CN108370406B - 摄像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种摄像装置，通过使透射光栅基板的光线的入射角度的检测容易化而得到能够实现摄像装置的高功能化的摄像装置。能够使用以下摄像装置来实现，该摄像装置的特征在于，具备：图像传感器，其将取入到阵列状地排列在摄像面上的多个像素中的光学图像变换为图像信号而输出；调制器，其设置于上述图像传感器的受光面，对光的强度进行调制；图像存储部，其暂时保存从上述图像传感器输出的图像信号；以及信号处理部，其进行从上述图像存储部输出的图像信号的图像处理，上述调制器具有由多个同心圆构成的第一光栅图形，上述信号处理部通过以由多个同心圆构成的虚拟的第二光栅图形对从上述图像存储部输出的图像信号进行调制来生成莫尔条纹图像，并根据聚焦位置变更上述第二光栅图形的同心圆的大小。

Description

摄像装置
技术领域
本发明涉及一种摄像装置，特别是涉及一种对摄像装置的高功能化有效的技术。
背景技术
搭载于智能手机等的数字照相机、车载照相机等需要薄型化、高功能化。作为这种数字照相机的薄型化技术，例如存在一种不使用透镜而得到物体图像的技术(例如参照专利文献1)。
在该技术中，在图像传感器上粘贴特殊的衍射光栅基板，从透射过衍射光栅基板的光在图像传感器上产生的投影图形中通过逆问题来求出入射光的入射角，由此得到外界物体的图像。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利申请公开第2014/0253781号说明书
发明内容
发明要解决的课题
在上述专利文献1中，在粘贴于图像传感器的基板上表面上形成的衍射光栅的图形成为涡旋状等特殊的光栅图形。而且，从由该图像传感器受光的投影图形，通过求解用于再生图像的逆问题来得到物体的图像，但是存在求解该逆问题时的运算变得复杂的问题。另外，数字照相机、车载照相机要求高功能的传感，但是专利文献1的技术并没有考虑高功能化。
本发明的目的在于，提供一种使用了简单的运算的能够实现摄像装置的高功能化的技术。
用于解决课题的手段
例如通过权利要求所记载的发明来解决上述课题。
发明效果
根据本发明，能够实现拍摄后的聚焦调整(重调焦距)、自动聚焦、测距这种高功能的摄像装置。
附图说明
图1是表示基本实施例的图。
图2是表示基本实施例的调制器的图。
图3是表示基本实施例的调制器的图。
图4是表示根据基本实施例来拍摄外界的物体的样子的图。
图5是表示基本实施例的图像处理部的处理流程的图。
图6是说明基于倾斜入射平行光的从光栅基板表面向背面的投影图像产生面内偏离的情况的图。
图7是说明光栅基板两面的光栅的轴对齐的情况下的莫尔条纹的生成和频谱的示意图。
图8是将表面光栅与背面光栅的轴偏离地配置的情况下的示意图。
图9是说明将光栅基板两面的光栅偏离地配置的情况下的莫尔条纹的生成和频谱的示意图。
图10是表示光栅图形的实施例的图。
图11是表示光栅图形的实施例的图。
图12是说明来自构成物体的各点的光相对于传感器形成的角的图。
图13是表示拍摄物体的情况下的空间频谱的图。
图14是表示在物体处于无限距离的情况下表面侧光栅图形被投影的情况的图。
图15是表示在物体处于无限距离的情况下生成的莫尔条纹的示例的图。
图16是表示在物体处于有限距离的情况下表面侧光栅图形被放大的情况的图。
图17是表示在物体处于有限距离的情况下生成的莫尔条纹的示例的图。
图18是表示在物体处于有限距离的情况下校正了背面侧光栅图形的莫尔条纹的示例的图。
图19是表示通过图像处理来实现背面侧光栅图形的实施例的图。
图20是表示通过图像处理来实现背面侧光栅图形的实施例的调制器的图。
图21是表示通过图像处理来实现背面侧光栅图形的实施例的图像处理部的处理流程的图。
图22是表示实现重调焦距的实施例的图。
图23是表示实现重调焦距的实施例的图像处理部的处理流程的图。
图24是表示实现自动聚焦的实施例的图。
图25是表示实现自动聚焦的实施例的聚焦位置计算部的处理流程的图。
图26是表示实现自动聚焦的实施例的对比度计算区域的图。
图27是表示实现自动聚焦的实施例的最佳聚焦位置的图。
图28是表示实现测距的实施例的图。
图29是表示实现测距的实施例的距离计测部的处理流程的图。
图30是表示实现测距的实施例的对比度计算区域的图。
图31是表示实现测距的实施例的最佳聚焦位置的图。
图32是表示实现测距的实施例的对比度计算区域的图。
图33是表示光栅图形的实施例的图。
图34是表示实现一维方向的测距的实施例的调制器和传感器的结构的图。
图35是表示实现一维方向的测距的实施例的调制器和传感器的结构的图。
图36是表示实现一维方向的测距的实施例的调制器和传感器的结构的图。
图37是表示将处理进行分割的方法的实施例的图。
图38是表示将处理进行分割的方法的实施例的图。
