JP6800650B2 - 信頼度生成装置、信頼度生成方法、および撮像装置 - Google Patents
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以下、図を参照しながら本発明の第1の実施形態について詳細に説明する。以下の説明では、本発明の信頼度生成装置(距離画像処理装置)を備えた撮像装置の一例として、デジタ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。
図1(A)は、本実施形態に係る信頼度生成装置110を備えたデジタルカメラ100である。デジタルカメラ100は、結像光学系120、撮像素子101、信頼度生成装置110、画像生成部(不図示)、レンズ駆動制御部(不図示)、画像信号格納部(不図示)が、カメラ筐体190の内部に配置され、構成される。信頼度生成装置110は、論理回路を用いて構成することができる。信頼度生成装置110の別の形態として、中央演算処理装置(CPU)と演算処理プログラムを格納するメモリとから構成してもよい。
撮像素子101はCMOS(相補型金属酸化膜半導体)やCCD(電荷結合素子)から構成され、撮像面位相差測距方式による測距機能を有する撮像素子である。結像光学系120を介して撮像素子101上に結像した被写体像は、撮像素子101により光電変換され、被写体像に基づく画像信号を生成する。取得した画像信号に対して、画像生成部により現像処理を施すことで、観賞用画像信号を生成することができる。また生成した観賞用画像を画像信号格納部に格納することができる。撮像素子は、観賞用画像信号や測距のために用いる画像信号を取得する画像取得部に想到する。以下、本実施形態における撮像素子101について、図1(B)を用いてより詳細に説明する。
本実施形態の撮像素子101が備える第1の光電変換部161及び第2の光電変換部162が受光する光束について、図2(A)を用いて説明する。
本実施形態の信頼度生成装置について説明する。図3(A)は、本実施形態の信頼度生
成装置110の概要構成を示すブロック図であり、図3(B)は信頼度生成装置110の動作を示すフローチャートである。
ΔL=Gain ×d ・・・(1)
に示す領域511の被写体距離が大きくばらついているのは、空501ではコントラスト変化が少ないために被写体距離が正しく算出できていないことを示している。
なお、層分割処理S322は、被写体距離に基づいて、距離画像信号を図5(E)に示すような複数の領域(ここでは、主被写体層の領域と、当該領域以外の領域)とに分割する処理と捉えられる。以下における層(主被写体層あるいは前背景層)という用語は、距離画像信号中の当該層の領域も意味するものとして用いる。
トして面積とすればよい。
Igconf=Sconf/Slayer ・・・(2)
主被写体層のIgconf=0.87
前背景層のIgconf=0.50
本実施形態の信頼度生成装置110においては、前背景層の大域信頼度Igconfが低い値となることから、前背景層の距離画像信号Sdは信頼性が低いと判定することができる。なお、大域信頼度Igconfの値が高いか低いかは、所定の閾値(例えば、0.8)との比較により判定できる。この所定の閾値は、適宜設定可能であり、シーンに応じて変更してもよい。
主被写体層のIgconf=0.87
前背景層のIgconf=0.51
縮小距離画像信号Ssdを用いた場合でも、距離画像信号Sdを用いた場合と同等の大域信頼度Igconfを得ることができる。縮小距離画像信号Ssdを用いることで、層の面積Slayerと高信頼度領域の面積Sconfを算出するために必要な演算を削減することができる。
本実施形態の信頼度生成装置110において、大域信頼度Igconfを高精度に算出するためには、局所信頼度生成部321にて生成する被写体距離の局所的な信頼性を精度よく評価する必要がある。以下、局所信頼度Ilconfの算出方法の変形例を説明する。
nfは、(相関度の変化量)/(1−対応点での相関度)として算出できる。
本実施形態の信頼度生成装置110が備える層分割処理部322が行う層分割処理は、図4(C)を用いて説明したものに限られない。層分割処理の具体的手法は、種々の変形が可能である。
それ以外の層(前背景層)とに分割する必要はない。例えば、植物503に着目する場合には、植物503が含まれる層とそれ以外の層とに層分割しても構わないし、空501に着目する場合には、空501が含まれる領域と、それ以外の領域とに層分割しても構わない。
前景層:被写体距離がb1よりも近い領域
主被写体層:被写体距離がb1以上b2以下の領域
背景層:被写体距離がb2よりも遠い領域
前景層:被写体距離がb3よりも近い領域
前景側中間層:被写体距離がb3以上b1未満の領域
主被写体層:被写体距離がb1以上b2以下の領域
背景側中間層:被写体距離がb2より遠くb4以下の領域
