JP2013044827A - Imaging apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve an imaging apparatus capable of zoom-adjusting a subject in stereo-photographing and highly accurately obtaining the three-dimensional position information of the subject from a photographed stereo image.SOLUTION: The imaging apparatus includes first imaging means imaging the subject from a first direction and second imaging means imaging the subject from a second direction different from the first direction, and obtains the three-dimensional position information of the subject by using a first image imaged by the first imaging means and a second image imaged by the second imaging means. The imaging apparatus includes a zoom optical system zoom-adjusting the first image and the second image, to form an image and the zoom optical system includes focal distance detection means detecting a focal distance.

Description

本発明は、被写体をズーム調整してステレオ撮影することができ、撮影したステレオ画像から高精度の被写体の3次元位置情報を取得する撮像装置に関するものである。   The present invention relates to an imaging apparatus capable of performing stereo photography by adjusting a zoom of a subject and acquiring highly accurate three-dimensional position information of the subject from the taken stereo image.

従来の立体撮像装置として、ズームレンズを用いて遠隔地の被写体のステレオ画像を生成する立体カメラ装置(特許文献1)や、焦点距離が固定された2種類の撮像レンズを切り替えて被写体の3次元位置情報を取得するステレオカメラ装置(特許文献2)が提案されている。   As a conventional stereoscopic imaging device, a stereoscopic camera device (Patent Document 1) that generates a stereo image of a remote subject using a zoom lens, or two types of imaging lenses with fixed focal lengths are switched to three-dimensional the subject. A stereo camera device (Patent Document 2) that acquires position information has been proposed.

図4は、特許文献1の立体カメラ装置の構成図である。特許文献1の立体カメラ装置は、観察対象を見込む1組の光路の少なくとも一方に偏光を掛けて取り込む光学系331、333と、この光学系331、333によって少なくとも一方が偏光を掛けられた1組の光信号に係る光路を同一光軸に合成する光路合成手段332と、この光路合成手段332からの出力光の焦点調整やズーム調整を行なうレンズ系309と、このレンズ系309からの光信号に係る光路を前記2つの偏光の種別に応じて2つの光路に分離する光路分離手段334と、これらの分離されたそれぞれの光信号に従う像を撮影する1組の撮影手段311、313と、この撮影手段311、313の出力側に設けた像信号処理手段335とを備えている。   FIG. 4 is a configuration diagram of the stereoscopic camera device of Patent Document 1. The stereoscopic camera device disclosed in Patent Document 1 includes an optical system 331 and 333 that captures polarized light on at least one of a set of optical paths for viewing an observation target, and a set in which at least one is polarized by the optical systems 331 and 333. An optical path synthesizing unit 332 for synthesizing the optical path related to the optical signal with the same optical axis, a lens system 309 for performing focus adjustment and zoom adjustment of output light from the optical path synthesizing unit 332, and an optical signal from the lens system 309 An optical path separation unit 334 that separates the optical path into two optical paths according to the two types of polarization, a set of imaging units 311 and 313 that capture images according to the separated optical signals, and the imaging And image signal processing means 335 provided on the output side of the means 311 and 313.

特許文献1の立体カメラ装置によれば、左右2つの像は1つの光軸に合成されて1つのレンズ系309によりズーム操作が行なわれるので、2つの像にズレは全く発生せず、立体感が得られる。また、従来のように2組のTVカメラを設けた場合に比べて簡易で低コストな立体カメラ装置を実現することができる。   According to the stereoscopic camera device of Patent Document 1, since the two left and right images are combined on one optical axis and the zoom operation is performed by one lens system 309, no deviation occurs between the two images, and the stereoscopic effect is eliminated. Is obtained. Further, it is possible to realize a simple and low-cost stereoscopic camera device as compared with the case where two sets of TV cameras are provided as in the prior art.

図5は、特許文献2のステレオカメラ装置の構成図である。特許文献2のステレオカメラ装置201は、近距離から遠距離までのワイドレンジで被写体までの距離を三角測量の原理で算出し、被写体の3次元位置情報を取得する。図5に示すように、所定距離だけ隔てて配置された第1の撮像部202と第2の撮像部203には、遠距離用の撮像レンズ221、231と、近距離用の撮像レンズ222、234が配置されている。   FIG. 5 is a configuration diagram of the stereo camera device disclosed in Patent Document 2. The stereo camera device 201 of Patent Document 2 calculates the distance to the subject in a wide range from a short distance to a long distance by the principle of triangulation, and acquires the three-dimensional position information of the subject. As shown in FIG. 5, the first imaging unit 202 and the second imaging unit 203 that are arranged at a predetermined distance apart from each other include long-distance imaging lenses 221 and 231, a short-distance imaging lens 222, 234 is arranged.

