JP3093447B2 - 複眼撮像装置 - Google Patents
複眼撮像装置Info
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Description
撮像光学系を用いて得られた複数の画像を合成すること
により1つの撮像装置による画像と異なるアスペクト比
を持った画像、ことに際立った例としてはパノラマ画像
などを提供することのできる装置を含むものである。
像を対象としたパノラマ撮影装置として、例えば特開昭
63ー8641号が知られている。一般にこのような装
置は、各々の撮像光学系の光軸の成す角度を画界が接す
るように機械的な調整により設定している。しかしなが
ら隣合う2つの画像のレジストレーションを厳密に合致
させることは極めて困難であり、通常この境界線が目立
ってしまう問題があった。また同様の理由で、被写体距
離の異なる物体にフォーカスを取り直したり、ズーミン
グ動作を行なうことが困難なことから、1シーンごとの
カット撮影に制限されることが多かった。
ペクト比を変える方式(例えばNTSCの4対3とHD
あるいはED2の16対9のコンバージョン)として
は、出力時に上下または左右をトリミングする方式が知
られている。これらは撮像した画像の一部を用いる方式
であるため、特に4対3のイメージセンサを用いたNT
SCカメラで撮像し、16対9のHD用モニタで出力す
る場合は、元々画素数が不足しているのに加え、更に上
下合せて25%の画素を失う事となり画質劣化が著し
い。また逆に16対9のHDカメラで撮像し、4対3の
NTSC用のモニタで出力する場合は画質的には問題な
いが、水平画角が1/3も減少してしまう欠点があっ
た。
消しようとするものであって、第1に撮影装置から得ら
れる画像と異なったアスペクト比の画像を提供すること
を課題とし、第2に境界線の目立たないパノラマ画像を
得られる装置を提供し、第3に画質の劣化が少なく所望
のアスペクト比の画像が得られる装置の提供を課題とす
る。
を用いて画角の一部をオーバーラップして撮像する装置
に於て、各々の撮像系から出力される前記オーバーラッ
プ部分の画像信号より前記オーバーラップ部分の画像の
レジストレーションのずれ量を検出する検出手段と、前
記検出手段からの検出信号に応じて撮像系の輻輳角を変
化させて前記レジストレーションのずれ量を所定値以下
にする補正手段と、各撮像系から出力される画像信号を
合成変換する手段を有するものである。
の一部をオーバーラップして撮像する装置に於て、各々
の撮像系から出力される前記オーバーラップ部分の画像
信号より前記オーバーラップ部分の画像のレジストレー
ションのずれ量を検出する検出手段と、前記検出手段か
らの検出信号に応じて前記レジストレーションのずれ量
を所定値以下にする補正手段と、各撮像系から出力され
る画像信号を合成変換する手段と、画像のアスペクト比
を変えるために撮像系の輻輳角を所定値に定める手段を
有するものである。
本配置を示す。ここでは最も基本的な構成である2組の
撮像光学系を用いた例で説明する。図中1は共通の被写
体平面、102及び202は等価な仕様を有する第1及
び第2の撮像光学系であり一般的にはズームレンズが用
いられる。103及び203は同様に等価な仕様を有す
るイメージセンサであり、サチコン等の撮像管またはC
CD等の固体撮像素子が用いられる。(ここでは簡単の
ため単板式(または単管式)を模式的には示したが、色
分解光学系を介した2板式(2管式)あるいは3板式
(3管式)であっても一般性を失わない。)これらの光
軸101及び201は、各々の撮像画界の所定量がオー
バーラップする条件を満たすよう、被写体面1の方線0
−0′に対して対称にθほど傾斜した状態に配置する。
尚2θを輻輳角と呼び、撮像光学系の結像倍率(被写体
距離及び撮像レンズの焦点距離)に応じて変化させる。
的構成を示している。但し、レンズ鏡筒等の支持構造は
図示を省いている。
2d及び202a,202b,202c,202dは第
1及び第2の撮像光学系102及び202を構成するレ
ンズ群を示し、特に102b,202bは変倍群、10
