空間フィルタ処理を行う撮像方法及びその撮像装置
【課題】撮影画像の低周波成分を除去する際のカットオフ周波数を、量子化誤差等の高周波ノイズを効果的かつ確実に低減できるように設定した撮像装置及びその撮像方法を提供する。
【解決手段】光学系からの光を受光して撮像し、撮像出力である画像データを処理する画像処理手段段が、光学系の開口数によって決定されるカットオフ周波数より高い周波数成分を画像データから除去する空間フィルタ処理を行う。
【解決手段】光学系からの光を受光して撮像し、撮像出力である画像データを処理する画像処理手段段が、光学系の開口数によって決定されるカットオフ周波数より高い周波数成分を画像データから除去する空間フィルタ処理を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は顕微鏡等の高倍率の画像撮影に好適な撮像方法及びその撮像装置に関し、特に光学系の開口数NAから決定されるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を除去する空間フィルタ処理を行うようにした撮像方法及びその撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、撮像装置として、撮像光学系を通じて入射される光をＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）で光電変換し出力するものが知られている。例えば特開２００４−２８９７８６号公報（特許文献１）には、図１０に示すように、撮像部１０１及び画像処理部１１０を具備した撮像装置１００が開示されている。撮像部１０１は、撮像対象からの入射光を受光して光電変換する撮像手段として機能するものであり、例えばＣＣＤカメラが用いられる。撮像部１０１にはＣＣＤが撮像素子として用いられ、そのＣＣＤの前方には撮像光学系が設置されている。
【０００３】
画像処理部１１０は、撮像部１０１から出力される撮影画像を画像処理する画像処理手段としての機能を有しており、空間フィルタ１１１及びＤ／Ａ変換部１１２で構成されている。空間フィルタ１１１は撮影信号の空間周波数における所定の低周波成分を除去し、撮影映像における高輝度部の周辺のハレーションを低減する空間フィルタである。Ｄ／Ａ変換部１１２は、空間フィルタ１１１の出力信号をデジタル信号からアナログ信号に変換し、映像信号として出力する。
【０００４】
空間フィルタ１１１としては、離散フーリエ変換処理、低周波除去処理及び逆離散フーリエ変換処理を行うもの、或いは１次元デジタルフィルタ又は２次元デジタルフィルタを用いて撮影画像の空間周波数における低周波成分を除去するものが用いられる。
【０００５】
上述の特許文献１に記載の撮像装置は、撮影映像における高輝度部の周辺のハレーションを低減するために、撮影信号の空間周波数における所定の低周波成分を除去するものであるが、撮影画像をデジタル変換する際に混入する量子化誤差を低減するために、撮影信号の高周波成分を除去する撮像装置も知られている。
【特許文献１】特開２００４−２８９７８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の特許文献１に記載の撮影画像の低周波成分を除去するようにした撮像装置や、量子化誤差を低減するために撮影画像の高周波成分を除去するようにした撮像装置では、除去する際のカットオフ空間周波数の決定は、経験や勘に基づいて行われることが多い。このようにカットオフ空間周波数を経験や勘に基づいて決定していたのでは、量子化誤差を効果的に低減することができず、適切な撮影ができないという問題がある。
【０００７】
本発明は上述のような事情によりなされたものであり、本発明の目的は、撮影画像の低周波成分を除去する際のカットオフ空間周波数を、量子化誤差等の高周波ノイズを効果的かつ確実に低減できるように設定する空間フィルタ処理を行う撮像方法及びその撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、光学系からの光を受光して撮像し、撮像出力である画像データを画像処理する撮像方法に関し、本発明の上記目的は、前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を前記画像データから除去して空間フィルタ処理を行うことによって達成される。
【０００９】
本発明は、光学系からの光を受光して撮像し、撮像出力である画像データを画像処理する撮像方法に関し、本発明の上記目的は、前記画像データを離散フーリエ変換して第１画像データを生成し、前記第１画像データから前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を除去して第２画像データを生成し、前記第２画像データを逆離散フーリエ変換して第３画像データを生成して出力することによって空間フィルタ処理を行うことにより、或いは前記画像データに１次元デジタルフィルタ処理を行い、前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を前記画像データから除去することによって空間フィルタ処理を行い、或いは前記画像データに２次元デジタルフィルタ処理を行い、前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を前記画像データから除去することによって空間フィルタ処理を行い、或いは前記撮像を複数の撮像素子により行い、前記複数の撮像素子は互いの距離が、前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数の２倍になるように配置され、前記画像データから前記カットオフ空間周波数より高い周波数成分を除去して空間フィルタ処理を行うことにより、或いは撮像素子を走査することにより前記画像データを生成し、前記撮像素子が受光する点間の距離が前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数の２倍になるように、前記撮像素子の走査速度及び前記撮像素子の受光の時間間隔を設定し、前記画像データが前記カットオフ空間周波数より高い周波数成分を含まないように空間フィルタ処理を行うことによって達成される。
【００１０】
また、本発明は、光学系からの光を受光して撮像し、撮像出力である第１画像データを画像処理する撮像方法に関し、本発明の上記目的は、撮像素子を走査することにより前記第１画像データを生成し、前記光学系の開口数ＮＡに基づいてカットオフ空間周波数を決定し、前記撮像素子が受光する点間の距離が前記カットオフ空間周波数の２倍となるデータを前記第１画像データから間引いて第２画像データを生成し、前記第２画像データが前記カットオフ周波数より高い周波数成分を含まないようにして空間フィルタ処理を行うことによって達成され、更に前記開口数ＮＡを外部から入力することによって、或いは前記画像データ若しくは前記第１画像データの光強度がピーク値から略半分になる位置までをスポット像とし、前記スポット像から前記スポット像の直径ｄを算出し、前記開口数ＮＡを
ＮＡ＝ｃλ／πｄ
（ただし、ｃは（２Ｊ１（ｘ））２＝０．５（Ｊ１（ｘ）は第１種ベッセル関 数の最小の解であり、約１．６１６３４の定数、λは光の波長である。）
によって求めることによって、或いは前記画像データの若しくは前記第１画像データの前記スポット像の第１暗環をエッジ抽出法等で抽出し、前記第１暗環の直径ｄを求め、前記開口数ＮＡを
ＮＡ＝ｃλ／πｄ
（ただし、ｃは（２Ｊ１（ｘ））２＝０（Ｊ１（ｘ）は第１種ベッセル関数） の最小の解であり、約３．８３２の定数、λは光の波長である。）
によって求めることによって、より効果的に達成される。
【００１１】