特許文献2のステレオカメラ装置201によれば、焦点距離が固定された上記4個の撮像レンズ221、222、231、232から画像を取り込むことにより、ワイドレンジで被写体の3次元位置情報の取得を可能にしている。   According to the stereo camera device 201 of Patent Literature 2, by acquiring images from the four imaging lenses 221, 222, 231, and 232 having fixed focal lengths, it is possible to acquire three-dimensional position information of a subject in a wide range. It is possible.

特開平3−163993号公報(平成3年7月15日公開)JP-A-3-163993 (published July 15, 1991) 特開2010−261877号公報(平成20年11月18日公開)JP 2010-261877 A (published November 18, 2008)

三角測量の原理を用いて被写体までの距離を測定する場合、下記の問題があった。   When measuring the distance to the subject using the principle of triangulation, there are the following problems.

図6は、三角測量の原理を説明する概略図である。三角測量の原理は、被写体までの距離Dを、撮像装置の焦点距離値fと、ステレオ撮影する2つの撮像部の基線長Aと、ステレオ撮影した画像における視差量n=(nl+nr)とを測定し、D=f×A/nの式から求めるものである。例えば、撮像部の基線長Aは撮像装置において固定することができ、撮像装置の焦点距離値fとステレオ画像の視差量nとを正確に測定することにより、被写体までの距離Dを高精度で取得することができる。   FIG. 6 is a schematic diagram illustrating the principle of triangulation. The principle of triangulation is to measure the distance D to the subject, the focal length value f of the imaging device, the baseline length A of the two imaging units for stereo shooting, and the parallax amount n = (nl + nr) in the stereo shooting image. And obtained from the equation D = f × A / n. For example, the base line length A of the imaging unit can be fixed in the imaging apparatus, and the distance D to the subject can be accurately determined by accurately measuring the focal length value f of the imaging apparatus and the parallax amount n of the stereo image. Can be acquired.

図7は、ステレオ撮影された左右の画像IMG1、IMG2を示す模式図であり、図7(a)は広角側で撮影したもの、図7(b)は望遠側で撮影したものを示す。例えば、遠方にある花と人物の2つの被写体を撮影した場合、広角側では、図7(a)のように、それぞれの被写体の視差量n1、n2が小さいため測距精度は良くないが、望遠側では、図7(b)のように被写体が大きく拡大され、視差量n1、n2も大きくなるため、測距精度が高まるとともに、視差量n1とn2の差から前後関係の情報も取得することができる。   FIGS. 7A and 7B are schematic diagrams showing left and right images IMG1 and IMG2 taken in stereo. FIG. 7A shows an image taken on the wide-angle side, and FIG. 7B shows an image taken on the telephoto side. For example, when shooting two subjects, a flower and a person in the distance, on the wide angle side, as shown in FIG. 7A, the parallax amounts n1 and n2 of each subject are small, so the ranging accuracy is not good. On the telephoto side, the subject is greatly enlarged as shown in FIG. 7B, and the parallax amounts n1 and n2 are also increased, so that the ranging accuracy is improved, and the context information is also acquired from the difference between the parallax amounts n1 and n2. be able to.

しかしながら、特許文献1の立体カメラ装置は、ズーム調整に伴ってレンズ系309の焦点距離値fが変動してしまうため、予めズーム倍率に対する焦点距離値fの情報を取得しておかなければ三角測量をすることができず、焦点距離値fの情報を詳細に取得することは困難であるため三角測量の精度が低下する問題があった。   However, since the focal length value f of the lens system 309 fluctuates with zoom adjustment, the stereoscopic camera device of Patent Document 1 is triangulated unless information on the focal length value f with respect to the zoom magnification is acquired in advance. In this case, it is difficult to acquire the information of the focal length value f in detail, so that there is a problem that the accuracy of the triangulation is lowered.

また、特許文献2は、第1の撮像部202と第2の撮像部203の倍率が、広角側と望遠側の2種類で固定されており、被写体の大きさや距離等の撮影条件により、被写体を適度に拡大して撮影することができない。このため、広角側では撮像画像が小さすぎて分解能が低下したり、望遠側では大きすぎて撮像領域から外れたりして、視差量を正確に測定することができず、3次元位置情報を高精度で取得できないという問題があった。   In Patent Document 2, the magnification of the first imaging unit 202 and the second imaging unit 203 is fixed to two types, that is, the wide-angle side and the telephoto side, and depending on the shooting conditions such as the size and distance of the subject, Cannot be taken with a moderate magnification. For this reason, the captured image is too small on the wide-angle side and the resolution is lowered, and the telephoto side is too large and deviates from the imaging region, so that the amount of parallax cannot be accurately measured, and the three-dimensional position information is high. There was a problem that it could not be acquired with accuracy.