2d、202dは合焦群を示す。また106および20
6は、変倍群102b及び202bを駆動するための駆
動系(ズームモータ)、同様に107及び207は合焦
群102d及び202dを駆動するための駆動系(フォ
ーカスモータ)を示す。108及び208は撮像光学系
の変倍群102b及び202bに設けた各々のレンズ群
の光軸方向の位置情報を得るためのエンコーダ(ズーム
エンコーダ)を示し、この信号により撮像光学系102
及び202の焦点距離fを求められる。尚、102d,
202dは合焦作用の他に変倍群の移動に伴う像面移動
を補償する作用を果たすものとする。但し、ズームレン
ズの構成は良く知られているので詳細は省く。
2d及び202dに設けた各々のレンズ群の光軸方向の
位置情報を得るためのエンコーダ(フォーカスエンコー
ダ)を示す。これらは例えばポテンショメータのような
外付けの部材でも良いし、例えばパルスモータのような
駆動系自身で駆動方法によりレンズの光軸方向の位置情
報を知る系でも良い。更に102及び103、202及
び203は一体として、光軸101及び201を略々含
む平面内で逆方向へ同量回転させる不図示の機構系と、
そのための駆動系(輻輳角モータ)104及び204を
設ける。そして更に回転角情報検出手段105及び20
5を設ける。これもロータリエンコーダのような外付け
の部材でも良いし、例えばパルスモータのような駆動系
自身で駆動方法により角度情報を知る系でも良い。
レジストレーションのずれを求める方法を説明する。画
像メモリ111及び211は画像信号110及び210
のオーバーラップ部分の信号を一時保存するものであ
る。但し、まず画像データは輻輳角のずれのため画像の
レジストレーションは一致していないものとする。20
は水平方向の画像シフト処理部であり例えば、水平方向
に111の画像メモリの座標を一定量X(たとえば1画
素)シフトさせ、シフト後の画像データを画像メモリ1
12に書き込む。更に画像メモリ112と画像メモリ2
11との差δsを減算処理回路等を含む相関演算処理部
21を用い、シフト量Xを逐次変えて演算を行い、差δ
sが最小値となるシフト量xoを求める制御を行う。こ
の時、差δsとシフト量Xの関係を関数近似すること等
により補間演算処理によってシフト量Xoを求めるのが
一法である。
えばオーバーラップ部分の画面中央部の画像データの
み、即ち被写体面1上の点Oを含み水平及び垂直の幅を
狭めた領域を用いる方式が有効である。また輻輳角の角
度情報を与えるエンコーダ105及び205を併用し、
粗調エンコーダ、微調に上述の画像信号による検出とす
ることにより相関演算する領域を更に減らすことも可能
である。尚、ここで説明した相関演算法は一般にマッチ
ング法と言われる手法だが、特にこの手法に限定される
ものではなく、他の手法、例えば勾配法でも差しつかえ
ない。
ト量Xoは、図1の光軸101及び201が理想的な光
軸から偏差を持ったために生じた、各々の撮像系から出
力される画像のレジストレーションの相対的なずれ量△
y′そのものを示している。従ってこの画像のレジスト
レーションのずれ量△y′を相殺する補正信号10によ
り、輻輳角の補正制御を行う。以下、その求め方を説明
する。
をもって撮像している場合、即ち光軸101及び201
が所定角度θの軸に対し角度偏差△θ1、及び△θ2を
有しているとし、この角度偏差△θ1及び△θ2と画像
のレジストレーションのずれ量△y′の関係を説明す
る。便宜上、まず図3に示すように光軸101が10
1′となったために生じる各々の撮像系から出力される
画像のレジストレーションのずれ量△y′について説明
する。これは、光軸201についても配置から自明なよ
うに同じ式で求められ、更に101、201両者とも偏
差を有する時も各々の和として求められるので、上述の
例のみ求め方を示し他は省略する図3に示す記号を用
い、更に△θ1を微少であることを前提とすると、幾何
学的に Sotan△θ1=△y・cosθ −(1) の式が導かれる。ここで△yは被写体面内に生じた光軸
101と被写体面1の交点Pの所定量からの偏差(図の
PP′)、Soは撮像光学系(レンズ)102の前側主