背景層:被写体距離がb4よりも遠い領域
なお、5層に分割する場合に4つ境界値を求める必要は必ずしもなく、境界値b1およびb2を含む所定距離内の層を中間層として、5つの層に分割するようにしてもよい。
上記の大域信頼度生成処理S323においては、層ごとの大域信頼度Igconfを求める際に、局所信頼度Ilconfが信頼できることを示す値である領域の面積Sconfを算出している。この処理は、所定の閾値により局所信頼度を2値の情報にしてから、
層毎に高信頼度領域が占める割合を算出していると捉えることもできる。したがって、局所信頼度がある閾値よりも信頼できるか信頼できないかに応じて、局所信頼度Ilconfの値を1か0(例えば、1が低信頼、0が高信頼)に設定し、高信頼を示す領域の面積を求めてもよい。
Ilconf’=(1−Ilconf/C) ・・・(3)
ここで、上記式にしたがって算出したIlconf’が負の時は、Ilconf’=0とする。ここで、Cは所定の規格化定数である。
本実施形態のデジタルカメラ100においては、1つの画素中に2つの光電変換部を配置した撮像素子101を用いることで、撮像面位相差測距方式による被写体距離算出を行っているが、他の測距原理に基づき被写体距離を算出しても構わない。本実施形態のデジタルカメラ100において、図6(A)にxy断面図を示す撮像素子601を用い、撮影条件を変えて撮影した第1の画像信号と第2の画像信号を用いて被写体距離を算出してもよい。具体的な距離算出方式としてDFD方式を採用できる。本変形例では、図3(A)の距離画像生成部310にて、図6(D)を用いて後述する処理内容にて距離画像信号Sdを生成している。
で示し、第2の撮像条件のMTFを破線で示している。横軸はデフォーカス量、縦軸はMTF(変調伝達関数:Modulation Transfer Function)である。合焦位置を変えて、時間的に連続して撮影することで、第1の撮像条件と第2の撮像条件とで、MTFのデフォーカス量依存を変えて撮像することができる。第1の撮像条件のMTFと第2の撮像条件のMTFの比をとったものが図6(C)である。デフォーカス量に依存して、MTF比が変化していることが分かる。DFD方式では、第1の撮像条件にて撮影した第1の画像信号と、第2の撮影条件にて撮影した第2の画像信号間の相関関係を評価することで、MTFの差異(すなわち、ボケ量の差異)を算出し、デフォーカス量を検出することができる。検出したデフォーカス量は、前述の撮像面位相差測距方式と同様に、結像光学系120の結像関係に基づき物体距離へ変換することで、被写体距離を算出することができる。
以下、本発明の第2の実施形態に係る信頼度生成装置810を説明する。本実施形態では、信頼度生成装置810は、層分割処理部322にて生成した層情報Ilayerの有効性を表す層有効度Ieffを生成し、層有効度Ieffも用いて大域信頼度Igconfを算出する。層情報Ilayerの有効性を表す情報を用いることで、大域信頼度生成部323にて生成される大域信頼度Igconfを用いた距離画像信号Sdの大域的な信頼性をより精度よく評価できる。層有効度Ieffは、層に対応する領域の有効度を表す領域有効度として捉えることもできる。
Ieff=Slayer/Sdist ・・・(4)
に与える影響は軽微である。従って、必ずしも大域信頼度Igconfを考慮する必要はない。すなわち、ステップS932においては、予め用意した層の大域的な信頼性が高いことを示す値を用いて、大域信頼度Igconfを生成すればよい。
本実施形態の信頼度生成装置810にて、光軸140と垂直な面内を複数の小領域に分割し、小領域毎且つ層毎の大域信頼度Igconfを大域信頼度生成部323にて生成しても構わない。小領域毎且つ層毎に大域信頼度Igconfを生成することで、距離画像信号Sdの大域的な信頼性を、小領域毎且つ層毎に評価することできる。
層毎に生成する。
本発明の第3の実施形態は、補正した距離画像信号を生成する補正装置を備えた撮像装置である。本実施形態の撮像装置は、距離画像信号の補正を行う距離画像信号補正装置として捉えることができる。以下、図を参照しながら、本発明の第3の実施形態について詳細に説明する。以下の説明では、本発明の距離画像信号補正装置を備えた撮像装置の一例として、デジタ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。
生成を行う。補正部1001では、信頼度生成装置110から距離画像信号Sdと補正情報Irefineを受け取り、距離画像信号Sdを補正した補正距離画像信号Srdの生成を行う。すなわち、補正装置1000では、補正距離画像信号Srdを生成し出力する。
