JPH0795467A - 画像処理装置 - Google Patents
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Abstract
性があり、パノラマ感も充分な画像表示できる画像処理
装置を提供する。 【構成】 2つの画像を入力する左右撮像系10L,1
0Rを含む複眼撮像装置10と、 左右撮像系10L,1
0Rから入力された左右の画像を記憶する左右画像メモ
リ31L,31Rと、左右画像メモリが記憶した左右の画
像から互いに共通した部分画像を判定する対応点抽出部
33と、対応点抽出部が判定したの結果に基づいて、左
右の画像を繋ぎ合わせて1つの画像を合成する合成変換
部410および合成画像メモリ39と、合成変換部によ
り合成され合成画像メモリに格納された画像を分割し
て、パノラマ画像を構成する各画像として出力する画像
出力部40とを有する。
Description
等の撮像素子を用いた撮像装置、特には複数の撮像素子
及びレンズ等の結像光学系を含む複眼撮像装置を用いた
画像処理装置に関する。
高精細画像生成の目的で、結像光学系と撮像素子からな
る複数の撮像系を有し、共通の被写体を撮像することに
より各撮像素子からそれぞれ入力した画像信号を用い
て、1つの合成画像を生成出力する複眼撮像装置が提案
されている。
系によりそれぞれ被写体領域の異なる複数の画像を同時
に撮像し、これらの各画像内に存在する同一被写体を抽
出し、その被写体の画像間における相対位置情報に基づ
いて各画像を接続することにより、合成パノラマ画像を
得るものである。一方、高精細画像を得る方式とは、パ
ノラマ画像と同様に、各画像内に存在する同一被写体を
抽出し、その画像内での相対位置情報に基づいて補間処
理を行なって新たに高精細な1つの画像を得るものであ
る。
く複眼撮像装置は、例えば第12図に示すように、左撮
像系1010L と右撮像系1010R とを用意し、左撮
像系1010L と右撮像系1010R とで被写体110
1を撮像するものがある。この場合、左撮像系1010
L で得られた左側画像IL と、右撮像系1010R で得
られた右側画像IR とを画像処理装置1120で対象点
抽出を行ない合成処理することにより、1つの撮像系で
被写体を撮像したときに比べて高精細な1つの出力画像
Iout を得ている。
た複眼撮像装置には、以下に示す問題点があった。パノ
ラマ画像を得るものでは、複数の画像を接続する物なの
で1つの撮像系の最大画角内に制限されず、更に同一タ
イミングで撮像した複数の画像から1つのパノラマ画像
を再構成するので、動物体を含む所望の被写体領域をカ
バーできるだけの撮像系を複数組み合わせた構成等のフ
レキシブルな撮像装置を実現することができるものの各
画像は一部重複部を除いて並列して撮像する形態となる
ので、むしろ殆どの画像域が対応点のない複写体とな
る。この場合、画像接続部で互いに対応する被写体が、
生成画像上で一致せず二重に存在するいわゆる二重像と
して表れることがあり、これにより画像の連続性が失わ
れ、画像品位の劣化を招くという点があり、そのつなぎ
目処理に注目して、議論されることが多かった。これら
問題は解決され画像の連続性が得られたとしても、1つ
の撮像系より得られる画角以上のパノラマ画像をディス
プレイ上に表示する方法に関して、パノラマ感を失わず
表示することが容易ではないという問題があった。
構成する画像間に良好な連続性があり、パノラマ感も充
分な画像処理装置を提供することを目的とする。
は、複数の画像を入力する画像入力手段と、前記画像入
力手段から入力された複数の画像を記憶する記憶手段
と、前記記憶手段が記憶した複数の画像から互いに共通
した部分画像を判定する判定手段と、前記判定手段が判
定したの結果に基づいて、前記複数の画像を繋ぎ合わせ
て1つの画像を合成する画像合成手段と、前記画像合成
手段により合成された画像を分割して、複数の画像とし
て出力する画像出力手段とを有する。
あり、前記画像合成手段は、前記記憶手段が記憶した画
像から被写体の同一部分に対応する対応点対をそれぞれ
抽出し、抽出した各対応点対から1つの画像を合成する
ことにより、2つの画像の接続近傍を良好にし、前記画
像出力手段は、分割される各画像が相互に同一の領域を
有するように、合成画像を分割するのが好ましい。
数の画像について、判定手段の判定に基づき適宜合成画
像を形成する。画像合成手段が形成した合成画像を、画
像出力手段が自然なパノラマ画像を形成できるように分
割して、パノラマ画像を構成する各画像として出力す
る。したがって、分割された各画像を合成すれば自然な
パノラマ画像が構成されることとなる。
て説明する。図1は本発明の画像処理装置の第1の実施
例を示すブロック図、図2は図1の実施例の複眼撮像装
置の構造を示す構成図である。図1から明らかなように