点から被写体までの距離(So′は同じく後ろ側主点か
ら像面までの距離)を表す。また撮像光学系102の結
像倍率をβとするとその定義より、 β=△y′/△y −(2) であり、同じく撮像光学系(レンズ)の焦点距離をfと
すると、 So=f(β−1)/β −(3) と表せることより(1)(2)(3)式から、 △y′=tan△θ1・f(β−1)/cosθ −(4) として表せる。
には、予めレンズ群の光軸方向の位置情報を得るための
エンコーダ(ズームエンコーダ)108を設け、この信
号により撮像光学系102の焦点距離fを求められる。
同様に撮像光学系の合焦群102dにも、レンズ群の光
軸方向の位置情報を得るためのエンコーダ(フォーカス
エンコーダ)109を設け、ズームエンコーダ108の
信号と合せて、撮像光学系102の結像倍率βが求ま
る。尚、エンコーダ108、109、208、209か
らの信号により駆動系106、107、206、207
を別途制御することによって、2組の撮像光学系102
及び202の焦点距離fと結像倍率βは、常に一致させ
るようにしているものとする。以上のようにして画像信
号処理系により、画像のレジストレーションのずれ量△
y′が、各機構系に設けたエンコーダにより輻輳角2
θ、焦点距離f及び結像倍率βが求まり、これらの信号
をもとに演算制御部22にて(4)式の△θ1を除くす
べてのパラメータは求められる。
号を輻輳角制御部23に送信する。但し、輻輳角モータ
104及び204が、この△y′を所定値(許容値)△
y0′以下に補正するために必要な角度精度に対して充
分な応答性能を有するものとする。制御部23からは、
補正信号として△θ1を輻輳角モータ104に、△θ2
を輻輳角モータ204に直接の制御目標値として与え
る。あるいは△θ1と△θ2の和を輻輳角モータ104
あるいは204の一方に与えても良い。これら信号の流
れを図5に示す。
れる画像信号110及び210のレジストレーションの
ずれ量を機械的に所定値(許容値)△y0′以下に補正
した後、画像信号110及び210をオーバーラップ部
分の画像のつなぎ処理した後、例えば画像メモリ111
及び211と加算処理回路24等を用いて2つの画像信
号を1つの画像信号11に合成出来る。この信号の流れ
を図6に示す。この様な処理を必要に応じて逐次行うこ
とで、常に良好なパノラマ画像を得ることが可能とな
る。
あるが、(4)式から分かるように、撮像光学系の焦点
距離fが長い場合や画像のレジストレーションのずれ量
の許容値が小さい場合には、補正信号△θ1や△θ2の
値も小さな値(例えば数秒オーダ)となり、輻輳角モー
タ104及び204の不感帯等の影響で補正するために
必要な角度応答性能を得ることが困難となる。この場合
は各々の撮像系から出力される画像のレジストレーショ
ンのずれ量を、輻輳角モータ104あるいは204以外
で補正する方法が有効である。この例を実施例2として
次に示す。図7の実施例は精密な補正手段103a,2
03aを付加した点以外は実施例1の基本構成に負って
いる。
2d及び202a,202b,202c,202dは第
1及び第2の撮像光学系102及び202を構成するレ
ンズ群を示し、特に102b,202bは変倍群、10
2d,202dは合焦群を示す。また106および20
6は、変倍群102b及び202bを駆動するための駆
動系(ズームモータ)、同様に107及び207は合焦
群102d及び202dを駆動するための駆動系(フォ
ーカスモータ)を示す。108及び208は撮像光学系
の変倍群102b及び202bに設けた各々のレンズ群
の光軸方向の位置情報を得るためのエンコーダ(ズーム
エンコーダ)を示す。同様に109、209は撮像光学
系の合焦群102d及び202dに設けた各々のレンズ
群の光軸方向の位置情報を得るためのエンコーダ(フォ
ーカスエンコーダ)を示す。これらは例えばポテンショ
メータのような外付けの部材でも良いし、例えばパルス
モータのような駆動系自身で駆動方法によりレンズの光
軸方向の位置情報を知る系でも良い。更に102及び1
03、202及び203は一体として、光軸101及び
