專利名稱：攝像裝置、攝像方法、圖像處理裝置、圖像處理方法以及存儲程序的介質的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及攝像裝置、攝像方法、圖像處理裝置、圖像處理方法、以 及存儲程序的計算機可讀取的介質。本發(fā)明尤其涉及對圖像進行攝像的攝 像裝置及攝像方法、處理攝像圖像的圖像處理裝置及圖像處理方法，以及 存儲攝像裝置及圖像處理裝置用的程序的計算機可讀取的介質。
背景技術：
公知的技術有根據(jù)軟(V7卜)攝影的選擇設定自動地擴大光闌開口
的技術，例如，如專利第2526826號所公開的那樣。另外，公知的還有安 裝具有比受光元件陣列的間距的2倍還大的PSF物鏡光學透鏡(才7于夕 7)的照相機，例如，如特表2006-519527號公報所公開那樣。
如專利第2526826號以及特表2006-519527號公報所記載的技術一 樣，若拍攝出的被拍攝體像模糊，則因為可以獲得被空間性地平均化后的 像素值，所以與合焦后進行通常攝像的情況做比較的話，有時降低了輝度 的最大值，有時提高了輝度的最小值。在這樣的情況下，如果以和通常攝 影時相同的動態(tài)范圍(夕、、一于5 :y夕P:/少)表示像素值，有時出現(xiàn)無法 有效地使用比特值的情況。
在此，在本說明書所包含的技術革新的l個側面中，把提供能夠解決 所述的技術問題的攝像裝置、攝像方法、圖像處理裝置、圖像處理方法、 以及存儲了程序的介質作為目的。該目的由專利所請求的范圍中的獨立權 項所記載的特征的組合達成。并且，從屬權利要求規(guī)定了本發(fā)明的更有利 的具體例。
艮口，根據(jù)與本說明書中包含的革新相關的一方面的攝像裝置之一例， 其包含用于對光進行成像的光學系統(tǒng)，以及根據(jù)光學系統(tǒng)的空間頻率傳遞 特性對通過光學系統(tǒng)而攝像的攝像圖像進行灰度變換的灰度處理部。根據(jù)與本說明書包含的革新相關的一方面的攝像方法之一例，其包含 根據(jù)用于對光進行成像的光學系統(tǒng)的空間頻率傳遞特性，對通過光學系統(tǒng) 拍攝的攝像圖像進行灰度變換的灰度處理步驟。
根據(jù)與本說明書包含的革新相關的一方面的存儲了程序的計算機讀 取可能的介質之一例，該程序使攝像裝置具有灰度處理部的功能，所述灰 度處理部，根據(jù)對光進行成像的光學系統(tǒng)的空間頻率傳遞特性，對通過光 學系統(tǒng)而攝像的攝像圖像進行灰度變換。
根據(jù)與本說明書包含的革新相關的一方面的圖像處理裝置之一例，其 包括基于由攝像部攝像的攝像圖像的空間頻率成分，對攝像部的空間頻 率傳遞特性進行指定的空間頻率傳遞特性指定部；以及根據(jù)由空間頻率傳 遞特性指定部指定的空間頻率傳遞特性對拍攝像圖像進行灰度變換的灰 度處理部。
根據(jù)與本說明書包含的革新相關的一方面的圖像處理方法之一例，包 括根據(jù)由攝像部攝像的攝像圖像的空間頻率成分，指定攝像部的空間頻 率傳遞特性的空間頻率傳遞特性指定步驟；根據(jù)在空間頻率傳遞特性指定 步驟中指定的空間頻率傳遞特性，對攝像圖像進行灰度處理的步驟。
根據(jù)與本說明書包含的革新相關的一方面的對圖像處理裝置用的程 序進行存儲的計算機可讀取的介質之一例，該程序使計算機作為以下單元 而發(fā)揮功能空間頻率傳遞特性指定單元，其基于由攝像部所攝像的攝像 圖像的空間頻率成分，指定攝像部的空間頻率傳遞特性；以及灰度處理單 元，其根據(jù)由空間頻率傳遞特性指定部所指定的空間頻率傳遞特性，對攝 像圖像進行灰度變換。
另外，上述發(fā)明的概要，并未列舉出本發(fā)明的必要的特點的全部，另
外。這些特點組的輔助結合(廿:/〕:/匕'氺一、>3 y)也能夠成為本發(fā)明。


圖1是表示一實施方式涉及的攝像裝置104的模塊結構的一例的圖。
圖2是示意性地表示透鏡系統(tǒng)110的光學特性的一例的圖。
圖3是表示透鏡系統(tǒng)110的結構例的圖。
圖4是表示圖3所示的透鏡系統(tǒng)110的像差特性的圖。圖5是表示圖3所示的透鏡系統(tǒng)110的光學傳遞特性的圖。
圖6是表示透鏡特性存儲部185所存儲的透鏡特性信息的一例的圖。
圖7是表示通過對攝像圖像進行空間頻率分析而獲得的空間頻率成分
的一例的示意圖。
圖8是表示由灰度處理部180進行的灰度處理一例的示意圖。
圖9是對灰度處理部180所進行灰度處理的部分區(qū)域的一例進行表示的圖。
圖10是對灰度處理部180及校正部140中的處理內(nèi)容的一例示意性 地進行表示的圖。
圖11是對作為攝像裝置104而發(fā)揮功能的計算機1500的硬件結構的 一例進行表示的圖。
實施方式
以下，通過發(fā)明的實施方式說明本發(fā)明的側面(一)，但是以下的實 施方式并不限定權利要求的范圍所涉及的發(fā)明。另外，在實施方式中說明 的特征組合并非全部都是發(fā)明的解決手段所必須的。
圖1是表示一實施方式涉及的攝像裝置104的模塊結構的一個例子。 攝像系統(tǒng)100，具有光學單元102和攝像裝置104。光學單元102，具有作 為對光進行成像的光學系統(tǒng)的一個例子的透鏡系統(tǒng)110及透鏡信息存儲部 112。攝像裝置104，包括對通過透鏡系統(tǒng)110之后的光進行受光的受光部 120、圖像生成部160、以及輸出部150。圖像生成部160，包含透鏡信息 取得部165、透鏡特性存儲部185、空間頻率傳遞特性指定(特定)部170、 灰度處理部180、校正部140、以及圖像處理部145。同時，受光部120 及光學單元102，作為該發(fā)明中的攝像部105而發(fā)揮功能。
