JP5577772B2 - 撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば3次元表示に利用される視差画像の取得に好適な撮像装置に関する。
従来、様々な撮像装置が提案され、開発されている。例えば、撮像レンズと、左右に領域分割され、分割された領域毎に開閉を選択的に切り替え可能なシャッターとを備えた撮像装置が提案されている(例えば、特許文献1〜3参照)。これによれば、シャッターの左右の各領域における開閉を時分割で交互に切り替えることで、透過光路を切り替え、1つの撮像光学系で左右の各視点から撮影したかのような2種類の画像(左視点画像および右視点画像)を時分割で取得することができる。これらの左視点画像および右視点画像を、何らかの手段を用いて人間の眼に提示することにより、人間はその画像に立体感を感じることができる。
特開昭49−087223号公報 特開2002−34056号公報 特表平9−505906号公報 特開平10−271534号公報 特開2000−137203号公報
上記のように1台で左右の視点画像を取得可能な撮像装置は、静止画を対象としたものが多い。動画を撮影するものも提案されている(例えば、特許文献1,2参照)が、これらの撮像装置はいずれも、イメージセンサとして、露光および信号読み出しを面順次に行ういわゆるグローバルシャッタータイプのCCD(Charge Coupled Device)を使用したものである。
ところが、近年では、CCDよりも、低コスト、低消費電力および高速処理化を実現可能なCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサが主流になってきている。このCMOSセンサは、上記のようなCCDと異なり、露光および信号読み出しを線順次に行う、いわゆるローリングシャッタータイプのイメージセンサである。上記CCDでは、各フレームにおいて画面全体が同時刻に一括して撮影されるのに対し、このCMOSセンサでは、例えば画面の上部から下部に向けて線順次で駆動されるため、各フレームではライン毎に、露光期間や読み出しタイミングに時間的なずれが生じる。
そのため、上記のようなシャッターにより光路を切り替えながら撮影する撮像装置において、CMOSセンサを使用すると、シャッターの各領域の開期間と対応するフレームの露光期間とに時間的なずれが生じる。この結果、各フレームでは、シャッターの右領域の透過光と左領域の透過光とが混在して受光され(左右のクロストークが生じ)、複数視点の画像(ここでは左右の視点画像)を精度良く取得できないという問題があった。このように視点画像間においてクロストークを生じると、左右の視差量が低減するため、所望の立体感を得にくく(平面的な画像として認識され易く)なってしまう。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、線順次駆動型の撮像素子を用いて、複数の視点画像を精度良く取得することが可能な撮像装置を提供することにある。
本発明の第1の撮像装置は、撮像レンズと、複数の領域に分割され、領域毎に開状態および閉状態が切り替え制御されるシャッターと、線順次駆動される複数の受光画素を含むと共に複数のフレームからなる撮像画像を取得する撮像素子と、シャッターにおける各領域の開閉を切り替えると共に、撮像素子における露光および信号の読み出しを制御する制御部とを備えたものである。制御部は、撮像素子における複数の受光画素の露光開始を一括して行うと共に、露光終了および読み出しを線順次で行い、かつ第1のフレームの開始時刻に応じて、シャッターの第1の領域を閉状態から開状態へ切り替えると共に他の領域を閉状態とし、1フレーム期間経過時刻に応じて、第1の領域を開状態から閉状態へ切り替えると共に1ライン目から信号の読み出しを開始し、第2のフレームの開始時刻に応じて、シャッターの第2の領域を閉状態から開状態へ切り替えると共に他の領域を閉状態とし、1フレーム期間経過時刻に応じて、第2の領域を開状態から閉状態へ切り替えると共に1ライン目から信号の読み出しを開始する。
本発明の第2の撮像装置は、撮像レンズと、複数の領域に分割され、領域毎に開状態および閉状態が切り替え制御される液晶シャッターと、線順次駆動される複数の受光画素を含むと共に、複数のフレームからなる撮像画像を取得する撮像素子と、液晶シャッターにおける各領域の開閉を切り替えると共に、撮像素子における露光および信号の読み出しを制御する制御部とを備えたものである。制御部は、撮像素子を駆動して、少なくとも第1のフレームと、第1のフレームの露光終了以降に露光が開始された第2のフレームとをそれぞれ取得し、第1のフレームの露光期間に対応して液晶シャッターの第1の領域を開状態、他の領域を閉状態にそれぞれ制御し、第2のフレームの露光期間に対応して液晶シャッターの第2の領域を開状態、他の領域を閉状態にそれぞれ制御し、第1および第2のフレームのそれぞれにおいて、フレーム開始時刻に1ライン目の露光を開始させ、かつ1ライン目の露光開始前に、液晶シャッターの1の領域を閉状態から開状態へ切り替える。
本発明の第3の撮像装置は、撮像レンズと、複数の領域に分割され、領域毎に開状態および閉状態が切り替え制御される液晶シャッターと、線順次駆動される複数の受光画素を含むと共に、複数のフレームからなる撮像画像を取得する撮像素子と、液晶シャッターにおける各領域の開閉を切り替えると共に、撮像素子における露光および信号の読み出しを制御する制御部とを備えたものである。制御部は、撮像素子を駆動して、少なくとも第1のフレームと、第1のフレームの露光終了以降に露光が開始された第2のフレームとをそれぞれ取得し、第1のフレームの露光期間に対応して液晶シャッターの第1の領域を開状態、他の領域を閉状態にそれぞれ制御し、第2のフレームの露光期間に対応して液晶シャッターの第2の領域を開状態、他の領域を閉状態にそれぞれ制御し、第1および第2のフレームのそれぞれにおいて、フレーム期間開始後に1ライン目の露光を開始させ、かつ1ライン目の露光開始前に、液晶シャッターの1の領域を開状態から閉状態へ切り替える。
尚、シャッターにおける「開状態」とは光の透過状態を示し、「閉状態」とは遮光状態を示す。
本発明の第1ないし第3の撮像装置では、制御部が、撮像素子において、少なくとも第1のフレームと、その第1のフレームの露光終了以降に露光開始となった第2のフレームとをそれぞれ取得する。換言すると、第1のフレーム後のフレームであって、第1のフレームの全ライン分の読み出しが終了する前に露光開始となるフレーム(第1および第2のフレーム間の中間フレーム)は無効フレームとして読み出しを行わないか、またはその後の処理を行わないようにする。これにより、撮像素子における信号読み出しを線順次で行う場合(各フレームにおいて、露光期間等にライン毎の時間的ずれが生じる場合)であっても、各フレーム(有効フレーム)では、シャッターの各領域のうちそのフレームに対応する領域の透過光のみを受光し易くなる。
本発明の第1ないし第3の撮像装置によれば、制御部が、少なくとも第1のフレームと、その第1のフレームの露光終了以降に露光開始となった第2のフレームとをそれぞれ取得する。これにより、各フレームでは、シャッターの各領域の透過光同士が混ざって受光される現象、いわゆるクロストークの発生を抑制できる。よって、線順次駆動型の撮像素子を用いて、複数の視点画像を精度良く取得することが可能となる。
