JP6080541B2 - 立体画像取得装置および立体画像取得方法 - Google Patents
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請求項1に係る立体画像取得装置によれば、隣接する光学素子によって生成される光学像に重複を生じず、かつ、各光学素子によって生成される光学像に欠落箇所を生じないようにして奥行きの正しい立体画像の情報を取得することができる。すなわち、インテグラルフォトグラフィ方式による撮像において、隣接する微小な光学素子間での光の漏れを回避し、かつ光学素子により十分な大きさの奥行きの正しい光学像を生成することができる。したがって、立体画像取得装置により取得した情報を用いて表示される立体画像の品質を高めることができる。
請求項4に係る立体画像取得方法によれば、対物光学系を標準の焦点距離に合わせて光学像に重複や欠けが生じないように設定すれば、光学像を例えば拡大したときにも重複や欠けが生じない立体画像の情報を適切に取得することができる。
本発明の第1実施形態に係る立体画像取得装置の構成について説明する。なお、図8および図10に示した従来の立体画像取得装置101,103において100番台の符号を付して説明した構成要素で下2ケタの数字が同じ構成については同様の構成要素なので説明を適宜省略して説明する。
立体画像取得装置1の制御部は、図示を省略したCPU、メモリ、入出力インタフェース等を搭載した一般的なコンピュータで実現することができる。このとき、立体画像取得装置1の制御部は、コンピュータを前記した光学系パラメータ取得部20、データ転送部21、画像情報処理部22および画像データ伝送部26として機能させる立体画像取得プログラムによって動作する。
画像データ伝送部26は、撮像素子13で取得した画像データを画像情報処理部22に伝送するものである。
図1では、立体画像取得装置1は、遠方の被写体の一例として、円柱11aおよび角柱11bを、対物光学系17を介して矢印で示す撮影方向14から撮影し、被写体の微小な画像(正立像)15を生成する。対物光学系17は、被写体(円柱11aおよび角柱11b)と光学素子アレイ12との間に配置されている。本実施形態では、対物光学系17は、単一の焦点距離を有する光学系であり、例えば凸レンズで構成されている。対物光学系17から被写体までの距離をz1と表記し、対物光学系17から光学素子アレイ12までの距離をz2と表記した。本実施形態では、距離z2は、対物光学系17の主点から光学素子30の主点までの距離を表す。本実施形態では、距離z2は固定されている。
次に、本発明の第1実施形態に係る立体画像取得方法において、対物光学系17の有効口径の大きさΩ0を決定する手順について図3を参照(適宜図1参照)して説明する。
まず、光学素子アレイ12を構成する光学素子のピッチpc、および光学素子アレイ12から撮像素子13までの距離dcを設定する(ステップS1:撮像素子距離設定ステップ)。ここで、光学素子のピッチpcは任意の値を取り得る。一般に、ピッチpcが微細なほど、対物光学系17によって生成される被写体の実像を細かくサンプリングすることが可能となる。距離dcは、光学素子の焦点距離に設定されることが多いが、この限りではない。
以上の手順で立体画像取得装置1の配置を決定して構成すれば、光学素子30により生成される微小な画像15において、重複もせず、かつ欠落も生じることがない。
本実施形態では、画像情報処理部22が前記式(2)を用いて有効口径の大きさΩ0を求める演算を行うこととした。このために、画像情報処理部22は、前記式(1)を用いて、生成される光学像の範囲wcを求める演算も行う。
上記具体例では、簡単のため、対物光学系17,光学素子アレイ12,撮像素子13の中心位置を合わせておくことを式(3)の前提であるものとしたが、対物光学系17、光学素子アレイ12、撮像素子13の相対的な位置関係が分かっていれば、この限りでは無い。例えば撮像素子13の中心と光学素子30の中心とが一致していなくてもよい。このような場合、撮像素子13の中心と光学素子30の中心とのずれ分を検出すれば、撮像素子13の中心位置から各光学像の中心位置までの距離を正確に算出することができる。例えば、撮像素子13の中心と光学素子30の中心と間の幅方向のずれがΔxであり、高さ方向のずれがΔyである場合、式(3)のξをΔxだけずらし、1つ1つの画像の中心の高さをΔyだけずらせばよい。
