるものとは限らない。また、スポット形状についても図１１および図１２は一例であり、本実施形態のスポット形状は、図１１および図１２に示すものとは限らない。
また、図１４および図１５のカーネルデータ格納ＲＯＭに関しても、光学倍率、Ｆナンバやそれぞれのカーネルのサイズ、値に対して用いられるものとは限らない。また用意するカーネルデータの数についても３個とは限らない。
図２１のように３次元、さらには４次元以上とすることで格納量が多くなるが、種々の条件を考慮してより適したものを選択することができるようになる。情報としては、上述した露出情報、物体距離情報、ズーム情報、撮像モード情報等であればよい。

なお、上述のように、光波面変調素子としての位相板(Wavefront Coding optical element)を有した撮像装置の場合、所定の焦点距離範囲内であればその範囲内に関し画像処理によって適正な収差のない画像信号を生成できるが、所定の焦点距離範囲外の場合には、画像処理の補正に限度があるため、前記範囲外の被写体のみ収差のある画像信号となってしまう。
また一方、所定の狭い範囲内に収差が生じない画像処理を施すことにより、所定の狭い範囲外の画像にぼけ味を出すことも可能になる。

本実施形態においては、ＷＦＣＯを採用し、高精細な画質を得ることが可能で、しかも、光学系を簡単化でき、コスト低減を図ることが可能となっている。
以下、この特徴について説明する。

図２３（Ａ）〜（Ｃ）は、撮像素子１２０の受光面でのスポット像を示している。
図２３（Ａ）は焦点が０．２ｍｍずれた場合（Ｄｅｆｏｃｕｓ＝０．２ｍｍ）、図２３（Ｂ）が合焦点の場合（Ｂｅｓｔ ｆｏｃｕｓ）、図２３（Ｃ）が焦点が−０．２ｍｍずれた場合（Ｄｅｆｏｃｕｓ＝−０．２ｍｍ）の各スポット像を示している。
図２３（Ａ）〜（Ｃ）からもわかるように、本実施形態に係る撮像装置１００においては、位相板１１３ａを含む波面形成用光学素子群１１３によって深度の深い光束（像形成の中心的役割を成す）とフレアー（ボケ部分）が形成される。

このように、本実施形態の撮像装置１００において形成された１次画像ＦＩＭは、深度が非常に深い光束条件にしている。

図２４（Ａ），（Ｂ）は、本実施形態に係る撮像レンズ装置により形成される１次画像の変調伝達関数（ＭＴＦ：Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）について説明するための図であって、図２４（Ａ）は撮像レンズ装置の撮像素子の受光面でのスポット像を示す図で、図２４（Ｂ）が空間周波数に対するＭＴＦ特性を示している。
本実施形態においては、高精細な最終画像は後段の、たとえばデジタルシグナルプロセッサ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）からなる画像処理装置１５０の補正処理に任せるため、図２４（Ａ），（Ｂ）に示すように、１次画像のＭＴＦは本質的に低い値になっている。

画像処理装置１５０は、上述したように、撮像素子１２０による１次画像ＦＩＭを受けて、１次画像の空間周波数におけるＭＴＦをいわゆる持ち上げる所定の補正処理等を施して高精細な最終画像ＦＮＬＩＭを形成する。

画像処理装置１５０のＭＴＦ補正処理は、たとえば図２５の曲線Ａで示すように、本質的に低い値になっている１次画像のＭＴＦを、空間周波数をパラメータとしてエッジ強調、クロマ強調等の後処理にて、図２５中曲線Ｂで示す特性に近づく（達する）ような補正を行う。
図２５中曲線Ｂで示す特性は、たとえば本実施形態のように、波面形成用光学素子を用いずに波面を変形させない場合に得られる特性である。
なお、本実施形態における全ての補正は、空間周波数のパラメータによる。

本実施形態においては、図２５に示すように、光学的に得られる空間周波数に対するＭＴＦ特性曲線Ａに対して、最終的に実現したいＭＴＦ特性曲線Ｂを達成するためには、それぞれの空間周波数に対し、エッジ強調等の強弱を付け、元の画像（１次画像）に対して補正をかける。
たとえば、図２５のＭＴＦ特性の場合、空間周波数に対するエッジ強調の曲線は、図２６に示すようになる。

すなわち、空間周波数の所定帯域内における低周波数側および高周波数側でエッジ強調を弱くし、中間周波数領域においてエッジ強調を強くして補正を行うことにより、所望のＭＴＦ特性曲線Ｂを仮想的に実現する。