更に、本発明は、光学系からの光を受光して撮像する撮像手段と、前記撮像手段から出力される画像データを画像処理する画像処理手段とを具備した撮像装置に関し、本発明の上記目的は、前記画像処理手段が、前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を前記画像データから除去する空間フィルタを具備することによって、或いは前記画像処理手段が、前記画像データを離散フーリエ変換して第１画像データを生成するフーリエ変換部と、前記光学系の開口数ＮＡに基づいて定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を前記第１画像データから除去して第２画像データを生成する空間フィルタと、前記第２画像データを逆離散フーリエ変換して第３画像データを生成して出力する逆フーリエ変換部とを具備することによって、或いは前記画像処理手段が前記画像データに１次元デジタルフィルタ処理を行い、前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を前記画像データから除去する機能を具備することによって、或いは前記画像処理手段が前記画像データに２次元デジタルフィルタ処理を行い、前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を前記画像データから除去する機能を具備することによって、或いは前記撮像手段は複数の撮像素子から成り、前記複数の撮像素子は互いの距離が前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数の２倍になるように配置され、前記カットオフ空間周波数より高い周波数成分が前記画像データから除去されることによって、或いは前記撮像手段は撮像素子で成り、前記撮像素子を走査することにより前記画像データを生成し、前記撮像素子が受光する点間の距離が、前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数の２倍になるように、前記撮像素子の走査速度及び前記撮像素子の受光の時間間隔を設定して前記走査を行い、前記画像データが前記カットオフ空間周波数より高い周波数成分を含まないようにすることによって、或いは前記撮像手段が、撮像素子を走査することにより前記第１画像データを生成して出力する手段で成り、前記画像処理手段は、前記光学系の開口数ＮＡに基づいてカットオフ空間周波数を決定する機能と、前記撮像素子が受光を行う点間の距離が前記カットオフ空間周波数の２倍となるデータを前記第１画像データから間引いて第２画像データを生成する機能とを具備し、前記第２画像データが前記カットオフ空間周波数より高い周波数成分を含まないようにすることによって達成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、撮影画像から高周波の成分を除去する際のカットオフ空間周波数を光学系の開口数ＮＡに基づいて客観的な数式で決定しているので、光学系を通過する光の情報は維持し、下流で混入する種々の高周波ノイズを効果的かつ確実に低減することができ、適切な撮影画像を生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、ＣＣＤ等の撮像素子に結像した光には光学系の開口数ＮＡから決められるカットオフ空間周波数より高い空間周波数は含まれていないので、カットオフ空間周波数より高い空間周波数成分の信号はノイズとみなすことができることに着眼している。
本発明では、量子化誤差等の高周波ノイズを効果的かつ確実に低減できるように、光学系からの光を受光して撮像した画像データの画像処理において、光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を画像データから除去して空間フィルタ処理を行うようにしている。空間フィルタ処理は１次元又は２次元デジタルフィルタ処理、撮像素子の走査速度や受光の時間間隔の設定で行っている。
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
本発明に係る撮像装置は、図１に示されるように光学系１からの入射光を受光する撮像部２と、撮像部２から出力される画像データＩＭ１を処理する画像処理部３とから構成されており、画像処理部３から出力される画像データＩＭ２は、光学系１の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分が除去されている。光学系１は、例えば顕微鏡等の高倍率の像を形成するための光学系であり、１枚又は複数枚のレンズの組み合わせから成り、撮像対象及び光学系１を透過した光が撮像部２に入射する。撮像部２には、光学系からの入射光を受光し光電変換するための撮像手段としての撮像素子が備えられており、撮像素子としては例えば１次元又は２次元のＣＣＤカメラが用いられる。
【００１６】
画像処理部３には空間フィルタ部３１が備えられ、撮像部２から出力された画像データＩＭ１を入力し、画像処理されカットオフ空間周波数より高い周波数成分が除去された画像データＩＭ２を出力するようになっている。空間フィルタ部３１は、入力された画像データＩＭ１のカットオフ空間周波数より高い周波数成分を除去するもので、量子化誤差等の高周波ノイズを効果的に低減するために、本発明ではカットオフ空間周波数は光学系１の開口数ＮＡに基づいて定まる最大空間周波数を用いる。即ち、光の波長をλとすると、最大空間周波数ｆｍは下記数１によって与えられる。
（数１）
ｆｍ＝２ＮＡ／λ
図２に示されるように、空間フィルタ部３１からの出力信号ＩＭＳ、つまり画像データＩＭ１からカットオフ空間周波数（ｆｍ）より高い周波数成分を除去されたデジタル信号をアナログ信号に変換するために、画像処理部３にＤ／Ａ変換部３２を具備するようにしても良い。なお、図２に示される実施形態では、デジタル信号の画像データＩＭ１を空間フィルタ部３１で処理してからＤ／Ａ変換部３２でアナログ信号に変換するようにしているが、画像データＩＭ１がアナログ信号であり、空間フィルタ部３１での空間フィルタ処理をデジタル信号によって行う場合、Ａ／Ｄ変換部を空間フィルタ部３１の前に挿入し画像データＩＭ１をデジタル信号に変換してから空間フィルタ部３１で画像データを処理するようにしても良い。また、Ｄ／Ａ変換部及びＡ／Ｄ変換部は本発明に必須のものではなく、撮像部２からの画像データＩＭ１の形態或いは画像処理部３の出力である画像データＩＭ２の利用形態に応じて適宜設ければ良い。
【００１７】
本発明の第１実施形態では、空間フィルタ部３１は図３に示すように、撮像部２からの画像データＩＭ１を離散フーリエ変換するフーリエ変換部３１１と、離散フーリエ変換された画像データＩＭＳ１からカットオフ空間周波数より高い周波数成分の除去を行う空間フィルタ３１２と、空間フィルタ３１２で高周波数成分を除去された画像データＩＭＳ２を逆離散フーリエ変換して画像データＩＭＳを出力する逆フーリエ変換部３１３とで構成されている。
【００１８】
図４（Ａ）〜（Ｄ）はこのような空間フィルタ処理の過程を示しており、各過程における画像が示されている。先ず、図４（Ａ）に示す撮像部２からの原画像１０がフーリエ変換部３３１で離散フーリエ変換され、図４（Ｂ）に示す画像１１となり、原画像１０におけるスポット１０Ａは、離散フーリエ変換された画像１１では４隅に分離され、図４（Ｂ）に示す符号部１１Ａになる。そして、空間フィルタ３１２が画像１１に対して高周波成分の除去を行うと、図４（Ｃ）に示すような画像１２が得られ、図４（Ｂ）の符号１１Ｂに現れているノイズが低減され、図４（Ｃ）の符号１２Ｂに示されるようになる。この画像１２をフーリエ変換部３１３で逆離散フーリエ変換すると、高周波成分のノイズが除去された 図４（Ｄ）に示すような画像１３が得られる。ここで、除去される高周波成分のカットオフ周波数は、前記数１で与えられる最大空間周波数ｆｍである。
【００１９】
一方、空間フィルタ部３１において、１次元デジタルフィルタ処理又は２次元デジタルフィルタ処理を行うようにしても良い（第２実施形態）。
【００２０】
１次元デジタルフィルタ処理では例えば図５に示されるような３画素のオペレータ（マスク）を用い、２次元デジタルフィルタ処理では図６に示されるような９画素のオペレータ（マスク）を用いる。共に画像データの平滑化を行い、前記数１で与えられる最大空間周波数ｆｍより高い周波数成分を除去することができる。図５及び図６のフィルタのタップ数は“３”であるが、このフィルタのタップ数はできるだけ大きくすることが好ましい。
