JP4700843B2 - カメラシステム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、カメラシステムに関し、ビデオカメラやスチルカメラそしてデジタルカメラ等の固体撮像素子を用いた光学機器に好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、CCDなどの固体撮像素子より得た画像データを電気的に補正し、デジタル信号として出力する固体撮像カメラが特開平2−252375号公報に開示されている。
【0003】
同公報では撮像レンズと固体撮像素子とを備え、撮像レンズによって生じた像の幾何学的歪み(ディストーション)を、固体撮像素子の画素データを像の幾何学的変形に基づき読出すことにより補正するよう構成している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
特開平2-252375号公報で提案されている固体撮像カメラは撮影レンズが固体撮像装置にあらかじめ用意された単一レンズの場合を想定している。この為撮影レンズとして着脱自在な交換レンズを対象とし、複数の交換レンズから任意の交換レンズを選択した場合や、更に交換レンズと撮像素子の中間にアクセサリ等を装着する場合、歪曲収差の情報をどのように検知するかについては開示されていなかった。
【0005】
本発明は、交換レンズの種類や交換レンズと撮像素子の中間に装着するアクセサリの有無及びその種類に関わらず撮影系で得られるパターン像の歪曲収差を補正し、良好なる画像を得ることができるカメラシステムの提供を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明のカメラシステムは、交換レンズと、中間アクセサリと、カメラ本体とを含むカメラシステムであって、
前記交換レンズは、
前記交換レンズの撮影系のズーム情報とフォーカス情報とを検知するレンズ状態検知手段と、
装着された前記中間アクセサリを含む全系の光学系のズーム情報とフォーカス情報とに基づいたレンズ状態に対応する走査線の形状データを記憶し、前記レンズ状態に対応する走査線の形状データに基づいて、前記中間アクセサリに装着されたカメラ本体に設けられた固体撮像素子からの電気信号を画素信号として所定行数分を記憶するラインメモリから前記画素信号を読み出すためのアドレス情報を生成するアドレス発生回路と、を有し、
前記カメラ本体は、
前記交換レンズ及び中間アクセサリにより形成されるパターン像を電気信号に変換する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子からの前記電気信号を画素信号として所定行数分を記憶するラインメモリと、
前記アドレス発生回路からのアドレス情報に基づいて前記ラインメモリから画素信号を読み出し、前記画素信号を読み出す際に、前記走査線上の画素の位置と前記画素信号の画素の位置とが一致しない場合、前記ラインメモリで記憶された画素信号を用いて前記走査線上の画素の位置の値を算出して補正することで前記パターン像を補正する補間回路と、を有することを特徴としている。
【0007】
請求項2の発明は請求項1の発明において、前記ラインメモリのサイズは、前記記憶された走査線の形状データのうち最も歪曲した走査線の画素の値が全て算出可能なように設定されることを特徴としている。
【0008】
請求項3の発明は請求項1又は2の発明において、前記カメラシステムからの最終出力信号がビデオ信号であり、
前記ラインメモリはタイミング調整用のバッファメモリを有することを特徴としている。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の実施形態1におけるカメラシステム(撮像装置)の概略構成を示すブロック図である。
【0013】
図1において、1は交換レンズ(レンズ本体)、2はカメラ本体、3は交換レンズ1とカメラ本体2の中間に装置された中間アクセサリである。
交換レンズ1はカメラ本体2及び中間アクセサリ3に着脱可能となっている。中間アクセサリ3はカメラ本体2及び交換レンズ1に着脱可能となっている。
【0014】
1aは交換レンズ1に収納されている撮影系であり、フォーカスレンズ11やバリエータレンズ12を備えている。14はレンズ状態検知手段であり撮影系1aのフォーカス情報や、ズーム情報を検知している。15は中間アクセサリ検知手段であり、中間アクセサリ3のレンズ本体1又はカメラ本体2への装着を検知している。16はアドレス発生回路(歪曲収差記憶手段)であり、撮影系1aのフォーカス状態、ズーム状態における歪曲収差、そして中間アクセサリの装着状態により撮影系と中間アクセサリの合成された光学系(全系)ZLの歪曲収差(歪曲収差情報)が変化するのでそれらの状態におけるアドレス(情報)発生を行い、後述するカメラ本体2のラインメモリ109からの読み出しのためのアドレスを発生させる。17はレンズ情報伝達手段であり、アドレス発生回路16からの情報をカメラ本体2に伝達している。カメラ本体2はCCDなどの固体撮像素子21、交換レンズ1からのズーム情報、フォーカス情報、中間アクセサリ有無情報を受け取るカメラ情報伝達手段22、そして後述の画像の歪曲を補正する等、各種動作の制御を行う画像制御回路23を備えている。
