JP2008060981A - 画像観察装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】動きの速い被写体を撮像及び観察する場合に、残像のある画像が観察されてしまうことを回避できるビデオシースルー型の画像観察装置を提供する。
【解決手段】画像観察装置20は、撮像素子2を含み、被写体を撮像する撮像系と、撮像素子からの出力信号に基づいて生成された画像を表示する表示素子15と、該表示素子に表示された画像を観察するための接眼光学系16と、該生成された画像から被写体の動きを検出する動き検出手段9とを有する。制御手段11は、該動き検出部で検出された被写体の動き速度に応じて、撮像素子の電子シャッタ速度を制御する。
【選択図】図1
【解決手段】画像観察装置20は、撮像素子2を含み、被写体を撮像する撮像系と、撮像素子からの出力信号に基づいて生成された画像を表示する表示素子15と、該表示素子に表示された画像を観察するための接眼光学系16と、該生成された画像から被写体の動きを検出する動き検出手段9とを有する。制御手段11は、該動き検出部で検出された被写体の動き速度に応じて、撮像素子の電子シャッタ速度を制御する。
【選択図】図1
Description
本発明は、撮像系により取得した外界画像を表示素子に表示して接眼光学系を介して観察する画像観察装置に関する。
外界画像をCCDセンサ等の撮像素子を含む撮像系を用いて取得し、その外界画像をLCD等の表示素子に表示して接眼光学系を介して観察させる、いわゆるビデオシースルー型の画像観察装置が従来提案されている(例えば、特許文献1)。
また、このようなビデオシースルー型画像観察装置では、外界画像(現実空間画像)に対してCG(コンピュータグラフィクス)画像やビデオカメラ等の撮像装置による記録画像といった仮想空間画像を合成して表示及び観察可能とする場合もある。
ところで、このような画像観察装置では、あたかも外界を裸眼で観察しているように観察者が感じるように、外界画像をできるだけ遅延なく、高いフレームレートで表示する必要がある。これは、外界画像の表示に遅延があると、実際の外界の動き(例えば、観察者自身の手の動き)と観察画像上での動きとでずれが生じ、観察者に違和感を与えてしまうからである。
一般に、人間は、高速で変化するパターンや画像を認識できる時間分解能は10Hz程度であり、20Hzになると殆んど認識できないとされている。このため、図8に示すように黒い長方形物体が1秒間に20回転、つまり120rpm以上の高速で回転すると、人間には、図9に示すような中心が黒くて周辺ほど明るくなる灰色の丸物体として認識される。
逆に言えば、外界画像の表示遅延が0.05秒程度であれば、観察者にそれほど大きな違和感を与えないと考えられる。
特開2001−133725号公報(図1等)
しかしながら、上記のような画像観察装置では、外界画像の撮影系により撮像(光電変換)から表示素子上での表示までには、電気的な処理の遅れに起因して、数フレーム分の遅れが発生する。例えば、60Hz(60fps)のフレームレートで撮像した画像を表示素子に表示させる場合、観察者は、上記時間分解能の0.05秒程度の間に2〜3フレームの画像を見ることになる。
このため、例えば図10に示すように、観察対象である物体が0.05秒の間にある程度大きく移動すると、図11に示すように、互いに物体位置が異なる2つ又は3つの画像が重なった画像、いわゆる残像のある画像として観察されてしまう。
本発明は、動きの速い被写体を撮像及び観察する場合に、残像のある画像が観察されてしまうことを回避できるようにしたビデオシースルー型の画像観察装置及びその制御方法を提供することを目的の1つとしている。
本発明の一側面としての画像観察装置は、撮像素子を含み、被写体を撮像する撮像系と、撮像素子からの出力信号に基づいて生成された画像を表示する表示素子と、該表示素子に表示された画像を観察するための接眼光学系と、該生成された画像から被写体の動きを検出する動き検出手段とを有する。そして、該動き検出部で検出された被写体の動き速度に応じて、撮像素子の電子シャッタ速度を制御する制御手段を有することを特徴とする。
また、本発明の他の側面としての画像観察装置は、撮像素子を含み、被写体を撮像する撮像系と、撮像素子からの出力信号に基づいて生成された画像を表示する表示素子と、該表示素子に表示された画像を観察するための接眼光学系と、該生成された画像から被写体の動きを検出する動き検出手段と、該生成された画像における動き検出手段により被写体の動きが検出された画素を含む画素エリアで画素加算及びスムージング処理を行う画像処理手段とを有する。そして、動き検出部で検出された被写体の動き速度に応じて、上記画素エリアの大きさを変更する制御手段を有することを特徴とする。