在安裝部190上，會,對具有透鏡系統(tǒng)110的光學單元102進行安裝拆卸。 并且，安裝部190，育,以M31具有不同的光學特性的多個光學單元102的任何 一個而由受光部120受光的方式，安裝光學單元102。另外，關于可在攝ft^S 104上安裝的光學單元102所具有的 系統(tǒng)110的光學特性的一個例子，將結 合圖2進行定性說明。
纖信息存儲部112，存^3Slt信息。作為纖信息，可以例示用于識別透鏡系統(tǒng)UO的ID信息。另夕卜，可以禾li用非易失性存儲器等安^3S鏡信息存儲部 112。
受光部120，通CT鏡系統(tǒng)110而對來自被拍攝體的光進行受光。具體來說， 受光部120，具有2維配置的多個受光元件。多個受光元件，對通過安裝于安裝 部190的光學單元102所具有的透鏡系統(tǒng)110而成像的光，進行受光。
圖像生成部160，基于受光部120所受光的受光量，生成輸出圖像。圖像生 成部160所生成的輸出圖像，被提供給輸出部150。
具體來說，透鏡信息取得部165，取得安裝于安裝部190的光學單元102 所具有的透鏡信息存儲部112所存儲的透鏡信息。例如， 信息取得部165， 從透鏡信息存儲部112讀取對纖系統(tǒng)110進行識別的ID信息。
透鏡特性存儲部185，與對M系統(tǒng)110進行識另啲ID信息相對應，存儲對 透鏡系統(tǒng)110光學特性進行指定的光學特性數(shù)據(jù)。作為光學特性數(shù)據(jù)，可以例示 對透鏡系統(tǒng)110的空間頻率傳遞特性進行表示的信息?？臻g頻率傳遞特性指定部 170，與纖信息取得部165所取得的ID信息相對應，而對3t^特性存儲部185 所存儲的、表示纖系統(tǒng)110的空間頻率傳遞特性的信息進行指定。這樣，空間 頻率傳遞特性指定部170， Ma取得對安裝于安裝部190的M系統(tǒng)110的空間 頻率傳遞特性進行表示的信息，來指定透鏡系統(tǒng)110空間頻率傳遞特性。
這樣，空間頻率傳遞特性指定部170， 取得表示 系統(tǒng)110空間頻率 傳遞特性的信息，而指定透鏡系統(tǒng)110的空間頻率傳遞特性。另外，空間頻率傳 遞特性指定部170，也可以基于由攝像部105所攝像的攝像圖像的空間頻率成分， 對攝像部105的空間頻率傳遞特性進行指定。例如，空間頻率傳遞特性指定部 170，可以從對攝像圖^it行空間頻率分析后的分析結果，指定攝像部105的空 間頻率傳遞特性。例如，空間頻率傳遞特性指定部170，可以在攝像圖像表示的 攝像圖像中的較高的空間頻率成分越大時，越高地指定空間頻率傳遞特性。除此 之外，空間頻率傳遞特性指定部170，也可以在攝像圖像所表示的攝像圖像中預 定的高頻域中的空間頻率成分比預定的低頻域中的空間頻率成分越大時，越高地 指定空間頻率傳遞特性。
灰度處理部180，根據(jù)設置有受光部120的位置中的空間頻率傳遞特性，對 利用由受光部120所受光的光而獲得的攝像圖^^行灰度轉換。另外，總處理 部180處理的攝像圖像，也可以是基于由受光部120所受光的受光量的攝像圖像 或者是由校正部140校正后的攝像圖像。具體而言，被處理部180，將攝像圖像變換成與透鏡系統(tǒng)110的空間頻率傳遞特tW應的寬度的動態(tài)范圍的圖像。更
具體而言，灰度處理部180，當在高頻域的空間頻率傳遞特性較低的情況下，將
攝像圖像轉換成較窄的動態(tài)范圍的圖像。另外，上述高頻區(qū)域，也可以是預先設 定的頻域。
具體來說，灰度處理部180，按照由空間頻率傳遞特性指定部170指定的透 鏡系統(tǒng)110的空間頻率傳遞特性，校正攝像圖像。具體來說，由空間頻率傳遞特 性指定部170指定的空間頻率傳遞特性在高頻域中較低的情況下，可以將圖像轉 換成較窄的動態(tài)范圍的圖像。更具體地，灰度處理部180，可以在高頻域的空間 頻率傳遞特性較低的情況下，為了將攝像圖像變換J^窄的動態(tài)范圍的圖像而進 行Y校正。這樣，灰度處理部180，按照由空間頻率傳遞特性指定部170指定的 透鏡系統(tǒng)110的空間頻率傳遞特性，對MM鏡系統(tǒng)110拍攝的攝像圖l魏行灰 度轉換。
校正部140，用于校正將多個受光元件各自所受光的受光量A/D轉換后而得 到的圖像。例如，校正部140，基于被A/D變換后的受光量的值、各受光元件的 位置、以及纖系統(tǒng)110的光學傳遞函數(shù)，而校正圖像。這樣，校正部140，基 于透鏡系統(tǒng)110的光學傳遞函數(shù)，對利用由受光部120所受光的光而得到的攝像 圖4魏行校正。然后，把由校正部140校正后的攝像圖像，劍共給灰度處理部180， 而進行M處理。
這樣，灰度處理部180，根據(jù)纖系統(tǒng)110的空間頻率傳遞特性，對通過光 學系統(tǒng)而攝像的攝像圖《魏行總變換。因而，利用攝《蝶置104，能根據(jù)攝像 圖像中包含的機胡量，有效地利用表示像素值的比特(匕》卜)寬度。
圖像處理部145，》沐傭校正部140校正后的圖像實施圖像處理。作為圖像 處理部145實施的圖像處理，可例舉的有彩色平衡處理、色同步化處理、輪廓校 正處理、色校正處理等。這樣，圖像處理部145，將利用贓部140校正后的圖 像的像素值轉換成與受光元件的受光量呈非線性的值。
