JPH08242469A - 撮像カメラ装置 - Google Patents

撮像カメラ装置

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JPH08242469A
JPH08242469A JP7045998A JP4599895A JPH08242469A JP H08242469 A JPH08242469 A JP H08242469A JP 7045998 A JP7045998 A JP 7045998A JP 4599895 A JP4599895 A JP 4599895A JP H08242469 A JPH08242469 A JP H08242469A
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JP
Japan
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distance
image
recording
camera
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JP7045998A
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Inventor
Junichi Mizusawa
純一 水澤
Teruko Miyata
輝子 宮田
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 被写体情報として、各画素対応に、輝度・色
合い情報に加えて距離情報を記録することで、多用途の
画像処理を可能にする。 【構成】 撮像処理部112は、レンズ111を通して
被写体100の撮像画像を入力し、該被写体画像を信号
処理して、画素対応に輝度信号113、色信号114を
出力する。距離センサ131は、被写体100を赤外線
等で走査することにより、被写体100の撮像と同時に
該対象物体とセンサ間の距離を画素対応に検出する。距
離分布処理部132は、距離センサ131で検出された
距離を量子化処理し、距離情報133を出力する。信号
記録部140は、各画素ごとに、輝度・色合い情報11
3,114及び距離情報133を、被写体情報として記
録する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は撮像カメラ装置に係り、
詳しくは、一般の動画・静止画のあらゆる撮像装置にお
ける入力・記録装置において、画素情報に新たに、距離
情報を付加することによって可能となる画像の再生・処
理・投影・記録・伝送技術などへの応用に関するものす
べてである。
【0002】
【従来の技術】従来、カメラによる被写体の撮像におい
ては、輝度情報・色情報を画素に分割して出力してい
た。つまり、被写体画像を画素分割し、画素成分は、輝
度・色合の2要素に限られていた。距離については、焦
点を合わせようとする対象物体までの測定であって,測
定した距離情報を再生時に利用する機能ではなかった。
焦点の合わせ方は、撮像装置が取り込んでいる画像を、
焦点距離を動かすことで対象物に焦点が合ったことを確
認することにとどまっていた。
【0003】図2に従来カメラの内部処理のブロック図
を示す。カメラ210は、従来のカメラである。211
は被写体情報200を観察するレンズ、212は焦点距
離制御部であり、レンズの焦点位置を調整する。たとえ
ば、コンパクトカメラでは、赤外線を利用した距離計測
器によって焦点距離を検出している。しかし、この手法
の目的は、焦点を合わせた画像を撮影するためであっ
て、測定距離の記録化はされていない。さらに、この距
離測定は、対象物単位であって、各画素に対しては測距
されていない。213は撮像処理部であり、被写体情報
の画像信号処理を行う。214,215は、それぞれ被
写体情報の輝度信号、色信号である。216は信号記録
部であり、各画素単位に分割された画像情報信号21
4,215を記録する。
【0004】この距離情報を欠いた従来の撮像カメラに
おいては、観察視点の増減は単純にカメラの増減で対応
していた。例えば、従来のレンティキュラスクリーンに
よる立体画像映像について、図3を参照して説明する。
図3において、301は被写体である。302は左右両
眼用のカメラである。303は光ビデオディスクであ