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、被写体をズーム調整してステレオ撮影し、ズーム撮影時の焦点距離値fと視差量を検出して、被写体の3次元位置情報を高精度で取得できる撮像装置を実現することにある。   The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to perform stereo shooting by adjusting a subject to zoom, detect a focal length value f and a parallax amount at the time of zoom shooting, and detect 3 of the subject. An object of the present invention is to realize an imaging apparatus capable of acquiring dimension position information with high accuracy.

被写体を第1の方向から撮像する第1の撮像手段と、被写体を第1の方向とは異なる第2の方向から撮像する第2の撮像手段とを備え、第1の撮像手段により撮像された第1の画像と、第2の撮像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撮像装置であって、撮像装置は、第1の画像および第2の画像をズーム調整して結像させるズーム光学系を有し、ズーム光学系は、焦点距離を検出する焦点距離検出手段を有することを特徴とする。   A first imaging unit that images the subject from a first direction; and a second imaging unit that images the subject from a second direction different from the first direction. An imaging apparatus that acquires three-dimensional position information of a subject using a first image and a second image captured by a second imaging unit, the imaging apparatus including the first image and the second image The zoom optical system includes a zoom optical system that forms an image by performing zoom adjustment, and the zoom optical system includes a focal length detection unit that detects a focal length.

本発明によれば、被写体をズーム撮影して計測に十分な視差量を確保し、ズーム撮影時の焦点距離値を検出して被写体の3次元位置情報を高精度で取得することができる。   According to the present invention, the subject can be zoomed to ensure a sufficient amount of parallax for measurement, the focal length value at the time of zoom shooting can be detected, and the three-dimensional position information of the subject can be obtained with high accuracy.

実施例1に係る撮像装置の構成図である。1 is a configuration diagram of an imaging apparatus according to Embodiment 1. FIG. 焦点距離の検出部の構成を説明するグラフと模式図である。It is the graph and schematic diagram explaining the structure of the detection part of a focal distance. 実施例2に係る撮像装置の構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of an imaging apparatus according to a second embodiment. 従来技術である特許文献1のステレオカメラ装置の構成図である。It is a block diagram of the stereo camera apparatus of patent document 1 which is a prior art. 従来技術である特許文献2の立体カメラ装置の構成図である。It is a block diagram of the stereoscopic camera apparatus of patent document 2 which is a prior art. 三角測量の原理を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the principle of triangulation. 広角側と望遠側でステレオ撮影した画像データを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the image data image | photographed by the stereo at the wide angle side and the telephoto side.

以下、図面に基づいて本発明を実施するための最良の形態を説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分又は相当部分を表すものとする。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings of the present invention, the same reference numerals represent the same or corresponding parts.

図1は、本発明の撮像装置50の構成図である。撮像装置50は、被写体を第1の方向から撮像する第1の撮像手段と、被写体を第1の方向とは異なる第2の方向から撮像する第2の撮像手段とを備え、第1の撮像手段により撮像された第1の画像と、第2の撮像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。   FIG. 1 is a configuration diagram of an imaging apparatus 50 according to the present invention. The imaging apparatus 50 includes a first imaging unit that images a subject from a first direction, and a second imaging unit that images the subject from a second direction different from the first direction. Using the first image captured by the means and the second image captured by the second imaging means, the three-dimensional position information of the subject is acquired.

第1の撮像手段は、被写体Oの画像A1を取り込む光入射部1aと、画像A1をズーム調整するズーム光学系2aと、ズーム調整された画像A1を撮像する撮像センサ6aとを備える。また、第2の撮像手段も、第1の撮像手段の構成と同様に、被写体Oの画像A2を取り込む光入射部1bと、ズーム光学系2bと、撮像センサ6bとを備えている。   The first imaging unit includes a light incident unit 1a that captures the image A1 of the subject O, a zoom optical system 2a that performs zoom adjustment of the image A1, and an imaging sensor 6a that captures the zoom-adjusted image A1. Similarly to the configuration of the first imaging unit, the second imaging unit also includes a light incident unit 1b that captures an image A2 of the subject O, a zoom optical system 2b, and an imaging sensor 6b.

また、撮像センサ6a、6bで撮像した画像A1と画像A2からなるステレオ画像を用いて被写体の3次元位置情報を演算する画像処理部7と、撮像装置50を操作するための入力手段8と、ステレオ画像や被写体の3次元位置情報を表示する表示手段9と、撮像装置50の各部を制御する制御部10とを備えている。   Also, an image processing unit 7 that calculates the three-dimensional position information of the subject using a stereo image composed of the images A1 and A2 captured by the imaging sensors 6a and 6b, an input unit 8 for operating the imaging device 50, A display unit 9 that displays a stereo image and three-dimensional position information of the subject, and a control unit 10 that controls each unit of the imaging device 50 are provided.

