JP3905736B2 - ステレオ画像撮像装置及び自動輻輳調整装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、立体視のためのステレオ画像を撮像するステレオ画像撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
左右一対の視差画像を撮像するステレオ画像撮像装置としては、独立した2つの撮像系を用いてそれぞれ独立に左右の視差画像を撮像する2眼式のものや、一つの撮像光学系(レンズ系)の光路をミラーやプリズムを用いて2分し、1つの撮像素子で左右の視差画像を撮像するものなどが知られている。
【0003】
より自然な立体映像を得るには、ステレオ画像の撮像において輻輳を調整する必要がある。輻輳調整は、多くの場合手動で行われるが、例えば特開2000−152282号公報には、自動輻輳調整を行うステレオ画像撮像装置が開示されている。このステレオ画像撮像装置では、プリズムを用いて1つのレンズ系の光軸を2分し、分岐されたそれぞれの光軸を所定の軸周りに回動自在なミラーにより被写体方向に向け、左右の視差画像を時分割で交互に撮像している。このステレオ画像撮像装置における自動輻輳調整機構では、別途設けられた距離検出手段により被写体までの距離を三角測距法に基づいて算出し、その距離に応じてミラーの回動角度を調整することにより行われる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような輻輳調整機構では、別途距離検出手段を備えなければならずその構成が複雑となりコストがかさむうえ輻輳調整のための制御ソフトも複雑となる。
【0005】
本発明は、簡単・迅速に自動輻輳調整を行えるステレオ画像撮像装置、又はこのステレオ画像撮像装置に搭載される自動輻輳調整装置を得ることを目的としている。特にステレオ画像を単一の撮像光学系で撮像するステレオ画像撮像装置において、簡略な構成で迅速に輻輳調整を行うことを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明のステレオ画像撮像装置は、輻輳調整を行ってステレオ画像を撮像素子により撮像するステレオ画像撮像装置であって、輻輳調整の指標となるビーム状の光を指標ビームとして被写体に照射する指標ビーム投光手段と、被写体に投射された指標ビームの左画像及び右画像における結像位置を検出する指標ビーム検出手段と、結像位置に基づいてステレオ画像の輻輳を調整する輻輳調整手段とを備え、指標ビームが左画像の視点と右画像の視点とを結ぶ線分の垂直二等分線を含む平面内に照射されることを特徴としている。
【0007】
ステレオ画像撮像装置を、例えばステレオ画像ではない通常の画像を撮像するカメラとステレオアダプタとを着脱自在に装着した構成にする場合、あるいはより簡略に構成する場合、ステレオ画像撮像装置は例えば単一の撮像光学系からなるとともに単一の撮像素子からなる。このとき左画像及び右画像は2分割された撮像素子のそれぞれの分割領域において同時に撮像される。これによりステレオ画像の撮像と通常の画像の撮像とを同一のカメラにおいて行うことが可能となる。
【0008】
ステレオ画像撮像装置が単一の撮像光学系からなる場合、撮像光学系の光軸は対称面に含まれることが好ましい。また、光軸と左画像の視線と右画像の視線とは同一面内にあり、指標ビームは例えば光軸と一致する直線状のビームである。このとき指標ビーム検出手段は、左画像及び右画像の中心を通る水平線上における左画像及び右画像での輝度のピーク位置に基づいて指標ビームの各画像における結像位置を検出する。これにより、簡単に指標ビームの各画像における結像位置を検出することができる。
【0009】
また、簡略な方法でより確実に指標ビームの結像位置を検出するには、例えば指標ビームは対称面内で拡散する平面状のビームとして照射され、指標ビーム検出手段は、左画像及び右画像の複数の同一水平線上における左画像及び右画像での輝度のピーク位置に基づいて指標ビームの左右の画像における結像位置を検出する。
【0010】
指標ビーム検出手段は、左画像における輝度のピーク位置と、右画像における輝度のピーク位置とが各画像における中心位置に対して鏡像関係にあるか否かにより、各画像におけるピーク位置が指標ビームの結像位置であるか否かを判定することにより、簡単に指標ビームを検出することができる。
【0011】
輻輳調整手段は好ましくは、左画像における指標ビームの結像位置を左画像の画像中心に一致させ、右画像における指標ビームの結像位置を右画像の画像中心に一致させることにより輻輳を調整する。また輻輳は対称面に対し面対称に対面して設けられる回動ミラーの回動角を調整することにより行われる。これらにより簡単・迅速に輻輳を調整することが可能となる。
【0012】
またステレオ画像撮像装置は、例えば指標ビームを点灯して第1のステレオ画像の撮像を行う第1の撮像手段と、指標ビームを消灯して第2のステレオ画像の撮像を行う第2の撮像手段とを備え、指標ビーム検出手段は第1及び第2のステレオ画像に基づいて結像位置を検出する。このとき指標ビーム検出手段は、第1及び第2のステレオ画像における画素値の差分を求めることにより結像位置を検出する。これにより、より確実に指標ビームの結像位置を検出することができる。
【0013】
