JP2011185720A - Distance obtaining device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a distance obtaining device which can measure a distance with high accuracy based on a stereo image photographed with a stereo camera and reducing a processing time. <P>SOLUTION: The distance obtaining device includes: an image input means 8 for inputting a plurality of stereo image pairs photographed with the stereo camera; a plurality of first parallax detection means 11, 12, 13, and 14 for calculating a parallax from each image pair; a plurality of image interpolation means for interpolating pixels in a region of one image of each image pair containing the pixels used for detecting the parallax when the parallax detected by the first parallax detection means is in a predetermined range; a plurality of second parallax detection means for calculating the parallax, using the pixel interpolated region; a normalization means for normalizing based on a base line length of a stereo imaging system; a parallax similarity evaluation means 15 for making a parallax similarity evaluation, using a normalized parallax; and a distance detection means 16 wherein the parallax evaluation is made by making use of only two results of parallax detection 1 and parallax detection 3. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数のステレオ撮像系を用いて撮像される画像から被写体までの距離を検出する距離取得装置に関する。   The present invention relates to a distance acquisition device that detects a distance from an image captured using a plurality of stereo imaging systems to a subject.

携帯機機器や車載機器等において、被写体までの距離や被写体の三次元形状などの検出手段として、複数のステレオ撮像系を用いた距離取得装置(ステレオカメラ)が知られている。
ステレオカメラで撮影したステレオ画像から、カメラから被写体までの距離測定において、高い精度が求められるようになってきている。
特許文献1には、4つのレンズを持ったレンズアレイを使用した撮像装置が記載されている。
非特許文献1には、カメラをたくさん一列に並べてSSD(輝度差の2乗和)をとる方式が記載されている。
非特許文献2には、レンズアレイの不規則配置で測距精度を向上させる技術が記載されている。
特許文献2には、画像を補間してマッチングを行い、サブピクセル視差を計算する手法が記載されている。
特許文献3には、遠距離では距離分解能の高いマッチングアルゴ、短距離では距離分解能が低く処理速度が高いマッチングアルゴ、中間の距離ではその中間のマッチングアルゴを使用して処理速度と距離分解能の両立を図る手法が記載されている。
特許文献4には、画素単位での位置ずれを計算した後、画像を補間してマッチングを行い、サブピクセル視差を計算する手法が記載されている。
特許文献5には、マイクロレンズアレイを用いることで画像センサの薄型化と解像度を両立する手法が記載されている。
2. Description of the Related Art A distance acquisition device (stereo camera) using a plurality of stereo imaging systems is known as a detection unit for a distance to a subject, a three-dimensional shape of a subject, and the like in portable device and in-vehicle device.
High accuracy has been demanded in measuring a distance from a camera to a subject from a stereo image taken by a stereo camera.
Patent Document 1 describes an imaging apparatus using a lens array having four lenses.
Non-Patent Document 1 describes a method of taking SSDs (sum of squares of luminance differences) by arranging a large number of cameras in a line.
Non-Patent Document 2 describes a technique for improving ranging accuracy by irregularly arranging lens arrays.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228561 describes a method of performing sub-pixel parallax calculation by performing interpolation by interpolating images.
In Patent Document 3, a matching algo having a high distance resolution at a long distance, a matching algo having a low distance resolution and a high processing speed at a short distance, and an intermediate matching algorithm at an intermediate distance are used to achieve both processing speed and distance resolution. A technique for achieving this is described.
Patent Document 4 describes a method of calculating a subpixel parallax by calculating a positional deviation in units of pixels and then performing interpolation by interpolating images.
Patent Document 5 describes a technique that achieves both a reduction in thickness and resolution of an image sensor by using a microlens array.

視差計算でサブピクセルレベルの視差を算出することは衆知の技術である。しかしながら、画素単位で視差を計算した後、視差を算出するための評価関数の評価値が画素単位で算出されるため、その評価値の極値を等角直線あるいは二次関数を使用してサブピクセルレベルの視差を推定している。
その方法は本来のサブピクセルレベルの視差に対して誤差を含むことがわかっており、そのため、特許文献4あるいは6では画素単位での視差を算出した後、画素補間して画像を拡大して、その拡大した画像を用いてサブピクセルレベルの視差を算出して距離測定の精度を向上させようとしてきた。
また、距離が遠くなるほどサブピクセルレベルの視差の誤差が距離測定の精度に悪影響を及ぼすので、特許文献5では、距離の大中小に応じて距離測定精度を均一にしようとして、視差計算のアルゴリズムを変更している。
It is a well-known technique to calculate a sub-pixel level parallax by parallax calculation. However, since the evaluation value of the evaluation function for calculating the parallax is calculated in pixel units after calculating the parallax in pixel units, the extreme value of the evaluation value is subtracted using an equiangular line or a quadratic function. Estimates pixel level parallax.
It is known that the method includes an error with respect to the original sub-pixel level parallax. Therefore, in Patent Document 4 or 6, after calculating the parallax in pixel units, the image is enlarged by pixel interpolation, It has been attempted to improve the accuracy of distance measurement by calculating sub-pixel level parallax using the enlarged image.
In addition, since the parallax error at the sub-pixel level adversely affects the accuracy of distance measurement as the distance increases, Patent Document 5 describes an algorithm for calculating parallax in an attempt to make the distance measurement accuracy uniform according to the large, medium, and small distances. It has changed.

しかしながら、画像を拡大してサブピクセルレベルの視差を計算したり、遠距離の場合に高精度の距離測定を行うための視差計算方法は演算量が多く、コストや時間がかかる。
ところで、本発明に係る距離取得装置は、一枚の画像センサにレンズアレイを搭載して超小型のステレオカメラを実現しようと言うものである。この場合のステレオカメラの基線長は数ミリメートルであり、自動車に搭載する場合には、その被写体距離は数十センチから2メートルぐらいになる。
この場合の視差はすでに一画素に満たない。従来の技術では、距離を測定する場合の視差は最低でも数画素以上を仮定して開発されてきたため、レンズアレイを用いて一枚の画像センサでステレオカメラを構成する方式にはその視差計算精度、距離測定精度演算速度が十分でない。
さらに、マシンビジョンの分野では、数センチ先の所定の距離に置かれたコインの表面のわずかな段差を測定したいといった何らかの物体を認識するという特定の応用場面である場合が多く、その場合には距離測定精度と共に実時間処理が求められることが多い。
However, a parallax calculation method for enlarging an image to calculate a sub-pixel level parallax or performing a distance measurement with high accuracy in the case of a long distance requires a large amount of calculation, and costs and time.
By the way, the distance acquisition device according to the present invention is intended to realize an ultra-small stereo camera by mounting a lens array on one image sensor. In this case, the base line length of the stereo camera is several millimeters, and when mounted on an automobile, the subject distance is about several tens of centimeters to about 2 meters.
The parallax in this case is already less than one pixel. The conventional technology has been developed on the assumption that the parallax when measuring distance is at least several pixels or more, so the method of constructing a stereo camera with a single image sensor using a lens array has its parallax calculation accuracy. The distance measurement accuracy calculation speed is not enough.
Furthermore, in the field of machine vision, it is often a specific application scene that recognizes some object such as measuring a slight step on the surface of a coin placed several centimeters ahead, in which case Real-time processing is often required along with distance measurement accuracy.

