JP2015042004A - Imaging apparatus, imaging system, and vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像装置、撮像システムおよび車両に関する。 The present invention relates to an imaging device, an imaging system, and a vehicle.
近年、車両前方における先行車両との車間距離を測定し、所定の車間距離を維持するための車間距離制御システム(ACC:Adaptive Cruise Control)および前方衝突警告システム(FCW:Forward Collision Warning)等の運転支援システムが開発されている。これらのシステムを実現するため先行車両との距離を測定する技術として、ステレオカメラが既に知られている。ステレオカメラは、被写体に対して視差を有する2つの撮影画像を解析することにより、被写体の位置情報を演算するものである。 In recent years, driving of an inter-vehicle distance control system (ACC: Adaptive Cruise Control) and a forward collision warning system (FCW) for measuring the inter-vehicle distance with a preceding vehicle in front of the vehicle and maintaining a predetermined inter-vehicle distance. A support system has been developed. A stereo camera is already known as a technique for measuring the distance from the preceding vehicle in order to realize these systems. The stereo camera calculates position information of a subject by analyzing two captured images having parallax with respect to the subject.
一般的に、ステレオカメラは、2つの撮像手段により撮像された画像から高精度に視差を演算する必要があるため、2つの入射部の位置関係を正確に計測し、光学系に起因する歪みを補正する処理が必須となる。この歪み補正においては、ステレオカメラの内部で座標変換処理をするが、2つの撮像手段で構成されるステレオカメラにおいては、それぞれの撮像手段で撮像された画像に対して高速に座標変換処理を行うためには2つの座標変換処理部を備えておく必要がある。このような、2つの撮像手段を備えるステレオカメラとして、遠距離用および近距離用のステレオ画像を同時に取得し、遠距離および近距離の被写体の三次元位置を精度良く検出するカメラが提案されている(特許文献1参照)。特許文献1に開示された技術は、2つの撮像手段のうち、一方の撮像手段で撮像されるS偏光成分の画像と、他方の撮像手段で撮像されるS偏光成分の画像から遠距離用のステレオ画像を形成し、前者の撮像手段で撮像されるP偏光成分の画像と、後者の撮像手段で撮像されるP偏光成分の画像から近距離用のステレオ画像を形成している。
In general, since a stereo camera needs to calculate parallax with high accuracy from images captured by two imaging means, it accurately measures the positional relationship between the two incident portions and eliminates distortion caused by the optical system. The correction process is essential. In this distortion correction, coordinate conversion processing is performed inside the stereo camera. However, in a stereo camera constituted by two imaging means, coordinate conversion processing is performed at high speed on images captured by the respective imaging means. For this purpose, it is necessary to provide two coordinate conversion processing units. As such a stereo camera having two image pickup means, a camera that simultaneously acquires long-distance and short-distance stereo images and accurately detects the three-dimensional positions of long-distance and short-distance subjects has been proposed. (See Patent Document 1). The technique disclosed in
特許文献1に記された技術においては、2つの撮像手段を備えていることによって、2つの撮像手段の位置関係および光学系の歪みを補正するために、それぞれの高速な補正演算のために2つの座標変換処理部を備えておく必要があるものと想定される。しかしながら、2つ座標変換処理部を備える場合、回路規模が大きくなり、コストが高くなるという問題点があった。
In the technique described in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回路規模の増大を抑制した撮像装置、撮像システムおよび車両を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide an imaging apparatus, an imaging system, and a vehicle that suppress an increase in circuit scale.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、被写体からの光をそれぞれ入射する2つの入射部と、前記2つの入射部のうち、一方の入射部に入射した第1入射光から第1光成分を抽出し、他方の入射部に入射した第2入射光から第2光成分を抽出し、前記第1光成分と前記第2光成分とを1つの経路に合成する光学系と、前記第1光成分を透過させる複数の第1透過領域と、前記第2光成分を透過させる複数の第2透過領域と、を有する領域分割部と、前記領域分割部を透過した前記第1光成分と前記第2光成分とを撮像して1つの入力画像を生成する撮像部と、前記入力画像に含まれ、かつ、前記第1光成分から生成された第1画像に対して補正するための第1補正データと、前記入力画像に含まれ、かつ、前記第2光成分から生成された第2画像に対して補正するための第2補正データとを切り替えて補正処理を実行し、出力画像を生成する補正処理部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention includes two incident portions that respectively receive light from a subject, and a first incident incident on one of the two incident portions. The first light component is extracted from the light, the second light component is extracted from the second incident light incident on the other incident portion, and the first light component and the second light component are combined into one path. A region dividing unit having a system, a plurality of first transmission regions that transmit the first light component, and a plurality of second transmission regions that transmit the second light component; An imaging unit that images the first light component and the second light component to generate one input image, and a first image that is included in the input image and generated from the first light component First correction data for correction, and the second light component included in the input image By switching between the second correction data for correcting the second image that has been al generates correction process is executed, characterized in that it comprises a correction processing unit for generating an output image.
本発明によれば、回路規模の増大を抑制することができる。 According to the present invention, an increase in circuit scale can be suppressed.
以下に、図面を参照しながら、本発明に係る撮像装置、撮像システムおよび車両の実施の形態を詳細に説明する。また、以下の実施の形態によって本発明が限定されるものではなく、以下の実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想到できるもの、実質的に同一のもの、およびいわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下の実施の形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換および変更を行うことができる。 Hereinafter, embodiments of an imaging device, an imaging system, and a vehicle according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the present invention is not limited by the following embodiments, and constituent elements in the following embodiments are easily conceivable by those skilled in the art, substantially the same, and so-called equivalent ranges. Is included. Furthermore, various omissions, substitutions, and changes of the components can be made without departing from the scope of the following embodiments.