图39是表示将图像数据容量压缩的实施例的图像压缩部的处理流程的图。
具体实施方式
在以下实施方式中，为了方便起见，在必要时分割成多个部分或者实施方式而进行说明，但是除了特别明确示出的情况以外，它们并非是相互无关的部分，一个为另一个的一部分或者全部的变形例、详细、补充说明等关系。
另外，在以下实施方式中，在提及要素的数量等(包括个数、数值、量、范围等)的情况下，除了特别明确示出的情况和原理上显然限定为特定数量的情况等以外，并不限定于该特定数量，既可以是特定数量以上，也可以是特定数量以下。
并且，在以下实施方式中，除了特别明确示出的情况和原理上认为显然必须的情况等以外，其结构要素(还包括要素步骤等)当然不一定是必须的。
同样地，在以下实施方式中，在提及结构要素等的形状、位置关系等时，除了特别明确示出的情况和原理上显然认为并不是这样的情况等以外，包括实质上与其形状等近似或者类似的情况等。该情况在上述数值和范围中也相同。
另外，在用于说明实施方式的全部附图中，原则上对相同部件附加相同的附图标记，省略其重复的说明。
以下，使用附图说明本发明的实施例。
第一实施例
<无限远物体的摄像原理>
图1是表示本第一实施方式的摄像装置101中的结构的一例的说明图。摄像装置101不使用进行成像的透镜而获取外界物体的图像，如图1所示，由调制器102、图像传感器103以及图像处理部106构成。
在图2中示出调制器102的一例。调制器102与图像传感器103的受光面密合地进行固定，由在光栅基板102a上分别形成了第一光栅图形104、第二光栅图形105的结构形成。光栅基板102a例如由玻璃、塑料等透明的材料形成。以后，将光栅基板102a的图像传感器103侧称为背面，将相对的面即摄像对象侧称为表面。该光栅图形104、105由越向外侧，光栅图形的间隔即间距与从中心起的半径成反比地越窄的同心圆状的光栅图形形成。光栅图形104、105例如通过用于半导体工艺的溅射法等对铝等进行蒸镀而形成。通过蒸镀了铝的图形以及未蒸镀铝的图形来附加浓淡。此外，光栅图形104、105的形成并不限定于此，例如也可以通过喷墨打印机等进行印刷等来附加浓淡而形成。
此外，在此为了实现调制器102，说明了将光栅图形104、105形成于光栅基板102a的方法，但是如图3所示，也能够通过将光栅图形104、105形成为薄膜并使用支承部件102b来保持的结构等来实现。
透射过光栅图形104、105的光通过其光栅图形对光的强度进行调制。透射的光由图像传感器103接收。图像传感器103例如由CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合器件)图像传感器或者CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互补金属氧化物半导体)图像传感器等构成。
在图像传感器103的表面上，以格子状有规则地配置有作为受光元件的像素103a。该图像传感器103将由像素103a接收的光图像变换为作为电信号的图像信号。从图像传感器103输出的图像信号由作为图像处理部的图像处理部106进行图像处理，并输出到图像显示部107等。
图4是表示图1的摄像装置101进行的摄像的一例的说明图。在该图4中示出使用摄像装置101拍摄被摄体401并显示于图像显示部107的示例。如图所示，在拍摄被摄体401时，以调制器102中的表面、具体地说形成了第一光栅图形104的光栅基板102a的面与被摄体401正对的方式进行拍摄。
接着，说明图像处理部106进行的图像处理的概要。图5是表示图1的摄像装置101所具有的图像处理部106进行的图像处理的概要的流程图。
首先，对从图像传感器103输出的莫尔条纹图像，按颜色的RGB(Red Green Blue：红、绿、蓝)成分来进行二维傅里叶变换(FFT：Fast Fourier Transform)运算，求出频谱(步骤S501)。接着，在切出基于步骤S501的处理的频谱的单侧频率的数据之后(步骤S502)，进行该频谱的强度计算(步骤S503)从而获取图像。然后，对得到的图像进行噪声去除处理(步骤S504)，接着进行对比度强调处理(步骤S505)等。之后，对图像的颜色平衡进行调整(步骤S506)并作为摄像图像而输出。通过以上步骤，由图像处理部106进行的图像处理结束。
接着，说明摄像装置101中的摄像原理。首先，以下那样定义与从中心起的半径成反比而间距变细的同心圆状的光栅图形104、105。在激光干涉仪等中，假设使接近平面波的球面波与用作参照光的平面波干涉的情况。在将从作为同心圆的中心的基准坐标起的半径设为r、将在此的球面波的相位设为φ(r)时，使用用于决定波面的曲率大小的系数β来将其表示为式1。
[式1]
φ(r)＝βr2
尽管是球面波，也用半径r的二次方表示，是由于因为是接近平面波的球面波，因此能够仅通过展开式的最低次方来近似。当使平面波与具有该相位分布的光干涉时，得到式2那样的干涉条纹的强度分布。