り、撮像情報を必要な場合は記録処理する。304は液
晶プロジェクタであり、撮像側のカメラと対応するよう
右左両眼用が設定されている。305,306は、それ
ぞれ左右カメラの再生画像である。307はダブルレン
ティキュラスクリーンであり、スクリーン後部から投影
し、スクリーン前面へ再生画像308を立体画像で提供
する。ここで、撮像側に関しては、カメラ2台の冗長が
指摘される。カメラ位置としては、例えば、わずか65
mmであり、撮像映像間には、高い相関性がある。しか
しながら、視点をずらした映像の同時撮影は、視点数と
同じカメラ台数で対応するといった手法でのみ対応して
いる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の技術では、被写体の撮像時に記録される情報は、輝
度・色合いに関する情報のみであった。このため、記録
された画像からの再生画像は、カメラから被写体までの
距離は保存されておらず、空間における大きさの情報も
記録されていない。さらに、従来の距離測定は、焦点一
点のみであった。したがって、観察視点の増減はカメラ
の増減で対処するしかなかった。また、画像の加工処理
には限度があった。
【0006】本発明は、以上のような従来技術の課題を
解決するために、1台のカメラから、輝度・色合、更に
各画素対応に、被写体・カメラ間の距離の計測値を記録
する事によって、被写体情報すべてについて、画像の加
工を容易にする技術を提供する事を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の撮像カメラ装置
は、カメラが撮影するフレーム内の全対象物に対する撮
像処理を行う手段に加え、該カメラが撮影しようとする
フレーム内の全対象物とカメラとの距離を計測し、この
距離情報を新たに加えた被写体情報を、すべての画素に
対して、輝度・色合い情報などとともにフィルム・フロ
ッピーディスク・磁気テープカセット・光磁気ディスク
などの記録媒体に記録処理する手段を具備することを特
徴とする。
【0008】本発明装置によれば、被写体とカメラの距
離情報を画素情報に付加した構成になっているために、
取り込んだ輝度・色合及び距離の情報をもとに、様々な
画像処理分野への応用が可能となる。例えば、距離情報
からポリゴン情報を生成することにより、コンピュータ
グラフィックの各分野で利用できる。実際の撮像位置と
は異なるカメラ視点における被写体情報を擬似的に再現
処理することが可能である。被写体の距離情報を記録
し、再生時に距離情報を利用することにより、擬似的な
立体画像の再生像を得ることが可能となる。また、背景
画面を差し換えるなど再生情報の各種の加工が可能にな
る。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0010】図1は、本発明の撮影カメラ装置の一実施
例の内部処理を示すブロック図である。同図において、
100は被写体、110は本撮像カメラ装置である。1
11はレンズ部、112は撮像処理部、113,114
はそれぞれ輝度信号、色信号である。また、120は焦
点距離制御部である。以上は、従来カメラ技術を利用し
たものである。以下に、本発明における距離信号処理の
構成を述べる。131は距離計測センサであり、これに
よって、被写体100の撮像と同時に対象物体とセンサ
間の距離を検出する。これは、例えば被写体100に対
し、赤外線を走査形式で出射し、その反射光を受光する
ことで行う。これにより、各画素対応に、被写体・距離
センサ間の距離を測定できる。距離センサ131で計測
された距離情報は、132の距離分布処理部によって、
量子化され、信号処理される。133は信号化(デジタ
ル化)された距離情報である。この距離情報は、撮像情
報の画素分割を利用し、対応する画素ごとに得られる。
これによって、各画素において、輝度、色合い及び距離
の情報が、被写体情報として記録可能になり、140の
記録部に各画素ごとに記録される。なお、距離センサの
測定精度は、画像記録情報の扱われ方により、その量子
化のレベルは可変である。
【0011】次に、撮影処理部112と距離分布処理部
132との対応について説明する。図4は、カメラ処理
イメージ図である。400は距離センサであり、401
は撮像処理部である。411は画像画素分布図であり、
カメラファインダ内の映像情報を、画素によって分割す
ることを示している。402は距離分布処理部である。
