JP6446794B2 - Stereo camera and optical system - Google Patents
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Description
本発明はステレオカメラ及び光学系に関する。 The present invention relates to a stereo camera and an optical system.
近年、一対のカメラ(ステレオカメラ)を用いた監視装置(例えば車載ステレオカメラ等)が注目されている。監視装置では、3次元計測技術の一つであるステレオ法が利用されている。ステレオ法では、一方のカメラにより撮像された被写体の像を含む基準画像と、もう一方のカメラにより撮像された同一の被写体の像を含む比較画像と、から被写体の像の視差を算出し、三角測量の原理を用いて被写体までの距離情報を算出する。このとき被写体の像の視差を算出するためには、基準画像中の画素ブロックと相関を有する比較画像の画素ブロックを特定する必要がある。そのため算出される距離情報の精度を高めるためには、2つのカメラはできるだけ同一の解像度を有していることが好ましい。 In recent years, monitoring devices using a pair of cameras (stereo cameras) (for example, in-vehicle stereo cameras) have attracted attention. The monitoring apparatus uses a stereo method, which is one of three-dimensional measurement techniques. In the stereo method, the parallax of a subject image is calculated from a reference image including an image of the subject captured by one camera and a comparison image including the image of the same subject captured by the other camera. The distance information to the subject is calculated using the principle of surveying. At this time, in order to calculate the parallax of the image of the subject, it is necessary to specify the pixel block of the comparative image having a correlation with the pixel block in the reference image. Therefore, in order to increase the accuracy of the calculated distance information, it is preferable that the two cameras have the same resolution as much as possible.
特許文献1には、互いに収差分布の異なる光学系に対して、片方の光学系の収差分布を基準として、もう片方の光学系の収差分布が同一となるように補正した画像を用いて視差を算出することにより、レンズの解像度が撮像素子の画素ピッチに対して低いカメラが用いられる場合であっても、視差検出誤差を抑制することができる視差検出装置が開示されている。
In
しかしながら従来の技術では、ステレオカメラの組み付け誤差や、ステレオカメラの位置の経時的な変化等によって像面位置が変動すると、左右のカメラで解像度が異なったステレオカメラが構成されてしまい、視差の検出誤差が増加してしまうという問題があった。 However, with the conventional technology, if the image plane position fluctuates due to errors in assembling the stereo camera or changes in the position of the stereo camera over time, stereo cameras with different resolutions are configured between the left and right cameras, and parallax detection is performed. There was a problem that the error increased.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ステレオカメラの組み付け誤差や、ステレオカメラの像面位置の経時的な変化等によるステレオカメラの解像度の変化を防止することができるステレオカメラ及び光学系を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and a stereo camera capable of preventing a change in the resolution of the stereo camera due to, for example, an assembly error of the stereo camera or a temporal change in the image plane position of the stereo camera, and the like An object is to provide an optical system.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、MTF(Modulation Transfer Function)のデフォーカス量に応じた変化量を、収差のない理想光学系のデフォーカス量に応じたMTFの変化量よりもそれぞれ低下させた第1光学系および第2光学系と、前記第1光学系を使用して被写体の像を含む基準画像を撮像する第1画像センサと、前記第2光学系を使用して前記被写体の像を含む比較画像を撮像する第2画像センサと、前記基準画像と、前記比較画像と、から前記被写体の像の視差を算出する算出部と、を備える。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a change amount according to the defocus amount of MTF (Modulation Transfer Function) as an MTF according to the defocus amount of an ideal optical system having no aberration. A first optical system and a second optical system, each of which is lower than an amount of change; a first image sensor that captures a reference image including an image of a subject using the first optical system; and the second optical system. A second image sensor that uses the second image sensor to capture a comparison image including the subject image; and a calculation unit that calculates parallax of the subject image from the reference image and the comparison image.
