JP2014178494A - 視差画像撮像装置 - Google Patents
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Landscapes
- Stereoscopic And Panoramic Photography (AREA)
- Blocking Light For Cameras (AREA)
- Testing, Inspecting, Measuring Of Stereoscopic Televisions And Televisions (AREA)
Abstract
【解決手段】被写体からの2つの画像の偏光方向が互いに直交するように偏光する偏光手段と、該偏光手段によって偏光され異なる偏光方向の2つの画像を受光する撮像手段と、該撮像手段に結像させる光学部材とを備え、被写体からの視差を有する2つの画像を撮像する視差画像撮像装置において、被写体からの2つの画像が偏光手段に到達するように、被写体からの2つの画像のうち、少なくとも一方の画像の偏光面を変更する偏光面変更手段を備えた。
【選択図】図14
Description
図1は実施形態のステレオカメラの実施例1の構成を示す概略図である。図1(a)、(b)に示すステレオカメラ100は、偏光重畳モジュール101、レンズ102、フィルタ103及び撮像素子104を含んで構成されている。そして、偏光重畳モジュール101は、偏光ビームスプリッタ101−1、偏光フィルタ101−2及びミラー101−3を備えている。図1に示すステレオカメラ100は、偏光ビームスプリッタ101−1と偏光フィルタ101−2を用いて視差を有する2つの光路を合成し、1つのレンズ102を介して1つの撮像素子104で撮像する。つまり、レンズ102の前で完全に2つの光路は合成され、1つのレンズしか通らない。このため、レンズの特性が温度でずれたり、レンズの位置がずれたり、あるいはセンサの位置がずれたりしようが、両方の画像が同じようにずれるだけなので、完全に影響をキャンセルすることができる。これにより、非常に耐環境性のあるステレオカメラを実現できる。また、レンズとセンサが1つで済むため、安価である。更に、撮像素子とレンズとの位置関係がずれた場合にも、左右の画像が同じようにずれるため原理的に影響をキャンセルすることができる。図1のフィルタ103は、画素ごとに偏光子を有するフィルタである。ただし、図1の構成においては、左右の光路において、光路長差が生じており、例えば2の視差におけるピクセルマッチング処理で生じた光路長差を補填する処理が必要となるため現実的ではない。
図8はステレオカメラの実施例3の構成を示す概略図である。図8に示すステレオカメラ200は、偏光選択型のクロスプリズム205の上と下でセンサユニットを設けている。例えば、撮像素子214がカラー、撮像素子202がモノクロとする。あるいは、撮像素子214を高解像度なモノクロ、撮像素子202を低解像度なカラーとする。一般に色情報は輝度情報、また距離情報よりも高い空間分解能は必要ないことを前提と考えると、高い測距性能を確保できる高感度高解像度なモノクロセンサと、モノクロよりも感度で劣るカラーセンサは低解像度というセットで使う。これにより、明るい場面から暗い場面まで高い測距性能と、色情報を同時に得ることができる。また、この場合も光軸が左右で一致するため、キャリブレーションが容易である。
図9はステレオカメラの実施例4の構成を示す概略図である。図9に示すステレオカメラ200は、雨滴検出機能を持たせたものである。LED赤外光の光源220をウインドシールド221に投光し、センサ上面に付加した投光波長の光のみを通過させるフィルタ223を通じて、その反射光を見ることでウインドシールド221に付着した雨滴を検出することが可能である。そして、フロントガラスの全面が検出エリアとして利用できるため、より高感度な雨滴検出が可能となる。光源220からのLED赤外光をウインドシールド221に投光し、センサ上面に付加した投光波長の光のみを通過させるフィルタ223を通じて、その反射光を見ることでウインドシールド221に付着した雨滴を検出することが可能である。精度を向上させるためには、検出面積が大きいことが重要であるが、図9の上部を使うことで、ステレオカメラと干渉せずに画面全面に対して検出を行うことができる。また、検出としては、画面全面における反射光の光量の和を見ればよいので、必ずしも検出に撮像素子を用いる必要はなく、かつ雨滴検出用のレンズの解像度も必要ない。このため、1つのPD222と簡単なレンズ(例えば単レンズ)224などを用いる構成でも問題ない。
クロスプリズム205とプリズム208、209との間は接着剤で固定しても良い。左右の画像の光線を合わせるために、プリズムの角度を調整する必要がある場合には、クロスプリズム205とプリズム208、209の間に若干隙間ができる場合がある。その場合には、図10のようにクロスプリズム205とプリズム208、209との間を保持する保持部材230で固定するのが良い。保持部材230が金属の場合には、その金属はプリズム208、209を主に構成するガラスに比べて熱膨張率が非常に大きい。このため、なるべく金属の保持部材230が短くて済むように、図10のように隙間を埋めるだけのできるだけ小さい方が良い。また、可能であれば保持部材230に関しても同様に熱膨張率が小さいガラスで構成すると、温度特性に対する耐環境性が良くなる。