并且，輸出部150，也可以輸出由校正部140及圖像處理部145處理后得到 的輸出圖像。例如，輸出部150，也可以顯示輸出圖像。另外，輸出部150，也 可以將輸出圖像存儲到存儲介質上。除Jifct外，輸出部150可以向通信線路發(fā)送 輸出。另外，輸出部150也可以將輸出圖像壓縮之后輸出。
這樣，攝j，置104，可以是可更換透鏡的攝像設備。例如，攝像裝置104， 可以是單鏡頭(眼)反射(P7)式照相機式的攝像裝置，光學單元102可以是平現(xiàn)為、日艮J則、J工、照々日4H川trj義:TX邁i兒。R1口、J，飯l豕農(nóng)直1U4， T!iKIW疋r」個X
鏡。另外，光學單元102可以用轉換臺(夕一h;/卜)方式被更換后安裝在安裝 部190上。
圖2示意性地表示纖系統(tǒng)110的光學特性的一個例子。在本圖，在從光軸 上的物點入射到透鏡系統(tǒng)110的 中，示意性地示出了在入射瞳205中從光軸 200入射到不同位置的三束光線210、光線220、光線230的軌跡。如圖所示，按 照光線210、光線220、以及光線230柳l頁序，在入射瞳205中入射到繊光軸 200的位置。
如圖所示，光線210，通M鏡系統(tǒng)llO，在比近軸焦點的位置250沿光軸 方向更遠離透鏡系統(tǒng)110的位置215，與光軸200交叉。另外，光線230，通過 透鏡系統(tǒng)110，在比位置215沿光軸方向更遠離透鏡系統(tǒng)110的位置235，與光 軸200交叉。并且，光線220和入射在最偏離光軸200的位置的光線230，通過 透鏡系統(tǒng)IIO，在位置215和位置235之間的位置225，與光軸200交叉。
如圖所示，希望基于 系統(tǒng)110的光的擴展(拡力W)量(大含$)在位 置215和位置235之間大體上相同。這樣，透鏡系統(tǒng)110具有過度校正后的球面 像差，將光在比近軸焦點位置250實質上更遠處成像。因此，通腿鏡系統(tǒng)IIO， 與球面像差未經(jīng)過度校正的情況相比，能夠不依賴于光軸方向的像面健地，將 來自物點的光的擴展的量實質上大致相同的光軸方向的距離，加長。
這樣，如果該光軸方向的距離變長，對于來自透鏡系統(tǒng)110的更寬距離范圍 內(nèi)存在的物點的光，會巨夠存在光的擴展的量實質上大致相同的像面位置。在這樣 的像面位置設置受光部120的話，則不依賴于到物點為止的距離，設置了受光部 120的位置的光學傳遞函數(shù)實質上大致相同。這樣，透鏡系統(tǒng)110，利用上述像 差特性，使得針對來自物點的光的光學傳遞函數(shù)不依賴于到達物點為止的距離而 變得大致相同。
以上，M圖2定性地說明了纖系統(tǒng)110的光學特性。另夕卜應該注意的是 圖2所示的透鏡系統(tǒng)110的示意圖，是以定性地働牟透鏡系統(tǒng)110光學特性為目 的而纟魏lj的圖，并非按照實際比例尺(7亇一》)繪制的圖。
圖3表，鏡系統(tǒng)110的構造的一個例子。透鏡系統(tǒng)110具有光闌700、透 鏡710、透鏡720、以及纖730。同時，用標記780表示像面。另外，在本圖中 多條光線在，系統(tǒng)110重疊而描繪。以下說明透鏡710、透鏡720、和 730 的配置及它們的光學特性。邁現(xiàn)/丄u漢;i2rp見/ju trjj773、J平，^H"J丁7漢"PC460.丄jjnm、 7漢ix :)6/.:)0znm、 以及波長656,273nm的光分別是1.53128710、 1.52470166、以及1.52196091。另 夕卜，，720折射率，相對于波長486.133nm、波長587.562nm、以及波長656.273nm 的光分別是1.59943869、 1.58546992、以及1.57986377。同時，光闌700設置在 比透鏡710頂點更離開像面?zhèn)?.001566661mm處。
透鏡710厚度是1.987091mm。而在本圖所敘述的厚度，表，鏡的光軸方 向的長度。另外，纖710的物體側表面的曲率^g是15.48676醒，物體側的 截面半徑是U88941mm，物體側表面的圓錐常數(shù)是一90378.4。另夕卜，透鏡710 的像側表面的曲率半徑是一12.09038mm，像側截面半徑是2.14803mm，物體側 表面的圓錐常數(shù)是28.79374。其次，在本圖的說明中，曲率半徑為負的情況下， 其表面形狀相對于光是凹面。
720，被設置在從，710向像面方向離開距離0.4005282mm處。另夕卜， 在本圖的說明中，纖間的距離是表示光軸上的物體側纖的像側表面和像側透 鏡的物體側表面之間的距離。另外，纖720的厚度是0.09214797mm。同時， 透鏡720的物體側表面的曲率半徑是2.114035mm，物體側表面的截面半徑是 2.38122mm，物體側表面的圓錐常數(shù)是一03929276。此外， 720的像側表面 的曲率^N5是1.119414mm，像頂啲截面半徑是2.362124mm，像側表面的圓錐常 數(shù)是一2.780465。
透鏡730，被設置在從透鏡720向像面方向離開距離1.770789mm處。M 730的厚度是0.5204438mm。同時，透鏡730的物體側表面的曲率半徑是一 0.6002893mm，物體側表面的截面半徑是3.486572mm，物體側表面的圓錐常數(shù) 是一958.9289。另夕卜，透鏡730像側表面的曲率是一0.3018179mm，像側的截面 半徑是4262504mm，像側表面的圓錐常數(shù)是一465.3071。并且，像面設在從 730離開距離l.lmm的位置。
