JP2003259186A - 画像処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画面内に入っている被写体全てに鮮明に合焦
した画像を得られるよう必要な調整を容易に行なえるよ
うにする。 【解決手段】 撮影光学系Ｏにより結像された画像をそ
れぞれ撮影するＣＣＤ１１、１２、１３により撮影され
た複数の画像データを合成し、所定の鮮明度の画像を得
る基本構成において、撮影光学系Ｏと各ＣＣＤ１１、１
２、１３の間の距離をそれぞれ独立して操作者が手動調
節できるよう、ダイヤル２１、２２、２３の操作をＣＣ
Ｄ１１、１２、１３の移動に変換する駆動系２４、２
５、２６を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は被写界深度の異なる
複数の光学系と、前記各光学系により結像された画像を
それぞれ撮影する複数の撮像素子を有し、前記複数の撮
像素子により撮影された複数の画像データを合成し、所
定の鮮明度の画像を得る画像処理装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】撮影距離の異なる画像を合成し、遠景か
ら近景までの全ての被写体にピントの合った画像を得る
技術が知られている。

【０００３】この種の技術では、たとえば、近距離
（Ｎ：Ｎｅａｒ）、中距離（Ｍ：Ｍｉｄｄｌｅ）、遠距
離（Ｆ：Ｆａｒ）にそれぞれ被写界深度を持つよう撮影
光学系に対して異なる位置にそれぞれ近距離用、中距離
用、遠距離用の撮像素子（ＣＣＤなど）を配置し、各撮
像素子から得られたＮ（近距離）、Ｍ（中距離）、Ｆ
（遠距離）の各画像を解析し、画像の鮮鋭度などに基づ
き各画像より適切な部位を抽出して合成する。このよう
な撮影システムを以下ではＮＭＦ画像合成システムとい
う。

【０００４】図１は従来のＮＭＦ画像合成システムの光
学系および撮像系の構成を示している。

【０００５】図１において符号Ｏは撮影光学系であり、
その光軸上にはハーフミラー（あるいはビームスプリッ
タなど）Ｍ１、Ｍ２、ミラー（あるいはプリズムなど）
Ｍ３を配置し、遠距離（Ｆ）、中距離（Ｍ）、および近
距離（Ｎ）にそれぞれ被写界深度を持つよう撮影光学系
Ｏに対して異なる位置にＣＣＤ１１、１２、および１３
を配置してある。図１では不図示であるが、撮影光学系
Ｏ〜各ＣＣＤの間の光路には必要に応じて光量調節およ
び被写界深度調節用の絞りが配置される。

【０００６】ＣＣＤ１１〜１３の出力は、ビデオＩ／Ｆ
（インターフェース）１４を介して画像の合成を行なう
画像処理系に入力される。

【０００７】図１では、光学系〜ＣＣＤの距離を判り易
くするために全反射ミラーからなるミラーＭ３を図示し
ているが、このミラーＭ３は必ずしも必要はなく、実際
の光学系では多くの場合省略できる。ハーフミラーＭ
１、Ｍ２の透過比率は、Ｍ１＝６６％、Ｍ２＝５０％程
度とし、各ＣＣＤに到達する光量にアンバランスが生じ
ないように設定する。

【０００８】ここでは、撮影光学系Ｏは、遠距離
（Ｆ）、中距離（Ｍ）、および近距離（Ｎ）の３つのＣ
ＣＤ１１〜１３に共通したものを用いているが、もちろ
んそれぞれのＣＣＤについて独立した光学系を用いても
よい。

【０００９】いずれにしても、図１のように撮影光学系
Ｏが各ＣＣＤに共通か、あるいはＣＣＤごとに独立かに
かかわらず、ＣＣＤ１１〜１３と、これら撮像素子に撮
影像を結像させる撮影光学系Ｏの距離を異なるものとす
ることにより、Ｎ、Ｍ、Ｆの各画像の撮影距離（合焦距
離）、およびＮ、Ｍ、Ｆの各被写界深度が決定される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】図１のような従来のＮ
ＭＦ画像合成システムでは、撮像素子たるＣＣＤ１１〜
１３の位置は固定であり、撮影光学系Ｏのみを前後に移
動させて合焦調節を行なう構成が主流であった。

