JP4051945B2

JP4051945B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP4051945B2
Application number: JP2002029522A
Authority: JP
Inventors: 功一吉川; 茂田島
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-02-07
Filing date: 2002-02-06
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2022-02-06
Also published as: JP2002314867A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば広範囲な半天球空間の被写体を、複数のカメラで撮像して各映像を１つに張り合わせる際に、各画像間の視差であるパララックスを小さくすることが可能な撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、複数のビデオカメラを１つの箱体に収納して全方位あるいは全周位を同時に撮影するカメラが種々開発されている。
【０００３】
すなわち、例えば空間のある一点を視点として水平面上でその周囲を撮影してパノラマ画像などの広範囲な画像を得るには、図７に示すように視点Ｉを中心とする円周に沿って複数のカメラ１、２…を周方向に等間隔に配置すると共に、それぞれのカメラ１、２…のレンズ１ａ，２ａの光軸３、４を放射方向に向けて固定し、それぞれのカメラ１、２…で撮影した個々の画像のオーバラップした個所をつなぎ合わせることによって全周の撮影を可能とするものである。図中５、６は各レンズの後端部に設けられたＣＣＤなどの撮像素子である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、これら複数のカメラ１、２で撮影したものを前述のように個々の画像のつなぎ合わせの際には、オーバーラップ個所、あるいはオーバーラップを設けない場合には画像のつなぎ合わせる個所に、いわゆるパララックスが発生し易く、このパララックスを如何に減少させるかがかかる撮像処理技術における技術的課題になっている。
【０００５】
しかしながら、従来の撮像装置にあっては、各カメラ１、２…の配置が単純に被写体の一部をそれぞれ撮像する位置に設置されているだけであり、前述のパララックスの問題を具体的に解決すべき工夫が十分になされていない。
【０００６】
この結果、このパララックスによって、撮影終了後に各画像のオーバラップ部を貼り合せるときに大きな障害になり、画像のつながりがなくなってしまう。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来装置の実状に鑑みて案出されたもので、請求項１に記載の発明は、複数の撮像手段を有する撮像装置であって、前記撮像手段は、複数のレンズからなるレンズ群と、最後方位置に設けられた撮像素子とを備え、前記撮像手段に設けられたレンズの開口絞りの中心を通る主光線中、ガウス領域に位置する主光線を選択し、該選択された主光線の物空間における直線成分を延長して前記撮像手段の光軸と交わる点をＮＰ点と設定し、前記各撮像手段の各ＮＰ点を、一つのＮＰ点を中心とした所定の半径領域内に集合させると共に、前記複数のレンズ群の間に間隙を設け、前側レンズ群の各レンズの配置と後側レンズ群の各レンズの配置とをそれぞれ任意に変えることによって前記ＮＰ点の位置を変更することを特徴としている。
【０００８】
この発明の原理を、模式図である図１に基づいて簡単に説明する。ビデオカメラなどに用いられているレンズは、複数のレンズを組み合わせて色収差や像面湾曲、フレアなどの収差をできるだけ少なくするように設計されている。かかるレンズは、原理的には図１に示すような薄い１枚の凸レンズ１１で構成されており、この凸レンズ１１の焦点位置に、ＣＣＤやＭＯＳなどのビデオ用撮像デバイスあるいは銀塩カメラの場合であればフィルムである撮像素子１２が配置されている。