412は距離分布図であり、被写体・距離センサ間の距
離を信号処理した値を、各画素対応に記憶されているこ
とを示している。403は、圧縮処理であり、各処理部
401,402において、必要ならば、411,412
の各情報の圧縮処理を実行する。404は記録部であ
り、411,412の各情報を書き込み処理する。続い
て、411と412の関係について、図5を参照して説
明する。
【0012】図5は、画素情報と距離情報の画素分割対
応を表している。500は距離センサ、501は撮像処
理部、502は距離分布処理部である。画素分割とは、
ファインダ内の領域を画素のメッシュで分割したものを
いう。この分割によれば、画素の位置表示を、Pijと
表現出来る。距離情報を計測する時も、この分割を同時
に採用する。512,522は、それぞれ画像情報画素
分割図、距離情報画素分割図である。図5では、例とし
て花瓶にさしたバラが被写体となっている。この時、1
枚の花びらの、ある一点における被写体情報は、512
の輝度・色の画素情報Pijと、この一点と距離センサ
の距離情報を記録した522の距離情報Dijの2種類
ある。この画像情報と距離情報とを対応する画素に合わ
せて記録することにより、用途にあわせた撮像画像の加
工・変更が実現可能となる。なお、画像情報と距離情報
の記録方式としては、各画素対応に同一ファイルに記録
する方式、あるいは別ファイルに記録する方式が考えら
れるが、用途等により使い分ければよい。
【0013】ここで、利用用途としては、任意視点から
の観察視野による撮影情報の再現が考えられ、さらに
は、立体画像への応用・コンピュータグラフィックス画
像のボリゴンデータ抽出といった応用が考えられる。以
下に、本発明装置の利用例・応用例を具体的に述べる。
【0014】(1)立体画像への応用 本方式は、現在行われている立体画像方式のひとつであ
るレンティキュラ方式への応用が挙げられる。従来、レ
ンティキュラ方式で利用している撮影側の二台のカメラ
に対し、この撮像部において、本方式のカメラを利用す
ることが可能である。本方式カメラ一台で撮像し、各画
素に記録された距離情報を利用して、視点位置を変えた
被写体画像情報の再生を行うことが出来る。本方式カメ
ラによって、従来の撮影側カメラの経済性を図ることが
出来る。さらに、通信回線を利用した場合の伝送技術の
点で、従来の方式である一方向に対して左右二眼の情報
量を伝送する必要があったが、本方式カメラの利用によ
って、伝送時の情報量を一眼+アルファの情報量に減少
させることが可能になる。受信再生側において、受信し
た被写体画像情報に含まれている距離情報を利用して、
オリジナル情報から、視点位置を変更した左右二眼の画
像を再生処理することができる。
【0015】(2)本画素距離測定値記録カメラによる
観察視点の自由度について カメラ視点の変更について、以下、最も単純な視線変
更、すなわち視点の平行移動について、図6を利用して
説明する。C0は本発明カメラの設置位置である。Cv
は仮想観察点であり、LはC0とCv間の距離である。
画素Pijとセンサ間の距離C0・Pijは、計測可能
であり、画素Pijとセンサのなす角θ0,ijも、計
測可能である。ここから、L離れた視点Cvからの観察
を行うとする。仮想点CvとPijのなす角及び距離
は、三角測量の原理で求める事が可能である。この処理
を画像再生時に計算処理し、視点変更後の被写体情報の
合成・生成処理を行う。
【0016】(3)画像加工再生時の画像情報差し替え
について 本発明カメラ一台(以下、C0という)から、複数の仮
想観察視点(Cv)映像の再生を行う場合を考える。C
0による撮影範囲には限界がある。したがって、仮想観
察視点Cvにおいては、生成されない領域が生成される
ことが予想される。ここで、再生不可能な部分、すなわ
ち、距離情報も画像情報もない部分に対しては、画像情
報の補完を行う。また、再生可能な部分についても、距
離情報を利用して、画像差し替え可能である。一方、空
間サンプリングを利用した画像差し替えも可能である。
図7は、距離に基づいた画像抽出状況を表している。こ
の図7の例では、被写体空間に対して、d1、d2,d
3の3段階のサンプリングを行っている。このため、画
像情報を各距離ごとに管理し、加工することが可能にな
る。たとえば、距離d3の画像情報を別な画像情報に差
し替えるといった加工処理が可能になる。