図11はステレオカメラの実施例5の構成を示す概略図である。本実施例は、実施例1〜4で用いていた、偏光選択型のクロスプリズムや偏光選択型の偏光板を用いずに、偏光ビームスプリッタ(偏光ビームスプリッタ)膜とミラー面(反射面)を用いている。そして、実施例1における左右の光路において、光路長差が生じているという課題を解決できる構成である。本実施例の構成では、左右の光路長は略同一となっている。このため、通常のステレオカメラと同じく、単に視差演算の最に横方向のピクセルのみを探索することで視差を得ることができる。また、この構成では、クロスプリズムを用いる場合と異なり、それぞれ一枚の偏光ビームスプリッタとミラーとを用いるため、画面中央の欠陥部(隙間)は存在せず、後述の隙間を埋める処理は必要なくなる。一方の光Rはミラー面(反射面)233により反射され、更に光RのP偏光の光は偏光ビームスプリッタ膜231で反射される。他方の光Lはミラー面232、234によりそれぞれ反射され、光LのS偏光の光は偏光ビームスプリッタ膜231を透過する。そして、P偏光とS偏光の光が合波され、撮像レンズ204に入射されて撮像素子202に結像する。光L、Rとは互いに同じ光路長差を有する。ここで、偏光ビームスプリッタ膜231としては、多層膜を使ったものでもよく、ワイヤグリッド偏光子を用いたものでもよいが、広範囲な入射角および入射波長に対して、安定した性能を持つワイヤグリッド偏光子を用いることが望ましい。
図19は本発明の視差画像撮像装置に係る実施形態のカメラの構成を示す概略図である。上記特許文献1のように、レンズの瞳部分の異なる位置に2つ以上の偏光子を配置し、偏光方向に応じた視差を得る方法があるが、この方法にも本発明の構成を適用できる。同図において、被写体をイメージセンサ等の撮像素子251上の領域分割フィルタ252に結像するレンズ253において、レンズ絞り254の位置やその近辺にそれぞれ直交する方向の離れた偏光フィルタ255が存在する。これにより、偏光方向が異なる2つの視差を持った画像が撮像素子251上に結像される。撮像素子251上ではこれまでの実施例と同じく、領域分割された偏光子がピクセル毎に並んだ領域分割フィルタ252が設けられ、2つの画像を分離し、視差をもった2つの画像を得ることができる。このように、レンズ253の入射側の瞳部分に設けられている偏光フィルタ255と被写体側との間に、図19のような1/2波長板256、あるいは1/4波長板又は光弾性係数が大きくランダムに複屈折があるような材料を用いる。これにより、被写体の偏光による左右の画像の差をなくし、測距精度を上げることができる。
この構成ではレンズに入射する光線を一致させるために利用するマーカーとして、図20に示すように光路上のクロスプリズム205やプリズム208、209に何等かのアライメントマーカー260を入れておくと良い。このアライメントマーカー260は例えば何らかのシールのようなものでも良いし、色を塗っても良いが、センサ上に結像していた方が望ましいため、曲率を持ったマーカーとすることが望ましい。このアライメントマーカー260を用いることで、製造時のキャリブレーションが容易になるほかに、使用中何らかの環境変化や衝撃などにより左右の位置関係がずれた場合に検出を行い、誤ってブレーキをかけるなどの重大アクシデントを防止することができる。
図21は偏光選択型のクロスプリズムの構成の一例を示す概略斜視図である。図22は偏光選択型のクロスプリズムの構成を示す概略平面図である。図21に示すように、クロスプリズム10は、三角柱プリズム1、2、3、4の頂角14、24、34、44どうしを突き合せて配置し、対向する三角柱プリズム1、2、3、4どうしを貼り合わせて接着固定されている。そして、対向する三角柱プリズム1、2、3、4の間には、上述したワイヤグリッド構造の偏光板が挟まれている。このように三角柱プリズムを設けることによって偏光板の平板収差を少なくすることができる。
図23に示すように、三角柱プリズム4の側面41から入射した光は偏光方向に応じて光路が+Y方向、−Y方向それぞれに分岐される。三角柱プリズム4の側面41に入射する光の光路I1では、Y軸方向の偏光方向のP偏光成分の光は偏光板7の偏光子層72で反射され、偏光板8の偏光子層82で透過して−Y方向に進む。一方、三角柱プリズム4の側面41に入射する光の光路I1では、Z軸方向の偏光方向のS偏光成分の光は、偏光板7の偏光子層72を透過し、偏光板6の偏光子層62で反射され+Y方向に進む。三角柱プリズム4の側面41に入射する光路I2では、S偏光成分の光は偏光板8の偏光子層82で反射され、偏光板7の偏光子層72を透過して+Y方向に進む。一方、三角柱プリズム4の側面41に入射する光路I2ではP偏光成分の光は偏光板8の偏光子層82を透過し、偏光板5の偏光子層52で反射され−Y方向に進む。
