JP2012028915A - Imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、1つの撮影光学系と、左右の視差測定用光学系を用いて、立体撮影を撮像する撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus that captures stereoscopic imaging using one imaging optical system and right and left parallax measurement optical systems.
立体画像を撮影する立体撮像装置は、被写体画像の右目情報と左目情報の視差によって立体像を形成するものであるが、その方法の一つとして前記右目情報と左目情報を別々の撮影光学系によって取り込み、一つの撮影素子に結像させる方法がある。前記右目情報と左目情報の取り込み方法として従来から種々の方法が提案されており、例えば、特許文献1には、第1の方向に偏光軸を有する偏光板が光路上に設けられた第1撮影光学系と、前記第1の方向と直交する第2の方向に偏光軸を有する偏光板が光路上に設けられた第2撮影光学系とが同数づつ交互に配列され、前記第1撮影光学系と前記第2撮影光学系のそれぞれの被写体が結像する撮影素子とを備え、前記撮影素子からの画像データを読み出して立体画像を形成する左右二つの画像データを形成する撮影装置が提案されている。 A stereoscopic imaging apparatus that captures a stereoscopic image forms a stereoscopic image by parallax of right eye information and left eye information of a subject image. As one of the methods, the right eye information and left eye information are separated by separate imaging optical systems. There is a method of capturing and forming an image on one imaging element. Various methods have been proposed for capturing the right eye information and the left eye information. For example, Patent Document 1 discloses a first photographing in which a polarizing plate having a polarization axis in a first direction is provided on an optical path. The same number of optical systems and second imaging optical systems in which a polarizing plate having a polarization axis in a second direction orthogonal to the first direction is provided on the optical path are arranged alternately. And an imaging device that forms an image of each subject of the second imaging optical system and that reads out the image data from the imaging device to form two left and right image data to form a stereoscopic image is proposed. Yes.
しかしながら前記特許文献1に示す被写体画像の取込方法は、2つの撮影光学系を用いて右目情報と左目情報を形成する方法であるため、違和感のない立体画像を形成するためには、2つの光学系の諸特性(焦点距離、感度など)を厳格に合わせる必要がある。この実現のためには、光学系の調整を入念に行わざるを得ず、コストアップを招く、という課題を有している。また、撮像素子上の隣り合った画素間で、直交する偏光軸を形成する必要があり、これもやはりコストアップを招く要因となる。 However, since the subject image capturing method shown in Patent Document 1 is a method of forming right eye information and left eye information using two photographing optical systems, in order to form a stereoscopic image without a sense of incongruity, It is necessary to strictly match various characteristics (focal length, sensitivity, etc.) of the optical system. In order to realize this, there is a problem that the adjustment of the optical system has to be performed carefully, resulting in an increase in cost. In addition, it is necessary to form orthogonal polarization axes between adjacent pixels on the image sensor, which also causes a cost increase.
本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、1つの撮影光学系と、2つの視差測定用光学系を用いて、立体撮影を行うことができる撮像装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an imaging apparatus capable of performing stereoscopic shooting using one shooting optical system and two parallax measurement optical systems. To do.
請求項1の撮像装置は、中央部に位置して被写体を撮影する第1撮影光学系と、この第1撮影光学系の両側に位置して前記被写体までの距離を測定する第2の測距用光学系及び第3の測距用光学系と、前記第1撮影光学系によって形成される画像を取り込むための第1の撮像素子と、前記第2の測距用光学系によって形成される画像を取り込むための第2の撮像素子と、前記第3の測距用光学系によって形成される画像を取り込むための第3の撮像素子と、第2の測距用光学系及び第3の測距用光学系によって形成される画像とを用いて特定の被写体までの距離を測定するための第1の画像処理手段と、前記特定の被写体までの距離に応じて、前記第1の撮像素子によって得られた画像を加工するための第2の画像処理手段とを備え、前記第1撮影光学系によって形成された画像から立体画像を形成する左右2つの画像データを生成することを特徴とする。 The imaging apparatus according to claim 1 is a first imaging optical system that is located in a central portion and photographs a subject, and a second distance measurement that is located on both sides of the first photographing optical system and measures a distance to the subject. Optical system and third distance measuring optical system, a first image sensor for capturing an image formed by the first photographing optical system, and an image formed by the second distance measuring optical system A second image sensor for capturing the image, a third image sensor for capturing an image formed by the third distance measuring optical system, a second distance measuring optical system, and a third distance measuring device. A first image processing means for measuring a distance to a specific subject using an image formed by an optical system for use, and obtained by the first imaging device according to the distance to the specific subject. Second image processing means for processing the captured image, And generates two left and right image data for forming a three-dimensional image from the formed image by the imaging optical system.
