图像捕捉装置、图像捕捉系统和图像捕捉方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及图像捕捉装置、图像捕捉系统和图像捕捉方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着信息的数字化的发展，数字化在图像捕捉装置领域也已经有效开发。 特别是，在由数字相机代表的图像捕捉装置中，关于图像捕捉表面，由固态图像捕捉设备替 代传统胶片。CCD(电荷耦合器件)传感器、CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器等被用作固 态图像捕捉设备(下文简称为"图像捕捉设备"）。
[0003] 以此方式，使用图像捕捉设备的图像捕捉装置通过光学系统接受来自被摄体的 光，通过由固态图像捕捉设备将其转换为电信号而提取光。这样的图像捕捉装置的示例除 了数字相机之外还包括摄像机、条码读取器、移动电话、便携式信息终端(PDA:个人数字助 理)和工业相机。
[0004] 上面提及的图像捕捉装置包括利用光学系统扩展景深的所谓的扩展景深相机 (EDoF:扩展景深）。景深指示将远离相机的透镜的距离处的被摄体当作焦点对准（in focus)可接受的、在透镜的光轴方向上的距离范围。
[0005] 给出光学系统的景深的具体描述。被包括在光学系统中的透镜和相位板(phase plate)用于向入射在图像捕捉设备上的被摄体的光给出相差并且添加点扩散函数(PSF:点 扩散函数）。例如，透镜向入射在图像捕捉设备上的被摄体的光给出球面像差作为像差。光 学系统使得由图像捕捉设备捕捉到的图像因像差而模糊，但使得模糊在宽景深中恒定。因 此，被光学系统模糊的图像需要以获得MTF(调制传递函数）的预定值的方式被校正。MTF指 示描绘用于再现被摄体的对比度的保真程度的、换言之对比度的再现性的数字化值。在该 情况下，对由光学系统模糊的图像执行点扩散函数的逆变换处理，以将图像恢复为高清晰 度图像。通过利用逆变换滤波器对形成由光学系统模糊的图像的每个像素（下文简称为像 素)执行滤波处理来校正图像的模糊，实现逆变换处理。
[0006] 此外，由图像捕捉设备捕捉到的图像通常包括噪声。相应地，也需要噪声降低处 理。作为降低这样捕捉的图像的噪声并且校正模糊用于恢复的装置，提出了包括噪声处理 单元和恢复处理单元的装置，该噪声处理单元通过对输入图像执行降低噪声的噪声处理生 成噪声处理后的图像，该恢复处理单元对噪声处理后的图像执行降低模糊的恢复处理（专 利文献1)。该噪声处理单元配置为基于恢复处理的特性执行噪声处理。
[0007] 然而，专利文献1中描述的装置具有的问题在于，该装置防止由于噪声处理单元的 影响被放大的图像劣化，并且不能从根本上防止噪声的放大。而且，分辨率和噪声量是折衷 的关系。因此，还存在的问题是:如果大量地补偿透镜的分辨率，则噪声量增加。
[0008] 鉴于以上，存在提供恢复作为光学像差的模糊同时抑制噪声的图像捕捉装置、图 像捕捉系统和图像捕捉方法的需要。
【发明内容】
[0009] 图像捕捉装置包括:光学系统，对入射光给予像差；图像捕捉单元，将穿过光学系 统的光转换为像素，并且捕捉图像；以及逆变换单元，获得第一逆变换滤波器，用于恢复由 图像捕捉单元捕捉的捕捉图像的每个预定部分的像差，并且通过第一逆变换滤波器对捕捉 图像执行第一逆变换处理。
【附图说明】
[0010] 图1是例示根据第一实施例的图像捕捉系统的整体配置的示例的图。
[0011]图2是例示第一实施例的信息处理装置的配置的示例的图。
[0012] 图3是例示根据第一实施例的图像捕捉装置的配置的示例的图。
[0013] 图4是例示根据第一实施例的图像捕捉装置的图像处理单元的配置的示例的图。
[0014] 图5是例示由图像捕捉设备检测到的图像的示例的图。
[0015] 图6是例示图像处理单元的图像缓冲器单元的配置的示例的图。
[0016] 图7是例示将从图像捕捉设备输出的像素输入到图像缓冲器单元中的操作的时序 图。
[0017] 图8是说明功率谱在检测到的图像的区域之间不同的图。