また、本発明の他の側面としての画像観察装置は、撮像素子を含み、被写体を撮像する撮像系と、撮像素子からの出力信号に基づいて生成された画像を表示する表示素子と、該表示素子に表示された画像を観察するための接眼光学系と、該生成された画像から被写体の動きを検出する動き検出手段と、該生成された画像における動き検出手段により被写体の動きが検出された画素を含む画素エリアで画素加算及びスムージング処理を行う画像処理手段とを有する。そして、動き検出部で検出された被写体の動き速度が第1の動き速度より速い場合に、画像処理手段に上記画素エリアでの画素加算及びスムージング処理を行わせる制御手段とを有することを特徴とする。
さらに、本発明の他の側面としての画像観察装置は、撮像素子を含み、被写体を撮像する撮像系と、撮像素子からの出力信号に基づいて生成された画像を表示する表示素子と、該表示素子に表示された画像を観察するための接眼光学系と、該生成された画像から被写体の動きを検出する動き検出手段と、該生成された画像であって複数のフレーム画像に対して画素加算処理を行う画像処理手段とを有する。そして、動き検出部で検出された被写体の動き速度が第1の動き速度より速い場合に、画像処理手段に上記複数のフレーム画像に対する画素加算処理を行わせることを特徴とする。
また、本発明の他の側面である制御方法は、撮像素子を含み、被写体を撮像する撮像系と、撮像素子からの出力信号に基づいて生成された画像を表示する表示素子と、該表示素子に表示された画像を観察するための接眼光学系とを有する画像観察装置の制御方法である。該制御方法は、該生成された画像から被写体の動きを検出する検出ステップと、該検出ステップで検出された被写体の動き速度に応じて、撮像素子の電子シャッタ速度を制御するステップとを有することを特徴とする。
また、本発明の他の側面である制御方法は、撮像素子を含み、被写体を撮像する撮像系と、撮像素子からの出力信号に基づいて生成された画像を表示する表示素子と、該表示素子に表示された画像を観察するための接眼光学系とを有する画像観察装置の制御方法である。該制御方法は、該生成された画像から被写体の動きを検出する検出ステップと、該生成された画像における検出ステップにより被写体の動きが検出された画素を含む画素エリアで画素加算及びスムージング処理を行う処理ステップとを有する。そして、処理ステップにおいて、検出ステップで検出された被写体の動き速度に応じて、上記画素エリアの大きさを変更することを特徴とする。
また、本発明の他の側面である制御方法は、撮像素子を含み、被写体を撮像する撮像系と、撮像素子からの出力信号に基づいて生成された画像を表示する表示素子と、該表示素子に表示された画像を観察するための接眼光学系とを有する画像観察装置の制御方法である。該制御方法は、該生成された画像から被写体の動きを検出する検出ステップと、該生成された画像における検出ステップにより被写体の動きが検出された画素を含む画素エリアで画素加算及びスムージング処理を行う処理ステップとを有する。そして、処理ステップにおいて、検出ステップで検出された被写体の動き速度が第1の動き速度より速い場合に、上記画素エリアでの画素加算及びスムージング処理を行うことを特徴とする。
さらに、本発明の他の側面である制御方法は、撮像素子を含み、被写体を撮像する撮像系と、撮像素子からの出力信号に基づいて生成された画像を表示する表示素子と、該表示素子に表示された画像を観察するための接眼光学系とを有する画像観察装置の制御方法である。該制御方法は、該生成された画像から被写体の動きを検出する検出ステップと、該生成された画像であって複数のフレーム画像に対して画素加算処理を行う処理ステップとを有する。そして、処理ステップにおいて、検出ステップで検出された被写体の動き速度が第1の動き速度より速い場合に、複数のフレーム画像に対して画素加算処理を行うことを特徴とする。
本発明によれば、動きの速い被写体を撮像した画像に対して、残像を目立たなくする処理を行ってこれを観察させることで、観察者に違和感のない良好な画像観察を行わせることができる。
以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。
図1には、本発明の実施例1である画像観察システムの構成を示す。図1において、20はビデオシースルー型ヘッドマウントディスプレイ(画像観察装置)であり、30は該ヘッドマウントディスプレイ20に対してCG画像やビデオカメラ等の撮像装置により記録された仮想空間画像を供給する画像供給装置としてのパーソナルコンピュータである。
ビデオシースルー型ヘッドマウントディスプレイ20において、撮像レンズ1により形成された被写体像は、CCDセンサやCMOSセンサ等により構成される固体撮像素子2の撮像面上に結像される。撮像素子2は、パルス発生回路4から出力されるタイミングパルス信号に基づいて動作する駆動回路3からの駆動パルス信号により駆動される。撮像レンズ1および撮像素子2により撮像系が構成される。
