JP6462671B2 - Xスリットカメラ - Google Patents
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Description
本発明は、認可番号第 IIS-CAREER-0845268 号及び第 IIS-RI-1016395 号の下に米国国立科学財団から部分的な支援を受けたものである。米国政府は、本発明に対する権利を有し得る。
本出願は、「XSLIT CAMERA」という名称の2013年10月3日付けで出願された米国仮特許出願第 61/886,161 号に対する優先権を主張するものであり、この特許文献の内容は、引用により、そのすべてが本明細書に包含される。
マンハッタンワールドシーンは、通常は、デカルト座標に基づいた現実世界のシーンを表現している。MWシーンは、三つの相互に直交する主軸とアライメントされた平坦な表面及び平行なラインから構成されている。MWモデルは、(例えば、都会のシーンなどの)フラットな壁、軸とアライメントされた窓、及び鋭いコーナーなどの強力なジオメトリの規則性を有する多数の人工の(内部/外部)環境に対して良好にフィットする。これまでの研究活動は、画像からのMWシーンの再構築及びカメラの較正のためのMW仮定の使用に合焦されている。MW再構築における課題は、MWシーンは、一般に、反復されたラインパターンを示すが、これらのラインを弁別するためのテクスチャを欠いており、その結果、ステレオマッチングの直接的な適用が困難であるという点にある。
ここで、〜A、〜B、〜C、〜D、〜E、及び〜Fは、双曲線の係数を表しており、係数A〜Fは、式(1)において示されており、且つ、〜A、〜B、及び〜Cは、Xスリット固有特性である(即ち、これらは、すべての3Dラインについて同一である)。3Dラインは、その双曲線画像から直接的に再構築することはできない。その理由は、3Dラインが四つの未知数(u,v,σ,τ)を有しているからであり、上述の分析を使用することにより、u及びv係数と、式(3)の定数項と、を判定してもよい。同様の曖昧性が、ピンホールカメラにおいても存在している。
ステレオマッチングは、コンピュータビジョンにおいて精力的に研究されている問題である。その目的は、生物学的な立体視プロセスと同様に、二つの視点からの相対的な位置の調査による3D情報の抽出にある。現時点の方式は、平行運動する複数の遠近投影カメラを使用している。視差を生成するべく、十分なカメラベースラインを有するように、第二カメラを第一カメラから離れるように平行運動させている。純粋に水平方向の視差を有するように、共通画像プレーン上に投影されることにより、入力画像を更に調整することができる。
演算撮像及び写真撮影における最近の進歩により、従来は困難であったコンピュータビジョンの問題に取り組むための多くの新しい解決策が可能になっている。解決策の顕著な種類の一つが、コード化演算写真撮影である。時間、空間、波長などに伴って光を戦略的に遮断することにより、コード化演算写真撮影は、シーンの再構築を促進すると共に画像品質を保持し得る。例えば、当初は天文学及びX線撮像において開発されたコード化アパーチャ技法が、コモディティカメラにも拡張されている。現時点のカメラにおいては、信頼性の高い逆畳込み及び深さ推定を可能にするべく、コード化パターンにより、非合焦ぼけの周波数特性をシーンの深さと相関させている。
Claims (17)
- シーンを再構築する方法であって、
撮像センサに結合されたレンズモジュールを通じて該シーンを表す光を導くステップであって、該レンズモジュールは、該撮像センサの光軸に沿って位置決めされた第一及び第二円筒形レンズと、該個々の第一及び第二円筒形レンズ上に配設された第一及び第二スリット形状アパーチャと、を含み、該第二円筒形レンズの円筒軸は、該第一円筒形レンズの円筒軸との関係において平行から離れた角度において構成されている、ステップと、
該撮像センサにより、該レンズモジュールを通じて導かれた該光をキャプチャして少なくとも一つの多視点画像を形成するステップと、
プロセッサにより、該少なくとも一つの多視点画像を処理して該シーンの再構築特性を判定する処理ステップと、
を具備し、
該少なくとも一つの多視点画像は、第一多視点画像と、第二多視点画像と、を含み、
該光をキャプチャして該少なくとも一つの多視点画像を形成する該ステップは、
該第一及び第二円筒形レンズが該撮像センサとの関係において第一方向において構成されている際に、該第一多視点画像をキャプチャするステップと、
