JP2012253581A - Imaging device and imaging system having the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像素子の受光面上で結像する光像と撮像素子とを相対的に微小変位させながら撮像を行う、いわゆる画素ずらしによって取得した複数の低解像度画像から超解像処理により高解像度画像を生成するのに適した撮像装置およびこれを備えた撮像システムに関する。 The present invention performs super-resolution processing from a plurality of low-resolution images acquired by so-called pixel shifting, which performs imaging while relatively displacing the optical image formed on the light receiving surface of the imaging element and the imaging element. The present invention relates to an imaging apparatus suitable for generating a resolution image and an imaging system including the imaging apparatus.
この種の撮像システムにおける撮像装置には画素がマトリクス状に配置された2次元イメージセンサが採用されており、この2次元イメージセンサでは、解像度が画素の大きさや画素数に依存する。一方、撮像素子の受光面上で結像する光像と撮像素子とを相対的に微小変位させながら撮像を行う、いわゆる画素ずらしによって取得した複数の原画像から、撮像素子の本来の解像度より高い解像度の画像を生成する手法が従来から知られている。 An imaging apparatus in this type of imaging system employs a two-dimensional image sensor in which pixels are arranged in a matrix. In this two-dimensional image sensor, the resolution depends on the size of the pixel and the number of pixels. On the other hand, it is higher than the original resolution of the image sensor from a plurality of original images acquired by so-called pixel shifting, which is performed while relatively displacing the optical image formed on the light receiving surface of the image sensor and the image sensor. A technique for generating a resolution image is conventionally known.
このような画素ずらしによる高解像度化の手法においては、光像と撮像素子とを相対的に微小変位させるシフト機構(以下、「光学的シフト機構」という。なお、「光学的シフト」を「画素ずらし」と同義に用いる場合がある。)が必要であり、例えば、ピエゾ素子などからなるアクチュエータで撮像素子を微小変位させる技術が知られている(特許文献1参照)。 In such a technique for increasing the resolution by shifting pixels, a shift mechanism (hereinafter referred to as “optical shift mechanism”) that relatively displaces the optical image and the image sensor is referred to as “optical shift”. For example, a technique for minutely displacing the image sensor with an actuator made of a piezo element is known (see Patent Document 1).
また、撮像光学系と撮像素子との間に平行平板ガラスを配置し、この平行平板ガラスを静電気力や電磁力によって駆動して、撮像光学系の光軸に対して傾斜させることにより、撮像素子の受光面上における光像の位置をずらす技術が存在する(特許文献2〜4参照)。
In addition, a parallel plate glass is disposed between the image pickup optical system and the image pickup device, and the parallel plate glass is driven by electrostatic force or electromagnetic force to be inclined with respect to the optical axis of the image pickup optical system. There is a technique for shifting the position of the optical image on the light receiving surface (see
また、画素ずらしによって取得した複数の原画像から高解像度画像を生成する画像処理法として、低解像度画像の画素値を高解像度画像の画素にマッピングするイメージシフト処理や、ML(Maximum-likelihood)法、MAP(Maximum A Posterior)法や、POCS(Projection On to Convex Sets)法などを用いた超解像処理の技術が知られている(特許文献1参照)。 Further, as an image processing method for generating a high-resolution image from a plurality of original images acquired by pixel shifting, an image shift process for mapping pixel values of a low-resolution image to pixels of a high-resolution image, or an ML (Maximum-likelihood) method A super-resolution technique using a MAP (Maximum A Posterior) method, a POCS (Projection On to Convex Sets) method, or the like is known (see Patent Document 1).
ところで、上記撮像装置を監視カメラ等に適用する場合には、超解像処理のために行われる撮像素子の受光面上における光像の位置制御(すなわち、画素ずらし制御)は、高い精度を維持しつつ長時間安定して行われることが望ましい。 By the way, when the imaging device is applied to a monitoring camera or the like, high accuracy is maintained in the position control (that is, pixel shift control) of the optical image on the light receiving surface of the imaging device performed for super-resolution processing. However, it is desirable to be performed stably for a long time.
しかしながら、上記特許文献2〜4に記載の従来技術では、平行平板ガラス(またはそれを保持する部材)は、その支持や傾斜時の駆動(押圧)の構成上、周囲の部材に対して完全に非接触の状態とならないため、長時間使用する際には、シフト機構と周囲の部材との当接や摺動に起因する各部材の摩耗や破損等が発生して安定した画素ずらし制御が難しくなるという問題があった。また、上記従来技術のように平行平板ガラスを傾斜させて光像と撮像素子とを相対的に微小変位させる構成では、シフト機構と周囲の部材とを非接触とした場合、高精度な画素ずらし制御を行うことが難しいという問題もあった。
However, in the prior art described in
本発明は、このような従来技術の課題を鑑みて案出されたものであり、高い精度を維持しつつ長時間安定して画素ずらし制御を行うことを可能とした撮像装置およびこれを備えた撮像システムを提供することを主目的とする。 The present invention has been devised in view of the above-described problems of the prior art, and includes an imaging apparatus capable of performing pixel shift control stably for a long time while maintaining high accuracy, and the same. The main purpose is to provide an imaging system.
本発明の撮像装置は、被写体からの光を光電変換して画素信号を出力する撮像素子と、前記被写体からの光を前記撮像素子に結像させるレンズと、前記レンズを保持するレンズホルダと、前記レンズホルダと非接触状態にて前記レンズをその光軸に垂直な水平方向に移動させることにより、前記撮像素子の受光面上で結像する光像と前記撮像素子とを相対的に変位させる光学的シフト機構とを備え、前記レンズホルダには、前記水平方向の磁界を発生させる水平方向マグネットと、前記光軸方向の磁界を発生させる軸方向マグネットとが設けられ、前記光学的シフト機構には、前記水平方向マグネットに磁力を作用させることにより、前記水平方向における前記レンズの位置を制御する水平方向位置制御部と、前記軸方向マグネットに磁力を作用させることにより、前記光軸方向における前記レンズの位置を制御する軸方向位置制御部とが設けられたことを特徴とする。 An imaging device of the present invention includes an imaging device that photoelectrically converts light from a subject and outputs a pixel signal, a lens that forms an image of light from the subject on the imaging device, a lens holder that holds the lens, By moving the lens in a horizontal direction perpendicular to the optical axis in a non-contact state with the lens holder, the optical image formed on the light receiving surface of the image sensor and the image sensor are relatively displaced. An optical shift mechanism, and the lens holder is provided with a horizontal magnet for generating the horizontal magnetic field and an axial magnet for generating the magnetic field in the optical axis direction. Applies a magnetic force to the horizontal magnet so as to control the position of the lens in the horizontal direction and a magnetic force to the axial magnet. By use, characterized in that the axial position control section for controlling the position of the lens in the optical axis direction is provided.
このように本発明によれば、高い精度を維持しつつ長時間安定して画素ずらし制御を行うことが可能となるという優れた効果を奏する。 As described above, according to the present invention, it is possible to perform the pixel shift control stably for a long time while maintaining high accuracy.