本発明は、このような現状に鑑みてなされたもので、ステレオカメラで撮影したステレオ画像から、精度の高い距離測定を行うことができるとともに処理時間の短い距離取得装置の提供を、その目的とする。   The present invention has been made in view of such a situation, and it is an object of the present invention to provide a distance acquisition device that can perform distance measurement with high accuracy from a stereo image captured by a stereo camera and has a short processing time. To do.

上記目的を達成するために、本発明は、高精度な距離測定が必要な所定の視差範囲(距離範囲)だけに絞って精度の高い距離測定を行い、処理時間の短縮との両立を図ることとした。
具体的には、請求項1に記載の発明は、略同一の複数のステレオ撮像系を用いて撮像される画像よりなる複数のステレオ画像ペアを入力する画像入力手段と、各画像ペアから視差を計算する複数の第一の視差検出手段と、第一の視差検出手段により検出された視差が所定の範囲の場合に、前記視差検出に使用した画素を含む各画像ペアの一方の画像の領域において画素を補間する複数の画像補間手段と、前記画素補間された領域を使用して視差を計算する複数の第二の視差検出手段と、第二の視差検出手段で検出される視差が存在する場合は当該視差を、第二の視差検出手段で検出される視差が存在しない場合は、第一の視差検出手段で検出した視差を、ステレオ撮像系の基線長に基づいて正規化する正規化手段と、正規化された視差を用いて視差類似評価を行う視差類似評価手段と、視差が類似している場合、正規化視差の平均を用いて被写体までの距離を検出する距離検出手段と、を有することを特徴とする。
In order to achieve the above-described object, the present invention performs high-precision distance measurement only in a predetermined parallax range (distance range) that requires high-precision distance measurement, and achieves both reduction in processing time. It was.
Specifically, the invention described in claim 1 includes an image input means for inputting a plurality of stereo image pairs made up of images picked up using substantially the same plurality of stereo image pickup systems, and parallax from each image pair. In a region of one image of each image pair including a plurality of first parallax detection means to be calculated and a parallax detected by the first parallax detection means within a predetermined range, including pixels used for the parallax detection When there are a plurality of image interpolation means for interpolating pixels, a plurality of second parallax detection means for calculating parallax using the pixel-interpolated region, and a parallax detected by the second parallax detection means Normalization means for normalizing the parallax detected by the first parallax detection means based on the baseline length of the stereo imaging system when there is no parallax detected by the second parallax detection means , Using normalized parallax A parallax similarity evaluation means for performing parallax similarity evaluation, if the disparity is similar, and having a distance detecting means for detecting the distance to the subject, via the use of an average of the normalized parallax.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の距離取得装置において、前記視差類似評価手段は、正規化視差の差分が所定の値より小さい場合に各視差が類似していると評価することを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の距離取得装置において、第一の視差検出手段および第二の視差検出手段は、画像間の相関値の極値を検出することで視差を検出し、前記視差類似評価手段は、正規化視差の差分が所定の値より大きい場合に各視差が類似していないと判定し、前記極値がより極値に近い方の値を有する視差を正しい正規化視差と判定し、前記距離検出手段はその正規化視差に基づいて被写体までの距離を検出することを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1つに記載の距離取得装置において、前記ステレオ撮像系は、被写体に対向する位置に設けられ、複数のレンズが各々略同一の曲率半径を有し、その基線長または基線方向が異なる2以上のレンズペアから構成されてなるレンズアレイと、前記レンズアレイの像面側に設けられ、前記複数のレンズのそれぞれにより略結像される前記被写体の縮小像の集合である複眼像を撮像する撮像手段と、から構成され、前記画像入力手段は、前記撮像手段から入力した複眼像から複数の個眼像ペアを抽出することを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the distance acquisition device according to the first aspect, the disparity similarity evaluation unit evaluates that the disparities are similar when the difference between the normalized disparities is smaller than a predetermined value. It is characterized by that.
According to a third aspect of the present invention, in the distance acquisition device according to the first aspect, the first parallax detection unit and the second parallax detection unit detect the parallax by detecting the extreme value of the correlation value between the images. The parallax similarity evaluation means detects and determines that the parallaxes are not similar when the difference of the normalized parallax is greater than a predetermined value, and the parallax having a value closer to the extreme value. It is determined that the normalized parallax is correct, and the distance detecting unit detects a distance to the subject based on the normalized parallax.
According to a fourth aspect of the present invention, in the distance acquisition device according to any one of the first to third aspects, the stereo imaging system is provided at a position facing the subject, and the plurality of lenses are substantially the same. A lens array having two or more lens pairs having a radius of curvature and different base lengths or base directions, and provided on the image plane side of the lens array, and substantially imaged by each of the plurality of lenses. Imaging means for capturing a compound eye image that is a set of reduced images of the subject, wherein the image input means extracts a plurality of single-eye image pairs from the compound eye image input from the imaging means. And

請求項5に記載の発明は、被写体に対向する位置に設けられ、複数のレンズが各々略同一の曲率半径を有し、その基線長または基線方向が異なる2以上のレンズペアから構成されてなるレンズアレイと、前記レンズアレイの像面側に設けられ、前記複数のレンズのそれぞれにより略結像される前記被写体の縮小像の集合である複眼像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段から入力した複眼像から複数の個眼像ペアを抽出する手段と、前記複数の個眼像ペアから視差を計算する複数の第一の視差検出手段と、第一の視差検出手段により検出された視差が所定の範囲の場合に、前記視差検出に使用した画素を含む各画像ペアの一方の画像の領域において画素を補間する複数の画像補間手段と、前記画素補間された領域を使用して視差を計算する複数の第二の視差検出手段と、第二の視差検出手段で検出される視差が存在する場合は当該視差を、第二の視差検出手段で検出される視差が存在しない場合は、第一の視差検出手段で検出した視差を、前記レンズアレイと前記撮像手段とを有するステレオ撮像系の基線長に基づいて正規化する正規化手段と、正規化された視差を用いて視差類似評価を行う視差類似評価手段と、視差が類似している場合、正規化視差の平均を用いて被写体までの距離検出する距離検出手段と、を有することを特徴とする。   The invention according to claim 5 is provided at a position facing the object, and each of the plurality of lenses has two or more lens pairs having substantially the same radius of curvature and different base lengths or base directions. A lens array; an imaging unit that is provided on an image plane side of the lens array, and that captures a compound eye image that is a set of reduced images of the subject that are substantially imaged by each of the plurality of lenses; and an input from the imaging unit Means for extracting a plurality of single-eye image pairs from the compound eye image, a plurality of first parallax detection means for calculating parallax from the plurality of single-eye image pairs, and the parallax detected by the first parallax detection means In the case of a predetermined range, a plurality of image interpolation means for interpolating pixels in one image area of each image pair including the pixels used for the parallax detection, and calculating the parallax using the pixel interpolated area Duplicate If there is a parallax detected by the second parallax detection means and the second parallax detection means, the parallax is detected. If there is no parallax detected by the second parallax detection means, the first parallax is detected. Normalization means for normalizing the parallax detected by the detection means based on a baseline length of a stereo imaging system having the lens array and the imaging means, and parallax similarity for performing parallax similarity evaluation using the normalized parallax When the parallax is similar, the evaluation unit includes a distance detection unit that detects a distance to the subject using an average of the normalized parallaxes.