指標ビーム投光手段は、第1のフィールドを撮像しているときに指標ビームを点灯して指標ビームを被写体に照射し、第2のフィールドを撮像しているときに指標ビームを消灯する。そして第2のフィールドにおける輻輳が第1のフィールドのステレオ画像に基づいて調整されることにより被写体の動画像がステレオ画像として撮像される。これにより輻輳調整されたステレオの動画像を簡単に撮像することができる。
【0014】
また、本発明のステレオ画像撮像装置の自動輻輳調整装置は、ステレオ画像の輻輳調整の指標となるビーム状の光を指標ビームとして被写体に照射する指標ビーム投光手段と、被写体に投射された指標ビームの左画像及び右画像における結像位置を検出する指標ビーム検出手段と、結像位置に基づいてステレオ画像の輻輳を調整する輻輳調整手段とを備え、指標ビームが左画像の視点と右画像の視点とを結ぶ線分の垂直二等分線を含む平面内に照射されることを特徴としている。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態であるカメラ型のステレオ画像撮像装置の斜視図である。図1を参照して第1の実施形態について説明する。
【0016】
カメラ本体10の前面において、撮影レンズ鏡筒11の左上にはファインダ窓(対物部)12が設けられ、右上にはストロボ13が設けられている。カメラ本体10の上面左側にはレリーズスイッチ15及び液晶表示パネル16が設けられ、右側にはモード切替ダイヤル17が設けられている。カメラ本体10の側面には、インターフェースコネクタ18、ICメモリカード等の記録媒体を挿入するためのカード挿入口19が形成されている。
【0017】
鏡筒11の前面には、ステレオアダプタ50が図示しないマウント機構により着脱自在に装着される。ステレオアダプタ50には、左右に2つの開口51L、51Rが設けられており、後述するように鏡筒11の光路は、アダプタ50内に設けられたミラー(図2参照)により二分され、これらの開口に導かれる。すなわち、開口51Lを介してステレオ画像の左画像が、開口51Rを介してステレオ画像の右画像が撮像される。開口51Lと開口51Rとの間には、レーザやLED等の光源からなる投光装置52が設けられる。投光装置52からは、鏡筒11内に配置される撮像光学系11A(図2、3参照)の光軸と一致するビーム状の光が照射され、後述するように輻輳調整の指標として用いられる。また、ステレオアダプタ50の側面には、インターフェースコネクタ60が設けられており、インターフェースケーブル20の一方のコネクタ21Aが着脱自在に装着される。インターフェースケーブル20のもう一方のコネクタ21Bは、カメラ本体10のインターフェースコネクタ18に着脱自在に接続される。
【0018】
図2は、図1のステレオ撮像装置の光学的な構成を模式的に示す。
ステレオアダプタ50内の投光装置52は、例えばレンズ系からなる投光光学系52Aと光源である発光素子(例えばLEDやレザーダイオード)52Bとからなり指標ビームを照射する。投光光学系52Aの光軸は、カメラ本体10の撮像光学系11Aの光軸Lに一致するように配置され、投光装置52から照射される指標ビームは光軸Lと被写体とが交わる点Pに投射される。
【0019】
ステレオアダプタ50内において、光軸Lに対し対称な位置には、回動ミラー57L、57Rが配置される。回動ミラー57L、57Rは、それぞれ光軸Lに垂直な軸59L、59Rを中心に回動可能であり、回動ミラー57L、57R各々の回動角度は、光軸Lに対し対称である。回動ミラー57Lと対面する位置には、固定ミラー58Lが配置され、回動ミラー57Rと対面する位置には、固定ミラー58Rが配置される。固定ミラー58L、58Rは、各々の反射面が光軸Lに対し135°傾いて対称に配置され、それぞれの一辺は互いに直角をなして接し合う。また、回動ミラー57L、57Rの反射面はそれぞれ固定ミラー58L、58Rの反射面に対面している。すなわち、ステレオアダプタ50の左側の開口51Lから入射した光は、回動ミラー57L及び固定ミラー58Lで反射され、撮像光学係11Aを介してカメラ本体10内に設けられたCCD等の撮像素子28の右半面(図2において)に導かれる。ステレオアダプタ50の右側の開口51Rから入射した光は、回動ミラー57R及び固定ミラー58Rで反射され、撮像光学係11Aを介してCCD28の左半面(図2において)に導かれる。したがって、左画像は、CCD28の右半面で撮像され、右画像はCCD28の左半面で撮像される。なお、撮像光学系11A内には、絞り(例えばアイリス絞り)25が設けられている。
【0020】
以上の構成から、左画像の視点を始点とし左画像の像面の中心と交わる半直線(左画像の視線)と、右画像の視点を始点とし右画像の像面の中心と交わる半直線(右画像の視線)とは常に左右両画像の視点を結ぶ線分の垂直二等分線上において交わる。また本実施形態において光軸Lは、左画像の視点と右画像の視点とを結ぶ線分を垂直二等分する平面内にあり、かつ左右の視線と同一平面内にあるため、指標ビームは、常に両視線の交点に射出される。これにより指標ビームは左右両画像において、それぞれの画像中心に対して鏡像関係にある位置に結像される。
【0021】