偏光板5、6、7、8の偏光子層52、62、72、82は、図25に示すような、ワイヤグリッド構造で形成された偏光子膜を有し、その面は凹凸面である。ワイヤグリッド構造は、アルミニウム等の金属で構成された特定方向に延びる金属ワイヤー(導電体線)を特定のピッチで配列した構造になっている。図25に示す偏光子膜では、溝方向の偏光方向の光が入射したときは反射し、溝と直交する方向の偏光方向の光が入射したときは透過する。ワイヤグリッド構造のワイヤーピッチを、入射光の波長帯(例えば、可視光の波長400[nm]から800[nm])に比べて十分に小さいピッチ(例えば1/2以下)とすることにより、以下の効果を奏する。すなわち、金属ワイヤーの長手方向に対して平行に振動する電場ベクトル成分の光をほとんど反射し、金属ワイヤーの長手方向に対して直交する方向に振動する電場ベクトル成分の光をほとんど透過させるため、単一偏光を作り出す偏光子層として使用できる。ワイヤグリッド構造の偏光子層は、一般に、金属ワイヤーの断面積が増加すると、消光比が増加し、更に周期幅に対する所定の幅以上の金属ワイヤーでは透過率が減少する。また、金属ワイヤーの長手方向に直交する断面形状がテーパー形状であると、広い帯域において透過率、偏光度の波長分散性が少なく、高消光比特性を示す。
クロスプリズムは上述の構成に限定されるものでなく、図29のような変形例1の構成であってもよい。図21及び図22のクロスプリズムの構成との違いは三角柱プリズム3を除いたことである。三角柱プリズム1と三角柱プリズム2からなる光路及び、三角柱プリズム1と三角柱プリズム4とからなる光路のみを光学系として使用して、三角柱プリズム3を経由する光路を使用しない場合は三角柱プリズム3を除いても構わない。
図30はクロスプリズムの変形例2の構成を示す概略平面図である。変形例2のクロスプリズムは、クロスプリズム10の三角柱プリズム2の側面21と、クロスプリズム10の三角柱プリズム4の側面41に接着剤99からなる接着層9を介して、それぞれ三角柱プリズム311と三角柱プリズム312を接合してなる。三角柱プリズム311は、三つの側面321、322、323を形成し、側面321、322が略直角に交わる頂角324を有し、略直角二等辺三角柱に形成されている。三角柱プリズム312は、三つの側面331、332、333を形成し、側面331、333が略直角に交わる頂角334を有し、略直角二等辺三角柱に形成されている。
図31に示すように、三角柱プリズム312の側面333に入射した光は偏光方向に応じて光路が+Y方向、−Y方向それぞれに分岐される。三角柱プリズム312の側面333に入射する光の光路I1では、P偏光成分の光は反射面332で反射され、光路を90度偏光され、偏光板7の偏光子層72で反射され、−Y方向に進む。一方、三角柱プリズム312の側面333に入射する光の光路I1では、S偏光成分の光は反射面332で反射され、光路を90度偏光され、偏光板7の偏光子層72を透過し、偏光板6の偏光子層62で反射され+Y方向に進む。三角柱プリズム312の側面333に入射する光の光路I2では、S偏光成分の光は反射面332で反射され、光路を90度偏光され、偏光板8の偏光子層82で反射され、+Y方向に進む。一方、三角柱プリズム312の側面333に入射する光の光路I2では、P偏光成分の光は反射面312で反射され、光路を90度偏光され、偏光板8の偏光子層82を透過し、偏光板5の偏光子層52で反射され−Y方向に進む。
クロスプリズムは上述の構成に限定されるものでなく、図33の変形例3のような構成であってもよい。図31のクロスプリズムの構成との違いは、三角柱プリズム12を接合するのではなく、三角柱プリズム4に三角柱プリズム12の機能を融合させた4辺プリズムを用いる点である。また、三角柱プリズム11を接合するのではなく、三角柱プリズム2に三角柱プリズム11の機能を融合させた4辺プリズムを用いた点である。4辺プリズム410の側面415と、4辺プリズム420の側面425は、三角柱プリズム1の側面11と平行となるように形成されてなる。接合する工程が省けるとともに、接合によるズレが抑制できるため、光路としての変化が抑制できる。結果、低コスト化が図れる。
図36は光学フィルタと撮像素子の位置関係の対応を例示する図である。図37は図36の断面図である。光学フィルタ400において、フィルタ基板401は、撮像レンズを介して光学フィルタ402に入射する入射光を透過する透明な基板である。フィルタ基板401の撮像素子500側の面には、偏光フィルタ層402が形成されている。偏光フィルタ層402を覆うように、更に充填層403が形成されている。光学フィルタ400に入射した光のうち、偏光フィルタ層402を透過した光は、撮像素子500の画素領域に入射する。偏光フィルタ層402には撮像素子500の画素サイズに対応した偏光子が領域分割形成されている。偏光子としてはS偏光成分透過領域とP偏光成分透過領域が形成されている。図38においてはS偏光成分透過領域とP偏光成分透過領域が短冊状のパタンであってもよい。ここでは撮像素子としてはモノクロのセンサを想定しているが、これに限定されるものでなく、カラーセンサであってもよい。偏光フィルタ層402が形成されている領域ではP偏光成分、S偏光成分の各領域の画像が撮影されるが、これらは後述するとおり差分画像を形成することにより視差画像として各種情報検知に使われる。
