CN103415807B - 立体图像拍摄装置 - Google Patents

Abstract

意图是提供一种能够拍摄良好的3D图像的单目立体图像拍摄装置。3D图像拍摄装置包括：单目摄影透镜12；第一和第二固态成像设备30、33，该第一和第二固态成像设备30、33经由平行的摄影透镜12接收来自被摄体的入射光的一个部分和另一个部分；光分割部件24，该光分割部件24使用垂直于光轴延伸的边界区域将入射光分割成入射光的一个部分和另一个部分，并且使得入射光的一个部分和另一个部分相应地进入第一和第二固态成像设备30、33；视差分离部件23，该视差分离部件23防止入射光的进入边界区域的部分进入第一和第二固态成像设备30、33；以及图像处理单元41，该图像处理单元41通过对第一和第二固态成像设备30、33的相应的输出信号执行图像处理而产生被摄体的3D图像数据。

Description

立体图像拍摄装置

技术领域

本发明涉及一种立体图像拍摄装置。更具体地，本发明涉及一种能够实现令人满意的视差左/右分离的单目立体图像拍摄装置。

背景技术

能够显示立体图像的TV接收器已经得到广泛使用，并且存在如下迹象：能够拍摄被摄体的立体图像的数字相机(立体图像拍摄装置)正在普及。

如例如在专利文献1(参见下文)中所公开的，常规立体图像拍摄装置是双目类型并且配备有在相机主体的前侧上布置并且在水平方向上排列的两个摄像透镜系统。位于左侧和右侧(如从前侧观察的)上的摄影透镜系统相应地对应于人类的右眼和左眼。左摄影透镜系统和右摄影透镜系统隔开约6.5cm，该距离为人类的左眼和右眼之间的平均距离。

因为左眼被摄体图像和右眼被摄体图像通过彼此隔开6.5cm的独立的摄影透镜系统拍摄，所以这样的双目立体图像拍摄装置能够拍摄在视差的左/右分离程度上很高的被摄体图像。

然而，因为使用两个昂贵的摄影透镜系统，所以双目立体图像拍摄装置具有它们很昂贵的问题。

鉴于以上情况，已经提出了在专利文献2中公开的单目立体图像拍摄装置(参见下文)。在配备有单各摄影透镜系统的该立体图像拍摄装置中，来自被摄体并且由摄影透镜系统聚焦的入射光通过使它经过中继透镜而被转换成平行光。

如图8所示，由中继透镜获得的平行光1由包括彼此接触并且形成直角的两个镜2和3的光分割镜4分离成左光束和右光束，光分割镜4包括彼此接触并且形成直角的两个镜2和3。从镜2反射的光由镜5再次反射并且在图像传感器6上形成图像。从镜3反射的光由镜7再次反射并且在图像传感器8上形成图像。

摄影透镜系统布置在输出平行光1的中继透镜的光入射侧上。由于来自被摄体的入射光是左/右颠倒的，所以对应于左眼和右眼的图像相应地形成在图像传感器6和8上。

图9示出在图8所示的图像传感器6和8的左右方向上的入射角对灵敏度特性的图形。由于由中继透镜从入射光获得的平行光1由光分割镜4划分成两个部分，如图9所示，所以灵敏度分布TL相对于接收从镜5反射的光的图像传感器6的入射角度向右偏移(如从相机侧观察的)。相反地，灵敏度分布TR相对于接收从镜7反射的光的图像传感器8的入射角度向左偏移。

通过将相应地由其灵敏度分布在左右方向上偏移的图像传感器6和8所拍摄的图像再现为左眼图像和右眼图像，能够获得使得能够实现被摄体的立体视觉的立体图像。然而，如果对应于视差的左右方向上的偏移不足，则不能通过再现左眼图像和右眼图像来获得良好的立体图像。

