CN104919274A - 摄像装置 - Google Patents

Abstract

能够高精度地取得被摄体距离，并且取得高画质的图像。提供摄像装置(1)，所述摄像装置(1)具有：摄像镜头(4)，其会聚来自被摄体(A)的光；光圈部件(5)，其与该摄像镜头(4)相邻配置；摄像元件(7)，其拍摄由摄像镜头(4)会聚并穿过光圈部件(5)后的光；以及微透镜阵列(6)，其在光轴方向上隔开间隔地配置在摄像元件(7)与摄像镜头(4)之间，光圈部件(5)具有：至少1个普通光圈部，其具有大致圆形的开口；以及至少2个编码光圈部，它们具有规定图案的开口。

Description

摄像装置

技术领域

本发明涉及摄像装置。

背景技术

以往，提出一种使用了微透镜阵列的摄像装置(例如，参考专利文献1)。

该摄像装置在摄像镜头与传感器之间具备对各透镜分配有多个像素的微透镜阵列。根据该摄像装置，能够同时取得多个视差图像，并通过进行公知的立体匹配处理，能够在被摄体上的任意处测定到被摄体之间的距离。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第4752031号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，在对纹理信息较少的被摄体进行拍摄的情况或者存在模糊的情况下，存在立体匹配处理的精度下降，无法高精度地测定距离的问题。

本发明正是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够高精度地取得被摄体距离，并且能够取得高画质的图像的摄像装置。

用于解决问题的手段

为了达到上述目的，本发明提供以下手段。

本发明的一个方式提供摄像装置，该摄像装置具有：摄像镜头，其会聚来自被摄体的光；光圈部件，其与该摄像镜头相邻配置；摄像元件，其拍摄由所述摄像镜头会聚并穿过所述光圈部件后的光；以及微透镜阵列，其在光轴方向上隔开间隔地配置在该摄像元件与所述摄像镜头之间，所述光圈部件具有：至少1个普通光圈部，其具有大致圆形的开口；以及至少2个编码光圈部，它们具有规定图案的开口。

根据本方式，在使由摄像镜头会聚的来自被摄体的光穿过光圈部件时，使其穿过普通光圈部和编码光圈部中的任意一个。使穿过光圈部件的光穿过微透镜阵列而入射到摄像元件的摄像面。使穿过了具有大致圆形的开口的普通光圈部的光入射到摄像面，从而能够取得高精度的图像。此外，使穿过了具有规定图案的开口的至少2个编码光圈部的光入射到摄像面，从而能够取得具有高频成分的图像信息，并且，通过拍摄由微透镜阵列会聚光而获得的图像信息具有视差，能够使用该视差信息，高精度地测定到被摄体之间的距离。

在上述方式中，也可以具有：距离信息计算部，其根据由所述摄像元件拍摄穿过所述编码光圈部后的光而取得的图像信息，计算距离信息；图像生成部，其使用由所述摄像元件拍摄穿过所述普通光圈部后的光而取得的图像信息，生成图像；以及合成部，其将由所述距离信息计算部计算出的距离信息与由该图像生成部生成的图像的各像素对应起来。

由此，由于由距离信息计算部高精度地计算出到被摄体之间的距离，所以能够利用合成部，生成高画质的图像，其中，该高画质的图像将到被摄体之间的距离与由图像生成部生成的被摄体的图像的各像素对应起来。

此外，在上述方式中，也可以是，所述普通光圈部和所述编码光圈部沿着相互交叉的2个方向排列，当所述普通光圈部和所述编码光圈部在一个方向上的合计排列数为x个，在另一个方向上的合计排列数为y个时，所述微透镜阵列的微透镜在所述一个方向上的排列数为i×x个，在所述另一个方向上的排列数为j×y个。

其中，i和j为1以上的整数。

由此，能够在相互交叉的2个方向上取得具有视差的图像信息，并能够进一步高精度地计算到被摄体之间的距离。

此外，在上述方式中，也可以是，所述普通光圈部和所述编码光圈部沿着相互交叉的2个方向排列，在所述普通光圈部和所述编码光圈部在一个方向上的合计排列数为x个，在另一个方向上的合计排列数为y个时，与所述微透镜阵列的各微透镜对应的所述摄像元件在所述一个方向上的像素数为k×x个，在所述另一个方向上的像素数为m×y个。

