JP2013142743A - Stereoscopic image photographing device and stereoscopic image display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、立体画像撮影装置および立体画像表示装置に関する。 The present invention relates to a stereoscopic image capturing apparatus and a stereoscopic image display apparatus.
空間像再生方式の一つとして、インテグラルフォトグラフィが知られている(例えば、特許文献1参照)。このインテグラルフォトグラフィを適用した撮影装置は、微小な要素レンズを二次元配列して構成したレンズアレイを介して被写体を撮影しインテグラル画像を生成する。そして、インテグラルフォトグラフィを適用した表示装置は、インテグラル画像を表示面に表示させて光束を発生させ、この光束をレンズアレイに通すことによって空間に立体像を生成する。つまり、インテグラルフォトグラフィは、表示装置の表示面から到来する光束が、実際の被写体から到来する光束と同じになるように、光の像を生成する再生方式である。 Integral photography is known as one of the aerial image reproduction methods (see, for example, Patent Document 1). A photographing apparatus to which this integral photography is applied photographs a subject via a lens array configured by two-dimensionally arranging minute element lenses to generate an integral image. A display device to which integral photography is applied displays an integral image on a display surface to generate a light beam, and passes this light beam through a lens array to generate a three-dimensional image in space. That is, integral photography is a reproduction method that generates an image of light so that the light flux coming from the display surface of the display device is the same as the light flux coming from the actual subject.
従来の撮影系のインテグラルフォトグラフィでは、被写体から要素レンズを通して得られる光束の幅は、その要素レンズに対する入射角度に応じて変化する。よって、撮像素子の撮像面に照射される光束の密度は均一ではない。また、従来の表示系のインテグラルフォトグラフィでは、表示面から要素レンズを通して得られる光束の幅は、その要素レンズに対する入射角度に応じて変化する。よって、表示面から要素レンズを通して得られる光束の密度は均一ではない。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、インテグラルフォトグラフィにおいて、精細度の偏りを軽減またはなくした立体像を得ることができる、立体画像撮影装置および立体画像表示装置を提供することを目的とする。
In conventional photography integral photography, the width of a light beam obtained from an object through an element lens changes according to the incident angle with respect to the element lens. Therefore, the density of the light beam applied to the imaging surface of the image sensor is not uniform. Further, in the conventional integral photography of a display system, the width of the light beam obtained from the display surface through the element lens changes according to the incident angle with respect to the element lens. Therefore, the density of the light beam obtained from the display surface through the element lens is not uniform.
The present invention has been made to solve the above-described problem, and provides a stereoscopic image photographing apparatus and a stereoscopic image display apparatus capable of obtaining a stereoscopic image with reduced or eliminated definition bias in integral photography. The purpose is to provide.
[1]上記の課題を解決するため、本発明の一態様である立体画像撮影装置は、複数の要素レンズを二次元配列して構成したレンズアレイと、前記レンズアレイを通して得られる光束を、前記レンズアレイにおける各要素レンズの光線密度に応じた画素構造を有する撮像面で受光して撮像し、前記複数の要素レンズそれぞれに対応する要素画像の集合であるインテグラル画像を生成する撮像部と、を備えることを特徴とする。
[2]上記[1]記載の立体画像撮影装置において、前記撮像部は、前記光束を、前記各要素レンズの光線密度が高いほど画素が大きい撮像面で受光して撮像することを特徴とする。
[3]上記の課題を解決するため、本発明の一態様である立体画像表示装置は、複数の要素レンズを二次元配列して構成したレンズアレイを備える立体画像表示装置において、相互に視差を有する複数の要素画像の集合であるインテグラル画像を、前記レンズアレイにおける各要素レンズの光線密度に応じた画素構造を有する表示面に表示させる表示部を備えることを特徴とする。
[4]上記[3]記載の立体画像表示装置において、前記表示部は、前記インテグラル画像を、前記各要素レンズの光線密度が高いほど大きな画素により表示させることを特徴とする。
[1] In order to solve the above-described problem, a stereoscopic image capturing apparatus according to an aspect of the present invention includes a lens array configured by two-dimensionally arranging a plurality of element lenses, and a light beam obtained through the lens array. An imaging unit that receives and captures an image on an imaging surface having a pixel structure corresponding to the light density of each element lens in the lens array, and generates an integral image that is a set of element images corresponding to each of the plurality of element lenses; It is characterized by providing.
[2] The stereoscopic image capturing apparatus according to [1], wherein the imaging unit receives and captures the light flux on an imaging surface with larger pixels as the light density of each element lens is higher. .
