JP5558951B2 - 3D imaging apparatus and electronic information device - Google Patents
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Description
本発明は、3次元撮像装置および電子情報機器に関し、特に、単一の光学系により撮影して得られた画像から、3次元画像を形成するための視差を有する2画像を生成する3次元撮像装置、およびこのような3次元撮像装置を搭載した電子情報機器に関するものである。 The present invention relates to a three-dimensional imaging apparatus and an electronic information device, and in particular, a three-dimensional imaging that generates two images having parallax for forming a three-dimensional image from an image obtained by photographing with a single optical system. The present invention relates to a device and an electronic information device equipped with such a three-dimensional imaging device.
図9は、従来の3次元撮像カメラ(以下、3Dカメラという。)を説明する図であり、図9(a)はその外観を示し、図9(b)は、その内部の光学系を示している。なお、図9(b)中、点線はカメラの光軸(カメラにおける光学系の光軸)を示している。 9A and 9B are diagrams for explaining a conventional three-dimensional imaging camera (hereinafter referred to as a 3D camera). FIG. 9A shows an appearance thereof, and FIG. 9B shows an internal optical system thereof. ing. In FIG. 9B, the dotted line indicates the optical axis of the camera (the optical axis of the optical system in the camera).
図9に示す3Dカメラ10は、外形略直方体形状のカメラ本体1と、該カメラ本体1の前面の中央部に設けられた左右一対の撮像レンズ2aおよび2bと、該カメラ本体1の上端中央部に取り付けられたストロボ発光部4と、該カメラ本体1の上端隅部に取り付けられたファインダ対物窓5とを有している。また、このカメラ本体1の上面中央部には、電源スイッチ6が設けられ、該カメラ本体1の上面側部にはシャッタボタン7が設けられている。 A 3D camera 10 shown in FIG. 9 includes a camera body 1 having a substantially rectangular parallelepiped shape, a pair of left and right imaging lenses 2 a and 2 b provided at the center of the front surface of the camera body 1, and the center of the upper end of the camera body 1. And a finder objective window 5 attached to the upper end corner of the camera body 1. A power switch 6 is provided at the center of the upper surface of the camera body 1, and a shutter button 7 is provided at the upper surface side of the camera body 1.
なお、カメラ本体1の背面には、画像を表示するLCDパネルが設けられており、この他に、ファインダ接眼窓や各種操作ボタンが設けられている。また、カメラ本体1の底面には、画像データを記憶するメモリカードなどの記録装置が着脱自在に装着されるスロットが設けられている。 Note that an LCD panel for displaying an image is provided on the back of the camera body 1, and in addition, a viewfinder eyepiece window and various operation buttons are provided. In addition, a slot in which a recording device such as a memory card for storing image data is detachably mounted is provided on the bottom surface of the camera body 1.
また、この3Dカメラ10は、撮像レンズ2aを含む第1の撮像光学系(図示せず)を介して被写体Obの画像を撮像する撮像素子3aと、撮像レンズ2bを含む第2の撮像光学系(図示せず)を介して被写体Obの画像を撮像する撮像素子3bと、該第1および第2の撮像光学系の光軸が、被写体上で交わるよう左右一対の撮影レンズ2aおよび2bを駆動する駆動手段(図示せず)とを有している。 In addition, the 3D camera 10 includes an imaging element 3a that captures an image of the subject Ob via a first imaging optical system (not shown) including the imaging lens 2a, and a second imaging optical system that includes the imaging lens 2b. A pair of left and right photographing lenses 2a and 2b are driven so that the optical element of the imaging element 3b that captures an image of the subject Ob and the optical axes of the first and second imaging optical systems intersect with each other on the subject (not shown). Driving means (not shown).
このような構成の3Dカメラ10では、被写体Obを僅かの視差で2方向から見た画像をそれぞれ撮像素子3aおよび3bにより撮像することができ、これらの撮像素子3aおよび3bからは、立体画像を形成するための2つの画像を取得することができる。 In the 3D camera 10 having such a configuration, images of the subject Ob viewed from two directions with a slight parallax can be captured by the imaging devices 3a and 3b, respectively, and a stereoscopic image can be captured from these imaging devices 3a and 3b. Two images can be acquired to form.
なお、このような複眼による3Dカメラは、例えば、特許文献1〜5などに開示されている。 Such 3D cameras with compound eyes are disclosed in, for example, Patent Documents 1 to 5.
また、立体画像を撮像する3Dカメラには、上記のような複眼によるものの他に、瞳分割方式による3Dカメラもある。 In addition to the compound eye as described above, 3D cameras that capture stereoscopic images include 3D cameras based on the pupil division method.
なお、図9に示すような2つの光学系を有する1台の3Dカメラに代えて、2台のカメラを用いて同様に、立体画像を形成するための2つの視差画像を取得することができる。また、このような立体画像を形成するための視差画像は、特許文献1に開示されているように、2台より多くのカメラを用いて取得することも可能である。 In addition, it can replace with one 3D camera which has two optical systems as shown in FIG. 9, and can acquire two parallax images for forming a stereo image similarly using two cameras. . In addition, as disclosed in Patent Document 1, a parallax image for forming such a stereoscopic image can be acquired using more than two cameras.
図10は、このような瞳分割方式の3Dカメラを説明する図であり、図10(a)はその外観を示し、図10(b)は、その内部の光学系を示している。なお、図10(b)中、点線はカメラの光軸(カメラにおける光学系の光軸)を示している。 FIGS. 10A and 10B are diagrams for explaining such a pupil division type 3D camera. FIG. 10A shows an appearance thereof, and FIG. 10B shows an internal optical system thereof. In FIG. 10B, the dotted line indicates the optical axis of the camera (the optical axis of the optical system in the camera).
図10に示す3Dカメラ20は、外形略直方体形状のカメラ本体1と、該カメラ本体1の前面の中央部に設けられた一つの撮像レンズ2と、該カメラ筐体1の上端中央部に取り付けられたストロボ発光部4と、該カメラ筐体1の上端隅部に取り付けられたファインダ対物窓5とを有している。また、このカメラ本体1の上面中央部には、図9に示す3Dカメラ10と同様に、電源スイッチ6が設けられ、該カメラ本体1の上面側部にはシャッタボタン7が設けられている。 A 3D camera 20 shown in FIG. 10 is attached to a camera body 1 having a substantially rectangular parallelepiped shape, a single imaging lens 2 provided at the center of the front surface of the camera body 1, and the center of the upper end of the camera housing 1. And a finder objective window 5 attached to the upper end corner of the camera casing 1. Further, similarly to the 3D camera 10 shown in FIG. 9, a power switch 6 is provided at the center of the upper surface of the camera body 1, and a shutter button 7 is provided on the upper surface side of the camera body 1.
なお、カメラ本体1の背面には、上記3Dカメラ10と同様に、LCDパネル、ファインダ接眼窓や各種操作ボタンが設けられ、カメラ本体1の底面には、記録装置が着脱自在に装着されるスロットが設けられている。 As with the 3D camera 10, an LCD panel, a viewfinder eyepiece window, and various operation buttons are provided on the back of the camera body 1, and a slot in which a recording device is detachably mounted on the bottom of the camera body 1. Is provided.
そして、この3Dカメラ20では、撮像レンズ2を含む撮像光学系は、撮像レンズ2の後方の瞳に対向して配置され、該瞳を左右に分割するプリズム12と、該プリズム12で分割された一方の光を反射する第1のミラー11aと、該プリズム12で分割されたもう一方の光を反射する第2のミラー11bとを有している。また、この3Dカメラ20は、被写体Obの画像を撮像レンズ2、プリズム12、第1の反射ミラー11aを介して撮像する撮像素子13aと、被写体Obの画像を撮像レンズ2、プリズム12、第2の反射ミラー11bを介して撮像する撮像素子13bとを有しており、これらの撮像素子13aおよび13bは、それぞれの撮像素子で撮影された画像が、所定の視差を有する、立体画像を形成するための視差画像となるよう、水平方向に並ぶ画素の配列ピッチの1/2だけ、水平方向にずらして位置決めされている。 In the 3D camera 20, the imaging optical system including the imaging lens 2 is arranged to face the pupil behind the imaging lens 2, and is divided by the prism 12 and the prism 12 that divides the pupil left and right. It has a first mirror 11 a that reflects one light and a second mirror 11 b that reflects the other light divided by the prism 12. The 3D camera 20 also includes an imaging element 13a that captures an image of the subject Ob through the imaging lens 2, the prism 12, and the first reflecting mirror 11a, and an image of the subject Ob, the imaging lens 2, the prism 12, and the second. The image pickup device 13b picks up an image via the reflection mirror 11b, and these image pickup devices 13a and 13b form a three-dimensional image in which images taken by the respective image pickup devices have a predetermined parallax. Therefore, the position is shifted in the horizontal direction by a half of the arrangement pitch of the pixels arranged in the horizontal direction so as to obtain a parallax image.
このような構成の3Dカメラ20では、画素を左右に1/2画素分ずらして配置した第1および第2の撮像素子13aおよび13bを備え、撮像レンズ後方の瞳を分割するプリズム12からの一方の像を撮像素子13aで撮像し、該プリズム12からのもう一方の像を、画素を左右に1/2画素分ずらして配置した撮像素子13bで撮像する。これにより、各撮像素子13aおよび13bで撮像された画像は視差を有する画像となり、これらの画像により被写体の立体視が可能となる。 The 3D camera 20 having such a configuration includes first and second imaging elements 13a and 13b in which the pixels are shifted by ½ pixel left and right, and one of the prisms 12 that divides the pupil behind the imaging lens. The image is picked up by the image pickup device 13a, and the other image from the prism 12 is picked up by the image pickup device 13b in which the pixels are shifted by ½ pixel left and right. Thereby, the images picked up by the image pickup devices 13a and 13b become images having parallax, and these images enable stereoscopic viewing of the subject.
なお、このような瞳分割方式の3Dカメラは、例えば、特許文献6、7等に開示されている。 Such a pupil division type 3D camera is disclosed in, for example, Patent Documents 6 and 7.
以上のように3D像を構成するには、視差を有する2画像を必要とし、これまでに、2眼2センサ方式のカメラや瞳分割方式の3Dカメラが提案されている。 In order to construct a 3D image as described above, two images having parallax are required, and so far, a two-lens two-sensor camera and a pupil-division-type 3D camera have been proposed.