【0015】
中間アクセサリ3は中間光学系31を備え交換レンズ1の撮影系1aとの合成された光学系(全系)ZLを形成し、撮影系1aの焦点距離等を長い方又は短い方へ変化させる作用をしている。32はアクセサリ情報伝達手段であり、交換レンズ1に中間アクセサリ3が装着されていること(装着情報)を伝達している。
【0016】
図2は本発明に係る撮像光学系を示す概略模式図である。図2において121は物体面であり、122は物体である。123は撮像カメラの撮像レンズ(撮影系1a又は光学系ZLに相当)である。124は像面であり、125はパターン像(像)である。物体面121の物体122は、撮像レンズ123によって像面124上に結像され、像125となる。CCD等の固体撮像素子21は像125を光電変換する為に像面124上に置かれる。撮像レンズ123は、ディストーションが通常の許容値よりも大きく設定されており、このため像125は物体122に比べて歪んだものになっている。
【0017】
図3は撮影系1a又は光学系ZLによって形成した固体撮像素子21面上のパターン像の歪曲収差をカメラ本体2の各回路で補正するときの各種動作の制御を行う画像制御回路23を中心としたブロック図である。
【0018】
図3において、101は図1で示した固体撮像素子21を構成する光電変換部、102は撮影系1a又は光学系ZLで得られる像パターンの一例であり、光電変換部101上に形成される。103は固体撮像素子21の蓄積部、104は電荷パターンである。
【0019】
105はシフトレジスタである。光電変換部101、蓄積部103そしてシフトレジスタ105は固体撮像素子21の一要素を形成している。106はアンプ、107はサンプルアンドホールド回路、108はA/D(アナログ/デジタル)変換器である。109はラインメモリであり、固体撮像素子21からの出力を数行分記憶する容量を有する。
【0020】
22は前述の交換レンズ1の現在の状態に応じたアドレス発生回路16からの情報を受け取る情報伝達手段であり、ラインメモリ109からの読み出しのための情報として使用する。112は補間回路である。
【0021】
113はビデオ信号処理回路、114は同期信号付加回路、115は出力ビデオ信号である。
【0022】
また、以上の素子回路の動作はタイミング制御回路によって制御されているが、制御回路、制御信号などは簡略化のため図示を省略してある。
【0023】
固体撮像素子21の光電変換部101上には交換レンズ1の撮影系1a又は光学系ZLによって形成された像パターン102が生じている。
【0024】
本実施形態に示した固体撮像素子21はフレーム転送形である。すなわち、光電変換部101で光電変換された像パターン102は蓄積部103へ電荷パターン(電気信号)104として転送される。電荷パターン104はシフトレジスタ105を用いて1行ずつ読み出される。
【0025】
図4は像パターン102の一部と固体撮像素子(CCD)の画素の関係を示す概略模式図である。
【0026】
図4において、131はCCDの画素、1321、1322、1323はそれぞれ第1、第2、第3の走査線である。
【0027】
第1〜第3の走査線1321〜1323は最初の3本の走査線を示しており、本来直線であるべきものであるが像パターン102のディストーションのために曲線になっている。すなわち、これらの曲線の形状は撮影レンズ123、の物体面121においた水平線が像面124に結像したときのディストーションによって生じる歪曲した形状そのものである。
【0028】
電荷パターン104の読み出しは1行ずつ、また1行の中では、1画素ずつ順次行われる。画素131の中では、右下の画素が最初に読み出され、次に左隣の画素が読み出され、順次1行分がまず読まれる。
【0029】
続いて1つ上の行の画素信号が最も右の画素から読み出されて行く。3行目以降も同様である。
【0030】
