JP3088852B2 - 3D image input device - Google Patents

3D image input device

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JP3088852B2
JP3088852B2 JP04189469A JP18946992A JP3088852B2 JP 3088852 B2 JP3088852 B2 JP 3088852B2 JP 04189469 A JP04189469 A JP 04189469A JP 18946992 A JP18946992 A JP 18946992A JP 3088852 B2 JP3088852 B2 JP 3088852B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、距離検出の距離範囲を
広げ、かつ濃淡画像の分解能を確保した3次元画像入力
装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional image input apparatus which extends the range of distance detection and secures the resolution of a gray image.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば次のような文献に記載されるものがある。 文献1;テレビジョン学会誌、45[4](1991)
P.446−452 文献2;テレビジョン学会誌、45[4](1991)
P.453−460 従来、3次元画像入力方式には、受動的手法(パッシブ
手法)と能動的手法(アクティブ手法)とがある。能動
的手法とは、3次元情報を取得するために、巧みに制御
され、その形状パターンや濃淡、スペクトル等に対し何
等かの意味を持ったエネルギー(光波、電波、音波)を
対象に照射する手法のことを指す。これに対して受動的
手法とは、対象に対して通常の照明等は行うにしても、
計測に関して意味のあるエネルギーを利用しない計測の
ことをいう。一般的にいって、能動的手法の方が、受動
的手法のものより計測の信頼性が高くなる。受動的手法
の代表的なものがステレオ画像法であり、それを図2に
示す。
2. Description of the Related Art Conventionally, techniques in such a field include:
For example, there are those described in the following documents. Literature 1: Journal of the Institute of Television Engineers of Japan, 45 [4] (1991)
P. 446-452 Reference 2; Journal of the Institute of Television Engineers of Japan, 45 [4] (1991)
P. 453-460 Conventionally, the three-dimensional image input method includes a passive method (passive method) and an active method (active method). The active method is to irradiate the target with energy (light wave, radio wave, sound wave) which is skillfully controlled to acquire three-dimensional information and has some meaning to its shape pattern, shading, spectrum, etc. Refers to the method. On the other hand, the passive method means that even if normal lighting is performed on the object,
This refers to measurement that does not use meaningful energy for measurement. Generally speaking, the active method has higher measurement reliability than the passive method. A typical passive method is a stereo image method, which is shown in FIG.

【0003】図2は、前記文献2に記載された従来の3
次元画像入力方式の一つであるステレオ画像法の説明図
である。このステレオ画像法では、2次元画像入力装置
である2台のカメラ1,2を所定間隔離して配置し、左
右のカメラ1,2で撮られた被写体3の結像位置の差、
即ち位相差を利用し、三角測量法によって被写体3まで
の距離を計る方法である。
[0003] FIG.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a stereo image method which is one of the two-dimensional image input methods. In this stereo image method, two cameras 1 and 2, which are two-dimensional image input devices, are arranged at a predetermined distance from each other, and the difference between the imaging positions of the subject 3 taken by the left and right cameras 1, 2 is calculated.
That is, the distance to the subject 3 is measured by a triangulation method using the phase difference.

【0004】図3は、図2のステレオ画像法で得られた
信号の濃淡画像と距離画像の2枚の画像の説明図であ
る。濃淡画像は、図2のカメラ1,2で得られるカラー
や白黒の画像である。距離画像は、3次元位置に関する
画像であり、マトリクスデータで一つ一つの画素が対象
物(被写体3)の奥行きに関する情報を持つものであ
る。このような濃淡画像と距離画像とから、偏光フイル
タを用いた両眼融合方式によって立体画像表示を行った
り、レンチキュラ板を用いて立体画像表示を行ったりし
ている。立体画像表示の一例を図4に示す。
FIG. 3 is an explanatory diagram of two images, that is, a gray image and a distance image of a signal obtained by the stereo image method of FIG. The grayscale image is a color or monochrome image obtained by the cameras 1 and 2 in FIG. The distance image is an image relating to a three-dimensional position, and each pixel has information relating to the depth of the target (subject 3) in the matrix data. From such a grayscale image and a distance image, a stereoscopic image display is performed by a binocular fusion method using a polarizing filter, or a stereoscopic image display is performed by using a lenticular plate. FIG. 4 shows an example of a stereoscopic image display.

