JP2012182738A - Stereo image pickup apparatus - Google Patents

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正巳 鐘ヶ江
Kotaro Takigami
耕太郎 滝上
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stereo image pickup apparatus that generates stereo images in pan focus with a multifocal lens group.SOLUTION: In a stereo image pickup apparatus 1 having an image pickup element 4 for acquiring photographic images 51, 52, an imaging optical system 2 for directing the light of a first optical path L1 and the light of a second optical path L2 incident at a predetermined reference distance D to the image pickup element 4, and image processing means 6 for processing the photographic images 51, 52 picked up by the image pickup element 4, the imaging optical system 2 comprises a multifocal lens group 2 having at least a first lens part having a first focal length and a second lens part having a second focal length, and the image processing means 6 generates a left eye parallax image 61 and a right eye parallax image 62 from the first photographic image 51 by the light of the first optical path L1 and the second photographic image 52 by the light of the second optical path L2 picked up by the image pickup element 4 via the multifocal lens group 2.

Description

本発明は、立体視のための視差画像を撮像する技術に関し、特に、多焦点レンズを採用したステレオ画像撮像装置に関する。   The present invention relates to a technique for capturing a parallax image for stereoscopic viewing, and more particularly to a stereo image capturing apparatus employing a multifocal lens.

近年、映像コンテンツ(動画、静止画を含む)を三次元立体視することが可能なテレビ、パーソナルコンピュータ、携帯電話機などが一般に広く普及し始めている。立体視の原理は人間の両眼視差に基づくものであり、これら三次元対応機器は両眼視差のある左眼用及び右眼用の視差画像(以下「ステレオ画像」ともいう)をそれぞれ人間の左右の眼に対して与えると、人間は脳内でその視差画像を立体像として再構成して奥行きのある立体像を認識する。ステレオ画像を撮像するための装置としては、光路をミラー又はプリズムにより二分割し、一つの撮像素子に左眼用及び右眼用の視差画像を撮像するステレオアダプタが知られている(例えば、特許文献1参照)。また、二つの撮像光学系を用いてそれぞれ独立に左眼用及び右眼用の視差画像を撮像する二眼式の撮像装置もある。   In recent years, televisions, personal computers, mobile phones, and the like that can three-dimensionally view video content (including moving images and still images) have started to be widely used. The principle of stereoscopic vision is based on human binocular parallax, and these three-dimensional compatible devices generate binocular parallax left-eye and right-eye parallax images (hereinafter also referred to as “stereo images”). When given to the left and right eyes, a human recognizes a stereoscopic image with depth by reconstructing the parallax image as a stereoscopic image in the brain. As an apparatus for capturing a stereo image, a stereo adapter that divides an optical path into two by a mirror or a prism and captures left-eye and right-eye parallax images on one image sensor is known (for example, a patent). Reference 1). There is also a twin-lens imaging device that captures left-eye and right-eye parallax images independently using two imaging optical systems.

特許文献1では、撮像レンズの前方に装着されたステレオアダプタが、撮像レンズに入射する光束を視差を有するように左右に二分割し、その二分割された光束を1フレームの半分にそれぞれ左眼用画像及び右眼用画像として撮像する。   In Patent Document 1, a stereo adapter mounted in front of an imaging lens divides a light beam incident on the imaging lens into two parts so as to have parallax, and each of the two divided light beams is divided into half of one frame by the left eye. The image is taken as an image for use and an image for the right eye.

図14は、従来のステレオアダプタにより生成されたステレオ画像の説明図である。ステレオアダプタを取付けない通常のカメラによる撮影では、フレームの高さ方向の長さが垂直画角φに相当し、幅方向の長さが水平画角θに相当する画像100が得られるが、ステレオアダプタをカメラに取付けると、左眼用視差画像101と右眼用視差画像102とが得られる。これら各視差画像を適当な立体視用ビューア又は裸眼で観ると、人間の脳内で立体画像103が構成される。   FIG. 14 is an explanatory diagram of a stereo image generated by a conventional stereo adapter. When shooting with a normal camera without a stereo adapter attached, an image 100 is obtained in which the length in the height direction of the frame corresponds to the vertical angle of view φ and the length in the width direction corresponds to the horizontal angle of view θ. When the adapter is attached to the camera, a left-eye parallax image 101 and a right-eye parallax image 102 are obtained. When these parallax images are viewed with an appropriate stereoscopic viewer or the naked eye, a stereoscopic image 103 is formed in the human brain.

ところで、カメラに採用されるレンズは一般的には単焦点であるが、眼鏡、コンタクトレンズなどの視力矯正器具の分野では、遠近両用の二焦点レンズなどが利用されている。二焦点レンズは、例えば、近距離に位置する被写体を撮像するのに適した短い焦点距離をもつレンズ部と、遠距離に位置する被写体を撮像するのに適した長い焦点距離をもつレンズ部とが同一のレンズ面に一体的に構成されたものである。そして、このような二焦点レンズを採用した撮像装置とその画像改質処理方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。   By the way, a lens employed in a camera is generally a single focal point, but in the field of vision correction instruments such as eyeglasses and contact lenses, a bifocal lens for both near and near is used. The bifocal lens has, for example, a lens unit having a short focal length suitable for imaging a subject located at a short distance, and a lens unit having a long focal length suitable for imaging a subject located at a long distance. Are integrally formed on the same lens surface. An image pickup apparatus employing such a bifocal lens and an image modification processing method thereof have been proposed (see, for example, Patent Document 2).

特許文献2では、二焦点レンズを採用した撮像装置において、近距離の被写体にピントの合った画像と遠距離の被写体にピントの合った画像とが重なりあった撮像画像に対して画像改質処理を施すことによって、近距離の被写体及び遠距離の被写体の両方にピントの合った鮮明な画像を取得する。   In Patent Document 2, in an imaging apparatus employing a bifocal lens, an image modification process is performed on a captured image in which an image focused on a short-distance subject and an image focused on a long-distance subject overlap. By performing the above, a clear image focused on both the short-distance subject and the long-distance subject is acquired.

特開平5−158169号公報JP-A-5-158169 特表2008−516299号公報Special table 2008-516299 gazette

前述したように、ステレオ画像による三次元立体視は、人間の脳内処理に依存している。このため、左右の視差画像において、視差範囲、奥行き(飛び出し、引っ込み)範囲、被写体のピントなどが適切に設定されていないと、立体視の成立が妨害され、観察者に著しい視覚疲労や不快感(映像酔い)を与える恐れがある。観察者が立体映像を快適に楽しむための一つ条件として、近距離の観察対象である被写体(手前)から遠距離の観察対象である被写体(奥)までの範囲でピントの合ったパンフォーカス性の高い視差画像を撮像することが必要である。   As described above, three-dimensional stereoscopic vision based on stereo images depends on human brain processing. For this reason, in the right and left parallax images, if the parallax range, depth (protrusion, retraction) range, subject focus, and the like are not set appropriately, the formation of stereoscopic vision is hindered, and the viewer experiences significant visual fatigue and discomfort. There is a risk of (sickness). One condition for the viewer to enjoy stereoscopic images comfortably is a pan-focus property that is in focus from the subject that is the object of observation at the short distance (front) to the subject that is the object of observation at the long distance (back). It is necessary to pick up a high parallax image.

また、観察者が三次元コンテンツを観る場合、その場面に応じて、視点が近距離、中距離、遠距離の被写体グループに順次移ることがある。また、三次元コンテンツの製作者側が注目させたい被写体を場面ごとに変えたいこともある。このため、ステレオ画像の生成に際しては、近距離の被写体と遠距離の被写体との間の範囲(中間距離)における合焦も考慮する必要がある。さらに、観察者の視点がある被写体グループのみにピントを合わせて、他の被写体グループをボケさせるような処理も場合によっては必要となる。   In addition, when an observer views three-dimensional content, the viewpoint may sequentially shift to a subject group at a short distance, a medium distance, and a long distance depending on the scene. Also, there are times when the 3D content producer wants to change the subject to be noticed for each scene. For this reason, when generating a stereo image, it is necessary to consider focusing in a range (intermediate distance) between a short-distance subject and a long-distance subject. Furthermore, it may be necessary in some cases to focus only on a subject group with the observer's viewpoint and blur other subject groups.

特許文献1に記載された技術によれば、ステレオアダプタによりカメラの撮像光学系(レンズ系)に入射する光路を二分割することができ、左眼用の視差画像と右眼用の視差画像とをフィルムに同時に撮像することができる。しかし、単焦点レンズを採用した従来のステレオアダプタでは、図14の画像101、102に示したように、単焦点レンズの被写界深度に位置する被写体についてはピントの合った像Aが撮像されるが、その被写界深度から外れる被写体についてはピントのボケた像Bが撮像され、パンフォーカス性の高い視差画像を得ることが難しい。なお、ステレオアダプタに単焦点レンズを採用した場合、近距離から遠距離まで広くピントの合った視差画像を得るためには、例えば、絞りを閉じてF値を大きくすることも考えられる。しかしながら、この場合、光路の分離が適切になされず、左右の視差画像の中央接合部に黒い帯が出現することがある。また、深い被写界深度を得るためにF値を大きくすると、入射する光量が減少するため露出不足となり、動画像を撮像したり、速いシャッタースピードが求められる動きのある被写体を撮像したりするには不向きである。   According to the technique described in Patent Literature 1, the optical path incident on the imaging optical system (lens system) of the camera can be divided into two by the stereo adapter, and the parallax image for the left eye and the parallax image for the right eye Can be imaged simultaneously on film. However, with a conventional stereo adapter employing a single focus lens, as shown in images 101 and 102 in FIG. 14, a focused image A is captured for a subject located at the depth of field of the single focus lens. However, for a subject that is out of the depth of field, an out-of-focus image B is captured, and it is difficult to obtain a parallax image with high pan focus. Note that when a single focus lens is used for the stereo adapter, in order to obtain a wide-focused parallax image from a short distance to a long distance, for example, it is conceivable to increase the F value by closing the aperture. However, in this case, the optical path may not be properly separated, and a black band may appear at the central joint between the left and right parallax images. Also, if the F value is increased to obtain a deep depth of field, the amount of incident light will decrease, resulting in underexposure, and a moving image or a moving subject that requires a fast shutter speed will be captured. Not suitable for.

さらに、前述した特許文献1では、撮像素子の撮像面の領域(1フレーム分に相当する)を二分割し、分割された左領域と右領域とに左眼用の視差画像と右眼用の視差画像とが撮像される。このため、各視差画像は、通常(ステレオアダプタを用いない撮像)の場合に比べて、水平方向の大きさ(水平画角)が略半分の画像、すなわち、縦長タイプの画像となる。つまり、図14に示したように、左眼用視差画像101と右眼用視差画像102は、基準の通常画像100と比べると、水平画角が略半分(θ/2)となり、縦長の画像となってしまう。一般的に人間の視野角は、縦方向よりも横方向の方が広いため、横長の画像の方が迫力や臨場感が増加するが、特許文献1に記載のステレオアダプタでは、臨場感のある風景などを撮像した場合、横長タイプ(パノラマ型)の視差画像を生成することができなかった。   Further, in Patent Document 1 described above, the area of the imaging surface of the imaging element (corresponding to one frame) is divided into two, and the left-eye parallax image and the right-eye area are divided into the divided left and right areas. A parallax image is captured. For this reason, each parallax image is an image whose horizontal size (horizontal angle of view) is approximately half that of normal (capturing without using a stereo adapter), that is, a vertically long image. That is, as shown in FIG. 14, the left-eye parallax image 101 and the right-eye parallax image 102 have a horizontal angle of view approximately half (θ / 2) compared to the reference normal image 100, and are vertically long images. End up. In general, the viewing angle of a human is wider in the horizontal direction than in the vertical direction, so that a horizontally long image increases the power and presence, but the stereo adapter described in Patent Document 1 has a sense of presence. When a landscape or the like is imaged, a horizontally long (panoramic) parallax image cannot be generated.

本発明は前述した問題に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、パンフォーカス性の高いステレオ画像を生成することができるステレオ画像撮像装置を提供することである。さらに、本発明の他の目的は、撮像素子によって取得された左右の撮像画像を立体視に適するように改質することができるステレオ画像撮像装置を提供することである。また、本発明の目的は、ステレオ画像撮像装置において、立体視に適したパノラマタイプの視差画像を取得することができる光路分割のためのミラー機構を提供することである。加えて、携帯情報端末に適したミラー機構を提供することである。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a stereo image capturing apparatus capable of generating a stereo image with high pan focus. Furthermore, another object of the present invention is to provide a stereo image capturing apparatus capable of modifying left and right captured images acquired by an image sensor so as to be suitable for stereoscopic vision. It is another object of the present invention to provide a mirror mechanism for optical path division that can acquire a panoramic type parallax image suitable for stereoscopic vision in a stereo image capturing apparatus. In addition, a mirror mechanism suitable for a portable information terminal is provided.

前述した課題を解決するため、本発明のステレオ画像撮像装置は、撮像画像を取得する撮像素子と、立体視のための両眼視差を与える所定の基線長をもって入射された第1光路の光と第2光路の光とを前記撮像素子の撮像面に導く撮像光学系と、前記撮像素子によって撮像された撮像画像を処理する画像処理手段と、を備えるステレオ画像撮像装置において、前記撮像光学系は、第1の焦点距離をもつ第1レンズ部と前記第1の焦点距離とは異なる第2の焦点距離をもつ第2レンズ部とを少なくとも有する多焦点レンズ群として構成され、前記画像処理手段は、前記多焦点レンズ群を介して前記撮像素子によって撮像された、前記第1光路の光による第1撮像画像及び前記第2光路の光による第2撮像画像に基づいて、左眼用視差画像及び右眼用視差画像を生成することを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, a stereo image capturing apparatus of the present invention includes an image sensor that acquires a captured image, and light of a first optical path that is incident with a predetermined baseline length that provides binocular parallax for stereoscopic viewing. In a stereo image capturing apparatus, comprising: an imaging optical system that guides light in a second optical path to an imaging surface of the imaging element; and an image processing unit that processes a captured image captured by the imaging element. A multifocal lens group including at least a first lens unit having a first focal length and a second lens unit having a second focal length different from the first focal length, and the image processing means includes: A left-eye parallax image based on a first captured image by the light in the first optical path and a second captured image by the light in the second optical path, which are captured by the image sensor through the multifocal lens group, and right And generating the use parallax images.

また、上記ステレオ画像撮像装置において、前記撮像面の光軸上に位置する点光源を遠距離撮像用の前記第2レンズ部によって結像した位置までの前記撮像面からの距離と、近距離撮像用の前記第1レンズ部によって物体側に結像した位置までの前記撮像面からの距離との比が100以下であることが好ましい。   In the stereo image capturing apparatus, a distance from the imaging surface to a position where a point light source positioned on the optical axis of the imaging surface is imaged by the second lens unit for long-distance imaging, and short-distance imaging It is preferable that the ratio of the distance from the imaging surface to the position imaged on the object side by the first lens unit is 100 or less.

また、上記ステレオ画像撮像装置において、前記画像処理手段は、改質フィルタによって前記第1及び第2撮像画像を改質して、前記第1レンズ部の被写界深度に相当する第1範囲、前記第2レンズの被写界深度に相当する第2範囲及び前記第1の範囲又は第2範囲より遠く前記第1及び第2範囲とは異なる第3範囲のボケの信号成分を補正して、左眼用視差画像及び右眼用視差画像を生成することが好ましい。   In the stereo image capturing apparatus, the image processing unit modifies the first and second captured images by a modification filter, and a first range corresponding to a depth of field of the first lens unit, Correcting the blur signal component of the second range corresponding to the depth of field of the second lens and the third range farther than the first range or the second range and different from the first and second ranges; It is preferable to generate a parallax image for the left eye and a parallax image for the right eye.

また、上記ステレオ画像撮像装置において、前記改質フィルタによる改質は、前記第3範囲の水平走査線上の信号を抽出し、フーリエ解析することによって得られた空間周波数の交流成分の累積値が、前記第1及び第2撮像画像に比べて、前記左眼用視差画像及び右眼用視差画像の方が大きくなることが好ましい。   Further, in the stereo image pickup device, the modification by the modification filter is performed by extracting a signal on the horizontal scanning line in the third range and performing a Fourier analysis to obtain a cumulative value of an alternating current component of a spatial frequency. It is preferable that the left-eye parallax image and the right-eye parallax image are larger than the first and second captured images.

また、上記ステレオ画像撮像装置において、前記改質フィルタは、前記第1及び第2レンズ部のうち、合焦のレンズ部を通る光による合焦のポイントスプレット関数と他方のレンズ部を通る光によるボケのポイントスプレット関数とを用いて求めた前記多焦点レンズ群の代表ポイントスプレット関数に基づいて構成されることが好ましい。   Further, in the stereo image pickup device, the modification filter is based on a focusing point spread function by light passing through the focusing lens portion and light passing through the other lens portion of the first and second lens portions. It is preferable that the image forming apparatus is configured based on a representative point spread function of the multifocal lens group obtained using a blurred point spread function.