[式2]
Figure GDA0002583220700000051
该强度分布成为在满足式3的半径位置具有明亮的线的同心圆的条纹。
[式3]
φ(r)＝βr2＝2nπ(n＝0，1，2，…)
当将条纹的间距设为p时，得到式4。
[式4]
Figure GDA0002583220700000061
可知间距与半径成反比而变窄。具有这种条纹的片被称为菲涅耳波带片(FresnelZone Plate)、伽伯波带片(Gabor Zone Plate)。将具有与这样定义的强度分布成正比的透射率分布的光栅图形用作图1示出的光栅图形104、105。
设为在将这种光栅图形形成于两面的厚度t的调制器102中，如图6所示以角度θ0入射了平行光。将调制器102中的折射角设为θ，在几何光学上乘以表面的光栅的透射率而得到的光偏离δ＝t·tanθ而入射到背面，当假设两个同心圆光栅的中心对齐地形成时，偏离δ而乘以背面的光栅的透射率。此时，得到式5那样的强度分布。
[式5]
Figure GDA0002583220700000062
该展开式的第四项可知，在两个光栅的偏离方向上，在相互重叠的区域一面上产生笔直的等间隔的条纹图案。通过这种条纹与条纹的重叠而以相对低的空间频率产生的条纹被称为莫尔条纹。这种笔直的等间隔的条纹，在通过检测图像的二维傅里叶变换而得到的空间频率分布中产生尖峰。能够根据该频率的值来求出δ的值、即光线的入射角θ。这样的在整面上均匀地以等间隔得到的莫尔条纹，由于同心圆状的光栅配置的对称性，显然不管偏离的方向而以相同间距产生。得到这种条纹是由于使用菲涅耳波带片或者伽伯波带片来形成了光栅图形，认为通过除此以外的光栅图形在整面上得到均匀的条纹是困难的。但是，目的在于在整面上均匀地得到等间隔的莫尔条纹，光栅图形并不限定于菲涅耳波带片、伽伯波带片。
在第二项中也可知产生以莫尔条纹对菲涅耳波带片的强度进行调制而得的条纹，但是两个条纹的积的频谱成为各傅里叶谱的卷积，因此得不到尖峰。
当如式6那样从式5中仅取出具有尖峰的成分时，该傅里叶谱成为式7。
[式6]
Figure GDA0002583220700000071
[式7]
Figure GDA0002583220700000072
在此，F表示傅里叶变换的运算，u、v表示x方向和y方向的空间频率坐标，伴随括弧的δ为脉冲函数。根据其结果，可知在检测图像的空间频谱中，莫尔条纹的空间频率的峰在u＝±δβ/π的位置上产生。
图7示出其样子。在图7中从左侧至右侧分别表示光线和调制器102的配置图、莫尔条纹以及空间频谱的示意图。图7的(a)表示垂直入射的情况，图7的(b)表示从左侧以角度θ入射光线的情况，图7的(c)表示从右侧以角度θ入射光线的情况。
形成于调制器102的表面侧的第一光栅图形104与形成于背面侧的第二光栅图形105的轴对齐。在图7的(a)中，第一光栅图形104与第二光栅图形105的影子一致，因此不产生莫尔条纹。
在图7的(b)和图7的(c)中，第一光栅图形104与第二光栅图形105的偏离为相等，因此产生相同的莫尔条纹，空间频谱的峰位置也一致，无法根据空间频谱来判别光线的入射角为图7的(b)的情况还是图7的(c)的情况。
为了避免这种情况，例如图8所示，需要预先使两个光栅图形104、105相对于光轴相对地偏离，使得即使针对向调制器102垂直地入射的光线，两个光栅图形的阴影也偏离地重叠。在对于轴上的垂直入射平面波将两个光栅的阴影的相对的偏离设为δ0时，如式8那样表示由入射角θ的平面波而产生的偏离δ。
[式8]
δ＝δ0+t tanθ
此时，入射角θ的光线的莫尔条纹的空间频谱的峰在频率的正侧成为式9的位置。
[式9]
Figure GDA0002583220700000081
当将图像传感器的大小设为S、将图像传感器的x方向和y方向的像素数均设为N时，在从-N/(2S)至+N/(2S)的范围内得到基于高速傅里叶变换(FFT：Fast FourierTransform)的离散图像的空间频谱。根据该情况，如果考虑在正侧的入射角和负侧的入射角上均等地受光的情况，则将基于垂直入射平面波(θ＝0)的莫尔条纹的谱峰位置设为原点(DC：直流成分)位置与例如+侧端的频率位置的中央位置、即式10的空间频率位置是妥当的。
[式10]
Figure GDA0002583220700000082
因而，将两个光栅的相对的中心位置偏离设为式11是妥当的。
[式11]
Figure GDA0002583220700000083
图9是说明将第一光栅图形104与第二光栅图形105偏离地配置的情况下的莫尔条纹生成和频谱的示意图。与图7同样地，左侧表示光线和调制器102的配置图，中央列表示莫尔条纹，右侧表示空间频谱。另外，图9的(a)是光线垂直入射的情况，图9的(b)是光线从左侧以角度θ入射的情况，图9的(c)是光线从右侧以角度θ入射的情况。