撮像素子2からの撮像出力信号は、プリアンプ5にて所定レベルに増幅された後、カメラプロセス回路6に入力される。カメラプロセス回路6は、撮像出力信号に対してガンマ補正等の信号処理を施し、順次フレーム画像を生成する。
カメラプロセス回路6において生成されたフレーム画像は、順次、LCD等により構成される表示素子15に送られて表示される。観察者は、表示素子15に表示された画像を接眼光学系16を通して観察する。Eは観察者の眼である。
また、カメラプロセス回路6において生成された1つのフレーム画像は、フレームメモリ7に書き込まれる。また、これに先だってフレームメモリ7に書き込まれていた1つ前のフレーム画像は、フレームメモリ8に書き込まれる。フレームメモリ7,8に書き込まれた2つのフレーム画像(すなわち、互いに時間差を有して撮像及び生成された2つの画像)は、動き検出部としての動きベクトル検出回路9に入力される。
動きベクトル検出回路9は、入力された2つのフレーム画像から、公知の動きベクトル検出方法を用いて、画素毎に被写体の動きの方向と大きさ(速度)を表す動きベクトルを検出する。そして、動きベクトルの検出結果は、マイクロコンピュータにより構成されるシステム制御部11に送られる。
システム制御部11は、入力された動きベクトルにより示される被写体の動き速度(以下、動きベクトル速度という)に応じて、撮像素子2の電子シャッタ速度とプリアンプ5のゲインの制御を行う。電子シャッタは、撮像素子2の受光部での光電変換により得られる電荷の蓄積を所定時間で一旦停止し、該所定時間内に蓄積された電荷をレジスタを介して撮像出力信号として読み出す(転送する)動作であり、動画撮影ではこの動作が繰り返されることで、順次フレーム画像が生成されていく。そして、上記所定時間が電子シャッタ速度に相当する。
ここで、図2を用いて、本実施例における動きベクトル速度と電子シャッタ速度との関係について説明する。図2には、撮像レンズ1、撮像素子2及び被写体Aを示している。
一般に、撮像系の画角は、垂直方向(図2の紙面に垂直な方向)よりも水平方向(図2の紙面に平行な方向)のほうが広く、また、撮像される被写体の動きも垂直方向よりも水平方向の動きが多い。このため、本実施例では、水平方向を基準として考える。
撮像系の水平画角をφ°、撮像素子2の水平解像度をωピクセルとする。また、撮像素子2上で被写体の移動速度、すなわち動きベクトル速度をPピクセル/sとする。この場合、人間の目の分解能が画角に換算して1分程度であり、時間分解能の0.05秒で被写体が画角換算で1分以上動くと、残像のある画像が観察されてしまう。
画角換算での1分は、撮像素子2上でω/(60×φ)ピクセルに相当する。このため、ω/(60×φ)/0.05=ω/(3×φ)[ピクセル/s]以上の動きベクトル速度であれば、観察者は残像のある観察画像として認識する。
また、撮像素子2の水平解像度によっては、1分相当のピクセル数が、2ピクセル以下の場合もあり得る。つまり、ω/(60×φ)<2の場合は、0.05秒の間に2〜3ピクセル、つまり40ピクセル/s以上の動きベクトル速度で被写体が移動する場合に、観察者は残像のある画像を認識する。
これらのことから、電子シャッタ速度の制御に対する動きベクトル速度の閾値(第1の動き速度)を、
ω/(60×φ)>2の場合は、ω/(3×φ)[ピクセル/s]
ω/(60×φ)≦2の時、40ピクセル/s
とするとよい。
ω/(60×φ)>2の場合は、ω/(3×φ)[ピクセル/s]
ω/(60×φ)≦2の時、40ピクセル/s
とするとよい。
本実施例では、撮像素子2の駆動周波数は60Hzであり、電子シャッタ速度を、例えば1/500秒から1/60秒まで変化させることができる。また、撮像レンズ1の水平画角φは50°、撮像素子2の解像度(画素数)は、VGA出力に対応した水平640(=ω)ピクセル、垂直480ピクセルである。このため、
ω/(60×φ)≒0.2ピクセル≦2
である。したがって、上記閾値は、40ピクセル/sである。
ω/(60×φ)≒0.2ピクセル≦2
である。したがって、上記閾値は、40ピクセル/sである。
図3Aには、本実施例における動きベクトル速度[ピクセル/s]に対する撮像素子2の電子シャッタ速度[秒(s)]の制御方法を示す。
図3Aにおいて、動きベクトル速度が零の場合(被写体が静止している場合)は、撮像環境に応じた標準的なプリアンプ5のゲインでの電子シャッタ速度、例えば1/125秒が設定される。そして、動きベクトル速度が零でない場合(被写体が動いている場合)は、電子シャッタ速度は、動きベクトル速度が40ピクセル/sまで速くなるほど、該動きベクトル速度に比例して1/60秒まで遅くなるように設定する。
また、電子シャッタ速度の変更に応じて、プリアンプ5のゲインも制御され、露出が一定に維持される。具体的には、動きベクトル速度が速いほど、ゲインが低く設定される。