引用列表

专利文献

专利文献1：JP-A-2008-187385

专利文献2：JP-A-2010-81580

发明内容

技术问题

上述双目立体相机能够产生充分的左右视差，因为它们配备有彼此隔开6.5cm的两个摄影透镜系统。另一方面，图8所示的示例单目立体相机不能产生充分的左右视差。

本发明的一个目的是提供能够拍摄良好的立体图像的单目立体图像拍摄装置。

解决问题的手段

问题的解决方案

本发明的立体图像拍摄装置包括：单目摄影透镜；第一和第二固态成像设备，第一和第二固态成像设备经由平行的摄影透镜接收来自被摄体的入射光的一个部分和另一个部分；光分割部件，该光分割部件使用垂直于光轴延伸的边界区域将入射光分割成该入射光的一个部分和另一个部分，并且使得入射光的一个部分和另一个部分相应地进入第一和第二固态成像设备；视差分离部件，该视差分离部件防止入射光进入边界区域的部分进入第一和第二固态成像设备；以及图像处理单元，该图像处理单元通过对第一和第二固态成像设备的相应的输出信号执行图像处理而产生被摄体的立体图像数据。

发明的有利效果

根据本发明，由于阻断了入射光的一部分，否则的话这部分将进入包括用于视差分离的边界线并且具有规定宽度的区域，所以能够令人满意地获得视差的左/右分离，并且尽管装置是单目类型，但是也能够获得能够实现立体视觉的立体图像数据。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施例的立体图像拍摄装置的外观的透视图。

图2是示出图1的立体图像拍摄装置的功能构造的框图。

图3是示出图2所示的视差分离组件和光分割镜。

图4是示出阻断入射光的一部分的效果的图形，否则的话这部分将照在分光边界线及其周围。

图5是在另一个实施例中使用的集成在一起的视差分离组件和光分割组件的透视图。

图6示出在又一个实施例中使用的集成在一起的视差分离组件和光分割组件。

图7示出在进一步的实施例中使用的光分割镜。

图8示出常规单目立体图像拍摄装置。

图9示出在图8所示的图像传感器6和8的左右方向上的入射角对灵敏度特性的图形。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的实施例。

图1是根据本发明的实施例的能够拍摄立体图像的数字相机的透视图。在数字相机10中，单目摄影透镜12布置在矩形主体11的前侧上。摄影透镜12被提供在能够缩回到主体11中的透镜筒13中。主体11在右上拐角处被提供有快门释放按钮14。

图2是示出图1的数字相机10的功能构造的框图。数字相机10配备有容纳摄影透镜12的透镜筒13。除了摄影透镜12之外，透镜筒13还容纳焦点调整透镜、长焦透镜等。

中继透镜21布置在透镜筒13的后方。由摄影透镜12等聚焦的入射光穿过中继透镜21并且由此被转换成平行光22。

视差分离组件23和光分割镜24布置上在平行光22的光路上。在该实施例中，视差分离组件23(稍后详细地描述)是液晶快门。光分割镜24被构造为使得两个镜25和26的前边缘彼此接触。优选在视差分离组件23之前或之后布置用于控制f值的光圈。

镜25倾斜以使得其右手边缘位于其左手边缘的后面并且与平行光22形成角度45°，并且镜26倾斜以使得其左手边缘位于其右手边缘的后面并且与平行光22形成角度45°。镜25和26被彼此接合为使得它们的前边缘彼此接触。接合边缘27垂直于图1所示的主体11的底表面延伸。因此，平行光22的左半边由镜26上水平方向上向左反射，并且平行光22的右半边由镜25在水平方向上向右反射，且接合边缘27充当边界线。

镜28与镜25的反射表面稍微隔开从而与镜25平行。从镜28反射的光穿过聚焦透镜29并且被成像在固态成像设备30的照相检测表面上。

同样地，镜31与镜26的反射表面稍微隔开从而与镜26平行。从镜31反射的光穿过聚焦透镜32并且被成像在固态成像设备33的照相检测表面上。

数字相机10的电控制系统配备有用于以统一的方式控制整个数字相机10的中心控制单元(CPU)40、用于从用户接收操纵指令的操纵单元41(包括快门释放按钮14)、图像处理单元42、用于将如由图像处理单元42处理的图像数据编码成显示数据的编码器44、用于将显示数据显示在显示单元45上的驱动器46、主存储器47、用于执行对存储器卡48的写入/读取控制的介质控制单元49、以及将上述单元相互连接的总线50。

