JP5015634B2 - 撮影システムおよび撮影方法並びにプログラム - Google Patents

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Description

本発明は、2つの撮影手段を用いて同一の被写体を撮影する撮影システムおよび撮影方法並びに撮影方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに関するものである。
複数の画像を組み合わせて表示することにより、視差を利用して立体視できることは知られている。このような立体視ができる立体画像は、同一の被写体を異なる位置から複数のカメラにより撮影を行うことにより複数の画像を取得し、複数の画像に含まれる被写体の視差を利用して複数の画像を組み合わせることにより作成することができる。このように立体画像を作成するためのステレオカメラが種々提案されている(例えば特許文献1,2参照)。また、1枚の画像から複数の画像を生成して奥行き感のある立体画像を作成する手法も提案されている(例えば特許文献3参照)。
特開2000−112019号公報 特開2003−264852号公報 特開平11−110578号公報
しかしながら、ステレオカメラにより取得された画像は、2つの画像を組み合わせた立体画像を作成して、立体視を行うことにより画像を立体的に見ることができるものである。このため、画像を立体的に見るためには複数の画像を同時に配置する必要がある。一方、特許文献3に記載された手法は1枚の画像のみを用いて立体感のある画像を作成しているが、1枚の画像から複数の画像を作成して配置するものであることから、実質的には複数の画像を同時に配置しているものである。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、複数画像を同時に配置することなく、画像に立体感を持たせることを目的とする。
本発明による撮影システムは、互いに間隔をあけて配設された、撮影により第1および第2の画像をそれぞれ取得する第1および第2の撮影手段と、
前記第1の撮影手段の光軸が直交する主要被写体上において、該第1の撮影手段の光軸と前記第2の撮影手段の光軸とが交差するように、前記第2の撮影手段の撮影角度を変更する角度変更手段とを備えたことを特徴とするものである。
なお、本発明による撮影システムにおいては、前記第1および前記第2の撮影手段の光軸が前記主要被写体上において交差した状態にて撮影を行うことにより取得された前記第1および前記第2の画像に含まれる被写体間の、前記第1の画像上における移動ベクトルを検出する移動ベクトル検出手段と、
前記移動ベクトルの大きさに応じたフィルタ係数を有するローパスフィルタにより、前記第1の画像に対してフィルタリング処理を施すフィルタリング手段とをさらに備えるものとしてもよい。
移動ベクトルとは、第1および第2の画像を重ねたときに、第1の画像に含まれる被写体を第2の画像に含まれる同一の被写体の位置に移動するために必要な、その被写体の移動方向および移動量を表すものである。
また、本発明による撮影システムにおいては、前記移動ベクトル検出手段を、前記第1の画像を複数の領域に分割し、該各領域を代表する移動ベクトルを算出する手段とし、
前記フィルタリング手段を、前記各領域を代表する移動ベクトルに応じたフィルタ係数を有するローパスフィルタにより、前記各領域単位でフィルタリング処理を施す手段としてもよい。
また、本発明による撮影システムにおいては、前記フィルタリング手段を、前記各領域の境界付近の領域については、隣接する境界との前記フィルタ係数の平均値にてフィルタリング処理を施す手段としてもよい。
また、本発明による撮影システムにおいては、前記移動ベクトル検出手段による移動ベクトルの検出前に、前記第2の画像の前記主要被写体に対する光軸中心が前記第1の画像の前記主要被写体に対する光軸中心と一致するように、前記第2の画像の歪みを補正する歪み補正手段をさらに備えるものとしてもよい。
また、本発明による撮影システムにおいては、前記角度変更手段を、前記第1の撮影手段の前記主要被写体にフォーカスしているフォーカス領域において、前記第1および前記第2の画像に含まれる被写体間の前記第1の画像上における移動ベクトルの大きさが所定のしきい値以下となるように、前記第2の撮影手段の撮影角度を変更する手段としてもよい。