這樣，多個itlt 710、透鏡720以及,730，以各透鏡的中心軸一致的方 式被排列成同軸。因此，透鏡系統(tǒng)110是與光軸相關而旋轉對稱的。
并且，為了使MH系統(tǒng)110的光學傳遞函數(shù)的計算體比預定的值小，而使 得像面的法線角度與主光線入射到像面的角度的差的絕對值小于預定值。如此， 艦增^S^系統(tǒng)110的遠心(亍^七乂卜y 、7夕)性，可減小光學傳遞函數(shù)的 計算誤差。例如，在對MTF進行計算的情況下，即使M5iFFT也能夠以極小誤 差算出MTF。因此可高速修復由 系統(tǒng)110弓l起的圖像模糊。圖4表示圖3所示的透鏡系統(tǒng)110的像差特性。在本圖中，從上面按順序示 出了球面像差圖、像散、畸變像差圖、以及橫像差圖。如最上段的球面像差圖所 表示的那樣，圖3所示的透鏡系統(tǒng)110的球面像差被jlfl膠正。另外，應注意， 本圖中，該球面像差圖的橫軸表示相對于被設定的像面的位置，不表示相對于近 軸焦點的位置。
如圖所示，跨度整個像面，縱像差為正值。艮口，至少在透鏡系統(tǒng)110的入射 光瞳中，對于入射至lj位于從光軸離開第1距離程度的位置的第1入射位置和光軸 之間的范圍的光，縱像差的值為正值。
另外，在本圖的最下段，給出了表示多個像高(像高)的橫像差的曲線圖(夕' ，7)。最左上的曲線圖表示光軸上的橫像差圖，最右上的曲線圖示出了像高 14.10mm的橫像差圖。另外，最左下的曲線圖表示像高19.74mm的橫像差圖， 最右下的曲線圖表示影像高28.20mm的橫像差圖。這樣，透鏡系統(tǒng)110的橫像差， 在各像高中顯示出大體上同樣的形狀。
圖5給出了圖3所示的透鏡系統(tǒng)110的光學傳遞特性。在本圖，從上至下依 次表示了光斑(7求、7卜)圖表(夕V7夕、"厶)的像高以及受離焦(defocus) 影響的光斑圖表、MTF的離焦依存性、以及MTF (Modulation Transfer Function 反差比及濃度比)的空間頻率特性。
在最上段的光斑圖表中，示出了在不同的多個像高以及不同的多個離焦量中 的光斑圖表。在本光斑圖表中，橫方向排列同一像高的、不同的多個離焦(defocus) 量的多個光斑圖。另外 ，在縱向排列同一離焦量的、不同的多個像高的多光斑圖。
如在各光斑圖,面以數(shù)值表示的像高所示的那樣，本光斑圖表中，包含 光軸上、距光軸14.10mm、距光軸19.74mrn、以及距光軸20.20mm的位置的像 高的光斑圖表。同時，如在各光斑圖表下用數(shù)值表示的離焦量那樣，本光斑圖表 中，包含著從所設定的像面起一75um的位置、從像面起一37.5 u m的位置、像 面的位置、從像面起37,5um的位置，以及從像面起75 n m的位置的光斑圖表。
如本光斑圖表所示那樣，可知光斑圖的擴展，至少在跨度預定范圍的光軸 方向的像面位置大體上同樣，不依賴于像高而大體上相同。這樣，來自基于M 系統(tǒng)110的物點的光的擴展，跨度預定范圍的、光軸方向的像面位置而大體上相 同。另外，所謂光的擴展，如本圖所示那樣，可以是光斑圖的擴展，也可以是點 像分布函數(shù)所表示的光的擴展。如此可知，來自基于透鏡系統(tǒng)110的物點的光的 擴展，不依賴于像高而大體上相同，來自基于透鏡系統(tǒng)110的物點的光的擴展，至少跨度預定范圍的光軸方向的像面位置而大體上相同。
另外，如在本圖中S^f表示的、MTF的離焦依存性的圖表所示的那樣，可
以明確無論關于多個像高，還是關于弧矢(廿-夕，)光線及子午(乂 i;-才于
，)光線，都具有大致相同的MTF値的分布。同時，至少在圖表所表示的離焦 范圍內(nèi)，MTF顯示出幾乎是同一值。這樣，在寬廣的離焦范圍內(nèi)透鏡系統(tǒng)110 的MTF取大致同一的值。
另外，如本圖最下段的MTF的空間頻率特性的圖表所示，可以明確，無論 ^X寸于多個像高，還^)(寸于矢狀光線及子午光線，iitl竟系統(tǒng)110均具有煩相同 的MTF頻率特性。這樣，可以說透鏡系統(tǒng)110的MTF不依賴于像高而大致相同。 同時，可以說透鏡系統(tǒng)110的MTF，在預定的范圍的光軸方向的像面位置大致相 同。
這樣，透鏡系統(tǒng)110，通過在不依賴于至鵬點為止的距離地將來自物點的光 在受光部120中擴展到大致同樣的尺寸(大含$)，從而使 系統(tǒng)110對于來 自物點的光的光學傳遞函數(shù)不依賴于至,點為止的距離而大致相同。具體來說， 纖系統(tǒng)110，不依賴于至U物點為止的距離，將來自物點的光，擴展到比受光部 120所具有的多個受光元件的間距大的尺寸。并且，如后所述那樣，灰度處理部 180，在透鏡系統(tǒng)110將來自物點的光較大幅度地擴展時，將攝像圖像轉換成更 窄的動態(tài)范圍的圖像。例如，如果檢測出在結合圖3 5而說明的 系統(tǒng)110被 安裝在安裝部190上時，總處理部180，將攝像圖像變換成更窄的動態(tài)范圍的 圖像。另外，通過變焦(X—3:/夕、')或變換光闌，而改^ 系統(tǒng)110的光擴 展。因此，灰度處理部180，可以根據(jù)變焦(乂一厶)值或光闌值的至少一方對 攝像圖微行嫩變換。