上記課題を解決するためになされた第1の発明は、被写体からの光を光電変換して画素信号を出力する撮像素子と、前記被写体からの光を前記撮像素子に結像させるレンズと、前記レンズを保持するレンズホルダと、前記レンズホルダと非接触状態にて前記レンズをその光軸に垂直な水平方向に移動させることにより、前記撮像素子の受光面上で結像する光像と前記撮像素子とを相対的に変位させる光学的シフト機構とを備え、前記レンズホルダには、前記水平方向の磁界を発生させる水平方向マグネットと、前記光軸方向の磁界を発生させる軸方向マグネットとが設けられ、前記光学的シフト機構には、前記水平方向マグネットに磁力を作用させることにより、前記水平方向における前記レンズの位置を制御する水平方向位置制御部と、前記軸方向マグネットに磁力を作用させることにより、前記光軸方向における前記レンズの位置を制御する軸方向位置制御部とが設けられた構成とする。 A first invention made to solve the above problems is an image sensor that photoelectrically converts light from a subject to output a pixel signal, a lens that forms an image of light from the subject on the image sensor, A lens holder for holding the lens, and a light image formed on the light receiving surface of the image sensor by moving the lens in a horizontal direction perpendicular to the optical axis in a non-contact state with the lens holder, and the imaging An optical shift mechanism for relatively displacing the element, and the lens holder is provided with a horizontal magnet for generating the horizontal magnetic field and an axial magnet for generating the magnetic field in the optical axis direction. The optical shift mechanism includes a horizontal position control unit that controls the position of the lens in the horizontal direction by applying a magnetic force to the horizontal magnet, By the action of magnetic force in the axial direction the magnet, a configuration that the axial position control section for controlling the position of the lens in the optical axis direction is provided.
これによると、光学的シフト機構と非接触状態にてレンズをその光軸に垂直な水平方向に移動させることができるため、高い精度を維持しつつ長時間安定して画素ずらし制御を行うことが可能となる。 According to this, since the lens can be moved in the horizontal direction perpendicular to the optical axis in a non-contact state with the optical shift mechanism, the pixel shift control can be performed stably for a long time while maintaining high accuracy. It becomes possible.
また、第2の発明は、前記水平方向マグネットは、前記レンズの外周を囲むように複数配置され、前記水平方向位置制御部は、前記各水平方向マグネットの外側において当該各水平方向マグネットにそれぞれ対向するように複数配置された構成とする。 In the second aspect of the invention, a plurality of the horizontal magnets are arranged so as to surround the outer periphery of the lens, and the horizontal position control unit is opposed to each horizontal magnet on the outside of each horizontal magnet. It is set as the structure arrange | positioned so that it may carry out.
これによると、簡易な構成により、光学的シフト機構と非接触状態にてレンズをその光軸に垂直な水平方向に移動させることが可能となる。 According to this, the lens can be moved in the horizontal direction perpendicular to the optical axis in a non-contact state with the optical shift mechanism with a simple configuration.
また、第3の発明は、前記水平方向マグネットの1つの磁極面と、この磁極面に対向する前記水平方向位置制御部の1つの磁極面とは、前記光軸方向から見て一方が凸状をなす円弧面であり、他方が凹状をなす円弧面である構成とする。 According to a third aspect of the present invention, one magnetic pole surface of the horizontal magnet and one magnetic pole surface of the horizontal position control unit facing the magnetic pole surface are convex when viewed from the optical axis direction. It is set as the structure which is a circular arc surface which makes | forms, and the other is a circular arc surface which makes concave shape.
これによると、水平方向マグネットおよび水平方向位置制御部の磁極面を平面とした場合に比べて、光軸(レンズの軸)を中心としたレンズの回転が生じた際に、その回転方向と逆方向により大きな回転抑制トルクを発生させることができるため、より高精度な画素ずらし制御が可能となる。 According to this, when the rotation of the lens about the optical axis (lens axis) occurs compared to the case where the magnetic pole surface of the horizontal magnet and the horizontal position control unit is flat, the rotation direction is opposite. Since a larger rotation suppression torque can be generated in the direction, more accurate pixel shift control can be performed.
また、第4の発明は、前記レンズホルダには、前記水平方向の磁界を発生させる水平位置検出用マグネットが更に設けられ、前記光学的シフト機構には、前記水平位置検出用マグネットが発生した磁界を検出することにより、前記レンズの水平位置を検出する水平方向磁気センサが設けられた構成とする。 According to a fourth aspect of the present invention, the lens holder is further provided with a horizontal position detection magnet for generating the horizontal magnetic field, and the optical shift mechanism has a magnetic field generated by the horizontal position detection magnet. By detecting this, a horizontal magnetic sensor for detecting the horizontal position of the lens is provided.
これによると、簡易な構成により、レンズの水平方向位置を確実に検出することが可能となる。 According to this, the horizontal position of the lens can be reliably detected with a simple configuration.
また、第5の発明は、前記複数の水平方向位置制御部は、電磁石と、前記レンズを介して前記電磁石に対向する位置に配置された永久磁石とを含む構成とする。 Further, the fifth invention is configured such that the plurality of horizontal position control units include an electromagnet and a permanent magnet disposed at a position facing the electromagnet via the lens.
これによると、永久磁石を適切に配置して用いることにより、画素ずらし制御に影響を及ぼすことなく、消費電力を抑えて低コスト化が可能となると共に、水平方向におけるレンズの位置制御が容易となる。 According to this, by properly arranging and using permanent magnets, it is possible to reduce power consumption and reduce costs without affecting pixel shift control, and it is easy to control the position of the lens in the horizontal direction. Become.
また、第6の発明は、前記レンズホルダは、前記レンズの外周部を保持する外周保持部と、当該外周保持部から前記水平方向外側に突設された第1および第2の突設部対を有し、前記第1および第2の突設部対では、各突設部が前記光軸を対称中心とした対称位置にそれぞれ配置されると共に、互いに逆方向に突設され、前記水平方向マグネットは、前記各突設部にそれぞれ配置されると共に、当該突設部の突設方向に垂直かつ前記光軸に垂直な方向に磁界を発生させ、前記水平方向位置制御部は、前記第1および第2の突設部対の各々において、対応する前記水平方向マグネットに対してそれぞれ同一方向に磁力を作用させる構成とする。 According to a sixth aspect of the present invention, the lens holder includes an outer peripheral holding portion that holds the outer peripheral portion of the lens, and a first and second protruding portion pair that protrudes outward from the outer peripheral holding portion in the horizontal direction. In the first and second projecting portion pairs, each projecting portion is disposed at a symmetrical position with the optical axis as the center of symmetry, and is projected in the opposite direction to the horizontal direction. The magnet is disposed at each projecting portion, and generates a magnetic field in a direction perpendicular to the projecting direction of the projecting portion and perpendicular to the optical axis. The horizontal position control unit includes the first position control unit. In each of the second protruding portion pairs, a magnetic force is applied to the corresponding horizontal magnet in the same direction.
これによると、各突設部対(水平方向マグネット)において、磁極方向が互いに平行に(2軸上に)配置された水平方向位置制御部の磁気力を水平方向マグネットに作用させる構成であるため、光軸回りのレンズの回動を効果的に抑制することができ、より高精度でかつ安定した画素ずらし制御が可能となる。 According to this, in each projecting portion pair (horizontal magnet), the magnetic force of the horizontal position control unit in which the magnetic pole directions are arranged in parallel to each other (on two axes) is applied to the horizontal magnet. Thus, the rotation of the lens around the optical axis can be effectively suppressed, and more accurate and stable pixel shift control is possible.
また、第7の発明は、前記各突設部には、前記水平方向の磁界を発生させる水平位置検出用マグネットが更に設けられ、前記光学的シフト機構には、前記水平位置検出用マグネットが発生した磁界を検出することにより、前記レンズの水平位置を検出する水平方向磁気センサが設けられた構成とする。 According to a seventh aspect of the present invention, each projecting portion is further provided with a horizontal position detecting magnet for generating the horizontal magnetic field, and the optical shift mechanism includes the horizontal position detecting magnet. A horizontal magnetic sensor for detecting the horizontal position of the lens by detecting the magnetic field is provided.
これによると、簡易な構成により、レンズの水平方向位置を高精度に検出することが可能となる。 According to this, the horizontal position of the lens can be detected with high accuracy by a simple configuration.
