JP7390918B2 - Imaging device for 3D images and imaging display device for 3D images - Google Patents

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Description

本発明は、いわゆるインテグラルフォトグラフィ技術を用いた立体テレビ用等の3次元画像を撮像する3次元画像用の撮像装置および3次元画像用の撮像表示装置に関するものである。 The present invention relates to a three-dimensional image capturing device and a three-dimensional image capturing and display device that capture three-dimensional images for stereoscopic television and the like using so-called integral photography technology.

従来より、3次元画像の撮像手法としてインテグラルフォトグラフィが提案されている。従来のインテグラルフォトグラフィ撮像装置の光学系は、例えば、図22に示すように構成されている。すなわち、物体301に対し、照明光源302からの照明光302aを照射し、物体301からの反射光301aをレンズ303を用いて集束させる構成とされ、撮像素子304の光入射側にレンズアレイ305が設けられている。
レンズアレイ305の各レンズ素子の結像面には、撮像素子304の複数の単位素子が配置されており、各レンズ素子位置から物体を見た時の2次元画像(要素画像)が撮像される(非特許文献1を参照)。各レンズ素子で結像された要素画像306は、1つの物体を異なる角度から見た2次元画像になるため、これを演算処理装置309の3次元画像再構成手段308で再構成することで3次元画像を取得することができる(非特許文献1、2を参照)。
Conventionally, integral photography has been proposed as a method for capturing three-dimensional images. The optical system of a conventional integral photography imaging device is configured as shown in FIG. 22, for example. That is, the configuration is such that an object 301 is irradiated with illumination light 302a from an illumination light source 302, and reflected light 301a from the object 301 is focused using a lens 303, and a lens array 305 is provided on the light incident side of the image sensor 304. It is provided.
A plurality of unit elements of the image sensor 304 are arranged on the imaging plane of each lens element of the lens array 305, and a two-dimensional image (element image) when the object is viewed from each lens element position is captured. (See Non-Patent Document 1). Since the elemental images 306 formed by each lens element become two-dimensional images of one object viewed from different angles, the three-dimensional image reconstruction means 308 of the arithmetic processing unit 309 reconstructs the elemental images 306 into three-dimensional images. A dimensional image can be obtained (see non-patent documents 1 and 2).

再構成された3次元画像の解像度はレンズアレイ305の各レンズ素子の径の大きさにより決まり、各レンズ素子が小さくなるにつれ解像度が向上するため、小さなレンズ素子が高密度に配置されたレンズアレイ305が求められている。また、角度解像度は1つの要素画像306を形成する単位素子数に依存し、1つの要素画像306を形成する単位素子数が増加するにつれ角度解像度が向上するため、レンズアレイ305の各レンズ素子に対応して配設された撮像素子304の単位素子数が多いことが望まれる。しかしながら、撮像素子304の単位素子を小さくすることには限界があるため、双方の解像度を同時に向上させることは困難である。
このような課題を解決するために、シングルピクセルイメージングあるいはゴーストイメージングの技術を用いて3次元画像の解像度を向上する方法が提案されている(非特許文献3)。
The resolution of the reconstructed three-dimensional image is determined by the diameter of each lens element of the lens array 305, and the resolution improves as each lens element becomes smaller. 305 is required. Further, the angular resolution depends on the number of unit elements forming one elemental image 306, and as the number of unit elements forming one elemental image 306 increases, the angular resolution improves. It is desirable that the number of unit elements of the image sensor 304 correspondingly arranged is large. However, since there is a limit to reducing the size of the unit element of the image sensor 304, it is difficult to improve both resolutions at the same time.
In order to solve these problems, a method has been proposed to improve the resolution of three-dimensional images using single pixel imaging or ghost imaging technology (Non-Patent Document 3).

シングルピクセルイメージングやゴーストイメージングは1つのフォトダイオードで2次元画像を取得する手法であり、まず、物体の像と空間的な2次元パターンの像を合成した画像の反射光強度を計測する。
選択した2次元パターンをランダムに複数回変えるようにし、そのときの反射光強度を1つのフォトダイオードで計測する。
Single pixel imaging and ghost imaging are methods of acquiring a two-dimensional image using one photodiode, and first measure the reflected light intensity of an image that is a composite of an image of an object and an image of a spatial two-dimensional pattern.
The selected two-dimensional pattern is randomly changed multiple times, and the intensity of reflected light at that time is measured using a single photodiode.

2次元パターンの配列P(x,y)において、2次元パターンをN回変えたときのn番目の2次元パターンの配列をPn(x,y)、n番目の2次元パターンのときに計測した反射光強度をSnとすると、画像I(x,y)は、下式(1)で表される。

Figure 0007390918000001
1つのフォトダイオードで2次元画像を取得することができ、その空間解像度は2次元パターンの空間解像度に依存する。このシングルピクセルイメージングあるいはゴーストイメージングをインテグラルフォトグラフィに適用した高密度3次元画像撮像装置の概略を以下に説明する。 In the 2D pattern array P(x,y), measure the nth 2D pattern array when changing the 2D pattern N times when P n (x,y), the nth 2D pattern When the reflected light intensity is S n , the image I(x,y) is expressed by the following equation (1).
Figure 0007390918000001
A two-dimensional image can be acquired with one photodiode, and its spatial resolution depends on the spatial resolution of the two-dimensional pattern. An outline of a high-density three-dimensional image capturing device that applies this single pixel imaging or ghost imaging to integral photography will be described below.

この方法は、物体の反射光強度を2次元パターンで変調し、CMOSセンサなどの2次元撮像素子の各画素(以下、単位素子とも称する)で取得する。2次元撮像素子の前面には、図22に示すようなレンズアレイは不要で、シングルピクセルイメージングやゴーストイメージングを用いて2次元撮像素子の1画素で2次元画像を取得する。物理的な測定位置の違いにより、物体の見えかたが異なるため、撮像素子の各画素で得られる2次元画像は視差画像となり、画素位置から物体を見た時の画像となる。 In this method, the intensity of reflected light from an object is modulated in a two-dimensional pattern and is acquired by each pixel (hereinafter also referred to as a unit element) of a two-dimensional image sensor such as a CMOS sensor. A lens array as shown in FIG. 22 is not required on the front surface of the two-dimensional image sensor, and a two-dimensional image is acquired with one pixel of the two-dimensional image sensor using single pixel imaging or ghost imaging. Since the appearance of the object differs depending on the physical measurement position, the two-dimensional image obtained from each pixel of the image sensor becomes a parallax image, which is an image when the object is viewed from the pixel position.

各画素で取得した視差画像は視差画像群の並び替えを行うことにより、インテグラルフォトグラフィにおいて取得できる要素画像が得られ、この要素画像をもとに従来のインテグラルフォトグラフィと同様の方法を用いて3次元画像を構成することができるため、高密度な3次元画像の取得が可能となる。 By rearranging the disparity images acquired at each pixel, elemental images that can be obtained in integral photography are obtained, and based on these elemental images, a method similar to conventional integral photography is applied. Since a three-dimensional image can be constructed using the three-dimensional image, it is possible to obtain a high-density three-dimensional image.

インテグラル立体テレビの研究開発:三浦雅人:NHK技研 R&D No.158 2016.8Research and development of integral 3D television: Masato Miura: NHK Giken R&D No.158 2016.8 Recent progress in three-dimensional information ocessing based on integral imaging: Jae-Hyeung Park, Keehoon Hong,and Byoungho Lee: 1 December 2009 / Vol. 48, No. 34 / APPLIED OPTICSRecent progress in three-dimensional information ocessing based on integral imaging: Jae-Hyeung Park, Keehoon Hong, and Byoungho Lee: 1 December 2009 / Vol. 48, No. 34 / APPLIED OPTICS R. Usami, T. Nobukawa, M. Miura, N. Ishii, E. Watanabe, and T. Muroi, Opt. Lett. 45, 25 (2020).R. Usami, T. Nobukawa, M. Miura, N. Ishii, E. Watanabe, and T. Muroi, Opt. Lett. 45, 25 (2020).

ところで、シングルピクセルイメージングあるいはゴーストイメージングをインテグラルフォトグラフィに適用した、3次元画像撮像装置においては、2次元パターンを空間光変調器に表示して取得した際、2次元撮像素子面内の強度分布やそれに付随するSNR分布が存在し、再構成した視差画像間における平均輝度分布の差異により、3次元画像に不必要な強度のばらつきや不連続性が生じていた。 By the way, in a three-dimensional image capturing device that applies single pixel imaging or ghost imaging to integral photography, when a two-dimensional pattern is displayed on a spatial light modulator and acquired, the intensity distribution within the plane of the two-dimensional image sensor is The difference in the average brightness distribution between the reconstructed parallax images caused unnecessary intensity variations and discontinuities in the three-dimensional image.

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、2次元パターンを空間光変調器に表示して撮像した際、2次元撮像素子面内の強度分布やそれに付随するSNR分布を小さく抑え、再構成した視差画像間における平均輝度分布の差異を減少せしめて、3次元画像に不必要な強度のばらつきや不連続性を抑制し得る3次元画像用の撮像装置および3次元画像用の撮像表示装置を提供することを目的とするものである。 The present invention was made in view of the above circumstances, and when a two-dimensional pattern is displayed on a spatial light modulator and imaged, the intensity distribution in the plane of the two-dimensional image sensor and the accompanying SNR distribution are suppressed to a small value, and reconstruction is performed. An imaging device for 3D images and an imaging display device for 3D images that can reduce differences in average luminance distribution between parallax images and suppress unnecessary intensity variations and discontinuities in 3D images. The purpose is to provide