模拟信号处理单元(AFE)34和35和模拟/数字(A/D)转换器36和37相应地连接至固态成像设备30和33。由固态成像设备30和33产生的图像信号由A/D转换器36和37转换成数字信号，该数字信号被输入到总线50。一对AFE34和35和一对A/D转换器36和37每一个可以被组合到单个单元中并且以切换的方式来使用。

设备控制单元51连接到CPU40。根据来自CPU40的指令，设备控制单元51控制摄影透镜12、焦点调整透镜、和长焦透镜，并且还控制视差分离组件23、固态成像设备30和33、AFE34和35、以及A/D转换器36和37。

当利用具有上述构造的数字相机10拍摄被摄体的立体图像时，固态成像设备30拍摄当左眼看被摄体时将被识别的图像，并且固态成像设备33拍摄当右眼看被摄体时将被识别的图像。这是因为，如上所述，由于来自被摄体域的入射光通过摄影透镜12的聚焦的结果，拍摄在左右方向和上下方向上颠倒的被摄体图像。

由固态成像设备30拍摄的图像数据由主存储器47接收，该图像数据经受已知的图像处理，诸如偏移校正、伽马校正、和RGB/YC转换，在图像处理单元42中以JPEG格式被压缩、并且被存储在存储器卡48中。同样地，由固态成像设备33拍摄的图像数据由主存储器47接收，该图像数据经受上述已知的图像处理，在图像处理单元42中以JPEG格式被压缩，并且被存储在存储器卡48。

两个图像数据作为一对(左右)图像数据以例如MPO格式被存储，MPO格式是由相机与成像产品协会(CIPA)规定的标准。

当被摄体的左右图像由固态成像设备30和33拍摄时，CPU40以下列方式经由设备控制单元51控制视差分离组件23。

图3示出视差分离组件23和光分割镜24。在该实施例中，视差分离组件23是液晶快门并且垂直于入射光的光轴被竖立。在液晶快门中，能够使光入射表面的任意区域成为光非透射区域。在该实施例中，以光非透射区域61被形成为与两个镜25和26的前接合边缘27的整个长度(从顶端到底端)相对(即，覆盖)的方式来构造视差分离组件23。

光非透射区域61被成形为类似在垂直方向上很长的矩形，并且其中心垂直线与镜25和26的前接合边缘27相对。光非透射区域61的宽度x包括受到中心垂直线限制的同样的左右宽度。因此，光非透射区域61完全打断了平行光22(由中继透镜21从入射光获得)的一部分，该部分在具有宽度x的区域中并且在垂直方向上充分延伸，并且否则的话该部分将朝镜25和26的前接合边缘27及其周围行进。

因此，如图4所示，上文参照图9所描述的灵敏度分布TL和TR的入射角0°附近的宽部分被切掉，由此，能够增加由固态成像设备30和33拍摄的图像之间的视差。

以这种方式，视差分离组件23防止其入射角约为0°的光(即，否则的话将进入以镜25和26的前接合边缘27为中心并且具有宽度x的区域中的光)照在固态成像设备30和33上。因此，当左眼图像和右眼图像由右固态成像设备和左固态成像设备30和33拍摄并且被再现时，能够获得使得能够实现良好立体视觉的图像数据。

光非透射区域61的宽度x可以是固定值。然而，优选可变地控制宽度x。例如，对于黑暗场景，减小宽度x以防止产生过度黑暗的图像。对于明亮场景，增加宽度x。

在摄影透镜12具有短焦距的情况下，如在它是广角透镜的情况下，难以达到令人满意的视差分离。因此，在这种情况下，将光非透射区域61的宽度x设置成大的以有助于视差分离。相反地，在焦距长的情况下，如在长焦透镜的情况下，宽度x被设置得小。

此外，光非透射区域61的宽度x可以考虑到f值而可变地受到控制。对于黑暗场景，f值在许多情况下被设置得小(宽孔径)，对于明亮场景，f值被设置得大(窄孔径)。相应地设置光非透射区域61的宽度x；也就是，当f值大时，将宽度x设置得大以增加视差分离，因为目标场景明亮并且因此不会导致灵敏度下降。

