JP6817855B2 - Image processing equipment, imaging equipment, image processing methods, and programs - Google Patents
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Description
本発明は、画像処理装置、撮像装置、画像処理方法、及びプログラムに関する。 The present invention relates to an image processing device, an imaging device, an image processing method, and a program.
撮影レンズの異なる瞳領域を通過した光束を記録することにより、複数の視点画像を同時に撮影可能な撮像装置が知られている。特許文献1には、1つの画素に対して、1つのマイクロレンズと複数に分割された光電変換部が形成されている2次元撮像素子を用いた撮像装置が開示されている。分割された光電変換部は、1つのマイクロレンズを介して撮影レンズの射出瞳の異なる瞳部分領域を受光するように構成され、瞳分割を行っている。特許文献1には、これらの分割された光電変換部から取得した複数の視点画像を合成することにより、視差を軽減することが開示されている。 An imaging device capable of simultaneously capturing a plurality of viewpoint images by recording a luminous flux that has passed through different pupil regions of a photographing lens is known. Patent Document 1 discloses an image pickup device using a two-dimensional image pickup element in which one microlens and a plurality of photoelectric conversion units are formed for one pixel. The divided photoelectric conversion unit is configured to receive light from different pupil region regions of the exit pupil of the photographing lens via one microlens, and performs pupil division. Patent Document 1 discloses that parallax is reduced by synthesizing a plurality of viewpoint images obtained from these divided photoelectric conversion units.
各瞳部分領域は射出瞳全体の領域よりも狭いため、各視点画像に対応する絞り値は、射出瞳全体に対応する絞り値よりも大きい(暗い)。また、撮影レンズの射出瞳と撮像素子の入射瞳の瞳ずれにより、各視点画像の絞り値が像高に応じて異なる場合がある。しかしながら、特許文献1の技術は、複数の視点画像を合成する際に、絞り値の相違に関しては考慮していない。 Since each pupil region is narrower than the entire exit pupil region, the aperture value corresponding to each viewpoint image is larger (darker) than the aperture value corresponding to the entire exit pupil. Further, the aperture value of each viewpoint image may differ depending on the image height due to the pupil deviation between the exit pupil of the photographing lens and the entrance pupil of the image sensor. However, the technique of Patent Document 1 does not consider the difference in aperture value when synthesizing a plurality of viewpoint images.
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、絞り値の相違を利用して合成画像の被写界深度を調整する技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a technique for adjusting the depth of field of a composite image by utilizing a difference in aperture value.
上記課題を解決するために、本発明は、結像光学系の射出瞳が分割された複数の瞳部分領域に対応する複数の視点画像を取得する取得手段と、被写界深度を指定する深度指定手段と、前記複数の視点画像の光学情報に基づいて、部分領域における各視点画像の絞り値を判定する判定手段と、前記指定された被写界深度及び前記判定された絞り値に基づく合成比率で、前記複数の視点画像の前記部分領域を合成することにより、前記指定された被写界深度の合成画像を生成する生成手段と、を備えることを特徴とする画像処理装置を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention provides an acquisition means for acquiring a plurality of viewpoint images corresponding to a plurality of pupil partial regions in which the ejection pupil of the imaging optical system is divided, and a depth for specifying the depth of field. The designated means, the determination means for determining the aperture value of each viewpoint image in the partial region based on the optical information of the plurality of viewpoint images, and the composition based on the designated depth of field and the determined aperture value. Provided is an image processing apparatus comprising: a generation means for generating a composite image having the specified depth of field by synthesizing the partial regions of the plurality of viewpoint images at a ratio.
なお、その他の本発明の特徴は、添付図面及び以下の発明を実施するための形態における記載によって更に明らかになるものである。 In addition, other features of the present invention will be further clarified by the accompanying drawings and the description in the form for carrying out the following invention.
本発明によれば、絞り値の相違を利用して合成画像の被写界深度を調整することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to adjust the depth of field of a composite image by utilizing the difference in aperture value.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって確定されるのであって、以下の個別の実施形態によって限定されるわけではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせすべてが、本発明に必須とは限らない。また、別々の実施形態の中で説明されている特徴を適宜組み合せることも可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The technical scope of the present invention is determined by the scope of claims, and is not limited by the following individual embodiments. Also, not all combinations of features described in the embodiments are essential to the present invention. It is also possible to appropriately combine the features described in the separate embodiments.
以下の実施形態では、画像処理装置の一例として、瞳分割により複数の視点画像を取得可能なデジタルカメラを用いて説明を行う。しかし、画像処理装置はデジタルカメラに限定されず、取得した複数の視点画像を処理可能な任意の装置であってよい。そのような装置には、例えば、携帯電話機、ゲーム機、タブレット端末、パーソナルコンピュータ、時計型や眼鏡型の情報端末、監視システム、車載システム、内視鏡などの医療システム、画像を提供可能なロボットなどが含まれる。また、以下の実施形態には、任意の装置がインターネット又はローカルネットワーク上の、プロセッサー等の処理機能を備えたサーバ機器に視点画像及び操作内容を送信し、視点画像に対する処理の一部又は全部をサーバ機器で実行する構成が含まれてよい。この場合、任意の装置は、サーバ機器から処理結果を受信して表示させる構成を含んでもよい。サーバ機器は、仮想マシンを含んでもよい。 In the following embodiment, as an example of the image processing device, a digital camera capable of acquiring a plurality of viewpoint images by pupil division will be used for description. However, the image processing device is not limited to the digital camera, and may be any device capable of processing the acquired plurality of viewpoint images. Such devices include, for example, mobile phones, game consoles, tablet terminals, personal computers, clock-type and eyeglass-type information terminals, surveillance systems, in-vehicle systems, medical systems such as endoscopes, and robots capable of providing images. Etc. are included. Further, in the following embodiment, an arbitrary device transmits a viewpoint image and operation contents to a server device having a processing function such as a processor on the Internet or a local network, and performs a part or all of the processing on the viewpoint image. It may include a configuration that runs on a server device. In this case, any device may include a configuration in which the processing result is received from the server device and displayed. The server device may include a virtual machine.
[第1の実施形態]
(デジタルカメラ100の全体構成)
図1は、画像処理装置の一例としてのデジタルカメラ100の機能構成例を示すブロック図である。なお、図1に示す機能ブロックの1つ以上は、ASICやプログラマブルロジックアレイ(PLA)などのハードウェアによって実現されてもよいし、CPUやMPU等のプログラマブルプロセッサがソフトウェアを実行することによって実現されてもよい。また、ソフトウェアとハードウェアの組み合わせによって実現されてもよい。従って、以下の説明において、異なる機能ブロックが動作主体として記載されている場合であっても、同じハードウェアが主体として実現されうる。
[First Embodiment]
(Overall configuration of digital camera 100)
FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration example of a digital camera 100 as an example of an image processing device. One or more of the functional blocks shown in FIG. 1 may be realized by hardware such as an ASIC or a programmable logic array (PLA), or may be realized by a programmable processor such as a CPU or MPU executing software. You may. It may also be realized by a combination of software and hardware. Therefore, in the following description, the same hardware can be realized as the main body even if different functional blocks are described as the main body of operation.
第1レンズ群101は、結像光学系を構成する例えばズームレンズを含み、結像光学系の先端に配置されると共に、光軸方向に進退可能に保持される。シャッタ102は、絞りを含み、その開口径を調節することにより撮影時に撮像素子107に入射する光量を調節する。また、シャッタ102は、静止画を撮影する際には露光する時間を調節するシャッタとして機能する。シャッタ102と、結像光学系を構成する第2レンズ群103とは、一体となって光軸方向に進退し、第1レンズ群101の進退動作との連動により、変倍作用(ズーム機能)をなす。 The first lens group 101 includes, for example, a zoom lens that constitutes the imaging optical system, is arranged at the tip of the imaging optical system, and is held so as to be able to move forward and backward in the optical axis direction. The shutter 102 includes a diaphragm, and by adjusting the aperture diameter thereof, the amount of light incident on the image sensor 107 at the time of photographing is adjusted. Further, the shutter 102 functions as a shutter for adjusting the exposure time when shooting a still image. The shutter 102 and the second lens group 103 constituting the imaging optical system integrally advance and retreat in the optical axis direction, and by interlocking with the advancing and retreating operation of the first lens group 101, a scaling action (zoom function) is performed. Make up.
第3レンズ群105は、結像光学系を構成する例えば焦点レンズを含み、光軸方向の進退により焦点調節を行なう。光学素子106は、光学的ローパスフィルタを含み、撮像画像の偽色やモアレを軽減する。撮像素子107は、例えばCMOSフォトセンサーと周辺回路とから構成される撮像素子を含み、結像光学系の結像面に配置される。 The third lens group 105 includes, for example, a focal lens that constitutes an imaging optical system, and adjusts the focus by advancing and retreating in the optical axis direction. The optical element 106 includes an optical low-pass filter to reduce false colors and moire of captured images. The image pickup device 107 includes, for example, an image pickup device composed of a CMOS photo sensor and peripheral circuits, and is arranged on an imaging surface of an imaging optical system.
ズームアクチュエータ111は、第1レンズ群101乃至第3レンズ群103の進退動作を発生させる駆動装置を含み、不図示のカム筒を回動することにより、第1レンズ群101乃至第3レンズ群103を光軸方向に進退駆動させる。絞りシャッタアクチュエータ112は、シャッタ102の動作を発生させる駆動装置を含み、シャッタ102の開口径やシャッタ動作を、絞りシャッタ駆動部128の制御に応じて制御する。フォーカスアクチュエータ114は、第3レンズ群105の進退動作を発生させる駆動装置を含み、第3レンズ群105を光軸方向に進退駆動して焦点調節を行なう。 The zoom actuator 111 includes a driving device for generating an advance / retreat operation of the first lens group 101 to the third lens group 103, and by rotating a cam cylinder (not shown), the first lens group 101 to the third lens group 103 Is driven forward and backward in the optical axis direction. The aperture shutter actuator 112 includes a drive device that generates the operation of the shutter 102, and controls the aperture diameter of the shutter 102 and the shutter operation according to the control of the aperture shutter drive unit 128. The focus actuator 114 includes a driving device that causes the third lens group 105 to move forward and backward, and drives the third lens group 105 forward and backward in the optical axis direction to adjust the focus.
照明装置115は、撮影時の被写体照明用電子フラッシュを含み、例えばキセノン管を用いた閃光照明装置、或いは連続発光するLEDを備えた照明装置である。補助光発光部116は、AF補助光の発光装置を含み、所定の開口パターンを有したマスクの像を、投光レンズを介して被写界に投影し、暗い被写体或いは低コントラストの被写体に対する焦点検出能力を向上させる。 The lighting device 115 includes an electronic flash for illuminating a subject at the time of shooting, and is, for example, a flash lighting device using a xenon tube or a lighting device including an LED that continuously emits light. The auxiliary light emitting unit 116 includes an AF auxiliary light emitting device, projects an image of a mask having a predetermined aperture pattern onto the field of view through a projection lens, and focuses on a dark subject or a low-contrast subject. Improve detection capability.
制御部121は、CPU(又はMPU)、ROM、及びRAMを含み、ROMに記憶されたプログラムをRAMに展開、実行することによりデジタルカメラ100全体の各部を制御して、AF、撮影、画像処理、記録等の一連の動作を実行する。また、制御部121は、A/Dコンバータ、D/Aコンバータ、通信インターフェース回路等を備えてもよい。更に、制御部121は、表示部131に表示する表示内容を制御する表示制御部としての機能を含み、また、画像処理部125によって実行される処理を代わりに実行してもよい。 The control unit 121 includes a CPU (or MPU), a ROM, and a RAM, and controls each part of the entire digital camera 100 by expanding and executing a program stored in the ROM in the RAM, and performs AF, photographing, and image processing. , Perform a series of operations such as recording. Further, the control unit 121 may include an A / D converter, a D / A converter, a communication interface circuit, and the like. Further, the control unit 121 includes a function as a display control unit that controls the display content displayed on the display unit 131, and may instead execute the process executed by the image processing unit 125.
電子フラッシュ制御部122は、制御回路又は制御モジュールを含み、撮影動作に同期して照明装置115の点灯を制御する。補助光駆動部123は、焦点検出動作に同期して補助光発光部116の点灯を制御する。撮像素子駆動部124は、撮像素子107の撮像動作を制御するとともに、取得した画像信号をA/D変換して制御部121に送信する。画像処理部125は、撮像素子107が取得した画像のγ変換、カラー補間、JPEG圧縮等の処理を行なう。 The electronic flash control unit 122 includes a control circuit or a control module, and controls the lighting of the lighting device 115 in synchronization with the photographing operation. The auxiliary light driving unit 123 controls the lighting of the auxiliary light emitting unit 116 in synchronization with the focus detection operation. The image sensor driving unit 124 controls the image pickup operation of the image sensor 107, and A / D-converts the acquired image signal and transmits it to the control unit 121. The image processing unit 125 performs processing such as γ conversion, color interpolation, and JPEG compression of the image acquired by the image sensor 107.
