JP2014110442A - Imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像装置に関する。より詳細には、多視点の画像データを撮像する撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus. More specifically, the present invention relates to an imaging apparatus that captures multi-viewpoint image data.
これまで、カメラのピント調整を誤って撮像した場合は、ピント調整をやり直して再撮像する必要があった。また、奥行きの異なる複数の被写体に対してそれぞれにピントが合った画像を得たい場合には、被写体毎にピントを合わせた撮像を複数回行う必要があった。 In the past, if the camera focus was mistakenly imaged, it was necessary to re-focus and re-image. In addition, when it is desired to obtain images that are in focus with respect to a plurality of subjects having different depths, it is necessary to perform imaging with the subject in focus several times.
近年、光学系に新たな光学素子を追加することで複数視点からの画像を取得し、後で画像処理によってピント位置を調節すること(リフォーカス)が可能なライトフィールドフォトグラフィという技術が発展している。 In recent years, a technology called light field photography has been developed that can acquire images from multiple viewpoints by adding new optical elements to the optical system, and later adjust the focus position (refocus) by image processing. ing.
この技術を用いれば、撮像後にピント調整を行えるため、撮像時のピント調整の失敗を画像処理で補うことができるという利点がある。さらに、画像処理方法を変えることで画像中の任意の被写体にピントを合わせた複数の画像を一枚の撮像画像から得る事ができ、撮像回数を減らす事ができるという利点もある。 If this technique is used, since focus adjustment can be performed after imaging, there is an advantage that failure of focus adjustment during imaging can be compensated by image processing. Furthermore, by changing the image processing method, it is possible to obtain a plurality of images focused on an arbitrary subject in the image from one captured image, and there is an advantage that the number of times of imaging can be reduced.
ライトフィールドフォトグラフィでは、複数視点の画像データから、空間中の複数の位置について、それぞれの位置を通過する光線の方向と強度(ライトフィールド、以下、「LF」という。)を計算する。そして、得られたLFの情報を用いて、仮想の光学系を通過して仮想のセンサに結像した場合の画像を計算する。このような仮想の光学系やセンサを適宜設定する事で、リフォーカスも可能となる。LFに関する数学的性質や数学的基礎などはR.NGらによって議論されている(非特許文献1)。 In light field photography, the direction and intensity of light passing through each position (light field, hereinafter referred to as “LF”) is calculated for a plurality of positions in space from image data from a plurality of viewpoints. Then, using the obtained LF information, an image when passing through the virtual optical system and forming an image on the virtual sensor is calculated. Refocusing is also possible by appropriately setting such virtual optical systems and sensors. R. NG et al. Discuss mathematical properties and mathematical foundations related to LF (Non-patent Document 1).
LFを取得するための撮像技術としては、小型のカメラ(個眼カメラ)を並べたカメラアレイが知られている。カメラアレイでは、取得したLFから、仮想センサ上の画像データを撮像後に合成することができる。 As an imaging technique for acquiring LF, a camera array in which small cameras (single-eye cameras) are arranged is known. In the camera array, image data on the virtual sensor can be synthesized from the acquired LF after imaging.
LFから仮想センサ上の画像を合成する方法として、取得した複数枚の画像データを仮想的なセンサ上に射影変換し加算して平均化する方法が知られている(特許文献1)。 As a method for synthesizing an image on a virtual sensor from LF, a method is known in which a plurality of acquired image data are subjected to projective transformation on a virtual sensor, added and averaged (Patent Document 1).
また、複数視点の画像データを、上述したリフォーカス処理のほかに、ダイナミックレンジを広げるHDR処理や、距離や視差を推定する処理に用いることもできる。 In addition to the refocus processing described above, the image data of a plurality of viewpoints can also be used for HDR processing for expanding the dynamic range and processing for estimating distance and parallax.
カメラアレイを用いて複数視点の画像データを用いて上述した各種の処理機能を実現することが可能であるものの、個眼カメラが各々の機能に適した配置に必ずしもなっていない場合がある。 Although the above-described various processing functions can be realized using image data of a plurality of viewpoints using a camera array, the single-eye camera may not always be arranged appropriately for each function.