本発明の第1の3次元画像用の撮像装置は、
照明光を射出する照明光源と被写体である物体の間に設けられた多値2次元パターンを表示する空間光変調器と、該空間光変調器でパターン化された照明光が該物体に結像するように配されるレンズと、該物体からの前記照明光の反射光または透過光が担持する像情報を取得する単位素子を2次元的に配列された撮像素子とから構成された光学系を備え、
前記空間光変調器に表示される多値2次元パターンを時間的に変化させる多値2次元パターン可変指示手段と、
該多値2次元パターン可変指示手段の指示により前記空間光変調器に表示された多値2次元パターンおよび、その多値2次元パターンが表示された際に、前記撮像素子の前記単位素子の各々において取得された光強度情報の関係を前記多値2次元パターンの表示毎に取り込み、これら多値2次元パターン毎に取り込んだ値に基づいて、前記単位素子毎に2次元要素画像を求める2次元要素画像再構成手段と、
前記2次元要素画像再構成手段により得られた、前記単位素子毎の前記2次元要素画像の強度の分布が平滑化されるような補正処理を行い、該強度の分布が平滑化された前記2次元要素画像を出力する平滑化補正処理手段と、
前記平滑化補正処理手段により補正処理がなされた、前記単位素子毎の該2次元要素画像に基づいて前記物体の3次元画像を再構成する3次元画像再構成手段と、
を備えたことを特徴とするものである。
The first three-dimensional image imaging device of the present invention includes:
A spatial light modulator that displays a multivalued two-dimensional pattern is provided between an illumination light source that emits illumination light and an object that is a subject, and the illumination light patterned by the spatial light modulator forms an image on the object. an optical system consisting of a lens arranged so that Prepare,
multi-value two-dimensional pattern variable instruction means for temporally changing the multi-value two-dimensional pattern displayed on the spatial light modulator;
A multi-value two-dimensional pattern displayed on the spatial light modulator according to instructions from the multi-value two-dimensional pattern variable instruction means, and each of the unit elements of the image pickup device when the multi-value two-dimensional pattern is displayed. The relationship of the light intensity information acquired in is captured for each display of the multi-valued two-dimensional pattern, and a two-dimensional element image is obtained for each unit element based on the values captured for each of the multi-valued two-dimensional patterns. Elemental image reconstruction means;
A correction process is performed such that the intensity distribution of the two-dimensional elemental image for each unit element obtained by the two-dimensional elemental image reconstruction means is smoothed, and the intensity distribution of the two-dimensional elemental image is smoothed. a smoothing correction processing means for outputting a dimensional element image;
3-dimensional image reconstruction means for reconstructing a 3-dimensional image of the object based on the 2-dimensional element image of each unit element subjected to correction processing by the smoothing correction processing means;
It is characterized by having the following.

また、本発明の第2の3次元画像用の撮像装置は、
照明光源からの照明光を照射される被写体である物体の光射出側に設けられた、多値2次元パターンを表示する空間光変調器と、該物体からの前記照明光の反射光または透過光が該空間光変調器でパターン化されてなる前記物体の像情報を取得する、単位素子を2次元的に配列された撮像素子と、該物体の像情報を担持した該物体からの反射光または透過光を、前記空間光変調器上に結像するように配されるレンズとから構成された光学系を備え、
前記空間光変調器に表示される多値2次元パターンを時間的に変化させる多値2次元パターン可変指示手段と、
該多値2次元パターン可変指示手段の指示により前記空間光変調器に表示された多値2次元パターンおよび、その多値2次元パターンが表示された際に、前記撮像素子の前記単位素子の各々において取得された光強度情報の関係を前記多値2次元パターンの表示毎に取り込み、これら多値2次元パターン毎に取り込んだ値に基づいて、前記単位素子毎に2次元要素画像を求める2次元要素画像再構成手段と、
前記2次元要素画像再構成手段により得られた、前記単位素子毎の前記2次元要素画像の強度の分布が平滑化されるような補正処理を行い、該強度の分布が平滑化された前記2次元要素画像を出力する平滑化補正処理手段と、
前記平滑化補正処理手段により補正処理がなされた、前記単位素子毎の該2次元要素画像に基づいて前記物体の3次元画像を再構成する3次元画像再構成手段と、
を備えたことを特徴とするものである。
Further, the second three-dimensional image imaging device of the present invention includes:
a spatial light modulator that displays a multivalued two-dimensional pattern, which is provided on the light exit side of an object that is a subject that is irradiated with illumination light from an illumination light source; and reflected light or transmitted light of the illumination light from the object. an image sensor in which unit elements are two-dimensionally arranged to obtain image information of the object patterned by the spatial light modulator; and reflected light from the object carrying image information of the object; an optical system configured with a lens arranged to image transmitted light on the spatial light modulator,
multi-value two-dimensional pattern variable instruction means for temporally changing the multi-value two-dimensional pattern displayed on the spatial light modulator;
A multi-value two-dimensional pattern displayed on the spatial light modulator according to instructions from the multi-value two-dimensional pattern variable instruction means, and each of the unit elements of the image pickup device when the multi-value two-dimensional pattern is displayed. The relationship of the light intensity information acquired in is captured for each display of the multi-valued two-dimensional pattern, and a two-dimensional element image is obtained for each unit element based on the values captured for each of the multi-valued two-dimensional patterns. Elemental image reconstruction means;
A correction process is performed such that the intensity distribution of the two-dimensional elemental image for each unit element obtained by the two-dimensional elemental image reconstruction means is smoothed, and the intensity distribution of the two-dimensional elemental image is smoothed. a smoothing correction processing means for outputting a dimensional element image;
3-dimensional image reconstruction means for reconstructing a 3-dimensional image of the object based on the 2-dimensional element image of each unit element subjected to correction processing by the smoothing correction processing means;
It is characterized by having the following.

なお、第1および第2の3次元画像用の撮像装置は、上記「2次元要素画像再構成手段」、上記「3次元画像再構成手段」および上記「平滑化補正処理手段」は所定のプログラムによりソフト的に、あるいはソフトとハードを組合わせることにより作成される。
また、「照明光源」とは、この装置のために専用に構成されたものであってもよいし、太陽光などの自然光であってもよいし、他の用途に使用される光源を共用するようなものであってもよい。
In addition, in the imaging device for the first and second three-dimensional images, the "two-dimensional elemental image reconstruction means", the "three-dimensional image reconstruction means", and the "smoothing correction processing means" are implemented using a predetermined program. It is created by software or by combining software and hardware.
In addition, the "illumination light source" may be configured exclusively for this device, may be natural light such as sunlight, or may be a light source used for other purposes. It may be something like this.

前記平滑化補正処理手段により行われる平滑化補正処理が、移動平均フィルタ処理、ローパスフィルタ処理、2次元コンボリューションフィルタ処理、および最小二乗法を用いた処理のうちのいずれかであることが好ましい。
ここで、前記平滑化補正処理がローパスフィルタ処理である場合には、強度分布に対して、空間周波数0.25以上の周波数をカットしたローパスフィルタ処理であることが好ましく、また、前記平滑化補正処理が最小二乗法を用いた処理である場合に、3次関数モデルの最小二乗法を用いた処理であることが好ましい。
It is preferable that the smoothing correction processing performed by the smoothing correction processing means is one of moving average filter processing, low-pass filter processing, two-dimensional convolution filter processing, and processing using the least squares method.
Here, when the smoothing correction process is a low-pass filter process, it is preferable that the intensity distribution is a low-pass filter process that cuts frequencies with a spatial frequency of 0.25 or more; When the process uses the least squares method, it is preferable that the process uses the least squares method of a cubic function model.

前記多値2次元パターンが2値の2次元パターンであり、前記多値2次元パターン可変指示手段の指示に応じて変化する該2値の2次元パターンの変化態様をランダムとすることができる。
この場合において、前記2次元要素画像再構成手段は、前記多値2次元パターン毎の算出結果を用い、下記演算式(2)に基づいて、前記単位素子毎に前記2次元要素画像I (x,y)を求めることが好ましい。

Figure 0007390918000002
但し、Pn(x,y)は、2次元パターンの配列P(x,y)において、パターンをN回変えたときのn番目のパターンの配列、Snは、n番目のパターンのときに計測した反射光光強度である。 The multi-value two-dimensional pattern is a binary two-dimensional pattern, and the manner in which the binary two-dimensional pattern changes in response to an instruction from the multi-value two-dimensional pattern variable instruction means can be made random.
In this case, the two-dimensional elemental image reconstruction means uses the calculation results for each of the multivalued two-dimensional patterns and calculates the two-dimensional elemental image I (x ,y) is preferable.
Figure 0007390918000002
However, P n (x,y) is the nth pattern array when the pattern is changed N times in the two-dimensional pattern array P(x,y), and S n is the nth pattern array when the pattern is changed N times. This is the measured reflected light intensity.

また、本発明の3次元画像用の撮像表示装置は、上記いずれかの3次元画像用の撮像装置と、該3次元画像再構成手段により再構成された前記3次元画像を表示する表示手段を備えたことを特徴とするものである。 Further, the imaging display device for three-dimensional images of the present invention includes any one of the above-mentioned imaging devices for three-dimensional images, and display means for displaying the three-dimensional image reconstructed by the three-dimensional image reconstruction means. It is characterized by the fact that it is equipped with

本発明の3次元画像用の撮像装置においては、シングルピクセルイメージングあるいはゴーストイメージングを用いたインテグラルフォトグラフィによる三次元画像の撮像手法を導入し、物体の像と空間的な2次元パターンの像を合成した画像の反射光強度を撮像素子の単位素子毎に取り込んで、単位素子毎に2次元要素画像を求める。これにより、1つの2次元要素画像を1つの単位素子によって得ることができ、この要素画像をもとに従来のインテグラルフォトグラフィと同様の方法を用いて3次元像を構成することができるため、高密度な3次元画像の取得が可能となる。 In the three-dimensional image capturing device of the present invention, a three-dimensional image capturing method using integral photography using single pixel imaging or ghost imaging is introduced, and an image of an object and an image of a spatial two-dimensional pattern are captured. The reflected light intensity of the combined image is captured for each unit element of the image sensor, and a two-dimensional element image is obtained for each unit element. As a result, one two-dimensional elemental image can be obtained by one unit element, and a three-dimensional image can be constructed based on this elemental image using a method similar to conventional integral photography. , it becomes possible to obtain high-density three-dimensional images.

また、従来の手法においては、光路中に挿入したレンズ等の光学系による2次元撮像素子面内での強度分布やそれに付随したSNR分布が存在するので、再構成した視差画像間における平均輝度分布の差異により、3次元画像に不必要な強度のばらつきや不連続性が出てしまう。しかしながら、本発明の装置においては、平滑化補正処理手段において、撮像素子内の隣接する単位素子間の前記2次元要素画像の強度の分布が平滑化されるような補正処理を行い、強度の分布が平滑化された2次元要素画像を3次元画像再構成手段に出力するように構成しているので、構築された3次元画像におけるノイズを低減することができ、さらに、撮像素子の各単位素子で再構成した視差画像間における輝度値のムラを補正することが可能となる。 In addition, in conventional methods, there is an intensity distribution within the plane of the two-dimensional image sensor due to the optical system such as a lens inserted in the optical path, and an associated SNR distribution, so the average brightness distribution between the reconstructed parallax images This difference causes unnecessary intensity variations and discontinuities in the three-dimensional image. However, in the apparatus of the present invention, the smoothing correction processing means performs correction processing such that the intensity distribution of the two-dimensional element images between adjacent unit elements in the image sensor is smoothed, and the intensity distribution Since the smoothed two-dimensional element image is output to the three-dimensional image reconstruction means, noise in the constructed three-dimensional image can be reduced, and each unit element of the image sensor It becomes possible to correct unevenness in brightness values between parallax images reconstructed in .