圖6表示透鏡特性存儲部185存儲的透辦性信息的一個例子。 #性存 儲部185，與作為對透鏡系統(tǒng)110進行識別的ID信息的一個例子的M ID相對 應，存儲光學傳遞函數(shù)數(shù)據(jù)(OTF 1、 OTF數(shù)據(jù)2 )，戶腿光學傳遞函 數(shù)數(shù)據(jù)(OTF數(shù)據(jù)l、OTF數(shù)據(jù)2' 。作為被該透鏡ID識別的^lt系統(tǒng)110的 空間頻率傳遞特性的一個例子。另外，OTF娜，可以是光學傳遞函數(shù)本身，也 可以M在圖5最下層示出的那樣的MTF的空間頻率特性進行表示的數(shù)據(jù)。
并且，空間頻率傳遞特性指定部170，與 信息取得部165從M信息存 儲部112讀出的透鏡ID相對應，取得M^特性存儲部185存儲的OTF數(shù)據(jù)。并 且，空間頻率傳遞特性指定部170， Mil分析OTFf^所表示的光學應答，而指定空間頻率傳遞特性。
例如，根據(jù)與圖3至圖5相關說明的透鏡系統(tǒng)110，如圖5最下段的MTF 的空間頻率特性圖所示的那樣，在高頻區(qū)中MTF變得明顯比衍射極限(回折限 界)低。這表示所獲得的攝像圖像模糊了。模糊了的攝像圖像的像素錢為空間 性地將光量平均化后的值，因此，可以預測與對同一被拍攝體攝像后不產(chǎn)生模 糊的攝像圖像相比，發(fā)生模糊后的攝像圖像中的最大輝度值禾嘬小輝度值之間的 差要小。
因此，當以規(guī)定的比特(匕》卜)數(shù)對攝像圖像的像素值進行數(shù)字顯示時， 從有效地利用比特數(shù)的觀點出發(fā)，伏選使模糊了的攝像圖像的動態(tài)范圍比不模糊 的攝像圖像窄。根據(jù)樹蝶置104，在如上戶脫那樣由空間頻率傳遞特性指定部 170指定的空間頻率傳遞特性示出在高頻域中較低的情況下，ffl31調整Y處理等， 使動態(tài)范圍變窄，因此，育灘有效地禾擁比特數(shù)。另外， #性存儲部185作 為所存儲的空間頻率傳遞特性，不局限于本圖所示的OTF數(shù)據(jù)，只要是表， 鏡系統(tǒng)110的光學應答的空間頻率依存性的參數(shù)即可。
圖7表示對攝像圖{，行空間頻率分析而得到的空間頻率成分的一個例子。 如本圖所示，以預定的頻率fO為界，將頻域分為比頻率fD低的低頻殿卩比頻率 ffl高的高頻域。作為一個例子，空間頻率傳遞特性指定部170，判斷比頻率fO高 的高頻域的頻率成分中是否存在比預定的值大的頻率成分。
在空間頻率傳遞特性指定部170判斷為存在比預定的值大的頻率成分的情況 下，皿處理部180將攝像圖像變換成比預定的動態(tài)范圍窄的動態(tài)范圍的圖像。 另外，空間頻率傳遞特性指定部170，可以算出高頻域的頻率成分的最大值。并 且，灰度處理部180，可以與由空間頻率傳遞特性指定部170算出的頻率成分的 最大值相對應，而將攝像圖像變換預定的動態(tài)范圍的圖像。
圖8表示由灰度處理部180進行的M處理的一個例子。橫軸表示針對灰度 處理部180的輸入像素值，縱軸表示從灰度處理部180的輸出像素值。灰度處理 部180，將輸入功率像素值變換成從O至幅示的輸出最大值為止的輸出像素值。
作為一個例子，灰度處理部180，在邀竟系統(tǒng)110的高頻傳遞特性低的情況 下，根據(jù)線810所表示的輸入輸出關系，將輸入像素 換為輸出像素值。在這 種情況下，可射,的強度，為輸入功率像素f^f表示的Il到12的范圍，變得比 從被輸入的O到輸AS大值為止的灰度范圍更窄。如此，灰度處理部180，在透 鏡系統(tǒng)110的高頻傳遞特性較低盼瞎況下，將輸入像素值變換成更窄的動態(tài)范圍的像素值。另外，被處理部180，在遨竟系統(tǒng)110的高頻傳遞特性較低的情況 下，例如可以在輸入像素值表示的I1到I2的范圍中，增大表示輸入輸出關系的 線的傾斜度(傾含)。即便如此，灰度處理部180能夠針對比其他的灰度區(qū)域更 接近中灰度區(qū)域，較多地分配單位總范圍的比特值。
另一方面，當透鏡系統(tǒng)110的高頻傳遞特性高的情況下，灰度處理部180用 線820所表示的輸入輸出關系，將輸入像素值變換成輸出像素值。如此，灰度處 理部180在邀竟系統(tǒng)110的高頻傳遞特性高的情況下，不使動態(tài)范圍變化。另外， 線810及線820所表示的輸入輸出關系，可以按照從輸出部150輸出的輸出設備 的特性，來確定。
這樣，空間頻率傳遞特性指定部170，基于由包含透鏡系統(tǒng)110的攝像部所 攝像的攝像圖像的空間頻率成分，而指定攝像部105的空間頻率傳遞特性。并且， 在空間頻率傳遞特性指定部170所指定的空間頻率特性表示來自由 系統(tǒng)110 形成的物點的光的擴展的幅度更大這~#性的情況下，灰度處理部180將攝像圖 像變換成更窄的動態(tài)范圍的圖像。
圖9表示灰度處理部180灰度處理的部分區(qū)域的一個例子。皿處理部180， 針對攝像圖像900中的特定的局部區(qū)域910，對31il校正部140校正而得到的校 正后的圖像進行灰度處理。另一方面，灰度處理部180，針對攝像圖像900中的 特定的部分區(qū)域910以外的區(qū)域，對根據(jù)受光部120的受光元件所受光的受光量 而得到的圖像即還沒有被校正部140校正后的圖像，進行灰度處理。如mM灰 度處理等被變換成與受光光量呈非線性的像素值，則校正部140將無法洽當i艦 行基于光學傳遞函數(shù)的校正處理。然而，若利用1H蝶置104，針對特定的部分 區(qū)域910，在實施基于光學傳遞函數(shù)的校正處理之后進行灰度處理，因此，會, 生成洽當校正了由纖系統(tǒng)110形成的模糊之后得到的圖像。而且，特定的部分 區(qū)域910，既可以是預定的圖像區(qū)域，也可以是具有預定的圖像特征量的部分區(qū) 域。
