JP2017083817A - Deviation amount acquisition device, imaging apparatus, and deviation amount acquisition method - Google Patents

Deviation amount acquisition device, imaging apparatus, and deviation amount acquisition method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To highly accurately acquire a deviation amount while reducing computational complexity.SOLUTION: A deviation amount acquisition device comprises: correlation operation means for acquiring a first data string that is a data string of a correlation amount between a first signal including an image signal of a plurality of pixels at a predetermined pixel interval based on a first image and a second signal including an image signal of a plurality of pixels at the predetermined pixel interval based on a second image, and acquiring a second data string that is a data string of a correlation amount between a third signal including an image signal that is an image signal based on the second image, of a plurality of pixels at the predetermined pixel interval and corresponding to a signal acquired in a pixel at a different position from the second signal in the case where a displacement amount giving an extremal value of the first data string is smaller than a threshold value, and the first signal; and deviation amount acquisition means for acquiring, as the deviation amount, a displacement amount giving an extremal value of an approximate function representing a relation of a displacement amount calculated from data included in the first data string and the second data string, and a correlation amount.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、ズレ量取得装置、撮像装置、およびズレ量取得方法に関する。   The present invention relates to a deviation amount acquisition device, an imaging device, and a deviation amount acquisition method.

デジタルスチルカメラやビデオカメラで複数の視点から撮影した画像信号を用いて距離を検出する手法が知られている(非特許文献1)。また、撮像素子の一部あるいは全部の画素に測距機能を有する測距画素を配置したカメラで撮影した画像信号より測距を行う手法が知られている(特許文献1)。一対のステレオ画像信号の相対的な位置のズレ量を算出し、三角測量により被写体までの距離を測定することができる。   There is known a method of detecting a distance using image signals taken from a plurality of viewpoints with a digital still camera or a video camera (Non-Patent Document 1). Further, there is known a method of performing distance measurement from an image signal captured by a camera in which distance measurement pixels having a distance measurement function are arranged in some or all pixels of an image sensor (Patent Document 1). It is possible to calculate the amount of deviation of the relative position of the pair of stereo image signals and measure the distance to the subject by triangulation.

一対の画像信号のズレ量が、画像信号を構成するデータの間隔(画素間隔)と異なるとき、測距精度が低下することが知られている。非特許文献1には、位置ズレ量の算出誤差を低減し、測距精度を向上させる手法が提案されている。具体的には、ステレオ画像の一方の画像信号から、撮像素子上の互いに異なる位置で取得した画像信号に相当する2つの画像信号を生成する。そして、2組のステレオ画像信号からそれぞれズレ量を算出し、両ズレ量を平均することで最終的なズレ量を算出する。   It is known that the accuracy of distance measurement decreases when the amount of deviation between a pair of image signals is different from the interval (pixel interval) between data constituting the image signal. Non-Patent Document 1 proposes a technique for reducing a positional deviation amount calculation error and improving distance measurement accuracy. Specifically, two image signals corresponding to image signals acquired at different positions on the image sensor are generated from one image signal of a stereo image. Then, a deviation amount is calculated from each of the two sets of stereo image signals, and the final deviation amount is calculated by averaging both the deviation amounts.

特開2002−314062号公報JP 2002-314062 A 米国特許第7599512号明細書US Pat. No. 7,599,512 米国特許第8723926号明細書U.S. Pat. No. 8723926

Masao Shimizu and Masatoshi Okutomi, "Sub-Pixel Estimation Error Cancellation on Area-Based Matching", International Journal of Computer Vision, Vol. 63, No. 3, pp. 207-224, 2005Masao Shimizu and Masatoshi Okutomi, "Sub-Pixel Estimation Error Cancellation on Area-Based Matching", International Journal of Computer Vision, Vol. 63, No. 3, pp. 207-224, 2005

非特許文献1に記載の手法は、前述の2組の画像信号を用いることで、互いに逆方向かつ同程度の誤差を含む2つのズレ量が取得できることを利用している。2つのズレ量がこの条件を満たす場合には、これらのズレ量を平均することでズレ量の取得誤差が低減する。   The technique described in Non-Patent Document 1 uses that two shift amounts including errors in the opposite directions and the same degree can be acquired by using the above-described two sets of image signals. When the two deviation amounts satisfy this condition, the deviation amount acquisition error is reduced by averaging these deviation amounts.

しかしながら、ズレ量の誤差は、一対の画像信号のズレ量に応じて変化する。ズレ量が画像信号を構成するデータの間隔の整数倍あるいは半整数倍となるとき、2つのズレ量のうちの一方の誤差が非常に増大する。そのため、平均による改善効果が減少し、ズレ量の取得精度が低下し、測距精度が低下する。また、従来の手法では2組の画像信号について、それぞれズレ量の取得を行うため、演算負荷が大きくなる。   However, the error of the shift amount changes according to the shift amount of the pair of image signals. When the deviation amount is an integral multiple or a half integer multiple of the interval between the data constituting the image signal, the error of one of the two deviation amounts is greatly increased. For this reason, the improvement effect due to the average is reduced, the accuracy of obtaining the deviation amount is lowered, and the ranging accuracy is lowered. Further, according to the conventional method, the shift amount is acquired for each of the two sets of image signals, so that the calculation load increases.

本発明は、上記課題に鑑み、少ない演算負荷で高精度な像ズレ量取得が可能なズレ量取得装置、距離検出装置を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a shift amount acquisition device and a distance detection device that can acquire a high-precision image shift amount with a small calculation load.

本発明の第1の態様は、複数の画素を含む撮像素子で取得された視点の異なる第1の画像と第2の画像との相対的な位置のズレ量を取得するズレ量取得装置であって、
2つの画像信号を相対的に変位させたときの、各変位量に対する相関量のデータ列を取得する相関演算手段と、
相関量のデータ列から前記第1の画像と前記第2の画像の間の前記ズレ量を取得するズレ量取得手段と、
を備え、
前記相関演算手段は、
前記第1の画像に基づく画像信号であって、所定の画素間隔の複数の画素の画像信号を含む第1の信号と、前記第2の画像に基づく画像信号であって、前記所定の画素間隔の複数の画素の画像信号を含む第2の信号と、の間の前記相関量のデータ列である第1のデータ列を取得し、
前記第1のデータ列の極値を与える変位量が閾値よりも小さいとき、前記第2の画像に基づく画像信号であって、前記所定の画素間隔の複数の画素の画像信号を含み、前記第2の信号とは異なる位置の画素において取得される信号に相当する第3の信号と、前記第1の信号と、の間の前記相関量のデータ列である第2のデータ列を取得し、
前記ズレ量取得手段は、
前記第1のデータ列の極値を与える変位量が前記閾値よりも小さいとき、前記第1のデータ列と前記第2のデータ列に含まれるデータから求められる変位量と相関量の関係を表す近似関数の極値を与える変位量を、前記ズレ量として取得する、
ことを特徴とする。
A first aspect of the present invention is a shift amount acquisition device that acquires a shift amount of a relative position between a first image and a second image having different viewpoints acquired by an imaging device including a plurality of pixels. And
Correlation calculation means for acquiring a data string of correlation amounts for the respective displacement amounts when the two image signals are relatively displaced;
A shift amount acquisition means for acquiring the shift amount between the first image and the second image from a data string of correlation amounts;
With
The correlation calculation means includes
An image signal based on the first image, the first signal including an image signal of a plurality of pixels having a predetermined pixel interval, and an image signal based on the second image, wherein the predetermined pixel interval A first data sequence that is a data sequence of the correlation amount between the second signal including image signals of a plurality of pixels
An image signal based on the second image when an amount of displacement giving an extreme value of the first data string is smaller than a threshold value, the image signal including a plurality of pixels at the predetermined pixel interval; A second data string that is a data string of the correlation amount between a third signal corresponding to a signal acquired in a pixel at a position different from the signal of 2 and the first signal;
The deviation amount acquisition means is
When the amount of displacement that gives the extreme value of the first data sequence is smaller than the threshold value, the relationship between the amount of displacement and the correlation amount obtained from the data included in the first data sequence and the second data sequence is expressed. A displacement amount that gives an extreme value of the approximate function is acquired as the deviation amount.
It is characterized by that.

本発明の第2の態様は、複数の画素を含む撮像素子で取得された視点の異なる第1の画像と第2の画像との相対的な位置のズレ量を取得する、ズレ量取得装置によって実行されるズレ量取得方法であって、
前記第1の画像に基づく画像信号であって、所定の画素間隔の複数の画素の画像信号を含む第1の信号と、前記第2の画像に基づく画像信号であって、前記所定の画素間隔の複数の画素の画像信号を含む第2の信号と、の間の前記相関量のデータ列である第1のデータ列を取得する工程と、
前記第1のデータ列の極値を与える変位量が閾値よりも小さいとき、前記第2の画像に基づく画像信号であって、前記所定の画素間隔の複数の画素の画像信号を含み、前記第2の信号とは異なる位置の画素において取得される信号に相当する第3の信号と、前記第1の信号と、の間の前記相関量のデータ列である第2のデータ列を取得する工程と、
前記第1のデータ列の極値を与える変位量が前記閾値よりも小さいとき、前記第1のデータ列と前記第2のデータ列に含まれるデータから求められる変位量と相関量の関係を表す近似関数の極値を与える変位量を、前記ズレ量として取得する工程と、
を含むことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a shift amount acquisition device that acquires a shift amount of a relative position between a first image and a second image having different viewpoints acquired by an imaging device including a plurality of pixels. A method for obtaining a deviation amount to be executed,
An image signal based on the first image, the first signal including an image signal of a plurality of pixels having a predetermined pixel interval, and an image signal based on the second image, wherein the predetermined pixel interval Obtaining a first data string that is a data string of the correlation amount between a second signal including image signals of a plurality of pixels, and
An image signal based on the second image when an amount of displacement giving an extreme value of the first data string is smaller than a threshold value, the image signal including a plurality of pixels at the predetermined pixel interval; Obtaining a second data string that is a data string of the correlation amount between a third signal corresponding to a signal acquired in a pixel at a position different from the signal of 2 and the first signal. When,
When the amount of displacement that gives the extreme value of the first data sequence is smaller than the threshold value, the relationship between the amount of displacement and the correlation amount obtained from the data included in the first data sequence and the second data sequence is expressed. Obtaining a displacement amount giving an extreme value of an approximate function as the deviation amount;
It is characterized by including.

本発明によれば、少ない演算負荷で高精度な像ズレ量取得が可能となる。   According to the present invention, it is possible to acquire a highly accurate image shift amount with a small calculation load.

本実施形態に係る距離検出装置を有する撮像装置の一例を示す模式図Schematic diagram showing an example of an imaging device having a distance detection device according to the present embodiment 測距画素の感度特性と瞳領域を説明する図Diagram explaining sensitivity characteristics and pupil area of ranging pixels 本実施形態に係る距離検出方法のフローの一例を示す図The figure which shows an example of the flow of the distance detection method which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る距離検出方法の画像信号の一例を示す図The figure which shows an example of the image signal of the distance detection method which concerns on this embodiment 本実施形態に係る距離検出方法のデータ列の一例を示す図The figure which shows an example of the data sequence of the distance detection method which concerns on this embodiment 従来の距離検出方法の例を説明する図The figure explaining the example of the conventional distance detection method 本実施形態に係る距離検出方法の原理を示す図The figure which shows the principle of the distance detection method which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る距離検出方法の効果を示す図The figure which shows the effect of the distance detection method which concerns on this embodiment 本実施形態に係る距離検出装置を有する撮像装置の一例を示す模式図Schematic diagram showing an example of an imaging device having a distance detection device according to the present embodiment 本実施形態に係る距離検出方法のフローの一例を示す図The figure which shows an example of the flow of the distance detection method which concerns on this embodiment.