本発明によれば、ステレオカメラの組み付け誤差や、ステレオカメラの像面位置の経時的な変化等によるステレオカメラの解像度の変化を防止することができるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to prevent a change in the resolution of the stereo camera due to an error in assembling the stereo camera or a change in the image plane position of the stereo camera over time.
以下に添付図面を参照して、ステレオカメラ及び光学系の実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of a stereo camera and an optical system will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
まず視差、及びステレオ法による距離計測原理について説明する。視差はステレオカメラが撮影した撮影画像を使用して算出する。図1はステレオ法による距離計測原理を説明するための図である。図1の例では、第1カメラ1(焦点距離f、光学中心O0、撮像面S0)がZ軸を光軸方向として配置されている。また第2カメラ2(焦点距離f、光学中心O1、撮像面S1)がZ軸を光軸方向として配置されている。第1カメラ1及び第2カメラ2はX軸に対して平行に、距離B(基線長)だけ離れた位置に配置される。
First, the principle of distance measurement by parallax and the stereo method will be described. The parallax is calculated using a captured image captured by the stereo camera. FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of distance measurement by the stereo method. In the example of FIG. 1, the first camera 1 (focal length f, optical center O 0 , imaging surface S 0 ) is arranged with the Z axis as the optical axis direction. A second camera 2 (focal length f, optical center O 1 , imaging surface S 1 ) is disposed with the Z axis as the optical axis direction. The
第1カメラ1の光学中心O0から光軸方向に距離dだけ離れた位置にある被写体Aは、直線A−O0と撮像面S0の交点であるP0に像を結ぶ。一方、第2カメラ2では、同じ被写体Aが、撮像面S1上の位置P1に像を結ぶ。以下、撮像面S0から取得された撮影画像を「比較画像」という。また撮像面S1から取得された撮影画像を「基準画像」という。
The subject A located at a distance d from the optical center O 0 of the
ここで第2カメラ2の光学中心O1を通り、直線A−O0と平行な直線と、撮像面S1との交点をP0’とする。またP0’とP1の距離をDとする。距離Dは同じ被写体の像を2台のカメラで撮影した画像上での位置のずれ量(視差)を表す。三角形A−O0−O1と三角形O1−P0’−P1とは相似である。そのためd=B×f/Dが成り立つ。すなわち基線長B、焦点距離f及び視差Dから、被写体Aまでの距離dを求めることができる。
Here, an intersection of a straight line passing through the optical center O 1 of the
以上が、ステレオ法による距離計測原理である。被写体の像の視差を算出するためには、基準画像中の画素ブロックと相関を有する比較画像の画素ブロックを特定する必要がある。次に、図2乃至図4を参照して、基準画像中の画素ブロックと相関を有する比較画像の画素ブロックを特定する方法について説明する。 The above is the distance measurement principle by the stereo method. In order to calculate the parallax of the image of the subject, it is necessary to specify the pixel block of the comparison image having a correlation with the pixel block in the reference image. Next, a method for specifying a pixel block of a comparative image having a correlation with a pixel block in the reference image will be described with reference to FIGS.
