JP6335589B2 - 距離検出装置、撮像装置、距離検出方法及び視差量検出装置 - Google Patents
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Description
また、本発明の視差量検出装置は、第1の方向のセル数が前記第1の方向に垂直な第2の方向のセル数よりも少ないバンドパスフィルタと、前記第1の方向のセル数が前記第2の方向のセル数よりも多い、位相補正フィルタと、を用いて、前記第1の信号と前記第2の信号のうち少なくとも一つの信号をフィルタ処理する信号処理部と、を有することを特徴とする。
<距離検出装置>
以下の説明では、本発明の距離検出装置を備えた撮像装置の一例として、デジタルスチルカメラを用いて説明するが、本発明の適用はこれに限定されるものではない。例えば、本発明の距離検出装置は、デジタルビデオカメラやデジタル距離計測器などにも適用することができる。なお、図を参照した説明においては、図番は異なっても原則として同一部位を示す部位には、同一の符号を付すこととし、なるべく重複した説明は避ける。
本発明においては、画素13の大きさに対して、結像光学系20と撮像素子10の間の距離が長い。このため、結像光学系20の射出瞳21上の異なる位置を通過した光束は、異なる入射角の光束として撮像素子10の面上に入射する。光電変換部11、12には、射出瞳21の形状や撮像素子10上における光電変換部11、12の位置に応じて、所定の角度範囲22(図1(a))からの光束が入射する。入射した光束に対する光電変換部11、12の感度特性を、角度に応じて射出瞳上に射影したときの射出瞳上の感度分布を瞳透過率分布という。このときの瞳透過率分布の重心位置を瞳重心という。瞳重心は、以下の式1で算出することができる。式1において、rは射出瞳21上の座標であり、tは光電変換部11、12の瞳透過率分布を表し、積分範囲は射出瞳21上の領域である。
まず、図4(a)で示すように、ズレ量算出部43は、第1の信号S1と第2の信号S2から、暫定的なズレ量を算出する(ステップS10)。ズレ量は、上述した公知の方法によって求めることができる。
次に、図4(a)で示すように、信号処理部42は、第1の信号S1と第2の信号S2に対して、像信号修正処理を行う(ステップS20)。S20によって、修正信号CS1、CS2が生成される。
そして、図4(a)で示すように、距離算出部41は、修正信号CS11、CS12のX方向(第1の方向)におけるズレ量から、被写体の距離を算出する(ステップS30)。このズレ量は、暫定ズレ量算出処理(S10)と同じ方法を用いることができ、ズレ量算出部43によって算出される。また、被写体の距離は、例えば、式13により、デフォーカス量ΔLを求め、結像光学系20の結像関係から算出される。dはズレ量、Lは射出瞳21と撮像素子10までの距離、wは基線長を表している。
一般的なフィルタのx方向及びy方向の空間周波数分解能Δfx、Δfyは、式14、式15で表される。
本実施形態ではフィルタFy11、Fy12として、y方向の空間周波数fyを0近傍で制限するローパスフィルタを用いた例を示したが、他の周波数帯域fyに制限するフィルタを用いてもよい。フィルタFy11、Fy12で制限する空間周波数帯域と、フィルタFx11、Fx12で補正する位相特性とを適切に調整することで前述と同様の効果を得ることが出来る。
あるいは、振幅項BPFx11を1/MTF1とし、振幅項BPFx12を1/MTF2としてもよい。あるいは、いずれか一方について振幅項を有していてもよく、振幅項BPFx11をMTF2/MTF1とするか、振幅項BPFx12をMTF1/MTF2としてもよい。これらの場合も像信号修正後の振幅項Mcs11、Mcs12が、略同じ関数となり、修正信号の形状差を更に低減することができ、より高精度な測距が可能となる。
本発明の距離検出装置の測距結果は、例えば、結像光学系の焦点検出に用いることができる。本発明の距離検出装置によって、高速かつ高精度に被写体の距離を測定することができ、被写体と結像光学系の焦点位置とのズレ量を知ることができる。結像光学系の焦点位置を制御することで、被写体に対して高速かつ高精度に焦点位置を合わせることができる。本実施形態の距離検出装置を備えてデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像装置を構成でき、距離検出装置の距離検出結果に基づき、光学系の焦点検出を行うことができる。また、本発明の距離検出装置を用いて距離マップを生成することができる。
本実施形態では、像信号修正工程(図4(a)のS20)において、実施形態1のフィルタFx11(第2のフィルタ)、Fx12(第4のフィルタ)とは異なる位相項を有するフィルタFx21、Fx22を用いて各信号の像信号修正処理を行う。それ以外は実施形態1と同じであるため、実施形態1と異なる部分について主に説明する。
本実施形態では、像信号修正工程(図4(a)のS20)において、実施形態1のフィルタFx11とは異なる位相項を有するフィルタFx31(位相補正フィルタ)を用いて第1の信号S1の像信号修正処理を行う。また、第2の信号S2の像信号修正処理については、フィルタFx12によるフィルタ処理は行わず、フィルタFy12(バンドパスフィルタ)のみでフィルタ処理を行う。それ以外は実施形態1と同じであるため、実施形態1と異なる部分について主に説明する。