視差のある2つの画像から相対的な位置のズレ量を取得して、当該ズレ量に基づいて被写体の距離を検出する距離検出装置(ズレ量取得装置)の一実施形態を説明する。なお、以下の説明では、本発明の実施形態に係る距離検出装置を備えた撮像装置の一例として、デジタルスチルカメラを用いて説明するが、本発明の適用はこれに限定されるものではない。例えば、本発明に係る距離検出装置は、デジタルビデオカメラやデジタル距離計測器などにも適用することができる。   An embodiment of a distance detection device (deviation amount acquisition device) that acquires a displacement amount of a relative position from two images having parallax and detects a distance of a subject based on the displacement amount will be described. In the following description, a digital still camera will be described as an example of an imaging device including the distance detection device according to the embodiment of the present invention. However, the application of the present invention is not limited to this. For example, the distance detection device according to the present invention can be applied to a digital video camera, a digital distance measuring device, and the like.

なお、図を参照した説明においては、図番は異なっても原則として同一部位を示す部位には、同一の符号を付すこととし、なるべく重複した説明は避ける。   In the description with reference to the drawings, even if the drawing numbers are different, in principle, the same reference numerals are given to the portions indicating the same portions, and overlapping descriptions are avoided as much as possible.

<距離検出装置>
図1(a)は、本実施形態に係る距離検出装置40を有する撮像装置の模式図である。この撮像装置は、距離検出装置40の他に、撮像素子10と結像光学系20と記録装置30とを有する。さらに、撮像装置は、結像光学系20の合焦のための駆動機構、シャッター、観賞用画像生成手段、画像確認用の液晶等のディスプレイ等を有している。
<Distance detection device>
FIG. 1A is a schematic diagram of an imaging apparatus having a distance detection device 40 according to the present embodiment. In addition to the distance detection device 40, the imaging device includes an imaging element 10, an imaging optical system 20, and a recording device 30. Furthermore, the imaging apparatus includes a drive mechanism for focusing the imaging optical system 20, a shutter, an ornamental image generation unit, a display such as a liquid crystal for image confirmation, and the like.

図1(b)は、撮像素子10の一例を示す模式図である。撮像素子10は、光電変換部11、12を含む測距画素13を複数有している(以下、測距画素のことを単に画素とも称する)。具体的には、CMOSセンサ(相補型金属酸化物半導体を用いたセンサ)や、CCDセンサ(電荷結合素子を用いたセンサ)等の固体撮像素子を撮像素子10として用いることができる。   FIG. 1B is a schematic diagram illustrating an example of the image sensor 10. The image sensor 10 has a plurality of ranging pixels 13 including the photoelectric conversion units 11 and 12 (hereinafter, the ranging pixels are also simply referred to as pixels). Specifically, a solid-state imaging device such as a CMOS sensor (a sensor using a complementary metal oxide semiconductor) or a CCD sensor (a sensor using a charge coupled device) can be used as the imaging device 10.

図1(c)は、画素13の一例を示す断面模式図である。画素13の光電変換部11、12は基板14内に形成されている。画素13はマイクロレンズ15を有している。マイクロレンズ15は、射出瞳21と光電変換部11、12とが光学的に共役関係になるように配置されている。   FIG. 1C is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the pixel 13. The photoelectric conversion units 11 and 12 of the pixel 13 are formed in the substrate 14. The pixel 13 has a microlens 15. The microlens 15 is disposed so that the exit pupil 21 and the photoelectric conversion units 11 and 12 are optically conjugate.

図1(a)に示すように、結像光学系20は、外界の被写体の像を撮像素子10の面上に結像する。撮像素子10は、結像光学系20の射出瞳21を透過した光束を、マイクロレンズ15を介して画素13の光電変換部11または光電変換部12で取得し、電気信号に変換する。具体的には、射出瞳21の第1の瞳領域23(図2(b))を通過した光束は各画素13の光電変換部11で電気信号に変換される。また、射出瞳21の第1の瞳領域とは異なる第2の瞳領域24(図2(c))を通過した光束は各画素13の光電変換部12で電気信号に変換される。画素13は、電気信号を距離検出装置40に出力するために、フローティングディフュージョン(FD)部、ゲート電極、配線等を備えている。   As shown in FIG. 1A, the imaging optical system 20 forms an image of an external subject on the surface of the image sensor 10. The imaging device 10 acquires the light beam transmitted through the exit pupil 21 of the imaging optical system 20 by the photoelectric conversion unit 11 or the photoelectric conversion unit 12 of the pixel 13 via the microlens 15 and converts it into an electric signal. Specifically, the light beam that has passed through the first pupil region 23 (FIG. 2B) of the exit pupil 21 is converted into an electrical signal by the photoelectric conversion unit 11 of each pixel 13. Further, the light beam that has passed through the second pupil region 24 (FIG. 2C) different from the first pupil region of the exit pupil 21 is converted into an electrical signal by the photoelectric conversion unit 12 of each pixel 13. The pixel 13 includes a floating diffusion (FD) portion, a gate electrode, wiring, and the like in order to output an electric signal to the distance detection device 40.

撮像素子10の全画素が測距画素13であってよい。あるいは、撮像素子10は、単一の光電変換部を有する画素と測距画素13とを有してもよい。画素13の複数の光電変換部11、12で取得した信号を合算することで、単一の光電変換部を有する場合と同等の画像信号を作成することができる。あるいは、撮像素子10は、第1の瞳領域23を通過した光束を受光する光電変換部11のみを含む画素と、第2の瞳領域24を通過した光束を受光する光電変換部12のみを含む画素とを有してもよい。なお、画素13は、撮像素子10の中で離散的に配置されていてもよく、X方向とY方向で異なる間隔で配置されていてもよい。   All pixels of the image sensor 10 may be distance measuring pixels 13. Alternatively, the image sensor 10 may include a pixel having a single photoelectric conversion unit and a distance measuring pixel 13. By adding the signals acquired by the plurality of photoelectric conversion units 11 and 12 of the pixel 13, an image signal equivalent to that having a single photoelectric conversion unit can be created. Alternatively, the imaging device 10 includes only a pixel including only the photoelectric conversion unit 11 that receives the light beam that has passed through the first pupil region 23 and only the photoelectric conversion unit 12 that receives the light beam that has passed through the second pupil region 24. You may have a pixel. Note that the pixels 13 may be arranged discretely in the imaging element 10 or may be arranged at different intervals in the X direction and the Y direction.

距離検出装置40は、結像光学系20の射出瞳21の第1の瞳領域23を通過した光束に対応する第1の信号Sと、第2の瞳領域24を通過した光束に対応する第2の信号Sと、に基づき、被写体の距離を算出する機能を有している。具体的には、距離検出装置
40は、信号生成部41、相関演算部42、ズレ量算出部43、距離算出部44、の各機能部を備える。例えば、CPU、メモリを含む信号処理基板で構成され、CPUがプログラムを実行することによりこれらの機能が実現される。信号処理基板は、半導体素子を集積化した集積回路を用いて構成することができ、IC、LSI、システムLSI、マイクロ処理ユニット(MPU)、中央演算装置(CPU)等で構成することができる。
The distance detection device 40 corresponds to the first signal S 1 corresponding to the light beam that has passed through the first pupil region 23 of the exit pupil 21 of the imaging optical system 20 and the light beam that has passed through the second pupil region 24. a second signal S 2, based on, and has a function of calculating the distance to the subject. Specifically, the distance detection device 40 includes functional units such as a signal generation unit 41, a correlation calculation unit 42, a deviation amount calculation unit 43, and a distance calculation unit 44. For example, the signal processing board includes a CPU and a memory, and these functions are realized by the CPU executing a program. The signal processing board can be configured by using an integrated circuit in which semiconductor elements are integrated, and can be configured by an IC, an LSI, a system LSI, a micro processing unit (MPU), a central processing unit (CPU), or the like.

第1の信号Sは、各画素13の光電変換部11で生成された各電気信号の集合である。第1の信号Sにおいて、各画素13の撮像素子上の位置と各画素13の光電変換部11で生成された各電気信号とが対応付けられている。また、第2の信号Sは、各画素13の光電変換部12で生成された各電気信号の集合である。第2の信号Sにおいて、各画素13の撮像素子上の位置と各画素の光電変換部12で生成された各電気信号とが対応付けられている。画素13の光電変換部11、12で取得した信号を合算することで、単一の光電変換部を有する場合と同等の画像信号を作成することができる。 The first signal S 1 is a set of electrical signals generated by the photoelectric conversion unit 11 of each pixel 13. In the first signal S 1 , the position of each pixel 13 on the image sensor is associated with each electrical signal generated by the photoelectric conversion unit 11 of each pixel 13. The second signal S 2 is a set of electrical signals generated by the photoelectric conversion portion 12 of each pixel 13. In the second signal S 2, the electrical signal generated by the position and the photoelectric conversion portion 12 of each pixel on the image pickup element of each pixel 13 and are associated. By adding the signals acquired by the photoelectric conversion units 11 and 12 of the pixel 13, an image signal equivalent to the case of having a single photoelectric conversion unit can be created.

本実施形態においては、画素13の大きさに対して、結像光学系20と撮像素子10の間の距離が十分に長い。このため、結像光学系20の射出瞳21上の異なる位置を通過した光束は、異なる入射角の光束として撮像素子10の面上に入射する。光電変換部11、12には、射出瞳21の形状や像高(光束が到達する撮像素子上の位置)に応じて、所定の角度範囲22(図1(a))からの光束が入射する。   In the present embodiment, the distance between the imaging optical system 20 and the image sensor 10 is sufficiently long with respect to the size of the pixel 13. Therefore, light beams that have passed through different positions on the exit pupil 21 of the imaging optical system 20 are incident on the surface of the image sensor 10 as light beams having different incident angles. A light beam from a predetermined angle range 22 (FIG. 1A) is incident on the photoelectric conversion units 11 and 12 in accordance with the shape of the exit pupil 21 and the image height (position on the image sensor where the light beam reaches). .

入射光束に対する光電変換部11、12の感度特性を、角度に応じて射出瞳上に射影したときの射出瞳上の感度分布を瞳透過率分布という。このときの瞳透過率分布の重心位置を瞳重心という。瞳重心は、以下の式(1)で算出することができる。式(1)において、rは射出瞳21上の座標であり、tは光電変換部11、12の瞳透過率分布を表し、積分範囲は射出瞳21上の領域である。

Figure 2017083817
The sensitivity distribution on the exit pupil when the sensitivity characteristics of the photoelectric conversion units 11 and 12 with respect to the incident light beam are projected onto the exit pupil according to the angle is referred to as pupil transmittance distribution. The position of the center of gravity of the pupil transmittance distribution at this time is called the pupil center of gravity. The pupil center of gravity can be calculated by the following equation (1). In Expression (1), r is a coordinate on the exit pupil 21, t represents a pupil transmittance distribution of the photoelectric conversion units 11 and 12, and an integration range is an area on the exit pupil 21.
Figure 2017083817

また、光電変換部で受光される光束が通過する射出瞳21上の領域のうち、瞳重心を含み、対応する光電変換部の感度が所定の閾値よりも高い領域を瞳領域という。また、2つの瞳領域の瞳重心を結ぶ方向を瞳分割方向といい、瞳重心間の長さを基線長という。本実施形態においては、瞳分割方向はx方向であり、この方向を第1の方向とし、x方向に垂直なy方向を第2の方向とする。このような構成により、互いに異なる視点からの被写体の画像信号SとSを取得することができる。画像信号SとSには視差があり、被写体像の位置がずれるので、このズレ量から被写体の距離を検出することができる。 Of the region on the exit pupil 21 through which the light beam received by the photoelectric conversion unit passes, the region including the center of gravity of the pupil and the sensitivity of the corresponding photoelectric conversion unit higher than a predetermined threshold is referred to as a pupil region. The direction connecting the pupil centroids of the two pupil regions is called the pupil division direction, and the length between the pupil centroids is called the baseline length. In the present embodiment, the pupil division direction is the x direction, which is the first direction, and the y direction perpendicular to the x direction is the second direction. With such a configuration, it is possible to acquire the image signals S 1 and S 2 of the subject from different viewpoints. Since the image signals S 1 and S 2 have parallax and the position of the subject image is shifted, the distance of the subject can be detected from the amount of deviation.