また、第8の発明は、上記第1から第7の発明に係る撮像装置と、当該撮像装置の撮像画像を超解像処理する画像処理装置とを備えた撮像システムである。 An eighth invention is an imaging system including the imaging device according to any of the first to seventh inventions and an image processing device that performs super-resolution processing on a captured image of the imaging device.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明では、用語「軸方向」は光軸方向(図4中の上下方向)を示す共に、用語「水平方向」は光軸と直交する方向(図4中の前後方向、左右方向を含む)を示すものとする。また、各図では、同様の構造および機能を有する構成要素については同一の符号を付し、必要に応じて数字の符号に添字(A〜D)を付して複数の構成要素を区別するものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the term “axial direction” indicates the optical axis direction (vertical direction in FIG. 4), and the term “horizontal direction” includes directions orthogonal to the optical axis (front-rear direction and horizontal direction in FIG. 4). ). Moreover, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected about the component which has the same structure and function, and a subscript (AD) is attached | subjected to the code | symbol of a number as needed, and a several component is distinguished. And
<第1実施形態>[k1]
図1は、本発明の第1実施形態に係るネットワークカメラシステム(撮像システム)1の全体構成図である。図1に示すように、ネットワークカメラシステム1は、少なくとも1台(ここでは3台)の撮像装置2と、撮像装置2による映像(撮像画像)を超解像処理する画像処理装置3とで構成される。撮像装置2と画像処理装置3とは、インターネット4を介して接続される。撮像装置2で生成した撮像データは、例えば遠隔地に存在するユーザ端末としての画像処理装置3に送信され、そこで画像処理され後に映像として表示される。また、画像処理装置3からは、撮像動作を制御するための各種のコマンド信号が撮像装置2に対して送信される。
First Embodiment [k1]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a network camera system (imaging system) 1 according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
なお、撮像データは、例えばTCP(UDP)/IPといった、いわゆるインターネットプロトコルを利用して撮像装置2から画像処理装置3に送信されるが、撮像データを、例えば暗号化、カプセル化してVPN(Vertual Private Network)を利用して送信してもよく、専用回線によって撮像装置2と画像処理装置3が1対1の関係で接続される、いわゆるCCTV(Closed Circuit TV)と称されるネットワークカメラシステムとしてもよい。
The imaging data is transmitted from the
図2は、図1に示した撮像装置2及び画像処理装置3の概略構成を示すブロック図である。図2に示すように、撮像装置2は、撮像部11と、画像処理部12と、データ圧縮送信部13と、シフト制御部14とを備えている。撮像部11は、被写体からの光を光電変換してアナログの画素信号を出力する撮像素子31を備えている。この撮像素子31には、2次元CMOSイメージセンサ(例えば、15×15mmサイズ)を用いることができる。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the
撮像素子31は、図示しないイメージセンサモジュールの基板に搭載され、レンズ51(図4参照)に近接して(ここでは、1mm間隔)配置されている。撮像素子31は、入射光のうちR(Red)成分を受光するR画素と、B(Blue)成分を受光するB画素と、G(Green)成分を受光するG画素の各画素がいわゆるベイヤ配列に基づいて配列された、いわゆる単板式のカラー撮像素子である。このベイヤ配列では、G画素が全画素数の1/2の画素数で千鳥状(チェッカフラッグ状)に配置され、R画素及びB画素が各全画素数の1/4ずつの画素数でG画素の配置位置を除く位置に分散配置されている。撮像素子31から出力されるアナログ信号はA/D変換器32でディジタル信号に変換され、このディジタル信号は画像処理部12に入力され、ここで色補正、デモザイク処理、階調補正(γ補正)、YC分離処理等を施されて画像データに変換される。この画像データは、データ圧縮送信部13において例えばH.264やMPEG4等の圧縮処理を施された上で画像処理装置3に送信される。
The
後に詳述するが、撮像部11は、撮像素子31の受光面上で結像する光像と撮像素子31とを相対的に微小変位させる光学的シフト機構35を備えている。光学的シフト機構35は、レンズ51(図4参照)の水平方向の位置を制御する複数の水平方向位置制御部36と、レンズ51の水平方向の位置を検出する複数の水平方向磁気センサ37と、レンズ51の軸方向の位置を制御する複数の軸方向位置制御部38と、レンズ51の軸方向の位置を検出する複数の軸方向磁気センサ39とから主として構成されている。ここで、水平方向位置制御部36と軸方向位置制御部38とは、レンズ51を所定の位置に静止状態で保持するのみならず、それぞれレンズ51を水平方向または軸方向に駆動する(水平方向および軸方向に移動させる)ことが可能である。
As will be described in detail later, the
光学的シフト機構35は、シフト制御部14により制御される。両磁気センサ37、39はレンズ51の位置情報を検出してシフト制御部14に出力する。シフト制御部14は、この位置情報に基づいて水平方向位置制御部36および軸方向位置制御部38を制御してレンズ51を水平方向および軸方向に移動させる。
The
画像処理装置3は、データ受信復号部21と、表示部22と、記憶部23と、超解像処理部24と、周期設定部25と、入力部26とを備えている。なお、この画像処理装置3は、パソコンやワークステーション等の情報処理装置に所要のアプリケーションソフトウェアを導入することで構成される他、CCTVレコーダなど専用の装置であってもよい。
The
画像処理装置3では、撮像装置2から送信された圧縮画像データが、データ受信復号部21にて受信されて復号された後、RGBの画像データに変換されて、リアルタイムにディスプレイ等からなる表示部22に表示される。さらに、RGBの画像データは、ハードディスクドライブ装置等からなる記憶部23に送られて、ここに一時的に蓄積され、必要に応じて記憶部23から読み出して表示部22で再生することができる。
In the
また、例えば交通事故の検証の用途等で高解像度画像の必要が生じた場合には、記憶部23から画像データを読み出して超解像処理部24にて超解像処理を施して高解像度画像(静止画像)を生成し、その高解像度画像を表示部22に表示させることができる。
For example, when a high-resolution image is necessary for verification of traffic accidents, etc., the image data is read from the
また、入力部26は、ユーザからの撮像周期の入力を受け付けて、これを周期設定部25に送る。周期設定部25は、入力部26から送られてきた撮像周期に基づいて水平方向の移動周期を決定し、この移動周期に関するコマンド信号を撮像装置2に送信する。撮像装置2のシフト制御部14は、水平方向の移動周期に関するコマンド信号に基づいて、光学的シフト機構35を動作させることにより、指定された移動周期に対応する移動速度でレンズ51を水平方向に駆動する。
Further, the
また、周期設定部25は、駆動回路33に対して撮像タイミングに関する情報を送信し、これにより、駆動回路33のタイミングジェネレータ(図示せず)は制御用の同期パルスを所定間隔で発生する。この同期パルスは、撮像素子31に出力され、これにより、撮像素子31の電荷蓄積期間(電子シャッタ期間)の始期および終期が決定される。また、同期パルスは、シフト制御部14にも出力され、これにより、シフト制御部14では、撮像素子31が実際に露光されている期間を把握することができる。
Further, the
図3は、撮像装置2及び画像処理装置3における処理状況を示す模式図である。図3に示すように、撮像素子31は駆動回路33によって駆動され、駆動回路33が生成するタイミング信号に応じて一定の周期(以下、撮像周期)で撮像(サンプリング)が行われる。例えばフレームレートを30frame/secとして1秒あたり30枚のフレーム画像を生成する場合、撮像周期は30ms程度に設定される。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating processing states in the
画像処理装置3の超解像処理部24では、時間的に連続する複数のフレーム画像から高解像度画像を生成する超解像処理が行われる。この超解像処理では、まず、記憶部23に蓄積されたフレーム画像がコマ送りで静止画として表示される。そして、その中からユーザにより基準画像(基準低解像度画像)が指定されると、その基準画像となるフレーム画像とその前後の複数のフレーム画像が記憶部23から読み出されて超解像処理部24に送られて超解像処理が行われる。
The
超解像処理としては、例えば、ML(Maximum-likelihood)法、MAP(Maximum A Posterior)法や、POCS(Projection On to Convex Sets)法などが採用され、アプリケーションソフトウェアをCPUで実行することで実現される。一般に超解像処理は演算量が多いため、処理の一部をGPU(Graphics Processing Unit)や、専用ハードウェアを用いて行うようにしてもよい。 As super-resolution processing, for example, ML (Maximum-likelihood) method, MAP (Maximum A Posterior) method, POCS (Projection On to Convex Sets) method, etc. are adopted and realized by executing application software on CPU. Is done. In general, since the super-resolution processing has a large amount of calculation, a part of the processing may be performed using a GPU (Graphics Processing Unit) or dedicated hardware.