[3] In order to solve the above problems, a stereoscopic image display device according to an aspect of the present invention is a stereoscopic image display device including a lens array configured by two-dimensionally arranging a plurality of element lenses. And a display unit configured to display an integral image, which is a set of a plurality of element images, on a display surface having a pixel structure corresponding to a light density of each element lens in the lens array.
[4] The stereoscopic image display device according to [3], wherein the display unit displays the integral image with larger pixels as the light density of each element lens is higher.
本発明によれば、インテグラルフォトグラフィにおいて、精細度の偏りを軽減またはなくした立体像を得ることができる。 According to the present invention, in integral photography, it is possible to obtain a stereoscopic image in which a deviation in definition is reduced or eliminated.
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態である立体画像撮影装置および立体画像表示装置の概略構成を示す図である。同図は、被写体Sを空間像再生方式の一方式であるインテグラルフォトグラフィにより撮影してインテグラル画像を生成する立体画像撮影装置1と、立体画像撮影装置1が生成したインテグラル画像をインテグラルフォトグラフィにより表示して空間に立体像S’を生成する立体画像表示装置2とを示す。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a stereoscopic image capturing apparatus and a stereoscopic image display apparatus according to an embodiment of the present invention. The figure shows a three-dimensional image capturing device 1 that captures an object S by integral photography, which is one method of aerial image reproduction, and generates an integral image, and an integral image generated by the three-dimensional image capturing device 1. 3D shows a stereoscopic
立体画像撮影装置1は、例えば、動画像および静止画像またはいずれかを撮影可能なカメラ装置により実現される。立体画像撮影装置1は、レンズアレイ110と、レンズ光学系120と、撮像部130と、記憶部140と、画像供給部150とを備える。
ただし、図1における立体画像撮影装置1の構成のうち、レンズアレイ110とレンズ光学系120と撮像部130とは、立体画像撮影装置1の側面から見た場合の模式的な断面図である。また、記憶部140と画像供給部150とは、機能構成を示すブロックである。
The stereoscopic image photographing device 1 is realized by a camera device capable of photographing a moving image and / or a still image, for example. The stereoscopic image capturing apparatus 1 includes a
However, in the configuration of the stereoscopic image capturing apparatus 1 in FIG. 1, the
レンズアレイ110は、複数の要素レンズを、各光軸が平行となるようにして規則的に平面上に配列(以下、二次元配列という。)して構成した要素レンズ群である。二次元配列の規則性については後述する。レンズアレイ110を構成する複数の要素レンズそれぞれは、例えば、樽型歪および糸巻歪等の歪曲収差がないか無視できるほど小さい凸レンズである。歪曲収差がないか無視できるほど小さいとは、歪率が略0%(0%を含む。)であることを意味する(以下同様)。
The
レンズ光学系120は、レンズアレイ110と撮像部130との間に配設され、レンズアレイ110から到来する光束を撮像部130の撮像面に集光する複数のレンズである。具体的には、レンズ光学系120は、集光レンズ21と、対物レンズ22とを有する。集光レンズ21は、レンズアレイ110の複数の要素レンズから到来する光束を集光するレンズである。対物レンズ22は、集光レンズ21から到来する光束を集光し、この光束を撮像部130の撮像面に結像させるレンズである。集光レンズ21および対物レンズ22の各光軸は同軸であり、立体画像撮影装置1の光軸Oに一致する。
The lens