このように、実施形態に係る撮像装置１００は、基本的に、１次画像を形成する光学系１１０および撮像素子１２０と、１次画像を高精細な最終画像に形成する画像処理装置１５０からなり、光学系システムの中に、波面成形用の光学素子を新たに設けるか、またはガラス、プラスチックなどのような光学素子の面を波面成形用に成形したものを設けることにより、結像の波面を変形（変調）し、そのような波面をＣＣＤやＣＭＯＳセンサからなる撮像素子１２０の撮像面（受光面）に結像させ、その結像１次画像を、画像処理装置１５０を通して高精細画像を得る画像形成システムである。
本実施形態では、撮像素子１２０による１次画像は深度が非常に深い光束条件にしている。そのために、１次画像のＭＴＦは本質的に低い値になっており、そのＭＴＦの補正を画像処理装置１５０で行う。

ここで、本実施形態における撮像装置１００における結像のプロセスを、波動光学的に考察する。
物点の１点から発散された球面波は結像光学系を通過後、収斂波となる。そのとき、結像光学系が理想光学系でなければ収差が発生する。波面は球面でなく複雑な形状となる。幾何光学と波動光学の間を取り持つのが波面光学であり、波面の現象を取り扱う場合に便利である。
結像面における波動光学的ＭＴＦを扱うとき、結像光学系の射出瞳位置における波面情報が重要となる。
ＭＴＦの計算は結像点における波動光学的強度分布のフーリエ変換で求まる。その波動光学的強度分布は波動光学的振幅分布を２乗して得られるが、その波動光学的振幅分布は射出瞳における瞳関数のフーリエ変換から求まる。
さらにその瞳関数はまさに射出瞳位置における波面情報（波面収差）そのものからであることから、その光学系１１０を通して波面収差が厳密に数値計算できればＭＴＦが計算できることになる。

したがって、所定の手法によって射出瞳位置での波面情報に手を加えれば、任意に結像面におけるＭＴＦ値は変更可能である。
本実施形態においても、波面の形状変化を波面形成用光学素子で行うのが主であるが、まさにｐｈａｓｅ（位相、光線に沿った光路長）に増減を設けて目的の波面形成を行っている。
そして、目的の波面形成を行えば、射出瞳からの射出光束は、図２３（Ａ）〜（Ｃ）に示す幾何光学的なスポット像からわかるように、光線の密な部分と疎の部分から形成される。
この光束状態のＭＴＦは空間周波数の低いところでは低い値を示し、空間周波数の高いところまでは何とか解像力は維持している特徴を示している。
すなわち、この低いＭＴＦ値（または、幾何光学的にはこのようなスポット像の状態）であれば、エリアジングの現象を発生させないことになる。
つまり、ローパスフィルタが必要ないのである。
そして、後段のＤＳＰ等からなる画像処理装置１５０でＭＴＦ値を低くしている原因のフレアー的画像を除去すれば良いのである。それによってＭＴＦ値は著しく向上する。

次に、本実施形態および従来光学系のＭＴＦのレスポンスについて考察する。

図２７は、従来の光学系の場合において物体が焦点位置にあるときと焦点位置から外れたときのＭＴＦのレスポンス（応答）を示す図である。
図２８は、光波面変調素子を有する本実施形態の光学系の場合において物体が焦点位置にあるときと焦点位置から外れたときのＭＴＦのレスポンスを示す図である。
また、図２９は、本実施形態に係る撮像装置のデータ復元後のＭＴＦのレスポンスを示す図である。

図からもわかるように、光波面変調素子を有する光学系の場合、物体が焦点位置から外れた場合でもＭＴＦのレスポンスの変化が光波面変調素子を挿入してない光学径よりも少なくなる。
この光学系によって結像された画像を、コンボリューションフィルタによる処理によって、ＭＴＦのレスポンスが向上する。

以上説明したように、本実施形態によれば、合焦位置でもピントを結ばないがその前後でほぼＰＳＦ（Point Spread Function 点広がり関数）が一定になるように設計された光学系１１０と、光学系の像をとらえる撮像素子１２０と、ボケ復元処理を行うボケ処理部１６０と、第２メモリ１７０に格納されたボケ復元処理画像を読み出してＱＲコード１０の特徴点１１の抽出処理を行い、特徴点があると判定すると、第２メモリ１７０から読み出したボケ復元画像をバンドパスフィルタ２００をパスして制御部２２０に入力させ、特徴点がないと判定した場合には、第２メモリ１７０から読み出したボケ復元画像をバンドパスフィルタ２００をパスさせず制御部２２０に入力させる特徴点抽出回路１９０と、を有す、制御部２２０は、複数のデジタルフィルタを用い、各デジタルフィルタでのボケ復元処理を行わせ、バンドパスフィルタ２００を通過して高周波成分が抽出されたＱＲコードの特徴点情報を受けて、その積分をとって、積分値をピントの合い具合の評価値Ｐ０〜Ｐｎとして求めていき、たとえばいわゆる山のぼり法に従って、使用するデジタルフィルタを順次変更しながら連続して求めていく評価値が増加から減少に転じた場合（最大値を検出した場合）に、ボケ復元画像を読み出して、情報コードデコード処理部２１０に情報コードのデコード処理を行わせ、デコードした情報をモニタ装置２４０に表示することから、より精確にピントの合ったＱＲコードを得ることができ、認識率を向上することが可能となる。
そして、可動部品を無くし高信頼性を維持しつつ、一般撮影領域および２次元の情報コード接写にも対応可能な撮像装置を実現することができる。