また、本発明の3次元画像用の撮像表示装置では、上記いずれかの3次元画像用の撮像装置と、該3次元画像再構成手段により再構成された3次元画像を表示する表示手段を備え、この表示手段に、再構成された3次元画像を表示するようにしているので、撮像素子の製造を容易としつつ、空間解像度および角度解像度に優れた3次元画像を撮像し、表示することができる。 Further, the imaging display device for three-dimensional images of the present invention includes any one of the above imaging devices for three-dimensional images, and display means for displaying the three-dimensional image reconstructed by the three-dimensional image reconstruction means. Since the reconstructed three-dimensional image is displayed on this display means, it is possible to capture and display a three-dimensional image with excellent spatial resolution and angular resolution while making it easy to manufacture the image sensor. can.

本発明の実施形態1に係る3次元画像用の撮像表示装置の原理を説明するための概略図である。1 is a schematic diagram for explaining the principle of an imaging display device for three-dimensional images according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施形態2に係る3次元画像用の撮像表示装置の原理を説明するための概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the principle of an imaging display device for three-dimensional images according to Embodiment 2 of the present invention. 本実施形態の3次元画像用の撮像装置においてなされる処理の流れの概略を説明するためのフローチャートである。2 is a flowchart for explaining an outline of the flow of processing performed in the imaging device for three-dimensional images according to the present embodiment. 本実施形態の3次元画像用の撮像装置おける撮像素子のピクセル位置について説明するための概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining pixel positions of an image sensor in the three-dimensional image imaging device according to the present embodiment. 2次元パターンにより変調された物体の反射光強度を2次元撮像素子で取得した場合における1ライン(1行)上の強度分布を示す概略図((a)は補正処理前の状態、(b)は補正処理後の状態)を表す。Schematic diagram showing the intensity distribution on one line (one row) when the reflected light intensity of an object modulated by a two-dimensional pattern is acquired by a two-dimensional image sensor ((a) is the state before correction processing, (b) represents the state after correction processing). 各実施例において用いられる物体(25mm離して配された2つのサイコロ)を示す図((a)は実際の撮像方向から見た像を示す図、(b)は該撮像方向に対して横方向から見た像を示す図)である。Diagrams showing objects (two dice placed 25 mm apart) used in each example ((a) is a diagram showing an image seen from the actual imaging direction, (b) is a diagram showing an image transverse to the imaging direction. (Figure showing the image seen from the front). 実施例1におけるローパスフィルタ処理適用による強度変化を示すためのグラフである((a)はローパスフィルタ処理適用前の状態を示し、(b)はローパスフィルタ処理適用後の状態を示す)。2 is a graph showing intensity changes due to application of low-pass filtering in Example 1 ((a) shows the state before applying low-pass filtering, and (b) shows the state after applying low-pass filtering). 実施例1(移動平均フィルタ処理)の処理前後における、選択された2次元パターンに対する撮像素子面での強度値分布を示すものである。3 shows the intensity value distribution on the image sensor surface for a selected two-dimensional pattern before and after processing in Example 1 (moving average filter processing). 実施例1(移動平均フィルタ処理)の処理前後における再構成像を比較したものである。The reconstructed images before and after processing in Example 1 (moving average filter processing) are compared. 実施例1(移動平均フィルタ処理)の処理前後における再構成像についての数値を比較したものである。The figure compares numerical values for reconstructed images before and after processing in Example 1 (moving average filter processing). 実施例1(移動平均フィルタ処理)の処理前後における隣接画素の再構成像についての輝度値ムラを比較したものである。12 is a comparison of brightness value unevenness in reconstructed images of adjacent pixels before and after processing in Example 1 (moving average filter processing). 実施例1(移動平均フィルタ処理)の処理前後における隣接画素の再構成像についての輝度値分散を比較したものである。3 is a comparison of luminance value dispersion of reconstructed images of adjacent pixels before and after processing in Example 1 (moving average filter processing). 実施例2(ローパスフィルタ処理)の処理前後における、選択された2次元パターンに対する撮像素子面での強度値分布を示すものである。It shows the intensity value distribution on the image sensor surface for a selected two-dimensional pattern before and after processing in Example 2 (low-pass filter processing). 実施例2(ローパスフィルタ処理)の処理前後における再構成像を比較したものである。The reconstructed images before and after processing in Example 2 (low-pass filter processing) are compared. 実施例2(ローパスフィルタ処理)の処理前後における再構成像についての数値を比較したものである。It is a comparison of numerical values for reconstructed images before and after processing in Example 2 (low-pass filter processing). 実施例2(ローパスフィルタ処理)の処理前後における隣接画素の再構成像についての輝度値ムラを比較したものである。This is a comparison of brightness value unevenness in reconstructed images of adjacent pixels before and after processing in Example 2 (low-pass filter processing). 実施例2(ローパスフィルタ処理)の処理前後における隣接画素の再構成像についての輝度値分散を比較したものである。This is a comparison of luminance value dispersion of reconstructed images of adjacent pixels before and after processing in Example 2 (low-pass filter processing). 実施例3(最小二乗法処理)の処理前後における、選択された2次元パターンに対する撮像素子面での強度値分布を示すものである。It shows the intensity value distribution on the image sensor surface for a selected two-dimensional pattern before and after processing in Example 3 (least squares method processing). 実施例3(最小二乗法処理)の処理前後における再構成像を比較したものである。The reconstructed images before and after processing in Example 3 (least squares method processing) are compared. 実施例3(最小二乗法処理)の処理前後における再構成像についての数値を比較したものである。This is a comparison of numerical values for reconstructed images before and after processing in Example 3 (least squares method processing). 実施例3(最小二乗法処理)の処理前後における隣接画素の再構成像についての輝度値ムラを比較したものである。This is a comparison of luminance value unevenness in reconstructed images of adjacent pixels before and after processing in Example 3 (least squares method processing). 実施例3(最小二乗法処理)の処理前後における隣接画素の再構成像についての輝度値分散を比較したものである。This is a comparison of the luminance value dispersion of reconstructed images of adjacent pixels before and after processing in Example 3 (least squares method processing). 従来技術に係る3次元画像用の撮像装置を説明するための概略図である。1 is a schematic diagram for explaining an imaging device for three-dimensional images according to the prior art.

以下、本発明の実施形態に係る3次元画像用の撮像装置および撮像表示装置を、図面を参照しながら説明する。
まず、図1Aおよび図1Bを用いて、実施形態1および実施形態2に係る3次元画像用の撮像装置および3次元画像用の撮像表示装置について説明する。なお、3次元画像用の撮像表示装置は、3次元画像用の撮像装置に表示手段10、110を加えることにより構成される。
いずれの装置においても、2次元要素画像再構成手段7、107により得られた、撮像素子4、104の単位素子毎における2次元要素画像の強度の分布が平滑化されるような補正処理を行い、強度の分布が平滑化された2次元要素画像を出力する平滑化補正処理手段9、109を備えており、本実施形態はこの点に特徴を有しているが、まずは、両実施形態装置共通の全体概略構成について説明し、その後、各々の実施形態装置について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An imaging device and an imaging display device for three-dimensional images according to embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, a three-dimensional image imaging device and a three-dimensional image imaging display device according to Embodiment 1 and Embodiment 2 will be described using FIGS. 1A and 1B. Note that the imaging display device for three-dimensional images is constructed by adding display means 10 and 110 to the imaging device for three-dimensional images.
In either device, a correction process is performed to smooth the intensity distribution of the two-dimensional elemental image for each unit element of the image sensor 4, 104 obtained by the two-dimensional elemental image reconstruction means 7, 107. , smoothing correction processing means 9 and 109 for outputting two-dimensional elemental images with smoothed intensity distributions, and this embodiment is characterized in this respect. A common overall schematic configuration will be described, and then each embodiment device will be described.

(両実施形態装置共通)
本実施形態1、2に係る、3次元画像用の撮像装置は、図1A、図1Bに示すように、被写体である物体1への入射経路上または被写体である物体101からの出射経路上において、該物体1、101の像情報に2値の2次元パターン12b等(実施形態2においては、2次元パターンは表示パターン112aに一致するとも考えられるので、実施形態1、2における2次元パターンの説明においては「12b等」と称することとする。以下同じ。)の情報を重畳させる処理を行い、この2値の2次元パターン12b等の情報を重畳させた該物体1、101の像情報から、各々の単位素子において光強度情報を取得する撮像素子4、104と、を備えている。
(Common to both embodiment devices)
As shown in FIGS. 1A and 1B, the imaging apparatus for three-dimensional images according to Embodiments 1 and 2 is arranged on an incident path to an object 1 that is a subject or on an exit path from an object 101 that is a subject. , a binary two-dimensional pattern 12b, etc. in the image information of the object 1, 101 (in the second embodiment, the two-dimensional pattern is considered to match the display pattern 112a, so the two-dimensional pattern in the first and second embodiments is In the explanation, it will be referred to as "12b, etc." (The same applies hereinafter), and from the image information of the object 1, 101 on which information such as the binary two-dimensional pattern 12b is superimposed, , and an image sensor 4, 104 that acquires light intensity information in each unit element.

また、上記2値の2次元パターン12b等の情報をランダムに他の表示パターン12a、112aに切り替える度に、撮像素子4、104の各々の単位素子において取得された光強度情報を用い、所定の演算式に基づき、各単位素子毎に2次元要素画像を再構成する2次元要素画像再構成手段7、107を備えている。 Furthermore, each time the information such as the binary two-dimensional pattern 12b is randomly switched to another display pattern 12a, 112a, the light intensity information acquired in each unit element of the image sensors 4, 104 is used to display a predetermined image. Two-dimensional elemental image reconstruction means 7 and 107 are provided for reconstructing a two-dimensional elemental image for each unit element based on an arithmetic expression.

また、2次元要素画像再構成手段7、107により得られた、単位素子毎の2次元要素画像の強度の分布が平滑化されるような補正処理を行い、強度の分布が平滑化された2次元要素画像を出力する平滑化補正処理手段9、109を備えている。この平滑化補正処理手段9、109は、本実施形態の構成上のポイントともなっている。 In addition, correction processing is performed to smooth the intensity distribution of the two-dimensional elemental images for each unit element obtained by the two-dimensional elemental image reconstruction means 7 and 107, and the intensity distribution is smoothed. It includes smoothing correction processing means 9 and 109 that output dimensional element images. The smoothing correction processing means 9 and 109 are also a key point in the configuration of this embodiment.