請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の距離取得装置において、前記視差類似評価手段は、正規化視差の差分が所定の値より小さい場合に各視差が類似していると評価することを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、請求項5に記載の距離取得装置において、第一の視差検出手段および第二の視差検出手段は、画像間の相関値の極値を検出することで視差を検出し、前記視差類似評価手段は、正規化視差の差分が所定の値より大きい場合に各視差が類似していないと判定し、前記極値がより極値に近い方の値を有する視差を正しい正規化視差と判定し、前記距離検出手段はその正規化視差に基づいて被写体までの距離を検出することを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the distance acquisition device according to the fifth aspect, the disparity similarity evaluation unit evaluates that the disparities are similar when the difference between the normalized disparities is smaller than a predetermined value. It is characterized by that.
According to a seventh aspect of the present invention, in the distance acquisition device according to the fifth aspect, the first parallax detection unit and the second parallax detection unit detect the parallax by detecting the extreme value of the correlation value between the images. The parallax similarity evaluation means detects and determines that the parallaxes are not similar when the difference of the normalized parallax is greater than a predetermined value, and the parallax having a value closer to the extreme value. It is determined that the normalized parallax is correct, and the distance detecting unit detects a distance to the subject based on the normalized parallax.

本発明によれば、誤差を含んだ視差が測定されたときでも安定して精度の高い距離測定が可能になる。
また、超小型の撮像装置を使った精度の高い距離測定が可能になる。
According to the present invention, even when a parallax including an error is measured, a distance measurement can be stably performed with high accuracy.
In addition, highly accurate distance measurement using an ultra-small imaging device is possible.

本発明の一実施形態に係る距離取得装置の制御系を含めた概要平面図である。It is an outline top view including a control system of a distance acquisition device concerning one embodiment of the present invention. 被写体方向からみた概要側面図である。It is the outline | summary side view seen from the to-be-photographed object direction. 被写体距離とMTF特性との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a to-be-photographed object distance and an MTF characteristic. 撮像手段による複眼像を示す図である。It is a figure which shows the compound eye image by an imaging means. 距離画像の生成工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the production | generation process of a distance image. 視差評価のフローチャートである。It is a flowchart of parallax evaluation. 他の実施例における視差評価のフローチャートである。It is a flowchart of the parallax evaluation in another Example. さらに別の実施例における視差評価のフローチャートである。It is a flowchart of the parallax evaluation in another Example. 視差計算のフローチャートである。It is a flowchart of parallax calculation. 画素補間のフローチャートである。It is a flowchart of pixel interpolation. 画素補間領域の設定を示す図である。It is a figure which shows the setting of a pixel interpolation area | region. 補間画素値算出の説明図である。It is explanatory drawing of interpolation pixel value calculation.

以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
図1、図2に本実施形態に係る距離取得装置の構成の一実施例を示す。図1では、矢印方向に被写体があるものとし、距離取得装置により被写体を撮像する構成の断面模式図を示したものである。図2は、当該距離取得装置を被写体方向から観察したときの模式図であり、図1と共通する部品には共通する番号が付されている。
図1において、符号1はレンズアレイを示す。レンズアレイ1は被写体側の面と像面側の面の二面からなり、面内に複数のレンズがアレイ状に配列されている。
図1では、被写体側、像側の両方の面にレンズ面が設けられた両面レンズアレイが示されている。符号1aは被写体側の面に設けられたレンズを、符号1bは像側の面に設けられたレンズを示しており、1aと1bがセットになって被写体の像を像面上で結像させる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
1 and 2 show an example of the configuration of the distance acquisition apparatus according to the present embodiment. In FIG. 1, it is assumed that there is a subject in the direction of the arrow, and a schematic cross-sectional view of a configuration in which the subject is imaged by a distance acquisition device is shown. FIG. 2 is a schematic diagram when the distance acquisition device is observed from the direction of the subject, and parts common to those in FIG. 1 are given common numbers.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a lens array. The lens array 1 comprises two surfaces, a subject side surface and an image surface side surface, and a plurality of lenses are arranged in an array in the surface.
FIG. 1 shows a double-sided lens array in which lens surfaces are provided on both the object side and the image side. Reference numeral 1a indicates a lens provided on the object side surface, and reference numeral 1b indicates a lens provided on the image side surface. 1a and 1b are set to form an image of the object on the image surface. .

符号2は、レンズアレイ1における隣接するレンズセット間での光線のクロストーク(混線)を防止するための遮光用の隔壁(遮光壁と呼ぶ)を示し、金属や樹脂等の撮像光線に対して不透明な材料からなる。
遮光壁2は、図2に示すように、レンズアレイ1の各レンズセットに対応して矩形の孔があけられており、孔と孔の間の壁が隔壁として作用する。レンズアレイ1の像側の面と遮光壁2とが接着されている。
符号3は、板状部材に各レンズセットに対応して円形の孔を設けた開口アレイを示しており、レンズの絞りとして作用する。
レンズアレイ1の被写体側の面の平面部に設けられた突起部1cを介して開口アレイ3とレンズアレイ1は接着されている。符号4は、レンズアレイ1における各レンズセットにより撮像される被写体の像を撮像する撮像手段としてのCMOSセンサであり、基板5の上に実装されている。
符号6は筐体を示し、レンズアレイ1の被写体側の面と接着してレンズアレイ1、遮光壁2、開口アレイ3を保持し、基板5に接着されている。
Reference numeral 2 denotes a light-shielding partition wall (referred to as a light-shielding wall) for preventing crosstalk (crosstalk) of light rays between adjacent lens sets in the lens array 1. Made of opaque material.
As shown in FIG. 2, the light shielding wall 2 has a rectangular hole corresponding to each lens set of the lens array 1, and the wall between the holes acts as a partition wall. The image side surface of the lens array 1 and the light shielding wall 2 are bonded.
Reference numeral 3 denotes an aperture array in which a circular hole is provided in the plate-like member corresponding to each lens set, and acts as a lens diaphragm.
The aperture array 3 and the lens array 1 are bonded to each other through a protrusion 1c provided on a plane portion of the surface on the subject side of the lens array 1. Reference numeral 4 denotes a CMOS sensor as an image pickup unit for picking up an image of a subject picked up by each lens set in the lens array 1, and is mounted on the substrate 5.
Reference numeral 6 denotes a housing, which is bonded to the object side surface of the lens array 1 to hold the lens array 1, the light shielding wall 2, and the opening array 3, and is bonded to the substrate 5.