そして、本実施形態に係る撮像装置１００は、デジタルカメラやカムコーダー等の民生機器の小型、軽量、コストを考慮されたズームレンズのＷＦＣＯに使用することが可能である。

また、本実施形態においては、結像レンズ１１２による撮像素子１２０の受光面への結像の波面を変形させる波面形成用光学素子を有する撮像レンズ系と、撮像素子１２０による１次画像ＦＩＭを受けて、１次画像の空間周波数におけるＭＴＦをいわゆる持ち上げる所定の補正処理等を施して高精細な最終画像ＦＮＬＩＭを形成するボケ復元処理部（画像処理装置）１６０とを有することから、高精細な画質を得ることが可能となるという利点がある。
また、光学系１１０の構成を簡単化でき、製造が容易となり、コスト低減を図ることができる。

ところで、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサを撮像素子として用いた場合、画素ピッチから決まる解像力限界が存在し、光学系の解像力がその限界解像力以上であるとエリアジングのような現象が発生し、最終画像に悪影響を及ぼすことは周知の事実である。
画質向上のため、可能な限りコントラストを上げることが望ましいが、そのことは高性能なレンズ系を必要とする。

しかし、上述したように、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサを撮像素子として用いた場合、エリアジングが発生する。
現在、エリアジングの発生を避けるため、撮像レンズ装置では、一軸結晶系からなるローパスフィルタを併用し、エリアジングの現象の発生を避けている。
このようにローパスフィルタを併用することは、原理的に正しいが、ローパスフィルタそのものが結晶でできているため、高価であり、管理が大変である。また、光学系に使用することは光学系をより複雑にしているという不利益がある。

以上のように、時代の趨勢でますます高精細の画質が求められているにもかかわらず、高精細な画像を形成するためには、従来の撮像レンズ装置では光学系を複雑にしなければならない。複雑にすれば、製造が困難になったりし、また高価なローパスフィルタを利用したりするとコストアップにつながる。
しかし、本実施形態によれば、ローパスフィルタを用いなくとも、エリアジングの現象の発生を避けることができ、高精細な画質を得ることができる。

なお、本実施形態において、光学系の波面形成用光学素子を絞りより物体側レンズよりに配置した例を示したが、絞りと同一あるいは絞りより結像レンズ側に配置しても前記と同様の作用効果を得ることができる。

また、図１１や図１２の光学系は一例であり、本発明は図１１や図１２の光学系に対して用いられるものとは限らない。また、スポット形状についても図１３および図１４は一例であり、本実施形態のスポット形状は、図１３および図１４に示すものとは限らない。
また、図１７および図１８のカーネルデータ格納ＲＯＭに関しても、光学倍率、Ｆナンバやそれぞれのカーネルのサイズ、値に対して用いられるものとは限らない。また用意するカーネルデータの数についても３個とは限らない。