【0005】図4は、前記文献1に記載された従来の3
次元画像表示方式の一つである多眼式レンチキュラ方式
の原理図である。多眼式レンチキュラ方式は、複数のか
まぼこ状のレンズ板からなるレンチキュラ板10を用
い、各レンズ板の焦点面に左右画像をストライプ状に配
置した方式である。1個のレンズ板内にはa,b,c,
…,fの部分に、それぞれa1 ,b1 ,c1 ,…,f1
という多方向から撮像したストライプ状の多眼像11を
表示する。レンズ板の作用によって各方向のストライプ
状の多眼像11は左右の眼12,13に別々に入り、視
点を移動すれば、横方向の立体映像を見ることができ
る。
[0005] FIG.
FIG. 2 is a principle diagram of a multi-view lenticular system which is one of the two-dimensional image display systems. The multi-view lenticular method is a method in which a lenticular plate 10 composed of a plurality of lens-shaped lens plates is used, and left and right images are arranged in a stripe pattern on the focal plane of each lens plate. In one lens plate, a, b, c,
..., the portion of the f, respectively a 1, b 1, c 1 , ..., f 1
Is displayed as a striped multi-view image 11 taken from multiple directions. By the action of the lens plate, the striped multi-view image 11 in each direction enters the left and right eyes 12 and 13 separately, and if the viewpoint is moved, a stereoscopic image in the horizontal direction can be viewed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の装置では、距離は検出位相差に反比例するので、距
離の検出精度は距離の2乗に反比例して低下し、所望距
離精度内の画像が得られる距離範囲が狭いという問題が
ある。また、照明の暗い状況で撮像する場合、レンズの
Fナンバーを小さくして撮像するが、近距離撮像では分
解能が高く得られる距離範囲が狭くなり、その範囲をは
ずれている被写体は不鮮明になるという問題があり、そ
れらを解決することが困難であった。本発明は、前記従
来技術が持ってた課題として、距離検出範囲が狭い、及
び鮮明な画像が得られる距離範囲が狭いという点につい
て解決した、高分解能で距離検出範囲を広げた3次元画
像入力装置を提供するものである。
However, since the distance is inversely proportional to the detected phase difference, the accuracy of the distance detection is reduced in inverse proportion to the square of the distance in the apparatus having the above-described configuration. There is a problem that the distance range obtained is narrow. In addition, when imaging is performed under dark lighting conditions, imaging is performed with a small F-number of the lens. However, in short-distance imaging, a range in which a high resolution can be obtained becomes narrow, and a subject out of the range becomes unclear. There were problems and it was difficult to solve them. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the problems of the prior art in that a distance detection range is narrow and a distance range in which a clear image can be obtained is narrow. An apparatus is provided.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】第1の発明は、前記課題
を解決するために、被写体の画像を入力して濃淡画像と
距離画像を出力する3次元画像入力装置において、第1
の物体距離に焦点合わせをし、該第1の物体距離を狭む
ように第1の距離精度を入れた第1の距離検出設定をし
た濃淡画像及び距離画像を出力する第1の複数眼2次元
画像入力装置と、前記第1の物体距離より遠い第2の物
体距離に焦点合わせをし、第2の距離精度を入れた第2
の距離検出設定をした濃淡画像及び距離画像を出力する
第2の複数眼2次元画像入力装置とを備えている。そし
て、前記第1の距離精度の下限値となる距離範囲と、前
記第2の距離精度の上限値となる距離範囲とが、重複す
るように前記第2の距離検出設定を行い、前記第1の複
数眼2次元画像入力装置の少なくとも1つの光軸と、前
記第2の複数眼2次元画像入力装置の少なくとも1つの
光軸とを整合させ、かつ同一視線となるように構成して
いる。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a three-dimensional image input device for inputting an image of a subject and outputting a grayscale image and a distance image.
First multi-eye two-dimensional image that outputs a gray-scale image and a distance image in which a first distance detection setting with a first distance accuracy is performed so as to reduce the first object distance by focusing on the object distance An input device and a second object focusing on a second object distance greater than the first object distance and incorporating a second distance accuracy
And a second multi-eye two-dimensional image input device that outputs a grayscale image and a distance image for which the distance detection is set. Then, the second distance detection setting is performed so that the distance range that is the lower limit value of the first distance accuracy and the distance range that is the upper limit value of the second distance accuracy are overlapped. At least one optical axis of the multi-eye two-dimensional image input device is aligned with at least one optical axis of the second multi-eye two-dimensional image input device so that they have the same line of sight.

【0008】第2の発明では、第1の発明の各複数眼2
次元画像入力装置の撮像距離範囲の役割分担を決めて、
前記各距離画像を基に濃淡画像をそれぞれ選択した後に
合成する構成にしている。
[0008] In the second invention, each of the plurality of eyes 2 of the first invention is used.
Determine the role of the imaging distance range of the three-dimensional image input device,
The composition is such that a grayscale image is selected based on each of the distance images and then combined.