レンズアレイ1の作用について説明する。レンズアレイ1を構成する各レンズセット111、121、131、141は、レンズ面が略同一の曲率半径を有しており、所定の距離以遠の被写体に焦点を合わせるように曲率半径が設定されている。
また各レンズセットは、2個のレンズセットのペアで、ステレオカメラレンズとして作用するように構成される。例えば図2において、111で示したレンズセットと、131で示したレンズセットは、2つでステレオカメラレンズとして作用するレンズセットペアを構成し、両レンズセットに対応した位置にあるCMOSセンサ4の画素領域と併せて、ステレオ撮像系としてのステレオカメラを構成している。
レンズセットペアを構成する光軸と略垂直な面内におけるレンズセットの間隔が、レンズセットペアにより構成されるステレオカメラの基線長となるので、前記ステレオカメラの基線長はB2である。レンズセット121と141、111と141、121と131でも同様にCMOSセンサの画素領域と併せて各々基線長がB1、B4、B3のステレオカメラを構成している。基線長B1からB4はそれぞれ異なる値を有する。
The operation of the lens array 1 will be described. Each lens set 111, 121, 131, 141 constituting the lens array 1 has substantially the same radius of curvature, and the radius of curvature is set so as to focus on a subject beyond a predetermined distance. Yes.
Each lens set is configured to function as a stereo camera lens in a pair of two lens sets. For example, in FIG. 2, the lens set indicated by 111 and the lens set indicated by 131 constitute a lens set pair that acts as a stereo camera lens, and the CMOS sensor 4 located at a position corresponding to both lens sets. Together with the pixel area, a stereo camera as a stereo imaging system is configured.
Since the interval between the lens sets in a plane substantially perpendicular to the optical axis constituting the lens set pair is the baseline length of the stereo camera configured by the lens set pair, the baseline length of the stereo camera is B2. Similarly, the lens sets 121 and 141, 111 and 141, and 121 and 131 together with the pixel area of the CMOS sensor constitute stereo cameras with base line lengths of B1, B4, and B3. The baseline lengths B1 to B4 have different values.

図3に、レンズアレイを構成する各レンズセットによるスルーフォーカスMTFの例を示す。符号7は各レンズセットに対応するスルーフォーカスMTF(ここでは被写体距離に伴うMTF変化)を表している。
スルーフォーカスMTF7では一定距離(K)以上は無限遠まで像がぼけないように設計されている。
曲率半径の設定に加えて、各レンズセットの焦点距離は、全てのレンズセットで等しくなるように設計されているので、各レンズセットによる光学倍率は被写体距離のみによっておよそ規定されるため、各レンズセットによる像のサイズは一定となる。したがって取得した複眼像の中から各レンズセットによる像サイズの相違を考慮しないですみ、また取得後の像を用いてなんらかの情報認識をする場合においても像サイズの相違の考慮は不要となる。
FIG. 3 shows an example of through focus MTF by each lens set constituting the lens array. Reference numeral 7 denotes a through focus MTF corresponding to each lens set (in this case, an MTF change associated with a subject distance).
The through focus MTF 7 is designed so that an image is not blurred up to infinity over a certain distance (K).
In addition to setting the radius of curvature, the focal length of each lens set is designed to be the same for all lens sets, so the optical magnification of each lens set is roughly defined only by the subject distance. The image size of the set is constant. Therefore, it is not necessary to consider the difference in image size due to each lens set from the acquired compound eye images, and it is not necessary to consider the difference in image size even when some information recognition is performed using the acquired image.

図2に示すように、装置を被写体方向から観察すると、各レンズにおいて実線で示された円は開口部(有効径)を表し、その直径は一定である。破線で示された円は、無効領域も含めたレンズ1aの直径を表し、点線で示された円はレンズ1bの直径を表す。
次に、図1で示した装置により取得される画像について説明する。CMOSセンサ4による像は、図4に示したような複眼像になる。この場合は平面の写真を撮影したもので被写体はこの場合は遠くのある一定の距離にある。被写体が近くに存在すると、各個眼像はその位置に応じて上下左右で視差が生じる。
図4のI11からI41は、レンズアレイの各レンズに対応する個眼像であり、レンズセット数が4個で、レンズセットペアが4個であるため、個眼像数は4個、個眼像ペアは4個である。
図4で個眼像の周辺で黒くなっている領域は、遮光壁2で光がさえぎられ、影となっている領域である。各レンズセットで焦点距離は略等しいため各個眼像における像のサイズ、合焦状態は等しい。
As shown in FIG. 2, when the apparatus is observed from the direction of the subject, a circle indicated by a solid line in each lens represents an opening (effective diameter), and the diameter thereof is constant. A circle indicated by a broken line represents the diameter of the lens 1a including the invalid area, and a circle indicated by a dotted line represents the diameter of the lens 1b.
Next, an image acquired by the apparatus shown in FIG. 1 will be described. The image by the CMOS sensor 4 is a compound eye image as shown in FIG. In this case, a plane photograph is taken, and the subject is in this case at a certain distance in the distance. When a subject is present nearby, each single-eye image has a parallax in the vertical and horizontal directions depending on its position.
I11 to I41 in FIG. 4 are single-eye images corresponding to the respective lenses of the lens array. Since the number of lens sets is four and the number of lens set pairs is four, the number of single-eye images is four. There are four image pairs.
In FIG. 4, the area that is black around the single-eye image is an area that is shaded by the light shielding wall 2. Since the focal lengths of the lens sets are substantially equal, the image size and the in-focus state in each single-eye image are equal.

図4の複眼像は、画像入力手段としての像キャプチャ部8でキャプチャされ、I11からI41の個眼像データに分けられて、画像補正部10に転送される。画像補正部10は、レンズの工作精度、組み付け精度によるカメラ固有の内部パラメータ、外部パラメータを利用して画像の歪み補正を行う。
カメラ固有の内部パラメータおよび外部パラメータはZhangの手法(゛A flexible new technique for camera calibration゛。 IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence、 22(11):1330-1334、 2000)等を用いて求めることができる。
補正した画像は、それぞれ垂直方向の位置ずれ、レンズに起因する歪み、レンズのセンサへの取り付け歪みに起因する歪みが補正されている。したがって、基線長がB3やB4を持つステレオペア画像は、実質B2とB1の基線長を持つステレオカメラで撮影された画像として処理されることになる。
The compound eye image of FIG. 4 is captured by an image capture unit 8 as an image input unit, divided into single-eye image data I11 to I41, and transferred to the image correction unit 10. The image correction unit 10 corrects image distortion by using internal parameters and external parameters specific to the camera according to the working accuracy and assembly accuracy of the lens.
Camera-specific internal and external parameters can be obtained using Zhang's technique (“A flexible new technique for camera calibration”, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 22 (11): 1330-1334, 2000), etc. it can.
In the corrected image, the positional deviation in the vertical direction, the distortion caused by the lens, and the distortion caused by the distortion of the lens attached to the sensor are corrected. Therefore, a stereo pair image having a base line length of B3 or B4 is processed as an image photographed by a stereo camera having a base line length of substantially B2 and B1.

