CN102215409A - 摄像装置 - Google Patents

摄像装置 Download PDF

Info

Publication number
CN102215409A
CN102215409A CN2011100744376A CN201110074437A CN102215409A CN 102215409 A CN102215409 A CN 102215409A CN 2011100744376 A CN2011100744376 A CN 2011100744376A CN 201110074437 A CN201110074437 A CN 201110074437A CN 102215409 A CN102215409 A CN 102215409A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gravity
shutter
center
image pickup
diaphragm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2011100744376A
Other languages
English (en)
Inventor
高田将弘
早坂健吾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Publication of CN102215409A publication Critical patent/CN102215409A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B7/00—Control of exposure by setting shutters, diaphragms or filters, separately or conjointly
    • G03B7/08—Control effected solely on the basis of the response, to the intensity of the light received by the camera, of a built-in light-sensitive device
    • G03B7/091—Digital circuits
    • G03B7/095—Digital circuits for control of aperture
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B35/00—Stereoscopic photography
    • G03B35/02—Stereoscopic photography by sequential recording
    • G03B35/04—Stereoscopic photography by sequential recording with movement of beam-selecting members in a system defining two or more viewpoints
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B9/00—Exposure-making shutters; Diaphragms
    • G03B9/08—Shutters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/20—Image signal generators
    • H04N13/204—Image signal generators using stereoscopic image cameras
    • H04N13/207—Image signal generators using stereoscopic image cameras using a single 2D image sensor
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/20—Image signal generators
    • H04N13/204—Image signal generators using stereoscopic image cameras
    • H04N13/207—Image signal generators using stereoscopic image cameras using a single 2D image sensor
    • H04N13/211—Image signal generators using stereoscopic image cameras using a single 2D image sensor using temporal multiplexing
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • H04N23/75—Circuitry for compensating brightness variation in the scene by influencing optical camera components
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/95—Computational photography systems, e.g. light-field imaging systems
    • H04N23/958—Computational photography systems, e.g. light-field imaging systems for extended depth of field imaging
    • H04N23/959—Computational photography systems, e.g. light-field imaging systems for extended depth of field imaging by adjusting depth of field during image capture, e.g. maximising or setting range based on scene characteristics

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Testing, Inspecting, Measuring Of Stereoscopic Televisions And Televisions (AREA)
  • Stereoscopic And Panoramic Photography (AREA)
  • Studio Devices (AREA)
  • Exposure Control For Cameras (AREA)
  • Diaphragms For Cameras (AREA)

Abstract

一种摄像装置，包括：图像拾取透镜；快门，沿第一方向被分割为多个部分，并允许打开和关闭多个部分中的每个；光阑，调节光量；以及驱动部，驱动快门和光阑。驱动部以使快门的任何一个部分打开而其余部分关闭的方式来控制快门，并且以使穿过打开部分的光束的通行在第二方向上比在第一方向上受到更多限制的方式来驱动光阑，第二方向与第一方向正交。