(第1の実施の形態)
<ステレオカメラを備えた車両の構成>
図1は、ステレオカメラを備えた車両の外観の一例を示す図である。図1を参照しながら、ステレオカメラ10を備えた車両1の構成について説明する。
(First embodiment)
<Configuration of vehicle with stereo camera>
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an appearance of a vehicle including a stereo camera. A configuration of the
図1に示すように、車両1は、本体2内の居室空間である車室3において、ステレオカメラ10、ステアリングホイール12およびブレーキペダル13を備えている。さらに、車両1は、例えば、車室3における床下内部に車両制御装置11を備えている。
As shown in FIG. 1, the
ステレオカメラ10は、車両1の前方を撮像するカメラであり、例えば、車両1のフロントウィンドウ内側のバックミラー近傍に設置される。そして、ステレオカメラ10は、撮像した車両前方の画像を後述する処理を実行することによって、他車両、歩行者およびその他道路上の構造物等の立体物の位置情報を算出し、白線、信号機または標識等の認識処理等を実行し、その処理結果の情報を車両制御装置11に送信する。
The
車両制御装置11は、ステレオカメラ10から受信した処理結果の情報に基づいて、各種車両制御を実行する。車両制御装置11は、車両制御の例として、ステレオカメラ10から受信した前方車両の位置情報に基づいて、危険と判断した場合に、スピーカー等によってドライバへの音声による警告動作、または、表示手段を用いたドライバへの視覚的な警告動作等を実行する。また、車両制御装置11は、車両制御の例として、前方の障害物の位置情報に基づいて、ステアリングホイール12を含むステアリング系統を制御して障害物を回避するステアリング制御、または、ブレーキペダル13を制御して車両1を減速および停止させるブレーキ制御等を実行する。
The
このように、ステレオカメラ10および車両制御装置11を含む車両制御システムのように、前方車両等が接近した場合における警告動作、ステアリング制御またはブレーキ制御等の車両制御が実行されることによって、車両の運転の安全性を向上することができる。
As described above, the vehicle control system including the
なお、上述のように、ステレオカメラ10は、車両1の前方を撮像するものとしたが、これに限定されるものではない。すなわち、ステレオカメラ10は、車両1の後方または側方を撮像するように設置されるものとしてもよい。この場合、ステレオカメラ10は、車両1の後方の後続車、または側方を並進する他の車両等の位置を検出することができる。そして、車両制御装置11は、車両1の車線変更時または車線合流時等における危険を検知して、上述の車両制御を実行することができる。また、車両制御装置11は、車両1の駐車時等におけるバック動作において、ステレオカメラ10によって検出された車両1の後方の障害物の位置情報に基づいて、衝突の危険があると判断した場合に、上述の車両制御を実行することができる。
As described above, the
<ステレオカメラの構成>
図2は、第1の実施の形態に係るステレオカメラの構成の一例を示すブロック図である。図2を参照しながら、本実施の形態に係るステレオカメラ10の構成について説明する。
<Configuration of stereo camera>
FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the stereo camera according to the first embodiment. The configuration of the
図2に示すように、ステレオカメラ10は、画像入力部20と、処理部30とを備えている。画像入力部20は、ステレオカメラ10の前方からの光を入射して、光学系により入射した光を偏光させて撮像素子により撮像する。画像入力部20は、入射部21a、21bと、光学系22と、光学フィルタ23(領域分割部)と、撮像部24とを備えている。
As shown in FIG. 2, the
入射部21a、21bは、所定距離だけ離れて配置されており、ステレオカメラ10の前方から光を入射して、光を光学系22に導く機能を有する。なお、入射部21a、21bについて、区別なく称する場合、または、総称する場合は、単に「入射部21」というものとする。
The
光学系22は、2つの入射部(21a、21b)から入射した光を、それぞれS(Senkrecht)偏光成分とP(Parallel)偏光成分とに偏光させて、撮像部24に集光させる機能を有する。具体的には、光学系22は、入射部21aから入射した光をS偏光させ、入射部21bから入射した光をP偏光させ、それぞれ偏光された光を1つの経路に合成して撮像部24に集光させる。光学系22の構造の詳細については後述する。
The
光学フィルタ23は、入射部21から入射し、光学系22によって集光された光のうち、S偏光成分(第1光成分、第1偏光成分)のみを透過させる領域(以下、「S偏光透過領域」という)(第1透過領域)と、P偏光成分(第2光成分、第2偏光成分)のみを透過させる領域(以下、「P偏光透過領域」という)(第2透過領域)とが領域分割されたフィルタである。具体的には、光学フィルタ23は、後段側に密着配置する撮像部24の撮像素子の画素列ごとに対向して領域分割されており、画素列ごとにS偏光透過領域とP偏光透過領域とが交互に配置されている。光学フィルタ23の領域分割の態様については後述する。
The
なお、S偏光透過領域およびP偏光透過領域は、光学フィルタ23において、それぞれ撮像部24の撮像素子の画素列ごとに対向して領域分割されているものとしたが、これに限定されるものではない。例えば、光学フィルタ23は、撮像部24の撮像素子の隣接する2列以上の画素列ごとにS偏光透過領域およびP偏光透過領域が交互に配置される構成としてもよい。
The S-polarized light transmission region and the P-polarized light transmission region are divided in the
撮像部24は、入射部21から入射し、光学系22によって集光され、光学フィルタ23を透過した光を検出し、画像として撮像する。また、撮像部24は、光学フィルタ23のS偏光透過領域およびP偏光透過領域をそれぞれ透過した光を同時に検出して、1つの画像として撮像する。撮像部24の構成の詳細については後述する。
The
処理部30は、画像入力部20により撮像された画像に対して各種画像処理を行う部分である。処理部30は、FPGA(Field−Programmable Gate Array)31と、CPU(Central Processing Unit)32と、ROM(Read Only Memory)33と、RAM(Random Access Memory)34とを備えている。
The
FPGA31は、画像入力部20によって撮像された画像に対して、各種画像処理を実行するハードウェア回路である。FPGA31は、画像処理部41、座標変換処理部42(補正処理部)および距離演算部43の各動作機能を奏する。なお、画像入力部20によって撮像された画像に対して、各種画像処理を実行するものとしてFPGA31としているが、これに限定されるものではなく、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)またはDSP(Digital Signal Processor)によって実現するものとしてもよい。
The
画像処理部41は、画像入力部20により撮像された画像に対して、γ補正、輝度変換処理等の各種画像処理を実行する。
The
座標変換処理部42は、画像処理部41によって画像処理された画像を入力画像として入力し、この入力画像に対して歪み補正を実行して出力画像を生成し、出力画像からS偏光成分の画像とP偏光成分の画像とを分離して出力する。歪み補正は、光学系22により生じた歪みが反映された画像に対して、歪みを解消するための画像処理である。座標変換処理部42の構成の詳細は後述する。
The coordinate conversion processing unit 42 receives the image processed by the
距離演算部43は、座標変換処理部42により歪み補正が実行されて、S偏光成分の画像とP偏光成分の画像とに分離され出力された2つの出力画像から、2つの出力画像で被写体に対応する画素の検出処理(ステレオマッチング処理)を行って被写体に対する視差を算出し、三角測量の原理により被写体までの距離を演算する。なお、距離演算部43は、被写体までの距離だけではなく、座標変換処理部42により出力された画像における被写体の横方向および縦方向(高さ方向)の情報も算出してもよい。
The
CPU32は、被写体についての認識処理、カメラ制御および各種制御処理を実行するハードウェア装置である。CPU32は、制御部51および認識処理部52の各動作機能を実現する。
The
制御部51は、露光値、ゲイン値および撮像画像のサイズ等のカメラパラメータを撮像部24に対して指示するカメラ制御、ならびに、FPGA31内の各種処理についての処理用パラメータの設定等を実行する。また、制御部51は、車両制御装置11から車速情報、ステアリング角情報およびヨーレート情報等の車両情報を受信し、認識処理部52による認識処理に反映する。そして、制御部51は、認識処理部52による認識処理の結果情報に基づいて、車両1をどのように制御するかについての情報をもとめ、その情報を車両制御装置11に送信する。
The
認識処理部52は、距離演算部43により算出された被写体までの距離情報、被写体までの距離を算出するために使用され、座標変換処理部42により歪み補正が実行された出力画像、または画像処理部41により画像処理された画像等から、被写体についての認識処理を実行するハードウェア装置である。認識処理部52は、認識処理として、例えば、他の車両、歩行者、ポールまたは壁といった路上構造物等の立体物、白線、標識および信号機等を認識処理対象として処理する。また、認識処理部52は、認識処理として、例えば、路面の凹凸等の情報、または路面の傾きの情報等も計算する。
The recognition processing unit 52 is used to calculate the distance information to the subject calculated by the
ROM33は、CPU32に読み出されて実行されるプログラム、FPGA31の回路情報、および各種処理に用いられる処理パラメータ等が記憶されている不揮発性の記憶装置である。各種処理に用いられる処理パラメータとしては、γ変換処理のγ変換テーブル、歪み補正処理の補正量パラメータ、および距離算出処理の処理パラメータ等が含まれている。RAM34は、CPU32のワークエリアとして使用される揮発性の記憶装置である。
The
<画像入力部の構成>
図3は、画像入力部の構造の一例を示す図である。図4は、画像入力部におけるプリズムを入射側から見た図である。図5は、画像入力部における光学フィルタおよび撮像部の構造の例を示す図である。図6は、画像入力部における光学フィルタと撮像素子との位置関係の対応を例示した図である。図3〜6を参照しながら、画像入力部20の構造について説明する。
<Configuration of image input unit>