図2は被写体の像の視差について説明するための図である。ある距離に被写体Aがあった場合、第1カメラ1の第1光学系3を介して被写体Aの像7が第1画像センサ5(比較画像)に投影される。同様に、第2カメラ2の第2光学系4を介して被写体Aの像8が第2画像センサ6(基準画像)に投影される。
FIG. 2 is a diagram for explaining the parallax of the image of the subject. When the subject A is at a certain distance, the
図3は比較画像の被写体Aの像7の位置、及び基準画像の被写体Aの像8の位置を示す図である。第1画像センサ5(比較画像)の被写体Aの像7の座標は、第2画像センサ6(基準画像)の被写体Aの像8の座標と異なる。視差を検出するためには、比較画像の各ピクセルと、基準画像の各ピクセルとの対応(相関)を正しく調べる必要がある。この処理は対応点探索と呼ばれる。
FIG. 3 is a diagram showing the position of the
図4は対応点検索処理について説明するための図である。対応点検索処理では、まず基準画像に投影された被写体Aの像8(基準点)の周囲に小さな計算領域9(ウィンドウ)を仮定する。次に、比較画像内に同じ大きさのウィンドウ10をとり、ウィンドウ10をずらしながら基準画像のウィンドウ9と比較することで対応点を検出する。このときの比較方法には様々なものがあるが、例えば最も基本的な手法としてSSD(Sum of Squared Difference)が知られている。SSDでは、各ピクセルの輝度値の差の2乗和を計算し、各ピクセルの輝度値の差の2乗和が探索範囲内で最小となる点を対応点として検出する。このとき、対応点検出分解能を高めるためにサブピクセルレベルの推定を行う。例えば等角直線フィッティングというサブピクセル推定方法では、1次線形補間により対応点が推定される。このようにして検出された対応点と、基準画像の基準点と、の差が視差Dとして算出される。このとき、基準画像の解像度と、比較画像の解像度とが異なる場合、サブピクセル推定方法の精度が低下してしまう。
FIG. 4 is a diagram for explaining the corresponding point search processing. In the corresponding point search process, first, a small calculation area 9 (window) is assumed around the image 8 (reference point) of the subject A projected on the reference image. Next, a
次に、図5乃至図7を参照して、第1カメラ1の解像度(第1光学系3のMTF(Modulation Transfer Function))と、第2カメラ2の解像度(第2光学系4のMTF)と、が異なっている場合の視差検出誤差のシミュレーション結果について説明する。 Next, referring to FIG. 5 to FIG. 7, the resolution of the first camera 1 (MTF (Modulation Transfer Function) of the first optical system 3) and the resolution of the second camera 2 (MTF of the second optical system 4). And the simulation result of the parallax detection error when they are different from each other.
図5は視差測定対象物の例を示す図である。図5は身長180cm、幅70cmの人物像を含む平面形状の視差測定対象物の例である。60m先に存在する当該測定対象物を第1光学系3及び第2光学系4を介して投影した場合の比較画像及び基準画像の視差検出誤差のシミュレーション結果について説明する。視差検出誤差のシミュレーションは、第1光学系3のレンズの歪み補正を比較画像に行い、第2光学系4のレンズの歪み補正を基準画像に行った後に行う。すなわち比較画像及び基準画像を理想化した画像(ピンホール画像)とした後に視差検出誤差のシミュレーションを行う。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a parallax measurement object. FIG. 5 is an example of a parallax measurement object having a planar shape including a human image having a height of 180 cm and a width of 70 cm. The simulation result of the parallax detection error of the comparative image and the reference image when the measurement object existing 60 m ahead is projected via the first
このとき第1光学系3の設計値として、第1光学系3の理想状態の設計値から、わざと像面をデフォーカスした設計値を使用する。なお第2光学系4の設計値は理想状態の設計値を使用する。
At this time, as a design value of the first
図6は第1光学系3及び第2光学系4のMTF差と、視差バラつきσと、の関係を示す図である。第1光学系3及び第2光学系4のMTF差は、理想状態の第2光学系4のMTFと、わざと像面がデフォーカスされた第1光学系3のMTFと、の差である。図6からMTF差が大きくなる程、視差バラつきσが大きくなることが確認できる。つまりこれは上述したように基準画像の解像度と、比較画像の解像度とが異なる場合、視差検出誤差が増加していることにほかならない。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the MTF difference between the first
次に、第1カメラ1の解像度及び第2カメラ2の解像度が同時に同じ量だけ低下したとき(同じようにデフォーカスしたとき)の視差バラつきσの変化について説明する。図7は第1光学系3及び第2光学系4のMTF差がないとき(同じようにデフォーカスしたとき)の、MTF低下量と、視差バラつきσと、の関係を示す図である。図7からMTFが第1光学系3及び第2光学系4で同時に低下した場合では、MTFの低下量を増やしても、視差バラつきσがほとんど変化していないことが確認できる。
Next, a change in the parallax variation σ when the resolution of the