本発明による撮影方法は、互いに間隔をあけて配設された、撮影により第1および第2の画像をそれぞれ取得する第1および第2の撮影手段を備えた撮影システムにおける撮影方法において、
前記第1の撮影手段の光軸が直交する主要被写体上において、該第1の撮影手段の光軸と前記第2の撮影手段の光軸とが交差するように、前記第2の撮影手段の撮影角度を変更することを特徴とするものである。
なお、本発明による撮影方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとして提供してもよい。
本発明によれば、第1の撮影手段の光軸が直交する主要被写体上において、第1の撮影手段の光軸と第2の撮影手段の光軸とが交差するように、第2の撮影手段の撮影角度が変更される。このため、第1および第2の画像間において、主要被写体の位置はそれほど変わらないが、主要被写体以外の他の被写体は第1および第2の画像において位置が異なるものとなる。このため、第1および第2の画像に含まれる被写体の移動ベクトルを検出すれば、移動ベクトルの大きさに応じたフィルタ係数を有するローパスフィルタにより、第1の画像に対してフィルタリング処理を施すことができ、これにより、移動ベクトルの大きさが大きい被写体はよりボケを大きくして、主要被写体にのみフォーカスがあった状態の画像が得られる。したがって、1つの画像のみにより立体感を表すことができる。
また、第1の画像上の画素単位で移動ベクトルの大きさに応じてフィルタ係数を変更してもよいが、演算量が多くなる。このため、第1の画像を複数の領域に分割し、各領域を代表する移動ベクトルを算出し、各領域を代表する移動ベクトルに応じたフィルタ係数を有するローパスフィルタにより、領域単位でフィルタリング処理を施すことにより、効率よく立体感のある画像を得ることができる。
この際、複数の領域の境界付近の領域については、隣接する境界とのフィルタ係数の平均値にてフィルタリング処理を施すことにより、領域の境界においてボケの程度が不連続となることを防止することができる。
また、移動ベクトルの検出前に、第2の画像の主要被写体に対する光軸中心が第1の画像の主要被写体に対する光軸中心と一致するように第2の画像の歪みを補正することにより、精度良く移動ベクトルを検出することができる。
また、第1の撮影手段の主要被写体にフォーカスしているフォーカス領域において、第1および第2の画像に含まれる被写体間の第1の画像上における移動ベクトルの大きさが所定のしきい値以下となるように第2の撮影手段の撮影角度を変更することにより、精度良く第2の撮影手段の撮影角度を変更することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1は本発明の実施形態による撮影システムの構成を示す概略ブロック図である。図1に示すように本実施形態による撮影システム1は、メインカメラ2およびサブカメラ3を備える。メインカメラ2はズームレンズおよびフォーカスレンズからなる撮影レンズ21、CCD等の撮像素子22、撮影レンズ21を駆動してズーム動作およびフォーカス動作を行うレンズ駆動部23、撮像素子22を駆動する撮像素子駆動部24、撮像素子22が出力した信号にアナログ処理等を施してデジタルの画像を出力する信号処理部25およびメインカメラ2の駆動を制御するカメラ制御部26を備える。
サブカメラ3は、ズームレンズおよびフォーカスレンズからなる撮影レンズ31、CCD等の撮像素子32、撮影レンズ31を駆動してズーム動作およびフォーカス動作を行うレンズ駆動部33、撮像素子32を駆動する撮像素子駆動部34、撮像素子32が出力した信号にアナログ処理等を施してデジタルの画像を出力する信号処理部35およびメインカメラ2の駆動を制御するカメラ制御部36を備える。なお、メインカメラ2は固定されているが、サブカメラ3は角度変更部4によりその撮影角度を変更可能とされている。
ここで、メインカメラ2とサブカメラ3とは、互いに同期して撮影を行うように制御される。
角度変更部4は、モータおよびギア等からなる公知の回転機構を有し、後述するシステム制御部5からの指示によりモータの回転を制御して、メインカメラ2の光軸L1が直交する主要被写体上において、光軸L1とサブカメラ3の光軸L2とが交差するように、サブカメラ3の撮影角度を変更する。