本発明に係る撮像装置は、複数の撮像部を有する撮像装置であって、前記複数の撮像部は、同心円状に配置される撮像部群と、格子状に配置される撮像部群とにより構成されることを特徴とする。 The imaging device according to the present invention is an imaging device having a plurality of imaging units, and the plurality of imaging units includes an imaging unit group arranged concentrically and an imaging unit group arranged in a grid pattern. It is characterized by being.
本発明によれば、各種の機能に適した位置に個眼カメラを配置することにより、複数の機能に適した撮像装置を提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the imaging device suitable for a some function by arrange | positioning a single eye camera in the position suitable for various functions.
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施例に係る撮像装置100の外観の一例を示す図である。図1は撮像装置100の前面側(撮像部が配置される面)から見た斜視図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an appearance of the
図1に示すように撮像装置100の前面には複数の撮像部101−112が同心円状に配置され、かつ、同心円状の内部に複数の撮像部113−116が格子状に配置されることによってカメラアレイを形成している。すなわち、図1の撮像装置100は、第1の撮像部群が第1の形状に配置され、第2の撮像部群が第1の形状とは異なる第2の形状に配置される例を示している。
As shown in FIG. 1, a plurality of image pickup units 101-112 are concentrically arranged on the front surface of the
なお、図1の例においては、第1の撮像部群が12個の撮像部を有し、第2の撮像部群が4個の撮像部を有する例を挙げて説明しているが、複数の形状を成す撮像部が含まれていればよく、図1で説明する例に限定されるものではない。また、図示していないが、撮像装置100は、ボタン、タッチパネルディスプレイ、ジョグダイヤルなど各種のインターフェイスなどの他の機能を有することができる。
In the example of FIG. 1, the first imaging unit group has 12 imaging units and the second imaging unit group has 4 imaging units. It is only necessary to include an imaging unit having a shape as described above, and the present invention is not limited to the example described with reference to FIG. Although not shown, the
図2は、図1に示す撮像装置100の構成の一例を示す図である。CPU201は、RAM202をワークメモリとして使用して、ROM203に格納されたOSや各種プログラムを実行する。また、CPU201は、システムバス200を介して、撮像装置100の各構成を制御する。RAM202は、撮像光学系の制御結果を示すフォーカス設定及び絞り設定など撮像部101−116の状態を示す情報である撮像パラメータなどを格納する。ROM203は、撮像部101−116の相対的な位置関係並びに各撮像部の撮像素子の画素ピッチ、光のエネルギーの受光効率、及び撮像部の焦点距離(画角)などを示すカメラ設計パラメータなどを格納する。なお、図示していないが、各撮像部101−116のROMに当該撮像部のカメラ設計パラメータを格納するようにしてもよい。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of the
CPU201は、コンピュータグラフィックス(CG)生成部207及び表示制御部204を制御してモニタ213にユーザインタフェイス(UI)を表示させる。また、CPU201は、撮影ボタン163や操作部164を介してユーザ指示を受信する。そして、CPU201は、ユーザ指示に従い、撮像時の被写体距離、焦点距離、絞り、露光時間、及びフラッシュの発光などの撮影条件の設定をすることができる。また、CPU201は、ユーザ指示に従い、撮像の指示、及び撮像した画像の表示設定を行うことができる。CG生成部207は、UIを実現するための文字やグラフィックスなどのデータを生成する。
The CPU 201 controls the computer graphics (CG)
ユーザから撮影を指示されると、CPU201は、ユーザの指示に対応した光学系の制御方法を光学系制御方法生成部209から取得する。次に、CPU201は、取得した光学系の制御方法に基づいて光学系制御部210に撮像を指示する。この撮像指示を受信した光学系制御部210は、フォーカスを合わせ、絞りを調節し、又はシャッタを開閉するなどの撮像光学系の制御を行う。また、光学系制御部210は、撮像光学系の制御結果を示すフォーカス設定及び絞り設定など撮像部101−116の状態を示す情報である撮像パラメータをRAM202に格納する。なお、一つの光学系制御部210によって各撮像部101−116の撮像光学系を制御するのではなく、CPU201と通信可能な光学系制御部を各撮像部101−116に備えてもよい。
