JP2011182317A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】撮像装置は、二次元状に配置された複数のマイクロレンズと、撮影光学系を通過した被写体からの光束を受光して画像信号を出力する複数の光電変換素子を含む複数の素子群がマイクロレンズにそれぞれ対応して二次元状に配置された撮像素子と、複数の素子群のそれぞれに含まれる複数の光電変換素子から出力された画像信号から、撮影光学系の瞳面上の複数の異なる部分領域のそれぞれに対応する複数の領域画像信号を抽出し、領域画像信号に基づいて部分領域のそれぞれに対応する複数の画像データを、視点位置がそれぞれ異なる複数の視点画像データとして生成する生成手段と、視点数を選択する視点数選択操作を受け付ける受付手段とを備え、生成手段は選択された視点数と同数の領域画像信号を抽出して視点画像データを生成する。
【選択図】図1
Description
本実施の形態のデジタルカメラは、1つの被写界について複数の視点(視差)数の画像が生成可能に構成されている。このデジタルカメラは、ユーザが所望する視点数、視差、視点変化の方向、被写界深度等を選択すると、ユーザの選択に応じた多視点の画像を作成することができる。以下、詳細に説明する。
撮像ユニット100に含まれる各撮像画素131から出力される画像信号を用いて、被写体からの光束の位置と方向とがそれぞれ独立に検出される。被写体からの光束の位置はマイクロレンズ120の数に応じて検出できる。そのため、画像信号に基づいて生成される画像データの画素数、すなわち解像度はマイクロレンズ120の数によって制限されることになる。図2(a)に示すように、マイクロレンズアレイ12が6×6個のマイクロレンズ120を有している場合には、画像データの解像度は36(=6×6)となる。
上記のようにして生成された複数の視点画像のそれぞれについて視差が生じる場合と生じない場合について説明する。まず、図5を用いて、複数の視点画像のそれぞれについて視差が生じない場合について説明する。図5(a)は撮像側で5つの視点画像を生成する場合の光束r1〜r5を説明する図である。図5(b)は、図5(a)に示す光束r1〜r5のうち、撮影レンズL1と焦点面(結像面)付近での光束r1〜r5を拡大して示す図である。さらに、図5(c)は、図5(b)に示す光束r1〜r5のうち、マイクロレンズアレイ12および撮像素子13付近での光束を拡大して示す図である。
図6を参照しながら、複数の視点画像のそれぞれについて視差が生じない場合について説明する。図6(a)は、焦点面に結像した被写体「A」の像を撮影して生成された5つの視点画像データIm_a〜Im_eに対応する視点画像Ai〜Eiを示す。すなわち、視点画像Ai〜Eiは、撮像画素131ai〜131eiから出力された画像信号にそれぞれ対応している。図6(b)は撮像素子13に入射する光束の様子を示す。図6(b)では、紙面の上下方向をz軸方向とし、z=0をマイクロレンズ120の面、すなわち焦点面に設定している。焦点面(z=0)に結像した被写体「A」の像の位置をX1〜X9として表す。
図7を参照しながら、複数の視点画像のそれぞれについて視差が生じない場合について説明する。図7(a)は、焦点面とは異なる面に結像した被写体「A」の像を撮影して生成された5つの視点画像Ai〜Eiを示す。図6(a)の場合と同様に、視点画像Ai〜Eiは、撮像画素131ai〜131eiから出力された画像信号にそれぞれ対応している。図7(b)は撮像素子13に入射する光束の様子を示す。図7(b)においても、紙面の上下方向をz軸方向とし、z=0をマイクロレンズ120の面、すなわち焦点面に設定している。焦点面とは異なる面(z=h1)に結像した被写体「A」の像の位置をX1〜X9として表す。
以下、第1の実施の形態におけるデジタルカメラ1による多視点(多視差)画像の生成処理、すなわち多視点画像生成モードが設定された場合のデジタルカメラ1の動作について説明する。なお、多視点画像生成モードは、ユーザによるモード選択ボタンの操作に応じて多視点画像生成モードが選択され、操作部108から操作信号が入力されると、制御回路101により設定される。
マイクロレンズ120のx軸方向の配列数M=6
マイクロレンズ120のy軸方向の配列数N=6
撮像素子13のx軸方向の画素数Cx=30
撮像素子13のy軸方向の画素数Cy=30
ブロックの初期位置U0=0、V0=0
ブロックの移動する回数Kx=5、Ky=1
ブロックの移動量Sx=1、Sy=0