本発明の第1の実施の形態に係る撮像装置の全体構成を表すブロック図である。 図1に示した撮像装置における視点画像取得の原理(光路分割なし)を説明するための模式図である。 図1に示した撮像装置における視点画像取得の原理(右光路)を説明するための模式図である。 図1に示した撮像装置における視点画像取得の原理(左光路)を説明するための模式図である。 比較例1に係るイメージセンサおよびシャッターの駆動タイミング図であり、(A)は露光期間および読み出し、(B)はシャッターの右領域および左領域における開閉切り替えを表す。 比較例2に係るイメージセンサおよびシャッターの駆動タイミング図であり、(A)は露光期間および読み出し、(B)はシャッターの右領域および左領域における開閉切り替えを表す。 本発明の第1の実施形態に係るイメージセンサおよびシャッターの駆動タイミング図であり、(A)露光期間および読み出し、(B)はシャッターの右領域および左領域における開閉切り替えを表す。 液晶シャッターの平面構成を表す模式図であり、(A)は左領域を開(右領域を閉)、(B)は右領域を開(左領域を閉)とした場合を示す。 図8に示した液晶シャッターの左右領域の境界付近の断面図である。 変形例1に係るイメージセンサおよびシャッターの駆動タイミング図であり、(A)は露光期間および読み出し、(B)は低温時のシャッターの右領域および左領域における開閉切り替え、(C)は高温時のシャッターの右領域および左領域における開閉切り替えを表す。 変形例1に係る液晶シャッターの(A)高温時と(B)低温時における応答特性を表す模式図である。 変形例2に係るイメージセンサおよびシャッターの駆動タイミング図であり、(A)は露光期間および読み出し、(B)シャッターの右領域および左領域における開閉切り替えを表す。 変形例3に係るイメージセンサおよびシャッターの駆動タイミング図であり、(A)は露光期間および読み出し、(B)シャッターの右領域および左領域における開閉切り替えを表す。 変形例4に係るイメージセンサおよびシャッターの駆動タイミング図であり、(A)は露光期間および読み出し、(B)シャッターの右領域および左領域における開閉切り替えを表す。 変形例5に係るイメージセンサおよびシャッターの駆動タイミング図であり、(A)は露光期間および読み出し、(B)は低温時のシャッターの右領域および左領域における開閉切り替え、(C)は高温時のシャッターの右領域および左領域における開閉切り替えを表す。 変形例5に係る液晶シャッターの(A)高温時と(B)低温時における応答特性を表す模式図である。 本発明の第2の実施形態に係るイメージセンサおよびシャッターの駆動タイミング図であり、(A)露光期間および読み出し、(B)はシャッターの右領域および左領域における開閉切り替えを表す。 変形例6に係るイメージセンサおよびシャッターの駆動タイミング図であり、(A)は露光期間および読み出し、(B)は低温時のシャッターの右領域および左領域における開閉切り替え、(C)は高温時のシャッターの右領域および左領域における開閉切り替えを表す。 変形例7に係るイメージセンサおよびシャッターの駆動タイミング図であり、(A)は露光期間および読み出し、(B)シャッターの右領域および左領域における開閉切り替えを表す。 変形例8に係るイメージセンサおよびシャッターの駆動タイミング図であり、(A)は露光期間および読み出し、(B)は低温時のシャッターの右領域および左領域における開閉切り替え、(C)は高温時のシャッターの右領域および左領域における開閉切り替えを表す。 変形例9に係る液晶シャッターの透過率変化を表したものである。 動画撮影時の左視点画像および右視点画像の一例を表す模式図である。 画像処理例1(モーションブラー処理)を説明するための模式図である。 動画撮影時の左視点画像および右視点画像の一例を表す模式図である。 画像処理例2(画像補間処理)を説明するための模式図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。尚、説明は以下の順序で行う。

1.第1の実施の形態(露光開始および露光終了を線順次で行う場合の例)
2.変形例1(遮光状態から透過状態への遷移時に応答速度がより遅くなる特性を有する液晶シャッターを使用した例)
3.変形例2(シャッターの閉から開への切り替えタイミングを早めた例)
4.変形例3(シャッターの閉から開、開から閉への各切り替え、露光終了の各タイミングを早めた例)
5.変形例4(露光開始タイミングを遅らせた例)
6.変形例5(透過状態から遮光状態への遷移時に応答速度がより遅くなる特性を有する液晶シャッターを使用した例)
7.第2の実施の形態(グローバルリセット機能により、露光開始を一括して行う例)
8.変形例6(遮光状態から透過状態への遷移時に応答速度がより遅くなる特性を有する液晶シャッターを使用した例)
9.変形例7(シャッターの閉から開への切り替えタイミングを早めた例)
10.変形例8(透過状態から遮光状態への遷移時に応答速度がより遅くなる特性を有する液晶シャッターを使用した例)
11.変形例9(駆動シーケンスの切り替えによってシャッター制御を行う例)
12.画像処理例1(モーションブラー処理の例)
13.画像処理例2(画像補間処理の例)
<第1の実施の形態>
[撮像装置1の全体構成]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る撮像装置(撮像装置1)の全体構成を表したものである。この撮像装置1は、被写体の撮像画像(静止画または動画)として複数の視点画像(ここでは、左右の視点画像)を取得するものであり、撮像レンズ10a,10b、シャッター11、イメージセンサ12、信号処理/記憶部13および制御部20を備えている。
撮像レンズ10a,10bは、被写体を撮像するためのメインレンズであり、例えば、ビデオカメラやスチルカメラ等で使用される一般的な撮像レンズが用いられている。この撮像レンズ10a,10bは、ここでは、シャッター11の光入射側に撮像レンズ10a、光出射側に撮像レンズ10bをそれぞれ配置しているが、レンズの枚数や位置はこれに限定されるものではない。但し、シャッター11は、理想的には撮像レンズ10a,10bの瞳面あるいは絞りの位置に配置されることが望ましい。
シャッター11は、イメージセンサ12へ向かう光線の光路を切り替えるためのものであり、複数の領域に分割されると共に、その分割された領域毎に開状態(透光状態)および閉状態(遮光状態)を切り替え制御されるものである。ここでは、シャッター11が、左右2つの領域11R,11Lを有しており、これら領域11R,11L毎に、光線の透過率制御(具体的には透過状態(開状態)および遮断状態(閉状態)の切り替え)が可能となっている。領域11R,11Lでは、開状態および閉状態が時分割で交互に入れ替わるように制御される。シャッター11は、上記のような光路分割(光路切り替え)が可能なものであれば、特に限定されず、機械式のシャッターであってもよいし、例えば液晶シャッターのような電気式のシャッターであってもよい。
イメージセンサ12は、撮像レンズ10a,10bおよびシャッター11を透過した光に基づいて受光信号を出力する光電変換素子である。このイメージセンサ12は、例えばマトリクス状に配置された複数のフォトダイオード(受光画素)を有するものであり、これら複数のフォトダイオードから線順次で信号の読み出しを行う、ローリングシャッタータイプの撮像素子(例えば、CMOS)である。本実施の形態では、詳細は後述するが、このイメージセンサ12において露光開始および露光終了が線順次でなされるようになっている。尚、本明細書において、露光開始とは蓄電(電荷蓄積)開始、露光終了とは蓄電終了をそれぞれ意味するものとし、露光開始から露光終了までの期間(露光期間)は電荷蓄積期間に相当するものとする。また、このイメージセンサ12の受光面側には、例えば所定のカラー配列を有するR,G,Bのカラーフィルタ(図示せず)が配設されていてもよい。
信号処理/記憶部13は、イメージセンサ12から出力された撮像データに対し各種信号処理(画像処理を含む)を施すと共に、撮像データを記憶させる各種メモリを含むものである。
