JP2010249965A - 光学素子を用いた異焦点画像の撮影方法、及びその装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のフォーカスが異なる画像の撮影方法は、フォーカスを変化させるように透明な光学素子をカメラの光学系と撮像面の間に配置するようにした。そして、本発明のフォーカスが異なる画像の撮影方法の第1の形態はその透明な光学素子として透明な平行平板を採用し、該平行平板を撮像面の前方位置に部分的に配置し、当該部分のフォーカスをシフトさせるようにした。
【選択図】図7
Description
被写体が遠い場合は被写界深度は深く、近い場合は浅い。つまり、遠くにある位置の異なる複数の被写体全てにはフォーカスを合わせやすいが、近くにある位置の異なる複数の被写体全てに、フォーカスを合わせることが難しい。また、近くから遠くまで、フォーカスの合った画像を撮影することも難しい。
しかし、この発明で得ることのできる多重フォーカス画像から画像解析技術により生成できる「全合焦画像」は、ソフトウェアによる実現は考えられるものの、複雑な光学系とn個の撮像部による撮像のタイミングを同期させる同期手段更にソフトウェアに基づく演算処理手段とを必要とし、単純な機構で得られる画像ではない。また、プリズム分光により光量が減衰するという問題もある。
本発明の課題は、従来のレンズ・カメラをそのまま用いて、非常に簡単な方法で、1つの画像の中に、フォーカスの異なる部分を作り出す技術を提示し、そのような装置を提供することにある。
また、本発明のフォーカスが異なる画像の撮影方法の第2の形態は透明な光学素子として楔形の透明平面板を撮像面の前方位置に配置して、画像のフォーカスを撮像面内で連続的に変化させるようにした。
更に、透明な平行平面板は回転スライド機構と直動スライド機構とを備え、撮像面に対して位置調整が可能であるようにした。
フォーカスが異なる画像を結像させる異なる形態の本発明のカメラは、レンズ系と撮像面の間であって該撮像面の前方位置に断面が楔状の平面板を配置して、画像のフォーカスを撮像面内で連続的に変化させることによりフォーカスが異なる画像を結像させる構成を採用した。
透明な光学素子として透明な平行平板を採用し、該平行平板を撮像面の前方位置に部分的に配置し、当該部分のフォーカスをシフトさせるようにしたことにより、遠近異なる距離にある被写体を1つの画像に合焦画像として得ることができる。更に、この第1の形態においてフォーカスが異なる画像領域分だけカメラをシフトして撮影すれば、隣接する3枚以上の画像の中央領域では遠近それぞれに焦点のあった2種類が得られるので、同一領域内にある遠近距離の被写体から合焦画像を抽出合成してフォーカスが異なる1枚の画像が得られる。
本発明のフォーカスが異なる画像を結像させるカメラにおいて、透明な平行平面板が回転スライド機構と直動スライド機構と取付けられた構成を採用すれば、被写体の距離分布に応じて撮像面に対して位置調整が可能となる。
なお、平行平面板と撮像面が平行するように配置された図1の場合、点Oと点O’の変化距離は、平行平面板の屈折率nと、厚みTのみにより決定し、T×(1−1/n)となる。(非特許文献1)
図3は、被写体像が平行平面板1を撮像面の前方位置に配置した場合のフォーカスシフトが生じる領域の位置関係を示したものである。この例は、屈折率が1より大きく、撮像面の半分の大きさの平行平面板1を撮像面dの右側に配置した場合である。撮像面dには、シーン中の像が倒立して投影されるので、平行平面板1によるフォーカスシフトの影響は、シーン中の左側(灰色の部分)に表れることになる。この場合は、シーン中の左側の焦点がより遠くになるので、撮像面には遠くの被写体に対してフォーカスが合うこととなる。
なお、平行平面板1の端の部分では、光路が複雑に入れ込むことになり、像がぶれるといった現象が発生する。このような部分を移行部tと呼ぶことにする。その位置は遠方画像領域と近傍画像領域の間に生じ(図5参照)、移行部tの大きさは、平行平面板1の厚さと、平行平面板1と撮像素子4の位置関係に依存する。
別の対策としては、平行平面板1の側面を黒く着色することで、この部分を通過する光を遮断し、光路の混乱を避けることが可能となる。ただし、移行部分は、光量が減るため暗くなることは避けられない。
位置を変えることで得られる効果に加えて、この器具を拡張して、異なる厚みの平行平面板が利用できるようにスライド部を増設することや、多層に重なるように、平行平面板を出せるようなスライド部に拡張することで、他段階に焦点をあわせることが可能となる。