フォーカス駆動部126、絞りシャッタ駆動部128、及びズーム駆動部129は、それぞれ制御回路又は制御モジュールを含む。フォーカス駆動部126は、焦点検出結果に基づいてフォーカスアクチュエータ114を制御する。また、絞りシャッタ駆動部128は、撮影動作の所定のタイミングで絞りシャッタアクチュエータ112を制御する。更にズーム駆動部129は、撮影者のズーム操作に応じてズームアクチュエータ111を制御する。 The focus drive unit 126, the aperture shutter drive unit 128, and the zoom drive unit 129 each include a control circuit or a control module. The focus drive unit 126 controls the focus actuator 114 based on the focus detection result. Further, the aperture shutter drive unit 128 controls the aperture shutter actuator 112 at a predetermined timing of the shooting operation. Further, the zoom drive unit 129 controls the zoom actuator 111 according to the zoom operation of the photographer.
表示部131は、LCD等の表示装置を含み、例えばカメラの撮影モードに関する情報、撮影前のプレビュー画像と撮影後の確認用画像、焦点検出時の合焦状態の表示画像等を表示する。操作部132は、デジタルカメラ100を操作するためのスイッチ群を含み、例えば電源スイッチ、レリーズ(撮影トリガ)スイッチ、ズーム操作スイッチ、撮影モード選択スイッチ等を含む。操作部132が入力されたユーザ操作を制御部121に送信すると、制御部121はユーザ操作に対応した動作を実行するために、デジタルカメラ100の各部を制御する。記録媒体133は、例えば着脱可能なフラッシュメモリを含み、撮影済み画像を記録する。 The display unit 131 includes a display device such as an LCD, and displays, for example, information on a shooting mode of the camera, a preview image before shooting and a confirmation image after shooting, a display image of a focused state at the time of focus detection, and the like. The operation unit 132 includes a group of switches for operating the digital camera 100, and includes, for example, a power switch, a release (shooting trigger) switch, a zoom operation switch, a shooting mode selection switch, and the like. When the operation unit 132 transmits the input user operation to the control unit 121, the control unit 121 controls each unit of the digital camera 100 in order to execute the operation corresponding to the user operation. The recording medium 133 includes, for example, a removable flash memory, and records a captured image.
通信部134は、通信回路又はモジュールを含み、所定の規格に準拠した通信方式を用いて、外部装置(例えば外部に設置されたサーバ)と通信を確立する。通信部134は、外部装置と、例えば画像データのアップロードやダウンロード、アップロードした画像データに対して外部装置が行った所定の処理の結果の受信等を行う。 The communication unit 134 includes a communication circuit or a module, and establishes communication with an external device (for example, a server installed outside) by using a communication method conforming to a predetermined standard. The communication unit 134 uploads and downloads image data with an external device, receives the result of a predetermined process performed by the external device on the uploaded image data, and the like.
(画像処理部125の構成)
次に、画像処理部125の詳細な構成について、図2を参照して説明する。画像取得部151は、記録媒体133から読み出された画像データを保存する。画像データは、後述する第1視点画像と第2視点画像とを合成した画像(A+B像ともいう)と、第1視点画像とから構成される画像データである。
(Structure of image processing unit 125)
Next, the detailed configuration of the image processing unit 125 will be described with reference to FIG. The image acquisition unit 151 stores the image data read from the recording medium 133. The image data is image data composed of an image (also referred to as an A + B image) obtained by synthesizing a first viewpoint image and a second viewpoint image, which will be described later, and a first viewpoint image.
減算部152は、A+B像から第1視点画像を減算することで第2視点画像を生成する。周辺光量落ちを補正するシェーディング処理部153は、第1視点画像と第2視点画像の像高による光量変化を周辺光量落ち情報として予めデジタルカメラ100内に保持する。或いは、シェーディング処理部153は、A+B像と第1視点画像、A+B像と第2視点画像の光量比を演算し、補正する。操作情報取得部154は、ユーザが指定した領域とユーザが変更した深度変更の調整値とを受け取り、深度変更処理部155へユーザが操作した領域と調整値とを供給する。 The subtraction unit 152 generates a second viewpoint image by subtracting the first viewpoint image from the A + B image. The shading processing unit 153 that corrects the peripheral light falloff holds in the digital camera 100 in advance the change in the light amount due to the image heights of the first viewpoint image and the second viewpoint image as peripheral light falloff information. Alternatively, the shading processing unit 153 calculates and corrects the light intensity ratio between the A + B image and the first viewpoint image and the A + B image and the second viewpoint image. The operation information acquisition unit 154 receives the area specified by the user and the adjustment value of the depth change changed by the user, and supplies the area operated by the user and the adjustment value to the depth change processing unit 155.
深度変更処理部155は、第1視点画像と第2視点画像の加算比率(重み付け)を変更して被写界深度を変更した合成画像を生成する。詳細は後述するが、深度変更処理部155の処理により被写界深度を拡大した画像を生成することができる。 The depth change processing unit 155 changes the addition ratio (weighting) of the first viewpoint image and the second viewpoint image to generate a composite image in which the depth of field is changed. Although the details will be described later, an image with an enlarged depth of field can be generated by the processing of the depth change processing unit 155.
また、画像処理部125は、以下に説明するホワイトバランス部156、デモザイキング部157、ガンマ変換部158、色調整部159の構成により現像処理を行う。ホワイトバランス部156は、ホワイトバランス処理を行う。具体的には、白の領域のR、G、Bが等色になるようにR、G、Bの各色にゲインをかける。このホワイトバランス処理をデモザイキング処理前に行うことにより、彩度を算出する際に、色かぶり等により偽色の彩度よりも高い彩度になることを回避し、誤判定を防止することができる。 Further, the image processing unit 125 performs development processing according to the configuration of the white balance unit 156, the demoizing unit 157, the gamma conversion unit 158, and the color adjusting unit 159 described below. The white balance unit 156 performs a white balance process. Specifically, gain is applied to each color of R, G, and B so that R, G, and B in the white region have the same color. By performing this white balance processing before the demo-saiking processing, it is possible to prevent the saturation from becoming higher than the saturation of the false color due to color cast or the like when calculating the saturation, and to prevent erroneous judgment. it can.
デモザイキング部157は、各画素において欠落している3原色のうち2色のカラーモザイク画像データを補間することによって、全ての画素においてR、G、Bのカラー画像データが揃ったカラー画像を生成する。デモザイキング部157は、注目画素に対して、注目画素の周辺の画素を用いた補間を行う。その後、各画素について補間処理結果としてのR、G、Bの3原色のカラー画像データを生成する。 The demosaiking unit 157 generates a color image in which R, G, and B color image data are aligned in all pixels by interpolating the color mosaic image data of two of the three primary colors missing in each pixel. To do. The demoizing unit 157 performs interpolation on the pixel of interest using pixels around the pixel of interest. After that, color image data of the three primary colors R, G, and B as the interpolation processing result is generated for each pixel.
ガンマ変換部158は、各画素のカラー画像データにガンマ補正処理を適用して、例えば表示部131の表示特性に整合させたカラー画像データを生成する。色調整部159は、画像の見栄えを改善するための処理である、例えばノイズ低減、彩度強調、色相補正、エッジ強調といった各種の色調整処理をカラー画像データに適用する。 The gamma conversion unit 158 applies a gamma correction process to the color image data of each pixel to generate color image data matched to, for example, the display characteristics of the display unit 131. The color adjustment unit 159 applies various color adjustment processes such as noise reduction, saturation enhancement, hue correction, and edge enhancement, which are processes for improving the appearance of the image, to the color image data.
圧縮部160は、色調整されたカラー画像データをJPEG等の所定の圧縮方式に準拠した方法で圧縮し、記録する際のカラー画像データのデータサイズを小さくする。出力部161は、上述したカラー画像データ、圧縮された画像データ、又はユーザインターフェース用の表示データを出力する。 The compression unit 160 compresses the color-adjusted color image data by a method compliant with a predetermined compression method such as PEG, and reduces the data size of the color image data at the time of recording. The output unit 161 outputs the color image data, the compressed image data, or the display data for the user interface described above.
光学情報取得部162は、後述の結像光学系の射出瞳距離、撮像素子107の設定瞳距離、撮影絞り値、周辺光量落ち情報などを、予め保持するか、又は、インターネット上から受信することにより取得する。また、光学情報取得部162は、各視点画像の像ずれ量から像面移動量を算出するための像面移動量変換係数の光学情報も、予め保持するか、又は、インターネット上から受信することにより取得する。光学情報は、深度変更処理部155により使用される。 The optical information acquisition unit 162 holds in advance the exit pupil distance of the imaging optical system, the set pupil distance of the image sensor 107, the shooting aperture value, the peripheral light falloff information, etc., which will be described later, or receives them from the Internet. To get by. Further, the optical information acquisition unit 162 also holds in advance the optical information of the image plane movement amount conversion coefficient for calculating the image plane movement amount from the image shift amount of each viewpoint image, or receives it from the Internet. To get by. The optical information is used by the depth change processing unit 155.
(撮像素子107の構成)
図3を参照して、本実施形態に係る撮像素子107の画素及び副画素の配列について説明する。図3は、2次元状に配置された画素配列を4列×4行の範囲で示しており、更に各画素に含まれる副画素配列を8列×4行の範囲で示している。
(Structure of image sensor 107)
The arrangement of the pixels and the sub-pixels of the image pickup device 107 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the pixel array arranged in a two-dimensional shape is shown in the range of 4 columns × 4 rows, and the sub-pixel array included in each pixel is shown in the range of 8 columns × 4 rows.
図3に示す画素配列のうち、2列×2行の画素群では、左上の位置にR(赤)の分光感度を有する画素200Rを、右上と左下の位置にG(緑)の分光感度を有する画素200Gを、右下の位置にB(青)の分光感度を有する画素200Bをそれぞれ有する。更に、各画素は、2列×1行に配列された副画素201と副画素202を有する。 Of the pixel arrangement shown in FIG. 3, in the pixel group of 2 columns × 2 rows, the pixel 200R having the spectral sensitivity of R (red) is in the upper left position, and the spectral sensitivity of G (green) is in the upper right and lower left positions. It has a pixel 200G and a pixel 200B having a spectral sensitivity of B (blue) at a lower right position. Further, each pixel has a sub-pixel 201 and a sub-pixel 202 arranged in two columns × one row.
図3に示した4列×4行の画素(8列×4行の副画素)を面状に多数配置することにより、撮像画像(或いは視点画像)の取得が可能になる。撮像素子107は、例えば、画素の配置される周期Pが4μm、画素数Nが横5575列×縦3725行=約2075万画素、副画素の列方向周期PSが2μm、副画素数NSが横11150列×縦3725行=約4150万画素である。 By arranging a large number of pixels of 4 columns × 4 rows (sub-pixels of 8 columns × 4 rows) shown in FIG. 3 in a plane, it is possible to acquire a captured image (or a viewpoint image). In the image sensor 107, for example, the period P in which pixels are arranged is 4 μm, the number of pixels N is 5575 columns in width × 3725 rows in length = about 20.75 million pixels, the column direction period PS of sub-pixels is 2 μm, and the number of sub-pixels NS is horizontal. 11150 columns x 3725 rows = about 41.5 million pixels.
図4を参照して、図3に示した画素200Gの構造をより詳細に説明する。図4(a)は、画素200Gを撮像素子107の受光面側(+z側)から見た平面図を、図4(b)は、図4(a)のa−a断面を−y側から見た断面図を、それぞれ示している。 The structure of the pixel 200G shown in FIG. 3 will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 4A is a plan view of the pixel 200G viewed from the light receiving surface side (+ z side) of the image sensor 107, and FIG. 4B is a cross section of aa of FIG. 4A from the −y side. The cross-sectional views seen are shown respectively.
画素200Gは、x方向にNH分割(2分割)、y方向にNV分割(1分割)された光電変換部301と光電変換部302とを有するように構成される。光電変換部301と光電変換部302とは、副画素201と副画素202とにそれぞれ対応する。 The pixel 200G is configured to have a photoelectric conversion unit 301 and a photoelectric conversion unit 302 that are NH-divided (divided into two) in the x direction and NV-divided (divided into one) in the y direction. The photoelectric conversion unit 301 and the photoelectric conversion unit 302 correspond to the sub-pixel 201 and the sub-pixel 202, respectively.
また、画素200Gは、画素の受光側(+z方向)に入射光を集光するためのマイクロレンズ305を有し、マイクロレンズ305を通過して入射した光束が、光電変換部301又は光電変換部302により受光されるように構成される。光電変換部301と光電変換部302は、p型層とn型層の間にイントリンシック層を挟んだpin構造フォトダイオードとしてもよいし、必要に応じて、イントリンシック層を省略し、pn接合フォトダイオードとしてもよい。カラーフィルタ306は、マイクロレンズ305と、光電変換部301及び光電変換部302との間に配置され、所定の周波数の光を通過させる。図4(b)では、カラーフィルタ306を画素200Gに対して1つ設ける例を示しているが、必要に応じて、副画素毎に分光透過率の異なるカラーフィルタを設けてもよく、或いはカラーフィルタを省略してもよい。 Further, the pixel 200G has a microlens 305 for condensing incident light on the light receiving side (+ z direction) of the pixel, and the light flux incident through the microlens 305 is the photoelectric conversion unit 301 or the photoelectric conversion unit. It is configured to receive light by 302. The photoelectric conversion unit 301 and the photoelectric conversion unit 302 may be a pin structure photodiode in which an intrinsic layer is sandwiched between a p-type layer and an n-type layer, or if necessary, the intrinsic layer is omitted and a pn junction is formed. It may be a photodiode. The color filter 306 is arranged between the microlens 305 and the photoelectric conversion unit 301 and the photoelectric conversion unit 302, and allows light of a predetermined frequency to pass therethrough. FIG. 4B shows an example in which one color filter 306 is provided for each pixel 200G, but if necessary, a color filter having a different spectral transmittance may be provided for each sub-pixel, or a color filter may be provided. The filter may be omitted.