ここで、ML法とは、高解像度画像から推定された低解像度画像の画素値と、実際に観測された画素値との二乗誤差を評価関数とし、この評価関数を最小化するような高解像度画像を推定画像とする方法である。つまり、ML法とは、最尤推定の原理に基づく超解像処理方法である。また、MAP法とは、二乗誤差に高解像度画像の確率情報を付加した評価関数を最小化するような高解像度画像を推定する方法である。つまり、MAP法とは、高解像度画像に対するある先見情報を利用して、事後確率を最大化する最適化問題として高解像度画像を推定する超解像処理方法である。POCS法とは、高解像度画像と低解像度画像との画素値に関して連立方程式を作成し、その方程式を逐次的に解くことにより、高解像度画像を得る超解像処理方法である。 Here, the ML method uses a square error between a pixel value of a low-resolution image estimated from a high-resolution image and an actually observed pixel value as an evaluation function, and a high resolution that minimizes this evaluation function. This is a method of using an image as an estimated image. That is, the ML method is a super-resolution processing method based on the principle of maximum likelihood estimation. The MAP method is a method for estimating a high-resolution image that minimizes an evaluation function obtained by adding probability information of a high-resolution image to a square error. That is, the MAP method is a super-resolution processing method that estimates a high-resolution image as an optimization problem that maximizes the posterior probability by using some foresight information for the high-resolution image. The POCS method is a super-resolution processing method for obtaining a high-resolution image by creating simultaneous equations regarding pixel values of a high-resolution image and a low-resolution image and sequentially solving the equations.
これらの超解像処理は、まず、高解像度画像を仮定し、そして仮定した高解像度画像から、カメラモデルから得られる点広がり関数(PSF関数)に基づき、低解像度画像の画素について、その画素値を推定し、その推定値と観測された画素値(観測値)との差が小さくなるような高解像度画像を探索するという処理を有している。そのため、これらの超解像処理は、再構成型超解像処理と呼ばれている。 In these super-resolution processes, first, a high-resolution image is assumed, and based on the point spread function (PSF function) obtained from the assumed high-resolution image from the camera model, the pixel value of the pixel of the low-resolution image is determined. And a process of searching for a high-resolution image that reduces the difference between the estimated value and the observed pixel value (observed value). Therefore, these super-resolution processes are called reconfigurable super-resolution processes.
さて、ここで高解像度画像を探索する処理は、低解像度画像として得られた画素が高解像度画像においてどの位置に対応するのかを探索するものであり、いわゆる「位置合わせ(レジストレーション)」と呼ばれる処理である。一般に超解像処理では、複数の低解像度画像間の画素位置の変化が不明であっても高解像度化を可能とするため、着目画素の周囲に対して広範囲に位置合わせ処理を繰り返し実行する。このため計算コストが極めて大きくなることが知られている。一方、後に詳しく説明するように、本発明では光学的シフト機構35によってシフトされた画素の位置は既知であり、そして、その既知の位置で各フレーム画像、すなわち低解像度画像を撮像するようにしたため、少なくとも静止している被写体については、光学的シフトによって位置合わせ処理の多くを省略することが可能となり、計算コストを大幅に削減することができる。
Here, the process of searching for a high-resolution image is to search for a position corresponding to a pixel obtained as a low-resolution image in the high-resolution image, which is called “registration”. It is processing. In general, in super-resolution processing, even if the change in pixel position between a plurality of low-resolution images is unknown, it is possible to increase the resolution, so that the alignment processing is repeatedly performed over a wide range around the pixel of interest. For this reason, it is known that the calculation cost becomes extremely high. On the other hand, as described in detail later, in the present invention, the position of the pixel shifted by the
なお、時間的に連続する複数のフレーム間に及ぶ画像情報を利用する超解像処理は、特にフレーム間再構成型超解像処理と呼称されることもある。一方で、1つのフレーム内で再構成型超解像処理を行う場合は、フレーム内再構成型超解像と呼称される。本実施形態では、フレーム間再構成型超解像を採用している。 Note that super-resolution processing that uses image information that spans a plurality of temporally continuous frames may be particularly referred to as inter-frame reconstruction type super-resolution processing. On the other hand, when the reconstruction type super-resolution processing is performed within one frame, it is called intra-frame reconstruction type super-resolution. In this embodiment, inter-frame reconstruction type super-resolution is adopted.
なお、ここでは、画像処理装置3において超解像処理によって高解像度化された静止画像を再生するものとしているが、画像処理装置3の処理能力が十分に高ければ、超解像処理で得られた高解像度画像をフレーム画像として動画を再生することも可能である。
Here, the still image that has been increased in resolution by super-resolution processing is reproduced in the
図4および図5は、それぞれ光学的シフト機構35および磁気浮上部50の要部斜視図および要部平面図であり、図6は、磁気浮上部50の要部斜視図である。ここで、図4〜図6には、撮像装置2の筐体内部における主要な構成要素が示されている。
FIGS. 4 and 5 are a perspective view and a plan view of relevant parts of the
撮像装置2には、光学的シフト機構35と非接触の状態で水平方向および軸方向に移動可能な磁気浮上部50が設けられている。磁気浮上部50は、被写体からの光を撮像素子31に結像させるレンズ51と、このレンズ51を保持するレンズホルダ52と、主として水平方向の磁界(磁力線)を発生させることにより、水平方向におけるレンズ51の移動に供される4つの水平方向マグネット53A〜53Dと、主として水平方向の磁界を発生させることにより、水平方向におけるレンズ51の水平方向位置(すなわち、初期位置からの変位量)の検出に供される4つの水平位置検出用マグネット54A〜54Dと、主として軸方向の磁界を発生させることにより、軸方向におけるレンズ51の移動およびレンズ51の軸方向位置(すなわち、初期位置からの変位量)の検出に供される4つの軸方向マグネット55A〜55Dとから主として構成される。
The
ここで、光学的シフト機構35および磁気浮上部50では、光軸(レンズの軸)Oを中心として水平方向(ここでは、図4中の前後方向および左右方向)に略対称な構造となるように、各構成要素がそれぞれ設けられている