【0009】[0009]

【作用】第1の発明によれば、以上のように3次元画像
入力装置を構成したので、第1の複数眼2次元画像入力
装置は被写体の画像を入力して濃淡画像及び距離画像を
出力する。同様に、第2の複数眼2次元画像入力装置
は、前記被写体の画像を入力して濃淡画像及び距離画像
を出力する。この際、第1の複数眼2次元画像入力装置
の少なくとも1つの光軸と第2の複数眼2次元画像入力
装置の少なくとも1つの光軸とが同一視線となるので、
距離検出範囲が広くなる。第2の発明によれば、第1と
第2の複数眼2次元画像入力装置から出力される距離画
像を基に、必要な濃淡画像が選択された後に合成され、
最終的な濃淡画像と距離画像の信号が出力される。これ
により、鮮明な画像が得られる。従って、前記課題を解
決できるのである。
According to the first aspect of the present invention, since the three-dimensional image input device is configured as described above, the first multi-eye two-dimensional image input device inputs a subject image and outputs a grayscale image and a distance image. I do. Similarly, the second multi-eye two-dimensional image input device inputs the image of the subject and outputs a grayscale image and a distance image. At this time, at least one optical axis of the first multiple-eye two-dimensional image input device and at least one optical axis of the second multiple-eye two-dimensional image input device have the same line of sight.
The distance detection range becomes wider. According to the second invention, based on the distance images output from the first and second multi-eye two-dimensional image input devices, necessary grayscale images are selected and then synthesized,
The signals of the final grayscale image and the distance image are output. Thereby, a clear image can be obtained. Therefore, the above problem can be solved.

【0010】[0010]

【実施例】図1(a)〜(c)は、本発明の実施例を示
す3次元画像入力装置の構成ブロック図であり、同図
(a)は全体構成図、同図(b)は画像入力手段の正面
図、及び同図(c)は画像入力手段の平面図である。こ
の3次元画像入力装置は、被写体の画像を入力して濃淡
画像と距離画像を出力する画像入力手段20を備えてい
る。画像入力手段20は、第1の物体距離に焦点合わせ
をした第1の複数眼2次元画像入力装置21と、第2の
物体距離に焦点合わせをした第2の複数眼2次元画像入
力装置22と、光路形成用のハーフミラー23及びミラ
ー24からなる光学部材とを、備えている。第1の複数
眼2次元画像入力装置21は、光軸(視線)H1を有す
る第1の2次元画像入力装置21aと、光軸H2を有す
る第2の2次元画像入力装置21bとを有し、それらが
狭い光軸間隔L1 で配置されている。第2の複数眼2次
元画像入力装置22は、ハーフミラー23及びミラー2
4によって第1の2次元画像入力装置21aと同じ光軸
H1を持つように調整された第1の2次元画像入力装置
22aと、光軸H3を持つ第2の2次元画像入力装置2
2bとを有し、それらが広い光軸間隔L2 で配置され、
さらに該第1の2次元画像入力装置22aと第1の2次
元画像入力装置21aとの間に光軸間隔Lc が設けられ
ている。2次元画像入力装置21aと22aの光軸H1
と、2次元画像入力装置21bの光軸H2と、2次元画
像入力装置22bの光軸H3とは、水平に並んだ平行な
視線となっている。これらの各2次元画像入力装置21
a,21b,22a,22bは、単眼レンズ及び光/電
変換用撮像素子等でそれぞれ構成されている。
1 (a) to 1 (c) are block diagrams showing the configuration of a three-dimensional image input apparatus showing an embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is an overall configuration diagram, and FIG. FIG. 3C is a front view of the image input unit, and FIG. The three-dimensional image input device includes an image input unit 20 that inputs an image of a subject and outputs a grayscale image and a distance image. The image input means 20 includes a first multi-eye two-dimensional image input device 21 focused on a first object distance, and a second multi-eye two-dimensional image input device 22 focused on a second object distance. And an optical member including a half mirror 23 and a mirror 24 for forming an optical path. The first multiple-eye two-dimensional image input device 21 includes a first two-dimensional image input device 21a having an optical axis (line of sight) H1 and a second two-dimensional image input device 21b having an optical axis H2. , they are arranged in a narrow optical axis distance L 1. The second multi-eye two-dimensional image input device 22 includes a half mirror 23 and a mirror 2
4, a first two-dimensional image input device 22a adjusted to have the same optical axis H1 as the first two-dimensional image input device 21a, and a second two-dimensional image input device 2 having an optical axis H3
2b, and they are arranged at a wide optical axis interval L 2 ,
Further, an optical axis interval Lc is provided between the first two-dimensional image input device 22a and the first two-dimensional image input device 21a. Optical axis H1 of two-dimensional image input devices 21a and 22a
The optical axis H2 of the two-dimensional image input device 21b and the optical axis H3 of the two-dimensional image input device 22b form a horizontal line of sight. Each of these two-dimensional image input devices 21
Reference numerals a, 21b, 22a, and 22b each include a monocular lens and an image sensor for photoelectric conversion.