次に、本発明の第1実施形態に係る立体画像取得方法として、主に画像情報処理部22の処理手順について図6を参照(適宜図4および図5参照)して説明する。
ステップS11では、図3に示すステップS3で設定した、対物光学系17から光学素子アレイ12までの距離z2を光学系パラメータ取得部20にて取得する。
ステップS12では、光学系パラメータ取得部20で取得した距離z2を、データ転送部21が画像情報処理部22に転送する。このときには、画像情報処理部22では、図3に示すステップS1で設定する、光学素子アレイ12を構成する光学素子のピッチpc、および光学素子アレイ12から撮像素子13までの距離dcを保持しておく。
ここでは、図1の立体画像取得装置1(以下、実施例という)の効果を説明するために、光学的な遮蔽板116(図8参照)を設けず、かつ対物光学系17(図1参照)を使用しない従来例(以下、比較例という)との対比を説明する。
<比較例>
比較例の装置によって被写体を撮影した場合、光学素子アレイにおける個々の光学素子で生成される個々の像115(図8参照)は倒立像となる。このままIP表示すると奥行きが反転してしまう(図9参照)。そこで、被写体と比較して奥行きの正しい立体像を生成するために、これら個々の光学像を点対称に反転する処理を行う場合、倒立像から正立像への変換となる。そして、比較例では、立体像の奥行きが正しくなったとしても、光学的な遮蔽板116も対物光学系17も使用しないため、光学素子間で光の漏れこみが起こり、隣接する光学素子によって生成される光学像に重複が生じてしまう(図2(b)参照)。
図1の立体画像取得装置1(実施例)によって、対物光学系17を介して被写体を撮影した場合、対物光学系17で生成される被写体の実像は、被写体と同じ奥行き関係を維持しつつも、被写体と比べると上下左右が反転している。そして、この対物光学系17で生成される被写体の実像から、光学素子アレイにおける個々の光学素子によって生成される個々の像15(図1参照)は正立像となる。このままIP表示すると奥行きが反転してしまう(図9参照)。しかしながら、画像情報処理部22が、これら個々の光学像を点対称に反転する処理を行うので立体像の奥行きを正しくすることができる。このとき、実施例の場合、比較例とは反対に、正立像から倒立像への変換となる。そして、実施例では、対物光学系17の有効口径Ω0を式(2)によって適正値に設定するので、光学的な遮蔽板116(図8参照)を設けることなく、光学素子間で光の漏れこみを防止し、隣接する光学素子によって生成される光学像に重複が生じることはない(図2(a)参照)。
本発明の第2実施形態に係る立体画像取得装置および立体画像取得方法について、図7を参照(適宜図1参照)しながら説明する。図7に示す立体画像取得装置1Bは、フォーカス調整部41と、アイリス調整部42とを備え、対物光学系18の構成が第1実施形態の立体画像取得装置1とは異なっている。よって、図1に示す立体画像取得装置1と同じ構成には同じ符号を付して説明を適宜省略する。
また、各実施形態では、光学素子アレイ12を構成する光学素子30を凸レンズ状の光学素子で構成される場合で説明したが、凸レンズと同じ機能を有するのであれば、ピンホールのような他の光学素子であってもよい。
11a 円柱(被写体)
11b 角柱(被写体)
12 光学素子アレイ
13 撮像素子
15 被写体の微小な画像
17,18 対物光学系
181 物側主点(第一主点)
182 像側主点(第二主点)
20 光学系パラメータ取得部
21 データ転送部
22 画像情報処理部
23 対物光学系17の主点
24 撮像素子の中心位置
25 光学像の中心位置
26 画像データ伝送部
30 光学素子
41 フォーカス調整部(フォーカス調整手段)
