JP2013038729A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被写体の３次元位置情報を取得する際、複数搭載されている測定詳細モードの中から測定したい被写体の大きさや所望の分解能に応じてユーザがモードを選択し、その選択したモードに基づいてズーム倍率が自動的に調節される撮像装置を実現する。
【解決手段】 被写体を第１の方向から撮像する第１の画像取得手段と、被写体を前記第１の方向とは異なった第２の方向から撮像する第２の画像取得手段とを備え、第１の画像取得手段により撮像された第１の画像と、第２の画像取得手段により撮像された第２の画像を用いて、被写体の３次元位置情報を取得することができる撮像装置において、撮像装置は、３次元位置情報を取得するためのモードを複数有し、選択されたモードに基づいてズーム倍率を調整することを特徴とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、静止画または動画のステレオ撮像が可能であり、さらに被写体の３次元位置情報を測定することが可能である立体撮像装置に関するものである。

近年、立体映像が普及しており、ユーザの立体視への興味が高まっている。テレビや映画館などにおいて、立体映像を見るだけに留まらず、デジタルカメラや携帯電話などの小型電子機器において、自分で撮像した静止画や動画などをディスプレイに立体表示することができるようになってきている。

さらに、上記立体表示できるカメラは、被写体を撮影し、ディスプレイに表示する機能だけでなく、撮影した複数の画像を利用してカメラの位置を基準とする被写体の３次元位置情報を測定し取得するといった応用機能を備えることができる。この３次元位置情報は、既に知られる三角測量の原理を用いて算出され、この原理は、視点の異なる二つのカメラの基線長と、撮影したときのカメラの焦点距離と、撮影画像の視差等を利用している。

上記の３次元位置情報を測定する機能は、カメラの新たな機能であり、カメラの魅力を一層向上させることができる。例えば、特許文献１は、被写体までの距離を測定することができる立体撮影装置に関するものであり、図６は、立体撮影装置の構成を示すブロック図である。特許文献１の立体撮影装置は、被写体を異なる複数の視点から撮影することにより、複数の画像を取得する２つのカメラ６１、６２と、撮影手段から被写体までの距離である被写体距離を測定する距離算出部６３を備えた立体撮影装置であり、被写体距離を算出するために三角測量の原理を用いている。特許文献１によれば、被写体距離の測定結果、撮影により取得した画像に好ましくない被写体距離となる被写体が含まれる場合には、その被写体距離の部分について表示態様を変更したり、警告を発したり、さらには撮影手段の輻輳角等を調整する等の処理を行うことができる。したがって、このような処理を行えば、立体視に適した視差となる被写体距離の被写体のみを含む画像を取得でき、これにより、見ていても疲労感のない立体画像を作成することができる。

特開２００８−２０５７５８号公報（平成２０年９月４日公開）

しかしながら、特許文献１のような従来の撮影装置に搭載されているズーム機能では、同じ画角で被写体距離を測定しようとした場合に、ズーム倍率や焦点距離、被写体距離によって測定する度に画像の画角や被写体像の大きさが変わってしまうため、同じ画角又は同じ大きさの被写体像の測定が、容易にはできなかった。また、画角の異なる複数の画像を用いて被写体の大きさの比較を行うためには、画像処理等で拡大又は縮小する微調整が必要となるので、比較の精度が悪くなるという問題があった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、視点の異なる二つ以上の撮像手段により撮像された画像を用いて、被写体の３次元位置情報を取得する撮像装置において、搭載されている複数の測定詳細モードの中から測定したい被写体の大きさや所望の分解能に応じてユーザが特定の測定詳細モードを選択することにより、その選択したモードに基づいてズーム倍率が調節される撮像装置を実現することにある。

本発明に係る撮像装置は、被写体を第１の方向から撮像する第１の画像取得手段と、被写体を前記第１の方向とは異なった第２の方向から撮像する第２の画像取得手段とを備え、第１の画像取得手段により撮像された第１の画像と、第２の画像取得手段により撮像された第２の画像を用いて、被写体の３次元位置情報を取得することができる撮像装置において、撮像装置は３次元位置情報を取得するためのモードを複数有し、選択されたモードに基づいてズーム倍率を調整することを特徴とする。

また、前記被写体の大きさあるいは分解能に応じて、前記モードが、複数設けられていても良い。さらに、本発明の一態様によれば、第１の画像及び第２の画像を一つの光学系により結像しても良い。

本発明によれば、二つ以上の撮像手段を備える撮像装置により被写体の３次元位置情報を得たい場合、被写体の大きさやユーザが必要とする分解能に応じて、ユーザが測定詳細モードを選択すると、ズームレンズが選択された測定詳細モードに対応する所定の位置に駆動されるため、ユーザにとって使い勝手が良くなる。また、簡単に同じ条件で撮像することができるため、被写体の大きさの比較等を行う際等に、非常に便利である。