【００２１】
図７に示される第３実施形態では、撮像部２を構成する多数の撮像素子２Ａを複数箇所に配設し、撮像素子２Ａ間の距離を前記数１で与えられる最大空間周波数ｆｍの２倍程度にすることにより、撮像素子２Ａで生成される画像データＩＭ３に対して最大空間周波数ｆｍより高い周波数成分が除去されるようにしている。撮像素子２Ａは２次元のエリア素子であっても、線状のリニア素子であっても良く、リニア素子の場合には空間的若しくは時間的に走査する必要がある。また、撮像素子２ＡはＣＣＤであっても良い。
【００２２】
撮像素子２Ａは、光学系１からの入射光を受光するために２次元平面内に配設され、互いの距離が最大空間周波数ｆｍの２倍になるように配設される。このようにすることによって、画像処理部３に送られる画像データに、最大空間周波数ｆｍより高い周波数成分が含まれないようにすることができる。
【００２３】
また、図８に示される第４実施形態では、単一の撮像素子２Ａが、光学系１からの入射光を受光するために２次元平面内を走査することにより、画像処理部３に画像データＩＭ４を送るようにしている。２次元平面内の走査は、線状の走査を少しずつ空間的若しくは時間的にずらして繰り返し行うことによって実現できる。
【００２４】
本実施形態では、撮像素子２Ａが光学系１からの入射光を受光する点間の距離が前記数１で与えられる最大空間周波数ｆｍの２倍になるように、撮像素子２Ａの走査速度と撮像素子２Ａが受光を行う時間間隔（サンプリング間隔）とを設定する。ナイキスト・シャノンのサンプリング定理にあるように、このようにすることによって撮像素子２Ａによって生成される画像データＩＭ４が、最大空間周波数ｆｍより高い周波数成分を含まないようにすることができる。
【００２５】
また、撮像素子２Ａの走査速度と撮像素子２Ａが受光を行う時間間隔を任意に設定した場合でも、画像処理部３において、受光された点間の距離が最大空間周波数ｆｍの２倍になるデータのみを間引くようにして、間引かれたデータのみから画像データＩＭ２を生成することによって、画像データＩＭ２が最大空間周波数ｆｍより高い周波数成分を含まないようにしても良い。
【００２６】
光学系１の開口数ＮＡは撮像部２に予め設定しておいても良いが、開口数ＮＡは光学系１の絞り等の条件によって変化するため、計算して求めた開口数ＮＡを外部からその都度入力するようにしても良い。また、光学系の開口数ＮＡが完全に既知でない場合には、想定できる開口数ＮＡのうち、最大の開口数ＮＡを用いてカットオフ空間周波数を決めても良い。例えば観察対象の光の開口数ＮＡ１が未知であり、顕微鏡などの測定装置の光学系の結像部における最大実効開口数ＮＡ２が既知である場合には、開口数ＮＡ１が十分に大きい場合について、結像部における実効開口数ＮＡ０を算出し、実効開口数ＮＡ０を用いてカットオフ空間周波数を決定する。
【００２７】
更に、撮像部２にスポット像解析部を具備するようにして、スポット像から開口数ＮＡを計算するようにすることによって、光学系１の所望の条件における開口数ＮＡを撮像部２に設定することができる。
【００２８】
光学系１の開口数ＮＡは、スポット像から求めることができる。即ち、図９に示されるように、光学系１から像面６に結像するスポット像に対して、入射光の入射角をθ、媒質の屈折率をｎとすると、開口数ＮＡは下記数２によって定義される。
（数２）
ＮＡ＝ｎ×ｓｉｎθ
スポット像解析部は、例えばスポット画像の光強度がピーク値から略半分になる位置までをスポット像とし、スポット像の面積ｓを求める。そして、スポット像の面積ｓから、スポット像の直径ｄを下記数３により算出する。
（数３）
ｄ＝√（４ｓ／π）
上記数３によってスポット像の直径ｄが求まると、下記数４により開口数ＮＡを求めることができる。
（数４）
ＮＡ＝ｃλ／πｄ
ただし、ｃは（２Ｊ１（ｘ））２＝０．５（Ｊ１（ｘ）は第１種ベッセル関数 ）の最小の解であり、約１．６１６３４の定数、λは光の波長である。
なお、スポット像の直径ｄは、スポット像の面積ｓから求めるのではなく、スポット像の直径から直接求めるようにしても良い。
【００２９】
また、スポット像解析部において、スポット画像の第１暗環をエッジ抽出法等で抽出し、抽出された第１暗環の直径ｄを求める方法もある。この場合、直径ｄを求めた後、下記数５によって開口数ＮＡを求めることができる。
（数５）
ＮＡ＝ｃλ／πｄ
ただし、ｃは（２Ｊ１（ｘ））２＝０（Ｊ１（ｘ）は第１種ベッセル関数）の 最小の解であり、約３．８３２の定数である。
なお、開口数ＮＡに誤差が含まれている場合を想定する場合には、安全係数βを乗算してカットオフ空間周波数ｆｍを下記数６で決定する。
（数６）
ｆｍ＝２β・ＮＡ／λ
例えば開口数ＮＡに２０％の誤差が想定される場合には、安全係数βを“１．２”とする。
【００３０】
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。特に光学系の瞳については、本発明の実施形態は、任意の瞳形状に適用することができる。例えば、瞳の開口部で“１”、それ以外の領域では“０”を持つ瞳のマスク関数ｆ（ｘ，ｙ）の自己相関関数の台（関数が値を持つ領域）の空間周波数信号を通過させ、台以外の帯域の信号をカットするローパスフィルタを構成すれば、任意の瞳形状に対して本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る撮像装置の画像処理部にＤ／Ａ変換部を具備するようにした場合の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の空間フィルタ部の構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明の画像処理を説明するための図である（第１実施形態）。
【図５】本発明で実行する１次元デジタルフィルタ処理のオペレータの例を示す図である（第２実施形態）。
【図６】本発明で実行する２次元デジタルフィルタ処理のオペレータの例を示す図である（第２実施形態）。
【図７】複数の撮像素子を最大空間周波数の２倍の間隔で配設した撮像装置（第３実施形態）の構成例を示すブロック図である。
【図８】撮像素子を走査させることによって画像データを生成する撮像装置（第４実施形態）の構成例を示すブロック図である。
【図９】光学系の開口数のスポット像による定義を説明するための図である。
【図１０】従来の撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３２】
１ 光学系
２ 撮像部
２Ａ 撮像素子
３ 画像処理部
３１ 空間フィルタ部
３２ Ｄ／Ａ変換部
３１１ フーリエ変換部
３１２ 空間フィルタ
３１３ 逆フーリエ変換部
６ 像面
【技術分野】
【０００１】
本発明は顕微鏡等の高倍率の画像撮影に好適な撮像方法及びその撮像装置に関し、特に光学系の開口数NAから決定されるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を除去する空間フィルタ処理を行うようにした撮像方法及びその撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、撮像装置として、撮像光学系を通じて入射される光をＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）で光電変換し出力するものが知られている。例えば特開２００４−２８９７８６号公報（特許文献１）には、図１０に示すように、撮像部１０１及び画像処理部１１０を具備した撮像装置１００が開示されている。撮像部１０１は、撮像対象からの入射光を受光して光電変換する撮像手段として機能するものであり、例えばＣＣＤカメラが用いられる。撮像部１０１にはＣＣＤが撮像素子として用いられ、そのＣＣＤの前方には撮像光学系が設置されている。
【０００３】