以上の結果から、視差検出誤差と解像度の関係は、片方のカメラの解像度が低下した場合では大きく変化するが、両眼のカメラの解像度の低下に関しては、解像度の低下量を増やしても視差検出誤差にほとんど変化が生じないことがわかる。以上の関係性から、ステレオカメラを構成する光学系は、MTFのピーク(最大値)を落とすことで、デフォーカスによるMTF変化の感度を下げることが望ましいことがわかる。これによりステレオカメラ30の組み付け誤差や、ステレオカメラの像面位置の経時的な変化等によって、第1カメラ1又は第2カメラ2がデフォーカスされた状態になっても、比較画像の解像度と基準画像の解像度との差を小さくすることができる。
From the above results, the relationship between the parallax detection error and the resolution changes greatly when the resolution of one camera decreases, but regarding the decrease in the resolution of the binocular camera, the parallax detection is performed even if the amount of resolution decrease is increased. It can be seen that there is almost no change in the error. From the above relationship, it can be seen that it is desirable for the optical system constituting the stereo camera to lower the sensitivity of the MTF change due to defocusing by dropping the peak (maximum value) of the MTF. As a result, even if the
次に、MTFの最大値を低下させて、デフォーカス量に応じたMTFの変化の感度を下げる光学系を設計する方法について説明する。 Next, a method for designing an optical system that lowers the maximum value of the MTF and reduces the sensitivity of the change of the MTF according to the defocus amount will be described.
まず、収差が全く存在しない理想光学系(理想レンズ)のデフォーカス特性を考える。理想光学系の瞳座標は次式(1)により表すことができる。 First, consider the defocus characteristics of an ideal optical system (ideal lens) in which no aberration exists. The pupil coordinates of the ideal optical system can be expressed by the following equation (1).
ここで、理想光学系に収差の影響を考え、収差項W(X)と、振幅項A(X)を導入すると、収差を含んだ瞳関数は次式(2)により表すことができる。 Here, considering the influence of aberration on the ideal optical system and introducing the aberration term W (X) and the amplitude term A (X), the pupil function including the aberration can be expressed by the following equation (2).
次に、次式(2)をホイヘンスの定理から算出されるPSF(Point spread function:点像分布関数)h(x)の式(3)に代入すると、次式(4)が成り立つ。 Next, when the following equation (2) is substituted into equation (3) of PSF (Point spread function: h (x) calculated from Huygens' theorem, the following equation (4) is established.
式(6)を式(4)に代入すると、次式(7)が得られる。 Substituting equation (6) into equation (4) yields the following equation (7).
ここで、二次元フーリエ変換をFTで表すと、二次元フーリエ変換式は次式(8)により表すことができる。 Here, when the two-dimensional Fourier transform is represented by FT, the two-dimensional Fourier transform formula can be represented by the following formula (8).
k/zにより位相項を正規化すると、式(7)及び式(8)から次式(9)を得る。 When the phase term is normalized by k / z, the following equation (9) is obtained from equations (7) and (8).
理想光学系では、被写体が合焦位置にある場合、収差は存在しないのでP(X,Y)=1となる。ここで被写体の位置が合焦位置よりΔzずれた場合には、合焦位置までの影響は式xに含まれていることに注意し、被写体からのずれによる位相成分のずれを考慮すると、合焦点からのずれの距離分が位相として付加される。そのため、その瞳関数は次式(10)により表すことができる。 In the ideal optical system, when the subject is at the in-focus position, there is no aberration, so P (X, Y) = 1. Here, when the subject position is deviated by Δz from the in-focus position, it should be noted that the effect up to the in-focus position is included in the expression x. The distance from the focal point is added as a phase. Therefore, the pupil function can be expressed by the following equation (10).
式(10)を式(9)に代入すると、次式(11)を得る。 Substituting equation (10) into equation (9) yields the following equation (11).