制御部20は、例えばマイクロコンピュータ等であり、シャッター11、イメージセンサ12および信号処理/記憶部13をそれぞれ制御するものである。具体的には、制御部20は、シャッター11の領域11R,11Lの開閉をそれぞれ時分割で切り替える制御を行い、開閉切り替えのタイミング制御信号をシャッター11へ領域11R,11L毎に出力する。制御部20は、また、イメージセンサ12における露光動作および信号の読み出し動作を制御し、例えばフレーム毎の露光開始、露光終了および信号読み出し等の各タイミング制御信号をイメージセンサ12へ出力するものである。これらのシャッター11およびイメージセンサ12に対する各タイミング制御信号は、詳細は後述するが、各フレームの露光期間に対応して領域11R,11Lが開状態となるように設定されている。
[第1の実施の形態の作用]
(1.撮像装置1の基本動作)
上記のような撮像装置1では、被写体からの光は、撮像レンズ10a、シャッター11および撮像レンズ10bを順に透過し、イメージセンサ12へ到達する。イメージセンサ12では、制御部20の制御により、受光光線に基づく撮像データが取得され、信号処理/記憶部13に出力される。信号処理/記憶部13は、各種信号処理部を有しており、入力された撮像データに対し、所定の信号処理、例えば、並べ替え処理、欠陥補正処理、デモザイク処理等を施すことにより、左右の視点画像を生成する。
(2.視点画像取得の原理)
次に、図2〜図4を参照して、左右の視点画像取得の原理について説明する。但し、図2〜図4は、撮像装置1における撮像レンズ10a,10b、シャッター11およびイメージセンサ12を上面側からみた図である。
図2に示したように、シャッター11の領域11R,11Lの両方を開いた状態(左右の光路分割を行わない状態)では、同軸上において互いに異なる位置にある3つの被写体のイメージセンサ12への映り方は、次のようになる。但し、被写体としては、撮影レンズ10a,10bのピント面S1にある人物A1と、人物A1よりも奥(撮像レンズ10aと反対側)にある遠景物(山)B1と、人物A1の手前(撮像レンズ10a側)にある近景物(花)C1を例に挙げる。このように、人物A1に撮像レンズ10a,10bのピントが合っている状態では、この人物A1は、例えばセンサ面S3上の中央に結像する。一方、ピント面S1から外れた位置にある遠景物B1は、センサ面S3の手前(撮像レンズ10b側)に結像し、近景物C1は、センサ面S3の奥(撮像レンズ10bと反対側)に結像する。即ち、センサ面S3には、人物A1がフォーカスした像(A2)、遠景物B1および近景物C1はデフォーカスしたぼやけた像(B2,C2)となって映る。
このような位置関係にある3つの被写体に対し、光路を左右で切り替えた場合、センサ面S3への映り方は、次のように変化する。まず、制御部20が、シャッター11の領域11Rを開状態、領域11Lを閉状態となるように制御した場合、図3に示したように、撮影レンズ10a,10b間の瞳面S2において、光路の右側半分が透過光路となり、左側半分は遮光される。この場合、ピント面S1にある人物A1に関しては、左側を遮光されていても(光路が右側半分のみに切り替わっても)、光路分割のない上記場合と同様、センサ面S3上に結像する。ところが、ピント面S1から外れた位置にある遠景物B1および近景物C1については、センサ面S3上においてデフォーカスしたそれぞれの像が、互いに逆の方向(z1,z2)に移動したような像(B2',C2')として映る。これにより、イメージセンサ12では、右視点画像に対応する撮像データが取得される。
一方、制御部20が、シャッター11の領域11Lを開状態、領域11Rを閉状態となるように制御した場合、図4に示したように、撮影レンズ10a,10b間の瞳面S2において、光路の左側半分が透過光路となり、右側半分は遮光される。この場合も、ピント面S1にある人物A1は、センサ面S3上に結像し、ピント面S1から外れた位置にある遠景物B1および近景物C1は、センサ面S3上において互いに逆の方向(z3,z4)に移動したような像(B2",C2")として映る。但し、これらの移動方向z3,z4は、領域11Rを開状態とした場合の移動方向z1,z2とそれぞれ逆向きとなる。これにより、イメージセンサ12では、左視点画像に対応する撮像データが取得される。
上記のように、撮像装置1では、1台で複数の視点画像(ここでは、左右の視点画像)を取得することができる。また、被写体のうちピントが合っているもの以外は、光路が切り替わると、その結像位置にずれが生じるが、この結像位置のずれは、左右の視点画像間において視差を生じさせる。このような視差を有する左右の視点画像を、例えば立体視用のディスプレイで時分割表示すると共に、各画像の表示切り替えに同期して左右の開閉制御がなされるシャッター眼鏡を介して人間の眼に提示することにより、人間はその画像に立体感を感じることができる。
(3.シャッター11およびイメージセンサ12の駆動動作)
続いて、上記のようなシャッター11の開閉切り替え動作、イメージセンサ12の露光および読み出し動作について、比較例(比較例1,2)を挙げて詳細に説明する。図5に、比較例1に係るイメージセンサ(CCD)およびシャッターの駆動タイミング、図6に、比較例2に係るイメージセンサ(CMOS)およびシャッターの駆動タイミングをそれぞれ示す。図7には、本実施の形態に係るイメージセンサ(CMOS)およびシャッターの駆動タイミングを示す。但し、各図において(A)はイメージセンサにおける露光期間および読み出し、(B)はシャッターの右領域および左領域における開閉切り替えを表す。尚、以下では、右視点画像に対応するフレームをフレームRまたはフレームR1、左視点画像に対応するフレームをフレームLまたはフレームL1として説明する。また、本明細書において、フレーム期間frは、動画としての1フレーム期間を2分割にした期間に相当するものであり(2fr=動画としての1フレーム期間)である。また、(A)図において斜線部分は、ライン毎の露光(露出)期間を模式的に表したものである。
(比較例1)
CCDをイメージセンサとして用いた比較例1では、面順次で画面一括駆動されるため、図5(A)に示したように、各フレームR,Lでは、画面全体において露光期間TL,TRに時間的なずれがなく、信号の読み出し(Read)も同時刻になされている。このため、比較例1では、シャッターにおける右側の領域100Rと左側の領域100Lとの開閉切り替えは、図5(B)に示したようにすればよい。即ち、フレームRの露光期間TRでは、領域100Rが開(OPEN)状態(領域100Lが閉(CLOSE)状態)となるように、フレームLの露光期間TLでは、領域100Lが開状態(領域100Rが閉状態)となるように切り替えを行う。具体的には、フレームRの露光開始時刻(フレームLの露光終了時刻)に同期して、領域100Rが開、領域100Lが閉となり、フレームRの露光終了時刻(フレームLの露光開始時刻)に同期して、領域100Rが閉、領域100Lが開となるような制御がなされる。即ち、比較例1では、領域100Rの開期間T100(R)および領域100Lの開期間T100(L)はそれぞれ、フレーム期間frに等しく、ここでは露光期間TL,TRにも等しくなっている。
(比較例2)
