JP4838681B2 - 像面歪曲収差補正撮像装置及び像面歪曲収差補正方法 - Google Patents
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Description
撮像装置において撮像光学系が結ぶ像を画像情報として取得する撮像素子は、一般的には受光面が平面となっている。このため、上記のように撮像光学系の結像面が湾曲していると、例えば、受光面の周辺部で得られる被写体画像と中心部で得られる被写体画像とのうちのいずれか一方がぼやけてしまい、鮮明な画像情報を取得することが困難である。
また、このように複数枚のレンズによって構成された撮像光学系を用いても、像面歪曲収差を完全に補正することは困難であった。
本発明は、撮像光学系と、該撮像光学系により結ばれた像を画像情報として取得する撮像素子と、前記撮像光学系の光軸方向での該撮像光学系と前記撮像素子との相対距離を変化させる駆動装置と、前記駆動装置の動作を制御して前記撮像光学系と前記撮像素子との前記相対距離を変更するとともに、該相対距離を変えて、前記撮像素子による画像情報の取得を複数回行う制御装置と、前記撮像光学系と前記撮像素子との前記相対距離を変えて前記撮像素子によって取得された複数の画像情報から、それぞれの前記相対距離に応じて設定される領域を切り出した部分画像情報を複数得て、これらの部分画像情報を組み合わせて完成画像情報を生成する画像処理装置とを有し、前記制御装置が、前記撮像光学系と前記撮像素子との前記相対距離及び前記画像情報の取得回数を、前記撮像光学系の像面歪曲収差の特性に基づいて決定する像面歪曲収差補正撮像装置を提供する。
この像面歪曲収差補正撮像装置では、被写体の撮影を行うにあたって、撮像光学系の光軸方向における撮像光学系と撮像素子との相対距離を変えて複数の画像情報を撮影する。
具体的には、この像面歪曲収差補正撮像装置では、画像情報の少なくとも一部でピントが合う範囲内で、撮像光学系と撮像素子との光軸方向の相対距離を変えて複数回の撮影を行う。
画像処理装置は、このようにして得られた画像情報から、それぞれ撮像光学系と撮像素子との光軸方向の相対距離に応じた領域(ピントが合っている領域)のみを切り出して部分画像情報を得る。
すなわち、この像面歪曲収差補正撮像装置は、撮像光学系が像面歪曲収差を有していても、被写体の中心から周縁部まで全体にわたってピントが合っている、鮮明な画像情報を得ることができる。言い換えれば、この像面歪曲収差補正撮像装置は、撮像光学系を複雑な構成とすることなしに、像面歪曲収差を補正して、被写体の中心から周縁部まで全体にわたってピントが合っている、鮮明な画像情報を得ることができる。
また、本発明にかかる撮像装置では、撮影時には、制御装置によって、撮像光学系と撮像素子との相対距離の調整作業と、撮像素子による撮影とが自動的に行われるので、使用者は、複雑な操作を行うことなく、容易に完成画像情報を得ることができる。
具体的には、この像面歪曲収差補正撮像装置では、画像情報の少なくとも一部でピントが合う範囲内で、撮像光学系と撮像素子との光軸方向の相対距離を変えて複数回の撮影を行う。
このようにして得られた画像情報から、それぞれ撮像光学系と撮像素子との光軸方向の相対距離に応じた領域(ピントが合っている領域)のみを切り出して部分画像情報を得る。
すなわち、この像面歪曲収差補正方法では、撮像光学系が像面歪曲収差を有していても、被写体の中心から周縁部まで全体にわたってピントが合っている、鮮明な画像情報を得ることができる。言い換えれば、この像面歪曲収差補正方法では、撮像光学系を複雑な構成とすることなしに、像面歪曲収差を補正して、被写体の中心から周縁部まで全体にわたってピントが合っている、鮮明な画像情報を得ることができる。
このため、各回の撮影で取得した画像情報間でピントが合う領域の重複が最小限となるように、前記撮像光学系の像面歪曲収差の特性に基づいて、前記撮像光学系と前記撮像素子との前記相対距離及び前記画像情報の取得回数を決定することで、被写体の中心から周縁部まで全体にわたってピントが合っている、鮮明な画像情報を、最小限の取得回数で取得することができる。
ここでは、本発明を、デジタルスチルカメラに適用した例について説明する。
図1のブロック図に示すように、本実施形態に係るデジタルスチルカメラ1(像面歪曲収差補正撮像装置)は、図示せぬ筐体内に、撮像光学系2と、撮像光学系2が結んだ像を画像情報として取得する撮像機能部3と、撮像機能部3が取得した画像情報等の各種画像情報を表示する画像情報表示パネルとを設けた構成とされている。