本実施形態では、ステレオ画像の輻輳調整は、回動ミラー57L、57Rの回動角度を調整することにより行われる。例えば、図2において、点Pは光軸Lと被写体との交点であり、点Pに輻輳を合わせるように回動ミラー57L、57Rの回動角が調整されている。すなわち、左側の開口51Lから入射する点Pからの光は、回動ミラー57L、固定ミラー58Lで反射され、撮像光学系11Aを介して、CCD28の右半面の点PLに結像される。輻輳調整動作により点PLの位置がCCD28の右半面の略中心位置に一致するように回動ミラー57Lの回動角が調整される。また、右側の開口51Rから入射する点Pからの光は、回動ミラー57R、固定ミラー58Rで反射され、撮像光学系11Aを介して、CCD28の左半面の点PRに結像される。右半面の点PLと同様に輻輳調整動作では、点PRの位置がCCD28の左半面の略中心位置に一致するように調整される。これにより左右画像の輻輳は被写体が配置された位置に調整される。
【0022】
図3は、図1、2に示されるステレオ画像撮像装置の回路構成を示すブロック図である。
【0023】
ステレオアダプタ50内に設けられた発光素子52Bの発光動作は発光素子制御回路53により制御され、発光素子制御回路53の駆動はシステムコントロール回路55によって制御される。回動ミラー57L、57Rの軸59L、59Rには、それぞれ図示されない駆動装置(例えばステッピングモータなど)が取り付けられる。回動ミラー57L、57Rの回動動作は、回動ミラー駆動回路56L、56Rにより制御され、回動ミラー駆動回路56L、56Rはシステムコントロール回路55により制御される。システムコントロール回路55には、インターフェース回路54が接続されており、インターフェース回路54は、図1に示したようにインターフェースケーブル20によりカメラ本体10内に設けられたインターフェース回路40と接続される。なお、インターフェース回路54は図示されないコネクタ60(図1参照)に接続されており、インターフェースケーブル20との接続は、コネクタ21Aをコネクタ60に装着することにより行われる。
【0024】
ステレオアダプタ50から入射された光は、カメラ本体10の撮像光学系11Aを介してCCD28に結像される。撮像光学系11A内には絞り(例えばアイリス絞り)25が設けられており、絞り25の開度はアイリス駆動回路26により調整される。撮像光学系11Aの焦点調整動作及びズーミング動作はレンズ駆動回路27によって制御される。
【0025】
CCD28の撮像面には撮像光学系11Aにより被写体像が形成され、被写体像に対応した電荷が発生する。CCD28の駆動は、CCD駆動回路30により制御される。CCD28からの画像信号はアンプ31において増幅され、A/D変換器32においてアナログ信号からデジタル信号に変換される。デジタルの画像信号は撮像信号処理回路33においてガンマ補正等の処理を施され、画像メモリ34に一時的に格納される。アイリス駆動回路26、レンズ駆動回路27、CCD駆動回路30、撮像信号処理回路33はシステムコントロール回路35によって制御される。
【0026】
画像信号は画像メモリ34から読み出され、LCD駆動回路36に供給される。LCD駆動回路36は画像信号に応じて動作し、これにより画像表示LCDパネル37には、画像信号に対応した画像が表示される。
【0027】
システムコントロール回路35は、インターフェース回路40に接続されており、インターフェース回路40には図示されないコネクタ18(図1参照)が接続される。すなわち、ステレオアダプタ50を鏡筒11に装着してステレオ画像を撮像する際にはインターフェースケーブル20によりインターフェース回路40とインターフェース回路54とは接続される。これにより、カメラ本体10のシステムコントロール回路35とステレオアダプタ50内のシステムコントロール回路55とは電気的に接続され、相互の間で通信を行うことが可能となる。また、インターフェース回路40に接続されたコネクタ18をコンピュータ41と接続することも可能であり、この場合画像メモリ34から画像信号を読み出し接続されたコンピュータ41に伝送可能である。
【0028】
ステレオ画像撮像時、システムコントロール回路55はシステムコントロール回路35から伝送されるデータやコントロール信号等(後述)に基づいて、回動ミラー57L、57Rの回動角度を回動駆動回路56L、56Rを介して調整する。
【0029】
システムコントロール回路35は、記録媒体制御回路42を介して画像記録装置43に接続されている。したがって、画像メモリ34から読み出された画像信号は、画像記録装置43に装着されたICメモリカード等の記録媒体Mに記録可能である。
【0030】
システムコントロール回路35には、レリーズスイッチ15、モード切替ダイヤル17等からなるスイッチ群45と、液晶表示パネル16とが接続される。
【0031】
次に、図2〜図5を参照して本実施形態における輻輳調整動作の原理について説明する。
【0032】
図4には、CCD28の受光面28Sと、受光面28Sの中心を通る水平線H上の画素において検出される輝度信号が示されている。受光面28Sは、受光面28Sの中心を通る垂直線Vにより2分され、図面の左側領域(図2では右半面に対応)では左画像が検出され、右側領域(図2では左半面に対応)では右画像が検出される。点OLは左側領域の中心点であり、点ORは右側領域の中心点である。
【0033】