【0017】(4)距離画像の獲得・記録 各画素には、画像情報として、距離情報が付加されてい
るが、その情報は、赤外線を利用した距離センサを使用
しなくても、以下の原理に基づいて距離画像獲得が可能
である。ここでは、自動焦点カメラ方式(以下、AF方
式という)を利用した場合について述べる。従来のAF
方式では、初期状態のレンズ位置において、ファインダ
中央部に固定した枠領域を定義し、指定領域内の画素に
対してRGBをパラメータとした、焦点解像度を検出す
るアルゴリズムを適用している。検出された値(以下、
焦点評価値という)は一時的に記録され、その後、レン
ズはモータードライバによって、新たなレンズ位置へと
移動させられ、指定枠内の画素値については、同様のア
ルゴリズムで焦点評価値を検出する。図8は、このAF
方式による焦点距離と焦点評価値との関係を示したもの
である。図8では、6か所の焦点距離f0=50,f1
=55,f2=60,f3=65,f4=70,f5=
75に対する焦点評価値を示している。この図8から分
かるように、焦点距離f1=55で焦点評価値が最大に
なっていることが分かる。このAF方式では、この最大
焦点評価値を与える焦点距離を合焦位置として検出して
いる。ただし、ファインダ中央部に固定した枠領域のみ
を対象としており、この指定枠領域内にある被写体につ
いては、合焦位置をカメラ・被写体間の距離として検出
する事が可能となっている。
【0018】一方、本発明撮像カメラ装置では、指定枠
領域に限定せず、ファインダ全画面を対象としている。
対象となる被写体とカメラとは、様々な距離関係にある
ことが想定される。このため、本発明撮像カメラでは、
カメラからの入力画像を適当な領域に分割し、各分割ブ
ロック内において、RGBを利用した焦点評価値に基づ
くアルゴリズムによって、被写体・カメラ間の距離検出
を行う。画面の領域分割方法は、様々な手法が想定され
る。すなわち、色採、輝度による領域分割方法、さら
に、特徴点などを利用した同一被写体のセグメント化に
よる領域分割の適用などが考えられる。以下、本発明撮
影カメラ装置の処理系を、静止画カメラで利用した場合
について、図9,図10によって説明説する。
【0019】まず、単純化のため、被写体も静止物体と
する。図9では、立方体を被写体としている。まず、入
力画像について述べる。焦点距離f0,f1…,fi
…,fnと、すべて異なる距離で被写体を撮影し、各焦
点距離に対応する画像ファイルP0,P1,…,Pi,
…Pnを作成する。これは、例えば図1の構成において
は、レンズ111の焦点距離を可変にして、それぞれレ
ンズ111の出力画像を距離処理部132のバッファメ
モリに取り込むことで可能である。
【0020】次に、全画像ファイルに共通した画像分割
を行う。ここでは、各画像ファイルを、10×10画素
を一ブロックとして分割する。この分割は、利用目的に
よって、変化させることが可能である。例えば、隣接画
素間で輝度値の変化が少ない画素の集合を1つの領域と
して、新たに定義することも可能である。共通画像分割
には、各ブロック位置を表すために、図10のような座
標系(l,m)を導入する。画像ファイルPiにおい
て、分割ブロック(l,m)には、ブロック内の画素値
RGBを利用して、焦点評価値を検出し、この焦点評価
値を記録する。次に、各分割ブロック単位で、AF方式
におけるアルゴリズムを適用して、焦点距離を検出す
る。すなわち、各焦点距離における分割ブロック(l,
m)に記録されている焦点評価値を比較し、最大値を与
える焦点距離fMを、分割ブロック(l,m)内の被写
体・カメラ間の距離として、該分割ブロック(l,m)
に記録する。この処理を全分割ブロック(l,m)に対
して行うことによって、焦点距離値をブロック値として
記録された新しいファイルが生成される。以上によっ
て、カメラとファインダ内の全被写体との距離が各ブロ
ック単位で記録されている距離画像ファイルを生成する
ことが出来る。
【0021】(5)座標データ化 各画素には、画像情報として、距離情報が付加されてい
る。この距離情報とは、光工学系から直接計測した距離
情報や(4)で解説したように、画像ファイル情報から
求めた距離情報をいう。この情報は、再生加工側でコン
ピュータグラフィックとして処理する際に、貴重なモデ
リング情報となることが可能である。
【0022】ここでは、一例として、(4)における距