さらに、平滑化補正処理手段9、109により平滑化補正処理が施された2次元要素画像を用い、所定の演算(例えば、前述した非特許文献2を参照)に基づき物体1、101の3次元画像を再構成する3次元画像再構成手段8、108を備えている。
これら2次元要素画像再構成手段7、107と、平滑化補正処理手段9、109と、3次元画像再構成手段8、108は、制御演算処理装置5、105を構成する。
また、この制御演算処理装置5、105は、2次元パターン情報付与手段12、112に指示して空間光変調器11、111に表示される表示パターン12a、112aを切り替える機能も有している。
Furthermore, using the two-dimensional element images that have been subjected to smoothing correction processing by the smoothing correction processing means 9 and 109, a three-dimensional It includes three-dimensional image reconstruction means 8, 108 for reconstructing an image.
These two-dimensional elemental image reconstruction means 7 and 107, smoothing correction processing means 9 and 109, and three-dimensional image reconstruction means 8 and 108 constitute a control arithmetic processing device 5 and 105.
The control processing devices 5, 105 also have a function of instructing the two-dimensional pattern information providing means 12, 112 to switch the display patterns 12a, 112a displayed on the spatial light modulators 11, 111.

また、上記3次元画像用の撮像表示装置は、上述した3次元画像用の撮像装置の構成に加え、3次元画像再構成手段8、108により再構成された物体1、101の3次元画像を表示する表示手段10、110を備えている。 In addition to the configuration of the above-described three-dimensional image imaging device, the three-dimensional image capturing and displaying device also captures three-dimensional images of the objects 1 and 101 reconstructed by the three-dimensional image reconstruction means 8 and 108. It is equipped with display means 10 and 110 for displaying images.

次に、図2を用いて本実施形態(実施形態1、2共通)の処理の流れを説明する。すなわち、まず第1の2次元パターンを生成し(S1)、次に、この2次元パターンを空間光変調器11、111に表示させ(S2)、撮像素子4、104の各単位素子により2次元要素画像を取得し(S3)、これら一連の処理(S1~S3)を2次元パターンを生成する度に繰り返し行う(S1~S4)。予定されていた数の2次元パターンについて上記一連の処理が終了すると、平滑化補正処理手段9、109において、2次元要素画像毎にその強度分布の平滑化補正処理が行われ(S5)、平滑化補正処理がなされた各単位素子毎の2次元要素画像から、3次元画像再構成手段8、108において3次元画像を再構成する処理が行われる(S6)。
物体1、101の像情報に2値の2次元パターン情報を重畳させる処理手段としては、例えば、液晶表示素子(透過型や反射型)あるいはDMD(デジタルマイクロミラーデバイス)等の空間光変調器11、111が好適であり、この空間光変調器11、111に白黒2値の表示パターン12a、112aをランダムに変化させた態様が順次表示されるように構成する。
Next, the flow of processing in this embodiment (common to embodiments 1 and 2) will be explained using FIG. That is, first, a first two-dimensional pattern is generated (S1), then this two-dimensional pattern is displayed on the spatial light modulators 11 and 111 (S2), and each unit element of the image sensors 4 and 104 generates a two-dimensional pattern. Elemental images are acquired (S3), and a series of these processes (S1 to S3) is repeated each time a two-dimensional pattern is generated (S1 to S4). When the series of processes described above are completed for the scheduled number of two-dimensional patterns, the smoothing correction processing means 9, 109 performs smoothing correction processing on the intensity distribution for each two-dimensional element image (S5). The three-dimensional image reconstruction means 8 and 108 perform a process of reconstructing a three-dimensional image from the two-dimensional elemental image of each unit element that has been subjected to the correction process (S6).
As a processing means for superimposing binary two-dimensional pattern information on the image information of the objects 1 and 101, for example, a spatial light modulator 11 such as a liquid crystal display element (transmissive type or reflective type) or a DMD (digital micromirror device) is used. , 111 are preferable, and the spatial light modulators 11 and 111 are configured to sequentially display a mode in which the black and white binary display patterns 12a and 112a are randomly changed.

すなわち、具体的には、例えば、所定のメモリ内に2値の表示パターン12a、112aをランダムに変化させた態様(一例としては、図7、図12、図17に示す各2次元パターン)が格納されていて、乱数発生器(2次元パターン情報付与手段)により順次選択された、各2次元パターンのうちのいずれかの表示パターン12a、112aを空間光変調器11、111に表示させるように構成してもよい。 Specifically, for example, a mode in which the binary display patterns 12a and 112a are randomly changed in a predetermined memory (for example, the two-dimensional patterns shown in FIGS. 7, 12, and 17) is The spatial light modulators 11 and 111 display one of the display patterns 12a and 112a among the two-dimensional patterns stored and sequentially selected by a random number generator (two-dimensional pattern information providing means). may be configured.

もちろん、メモリ内に、上述したような2次元パターンによる表示パターン12a、112aを記憶させず、2次元パターン情報付与手段12、112により、表示パターン12a、112aを空間光変調器11、111に表示させる直前において、表示されるパターン12a、112aを乱数抽選によりリアルタイムで形成するようにしてもよい。 Of course, the display patterns 12a, 112a are not stored in the memory as two-dimensional patterns as described above, but the display patterns 12a, 112a are displayed on the spatial light modulators 11, 111 by the two-dimensional pattern information providing means 12, 112. The displayed patterns 12a and 112a may be formed in real time by random number lottery immediately before the display.

また、上記2次元要素画像再構成手段7、107において、撮像素子4、104の各々の単位素子について、取得された光強度情報を用い、2次元要素画像6、106を再構成する演算式は、例えば以下のように構成される。 In addition, in the two-dimensional elemental image reconstruction means 7, 107, the calculation formula for reconstructing the two-dimensional elemental images 6, 106 using the acquired light intensity information for each unit element of the image sensor 4, 104 is , for example, is configured as follows.

すなわち、上述した2次元パターンの配列P(x,y)において、表示パターン12a、112aの態様をN回変えたときのn番目のパターンの配列をPn(x,y)、撮像素子4、104の画素(i,j)においてn番目のパターンのときに計測した反射光強度をSi,j,nとすると、撮像素子4,104の画素(i,j)での2次元要素画像Ii,j (x,y)は下式(3)で表される。

Figure 0007390918000003
このようにして、撮像素子4、104の単位素子のそれぞれにより取得された2次元要素画像は、撮像素子4、104の単位素子の位置に応じて、異なる角度から見た物体の形状情報を表すこととなり、取得された2次元要素画像は、互いにずれた物体位置の形状情報を有するものとなる。 That is, in the two-dimensional pattern array P(x,y) described above, the n-th pattern array when the display patterns 12a, 112a are changed N times is P n (x,y), the image sensor 4, If the reflected light intensity measured at the nth pattern at pixel (i,j) of 104 is S i,j,n , then the two-dimensional element image I at pixel (i,j) of image sensor 4, 104 is i,j (x,y) is expressed by the following formula (3).
Figure 0007390918000003
In this way, the two-dimensional element images acquired by each of the unit elements of the image sensors 4 and 104 represent shape information of the object viewed from different angles depending on the position of the unit element of the image sensors 4 and 104. Therefore, the acquired two-dimensional element images have shape information of mutually shifted object positions.

また、3次元画像再構成手段8、108において、撮像素子4、104の各々の単位素子で取得され、平滑化補正処理手段9、109において平滑化された、各2次元要素画像に基づき、3次元画像を再構成する所定の演算は、前述したように、例えば、前述した非特許文献2に記載されたインテグラルフォトグラフィにおける周知の手法を用いてなされる。なお、本実施形態1、2のポイントである平滑化補正処理手段9、109の詳しい説明は後述する。
また、撮像素子4、104としては、CMOSやCCD等の種々のタイプの撮像素子を用いることができる。
Furthermore, in the three-dimensional image reconstruction means 8 and 108, the three-dimensional image is As mentioned above, the predetermined calculation for reconstructing the dimensional image is performed using the well-known method in integral photography described in the above-mentioned Non-Patent Document 2, for example. Note that a detailed explanation of the smoothing correction processing means 9 and 109, which is the key point of the first and second embodiments, will be described later.
Further, as the image pickup devices 4 and 104, various types of image pickup devices such as CMOS and CCD can be used.

<実施形態1>
本発明の実施形態1に係る撮像表示装置を、図1Aを用いて説明する。なお、上述した、両実施形態装置共通の項目に記載された内容については、重複記載を避けるために省略することも多い。
この実施形態1に係る撮像表示装置は、物体1に照明光2aを照射する照明光源2と、照明光2aの光路中であって、照明光源2と物体1の間に配され、照明光2aに白黒2値の2次元マトリックス状の表示パターン12aを担持させる空間光変調器11と、空間光変調器11から射出された照明光2aに担持されたパターン情報を物体1上に結像せしめる結像レンズ3と、上記パターン情報に物体1の像情報が重畳された物体1からの反射光を受光する撮像素子4と、を備えている。
<Embodiment 1>
An imaging display device according to Embodiment 1 of the present invention will be described using FIG. 1A. Note that the contents described in the items common to the devices of both embodiments described above are often omitted to avoid duplicate description.
The imaging display device according to the first embodiment includes an illumination light source 2 that irradiates an object 1 with illumination light 2a, and an illumination light source 2 that is disposed in the optical path of the illumination light 2a and between the illumination light source 2 and the object 1. a spatial light modulator 11 that carries a black and white binary two-dimensional matrix-like display pattern 12a; and a system that images the pattern information carried by the illumination light 2a emitted from the spatial light modulator 11 onto the object 1. It includes an image lens 3 and an image sensor 4 that receives reflected light from the object 1 in which image information of the object 1 is superimposed on the pattern information.