また、本実施形態では、結像光学系20の結像面と撮像素子10の受光面との光軸方向(z方向)におけるズレ量をデフォーカス量と呼ぶ。   In this embodiment, the amount of deviation in the optical axis direction (z direction) between the imaging surface of the imaging optical system 20 and the light receiving surface of the image sensor 10 is referred to as a defocus amount.

図2(a)は、xz平面内において入射した光束に対する、光電変換部11の感度特性16と光電変換部12の感度特性17を示す。横軸は、xz平面内における入射光束とz軸が成す角度を示し、縦軸は感度を表している。   FIG. 2A shows the sensitivity characteristic 16 of the photoelectric conversion unit 11 and the sensitivity characteristic 17 of the photoelectric conversion unit 12 with respect to the incident light beam in the xz plane. The horizontal axis represents the angle formed between the incident light beam and the z axis in the xz plane, and the vertical axis represents the sensitivity.

図2(b)は、結像光学系20の射出瞳21、および光電変換部11に対応する瞳透過率分布25と瞳重心27と瞳領域23(第1の瞳領域)を示した図である。瞳領域23は、射出瞳21の中心から+x方向(第1の方向)に偏心した瞳領域である。各画素13の光電変換部11は、主として瞳領域23を通過した光束を受光するように構成されている
。この構成により、瞳領域23を通過した光束に対応する第1の信号Sが得られる。
FIG. 2B is a diagram showing an exit pupil 21 of the imaging optical system 20, a pupil transmittance distribution 25 corresponding to the photoelectric conversion unit 11, a pupil center of gravity 27, and a pupil region 23 (first pupil region). is there. The pupil region 23 is a pupil region that is eccentric in the + x direction (first direction) from the center of the exit pupil 21. The photoelectric conversion unit 11 of each pixel 13 is configured to receive mainly the light flux that has passed through the pupil region 23. With this configuration, the first signal S 1 corresponding to the light beam that has passed through the pupil region 23 is obtained.

図2(c)は、結像光学系20の射出瞳21、および光電変換部12に対応する瞳透過率分布26と瞳重心28と瞳領域24(第2の瞳領域)を示した図である。瞳領域24は、射出瞳21の中心から−x方向(第2の方向)に偏心した瞳領域である。各画素13の光電変換部12は、主として瞳領域24を通過した光束を受光するように構成されている。この構成により、瞳領域24を通過した光束に対応する第2の信号Sが得られる。 FIG. 2C is a diagram showing an exit pupil 21 of the imaging optical system 20, a pupil transmittance distribution 26 corresponding to the photoelectric conversion unit 12, a pupil center of gravity 28, and a pupil region 24 (second pupil region). is there. The pupil region 24 is a pupil region that is eccentric in the −x direction (second direction) from the center of the exit pupil 21. The photoelectric conversion unit 12 of each pixel 13 is configured to mainly receive the light flux that has passed through the pupil region 24. With this configuration, the second signal S 2 corresponding to the light beam passing through the pupil region 24 is obtained.

<距離検出方法>
図3は、距離検出装置40が行う、被写体までの距離を検出する距離検出方法のフローチャートの一例である。この距離検出方法は、信号生成工程(ステップS10)と相関演算工程(ステップS11)とズレ量算出工程(ステップS12)と距離算出工程(ステップS13)を有する。
<Distance detection method>
FIG. 3 is an example of a flowchart of a distance detection method for detecting the distance to the subject performed by the distance detection device 40. This distance detection method includes a signal generation step (step S10), a correlation calculation step (step S11), a deviation amount calculation step (step S12), and a distance calculation step (step S13).

図4(a)〜4(c)は各信号の一例を説明する図である。説明を簡便にするために、信号S及びSが図4(a)の撮像素子10のある行18で取得した一次元の信号である場合について説明する。図4(b)は、信号S、Sの例を示した図である。図の横軸は撮像素子10上の位置、縦軸は信号の強度を表している。各点は信号を構成するデータを表している。nは各データの撮像素子10上での位置を表すデータ番号であり、瞳分割方向(x方向)に順に割り振られた任意の実数である。信号S、S2は、行18の各
画素13の光電変換部で取得した電気信号からなり、画素13の大きさと同じデータ間隔Pを有している。
4A to 4C are diagrams illustrating an example of each signal. In order to simplify the description, a case will be described in which the signals S 1 and S 2 are one-dimensional signals acquired in a certain row 18 of the image sensor 10 in FIG. FIG. 4B is a diagram illustrating an example of the signals S 1 and S 2 . In the figure, the horizontal axis represents the position on the image sensor 10, and the vertical axis represents the signal intensity. Each point represents data constituting the signal. n is a data number representing the position of each data on the image sensor 10 and is an arbitrary real number sequentially assigned in the pupil division direction (x direction). The signals S 1 and S 2 are electric signals acquired by the photoelectric conversion unit of each pixel 13 in the row 18 and have the same data interval P as the size of the pixel 13.

[信号生成工程]
信号生成工程(S10)では、信号生成部41が、信号Sと同じデータ間隔を有し、Sとは撮像素子10上の瞳分割方向において異なる位置で取得した信号に相当する信号Sを生成する。信号Sは、信号Sを取得した画素13の間の位置19(図4(a)参照)で取得した信号に相当する。信号Sは、例えば式(2)にしたがって、各データの周囲にある信号Sのデータ間を線形補間することで作成される。式(2)において、αは0より大きく1より小さい実数であり、信号Sと信号Sの各データの位置の瞳分割方向における距離を、データ間隔で規格化した係数である。

Figure 2017083817
[Signal generation process]
In the signal generating step (S10), the signal generation unit 41, the signal S 2 and have the same data interval, the signal S 3 and S 2 corresponding to the acquired signal at different positions in the pupil division direction on the imaging device 10 Is generated. Signal S 3 is equivalent to the signal obtained in position 19 between the pixels 13 which has acquired the signal S 2 (see Figure 4 (a)). Signal S 3, for example according to equation (2) it is created by linear interpolation between the data signal S 2 at the periphery of each data. In Expression (2), α is a real number greater than 0 and less than 1, and is a coefficient obtained by normalizing the distance in the pupil division direction of the position of each data of the signal S 3 and the signal S 2 with the data interval.
Figure 2017083817

図4(c)は信号Sの例を示す。図4(c)において、信号Sのデータは黒丸、信号Sのデータは白丸で示される。 FIG. 4 (c) shows an example of the signal S 3. In FIG. 4 (c), the data of the signal S 2 is black circle, the data signal S 3 are shown by white circles.

なお、信号Sは、信号Sのデータ間を非線形補間することで生成しても良い。また、信号Sを算出する位置の周囲にある3つ以上の信号Sのデータを用いて補間してもよい。 The signal S 3 may be generated by non-linear interpolation between the signal S 2 data. It may also be interpolated using three or more signal S 2 of the data surrounding the positions of calculating the signal S 3.

以下、本実施形態では、信号Sの位置が信号Sの各データの丁度中間とする(式(2)においてα=0.5)。すなわち、信号Sは、信号Sを生成する画素13から瞳分割方向に画素間隔の0.5倍だけずれた位置にある画素(仮想的な画素)から取得された画像信号に相当する。 Hereinafter, in the present embodiment, the position of the signal S 3 is set to exactly the middle of each data of the signal S 2 (α = 0.5 in equation (2)). That is, the signal S 3 corresponds to an image signal obtained from the pixel (virtual pixels) from the pixel 13 to generate a signal S 2 to the position shifted by 0.5 times the pixel spacing in the pupil division direction.

[相関演算工程]
相関演算工程(S11)では、相関演算部42が、2組の信号(SおよびSと、SおよびS)から、相関量のデータ列C12、C13を算出する。データ列C12及び
C13は、各組の信号間の相対的な位置(変位量)を変えたときの、各変位量における一対の信号の類似度の度合いを表す相関量からなるデータ配列である(図5)。
[Correlation calculation process]
The correlation calculation step (S11), the correlation calculation unit 42, (a S 1 and S 2, S 1 and S 3) 2 sets of signals from, to calculate the data sequence C12, C13 of the correlation amount. The data strings C12 and C13 are data arrays composed of correlation amounts indicating the degree of similarity of a pair of signals at each displacement amount when the relative position (displacement amount) between the signals of each group is changed ( FIG. 5).

データ列C12は、信号SとSのx方向における相対的な位置を変えて相関量を演算することで求められる。データ列C13は、信号SとSのx方向における相対的な位置を変えて相関量を演算することで求められる。変位量は、画素間隔の倍数とする。また、変位の方向は、光電変換部11,12に対応する瞳重心27,28を結ぶ方向であり、本実施形態ではx方向である。 Data column C12 is determined by calculating a correlation amount by changing the relative position in the x direction of the signals S 1 and S 2. Data column C13 is determined by calculating a correlation amount by changing the relative position in the x direction of the signals S 1 and S 3. The amount of displacement is a multiple of the pixel interval. The direction of displacement is a direction connecting the pupil centroids 27 and 28 corresponding to the photoelectric conversion units 11 and 12, and is the x direction in this embodiment.

相関量として、例えばSAD(Sum of Absolute Difference)やSSD(Sum of Square Difference)を用いることができる。相関量としてSADやSSDを用いる場合は、相関量が小さいほど相関が高いことを意味する。   As the correlation amount, for example, SAD (Sum of Absolute Difference) or SSD (Sum of Square Difference) can be used. When SAD or SSD is used as the correlation amount, the smaller the correlation amount, the higher the correlation.

具体的には、データ列C12は、式(3)や式(4)によって求めることができる。ここで、dはデータ間隔で規格化した変位量(整数)、添え字iとjはそれぞれx方向とy方向のデータ番号であり、積分の範囲は任意に選ぶことができる。相関量の算出方法は、これらの手法に限定されるものではなく、他の手法を用いても良い。

Figure 2017083817
Specifically, the data string C12 can be obtained by Expression (3) or Expression (4). Here, d is a displacement amount (integer) normalized by the data interval, subscripts i and j are data numbers in the x and y directions, respectively, and the range of integration can be arbitrarily selected. The calculation method of the correlation amount is not limited to these methods, and other methods may be used.
Figure 2017083817

なお、信号Sを取得する画素位置は、信号S1の取得を取得する画素の位置からx方向に画素間隔のα倍だけずれているので、データ列C13は式(2)を考慮して以下の式(3’)や(4’)により表される。

Figure 2017083817
The pixel position to acquire the signal S 3, since offset by α multiple of the pixel spacing in the x-direction from the position of the pixel to obtain the acquisition of the signal S1, the data sequence C13 is less in consideration of Equation (2) (3 ′) and (4 ′).
Figure 2017083817

[ズレ量算出工程]
ズレ量算出工程(S12)では、ズレ量算出部43が、データ列C12とC13を用いて信号SとSのズレ量Naを算出する。
[Deviation calculation process]
In the deviation amount calculating step (S12), the deviation amount calculation unit 43 calculates the shift amount of Na signals S 1 and S 2 with a data sequence C12 and C13.

ズレ量算出部43は、まず、データ列C12とC13を合成し、データ列C123を作成する。データ列C123は、整数nおよびn+αの変位量に対して以下のように定義される。
C123(n)=C12(n)
C123(n+α)=C13(n+α)
The deviation amount calculation unit 43 first synthesizes the data strings C12 and C13 to create a data string C123. The data string C123 is defined as follows with respect to the displacement amounts of the integers n and n + α.
C123 (n) = C12 (n)
C123 (n + α) = C13 (n + α)

図5は、データ列C123の例を示した図である。図の横軸はデータ間隔Pで規格化した変位量を表している。縦軸は相関量を表し、本実施形態では相関量が小さいほど相関が高いことを表している。図中の黒丸はデータ列C12、白丸はデータ列C13を表してい
る。データ列C12とC13とは、信号SとSの各データの撮像素子10上の位置が異なる分だけ、互いにズレている。データ列C123は、データ列C12とC13の各々のデータを、各データを算出した変位量に応じて交互に配列したデータ列である。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the data string C123. The horizontal axis of the figure represents the displacement amount normalized by the data interval P. The vertical axis represents the correlation amount. In this embodiment, the smaller the correlation amount, the higher the correlation. The black circle in the figure represents the data string C12, and the white circle represents the data string C13. A data string C12 and C13, only the signal S 2 and S are different partial position on the image sensor 10 of each data 3 are displaced from each other. The data string C123 is a data string in which the data of the data strings C12 and C13 are alternately arranged according to the displacement amount calculated for each data.