また、上記ステレオ画像撮像装置において、前記改質フィルタは、前記合焦のポイントスプレット関数と前記ボケのポイントスプレット関数との比を、前記第1レンズ部と前記第2レンズ部との面積比とは異なる比に設定されていることが好ましい。また、前記合焦のポイントスプレット関数の少なくも一部は、理想レンズのポイントスプレット関数が適用されることが好ましい。   In the stereo image capturing apparatus, the modification filter may be configured to determine a ratio between the focused point spread function and the blurred point spread function, and an area ratio between the first lens unit and the second lens unit. Are preferably set to different ratios. It is preferable that the point spread function of an ideal lens is applied to at least a part of the point spread function for focusing.

また、上記ステレオ画像撮像装置において、前記画像処理手段は、前記左眼用視差画像と前記右眼用視差画像とを比較することによって、前記各視差画像における被写体のずれ量を検出し、前記検出されたずれ量に基づいて、光軸方向についての被写体の相対的な位置関係を特定することが好ましい。また、前記画像処理手段は、前記被写体の相対的な位置関係に基づいて、前記各撮像画像又は各視差画像に対して、合焦の領域とボケの領域とを設定し、前記設定された各領域に対して、異なる画像改質処理を実行することが好ましい。   In the stereo image capturing apparatus, the image processing unit detects a shift amount of a subject in each parallax image by comparing the parallax image for the left eye and the parallax image for the right eye, and the detection It is preferable to identify the relative positional relationship of the subject in the optical axis direction based on the amount of deviation. Further, the image processing means sets a focus area and a blur area for each captured image or each parallax image based on the relative positional relationship of the subject, and sets each of the set It is preferable to perform different image modification processing on the region.

また、上記ステレオ画像撮像装置において、前記画像処理手段は、選択された特定の被写体の領域、前記特定の被写体と略等距離にある被写体の領域、又は前記特定の被写体とそれより近い距離にある被写体の領域を前記合焦の領域に設定することが好ましい。また、前記特定の被写体は、観察者の視点の情報に基づいて選択されることが好ましい。また、前記特定の被写体は、観察者によって入力された被写体の輪郭の情報又は指定領域の情報に基づいて選択されることが好ましい。   Further, in the stereo image capturing apparatus, the image processing means is in a selected specific subject area, a subject area that is substantially equidistant from the specific subject, or a distance closer to the specific subject. It is preferable to set the area of the subject to the in-focus area. Further, it is preferable that the specific subject is selected based on information on an observer's viewpoint. In addition, it is preferable that the specific subject is selected based on information on a contour of the subject or information on a designated area input by an observer.

また、上記ステレオ画像撮像装置において、前記第1光路の光及び第2光路の光を、前記撮像光学系を介してそれぞれ前記撮像素子の撮像面に導くことが可能に構成されたミラー機構を備え、前記第1レンズ部及び前記第2レンズ部は、直線状の境界線によって分割されており、前記ミラー機構による光路の分割方向と直交するように配置されることが好ましい。   The stereo image capturing apparatus may further include a mirror mechanism configured to be able to guide the light of the first optical path and the light of the second optical path to the imaging surface of the imaging element via the imaging optical system, respectively. The first lens unit and the second lens unit are divided by a linear boundary line, and are preferably arranged so as to be orthogonal to the optical path division direction by the mirror mechanism.

また、上記ステレオ画像撮像装置において、前記ミラー機構は、光を縦方向に分割して前記第1光路及び前記第2光路を形成することが好ましい。また、前記ミラー機構は、前記第1光路を前記撮像面に導くための内側及び外側ミラーを含む第1ミラー群と、前記第2光路を前記撮像面に導くための内側及び外側ミラーを含む第2ミラー群とを有し、前記各内側ミラーは、垂直方向について相互に段違いとなるように配置され、垂直方向に対してそれぞれ第1角度をもって傾斜し、前記各外側ミラーは、垂直方向に対してそれぞれ第2角度をもって傾斜することが好ましい。また、前記第1角度が前記第2角度より大きく、前記第1角度と前記第2角度との差が前記撮像面に対応する垂直画角の1/4であることが好ましい。さらに、前記撮像光学系の入射瞳は、光軸方向について、前記各外側ミラーの後端部より被写体側にあることが好ましい。   In the stereo image capturing apparatus, it is preferable that the mirror mechanism divides light in a vertical direction to form the first optical path and the second optical path. The mirror mechanism includes a first mirror group including inner and outer mirrors for guiding the first optical path to the imaging surface, and inner and outer mirrors for guiding the second optical path to the imaging surface. Each of the inner mirrors is arranged to be stepped from each other in the vertical direction, and each of the inner mirrors is inclined at a first angle with respect to the vertical direction. It is preferable to incline each with a second angle. The first angle is preferably larger than the second angle, and a difference between the first angle and the second angle is preferably ¼ of a vertical field angle corresponding to the imaging surface. Furthermore, it is preferable that the entrance pupil of the imaging optical system is closer to the subject side than the rear end of each outer mirror in the optical axis direction.

本発明によれば、ステレオ画像撮像装置に多焦点レンズを採用したので、手前から奥まで広くピントの合ったパンフォーカス性の高い左眼用及び右眼用の視差画像を生成することができる。また、立体視のための視差画像に適した画像改質処理を実行することができる。各視差画像のずれ量を算出できるので、被写体グループのおおよその前後の距離関係を推定することができ、ステレオ画像において、観察者の視点のある特定の範囲を改質することができる。さらに、光路を上下に分割することができるミラー機構を備えるので、パノラマタイプの臨場感のあるステレオ画像を取得することができる。その他の効果については、発明を実施するための形態において述べる。   According to the present invention, since the multifocal lens is employed in the stereo image pickup apparatus, it is possible to generate parallax images for the left eye and the right eye that are wide in focus from the front to the back and have high pan focus characteristics. Further, it is possible to execute an image modification process suitable for a parallax image for stereoscopic viewing. Since the amount of shift of each parallax image can be calculated, the approximate front-to-back distance relationship of the subject group can be estimated, and a specific range where the observer's viewpoint can be modified in the stereo image. Furthermore, since a mirror mechanism that can divide the optical path vertically is provided, a panoramic type realistic stereo image can be acquired. Other effects will be described in the mode for carrying out the invention.

本発明の実施形態のミラー機構を採用したステレオ画像撮像装置の概略構成図1 is a schematic configuration diagram of a stereo image pickup device employing a mirror mechanism according to an embodiment of the present invention. (A)(B)は、二焦点レンズ及び撮像素子の配置の一例を示す図(A) (B) is a figure which shows an example of arrangement | positioning of a bifocal lens and an image pick-up element. ステレオ画像の第1例の説明図Explanatory drawing of the 1st example of a stereo image 原画像の説明図Illustration of the original image 画像改質の様子を示す説明図Explanatory drawing showing the state of image modification 雑音低減の様子を示す説明図Explanatory diagram showing how noise is reduced 画像再生処理を示すフローチャートFlow chart showing image playback processing ずれ量検出処理の説明図Explanatory drawing of deviation detection processing (A)(B)(C)は、本発明の実施形態のミラー機構の概略の上面構成図、正面構成図、側面構成図(A), (B), and (C) are a schematic top view configuration diagram, front configuration diagram, and side configuration diagram of a mirror mechanism according to an embodiment of the present invention (A)(B)は、ミラー機構における各ミラーの傾きと垂直方向の光路の一部の様子を示す説明図(A) (B) is explanatory drawing which shows the inclination of each mirror in a mirror mechanism, and the one part state of the optical path of a perpendicular direction (A)(B)は、二焦点レンズ及び撮像素子の配置の他の一例を示す図(A) (B) is a figure showing other examples of arrangement of a bifocal lens and an image sensor. ステレオ画像の第2例の説明図Explanatory drawing of the 2nd example of a stereo image 本発明の実施形態の二眼式のステレオ画像撮像装置の概略構成図1 is a schematic configuration diagram of a binocular stereo image capturing device according to an embodiment of the present invention. 従来のステレオアダプタによるステレオ画像の説明図Illustration of stereo images with a conventional stereo adapter

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の例に限定されるものではない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following examples.

本発明のステレオ画像撮像装置は、両眼視差を与えるための所定の基線長Dをもって入射された第1光路L1の光と第2光路L2の光とを用いて、被写体に対する左右の両眼視差があるステレオ画像(左眼用視差画像及び右眼用視差画像)を生成する装置であり、多焦点レンズ群として構成された撮像光学系を備えている。具体的なステレオ画像撮像装置としては、ミラー機構を採用したものでもよいし、二眼式のものであってもよい。   The stereo image pickup apparatus of the present invention uses the light of the first optical path L1 and the light of the second optical path L2 incident with a predetermined baseline length D for giving binocular parallax, and the left and right binocular parallax with respect to the subject. Is a device that generates a stereo image (a parallax image for the left eye and a parallax image for the right eye), and includes an imaging optical system configured as a multifocal lens group. As a specific stereo image pickup device, a mirror mechanism may be adopted, or a twin-lens type may be used.

本発明のステレオ画像撮像装置は、三次元コンテンツ(適当な手段によって立体視可能な静止画像データ、動画像データ)を撮像するためのカメラに適用することができる。本装置は、多焦点レンズを光学撮像系に採用したので、大きな絞り値(F値)を設定しなくてもパンフォーカス性の高い画像が得られる。このため、比較的高い露出で被写体を撮像することでき、特に動画像の撮像に好適である。また、本発明のステレオ画像撮像装置は、携帯電話、パーソナルコンピュータ、タブレット端末、携帯型ゲーム機などの各種情報端末に搭載してもよい。なお、ミラー機構を脱着可能な構成としたり、二眼レンズの一方だけを使用可能な構成とすることにより、二次元画像の撮像と三次元画像の撮像とを切り換えられるようにすることもできる。   The stereo image capturing apparatus of the present invention can be applied to a camera for capturing three-dimensional content (still image data and moving image data that can be stereoscopically viewed by appropriate means). Since this apparatus employs a multifocal lens in the optical imaging system, an image with high pan focus can be obtained without setting a large aperture value (F value). For this reason, it is possible to image a subject with a relatively high exposure, which is particularly suitable for capturing moving images. Further, the stereo image pickup device of the present invention may be mounted on various information terminals such as a mobile phone, a personal computer, a tablet terminal, and a portable game machine. Note that it is also possible to switch between capturing a two-dimensional image and capturing a three-dimensional image by adopting a configuration in which the mirror mechanism is detachable or only one of the two-lens lenses can be used.

図1は、ミラー機構を採用したステレオ画像撮像装置の一実施形態における概略構成図である。本実施形態のステレオ画像撮像装置1は、撮像光学系2、撮像素子4、画像処理手段6、ミラー機構8を備える。なお、本明細書では、説明のため、ステレオ画像撮像装置1は略水平に置かれているものとし、光軸L0を基準として、垂直方向(高さ方向)をX方向、水平方向(幅方向)をY方向とし、光軸L0の方向(奥行き方向)をZ方向とする。基線長Dの方向はY方向に平行である。基線長Dは、負担の少ない立体視のために、人間の瞳孔間間隔(約5〜6.5cm)に近い長さであることが好ましいが、本発明を適用する装置に応じて、より短い又は長い長さ(例えば、数mm〜1メートル)としてもよい。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of a stereo image pickup apparatus employing a mirror mechanism. A stereo image capturing apparatus 1 according to the present embodiment includes an image capturing optical system 2, an image sensor 4, an image processing unit 6, and a mirror mechanism 8. In the present specification, for the sake of explanation, it is assumed that the stereo image pickup device 1 is placed substantially horizontally, and the vertical direction (height direction) is the X direction and the horizontal direction (width direction) with respect to the optical axis L0. ) Is the Y direction, and the direction (depth direction) of the optical axis L0 is the Z direction. The direction of the baseline length D is parallel to the Y direction. The baseline length D is preferably a length close to the human interpupillary distance (about 5 to 6.5 cm) for stereoscopic viewing with less burden, but is shorter depending on the device to which the present invention is applied. Or it is good also as long length (for example, several mm-1 meter).

本発明の撮像光学系2は、多焦点レンズ群であり、対物側の合焦の距離に位置する被写体を撮像素子4の撮像面に結像する。以下、本明細書では、その説明において、撮像光学系2を単に多焦点レンズ群2と記載することもある。多焦点レンズ群2は、一枚の多焦点レンズ20によって構成されていてもよいし、半円レンズや多焦点レンズのように、部分的に焦点の異なるレンズを一枚又は複数枚と通常のレンズとを組み合わせたレンズ群25であってもよい。多焦点レンズ群2は、物体側について、第1の焦点距離をもつ第1レンズ部21と、第2の焦点距離をもつ第2レンズ部22とを少なくとも有する。以下、簡単のため、多焦点レンズ群2が一枚の多焦点レンズ20によって構成されるものとして扱い、多焦点レンズ20が第1レンズ部21と第2レンズ部22とを有すると説明するが、多焦点レンズ群2の構成はこれに限定されるものではない。第1レンズ部21は、光軸L0上の第1範囲にある被写体Aを撮像するのに適しており、第2レンズ部22は、第2範囲にある被写体Bを撮像するのに適している。第1範囲は第1レンズ部21の被写界深度に相当し、第2範囲は第2レンズ部22の被写界深度に相当する。なお、本明細書において、光軸L0上の第1範囲又は第2範囲よりも遠距離において、第1範囲及び第2範囲以外の任意の領域を第3範囲とする。図1においては、第1範囲と第2範囲との中間の範囲を第3範囲としている。   The imaging optical system 2 according to the present invention is a multifocal lens group, and forms an image of a subject located at the focusing distance on the objective side on the imaging surface of the imaging element 4. Hereinafter, in the present specification, the imaging optical system 2 may be simply referred to as the multifocal lens group 2 in the description. The multifocal lens group 2 may be composed of a single multifocal lens 20, or one or a plurality of lenses having partially different focal points, such as a semicircular lens and a multifocal lens. The lens group 25 may be a combination of lenses. The multifocal lens group 2 includes at least a first lens unit 21 having a first focal length and a second lens unit 22 having a second focal length on the object side. Hereinafter, for the sake of simplicity, the multifocal lens group 2 will be treated as a single multifocal lens 20, and the multifocal lens 20 will be described as having a first lens portion 21 and a second lens portion 22. The configuration of the multifocal lens group 2 is not limited to this. The first lens unit 21 is suitable for imaging the subject A in the first range on the optical axis L0, and the second lens unit 22 is suitable for imaging the subject B in the second range. . The first range corresponds to the depth of field of the first lens unit 21, and the second range corresponds to the depth of field of the second lens unit 22. In the present specification, an arbitrary region other than the first range and the second range is defined as the third range at a distance farther than the first range or the second range on the optical axis L0. In FIG. 1, an intermediate range between the first range and the second range is defined as a third range.

例えば、第1レンズ部21を短い焦点距離を有する近距離撮像用のレンズとし、第2レンズ部22を長い焦点距離を有する遠距離撮像用のレンズとして構成してもよい。なお、多焦点レンズの構成はこれに限定されず、近距離撮像用のレンズと中距離撮像用のレンズとを組み合わせてもよいし、中距離撮像用のレンズと遠距離撮像用のレンズを組み合わせてもよい。つまり、本発明において使用される多焦点レンズ20は、焦点距離が互いに異なる第1レンズ部21と第2レンズ部22とを有していればよい。また、以下の実施形態においては、多焦点レンズ20として、特に二つの異なった焦点距離を有する二焦点レンズを中心として説明するが、三つ以上の異なった焦点距離を有するものとしてもよい。以下、多焦点レンズ20について、単に二焦点レンズ20と記載することもある。具体的な二焦点レンズ20の構成は後述する(図2及び図11参照)。   For example, the first lens unit 21 may be configured as a short-distance imaging lens having a short focal length, and the second lens unit 22 may be configured as a long-distance imaging lens having a long focal length. The configuration of the multifocal lens is not limited to this, and a short-distance imaging lens and a mid-range imaging lens may be combined, or a middle-distance imaging lens and a long-distance imaging lens are combined. May be. That is, the multifocal lens 20 used in the present invention only needs to have the first lens portion 21 and the second lens portion 22 having different focal lengths. In the following embodiments, the multifocal lens 20 will be described focusing on a bifocal lens having two different focal lengths, but may have three or more different focal lengths. Hereinafter, the multifocal lens 20 may be simply referred to as a bifocal lens 20. A specific configuration of the bifocal lens 20 will be described later (see FIGS. 2 and 11).

また、本実施形態では、撮像光学系(多焦点レンズ群)2を固定焦点のレンズ群として構成したが、焦点距離を変化させることができるバリフォーカルレンズ又はズームレンズとして構成することもできる。なお、各レンズ部が有する焦点距離に応じて、第1〜3範囲に相当する距離範囲も異なるものとなる。第1範囲と第2範囲とは重ならないことが好ましいが、一部重畳していてもよい。   In this embodiment, the imaging optical system (multifocal lens group) 2 is configured as a fixed-focus lens group. However, the imaging optical system (multifocal lens group) 2 can also be configured as a varifocal lens or zoom lens that can change the focal length. Note that the distance ranges corresponding to the first to third ranges also differ depending on the focal length of each lens unit. Although it is preferable that the first range and the second range do not overlap each other, they may partially overlap.