図38はモノクロセンサにおける画像処理装置の構成を示すブロック図である。図38(a)は全体構成、図38(b)は視差計算処理部の構成を示す。図39はRCCC/カラーセンサにおける画像処理装置の構成を示すブロック図である。図39(a)は全体構成、図39(b)は視差計算処理部の構成を示す。図38において、イメージセンサからの画像が偏光分離処理部701に入力され、偏光分離処理部701によって偏光画像1及び偏光画像2に分離される。図40に示すように偏光分離処理部701では、入力画像全体からピクセル単位で、S偏光成分のピクセルを取り出してS画像を形成する。これが偏光画像1である。一方、入力画像全体からP偏光成分のピクセルを取り出してP画像を形成する。これが偏光画像2である。
カラーフィルタがある撮像素子と、S偏光/P偏光の偏光フィルタを使う場合であれば、P偏光の画素のみを取り出し、その画素の単純平均や人間の見た目の輝度に変換するため以下の式の重みづけ平均を演算することで、輝度値を算出する。カラーフィルタは図43(a)に示す配列、偏光フィルタは図43(b)に示す配列となっている場合、輝度は以下の式で求められる。
Y(輝度信号)=R11+G21+B22
または、より輝度値を人間の見た目の輝度と合わせる場合には以下の式が用いられる。
Y(輝度信号)=0.299*R11+0.587*G21+0.114*B22
Cr=0.500*R11−0.419*G21−0.081*B22
Cb=−0.169*R11−0.332*G21+0.500*B22
(CrとCbは色差信号)
S=Sin-cc*Pin ・・・(1)
P=Pin-cc*Sin ・・・(2)
Scrosstalkcancel=S*(1+cc)/(1-cc^2) ・・・(3)
Pcrosstalkcancel=P*(1+cc)/(1-cc^2) ・・・(4)
但し、cc : クロストーク除去係数、
Sin,Pin : 入力信号、
Scrosstalkcancel, Pcrosstalkcancel : クロストークが除去されたS,P成分信号である。
クロストーク量は画面上の場所により異なる場合があるため、画面上の場所に応じてccの量のテーブルを持っていることが望ましい。
上記の式の根拠を以下に開設する。
各画素には、クロストークにより以下のような信号が入ってくる。
Sin=(1-c)*Sori+c*Pori ・・・(5)
Pin=(1-c)*Pori+c*Sori ・・・(6)
但し、c:クロストーク量、Sin,Pin:クロストークがない真の入力信号、(5)式を(1)式に代入すると、
S=(1-c)*Sori+c*Pori-cc*Pin ・・・(7)
さらに、(6)式を(7)式に代入すると、
S=(1-c)*Sori+c*Pori-cc*((1-c)*Pori+c*Sori)
=(1-c)*Sori+c*Pori-cc*Pori+cc*c*Pori-cc*c*Sori
=(1-c-cc*c)*Sori+(c-cc+cc*c)*Pori
ここで、c=cc/(1+cc)とすると、
S=(1-cc/(1+cc)-cc^2/(1+cc))*Sori
=(1-cc^2)/(1+cc)*Sori
逆に、Soriを解くと、(3)式 Sori=S*(1+cc)/(1-cc^2)が得られる。
高い測距性能を出すためには、レンズの歪みを補正する処理が必要であり、そのレンズの歪みを補正するのが座標変換処理である。歪み補正量のパラメータはレンズの設計値でも良いし、一台一台パラメータのキャリブレーションを行っても良い。
ブロックマッチング処理について、以下のように様々な方法があるが、本発明の方式では左右の画像に対象物の反射光自体の偏光比に基づく輝度差が入るため、ブロック内で正規化を行う方法が望ましい。これにより、その反射光自体の偏光比に基づく輝度差の分をキャンセルし、模様だけを視差計算に用いることが可能である。具体的には以下の方法の内、頭にZの付く、ZSAD,ZSSD,ZNCCなどの手法を用いることが望ましい。
SADは、輝度値をそのまま減算することにより、画像間のマッチングを行う手法である。このSADは計算量が少なくて済む。
SSDは、SADと同じように、輝度値をそのまま減算することにより、画像間のマッチングを行う手法である。ただし、SADと異なり二乗を誤差量とする。
SADの式から各ブロックの平均値を引いたものである。
SSDの式から各ブロックの平均値を引いたものである。
正規化相互相関で、明るさやコントラストに影響されにくいという特徴を持つ。
NCCから各ブロックの平均値を引いたものである。
高精度な視差演算を行うために、図47に示す等角直線フィッティング及びパラボラフィッティングによって、1ピクセル以下のマッチングを行うサブピクセル推定処理を行う。
マッチングした領域の差分を取り出す方法としては、視差計算によりブロックマッチングした後に、マッチしたブロック同士でS偏光成分とP偏光成分の比(差)を計算する。この方法ではマッチングがうまくいっている場合には、良好な結果が得られるが、S偏光成分とP偏光成分が大きくずれているところだと、そもそもマッチングが失敗して取れない虞がある。これに対して、マッチングしなかった部分を取り出す方法としては、視差計算で全くマッチングしなかった画素部分に関してエラーを出力するという方法がある。つまり、視差計算探索範囲を超えているか、P偏光成分とS偏光成分との比が大きくずれている部分が検出される。P偏光成分とS偏光成分の差が大きければ大きいほど検出されるため、この方法はブロックマジックが失敗する場合に有効である。上記の方法により取り出した偏光情報は、路端(路面)検出や、路面上の凍結部分検出に使うことができる。
