[发明专利]图像处理设备和图像处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种图像处理设备和图像处理方法，尤其涉及一种通过使用图像恢复处理来校正劣化图像的图像处理设备和方法。

背景技术

由于信息的数字化使得能够将图像作为信号值进行处理，因而提出了针对所拍摄图像的各种校正处理方法。当利用数字照相机拍摄被摄体并使被摄体图像化时，所获得的图像的质量遭受一定程度的劣化。使被摄体图像化所使用的光学摄像系统的像差尤其会造成图像质量的劣化。

图像的模糊成分的成因包括光学系统的球面像差(spherical aberration)、彗星像差(comatic aberration)、像场弯曲(field of curvature)和像散(astigmatism)。由这些像差所引起的图像的模糊成分各自表示从被摄体的一个点出射的光束形成为扩散的图像，而在没有任何像差或没有任何衍射影响的情况下，该光束应在摄像面上会聚到一个点。该状态在光学领域称之为PSF(点扩散函数)，而这里在图像领域称之为模糊成分。图像中的模糊可以表示离焦图像，但这里也使用图像中的模糊来表示即使处于聚焦状态、由于光学系统的上述像差的影响而导致模糊的图像。另外，可以将由光学系统的轴上色像差、颜色的球面像差和颜色的慧星像差所引起的彩色图像的色边纹(color fringing)当作不同波长处发生模糊的不同方式。

通过PSF的傅立叶变换所获得的OTF(光学传递函数)是以复数表示的像差的频率成分信息。将OTF的绝对值、即振幅成分称为MTF(调制传递函数)，并且将相位成分称为PTF(相位传递函数)。也就是说，MTF和PTF分别是由像差导致的图像劣化的振幅成分和相位成分的频率特性。在这种情况下，按照如下将相位成分表示为相位角。

PTF=tan^-1(Im(OTF)/Re(OTF))        ...(1)

其中，Re(OTF)和Im(OTF)分别表示OTF的实部和虚部。

如上所述，光学摄像系统的OTF导致图像的振幅成分和相位成分的劣化。由于该原因，如彗星像差一样，劣化图像在所拍摄的被摄体的各点处不对称地处于模糊状态。

另外，当图像形成位置由于光的不同波长的图像形成倍率的差异而产生移位并且摄像设备根据分光特性获取上述移位作为R、G和B颜色成分时，发生倍率色像差。由于各颜色成分内的不同波长的图像形成位置移位(即，相位移位)以及R、G和B成分之间的图像形成位置移位，因而导致发生图像扩散。确切地说，倍率色像差不单是由水平移位所引起的色边纹。然而，这里将使用色边纹作为倍率色像差的同义词。

作为用于校正振幅(MTF)和相位(PTF)的劣化的方法，已知用于通过使用光学摄像系统的OTF的信息来校正这些劣化的方法。该方法被称为“图像恢复”和“图像复原”。将用于通过使用光学摄像系统的OTF的信息来校正图像劣化的处理称为图像恢复处理。

下面是图像恢复处理的概要说明。设g(x，y)是劣化图像，f(x，y)是原始图像，并且h(x，y)是通过光学传递函数的逆傅立叶变换所获得的PSF，则以下给出的等式(2)成立：

g(x,y)=h(x,y)*f(x,y)                        ...(2)

其中，*表示卷积，并且(x，y)表示图像上的坐标。

当通过傅立叶变换将该等式转换成频面上的显示形式时，如等式(3)所示，变成各频率的积的形式。

G(u,v)=H(u,v)·F(u,v)                        ...(3)

其中，H是通过PSF的傅立叶变换所获得的函数，因此表示OTF，并且(u，v)表示二维频面上的坐标、即频率。

也就是说，为了根据所拍摄的劣化图像获得原始图像，可以如以下给出的等式(4)所示，将等式(3)的两边除以H。

G(u,v)/H(u,v)=F(u,v)                        ...(4)

通过逆傅立叶变换使F(u,v)恢复成实面，这可以获得原始图像f(x，y)作为恢复图像。

在假定R是通过等式(4)的逆傅立叶变换所获得的值的情况下，如等式(5)所示，还可以通过对实面上的图像进行卷积处理来获得原始图像。

g(x,y)*R(x,y)=f(x,y)                        ...(5)