【００１１】このため、風景、近景に人物を含む風景の
撮影や、近接撮影（たとえば歯科、口腔外科などの分野
で実施されている口腔内の撮影）など、対象の被写体と
の距離が大きく異なっている場合に完全に対応すること
は難しく、画面内に入っている被写体全てに鮮明に合焦
した画像を合成するのは困難であった。

【００１２】すなわち、一般に、被写界深度の近点距離
Ｓ１および遠点距離Ｓ２は次の式（１）、（２）により
示される。

【００１３】 Ｓ１＝（ｆ＾２ ＊ ａｉ）／（ｆ＾２ ＋ Ｚ＊Ｆｓ＊（ａｉ−ｆ）） … （１） Ｓ２＝（ｆ＾２ ＊ ａｉ）／（ｆ＾２ − Ｚ＊Ｆｓ＊（ａｉ−ｆ）） … （２） ここで、 ｆ：レンズの焦点距離 Ｆｓ：絞りのＦナンバー Ｚ：錯乱円径（たとえば３５ｍｍフィルムの場合０．０
３ｍｍ） ａｉ：被写体距離 である。ｆ＝２５ｍｍ、Ｆｓ＝２．８、Ｚ＝０．０３ｍ
ｍとし、被写体距離をａｉ＝１５００ｍｍと置くと、被
写界深度の近点距離Ｓ１は１２５２ｍｍ、遠点距離Ｓ２
は１８７１ｍｍ程度となる。

【００１４】そして、従来では、図１のＣＣＤ１１、１
２、１３は、上記の式（１）、（２）に基づき、たとえ
ば図４に示すような近距離（Ｎ）、中距離（Ｍ）、およ
び遠距離（Ｆ）の被写界深度範囲をカバーするようにカ
メラに固定的に配置される。たとえば、図４の近距離被
写界深度１．２ｍ〜１．８ｍは、上記同様に焦点距離、
絞り、錯乱円径をｆ＝２５ｍｍ、Ｆｓ＝２．８、Ｚ＝
０．０３ｍｍ、被写体距離をａｉ＝１５００ｍｍと置い
た場合に相当する。

【００１５】このようにＣＣＤ１１、１２、１３の位置
を撮影光学系Ｏに対して固定的に決めてしまうと、図４
では１．２ｍよりも近接の被写体は不鮮明に結像され、
絞り値（撮影光学系Ｏに内蔵される不図示の絞りのＦナ
ンバー）を大きくとるしか対応方法がない。絞り値を大
きくとれば、それだけ照明光量が必要となるのはいうま
でもなく、口腔撮影などにおいては照明光量が大きくな
れば患者に対する負担も大きくなる。

【００１６】また、撮影光学系Ｏをフォーカシングでき
たとしても、ＣＣＤ１１、１２、１３の相互位置は調節
できないため、たとえば近距離（Ｎ）、中距離（Ｍ）、
および遠距離（Ｆ）の被写界深度を全て撮影を目的とす
る口腔内の撮影距離（たとえば３００ｍｍ〜４００ｍｍ
程度）内に配置するような設定も不可能である。

【００１７】本発明の課題は、被写界深度の異なる複数
の光学系と、各光学系により結像された画像をそれぞれ
撮影する複数の撮像素子を用い、複数の画像データを合
成するに際して、画面内に入っている被写体全てに鮮明
に合焦した画像を得られるよう、必要な調整を容易に行
なえるようにすることにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明によれば、被写界深度の異なる複数の光学系
と、前記各光学系により結像された画像をそれぞれ撮影
する複数の撮像素子を有し、前記複数の撮像素子により
撮影された複数の画像データを合成し、所定の鮮明度の
画像を得る画像処理装置において、前記各光学系と前記
各撮像素子の間の距離をそれぞれ独立して操作者が手動
調節する手動調節手段を有する構成を採用した。

【００１９】あるいはさらに、前記複数の撮像素子によ
り撮影された画像を表示するモニタ手段を有し、操作者
がこのモニタ手段の画像を視認しつつ前記手動調節手段
を介して前記各光学系と前記各撮像素子の間の距離をそ
れぞれ独立して手動調節する構成を採用した。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の実施
の形態を説明する。