[0018]图9是说明整个检测到的图像中的功率谱和最优滤波器的图。
[0019] 图10是说明在检测到的图像的平坦部分的区域中的功率谱和最优滤波器的图。
[0020] 图11是说明在检测到的图像的纹理部分的区域中的功率谱和最优滤波器的图。
[0021] 图12是说明第一实施例的图像处理单元的滤波器处理单元的配置和操作的示例 的图。
[0022]图13是说明第二实施例的图像处理单元的滤波器处理单元的配置和操作的图。
[0023] 图14是例示逆变换滤波器的配置的示例的图。
[0024] 图15是说明由逆变换滤波器对图像执行滤波处理的图。
[0025] 图16是说明扫描图像中被用于逆变换滤波器的滤波处理的目标的目标部分图像 的操作的图。
【具体实施方式】
[0026]在下文中，参考附图给出根据本发明的图像捕捉装置、图像捕捉系统和图像捕捉 方法的实施例的详细描述。此外，本发明不受下面的实施例的限制，并且下面的实施例中的 部件包括容易由本领域技术人员想到的、实质上相同的、在其被称作的等效物的范围内的 部件。另外，可以在不脱离下面的实施例的精神的范围内做出部件的各种省略、替代和改 变。
[0027](第一实施例）
[0028]〈图像捕捉系统的整体配置〉
[0029] 图1是例示根据第一实施例的图像捕捉系统的整体配置的示例的图。参考图1描述 该实施例的图像捕捉系统500的配置。
[0030] 如图1中例示，该实施例的图像捕捉系统500包括图像捕捉装置1和PC 2。图像捕捉 装置1和PC2通过诸如以太网（注册商标）电缆之类的通信电缆3以能够相互通信的方式连 接。
[0031] 图像捕捉装置1将从被摄体4发射的光转换为电信号以捕捉被摄体4的图像，对关 于捕捉的图像(在下文中简称为图像）的信息执行各种处理，并且经由通信电缆3向PC 2传 送处理后的图像。PC 2对从图像捕捉装置1接收到的图像执行预定处理。
[0032] 例如，图像捕捉装置1捕捉附于生产线上运送的产品的条码的图像，并且向PC 2传 送条码的图像。PC 2从接收到的图像读出关于条码的信息，并且分析该信息。
[0033]如图1中例示，图像捕捉系统500是其中图像捕捉装置1和PC 2经由通信电缆3传送 数据的有线通信方法中的系统，但不限于此。例如，图像捕捉装置1和PC 2可以能够以诸如 Wi-Fi(注册商标)（无线保真)之类的无线通信方法相互传送数据。
[0034]此外，如果在生产线中使用图像捕捉系统500,则PC 2可以配置为以能够通信的方 式连接到PLC(可编程逻辑控制器)等。在这种情况下，图像捕捉系统500的操作的示例包括 下面的操作。图像捕捉装置1捕捉附到生产线上运送的产品的条码的图像，并且向PC 2传送 条码的图像。PC 2从接收到的条码的图像确定生产线上运送的产品的产品编号。如果确定 的产品编号不符合在生产线上设置的产品编号，则PC 2向PLC传送指示已经对于其确定产 品编号的产品是具有不同产品编号的产品的信号。当从PC 2接收到指示产品是具有不同产 品编号的产品的信号时，PLC从生产线移除该产品，或者控制生产线的操作以开启警报灯并 且停止生产线。
[0035]〈信息处理装置的配置〉
[0036]图2是例示第一实施例的信息处理装置的配置的示例的图。参考图2描述作为信息 处理装置的示例的PC 2的配置。
[0037] 如图2中例示，作为信息处理装置的示例的PC 2包括通信单元21、操作单元22、显 示单元23、存储单元24、外部存储设备25和控制单元26。以上单元通过总线27连接，并且可 以向彼此传送和从彼此接收数据。
[0038] 通信单元21是经由通信电缆3与图像捕捉装置1通信的设备。通信单元21由诸如 NIC(网络接口卡）之类的通信设备实现。通信单元21的通信协议例如由TCP(传输控制协 议)/IP(因特网协议)或者UDP(用户数据报协议)/IP实现。
[0039] 操作单元22是允许用户执行输入操作以使得控制单元26执行预定处理的设备。操 作单元22由例如鼠标、键盘、数字小键盘、触摸垫或者触摸屏的输入操作功能实现。