光電変換部301と光電変換部302では、受光量に応じて電子とホールが対生成され、更に空乏層で分離される。その後、負電荷の電子はn型層に蓄積され、ホールは定電圧源(不図示)に接続されたp型層300を通じて撮像素子107の外部へ出力される。光電変換部301と光電変換部302のn型層に蓄積された電子は、転送ゲートを介して静電容量部(FD)に転送され、電圧信号に変換される。 In the photoelectric conversion unit 301 and the photoelectric conversion unit 302, electrons and holes are pair-produced according to the amount of light received, and further separated by a depletion layer. After that, negatively charged electrons are accumulated in the n-type layer, and holes are output to the outside of the image sensor 107 through the p-type layer 300 connected to a constant voltage source (not shown). The electrons accumulated in the photoelectric conversion unit 301 and the n-type layer of the photoelectric conversion unit 302 are transferred to the capacitance unit (FD) via the transfer gate and converted into a voltage signal.
(撮像素子107の画素構造と瞳分割の関係)
次に、図5を参照して、図4に示した撮像素子107の画素構造と瞳分割との対応関係を説明する。図5は、図4(a)に示した画素200Gのa−a断面を+y側から見た断面図と、結像光学系の射出瞳面の対応関係を示している。なお、図5では、射出瞳面の座標軸と対応を取るために、画素200Gの断面図のx軸とy軸を図4(b)に対して反転させている。
(Relationship between the pixel structure of the image sensor 107 and pupil division)
Next, with reference to FIG. 5, the correspondence between the pixel structure of the image sensor 107 shown in FIG. 4 and the pupil division will be described. FIG. 5 shows the correspondence between the cross-sectional view of the aa section of the pixel 200G shown in FIG. 4A as viewed from the + y side and the exit pupil surface of the imaging optical system. In FIG. 5, the x-axis and the y-axis of the cross-sectional view of the pixel 200G are inverted with respect to FIG. 4B in order to correspond to the coordinate axes of the exit pupil surface.
副画素201の瞳部分領域501は、副画素201で受光可能な瞳領域を表している。副画素201の瞳部分領域501は、瞳面上で+X側に重心が偏心しており、重心が−x方向に偏心している光電変換部301の受光面と、マイクロレンズによって、概ね、共役関係になっている。 The pupil region 501 of the sub-pixel 201 represents a pupil region that can receive light from the sub-pixel 201. The pupil region 501 of the sub-pixel 201 is generally in a conjugated relationship with the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 301 whose center of gravity is eccentric to the + X side on the pupil surface and whose center of gravity is eccentric in the −x direction due to the microlens. It has become.
一方、副画素202の瞳部分領域502は、副画素202で受光可能な瞳領域を表している。副画素202の瞳部分領域502は、瞳面上で−X側に重心が偏心しており、重心が+x方向に偏心している光電変換部302の受光面と、マイクロレンズによって、概ね、共役関係になっている。なお、瞳領域500は、光電変換部301と光電変換部302(副画素201と副画素202)を全て合わせた際の画素200G全体で受光可能な瞳領域である。 On the other hand, the pupil region 502 of the sub-pixel 202 represents a pupil region that can be received by the sub-pixel 202. The pupil region 502 of the sub-pixel 202 has a center of gravity eccentric to the −X side on the pupil surface and is generally in a conjugated relationship with the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 302 whose center of gravity is eccentric in the + x direction due to the microlens. It has become. The pupil region 500 is a pupil region in which the entire pixel 200G can receive light when the photoelectric conversion unit 301 and the photoelectric conversion unit 302 (sub-pixel 201 and sub-pixel 202) are all combined.
図6を参照して、上述した構成の画素200Gに光が入射した際の様子をより具体的に説明する。図6は、画素200Gに形成されたマイクロレンズ305に、光が入射した場合の光強度分布の例を示している。図6(a)は、マイクロレンズ光軸に平行な断面における光強度分布を、図6(b)は、マイクロレンズ焦点位置でのマイクロレンズ光軸に垂直な断面における光強度分布を、それぞれ示している。図6において、Hはマイクロレンズ305の凸側の面を、fはマイクロレンズの焦点距離を、nFΔはリフォーカスによる焦点位置の可動範囲を、φは入射する光束の最大角度を示す。 With reference to FIG. 6, the state when light is incident on the pixel 200G having the above-described configuration will be described more specifically. FIG. 6 shows an example of the light intensity distribution when light is incident on the microlens 305 formed in the pixel 200G. FIG. 6A shows a light intensity distribution in a cross section parallel to the microlens optical axis, and FIG. 6B shows a light intensity distribution in a cross section perpendicular to the microlens optical axis at the microlens focal position. ing. In FIG. 6, H indicates the convex surface of the microlens 305, f indicates the focal length of the microlens, nFΔ indicates the movable range of the focal position due to refocus, and φ indicates the maximum angle of the incident luminous flux.
入射光は、マイクロレンズ305によって焦点位置に集光されるが、光の波動性による回折の影響により、集光スポットの直径は回折限界Δより小さくならず、例えば図6(a)及び図6(b)に示すように有限の大きさとなる。例えば、光電変換部301の受光面サイズが約1〜2μm程度である場合、マイクロレンズの集光スポットも約1μm程度である。そのため、光電変換部301の受光面とマイクロレンズ305を介して共役の関係にある瞳部分領域501(光電変換部302には瞳部分領域502)は、回折ボケのため、明瞭に瞳分割がされていない受光率分布(瞳強度分布)となる。 The incident light is focused on the focal position by the microlens 305, but the diameter of the focused spot is not smaller than the diffraction limit Δ due to the influence of diffraction due to the wave nature of the light, for example, FIGS. 6A and 6A. As shown in (b), the size is finite. For example, when the size of the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 301 is about 1 to 2 μm, the focusing spot of the microlens is also about 1 μm. Therefore, the pupil region 501 (the pupil region 502 in the photoelectric conversion unit 302), which has a conjugate relationship with the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 301 via the microlens 305, is clearly divided into pupils due to diffraction blur. It becomes a light receiving rate distribution (pupil intensity distribution).
この画素200Gにおける瞳強度分布は、更に横軸を瞳座標、縦軸を受光率として模式的に示すと、図7のようになる。なお、瞳強度分布701(実線)は、図5の瞳部分領域501のX軸に沿った瞳強度分布の例を、瞳強度分布702(破線)は、瞳部分領域502のX軸に沿った瞳強度分布の例を、それぞれ示している。瞳部分領域501と瞳部分領域502とが異なる瞳位置においてなだらかな瞳強度のピークを有しており、マイクロレンズ305を通過した光がなだらかに瞳分割されることを示している。 The pupil intensity distribution in the pixel 200G is as shown in FIG. 7 when the horizontal axis is the pupil coordinates and the vertical axis is the light receiving rate. The pupil intensity distribution 701 (solid line) is an example of the pupil intensity distribution along the X axis of the pupil region 501 in FIG. 5, and the pupil intensity distribution 702 (broken line) is along the X axis of the pupil region 502. Examples of pupil intensity distribution are shown respectively. The pupil region 501 and the pupil region 502 have a gentle peak of pupil intensity at different pupil positions, indicating that the light passing through the microlens 305 is gently divided into pupils.
更に、撮像素子107の位置の異なる画素と瞳分割との対応関係は、図8(a)のようになる。異なる瞳部分領域(瞳部分領域501と瞳部分領域502)を通過したそれぞれの光束は、撮像面600を通過して撮像素子107の各画素に異なる角度で入射する。そして、2×1分割された各画素の副画素201(光電変換部301)と副画素202(光電変換部302)とによって受光される。即ち、撮像素子107は、結像光学系の異なる瞳部分領域を通過する光束を受光するように構成された複数の副画素が設けられた画素を、複数配列している。 Further, the correspondence between the pixels having different positions of the image sensor 107 and the pupil division is as shown in FIG. 8A. The light fluxes that have passed through the different pupil region regions (pupil region 501 and pupil region 502) pass through the imaging surface 600 and are incident on each pixel of the image pickup device 107 at different angles. Then, the light is received by the sub-pixel 201 (photoelectric conversion unit 301) and the sub-pixel 202 (photoelectric conversion unit 302) of each pixel divided into 2 × 1. That is, the image pickup device 107 arranges a plurality of pixels provided with a plurality of sub-pixels configured to receive light flux passing through different pupil region regions of the imaging optical system.
このような構成の撮像素子107を用いることにより、各画素の副画素201の受光信号を集めて第1視点画像を生成し、各画素の副画素202の受光信号を集めて第2視点画像を生成することができる。つまり、撮像素子107の各画素により取得される入力画像から、異なる瞳部分領域毎に複数の視点画像を生成することができる。なお、本実施形態では、第1視点画像と第2視点画像は、それぞれ、ベイヤー配列の画像となるため、必要に応じて第1視点画像と第2視点画像とにデモザイキング処理を適用してもよい。また、撮像素子107の画素毎に、副画素201と副画素202の信号を加算して読み出すことにより、有効画素数Nの解像度の撮像画像を生成することができる。本実施形態では、複数の視点画像(第1視点画像と第2視点画像)から生成した撮像画像を用いる例を説明する。なお、図4(a)では、瞳領域が水平方向に2つに瞳分割される例を示したが、副画素の分割方法に応じて瞳分割が垂直方向に行われてもよい。 By using the image sensor 107 having such a configuration, the light receiving signals of the sub-pixels 201 of each pixel are collected to generate a first viewpoint image, and the light receiving signals of the sub pixels 202 of each pixel are collected to obtain a second viewpoint image. Can be generated. That is, a plurality of viewpoint images can be generated for each different pupil region from the input image acquired by each pixel of the image sensor 107. In the present embodiment, since the first viewpoint image and the second viewpoint image are images of the Bayer array, respectively, the demosaiking process is applied to the first viewpoint image and the second viewpoint image as necessary. May be good. Further, by adding and reading the signals of the sub-pixel 201 and the sub-pixel 202 for each pixel of the image sensor 107, it is possible to generate an captured image having a resolution of N effective pixels. In this embodiment, an example of using an captured image generated from a plurality of viewpoint images (first viewpoint image and second viewpoint image) will be described. In addition, although FIG. 4A shows an example in which the pupil region is divided into two in the horizontal direction, the pupil division may be performed in the vertical direction depending on the method of dividing the sub-pixels.
(深度変更処理)
次に、深度変更処理部155によって実行される、本実施形態に係る深度変更処理について説明する。なお、深度変更処理は、被写界深度を拡大するための処理である。
(Depth change processing)
Next, the depth change processing according to the present embodiment, which is executed by the depth change processing unit 155, will be described. The depth change process is a process for expanding the depth of field.
図8(a)〜(c)は、深度変更処理の原理を示している。この図では、撮像素子107(図8(a)〜(c)において不図示)が撮像面600に配置されており、結像光学系の射出瞳が瞳部分領域501と瞳部分領域502とに2分割される。 8 (a) to 8 (c) show the principle of the depth change processing. In this figure, the image sensor 107 (not shown in FIGS. 8A to 8C) is arranged on the imaging surface 600, and the exit pupils of the imaging optical system are located in the pupil region 501 and the pupil region 502. It is divided into two.
図8(a)は、主被写体q1の合焦像P1を示している。また、図8(b)と図8(c)は、図8(a)に示す例を、結像光学系の瞳部分領域501を通過する光束と、瞳部分領域502を通過する光束とに、それぞれ分けて示している。図8(b)では、主被写体q1からの光束は、瞳部分領域501を通過して、合焦状態で像P1に結像する。それぞれの光束は、撮像素子107の異なる画素の副画素201により受光されて、第1視点画像が生成される。 FIG. 8A shows an in-focus image P1 of the main subject q1. Further, FIGS. 8 (b) and 8 (c) show the example shown in FIG. 8 (a) as a light flux passing through the pupil region 501 of the imaging optical system and a light flux passing through the pupil region 502. , Each is shown separately. In FIG. 8B, the luminous flux from the main subject q1 passes through the pupil portion region 501 and is imaged on the image P1 in the focused state. Each light flux is received by the sub-pixels 201 of different pixels of the image sensor 107, and a first viewpoint image is generated.
一方、図8(c)では、主被写体q1からの光束は、瞳部分領域502を通過して、合焦状態で像P1に結像する。それぞれの光束は、撮像素子107の各画素の副画素202で受光されて、第2視点画像が生成される。 On the other hand, in FIG. 8C, the luminous flux from the main subject q1 passes through the pupil portion region 502 and is imaged on the image P1 in the focused state. Each light flux is received by the sub-pixel 202 of each pixel of the image sensor 107, and a second viewpoint image is generated.
次に、深度変更処理部155が、第1視点画像と第2視点画像とを、加算比率を変更して合成画像を生成する処理について説明する。なお、深度変更処理部155には、上述した第1視点画像と第2視点画像とが入力される。座標(j,i)における第1視点画像の画素値をA(j,i)、座標(j,i)における第2視点画像の画素値をB(j,i)と表記する
第1ステップとして、深度変更処理部155は、深度変更を行う所定領域R=[j1,j2]×[i1,i2]と所定領域の境界幅σとを設定した上で、式(1)に従って所定領域Rと所定領域の境界幅σに応じたテーブル関数T(j、i)を算出する。
Next, a process in which the depth change processing unit 155 changes the addition ratio of the first viewpoint image and the second viewpoint image to generate a composite image will be described. The depth change processing unit 155 is input with the above-mentioned first viewpoint image and second viewpoint image. As the first step, the pixel value of the first viewpoint image at the coordinates (j, i) is expressed as A (j, i), and the pixel value of the second viewpoint image at the coordinates (j, i) is expressed as B (j, i). , The depth change processing unit 155 sets the predetermined area R = [j1, j2] × [i1, i2] for changing the depth and the boundary width σ of the predetermined area, and then sets the predetermined area R according to the equation (1). The table function T (j, i) corresponding to the boundary width σ of the predetermined region is calculated.