二焦点レンズ20は、ミラー機構を採用した場合は、第1光路L1の光が入射される領域201と第2光路L2が入射される領域202とに分割されるが、第1レンズ部21及び第2レンズ部22が各領域に均等に分割されるように配置される。すなわち、領域201内の第1レンズ部21の面積と、領域202内の第1レンズ部21の面積とが等しくなり、領域201内の第2レンズ部22の面積と、領域202内の第2レンズ部22の面積とが等しくなるように配置される。例えば、半円形の第1レンズ部21及び第2レンズ部22からなる二焦点レンズ20の場合は、第1レンズ部21と第2レンズ部22との境界の方向が、ミラー機構による光の分割方向と直交するように配置される(図2及び図11(A)参照)。第1レンズ部21及び第2レンズ部22が同心円状に配置された二焦点レンズ20の場合は、二焦点レンズ20の中心を通れば何れの方向で分割されてもよい(図11(B)参照)。   When the mirror mechanism is employed, the bifocal lens 20 is divided into a region 201 where the light of the first optical path L1 is incident and a region 202 where the second optical path L2 is incident. The second lens unit 22 is arranged so as to be equally divided into each region. That is, the area of the first lens unit 21 in the region 201 is equal to the area of the first lens unit 21 in the region 202, and the area of the second lens unit 22 in the region 201 is equal to the second area in the region 202. It arrange | positions so that the area of the lens part 22 may become equal. For example, in the case of the bifocal lens 20 composed of the semicircular first lens unit 21 and the second lens unit 22, the direction of the boundary between the first lens unit 21 and the second lens unit 22 is the division of light by the mirror mechanism. It arrange | positions so that it may orthogonally cross a direction (refer FIG.2 and FIG.11 (A)). In the case of the bifocal lens 20 in which the first lens portion 21 and the second lens portion 22 are concentrically arranged, the bifocal lens 20 may be divided in any direction as long as it passes through the center of the bifocal lens 20 (FIG. 11B). reference).

撮像素子4は、撮像光学系2を介して入射された光を電気信号に変換するセンサであり、所定の大きさの受光領域(撮像面)40を有する。撮像素子4としては、CMOS(Complementary Metal−oxide Semiconductor)センサ、CCD(CCD:Charge Coupled Device)センサ等を使用することができる。撮像面40には、立体視のための左右の視差画像を生成するために、第1光路L1の光が入射する第1撮像面41及び第2光路L2の光が入射する第2撮像面42が形成される。ミラー機構を採用したステレオ画像撮像装置では、第1撮像面41及び第2撮像面42の配置は、ミラー機構8による光路の分割方向と基本的には同じ方向に並行に配置される。撮像面40における第1撮像面41及び第2撮像面42の具体的な構成については、図2及び図11を用いて後述する。なお、図1においては、一つの撮像素子4の撮像面40を2分割して第1撮像面41及び第2撮像面42を設けているが、第1光路L1の光が入射する撮像素子と、第2光路L2の光が入射する撮像素子を設けて、それぞれの撮像素子の撮像面を第1撮像面41及び第2撮像面42としてもよい。   The imaging element 4 is a sensor that converts light incident through the imaging optical system 2 into an electrical signal, and has a light receiving region (imaging surface) 40 having a predetermined size. As the image sensor 4, a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) sensor, a CCD (CCD: Charge Coupled Device) sensor, or the like can be used. In order to generate left and right parallax images for stereoscopic viewing, the first imaging surface 41 on which the light of the first optical path L1 is incident and the second imaging surface 42 on which the light of the second optical path L2 is incident are formed on the imaging surface 40. Is formed. In the stereo image pickup device employing the mirror mechanism, the first image pickup surface 41 and the second image pickup surface 42 are arranged in parallel in the same direction as the optical path division direction by the mirror mechanism 8. Specific configurations of the first imaging surface 41 and the second imaging surface 42 in the imaging surface 40 will be described later with reference to FIGS. 2 and 11. In FIG. 1, the image pickup surface 40 of one image pickup device 4 is divided into two to provide a first image pickup surface 41 and a second image pickup surface 42. However, the image pickup device on which light in the first optical path L1 is incident Alternatively, an imaging element on which light in the second optical path L2 is incident may be provided, and the imaging surfaces of the imaging elements may be the first imaging surface 41 and the second imaging surface 42.

画像処理手段6は、撮像素子4によって撮像された撮像画像51、52を信号として取得し、それらの撮像画像51、52に対して画像改質処理を施して、左眼用及び右眼用の視差画像61、62を出力する装置である。画像処理手段6のハードウェア的な構成については、例えば、特許文献2の図1又は図8に記載されたように、アナログ信号を増幅するフロントエンド、アナログ−デジタル変換のためのAD変換器、画像改質処理のための改質フィルタ部、画像信号を補正する補正部、デジタル−アナログ変換のためのDA変換器、及びこれらの各構成要素を制御する制御部などを含む構成とすることができる。   The image processing unit 6 acquires the captured images 51 and 52 captured by the imaging element 4 as signals, performs image modification processing on the captured images 51 and 52, and performs the left eye and right eye processing. It is a device that outputs parallax images 61 and 62. As for the hardware configuration of the image processing means 6, for example, as described in FIG. 1 or FIG. 8 of Patent Document 2, a front end for amplifying an analog signal, an AD converter for analog-digital conversion, The image forming apparatus may include a modification filter unit for image modification processing, a correction unit that corrects an image signal, a DA converter for digital-analog conversion, and a control unit that controls each of these components. it can.

ミラー機構8は、近距離被写体Aや遠距離被写体B(説明のため、点として示すが大きさを有するものである)から出た光を分割し、分割された光を撮像光学系2を介して撮像素子4の第1撮像面41と第2撮像面42とに導く機構である。ミラー機構8は、第1光路L1の光を導くための第1ミラー群81と、第2光路L2の光を導くための第2ミラー群82とを有する。第1ミラー群81は内側ミラー81aと外側ミラー81bとを含み、第2ミラー群82は内側ミラー82aと外側ミラー82bとを含む。ミラー機構8の具体的な構成としては、従来と同様に横方向(左右)に光を分割する方式や、図9及び図10を用いて後述するように縦方向(上下)に光を分割する方式等を使用することができる。ミラー機構8と撮像光学系2を近づけて配置すれば、小型化することが可能である。   The mirror mechanism 8 divides the light emitted from the short-distance subject A and the long-distance subject B (shown as a point but having a size for the sake of explanation), and the divided light is passed through the imaging optical system 2. This mechanism guides the first imaging surface 41 and the second imaging surface 42 of the imaging device 4. The mirror mechanism 8 includes a first mirror group 81 for guiding the light in the first optical path L1, and a second mirror group 82 for guiding the light in the second optical path L2. The first mirror group 81 includes an inner mirror 81a and an outer mirror 81b, and the second mirror group 82 includes an inner mirror 82a and an outer mirror 82b. As a specific configuration of the mirror mechanism 8, the light is divided in the horizontal direction (left and right) as in the prior art, and the light is divided in the vertical direction (up and down) as will be described later with reference to FIGS. 9 and 10. A method etc. can be used. If the mirror mechanism 8 and the imaging optical system 2 are arranged close to each other, the size can be reduced.

また、本実施形態のステレオ画像撮像装置によって生成された左眼用及び右眼用の視差画像は、図示しない表示装置に出力してもよい。表示装置としては、例えば、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ELディスプレイなどを使用することができる。表示装置が三次元表示対応であれば、観察者は裸眼で立体映像を観ることができる。また、適当なビューア(立体視用眼鏡)を使用して立体映像を観ることもできる。   Further, the left-eye and right-eye parallax images generated by the stereo image capturing device of the present embodiment may be output to a display device (not shown). As the display device, for example, a liquid crystal display, a plasma display, an organic EL display, or the like can be used. If the display device is compatible with three-dimensional display, an observer can view a stereoscopic image with the naked eye. It is also possible to view stereoscopic images using an appropriate viewer (stereoscopic glasses).

本発明のステレオ画像撮像装置は、ミラー機構を脱着可能な構成とし、二次元画像の撮像と三次元画像の撮像と切り換えられるようにすることもできる。また、簡易な操作によって、ミラーを折り畳むことができる構成としてもよい。   The stereo image capturing apparatus of the present invention can be configured so that the mirror mechanism is detachable, and can be switched between capturing a two-dimensional image and capturing a three-dimensional image. Moreover, it is good also as a structure which can fold a mirror by simple operation.

以下、図1乃至図3を用いて、横方向(左右)に光路を分割したステレオ画像撮像装置の動作について詳細に説明する。   Hereinafter, the operation of the stereo image pickup apparatus in which the optical path is divided in the horizontal direction (left and right) will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3.

図2は、横方向に光路を分割したステレオ画像撮像装置における二焦点レンズ及び撮像素子の配置の一例を示す図である。半円形の第1レンズ部21と半円形の第2レンズ部22とを有する二焦点レンズ20を使用した場合、二焦点レンズ20の中心が光軸上に位置し、且つ第1レンズ部21及び第2レンズ部22の配置がミラー機構8による光路の分割方向と直交するように、二焦点レンズ20は配置される。すなわち、図2に示すように、二焦点レンズ20は、光路の分割方向である横方向と直交するように、第1レンズ部21と第2レンズ部22とが上下に配置されている。また、撮像素子4は、二焦点レンズ20を含む撮像光学系2(図2では他のレンズについては省略する)の結像面に撮像面40が位置するように配置される。このため、撮像素子4の撮像面40は、光路の分割方向と同じく左右に分割され、水平画角が半分(θ/2)である第1撮像面41及び第2撮像面42が形成される。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the arrangement of the bifocal lens and the image sensor in the stereo image imaging apparatus in which the optical path is divided in the horizontal direction. When the bifocal lens 20 having the semicircular first lens portion 21 and the semicircular second lens portion 22 is used, the center of the bifocal lens 20 is located on the optical axis, and the first lens portion 21 and The bifocal lens 20 is arranged so that the arrangement of the second lens unit 22 is orthogonal to the optical path division direction by the mirror mechanism 8. That is, as shown in FIG. 2, in the bifocal lens 20, the first lens portion 21 and the second lens portion 22 are vertically arranged so as to be orthogonal to the lateral direction that is the direction of division of the optical path. The imaging element 4 is arranged such that the imaging surface 40 is positioned on the imaging plane of the imaging optical system 2 including the bifocal lens 20 (other lenses are omitted in FIG. 2). For this reason, the image pickup surface 40 of the image pickup device 4 is divided into the left and right in the same way as the optical path division direction, and the first image pickup surface 41 and the second image pickup surface 42 having a horizontal field angle of half (θ / 2) are formed. .

撮像面40の光軸L0上に位置する点光源P0を近距離撮像用の第1レンズ部21によって物体側に結像した位置P1までの撮像面40からの距離をA1、同じく遠距離撮像用の第2レンズ部22によって結像した位置P2までの撮像面40からの距離をA2とすると、A2/A1が100以下となるように多焦点レンズ群2の第1レンズ部21及び第2レンズ部22を設計することが好ましい。このように設計すると画像改質によって第1範囲と第2範囲の間の第3範囲においてもフォーカスを合わせることができるので、パンフォーカス性の高い画像を得ることができる。特に無限遠の被写体までパンフォーカス性を得るためには、遠距離撮像用の第2レンズ部22によって結像した位置P2が過焦点距離の位置となるように第2レンズ部22を設計することが好ましい。過焦点距離とは、被写界深度の最遠点が無限遠にまで拡がるように焦点合わせをした時の物体距離である。本実施形態では、撮像光学系(多焦点レンズ群)2を固定焦点のレンズ群として構成したが、焦点距離を変化させることができるバリフォーカルレンズ又はズームレンズとして構成してもよい。この場合、焦点距離を変更するとA2/A1の値も変わるが、A2/A1が100以下となる構成を含めば足りる。   The distance from the imaging surface 40 to the position P1 where the point light source P0 located on the optical axis L0 of the imaging surface 40 is imaged on the object side by the first lens unit 21 for short-distance imaging is A1, and also for long-distance imaging When the distance from the imaging surface 40 to the position P2 imaged by the second lens unit 22 is A2, the first lens unit 21 and the second lens of the multifocal lens group 2 so that A2 / A1 is 100 or less. It is preferable to design the portion 22. If designed in this way, the focus can be adjusted even in the third range between the first range and the second range by image modification, so that an image with high pan focus property can be obtained. In particular, in order to obtain pan focus to an object at infinity, the second lens unit 22 is designed so that the position P2 imaged by the second lens unit 22 for long-distance imaging becomes the position of the hyperfocal distance. Is preferred. The hyperfocal distance is an object distance when focusing is performed so that the farthest point of the depth of field extends to infinity. In the present embodiment, the imaging optical system (multifocal lens group) 2 is configured as a fixed-focus lens group, but may be configured as a varifocal lens or zoom lens capable of changing the focal length. In this case, if the focal length is changed, the value of A2 / A1 also changes, but it is sufficient to include a configuration in which A2 / A1 is 100 or less.

図2では、二つの半円形のレンズを組み合わせて円形の二焦点レンズを構成する例を説明したが、これに限定されず、半楕円形又は多角形の各レンズ部を組み合わせて、各レンズ部の配置が光路の分割方向と直交するように配置して構成してもよいし、同心円状の二焦点レンズ(この場合は、各レンズ部の配置は特に制限されない)を用いてもよい。   In FIG. 2, an example in which two semicircular lenses are combined to form a circular bifocal lens has been described. However, the present invention is not limited to this, and each lens unit is formed by combining semi-elliptical or polygonal lens units. May be arranged so as to be orthogonal to the dividing direction of the optical path, or concentric bifocal lenses (in this case, the arrangement of the lens portions is not particularly limited) may be used.

近距離被写体Aや遠距離被写体Bから出た光の一部は、一点鎖線で示す第1光路L1に沿って、ミラー機構8の第1ミラー群81の開口に入射し、他の一部は、二点鎖線で示す第2光路L2に沿って、ミラー機構8の第2ミラー群の開口に入射する。第1ミラー群81の開口から入射した光は、外側ミラー81bに反射され、次いで、内側ミラー81aで反射され、二焦点レンズ20の領域201を含む撮像光学系2に入射する。そして、撮像光学系2を介して、撮像素子4の第1撮像面41に収束する。第2ミラー群82の開口から入射した光も、同様にして、外側ミラー82b及び内側ミラー82aで反射され、二焦点レンズ20の領域202を含む撮像光学系2によって、撮像素子4の第2撮像面42に収束する。第1撮像面41及び第2撮像面42において収束した光は、電気信号に変換され、それぞれ、第1撮像画像51及び第2撮像画像52として画像処理手段6に出力される。   A part of the light emitted from the short-distance subject A and the long-distance subject B enters the opening of the first mirror group 81 of the mirror mechanism 8 along the first optical path L1 indicated by a one-dot chain line, and the other part is , And enters the opening of the second mirror group of the mirror mechanism 8 along the second optical path L2 indicated by the two-dot chain line. The light incident from the opening of the first mirror group 81 is reflected by the outer mirror 81 b, is then reflected by the inner mirror 81 a, and enters the imaging optical system 2 including the region 201 of the bifocal lens 20. Then, it converges on the first imaging surface 41 of the imaging device 4 via the imaging optical system 2. Similarly, the light incident from the opening of the second mirror group 82 is reflected by the outer mirror 82b and the inner mirror 82a, and the second imaging of the imaging element 4 is performed by the imaging optical system 2 including the region 202 of the bifocal lens 20. Converge on surface 42. The light converged on the first imaging surface 41 and the second imaging surface 42 is converted into an electrical signal and output to the image processing means 6 as a first captured image 51 and a second captured image 52, respectively.

図3は、横方向に分割したステレオ画像の説明図である。光路を左右に分割するミラー機構を用いた場合、撮像面40が左右に二等分されて、通常の水平画角の半分(θ/2)となる縦長の第1撮像面41と第2撮像面42とが形成される(図2参照)。このため、図3に示すとおり、撮像される撮像画像51、52は縦長の形状(水平画角θ/2)となる。第1撮像面41及び第2撮像面42には、二焦点レンズ20のうちの第1レンズ部21を通過した光と第2レンズ部22を通過した光とが収束する。このため、第1撮像画像51は、第1レンズ部21により形成される近距離にピントの合った画像成分51aと第2レンズ部22により形成される遠距離にピントの合った信号成分51bとを重ね合わせた信号となる。第2撮像画像52も同様に信号成分52aと信号成分52bとを重ね合わせた信号となる。   FIG. 3 is an explanatory diagram of a stereo image divided in the horizontal direction. When a mirror mechanism that divides the optical path into left and right is used, the imaging surface 40 is equally divided into left and right, and the vertically long first imaging surface 41 and the second imaging that become half the normal horizontal field angle (θ / 2). A surface 42 is formed (see FIG. 2). Therefore, as shown in FIG. 3, the captured images 51 and 52 to be captured have a vertically long shape (horizontal angle of view θ / 2). The light that has passed through the first lens portion 21 and the light that has passed through the second lens portion 22 of the bifocal lens 20 converge on the first imaging surface 41 and the second imaging surface 42. Therefore, the first captured image 51 includes an image component 51a focused on a short distance formed by the first lens unit 21, and a signal component 51b focused on a long distance formed by the second lens unit 22. Is a signal that is superimposed. Similarly, the second captured image 52 is a signal obtained by superimposing the signal component 52a and the signal component 52b.