本発明の撮像装置50は、上記の構成において、ズーム光学系2a、2bのズーム調整時の焦点距離を検出する焦点距離検出手段5a、5bを設けたことを特徴としている。本発明の撮像装置50は、ズーム光学系2a、2bにより、被写体Oの異なる方向からの画像A1とA2の倍率を調整して、3次元位置情報を計測する上で十分な視差量を確保するとともに、ズーム光学系2a、2bのズーム調整時の焦点距離値を検出することにより、三角測量の原理を用いて被写体までの距離を高精度で計測できるようにしている。   The image pickup apparatus 50 of the present invention is characterized in that, in the above configuration, the focal length detection means 5a and 5b for detecting the focal length when the zoom optical systems 2a and 2b are adjusted for zooming are provided. The imaging device 50 of the present invention secures a sufficient amount of parallax for measuring the three-dimensional position information by adjusting the magnifications of the images A1 and A2 from different directions of the subject O by the zoom optical systems 2a and 2b. At the same time, by detecting the focal length value during zoom adjustment of the zoom optical systems 2a and 2b, the distance to the subject can be measured with high accuracy using the principle of triangulation.

図1を用いて、本発明の撮像装置50の各構成について説明する。光入射部1a、1bはレンズ等の光学部材であり、撮像装置100の前面に所定の間隔で配置され、被写体Oを異なる方向から画像A1と画像A2としてそれぞれ取り込む。光入射部1aと1bの間隔は、例えば、20mm程度に設定され、三角測量の計測で基線長:Aとして使用する。   Each configuration of the imaging device 50 of the present invention will be described with reference to FIG. The light incident portions 1a and 1b are optical members such as lenses, which are arranged on the front surface of the imaging apparatus 100 at a predetermined interval, and capture the subject O as images A1 and A2 from different directions. The interval between the light incident portions 1a and 1b is set to about 20 mm, for example, and is used as the base line length A in the triangulation measurement.

ズーム光学系2a、2bは、ズームレンズ3a、3bやフォーカスレンズ4a、4bからなるレンズ群で構成され、光入射部1a、1bに取り込まれた画像A1、A2が同じ倍率でズーム調整されるように、2系統のズーム光学系2a、2bが連動して駆動されるようになっている。   The zoom optical systems 2a and 2b are configured by a lens group including zoom lenses 3a and 3b and focus lenses 4a and 4b, so that the images A1 and A2 captured by the light incident portions 1a and 1b are zoomed at the same magnification. In addition, the two zoom optical systems 2a and 2b are driven in conjunction with each other.

ズーム光学系2a、2bには、ズーム調整により変動する焦点距離値fを検出するために、焦点距離検出手段5a、5bが設けられている。焦点距離検出手段5a、5bの構成や動作等については後述する。   The zoom optical systems 2a and 2b are provided with focal length detection means 5a and 5b in order to detect a focal length value f that fluctuates due to zoom adjustment. The configuration and operation of the focal length detection means 5a and 5b will be described later.

撮像センサ6a、6bは、CCDイメージセンサやCMOSイメージセンサ等の撮像素子であり、ズーム光学系2a、2bでズーム調整された画像A1とA2をA/D変換して、それぞれを画像データとして画像処理部7に出力する。   The image sensors 6a and 6b are image sensors such as a CCD image sensor and a CMOS image sensor. The images A1 and A2 zoom-adjusted by the zoom optical systems 2a and 2b are A / D converted, and each of them is used as image data. Output to the processing unit 7.

画像処理部7は、CPUやメモリ等で構成されており、画像データA1、A2の補正や、ステレオ画像の生成、ステレオ画像から被写体の3次元位置情報の計測等を行ない、これらの処理結果を表示手段9に出力する。なお、画像データや被写体の3次元位置情報等は、メモリーカードやハードディスクなどの記憶部に保存することも可能である。   The image processing unit 7 includes a CPU, a memory, and the like. The image processing unit 7 corrects the image data A1 and A2, generates a stereo image, measures the three-dimensional position information of the subject from the stereo image, and outputs these processing results. It outputs to the display means 9. Note that the image data, the three-dimensional position information of the subject, and the like can be stored in a storage unit such as a memory card or a hard disk.

入力手段8は、撮像装置50を操作するためのボタンやダイヤル等で構成されており、撮像装置50の各種設定やズーム調整などの撮影操作を行う。   The input unit 8 includes buttons, dials, and the like for operating the imaging device 50, and performs shooting operations such as various settings of the imaging device 50 and zoom adjustment.

表示手段9は、液晶パネル等の表示装置からなり、被写体のステレオ画像を表示したり、被写体の3次元位置情報を表示する。この表示手段9は、タッチパネルを組合わせて入力手段8として兼用することも可能である。   The display unit 9 includes a display device such as a liquid crystal panel, and displays a stereo image of the subject or three-dimensional position information of the subject. The display means 9 can also be used as the input means 8 in combination with a touch panel.