なお、テーブル関数T(j、i)は、所定領域Rの内側で1、所定領域Rの外側で0となる関数であり、所定領域Rの境界幅σで1から0に概ね連続的に変化する。なお、深度変更処理部155は、必要に応じて、所定領域を円形やその他の任意の形状としてもよく、また、複数の所定領域及び複数の境界幅を設定してもよい。 The table function T (j, i) is a function that becomes 1 inside the predetermined region R and 0 outside the predetermined region R, and changes substantially continuously from 1 to 0 at the boundary width σ of the predetermined region R. To do. The depth change processing unit 155 may make the predetermined region a circular shape or any other shape, if necessary, or may set a plurality of predetermined regions and a plurality of boundary widths.
第2ステップとして、深度変更処理部155は、実係数w(−1≦w≦1)を用いて、式(2A)に従う、第1視点画像A(j,i)の第1重み係数Wa(j,i)を算出する。また、深度変更処理部155は、式(2B)に従う、第2視点画像B(j,i)の第2重み係数Wb(j,i)を算出する。 As a second step, the depth change processing unit 155 uses the actual coefficient w (-1 ≦ w ≦ 1) and follows the equation (2A), and the first weight coefficient Wa (1 ≦ w ≦ 1) of the first viewpoint image A (j, i) Calculate j and i). Further, the depth change processing unit 155 calculates the second weighting coefficient Wb (j, i) of the second viewpoint image B (j, i) according to the equation (2B).
第3ステップとして、深度変更処理部155は、第1視点画像A(j,i)と、第2視点画像B(j,i)と、第1重み係数Wa(j,i)と、第2重み係数Wb(j,i)とを用いて、式(3)に従って出力画像I(j,i)を生成する。 As a third step, the depth change processing unit 155 includes the first viewpoint image A (j, i), the second viewpoint image B (j, i), the first weighting coefficient Wa (j, i), and the second. The output image I (j, i) is generated according to the equation (3) using the weighting coefficient Wb (j, i).
このように、深度変更処理部155は、出力画像の領域に応じて連続的に変化する重み係数を用いて、複数の視点画像毎に重み係数をかけて合成し、深度を変更した出力画像を生成する。 In this way, the depth change processing unit 155 uses the weighting coefficient that continuously changes according to the area of the output image, multiplies the weighting coefficient for each of the plurality of viewpoint images, synthesizes the output image, and changes the depth. Generate.
なお、ユーザの指定に応じて重み係数(即ち加算比率)を変更した出力画像を生成する方法を後述するが、深度変更処理を行う所定領域をユーザが指定するようにしてもよい。 A method of generating an output image in which the weighting coefficient (that is, the addition ratio) is changed according to the user's specification will be described later, but the user may specify a predetermined area for performing the depth change process.
(瞳ずれに対する深度変更処理)
次に、撮像素子107の周辺像高における瞳ずれについて説明する。図9(a)〜(c)は、各画素の副画素201と副画素202がそれぞれ受光する瞳部分領域501,502と、結像光学系の射出瞳400との関係を示している。
(Depth change processing for pupil deviation)
Next, the pupil shift in the peripheral image height of the image sensor 107 will be described. 9 (a) to 9 (c) show the relationship between the pupil portion regions 501 and 502 that the sub-pixel 201 and the sub-pixel 202 of each pixel receive light, and the exit pupil 400 of the imaging optical system.
図9(a)は、結像光学系の射出瞳距離Dlと撮像素子107の設定瞳距離Dsが同じ場合を示している。この場合、結像光学系の射出瞳400は、中央像高の場合も周辺像高の場合も同様に、瞳部分領域501と瞳部分領域502によって概ね均等に瞳分割される。 FIG. 9A shows a case where the exit pupil distance Dl of the imaging optical system and the set pupil distance Ds of the image sensor 107 are the same. In this case, the exit pupil 400 of the imaging optical system is divided into pupils substantially evenly by the pupil region 501 and the pupil region 502 in both the central image height and the peripheral image height.
これに対して、図9(b)は、結像光学系の射出瞳距離Dlが撮像素子107の設定瞳距離Dsより短い場合を示している。この場合、周辺像高では、結像光学系の射出瞳400が、瞳部分領域501と瞳部分領域502によって不均一に瞳分割される。図9(b)の例では、瞳部分領域501に対応した第1視点画像の実効絞り値が、瞳部分領域502に対応した第2視点画像の実効絞り値より小さい(明るい)値となる。反対側の像高(不図示)では、逆に、瞳部分領域501に対応した第1視点画像の実効絞り値が、瞳部分領域502に対応した第2視点画像の実効絞り値より大きい(暗い)値となる。 On the other hand, FIG. 9B shows a case where the exit pupil distance Dl of the imaging optical system is shorter than the set pupil distance Ds of the image sensor 107. In this case, at the peripheral image height, the exit pupil 400 of the imaging optical system is non-uniformly divided by the pupil region 501 and the pupil region 502. In the example of FIG. 9B, the effective aperture value of the first viewpoint image corresponding to the pupil portion region 501 is smaller (brighter) than the effective aperture value of the second viewpoint image corresponding to the pupil portion region 502. On the opposite side of the image height (not shown), on the contrary, the effective aperture value of the first viewpoint image corresponding to the pupil region 501 is larger than the effective aperture value of the second viewpoint image corresponding to the pupil region 502 (dark). ) Value.
図9(c)は、結像光学系の射出瞳距離Dlが撮像素子107の設定瞳距離Dsより長い場合である。この場合も、周辺像高では、結像光学系の射出瞳400が、瞳部分領域501と瞳部分領域502によって不均一に瞳分割される。図9(c)の例では、瞳部分領域501に対応した第1視点画像の実効絞り値が、瞳部分領域502に対応した第2視点画像の実効絞り値より大きい(暗い)値となる。反対側の像高(不図示)では、逆に、瞳部分領域501に対応した第1視点画像の実効絞り値が、瞳部分領域502に対応した第2視点画像の実効絞り値より小さい(明るい)値となる。 FIG. 9C shows a case where the exit pupil distance Dl of the imaging optical system is longer than the set pupil distance Ds of the image sensor 107. Also in this case, at the peripheral image height, the exit pupil 400 of the imaging optical system is non-uniformly divided by the pupil region 501 and the pupil region 502. In the example of FIG. 9C, the effective aperture value of the first viewpoint image corresponding to the pupil portion region 501 is larger (darker) than the effective aperture value of the second viewpoint image corresponding to the pupil portion region 502. On the opposite side of the image height (not shown), on the contrary, the effective aperture value of the first viewpoint image corresponding to the pupil region 501 is smaller than the effective aperture value of the second viewpoint image corresponding to the pupil region 502 (bright). ) Value.
即ち、瞳ずれにより周辺像高で瞳分割が不均一になることに伴って、第1視点画像と第2視点画像の実効絞り値も不均一になる。このため、第1視点画像と第2視点画像のいずれかのボケの広がり方が大きくなり、他方のボケの広がり方が小さくなる。 That is, as the pupil division becomes non-uniform at the peripheral image height due to the pupil shift, the effective aperture values of the first viewpoint image and the second viewpoint image also become non-uniform. For this reason, the degree of blurring of either the first viewpoint image or the second viewpoint image becomes large, and the way of spreading the other blur becomes small.
各撮像素子の位置毎で、実際の絞り値(実効絞り値)は異なる。図10(a)のように、単枠によるケラレが発生した場合は、各撮像素子の位置毎で絞り値の変化は無い。しかし、図10(b)のように、実際のレンズでは複数枠があり、実際の絞り値は複数の枠ケラレの結果により変化する。このレンズによるケラレが発生すると、撮像素子の端の像高に向うに従って光量の落ち込み(周辺光量落ち)が発生することが一般的に知られている。この周辺光量落ちはレンズ毎固有の値のため、レンズ毎に周辺光量落ち情報を記憶し、撮影後に補正する機能を有するカメラは多数存在している。この周辺光量落ち情報を用いれば、光量が落ちた分だけレンズ枠によるケラレが発生していることが分かる。そのため、周辺光量落ち情報を用いることで、撮像素子の像高毎の実効絞り値を予測することができる。 The actual aperture value (effective aperture value) differs depending on the position of each image sensor. As shown in FIG. 10A, when eclipse occurs due to a single frame, the aperture value does not change for each position of each image sensor. However, as shown in FIG. 10B, the actual lens has a plurality of frames, and the actual aperture value changes depending on the result of the plurality of frame eclipses. It is generally known that when eclipse occurs due to this lens, the amount of light drops (peripheral light amount drop) toward the image height at the edge of the image sensor. Since this peripheral light falloff is a value unique to each lens, there are many cameras having a function of storing peripheral light falloff information for each lens and correcting it after shooting. By using this peripheral light falloff information, it can be seen that eclipse due to the lens frame occurs as much as the light falloff. Therefore, the effective aperture value for each image height of the image sensor can be predicted by using the peripheral illumination falloff information.
ある撮像素子の像高(x,y)における周辺光量落ち情報V(x,y)の時の実効絞り値Fは、撮影絞り値Fを用いて以下の式(4)にて算出できる。 The effective aperture value F at the peripheral light falloff information V (x, y) at the image height (x, y) of a certain image sensor can be calculated by the following equation (4) using the photographing aperture value F.
ここで、f(V(x,y))は、V(x,y)を用いた関数である。f(V(x,y))は、レンズによるケラレの形状に応じて最適な関数形が異なるため、レンズ毎で適した関数を用いる必要がある。以下に、ケラレの形状が円形に近い場合(式(5))と、楕円に近い場合(式(6))とを示す。 Here, f (V (x, y)) is a function using V (x, y). Since the optimum function form of f (V (x, y)) differs depending on the shape of the keratin by the lens, it is necessary to use a function suitable for each lens. The following shows a case where the shape of the kerare is close to a circle (Equation (5)) and a case where the shape is close to an ellipse (Equation (6)).
上式は略式な形式で表現した場合であるが、高精度化を目指し、関数形は複数考えられる。周辺光量落ち情報を用いて実効絞り値を算出できることは式(4)にて示した通りであり、本件の関数形は式(5)、式(6)に限らなくても良い。 The above equation is an abbreviated form, but with the aim of improving accuracy, multiple functional forms can be considered. The effective aperture value can be calculated using the peripheral illumination drop information as shown in the equation (4), and the functional form of this case does not have to be limited to the equations (5) and (6).
以上により、第1視点画像と第2視点画像の周辺光量落ち情報から絞り値を算出することで、各視点画像の絞り値の大小関係を求めることができる。 From the above, by calculating the aperture value from the peripheral light falloff information of the first viewpoint image and the second viewpoint image, it is possible to obtain the magnitude relationship of the aperture value of each viewpoint image.
(被写界深度変更処理)
次に、再び図9を参照して、深度変更処理部155のよる被写界深度変更処理について説明する。上述したように、図9(a)において瞳部分領域501を通過した像が第1視点画像、瞳部分領域502を通過した像が第2視点画像である。各視点画像は、図9からも明らかなように、本来の瞳領域の半分を通過して得られる画像であるため、水平方向2分割の瞳分割領域の場合には、水平方向の絞り径が半分となる。このため、水平方向の被写界深度は4倍になる。一方、本実施形態では、垂直方向に瞳分割した構成ではないため、垂直方向の被写界深度の変化はない。従って、第1視点画像又は第2視点画像は、第1視点画像と第2視点画像とを合成した画像(A+B像)の被写界深度に対して、縦横平均としては2倍の被写界深度を有する画像となる。
(Depth of field change processing)
Next, with reference to FIG. 9 again, the depth of field change processing by the depth change processing unit 155 will be described. As described above, in FIG. 9A, the image that has passed through the pupil region 501 is the first viewpoint image, and the image that has passed through the pupil region 502 is the second viewpoint image. As is clear from FIG. 9, each viewpoint image is an image obtained by passing through half of the original pupil region. Therefore, in the case of the pupil division region divided into two in the horizontal direction, the aperture diameter in the horizontal direction is large. It will be halved. Therefore, the depth of field in the horizontal direction is quadrupled. On the other hand, in the present embodiment, since the pupil is not divided in the vertical direction, there is no change in the depth of field in the vertical direction. Therefore, the first-viewpoint image or the second-viewpoint image has a depth of field that is twice as long and horizontal as the depth of field of the image (A + B image) obtained by combining the first-viewpoint image and the second-viewpoint image. The image has a depth.
このように、深度変更処理部155は、第1視点画像又は第2視点画像の加算比率を1:1以外に変更して合成画像を生成することにより、被写界深度を変更した画像を生成することができる。深度変更する領域は、所定領域をユーザの指定に応じて処理するようにしてもよい。なお、視点画像から生成された合成画像は、深度変更処理部155から出力されると、上述した現像処理が適用され、現像処理の適用された画像として画像処理部125から出力される。 In this way, the depth change processing unit 155 generates an image in which the depth of field is changed by changing the addition ratio of the first viewpoint image or the second viewpoint image to other than 1: 1 and generating a composite image. can do. As the area for changing the depth, a predetermined area may be processed according to the user's specification. When the composite image generated from the viewpoint image is output from the depth change processing unit 155, the above-mentioned development processing is applied, and the composite image is output from the image processing unit 125 as an image to which the development processing is applied.