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the structure of the image input unit. FIG. 4 is a diagram of the prism in the image input unit viewed from the incident side. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the structure of the optical filter and the imaging unit in the image input unit. FIG. 6 is a diagram illustrating the correspondence of the positional relationship between the optical filter and the image sensor in the image input unit. The structure of the
図3に示すように、ステレオカメラ10は、筐体26内に画像入力部20を内蔵し、筐体26の側面に形成された入射部21a、21bから画像入力部20に光が入射する。光学系22は、クロスプリズム100と、三角柱プリズム110a、110bと、撮像レンズ114とを備えている。
As shown in FIG. 3, the
クロスプリズム100は、偏光選択型のプリズムである。クロスプリズム100の側面102aから入射する−Y方向からの光は、S偏光成分がクロスプリズム100内の偏光面101a(第1の面)により反射され、P偏光成分が偏光面101aを透過する。偏光面101aにより反射したS偏光成分は、撮像レンズ114が配置された側のクロスプリズム100の側面である出射面103から撮像レンズ114に向かって出射する。クロスプリズム100の側面102bから入射する+Y方向からの光は、P偏光成分がクロスプリズム100内の偏光面101aと交差する偏光面101b(第2の面)により反射され、S偏光成分が偏光面101bを透過する。偏光面101bにより反射したP偏光成分は、出射面103から撮像レンズ114に向かって出射する。
The
三角柱プリズム110aは、2つの直交する側面の一方の側面がクロスプリズム100の側面102aに密着して配置されている。入射部21aを経由し、上述の2つの直交する側面の他方の側面である入射面111aから入射する+Z方向からの光は、三角柱プリズム110aの反射面112aにおいて全反射し、側面102aからクロスプリズム100に入射する。入射面111aから三角柱プリズム110aに入射する光のうち、クロスプリズム100および撮像レンズ114を経由して撮像部24によって検出される光の入射面111aにおける範囲が、図4に示す光線有効範囲113aである。
The
三角柱プリズム110bは、2つの直交する側面の一方の側面がクロスプリズム100の側面102bに密着して配置されている。入射部21bを経由し、上述の2つの直交する側面の他方の側面である入射面111bから入射する+Z方向からの光は、三角柱プリズム110bの反射面112bにおいて全反射し、側面102bからクロスプリズム100に入射する。入射面111bから三角柱プリズム110bに入射する光のうち、クロスプリズム100および撮像レンズ114を経由して撮像部24によって検出される光の入射面111bにおける範囲が、図4に示す光線有効範囲113bである。
The
撮像レンズ114は、クロスプリズム100の出射面103側に配置され、出射面103から出射する光を撮像部24に集光させるレンズである。具体的には、撮像レンズ114は、三角柱プリズム110aおよびクロスプリズム100を経由し、出射面103から出射する光のS偏光成分と、三角柱プリズム110bおよびクロスプリズム100を経由し、出射面103から出射するP偏光成分とを撮像部24に集光させる。
The
光学フィルタ23は、後述する撮像部24の撮像素子24aに密着配置されたフィルタであり、上述のようにS偏光透過領域とP偏光透過領域とに領域分割されている。光学フィルタ23は、図5に示すように、フィルタ基板23aと、偏光フィルタ層23bと、充填層23cとを備えている。
The
フィルタ基板23aは、撮像レンズ114を介して光学フィルタ23に入射する光を透過する透明基板である。フィルタ基板23aの撮像部24側の面には、偏光フィルタ層23bが形成されている。
The
偏光フィルタ層23bは、S偏光透過領域とP偏光透過領域とに領域分割されたフィルタ層であり、光学フィルタ23に入射する光のうち、S偏光成分をS偏光透過領域において透過させ、P偏光成分をP偏光透過領域において透過させる。
The
充填層23cは、フィルタ基板23aに形成された偏光フィルタ層23bを被覆する保護層である。
The
撮像部24は、撮像素子24aと、基板24bとを備えている。撮像素子24aは、基板24b上に実装されており、光学系22によって集光され、光学フィルタ23を透過した光を検出し、画像として撮像する。なお、撮像素子24aは、モノクロセンサであってもよく、カラーセンサであってもよい。上述のように、光学フィルタ23(偏光フィルタ層23b)はS偏光透過領域とP偏光透過領域とに領域分割されているので、撮像素子24aは、S偏光透過領域を透過したS偏光成分と、P偏光透過領域を透過したP偏光成分とを同時に検出する。すなわち、撮像素子24aは、検出した入射部21aから入射した光のS偏光成分により構成される画像と、検出した入射部21bから入射した光のP偏光成分により構成される画像とを同時に撮像することができる。ここで、光のS偏光成分により構成される画像を「S偏光画像」(第1画像)、光のP偏光成分により構成される画像を「P偏光画像」(第2画像)というものとする。なお、入射部21aから入射する光が、光学系22によってP偏光され撮像素子24aによってP偏光画像として撮像され、入射部21bから入射する光が、光学系22によってS偏光され撮像素子24aによってS偏光画像として撮像されるものとしてもよい。
The
撮像素子24aは、図6に示すように、複数の画素がマトリックス状に配置されて構成されている。図6に示す撮像素子部分130は、撮像素子24aのマトリックス状に配置された複数の画素の一部を抽出して示したものであり、4つの画素130aで示されている。また、撮像部24に密着配置した光学フィルタ23の偏光フィルタ層23bは、図6に示すように、短冊状にS偏光透過領域とP偏光透過領域とが交互に配置されて構成されている。図6に示す偏光フィルタ部分120のS偏光透過領域部分120aおよびP偏光透過領域部分120bは、領域分割された偏光フィルタ層23bの一部を抽出して示したものである。偏光フィルタ層23bにおける短冊状に交互に形成されたS偏光透過領域およびP偏光透過領域は、撮像素子24aの画素列ごとに対向して配置されている。具体的には、図6の紙面視において、撮像素子部分130のうち左上および右上の画素130aは、S偏光透過領域部分120aに対向し、撮像素子部分130のうち左下および右下の画素130aは、P偏光透過領域部分120bに対向している。
As shown in FIG. 6, the
なお、上述の「画素」とは、撮像部24の撮像素子24aにおける光の検出部の最小単位を示し、かつ、その撮像素子24aによって撮像された画像における該検出部の最小単位により検出された、画像の最小単位を示すものとする。
The above-mentioned “pixel” indicates the minimum unit of the light detection unit in the
以上のように、三角柱プリズム110aの光線有効範囲113aと、三角柱プリズム110bの光線有効範囲113bとの間には一定の距離を有するため、撮像部24によって撮像されたS偏光画像およびP偏光画像は視差を持った画像として形成される。したがって、ステレオカメラ10は、視差を持ったS偏光画像よびP偏光画像から視差画像を生成し、この視差画像によって被写体までの距離を算出することが可能となる。
As described above, since there is a certain distance between the
また、従来の1つの撮像部と1つの撮像レンズとを2組並列配置させた構成のステレオカメラと比較して、本実施の形態のステレオカメラ10は、撮像部および撮像レンズがそれぞれ1つで構成可能なので低コスト化が図れる。
Compared to a conventional stereo camera in which two sets of one imaging unit and one imaging lens are arranged in parallel, the
また、従来の2つの撮像レンズを有するステレオカメラにおいては、各撮像レンズを支持する筐体の温度変化に伴う熱膨張または経年変化等による基線長の変化によって、被写体までの距離の算出に誤差が生じるおそれがある。しかしながら、本実施の形態に係るステレオカメラ10は、撮像レンズを含んだ光学系は1つであるため、光学系を支持する筐体に対して、光学系の熱膨張率は小さく、基線長の変化に伴う被写体までの距離の算出への影響を抑制することができる。すなわち、温度変化または経時変化等に伴う光学系による歪み量の変化、および撮像部の取付位置の変化には影響されずに、高精度な歪み補正が実現可能となる。さらに具体的に説明すると、視差を有する2つの画像が重ね合わさった上で1つの光学系を介して撮像部に結像する構成であるため、温度変化または経時変化により光学系の歪みが生じた場合は、その歪みによる影響は視差を有する2つの画像それぞれに同じように及ぶ。また、同様に、温度変化または経時変化により撮像部の取付位置がずれた場合には、そのずれによって、視差を有する2つの画像が撮像部の受光面上でそれぞれ同じように変化する。その結果、温度変化または経時変化により発生する光学系の歪み量の変化、および撮像部の取付位置の変化には影響されないステレオカメラを得ることができる。
In addition, in a conventional stereo camera having two imaging lenses, there is an error in the calculation of the distance to the subject due to a change in the baseline length due to thermal expansion or aging due to a temperature change of the housing supporting each imaging lens. May occur. However, since the
<座標変換処理部の構成および動作>
図7は、処理部における座標変換処理部の構成の一例を示すブロック図である。図8は、座標変換処理部における座標変換データ切替部の動作を示すフローチャートである。図9は、座標変換処理部における座標計算部の構成の一例を示すブロック図である。図10は、座標計算部における初期値演算部および漸化式演算部の動作のタイミングチャートである。図11は、座標変換処理部における読込アドレス計算部の動作を説明する図である。図12は、座標変換処理部におけるインターポレータにおけるバイリニア補間の処理を説明する概念図である。図13は、座標変換処理部における偏光分離処理部の動作を説明する図である。図7〜13を参照しながら、処理部30の座標変換処理部42の構成および動作について詳細に説明する。
<Configuration and operation of coordinate transformation processing unit>
