JP5791245B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置に関する。

２台のカメラにより撮影された左眼用と右眼用の画像から立体画像を得る際に両画像の画角を一致させるべく、基準となるカメラの画角を設定し、その画角と合うように各モニタ画面を参照しながら残り１台のカメラのズーム操作を行うことは知られている。しかし、この作業には熟練が必要で画角調整は容易ではない。

そこで、特許文献１は、２台のカメラの各レンズの駆動を同期させ、基準となる１台のカメラでズーム操作を行うと、画角がほぼ同一になるようにもう１台のカメラのレンズも駆動する方法を提案している。また、特許文献２では各カメラによりそれぞれ撮像された画像の大きさを比較し、比較結果に基づいてズーム位置制御信号を生成する方法を提案している。更に、特許文献３では、各カメラによりそれぞれ撮像された画像の大きさが一致するように電子ズームを使った画角合わせを行う方法を提案している。

特開平１１−０２７７０２号公報 特開平０８−２５１６２６号公報 特開２００６−２５１６８３号公報

特許文献１では、２台のカメラの設置位置のずれやレンズ特性のずれによって生じる画角のずれを考慮していないので画角調整の精度が低かった。また、特許文献２と３の方法は、いずれも被写体の大きさを検出する特別な装置と検出結果を画角合わせにフィードバックする手段が必要であり、安価に画角調整をすることができなかった。

そこで、本発明は、画角調整を高精度で簡単に行う撮像装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の撮像装置は、変倍に際して変倍レンズを移動するために操作される操作手段と、前記変倍レンズの移動量を検出する検出手段と、前記変倍レンズの移動量と焦点距離との関係と、前記検出手段の検出結果から前記焦点距離の等間隔の変化量に応じてインクリメント／デクリメントされるインデックスを生成すると共に命令入力に応じて前記インデックスの基準値を設定するインデックス設定手段と、前記操作手段による操作において前記基準値からの差を表示する表示手段と、を有することを特徴とする。

本発明は、画角調整を高精度で簡単に行う撮像装置を提供することができる。

本実施例のビデオカメラのブロック図である。 ３Ｄ撮影をする場合の画角合わせの課題を説明するための図である。 図２に示す課題を解決手段を説明するための図である。 画角合わせ及び原点設定が行われた図２に示す２台のカメラのモニタ部の表示状態を示す図である。 図３及び図４で説明した画角合わせを実現するためのカメラマイコンの動作を示すフローチャートである。

図１は、実施例のビデオカメラ（撮像装置）のブロック図である。なお、本発明の撮像装置は、ビデオカメラに限らず、デジタルスチルカメラ等、各種の撮像装置に適用できる。

ビデオカメラは、撮影光学系、撮像素子１０６、ＣＤＳ／ＡＧＣ（相関二重サンプリング／オートゲインコントロール）１０７、カメラ信号処理回路１０８、モニタ部１０９、ズーム駆動源１１０、ズーム位置検出部１１１を有する。また、ビデオカメラは、フォーカシング駆動源１１２、ＡＦ信号処理回路１１３、カメラマイコン１１４、キー操作部１１６を更に有する。

撮影光学系は、被写体の光学像を撮像素子１０６の撮像面に形成し、物体側（図の左側）から順に、正、負、正、正の光学パワーを有する４つのレンズユニットで構成されたリアフォーカス光学系であるが、撮影光学系はリアフォーカス光学系に限定されない。なお、図中には、各レンズユニットが１枚のレンズにより構成されているように記載されているが、実際には、１枚のレンズにより構成されていてもよいし、複数枚のレンズにより構成されていてもよい。

撮影光学系は、光軸上に固定されている第１群（前玉）レンズユニット１０１、変倍レンズユニット１０２、絞り１０３、光軸上に固定されている第２群（後玉）レンズユニット１０４、フォーカスレンズユニット１０５を有する。