実施形態1と同様に、距離算出工程(図4(a)のS30)では、修正信号CS31とCS32のx方向(第1の方向)におけるズレ量を算出する。求めたズレ量から、公知の方法により、デフォーカス量を求め、被写体の距離を算出することができる。修正信号CS31、CS32は、式3乃至式7、式23を用いると、それぞれ式24、式25のように記述できる。
本実施形態は、実施形態1に記載した、バンドパスフィルタFy11、Fy12を用いたフィルタ処理の代わりに、以下のような信号加算処理を行ってもよい。それ以外は実施形態1と同じであるため、実施形態1と異なる部分について主に説明する。
本実施形態は、実施形態1に対して距離検出装置が、ズレ量算出部43によって算出されたズレ量の大きさを基に、像信号修正処理を行うか否かを判定する判定部(不図示)をさらに有している。本実施形態の距離検出方法を、図8に示す。
上述した実施形態では被写体の距離を算出する例について示したが、ズレ量に対応する視差量を検出する視差量検出装置にも本発明を提供することができる。例えば、視差量検出装置では、ズレ量に基づいて、合焦位置近傍の被写体を画像から切り出すなどの処理を施すことができる。なお、視差量とは、2つの信号のズレ量であってもよく、またはそれらに関連した物理量であってもよい。
本発明は、距離検出装置や視差量検出装置の他にコンピュータプログラムをも包含する。本実施形態のコンピュータプログラムは、距離の算出あるいは視差量の算出のために、コンピュータに所定の工程を実行させるものである。
41 距離算出部
42 信号処理部
Claims (26)
- 結像光学系の射出瞳の第1の瞳領域を通過した光束に対応する第1の信号と、前記第1の瞳領域とは異なる第2の瞳領域を通過した光束に対応する第2の信号と、に基づき、被写体の距離を算出する距離算出部と、
第1の方向のセル数が前記第1の方向に垂直な第2の方向のセル数よりも少ないバンドパスフィルタと、前記第1の方向のセル数が前記第2の方向のセル数よりも多い、位相補正フィルタと、を用いて、前記第1の信号と前記第2の信号のうち少なくとも一つの信号をフィルタ処理する信号処理部と、を有することを特徴とする距離検出装置。 - 前記バンドパスフィルタの前記第1の方向のセル数は、前記バンドパスフィルタの前記第2の方向のセル数の4分の1以下であり、
前記位相補正フィルタの前記第2の方向のセル数は、前記位相補正フィルタの前記第1の方向のセル数の4分の1以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の距離検出装置。 - 前記バンドパスフィルタの前記第1の方向のセル数は、1であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の距離検出装置。
- 前記位相補正フィルタの前記第2の方向のセル数は、1であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の距離検出装置。
- 前記位相補正フィルタは、前記第1の瞳領域に対応する光学伝達関数と前記第2の瞳領域に対応する光学伝達関数のうち少なくとも一方に基づくフィルタであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の距離検出装置。
- 前記信号処理部は、前記バンドパスフィルタと前記位相補正フィルタとを用いて、前記第1の信号と前記第2の信号それぞれをフィルタ処理することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の距離検出装置。
- 前記位相補正フィルタは、周波数空間において振幅項と位相項を有する関数で表され、前記第1の信号をフィルタ処理する際に使用される前記位相補正フィルタは、位相項に前記第2の瞳領域に対応する位相伝達関数を有するフィルタであり、
前記第2の信号をフィルタ処理する際に使用される前記位相補正フィルタは、位相項に前記第1の瞳領域に対応する位相伝達関数を有するフィルタであることを特徴とする請求項7に記載の距離検出装置。 - 前記位相補正フィルタは、周波数空間において振幅項と位相項を有する関数で表され、前記第1の信号をフィルタ処理する際に使用される前記位相補正フィルタは、位相項に前記第1の瞳領域に対応する位相伝達関数の符号を反転させた関数を有するフィルタであり、
前記第2の信号をフィルタ処理する際に使用される前記位相補正フィルタは、位相項に前記第2の瞳領域に対応する位相伝達関数の符号を反転させた関数を有するフィルタであることを特徴とする請求項7に記載の距離検出装置。 - 前記信号処理部は、前記第1の信号を前記バンドパスフィルタと前記位相補正フィルタとを用いてフィルタ処理し、
前記信号処理部は、前記バンドパスフィルタのみを用いて、前記第2の信号をフィルタ処理することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の距離検出装置。 - 前記位相補正フィルタは、周波数空間において振幅項と位相項を有する関数で表され、前記位相補正フィルタは、前記位相項に前記第2の瞳領域に対応する位相伝達関数と前記第1の瞳領域に対応する位相伝達関数との差分に基づく関数を有するフィルタであることを特徴とする請求項10に記載の距離検出装置。