(態様1)
被写体からの2つの画像が画像重畳手段を介して撮像手段に到達するように、被写体からの2つの画像のうち、少なくとも一方の画像の偏光面を変更する偏光面変更手段を備えた。これによれば、上記実施形態について説明したように、被写体からの2つの画像の異なる偏光面の入射強度は、被写体について異なっている。この2つの画像は、画像重畳手段によって、互いに直交する偏光方向が1つの画像に重畳され、撮像手段に受光させなければ、撮像手段によって2つの視差を有する画像は取得できない。被写体からの画像が、例えばS波のみであった場合には、画像重畳手段によって、S波の画像を一方の画像、P波の画像は他方の画像で重畳され、一方の画像しか画像重畳手段を介して撮像手段に到達できない。そのため、偏光面変更手段によって2つの画像のうち、少なくとも一方の画像の偏光面を変更することにより、被写体から見た偏光方向の同じ2つの画像が、直交する方向の偏光方向に変換され、画像重畳手段を介して撮像手段に到達させる。これにより、被写体から見たときに偏光方向が互いに同じ2つの画像が、異なる方向の偏光方向で撮像手段に受光され、視差を有する2つの画像を取得することができる。この結果、左右の画像共に、同じ偏光方向の被写体を見ていることにより、測距演算を行った際のマッチング処理で、対応する画素を検索したときのマッチング処理結果の誤差を抑制し、マッチング処理の精度を向上させることができる。よって、被写体に偏光特性があったとしても、被写体からの偏光方向が互いに同じ2つの画像を取得でき、測距演算の精度を向上させることができる。
(態様2)
(態様1)において、偏光面変更手段が、2つの画像のいずれかの画像の偏光面を変更する1/2波長板を含んで構成されている。これによれば、上記実施形態について説明したように、左右の被写体からの同じ偏光方向の画像を得ることができる。
(態様3)
(態様1)において、偏光面変更手段が、2つの画像の少なくとも一方の画像の偏光面を変更する1/4波長板を含んで構成されている。これによれば、上記実施形態について説明したように、両眼とも円偏光を撮影していることとなり、偏光方向に依存しない画像を撮影することになる。
(態様4)
(態様1)において、偏光面変更手段が、2つの画像の少なくとも一方の画像の偏光状態をランダムに変更させる媒質を含む構造体である。これによれば、上記実施形態について説明したように、入射してくる光の偏光をランダムにし、両眼とも偏光方向に依存しない画像を撮影することができる。
(態様5)
(態様1)において、撮像手段によって撮像した画像から、偏光方向ごとに画像を分離することにより、視差をもった2つの画像を形成し、形成した2つの画像間の視差により被写体までの距離を算出する距離算出手段を有する。これによれば、上記実施形態について説明したように、温度による光学部材の歪みや撮像手段の取付位置変化が被写体までの距離算出に与える影響は少ない。
(態様6)
(態様1)〜(態様5)において、視差を有する2つの画像を1つの光路に重ね合わせる偏光合波手段を設け、2つの画像の光路における光路長を互いに略同じにする。これによれば、上記実施形態について説明したように、通常のカメラと同じく、単に視差演算の最に横方向のピクセルのみを探索することで視差を得ることができる。
(態様7)
(態様1)において、光学部材は、ズーム機能を有する。これによれば、上記実施形態について説明したように、両眼の画像に全く同じ変化が反映される。これにより、右眼用と左眼用の2つの異なる光学特性を持つことによって生じる光軸や画像サイズ、フォーカスずれを抑制することが可能で自然な立体画像を取得することができる。
(態様8)
(態様1)〜(態様7)のいずれかにおいて、光学部材は車両の車内に設置し、偏光方向変更手段は車両の車外に設置する。これによれば、上記実施形態について説明したように、車両のフロントガラスの歪みや厚みムラ、曲率などが左右の対応する部分で異なり、左右の画像のマッチングが取れなくなる場合がある。これをキャンセルするためには、車内に撮像素子、またレンズ部のみを設置し、ガラスよりも外側にクロスプリズムを設置すると良い。これにより、左右の画像共に同じフロントガラスの部分を通ることになり、同じようにフロントガラスの影響を受けるため、左右の画像はフロントガラスの具合によらず常にマッチングが可能となる。
(態様9)
(態様6)において、偏光合波手段は、被写体からの画像が最初の反射面から次の反射面までに媒質で充填されている。これによれば、上記実施形態について説明したように、距離が長い被写体に近いミラー面から次のミラー面までが高屈折率の媒質で充填されていることにより小型化が図れる。
(態様10)
(態様1)において、偏光方向変更手段によって互いの偏光方向が揃った2つの画像を取得する視差画像取得手段を備え、該視差画像取得手段は、光学部材の瞳面、または該瞳面の周辺に2つの偏光子を含んだ面を有している。これによれば、上記実施形態について説明したように、撮像素子上では領域分割された偏光子がピクセル毎に並んだ領域分割フィルタ252が設けられ、2つの画像を分離し、視差をもった2つの画像を得ることができる。
(態様11)