各撮像画像は、画像処理手段6によって、画像改質処理が施され、手前の被写体から奥の被写体まで広くピントの合ったパンフォーカス性の高い左眼用視差画像61及び右眼用視差画像62(水平画角θ/2)として出力される。画像改質処理の詳細については、図4〜図6を用いて後述する。   Each captured image is subjected to image modification processing by the image processing means 6, and the left-eye parallax image 61 and the right-eye parallax image 62 that are wide in focus from the near subject to the far subject and have high pan-focus properties. It is output as (horizontal angle of view θ / 2). Details of the image modification processing will be described later with reference to FIGS.

そして、左眼用視差画像61及び右眼用視差画像62は適用な表示装置によって表示される。観察者は、裸眼で又は適当なビューアを用いて、これらを立体画像70として認識することができる。   The left-eye parallax image 61 and the right-eye parallax image 62 are displayed by an applicable display device. The observer can recognize these as the stereoscopic image 70 with the naked eye or using an appropriate viewer.

以下、本発明の画像改質処理について説明する。本発明では、二焦点レンズを撮像装置に採用したので、前述したとおり、撮像画像には、第1範囲(近距離)にピントの合った信号成分と、第2範囲(遠距離)にピントの合った信号成分と、いずれの範囲にもピントの合っていないボケの信号成分とが含まれる。このため、そのままでは、合成された画像は不鮮明なものであるので、適当な画像改質処理を実行する必要がある。画像改質処理については、特許文献2に記載された画像改質処理方法(図1、4、5、6、11)を利用することもできるが、さらに雑音対策を施した画像改質処理方法を利用することが好ましい。なお、ステレオ画像撮像装置は、複数の画像改質処理方法の中から画像改質処理方法をユーザーに選択させるように構成されていてもよい。   Hereinafter, the image modification processing of the present invention will be described. In the present invention, since the bifocal lens is employed in the imaging apparatus, as described above, the captured image has a signal component in focus in the first range (short distance) and a focus in the second range (far distance). The matched signal component and the blurred signal component out of focus in any range are included. For this reason, since the synthesized image is unclear as it is, it is necessary to execute an appropriate image modification process. For the image modification processing, the image modification processing method (FIGS. 1, 4, 5, 6, and 11) described in Patent Document 2 can be used. Is preferably used. Note that the stereo image capturing apparatus may be configured to allow the user to select an image modification processing method from among a plurality of image modification processing methods.

特許文献2には、デジタルフィルタなどで構成される改質フィルタ部が、撮像素子から出力されたピントのあった像成分とピントのボケた像成分を含む撮像画像のうち、ピントのボケた像成分を除去し、ピントの合った像成分を抽出することが記載されている。この改質フィルタ部は、改質フィルタ係数列を算出する改質フィルタ係数算出部を含むものである。改質フィルタ係数算出部は、多焦点レンズ(二焦点レンズ)から所定の距離に配置された被写体に対する多焦点レンズのポイントスプレッド関数(以下、単に「PSF」ともいう)に基づいて、多焦点レンズの伝達関数を算出し、この伝達関数の逆関数に対して逆フーリエ変換(Fourier transform:FT)又は逆高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform:FFT)等を実行し、逆関数の係数列、すなわち、改質フィルタ係数列を算出する。多焦点レンズと改質フィルタ部との縦続接続による伝達特性は1となるので、この結果、改質フィルタ部を通った出力画像は被写体像と等しくなり、多焦点レンズにより生じたピントのボケた成分を除去したことと等しくなる。   In Patent Document 2, a reforming filter unit composed of a digital filter or the like has a focused image out of a captured image including a focused image component and a focused image component output from an image sensor. It is described that components are removed and a focused image component is extracted. The reforming filter unit includes a reforming filter coefficient calculation unit that calculates a reforming filter coefficient sequence. The reforming filter coefficient calculation unit is based on a multi-focal lens point spread function (hereinafter also simply referred to as “PSF”) for a subject disposed at a predetermined distance from the multi-focal lens (bifocal lens). The inverse transfer function (Fourier transform: FT) or the inverse fast Fourier transform (FFT) is performed on the inverse function of the transfer function, and the coefficient sequence of the inverse function, that is, A reforming filter coefficient sequence is calculated. Since the transfer characteristic due to the cascade connection between the multifocal lens and the reforming filter unit is 1, as a result, the output image passing through the reforming filter unit becomes equal to the subject image, and the out-of-focus blur caused by the multifocal lens is lost. Equivalent to removing the component.

なお、多焦点レンズ(二焦点レンズ)の伝達関数(以下「代表PSF」という)は、一般的には、多焦点レンズを構成する第1及び第2レンズ部のうちのいずれか一方を合焦のレンズ部、他方をボケのレンズ部とし、合焦のレンズ部を通る光によるポイントスプレット関数(以下「合焦PSF」という)を「PSF_F」、ボケのレンズ部を通る光によるポイントスプレット関数(以下「ボケPSF」という)を「PSF_B」とし、合焦のレンズ部の光の量(%)を「Φf」、ボケのレンズ部の光の量(%)を「Φb」とすると、以下の式のように表わされる。
PSF_Double=Φf×PSF_F+Φb×PSF_B・・・(1)
The transfer function (hereinafter referred to as “representative PSF”) of a multifocal lens (hereinafter referred to as “representative PSF”) generally focuses either one of the first and second lens portions constituting the multifocal lens. And the other is a blur lens part, the point spread function by light passing through the focusing lens part (hereinafter referred to as “in-focus PSF”) is “PSF_F”, and the point spread function by light passing through the blur lens part ( (Hereinafter referred to as “blurred PSF”) is “PSF_B”, the amount of light (%) of the focused lens unit is “Φf”, and the amount of light (%) of the blurred lens unit is “Φb”. It is expressed as an equation.
PSF_Double = Φf × PSF_F + Φb × PSF_B (1)

Φf及びΦbは、合焦のレンズ部とボケのレンズ部を通る光の量を それぞれ「Lf」「Lb」とし、全体の光の量は「L」=Lf+Lbとすると、以下のように示される。
Φf=Lf/L、 Φb=Lb/L・・・(2)
Φf and Φb are expressed as follows, assuming that the amounts of light passing through the in-focus lens portion and the blurred lens portion are “Lf” and “Lb”, respectively, and the total light amount is “L” = Lf + Lb. .
Φf = Lf / L, Φb = Lb / L (2)

式(1)(2)によれば、二焦点レンズを通る光の総量が1になるように正規化されているので、二焦点レンズの伝達関数(代表PSF)「PSF_Double」は光の量に依存しない。   According to the equations (1) and (2), since the total amount of light passing through the bifocal lens is normalized to be 1, the transfer function (representative PSF) “PSF_Double” of the bifocal lens is the amount of light. Do not depend.

また、通常の二焦点レンズにおいて、第1レンズ部と第2レンズ部とは略等しい面積をもって構成されるので、第1レンズ部と第2レンズ部との面積比は50%:50%であり、すなわち、各レンズ部を通る光の量の比も50%:50%となる。すなわち、以下の式に示すとおり、代表PSFは、合焦PSFとボケPSFとを50%:50%の比率で含むものとなる。
PSF_Double=0.5×PSF_F+0.5×PSF_B・・・(3)
Further, in a normal bifocal lens, the first lens portion and the second lens portion are configured to have substantially the same area, so the area ratio of the first lens portion and the second lens portion is 50%: 50%. That is, the ratio of the amount of light passing through each lens unit is also 50%: 50%. That is, as shown in the following formula, the representative PSF includes the in-focus PSF and the blurred PSF at a ratio of 50%: 50%.
PSF_Double = 0.5 × PSF_F + 0.5 × PSF_B (3)

このようにして求めた「PSF_Double」が多焦点レンズの伝達関数であり、前述した特許文献2に記載の撮像装置では、この伝達関数の逆関数に対して逆FT又は逆FFT等を実行し、逆関数の係数列、すなわち、改質フィルタ係数列を算出した。なお、特許文献2に記載の撮像装置では、二焦点レンズを構成する第1レンズ部と第2レンズ部とが等しく半円形であり、それぞれの合焦点に点光源を配置した場合、撮像素子上には、それぞれ同様のピントのあった像とピントのボケた像が投射され、第1レンズ部の焦点位置に対する合焦PSF及びボケPSFと、第2レンズ部の焦点位置に対する合焦PSF及びボケPSFとが近い特性の関数となる。このため、代表PSFによれば、第1レンズ部又は第2レンズ部のいずれを介して結像されたボケ像であっても、その信号成分が改質されるのである。   “PSF_Double” obtained in this way is a transfer function of the multifocal lens, and the imaging apparatus described in Patent Document 2 described above performs inverse FT or inverse FFT on the inverse function of this transfer function, An inverse function coefficient sequence, that is, a reforming filter coefficient sequence was calculated. In the imaging device described in Patent Document 2, when the first lens unit and the second lens unit constituting the bifocal lens are equally semicircular and a point light source is arranged at each focal point, The same focused image and out-of-focus image are projected respectively, and the in-focus PSF and out-of-focus PSF with respect to the focal position of the first lens unit, and the in-focus PSF and out-of-focus with respect to the focal position of the second lens unit are projected. It becomes a function of characteristics close to PSF. Therefore, according to the representative PSF, the signal component of the blurred image formed through either the first lens unit or the second lens unit is modified.

前述した画像改質処理によれば、第1範囲及び第2範囲にある被写体に対応する信号成分が改質されるばかりでなく、第3範囲にある被写体に対応する信号成分もかなり向上することが本願の出願人による実験によって確かめられた。これは、第1及び第2範囲のピントの合った各信号成分を合わせることによって、情報量が増え、第3範囲において、コントラストと色の変調度が上昇し、ボケの信号成分が補正されるためと考えられる。   According to the above-described image modification processing, not only the signal component corresponding to the subject in the first range and the second range is modified, but also the signal component corresponding to the subject in the third range is considerably improved. Has been confirmed by experiments by the applicant of the present application. This is because the amount of information increases by combining the focused signal components in the first and second ranges, and the degree of contrast and color modulation increases in the third range, and the blur signal components are corrected. This is probably because of this.

しかしながら、従来のとおり、50%:50%の比率を用いた二焦点レンズの伝達関数(代表PSF)に基づいて改質フィルタ係数列を求め、その改質フィルタ係数列によって改質処理を実行すると、撮像素子上での処理に起因し入射した光の信号とは異なる雑音であるランダム雑音までも強調し、増大させてしまうことがあった。特に、撮像条件が悪い場合(例えば、照度不足のため露出が低くなる場合など)には、ランダム雑音が増大する問題が顕著であり、立体視に好ましくない影響を与える。本発明の画像改質処理では、画像の鮮明度とランダム雑音とのバランスを考慮して、二焦点レンズの代表PSFの設定を変更し、立体視のためのステレオ画像に適した改質フィルタを構成する。以下、従来の代表PSFの設定に基づいて構成される改質フィルタを標準改質フィルタと呼称し、雑音対策を施した改質フィルタと区別する。   However, when a reforming filter coefficient sequence is obtained based on the transfer function (representative PSF) of a bifocal lens using a ratio of 50%: 50% as in the past, the reforming process is executed using the reforming filter coefficient sequence. In some cases, random noise, which is different from the incident light signal, is emphasized and increased due to processing on the image sensor. In particular, when the imaging conditions are bad (for example, when the exposure is low due to insufficient illuminance), the problem of increasing random noise is significant, which adversely affects stereoscopic viewing. In the image modification processing of the present invention, the representative PSF setting of the bifocal lens is changed in consideration of the balance between image sharpness and random noise, and a modification filter suitable for a stereo image for stereoscopic viewing is provided. Constitute. Hereinafter, a reforming filter configured based on the setting of a conventional representative PSF is referred to as a standard reforming filter, and is distinguished from a reforming filter with noise countermeasures.

本実施形態の雑音対策の改質フィルタ(以下「第1改質フィルタ」という)は、合焦PSFとボケPSFとの比率を第1レンズ部と第2レンズ部との面積比とは異なる比に設定した代表PSFに基づいて構成される。特に雑音対策としては、合焦PSFの比率をボケPSFの比率よりも大きくすることが好ましい。例えば、合焦PSFを60%(Φf=0.6)とし、ボケPSFを40%(Φb=0.4)に設定して、代表PSFを定めた。標準改質フィルタでは、改質フィルタ(特許文献2の図5の垂直v×水平hタップ改質フィルタ331)の中央部の3×3のマトリクスの各係数は、例えば、-0.003、−0.003、−0.003、−0.003、+2.000、−0.003、−0.003、−0.003、−0.003に設定されるところ、本実施形態の第1の雑音対策の改質フィルタでは、対応するマトリクスの係数は、−0.0025、−0.0025、−0.0025、−0.0025、+1.6644、−0.0025、−0.0025、−0.0025、−0.0025に設定される。この第1改質フィルタによれば、標準改質フィルタに比べて、ランダム雑音を約1dB低減させることができる(図6参照)。   The noise countermeasure reforming filter (hereinafter referred to as “first reforming filter”) of the present embodiment is a ratio in which the ratio of the in-focus PSF and the blurred PSF is different from the area ratio of the first lens unit and the second lens unit. It is configured based on the representative PSF set to. In particular, as a noise countermeasure, it is preferable to make the ratio of the in-focus PSF larger than the ratio of the blurred PSF. For example, the representative PSF is determined by setting the in-focus PSF to 60% (Φf = 0.6) and the blurred PSF to 40% (Φb = 0.4). In the standard reforming filter, each coefficient of the 3 × 3 matrix at the center of the reforming filter (vertical v × horizontal h-tap reforming filter 331 in FIG. 5 of Patent Document 2) is, for example, −0.003, − In the present embodiment, the values are set to 0.003, -0.003, -0.003, +2.000, -0.003, -0.003, -0.003, and -0.003. In the noise reduction filter, the corresponding matrix coefficients are -0.0025, -0.0025, -0.0025, -0.0025, +1.6644, -0.0025, -0.0025,- It is set to 0.0025 and -0.0025. According to the first reforming filter, the random noise can be reduced by about 1 dB compared to the standard reforming filter (see FIG. 6).

厳密にいえば、レンズには収差があり、光が一点に集まらないので、ある広がりを持つ。すなわち、合焦PSFには小さなボケが含まれる。よって、合焦PSFの全部又は一部に収差のない理想的なレンズのPSF(以下「理想PSF」という)「PSF_Δ」を適用して、改質フィルタを構成することもできる。   Strictly speaking, the lens has aberration, and the light does not gather at one point, so it has a certain spread. That is, the in-focus PSF includes a small blur. Therefore, an improved lens PSF (hereinafter referred to as “ideal PSF”) “PSF_Δ” having no aberration in all or a part of the in-focus PSF can be applied to form a modified filter.

そこで、本実施形態の雑音対策の改質フィルタ(以下「第2改質フィルタ」という)は、合焦PSFの一部又は全部を理想PSFを用いた代表PSFに基づいて構成される。標準改質フィルタは、実際のレンズ設計の際に計算されたPSF値を使用して、レンズの性能に合うように構成されるが、第2改質フィルタは、合焦のPSF値の一部又は全部に、理想レンズのPSF値を適用した。例えば、理想PSFの比率とボケPSFの比率を50%:50%として代表PSFを求めた。この第2改質フィルタによれば、標準改質フィルタに比べて、ランダム雑音を約3dB低減させることができる(図6参照)。   Therefore, the noise reduction reforming filter (hereinafter referred to as “second reforming filter”) of the present embodiment is configured based on a representative PSF using an ideal PSF for a part or all of the focused PSF. The standard reforming filter is configured to match the performance of the lens using the PSF value calculated during the actual lens design, while the second reforming filter is part of the focused PSF value. Alternatively, the PSF value of the ideal lens was applied to all. For example, the representative PSF was obtained by setting the ratio of the ideal PSF and the ratio of the blurred PSF to 50%: 50%. According to the second reforming filter, the random noise can be reduced by about 3 dB compared to the standard reforming filter (see FIG. 6).

なお、第1改質フィルタ及び第2改質フィルタを組み合わせてもよい。例えば、理想PSFを40%、合焦PSFを20%、ボケPSF量を40%として代表PSFを求めたり、理想PSFを60%、ボケPSF量を40%として代表PSFを求めたりしてもよい。   The first reforming filter and the second reforming filter may be combined. For example, the representative PSF may be obtained by setting the ideal PSF to 40%, the in-focus PSF to 20%, and the blurred PSF amount to 40%, or the ideal PSF to 60% and the blurred PSF amount to 40%. .