しかしながら、上記従来の複眼による3Dカメラでは、複眼に対応するそれぞれの光学系の光軸の調整が、また、瞳分割方式の3Dカメラでは、分割された光が通る別の光学系の軸調整が、複雑でしかも高い精度を必要とするものであることから、その製造は簡単ではなく、また、このような3Dカメラには2つ以上の光学系が必要となるため、モジュールサイズが増大してしまうという問題がある。 However, the conventional compound eye 3D camera adjusts the optical axis of each optical system corresponding to the compound eye, and the pupil division type 3D camera adjusts the axis of another optical system through which the divided light passes. Since it is complicated and requires high accuracy, its manufacture is not easy, and since such a 3D camera requires two or more optical systems, the module size increases. There is a problem of end.
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、モジュールサイズが小さい簡単の構造で、立体視を行うための視差画像を生成することができる3次元撮像装置、およびこのような3次元撮像装置を搭載した電子情報機器を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and has a simple structure with a small module size and a three-dimensional imaging apparatus capable of generating a parallax image for stereoscopic viewing, and An object is to obtain an electronic information device equipped with such a three-dimensional imaging device.
本発明に係る3次元撮像装置は、被写体を撮像する撮像部を有し、該被写体の撮像により得られた撮像画像から、該被写体を立体視するための視差画像を生成する3次元撮像装置であって、焦点位置を変更可能に構成され、該被写体の像を該撮像部の受光面上に結像させる光学系と、該光学系の焦点位置を示す焦点位置情報から、該被写体までの距離を示す距離情報を取得する距離情報取得部と、該被写体の距離情報に基づいて、該撮像画像における該被写体の位置が変化するよう該撮像画像を処理して、該視差画像を生成する画像処理部とを備えたものであり、そのことにより上記目的が達成される。 A three-dimensional imaging apparatus according to the present invention is a three-dimensional imaging apparatus that includes an imaging unit that images a subject and generates a parallax image for stereoscopically viewing the subject from a captured image obtained by imaging the subject. An optical system configured to change a focal position and form an image of the subject on the light receiving surface of the imaging unit; and a distance from the focal position information indicating the focal position of the optical system to the subject. A distance information acquisition unit that acquires distance information indicating image information, and image processing that generates the parallax image by processing the captured image so that the position of the subject in the captured image changes based on the distance information of the subject The above object is achieved thereby.
本発明は、上記3次元撮像装置において、前記画像処理部は、前記撮像画像に含まれる複数の被写体の、前記光学系の光軸方向における相対距離に応じて、該撮像画像上での該被写体の水平方向の位置を調整して、前記視差画像を生成することが好ましい。 The present invention is the above three-dimensional imaging apparatus, wherein the image processing unit is configured to detect the subject on the captured image in accordance with a relative distance between a plurality of subjects included in the captured image in the optical axis direction of the optical system. It is preferable to generate the parallax image by adjusting the position in the horizontal direction.
本発明は、上記3次元撮像装置において、前記画像処理部は、前記撮像画像に含まれる複数の被写体の、前記光学系の光軸方向における相対距離に応じて、該撮像画像に含まれる被写体の画像に歪みを加えて、前記視差画像を生成することが好ましい。 According to the present invention, in the three-dimensional imaging apparatus, the image processing unit is configured to detect a subject included in the captured image according to a relative distance between a plurality of subjects included in the captured image in the optical axis direction of the optical system. It is preferable to generate distortion by adding distortion to the image.
本発明は、上記3次元撮像装置において、前記撮像部は1つのイメージセンサにより構成されており、前記光学系は、単一の光軸を有する1眼レンズ機構により前記被写体からの光を前記撮像部の受光面上に集光するものであることが好ましい。 According to the present invention, in the above three-dimensional imaging apparatus, the imaging unit is configured by one image sensor, and the optical system captures the light from the subject by a single lens mechanism having a single optical axis. It is preferable that the light is condensed on the light receiving surface of the part.
本発明は、上記3次元撮像装置において、前記距離情報取得部は、前記1眼レンズ機構における撮像レンズと前記イメージセンサの受光面との距離を調整する距離調整機構を有し、該イメージセンサによる撮像画面を分割する複数のブロック毎に検出した焦点位置で前記被写体の撮像が行われるよう、該距離調整機構および前記撮像部を制御し、各ブロックの焦点位置で撮像して得られた個別撮像画像から個々の被写体までの距離情報を取得することが好ましい。 In the three-dimensional imaging apparatus according to the present invention, the distance information acquisition unit includes a distance adjustment mechanism that adjusts a distance between the imaging lens in the single-lens lens mechanism and a light receiving surface of the image sensor. Individual imaging obtained by controlling the distance adjustment mechanism and the imaging unit so that the subject is imaged at the focal position detected for each of a plurality of blocks dividing the imaging screen, and imaging at the focal position of each block It is preferable to acquire distance information from the image to each subject.
本発明は、上記3次元撮像装置において、前記光学系は、入射光を屈折させる光学部品と、該光学部品の屈折力の調整を行う屈折力調整機構とを有し、該光学部品の屈折力の調整により、前記被写体からの光を、該被写体の像が該撮像部の受光面上に結像するよう屈折させるものであることが好ましい。 In the three-dimensional imaging apparatus according to the present invention, the optical system includes an optical component that refracts incident light and a refractive power adjustment mechanism that adjusts the refractive power of the optical component. It is preferable that the light from the subject is refracted so that an image of the subject is formed on the light receiving surface of the imaging unit.
本発明は、上記3次元撮像装置において、前記光学部品は、液体レンズであることが好ましい。 According to the present invention, in the three-dimensional imaging apparatus, the optical component is preferably a liquid lens.
本発明は、上記3次元撮像装置において、前記光学部品は、前記被写体の像面と平行な面内で分割された複数のレンズ領域を有し、該複数のレンズ領域のうちの各レンズ領域毎に独立して屈折力を調整可能に構成したものであり、前記屈折力調整機構は、制御信号に基づいて、撮像画面上の、前記各レンズ領域に対応する領域毎に焦点が合うように、該光学部品の各レンズ領域の屈折力を調整するものであることが好ましい。 According to the present invention, in the above three-dimensional imaging apparatus, the optical component has a plurality of lens areas divided in a plane parallel to the image plane of the subject, and each lens area of the plurality of lens areas The refractive power adjustment mechanism is configured so that the refractive power can be adjusted independently, and the refractive power adjustment mechanism is focused on each area corresponding to each lens area on the imaging screen based on the control signal. It is preferable to adjust the refractive power of each lens region of the optical component.
本発明は、上記3次元撮像装置において、前記画像処理部は、前記撮像画像に2つの被写体の像が含まれるとき、該撮像画像における該2つの被写体の像の水平方向の相対距離S0に基づいて、該撮像画像に対する処理を行って、前記視差画像として、該2つの被写体の像の水平方向の相対距離S1およびS2が、それぞれ以下の式(1)及び式(2)により決まる距離となっている左右一対の画像を生成することが好ましい。 In the three-dimensional imaging apparatus according to the present invention, when the captured image includes two subject images, the image processing unit is based on a horizontal relative distance S0 of the two subject images in the captured image. Then, by performing processing on the captured image, the relative distances S1 and S2 in the horizontal direction of the images of the two subjects as the parallax images are determined by the following expressions (1) and (2), respectively. It is preferable to generate a pair of left and right images.
S1=S0+M×d2×B/(2×d1) ・・・式(1)
S2=S0−M×d2×B/(2×d1) ・・・式(2)
ここで、Mは光学系の倍率、Bは基線長、d1は、撮像位置から該2つの被写体のうちの主被写体までの距離、該2つの被写体の光軸方向に沿った相対距離である。
S1 = S0 + M × d2 × B / (2 × d1) (1)
S2 = S0−M × d2 × B / (2 × d1) (2)
Here, M is the magnification of the optical system, B is the base line length, d1 is the distance from the imaging position to the main subject of the two subjects, and the relative distance along the optical axis direction of the two subjects.
本発明は、上記3次元撮像装置において、前記画像処理部は、前記撮像画像に歪みを加える処理を行って、前記視差画像として、該2つの被写体の像の水平方向の相対距離S1およびS2が、それぞれ前記の式(1)及び式(2)により決まる距離となっている左右一対の画像を生成することが好ましい。 According to the present invention, in the three-dimensional imaging apparatus, the image processing unit performs a process of adding distortion to the captured image, and the relative distances S1 and S2 in the horizontal direction of the images of the two subjects are obtained as the parallax images. It is preferable to generate a pair of left and right images each having a distance determined by the equations (1) and (2).
本発明は、上記3次元撮像装置において、前記光学系のF値は、3.0より小さいことが好ましい。 In the three-dimensional imaging apparatus according to the present invention, it is preferable that the F value of the optical system is smaller than 3.0.
本発明に係る電子情報機器は、撮像部を搭載した電子情報機器であって、該撮像部は、上述した本発明に係る3次元撮像装置を含むものであり、そのことにより上記目的が達成される。 An electronic information device according to the present invention is an electronic information device equipped with an image pickup unit, and the image pickup unit includes the above-described three-dimensional image pickup device according to the present invention, whereby the above object is achieved. The
次に本発明の作用について説明する。 Next, the operation of the present invention will be described.
本発明においては、被写体の撮像により得られた撮像画像から、該被写体を立体視するための視差画像およびを生成する3次元撮像装置において、焦点位置を変更可能に構成され、該被写体の像を該撮像部の受光面上に結像させる光学系と、該光学系の焦点位置を示す焦点位置情報から、該被写体までの距離を示す距離情報を取得する距離情報取得部と、該被写体の距離情報に基づいて、該撮像画像における該被写体の位置が変化するよう該撮像画像を処理して、該視差画像を生成する画像処理部とを備えたので、被写体の像を撮像素子の受光面上に結像させる光学系の光軸を1つにできる。これにより、複眼による3Dカメラにおける、複眼に対応するそれぞれの光学系の光軸の調整や、瞳分割方式の3Dカメラにおける、分割された光が通る別の光学系の軸調整を不要とできる。この結果、モジュールサイズが小さい簡単の構造で、立体視を行うための視差画像を生成することができ、3Dカメラの小型化、低コスト化を図ることができる。 In the present invention, in a three-dimensional imaging device that generates a parallax image for stereoscopic viewing of a subject from a captured image obtained by imaging the subject, the focal position can be changed, and the subject image can be changed. An optical system that forms an image on the light receiving surface of the imaging unit; a distance information acquisition unit that acquires distance information indicating a distance to the subject from focal position information that indicates a focal position of the optical system; and a distance of the subject And an image processing unit that generates the parallax image by processing the captured image so that the position of the subject in the captured image changes based on the information. The optical axis of the optical system that forms an image can be made one. Thereby, the adjustment of the optical axis of each optical system corresponding to the compound eye in a 3D camera with a compound eye and the adjustment of the axis of another optical system through which the divided light passes in a 3D camera of a pupil division type can be eliminated. As a result, it is possible to generate a parallax image for stereoscopic viewing with a simple structure having a small module size, and to reduce the size and cost of the 3D camera.