図1及び図3において、シフトレジスタ105から読み出された固体撮像素子21からの画素信号は、アンプ106で増幅されてからサンプルアンドホールド回路107に送られホールドされる。さらに、サンプルアンドホールド回路107の出力信号は、A/D変換器108でデジタル化され、ラインメモリ109に送られ、ここで記憶される。ラインメモリ109には、読み出しを開始する前に固体撮像素子21の数行分の信号が蓄えられる。これは、歪曲した走査線に従って画素信号を読み出すためで、この走査線は画素数行分に跨っているからである。アドレス発生回路16内にはROM(読み出し専用メモリ)が内蔵されており、レンズ状態に対応した走査線の形状データが記憶されている。走査線の形状データは走査線を直接サンプリングした形でも良いし、また適当な関数近似を行い、その係数という形でも良い。これらのレンズ状態に対応する走査線の形状データは、交換レンズの設計値あるいは実測により得られる。交換レンズ1に内蔵されたアドレス発生回路16は、前記ROM内のデータとレンズ状態に応じて読み出し、これよりカメラ本体2のラインメモリ109内の画素信号を読み出すためのアドレスを生成する。固体撮像素子21で得られる画素の位置は一般に一致しないために、歪曲した走査線上の画素の位置は補間処理が必要となる。従って、ラインメモリ109からは数画素分のデータが読み出され補間回路112に送られ、ここで走査線上の一つの画素の値が算出される。
【0031】
図5に、図3のラインメモリ109の画素と走査線の関係図を示す。
【0032】
図5において、141はラインメモリ109の画素であり、固体撮像素子21の画素131と1対1に対応している。142は最も歪曲した走査線である。すなわち、走査線の中で最も多くのラインメモリ109の画素の行に跨るものである。
【0033】
143は最も歪曲した走査線142の次の走査線である。144、145はそれぞれ最も歪曲した走査線142及び次の走査線143の画素である。
【0034】
黒丸で表した最も歪曲した走査線142の画素144及び次の走査線143の画素145の位置で画素データの値を算出する必要がある。
【0035】
146はラインメモリ109のサイズを示す。ラインメモリ109のサイズ146は最も歪曲した走査線142の画素144の値がすべて算出できるようなCCDの画素131のデータを記憶できる容量である。すなわち、最も歪曲した走査線142が跨るCCDの画素131の行数に必要であれば補間処理で必要となる周辺の行を加えた行数がラインメモリ109のサイズ146となる。
【0036】
最も歪曲した走査線142上の画素144の値の算出は、ラインメモリ109がラインメモリ109のサイズ146だけの容量があれば、ラインメモリ109の画素141より完全に算出できる。次に、次の走査線143上の画素145の値を算出するときは、ラインメモリ109内より最下行の画素データを棄て、ラインメモリ109には未だ記憶されていない次の行、例えば、図5では一番上の行の画素データを読み込む。ラインメモリ109のサイズ146は、どの走査線に対しても捜査線上のすべての画素の値を算出するのに十分なラインメモリ109の画素データ141を記憶できることが保証されているから、次の走査線143上の画素145についても全ての値が算出される。
【0037】
他の走査線に対してもまったく同様に画素の値を算出して行く。走査線の形状によっては画素の値の計算に際して新たな画素データを読み込む必要がない場合もあれば、2行以上の画素データを読み込まねばならない場合もある。これらはアドレス発生回路16よりの信号を受けてタイミング制御回路が調整する。固体撮像カメラの最終出力信号がビデオ信号の場合には、一定時間毎に一行ずつの画素データを出力しなければならないから、場合によってはタイミング調整用にラインメモリ109にさらにバッファメモリを持たせる事があり得る。
【0038】
図6に、補間回路112による補間処理の説明図を示す。
【0039】
図6において、151は走査線、1521、1522はそれぞれ走査線の画素である。また、1531、1532、・・・、1536はラインメモリ109の画素である。走査線151に対して画素の値を算出する場合、走査線の画素1521、1522の位置はラインメモリ109の画素1531〜1536位置と異なるので、補間値として値を計算する必要がある。最も簡単にはラインメモリ109の画素1531〜1536の中から最近傍画素の値を走査線の画素1521、1522の値として与える。
【0040】
すなわち、走査線の画素1521、1522の値はそれぞれラインメモリ109画素1534、1532の値とする。この処理の場合には、アドレス発生回路16で適当にアドレスを決めることにより、ラインメモリ109からの読み出しの際に補間処理が行われ、特別な補間回路112は不要とすることができる。他の近似方法は、隣接するラインメモリ109の4画素から線形近似で補間値を算出する方法である。
【0041】
すなわち、走査線の画素1521、1522の値の計算は、それぞれラインメモリ109の画素1531、1532、1534、1535及び1532、1533、1535、1536の4画素ずつを補間回路112に送って、それらより線形近似を用いて行う。
【0042】