When photographing is instructed by the user, the CPU 201 acquires an optical system control method corresponding to the user's instruction from the optical system control
撮像部101−116はそれぞれ、被写体からの光をCCDやCMOSなどの撮像センサ307において受光する。詳細は図3に関連して後述する。撮像部101−116は、撮像センサ307が出力するアナログ信号をアナログ−デジタル(A/D)変換した撮像データ(以下、RAWデータ)を、一旦、撮像部101−116内のバッファメモリに保持する。バッファメモリに保持されたRAWデータは、CPU201の制御により、順次、RAM202の所定領域に格納される。
Each of the
デジタル信号処理部208は、RAM202の所定領域に格納された複数のRAWデータ(以下、RAWデータ群)から画像データを生成する現像処理を行う。またデジタル信号処理部208は、RAWデータ群および生成した画像データをRAM202の所定領域に格納する。なお、現像処理には、複数のRAWデータを合成する合成処理、デモザイキング処理、ホワイトバランス処理、ガンマ処理、及びノイズ低減処理などが含まれる。また、デジタル信号処理部208は、撮影後の画像データに対してズーム倍率を変更し、変更後の画像データを生成する処理を行うことができる。生成した画像データにはフォーカス距離、ズーム倍率および被写界深度などを示す現像処理時のパラメータ(以下、画像生成パラメータ)が付加される。画像生成パラメータは、例えばユーザから指定された値に基づいて生成される。また、例えば初回現像時などにおいては初期設定値を画像生成パラメータとして用いることができる。また、RAWデータ群には少なくとも撮像パラメータが付加されるが、外部の画像処理装置による現像処理を考慮して、カメラ設計パラメータを付加してもよい。
The digital
CPU201は、表示制御部204を制御して、RAM202の所定領域に格納された画像データをモニタ213に表示する。圧縮伸長部212は、RAM202の所定領域に格納された画像データをJPEGやMPEGなどのフォーマットに変換するエンコード処理を行う。また、圧縮伸長部212は、必要ならば、RAWデータ群をロスレス圧縮する処理を行う。
The CPU 201 controls the
CPU201は、表示制御部204を制御して、RAM202の所定領域に格納された画像データをモニタ213に表示する。圧縮伸長部212は、RAM202の所定領域に格納された画像データをJPEGやMPEGなどのフォーマットに変換するエンコード処理、必要ならば、RAWデータ群をロスレス圧縮する処理を行う。
The CPU 201 controls the
インタフェイス(I/F)205は、例えばメモリカードやUSBメモリなどの記録メディア206を読み書きする機能及び有線や無線のネットワークに接続する機能を有する。I/F205は、CPU201の指示に従い、例えばRAM202に格納されたJPEGやMPEGフォーマットの画像データおよびRAWデータ群を外部のメディアやサーバ装置に出力したり、外部の記録メディアやサーバ装置から各種データを入力する。
An interface (I / F) 205 has a function of reading and writing a
画像生成パラメータ生成部211は、デジタル信号処理部208における現像処理に必要な画像生成パラメータを生成する。
The image generation
<各撮像部の構成例>
図3のブロック図は、撮像部101の構成例を示す図である。なお、図3には撮像部101の構成例を示すが、他の撮像部102−116もほぼ同様の構成を有する。ただし、撮像部101−116の画角、フォーカスおよび絞りなどの設定は、必ずしもすべて同一の構成でなくてもよい。
<Configuration example of each imaging unit>
The block diagram of FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the
被写体からの光は、フォーカスレンズ群301a、絞り302a、固定レンズ群303a、シャッタ304a、赤外線カットフィルタ305、カラーフィルタ306を通過して、CMOSセンサやCCDなどの撮像センサ307上に結像する。A/D変換部308は、撮像センサ素子が出力するアナログ信号をA/D変換する。バッファ309は、A/D変換部308が出力するRAWデータを一時的に格納し、CPU201の要求に応じて、RAWデータをシステムバス200を介してRAM202に転送する。
Light from the subject passes through a focus lens group 301a, a diaphragm 302a, a fixed lens group 303a, a shutter 304a, an
なお、図3(a)に示すレンズ群と絞りの配置は一例であり、異なる配置でもよい。例えば、一部またはすべての撮像部がテレセントリック性などのレンズ性能を向上させるための固定レンズ群303aをもたなくてもよい。 The arrangement of the lens group and the diaphragm shown in FIG. 3A is an example and may be different. For example, some or all of the imaging units may not have the fixed lens group 303a for improving lens performance such as telecentricity.