(像面移動量変換係数)
図11は、デジタルカメラ100において、撮影光学系の射出瞳面と、像高ゼロ付近(即ち、像面中央近傍)に配置された撮像素子107の光電変換部の、共役関係を説明する図である。撮像素子107内の光電変換部と撮影光学系の射出瞳面は、オンチップマイクロレンズによって共役関係となるように設計される。そして、撮影光学系の射出瞳は、一般的に光量調節用の虹彩絞りが置かれる面とほぼ一致する。一方、本実施形態の撮影光学系は、変倍機能を有したズームレンズであるが、光学タイプによっては変倍操作を行うと、射出瞳の像面からの距離や大きさが変化する。図11における撮影光学系は、焦点距離が広角端と望遠端の中間、即ちMiddleの状態を示している。これを標準的な射出瞳距離Zepと仮定して、オンチップマイクロレンズの形状や、像高(X、Y座標)に応じた偏心パラメータの最適設計がなされる。
(Image plane movement conversion coefficient)
FIG. 11 is a diagram illustrating a conjugate relationship between the exit pupil surface of the photographing optical system and the photoelectric conversion unit of the image sensor 107 arranged near zero image height (that is, near the center of the image surface) in the digital camera 100. is there. The photoelectric conversion unit in the image sensor 107 and the exit pupil surface of the photographing optical system are designed to have a conjugate relationship by an on-chip microlens. The exit pupil of the photographing optical system generally coincides with the surface on which the iris diaphragm for adjusting the amount of light is placed. On the other hand, the photographing optical system of the present embodiment is a zoom lens having a scaling function, but depending on the optical type, the distance and size of the exit pupil from the image plane change when the scaling operation is performed. The photographing optical system in FIG. 11 shows a state in which the focal length is between the wide-angle end and the telephoto end, that is, Middle. Assuming this is the standard exit pupil distance Zep, the optimum design of the eccentricity parameter according to the shape of the on-chip microlens and the image height (X, Y coordinates) is made.
図11(a)には、第1レンズ群101、第1レンズ群101を保持する鏡筒部材101b、第3レンズ群105、第3レンズ群105を保持する鏡筒部材105bが図示されている。また、シャッタ102、シャッタ102の絞り開放時の開口径を規定する開口板102a、シャッタ102の絞り込み時の開口径を調節するための絞り羽根102bも図示されている。なお、撮影光学系を通過する光束の制限部材として作用する鏡筒部材101b、開口板102a、絞り羽根102b、及び鏡筒部材105bは、像面から観察した場合の光学的な虚像を示している。また、シャッタ102の近傍における合成開口をレンズの射出瞳と定義し、前述したように像面からの距離をZepとしている。 FIG. 11A shows a lens barrel member 101b that holds the first lens group 101 and the first lens group 101, and a lens barrel member 105b that holds the third lens group 105 and the third lens group 105. .. Further, the shutter 102, the opening plate 102a that defines the opening diameter of the shutter 102 when the aperture is opened, and the aperture blade 102b for adjusting the opening diameter of the shutter 102 when the aperture is closed are also shown. The lens barrel member 101b, the aperture plate 102a, the diaphragm blade 102b, and the lens barrel member 105b, which act as limiting members for the light flux passing through the photographing optical system, show an optical virtual image when observed from the image plane. .. Further, the synthetic aperture in the vicinity of the shutter 102 is defined as the exit pupil of the lens, and the distance from the image plane is defined as Zep as described above.
被写体像を光電変換するための画素は、最下層より、光電変換部301及び302、配線層303a〜303c、カラーフィルタ306、及びマイクロレンズ305の各部材で構成される。そして、2つの光電変換部は、マイクロレンズ305によって撮影光学系の射出瞳面に投影される。また別の言い方をすれば、撮影光学系の射出瞳が、マイクロレンズ305を介して、光電変換部の表面に投影されることになる。 The pixels for photoelectrically converting the subject image are composed of the photoelectric conversion units 301 and 302, the wiring layers 303a to 303c, the color filter 306, and the microlens 305 from the bottom layer. Then, the two photoelectric conversion units are projected onto the exit pupil surface of the photographing optical system by the microlens 305. In other words, the exit pupil of the photographing optical system is projected onto the surface of the photoelectric conversion unit via the microlens 305.
図11(b)は、撮影光学系の射出瞳面上における、光電変換部の投影像を示したもので、光電変換部301及び302に対する投影像は各々EP1a及びEP1bとなる。EP1aが第1視点画像、EP1bが第2視点画像の投影像に対応する。 FIG. 11B shows a projected image of the photoelectric conversion unit on the exit pupil surface of the photographing optical system, and the projected images on the photoelectric conversion units 301 and 302 are EP1a and EP1b, respectively. EP1a corresponds to the first viewpoint image and EP1b corresponds to the projected image of the second viewpoint image.
ここで、シャッタ102が開放(例えばF2.8)の場合、撮影光学系を通過する光束の最外部をL(F2.8)で示すが、上記投影像EP1a及びEP1bは、絞り開口でけられることが無い。一方、シャッタ102が小絞り(例えばF5.6)の場合、撮影光学系を通過する光束の最外部をL(F5.6)で示すが、上記投影像EP1a及びEP1bの外側は絞り開口でけられる。但し、像面中央では、各投影像EP1a及びEP1dのけられ状態は光軸に対して対称となり、光電変換部301及び302が受光する光量は等しい。 Here, when the shutter 102 is open (for example, F2.8), the outermost part of the light flux passing through the photographing optical system is indicated by L (F2.8), but the projected images EP1a and EP1b are cut off at the aperture opening. There is nothing. On the other hand, when the shutter 102 has a small aperture (for example, F5.6), the outermost part of the luminous flux passing through the photographing optical system is indicated by L (F5.6), but the outside of the projected images EP1a and EP1b is the aperture opening. Be done. However, at the center of the image plane, the eclipsed states of the projected images EP1a and EP1d are symmetrical with respect to the optical axis, and the amount of light received by the photoelectric conversion units 301 and 302 is equal.
図11(c)は、図11(b)のA−A断面における受光特性で、横軸は撮影光学系の射出瞳面における水平座標、縦軸は光電変換部の受光効率を表わす。図11(a)において、画素内に配置された光電変換部はマイクロレンズにより、撮影光学系の射出瞳と共役関係にあると説明した。これは、射出瞳面上における撮影光学系の射出瞳TL2(図11(b))と光電変換部の投影像EPの共通領域を通過する光束のみが、光電変換部に到達することを意味する。従って、上記投影像は撮影光学系の射出瞳面上に配置された画素固有の開口絞りに相当し、図11(c)の縦軸は各開口絞りの透過率分布になる。そしてこの透過率分布は、光電変換部の光束受光効率と見なすことができる。この光束受光効率の分布特性を便宜上「瞳強度分布」と称することにする。 11 (c) shows the light receiving characteristics in the AA cross section of FIG. 11 (b), the horizontal axis represents the horizontal coordinates on the exit pupil surface of the photographing optical system, and the vertical axis represents the light receiving efficiency of the photoelectric conversion unit. In FIG. 11A, it was explained that the photoelectric conversion unit arranged in the pixel has a conjugate relationship with the exit pupil of the photographing optical system by the microlens. This means that only the luminous flux passing through the common region of the exit pupil TL2 (FIG. 11 (b)) of the photographing optical system and the projected image EP of the photoelectric conversion unit on the exit pupil surface reaches the photoelectric conversion unit. .. Therefore, the projected image corresponds to a pixel-specific aperture diaphragm arranged on the exit pupil surface of the photographing optical system, and the vertical axis of FIG. 11C is the transmittance distribution of each aperture diaphragm. This transmittance distribution can be regarded as the luminous flux light receiving efficiency of the photoelectric conversion unit. The distribution characteristic of this luminous flux light receiving efficiency will be referred to as "pupil intensity distribution" for convenience.
ここで、マイクロレンズによる投影性能が幾何光学的に無収差であれば、瞳強度分布はゼロもしくは1のいずれか一方の値のみを有するステップ関数となる。しかしながら、各画素の寸法は数μm程度と微小なため、射出瞳面上に投影された光電変換部の像は光の回折により鮮鋭度が低下する。また、通常マイクロレンズは球面レンズであるため、球面収差によっても投影像の鮮鋭度は低下する。そこで、各画素の瞳強度分布もボケを生じ、図11(c)のごとく両端の肩の部分がなまり、かつ裾を引いた形状となる。 Here, if the projection performance by the microlens is geometrically optics-free, the pupil intensity distribution is a step function having only one of zero and one value. However, since the size of each pixel is as small as several μm, the sharpness of the image of the photoelectric conversion unit projected on the exit pupil surface is lowered by the diffraction of light. Further, since the microlens is usually a spherical lens, the sharpness of the projected image is lowered due to spherical aberration. Therefore, the pupil intensity distribution of each pixel also causes blurring, and as shown in FIG. 11C, the shoulder portions at both ends are blunted and the hem is pulled.
次に、瞳強度分布と焦点検出特性の関係について説明する。X軸方向における1対の瞳強度分布において、撮影光学系の射出瞳範囲で切り出された部分の各々の重心の離間量が、位相差式焦点検出システムにおける基線長に相当する。ここでは基線長を、撮影光学系の瞳面上での重心離間量(単位mm)を瞳距離(単位mm)で除した角度θ(単位はラジアン)で定義する。そして、焦点検出時の1対2像の像ずれ量をu(単位はmm)、その時のデフォーカス量をdz(単位はmm)とすると、これらの関係は以下の式(7)及び式(8)で表わされる。 Next, the relationship between the pupil intensity distribution and the focus detection characteristic will be described. In the pair of pupil intensity distributions in the X-axis direction, the amount of separation of the center of gravity of each portion cut out in the exit pupil range of the photographing optical system corresponds to the baseline length in the phase difference type focus detection system. Here, the baseline length is defined by an angle θ (unit is radian) obtained by dividing the amount of separation of the center of gravity (unit: mm) on the pupil surface of the photographing optical system by the pupil distance (unit: mm). Then, assuming that the amount of image shift of the 1: 2 image at the time of focus detection is u (unit is mm) and the amount of defocus at that time is dz (unit is mm), these relationships are related to the following equations (7) and (unit: mm). It is represented by 8).
θ×dz=u ・・・(7)
dz=u×(1/θ)=u×K ・・・(8)
ここで、Kは基線角度θの逆数で定義された係数である。
θ × dz = u ・ ・ ・ (7)
dz = u × (1 / θ) = u × K ・ ・ ・ (8)
Here, K is a coefficient defined by the reciprocal of the baseline angle θ.
上記のKが、本実施形態の像面移動量変換係数である。θは、撮影光学系のFナンバー毎に異なる値をとり、図11(c)では、F2.8とF5.6の基線角度をθ(F2.8)及びθ(F5.6)で示した。式(7)によると、基線角度θが大きいほど、単位デフォーカス量に対する焦点検出像の像ずれ量が大きく、焦点検出精度が高くなる。 The above K is the image plane movement amount conversion coefficient of this embodiment. θ takes a different value for each F number of the photographing optical system, and in FIG. 11C, the baseline angles of F2.8 and F5.6 are indicated by θ (F2.8) and θ (F5.6). .. According to the equation (7), the larger the baseline angle θ, the larger the amount of deviation of the focus detection image with respect to the unit defocus amount, and the higher the focus detection accuracy.
上記と同様に、光電変換部301及び302を足した投影像である投影像EP1a+EP1d(A+B像)と光電変換部301の投影像であるEP1a(第1視点画像)との基線長を、撮影光学系の瞳面上での重心離間量(単位mm)を瞳距離(単位mm)で除した角度θ1(単位はラジアン)で定義する。そして、焦点検出時の1対2像の像ずれ量をu(単位はmm)、その時のデフォーカス量をdz1(単位はmm)とすると、これらの関係は以下の式(9)及び式(10)で表わされる。 In the same manner as described above, the baseline length of the projected image EP1a + EP1d (A + B image), which is a projection image obtained by adding the photoelectric conversion units 301 and 302, and EP1a (first viewpoint image), which is a projection image of the photoelectric conversion unit 301, is photographed. It is defined by the angle θ1 (unit is radian) obtained by dividing the amount of separation of the center of gravity (unit: mm) on the pupil surface of the system by the pupil distance (unit: mm). Then, assuming that the amount of image shift of the 1: 2 image at the time of focus detection is u (unit is mm) and the amount of defocus at that time is dz1 (unit is mm), these relationships are related to the following equations (9) and (unit: mm). It is represented by 10).
θ1×dz1=u ・・・(9)
dz1=u×(1/θ1)=u×K1 ・・・(10)
ここで、K1は基線角度θ1の逆数で定義された係数である。
θ1 × dz1 = u ・ ・ ・ (9)
dz1 = u × (1 / θ1) = u × K1 ・ ・ ・ (10)
Here, K1 is a coefficient defined by the reciprocal of the baseline angle θ1.
K1は、A+B像と第1視点画像の像面移動量変換係数であり、第1の像面移動量変換係数とする。 K1 is an image plane movement amount conversion coefficient of the A + B image and the first viewpoint image, and is used as the first image plane movement amount conversion coefficient.
