JP2004536482A - 高解像度のインクリメンタル・イメージングのための方法 - Google Patents

Abstract

対象物の高解像度写真を捕捉するための方法および装置である。リニア・イメージ・センシング・アレイの焦点ゾーンは、撮影すべき対象物を含むエリアにわたって変位される。変位は角度的な変位または直線変位であり、適切なスケーリングで最終写真をもたらすことができる。焦点深度を変更することによって、１回または複数回の工程で対象物の起伏に完全に焦点を合わせることができる。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は高解像度の写真撮影法に関する。より詳細には、本発明は、角度的に変位したイメージ・センシング・アレイ（angularly displaced image sensing array）を使用した写真画像の捕捉に関する。
【背景技術】
【０００２】
標準の写真撮影法は数十年間存在している。シャッタが開くと、レンズ及び一連のレンズが感光乳剤に光を集める。レンズはレンズからある離れた位置の面に焦点を合わせ、その面内およびその面から前後へある程度離れた面内の物を許容可能な焦点で捕捉する。許容できる程度に焦点を合わせられた画像を捕捉できる領域が被写界深度である。被写界深度は、撮影される被写体およびその周囲の焦点の合っている範囲を意味する。標準の写真とは、カメラの視野からの焦面の面的な表現である。
【０００３】
デジタル画像を捕捉するための様々な手法が激増している。デジタル写真撮影法が徐々に主流になりつつある。広範にわたって市販されている既存のメガピクセルのカメラを使用して比較的高解像度のピクチャを捕捉することができる。デジタル画像の１つの利点は、それらをコンピュータで処理できることである。特に、画像の細部を見るために拡大できることである。既存のデジタル・カメラの一般の被写界深度および解像度では、連続的に拡大することで比較的急に画像がくずれる。
【０００４】
本発明を、限定するものではなく例として添付の図面に示している。図面中、同様の参照番号は同じ要素を示す。本開示中では「ある」または「一つの」実施形態とは、必ずしも同じ実施形態を指すものではなく、かつこうした言及は、「少なくとも１つ」を意味することに注意されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
図１は、本発明の一実施形態の全焦点捕捉システム（full focus capture system）の概略図である。捕捉デバイス１０は軸を中心にして角度的に変位する。光路内のある要素を円弧を通ってスイープすることによって、画像センサの焦点ゾーンが対象物を横切って画像データが捕捉される。本明細書で使用する場合、「焦点ゾーン」とは、捕捉期間中の捕捉デバイスの感知要素の視野である。一実施形態では、捕捉デバイス１０は、写真に組み立てる一連のデータを捕捉するリニア・イメージ・センシング・アレイ（ＬＩＳＡ）を使用している。捕捉デバイス１０は、ＤＩＧＩＴＩＺＥＲ ＵＳＩＮＧ ＩＮＴＥＮＳＩＴＹ ＧＲＡＤＩＥＮＴ ＴＯ ＩＭＡＧＥ ＦＥＡＴＵＲＥＳ ＯＦ ＴＨＲＥＥ−ＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬ ＯＢＪＥＣＴＳという名称の同時係属出願第０８／６６０，８０９号に記載されているタイプのものでよい。こうした捕捉デバイスによって、システムは被写体に関する３Ｄ情報を直接導出できる。こうした３Ｄデータを使用して、以下に説明するような全焦点写真を生成することができる。ただし、捕捉デバイスが対象の被写体に関する３Ｄ情報を導出できることは、本発明に必須というわけではない。
【０００６】
捕捉デバイス１０の光学的特性を所与の距離で被写界深度「ｄ」と仮定する。被写界深度は、捕捉デバイスから離れるにつれて深くなる傾向にある。上述したように、被写界深度は、レンズの配置を変えることなく許容可能な焦点を得ることができる距離の範囲である。本明細書で使用する場合、深さとは、ある基準から（例えば対象物自体の素材の厚さではなく）対象物の表面上のある点への距離を指す。一実施形態では、許容可能な焦点は、ピンぼけが１ピクセル幅より小さい所と定義される。表面起伏がｄより大きい対象物１２では、１回の工程で完全に焦点を合わせることができない。本明細書で使用する場合、対象物は、１つまたは複数の被写体または背景である。したがって捕捉デバイス１０は、例えば対象物の前縁３４に焦点を合わせるために第１の焦点距離ｒを見つける。所定の被写界深度ｄで、第１の工程の間円筒ゾーン１４内のすべての点に焦点が合う。しかし、表面３６や表面３８など、ゾーン１４の外側にある対象物１２の一部には焦点が合わない。