(画像合成処理)
図4および図5を参照してデジタル信号処理部208による画像の合成の概念について説明する。図4(a)は異なる距離にある被写体を撮像部401〜403で撮影した様子を表している。
(Image composition processing)
The concept of image synthesis by the digital
図4(a)において、撮像部401〜403は撮像部101〜116の中で代表的な3つの撮像部を図示したものである。点線404〜406は仮想的なピント位置(ピントを合わせようとする位置)の中で代表的な3枚の仮想的なピント位置を図示したものである。図4(a)に示すように、被写体407〜409はそれぞれ距離の異なる位置に置かれている。
In FIG. 4A,
図4(b)は、撮像部401で取得した画像410を表す。撮像部402、403で取得する画像は、画像410において、各被写体404〜406の距離に応じた視差分だけ被写体がずれた画像になる。
FIG. 4B shows an
図5はデジタル信号処理部208によって再構成された(合成された)画像の概念図である。画像501は仮想的なピント位置を点線406に設定したときの再構成後の画像である。画像501では被写体407にピントが合っており、被写体408、409にはボケが発生している。
FIG. 5 is a conceptual diagram of an image reconstructed (combined) by the digital
画像502は仮想的なピント位置を点線405にしたとき、画像503は仮想的なピント位置を点線404にしたときのそれぞれの再構成後の画像である。画像502、503はそれぞれピントが合った被写体は408、409である。このように仮想的なピントを動かすことで、好きな被写体にピントを合わせた画像を得ることができる。
An
この合成処理の例では、仮想的なピント位置を制御することにより、所定の被写体にピントを合わせると同時に他の被写体をボケさせることが可能となる。合成処理の例はこれに限らず、例えば、画角を変更する処理、視点位置を変更する処理、ノイズを低減するノイズ低減処理、ダイナミックレンジを広げるHDR処理や、解像度を上げる高解像度化処理であっても良い。 In this example of composition processing, by controlling the virtual focus position, it is possible to focus on a predetermined subject and simultaneously blur other subjects. Examples of the synthesis process are not limited to this. For example, a process for changing the angle of view, a process for changing the viewpoint position, a noise reduction process for reducing noise, an HDR process for expanding the dynamic range, and a high resolution process for increasing the resolution. There may be.
<撮像装置の処理フロー>
図6は、撮像装置の処理の一例を示すフローチャートである。
<Processing flow of imaging device>
FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of processing of the imaging apparatus.
