JP2019066451A - 画像計測装置、画像計測方法、撮像装置、プログラム - Google Patents
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本発明は、画像データを取得して計測処理を行う画像計測装置において、より精度の高い測距値を算出することを目的とする。
図1は、本実施形態の画像計測装置100の構成例を示すブロック図である。画像計測装置100は、制御部101と各モジュール(符号102〜110)を備え、画像情報や画像に関連する各種情報を取得して処理を実行する。
(a)撮像装置からピント位置までの距離
(b)撮像素子の画素ピッチ
(c)一対の測距瞳領域を通過する光束の重心の開き角の大きさによって決まる変換係数
(d)F値
(e)瞳距離
(f)撮像装置のレンズにおける像主点から撮像センサ面までの距離
(g)撮像装置のレンズにおける物主点から被写体までの距離
(h)撮像装置のレンズステート情報(焦点距離および横倍率比)
撮影情報はデフォーカス量を算出する場合や、3次元空間上での座標を算出する場合に必要である。
以上により、ユーザは測距点を自由に選択することができ、また、測距点の自動選択の場合にはユーザの手間を軽減できる。
C(k)=Σ|E(n)−F(n+k)| ・・・(1)
数式(1)において||は絶対値記号であり、Σ演算(積算)はnについて計算される。このΣ演算において、n、n+kの取る範囲は1〜mの範囲に限定される。ずらし量kの値は整数であり、一対の画像データの検出ピッチを単位とした相対的なシフト量である。
x=kj+D/SLOP ・・・(2)
C(x)= C(kj)−|D| ・・・(3)
D={C(kj−1)−C(kj+1)}/2 ・・・(4)
SLOP=MAX{C(kj+1)−C(kj),C(kj−1)−C(kj)}・・・(5)
ここで、kjは離散的な相関量C(k)が最小となるときのkである。
数式(2)から求まる量xを、一対の瞳分割画像における像ずれ量とする。尚、像ずれ量xの単位はpixelとする。
DEF= KX ・PY ・x ・・・(6)
数式(6)において、PYは撮像素子の画素ピッチ(撮像素子を構成する画素の画素間距離)である。KXは一対の測距瞳部分領域をそれぞれ通過する光束の重心の開き角の大きさによって決まる変換係数であり、単位はmm/pixelである。尚、この重心の開き角の大きさは、レンズの絞り開口の大きさ(F値)に応じて変化し、レンズ情報に応じて決定される。図13を用いて具体的に説明する。
装置は、ユーザが操作部を使用して行った設定の指示にしたがって優先判定を行う。
・装置が自動で判断する方法
例えば、複数枚の画像撮影にて撮影間隔(時間間隔)の長さに基づき、撮影間隔がある一定時間(閾値時間)以上である場合、装置は真度の信頼度を評価値として優先しないことを自動で判断する。
尚、各方法を単独で実施するか、または条件に応じて複数の方法を使い分けてもよい。
PIN = b1 − b2 × pm ・・・(7)
ただし、切片b1、係数b2はいずれも正値(b1,b2>0)であり、任意に設定可能である。ピントの移動量pmを評価しない場合には、数式(8)のように
PIN = b3 ・・・(8)
とする。b3は一定値(正値)であり、任意に設定可能である。
Rs = PIN ・・・(9)
とする。ピントの移動量pmを評価する際、pmの値が大きくなるにつれて、信頼度Rsが小さくなるように決定することができる。これにより、ピントの移動による測定誤差を低減することができるので、より高精度な測距値を算出可能となる。尚、評価値PINを数式(7)および(8)のように算出する他に、パラメータによる参照テーブルを設けることで決定することも可能である。さらには、真度の信頼度Rsについても、数式(9)で算出せずにパラメータによる参照テーブルを設けることにより、ピントの移動量pmと評価値PINとの関係から決定することも可能である。
DFR = c1 ― c2 × |DEF| ・・・(10)
数式(10)にて、c1は位置1501bにおけるDFRの値である。c1>0とし、これはDFRの最大値となる。また、c2は任意の係数であり、c2>0とする。ただし、DEFがどのような値であっても、DFR>0となるようにc1、c2の値が設定されるものとする。
以上のように、デフォーカス量の絶対値|DEF|が大きくなるにしたがって評価値DFRを小さくすることが可能である。これにより、デフォーカス量に起因する測定誤差を低減することができるので、より高精度な測距値を算出可能である。
LMR = d1 ― d2 × |((LM/2)−LUM)| ・・・(11)
数式(11)に示すd1は、中間値127に対応する位置1501cにおける値であり、d1>0とし、これはLMRの最大値となる。係数d2の値は任意に設定可能であり、d2>0とする。LMは表現可能な輝度値の最大値であり、図15(C)は255の例を示す。