ところが、イメージセンサとして、例えばローリングシャッタータイプのCMOSセンサを用いた場合、上記CCDの場合と異なり、例えば画面の上部から下部に向けて線順次で駆動がなされる。即ち、図6(A)に示したように、各フレームR,Lでは、露光開始および露光終了のタイミングや信号読み出し(Read)のタイミングがライン毎に異なる。このため、画面内の位置によって、露光期間TL,TRに時間的なずれが生じる。従って、上記比較例1と同様のタイミングで、シャッターの開閉を切り替えると、各フレームR,Lにおいて、1フレーム全体(全ライン)の露光が終了する前に、透過光路が切り替わってしまう。この結果、各フレームR,Lでは、領域100R,100Lの各透過光が混ざって受光され、クロストークが発生する(図6(B))。例えば、フレームRでは、本来、画面全域において領域100Rの透過光のみを受光することが理想的であるのに対し、実際には、画面の上部側でのみ領域100Rの透過光が受光され、画面の下部側では領域100Lの透過光が受光されることとなる。このように、1フレームにおいて左右両方の光線が混在するクロストークが生じると、上述した複数の視点画像間における視差量が低減する(平面的な画像に近づく)、あるいは画面の上部側と下部側とで立体感が異なる等、所望の立体感を得にくくなってしまう。
(第1の実施の形態における特徴的動作)
これに対し本実施の形態では、図7(A)に示したように、制御部20が、時間的に連続するフレームのうち、ある時刻に取得されるフレーム(フレームR1)と、このフレームR1の全ライン分の読み出し(Read(R))終了以降(露光終了以降)に1ライン目の露光が開始されたフレームL1とをそれぞれ有効フレームとして取得する。換言すると、フレームR1後のフレームであって、フレームR1の全ライン分の読み出しが終了する前(全ライン分の露光が終了する前)に露光開始となるフレーム(フレームR1,L1間のフレームX)は、無効フレームとする。このフレームXは、例えば、読み出し(Read(0))後、信号処理/記憶部13において、各種信号処理部へ出力しないようにするか、あるいは読み出し(Read(0))自体を行わないようにすればよい。また、図7(B)に示したように、シャッター11の領域11R,11Lの開期間TOPEN(R),TOPEN(L)を、例えばフレーム期間frの2倍の長さとなるように、シャッター11を切り替え制御する。尚、ここでは、フレーム期間frと露光期間TL,TRは等しくなっている。このように、本実施の形態では、1フレーム分が間引かれたフレームR1,L1,…を有効フレームとし、シャッター11の開期間TOPEN(R),TOPEN(L)をフレーム期間frの2倍に設定する。
具体的には、制御部20が、フレームR1の開始時刻において、例えば画面上部の1ライン目から、画面下部の最終ラインまで順次、露光を開始させる。その後、1フレーム期間(fr)経過時刻において、1ライン目から最終ラインまでの露光を順次終了させると共に、1ライン目から最終ラインまでの信号の読み出し(Read(R))を順次行う。一方、制御部20は、上記フレームR1の開始時刻において、シャッター11の領域11Rを閉状態から開状態へ切り替える。その後、フレーム期間frの2倍の期間経過時刻(フレームL1の開始時刻)において、領域11Rを開状態から閉状態、領域11Lを閉状態から開状態へ切り替える。フレームL1についても同様で、その開始時刻において、1ライン目の露光を開始すると共に領域11Lを閉状態から開状態へ切り替え、この後、1フレーム期間(fr)経過時刻において、1ライン目の露光終了および読み出し(Read(L))を行う。その後、2フレーム期間(2fr)経過時刻(次のフレームR2(図示せず)開始時刻)において、領域11Lを開状態から閉状態、領域11Rを閉状態から開状態へ切り替える。
これにより、左右の領域11R,11Lの各透過光が混ざって受光されたフレーム(フレームX)が排除される。また、各フレームR1の全ライン分の露光期間TRにおいて、シャッター11の開閉が切り替わることがない(領域11Rが開状態、領域11Lが閉状態のまま維持される)ため、フレームR1では、領域11Rの透過光のみに基づく撮像データが取得される。同様に、フレームL1においても、領域11Lの透過光のみに基づく撮像データが取得される。これにより、イメージセンサ12における信号読み出しを線順次で行う場合(各フレームにおいて、露光期間等にライン毎の時間的ずれが生じる場合)であっても、クロストークの低減された右視点画像および左視点画像が生成される。
尚、シャッター11における領域分割数(光路分割数)は、2つに限らず3つ以上であってもよい。3つ以上であっても、シャッター11の領域11R,11Lの開期間はフレーム周期frの2倍でよい。但し、領域11R,11Lの閉期間は、領域分割数をn(nは2以上の整数)とした場合、フレーム期間frの2(n−1)倍となる。例えば、左右2つの視点画像を取得する場合(本実施の形態)では、各領域11R,11Lの開期間がそれぞれ2frとなり、3つの視点画像を取得する場合では、シャッターを分割する3つの領域の各開期間が2fr、各閉期間が4frとなる。また、ここでは、領域11R,11Lの開期間を、フレーム期間frの2倍としたが、必ずしも2倍である場合に限定されない。例えば、詳細は後述するが、グローバルリセット機能を用いる場合や、露光期間自体をフレーム期間frよりも短く設定する場合、駆動タイミングを早めたり遅くしたりする場合等においては、2倍未満となる場合あるいは2倍よりも大きくなる場合もあり得る。
以上のように、本実施の形態では、制御部20が、時間的に連続するフレームのうちフレームR1と、このフレームR1の露光終了以降に露光開始となったフレームL1とをそれぞれ有効フレームとして取得することにより、フレームR1,L1において、領域11R,11Lの各透過光が混入する現象、クロストークの発生を抑制できる。よって、線順次駆動されるイメージセンサ、例えばCMOSセンサを用いて、複数の視点画像を精度良く取得することが可能となる。これは特に、複数の視点画像を動画として撮影する場合に有効である。このようなCMOSセンサを用いることにより、CCDを用いる場合に比べ低コスト、低消費電力かつ高速処理を実現するシステム構築が可能となる。
<第1の実施の形態の変形例>
次に、上記第1の実施の形態におけるシャッターおよびイメージセンサの他の駆動例(変形例1〜5)について説明する。以下の変形例1〜5の駆動例は、上記第1の実施の形態と同様、撮像装置1において、制御部20がシャッター11およびイメージセンサ12を駆動する際のタイミング制御に関するものである。但し、変形例1〜5では、シャッター11として、特に以下のような液晶シャッターを用いた場合に特有の駆動例に関するものである。
(液晶シャッターの構成)
図8は、液晶シャッターとしてのシャッター11の平面構成を模式的に表したものであり、(A)は領域11Lを開(領域11Rを閉)、(B)は領域11Rを開(領域11Lを閉)とした場合を示す。このように、シャッター11は、例えば円形の平面形状を左右に分割する2つの領域11R,11Lを有している。図9は、シャッター11の領域11R,11Lの境界付近の断面図である。
シャッター11は、ガラス等よりなる基板101,106間に液晶層104が封止されると共に、基板101の光入射側に偏光子107A、基板106の光出射側に検光子107Bがそれぞれ貼り合わせられたものである。基板101と液晶層104との間には電極が形成され、この電極が複数(ここでは、領域11R,11Lに対応する2つ)のサブ電極102Aに分割されている。これら2つのサブ電極102Aは、個別に電圧を供給できるようになっている。そのような基板101に対向する基板106には、領域11R,11Lに共通の電極105が設けられている。サブ電極102Aと液晶層104との間には配向膜103A、電極105と液晶層104との間には配向膜103Bがそれぞれ形成されている。サブ電極102Aおよび電極105はそれぞれ、例えばITO(Indium Tin Oxide;酸化インジウムスズ)であり、液晶層104は、例えばSTN(Super-twisted Nematic)、TN(Twisted Nematic)、OCB(Optical Compensated Bend)、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)等の各種表示モードの液晶を含むものである。偏光子107Aおよび検光子107Bはそれぞれ、所定の偏光を選択的に透過させるものであり、例えばクロスニコルまたはパラレルニコルの状態となるように配置されている。