201を略々含む平面内で回転する不図示の機構系と、
駆動系(輻輳角モータ)104及び204を設ける。そ
してこの回転角情報検出手段105及び205を設け
る。これもロータリエンコーダのような外付けの部材で
も良いし、例えばパルスモータのような駆動系自身で駆
動方法により角度情報を知る系でも良い。但し以上のエ
ンコーダ類は、後述するようにここでは補助的な目的で
用いており、この実施例では必ずしも必要でない。
1及び211は画像信号110及び210のオーバーラ
ップ部分の信号を一時保存するものである。20は水平
方向の画像シフト処理部であり例えば、水平方向に11
1の画像メモリの座標を一定量X(例えば1画素)シフ
トさせ、シフト後の画像データを画像メモリ112に書
き込む。更に画像メモリ112と画像メモリ211との
差δsを減算処理回路等を含む相関演算処理部21を用
い、シフト量Xを逐次変えて演算を行い、差δsが最小
値となるシフト量Xoを求める制御を行う。この時、差
δsとシフト量Xの関係を関数近似すること等により補
間演算処理によってシフト量Xoを求めてもよい。また
輻輳角を駆動する機構系の精度不足等の要因により、垂
直方向の揺動も発生する場合は、垂直方向に関しても水
平方向と同様の処理を行ない、2次元(面内)のずれ量
を求めることができる。尚、この垂直方向の画像のレジ
ストレーションのずれ量△y′(垂直)は、 △y′(垂直)=tan△φ1・f(β−1) −(5) として定まる。またこの相関演算時間を短縮するため、
例えばオーバーラップ部分の画面中央部の画像データの
み、即ち被写体面1上の点0を含み水平及び垂直の幅を
狭めた領域を用いる方式が有効である。また輻輳角の角
度情報を与えるエンコーダ105及び205を併用し、
粗調にエンコーダ、微調に上述の画像信号による検出と
することにより相関演算する領域を更に減らすことも可
能である。尚、ここで説明した相関演算法は一般にマッ
チング法と言われる手法だが、特にこの手法に限定する
ものではなく、勾配法の様な他の手法でも差しつかえな
い。そして求めたこの最小値を与えるシフト量Xoは、
前述の光軸101及び201が偏差を持ったために生じ
た、各々の撮像系から出力される画像のレジストレーシ
ョンの相対的なずれ量△y′を示している。
れ量△y′に応じた補正信号10により、本実施例では
センサの面内位置の補正制御を行なう。すなわち予めイ
メージセンサ103及び203には、水平及び垂直方向
にシフトしうる駆動系103a,203aを設け、各信
号を取り込んだ演算制御部22にて求めた信号をセンサ
位置制御部25にてうけ、駆動系103a,203aを
用いて補正駆動の制御を行なう。駆動系103a,20
3aとしては、例えばピエゾや圧電バイモルフの様なも
のが用いられる。この信号の流れを図8に示す。
れる画像信号110及び210のレジストレーションの
ずれ量を、所定の許容値である△y0′以下に補正した
後、先程と同様にして例えば画像メモリと加算処理回路
等を用いて2つの画像を合成出来る。この合成処理の部
分の信号の流れは図6に示した図と共通のため、この説
明図は省略した。
囲は、撮像光学系の収差補正しなければならない領域を
あまり増加させないためと、駆動系の仕様の負荷を増加
させないため図5に示した方式である輻輳角エンコーダ
105及び205も併用し、所定レベルを基準に補正量
を粗と微に弁別し、粗調は輻輳角モータ104及び20
4を駆動して行ない、微調は駆動系103a及び203
aを駆動することで行っても良い。
2で示したイメージセンサ103及び203を撮像管に
特定することでイメージセンサを水平あるいは垂直に駆
動する系を用いない例である。そして、駆動系103a
及び203a以外の構成及び補正信号10を求める方式
はすべて前の実施例と共通であり、その部分の説明は省
略する。
により映像信号を読み出している。従って、その読み出
し時に電子ビームの走査軌跡を制御する撮像管電子ビー
ム走査軌跡制御ドライバ103b,203bを予め設
け、前述と同様に各信号を取り込んだ演算制御部22に
て求めた信号を、電子ビームの走査軌跡制御部26にて