図4は、公園において第1範囲(手前、近距離)から第3範囲(中間距離)を経て第2範囲(奥、遠距離)までを撮像した風景画像(以下「原画像」という)である。図4の原画像は、近接被写体に適した約300mmの距離に合焦するレンズによって撮像された画像(第1範囲(被写界深度):292mm〜310mm)と、10mに合焦するレンズによって撮像された画像(第2範囲(被写界深度):5m〜無縁遠)とを合成したものである。この原画像は、300mmと無限遠とに合焦する二焦点レンズにより撮像された画像とほぼ同等の特徴量などを有する。原画像の縦サイズは1148画像、横サイズは1528画素である。図4では、上から第530行、第620行、第710行、第800行及び第890行の水平走査線の位置が示されており、これらの90行毎の行は、各々、カメラから被写体までの距離2100mm、1200mm、700mm、450mm、350mmに相当し、第3範囲(中間距離)に含まれる。   FIG. 4 is a landscape image (hereinafter referred to as “original image”) obtained by imaging from the first range (front, short distance) to the second range (back, long distance) through the third range (intermediate distance) in the park. . The original image in FIG. 4 is obtained by an image (first range (depth of field): 292 mm to 310 mm) picked up by a lens focusing on a distance of about 300 mm suitable for a close subject and a lens focusing on 10 m. This is a composite of a captured image (second range (depth of field): 5 m to far-off). This original image has a feature amount that is substantially the same as an image captured by a bifocal lens that focuses at 300 mm and infinity. The original image has a vertical size of 1148 images and a horizontal size of 1528 pixels. In FIG. 4, the positions of the horizontal scanning lines of the 530th, 620th, 710th, 800th, and 890th rows from the top are shown. The distances to the subject are 2100 mm, 1200 mm, 700 mm, 450 mm, and 350 mm, and are included in the third range (intermediate distance).

図5は、図4の原画像に示された各水平走査線の信号の空間周波数の交流成分を示すものであり、原画像の空間周波数の交流成分、標準改質フィルタによる画像改質処理の結果、第1改質フィルタによる画像改質処理の結果を示す。図5の横軸は、図4に示した原画像の水平走査線の位置に対応し、被写体までの距離に相当する。縦軸は、各水平走査線の信号パワーを示す空間周波数の交流成分である。ここでは、画像の画質を評価するための指標として、空間周波数の交流成分を以下のように算出した。まず、原画像の各水平走査線上の信号を抽出し、これらをフーリエ解析することによって、sin信号の重ね合わせである空間周波数を算出する。次に、空間周波数成分について周波数0(直流成分)を除いた交流成分を積分して、交流成分の累積値を算出する。この交流成分の累積値は、信号の画質や鮮明度に対応するものであり、これを比較することにより、信号の改質レベルを評価する指標とすることができる。   FIG. 5 shows the spatial frequency AC component of the signal of each horizontal scanning line shown in the original image of FIG. 4. The spatial frequency AC component of the original image, the image modification processing by the standard modification filter, and FIG. The result shows the result of the image modification processing by the first modification filter. The horizontal axis in FIG. 5 corresponds to the position of the horizontal scanning line of the original image shown in FIG. 4 and corresponds to the distance to the subject. The vertical axis represents a spatial frequency alternating current component indicating the signal power of each horizontal scanning line. Here, as an index for evaluating the image quality of the image, the alternating component of the spatial frequency was calculated as follows. First, a signal on each horizontal scanning line of the original image is extracted and subjected to Fourier analysis to calculate a spatial frequency that is a superposition of sin signals. Next, the AC component excluding the frequency 0 (DC component) is integrated for the spatial frequency component, and the cumulative value of the AC component is calculated. The accumulated value of the AC component corresponds to the image quality and definition of the signal, and by comparing them, it can be used as an index for evaluating the signal modification level.

図5の一番下の線は、原画像の信号の交流成分であり、四角印を結んだ線は、標準改質フィルタによって画像改質処理された信号の交流成分である。このように、標準改質フィルタによれば、中間距離についても信号を改質することができる。すなわち、この画像改質処理によると、ボケた信号成分が取り除かれるので、ピントのあった信号成分(例えば、図3の51a、51b)が抽出され、中間距離にある信号成分も補正されて、近距離から遠距離まで広くピントのあったパンフォーカス性の高い画像を生成することができる。   The lowermost line in FIG. 5 is the AC component of the signal of the original image, and the line connecting the square marks is the AC component of the signal that has been subjected to image modification processing by the standard modification filter. Thus, according to the standard reforming filter, the signal can be reformed even for the intermediate distance. That is, according to this image modification process, a blurred signal component is removed, so that a focused signal component (for example, 51a and 51b in FIG. 3) is extracted, and a signal component at an intermediate distance is also corrected. It is possible to generate an image with high pan focus that is widely focused from a short distance to a long distance.

図5の三角印で結んだ線は、第1改質フィルタによって画像改質処理された信号の交流成分である。図5に示したように、合焦PSFとボケPSFとの比を60%:40%とすると、信号の改質レベルはやや下がる。しかし、ランダム雑音については約1dB低減させることができた(図6参照)。   A line connected with a triangle mark in FIG. 5 is an AC component of the signal subjected to image modification processing by the first modification filter. As shown in FIG. 5, when the ratio of the in-focus PSF to the blurred PSF is 60%: 40%, the signal reforming level slightly decreases. However, random noise was reduced by about 1 dB (see FIG. 6).

図6は、標準改質フィルタ及び第1、第2改質フィルタによる画像改質処理における画像改質の結果の一覧である。図6では、画像の鮮明度を評価するための評価用チャートを用い、これを上下分割型の二焦点レンズ使用のカメラによって撮像した。評価用チャートは、複数の黒色線が放射状に配された楔形パターンを配置したチャートである。本実験では、評価用チャートとして、テレビの画質を評価したり、印刷物の歪を調整したりするために用いられるテストチャート(レジストレーションチャート)と同様に、二つの楔形パターン(9本)を縦方向と横方向に配した構成のものを用いた。また、画像の鮮明度を評価する指標として、レスポンス関数(MTF:Modulation Transfer Function)を用いた。MTFの測定方法としては、コントラスト測定法(矩形波チャート法)、フーリエ変換法(スリット法)などがある。本実験では、評価用チャートに対して、標準改質フィルタ、第1改質フィルタ、第2改質フィルタによる画像改質処理を実行し、各処理後の評価用チャートにおいて、コントラスト測定法によりMTFを算出し、処理前の評価用チャートを基準として、雑音レベルを算出した。コントラスト測定法では、楔形パターンの黒色部による最大信号値と最小信号値との差を算出し、その差と白色部分の信号値とを比較した。   FIG. 6 is a list of image modification results in the image modification process using the standard modification filter and the first and second modification filters. In FIG. 6, an evaluation chart for evaluating the sharpness of an image is used, and this is imaged by a camera using a vertically divided type bifocal lens. The evaluation chart is a chart in which a wedge-shaped pattern in which a plurality of black lines are arranged radially is arranged. In this experiment, as a chart for evaluation, two wedge-shaped patterns (9 lines) are vertically used in the same manner as a test chart (registration chart) used for evaluating television image quality and adjusting distortion of printed matter. The thing of the structure arranged in the direction and the horizontal direction was used. Further, a response function (MTF: Modulation Transfer Function) was used as an index for evaluating the sharpness of the image. Examples of the MTF measurement method include a contrast measurement method (rectangular wave chart method), a Fourier transform method (slit method), and the like. In this experiment, image modification processing using the standard modification filter, the first modification filter, and the second modification filter is performed on the evaluation chart, and the MTF is measured by the contrast measurement method in the evaluation chart after each process. The noise level was calculated based on the evaluation chart before processing. In the contrast measurement method, the difference between the maximum signal value and the minimum signal value due to the black part of the wedge-shaped pattern was calculated, and the difference was compared with the signal value of the white part.

画像改質処理前の評価用チャートでは、MTFは16%であり、雑音レベルは基準の0dBである。標準改質フィルタによる画像改質処理では、MTFは83%に向上するが、雑音レベルも未処理の評価用チャートに比べて5.1dBに増大する。   In the evaluation chart before the image modification process, the MTF is 16% and the noise level is the reference 0 dB. In the image modification process using the standard modification filter, the MTF is improved to 83%, but the noise level is also increased to 5.1 dB compared to the unprocessed evaluation chart.

第1改質フィルタ(合焦PSFとボケPSFとの比60%:40%)による画像改質処理では、MTFは標準改質フィルタの83%に比べると78%に低下したが、雑音レベルは標準改質フィルタの5.1に比べて約1dB低減することができた。また、第2改質フィルタ(理想PSFとボケPSFとの比50%:50%)による画像改質処理では、MTFは標準改質フィルタの83%に比べると72%に低下したが、雑音レベルは標準改質フィルタの5.1に比べて約3dB低減することができた。   In the image reforming process using the first reforming filter (ratio of focused PSF and blurred PSF: 60%: 40%), the MTF was reduced to 78% compared to 83% of the standard reforming filter, but the noise level was Compared with 5.1 of the standard reforming filter, the reduction was about 1 dB. In the image reforming process using the second reforming filter (ratio of ideal PSF and blur PSF: 50%: 50%), the MTF was reduced to 72% compared to 83% of the standard reforming filter, but the noise level was low. Was reduced by about 3 dB compared to 5.1 of the standard reforming filter.

このように、第1及び第2改質フィルタを用いた画像改質処理によれば、標準改質フィルタに比べて、改質レベルが低下するものの、立体視に好ましくないランダム雑音を低減することができる。   As described above, according to the image reforming process using the first and second reforming filters, although the reforming level is lower than that of the standard reforming filter, random noise that is not preferable for stereoscopic vision is reduced. Can do.

以上説明したとおり、標準改質フィルタを用いた画像改質処理によれば、二焦点レンズを構成する各レンズ部のいずれにもピントが合わない範囲についても画質を改質することができるので、立体視に適したパンフォーカス性の高い視差画像を生成することができる。また、二焦点レンズの代表PSFの設定を変更し、改質フィルタの係数列が変更された改質フィルタを構成することによって、雑音を低減させることができ、ギラツキの少ない視差画像を生成することができる。   As described above, according to the image modification process using the standard modification filter, the image quality can be modified even in a range where each lens unit constituting the bifocal lens is out of focus. It is possible to generate a parallax image with high pan focus suitable for stereoscopic viewing. In addition, by changing the setting of the representative PSF of the bifocal lens and configuring the reforming filter in which the coefficient sequence of the reforming filter is changed, noise can be reduced and a parallax image with less glare can be generated. Can do.

さらに、本発明では、左右二つの視差画像を取得するので、これらの視差画像を相関させて画像を改質したり、画像の表示を変更したりすることも可能である。例えば、左右の視差画像を比較して、ノイズを減らし鮮明度を上げることができる。   Furthermore, in the present invention, since the left and right parallax images are acquired, it is possible to modify these images by correlating these parallax images or to change the display of the images. For example, the left and right parallax images can be compared to reduce noise and increase sharpness.

左右の視差画像は、別々に画像改質処理がなされたものであるので、ノイズの性質も異なる。一方の視差画像のみにノイズが含まれる場合、観察者の立体視に好ましくない影響を与えることがあるので、ノイズを特定して除去することもできる。具体的には、例えば、いずれか一方の視差画像にノイズと思われる信号が含まれる場合、その信号が含まれる領域を特定し、特定された領域と特定された領域に対応する他方の視差画像における領域とを比較する。そして、対応する他方の視差画像における領域に同様の信号が含まれていなければ、ノイズと判定することができ、そのノイズを除去することができる。   Since the left and right parallax images have been subjected to image modification processing separately, the nature of the noise is also different. When noise is included only in one of the parallax images, it may adversely affect the viewer's stereoscopic vision, and therefore noise can be identified and removed. Specifically, for example, when a signal that seems to be noise is included in one of the parallax images, the area including the signal is specified, and the other parallax image corresponding to the specified area and the specified area Compare the region with. And if the same signal is not contained in the area | region in the other corresponding parallax image, it can determine with noise and the noise can be removed.

また、表示された左右の視差画像のずれ量を利用して、観察者の観察対象を特定したり、画像における被写体の相対的な位置関係や距離を特定することができる。さらに、観察者の視点に合わせて視差画像を改質して表示することも可能である。   In addition, by using the amount of deviation between the displayed right and left parallax images, it is possible to specify the observation target of the observer and to specify the relative positional relationship and distance of the subject in the image. Furthermore, the parallax image can be modified and displayed according to the viewpoint of the observer.

図7は、本発明の画像表示処理を示すフローチャートである。はじめに、ステップ701において、画像処理手段6は、撮像素子4から出力された各撮像画像51、52を取得し、取得した各撮像画像51、52に対して、前述した標準改質フィルタ、第1改質フィルタ、第2改質フィルタ等を用いて、画像改質処理を実行し、パンフォーカス性の高い各視差画像61、62を生成する。通常のステレオ画像を表示するには、各視差画像61、62を右眼用表示手段と左眼用表示手段を用いて表示すればよい。ステップ702〜706は、ずれ量を利用した位置関係の特定及び画像改質処理に関するものである。なお、画像処理手段6は、各種データやプログラムを格納するメモリを含む記憶部、プロセッサを含む制御部などを備え、ハードウェアとプログラムとを協働させて、図7の各ステップの処理を実現可能なように構成される。   FIG. 7 is a flowchart showing the image display processing of the present invention. First, in step 701, the image processing means 6 acquires the captured images 51 and 52 output from the image sensor 4. For the acquired captured images 51 and 52, the above-described standard modification filter, first Image modification processing is executed using a modification filter, a second modification filter, or the like, and the parallax images 61 and 62 having high pan focus properties are generated. In order to display a normal stereo image, the parallax images 61 and 62 may be displayed using the right-eye display means and the left-eye display means. Steps 702 to 706 relate to the specification of the positional relationship using the shift amount and the image modification process. The image processing means 6 includes a storage unit including a memory for storing various data and programs, a control unit including a processor, etc., and realizes the processing of each step in FIG. 7 by cooperating the hardware and the program. Configured as possible.

また、画像処理手段6は、ステップ701ほかのステップにおいて、図示しない適当な表示装置において、生成した各視差画像61、62の少なくとも一方を表示装置において二次元画像として再生してもよい。   In addition, in step 701 and other steps, the image processing unit 6 may reproduce at least one of the generated parallax images 61 and 62 as a two-dimensional image on the display device on an appropriate display device (not shown).

ステップ702において、画像処理手段6は、視差画像における特定の被写体又は被写体を含む領域を選択する。特定の被写体とは、例えば、観察者の視点が向いている被写体である。この場合、画像処理手段6は、観察者の視点の情報を取得し、取得した視点の情報に基づいて、観察者が観察している被写体を特定してもよい。観察者の視点の情報は、図示しないカメラが観察者の目の動き(視線、輻輳角、運動など)を追跡すること等によって得られる。さらに、画像処理手段6が、単に画像中央付近を視点のある領域と仮定して、この領域を選択してもよいし、周知の画像認識技術を用いて、特徴のある部分(例えば、人間の顔など)の輪郭を抽出して輪郭によって切り取られる領域を選択することもできる。   In step 702, the image processing means 6 selects a specific subject or a region including the subject in the parallax image. The specific subject is, for example, a subject facing the observer's viewpoint. In this case, the image processing unit 6 may acquire information on the viewpoint of the observer and specify the subject that the observer is observing based on the acquired information on the viewpoint. Information on the viewpoint of the observer is obtained by tracking a movement of the observer's eyes (line of sight, convergence angle, movement, etc.) by a camera (not shown). Further, the image processing means 6 may select this area assuming that the area near the center of the image is a viewpoint, or use a well-known image recognition technique to select a characteristic part (for example, human It is also possible to extract a contour of a face or the like and select a region cut out by the contour.

また、画像再生手段により視差画像の一方が再生されているので、画像処理手段6は、再生された視差画像において観察者が指定した被写体又は被写体を含む領域の情報を取得して、取得した領域を特定の領域として選択することもできる。特に、本発明のステレオ画像撮像装置がタッチパネルセンサを備える情報端末(例えば、スマートフォンなど)に搭載される場合に、観察者が立体視したい被写体の輪郭をなぞることで直感的に操作できるため好適である。画像処理手段6は、この輪郭の情報を取得してそのまま特定の領域を選択してもよいし、観察者によってなぞられた大まかな輪郭の領域又は大まかな円・半円などの指定領域に対して、周知の画像認識技術を適用し、より正確に被写体の輪郭を取り出してもよい。   In addition, since one of the parallax images is reproduced by the image reproducing unit, the image processing unit 6 acquires information on the subject or the region including the subject specified by the observer in the reproduced parallax image, and acquires the acquired region. Can also be selected as a specific region. In particular, when the stereo image pickup apparatus of the present invention is mounted on an information terminal (for example, a smartphone) provided with a touch panel sensor, it is preferable because the observer can intuitively operate by tracing the contour of the subject that he wants to stereoscopically view. is there. The image processing means 6 may acquire the contour information and select a specific region as it is, or may apply a rough contour region or a designated region such as a rough circle or semicircle traced by the observer. Then, a known image recognition technique may be applied to extract the contour of the subject more accurately.

