JP2008244649A - 動き検出撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】固体撮像素子から読出した複数の個眼像を比較することによって被写体の動きを検出する動き検出撮像装置において、高速で動く被写体の動きを高い精度で検出する。
【解決手段】動き検出撮像装置は、被写体からの光を集光する光学レンズL1、L2と、該光学レンズL1、L2によってそれぞれ形成される個眼像A、Bを撮像する固体撮像素子6と、個眼像A、Bの読出し手段と、個眼像A、Bを比較することによって被写体の動きを検出するマイクロプロセッサとを備える。読出し手段は、固体撮像素子6の画素を、X方向に沿った読出しラインx1、x2・・ごとにY方向に沿って読出すローリングシャッタ装置7であり、光学レンズL1、L2は、個眼像Bが個眼像Aに対してY方向に沿って所定量dだけずれるように配置される。所定量dは、個眼像Aと個眼像BがY方向における重なり部分を生じるように個眼像AのY方向における長さDの1/3に設定される。
【選択図】図3
【解決手段】動き検出撮像装置は、被写体からの光を集光する光学レンズL1、L2と、該光学レンズL1、L2によってそれぞれ形成される個眼像A、Bを撮像する固体撮像素子6と、個眼像A、Bの読出し手段と、個眼像A、Bを比較することによって被写体の動きを検出するマイクロプロセッサとを備える。読出し手段は、固体撮像素子6の画素を、X方向に沿った読出しラインx1、x2・・ごとにY方向に沿って読出すローリングシャッタ装置7であり、光学レンズL1、L2は、個眼像Bが個眼像Aに対してY方向に沿って所定量dだけずれるように配置される。所定量dは、個眼像Aと個眼像BがY方向における重なり部分を生じるように個眼像AのY方向における長さDの1/3に設定される。
【選択図】図3
Description
本発明は、動き検出撮像装置に関し、特に、高速で動く被写体の動きを検出することができる動き検出撮像装置に関する。
被写体の動きを、固体撮像素子によって撮像された複数枚の画像を比較することによって検出する撮像装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。画像を比較するためには画像を記憶する大容量のメモリが必要であるが、特許文献1に記載された撮像装置は、固体撮像素子に露光するタイミング及び蓄積された電荷の読出しタイミングを画素の行ごとに独立して行うことによって、画像を記憶することなく画像の変化を検出することができる。
一方、固体撮像素子を用いる電子スチルカメラにおいて、固体撮像素子の撮像画面を複数に分割し、マスク領域や液晶シャッタを制御することによって複数に分割された小画面が順に露光して、連写の時間間隔を短縮化したり、速写の速度を向上するように図ったものが知られている(例えば、特許文献2、及び特許文献3参照)。
また、一般的に固体撮像素子を有する複眼撮像装置(例えば、特許文献4参照)や、デジタルカメラ(例えば、特許文献5参照)が知られている。
特開2002−171445号公報
特開平11−352550号公報
特開2000−307923号公報
特開2004−32172号公報
特開2005−12403号公報
ところで、被写体の動きを検出するために必要な異なった時刻に撮像された複数の画像は、特許文献4に記載のような固体撮像素子を有する複眼撮像装置において、複数の画像情報(個眼像)の読出しタイミングをずらすことによって取得することができる。ところが、複眼撮像装置の個眼像を形成するための光学レンズは、行と列に沿ってアレイ状に整列して配置されるために固体撮像素子上に形成される個眼像も行と列に沿ってアレイ状に整列して配置され、個眼像同士の読出しタイミングのずれは、1つの個眼像の読出しに要する時間に等しいか、それ以上の時間になる。
一方、ロボットの動作制御のための衝突回避用センサや、自動車等の比較的高速で動く車両の動きを検出するための監視装置や、製造ラインにおけるベルトコンベヤによって搬送される物品の動きを監視するための装置等において、比較的早い動きをする被写体の動きを高い精度で検出することができる動き検出撮像装置の実現が望まれており、そのような動き検出撮像装置を、複眼撮像装置をベースにして構成する場合には、上記のように、個眼像同士の読出しタイミングのずれが大きくなってしまうことから、撮像時刻の間隔が比較的開いた複数の画像しか得られず、高速で動く被写体の動きを正確に検出することが困難であった。
なお、複眼撮像装置における複数の個眼像の読出しタイミングのずれ時間は、フレームレートを早くすることによって短縮することができるが、フレームレートの高速化には固体撮像素子の画素情報の出力速度上の制約や、読出した画像情報の処理速度における制約等があることから、フレームレートを早くすることによって複数の個眼像の読出しタイミングの時間間隔を短縮化することには限界がある。