図3において、補間回路112の出力はビデオ信号処理回路113に送られ、NTSC信号、ハイビジョン信号の定められたフォーマットの信号に変換される。同期信号付加回路114から同期信号がビデオ信号処理回路113に供給され、最終的な出力ビデオ信号115が形成される。ビデオ信号処理回路113よりの出力ビデオ信号115は、全体のシステムの構成に応じてモニタに表示され、次段の処理回路に送られる。
【0043】
図7は、ディストーション補正処理を示す説明図である。
【0044】
図7において、161は物体例である。162はその像(パターン像)であり、交換レンズ1によって得られたものである。固体撮像素子21上の電荷パターン104もこれと同じ形状をしている。163は、出力ビデオ信号115による像である。図7において3つの図形の相互の縮尺の関係は実際とは異なるように誇張して描いてある。物体161に対して、像162は撮影レンズ123のディストーションのため歪む。しかし、既述のように収差補正を電気的に行うので、出力ビデオ信号による像163の元の物体161と相似な画像が得られることを示している。
【0045】
なお、以上の実施形態の説明においては、固体撮像素子としてCCDイメージセンサを考えたがMOS形のイメージセンサであっても良い。また、不揮発性の読み出しが可能なタイプのイメージセンサの場合には同じ画素の信号を何度も読み出し補間処理に用いることができるのでラインメモリを不要にする構成をとることも可能である。
【0046】
【発明の効果】
本発明によれば交換レンズの種類や交換レンズと撮像素子の中間に装着するアクセサリの有無及びその種類に関わらず撮影系で得られるパターン像の歪曲収差を補正し、良好なる画像を得ることができるカメラシステムを達成することができる。
【0047】
この他本発明によれば、交換レンズや中間アクセサリで発生した収差によって生じた幾何学的変形を、交換レンズの状態に応じた幾何学的変形に沿って画素信号を読み、補間することによって収差が補正できるように構成したため、収差が良好に補正され画質の優れたカメラシステムが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態を示す概略構成ブロック図
【図2】 撮影系の要部概略図
【図3】 本発明に係る画像制御回路のブロック図
【図4】 像とCCDの画素の関係を示す概略模式図
【図5】 ラインメモリ内の画素と走査線の関係図
【図6】 本発明に係る補間処理の説明図
【図7】 本発明に係るディストーション補正処理説明図
【符号の説明】
1 交換レンズ
2 カメラ本体
3 中間アクセサリ
14 レンズ状態検知手段
16 アドレス発生回路
21 固体撮像素子
15 中間アクセサリ検知手段
17 レンズ情報伝達手段
1a 撮影系
ZL 光学系
22 カメラ情報伝達手段
23 画像制御回路
32 アクセサリ情報伝達手段
Claims (3)
- 交換レンズと、中間アクセサリと、カメラ本体とを含むカメラシステムであって、
前記交換レンズは、
前記交換レンズの撮影系のズーム情報とフォーカス情報とを検知するレンズ状態検知手段と、
装着された前記中間アクセサリを含む全系の光学系のズーム情報とフォーカス情報とに基づいたレンズ状態に対応する走査線の形状データを記憶し、前記レンズ状態に対応する走査線の形状データに基づいて、前記中間アクセサリに装着されたカメラ本体に設けられた固体撮像素子からの電気信号を画素信号として所定行数分を記憶するラインメモリから前記画素信号を読み出すためのアドレス情報を生成するアドレス発生回路と、を有し、
前記カメラ本体は、
前記交換レンズ及び中間アクセサリにより形成されるパターン像を電気信号に変換する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子からの前記電気信号を画素信号として所定行数分を記憶するラインメモリと、
前記アドレス発生回路からのアドレス情報に基づいて前記ラインメモリから画素信号を読み出し、前記画素信号を読み出す際に、前記走査線上の画素の位置と前記画素信号の画素の位置とが一致しない場合、前記ラインメモリで記憶された画素信号を用いて前記走査線上の画素の位置の値を算出して補正することで前記パターン像を補正する補間回路と、を有することを特徴とするカメラシステム。 - 前記ラインメモリのサイズは、前記記憶された走査線の形状データのうち最も歪曲した走査線の画素の値が全て算出可能なように設定されることを特徴とする請求項1に記載のカメラシステム。
- 前記カメラシステムからの最終出力信号がビデオ信号であり、
前記ラインメモリはタイミング調整用のバッファメモリを有することを特徴とする請求項1又は2に記載のカメラシステム。
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