画像処理部１１０は、撮像部１０１から出力される撮影画像を画像処理する画像処理手段としての機能を有しており、空間フィルタ１１１及びＤ／Ａ変換部１１２で構成されている。空間フィルタ１１１は撮影信号の空間周波数における所定の低周波成分を除去し、撮影映像における高輝度部の周辺のハレーションを低減する空間フィルタである。Ｄ／Ａ変換部１１２は、空間フィルタ１１１の出力信号をデジタル信号からアナログ信号に変換し、映像信号として出力する。
【０００４】
空間フィルタ１１１としては、離散フーリエ変換処理、低周波除去処理及び逆離散フーリエ変換処理を行うもの、或いは１次元デジタルフィルタ又は２次元デジタルフィルタを用いて撮影画像の空間周波数における低周波成分を除去するものが用いられる。
【０００５】
上述の特許文献１に記載の撮像装置は、撮影映像における高輝度部の周辺のハレーションを低減するために、撮影信号の空間周波数における所定の低周波成分を除去するものであるが、撮影画像をデジタル変換する際に混入する量子化誤差を低減するために、撮影信号の高周波成分を除去する撮像装置も知られている。
【特許文献１】特開２００４−２８９７８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の特許文献１に記載の撮影画像の低周波成分を除去するようにした撮像装置や、量子化誤差を低減するために撮影画像の高周波成分を除去するようにした撮像装置では、除去する際のカットオフ空間周波数の決定は、経験や勘に基づいて行われることが多い。このようにカットオフ空間周波数を経験や勘に基づいて決定していたのでは、量子化誤差を効果的に低減することができず、適切な撮影ができないという問題がある。
【０００７】
本発明は上述のような事情によりなされたものであり、本発明の目的は、撮影画像の低周波成分を除去する際のカットオフ空間周波数を、量子化誤差等の高周波ノイズを効果的かつ確実に低減できるように設定する空間フィルタ処理を行う撮像方法及びその撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、光学系からの光を受光して撮像し、撮像出力である画像データを画像処理する撮像方法に関し、本発明の上記目的は、前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を前記画像データから除去して空間フィルタ処理を行うことによって達成される。
【０００９】
本発明は、光学系からの光を受光して撮像し、撮像出力である画像データを画像処理する撮像方法に関し、本発明の上記目的は、前記画像データを離散フーリエ変換して第１画像データを生成し、前記第１画像データから前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を除去して第２画像データを生成し、前記第２画像データを逆離散フーリエ変換して第３画像データを生成して出力することによって空間フィルタ処理を行うことにより、或いは前記画像データに１次元デジタルフィルタ処理を行い、前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を前記画像データから除去することによって空間フィルタ処理を行い、或いは前記画像データに２次元デジタルフィルタ処理を行い、前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を前記画像データから除去することによって空間フィルタ処理を行い、或いは前記撮像を複数の撮像素子により行い、前記複数の撮像素子は互いの距離が、前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数の２倍になるように配置され、前記画像データから前記カットオフ空間周波数より高い周波数成分を除去して空間フィルタ処理を行うことにより、或いは撮像素子を走査することにより前記画像データを生成し、前記撮像素子が受光する点間の距離が前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数の２倍になるように、前記撮像素子の走査速度及び前記撮像素子の受光の時間間隔を設定し、前記画像データが前記カットオフ空間周波数より高い周波数成分を含まないように空間フィルタ処理を行うことによって達成される。
【００１０】
また、本発明は、光学系からの光を受光して撮像し、撮像出力である第１画像データを画像処理する撮像方法に関し、本発明の上記目的は、撮像素子を走査することにより前記第１画像データを生成し、前記光学系の開口数ＮＡに基づいてカットオフ空間周波数を決定し、前記撮像素子が受光する点間の距離が前記カットオフ空間周波数の２倍となるデータを前記第１画像データから間引いて第２画像データを生成し、前記第２画像データが前記カットオフ周波数より高い周波数成分を含まないようにして空間フィルタ処理を行うことによって達成され、更に前記開口数ＮＡを外部から入力することによって、或いは前記画像データ若しくは前記第１画像データの光強度がピーク値から略半分になる位置までをスポット像とし、前記スポット像から前記スポット像の直径ｄを算出し、前記開口数ＮＡを
ＮＡ＝ｃλ／πｄ
（ただし、ｃは（２Ｊ１（ｘ））２＝０．５（Ｊ１（ｘ）は第１種ベッセル関 数の最小の解であり、約１．６１６３４の定数、λは光の波長である。）
によって求めることによって、或いは前記画像データの若しくは前記第１画像データの前記スポット像の第１暗環をエッジ抽出法等で抽出し、前記第１暗環の直径ｄを求め、前記開口数ＮＡを
ＮＡ＝ｃλ／πｄ
（ただし、ｃは（２Ｊ１（ｘ））２＝０（Ｊ１（ｘ）は第１種ベッセル関数） の最小の解であり、約３．８３２の定数、λは光の波長である。）
によって求めることによって、より効果的に達成される。
【００１１】
更に、本発明は、光学系からの光を受光して撮像する撮像手段と、前記撮像手段から出力される画像データを画像処理する画像処理手段とを具備した撮像装置に関し、本発明の上記目的は、前記画像処理手段が、前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を前記画像データから除去する空間フィルタを具備することによって、或いは前記画像処理手段が、前記画像データを離散フーリエ変換して第１画像データを生成するフーリエ変換部と、前記光学系の開口数ＮＡに基づいて定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を前記第１画像データから除去して第２画像データを生成する空間フィルタと、前記第２画像データを逆離散フーリエ変換して第３画像データを生成して出力する逆フーリエ変換部とを具備することによって、或いは前記画像処理手段が前記画像データに１次元デジタルフィルタ処理を行い、前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を前記画像データから除去する機能を具備することによって、或いは前記画像処理手段が前記画像データに２次元デジタルフィルタ処理を行い、前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を前記画像データから除去する機能を具備することによって、或いは前記撮像手段は複数の撮像素子から成り、前記複数の撮像素子は互いの距離が前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数の２倍になるように配置され、前記カットオフ空間周波数より高い周波数成分が前記画像データから除去されることによって、或いは前記撮像手段は撮像素子で成り、前記撮像素子を走査することにより前記画像データを生成し、前記撮像素子が受光する点間の距離が、前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数の２倍になるように、前記撮像素子の走査速度及び前記撮像素子の受光の時間間隔を設定して前記走査を行い、前記画像データが前記カットオフ空間周波数より高い周波数成分を含まないようにすることによって、或いは前記撮像手段が、撮像素子を走査することにより前記第１画像データを生成して出力する手段で成り、前記画像処理手段は、前記光学系の開口数ＮＡに基づいてカットオフ空間周波数を決定する機能と、前記撮像素子が受光を行う点間の距離が前記カットオフ空間周波数の２倍となるデータを前記第１画像データから間引いて第２画像データを生成する機能とを具備し、前記第２画像データが前記カットオフ空間周波数より高い周波数成分を含まないようにすることによって達成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、撮影画像から高周波の成分を除去する際のカットオフ空間周波数を光学系の開口数ＮＡに基づいて客観的な数式で決定しているので、光学系を通過する光の情報は維持し、下流で混入する種々の高周波ノイズを効果的かつ確実に低減することができ、適切な撮影画像を生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、ＣＣＤ等の撮像素子に結像した光には光学系の開口数ＮＡから決められるカットオフ空間周波数より高い空間周波数は含まれていないので、カットオフ空間周波数より高い空間周波数成分の信号はノイズとみなすことができることに着眼している。