在图2和图3的实施例中，视差分离组件23被布置在紧接在光分割镜24(镜25和26)的前面，以遮蔽光分割镜24的光分割边界线及其周围。然而，视差分离组件23不需要总是布置在紧接在光分割镜24的前面。光圈也被布置成靠近摄影透镜12的使入射光聚焦的焦点，并且例如，视差分离组件23可以被布置成与该光圈相邻。这还使得可以利用在面积上很小的液晶快门将入射光划分成两个相等的部分。

图5是在另一个实施例中使用的集成在一起的视差分离组件和光分割组件的透视图。在该实施例中，使用电致变色镜65和66代替图3所示的相应的镜25和26，电致变色镜65和66的反射率能够电力地且部分地受到控制。镜65和66被布置成使得它们的前边缘彼此接触，它们形成直角，并且前接合边缘67垂直于入射光的光轴延伸。

优选地，将镜65和66中的每一个的包括接合边缘67并且具有宽度y的末端部分的反射率改变为0%(其他部分的反射率是100%)。其反射率被改变为0%的部分充当该实施例的视差分离组件63。优选的是，可以进行测量以使得能够实现宽度y的可变控制。该实施例提供与通过中断入射光的在具有规定宽度且沿着左/右光分割线(接合边缘67)延伸的区域中的那部分而获得的效果相同的效果，由此，以与参照图4所描述的相同的方式切掉在左右灵敏度分布TL和TR的入射角0°附近的宽部分。

图6的部分(a)是在又一个实施例中使用的集成在一起的视差分离组件和光分割组件的透视图。该实施例与图3的实施例的不同之处在于，使镜25和26在水平方向上移位。在图3的实施例中，镜25和26的前边缘彼此紧密接触，而在该实施例中，间隙72被形成在它们之间。间隙72充当视差分离组件。进行测量以可变地控制间隙72的宽度。

该结构使得可以防止入射光的在沿着假想的左右光分割线延伸的区域中的那部分照在左右固态成像设备30和33上，由此以与上文参照图4所述的相同的方式令人满意地获得视差的左右分离。用于接收穿过间隙72的光的第三固态成像设备68可以被提供成如图6部分(b)所示，在这种情况下，固态成像设备68能够对被摄体拍摄二维图像。

图7示出在本发明的进一步的实施例中使用的光分割镜。尽管在图3的实施例中，镜25和26被布置成使得它们的前边缘彼此接触并且它们形成直角，但是本发明并不限于这样的情况。在图7的实施例中，不使用镜25，并且平行光22的右半边由镜25反射然后由镜28反射、由聚焦透镜29聚焦，并且成像在固态成像设备30上。使平行光22的左半边直行、由聚焦透镜32聚焦，并且成像在固态成像设备33上。

镜25的前边缘27充当用于视差的左右分离的边界线，入射光的一部分由视差分离组件23中断，否则的话该部分将进入包括边界线并且具有规定的宽度x的区域。因为省略镜26的反射光路，所以该实施例使得可以减小数字相机10的宽度。

尽管在上述实施例中，入射光由一个或多个镜分割成两个部分(左部分和右部分)，但是用于将入射光分割成两个部分(左部分和右部分)的光学部件并不限于一个或多个镜，并且可以是诸如棱镜的任何其它光学部件。此外，尽管在上述实施例中，从镜28和31反射的光束被聚焦并且照在固态成像设备30和33上，但是另一个构造是可能的，在该构造中，省略镜25和26，并且从镜28和31反射的光束被聚焦并且照在固态成像设备30和33上。

如上所述，一个或多个实施例的立体图像拍摄装置的特征在于包括：单目摄影透镜；第一和第二固态成像设备，该第一和第二固态成像设备经由平行的摄影透镜接收来自被摄体的入射光的一个部分和另一个部分；光分割部件，该光分割部件使用垂直于光轴延伸的边界区域将入射光分割成入射光的一个部分和另一个部分，并且使得入射光的这一个部分和另一个部分相应地进入第一和第二固态成像设备；视差分离部件，该视差分离部件防止入射光的进入边界区域的部分进入第一和第二固态成像设备；以及图像处理单元，该图像处理单元通过对第一和第二固态成像设备的相应的输出信号执行图像处理而产生被摄体的立体图像数据。