うけ、ドライバ103b,203bを用いて電子ビーム
の走査軌跡をシフトさせる補正制御を行う。この制御に
より、イメージセンサ103及び203から出力される
映像信号110及び210の画像のレジストレーション
を一致させることができる。この信号の流れを図10に
示す。尚、上述の電子ビームの走査軌跡を変えて画像の
レジストレーションを合せる技術は、例えば3管式カラ
ーテレビに於るDRC(Digital Registration Correct
ion )として一般的な技術であり、例えば昭和59.1
2NHK技研月報等で説明されている。)このようにし
て各々の撮像系から出力される画像信号110及び21
0のレジストレーションのずれ量を所定値(許容値)△
y0′以下に補正した後、先程と同様にして例えば画像
メモリと加算処理回路等を用いて2つの画像を合成出来
る(この合成処理の部分の信号の流れは図6に示した図
と共通のため、この説明図は省略した。)。
体撮像素子を用いて、且つセンサを水平あるいは垂直に
駆動する系を用いない例として実施例4を図11に示
す。即ちこれは実施例3にて示したイメージセンサ10
3及び203を固体撮像素子に特定したものである。従
って、基本構成及び補正信号10を求める方式はすべて
実施例2及び実施例3と共通であり、この部分の説明は
省略する。
算制御部22にて求めた信号を画像位置制御部27にて
うける。一方111及び211は画像メモリであり、映
像信号110及び210を一時保存するものである。こ
の段階の画像データは輻輳角の誤差により一般に画像の
レジストレーションは一致していない。28は画像デー
タ座標の補正変換部であり、求めた画像のレジストレー
ションのずれ量△y′だけ111の画像データをシフト
させ、シフト後の画像データを画像メモリ112に書き
込む制御を行う。尚、便宜上画像メモリ112を画像メ
モリ111と別に設けて示したが、これを兼用させても
良い。またシフトさせる際、データの補管演算の処理も
必要に応じて行っても良い。またここでは111の画像
データをシフトさせる例として示したが、当然211の
方の画像データをシフトさせても良い。そして画像メモ
リ112と画像メモリ211の画像データを、先に述べ
た実施例と同様に例えば画像メモリと加算処理回路等を
用いて図6の様に2つの画像を合成出来る。
のレジストレーションのずれ量△y′を補正制御する例
を示したが、この他撮像光学系の結像倍率の差による画
像のレジストレーションのずれ量を考慮することが必要
な場合がある。
を得るために設けたエンコーダ108及び109に頼ら
ず、画像信号を用いて検出することも可能である。この
例を実施例6として次に示す。
す。基本構成は実施例2と同じであり、図中前出の番号
と重複するものは、前出と同一の部材を示すため説明を
省略する。画像メモリ111及び211は先程と同様に
映像信号110及び210のオーバーラップ部分の画像
信号を一時保存するものである。この段階では画像デー
タは撮像光学系102と202の結像倍率のずれのため
画像のレジストレーションは一致していないが予め先に
示した実施例1〜5にて説明した方法等によって、2つ
の画像の中心位置のレジストレーションのずれ量(前述
の△y′)を既知として、2つの画像の中心位置を補正
してあるものとする。
以下のような方法がある。即ち倍率演算処理部29にて
111の画像メモリの座標を、画面中心からの距離に比
例した定数kを掛けて座標変換した後画像メモリ112
に書き込む。次に画像メモリ112と画像メモリ211
との差δmを減産処理回路30を用いて求める。定数k
を逐次変えて上述の減算演算をおこない、差δmが最小
値となる定数koを求める。この信号の流れを図14に
示す。この定数koは撮像光学系202に対する102
の結像倍率の比を表し、これを補正信号を12とする。
を図15に示す。
01及び201を含む平面に垂直な線Y−Y′を含み中
心部0から離れた上下の2つの領域111A1、111
A2及び211A1、211A2に対応する画像信号部
分110a1、110a2及び210a1、210a2
のみを用いるもので、この領域の被写体面上に代表点を