42 アイリス調整部(アイリス調整手段)
70,71,72,80 絞り
Claims (4)
- 複数の光学素子が2次元に配列した光学素子アレイと、
被写体と前記光学素子アレイとの間に配置された対物光学系と、
前記光学素子アレイによって生成された光学像を取得するための撮像素子と、を備えた立体画像取得装置であって、
前記対物光学系の有効口径の大きさは、当該対物光学系から前記光学素子アレイまでの距離をz2、前記光学素子アレイから前記撮像素子までの距離をdc、前記光学素子によって撮像面に生成される画像の範囲をwcとしたときに次の式(2)で算出されるΩ0に設定され、
前記設定された有効口径を有する前記対物光学系を介して前記撮像素子によって前記光学素子毎に取得した画像情報における各光学像の中心位置および各光学像の領域を、前記対物光学系から前記光学素子アレイまでの距離z2に基づいて算出し、前記各光学像を当該光学像の中心に対して点対称に反転する処理を行う画像情報処理部を備えることを特徴とする立体画像取得装置。
- 前記対物光学系は、複数のレンズの組み合わせにより構成され、
前記対物光学系から前記光学素子アレイまでの距離z2として前記対物光学系の像側主点から前記光学素子アレイまでの距離を変化させるフォーカス調整手段と、
前記対物光学系の像側主点から前記光学素子アレイまでの距離に応じて前記対物光学系の有効口径の大きさを調整するアイリス調整手段と、
を備えていることを特徴とする請求項1に記載の立体画像取得装置。 - 複数の光学素子が2次元に配列した光学素子アレイと、被写体と前記光学素子アレイとの間に配置された対物光学系と、前記光学素子アレイによって生成された光学像を取得するための撮像素子と、前記撮像素子によって取得した画像情報を処理する画像情報処理部とを備えた立体画像取得装置による立体画像取得方法であって、
前記画像情報処理部は、
前記対物光学系から前記光学素子アレイまでの距離をz2、前記光学素子アレイから前記撮像素子までの距離をdc、前記光学素子によって撮像面に生成される画像の範囲をwcとしたときに前記対物光学系の有効口径の大きさを次の式(2)で算出されるΩ0に設定された有効口径を有する前記対物光学系を介して前記撮像素子によって前記光学素子毎に取得した画像情報における各光学像の中心位置および各光学像の領域を、前記対物光学系から前記光学素子アレイまでの距離z2に基づいて算出する光学像領域算出ステップと、
前記各光学像を当該光学像の中心に対して点対称に反転する反転処理ステップとを実行することを特徴とする立体画像取得方法。
- 前記対物光学系は、複数のレンズの組み合わせにより構成され、
前記立体画像取得装置は、フォーカス調整手段とアイリス調整手段とを備え、
前記画像情報処理部は、前記式(2)において前記対物光学系から前記光学素子アレイまでの距離z 2 として前記対物光学系の像側主点から前記光学素子アレイまでの距離を用いて前記対物光学系の有効口径の大きさΩ0を決定する有効口径設定ステップを実行し、
前記光学像領域算出ステップにて、前記有効口径設定ステップで決定された有効口径を有する前記対物光学系を介して取得した画像情報における各光学像の中心位置および各光学像の領域を算出し、
前記フォーカス調整手段は、前記対物光学系の像側主点から前記光学素子アレイまでの距離z 2 を変化させる距離調整ステップを実行し、
前記画像情報処理部は、前記フォーカス調整手段によって更新された後の距離z 2 を用いて、前記式(2)の演算を再び行い、前記対物光学系の有効口径の大きさΩ0を更新し、
前記アイリス調整手段は、前記画像情報処理部によって更新された後の有効口径の大きさに応じて絞りを調整する有効口径調整ステップを実行し、
前記画像情報処理部は、前記アイリス調整手段によって有効口径が調整された対物光学系を介して取得した画像情報における各光学像の中心位置および各光学像の領域を算出することを特徴とする請求項3に記載の立体画像取得方法。
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