次に、ステレオ画像ペアI21とI41とから、視差検出部11において視差を検出する(以下、この動作を「視差検出1」という)。この場合、視差検出部11は第一の視差検出手段として機能する。
視差検出部12、13、14における視差検出は、それぞれ視差検出2、視差検出3、視差検出4という。
画像補正を行った画像I21とI41とでは、各画像における被写体の対応する点が被写体の距離に応じて水平方向にずれていて、そのずれ量を検出する。そのずれ量が視差にあたる。
視差検出1を図9のフローチャートを用いて説明する。まず、ステレオ画像を入力する。この場合はステレオ画像ペアI21とI41である。次に、視差を計算する対象領域を設定する。この対象領域は図4でいえばI21の小領域9である。
次に実際の視差計算1を実行する。視差計算1にはブロックマッチングという手法を利用する。ブロックマッチングでは、視差計算対象領域設定ブロックで設定したI21の小さな領域9に対応する領域を検索するため、I41からI21の小領域9に対応する領域の近傍から小領域9'を切り出し、お互いの小領域の一致度を評価する評価値を算出する。
Next, the parallax detection unit 11 detects parallax from the stereo image pairs I21 and I41 (this operation is hereinafter referred to as “parallax detection 1”). In this case, the parallax detection unit 11 functions as a first parallax detection unit.
The parallax detection in the parallax detection units 12, 13, and 14 is referred to as parallax detection 2, parallax detection 3, and parallax detection 4, respectively.
In the images I21 and I41 that have undergone image correction, the corresponding points of the subject in each image are shifted in the horizontal direction according to the distance of the subject, and the amount of shift is detected. The amount of deviation corresponds to parallax.
The parallax detection 1 is demonstrated using the flowchart of FIG. First, a stereo image is input. In this case, the stereo image pair I21 and I41. Next, a target area for calculating parallax is set. This target area is a small area 9 of I21 in FIG.
Next, actual parallax calculation 1 is executed. The parallax calculation 1 uses a technique called block matching. In block matching, in order to search a region corresponding to the small region 9 of I21 set in the parallax calculation target region setting block, the small region 9 ′ is cut out from the vicinity of the region corresponding to the small region 9 of I41 to I21, An evaluation value for evaluating the degree of coincidence of the small areas is calculated.

これは相関値の一種である。評価値として、二つの領域の間で輝度差の総和(SAD:Sum of Absolute Difference)や、輝度差の2乗和(SSD:Sum of Squared Difference)、正規化相互相関(NCC:Normarized Cross Correlation)などを求める。この場合、9'の位置を所定の範囲内で移動させてそれぞれの位置でSADやSSDの極小値あるいはNCCの極大値を与える9'の位置を検索することで画像間の位置ずれを画素単位で求めることができる。
画素単位の視差では精度が不足することが多いので、画素未満(サブピクセル)の視差も推定する。等角直線フィッティングやパラボラフィッティングを用いて評価値を補間し、評価値の真の極小値(SADやSSDの場合)や極大値(NCCの場合)を推定するのが一般的である。
また、評価値を計算するために用いるデータは輝度ではなく、輝度を微分(例えばDOG)した値を用いることも可能である。次に、計算した視差が所定の範囲内にあるかどうかを判定する。つまり、所望の距離にある物体のわずかな距離の差を検出したり、遠くにある物体の距離を精度よく検出するため、計算された視差があらかじめ定められた範囲にある場合には、もう一度高精度の視差計算を行う。
この場合、視差検出部11は第二の視差検出手段として機能する。
This is a kind of correlation value. As evaluation values, the sum of luminance differences (SAD: Sum of Absolute Difference) between the two areas, the sum of squares of luminance differences (SSD), normalized cross correlation (NCC) Ask for. In this case, the position of 9 ′ is moved within a predetermined range, and the position shift between images is detected in units of pixels by searching for the position of 9 ′ that gives the minimum value of SAD or SSD or the maximum value of NCC at each position. Can be obtained.
Since parallax in units of pixels often lacks accuracy, parallax less than a pixel (sub-pixel) is also estimated. It is common to interpolate evaluation values using equiangular straight line fitting or parabolic fitting to estimate the true minimum value (in the case of SAD or SSD) or local maximum value (in the case of NCC) of the evaluation value.
Further, the data used for calculating the evaluation value may be a value obtained by differentiating the luminance (for example, DOG) instead of the luminance. Next, it is determined whether or not the calculated parallax is within a predetermined range. In other words, if the calculated parallax is within a predetermined range in order to detect a slight distance difference between objects at a desired distance or accurately detect the distance of an object far away, Perform accurate parallax calculation.
In this case, the parallax detection unit 11 functions as a second parallax detection unit.

そのため、画素補間を行う。この場合、視差検出部11は画像補間手段として機能する。画素補間を行う理由は、視差計算1で求めたサブピクセルの視差が画素単位の視差の評価値から推定しているため、ある程度の誤差を含むから精度に限界があるためである。
それよりは画素を補間してたとえば画素間を1/10画素単位で補間してやれば視差計算は1/10画素精度で計算され、1/10画素未満の精度を評価値の極値推定という手法で得ることができる。
画素補間には、Sinc関数を用いた手法が理想的だが、Sinc関数を多項式展開して3次の項までを利用するキュービックコンボルーションという方法を使うほうが有効である。線形補間方法も考えられるがキュービックコンボルーションの方が画素を補間する方法としては優れている。
Therefore, pixel interpolation is performed. In this case, the parallax detection unit 11 functions as an image interpolation unit. The reason for performing the pixel interpolation is that the parallax of the sub-pixel obtained in the parallax calculation 1 is estimated from the parallax evaluation value in units of pixels, and thus includes a certain amount of error, so that the accuracy is limited.
Rather than that, if you interpolate pixels and interpolate between pixels in units of 1/10 pixel, the parallax calculation is calculated with 1/10 pixel accuracy, and the accuracy of less than 1/10 pixel is estimated by the method of extreme value estimation of the evaluation value Obtainable.
For pixel interpolation, a method using the Sinc function is ideal, but it is more effective to use a method called cubic convolution that uses a polynomial expansion of the Sinc function and uses up to a third-order term. A linear interpolation method is also conceivable, but cubic convolution is better as a method of interpolating pixels.

この画素補間について図10、11、12を用いて説明する。図10のフローチャートで、まず、視差計算1で得られた視差Dを取得する。視差Dとは、図11で示すように、ステレオの右画像の基準ブロックと左画像の参照ブロックとがDだけずれた時に両ブロックの一致度が最大となることを意味する。
そこで、さらにDの精度を高めるため、画素補間領域を設定する。それが図11の破線で示された領域である。この領域は左画像の評価値の極値を与えるブロックの領域を少し広げた領域である。たとえば、水平垂直方向それぞれに±0.5画素広げた領域を画素補間領域と設定する。
画素補間領域を設定した後、補間画素値を算出する。図12に示したように、■で示した画素がもともとの画像の画素、□で示した画素が補間すべき画素を意味している。この例では、水平方向には1/10画素単位で画素を補間し、垂直方向には1/5画素単位で画素を補間することを示している。
画像補正部10でステレオ画像間の位置ずれは水平方向にしか存在しないようにステレオ画像は補正されるが、それでも補正しきれない場合に備え、垂直方向にも1/5画素で補間した。もちろん、垂直方向に補間せず、水平方向のみに補間することも、演算量を減らすという意味では有効である。また、垂直方向にも1/10画素で補間することも視差検出精度を向上させられる。このようなことは、要求される距離検出精度がどれぐらいかによって決定されるべきである。
This pixel interpolation will be described with reference to FIGS. In the flowchart of FIG. 10, first, the parallax D obtained by the parallax calculation 1 is acquired. As shown in FIG. 11, the parallax D means that when the standard block of the stereo right image and the reference block of the left image are shifted by D, the degree of coincidence of both blocks is maximized.
Therefore, a pixel interpolation area is set in order to further improve the accuracy of D. This is the area indicated by the broken line in FIG. This area is an area obtained by slightly expanding the area of the block that gives the extreme value of the evaluation value of the left image. For example, an area expanded by ± 0.5 pixels in each horizontal and vertical direction is set as a pixel interpolation area.
After setting the pixel interpolation area, an interpolation pixel value is calculated. As shown in FIG. 12, the pixel indicated by ■ means the pixel of the original image, and the pixel indicated by □ means the pixel to be interpolated. In this example, the pixels are interpolated in units of 1/10 pixels in the horizontal direction, and the pixels are interpolated in units of 1/5 pixels in the vertical direction.
The image correction unit 10 corrects the stereo image so that the positional deviation between the stereo images exists only in the horizontal direction, but in the case where it cannot be corrected still, the vertical direction is interpolated with 1/5 pixels. Of course, interpolation in the horizontal direction without interpolation in the vertical direction is also effective in terms of reducing the amount of calculation. Interpolation with 1/10 pixel in the vertical direction can also improve the accuracy of parallax detection. This should be determined by how much distance detection accuracy is required.