離画像を利用した座標データ加工について、図11を参
照して説明する。焦点距離は、f1,…,fNとする。
距離画像ファイルに、図9のように、x−y座標を導入
する。再生加工側のコンピュータにおける3次元座標系
(X,Y,Z)は、図11の太線で定義する。すなわ
ち、ブロックPi(xi,yi)に記録されている焦点
距離値がfiであったとすると、再生加工側の3次元座
標空間の座標は、(Xi、Yi、Zi)=(xi,y
i、fN−fi)で与えている。ここでは、xi,y
i,fiについては単純な関数で変換した。再生被写体
モデリングデータ精度の向上は、この関数に依存する。
この関数は、本発明撮像カメラ装置内のソフトウェア上
で差し換え可能であり。状況、目的に合わせた関数に書
き換えればよい。
【0023】以上の手法は、カメラ一台に対する座標デ
ータの獲得手法である。この手法では、生成される3次
元形状は、被写体の一方向からの形状再生である。しか
し、本撮像カメラ装置の複数台設置やカメラまたは被写
体を中心に360度回転させるなどの方法によって、被
写体の任意方向からの形状情報すなわち、距離画像を作
成し、被写体の完全な3次元形状の作成を行うことが可
能である。
【0024】(6)ポリゴンデータの作成(1方向) 本発明カメラによれば、実写撮影において、ファインダ
内における撮影空間に座標系を導入することが可能であ
るため、特徴点抽出後の座標表現が容易となる。これは
(5)で説明した通りである。距離計測センサと対象物
の各特徴点との距離計測値を信号処理することで、対象
物のポリゴンデータを作成する事ができる。対象物のポ
リゴンデータは、観察視点がカメラ1台の場合、一方向
から撮影した場合に得られるデータとなり、背後のポリ
ゴンデータは得られないが、対象物の利用用途によって
は、これで十分な場合も考えられる。例えば、(3)で
取り上げた背景の差し替えが可能なデータとして利用さ
れる。
【0025】(7)ポリゴンデータの作成(N方向) 本発明カメラをN台連動させることで、(6)で不足し
た背後のポリゴンデータを得る事が可能である。これは
被写体に対する死角領域を補完するのに十分な台数で対
応する。
【0026】(8)物体認識への応用 動画像の撮影時においては、各フレーム間の対応する画
素における距離情報の差分を検出し、時間に対する微分
情報として輝度・色合い情報とともに利用することが可
能である。以下では、カメラ固定の場合を取り上げる
が、利用用途によっては、カメラ位置・方向の自由度も
本撮影像カメラ装置は具備している。
【0027】図12は、ある時間tと時間t+△tにお
ける運動物体の撮影場面(ただし、本例では、カメラ位
置は固定されている)のモデルである。図12の(A)
は、時間tにおける運動物体撮影のモデルである。ここ
で、1001は運動物体である。1002はファインダ
内に投影された撮像画面である。1003はカメラセン
サ(距離センサ)位置である。被写体空間における座標
系の導入方法については、観察者の要求や被写体環境に
よって自由に設定可能であるが、ここでは、カメラ視点
から下ろした垂線と投影画面との交点を原点とした座標
系を利用した例を挙げる。すなわち、1002の撮像面
内に、1003から下ろした垂線と1003との交点を
原点としたx−y座標系を導する。この座標系内に、図
12(A)のように2点P,Qをとる。この2点は、撮
影面上での、2画素P,Qに対応する。時間tにおい
て、1001は、1002に投影された画像となり、1
001と1003との間の距離情報が計測された画素P
にPt=aとして記録され、Qは、1001との距離情
報は計測されず、距離情報はQt=∞となる。図12の
(B)は、時間t+△tにおける運動物体撮影のモデル
である。1011は運動物体である。1012は、ファ
インダ内に投影された撮像画面である。ここで、時間t
+△tにおける2点P,Qについて、考察する。この
時、1011は、1012に投影された画像となり、P
には1011の距離情報は計測されず、距離情報は∞と
なるが、Qには1011と1013との間の距離情報が
計測され、Qt+△t=bと記録される。従って、時間
tからt+△tへの距離情報は、点Pでは、a→∞,点
Qでは、∞→bと変化する。以上のような処理を、時間
△tについて全画素を対象に行うことによって、運動物