【０００９】
そして、このような基本構造の撮像装置において、画角αは、凸レンズ１１による屈折分を無視すると、ほぼ撮像素子１２の直径ｄ１と、凸レンズ１１と撮像素子１２との間の距離ｄ４（焦点距離）により決定され、ｔａｎ（α／２）＝（ｄ１／２）／（ｄ４）の式で表わすことができる。
【００１０】
したがって、かかるカメラを用いて被写体を撮影する際に、仮に凸レンズ１１の内部中心に位置する後述のＮＰ点（ノンパララックス点）１３を中心として回転させながら撮像すれば、それにより得られた複数の画像間にパララックスは発生しない。
【００１１】
ここで、前記ＮＰ点とは、本願の発明者が光学系の基本的な考えに基づいて、複数の画像をつなぎ合わせた場合に生じるパララックスを如何に減少させることができるかを多くの実験を積み重ねた結果として検出されたもので、図２に示すように、物体で反射した光が等価凸レンズ３００を介して撮像部３０１に像を結ぶ状態の場合で説明する。
【００１２】
すなわち、等価凸レンズ３００は、複数のレンズ３０２〜３０８によって構成され、開口絞り３０９がレンズ３０４とレンズ３０５の間に設けられている。そして、前記開口絞り３０９の中心を通る無数の主光線のうち、光軸３１０に最も近い領域、つまり収差が最も小さいガウス領域を通る主光線３１１を選択する。前記主光線３１１のうちの物空間３１２における直線成分を延長して光軸３１０と交わる点をＮＰ点（ノンパララックス点）３１３として設定したものである。
【００１３】
そして、かかるＮＰ点３１３の存在を検証した上で、さらに複数のカメラを用いた場合に応用したものであって、１つのカメラを回転させる代りに、同時に複数のカメラを用いて撮像する場合に、図１に示した１つの凸レンズ１１ではＮＰ点１３の位置は制約されたポイントのみとなるため、複数のカメラをそれぞれのＮＰ点１３を共通するように配置することは物理的に不可能であるが、図２に示す等価凸レンズ３００のように複数のレンズを組み合わせることによって、ＮＰ点３１３をほぼ光軸３１０の延長線上の任意の位置に設定することが可能になることを見い出した。
【００１４】
そこで、本願発明は、いずれか１つのカメラのＮＰ点３１３を中心とした所定の半径領域（球形領域）３１４内に、他の全てのカメラのＮＰ点３１３を位置させるようにしたものである。これによって、複数のカメラを用いて撮像する場合に各カメラの視点の共有化が行えるため、カメラ画像間にパララックスは発生しない。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、前記複数の撮像手段は、広範囲な被写体を分割して複数の各分割被写部をそれぞれ個別に複数の撮像手段によって撮影し、該各撮像手段からの映像情報を入力した処理手段によって一つの映像に貼り合せ処理を行うことを特徴としている。
【００１６】
また、請求項３に記載の発明は、前記所定の半径領域を、一つのＮＰ点を中心とした約２０ｍｍに設定したことを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる撮像装置の実施形態を図面に基づいて詳述する。
【００１９】
すなわち、図３は本発明に係る撮像装置の第１の実施形態を示し、撮像手段であるビデオカメラを２つ設けた場合であって、第１のビデオカメラ２１は、鏡筒の前方位置に設けられた前玉レンズ２２と、後方位置に複数のレンズ２３ａ〜２３ｆからなるレンズ群２３と、最後方位置に設けられた撮像素子であるＣＣＤ２４とを備えている。一方、第２のビデオカメラ２５も、同じく鏡筒の前方位置に設けられた前玉レンズ２６と、後方位置に複数のレンズ２７ａ〜２７ｆからなるレンズ群２７と、最後方位置に設けられた撮像素子であるＣＣＤ２８とを備えている。
【００２０】
前記各前玉レンズ２２、２６は凹レンズによって構成されていると共に、各レンズ群２３、２７の各レンズ２３ａ〜２３ｆ，２７ａ〜２７ｆはそれぞれ凹凸レンズを組み合わせて構成されている。
【００２１】