更に、光電変換部301及び302を足した投影像である投影像EP1a+EP1d(A+B像)と光電変換部302の投影像であるEP1b(第2視点画像)との基線長を、撮影光学系の瞳面上での重心離間量(単位mm)を瞳距離(単位mm)で除した角度θ2(単位はラジアン)で定義する。そして、焦点検出時の1対2像の像ずれ量をu(単位はmm)、その時のデフォーカス量をdz2(単位はmm)とすると、これらの関係は以下の式(11)及び式(12)で表わされる。 Further, the baseline length of the projected image EP1a + EP1d (A + B image) which is the projection image obtained by adding the photoelectric conversion units 301 and 302 and the EP1b (second viewpoint image) which is the projection image of the photoelectric conversion unit 302 is set to the pupil of the photographing optical system. It is defined by the angle θ2 (unit is radian) obtained by dividing the amount of separation of the center of gravity (unit: mm) on the plane by the pupil distance (unit: mm). Then, assuming that the amount of image shift of the 1: 2 image at the time of focus detection is u (unit is mm) and the amount of defocus at that time is dz2 (unit is mm), these relationships are related to the following equations (11) and (unit: mm). It is represented by 12).
θ2×dz2=u ・・・(11)
dz2=u×(1/θ2)=u×K2 ・・・(12)
ここで、K2は基線角度θ2の逆数で定義された係数である。
θ2 × dz2 = u ・ ・ ・ (11)
dz2 = u × (1 / θ2) = u × K2 ・ ・ ・ (12)
Here, K2 is a coefficient defined by the reciprocal of the baseline angle θ2.
K2はA+B像と第2視点画像の像面移動量変換係数であり、第2の像面移動量変換係数とする。 K2 is the image plane movement amount conversion coefficient of the A + B image and the second viewpoint image, and is used as the second image plane movement amount conversion coefficient.
以上から、像面移動量変換係数は基線角度θの逆数になり、基線角度はF値に対応する。基線角度が小さいほどF値が大きい値となる。ここで、A+B像と第1視点画像の像面移動量変換係数である第1の像面移動量変換係数K1と、A+B像と第2視点画像の像面移動量変換係数である第1の像面移動量変換係数K2の値を比較することは、絞り値を比較していることとなる。第1視点画像の絞り値をF1、第2視点画像の絞り値F2とすると、大小関係K1>K2の場合にはF1>F2、K1<K2の場合にはF1<F2の大小関係となる。以上から、A+B像と第1視点画像の像面移動量変換係数K1と、A+B像と第2視点画像の像面移動量変換係数K2との大小関係を比較することで、第1視点画像と第2視点画像の絞り値の大小関係を求めることができる。 From the above, the image plane movement amount conversion coefficient is the reciprocal of the baseline angle θ, and the baseline angle corresponds to the F value. The smaller the baseline angle, the larger the F value. Here, the first image plane movement amount conversion coefficient K1 which is the image plane movement amount conversion coefficient of the A + B image and the first viewpoint image, and the first image plane movement amount conversion coefficient K1 which is the image plane movement amount conversion coefficient of the A + B image and the second viewpoint image. Comparing the values of the image plane movement amount conversion coefficient K2 means comparing the aperture values. Assuming that the aperture value of the first viewpoint image is F1 and the aperture value of the second viewpoint image is F2, the magnitude relationship is F1> F2 when the magnitude relationship K1> K2 and F1 <F2 when K1 <K2. From the above, by comparing the magnitude relationship between the image plane movement conversion coefficient K1 of the A + B image and the first viewpoint image and the image plane movement conversion coefficient K2 of the A + B image and the second viewpoint image, the first viewpoint image can be obtained. It is possible to obtain the magnitude relationship of the aperture value of the second viewpoint image.
像面移動量換算係数は、上記で説明した、瞳、絞り値、射出瞳距離、及び撮像素子の像高の情報が分かれば算出することが可能である。像面移動量変換係数は、予め算出し、デジタルカメラに記憶する、又は、デジタルカメラ100内で演算することで用いることが可能である。 The image plane movement conversion coefficient can be calculated if the information on the pupil, the aperture value, the exit pupil distance, and the image height of the image sensor described above is known. The image plane movement amount conversion coefficient can be calculated in advance and stored in the digital camera, or can be used by calculating in the digital camera 100.
(撮像画像の深度変更操作に係る一連の動作)
次に、図12を参照して、撮像画像の深度変更に係る一連の動作について説明する。なお、図12のフローチャートの処理は、例えば操作部132に含まれるレリーズスイッチ等がユーザによって押下された場合に開始される。また、本フローチャートの各ステップの処理は、特に断らない限り、制御部121が不図示のROMに記憶されたプログラムをRAMの作業用領域に展開して実行すると共に、画像処理部125等の各部を制御することにより実現される。
(A series of operations related to the operation of changing the depth of the captured image)
Next, with reference to FIG. 12, a series of operations related to changing the depth of the captured image will be described. The processing of the flowchart of FIG. 12 is started, for example, when the release switch or the like included in the operation unit 132 is pressed by the user. Further, unless otherwise specified, the control unit 121 expands the program stored in the ROM (not shown) into the work area of the RAM and executes the processing of each step of this flowchart, and each unit such as the image processing unit 125 and the like. It is realized by controlling.
S101で、撮像素子107は、制御部121の指示に応じて撮像を行う。S102で、撮像素子107は、視点画像データを出力する。具体的には、撮像素子107は、上述したA+B像と第1視点画像(A像)とを、1つのファイルフォーマットの視点画像データとして出力する。また、記録媒体133は、撮像素子107から出力された視点画像データを一時的に記憶する。 In S101, the image sensor 107 takes an image according to the instruction of the control unit 121. In S102, the image sensor 107 outputs the viewpoint image data. Specifically, the image sensor 107 outputs the above-mentioned A + B image and the first viewpoint image (A image) as viewpoint image data in one file format. In addition, the recording medium 133 temporarily stores the viewpoint image data output from the image sensor 107.
S103で、画像処理部125は、制御部121の指示に応じて視点画像データを読み込む。例えば、画像処理部125は、記録媒体133に記憶した視点画像データを、画像取得部151を用いて取得する。このとき、画像処理部125は、A+B像からB像を生成して、例えば、左側の視点の画像である第1視点画像(A像)と、右側の視点の画像である第2視点画像(B像)とを取得する。 In S103, the image processing unit 125 reads the viewpoint image data in response to the instruction of the control unit 121. For example, the image processing unit 125 acquires the viewpoint image data stored in the recording medium 133 by using the image acquisition unit 151. At this time, the image processing unit 125 generates a B image from the A + B image, and for example, a first viewpoint image (A image) which is an image of the left viewpoint and a second viewpoint image (A image) which is an image of the right viewpoint ( B image) and is acquired.
S104で、制御部121は、操作部132と画像処理部125とを制御して、後述する深度変更画像処理、即ち、撮像画像に対する深度変更を行う。制御部121は、深度変更画像処理を終えると、本フローチャートの処理を終了する。 In S104, the control unit 121 controls the operation unit 132 and the image processing unit 125 to perform depth change image processing described later, that is, depth change with respect to the captured image. When the control unit 121 finishes the depth change image processing, the control unit 121 ends the processing of this flowchart.
(深度変更画像処理に係る一連の動作)
次に、S104における深度変更画像処理に係る一連の動作について、図13に示すフローチャートを参照して説明する。なお、以下の説明では、被写界深度の変更を行うためのユーザインターフェース(深度変更UI)における操作を示す。
(A series of operations related to depth change image processing)
Next, a series of operations related to the depth change image processing in S104 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. In the following description, operations in the user interface (depth change UI) for changing the depth of field will be shown.
S201で、制御部121は、深度変更UIを備えたユーザインターフェース(UI)と、撮影画像とを表示部131に表示させる。 In S201, the control unit 121 causes the display unit 131 to display the user interface (UI) provided with the depth change UI and the captured image.
S202で、制御部121は、操作部132を介して入力されたユーザ操作に基づいて、深度変更を行うかどうかを判定する。制御部121は、入力されたユーザ操作が深度変更を行うことを示す場合、処理をS203へ進める。一方、入力されたユーザ操作が深度変更を行うことを示さない場合、制御部121は、処理をメインフローチャート(図12)に戻す。 In S202, the control unit 121 determines whether or not to change the depth based on the user operation input via the operation unit 132. When the input user operation indicates that the depth is changed, the control unit 121 advances the process to S203. On the other hand, if the input user operation does not indicate that the depth is changed, the control unit 121 returns the process to the main flowchart (FIG. 12).
S203で、制御部121(領域指定手段)は、操作部132を介して撮影画像から深度変更を行う領域を選択するUIを操作するユーザ操作を更に取得する。ここで、表示部131に表示する深度変更UIの一例を、図15に示している。図15(a)の例では、制御部121は、UIを構成する一部の領域1000に画像を表示する。ユーザにより深度変更したい領域(処理対象領域)が選択されると、処理はS204へ進む。 In S203, the control unit 121 (area designating means) further acquires a user operation for operating the UI for selecting an area for which the depth is to be changed from the captured image via the operation unit 132. Here, an example of the depth changing UI displayed on the display unit 131 is shown in FIG. In the example of FIG. 15A, the control unit 121 displays an image in a part of the area 1000 constituting the UI. When the user selects an area (process target area) whose depth is to be changed, the process proceeds to S204.
S204で、制御部121は、操作部132を介して深度変更UIを操作するユーザ操作を更に取得する。深度変更UIは、スライダー1001とスライダーバー1002とを水平方向に配置する。ユーザは、深度変更したい位置へスライダー1001を移動させ、制御部121は、操作情報(深度指定情報)を操作部132を介して取得する。 In S204, the control unit 121 further acquires a user operation for operating the depth change UI via the operation unit 132. In the depth change UI, the slider 1001 and the slider bar 1002 are arranged in the horizontal direction. The user moves the slider 1001 to the position where the depth is to be changed, and the control unit 121 acquires the operation information (depth designation information) via the operation unit 132.
S205で、制御部121は、指定された深度が所定値より大きいかどうかを判定する。指定された深度が所定値より大きい場合、処理はS206へ進み、そうでない場合、処理はS207へ進む。所定値は、第1視点画像の絞り値と第2視点画像の絞り値のうち、小さい(明るい)方の絞り値に対応する被写界深度である。どちらの視点画像の絞り値が小さいかは、前述したように結像光学系の射出瞳距離と撮像素子107の設定瞳距離、撮影絞り値と深度変更を行う像高、周辺光量落ち情報、各視点画像の像面移動量変換係数によって判断することができる。この判断を行うために必要な情報は、予めデジタルカメラ100内に保持しておいてもよいし、デジタルカメラ100がインターネットを介して受信してもよい。 In S205, the control unit 121 determines whether or not the specified depth is greater than a predetermined value. If the specified depth is greater than a predetermined value, the process proceeds to S206, otherwise the process proceeds to S207. The predetermined value is the depth of field corresponding to the smaller (brighter) aperture value of the aperture value of the first viewpoint image and the aperture value of the second viewpoint image. Which viewpoint image has the smaller aperture value depends on the exit pupil distance of the imaging optical system, the set pupil distance of the image sensor 107, the image height for changing the shooting aperture value and depth, and the peripheral illumination drop information. It can be judged by the image plane movement amount conversion coefficient of the viewpoint image. The information necessary for making this determination may be stored in the digital camera 100 in advance, or may be received by the digital camera 100 via the Internet.
S206で、制御部121は、深度(絞り値)の大きい方の視点画像を識別する。そして、制御部121は、深度(絞り値)の大きい方の視点画像の割合を大きくして視点画像の部分領域(S203で指定された領域)の合成を行い、深度変更画像を生成する。前述したように、結像光学系の射出瞳距離と撮像素子107の設定瞳距離、撮影絞り値と深度変更を行う像高、周辺光量落ち情報、各視点画像の像面移動量変換係数によって、第1視点画像の絞り値と第2視点画像の絞り値との大小関係は変化する。指定された深度が所定値より大きい場合、指定された深度の画像を得るためには、絞り値の大きい方の視点画像を主として視点画像の合成を行う必要がある。なお、特定の視点画像を「主として」視点画像の合成を行うということは、この特定の視点画像の割合が最も大きい合成比率で合成を行うということを意味する。 In S206, the control unit 121 identifies the viewpoint image having the larger depth (aperture value). Then, the control unit 121 increases the ratio of the viewpoint image having the larger depth (aperture value), synthesizes a partial region of the viewpoint image (the region designated in S203), and generates a depth change image. As described above, the exit pupil distance of the imaging optical system, the set pupil distance of the image pickup element 107, the image height for changing the shooting aperture value and the depth, the peripheral illumination falloff information, and the image plane movement amount conversion coefficient of each viewpoint image are used. The magnitude relationship between the aperture value of the first viewpoint image and the aperture value of the second viewpoint image changes. When the specified depth is larger than the predetermined value, in order to obtain the image of the specified depth, it is necessary to mainly synthesize the viewpoint image with the larger aperture value. It should be noted that synthesizing the specific viewpoint image "mainly" means that the composition is performed at the composition ratio in which the ratio of the specific viewpoint image is the largest.