なお、この実施形態1に係る撮像表示装置が、その他に、2次元要素画像再構成手段7、平滑化補正処理手段9、および3次元画像再構成手段8を備えることは、両実施形態装置共通の項目に記載された通りである。
なお、2次元要素画像再構成手段7、平滑化補正処理手段9、および3次元画像再構成手段8は制御演算処理装置5を構成する。この制御演算処理装置5は、2次元パターン情報付与手段12に指示して空間光変調器11に表示された表示パターン12aを、順次切り替える機能も有している。
すなわち、この実施形態1に係る撮像表示装置は、図1Aに示すように、照明光源2と撮像する物体1の間に空間光変調器11とレンズ3を設ける点に特徴を有する。
Note that it is common to both embodiments that the imaging display device according to Embodiment 1 additionally includes two-dimensional element image reconstruction means 7, smoothing correction processing means 9, and three-dimensional image reconstruction means 8. As stated in the item.
Note that the two-dimensional elemental image reconstruction means 7, the smoothing correction processing means 9, and the three-dimensional image reconstruction means 8 constitute the control arithmetic processing device 5. The control processing device 5 also has a function of instructing the two-dimensional pattern information providing means 12 to sequentially switch the display pattern 12a displayed on the spatial light modulator 11.
That is, the imaging display device according to the first embodiment is characterized in that, as shown in FIG. 1A, a spatial light modulator 11 and a lens 3 are provided between an illumination light source 2 and an object 1 to be imaged.

空間光変調器11で変調された表示パターン12aが物体1に結像するように結像レンズ3の光軸上での位置が調整される。
このときの表示パターン12aが重畳された物体1からの反射光1aの光強度を撮像素子4の各単位素子で受光する。
撮像素子4は制御演算処理装置5に接続され、空間光変調器11に表示した表示パターン12aと、そのパターン12aが表示されたときに撮像素子4の各単位素子で得られた光強度の関係を2次元要素画像再構成手段7に記憶させる。空間光変調器11に表示する表示パターン12aを複数回変化させ、その度に撮像素子4の各単位素子で取得された光強度に基づき、各単位素子毎に2次元要素画像を再構成する。変化させる表示パターン12aがランダムとされているので、前述した式(3)を用いることで、各単位素子での2次元要素画像を容易に再構成することができる。
The position of the imaging lens 3 on the optical axis is adjusted so that the display pattern 12a modulated by the spatial light modulator 11 is imaged on the object 1.
At this time, each unit element of the image sensor 4 receives the light intensity of the reflected light 1a from the object 1 on which the display pattern 12a is superimposed.
The image sensor 4 is connected to a control processing unit 5, and the relationship between the display pattern 12a displayed on the spatial light modulator 11 and the light intensity obtained by each unit element of the image sensor 4 when the pattern 12a is displayed is determined. is stored in the two-dimensional element image reconstruction means 7. The display pattern 12a displayed on the spatial light modulator 11 is changed multiple times, and a two-dimensional elemental image is reconstructed for each unit element based on the light intensity acquired by each unit element of the image sensor 4 each time. Since the display pattern 12a to be changed is random, the two-dimensional elemental image of each unit element can be easily reconstructed by using the above-mentioned equation (3).

前述したように、各単位素子に対応して得られた2次元要素画像に基づき、従来のインテグラルフォトグラフィと同様の周知の方法により3次元画像を再構成することができる。
なお、制御演算処理装置5または表示手段10に大容量メモリを収納しておき、得られた3次元画像を記憶させておき、必要に応じて、物体1の3次元画像を表示手段10に表示させてもよい(実施形態2についても同様)。
As described above, a three-dimensional image can be reconstructed by a well-known method similar to conventional integral photography based on two-dimensional elemental images obtained corresponding to each unit element.
Note that a large capacity memory is stored in the control processing unit 5 or the display means 10 to store the obtained three-dimensional image, and the three-dimensional image of the object 1 can be displayed on the display means 10 as necessary. (The same applies to Embodiment 2).

<実施形態2>
本発明の実施形態2に係る撮像表示装置を、図1Bを用いて説明する。なお、上述した、両実施形態装置共通の項目に記載された内容については、重複記載を避けるために省略することも多い。
なお、上記実施形態1と類似した撮像表示装置とされているので、図1Aの部材に対応する部材については、図1Bの各部材に付した符号に100を加えた符号を付すものとする。
<Embodiment 2>
An imaging display device according to Embodiment 2 of the present invention will be described using FIG. 1B. Note that the contents described in the items common to the devices of both embodiments described above are often omitted to avoid duplicate description.
Note that since the imaging display device is similar to Embodiment 1, the members corresponding to those in FIG. 1A are given the same reference numerals as those in FIG. 1B plus 100.

図1Bに示すように、物体101に照明光102aを照射する照明光源102と、物体101からの、照明光102aの反射光101aを受光する撮像素子104と、反射光101aの光路中に配され、反射光101aに白黒2値の2次元マトリックス状の表示パターン112aを担持させる空間光変調器111と、物体101から反射された反射光101aを空間光変調器111上に結像せしめる結像レンズ103とを備えている。 As shown in FIG. 1B, an illumination light source 102 that irradiates an object 101 with illumination light 102a, an image sensor 104 that receives reflected light 101a of the illumination light 102a from the object 101, and an image sensor 104 arranged in the optical path of the reflected light 101a. , a spatial light modulator 111 that causes the reflected light 101a to carry a black and white binary two-dimensional matrix display pattern 112a, and an imaging lens that forms an image of the reflected light 101a reflected from the object 101 onto the spatial light modulator 111. 103.

この実施形態2に係る撮像表示装置が、その他に、2次元要素画像再構成手段107、平滑化補正処理手段109、および3次元画像再構成手段108を備えることは、両実施形態装置共通の項目に記載された通りである。
なお、これら2次元要素画像再構成手段107、平滑化補正処理手段109および3次元画像再構成手段108は制御演算処理装置105を構成する。この制御演算処理装置105は、2次元パターン情報付与手段112に指示して空間光変調器111に表示される表示パターン112aを切り替える機能も有している。
The fact that the imaging display device according to the second embodiment also includes a two-dimensional elemental image reconstruction means 107, a smoothing correction processing means 109, and a three-dimensional image reconstruction means 108 is a common feature of both embodiments. As described in
Note that these two-dimensional elemental image reconstruction means 107, smoothing correction processing means 109, and three-dimensional image reconstruction means 108 constitute a control arithmetic processing device 105. The control processing unit 105 also has a function of instructing the two-dimensional pattern information providing means 112 to switch the display pattern 112a displayed on the spatial light modulator 111.

すなわち、この撮像表示装置は、図1Bに示すように、物体101と撮像素子104の間にレンズ103と空間光変調器111を設ける点に特徴を有する。
実施形態2に係る撮像表示装置は、物体101の像情報が担持された物体101からの反射光101aが空間光変調器111に結像するように結像レンズ103の光軸上での位置が調整され、この反射光101aに空間光変調器111に表示された表示パターン112aの情報が担持される。
That is, this imaging display device is characterized in that a lens 103 and a spatial light modulator 111 are provided between an object 101 and an image sensor 104, as shown in FIG. 1B.
In the imaging display device according to the second embodiment, the position of the imaging lens 103 on the optical axis is such that the reflected light 101a from the object 101 carrying the image information of the object 101 forms an image on the spatial light modulator 111. The information of the display pattern 112a displayed on the spatial light modulator 111 is carried in this reflected light 101a.

撮像素子104は制御演算処理装置105に接続され、空間光変調器111に表示した表示パターン112aと、その表示パターン112aが表示されたときに撮像素子104の各単位素子で得られた光強度の関係を2次元要素画像再構成手段107に記憶させる。空間光変調器111に表示する表示パターン102aを複数回変化させ、その度に撮像素子104の各単位素子で取得された光強度に基づき、各単位素子毎に2次元要素画像を再構成する。変化させる表示パターン112aがランダムとされているので、前述した式(3)を用いることで、各単位素子での2次元要素画像を容易に再構成することができる。 The image sensor 104 is connected to a control arithmetic processing unit 105, and the display pattern 112a displayed on the spatial light modulator 111 and the light intensity obtained by each unit element of the image sensor 104 when the display pattern 112a is displayed are processed. The relationship is stored in the two-dimensional element image reconstruction means 107. The display pattern 102a displayed on the spatial light modulator 111 is changed multiple times, and a two-dimensional elemental image is reconstructed for each unit element based on the light intensity acquired by each unit element of the image sensor 104 each time. Since the display pattern 112a to be changed is random, the two-dimensional elemental image of each unit element can be easily reconstructed by using the above-mentioned equation (3).

なお、前述したように、各単位素子に対応して得られた2次元要素画像に基づき、従来のインテグラルフォトグラフィと同様の周知の方法により3次元画像を再構成することができる。 Note that, as described above, a three-dimensional image can be reconstructed by a well-known method similar to conventional integral photography based on two-dimensional element images obtained corresponding to each unit element.

<平滑化補正処理手段について>
ところで、上述した実施形態1、2に係る3次元画像用の撮像表示装置は、前述したように、シングルピクセルイメージングあるいはゴーストイメージングをインテグラルフォトグラフィに適用している。しかし、実施形態1、2に係る3次元画像用の撮像表示装置においては、2次元撮像素子面内に、どうしても強度分布やそれに付随するSNR分布が存在し、再構成した視差画像間における平均輝度分布の差異により、3次元画像に不必要な強度のばらつきや不連続性が生じてしまう。
<About the smoothing correction processing means>
By the way, as described above, the three-dimensional image capturing and display apparatuses according to the first and second embodiments apply single pixel imaging or ghost imaging to integral photography. However, in the imaging display device for three-dimensional images according to the first and second embodiments, an intensity distribution and an accompanying SNR distribution inevitably exist within the plane of the two-dimensional image sensor, and the average luminance between reconstructed parallax images The difference in distribution causes unnecessary intensity variations and discontinuities in the three-dimensional image.

そこで、実施形態1、2に係る3次元画像用の撮像表示装置においては、平滑化補正処理手段9、109を設け、2次元要素画像再構成手段7、107により得られた、単位素子毎の2次元要素画像の強度分布やそれに付随するSNR分布が平滑化されるような補正処理を行うようにしている。これにより、強度の分布やそれに付随するSNR分布が平滑化された2次元要素画像を3次元画像再構成手段8、108に出力し得るようにしている。 Therefore, in the imaging display device for three-dimensional images according to the first and second embodiments, smoothing correction processing means 9 and 109 are provided, and each unit element obtained by the two-dimensional element image reconstruction means 7 and 107 is Correction processing is performed to smooth the intensity distribution of the two-dimensional elemental image and the SNR distribution accompanying it. As a result, a two-dimensional elemental image in which the intensity distribution and the accompanying SNR distribution have been smoothed can be output to the three-dimensional image reconstruction means 8 and 108.