図8は理想光学系のフォーカスずれに応じたMTF特性の変化を示す図である。図8(a)は、被写体の位置が合焦位置にある場合のMTF特性を示す。図8(b)〜図8(e)は、図8(b)から図8(e)の順に、デフォーカス量を増やした場合のMTF特性を示す。図8から、ある一定のデフォーカス量を与えてやると、理想光学系の回折限界から1/4程度の空間周波数でMTFがゼロ点を通っていることが確認できる(図8(e))。したがって理想光学系で回折限界となる空間周波数の1/4の領域において、MTFのピーク(最大値)を落として、デフォーカスによるMTF変化の感度を下げるようにする。 FIG. 8 is a diagram showing changes in the MTF characteristics according to the defocus of the ideal optical system. FIG. 8A shows the MTF characteristics when the position of the subject is in the in-focus position. 8B to 8E show the MTF characteristics when the defocus amount is increased in the order from FIG. 8B to FIG. 8E. From FIG. 8, when a certain defocus amount is given, it can be confirmed that the MTF passes through the zero point at a spatial frequency of about 1/4 from the diffraction limit of the ideal optical system (FIG. 8 (e)). . Therefore, the MTF peak (maximum value) is lowered in the region of 1/4 of the spatial frequency that is the diffraction limit in the ideal optical system, so that the sensitivity of the MTF change due to defocusing is lowered.
図9は理想光学系の回折限界の1/4の空間周波数の領域でのM−D曲線(MTF−Defocus曲線)を示す図である。M−D曲線41は収差のない理想光学系のデフォーカス特性である。Δz=0でピークを持ち、Δzの変化とともにMTFが低下していることが確認できる。
FIG. 9 is a diagram showing an MD curve (MTF-Defocus curve) in a region of a spatial frequency that is 1/4 of the diffraction limit of the ideal optical system. The
ここで理想光学系に球面収差の影響を加える。ゼルニケ多項式の球面収差瞳関数の位相項は次式(12)で表すことができる。 Here, the influence of spherical aberration is added to the ideal optical system. The phase term of the spherical aberration pupil function of the Zernike polynomial can be expressed by the following equation (12).
式(12)を式(11)に代入し、フォーカスずれによる影響と、球面収差の影響と、を合成すると、次式(13)が得られる。 Substituting equation (12) into equation (11) and combining the effect of defocus and the effect of spherical aberration yields the following equation (13).
ただし、pは球面収差量である。上述した理想光学系に所定の諸収差(本実施形態では球面収差)を与えることによって図9のM−D曲線42が示すM−D特性が得られる。M−D曲線42は理想光学系のM−D曲線41に比べてMTFのピークが落ち、デフォーカス量に応じたMTFの変化の感度が下がっていることが確認できる。
Here, p is the amount of spherical aberration. By giving predetermined various aberrations (spherical aberration in the present embodiment) to the ideal optical system described above, the MD characteristic indicated by the
図10は図9の2つのM−D曲線をMTFのピーク(最大値)で規格化したM−D曲線を示す図である。球面収差を加えた光学系のM−D曲線44が、理想光学系のM−D曲線43よりも常に高い値を示していることが確認できる。換言すれば、ある諸収差を加えた光学系のΔz(デフォーカス量)に応じたMTFの変化量の方が、理想光学系のΔz(デフォーカス量)に応じたMTFの変化量よりも小さいことが確認できる。以上のように、理想光学系に所定の諸収差を与えることで、MTFのピークを落とし、かつ、デフォーカス量に応じたMTFの変化の感度を下げることが可能になる。
FIG. 10 is a diagram showing an MD curve obtained by normalizing the two MD curves in FIG. 9 with an MTF peak (maximum value). It can be confirmed that the
以下、理想光学系に上述の所定の諸収差を与えた光学系(第1光学系3及び第2光学系4)を備えるステレオカメラ30の構成の例について具体的に説明する。
Hereinafter, an example of the configuration of the
図11は実施形態のステレオカメラ30の構成の例を示す図である。実施形態のステレオカメラ30は、第1カメラ1、第2カメラ2、及び視差算出装置20を備える。第1カメラ1は、第1光学系3及び第1画像センサ5を備える。第2カメラ2は、第2光学系4及び第2画像センサ6を備える。第1光学系3及び第2光学系4は、同じ光学特性を有する光学系である。
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the configuration of the
まず実施形態の第1光学系3(第2光学系4)の設計値(収差を与える前)の例について説明する。 First, an example of design values (before giving aberration) of the first optical system 3 (second optical system 4) of the embodiment will be described.