シーン中の物体位置が予め分かっており、至近位置から遠方に分布しているケースでの利用を示す。例えば、対象となる被写体は不動で遠方から至近位置に分布しており、その被写体近傍に起こる現象をカメラを固定して撮影する定点監視などがある。このケースの利用では、シーン中の対象物(建造物や地面等)の位置は固定されたままである。この際に、対象物が遠方から至近位置まで広く分布している場合には、通常のカメラでは全ての対象物にピントを合わせることができない。この様なシーンを撮影する場合に、本発明の次の方法が利用できる。図7に示すように物体aが近くにあり、物体bが遠くにある状況である。図の様に平行平面板を設置することで、両方の物体にピントを合わすことができる。物体が移動する場合や、カメラが方向を変える場合には、物体やカメラの変位量を把握した上で、平行平面板を設置することで、図6に示したような位置を調整する機構を利用すれば対応が可能となる。
この形態の延長線上には直動ステージを回転ステージに置き換え、また、メモリ板を円状にすることによって、市街地監視用カメラや、室内監視用カメラなどへの適用も可能となる。
動画像をもちいることで、車の速度情報も得られる。勿論、車には速度メータが搭載されており、直接の利用メリットは低いが、動画像の記録データは速度メータの記録の検証データとして有効となる。交通事故が発生した場合、位置関係を定量的に知ることが出来るようになり、原因究明に貢献できる可能性がある。
回転カメラステージは図12で示すように、垂直面の回転ステージVSと水平面の回転ステージHSが組まれたものである。例えば、使用するカメラの撮像画面の左側が遠焦点画像で、右側が近焦点画像とする。このカメラ6を水平面の回転ステージHS上に据え置き、この水平面の回転ステージHSを回転させつつ水平方向パノラマ形態で撮影する。画像撮影として、最初はAa画像が得られ、2回目にはaB画像、3回目にはBb画像が撮影される。この3回撮影を行うと、A,a,Bの領域についての遠焦点画像と、a,B,bについての近焦点画像が得られる。結果的に、a,Bの部分については、遠焦点画像と近焦点画像が得られることになる。この得られた画像からピントのあった画像を抽出して合成すれば、a,Bそれぞれの領域にある近距離と遠距離にある被写体をぼけない遠近焦点画像として得ることができる。上下方向に焦点を変えたカメラ6を使用する場合には垂直面の回転ステージVSを回転させて回転させつつ撮影する使用法となる。
手前から奥までフォーカスを合わせる従来のアオリ撮影は、特殊なカメラ(蛇腹カメラ)、あるいは特殊なレンズ(ティルト機能付レンズ)を用いて、レンズの光軸と撮像面の位置関係を変える方法である。この方法により、被写界深度が変化して、画像上部は奥に、画像下部は近くにフォーカスがあうようにするものである。本発明の第2の形態はこれと同等の効果を、メカニカルな調整機構を用いることなく単純な構成で実現させる方法である。
3 レンズ系 4 撮像素子(CCD等)
5 直動ステージ 6 カメラ
7 目盛板 8,81,82 被写体
9 指標 10 対象物
21 透過型カメラ校正器の指標
L1 通常の光路 L2 平行平面版により屈折した光路
d 結像面 t 移行部
SL 直動スライド部 SR 回転スライド部
HS 水平面の回転ステージ VS 垂直面の回転ステージ
Claims (7)
- フォーカスを変化させるための透明な光学素子をカメラのレンズ系と撮像面の間に配置し、被写体を撮影するようにしたフォーカスが異なる画像の撮影方法。
- 透明な光学素子として平行平板を用いると共に、該平行平板を撮像面の前方位置に部分的に配置し、当該部分のフォーカスをシフトさせるようにした請求項1に記載のフォーカスが異なる画像の撮影方法。
- フォーカスが異なる画像領域分だけカメラをシフトし、隣接する三つの画像から合焦画像を抽出し、同一領域内にある遠近距離の被写体を合成する請求項2に記載のフォーカスが異なる画像の撮影方法。
- 透明な光学素子として断面が楔状の平面板を撮像面の前方位置に配置して、画像のフォーカスを連続的に変化させるようにした請求項1に記載のフォーカスが異なる画像の撮影方法。
- レンズ系と撮像面の間であって該撮像面の前方位置に部分的に透明な平行平面板を配置し、当該部分のフォーカスをシフトさせるようにしたことによりフォーカスが異なる画像を結像させるカメラ。
- 透明な平行平面板は回転スライド機構と直動スライド機構とを備え、撮像面に対して位置調整が可能であることを特徴とする請求項5に記載のフォーカスが異なる画像を結像させるカメラ。
- レンズ系と撮像面の間であって該撮像面の前方位置に断面が楔状の平面板を配置して、画像のフォーカスを撮像面内で連続的に変化させることによりフォーカスが異なる画像を結像させるカメラ。
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