Here, the
レンズ51は、軸方向からみて略正方形を呈する両凸レンズであり、光学材料(光学ガラスや透明樹脂等)によって形成される。レンズ51は、ここでは1枚のレンズからなるが、複数枚のレンズからなるレンズ群として構成してもよい。また、光像を撮像素子31の受光面上に適切に結像させるために、磁気浮上部50とは別に被写体側に他の光学系を設けることができる。
The
レンズホルダ52は、レンズ51の外周部を保持する筒部61と、この筒部61の4つの角部(四隅の切り欠き部)の下部からそれぞれ水平方向外側に突設された略直方体状をなす4つの突設部62A〜62Dとを有している。筒部61は、光軸O方向からみて略正方形状の外形を有すると共に、レンズ51が嵌め込まれる方形の貫通孔61aを有している。
The
水平方向マグネット53A〜53Dは略直方体状をなす永久磁石からなる。水平方向マグネット53A〜53Dでは、内方(光軸O側)に向けられた内側磁極面が筒部61の前後左右の各側面における幅方向(前後または左右方向)中央にぞれぞれ固着され、内側磁極面の対面となる外側磁極面(ここでは、N極)がぞれぞれ前後左右の方向に向けられている。
The
各水平方向マグネット53A〜53Dの外方には、それらと対向するように水平方向位置制御部36A〜36Dがそれぞれ設けられている。水平方向位置制御部36A〜36Dは、電磁鋼帯を複数積層してなる磁性体コアの周囲に導線からなるコイルを巻き付けた電磁石であり、図示しない筐体に取り付けられている。水平方向位置制御部36A〜36Dの内側磁極面(ここでは、N極)は、水平方向マグネット53A〜53Dの外側磁極面に対向して配置されており、これにより、水平方向位置制御部36A〜36Dのコイルに所定の電流が供給されると、水平方向マグネット53A〜53Dとそれらと対をなす水平方向位置制御部36A〜36Dとの間には斥力が生じる。
Horizontal
水平方向マグネット53A〜53Dの上方には、所定の間隔をおいて水平位置検出用マグネット54A〜54Dがそれぞれ配置されている。水平位置検出用マグネット54A〜54Dは直方体状をなす永久磁石からなる。水平位置検出用マグネット54A〜54Dでは、水平方向マグネット53A〜53Dと同様に、内側磁極面が側面に対して固着され、外側磁極面(ここでは、N極)がぞれぞれ前後左右の方向に向けられている。
Horizontal
各水平位置検出用マグネット54A〜54Dの外方には、ホール素子からなる水平方向磁気センサ37A〜37Dがそれぞれ設けられている。水平方向磁気センサ37A〜37Dは、図示しない取付部材に固定され、それぞれ水平方向位置制御部36A〜36Dの上方に所定の間隔をおいて配置されると共に、水平位置検出用マグネット54A〜54Dの外側磁極面の中央部に対向する。水平方向磁気センサ37A〜37Dは、それぞれ水平位置検出用マグネット54A〜54Dが発生する磁界を電気信号に変換して出力する。これにより、レンズホルダ52(レンズ51)の水平方向位置を精度良く検出することが可能である。
Outside the horizontal
図6に示すように、各突設部62A〜62D内には、軸方向マグネット55A〜55Dが取り付けられている。軸方向マグネット55A〜55Dは直方体状をなす永久磁石からなる。軸方向マグネット55A〜55Dは、それぞれ上方に向けられた上側磁極面および下方に向けられた下側磁極面を有している。軸方向マグネット55A〜55Dは、図5の平面視において光軸Oを中心として水平方向位置制御部36A〜36Dおよび水平方向マグネット53A〜53Dを45°回転させた位置にそれぞれ配置されている。
As shown in FIG. 6, axial magnets 55 </ b> A to 55 </ b> D are attached in the projecting portions 62 </ b> A to 62 </ b> D. The axial magnets 55 </ b> A to 55 </ b> D are permanent magnets having a rectangular parallelepiped shape. Each of the
各軸方向マグネット55A〜55Dの上方には、図4に示すように、それらと同数の軸方向位置制御部38A〜38Dがそれぞれ設けられている。軸方向位置制御部38A〜38Dは、形状等の一部の違いを除けば水平方向位置制御部36A〜36Dと同様の電磁石であり、図示しない筐体に取り付けられている。軸方向位置制御部38A〜38Dの下側磁極面(ここでは、N極)は、軸方向マグネット55A〜55Dの上側磁極面(ここでは、N極)に対向して配置されており、これにより、軸方向位置制御部38A〜38Dのコイルに所定の電流が供給されると、両者の間には斥力が生じる。
As shown in FIG. 4, the same number of axial
また、各軸方向マグネット55A〜55Dの下方には、それらと同数の軸位置制御用マグネット40A〜40Dがそれぞれ設けられている。軸位置制御用マグネット40A〜40Dは直方体状をなす永久磁石からなり、軸方向位置制御部38A〜38Dとのバランスを考慮して磁力が設定されている。軸位置制御用マグネット40A〜40Dは、軸方向マグネット55A〜55Dを介して軸方向位置制御部38A〜38Dと上下方向にそれぞれ対をなすように配置されている。軸位置制御用マグネット40A〜40Dの上側磁極面(ここでは、S極)は、軸方向マグネット55A〜55Dの下側磁極面(ここでは、S極)の内側領域に対向して配置されており、これにより、両者の間には斥力が生じる。
Further, the same number of axial
軸方向マグネット55A〜55Dの上方には、ホール素子からなる軸方向磁気センサ39A〜39Dがそれぞれ設けられている。軸方向磁気センサ39A〜39Dは、図示しない取付部材に固定され、軸方向位置制御部38A〜38Dの外方に所定の間隔をおいて配置されると共に、軸方向マグネット55A〜55Dの上側磁極面の外側領域に対向する。軸方向磁気センサ39A〜39Dは、軸方向マグネット55A〜55Dが発生する磁界をそれぞれ電気信号に変換して出力することにより、レンズホルダ52(レンズ51)の軸方向位置を精度良く検出することが可能である。
Above the
上記構成により、撮像装置2では、水平方向磁気センサ37A〜37Dの検出結果に基づき4つの水平方向位置制御部36A〜36Dのコイルに流す電流を制御して、各部の斥力の大きさを変化させることにより、水平方向(図4中の前後方向、左右方向)における磁気浮上部50(すなわち、レンズ51)の移動(所定位置での静止を含む)を制御することができる。また、軸方向磁気センサ39A〜39Dの検出結果に基づき4つの軸方向位置制御部38A〜38Dのコイルに流す電流を制御して、各部の斥力の大きさを変化させることにより、軸方向(図4中の上下方向)における磁気浮上部50の移動(所定位置での静止を含む)を制御することができる。
With the above configuration, the
なお、レンズ51の初期位置(原点位置)については、例えば、光学的に識別される複数のマーカをレンズホルダ52の適所に設け、そのマーカを反射型フォトセンサ等によって検出することにより認識することができる。
The initial position (origin position) of the
このように、撮像装置2では、光学的シフト機構35と非接触状態(すなわち、摺動部等が存在しない構成)にてレンズ51を光軸Oに垂直な水平方向に移動させることができるため、高い精度を維持しつつ長時間安定して画素ずらし制御を行うことが可能となる。したがって、撮像装置2は監視カメラ等への適用に好適である。また、水平方向マグネット53は、レンズ51の外周を囲むように複数配置され、水平方向位置制御部36は、各水平方向マグネット53の外側において当該各水平方向マグネット53にそれぞれ対向するように複数配置された構成であるため、簡易な構成により画素ずらし制御を行うことが可能となる。
As described above, in the
図7は、撮像素子31への光の入射状況の一例(レンズ51の前後方向移動時)を示す模式図であり、図8は、撮像素子31への光の入射状況の一例(レンズ51の光軸方向移動時)を示す模式図である。
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an example of light incident state on the image sensor 31 (when the
図7中に実線および2点鎖線で示すように、レンズ51の上下方向位置および左右方向位置を変化させずに、レンズ51を前後方向に移動させることにより、撮像素子31の受光面31a上で結像する光像(矢印参照)と、撮像素子31とを相対的に微少変位させることができる。図示しないが、レンズ51を左右方向に移動させた場合にも、同様に受光面31a上で結像する光像と撮像素子31とを相対的に微少変位させることが可能である。
As shown by a solid line and a two-dot chain line in FIG. 7, the
また、図8中に実線および2点鎖線で示すように、レンズ51の前後方向位置および左右方向位置を変位させずに、レンズ51を上下方向に移動させることにより、マルチフォーカスが可能となる。
Further, as shown by a solid line and a two-dot chain line in FIG. 8, multi-focusing is possible by moving the
図9および図10は、光像に対する画素の相対移動の一例(それぞれ充填率25%および充填率100%)を示す模式図である。光像に対する画素の相対的な移動は、実際は固定された撮像素子31の画素(ここでは、4つ)に対して光像が微少変位するものであるが、ここでは、便宜上、画素に対する光像の相対的な水平方向の移動を、静止した光像(被写体1画素)に対して撮像素子31の画素(画素中心)が移動するように図示している。また、光像については、画素と同様の形状で示しており、ここでは、超解像処理における高解像度空間の画素を1/4画素ピッチサイズのサブピクセルとして規定している。
9 and 10 are schematic diagrams illustrating an example of relative movement of pixels with respect to an optical image (a filling rate of 25% and a filling rate of 100%, respectively). The relative movement of the pixel with respect to the optical image is actually a slight displacement of the optical image with respect to the fixed pixels (here, four) of the