本実施例は、左撮像系10 Lおよび右撮像系10Rからそ
れぞれビデオ信号を出力する複眼撮像装置10と、複眼
撮像装置10が出力するビデオ信号を処理し出力する画
像処理部30と、画像処理部30が出力する画像を分割
処理する分割画像処理出力部40とから構成され、右撮
像系10R および左撮像系10L の2つの撮像系を用い
て被写体を撮像して得られる2つの画像を並列に接続す
ることにより1つのパノラマ合成画像を得るものであ
る。
説明する。まず、左撮像系10L について説明する。左
撮像系10L は、鏡筒内(不図示)に組み込まれた結像
光学系としての撮像レンズ群11L と、撮像レンズ群1
1L に装着された、被写体からの光を3原色に分解する
ための色分解プリズム12L と、色分解プリズム12 L
によって分解された光毎に設けられた撮像素子として
の、それぞれ矩形の有効受光部を持つ3つのCCDセン
サ13L (1つのみ図示)とを有する。
14L により駆動される合焦レンズ群15L と、ズーム
モータ16L により駆動される変倍レンズ群17L とを
含む複数のレンズで構成され、各モータ14L ,16L
は、光学系を制御する制御ユニット20内の全系制御部
21及びフォーカス・ズーム制御部22からの制御信号
に応じてそれぞれ駆動される。
と同様に構成されており、右撮像系10R の撮像レンズ
群11R の光軸LR は、左撮像系10L の撮像レンズ群
11 L の光軸LL が含まれる平面と同一の平面に含まれ
るように構成されている。
込まれた各鏡筒は、それぞれ制御ユニット20の輻輳角
制御部23からの制御信号に応じて駆動される輻輳角モ
ータ18L ,18R の回転軸に結合されている。輻輳角
モータ18L ,18R の回転軸は、それぞれ両撮像レン
ズ群11L ,11R の光軸LL ,LR を含む平面に対し
垂直方向に延びており、各輻輳角モータ18L ,18R
を駆動させることにより、各撮像レンズ群11L ,11
R はそれぞれに設けられた色分解プリズム12 L ,12
R およびCCDセンサ13L ,13R と一体となって回
転され、各撮像レンズ群11L ,11R の光軸LL ,L
R の互いに成す角(輻輳角)が設定される。
焦レンズ群15L ,15R の位置を検出するためのフォ
ーカスエンコーダ24L ,24R 、各変倍レンズ群17
L ,17R の位置を検出するためのズームエンコーダ2
5L ,25R 、および輻輳角を検出するための輻輳角エ
ンコーダ26L ,26R が設けられている。これらは、
例えばポテンショメータのような外付けの部材を用いて
もよいし、パルスモータのような駆動系自身の持つ信号
情報によりそれぞれの位置や角度を検出するものを用い
てもよい。
0および画像出力部40について図1を参照して説明す
る。画像入力部32は、撮像系10L ,10R のCCD
センサ13L ,13R (図2参照)からの画像信号であ
るビデオ信号を、それぞれ左画像メモリ31L および右
画像メモリ31R に格納する。画像変換部38は、画像
入力部32の左画像メモリ31L および右画像メモリ3
1R に格納された左右の画像に基づいて1つの合成画像
を生成する。合成画像メモリ39は、画像変換部38が
合成した画像を保持し、画像出力部40に出力する。な
お、本実施例における画像変換部38は、画像入力部3
2に入力された両画像のうち、両画像間の対応点対の抽
出を行なう対応点抽出部33と、対応点対抽出の結果か
ら各対応点対の、3次元位置(距離情報)を算出し、そ
の情報により、画像を合成する合成変換部410とから
構成されている。
の主要部を、撮像レンズ群11L ,11R の光軸LL ,
LR を含む平面に垂直な方向から見た図である。ただ
し、説明を簡略にするために、各色分解プリズム12
L ,12R (図2参照)部分は省略すると共に、各CC
Dセンサ13L ,13R についても左右それぞれ1つず
つのみ示した。図3に示すように、右撮像系10R の撮
像レンズ群11R およびCCDセンサ13R は合焦物対
面50R を有するとともに、撮像可能な領域が、CCD
センサ13R の有効受光部により端面51R と52R と
で挟まれる領域に制限され、この合焦物体面50R が端
面51R および端面52R とそれぞれ交わる交線BR か
ら交線Aまでの領域が、有効被写体領域となる。左撮像
系10L についても同様に、合焦物対面50L 上の交線
Aから交線BL までの領域が有効被写体領域となってい
る。
ータ14L ,14R (図2参照)およびズームモータ1
6L ,16R (図2参照)は、それぞれの合焦物体面5
0L、50R とCCDセンサ13L ,13R との距離、
および結像倍率が左右互いに等しくなるように制御す
る。また、輻輳角モータ18L ,18R (図2参照)は
それぞれ撮像系10L ,10R の有効被写体領域の端部