ステップ703において、画像処理手段6は、各視差画像61、62のずれ量を検出する。以下、ずれ量を検出する処理について説明する。   In step 703, the image processing means 6 detects the amount of deviation between the parallax images 61 and 62. Hereinafter, a process for detecting the deviation amount will be described.

図8は、ずれ量検出処理の説明図である。左右の視差画像61、62には、近距離被写体A、中距離被写体C及び遠距被写体Bが含まれる。各視差画像は、所定の基線長Dをもって撮像されたものであるので、対応する被写体の間には、その被写体が位置する奥行き方向(Z方向)の距離に応じて、幅方向(Y方向)にずれが生じる。図7のステップ703では、各視差画像を重ね合わせた画像63を用い、画像解析によって、被写体Aのずれ量ΔY1、被写体Bのずれ量ΔY2、被写体Cのずれ量ΔY3を検出することができる。検出したずれ量は、撮像光学系から被写体の実際の位置までの距離に対応する。   FIG. 8 is an explanatory diagram of the shift amount detection process. The left and right parallax images 61 and 62 include a short-distance subject A, a medium-distance subject C, and a long-distance subject B. Since each parallax image is captured with a predetermined baseline length D, between the corresponding subjects, the width direction (Y direction) depends on the distance in the depth direction (Z direction) where the subject is located. Deviation occurs. In step 703 in FIG. 7, the image 63 obtained by superimposing the parallax images can be used to detect the shift amount ΔY1 of the subject A, the shift amount ΔY2 of the subject B, and the shift amount ΔY3 of the subject C by image analysis. The detected shift amount corresponds to the distance from the imaging optical system to the actual position of the subject.

また、画像64に示したとおり、ステップ702において選択された観察者の視点のある特定の被写体を基準として、その特定の被写体の輪郭を重ねて合わせるように、左右の視差画像61、62をスライドさせてもよい。この場合、重ねられた特定の被写体の変調度は高くなり、その特定の被写体に対しZ方向ついて前後にある被写体については変調度が低くなるので、変調度の相違に基づいてずれ量を検出することもできる。   In addition, as shown in the image 64, the left and right parallax images 61 and 62 are slid so that the contour of the specific subject is overlapped and matched with the specific subject having the observer's viewpoint selected in step 702 as a reference. You may let them. In this case, the degree of modulation of the superimposed specific subject is high, and the degree of modulation is low for subjects in front and back in the Z direction with respect to the specific subject. Therefore, the deviation amount is detected based on the difference in the degree of modulation. You can also

図7のステップ704において、画像処理手段6は、検出したずれ量に基づいて、画像中の被写体の相対的な位置関係を特定する。具体的には、各被写体のずれ量の大きさを比較し、ずれ量の大きい被写体ほど近距離にあると判定し、ずれ量の小さい被写体ほど遠距離にあると判定して、各被写体のZ方向に関する相対的な位置関係を特定することができる。また、視点のある特定の被写体を重ねる場合、そのずれ量は0となり、その他の領域においてずれ量が0の被写体があれば、それも同距離にあると判定できるし、その他のずれ量のある被写体は、特定の被写体の手前又は奥のいずれかにあると判定できる。   In step 704 of FIG. 7, the image processing means 6 specifies the relative positional relationship of the subject in the image based on the detected deviation amount. Specifically, the magnitude of the shift amount of each subject is compared, it is determined that the subject with the larger shift amount is closer, the subject with the smaller shift amount is determined to be farther away, and the Z of each subject is determined. A relative positional relationship with respect to the direction can be specified. In addition, when a certain subject with a viewpoint is overlapped, the amount of deviation is 0, and if there is a subject with an amount of deviation of 0 in other regions, it can be determined that the subject is also at the same distance, and there are other amounts of deviation. It can be determined that the subject is either in front of or behind the specific subject.

ステップ705において、画像処理手段6は、ステップ702で選択された特定の被写体を含む領域を合焦の領域に設定し、合焦の領域以外をボケの領域に設定する。この場合、特定の被写体ばかりでなく、特定の被写体と等距離にある被写体を含む領域や特定の被写体よりも近距離の領域なども合焦の領域に設定してもよい。   In step 705, the image processing unit 6 sets the area including the specific subject selected in step 702 as the in-focus area, and sets the area other than the in-focus area as the out-of-focus area. In this case, not only the specific subject but also a region including a subject equidistant from the specific subject or a region closer to the specific subject may be set as the in-focus region.

ステップ706において、画像処理手段6は、画像再生処理を実行する。例えば、改質処理後の視差画像において、合焦の領域については、改質された画素データ(改質成分)をそのまま用い、ボケの領域については、撮像画像中のボケを含んだ画像データ(ボケ成分)を重ねて、視点のある特定の被写体以外をぼかした状態で左右の視差画像を表示装置に表示する。また、ステップ705において、合焦の領域とボケの領域を特定しているので、例えば、改質処理前の撮像画像を用いて、合焦の領域に改質処理を施して、視差画像を生成し、生成された左右の視差画像を表示装置に表示してもよい。また、改質処理後の視差画像における合焦の領域と改質処理前の撮像画像におけるボケの領域とを適宜組み合わせて、左右の視差画像を表示装置に表示してもよい。すなわち、二焦点レンズによって取得したボケ成分を利用して、特定の被写体以外の領域をボケさせることができればよい。これによって、観察者の視点のある被写体又は所定の領域のみにピントの合った視差画像を生成し、左右の視差画像を再生することができる。さらに、観察者の視点が移動した場合、ステップ702〜705と同様に、移動した先の被写体を新たな合焦の領域に設定し、合焦の領域の画像を改質し、その他の領域をボケさせた画像を表示することが好ましい。   In step 706, the image processing means 6 executes image reproduction processing. For example, in the parallax image after the modification process, the modified pixel data (modified component) is used as it is for the in-focus region, and the image data including the blur in the captured image ( The left and right parallax images are displayed on the display device in a state in which the blur component other than the specific subject with the viewpoint is blurred. In step 705, since the in-focus area and the out-of-focus area are specified, for example, using the captured image before the reforming process, the in-focus area is reformed to generate a parallax image. Then, the generated left and right parallax images may be displayed on the display device. Alternatively, the right and left parallax images may be displayed on the display device by appropriately combining the in-focus area in the parallax image after the modification process and the blurred area in the captured image before the modification process. In other words, it is only necessary to blur the area other than the specific subject using the blur component acquired by the bifocal lens. Accordingly, it is possible to generate a parallax image focused on only a subject or a predetermined area having the viewpoint of the observer and reproduce the left and right parallax images. Further, when the observer's viewpoint is moved, as in steps 702 to 705, the moved subject is set as a new in-focus area, the image in the in-focus area is modified, and the other areas are changed. It is preferable to display a blurred image.

三次元用の当該コンテンツが連続するフレームからなる動画像である場合、画像処理手段6は、ステップ707において、処理すべき次のフレーム(視差画像)があるか否か判定し、次のフレームがある場合(Yes)は、ステップ701の処理を実行し、次のフレームがない場合(No)は、処理を終了する。   When the three-dimensional content is a moving image composed of continuous frames, the image processing means 6 determines in step 707 whether or not there is a next frame (parallax image) to be processed, and the next frame is If there is (Yes), the process of step 701 is executed. If there is no next frame (No), the process is terminated.

なお、図7に示したフローチャートは単なる例示であり、各ステップの処理順序は、これに限定されず、必要に応じて適宜入れ替えてもよい。また、再生の形態(動画コンテンツ、静止画コンテンツ)に応じて、一部の処理を省略したり、他の処理に置き換えてもよい。例えば、動画コンテンツであれば、同様の場面が数十フレーム分続くこともあるので、ステップ702において、一度、特定の被写体が選択されたら、大きく場面が変わるまでは、主に観察対象となる特定の被写体は変更されないと判断し、その後のステップ702を省略してもよい。また、動画コンテンツではフレームが連続的に再生され、観察者の視点を連続的に追跡しなければならないので、ステップ702で利用する観察者の視点の情報は、一つ前に再生されたフレーム(一つ前のループのステップ706)の中で特定した観察者の視点の情報を利用することもできる。また、観察者の視点が短い間隔で上下左右に大きく移動する場合、観察者が映像酔いに陥る虞があるため、ステップ706における特定の被写体を浮かび上がらせて再生する処理を中止して、代わりに、通常のパンフォーカス性の高い改質処理後の視差画像を再生してもよい。また、本フローチャートでは、改質処理後の各視差画像のずれ量に基づいて被写体の相対的な位置関係を特定したが、基線長に基づいて三角測量を利用して撮像光学系から被写体までの距離を推定してもよい。なお、三次元の動画像を表示する場合は、計算の負荷を低減するため、実際の距離を算出するのではなく、ずれ量を利用して相対的な位置関係のみを推定することが好ましい。   Note that the flowchart shown in FIG. 7 is merely an example, and the processing order of each step is not limited to this, and may be appropriately changed as necessary. Depending on the playback mode (video content, still image content), some processes may be omitted or replaced with other processes. For example, in the case of moving image content, the same scene may last for several tens of frames. Therefore, in step 702, once a specific subject is selected, until the scene changes greatly, the identification that is mainly the observation target The subject may be determined not to be changed, and the subsequent step 702 may be omitted. Also, in the video content, since frames are continuously played and the observer's viewpoint must be continuously tracked, the information on the observer's viewpoint used in step 702 is the frame ( Information on the viewpoint of the observer specified in step 706) of the previous loop can also be used. Also, if the observer's viewpoint moves greatly up and down, left and right at short intervals, there is a risk that the observer will get sick of video, so the process of raising a specific subject in step 706 is stopped and played instead. Alternatively, a parallax image after a normal modification process with high pan focus may be reproduced. In this flowchart, the relative positional relationship of the subject is specified based on the shift amount of each parallax image after the reforming process, but triangulation is used based on the baseline length, and the distance from the imaging optical system to the subject is determined. The distance may be estimated. When displaying a three-dimensional moving image, it is preferable not to calculate an actual distance but to estimate only a relative positional relationship using a deviation amount in order to reduce a calculation load.

なお、改質処理前の各撮像画像の特徴量に基づいて被写体の相対的な位置関係や距離を推定してもよい。例えば、画像処理手段6は、ステップ701、703では、被写体の輪郭が鮮明な改質処理後の視差画像を用いたが、改質処理後の視差画像の代わりに、改質処理前の撮像画像信号を取得し、取得した撮像画像信号から、線画抽出法又は有限要素法などの画像を細分化する方法を用いて要素画素を切り出し、その要素画素の平均位置(距離)を計算してもよい。   Note that the relative positional relationship and distance of the subject may be estimated based on the feature amount of each captured image before the modification process. For example, in steps 701 and 703, the image processing unit 6 uses the post-reformation parallax image with a clear subject outline, but instead of the post-reformation parallax image, the captured image before the remodeling process. A signal is acquired, and an element pixel is cut out from the acquired captured image signal using a method of segmenting an image such as a line drawing extraction method or a finite element method, and an average position (distance) of the element pixel may be calculated. .

また、本実施形態では、画像撮像装置の画像処理手段6が特定の被写体に合焦する左右の視差画像を生成し、生成された左右の視差画像を表示装置において再生すると説明したが、画像処理手段6とは異なる処理手段、例えば画像表示装置の画像処理手段によって、図7に示した各処理を実現してもよい。また、画像処理手段6は、特定の被写体に合焦する左右の視差画像を生成した後は、左右の視差画像を表示装置に出力し、表示装置が取得した視差画像の表示処理を実行する構成としてもよい。   Further, in the present embodiment, it has been described that the image processing unit 6 of the image capturing apparatus generates left and right parallax images that are focused on a specific subject, and the generated left and right parallax images are reproduced on the display device. Each processing shown in FIG. 7 may be realized by a processing unit different from the unit 6, for example, an image processing unit of the image display device. In addition, the image processing unit 6 outputs the left and right parallax images to the display device after generating the left and right parallax images focused on the specific subject, and executes the display processing of the parallax image acquired by the display device. It is good.

以上説明したとおり、本発明によれば、視差画像又は撮像画像から画像中の被写体の相対的な位置関係を推定することができるので、所望の距離にある被写体にピントを合わせたり、ぼかしたりすることができる。つまり、立体視のための視差画像において観察者の視点のある範囲を浮かび上がらせるような処理が可能である。また、観察者の視点を連続的に追跡することによって、観察対象の被写体にピントがあった視差画像を連続的に再生することができる。また、視点を誘導するためにピントの合った範囲を場面に応じて変更する処理も可能である。特に本発明では、多焦点レンズで得られた撮像画像には、距離に依存する自然なボケ画像の情報があるので、このボケ画像を利用することにより、画像処理のアプリケーションによる一様なボケ加工とは異なり、自然なボケを表現することができる。   As described above, according to the present invention, since the relative positional relationship of the subject in the image can be estimated from the parallax image or the captured image, the subject at a desired distance is focused or blurred. be able to. In other words, it is possible to perform a process that highlights a certain range of the observer's viewpoint in the parallax image for stereoscopic viewing. Also, by continuously tracking the observer's viewpoint, it is possible to continuously reproduce a parallax image in which the subject to be observed is in focus. Also, it is possible to change the in-focus range according to the scene in order to guide the viewpoint. In particular, in the present invention, the captured image obtained by the multifocal lens has natural blur image information depending on the distance. By using this blur image, uniform blur processing by an image processing application is performed. Unlike, it can express natural blur.

以上の実施形態では、光路を横方向に分割したステレオ画像撮像装置について説明したが、光路を縦方向(上下)に分割することもできる。以下、図9及び図10を用いて、光路を縦方向に分割するステレオ画像撮像装置のミラー機構について説明し、その後、図11を用いて、撮像手段及び二焦点レンズの配置を説明し、さらに図12を用いて撮像される画像について説明する。なお、図9及び図10のミラー機構は、単焦点レンズを用いてもステレオ画像を撮像することができる。また、図4〜図8において説明した各種処理については、光路を横方向に分割する方式のステレオ画像撮像装置に適用することもできるし、以下に説明する光路を縦方向に分割する方式のステレオ画像撮像装置にも適用することができる。また、図13に示す二眼式のステレオ画像撮像装置にも適用することができる。   In the above embodiment, the stereo image pickup apparatus in which the optical path is divided in the horizontal direction has been described. However, the optical path can also be divided in the vertical direction (up and down). Hereinafter, the mirror mechanism of the stereo image pickup apparatus that divides the optical path in the vertical direction will be described with reference to FIGS. 9 and 10, and then the arrangement of the image pickup unit and the bifocal lens will be described with reference to FIG. 11. An image captured using FIG. 12 will be described. Note that the mirror mechanism in FIGS. 9 and 10 can capture a stereo image even using a single focus lens. The various processes described in FIGS. 4 to 8 can be applied to a stereo image pickup apparatus that splits the optical path in the horizontal direction, or a stereo that splits the optical path described below in the vertical direction. The present invention can also be applied to an image pickup apparatus. Further, the present invention can also be applied to a binocular stereo image pickup apparatus shown in FIG.

図9(A)(B)(C)は、本実施形態のミラー機構の概略の上面構成図、正面構成図、側面構成図である。図9(A)には、水平方向の光路の一部が示されている。ミラー機構8は、第1光路L1を第1撮像面41に導くための第1ミラー群81と、第2光路L2を第2撮像面に導くための第2ミラー群とを備える。第1ミラー群81は、内側ミラー81aと外側ミラー81bとを含み、第2ミラー群82は、内側ミラー82aと外側ミラー82bとを含む。なお、各ミラーは、光路を上下方向に振り分けるために、図10に示すように、垂直方向(X方向)について所定の角度をもって傾けて配置されているが、図9では簡略化のためその傾きを省略して図示している。   9A, 9B, and 9C are a schematic top configuration diagram, front configuration diagram, and side configuration diagram of the mirror mechanism of the present embodiment. FIG. 9A shows a part of the optical path in the horizontal direction. The mirror mechanism 8 includes a first mirror group 81 for guiding the first optical path L1 to the first imaging surface 41, and a second mirror group for guiding the second optical path L2 to the second imaging surface. The first mirror group 81 includes an inner mirror 81a and an outer mirror 81b, and the second mirror group 82 includes an inner mirror 82a and an outer mirror 82b. Each mirror is arranged at an angle with a predetermined angle in the vertical direction (X direction) as shown in FIG. 10 in order to distribute the optical path in the vertical direction. The figure is omitted.