【００２１】図２は本発明を採用したＮＭＦ画像合成シ
ステムの構成を示している。撮影光学系Ｏ、ＣＣＤ１１
〜１３、ハーフミラー（またはビームスプリッタなど）
Ｍ１、Ｍ２、ミラーＭ３、およびビデオＩ／Ｆ１４は図
１に示したものと同等であるので、ここでは詳細な説明
を省略する。

【００２２】ＣＣＤ１１〜１３の出力は、ビデオＩ／Ｆ
１４を介して図１右側の画像処理装置に入力される。ビ
デオＩ／Ｆ１４より右側の画像処理装置は、ＰＣ（パー
ソナルコンピュータ）などのハードウェアを利用して構
成することができる。この画像処理装置は、後述の画像
処理を行なうＣＰＵ３０、シャッタボタンなどの操作手
段を含む操作部３１、後述の画像処理をＣＰＵ３０のプ
ログラムとして格納するプログラムメモリ３２、画像処
理のワークエリアとして用いられるメモリ３５を含む。

【００２３】図２では、さらに得られた画像データを他
の装置と共有するために、ネットワークＩ／Ｆ３３が設
けられている。ネットワークＩ／Ｆ３３のＩ／Ｆ方式は
イーサネット（商標名）など任意である。

【００２４】さらに、本実施形態では、後述の調整中の
画像、あるいは合成画像をモニタするため、ＬＣＤ（あ
るいはＣＲＴなど）から成るモニタ（あるいはファイン
ダ）３４が設けられている。

【００２５】また、本実施形態では、ＣＣＤ１１〜１３
の撮影光学系Ｏに対する位置は、ユーザが個別に操作可
能なダイヤル２１、２２、２３により、駆動系２４、２
５、２６を介してそれぞれ独立して調節することができ
るようになっている。駆動系２４、２５、２６はギアト
レーンやカムなどから構成され、ダイヤル２１、２２、
２３の操作に基づきＣＣＤ１１〜１３を各光軸上で前後
に移動する。

【００２６】ダイヤル２１、２２、２３とＣＣＤ１１〜
１３の間は、純機械的な機構のみにより結合されていて
もよいが、もちろん、両者の間に油圧アクチエータやモ
ータなどのパワーアシスト機構が介在していてもよい。

【００２７】ＣＰＵ３０は、ビデオＩ／Ｆ１４より入力
し、メモリ３５に格納したＣＣＤ１３、１２、１１の近
距離（Ｎ：Ｎｅａｒ）、中距離（Ｍ：Ｍｉｄｄｌｅ）、
遠距離（Ｆ：Ｆａｒ）の各画像データに対して所定の画
像処理を行なうことにより、Ｎ、Ｍ、Ｆの画像から鮮明
度の高い部分をそれぞれ抽出し、鮮明度の高い画像を合
成する。この合成処理自体は本発明の対象とするところ
ではなく、当業者において好都合な画像処理を適宜行な
えばよい。

【００２８】各ＣＣＤ１１〜１３から合成用の画像を取
り込む処理は、不図示のシャッタボタンなどの操作によ
り行なうが、それに先立ち、各ＣＣＤ１１〜１３から入
力された画像データは、リアルタイムで順次モニタ３４
に表示する。

【００２９】このモニタ画像の表示では、モニタ３４の
画面を３分割して、各ＣＣＤ１３、１２、１１のＮ、
Ｍ、Ｆの各画像を同時に表示するか、あるいは不図示の
スイッチの操作などに応じて、各ＣＣＤ１３、１２、１
１のＮ、Ｍ、Ｆの画像のいずれを表示するかを切り換え
るようにする。

【００３０】この時、ユーザは、モニタ３４により各Ｃ
ＣＤ１３、１２、１１のＮ、Ｍ、Ｆの各画像をモニタし
ながらダイヤル２１、２２、２３をそれぞれ独立して操
作することにより、撮影光学系Ｏと、ＣＣＤ１１〜１３
の間の距離をそれぞれ独立に制御できる。これにより、
ピントよく撮影したい被写体が近景、中距離、遠景、あ
るいは近接位置のいずれの距離にあっても、撮影光学系
Ｏと、ＣＣＤ１１〜１３の間の距離をそれぞれ独立に調
節することにより、興味のある被写体の合焦状態が最も
良好となるように制御できる。