図2を参照して説明したように、投光装置52から射出された指標ビームは光軸Lが被写体と交わる点Pで反射され、その像はCCD28の受光面28Sの左側領域及び右側領域でそれぞれ結像される。始め輻輳は被写体が配置された位置である適正位置(指標ビームが投射される点P)に調整されていないので、回動ミラー57L、57Rによる輻輳は適正位置よりも遠く又は近くに設定されている。したがって、点Pに対応する左側領域での結像位置(領域)PL、及び右側領域での結像位置(領域)PRは、それぞれ左側領域、右側領域の中心位置である点OL、ORに一致していない。例えば図4では輻輳が実際に被写体が存在する位置よりも遠方に設定されており、点Pに対応する結像位置PL、PRは、それぞれ点OL、ORよりも内側に位置している。なお点Pは常に光軸L(左右両画像の視点を結ぶ線分の垂直二等分線に対応)上にあり、回動ミラー57L、57Rの回動角は光軸Lに対し対称、すなわち両画像の視線は常に光軸L上で交わるので、結像位置PL、PRは左右両画像において、それぞれの画像中心に対して鏡像関係にある位置に結像される。したがって、点Pに対応する結像位置PL、PRは水平線H上にあり、線分OLPLの長さと線分ORPRの長さとは互いに相等しい。また、輻輳が実際の被写体位置よりも近い位置に設定されているときには、結像位置PL、PRは、それぞれ点OL、ORよりも外側に位置する。
【0034】
点Pには指標ビームが投射されているので、点Pに対応する結像位置(領域)PL、PRにおいて検出される輝度は他の位置での輝度よりも高く、図4に示すように結像位置(領域)PL、PRにおいて輝度のピークを示す。前述したように輻輳調整前において結像位置PL、PRは、それぞれ点OL、ORと一致していない。本実施形態では、結像位置PL、PRの点OL、ORからのずれを検出し、これらの値と回動ミラー57L、57Rの現在の回動角とから回動ミラー57L、57Rの回動角を調整し点Pの位置を適正位置に調整する。これにより点Pの結像位置PL、PRは、図5に示すように点OL、ORに一致する。結像位置PL、PRの点OL、ORからのずれと、回動ミラー57L、57Rの現在の回動角とによる輻輳調整動作は、例えばシステムコントロール回路35又はシステムコントロール回路55(図3参照)内のROM(図示せず)に記録されたルックアップテーブルを利用して行われる。すなわち、ROMには現在の回動角と結像位置PL、PRの点OL、ORからのずれに対応して回動角の補正量が記録されており、この補正量に基づいて回動角が調整され輻輳調整が行われる。なお、ルックアップテーブルに換えて、現在の回動角と結像位置PL、PRの点OL、ORからのずれから上記補正量を求める関数をROMに記録しておいたり、この関数の動作を回路で実現したりすることも可能である。
【0035】
図6は、本実施形態における自動輻輳調整動作を伴うステレオ画像撮像処理のプログラムのフローチャートである。以下図6を参照して本実施形態において実行される自動輻輳調整動作について説明する。
【0036】
ステップS100において、レリーズスイッチ15が全押しされたことが検出されるとステップS101が実行され、発光素子52Bが点灯されるとともに指標ビームが投光装置52から被写体に投射される。ステップS102では指標ビームが被写体に投射された状態での左右画像の撮像(撮像I)が行われ、撮像された左右画像は画像メモリ34に一時的に記憶される。この撮像処理が終了するとステップS103において発光素子52Bが消灯される。
【0037】
ステップS104では、ステップS102において撮像され画像メモリ34に記憶された左右画像の水平線H(図4参照)上の輝度が調べられる。これにより左右の各画像における輝度のピーク位置が検出される。左画像において検出された輝度のピーク位置は、左画像の中心位置である点OLからの相対座標値DLとして算出され、右画像において検出されたピーク位置は、右画像の中心位置である点ORからの相対座標値DRとして算出される。相対座標値DL、DRは、ピーク位置が点OL、ORよりも内側にあるときには例えば負の値で表され、点OL、ORよりも外側にあるときには正の値で表される。
【0038】
ステップS105では、ステップS104で算出された相対座標値DLと相対座標値DRとが比較される。例えば相対座標値DLと相対座標値DRとの差をとり、この絶対値が所定の値δ(>0)よりも小さいか否かが判定される。δは相対座標値DLと相対座標値DRとが略等しいと見なすことができる程度に小さい値である。|DL−DR|<δのとき、ステップS104で検出された水平線H上の左画像及び右画像の輝度のピーク位置は各画像中心に対し略鏡像関係にある位置(本実施形態では垂直線Vに対して略対称な位置)にあるので、これらは点Pに対応する左右画像での結像位置PL、PRであると考えられる。したがって、ステップS105において|DL−DR|<δであると判定されると、ステップS106に処理は進み、検出されたDL、DRの値と現在の回動ミラー57L、57Rの回動角度に基づいて回動ミラーの駆動量が上述のルックアップテーブルを参照することにより算出される。
【0039】
ステップS104からステップS106までの処理は例えばカメラ本体10内に設けられたシステムコントロール回路35により行われ、ステップS106において算出された回動ミラーの駆動量は、インターフェース20を介してステレオアダプタ50内のシステムコントロール回路55へ送信される。なお、ステップS104からステップS107までの処理とステップS110の処理をステレオアダプタ側のシステムコントロール回路55において行い、カメラ側ではステレオ画像の撮像と撮像した画像データをステレオアダプタに転送する処理のみを行ってもよい。
【0040】