体の認識、運動軌跡情報の獲得が可能となる。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の画素距離
測定値記録カメラ、すなわち、撮影側で計測した被写体
・カメラ間の距離情報を新たな被写体画像情報として付
加する方式を特徴とする撮像カメラ装置を利用すること
で、多くの画像技術に応用される事が期待出来る。例え
ば、一眼のカメラによる立体画像の記録や視線変更とい
った画像加工処理などが可能となっていることが、従来
の単なる平面画像による撮像カメラと異なる。本発明装
置における距離情報を新たに付加した被写体情報は、距
離情報を生かした画像情報の加工、移動視点における被
写体画像の生成・再生、座標データ化による被写体ポリ
ゴン情報の生成、コンピュータグラフィックスにおける
画像加工処理、さらに距離情報を生かした物体認識処理
まで応用範囲が広いことが特徴である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の撮像カメラ装置の一実施例のブロック
図である。
【図2】従来の撮像カメラ装置のブロック図である。
【図3】レンティキュラスクリーン方式による立体画像
撮影・再生を説明する図である。
【図4】本発明装置のカメラ処理イメージ図である。
【図5】画素情報と距離情報の画素分割対応を説明する
図である。
【図6】視線変更のイメージ図である。
【図7】距離情報と空間サンプリングの対応を表す図で
ある。
【図8】従来のAF方式による焦点距離と焦点評価値と
の関係を示す図である。
【図9】焦点距離と画像ファイルの対応を示す図であ
る。
【図10】距離画像獲得手法の一例を示す図である。
【図11】座標データ獲得の一手法を示す図である。
【図12】物体認識への応用を示す図である。
【符号の説明】
100 被写体 110 本撮像カメラ装置 111 レンズ 112 撮像処理部 113,114 輝度・色情報 131 距離センサ 132 距離分布処理部 133 距離情報 140 信号記録部

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 カメラが撮影するフレーム内の全対象物
    に対する撮像処理を行い、被写体情報を記録媒体に記録
    する撮像カメラ装置において、カメラが撮影しようとす
    るフレーム内の全対象物とカメラと距離を計測し、この
    距離情報を加えた被写体情報をすべての画素に対して記
    録媒体に記録処理する手段を有することを特徴とする撮
    像カメラ装置。
  2. 【請求項2】 距離情報とともに、撮像画面の空間構成
    に関する情報を記録処理することを特徴とする請求項1
    記載の撮像カメラ装置。
  3. 【請求項3】 距離情報とともに、撮像画面の空間構成
    に関する情報を記録処理し、動画像の撮像時には、各フ
    レーム間の対応する画素における距離情報の差分を検出
    し、時間に対する微分情報として、輝度・色合い情報と
    ともに記録することを特徴とする請求項1,2記載の撮
    像カメラ装置。
  4. 【請求項4】 請求項1,2における撮像カメラ装置を
    1台使用する場合、対象撮像空間内の全対象について距
    離情報から空間座標(ポリゴン)を計算処理し、輝度・
    色合い情報とともに記録することを特徴とする撮像カメ
    ラ装置。
  5. 【請求項5】 請求項1,2における撮像カメラ装置を
    複数台使用する場合、対象撮像空間内の全対象につい
    て、複数台のカメラから得た距離情報から空間座標(ポ
    リコゴン)を計算処理し、複数台の各カメラからの輝度
    ・色合い情報とともに、処理結果を記録することを特徴
    とする撮像カメラ装置。
  6. 【請求項6】 距離情報の測定及び記録処理単位につい
    ては、画素単位に距離情報を測定記録する方法、領域単
    位に指定して測定記録する方法、距離測定値を量子化
    し、その単位毎に該当する画素領域を一括して記録する
    方法、あるいはこれらの組み合わせによって指定する方
    法を特徴とする請求項1乃至4記載の撮像カメラ装置。
JP7045998A 1995-03-06 1995-03-06 撮像カメラ装置 Pending JPH08242469A (ja)

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