請求項1記載の撮像装置で、立体画像を形成する左右の画像データを生成するには以下の手順で行う。 The imaging apparatus according to claim 1 generates the left and right image data forming a stereoscopic image by the following procedure.
まず、前記第1撮影光学系と、第2の測距用光学系、第3の測距用光学系による画像を、それぞれ第1の撮像素子、第2の撮像素子、第3の撮像素子で取り込む。前記第2の測距用光学系と第3の測距用光学系は、基線長Lだけ前記撮影光学系の光軸を挟んで離間しているため、視野内の特定の被写体に関して、その被写体までの距離に応じて、画面内での位置に差が生じる(いわゆる視差を生じる)。 First, images from the first imaging optical system, the second distance measuring optical system, and the third distance measuring optical system are respectively obtained by a first imaging element, a second imaging element, and a third imaging element. take in. Since the second distance measuring optical system and the third distance measuring optical system are separated from each other by the base line length L with the optical axis of the photographing optical system interposed therebetween, the subject for a specific object in the field of view is determined. Depending on the distance up to, there is a difference in position on the screen (so-called parallax occurs).
この視差δと、基線長L、撮影装置から被写体までの距離dは以下の数1で表される。 The parallax δ, the base line length L, and the distance d from the photographing apparatus to the subject are expressed by the following formula 1.
取込後、第2の撮像素子の画像情報と第3の撮像素子の画像情報との間で減算処理を行い、差分を出力する。差分画像から輪郭抽出を行うと同時に、パターンマッチングを行って抽出像の同定を行い、2画像間の視差を検出する。この視差から物体までの距離dを前記式1を用いて求める。この距離dを被写体距離と呼称する。 After the capture, a subtraction process is performed between the image information of the second image sensor and the image information of the third image sensor, and the difference is output. At the same time as performing contour extraction from the difference image, pattern matching is performed to identify the extracted image, and parallax between the two images is detected. The distance d from this parallax to the object is obtained using the above equation 1. This distance d is called a subject distance.
ここまでの処理で前記第2の測距用光学系及び第3の測距用光学系の視野内の被写体(特定の被写体)のマーキングと、距離測定が完了する。この情報を第2の画像処理手段に入力し、前記第1撮影光学系で得た画像内の被写体画像を、前記被写体距離dに応じて横ずらしし、立体画像を形成するための右側画像と、左側画像を形成する。すなわち、前記被写体距離dの横ずらし量の関係は前記式1で得られるから、式1で得られた量に応じた横ずらし量を与える。 With the processing so far, marking of the subject (specific subject) in the field of view of the second distance measuring optical system and the third distance measuring optical system and distance measurement are completed. This information is input to the second image processing means, and the subject image in the image obtained by the first photographing optical system is laterally shifted according to the subject distance d, and a right image for forming a three-dimensional image , Forming the left image. That is, since the relationship of the lateral shift amount of the subject distance d is obtained by the equation 1, the lateral shift amount corresponding to the amount obtained by the equation 1 is given.
横ずらしされた後の画像には、横ずらしによって生じた空白部分が残るが、この部分は前記第2の測距用光学系及び第3の測距用光学系によって得られた画像情報を用いて補完処理を行う。 In the image after the lateral shift, a blank portion generated by the lateral shift remains, but this portion uses image information obtained by the second distance measuring optical system and the third distance measuring optical system. To perform complement processing.
本発明の撮像装置によれば、第1撮影光学系に対して平行に配置された第2の測距用光学系及び第3の測距用光学系による画像を取り込むための第2の撮影素子及び第3の撮影素子から被写体距離を検出し、その被写体距離に応じた視差による右側画像と、左側画像の横ずらし量を演算し、このデータに基づいて第1撮影光学系で撮像した画像を画像処理して左右2つの画像データを生成することができる。 According to the imaging apparatus of the present invention, the second imaging element for capturing an image by the second distance measuring optical system and the third distance measuring optical system arranged in parallel to the first imaging optical system. And the subject distance is detected from the third imaging element, the lateral shift amount of the right side image and the left side image according to the parallax corresponding to the subject distance is calculated, and the image captured by the first imaging optical system based on this data is calculated. Image processing can be performed to generate left and right image data.
これにより、複数の特性が完全に一致する撮影光学系や複雑な撮像素子を用いることなく、簡単な構成によって立体画像を生成することができる。 Thereby, it is possible to generate a stereoscopic image with a simple configuration without using an imaging optical system or a complicated imaging device in which a plurality of characteristics completely match.