変倍レンズユニット（ズームレンズユニット）１０２は光軸方向に移動して変倍を行う。絞り１０３は光量を調整する。フォーカスレンズユニット１０５は焦点調節機能と変倍による像面移動を補正するコンペセータ機能とを兼ね備え、変倍レンズユニットの光軸後方にあって光軸方向に移動する。

撮像素子１０６はＣＣＤやＣＭＯＳセンサにより構成され、撮影光学系を通ってきた物体からの光束はこの撮像素子１０６上に結像する。撮像素子１０６は、結像した物体像を光電変換して撮像信号を出力する。

ＣＤＳ／ＡＧＣ１０７は、撮像素子１０６からの撮像信号をサンプリングしてゲイン調節してカメラ信号処理回路１０８へ入力する。カメラ信号処理回路１０８は、入力された撮像信号を処理して映像信号を生成し、モニタ部１０９に送って撮影画像として表示させる表示手段である。なお、モニタ部１０９は、撮影モードや撮影状態、後述するスケール情報（またはインデックス）・警告等を撮影者に知らせる画像も表示される。画角を調整する際は、キー操作部１１６による操作を、このモニタ部１０９に表示される画像やスケール情報を参照しながら行う。

ズーム駆動源（変倍駆動源）１１０は、変倍レンズユニット１０２を光軸方向に駆動する。ズーム位置検出部１１１は、変倍レンズユニット１０２の位置または移動量を検出する検出手段である。フォーカシング駆動源１１２は、フォーカスレンズユニット１０５を光軸方向に駆動する。ズーム駆動源１１０及びフォーカシング駆動源１１２は、ステッピングモータ、ＤＣモータ、振動型モータ及びボイスコイルモータ等のアクチュエータにより構成される。

ＡＦ信号処理回路１１３は、ＣＤＳ／ＡＧＣ１０７からの出力された信号から高周波成分や輝度差成分（輝度レベルの最大値と最小値の差分）等を抽出して第１の情報としてのＡＦ評価値信号を生成する。ＡＦ評価値信号は、カメラマイコン１１４に出力される。ＡＦ評価値信号は、撮像素子１０６からの出力信号に基づいて生成される映像の鮮鋭度（コントラスト状態）を表すものであるが、鮮鋭度は撮像光学系の焦点状態によって変化するので、結果的に撮像光学系の焦点状態を表す信号となる。

カメラマイコン１１４は、ビデオカメラ全体の動作を制御すると共に、２台のカメラを並べて３Ｄ撮影をする場合のカメラ間の画角合わせを容易にするために画角合わせ用スケール情報を生成するコンピュータ（プロセッサ、制御手段）である。カメラマイコン１１４は、変倍レンズユニット１０２の移動量と焦点距離との関係と、ズーム位置検出部１１１の検出結果から焦点距離の変化量に対応したインデックスを生成すると共にインデックスの基準値を設定するインデックス設定手段として機能する。インデックスの基準値は、後述するように、原点におけるインデックス値（原点インデックス）である。

キー操作部１１６は、変倍（ズーミング）に際して変倍レンズユニット１０２を光軸方向に移動するために操作される操作手段である。また、キー操作部１１６は、後述するように、原点をリセットするリセット手段として機能することができる。

図２（ａ）は被写体２００をカメラ２１０で撮影した撮影画像２１１とカメラ２２０で撮影した撮影画像２２１を示している。図２（ａ）では各カメラの設置位置が被写体から等距離となるように精度良く設置され、各カメラのズーム位置を確認するズームバー２１２と２２２も正確に合わせられている。ズームバー２１２と２２２において、Ｗは広角端でＴは望遠端を示している。各撮影画像における被写体の画角に僅かな差Ｍが出ている。これは、ズームバー２１２と２２２が、変倍レンズユニット１０２の位置（ズーム位置）を示したものであり焦点距離を示すものではないため、ズームバーを指標とした画角合わせは正確さを欠いているからである。