Description

摄像装置
技术领域
本发明涉及适于获取用于立体观看用途的视差图像的摄像装置。
背景技术
先前已经提出并开发了各种类型的摄像装置。作为实例，日本未审查专利申请第2001-61165号描述了一种摄像装置，被配置为包括图像拾取透镜、液晶快门、图像拾取器件以及图像处理部。在该摄像装置中，液晶快门被分成右部和左部两部分，且基于这些部分，允许快门打开和关闭。关于这种液晶快门，由图像拾取器件得到的图像拾取数据基于光透过右部还是左部而变化，且要由图像处理部生成的图像基于图像拾取数据而改变，即，用于右眼的视差图像或用于左眼的视差图像。因为这些右视差图像和左视差图像是光透过液晶快门的这种两个不同部分的光的结果，所以其间具有视差。使用预定的显示技术从而用户的每只眼睛能够仅观看这些两个右视差图像和左视差图像中的一个，以便实现立体观看。
为了实现这样的立体观看，可能的技术包括例如偏振和场序(field-sequential)。关于偏振技术，使用粘贴有预定偏振滤光器的显示器，右视差图像和左视差图像交替显示在同一画面的水平扫描线中，且关于场序技术，右视差图像和左视差图像以分时(time sharing)方式交替显示。使用投影器也是一种可能。即，使用能够发射在两个不同方向上偏振的不同偏振图像光的两个投影器，以便每个投影器仅向同一投影表面投射右视差图像或左视差图像。为了实现立体观看，关于偏振技术和投影器技术二者，使用一副偏振眼镜。偏振眼镜允许不同偏振的光透过，而关于场序技术，使用一副快门眼镜。快门眼镜受控于与视差图像的显示时序同步的打开/关闭。因此实现立体显示。立体深度感根据右视差图像和左视差图像之间的差异量(即，视差量)而变化。
发明内容
这里的问题是，在如上所述的这种摄像装置中，摄像光学系统设置有孔径光阑。在该孔径光阑中，通常将开口成形为像圆形或与其密切相似的多边形。如果对于如上所述的这种液晶快门，即，将快门分割为两个部分以便获取右视差图像和左视差图像，则开口的尺寸(半径)影响要用右视差图像和左视差图像产生的视差量。
另一方面，这样的孔径光阑的开口有时被配置为尺寸可变以便控制光量和图像侧上的焦点深度(物体侧上的景深)。
在这样的用于获取视差图像的摄像装置中，然而，改变开口尺寸也改变视差量，这是因为孔径尺寸影响要用右视差图像和左视差图像产生的视差量。作为实例，当为了减小光量而减小开口尺寸时，视差量也减小，且立体深度感相应地被削弱，即，结果画面显示反而呈现为没有深度的二维。
因此，期望提供一种摄像装置，能够在获取多个视差图像的过程中，在控制要用视差图像产生的视差的程度不变化的同时调节光量。
本发明实施方式中的摄像装置设置有图像拾取透镜、快门以及驱动部。快门沿第一方向被分割为多个部分，且允许打开和关闭多个部分中的每个部分。光阑(stop，光圈)调节光量。驱动部驱动快门和光阑。驱动部以使快门的任何一个部分打开而其余部分关闭的方式来控制快门，并且以使穿过打开部分的光束的通行在第二方向上比在第一方向上受到更多限制的方式来驱动光阑，第二方向与第一方向正交。
在本发明实施方式的摄像装置中，快门被允许打开和关闭多个部分中的每个，以便图像拾取器件可以基于透过快门每个部分的光束来获取图像拾取数据。此时，驱动部以使穿过快门的打开部分的光束的通行在第二方向上比在第一方向上受到更多限制的方式来驱动光阑，并且第二方向与第一方向正交。结果，打开部分在第一方向(即，设置快门所沿的方向上)尺寸可改变较少，以便减小要基于如上所述的图像拾取数据生成的视差图像之间的位移量的变化。
根据本发明实施方式的摄像装置，驱动部以进入快门的打开部分的光或来自其中的光在第二方向上比在第一方向上的受到更大程度的限制的方式来驱动光阑，第二方向与第一方向正交。因此，减小了结果视差图像之间的位移量的变化。这样，为了获取多个视差图像，在对利用结果视差图像的视差的任何变化程度进行控制的同时，可以调节光量。
本发明的其他和进一步的目的、特征和优点将在下面的说明中更完全地显现。
附图说明
图1是示出本发明第一实施方式中的摄像装置的整体构造的方框图；
图2A和图2B均是图1的快门的示意图，以平面图示出其构造，具体地，图2A示出其左部打开(右部关闭)的快门，而图2B示出其右部打开(左部关闭)的快门；
图3是液晶快门的截面图，示出其右部和左部之间的边界区域及附近；
图4A和图4B均是图1的孔径光阑的示意图，以平面图示出其构造，具体地，图4A示出不限制光束的通行的其状态(孔径完全打开)，而图4B示出限制光束的通行的其状态(孔径被部分遮挡)；
图5是用于说明图1的摄像装置中视差图像(未分割光束)的获取原理的示意图；
图6是用于说明图1中摄像装置的左视差图像的获取原理的示意图；
图7是用于说明图1中摄像装置的右视差图像的获取原理的示意图；
图8是用于说明右视差图像和左视差图像之间的视差量的示意图；
图9是用于说明快门打开部分(左部)的重心在XZ平面上的示意图；
图10是用于说明快门打开部分(左部)的重心的在XY平面上的示意图；
图11A和图11B均是比较例中孔径光阑的示意图，以平面图示出其构造，具体地，图11A示出不限制光束的通行的其状态(孔径完全打开)，而图11B示出限制光束的通行的其状态(孔径被部分遮挡)；
图12A和图12B均是相应于图11A和11B中所示的孔径光阑的孔径的几何图(光束所通过的区域的XY平面形状)的重心的示意图，具体地，图12A示出孔径半径为R1的情况，图12B示出孔径半径为R2的情况；
图13A和图13B均是用于说明使用图1的孔径光阑的光量调节操作的示意图，具体地，图13A示出不限制光束的通行的状态(孔径完全打开)，而图13B示出限制光束的通行的状态(孔径被部分遮挡)；
图14是用于说明计算图13B中所示的孔径光阑的重心的过程的示意图；
图15是用于说明在图14的过程之后计算重心的过程的示意图；
图16是用于说明允许重心变化的程度的示意图；以及
图17A和图17B均是用于说明本发明的变形例的重心计算的示意图，具体地，图17A示出不限制光束的通行的状态(孔径完全打开)，而图17B示出限制光束的通行的状态(孔径被部分遮挡)。
具体实施方式
下面，参考附图详细说明本发明的实施方式。将按照下面的顺序进行说明。
1.第一实施方式(在使用四个叶片调节光量的同时获取视差图像的示例性摄像装置)
2.变形例1(使用具有透射率分布的图像拾取透镜的示例性光量调节)
(第一实施方式)
(摄像装置1的整体构造)
图1是示出本发明第一实施方式的摄像装置(摄像装置1)的整体构造的示图。摄像装置1用于获取多个视差图像，即，该实例中的右视差图像和左视差图像，其为摄像对象(物体)2的图像。摄像装置1被配置为包括图像拾取透镜10a和10b、快门11、孔径光阑12、图像拾取器件13、快门/光阑驱动部14、图像拾取器件驱动部15、图像处理部16以及控制部17。