ブロック内の画素数u=1、v=1
なお、この場合の視点画像の解像度は36(=6×6=M×N)である。
マイクロレンズ120のx軸方向の配列数M=6
マイクロレンズ120のy軸方向の配列数N=6
撮像素子13のx軸方向の画素数Cx=30
撮像素子13のy軸方向の画素数Cy=30
ブロックの初期位置U0=0、V0=0
ブロックの移動する回数Kx=4、Ky=1
ブロックの移動量Sx=1、Sy=0
ブロック内の画素数u=2、v=3
なお、この場合の視点画像の解像度は36(=6×6=M×N)である。
図9(a)にxy平面におけるマイクロレンズアレイ12の座標系(m,n)を示す。この座標系では、図の左下端のマイクロレンズ120の位置を(m,n)=(0,0)として示す。なお、図9(a)においては、0≦m<6,0≦n<6である。さらに、図9(b)にxy平面における撮像素子13の座標系(i,j)を示す。図9(b)の撮像素子13の座標系において、(i,j)に配置された撮像画素131からの画素値、すなわち画像信号をI(i,j)で表す。
X0=mp+p/2
Y0=nq+q/2 ・・・(1)
X=X0+U0+s・Nx・Sx
Y=Y0+V0+t・Ny・Sy ・・・(2)
X=mp+s・Nx
Y=(n+1/2)q−tv/2 ・・・(2)’
i=X/s
j=Y/t ・・・(3)
i=X/s=mp+Nx=5m+Nx
j=Y/t=(n+1/2)q/t−v/2=5n+2 ・・・(3)’
i=X/s=mp+Nx=5m+Nx
j=Y/t=(n+1/2)q/t−v/2=5n+1 ・・・(3)”
Ib(i,j)=ΣI(i+k−1,j+l−1)
=I(i,j)+I(i,j+1)+・・・+I(i,j+v−1)
+I(i+1,j)+I(i+1,j+1)+・・・+I(i+1,j+v−1)
+I(i+2,j)+I(i+2,j+1)+・・・+I(i+2,j+v−1)
+ ・・・・
+I(i+u−1,j)+I(i+u−1,j+1)+・・・+I(i+u−1,j+v−1) ・・・(4)
Ib(i,j)=I(i,j)=I(5m+Nx,5n+2) ・・・(4)’
Ib(i,j)=I(i,j)+I(i,j+1)+I(i,j+2)+I(i+1,j)+I(i+1,j+1)+I(i+1,j+2) ・・・(4)”
ステップS101では、視点画像を生成する個数(Nx,Ny)の値を初期値である0に設定してステップS102へ進む。ステップS102では、マイクロレンズ120の初期位置としてm,nの値を0に設定してステップS103へ進む。
上述のようにして生成された複数の視点画像データImのそれぞれに対応する視点画像を表示器109に立体画像として表示させるための処理について説明する。
図11に示すように表示器109は、その表面に、円筒形を軸方向に切断したような形状を有する凸レンズ151を複数有するレンチキュラーレンズ150を備える。すなわち表示器109は、公知のレンチキュラー方式により複数の視点画像を立体画像として表示する。図11(a)に示すように、本実施の形態においては、レンチキュラーレンズ150の個々の凸レンズ151の長辺方向をy軸方向に揃えて配置されている。なお、以下の説明においても、代表してx軸方向の処理を中心に行う。
(1)マイクロレンズ120は、撮影レンズL1の焦点面近傍に二次元状に複数個配置される。撮像素子13は複数のマイクロレンズ120のそれぞれに対して、複数の光電変換素子(撮像画素)131を有する二次元状に配置された複数の画素配列130を備える。この撮像画素131は撮影レンズL1を通過した被写体からの光束をマイクロレンズ120を介して受光して画像信号を出力する。画像処理部105は、複数の画素配列130のそれぞれに含まれる複数の撮像画素131から出力された画像信号から、撮影レンズL1の複数の異なる部分領域Pのそれぞれに対応する複数のブロック信号Ibを抽出し、抽出したブロック信号Ibに基づいて部分領域Pのそれぞれに対応する複数の画像データImを、視点位置がそれぞれ異なる視点画像データImとして生成する。すなわち、画像処理部105は、複数の画素配列130のそれぞれから抽出した複数のブロック信号Ibのうち、異なる画素配列130から抽出されたブロック信号Ibであって、同一の部分領域Pに対応するブロック信号Ibを合成して1つの視点画像データImを生成する。操作部108はユーザによる視点数を選択する操作を受け付ける。そして、画像処理部105は、ユーザによる操作によって選択された視点数のブロック信号Ibを抽出して、視点画像データImを生成するようにした。