FIG. 7 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the coordinate conversion processing unit in the processing unit. FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the coordinate conversion data switching unit in the coordinate conversion processing unit. FIG. 9 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the coordinate calculation unit in the coordinate conversion processing unit. FIG. 10 is a timing chart of operations of the initial value calculation unit and the recurrence formula calculation unit in the coordinate calculation unit. FIG. 11 is a diagram for explaining the operation of the read address calculation unit in the coordinate conversion processing unit. FIG. 12 is a conceptual diagram illustrating bilinear interpolation processing in the interpolator in the coordinate conversion processing unit. FIG. 13 is a diagram illustrating the operation of the polarization separation processing unit in the coordinate conversion processing unit. The configuration and operation of the coordinate conversion processing unit 42 of the
図7に示すように、座標変換処理部42は、ラインバッファ200と、書込アドレス計算部201と、XY座標カウンタ202と、出力タイミング生成部203と、X’Y’座標カウンタ204と、座標変換データ切替部205(補正データ切替部)と、座標計算部206と、読込アドレス計算部207と、インターポレータ208と、偏光分離処理部209(分離処理部)とを備えている。
As shown in FIG. 7, the coordinate conversion processing unit 42 includes a
ラインバッファ200は、撮像部24によって撮像され、画像処理部41によって各種画像処理が実行された画像(以下、「入力画像」という)の全体のデータ(以下、「入力画像データ」という)のうち所定のデータ量ずつ、一時保持するメモリである。ここで、入力画像データは、具体的には、撮像部24の撮像素子24aの各画素によって検出され、所定の値に変換された画素データの集合体を意味する。ラインバッファ200は、書き込み時、書込アドレス計算部201により計算された書込アドレスaddr_wに基づいて入力画像の画素データを格納する。このとき、ラインバッファ200は、書込アドレス計算部201により計算された書込アドレスaddr_wに基づいて、所定のデータ量より前に格納した画素データが上書きされ、リングバッファのように使用される。ラインバッファ200は、読み込み時、読込アドレス計算部207により計算された読込アドレスaddr_rに基づいて、4つの画素分の画素データがインターポレータ208によって読み込まれる。
The
書込アドレス計算部201は、入力画像データに同期する入力同期信号に基づいて、書込アドレスaddr_wをインクリメントし、入力画像の画素データをラインバッファ200に書き込むための書込アドレスaddr_wを計算して指定する。書込アドレス計算部201は、計算した書込アドレスaddr_wをラインバッファ200と読込アドレス計算部207とに渡す。
The write
XY座標カウンタ202は、入力同期信号に基づいて、現在入力されている入力画像の画素データが、入力画像のどの画素に対応するのか(マトリクス状に配置された撮像素子24aのどの位置に対応するのか)を計算する。すなわち、XY座標カウンタ202は、現在入力されている入力画像の画素データに対応する画素の座標値(X,Y)を計算する。XY座標カウンタ202は、計算した座標値(X,Y)を読込アドレス計算部207に渡す。
Based on the input synchronization signal, the XY coordinate
出力タイミング生成部203は、ラインバッファ200に入力画像データのうち所定のデータ量が書き込まれる間、画素データの読み込みを遅延させる出力同期信号を生成する。
The output
X’Y’座標カウンタ204は、出力タイミング生成部203によって生成された出力同期信号に基づいて、インターポレータ208によって構築される出力画像の座標値(X’,Y’)を計算する。すなわち、出力画像の座標値(X’,Y’)は、入力画像の座標値(X,Y)に対し、出力タイミング生成部203によって計算される所定の処理遅延分だけずれた座標値となる。X’Y’座標カウンタ204は、計算した座標値(X’,Y’)を座標変換データ切替部205と、座標計算部206と、読込アドレス計算部207とに渡す。
The X′Y ′ coordinate
座標変換データ切替部205は、出力画像の座標値(X’,Y’)に基づいて、後段の座標計算部206による座標変換処理に用いられる座標変換データとして、S偏光画像用の第1座標変換データ(第1補正データ)を用いるか、P偏光画像用の第2座標変換データ(第2補正データ)を用いるかを切り替える。本実施の形態においては、例えば、入力画像における奇数ライン目がS偏光画像を構成する画素列、偶数ライン目がP偏光画像を構成する画素列として、ラインバッファ200に入力されているため、座標変換データ切替部205は、座標値(X’,Y’)がどのラインを示しているかによって、座標変換データを切り替える。ここで、座標変換データは、後段の座標計算部206により計算される座標移動量(ΔX,ΔY)について、初期値を計算するための高次多項式の係数パラメータであり、ROM33等に格納されている。座標変換データ切替部205は、切り替えた座標変換データを座標計算部206に渡す。
The coordinate conversion
なお、温度変化または経時変化によってズレが生じた際には、上述の高次多項式の係数である座標変換データはステレオカメラ10内部のCPU32等によって計算し直され、EEPROM等の書き換え可能な不揮発性メモリに保持されるものとすればよい。
When a deviation occurs due to a temperature change or a change over time, the coordinate conversion data which is a coefficient of the above-described higher-order polynomial is recalculated by the
ここで、図8を参照しながら、座標変換データ切替部205の動作の詳細について説明する。
Details of the operation of the coordinate conversion
<<ステップS11>>
座標変換データ切替部205は、X’Y’座標カウンタ204から受けた座標値(X’,Y’)のX座標値X’によって、その座標値(X’,Y’)が画像を構成する各ラインの最初の画素を示す座標値であるか否かを判定する。すなわち、ラインの開始を検出する。そして、座標変換データ切替部205がラインの開始を検出した場合、ステップS12へ進む。なお、ここでは、座標値(X’,Y’)のX座標値X’によって各ラインの最初の画素を示すか否かを判定するものとしたが、これに限定されるものではない。すなわち、座標変換データ切替部205は、出力タイミング生成部203から出力される水平同期信号(Hsync信号)またはラインのデータ有効信号(Line Valid信号)によって、各ラインの最初の画素を示すか否かを判定してもよい。
<< Step S11 >>
The coordinate conversion
<<ステップS12>>
座標変換データ切替部205は、座標値(X’,Y’)のY座標値Y’から、座標値(X’,Y’)が示す画素が画像における奇数ライン目であるのか、偶数ライン目であるのかを判定する。奇数ライン目であると判定した場合(ステップS12:Yes)、ステップS13へ進み、偶数ライン目であると判定した場合(ステップS12:No)、ステップS14へ進む。
<< Step S12 >>
The coordinate conversion
<<ステップS13>>
座標変換データ切替部205は、座標値(X’,Y’)が示す画素が出力画像の奇数ライン目に属すると判定、すなわち、座標値(X’,Y’)が示す画素がS偏光画像を構成するものと判定し、第1座標変換データを座標計算部206に渡す。そして、座標変換データの切り替え動作を終了する。
<< Step S13 >>
The coordinate conversion
<<ステップS14>>
座標変換データ切替部205は、座標値(X’,Y’)が示す画素が出力画像の偶数ライン目に属すると判定、すなわち、座標値(X’,Y’)が示す画素がP偏光画像を構成するものと判定し、第2座標変換データを座標計算部206に渡す。そして、座標変換データの切り替え動作を終了する。
<< Step S14 >>
The coordinate conversion
以上のように、座標変換データ切替部205は、座標計算部206による座標変換処理に用いる座標変換データを、ライン毎に切り替える。
As described above, the coordinate conversion
座標計算部206は、高次多項式および漸化式を用いて、入力画像に対する歪み補正をするために画素単位に座標変換処理を実行する。具体的には、座標計算部206は、出力画像において座標値(X’,Y’)(座標変換先の画素の座標値)で示される画素に対する入力画像における画素の座標値(座標変換元の画素の座標値)の座標移動量(ΔX,ΔY)を計算する。つまり、座標計算部206は、歪み補正するための座標変換量を計算する。座標計算部206は、計算した座標移動量(ΔX,ΔY)を読込アドレス計算部207に渡す。
The coordinate
ここで、図9および10を参照しながら、座標計算部206のブロック構成および各処理部の動作について説明する。図9に示すように、座標計算部206は、初期値演算部220と、漸化式演算部221とを備えている。
Here, the block configuration of the coordinate
初期値演算部220は、出力同期信号に基づいて、入力画像の最大補正量に対する補正割合に応じて変化させた係数による高次多項式により、後述する漸化式に用いる初期値を、入力画像の主走査方向(撮像素子24aによりS偏光成分またはP偏光成分を検出する画素列の方向)のラインごとに演算する。ここで、初期値演算部220は、座標値(X’,Y’)がS偏光画像を構成する画素列に属する画素である場合、座標変換データ切替部205から上述の係数として第1座標変換パラメータを受け取る。また、初期値演算部220は、座標値(X’,Y’)がP偏光画像を構成する画素列に属する画素である場合、座標変換データ切替部205から上述の係数として第2座標変換パラメータを受け取る。
The initial
具体的には、初期値演算部220は、座標変換データ切替部205から受け取った係数を用いた高次多項式である下記の式(1)により、Y座標値Y’に対応するX軸(主走査方向)のライン上において、左端の3画素分の補正値を求める。
Specifically, the initial
f(x)=cx(3)×X^2+cx(4)×X×Y+cx(5)×Y^2+cx(1)×X+cx(2)×Y+cx(0) (1)
x:1〜3(3画素分の繰り返し回数)
X:X座標
Y:Y座標
cx(0)〜cx(5):高次多項式の係数
^:べき乗
f (x) = cx (3) * X ^ 2 + cx (4) * X * Y + cx (5) * Y ^ 2 + cx (1) * X + cx (2) * Y + cx (0) (1)