該第一及び第二円筒形レンズが該撮像センサとの関係において該第一方向とは反対の第二方向において構成されるように、該撮像センサとの関係において該第一及び第二円筒形レンズを回転させるステップと、
該第一及び第二円筒形レンズが該第二方向において構成されている際に、該第二多視点画像をキャプチャするステップであって、該第一及び第二多視点画像は、ステレオ画像ペアを形成する、ステップと、
を具備する、方法。 - 該少なくとも一つの多視点画像の該処理ステップは、
該少なくとも一つの多視点画像内の共平面共通点及び消失点の識別に基づいて、該少なくとも一つの多視点画像から、該シーン内の少なくとも一つのプレーンを識別するステップ、
を含む、請求項1に記載の方法。 - 該方法は、
該少なくとも一つの多視点画像内の一つ又は複数のライン画像に対して円錐曲線をフィッティングするステップと、
該円錐曲線のペアの観点における交差を判定して該共平面共通点及び該消失点を識別するステップと、
該共平面共通点及び該消失点に基づいて該少なくとも一つのプレーンを再構築するステップと、
を更に具備する、請求項2に記載の方法。 - 該少なくとも一つの多視点画像の該処理ステップは、
該ステレオ画像ペアのそれぞれの画像内の少なくとも一つのエピポーラ曲線に基づいて該ステレオ画像ペアから深さマップを再構築するステップ、
を含む、請求項1に記載の方法。 - 該方法は、
該第一及び第二多視点画像のそれぞれの画像内において該少なくとも一つのエピポーラ曲線を配置するステップと、
該第一及び第二多視点画像のそれぞれを複数のパッチにセグメント化するステップと、
該個々の少なくとも一つのエピポーラ曲線に沿って該第一及び第二多視点画像の間のパッチ類似性を計測するステップと、
該パッチ類似性に基づいて該深さマップを再構築するステップと、
を更に含む、請求項4に記載の方法。 - 該方法は、
それぞれのパッチをせん断解消するか又はそれぞれのパッチをサイズ変更するステップのうちの少なくとも一つにより、該第一及び第二多視点画像のそれぞれのパッチ内の歪を補正するステップ、
を更に含む、請求項5に記載の方法。 - シーンを再構築する方法であって、
撮像センサに結合されたレンズモジュールを通じて該シーンを表す光を導くステップであって、該レンズモジュールは、該撮像センサの光軸に沿って位置決めされた第一及び第二円筒形レンズと、該個々の第一及び第二円筒形レンズ上に配設された第一及び第二スリット形状アパーチャと、を含み、該第二円筒形レンズの円筒軸は、該第一円筒形レンズの円筒軸との関係において平行から離れた角度において構成されている、ステップと、
該撮像センサにより、該レンズモジュールを通じて導かれた該光をキャプチャして少なくとも一つの多視点画像を形成するステップと、
プロセッサにより、該少なくとも一つの多視点画像を処理して該シーンの再構築特性を判定する処理ステップと、
を具備し、
該第一スリット形状アパーチャは、深さ視差コードを含み、該第二スリット形状アパーチャは、広帯域コードを含み、該少なくとも一つの多視点画像は、コード化された画像を形成し、且つ、該少なくとも一つのキャプチャされた多視点画像の該処理ステップは、
該レンズモジュールの点広がり関数(PSF)に基づいて該コード化された画像から該シーンの深さを再構築するステップ、
を含む、方法。 - 該方法は、
異なる深さ層を表す複数の既定のPSFのそれぞれによって該コード化された画像を逆畳込みするステップと、
最適な逆畳込みされた画像に対応した該複数のPSFのうちの一つを選択するステップと、
該選択されたPSFに基づいて該シーンの該深さを再構築するステップと、
を更に含む、請求項7に記載の方法。 - システムであって、
シーンの少なくとも一つの多視点画像をキャプチャするように構成されたカメラであって、
撮像センサに結合されたレンズモジュールであって、該撮像センサの光軸に沿って位置決めされた第一及び第二円筒形レンズと、該個々の第一及び第二円筒形レンズ上において配設された第一及び第二スリット形状アパーチャと、を含み、該第二円筒形レンズの円筒軸は、該第一円筒形レンズの円筒軸との関係において平行から離れた角度において構成されている、レンズモジュール、
を含むカメラと、
該シーンの該キャプチャされた少なくとも一つの多視点画像を受け取ると共に該シーンの再構築特性を判定するように構成された画像処理モジュールと、