【0011】第1の複数眼2次元画像入力装置21から
出力される濃度画像S21a及び距離画像S21bと、
第2の複数眼2次元画像入力装置22から出力される濃
度画像S22a及び距離画像S22bとは、それぞれ半
導体記憶装置等に記憶され、一方の濃淡画像S21a及
び距離画像S21bが第1の所定距離範囲選択装置31
へ送られると共に、他方の濃淡画像S22a及び距離画
像S22bが第2の所定距離範囲選択装置32へ送られ
る。第1の所定距離範囲選択装置31は、距離画像S2
1bの距離値を用いてある距離以上の距離画像に対応し
た濃淡画像S21aの部分を除去する装置である。第2
の所定距離範囲選択装置32は、距離画像S22bの距
離値を用いてある距離以下の距離画像に対応した濃淡画
像S22aの部分を除去する装置である。第1,第2の
所定距離範囲選択装置31,32の出力側には、遠近画
像合成装置40が接続されている。遠近画像合成装置4
0は、第1及び第2の所定距離範囲選択装置31,32
の出力から1枚の画像を合成し、最終濃淡画像S41及
び最終距離画像S42の信号を出力し、それを半導体記
憶装置等に記憶させる装置である。
A density image S21a and a distance image S21b output from the first multi-eye two-dimensional image input device 21,
The density image S22a and the distance image S22b output from the second multiple-eye two-dimensional image input device 22 are respectively stored in a semiconductor storage device or the like, and one of the grayscale image S21a and the distance image S21b is stored in a first predetermined distance range. Selection device 31
And the other grayscale image S22a and the distance image S22b are sent to the second predetermined distance range selection device 32. The first predetermined distance range selecting device 31 outputs the distance image S2
This is an apparatus that removes a portion of a gray image S21a corresponding to a distance image of a certain distance or more using the distance value of 1b. Second
The predetermined distance range selection device 32 is a device that uses the distance value of the distance image S22b to remove a portion of the grayscale image S22a corresponding to a distance image equal to or less than a certain distance. The output side of the first and second predetermined distance range selecting devices 31 and 32 is connected to a perspective image synthesizing device 40. Perspective image synthesis device 4
0 is the first and second predetermined distance range selection devices 31 and 32
Is a device that synthesizes one image from the output of the above, outputs signals of the final grayscale image S41 and the final distance image S42, and stores them in a semiconductor storage device or the like.

【0012】図5は、図1の画像入力手段20における
画角、物体距離設定、及び視線等の説明図である。図1
の2次元画像入力装置21aと22aとの光軸間隔Lc
は、第1の複数眼2次元画像入力装置21を22に対し
て光入射方向に対して後方に位置させればよいので、各
2次元画像入力装置21a,21b,22a,22bを
構成するレンズの主点021a ,021b ,022a ,022b
は直線上にのっている。各主点021 a ,021b
22a ,022b から見た画角φ21a ,φ21b ,φ22a
φ22b のうち、φ21a とφ22a はほぼ等しくしてある。
第1と第2の2次元画像入力装置21a,21bは物体
距離l1 に焦点合わせをしてあり、さらに第1と第2の
2次元画像入力装置22a,22bが物体距離l2 に焦
点合わせをしてある。一般に、複数の2次元画像入力装
置(例えば、21aと21b、22aと22b)をある
光軸間隔L1 ,L2 だけ離間して被写体を撮像すると、
該被写体の写る画面上の位置がずれる。このずれた量を
位相差と呼ぶ。距離は2次元画像入力装置の離間距離L
1 またはL2 に比例し、位相差に反比例した形で検出さ
れる。一方、2次元画像入力装置で得られる被写体の濃
淡画像の鮮明さは、該2次元画像入力装置の画素数を一
定とした場合にはレンズの特性に強く依存する。特に、
レンズのFナンバーを小さくして明るくした場合や、近
距離を撮像する場合に、焦点深度から外れて画像がぼけ
やすい。
FIG. 5 is an explanatory diagram of the angle of view, the setting of the object distance, the line of sight, and the like in the image input means 20 of FIG. FIG.
Optical axis distance L c between the two-dimensional image input device 21a and 22a of the
Is required to position the first multi-eye two-dimensional image input device 21 rearward with respect to the light incident direction with respect to 22, so that the lenses constituting the two-dimensional image input devices 21a, 21b, 22a, 22b Principal points 0 21a , 0 21b , 0 22a , 0 22b
Is on a straight line. Each principal point 0 21 a , 0 21b ,
0 22a, 0 viewed from 22b angle φ 21a, φ 21b, φ 22a ,
Of phi 22b, phi 21a and phi 22a is are approximately equal.
First and second two-dimensional image input device 21a, 21b is Yes by focusing on an object distance l 1, further first and second two-dimensional image input device 22a, 22b is focusing on the object distance l 2 Has been done. In general, when a plurality of two-dimensional image input devices (for example, 21a and 21b, 22a and 22b) are separated from each other by certain optical axis intervals L 1 and L 2 to image a subject,
The position on the screen where the subject appears is shifted. This shift amount is called a phase difference. The distance is the separation distance L of the two-dimensional image input device.
It is detected in a form proportional to 1 or L 2 and inversely proportional to the phase difference. On the other hand, the sharpness of the grayscale image of the subject obtained by the two-dimensional image input device strongly depends on the characteristics of the lens when the number of pixels of the two-dimensional image input device is fixed. In particular,
When the lens is brightened by reducing the F-number or when the image is taken at a short distance, the image is likely to be out of focus and blurred.