ステップS601において、光学系制御方法生成部209は、予め設定された複数のモード(機能)のうち、使用するモードを決定する。複数のモードには、例えば次のモードが挙げられる。すなわち、リフォーカス処理を行うモード、画角変更処理を行うモード、視点位置変更処理を行うモード、ノイズ低減処理を行うモード、画像の解像度を変換させ解像度変換処理を行うモード、HDR処理を行うモード、距離・視差推定を行うモードである。なお、上述したモード以外のモードが含まれていてよい。使用するモードについては、例えばユーザから操作部164を介して入力された情報に基づいて光学系制御方法生成部209が決定することができる。例えば、ユーザは不図示のジョグダイヤルやスイッチディスプレイ上のタッチパネルを介して、使用するモードを撮像装置100に入力することができる。
In step S601, the optical system control
ステップS602において、光学系制御方法生成部209は、ステップS601で決定したモードに応じて、撮像に用いる撮像部を選択する。すなわち、光学系制御方法生成部209は、光学系制御部210を介して制御する撮像部を決定する。
In step S602, the optical system control
撮像後にピント位置を変更するリフォーカス処理を行う場合、格子状に配置された撮像部群を用いるよりも同心円状に配置された撮像部群を用いる方が画像を加工したり編集したりする処理に適している。例えば、リフォーカス時に被写界深度を制御したり、ボケを付与する場合には、同心円状に配置された撮像部群の方が自然なボケを再現することができる。 When performing refocus processing to change the focus position after imaging, processing using the imaging unit group arranged concentrically rather than using the imaging unit group arranged in a grid is a process for processing or editing an image Suitable for For example, when controlling the depth of field at the time of refocusing or adding blur, the image pickup unit group arranged concentrically can reproduce natural blur.
一方、格子状に配置された撮像部群は、同心円状に配置された撮像部群よりも計算誤差が少なくなるので、距離・視差推定に適している。 On the other hand, the imaging unit group arranged in a lattice shape has a smaller calculation error than the imaging unit group arranged in a concentric circle, and thus is suitable for distance / disparity estimation.
このように、使用するモードに応じて好ましい撮像部群が異なる。よって、ステップS602においては、モードに応じて撮像に用いる撮像部を選択する。なお、ステップS602においては、撮像部群の全ての撮像部を、撮像に用いる撮像部として選択しなくてもよい。光学系制御方法生成部209は、モードに応じて撮像に用いる撮像部群を決定し、決定した撮像部群の中から撮像に用いる撮像部を選択してもよい。例えば、決定したモードの処理をより精細に行う場合にはより多くの撮像部を選択し、決定したモードの処理をより高速に行う場合には、より少ない撮像部を選択してもよい。
Thus, a preferable imaging unit group differs depending on the mode to be used. Therefore, in step S602, the imaging unit used for imaging is selected according to the mode. In step S602, it is not necessary to select all the imaging units of the imaging unit group as imaging units used for imaging. The optical system control
なお、ステップS601では1つのモードが決定される場合を例として説明しているが、ステップS702で複数のモードが決定されてもよい。例えば、リフォーカス処理と距離推定処理とが決定がされてもよい。この場合、ステップS602において、光学系制御方法生成部209は、決定されたモードに従って、同心円状に配置された撮像部と、格子状の配置された撮像部との両方を、撮像に用いる撮像部として選択してもよい。
In addition, although the case where one mode is determined is described as an example in step S601, a plurality of modes may be determined in step S702. For example, a refocus process and a distance estimation process may be determined. In this case, in step S602, the optical system control
ステップS603で、光学系制御部210は、ステップS602で選択された撮像部を用いて撮像を行う。撮像した画像データは、RAM202に記録される。
In step S603, the optical
ステップS603で、CPU201はデジタル信号処理部208を制御して、ステップS603で撮像された画像データに対して、ステップS601で決定したモードに従って画像処理を行う。
In step S603, the CPU 201 controls the digital
以上のように、本実施例においては、第1の撮像部群が同心円状に配置され、かつ、同心円状の内部に第2の撮像部群が格子状に配置されたカメラアレイを形成している。係る構成により、撮像後の画像処理において使用するモードに応じて、使用する撮像部を選択することできる。そして、このように選択された撮像部を介して得られる画像データを用いることにより、各モードに応じて好適な画像処理を行うことができる。 As described above, in this embodiment, a camera array is formed in which the first imaging unit group is concentrically arranged and the second imaging unit group is arranged in a lattice shape inside the concentric circle. Yes. With such a configuration, an imaging unit to be used can be selected according to a mode used in image processing after imaging. Then, by using the image data obtained through the imaging unit selected in this way, suitable image processing can be performed according to each mode.