図12は実施形態の第1光学系3(第2光学系4)の設計値(収差を与える前)の設計値の例を示す図である。図13は図12の設計値の第1光学系3(第2光学系4)の像面位置の変化に応じたMTF(OTF(Optical Transfer Function:光学伝達関数)の絶対値)の変化を示す図である。なお図13では、像面の空間周波数を60lp/mmとしている。図13から、仮に合焦位置から20μmプラス方向に像面が変動した場合、MTFは20%程度低下してしまうことが確認できる。 FIG. 12 is a diagram illustrating an example of design values of the first optical system 3 (second optical system 4) according to the embodiment (before giving aberration). FIG. 13 shows a change in MTF (absolute value of an optical transfer function (OTF)) corresponding to a change in image plane position of the first optical system 3 (second optical system 4) of the design value of FIG. FIG. In FIG. 13, the spatial frequency of the image plane is 60 lp / mm. From FIG. 13, it can be confirmed that if the image plane fluctuates in the 20 μm plus direction from the in-focus position, the MTF is reduced by about 20%.
ここでMTFのピークを落とす目的で、図12の面6と面7との間に波面変調面を導入する。絞り周辺に波面変調面を導入することにより光線全体に収差を付加することができる。波面変調面の非球面形状は次式(14)で表される。
Here, in order to drop the peak of MTF, a wavefront modulation surface is introduced between the
ここで、anはn次の非球面係数、hは中心からの距離、Hは正規化基準円半径(Normalized Radius)である。図14は非球面形状(波面変調面)の設計値の例を示す図である。図15は図12の設計値の第1光学系3(第2光学系4)の面6と面7との間に、図14の設計値の波面変調面を導入した後の像面位置の変化に応じたMTF(OTFの絶対値)の変化を示す図である。図15から、波面変調面を導入した場合、合焦位置から20μmプラス方向に像面の移動が生じても、図13の例の場合とは異なり、MTFの低下はほとんど生じないことが確認できる。また図15から、波面変調面を導入した場合、MTFのピークは図13の場合よりも低下していることが確認できる。つまり、図12の設計値の第1光学系3(第2光学系4)の面6と面7との間に、図14の設計値の波面変調面を導入して所定の諸収差を与えることにより、MTFのピークを落とし、デフォーカス量に応じたMTFの変化の感度を低くすることができる。
Here, a n is the n-th order aspherical coefficient, h is the distance from the center, H is the normalized reference circle radius (Normalized Radius). FIG. 14 is a diagram showing an example of design values of an aspheric shape (wavefront modulation surface). 15 shows the position of the image plane after the wavefront modulation surface having the design value shown in FIG. 14 is introduced between the
図11に戻り、実施形態の第1光学系3(第2光学系4)は、図12の設計値の第1光学系3(第2光学系4)の面6と面7との間に、図14の設計値の波面変調面を導入することにより、MTFのピークを落とし、かつ、デフォーカス量に応じたMTFの変化量を低下させた光学系として実現される。
Returning to FIG. 11, the first optical system 3 (second optical system 4) of the embodiment is between the