图像拾取透镜10a和10b均是对摄像对象2成像的主透镜，且均是普遍用于摄像机、照相机等的一般类型。在该实例中，图像拾取透镜10a设置在快门11的光入射侧上，而图像拾取透镜10b设置在其光出射侧上。这里，图像拾取透镜的数目、其布置等的确不局限于此。此外，使用中的图像拾取透镜均可以是固定焦点透镜或可变焦点透镜(变焦透镜)。
(快门11的构造)
快门11可控制地打开和关闭以便调节图像拾取器件13的曝光时间。快门11被分割为多个部分并允许多个部分中的每个打开(发光)和关闭(不发光)。在该实例中，如图2A和2B所示，快门11由沿X轴方向设置的两个部分SR和SL构成，且允许在透射率方面单独控制这两个部分SR和SL，具体地，在透光状态和不透光状态之间可控制地改变。在状态变化方面对部分SR和SL进行这种控制是以分时方式执行的，从而交替打开和关闭部分SR和SL。注意，在本申请文件中，假设X轴方向是水平的(左右方向)、Y轴方向是垂直的(上下方向)、Z方向沿着光轴。在这些方向中，X轴方向对应于本发明实施方式的第一方向，且Y轴方向对应于本发明实施方式的第二方向。
不具体限制这种快门11的类型，且可以是机械快门或电快门，如液晶快门，只要其允许如上所述的光路切换即可。现在说明的作为这样快门11的实例，是液晶快门的构造。图3是液晶快门的截面图，示出其右部SR和左部SL之间的边界区域和附近。
液晶快门包括密封在均由玻璃制成的基板101和106之间的液晶层104。基板101在光入射侧上粘贴有偏振镜107A，且基板106在光出射侧粘贴有检偏镜107B。在基板101和液晶层104之间，形成电极。电极被分割为多个子电极102A，例如，在该实例中，两个子电极102A分别对应于部分SR和SL。允许单独向这两个子电极102A提供电压。这种基板101与基板106相对，基板106形成有由部分SR和SL共享使用的电极105。在子电极102A和液晶层104之间，设置对准膜103A，且在电极105和液晶层104之间设置对准膜103B。子电极102A和电极105均由ITO(氧化铟锡)制成，例如，液晶层104包括不同显示模式的液晶，例如，STN(超扭曲向列型)、TN(扭曲向列型)、OCB(光学补偿弯曲)、FLC(铁电液晶)等。偏振镜107A和检偏镜107B均用于选择性地允许预定的偏振光透过，且这样被设置以便形成例如正交尼克尔(Nichols)棱镜或平行尼克尔棱镜。
关于这种构造，液晶层104能够根据经由子电极102A和电极105施加的电压的大小和持续时间而改变透射率。即，通过使用这种液晶快门作为快门11，快门11能够这样通过对电压施加的控制在打开状态和关闭状态之间改变。此外，通过这样将用于施加电压用途的电极分割为两个用于单独驱动的子电极102A，允许部分SR和SL在透射状态和不透射状态之间交替改变。
对于这样的快门11，孔径光阑12设置在光入射面附近或光出射面附近(在该实例中，在光出射面附近)。理想地，快门11和孔径光阑12设置在包括图像拾取透镜10a和10b的光学系统所谓的光瞳面的位置处。光瞳面通常用于来自摄像对象2的每个点的主要光束的通行。通过控制在光瞳面上形成的孔径的形状，允许在亮度(光量)方面控制结果图像，而不会在外围处损失图像(不会引起渐晕)。
(孔径光阑12的构造)
图4A和4B均是孔径光阑12的示图，以平面图示出其构造。图中，图像拾取透镜10a和10b的光轴表示为原点(0)(这也适用于下面的图)。孔径光阑12是限制光束的通行并调节光量和焦点深度(景深)的光阑。关于这种孔径光阑12，利用多个叶片由机械控制来限制光束的通行。具体地，所限制的是已经透过图像拾取透镜10a和快门11的打开部分的光束的通行。在该实施方式中，孔径光阑12设置有例如四个叶片APL1、APL2、APR1以及APR2。下面，当不需要在这种叶片之间进行具体区分时，叶片简单地总称为“叶片AP”。叶片AP均由遮光薄板制成，并且是例如平行四边形的平面形状。这种叶片AP均被允许沿快门11的光出射面移动，例如，允许旋转或平行移动，且均由快门/光阑驱动部14可控制地改变倾斜角和位置。
当这些叶片APL1、APL2、APR1以及APR2都处于不限制光束的状态(处于完全打开状态)下，例如，如图4A所示那样设置这些叶片。即，在完全打开状态下，将叶片APL1和APR1设置为彼此邻近，其中Y轴位于其间，且与此类似地设置叶片APL2和APR2。另一方面，将叶片APL1和APL2设置为彼此远离，其中X轴位于其间，且与此类似地设置叶片APR1和APR2。
另一方面，如图4B所示，当已经处于完全打开状态的叶片AP的倾斜的角度或/和位置改变时，光束的通行受到限制，即，光束的通行被部分地遮挡。换句话说，在该实施方式中，两个叶片APL1和APL2负责限制部分SL中光束的通行，而两个叶片SPR1和APR2负责限制部分SR中光束的通行。此外，叶片AP均被允许绕旋转轴旋转，即，其倾斜角可变，并且主要沿Y轴方向移位。关于这种构造，光束的通行沿Y轴方向比沿X轴方向(即，设置部分SR和SL所沿的方向)受到更多限制。即，在该实例中，部分SR和SL中光束的通行在上下方向上过比在左右方向上受到更多限制。
图像拾取器件13是基于透过其他元件(即图像拾取透镜10a和10b、快门11以及孔径光阑12)之后的入射光而输出光接收信号的光电转换器件。这种图像拾取器件13包括CMOS(互补金属氧化物半导体)、CCD(电荷耦合器件)等。每当快门11中的部分SR或/和部分SL进入打开状态时，图像拾取器件13被曝光，并基于已经透过相应部分SR或/和SL的光束来获取图像拾取数据。这种图像拾取器件13可以设置在具有拥有预定彩色阵列的彩色滤光镜(未示出)的光接收侧上。
快门/光阑驱动部14用于以后述的预定方式驱动快门11以便交替打开和关闭部分SR和SL，并用于驱动孔径光阑12，即，叶片AP。当快门11是液晶快门时，例如，快门/光阑驱动部14改变对液晶快门的子电极的电压供应，从而交替地打开和关闭部分SR和SL。
图像拾取器件驱动部15用于驱动图像拾取器件13，以控制光接收操作。
图像处理部16用于对图像拾取器件13所获取的图像拾取数据(即，视差图像数据)执行预定的图像处理。这种图像处理包括分选视差图像数据、诸如去马赛克的颜色插值等。
控制部17用于控制快门/光阑驱动部14的操作，以及图像拾取器件驱动部15的操作。这种控制部17以使用中的微型计算机为例。
(摄像装置1的操作和效果)
(基本操作)