圖10示意性地表示總處理部180和^IE部140中的處理內(nèi)容的一個例子。 這里，參照圖像信號的x方向成分說明在灰度處理部180和校正部140的處理。
這里，圖像信號1010,示意性地表示來自被拍攝體的光3131 系統(tǒng)110后 由受光部120受光而得到的圖像信號。圖像信號1000，示意性地表示作為光被輸 入到攝^^S畫的本來的圖像信號。根據(jù)本實施方式的透鏡系統(tǒng)110，來自物 點的光以產(chǎn)生模糊像的方式而成像。因此，圖像信號1010，成為被較強地降低了圖像信號1000的高空間頻域的信號成分后的圖像信號。
這里，M處理部180，從受光部120取得以24比特被離散化(量子化)的 圖像信號1010?；叶忍幚聿?80，將圖像信號1010分害喊作為低空間頻率的圖 像信號的低頻成分1021，以及作為高空間頻率的圖像信號的高頻成分1022。另 外，在本圖中，示意性地示出了除去DC成分以外的低頻成分1021。同時，使高 頻成分1022的振幅為比低頻成分1021的振幅小。
灰度處理部180，以12比特灰度對與低頻成分1021振幅相對應的灰度寬度 的低頻成分1021進行離散化后，提供給校正部140。另外，灰度處理部180以 12比特灰度對與高頻成分1022的振幅相對應的灰度寬度的高頻率成分1022進行 離散化后，提供給校正部140。當?shù)皖l成分1021振幅比高頻成分1022振幅大的 時候，灰度處理部180，以比針對低頻成分1021的離散化寬度小的離散化寬度， 對高頻成分1022進行離散化。這樣，灰度處理部140， M以較小的離散化寬度， 對攝像圖像中包含的更高的空間頻域的圖像成皿行離散化，從而對攝像圖像進 行灰度變換。
校正部140，通過針對透鏡系統(tǒng)IIO光學傳遞函數(shù)的逆向濾波(逆7一少夕) 等，在每個空間頻:lsM低頻成分1021及高頻成分1022進行校正。并且，校正部 140，對校正后的低頻成分1021及高頻成分1022進行合成，并將所得到的圖像 信號作為校正后的圖像信號而生成。在這種情況下，校正部140，可以對將校正 后的高頻率成分1022變換成12比特的圖像信號后的成分，與低頻率成分1021 進行合成，而生成被校正后的圖像信號。在校正部140中被校正的圖像信號，被 送回到M處理部180，在灰度處理部180中進行包含對輝度值進行非線性處理 的各種的灰度處理。
另外，灰度處理部180的離散化寬度，可以是與透鏡系統(tǒng)110空間頻率4魏 特t樹應的值。例如，離散化寬度，可以是與各空間頻域對應的、與纖系統(tǒng)no 的MTF值大體上呈反比例的值。如此，被處理部180可以按照與纖系統(tǒng)110 空間頻率傳遞特性相對應的離散化寬度，對攝像圖像中包含的不同的空間頻域的 圖像成^a行離散化，從而對攝像圖^t行被變換。另外，被處理部180， 還可以將圖像信號1010分解成比2大數(shù)目的空間頻域的圖像信號。
如上所述，在高空間頻域中，比低空間頻域更大3破地降低了圖像信號1010。 此時，基于逆向濾波等的復原處理，^t高空間頻域的圖像信號更大幅度J:lfait行 強調的處理。因此，假設對跨度全空間頻域地以同樣的離散化寬度被離散化后的圖像信號進行復原，那么有時在高空間頻域中離散化噪音變得更顯著了。然而，
根據(jù)本實施方式的攝{,置100，灰度處理部180以更小的離散化寬度對較高空
間頻域的圖像信號進行離散tt^后進行復原處理，由此與對跨度全空間頻域地以 同樣的離散化寬度被離散化的圖像信號進行復原的情況比較，有時能夠降低在復 原處理前后的離散化噪音的增加量。
圖11表示作為攝f魏置104而發(fā)揮作用的計算機1500的硬件結構的一個例 子。計算機1500，具有CPU外圍部、輸入輸出部、傳統(tǒng)的(^力>一)輸入輸 出部。CPU外圍部包括通勝機控制器(沐7卜〕y卜口一，) 1582而相互連 接的CPU1505、 RAM1520、圖形控制器(夕、、，7吖、;/夕-〕乂卜口一，) 1575、 和顯示裝置1580。輸入輸出部，具有M輸入輸出控制器1584被連接至U主機 控制器1582的通信接口 1530、石 驅動器1540、和CD—ROM驅動器1560。 傳統(tǒng)的輸入輸出部，具有連接于輸入輸出控制器1584的ROM1510、軟盤驅動器 1550、和輸入輸出芯片1570。
主機控制器1582連接有RAM1520 、以高傳輸速率訪問RAM1520的 CPU1505、以及圖形控制器1575。 CPU1505基于存儲于ROM1510和RAM1520 中的禾歸而工作，進行各部分的控制。圖形控制器1575，取得由CPU1505等在 RAM1520中設置的幀緩沖器上生成的圖像數(shù)據(jù)，并顯示在顯示裝置1580。也可 以對此替代，而在內(nèi)部包含對CPU1505等生成的圖像薩進行存儲的幀緩沖器 圖形控制器1575。