図2は撮影角度の変更を説明するための図である。図2に示すように、メインカメラ2の撮影画角に3つの球状の被写体H1〜H3が存在し、メインカメラ2の最も近くにある被写体H1を主要被写体とした場合、撮影システム1のオペレータは、メインカメラ2の光軸L1を被写体H1と直交させる。角度変更部4は後述するシステム制御部5からの指示により、サブカメラ3の光軸L2が被写体H1上において光軸L1と交差するように、サブカメラ3の撮影方向を変更する。
また、撮影システム1はシステム制御部5を備える。システム制御部5は、メインカメラ2が撮影により取得したメイン画像S1およびサブカメラ3が撮影により取得したサブ画像S2を用いて、メイン画像S1に対して処理を施すためのものであり、RAM51、ROM52、移動ベクトル検出部53、歪み補正部54、フィルタリング処理部55、および画像処理部56を備える。また、撮影システム1は、メディア57を制御するメディア制御部58、各種表示を行う液晶等のモニタ59、各種入力を行うキーボード等の入力部60および撮影システム1の全体の動作を制御する全体制御部61を備える。
RAM51は、システム制御部5が処理を行う際の作業領域となるものであり、メイン画像S1、サブ画像S2および処理中に生成された各種情報を一時的に記憶する。
ROM52は、システム制御部5が処理を行うために必要なプログラムおよび各種定数を記憶する。なお、ROM52には、後述するように移動ベクトルの大きさと好ましいフィルタ係数との関係を規定したテーブルが記憶されている。
移動ベクトル検出部53は、メイン画像S1およびサブ画像S2に含まれる共通する被写体の移動ベクトルを検出する。以下、移動ベクトルの検出について説明する。図3は移動ベクトルの検出を説明するための図である。なお、図3に示すメイン画像S1およびサブ画像S2は、図2に示す状態においてメインカメラ2およびサブカメラ3が撮影を行うことにより取得したものであり、それぞれ3つの球状の被写体H1〜H3が含まれている。
ここで、本実施形態においては、サブカメラ3の光軸L2が被写体H1上においてメインカメラ2の光軸L1と交差した状態において撮影を行うため、メイン画像S1とサブ画像S2とで、主要被写体である被写体H1の中心線C1,C2は一致する。しかしながら、被写体H2,H3上においては、メインカメラ2の光軸L1とサブカメラ3の光軸L2とは交差しないため、メイン画像S1に含まれる被写体H2,H3の中心線C1と、サブ画像S2に含まれる被写体H2,H3の中心線C2とは一致しない。また、メインカメラ2およびサブカメラ3からの距離が大きいほど中心線C1,C2のずれが大きくなる。この中心線C1,C2のずれが移動ベクトルとなる。例えば、被写体H2と被写体H3とを比較すると、被写体H3の方がメインカメラ2およびサブカメラ3からの距離が大きいため、図3におけるメイン画像S1とサブ画像S2とを重ね合わせた画像S3に示すように、メイン画像S1およびサブ画像S2間の被写体H2の移動ベクトルVH2は、被写体H3の移動ベクトルVH3よりも小さくなる。
なお、被写体H1よりもメインカメラ2およびサブカメラ2の近くに被写体が存在する場合、その被写体はメイン画像S1とサブ画像S2とにおいて、被写体H2,H3とは逆方向の移動ベクトルを有するものとなる。
なお、移動ベクトル検出部53は、図4に示すように、メイン画像S1上の各画素において所定範囲の領域A1を設定し、この領域A1とサブ画像S2とのパターンマッチングを行うことにより、その領域A1をサブ画像S2上に配置した場合において、対応する領域A2と一致させるために必要な移動量および移動方向を、その領域を設定した画素における移動ベクトルV1として検出する。なお、移動ベクトルはメイン画像S1のすべての画素において検出されることとなる。
ここで、メインカメラ2の光軸L1は主要被写体である被写体H1と直交しているが、サブカメラ3の光軸L2は被写体H1と直交していないため、サブ画像S2に含まれる被写体H1の像はメイン画像S1に含まれる被写体H1の像に対して歪んだものとなる。
歪み補正部54は、光軸L2が被写体H1に対して直交した状態となるように、すなわち、サブ画像S2に含まれる被写体H1の大きさ、位置、形状および傾きが、メイン画像S1に含まれる被写体H1の大きさ、位置、形状および傾きと一致するように、サブ画像S2に対してアフィン変換等の像変換処理を施すことにより、サブ画像S2の歪みを補正する。