ズレ量算出部43は、次に、合成したデータ列C123を用いてズレ量を算出する。データ列C123のうち、最も高い相関を表す相関量をデータ列C123の極値と呼ぶ。ズレ量算出部43は、データ列C123の極値を含む複数のデータを用いてズレ量を算出する。ズレ量算出に用いるデータは、データ列C123に含まれるデータのうち、極値をとるデータと、極値を与える変位量の近傍のデータとするとよい。   Next, the deviation amount calculation unit 43 calculates the deviation amount using the combined data string C123. Of the data string C123, the correlation amount representing the highest correlation is referred to as an extreme value of the data string C123. The deviation amount calculation unit 43 calculates the deviation amount using a plurality of data including the extreme values of the data string C123. The data used for the deviation amount calculation is preferably data that takes an extreme value and data in the vicinity of the displacement that gives the extreme value among the data included in the data string C123.

ここで、極値を与える変位量の近傍のデータとは、データ列C123の極値を与える変位量をiとしたときに、|i−i|≦thを満たす変位量iについてのデータ(C123(i))を意味する。ここで、thは近傍の範囲を決定するための閾値である。例えば、th=0.5(より一般的には、max(α,1−α))とすると、極値をとるデータに隣接する2つのデータが近傍のデータとなる。なお、極値を与える変位量の近傍のデータのことを、以下では単に、極値近傍のデータとも称する。 Here, the data in the vicinity of the displacement amount that gives the extreme value is data on the displacement amount i that satisfies | i−i 0 | ≦ th, where i 0 is the displacement amount that gives the extreme value of the data string C123. (C123 (i)). Here, th is a threshold value for determining the neighborhood range. For example, when th = 0.5 (more generally, max (α, 1−α)), two data adjacent to the data having extreme values become neighboring data. Note that data in the vicinity of the displacement amount that gives the extreme value is also simply referred to as data in the vicinity of the extreme value below.

ズレ量の算出には公知の手法を用いることができる。例えば、米国特許第US7599512号明細書に記載されているように、まず、極値近傍の所定数個の相関量(例えば図5ではC12(1)、C13(0.5)、C13(1.5)の3個)を多項式で近似する。そして、多項式の極値を与える変位量(実数量)を信号Sと信号Sのズレ量Naとして算出する。なお、近似関数として多項式以外の関数を採用してもよい。 A known method can be used to calculate the amount of deviation. For example, as described in US Pat. No. 7,599,512, first, a predetermined number of correlation amounts in the vicinity of extreme values (for example, C12 (1), C13 (0.5), C13 (1. 3) of 5) is approximated by a polynomial. The calculated displacement amount giving an extreme value of the polynomial (actual quantity) as a shift amount of Na signals S 1 and the signal S 2. A function other than a polynomial may be employed as the approximate function.

なお、上記の手法によるズレ量Naの算出は、多項式近似や極値算出を具体的に行うことなく、下記の式(5)を適用することで行える。式(5)において、C(0)はデータ列C123の極値、C(−1)およびC(+1)はC(0)の極値の隣の相関量、N0はC(0)に対応する変位量を表している。

Figure 2017083817
Note that the deviation amount Na can be calculated by applying the following equation (5) without specifically performing polynomial approximation or extreme value calculation. In Expression (5), C (0) corresponds to the extreme value of the data string C123, C (−1) and C (+1) correspond to the correlation amount adjacent to the extreme value of C (0), and N0 corresponds to C (0). Represents the amount of displacement to be performed.
Figure 2017083817

式(5)を用いて、変位量と相関量の関係を表す近似関数の極値を与える変位量をズレ量Naとして求めることができる。   Using equation (5), the displacement amount giving the extreme value of the approximate function representing the relationship between the displacement amount and the correlation amount can be obtained as the deviation amount Na.

ズレ量Naの算出手法の別の例は、米国特許第8723926号明細書に記載されているように、極値と極値の隣のデータを結ぶ直線の傾きから算出する手法である。例えば、式(6)を適用することでズレ量を算出することができる。なお、C1はC(−1)とC(+1)のうち相関量が高い方の相関値を表している。

Figure 2017083817
Another example of the method of calculating the deviation amount Na is a method of calculating from the slope of a straight line connecting an extreme value and data adjacent to the extreme value, as described in US Pat. No. 8723926. For example, the amount of deviation can be calculated by applying Equation (6). C1 represents a correlation value having a higher correlation amount between C (−1) and C (+1).
Figure 2017083817

式(6)を用いる算出方法も、変位量と相関量の関係を表す近似関数の極値を与える変位量をズレ量Naとして求めていると捉えられる。   The calculation method using Expression (6) is also regarded as obtaining the displacement amount giving the extreme value of the approximate function representing the relationship between the displacement amount and the correlation amount as the deviation amount Na.

ズレ量Naは他の手法を用いて算出しても良い。相関量の演算に用いた手法に応じて、適切な方法でズレ量を算出すれば良い。   The deviation amount Na may be calculated using another method. The amount of deviation may be calculated by an appropriate method according to the method used for calculating the correlation amount.

なお、上記ではデータ列C123を生成すると説明しているが、実際にデータ列C123を生成する(すなわち、データ列C12やC13と異なる配列を記憶装置に用意しデータを新たに格納する)必要はない。上記で説明した処理は、データ列C12およびC13からデータを適宜取得して利用することで実現可能である。例えば、ズレ量Naは、以下のようにして求めることができる。データ列C12とC13のそれぞれの極値を求め、両極値を比較することで、データ列C123の極値に相当する相関量を求める。そして、データ列C12およびC13から極値近傍の変位量と相関の関係を抽出し、前述の方法でズレ量を算出する。   In the above description, the data string C123 is generated. However, it is necessary to actually generate the data string C123 (that is, prepare an array different from the data strings C12 and C13 in the storage device and newly store the data). Absent. The processing described above can be realized by appropriately acquiring and using data from the data strings C12 and C13. For example, the deviation amount Na can be obtained as follows. The extreme values of the data strings C12 and C13 are obtained and the extreme values are compared to obtain the correlation amount corresponding to the extreme value of the data string C123. Then, the relationship between the displacement amount near the extreme value and the correlation is extracted from the data strings C12 and C13, and the deviation amount is calculated by the above-described method.

[距離算出工程]
距離算出工程(S13)では、距離算出部(距離取得部)44が、ステップS12で算出したズレ量Naに基づいて距離情報を算出する。より具体的には、距離算出部44は、ズレ量Naからデフォーカス量を求め、デフォーカス量と結像光学系20の結像関係とから被写体の距離を算出する。例えば、デフォーカス量ΔLは、以下の式(7)により算出することができる。

Figure 2017083817

ここで、NaはステップS12で算出したズレ量であり、Kaはズレ量を距離に変換するための変換係数である。 [Distance calculation process]
In the distance calculation step (S13), the distance calculation unit (distance acquisition unit) 44 calculates distance information based on the deviation amount Na calculated in step S12. More specifically, the distance calculation unit 44 obtains the defocus amount from the deviation amount Na, and calculates the distance of the subject from the defocus amount and the imaging relationship of the imaging optical system 20. For example, the defocus amount ΔL can be calculated by the following equation (7).
Figure 2017083817

Here, Na is the shift amount calculated in step S12, and Ka is a conversion coefficient for converting the shift amount into a distance.

デフォーカス量は結像光学系の結像関係を用いて実空間における被写体までの距離に容易に変更可能であるため、デフォーカス量は被写体までの距離情報であると捉えることができる。距離算出部44は、被写体までの距離情報として、デフォーカス量を出力してもよいし、実空間における距離を出力してもよい。距離算出部44が出力する距離情報は、フォーカス位置から被写体までの距離(相対距離)であってもよいし、撮影時の撮像装置から被写体までの距離(絶対距離)であってもよい。また、絶対距離あるいは相対距離は、像面側での距離、物体側での距離のどちらであってもよい。また、距離は、実空間の距離で表されてもよいし、デフォーカス量やズレ量など実空間の距離に換算できる量で表されてもよい。   Since the defocus amount can be easily changed to the distance to the subject in real space using the imaging relationship of the imaging optical system, the defocus amount can be regarded as distance information to the subject. The distance calculation unit 44 may output a defocus amount as distance information to the subject, or may output a distance in real space. The distance information output by the distance calculation unit 44 may be a distance (relative distance) from the focus position to the subject, or a distance (absolute distance) from the imaging device to the subject at the time of shooting. The absolute distance or relative distance may be either the distance on the image plane side or the distance on the object side. The distance may be expressed as a real space distance, or may be expressed as an amount that can be converted into a real space distance such as a defocus amount or a deviation amount.

このような距離検出方法により、少ない演算負荷で、被写体の距離を高精度に算出することができる。   By such a distance detection method, the distance of the subject can be calculated with high accuracy with a small calculation load.

<原理>
本手法により、少ない演算負荷で、被写体の距離を高精度に算出できる原理を述べる。
<Principle>
The principle by which the distance of the subject can be calculated with high accuracy with a small calculation load by this method will be described.

本手法では、一対の画像信号(SとSまたはSとS)のズレ量が以下のようにして算出される。まず、一対の画像信号の相対的な位置(変位量)を変化させ、各位置で両画像信号の相関量を算出することで相関量のデータ列が算出される。相関量のデータ列の極値近傍のデータから、変位量と相関量の関係を表す所定の関数を求め、この近似関数の極値を与える変位量が、ズレ量Naとして推定される。これにより、画像信号のデータ間隔よりも細かい精度でズレ量が算出される。以下の説明において、相関量のデータ列の近似に用いる関数を近似関数と呼ぶ。また、画像信号のズレ量及び相関演算における変位量は、画像信号のデータ間隔Pで規格化した量で説明する。 In this method, the shift amount of the pair of image signals (S 1 and S 2 or S 1 and S 3 ) is calculated as follows. First, the relative position (displacement amount) of a pair of image signals is changed, and the correlation amount between both image signals is calculated at each position, whereby a correlation amount data string is calculated. A predetermined function representing the relationship between the displacement amount and the correlation amount is obtained from the data in the vicinity of the extreme value of the correlation amount data string, and the displacement amount that gives the extreme value of this approximate function is estimated as the deviation amount Na. As a result, the amount of deviation is calculated with an accuracy finer than the data interval of the image signal. In the following description, a function used for approximating the correlation amount data string is referred to as an approximate function. Further, the deviation amount of the image signal and the displacement amount in the correlation calculation will be described as an amount normalized by the data interval P of the image signal.

これに対して、従来の手法である非特許文献1では、以下のようにしてズレ量が算出される。まず、本実施形態の手法と同様に、ステレオ画像の一方の画像信号であり、撮像素子上の互いに異なる位置で取得した信号に相当する2つの画像信号(信号SとSに対
応)が生成される。次に、非特許文献1では、本手法とは異なり、各々の画像信号(SとSに対応)と、もう一方のステレオ画像信号(Sに対応)より各変位量に対する相関量のデータ列C12、C13が算出される。そして、データ列C12、C13からそれぞれ独立にズレ量Na12、Na13を推定し、これら2つのズレ量を平均することで最終的なズレ量Na(=0.5×(Na12+Na13))が算出される。
On the other hand, in Non-Patent Document 1, which is a conventional method, the amount of deviation is calculated as follows. First, similarly to the method of the present embodiment, two image signals (corresponding to signals S 2 and S 3 ) corresponding to signals acquired at different positions on the image sensor are one image signal of a stereo image. Generated. Then, Non-Patent Document 1, unlike the present method, with each of the image signals (corresponding to S 2 and S 3), the other stereo image signal (corresponding to S 1) from the amount of correlation for each amount of displacement Data strings C12 and C13 are calculated. Then, the shift amounts Na 12 and Na 13 are estimated independently from the data strings C 12 and C 13 , and the final shift amount Na (= 0.5 × (Na 12 + Na 13 ) is obtained by averaging these two shift amounts. ) Is calculated.