その後の工程で、焦点距離をｒ’とｒ”に設定してゾーン１６と１８に焦点を合わせ、それによって表面３６と３８の焦点が得られる。３回の工程の後、対象の被写体１２の３つの画像が捕捉される。次いで、３つの画像の焦点が最高である写真の点を合成写真用に選択して、これらの画像を捕捉デバイス内またはホスト（図示せず）で合成する。一部の実施形態では、これらの画像を使用して、対象物の３Ｄモデルの合成テクスチャ・マップを作成することができる。したがって本明細書で使用する場合、「画像」は、テクスチャ・マップのすべてまたは一部を含む。一実施形態では、最適な焦点は、周波数領域内で画像を処理することによって決定することができる。隣接するピクセル間のデータの変化率が最大になるところで形体の輪郭がよりはっきりし、したがって焦点がより合っている。これは、周波数領域内の最高点として反映される。代替実施形態では、被写体に関する３Ｄデータを使用して、捕捉された様々な画像からピクセルを選択することができる。いずれの場合でも、合成写真で表面３４、３６、３８の全焦点を得ることができる。工程を３回として説明しているが、開示の手法では、Ｎ回の工程まで広く適用することができる。この場合、Ｎは任意の大きい数である。
【０００７】
捕捉デバイスが角度的に変位しながら動作するので、標準の写真を得るために面の仮定が必要である。より長い距離に対して、捕捉デバイス１０から対象物１２への垂線から外れる点をスケール変更して、補正する必要がある。さらに、面上のどこで捕捉が行われるかに関係なく、それぞれの捕捉の間で同じ直線変位Ｓを有することが望ましいという事実から見ると、角度的な変位は、円弧の縁ではより短く、垂線に近づくにつれて長くなる。図に示したように、エリア２０を形成することになる２つの捕捉の間の角度的な変位は、エリア２２を区画している２つの捕捉の間の角度的な変位より小さいが、写真平面上では２つの捕捉の間の直線変位はＳのままである。
【０００８】
捕捉間の直線変位が均一になるように、一定の捕捉率を維持しながら角速度を調整すること、または一定の角速度を維持しながら捕捉率を調整することは本発明の範囲であり、かつ意図しようとするところである。また、データ捕捉に基づいてまたは対象物の既知の特性に基づいてスキャン中に捕捉の間の角度的な変位を動的に変更することも本発明の範囲および意図に含まれる。例えば、表面が均質であると仮定すると、対象物１２の場合、ゾーン３６の焦点距離での表面３４の捕捉の間の接近した変位は重要ではない。
【０００９】
本発明の別の実施形態では、捕捉デバイス１０は、変位の間で焦点距離を自動的に変更して基準位置からの距離を補う。例えば、エリア２０を捉える焦点距離は、エリア２２の焦点距離より長くなる。これを考慮して、捕捉デバイス１０は画像上に焦点面を置くことができる。焦点距離が変化した、典型的には角度変位の結果生じる焦点円柱（focal cylinder）を有することになる。この焦点面を捕捉デバイス１０と垂直になるように置く必要はないこと、及び他の捕捉パターン、例えば対象物１２の表面起伏により厳密に一致させることなども本発明の範囲および意図内に含まれる。
【００１０】
一実施形態では、実際の画像捕捉を開始する前に、画像捕捉デバイス１０は、おおざっぱなスキャンを行って、全焦点の最終写真を得るのに必要な捕捉の工程回数を認識する。別の実施形態では、捕捉デバイス１０は、あらかじめ設定されている焦点距離で捕捉を開始して、所定の回数の工程が行われるまで繰り返しその後の深さを変えて捕捉する。さらに別の実施形態では、システムは、捕捉されたデータから推論して、追加の深さでどれだけ捕捉すべきかを動的に決定する。
【００１１】
一実施形態では、捕捉デバイス１０は、１回または複数回の工程によって、対象物１２の対向面のテクスチャ・マップを捕捉する。本明細書で使用する場合、「対向面」とは、無限の視野を想定して捕捉デバイスの視点から見える対象の被写体の表面を意味する。一部の実施形態では、対象の被写体を、例えばターンテーブルなどによって捕捉デバイスを基準にして配置し直すことができる。一実施形態では、捕捉にレーザが不要なように、被写体が非干渉性の広帯域の照明によって照らされている間に捕捉が行われる。
【００１２】