本発明では、量子化誤差等の高周波ノイズを効果的かつ確実に低減できるように、光学系からの光を受光して撮像した画像データの画像処理において、光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を画像データから除去して空間フィルタ処理を行うようにしている。空間フィルタ処理は１次元又は２次元デジタルフィルタ処理、撮像素子の走査速度や受光の時間間隔の設定で行っている。
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
本発明に係る撮像装置は、図１に示されるように光学系１からの入射光を受光する撮像部２と、撮像部２から出力される画像データＩＭ１を処理する画像処理部３とから構成されており、画像処理部３から出力される画像データＩＭ２は、光学系１の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分が除去されている。光学系１は、例えば顕微鏡等の高倍率の像を形成するための光学系であり、１枚又は複数枚のレンズの組み合わせから成り、撮像対象及び光学系１を透過した光が撮像部２に入射する。撮像部２には、光学系からの入射光を受光し光電変換するための撮像手段としての撮像素子が備えられており、撮像素子としては例えば１次元又は２次元のＣＣＤカメラが用いられる。
【００１６】
画像処理部３には空間フィルタ部３１が備えられ、撮像部２から出力された画像データＩＭ１を入力し、画像処理されカットオフ空間周波数より高い周波数成分が除去された画像データＩＭ２を出力するようになっている。空間フィルタ部３１は、入力された画像データＩＭ１のカットオフ空間周波数より高い周波数成分を除去するもので、量子化誤差等の高周波ノイズを効果的に低減するために、本発明ではカットオフ空間周波数は光学系１の開口数ＮＡに基づいて定まる最大空間周波数を用いる。即ち、光の波長をλとすると、最大空間周波数ｆｍは下記数１によって与えられる。
（数１）
ｆｍ＝２ＮＡ／λ
図２に示されるように、空間フィルタ部３１からの出力信号ＩＭＳ、つまり画像データＩＭ１からカットオフ空間周波数（ｆｍ）より高い周波数成分を除去されたデジタル信号をアナログ信号に変換するために、画像処理部３にＤ／Ａ変換部３２を具備するようにしても良い。なお、図２に示される実施形態では、デジタル信号の画像データＩＭ１を空間フィルタ部３１で処理してからＤ／Ａ変換部３２でアナログ信号に変換するようにしているが、画像データＩＭ１がアナログ信号であり、空間フィルタ部３１での空間フィルタ処理をデジタル信号によって行う場合、Ａ／Ｄ変換部を空間フィルタ部３１の前に挿入し画像データＩＭ１をデジタル信号に変換してから空間フィルタ部３１で画像データを処理するようにしても良い。また、Ｄ／Ａ変換部及びＡ／Ｄ変換部は本発明に必須のものではなく、撮像部２からの画像データＩＭ１の形態或いは画像処理部３の出力である画像データＩＭ２の利用形態に応じて適宜設ければ良い。
【００１７】
本発明の第１実施形態では、空間フィルタ部３１は図３に示すように、撮像部２からの画像データＩＭ１を離散フーリエ変換するフーリエ変換部３１１と、離散フーリエ変換された画像データＩＭＳ１からカットオフ空間周波数より高い周波数成分の除去を行う空間フィルタ３１２と、空間フィルタ３１２で高周波数成分を除去された画像データＩＭＳ２を逆離散フーリエ変換して画像データＩＭＳを出力する逆フーリエ変換部３１３とで構成されている。
【００１８】
図４（Ａ）〜（Ｄ）はこのような空間フィルタ処理の過程を示しており、各過程における画像が示されている。先ず、図４（Ａ）に示す撮像部２からの原画像１０がフーリエ変換部３３１で離散フーリエ変換され、図４（Ｂ）に示す画像１１となり、原画像１０におけるスポット１０Ａは、離散フーリエ変換された画像１１では４隅に分離され、図４（Ｂ）に示す符号部１１Ａになる。そして、空間フィルタ３１２が画像１１に対して高周波成分の除去を行うと、図４（Ｃ）に示すような画像１２が得られ、図４（Ｂ）の符号１１Ｂに現れているノイズが低減され、図４（Ｃ）の符号１２Ｂに示されるようになる。この画像１２をフーリエ変換部３１３で逆離散フーリエ変換すると、高周波成分のノイズが除去された 図４（Ｄ）に示すような画像１３が得られる。ここで、除去される高周波成分のカットオフ周波数は、前記数１で与えられる最大空間周波数ｆｍである。
【００１９】
一方、空間フィルタ部３１において、１次元デジタルフィルタ処理又は２次元デジタルフィルタ処理を行うようにしても良い（第２実施形態）。
【００２０】
１次元デジタルフィルタ処理では例えば図５に示されるような３画素のオペレータ（マスク）を用い、２次元デジタルフィルタ処理では図６に示されるような９画素のオペレータ（マスク）を用いる。共に画像データの平滑化を行い、前記数１で与えられる最大空間周波数ｆｍより高い周波数成分を除去することができる。図５及び図６のフィルタのタップ数は“３”であるが、このフィルタのタップ数はできるだけ大きくすることが好ましい。
【００２１】
図７に示される第３実施形態では、撮像部２を構成する多数の撮像素子２Ａを複数箇所に配設し、撮像素子２Ａ間の距離を前記数１で与えられる最大空間周波数ｆｍの２倍程度にすることにより、撮像素子２Ａで生成される画像データＩＭ３に対して最大空間周波数ｆｍより高い周波数成分が除去されるようにしている。撮像素子２Ａは２次元のエリア素子であっても、線状のリニア素子であっても良く、リニア素子の場合には空間的若しくは時間的に走査する必要がある。また、撮像素子２ＡはＣＣＤであっても良い。
【００２２】
撮像素子２Ａは、光学系１からの入射光を受光するために２次元平面内に配設され、互いの距離が最大空間周波数ｆｍの２倍になるように配設される。このようにすることによって、画像処理部３に送られる画像データに、最大空間周波数ｆｍより高い周波数成分が含まれないようにすることができる。
【００２３】
また、図８に示される第４実施形態では、単一の撮像素子２Ａが、光学系１からの入射光を受光するために２次元平面内を走査することにより、画像処理部３に画像データＩＭ４を送るようにしている。２次元平面内の走査は、線状の走査を少しずつ空間的若しくは時間的にずらして繰り返し行うことによって実現できる。
【００２４】
本実施形態では、撮像素子２Ａが光学系１からの入射光を受光する点間の距離が前記数１で与えられる最大空間周波数ｆｍの２倍になるように、撮像素子２Ａの走査速度と撮像素子２Ａが受光を行う時間間隔（サンプリング間隔）とを設定する。ナイキスト・シャノンのサンプリング定理にあるように、このようにすることによって撮像素子２Ａによって生成される画像データＩＭ４が、最大空間周波数ｆｍより高い周波数成分を含まないようにすることができる。
【００２５】