図6(a)(b)(c)は一対の画像信号の正解のズレ量NcがそれぞれN、N+0.25、N+0.5のときに算出される相関量のデータ列C12と推定ズレ量Na12の例を示した模式図である。Nは任意の整数とする。横軸は変位量を表している。縦軸は相関量を表し、下にいくほど相関が高いことを表している。 6A, 6B, and 6C show the correlation amount data string C12 and the estimated deviation amount Na calculated when the correct deviation amounts Nc of the pair of image signals are N, N + 0.25, and N + 0.5, respectively. It is the schematic diagram which showed the example of 12 . N is an arbitrary integer. The horizontal axis represents the amount of displacement. The vertical axis represents the correlation amount, and the lower the value, the higher the correlation.

図中の黒点は相関量のデータ列C12の各データを表している。実線L1は、データ列C12の近似関数、破線L2は正解の関数を表している。正解の関数は、近似関数と同じ形の関数を用いて、関数の頂点が正解のズレ量Ncとなる条件の元で求めた関数である。   The black dots in the figure represent the data in the correlation amount data string C12. A solid line L1 represents an approximate function of the data string C12, and a broken line L2 represents a correct function. The correct function is a function obtained using a function having the same form as the approximate function under the condition that the vertex of the function is the correct deviation amount Nc.

縦線はそれぞれ正解のズレ量Ncと推定されるズレ量Na12を表している。通常、データ列C12を結ぶ関数と近似関数とは異なる特性を有する関数であるため、近似関数には誤差が含まれる。この誤差は、データ列C12が正解ズレ量Nc近傍のデータを含まないときほど大きくなる。正解ズレ量Ncがデータ間隔Pの整数倍Nから遠ざかるにつれて近似関数の誤差が増大し、図6(b)(c)のように、正解ズレ量Ncと推定ズレ量Na12の差が増大する。 Vertical line represents the shift amount Na 12 which is estimated to deviation amount Nc of correct answers respectively. Usually, since the function connecting the data string C12 and the approximate function are functions having different characteristics, the approximate function includes an error. This error increases as the data string C12 does not include data in the vicinity of the correct deviation amount Nc. The error of the approximation function increases as the correct answer amount Nc moves away from the integer multiple N of the data interval P, and the difference between the correct answer amount Nc and the estimated error amount Na 12 increases as shown in FIGS. .

図6(d)(e)(f)は、データ列C13と推定されるズレ量Na13の例を示した模式図である。図中の白点はC13の各データを表している。図6(d)は図6(a)と同様に正解ズレ量がN、図6(e)は図6(b)と同様に正解ズレ量がN+0.25、図6(f)は図6(c)と同様に正解ズレ量がN+0.5のときに算出される相関量のデータ列を示した図である。 FIGS. 6D, 6 </ b> E, and 6 </ b> F are schematic diagrams illustrating an example of the data string C <b> 13 and the estimated shift amount Na 13 . White dots in the figure represent the data of C13. 6 (d) is N as in FIG. 6 (a), FIG. 6 (e) is N + 0.25 as in FIG. 6 (b), and FIG. 6 (f) is FIG. It is the figure which showed the data row | line | column of the correlation amount calculated when the amount of correct deviation | shift is N + 0.5 similarly to (c).

図6(b)(e)のように、正解ズレ量NcがN+0.25のとき、2つの推定ズレ量Naは、正解ズレ量Ncを中心に互いに逆方向かつ同程度の誤差を含むため、平均すると推定ズレ量Naの算出誤差が低減する。   As shown in FIGS. 6B and 6E, when the correct deviation amount Nc is N + 0.25, the two estimated misalignment amounts Na include errors in the opposite directions and the same degree with respect to the correct answer amount Nc. When averaged, the calculation error of the estimated deviation amount Na is reduced.

しかしながら、図6(a)(d)あるいは図6(c)(f)のように、正解ズレ量NcがNあるいはN+0.5のときは、データ列C12又はC13のいずれか一方は、正解ズレ量Nc近傍のデータを含まないため、近似関数の誤差が増大する。2つのズレ量Na12またはNa13のうちの一方の誤差が増大するので、他方のデータ列が正解ズレ量Nc近傍のデータを含み誤差が少なくても、これら2つのズレ量を平均したズレ量Naの算出誤差は大きくなる。また、各データ列C12、C13についてズレ量Na12、Na13の算出を行うため、演算負荷が大きくなる。 However, as shown in FIGS. 6A, 6D and 6C, when the correct deviation amount Nc is N or N + 0.5, one of the data strings C12 and C13 is correct. Since the data in the vicinity of the quantity Nc is not included, the error of the approximation function increases. Since the error of one of the two deviation amounts Na 12 or Na 13 increases, even if the other data string includes data in the vicinity of the correct deviation amount Nc and there is little error, the deviation amount obtained by averaging these two deviation amounts The calculation error of Na becomes large. In addition, since the shift amounts Na 12 and Na 13 are calculated for the data strings C12 and C13, the calculation load increases.

本実施形態にかかる距離検出装置40は、データ列C12とC13を合成したデータ列C123を作成し、データ列C123の極値とその周囲のデータに対して近似関数を算出し、当該近似関数に基づいてズレ量Naを算出する。図7(a)(b)(c)は、正解ズレ量NcがそれぞれN、N+0.25、N+0.5のときに算出されるデータ列C123と推定ズレ量Naの例を示した模式図である。   The distance detection device 40 according to the present embodiment creates a data sequence C123 by combining the data sequences C12 and C13, calculates an approximate function for the extreme values of the data sequence C123 and surrounding data, and sets the approximate function as the approximate function. Based on this, the deviation amount Na is calculated. 7A, 7B, and 7C are schematic diagrams illustrating examples of the data string C123 and the estimated deviation amount Na calculated when the correct deviation amount Nc is N, N + 0.25, and N + 0.5, respectively. is there.

正解ズレ量NcがN+0.25のとき、データ列C12とC13は、互いに正解ズレ量Ncを中心に反転したデータ列となる。データ列C123のうち極値周囲のデータに対する近似関数を算出すると、近似関数はデータ列C12とC13の間の特性を有する関数となる。したがって、近似関数から算出される推定ズレ量Naは正解ズレ量Nc近傍の値と
なる(図7(b))。
When the correct answer amount Nc is N + 0.25, the data strings C12 and C13 are data strings that are inverted with respect to the correct answer quantity Nc. When an approximate function for data around extreme values in the data string C123 is calculated, the approximate function becomes a function having characteristics between the data strings C12 and C13. Therefore, the estimated deviation amount Na calculated from the approximate function is a value near the correct deviation amount Nc (FIG. 7B).

正解ズレ量NcがNあるいはN+0.5のとき、データ列C123には、正解ズレ量Nc近傍のデータが含まれ、データ列C123は正解ズレ量Ncの近傍で極値をとる。この変位量を含むデータ列C123に対して近似関数を算出することで、近似関数の誤差を低減することができる。この近似関数を用いることで、ズレ量の算出誤差を低減することができる(図7(a)、(c))。   When the correct answer amount Nc is N or N + 0.5, the data string C123 includes data in the vicinity of the correct answer value Nc, and the data string C123 takes an extreme value in the vicinity of the correct answer value Nc. By calculating an approximate function for the data string C123 including this displacement, errors in the approximate function can be reduced. By using this approximate function, a deviation amount calculation error can be reduced (FIGS. 7A and 7C).

このように、データ列C12、C13を組み合わせたデータ列C123を用い推定ズレ量Naを算出することで、画像信号SとSがどのようなズレ量を有している場合であっても従来よりも高精度にズレ量を算出することができる。 Thus, by calculating the estimated amount of deviation Na using the data string C123 that combines data sequence C12, C13, even if the image signals S 1 and S 2 has what amount of deviation The amount of deviation can be calculated with higher accuracy than before.

なお、信号Sは、信号Sの瞳分割方向における各データの中間の位置における信号であることが望ましい。すなわち、式(2)においてα=0.5とすることが望ましい。こうすることで、正解ズレ量Ncを与える変位量と、データ列C123において当該変位量に最も近いデータの変位量との間の差を、小さくすることができる。具体的にはα=0.5とすることで、この差を常に0.25よりも小さくすることができる。すなわち、画像信号が有する正解ズレ量によらずに、データ列C123は正解ズレ量Ncの近傍の変位量に対する相関量のデータを得やすくなる。したがって、近似関数の誤差を小さくでき、前述の効果を最も得ることができる。 The signal S 3 is preferably in the pupil division direction of the signal S 2 is the signal at the intermediate position of each data. That is, it is desirable that α = 0.5 in the formula (2). By doing so, it is possible to reduce the difference between the displacement amount giving the correct deviation amount Nc and the displacement amount of the data closest to the displacement amount in the data string C123. Specifically, this difference can always be made smaller than 0.25 by setting α = 0.5. That is, regardless of the correct deviation amount of the image signal, the data string C123 can easily obtain data on the correlation amount with the displacement amount in the vicinity of the correct answer amount Nc. Therefore, the error of the approximate function can be reduced, and the above-described effect can be most obtained.

また、相関値のデータ列C12とC13を合成したデータ列C123を用いてズレ量dcを算出することで、非特許文献1の手法と比べてズレ量の算出回数を減らすことができ、演算負荷を軽減することができる。   Further, by calculating the shift amount dc using the data sequence C123 obtained by synthesizing the correlation value data sequences C12 and C13, it is possible to reduce the number of calculation of the shift amount compared to the method of Non-Patent Document 1, and to calculate the calculation load. Can be reduced.

ズレ量の算出精度は、同じ正解ズレ量を有する様々な画像信号からズレ量を算出し、それらの標準偏差を求めることで評価できる。図8は、様々な画像信号についてズレ量を算出し、算出したズレ量の標準偏差を評価した結果を表す図である。図の横軸は設定したズレ量、縦軸は標準偏差を表している。破線L3は非特許文献1の手法を用いた場合、実線L4は本実施形態の手法を用いた場合の結果を表す線である。図8のように、本手法により、標準偏差が低減し、ズレ量の算出精度が向上することが分かる。   The calculation accuracy of the shift amount can be evaluated by calculating the shift amount from various image signals having the same correct shift amount and obtaining their standard deviation. FIG. 8 is a diagram illustrating a result of calculating a deviation amount for various image signals and evaluating a standard deviation of the calculated deviation amount. In the figure, the horizontal axis represents the set deviation amount, and the vertical axis represents the standard deviation. A broken line L3 is a line representing a result when the method of Non-Patent Document 1 is used, and a solid line L4 is a line representing a result when the method of the present embodiment is used. As shown in FIG. 8, it can be seen that this method reduces the standard deviation and improves the accuracy of calculating the deviation amount.

上記のような理由により、本実施形態の方法を用いることで、少ない演算負荷で、高精度なズレ量の算出が可能となる。   For the reasons described above, by using the method of this embodiment, it is possible to calculate the amount of deviation with high accuracy and with a small calculation load.

<他の構成>
本実施形態において、撮像素子10は、図9(a)のように、一部のみに測距画素13が配置され、その他の画素に単一の光電変換部50を有する撮像専用の画素51が配置された構成であってもよい。また、撮像素子10は、図9(b)のように、画素13の光電変換部11のみを含む画素と光電変換部12のみを含む画素とが配置された構成でもよい。なお、画素13は、X方向とY方向で異なる間隔で配置されていてもよい。また、撮像素子10は、図9(c)のように全画素に測距画素13が配置され、距離検出装置40は一部の画素52(ハッチングを付した画素)で取得した信号を距離検出に用いても良い。いずれの構成においても、各光電変換部11及び12より信号S及びSを取得し、前述と同様の手法でズレ量を算出することで計算負荷が小さく、高精度な距離検出が可能となる。一部の画素で取得した信号を用いることで、ズレ量の算出に用いるデータ量を削減でき、計算負荷をより小さくすることができる。
<Other configurations>
In the present embodiment, as shown in FIG. 9A, the imaging element 10 includes the pixel 51 dedicated to imaging, in which the ranging pixels 13 are arranged only in a part and the other photoelectric converter 50 has a single photoelectric conversion unit 50. An arranged configuration may be used. Further, the imaging element 10 may have a configuration in which pixels including only the photoelectric conversion unit 11 of the pixel 13 and pixels including only the photoelectric conversion unit 12 are arranged as illustrated in FIG. Note that the pixels 13 may be arranged at different intervals in the X direction and the Y direction. Further, as shown in FIG. 9C, the image sensor 10 has the ranging pixels 13 arranged in all the pixels, and the distance detection device 40 detects the distance of the signals acquired by some of the pixels 52 (hatched pixels). You may use for. In any configuration, the signals S 1 and S 2 are obtained from the photoelectric conversion units 11 and 12, and the amount of deviation is calculated by the same method as described above, so that the calculation load is small and highly accurate distance detection is possible. Become. By using signals acquired from some pixels, the amount of data used to calculate the amount of deviation can be reduced, and the calculation load can be further reduced.

