JP2010130628A - 撮像装置、映像合成装置および映像合成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】被写体の撮影範囲を分割した一部領域を撮影する部分カメラであって、各々の撮影範囲が、互いに一部重複する複数の部分カメラと、部分カメラと撮影映像のサンプリングが同一であり、撮影範囲に前記部分カメラの撮影映像の一部を含む基準カメラと、各カメラの撮影映像の歪みを、当該カメラのカメラパラメータを用いて補正し、補正済み映像を生成する歪み補正部と、部分カメラ各々の補正済み映像について、基準カメラの補正済み映像と一致する領域を検出し、該一致する領域に基づき、基準カメラの補正済み映像に対する部分カメラ各々の補正済み映像の相対位置を算出する相対位置検出部と、相対位置に基づき、部分カメラの補正済み映像を互いに接合する映像接合部とを備える。
【選択図】図1
Description
デジタルカメラに代表される撮像装置は、撮像素子とレンズ光学系から構成されている。撮像素子としては、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサーやCCD(Charge Coupled Device)センサー等の電子デバイスが使用される。これら撮像素子は、レンズ光学系により撮像面に結像した光量分布を光電変換し撮影画像として記録するものである。レンズ光学系としては、収差を除去するために、数枚の非球面レンズから構成されているものが多い。更にズーム機能を持つ場合は、複数のレンズと撮像素子の間隔を変える駆動機構(アクチュエータ)を備えている。
また、高精細な画像を生成する方法の一つとして、パノラマ撮影装置などの映像合成装置を用いて、複数のカメラ映像を繋ぎ合わせて一つの連続した映像を生成することが知られている。
映像間のずれを補正する方法の一つとして、複数のカメラ映像全体を含む映像を撮影するため、広視野カメラを設置して、広視野カメラの映像と複数のカメラ(以下、部分カメラという)の映像の間でマッチングをとる手法が提案されている(例えば、特許文献2 参照) 。
以下、図面を参照して、本発明の第1の実施形態について説明する。
〔撮像装置の説明〕
本実施形態の撮像装置は、部分カメラ及び接合部撮影基準カメラで撮影した撮影映像の歪みの補正処理と、各接合部撮影基準カメラの撮影映像から、各部分カメラの撮影映像の適切な位置での張り合わせによる合成処理を行うことで、単一カメラでの撮影映像より高精細な画像を生成する多眼カメラである。
図1は、本実施形態における撮像装置10の構成を示す概略ブロック図である。本実施形態の撮像装置10は、複数の部分カメラ101a〜101m、接合部撮影基準カメラ102、映像合成部20(映像合成装置とも称する)を備える。映像合成部20は、カメラキャリブレーション部103、カメラパラメータ保持部104、撮影映像歪補正部105、映像接合位置検出部106、映像接合位置保持部107、映像接合部108を備える。
図2は、本実施形態によるカメラキャリブレーション部103によるカメラキャリブレーション処理を説明するフローチャートである。この処理は、例えば工場生産時に行う処理であり、撮像装置10の電源投入時に複数の操作ボタンを同時に押すなどの特定の操作を行うことでこのカメラキャリブレーションを実行する。
図4、図5は、カメラキャリブレーションで求めたカメラの位置・姿勢を表すカメラパラメータから、各撮影映像で同じ領域が写っている領域を、サブ画素の精度で対応づける方法について説明する図である。図4は、基本となる撮像素子D1(これを基本カメラと称する)とそれと隣り合う隣接の撮像素子D2(これを隣接カメラと称する)にて対象物体面上の点Mをレンズを介して各撮像素子上の点m1またはm2へ投影(撮影)する場合を示している。また、図5は図4を、図3に示すピンホールカメラモデルを用いて図示したものである。ワールド座標系上の点Mと画像座標系上の点m1、m2の関係は、カメラの移動性等から、中心射影行列Pを用いて表すと(1)式より、(16)式で表せる。
次に、カメラキャリブレーション部103が、内部パラメータを用いて、各カメラによる撮影映像のレンズ歪み補正のパラメータを算出する方法を説明する。ここまではレンズを1つの点と見なすピンホールモデルで説明したが、実際にはレンズには有限の大きさがあるため、ピンホールモデルでは説明できない場合がある。このような場合の歪みの補正について、以下に説明する。凸レンズを使用する場合、入射光が屈折することによる歪みが発生する。このような放射方向の歪みに対する補正係数をk1、k2、k5と置く。また、レンズと撮像素子が平行に配置されない場合は、接線方向(レンズ中心に接する平面の向き)の歪みが生じる。この接線方向の歪みに対する補正係数をk3、k4と置く。これらの歪みを歪曲収差と呼ぶ。ここで、歪み補正式は下記の(19)式、(20)式、(21)式となる。