また、撮像素子２Ａの走査速度と撮像素子２Ａが受光を行う時間間隔を任意に設定した場合でも、画像処理部３において、受光された点間の距離が最大空間周波数ｆｍの２倍になるデータのみを間引くようにして、間引かれたデータのみから画像データＩＭ２を生成することによって、画像データＩＭ２が最大空間周波数ｆｍより高い周波数成分を含まないようにしても良い。
【００２６】
光学系１の開口数ＮＡは撮像部２に予め設定しておいても良いが、開口数ＮＡは光学系１の絞り等の条件によって変化するため、計算して求めた開口数ＮＡを外部からその都度入力するようにしても良い。また、光学系の開口数ＮＡが完全に既知でない場合には、想定できる開口数ＮＡのうち、最大の開口数ＮＡを用いてカットオフ空間周波数を決めても良い。例えば観察対象の光の開口数ＮＡ１が未知であり、顕微鏡などの測定装置の光学系の結像部における最大実効開口数ＮＡ２が既知である場合には、開口数ＮＡ１が十分に大きい場合について、結像部における実効開口数ＮＡ０を算出し、実効開口数ＮＡ０を用いてカットオフ空間周波数を決定する。
【００２７】
更に、撮像部２にスポット像解析部を具備するようにして、スポット像から開口数ＮＡを計算するようにすることによって、光学系１の所望の条件における開口数ＮＡを撮像部２に設定することができる。
【００２８】
光学系１の開口数ＮＡは、スポット像から求めることができる。即ち、図９に示されるように、光学系１から像面６に結像するスポット像に対して、入射光の入射角をθ、媒質の屈折率をｎとすると、開口数ＮＡは下記数２によって定義される。
（数２）
ＮＡ＝ｎ×ｓｉｎθ
スポット像解析部は、例えばスポット画像の光強度がピーク値から略半分になる位置までをスポット像とし、スポット像の面積ｓを求める。そして、スポット像の面積ｓから、スポット像の直径ｄを下記数３により算出する。
（数３）
ｄ＝√（４ｓ／π）
上記数３によってスポット像の直径ｄが求まると、下記数４により開口数ＮＡを求めることができる。
（数４）
ＮＡ＝ｃλ／πｄ
ただし、ｃは（２Ｊ１（ｘ））２＝０．５（Ｊ１（ｘ）は第１種ベッセル関数 ）の最小の解であり、約１．６１６３４の定数、λは光の波長である。
なお、スポット像の直径ｄは、スポット像の面積ｓから求めるのではなく、スポット像の直径から直接求めるようにしても良い。
【００２９】
また、スポット像解析部において、スポット画像の第１暗環をエッジ抽出法等で抽出し、抽出された第１暗環の直径ｄを求める方法もある。この場合、直径ｄを求めた後、下記数５によって開口数ＮＡを求めることができる。
（数５）
ＮＡ＝ｃλ／πｄ
ただし、ｃは（２Ｊ１（ｘ））２＝０（Ｊ１（ｘ）は第１種ベッセル関数）の 最小の解であり、約３．８３２の定数である。
なお、開口数ＮＡに誤差が含まれている場合を想定する場合には、安全係数βを乗算してカットオフ空間周波数ｆｍを下記数６で決定する。
（数６）
ｆｍ＝２β・ＮＡ／λ
例えば開口数ＮＡに２０％の誤差が想定される場合には、安全係数βを“１．２”とする。
【００３０】
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。特に光学系の瞳については、本発明の実施形態は、任意の瞳形状に適用することができる。例えば、瞳の開口部で“１”、それ以外の領域では“０”を持つ瞳のマスク関数ｆ（ｘ，ｙ）の自己相関関数の台（関数が値を持つ領域）の空間周波数信号を通過させ、台以外の帯域の信号をカットするローパスフィルタを構成すれば、任意の瞳形状に対して本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る撮像装置の画像処理部にＤ／Ａ変換部を具備するようにした場合の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の空間フィルタ部の構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明の画像処理を説明するための図である（第１実施形態）。
【図５】本発明で実行する１次元デジタルフィルタ処理のオペレータの例を示す図である（第２実施形態）。
【図６】本発明で実行する２次元デジタルフィルタ処理のオペレータの例を示す図である（第２実施形態）。
【図７】複数の撮像素子を最大空間周波数の２倍の間隔で配設した撮像装置（第３実施形態）の構成例を示すブロック図である。
【図８】撮像素子を走査させることによって画像データを生成する撮像装置（第４実施形態）の構成例を示すブロック図である。
【図９】光学系の開口数のスポット像による定義を説明するための図である。
【図１０】従来の撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３２】
１ 光学系
２ 撮像部
２Ａ 撮像素子
３ 画像処理部
３１ 空間フィルタ部
３２ Ｄ／Ａ変換部
３１１ フーリエ変換部
３１２ 空間フィルタ
３１３ 逆フーリエ変換部
６ 像面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系からの光を受光して撮像し、撮像出力である画像データを画像処理する撮像方法において、前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を前記画像データから除去することを特徴とする空間フィルタ処理を行う撮像方法。
【請求項２】
光学系からの光を受光して撮像し、撮像出力である画像データを画像処理する撮像方法において、前記画像データを離散フーリエ変換して第１画像データを生成し、前記第１画像データから前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を除去して第２画像データを生成し、前記第２画像データを逆離散フーリエ変換して第３画像データを生成して出力することを特徴とする空間フィルタ処理を行う撮像方法。
【請求項３】
光学系からの光を受光して撮像し、撮像出力である画像データを画像処理する撮像方法において、前記画像データに１次元デジタルフィルタ処理を行い、前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を前記画像データから除去することを特徴とする空間フィルタ処理を行う撮像方法。
【請求項４】
光学系からの光を受光して撮像し、撮像出力である画像データを画像処理する撮像方法において、前記画像データに２次元デジタルフィルタ処理を行い、前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を前記画像データから除去することを特徴とする空間フィルタ処理を行う撮像方法。
【請求項５】
光学系からの光を受光して撮像し、撮像出力である画像データを画像処理する撮像方法において、前記撮像を複数の撮像素子により行い、前記複数の撮像素子は互いの距離が、前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数の２倍になるように配置され、前記画像データから前記カットオフ空間周波数より高い周波数成分を除去することを特徴とする空間フィルタ処理を行う撮像方法。
【請求項６】
光学系からの光を受光して撮像し、撮像出力である画像データを画像処理する撮像方法において、撮像素子を走査することにより前記画像データを生成し、前記撮像素子が受光する点間の距離が前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数の２倍になるように、前記撮像素子の走査速度及び前記撮像素子の受光の時間間隔を設定し、前記画像データが前記カットオフ空間周波数より高い周波数成分を含まないようにすることを特徴とする空間フィルタ処理を行う撮像方法。
【請求項７】
光学系からの光を受光して撮像し、撮像出力である第１画像データを画像処理する撮像方法において、撮像素子を走査することにより前記第１画像データを生成し、前記光学系の開口数ＮＡに基づいてカットオフ空間周波数を決定し、前記撮像素子が受光する点間の距離が前記カットオフ空間周波数の２倍となるデータを前記第１画像データから間引いて第２画像データを生成し、前記第２画像データが前記カットオフ周波数より高い周波数成分を含まないようにしたことを特徴とする空間フィルタ処理を行う撮像方法。