其中，k和m为1以上的整数。

由此，能够不遗漏地对穿过普通光圈部和编码光圈部的光进行拍摄，并取得具有高精度的距离信息的高画质的图像。

此外，在上述方式中，也可以是，所述距离信息计算部使用如下的视差信息计算距离信息，其中，该视差信息是使用穿过配置在不同位置的所述编码光圈部而由所述摄像元件取得的2个以上的图像信息进行匹配处理，从而计算出的。

发明效果

根据本发明可以达到能够高精度地取得被摄体距离，并且能够取得高画质的图像的效果。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式的摄像装置的框图。

图2是示出图1的摄像装置的光圈部件的一例的图。

图3是对图1的摄像装置的从光圈部件到摄像元件的光线进行说明的图。

图4是示出图1的摄像装置的距离信息计算部的框图。

图5是示出由图1的摄像装置取得的模糊的程度不同的图像的图，图5的(a)是示出穿过编码光圈部且模糊较少的图像例的图，图5的(b)是示出穿过编码光圈部且模糊较多的图像例的图，图5的(c)是示出穿过普通光圈部且模糊较少的图像例的图，图5的(d)是示出穿过普通光圈部且模糊较多的图像例的图。

图6是示出与图5的图像例(a)～(d)对应的频率特性的图。

图7的(a)、(b)都是示出图2的光圈部件中的编码光圈部的变形例的图。

图8是示出图1的摄像装置的变形例、即分别将多个微透镜与穿过各光圈部的光对应的情况的图。

图9是示出图1的摄像装置的另一个变形例、即针对穿过普通光圈部的光的微透镜大于针对穿过编码光圈部的光的微透镜的情况的图。

图10是示出图1的摄像装置的另一个变形例、即以穿过光圈部件的光在微透镜阵列成像的方式排列的图。

图11是示出图10的摄像装置的变形例、即，使穿过各光圈部的光入射到多个像素的情况的图。

图12是示出图10的摄像装置的另一个变形例、即接收穿过普通光圈部的光的像素多于接收穿过编码光圈部的光的像素的情况的图。

图13是示出图2的光圈部件的变形例的图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的一个实施方式的摄像装置1进行说明。

如图1所示，本实施方式的摄像装置1具有：摄像部2，其对被摄体A进行拍摄而取得图像信息；以及图像处理部3，其对由该摄像部2取得的图像信息进行处理。

如图1所示，摄像部2具有：摄像镜头4，其会聚来自被摄体A的光；光圈部件5，其与该摄像镜头4相邻配置；微透镜阵列6，使穿过该光圈部件5并形成实像B后的光入射到该微透镜阵列6；以及摄像元件7，其配置于该微透镜阵列6的各微透镜6a的成像位置。

如图2所示，光圈部件5具有：普通光圈部5a，其具有使由摄像镜头4会聚的来自被摄体A的光的一部分穿过的大致圆形的开口；以及编码光圈部5b，其隔着该普通光圈部5a配置在两处。

2个编码光圈部5b具有相同形状的开口，如图2所示，该开口的形状例如具有单一的圆形以外的任意的规定图案。

微透镜阵列6具有多个微透镜6a，该多个微透镜6a在相互交叉的2个方向上二维状排列在从实像B的位置起朝向摄像元件7的方向在光轴方向上远离的位置。由此，微透镜阵列6的各微透镜6a使实像B在摄像元件7的摄像面7a成像。

摄像元件7例如是RGB原色系的CCD。

图像处理部3具有：A/D转换器8，其将由摄像元件7取得的图像信息转换成数字信号；缓冲器9，其临时存储被转换成数字信号的图像信息；选择部10，其区别并输出被存储在该缓冲器9中的图像信息之中的、穿过普通光圈部5a的光的图像信息和穿过编码光圈部5b的光的图像信息；信号处理部11，其被输入由该选择部10选择出的、穿过普通光圈部5a的光的图像信息；距离信息计算部12，其被输入由该选择部10选择出的、穿过编码光圈部5b的光的图像信息；以及合成部13，其将从信号处理部11输出的图像信号与从距离信息计算部12输出的距离信息对应起来。