また、撮像光学系2は、倍率固定の単焦点式撮像光学系によって構成されていてもよく、また、任意の倍率に倍率可変とされる公知のズーム光学系によって構成されていてもよい。本実施形態では、撮像光学系2として、ズーム光学系を用いている。
また、画像情報表示パネルとしては、例えばLCD(Liquid Crystal Display)パネルや、有機または無機EL(electroluminescence)ディスプレイパネル等、任意の構成のものを用いることができる。本実施形態では、画像情報表示パネルとして、LCDパネル4が用いられている。
駆動装置5は、イメージセンサ21と筐体との相対位置を変化させることにより、光軸O方向における撮像光学系2とイメージセンサ21との相対距離を変化させるものである。駆動装置5は、例えばねじ送り機構やシリンダ機構の他、ピエゾ素子またはMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)を用いたアクチュエータ等、任意の機構によって構成することができる。
撮像機能部3は、デジタルスチルカメラ1を構成する各装置に電力を供給する電源部PWと、CPU(Central Processing Unit)等から構成されてデジタルスチルカメラ1の各部の制御を行うシステムコントローラ20(制御装置)と、システムコントローラ20の動作を制御する制御用シーケンスのプログラムや制御用の各種パラメータ等が予め格納されたROM20aと、システムコントローラ20による各種シーケンスの遂行に必要なデータを一時的に格納するワークエリアとして用いられるRAM20bとを有している。
システムコントローラ20は、撮像装置本体2の電源状態がONとなると、ROM20aからプログラム,パラメータ等を読み出して所定の処理を行う。これにより、デジタルスチルカメラ1のシステムが起動し、電気的に撮影可能な状態となる。
イメージセンサ21としては、CCD(Charge Coupled Devices)を用いたものや、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)を用いたものなど、任意のものを用いることができる。また、グローバルシャッタ方式の高速CMOSセンサや、シングルスロープ型A/D変換器を各画素列ごとに集積して高速化した高速CMOSセンサ等を用いることができる。本実施形態では、イメージセンサ21として、CCDを用いたイメージセンサを用いている。
撮像装置本体2には、イメージセンサ21が出力する撮像信号を増幅するアンプ23と、アンプ23の出力をデジタル変換するA/D変換器24が設けられている。
なお、CCDとしては、上述したマイクロカラーフィルタを用いたカラーCCD方式の色分解方法を利用するCCDの他、周方向に複数の異なるフィルタ部が設けられた円盤状のカラー回転フィルタを有し、カラー回転フィルタを回転させてCCDの受光面を覆うフィルタ部を切り換えることで受光面に入射する光の色分解を行う色フィルタ切換方式のCCDを用いることができる。さらに、CCDとしては、これらのカラーフィルタを用いないモノクロ撮影用のCCDを用いることも可能である。
撮像装置本体2には、システムコントローラ20と他の機器との間でのデータのやり取りを行うためのI/Oポート31が設けられている。I/Oポート31には、使用者の入力を受け付ける入力部32と、外部の機器が接続される外部接続端子群33が接続されている。
[第一回相対位置調整]
システムコントローラ20は、入力部32を介して使用者から撮影指令が入力されると、任意のズームポジションにある撮像光学系2に対して、不図示のレンズ駆動装置を操作して、イメージセンサ21の受光エリア上の、少なくとも被写体P(図4参照)が含まれる領域の一部でピントが合うように、撮像光学系2とイメージセンサ21との相対距離を調整する(ステップS1)。
次に、撮像光学系2のズームポジションの検出が行われる(ステップS2)。そして検出されたズームポジション及び撮像光学系2のレンズ構成から、予め算出される像面の湾曲状態に合わせて最適な被写体像が得られる撮影回数(2回からn回)が決定されるとともに、イメージセンサ21の移動方向及び作動量が決定される(ステップS3)。