在上述摄像装置1中，来自摄像对象2的光在透过其他元件(即，图像拾取透镜10a、快门11、孔径光阑12以及图像拾取透镜10b)之后到达图像拾取器件13。在这种通行的过程中，虽然稍后将给出细节，但快门/光阑驱动部14驱动快门11，以交替打开和关闭部分SR和SL，从而图像拾取器件13根据穿过部分SR和SL的光线的通行而获取图像拾取数据，即，视差图像数据DL和DR。视差图像数据DR和DL然后由图像处理部16进行预定的图像处理，以便生成右视差图像和左视差图像。
(视差图像的获取原理)
参考图5～图7，现在详细说明右视差图像和左视差图像的获取原理。图5～图7均是从Y轴上方看到的摄像装置1的示图。为了简化，未示出孔径光阑12，并假设处于不限制光束的通行的状态下。
首先，参考图5，所描述的是当快门11的部分SR和SL都打开时由所接收的光形成的图像。在这种情况下，沿光轴相隔一定距离地设置的三个物体以如下方式成像到图像拾取器件13上。这里，这样的三个物体例如是人物A1、诸如山的远景物B1以及诸如花的近景物C1。假设人物A1位于焦平面上，即，图像拾取透镜10a和10b的共轭平面S1上。远景物B1位于较远位置，即，位于人物A1的与图像拾取透镜10a相对的侧，且近景物C1位于较近位置，即，位于人物A1的与图像拾取透镜10a相同的侧。当如该实例那样，人物A1在图像拾取透镜10a和10b的焦平面S1上时，该人物A1的图像形成在传感器面S2的中心。不在焦平面S1上的远景物B1的图像形成在传感器面S2的前面，即，在更接近图像拾取透镜10b的侧上，且近景物C1的图像形成在传感器面S2的后面，即，位于传感器面S2的与图像拾取透镜10b相对的侧。即，在传感器面S2上，形成人物A1的焦平面图像A2，并且形成远景物B1的散焦(模糊的)图像B2和近景物C1的散焦图像C2。
(左视差图像)
关于具有如上所述的位置关系的三个物体，当控制光路以在(在传感器面S2上形成的)三个物体的右图像和左图像之间切换时，以如下彼此不同的方式变化。即，当快门/光阑驱动部14控制快门11以打开部分SL但关闭部分SR时，例如，光瞳面附近区域的左侧用作光透过的光路，且其右侧被遮挡，如图6所示。在这种情况下，关于位于焦平面S1上的人物A1，即使该区域的右侧这样被遮挡，即，即使仅该区域左侧用作光路，他或她的图像仍形成在传感器面S2上，类似于上述情况，即，部分SR和SL都打开。另一方面，都不在焦平面S1上的远景物B1和近景物C1的结果图像B2’和C2’形成在传感器面S2上。图像B2’形成在从图像B2的位置朝方向d1偏移的位置处，而图像C2’形成在从图像C2的位置朝方向d2偏移的位置处。这样，图像拾取器件13获取左视差图像数据DL。
(右视差图像)
另一方面，当快门/光阑驱动部14控制快门11以打开部分SR但关闭部分SL时，光瞳面附近区域中的右侧用作光透过的光路，且其右侧被遮挡，如图7所示。同样在这种情况下，关于位于焦平面S1上的人物A1，他或她的图像形成在传感器面S2上，关于都不在焦平面S1上的远景物B1和近景物C1的结果图像B2”和C2”形成在传感器面S2上形成。图像B2”形成在从图像B2的位置朝方向d3偏移的位置处，而图像C2”在从图像C2的位置朝方向d4偏移的位置处。这里，当部分SL打开时，这些移动方向d3和d4与移动方向d1和d2相反。这样，图像拾取器件13获取右视差图像数据DR。
如上所述，在摄像装置1中，快门11被分割为两个部分，右部SR和左部SL，且通过这些部分SR和SL被交替改变为打开和关闭，可获取右视差图像和左视差图像。因为这些右视差图像和左视差图像产生视差，所以利用通过如上所述的任何预定技术(例如，偏振、场序以及投影器)得到的右视差图像和左视差图像可以实现立体观看。
(用于右眼的视差图像和用于左眼的视差图像之间的视差量)
这里的问题是，上述视差图像关于任何不在焦点上的摄像对象产生视差。具体地，当控制光路以在如上所述的左右之间切换时，远景物B1和近景物C1的结果图像的位置偏移。所形成的图像的位置偏移(位移)对应于右和左视差图像之间产生的视差。
如图8所例示，在左视差图像DL中，视差的产生是由于左视差图像DL中远景物B2’和右视差图像DR中远景物B2”之间左右方向上位移量WLR，即，由于远景物B2’的重心和远景物B2”重心之间的距离。下面，位移量WLR和图像拾取器件13的光接收面的X轴方向上的宽度WI之间的比(即，WLR/WI)被定义为视差量。人们的立体深度感与该视差量成比例变化。因此，如果视差量保持恒定，则立体深度感基本保持恒定。
(视差量和重心G之间的关系)
图9示出例如当快门11的部分SL打开而部分SR关闭时，通过物体图像重心的光轴。部分SL的XY平面包括光轴(z0、z1以及z2)全都通过的特定点(specific point)G。这里光轴分别是通过物体图像重心的光轴，即，人物A2、远景物B2以及近景物C2。这意味着，无论物体图像是否在图像拾取器件13的焦点上或不在焦点上，即，无论物体图像在何处，其重心都在通过部分SL的特定点G的光轴上。该特定点G对应于部分SL的平面图形的“重心”。下面，该点G称为部分SL的重心G，且所例示的是，两个部分SR和SL中仅部分SL是打开的情况，除非另外指出。
这样，通过控制打开部分SL的重心G的位置，允许控制每个视差图像中的物体图像的重心位置。基于所形成的图像在右视差图像和左视差图像之间的水平位置偏移量，即，基于物体图像的重心和另一个物体图像的重心之间的距离，产生视差。因此已知，视差量(即，立体深度感)变得(通过这样控制重心G的位置)可控制。这里，期望根据距显示屏的观看距离等适当地设定基于视差量的立体深度感。
(使用孔径光阑12的光量调节的操作)
在该实施方式中，在这样获取用于立体观看的右视差图像和左视差图像过程中，快门/光阑驱动部14驱动孔径光阑12，以便调节光量，即，调节亮度。此时为了驱动孔径光阑12，所利用的是上述重心G和视差量之间的关系。下面，通过与比较例进行比较，详细说明这样考虑重心G的光量调节操作。
(完全打开的孔径光阑12的重心G(基本重心G0))
图10示意性示出部分SL的XY平面上的重心G。在这种情况下，光束所通过的部分SL是快门11的左半部分，即，半圆形状。因此重心G是半圆的重心。因此，假设重心G的坐标是(-r，0)，且快门11的XY平面图形的半径为R，重心G的r由下面的等式1来表达。这表明r根据半径R改变。假设由该等式1表达的重心G(r，0)为基本重心G0。
r＝4R/3π        ...1
注意，在本申请文件中，如上所述，术语“重心”表示平面图形的重心，但更详细地，假设表示具有下面特性A～D以及法则E和F的重心。