ステップS107では、ステップS106で算出された回動ミラーの駆動量に基づき回動ミラー57L、57Rがシステムコントロール回路55の制御信号に基づいて駆動され点Pに対して輻輳が調整される。ステップS108では、被写体の左右画像(ステレオ画像)の撮像(撮像III)が行われ、画像メモリ34に記憶されこの処理は終了する。なお、画像メモリ34に記憶された左右画像は、その後例えばICカード等の記録媒体Mに記録される。
【0041】
一方、ステップS105において|DL−DR|<δではないと判定されると、検出された輝度のピーク位置の少なくとも一方は、点Pの結像位置PL、PRであるとは考えられない。このとき処理はステップS109に移る。これは例えば、被写体やその周辺に輝度の高い領域が存在し、その領域に対応する点を輝度のピーク位置として検出してしまうことなどで起こる。
【0042】
ステップS109では、指標ビームを投射しないで改めて左右画像が撮像される(撮像II)。ステップS110では、ステップS102の撮像Iで撮像された左右画像とステップS110の撮像IIで撮像された左右画像との間において輝度値の差分が演算される。その後処理はステップS104に戻り、ステップS110で差分された輝度値に基づいて左右画像における輝度のピーク位置が検出され以下同様の処理が行われる。すなわち、ステップS109以下の処理では撮像Iで撮像された左右画像と撮像IIで撮像された左右画像との差分をとることにより、指標ビームによる輝度情報のみを抽出している。
【0043】
以上により、本発明の第1の実施形態によれば、左右の視差画像を単一の撮像光学系で同時に撮像することができるとともに、簡単・迅速に輻輳調整を自動で行うことができる。また、本実施形態のステレオ画像撮像装置は、アダプタ方式を採用しているので、従来のデジタルカメラのソフトに変更を加え、これに本実施形態のステレオアダプタを装着することにより対応できるためより低コストで自動輻輳調整を行えるステレオ画像撮像装置を提供することができる。
【0044】
次に図7〜図11を参照して本発明の第2の実施形態について説明する。なお、第2の実施形態のステレオ画像撮像装置は、第1の実施形態のステレオ画像撮像装置と略同様であり、第1の実施形態とその構成が同じものに関しては同一の符号を用いるとともにその説明を省略する。
【0045】
図7は第2の実施形態で用いられる回動ミラー駆動機構70の構成を模式的に示す図であり、図8は第2の実施形態のステレオ画像撮像装置の回路構成を示すブロック図である。
【0046】
第1の実施形態では、可動ミラー57L、57Rは、それぞれに設けられた駆動装置(ステッピングモータ等)を用いて回動されていたが、第2の実施形態では、例えば図7に示されるような回動ミラー駆動機構70によりその回動動作が制御される。
【0047】
図7において駆動装置71は、例えばステッピングモータであり、回動ミラー駆動回路56(図8参照)からの制御信号によりその駆動が制御される。歯車72の駆動軸は駆動装置71に接続されており、回動ミラー駆動回路56からの制御信号に基づいて回転される。歯車72は回転軸を中心に相対する位置においてそれぞれラック73L、73Rと噛合っている。すなわちラック73Lの右端よりの歯、及びラック73Rの左端よりの歯は歯車72とそれぞれ噛合い、ラック73Lと73Rとは歯車72を挟んで略平行に配置される。ラック73Lの左端よりの歯は歯車74と噛合い、ラック73Rの右端よりの歯は歯車75Rと噛合っている。歯車74は更に歯車75Lと噛合っている。歯車75L、75Rの軸は、歯車72の軸に対し対称な位置に配置されており、それぞれ回動ミラー57L、57Rの回転軸と連結されている。また歯車74、歯車75L、75Rの径及びピッチは等しい。これにより回動ミラー57L、57Rは、光軸Lに対し対称な回動角を維持しながら1つの駆動装置71により駆動制御される。例えば歯車72が図7に示されるように反時計回りに回転するときラック73Lは右水平方向に移動し、ラック73Rは左水平方向へ移動する。このとき歯車74及び歯車75Rは反時計回りに回転され、歯車75Lは歯車75Rと同じ分だけ時計回りに回転される。
【0048】
第1の実施形態では、発光素子52Bから照射された光はレンズ系などからなる投光光学系52Aを介して光軸Lに一致する指標ビームとして射出されていた。しかし、第2の実施形態の投光光学系52Cは例えば回折格子等からなり、投光装置52’からは光軸Lを含む垂直平面内で拡散する平面状のビームが指標ビームとして利用される。すなわち、ミラー57L、58Lとミラー57R、58Rとはそれぞれ指標ビームが含まれる平面(対称面)に対し面対称となる。したがって、第2の実施形態において指標ビームは被写体と対称面とが交わる交線上に投射される。
【0049】
以上の構成から、指標ビームは、左画像の視点と右画像の視点とを結ぶ線分を垂直二等分する平面(対称面)内に沿って射出される。これにより指標ビームは左右両画像において、それぞれの画像中心に対して鏡像関係にある位置に結像される。すなわち、指標ビームにより被写体表面上に形成される曲線は、被写体と対称面との交線に一致するので、この曲線の受光面28Sの左側領域における像と右側領域における像とは、垂直線Vを軸として対称な位置にそれぞれ形成され、図9に示されるように曲線CL、CR上に結像される。
【0050】
第1の実施形態では、水平線H上の輝度のピークのみが検出されたが、第2の実施形態では、水平線H以外の水平線においても輝度のピークが検出される。例えば、水平線H0(図4、5における水平線Hに等しい)よりも上側の水平線H1と下側の水平線H2においても輝度のピークが検出される。