以上のように、輝度平均値LUMが表現可能な輝度値の中間値から乖離するにしたがって評価値LMRを小さくすることが可能である。これにより、輝度平均値に起因する測定誤差を低減することができるので、より高精度な測距値を算出可能である。
CNR = e1×CON ・・・(12)
数式(12)において、e1はCNRの値を制御するための比例係数である。分散値CONがCON≧0であることから、CNRはゼロ以上の値で表現される。
以上のように、分散値が大きくなるにしたがって評価値を大きくすることが可能である。これにより、分散値に起因する測定誤差を低減することができるので、より高精度な測距値を算出可能である。
Rr = DFR × LMR × CNR ・・・(13)
すなわち、信頼度決定処理において再現性の信頼度Rrについては、デフォーカス量DEF、輝度平均値LUM、分散値CONをそれぞれ評価することによって決定できる。本実施形態では、デフォーカス量の評価値DFR、輝度平均値の評価値LMR、分散値の評価値CNRを、数式(10)、数式(11)、数式(12)で算出する方法を説明した。これに限らず、パラメータによる参照テーブルを予め設けることにより各評価値を決定する方法を採用してもよい。さらには、再現性の信頼度Rrについても、数式(13)で算出する方法に限らず、パラメータによる参照テーブルを用いて決定してもよい。この場合、各評価値DFR、LMR、CNRの関係に基づいて信頼度Rrを決定可能である。
R = (s×Rs)×(r×Rr) ・・・(14)
数式(14)において、sとrはそれぞれ信頼度RsとRrに対する重み付けのパラメータである。s≧0、r≧0の任意の値が設定される。
以上により、条件適合画像が存在し、かつ真度の信頼度Rsを評価値として優先しない場合には、真度および再現性の各信頼度から測距点2点での各測距用画像における評価値を決定することができる。
以上により、1枚の条件適合画像が存在し、かつ真度の信頼度を評価値として優先する場合に、条件適合画像の評価値が最大となるように評価値を決定することができる。
R = r × Rr ・・・(15)
rは信頼度Rrに対する係数パラメータであり、r≧0の任意の値が設定される。
以上により、条件適合画像が存在しない場合(S801からS809へ進む場合)について各測距点の各測距用画像における評価値を決定することができる。また、条件適合画像が複数存在し、かつ真度の信頼度を評価値として優先する場合についても各測距点の各測距用画像における評価値を決定することができる。
測距点AとCとの位置関係について測距点AおよびCの各評価値を決定した具体例を表2に示す。
測距点BとCとの位置関係について測距点BおよびCの各評価値を決定した具体例を表3に示す。
PA = 80 × 80 = 6400 ・・・(16)
一方、ピント移動なしRの場合の評価値積をPBと表記すると、数式(17)のように算出される。
PB = 90 × 80 = 7200 ・・・(17)
したがって、PB>PAとなることから、ピント移動なしRの評価値に基づいて、測距点Bと測距点Cに用いる測距用画像としては、n=1の測距用画像を使用することを決定できる。
(h,v) = (hb,hv) × PY ・・・(18)
(H,V) = (h,v)× (1−DEF/L) ・・・(19)
(x,y) = (H,V)× |dist/(dist_d + DEF)|・・・(20)
dist = 1/(1/(dist_d+DEF) −1/f) ・・・(21)
z = length − dist ・・・(22)
各記号の意味は以下のとおりである。
(h,v):測距点の撮像センサ面上の座標
(hb,hv):測距点の画像上の座標
PY:画素ピッチ
L:瞳距離
(H,V):撮像センサ面上の座標(h,v)からデフォーカスされたxy平面における座標
dist:撮像装置のレンズにおける物主点から被写体までの距離
dist_d:撮像装置のレンズにおける像主点から撮像センサ面までの距離
f:撮像光学系の焦点距離
length:撮像装置の撮像センサ面から被写体までの距離(被写体距離)
zn= zb − (lengthA − lengthB)・・・(23)
D = ( D1 / D2 ) × f ・・・(24)
lengthA = D + f ・・・(25)
測距点Aの3次元座標を(xa,ya,za)とし、測距点Bの3次元座標を(xb,yb,zb)とし、測距点Aから測距点Bまでの線分の長さをLENと表記する。LENは数式(26)によって算出される。
LEN
=√((xa−xb)^2+(ya−yb)^2+(za−zb)^2)・・・(26)
「^」はべき乗を表す。
本実施形態では、測距用画像ごとの各測距点での評価値に基づいて、3次元空間での2点間の長さの算出に使用する画像を自動的に選択し、より高精度な測距値を算出して提示することができる。