并且，一个或多个实施例的立体图像拍摄装置的特征在于进一步包括：控制边界区域的宽度的控制单元。

并且，一个或多个实施例的立体图像拍摄装置的特征在于，控制单元根据摄像条件控制边界区域的宽度。

并且，一个或多个实施例的立体图像拍摄装置的特征在于，随着f值减小、摄像场景变得更亮或摄影透镜的焦距减小，控制单元增加边界区域的宽度，并且随着所述f值增加、摄像场景变得更暗或摄影透镜的焦距增加，控制单元减小边界区域的宽度。

并且，一个或多个实施例的立体图像拍摄装置的特征在于，视差分离部件由布置在光分割部件前方的液晶快门来构造，并且视差分离部件通过位于液晶快门的中心处的垂直条形光非透射区域来阻断入射光的进入边界区域的部分。

并且，一个或多个实施例的立体图像拍摄装置的特征在于，光分割部件和视差分离部件被一体地形成，通过将两个镜布置成使得它们形成直角并且它们的前边缘彼此接触，来构造光分割部件，并且通过可变地控制两个镜中的每一个的包括前边缘并且具有规定宽度的部分的反射率来构造视差分离部件。

并且，一个或多个实施例的立体图像拍摄装置的特征在于，光分割部件和视差分离部件被一体地形成，通过形成直角的两个镜来构造光分割部件，并且视差分离部件由在两个镜之间的间隙构造。

并且，一个或多个实施例的立体图像拍摄装置的特征在于进一步包括：第三固态成像设备，该第三固态成像设备接收入射光的穿过两个镜之间的间隙的部分。

根据上述实施例，由于入射光的一部分被阻断，否则的话该部分将进入包括用于视差分离的边界线并且具有规定宽度的区域，所以能够令人满意地获得视差的分离，并且尽管装置的单目类型，但是也能够获得能够实现立体视觉的立体图像数据。

工业实用性

因为即使采用单目构造，也能够令人满意地获得视差的左/右分离，所以本发明在被应用于低成本立体图像拍摄装置时是有用的。

虽然已经参照特定实施例详细地描述了本发明，但是对本领域的技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，能够作出各种改变和修改是显而易见的。

本申请是基于2011年3月2日提交的日本专利申请No.2011-45544，该专利申请的公开内容通过引用并入本文。

附图标记列表

10：数字相机(立体图像拍摄装置)

11：矩形主体

12：摄影透镜

13：透镜筒

21：中继透镜

23、63：视差分离组件

24：光分割镜

25、26：反射镜

27、67：前接合边缘(用于视差分离的边界)

30、33：固态成像设备

40：CPU

42：图像处理单元

61：光非透射区域

x：光非透射区域的宽度

Claims (1)

1.一种立体图像拍摄装置，包括：

单目摄影透镜；

第一固态成像设备和第二固态成像设备，所述第一固态成像设备和所述第二固态成像设备经由平行的所述摄影透镜接收来自被摄体的入射光的一个部分和另一个部分；

光分割部件，所述光分割部件使用垂直于光轴延伸的边界区域将所述入射光分割成所述入射光的所述一个部分和所述另一个部分，并且使得所述入射光的所述一个部分和所述另一个部分相应地进入所述第一固态成像设备和所述第二固态成像设备，其中所述光分割部件由形成直角的两个镜构造；

视差分离部件，所述视差分离部件防止所述入射光中进入所述边界区域的部分进入到所述第一固态成像设备和所述第二固态成像设备中，其中所述光分割部件和所述视差分离部件被一体地形成，并且所述视差分离部件由所述两个镜之间的间隙构造；

图像处理单元，所述图像处理单元通过对所述第一固态成像设备和所述第二固态成像设备的相应输出信号执行图像处理，来产生所述被摄体的立体图像数据；以及

第三固态成像设备，所述第三固态成像设备接收所述入射光中穿过所述两个镜之间的所述间隙的部分。