撮像部130は、レンズ光学系120の対物レンズ22から到来する光束、つまり、被写体Sからレンズアレイ110とレンズ光学系120とを介して到来する光束を撮像して撮像画像データ(インテグラル画像データ)を生成し、この撮像画像データを記憶部140に記憶させる。撮像部130は、レンズアレイ110からレンズ光学系120を介して到来する光束を、レンズアレイ110における各要素レンズの光線密度に応じた画素構造を有する撮像面で受光し撮像する。具体的には、撮像部130は、レンズアレイ110からレンズ光学系120を介して到来する光束を、各要素レンズの光線密度が高いほど画素の面積が広い(画素が大きい)撮像面で受光して撮像する。これにより、撮像部130は、各画素の光線密度が略均等(均等を含む。以下同様。)である撮像画像データをインテグラル画像データとして生成する。撮像部130が有する撮像面の画素構造については後述する。
The
撮像部130は、例えば、CCD(Charged Coupled Device)イメージセンサ、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等の固体撮像素子により実現される。
The
記憶部140は、撮像部130から供給される撮像画像データを記憶する。記憶部140は、例えば半導体記憶装置により実現される。
画像供給部150は、記憶部140に記憶された撮像画像データを読み込み、この撮像画像データを立体画像表示装置2に供給する。
The
The
立体画像表示装置2は、例えば、背面投射型による投射装置(プロジェクタ)により実現される。立体画像表示装置2は、画像取得部210と、表示部220と、投射レンズ光学系230と、スクリーン250と、レンズアレイ240とを備える。
ただし、図1における立体画像表示装置2の構成のうち、表示部220と投射レンズ光学系230とスクリーン250とレンズアレイ240とは、立体画像表示装置2の側面から見た場合の模式的な断面図である。また、画像取得部210は、機能構成を示すブロックである。
The stereoscopic
However, in the configuration of the stereoscopic
画像取得部210は、立体画像撮影装置1の画像供給部150から供給される撮像画像データを取り込み、この撮像画像データを表示部220に供給する。
The
表示部220は、画像取得部210から供給される撮像画像データを取り込み、表示部220の表示面に撮像画像(インテグラル画像)を表示する。表示部220は、投射レンズ光学系230およびスクリーン250を介してレンズアレイ240に到達させる光束を、レンズアレイ240における各要素レンズ(後述する。)の光線密度に応じた画素構造を有する表示面から出射させる。具体的には、表示部220は、投射レンズ光学系230およびスクリーン250を介してレンズアレイ240に到達させる光束を、各要素レンズの光線密度が高いほど画素の面積が広い(画素が大きい)表示面から出射させる。これにより、表示部220は、レンズアレイ240を介して投射される光束の光線密度が略均等(均等を含む。以下同様。)となる光束を出射させる。表示部220が有する表示面の画素構造については後述する。
表示部220は、例えば液晶表示素子等の固体表示素子により実現される。
The
The
投射レンズ光学系230は、表示部220の表示面から到来するインテグラル像の光束を拡大させてスクリーン250に投射するレンズを含む光学系である。投射レンズ光学系230の光軸は、立体画像表示装置2の光軸O’に一致する。
The projection lens
スクリーン250は、投射レンズ光学系230から到来する拡大されたインテグラル像の光束を一方の面で受けて他方の面に拡散させる拡散板である。よって、スクリーン250の他方の面、すなわちレンズアレイ240側の面には、インテグラル像が表示される。
The
レンズアレイ240は、複数の要素レンズを、各光軸が平行となるようにして規則的に二次元配列して構成した要素レンズ群である。レンズアレイ240における要素レンズの配列の規則性は、レンズアレイ110における要素レンズの配列の規則性と同一である。レンズアレイ240を構成する複数の要素レンズそれぞれは、例えば、樽型歪および糸巻歪等の歪曲収差がないか無視できるほど小さい凹レンズである。レンズアレイ240は、スクリーン250に表示されたインテグラル像からの光束を通すことによって、立体像S’を再生させる。
The
なお、撮像部130および表示部220は、単板式でも赤色、緑色、および青色による3板式でもよい。また、撮像部130および表示部220は、緑色を2系統とし、一方の緑色成分の画像に対して他方の緑色成分の画像を水平方向もしくは垂直方向または両方向に0.5画素分ずらして構成する4板式でもよい。
The
図2(a),(b)の各図は、レンズアレイ110およびレンズアレイ240それぞれにおける要素レンズの配列を示す図である。同図(a),(b)とも、レンズアレイ110およびレンズアレイ240それぞれの一部分を示している。
同図(a)は、複数の要素レンズを正方格子状に配列した例である。要素レンズの直径をDとすると、正方格子状の配列において、X軸方向のピッチPXは、D≦PXである。また、Y軸方向のピッチPYは、D≦PYである。
また、同図(b)は、複数の要素レンズをデルタ配列した例である。デルタ配列において、X軸方向のピッチPXは、D/2≦PXである。また、Y軸方向のピッチPYは、(√3)D/2≦PYである。
2A and 2B are diagrams showing the arrangement of element lenses in the
FIG. 4A shows an example in which a plurality of element lenses are arranged in a square lattice pattern. When the diameter of the element lenses is D, in a square lattice array, the pitch P X in the X-axis direction is D ≦ P X. The pitch P Y in the Y-axis direction is D ≦ P Y.
FIG. 2B shows an example in which a plurality of element lenses are arranged in a delta arrangement. In the delta arrangement, the pitch P X in the X-axis direction is D / 2 ≦ P X. The pitch P Y in the Y-axis direction is (√3) D / 2 ≦ P Y.