在附图中，标号14是根据存储在缓冲器9中的图像信息对摄像镜头4、光圈部件5和摄像元件7进行控制的摄像控制部，标号15是对图像处理部3进行控制的控制部，标号16是向控制部15输入外部信号的接口部。

如图3所示，穿过光圈部件5的中央的普通光圈部5a的光线(斜线部)穿过中央的微透镜6a而在摄像元件7的摄像面7a成像。另一方面，通过隔着普通光圈部5a配置的两处编码光圈部5b的光线分别穿过配置在隔着中央的微透镜6a的位置的微透镜6a，并在摄像元件7的摄像面7a的不同位置成像。

由于根据摄像元件7中的成像位置，预先知晓是穿过光圈部件5的哪个部分的图像信息，所以选择部10使用该摄像元件7上的位置信息，将在摄像元件7上成像的光的图像信息传输到信号处理部11或者距离信息计算部12中的任意一个。

信号处理部11对从选择部10传输来的、穿过普通光圈部5a的光的图像信息进行公知的去马赛克处理和白平衡处理，针对各像素生成RGB的三板状态的图像信号。

另一方面，如图4所示，距离信息计算部12具有：缓冲器17，其对从选择部10传输来的、穿过了编码光圈部5b的光的图像信息进行存储；视差信息计算部18，其根据存储在该缓冲器17中的图像信息，计算视差信息；以及距离计算部19，其根据由该视差信息计算部18计算出的视差信息，计算到被摄体A之间的距离。

视差信息计算部18对穿过图2所示的2个编码光圈部5b的光的2个图像信息进行公知的匹配处理，计算视差信息。

由于存储在缓冲器17中的图像信息是单板的信号，所以在进行匹配处理时事先提取出各像素的亮度信号。

例如，也可以针对单板状态的图像信息仅提出G信号，或者在进行公知的去马赛克处理而转换成三板状态的信号之后，提出G信号。

在将微透镜6a的焦距设为fμ，将微透镜6a的直径设为φ时，匹配处理中的基线长度成为2φ，所以距离计算部19利用下式(1)计算微透镜阵列6与实像B之间的距离z。

   (1)

其中，d表示通过匹配处理计算出的视差量。

在将摄像镜头4的成像倍率设为M时，摄像镜头4与被摄体A之间的距离Z如下式(2)所述。

Z＝z/M   (2)

合成部13将在信号处理部11中计算出的图像信号与在距离信息计算部12中计算出的距离信息对应起来。如下进行合成部13中的对应。

即，在图像信号与距离信息的空间分辨率不同的情况下，结合图像信号的空间分辨率，利用公知的双三次插值，转换距离信息的空间分辨率。由此，能够将距离信息与图像信号的每1个像素对应起来。

下面，对这样构成的本实施方式的摄像装置1的作用进行说明。

为了使用本实施方式的摄像装置1对被摄体A与摄像镜头4之间的距离Z进行计测，在经由接口部16设定了ISO感光度、曝光等摄像条件之后，半按下未图示的快门按钮，从而进入预拍摄模式。来自被摄体A的光经由摄像镜头4进入摄像部2内，在形成实像B之后，由微透镜阵列6进行会聚，并由摄像元件7进行拍摄。

由摄像元件7取得的图像信息被发送到图像处理部3。

被发送到图像处理部3的图像信息首先在A/D转换器8中转换成数字信号，之后，临时被存储在缓冲器9中，之后，被发送到摄像控制部14。摄像控制部14使用被发送来的图像信号中的亮度等级，对光圈部件5的开度调节电机5c进行控制，并对摄像元件7中的电子快门速度进行控制。此外，摄像控制部14对摄像镜头4的AF电机4a进行控制，根据图像信号，计算规定区域中的对比度值，将摄像镜头4设定在规定焦距，使得该对比度值成为最大。

在该状态下，全按下快门按钮，从而进行正式拍摄。根据在摄像控制部14中求出的焦距和曝光条件进行正式拍摄，所取得的图像信息在A/D转换器8中转换成数字信号，并被存储到缓冲器9之后，被发送到选择部10，并按照像素发送到信号处理部11或者距离信息计算部12中的任意一个。