信号生成工程S10において、信号生成部41が、信号Sを取得した画素13とは異なる位置にある画素13の光電変換部12で生成された電気信号を読み出すことで、信号
を生成しても良い。例えば、図9(d)において画素13のうちの一部の画素52の光電変換部11,12で取得した信号よりS、Sを生成し、他の画素53の光電変換部12で取得した信号よりSを生成することができる。信号Sから演算(補間)によってSを生成する場合と比べて、より高精度な信号を得ることができ、より高精度に距離を検出することができる。
In the signal generation step S10, the signal generation unit 41, by reading the electrical signals generated by the photoelectric conversion portion 12 of the pixel 13 in a position different from the pixel 13 which has acquired the signal S 2, and generates a signal S 3 May be. For example, in FIG. 9D, S 1 and S 2 are generated from signals acquired by the photoelectric conversion units 11 and 12 of some of the pixels 52 of the pixels 13 and acquired by the photoelectric conversion units 12 of the other pixels 53. S 3 can be generated from the processed signal. From the signal S 2 by calculation (interpolation) in comparison with the case of generating the S 3, it is possible to obtain a more accurate signal can detect the distance with higher accuracy.

なお、本実施形態における撮像素子10は、赤(R)、緑(G)、青(B)のそれぞれの波長を有する光に対して高い感度を有する画素(R画素、G画素、B画素)を配列した構成を有してもよい。この場合、測距画素13はRGBの各画素あるいは一部の画素に配置する。例えば、画像信号S、SはR、G、Bのいずれかの画素に配置した画素13から取得した信号を用いて生成できる。あるいは互いに近傍にあるRGBの各画素で取得した信号を加算あるいは輝度情報に変換することで、信号S、Sを生成できる。いずれの信号を用いても、前述と同様の手法を用いることで、計算負荷が小さく、高精度にズレ量を算出することができ、より高精度な距離検出が可能となる。 Note that the image sensor 10 according to the present embodiment is a pixel (R pixel, G pixel, B pixel) having high sensitivity to light having respective wavelengths of red (R), green (G), and blue (B). May be arranged. In this case, the ranging pixels 13 are arranged in each of RGB pixels or a part of the pixels. For example, the image signals S 1 and S 2 can be generated by using signals acquired from the pixels 13 arranged in any one of R, G, and B pixels. Alternatively, the signals S 1 and S 2 can be generated by adding or converting the signals acquired by the RGB pixels close to each other into luminance information. Regardless of which signal is used, by using the same method as described above, the calculation load is small, the amount of deviation can be calculated with high accuracy, and the distance can be detected with higher accuracy.

<距離検出方法の変形例1>
ズレ量は、データ列C12、C13のうち、極値を与える変位量およびその近傍でのデータに基づいて算出される。したがって、データ列C13はデータ列C12の全範囲に対応するように生成する必要はない。ここでは、データ列C13を一部の範囲内についてのみ生成して距離検出を行う方法を説明する。
<Modification 1 of the distance detection method>
The deviation amount is calculated based on the displacement amount giving the extreme value in the data strings C12 and C13 and data in the vicinity thereof. Therefore, it is not necessary to generate the data string C13 so as to correspond to the entire range of the data string C12. Here, a method of performing distance detection by generating the data string C13 only within a partial range will be described.

本変形例では、相関演算工程(S11)において、相関演算部42が、次のようにデータ列C12、C13を算出する。まず、信号SとSのx方向における相対的な位置を変えて相関量を演算することでデータ列C12を算出する。次に、相関演算部42が、データ列C12の極値を与える変位量を求め、この変位量を含む近傍の範囲をデータ列C13の算出範囲として決定する。そして、相関演算部42が、決定した範囲内でデータ列C13を算出する。 In this modification, in the correlation calculation step (S11), the correlation calculation unit 42 calculates the data strings C12 and C13 as follows. First, to calculate the data sequence C12 by calculating a correlation amount by changing the relative position in the x direction of the signals S 1 and S 2. Next, the correlation calculation unit 42 obtains a displacement amount that gives an extreme value of the data string C12, and determines a nearby range including the displacement amount as a calculation range of the data string C13. Then, the correlation calculation unit 42 calculates the data string C13 within the determined range.

ズレ量算出工程(S12)では、データ列C123の極値近傍のデータを用いてズレ量を算出する。そのため、データ列C13は、極値近傍の変位量に対するデータが必要となる。データ列C123の極値を与える変位量は、データ列C12の極値を与える変位量かデータ列C13の極値を与える変位量のいずれかであり、これらはいずれもほぼ等しい。したがって、データ列C12の極値の近傍範囲は、データ列C123の極値の近傍範囲とほぼ等しい。データ列C12を用いて高い相関が得られる変位量を予め把握し、この情報を元にデータ列C13の算出範囲を決定し、データ列C13を算出することで、不要な相関演算を低減し、計算負荷を更に軽減することができる。   In the deviation amount calculation step (S12), the deviation amount is calculated using data in the vicinity of the extreme value in the data string C123. For this reason, the data string C13 requires data for the displacement amount near the extreme value. The displacement amount that gives the extreme value of the data string C123 is either the displacement amount that gives the extreme value of the data string C12 or the displacement amount that gives the extreme value of the data string C13, which are almost equal. Therefore, the vicinity range of the extreme value of the data string C12 is substantially equal to the vicinity range of the extreme value of the data string C123. By grasping in advance the amount of displacement with which high correlation is obtained using the data string C12, determining the calculation range of the data string C13 based on this information, and calculating the data string C13, reducing unnecessary correlation calculations, The calculation load can be further reduced.

<距離検出方法の変形例2>
正解ズレ量によっては、データ列C13を考慮しなくてもデータ列C12(信号SとSの相関)のみからズレ量あるいは距離を精度良く検出できる。本変形例では、まずデータ列C12の算出を行い、その結果を元に、残りの工程を行うか判断する。
<Modification 2 of the distance detection method>
Depending correct shift amount (correlation signals S 1 and S 2) data is also a column C13 is not necessary to consider the data sequence C12 the deviation or distance from only accurately be detected. In this modification, first, the data string C12 is calculated, and based on the result, it is determined whether to perform the remaining steps.

図10は、本変形例に係る距離検出方法のフローチャートを示す。以下、図10を参照して、本変形例にかかる距離検出方法を説明する。なお、図3と同一の符号が付された処理は、上記実施形態と同様であるため説明を省略する。   FIG. 10 shows a flowchart of a distance detection method according to this modification. Hereinafter, a distance detection method according to this modification will be described with reference to FIG. In addition, since the process to which the same code | symbol as FIG. 3 was attached | subjected is the same as that of the said embodiment, description is abbreviate | omitted.

第1の相関演算工程(ステップS17)では、相関演算部42が、信号S、Sよりデータ列C12の算出を行う。具体的な算出方法は上述したとおりである。 In the first correlation calculation step (step S17), the correlation calculation unit 42 calculates the data string C12 from the signals S 1 and S 2 . The specific calculation method is as described above.

次に、評価工程(ステップS18)では、相関演算部42が、データ列C12を評価し
、正解ズレ量Ncがデータ間隔の整数倍に近いかどうかを評価する。この評価は、例えば、データ列C12の極値とその両隣のデータ(相関量)の大きさを比較することにより行える。正解ズレ量Ncがデータ間隔の整数倍に近いとき、データ列C12の極値は小さい値となり、両隣の相関量は大きな値となる。例えば、極値と両隣のデータの差が閾値よりも小さいとき、正解ズレ量Ncが非整数倍であると判断することができる。あるいは、極値の両隣のデータを、極値で除算した値が閾値よりも小さいとき、正解ズレ量Ncが非整数倍であると判断することができる。
Next, in the evaluation step (step S18), the correlation calculation unit 42 evaluates the data string C12 and evaluates whether or not the correct answer amount Nc is close to an integer multiple of the data interval. This evaluation can be performed, for example, by comparing the extreme values of the data string C12 and the size of the data (correlation amount) on both sides thereof. When the correct deviation amount Nc is close to an integral multiple of the data interval, the extreme value of the data string C12 becomes a small value, and the correlation amount on both sides becomes a large value. For example, when the difference between the extreme value and the adjacent data is smaller than the threshold value, it can be determined that the correct deviation amount Nc is a non-integer multiple. Alternatively, when the value obtained by dividing the data adjacent to the extreme value by the extreme value is smaller than the threshold value, it is possible to determine that the correct deviation amount Nc is a non-integer multiple.

評価工程S18で正解ズレ量Ncがデータ間隔の整数倍に近いと判断したときは、すなわち、データ列C12における極値と両隣のデータの値の差または比が閾値以上のときは、第2のズレ量算出工程(ステップS19)に進む。第2のズレ量算出工程S19は、データ列C12よりズレ量Naを算出する工程であり、公知の手法でズレ量を算出する。具体的には、データ列C12の極値近傍のデータを用いて、変位量と相関の関係を近似関数で近似し、この近似関数の極値を与える変位量をズレ量Naとして求めればよい。   When it is determined in the evaluation step S18 that the correct deviation amount Nc is close to an integral multiple of the data interval, that is, when the difference or ratio between the extreme values in the data string C12 and the values of the adjacent data is equal to or greater than the threshold value, Proceed to the deviation amount calculation step (step S19). The second deviation amount calculation step S19 is a step of calculating the deviation amount Na from the data string C12, and calculates the deviation amount by a known method. Specifically, using the data in the vicinity of the extreme value of the data string C12, the relationship between the displacement amount and the correlation is approximated by an approximate function, and the displacement amount that gives the extreme value of the approximate function may be obtained as the deviation amount Na.

評価工程S18で正解ズレ量Ncがデータ間隔の非整数倍と判断される場合は、信号生成工程(ステップS10)に進み、信号生成部41が信号Sを生成する。そして、第2の相関演算工程(ステップS20)において、相関演算部42が、データ列C13の算出を行い、ズレ量算出工程(ステップS12)においてズレ量算出部43が、データ列C12とC13に基づいてズレ量を算出する。距離算出工程S13は前述と同様である。 If correct deviation amount Nc in the evaluation step S18 is be determined that the non-integer multiple of the data interval, the flow advances to the signal generating step (step S10), and the signal generator 41 generates a signal S 3. In the second correlation calculation step (step S20), the correlation calculation unit 42 calculates the data string C13, and in the deviation amount calculation step (step S12), the deviation amount calculation unit 43 adds the data strings C12 and C13. Based on this, the amount of deviation is calculated. The distance calculation step S13 is the same as described above.

正解ズレ量Ncがデータ間隔の整数倍のときは、図6(a)に示すようにデータ列C12のみから高精度にズレ量を算出することができる。したがって、評価工程S18を設けることで、正解ズレ量Ncがデータ間隔の整数倍に近いときは、データ列C12のみを用いて高精度にズレ量を算出することができる。また、信号Sの生成や、データ列C13の生成を省略できるので、演算負荷をさらに少なくすることができる。一方、正解ズレ量Ncがデータ間隔の整数倍以外のときは、本発明の手法によって精度良くズレ量を算出できる。 When the correct deviation amount Nc is an integral multiple of the data interval, the deviation amount can be calculated with high accuracy only from the data string C12 as shown in FIG. Therefore, by providing the evaluation step S18, when the correct deviation amount Nc is close to an integral multiple of the data interval, the deviation amount can be calculated with high accuracy using only the data string C12. Further, generation of signal S 3, it is possible to omit the generation of the data sequence C13, it is possible to further reduce the calculation load. On the other hand, when the correct answer amount Nc is other than an integral multiple of the data interval, the difference amount can be calculated with high accuracy by the method of the present invention.