【0013】図6は、図1の3次元画像入力装置の距離
に対する分解能特性及び位相差特性を示す図である。各
2次元画像入力装置21a,21b,22a,22bの
レンズは焦点距離16mm、明るさFナンバー4、撮像素
子は600画素、2/3インチ(感光面約6.6×8.
8mm)系のデバイスである。被写体パターンは約1.5
〜2画素/ラインに相当する太さのパターンである。第
1の複数眼2次元画像入力装置21の画角021a =0
21b は約30°、光軸間隔L1 は約3.5cm、物体距離
1 は約0.6mである。第2の複数眼2次元画像入力
装置22の画角φ22a =φ22b も約30°、光軸間隔L
2 は約8cm、物体距離l2 は約1mである。
FIG. 6 is a diagram showing a resolution characteristic and a phase difference characteristic with respect to the distance of the three-dimensional image input device of FIG. The lenses of each of the two-dimensional image input devices 21a, 21b, 22a, and 22b have a focal length of 16 mm, a brightness of F number 4, and an image sensor has 600 pixels and / inch (photosensitive surface of about 6.6 × 8.
8mm) device. The subject pattern is about 1.5
This is a pattern having a thickness corresponding to 22 pixels / line. Angle of view 0 21a = 0 of first multi-eye two-dimensional image input device 21
21b is about 30 °, the optical axis interval L 1 is about 3.5 cm, and the object distance l 1 is about 0.6 m. The angle of view φ 22a = φ 22b of the second multi-eye two-dimensional image input device 22 is also about 30 °, and the optical axis interval L
2 is about 8 cm, and the object distance l 2 is about 1 m.

【0014】図6は、横軸に距離(m)を取り、左側の
縦軸に分解能MTF(Modulation Transfer Fanction)
(%)を取り、右側の縦軸に位相差(ビット)をとって
いる。曲線51〜54のうち、曲線51は第1の複数眼
2次元画像入力装置21の分解能曲線、曲線52は同じ
く距離−位相差曲線である。この曲線51,52では、
画角30°、光軸間隔3.5cm、物体距離0.6mであ
る。
FIG. 6 shows the distance (m) on the horizontal axis and the resolution MTF (Modulation Transfer Function) on the left vertical axis.
(%), And the phase difference (bit) is plotted on the right vertical axis. Among the curves 51 to 54, the curve 51 is a resolution curve of the first multi-eye two-dimensional image input device 21, and the curve 52 is a distance-phase difference curve. In the curves 51 and 52,
The angle of view is 30 °, the optical axis interval is 3.5 cm, and the object distance is 0.6 m.

【0015】曲線53は第2の複数眼2次元画像入力装
置22の分解能曲線、曲線54はその距離−位相差曲線
である。この曲線53,54では、画角30°、光軸間
隔8cm、物体距離1mである。直線55は、上側距離精
度の制限値(上限値)を示す。この上側値は、像が画面
から飛び出さないように撮像する条件になっている。こ
の例では、曲線52と直線55の交点で約0.3cm、曲
線54と直線55の交点で約0.45cmの距離精度であ
る。直線56は、下側距離精度下限値であり、曲線52
と直線56の交点、及び曲線54と直線56の交点で
は、約2cmの距離精度に設定してある。図6中のΔL
は、曲線52及び直線56の交点と、曲線54及び直線
55の交点部分がΔLの距離だけかぶりを設けてあるこ
とを示している。
A curve 53 is a resolution curve of the second multi-eye two-dimensional image input device 22, and a curve 54 is a distance-phase difference curve thereof. In the curves 53 and 54, the angle of view is 30 °, the optical axis interval is 8 cm, and the object distance is 1 m. A straight line 55 indicates a limit value (upper limit value) of the upper distance accuracy. The upper value is a condition for capturing an image so that the image does not jump out of the screen. In this example, the distance accuracy is about 0.3 cm at the intersection of the curve 52 and the straight line 55, and about 0.45 cm at the intersection of the curve 54 and the straight line 55. A straight line 56 is a lower distance accuracy lower limit value, and a curve 52
At the intersection of the straight line 56 and the intersection of the curve 54 and the straight line 56, the distance accuracy is set to about 2 cm. ΔL in FIG.
Indicates that the intersection of the curve 52 and the straight line 56 and the intersection of the curve 54 and the straight line 55 are covered by a distance of ΔL.