このような構造により、サブ電極102Aおよび電極105を通じて液晶層104に電圧を印加すると、その印加電圧の大きさおよび印加時間に応じて、液晶層104の透過率を変化させることができる。即ち、シャッター11として液晶シャッターを用いることで、電圧制御によりシャッター11の開状態および閉状態を切り替えることができる。また、その電圧印加のための電極を、個別駆動が可能な2つのサブ電極102Aに分割することで、領域11R,11L毎に透光状態および遮光状態を交互に切り替え可能となる。但し、このような液晶シャッターは、動作環境(例えば温度)により応答速度が異なることが知られており、例えば、高温時には応答速度が速く、低温時には応答速度が遅くなるのが一般的である。また、その応答特性は、透過時と遮光時との間で異なっていることが多い。
このように、液晶シャッターの応答特性は、環境に応じて変化し易いものであるため、後述のようにその応答特性に応じたタイミング制御または駆動シーケンス制御を行う場合には、応答特性を直接的または間接的に検出することが望ましい。例えば、間接的に検出する場合には、撮像装置1内に、シャッター11の温度もしくはその周辺環境の温度を検出可能な温度センサを設けておく。温度センサから出力されたシャッター11の温度情報に基づいて、シャッター11の応答特性を予測することができる。
<変形例1>
図10は、変形例1に係るイメージセンサおよびシャッターの駆動タイミングを表したものであり、(A)はイメージセンサにおける露光期間および読み出し、(B)は低温時のシャッターの開閉切り替え、(C)は高温時のシャッターの開閉切り替えを示す。図11は、変形例1に係るシャッターの(A)高温時および(B)低温時における各応答特性を表したものである。
本変形例では、例えば低温時において透過状態から遮光状態への応答はそれほど遅れず(特性d1)、遮光状態から透過状態への応答は顕著に遅れる(特性d2)ような液晶シャッターが用いられている。換言すると、シャッター11が、遮光状態から透過状態への遷移時において、透過状態から遮光状態への遷移時よりも応答速度が遅くなる特性を有している。このような応答特性を有する液晶シャッターとしては、例えばSTNモードの液晶を用いると共に、偏光子および検光子をクロスニコルの状態で配置させたものが挙げられる。
このような液晶シャッターを用いることで、図10(A),(B)に示したように、低温時には、領域11R,11Lの閉状態から開状態への切り替えに際して、特性d2により、各フレームR1,L1において、画面上部側の明るさ(受光量)が低下する時間(Da)が発生する。結果として、画面の上部側と下部側で明るさが異なってしまうことになるが、この場合には、信号処理/記憶部13による後の画像処理において、例えばシェーディング補正を行い、画面全体の明るさを均一化すればよい。一方、領域11R,11Lの開状態から閉状態への切り替えに際しては、特性d1により、クロストークが生じる時間(Ct)は僅かで済む(画面上端の一部および下端の一部でのみクロストークが生じる)。従って、本変形例においても、上記比較例2に比べ、クロストークを低減することができ、上記第1の実施の形態とほぼ同等の効果を得ることができる。
<変形例2>
図12は、変形例2に係るイメージセンサおよびシャッターの駆動タイミングを表したものであり、(A)はイメージセンサにおける露光期間および読み出し、(B)は低温時のシャッターの開閉切り替えを示す。
本変形例においても、上記変形例1と同様、例えば低温時において透過状態から遮光状態への応答はそれほど遅れず(特性d1)、遮光状態から透過状態への応答は顕著に遅れる(特性d2)液晶シャッターを用いる。但し、本変形例では、シャッター11の領域11R,11Lの閉状態から開状態への切り替えタイミングを早める。換言すると、フレーム開始時刻(ここでは、露光開始のタイミングと等しい)t(s)よりも前のタイミングt1において、領域11R,11Lの閉状態から開状態への切り替えを行う。これにより、上記変形例1に比べ、クロストークの生じる時間(Ct)は若干増大するものの、明るさが低下する時間を削減することができる。従って、液晶シャッターを用いて光路切り替えを行う場合において、クロストークよりも明るさが重要視されるようなアプリケーションに対して特に有用である。
<変形例3>
図13は、変形例3に係るイメージセンサおよびシャッターの駆動タイミングを表したものであり、(A)はイメージセンサにおける露光期間および読み出し、(B)は低温時のシャッターの開閉切り替えを示す。
本変形例においても、上記変形例1と同様、例えば低温時において透過状態から遮光状態への応答はそれほど遅れず(特性d1)、遮光状態から透過状態への応答は顕著に遅れる(特性d2)液晶シャッターを用いる。また、上記変形例2と同様、シャッター11の領域11R,11Lの閉状態から開状態への切り替えタイミングを、フレーム開始時刻t(s)よりも前のタイミングt1に早める。但し、本変形例では、更に、領域11R,11Lの開状態から閉状態への切り替えタイミングを早めると共に、露光終了のタイミングを早める。換言すると、開状態から閉状態への切り替えを、その次のフレーム開始時刻t(s)よりも前のタイミングt2において行うと共に、フレーム期間終了のタイミングt(e)よりも前のタイミングt3において1ライン目の露光を終了する。このため、本変形例では、各フレームR1,L1における露光期間TR2,TL2は、フレーム期間frよりも短く設定されている。
このような駆動タイミングによっても、上記第1の実施の形態および上記変形例2とほぼ同等の効果を得ることができる。また、領域11R,11Lの開状態から閉状態への切り替えタイミングと、露光終了のタイミングとの両方を早めることで、フレームR1,L1との間で生じ易いクロストークを回避することができる。
<変形例4>
図14は、変形例4に係るイメージセンサおよびシャッターの駆動タイミングを表したものであり、(A)はイメージセンサにおける露光期間および読み出し、(B)は低温時のシャッターの開閉切り替えを示す。
本変形例においても、上記変形例1と同様、例えば低温時において透過状態から遮光状態への応答はそれほど遅れず(特性d1)、遮光状態から透過状態への応答は顕著に遅れる(特性d2)液晶シャッターを用いる。但し、本変形例では、露光開始のタイミングを遅くする。換言すると、フレーム開始時刻t(s)よりも後のタイミングt4において1ライン目の露光を開始する。このため、本変形例では、各フレームR1,L1における露光期間TR3,TL3は、フレーム期間frよりも短く設定されている。このような駆動タイミングによっても、上記第1の実施の形態とほぼ同等の効果を得ることができる。また、画面上部側において明るさが低下する時間(Da)が生じるものの、フレームR1,L1との間で生じ易いクロストークを回避することができる。
尚、上記変形例2〜4で説明したタイミング制御以外にも、液晶シャッターの応答特性や、クロストークおよび明るさの各観点から、様々なタイミング制御が可能である。例えば、シャッターの開閉タイミングを早めるだけでなく、逆に遅くするようにしたり、露光開始および露光終了の両方のタイミングを変更したりしてもよい。
<変形例5>