次に、本発明の第2実施形態を説明する。瞳分割撮像方法を用いた奥行き方向の長さの計測においては、デフォーカス量や、撮像画像の輝度、コントラスト、SNR(信号対ノイズ比)、撮像装置から被写体までの距離によって、測距精度が影響を受ける。さらに、F値を小絞りにして基線長を短くすることにより被写界深度が深くなるので、ピント位置からの距離におけるデフォーカス量を小さくできる。このため、測距可能範囲を長くすることができる反面で、測距分解能が低くなってしまい、測距精度が低下する。このような理由から、被写体に対して指定した2点間の3次元空間での長さを、より高精度に計測するためには、同一の被写体に対して同じ画角でピント位置を変えて複数枚の画像を撮影するフォーカスブラケット撮影を行う必要がある。
・画像入力部102に代えて、撮像部1102が設けられていること。
・パラメータ設定部1104、有効測距範囲算出部1107、追加撮影方法決定部1108、撮影制御部1109が設けられていること。
それ以外の構成要素(図1の符号108から110参照)については第1実施形態と同じであるため、図示を省略する。
(A)仮測距時の撮影条件(F値、ISO感度、シャッタ速度等)。
(B)必要な測距精度。
(C)ブラケット撮影枚数の上限値。
設定されたパラメータに基づいて、仮測距時の撮影条件を決定し、その結果と必要な測距精度、ブラケット撮影枚数の上限値に基づいて追加撮影方法を決定することが可能となる。
dist = 1/(1/(dist_d+DEF) − 1/f) ・・・(27)
z = length − dist ・・・(28)
各記号の意味は以下に示すとおりである。
・dist:撮像部1102のレンズにおける物主点から被写体までの距離
・dist_d:撮像部1102のレンズにおける像主点から撮像センサ面までの距離
・f:撮像光学系の焦点距離
・length:画像計測装置100の撮像センサ面から被写体までの距離。
length = D + f ・・・(29)
S2004の後、リターン処理へ移行する。
NIS = g1 − g2 × nz ・・・(30)
定数g1、g2はいずれも正値であり、任意に設定可能である。ノイズ推定量nzを評価しない場合は、
NIS = g3 ・・・(31)
とする。g3>0であり、g3の値は任意に設定可能である。
以上のように、ノイズ推定量nzが大きくなるにつれて、ノイズ推定量の評価値NISが小さくなる。これにより、ノイズに起因する測定誤差を低減できるので、より高精度な測距値を算出することが可能である。
DIS = h1 − h2 × pn ・・・(32)
定数h1、h2はいずれも正値であり、任意に設定可能である。距離pnを評価しない場合には、
DIS = h3 ・・・(33)
とする。h3>0であり、h3の値は任意に設定可能である。
以上のように、距離pnが大きくなるにつれて評価値DISが小さくなる。これにより、ピント位置までの距離に起因する測定誤差を低減できるため、より高精度な測距値を算出することが可能である。
Rp = LMR × CNR × NIS × DIS・・・(34)
LMR、CNR、NIS、DISの各評価値の値域が0〜1となるようにパラメータを設定することで、信頼度Rpが正規化されて、0〜1の範囲で表現される。各評価値、信頼度については、数式による算出方法の他に、パラメータテーブルを用いた算出方法がある。
y = A × x^2 + C ・・・(35)
yは測距精度値を示し、Aは一対の測距瞳領域を通過する光束の重心の開き角の大きさに応じた変換係数から決定される係数を示す。xはピント位置からの距離を示し、CはS2102で算出した信頼度から算出される切片を示す。係数Aの値は撮像光学系のF値が小さくなるにつれて値が大きくなるように設定される。切片Cについては、信頼度が最も高い場合の切片(C1と記す)と、信頼度が最も低い場合の切片(C2と記す)と、信頼度(Rと記す)の関係から、数式(36)のように算出される。
C = C2 − (C2 − C1) × R ・・・(36)
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。
101 制御部
102 画像入力部
104 撮影情報取得部
105 測距点選択部
106 対応点探索部
107 デフォーカス量算出部
108 評価値決定部
109 測距点間距離算出部
Claims (22)
- 複数のピント位置で、かつ異なる視点でそれぞれ撮像された複数の画像データを取得する第1の取得手段と、
各ピント位置での異なる視点の画像データ対を用いて被写体の距離情報を取得する第2の取得手段と、
前記画像データにおける複数の測距点を指定する指定手段と、
前記画像データ対の像ずれ量またはデフォーカス量から各測距点に対応する距離情報を算出し、該距離情報を用いて、画像の奥行き方向を含む3次元空間における指定された前記測距点間の長さを算出する算出手段と、を備える
ことを特徴とする画像計測装置。 - 前記指定手段は、操作手段により前記測距点を指定し、または前記画像の特徴点を検出して前記測距点を指定する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像計測装置。 - 前記複数の画像データにおける前記測距点に対応する信頼度を決定する信頼度決定手段を備え、