(態様10)において、視差画像取得手段は、偏光ビームスプリッタ及びミラーを含んで構成されている。これによれば、上記実施形態1について説明したように、簡易な構成で、左右の光路長は略同一とすることができ、通常のカメラと同様に視差を得ることができる。
(態様12)
(態様10)において、視差画像取得手段は、ハーフミラー及び偏光子を含んで構成されている。これによれば、上記実施形態について説明したように、簡易な構成で、左右の光路長は略同一とすることができ、通常のカメラと同様に視差を得ることができる。
(態様13)
(態様11)において、視差画像取得手段は、偏光子を含んで構成されている。これによれば、上記実施形態について説明したように、クロストークを低減することができる。
(態様14)
(態様11)において、偏光ビームスプリッタの光学面又はミラーの反射面が光学部材の画角中央の光線とのなす角度が45度より大きく設定されるように、偏光ビームスプリッタ又は前記ミラーを設置している。これによれば、上記実施形態について説明したように、偏光ビームスプリッタ膜231又はミラー面232、233、234が設置されているプリズムの大きさを小さくすることができる。
(態様15)
(態様12)において、ハーフミラーの光学面又は偏光子の反射面が光学部材の画角中央の光線とのなす角度が45度より大きく設定されるように、ハーフミラー又は偏光子を設置している。これによれば、上記実施形態について説明したように、画角中央の光線との、ハーフミラー及びミラー面のなす角度を45度より大きく設定することで、プリズムの大きさを小さくすることができる。
(態様16)
(態様10)〜(態様15)のいずれかにおいて、視差画像取得手段と光学部材との間に、光学部材に入射する光線の量を規制する光学絞りを配置する。これによれば、上記実施形態について説明したように、偏光ビームスプリッタ膜231又はミラー面232、233、234が設置されているプリズムに入射するとき既に画角に応じて光線が広がりを有している。このため、光線の広がりに応じてプリズムの大きさを設定する必要があるが、光学絞り235をプリズム側寄りに設置することでプリズムが大きくなることを抑制できる。
(態様17)
(態様11)において、偏光ビームスプリッタは、ワイヤグリッド構造の偏光子膜が形成された面を有する偏光板を備えている。これによれば、上記実施形態1について説明したように、広く知られた半導体製造プロセスを利用して形成できる。耐熱性に優れ、高温になりやすい環境下においても好適に使用できる。
(態様18)
(態様6)において、偏光合波手段は、クロスプリズムを含んで構成されている。これによれば、上記実施形態について説明したように、偏光選択型のクロスプリズムを用いて偏光方向が異なる視差画像を取り込む。よって、耐環境性に富み、かつ低コスト化が図れる。
(態様19)
(態様1)〜(態様18)のいずれかにおいて、視差をもった2つの画像間のクロストークを除去するクロストーク除去手段を有する。これによれば、上記実施形態について説明したように、クロストークのない真の偏光成分の画像を得ることができる。
(態様20)
(態様19)において、クロストーク除去手段は、画面上の位置によってクロストークをキャンセルする量を変化させる。これによれば、上記実施形態について説明したように、クロストークのない真の偏光成分の画像を得ることができる。
(態様21)
(態様18)において、クロスプリズムは、ワイヤグリッド構造の偏光子膜が形成された面を有する偏光板を備えている。これによれば、上記実施形態1について説明したように、偏光選択型のクロスプリズムを用いて偏光方向が異なる視差画像を取り込む。よって、耐環境性に富み、かつ低コスト化が図れる。
(態様22)
(態様18)において、クロスプリズムにおける対向する側面に三角柱プリズム又は四辺柱プリズム又はミラーを設ける。これによれば、上記実施形態について説明したように、三角柱プリズム又は四辺柱プリズムによって小型でかつ広範囲の視野を確保することができる。ミラーの場合は安価に構成することができる。
(態様23)
(態様1)〜(態様22)のいずれかにおいて、被写体から撮像手段までの間に赤外線カットフィルタを設ける。これによれば、上記実施形態について説明したように、左右の画像間のクロストークを低減することができる。
(態様24)
(態様1)〜(態様22)のいずれかにおいて、被写体から撮像手段までの間に減光フィルタを設ける。これによれば、上記実施形態について説明したように、偏光ビームスプリッタ膜に伴う左右の画像の透過光量を調整することにより、左右の画像間のクロストークを低減することができる。
(態様25)
(態様1)〜(態様24)のいずれかにおいて、光学部材の光学面において撮像手段の撮像面に結像する光が入射する範囲にアライメントマーカーを設ける。これによれば、上記実施形態について説明したように、製造時、使用中何らかの環境変化や経時変化のときにも簡単にキャリブレーションを行うことができる。
(態様26)
(態様25)において、アライメントマーカーは、曲率を有する面を備える透明部材であり、曲率を有する面によって焦点を撮像手段の撮像面上に結ぶ。これによれば、上記実施形態について説明したように、本来の測距に影響することなく、キャリブレーションを行うことができる。
(態様27)