輸入輸出控制器1584連接有主機控制器1582、作為較高速的輸入輸出裝 置的硬盤驅動器1540、通信接口 1530、以及CD—ROM驅動器1560。硬盤驅動 器1540存儲CPU1505所使用的程序和數(shù)據(jù)。通信接口 1530，與網(wǎng)絡通訊裝置 1598連接，而皿接收禾M)^或數(shù)據(jù)。CD-ROM驅動器1560，從CD-ROM1595 讀取程序或數(shù)據(jù)，S3lRAM1520l^給硬盤驅動器1540和通信接口 1530。
在輸入輸出控制器1584上連接ROM1510、軟盤驅動器1550、和輸入輸出 芯片1570之類的比較低速的輸入輸出裝置。ROM1510存儲計^jfl 1500啟動時 執(zhí)行的開機禾ii^，或是依存于計算機1500的硬件的程序等。軟盤驅動器1550， 從軟盤1590讀取禾MJ^或數(shù)據(jù)，再通過RAM1520 Hf共給石，驅動器1540和通信 接口 1530。輸入輸出芯片1570，通過軟盤驅動器1550或者并行端口、串行端口、 鍵盤端口、鼠標端口等連接各種的輸入輸出裝置。
CPU1505執(zhí)行的禾Mi^，被存儲在軟盤1590、 CD-ROM1595、或IC卡等存儲介質中，由使用者劍共。被存儲介質存儲的禾驕可以被壓縮也可以是非壓縮的。
從記錄介質將禾M)^安裝到硬盤驅動器1540中，由RAM1520讀取并由CPU1505 執(zhí)行。被CPU1505執(zhí)行的程序，使計算機1500作為與圖1至圖10相關聯(lián)而說 明的受光部120、圖像生成部160或圖像生成部160所具有的各構成要素、以及 輸出部150，而發(fā)揮作用。
以上所示的程序，可以存儲在外部存儲介質中。作為存儲介質，除了軟盤1590、 CD-ROM1595以夕卜，還可以4頓DVD或PD等光學存儲介質、MD等光磁記錄 介質、磁帶(于一7°)介質、IC卡等半導i稀儲器等。另外，也可以將與專用通 信網(wǎng)絡或者互聯(lián)網(wǎng)連接的服務器系統(tǒng)上設置的《 :或RAM等存儲裝置作為記錄 介質而使用，并作為借助于網(wǎng)絡的程序，而J^共纟^i十^m 1500。這樣，由程荊空 制的電子數(shù)據(jù)處理裝置等的計算機1500作為攝像裝置104而發(fā)揮功能。
以上，通過本發(fā)明的實施方式說明本發(fā)明，但是本發(fā)明的技術范圍并不限定 于上述實施方式所記載的范圍，本行業(yè)人員明白，能夠對上述實時方式進行多種 的 和改良。但是，進行了這樣的 和改良后的實施方式也能夠包含在本發(fā) 明的技術的范圍之內(nèi)，這根據(jù)專利請求的范圍的記載可以明確。
應當注意在權利要求的范圍、說明書、以及在圖紙中所表示的裝置、系統(tǒng)、 禾辨、以及方法中的動作、禾歸、步驟，以及階段等的各處理的執(zhí)行jl,，應該 注意沒有明確表示其"更靠前"、"在先"等，而且，只要不是在后邊的處理中使 用前面處理，可以任意改剪1W加以實施。有關專利要求的范圍、說明書以及圖 紙中的動作流程，出于方便，使用了 「首先、」、「其次，」等語言，但是這并不是 表示必須按照這個"l，實施。
權利要求
1. 一種攝像裝置，其特征在于，備有灰度處理部，其根據(jù)對光進行成像的光學系統(tǒng)的空間頻率傳遞特性，對由所述光學系統(tǒng)攝像的攝像圖像進行灰度變換。
2. 根據(jù)權利要求l所述的攝像裝置，其特征在于， 還包括受光部，其對通過所述光學系統(tǒng)且來自被拍攝體的光進行受光， 所述灰度處理部，根據(jù)設置有所述受光部的位置中的所述空間頻率傳遞特 性，對利用由所述受光部所受光的光而獲得的所述攝像圖像，進行灰度變換。
3. 根據(jù)權利要求2所述的攝像裝置，其特征在于，所述灰度處理部，將所述攝像圖像，變換成與所述空間頻率傳遞特性對應 的寬度的動態(tài)范圍的圖像。
4. 根據(jù)權利要求3所述的攝像裝置，其特征在于，所述灰度處理部，在高頻域中的所述空間頻率傳遞特性較低的情況下，將 所述攝像圖像變換成較窄的動態(tài)范圍的圖像。
5. 根據(jù)權利要求4所述的攝像裝置，其特征在于，還包括空間頻率傳遞特性指定部，其取得對所述光學系統(tǒng)的空間頻率傳遞特性進行表示的信息，而指定所述光學系統(tǒng)的空間頻率傳遞特性；在由所述空間頻率傳遞特性指定部所指定的所述空間頻率傳遞特性在高頻 域中較低的情況下，將所述攝像圖像變換成較窄的動態(tài)范圍的圖像。
6. 根據(jù)權利要求5所述的攝像裝置，其特征在于，還包括，安裝部，其能夠安裝和拆卸所述光學系統(tǒng)；所述空間頻率傳遞特性指定部，取得對安裝于所述安裝部上的所述光學系 統(tǒng)的空間頻率傳遞特性進行表示的信息。
7. 根據(jù)權利要求6所述的攝像裝置，其特征在于，所述空間頻率傳遞特性指定部，從所述光學系統(tǒng)取得對安裝于所述安裝部 上的所述光學系統(tǒng)的空間頻率傳遞特性進行表示的信息，來指定所述光學系統(tǒng)的空間頻率傳遞特性。
8. 根據(jù)權利要求4至7中任一項所述的攝像裝置，其特征在于，所述灰度處理部，在高頻域的所述空間頻率傳遞特性較低的情況下，為了 將所述攝像圖像變換成比較窄的動態(tài)范圍的圖像，而進行伽瑪校正。
9. 根據(jù)權利要求4至8中任一項所述的攝像裝置，其特征在于， 還具有所述光學系統(tǒng)。