S207で、制御部121は、深度(絞り値)の小さい方の視点画像を識別する。そして、制御部121は、深度(絞り値)の小さい方の視点画像の割合を大きくして視点画像の部分領域(S203で指定された領域)の合成を行い、深度変更画像を生成する。なお、深度変更が所定値以下の場合、第1視点画像と第2視点画像のどちらを主として視点画像の合成を行っても、指定された深度の画像を得ることができる。従って、S205及びS207の処理を省略し、指定された深度に関わらずS207の処理を行うようにデジタルカメラ100を構成してもよい。しかしながら、S205及びS207の処理を設けると、深度変更画像のS/N比を向上させることができる。なぜならば、深度(絞り値)の小さい方の視点画像の方が、深度(絞り値)の大きい方の視点画像よりも光量が多く、そのため、一般的にノイズが少ないからである。また、所定値は、小さい(明るい)方の絞り値に対応する被写界深度以下の深度(第1の被写界深度)であればよく、小さい(明るい)方の絞り値に対応する被写界深度に必ずしも一致していなくてもよい。この場合、指定された深度が、絞り値の小さい方の視点画像を主として視点画像の合成を行うことにより実現可能な範囲であっても、指定された深度が所定値を超えていれば、絞り値の大きい方の視点画像を主として視点画像の合成が行われる。 In S207, the control unit 121 identifies the viewpoint image having the smaller depth (aperture value). Then, the control unit 121 increases the ratio of the viewpoint image having the smaller depth (aperture value), synthesizes a partial region of the viewpoint image (the region designated in S203), and generates a depth-changed image. When the depth change is not more than a predetermined value, an image having a specified depth can be obtained regardless of whether the first viewpoint image or the second viewpoint image is mainly combined. Therefore, the processing of S205 and S207 may be omitted, and the digital camera 100 may be configured to perform the processing of S207 regardless of the specified depth. However, if the processing of S205 and S207 is provided, the S / N ratio of the depth-changed image can be improved. This is because the viewpoint image having a smaller depth (aperture value) has a larger amount of light than the viewpoint image having a larger depth (aperture value), and therefore generally has less noise. Further, the predetermined value may be a depth of field equal to or less than the depth of field corresponding to the smaller (brighter) aperture value (first depth of field), and the subject corresponding to the smaller (brighter) aperture value. It does not necessarily have to match the depth of field. In this case, even if the specified depth is within the range that can be realized by synthesizing the viewpoint image mainly with the viewpoint image having the smaller aperture value, if the specified depth exceeds the predetermined value, the aperture is stopped. The viewpoint image is mainly combined with the viewpoint image having the larger value.
S208で、制御部121は、現像処理を行う。現像処理は、図14を用いて後述する。S209で、制御部121は、画像表示を行い、深度変更画像処理を終了し、処理をメインフローチャート(図12)に戻す。 In S208, the control unit 121 performs a developing process. The development process will be described later with reference to FIG. In S209, the control unit 121 displays an image, ends the depth change image processing, and returns the processing to the main flowchart (FIG. 12).
図16は、スライダーバー操作と、第1視点画像及び第2視点画像の合成比率との関係の例を示す図である。図16において、縦軸は各視点画像の割合を示し、横軸はスライダーバーの目盛を示す。スライダーバーの目盛は、「0」が、A+B像の深度に対応し、「10」が、第1視点画像と第2視点画像とのうちの深度が大きい(深い)方の視点画像の深度に対応する。点線は、第1視点画像に対応し、実線は、第2視点画像に対応する。図16(a)は、第1視点画像と第2視点画像の深度(絞り値)が同じ場合を示し、図16(b)は、第2視点画像の方が第1視点画像より深度(絞り値)が大きい場合を示す。 FIG. 16 is a diagram showing an example of the relationship between the slider bar operation and the composition ratio of the first viewpoint image and the second viewpoint image. In FIG. 16, the vertical axis shows the ratio of each viewpoint image, and the horizontal axis shows the scale of the slider bar. As for the scale of the slider bar, "0" corresponds to the depth of the A + B image, and "10" corresponds to the depth of the viewpoint image which is the larger (deeper) of the first viewpoint image and the second viewpoint image. Correspond. The dotted line corresponds to the first viewpoint image, and the solid line corresponds to the second viewpoint image. FIG. 16A shows a case where the depth (aperture value) of the first viewpoint image and the second viewpoint image is the same, and FIG. 16B shows the depth (aperture value) of the second viewpoint image is higher than that of the first viewpoint image. Value) is large.
図16(a)の場合、第1視点画像と第2視点画像のどちらを主として合成を行っても、深度の調整可能範囲やS/N比などに実質的な相違はない。そこで、制御部121は、スライダーバーの目盛の値が増加するにつれて、第1視点画像と第2視点画像とのいずれかの割合を連続的に大きくすることにより、深度を変更する。 In the case of FIG. 16A, there is no substantial difference in the adjustable depth range and the S / N ratio regardless of whether the first viewpoint image or the second viewpoint image is mainly combined. Therefore, the control unit 121 changes the depth by continuously increasing the ratio of either the first viewpoint image or the second viewpoint image as the value of the scale of the slider bar increases.
図16(b)の場合、制御部121は、指定された深度が所定値に到達するまでは、第1視点画像を主として合成を行うことにより、深度を変更する。ここでは、目盛「5」が深度の所定値(即ち、第1視点画像の絞り値)に対応するものとするが、深度の所定値に対応する目盛の値は、第1視点画像の絞り値と第2視点画像の絞り値との比に応じて変化する。指定された深度が所定値を超えると、制御部121は、第2視点画像を主として合成を行うことにより、深度を変更する。 In the case of FIG. 16B, the control unit 121 changes the depth by mainly synthesizing the first viewpoint image until the designated depth reaches a predetermined value. Here, it is assumed that the scale "5" corresponds to the predetermined value of the depth (that is, the aperture value of the first viewpoint image), but the value of the scale corresponding to the predetermined value of the depth is the aperture value of the first viewpoint image. It changes according to the ratio between the aperture value and the aperture value of the second viewpoint image. When the designated depth exceeds a predetermined value, the control unit 121 changes the depth by mainly synthesizing the second viewpoint image.
第1視点画像及び第2視点画像の合成により実現可能な深度(F値)は、周辺光量落ち情報から算出できる。A+B像、第1視点画像、第2視点画像のF値をそれぞれFab、F1、F2とし、光量をそれぞれYab、Y1、Y2として表す。光量は、水平像高x、垂直像高yの関数となり、制御部121は、A+B像、第1視点画像、第2視点画像それぞれについて、シェーディング処理部153を用いて光量の関数の係数を算出する。 The depth (F value) that can be achieved by synthesizing the first viewpoint image and the second viewpoint image can be calculated from the peripheral light falloff information. The F-numbers of the A + B image, the first viewpoint image, and the second viewpoint image are represented as Fab, F1, and F2, respectively, and the amount of light is represented as Yab, Y1, and Y2, respectively. The amount of light is a function of the horizontal image height x and the vertical image height y, and the control unit 121 calculates the coefficient of the light amount function for each of the A + B image, the first viewpoint image, and the second viewpoint image using the shading processing unit 153. To do.
以上から、第1視点画像と第2視点画像のF値は下記の式(13)となる。 From the above, the F-numbers of the first viewpoint image and the second viewpoint image are given by the following equation (13).
第1視点画像の割合をα(0≦α≦1)とした場合のF値をF(α)とすると、下記の式(14)となる。 Assuming that the F value when the ratio of the first viewpoint image is α (0 ≦ α ≦ 1) is F (α), the following equation (14) is obtained.
制御部121は、式(14)に基づき、F(α)=(指定された深度(F値))となるαを算出する。これにより、第1視点画像及び第2視点画像それぞれの割合を求めることができる。そして、制御部121は、前述した式(2A)及び式(2B)に従い、第1視点画像及び第2視点画像それぞれの重み係数Wa及びWbを算出する。なお、式(2A)及び式(2B)において、w=1−2αである。そして、制御部121は、前述した式(3)に従って合成画像を生成することにより、指定された深度の画像を得ることができる。 The control unit 121 calculates α such that F (α) = (designated depth (F value)) based on the equation (14). Thereby, the ratio of each of the first viewpoint image and the second viewpoint image can be obtained. Then, the control unit 121 calculates the weighting coefficients Wa and Wb of the first viewpoint image and the second viewpoint image, respectively, according to the above-mentioned formulas (2A) and (2B). In addition, in the formula (2A) and the formula (2B), w = 1-2α. Then, the control unit 121 can obtain an image of a specified depth by generating a composite image according to the above-mentioned equation (3).
以上のように、第1視点画像と第2視点画像の合成割合に応じたF値を計算することで、図16に示した深度変更を行うことができる。 As described above, the depth can be changed as shown in FIG. 16 by calculating the F value according to the composite ratio of the first viewpoint image and the second viewpoint image.
ところで、前述したように、各視点画像のF値(実効F値)は、像高に応じて変化する。そこで、本実施形態では、以下に詳述する通り、図13のS203において指定された深度変更領域が所定サイズ(閾値)を超える場合、制御部121は、深度変更領域を所定サイズ以下に分割し、分割領域それぞれについて、S205〜S207の処理を行う。 By the way, as described above, the F value (effective F value) of each viewpoint image changes according to the image height. Therefore, in the present embodiment, as described in detail below, when the depth change area specified in S203 of FIG. 13 exceeds a predetermined size (threshold value), the control unit 121 divides the depth change area into a predetermined size or less. , S205 to S207 are performed for each of the divided regions.
図17は、像高と、第1視点画像及び第2視点画像の実効F値との関係の例を示す図である。図17において、縦軸は実効F値、横軸は水平像高を示す。また、実線は第1視点画像に対応し、点線は第2視点画像に対応する。図17の例は、第1視点画像と第2視点画像の深度が像高ごとに異なる場合の例である。 FIG. 17 is a diagram showing an example of the relationship between the image height and the effective F value of the first viewpoint image and the second viewpoint image. In FIG. 17, the vertical axis represents the effective F value and the horizontal axis represents the horizontal image height. The solid line corresponds to the first viewpoint image, and the dotted line corresponds to the second viewpoint image. The example of FIG. 17 is an example in which the depths of the first viewpoint image and the second viewpoint image are different for each image height.
図17の例において、ユーザが所定サイズ以下(閾値以下)の領域(例えば、全像高の水平5%、垂直5%)を深度変更領域として指定した場合を考える。この場合、制御部121は、指定領域に対して第1視点画像と第2視点画像の割合を一律に決定する。これにより、深度変更領域全体に対して実質的に同一の実効F値で深度変更することができる。 In the example of FIG. 17, consider a case where the user designates an area of a predetermined size or less (below a threshold value) (for example, horizontal 5% and vertical 5% of the total image height) as a depth changing area. In this case, the control unit 121 uniformly determines the ratio of the first viewpoint image and the second viewpoint image with respect to the designated area. As a result, the depth can be changed with substantially the same effective F value for the entire depth change area.
ユーザが大きい領域(例えば、全像高の水平80%、垂直80%)を深度変更領域として指定した場合には、制御部121は、指定領域を像高ごとに分割する。そして、制御部121は、指定領域全体が実質的に同一の実効F値となるように、分割領域ごとに第1視点画像と第2視点画像の割合を決定する。図17の例では、指定された深度が所定値以下であれば、制御部121は、中央像高は第1視点画像又は第2視点画像の割合を大きくし、右像高では第1視点画像の割合を大きくし、左像高では第2視点画像の割合を大きくする。 When the user designates a large area (for example, 80% horizontal and 80% vertical of the total image height) as the depth changing area, the control unit 121 divides the designated area for each image height. Then, the control unit 121 determines the ratio of the first viewpoint image and the second viewpoint image for each divided area so that the entire designated area has substantially the same effective F value. In the example of FIG. 17, if the specified depth is equal to or less than a predetermined value, the control unit 121 increases the ratio of the first viewpoint image or the second viewpoint image in the center image height, and increases the ratio of the first viewpoint image in the right image height. The ratio of the second viewpoint image is increased at the left image height.
(現像処理に係る一連の動作)
次に、S208における現像処理について、図14を参照して説明する。S301で、制御部121は、白の領域のR,G,Bが等色になるようにR,G,Bの各色にゲインをかけてホワイトバランス処理を行う。S302で、制御部121は、デモザイキング処理を行う。具体的には、制御部121は、入力画像に対して、それぞれの規定方向で補間を行って、その後方向選択を行うことにより、各画素について補間処理結果としてR、G,Bの3原色のカラー画像信号を生成する。
(A series of operations related to development processing)
Next, the development process in S208 will be described with reference to FIG. In S301, the control unit 121 applies a gain to each color of R, G, and B so that R, G, and B in the white region have the same color, and performs white balance processing. In S302, the control unit 121 performs a demosiking process. Specifically, the control unit 121 interpolates the input image in each specified direction, and then selects the direction, so that the interpolation processing result for each pixel is the three primary colors of R, G, and B. Generate a color image signal.
S303で、制御部121は、ガンマ処理を行う。S304で、制御部121は、画像の見栄えを改善するためのノイズ低減、彩度強調、色相補正、エッジ強調といった各種の色調整処理を行う。S305で、制御部121は、S304において色調整されたカラー画像信号をJPEG等の所定の方式で圧縮処理して、圧縮された画像データを生成する。S306で、制御部121は、S305において生成された画像データを、記録媒体133に記録する。その後、処理は図13のフローチャートに戻る。 In S303, the control unit 121 performs gamma processing. In S304, the control unit 121 performs various color adjustment processes such as noise reduction, saturation enhancement, hue correction, and edge enhancement for improving the appearance of the image. In S305, the control unit 121 compresses the color-adjusted color image signal in S304 by a predetermined method such as JPEG to generate compressed image data. In S306, the control unit 121 records the image data generated in S305 on the recording medium 133. After that, the process returns to the flowchart of FIG.