次に図9に示すように、視差計算2を実行する。視差計算2も視差計算1と同様にブロックマッチングを使用する。視差計算1では図12の■単位でブロック位置をずらしてマッチングの評価値計算を行ったが、視差計算2では□単位でブロック位置をずらしてマッチングの評価値を計算する。
この場合、サブピクセル検出精度が高いといわれているPOC(Phase Only Correlation:位相限定相関)を用いることで、より精度の高い視差を計算することが可能になる。しかし、この計算は、フーリエ変換を使用するため、演算量が多い。
したがって、本発明のように、ある程度の精度がある視差を高速安価に計算できる方法を利用して計算した後、必要となる範囲においてのみ、高精度が可能になる演算量の多い視差計算方法を用いることでコストパフォーマンスを大きく向上させることができる。なお、POCを必要としないぐらいの視差検出精度を要求されている場合は、視差計算1で使用したSAD、SSD、NCCなどの方法を用いてもよい。
このようにして領域9に対する高精度な視差が計算された。視差計算の対象となる領域を順次画素単位で移動させて設定して、視差を検出していく。このようにして画像中の必要な領域に対する高精度のサブピクセルレベルの視差が計算され、視差画像として検出される。視差画像の各画素は画像I21の各画素と対応している。また、視差が検出できなかった画素については、視差を0とする。
Next, as shown in FIG. 9, the parallax calculation 2 is executed. Similarly to the parallax calculation 1, the parallax calculation 2 uses block matching. In the parallax calculation 1, the block evaluation is performed by shifting the block position in units of ■ in FIG. 12. In the parallax calculation 2, the block evaluation is performed by shifting the block position in units of □.
In this case, it is possible to calculate parallax with higher accuracy by using POC (Phase Only Correlation), which is said to have high subpixel detection accuracy. However, since this calculation uses Fourier transform, the calculation amount is large.
Therefore, a parallax calculation method with a large amount of calculation that enables high accuracy only in a necessary range after calculating using a method capable of calculating parallax with a certain degree of accuracy at high speed and low cost as in the present invention. By using it, cost performance can be greatly improved. In addition, when parallax detection accuracy that does not require POC is required, a method such as SAD, SSD, or NCC used in the parallax calculation 1 may be used.
In this way, a highly accurate parallax for the region 9 was calculated. A region to be subjected to parallax calculation is sequentially moved and set in units of pixels to detect parallax. In this way, a highly accurate sub-pixel level parallax for a necessary area in the image is calculated and detected as a parallax image. Each pixel of the parallax image corresponds to each pixel of the image I21. Also, the parallax is set to 0 for the pixels for which the parallax could not be detected.

上記は、視差検出部11について述べたが、視差検出部12から視差検出部14まで同様の構成である。
さらに、ステレオ画像ペアI11、I31からI11、I41までの3組の画像ペアに対しても同様に視差画像を計算する。
視差検出1から視差検出4の出力は視差画像だけでなく、視差を求めるために使用した各画素における評価値も同時に出力する。
このようにして、各ステレオ画像ペアにおける視差画像と各画素における評価値が計算されたので、視差評価部はそれぞれの視差がどれだけ確からしいかを視差類似評価手段としての視差評価部15で評価し、被写体までの距離算出に適した視差を算出する。
視差評価は、まず視差検出1から視差検出4で検出された視差を、各ステレオ画像ペアを撮像する撮像系の基線長によらない値に正規化する。
この場合、視差評価部15は正規化手段として機能する。
具体的には視差と被写体距離の関係は、式(1)のとおりであるので、式(1)を変形して式(2)のようにすると撮像系の基線長によらない正規化視差が得られる。つまり、視差検出1から視差検出4で求められた視差を(基線長×焦点距離)で割ればよい。
被写体距離=基線長×焦点距離/(視差×センサ画素サイズ)・・(1)
正規化視差=視差/(基線長×焦点距離)=1/(センサ画素サイズ×被写体距離)・・(2)
The above is the description of the parallax detection unit 11, but the configuration is the same from the parallax detection unit 12 to the parallax detection unit 14.
Further, parallax images are similarly calculated for three image pairs from stereo image pairs I11 and I31 to I11 and I41.
The outputs from the parallax detection 1 to the parallax detection 4 output not only the parallax image but also the evaluation value in each pixel used for obtaining the parallax.
In this way, since the parallax images in each stereo image pair and the evaluation values in each pixel are calculated, the parallax evaluation unit evaluates how likely each parallax is with the parallax evaluation unit 15 as a parallax similarity evaluation unit. Then, the parallax suitable for calculating the distance to the subject is calculated.
In the parallax evaluation, first, the parallax detected by the parallax detection 1 to the parallax detection 4 is normalized to a value that does not depend on the baseline length of the imaging system that images each stereo image pair.
In this case, the parallax evaluation unit 15 functions as a normalizing unit.
Specifically, the relationship between the parallax and the subject distance is as shown in Expression (1). Therefore, when Expression (1) is modified to Expression (2), normalized parallax independent of the baseline length of the imaging system is obtained. can get. That is, the parallax obtained from the parallax detection 1 to the parallax detection 4 may be divided by (base line length × focal length).
Subject distance = base length × focal length / (parallax × sensor pixel size) (1)
Normalized parallax = parallax / (base length × focal length) = 1 / (sensor pixel size × subject distance) (2)

視差評価において、視差検出1の結果と視差検出3の結果の二つだけを利用すると視差評価を簡単に行うことができる。
なぜならば、I21が共通に使用されており、しかも視差をI21を基準に検出するので、各ステレオ画像ペアの対応する視差の位置ずれがないため、視差の位置を補正する必要がないからである。
すなわち、視差検出1のある画素(x、y)における視差と視差検出3の同じ位置の画素(x、y)の視差とを評価するだけでよい。二つの正規化視差の差分を計算し、その差分の絶対値が所定の閾値より小さい場合は、正規化視差の平均をとり、距離算出のための視差とする。
また、正規化視差の差分の絶対値が所定の閾値より大きい場合は、視差検出の際に使用した評価値の比較を行い、評価値がより極値に近い(SADやSSDを利用した場合は小さい値、NCCやPOCを利用した場合は大きい値)方である視差値を正しい正規化視差として、距離検出手段としての距離算出部16による距離算出に使用する。
In the parallax evaluation, the parallax evaluation can be easily performed by using only the result of the parallax detection 1 and the result of the parallax detection 3.
This is because I21 is commonly used, and since the parallax is detected based on I21, there is no positional shift of the corresponding parallax of each stereo image pair, so there is no need to correct the parallax position. .
In other words, it is only necessary to evaluate the parallax of a pixel (x, y) with a parallax detection 1 and the parallax of a pixel (x, y) at the same position of the parallax detection 3. The difference between the two normalized parallaxes is calculated, and when the absolute value of the difference is smaller than a predetermined threshold, the normalized parallax is averaged to obtain the parallax for calculating the distance.
When the absolute value of the normalized parallax difference is larger than a predetermined threshold, the evaluation values used for parallax detection are compared, and the evaluation values are closer to extreme values (when SAD or SSD is used) A parallax value that is a smaller value, which is a larger value when NCC or POC is used) is used as a correct normalized parallax for distance calculation by the distance calculation unit 16 as a distance detection unit.