また、本発明では、距離情報取得部は、撮像レンズとイメージセンサの受光面との距離を調整するレンズ駆動機構を有し、該イメージセンサによる撮像画面を分割する複数のブロック毎に検出した焦点位置で前記被写体の撮像が行われるよう、該レンズ駆動機構およびイメージセンサを制御し、各ブロックの焦点位置で撮像して得られた個別撮像画像(撮像候補画像)から個々の被写体までの距離情報を取得するので、被写体までの距離情報を取得するのに、撮像画像における被写体のパターン認識処理といった複雑な画像処理は不要であり、簡単に各被写体までの距離情報を得ることができる。 In the present invention, the distance information acquisition unit has a lens driving mechanism that adjusts the distance between the imaging lens and the light receiving surface of the image sensor, and the focus detected for each of a plurality of blocks that divide the imaging screen by the image sensor. The distance information from the individual captured image (imaging candidate image) obtained by controlling the lens driving mechanism and the image sensor so that the subject is imaged at the position and captured at the focal position of each block to the individual subject. Therefore, in order to acquire the distance information to the subject, complicated image processing such as pattern recognition processing of the subject in the captured image is unnecessary, and the distance information to each subject can be easily obtained.
また、本発明では、撮像画像における主被写体と他被写体との横方向の距離から、左右の視差画像における主被写体と他被写体との横方向の距離を算出する際、基線長を人間の眼の間隔とし、右目位置と左目位置と主被写体とがなす3角形を用いるので、物体距離、つまり、撮像位置から主被写体および他の被写体までの距離を示す情報から、これらの被写体を立体視するための視差画像を得ることができ、しかもより現実の撮影により得られる視差画像に近い視差画像を、単一の光軸を有する光学系により撮影した撮影画像から生成することができる。 Further, in the present invention, when calculating the lateral distance between the main subject and the other subject in the left and right parallax images from the lateral distance between the main subject and the other subject in the captured image, the baseline length is set to the human eye. Since a triangle formed by the right eye position, the left eye position, and the main subject is used as an interval, these objects can be stereoscopically viewed from the object distance, that is, information indicating the distance from the imaging position to the main subject and other subjects. In addition, a parallax image closer to the parallax image obtained by actual shooting can be generated from a shot image shot by an optical system having a single optical axis.
また本発明においては、3Dカメラの光学系の焦点位置を変化させる機構として、液体レンズなどを含み、該光学系の屈折力を調整可能な機構を用いるので、光学系の屈折力を調整可能な機構を簡単な構成とできる。 In the present invention, as the mechanism for changing the focal position of the optical system of the 3D camera, a mechanism including a liquid lens and the like that can adjust the refractive power of the optical system is used, so that the refractive power of the optical system can be adjusted. The mechanism can be configured simply.
また、本発明においては、3Dカメラの光学系の焦点位置を変化させる機構として、撮像素子の受光面(結像面)に平行な面内で、該面内を区分する複数のブロックの各々に独立して屈折力を調整可能な機構を用いるので、電圧の印加により屈折力を変更可能な平板状部材を挟んで対向する透明電極に電圧を印加することで、平板状部材の各ブロック毎に印加電圧に応じた屈折力を調整し、屈折力の調整を高速で行うことが可能となる。このため、各ブロックの透明電極に印加する電圧により、被写体毎にフォーカス調整を行い、このフォーカス調整量を出力して物体距離に換算することで、静止画としての撮影画像および一対の視差画像を動画像のフレームレート(例えば1/30秒)より短い時間で取得可能となり、この結果、動画像を立体視するための、連続した左右一対の視差画像を得ることができる。 In the present invention, as a mechanism for changing the focal position of the optical system of the 3D camera, each of a plurality of blocks that divide the plane within a plane parallel to the light receiving surface (imaging plane) of the image sensor. Since a mechanism that can adjust the refractive power independently is used, by applying a voltage to the transparent electrodes facing each other across a flat plate member that can change the refractive power by applying a voltage, each block of the flat plate member It is possible to adjust the refractive power according to the applied voltage and adjust the refractive power at high speed. For this reason, focus adjustment is performed for each subject using the voltage applied to the transparent electrode of each block, and this focus adjustment amount is output and converted into an object distance, whereby a captured image as a still image and a pair of parallax images are converted. Acquisition is possible in a time shorter than the frame rate (for example, 1/30 second) of the moving image, and as a result, a pair of continuous left and right parallax images for stereoscopically viewing the moving image can be obtained.
また、本発明においては、3Dカメラを構成する光学系のF値を3.0より小さい値としているので、明るい、また、焦点距離が同じ場合、F値が小さいことにより焦点深度が浅くなり、物体距離の認識精度が向上する。 In the present invention, since the F value of the optical system constituting the 3D camera is set to a value smaller than 3.0, when the focus is the same, the depth of focus becomes shallow because the F value is small. Object distance recognition accuracy is improved.
また、本発明においては、コンパクトな3Dカメラモジュールを有した小型端末を実現することができる。これを用いて様々な場面での3D撮像が可能となる。例えばスポーツ選手に取り付けて撮像し、臨場感ある3D画像の取得することが可能となる。 Moreover, in the present invention, a small terminal having a compact 3D camera module can be realized. Using this, 3D imaging in various scenes becomes possible. For example, it is possible to acquire a realistic 3D image by attaching to a sports player and capturing an image.
以上のように、本発明によれば、被写体の撮像により得られた撮像画像から、該被写体を立体視するための視差画像およびを生成する3次元撮像装置において、焦点位置を変更可能に構成され、該被写体の像を該撮像部の受光面上に結像させる光学系と、該光学系の焦点位置を示す焦点位置情報から、該被写体までの距離を示す距離情報を取得する距離情報取得部と、該被写体の距離情報に基づいて、該撮像画像における該被写体の位置が変化するよう該撮像画像を処理して、該視差画像を生成する画像処理部とを備えたので、モジュールサイズが小さい簡単の構造で、立体視を行うための視差画像を生成することができる3次元撮像装置を得ることができる。 As described above, according to the present invention, a focal position can be changed in a three-dimensional imaging device that generates a parallax image for stereoscopic viewing of a subject from a captured image obtained by imaging the subject. An optical system that forms an image of the subject on the light receiving surface of the imaging unit, and a distance information acquisition unit that acquires distance information indicating a distance to the subject from focal position information indicating a focal position of the optical system And an image processing unit that processes the captured image so as to change the position of the subject in the captured image based on the distance information of the subject and generates the parallax image, so that the module size is small A three-dimensional imaging device that can generate a parallax image for stereoscopic viewing with a simple structure can be obtained.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1は本発明の実施形態1による3次元画像撮像装置(3Dカメラ)を説明する図であり、図1(a)はその外観を示し、図1(b)は、その内部の構成を模式的に示している。なお、図1(b)中、点線はカメラの光軸(カメラにおける光学系の光軸)を示している。
(Embodiment 1)
1A and 1B are diagrams for explaining a three-dimensional image pickup apparatus (3D camera) according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1A shows an appearance thereof, and FIG. 1B schematically shows an internal configuration thereof. Is shown. In FIG. 1B, the dotted line indicates the optical axis of the camera (the optical axis of the optical system in the camera).
図1に示す3Dカメラ100は、被写体の撮像により得られた撮像画像から、該被写体を立体視するための視差画像を生成するものである。 A 3D camera 100 shown in FIG. 1 generates a parallax image for stereoscopically viewing a subject from a captured image obtained by capturing the subject.
この3Dカメラ100は、外形略直方体形状のカメラ本体1と、該カメラ本体1の前面の中央部に設けられた一つの撮像レンズ102と、該カメラ本体1の上端中央部に取り付けられたストロボ発光部4と、該カメラ本体1の上端隅部に取り付けられたファインダ対物窓5とを有している。また、このカメラ本体1の上面中央部には、図9に示す3Dカメラ10と同様に、電源スイッチ6が設けられ、該カメラ本体1の上面側部にはシャッタボタン7が設けられている。 The 3D camera 100 includes a camera body 1 having a substantially rectangular parallelepiped shape, a single imaging lens 102 provided at the center of the front surface of the camera body 1, and strobe light emission attached to the center of the upper end of the camera body 1. And a viewfinder objective window 5 attached to the upper end corner of the camera body 1. Further, similarly to the 3D camera 10 shown in FIG. 9, a power switch 6 is provided at the center of the upper surface of the camera body 1, and a shutter button 7 is provided on the upper surface side of the camera body 1.
なお、カメラ本体1の背面には、上記3Dカメラ10と同様に、LCDパネル、ファインダ接眼窓や各種操作ボタンが設けられ、カメラ本体1の底面には、記録装置が着脱自在に装着されるスロットが設けられている。 As with the 3D camera 10, an LCD panel, a viewfinder eyepiece window, and various operation buttons are provided on the back of the camera body 1, and a slot in which a recording device is detachably mounted on the bottom of the camera body 1. Is provided.
また、この3Dカメラ100は、撮像レンズ102を含む撮像光学系102aを介して被写体Obの画像を撮像する撮像素子112と、該撮像光学系の光軸に沿って、撮影レンズ102を駆動する、アクチュエータなどのレンズ駆動部120と、該撮像素子112で得られた画像データを処理する信号処理部110とを有している。また、撮像レンズ102のF値は3.0より小さい値としている。 In addition, the 3D camera 100 drives the imaging lens 102 along the optical axis of the imaging optical system and an imaging element 112 that captures an image of the subject Ob via the imaging optical system 102a including the imaging lens 102. A lens driving unit 120 such as an actuator, and a signal processing unit 110 that processes image data obtained by the imaging element 112 are included. Further, the F value of the imaging lens 102 is set to a value smaller than 3.0.