A.重心是重量(质量)中心，且认为平面图形在重心处平衡。
B.如果图形D可以分割为D1(面积值S1)和D2(面积值S2)的两个图形，以S2∶S1的比例，对(在其重心处连接图形D1和D2的)线段进行内分的点是图形D的重心。
C.重心通过相似变换得以保持。即，如果由于相似变换将图形D’变换为图形D，则图形D的重心变换为图形D’的重心。
D.关于点对称的图形的重心在对称中心处，关于线对称的图形的重心位于对称轴上。
E.三角形的重心是中线的交点。
F.假设图形Dn的重心在Gn处，当满足n→∞(无穷大)时，即当n更接近∞时，如果满足图形Dn→D，且重心Gn→G，图形Dn的重心在G处。
这样，重力重心被理解为图形(在该实例中，XY平面图形)内的所有点的平均位置。因此，如果物体及其图像的整体图像彼此相似，则可以理解的是，物体及其图像共享相同的重心。
(比较例)
图11A和11B均示出比较例中孔径光阑(孔径光阑100)的XY平面的构造。孔径光阑100由圆形开口100a形成。开口100a在完全打开时(图11A)半径为R，且通过减小开口100a的尺寸(半径)，光束的通行受到限制(图11B)。
这里关心当这种开口100a实际用于调节光量时，会产生如下缺点。即，如图12A所示，当右侧被遮挡而左侧打开时，假设开口100a具有半径R1(＜R)，光透过区域SL100的重心G100(-r1，0)中的r1取决于半径R1，与上类似。此外，如图12B所示，当在上述情况下开口100a具有小于半径R1的半径R2(＜R1)时，光透过区域SL200的重心G200(-r2，0)中的r2取决于半径R2。这样，当光量调节通过减小开口100a的半径而执行时，每个光透过区域中的重心从基本重心G0的位置偏移到另一个位置，基本重心G0是光透过区域完全打开情况下的重心。因此，在使用圆形孔径光阑调节光量的比较例中，孔径光阑的半径减小程度影响结果视差图像中的视差量。作为实例，如果孔径尺寸减小，即，如果r和R的值减小，则对于结果视差图像中的物体图像来说位移量(视差量)减小。因此，立体深度感相应地被削弱，即，结果图像看起来更像是没有深度的二维的。注意，在调节光量后的视差量的这种变化不仅由圆形孔径光阑造成，而且由具有多边形开口的孔径光阑造成。
(实施方式)
另一方面，在实施方式中，快门/光阑驱动部14利用上述重心G和视差量之间关系来驱动孔径光阑12。具体地，当通过孔径光阑12的叶片来部分地遮挡部分SL时，快门/光阑驱动部14控制孔径光阑12，以便在XY平面上，光透过区域的重心G不偏移，即，重心G保持在上述基本重心G0的位置处。部分SL中的光透过区域由孔径光阑12的叶片APL1和APL2或叶片APR1和APR2来限定。
如图13A和13B所示，例如，快门/光阑驱动部14驱动处于完全打开状态(即，处于未遮挡所有部分SL的状态)下的孔径光阑12，以部分地遮挡部分SL。此时，部分SL中的区域SL1由孔径光阑12限定。快门/光阑驱动部14控制孔径光阑12的四个叶片AP，以便重心G与基本重心G0重合，如同完全打开部分SL那样。对于实际使用，这四个叶片AP中的两个，即，APL1和APL2用于限制部分SL中光束的通行，从而调节光量。注意，如下所述，为了控制叶片APL1和APL2，叶片APL1和APL2优选是倾斜的或/和关于X轴对称设置，以便部分SL1关于X轴对称。此外，优选地，光束的通行在Y轴方向上比在X轴方向(即，设置部分SR和SL所沿的方向)上受到更大程度的限制，(在该实例中，部分SL在上下方向上比在左右方向上被遮蔽更多)。这样，可以更容易地控制孔径光阑12，仅需要考虑重心G在X轴上的位移(即，其X坐标)。
具体地，叶片AP均被设置为可控制地倾斜(与其他叶片隔开)等，以便部分SL1中的重心G与部分SL中的重心G0(即，在XY平面中的坐标(-4R/3π，0)处的点)重合。对于这样的控制，通过利用上述重心的特性像下面那样找出部分SL1中的重心G。即，部分SL1被分割为多个子部分(小图形)，且基于每个子部分的各重心，即，通过合成所有各重心，找出部分SL1的重心G。
作为实例，如图14所示，首先，部分SL1被分割为三个子部分(部分SL11～SL13)以找出其每个的重心。更详细地，子部分SL11～SL13是分别对应于三个图形(即，通过连接原点O和交点A、B、C和D形成的扇形区域OAB、三角形OAC和OBD)的那些。交点A和C是叶片APL1在部分SL周界上的交点，且交点B和D是叶片APL2在部分SL周界上的交点。这里，假设这种子部分SL11～SL13具有理论上的质量比OAB∶OAC∶OBD＝M11∶M12∶M13，且假设其重心分别为G11、G12以及G13。在该实例中，考虑到对称性，M12＝M13成立。此外，假设点A具有坐标(-Rcosθ，Rsinθ)，且点B坐标被假设为(-Rcosθ，-Rsinθ)。
特别地，假设线段OA和OB之间的圆心角为2θ，则扇形部分SL11的重心G11的坐标由表达式2来表达。
重心G11的坐标：(-2Rsinθ/3θ，0)    ...2
此外，假设点A具有坐标(-Rcosθ，Rsinθ)，而点C具有坐标(0，y)，则三角形部分SL12de重心G12的坐标由表达式3来表达。类似地，假设点B具有坐标(-Rcosθ，-Rsinθ)，且点D具有坐标(0，-y)，则三角形部分SL13的重心G13的坐标由下面的表达式4来表达。
重心G12的坐标：(-Rcosθ/3，(y+Rsinθ/3) ...3
重心G13的坐标：(-Rcosθ/3，-(y+Rsinθ/3)...4
然后，如图15所示，对像上面那样找出的部分SL11～SL13的重心G11～G13进行坐标合成。此时，首先，对部分SL11和SL12的重心G11和G12进行坐标合成，然后，对部分SL11和SL13的重心G11和G13进行坐标合成。最后，对部分SL12和SL13的重心G12和G13进行坐标合成。结果，考虑如上所述的重心的特性等，由于对重心G11和G12执行坐标合成而得到的重心(即，重心G1)与按照M12∶M11的笔记对连接重心G11和G12的线段进行内分的点重合。类似地，由于对重心G11和G13执行坐标合成而得到的重心(即，重心G2)与按照M13∶M11的比例对连接重心G11和G13的线段进行内分的点重合。这里，M12的值等于M13的值，因此，由于对重心G12和G13执行坐标合成而得到的重心G3与重心G12和G13之间的中点重合，即，位于X轴上。
此后，通过用线段分别连接重心G1和G13、重心G2和G12、重心G3和G11，这三条线段的交点等价于整个区域(即，部分SL)的重心。