次に、レンズアレイ110をピンホールアレイに置き換えた場合の、ピンホールを通る光線の方向を幾何光学により説明する。
図3(a),(b)は、ピンホールアレイを、ピンホール一列分を含む面で切ったときの断面図である。同図(a)は、ピンホールを通る光線により得られる画素列を示している。同図(a)において、画素列11はピンホール12を通して得られる画素の列の一部である。画素列11における各画素のX軸方向の幅はPeである。また、fはピンホール12から画素列11に対する垂線の距離である。同図(a)において、ピンホール12を通して画素P1を得るための光線の角度変位量α1、および画素P2を得るための角度変位量α2は、下記の式(1)により表される。
Next, the direction of light rays passing through the pinhole when the
3A and 3B are cross-sectional views when the pinhole array is cut along a plane including one row of pinholes. FIG. 4A shows a pixel row obtained by light rays passing through a pinhole. In FIG. 2A, a
ピンホールを通して画素を得るための光線の角度変位量を、当該画素に対するサンプリング角度量という。式(1)により、ピンホールから画素列に対する垂線とその画素列とが交わる位置から画素の位置が離れるほど、当該画素に対するサンプリング角度量は小さくなる。 The amount of angular displacement of a light beam for obtaining a pixel through a pinhole is referred to as a sampling angle amount for that pixel. According to the equation (1), the sampling angle amount with respect to the pixel decreases as the position of the pixel moves away from the position where the perpendicular to the pixel column and the pixel column intersect from the pinhole.
図3(b)は、ピンホールから画素列に対する垂線の距離が画素の幅に対して十分に長い場合の、ピンホールを通る光線により得られる画素列を示した図である。同図(b)において、画素列11aはピンホール12を通して得られる画素の列の一部である。画素列11aにおける各画素のX軸方向の幅は、同図(a)における画素幅Peに対して極めて狭い幅である。画素列11aの要素画像における中心位置を(Cx,Cy)とし、この中心位置(Cx,Cy)とピンホール12の位置とを結ぶ直線ZがX軸に直交する場合、画素の中心の位置が(Px,Py)である画素についての中心サンプリング角度β(Px,Py)は、下記の式(2)により表される。
FIG. 3B is a diagram showing a pixel column obtained by light rays passing through the pinhole when the perpendicular distance from the pinhole to the pixel column is sufficiently long with respect to the pixel width. In FIG. 2B, a
式(2)に示すとおり、光線の中心サンプリング角度β(Px,Py)は逆正接関数により求められるため、画素の線形な位置の変化に対する中心サンプリング角度の変化は非線形となる。具体的には、中心サンプリング角度の変化量は、要素画像の中心位置から離れるにしたがって少なくなる。すなわち、被写体からピンホールアレイを介して到来する光線のサンプリング間隔は、ピンホールに対する入射角度が大きいほど狭くなる。入射角度とは、ピンホールアレイにおける複数のピンホールを含む面に直交し且つピンホールを通る直線に対して入射光線のなす角度である。よって、ピンホールに対する入射角度が小さいほど、当該ピンホールにより得られる画素あたりの光線密度は低い。 As shown in Expression (2), since the center sampling angle β (P x , P y ) of the light ray is obtained by an arctangent function, the change in the center sampling angle with respect to the change in the linear position of the pixel is nonlinear. Specifically, the amount of change in the center sampling angle decreases as the distance from the center position of the element image increases. That is, the sampling interval of light rays coming from the subject via the pinhole array becomes narrower as the incident angle with respect to the pinhole is larger. The incident angle is an angle formed by incident light rays with respect to a straight line that is orthogonal to a plane including a plurality of pinholes in the pinhole array and passes through the pinholes. Therefore, the smaller the incident angle with respect to the pinhole, the lower the light density per pixel obtained by the pinhole.