本実施例では、撮像素子2が60Hzで駆動されるため、人間の一般的な時間分解能である0.05秒の間に3つのフレーム画像が表示される。このため、画角換算の分解能である1分に相当する撮像素子2上での動きベクトル速度40ピクセル/s以上では、電子シャッタ速度を一番遅い1/60秒にすることによって、残像が認識される画像が表示されることを回避している。
つまり、図10に示した物体が図の左から右へ移動するシーンを撮像したときに、電子シャッタ速度が、例えば1/500秒といった高速であると、図11に示すように残像(3つの画像の重なり)が認識されてしまう。しかし、上述したように、電子シャッタ速度を1/60秒に設定することによって、図12に示すように、画像がぶれて(ぼけて)残像が目立たなくなる。
図3Bのフローチャートには、システム制御部11で行われる撮像素子2の電子シャッタ速度及びプリアンプ5のゲインの制御手順を示す。この制御は、システム制御部11内に格納されたコンピュータプログラムに従って実行される。このことは、以下に説明する他の実施例でも同様である。
まず、システム制御部11は、ステップ(図にはSと記す)101において、2つのフレーム画像から動きベクトルを検出し、動きベクトル速度を演算する。
次に、ステップ102では、動きベクトル速度が零か否かを判別する。零の場合は、ステップ104に進み、電子シャッタ速度を1/125秒に設定するとともに、プリアンプ5のゲインをLow(標準的なゲイン)に設定する。
また、動きベクトル速度が零でない場合は、ステップ103に進み、動きベクトル速度が40ピクセル/s以上か否かを判別する。40ピクセル/sより遅い場合は、ステップ105に進み、動きベクトル速度に比例した電子シャッタ速度及びそれに応じたプリアンプ5のゲインを設定する。
一方、40ピクセル/s以上である場合は、ステップ106に進み、動きベクトル速度を1/60秒に設定するとともに、プリアンプ5のゲインをHighに設定する。ステップ105及びステップ106で設定されるゲインは、電子シャッタ速度が1/125秒でプリアンプ5のゲインがLowである場合と同一レベルの露出が得られるように設定される。
1分相当のピクセル数ω/(60×φ)>2の場合は、図3Bのステップ103において、動きベクトル速度がω/(3×φ)[ピクセル/s]以上か否かを判断し、それより遅い場合はステップ105に、それ以上である場合はステップ106に進めばよい。
なお、上述した各動きベクトル速度に対する電子シャッタ速度は例に過ぎず、任意に選択することができる。
また、本実施例では、電子シャッタ速度の変更に応じてプリアンプ5のゲインを制御する場合について説明したが、プリアンプ5のゲインに変えて、撮像レンズ1内に設けられた絞りを制御して、露出を一定に維持するようにしてもよい。
さらに、本実施例では、撮像系(ヘッドマウントディスプレイ)に対して被写体が動く場合について説明したが、同様の電子シャッタ制御は、被写体に対して撮像系が動く場合にも行うことができる。このことは、以下の実施例でも同様である。
図4には、本発明の実施例2であるビデオシースルー型ヘッドマウントディスプレイを示している。本実施例でも、ビデオシースルー型ヘッドマウントディスプレイに画像供給装置が接続されて画像観察システムを構成する点は、実施例1と同じである。
ビデオシースルー型ヘッドマウントディスプレイ21において、撮像レンズ1により形成された被写体像は、CCDセンサやCMOSセンサ等により構成される固体撮像素子2の撮像面上に結像される。撮像素子2は、パルス発生回路4から出力されるタイミングパルス信号に基づいて動作する駆動回路3からの駆動パルス信号により駆動される。撮像レンズ1および撮像素子2により撮像系が構成される。
撮像素子2からの撮像出力信号は、プリアンプ5にて所定レベルに増幅された後、カメラプロセス回路6に入力される。カメラプロセス回路6は、撮像出力信号に対してガンマ補正等の信号処理を施し、順次フレーム画像を生成する。
カメラプロセス回路6において生成された1つのフレーム画像は、フレームメモリ7に書き込まれる。また、これに先だってフレームメモリ7に書き込まれていた1つ前のフレーム画像は、フレームメモリ8に書き込まれる。フレームメモリ7,8に書き込まれた2つのフレーム画像は、動きベクトル検出回路9に入力される。
動きベクトル検出回路9は、入力された2つのフレーム画像から、公知の動きベクトル検出方法を用いて、画素毎に被写体の動きの方向と大きさ(速度)を表す動きベクトルを検出する。そして、動きベクトルの検出結果は、マイクロコンピュータにより構成されるシステム制御部11に送られる。
また、カメラプロセス回路6において生成されたフレーム画像は、フレームメモリ7を介して画像処理手段としての画素加算回路10にも入力される。