図9(A)に示すように、第1ミラー群81と第2ミラー群82とは、撮像光学系2の光軸に対して対称となるように配置される。また、各ミラー群において、内側ミラーの上端部と外側ミラーの上端部とが略平行となるように配置される。図9(B)に示すように、第1ミラー群81と第2ミラー群82との少なくとも一部は上下に段違いに配置される。図9(C)に示すように、本実施形態のミラー機構は、内側ミラー81a、82bの後端部(Z方向の手前)と外側ミラーの後端部(Z方向の手前)との間に撮像光学系2の入射瞳Pが位置するように構成することが好ましい。つまり、内側ミラーの後端部を外側ミラーの後端部よりも被写体側に引っ込めて配置することができ、入射瞳Pをミラー機構にできるだけ近づけるように構成することができる。このように、入射瞳Pをミラーに近づけることによってミラー機構を小型化することができ、携帯情報端末に搭載するのに好適である。しかし、入射瞳Pをミラーに近づけすぎると、光路を分離することができず、視差画像に蹴られ(被写体の情報を持たない黒い画素領域)が生じることがある。   As shown in FIG. 9A, the first mirror group 81 and the second mirror group 82 are arranged so as to be symmetric with respect to the optical axis of the imaging optical system 2. In each mirror group, the upper end portion of the inner mirror and the upper end portion of the outer mirror are arranged so as to be substantially parallel. As shown in FIG. 9B, at least a part of the first mirror group 81 and the second mirror group 82 are arranged in a vertical difference. As shown in FIG. 9C, the mirror mechanism of the present embodiment is provided between the rear end portions of the inner mirrors 81a and 82b (front side in the Z direction) and the rear end portion (front side of the Z direction) of the outer mirror. It is preferable that the entrance pupil P of the imaging optical system 2 is positioned. That is, the rear end portion of the inner mirror can be retracted and arranged closer to the subject side than the rear end portion of the outer mirror, and the entrance pupil P can be configured as close as possible to the mirror mechanism. Thus, the mirror mechanism can be miniaturized by bringing the entrance pupil P close to the mirror, which is suitable for mounting on a portable information terminal. However, if the entrance pupil P is too close to the mirror, the optical path cannot be separated, and the parallax image may be kicked (a black pixel region having no subject information).

従来のステレオアダプタでは水平画角が半分(θ/2)となるところ、本実施形態のミラー機構では、図9(A)に示したように、各ミラー群を上下に段違いに配置したので、水平画角θのステレオ画像を取得することができる。   In the conventional stereo adapter, the horizontal angle of view is halved (θ / 2). However, in the mirror mechanism of the present embodiment, as shown in FIG. A stereo image with a horizontal angle of view θ can be acquired.

図9(A)を参照すると、例えば、光路L21の光(二点鎖線で示す)が第2ミラー機構の開口を介して入射されると、その光は、外側ミラー82bによって反射され、その反射した光は内側ミラー82aによって反射され、入射瞳Pに到達する。一方、光路L22の光(長破線で示す)が第2ミラー機構の開口を介して入射されると、外側ミラー82bによって反射され、その反射した光は内側ミラー82aによって反射され、入射瞳Pに到達する。この場合、入射瞳Pからの光路の拡がり、すなわち、水平画角はθである。説明のため、光路L21と光路L22との延長線との交点を仮想の入射瞳P´(入射瞳Pが仮想的に移動したもの)とする。仮想の入射瞳P´からの光路の拡がりはθで示される。   Referring to FIG. 9A, for example, when the light of the optical path L21 (indicated by a two-dot chain line) is incident through the opening of the second mirror mechanism, the light is reflected by the outer mirror 82b and reflected. The reflected light is reflected by the inner mirror 82a and reaches the entrance pupil P. On the other hand, when light in the optical path L22 (shown by a long broken line) is incident through the opening of the second mirror mechanism, it is reflected by the outer mirror 82b, and the reflected light is reflected by the inner mirror 82a, and enters the entrance pupil P. To reach. In this case, the optical path from the entrance pupil P is spread, that is, the horizontal angle of view is θ. For the sake of explanation, the intersection of the optical path L21 and the extension line of the optical path L22 is assumed to be a virtual entrance pupil P ′ (the entrance pupil P is virtually moved). The spread of the optical path from the virtual entrance pupil P ′ is indicated by θ.

図10(A)は、ミラー機構における第1ミラー群81の傾きを示す説明図であり、図9(A)に示したS1断面を入射瞳Pから観た図である。図10(B)は、第2ミラー群の垂直方向の傾きを示す説明図であり、図9(A)に示したS2断面を入射瞳Pから観た図である。はじめに、第2ミラー群82の内側ミラー82aは、その下端が入射瞳Pに近づく方向に垂直方向に対して角度αをもって傾斜して配置される。また、外側ミラー82bは、その上端が入射瞳Pに近づく方向に垂直方向に対して角度βをもって傾斜して配置される。同様にして、第1ミラー群81の内側ミラー81a及び外側ミラー81bも、それぞれ、垂直方向に対して角度α、βをもって傾斜して配置される。   FIG. 10A is an explanatory view showing the inclination of the first mirror group 81 in the mirror mechanism, and is a view of the S1 cross section shown in FIG. FIG. 10B is an explanatory diagram showing the inclination of the second mirror group in the vertical direction, and is a view of the S2 cross section shown in FIG. First, the inner mirror 82a of the second mirror group 82 is disposed so that the lower end of the inner mirror 82a is inclined at an angle α with respect to the vertical direction in a direction approaching the entrance pupil P. Further, the outer mirror 82b is disposed with an upper end inclined at an angle β with respect to the vertical direction in a direction approaching the entrance pupil P. Similarly, the inner mirror 81a and the outer mirror 81b of the first mirror group 81 are also inclined with respect to the vertical direction at angles α and β, respectively.

また、図10(B)は、ミラー機構における垂直方向の光路の一部の様子を模式的に示す。本実施形態のミラー機構は、各ミラーが傾斜をもって配置されているため、光路によって光学距離が異なり、各ミラーの上側と下側とで二つの反射点が生じる。具体的には、上側の光路L21の光(二点鎖線)が第2ミラー群82に入射すると、まず外側ミラー82bの上側の反射点1で反射され、次いで、内側ミラー82aの上側の反射点2で反射され、入射瞳Pに入射する。   FIG. 10B schematically shows a part of the optical path in the vertical direction in the mirror mechanism. In the mirror mechanism of this embodiment, since each mirror is arranged with an inclination, the optical distance differs depending on the optical path, and two reflection points are generated on the upper side and the lower side of each mirror. Specifically, when the light (two-dot chain line) in the upper optical path L21 is incident on the second mirror group 82, the light is first reflected by the upper reflection point 1 of the outer mirror 82b, and then the upper reflection point of the inner mirror 82a. 2 and is incident on the entrance pupil P.

また、下側の光路L22の光(長鎖線)が第2ミラー群82に入射すると、まず外側ミラー82bの下側の反射点3で反射され、次いで、内側ミラー82aの下側の反射点4で反射され、入射瞳Pに入射する。各ミラーは相互に異なる角度α、βをもって配置されており、すなわち、相対的な角度差|α-β|があるので、外側及び内側ミラーによって反射する各光路の光は、|α-β|の2倍だけ、入射角が変わる。したがって、例えば、|α-β|=4°と設定され、上側光路L21の光が光軸L0に対して約+8°の角度で入射し、下側光路L22の光が光軸L0に対して約−8°の角度で入射する場合、各光は外側及び内側ミラーによって反射されると、光路L21の光は0°で入射瞳Pに入射し、光路L22の光は−16°で入射瞳Pに入射する。   Further, when the light (long-chain line) in the lower optical path L22 enters the second mirror group 82, it is first reflected by the lower reflection point 3 on the outer mirror 82b, and then the lower reflection point 4 on the inner mirror 82a. And is incident on the entrance pupil P. Each mirror is arranged with a different angle α, β, that is, there is a relative angular difference | α-β |, so that the light in each optical path reflected by the outer and inner mirrors is | α-β | The incident angle changes by 2 times. Therefore, for example, | α−β | = 4 ° is set, the light in the upper optical path L21 is incident at an angle of about + 8 ° with respect to the optical axis L0, and the light in the lower optical path L22 is relative to the optical axis L0. When incident at an angle of about −8 °, when each light is reflected by the outer and inner mirrors, the light in the optical path L21 enters the entrance pupil P at 0 °, and the light in the optical path L22 enters the entrance pupil at −16 °. Incident to P.

このように、垂直画角φ/2(例えば16°)自体の大きさは変わらないが、第2ミラー群82によって、下向き−8°から上向き+8°の垂直画角の範囲は、下向き−16°から0°に変更される。同様にして、第2ミラー群82とは少なくとも一部が段違いに配置された第1ミラー群81によって、下向き−8°から上向き+8°の垂直画角の範囲は、上向き16°から0°に変更される。なお、説明のため、光路L21の延長線と光路L22の延長線との交点を仮想の入射瞳P´とし、仮想の入射瞳P´からの垂直方向への光路の拡がりの角度、すなわち、垂直画角をφ/2と示す。   Thus, although the vertical angle of view φ / 2 (for example, 16 °) itself does not change, the range of the vertical angle of view from −8 ° downward to + 8 ° upward is -16 downward by the second mirror group 82. Changed from ° to 0 °. Similarly, the vertical mirror angle range of −8 ° upward to + 8 ° upward is changed from 16 ° to 0 ° upward by the first mirror group 81 arranged at least partially different from the second mirror group 82. Be changed. For the sake of explanation, the intersection of the extension line of the optical path L21 and the extension line of the optical path L22 is defined as a virtual entrance pupil P ′, and the angle of spread of the optical path in the vertical direction from the virtual entrance pupil P ′, that is, vertical The angle of view is indicated as φ / 2.

図11(A)(B)は、縦方向に光路を分割したステレオ画像撮像装置における二焦点レンズ及び撮像素子の配置の一例を示す図である。半円形の第1レンズ部21と半円形の第2レンズ部22とを有する二焦点レンズ20を使用した場合、二焦点レンズ20の中心が光軸上に位置し、且つ第1レンズ部21及び第2レンズ部22の配置がミラー機構8による光路の分割方向と直交するように、二焦点レンズ20は配置される。すなわち、図11(A)に示すように、二焦点レンズ20は、光路の分割方向である縦方向と直交するように、第1レンズ部21と第2レンズ部22とが左右に配置されている。また、撮像素子4は、中心が光軸上に位置し、且つ、撮像素子4の撮像面40が、二焦点レンズ20を含む撮像光学系2(図11では他のレンズについては省略する)の結像面に位置するように配置される。このため、撮像素子4の撮像面40は、光路の分割方向と同じく上下に分割され、垂直画角が半分(φ/2)である第1撮像面41及び第2撮像面42が形成される。なお、図11(A)では、二つの半円形のレンズを組み合わせて円形の二焦点レンズを構成する例を説明したが、これに限定されず、半楕円形又は多角形の各レンズ部を組み合わせて、境界が光路の分割方向と直交するように配置して構成してもよい。   FIGS. 11A and 11B are diagrams illustrating an example of the arrangement of the bifocal lens and the image sensor in the stereo image capturing apparatus in which the optical path is divided in the vertical direction. When the bifocal lens 20 having the semicircular first lens portion 21 and the semicircular second lens portion 22 is used, the center of the bifocal lens 20 is located on the optical axis, and the first lens portion 21 and The bifocal lens 20 is arranged so that the arrangement of the second lens unit 22 is orthogonal to the optical path division direction by the mirror mechanism 8. That is, as shown in FIG. 11A, in the bifocal lens 20, the first lens portion 21 and the second lens portion 22 are arranged on the left and right so as to be orthogonal to the longitudinal direction that is the direction of dividing the optical path. Yes. In addition, the imaging element 4 is centered on the optical axis, and the imaging surface 40 of the imaging element 4 is the imaging optical system 2 including the bifocal lens 20 (other lenses are omitted in FIG. 11). It arrange | positions so that it may be located in an image plane. For this reason, the image pickup surface 40 of the image pickup device 4 is divided into the upper and lower sides in the same way as the optical path division direction, and the first image pickup surface 41 and the second image pickup surface 42 whose vertical angle of view is half (φ / 2) are formed. . In FIG. 11A, an example in which two semicircular lenses are combined to form a circular bifocal lens is described. However, the present invention is not limited to this, and each semi-elliptical or polygonal lens unit is combined. The boundary may be arranged so as to be orthogonal to the dividing direction of the optical path.

なお、二焦点レンズとして、図11(B)に示すような円形の第1レンズ部21と、円環状(ドーナツ型)の第2レンズ部22とを用い、各レンズ部の光軸が一致する同心円状のものを採用すれば、光路の分割方向によって制約されない。さらに、多角形や楕円形の第1レンズ部21を内側に配して、その外側に、同様の形状の内縁(及び外縁)を有する環状の第2レンズ部22を配してもよい。多角形の角部は丸みを有する形状であってもよい。また、第1レンズ部21と第2レンズ部22との配置を逆にしてもよい。   As the bifocal lens, a circular first lens portion 21 as shown in FIG. 11B and an annular (donut-shaped) second lens portion 22 are used, and the optical axes of the respective lens portions coincide with each other. If a concentric circular shape is adopted, it is not restricted by the dividing direction of the optical path. Further, a polygonal or elliptical first lens portion 21 may be disposed on the inner side, and an annular second lens portion 22 having an inner edge (and outer edge) of the same shape may be disposed on the outer side. The polygonal corner may have a rounded shape. The arrangement of the first lens unit 21 and the second lens unit 22 may be reversed.

また、例えば、第2光路L2の光は、ミラー機構8において少なくとも一部が段違いの下側に配置された第2ミラー群82(図9参照)によって、第1レンズ部21と第2レンズ部22とを含む二焦点レンズ20の下部半面202を介して、第2撮像面42に収束される。よって、第2撮像面42からは、第2撮像画像52が、二焦点レンズ20下部半面201の第1レンズ部21を通った近距離にピントの合った像を含む信号と、第2レンズ部22を通った遠距離にピントが合った像を含む信号とを合成した信号として出力されるのである。   Further, for example, the light in the second optical path L2 is generated by the first lens unit 21 and the second lens unit by the second mirror group 82 (see FIG. 9) at least a part of which is disposed on the lower side of the mirror mechanism 8. 22 is converged on the second imaging surface 42 via the lower half surface 202 of the bifocal lens 20. Therefore, from the second imaging surface 42, the second captured image 52 includes a signal including an image focused on a short distance through the first lens portion 21 of the lower half surface 201 of the bifocal lens 20, and the second lens portion. Thus, the signal is output as a composite signal of a signal including an image in focus at a long distance through 22.

なお、ミラー機構8によって、上下に分割した光路を導く構成とする場合、二焦点レンズ20は、図11(B)に示したとおり、円形の第1レンズ部21と、円環状(ドーナツ型)の第2レンズ部22とを用い、各レンズ部の光軸が一致する同心円型構造としてもよい。さらに、多角形や楕円形の第1レンズ部21を内側に配して、その外側に、同様の形状の内縁(及び外縁)を有する環状の第2レンズ部22を配してもよい。多角形の角部は丸みを有する形状であってもよい。また、第1レンズ部21と第2レンズ部22との配置を逆にしてもよい。本発明では、上下に分割された横長タイプのステレオ画像を生成するために、光路を上下に分割することができるようにミラー機構を構成した。   In addition, when it is set as the structure which guides the optical path divided | segmented up and down by the mirror mechanism 8, the bifocal lens 20 has the circular 1st lens part 21 and the annular | circular shape (doughnut type) as shown in FIG.11 (B). The second lens unit 22 may be used, and a concentric structure in which the optical axes of the lens units coincide with each other may be used. Further, a polygonal or elliptical first lens portion 21 may be disposed on the inner side, and an annular second lens portion 22 having an inner edge (and outer edge) of the same shape may be disposed on the outer side. The polygonal corner may have a rounded shape. The arrangement of the first lens unit 21 and the second lens unit 22 may be reversed. In the present invention, in order to generate a horizontally long stereo image divided vertically, the mirror mechanism is configured so that the optical path can be divided vertically.

図12は、縦方向に分割したステレオ画像の説明図である。光路を上下に分割するミラー機構8を用いた場合、撮像面40が上下に二等分されて、通常の垂直画角の半分(φ/2)となる横長の第1撮像面41と第2撮像面42とが形成される(図11)。このため、図12に示すとおり、撮像される撮像画像51、52は横長の形状(垂直画角φ/2)となる。第1撮像面41において取得された第1撮像画像51及び第2撮像面42において取得された第2撮像画像52には、画像処理手段6によって画像改質処理が施され、左眼用視差画像61及び右眼用視差画像62(垂直画角φ/2)が出力される。観察者は、裸眼で又は適当なビューアを用いて、これらを立体画像70として認識することができる。   FIG. 12 is an explanatory diagram of a stereo image divided in the vertical direction. When the mirror mechanism 8 that divides the optical path vertically is used, the imaging surface 40 is divided into upper and lower parts, and the horizontally long first imaging surface 41 and the second imaging surface that are half the normal vertical field angle (φ / 2). An imaging surface 42 is formed (FIG. 11). For this reason, as shown in FIG. 12, the captured images 51 and 52 to be captured have a horizontally long shape (vertical angle of view φ / 2). The first captured image 51 acquired on the first imaging surface 41 and the second captured image 52 acquired on the second imaging surface 42 are subjected to image modification processing by the image processing means 6, so that the left-eye parallax image is obtained. 61 and the right-eye parallax image 62 (vertical angle of view φ / 2) are output. The observer can recognize these as the stereoscopic image 70 with the naked eye or using an appropriate viewer.