フィルタリング処理部55は、メイン画像S1に対してローパスフィルタによりフィルタリング処理を施してフィルタリング処理済みのメイン画像S1′を取得する。ここで、ローパスフィルタのフィルタ係数は、移動ベクトルの大きさが大きいほどボケの程度が大きくなるように決定される。本実施形態においては、移動ベクトルの大きさと好ましいフィルタ係数との関係を規定したテーブルがROM52に記憶されており、フィルタリング処理部55は、このテーブルを参照して移動ベクトルの大きさに応じたフィルタ係数を決定する。
なお、本実施形態においては、画素単位でフィルタ係数を決定してフィルタリング処理を行ってもよいが、演算の効率が悪い。このため、図5に示すように、メイン画像S1を複数の領域に分割し、各領域に含まれる画素の移動ベクトルの平均値を算出し、算出した移動ベクトルの平均値から上記テーブルを参照して、領域単位でフィルタ係数を決定することが好ましい。
また、領域単位でフィルタ係数を決定した場合、領域の境界においてボケの程度が不連続となることから、フィルタリング処理後のメイン画像S1′の見え方が不自然なものとなるおそれがある。このため、図6に示すように複数の領域の境界付近の領域B0(斜線部分)においては、隣接する境界とのフィルタ係数の平均値を用いてフィルタリング処理を施すことが好ましい。
画像処理部56は、フィルタリング処理前のメイン画像S1から、移動ベクトルの大きさが0となる画素を抽出し、フィルタリング処理後のメイン画像S1′における対応する画素と入れ替える。ここで、ローパスフィルタによりメイン画像S1の全体に対してフィルタリング処理を行うと、移動ベクトルの大きさが0となる主要被写体の画素に対してもフィルタリング処理が施されるため、その画素がぼけ、その結果主要被写体がぼけてしまう。このため、フィルタリング処理前のメイン画像S1から、移動ベクトルの大きさが0となる画素を抽出し、フィルタリング処理後のメイン画像S1′における対応する画素と入れ替えることにより、主要被写体のボケのないメイン画像S″を取得できる。
なお、画像処理部56は、メイン画像S″に対して、さらに濃度変換処理および階調補正処理等の画質を向上させる処理を施すとともに圧縮処理を施して、処理済みのメイン画像Sfを取得する。
メディア制御部58は、処理済みのメイン画像Sfをメディア57に記憶する。
次いで、本実施形態において行われる処理について説明する。図7は本実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。なお、ここではフィルタ係数の算出は図5に示すように領域単位で行われるものとして説明する。また、初期状態においては、メインカメラ2の光軸L1とサブカメラ3の光軸L2とは平行であるものとする。撮影の指示が入力部60から行われることにより全体制御部61が処理を開始し、メインカメラ2のズーム位置を検出し(ステップST1)、サブカメラ3のズーム位置をメインカメラ2のズーム位置と一致させる(ステップST2)。次いで、サブカメラ3の撮影方向を変更する処理を行う(ステップST3)。
図8はサブカメラ3の撮影方向を変更する処理のフローチャートである。まず、カメラ制御部26がメインカメラ2のAF動作を開始し(ステップST21)、メインカメラ2の画角内におけるAF領域を決定する(ステップST22)。次いで、レンズ駆動部23が、カメラ制御部26からの指示により、撮影レンズ21のフォーカスレンズを移動する(ステップST23)。そして撮像素子22が取得した画像を参照して、全体制御部61が、AF評価値が最大となったか否かを判定する(ステップST24)。なお、AF評価値としては撮像素子22が取得した画像のコントラストを用いることができる。
そして、ステップST24が否定されるとステップST23に戻り、ステップST23以降の処理を繰り返す。なお、ステップST21からステップST24が肯定されるまでの処理をAF処理と称する。
ステップST24が肯定されると、全体制御部61が、サブカメラ3が撮影した画像におけるメインカメラ2のフォーカス領域に対応する領域を移動ベクトル検出領域に設定し(ステップST25)、全体制御部61からの指示により、角度変更部4がサブカメラ3の撮影角度を所定値変更する(ステップST26)。次いで、移動ベクトル検出部53がフォーカス領域の移動ベクトルを検出し(ステップST27)、全体制御部61が移動ベクトルの大きさが所定のしきい値Th1以下となったか否かを判定する(ステップST28)。