実施例１に係る撮像装置の構成図である。 被写体までの距離と分解能の関係を示した図である。 被写体までの距離と撮像できる水平方向の測定視野を示した図である。 撮像モードにおける撮像処理を示すフローチャートである。 実施例２に係る撮像装置の構成図である。 従来技術である特許文献１に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。

本発明の実施例について図面に基づき説明する。

図１は、本発明の一つの実施例における撮像装置の構成図である。撮像装置１０は、光入射部１ａ、１ｂと、光学系部２ａ、２ｂと、撮像センサ３ａ、３ｂと、画像処理装置４と、制御部５と、入力手段６と、表示手段７とから構成される。画像取得手段は、光入射部１ａ、１ｂと、光学系部２ａ、２ｂと、撮像センサ３ａ、３ｂとから構成され、本実施例では２組設けている。

光入射部１ａ、１ｂは、撮像装置１０の前面適所に配置され、被写体０の像を光線Ａ１、Ａ２としてそれぞれ異なる光軸で取り込む。光学系部２ａ、２ｂは、ズームレンズ８ａ、８ｂとフォーカスレンズ９ａ、９ｂを備え、光入射部１ａ、１ｂから取り込んだ光線Ａ１、Ａ２をズームレンズ８ａ、８ｂにより所望の倍率に調節し、フォーカスレンズ９ａ、９ｂにより焦点を調節する。所望の像に調節された光線Ａ１、Ａ２は、撮像センサ３ａ、３ｂに結像する。なお、ズームレンズ８ａ、８ｂ及びフォーカスレンズ９ａ、９ｂは、それぞれ複数のレンズによって構成されているが、図１上では簡易に表現するためにそれぞれ一枚のレンズとして記載している。

撮像センサ３ａ、３ｂは、例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子から構成され、光学系部２ａ、２ｂにより結像された光線Ａ１、Ａ２をアナログの電気信号に変換し、画像処理装置４に出力する。画像処理装置４は、サンプルホールド回路、Ａ／Ｄ変換器等を備えており、撮像素子からの出力に基づいて画像データを生成し、その画像データは、画像処理装置４と接続されている制御部５にデジタルの信号として転送される。

制御部５は、演算処理を実行し命令を出力する等の機能を備えたＣＰＵと、画像処理のための手順をＣＰＵに実行させるためのプログラム等を格納したＲＯＭと、ＣＰＵの処理動作のために、ＲＯＭから読み出した上記プログラムや、ＣＰＵの処理のために必要なデータ等を一時的に格納しておくＲＡＭを備えており、ＣＰＵは、画像処理装置４から送られてくる二つの画像データから、被写体の３次元位置情報を算出する。また、制御部５は、光学系部２ａ、２ｂ、画像処理装置４、入力手段６及び表示手段７を制御するためにそれぞれと接続されている。

入力手段６は、ボタンやダイヤル等で構成されており、ユーザは入力手段６を用いることで電源のＯＮ／ＯＦＦや撮像モードの選択、撮像倍率の変更等のような各種のデータやコマンドに対する操作を行うことができる。ここで生じた情報は制御部５に転送され、制御部５により所定の装置を制御する。例えば、撮像倍率を拡大するために入力手段６を操作した場合、その操作情報は、制御部５を経由して光学系部２ａ、２ｂに転送され、ズームレンズ８ａ、８ｂが望遠側に駆動される。

表示手段７は、液晶パネル等からなり、撮像画像や記録画像の表示や搭載される機能やモードの設定画面を表示するものである。なお、表示手段７を入力手段として用いるために、タッチパネルから構成しても良い。

また、撮像装置１０は、メモリーカードやハードディスクなどからなる記録部（図示せず）を備え、撮像した画像データ及び算出した３次元位置情報を保存させる。

以上の構成において、実施例１の撮像装置１０は、被写体を撮像することができ、さらに、被写体の３次元位置情報を測定することができる。ここでいう３次元位置情報とは、撮像した画像の画素ごとに算出されるある基準点に対する空間座標のことである。基準点に決められた箇所はなく、例えば光入射部１ａの中心、あるいは光入射部１ａと１ｂの真ん中等に設定しても良い。