レンズアレイ240をピンホールアレイに置き換えた場合の、ピンホールを通る光線についても、上記の撮影系の場合と同様である。したがって、立体像をピンホールアレイに正対する方向に対して角度がついた方向から観察される立体像よりも、ピンホールアレイに正対する方向から観察される立体像の精細度は低い。
The light beam passing through the pinhole when the
次に、レンズアレイ110の要素レンズを通る光束の方向を幾何光学により説明する。
図4(a),(b)は、レンズアレイ110における要素レンズ一列を、一列分の光軸を含む面で切ったときの断面図である。同図(a)は、レンズアレイ110の要素レンズを通る光束により得られる画素列を示している。同図(a)において、画素列11bは要素レンズ13を通して得られる画素の列の一部である。画素列11bにおける各画素のX軸方向の幅はPeである。また、fは要素レンズ13の焦点距離である。中心サンプリング角度は、要素レンズ13の光軸と要素レンズ13を通して画素が得る主光線とのなす角度である。図3(a)に示したピンホールアレイを適用した場合と同様に、レンズアレイ110を適用した場合でも、要素レンズの光軸と画素列とが交わる位置から画素の位置が離れるほど、当該画素に対するサンプリング角度量は小さくなる。
Next, the direction of the light beam passing through the element lenses of the
FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views when one row of element lenses in the
図4(b)は、画素の幅に対して焦点距離が十分に長い場合の、レンズアレイ110の要素レンズを通る光束により得られる画素列を示した図である。同図(b)において、画素列11cは要素レンズ13を通して得られる画素の列の一部である。画素列11cにおける各画素のX軸方向の幅は、同図(a)における画素幅Peに対して極めて狭い幅である。同図(b)において、画素の幅に対して焦点距離fが十分に長いと近似する場合における中心サンプリング角度は、要素レンズ13の光軸Zと要素レンズ13を通して画素が得る主光線とのなす角度である。つまり、要素レンズ13の直径をD、中心サンプリング角度を図3(b)と同様にβ(Px,Py)とすると、要素レンズ13の中心サンプリング角度β(Px,Py)における光束のサンプリング幅W(Px,Py)は、下記の式(3)として表される。サンプリング幅W(Px,Py)は、光軸Zに対し中心サンプリング角度を有して要素レンズ13に入射する光束を、この光束に直交する面で切った断面の最大幅である。
FIG. 4B is a diagram illustrating a pixel row obtained by a light beam passing through an element lens of the
式(3)に示すとおり、光束のサンプリング幅W(Px,Py)は余弦関数により求められるため、画素の線形な位置の変化に対するサンプリング幅の変化は非線形となる。具体的には、画素の位置の変化に対するサンプリング幅の変化量は、要素画像の中心位置から離れるにしたがって狭くなる。すなわち、被写体からレンズアレイ110を介して到来する光束のサンプリング幅は、要素レンズに対する入射角度が大きいほど狭くなる。言い換えると、被写体からレンズアレイ110を介して到来する光束のサンプリング幅が狭くなるとサンプリング密度(光線密度)は高くなる。よって、要素レンズに対する入射角度が小さいほど、当該要素レンズにより得られる情報の空間周波数は低い。
As shown in Expression (3), since the sampling width W (P x , P y ) of the light beam is obtained by a cosine function, the change in the sampling width with respect to the change in the linear position of the pixel is nonlinear. Specifically, the amount of change in the sampling width with respect to the change in the pixel position becomes narrower as the distance from the center position of the element image increases. That is, the sampling width of the light beam coming from the subject via the
レンズアレイ240の要素レンズを通る光束についても、上記の撮影系の場合と同様である。したがって、立体像をレンズアレイ240に正対する方向に対して角度がついた方向から観察される立体像よりも、レンズアレイ240に正対する方向から観察される立体像の精細度は低い。
The light beam passing through the element lens of the
以上により、ピンホールアレイおよびレンズアレイ110のいずれを適用しても、被写体から到来する光線のサンプリング密度(光線密度)は、入射角度が小さくなるほど低くなる。また、ピンホールアレイおよびレンズアレイ240のいずれを適用しても、レンズアレイ240から出射される光線のサンプリング密度は、出射角度が小さくなるほど低くなる。出射角度とは、光軸に対し出射光線のなす角度である。
As described above, regardless of which of the pinhole array and the
次に、撮像部130が有する撮像面の画素構造について説明する。
図5(a),(b)は、撮像部130が有する撮像面の画素構造の概略を模式的に示す図である。同図(a),(b)とも、撮像面の一部分を示している。
同図(a)は、レンズアレイ110における要素レンズの配列が正方格子状配列である場合における、撮像部130が有する撮像面の画素構造の概略図である。同図(a)において、XY平面で表される撮像面は、レンズアレイ110が有する複数の要素レンズに対応して正方格子状に配列された複数の画素領域(画素領域群)を含んで構成される。これら複数の画素領域における一領域である画素領域Eは、幾何光学によって対応する要素レンズにより得られる光束のうち、当該要素レンズに隣接する要素レンズにより得られる光束を含まない範囲の画素の領域である。
同図(a)における画素領域Eは、例えば略円形である。
Next, the pixel structure of the imaging surface included in the
FIGS. 5A and 5B are diagrams schematically illustrating an outline of a pixel structure of an imaging surface included in the
FIG. 4A is a schematic diagram of the pixel structure of the imaging surface of the
A pixel area E in FIG. 2A is, for example, substantially circular.
図5(b)は、レンズアレイ110における要素レンズの配列がデルタ状配列である場合における、撮像部130が有する撮像面の画素構造の概略図である。同図(b)において、XY平面で表される撮像面は、レンズアレイ110が有する複数の要素レンズに対応してデルタ状に配列された複数の画素領域(画素領域群)を含んで構成される。これら複数の画素領域における一領域である画素領域Eは、同図(a)と同様に、幾何光学によって対応する要素レンズにより得られる光束のうち、当該要素レンズに隣接する要素レンズにより得られる光束を含まない範囲の画素の領域である。
同図(b)における画素領域Eは、例えば略円形である。
FIG. 5B is a schematic diagram of the pixel structure of the imaging surface of the
A pixel region E in FIG. 4B is, for example, a substantially circular shape.