図面を参照して、本発明による第2の実施の形態におけるデジタルカメラを説明する。以下の説明では、第1の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第1の実施の形態と同じである。本実施の形態では、1つのマイクロレンズ120の大きさが撮像画素131の大きさの整数倍ではない点で、第1の実施の形態と異なる。この場合、演算部106による演算処理と、画像処理部105によるブロック信号Ibの算出処理とが第1の実施の形態の場合とは異なることになる。
X0=mp+p/2
Y0=nq+q/2 ・・・(5)
X=X0+U0−u/2+s・Nx・Sx
Y=Y0+V0−v/2+t・Ny・Sy ・・・(6)
i+a=X/s
j+b=Y/t ・・・(7)
Ib(i,j)=
(1−a)・(1−b)・I(i,j)+(1−a)・b・I(i+u,j)+a・b・I(i+u,j+v)
+(1−a)・{I(i,j+1)+・・・+I(i,j+v−1)}
+a・{I(i+u,j+1)+・・・I(i+u,j+v−1)}
+(1−b)・{I(i+1,j)+・・・+I(i+u−1,j)}
+b・{I(i+1,j)+・・・+I(i+u−1,j)}
+I(i+1,j+1)+・・・+I(i+u−1,j+1)
+I(i+1,j+v−1)+・・・+I(i+u−1,j+v−1) ・・・(8)
Ib(i,j)=
(1−a)・(1−b)・I(i,j)+(1−a)・b・I(i,j+1)
+a・(1−b)・I(i+1,j)+a・b・I(i+1,j+1) ・・・(8)’
ステップS201では、視点画像を生成する個数(Nx,Ny)の値を初期値である0に設定してステップS202へ進む。ステップS202では、マイクロレンズ120の初期位置としてm,nの値を0に設定してステップS203へ進む。
画像処理部105は、演算部106により算出されたブロックBloが1つの撮像画素131のうちの一部と重複する場合には、重複する撮像画素131から出力された画像信号に対して重複する度合に応じて決まる重み付けを行ってブロック信号Ibを抽出するようにした。したがって、撮像画素131とマイクロレンズ120との据付精度が低い場合であってもユーザが所望する立体画像を生成することができる。さらには、ブロックBloの大きさや移動量等が撮像画素131によって規制されることがなくなるので、ユーザが所望する視点条件を実現することができる。
図面を参照して、本発明による第3の実施の形態におけるデジタルカメラを説明する。以下の説明では、第1および第2の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第1または第2の実施の形態と同じである。本実施の形態では、ユーザがデジタルカメラを縦位置に構えて画像撮影を行った場合であっても多視点(多視差)画像を生成可能に構成されている点で、第1および第2の実施の形態と異なる。
姿勢センサ300はデジタルカメラ1の姿勢を検出するようにした。演算部106は、姿勢センサ300により検出された姿勢が縦位置撮影である場合には、視点の位置が撮像素子13上でy軸方向となるように、すなわち横位置撮影とは異なるようにブロックBloの移動方向を設定する。そして、画像処理部105は、設定された方向、すなわちy軸方向に沿ってブロック信号Ibを抽出して視点画像データImを生成するようにした。したがって、1台のカメラで縦位置撮影および横位置撮影のいずれの場合であっても立体画像を生成できるので、利便性が向上する。
(1)多視点画像データを用いて画像処理部105により生成された表示用画像データIdに対応する画像を表示器109に立体表示させるものに代えて、デジタルカメラ1とは異なる外部の表示装置(たとえばパーソナルコンピュータ、テレビ等)が備えるモニタに表示させてもよい。この場合、外部の表示装置は、デジタルカメラ1で生成され、メモリカード107aに記録された多視点画像ファイルを読み込む。そして、表示装置は、読み込んだ多視点画像ファイル内の視点画像データImを用いて、画像処理部105と同様の処理を行って表示用画像データIdを生成し、モニタに出力する。
120・・・マイクロレンズ、 130・・・画素配列、
131・・・光電変換素子、撮像画素、 101・・・制御回路、
105・・・画像処理部、 106・・・演算部、
108・・・操作部、 109・・・表示器、
110・・・LCD駆動回路、 300・・・姿勢センサ
Claims (9)