が互いに交線Aで一致するように制御する。各モータ1
4L ,14R ,16L ,16R ,18L ,18Rの制御
は、各エンコーダ24L ,24R ,25L ,25R ,2
6L ,26R (図2参照)からの信号を受けた制御ユニ
ット20(図2参照)を通じて行われる。特に輻輳角モ
ータ18L ,18R については、フォーカスエンコーダ
24L ,24R およびズームエンコーダ25L ,25R
からの出力信号から算出される合焦物体面50L ,50
R の位置および有効被写体領域の端部位置の信号に連動
して制御される。
行く。図1に示した対応点抽出部33において各画像の
対応点対を抽出する。これを行う代表的な手法として
は、テンプレートマッチング法がある。この方法は、例
えば左画像中のある1点を囲むテンプレートを考え、そ
のテンプレートの画像に対する右画像中での類似性の比
較によって対応点を決定するものである。類似性の比較
の一方法である相関法は、テンプレートの画像中の画素
値と探索画像中の画素値との相互相関をとり、最大値と
なった座標を対応点とするものであり、その関係は下記
の式(1)により示される。
L )は左右の画像の画素値であり、σ(mR ,nR ,m
L ,nL )は、相関の度合いを表すものである。また、
mR ,nR ,mL ,nL は画素座標値を示す。なお、二
乗和または積和計算でi,jの前の符合が左右画像で逆
になるのは、図4(B)で示される画素座標軸は左右対
象になるように定義されているからである。そして、式
(1)の正規化相互相関では最大値は1となる。
次元、空間内での位置を三角測量法により求める。図5
に示すように、左右の撮像レンズ群11L ,11R (図
3参照)の物体側主平面の中心点OL ,OR をそれぞれ
X軸上でZ軸に対して線対称に配置し、その中心点O
L ,OR 間を結ぶ基線の長さを基線長bとすると、各中
心点OL ,OR の座標はそれぞれ(−b/2,0,
0)、(b/2,0,0)で表される。
L ,OR に向けて投影したときの、左右各CCDセンサ
13L ,13R 上での投影点はそれぞれPL ,PR とな
り、点P,PL ,PR の座標をそれぞれ(X,Y,
Z)、(XL ,YL ,ZL )、(XR ,YR ,ZR )で
表す。ここで3次元空間中の点P,PL ,PR の3点を
結んでできる平面をエピポーラ面といい、エポポーラ面
とCCDセンサ面との交線をエピポーララインという。
このとき点Pの座標(X,Y,Z)はそれぞれ以下に示
す式(2),(3),(4)により与えられる。
LR が、それぞれその物体側主平面の中心点OL ,OR
を通り、かつZ軸に平行な直線に対してなす角度(これ
を輻輳角という)をθとすると共に、各撮像レンズ群1
1L ,11R の焦点距離をfとすると、下記の式
(5),(6)の関係が成り立つ。
Z)が求められる。これらの座標をもとに、ある視点か
ら見た画像例えばここでは2つのカメラの中間点から見
た画像に座標変換を行い。これは並進変換と回転変換の
組み合わせで行い合成画像を得る。
だが、次にこの得られた画像を適切に、例えば複数のデ
ィスプレイを有するヘッドマウンテッドディスプレイ
(HMD)に出力することについて説明する。この説明
においては、2つの画像は仮にNTSCのフォーマット
で構成されているものとする。代表的なNTSC信号と
しては画素数が525×910,480×640,48
0×720,480×768等と様々なものがあるが、
ここではこれら全てを総称してNTSC信号と呼ぶ。
時の重複部の領域の大きさが水平方向にα画素分だけ重
複していたとする。この場合、合成画像のアスペクトは
概略図6に示すごとく480:(640+640−
α’)である。ここでαは合成処理によって多少変動す
るのでα’とした。一番の極端な例としてピッタリと接
合部が合致するように撮像され、なにも失うものがない
場合α’=α=0となり480:640+640−α=
3:8となる。
方法としては、図7に示すようにまず得られた合成画像
501を画像出力部40によって複数の画像に分割する
必要がある。分割された画像は画像信号411,412
として出力される。
4:3の比の画像を2つ作成し、すなわち8:3の画像
を2等分し、2つの4:3のNTSC画像信号を生成
し、HMD等のディスプレイに伝送する。この結果2つ
の画面を用いて、画角が広がった臨場感あふれる画像を
表示することが可能である。
たが一般にはα>0である。この場合は、480:64
0+640−α’の画像から図9に示すように画像信号
を2つ作成する。このとき生成された画像のアスペクト
比は3:4になっている。すなわち480:640の画
像である。
と、この得られた2つの画像信号は、2つの撮像系から
得られた生の画像信号と比較した場合、合成処理部を経
た結果、重複撮像部の像に関して変換されているので異