【0016】次に、この図6を参照しつつ、図1の装置
の動作を説明する。従来の3次元画像入力装置では、図
6の曲線51及び52しか出力しないので、分解能MT
Fを所望の値(この例では、合焦時の70%以上)以上
得られる範囲が約45〜75cmと狭い範囲でしか得ら
れなかった。また、距離範囲も約45〜110cmと狭い
範囲しか得られなかった。これに対し、本実施例では、
その範囲が分解能において約45〜200cm、距離範囲
においても約45〜180cmと大幅に拡大できる。その
上、ΔLという距離方向の検出領域にかぶりを設けてあ
るので、一定距離精度内の距離画像が確実に得られるこ
とになる。
Next, the operation of the apparatus shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. Since the conventional three-dimensional image input device outputs only the curves 51 and 52 in FIG.
The range in which F could be more than a desired value (in this example, 70% or more at the time of focusing) was obtained only in a narrow range of about 45 to 75 cm. Also, the distance range was only as narrow as about 45 to 110 cm. In contrast, in the present embodiment,
The range can be greatly expanded to about 45 to 200 cm in resolution and about 45 to 180 cm in the distance range. In addition, since a fog is provided in the detection area in the distance direction of ΔL, a distance image within a certain distance accuracy can be reliably obtained.

【0017】図6の曲線51に対応する濃淡画像は図1
の濃淡画像S21aに、曲線52に対応する距離画像は
図1の距離画像S21bに、曲線53に対応する濃淡画
像は図1の濃淡画像S22aに、図6の曲線54に対応
する距離画像は図1の距離画像S22bとなる。図7
(a)〜(c)は、図1のぼけ画像を鮮明画像に変換す
る説明図である。61は鮮明な像、61aは鮮明な像
(近い)、62はぼけた像、62aはぼけた像(遠い)
である。前記の各画像をCRT等の表示装置で表示した
ときの例が図7(a),(b)である。図7(a),
(b)において、それぞれ被写体の距離に応じて鮮明な
像61,61aと不鮮明(ぼけた)像62,62aが表
示されている。ぼけた像62aはレンズのFナンバーを
大きくすれば(即ち、レンズを暗くすれば)、Fナンバ
ーに反比例してして改善されるが、その場合、照明光を
その分だけ多くしないと、同じ固体撮像素子の出力電圧
が得られない欠点がある。これに対し、コントラストを
利用したぼけ画像62aの除去という方法もあるが、コ
ントラストが緩やかに変化する画像では非常に困難であ
る。そこで、本実施例では、図1の第1,第2の所定距
離範囲選択装置31,32及び遠近画像合成装置40を
用いて像の不鮮明となる距離領域を伸ばし、かつ距離精
度を確保するようにしている。以下、図1の動作を説明
する。
The grayscale image corresponding to the curve 51 in FIG.
The distance image corresponding to the curve 52 is the distance image S21b of FIG. 1, the gray image corresponding to the curve 53 is the gray image S22a of FIG. 1, and the distance image corresponding to the curve 54 of FIG. 1 is the distance image S22b. FIG.
(A)-(c) is explanatory drawing which converts the blurred image of FIG. 1 into a clear image. 61 is a clear image, 61a is a clear image (close), 62 is a blurred image, 62a is a blurred image (far)
It is. FIGS. 7A and 7B show an example in which each of the images is displayed on a display device such as a CRT. FIG. 7 (a),
In (b), clear images 61 and 61a and unclear (blurred) images 62 and 62a are displayed according to the distance to the subject. The blurred image 62a is improved in inverse proportion to the F-number by increasing the F-number of the lens (that is, by making the lens darker). In this case, if the illumination light is not increased by that amount, the same result is obtained. There is a disadvantage that the output voltage of the solid-state imaging device cannot be obtained. On the other hand, there is a method of removing the blurred image 62a using the contrast, but it is very difficult for an image whose contrast changes gradually. Therefore, in the present embodiment, the first and second predetermined distance range selecting devices 31 and 32 and the perspective image synthesizing device 40 of FIG. 1 are used to extend the unclear distance region of the image and secure the distance accuracy. I have to. Hereinafter, the operation of FIG. 1 will be described.