被写体までの距離は(2)の式を変形した式(3)で求められる。
被写体距離=1/(センサ画素サイズ×正規化視差)・・(3)
図5に、複眼像から個眼像を抽出し、各ステレオ画像ペアを用いて視差検出、視差評価、距離画像を得るまでの処理のフローを示す。また、図6に視差評価のフローの実施例、図7に他の実施例を示す。
図7に示すように視差検出2の結果と視差検出4の結果の二つだけを利用して視差評価を行い、距離算出に使用する視差を算出することもできる。この場合の視差は、視差検出1と視差検出3の結果を利用して算出した視差とは垂直方向に(正規化視差×基線長×焦点距離)画素だけずれている。
つまり、レンズセット111とレンズセット121の光学中心間の距離を基線長としたレンズセット111と121のステレオカメラとみなすことができる。
さらに視差検出結果1、3と視差検出結果2、4の正規化視差の比較を行ってより精度の高い距離検出も可能になる。これについては図8を用いて後述する。
The distance to the subject can be obtained by Expression (3) obtained by modifying Expression (2).
Subject distance = 1 / (sensor pixel size x normalized parallax) (3)
FIG. 5 shows a processing flow from extracting a single-eye image from a compound eye image to obtaining parallax detection, parallax evaluation, and a distance image using each stereo image pair. FIG. 6 shows an example of a parallax evaluation flow, and FIG. 7 shows another example.
As shown in FIG. 7, the parallax evaluation can be performed using only two results of the parallax detection 2 and the result of the parallax detection 4 to calculate the parallax used for the distance calculation. The parallax in this case is deviated from the parallax calculated using the results of the parallax detection 1 and the parallax detection 3 by (normalized parallax × baseline length × focal length) pixels in the vertical direction.
That is, it can be regarded as a stereo camera of the lens sets 111 and 121 with the distance between the optical centers of the lens set 111 and the lens set 121 as a base line length.
Further, the parallax detection results 1 and 3 and the parallax detection results 2 and 4 are compared with each other to compare the normalized parallaxes, thereby enabling more accurate distance detection. This will be described later with reference to FIG.

図8に視差検出1から視差検出4の全ての視差を用いた視差評価の実施例を示す。これについて述べる。視差評価の前半部分は開始から分岐して図6、図7に示したものを並列に実施する。その後、図6で算出した各画素の正規化視差に基づいて、図7で対応する画素位置を求める。
この場合は垂直方向にどれだけ位置がずれているかを算出することになる。次に、対応するそれぞれの画素位置における正規化視差を取得する。その二つの正規化視差の差分の絶対値が所定の閾値より小さい場合は、正規化誤差の平均を取る。
また、その値が所定の閾値より大きい場合は、視差の評価値のもっとも極値に近い評価値を有する正規化視差を選択し、被写体距離算出に使用する。全画素について処理を実行したら本処理は終了する。
FIG. 8 shows an example of parallax evaluation using all parallaxes from parallax detection 1 to parallax detection 4. This will be described. The first half of the parallax evaluation is branched from the start and the ones shown in FIGS. 6 and 7 are performed in parallel. Then, based on the normalized parallax of each pixel calculated in FIG. 6, the corresponding pixel position in FIG. 7 is obtained.
In this case, how much the position is shifted in the vertical direction is calculated. Next, the normalized parallax at each corresponding pixel position is acquired. When the absolute value of the difference between the two normalized parallaxes is smaller than a predetermined threshold, the average of the normalization errors is taken.
When the value is larger than a predetermined threshold, a normalized parallax having an evaluation value closest to the extreme value of the parallax evaluation value is selected and used for subject distance calculation. When the process is executed for all pixels, this process ends.

本発明は、光学系と撮像素子を用いる情報の撮像装置分野、距離及び三次元形状を検出する計測装置分野等に適用でき、工業用画像センサ、車載用画像センサ、監視画像センサ等の各種画像センサに応用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to the field of information imaging devices using an optical system and an image sensor, the field of measuring devices for detecting distances and three-dimensional shapes, and various images such as industrial image sensors, vehicle-mounted image sensors, and monitoring image sensors It can be applied to sensors.

1 レンズアレイ
4 撮像手段としてのCMOSセンサ
8 画像入力手段としての画像キャプチャ部
11、12、13、14 第一の視差検出手段としての視差検出部
11、12、13、14 画像補間手段としての視差検出部
11、12、13、14 第二の視差検出手段としての視差検出部
15 正規化手段としての視差評価部
15 視差類似評価手段としての視差評価部
16 距離検出手段としての距離算出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lens array 4 CMOS sensor as an imaging means 8 Image capture part 11, 12, 13, 14 as image input means Parallax detection part 11, 12, 13, 14 as 1st parallax detection means Parallax as image interpolation means Detection unit 11, 12, 13, 14 Parallax detection unit as second parallax detection unit 15 Parallax evaluation unit as normalization unit 15 Parallax evaluation unit as parallax similarity evaluation unit 16 Distance calculation unit as distance detection unit

特開2003−143459号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-143459 特開2005−250994号公報JP 2005-250994 A 特許第4053282号公報Japanese Patent No. 4053282 特開2008−304202号公報JP 2008-304202 A 特開2007−74709号公報JP 2007-74709 A

「A Multiple-Baseline Stereo」Takeo Kanade, IEEE PAMI, Vol.15, No.4, April 1993`` A Multiple-Baseline Stereo '' Takeo Kanade, IEEE PAMI, Vol.15, No.4, April 1993 「単一撮像素子を用いた小型複眼カメラにおける画質と距離精度の向上」 大阪大学,2008年10月21日,映像情報メディア学会技術報告"Improvement of image quality and distance accuracy in a compact compound-eye camera using a single image sensor" Osaka University, October 21, 2008, Technical Report of the Institute of Image Information and Television Engineers

Claims (7)

