[發(fā)明專利]圖像處理設(shè)備、攝像設(shè)備和圖像處理方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210320880.1
• 申請(qǐng)日: 2012-08-31
• 公開（公告）號(hào): CN102970547A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 加納明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 佳能株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H04N9/04
• 分類號(hào): H04N9/04
• 代理公司: 北京魏啟學(xué)律師事務(wù)所 11398
• 代理人: 魏啟學(xué)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種圖像處理設(shè)備、攝像設(shè)備和圖像處理方法，尤其涉及一種使用圖像恢復(fù)處理的圖像校正技術(shù)。

背景技術(shù)

通過使用攝像設(shè)備拍攝被攝體所獲得的圖像的圖像質(zhì)量尤其因光學(xué)攝像系統(tǒng)的像差而劣化。例如，圖像的模糊表示由光學(xué)攝像系統(tǒng)的球面像差、彗星像差、像場彎曲和像散等所導(dǎo)致的圖像質(zhì)量劣化。通過忽略作為光波的特性的衍射的影響，來自被攝體的一個(gè)點(diǎn)的光束穿過不具有像差的光學(xué)攝像系統(tǒng)在成像面上會(huì)聚成相同大小的一個(gè)點(diǎn)(焦點(diǎn))。然而，實(shí)際上除衍射的影響以外，焦點(diǎn)還由于光學(xué)攝像系統(tǒng)的像差而擴(kuò)散。

光學(xué)攝像系統(tǒng)的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(PSF)表示焦點(diǎn)周圍的強(qiáng)度分布，即由于衍射和光學(xué)攝像系統(tǒng)的像差而導(dǎo)致的圖像的模糊，因此，將其稱為模糊成分。該模糊成分不是表示由失焦?fàn)顟B(tài)所導(dǎo)致的模糊，而是表示即使在聚焦?fàn)顟B(tài)下也由光的衍射和光學(xué)攝像系統(tǒng)的像差所導(dǎo)致的模糊。

依賴于光的波長的模糊程度的變化可能導(dǎo)致在由光學(xué)攝像系統(tǒng)的軸向色像差、顏色球面像差和顏色彗星像差所引起的彩色圖像中的色邊紋。由光學(xué)系統(tǒng)的倍率色像差所導(dǎo)致的橫向上的顏色偏差可以表示由依賴于光的波長的攝像倍率的變化所導(dǎo)致的重合失調(diào)或相位偏移。

通過對(duì)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(PSF)進(jìn)行傅立葉變換所獲得的光學(xué)傳遞函數(shù)(OTF)用作像差的頻率成分信息，并且以復(fù)數(shù)來表示。光學(xué)傳遞函數(shù)(OTF)的絕對(duì)值、即振幅成分被稱為MTF(調(diào)制傳遞函數(shù))，并且將相位成分稱為PTF(相位傳遞函數(shù))。MTF和PTF分別是由像差所導(dǎo)致的圖像劣化的振幅成分和相位成分的頻率特性。通過公式1將相位成分PTF表示為相位角：

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

其中，Re(OTF)和Im(OTF)分別表示光學(xué)傳遞函數(shù)的實(shí)部和虛部。

如上所述，由于光學(xué)攝像系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)使圖像的振幅成分和相位成分兩者劣化，所以類似于發(fā)生彗星像差的情況、被攝體圖像的各個(gè)點(diǎn)相對(duì)于焦點(diǎn)不對(duì)稱地模糊。

倍率色像差表示成像位置由于依賴于光的波長的攝像倍率的變化而移位這一現(xiàn)象。圖像傳感器通常設(shè)置有RGB顏色馬賽克濾波器，并且各像素用于獲得R、G和B顏色成分中的一個(gè)。除R、G和B波長之間的成像位置的重合失調(diào)以外，在每一所獲得的顏色成分內(nèi)發(fā)生各波長的成像位置的重合失調(diào)，即由相位偏移所導(dǎo)致的圖像的擴(kuò)散。盡管倍率色像差不能正確表示由簡單平行移位所導(dǎo)致的顏色偏差，但是除非特別指明，在本說明書中，將顏色偏差和倍率色像差作為同義詞使用。

已知一種被稱為圖像恢復(fù)方法或圖像復(fù)原方法的、用于使用光學(xué)攝像系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)(OTF)的信息來校正振幅成分(MTF)和相位成分(PTF)的劣化的方法。因此，以下將用于使用光學(xué)攝像系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)的信息來校正圖像劣化的處理稱為圖像恢復(fù)處理。

這里將概要說明圖像恢復(fù)處理。假定g(x，y)是劣化圖像，f(x，y)是原始圖像，并且h(x，y)是通過對(duì)光學(xué)攝像系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)進(jìn)行逆傅立葉變換所獲得的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)。那么，

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

其中，算符“*”表示卷積，并且(x，y)表示圖像上的坐標(biāo)。

對(duì)公式2進(jìn)行傅立葉變換以獲得二維頻面上的顯示形式，結(jié)果產(chǎn)生針對(duì)各頻率的積的形式，如通過公式3所示：

G(u,v)=H(u,v)·F(u,v)????...(3)

其中，H表示通過對(duì)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)進(jìn)行傅立葉變換所獲得的光學(xué)傳遞函數(shù)，并且(u，v)表示二維頻面上的坐標(biāo)、即頻率。

為了根據(jù)所拍攝的劣化圖像獲得原始圖像，僅需要將公式3的兩邊除以H，如公式4所示：

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

通過對(duì)F(u，v)進(jìn)行逆傅立葉變換以返回實(shí)面，獲得原始圖像f(x，y)作為恢復(fù)圖像。

假定在上述經(jīng)過了逆傅立葉變換的公式中，R為1/H。那么通過對(duì)實(shí)面上的圖像執(zhí)行卷積處理可以獲得原始圖像，如公式5所示：

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