被写体の３次元位置情報を測定する場合、光入射部１ａ、１ｂから取り込まれた二つの画像を用いて、三角測量の原理より３次元位置情報が記録部に記録される。ただし、光入射部１ａ、１ｂから取り込む二つの画像のうち、片方の画像には映り、もう片方の画像には映っていない被写体に対しては、３次元位置情報の算出はできない。その３次元位置情報を元に撮像装置１０から被写体までの距離や、撮像された画像に写されたある被写体から別の被写体までの距離、撮像された画像内のある範囲の面積等の空間的な情報をユーザは取得することができる。例えば、工事現場や建設現場等での間隔の距離や、家具等を置きたいスペースの広さを測定することができる。

さらに、被写体の３次元位置情報を測定する場合、ユーザは測定詳細モードを選択するか否かを決めることができる。測定詳細モードは、被写体の大きさやユーザが必要とする分解能に応じて複数設けられており、ユーザが特定の測定詳細モードを選択すると、ズームレンズ８ａ、８ｂがそのモードに対応する所定の位置に自動的に駆動される。この機能により、撮像する前に倍率を調節する手間を省くことができるため、撮像時間を短縮でき、使い勝手が良くなる。また、同じ測定詳細モードを設定することで、何度も同じ焦点距離や画角といった条件で測定することができるため、被写体の大きさなどを比較する際などに非常に便利である。

例えば、測定詳細モードとして、顔等の人体の一部を測定するモードＭ１と人の身長を測定するモードＭ２を備える。ユーザが、人体の一部を測定するモードＭ１を選択した場合、ズームレンズ８ａ、８ｂは望遠側の所定の位置に駆動され、人の身長を測定するモードＭ２を選択した場合、ズームレンズ８ａ、８ｂは広角側の所定の位置に駆動される。このように測定したい被写体の大きさに応じて測定詳細モードを選択することで、倍率を大きく調節する手間がかからず、簡単に測定することができる。また、建造物や乗り物等のように人の身長よりも大きい被写体を測定するモードＭ３も備えさせる場合、人の身長を測定するモードＭ２の場合よりも広角側の位置にズームレンズ８ａ、８ｂを駆動させれば良い。

また、分解能に応じて測定詳細モードを準備すると、ユーザが所望する精度で測定することができる。図２は、被写体までの距離と分解能の関係を示した図である。実線がズームレンズ８ａ、８ｂを望遠端側に配置した場合を示し、破線がズームレンズ８ａ、８ｂを広角端側に配置した場合を示す。図２は、画素ピッチ１．１２μｍ、基線長１６ｍｍとし、望遠端の焦点距離１０．３７ｍｍ、広角端の焦点距離３．６４５ｍｍと設定したときの関係図である。なお、撮像装置の構成パラメータは上記のものに限定されるものではなく、図２の関係図もそれに伴い、変化する。

図３は、被写体までの距離と撮像できる水平方向の測定視野を示した図であり、実線がズームレンズ８ａ、８ｂを望遠端側に配置した場合を示し、破線がズームレンズ８ａ、８ｂを広角端側に配置した場合を示す。撮像装置１０を構成するパラメータは図２で使用したものと同じである。図２及び図３を考慮に入れて、例えば、小型の被写体を１ｃｍ以下の分解能で測定するモードＭ４と、中型の被写体を５ｃｍ程度の分解能で測定するモードＭ５と、大型の被写体を１０ｃｍ以上の分解能で測定するモードＭ６を備え、それらのモードに応じた所定の位置にズームレンズ８ａ、８ｂを駆動させるようにしても良い。分解能でモードを分けることで、ユーザの所望する精度で簡単に測定を行うことができる。

次に、本発明の撮像装置による撮像時における一連の撮像処理を説明する。図４は、この撮像処理を示すフローチャートである。実線は、３次元位置情報を測定する場合のフローを示し、破線は、被写体の撮像のみを行う場合のフローを示す。

まず、撮像を行うにあたり、画像データのみを撮像するか、あるいは画像データだけでなく３次元位置情報の測定も行うかを決定する（ステップ＃１）。まず、単に被写体の画像や風景画を撮像したい場合のフローチャートを説明する。撮像のみの場合、ユーザが入力手段６の一つである倍率の調整ボタンを操作し、所望の倍率に調節し（ステップ＃５）、焦点を調節する（ステップ＃６）。倍率及び焦点が良ければ、シャッターボタンを押して撮像を行う（ステップ＃７）。倍率あるいは焦点が良くなければ、再度倍率あるいは焦点の調節を行う。撮像後、画像処理装置４でガンマ補正やホワイトバランス等の処理を行い、画像データを生成し（ステップ＃８）、その画像データを制御部５に転送し、記録する（ステップ＃１１）。最後に、撮像した画像を表示手段に表示する（ステップ＃１２）。