以上説明したとおり、本実施形態のミラー機構によれば、光路を上下に分割し、第1光路L1を撮像素子4の第1撮像面41に導き、第2光路L2を第2撮像面42に導くことができるので、水平画角θをもった横長タイプのステレオ画像を形成することができる。なお、本実施形態では、ミラー機構の各ミラーの配置(位置、光軸方向についての開きの角度、傾斜の角度など)を固定としたが、搭載するレンズの機能(ズーム機能など)に応じて、ミラーの配置を可変とする構成としてもよい。また、ステレオ画像を撮像するため撮像範囲が概ね同じとなるように第1ミラー群と第2ミラー群とを配置したが、例えば、第1ミラー群と第2ミラー群とを開散方向に広がるように配置することによって、超広角画像を撮像可能なミラー機構を構成することもできる。また、本実施形態では、各水平(垂直)画角が等しい二つのミラー群を用いたが、各画角が異なるミラー群を用いてもよいし、三つ以上のミラー群を用いてもよい。   As described above, according to the mirror mechanism of the present embodiment, the optical path is divided up and down, the first optical path L1 is guided to the first imaging surface 41 of the imaging device 4, and the second optical path L2 is directed to the second imaging surface 42. Therefore, a horizontally long stereo image having a horizontal angle of view θ can be formed. In this embodiment, the arrangement of each mirror of the mirror mechanism (position, opening angle in the optical axis direction, inclination angle, etc.) is fixed, but depending on the function of the mounted lens (zoom function, etc.) The mirror arrangement may be variable. In addition, the first mirror group and the second mirror group are arranged so that the imaging range is substantially the same in order to capture a stereo image. For example, the first mirror group and the second mirror group spread in the spreading direction. By arranging in this manner, a mirror mechanism capable of capturing an ultra-wide-angle image can be configured. In this embodiment, two mirror groups having the same horizontal (vertical) angle of view are used. However, mirror groups having different angles of view may be used, or three or more mirror groups may be used. .

本実施形態のミラー機構の一つの実施例として、以下のとおり設計した。第1及び第2ミラー群における内側ミラー81a、82aについて、横(長手方向)の長さを8.0mm、縦(短手方向)の長さを1.0mmとした。外側ミラー81b、82bについて、横(長手方向)の長さを32.0mm、縦(短手方向)の長さを4.0mmとした。水平方向(Y方向)について、入射瞳Pと仮想の入射瞳P´との間隔は15.18mmに設定した。つまり、基線長Dは30.36mmである。水平画角θについては約50.0°を実現した。   As an example of the mirror mechanism of this embodiment, the following design was performed. Regarding the inner mirrors 81a and 82a in the first and second mirror groups, the horizontal (longitudinal direction) length was 8.0 mm and the vertical (short direction) length was 1.0 mm. Regarding the outer mirrors 81b and 82b, the horizontal (longitudinal direction) length was 32.0 mm, and the vertical (short direction) length was 4.0 mm. In the horizontal direction (Y direction), the interval between the entrance pupil P and the virtual entrance pupil P ′ was set to 15.18 mm. That is, the baseline length D is 30.36 mm. The horizontal angle of view θ is about 50.0 °.

また、外側ミラーの傾斜角度αを5.10°、内側ミラーの傾斜角度βを1.10°に設定した。|α-β|は4°であり、垂直画角φ/2については16°を実現した。   Further, the inclination angle α of the outer mirror was set to 5.10 °, and the inclination angle β of the inner mirror was set to 1.10 °. | Α−β | was 4 °, and the vertical angle of view φ / 2 was 16 °.

以上、本発明の実施形態として、ミラー機構を採用したステレオ画像撮像装置について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。本発明は、他の実施形態として、以下に説明するとおり、二眼式のステレオ画像撮像装置として構成してもよい。   As mentioned above, although the stereo image imaging device which employ | adopted the mirror mechanism was demonstrated as embodiment of this invention, this invention is not limited to this structure. As described below, the present invention may be configured as a binocular stereo image capturing apparatus as described below.

図13は、本発明の実施形態の二眼式のステレオ画像撮像装置の概略構成図である。図1で説明したステレオ画像撮像装置と同一の構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図13に示すとおり、二眼式のステレオ画像撮像装置10は、二つの撮像光学系2、二つの撮像素子4、及び画像処理手段6を備え、図1のステレオ画像撮像装置1とは光路を分割するためのミラー機構を備えていない点で相違する。筺体(図示省略)には、所定の基線長Dをもって左側開口85と右側開口86とが設けられる。光路L1の光は、左側開口85から入射され、左側の撮像光学系2を介して、左側の撮像素子4の第1撮像面41に収束する。同様にして、光路L2の光は、右側開口86から入射され、右側の撮像光学系2を介して、右側の撮像素子4の第2撮像面42に収束する。第1及び第2撮像面では、収束した光が電気信号に変換され、第1撮像画像51及び第2撮像画像52として、画像処理手段6に出力される。第1撮像画像51及び第2撮像画像52は、画像処理手段6によって画像改質処理などを施され、それぞれ左眼用視差画像61及び右眼用視差画像62として図示しない表示装置などに出力される。   FIG. 13 is a schematic configuration diagram of a twin-lens stereo image capturing apparatus according to an embodiment of the present invention. The same components as those of the stereo image pickup apparatus described in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. As shown in FIG. 13, the binocular stereo image pickup device 10 includes two image pickup optical systems 2, two image pickup devices 4, and image processing means 6. The stereo image pickup device 1 of FIG. 1 has an optical path. The difference is that a mirror mechanism for dividing is not provided. The housing (not shown) is provided with a left opening 85 and a right opening 86 with a predetermined baseline length D. The light in the optical path L1 is incident from the left opening 85 and converges on the first imaging surface 41 of the left imaging element 4 via the left imaging optical system 2. Similarly, the light of the optical path L2 is incident from the right opening 86 and converges on the second imaging surface 42 of the right imaging element 4 via the right imaging optical system 2. On the first and second imaging surfaces, the converged light is converted into an electrical signal and output to the image processing means 6 as the first captured image 51 and the second captured image 52. The first captured image 51 and the second captured image 52 are subjected to image modification processing or the like by the image processing unit 6 and are output as a left-eye parallax image 61 and a right-eye parallax image 62 to a display device or the like (not shown), respectively. The

1 ステレオ画像撮像装置
2 撮像光学系(多焦点レンズ群)
4 撮像素子
6 画像処理手段
8 ミラー機構
20 多焦点レンズ(二焦点レンズ)
21 第1レンズ部
22 第2レンズ部
25 単焦点レンズ
40 撮像面
41 第1撮像面
42 第2撮像面
51 第1撮像画像
52 第2撮像画像
61 左眼用視差画像
62 右眼用視差画像
81 第1ミラー群
81a 内側ミラー
81b 外側ミラー
82 第2ミラー群
82a 内側ミラー
82b 外側ミラー
L0 光軸
L1 第1光路
L2 第2光路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stereo image imaging device 2 Imaging optical system (multifocal lens group)
4 Image sensor 6 Image processing means 8 Mirror mechanism 20 Multifocal lens (bifocal lens)
21 First lens unit 22 Second lens unit 25 Single focus lens 40 Imaging surface 41 First imaging surface 42 Second imaging surface 51 First captured image 52 Second captured image 61 Left-eye parallax image 62 Right-eye parallax image 81 First mirror group 81a Inner mirror 81b Outer mirror 82 Second mirror group 82a Inner mirror 82b Outer mirror L0 Optical axis L1 First optical path L2 Second optical path

Claims (17)

撮像画像を取得する撮像素子と、立体視のための両眼視差を与える所定の基線長をもって入射された第1光路の光と第2光路の光とを前記撮像素子の撮像面に導く撮像光学系と、前記撮像素子によって撮像された撮像画像を処理する画像処理手段と、を備えるステレオ画像撮像装置において、
前記撮像光学系は、第1の焦点距離をもつ第1レンズ部と前記第1の焦点距離とは異なる第2の焦点距離をもつ第2レンズ部とを少なくとも有する多焦点レンズ群として構成され、
前記画像処理手段は、前記多焦点レンズ群を介して前記撮像素子によって撮像された、前記第1光路の光による第1撮像画像及び前記第2光路の光による第2撮像画像に基づいて、左眼用視差画像及び右眼用視差画像を生成することを特徴とするステレオ画像撮像装置。
An imaging device that acquires a captured image, and imaging optics that guides the light in the first optical path and the light in the second optical path that are incident with a predetermined baseline length that gives binocular parallax for stereoscopic viewing to the imaging surface of the imaging device In a stereo image capturing apparatus comprising: a system; and image processing means for processing a captured image captured by the image sensor.
The imaging optical system is configured as a multifocal lens group having at least a first lens unit having a first focal length and a second lens unit having a second focal length different from the first focal length,
The image processing means is based on a first captured image by the light of the first optical path and a second captured image by the light of the second optical path, which are captured by the image sensor through the multifocal lens group. A stereo image capturing apparatus for generating an eye parallax image and a right eye parallax image.
前記撮像面の光軸上に位置する点光源を遠距離撮像用の前記第2レンズ部によって結像した位置までの前記撮像面からの距離と、近距離撮像用の前記第1レンズ部によって物体側に結像した位置までの前記撮像面からの距離との比が100以下であることを特徴とする請求項1に記載のステレオ画像撮像装置。   The distance from the imaging surface to the position where the point light source located on the optical axis of the imaging surface is imaged by the second lens unit for long-distance imaging, and the object by the first lens unit for short-distance imaging The stereo image capturing apparatus according to claim 1, wherein a ratio with a distance from the imaging surface to a position formed on the side is 100 or less. 前記画像処理手段は、改質フィルタによって前記第1及び第2撮像画像を改質して、前記第1レンズ部の被写界深度に相当する第1範囲、前記第2レンズの被写界深度に相当する第2範囲及び前記第1の範囲又は第2範囲より遠く前記第1及び第2範囲とは異なる第3範囲のボケの信号成分を補正して、左眼用視差画像及び右眼用視差画像を生成することを特徴とする請求項1又は2に記載のステレオ画像撮像装置。   The image processing means modifies the first and second captured images by a modification filter, and a first range corresponding to a depth of field of the first lens unit, a depth of field of the second lens. And a blur signal component in the third range which is farther than the first range or the second range and different from the first and second ranges, and corrects the parallax image for the left eye and the right eye The stereo image imaging device according to claim 1, wherein a parallax image is generated. 前記改質フィルタによる改質は、前記第3範囲の水平走査線上の信号を抽出し、フーリエ解析することによって得られた空間周波数の交流成分の累積値が、前記第1及び第2撮像画像に比べて、前記左眼用視差画像及び右眼用視差画像の方が大きくなることを特徴とする請求項3に記載のステレオ画像撮像装置。   In the modification by the modification filter, the accumulated value of the spatial frequency alternating current component obtained by extracting the signal on the horizontal scanning line in the third range and performing Fourier analysis is added to the first and second captured images. The stereo image capturing apparatus according to claim 3, wherein the left-eye parallax image and the right-eye parallax image are larger than each other. 前記改質フィルタは、前記第1及び第2レンズ部のうち、合焦のレンズ部を通る光による合焦のポイントスプレット関数と他方のレンズ部を通る光によるボケのポイントスプレット関数とを用いて求めた前記多焦点レンズ群の代表ポイントスプレット関数に基づいて構成されることを特徴とする請求項3又は4に記載のステレオ画像撮像装置。   The reforming filter uses a focusing point spread function by the light passing through the focusing lens portion and a blurring point spread function by the light passing through the other lens portion of the first and second lens portions. 5. The stereo image capturing apparatus according to claim 3, wherein the stereo image capturing apparatus is configured based on the representative point spread function of the obtained multifocal lens group. 前記改質フィルタは、前記合焦のポイントスプレット関数と前記ボケのポイントスプレット関数との比を、前記第1レンズ部と前記第2レンズ部との面積比とは異なる比に設定されていることを特徴とする請求項5に記載のステレオ画像撮像装置。   In the modification filter, the ratio of the in-focus point spread function and the blurred point spread function is set to a ratio different from the area ratio of the first lens unit and the second lens unit. The stereo image pickup device according to claim 5, wherein: 前記合焦のポイントスプレット関数の少なくも一部は、理想レンズのポイントスプレット関数が適用されることを特徴とする請求項5又は6に記載のステレオ画像撮像装置。   7. The stereo image pickup apparatus according to claim 5, wherein an ideal lens point spread function is applied to at least a part of the focusing point spread function. 前記画像処理手段は、前記左眼用視差画像と前記右眼用視差画像とを比較することによって、前記各視差画像における被写体のずれ量を検出し、前記検出されたずれ量に基づいて、光軸方向についての被写体の相対的な位置関係を特定することを特徴する請求項1乃至7の何れか1項に記載のステレオ画像撮像装置。   The image processing means detects a shift amount of a subject in each parallax image by comparing the parallax image for the left eye and the parallax image for the right eye, and based on the detected shift amount, The stereo image capturing apparatus according to claim 1, wherein a relative positional relationship of the subject in the axial direction is specified. 前記画像処理手段は、前記被写体の相対的な位置関係に基づいて、前記各撮像画像又は各視差画像に対して、合焦の領域とボケの領域とを設定し、前記設定された各領域に対して、異なる画像改質処理を実行することを特徴とする請求項8に記載のステレオ画像撮像装置。   The image processing means sets an in-focus area and a blurred area for each captured image or each parallax image based on a relative positional relationship of the subject, and sets each of the set areas. The stereo image capturing apparatus according to claim 8, wherein different image modification processing is executed. 前記画像処理手段は、選択された特定の被写体の領域、前記特定の被写体と略等距離にある被写体の領域、又は前記特定の被写体とそれより近い距離にある被写体の領域を前記合焦の領域に設定することを特徴とする請求項9に記載のステレオ画像撮像装置。   The image processing means may select a region of the selected specific subject, a region of a subject that is substantially equidistant from the specific subject, or a region of a subject that is closer to the specific subject than the region of the focus. The stereo image capturing device according to claim 9, wherein 前記特定の被写体は、観察者の視点の情報に基づいて選択されることを特徴とする請求項10に記載のステレオ画像撮像装置。   The stereo image capturing apparatus according to claim 10, wherein the specific subject is selected based on information on an observer's viewpoint. 前記特定の被写体は、観察者によって入力された被写体の輪郭の情報又は指定領域の情報に基づいて選択されることを特徴とする請求項10に記載のステレオ画像撮像装置。   The stereo image capturing apparatus according to claim 10, wherein the specific subject is selected based on information on a contour of the subject or information on a designated area input by an observer. 前記第1光路の光及び第2光路の光を、前記撮像光学系を介してそれぞれ前記撮像素子の撮像面に導くことが可能に構成されたミラー機構を備え、
前記第1レンズ部及び前記第2レンズ部は、直線状の境界線によって分割されており、前記ミラー機構による光路の分割方向と直交するように配置されることを特徴とする請求項1乃至12の何れか1項に記載のステレオ画像撮像装置。
A mirror mechanism configured to be able to guide the light of the first optical path and the light of the second optical path to the imaging surface of the imaging element via the imaging optical system,
13. The first lens unit and the second lens unit are divided by a linear boundary line, and are arranged so as to be orthogonal to a direction in which an optical path is divided by the mirror mechanism. The stereo image imaging device according to any one of the above.
前記ミラー機構は、光を縦方向に分割して前記第1光路及び前記第2光路を形成することを特徴とする請求項13に記載のステレオ画像撮像装置。   The stereo image capturing apparatus according to claim 13, wherein the mirror mechanism divides light in a vertical direction to form the first optical path and the second optical path. 前記ミラー機構は、前記第1光路を前記撮像面に導くための内側及び外側ミラーを含む第1ミラー群と、前記第2光路を前記撮像面に導くための内側及び外側ミラーを含む第2ミラー群とを有し、
前記各内側ミラーは、垂直方向について相互に段違いとなるように配置され、垂直方向に対してそれぞれ第1角度をもって傾斜し、
前記各外側ミラーは、垂直方向に対してそれぞれ第2角度をもって傾斜することを特徴とする請求項14に記載のステレオ画像撮像装置。
The mirror mechanism includes a first mirror group including inner and outer mirrors for guiding the first optical path to the imaging surface, and a second mirror including inner and outer mirrors for guiding the second optical path to the imaging surface. And having a group
The inner mirrors are arranged to be stepped from each other in the vertical direction, and are inclined at a first angle with respect to the vertical direction,
The stereo image capturing apparatus according to claim 14, wherein each of the outer mirrors is inclined at a second angle with respect to a vertical direction.
前記第1角度が前記第2角度より大きく、
前記第1角度と前記第2角度との差が前記撮像面に対応する垂直画角の1/4であることを特徴とする請求項15に記載のステレオ画像撮像装置。
The first angle is greater than the second angle;
The stereo image imaging apparatus according to claim 15, wherein a difference between the first angle and the second angle is ¼ of a vertical field angle corresponding to the imaging surface.
前記撮像光学系の入射瞳は、光軸方向について、前記各外側ミラーの後端部より被写体側にあることを特徴とする請求項15又は16に記載のステレオ画像撮像装置。   The stereo image imaging apparatus according to claim 15 or 16, wherein an entrance pupil of the imaging optical system is closer to a subject side than a rear end portion of each outer mirror in an optical axis direction.
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