実施例1では、第1の撮像部群が同心円状に配置され、かつ、同心円状の内部に第2の撮像部群が格子状に配置されたカメラアレイを形成するように構成された撮像装置の例を説明した。実施例2においては、各種の変形例について説明する。 In the first embodiment, an imaging apparatus configured to form a camera array in which the first imaging unit group is arranged concentrically and the second imaging unit group is arranged in a concentric circle inside the grid. Explained the example. In the second embodiment, various modifications will be described.
図7は、実施例1で説明した図1とは逆に、格子状の撮像部701−704の内部に同心円状の撮像部705−712が配置される撮像装置700の例を示している。なお、図7の例では、同心円状の撮像部705−712の内部にさらに撮像部713が配置されている例を示しているが、撮像部713は配置されていてもいなくてもよい。
FIG. 7 shows an example of an
図8は、図7で示す撮像装置700を変形した例である撮像装置800を示している。すなわち、同心円状に配置されている撮像部805−812と格子状に配置されている撮像部801−804とが横に並行に配置されている例を示している。なお、図7で説明したように、同心円状に配置されている撮像部805−812の内部の撮像部813は、配置されてもいなくてもよい。
FIG. 8 shows an
以上のように、第1の撮像部群が第1の形状に配置され、第2の撮像部群が第1の形状とは異なる第2の形状に配置されるいずれの場合についても、本発明を適用することは可能である。 As described above, the present invention is applicable to any case where the first imaging unit group is arranged in the first shape and the second imaging unit group is arranged in the second shape different from the first shape. It is possible to apply
<撮像装置の外観>
図9は、撮像装置の外観の一例を示す図である。図9(a)は、正面図である。図9(b)は平面図である。図9(c)は底面図である。図9(d)は左側面図である。図9(e)は右側面図である。図9(f)は背面図である。
<Appearance of imaging device>
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the appearance of the imaging apparatus. FIG. 9A is a front view. FIG. 9B is a plan view. FIG. 9C is a bottom view. FIG. 9D is a left side view. FIG. 9E is a right side view. FIG. 9F is a rear view.
(その他の実施形態)
なお、上記の例では、複数の撮像部が同心円状に配置されるものとして説明した。しかしながら、必ずしも同心円である必要はなく、楕円状に配置されていてもよい。また、上記の例では、第1の撮像部群と第2の撮像部群とが2つの形状を形成する場合を例に挙げて説明したが、第3の撮像部群を設けるなど3つ以上の形状を形成してもよい。
(Other embodiments)
In the example described above, a plurality of imaging units are described as being concentrically arranged. However, they are not necessarily concentric circles and may be arranged in an elliptical shape. In the above example, the case where the first image pickup unit group and the second image pickup unit group form two shapes has been described as an example, but there are three or more such as providing a third image pickup unit group. The shape may be formed.
また、本発明の目的は、以下の処理を実行することによっても達成される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出す処理である。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード及び該プログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。 The object of the present invention can also be achieved by executing the following processing. That is, a storage medium that records a program code of software that realizes the functions of the above-described embodiments is supplied to a system or apparatus, and a computer (or CPU, MPU, etc.) of the system or apparatus is stored in the storage medium. This is the process of reading the code. In this case, the program code itself read from the storage medium realizes the functions of the above-described embodiments, and the program code and the storage medium storing the program code constitute the present invention.
Claims (7)
前記複数の撮像部は、同心円状に配置される撮像部群と、格子状に配置される撮像部群とにより構成されることを特徴とする撮像装置。 An imaging apparatus having a plurality of imaging units,
The plurality of imaging units are configured by an imaging unit group arranged concentrically and an imaging unit group arranged in a lattice shape.
前記モードに応じて撮像に使用する撮像部を選択する選択手段と、
をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 Determining means for determining an image processing mode of image data captured by the imaging device;
Selection means for selecting an imaging unit to be used for imaging according to the mode;
The imaging apparatus according to claim 1, further comprising:
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KR20160100785A (en) * | 2015-02-16 | 2016-08-24 | 삼성전자주식회사 | Data Processing Device For Processing Multiple Sensor Data and System including the Same |
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