预先偏离δ0而配置第一光栅图形104与第二光栅图形105。因此，在图9的(a)中也产生莫尔条纹，在空间频谱中出现峰。将该偏离量δ0如上所述设定为峰位置出现于从原点起单侧的谱范围的中央。此时，图9的(b)中为偏离δ进一步变大的方向，图9的(c)中为进一步变小的方向，因此与图7不同，能够根据谱的峰位置来判别图9的(b)与图9的(c)的差异。该峰的谱像为表示无限远的光束的亮点，必然是图1的摄像装置101的摄像图像。
当将能够接收的平行光的入射角的最大角度设为θmax时，根据式12，通过式13来求得能够由摄像装置101接收的最大视场角。
[式12]
Figure GDA0002583220700000091
[式13]
Figure GDA0002583220700000092
当根据与使用了通常透镜的成像的类推，考虑为在图像传感器的端部聚焦而接收视场角θmax的平行光时，能够认为不使用透镜的摄像装置101的有效的焦距相当于式14。
[式14]
Figure GDA0002583220700000093
在此，根据式13可知能够通过调制器102的厚度t、光栅图形104、105的系数β对视场角进行变更。因此，例如如果调制器102为图3的结构而具有能够对支承部件102b的长度进行变更的功能，则在拍摄时还能够变更视场角而拍摄。
此外，如式2所示，假设光栅图形的透射率分布基本上有正弦波的特性，但是作为光栅图形的基本频率成分而具有这种成分即可，例如图10所示，还能够使光栅图形的透射率二值化，并且还考虑如图11所示，改变透射率高的光栅区域和透射率低的区域的占空比(duty)，使透射率高的区域的宽度扩大来提高透射率。由此，还能够得到抑制来自光栅图形的衍射等效果，能够减少摄像图像的劣化。
在上述说明中，入射光线均为同时为一个入射角度，但是为了使摄像装置101实际作为照相机而起作用，必须假设多个入射角度的光同时入射的情况。这种多个入射角的光在入射到背面侧的光栅图形的时间点已经使多个表面侧光栅的图像重叠。如果它们相互产生莫尔条纹，则有可能成为阻碍对作为信号成分的与第二光栅图形105的莫尔条纹的检测的噪声。但是，实际上，第一光栅图形104的图像之间的重叠不会产生莫尔图像的峰，产生峰是仅为与背面侧的第二光栅图形105之间的重叠。以下说明其理由。
首先，基于多个入射角的光线的表面侧的第一光栅图形104的阴影之间的重叠的较大差异为并非是积而是和。在基于一个入射角的光的第一光栅图形104的阴影与第二光栅图形105的重叠中，通过对作为第一光栅图形104的阴影的光的强度分布乘以第二光栅图形105的透射率，得到透射了背面侧的第二光栅图形105之后的光强度分布。
与此相对，基于向表面侧的第一光栅图形104的多个入射的角度不同的光的阴影之间的重叠为光的重合，因此并非是积而成为和。在和的情况下，如式15那样，成为对原菲涅耳波带片的光栅的分布乘以莫尔条纹的分布而得到的分布。
[式15]
Figure GDA0002583220700000101
因而，其频谱用各频谱的重叠积分来表示。因此，例如即使莫尔的谱单独地具有尖峰，实际上在该位置上也仅产生菲涅耳波带片的频谱的重影。也就是说，在谱中不产生尖峰。因而，即使添加多个入射角的光，检测出的莫尔图像的谱也总仅为表面侧的第一光栅图形104与背面侧的第二光栅图形105的积的莫尔，只要第二光栅图形105为单一，检测出的谱的峰相对于一个入射角仅为一个。
在此，使用图12来示意性地说明此前说明了检测的情况的平行光与来自实际物体的光之间的对应。图12是说明来自构成物体的各点的光相对于图像传感器形成的角度的说明图。来自构成被摄体401的各点的光严格地说，作为来自点光源的球面波，入射到图1的摄像装置101的调制器102和图像传感器103(以下，在图12中称为光栅传感器集成基板1201)。此时，在光栅传感器集成基板相对于被摄体401充分小的情况下或充分远的情况下，能够视为从各点对光栅传感器集成基板进行照明的光的入射角相同。
与根据式9求出的微小角度位移Δθ对应的莫尔的空间频率位移Δu为作为图像传感器的空间频率的最小分辨率的1/S以下的关系，因此，Δθ被视为平行光的条件用式16那样表示。
[式16]
Figure GDA0002583220700000111
如果在该条件下，则本发明的摄像装置能够对无限远的物体进行拍摄，根据目前的讨论，能够通过高速傅里叶变换(FFT)得到如图13所示的图像。
<有限距离物体的摄像原理>
在此，图14示出此前说明的无限远的情况下的表面侧的第一光栅图形104的向背面的投影的样子。来自构成无限远的物体的点1401的球面波在充分长的距离中传播期间成为平面波而照射表面侧的第一光栅图形104，在其投影图像1402投影于下方的面的情况下，投影图像为与第一光栅图形104大致相同的形状。结果是，通过对投影图像1402乘以背面侧的光栅图形(相当于图1的第二光栅图形105)的透射率分布，能够得到等间隔的直线状的莫尔条纹(图15)。