図２は、全焦点画像の捕捉のフロー図である。一般的に言えば、撮影すべき被写体は、ある起伏、すなわち深さ特性を有している。被写体が弓形の極端な場合を除いて、起伏が静的撮像デバイスの被写界深度より大きい可能性は比較的高い。したがって、焦点の合った被写体上の任意の特定の焦点で捕捉された画像では、必然的に他の点で焦点が合わないという結果がもたらされる。したがって、本発明の一実施形態では、機能ブロック１００で、スキャンすべき被写体の起伏が識別される。次いで機能ブロック１０２で、全焦点画像を作成するのに望ましい、またはその作成に使用すべき工程の回数が決定される。一例として、使用中のレンズ・アセンブリの被写界深度が１インチ（２５．４ｍｍ）の場合、２．５インチ（６３．５ｍｍ）の起伏を有する被写体の全焦点画像を得るには３回の工程が必要となる。機能ブロック１０４で、捕捉デバイスは、第１の焦点深さを有するように設定される。機能ブロック１０６で、被写体は、第１の深さでスキャンされる。機能ブロック１０８で、深さが増分される。決定ブロック１１０で、全焦点のための工程の回数が終了したかどうかが決定される。終了していない場合、被写体は再度スキャンされ、被写界深度の追加の増分が行われる。全焦点のための工程の回数が終了している場合、機能ブロック１１２で、ピクセルが複数のスキャンから選択されて全焦点画像を形成する。機能ブロック１１２でのピクセルの選択は、対象の被写体の３Ｄ特性の認識の結果達成される、あるいは、各画像のピクセルを調べて、同じ領域に対応する異なる画像のピクセルの相対的な焦点を比較することによって推測することができる。
【００１３】
図３は、本発明の一実施形態の被写体のスキャンのフロー図である。機能ブロック２００で、画像捕捉デバイスが軸を中心にして角度的に変位させられる。機能ブロック２０２で、捕捉デバイスの現在の向きに対応するライン画像が捕捉される。機能ブロック２０４で、捕捉の変位が基準位置からの距離に合わせて調整される。機能ブロック２０６で、ライン画像が対象の面と一致するようにスケール変更される。機能ブロック２０８で、対象の面の捕捉が終了したかどうかが決定される。終了していない場合、捕捉デバイスは、調整された変位率に基づいて再度角度的に変位させられ、機能ブロック２００〜２０６に従ってさらにラインの捕捉が行われる。対象の面の捕捉が終了している場合、機能ブロック２１０で、ライン画像が統合されて写真となる。
【００１４】
図４は、本発明の一実施形態のシステムの概略図である。捕捉デバイス４１０は、視野４１４内にある対象物４００の画像を捕捉する。画像は、捕捉デバイス４１０内にあるリニア・イメージ・センサの焦点ゾーンの連続変位によって捕捉される。一実施形態では、リニア・イメージ・センサは、連続する直線的な捕捉で全体の枠組を捕捉するように口径にわたって直線的に変位させられる。対象物４００の所望の写真を捕捉するには視野が十分に広くないため、第１の画像が捕捉された後、画像捕捉デバイス４１０は、自動的に配置し直され、その視野を視野４１６になるように変更する。その後の画像は、捕捉デバイス４１０の焦点ゾーンの直線変位によって捕捉することができる。対象物４００の一部が重複して捕捉されるように視野４１４および４１６が重複している例を示す。一部の重複はデータが端で無くならないようにするには望ましいが、こうした重複の量を増減することは、本発明の範囲および意図内に含まれる。捕捉された２つの画像を処理して互いに合わせて対象物４００全体の単一の写真を形成することができる。再配置を角度方向ではなく直線的に行うことも本発明の範囲および意図内に含まれる。例えば、捕捉デバイス４１０は、案内棒（図示せず）に沿って移動して、案内棒に平行する面に沿って連続写真を撮ることができる。
【００１５】
図５は本発明の代替実施形態の概略図である。この実施形態では、捕捉デバイス５１０は、一連の角度的に移動して変位するにつれてそのレンズ・アセンブリの焦点を調整する。これによって、対象の被写体５１２と一致する面的な焦点ゾーンが有効に作成される。ｒが捕捉デバイスから所望の焦点への垂直距離である場合、他の変位の焦点距離はｒ／ｓｉｎθで得られる。焦点距離を適切に調整することによって、面の高解像度の画像を捕捉することができる。一実施形態では、被写体の３Ｄ深さデータを適切な三角法の関係と共に使用して焦点距離を設定するという類似の焦点調整を使用して、焦点距離を適切に調整する。
【００１６】
上記の明細書では、本発明を特定の実施形態に関連して説明してきた。しかし、添付の特許請求の範囲に記載した本発明の広範な意図および範囲から逸脱することなく様々な変形および変更をそれに加えることができることは明らかである。したがって、明細書および図面は、限定の意味ではなく例示の意味に位置づけられるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態の全焦点捕捉システムを示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態の全焦点画像の捕捉のフロー図である。
【図３】本発明の一実施形態の被写体のスキャンのフロー図である。
【図４】本発明の一実施形態のシステムを示す概略図である。
【図５】本発明の代替実施形態を示す概略図である。

Claims (22)

1. リニア・イメージ・センシング・アレイ（ＬＩＳＡ）の焦点ゾーンを角度的に変位させることと、