図15は、変形例5に係るイメージセンサおよびシャッターの駆動タイミングを表したものであり、(A)はイメージセンサにおける露光期間および読み出し、(B)は低温時のシャッターの開閉切り替え、(C)は高温時のシャッターの開閉切り替えを示す。図16は、変形例5に係るシャッターの(A)高温時および(B)低温時における各応答特性を表したものである。
本変形例では、例えば低温時において遮光状態から透過状態への応答はそれほど遅れず(特性d3)、透過状態から遮光状態への応答は顕著に遅れる(特性d4)ような液晶シャッターが用いられている。換言すると、シャッター11が、透過状態から遮光状態への遷移時において、遮光状態から透過状態への遷移時よりも応答速度が遅くなる特性を有している。このような応答特性を有する液晶シャッターとしては、例えばSTNモードの液晶を用いると共に、偏光子および検光子をパラレルニコルの状態で配置させたものが挙げられる。
このような液晶シャッターを用いることで、図15(A),(B)に示したように、低温時には、クロストークが発生すると共に明るさが増す時間(Ct,Br)が生じる。結果として、画面の上部側と下部側で明るさが異なってしまうことになるが、この場合には、信号処理/記憶部13による後の画像処理において、例えばシェーディング補正を行い、画面全体の明るさを均一化すればよい。本変形例では、若干のクロストークが生じるものの、受光量を稼ぐことができるため、クロストーク低減よりも明るさが重要視されるようなアプリケーションに対して有用である。
尚、上記変形例5においても、上記変形例2〜4で説明したように、クロストークおよび明るさの各観点からシャッターの開閉切り替えや露光開始および露光終了の各タイミングを早めたり、遅くしたりする手法を適用可能である。
<第2の実施の形態>
図17は、本発明の第2の実施の形態に係るイメージセンサおよびシャッターの駆動タイミングを表したものであり、(A)はイメージセンサにおける露光期間および読み出し、(B)は低温時のシャッターの開閉切り替えを示す。本実施の形態における駆動動作は、上記第1の実施の形態と同様、撮像装置1において、制御部20がシャッター11およびイメージセンサを駆動する際のタイミング制御に関するものである。但し、本実施の形態では、イメージセンサにおける機能が上記第1の実施の形態と異なっている。
本実施の形態のイメージセンサは、上記第1の実施の形態のイメージセンサ12と同様、マトリクス状に配置された複数のフォトダイオードから線順次で信号の読み出しを行う、ローリングシャッタータイプの撮像素子(例えば、CMOS)である。但し、本実施の形態のイメージセンサには、グローバルリセット機能が付加されており、所定のタイミングで蓄積電荷をリセットする(蓄積電荷の無い状態にする)ようになっている。このグローバルリセット機能により、ローリングシャッタータイプのCMOSセンサ等においても、露光開始を画面一括して行うことができる。
例えば、制御部20は、図17(A)に示したように、フレームR1の開始時刻においてグローバルリセットGRを実行することにより、一斉に露光開始となる。その後、1フレーム期間(fr)経過時刻において1ライン目を露光終了とすると共に、1ライン目から読み出し(Read(R))を開始する。一方、図17(B)に示したように、上記グローバルリセットGRの実行タイミング(フレームR1の開始時刻)に同期して、シャッター11の領域11Rを閉状態から開状態へ切り替える。この後、1フレーム期間(fr)経過時刻において、領域11Rを開状態から閉状態へ切り替える。そして、フレームR1の全ライン分の読み出し(Read(R))の終了時刻(フレームL1の開始時刻)において、再びグローバルリセットGRを実行すると共に、シャッター11の領域11Lを閉状態から開状態へ切り替え、上記フレームR1と同様にしてフレームL1の露光および読み出し(Read(L))を行う。但し、各フレームR1,L1の読み出し期間TRead(R),TRead(L)の間は、シャッター11の領域11L,11Rのいずれも閉状態としておく。これにより、フレームR1,L1を有効フレームとして取得する。
即ち、本実施の形態では、グローバルリセット機能を利用して露光開始を一括して行い、領域11R(領域11L)の開状態から閉状態への切り替えにより、実質的な露光終了を一括して行うようにしている。尚、実際には、シャッターの閉状態への切り替え後の読み出し期間TRead(R),TRead(L)においても、各ラインでは読み出しが完了するまで、露光が継続することになるが、この期間中は、シャッターの全領域が閉じているので、蓄積電荷は生じない。これにより、各フレームにおける実質的な露光期間TR,TLに、時間的なずれが生じず、画面全体が同時刻に撮影される。勿論、左右のクロストークが発生することもない。よって、線順次駆動型のイメージセンサを使用しつつも、面順次駆動型のイメージセンサを用いた場合と同様のゆがみのない映像を撮影可能となる。これは、被写体が高速移動する場合にも適用可能である。従って、上記第1の実施の形態と同等またはそれ以上の効果を得ることができる。
<第2の実施の形態の変形例>
次に、上記第2の実施の形態におけるシャッターおよびイメージセンサの他の駆動例(変形例6〜8)について説明する。以下の変形例6〜8の駆動例は、上記第2の実施の形態と同様、撮像装置1において、制御部20がシャッター11と、グローバルリセット機能を有するイメージセンサ12とを駆動する際のタイミング制御に関するものである。また、但し、変形例6〜8の駆動例では、シャッター11として、上記第1の実施の形態の変形例において説明した液晶シャッターを用いた場合に特有の駆動動作に関するものである。
<変形例6>
図18は、変形例10に係るイメージセンサおよびシャッターの駆動タイミングを表したものであり、(A)はイメージセンサにおける露光期間および読み出し、(B)は低温時のシャッターの開閉切り替え、(C)は高温時のシャッターの開閉切り替えを示す。
本変形例では、上記変形例1と同様、例えば低温時において透過状態から遮光状態への応答はそれほど遅れず(特性d1)、遮光状態から透過状態への応答は顕著に遅れる(特性d2)液晶シャッターを用いる。このような液晶シャッターを用いることにより、図18(A),(B)に示したように、低温時には、領域11R,11Lの閉状態から開状態への切り替えに際して、特性d2により、各フレームR1,L1のうち、露光期間中に受光量が低下する時間(Da)が発生する。ところが、上記第2の実施の形態で説明したように、グローバルシャッター機能により露光期間に時間的なずれが生じないため、画面の一部ではなく全体が均一に暗くなる。このため、撮影画像の明るさにむらが生じることはなく、シェーディング補正等を行う必要はない。尚、領域11R,11Lの開状態から閉状態への切り替えに際し、特性d1により、各フレームR1,L1では露光期間の延長(Bd)が僅かに生じるが、これは、画面の上端と他の領域との明るさが僅かに異なるだけであるので、実用上問題とならない。
このように、グローバルリセット機能を利用した場合には、シャッター11として応答特性が変化し易い液晶シャッターを用いた場合であっても、ほとんどクロストークが発生することがないので、システムとして温度変化への対応を別途行わなくても精度良く視点画像を撮影することができる。
<変形例7>
図19は、変形例7に係るイメージセンサおよびシャッターの駆動タイミングを表したものであり、(A)はイメージセンサにおける露光期間および読み出し、(B)は低温時のシャッターの開閉切り替えを示す。