システム制御部11は、入力された動きベクトルにより示される被写体の動き速度(以下、動きベクトル速度という)に応じて、画素加算回路10において画素加算処理を行う画素数、すなわち画素エリアの大きさを制御する。画素加算回路10は、システム制御部11により指定された画素数での画素加算処理とスムージング処理を行う。画素加算処理は、各フレーム画像における動きベクトル速度が所定の閾値以上である画素を中心とした又はこれを含む所定数の画素(画素エリア)の信号を、対応画素同士で加算(及び平均化)して、各フレーム画像での該当画素の信号として出力する処理である。また、スムージング処理は、画素加算処理を行った画素エリアのエッジを滑らかにする処理である。
画素加算処理後のフレーム画像は、カメラプロセス回路6を介してLCD等により構成される表示素子15に送られて表示される。観察者は、表示素子15に表示された画像を接眼光学系16を通して観察する。Eは観察者の眼である。
ここで、画素加算処理を行う動きベクトル速度の閾値(第1の動き速度)を、
ω/(60×φ)>2の場合は、ω/(3×φ)[ピクセル/s]
ω/(60×φ)≦2の時、40ピクセル/s
とする。
ω/(60×φ)>2の場合は、ω/(3×φ)[ピクセル/s]
ω/(60×φ)≦2の時、40ピクセル/s
とする。
本実施例では、撮像素子2の駆動周波数は60Hzであり、電子シャッタ速度を、例えば1/500秒から1/60秒まで変化させることができる。また、撮像レンズ1の水平画角φは50°、撮像素子2の解像度(画素数)は、VGA出力に対応した水平640(=ω)ピクセル、垂直480ピクセルである。このため、
ω/(60×φ)≒0.2ピクセル≦2
となる。したがって、上記閾値は40ピクセル/sである。
ω/(60×φ)≒0.2ピクセル≦2
となる。したがって、上記閾値は40ピクセル/sである。
図5Aには、本実施例における動きベクトル速度と画素加算を行う画素数との関係を示す。 動きベクトル速度が、0(ピクセル/s)以上で40(ピクセル/s)より遅い場合は、画素加算処理を行わない。また、動きベクトル速度が40(ピクセル/s)以上で80(ピクセル/s)より遅い場合は、4×4画素の画素エリアで画素加算処理を行う。
また、動きベクトル速度が80(ピクセル/s)以上で160(ピクセル/s)より遅い場合は、8×8画素の画素エリアで画素加算処理を行う。さらに、動きベクトル速度が、160(ピクセル/s)以上の場合は、16×16画素の画素エリアで画素加算処理を行う。
本実施例では、撮像素子2が60Hzで駆動されるため、人間の一般的な時間分解能である0.05秒の間に3つのフレーム画像が表示される。このため、撮像素子2上での動きベクトル速度が速いほど画素加算する画素数を増やすことによって、残像が認識される画像が表示されることを回避している。
また、画素毎に動きベクトル速度を算出し、動きベクトル速度が上記閾値以上の画素を中心とした所定画素数のエリアで画素加算処理を行うことにより、動きの少ない背景等の画像部分の画質を低下させることなく、高速で動く被写体に対する残像を除去できる。さらに、画素加算処理を行った画素エリアでスムージング処理を行うことで、動く被写体の輪郭がギザギザになった不自然な画像が観察されてしまうことを防止している。
つまり、図10に示した物体が図の左から右へ移動するシーンを撮像したときには、図11に示すように残像(3つの画像の重なり)が観察されるような画像とはならず、図12に示すように画像がぶれて(ぼけて)残像が目立たなくなる。
図5Bのフローチャートには、システム制御部11で行われる画素加算処理での画素数設定制御の手順を示す。
まず、システム制御部11は、ステップ(図にはSと記す)201において、2つのフレーム画像から動きベクトルを検出し、動きベクトル速度を演算する。
次に、ステップ202では、動きベクトル速度Vが、0≦V<40(ピクセル/s)か否かを判別する。動きベクトル速度Vがこの範囲であれば、ステップS205に進み、画素加算処理を行わない。また、動きベクトル速度Vがこの範囲でなければ、ステップS203に進む。
ステップ203では、動きベクトル速度Vが、40≦V<80(ピクセル/s)か否かを判別する。動きベクトル速度Vがこの範囲であれば、ステップS206に進み、画素加算処理を行う画素数を、4×4画素に設定する。また、動きベクトル速度Vがこの範囲でなければ、ステップS204に進む。
ステップ204では、動きベクトル速度Vが、80≦V<160(ピクセル/s)か否かを判別する。動きベクトル速度Vがこの範囲であれば、ステップS207に進み、画素加算処理を行う画素数を、8×8画素に設定する。また、動きベクトル速度Vがこの範囲でなければ、ステップS208に進む。
ステップ208では、V≧160(ピクセル/s)であるとして、画素加算処理を行う画素数を、16×16画素に設定する。
なお、ω/(60×φ)>2である場合は、図5Bのステップ202,203においてそれぞれ、0≦V<ω/(3×φ)[ピクセル/s]か否か、ω/(3×φ)≦V<80ピクセル/sか否かを判断すればよい。