そこで、本発明は、複数の光学レンズによって固体撮像素子上に形成された複数の個眼像を読出して比較することによって被写体の動きを検出する動き検出撮像装置において、個眼像同士の読出しタイミングのずれが微小になるようにして、簡単な構造でありながら、高速で動く被写体の動きを高い精度で検出することができる動き検出撮像装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、被写体からの光を異なった視点において集光する複数の光学レンズと、前記複数の光学レンズによってそれぞれ形成される複数の個眼像を撮像する固体撮像素子と、前記固体撮像素子から前記個眼像を読出す読出し手段と、前記読出し手段によって前記固体撮像素子から読出された複数の個眼像間の比較に基づいて被写体の動きを検出する動き検出手段と、を備える動き検出撮像装置において、前記読出し手段が、前記固体撮像素子上の各個眼像を一方向(以下、読出し方向という)に沿って読出すローリングシャッタであり、前記光学レンズは、該光学レンズによって形成される複数の個眼像の固体撮像素子上における位置が、前記読出し方向に沿って所定量ずれるように配置され、前記所定のずれ量は、前記光学レンズによって形成される個眼像同士が、前記読出し方向において重なり部分を生ずる量であることを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記光学レンズが、前記読出し方向に交差する方向において3個配置され、各光学レンズによって形成される個眼像同士が、それぞれ前記読出し方向において重なり部分を有することを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1、又は請求項2の発明において、前記動き検出手段が、複数の個眼像間の比較に基づいて、個眼像を構成する画素ごとに速度ベクトルを抽出して被写体の動きを検出することを特徴とする。
請求項4の発明は、請求項2の発明において、前記動き検出手段が、複数の個眼像間の比較に基づいて、個眼像を構成する画素ごとに速度ベクトルを抽出し、抽出した複数の速度ベクトルに基づいて被写体の加速度を検出することを特徴とする。
請求項1の発明によれば、固体撮像素子上に形成される複数の個眼像の読出し方向における位置が、個眼像同士が重なり部分を生じる範囲内でずらされるので、個眼像同士の読出しタイミングのずれを容易に微小にでき、簡単な構造でありながら、高速で動く被写体の動きを高い精度で検出することができる。
請求項2の発明によれば、動き検出手段が比較する個眼像が、読出しタイミングがそれぞれずれた3個になるので、高速で動く被写体の動きについてより詳細な情報を取得することができる。
請求項3の発明によれば、速度ベクトルによって被写体の動きを検出するので、被写体の動きをより具体的に検出することができ、速度ベクトルを表示装置に表示することによってユーザが被写体の動きを容易に認識できる。
請求項4の発明によれば、加速度を検出するので、被写体の動きの予測を行うことができる。
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態の動き検出撮像装置1は、図1に示されるように、被写体からの光を集光して2つの個眼像を撮像する複眼撮像装置2と、複眼撮像装置2によって撮像された複数の個眼像を比較して被写体の動きを検出する、マイクロプロセッサ3(動き検出手段)を主要デバイスとする電子回路4と、を備える。
以下、本発明の第1の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態の動き検出撮像装置1は、図1に示されるように、被写体からの光を集光して2つの個眼像を撮像する複眼撮像装置2と、複眼撮像装置2によって撮像された複数の個眼像を比較して被写体の動きを検出する、マイクロプロセッサ3(動き検出手段)を主要デバイスとする電子回路4と、を備える。
複眼撮像装置2は、図2及び図3に示されるように、同一平面上に配置され被写体からの光を異なった視点においてそれぞれ集光する光軸l1、l2が平行な2つの光学レンズL1、L2を有する光学レンズアレイ5と、光学レンズアレイ5に対して平行に配置され各光学レンズL1、L2によってそれぞれ形成される2つの個眼像A、Bを撮像する固体撮像素子6と、固体撮像素子6上に形成される2つの個眼像A、Bを1シャッタ動作内で個眼像A、Bの順に微小な時間差をもって読出すローリングシャッタ装置7(読出し手段)とを備えている。