(態様1)〜(態様26)のいずれかにおいて、撮像手段とは視差を有する2つの画像を重ね合わせる手段を挟んで対峙するように、別の撮像手段を設ける。これによれば、上記実施形態1について説明したように、単体として多様な使用が可能となり、トータルとして低コスト化が図れる。
(態様28)
(態様27)において、移動体のウインドシールド上に特定波長の光を投光する光投光手段と、撮像手段とは視差を有する2つの画像を重ね合わせる手段を挟んで対峙するように設けられた光検出手段と、光検出手段に特定波長の光のみを透過させるフィルタとを有し、ウインドシールドからの反射光の光量に基づきウインドシールドに付着する雨滴を検出する。これによれば、上記実施形態について説明したように、偏光を利用して雨滴センサ機能を付加することができる。
(態様29)
(態様1)〜(態様28)のいずれかにおいて、視差をもった2つの画像の内の少なくとも一つに対して、座標変換処理を行う座標変換手段を有する。これによれば、上記実施形態について説明したように、光学系の歪みを補正して距離測定の高い性能とすることができる。
(態様30)
(態様1)〜(態様29)のいずれかにおいて、視差をもった2つの画像のブロックマッチング演算の中に、ブロック内の平均値を減算する距離算出手段を有する。これによれば、上記実施形態について説明したように、左右の画像における偏光による差の分をオフセットすることでキャンセルできる。
(態様31)
(態様1)において、撮像手段は、画素ごとに異なる方向の偏光子を有する。これによれば、上記実施形態について説明したように、異なる偏光方向の画素を取り出して左右の画像を構成できることで、左右の画像を分離することができる。
(態様32)
(態様31)において、撮像手段によって撮像化した画素の偏光状態を補間する偏光状態補間処理手段を有する。これによれば、上記実施形態について説明したように、出力画像としては、全ピクセルに対して、対応するS画素とP画素を有する画像を出力することができる。
101 偏光重畳モジュール
101−1 偏光ビームスプリッタ
101−2 偏光フィルタ
101−3 ミラー
102 レンズ
103 フィルタ
104 撮像素子
111 被写体
112 プリズム
113 レンズ
114 撮像素子
200 ステレオカメラ
201 基板
202 撮像素子
203 光学フィルタ
204 撮像レンズ
205 クロスプリズム
206 側面
207 側面
208 プリズム
209 プリズム
210 側面
211 ミラー
212 ミラー
231 偏光ビームスプリッタ膜
232 ミラー面
233 ミラー面
234 ミラー面
235 光学絞り
241 偏光子
242 1/2波長板
243 1/4波長板
244 ハーフミラー
245 赤外線カットフィルタ
251 撮像素子
255 領域分割フィルタ
253 レンズ
254 レンズ絞り
255 偏光フィルタ
256 1/2波長板
257 レンズ
301 ステレオカメラ
302 信号処理装置
Claims (32)
- 被写体からの2つの画像の偏光方向が互いに直交するように重畳する画像重畳手段と、該画像重畳手段によって重畳され異なる偏光方向の2つの画像を受光する撮像手段と、該撮像手段に結像させる光学部材とを備え、被写体からの視差を有する2つの画像を撮像する視差画像撮像装置において、
被写体からの2つの画像が前記画像重畳手段を介して前記撮像手段に到達するように、被写体からの2つの画像のうち、少なくとも一方の画像の偏光面を変更する偏光面変更手段を備えたことを特徴とする視差画像撮像装置。 - 請求項1記載の視差画像撮像装置において、
前記偏光面変更手段が、2つの画像のいずれかの画像の偏光面を偏光する1/2波長板を含んで構成されていることを特徴とする視差画像撮像装置。 - 請求項1記載の視差画像撮像装置において、
前記偏光面変更手段が、2つの画像の少なくとも一方の画像の偏光面を変更する1/4波長板を含んで構成されていることを特徴とする視差画像撮像装置。 - 請求項1記載の視差画像撮像装置において、
前記偏光面変更手段が、2つの画像の少なくとも一方の画像の偏光状態をランダムに変更させる媒質を含む構造体であることを特徴とする視差画像撮像装置。 - 請求項1記載の視差画像撮像装置において、
前記撮像手段によって撮像した画像から、偏光方向ごとに画像を分離することにより、視差をもった2つの画像を形成し、形成した2つの画像間の視差により被写体までの距離を算出する距離算出手段を有することを特徴とする視差画像撮像装置。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の視差画像撮像装置において、
視差を有する2つの画像を1つの光路に重ね合わせる偏光合波手段を設け、2つの画像の光路における光路長を互いに略同じにすることを特徴とする視差画像撮像装置。 - 請求項1記載の視差画像撮像装置において、
前記光学部材は、ズーム機能を有することを特徴とする視差画像撮像装置。 - 請求項1〜7のいずれかに記載の視差画像撮像装置において、
前記光学部材は車両の車内に設置し、前記偏光方向変更手段は車両の車外に設置することを特徴とする視差画像撮像装置。 - 請求項6記載の視差画像撮像装置において、
前記偏光合波手段は、被写体からの画像が最初の反射面から次の反射面までに媒質で充填されていることを特徴とする視差画像撮像装置。 - 請求項1記載の視差画像撮像装置において、