这样，对于可这样计算从而与上述重心G0重合的重心G，快门/光阑驱动部14在改变上述点A～D的坐标的同时(即，在改变叶片APL1和APL2的倾斜角、位置等的同时)调节光量。通过驱动孔径光阑12，以便重心G保持在同一位置，例如，与完全打开状态下的重心G0重合，由于重心和视差量之间的上述关系，可以在保持视差量恒定的同时调节光量。
如上所述，在实施方式中，控制快门11以交替地打开和关闭部分SR和SL，以便图像拾取器件13基于穿过快门11的部分SR和SL的光线的通行来获取图像拾取数据。此时，快门/光阑驱动部14驱动孔径光阑12，以便快门11的打开部分中的光线的通行在与X轴方向正交的(设置部分SR和SL所沿的)Y轴方向上比在X轴方向上受到更大程度的限制。结果，打开部分在(设置部分SR和SL所沿的)方向上变得在尺寸方面可改变较少，例如，在水平方向(左右方向)上，以便减小(要基于上述图像拾取数据生成的)视差图像中的物体图像的位移量。这样，为了获取多个视差图像，可以通过控制结果视差图像中的视差的任何改变程度来调节光量。这不仅可应用于这样的光量调节，而且可应用于聚焦深度(景深)。
此外，当快门/光阑驱动部14驱动孔径光阑12时，期望地，无论多少部分SR和SL被遮挡，即，无论多少光量被调节，都将重心G保持在由每个部分SR和SL中的叶片AP包围的部分中的相同的位置处。如果是这种情况，则在(设置部分SR和SL所沿的)方向上，即，水平方向或左右方向，在保持结果视差图像之间的位移量恒定的同时，调节光量。这样，更容易将视差量控制为固定的。
(理解为“固定”的视差量的范围)
上述视差量，即，立体深度感，期望基于例如距显示屏的观看距离而适当地设定。下面，参考图16，说明视差量被理解为固定的范围。这里所例示的是显示当前流行的纵横比为16∶9的高清(HDTV)图像的情况。作为实例，对于具有平面高度H(＝0.623m)的50英寸显示器，当其观看距离L是屏幕高度的三倍长时，即，＝1.87m，左右方向(水平方向)上的视野角θW为30.6°，且上下方向(垂直方向)上的视野角θH约为18.4°。上下方向上的该视野角落入人们大多使用的视野角范围内(有效视野角20°以下)。这种实例包括Toyohiko Hatada、Haruo Sakata以及Hideo Kusaka “ Induced Effect of Direction Sensation and Display Size Basic Study of Realistic Feeling with Wide Sc
这里，设定这种高清晰度视频(1920×1080像素)的分辨率，以便当观看距离L是屏幕高度H的三倍长时，具有1.0的视力的用户可能不会感觉到像素的显示单位。这里，基于用于使用所谓的兰多尔特(Landolt)环的视场测试的标准，“1.0的视力”是对应于1分视角的分辨率。术语视力通常表示中心视力(central visual acuity)，其被定义为位于眼球视网膜的黄斑区域中央的中央窝(fovea)处的视力。中央窝给出光学视力。与中心视力相比，外围视力(视线外部的区域的视力)非常弱，例如，从中心(视线)偏离2°使得外围视力降低到0.4，而从中心偏离5°使得外围视力降低到0.1。此外，从中心偏离10°使得外围视力约为0.05。
考虑到上述事实，左右方向上的分辨率计算如下。在显示器的注视点(gaze point)上，视力为1.0(1分的分辨率)，其等于中心视力，还等于作为屏幕宽度W的0.05％的距离。在注视点±2°的范围内，视力为0.4(2.5分的分辨率)，这等于作为屏幕宽度W的0.12％的距离。类似地，在注视点±5°范围内，视力为0.1(10分的分辨率)，且距离为屏幕宽度W的0.49％，且在注视点的±10°范围内，视力为0.05(20分的分辨率)，且距离为屏幕宽度W的0.98％。即，当用户观看屏幕上的任意注视点时，周围图像的分辨率降低。这样，即使重心移动至上述分辨率以下的范围，因为这种变化基本上不被人眼眼察觉，所以重心可理解为“固定的”。
如上所述，在这种情况下，即，视力1.0的用户使用具有16∶9的纵横比的高清显示器，且观看距离L是屏幕高度H的三倍长，上下方向上视野角约为18°。该视野角落入有效视野角(即，20°以下)的范围内，且当用户注视屏幕中心时，他或她几乎察觉不到重心是否移动至屏幕宽度的约1％的范围。因此，重心被理解为“固定的”。
(变形例)
在上面的实施方式中，所描述的是通过驱动孔径光阑12来控制视差图像的视差量，从而在使用孔径光阑12调节光量的过程中，将重心保持在每个部分SR和SL中的打开部分中的相同位置处。这当然也可应用于这种情况，其中，图像拾取透镜10a和10b的透射率在平面中不均匀。如果是这种情况，可以事先存储系数，这些系数是基于光透过区域的面积和透射率之间的关系的系数。然后，驱动孔径光阑12以便不移动(由基于孔径光阑12所限制的快门的打开部分的面积以及透射率的任何系数所表示的)重心。作为实例，可以驱动孔径光阑12，以便重心G(t)0与重心G(t)重合。即，当孔径12完全打开时(图17A)，重心G(t)0是由基于部分SL的整个面积及其透射率的任何系数表示的重心，当孔径12被部分地遮挡时(图17B)，重心G(t)是由基于部分SL的面积以及其透射率的任何系数所表示的重心。
虽然已经利用实施方式和变形例详细说明了本发明，但是前面的说明在所有方面都是说明性的而非限制性的。应该理解，可以设计出多种其他变形和变化。即，在上面和其他实施方式等中，所例示的是将快门11分割为沿左右方向(即，X轴方向)设置的两个区域的情况。区域的设置方向不限于此，且区域可以沿上下方向(即，Y轴方向)设置。此外，用于这样设置的区域的数目，即，快门的分割数目不限于如上所述的两个，而且可以是三个以上。如果是这种情况，则可以获取三个以上视差图像。
上面实施方式等中还例示了孔径光阑12由四个平行四边形形状的叶片AP构成。然而，叶片AP的平面图形的数目和形状不限于此，为了执行更精细的控制，可以设置有更多叶片AP，或者被叶片AP遮蔽的侧可形成为多边形或弯曲的而非直线的。在这些情况的任意一种中，只要驱动孔径光阑12，以便光束在与设置区域所沿的方向正交的方向上(即，产生视差的方向上)受到更大程度的限制，就可以实现类似于本发明的效果。
本发明包含关于2010年4月1日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2010-085491中公开的主题，其全部内容结合于此作为参考。
本领域技术人员应该理解，根据设计要求和其他因素可以进行各种修改、组合、子组合和变化，只要其在本发明权利要求或其等效物限定的范围内。