另一方面，说明针对有限距离的物体的摄像。图16是表示要拍摄的物体处于有限距离的情况下表面侧的第一光栅图形104的向背面的投影比第一光栅图形104放大的情况的说明图。如图16所示，在来自构成物体的点1601的球面波照射表面侧的第一光栅图形104，其投影图像1602投影于下方的面的情况下，投影图像大致均匀地放大。此外，使用从第一光栅图形104至点1601为止的距离f，能够如式17那样计算出该放大率α。
[式17]
Figure GDA0002583220700000112
因此，直接乘以针对平行光设计的背面侧的光栅图形的透射率分布难以产生等间隔的直线状的莫尔条纹(图17)。但是，如果与均匀地放大的表面侧的第一光栅图形104的阴影一致地放大第二光栅图形105，则能够对放大后的投影图像1602再次产生等间隔的直线状的莫尔条纹(图18)。因此，通过将第二光栅图形105的系数β设为β/α能够进行校正。
由此，能够选择性地再生来自未必无限远的距离的点1601的光。由此，能够在任意位置进行聚焦来进行拍摄。
接着，说明使调制器102的结构简化的方法。在调制器102中，在光栅基板102a的表面和背面相互偏离地分别形成相同形状的第一光栅图形104和第二光栅图形105，由此根据莫尔条纹的空间频谱来检测入射的平行光的角度而构成图像。该背面侧的第二光栅图形105为与图像传感器103密合，对入射的光的强度进行调制的光学元件，与入射光无关而为相同的光栅图形。因此，如图19所示，也可以使用去除第二光栅图形105的调制器1901，通过图像处理部1902内的强度调制部1903执行相当于第二光栅图形105的处理。
图20示出此时的调制器1901的详细结构。通过该结构，能够将形成于光栅基板102a的光栅图形减少一面。由此，能够降低调制器的制造成本。
图21是表示图19的图像处理部1902的图像处理的概要的流程图。该图21中的流程图与图5的流程图不同之处在于步骤S2101的处理。在步骤S2101的处理中，通过上述强度调制部1903，对从图像传感器103输出的图像，生成相当于透射过背面侧的光栅图形105的情况的莫尔条纹图像。具体地说，进行相当于式5的运算即可，因此在强度调制部1903中生成背面侧的光栅图形105并对图像传感器103的图像进行乘法运算即可。并且，如果背面侧的光栅图形105为图10、图11所示那样的二值化的图形，则仅将相当于黑色的区域的图像传感器103的值设为0也能够实现。由此，能够抑制乘法电路的规模。以后，图21的步骤S501～S506的处理与图5的处理相同，因此在此省略说明。
此外，在该情况下，图像传感器103所具有的像素103a的间距需要细到能够充分再现第一光栅图形104的间距的程度，或者粗到第一光栅图形104的间距能够以像素103a的间距再现的程度。在将光栅图形形成于光栅基板102a的两面的情况下，光栅图形的间距不一定必须能够以图像传感器103的像素103a分辨，仅能够分辨其莫尔图像即可。但是，在通过图像处理来再现光栅图形的情况下，光栅图形与图像传感器103的分辨率需要相同。
另外，以上，通过强度调制部1903实现了相当于第二光栅图形105的处理，但是第二光栅图形105为与传感器密合，对入射的光的强度进行调制的光学元件，因此也能够通过有效地结合考虑第二光栅图形105的透射率来设定传感器的灵敏度来实现。
根据上述说明的通过图像处理部来进行背面侧的第二光栅图形105的结构，在拍摄之后还能够以任意的距离进行聚焦。图22示出该情况下的结构。与图19不同的是图像存储部2201、图像处理部2202以及聚焦设定部2203。为了拍摄后能够进行聚焦调整，为了暂时保存从图像传感器103输出的图像而设置有图像存储部2201。另外，聚焦设定部2203能够根据设置于摄像装置101上的旋钮、智能手机的GUI(Graphical User Interface：图形用户界面)等来设定聚焦距离，将聚焦距离信息输出到图像处理部2202。
图23是表示图22的图像处理部2202的图像处理的概要的流程图。该图23的流程图与图21的流程图的不同之处为步骤S2301的处理。在步骤S2301的处理中，根据作为上述聚焦设定部2203输出的聚焦距离信息，通过式17来计算出放大率α，进行将背面侧的第二光栅图形105的系数β设为β/α的计算。之后，在S2101中，根据该系数来生成相当于透射了背面侧的光栅图形这一情况的莫尔条纹图像。之后，图23的步骤S501～S506的处理与图5的处理相同，因此，在此省略说明。
根据上述方法和结构，能够通过高速傅里叶变换(FFT)等简单的运算来得到外界的物体图像，并且在拍摄后能够以任意的距离来调整聚焦。在以往的照相机中为了变更聚焦而需要再次拍摄，但是在本实施例中仅需要一次拍摄。