本変形例においても、上記変形例1,6と同様、例えば低温時において透過状態から遮光状態への応答はそれほど遅れず(特性d1)、遮光状態から透過状態への応答は顕著に遅れる(特性d2)液晶シャッターを用いる。但し、本変形例では、シャッター11の領域11R,11Lの閉状態から開状態への切り替えタイミングを早める。換言すると、フレーム開始時期(ここでは、露光開始およびグローバルリセットGRの各タイミングと等しい)t(s)よりも前のタイミングt1において、領域11R,11Lの閉状態から開状態への切り替えを行う。これにより、上記変形例6に比べ、クロストークの発生する時間(Ct)は生じるものの、明るさが低下する時間を削減することができる。従って、液晶シャッターを用いて光路切り替えを行う場合において、クロストーク低減よりも明るさが重要視されるようなアプリケーションに対して特に有用である。
<変形例8>
図20は、変形例8に係るイメージセンサおよびシャッターの駆動タイミングを表したものであり、(A)はイメージセンサにおける露光期間および読み出し、(B)は低温時のシャッターの開閉切り替え、(C)は高温時のシャッターの開閉切り替えを示す。
本変形例では、上記変形例5と同様、例えば低温時において遮光状態から透過状態への応答はそれほど遅れず(特性d3)、透過状態から遮光状態への応答は顕著に遅れる(特性d4)液晶シャッターを用いる。このような液晶シャッターを用いることで、図20(A),(B)に示したように、低温時には、領域11R,11Lの開状態から閉状態への切り替えに際し、特性d4により、露光期間の延長(Bd)が生じる。その結果、画面の上部から下部にかけてグラデーションがかかったように、一方が明るくなる。尚、これは、シェーディング補正を行うことで均一化してもよい。また、領域11R,11Lの閉状態から開状態への切り替えに際し、特性d3により、各フレームR1,L1では受光量が低下する時間(Da)が僅かに生じるが、これは、画面に明るさのむらを生じさせる程のものではないので、実用上問題とならない。また、上記変形例6と同様、ほとんどクロストークが発生することがないので、システムとして温度変化への対応を別途行わなくても精度良く視点画像を撮影することができる。
尚、液晶シャッターを用いると共にグローバルリセット機能を利用する場合にも、上記駆動例に限らず、クロストークおよび明るさの各観点からシャッターの開閉切り替えおよび露光開始(グローバルリセット)の各タイミングを早くまたは遅くしてもよい。
<変形例9>
上記変形例1〜8では、シャッター11として液晶シャッターを用いた場合において、その応答特性に応じたタイミング制御について説明したが、例えば次のように駆動シーケンスを制御するようにしてもよい。ここで、図21に、液晶シャッターにおける透過率変化(応答特性)について示す。液晶シャッターは、前述のように電圧制御によってその透過率を変化させるが、具体的には、開状態(透過状態)および閉状態(遮光状態)がそれぞれ時分割で交互に繰り返されるようなシーケンスの電圧で駆動される。本変形例では、制御部20が液晶シャッターの駆動シーケンスを複数保持しており、応答速度やオープン時平均透過率が所望の値となるように、液晶シャッターの応答特性に応じて、それら駆動シーケンスの切り替えを行う。尚、オープン時平均透過率とは、シャッターの開閉を周期的に繰り返す駆動状態における開期間での透過率の平均値である。
例えば、低温時等、応答速度が低下している場合には、応答速度を上げるような駆動シーケンスの電圧を液晶シャッターに印加し、逆に高温時等、応答速度が十分に速い場合には、オープン時平均透過率を上げるような駆動シーケンスの電圧を印加する。そのような駆動シーケンスの数は2つ(2段階切り替え)であってもよいし、3つ以上の多段階切り替えとしてもよい。また、前述のように、応答特性を何らかの検出手段によって検出し、その結果に応じた駆動シーケンスを選択することで、様々な環境下において液晶シャッターに最適な動作を行わせることが可能となる。これにより、複数の視点画像において、クロストークの発生を抑えたり、あるいは明るさを増大させることができ、上記変形例1〜8で説明したようなタイミング制御による場合と、ほぼ同等の効果を得ることができる。
<画像処理例>
次に、上述したような複数の視点画像を取得するための撮像装置1において、好適な画像処理例について説明する。特に、撮影対象が連続的な動きを伴う動画(フレームR1,L1を時分割で交互に繰り返し取得する場合)である場合に有効な処理を挙げる。また、これらの画像処理は、例えば制御部20の制御に基づいて、信号処理/記憶部13が行う。
(1.モーションブラー処理)
図22は、通常の動画フレームレートで撮影した画像(元画像F:F1,F2,F3,…)と、これに対応する左視点画像(L:L1,L2,L3,…)および右視点画像(R:R1,R2,R3,…)の一例を時間軸に沿って並べたものである。撮像装置1では、左視点画像(L)および右視点画像(R)が時分割で交互に取得されるため、左視点画像(L)および右視点画像(R)では、元画像(F)における1フレーム(1フィールド)分を時間的に間引いたような画像群となる。
このため、動きの遅い被写体であれば特に問題は生じないが、動きの早い被写体の場合には、いわゆるジャーキネス(パラパラと見える現象)が目立ってしまう。このようなジャーキネスは、眼精疲労を招く要因となるため、排除されることが望ましい。そこで、例えば、次のようなモーションブラー処理を行うとよい。即ち、まず、記憶された左視点画像(L:L1,L2,L3,…)および右視点画像(R:R1,R2,R3,…)を、図22に示したように左視点画像のみの画像列と、右視点画像のみの画像列とにそれぞれ並べ替える。その後、例えば図23に示したように、各画像列(ここでは左視点画像の列を挙げる)において、例えば画像L2に着目し、その時間的に前後の画像L1,L3に基づいて、画像L2の面内における被写体の動きベクトルVを算出する。画像L1〜L3において、算出した動きベクトルVの方向に沿って被写体の像をぼかすことにより、モーションブラー処理後の左視点画像(La:La1,La2,La3,…)を生成する。これにより、動きの早い被写体を撮影する場合であっても、ジャーキネスの影響を低減することができる。モーションブラー処理としては、この他にも、例えば画像L1〜L3の比重を変えて(例えば画像L1を100、画像L2,L3を50)、これらをブレンディングする手法なども挙げられる。
(2.画像補間処理)
図24は、左視点画像(L:L1,L2,…)および右視点画像(R:R1,R2,…)の一例を時間軸に沿って並べたものある。撮像装置1では、左視点画像(L)と右視点画像(R)が時分割で交互に取得されるため、実際には、左視点画像(L)の各画像と右視点画像(R)の各画像が、互いに同時刻に撮影されたものではない。このため、例えば、動きのある被写体を撮影した場合、左視点画像および右視点画像を、フレームシーケンシャルタイプのディスプレイを用いて左右交互に順次出力するのであれば問題はないが、これらを同時に出力する場合には、不自然な立体感となってしまう。これは、左右の視点画像間において、視差による被写体像の変化と、動きによる被写体像の変化とが、明確に分離されないことに起因する。
そこで、図25に示したように、左視点画像および右視点画像のそれぞれの画素列において、時間的に前後する1つ以上の画像の情報に基づいて各画像間の画像(補間画像)を生成する画像補間処理を行う。具体的には、画像L1および画像L2の情報に基づいて、その間に補間画像L12を生成する。同様に、前後の画像情報に基づいて、補間画像L23および補間画像R01,R12をそれぞれ生成する。この画像補間処理は、映像の記録前に行って、撮影した画像と共に記録するようにしてもよい。また、撮影した画像のみを記録しておき、表示時に補間画像を生成してもよい。これにより、視差による被写体像の変化と、動きによる被写体像の変化とを分離することができ、左右の視点画像を同時に表示した場合にも違和感が生じなくなる。