図9に示す例では、上述のようなレンズ51の水平方向の移動に基づき、画素中心は、それぞれ矢印で示すように前方、左方、後方の順に1/4画素ピッチの移動量をもって移動する。ここで、16個のサブピクセルで構成される被写体1画素のうち斜線で埋められた4個のサブピクセル(以下、「有効サブピクセル」という。)が画素中心の移動範囲となり、画素の充填率(ここでは、16個のサブピクセルにおける有効サブピクセルの割合)は4/16(25%)となる。この場合、斜線で埋められていない12個のサブピクセルは、超解像処理における高解像度空間において画素情報が欠落することとなる。
In the example shown in FIG. 9, based on the movement of the
図10に示す例では、画素中心について、それぞれ矢印で示すように、3/4画素ピッチの大きさの前方移動、1/4画素ピッチの大きさで左方移動、3/4画素ピッチの大きさの後方移動、1/4画素ピッチの大きさの左方移動、3/4画素ピッチの大きさの前方移動、1/4画素ピッチの大きさの左方移動、3/4画素ピッチの大きさの後方移動が順次実施される。この場合、被写体1画素のうち斜線で埋められた16個の全てのサブピクセルが画素中心の移動範囲となり、画素の充填率16/16(100%)となる。このように充填率を100%とすることにより、超解像処理の効果を高めることができる。なお、画素中心の移動経路は、図10に示す場合に限定されず、他の移動経路を採用して充填率を100%としてもよい。 In the example shown in FIG. 10, with respect to the pixel center, as indicated by the arrows, the 3/4 pixel pitch moves forward, the 1/4 pixel pitch moves left, and the 3/4 pixel pitch increases. Backward movement, 1/4 pixel pitch size leftward movement, 3/4 pixel pitch size forward movement, 1/4 pixel pitch size leftward movement, 3/4 pixel pitch size The rearward movement is sequentially performed. In this case, all 16 sub-pixels filled with diagonal lines in one pixel of the subject become the movement range of the pixel center, and the pixel filling rate is 16/16 (100%). Thus, by setting the filling rate to 100%, the effect of the super-resolution processing can be enhanced. In addition, the movement path | route of a pixel center is not limited to the case shown in FIG. 10, It is good also as employ | adopting another movement path | route and making a filling rate 100%.
撮像装置2による撮像は、上記のような光像に対する画素の相対的な移動を所定の移動周期に基づき定速度で連続して行わせながら実施される。つまり、各サブピクセルに相当する位置において少しずつずれた複数のフレーム画像が順次生成される。このとき、サブピクセル領域内の所定の撮像基準位置で電荷蓄積が開始され、次の撮像基準位置の手前で電荷蓄積が完了して画素信号が出力されるという動作が繰り返される。
Imaging by the
なお、本実施形態においては、両凸レンズであるレンズ51の表面および裏面における屈折の度合いは、光の入射位置によって異なるため、レンズ51(磁気浮上部50)の移動量は、光像に対する画素の相対的な移動量と線形関係にはない。しかしながら、レンズ51の移動量と光像に対する画素の相対的な移動量とに線形性をもたせるようにレンズ51の特性を定めれば、レンズ51の構成は複雑になるものの画素ずらし制御がより容易となるという利点がある。
In the present embodiment, the degree of refraction at the front and back surfaces of the
ところで、図10に示したような光像に対する画素の相対移動は、光学的シフト機構35と非接触状態(浮上状態)にある磁気浮上部50の水平方向(前後方向、左右方向)の移動により実現されるが、場合によっては、光軸Oを中心とした意図しない磁気浮上部50(レンズ51)の回転が生じ得る。そのような回転が生じると、レンズ51の移動量の制御誤差が大きくなり、画素ずらし制御を高精度に行うことが困難となる。しかしながら、撮像装置2では、次のように、磁気浮上部50に回転抑制トルクを作用させることにより、そのような回転を抑制可能となっている。
Incidentally, the relative movement of the pixel with respect to the optical image as shown in FIG. 10 is caused by the movement in the horizontal direction (front-rear direction, left-right direction) of the
図11は、磁気浮上部50に作用する回転抑制トルクの説明図であり、図12は、磁気浮上部50の回転角と回転抑制トルクの関係を示すグラフである。図11(A)は本願発明に係る構成であり、図11(B)は比較例である。ここでは、光軸Oを中心として水平方向マグネット53(レンズホルダ52)が時計回りに僅かに回動した状態を示している。
FIG. 11 is an explanatory diagram of the rotation suppression torque acting on the
図11(A)に示すように、本願発明に係る撮像装置2では、平面視(図5参照)において、水平方向マグネット53の外側磁極面65が凹状をなす円弧面として形成され、これに対応する水平方向位置制御部36の内側磁極面66が外側磁極面65と同一の曲率を有する凸状をなす円弧面として形成されている。一方、図11(B)に示す比較例では、水平方向マグネット53の外側磁極面65および水平方向位置制御部36の内側磁極面66は平面として形成されている。ここで、レンズホルダ52が回動していない初期状態(図5参照)における外側磁極面65および内側磁極面66の端部間の間隔(各磁極面を平坦とした場合の間隔L0)と、比較例の回動前における外側磁極面65および内側磁極面66の間の間隔とは同一に設定されている。
As shown in FIG. 11A, in the
上記構成において、図11(A)では、光軸Oを中心とした水平方向マグネット53の時計回り方向の回動により、その回動を打ち消すように反時計回り方向に斥力F1による光軸O回りの回転抑制トルク(F1×L1)が自動的に作用する。同様に、図11(B)では、水平方向マグネット53の回動により、その回動を打ち消すように斥力F2による光軸O回りの回転抑制トルク(F2×L2)が作用する。この場合、距離L1>距離L2となるため、図12に示すように、(A)本願発明では(B)比較例に比べて大きな回転抑制トルクを生じさせることが可能となる。比較例では、回動時の磁極面間の距離が本願発明の場合よりも小さくなって斥力F2が斥力F1よりも大きくなり得るが、距離L1、L2の大小の差が回転抑制トルクに及ぼす影響がより大きいため、本願発明の構成において大きな回転抑制トルクが得られる。
In the above configuration, in FIG. 11A, the rotation of the
このように、撮像装置2では、水平方向マグネット53の1つの磁極面と、この磁極面に対向する水平方向位置制御部36の1つの磁極面とについて、光軸O方向から見て一方を凸状の円弧面とし、他方を凹状の円弧面とする構成としたため、水平方向マグネットおよび水平方向位置制御部の磁極面を平面とした場合に比べて、光軸Oを中心としたレンズの回転が生じた際に、その回転方向と逆方向により大きな回転抑制トルクを発生させることができ、より高精度な画素ずらし制御が可能となる。なお、各水平方向マグネット53の外側磁極面65と、これに対応する水平方向位置制御部36の内側磁極面66との形状とは、互いに逆の構成としてもよい。
Thus, in the
<第2実施形態>
図13は、本発明の第2実施形態に係る光学的シフト機構35の要部平面図であり、上述の第1実施形態における図5に対応するものである。図13では、上述の第1実施形態と同様の構成要素については同一の符号が付されている。また、第2実施形態では、以下で特に言及する事項を除いて第1実施形態の場合と同様として詳細な説明を省略する。
Second Embodiment
FIG. 13 is a plan view of an essential part of the
図13に示すように、第2実施形態に係る光学的シフト機構35では、水平方向位置制御部36B、36Cが永久磁石で構成される点において第1実施形態の場合とは異なる。つまり、対をなす水平方向位置制御部36A、36Bおよび水平方向位置制御部36C、36Dについては、一方を永久磁石で構成することが可能であり、これにより、画素ずらし制御に影響を及ぼすことなく、消費電力を抑えて低コスト化が可能となると共に、水平方向におけるレンズの位置制御が容易となるという利点がある。
As shown in FIG. 13, the
<第3実施形態>
図14〜16は、それぞれ本発明の第3実施形態に係る光学的シフト機構35および磁気浮上部50の要部斜視図面図、平面図および部分拡大斜視図である。図14〜図16では、上述の第1実施形態と同様の構成要素については同一の符号が付されている。また、第3実施形態では、以下で特に言及する事項を除いて第1または第2実施形態の場合と同様として詳細な説明を省略する。
<Third Embodiment>