この平滑化補正処理手段9、109でなされる平滑化補正処理としては、移動平均フィルタ処理、ローパスフィルタ処理、2次元コンボリューションフィルタ処理、および最小二乗法による処理等、を用いた画像の濃淡(強度)変化を滑らかにする処理であって、画像に含まれるノイズなどの不要な濃淡変動を軽減し得る種々の画像処理が含まれる。
以下では、上記各処理のうち代表的な処理について詳細に説明する、すなわち、実施例1では、上記移動平均フィルタ処理を用いた例について、実施例2では、ローパスフィルタ処理を用いた例について、実施例3では、最小二乗法による処理を用いた例について、各々説明する。
The smoothing correction processing performed by the smoothing correction processing means 9 and 109 includes image shading ( It is a process for smoothing changes in intensity), and includes various image processes that can reduce unnecessary shading fluctuations such as noise included in an image.
Below, representative processing among the above-mentioned processes will be explained in detail, that is, in Example 1, an example using the above-mentioned moving average filter processing, and in Example 2, an example using low-pass filter processing. In the third embodiment, examples using the least squares method will be described.

実施例1の平滑化補正処理として、図5(a)、(b)に示すように2つのサイコロを前後に25mm離して配置し、図7に示すような種々の2次元パターンで変調した像の強度分布に対して、前後合わせて7画素の値を用いた移動平均フィルタ処理を適用した場合について説明する。この移動平均フィルタを適用した場合の撮像素子の画素位置Mにおける画像IM(x,y)は、2次元パターンの配列P(x,y)において、2次元パターンをN回変えたときのn番目の2次元パターンの配列をPn(x,y)、n番目の2次元パターンのときに計測した撮像素子の画素位置Mにおける反射光強度をSn,Mとすると、下式(4)により表される。 As the smoothing correction process in Example 1, two dice were placed 25 mm apart in front and back as shown in FIGS. 5(a) and 5(b), and images modulated with various two-dimensional patterns as shown in FIG. A case will be described in which a moving average filter process is applied to the intensity distribution using seven pixel values in total. When this moving average filter is applied, the image I M (x,y) at the pixel position M of the image sensor is obtained by changing the two-dimensional pattern N times in the two-dimensional pattern array P(x,y). If the array of the th two-dimensional pattern is P n (x,y), and the reflected light intensity at the pixel position M of the image sensor measured at the time of the n th two-dimensional pattern is S n,M , then the following formula (4) is obtained. Represented by

Figure 0007390918000004
Figure 0007390918000004

図3に示すような撮像素子面での画素位置で取得したそのままの強度分布を図7の第2列目(取得強度生データ)に示す。
この強度分布は、図7の第1列目の各2次元パターンを空間光変調器11、111に表示した際に得られる強度分布であり、横軸が撮像素子面での画素位置、縦軸が各画素で取得した強度値、とされたグラフで表される。
この強度分布は、各2次元パターンに応じて異なる分布を示し、また、隣接する画素間でも強度値にばらつきを確認することができる。
The intensity distribution as it is obtained at the pixel position on the image sensor surface as shown in FIG. 3 is shown in the second column (obtained intensity raw data) of FIG.
This intensity distribution is the intensity distribution obtained when each two-dimensional pattern in the first column of FIG. is the intensity value obtained at each pixel, and is expressed as a graph.
This intensity distribution shows a different distribution depending on each two-dimensional pattern, and variations in intensity values can also be confirmed between adjacent pixels.

この強度分布に対して、移動平均フィルタ処理を施した強度分布を図7の第3列目に示す(移動平均フィルタ処理後)。この移動平均フィルタ処理を施すことで、隣接する画素間でのばらつきを軽減できる。
図7では、互いに異なる4つの2次元パターンを用いた場合の強度値分布の例を示しているが、移動平均フィルタ処理は強度取得の際に用いた多数の2次元パターンの全てに対して適用する。移動平均フィルタ処理を施した強度値に対して、各画素位置における強度値と、強度取得の際に用いた多数の2次元パターンを用いることで視差画像を良好に再構成することができる。
The intensity distribution obtained by performing moving average filter processing on this intensity distribution is shown in the third column of FIG. 7 (after moving average filter processing). By performing this moving average filter processing, variations between adjacent pixels can be reduced.
Figure 7 shows an example of the intensity value distribution when four different two-dimensional patterns are used, but the moving average filter processing is applied to all of the many two-dimensional patterns used to obtain the intensity. do. A parallax image can be favorably reconstructed by using intensity values at each pixel position and a large number of two-dimensional patterns used to obtain the intensity for the intensity values subjected to moving average filter processing.

図8に、強度分布に対して、移動平均フィルタ処理による補正前後の強度値を用いた再構成像の比較を示す。また、図9に移動平均フィルタ処理による補正前後の強度値を用いた再構成像の数値の比較を示す。この再構成像は、理想的には強度値が0となる背景における画素値を用いて行なった。 FIG. 8 shows a comparison of reconstructed images using intensity values before and after correction by moving average filter processing for the intensity distribution. Further, FIG. 9 shows a comparison of numerical values of reconstructed images using intensity values before and after correction by moving average filter processing. This reconstructed image was created using pixel values in the background whose intensity values are ideally zero.

その比較評価は、各再構成像の10行目(各画像の上方の横線位置)の強度値の平均値と分散値を算出して行なった。図8によれば、移動平均フィルタ処理後の再構成像は、移動平均フィルタ処理前と比較してバックグラウンドノイズが低減されていることが視覚的に明らかであり、図9によっても、平均値・分散値が共に、移動平均フィルタ処理前よりも移動平均フィルタ処理後の方が低い値となっているため、ノイズが軽減されていることを確認することができる。 The comparative evaluation was performed by calculating the average value and variance value of the intensity values of the 10th line (horizontal line position above each image) of each reconstructed image. According to FIG. 8, it is visually clear that the reconstructed image after moving average filter processing has reduced background noise compared to before moving average filter processing, and FIG. 9 also shows that the average value - Since both variance values are lower after the moving average filter processing than before the moving average filter processing, it can be confirmed that noise has been reduced.

また、図10に、移動平均フィルタ処理前後の隣接画素の再構成像における比較結果を示す。この図10によれば、隣接する画素で再構成した結果が、移動平均フィルタ処理前は輝度値にばらつきがあるのに対して、移動平均フィルタ処理後はこのばらつきが低減されていることを確認することができる。 Further, FIG. 10 shows comparison results between reconstructed images of adjacent pixels before and after the moving average filter processing. According to FIG. 10, the results of reconstruction using adjacent pixels show that there is variation in brightness values before moving average filter processing, but this variation is reduced after moving average filter processing. can do.

図11に、各再構成像の10行目の分散値の分布をプロットしたグラフを示す。移動平均フィルタ処理前後で比較すると、移動平均フィルタ処理後は移動平均フィルタ処理前と比べて分散値のばらつきが小さく、隣接する画素間での再構成像で平均輝度分布のムラが軽減されていることを確認することができる。 FIG. 11 shows a graph plotting the distribution of variance values in the 10th row of each reconstructed image. Comparing before and after moving average filter processing, the variation in the variance value is smaller after moving average filter processing than before moving average filter processing, and the unevenness of the average brightness distribution in the reconstructed image between adjacent pixels is reduced. You can confirm that.

以上より、取得強度値に対して移動平均フィルタ処理を施すことで再構成視差画像のSNRを向上することができ、かつ再構成した視差画像間での輝度値ムラを軽減することができる。 As described above, by performing moving average filter processing on the acquired intensity values, it is possible to improve the SNR of the reconstructed parallax images, and it is also possible to reduce unevenness in brightness values between the reconstructed parallax images.

上述した例は、撮像素子面の、所定の一行に関して移動平均フィルタ処理を行なった結果を示すものであるが、撮像素子における他の列についても同様の処理を行い、結局、撮像素子全面の強度分布に対して、上記と同様の処理を行うことで再構成視差画像のSNRの向上、および再構成した要素画像間での輝度値ムラの軽減を図ることができる。また、撮像素子において使用する画素位置を多くするほど、輝度値のばらつきを軽減することができる。 The above example shows the result of performing moving average filter processing on one predetermined row on the image sensor surface, but the same process is performed on other columns on the image sensor, and in the end, the intensity of the entire surface of the image sensor By performing the same processing as above on the distribution, it is possible to improve the SNR of the reconstructed parallax image and to reduce unevenness in brightness values between reconstructed elemental images. Further, as the number of pixel positions used in the image sensor increases, variations in brightness values can be reduced.

実施例2の平滑化補正処理としては、実施例1で用いた移動平均フィルタに替えて高周波数カット(ローパス)フィルタ処理を施すことによって、取得した強度分布のばらつきを軽減する。
実施例2においても、パターンを用いた強度取得、および強度値を用いた再構成は実施例1と同様である(図5(a)、(b)、図7を参照)ことから、重複を避けるために、その説明を省略する。なお、実施例2における強度分布の計算結果例を図12に示す(実施例1の図7に対応する)。
In the smoothing correction process of the second embodiment, the moving average filter used in the first embodiment is replaced with a high frequency cut (low pass) filter process to reduce variations in the obtained intensity distribution.
In Example 2, the intensity acquisition using patterns and the reconstruction using intensity values are the same as in Example 1 (see FIGS. 5(a), (b), and 7), so there is no duplication. To avoid this, we omit the explanation. Note that an example of the calculation results of the intensity distribution in Example 2 is shown in FIG. 12 (corresponding to FIG. 7 of Example 1).

図12においては、強度分布に対して、空間周波数0.25以上の周波数をカットしたフィルタ処理の前後における強度値を用いた再構成像における比較結果を示す。
ローパスフィルタ処理前後の周波数分布の例を図6(a)、(b)に示す。
FIG. 12 shows the comparison results of reconstructed images using intensity values before and after filter processing that cuts frequencies of spatial frequency 0.25 or more with respect to the intensity distribution.
Examples of frequency distributions before and after low-pass filter processing are shown in FIGS. 6(a) and 6(b).

また、図13に、強度分布に対して、ローパスフィルタ処理による補正前後の強度値を用いた再構成像の比較を示す。また、図14にローパスフィルタ処理による補正前後の強度値を用いた再構成像の数値の比較を示す。この再構成像は、理想的には強度値が0となる背景における画素値を用いて行なった。 Further, FIG. 13 shows a comparison of reconstructed images using intensity values before and after correction by low-pass filter processing for the intensity distribution. Further, FIG. 14 shows a comparison of numerical values of reconstructed images using intensity values before and after correction by low-pass filter processing. This reconstructed image was created using pixel values in the background whose intensity values are ideally zero.