10. 根據(jù)權利要求9所述的攝像裝置，其特征在于，所述光學系統(tǒng)，在所述受光部中使來自物點的光不依賴于到達物點的距離 地擴展成大致相同的尺寸，使相對于來自物點的光的所述光學系統(tǒng)的光學傳遞 函數(shù)不依賴于到達物點的距離而大致相同，當所述光學系統(tǒng)將來自物點的光更大地擴展的情況下，所述灰度處理部將 所述攝像圖像變換成較窄的動態(tài)范圍的圖像。
11. 根據(jù)權利要求10所述的攝像裝置，其特征在于，所述光學系統(tǒng)，使來自物點的光不依賴于到達物點的距離地擴展到比所述 受光部所具有的多個受光元件的間距更大的大小。
12. 根據(jù)權利要求l至ll任何一項所述的攝影像裝置，其特征在于， 所述灰度處理部，以與所述光學系統(tǒng)的空間頻率傳遞特性對應的離散化寬度，對所述攝像圖像中包含的不同的空間頻域的圖像成分進行離散話。
13. 根據(jù)權利要求12所述的攝像裝置，其特征在于，所述灰度處理部，以比較小的離散化寬度，對所述攝像圖像中包含的較高 的空間頻域的圖像成分進行離散。
14. 一種攝像方法，其特征在于， 包括灰度處理步驟，其中根據(jù)對光進行成像的光學系統(tǒng)的空間頻率傳遞特性， 對由所述光學系統(tǒng)攝像的攝像圖像進行灰度變換。
15. —種介質，是存儲攝像裝置用的程序的計算機可讀取的介質，其特征 在于，該程序，使計算機作為灰度處理部而發(fā)揮功能，所述灰度處理部根據(jù)對光 進行成像的光學系統(tǒng)的空間頻率傳遞特性，對由所述光學系統(tǒng)攝像的攝像圖像 進行灰度變換。
16. —種圖像處理裝置，其特征在于，曰六 六'円空間頻率傳遞特性指定部，其基于由攝像部拍攝的攝像圖像的空間頻率成分，指定所述攝像部的空間頻率傳遞特性；以及，灰度處理部，其按照由所述空間頻率傳遞特性指定部所指定的所述空間頻 率傳遞特性，對所述攝像圖像進行灰度變換。
17. 根據(jù)權利要求16所述的圖像處理裝置，其特征在于， 所述灰度處理部，將所述攝像圖像變換成與所述空間頻率傳遞特性相對應的寬度的動態(tài)范圍的圖像。
18. 根據(jù)權利要求17所述的圖像處理裝置，其特征在于， 在由所述空間頻率傳遞特性指定部所指定的所述空間頻率傳遞特性在高頻域中比較低的情況下，所述灰度處理部將所述攝像圖像變換成較窄的動態(tài)范圍 的圖像。
19. 根據(jù)權利要求16至18中任一項所述的圖像處理裝置，其特征在于， 所述空間頻率傳遞特性指定部，在所述攝像圖像所表示的攝像圖像中的較高的空間頻率成分越大時，將所述空間頻率傳遞特性指定得越高。
20. 根據(jù)權利要求16至18中任一項所述的圖像處理裝置，其特征在于， 所述空間頻率傳遞特性指定部，在所述攝像圖像所表示的攝像圖像中，預定的高頻域中的空間頻率成分比預定的低頻域中的空間頻率成分越大時，將所 述空間頻率傳遞特性指定得越高。
21. 根據(jù)權利要求16至20中任一項所述的圖像處理裝置，其特征在于， 所述空間頻率傳遞特性指定部，根據(jù)由包含光學系統(tǒng)的攝像部所攝像的攝像圖像的空間頻率成分，指定所述攝像部的空間頻率傳遞特性，所述光學系統(tǒng) 通過使來自物點的光不依賴于到達物點的距離地擴展成大致同樣的大小，使針 對來自物點的光的光學傳遞函數(shù)不依賴于到達物點的距離而大致相同；當所述空間頻率傳遞特性指定部所指定的空間頻率特性，表示出基于所述 光學系統(tǒng)的來自物點的光擴展比較大的特性時，所述灰度處理部，將所述攝像 圖像變換成更窄的動態(tài)范圍的圖像。
22. 根據(jù)權利要求16至21中任一項所述的圖像處理裝置，其特征在于，所述灰度處理部，以與所述空間頻率傳遞特性指定部所指定的所述空間頻 率傳遞特性相對應的離散化寬度，對所述攝像圖像中包含的不同的空間頻域的 圖像成分進行離散化。
23. 根據(jù)權利要求22記載的圖像處理裝置，其特征在于， 所述灰度處理部，以較小的離散化寬度，對所述攝像圖像中包含的較高的空間頻域的圖像成分進行離散化。
24. —種圖像處理方法，其特征在于， 包括以下步驟空間頻率傳遞特性指定步驟，其中基于由攝像部所攝像的攝像圖像的空間 頻率成分，指定所述攝像部的空間頻率傳遞特性；和灰度處理步驟，其中按照在所述空間頻率傳遞特性指定步驟中被指定的所 述空間頻率傳遞特性，對所述攝像圖像進行灰度變換。
25. —種介質，是存儲圖像處理裝置用的程序的計算機可讀取的介質，其 特征在于，該程序使計算機作為以下單元而發(fā)揮功能空間頻率傳遞特性指定單元，其基于由攝像部所攝像的攝像圖像的空間頻 率成分，指定所述攝像部的空間頻率傳遞特性；以及灰度處理單元，其根據(jù)由所述空間頻率傳遞特性指定部所指定的所述空間 頻率傳遞特性，對所述攝像圖像進行灰度變換。
全文摘要
本發(fā)明公開一種攝像裝置、攝像方法、圖像處理裝置、圖像處理方法，其中備有對光進行成像的光學系統(tǒng)和灰度處理部，該灰度處理部根據(jù)光學系統(tǒng)的空間頻率傳遞特性對通過光學系統(tǒng)而攝像的攝像圖像進行灰度變換。還包括對通過光學系統(tǒng)且來自被拍攝體的光進行受光的受光部?；叶忍幚聿?，根據(jù)設置受光部的位置中的空間頻率傳遞特性，對利用由受光部所受光的光而獲得的所述攝像圖像進行灰度變換。
文檔編號H04N5/232GK101534391SQ200910005848
公開日2009年9月16日 申請日期2009年2月5日 優(yōu)先權日2008年2月5日
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