x: 1 to 3 (number of repetitions for 3 pixels)
X: X coordinate Y: Y coordinate cx (0) to cx (5): coefficient of higher order polynomial ^: power
次に、初期値演算部220は、式(1)により演算した3画素分の補正量f(1)〜f(3)を用いて、下記の式(2)〜式(4)により、後述する漸化式の初期値(Y座標Y’での初期値)を求める。
Next, the initial
d0(1)=f(1) (2)
d1(1)=f(2)−f(1) (3)
d2=f(3)−2×f(2)+f(1) (4)
d0(1),d1(1),d2:漸化式の初期値
d0 (1) = f (1) (2)
d1 (1) = f (2) -f (1) (3)
d2 = f (3) −2 × f (2) + f (1) (4)
d0 (1), d1 (1), d2: initial value of the recurrence formula
そして、初期値演算部220は、式(2)〜式(4)により演算して求めた、初期値d0(1)、d1(1)、d2を漸化式演算部221に渡す。なお、上述のように初期値演算部220が用いる式(1)に示す高次多項式は、二次多項式として示したが、これに限定されるものではなく、より高次(三次以上)の多項式を用いてもよい。
Then, the initial
漸化式演算部221は、出力同期信号に基づいて、初期値演算部220で演算された初期値d0(1)、d1(1)、d2を用いて、下記の式(5)および式(6)に示すニュートン前進差分法の基づく漸化式により、座標変換処理のための座標変換量を、主走査方向のライン上の左端から画素ごとに逐次演算する。
The recurrence
d0(n+1)=d0(n)+d1(n) (5)
d1(n+1)=d1(n)+d2 (6)
d0(n):座標変換量
n:ライン上の画素において左端から何番目かを示す(1〜n)
d0 (n + 1) = d0 (n) + d1 (n) (5)
d1 (n + 1) = d1 (n) + d2 (6)
d0 (n): Coordinate conversion amount n: Indicates the number of pixels on the line from the left end (1 to n)
漸化式演算部221は、式(5)および式(6)に示す漸化式により演算したd0(n)を、出力画像における座標値(X’,Y’)に対する入力画像における画素の座標値のX座標についての座標移動量ΔXとする。
The recurrence
同様に、初期値演算部220は、出力同期信号に基づいて、入力画像の最大補正量に対する補正割合に応じて変化させた係数による高次多項式により、漸化式に用いる初期値を、入力画像の副走査方向(主走査方向と直交する方向)のラインごとに演算する。具体的には、初期値演算部220は、高次多項式により、X座標値X’に対応するY軸(副走査方向)のライン上において、上端の3画素分の補正値を求める。
Similarly, the initial
次に、初期値演算部220は、高次多項式により演算した3画素分の補正量を用いて、上述の式(2)〜式(4)により、漸化式の初期値(X座標X’での初期値)を求める。そして、初期値演算部220は、式(2)〜式(4)により演算して求めた、初期値d0(1)、d1(1)、d2を漸化式演算部221に渡す。
Next, the initial
漸化式演算部221は、出力同期信号に基づいて、初期値演算部220で演算された初期値d0(1)、d1(1)、d2を用いて、上述の式(5)および式(6)に示す漸化式により、座標変換処理のための座標変換量を、副走査方向のライン上の上端から画素ごとに逐次演算する。漸化式演算部221は、式(5)および式(6)に示す漸化式により演算したd0(n)を、出力画像における座標値(X’,Y’)に対する入力画像における画素の座標値のY座標についての座標移動量ΔYとする。
The recurrence
以上のような動作によって、座標計算部206は、出力画像における座標値(X’,Y’)(座標変換先の画素の座標値)に対する入力画像における画素の座標値(座標変換元の画素の座標値)の座標移動量(ΔX,ΔY)を計算し、読込アドレス計算部207に渡す。
Through the operation as described above, the coordinate
次に、図10を参照しながら、座標計算部206の初期値演算部220および漸化式演算部221が、パイプライン処理によってそれぞれ初期値の演算および漸化式による演算を実行する動作について説明する。
Next, with reference to FIG. 10, an operation in which the initial
初期値演算部220は、出力同期信号のタイミングに合わせて、主走査方向の1ラインごとに漸化式の初期値を演算し、演算した初期値を漸化式演算部221へと渡す。漸化式演算部221は、受け取った初期値によって、主走査方向の1ラインにおける画素ごとに漸化式によって座標移動量を演算する。つまり、漸化式演算部221は、初期値演算部220により演算された初期値を漸化式の演算に反映して、座標移動量(ΔX,ΔY)(画素ごとの座標移動量)を演算する。
The initial
以上のような初期値演算部220及び漸化式演算部221の演算処理を、図10に示すように、パイプライン処理によって並行に実行させる。具体的には、漸化式演算部221が、主走査方向のnライン上の座標移動量を求めている間に、初期値演算部220が、主走査方向のn+1ラインにおける漸化式の初期値を求める。このような、漸化式演算部221による漸化式の演算処理は、初期値演算部220による初期値の演算処理より1ライン遅延して実行されることにより、パイプライン処理が可能となり、座標計算部206による座標変換処理の高速化が図れる。
The calculation processing of the initial
なお、上述した座標計算部206の座標変換処理を以下のように実現してもよい。例えば、初期値演算部220は、上述の式(1)に示すように乗算処理を含む演算を実行するため、処理は複雑ではあるものの、1ラインにおける3画素分の演算処理(3回の演算処理)を実行すればよいので、演算時間に余裕がある。一方、漸化式演算部221は、上述の式(5)および式(6)に示すように加算処理による演算を実行するため、処理は単純ではあるものの、1ラインのすべての画素ごとに演算処理を実行するため、演算時間に余裕がない。このことから、座標計算部206は、初期値演算部220の演算処理機能を、プログラム等のソフトウェアによって実現し、漸化式演算部221の演算処理機能を、ハードウェア回路によって実現するのが好適である。この場合、初期値演算部220の演算処理機能を実現するプログラムは、ROM33等の記憶装置に予め組み込んで提供される。プログラムは、初期値演算部220の演算処理機能を含むモジュール構成となっており、CPU32がROM33からプログラムを読み出して実行することにより、RAM34上にロードされ、初期値演算部220がRAM34上に生成される。
Note that the coordinate conversion processing of the coordinate
読込アドレス計算部207は、書込アドレス計算部201より受け取った書込アドレスaddr_w、XY座標カウンタ202より受け取った座標値(X,Y)、X’Y’座標カウンタ204より受け取った座標値(X’,Y’)、および座標計算部206より受け取った座標移動量(ΔX,ΔY)に基づいて、ラインバッファ200に対する読込アドレスaddr_rを演算する。
The read
ここで、前述のように、座標変換処理部42に入力される入力画像は、入射部21aより入射した光によるS偏光画像と、入射部21bより入射した光によるP偏光画像とが、ライン毎に交互に配置されて構成されている。S偏光画像は、光学系22のうち三角柱プリズム110a、クロスプリズム100および撮像レンズ114を透過することによる歪みを有している。一方、P偏光画像は、光学系22のうち三角柱プリズム110b、クロスプリズム100および撮像レンズ114を透過することによる歪みを有している。さらに、S偏光画像およびP偏光画像は、視差を有する画像である。そのため、読込アドレス計算部207が座標計算部206により演算された座標移動量(ΔX,ΔY)をそのまま使用すると、S偏光画像の歪み補正にP偏光画像を構成する画素の画素データを参照してしまったり、P偏光画像の歪み補正にS偏光画像を構成する画素の画素データを参照してしまったりするおそれがある。そのため、読込アドレス計算部207は、読込アドレスaddr_rを演算するために、S偏光画像の歪み補正のためにはS偏光画像を構成する画素の画素データのみを参照し、P偏光画像の歪み補正のためにはP偏光画像を構成する画素の画素データのみを参照するように座標移動量(ΔX,ΔY)を調整する必要がある。
Here, as described above, the input image input to the coordinate transformation processing unit 42 includes an S-polarized image by light incident from the
図11(a)は、座標計算部206によって求められた座標移動量(ΔX,ΔY)が(−5.2,−4.5)である場合を示している。すなわち、入力画像における変換元座標310aは、出力画像300において座標値(X’,Y’)で示される出力画素301の座標に対してX方向に5.2画素、Y方向に4.5画素ずれていることを示している。逆に、出力画像300における出力画素301の座標は、入力画像における変換元座標310aに対して座標移動量(ΔX,ΔY)=(−5.2,−4.5)だけずれていることを示している。ただし、実際には、座標移動量(ΔX,ΔY)は、小数部を含む値なので、小数部を切り捨てた移動量(−5,−4)とし、出力画素301は、入力画像における変換元画素302aに対して移動量(−5,−4)だけずれている。図11においては、出力画像300上に、説明の便宜上、入力画像における変換元画素(図11(a)においては変換元画素302a、図11(b)においては変換元画素302b)を示している。
FIG. 11A shows a case where the amount of coordinate movement (ΔX, ΔY) obtained by the coordinate
図11(b)は、座標計算部206によって求められた座標移動量(ΔX,ΔY)が(−5.2,−3.7)である場合を示している。すなわち、入力画像における変換元座標310bは、出力画像300において座標値(X’,Y’)で示される出力画素301の座標に対してX方向に5.2画素、Y方向に3.7画素ずれていることを示している。逆に、出力画像300における出力画素301の座標は、入力画像における変換元座標310bに対して座標移動量(ΔX,ΔY)=(−5.2,−3.7)だけずれていることを示している。ここで、同様に、座標移動量(ΔX,ΔY)は、小数部を含む値なので、小数部を切り捨てた移動量(−5,−3)とし、出力画素301は、入力画像における変換元画素302bに対して移動量(−5,−3)だけずれているものと考える。ただし、この場合、移動量(−5,−3)のY成分は、奇数であるので、出力画素301がS偏光画像の画素であるとすると、変換元画素302bはP偏光画像の画素となってしまう。
FIG. 11B shows a case where the coordinate movement amounts (ΔX, ΔY) obtained by the coordinate
以上のことから、下記の法則にしたがって、座標移動量(ΔX,ΔY)を座標移動調整量(ΔX’,ΔY’)に変換するものとする。ΔYの整数部が、偶数(0を含む)の場合、ΔY’=ΔYとし、奇数の場合、ΔY’=ΔY+1とする。そして、ΔXについては何も調整せずにΔX’=ΔXとする。