前記算出手段は、前記信頼度決定手段により決定された信頼度を用いて選択された画像データにおける前記測距点の距離情報から前記測距点間の長さを算出する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の画像計測装置。 - 前記信頼度決定手段は、前記複数の画像データにおける前記測距点について算出される画像間のピントの移動量、像ずれ量もしくはデフォーカス量、輝度値、または画素の分散値のうちの1つ以上により前記信頼度を決定する
ことを特徴とする請求項3に記載の画像計測装置。 - 前記第2の取得手段は、レーザ測距によって被写体の距離情報を取得する
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の画像計測装置。 - 前記第2の取得手段は、撮像光学系の焦点距離と横倍率の比を用いて算出される被写体の距離情報を取得する
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の画像計測装置。 - 前記複数の画像データのうちの1つ以上の画像データを用いて有効測距範囲を決定する範囲決定手段と、
前記距離情報および前記有効測距範囲から、撮像手段により追加で撮影する際の撮影方法を決定する撮影方法決定手段と、
決定された前記撮影方法にしたがって前記撮像手段による撮像を制御する制御手段と、をさらに備える
ことを特徴とする請求項3または請求項4に記載の画像計測装置。 - 前記範囲決定手段は、前記信頼度と測距精度により前記有効測距範囲を決定する
ことを特徴とする請求項7に記載の画像計測装置。 - 前記範囲決定手段は、前記信頼度決定手段が画像の輝度値、コントラスト、ノイズ推定量、または前記撮像手段からピント位置までの距離のうちの1つ以上により決定した信頼度を用いて、前記有効測距範囲を決定する
ことを特徴とする請求項8に記載の画像計測装置。 - 前記撮影方法決定手段は、前記距離情報の分布を表すヒストグラムを用いて前記撮影方法を決定する
ことを特徴とする請求項7から9のいずれか1項に記載の画像計測装置。 - 前記撮影方法決定手段は、前記ヒストグラムにて背景に対応する距離分布よりも前記撮像手段の側に位置する距離分布の範囲を撮影範囲に決定する
ことを特徴とする請求項10に記載の画像計測装置。 - 前記画像データにおける被写体を認識する認識手段をさらに備え、
前記撮影方法決定手段は、前記ヒストグラムにて前記認識手段により認識された被写体の距離分布の範囲を撮影範囲に決定する
ことを特徴とする請求項10に記載の画像計測装置。 - 前記撮影方法決定手段は、前記ヒストグラムにて距離分布量が閾値以上である範囲を撮影範囲に決定する
ことを特徴とする請求項10に記載の画像計測装置。 - 前記撮影方法決定手段は、撮影範囲を前記有効測距範囲により分割して複数の撮影を行う撮影方法を決定する
ことを特徴とする請求項7から13のいずれか1項に記載の画像計測装置。 - 前記撮影方法決定手段は、被写界深度を変更して撮影方法を決定する
ことを特徴とする請求項14に記載の画像計測装置。 - 前記撮影方法決定手段は、撮影数を優先する場合に測距精度を優先する場合に比べて被写界深度を深くする撮影方法に決定する
ことを特徴とする請求項15に記載の画像計測装置。 - 前記算出手段によって算出された前記測距点間の長さを表示する表示手段を備える
ことを特徴とする請求項1から16のいずれか1項に記載の画像計測装置。 - 請求項1から17のいずれか1項に記載の画像計測装置と、
撮像手段と、を備える撮像装置。 - 前記撮像手段は、複数のマイクロレンズと、各マイクロレンズに対応する複数の光電変換部を備え、
前記第1の取得手段は、撮像光学系の異なる瞳部分領域をそれぞれ通過する光束を前記複数の光電変換部が受光して光電変換した信号により、前記複数の画像データを取得する
ことを特徴とする請求項18に記載の撮像装置。 - 前記算出手段は算出した前記測距点間の長さのデータを表示部に出力する
ことを特徴とする請求項18または請求項19に記載の撮像装置。 - 画像データを取得して計測処理を行う画像計測装置にて実行される画像計測方法であって、
複数のピント位置で、かつ異なる視点でそれぞれ撮像された、複数の画像データを取得するとともに、各ピント位置での異なる視点の画像データ対を用いて被写体の距離情報を取得する工程と、
前記画像データにおける複数の測距点を指定する工程と、
前記画像データ対の像ずれ量またはデフォーカス量から各測距点に対応する距離情報を算出し、該距離情報を用いて、画像の奥行き方向を含む3次元空間における指定された前記測距点間の長さを算出する工程と、を有する
ことを特徴とする画像計測方法。 - 請求項21に記載の各工程を画像計測装置のコンピュータに実行させるためのプログラム。
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