制御部10は、入力手段8に入力された操作指示に従って、ズーム光学系2a、2bや、画像処理部7、表示手段9の制御を行なう。例えば、ユーザが入力手段8のズームボタンを操作することにより、制御部10はズームレンズ3a、3bやフォーカスレンズ4a、4b等を連動させて、ズーム光学系2aと2bが同じ倍率でズーム調整されるように駆動する。   The control unit 10 controls the zoom optical systems 2 a and 2 b, the image processing unit 7, and the display unit 9 in accordance with the operation instruction input to the input unit 8. For example, when the user operates the zoom button of the input unit 8, the control unit 10 interlocks the zoom lenses 3a and 3b, the focus lenses 4a and 4b, and the zoom optical systems 2a and 2b are zoom-adjusted at the same magnification. To drive.

次に、本発明の撮像装置50において特徴部となる焦点距離検出手段5a、5bについて説明する。   Next, the focal length detection means 5a and 5b, which are features in the image pickup apparatus 50 of the present invention, will be described.

図2(a)は、焦点距離検出手段5a、5bの構成を示す模式図であり、図2(b)は、焦点距離検出手段5a、5bによる焦点距離値の算出方法を示すグラフである。   FIG. 2A is a schematic diagram showing a configuration of the focal length detection means 5a, 5b, and FIG. 2B is a graph showing a focal length value calculation method by the focal length detection means 5a, 5b.

図2(a)に示すように、ズームレンズ3a、3bは、ステッピングモータ22により、ズーム光学系2a、2bのWIDE端とTELE端の間に設けられた駆動軸21に沿ってステップ駆動される。   As shown in FIG. 2A, the zoom lenses 3a and 3b are step-driven by the stepping motor 22 along the drive shaft 21 provided between the WIDE end and the TELE end of the zoom optical systems 2a and 2b. .

焦点距離検出手段5a、5bは、WIDE端に基準位置として設けられた位置センサ23と、ズームレンズ3a、3bに設けられた遮光部24と、ステッピングモータ22のステップ数を計数するCPU25とを有する。   The focal length detection means 5a and 5b include a position sensor 23 provided as a reference position at the WIDE end, a light shielding unit 24 provided in the zoom lenses 3a and 3b, and a CPU 25 that counts the number of steps of the stepping motor 22. .

位置センサ23は、例えば、対向する発光部と受光部を持ち、発光部からの光を物体が遮るのを受光部で検出することによって、物体の有無や位置を判定するフォトインタラプタ等の受光センサである。そして、ズームレンズ3a、3bの遮光部24によって受光部が遮られることにより、ズームレンズ3a、3bが基準位置にあることを検出する。   The position sensor 23 has, for example, a light emitting unit and a light receiving unit that face each other, and the light receiving unit detects the presence or position of the object by detecting that the object blocks the light from the light emitting unit. It is. Then, when the light receiving unit is blocked by the light blocking unit 24 of the zoom lenses 3a and 3b, it is detected that the zoom lenses 3a and 3b are at the reference position.

焦点距離検出手段5a、5bは、ズームレンズ3a、3bが基準位置にあるとき、CPU25がステッピングモータ21のステップ数pを0にリセットし、ズームレンズ3a、3bが基準位置からズーム位置に移動するのに要したステップ数pを計数することで、ズーム位置を基準位置からの相対位置として算出する。   In the focal length detection means 5a and 5b, when the zoom lenses 3a and 3b are at the reference position, the CPU 25 resets the step number p of the stepping motor 21 to 0, and the zoom lenses 3a and 3b move from the reference position to the zoom position. The zoom position is calculated as a relative position from the reference position by counting the number of steps p required for the above.

ズーム光学系2a、2bの焦点距離値fは、図2(b)に示すように、ズームレンズ3a、3bの位置と比例関係にあることが設計時点で予め判っており、ズームレンズ3a、3bのズーム位置をステッピングモータ21のステップ数pから算出できるため、焦点距離値fをステップ数pの関数g(p)として求めることができる。なお、関数g(p)はレンズ群の構成等によっても異なる。   As shown in FIG. 2B, it is known in advance that the focal length value f of the zoom optical systems 2a and 2b is proportional to the position of the zoom lenses 3a and 3b. Since the zoom position can be calculated from the step number p of the stepping motor 21, the focal length value f can be obtained as a function g (p) of the step number p. Note that the function g (p) varies depending on the configuration of the lens group.