第1画像センサ5は第1光学系3を介して投影された被写体Aの像7を含む比較画像を取得する(図2及び図3参照)。第1画像センサ5は比較画像を視差算出装置20に入力する。同様に、第2画像センサ6は第2光学系4を介して投影された被写体Aの像8を含む基準画像を取得する(図2及び図3参照)。第2画像センサ6は基準画像を視差算出装置20に入力する。
The
視差算出装置20は、受付部21、第1補正部22、第2補正部23、記憶部24、算出部25及び復元部26を備える。
The
受付部21は比較画像の入力を受け付ける。受付部21は比較画像を第1補正部22に出力する。また受付部21は基準画像の入力を受け付ける。受付部21は基準画像を第2補正部23に出力する。
The receiving unit 21 receives an input of a comparison image. The receiving unit 21 outputs the comparison image to the
第1補正部22は比較画像を受付部21から受け付ける。第1補正部22は比較画像を、所定の補正パラメータを使用して補正する。補正パラメータは、例えばステレオカメラ30の使用形態に応じた補正を行うためのパラメータである。
The
図16は実施形態のステレオカメラ30を車載ステレオカメラとして使用する例を示す図である。図16の例では、ステレオカメラ30はフロントガラス15を介して被写体を撮影する。このとき、被写体から出射された光線はフロントガラス15の前後面で屈折するため、第1画像センサ5に投影される被写体の像の位置は、フロントガラス15がない場合に到達する被写体の像の位置からずれる。
FIG. 16 is a diagram illustrating an example in which the
図11に戻り、第1補正部22は、例えばフロントガラス15の影響による被写体の像の位置ずれを補正する補正パラメータにより、比較画像を補正する。第1補正部22は補正後の比較画像を、算出部25及び復元部26に出力する。
Returning to FIG. 11, the
同様に、第2補正部23は基準画像を受付部21から受け付ける。第2補正部23は基準画像を、上述の補正パラメータを使用して補正する。第2補正部23は補正後の基準画像を、算出部25及び復元部26に出力する。
Similarly, the
記憶部24は上述の補正パラメータを記憶する。 The storage unit 24 stores the above correction parameters.
算出部25は第1補正部22から補正後の比較画像を受け付け、第2補正部23から補正後の基準画像を受け付ける。算出部25は補正された比較画像に含まれる被写体の像と、補正された基準画像に含まれる被写体の像とから視差を算出する。算出部25は画素毎に視差を算出し、視差を濃度値で表した視差画像を生成する。
The
復元部26は第1補正部22から補正後の比較画像を受け付け、第2補正部23から補正後の基準画像を受け付ける。復元部26は比較画像のMTF及び基準画像のMTFを復元させる。
The restoration unit 26 receives the corrected comparison image from the
具体的には、復元部26は比較画像のMTF及び基準画像のMTFを、一般的な逆フィルタやウィーナーフィルタによる逆変換処理、又は最大エントロピー法等を用いた画像処理により復元する。本実施形態の復元部26はウィーナーフィルタを用いた画像処理を行う。 Specifically, the restoration unit 26 restores the MTF of the comparison image and the MTF of the reference image by inverse conversion processing using a general inverse filter or Wiener filter, or image processing using a maximum entropy method or the like. The restoration unit 26 of the present embodiment performs image processing using a Wiener filter.
復元部26は下記式(15)により定義される画像処理フィルタRを使用して画像処理を行う。 The restoration unit 26 performs image processing using an image processing filter R defined by the following equation (15).