<距離検出方法の変形例3>
上記の変形例2では、評価工程(ステップS18)においてデータ列C12から求まるズレ量がデータ間隔の整数倍に近いか否かを判断して、データ列C13を生成するか否かを切り替えている。本変形例では、変形例2とは異なる評価方法によってデータ列C13の生成要否を判断する。本変形例の処理は変形例2(図10)とほぼ同様であるので、以下では、異なる部分を主に説明する。
<Modification 3 of the distance detection method>
In the above modification 2, it is determined whether or not the shift amount obtained from the data string C12 in the evaluation step (step S18) is close to an integral multiple of the data interval, and whether or not the data string C13 is generated is switched. . In this modification, the necessity of generating the data string C13 is determined by an evaluation method different from that in Modification 2. Since the process of this modification is substantially the same as that of the modification 2 (FIG. 10), different parts will be mainly described below.

本変形例では、図10の評価工程(ステップS18)において、データ列C12を用いて正解ズレ量Ncの大きさを評価する。この評価は、データ列C12の極値を与える変位量の大きさを評価することで行える。この変位量が閾値よりも大きいとき、正解ズレ量Ncは大きいと評価され、閾値よりも小さいとき、正解ズレ量Ncは小さいと評価される。   In the present modification, the magnitude of the correct deviation amount Nc is evaluated using the data string C12 in the evaluation step (step S18) of FIG. This evaluation can be performed by evaluating the amount of displacement that gives the extreme value of the data string C12. When this displacement amount is larger than the threshold value, the correct deviation amount Nc is evaluated as being large, and when it is smaller than the threshold value, the correct deviation amount Nc is evaluated as being small.

評価工程S18で正解ズレ量Ncが大きいと判断した場合は、第2のズレ量算出工程(ステップS19)に進み、データ列C12に基づいてズレ量を算出する。評価工程S18で正解ズレ量Ncが小さいと判断される場合は、信号生成工程(ステップS10)及び第2の相関演算工程(ステップS20)及びズレ量算出工程(ステップS12)に進み、データ列C13も利用してズレ量を算出する。   If it is determined in the evaluation step S18 that the correct deviation amount Nc is large, the process proceeds to the second deviation amount calculation step (step S19), and the deviation amount is calculated based on the data string C12. When it is determined in the evaluation step S18 that the correct deviation amount Nc is small, the process proceeds to the signal generation step (step S10), the second correlation calculation step (step S20), and the deviation amount calculation step (step S12), and the data string C13 Is also used to calculate the amount of deviation.

上記(段落0056)の説明において、データ列C12を結ぶ関数と近似関数とが異なる特性を有する関数であるため、近似関数には誤差が含まれ、この誤差がズレ量の算出誤差の原因となることを述べた。この近似関数の誤差は、画像に高い空間周波数が含まれる
ほど誤差が大きくなる。正解ズレ量が大きいときは、デフォーカス量が大きく、画像に高周波の信号が含まれる可能性が低いため、この誤差が小さくなる。一方、正解ズレ量が小さいときは、デフォーカス量が小さく、画像に高周波の信号が含まれる可能性が高いため、この誤差が大きくなる。
In the above description (paragraph 0056), since the function connecting the data string C12 and the approximate function are functions having different characteristics, the approximate function includes an error, and this error causes a deviation amount calculation error. Said. The error of the approximation function increases as the spatial frequency increases in the image. When the correct answer amount is large, the defocus amount is large and the possibility that a high-frequency signal is included in the image is low. On the other hand, when the correct answer amount is small, the defocus amount is small, and there is a high possibility that a high-frequency signal is included in the image.

したがって、評価工程S18を設けることで正解ズレ量Ncの大きさを評価し、正解ズレ量が大きいときは、データ列C12のみから高精度にズレ量を算出することができる。また、正解ズレ量Ncが小さいときは、前述と同様にデータ列C12とC13を用いて高精度にズレ量を算出することができる。また、正解ズレ量が大きいときに、信号Sの生成や、データ列C13の生成を省略できるので、演算負荷をさらに少なくすることができる。 Accordingly, the evaluation step S18 is provided to evaluate the size of the correct answer amount Nc, and when the correct answer amount is large, the error amount can be calculated with high accuracy only from the data string C12. In addition, when the correct answer amount Nc is small, the amount of difference can be calculated with high accuracy using the data strings C12 and C13 as described above. Further, when a large correct shift amount, generation of signal S 3, it is possible to omit the generation of the data sequence C13, it is possible to further reduce the calculation load.

<距離検出方法の変形例4>
距離算出工程S13では、例えば、式(8)のように、ズレ量Ncと被写体距離Lを結びつける変換係数Kbを用いて、被写体の距離Lを直接算出してもよい。

Figure 2017083817
<Modification 4 of the distance detection method>
In the distance calculation step S13, for example, the subject distance L may be directly calculated using a conversion coefficient Kb that links the deviation amount Nc and the subject distance L as shown in Equation (8).
Figure 2017083817

あるいは式(9)にしたがってデフォーカス量ΔLを算出し、デフォーカス量ΔLから被写体距離を算出してもよい。ここで、Kcは変換係数、Hは射出瞳21と撮像素子10までの距離を表している。このような式を用いることにより、より高精度にデフォーカス量及び距離を算出することができる。

Figure 2017083817
Alternatively, the defocus amount ΔL may be calculated according to Equation (9), and the subject distance may be calculated from the defocus amount ΔL. Here, Kc represents a conversion coefficient, and H represents a distance between the exit pupil 21 and the image sensor 10. By using such an expression, the defocus amount and distance can be calculated with higher accuracy.
Figure 2017083817

<測距結果>
本発明の距離検出装置の測距結果は、例えば、結像光学系の焦点検出に用いることができる。本発明の距離検出装置によって、高速かつ高精度に被写体の距離を測定することができ、被写体と結像光学系の焦点位置とのズレ量を知ることができる。結像光学系の焦点位置を制御することで、被写体に対して高速かつ高精度に焦点位置を合わせることができる。本実施形態の距離検出装置を備えてデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像装置を構成でき、距離検出装置の距離検出結果に基づき、光学系の焦点検出を行うことができる。また、本発明の距離検出装置で、撮像素子10上の複数の位置で距離を算出することで、距離マップを生成することができる。
<Range finding result>
The distance measurement result of the distance detection apparatus of the present invention can be used, for example, for focus detection of the imaging optical system. With the distance detection device of the present invention, the distance of the subject can be measured at high speed and with high accuracy, and the amount of deviation between the subject and the focal position of the imaging optical system can be known. By controlling the focal position of the imaging optical system, the focal position can be adjusted to the subject at high speed and with high accuracy. An imaging apparatus such as a digital still camera or a digital video camera can be configured with the distance detection apparatus of this embodiment, and the focus detection of the optical system can be performed based on the distance detection result of the distance detection apparatus. In addition, the distance detection device of the present invention can generate a distance map by calculating distances at a plurality of positions on the image sensor 10.

<その他の実施例>
なお、ステレオ画像信号S、Sを取得する画像取得手段は、上述の実施形態の構成に限定されるものではない。例えば、複数のカメラもしくは単体のカメラで異なる撮影位置から撮影することで、画像信号S、Sを取得し、これらの画像信号のズレ量を算出し、距離の検出を行っても良い。例えば、2つの結像光学系と2つの撮像素子を有し、それぞれの撮像素子から視点の異なるステレオが像信号を取得する構成を採用可能である。このような構成でも、ステレオ画像信号を取得することができ、前述と同様の手法でズレ量を算出することで計算負荷が小さく、高精度なズレ量の算出が可能となり、高精度な距離検出が可能となる。
<Other examples>
Note that the image acquisition means for acquiring the stereo image signals S 1 and S 2 is not limited to the configuration of the above-described embodiment. For example, the image signals S 1 and S 2 may be acquired by shooting from different shooting positions with a plurality of cameras or a single camera, the amount of deviation between these image signals may be calculated, and the distance may be detected. For example, it is possible to employ a configuration in which two imaging optical systems and two imaging elements are provided, and stereos having different viewpoints acquire image signals from the respective imaging elements. Even with such a configuration, a stereo image signal can be obtained, and the amount of deviation can be calculated by the same method as described above, so that the calculation load is small and the amount of deviation can be calculated with high accuracy, and high-precision distance detection is possible. Is possible.

上述した実施形態では被写体までの距離を算出する例について示したが、ズレ量に対応する視差量(被写体方向の角度差)を検出する視差量検出装置にも本発明を提供すること
ができる。例えば、視差量検出装置では、ズレ量に基づいて、合焦位置近傍の被写体を画像から切り出すなどの処理を施すことができる。なお、視差量とは、2つの信号のズレ量であってもよく、またはそれらに関連した物理量であってもよい。
In the above-described embodiment, an example in which the distance to the subject is calculated has been described. However, the present invention can also be provided for a parallax amount detection device that detects a parallax amount (an angle difference in the subject direction) corresponding to a deviation amount. For example, the parallax amount detection device can perform processing such as cutting out a subject near the in-focus position from an image based on the amount of deviation. Note that the amount of parallax may be the amount of deviation between two signals, or a physical amount related to them.

この視差量検出装置は、実施形態1の距離検出装置40の距離算出部44の代わりに、2つの信号のズレ量に対応する視差量を算出する視差量算出部を有する構成とすれば、その他の構成は距離検出装置40と同じでよい。さらに、視差量検出装置は、視差量(ズレ量)に応じて、所定の視差量の被写体を画像から抽出する抽出部を有していてもよい。   If this parallax amount detection device is configured to have a parallax amount calculation unit that calculates the parallax amount corresponding to the shift amount of two signals, instead of the distance calculation unit 44 of the distance detection device 40 of the first embodiment, The configuration may be the same as that of the distance detection device 40. Furthermore, the parallax amount detection device may include an extraction unit that extracts a subject having a predetermined parallax amount from the image according to the parallax amount (deviation amount).

視差量検出装置における視差量検出方法は、図3のフローチャートにおいて、距離算出工程S13の代わりに視差量の算出工程を行うようにすれば、その他の処理工程は、図3と同じでよい。なお、視差量の算出は、信号のズレ量を算出してもよいし、それらに関連した物理量を算出するようにしてもよい。   In the parallax amount detection method in the parallax amount detection apparatus, if the parallax amount calculation step is performed instead of the distance calculation step S13 in the flowchart of FIG. 3, other processing steps may be the same as those in FIG. Note that the amount of parallax may be calculated by calculating a signal shift amount or by calculating a physical amount related thereto.

この視差量検出装置も実施形態1の距離検出装置と同様に撮像装置の一部として用いることができる。   This parallax amount detection device can also be used as a part of the imaging device, like the distance detection device of the first embodiment.

本発明は、距離検出装置や視差量検出装置の他にコンピュータプログラムをも包含する。本実施形態のコンピュータプログラムは、距離の算出あるいは視差量の算出のために、コンピュータに所定の工程を実行させるものである。   The present invention includes a computer program in addition to the distance detection device and the parallax amount detection device. The computer program of the present embodiment causes a computer to execute a predetermined process for calculating a distance or a parallax amount.

本実施形態のプログラムは、距離検出装置、視差量検出装置またはそのいずれかを備えるデジタルカメラ等の撮像装置のコンピュータにインストールされる。インストールされたプログラムがコンピュータによって実行されることで上記の機能が実現し、高速で高精度な距離検出、視差量検出が可能なものとすることができる。   The program of the present embodiment is installed in a computer of an imaging apparatus such as a digital camera equipped with a distance detection apparatus, a parallax amount detection apparatus, or any one thereof. When the installed program is executed by a computer, the above-described function is realized, and high-speed and high-precision distance detection and parallax amount detection can be performed.