本発明に係る撮像装置の一実施形態を示すブロック構成図である。 情報コードとしてのＱＲコードの例を示す図である。 本実施形態における情報コードを撮像するときのピントの合った最適な画像を得るためのボケ復元用のデジタルフィルタの選択処理について説明するためのフローチャートである。 図３におけるボケ補正復元処理を説明するためのフローチャートである。 本実施形態に係る山登り法を説明するための図である。 一般的な結像光学系の光線高さとデフォーカスとの関係を示す図である。 本実施形態の光学系の結像付近の光学特性を示す図である。 一般的な光学系のベストフォーカス（ＢｅｓｔＦｏｒｃｕｓ）位置でのＭＴＦ（Modulation Transfer Function 振幅伝達関数）特性図である。 本実施形態の光学系のＭＴＦ特性を示す図である。 本実施形態におけるボケ復元処理の説明図である。 本実施形態に係る撮像レンズ装置の広角側のズーム光学系の構成例を模式的に示す図である。 本実施形態に係る撮像レンズ装置の望遠側のズーム光学系の構成例を模式的に示す図である。 広角側の像高中心のスポット形状を示す図である。 望遠側の像高中心のスポット形状を示す図である。 ＷＦＣＯの原理を説明するための図である。 本実施形態に係るボケ復元処理部の構成例を示すブロック図である。 カーネルデータＲＯＭの格納データの一例（光学倍率）を示す図である。 カーネルデータＲＯＭの格納データの他例（Ｆナンバ）を示す図である。 被写体距離情報と露出情報とを組み合わせるボケ復元処理部（画像処理装置）の構成例を示す図である。 ズーム情報と露出情報とを組み合わせるボケ復元処理部（画像処理装置）の構成例を示す図である。 露出情報と、物体距離情報と、ズーム情報とを用いた場合のフィルタの構成例を示す図である。 撮影モード情報と露出情報とを組み合わせる画像処理装置の構成例を示図である。 本実施形態に係る撮像素子の受光面でのスポット像を示す図であって、（Ａ）は焦点が０．２ｍｍずれた場合（Ｄｅｆｏｃｕｓ＝０．２ｍｍ）、（Ｂ）が合焦点の場合（Ｂｅｓｔ ｆｏｃｕｓ）、（Ｃ）が焦点が−０．２ｍｍずれた場合（Ｄｅｆｏｃｕｓ＝−０．２ｍｍ）の各スポット像を示す図である。 本実施形態に係る撮像素子により形成される１次画像のＭＴＦについて説明するための図であって、（Ａ）は撮像レンズ装置の撮像素子の受光面でのスポット像を示す図で、（Ｂ）が空間周波数に対するＭＴＦ特性を示している。 本実施形態に係る画像処理装置におけるＭＴＦ補正処理を説明するための図である。 本実施形態に係る画像処理装置におけるＭＴＦ補正処理を具体的に説明するための図である。 従来の光学系の場合において物体が焦点位置にあるときと焦点位置から外れたときのＭＴＦのレスポンス（応答）を示す図である。 光波面変調素子を有する本実施形態の光学系の場合において物体が焦点位置にあるときと焦点位置から外れたときのＭＴＦのレスポンスを示す図である。 本実施形態に係る撮像装置のデータ復元後のＭＴＦのレスポンスを示す図である。 一般的な撮像レンズ装置の構成および光束状態を模式的に示す図である。 図３０の撮像レンズ装置の撮像素子の受光面でのスポット像を示す図であって、（Ａ）は焦点が０．２ｍｍずれた場合（Ｄｅｆｏｃｕｓ＝０．２ｍｍ）、（Ｂ）が合焦点の場合（Ｂｅｓｔ ｆｏｃｕｓ）、（Ｃ）が焦点が−０．２ｍｍずれた場合（Ｄｅｆｏｃｕｓ＝−０．２ｍｍ）の各スポット像を示す図である。

符号の説明

１００・・・撮像装置、１１０・・・光学系、１２０・・・撮像素子、１３０・・・アナログデジタルコンバータ（Ａ／Ｄ）、１４０・・・信号処理部、１５０・・・第１メモリ、１６０・・・ボケ復元処理部、１７０・・・第２メモリ、１８０・・・復元フィルタ部、１９０・・・特徴点抽出回路、２００・・・バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、２１０・・・情報コードデコード処理部、２２０・・・制御部、２３０・・・デジタルアナログコンバータ（Ｄ／Ａ）、２４０・・・モニタ装置、１１１・・・物体側レンズ、１１２・・・結像レンズ、１１３・・・波面形成用光学素子、１１３ａ・・・位相板（光波面変調素子）、１６２・・・コンボリューション演算器、１６３・・・カーネルデータＲＯＭ、１６４・・・コンボリューション制御部。

Claims (5)

1. 合焦位置およびその前後の距離において焦点のボケ量が略一定となるように形成された光学系と、
   前記光学系を通過した被写体像を撮像する撮像素子と、
   前記撮像素子からの画像の焦点のボケを補正して復元した画像信号を生成する変換手段と、
   前記変換手段で用いる被写体条件に応じたデジタルフィルタと、を有し、
   前記変換手段は、撮像した被写体像が情報コードの特徴点を有している場合には、当該特徴点に適応するような前記デジタルフィルタを選択してボケ復元処理を行う
   撮像装置。
2. 前記被写体条件には、被写体距離を含む
   請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記変換手段は、前記情報コードの特徴点の周波数を分析し、当該分析結果に応じて前記デジタルフィルタ処理を変更する
   請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記デジタルフィルタ処理の変更においては、前記情報コードの特徴点の周波数が高くなるようにフィルタを選択する
   請求項３記載の撮像装置。
5. 合焦位置およびその前後の距離において焦点のボケ量が略一定となるように形成された光学系を通過した被写体像を撮像素子により撮像し、
   撮像した被写体像が情報コードの特徴点を有している場合には、当該特徴点に適応するような前記デジタルフィルタを選択し、
   前記選択したデジタルフィルタを用いて前記撮像素子からの画像の焦点のボケを補正して復元し、復元した画像信号に対して所定の画像処理を行う
   撮像方法。

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