前記偏光方向変更手段によって互いの偏光方向が揃った2つの画像を取得する視差画像取得手段を備え、該視差画像取得手段は、前記光学部材の瞳面、または該瞳面の周辺に2つの偏光子を含んだ面を有していることを特徴とする視差画像撮像装置。 - 請求項10記載の視差画像撮像装置において、
前記視差画像取得手段は、偏光ビームスプリッタ及びミラーを含んで構成されていることを特徴とする視差画像撮像装置。 - 請求項10記載の視差画像撮像装置において、
前記視差画像取得手段は、ハーフミラー及び偏光子を含んで構成されていることを特徴とする視差画像撮像装置。 - 請求項11記載の視差画像撮像装置において、
前記視差画像取得手段は、偏光子を含んで構成されていることを特徴とする視差画像撮像装置。 - 請求項11記載の視差画像撮像装置において、
前記偏光ビームスプリッタの光学面又は前記ミラーの反射面が前記光学部材の画角中央の光線とのなす角度が45度より大きく設定されるように、前記偏光ビームスプリッタ又は前記ミラーを設置していることを特徴とする視差画像撮像装置。 - 請求項12記載の視差画像撮像装置において、
前記ハーフミラーの光学面又は前記偏光子の反射面が前記光学部材の画角中央の光線とのなす角度が45度より大きく設定されるように、前記ハーフミラー又は前記偏光子を設置していることを特徴とする視差画像撮像装置。 - 請求項10〜15のいずれかに記載の視差画像撮像装置において、
前記視差画像取得手段と前記光学部材との間に、前記光学部材に入射する光線の量を規制する光学絞りを配置することを特徴とする視差画像撮像装置。 - 請求項11記載の視差画像撮像装置において、
前記偏光ビームスプリッタは、ワイヤグリッド構造の偏光子膜が形成された面を有する偏光板を備えていることを特徴とする視差画像撮像装置。 - 請求項6記載の視差画像撮像装置において、
前記偏光合波手段は、クロスプリズムを含んで構成されていることを特徴とする視差画像撮像装置。 - 請求項1〜18のいずれかに記載の視差画像撮像装置において、
前記視差をもった2つの画像間のクロストークを除去するクロストーク除去手段を有することを特徴とする視差画像撮像装置。 - 請求項19記載の視差画像撮像装置において、
前記クロストーク除去手段は、画面上の位置によってクロストークをキャンセルする量を変化させることを特徴する視差画像撮像装置。 - 請求項18記載の視差画像撮像装置において、
前記クロスプリズムは、ワイヤグリッド構造の偏光子膜が形成された面を有する偏光板を備えていることを特徴とする視差画像撮像装置。 - 請求項18記載の視差画像撮像装置において、
前記クロスプリズムにおける対向する側面に三角柱プリズム又は四辺柱プリズム又はミラーを設けることを特徴とする視差画像撮像装置。 - 請求項1〜22のいずれかに記載の視差画像撮像装置において、
被写体から撮像手段までの間に赤外線カットフィルタを設けることを特徴とする視差画像撮像装置。 - 請求項1〜22のいずれかに記載の視差画像撮像装置において、
被写体から撮像手段までの間に減光フィルタを設けることを特徴とする視差画像撮像装置。 - 請求項1〜24のいずれかに記載の視差画像撮像装置において、
前記光学部材の光学面において前記撮像手段の撮像面に結像する光が入射する範囲にアライメントマーカーを設けることを特徴とする視差画像撮像装置。 - 請求項25記載の視差画像撮像装置において、
前記アライメントマーカーは、曲率を有する面を備える透明部材であり、前記曲率を有する面によって焦点を前記撮像手段の撮像面上に結ぶことを特徴とする視差画像撮像装置。 - 請求項1〜26のいずれかに記載の視差画像撮像装置において、
前記撮像手段とは前記視差を有する2つの画像を重ね合わせる手段を挟んで対峙するように、別の撮像手段を設けることを特徴とする視差画像撮像装置。 - 請求項27記載の視差画像撮像装置において、
移動体のウインドシールド上に特定波長の光を投光する光投光手段と、前記撮像手段とは前記視差を有する2つの画像を重ね合わせる手段を挟んで対峙するように設けられた光検出手段と、前記光検出手段に特定波長の光のみを透過させるフィルタとを有し、前記ウインドシールドからの反射光の光量に基づき前記ウインドシールドに付着する雨滴を検出することを特徴とする視差画像撮像装置。 - 請求項1〜28のいずれかに記載の視差画像撮像装置において、
前記視差をもった2つの画像の内の少なくとも一つに対して、座標変換処理を行う座標変換手段を有することを特徴とする視差画像撮像装置。 - 請求項1〜29のいずれかに記載の視差画像撮像装置において、
前記視差をもった2つの画像のブロックマッチング演算の中に、ブロック内の平均値を減算する距離算出手段を有することを特徴とする視差画像撮像装置。 - 請求項1記載の視差画像撮像装置において、
前記撮像手段は、画素ごとに異なる方向の偏光子を有することを特徴とする視差画像撮像装置。 - 請求項31記載の視差画像撮像装置において、
前記撮像手段によって撮像化した画素の偏光状態を補間する偏光状態補間処理手段を有することを特徴とする視差画像撮像装置。
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