前記ＣＣＤ２４、２８は、平板状を呈し、各レンズ及びレンズ群２２、２３、２６、２７の光軸Ｐ１，Ｐ２上に配置されて、レンズ鏡筒の後端部側に固定されている。
【００２２】
そして、第１ビデオカメラ２１は、開口絞り２９がレンズ２３ｂとレンズ群２３ｃとの間に設けられている。そして、前記開口絞り２９の中心を通る無数の主光線のうち、光軸Ｐ１に最も近い領域、つまり収差が最も小さいガウス領域を通る主光線を選択する。前記主光線のうちの物空間における直線成分を延長して光軸Ｐ１と交わる点を第１のＮＰ点（ノンパララックス点）Ｑとして設定したものである。
【００２３】
また、第２ビデオカメラ２５も、開口絞り３０がレンズ２７ｂとレンズ２７ｃとの間に設けられている。そして、前記開口絞り３０の中心を通る無数の主光線のうち、光軸Ｐ２に最も近い領域、つまりガウス領域を通る主光線を選択する。前記主光線のうちの物空間における直線成分を延長して光軸Ｐ２と交わる点を第２のＮＰ点Ｑ２として設定したものである。
【００２４】
そして、この第２のＮＰ点Ｑ２は、前記第１のＮＰ点Ｑを中心とした半径２０ｍｍの領域（球形領域）内に位置されるように設定されている。
【００２５】
ここで、図３のα及びβは各ビデオカメラ２１、２２のレンズの撮像画角、斜線部３１は両ビデオカメラ２１、２５による画像のオーバラップ領域である。
【００２６】
したがって、この実施形態によれば、各レンズ鏡筒内に入射した被写体の映像は、画角α、β内において図３に示すように複数のレンズ群２２、２３、２６、２７を通過してＣＣＤ２４、２８に入力される。その後、処理部によって映像処理されながら処理手段に出力され、ここで複数の各画像がオーバラップ部３１を重ね合わされながら張り合わされる。
【００２７】
そして、前記各ビデオカメラ２１、２５の各レンズ２２、２３ａ〜２３ｆ、２５、２６、２７ａ〜２７ｆを通過した入射光は、レンズ鏡筒のほぼ中央位置に前記の所定領域内でＮＰ点Ｑ、Ｑ２が形成されることになる。したがって、複数のビデオカメラ２１、２５によるパララックス現象の発生が防止されて、各画像の張り合わせが良好になり、高精度な画像処理を行なうことができる。
【００２８】
図４は本発明の参考例を示し、支持体である、横断面がほぼ円形状の筺体４０の前端部に約５６度の開き角度位置に形成された鏡筒孔には、２つのレンズ鏡筒４１、４２が挿通固定されていると共に、該各レンズ鏡筒４１、４２内に、複数のレンズ４３、４４がそれぞれ設けられている。
【００２９】
また、前記筺体４０の後端部には、各レンズ４３、４４の光軸Ｐ１，Ｐ２上に穿設された鏡筒孔に素子鏡筒４５、４６が挿通固定されている。また、この各素子鏡筒４５、４６の内部後端には、撮像素子であるＣＣＤ４７、４８が固定されていると共に、このＣＣＤ４７、４８に図外の処理部や処理手段が電気的に接続されている。
【００３０】
そして、この参考例にあっては、それぞれ複数の各レンズ４３、４４を組み合わせることにより、それぞれにレンズに対応するＮＰ点Ｑ、Ｑ１を筺体４０の内部に設定してある。
【００３１】
したがって、複数のビデオカメラによるパララックス現象の発生が防止されて、各画像の張り合わせが良好になり、高精度な画像処理を行なうことができる。
【００３２】
また、１つの筺体４０に複数のカメラを設けることができるため、装置全体のコンパクト化が図れる。
【００３３】
また、図５は第２実施形態を示し、ビデオカメラの複数のレンズ群５１、５２の間に間隙を設け、前側レンズ群５１の各レンズ５１ａ，５１ｂ、５１ｃ，５１ｄの配置と後側レンズ群５２の各レンズ５２ａ，５２ｂの配置とをそれぞれ任意に変えることによってＮＰ点Ｑを、図示のようにレンズ群５２の後方位置に設定した。なお、図中５３はＣＣＤである。
【００３４】
したがって、他のビデオカメラのＮＰ点も、レンズ群５２の後方位置に設定されたＮＰ点Ｑに合わせて設定すれば、共通のＮＰ点とすることができる。
【００３５】
そして、これらのＮＰ点Ｑの位置を任意に変化させることによって、複数のビデオカメラの共通のＮＰ点Ｑとすることができる。この結果、パララックスのない広画角カメラを設計することが可能になる。