ここで、Hは光学系のOTF、S2は被写体のパワースペクトル、W2はセンサ固有のノイズのパワースペクトルを示す。図17は復元部26による画像処理前後のMTF特性を示す図である。図17(a)は、復元部26による画像処理前のMTF特性を示す。また図17(b)は、復元部26による画像処理後のMTF特性を示す。図17より、復元部26の画像処理によって高周波のMTF特性が復元されていることが確認できる。この復元処理によって、実施形態の第1光学系3及び第2光学系4を使用しても、例えば標識などの細かいパターンや、遠方の被写体等の認識精度を維持又は向上させることができる。
Here, H represents the OTF of the optical system, S 2 represents the power spectrum of the subject, and W 2 represents the power spectrum of noise unique to the sensor. FIG. 17 is a diagram illustrating MTF characteristics before and after image processing by the restoration unit 26. FIG. 17A shows the MTF characteristics before image processing by the restoration unit 26. FIG. 17B shows MTF characteristics after image processing by the restoration unit 26. From FIG. 17, it can be confirmed that the high-frequency MTF characteristic is restored by the image processing of the restoration unit 26. With this restoration processing, even if the first
図11に戻り、復元部26は上述の画像処理により比較画像のMTF特性を復元させることで、解像度を向上させた第1カメラ1の輝度画像を生成する。同様に、復元部26は基準画像のMTFを復元させることにより、解像度を向上させた第2カメラ2の輝度画像を生成する。
Returning to FIG. 11, the restoration unit 26 restores the MTF characteristics of the comparison image by the above-described image processing, thereby generating a luminance image of the
以上説明したように、実施形態のステレオカメラ30は、MTFのピーク(最大値)を落とすことで、デフォーカス量に応じたMTFの変化の感度を下げる。これにより組み付け誤差や経時変化等の影響により、第1画像センサ5又は第2画像センサ6の位置が設計値から変動した場合でも、比較画像又は基準画像の解像度の変化を抑制することができる。したがって実施形態のステレオカメラ30によれば視差検出誤差を低減することができる。
As described above, the
なお実施形態の説明では、図12の設計値の第1光学系3(第2光学系4)の面6と面7との間に、図14の設計値の波面変調面を導入した。しかしながら絞り周辺の面(例えば面6)を非球面形状とすることにより、MTFの最大値を低下させ、かつ、デフォーカス量に応じたMTFの変化量を低下させてもよい。
In the description of the embodiment, the wavefront modulation surface having the design value shown in FIG. 14 is introduced between the
1 第1カメラ
2 第2カメラ
3 第1光学系
4 第2光学系
5 第1画像センサ
6 第2画像センサ
15 フロントガラス
20 視差算出装置
21 受付部
22 第1補正部
23 第2補正部
24 記憶部
25 算出部
26 復元部
30 ステレオカメラ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記第1光学系を使用して被写体の像を含む基準画像を撮像する第1画像センサと、
前記第2光学系を使用して前記被写体の像を含む比較画像を撮像する第2画像センサと、
前記基準画像と、前記比較画像と、から前記被写体の像の視差を算出する算出部と、
を備えるステレオカメラ。 A first optical system and a second optical system in which the amount of change according to the defocus amount of MTF (Modulation Transfer Function) is lower than the amount of change of MTF according to the defocus amount of an ideal optical system without aberration; ,
A first image sensor that captures a reference image including an image of a subject using the first optical system;
A second image sensor that captures a comparative image including an image of the subject using the second optical system;
A calculation unit for calculating parallax of the image of the subject from the reference image and the comparison image;
Stereo camera with
請求項1に記載のステレオカメラ。 The stereo camera according to claim 1, wherein the amount of change in MTF according to the defocus amount is targeted for a region having a spatial frequency that is ¼ of the diffraction limit of the ideal optical system.
請求項1又は2に記載のステレオカメラ。 The first and second optical systems have at least one aspherical shape, thereby reducing the maximum value of the MTF and reducing the amount of change in MTF according to the defocus amount. 2. The stereo camera according to 2.
請求項3に記載のステレオカメラ。 The stereo camera according to claim 3, wherein the aspheric shape is provided on a diaphragm of the first and second optical systems, or on a lens surface before and after the diaphragm.
請求項3又は4に記載のステレオカメラ。 The stereo camera according to claim 3, wherein the aspheric shape is a shape for giving a spherical aberration amount to an ideal lens having no aberration.
を更に備える請求項1乃至5のいずれか1項に記載のステレオカメラ。 The stereo camera according to claim 1, further comprising: a restoration unit that restores the MTF of the reference image and the MTF of the comparison image by image processing.
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