図6は、図5(a),(b)における画素領域Eの中心部付近を拡大して模式的に示した図である。同図に示すように、画素領域Eは、例えば、当該領域の中心に対して同心円状および周方向にそれぞれ分割した複数の画素を有する。つまり、画素領域Eの画素構造は、画素領域Eの中心から径方向に画素の面積が広くなる構造である。具体的に、画素領域Eは、その中心に対して径方向に離れるほど、同心円の半径すなわち環の幅が非線形に大きくなり、且つ周方向に等角度(同図では11.25度)に分割した複数の画素を有する。画素領域Eの中心に対する同心円の半径の変化度合は、例えば、前述した式(2)における画素の中心の位置(Px,Py)に基づいて決定される。
これにより、撮像部130は、レンズアレイ110の要素レンズ群から得る光束を、光線密度が高いほど画素の面積が広い(画素が大きい)撮像面で受光して撮像することができる。
FIG. 6 is an enlarged view schematically showing the vicinity of the center of the pixel region E in FIGS. 5 (a) and 5 (b). As shown in the figure, the pixel region E has, for example, a plurality of pixels divided concentrically and circumferentially with respect to the center of the region. That is, the pixel structure of the pixel region E is a structure in which the area of the pixel increases in the radial direction from the center of the pixel region E. Specifically, as the pixel region E is further away from the center in the radial direction, the radius of the concentric circle, that is, the width of the ring increases nonlinearly, and is divided at an equal angle (11.25 degrees in the figure) in the circumferential direction. A plurality of pixels. The degree of change in the radius of the concentric circle with respect to the center of the pixel region E is determined based on, for example, the position (P x , P y ) of the center of the pixel in the above-described equation (2).
Thereby, the
表示部220が有する表示面の画素構造は、上述した撮像部130が有する撮像面の画素構造と同様である。つまり、表示部220が有する表示面も、図5(a),(b)に示した撮像部130が有する撮像面の画素構造と同様の画素構造を有する。具体的に、図6に示した表示面の画素領域Eと同様に、表示部220が有する表示面における画素領域は、例えば、当該領域の中心に対して同心円状および周方向にそれぞれ分割した複数の画素を有する。つまり、その画素領域の画素構造は、当該画素領域の中心から径方向に画素の面積が広くなる構造である。具体的に、画素領域は、その中心に対して径方向に離れるほど、同心円の半径すなわち環の幅が非線形に大きくなり、且つ周方向に等角度に分割した複数の画素を有する。画素領域の中心に対する同心円の半径の変化度合は、例えば、前述した式(2)における画素の中心の位置(Px,Py)に基づいて決定される。
これにより、表示部220は、レンズアレイ240を介して投射される光束の光線密度が略均等となる光束を出射させることができる。
The pixel structure of the display surface included in the
Thereby, the
以上説明したとおり、本発明の一実施形態における立体画像撮影装置1は、複数の要素レンズを二次元配列して構成したレンズアレイ110と、レンズアレイ110を通して得られる光束を、レンズアレイ110における各要素レンズの光線密度に応じた画素構造を有する撮像面で受光して撮像し、レンズアレイ110が有する複数の要素レンズそれぞれに対応する要素画像の集合であるインテグラル画像データを生成する撮像部130とを備えた。例えば、撮像部130は、レンズアレイ110を通して得られる光束を、レンズアレイ110における各要素レンズの光線密度が高いほど画素が大きい撮像面で受光して撮像する。
この構成によれば、撮像部130は、レンズアレイ110の要素レンズ群から得る光束を、各要素レンズの光線密度が高いほど画素の面積が広い(画素が大きい)撮像面で受光して撮像する。これにより、撮像部130は、光線密度の偏りを軽減またはなくしたインテグラル画像データを得ることができる。よって、立体画像撮影装置1によれば、精細度の偏りを軽減またはなくすことができる。
As described above, the stereoscopic image capturing apparatus 1 according to the embodiment of the present invention is configured to arrange the
According to this configuration, the
また、サンプリング角度量が小さいほど、被写体の奥行方向を高精細にとらえることができる。よって、立体画像撮影装置1によれば、自装置に対し正面方向にある被写体における奥行方向の精細度が高いインテグラル画像を取得することができる。 Further, the smaller the sampling angle amount, the higher the definition of the depth direction of the subject. Therefore, according to the three-dimensional image photographing device 1, it is possible to acquire an integral image with high definition in the depth direction in the subject in the front direction with respect to the own device.