【0018】画像入力手段20では被写体の画像を入力
して各2次元画像入力装置21a,21bから濃淡画像
S21a,S22aを出力すると共に、各2次元画像入
力装置21b,22bから距離画像S21b,S22b
を出力し、半導体記憶装置等に記憶させる。第1の所定
距離範囲選択装置31では、距離画像S21bの距離値
を用いて、ある距離(例えば、約75cm)以上の距離画
像に対応した濃淡画像S21aの部分を除去し、遠近画
像合成装置40へ送る。第2の所定距離範囲選択装置3
2では、ある距離以下(例えば73cm)の距離画像S2
2bに対応した濃淡画像S22aの部分を除去し、遠近
画像合成装置40へ送る。遠近画像合成装置40では、
濃淡画像の部分の除去し終わった画像を一枚の画像に合
成する。この遠近画像合成装置40は、光軸及び画角が
一致しているので、単純な半導体メモリ等の書き変えで
可能である。各除去領域が完全に一致しない場合(重な
り、あるいは不足)もあるが、そのときは後から入れる
濃淡画像を優先して入れ込むようにしてある。このよう
にして、遠近画像合成装置40で、最終濃淡画像S41
及び最終距離画像S42が得られる。この最終濃淡画像
S41及び最終距離画像S42をCRT等の表示装置で
表示すると、図7(c)に示すように、ぼけた像62a
が鮮明な像に変換されて表示される。このとき、所望の
距離精度を持った最終距離画像S42があるので、両眼
融合方式等によって立体視すれば、精度良く画像の再現
が行える。
The image input means 20 inputs an image of a subject, outputs gray-scale images S21a and S22a from the two-dimensional image input devices 21a and 21b, and outputs distance images S21b and S22b from the two-dimensional image input devices 21b and 22b.
Is output and stored in a semiconductor memory device or the like. The first predetermined distance range selection device 31 uses the distance value of the distance image S21b to remove the portion of the grayscale image S21a corresponding to the distance image of a certain distance (for example, about 75 cm) or more, and Send to Second predetermined distance range selection device 3
2, a distance image S2 smaller than a certain distance (for example, 73 cm)
The portion of the gray image S22a corresponding to 2b is removed and sent to the perspective image synthesizing device 40. In the perspective image synthesis device 40,
The image from which the shaded image portion has been removed is synthesized into one image. Since the optical axis and the angle of view of the perspective image synthesizing device 40 are the same, it is possible to rewrite a simple semiconductor memory or the like. In some cases, the removal areas do not completely match (overlap or shortage), but in that case, the grayscale image to be inserted later is preferentially inserted. In this way, the perspective image synthesizing device 40 uses the final grayscale image S41.
And the final distance image S42. When the final gradation image S41 and the final distance image S42 are displayed on a display device such as a CRT, the blurred image 62a is displayed as shown in FIG.
Is converted to a clear image and displayed. At this time, since there is the final distance image S42 having the desired distance accuracy, the image can be accurately reproduced by stereoscopically viewing the image with the binocular fusion method or the like.

【0019】なお、本発明は上記実施例に限定されず、
種々の変形が可能である。その変形例としては、例えば
次のようなものがある。 (i)上記実施例では、2つの物体距離l1 ,l2 につ
いて説明したが、ハーフミラー23及びミラー24の光
学部材の数を増やせば、2つ以上の物体距離も設定可能
である。 (ii)図1に示す光路形成用のハーフミラー23及びミ
ラー24を他の光学部材で構成してもよい。 (iii)図1の3次元画像入力装置を複数台配置し、視野
を広げて撮像することも可能である。
The present invention is not limited to the above embodiment,
Various modifications are possible. For example, there are the following modifications. (I) In the above embodiment, two object distances l 1 and l 2 have been described. However, if the number of optical members of the half mirror 23 and the mirror 24 is increased, two or more object distances can be set. (Ii) The half mirror 23 and the mirror 24 for forming the optical path shown in FIG. 1 may be constituted by other optical members. (iii) It is also possible to arrange a plurality of the three-dimensional image input devices shown in FIG.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、第1の発明
によれば、第1及び第2の複数眼2次元画像入力装置を
備え、該第1の複数眼2次元画像入力装置の少なくとも
1つの光軸と、該第2の複数眼2次元画像入力装置の少
なくとも1つの光軸とを整合させ、かつ同一視野となる
ように構成したので、距離検出範囲が広くなる。第2の
発明によれば、第1と第2の複数眼2次元画像入力装置
の撮像距離範囲の役割分担を決めて、距離画像を基に必
要な濃淡画像を選択後に合成するようにしたので、鮮明
な画像を得ることができる。従って、広い距離範囲に亘
り、高い濃淡画像の分解能と、所望距離精度を有する3
次元画像入力装置を実現できる。
As described in detail above, according to the first aspect, the first and second plural-eye two-dimensional image input devices are provided, and at least the first plural-eye two-dimensional image input device is provided. Since one optical axis and at least one optical axis of the second multi-eye two-dimensional image input device are aligned and have the same field of view, the distance detection range is widened. According to the second invention, the role of the imaging distance range of the first and second multi-eye two-dimensional image input devices is determined, and the required grayscale image is selected and synthesized based on the distance image. And a clear image can be obtained. Accordingly, over a wide range of distances, the 3
A two-dimensional image input device can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例を示す3次元画像入力装置の構
成ブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a three-dimensional image input device according to an embodiment of the present invention.