Claims (8)

1.一种摄像装置，包括：
图像拾取透镜；
快门，沿第一方向被分割为多个部分，并允许打开和关闭所述多个部中的每个；
光阑，调节光量；以及
驱动部，驱动所述快门和所述光阑，
其中，所述驱动部以使所述快门的任何一个部分打开而其余部分关闭的方式来控制所述快门，并且以使穿过打开部分的光束的通行在第二方向上比在所述第一方向上受到更多限制的方式来驱动所述光阑，所述第二方向与所述第一方向正交。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，
所述光阑包括多个叶片。
3.根据权利要求2所述的摄像装置，其中，
所述驱动部以使所述打开部分中的多个叶片所包围的几何图形的重心保持在基本固定的位置处的方式来驱动所述多个叶片。
4.根据权利要求3所述的摄像装置，其中，
所述驱动部驱动所述多个叶片，以便所述多个叶片关于沿所述第一方向的轴对称地设置。
5.根据权利要求4所述的摄像装置，其中，
所述光阑包括四个叶片，以及
所述驱动部使用所述四个叶片中的两个叶片来调节所述打开部分中的光量。
6.根据权利要求3所述的摄像装置，其中，
所述图像拾取透镜具有透射率分布，其中光透射率沿与所述图像拾取透镜的光轴正交的平面变化，
所述重心是考虑所述透射率分布而确定的。
7.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，
所述第一方向为水平方向或垂直方向，以及
所述多个部分的数目是两个。
8.根据权利要求7所述的摄像装置，进一步包括图像拾取器件，所述图像拾取器件基于透过所述图像拾取透镜、所述快门和所述光阑的光束来执行图像拾取数据的获取，所述图像拾取数据包括用于右眼的视差图像数据和用于左眼的视差图像数据。
CN2011100744376A 2010-04-01 2011-03-25 摄像装置 Pending CN102215409A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010-085491 2010-04-01
JP2010085491A JP2011215498A (ja) 2010-04-01 2010-04-01 撮像装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102215409A true CN102215409A (zh) 2011-10-12