- 前記第1の信号と前記第2の信号のズレ量を算出するズレ量算出部を有していることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の距離検出装置。
- 前記ズレ量が閾値より大きい場合、前記信号処理部は、前記第1の信号と前記第2の信号とをフィルタ処理することを特徴とする請求項12に記載の距離検出装置。
- 前記第1の方向は、前記射出瞳が前記第1の瞳領域と前記第2の瞳領域とに分割された方向に対応していることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の距離検出装置。
- 前記第1の瞳領域と前記第2の瞳領域とを有する結像光学系と、
前記第1の信号と前記第2の信号とを生成する撮像素子と、
請求項1乃至14のいずれか1項に記載の距離検出装置と、を有する撮像装置。 - 結像光学系の射出瞳の第1の瞳領域を通過した光束に対応する第1の信号と、前記第1の瞳領域とは異なる第2の瞳領域を通過した光束に対応する第2の信号と、に基づき、被写体の距離を算出する距離算出工程と、
第1の方向のセル数が前記第1の方向に垂直な第2の方向のセル数よりも少ないバンドパスフィルタと、前記第1の方向のセル数が前記第2の方向のセル数よりも多い、位相補正のためのフィルタと、を用いて、前記第1の信号と前記第2の信号のうち少なくとも一つの信号をフィルタ処理する信号処理工程と、を含むことを特徴とする距離検出方法。 - 結像光学系の射出瞳の第1の瞳領域を通過した光束に対応する第1の信号と、前記第1の瞳領域とは異なる第2の瞳領域を通過した光束に対応する第2の信号と、に基づき、視差量を算出する視差量算出部と、
第1の方向のセル数が前記第1の方向に垂直な第2の方向のセル数よりも少ないバンドパスフィルタと、前記第1の方向のセル数が前記第2の方向のセル数よりも多い、位相補正フィルタと、を用いて、前記第1の信号と前記第2の信号のうち少なくとも一つの信号をフィルタ処理する信号処理部と、を有することを特徴とする視差量検出装置。 - 前記バンドパスフィルタの前記第1の方向のセル数は、前記バンドパスフィルタの前記第2の方向のセル数の4分の1以下であり、
前記位相補正フィルタの前記第2の方向のセル数は、前記位相補正フィルタの前記第1の方向のセル数の4分の1以下であることを特徴とする請求項17又は18に記載の視差量検出装置。 - 前記位相補正フィルタは、前記第1の瞳領域に対応する光学伝達関数と前記第2の瞳領域に対応する光学伝達関数のうち少なくとも一方に基づくフィルタであることを特徴とする請求項17乃至19のいずれか1項に記載の視差量検出装置。
- 前記信号処理部は、前記バンドパスフィルタと前記位相補正フィルタとを用いて、前記第1の信号と前記第2の信号それぞれをフィルタ処理することを特徴とする請求項17乃至20のいずれか1項に記載の視差量検出装置。
- 前記信号処理部は、前記第1の信号を前記バンドパスフィルタと前記位相補正フィルタとを用いてフィルタ処理し、
前記信号処理部は、前記バンドパスフィルタのみを用いて、前記第2の信号をフィルタ処理することを特徴とする請求項17乃至20のいずれか1項に記載の視差量検出装置。 - 前記第1の方向は、前記射出瞳が前記第1の瞳領域と前記第2の瞳領域とに分割された方向に対応していることを特徴とする請求項17乃至22のいずれか1項に記載の視差量検出装置。
- 前記第1の瞳領域と前記第2の瞳領域とを有する結像光学系と、
前記第1の信号と前記第2の信号とを生成する撮像素子と、
請求項17乃至23のいずれか1項に記載の視差量検出装置と、を有する撮像装置。 - 射出瞳において第1の瞳領域と前記第1の瞳領域とは異なる第2の瞳領域とを有する結像光学系と、
前記第1の瞳領域を通過した光束に対応する第1の信号の成分を生成する光電変換部と、前記第2の瞳領域を通過した光束に対応する第2の信号の成分を生成する光電変換部と、を備える複数の画素を有する撮像素子と、
前記第1の信号と前記第2の信号に基づき、被写体の距離を算出する距離算出部と、
前記第1の信号と前記第2の信号のうち少なくとも一つの信号において、対象画素の光電変換部に対応した成分に前記対象画素の周囲の画素の光電変換部に対応した成分を信号加算する信号加算回路と、
第1の方向のセル数が前記第1の方向に垂直な第2の方向のセル数よりも多い位相補正フィルタを用いて、前記第1の信号と前記第2の信号のうち少なくとも一つの信号をフィルタ処理する信号処理部と、を有することを特徴とする撮像装置。 - 前記撮像素子は、2次元状に配置された複数の画素を有し、
前記第1の方向は、前記複数の画素が配置された面内方向において、前記射出瞳が前記第1の瞳領域と前記第2の瞳領域とに分割された方向に対応し、
前記第2の方向は、前記複数の画素が配置された面内方向における前記第1の方向に垂直な方向に対応することを特徴とする請求項15、24及び25のいずれか1項に記載の撮像装置。
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