本発明の撮像装置50によれば、被写体のズーム調整を可能にするズーム光学系2a、2bを備えており、図7(b)に示したように、被写体の画像A1とA2を望遠側にズーム調整し、撮像センサ6a、6bの撮像領域内に収まる範囲で大きく撮像することにより、3次元位置情報の計測に十分な視差量nを検出することができる。   The imaging device 50 of the present invention includes zoom optical systems 2a and 2b that enable zoom adjustment of the subject, and as shown in FIG. 7B, the subject images A1 and A2 are placed on the telephoto side. The parallax amount n sufficient for the measurement of the three-dimensional position information can be detected by performing zoom adjustment and performing large imaging within a range that falls within the imaging area of the imaging sensors 6a and 6b.

また、ズーム光学系2a、2bの焦点距離値fを算出する焦点距離検出手段5a、5bを備えており、ズーム調整時の正確な焦点距離値fを検出し、検出した視差量nと焦点距離値fを用いて、被写体までの距離Dを三角測量の原理でD=f×A/nの式から高精度で計測することができる。   Further, it includes focal length detection means 5a and 5b for calculating the focal length value f of the zoom optical systems 2a and 2b, detects an accurate focal length value f at the time of zoom adjustment, and detects the detected parallax amount n and the focal length. Using the value f, the distance D to the subject can be measured with high accuracy from the formula D = f × A / n by the principle of triangulation.

なお、実施例1の撮像装置50では、焦点距離検出手段5a、5bについて、ズーム光学系2a、2bの基準位置をWIDE端にして説明したが、基準位置をTELE端に設定してもよい。また、ズームレンズ3a、3bが移動した位置から焦点距離値fを求めたが、フォーカスレンズ4a、4bの位置を検出して焦点距離値fを求めてもよい。また、ズーム光学系2aと2bは連動して同じ倍率となるように駆動されるので、焦点距離検出手段5a、5bの一方から焦点距離値fを求めても良い。   In the imaging apparatus 50 of the first embodiment, the focal length detection units 5a and 5b have been described with the reference position of the zoom optical systems 2a and 2b set to the WIDE end, but the reference position may be set to the TELE end. Further, although the focal length value f is obtained from the position where the zoom lenses 3a and 3b are moved, the focal length value f may be obtained by detecting the positions of the focus lenses 4a and 4b. Further, since the zoom optical systems 2a and 2b are driven so as to have the same magnification in conjunction with each other, the focal length value f may be obtained from one of the focal length detection means 5a and 5b.

図3は、本発明の実施例2の撮像装置60の構成図である。実施例2の撮像装置60は、実施例1で示した撮像装置50に対して、第1の画像A1と第2の画像A2を共通の一つのズーム光学系2cを用いてズーム調整する構成が異なる。その他の構成は、実施例1の撮像装置50と同じであるため、詳細な説明は省略する。   FIG. 3 is a configuration diagram of the imaging device 60 according to the second embodiment of the present invention. The imaging apparatus 60 according to the second embodiment has a configuration in which the first image A1 and the second image A2 are zoom-adjusted using the single zoom optical system 2c with respect to the imaging apparatus 50 illustrated in the first embodiment. Different. Since other configurations are the same as those of the imaging device 50 of the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

実施例2の撮像装置60は、被写体Oを異なる方向から画像A1と画像A2としてそれぞれ取り込む2つの光入射部1a、1bと、取り込まれた画像A1と画像A2を偏光を異ならせて同一光軸に合成する偏光合成部11と、偏光合成部11で合成した画像A1と画像A2をズーム調整するズーム光学系2cと、ズーム調整された通った画像A1と画像A2を偏光の違いを利用して再び2つの光に分離する偏光分離部12と、分離された画像A1と画像A2をそれぞれ結像する2つの撮像センサ6a、6bと、撮像センサ6a、6bのステレオ画像から被写体の3次元位置情報を演算する画像処理部7とを備えており、ズーム光学系2cにはズーム調整時の焦点距離を検出する焦点距離検出手段5cを設けている。   The imaging device 60 according to the second embodiment has two light incident portions 1a and 1b that capture the subject O from different directions as images A1 and A2, respectively, and the captured images A1 and A2 that have different polarizations and have the same optical axis. Using the difference in polarization between the polarized light combining unit 11 to be combined with the zoom, the zoom optical system 2c for zoom adjusting the image A1 and the image A2 combined with the polarized light combining unit 11, and the image A1 and the image A2 through which the zoom adjustment has been performed. Three-dimensional position information of the subject from the polarization separation unit 12 that separates the light again, the two imaging sensors 6a and 6b that respectively form the separated images A1 and A2, and the stereo images of the imaging sensors 6a and 6b. The zoom optical system 2c is provided with focal length detection means 5c for detecting the focal length during zoom adjustment.