将来自使穿过光圈部件5中的普通光圈部5a的光成像的像素的图像信息从选择部10发送到信号处理部11，并生成二维图像信号。

另一方面，将来自使穿过光圈部件5中的编码光圈部5b的光成像的像素的图像信息从选择部10发送到距离信息计算部12，并计算距离信息。

然后，从信号处理部11输出的二维图像信号和从距离信息计算部12输出的距离信息被发送到合成部13，生成将距离信息与每个像素对应起来的二维图像信号。

在该情况下，根据本实施方式的摄像装置1，由于使用穿过编码光圈部5b的光计算距离信息，所以存在以下优点。

即，已知在假设摄像镜头4为远心光学系统时，模糊的形状与光圈部5a、5b的开口形状成比例。

示出了图5的(b)比图5的(a)更模糊，图5的(d)比图5的(c)更模糊。

在对该模糊的形状进行傅立叶变换时，如图6所示。图6的横轴表示频率，纵轴表示归一化后的像素值。

根据图6可知，图5的(a)和图5的(b)的频率特性相比图5的(c)和图5的(d)的频率特性，在高频成分中存在较高的像素值。

在匹配处理中，在纹理信息即高频成分的信号在图像信号中较少的情况下，匹配处理的精度下降，距离信息的精度下降。如图5的(a)、(b)所示穿过编码光圈部5b的图像信息的高频成分比穿过普通光圈部5a的图像信息的高频成分高，所以存在如下的优点：匹配处理的精度提高，能够高精度地计算距离信息。

此外，即使是如图5的(b)、(d)那样模糊的图像信息，由于在通过图5的(b)的编码光圈部5b的图像信息中存在高频成分，所以能够维持匹配处理的精度。即，存在如下优点：能够对距离信息进行测定的进深方向的范围大于基于穿过普通光圈部5a的光的图像信息。

虽然以远心光学系为例示进行了说明，但是，在其他光学系统中也一样。

由此，根据本实施方式的摄像装置1，存在如下优点：能够利用对穿过普通光圈部5a的光进行拍摄而获得的图像信息，取得高画质的图像信号，并且，能够利用对穿过编码光圈部5b的光进行拍摄而获得的图像信息，高精度地取得到被摄体A之间的距离Z。

另外，在本实施方式的摄像装置1中，虽然采用了如图2所示的具有编码光圈部5b的光圈部件5，但是，也可以具有如图7的(a)、(b)所示的编码光圈部5b来代替。此外，虽然例示了将单一的微透镜6a分别与普通光圈部5a和编码光圈部5b对应起来的情况，但是，如图8所示，也可以采用将多个(例如，2个)微透镜6a分别与普通光圈部5a和编码光圈部5b对应起来的微透镜阵列6来代替。

如图3和图8所示，微透镜的数量是光圈部的数量的倍数，在这些情况下，光圈部的数量为3，所以微透镜6a的个数为3的倍数。在二维的情况下也一样，在将一个方向的光圈部5a、5b的数量设为x个，将另一个方向的光圈部5a、5b的数量设为y个时，微透镜6a的一个方向的个数Nx和另一个方向的个数Ny如下式(3)所述。

Nx＝i×x，Ny＝j×y   (3)

其中，i，j为1以上的整数。

此外，光圈部5a、5b的面积也可以不完全相同。如图9所示，可以使光圈部5a、5b的面积不同。

在该情况下，穿过中央的较大的普通光圈部5a的光穿过中央的较大直径的微透镜6a，并在摄像元件7的成像面7a成像。另一方面，穿过隔着普通光圈部5a配置在两侧的比普通光圈部5a面积小的编码光圈部5b的光穿过隔着中央的微透镜6a配置的较小的微透镜6a，并在摄像元件7的摄像面7a成像。

由此，存在以下优点：对穿过普通光圈部5a的光进行拍摄而获得的图像信息相比于对穿过编码光圈部5b的光进行拍摄而获得的图像信息，能够提高其空间分辨率。

此外，如图10所示，作为摄像部2，能够考虑由摄像镜头4会聚的光在微透镜阵列6上成像的摄像部。在该情况下，如图10所示，穿过中央的普通光圈部5a的光在摄像元件7的摄像面7a的中央的像素形成实像。