From the above, it is assumed that the coordinate movement amount (ΔX, ΔY) is converted into the coordinate movement adjustment amount (ΔX ′, ΔY ′) according to the following rule. When the integer part of ΔY is an even number (including 0), ΔY ′ = ΔY, and when it is an odd number, ΔY ′ =
図11(a)の場合、上述の法則にしたがうと、座標移動量(ΔX,ΔY)と座標移動調整量(ΔX’,ΔY’)とは同一となり、(ΔX’,ΔY’)=(−5.2,−4.5)となる。一方、図11(b)の場合、上述の法則により、座標移動量(ΔX,ΔY)=(−5.2,−3.7)は、座標移動調整量(ΔX’,ΔY’)=(−5.2,−2.7)に調整される。このように、座標移動調整量(ΔX’,ΔY’)を求めることによって、図11(b)に示すように、S偏光画像の画素である変換元画素302bの座標は、座標移動調整量(ΔX’,ΔY’)の整数部だけずれることによって、S偏光画像の画素である出力画像300の座標となる。
In the case of FIG. 11A, according to the above-mentioned law, the coordinate movement amount (ΔX, ΔY) and the coordinate movement adjustment amount (ΔX ′, ΔY ′) are the same, and (ΔX ′, ΔY ′) = (− 5.2, -4.5). On the other hand, in the case of FIG. 11B, the coordinate movement amount (ΔX, ΔY) = (− 5.2, −3.7) is equal to the coordinate movement adjustment amount (ΔX ′, ΔY ′) = ( -5.2, -2.7). Thus, by obtaining the coordinate movement adjustment amounts (ΔX ′, ΔY ′), as shown in FIG. 11B, the coordinates of the
以上のことから、座標移動調整量(ΔX’,ΔY’)は、出力画像300における座標値(X’,Y’)で示される出力画素301に対する入力画像における画素(変換元画素302a、302b)の移動量となる。
From the above, the coordinate movement adjustment amounts (ΔX ′, ΔY ′) are the pixels in the input image (
次に、読込アドレス計算部207は、下記の式(7)により、変換元画素302a、302bの画素データが格納されているラインバッファ200内の読込アドレスaddr_rを演算する。
Next, the read
addr_r=addr_w−(Y−Y’+ΔY’)×Linepix−(X−X’+ΔX’) (7)
addr_r:読込アドレス
addr_w:書込アドレス
X,Y:入力されている入力画像の画素データに対応する画素の座標値
X’,Y’:歪み補正の対象となる出力画像における画素の座標値
ΔX’,ΔY’:入力画像における変換元画素の座標移動調整量
Linepix:1ラインの画素数
addr_r = addr_w− (Y−Y ′ + ΔY ′) × Linepix− (X−X ′ + ΔX ′) (7)
addr_r: read address addr_w: write address X, Y: coordinate value of pixel corresponding to input pixel data of input image X ′, Y ′: coordinate value of pixel in output image targeted for distortion correction ΔX ′ , ΔY ′: Coordinate movement adjustment amount of conversion source pixel in input image Linepix: number of pixels in one line
読込アドレス計算部207は、式(7)により演算した読込アドレスaddr_rをラインバッファ200に渡し、座標移動調整量(ΔX’,ΔY’)(座標移動量(ΔX,ΔY))の小数部のデータをインターポレータ208に渡す。ここで、読込アドレスaddr_rで示される変換元画素(302a、302b)の座標値を(X0,Y0)とおくと、下記の式(8)が成立する。
The read
(X0,Y0)=(X’−ΔX’,Y’−ΔY’) (8) (X0, Y0) = (X′−ΔX ′, Y′−ΔY ′) (8)
ラインバッファ200は、読込アドレス計算部207から受け取った読込アドレスaddr_rおよび変換元画素の座標値(X0,Y0)に基づいて、入力画像における座標値(X0,Y0)、(X0+1,Y0)、(X0,Y0+2)および(X0+1,Y0+2)それぞれで示される変換元画素302a、要素画素303a、304a、305a(図11(b)においては変換元画素302b、要素画素303b、304b、305b)の4つの画素データを読み込んでインターポレータ208に渡す。
Based on the read address addr_r received from the read
なお、例えば図11(a)において、変換元画素302a、要素画素303a、304a、305aの位置関係について、変換元画素302aは、図11(a)の紙面視において左上の画素に対応するが、これに限定されるものではない。すなわち、変換元画素302aは、要素画素303a、304a、305aとの位置関係において、左下、右上または右下であってもよい。
For example, in FIG. 11A, regarding the positional relationship between the
インターポレータ208は、ラインバッファ200から受け取った4つの画素データおよび読込アドレス計算部207から受け取った座標移動調整量(ΔX’,ΔY’)(座標移動量(ΔX,ΔY))の小数部のデータに基づいて、バイリニア補間処理を実行し、出力画像を構築する。
The
図12を参照しながら、バイリニア補間処理の詳細について説明する。図11(a)に示すように、座標計算部206によって座標移動量(ΔX,ΔY)=(−5.2,−4.5)が演算されたものとする。また、図11(a)に示すように、変換元画素302a、要素画素303a、304a、305aの画素データをそれぞれD(X0,Y0)、D(X0+1,Y0)、D(X0,Y0+2)およびD(X0+1,Y0+2)とする。なお、変換元画素302aおよび要素画素303aと、要素画素304a、305aとの間にあるP偏光画像の画素は無視するものとする。すなわち、変換元画素302aおよび要素画素303aと、要素画素304a、305aとのY方向の距離は「1」であるものとして考える。さらに、座標移動量(ΔX,ΔY)の小数部のデータのうちX成分である「0.2」をax、Y成分である「0.5」をayとする。
Details of the bilinear interpolation processing will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 11A, it is assumed that the coordinate
インターポレータ208は、バイリニア補間処理を示す下記の式(9)により、図12に示す演算対象位置306に対応する部分のデータD(X’,Y’)を演算する。演算対象位置306は、図11(a)に示す変換元座標310aに対応する。
The
D(X’,Y’)=(1−ax)×(1−ay)×D(X0,Y0)
+ax×(1−ay)×D(X0+1,Y0)
+(1−ax)×ay×D(X0,Y0+2)
+ax×ay×D(X0+1,Y0+2) (9)
D (X ′, Y ′) = (1-ax) × (1-ay) × D (X0, Y0)
+ Ax × (1-ay) × D (X0 + 1, Y0)
+ (1-ax) × ay × D (X0, Y0 + 2)
+ Ax × ay × D (X0 + 1, Y0 + 2) (9)
インターポレータ208は、式(9)により演算したデータD(X’,Y’)を出力画像300における出力画素301の画素データとして、偏光分離処理部209に渡す。このようにインターポレータ208によって演算される画素データによって構成される出力画像データが、入力画像データに対して歪み補正処理が実行された画像データとなる。
The
なお、要素画素303a、304a、305aの少なくともいずれかが、入力画像の範囲外となる場合には、これらの画素の画素データを「0」または所定値として扱うものとすればよい。
When at least one of the
偏光分離処理部209は、インターポレータ208から受け取った出力画像からS偏光画像(第1出力画像)とP偏光画像(第2出力画像)とに分離する。具体的には、図13に示すように、偏光分離処理部209は、インターポレータ208から受け取った出力画像320のうち、S成分画像領域320aから第1出力画像321aを分離し、P成分画像領域320bから第2出力画像321bを分離する。そして、偏光分離処理部209は、第1出力画像321aのデータである第1出力画像データ、および第2出力画像321bのデータである第2出力画像データを、距離演算部43に渡す。
The polarization
なお、上述のように、偏光分離処理部209によって出力画像から単に分離された第1出力画像および第2出力画像によって、被写体に対する視差を演算する場合、第1出力画像および第2出力画像におけるY方向の対応する画素列は、1画素分ずれているため、誤差が生じる可能性がある。したがって、偏光分離処理部209は、分離した第1出力画像および第2出力画像において、Y方向の画素列における隣接する画素の間に、その隣接する画素の画素データにより線形補間したデータを挿入することが望ましい。この結果、線形補間された第1出力画像および第2出力画像は、入力画像また出力画像のサイズと同等となり、距離演算部43は、2つの出力画像から、高精度に被写体までの距離を算出することができる。なお、偏光分離処理部209により分離された第1出力画像および第2出力画像において、Y方向の画素列における隣接する画素の間を補間する方法としては、線形補間だけに限定されるものではなく、他の補間処理によるものとしてもよい。
As described above, when the parallax with respect to the subject is calculated based on the first output image and the second output image simply separated from the output image by the polarization
<歪み補正処理の全体の流れ>
図14は、第1の実施の形態に係るステレオカメラの全体動作を示すフローチャートである。図14を参照しながら、座標変換処理部42における歪み補正処理の全体動作について説明する。
<Overall flow of distortion correction processing>
FIG. 14 is a flowchart showing the overall operation of the stereo camera according to the first embodiment. The overall operation of the distortion correction processing in the coordinate conversion processing unit 42 will be described with reference to FIG.