該第一及び第二円筒形レンズが、該撮像センサとの関係において第一方向において、或いは、該撮像センサとの関係において該第一方向とは反対の第二方向において、構成されるように、該撮像センサとの関係において該第一及び第二円筒形レンズの回転を促進するべく構成された該カメラに結合された回転モジュールと、
を具備するシステム。 - 該角度は、90度以上であり、且つ、180度未満である、請求項9に記載のシステム。
- 該画像処理モジュールは、該少なくとも一つの多視点画像内の共平面共通点及び消失点の識別に基づいて該少なくとも一つの多視点画像から該シーン内の少なくとも一つのプレーンを識別するように構成されている、請求項9に記載のシステム。
- 該少なくとも一つの多視点画像は、ステレオ画像ペアを形成するべく、該第一方向及び該第二方向において個々にキャプチャされた第一及び第二多視点画像を含み、且つ、該画像処理モジュールは、該ステレオ画像ペアのそれぞれの画像内の少なくとも一つのエピポーラ曲線に基づいて、該ステレオ画像ペアから深さマップを再構築するように構成されている、請求項9に記載のシステム。
- システムであって、
シーンの少なくとも一つの多視点画像をキャプチャするように構成されたカメラであって、
撮像センサに結合されたレンズモジュールであって、該撮像センサの光軸に沿って位置決めされた第一及び第二円筒形レンズと、該個々の第一及び第二円筒形レンズ上において配設された第一及び第二スリット形状アパーチャと、を含み、該第二円筒形レンズの円筒軸は、該第一円筒形レンズの円筒軸との関係において平行から離れた角度において構成されている、レンズモジュール、
を含むカメラと、
該シーンの該キャプチャされた少なくとも一つの多視点画像を受け取ると共に該シーンの再構築特性を判定するように構成された画像処理モジュールと、
を具備し、
該第一スリット形状アパーチャは、深さ視差コードを含み、該第二スリット形状アパーチャは、広帯域コードを含み、該キャプチャされた少なくとも一つの多視点画像は、コード化された画像を含み、且つ、該画像処理モジュールは、該レンズモジュールの点広がり関数(PSF)に基づいて該コード化された画像から該シーンの深さを再構築するように構成されている、システム。 - 該第二円筒形レンズは、該第一円筒形レンズと該撮像センサとの間に配設されている、請求項13に記載のシステム。
- 多視点カメラであって、
撮像センサと、
該撮像センサに結合されたレンズモジュールであって、
該撮像センサの光軸に沿ってそれぞれが位置決めされた第一円筒形レンズ及び第二円筒形レンズであって、該第二円筒形レンズの円筒軸は、該第一円筒形レンズの円筒軸との関係において平行から離れた角度において構成されている、第一円筒形レンズ及び第二円筒形レンズと、
該個々の第一円筒形レンズ及び該第二円筒形レンズ上において配設された第一スリット形状アパーチャ及び第二スリット形状アパーチャと、
を有するレンズモジュールと、
を具備し、
該撮像センサは、シーンの多視点画像をキャプチャするように構成されており、
該撮像センサ、該第一円筒形レンズ、又は該第二円筒形レンズのうちの少なくとも一つは、該第一円筒形レンズ及び該第二円筒形レンズが、該撮像センサとの関係における第一方向において構成された第一構成と、該撮像センサとの関係における該第一方向とは反対の第二方向において構成された第二構成と、を有するように、該光軸との関係において回転するように構成されている、多視点カメラ。 - 該角度は、90度以上であり、且つ、180度未満である、請求項15に記載の多視点カメラ。
- 多視点カメラであって、
撮像センサと、
該撮像センサに結合されたレンズモジュールであって、
該撮像センサの光軸に沿ってそれぞれが位置決めされた第一円筒形レンズ及び第二円筒形レンズであって、該第二円筒形レンズの円筒軸は、該第一円筒形レンズの円筒軸との関係において平行から離れた角度において構成されている、第一円筒形レンズ及び第二円筒形レンズと、
該個々の第一円筒形レンズ及び該第二円筒形レンズ上において配設された第一スリット形状アパーチャ及び第二スリット形状アパーチャと、
を有するレンズモジュールと、
を具備し、
該撮像センサは、シーンの多視点画像をキャプチャするように構成されており、
該第一スリット形状アパーチャは、深さ視差コードを含み、且つ、該第二スリット形状アパーチャは、広帯域コードを含む、多視点カメラ。
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