また、撮像装置60を操作するための入力手段8と、ステレオ画像や被写体の3次元位置情報を表示する表示手段9と、撮像装置60の各部を制御する制御部10とを備えている。   In addition, an input unit 8 for operating the imaging device 60, a display unit 9 for displaying a stereo image and three-dimensional position information of the subject, and a control unit 10 for controlling each unit of the imaging device 60 are provided.

実施例2の撮像装置60は、上記の構成により、1つのズーム光学系2cで被写体Oの画像A1、A2をズーム調整することにより、画像A1と画像A2の倍率のズレを防止しながら3次元位置情報の計測に十分な視差量を確保することができ、ズーム光学系2cのズーム調整時の正確な焦点距離値を検出して、被写体までの距離を三角測量の原理を用いて高精度で計測できるようにしている。   The image pickup apparatus 60 according to the second embodiment has a three-dimensional structure while preventing the displacement of the magnification between the image A1 and the image A2 by zooming the images A1 and A2 of the subject O with the single zoom optical system 2c. A sufficient amount of parallax for measuring position information can be secured, and an accurate focal length value at the time of zoom adjustment of the zoom optical system 2c is detected, and the distance to the subject is determined with high accuracy using the principle of triangulation. It is possible to measure.

図3を用いて、実施例2の撮像装置60の各構成について説明する。   Each configuration of the imaging device 60 according to the second embodiment will be described with reference to FIG.

光入射部1a、1bはレンズ等の光学部材であり、撮像装置100の前面に所定の間隔で配置され、被写体Oを異なる方向から画像A1と画像A2としてそれぞれ取り込む。光入射部1aと1bの間隔は、例えば、20mm程度に設定され、三角測量の計測で基線長:Aとして使用する。   The light incident portions 1a and 1b are optical members such as lenses, which are arranged on the front surface of the imaging apparatus 100 at a predetermined interval, and capture the subject O as images A1 and A2 from different directions. The interval between the light incident portions 1a and 1b is set to about 20 mm, for example, and is used as the base line length A in the triangulation measurement.

偏光合成部11は、光入射部1a、1bに取り込まれた画像A1と画像A2からS偏光またはP偏光の光線を透過させる偏光膜と、画像A1と画像A2の光路を変換するプリズムからなる。偏光合成部11は、画像A1とA2を互いに偏光が異なるようにS偏光とP偏光に変換し、S偏光とP偏光に変換された画像A1とA2を同一の光軸に合成して後段のズーム光学系部2cに出射する。   The polarization combining unit 11 includes a polarizing film that transmits S-polarized light or P-polarized light from the images A1 and A2 captured by the light incident units 1a and 1b, and a prism that converts the optical paths of the images A1 and A2. The polarization combiner 11 converts the images A1 and A2 into S-polarized light and P-polarized light so that their polarizations are different from each other, and combines the images A1 and A2 converted into S-polarized light and P-polarized light on the same optical axis, The light is emitted to the zoom optical system unit 2c.

ズーム光学系2cは、合成された画像A1、A2と同じ光軸となるように、ズームレンズ3cやフォーカスレンズ4cを含む複数のレンズ群で構成されている。ズーム光学系2cは、偏光合成部11で合成された画像A1、A2を、ズームレンズ3cにより所望の倍率に調節し、フォーカスレンズ4cにより焦点を調節することができる。   The zoom optical system 2c is composed of a plurality of lens groups including a zoom lens 3c and a focus lens 4c so as to have the same optical axis as the combined images A1 and A2. The zoom optical system 2c can adjust the images A1 and A2 combined by the polarization combining unit 11 to a desired magnification using the zoom lens 3c and adjust the focus using the focus lens 4c.

実施例2のズーム光学系2cは、1系統に共通化されることにより、ズームレンズ3cやフォーカスレンズ4cの制御を容易にし、画像A1と画像A2の倍率のズレを防止することができる。また、ズーム光学系2cの小型化や部品コストの削減が図ることができる。   The zoom optical system 2c according to the second embodiment is shared by one system, thereby facilitating the control of the zoom lens 3c and the focus lens 4c, and preventing the magnification difference between the image A1 and the image A2. Further, it is possible to reduce the size of the zoom optical system 2c and reduce the component cost.

焦点距離検出手段5cは、ズーム光学系2cのズーム調整後の焦点距離値fを検出するものである。焦点距離検出手段5cの構成や動作等は実施例1で示したものと同じである。   The focal length detection means 5c detects the focal length value f after zoom adjustment of the zoom optical system 2c. The configuration and operation of the focal length detection means 5c are the same as those shown in the first embodiment.

偏光分離部12は、偏光膜とプリズムで構成されており、ズーム光学系2cで所望の倍率に調節された画像A1と画像A2の合成光を、偏光の違いを利用してズーム調整された2つの画像A1と画像A2に分離する。   The polarization separation unit 12 is composed of a polarizing film and a prism. The combined light of the image A1 and the image A2 adjusted to a desired magnification by the zoom optical system 2c is zoom-adjusted 2 using the difference in polarization. The images are separated into two images A1 and A2.