略同一の複数のステレオ撮像系を用いて撮像される画像よりなる複数のステレオ画像ペアを入力する画像入力手段と、
各画像ペアから視差を計算する複数の第一の視差検出手段と、
第一の視差検出手段により検出された視差が所定の範囲の場合に、前記視差検出に使用した画素を含む各画像ペアの一方の画像の領域において画素を補間する複数の画像補間手段と、
前記画素補間された領域を使用して視差を計算する複数の第二の視差検出手段と、
第二の視差検出手段で検出される視差が存在する場合は当該視差を、第二の視差検出手段で検出される視差が存在しない場合は、第一の視差検出手段で検出した視差を、ステレオ撮像系の基線長に基づいて正規化する正規化手段と、
正規化された視差を用いて視差類似評価を行う視差類似評価手段と、
視差が類似している場合、正規化視差の平均を用いて被写体までの距離を検出する距離検出手段と、
を有することを特徴とする距離取得装置。
Image input means for inputting a plurality of stereo image pairs consisting of images picked up using a plurality of substantially identical stereo image pickup systems;
A plurality of first parallax detection means for calculating parallax from each image pair;
A plurality of image interpolation means for interpolating pixels in one image region of each image pair including the pixels used for the parallax detection when the parallax detected by the first parallax detection means is in a predetermined range;
A plurality of second parallax detection means for calculating parallax using the pixel-interpolated region;
When there is a parallax detected by the second parallax detection unit, the parallax is detected. When there is no parallax detected by the second parallax detection unit, the parallax detected by the first parallax detection unit is Normalization means for normalization based on the baseline length of the imaging system;
Parallax similarity evaluation means for performing parallax similarity evaluation using normalized parallax;
Distance detection means for detecting the distance to the subject using the average of the normalized parallax when the parallax is similar;
A distance acquisition device comprising:
請求項1に記載の距離取得装置において、
前記視差類似評価手段は、正規化視差の差分が所定の値より小さい場合に各視差が類似していると評価することを特徴とする距離取得装置。
The distance acquisition device according to claim 1,
The distance obtaining apparatus according to claim 1, wherein the disparity similarity evaluating unit evaluates that the disparities are similar when the difference between the normalized disparities is smaller than a predetermined value.
請求項1に記載の距離取得装置において、
第一の視差検出手段および第二の視差検出手段は、画像間の相関値の極値を検出することで視差を検出し、
前記視差類似評価手段は、正規化視差の差分が所定の値より大きい場合に各視差が類似していないと判定し、前記極値がより極値に近い方の値を有する視差を正しい正規化視差と判定し、
前記距離検出手段はその正規化視差に基づいて被写体までの距離を検出することを特徴とする距離取得装置。
The distance acquisition device according to claim 1,
The first parallax detection means and the second parallax detection means detect parallax by detecting the extreme value of the correlation value between images,
The disparity similarity evaluation unit determines that the disparities are not similar when the difference between the normalized disparities is greater than a predetermined value, and correctly normalizes the disparity having the extreme value closer to the extreme value Judged as parallax,
The distance acquisition device, wherein the distance detection means detects a distance to a subject based on the normalized parallax.
請求項1〜3のいずれか1つに記載の距離取得装置において、
前記ステレオ撮像系は、被写体に対向する位置に設けられ、複数のレンズが各々略同一の曲率半径を有し、その基線長または基線方向が異なる2以上のレンズペアから構成されてなるレンズアレイと、前記レンズアレイの像面側に設けられ、前記複数のレンズのそれぞれにより略結像される前記被写体の縮小像の集合である複眼像を撮像する撮像手段と、から構成され、
前記画像入力手段は、前記撮像手段から入力した複眼像から複数の個眼像ペアを抽出することを特徴とする距離取得装置。
In the distance acquisition device according to any one of claims 1 to 3,
The stereo imaging system is provided at a position facing a subject, a lens array including a plurality of lens pairs each having a plurality of lenses having substantially the same radius of curvature and different base lengths or base directions. An imaging unit that is provided on the image plane side of the lens array and that captures a compound eye image that is a set of reduced images of the subject that are substantially imaged by each of the plurality of lenses.
The distance acquisition apparatus, wherein the image input unit extracts a plurality of single-eye image pairs from a compound eye image input from the imaging unit.
被写体に対向する位置に設けられ、複数のレンズが各々略同一の曲率半径を有し、その基線長または基線方向が異なる2以上のレンズペアから構成されてなるレンズアレイと、
前記レンズアレイの像面側に設けられ、前記複数のレンズのそれぞれにより略結像される前記被写体の縮小像の集合である複眼像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段から入力した複眼像から複数の個眼像ペアを抽出する手段と、
前記複数の個眼像ペアから視差を計算する複数の第一の視差検出手段と、
第一の視差検出手段により検出された視差が所定の範囲の場合に、前記視差検出に使用した画素を含む各画像ペアの一方の画像の領域において画素を補間する複数の画像補間手段と、
前記画素補間された領域を使用して視差を計算する複数の第二の視差検出手段と、
第二の視差検出手段で検出される視差が存在する場合は当該視差を、第二の視差検出手段で検出される視差が存在しない場合は、第一の視差検出手段で検出した視差を、前記レンズアレイと前記撮像手段とを有するステレオ撮像系の基線長に基づいて正規化する正規化手段と、
正規化された視差を用いて視差類似評価を行う視差類似評価手段と、
視差が類似している場合、正規化視差の平均を用いて被写体までの距離検出する距離検出手段と、
を有することを特徴とする距離取得装置。
A lens array that is provided at a position facing a subject, and each of the plurality of lenses has substantially the same radius of curvature, and is composed of two or more lens pairs having different baseline lengths or baseline directions;
An imaging unit that is provided on the image plane side of the lens array and that captures a compound eye image that is a set of reduced images of the subject that are substantially imaged by each of the plurality of lenses;
Means for extracting a plurality of single-eye image pairs from a compound eye image input from the imaging means;
A plurality of first parallax detection means for calculating parallax from the plurality of single-eye image pairs;
A plurality of image interpolation means for interpolating pixels in one image region of each image pair including the pixels used for the parallax detection when the parallax detected by the first parallax detection means is in a predetermined range;
A plurality of second parallax detection means for calculating parallax using the pixel-interpolated region;
When there is a parallax detected by the second parallax detection unit, the parallax is detected. When there is no parallax detected by the second parallax detection unit, the parallax detected by the first parallax detection unit is Normalizing means for normalizing based on a baseline length of a stereo imaging system having a lens array and the imaging means;
Parallax similarity evaluation means for performing parallax similarity evaluation using normalized parallax;
Distance detection means for detecting the distance to the subject using the average of the normalized parallax when the parallax is similar;
A distance acquisition device comprising:
請求項5に記載の距離取得装置において、
前記視差類似評価手段は、正規化視差の差分が所定の値より小さい場合に各視差が類似していると評価することを特徴とする距離取得装置。
The distance acquisition device according to claim 5,
The distance obtaining apparatus according to claim 1, wherein the disparity similarity evaluating unit evaluates that the disparities are similar when the difference between the normalized disparities is smaller than a predetermined value.
請求項5に記載の距離取得装置において、
第一の視差検出手段および第二の視差検出手段は、画像間の相関値の極値を検出することで視差を検出し、
前記視差類似評価手段は、正規化視差の差分が所定の値より大きい場合に各視差が類似していないと判定し、前記極値がより極値に近い方の値を有する視差を正しい正規化視差と判定し、
前記距離検出手段はその正規化視差に基づいて被写体までの距離を検出することを特徴とする距離取得装置。
The distance acquisition device according to claim 5,
The first parallax detection means and the second parallax detection means detect parallax by detecting the extreme value of the correlation value between images,
The disparity similarity evaluation unit determines that the disparities are not similar when the difference between the normalized disparities is greater than a predetermined value, and correctly normalizes the disparity having the extreme value closer to the extreme value Judged as parallax,
The distance acquisition device, wherein the distance detection means detects a distance to a subject based on the normalized parallax.
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