此外，作为根据莫尔条纹来计算空间频谱的方法，举例说明了高速傅里叶变换，但是并不限定于此，使用离散余弦变换(DCT：Discrete Cosine Transform)等也能够实现，并且还能够消减运算量。
另外，在本实施例中，作为菲涅耳波带片、伽伯波带片而说明了光栅图形104、105，但是并不限定于此，只要能够根据莫尔条纹来计算出空间频谱，也可以使用其它实施例的一维方向的图形等。这些情况还能够应用于其它实施例。
第二实施例
本实施例与第一实施例的不同点在于能够使聚焦调整自动化。图24示出本实施例的结构。与第一实施例的图22不同的是聚焦位置计算部2401。
图25是表示图24的聚焦位置计算部2401的自动聚焦的概要的流程图。一边使聚焦位置每次偏移分辨率Δf一边进行显影处理，并计算出对比度为最大的位置，由此实现本自动聚焦。详细地说明该处理。
首先，设定聚焦位置的初始值(无限远或者距离0等)(S2501)，根据聚焦位置计算出放大率α，计算出第二光栅图形105的系数β(S2301)。从S2101起至S503与图23相同，之后，如图26所示，切出摄像范围内区域2601内的任意的区域2601a(S2503)。该区域为用于聚焦调整的区域，可以由用户使用GUI进行设定或者也可以通过人脸识别技术等自动地设定。接着，使用区域内最大亮度Imax、最小亮度Imin，通过式18和式19计算出区域2601a内的对比度(S2504)，并将结果保存到存储器(S2505)。
[式18]
Figure GDA0002583220700000141
[式19]
Figure GDA0002583220700000142
之后，将聚焦位置偏离Δf来设定(S2502)，实施以后的从S2502起至S2505的处理，直到完成预先设定的聚焦可变范围内的扫描(S2506)。当搜索完成后读出存储器内的对比度信息时，如图27所示，得到对比度与聚焦位置的关系(S2507)，因此搜索对比度为最大的聚焦位置(S2508)并输出(S2509)。
如果根据在该聚焦位置计算部2401中得到的聚焦位置信息在图像处理部2202中进行图像处理，则能够通过最佳的聚焦进行拍摄。
根据上述方法和结构，能够使聚焦调整自动化，并且与以往的照相机不同，不需要再次进行拍摄就能够通过最佳的聚焦来进行拍摄。
此外，在本实施例中进行了对比度为最大的搜索，但是并不限定于此，SNR(Signalto Noise Ratio：信噪比)、HPF(High-Pass Filter：高通滤波器)结果的加法值等能够决定成为清晰的图像的聚焦位置的方法即可。
另外，还能够由用户预先设定聚焦位置的扫描范围。
另外，说明了将聚焦位置每次偏移Δf的方法，但是并不限定于此。关于由聚焦位置改变引起的图像的模糊方式，越远则针对位置的灵敏度越低，因此在摄像装置101附近较细地偏移而在远处较粗地偏移，从而能够进行高精度、高速的搜索。
这些情况还能够应用于其它实施例。
第三实施例
不仅是图像，还能够获取二维方向(水平以及垂直方向)的距离信息这一点，本实施例与第一实施例不同。图28示出本实施例的结构。与第一实施例的图22不同的是距离计测部2801以及距离信息显示部2802。
图29是表示图28的距离计测部2801进行的距离计测的概要的流程图。通过在每个区域中实施第二实施例的自动聚焦的原理，对最佳的聚焦位置(＝物体存在的位置)进行计测，由此实现本距离计测。详细地说明该处理。
首先，从S2501起至S503与第二实施例的图25相同。之后，如图30所示，将摄像范围内的区域2601进行分割(S2901)。其分割尺寸与距离计测中的二维方向的分辨率对应，因此优选尺寸较细，但是当过于细时存在测量误差增大的问题。因此，用户能够根据环境来变更分割尺寸也较有用。作为分割后的区域3001的示例，图30示出区域3001a和3001b。接着，在每个区域中使用区域内的最大亮度Imax、最小亮度Imin并根据式18和式19计算出区域内的对比度(S2902)，并将结果保存到存储器(S2903)。
[式18]
Figure GDA0002583220700000151
[式19]
Figure GDA0002583220700000152
之后，将聚焦位置偏离Δf来设定(S2502)，实施以后的从S2502起至S2903的处理，直到完成预先设定的聚焦可变范围内的扫描(S2904)。当搜索完成后读出存储器内的对比度信息时，如图31所示，得到对比度与聚焦位置的关系(S2905)。如该例所示，可知以下情况：将远处的山包含在区域内的区域3001a在远处对比度为最大，将附近的人包含在区域内的区域3001b在较近处对比度为最大。在示例中图31仅示出两个区域的变化，但是实际上按图30中的区域3001的分割数的数量保存于存储器。这样，针对每个区域搜索对比度为最大的聚焦位置(S2906)，制作距离信息的二维图而输出(S2907)。