図2は該信号処理部110の具体的な構成を示すブロック図である。 FIG. 2 is a block diagram showing a specific configuration of the signal processing unit 110.
ここで、該信号処理部110は、レンズ駆動部120を駆動制御するレンズ駆動制御部111と、該撮像素子112で得られた画像データCimを、レンズ駆動制御部からの駆動制御信号Ldsと対応付けて記憶する撮像候補記憶部114と、該撮像候補記憶部114に記憶された画像データと駆動制御信号Ldsとに基づいて撮像画像の解析を行う画像解析部113aと、その解析結果に基づいて撮像画面を区分するブロック毎に焦点距離を判定する距離判定部113bと、各ブロック毎の焦点距離を格納する距離格納部115と、距離格納部115に格納されている各ブロック毎の焦点距離に基づいて、撮像候補記憶部114に記憶されている撮像画像に対する処理を行って、被写体を立体視するための視差画像を生成する画像処理部116と、該視差画像を格納する画像格納部117とを有している。 Here, the signal processing unit 110 corresponds to the lens drive control unit 111 that controls the drive of the lens drive unit 120 and the image data Cim obtained by the imaging element 112 with the drive control signal Lds from the lens drive control unit. An imaging candidate storage unit 114 to be added and stored, an image analysis unit 113a that analyzes the captured image based on the image data stored in the imaging candidate storage unit 114 and the drive control signal Lds, and a result of the analysis The distance determination unit 113b that determines the focal length for each block that divides the imaging screen, the distance storage unit 115 that stores the focal length for each block, and the focal length for each block stored in the distance storage unit 115 An image processing unit 1 that performs processing on the captured image stored in the imaging candidate storage unit 114 to generate a parallax image for stereoscopically viewing the subject. 6, and an image storage unit 117 for storing the parallax images.
ここで、画像解析部113a及び距離判定部113bは、該光学系の焦点位置を示す焦点位置情報から、該被写体までの距離を示す距離情報を取得する距離情報取得部113を構成している。 Here, the image analysis unit 113a and the distance determination unit 113b constitute a distance information acquisition unit 113 that acquires distance information indicating the distance to the subject from the focus position information indicating the focus position of the optical system.
次に作用効果について説明する。 Next, the function and effect will be described.
まず、本発明の基本原理について図3〜図5を用いて説明する。 First, the basic principle of the present invention will be described with reference to FIGS.
本発明の3Dカメラでは、図3に示すように、被写体の撮像により得られた撮像画像P0(図3(a))から、該被写体を立体視するための左右一対の視差画像P2およびP1(図3(b)および図3(c))が生成される。 In the 3D camera of the present invention, as shown in FIG. 3, a pair of left and right parallax images P2 and P1 for stereoscopic viewing of the subject from the captured image P0 (FIG. 3 (a)) obtained by imaging the subject. 3 (b) and 3 (c)) are generated.
撮像画像P0には主被写体(人)Mhの像および他の被写体(犬)Shの像が含まれており、また、視差画像P1およびP2にも主被写体Mhおよび他の被写体Shが含まれている。 The captured image P0 includes an image of the main subject (person) Mh and an image of another subject (dog) Sh, and the parallax images P1 and P2 also include the main subject Mh and other subjects Sh. Yes.
ただし、視差画像P1では、主被写体Mhの像と他の被写体Shの像との横方向の間隔が、撮像画像P0におけるものより広くなっており、また、視差画像P2では、主被写体Mhの像と他の被写体Shの像との横方向の間隔が、撮像画像P0におけるものより狭くなっている。このような視差画像P2およびP1をそれぞれ左目および右目で見ることにより、これらの被写体を立体視することができる。 However, in the parallax image P1, the horizontal interval between the image of the main subject Mh and the image of the other subject Sh is wider than that in the captured image P0, and in the parallax image P2, the image of the main subject Mh. And the distance between the images of other subjects Sh are narrower than those in the captured image P0. By viewing such parallax images P2 and P1 with the left eye and the right eye, respectively, these subjects can be stereoscopically viewed.
次に、本発明の実施形態1の3Dカメラ100において、視差画像P1およびP2における、主被写体Mhの像と他の被写体Shの像との横方向の間隔を、撮像画像P0における主被写体Mhの像と他の被写体Shの像との横方向の間隔から算出する方法を説明する。 Next, in the 3D camera 100 according to the first embodiment of the present invention, the distance in the horizontal direction between the image of the main subject Mh and the image of the other subject Sh in the parallax images P1 and P2 is determined as the main subject Mh in the captured image P0. A method of calculating from the horizontal distance between the image and the image of the other subject Sh will be described.
この実施形態1では、視差画像P1およびP2における、主被写体Mhの像と他の被写体Shの像との横方向の間隔を、これらの被写体MhおよびShの光軸に沿った相対距離に基づいて算出する。 In the first embodiment, in the parallax images P1 and P2, the horizontal distance between the image of the main subject Mh and the image of the other subject Sh is based on the relative distance along the optical axis of these subjects Mh and Sh. calculate.
図4は、3Dカメラの光軸上での被写体Mhと他の被写体Shとの位置関係を示している。 FIG. 4 shows the positional relationship between the subject Mh and another subject Sh on the optical axis of the 3D camera.
図4に示す被写体Mhと他の被写体Shとの位置関係では、イメージセンサなどの撮像素子112の受光面(結像面)から主被写体Mhまでの距離d1は、イメージセンサなどの撮像素子112の受光面(結像面)から他の被写体Shまでの距離d3より大きくなっている。 In the positional relationship between the subject Mh and the other subject Sh shown in FIG. 4, the distance d1 from the light receiving surface (imaging plane) of the image sensor 112 such as an image sensor to the main subject Mh is the distance of the image sensor 112 such as an image sensor. It is larger than the distance d3 from the light receiving surface (imaging surface) to the other subject Sh.
そして、視差画像P1およびP2における、主被写体Mhの像と他の被写体Shの像との横方向の間隔S1およびS2は、視差画像P1およびP2における、主被写体Mhの像と他の被写体Shの像との横方向の間隔S1およびS2と、主被写体と他の被写体との相対距離d2と、結像面から主被写体Mhまでの距離d1と、撮像画像P0における、主被写体Mhの像と他の被写体Shの像との横方向の間隔S0と、基線長B3とから求められる。 In the parallax images P1 and P2, the horizontal distances S1 and S2 between the image of the main subject Mh and the image of the other subject Sh are the same as those of the main subject Mh and the other subject Sh in the parallax images P1 and P2. The horizontal distances S1 and S2 from the image, the relative distance d2 between the main subject and another subject, the distance d1 from the imaging plane to the main subject Mh, the image of the main subject Mh in the captured image P0, and others Is obtained from the horizontal interval S0 with the image of the subject Sh and the base line length B3.
ここで、基線長Bは、例えば左右の眼の間隔であり、この基線長Bの長さを変えることにより、視差画像P1およびP2から得られる被写体の立体像の立体効果、つまり被写体の立体像の見え方を変えることができる。 Here, the baseline length B is, for example, the distance between the left and right eyes. By changing the length of the baseline length B, the stereoscopic effect of the stereoscopic image of the subject obtained from the parallax images P1 and P2, that is, the stereoscopic image of the subject is obtained. You can change the way you look.
図5は、撮像画像P0における主被写体と他の被写体との相対距離を変化させて、左右一対の視差画像を作成するための1つの計算モデルを示している。 FIG. 5 shows one calculation model for creating a pair of left and right parallax images by changing the relative distance between the main subject and another subject in the captured image P0.
この計算モデルでは、撮像素子112の受光面(結像面)に相当する基準面Sb上に、左右の眼の位置Em2およびEm1、並びにその中間位置Em0を定義し、これらの位置Em0、Em1、Em2をそれぞれ、撮像画像P0における主被写体Mhの像の横方向の位置、視差画像P1における主被写体Mhの像の横方向の位置、および視差画像P2における主被写体Mhの像の横方向の位置としている。この基準面Sb上には、撮像画像P0における他の被写体Shの像の横方向の位置Es0、視差画像P1における他の被写体Shの像の横方向の位置Es1、および視差画像P2における他の被写体Shの像の横方向の位置Es2を、それぞれ画像における主被写体の位置を基準として設定している。 In this calculation model, left and right eye positions Em2 and Em1 and an intermediate position Em0 thereof are defined on a reference plane Sb corresponding to the light receiving surface (imaging plane) of the image sensor 112, and these positions Em0, Em1, Em2 is the horizontal position of the main subject Mh image in the captured image P0, the horizontal position of the main subject Mh image in the parallax image P1, and the horizontal position of the main subject Mh image in the parallax image P2. Yes. On this reference plane Sb, the lateral position Es0 of the image of the other subject Sh in the captured image P0, the lateral position Es1 of the image of the other subject Sh in the parallax image P1, and the other subject in the parallax image P2 The position Es2 in the horizontal direction of the Sh image is set based on the position of the main subject in the image.
また、基準面Sbの法線方向上に主被写体Mhの位置Hmを取り、さらにこの主被写体Mhの位置Hmを基準として、他の被写体Shの位置Hsを設定している。 Further, the position Hm of the main subject Mh is taken in the normal direction of the reference plane Sb, and the position Hs of another subject Sh is set with the position Hm of the main subject Mh as a reference.
図5に示す計算モデルでは、距離S0は点Hsと点H0との距離に等しく、距離S1は点Hsと点H1との距離に等しく、距離S2は点Hsと点H2との距離に等しく、また、点H0と点H1との距離および点H0と点H2との距離は距離d2×tanθであることから、以下の式(A)〜(E)が成り立つ。 In the calculation model shown in FIG. 5, the distance S0 is equal to the distance between the points Hs and H0, the distance S1 is equal to the distance between the points Hs and H1, the distance S2 is equal to the distance between the points Hs and H2, Further, since the distance between the point H0 and the point H1 and the distance between the point H0 and the point H2 are the distance d2 × tan θ, the following equations (A) to (E) hold.