次に、画像データの撮像だけでなく、被写体との距離の測定や被写体の長さ等の測定も行う場合のフローチャートを説明する。この場合、例えば、顔等の人体の一部を測定するモードＭ１や人の身長を測定するモードＭ２等の測定詳細モードの選択を行うことができる（ステップ＃２）。準備された測定詳細モードの中から特定のモードを選択し、決定すると（ステップ＃３）、そのモードに応じた所定の位置にズームレンズ８ａ、８ｂが自動的に駆動する（ステップ＃４）。測定詳細モードを設定しない場合、ユーザが入力手段６の一つである倍率の調整ボタンを操作し、所望の倍率に調節する必要がある（ステップ＃５）。なお、測定詳細モードを設定した場合でも、ズームレンズ８ａ、８ｂが自動的に駆動した後に、倍率を調節できるようにしても良い。

倍率を調節した後は、フォーカスレンズ９ａ、９ｂを駆動させることで焦点を調節し（ステップ＃６）、倍率及び焦点が良ければ、シャッターボタンを押して撮像を行う（ステップ＃７）。倍率あるいは焦点が良くなければ、再度倍率あるいは焦点の調節を行う。

シャッターボタンが押された後、画像処理装置４でガンマ補正やホワイトバランス等の処理を行い、画像データを生成し（ステップ＃８）、その画像データを制御部５に転送し、制御部５にて３次元位置情報の算出を行う（ステップ＃９）。得られた３次元位置情報は、画像データとともに記録部に記録される（ステップ＃１０、＃１１）そのため、３次元位置情報の測定を伴う撮像は、撮像のみの場合に比べて大きい容量のデータを記録することになる。最後に、撮像した画像を表示手段に表示する（ステップ＃１２）。

このフローチャートからもわかるように、測定詳細モードを選択すると、そのモードに応じた所定の位置にズームレンズ８ａ、８ｂが自動的に駆動するため、ユーザ自ら倍率を調節する必要がなく、簡単に測定を行うことができる。また、測定詳細モードに応じたズームレンズ８ａ、８ｂの駆動位置は、最初の段階では所定の位置に定められているが、入力手段６によりユーザが好ましい位置に設定し直せるようにしても良い。そうすることで、ユーザにとって、さらに使い勝手が良くなる。

図５は、本発明の一つの実施例を示す撮像装置の構成図であり、実施例１の撮像装置と異なり、光学系部を１組にしたものである。この実施例２に係る撮像装置１０は、光線Ａ１、Ａ２を偏光合成部１１にて偏光を利用して合成し、１つのカメラ光学系２にて倍率及び焦点を調節し、再び偏光により偏光分離部１２にて２つの像に分離し、それぞれに対応した撮像素子に結像させ、２つの画像を形成するものである。

光学系部を１組にすることで、光線Ａ１、Ａ２を共通の光学系部２において、一つのズームレンズ８により所望の倍率に変更し、フォーカスレンズ９により焦点を調節することができるため、ズームレンズ８及びフォーカスレンズ９の制御が非常に容易になる。実施例１の撮像装置では、それぞれの光学系部２ａ、２ｂの倍率及び焦点を等しくしなければならないため、精度の高い制御が必要となる。また、光学系部を１つにすることで、装置自体の小型化や部品コストの削減を図ることもできる。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明に係る立体撮像装置は、デジタルスチルカメラなどの撮像機器全般に広く適用することができる。また、携帯に適した小型の撮像装置に適用することができる。具体的には、携帯型情報端末または携帯電話に搭載される。

０ 被写体
Ａ１、Ａ２ 光線
１ａ、１ｂ 光入射部
２ａ、２ｂ、２ 光学系部
３ａ、３ｂ 撮像センサ
４ 画像処理装置
５ 制御部
６ 入力手段
７ 表示手段
８ａ、８ｂ、８ ズームレンズ
９ａ、９ｂ、９ フォーカスレンズ
１０ 撮像装置
１１ 偏光合成部
１２ 偏光分離部

Claims (3)

1. 被写体を第１の方向から撮像する第１の画像取得手段と、
   前記被写体を前記第１の方向とは異なった第２の方向から撮像する第２の画像取得手段とを備え、
   前記第１の画像取得手段により撮像された第１の画像と、前記第２の画像取得手段により撮像された第２の画像を用いて、前記被写体の３次元位置情報を取得することができる撮像装置において、
   前記撮像装置は、前記３次元位置情報を取得するためのモードを複数有し、
   選択されたモードに基づいてズーム倍率を調整することを特徴とする撮像装置。
2. 前記被写体の大きさあるいは分解能に応じて、前記モードが、複数設けられていることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
3. 前記第１の画像及び前記第２の画像を一つの光学系により結像することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。