ステップST28が否定されるとステップST26に戻り、ステップST26以降の処理を繰り返す。ステップST28が肯定されると、全体制御部61からの指示によりサブカメラ3がフォーカス領域におけるAF処理を行い(ステップST29)、撮影方向の変更の処理を終了する。
図7に戻り、ステップST3に続いて、全体制御部61がメインカメラ2およびサブカメラ2により撮影を行って、メイン画像S1およびサブ画像S2を取得する(ステップST4)。次いで、歪み補正部54がサブ画像S2の歪みを補正し(ステップST5)、移動ベクトル検出部53がメイン画像S1およびサブ画像S2の移動ベクトルをメイン画像S1の画素毎に検出する(ステップST6)。次いで、フィルタリング処理部55が、メイン画像S1を複数の領域に分割し(ステップST7)、領域毎に移動ベクトルの平均値を算出する(ステップST8)。
そして、フィルタリング処理部55が、領域毎に最適なフィルタ係数を決定し(ステップST9)、領域毎にフィルタリング処理を行ってフィルタリング処理済みのメイン画像S1′を取得する(ステップST10)。
次いで画像処理部56が、フィルタリング処理前のメイン画像S1から、移動ベクトルの大きさが0となる画素を抽出し、フィルタリング処理後のメイン画像S1′における対応する画素と入れ替え(ステップST11)、さらに画質を向上させる処理を施すとともに圧縮処理を施して処理済みのメイン画像Sfを取得する(ステップST12)。そして、メディア制御部58が処理済みメイン画像Sfをメディア57に記憶し(ステップST13)、処理を終了する。
このように、本実施形態においては、メイン画像S1およびサブ画像S2に含まれる被写体の移動ベクトルの大きさに応じたフィルタ係数を有するローパスフィルタにより、メイン画像S1に対してフィルタリング処理を施すようにしたため、移動ベクトルの大きい被写体はよりボケを大きくして、主要被写体にのみフォーカスがあった状態の画像が得られる。したがって、1つの画像のみにより立体感を表すことができる。
また、メイン画像S1を複数の領域に分割し、各領域の移動ベクトルの平均値を算出し、移動ベクトルの平均値に応じたフィルタ係数を有するローパスフィルタを用いて、領域単位でフィルタリング処理を施すことにより、効率よく立体感のある画像を得ることができる。
また、サブ画像S2の主要被写体に対する光軸中心がメイン画像S1の主要被写体に対する光軸中心と一致するように、サブ画像S2の歪みを補正することにより、より精度良く移動ベクトルを検出することができる。
なお、上記実施形態においては、メイン画像S1を複数の領域に分割した際に、領域単位で移動ベクトルの平均値を算出しているが、移動ベクトルの中央値等、その領域の移動ベクトルを代表する値であればどのような値を用いてもよいものである。
また、上記実施形態においては、サブカメラ3に角度変更部4を設けて、全体制御部61からの指示によりサブカメラ3の撮影方向を変更しているが、角度変更部4を設けることなく、本実施形態による撮影システム1を操作するオペレータが、手動でサブカメラ3の撮影方向を変更するようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、歪み補正部54によりサブ画像S2の歪みを補正しているが、とくに補正を行うことなく移動ベクトルを検出するようにしてもよい。
以上、本発明の実施形態に係るシステム1について説明したが、コンピュータを、上記の移動ベクトル検出部53、歪み補正部54、フィルタリング処理部55および画像処理部56に対応する手段として機能させ、図7および図8に示すような処理を行わせるプログラムも、本発明の実施形態の1つである。また、そのようなプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体も、本発明の実施形態の1つである。
本発明の実施形態による撮影システムの構成を示す概略ブロック図 撮影角度の変更を説明するための図 移動ベクトルの検出を説明するための図(その1) 移動ベクトルの検出を説明するための図(その2) メイン画像を複数の領域に分割した状態を示す図 メイン画像を複数の領域に分割した場合の隣接する領域の境界付近の領域を示す図 本実施形態において行われる処理を示すフローチャート サブカメラの撮影方向変更処理のフローチャート