通过距离信息显示部2802显示该距离信息，由此能够确认二维方向的距离信息。在此，使用了距离信息显示部2802，但是通过直接使用距离计测部2801输出，也能够应用于汽车、无人机那样的设备中的障碍物识别、自动驾驶。
根据上述方法和结构，不仅是图像，还能够获取二维方向(水平以及垂直方向)的距离信息。
此外，在本实施例中进行了对比度为最大的搜索，但是并不限定于此，SNR(Signalto Noise Ratio：信噪比)、HPF(High-Pass Filter：高通滤波器)结果的加法值等能够决定成为清晰的图像的聚焦位置的方法即可。
另外，在不需要二维的距离测量的情况下，如图32所示，还能够将摄像范围内的区域2601横向进行分割，以分割区域3001单位进行距离测量。由此，仅在水平方向进行距离测量，但是通过使用纵向的信息能够提高距离信息的SNR。当然，还能够通过将摄像范围内的区域2601纵向进行分割来仅在垂直方向进行距离测量。
另外，在本实施例中，说明了根据单一帧来计算出距离信息的示例，但是还能够通过将多个帧的图像平均化而使用或者将多个帧的距离信息平均化而使用来提高SNR并提高距离精度，或者提高二维方向的分辨率。
另外，通过求出帧之间的距离信息的差，还能够计算出二维方向或者一维方向的速度信息。
这些情况还能够应用于其它实施例。
第四实施例
在第三实施例中，如图32的示例所示，在进行一维方向的测距时，如图28所示也使用二维的图像传感器103，因此必须通过二维傅里叶变换来进行图29的S501，计算成本、图像传感器成本增大。
因此，在本实施例中，说明专用于一维方向的测距的结构。本实施例的结构也可以与第三实施例的图28相同，但如图33所示，将调制器1901的第一光栅图形104设为一维方向的图形。关于该图形中的多条直线，直线间距离与基准坐标成反比地变窄。通过式20来定义该图形。
[式20]
Figure GDA0002583220700000171
这样，通过使用相同图形在垂直方向上连续的光栅图形，能够仅在水平方向进行检测。
图34示出使用了该光栅图形的示例。由调制器3401和行传感器3402构成。另外，调制器3401的表面，通过基于式20的光栅图形3403来调制透射率。根据本结构，通过使用一维的行传感器来抑制传感器成本，并且通过将傅里叶变换设为一维傅里叶变换能够大幅地减少运算量。此外，在本例中示出省略了传感器侧(背面)的光栅图形的结构，但是当然也可以通过具有背面的光栅图形的结构来实现，该情况在所有讨论中均相同。
图35示出其它例。由柱面透镜3501、调制器3502以及行传感器3402构成。另外，调制器3502的表面，通过基于式20的光栅图形3503来调制透射率。并且，柱面透镜3501的焦点位置被配置成处于行传感器3402上。根据本结构，能够使用比图34更多的光来进行检测，因此能够提高距离信息的SNR。
图36示出进一步其它例。由调制器3502、图像传感器103以及垂直方向加法部3601构成。在垂直方向加法部3601中进行将图像传感器103垂直方向的亮度相加的运算。根据本结构，如图35所示，不使用柱面透镜3501也能够使用更多的光来进行检测，因此能够提高距离信息的SNR。
此外，在本实施例中说明了将图33的一维方向的图形使用于测距的示例，但是通过用作其它实施例的光栅图形104、105，能够进行限定于一维方向的摄像、重调焦距、自动聚焦等处理，能够大幅地减少频谱所需的运算量。
另外，在上述示例中说明了专用于水平方向的测距的结构，但是并不限定于此，将图33示出的光栅图形，如式21所示，
[式21]
Figure GDA0002583220700000172
通过使用相同图形在水平方向上连续的光栅图形，还能够实现能够仅在垂直方向进行检测，或者进行任意角度方向的检测。
这些情况还能够应用于其它实施例。
第五实施例
在目前为止的实施例中，由于图像处理部2202、距离计测部2801等的运算，摄像装置101尺寸有可能变大。因此，在本实施例中，说明用于使摄像装置101尺寸减小的处理分割方法。
图37示出本实施例的结构。与第三实施例的图28不同，摄像装置101内主要包含的是调制器1901、图像传感器103，在信号处理部3701中包含图像存储部2201、图像处理部2202以及距离计测部2801。
在本结构中，如果经由有线或者无线LAN(Local Area Network：局域网)将摄像装置101输出与因特网进行连接等，则信号处理部3701也可以通过服务器等实现，不需要限制摄像装置101的大小。
但是，在图37的结构中，考虑到图像传感器103输出的数据容量大这样的情况成为问题。因此，在图38中说明如第二实施例等那样在聚焦位置被决定的情况下将图像压缩的方法。
图38与第二实施例的图22不同，摄像装置101内主要包含的是调制器1901、图像传感器103、图像压缩部3801以及聚焦设定部2203，在信号处理部3802中包含图像处理部106。