以上説明したように、第1の実施形態によれば、デジタルカメラ100は、ユーザにより指定された深度に応じた合成割合で、第1視点画像と第2視点画像とを合成する。このように、本実施形態のデジタルカメラ100は、絞り値の相違を利用して合成画像の被写界深度を調整する。 As described above, according to the first embodiment, the digital camera 100 synthesizes the first viewpoint image and the second viewpoint image at a synthesis ratio according to the depth specified by the user. As described above, the digital camera 100 of the present embodiment adjusts the depth of field of the composite image by utilizing the difference in the aperture value.
[第2の実施形態]
第1の実施形態では、図3に示すように、撮像素子107の各画素が水平方向に2分割されているものとして説明を行った。しかしながら、画素の分割の形態は、図3に示すものに限定されない。第2の実施形態では、撮像素子107の各画素が水平方向と垂直方向とにそれぞれ2分割された構成について説明する。デジタルカメラ100のその他の構成は、第1の実施形態と概ね同様である。以下、主に第1の実施形態と異なる点について説明する。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, as shown in FIG. 3, each pixel of the image pickup device 107 has been described as being divided into two in the horizontal direction. However, the form of pixel division is not limited to that shown in FIG. In the second embodiment, a configuration in which each pixel of the image pickup device 107 is divided into two in the horizontal direction and the vertical direction will be described. Other configurations of the digital camera 100 are substantially the same as those of the first embodiment. Hereinafter, the points different from the first embodiment will be mainly described.
図18は、第2の実施形態に係る、撮像素子107の画素及び副画素の配列について説明する図である。図18は、本実施形態の撮像素子107について、画素の配列を4列×4行の範囲で、副画素の配列を8列×8行の範囲で示している。 FIG. 18 is a diagram illustrating an arrangement of pixels and sub-pixels of the image sensor 107 according to the second embodiment. FIG. 18 shows, for the image sensor 107 of the present embodiment, the pixel arrangement is shown in the range of 4 columns × 4 rows, and the sub-pixel arrangement is shown in the range of 8 columns × 8 rows.
本実施形態において、図18に示す2列×2行の画素群200では、R(赤)の分光感度を有する画素200Rが左上に、G(緑)の分光感度を有する画素200Gが右上と左下に、B(青)の分光感度を有する画素200Bが右下にそれぞれ配置されている。更に、各画素は2列×2行に配列された副画素221から副画素224により構成される。 In the present embodiment, in the pixel group 200 of 2 columns × 2 rows shown in FIG. 18, the pixel 200R having the spectral sensitivity of R (red) is on the upper left, and the pixel 200G having the spectral sensitivity of G (green) is on the upper right and lower left. Pixels 200B having a spectral sensitivity of B (blue) are arranged at the lower right. Further, each pixel is composed of sub-pixels 221 to sub-pixels 224 arranged in 2 columns × 2 rows.
撮像素子107は、図18に示す4列×4行の画素(8列×8行の副画素)を面上に多数配置して、撮像画像(或いは視点画像)の取得を可能としている。撮像素子107は、例えば、画素の配置される周期Pが4μm、画素数Nが横5575列×縦3725行=約2075万画素、副画素の周期PSが2μm、副画素数NSが横11150列×縦7450行=約8300万画素である。 The image pickup device 107 arranges a large number of pixels of 4 columns × 4 rows (sub-pixels of 8 columns × 8 rows) shown in FIG. 18 on a surface to enable acquisition of an image pickup image (or a viewpoint image). In the image sensor 107, for example, the period P in which pixels are arranged is 4 μm, the number of pixels N is 5575 columns in width × 3725 rows in length = about 20.75 million pixels, the period PS of sub-pixels is 2 μm, and the number of sub-pixels NS is 11150 columns in width. × Vertical 7450 lines = about 83 million pixels.
図19を参照して、図18に示した画素200Gの構造をより詳細に説明する。図19(a)は、画素200Gを撮像素子107の受光面側(+z側)から見た平面図を、図19(b)は、図19(a)のa−a断面を−y側から見た断面図を、それぞれ示している。図19(a)に示すように、本実施形態の画素200Gでは、x方向にNH分割(2分割)、y方向にNV分割(2分割)された光電変換部301〜304が形成される。光電変換部301〜304は、それぞれ副画素221〜224に対応する。 The structure of the pixel 200G shown in FIG. 18 will be described in more detail with reference to FIG. 19 (a) is a plan view of the pixel 200G viewed from the light receiving surface side (+ z side) of the image sensor 107, and FIG. 19 (b) is a cross-sectional view taken along the line aa of FIG. 19 (a) from the −y side. The cross-sectional views seen are shown respectively. As shown in FIG. 19A, in the pixel 200G of the present embodiment, the photoelectric conversion units 301 to 304 which are NH-divided (divided into two) in the x direction and NV-divided (divided into two) in the y direction are formed. The photoelectric conversion units 301 to 304 correspond to the sub-pixels 221 to 224, respectively.
本実施形態では、第1視点画像は、各画素の副画素201の受光信号を集めて生成される。同様に、第2視点画像は、各画素の副画素202の受光信号を、第3視点画像は、各画素の副画素203の受光信号を、第4視点画像は、各画素の副画素204の受光信号を集めて、それぞれ生成される。なお、本実施形態では、第1視点画像から第4視点画像は、それぞれ、ベイヤー配列の画像であり、必要に応じて、第1視点画像から第4視点画像に、デモザイキング処理を行ってもよい。 In the present embodiment, the first viewpoint image is generated by collecting the light receiving signals of the sub-pixel 201 of each pixel. Similarly, the second viewpoint image is the light receiving signal of the sub pixel 202 of each pixel, the third viewpoint image is the light receiving signal of the sub pixel 203 of each pixel, and the fourth viewpoint image is the light receiving signal of the sub pixel 204 of each pixel. The received signals are collected and generated respectively. In the present embodiment, the first-viewpoint image to the fourth-viewpoint image are images of the Bayer array, respectively, and even if the first-viewpoint image to the fourth-viewpoint image are demosized as necessary. Good.
j、iを整数として、撮像素子107の行方向j番目、列方向i番目の位置を(j,i)、位置(j,i)の画素の第1視点画像をA(j,i)、第2視点画像をB(j,i)、第3視点画像をC(j,i)、第4視点画像をD(j,i)とする。このとき、撮像画像Iは、I(j,i)=A(j,i)+B(j,i)+C(j,i)+D(j,i)である。 With j and i as integers, the j-th position in the row direction and the i-th position in the column direction of the image sensor 107 are (j, i), and the first viewpoint image of the pixel at the position (j, i) is A (j, i). Let the second viewpoint image be B (j, i), the third viewpoint image be C (j, i), and the fourth viewpoint image be D (j, i). At this time, the captured image I is I (j, i) = A (j, i) + B (j, i) + C (j, i) + D (j, i).
(深度変更処理)
深度変更処理部155は、実係数w(−1≦w≦1)として、式(15A)〜式(15D)に従って各視点画像の重み係数をそれぞれ算出する。
(Depth change processing)
The depth change processing unit 155 calculates the weighting coefficient of each viewpoint image according to the equations (15A) to (15D) with the actual coefficient w (-1 ≦ w ≦ 1).
ここで、Wa(j,i)は第1視点画像A(j,i)の第1重み係数、Wb(j,i)は第2視点画像B(j,i)の第2重み係数である。また、Wc(j,i)は第3視点画像C(j,i)の第3重み係数、Wd(j,i)は第4視点画像D(j,i)の第4重み係数である。また、Wa+Wb+Wc+Wd=0である。 Here, Wa (j, i) is the first weighting coefficient of the first viewpoint image A (j, i), and Wb (j, i) is the second weighting coefficient of the second viewpoint image B (j, i). .. Further, Wc (j, i) is the third weighting coefficient of the third viewpoint image C (j, i), and Wd (j, i) is the fourth weighting coefficient of the fourth viewpoint image D (j, i). Further, Wa + Wb + Wc + Wd = 0.
深度変更処理部155は、各視点画像と対応する重み係数から、式(16)に従って出力画像I(j,i)を生成する。 The depth change processing unit 155 generates an output image I (j, i) according to the equation (16) from the weighting coefficient corresponding to each viewpoint image.
なお、Wa,Wb,Wc,Wdの決定方法は、第1の実施形態におけるWa,Wbの決定方法と同様であり、式(14)を、4つの視点画像の場合に拡張すればよい。 The method for determining Wa, Wb, Wc, and Wd is the same as the method for determining Wa and Wb in the first embodiment, and the equation (14) may be extended to the case of four viewpoint images.
[その他の実施形態]
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
[Other Embodiments]
The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiment to a system or device via a network or storage medium, and one or more processors in the computer of the system or device reads and executes the program. It can also be realized by the processing to be performed. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.
100…デジタルカメラ、107…撮像素子、121…制御部、125…画像処理部、131…表示部、132…操作部、133…記録媒体 100 ... Digital camera, 107 ... Image sensor, 121 ... Control unit, 125 ... Image processing unit, 131 ... Display unit, 132 ... Operation unit, 133 ... Recording medium
Claims (9)
被写界深度を指定する深度指定手段と、
前記複数の視点画像の光学情報に基づいて、部分領域における各視点画像の絞り値を判定する判定手段と、
前記指定された被写界深度及び前記判定された絞り値に基づく合成比率で、前記複数の視点画像の前記部分領域を合成することにより、前記指定された被写界深度の合成画像を生成する生成手段と、
を備えることを特徴とする画像処理装置。 An acquisition means for acquiring a plurality of viewpoint images corresponding to a plurality of pupil region regions in which the exit pupil of the imaging optical system is divided, and
Depth of field specification means to specify the depth of field and
A determination means for determining the aperture value of each viewpoint image in a partial region based on the optical information of the plurality of viewpoint images, and
A composite image of the specified depth of field is generated by synthesizing the partial regions of the plurality of viewpoint images with a composite ratio based on the specified depth of field and the determined aperture value. Generation means and
An image processing device characterized by comprising.
前記複数の視点画像の中から前記部分領域における絞り値が最も小さい第1の視点画像を識別し、
前記指定された被写界深度が、前記部分領域における前記第1の視点画像の被写界深度以下である第1の被写界深度である場合、前記第1の視点画像の割合が最も大きい合成比率で前記複数の視点画像の前記部分領域を合成する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。 The generation means
From the plurality of viewpoint images, the first viewpoint image having the smallest aperture value in the partial region is identified.
When the designated depth of field is the first depth of field that is equal to or less than the depth of field of the first viewpoint image in the partial region, the ratio of the first viewpoint image is the largest. The image processing apparatus according to claim 1, wherein the partial regions of the plurality of viewpoint images are combined at a composition ratio.
ことを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。 The image processing apparatus according to claim 2, wherein the first depth of field is equal to the depth of field of the first viewpoint image in the partial region.
前記処理対象領域のサイズが閾値以下の場合、前記処理対象領域を前記部分領域として用いるように制御し、前記処理対象領域のサイズが前記閾値より大きい場合、前記処理対象領域を前記閾値以下のサイズに分割した複数の分割領域の各々を前記部分領域として用いるように制御する、制御手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像処理装置。 Area designation means to specify the processing target area and
When the size of the processing target area is equal to or less than the threshold value, the processing target area is controlled to be used as the partial area, and when the size of the processing target area is larger than the threshold value, the processing target area is set to a size equal to or less than the threshold value. A control means for controlling each of the plurality of divided regions divided into the above to be used as the partial region.
The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising.
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像処理装置。 The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the optical information of the plurality of viewpoint images includes image plane movement amount conversion coefficients of the plurality of viewpoint images.
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像処理装置。 The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the optical information of the plurality of viewpoint images includes peripheral light falloff information of the plurality of viewpoint images.
各々が前記射出瞳の異なる瞳部分領域に対応する光束を受光する複数の副画素を含む画素が複数配列された撮像素子と、
を備えることを特徴とする撮像装置。 The image processing apparatus according to any one of claims 1 to 6.
An image sensor in which a plurality of pixels including a plurality of sub-pixels, each of which receives a light flux corresponding to a different pupil region of the exit pupil, are arranged.
An imaging device characterized by comprising.
結像光学系の射出瞳が分割された複数の瞳部分領域に対応する複数の視点画像を取得する取得工程と、
被写界深度を指定する深度指定工程と、
前記複数の視点画像の光学情報に基づいて、部分領域における各視点画像の絞り値を判定する判定工程と、
前記指定された被写界深度及び前記判定された絞り値に基づく合成比率で、前記複数の視点画像の前記部分領域を合成することにより、前記指定された被写界深度の合成画像を生成する生成工程と、
を備えることを特徴とする画像処理方法。 An image processing method executed by an image processing device.
An acquisition process for acquiring a plurality of viewpoint images corresponding to a plurality of pupil region regions in which the exit pupil of the imaging optical system is divided, and
The depth specification process that specifies the depth of field and
A determination step of determining the aperture value of each viewpoint image in a partial region based on the optical information of the plurality of viewpoint images, and
A composite image of the specified depth of field is generated by synthesizing the partial regions of the plurality of viewpoint images with a composite ratio based on the specified depth of field and the determined aperture value. Generation process and
An image processing method characterized by comprising.
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