本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。   The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiments to a system or apparatus via a network or a storage medium, and one or more processors in a computer of the system or apparatus read and execute the program This process can be realized. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.

40 距離検出装置
42 相関演算部
43 ズレ量算出部
40 Distance detection device 42 Correlation calculation unit 43 Deviation amount calculation unit

Claims (15)

複数の画素を含む撮像素子で取得された視点の異なる第1の画像と第2の画像との相対的な位置のズレ量を取得するズレ量取得装置であって、
2つの画像信号を相対的に変位させたときの、各変位量に対する相関量のデータ列を取得する相関演算手段と、
相関量のデータ列から前記第1の画像と前記第2の画像の間の前記ズレ量を取得するズレ量取得手段と、
を備え、
前記相関演算手段は、
前記第1の画像に基づく画像信号であって、所定の画素間隔の複数の画素の画像信号を含む第1の信号と、前記第2の画像に基づく画像信号であって、前記所定の画素間隔の複数の画素の画像信号を含む第2の信号と、の間の前記相関量のデータ列である第1のデータ列を取得し、
前記第1のデータ列の極値を与える変位量が閾値よりも小さいとき、前記第2の画像に基づく画像信号であって、前記所定の画素間隔の複数の画素の画像信号を含み、前記第2の信号とは異なる位置の画素において取得される信号に相当する第3の信号と、前記第1の信号と、の間の前記相関量のデータ列である第2のデータ列を取得し、
前記ズレ量取得手段は、
前記第1のデータ列の極値を与える変位量が前記閾値よりも小さいとき、前記第1のデータ列と前記第2のデータ列に含まれるデータから求められる変位量と相関量の関係を表す近似関数の極値を与える変位量を、前記ズレ量として取得する、
ことを特徴とするズレ量取得装置。
A shift amount acquisition device for acquiring a shift amount of a relative position between a first image and a second image having different viewpoints acquired by an imaging device including a plurality of pixels,
Correlation calculation means for acquiring a data string of correlation amounts for the respective displacement amounts when the two image signals are relatively displaced;
A shift amount acquisition means for acquiring the shift amount between the first image and the second image from a data string of correlation amounts;
With
The correlation calculation means includes
An image signal based on the first image, the first signal including an image signal of a plurality of pixels having a predetermined pixel interval, and an image signal based on the second image, wherein the predetermined pixel interval A first data sequence that is a data sequence of the correlation amount between the second signal including image signals of a plurality of pixels
An image signal based on the second image when an amount of displacement giving an extreme value of the first data string is smaller than a threshold value, the image signal including a plurality of pixels at the predetermined pixel interval; A second data string that is a data string of the correlation amount between a third signal corresponding to a signal acquired in a pixel at a position different from the signal of 2 and the first signal;
The deviation amount acquisition means is
When the amount of displacement that gives the extreme value of the first data sequence is smaller than the threshold value, the relationship between the amount of displacement and the correlation amount obtained from the data included in the first data sequence and the second data sequence is expressed. A displacement amount that gives an extreme value of the approximate function is acquired as the deviation amount.
A shift amount acquisition device characterized by that.
前記ズレ量取得手段は、
前記変位量が前記閾値よりも大きいとき、前記第2のデータ列を用いずに前記第1のデータ列から前記ズレ量を取得する、
ことを特徴とする請求項1に記載のズレ量取得装置。
The deviation amount acquisition means is
When the displacement amount is larger than the threshold value, the shift amount is acquired from the first data string without using the second data string;
The deviation amount acquisition device according to claim 1, wherein
前記ズレ量取得手段は、前記第1のデータ列と前記第2のデータ列に含まれるデータのうち、相関量が極値をとるデータと当該極値を与える変位量の近傍のデータとを用いて、前記ズレ量を取得する、
請求項1または2に記載のズレ量取得装置。
The deviation amount acquisition means uses data in which the correlation amount takes an extreme value and data in the vicinity of the displacement amount that gives the extreme value among the data included in the first data row and the second data row. To obtain the amount of deviation,
The deviation amount acquisition device according to claim 1 or 2.
前記相関演算手段は、前記第1のデータ列の極値を与える変位量とその近傍の変位量のみについて、前記第2のデータ列を取得する、
請求項3に記載のズレ量取得装置。
The correlation calculation means obtains the second data string only for a displacement amount giving an extreme value of the first data string and a displacement amount in the vicinity thereof.
The deviation amount acquisition device according to claim 3.
前記第3の信号は、前記第2の信号が取得される画素の位置から、前記所定の画素間隔の0.5倍だけ異なる位置で取得される信号に相当する画像信号である、
請求項1から4のいずれか1項に記載のズレ量取得装置。
The third signal is an image signal corresponding to a signal acquired at a position different from the position of the pixel from which the second signal is acquired by 0.5 times the predetermined pixel interval.
The deviation amount acquisition device according to any one of claims 1 to 4.
前記第2の信号から演算によって前記第3の信号を生成する信号生成手段を、さらに備える、
請求項1から5のいずれか1項に記載のズレ量取得装置。
Signal generation means for generating the third signal by calculation from the second signal;
The deviation amount acquisition device according to any one of claims 1 to 5.
前記第2の信号は、前記撮像素子の一部の画素から読み出された画像信号を含み、
前記第3の信号は、前記撮像素子の前記一部の画素とは異なる画素から読み出された画像信号を含む、
請求項1から5のいずれか1項に記載のズレ量取得装置。
The second signal includes an image signal read from some pixels of the image sensor,
The third signal includes an image signal read from a pixel different from the part of the pixels of the image sensor.
The deviation amount acquisition device according to any one of claims 1 to 5.
前記第1のデータ列の極値と該第1のデータ列の該極値の近傍の変位量に対応する相関量との差が閾値より小さいとき、前記相関演算手段は前記第2のデータ列を取得し、前記ズレ量取得手段は前記第1のデータ列と前記第2のデータ列に基づいて前記ズレ量を取得し、
前記第1のデータ列の極値と該第1のデータ列の該極値の近傍の変位量に対応する相関量との差が前記閾値以上のとき、前記ズレ量取得手段は、前記第2のデータ列を用いずに前記第1のデータ列から前記ズレ量を取得する、
請求項1から7のいずれか1項に記載のズレ量取得装置。
When the difference between the extreme value of the first data string and the correlation amount corresponding to the displacement amount in the vicinity of the extreme value of the first data string is smaller than a threshold value, the correlation calculation means is configured to use the second data string. The deviation amount acquisition means acquires the deviation amount based on the first data string and the second data string,
When the difference between the extreme value of the first data string and the correlation amount corresponding to the displacement amount in the vicinity of the extreme value of the first data string is equal to or larger than the threshold value, the deviation amount acquisition means is The amount of deviation is acquired from the first data string without using the data string of
The deviation amount acquisition device according to any one of claims 1 to 7.
前記第1のデータ列の極値を該第1のデータ列の該極値の近傍の変位量に対応する相関量で除算した値が閾値より小さいとき、前記相関演算手段は前記第2のデータ列を取得し、前記ズレ量取得手段は前記第1のデータ列と前記第2のデータ列に基づいて前記ズレ量を取得し、
前記第1のデータ列の極値を該第1のデータ列の該極値の近傍の変位量に対応する相関量で除算した値が前記閾値以上のとき、前記ズレ量取得手段は、前記第2のデータ列を用いずに前記第1のデータ列から前記ズレ量を取得する、
請求項1から7のいずれか1項に記載のズレ量取得装置。
When the value obtained by dividing the extreme value of the first data string by the correlation amount corresponding to the amount of displacement in the vicinity of the extreme value of the first data string is smaller than the threshold value, the correlation calculating means is configured to output the second data A shift amount acquisition unit acquires the shift amount based on the first data string and the second data string;
When the value obtained by dividing the extreme value of the first data string by the amount of correlation corresponding to the amount of displacement in the vicinity of the extreme value of the first data string is equal to or greater than the threshold value, the deviation amount acquiring means The amount of deviation is acquired from the first data string without using the data string of 2.
The deviation amount acquisition device according to any one of claims 1 to 7.
前記ズレ量から被写体の距離情報を取得する距離取得部をさらに備える、
請求項1から9のいずれか1項に記載のズレ量取得装置。
A distance acquisition unit that acquires distance information of the subject from the amount of deviation;
The deviation amount acquisition apparatus according to any one of claims 1 to 9.
前記第1の画像と前記第2の画像を取得する画像取得手段と、
請求項1から10のいずれか1項に記載のズレ量取得装置と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
Image acquisition means for acquiring the first image and the second image;
The deviation amount acquisition device according to any one of claims 1 to 10,
An imaging apparatus comprising:
前記画像取得手段は、結像光学系の射出瞳の第1の瞳領域を通過した光束に対応する第1の画像信号と、前記射出瞳の前記第1の瞳領域とは異なる第2の瞳領域を通過した光束に対応する第2の画像信号とを取得する画素で構成された撮像素子を有する、
請求項11に記載の撮像装置。
The image acquisition means includes a first image signal corresponding to a light beam that has passed through the first pupil region of the exit pupil of the imaging optical system, and a second pupil different from the first pupil region of the exit pupil. Having an image sensor composed of pixels that acquire a second image signal corresponding to the light flux that has passed through the region;
The imaging device according to claim 11.
前記画像取得手段は、前記第1の画像信号を取得するための第1の結像光学系と第1の撮像素子を含む第1の撮像手段と、前記第2の画像信号を取得するための第2の結像光学系と第2の撮像素子を含む第2の撮像手段とを有する、
請求項11に記載の撮像装置。
The image acquisition unit acquires a first imaging unit including a first imaging optical system and a first imaging element for acquiring the first image signal, and acquires the second image signal. A second imaging optical system and a second imaging means including a second imaging element;
The imaging device according to claim 11.
複数の画素を含む撮像素子で取得された視点の異なる第1の画像と第2の画像との相対的な位置のズレ量を取得する、ズレ量取得装置によって実行されるズレ量取得方法であって、
前記第1の画像に基づく画像信号であって、所定の画素間隔の複数の画素の画像信号を含む第1の信号と、前記第2の画像に基づく画像信号であって、前記所定の画素間隔の複数の画素の画像信号を含む第2の信号と、の間の相関量のデータ列である第1のデータ列を取得する工程と、
前記第1のデータ列の極値を与える変位量が閾値よりも小さいとき、前記第2の画像に基づく画像信号であって、前記所定の画素間隔の複数の画素の画像信号を含み、前記第2の信号とは異なる位置の画素において取得される信号に相当する第3の信号と、前記第1の信号と、の間の相関量のデータ列である第2のデータ列を取得する工程と、
前記第1のデータ列の極値を与える変位量が前記閾値よりも小さいとき、前記第1のデータ列と前記第2のデータ列に含まれるデータから求められる変位量と相関量の関係を表す近似関数の極値を与える変位量を、前記ズレ量として取得する工程と、
を含むことを特徴とするズレ量取得方法。
A shift amount acquisition method executed by a shift amount acquisition apparatus, which acquires a shift amount of a relative position between a first image and a second image having different viewpoints acquired by an imaging device including a plurality of pixels. And
An image signal based on the first image, the first signal including an image signal of a plurality of pixels having a predetermined pixel interval, and an image signal based on the second image, wherein the predetermined pixel interval Obtaining a first data sequence that is a data sequence of a correlation amount between the second signal including the image signals of the plurality of pixels, and
An image signal based on the second image when an amount of displacement giving an extreme value of the first data string is smaller than a threshold value, the image signal including a plurality of pixels at the predetermined pixel interval; Obtaining a second data string that is a data string of a correlation amount between a third signal corresponding to a signal acquired in a pixel at a position different from the signal of 2 and the first signal; ,
When the amount of displacement that gives the extreme value of the first data sequence is smaller than the threshold value, the relationship between the amount of displacement and the correlation amount obtained from the data included in the first data sequence and the second data sequence is expressed. Obtaining a displacement amount giving an extreme value of an approximate function as the deviation amount;
A method for obtaining a deviation amount, comprising:
請求項14に記載の方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。   The program for making a computer perform each step of the method of Claim 14.
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