撮像手段6a、6bは、CCDイメージセンサやCMOSイメージセンサ等の撮像素子であり、ズーム調整された画像A1と画像A2をA/D変換して、それぞれの画像A1と画像A2を画像データとして画像処理部7に出力する。他の入力手段8や、表示手段9、制御部10の構成や動作等は実施例1で示したものと同じである。   The image pickup means 6a and 6b are image pickup devices such as a CCD image sensor and a CMOS image sensor, which perform A / D conversion on the zoom-adjusted images A1 and A2, and use the respective images A1 and A2 as image data. Output to the processing unit 7. The configurations and operations of other input means 8, display means 9, and control unit 10 are the same as those shown in the first embodiment.

実施例2の撮像装置60は、上記の構成により、1つのズーム光学系2cで被写体Oの画像A1、A2をズーム調整することにより、ズーム調整時の画像A1と画像A2の倍率のズレを防止しながら3次元位置情報の計測に十分な視差量を確保することができ、ズーム光学系2cのズーム調整時の正確な焦点距離値を検出して、被写体までの距離を三角測量の原理を用いて高精度で計測することができる。   The image pickup apparatus 60 according to the second embodiment prevents the displacement of the magnification between the image A1 and the image A2 during zoom adjustment by performing zoom adjustment on the images A1 and A2 of the subject O using the single zoom optical system 2c. However, it is possible to secure a sufficient amount of parallax for measurement of three-dimensional position information, and to detect an accurate focal length value at the time of zoom adjustment of the zoom optical system 2c, and to use the principle of triangulation to determine the distance to the subject. Can be measured with high accuracy.

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。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the scope of the present invention is indicated by the scope of claims, and the meaning and scope equivalent to the scope of claims. All changes within are intended to be included.

O 被写体
A1、A2 画像
1a、1b 光入射部
2a、2b、2c ズーム光学系
3a、3b、3c ズームレンズ
4a、4b、4c フォーカスレンズ
5a、5b、5c 焦点距離検出手段
6a、6b 撮像センサ
7 画像処理装置
8 入力手段
9 表示手段
10 制御部
11 偏光合成部
12 偏光分離部
21 ステッピングモータ
22 位置センサ
23 遮光部
50、60 撮像装置
O Subject A1, A2 Image 1a, 1b Light incident part 2a, 2b, 2c Zoom optical system 3a, 3b, 3c Zoom lens 4a, 4b, 4c Focus lens 5a, 5b, 5c Focal length detection means 6a, 6b Imaging sensor 7 Image Processing unit 8 Input unit 9 Display unit 10 Control unit 11 Polarization combining unit 12 Polarization separation unit 21 Stepping motor 22 Position sensor 23 Light shielding unit 50, 60 Imaging device

Claims (5)

被写体を第1の方向から撮像する第1の撮像手段と、
前記被写体を前記第1の方向とは異なる第2の方向から撮像する第2の撮像手段とを備え、
前記第1の撮像手段により撮像された第1の画像と、
前記第2の撮像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撮像装置であって、
前記撮像装置は、前記第1の画像および前記第2の画像をズーム調整して結像させるズーム光学系を有し、
前記ズーム光学系は、焦点距離を検出する焦点距離検出手段を有することを特徴とする撮像装置。
First imaging means for imaging a subject from a first direction;
Second imaging means for imaging the subject from a second direction different from the first direction;
A first image captured by the first imaging means;
An imaging apparatus that acquires three-dimensional position information of the subject using a second image captured by the second imaging means,
The imaging apparatus includes a zoom optical system that forms an image by performing zoom adjustment on the first image and the second image,
The zoom optical system includes an focal length detection unit that detects a focal length.
前記焦点距離は、前記ズーム光学系のレンズのズーム位置と関連付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。   The imaging apparatus according to claim 1, wherein the focal length is associated with a zoom position of a lens of the zoom optical system. 前記レンズのズーム位置は、前記ズーム光学系のステッピングモータのステップ数で算出されることを特徴とする請求項2記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 2, wherein the zoom position of the lens is calculated by the number of steps of a stepping motor of the zoom optical system. 前記ステップ数は、前記レンズを基準位置から前記ズーム位置に移動させるのに要したステップ数であることを特徴とする請求項3記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 3, wherein the number of steps is a number of steps required to move the lens from a reference position to the zoom position. 前記基準位置にフォトインタラプタが設けられ、前記レンズに遮光部が設けられていることを特徴とする請求項4記載の撮像装置。   The image pickup apparatus according to claim 4, wherein a photo interrupter is provided at the reference position, and a light shielding portion is provided on the lens.
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