Q、Rこの像をQ1′、R1′、Q2′、R2′とす
る。各々の点の垂直方向に位置ずれ相関は実施例1〜5
にて説明した手法等により求め、Q1′、R1′の長さ
と、Q2′、R2′の長さの比を演算して定数koを求
めても良い。これは結像倍率の差が画面の周辺ほど検出
感度が高くとれることと、微少領域では結像倍率の差は
位置のずれと見なせることを利用している。以上のよう
にしてこの定数koを求め、この値にもとづき次のよう
な補正制御が出来る。
ては、まずズームモータ106及び206が、この定数
koを結像倍率のずれによる画像のレジストレーション
ずれ量を所定値(許容値)以下に補正するために必要な
応答性能を有する場合は、ズームモータ106及び20
6の一方または両方に補正信号を加え倍率が補償される
様にサーボする。
帯等の影響で補正に必要な応答性能を得ることが困難な
場合は、図9を使って説明した電子ビームの走査軌跡変
更の補正制御の方法あるいは先の実施例の画像メモリの
座標変換の補正制御の方法などが適している。また画像
メモリの座標変換の際、データの補間演算の処理も必要
に応じて行っても良い。
ノラマ画像が得られる撮像装置を提供出来る。
であったが、輻輳角2θを変えることで所望のアスペク
ト比の画像を得ることができる。図16は合成系の概念
を示したおり、右側撮像系の画像と左側撮像系の画像と
を合成して新たなアスペクト比の画像を得ている。
が、輻輳角2θの選び方がパノラマ画像の場合より狭角
となる。
たアスペクト比の画面に応じて各々の撮像画界の所定量
がオーバーラップする条件を満たすよう、被写体面1の
方線O−O′に対して対称にθほど傾斜した状態に配置
する。
C用で、アスペクト比は4対3とし、HD用の16対9
のアスペクト比に変換するモードとした例である。
し、輻輳角モータ104と204を駆動して決定したア
スペクト比に応じた輻輳角に設定手段115(図18)
にて設定した後、上例した各実施例で説明したレジスト
レーションの補償方法を適用することで所望の画像を得
られるものである。
の流れを示す図。
理の流れを示す図。
図。
102のレンズ群 202a,202b,202c,202d 撮像光学系
202のレンズ群 101、201 撮像光学系102、202の光軸 103、203 イメージセンサ 103a,203a イメージセンサ駆動系 103b,203b 撮像管電子ビーム走査軌跡ドライ
バ 104、204 輻輳角モータ 105、205 角度エンコーダ 106、206 ズームモータ 107、207 フォーカスモータ 108、208 ズームエンコーダ 109、209 フォーカスエンコーダ 110、210 画像信号 110a1,110a2,210a1,210a2 画
像信号110、210の一部 111、112、211 画像メモリ
Claims (2)
- 【請求項1】 複数の撮像系を用いて画角の一部をオー
バーラップして撮像する装置に於て、各々の撮像系から
出力される前記オーバーラップ部分の画像信号より前記
オーバーラップ部分の画像のレジストレーションのずれ
量を検出する検出手段と、前記検出手段からの検出信号
に応じて撮像系の輻輳角を変化させて前記レジストレー
ションのずれ量を所定値以下にする補正手段と、各撮像
系から出力される画像信号を合成変換する手段を有する
ことを特徴とする複眼撮像装置。 - 【請求項2】 複数の撮像系を用いて画角の一部をオー
バーラップして撮像する装置に於て、各々の撮像系から
出力される前記オーバーラップ部分の画像信号より前記
オーバーラップ部分の画像のレジストレーションのずれ
量を検出する検出手段と、前記検出手段からの検出信号
に応じて前記レジストレーションのずれ量を所定値以下
にする補正手段と、各撮像系から出力される画像信号を
合成変換する手段と、画像のアスペクト比を変えるため
に撮像系の輻輳角を所定値に定める手段を有することを
特徴とする複眼撮像装置。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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