以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態等では、シャッター11として液晶シャッターを用い、左右2つの領域に分割して光路切り替えを行う場合を例に挙げて説明したが、3つ以上に分割して、3つ以上の多視点画像を取得するようにしてもよい。
1…撮像装置、10a,10b…撮像レンズ、11…シャッター、11R…領域(右側シャッター)、11L…領域(左側シャッター)、12…イメージセンサ、13…信号処理/記憶部、20…制御部、R1…フレーム(右視点画像)、L1…フレーム(左視点画像)、TR,TL…露光期間、TOPEN(R),TOPEN(L)…シャッター開期間。

Claims (19)

  1. 撮像レンズと、
    複数の領域に分割され、前記領域毎に開状態および閉状態が切り替え制御されるシャッターと、
    線順次駆動される複数の受光画素を含むと共に、複数のフレームからなる撮像画像を取得する撮像素子と、
    前記シャッターにおける各領域の開閉を切り替えると共に、前記撮像素子における露光および信号の読み出しを制御する制御部とを備え、
    前記制御部は、
    前記撮像素子を駆動して、少なくとも第1のフレームと、前記第1のフレームの露光終了以降に露光が開始された第2のフレームとをそれぞれ取得し、
    前記撮像素子における前記複数の受光画素の露光開始を一括して行うと共に、露光終了および読み出しを線順次で行い、かつ
    前記第1のフレームの開始時刻に応じて、前記シャッターの第1の領域を閉状態から開状態へ切り替えると共に他の領域を閉状態とし、1フレーム期間経過時刻に応じて、前記第1の領域を開状態から閉状態へ切り替えると共に1ライン目から信号の読み出しを開始し、
    前記第2のフレームの開始時刻に応じて、前記シャッターの第2の領域を閉状態から開状態へ切り替えると共に他の領域を閉状態とし、1フレーム期間経過時刻に応じて、前記第2の領域を開状態から閉状態へ切り替えると共に1ライン目から信号の読み出しを開始する
    撮像装置。
  2. 前記シャッターは、液晶シャッターである
    請求項に記載の撮像装置。
  3. 前記液晶シャッターは、透光状態から遮光状態へ遷移する場合よりも、遮光状態から透光状態へ遷移する場合に応答速度が遅くなる特性を有する
    請求項に記載の撮像装置。
  4. 前記液晶シャッターは、遮光状態から透光状態へ遷移する場合よりも、透光状態から遮光状態へ遷移する場合に応答速度が遅くなる特性を有する
    請求項に記載の撮像装置。
  5. 前記制御部は、前記液晶シャッターの応答特性に応じて、各フレームの露光開始および露光終了のタイミング、前記液晶シャッターにおける開閉の切り替えタイミング、前記液晶シャッターへの駆動シーケンスのうち少なくとも1つを制御する
    請求項に記載の撮像装置。
  6. 前記制御部は、各フレームにおいて、
    フレーム開始時刻に1ライン目の露光を開始させ、
    前記1ライン目の露光開始前に、前記シャッターの1の領域を閉状態から開状態へ切り替える
    請求項に記載の撮像装置。
  7. 前記制御部は、各フレームにおいて、
    1フレーム期間終了前に1ライン目の露光を終了し、
    前記の領域の開状態から閉状態への切り替えを、全ラインの露光終了後で、かつ次のフレームの1ライン目の露光開始前に行う
    請求項に記載の撮像装置。
  8. 前記制御部は、各フレームにおいて、
    フレーム期間開始後に1ライン目の露光を開始させ、
    前記1ライン目の露光開始前に、前記シャッターの1の領域を開状態から閉状態へ切り替える
    請求項に記載の撮像装置。
  9. 前記液晶シャッターの応答速度を検出する検出部を有する
    請求項に記載の撮像装置。
  10. 前記検出部は、温度センサを含む
    請求項に記載の撮像装置。
  11. 前記シャッターは、第1および第2の領域として左右に光路を分割する2つの領域を有し、
    前記制御部は、前記第1および第2のフレームとして左視点画像および右視点画像を取得する
    請求項1に記載の撮像装置。
  12. 前記制御部は、前記左視点画像および前記右視点画像を時分割で交互に繰り返し取得する
    請求項11に記載の撮像装置。
  13. 前記制御部は、複数の左視点画像および右視点画像のそれぞれに対し、モーションブラー処理を施す
    請求項12に記載の撮像装置。
  14. 前記制御部は、複数の左視点画像において時間的に前後の関係にある1つ以上の左視点画像同士、および複数の右視点画像において時間的に前後の関係にある1つ以上の右視点画像同士を用いて、補間画像を生成する
    請求項12に記載の撮像装置。
  15. 撮像レンズと、
    複数の領域に分割され、前記領域毎に開状態および閉状態が切り替え制御される液晶シャッターと、
    線順次駆動される複数の受光画素を含むと共に、複数のフレームからなる撮像画像を取得する撮像素子と、
    前記液晶シャッターにおける各領域の開閉を切り替えると共に、前記撮像素子における露光および信号の読み出しを制御する制御部とを備え、
    前記制御部は、
    前記撮像素子を駆動して、少なくとも第1のフレームと、前記第1のフレームの露光終了以降に露光が開始された第2のフレームとをそれぞれ取得し、
    前記第1のフレームの露光期間に対応して前記液晶シャッターの第1の領域を開状態、他の領域を閉状態にそれぞれ制御し、前記第2のフレームの露光期間に対応して前記液晶シャッターの第2の領域を開状態、他の領域を閉状態にそれぞれ制御し、
    前記第1および第2のフレームのそれぞれにおいて、フレーム開始時刻に1ライン目の露光を開始させ、かつ前記1ライン目の露光開始前に、前記液晶シャッターの1の領域を閉状態から開状態へ切り替える
    撮像装置。
  16. 前記制御部は、前記第1および第2のフレームのそれぞれにおいて、
    1フレーム期間終了前に1ライン目の露光を終了し、
    前記一の領域の開状態から閉状態への切り替えを、全ラインの露光終了後で、かつ次のフレームの1ライン目の露光開始前に行う
    請求項15に記載の撮像装置。
  17. 前記制御部は、前記撮像素子における前記複数の受光画素の露光開始、露光終了および読み出しを線順次で行う
    請求項15に記載の撮像装置。
  18. 前記制御部は、前記撮像素子における前記複数の受光画素の露光開始を一括して行い、露光終了および読み出しを線順次で行う
    請求項15に記載の撮像装置。
  19. 撮像レンズと、
    複数の領域に分割され、前記領域毎に開状態および閉状態が切り替え制御される液晶シャッターと、
    線順次駆動される複数の受光画素を含むと共に、複数のフレームからなる撮像画像を取得する撮像素子と、
    前記液晶シャッターにおける各領域の開閉を切り替えると共に、前記撮像素子における露光および信号の読み出しを制御する制御部とを備え、
    前記制御部は、
    前記撮像素子を駆動して、少なくとも第1のフレームと、前記第1のフレームの露光終了以降に露光が開始された第2のフレームとをそれぞれ取得し、
    前記第1のフレームの露光期間に対応して前記液晶シャッターの第1の領域を開状態、他の領域を閉状態にそれぞれ制御し、前記第2のフレームの露光期間に対応して前記液晶シャッターの第2の領域を開状態、他の領域を閉状態にそれぞれ制御し、
    前記第1および第2のフレームのそれぞれにおいて、フレーム期間開始後に1ライン目の露光を開始させ、かつ前記1ライン目の露光開始前に、前記液晶シャッターの1の領域を開状態から閉状態へ切り替える
    撮像装置。
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