Family

ID=44746502

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011100744376A Pending CN102215409A (zh) 2010-04-01 2011-03-25 摄像装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8625981B2 (zh)
JP (1) JP2011215498A (zh)
CN (1) CN102215409A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107636692A (zh) * 2015-07-07 2018-01-26 三星电子株式会社 图像捕获设备及操作其的方法
CN118363184A (zh) * 2024-06-19 2024-07-19 成都工业学院 一种基于可控光阑的大视角立体显示装置

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5581782B2 (ja) * 2009-04-17 2014-09-03 ソニー株式会社 撮像装置
KR101739376B1 (ko) * 2010-11-15 2017-05-25 삼성전자주식회사 광경로 조절장치 및 이를 구비한 촬영장치
CN103370943B (zh) 2011-02-09 2015-11-25 富士胶片株式会社 成像装置和成像方法
CN103444192B (zh) 2011-03-31 2014-11-26 富士胶片株式会社 立体成像装置和立体成像方法
JP5918982B2 (ja) * 2011-11-22 2016-05-18 キヤノン株式会社 撮像装置、再生装置、その制御方法、撮像システム、及びプログラム
WO2013114895A1 (ja) * 2012-02-01 2013-08-08 株式会社ニコン 撮像装置
US9091862B2 (en) * 2012-07-24 2015-07-28 Trustees Of Boston University Partitioned aperture wavefront imaging method and system
JP6160749B2 (ja) * 2016-07-15 2017-07-12 ソニー株式会社 内視鏡用アダプタ
JP7145048B2 (ja) * 2018-11-16 2022-09-30 キヤノン株式会社 撮像装置及びその制御方法、プログラム、記憶媒体
US12048485B2 (en) * 2021-04-05 2024-07-30 Raytrx, Llc Surgery 3D visualization apparatus

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1591162A (zh) * 2003-09-02 2005-03-09 精工爱普生株式会社 投影机
US7019780B1 (en) * 1999-08-20 2006-03-28 Sony Corporation Stereoscopic zoom lens with shutter arranged between first and second lens groups
CN101226270A (zh) * 2007-01-18 2008-07-23 索尼株式会社 光量调节装置和图像拾取装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7019780B1 (en) * 1999-08-20 2006-03-28 Sony Corporation Stereoscopic zoom lens with shutter arranged between first and second lens groups
CN1591162A (zh) * 2003-09-02 2005-03-09 精工爱普生株式会社 投影机
CN101226270A (zh) * 2007-01-18 2008-07-23 索尼株式会社 光量调节装置和图像拾取装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107636692A (zh) * 2015-07-07 2018-01-26 三星电子株式会社 图像捕获设备及操作其的方法
CN107636692B (zh) * 2015-07-07 2021-12-28 三星电子株式会社 图像捕获设备及操作其的方法
CN118363184A (zh) * 2024-06-19 2024-07-19 成都工业学院 一种基于可控光阑的大视角立体显示装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2011215498A (ja) 2011-10-27
US8625981B2 (en) 2014-01-07
US20120076484A1 (en) 2012-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102215409A (zh) 摄像装置
US20200301239A1 (en) Varifocal display with fixed-focus lens
CN104321680B (zh) 投影显示器和用于投影整体图像的方法
US7053865B2 (en) 3-D display device
CN101548219B (zh) 采用圆偏振滤光器模块的立体图像投影系统
CN110401829B (zh) 一种裸眼3d显示设备及其显示方法
US8009239B2 (en) Stereoscopic display device, system and method
CN113196141B (zh) 使用分段相位剖面液晶透镜的光学系统
US9057942B2 (en) Single camera for stereoscopic 3-D capture
WO2013061734A1 (ja) 立体表示装置
KR20030022583A (ko) ２ｄ／３ｄ 겸용 디스플레이
US10534192B2 (en) Stereo display panel and display device having the stereo display panel
CN106019736A (zh) 3d显示面板组件和3d显示装置
CN110088666A (zh) 用反射器和目镜元件实现紧凑型头戴式显示器的装置
CN102768437A (zh) 立体影像显示装置
CN109870822A (zh) 一种显示系统及其控制方法、介质
JP3628967B2 (ja) 三次元表示方法及び装置
CN104303092A (zh) 用于三维图像的可视化系统
CN109154737B (zh) 动态全三维显示
US8770759B2 (en) Liquid crystal glasses, projection display system and control method thereof
EP2408217A2 (en) Method of virtual 3d image presentation and apparatus for virtual 3d image presentation
JP3756481B2 (ja) 三次元表示装置
JP2004294848A (ja) 三次元表示装置
JP3825414B2 (ja) 三次元表示装置
JPH08184783A (ja) 立体表示装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20111012