S1=S0+d2×tanθ ・・・(A)
S2=S0−d2×tanθ ・・・(B)
tanθ=B/(2×d1) ・・・(C)
S1=S0+d2×B/(2×d1) ・・・(D)
S2=S0−d2×B/(2×d1) ・・・(E)
S0: 像面における、主被写体と他被写体の横方向の距離
S1: 像面における、2画像による3D出力画像(視差画像)のうちの一方の画像P1内での主被写体と他被写体との横方向の距離
S2: 像面における、2画像による3D出力画像(視差画像)のうちの他方の画像P2内での主被写体と他被写体との横方向の距離
d1: 主被写体距離(主被写体から結像面までの距離)
d2: 主被写体に対する他被写体の光軸方向の距離
B: 基線長
θ: 基準面上の中間位置Em0と被写体の位置Hmとを結ぶ線と、左眼(あるいは右目)の位置Em2(Em1)と被写体の位置Hmとを結ぶ線とのなす角度
また、3Dカメラの光学系のレンズ倍率M(M=y’/y)を用いて、実際の主被写体Mhと他の被写体Shとの基準面内での距離S0’は、以下の式(F)で示すとおりである。
S1 = S0 + d2 × tan θ (A)
S2 = S0−d2 × tan θ (B)
tan θ = B / (2 × d1) (C)
S1 = S0 + d2 × B / (2 × d1) (D)
S2 = S0−d2 × B / (2 × d1) (E)
S0: Horizontal distance between main subject and other subject on image plane S1: Horizontal orientation of main subject and other subject in one image P1 of 2D 3D output images (parallax images) on image plane Distance in direction S2: Horizontal distance between main subject and other subject in the other image P2 of 3D output images (parallax images) of two images on the image plane d1: Main subject distance (concatenated from main subject) Distance to the image plane)
d2: Distance in the optical axis direction of the other subject with respect to the main subject B: Baseline length θ: A line connecting the intermediate position Em0 on the reference plane and the position Hm of the subject, and a position Em2 (Em1) of the left eye (or right eye) Angle formed by a line connecting the position Hm of the subject. In addition, the lens magnification M (M = y ′ / y) of the optical system of the 3D camera is used to make a reference plane between the actual main subject Mh and another subject Sh. The distance S0 ′ at is as shown in the following formula (F).
y’: 光軸に対する法線方向への物体の大きさ
y: 光軸に対する法線方向への像の大きさ
S0’=S0×M ・・・(F)
また、右目位置Em1から主被写体Mhを見たときの、主被写体Mhと他被写体Shとの横方向の実際の距離に代わる擬似的な距離S1’は、以下の式(G)に示すとおりである。
y ′: the size of the object in the direction normal to the optical axis y: the size of the image in the direction normal to the optical axis S0 ′ = S0 × M (F)
Further, when the main subject Mh is viewed from the right eye position Em1, a pseudo distance S1 ′ instead of the actual lateral distance between the main subject Mh and the other subject Sh is as shown in the following equation (G). is there.
S1’=S1×M ・・・(G)
また、左目位置Em2から主被写体Mhを見たときの、主被写体Mhと他被写体Shとの横方向の実際の距離に代わる擬似的な距離S2’は、以下の式(H)に示すとおりである。
S1 ′ = S1 × M (G)
Further, when the main subject Mh is viewed from the left eye position Em2, a pseudo distance S2 ′ instead of the actual lateral distance between the main subject Mh and the other subject Sh is as shown in the following expression (H). is there.
S2’=S2×M ・・・(H)
また、このようにして視差画像における主被写体と他の被写体との相対距離S1およびS2を求めるには、主被写体距離(主被写体から結像面までの距離)d1および主被写体に対する他被写体の光軸方向の距離d2を求める必要があり、以下その方法について説明する。
S2 ′ = S2 × M (H)
Further, in order to obtain the relative distances S1 and S2 between the main subject and other subjects in the parallax image in this way, the main subject distance (distance from the main subject to the imaging plane) d1 and the light of the other subject with respect to the main subject It is necessary to determine the axial distance d2, and the method will be described below.
図6は、本実施形態1の3Dカメラでの被写体の距離情報を求める方法を説明する図であり、撮像素子の受光面Scを、例えば8×8のマトリクス状に配列されたブロックRmn(m、nは1〜8の整数)に分割した状態を示している。 FIG. 6 is a diagram for explaining a method of obtaining subject distance information in the 3D camera according to the first embodiment. The light receiving surface Sc of the image sensor is arranged in a block Rmn (m, for example, arranged in an 8 × 8 matrix. , N is an integer of 1 to 8).
ここでは、撮像素子の各ブロック毎に、画像のエッジ情報に基づいて焦点距離を求める。例えば、図6に示すように、撮像画像が図3(a)に示す主被写体Mhおよび他の被写体Shの像を含む場合、主被写体Mhの画像に重なるブロックでは、基本的に主被写体Mhの位置で焦点が合うこととなる。また、他の被写体Shの画像に重なるブロックでは、基本的に他の被写体Shの位置で焦点が合うこととなる。 Here, the focal length is obtained for each block of the image sensor based on the edge information of the image. For example, as shown in FIG. 6, when the captured image includes the main subject Mh and the image of another subject Sh shown in FIG. 3A, basically, in the block overlapping the image of the main subject Mh, the main subject Mh. Focus will be on position. Further, in a block that overlaps an image of another subject Sh, the focus is basically achieved at the position of the other subject Sh.
このとき、図1(b)に示すレンズ駆動機構120により撮像レンズ102が光軸方向に沿って、最も被写体Obに近い位置から最も被写体から遠い位置まで移動し、その間に、逐次撮像レンズ位置で撮像された撮像画像に対するエッジ検出などの画像解析が行われ、撮像画像の各ブロックに相当する領域での焦点距離(各ブロックでの被写体までの距離)が、各ブロックでのエッジが最もシャープなレンズ位置として求められる。その結果、各ブロック毎に焦点距離情報が求められる。 At this time, the imaging lens 102 is moved along the optical axis direction from the position closest to the subject Ob to the position farthest from the subject by the lens driving mechanism 120 shown in FIG. Image analysis such as edge detection is performed on the captured image, and the focal length (distance to the subject in each block) in the area corresponding to each block of the captured image is the sharpest edge in each block Calculated as the lens position. As a result, focal length information is obtained for each block.
このようにして求められた焦点距離情報から、主被写体Mhまでの距離d1と、主被写体Mhと他の被写体Shとの相対距離d2とを求めることができる。 From the focal length information thus obtained, the distance d1 to the main subject Mh and the relative distance d2 between the main subject Mh and the other subject Sh can be obtained.
以下、3Dカメラ100により、例えば図4に示す位置関係を有する主被写体Mhおよび他の被写体Shを撮像し、この撮像により得られた撮像画像P0(図3(a))から、左右一対の視差画像P2およびP1を得る動作について説明する。 Hereinafter, for example, the main subject Mh and the other subject Sh having the positional relationship shown in FIG. 4 are imaged by the 3D camera 100, and a pair of left and right parallaxes are obtained from the captured image P0 (FIG. 3A) obtained by this imaging. An operation for obtaining the images P2 and P1 will be described.
まず、撮影者は、3Dカメラ100のファインダー対物窓5内に主被写体Mhおよび他の被写体Shを捕らえ、シャッター7を押すと、オートフォーカス機能を備えた3Dカメラ100では、レンズ駆動制御部111からの制御信号Ldsによりレンズ移動機構120が撮影レンズ102を所定の範囲(例えば、被写体に最も近い位置から最も遠い位置までの範囲)内で光軸方向に移動させ、撮像素子112は、撮像レンズ102の決められた移動距離毎に撮像を行う。これにより、焦点距離が無限大である位置から焦点距離が最も近い位置までの、決められた複数の位置の各々に対応する撮像候補画像が得られ、これらの撮像候補画像が撮像候補記憶部114に格納される。 First, when the photographer captures the main subject Mh and another subject Sh in the finder objective window 5 of the 3D camera 100 and presses the shutter 7, in the 3D camera 100 having the autofocus function, from the lens drive control unit 111. In response to the control signal Lds, the lens moving mechanism 120 moves the photographing lens 102 in the optical axis direction within a predetermined range (for example, a range from the position closest to the subject to the position farthest), and the image sensor 112 An image is taken for each determined moving distance. Thereby, imaging candidate images corresponding to each of a plurality of determined positions from a position where the focal distance is infinite to a position where the focal distance is the closest are obtained, and these imaging candidate images are acquired as the imaging candidate storage unit 114. Stored in
画像解析部113aでは、上述したように、撮像素子の受光面Scを分割する各ブロック毎に、エッジ検出などの画像解析により、ブロック内の画像エッジが最もシャープであるレンズ位置を求める。距離判定部113bは、このレンズ位置から、各ブロック内の被写体までの距離を算出し、この距離情報を距離格納部115に格納する。 As described above, the image analysis unit 113a obtains the lens position where the image edge in the block is sharpest by image analysis such as edge detection for each block that divides the light receiving surface Sc of the image sensor. The distance determination unit 113b calculates the distance to the subject in each block from this lens position, and stores this distance information in the distance storage unit 115.
画像処理部116は、画像解析部113aで得られた画像エッジの鋭さを示す情報に基づいて、オートフォーカス動作時に得られた複数のレンズ位置での撮像候補画像から、主被写体Mhだけでなく、他の被写体Shにも焦点がピントの合った撮像候補画像を撮像画像P0として選択し、画像格納部117に格納する。 Based on the information indicating the sharpness of the image edge obtained by the image analysis unit 113a, the image processing unit 116 determines not only the main subject Mh but also the main subject Mh from the imaging candidate images obtained at the plurality of lens positions obtained during the autofocus operation. An imaging candidate image that is in focus on another subject Sh is selected as the captured image P0 and stored in the image storage unit 117.
なお、被写体Mhだけでなく、他の被写体Shにも焦点がピントの合った撮像候補画像は共焦点系の光学系により得られる。 It should be noted that not only the subject Mh but also other subject Sh can be obtained as a candidate image for focusing by using a confocal optical system.
また、この画像処理部116は、選択した撮像画像P0に対して画像処理を施して、主被写体Mhおよび他の被写体Shを立体視するための視差画像P1およびP2を生成し、生成した視差画像P1およびP2を画像格納部117に格納する。 In addition, the image processing unit 116 performs image processing on the selected captured image P0 to generate parallax images P1 and P2 for stereoscopically viewing the main subject Mh and the other subject Sh, and the generated parallax image. P1 and P2 are stored in the image storage unit 117.