以下、添付図面を参照して本発明の一実施例を説明する。図1及び図2に示すように、本発明による3Dカメラ(撮像装置)10は、略直方体形状のカメラ本体11の前面中央部に第1撮影光学系を構成する撮像レンズ12を設けるとともに、その撮像レンズ12の両側に位置して左右一対の第2の測距用レンズ13(第2の測距用光学系)と第3の測距用レンズ14(第3の測距用光学系)とを配置している。また、カメラ本体11の上面には、電源ボタン15、撮影ボタン16及び第1撮影レンズ12を前後にスイングさせてズーミングするズーム操作ボタン19が配置され、カメラ本体11の側面には、画像を表示する表示手段である撮影再生切り替えボタン18、その他の撮影条件などをLCDパネル17に表示されたメニューから選択したり、撮影画像の保存や消去を行う操作ボタン20が設けられている。また、カメラ本体11の底面には、画像データが記憶されるメモリカード21が着脱自在に装填されるスロット(図示せず)が設けられ、撮影された画像データはメモリカード21に書き込まれる。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. As shown in FIGS. 1 and 2, a 3D camera (imaging device) 10 according to the present invention is provided with an
図3に示すように、3Dカメラ10の電気的構成は、3Dカメラ10は、第1撮像レンズ12による画像を取り込む第1の撮像素子であるカラーCCD22、第2の測距用光学系であるレンズ13による画像を取り込む第2の撮像素子であるカラーCCD23、第3の測距用光学系であるレンズ14による画像を取り込む第3の撮像素子であるカラーCCD24、CPU30、増幅回路31、A/D変換回路32、前記カラーCCD23及びカラーCCD24によって得られた画像間の演算処理を行う第1の画像信号処理回路33(第1の画像処理手段)、カラーCCD22によって得られた画像より立体画像を形成する右画像及び左画像を生成する第2の画像信号処理回路34(第2の画像処理手段)、圧縮伸張処理回路35、AF/AF処理回路36、ROM37、RAM38、SDRAM39、LCDドライバ40及びメディアコントローラ41がデータバス50に接続されている。
As shown in FIG. 3, the electrical configuration of the
前記CPU30は、ROM37に記憶されたシーケンスプログラムをワークメモリであるRAM38に読み出しで実行する。第2のカラーCCD23及び第3のカラーCCD24から出力させた撮像信号は、CDS(相関二重サンプリング回路、図示しない)で第2のカラーCCD23及び第3のカラーCCD24の各受光素子の蓄積電荷量に対応した赤、緑、青の画像データに変換された後、増幅回路31で増幅され、A/D変換回路32でデジタルの画像データに変換される。A/D変換回路32から出力された画像データは、データバス50を介してSDRAM39に一時的にストアされる。第1の画像信号処理回路33は、SDRAM39から画像データを読み出して、階調変換、γ補正処理などを施した後、除算処理を施して再度SDRAM39に記憶する。SDRAM39に記憶された前記除算処理を施して画像は、第3の画像信号処理回路43によって読み出され、輪郭抽出及びパターンマッチング処理が施され、被写体画像の抽出及び同定が行われる。更にパターンマッチングにより同一被写体と同定された画像間の距離が求められ、その距離情報はSDRAM39に保管される。
The
一方、第1のカラーCCD22から出力された撮像信号は、CDS(相関二重サンプリング回路、図示しない)で、第1のカラーCCD22の受光素子の蓄積電荷量に対応した赤、緑、青の画像データに変換された後、増幅回路31で増幅され、A/D変換回路32でデジタルの画像データに変換される。A/D変換回路32から出力された画像データは、データバス50を介してSDRAM39に一時的にストアされる。第2の画像信号処理回路34は、SDRAM39から画像データを読み出して、階調変換、γ補正処理などを施した後、輪郭抽出を行って特定の被写体をラベリングする。ラベリングを行った後、SDRAM39に保存されている距離情報を読み出し、ラベリングした前記被写体各々に横ずらし処理を施す。更にSDRAM39から、第2のカラーCCD23から形成された画像を読み出し、横ずらしにて空白となった領域を補完処理で埋める。この処理を横ずらし方向を逆にして2度施し、右側画像及び左側画像を形成する。横ずらし処理及び補完処理を施した2種の画像は、再度SDRAM39に記憶される。SDRAM39には、複数の画像及び距離情報を記憶する複数のメモリエリアがあり、一方からの呼び出し中に、他方に書き込みをすることができる。圧縮伸張処理回路35は、第3の画像信号処理回路42で画像圧縮処理が施された画像データに対して、所定の圧縮形式(例えばJPEG形式)で画像圧縮を施す。圧縮された画像データは、メディアコントローラ41を経由してメモリカード21に記憶される。
On the other hand, the imaging signal output from the
以上のように構成される本実施例における3Dカメラ10は、第1撮像レンズ12の左右両側に配置される第2の測距用レンズ13と第3の測距用レンズ14は基線長Lだけ、前記第1撮影レンズ12の光軸を挟んで離間しているため、これら第2の測距用レンズ13と第3の測距用レンズ14から特定の被写体までの距離に応じて、視差が生じ、この視差を第2の測距用レンズ13と第3の測距用レンズ14で撮影した2画像の画像情報によって検出し、この視差から被写体距離dを前記式1、すなわち、d=fL/δ(f:第2の測距用光学系及び第3の測距用光学系の焦点距離)によって用いて求め、この情報に基づいて撮像レンズ12で得た画像内の被写体画像を、前記被写体距離dに応じて横ずらし処理を施すことによって立体画像を生成する。
In the
これにより、複数の特性が完全に一致する撮影光学系や複雑な撮像素子を用いることなく、簡単に立体画像を生成することができる。また、横ずらしされた後の画像には、横ずらしによって生じた空白部分が残るが、この空白部分を第2、第3の測距用レンズ13及び14から得られた画像情報を用いて補完処理を行うことによって違和感のない立体画像が得られる。