また、上述した各動きベクトル速度に対する画素加算処理を行う画素数は例に過ぎず、任意に選択することができる。
図6には、本発明の実施例3であるビデオシースルー型ヘッドマウントディスプレイを示している。本実施例でも、ビデオシースルー型ヘッドマウントディスプレイに画像供給装置が接続されて画像観察システムを構成する点は、実施例1と同じである。
ビデオシースルー型ヘッドマウントディスプレイ22において、撮像レンズ1により形成された被写体像は、CCDセンサやCMOSセンサ等により構成される固体撮像素子2の撮像面上に結像される。撮像素子2は、パルス発生回路4から出力されるタイミングパルス信号に基づいて動作する駆動回路3からの駆動パルス信号により駆動される。撮像レンズ1および撮像素子2により撮像系が構成される。
撮像素子2からの撮像出力信号は、プリアンプ5にて所定レベルに増幅された後、カメラプロセス回路6に入力される。カメラプロセス回路6は、撮像出力信号に対してガンマ補正等の信号処理を施し、順次フレーム画像を生成する。
カメラプロセス回路6において生成された1つのフレーム画像は、フレームメモリ7に書き込まれる。また、これに先だってフレームメモリ7に書き込まれていた1つ前のフレーム画像は、フレームメモリ8に書き込まれる。フレームメモリ7,8に書き込まれた2つのフレーム画像は、動きベクトル検出回路9に入力される。
動きベクトル検出回路9は、入力された2つのフレーム画像から、公知の動きベクトル検出方法を用いて、画素毎に被写体の動きの方向と大きさ(速度)を表す動きベクトルを検出する。そして、動きベクトルの検出結果は、マイクロコンピュータにより構成されるシステム制御部11に送られる。
また、カメラプロセス回路6において生成されたフレーム画像は、フレームメモリ7を介して画像処理手段としての画素加算回路10′にも入力される。画素加算回路10′では、フレーム画像間での画素加算処理を行う。
システム制御部11は、入力された動きベクトルにより示される被写体の動き速度(以下、動きベクトル速度という)に応じて、撮像素子2の電子シャッタ速度の制御と、画素加算回路10′でのフレーム画像間での画素加算処理の制御とを行う。なお、電子シャッタ速度の制御方法は、実施例1と同様である。また、本実施例でのフレーム画像間での画素加算処理は、各フレーム画像の全画素について行う。
画素加算処理後のフレーム画像は、カメラプロセス回路6を介してLCD等により構成される表示素子15に送られて表示される。観察者は、表示素子15に表示された画像を接眼光学系16を通して観察する。Eは観察者の眼である。
ここで、画素加算処理を行う動きベクトル速度の閾値(第1の動き速度)を、
ω/(60×φ)>2の場合は、ω/(3×φ)[ピクセル/s]
ω/(60×φ)≦2の時、40ピクセル/s
とよい。
ω/(60×φ)>2の場合は、ω/(3×φ)[ピクセル/s]
ω/(60×φ)≦2の時、40ピクセル/s
とよい。
本実施例では、撮像素子2の駆動周波数は60Hzであり、電子シャッタ速度を、例えば1/500秒から1/60秒まで変化させることができる。また、撮像レンズ1の水平画角φは50°、撮像素子2の解像度(画素数)は、VGA出力に対応した水平640(=ω)ピクセル、垂直480ピクセルである。このため、
ω/(60×φ)≒0.2ピクセル≦2
となる。したがって、上記閾値は40ピクセル/sである。
ω/(60×φ)≒0.2ピクセル≦2
となる。したがって、上記閾値は40ピクセル/sである。
また、撮像素子2が60Hzで駆動されるため、人間の一般的な時間分解能である0.05秒の間に3つのフレーム画像が表示される。このため、撮像素子2上での動きベクトル速度が速いほど画素加算するフレーム数を増やすことによって、残像が認識される画像が表示されることを回避できる。
つまり、動きベクトル速度が、0(ピクセル/s)以上で40(ピクセル/s)より遅い場合は、その画素を含むフレーム画像間の画素加算処理は行わない。しかし、動きベクトル速度が、40(ピクセル/s)以上の場合は、その画素を含むフレーム画像間の画素加算処理を行う。
このように、フレーム画像間の画素加算処理を、動きベクトル速度が速い画素を含むフレーム画像に対してのみ行うことによって、動きの少ない背景等の画像部分の画質を低下させることなく、高速で動く被写体に対する残像を除去できる。
つまり、図10に示した物体が図の左から右へ移動するシーンを撮像したときには、図11に示すように残像(3つの画像の重なり)が観察されるような画像とはならず、図12に示すように画像がぶれて(ぼけて)残像が目立たなくなる。
さらに、このフレーム画像間の画素加算処理に併せて、実施例1と同様な電子シャッタ速度の制御(及びプリアンプ5のゲイン又は絞りの制御)を行うことで、より効果的に高速で動く被写体に対する残像を除去できる。
図5Bのフローチャートには、システム制御部11で行われる電子シャッタ速度とフレーム画像間での画素加算処理の制御手順を示す。