- 撮影光学系の焦点面近傍に二次元状に配置された複数のマイクロレンズと、
前記撮影光学系を通過した被写体からの光束を前記マイクロレンズを介して受光して画像信号を出力する複数の光電変換素子を含む複数の素子群が、前記マイクロレンズにそれぞれ対応して二次元状に配置された撮像素子と、
前記複数の素子群のそれぞれに含まれる前記複数の光電変換素子から出力された前記画像信号から、前記撮影光学系の瞳面上の複数の異なる部分領域のそれぞれに対応する複数の領域画像信号を抽出し、前記領域画像信号に基づいて前記部分領域のそれぞれに対応する複数の画像データを、視点位置がそれぞれ異なる複数の視点画像データとして生成する生成手段と、
視点数を選択する視点数選択操作を受け付ける受付手段とを備え、
前記生成手段は、前記視点数選択操作によって選択された前記視点数と同数の前記領域画像信号を抽出して、前記視点画像データを生成することを特徴とする撮像装置。 - 請求項1に記載の撮像装置において、
前記生成手段は、前記複数の素子群のそれぞれから抽出した複数の前記領域画像信号のうち、異なる前記素子群から抽出された前記領域画像信号であって、同一の前記部分領域に対応する前記領域画像信号を合成して1つの前記視点画像データを生成することを特徴とする撮像装置。 - 請求項1または2に記載の撮像装置において、
前記領域画像信号を抽出するための抽出領域を設定する設定手段を備え、
前記設定手段は、前記選択された前記視点数と同数の前記抽出領域を、前記素子群の異なる位置に設定し、
前記生成手段は、前記設定手段により設定された前記抽出領域ごとに前記領域画像信号を抽出することを特徴とする撮像装置。 - 請求項3に記載の撮像装置において、
前記受付手段は、前記複数の視点画像データ間における視点の変化量を示す視差を選択する視差選択操作を受け付け、
前記設定手段は、前記視差選択操作によって選択された前記視差に応じた位置間隔で前記抽出領域を設定し、
前記生成手段は、前記位置間隔ごとに前記抽出領域から前記領域画像信号を抽出して、前記視点画像データを生成することを特徴とする撮像装置。 - 請求項3または4に記載の撮像装置において、
前記受付手段は、画像の被写界深度を選択する深度選択操作を受け付け、
前記設定手段は、前記深度選択操作によって選択された前記被写界深度に応じて前記抽出領域の大きさを設定し、
前記生成手段は、前記設定された前記抽出領域の大きさに応じて、複数の前記画像信号を合成して1つの領域画像信号として抽出し、前記視点画像データを生成することを特徴とする撮像装置。 - 請求項3乃至5のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記受付手段は、前記視点の位置を二次元方向に異ならせる視点位置選択操作をさらに受け付け、
前記設定手段は、前記視点位置選択操作に応じて前記視点数と同数の前記抽出領域を抽出する方向を設定し、
前記生成手段は、前記設定手段により設定された方向に沿って前記領域画像信号を抽出して前記視点画像データを生成することを特徴とする撮像装置。 - 請求項3乃至6のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記生成手段は、前記設定手段により設定された前記抽出領域が1つの前記光電変換素子のうちの一部と重複する場合には、前記重複する光電変換素子から出力された画像信号に対して重複する割合に応じて決まる重み付けを行って前記領域画像信号として抽出することを特徴とする撮像装置。 - 請求項3乃至7のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記撮像装置の姿勢を検出する姿勢検出手段を備え、
前記設定手段は、前記姿勢検出手段により検出された姿勢に応じて前記視点の位置が異なるように前記視点数と同数の前記抽出領域を抽出する方向を設定し、
前記生成手段は、前記設定手段により設定された方向に沿って前記領域画像信号を抽出して前記視点画像データを生成することを特徴とする撮像装置。 - 請求項1乃至8のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記生成手段により生成された複数の前記視点画像データに基づいて表示用画像データを生成し、前記表示用画像データに対応する画像を立体画像として表示器に表示させる表示制御手段をさらに備えることを特徴とする撮像装置。
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