図6は、本実施形態における映像接合位置検出部106による映像接合位置の検出処理を説明するフローチャートである。映像接合位置検出部106は、接合部撮影基準カメラ102の補正済み映像(後述する図7のステップS1002で補正した映像)に含まれる部分カメラ101a〜101mの補正済み映像(後述する図7のステップS1002で補正した映像)と一致する領域の検出を行う(ステップS2101)。一致する領域の検出は、接合部撮影基準カメラ102の補正済み映像全体から、例えば画像の上部から横方向に順番にスキャンし、部分カメラ101a〜101mの補正済み映像についても映像全体から、同様にスキャンを行って、双方が一致する領域を検出する。なお、ここでは、部分カメラ101a〜101mおよび接合部撮影基準カメラ102の補正済み映像の全体をスキャンするとして説明したが、各カメラの配置が固定されている場合は、一致する可能性がある領域は、各カメラの補正済み映像中の限定された領域となるので、その限定された領域のみをスキャンするように、予め設定しておいてもよい。
図7は、撮影映像歪補正部105による歪補正処理と映像接合部108による映像接合処理を説明するフローチャートである。撮影映像歪補正部105は、事前に求めてカメラパラメータ保持部104に記憶しておいた各部分カメラ101a〜101mおよび接合部撮影基準カメラ102のカメラパラメータを、カメラパラメータ保持部104から読み込む(ステップS1001)。
以下、図面を参照して、本発明の第2の実施形態について説明する。図14は、本実施形態における撮像装置11の構成を示す概略ブロック図である。同図において、図1の各部に対応する部分には同一の符号(101a〜101m、103〜105)を付け、その説明を省略する。本実施形態の撮像装置11は、複数の部分カメラ101a〜101m、複数の接合部撮影基準カメラ102a〜102n、映像合成部21を備える。映像合成部21(映像合成装置とも称する)は、カメラキャリブレーション部103、カメラパラメータ保持部104、撮影映像歪補正部105、映像接合位置検出部206、映像接合位置保持部107、映像接合部108を備える。接合部撮影基準カメラ102a〜102nは、図1における接合部撮影基準カメラ102と同じ構成のカメラである。すなわち、部分カメラ101a〜101mと、接合部撮影基準カメラ102a〜102nとは、撮影映像のサンプリングが同じである。
次に、映像接合位置検出部206は、ステップS1704にて接合された部分カメラ101a〜101fの補正済み映像と、部分カメラ101a〜101fを含まない部分カメラ、すなわち部分カメラ101g〜101iの補正済み映像とについて、接合部撮影基準カメラ102bの補正済み映像と一致する領域を検出し、該一致する領域に基づき、接合された部分カメラ101a〜101fの補正済み映像と、部分カメラ101g〜101iの補正済み映像との接合部撮影基準カメラ102bの補正済み映像に対する相対位置を算出し、接合位置情報として映像接合位置保持部107に記憶させる(S1705)。
さらに、複数の接合部撮影基準カメラを備えるので、接合部撮影基準カメラとして部分カメラと同様の構成のカメラを用いたとしても、第1の実施形態に比べて、部分カメラの数を多くし、より高精細な映像を撮影することができる。
また、本実施形態では接合部撮影基準カメラ102a、102bはすべて部分カメラ101a〜101iと同じカメラを用いたが、撮影した映像の各画素のサンプリング(撮影映像の分解能)が一致していればよく、各接合部撮影基準カメラの撮像素子(イメージャ)の画素数や、画素ピッチは異なっていてもよい。
20、21…映像合成部
101a、101b、101c、101d、101e、101f、101g、101h、101i、101m…部分カメラ
102、102a、102b、102n…接合部撮影基準カメラ
103…カメラキャリブレーション部
104…カメラパラメータ保持部
105…撮影映像歪補正部
106、206…映像接合位置検出部
107…映像接合位置保持部
108…映像接合部
Claims (6)
- 被写体の撮影範囲を分割した一部領域を撮影する部分カメラであって、各々の撮影範囲が、互いに一部重複する複数の部分カメラと、