まず、システム制御部11は、ステップ(図にはSと記す)301において、2つのフレーム画像から動きベクトルを検出し、動きベクトル速度を演算する。
次に、ステップ302では、動きベクトル速度Vが、0≦V<40(ピクセル/s)か否かを判別する。動きベクトル速度Vがこの範囲であれば、ステップS303に進み、画素加算処理を行わない。また、動きベクトル速度Vがこの範囲でなければ、ステップS304に進み、フレーム画像間での画素加算処理を行う。
また、ステップ301で動きベクトル速度を求めた後、ステップ302以降の処理と並行して、図3Bに示したステップ102に進み、電子シャッタ速度の制御を行う。
なお、画素加算処理を行うフレーム画像数は、|0.033×H|フレーム以上に設定するとよい。
本実施例では、H=60Hzであるため、画素加算処理を行うべきフレーム画像数は、1.98フレーム以上となり、少なくとも2フレームを加算している。
また、上記各実施例では、1フレーム画像を1画像単位として動きベクトルの検出や画素加算処理を行う場合について説明したが、1フィールド画像を1画像単位として動きベクトルの検出や画素加算処理を行うようにしてもよい。
1 撮像レンズ
2 固体撮像素子
3 駆動回路
4 パルス発生回路
5 プリアンプ
6 カメラプロセス回路
7,8 フレームメモリ
9 動きベクトル検出回路
10,10′ 画素加算回路
11 システム制御部
15 表示素子
16 接眼光学系
2 固体撮像素子
3 駆動回路
4 パルス発生回路
5 プリアンプ
6 カメラプロセス回路
7,8 フレームメモリ
9 動きベクトル検出回路
10,10′ 画素加算回路
11 システム制御部
15 表示素子
16 接眼光学系
Claims (17)
- 撮像素子を含み、被写体を撮像する撮像系と、
前記撮像素子からの出力信号に基づいて生成された画像を表示する表示素子と、
該表示素子に表示された画像を観察するための接眼光学系と、
前記生成された画像から被写体の動きを検出する動き検出手段と、
該動き検出部で検出された被写体の動き速度に応じて、前記撮像素子の電子シャッタ速度を制御する制御手段とを有することを特徴とする画像観察装置。 - 前記制御手段は、前記動き速度が速いほど前記電子シャッタ速度を遅くすることを特徴とする請求項1に記載の画像観察装置。
- 前記制御手段は、前記動き速度が第1の動き速度より速い場合は、遅い場合に比べて、前記電子シャッタ速度を遅くすることを特徴とする請求項1又は2に記載の画像観察装置。
- 前記撮像素子からの出力信号を増幅するプリアンプを有し、
前記制御手段は、前記動き速度に応じて、前記プリアンプのゲインを制御することを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の画像観察装置。 - 前記制御手段は、前記動き速度が速いほど前記ゲインを低くすることを特徴とする請求項4に記載の画像観察装置。
- 前記制御手段は、前記動き速度が第1の動き速度より速い場合は、遅い場合に比べて、前記ゲインを低くすることを特徴とする請求項5に記載の画像観察装置。
- 撮像素子を含み、被写体を撮像する撮像系と、
前記撮像素子からの出力信号に基づいて生成された画像を表示する表示素子と、
該表示素子に表示された画像を観察するための接眼光学系と、
前記生成された画像から被写体の動きを検出する動き検出手段と、
前記生成された画像における前記動き検出手段により被写体の動きが検出された画素を含む画素エリアで画素加算及びスムージング処理を行う画像処理手段と、
前記動き検出部で検出された被写体の動き速度に応じて、前記画素エリアの大きさを変更する制御手段とを有することを特徴とする画像観察装置。 - 撮像素子を含み、被写体を撮像する撮像系と、
前記撮像素子からの出力信号に基づいて生成された画像を表示する表示素子と、
該表示素子に表示された画像を観察するための接眼光学系と、
前記生成された画像から被写体の動きを検出する動き検出手段と、
前記生成された画像における前記動き検出手段により被写体の動きが検出された画素を含む画素エリアで画素加算及びスムージング処理を行う画像処理手段と、
前記動き検出部で検出された被写体の動き速度が第1の動き速度より速い場合に、前記画像処理手段に前記画素エリアでの前記画素加算及びスムージング処理を行わせる制御手段とを有することを特徴とする画像観察装置。 - 撮像素子を含み、被写体を撮像する撮像系と、
前記撮像素子からの出力信号に基づいて生成された画像を表示する表示素子と、
該表示素子に表示された画像を観察するための接眼光学系と、
前記生成された画像から被写体の動きを検出する動き検出手段と、
前記生成された画像であって複数のフレーム画像に対して画素加算処理を行う画像処理手段と、