【0051】
図9には各水平線H0、H1、H2において得られる輝度値の分布の一例が示されている。水平線H1上では、左右の画像において検出される輝度ピーク位置は、水平線H1と曲線CL、CRとの交点P1L、P1Rにそれぞれ一致している。しかし、水平線H0においては、左画像のピーク位置のみが水平線H0と曲線CLとの交点P0Lに一致しており、右画像のピーク位置は水平線H0と曲線CRとの交点P0Rに一致していない。また、水平線H2においても、右画像のピーク位置のみが水平線H2と曲線CRとの交点P2Rに一致しており、左画像のピーク位置は水平線H2と曲線CLとの交点P2Lに一致していない。
【0052】
図9に示される水平線Hでの輝度分布は、例えば交点P0L、P0Rに対応する被写体上の点P0が左画像の視点からは見えるにもかかわらず、右画像の視点からは障害物や被写体の形状等から見えないときに生じる。また、水平線H2での輝度分布は、例えば被写体表面が交点P2L、P2Rに対応する被写体上の点P2以外の点で鏡面反射等により指標ビームによる点P2の反射光よりも明るいときなどに発生する。
【0053】
各水平線H0、H1、H2(以下Hnと略記する)の左右の画像において検出された輝度のピーク位置が曲線CL、CR上の点であるか否かは、第1の実施形態と同様に、各ピーク位置の各水平線Hn上の左右画像における中心位置OL、OR、O1L、O1R、O2L、O2Rからの相対座標値に基づいて判定される。すなわち、水平線H1上では、左画像のピーク位置に対するO1Lからの相対座標値D1Lと右画像のピーク位置に対する相対座標値D1Rとの差の絶対値がδよりも小さいか否かにより判定され、水平線H上では、左画像のピーク位置に対するOLからの相対座標D0Lと右画像のピーク位置に対するORからの相対座標D0Rとの差の絶対値がδよりも小さいか否かにより判定される。また、水平線H2上では、左画像のピーク位置に対するO2Lからの相対座標値D2Lと右画像のピーク位置に対する相対座標値D2Rとの差の絶対値がδよりも小さいか否かにより判定される。
【0054】
図9に示された例では、水平線H1上の左右の画像で検出された輝度のピーク位置は曲線CL、CR上の点P1L、P1Rと考えられるので、点P1L、P1Rの位置が点O1L、O1Rにそれぞれ一致するように回動ミラー57L、57Rが駆動制御される。図10に点P1L、P1Rの位置が点O1L、O1Rにそれぞれ一致されたときの状態を示す。
【0055】
図11は、第2の実施形態における自動輻輳調整動作を伴うステレオ画像撮像処理のプログラムのフローチャートである。以下図11を参照して本実施形態において実行される自動輻輳調整動作について説明する。なお、本実施形態のステレオ画像撮像装置では動画のステレオ画像が撮像される。
【0056】
ステップS200において、レリーズスイッチ(録画ボタン)15が押されたことが検出されるとステップS201が実行され、発光素子52Bが点灯されるとともに面状の指標ビームが投光装置52’から被写体に投射される。ステップS202では指標ビームが被写体に投射された状態で奇数フィールドの撮像が行われ被写体の左右画像が取得される。撮像された左右画像は画像メモリ34に一時的に記憶される。奇数フィールドの撮像処理が終了するとステップS203において発光素子52Bが消灯されるとともに、水平線Hnに対応する変数nの値が0にリセットされる。
【0057】
ステップS204では、画像メモリ34に記憶された奇数フィールドの左右画像に対して、変数nの値に応じて水平線Hn上の輝度が調べられる。すなわち、n=0のときには水平線H0上の輝度が調べられ、n=1のときには水平線H1上の輝度、n=2のときには水平線H2上の輝度が調べられる。左画像において検出された輝度のピーク位置は図9を参照して説明したように、各水平線Hn上において左画像の中心位置である点OL、O1L、O2Lからの相対座標値D0L、D1L、D2L(以下DnLと略記する)としてそれぞれ算出される。同様に、右画像において検出されたピーク位置は、各水平線Hn上において右画像の中心位置である点OR、O1R、O2Rからの相対座標値D0R、D1R、D2R(以下DnRと略記する)として算出される。なお、相対座標値DnL、DnRは、第1の実施形態と同様に、ピーク位置が点OL、OR、O1L、O1R、O2L、O2Rよりも内側にあるときには例えば負の値で表され、それらよりも外側にあるときには正の値で表される。なお以下の説明では、点P0、P1、P2と、これらの結像位置に対応する点P0L、P0R、P1L、P1R、P2L、P2RとをPn及びPnL、PnRで略記する。
【0058】
ステップS205では、ステップS204で算出された相対座標値DnLと相対座標値DnRとが比較される。すなわち相対座標値DnLと相対座標値DnRとの差をとり、この絶対値が所定の値δ(>0)よりも小さいか否かが判定される。δは相対座標値DnLと相対座標値DnRとが略等しいと見なすことができる程度に小さい値である。
【0059】
|DnL−DnR|<δのとき、ステップS204で検出された水平線Hn上の左画像及び右画像の輝度のピーク位置は各画像中心に対し鏡像関係にある位置、すなわち垂直線Vに対して略対称な位置にあるので、これらのピーク位置は点Pnに対応する左右画像での点PnL、PnRであると考えられる。したがって、ステップS205において|DnL−DnR|<δであると判定されると、処理はステップS206に進み、検出されたDnL、DnRの値と現在の回動ミラー57L、57Rの回動角度に基づいて回動ミラーの駆動量が算出される。