【００３１】たとえば、図３（Ａ）は、図４と同様に近
距離被写界深度ｎｈを１．２〜１．８ｍ、中距離被写界
深度ｍｈを１．８ｍ〜３．７ｍ、遠距離被写界深度ｆｈ
を３．７ｍ〜∞の範囲となるようにＣＣＤ１１、１２、
１３を位置決めした時の状態、つまり、一般風景撮影用
の設定状態を示している。このとき撮影光学系Ｏと各Ｃ
ＣＤ１３、１２、１１の距離はそれぞれｄｎ、ｄｍ、ｄ
ｆである。

【００３２】従来では、ＣＣＤ１１、１２、１３の位置
は固定されているため、ユーザが口腔内の撮影（たとえ
ば、被写体の距離が図示の０．３〜０．４ｍに全て収ま
る撮影）を行なおうとしても、口腔内の被写体（歯、歯
肉など）の結像点ｆｐは図３（Ｂ）のように近距離
（Ｎ）を担当するＣＣＤ１３のはるか後にあり、いずれ
のＣＣＤ１１、１２、１３でもこの被写体の結像点はボ
ケ円として撮影されてしまう。また、従来では、ＣＣＤ
１１、１２、１３の位置が固定であるため、撮影光学系
Ｏの移動によって調整を行なうにしても、３つのＣＣＤ
１１、１２、１３にピントを合せるには絞り値に著しく
大きなＦナンバーを用いる以外に方法がない。

【００３３】しかし、本実施形態によれば、この図３
（Ａ）ないし（Ｂ）の状態から、モニタ３４により各Ｃ
ＣＤの撮影画像をモニタしながらダイヤル２３、２２、
２１を操作することによりＣＣＤ１３、１２、１１の位
置をそれぞれ独立に操作し、それぞれΔｄｎ、Δｄｍ、
ΔｄｆだけＣＣＤ１３、１２、１１を移動させて、目的
とする口腔内の被写体に結像するように位置決めするこ
とができる（図３（Ｃ））。

【００３４】このＣＣＤ１１、１２、１３の位置調節操
作では、たとえば、口腔撮影では、ユーザはＣＣＤ１
１、１２、１３の画像をモニタ３４によりモニタしなが
らそれぞれの画像が大臼歯（Ｆ）、小臼歯（Ｍ）、前歯
（Ｎ）にピントが合うように調整を行なえばよい。

【００３５】このようなＣＣＤ位置の調節を行なうこと
により、本実施形態のＮＭＦ画像合成システムは、風景
撮影にも口腔撮影にも容易に対応できる。

【００３６】特に、口腔撮影の場合は、上記のようなＣ
ＣＤ１１〜１３の位置調節操作により、図３（Ｃ）のよ
うに近距離被写界深度ｎｈ、中距離被写界深度ｍｈ、遠
距離被写界深度ｆｈが全て口腔内をカバーするように配
置することができる。このようなＣＣＤ１１、１２、１
３の位置調節は、従来の単一ＣＣＤの（あるいは撮影フ
ィルム面が１つだけの）口腔撮影システムはもちろん、
複数ＣＣＤのＮＭＦ画像合成システムでも固定式のＣＣ
Ｄの場合は不可能であり、口腔内の被写体をそれぞれ個
別の近距離被写界深度ｎｈ、中距離被写界深度ｍｈ、遠
距離被写界深度ｆｈでカバーすることができる。このた
め、従来の単一ＣＣＤの（あるいは撮影フィルム面が１
つだけの）撮影システムよりも撮影時の絞り値（Ｆナン
バー）を小さくし、少ない照明光量で患者に負担を与え
ることなく、しかも、３つのＣＣＤで口腔内の深度範囲
を分担して得た画像をＮＭＦ画像合成することにより、
高画質の撮影画像を得ることができる。

【００３７】以上のように、本実施形態によれば、ダイ
ヤル２１、２２、２３および駆動系２４、２５、２６に
より、それぞれ独立した被写界深度を形成するよう配置
された撮影光学系Ｏと、撮像素子たるＣＣＤ１１〜１３
の間の距離をそれぞれ独立に操作者が手動調節すること
ができる。