前記動き検出部で検出された被写体の動き速度が第1の動き速度より速い場合に、前記画像処理手段に前記複数のフレーム画像に対する前記画素加算処理を行わせることを特徴とする画像観察装置。 - 前記撮像素子の駆動周波数がHヘルツであるとき、
前記画像処理手段は、|0.033×H|フレーム以上のフレーム画像に対して前記画素加算処理を行うことを特徴とする請求項9に記載の画像観察装置。 - 前記撮像系の特定方向での画角をφ°、前記撮像素子の該特定方向での解像度をωピクセルとするとき、ω/(60×φ)>2の場合は、前記第1の動き速度は、ω/(3×φ)ピクセル/sであることを特徴とする請求項3,6,8又は9に記載の画像処理装置。
- 前記撮像系の特定方向での画角をφ°、前記撮像素子の該特定方向での解像度をωピクセルとするとき、ω/(60×φ)≦2の場合は、前記第1の動き速度は、40ピクセル/sであることを特徴とする請求項3,6,8又は9に記載の画像観察装置。
- 請求項1から12のいずれか1つに記載の画像観察装置と、
該画像観察装置に対して、前記撮像素子からの出力信号に基づいて生成された画像に合成される画像を供給する画像供給装置とを有することを特徴とする画像観察システム。 - 撮像素子を含み、被写体を撮像する撮像系と、前記撮像素子からの出力信号に基づいて生成された画像を表示する表示素子と、該表示素子に表示された画像を観察するための接眼光学系とを有する画像観察装置の制御方法であって、
前記生成された画像から被写体の動きを検出する検出ステップと、
該検出ステップで検出された被写体の動き速度に応じて、前記撮像素子の電子シャッタ速度を制御するステップとを有することを特徴とする画像観察装置の制御方法。 - 撮像素子を含み、被写体を撮像する撮像系と、前記撮像素子からの出力信号に基づいて生成された画像を表示する表示素子と、該表示素子に表示された画像を観察するための接眼光学系とを有する画像観察装置の制御方法であって、
前記生成された画像から被写体の動きを検出する検出ステップと、
前記生成された画像における前記検出ステップにより被写体の動きが検出された画素を含む画素エリアで画素加算及びスムージング処理を行う処理ステップとを有し、
前記処理ステップにおいて、前記検出ステップで検出された被写体の動き速度に応じて、前記画素エリアの大きさを変更することを特徴とする画像観察装置の制御方法。 - 撮像素子を含み、被写体を撮像する撮像系と、前記撮像素子からの出力信号に基づいて生成された画像を表示する表示素子と、該表示素子に表示された画像を観察するための接眼光学系とを有する画像観察装置の制御方法であって、
前記生成された画像から被写体の動きを検出する検出ステップと、
前記生成された画像における前記検出ステップにより被写体の動きが検出された画素を含む画素エリアで画素加算及びスムージング処理を行う処理ステップとを有し、
前記処理ステップにおいて、前記検出ステップで検出された被写体の動き速度が第1の動き速度より速い場合に、前記画素エリアでの前記画素加算及びスムージング処理を行うことを特徴とする画像観察装置の制御方法。 - 撮像素子を含み、被写体を撮像する撮像系と、前記撮像素子からの出力信号に基づいて生成された画像を表示する表示素子と、該表示素子に表示された画像を観察するための接眼光学系とを有する画像観察装置の制御方法であって、
前記生成された画像から被写体の動きを検出する検出ステップと、
前記生成された画像であって複数のフレーム画像に対して画素加算処理を行う処理ステップとを有し、
前記処理ステップにおいて、前記検出ステップで検出された被写体の動き速度が第1の動き速度より速い場合に、前記複数のフレーム画像に対して前記画素加算処理を行うことを特徴とする画像観察装置の制御方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006236437A JP2008060981A (ja) | 2006-08-31 | 2006-08-31 | 画像観察装置 |
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JP2006236437A JP2008060981A (ja) | 2006-08-31 | 2006-08-31 | 画像観察装置 |
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JP2006236437A Pending JP2008060981A (ja) | 2006-08-31 | 2006-08-31 | 画像観察装置 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2006
- 2006-08-31 JP JP2006236437A patent/JP2008060981A/ja active Pending
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