図２（ｂ）は、「ズーム位置−焦点距離」の特性を示すグラフである。画角は焦点距離によって調整されるが、図２（ｂ）に示すように、レンズの焦点距離には個体ばらつきがある。このため、たとえカメラ間のズーム位置を正確に合わせても（図中Ａ）撮影画像の画角にずれが発生してしまう（図中Ｂ）。また、ズームレンズの移動量に対する焦点距離の変化量は広角側から望遠側に向かって大きくなるため、焦点距離の個体ばらつきの大きさはズーム位置によっても変化し（図中Ｃ）、ズーム操作のたびに画角合わせの再調整が発生してしまう。

図３（ａ）は、画角合わせ指標として用いるインデックスを説明するグラフである。インデックスは広角側から望遠側へのズーム操作にて焦点距離が所定量変化するたびにインクリメントされ、図３（ａ）では焦点距離が１．５％変化するたびにインクリメントされている。ここで、「焦点距離が１．５％の変化する量」とは家庭用モニタで画角差が認識できない程度の変化量から選んだ値であるが、モニタの大型化が進むと更に細かい変化量で管理することが必要となる。

ズームレンズの移動量に対する焦点距離の変化量は広角側から望遠側に向かって大きくなり、この特性は、ズームレンズの種類に応じてほぼ特定される。ズーム位置はズームレンズの動きに応じて計測される情報でズーム位置検出部１１１より得られる。

ズーム駆動源１１０がステッピングモータであれば、ズームレンズの広角端からの移動量をステッピングモータの駆動パルス数から継続的に計測することでズーム位置を計測することができる。よって駆動パルス数と焦点距離の関係を示したデータテーブルを準備すれば、実際計測された駆動パルス数とデータテーブルとの比較によって、インデックスを得ることができる。

図３（ｂ）は、インデックスを使用した２台のカメラの画角合わせ方法を説明するためのグラフである。ここでまず図中Ｌの焦点距離でカメラ２１０とカメラ２２０の画角合わせが行われている。この状態から図中Ｄでカメラ２１０の原点セットを行う。

図３（ｂ）ではインデックス値８のズーム位置で原点の設定が行われ、原点のインデックス値である基準値が記憶されると共に基準値との差を表すスケール情報（スケール値）が０として設定される。カメラ２２０に関しても同様に図中Ｅにてインデックス値１０のズーム位置で原点が設定され、原点のインデックス値である基準値が記憶されると共に基準値との差を表すスケール情報が０として設定される。

図４（ａ）は画角合わせ及び原点セットが行われた状態のカメラ２１０及び２２０の各モニタ部の表示状態を示している。画角が合わされた状態で、ズームバー２１２と２２２はずれた状態で画角があっており、また画角合わせの指標となるスケール情報２１３と２２３は共に０に設定されている。

図３（ｂ）に戻り、図中Ｆにおいて、カメラ２１０をズーム操作して画角を変更し、インデックス値１を取得すると共に、Ｄでバックアップされた基準値からの差であるスケール情報−７を取得する。図中Ｇにおいて、カメラ２１０の画角にカメラ２２０を合わせる際にスケール情報を指標としてズーム操作を行う。カメラ２２０のスケール情報が、カメラ２１０と同じ−７となるところに変倍レンズユニット１０２を移動すると、カメラ２１０と２２０の焦点距離がほぼ同等となって、画角も一致する。

図４（ｂ）はズーム操作後にカメラ２１０と２２０のスケール情報２１３と２２３を合わせた状態の各モニタ部の表示状態を示している。スケール情報を一致している状態では、画角も一致していることが分かる。

図５は、カメラマイコン１１４が実行する画角合わせ方法を示すフローチャートであり、「Ｓ」はステップ（Ｓｔｅｐ）の略である。図５に示す一連の処理は、垂直同期信号に同期して実行され１垂直同期時間（１Ｖ）に１回、カメラマイコン１１４内に格納されたコンピュータプログラムに従って実行される。