符号の説明
1 撮影システム
2 メインカメラ
3 サブカメラ
4 角度変更部
5 システム制御部
51 RAM
52 ROM
53 移動ベクトル検出部
54 歪み補正部
55 フィルタリング処理部
56 画像処理部
57 メディア
58 メディア制御部
61 全体制御部

Claims (6)

  1. 互いに間隔をあけて配設された、撮影により第1および第2の画像をそれぞれ取得する第1および第2の撮影手段と、
    前記第1の撮影手段の光軸が直交する主要被写体上において、該第1の撮影手段の光軸と前記第2の撮影手段の光軸とが交差するように、前記第2の撮影手段の撮影角度を変更する角度変更手段と、
    前記第1および前記第2の撮影手段の光軸が前記主要被写体上において交差した状態にて撮影を行うことにより取得された前記第1および前記第2の画像に含まれる被写体間の、前記第1の画像上における移動ベクトルを検出する移動ベクトル検出手段であって、該第1の画像を複数の領域に分割し、該各領域を代表する移動ベクトルを検出する移動ベクトル検出手段と、
    前記各領域を代表する移動ベクトルに応じたフィルタ係数を有するローパスフィルタにより、前記第1の画像に対して前記各領域単位でフィルタリング処理を施すフィルタリング手段とを備えたことを特徴とする撮影システム。
  2. 前記フィルタリング手段は、前記各領域の境界付近の領域については、隣接する境界との前記フィルタ係数の平均値にてフィルタリング処理を施す手段であることを特徴とする請求項記載の撮影システム。
  3. 前記移動ベクトル検出手段による移動ベクトルの検出前に、前記第2の画像の前記主要被写体に対する光軸中心が前記第1の画像の前記主要被写体に対する光軸中心と一致するように、前記第2の画像の歪みを補正する歪み補正手段をさらに備えたことを特徴とする請求項1または2記載の撮影システム。
  4. 前記角度変更手段は、前記第1の撮影手段の前記主要被写体にフォーカスしているフォーカス領域において、前記第1および前記第2の画像に含まれる被写体間の前記第1の画像上における移動ベクトルの大きさが所定のしきい値以下となるように、前記第2の撮影手段の撮影角度を変更する手段であることを特徴とする請求項1からのいずれか1項記載の撮影システム。
  5. 互いに間隔をあけて配設された、撮影により第1および第2の画像をそれぞれ取得する第1および第2の撮影手段を備えた撮影システムにおける撮影方法において、
    前記第1の撮影手段の光軸が直交する主要被写体上において、該第1の撮影手段の光軸と前記第2の撮影手段の光軸とが交差するように、前記第2の撮影手段の撮影角度を変更し、
    前記第1および前記第2の撮影手段の光軸が前記主要被写体上において交差した状態にて撮影を行うことにより取得された前記第1および前記第2の画像に含まれる被写体間の、前記第1の画像上における移動ベクトルを検出するに際し、該第1の画像を複数の領域に分割し、該各領域を代表する移動ベクトルを検出し、
    前記各領域を代表する移動ベクトルに応じたフィルタ係数を有するローパスフィルタにより、前記第1の画像に対して前記各領域単位でフィルタリング処理を施すことを特徴とする撮影方法。
  6. 互いに間隔をあけて配設された、撮影により第1および第2の画像をそれぞれ取得する第1および第2の撮影手段を備えた撮影システムにおける撮影方法をコンピュータに実行させるためのプログラムにおいて、
    前記第1の撮影手段の光軸が直交する主要被写体上において、該第1の撮影手段の光軸と前記第2の撮影手段の光軸とが交差するように、前記第2の撮影手段の撮影角度を変更する手順と、
    前記第1および前記第2の撮影手段の光軸が前記主要被写体上において交差した状態にて撮影を行うことにより取得された前記第1および前記第2の画像に含まれる被写体間の、前記第1の画像上における移動ベクトルを検出するに際し、該第1の画像を複数の領域に分割し、該各領域を代表する移動ベクトルを検出する手順と、
    前記各領域を代表する移動ベクトルに応じたフィルタ係数を有するローパスフィルタにより、前記第1の画像に対して前記各領域単位でフィルタリング処理を施す手順とを有することを特徴とするプログラム。
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