【００３８】これにより、ユーザは、対象とする撮影
が、遠景、近景に人物を含む風景の撮影や、近接撮影
（口腔内の撮影など）であるかに応じて、ダイヤル２
１、２２、２３を操作することにより、撮影状況に応じ
て最も適した位置をとるよう撮像素子たるＣＣＤ１１〜
１３をそれぞれ独立に制御し、これにより、従来の固定
式ＣＣＤの装置よりも好条件で画像の合成を行なうこと
ができ、興味のある被写体全てにピントがあった高品質
の画像合成を行なうことができる。

【００３９】また、本発明のＣＣＤ位置調節を行なうこ
とにより、Ｎ、Ｍ、ＦのＣＣＤをそれぞれＮ、Ｍ、Ｆの
被写体に適した位置に移動でき、近距離被写界深度ｎ
ｈ、中距離被写界深度ｍｈ、および遠距離被写界深度ｆ
ｈを、各被写体に適した配分で、また、これらの深度範
囲の重複部分ができるだけ少なくなるよう効率よく設定
することができるので、撮影の際に用いる絞り値（Ｆナ
ンバー）は従来の固定式ＣＣＤの場合よりも小さい値を
用いることができ、従来よりも少ない光量で高画質の撮
影画像を得ることができる。

【００４０】なお、図２では、撮影光学系Ｏが各ＣＣＤ
に共通である構成を示したが、撮影光学系Ｏが各ＣＣＤ
ごとに設けられる構成においても同様の構成を実施でき
る。また、撮影光学系Ｏが各ＣＣＤごとに設けられる構
成では、ＣＣＤではなく、各ＣＣＤごとに設けられる撮
影光学系Ｏの方をダイヤル２１、２２、２３および駆動
系２４、２５、２６に類似の構成により移動してもよ
い。ただし、図２のように撮影光学系Ｏが各ＣＣＤに共
通である構成によれば、別個の撮影光学系を用いるより
も画像の歪みなどの補正が比較的容易であり、正確な合
成が行なえるメリットがあり、また、機械的な構造もよ
り簡単安価に実施できる利点があるのはいうまでもな
い。

【００４１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、各光学系と各撮像素子の間の距離をそれぞれ
独立して操作者が手動調節する手動調節手段を設けるよ
うにしているので、従来の固定式ＣＣＤの装置よりも好
条件で画像の合成を行なうことができ、興味のある被写
体全てにピントがあった高品質の画像合成を行なうこと
ができる、また、絞り値（Ｆナンバー）は従来よりも小
さい値を用いることができ、少ない光量で高画質の撮影
画像を得ることができる、という優れた効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のＮＭＦ画像合成システムの要部の構成を
示したブロック図である。

【図２】本発明を採用したＮＭＦ画像合成システムの構
成を示したブロック図である。

【図３】本発明を採用したＮＭＦ画像合成システムの動
作を示した説明図である。

【図４】従来のＮＭＦ画像合成システムの問題点を示し
た説明図である。

【符号の説明】

１１〜１３ ＣＣＤ １４ ビデオＩ／Ｆ ２１、２２、２３ ダイヤル ２４、２５、２６ 駆動系 ３０ ＣＰＵ ３１ 操作部 ３２ プログラムメモリ ３３ ネットワークＩ／Ｆ ３４ モニタ（ファインダ） ３５ メモリ Ｍ１、Ｍ２ ハーフミラー Ｍ３ ミラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大河内 禎一 愛知県名古屋市中区千代田三丁目10番20号 (72)発明者 ▲福▼井 寿男 愛知県名古屋市千種区高見１丁目22番11号 Ｆターム(参考） 5C022 AA08 AB46 AC31 AC74

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写界深度の異なる複数の光学系と、前
   記各光学系により結像された画像をそれぞれ撮影する複
   数の撮像素子を有し、前記複数の撮像素子により撮影さ
   れた複数の画像データを合成し、所定の鮮明度の画像を
   得る画像処理装置において、 前記各光学系と前記各撮像素子の間の距離をそれぞれ独
   立して操作者が手動調節する手動調節手段を有すること
   を特徴とする画像処理装置。
2. 【請求項２】 前記複数の撮像素子により撮影された画
   像を表示するモニタ手段を有し、操作者がこのモニタ手
   段の画像を視認しつつ前記手動調節手段を介して前記各
   光学系と前記各撮像素子の間の距離をそれぞれ独立して
   手動調節することを特徴とする請求項１に記載の画像処
   理装置。