[发明专利]图像处理设备、摄像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、摄像设备和图像处理方法，尤其涉及一种使用图像恢复处理的图像校正技术。

背景技术

通过使用摄像设备拍摄被摄体所获得的图像的图像质量尤其因光学摄像系统的像差而劣化。例如，图像的模糊表示由光学摄像系统的球面像差、彗星像差、像场弯曲和像散等所导致的图像质量劣化。通过忽略作为光波的特性的衍射的影响，来自被摄体的一个点的光束穿过不具有像差的光学摄像系统在成像面上会聚成相同大小的一个点(焦点)。然而，实际上除衍射的影响以外，焦点还由于光学摄像系统的像差而扩散。

光学摄像系统的点扩散函数(PSF)表示焦点周围的强度分布，即由于衍射和光学摄像系统的像差而导致的图像的模糊，因此，将其称为模糊成分。该模糊成分不是表示由失焦状态所导致的模糊，而是表示即使在聚焦状态下也由光的衍射和光学摄像系统的像差所导致的模糊。

依赖于光的波长的模糊程度的变化可能导致在由光学摄像系统的轴向色像差、颜色球面像差和颜色彗星像差所引起的彩色图像中的色边纹。由光学系统的倍率色像差所导致的横向上的颜色偏差可以表示由依赖于光的波长的摄像倍率的变化所导致的重合失调或相位偏移。

通过对点扩散函数(PSF)进行傅立叶变换所获得的光学传递函数(OTF)用作像差的频率成分信息，并且以复数来表示。光学传递函数(OTF)的绝对值、即振幅成分被称为MTF(调制传递函数)，并且将相位成分称为PTF(相位传递函数)。MTF和PTF分别是由像差所导致的图像劣化的振幅成分和相位成分的频率特性。通过公式1将相位成分PTF表示为相位角：

PTF=tan^-1(Im(OTF)/Re(OTF))    ...(1)

其中，Re(OTF)和Im(OTF)分别表示光学传递函数的实部和虚部。

如上所述，由于光学摄像系统的光学传递函数使图像的振幅成分和相位成分两者劣化，所以类似于发生彗星像差的情况、被摄体图像的各个点相对于焦点不对称地模糊。

倍率色像差表示成像位置由于依赖于光的波长的摄像倍率的变化而移位这一现象。图像传感器通常设置有RGB颜色马赛克滤波器，并且各像素用于获得R、G和B颜色成分中的一个。除R、G和B波长之间的成像位置的重合失调以外，在每一所获得的颜色成分内发生各波长的成像位置的重合失调，即由相位偏移所导致的图像的扩散。尽管倍率色像差不能正确表示由简单平行移位所导致的颜色偏差，但是除非特别指明，在本说明书中，将颜色偏差和倍率色像差作为同义词使用。

已知一种被称为图像恢复方法或图像复原方法的、用于使用光学摄像系统的光学传递函数(OTF)的信息来校正振幅成分(MTF)和相位成分(PTF)的劣化的方法。因此，以下将用于使用光学摄像系统的光学传递函数的信息来校正图像劣化的处理称为图像恢复处理。

这里将概要说明图像恢复处理。假定g(x，y)是劣化图像，f(x，y)是原始图像，并且h(x，y)是通过对光学摄像系统的光学传递函数进行逆傅立叶变换所获得的点扩散函数。那么，

g(x,y)=h(x,y)*f(x,y)    ...(2)

其中，算符“*”表示卷积，并且(x，y)表示图像上的坐标。

对公式2进行傅立叶变换以获得二维频面上的显示形式，结果产生针对各频率的积的形式，如通过公式3所示：

G(u,v)=H(u,v)·F(u,v)    ...(3)

其中，H表示通过对点扩散函数进行傅立叶变换所获得的光学传递函数，并且(u，v)表示二维频面上的坐标、即频率。

为了根据所拍摄的劣化图像获得原始图像，仅需要将公式3的两边除以H，如公式4所示：

G(u,v)/H(u,v)=F(u,v)    ...(4)

通过对F(u，v)进行逆傅立叶变换以返回实面，获得原始图像f(x，y)作为恢复图像。

假定在上述经过了逆傅立叶变换的公式中，R为1/H。那么通过对实面上的图像执行卷积处理可以获得原始图像，如公式5所示：

g(x,y)*R(x,y)=f(x,y)    ...(5)