<<ステップS21>>
画像入力部20は、ステレオカメラ10の前方からの光を入射して、入射した光を光学系22によってS偏光およびP偏光された光を同時に検出して、1つの画像として撮像する。
<< Step S21 >>
The
<<ステップS22>>
画像処理部41は、画像入力部20により撮像された画像に対して、γ補正等の各種画像処理を実行し、入力画像として座標変換処理部42に渡す。
<< Step S22 >>
The
<<ステップS23>>
座標変換処理部42のラインバッファ200は、画像処理部41からの入力画像のデータ(入力画像データ)のうち所定のデータ量ずつ、一時保持する。また、座標変換処理部42のXY座標カウンタ202は、現在入力されている入力画像の画素データに対応する画素の座標値(X,Y)を計算する。また、座標変換処理部42の出力タイミング生成部203は、ラインバッファ200に入力画像データのうち所定のデータ量が書き込まれる間、画素データの読み込みを遅延させる出力同期信号を生成する。
<< Step S23 >>
The
<<ステップS24>>
X’Y’座標カウンタ204は、出力タイミング生成部203によって生成された出力同期信号に基づいて、入力画像の画素データが、インターポレータ208によって構築される出力画像のどの画素に対応するのかを示す座標値(X’,Y’)を計算する。
<< Step S24 >>
The X′Y ′ coordinate
<<ステップS25>>
座標変換データ切替部205は、出力画像の座標値(X’,Y’)に基づいて、座標計算部206による座標変換処理を、S偏光画像用の第1座標変換データを用いるか、P偏光画像用の第2座標変換データを用いるかを切り替える。
<< Step S25 >>
The coordinate conversion
<<ステップS26>>
座標計算部206は、座標変換処理として、出力画像において座標値(X’,Y’)で示される出力画素に対する入力画像における画素の座標値(座標変換元の画素の座標値)の座標移動量(ΔX,ΔY)を計算する。
<< Step S26 >>
As the coordinate conversion process, the coordinate
<<ステップS27>>
読込アドレス計算部207は、書込アドレス計算部201より受け取った書込アドレスaddr_w、XY座標カウンタ202より受け取った座標値(X,Y)、X’Y’座標カウンタ204より受け取った座標値(X’,Y’)、および座標計算部206より受け取った座標移動量(ΔX,ΔY)に基づいて、ラインバッファ200に対する読込アドレスaddr_rを演算する。
<< Step S27 >>
The read
<<ステップS28>>
ラインバッファ200は、読込アドレスaddr_rおよび変換元画素の座標値(X0,Y0)に基づいて、入力画像における変換元画素、および3つの要素画素の4つの画素データを読み込んでインターポレータ208に渡す。
<< Step S28 >>
The
<<ステップS29>>
インターポレータ208は、4つの画素データからバイリニア補間処理を実行し、演算したデータを出力画像の画素データとして出力画像を構築し、偏光分離処理部209に渡す。
<< Step S29 >>
The
<<ステップS30>>
偏光分離処理部209は、インターポレータ208から受け取った出力画像からS偏光画像(第1出力画像)とP偏光画像(第2出力画像)とに分離する。
<< Step S30 >>
The polarization
以上のように、本実施の形態に係るステレオカメラ10は、撮像部および撮像レンズがそれぞれ1つで構成可能なので低コスト化が図れる。
As described above, since the
また、本実施の形態に係るステレオカメラ10は、撮像レンズを含んだ光学系は1つであるため、光学系を支持する筐体に対して、光学系の熱膨張率は小さく、基線長の変化に伴う被写体までの距離の算出への影響を抑制することができる。すなわち、温度変化または経時変化等に伴う光学系による歪み量の変化、および撮像部の取付位置の変化には影響されずに、高精度な歪み補正が実現可能となる。さらに具体的に説明すると、視差を有する2つの画像が重ね合わさった上で1つの光学系を介して撮像部に結像する構成であるため、温度変化または経時変化により光学系の歪みが生じた場合は、その歪みによる影響は視差を有する2つの画像それぞれに同じように及ぶ。また、同様に、温度変化または経時変化により撮像部の取付位置がずれた場合には、そのずれによって、視差を有する2つの画像が撮像部の受光面上でそれぞれ同じように変化する。その結果、温度変化または経時変化により発生する光学系の歪み量の変化、および撮像部の取付位置の変化には影響されないステレオカメラを得ることができる。
In addition, since the
また、2つの入射部から入射した光を1つの撮像部で撮像して画像を形成し、この画像に含まれるS偏光画像およびP偏光画像それぞれに対応する座標変換データを用いて、それぞれの画像に対して、1つの座標変換処理部で歪み補正をすることができる。したがって、カメラ毎の歪み補正用に2つの座標変換処理部を備えていた従来のステレオカメラと比較して、本実施の形態に係るステレオカメラは、1つの座標変換処理部を備えていればよいので、回路規模を縮小できると共に低コスト化を図ることができる。 Further, the light incident from the two incident portions is picked up by one image pickup portion to form an image, and each image is obtained using coordinate conversion data corresponding to each of the S-polarized image and the P-polarized image included in the image. On the other hand, distortion correction can be performed by one coordinate conversion processing unit. Therefore, the stereo camera according to the present embodiment only needs to include one coordinate conversion processing unit as compared with the conventional stereo camera that includes two coordinate conversion processing units for distortion correction for each camera. Therefore, the circuit scale can be reduced and the cost can be reduced.
<変形例>
図15は、第1の実施の形態の変形例の座標計算部の構成を示すブロック図である。図15を参照しながら、本変形例の座標計算部206aの構成および動作について説明する。第1の実施の形態における座標計算部206は、座標値(X’,Y’)から高次多項式および漸化式を用いて、入力画像に対する歪み補正をするための座標変換処理を実行、すなわち、座標移動量(ΔX,ΔY)を演算した。本変形例の座標計算部206aは、ルックアップテーブル(LUT)を参照することにより、座標移動量(ΔX,ΔY)を演算する。
<Modification>
FIG. 15 is a block diagram illustrating a configuration of a coordinate calculation unit according to a modification of the first embodiment. The configuration and operation of the coordinate
図15に示すように、座標計算部206aは、LUT参照部222を備えている。LUT参照部222は、出力同期信号に基づいて、座標値(X’,Y’)から一意に定まる座標移動量(ΔX,ΔY)のデータ(LUTデータ)を座標変換データ切替部205から受け取る。LUTデータは、事前に行われるキャリブレーションによって求められており、ステレオカメラ10固有の値となる。座標変換データ切替部205は、ROM33に予め保存されているLUTを参照し、入力した座標値(X’,Y’)から一意に定まる座標移動量(ΔX,ΔY)のデータであるLUTデータをLUT参照部222に渡す。座標計算部206aは、座標変換データ切替部205から受け取った、LUTデータである座標移動量(ΔX,ΔY)を、読込アドレス計算部207に渡す。
As shown in FIG. 15, the coordinate
なお、温度変化または経時変化によってズレが生じた際には、上述のLUTデータはステレオカメラ10内部のCPU32等によって計算し直され、EEPROM等の書き換え可能な不揮発性メモリに保持されるものとすればよい。
When a deviation occurs due to a temperature change or a change with time, the LUT data described above is recalculated by the
このように、座標値(X’,Y’)から一意に定まる座標移動量(ΔX,ΔY)のデータを格納しているLUTを用いることによって、座標計算部206aにおける複雑な演算処理を行う必要がない。したがって、歪み補正処理の高速化を図ることができる。
As described above, it is necessary to perform complicated calculation processing in the coordinate
(第2の実施の形態)
第2の実施の形態に係るステレオカメラについて、第1の実施の形態に係るステレオカメラ10の動作と相違する点を中心に説明する。第1の実施の形態においては、ステレオカメラ10は、入射部21aから入射して撮像部24により撮像されるS偏光画像と、入射部21bから入射して撮像部24により撮像されるP偏光画像との2つの画像を用いることによって、被写体の位置情報を取得する動作について説明した。本実施の形態においては、これらの2つの画像から検出される視差によって被写体の位置情報を利用するステレオアプリケーション(以下、「ステレオアプリ」という)の他、2つの入射部21のうちいずれかから入射して撮像された画像のみを用いた単眼アプリケーション(以下、「単眼アプリ」という)を実行する動作について説明する。
(Second Embodiment)
The stereo camera according to the second embodiment will be described focusing on differences from the operation of the
ステレオアプリとしては、被写体の位置情報を検出することによって障害物を検知して車両を減速および停止させるためのブレーキ制御アプリケーション等が挙げられる。単眼アプリとしては、白線認識による車線逸脱警報、レーンキープアシスト、標識認識およびヘッドライト配光制御等を実行するアプリケーションが挙げられる。 Examples of the stereo application include a brake control application for detecting an obstacle by detecting position information of a subject to decelerate and stop the vehicle. Examples of the monocular application include applications that execute lane departure warning by white line recognition, lane keeping assist, sign recognition, headlight light distribution control, and the like.