その比較評価は、各再構成像の10行目(各画像の上方の横線位置)の強度値の平均値と分散値を算出して行なった。図13によれば、ローパスフィルタ処理後の再構成像は、ローパスフィルタ処理前と比較してバックグラウンドノイズが低減されていることが視覚的に明らかであり、図14によっても、平均値・分散値が共に、ローパスフィルタ処理前よりもローパスフィルタ処理後の方が低い値となっているため、ノイズが軽減されていることを確認することができる。
なお、本実施例では0.25以上の周波数をカットしたローパスフィルタ処理を施した強度値分布を使用したが、カットする周波数は本実施例で用いたものに限られるものではない。
The comparative evaluation was performed by calculating the average value and variance value of the intensity values of the 10th line (horizontal line position above each image) of each reconstructed image. According to FIG. 13, it is visually clear that the reconstructed image after low-pass filter processing has reduced background noise compared to before low-pass filter processing, and FIG. Since both values are lower after the low-pass filter processing than before the low-pass filter processing, it can be confirmed that the noise has been reduced.
Note that although this embodiment uses an intensity value distribution that has been subjected to a low-pass filter process in which frequencies of 0.25 or higher are cut, the frequencies to be cut are not limited to those used in this embodiment.

また、図15に、ローパスフィルタ処理前後の隣接画素の再構成像における比較結果を示す。この図15によれば、隣接する画素で再構成した結果が、ローパスフィルタ処理前は輝度値にばらつきがあるのに対して、ローパスフィルタ処理後はこのばらつきが低減されていることを確認することができる。 Further, FIG. 15 shows comparison results between reconstructed images of adjacent pixels before and after low-pass filter processing. According to FIG. 15, it can be confirmed that the result of reconstruction using adjacent pixels has variations in brightness values before low-pass filter processing, but this variation has been reduced after low-pass filter processing. Can be done.

図16に、各再構成像の10行目の分散値の分布をプロットしたグラフを示す。ローパスフィルタ処理前後で比較すると、ローパスフィルタ処理後はローパスフィルタ処理前と比べて分散値のばらつきが小さく、隣接する画素間での再構成像で平均輝度分布のムラが軽減されていることを確認することができる。 FIG. 16 shows a graph plotting the distribution of variance values in the 10th row of each reconstructed image. Comparing before and after low-pass filtering, it was confirmed that the dispersion value was smaller after low-pass filtering than before low-pass filtering, and the unevenness of the average brightness distribution was reduced in reconstructed images between adjacent pixels. can do.

以上より、取得強度値に対してローパスフィルタ処理を施すことで再構成視差画像のSNRを向上することができ、かつ再構成した視差画像間での輝度値ムラを軽減することができる。 As described above, by performing low-pass filter processing on the acquired intensity values, it is possible to improve the SNR of the reconstructed parallax images, and to reduce unevenness in brightness values between the reconstructed parallax images.

上述した例は、撮像素子面の、所定の一行に関してローパスフィルタ処理を行なった結果を示すものであるが、撮像素子における他の列についても同様の処理を行い、結局、撮像素子全面の強度分布に対して、上記と同様の処理を行うことで再構成視差画像のSNRの向上、および再構成した要素画像間での輝度値ムラの軽減を図ることができる。また、撮像素子において使用する画素位置を多くするほど、輝度値のばらつきを軽減することができる。 The above example shows the result of low-pass filter processing performed on one predetermined row on the image sensor surface, but the same process is performed on other columns on the image sensor, and the result is that the intensity distribution over the entire surface of the image sensor is However, by performing the same processing as described above, it is possible to improve the SNR of the reconstructed parallax image and reduce the unevenness in brightness values between the reconstructed elemental images. Further, as the number of pixel positions used in the image sensor increases, variations in brightness values can be reduced.

実施例3の平滑化補正処理としては、実施例1で用いた移動平均フィルタに替えて最小二乗法を用いた処理を施すことによって、取得した強度分布のばらつきを軽減する。
実施例3においても、パターンを用いた強度取得、および強度値を用いた再構成は実施例1と同様である(図5(a)、(b)、図7を参照)ことから、重複を避けるために、その説明を省略する。なお、実施例3における、強度分布の計算結果例を図17に示す(実施例1の図7に対応する)。
In the smoothing correction process of the third embodiment, the moving average filter used in the first embodiment is replaced with a process using the least squares method to reduce variations in the obtained intensity distribution.
In Example 3, the intensity acquisition using patterns and the reconstruction using intensity values are the same as in Example 1 (see FIGS. 5(a), (b), and FIG. 7), so there is no duplication. To avoid this, we omit the explanation. An example of the calculation results of the intensity distribution in Example 3 is shown in FIG. 17 (corresponding to FIG. 7 of Example 1).

図18には、強度分布に対して、3次関数モデルの最小二乗法を用いた処理による補正前後の強度値を用いた再構成像の比較結果を示す。また、図19に最小二乗法を用いた処理による補正前後の強度値を用いた再構成像の数値の比較を示す。この再構成像は、理想的には強度値が0となる背景における画素値を用いて行なった。 FIG. 18 shows a comparison result of reconstructed images using intensity values before and after correction by processing using the least squares method of a cubic function model for the intensity distribution. Further, FIG. 19 shows a comparison of numerical values of reconstructed images using intensity values before and after correction by processing using the least squares method. This reconstructed image was created using pixel values in the background whose intensity values are ideally zero.

その比較評価は、各再構成像の10行目(各画像の上方の横線位置)の強度値の平均値と分散値を算出して行なった。図18によれば、最小二乗法を用いた処理後の再構成像は、最小二乗法を用いた処理前と比較してバックグラウンドノイズが低減されていることが視覚的に明らかであり、図19によっても、平均値・分散値が共に、最小二乗法を用いた処理前よりも最小二乗法を用いた処理後の方が低い値となっているため、ノイズが軽減されていることを確認することができる。 The comparative evaluation was performed by calculating the average value and variance value of the intensity values of the 10th line (horizontal line position above each image) of each reconstructed image. According to FIG. 18, it is visually clear that background noise in the reconstructed image after processing using the least squares method is reduced compared to before processing using the least squares method. 19, both the mean and variance values are lower after processing using the least squares method than before processing using the least squares method, confirming that noise has been reduced. can do.

なお、本実施例では3次関数モデルの最小二乗法を用いた処理を採用しているが、関数モデルの次数は3次以外とすることも可能である。
また、図20に、最小二乗法を用いた処理前後の隣接画素の再構成像における比較結果を示す。この図20によれば、隣接する画素で再構成した結果が、最小二乗法を用いた処理前は輝度値にばらつきがあるのに対して、最小二乗法を用いた処理後はこのばらつきが低減されていることを確認することができる。
Note that although this embodiment employs processing using the least squares method of a cubic function model, the order of the function model may be other than cubic.
Further, FIG. 20 shows comparison results of reconstructed images of adjacent pixels before and after processing using the least squares method. According to FIG. 20, the result of reconstruction using adjacent pixels has variations in brightness values before processing using the least squares method, but this variation is reduced after processing using the least squares method. You can confirm that it is.

図21に、各再構成像の10行目の分散値の分布をプロットしたグラフを示す。最小二乗法を用いた処理前後で比較すると、最小二乗法を用いた処理後は最小二乗法を用いた処理前と比べて分散値のばらつきが小さく、隣接する画素間での再構成像で平均輝度分布のムラが軽減されていることを確認することができる。 FIG. 21 shows a graph plotting the distribution of variance values in the 10th row of each reconstructed image. Comparing before and after processing using the least squares method, the variation in variance values is smaller after processing using the least squares method than before processing using the least squares method, and the average of the reconstructed image between adjacent pixels is smaller. It can be confirmed that the unevenness of the brightness distribution has been reduced.

以上より、取得強度値に対して最小二乗法を用いた処理を施すことで再構成視差画像のSNRを向上することができ、かつ再構成した視差画像間での輝度値ムラを軽減することができる。 From the above, it is possible to improve the SNR of the reconstructed parallax images by processing the obtained intensity values using the least squares method, and to reduce the unevenness of brightness values between the reconstructed parallax images. can.

上述した例は、撮像素子面の、所定の一行に関して最小二乗法を用いた処理を行なった結果を示すものであるが、撮像素子における他の列についても同様の処理を行い、結局、撮像素子全面の強度分布に対して、上記と同様の処理を行うことで再構成視差画像のSNRの向上、および再構成した要素画像間での輝度値ムラの軽減を図ることができる。また、撮像素子において使用する画素位置を多くするほど、輝度値のばらつきを軽減することができる。 The above example shows the result of processing using the least squares method on one predetermined row on the image sensor surface, but the same process is performed on other columns on the image sensor, and eventually the image sensor By performing the same processing as above on the intensity distribution over the entire surface, it is possible to improve the SNR of the reconstructed parallax image and reduce unevenness in brightness values between reconstructed elemental images. Further, as the number of pixel positions used in the image sensor increases, variations in brightness values can be reduced.

なお、本発明の3次元画像用の撮像装置および3次元画像用の撮像表示装置としては上記実施形態のものに限られるものではなく、その他の種々の変更の態様をとることが可能である。
例えば、平滑化補正処理手段9、109による平滑化補正処理としては、上記実施例のものに限られるものではなく、前述した2次元コンボリューションフィルタ処理やその他の、画像の濃淡(強度)変化を滑らかにする処理であって、画像に含まれるノイズなどの不要な濃淡変動を軽減し得る種々の画像補正処理を採用することができる。
Note that the three-dimensional image imaging device and the three-dimensional image imaging display device of the present invention are not limited to those of the above embodiments, and various other modifications may be made.
For example, the smoothing correction processing performed by the smoothing correction processing means 9 and 109 is not limited to that of the above-mentioned embodiments, but may include the two-dimensional convolution filter processing described above, and other types of image shading (intensity) changes. Various image correction processes can be employed to smooth the image and reduce unnecessary shading variations such as noise included in the image.

また、上記表示パターン12a、112aは、ランダムパターンではなく、DCT基底やアダマール基底を用いることにより、画像再構成時間を短縮することができる。
さらに時間を短縮するために、圧縮センシング技術を取り入れることも可能である。
また、上記実施形態においては、物体が非透光体で、その物体からの反射光を利用して像の再構成をしているが、物体が透光体で、その物体からの透過光を利用して像(例えば透光物体内の密度分布を表す像)の再構成を行うようにすることも可能である。
また、上記実施形態においては、白黒2値の表示パターンを用いているが、白黒の他にグレイレベルを有する値を含めて3値以上からなるパターンを用いることも可能である。
Further, the display patterns 12a and 112a are not random patterns, but use DCT bases or Hadamard bases, thereby reducing the image reconstruction time.
Compressed sensing techniques can also be incorporated to further reduce time.
Furthermore, in the above embodiment, the object is a non-transparent body and the image is reconstructed using the reflected light from the object, but the object is a transparent body and the transmitted light from the object is used to reconstruct the image. It is also possible to reconstruct an image (for example, an image representing the density distribution within a transparent object) by using this.
Further, in the above embodiment, a binary display pattern of black and white is used, but it is also possible to use a pattern of three or more values, including values having gray levels in addition to black and white.