図５（ａ）の、カメラマイコン１１４が実行するインデックス計測方法を示すフローチャートである。

まず、カメラマイコン１１４は、ズーム位置検出部１１１よりズーム位置情報を取得し、変数ｐｏｓとして設定する（Ｓ５０１）。ここでは、ズーム位置情報としてステッピングモータの駆動パルス数が計測される。

次に、カメラマイコン１１４は、変数ｎを０に設定（クリア）し（Ｓ５０２）、ｐｏｓとデータテーブルｔｂｌ［ｎ］との比較を行う（Ｓ５０３）。データテーブルｔｂｌ［ｎ］は、焦点距離が１．５％変化するためのズームレンズの移動量を予め設定したもので、図５（ｂ）に示す構成を有する。カメラマイコン１１４は、ｐｏｓがｔｂｌ［ｎ］のデータ以上の場合は、変数ｎをインクリメントする（Ｓ５０４）。Ｓ５０３とＳ５０４の処理はｔｂｌ［ｎ］未満となるｐｏｓが確認されるまで繰り返される。Ｓ５０３にてｔｂｌ［ｎ］未満となるｐｏｓが確認されると、変数ｎがインデックスとして設定される（Ｓ５０５）。

次に、カメラマイコン１１４は、キー操作部１１６から原点リセットの命令が入力されると原点セット処理を実行し（Ｓ５０７）、原点リセットの命令が入力されなければスケール計測処理を実行する（Ｓ５０８）。

図５（ｃ）は、原点セット処理を示すフローチャートである。ここでは、カメラマイコン１１４は、インデックスのバックアップが行い（Ｓ５１１）、スケール情報をクリアして（Ｓ５１２）処理を終了する。スケール情報はモニタ部１０９に送られ、映像信号やその他カメラ情報とともに表示される。

図５（ｄ）は、スケール計測の処理を示すフローチャートである。ここでは、カメラマイコン１１４は、インデックスとバックアップの差分データとしてスケール情報が設定し（Ｓ５２１）、処理を終了する。

以上、本実施例では、ズームレンズの移動量（駆動パルス数）と焦点距離の関係を示したデータテーブルを準備し、計測された移動量（駆動パルス数）とデータテーブルとを比較することによって、画角合わせの指標となるスケール情報を取得する。これにより、カメラマイコン１１４の処理が簡素で且つ処理負荷が軽く、また、近似を使用しないので高精度な画角合わせを行うことができるという効果を有する。但し、ズームレンズの移動量（駆動パルス数）と焦点距離の関係は近似式で表すことができるので、この近似式を使って焦点距離を算出し、算出された焦点距離の変化に応じてスケール情報を計測しても十分な精度が得られる。この場合には、カメラマイコン１１４の処理負荷はさらに軽減される。

本発明は、少なくとも２台の撮像装置を並べて配置して画角を合わせる撮影補助システムに適用可能である。

撮像装置は、被写体を撮像する用途に適用することができる。

１０２ 変倍レンズ（ズームレンズ）
１０９ モニタ部（表示手段）
１１０ ズーム駆動源（駆動手段）
１１１ ズーム位置検出部（検出手段）
１１４ カメラマイコン（制御手段）
１１６ キー操作部（操作手段、リセット手段）

Claims (5)

1. 変倍に際して変倍レンズを移動するために操作される操作手段と、
   前記変倍レンズの移動量を検出する検出手段と、
   前記変倍レンズの移動量と焦点距離との関係と、前記検出手段の検出結果から前記焦点距離の等間隔の変化量に応じてインクリメント／デクリメントされるインデックスを生成すると共に命令入力に応じて前記インデックスの基準値を設定するインデックス設定手段と、
   前記操作手段による操作において前記基準値からの差を表示する表示手段と、
   を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記インデックスは前記焦点距離が所定量変化するたびに変化することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記関係は近似式であることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記インデックスの基準値をリセットするリセット手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
5. 前記撮像装置は、異なる視点から被写体を撮像した複数の視差画像のうち１つの視差画像を取得する撮像手段を有する立体画像撮像装置であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。