图39是表示图38的图像压缩部3801的图像压缩的概要的流程图。根据作为聚焦设定部2203输出的聚焦距离信息，通过式17计算出放大率α，进行将背面侧的第二光栅图形105的系数β设为β/α的计算(S3901)。之后，根据该系数来生成相当于透射了背面侧的光栅图形这一情况的莫尔条纹图像(S3902)。在此，图像传感器103所具有的像素103a的间距细到能够充分再现第一光栅图形104的间距的程度，因此数据容量增大。因此，在使能够分辨莫尔图像的空间频率通过的LPF(Low-Pass Filter：低通滤波器)起作用之后(S3903)，进行下采样(S3904)，将数据容量压缩。此外，如果该下采样时的采样频率为LPF通过频带的一倍以上，则根据采样定理能够复原原信号，因此优选使用，但并不进行限定。
此外，本发明并不限定于上述实施例，包含各种变形例。例如，上述实施例是为了更清楚地说明本发明而详细说明的示例，不一定限定于具备所说明的全部结构。
另外，能够将某一实施例的结构的一部分替换为其它实施例的结构，并且，还能够对某一实施例的结构附加其它实施例的结构。
另外，能够对各实施例的结构的一部分进行其它结构的追加、删除、替换。
另外，上述各结构、功能、处理部、处理方法等，例如可以通过用集成电路来设计等来使用硬件实现它们的一部分或者全部。另外，上述各结构、功能等，也可以通过由处理器解释、执行实现各功能的程序来使用软件实现。实现各功能的程序、表格、文件等信息能够存放于存储器、硬盘、SSD(Solid State Drive：固态硬盘)等记录装置或者IC卡、SD卡、DVD等记录介质中。
另外，控制线、信息线示出认为用于说明所需的部分，在产品中不一定示出所有控制线、信息线。实际上也可以认为几乎所有结构相互连接。
附图标记的说明
101：摄像装置；102：调制器；102a：光栅基板；102b：支承部件；103：图像传感器；103a：像素；106：图像处理部；107：图像显示部；104：光栅图形(表面侧)；105：光栅图形(背面侧)；401：被摄体；1201：光栅传感器集成基板；1401：点；1402：投影图像；1601：点；1602：投影图像；1901：调制器；1902：图像处理部；1903：强度调制部；2201：图像存储部；2202：图像处理部；2203：聚焦设定部；2401：聚焦位置计算部；2601：区域；2601a：区域；2801：距离计测部；2802：距离信息显示部；3001：区域；3001a：区域；3001b：区域；3201：区域；3401：调制器；3402：行传感器；3403：光栅图形；3501：柱面透镜；3502：调制器；3503：光栅图形；3601：垂直方向加法部；3701：信号处理部；3801：图像压缩部；3802：信号处理。

Claims (7)

1.一种摄像装置，其特征在于，具备：
图像传感器，其将取入到阵列状地排列在摄像面上的多个像素中的光学图像变换为图像信号来输出；
调制器，其设置于上述图像传感器的受光面，对光的强度进行调制；
图像存储部，其暂时保存从上述图像传感器输出的图像信号；以及
信号处理部，其进行从上述图像存储部输出的图像信号的图像处理，
上述调制器具有由多个同心圆构成的第一光栅图形，
上述信号处理部通过用由多个同心圆构成的虚拟的第二光栅图形对从上述图像存储部输出的图像信号进行调制来生成莫尔条纹图像，根据聚焦位置变更上述第二光栅图形的同心圆的大小。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
上述摄像装置具备推定适当的聚焦位置的聚焦位置计算部，
上述聚焦位置计算部一边使聚焦位置变化一边计算基于莫尔条纹图像得到的图像的评价指标，并检测上述评价指标的峰，由此推定适当的聚焦位置。
3.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，
上述信号处理部一边使聚焦位置变化一边按分割出的每个区域来计算基于莫尔条纹图像得到的图像的评价指标，并按上述每个区域检测上述评价指标的峰，由此按上述每个区域推定直到被摄体为止的距离。
4.根据权利要求3所述的摄像装置，其特征在于，
仅在摄像范围的水平方向上分割上述区域。
5.根据权利要求3所述的摄像装置，其特征在于，
仅在摄像范围的垂直方向上分割上述区域。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的摄像装置，其特征在于，
上述第一光栅图形以及上述第二光栅图形中的上述多个同心圆，同心圆的间距相对于成为同心圆的中心的基准坐标成反比地变细。
7.根据权利要求1至5中任意一项所述的摄像装置，其特征在于，
上述信号处理部对所生成的上述莫尔条纹图像进行二维傅里叶变换来计算频谱。
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