ここで、撮像画像P0から視差画像P1およびP2を生成する方法は、図5に示す1つの計算モデルを用いて、撮像画像P0における主被写体と他の被写体との相対距離を変化させて、左右一対の視差画像を作成する方法である。 Here, the method of generating the parallax images P1 and P2 from the captured image P0 is performed by changing the relative distance between the main subject and other subjects in the captured image P0 using one calculation model shown in FIG. This is a method of creating a pair of parallax images.
具体的には、撮像画像P0から視差画像P1を生成する場合は、エッジ検出により得られた主被写体Mhの輪郭の内側に位置する画素に対して、エッジ検出により得られた他の被写体Shの輪郭の内側に位置する画素を、d2×tanθ/2に相当する画素数だけ左側にシフトし、このシフトにより画素の抜けた位置には、補間処理などにより得られる画素値を有する画素を埋める。 Specifically, when the parallax image P1 is generated from the captured image P0, a pixel located inside the outline of the main subject Mh obtained by edge detection is compared with the other subject Sh obtained by edge detection. A pixel located inside the contour is shifted to the left by the number of pixels corresponding to d2 × tan θ / 2, and a pixel having a pixel value obtained by interpolation processing or the like is filled in a position where the pixel is lost by this shift.
また、撮像画像P0から視差画像P2を生成する場合は、エッジ検出により得られた主被写体Mhの輪郭の内側に位置する画素に対して、エッジ検出により得られた他の被写体Shの輪郭の内側に位置する画素を、d2×tanθ/2に相当する画素数だけ右側にシフトし、このシフトにより画素の抜けた位置には、補間処理などにより得られる画素値を有する画素を埋める。 Further, when generating the parallax image P2 from the captured image P0, the inside of the contour of the other subject Sh obtained by edge detection with respect to the pixel located inside the contour of the main subject Mh obtained by edge detection. Is shifted to the right by the number of pixels corresponding to d2 × tan θ / 2, and a pixel having a pixel value obtained by interpolation processing or the like is filled in the position where the pixel is lost by this shift.
なお、上記視差画像P1およびP2を作成する処理は、他の被写体を構成する画素を主被写体を構成する画素を基準としてシフトさせるものに限らず、主被写体を構成する画素を他の被写体を構成する画素を基準としてシフトさせるものでもよく、さらに、両被写体間の基準位置、例えば、両被写体間の中間位置を基準として、主被写体および他の被写体を構成する画素を、主被写体および他の被写体の間の距離が広がるよう、あるいは狭まるよう反対方向にシフトさせてもよい。ただし、いずれの場合にも、視差画像P1では、両被写体間の距離が、d2×tanθ/2に相当する画素数だけ離れ、視差画像P2では、両被写体間の距離が、d2×tanθ/2に相当する画素数だけ近づくように画素をシフトさせる必要がある。 Note that the process of creating the parallax images P1 and P2 is not limited to shifting the pixels constituting the other subject with reference to the pixels constituting the main subject, and the pixels constituting the main subject constitute the other subject. In addition, the pixels constituting the main subject and the other subject may be determined based on the reference position between the two subjects, for example, the intermediate position between the two subjects. The distance may be shifted in the opposite direction so that the distance between them increases or decreases. However, in any case, in the parallax image P1, the distance between both subjects is separated by the number of pixels corresponding to d2 × tan θ / 2, and in the parallax image P2, the distance between both subjects is d2 × tan θ / 2. It is necessary to shift the pixels so as to approach the number of pixels corresponding to.
なお、3D表示は近年、映画やゲームを立体的に表示することができる。本実施形態のような3Dカメラでは、像面位置の調整機構と画像処理によって3Dカメラを実現することができ、またこの3Dカメラを構成するカメラモジュールは、簡単な構成により3D画像を出力する撮像モジュールに用いることができる。 In recent years, 3D display can display movies and games in three dimensions. In the 3D camera as in the present embodiment, a 3D camera can be realized by an image plane position adjustment mechanism and image processing, and the camera module that constitutes the 3D camera captures a 3D image with a simple configuration. Can be used for modules.
このように本実施形態1では、被写体の撮像により得られた撮像画像P0から、該被写体を立体視するための視差画像P1およびP2を生成する3次元撮像装置100において、焦点位置を変更可能に構成され、該被写体の像を該撮像部の受光面上に結像させる光学系102aと、該光学系の焦点位置を示す焦点位置情報から、該被写体までの距離を示す距離情報を取得する距離情報取得部113と、該被写体の距離情報に基づいて、該撮像画像における該被写体の位置が変化するよう該撮像画像を処理して、該視差画像を生成する画像処理部116とを備えたので、被写体の像を撮像素子の受光面上に結像させる光学系の光軸を1つにできる。これにより、複眼による3Dカメラにおける、複眼に対応するそれぞれの光学系の光軸の調整や、瞳分割方式の3Dカメラにおける、分割された光が通る別の光学系の軸調整を不要とできる。この結果、モジュールサイズが小さい簡単の構造で、立体視を行うための視差画像を生成することができ、3Dカメラの小型化、低コスト化を図ることができる。 As described above, in the first embodiment, the focal position can be changed in the three-dimensional imaging apparatus 100 that generates the parallax images P1 and P2 for stereoscopic viewing of the subject from the captured image P0 obtained by imaging the subject. An optical system 102a configured to form an image of the subject on the light receiving surface of the imaging unit, and a distance for acquiring distance information indicating a distance to the subject from focal position information indicating a focal position of the optical system Since the information acquisition unit 113 and the image processing unit 116 that processes the captured image so that the position of the subject in the captured image changes based on the distance information of the subject and generates the parallax image are provided. The optical axis of the optical system for forming the subject image on the light receiving surface of the image sensor can be made one. Thereby, the adjustment of the optical axis of each optical system corresponding to the compound eye in a 3D camera with a compound eye and the adjustment of the axis of another optical system through which the divided light passes in a 3D camera of a pupil division type can be eliminated. As a result, it is possible to generate a parallax image for stereoscopic viewing with a simple structure having a small module size, and to reduce the size and cost of the 3D camera.
また、本実施形態1による3Dカメラ100では、距離情報取得部113は、撮像レンズ102とイメージセンサ112の受光面との距離を調整するレンズ駆動機構120を有し、該イメージセンサ112による撮像画面を分割する複数のブロック毎に検出した焦点位置で前記被写体の撮像が行われるよう、該レンズ駆動機構120およびイメージセンサ112を制御し、各ブロックの焦点位置で撮像して得られた個別撮像画像(撮像候補画像)から個々の被写体までの距離情報を取得するので、被写体までの距離情報を取得するのに、撮像画像における被写体のパターン認識処理といった複雑な画像処理は不要であり、簡単に各被写体までの距離情報を得ることができる。 In the 3D camera 100 according to the first embodiment, the distance information acquisition unit 113 includes a lens driving mechanism 120 that adjusts the distance between the imaging lens 102 and the light receiving surface of the image sensor 112, and an imaging screen by the image sensor 112. The lens drive mechanism 120 and the image sensor 112 are controlled so that the subject is imaged at the focal position detected for each of a plurality of blocks that divide the image, and the individual captured image obtained by imaging at the focal position of each block Since the distance information from the (imaging candidate image) to the individual subject is acquired, complicated image processing such as pattern recognition processing of the subject in the captured image is not necessary to acquire the distance information to the subject. Distance information to the subject can be obtained.
また、本実施形態1では、撮像画像における主被写体と他被写体との横方向の距離S0から、左右の視差画像における主被写体と他被写体との横方向の距離S2およびS1を算出する際、図5に示す計算モデルを用い、つまり、基線長を人間の眼の間隔とし、右目位置と左目位置と主被写体とがなす3角形を用いるので、物体距離、つまり、撮像位置から主被写体および他の被写体までの距離を示す情報から、これらの被写体を立体視するための視差画像を得ることができ、しかもより現実の撮影により得られる視差画像に近い視差画像を、単一の光軸を有する光学系により撮影した撮影画像から生成することができる。 In the first embodiment, when the lateral distances S2 and S1 between the main subject and the other subject in the left and right parallax images are calculated from the lateral distance S0 between the main subject and the other subject in the captured image, FIG. 5 is used, that is, the base length is the distance between the human eyes, and the triangle formed by the right eye position, the left eye position, and the main subject is used. From the information indicating the distance to the subject, a parallax image for stereoscopic viewing of these subjects can be obtained, and a parallax image closer to the parallax image obtained by actual shooting is converted to an optical system having a single optical axis. It can generate | occur | produce from the picked-up image image | photographed with the system | strain.
なお、上記実施形態1では、3Dカメラの光学系の焦点位置を変化させる機構として、撮像レンズをアクチュエータなどにより光軸方向に駆動するレンズ駆動部を用いたが、3Dカメラの光学系の焦点位置を変化させる機構は、液体レンズなどを含み、該光学系の屈折力を調整可能な機構であってもよい。 In the first embodiment, as the mechanism for changing the focal position of the optical system of the 3D camera, the lens driving unit that drives the imaging lens in the optical axis direction by an actuator or the like is used. However, the focal position of the optical system of the 3D camera is used. The mechanism for changing the angle may include a liquid lens and the like, and may be a mechanism capable of adjusting the refractive power of the optical system.
例えば、図7(a)は、撮像素子112の前に配置された液体レンズLgを示しており、この液体レンズLgは内部に注入する液体の量を調節することで、レンズ表面の湾曲形状が、実線で示す屈折力が大きい形状から、点線で示す屈折力が小さい形状に変化する。 For example, FIG. 7A shows a liquid lens Lg arranged in front of the image sensor 112. The liquid lens Lg adjusts the amount of liquid injected into the liquid lens Lg so that the curved shape of the lens surface can be adjusted. The shape changes from a shape having a large refractive power indicated by a solid line to a shape having a small refractive power indicated by a dotted line.
なお、液体レンズは、図7(a)で説明した液体注入方式の他に、電圧印加により液体の界面の曲率を操作することにより屈折力を調整するものがあり、この電圧印加方式のものが一般である。 In addition to the liquid injection method described with reference to FIG. 7A, there are liquid lenses that adjust the refractive power by manipulating the curvature of the liquid interface by applying a voltage. It is common.