この状態で、システムコントローラ20は、CCDドライバ22に動作指令を出して、第一回目の撮影を行う(ステップS4)。
この状態では、受光エリア上の被写体Pの少なくとも一部でピントが合った画像情報が得られる。
システムコントローラ20は、第一回撮影が終了すると、駆動装置5を操作して、イメージセンサ21の受光エリア上の被写体Pが含まれる領域のうち、第一回相対位置調整時とは異なる領域でピントが合うように、撮像光学系2とイメージセンサ21との相対距離を調整する(ステップS5)。
この状態で、システムコントローラ20は、CCDドライバ22に動作指令を出して、第二回目の撮影を行う(ステップS6)。
この状態では、受光エリア上の被写体Pのうち、第一回撮影時に得た画像情報とは異なる領域でピントが合った画像情報が得られる。
システムコントローラ20は、この情報に基づいて、各回の撮影で得た画像情報のうち、ピントの合っている領域を特定して、データ処理回路25に部分画像情報を生成させる。
なお、各部分画像情報は、合成処理の都合上、隣接する領域の部分画像情報と、領域の境界部分の情報が一部重複させられる。そして、各部分画像情報を合成するにあたっては、隣接する領域の部分画像情報において、重複する部分同士が混合される。具体的には、各部分画像情報において、隣接する領域との境界近傍では、隣接する領域に近い部分ほど当該部分画像情報の使用比率が低くなり、境界上では各部分画像の使用比率は半々となるように設定される。これにより、隣接する領域の境界部分における画像情報の継ぎ目が目立たなくなる。
これにより、このデジタルスチルカメラ1によれば、撮像光学系2の構成を簡略化して製造コストを抑えながら、撮像光学系2の像面歪曲収差を良好に補正して、被写体の中心から周縁部まで、全体にわたって鮮明な画像情報を取得することができる。
上記実施形態では、撮像光学系2とイメージセンサ21との相対距離を変化させる駆動装置として、筐体に対してイメージセンサ21の相対位置を変化させる駆動装置5を用いた例を示した。しかし、これに限られることなく、駆動装置として、筐体に対して撮像光学系2の相対位置を変化させることで撮像光学系2とイメージセンサ21との相対距離を変化させる構成のものを用いてもよい。
また、上記実施形態では、本発明を、デジタルスチルカメラに適用した例について説明した。しかし、これに限られることなく、本発明は、ビデオカメラ等、画像データを電子的に扱う各種のカメラに適用してもよい。
3 撮像光学系
5 駆動装置
20 システムコントローラ(制御装置)
21 イメージセンサ(撮像素子)
25 データ処理回路(画像処理装置)
Claims (2)
- 撮像光学系と、
該撮像光学系により結ばれた像を画像情報として取得する撮像素子と、
前記撮像光学系の光軸方向での該撮像光学系と前記撮像素子との相対距離を変化させる駆動装置と、
前記駆動装置の動作を制御して前記撮像光学系と前記撮像素子との前記相対距離を変更するとともに、
該相対距離を変えて、前記撮像素子による画像情報の取得を複数回行う制御装置と、
前記撮像光学系と前記撮像素子との前記相対距離を変えて前記撮像素子によって取得された複数の画像情報から、それぞれの前記相対距離に応じて設定される領域を切り出した部分画像情報を複数得て、これらの部分画像情報を組み合わせて完成画像情報を生成する画像処理装置とを有し、
前記制御装置が、前記撮像光学系と前記撮像素子との前記相対距離及び前記画像情報の取得回数を、前記撮像光学系の像面歪曲収差の特性に基づいて決定する像面歪曲収差補正撮像装置。 - 撮像光学系と、該撮像光学系により結ばれた像を画像情報として取得する撮像素子とを有する撮像装置での像面歪曲収差補正方法であって、
前記撮像光学系の光軸方向での該撮像光学系と前記撮像素子との相対距離を変化させ、
前記撮像光学系と前記撮像素子との前記相対距離を変えて、前記撮像素子による画像情報の取得を複数回行い、
前記撮像光学系と前記撮像素子との前記相対距離を変えて前記撮像素子によって取得された複数の画像情報から、それぞれの前記相対距離に応じて設定される領域を切り出した部分画像情報を得て、
これらの部分画像情報を組み合わせて完成画像情報を生成する、ステップを有し、
前記撮像光学系と前記撮像素子との前記相対距離及び前記画像情報の取得回数は、前記撮像光学系の像面歪曲収差の特性に基づいて決定される、像面歪曲収差補正方法。
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