図16は、第2の実施の形態に係るステレオカメラの各種アプリケーションにおける入力画像の使用例を説明する図である。図16を参照しながら、ステレオアプリと単眼アプリとを実行する動作について説明する。入射部21aから入射した光のS偏光成分が撮像部24によって撮像されるS偏光画像を第1入力画像、入射部21bから入射した光のP偏光成分が撮像部24によって撮像されるP偏光画像を第2入力画像というものとする。図16においては、単眼アプリは、例えば、第1入力画像のみを利用するものする。
FIG. 16 is a diagram for explaining an example of using an input image in various applications of the stereo camera according to the second embodiment. The operation of executing the stereo application and the monocular application will be described with reference to FIG. An S-polarized image in which the S-polarized component of light incident from the
ステレオカメラ10は、第1入力画像および第2入力画像から座標変換処理部42によりそれぞれ生成された第1出力画像および第2出力画像に基づいて、視差を算出してステレオアプリ用の結果情報を生成し、その結果情報を車両制御装置11に送信する。また、ステレオカメラ10は、第1入力画像のみを利用して座標変換処理部42により生成された第1出力画像に基づいて、単眼アプリ用の結果情報を生成し、その結果情報を車両制御装置11に送信する。
The
車両制御装置11(図2参照)は、内部のROM等にステレオアプリおよび単眼アプリであるソフトウェアを記憶しており、内部のCPUがROMから各アプリケーションを読み出す。そして、車両制御装置11は、ステレオカメラ10から受信した結果情報を利用して各アプリケーションを実行する。
The vehicle control device 11 (see FIG. 2) stores software that is a stereo application and a monocular application in an internal ROM or the like, and an internal CPU reads each application from the ROM. Then, the
図16に示すように、車両制御装置11は、例えば100ms間ごとに、第1単眼アプリ、第2単眼アプリおよびステレオアプリを順に実行する場合を考える。この場合、各アプリケーションは、約33ms間で実行される。
As shown in FIG. 16, the
ステレオカメラ10は、上述のように、車両制御装置11においてステレオアプリが実行される場合、第1入力画像および第2入力画像から座標変換処理部42の歪み補正処理によりそれぞれ生成された第1出力画像および第2出力画像に基づいて、視差を算出してステレオアプリ用の結果情報を生成する。
As described above, when the stereo application is executed in the
一方、ステレオカメラ10は、車両制御装置11において第1単眼アプリまたは第2単眼アプリが実行される場合、第1入力画像のみから座標変換処理部42の歪み補正処理により第1出力画像が生成され、第1出力画像に基づいて第1単眼アプリ用または第2単眼アプリ用の結果情報を生成する。この場合、ステレオカメラ10は、入射部21bから入射する光に基づいて撮像される第2入力画像は使用せず、第1入力画像のみに対して歪み補正処理を実行する。そのため、座標変換処理部42の座標変換データ切替部205(図7参照)は、車両制御装置11において単1単眼アプリまたは第2単眼アプリが実行されている間、第1入力画像に対して歪み補正処理をするための第1座標変換データを座標計算部206に渡す。
On the other hand, when the first monocular app or the second monocular app is executed in the
このように、車両制御装置11において単眼アプリが実行される場合、ステレオカメラ10は、入射部21bから入射する光に基づいて撮像される第2入力画像に対する歪み補正処理等を実行しなくてもよい。したがって、単眼アプリが実行されている期間、座標変換処理部42は補正処理動作をしなくてよいので、消費電力を低減することができる。
As described above, when the monocular application is executed in the
なお、単眼アプリは、第1入力画像のみを利用するものするものとしていたが、これに限定されるものではなく、入射部21bから入射する光に基づいて撮像される第2入力画像のみを使用するものとしてもよい。
Note that the monocular application uses only the first input image. However, the present invention is not limited to this, and only the second input image captured based on the light incident from the
1 車両
2 本体
3 車室
10 ステレオカメラ
11 車両制御装置
12 ステアリングホイール
13 ブレーキペダル
20 画像入力部
21a、21b 入射部
22 光学系
23 光学フィルタ
23a フィルタ基板
23b 偏光フィルタ層
23c 充填層
24 撮像部
24a 撮像素子
24b 基板
26 筐体
30 処理部
31 FPGA
32 CPU
33 ROM
34 RAM
41 画像処理部
42 座標変換処理部
43 距離演算部
51 制御部
52 認識処理部
100 クロスプリズム
101a、101b 偏光面
102a、102b 側面
103 出射面
110a、110b 三角柱プリズム
111a、111b 入射面
112a、112b 反射面
113a、113b 光線有効範囲
114 撮像レンズ
120 偏光フィルタ部分
120a S偏光透過領域部分
120b P偏光透過領域部分
130 撮像素子部分
130a 画素
200 ラインバッファ
201 書込アドレス計算部
202 XY座標カウンタ
203 出力タイミング生成部
204 X’Y’座標カウンタ
205 座標変換データ切替部
206、206a 座標計算部
207 読込アドレス計算部
208 インターポレータ
209 偏光分離処理部
220 初期値演算部
221 漸化式演算部
222 LUT参照部
300 出力画像
301 出力画素
302a、302b 変換元画素
303a、303b 要素画素
304a、304b 要素画素
305a、305b 要素画素
306 演算対象位置
310a、310b 変換元座標
320 出力画像
320a S成分画像領域
320b P成分画像領域
321a 第1出力画像
321b 第2出力画像
addr_r 読込アドレス
addr_w 書込アドレス
DESCRIPTION OF
32 CPU
33 ROM
34 RAM
41 Image processing unit 42 Coordinate
Claims (12)
前記2つの入射部のうち、一方の入射部に入射した第1入射光から第1光成分を抽出し、他方の入射部に入射した第2入射光から第2光成分を抽出し、前記第1光成分と前記第2光成分とを1つの経路に合成する光学系と、
前記第1光成分を透過させる複数の第1透過領域と、前記第2光成分を透過させる複数の第2透過領域と、を有する領域分割部と、
前記領域分割部を透過した前記第1光成分と前記第2光成分とを撮像して1つの入力画像を生成する撮像部と、
前記入力画像に含まれ、かつ、前記第1光成分から生成された第1画像に対して補正するための第1補正データと、前記入力画像に含まれ、かつ、前記第2光成分から生成された第2画像に対して補正するための第2補正データとを切り替えて補正処理を実行し、出力画像を生成する補正処理部と、
を備える撮像装置。 Two incident parts each for receiving light from the subject,
Of the two incident parts, a first light component is extracted from first incident light incident on one incident part, a second light component is extracted from second incident light incident on the other incident part, An optical system that combines one light component and the second light component into one path;
A region dividing section having a plurality of first transmission regions that transmit the first light component and a plurality of second transmission regions that transmit the second light component;
An imaging unit that images the first light component and the second light component that have passed through the region dividing unit to generate one input image;
First correction data for correcting the first image included in the input image and generated from the first light component, and included in the input image and generated from the second light component A correction processing unit that performs a correction process by switching the second correction data for correcting the second image, and generates an output image;
An imaging apparatus comprising:
前記第1出力画像と前記第2出力画像とから前記被写体に対する視差を検出して、前記視差により前記被写体までの距離を演算する距離演算部をさらに備える請求項1または2に記載の撮像装置。 The correction processing unit includes, from the output image, a first output image obtained by performing the correction process on the first image, and a second output image obtained by performing the correction process on the second image. A separation processing unit for separating and outputting
The imaging apparatus according to claim 1, further comprising a distance calculation unit that detects a parallax with respect to the subject from the first output image and the second output image and calculates a distance to the subject based on the parallax.
前記第1画像について前記補正処理される場合には前記第1補正データを、前記第2画像について前記補正処理される場合には前記第2補正データを切り替えて出力する補正データ処理部と、
前記第1補正データまたは前記第2補正データに基づいて漸化式の初期値を、前記第1画像または前記第2画像における画素列ごとに演算する初期値演算部と、
前記初期値を用いた前記漸化式によって、前記補正処理における前記入力画像の画素から前記出力画像の画素に座標移動させるための座標移動量を演算する漸化式演算部と、
を有する請求項1〜4のいずれか一項に記載の撮像装置。 The correction processing unit
A correction data processing unit that switches and outputs the first correction data when the correction processing is performed on the first image, and the second correction data when the correction processing is performed on the second image;
An initial value calculator that calculates an initial value of a recurrence formula based on the first correction data or the second correction data for each pixel column in the first image or the second image;
A recurrence formula computing unit that computes a coordinate movement amount for moving the coordinates from the pixel of the input image to the pixel of the output image in the correction process by the recurrence formula using the initial value;
The imaging device according to claim 1, wherein:
前記第2光成分は、前記光学系によって前記第2入射光を前記第1方向とは異なる第2方向に偏光された第2偏光成分である請求項1〜7のいずれか一項に記載の撮像装置。 The first light component is a first polarization component obtained by polarizing the first incident light in a first direction by the optical system,
8. The second light component is a second polarization component obtained by polarizing the second incident light in a second direction different from the first direction by the optical system. 9. Imaging device.
前記第1画像と前記第2画像との視差から算出される前記被写体までの距離情報を利用するステレオアプリケーションと、前記第1画像のみまたは前記第2画像のみを利用する単眼アプリケーションとを切り替えて実行する車両制御装置と、
を備える撮像システム。 The imaging device according to any one of claims 1 to 9,
Switch between a stereo application that uses distance information to the subject calculated from the parallax between the first image and the second image, and a monocular application that uses only the first image or only the second image. A vehicle control device,
An imaging system comprising:
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