上記の説明では、信頼度生成装置110が距離画像信号Sdについて1つの統合された大域信頼度Igconfを出力するものとして説明したが、信頼度生成装置110は層ごとの大域信頼度Igconfを出力してもよい。この場合、補正部1001は、層ごとの大域信頼度Igconfを統合して図10(B)(C)に示す処理を実施してもよい。あるいは、補正部1001は、層ごとに図10(B)(C)に示す処理を実施してもよい。また、信頼度生成装置110が小領域ごとに各層の大域信頼度Igconfを統合した代表大域信頼度Igconf0を出力する場合は、補正部1001は小領域ごとに図10(B)(C)に示す処理を実施すればよい。また、信頼度生成装置110が小領域ごとに代表大域信頼度Iconf0を出力せずに、小領域ごと層ごとに大域信頼度Igconfを出力する場合には、補正部1001は小領域ごと層ごとに図10(B)(C)に示す処理を実施すればよい。
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
310 距離画像生成部
320 信頼度生成部
321 局所信頼度生成部
322 層分割処理部
323 大域信頼度生成部
Claims (25)
- 距離画像信号の信頼度を生成する信頼度生成装置であって、
複数の画素のそれぞれにおける被写体までの距離に対応する距離情報を含む距離分布情報を取得する取得手段と、
前記複数の画素のそれぞれにおける前記距離情報の信頼度を表す局所信頼度を生成する第1の生成手段と、
前記距離分布情報を複数の分割領域に分割する領域分割手段と、
前記局所信頼度に基づいて前記複数の分割領域のそれぞれにおける信頼度を表す大域信頼度を生成する第2の生成手段と、
を有することを特徴とする信頼度生成装置。 - 前記第2の生成手段は、前記複数の分割領域のそれぞれについて、当該分割領域内の前記局所信頼度の和と、当該分割領域の面積との比に基づき、前記大域信頼度を生成する、
ことを特徴とする請求項1に記載の信頼度生成装置。 - 前記第2の生成手段は、前記複数の分割領域のそれぞれについて、前記局所信頼度が所定の閾値信頼度以上に信頼できる領域の面積と、当該分割領域の面積との比に基づき、前記大域信頼度を生成する、
ことを特徴とする請求項1に記載の信頼度生成装置。 - 前記第2の生成手段は、前記複数の分割領域のそれぞれについての前記大域信頼度から、前記距離分布情報に対する1つの大域信頼度を生成する、
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の信頼度生成装置。 - 前記第2の生成手段は、前記複数の分割領域のそれぞれについての前記大域信頼度の統計量を、前記距離分布情報に対する大域信頼度として生成するものであり、
前記統計量は、最小値、平均値、最大値、標準偏差のいずれかである、
ことを特徴とする請求項4に記載の信頼度生成装置。 - 前記領域分割手段は、
前記距離情報の度数分布に基づいて、前記領域分割を行うための境界値を複数設定し、
前記境界値に基づいて距離分布情報を複数の分割領域に分割する、
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の信頼度生成装置。 - 前記領域分割手段は、前記距離情報に基づいて前記距離分布情報を複数の分割領域に分割する、
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の信頼度生成装置。 - 前記領域分割手段にて分割した分割領域ごとに、前記分割領域の面積に基づき、前記分割領域の有効性を表す領域有効度を生成する第3の生成手段をさらに備える、
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の信頼度生成装置。 - 前記第2の生成手段は、前記領域有効度が所定の値よりも高い分割領域と前記領域有効度が前記所定の値よりも低い分割領域とで、前記大域信頼度を異なる方法により算出する、
ことを特徴とする請求項8に記載の信頼度生成装置。 - 前記第2の生成手段は、前記領域有効度が所定の値よりも高い分割領域についての前記大域信頼度の統計量に基づいて、前記距離分布情報に対する1つの大域信頼度を生成するものであり、
前記統計量は、最小値、平均値、最大値、標準偏差のいずれかである、
ことを特徴とする請求項8または9に記載の信頼度生成装置。 - 前記距離分布情報の奥行き方向と垂直な面内を複数の小領域に分割した小領域情報を生成する面分割手段をさらに備え、
前記第2の生成手段は、少なくとも前記局所信頼度と、前記分割領域に関する情報と、前記小領域情報とに基づき、前記小領域ごとおよび前記分割領域ごとに前記大域信頼度を生成する、
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の信頼度生成装置。 - 前記面分割手段は、前記小領域が予め決められた領域を有するように前記距離分布情報の面内を分割する、
ことを特徴とする請求項11に記載の信頼度生成装置。 - 前記距離分布情報の生成時と同じ被写体を撮影した画像信号を取得する画像取得手段をさらに備え、