【図2】従来の3次元画像入力方式の一つであるステレ
オ画像法の説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a stereo image method which is one of the conventional three-dimensional image input methods.

【図3】図2のステレオ画像法で得られた濃淡画像と距
離画像の説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a grayscale image and a distance image obtained by the stereoscopic image method of FIG. 2;

【図4】従来の3次元画像表示方式の一つである多眼式
レンチキュラ方式の原理図である。
FIG. 4 is a principle diagram of a multi-lens lenticular system which is one of the conventional three-dimensional image display systems.

【図5】図1の画角、物体距離設定、視線等の説明図で
ある。
FIG. 5 is an explanatory diagram of an angle of view, an object distance setting, a line of sight, and the like in FIG. 1;

【図6】図1の距離に対する分解能特性及び位相差特性
を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a resolution characteristic and a phase difference characteristic with respect to the distance in FIG. 1;

【図7】図1のぼけ画像を鮮明画像に変換する説明図で
ある。
FIG. 7 is an explanatory diagram for converting the blurred image of FIG. 1 into a clear image.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20 画像入力手段 21,22 第1,第2の複数眼2次元画像
入力装置 21a,22a 第1の2次元画像入力装置 21b,22b 第2の2次元画像入力装置 23 ハーフミラー 24 ミラー 31,32 第1,第2の所定距離範囲選択
装置 40 遠近画像合成装置 S21a,S22a 濃淡画像 S21b,S22b 距離画像 S41 最終濃淡画像 S42 最終距離画像
Reference Signs List 20 image input means 21, 22 first and second multi-eye two-dimensional image input devices 21a, 22a first two-dimensional image input device 21b, 22b second two-dimensional image input device 23 half mirror 24 mirror 31, 32 First and second predetermined distance range selecting device 40 Perspective image synthesizing device S21a, S22a Gray image S21b, S22b Distance image S41 Final gray image S42 Final distance image

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1の物体距離に焦点合わせをし、該第
1の物体距離を狭むように第1の距離精度を入れた第1
の距離検出設定をした濃淡画像及び距離画像を出力する
第1の複数眼2次元画像入力装置と、 前記第1の物体距離より遠い第2の物体距離に焦点合わ
せをし、第2の距離精度を入れた第2の距離検出設定を
した濃淡画像及び距離画像を出力する第2の複数眼2次
元画像入力装置とを備え、 前記第1の距離精度の下限値となる距離範囲と、前記第
2の距離精度の上限値となる距離範囲とが、重複するよ
うに前記第2の距離検出設定を行い、 前記第1の複数眼2次元画像入力装置の少なくとも1つ
の光軸と、前記第2の複数眼2次元画像入力装置の少な
くとも1つの光軸とを整合させ、かつ同一視線となるよ
うに構成したことを特徴とする3次元画像入力装置。
A first object distance focusing device that focuses on a first object distance and includes a first distance accuracy to reduce the first object distance;
A first multi-eye two-dimensional image input device that outputs a grayscale image and a distance image for which the distance detection setting has been performed, and a second object distance that is longer than the first object distance. And a second multi-eye two-dimensional image input device that outputs a grayscale image and a distance image in which a second distance detection setting is inserted, and a distance range that is a lower limit value of the first distance accuracy; The second distance detection setting is performed such that a distance range that is an upper limit value of the distance accuracy of 2 overlaps, and at least one optical axis of the first multi-eye two-dimensional image input device and the second A three-dimensional image input device, wherein at least one optical axis of the multi-eye two-dimensional image input device is aligned so as to have the same line of sight.
【請求項2】 請求項1に記載された各複数眼2次元画
像入力装置の撮像距離範囲の役割分担を決めて、前記各
距離画像を基に濃淡画像をそれぞれ選択した後に合成す
る構成にしたことを特徴とする3次元画像入力装置。
2. A configuration in which the role of the imaging distance range of each of the plurality of two-dimensional image input devices according to claim 1 is determined, and a grayscale image is selected based on each of the distance images and then combined. A three-dimensional image input device, characterized in that:
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