この電圧印加方式の液体レンズは、所定の筐体内に油と水溶液とが封入されており、また、該筐体内の両端には電極が配置されている。このような液体レンズでは、対向する電極に電圧を印加すると、油あるいは水溶液の一方が電極に引っ張られて該筐体の中央部に集まろうとするのと同時に、油あるいは水溶液の他方が中央部から周辺部に押し出されることで、該両液体の界面の曲率が変化して屈折力の調整が行われる。 In this voltage application type liquid lens, oil and an aqueous solution are sealed in a predetermined casing, and electrodes are arranged at both ends of the casing. In such a liquid lens, when a voltage is applied to the opposing electrode, one of the oil or the aqueous solution is pulled by the electrode and tries to gather at the central portion of the casing, and at the same time, the other of the oil or the aqueous solution is Is pushed out to the peripheral part to change the curvature of the interface between the two liquids, thereby adjusting the refractive power.
また、3Dカメラの光学系の焦点位置を変化させる機構は、図7(b)に示すように、撮像素子の受光面(結像面)に平行な面内で、該面内を区分する複数のブロックの各々に独立して屈折力を調整可能な機構であってもよい。 Further, as shown in FIG. 7B, a mechanism for changing the focal position of the optical system of the 3D camera has a plurality of sections that divide the plane within a plane parallel to the light receiving surface (imaging plane) of the image sensor. It may be a mechanism capable of adjusting the refractive power independently for each of the blocks.
図7(b)に示す屈折力調整機構OPdは、電圧の印加により屈折力を変更可能な平板状部材と、この平板状部材の両面に行列状に配置された複数の透明電極とを有している。なお、この屈折力調整機構OPdは撮像レンズLと撮像素子112との間に配置される。 The refractive power adjustment mechanism OPd shown in FIG. 7B includes a flat plate member whose refractive power can be changed by applying a voltage, and a plurality of transparent electrodes arranged in a matrix on both surfaces of the flat plate member. ing. The refractive power adjustment mechanism OPd is disposed between the imaging lens L and the imaging element 112.
具体的には、平板状部材の表面領域(レンズ領域)は、複数のブロックRpks(k、sは1〜8の整数)によりマトリクス状に区画されており、平板状部材の表面には各ブロックに対応するよう透明電極が配置され、平板状部材の裏面にも各ブロックに対応するよう透明電極が配置されている。 Specifically, the surface region (lens region) of the flat plate member is partitioned in a matrix form by a plurality of blocks Rpks (k and s are integers of 1 to 8), and each block is on the surface of the flat plate member. The transparent electrode is arranged so as to correspond to the above, and the transparent electrode is arranged on the back surface of the flat plate-like member so as to correspond to each block.
このような構成では、電圧の印加により屈折力を変更可能な平板状部材を挟んで対向する透明電極に電圧を印加することで、平板状部材の各ブロック毎に印加電圧に応じた屈折力を調整するので、屈折力の調整を高速で行うことが可能となる。このため、各ブロックの透明電極に印加する電圧により、被写体毎にフォーカス調整を行い、このフォーカス調整量を出力して物体距離に換算することで、静止画としての撮影画像および一対の視差画像を動画像のフレームレート(例えば1/30秒)より短い時間で取得可能となり、この結果、動画像を立体視するための、連続した左右一対の視差画像を得ることができる。 In such a configuration, by applying a voltage to the transparent electrodes facing each other across a flat plate member whose refractive power can be changed by applying a voltage, the refractive power corresponding to the applied voltage is applied to each block of the flat plate member. Since the adjustment is performed, the refractive power can be adjusted at high speed. For this reason, focus adjustment is performed for each subject using the voltage applied to the transparent electrode of each block, and this focus adjustment amount is output and converted into an object distance, whereby a captured image as a still image and a pair of parallax images are converted. Acquisition is possible in a time shorter than the frame rate (for example, 1/30 second) of the moving image, and as a result, a pair of continuous left and right parallax images for stereoscopically viewing the moving image can be obtained.
また、本実施形態1では、3Dカメラを構成する光学系のF値を3.0より小さい値としているので、明るい、また、焦点距離が同じ場合、F値が小さいことにより焦点深度が浅くなり、物体距離の認識精度を向上することができる。 In the first embodiment, the F value of the optical system constituting the 3D camera is set to a value smaller than 3.0. Therefore, when the focal length is the same, the depth of focus becomes shallow because the F value is small. The object distance recognition accuracy can be improved.
なお、上記実施形態では、前記画像処理部は、前記撮像画像に含まれる複数の被写体の、前記光学系の光軸方向における相対距離に応じて、該撮像画像上での該被写体の水平方向の位置を調整して、前記視差画像を生成するものを示したが、前記画像処理部は、前記撮像画像に含まれる複数の被写体の、前記光学系の光軸方向における相対距離に応じて、該撮像画像に含まれる被写体の画像に歪みを加えて、前記視差画像を生成するものでもよい。 In the above-described embodiment, the image processing unit in the horizontal direction of the subject on the captured image according to the relative distance of the plurality of subjects included in the captured image in the optical axis direction of the optical system. Although the position adjustment is performed to generate the parallax image, the image processing unit has the plurality of subjects included in the captured image according to the relative distance in the optical axis direction of the optical system. The parallax image may be generated by adding distortion to a subject image included in the captured image.
また、上記実施形態1では、特に説明しなかったが、上記実施形態1の3Dカメラを構成する光学系、レンズ駆動機構、撮像素子、および信号処理部は、3Dカメラモジュールとして、携帯電話などの電子情報機器(小型端末)に搭載することができる。 Although not particularly described in the first embodiment, the optical system, the lens driving mechanism, the image sensor, and the signal processing unit that constitute the 3D camera of the first embodiment are a 3D camera module such as a mobile phone. It can be mounted on an electronic information device (small terminal).
これを用いることで様々な場面での3D撮像が可能となる。例えばスポーツ選手に取り付けて撮像し、臨場感ある3D画像の取得することが可能となる。 By using this, 3D imaging in various scenes becomes possible. For example, it is possible to acquire a realistic 3D image by attaching to a sports player and capturing an image.
(実施形態2)
以下、このような電子情報機器について簡単に説明する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, such an electronic information device will be briefly described.
図8は、本発明の実施形態2として、実施形態1の3Dカメラを構成する光学系、レンズ駆動機構、撮像素子、および信号処理部をカメラモジュールとして、撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。 FIG. 8 shows, as Embodiment 2 of the present invention, an outline of an electronic information device that uses an optical system, a lens driving mechanism, an image sensor, and a signal processing unit that constitute the 3D camera of Embodiment 1 as a camera module. It is a block diagram which shows the example of a structure.
図8に示す本発明の実施形態2による電子情報機器90は、上記カメラモジュールを、被写体の撮影を行う撮像部91として備えたものであり、このような撮像部による撮影により得られた高品位な画像データを記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部92と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示部93と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信部94と、この画像データを印刷(印字)して出力(プリントアウト)する画像出力部95とのうちの少なくともいずれかを有している。 An electronic information device 90 according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 8 includes the camera module as an imaging unit 91 that captures an image of a subject. A memory unit 92 such as a recording medium for recording data after a predetermined signal processing for recording the image data, and a liquid crystal to be displayed on a display screen such as a liquid crystal display screen after the predetermined signal processing for display of the image data A display unit 93 such as a display device, a communication unit 94 such as a transmission / reception device that performs communication processing after the image data is subjected to predetermined signal processing for communication, and the image data is printed (printed) and output (printed out). And at least one of the image output unit 95 to be operated.
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。 As mentioned above, although this invention has been illustrated using preferable embodiment of this invention, this invention should not be limited and limited to this embodiment. It is understood that the scope of the present invention should be construed only by the claims. It is understood that those skilled in the art can implement an equivalent range based on the description of the present invention and the common general technical knowledge from the description of specific preferred embodiments of the present invention. Patents, patent applications, and documents cited herein should be incorporated by reference in their entirety, as if the contents themselves were specifically described herein. Understood.
本発明は、単一の光学系により撮影して得られた画像から、3次元画像を形成するための視差を有する2画像を生成する3次元撮像装置、およびこのような3次元撮像装置を搭載した電子情報機器の分野において、モジュールサイズが小さい簡単の構造で、立体視を行うための視差画像を生成することができる3次元撮像装置を得ることができる。 The present invention includes a three-dimensional imaging device that generates two images having parallax for forming a three-dimensional image from an image obtained by photographing with a single optical system, and such a three-dimensional imaging device. In the field of electronic information equipment, it is possible to obtain a three-dimensional imaging apparatus capable of generating a parallax image for stereoscopic viewing with a simple structure having a small module size.