1、101、301 物体
1a、101a、301a 反射光
2、102、302 照明光源
2a、102a、302a 照明光
3、103、303 レンズ
4、104、304 撮像素子
5、105 制御演算処理装置
7、107 2次元要素画像再構成手段
8、108、308 3次元画像再構成手段
9、109 平滑化補正処理手段
10、110 表示手段
11、111 空間光変調器
12、112 2次元パターン情報付与手段
12a、112a 表示パターン
12b 2次元パターン
305 レンズアレイ
306 2次元要素画像
309 演算処理装置
1, 101, 301 Object 1a, 101a, 301a Reflected light 2, 102, 302 Illumination light source 2a, 102a, 302a Illumination light 3, 103, 303 Lens 4, 104, 304 Image sensor 5, 105 Control processing unit 7, 107 Two-dimensional element image reconstruction means 8, 108, 308 Three-dimensional image reconstruction means 9, 109 Smoothing correction processing means 10, 110 Display means 11, 111 Spatial light modulators 12, 112 Two-dimensional pattern information provision means 12a, 112a Display pattern 12b 2-dimensional pattern 305 Lens array 306 2-dimensional element image 309 Arithmetic processing unit

Claims (8)

照明光を射出する照明光源と被写体である物体の間に設けられた多値2次元パターンを表示する空間光変調器と、該空間光変調器でパターン化された照明光が該物体に結像するように配されるレンズと、該物体からの前記照明光の反射光または透過光が担持する像情報を取得する単位素子を2次元的に配列された撮像素子とから構成された光学系を備え、
前記空間光変調器に表示される多値2次元パターンを時間的に変化させる多値2次元パターン可変指示手段と、
該多値2次元パターン可変指示手段の指示により前記空間光変調器に表示された多値2次元パターンおよび、その多値2次元パターンが表示された際に、前記撮像素子の前記単位素子の各々において取得された光強度情報の関係を前記多値2次元パターンの表示毎に取り込み、これら多値2次元パターン毎に取り込んだ値に基づいて、前記単位素子毎に2次元要素画像を求める2次元要素画像再構成手段と、
前記2次元要素画像再構成手段により得られた、前記単位素子毎の前記2次元要素画像の強度の分布が平滑化されるような補正処理を行い、該強度の分布が平滑化された前記2次元要素画像を出力する平滑化補正処理手段と、
前記平滑化補正処理手段により補正処理がなされた、前記単位素子毎の該2次元要素画像に基づいて前記物体の3次元画像を再構成する3次元画像再構成手段と、
を備えたことを特徴とする3次元画像用の撮像装置。
A spatial light modulator that displays a multivalued two-dimensional pattern is provided between an illumination light source that emits illumination light and an object that is a subject, and the illumination light patterned by the spatial light modulator forms an image on the object. an optical system consisting of a lens arranged so that Prepare,
multi-value two-dimensional pattern variable instruction means for temporally changing the multi-value two-dimensional pattern displayed on the spatial light modulator;
A multi-value two-dimensional pattern displayed on the spatial light modulator according to instructions from the multi-value two-dimensional pattern variable instruction means, and each of the unit elements of the image pickup device when the multi-value two-dimensional pattern is displayed. The relationship of the light intensity information acquired in is captured for each display of the multi-valued two-dimensional pattern, and a two-dimensional element image is obtained for each unit element based on the values captured for each of the multi-valued two-dimensional patterns. Elemental image reconstruction means;
A correction process is performed such that the intensity distribution of the two-dimensional elemental image for each unit element obtained by the two-dimensional elemental image reconstruction means is smoothed, and the intensity distribution of the two-dimensional elemental image is smoothed. a smoothing correction processing means for outputting a dimensional element image;
3-dimensional image reconstruction means for reconstructing a 3-dimensional image of the object based on the 2-dimensional element image of each unit element subjected to correction processing by the smoothing correction processing means;
An imaging device for three-dimensional images, comprising:
照明光源からの照明光を照射される被写体である物体の光射出側に設けられた、多値2次元パターンを表示する空間光変調器と、該物体からの前記照明光の反射光または透過光が該空間光変調器でパターン化されてなる前記物体の像情報を取得する、単位素子を2次元的に配列された撮像素子と、該物体の像情報を担持した該物体からの反射光または透過光を、前記空間光変調器上に結像するように配されるレンズとから構成された光学系を備え、
前記空間光変調器に表示される多値2次元パターンを時間的に変化させる多値2次元パターン可変指示手段と、
該多値2次元パターン可変指示手段の指示により前記空間光変調器に表示された多値2次元パターンおよび、その多値2次元パターンが表示された際に、前記撮像素子の前記単位素子の各々において取得された光強度情報の関係を前記多値2次元パターンの表示毎に取り込み、これら多値2次元パターン毎に取り込んだ値に基づいて、前記単位素子毎に2次元要素画像を求める2次元要素画像再構成手段と、
前記2次元要素画像再構成手段により得られた、前記単位素子毎の前記2次元要素画像の強度の分布が平滑化されるような補正処理を行い、該強度の分布が平滑化された前記2次元要素画像を出力する平滑化補正処理手段と、
前記平滑化補正処理手段により補正処理がなされた、前記単位素子毎の該2次元要素画像に基づいて前記物体の3次元画像を再構成する3次元画像再構成手段と、
を備えたことを特徴とする3次元画像用の撮像装置。
a spatial light modulator that displays a multivalued two-dimensional pattern, which is provided on the light exit side of an object that is a subject that is irradiated with illumination light from an illumination light source; and reflected light or transmitted light of the illumination light from the object. an image sensor in which unit elements are two-dimensionally arranged to obtain image information of the object patterned by the spatial light modulator; and reflected light from the object carrying image information of the object; an optical system configured with a lens arranged to image transmitted light on the spatial light modulator,
multi-value two-dimensional pattern variable instruction means for temporally changing the multi-value two-dimensional pattern displayed on the spatial light modulator;
A multi-value two-dimensional pattern displayed on the spatial light modulator according to instructions from the multi-value two-dimensional pattern variable instruction means, and each of the unit elements of the image pickup device when the multi-value two-dimensional pattern is displayed. The relationship of the light intensity information acquired in is captured for each display of the multi-valued two-dimensional pattern, and a two-dimensional element image is obtained for each unit element based on the values captured for each of these multi-valued two-dimensional patterns. Elemental image reconstruction means;
A correction process is performed such that the intensity distribution of the two-dimensional elemental image for each unit element obtained by the two-dimensional elemental image reconstruction means is smoothed, and the intensity distribution of the two-dimensional elemental image is smoothed. a smoothing correction processing means for outputting a dimensional element image;
3-dimensional image reconstruction means for reconstructing a 3-dimensional image of the object based on the 2-dimensional elemental image of each unit element subjected to correction processing by the smoothing correction processing means;
An imaging device for three-dimensional images, comprising:
前記平滑化補正処理手段により行われる平滑化補正処理が、移動平均フィルタ処理、ローパスフィルタ処理、2次元コンボリューションフィルタ処理、および最小二乗法を用いた処理のうちのいずれかであることを特徴とする請求項1または2に記載の3次元画像用の撮像装置。 The smoothing correction processing performed by the smoothing correction processing means is any one of moving average filter processing, low-pass filter processing, two-dimensional convolution filter processing, and processing using the least squares method. The imaging device for three-dimensional images according to claim 1 or 2. 前記平滑化補正処理が、強度分布に対して、空間周波数0.25以上の周波数をカットするローパスフィルタ処理であることを特徴とする請求項3に記載の3次元画像用の撮像装置。 4. The imaging device for three-dimensional images according to claim 3, wherein the smoothing correction process is a low-pass filter process that cuts frequencies of a spatial frequency of 0.25 or more with respect to the intensity distribution. 前記平滑化補正処理が、3次関数モデルの最小二乗法を用いた処理であることを特徴とする請求項3に記載の3次元画像用の撮像装置。 4. The imaging device for three-dimensional images according to claim 3, wherein the smoothing correction process is a process using a least squares method of a cubic function model. 前記平滑化補正処理手段により行われる平滑化補正処理において、前記多値2次元パターンが2値の2次元パターンであり、前記多値2次元パターン可変指示手段の指示に応じて変化する該2値の2次元パターンの変化態様をランダムとすることを特徴とする請求項1から5のうちいずれか1項に記載の3次元画像用の撮像装置。 In the smoothing correction processing performed by the smoothing correction processing means, the multi-valued two-dimensional pattern is a binary two-dimensional pattern, and the two-valued pattern changes according to an instruction from the multi-valued two-dimensional pattern variable instruction means. The imaging device for three-dimensional images according to any one of claims 1 to 5, wherein the two-dimensional pattern changes in a random manner. 前記2次元要素画像再構成手段は、前記多値2次元パターン毎の算出結果を用い、下記演算式(A)に基づいて、前記単位素子毎に前記2次元要素画像Ii,j(x,y)を求めることを特徴とする請求項6に記載の3次元画像用の撮像装置。
Figure 0007390918000005
但し、Pn(x,y)は前記2次元パターンの配列P(x,y)において、パターンをN回変えたときのn番目のパターンの配列、Si,j,nは、前記撮像素子の画素(i,j)において、n番目のパターンのときに計測した反射光光強度である。
The two-dimensional elemental image reconstruction means uses the calculation results for each multivalued two-dimensional pattern to reconstruct the two-dimensional elemental image I i,j (x, 7. The imaging device for three-dimensional images according to claim 6, characterized in that y) is obtained.
Figure 0007390918000005
However, P n (x,y) is the nth pattern array when the pattern is changed N times in the two-dimensional pattern array P(x,y), and S i,j,n is the image sensor This is the reflected light intensity measured for the nth pattern at pixel (i,j).
請求項1~7のいずれかに記載の3次元画像用の撮像装置と、前記3次元画像再構成手段により再構成された前記3次元画像を表示する表示手段を備えたことを特徴とする3次元画像用の撮像表示装置。
3, characterized in that it comprises the imaging device for three-dimensional images according to any one of claims 1 to 7, and display means for displaying the three-dimensional image reconstructed by the three-dimensional image reconstruction means. Imaging display device for dimensional images.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009529160A (en) 2006-02-06 2009-08-13 キネテイツク・リミテツド Imaging system
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