なる信号となっている。もちろん、ある条件下の撮影条
件、例えば平面被写体を無限遠設定で撮影した場合変換
処理を行っても像は変化しないという場合も存在し得
る。
2つのHMD等のディスプレイに表示することによりパ
ノラマ画像として表示することが可能である。このと
き、2つの画像に同じものが一部表示されることになる
がこの2つの画像の重複部(図4(a)の斜線部)はさ
きの合成処理により立体視差情報がなくなっているの
で、2つの重複部からの像による立体感は知覚されず平
面としてとらえられるよう融合され、あたかも重複して
いない部分の画像と融合して画角を広げ、全体がパノラ
マ画像として表示される。HMD等のディスプレイで
は、図4中の同一部(斜線部)をむしろ設けた上で表示
する方が、より視覚的につなぎ目にエッジ等を感じず、
所望の画像を表示できる。
な2つの画像信号を生成することが挙げられる。この場
合は2つの画像にあえて同一部分を設けないで表示する
よう分割信号画像処理部で画像信号を発生するようにな
っている。したがって、1つの画像中に図10中斜線部
480×α’/2の領域は例えば黒レベル等の画像が挿
入され、480×640−α’/2の部分に合成画像の
2分の1を表示する形である。
のときと同じ形で重複部が表示されることとなる。2つ
のディスプレイの間に同一画像でないので、人が知覚す
る際に、融合領域部分がなく多少この境目が気にするこ
とはあるものの画角を広げる作用をもたらすことは同じ
である。
イに同一の領域を積極的に取り入れることが挙げられ
る。すなわち、分割画像信号処理部では、入力された合
成画像480×(640+640−α’)を2つの画像
信号240×{(640+640−α’)/2}に分割
するアスペクト比は同じであるが画素数的には1つのデ
ィスプレイ内におさまる形である。図11にその様子を
示す。図11(A)が入力合成画像、図11(B)が分
割出力される2つの画像信号で、図11(B)の斜線部
は例えば黒レベルの画像信号を挿入する処理をする。
480の画像を代表的な例として説明し、図においても
これを使用したが、本発明は、これに限定されないこと
は言うまでもない。また、PALのフォーマット、ED
TV、HDTVのフォーマットに対しても同様のことが
言える。また、これ以外のフォーマットにも言えること
である。またHMDといったディスプレイを例にとりあ
げて説明したがこれに限定されるものでもない。
画像を合成する画像合成手段と、合成されたパノラマ画
像を適宜分割出力する画像出力手段とを有することによ
り、以下に記載する効果を奏する。
る対応点対をそれぞれ抽出し、抽出した各対応点対から
合成変換することにより2つの画像の接続近傍が良好な
画像が得られる。さらに、前記画像を画像出力部を通し
て、所望の画像に分割することにより、分割した画像を
複数のディスプレイに表示し、円滑なパノラマ画像を提
示できるという効果がある。
ク図である。
図である。
を、各撮像レンズ群の光軸を含む平面に垂直な方向から
見た図である。
体を撮像したときの物体の位置関係を説明する図であっ
て、各撮像レンズ群の光軸を含む平面に垂直な方向から
物体を見たときの物体の位置を示す図である。(B)
は、(A)の左右のCCDセンサの有効受光部を撮像レ
ンズ群側から見た図である。
る。
分割出力について説明する図である。
成画像の分割出力方法を説明する図である。
るが表示画像に重複部がない場合を説明する図である。
2つの分割画像として表示する例を説明する図である。
て得られる2つの画像を合成することにより高精細な1
つの画像を得る複眼撮像装置の原理を説明するための図
である。
Claims (4)
- 【請求項1】 複数の画像を入力する画像入力手段と、 前記画像入力手段から入力された複数の画像を記憶する
記憶手段と、 前記記憶手段が記憶した複数の画像から互いに共通した
部分画像を判定する判定手段と、 前記判定手段が判定したの結果に基づいて、前記複数の
画像を繋ぎ合わせて1つの画像を合成する画像合成手段
と、 前記画像合成手段により合成された画像を分割して、複
数の画像として出力する画像出力手段とを有する画像処
理装置。 - 【請求項2】 前記画像入力手段は、複眼カメラである
請求項1記載の画像処理装置。 - 【請求項3】 前記画像合成手段は、前記記憶手段が記
憶した画像から被写体の同一部分に対応する対応点対を
それぞれ抽出し、抽出した各対応点対から1つの画像を
合成することにより、2つの画像の接続近傍を良好にす
る請求項1または2記載の画像処理装置。 - 【請求項4】 前記画像出力手段は、分割される各画像
が相互に同一の領域を有するように、合成画像を分割す
る請求項1ないし3のうちいずれか1項記載の画像処理
装置。
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