FIGS. 14 to 16 are a perspective view, a plan view, and a partially enlarged perspective view of the main parts of an
磁気浮上部50において、レンズホルダ52は、筒部(外周保持部)61の平面視(図15参照)の外形(正方形)における4辺の中央からそれぞれ水平方向外側に突設された略直方体状をなす4つの突設部62A〜62Dを有している。ここで、一対の突設部62A、62B(第1の突設部対)は前後方向に配置され、他の一対の突設部62C、62D(第2の突設部対)は左右方向に配置されている。なお、各突設部62A〜62Dの構成(その周辺の構成も含む)は同様であるため、以下では突設部62Aに注目して説明する。
In the
図14および図16に示すように、突設部62A内には、前後方向に配置された一対の水平方向マグネット53Aa、53Abと、上下方向に配置された一対の軸方向マグネット55Aa、55Abとが設けられている。
As shown in FIGS. 14 and 16, in the projecting
右側水平方向マグネット53Aaの右方には、水平方向位置制御部36Aが配置されている。水平方向位置制御部36Aの左側磁極面(ここでは、N極)は、右側水平方向マグネット53Aaの右側磁極面(ここでは、N極)に対向して配置されており、両者の間には斥力が生じる。
A horizontal
また、左側水平方向マグネット53Abの左方には、水平位置制御用マグネット71Aが設けられている。水平位置制御用マグネット71Aは、略直方体状をなす永久磁石からなり、水平方向位置制御部36Aとのバランスを考慮して磁力が設定されている。水平位置制御用マグネット71Aは、一対の水平方向マグネット53Aa、53Abを介して水平方向位置制御部36Aと左右方向に対をなすように配置されている。左側水平方向マグネット53Abの左側磁極面(ここでは、N極)は、水平位置制御用マグネット71Aの右側磁極面(ここでは、N極)に対向して配置されており、両者の間には斥力が生じる。
A horizontal
上側軸方向マグネット55Aaの上方には、軸方向位置制御部38Aが配置されている。軸方向位置制御部38Aの下側磁極面(ここでは、N極)は、上側軸方向マグネット55Aaの上側磁極面(ここでは、N極)に対向して配置されており、両者の間には斥力が生じる。
An axial
また、下側軸方向マグネット55Abの下方には、軸位置制御用マグネット40Aが設けられている。軸位置制御用マグネット40Aは略直方体状をなす永久磁石からなり、一対の軸方向マグネット55Aa、55Abを介して軸方向位置制御部38Aと上下方向に対をなすように配置されている。下側軸方向マグネット55Abの下側磁極面(ここでは、N極)は、軸位置制御用マグネット40Aの上側磁極面(ここでは、N極)に対向して配置されており、両者の間には斥力が生じる。
A shaft
また、突設部62A内には、一対の水平方向マグネット53Aa、53Abの内方に、それぞれ直方体状をなす永久磁石からなる水平位置検出用マグネット54Aおよび軸位置検出用マグネット72Aが設けられている。
Further, in the projecting
水平位置検出用マグネット54Aの右方には、水平方向磁気センサ37Aが設けられている。水平方向磁気センサ37Aは、水平方向位置制御部36Aの後方に所定の間隔をおいて配置されると共に、水平位置検出用マグネット54Aの右側磁極面に対向する。これにより、水平方向磁気センサ37Aは、レンズホルダ52(レンズ51)の水平方向位置を精度良く検出することが可能である。
A horizontal
軸位置検出用マグネット72A(図16参照)の下方には、軸方向磁気センサ39Aが設けられている。軸方向磁気センサ39Aは、軸位置制御用マグネット40Aの後方に所定の間隔をおいて配置されると共に、軸位置検出用マグネット72Aの下側磁極面に対向する。これにより、軸方向磁気センサ39Aは、レンズホルダ52(レンズ51)の軸方向位置を精度良く検出することが可能である。
An axial
図15に示すように、一対の突設部62A、62Bにそれぞれ対応する水平方向位置制御部36A、36Bは同一方向(左右方向)に両磁極が配置されている。また、他の一対の突設部62C、62Dにそれぞれ対応する水平方向位置制御部36C、36Dは、光軸Oを中心に水平方向位置制御部36A、36Bを時計回り方向に90°回転させた位置にあり、ともに同一方向(前後方向)に両磁極が配置されている。
As shown in FIG. 15, in the horizontal
つまり、上述の第1および第2実施形態では、図5および図13に示したように、磁極方向が1軸上に配置された2つの水平方向位置制御部(水平方向位置制御部A、Bまたは水平方向位置制御部C、D)によって、一方向における磁気浮上部50(レンズ51)の移動を行う構成であるが、第3実施形態では、図15に示すように、磁極方向が互いに平行(2軸上)かつレンズを介して離間して配置された2つの水平方向位置制御部(水平方向位置制御部A、Bまたは水平方向位置制御部C、D)によって、一方向における磁気浮上部50の移動を行う構成である。これにより、第3実施形態では、光軸O回りのレンズ51の回動をより効果的に抑制することができ、より高精度でかつ安定した画素ずらし制御が可能となる。ここでは、4つの突設部を設けた構成としたが、突設部の数を更に増大させた構成も可能である。
That is, in the first and second embodiments described above, as shown in FIGS. 5 and 13, two horizontal position control units (horizontal position control units A and B with the magnetic pole directions arranged on one axis). Alternatively, the magnetic position 50 (the lens 51) is moved in one direction by the horizontal position control units C and D). In the third embodiment, the magnetic pole directions are parallel to each other as shown in FIG. Magnetic levitation in one direction by two horizontal position control units (horizontal position control units A and B or horizontal position control units C and D) arranged on two axes and separated by a lens It is the structure which performs 50 movements. Thereby, in the third embodiment, the rotation of the
また、第3実施形態では、光軸O回りのレンズ51の回動量を小さくできるため、第1および第2実施形態の場合と比較して水平方向磁気センサ37Aを水平方向位置制御部36Aの近傍に配置する必要がなくなり、水平方向磁気センサ37Aは、水平方向位置制御部36Aの磁界の影響を受けなくなる程度まで水平方向磁気センサ37Aとの距離を確保して、検出精度を高めることが可能となる。
In the third embodiment, since the rotation amount of the
本発明を特定の実施形態に基づいて説明したが、これらの実施形態はあくまでも例示であって、本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、光学的シフト機構と磁気浮上部とを磁石の斥力を利用して非接触状態に保持する構成としたが、磁石の吸引力を利用してもよい。また、永久磁石や電磁石の構成は、上記実施形態に限定されず、少なくとも同様の機能を果たし得る限りにおいて周知の構成を適宜採用することができる。なお、上記実施形態に示した本発明に係る撮像装置およびこれを備えた撮像システムの各構成要素は、必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。 Although the present invention has been described based on specific embodiments, these embodiments are merely examples, and the present invention is not limited to these embodiments. For example, in the above embodiment, the optical shift mechanism and the magnetic levitation unit are configured to be held in a non-contact state using the repulsive force of the magnet. However, the attractive force of the magnet may be used. Further, the configuration of the permanent magnet or the electromagnet is not limited to the above-described embodiment, and any known configuration can be appropriately employed as long as at least the same function can be achieved. Note that all the components of the imaging device according to the present invention and the imaging system including the imaging device according to the present invention described in the above embodiments are not necessarily essential, and may be appropriately selected as long as they do not depart from the scope of the present invention. Is possible.