前記面分割手段は、前記画像信号の色情報または輝度情報の類似性に基づき、前記距離分布情報の面内を複数の小領域に分割する、
ことを特徴とする請求項11に記載の信頼度生成装置。 - 前記領域分割手段にて分割した分割領域ごとに、前記分割領域の面積に基づき、前記分割領域の有効性を表す領域有効度を生成する第3の生成手段をさらに備え、
前記第2の生成手段は、前記小領域ごとおよび前記分割領域ごとに、前記領域有効度と前記局所信頼度と前記分割領域の面積とに基づき、前記分割領域のうち少なくとも1つの領域について前記大域信頼度を生成する、
ことを特徴とする請求項11〜13のいずれか1項に記載の信頼度生成装置。 - 前記第2の生成手段は、前記小領域ごとに、前記領域有効度が所定の値よりも高い分割領域についての前記大域信頼度の統計量に基づいて、前記小領域に対する1つの大域信頼度を生成するものであり、
前記統計量は、最小値、平均値、最大値、標準偏差のいずれかである、
ことを特徴とする請求項14に記載の信頼度生成装置。 - 請求項1〜15のいずれか1項に記載の信頼度生成装置と、
前記距離分布情報を補正する補正手段と、
を備え、
前記補正手段は、前記大域信頼度が所定値より高い場合には前記距離分布情報を補正し、前記大域信頼度が前記所定値より低い場合には前記距離分布情報を補正しない、
ことを特徴とする補正装置。 - 請求項1〜15のいずれか1項に記載の信頼度生成装置と、
前記距離分布情報を補正する補正手段と、
を備え、
前記補正手段は、前記大域信頼度が所定値より低い場合に、前記大域信頼度が前記所定値より高い場合よりも効果が弱い補正を前記距離分布情報に行う、
ことを特徴とする補正装置。 - 前記距離分布情報は、第1の画像信号と第2の画像信号のあいだの相対的な位置ズレ量に基づいて生成され、
前記補正手段は、前記距離分布情報内に注目画素を設定し、前記注目画素の近傍領域の画素であって、前記第1の画像信号と前記第2の画像信号の少なくとも一方に基づく画像における類似度が所定の判定閾値以上である画素についての前記距離情報を、前記局所信頼度の信頼性の高さに応じて重み付けすることにより、前記注目画素の距離情報を補正するものであり、
前記補正手段は、前記大域信頼度が前記所定値より低い場合は、前記大域信頼度が前記所定値より高い場合と比較して、前記判定閾値を大きくするか、前記近傍領域の大きさを小さくする、
請求項17に記載の補正装置。 - 前記信頼度生成装置は、請求項4,5,10のいずれか1項に記載の信頼度生成装置であり、
前記補正手段は、前記距離分布情報に対する1つの大域信頼度に基づいて、前記距離分布情報の全体を補正する、
請求項16〜18のいずれか1項に記載の補正装置。 - 前記補正手段は、前記領域分割手段にて分割した分割領域ごとに、当該分割領域の大域信頼度に基づいて、前記距離分布情報を補正する、
請求項16〜18のいずれか1項に記載の補正装置。 - 結像光学系と、
撮像素子と、
請求項1〜15のいずれか1項に記載の信頼度生成装置または請求項16〜20のいずれか1項に記載の補正装置と、
を備えた撮像装置であって
前記取得手段は、前記撮像素子によって取得された第1の画像信号および第2の画像信号に基づいて前記距離分布情報を算出することにより前記距離分布情報を取得する、
ことを特徴とする撮像装置。 - 距離画像処理装置が実行する、距離分布情報の信頼度を生成する信頼度生成方法であって、
複数の画素のそれぞれにおける被写体までの距離に対応する距離情報を含む距離分布情
報を取得する取得ステップと、
前記複数の画素のそれぞれにおける前記距離情報の信頼度を表す局所信頼度を生成する第1の生成ステップと、
前記距離分布情報を複数の分割領域に分割する領域分割ステップと、
前記局所信頼度に基づいて前記複数の分割領域のそれぞれにおける信頼度を表す大域信頼度を生成する第2の生成ステップと、
を含むことを特徴とする、信頼度生成方法。 - 距離画像処理装置が実行する、距離分布情報の補正を行う補正方法であって、
請求項22に記載の信頼度生成方法の各ステップと、
前記大域信頼度が所定値より高い場合には前記距離分布情報を補正し、前記大域信頼度が前記所定値より低い場合には前記距離分布情報を補正しない補正ステップと、
を含む、補正方法。 - 距離画像処理装置が実行する、距離分布情報の補正を行う補正方法であって、
請求項22に記載の信頼度生成方法の各ステップと、
前記大域信頼度が所定値より低い場合に、前記大域信頼度が前記所定値より高い場合よりも効果が弱い補正を前記距離分布情報に行う補正ステップと、
を含む、補正方法。 - 請求項22に記載の信頼度生成方法あるいは請求項23または24に記載の補正方法の各ステップを、コンピュータに実行させるためのプログラム。
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