[0040] 显示单元23是显示由控制单元26执行的应用图像等的设备。显示单元23例如由 CRT(阴极射线管）显示器、液晶显示器、等离子显示器或者有机EL(电致发光)显示器实现。 [0041 ]存储单兀24是在其中存储在PC 2中执行的各种程序、用于在PC中执行的各种处理 的数据等的设备。存储单元24由诸如ROM(只读存储器)和RAM(随机存取存储器)之类的存储 设备实现。
[0042]外部存储设备25是在其中累积和存储图像、程序、字体数据(font data)等的存储 设备。外部存储设备25由诸如HDD(硬盘驱动）、SSD(固态驱动）、光盘、或磁光盘(MO:磁光盘） 之类的存储设备实现。
[0043] 控制单元26是控制PC 2的每个单元的操作的设备。控制单元26例如由CPU(中央处 理单元)和ASIC(特定应用集成电路)实现。
[0044]〈图像捕捉装置的配置〉
[0045]图3是例示根据第一实施例的图像捕捉装置的配置的示例的图。参考图3描述该实 施例的图像捕捉装置1的配置。
[0046] 如图3例示，图像捕捉装置1包括透镜单元11、图像捕捉设备12、图像处理单元14和 通信单元15。
[0047] 透镜单元11是会聚从被摄体4发射的光并且将图像聚焦在图像捕捉设备12上的单 元。透镜单元11由包括一个或者多个透镜的光学系统实现。透镜单元11包括相位板Ila和光 圈(diaphragm) I Ib。被摄体4例如是人、要监视的对象、条码、二维码或者字符串。
[0048] 相位板Ila具有对入射在透镜单元11上的光给予像差的功能。作为结果，相位板 Ila给出向入射在图像捕捉设备12上的光添加点扩散功能的效果，并且使得由图像捕捉设 备12捕捉的图像模糊，但是使得该模糊在宽景深中恒定。
[0049] 光圈Ilb是自动调节入射在透镜单元11上的光量的组件，并且放置在相位板Ila附 近。
[0050] 图像捕捉设备12是将入射在透镜单元11上的来自被摄体的光转换为电信号以捕 捉被摄体4的图像并且生成图像的固态图像捕捉设备。图像捕捉设备12输出组成由组成固 态图像捕捉设备的检测单元捕捉的图像的像素。图像捕捉设备12例如由CCD传感器或CMOS 传感器实现。
[0051] 图像处理单元14是根据从图像捕捉设备12输出的图像生成已经对其上执行了滤 波处理的图像的设备。
[0052] 通信单元15是经由通信电缆3与PC 2通信的设备。通信单元15向PC 2传送例如从 图像处理单元14输出的图像。通信单元15例如由诸如NIC之类的通信设备实现。通信单元15 的通信协议例如由TCP/IP或者UDP/IP实现。
[0053]〈图像处理单元的配置〉
[0054] 图4是例如根据第一实施例的图像捕捉装置的图像处理单元的配置的示例的图。 图5是例示由图像捕捉设备检测到的图像的示例的图。参考图4描述该实施例的图像捕捉装 置1的图像处理单元14的配置。
[0055] 如上面描述，图像捕捉设备12是将入射在透镜单元11上的来自被摄体的光转换为 电信号以捕捉被摄体4的图像并且生成图像的固态图像捕捉设备。在下文中，假设图像捕捉 设备12形成并且输出VGA图像而给出描述。具体地，假设图像捕捉设备12用X方向上的640个 检测元件和Y方向上的480个检测元件检测作为由以640 X 480的矩阵布置的像素组成的图 像的检测到的图像101而给出描述。
[0056]由图像捕捉设备12检测到的图像的尺寸被设置为640X480的VGA图像，但不限于 此。无须说，图像的尺寸可以不同。
[0057] 如图4中例示，该实施例的图像处理单元14包括图像缓冲器单元141和滤波器处理 单元143。
[0058]图像缓冲器单元141是从图像捕捉设备12输出的像素被又被输入到并且缓冲它们 的设备。下面在图6和7中描述图像缓冲器单元141的具体配置和操作。
[0059]滤波器处理单元143利用下面描述的滤波器电路对从图像缓冲器单元141输出的 像素执行预定滤波处理。在该实施例中，以用于对已经通过相位板Ila的影响对其给予点扩 散函数的模糊图像执行局部校正模糊的逆变换处理的逆变换滤波器作为用于滤波处理的 滤波器的示例而给出描述。休眠在图12中描述滤波器处理单元143的具体配置和操作。
[0060] 〈图像缓冲器单