また、本発明の一実施形態における立体画像表示装置2は、複数の要素レンズを二次元配列して構成したレンズアレイ240を備え、相互に視差を有する複数の要素画像の集合であるインテグラル画像データを、レンズアレイ240における各要素レンズの光線密度に応じた画素構造を有する表示面に表示させる表示部220を備えた。例えば、表示部220は、インテグラル画像データを、レンズアレイ240における各要素レンズの光線密度が高いほど大きな画素により表示させる。
この構成によれば、表示部220は、レンズアレイ240を介して投射される光束の光線密度が略均等となる光束を出射させることができる。よって、立体画像表示装置2によれば、精細度の偏りを軽減またはなくした立体像を得ることができる。
In addition, the stereoscopic
According to this configuration, the
また、サンプリング角度量が小さいほど、立体像の奥行方向の解像度を高くすることができる。よって、立体画像表示装置2によれば、自装置に対し正面方向に視点をおいた場合に、奥行方向の解像度が高い立体像を得ることができる。
Also, the smaller the sampling angle amount, the higher the resolution in the depth direction of the stereoscopic image. Therefore, according to the stereoscopic
また、要素レンズを通した光束により得られる要素画像において、要素レンズの光軸が貫く点から離れるほど錯乱円は大きくなり、また、色収差は劣化する。しかしながら、本実施形態によれば、要素画像の中心位置から外側に離れるほど画素を大きくするため、中心部に対して集光性能が劣る周辺部において、許容錯乱円を大きくすることができ、且つ色収差等の光学劣化による影響を抑えることができる。 Also, in the element image obtained by the light flux that has passed through the element lens, the circle of confusion increases as the distance from the point through which the optical axis of the element lens penetrates, and the chromatic aberration deteriorates. However, according to the present embodiment, since the pixels are increased toward the outside from the center position of the element image, the permissible circle of confusion can be increased in the peripheral portion where the light collecting performance is inferior to the center portion, and The influence of optical deterioration such as chromatic aberration can be suppressed.
なお、本実施形態では、レンズアレイ110の要素レンズに凸レンズ、レンズアレイ240の要素レンズに凹レンズを用いた例を示した。
これ以外にも、レンズアレイ110の要素レンズに凹レンズ、レンズアレイ240の要素レンズに凸レンズを用いてもよい。
In the present embodiment, an example in which a convex lens is used as the element lens of the
In addition, a concave lens may be used as the element lens of the
また、本実施形態では、立体画像表示装置2を投射装置に適用した例について説明した。これ以外にも、立体画像表示装置2は、直視型ディスプレイにも適用できる。この場合、立体画像表示装置2を、投射レンズ光学系230を用いずに構成する。
Moreover, in this embodiment, the example which applied the three-dimensional
また、撮影系および表示系の要素レンズに凸レンズまたは凹レンズを用いたレンズアレイでは、クロストークが発生する。そこで、レンズアレイ110およびレンズアレイ240の要素レンズのいずれかに、屈折率分布型(GRadient INdex Lenses;GRIN)レンズを適用してもよい。要素レンズを屈折率分布型レンズとすることにより、要素画像間のクロストークを解消することができる。また、屈折率分布型レンズを使用することにより、クロストークがないか略解消された高精細な立体象を得ることができる。
In addition, crosstalk occurs in a lens array using a convex lens or a concave lens as an element lens of the photographing system and the display system. Accordingly, a gradient index lens (GRIN) lens may be applied to any of the element lenses of the
屈折率分布型レンズとして、以下に示す仕様のレンズを用いる。すなわち、屈折率分布型レンズの光軸方向の長さをZとし、その屈折率分布型レンズの蛇行周期をPとしたとき、P/2<Z<Pの関係を満たす屈折率分布型レンズをレンズアレイ110およびレンズアレイ240の要素レンズに適用する。この屈折率分布型レンズを用いることにより、レンズアレイ110およびレンズアレイ240は、レンズの外側に主点を有することとなり、正立実像を得ることができる。
As a gradient index lens, a lens having the following specifications is used. That is, when the length of the gradient index lens in the optical axis direction is Z and the meandering period of the gradient index lens is P, a gradient index lens satisfying the relationship P / 2 <Z <P is obtained. The present invention is applied to element lenses of the
Z=3P/4(0.75ピッチ)となる屈折率分布型レンズを用いた場合、この屈折率分布型レンズの一方の端面から十分遠方に位置する被写体Sの正立実像を他方の端面に現出させることができる。この0.75ピッチの屈折率分布型レンズを適用したレンズアレイ110およびレンズアレイ240を用いることにより、隣接する要素レンズ間におけるクロストークを防ぐことができる。
When a gradient index lens with Z = 3P / 4 (0.75 pitch) is used, an erect real image of the subject S located sufficiently far from one end face of the gradient index lens is placed on the other end face. You can make it appear. By using the
なお、屈折率分布型レンズとして、P/2+(n−1)P<Z<nP(nは2以上の整数)の関係を満たす屈折率分布型レンズを適用してもよい。また、Z=3P/4+(n−1)P(nは2以上の整数)となる屈折率分布型レンズを適用してもよい。 Note that a refractive index distribution type lens satisfying a relationship of P / 2 + (n−1) P <Z <nP (n is an integer of 2 or more) may be applied as the refractive index distribution type lens. Alternatively, a gradient index lens in which Z = 3P / 4 + (n−1) P (n is an integer of 2 or more) may be applied.
