[发明专利]图像处理设备及图像处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理设备及图像处理方法，更具体地说，涉及一种使用图像恢复处理来校正劣化图像的图像处理设备及方法。

背景技术

由于信息的数字化使得能够将图像作为信号值来处理，因此提出了针对所感测到的图像的各种校正处理方法。具体地说，当被摄体被数字摄像机感测并成像时，所获得的图像或多或少会由于光学成像系统的像差(aberration)而劣化。

图像的模糊成分的原因包括光学系统的球面像差、彗形像差、像场弯曲及像散。由于这些像差而导致的图像的模糊成分中的各模糊成分指示从被摄体的一点发出的光束有扩散地形成到图像中，而该光束应当在没有任何像差或者任何衍射影响的情况下会聚到成像平面上的一点中。在光学术语中，这种状态称作PSF(点扩散函数)，但是在图像术语中，将被称作模糊成分。图像的模糊可以指示散焦图像，但在这里指示即使图像对焦，也由于光学系统的以上像差的影响而模糊的图像。另外，由于光学系统的轴上色差、彩色的球面像差、及彩色的彗形像差而导致的彩色图像上的彩色镶边可以被视为在不同波长处模糊的不同方式。此外，由光学系统的倍率色差引起的横向上的彩色镶边可以被视为由于针对各个光波长的图像感测倍率差异而导致的位移或相移。

通过PSF的傅里叶变换而获得的OTF(光学传递函数)是通过复数来表达的像差的频率成分信息。OTF的绝对值，即，振幅分量称作MTF(调制传递函数)，而相位分量称作PTF(相位传递函数)。也就是说，MTF和PTF分别是由于像差而导致的图像劣化的振幅分量和相位分量的频率特性。在这种情况下，通过式(1)将相位分量表示为相位角：

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，光学成像系统的OTF引起图像的振幅分量和相位分量的劣化。由于该原因，劣化图像如同彗形像差地在被摄体的各点处非对称地模糊。

作为校正振幅(MTF)和相位(PTF)的劣化的方法，已知一种通过使用光学成像系统的OTF的信息来校正这些劣化的方法。该方法由术语“图像恢复”和“图像复原”来称谓。通过使用光学成像系统的OTF的信息来校正图像中的劣化的处理将被称作图像恢复处理或恢复处理。

以下是图像恢复处理的概要。假定g(x，y)为劣化图像，f(x，y)为原始图像，h(x，y)为通过光学传递函数的傅里叶逆变换而获得的PSF，下面给出的式(2)成立：

g(x，y)＝h(x，y)*f(x，y)...(2)

其中，*表示卷积，(x，y)表示图像上的坐标。

在通过傅里叶变换将该式转换成频率面上的表示形式时，其变成如由式(3)所表示的各频率的乘积的形式：

G(u，v)＝H(u，v)·F(u，v)...(3)

其中，H为通过PSF的傅里叶变换而获得的函数，因此表示OTF，(u，v)表示二维频率面上的坐标，即，频率。

也就是说，为了根据所感测到的劣化图像来获得原始图像，式(3)的两侧可以除以H，如由下面给出的式(4)所表示的。

G(u，v)/H(u，v)＝F(u，v)...(4)

通过傅里叶逆变换将F(u，v)返回到实平面可以获得作为恢复图像的原始图像f(x，y)。

假定R是通过式(4)中的1/H的傅里叶逆变换而获得的值，还可以通过对实平面上的图像进行卷积处理来获得原始图像，如由式(5)所表示的：

g(x，y)*R(x，y)＝f(x，y)...(5)

其中，R(x，y)称作图像恢复滤波器。然而，实际图像包括噪声成分。由于该原因，使用通过按以上方式对OTF求完全倒数而生成的图像恢复滤波器，将会将噪声成分与劣化图像一起放大。因此，通常不能获得合适的图像。对此，例如，已知一种根据图像信号与噪声信号之间的强度比来抑制图像的高频侧的恢复率的方法，诸如使用维纳滤波器的方法。作为校正图像的彩色镶边成分的劣化的方法，例如，通过校正以上模糊成分来校正劣化，以使得使模糊量对于图像的各个颜色成分一致。

在这种情况下，由于OTF根据诸如变焦位置和光圈直径的图像感测条件而变化，因此必须相应地改变用于图像恢复处理的图像恢复滤波器。