【請求項８】
前記開口数ＮＡを外部から入力するようになっている請求項１乃至７のいずれかに記載の空間フィルタ処理を行う撮像方法。
【請求項９】
前記画像データ若しくは前記第１画像データの光強度がピーク値から略半分になる位置までをスポット像とし、前記スポット像から前記スポット像の直径ｄを算出し、前記開口数ＮＡを
ＮＡ＝ｃλ／πｄ
（ただし、ｃは（２Ｊ１（ｘ））２＝０．５（Ｊ１（ｘ）は第１種ベッセル関 数）の最小の解であり、約１．６１６３４の定数、λは光の波長である。）
として求める請求項１乃至７のいずれかに記載の空間フィルタ処理を行う撮像方法。
【請求項１０】
前記画像データ若しくは前記第１画像データのスポット像の第１暗環をエッジ抽出法等で抽出し、前記第１暗環の直径ｄを求め、前記開口数ＮＡを
ＮＡ＝ｃλ／πｄ
（ただし、ｃは（２Ｊ１（ｘ））２＝０（Ｊ１（ｘ）は第１種ベッセル関数） の最小の解であり、約３．８３２の定数、λは光の波長である。）
として求める請求項１乃至７のいずれかに記載の空間フィルタ処理を行う撮像方法。
【請求項１１】
光学系からの光を受光して撮像する撮像手段と、前記撮像手段から出力さ
れる画像データを画像処理する画像処理手段とを具備した撮像装置において、前記画像処
理手段が、前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数より高い周波数
成分を前記画像データから除去する空間フィルタを具備していることを特徴とする空間フ
ィルタ処理を行う撮像装置。
【請求項１２】
光学系からの光を受光して撮像する撮像手段と、前記撮像手段から出力される画像データを画像処理する画像処理手段とを具備した撮像装置において、前記画像処理手段が、前記画像データを離散フーリエ変換して第１画像データを生成するフーリエ変換部と、前記光学系の開口数ＮＡに基づいて定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を前記第１画像データから除去して第２画像データを生成する空間フィルタと、前記第２画像データを逆離散フーリエ変換して第３画像データを生成して出力する逆フーリエ変換部とを具備していることを特徴とする空間フィルタ処理を行う撮像装置。
【請求項１３】
光学系からの光を受光して撮像する撮像手段と、前記撮像手段から出力される画像データを画像処理する画像処理手段とを具備した撮像装置において、前記画像処理手段が前記画像データに１次元デジタルフィルタ処理を行い、前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を前記画像データから除去する機能を具備していることを特徴とする空間フィルタ処理を行う撮像装置。
【請求項１４】
光学系からの光を受光して撮像する撮像手段と、前記撮像手段から出力される画像データを画像処理する画像処理手段とを具備した撮像装置において、前記画像処理手段が前記画像データに２次元デジタルフィルタ処理を行い、前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を前記画像データから除去する機能を具備していることを特徴とする空間フィルタ処理を行う撮像装置。
【請求項１５】
光学系からの光を受光して撮像する撮像手段と、前記撮像手段による画像データを画像処理する画像処理手段とを具備した撮像装置において、前記撮像手段は複数の撮像素子から成り、前記複数の撮像素子は互いの距離が前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数の２倍になるように配置され、前記カットオフ空間周波数より高い周波数成分が前記画像データから除去されるようになっていることを特徴とする空間フィルタ処理を行う撮像装置。
【請求項１６】
光学系からの光を受光して撮像する撮像手段と、前記撮像手段による画像データを画像処理する画像処理手段とを具備した撮像装置において、前記撮像手段は撮像素子で成り、前記撮像素子を走査することにより前記画像データを生成し、前記撮像素子が受光する点間の距離が、前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数の２倍になるように、前記撮像素子の走査速度及び前記撮像素子の受光の時間間隔を設定して前記走査を行い、前記画像データが前記カットオフ空間周波数より高い周波数成分を含まないようにすることを特徴とする空間フィルタ処理を行う撮像装置。
【請求項１７】
光学系からの光を受光して撮像する撮像手段と、前記撮像手段による第１画像データを画像処理する画像処理手段とを具備した撮像装置において、前記撮像手段が、撮像素子を走査することにより前記第１画像データを生成して出力する手段で成り、前記画像処理手段は、前記光学系の開口数ＮＡに基づいてカットオフ空間周波数を決定する機能と、前記撮像素子が受光を行う点間の距離が前記カットオフ空間周波数の２倍となるデータを前記第１画像データから間引いて第２画像データを生成する機能とを具備し、前記第２画像データが前記カットオフ空間周波数より高い周波数成分を含まないようにしたことを特徴とする空間フィルタ処理を行う撮像装置。
【請求項１８】
前記開口数ＮＡを外部から入力するようになっている請求項１１乃至１７のいずれかに記載の空間フィルタ処理を行う撮像装置。
【請求項１９】
前記画像データ若しくは前記第１画像データの光強度がピーク値から略半分になる位置までをスポット像とし、前記スポット像から前記スポット像の直径ｄを算出し、前記開口数ＮＡを
ＮＡ＝ｃλ／πｄ
（ただし、ｃは（２Ｊ１（ｘ））２＝０．５の最小の解であり、約１．６１６ ３４の定数、λは光の波長である。）
として求めるようになっている請求項１１乃至１７のいずれかに記載の空間フィルタ処理を行う撮像装置。
【請求項２０】
前記画像データのスポット像の第１暗環をエッジ抽出法等で抽出し、前記第１暗環の直径ｄを求め、前記開口数ＮＡを
ＮＡ＝ｃλ／πｄ
（ただし、定数ｃは（２Ｊ１（ｘ））２＝０の最小の解であり、約３．８３２ の定数、λは光の波長である。）
として求めるようになっている請求項１１乃至１７のいずれかに記載の撮像装置。
【請求項１】
光学系からの光を受光して撮像し、撮像出力である画像データを画像処理する撮像方法において、前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を前記画像データから除去することを特徴とする空間フィルタ処理を行う撮像方法。
【請求項２】
光学系からの光を受光して撮像し、撮像出力である画像データを画像処理する撮像方法において、前記画像データを離散フーリエ変換して第１画像データを生成し、前記第１画像データから前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を除去して第２画像データを生成し、前記第２画像データを逆離散フーリエ変換して第３画像データを生成して出力することを特徴とする空間フィルタ処理を行う撮像方法。
【請求項３】
光学系からの光を受光して撮像し、撮像出力である画像データを画像処理する撮像方法において、前記画像データに１次元デジタルフィルタ処理を行い、前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を前記画像データから除去することを特徴とする空間フィルタ処理を行う撮像方法。
【請求項４】
光学系からの光を受光して撮像し、撮像出力である画像データを画像処理する撮像方法において、前記画像データに２次元デジタルフィルタ処理を行い、前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を前記画像データから除去することを特徴とする空間フィルタ処理を行う撮像方法。
【請求項５】
光学系からの光を受光して撮像し、撮像出力である画像データを画像処理する撮像方法において、前記撮像を複数の撮像素子により行い、前記複数の撮像素子は互いの距離が、前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数の２倍になるように配置され、前記画像データから前記カットオフ空間周波数より高い周波数成分を除去することを特徴とする空間フィルタ処理を行う撮像方法。