As a result, it is possible to easily generate a stereoscopic image without using a photographing optical system or a complicated imaging device in which a plurality of characteristics completely match. In addition, a blank portion generated by the lateral displacement remains in the image after lateral displacement, and this blank portion is complemented by using image information obtained from the second and third
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、前記実施例では、撮像素子としてCCDを示したが、これに限るものではなく、撮像素子の一部或いは全てをCMOSイメージセンサを用いても構わない。また、3Dカメラ10の基本的構成も適宜選定すればよい。
As mentioned above, although the Example of this invention was explained in full detail, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation implementation is possible within the range of the summary of this invention. For example, in the above embodiment, the CCD is shown as the image sensor, but the present invention is not limited to this, and a CMOS image sensor may be used for a part or all of the image sensor. The basic configuration of the
10 3Dカメラ(撮像装置)
12 第1撮像レンズ(第1撮影光学系)
13 第2の測距用レンズ(第2の測距用光学系)
14 第3の測距用レンズ(第3の測距用光学系)
22 第1のカラーCCD(第1の撮像素子)
23 第2のカラーCCD(第2の撮像素子)
24 第3のカラーCCD(第3の撮像素子)
33 第1の画像信号処理回路(第1の画像処理手段)
34 第2の画像信号処理回路(第2の画像処理手段)
10 3D camera (imaging device)
12 First imaging lens (first imaging optical system)
13 Second ranging lens (second ranging optical system)
14 Third ranging lens (third ranging optical system)
22 First color CCD (first image sensor)
23 Second color CCD (second image sensor)
24 3rd color CCD (3rd image sensor)
33 First image signal processing circuit (first image processing means)
34 Second image signal processing circuit (second image processing means)
Claims (1)
この撮影光学系の両側に位置して前記被写体までの距離を測定する第2の測距用光学系及び第3の測距用光学系と、
前記第1撮影光学系によって形成される画像を取り込むための第1の撮像素子と、
前記第2の測距用光学系によって形成される画像を取り込むための第2の撮像素子と、
前記第3の測距用光学系によって形成される画像を取り込むための第3の撮像素子と、
第2の測距用光学系及び第3の測距用光学系によって形成される画像とを用いて特定の被写体までの距離を測定するための第1の画像処理手段と、
前記特定の被写体までの距離に応じて、前記第1の撮像素子によって得られた画像を加工するための第2の画像処理手段とを備え、
前記第1撮影光学系によって形成された画像から立体画像を形成する左右2つの画像データを生成することを特徴とする撮影装置。 A first photographing optical system for photographing a subject located in the center;
A second distance measuring optical system and a third distance measuring optical system which are located on both sides of the photographing optical system and measure the distance to the subject;
A first image sensor for capturing an image formed by the first photographing optical system;
A second image sensor for capturing an image formed by the second distance measuring optical system;
A third image sensor for capturing an image formed by the third distance measuring optical system;
First image processing means for measuring a distance to a specific subject using an image formed by the second distance measuring optical system and the third distance measuring optical system;
A second image processing means for processing an image obtained by the first image sensor according to a distance to the specific subject,
An imaging apparatus, comprising: left and right image data forming a stereoscopic image from an image formed by the first imaging optical system.
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