【００３６】
図６は本発明の別異の参考例を示し、この参考例では、周方向の約９０度の角度位置に配置された４つのカメラを用いて全周囲撮影を可能としたもので、各カメラの各レンズ鏡筒７１〜７４内に設けられたレンズ群７５〜７８は、それぞれ複数のレンズ７５ａ，７５ｂ、７６ａ，７６ｂ、７７ａ，７７ｂ、７８ａ，７８ｂを備え、これらの光軸Ｐ１〜Ｐ４が互いに中央の仮想円Ｏの９０度位置の接線方向となるように設定されている。
【００３７】
そして、図示のように各カメラの特異な配置構成によって、それぞれのＮＰ点Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を、前記仮想円Ｏの円周方向９０度位置の互いに近接した位置に設定した。
【００３８】
したがって、この参考例によれば、各ＮＰ点Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４が、共通な位置にならずに、互いに僅かにずれた位置になっていることからビデオカメラ間にパララックスが生じるが、各ＮＰ点Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４間のずれが小さいことから、パララックスを十分に小さくできる。
【００３９】
また、特異なカメラの配置によって被写体の全周囲を撮影することができると共に、配置の自由度が向上する。また、装置全体のコンパクト化が図れる。
【００４０】
なお、カメラを２次元的ばかりかさらに複数台を上下方向の３次元的に配置することも可能である。
【００４１】
本発明は、前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、ビデオカメラの配置や数を増減して立体的かつ効率的な撮影を行なうことが可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１に記載の発明によれば、複数の撮像手段のＮＰ点を、所定の領域範囲内のほぼ共通位置に配置することができるため、パララックスの発生を効果的に抑制することができる。この結果、高精度な画像処理が可能になる。
【００４３】
請求項３に記載の発明によれば、前記所定の領域範囲を１つのＮＰ点を中心とした半径２０ｍｍの球形領域内としたため、各ＮＰ点の集合性が良好になり、パララックスの発生をさらに抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の撮像装置の原理説明図。
【図２】本発明の撮像装置の原理説明図。
【図３】本発明の第１の実施形態を示す平面図。
【図４】本発明の参考例を示す横断面図。
【図５】本発明の第２の実施形態を示す横断面図。
【図６】本発明の異なる参考例を示す概略図。
【図７】従来の撮像装置を示す平面概略図。

Claims

複数の撮像手段を有する撮像装置であって、
前記撮像手段は、複数のレンズからなるレンズ群と、最後方位置に設けられた撮像素子とを備え、
前記撮像手段に設けられたレンズの開口絞りの中心を通る主光線中、ガウス領域に位置する主光線を選択し、該選択された主光線の物空間における直線成分を延長して前記撮像手段の光軸と交わる点をＮＰ点と設定し、前記各撮像手段の各ＮＰ点を、一つのＮＰ点を中心とした所定の半径領域内に集合させると共に、
前記複数のレンズ群の間に間隙を設け、前側レンズ群の各レンズの配置と後側レンズ群の各レンズの配置とをそれぞれ任意に変えることによって前記ＮＰ点の位置を変更することを特徴とする撮像装置。
前記複数の撮像手段は、広範囲な被写体を分割して複数の各分割被写部をそれぞれ個別に複数の撮像手段によって撮影し、該各撮像手段からの映像情報を入力した処理手段によって一つの映像に貼り合せ処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記所定の半径領域を、一つのＮＰ点を中心とした約２０ｍｍに設定したことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。