【請求項６】
光学系からの光を受光して撮像し、撮像出力である画像データを画像処理する撮像方法において、撮像素子を走査することにより前記画像データを生成し、前記撮像素子が受光する点間の距離が前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数の２倍になるように、前記撮像素子の走査速度及び前記撮像素子の受光の時間間隔を設定し、前記画像データが前記カットオフ空間周波数より高い周波数成分を含まないようにすることを特徴とする空間フィルタ処理を行う撮像方法。
【請求項７】
光学系からの光を受光して撮像し、撮像出力である第１画像データを画像処理する撮像方法において、撮像素子を走査することにより前記第１画像データを生成し、前記光学系の開口数ＮＡに基づいてカットオフ空間周波数を決定し、前記撮像素子が受光する点間の距離が前記カットオフ空間周波数の２倍となるデータを前記第１画像データから間引いて第２画像データを生成し、前記第２画像データが前記カットオフ周波数より高い周波数成分を含まないようにしたことを特徴とする空間フィルタ処理を行う撮像方法。
【請求項８】
前記開口数ＮＡを外部から入力するようになっている請求項１乃至７のいずれかに記載の空間フィルタ処理を行う撮像方法。
【請求項９】
前記画像データ若しくは前記第１画像データの光強度がピーク値から略半分になる位置までをスポット像とし、前記スポット像から前記スポット像の直径ｄを算出し、前記開口数ＮＡを
ＮＡ＝ｃλ／πｄ
（ただし、ｃは（２Ｊ１（ｘ））２＝０．５（Ｊ１（ｘ）は第１種ベッセル関 数）の最小の解であり、約１．６１６３４の定数、λは光の波長である。）
として求める請求項１乃至７のいずれかに記載の空間フィルタ処理を行う撮像方法。
【請求項１０】
前記画像データ若しくは前記第１画像データのスポット像の第１暗環をエッジ抽出法等で抽出し、前記第１暗環の直径ｄを求め、前記開口数ＮＡを
ＮＡ＝ｃλ／πｄ
（ただし、ｃは（２Ｊ１（ｘ））２＝０（Ｊ１（ｘ）は第１種ベッセル関数） の最小の解であり、約３．８３２の定数、λは光の波長である。）
として求める請求項１乃至７のいずれかに記載の空間フィルタ処理を行う撮像方法。
【請求項１１】
光学系からの光を受光して撮像する撮像手段と、前記撮像手段から出力さ
れる画像データを画像処理する画像処理手段とを具備した撮像装置において、前記画像処
理手段が、前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数より高い周波数
成分を前記画像データから除去する空間フィルタを具備していることを特徴とする空間フ
ィルタ処理を行う撮像装置。
【請求項１２】
光学系からの光を受光して撮像する撮像手段と、前記撮像手段から出力される画像データを画像処理する画像処理手段とを具備した撮像装置において、前記画像処理手段が、前記画像データを離散フーリエ変換して第１画像データを生成するフーリエ変換部と、前記光学系の開口数ＮＡに基づいて定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を前記第１画像データから除去して第２画像データを生成する空間フィルタと、前記第２画像データを逆離散フーリエ変換して第３画像データを生成して出力する逆フーリエ変換部とを具備していることを特徴とする空間フィルタ処理を行う撮像装置。
【請求項１３】
光学系からの光を受光して撮像する撮像手段と、前記撮像手段から出力される画像データを画像処理する画像処理手段とを具備した撮像装置において、前記画像処理手段が前記画像データに１次元デジタルフィルタ処理を行い、前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を前記画像データから除去する機能を具備していることを特徴とする空間フィルタ処理を行う撮像装置。
【請求項１４】
光学系からの光を受光して撮像する撮像手段と、前記撮像手段から出力される画像データを画像処理する画像処理手段とを具備した撮像装置において、前記画像処理手段が前記画像データに２次元デジタルフィルタ処理を行い、前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数より高い周波数成分を前記画像データから除去する機能を具備していることを特徴とする空間フィルタ処理を行う撮像装置。
【請求項１５】
光学系からの光を受光して撮像する撮像手段と、前記撮像手段による画像データを画像処理する画像処理手段とを具備した撮像装置において、前記撮像手段は複数の撮像素子から成り、前記複数の撮像素子は互いの距離が前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数の２倍になるように配置され、前記カットオフ空間周波数より高い周波数成分が前記画像データから除去されるようになっていることを特徴とする空間フィルタ処理を行う撮像装置。
【請求項１６】
光学系からの光を受光して撮像する撮像手段と、前記撮像手段による画像データを画像処理する画像処理手段とを具備した撮像装置において、前記撮像手段は撮像素子で成り、前記撮像素子を走査することにより前記画像データを生成し、前記撮像素子が受光する点間の距離が、前記光学系の開口数ＮＡによって定まるカットオフ空間周波数の２倍になるように、前記撮像素子の走査速度及び前記撮像素子の受光の時間間隔を設定して前記走査を行い、前記画像データが前記カットオフ空間周波数より高い周波数成分を含まないようにすることを特徴とする空間フィルタ処理を行う撮像装置。
【請求項１７】
光学系からの光を受光して撮像する撮像手段と、前記撮像手段による第１画像データを画像処理する画像処理手段とを具備した撮像装置において、前記撮像手段が、撮像素子を走査することにより前記第１画像データを生成して出力する手段で成り、前記画像処理手段は、前記光学系の開口数ＮＡに基づいてカットオフ空間周波数を決定する機能と、前記撮像素子が受光を行う点間の距離が前記カットオフ空間周波数の２倍となるデータを前記第１画像データから間引いて第２画像データを生成する機能とを具備し、前記第２画像データが前記カットオフ空間周波数より高い周波数成分を含まないようにしたことを特徴とする空間フィルタ処理を行う撮像装置。
【請求項１８】
前記開口数ＮＡを外部から入力するようになっている請求項１１乃至１７のいずれかに記載の空間フィルタ処理を行う撮像装置。
【請求項１９】
前記画像データ若しくは前記第１画像データの光強度がピーク値から略半分になる位置までをスポット像とし、前記スポット像から前記スポット像の直径ｄを算出し、前記開口数ＮＡを
ＮＡ＝ｃλ／πｄ
（ただし、ｃは（２Ｊ１（ｘ））２＝０．５の最小の解であり、約１．６１６ ３４の定数、λは光の波長である。）
として求めるようになっている請求項１１乃至１７のいずれかに記載の空間フィルタ処理を行う撮像装置。
【請求項２０】
前記画像データのスポット像の第１暗環をエッジ抽出法等で抽出し、前記第１暗環の直径ｄを求め、前記開口数ＮＡを
ＮＡ＝ｃλ／πｄ
（ただし、定数ｃは（２Ｊ１（ｘ））２＝０の最小の解であり、約３．８３２ の定数、λは光の波長である。）
として求めるようになっている請求項１１乃至１７のいずれかに記載の撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−３８４３９（Ｐ２００９−３８４３９Ａ）
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１９８６０３（Ｐ２００７−１９８６０３）
【出願日】平成１９年７月３１日（２００７．７．３１）
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月３１日（２００７．７．３１）
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]