前記部分カメラと撮影映像のサンプリングが同一であり、撮影範囲に前記部分カメラの撮影映像の一部を含む基準カメラと、
カメラキャリブレーションによる各前記カメラのカメラパラメータを記憶するカメラパラメータ保持部と、
各前記カメラの撮影映像の歪みを、当該カメラの前記カメラパラメータを用いて補正し、補正済み映像を生成する歪み補正部と、
前記部分カメラ各々の補正済み映像について、前記基準カメラの補正済み映像と一致する領域を検出し、該一致する領域に基づき、前記基準カメラの補正済み映像に対する前記部分カメラ各々の補正済み映像の相対位置を算出する相対位置検出部と、
前記相対位置に基づき、前記部分カメラの補正済み映像を互いに接合する映像接合部と
を備えることを特徴とする撮像装置。 - 前記基準カメラを1つのみ備え、
前記基準カメラの撮影範囲は、全ての前記部分カメラの撮影映像の一部領域を含むことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記基準カメラの撮影範囲は、全ての前記部分カメラの撮影範囲の中心に位置することを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
- 前記基準カメラを少なくとも2つ備え、
前記相対位置検出部は、
前記部分カメラのうち、予め決められた1つまたはそれ以上の第1の前記部分カメラの補正済み映像について、第1の前記基準カメラの補正済み映像と一致する領域を検出し、該一致する領域に基づき、前記第1の基準カメラの補正済み映像に対する前記第1の部分カメラ各々の補正済み映像の相対位置を算出する第1相対位置算出部と、
前記第1相対位置算出部が算出した相対位置に基づき接合された前記第1の部分カメラの補正済み映像と、前記第1の部分カメラを含まない部分カメラの補正済み映像とについて、第2の前記基準カメラの補正済み映像と一致する領域を検出し、該一致する領域に基づき、前記接合された第1の部分カメラの補正済み映像と、前記第1の部分カメラを含まない部分カメラの補正済み映像との前記第2の基準カメラの補正済み映像に対する相対位置を算出する第2相対位置算出部と
を備えることを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 被写体の撮影範囲を一部に分割して撮影する部分カメラであって、各々の撮影範囲が、互いに重複する部分である接合範囲を含む複数の部分カメラと、
前記部分カメラと撮影映像のサンプリングが同一であり、撮影範囲に前記部分カメラの撮影映像の各接合範囲を含む1つまたはそれ以上の基準カメラと、
接続される映像合成装置であって、
カメラキャリブレーションによる各前記カメラのカメラパラメータを記憶するカメラパラメータ保持部と、
各前記カメラの撮影映像の歪みを、当該カメラの前記カメラパラメータによって補正し、補正済み映像を生成する歪み補正部と、
前記部分カメラ各々の補正済み映像について、前記基準カメラの補正済み映像と一致する領域を検出し、該一致する領域に基づき、前記基準カメラの補正済み映像に対する前記部分カメラ各々の補正済み映像の相対位置を算出する相対位置検出部と、
前記相対位置に基づき、前記部分カメラの補正済み映像を互いに接合する映像接合部と
を備えることを特徴とする映像合成装置。 - 被写体の撮影範囲を一部に分割して撮影する部分カメラであって、各々の撮影範囲が、互いに重複する部分である接合範囲を含む複数の部分カメラと、
前記部分カメラと撮影映像のサンプリングが同一であり、撮影範囲に前記部分カメラの撮影映像の各接合範囲を含む1つまたはそれ以上の基準カメラと、
接続され、
カメラキャリブレーションによる各前記カメラのカメラパラメータを記憶するカメラパラメータ保持部
を備える映像合成装置における映像合成方法であって、
前記映像合成装置が、各前記カメラの撮影映像の歪みを、当該カメラの前記カメラパラメータによって補正し、補正済み映像を生成する第1の過程と、
前記映像合成装置が、前記部分カメラ各々の補正済み映像について、前記基準カメラの補正済み映像と一致する領域を検出し、該一致する領域に基づき、前記基準カメラの補正済み映像に対する前記部分カメラ各々の補正済み映像の相対位置を算出する第2の過程と、
前記映像合成装置が、前記相対位置に基づき、前記部分カメラの補正済み映像を互いに接合する第3の過程と
を有することを特徴とする映像合成方法。
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