1 カメラ本体
4 ストロボ発光部
5 ファインダ対物窓
6 電源スイッチ
7 シャッタボタン
90 電子情報機器
91 撮像部
92 メモリ部
93 表示手段
94 通信手段
95 画像出力手段
100 3Dカメラ
102 撮像レンズ
102a 撮像光学系
110 信号処理部
111 レンズ駆動制御部
112 撮像素子
113a 画像解析部
113b 距離判定部
114 撮像候補記憶部
115 距離格納部
116 画像処理部
117 画像格納部
120 レンズ駆動部(レンズ駆動機構)
Cim 画像データ
Lds 駆動制御信号
Mh 主被写体
Sh 他の被写体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Camera body 4 Strobe light emission part 5 Finder objective window 6 Power switch 7 Shutter button 90 Electronic information equipment 91 Imaging part 92 Memory part 93 Display means 94 Communication means 95 Image output means 100 3D camera 102 Imaging lens 102a Imaging optical system 110 Signal processing Unit 111 Lens drive control unit 112 Image sensor 113a Image analysis unit 113b Distance determination unit 114 Imaging candidate storage unit 115 Distance storage unit 116 Image processing unit 117 Image storage unit 120 Lens drive unit (lens drive mechanism)
Cim Image data Lds Drive control signal Mh Main subject Sh Other subjects
Claims (10)
焦点位置を変更可能に構成され、該被写体の像を該撮像部の受光面上に結像させる光学系と、
該光学系の焦点位置を示す焦点位置情報から、該被写体までの距離を示す距離情報を取得する距離情報取得部と、
該被写体の距離情報に基づいて、該撮像画像における該被写体の位置が変化するよう該撮像画像を処理して、該視差画像を生成する画像処理部と
を備え、
該画像処理部は、
該撮像画像に含まれる複数の被写体のうちの1つの被写体と他の被写体との、該光学系の光軸方向における相対距離と、左右の眼の間隔に相当する既定の距離と、撮像位置から該1つの被写体までの距離に基づいて該撮像画像上での該1つの被写体と該他の被写体との水平方向の相対位置を調整することにより、該視差画像を構成する一対の画像の一方における該1つの被写体と該他の被写体との横方向の相対距離、及び該視差画像を構成する一対の画像の他方における該1つの被写体と該他の被写体との横方向の相対距離を決定する、3次元撮像装置。 A three-dimensional imaging apparatus that includes an imaging unit that images a subject and generates a parallax image for stereoscopic viewing of the subject from a captured image obtained by imaging the subject,
An optical system configured to change a focal position and forming an image of the subject on a light receiving surface of the imaging unit;
A distance information acquisition unit that acquires distance information indicating a distance to the subject from focal position information indicating a focal position of the optical system;
An image processing unit that processes the captured image so as to change the position of the subject in the captured image based on the distance information of the subject, and generates the parallax image ;
The image processing unit
The relative distance in the optical axis direction of the optical system between one subject and the other subjects included in the captured image, a predetermined distance corresponding to the distance between the left and right eyes, and the imaging position By adjusting the horizontal relative position of the one subject and the other subject on the captured image based on the distance to the one subject, in one of the pair of images constituting the parallax image Determining a lateral relative distance between the one subject and the other subject, and a lateral relative distance between the one subject and the other subject in the other of the pair of images constituting the parallax image ; 3D imaging device.
焦点位置を変更可能に構成され、該被写体の像を該撮像部の受光面上に結像させる光学系と、
該光学系の焦点位置を示す焦点位置情報から、該被写体までの距離を示す距離情報を取得する距離情報取得部と、
該被写体の距離情報に基づいて、該撮像画像における該被写体の位置が変化するよう該撮像画像を処理して、該視差画像を生成する画像処理部と
を備え、
該撮像部は1つのイメージセンサにより構成されており、
該光学系は、単一の光軸を有する1眼レンズ機構により該被写体からの光を該撮像部の受光面上に集光するものであり、
該光学系は、
入射光を屈折させる光学部品と、
該光学部品の屈折力の調整を行う屈折力調整機構とを有し、
該光学部品の屈折力の調整により、該被写体からの光を、該被写体の像が該撮像部の受光面上に結像するよう屈折させるものであり、
該光学部品は、該被写体の像面と平行な面内で分割された複数のレンズ領域を有し、該複数のレンズ領域のうちの各レンズ領域毎に独立して屈折力を調整可能に構成したものであり、
該屈折力調整機構は、制御信号に基づいて、撮像画面上の、該各レンズ領域に対応する領域毎に焦点が合うように、該光学部品の各レンズ領域の屈折力を調整するものである、3次元撮像装置。 A three-dimensional imaging apparatus that includes an imaging unit that images a subject and generates a parallax image for stereoscopic viewing of the subject from a captured image obtained by imaging the subject,
An optical system configured to change a focal position and forming an image of the subject on a light receiving surface of the imaging unit;
A distance information acquisition unit that acquires distance information indicating a distance to the subject from focal position information indicating a focal position of the optical system;
An image processing unit that processes the captured image so as to change the position of the subject in the captured image based on the distance information of the subject and generates the parallax image;
With
The imaging unit is composed of one image sensor,
The optical system condenses the light from the subject on the light receiving surface of the imaging unit by a single lens mechanism having a single optical axis,
The optical system is
An optical component that refracts incident light;
A refractive power adjustment mechanism for adjusting the refractive power of the optical component;
By adjusting the refractive power of the optical component, the light from the subject is refracted so that the image of the subject is formed on the light receiving surface of the imaging unit,
The optical component includes a plurality of lens regions divided by the image plane parallel to the plane of the subject, adjustably configure the power independently for each lens region of the plurality of lens regions And
The power adjustment mechanism based on the control signal, on the imaging screen, so that in focus for each area corresponding to the respective lens regions, and adjusts the refractive power of each lens region of the optical component 3D imaging device.
焦点位置を変更可能に構成され、該被写体の像を該撮像部の受光面上に結像させる光学系と、
該光学系の焦点位置を示す焦点位置情報から、該被写体までの距離を示す距離情報を取得する距離情報取得部と、
該被写体の距離情報に基づいて、該撮像画像における該被写体の位置が変化するよう該撮像画像を処理して、該視差画像を生成する画像処理部と
を備え、
該画像処理部は、該撮像画像に含まれる複数の被写体の、該光学系の光軸方向における相対距離に応じて、該撮像画像上での該被写体の水平方向の位置を調整して、該視差画像を生成するよう構成されており、
該画像処理部は、
該撮像画像に2つの被写体の像が含まれるとき、該撮像画像における該2つの被写体の像の水平方向の相対距離S0に基づいて、該撮像画像に対する処理を行って、該視差画像として、該2つの被写体の像の水平方向の相対距離S1およびS2が、それぞれ以下の式(1)及び式(2)により決まる距離となっている左右一対の画像を生成する3次元撮像装置。
S1=S0+M×d2×B/(2×d1) ・・・式(1)
S2=S0−M×d2×B/(2×d1) ・・・式(2)
ここで、Mは光学系の倍率、Bは基線長、d1は、撮像位置から該2つの被写体のうちの主被写体までの距離、d2は、該2つの被写体の光軸方向に沿った相対距離である。 A three-dimensional imaging apparatus that includes an imaging unit that images a subject and generates a parallax image for stereoscopic viewing of the subject from a captured image obtained by imaging the subject,
An optical system configured to change a focal position and forming an image of the subject on a light receiving surface of the imaging unit;
A distance information acquisition unit that acquires distance information indicating a distance to the subject from focal position information indicating a focal position of the optical system;
An image processing unit that processes the captured image so as to change the position of the subject in the captured image based on the distance information of the subject and generates the parallax image;
With
The image processing unit adjusts the horizontal position of the subject on the captured image according to the relative distance of the plurality of subjects included in the captured image in the optical axis direction of the optical system, and Configured to generate parallax images,
The image processing unit
When containing the image of the two subjects in the captured image, based on the relative horizontal distance S0 of the image of the two of the subject in the captured image, by performing processing on the captured image, as the parallax images, the A three-dimensional imaging device that generates a pair of left and right images in which the horizontal relative distances S1 and S2 of two subject images are determined by the following formulas (1) and (2), respectively.
S1 = S0 + M × d2 × B / (2 × d1) (1)
S2 = S0−M × d2 × B / (2 × d1) (2)
Here, M is the magnification of the optical system, B is the baseline length, d1 is the distance from the imaging position to the main subject of the two subjects , and d2 is the relative distance along the optical axis direction of the two subjects. It is.
前記画像処理部は、
前記撮像画像に歪みを加える処理を行って、前記視差画像として、該2つの被写体の像の水平方向の相対距離S1およびS2が、それぞれ前記の式(1)及び式(2)により決まる距離となっている左右一対の画像を生成する3次元撮像装置。 The three-dimensional imaging apparatus according to claim 3 ,
The image processing unit
By performing a process of adding distortion to the captured image, the relative distances S1 and S2 in the horizontal direction of the images of the two subjects as the parallax images are determined by the above formulas (1) and (2), respectively. A three-dimensional imaging device that generates a pair of left and right images.
前記撮像部は1つのイメージセンサにより構成されており、
前記光学系は、単一の光軸を有する1眼レンズ機構により前記被写体からの光を前記撮像部の受光面上に集光するものである、3次元撮像装置。 The three-dimensional imaging device according to claim 1 or 3 ,
The imaging unit is composed of one image sensor,
The three-dimensional imaging apparatus, wherein the optical system condenses light from the subject on a light receiving surface of the imaging unit by a single-lens lens mechanism having a single optical axis.
前記距離情報取得部は、
前記1眼レンズ機構における撮像レンズと前記イメージセンサの受光面との距離を調整する距離調整機構を有し、
該イメージセンサによる撮像画面を分割する複数のブロック毎に検出した焦点位置で前記被写体の撮像が行われるよう、該距離調整機構および前記撮像部を制御し、各ブロックの焦点位置で撮像して得られた個別撮像画像から個々の被写体までの距離情報を取得する、3次元撮像装置。 The three-dimensional imaging device according to claim 5 ,
The distance information acquisition unit
A distance adjustment mechanism that adjusts the distance between the imaging lens in the single-lens lens mechanism and the light receiving surface of the image sensor;
The distance adjustment mechanism and the imaging unit are controlled so that the subject is imaged at the focal position detected for each of a plurality of blocks dividing the imaging screen by the image sensor, and the image is obtained at the focal position of each block. A three-dimensional imaging apparatus that obtains distance information from an individual captured image to an individual subject.
前記光学系は、
入射光を屈折させる光学部品と、
該光学部品の屈折力の調整を行う屈折力調整機構とを有し、
該光学部品の屈折力の調整により、前記被写体からの光を、該被写体の像が該撮像部の受光面上に結像するよう屈折させるものである、3次元撮像装置。 The three-dimensional imaging device according to claim 1 or 3 ,
The optical system is
An optical component that refracts incident light;
A refractive power adjustment mechanism for adjusting the refractive power of the optical component;
A three-dimensional imaging apparatus that refracts light from the subject so that an image of the subject is formed on a light receiving surface of the imaging unit by adjusting a refractive power of the optical component.
前記光学部品は、液体レンズである、3次元撮像装置。 The three-dimensional imaging device according to claim 7 ,
The three-dimensional imaging device, wherein the optical component is a liquid lens.
前記光学系のF値は、3.0より小さい3次元撮像装置。 The three-dimensional imaging device according to any one of claims 1 to 8 ,
A three-dimensional imaging apparatus in which the F value of the optical system is smaller than 3.0.
該撮像部は、請求項1から請求項3のいずれかに記載の3次元撮像装置を含む電子情報機器。 An electronic information device equipped with an imaging unit,
The electronic imaging device includes the three-dimensional imaging device according to any one of claims 1 to 3 .
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