また、図5(a),(b)および図6に示した画素領域Eを、矩形(例えば正方形)の領域としてもよい。この場合、例えば、要素画像の中心に一致する中心点を有する矩形の画素領域Eは、当該中心に対して水平方向および垂直方向それぞれに分割した複数の画素を有する。つまり、矩形状の画素領域Eの画素構造は、画素領域Eの中心から水平方向および垂直方向それぞれに画素の寸法が長くなる構造である。具体的に、画素領域Eは、その中心に対して水平方向および垂直方向に離れるほど、ブロックの辺長が非線形に長くなる複数の画素を有する。画素領域Eの中心に対するブロックの辺長の変化度合は、例えば、前述した式(2)における画素の中心の位置(Px,Py)に基づいて決定される。 Also, the pixel region E shown in FIGS. 5A, 5B, and 6 may be a rectangular (for example, square) region. In this case, for example, the rectangular pixel region E having a center point that coincides with the center of the element image has a plurality of pixels divided in the horizontal direction and the vertical direction with respect to the center. That is, the pixel structure of the rectangular pixel region E is a structure in which the size of the pixel becomes longer in the horizontal direction and in the vertical direction from the center of the pixel region E. Specifically, the pixel region E has a plurality of pixels in which the side length of the block increases nonlinearly as the distance from the center in the horizontal direction and the vertical direction increases. The degree of change in the side length of the block with respect to the center of the pixel region E is determined based on, for example, the position (P x , P y ) of the center of the pixel in Expression (2) described above.
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はその実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the specific structure is not restricted to that embodiment, The design of the range which does not deviate from the summary of this invention, etc. are included.
1 立体画像撮影装置
2 立体画像表示装置
3 画像処理装置
21 集光レンズ
22 対物レンズ
110 レンズアレイ
120 レンズ光学系
130 撮像部
140 記憶部
150 画像供給部
210 画像取得部
220 表示部
230 投射レンズ光学系
240 レンズアレイ
250 スクリーン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stereoscopic
Claims (4)
前記レンズアレイを通して得られる光束を、前記レンズアレイにおける各要素レンズの光線密度に応じた画素構造を有する撮像面で受光して撮像し、前記複数の要素レンズそれぞれに対応する要素画像の集合であるインテグラル画像を生成する撮像部と、
を備えることを特徴とする立体画像撮影装置。 A lens array configured by two-dimensionally arranging a plurality of element lenses;
It is a set of element images corresponding to each of the plurality of element lenses, in which a light beam obtained through the lens array is received and imaged by an imaging surface having a pixel structure corresponding to the light density of each element lens in the lens array. An imaging unit for generating an integral image;
A stereoscopic image photographing apparatus comprising:
ことを特徴とする請求項1記載の立体画像撮影装置。 The stereoscopic image capturing apparatus according to claim 1, wherein the imaging unit receives and captures the light flux on an imaging surface with larger pixels as the light density of each element lens is higher.
相互に視差を有する複数の要素画像の集合であるインテグラル画像を、前記レンズアレイにおける各要素レンズの光線密度に応じた画素構造を有する表示面に表示させる表示部
を備えることを特徴とする立体画像表示装置。 In a stereoscopic image display device including a lens array configured by two-dimensionally arranging a plurality of element lenses,
A three-dimensional display comprising: a display unit configured to display an integral image, which is a set of a plurality of element images having parallax with each other, on a display surface having a pixel structure corresponding to the light density of each element lens in the lens array. Image display device.
ことを特徴とする請求項3記載の立体画像表示装置。 The stereoscopic image display device according to claim 3, wherein the display unit displays the integral image with larger pixels as the light density of each element lens is higher.
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