   焦点ゾーンの連続変位ごとに画像の一部分を捕捉することと、
   複数の部分を統合して角度歪みが実質的に無い写真にすることと
   を備える方法。
2. 統合することが、画像の複数の部分をスケール変更して、部分が捕捉された角度的な変位に基づいて焦点面の距離を補うことを含む請求項１に記載の方法。
3. 連続変位がすべて等しい値であるとは限らない請求項１に記載の方法。
4. 捕捉が行われている間に、対象物の特性に基づいて捕捉間の角度的な変位を動的に変更することをさらに含む請求項１に記載の方法。
5. 基準位置からの角度的な変位に基づいて角速度を自動的に調整することをさらに備える請求項１に記載の方法。
6. 許容可能な焦点がＬＩＳＡを基準にして仮想面にわたって維持されるように、連続変位上で焦点距離を自動的に変更することをさらに備える請求項１に記載の方法。
7. ＬＩＳＡがフォト・ダイオード・アレイおよびリニア電荷結合デバイス（ＣＣＤ）のうちの一方である請求項１に記載の方法。
8. リニア・イメージ・センシング・アレイ（ＬＩＳＡ）の焦点ゾーンを連続的に変位することと、
   連続変位ごとに画像の一部分を捕捉することと、
   複数の部分を統合して第１の焦点面の第１の写真にすることと、
   捕捉デバイスを自動的に向け直すことと、
   変位、捕捉、および統合を繰り返して第２の焦点面の第２の写真を作成することと、
   第２の写真に第１の写真を追加することと
   を備える方法。
9. 連続変位が直線変位である請求項８に記載の方法。
10. 連続変位が角度的な変位である請求項８に記載の方法。
11. 第１の焦点距離での撮像デバイスの被写界深度より大きい起伏を有する第１の焦点距離離れた対象物の第１の画像を捕捉することと、
    第１の画像の少なくとも一部分を分析して、対象物のエリアの許容可能な焦点を得るのに追加の画像が必要かどうかを決定することと、
    第２の焦点距離離れた対象物の第２の画像を捕捉することと、
    第１の画像および第２の画像のデータを組み合わせて、許容可能な焦点の合計エリアの割合が第１の画像または第２の画像のいずれかよりも大きい合成画像を形成すること
    を備える方法。
12. 組み合わせることが、
    第１の画像および第２の画像の対応する領域のピクセルを分析することと、
    対応する領域から最高の鮮明度を有するピクセルを選択し、合成画像のピクセルとすること
    を備える請求項１１に記載の方法。
13. 対象物に関する深さデータを取得することと、
    対象物の許容可能な焦点を得るのに必要な使用可能な深さがいくつかを深さデータから決定することと、
    いくつかの画像が捕捉されるまで連続した深さで対象物の画像を捕捉することと、
    画像のデータを組み合わせて、許容可能な焦点の合計エリアの割合が単一の任意の画像よりも大きい合成画像を形成することと
    を備える方法。
14. 組み合わせることが、
    いくつかの深さで捕捉された画像の対応する領域のピクセルを分析することと、
    対応する領域から最高の鮮明度を有するピクセルを選択し、合成画像のピクセルとすること
    を備える請求項１３に記載の方法。
15. 組み合わせることが、
    深さデータから、特定の深さで捕捉された画像内の許容可能な焦点を有している可能性の高い領域を識別することと、
    識別された領域のピクセルを組み立てて合成画像を形成することと
    を備える請求項１３に記載の方法。
16. 取得することが対象物の最初のスキャンを行って深さデータを捕捉することを備える請求項１３に記載の方法。
17. 取得することが被写体に関する情報を含むデータ・ファイルにアクセスすることを備える請求項１３に記載の方法。
18. 捕捉することがリニア・イメージ・センシング・アレイを使用して行われる請求項１３に記載の方法。
19. 被写体の表面を基準にして、被写体の対向面の全体より小さい範囲の捕捉デバイスの焦点ゾーンを連続的に角度的に変位させて、広帯域の非干渉光で照らされる被写体の画像を捕捉することと、
    画像から被写体の３Ｄモデルの少なくとも一部のテクスチャ・マップを生成することと
    を備える方法。
20. 捕捉デバイスがリニア・イメージ・センシング・アレイを備える請求項１９に記載の方法。
21. 被写体の表面を基準にして捕捉デバイスの焦点ゾーンを連続的に直線変位させて被写体の画像を捕捉することと、
    画像から被写体の３Ｄモデルの少なくとも一部のテクスチャ・マップを生成することと
    を備える方法。
22. 捕捉デバイスがリニア・イメージ・センシング・アレイを備える請求項２１に記載の方法。

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