【0060】
ステップS207では、ステップS206で算出された回動ミラーの駆動量に基づき回動ミラー57L、57Rが駆動され点Pnに対して輻輳が調整される。ステップS208では、偶数フィールドにおいて被写体の左右画像の撮像が行われ、画像メモリ34に記憶され処理は再びステップ200へ戻り、録画ボタンが押されなくなるまで同様の処理が繰り返される。なお、画像メモリ34に記憶された偶数フィールドの左右画像は、その後例えばICカード等の記録媒体Mに記録される。
【0061】
一方、ステップS205において|DnL−DnR|<δではないと判定されると、検出された水平線Hn上における輝度のピーク位置の少なくとも一方は、点Pnの結像位置に対応する点PnL、PnRであるとは考えられない。このとき処理はステップS208に移り現在のnの値が3未満であるか否かが判定される。n<3であれば、nの値がステップS210においてn+1に置き換えられ処理はステップS204に戻りn+1に対応する水平線上での輝度のピークが検出される。これにより、n=0、1、2に対応する水平線Hn上の輝度のピークを順次調べることができる。
【0062】
n<3でないとき、すなわちn=3となったときには、処理はステップS209へ移り、回動ミラー57L、57Rの回動角を変更することなく偶数フィールドの撮像が実行され、撮像終了後ステップS200に戻る。
【0063】
なお、ステップS204〜ステップS208の処理は、例えば垂直ブラッキング期間中に行われる。
【0064】
以上により、第2の実施形態においても第1の実施形態と略同様の効果が得られる。また第2の実施形態では、指標ビームがステレオ画像の対称面内で拡散されて投射されるので、複数の水平線上で指標ビームによる輝度のピーク位置を検出することができるので、指標となる点が隠れることがなく、第1の実施形態よりもより簡便・迅速な方法で自動輻輳調整を行える。更に、第2の実施形態では、奇数フィールドを利用して輻輳調整を行い、偶数フィールドを利用してステレオ画像を取得しているので、動画像に対しても簡便に自然な立体映像を得ることができる。
【0065】
なお本実施形態では、ステレオアダプタ内の光学素子としてミラーを用いたが、これらは例えばプリズムであってもよい。また本実施形態では、1つの撮像素子の受光領域を二分割(等分)してステレオ画像を撮像したが2つの撮像素子を用いてもよく、このとき光学系をそれぞれの撮像素子に個別に設けてもよい。
【0066】
本実施形態においてステレオ画像撮像装置は、アダプタ式であったがこれらを一体的に構成してもよい。
【0067】
第2の実施形態において指標ビームを平面状に拡散させるために回折格子を用いたが、例えばプリズム等を用いて行ってもよい。
【0068】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、簡単・迅速に自動輻輳調整を行えるステレオ画像撮像装置、又はこのステレオ画像撮像装置に搭載される自動輻輳調整装置を得ることができる。また特に、視差画像を単一の撮像光学系で撮像するステレオ画像撮像装置において、簡略な構成で迅速に輻輳調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態であるステレオ画像撮像装置の斜視図である。
【図2】図1に示した第1の実施形態のステレオ画像撮像装置における光学的な構成を概略的に示す図である。
【図3】第1の実施形態におけるステレオ画像撮像装置の電気的な構成を概略的に示すブロック図である。
【図4】第1の実施形態において、輻輳調整がなされる前の指標ビームの受光面における結像位置と、このときの輝度分布を示す図である。
【図5】第1の実施形態において、輻輳調整がなされた後の指標ビームの受光面における結像位置と、このときの輝度分布を示す図である。
【図6】第1の実施形態における自動輻輳調整動作を説明するフローチャートである。
【図7】本発明の第2の実施形態に適用される、回動ミラー駆動機構の構成を模式的に示す図である。
【図8】第2の実施形態におけるステレオ画像撮像装置の電気的な構成を概略的に示すブロック図である。
【図9】第2の実施形態において、輻輳調整がなされる前の指標ビームの受光面における結像位置と、このときの輝度分布を示す図である。
【図10】第2の実施形態において、輻輳調整がなされた後の指標ビームの受光面における結像位置と、このときの輝度分布を示す図である。
【図11】第2の実施形態における自動輻輳調整動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
10 カメラ本体
28 撮像素子(CCD)
50 ステレオアダプタ
52 投光装置
L 光軸
Claims (18)
- 輻輳調整を行ってステレオ画像を撮像素子により撮像するステレオ画像撮像装置であって、
前記輻輳調整の指標となるビーム状の光を指標ビームとして被写体に照射する指標ビーム投光手段と、
前記被写体に投射された前記指標ビームの左画像及び右画像における結像位置を検出する指標ビーム検出手段と、
前記結像位置に基づいて前記ステレオ画像の輻輳を調整する輻輳調整手段とを備え、