本発明に係る撮像装置およびこれを備えた撮像システムは、高い精度を維持しつつ長時間安定して画素ずらし制御を行うことを可能とし、画素ずらしによって取得した複数の低解像度画像から超解像処理により高解像度画像を生成するのに適した撮像装置およびこれを備えた撮像システムとして有用である。 An imaging apparatus and an imaging system including the same according to the present invention can perform pixel shift control stably for a long time while maintaining high accuracy, and perform super-resolution from a plurality of low-resolution images acquired by pixel shift. It is useful as an imaging apparatus suitable for generating a high-resolution image by processing and an imaging system provided with the imaging apparatus.
1 ネットワークカメラシステム(撮像システム)
2 撮像装置
3 画像処理装置
31 撮像素子
35 光学的シフト機構
51 レンズ
52 レンズホルダ
36A〜36D 水平方向位置制御部
37A〜37D 水平方向磁気センサ
38A〜38D 軸方向位置制御部
39A〜39D 軸方向磁気センサ
40A〜40D 軸位置制御用マグネット
53A〜53D 水平方向マグネット
54A〜54D 水平位置検出用マグネット
55A〜55D 軸方向マグネット
65 外側磁極面(凹状をなす円弧面)
66 内側磁極面(凸状をなす円弧面)
1 Network camera system (imaging system)
2
66 Inner magnetic pole surface (convex circular arc surface)
Claims (8)
前記被写体からの光を前記撮像素子に結像させるレンズと、
前記レンズを保持するレンズホルダと、
前記レンズホルダと非接触状態にて前記レンズをその光軸に垂直な水平方向に移動させることにより、前記撮像素子の受光面上で結像する光像と前記撮像素子とを相対的に変位させる光学的シフト機構と
を備え、
前記レンズホルダには、前記水平方向の磁界を発生させる水平方向マグネットと、前記光軸方向の磁界を発生させる軸方向マグネットとが設けられ、
前記光学的シフト機構には、前記水平方向マグネットに磁力を作用させることにより、前記水平方向における前記レンズの位置を制御する水平方向位置制御部と、前記軸方向マグネットに磁力を作用させることにより、前記光軸方向における前記レンズの位置を制御する軸方向位置制御部とが設けられたことを特徴とする撮像装置。 An image sensor that photoelectrically converts light from a subject and outputs a pixel signal;
A lens that focuses light from the subject on the image sensor;
A lens holder for holding the lens;
By moving the lens in a horizontal direction perpendicular to the optical axis in a non-contact state with the lens holder, the optical image formed on the light receiving surface of the image sensor and the image sensor are relatively displaced. An optical shift mechanism,
The lens holder is provided with a horizontal magnet that generates the horizontal magnetic field, and an axial magnet that generates the magnetic field in the optical axis direction,
In the optical shift mechanism, by applying a magnetic force to the horizontal magnet, a horizontal position control unit that controls the position of the lens in the horizontal direction, and by applying a magnetic force to the axial magnet, An imaging apparatus comprising: an axial position control unit that controls a position of the lens in the optical axis direction.
前記水平方向位置制御部は、前記各水平方向マグネットの外側において当該各水平方向マグネットにそれぞれ対向するように複数配置されたことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 A plurality of the horizontal magnets are arranged so as to surround the outer periphery of the lens,
The imaging apparatus according to claim 1, wherein a plurality of the horizontal position control units are arranged outside the horizontal magnets so as to face the horizontal magnets.
前記光学的シフト機構には、前記水平位置検出用マグネットが発生した磁界を検出することにより、前記レンズの水平位置を検出する水平方向磁気センサが設けられたことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の撮像装置。 The lens holder is further provided with a horizontal position detection magnet for generating the horizontal magnetic field,
The optical shift mechanism is provided with a horizontal magnetic sensor for detecting a horizontal position of the lens by detecting a magnetic field generated by the horizontal position detecting magnet. Item 4. The imaging device according to any one of Items 3.
前記第1および第2の突設部対では、各突設部が前記光軸を対称中心とした対称位置にそれぞれ配置されると共に、互いに逆方向に突設され、
前記水平方向マグネットは、前記各突設部にそれぞれ配置されると共に、当該突設部の突設方向に垂直かつ前記光軸に垂直な方向に磁界を発生させ、
前記水平方向位置制御部は、前記第1および第2の突設部対の各々において、対応する前記水平方向マグネットに対してそれぞれ同一方向に磁力を作用させることを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。 The lens holder includes an outer peripheral holding portion that holds an outer peripheral portion of the lens, and first and second protruding portion pairs that protrude outward from the outer peripheral holding portion in the horizontal direction.
In the first and second protruding portion pairs, each protruding portion is disposed at a symmetrical position with the optical axis as the center of symmetry, and protrudes in the opposite direction to each other.
The horizontal magnet is disposed at each projecting portion, and generates a magnetic field in a direction perpendicular to the projecting direction of the projecting portion and perpendicular to the optical axis.
The said horizontal direction control part makes a magnetic force act on the said corresponding horizontal magnet in the same direction in each of the said 1st and 2nd protrusion part pair, respectively. Imaging device.
前記光学的シフト機構には、前記水平位置検出用マグネットが発生した磁界を検出することにより、前記レンズの水平位置を検出する水平方向磁気センサが設けられたことを特徴とする請求項6に記載の撮像装置。 Each protruding portion is further provided with a horizontal position detecting magnet for generating the horizontal magnetic field,
7. The optical shift mechanism is provided with a horizontal magnetic sensor that detects a horizontal position of the lens by detecting a magnetic field generated by the horizontal position detecting magnet. Imaging device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2011124769A JP2012253581A (en) | 2011-06-03 | 2011-06-03 | Imaging device and imaging system having the same |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109040573A (en) * | 2017-06-08 | 2018-12-18 | 株式会社理光 | Method of compensating for hand shake and blur correcting device |
-
2011
- 2011-06-03 JP JP2011124769A patent/JP2012253581A/en not_active Withdrawn
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