即，使穿过各光圈部5a、5b的光在微透镜阵列6上成像。在该情况下，通过按照微透镜6a提取在3个像素的中央的像素处取得的图像信息，能够取得穿过普通光圈部5a的光的图像信息，并且，通过提取在3个像素的两侧的像素处取得的图像信息，能够取得穿过2个编码光圈部5b的光的图像信息。

与1个微透镜6a对应的像素数也可以不是3个像素。例如，如图11所示，也可以将6个像素对应起来。

在这种摄像部2的情况下，与1个微透镜6a对应的像素数是光圈部5a、5b的数量的倍数。在该情况下，由于光圈部5a、5b为3个，所以像素数是3的倍数。

在二维的情况下也一样，在将一个方向的光圈部5a、5b的数量设为x个，将另一个方向的光圈部5a、5b的数量设为y个时，与1个微透镜6a对应的一个方向的像素数Px和另一个方向的像素数Py如下式(4)所述。

Px＝k×x，Py＝m×y   (4)

其中，k、m为1以上的整数。

此外，光圈部5a、5b的面积也可以不完全相同。如图12所示，可以使光圈部5a、5b的面积不同。

在该情况下，穿过中央的较大的普通光圈部5a的光在微透镜6a成像，并入射到摄像元件7的摄像面7a的4个像素。另一方面，穿过隔着普通光圈部5a配置在两侧的面积小于普通光圈部5a的编码光圈部5b的光在同一微透镜6a成像之后，入射到摄像元件7的摄像面7a的周边的1个像素。

这样，存在以下优点：对穿过普通光圈部5a的光进行拍摄而获得的图像信息相比于对穿过编码光圈部5b的光进行拍摄而获得的图像信息，能够提高其空间分辨率。

光圈部5a、5b的配置可以不是3个，而是如图13所示，也可以为4个或者4个以上。

标号说明

A：被摄体；1：摄像装置；4：摄像镜头；5：光圈部件；5a：普通光圈部；5b：编码光圈部；6：微透镜阵列；6a：微透镜；7：摄像元件；11：信号处理部(图像生成部)；12：距离信息计算部；13：合成部。

Claims (5)

1.一种摄像装置，其具有：

摄像镜头，其会聚来自被摄体的光；

光圈部件，其与该摄像镜头相邻配置；

摄像元件，其拍摄由所述摄像镜头会聚并穿过所述光圈部件后的光；以及

微透镜阵列，其在光轴方向上隔开间隔地配置在该摄像元件与所述摄像镜头之间，

所述光圈部件具有：至少1个普通光圈部，其具有大致圆形的开口；以及至少2个编码光圈部，它们具有规定图案的开口。

2.根据权利要求1所述的摄像装置，其中，

所述摄像装置具有：

距离信息计算部，其根据由所述摄像元件拍摄穿过所述编码光圈部后的光而取得的图像信息，计算距离信息；

图像生成部，其使用由所述摄像元件拍摄穿过所述普通光圈部后的光而取得的图像信息，生成图像；以及

合成部，其将由所述距离信息计算部计算出的距离信息与由该图像生成部生成的图像的各像素对应起来。

3.根据权利要求1或者2所述的摄像装置，其中，

所述普通光圈部和所述编码光圈部沿着相互交叉的2个方向排列，

当所述普通光圈部和所述编码光圈部在一个方向上的合计排列数为x个，在另一个方向上的合计排列数为y个时，

所述微透镜阵列的微透镜在所述一个方向上的排列数为i×x个，在所述另一个方向上的排列数为j×y个，

其中，i和j为1以上的整数。

4.根据权利要求1或者2所述的摄像装置，其中，

所述普通光圈部和所述编码光圈部沿着相互交叉的2个方向排列，

当所述普通光圈部和所述编码光圈部在一个方向上的合计排列数为x个，在另一个方向上的合计排列数为y个时，

与所述微透镜阵列的各微透镜对应的所述摄像元件在所述一个方向上的像素数为k×x个，在所述另一个方向上的像素数为m×y个，

其中，k和m为1以上的整数。

5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的摄像装置，其中，

所述距离信息计算部使用如下的视差信息计算距离信息，其中，该视差信息是使用穿过配置在不同位置的所述编码光圈部而由所述摄像元件取得的2个以上的图像信息进行匹配处理，从而计算出的。