前記指標ビームが前記左画像の視点と前記右画像の視点とを結ぶ線分の垂直二等分線を含む対称面内に照射され、
前記輻輳調整手段が、前記左画像における前記指標ビームの結像位置を前記左画像の水平線上における中心に一致させ、前記右画像における前記指標ビームの結像位置を前記右画像の水平線上における中心に一致させることにより前記輻輳を調整する
ことを特徴とするステレオ画像撮像装置。 - 前記ステレオ画像撮像装置が単一の撮像光学系からなることを特徴とする請求項1に記載のステレオ画像撮像装置。
- 前記ステレオ画像撮像装置が単一の撮像素子からなり、前記左画像及び右画像が2分割された前記撮像素子のそれぞれの分割領域において同時に撮像されることを特徴とする請求項2に記載のステレオ画像撮像装置。
- 前記撮像光学系の光軸が前記対称面に含まれることを特徴とする請求項2に記載のステレオ画像撮像装置。
- 前記光軸と前記左画像の視線と前記右画像の視線とが同一面内にあり、前記指標ビームが前記光軸と一致する直線状のビームであることを特徴とする請求項4に記載のステレオ画像撮像装置。
- 前記指標ビーム検出手段が、前記左画像及び右画像の中心を通る水平線上における前記左画像及び右画像での輝度のピーク位置に基づいて前記結像位置を検出することを特徴とする請求項5に記載のステレオ画像撮像装置。
- 前記指標ビームが前記対称面内で拡散する平面状のビームとして照射されることを特徴とする請求項1に記載のステレオ画像撮像装置。
- 前記指標ビーム検出手段が、前記左画像及び右画像の複数の同一水平線上における前記左画像及び右画像での輝度のピーク位置に基づいて前記結像位置を検出することを特徴とする請求項7に記載のステレオ画像撮像装置。
- 前記指標ビーム検出手段が、前記左画像における輝度のピーク位置と、前記右画像における輝度のピーク位置とが前記各画像における中心位置に対して鏡像関係にあるか否かにより、前記各画像におけるピーク位置が前記指標ビームの前記結像位置であるか否かを判定することを特徴とする請求項1に記載のステレオ画像撮像装置。
- 前記輻輳調整手段が、前記左画像における前記指標ビームの結像位置を前記左画像の画像中心に一致させ、前記右画像における前記指標ビームの結像位置を前記右画像の画像中心に一致させることにより前記輻輳を調整することを特徴とする請求項1に記載のステレオ画像撮像装置。
- 前記輻輳が前記対称面に対し面対称に対面して設けられる回動ミラーの回動角を調整することにより行われることを特徴とする請求項1に記載のステレオ画像撮像装置。
- 前記ステレオ画像撮像装置が、前記指標ビームを点灯して第1のステレオ画像の撮像を行う第1の撮像手段と、前記指標ビームを消灯して第2のステレオ画像の撮像を行う第2の撮像手段とを備え、
前記指標ビーム検出手段が前記第1及び第2のステレオ画像に基づいて前記結像位置を検出することを特徴とする請求項1に記載のステレオ画像撮像装置。 - 前記指標ビーム検出手段が、前記第1及び第2のステレオ画像における画素値の差分を求めることにより前記結像位置を検出することを特徴とする請求項12に記載のステレオ画像撮像装置。
- 前記指標ビーム投光手段は、第1のフィールドを撮像しているときに前記指標ビームを点灯して前記指標ビームを前記被写体に照射し、第2のフィールドを撮像しているときに前記指標ビームを消灯し、前記第2のフィールドにおける輻輳が前記第1のフィールドのステレオ画像に基づいて調整されることにより前記被写体の動画像がステレオ画像として撮像されることを特徴とする請求項1に記載のステレオ画像撮像装置。
- ステレオ画像の輻輳調整の指標となるビーム状の光を指標ビームとして被写体に照射する指標ビーム投光手段と、
前記被写体に投射された前記指標ビームの左画像及び右画像における結像位置を検出する指標ビーム検出手段と、
前記結像位置に基づいて前記ステレオ画像の輻輳を調整する輻輳調整手段とを備え、
前記指標ビームが前記左画像の視点と前記右画像の視点とを結ぶ線分の垂直二等分線を含む平面内に照射され、
前記輻輳調整手段が、前記左画像における前記指標ビームの結像位置を前記左画像の水平線上における中心に一致させ、前記右画像における前記指標ビームの結像位置を前記右画像の水平線上における中心に一致させることにより前記輻輳を調整する
ことを特徴とするステレオ画像撮像装置の自動輻輳調整装置。 - デジタルカメラとこれに装着されるステレオアダプタとからなるステレオ画像撮像装置であって、
前記ステレオアダプタが、ステレオ画像の輻輳調整の指標となるビーム状の光を指標ビームとして前記ステレオ画像の左画像の視点と右画像の視点とを結ぶ線分の垂直二等分線を含む平面内に照射する指標ビーム投光手段と、前記ステレオ画像の輻輳を調整する輻輳調整手段とを備え、
前記デジタルカメラが、前記指標ビームが投射された被写体の左画像及び右画像を撮像するステレオ画像撮像手段を備え、
前記輻輳調整手段が、前記左画像における前記指標ビームの結像位置を前記左画像の水平線上における中心に一致させ、前記右画像における前記指標ビームの結像位置を前記右画像の水平線上における中心に一致させることにより前記輻輳を調整する
ことを特徴とするステレオ画像撮像装置。 - 請求項16に記載されたステレオ画像撮像装置において用いられるデジタルカメラ。
- 請求項16に記載されたステレオ画像撮像装置において用いられるステレオアダプタ。
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