光学レンズアレイ5は、図2に示されるように、レンズホルダ8によって支持され、レンズホルダ8の一面には各光学レンズL1、L2へ入射する光量を調整する絞り開口8a、8bが形成されている。レンズホルダ8の光学レンズアレイ5と固体撮像素子6を連結する中間部分には各光学レンズL1、L2から出射して固体撮像素子6へ向かう光が互いに干渉することを防止する隔壁8cが形成されている。
固体撮像素子6は、基板9上に形成されたCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサから構成され、図3に示されるように、X、Y方向にアレイ状に配置された多数の単位画素Gを有し、表面に2つの個眼像A、Bが形成される。
ローリングシャッタ装置7は、固体撮像素子6を構成する全ての単位画素Gに対して接続線11がマトリクス状に接続された垂直走査回路12と水平走査回路13から構成され、各接続線11を介して垂直走査回路12と水平走査回路13から所定のタイミングで走査パルスが出力され、該走査パルスによって、各単位画素Gが、図3に示されるように、X方向に沿って最初の行x1が読出され、次にY方向に沿って2行目x2が読出され、同様にして3行目x3が読出され・・という順に読出し動作が行われる。ここで、X方向に沿って読出す各行を読出しラインと称し、Y方向をローリングシャッタ装置7による読出し方向と称する。本実施形態では、各個眼像A、BのY方向(読出し方向)に沿った長さDは、読出しラインの300本分に相当する。
そして、2つの光学レンズL1、L2は、両光学レンズL1、L2によって形成される2つの個眼像A、Bの固体撮像素子6上における位置が、Y方向(読出し方向)に沿って所定量dだけずれるようにして配置されている。本実施形態における所定量dは、個眼像AのY方向における長さDの1/3(読出しラインの100本分に相当)に設定されており、個眼像Aと個眼像Bとは、互いにY方向において2/3ずつ重なる。所定量dは、長さDの1/3に限られず他の値であってもよい。
複眼撮像装置2は、以上のように構成されており、ローリングシャッタ装置7が1シャッタ動作を行うことによって、固体撮像素子6の全ての単位画素Gが読出しラインx1、x2・・xnごとにY方向に沿って読出され、ディジタル情報として電子回路4へ出力される。
電子回路4は、装置全体を制御するマイクロプロセッサ3の他に、マイクロプロセッサ3において使用する各種設定データを記憶し、個眼像A、Bの比較結果を一時的に記憶するメモリ14と、複眼撮像装置2から出力される画像情報をアナログディジタル変換器15を介して取り込み、画像のガンマ補正やホワイトバランス調整等を行って画像情報をマイクロプロセッサ3が処理可能な形式に調整する画像処理プロセッサ16と、画像処理プロセッサ16において使用する各種のデータテーブルを記憶し、処理中の画像データを一時記憶するメモリ17と、を備えている。また、本実施形態では、マイクロプロセッサ3及び画像処理プロセッサ16にパソコン等の外部装置18と、液晶パネル等の表示装置19が接続されている。
次に、本実施形態の動き検出撮像装置1の動作について、図4のフローチャートを参照して説明する。マイクロプロセッサ3は、複眼撮像装置2から出力されて画像処理プロセッサ16によって種々の調整を施された画像情報を取得し(S1)、その画像情報から個眼像A、Bを切出す(S2)。複眼撮像装置2から出力された直後の画像情報は、個眼像A、B以外の領域E(図3参照)の画像情報を含むことから、マイクロプロセッサ3は、取得した画像情報から個眼像A、B以外の領域Eの情報を削除することによって個眼像A、Bを所定の直方形状に切出す。切出された個眼像A、Bの例が、それぞれ図5(a)、(b)に示される。
ここで、個眼像A、Bは、固体撮像素子6上において、前述のとおりY方向における読出しライン100本分だけずれた位置に形成されたものであるので、1本の読出しラインの読出しに要する時間がt秒であるとすると、読出し時間のずれは、100t秒になり、個眼像Bは、個眼像Aに対して100t秒後の映像になる。例えば、t=60μ秒である場合には、読出し時間のずれ100t=0.06m秒になり、時速60Kmの自動車Mが約10cm移動する程度の時間差になり、図5(a)、(b)に例として示されるような個眼像A、Bを取得することができる。また、1本の読出しラインの読出しに要する時間tが同一であっても、2つの個眼像A、Bの固体撮像素子6上における位置のずれ量dを、100本よりもさらに少ない量(例えば、読出しライン1本分)にすることによって、最小t秒の僅かな時間差をもった2つの個眼像A、Bを取得することができる。
次に、マイクロプロセッサ3は、個眼像A、Bを画素gごとに比較し(S3)、各画素について個眼像Aと個眼像Bにおける位置の相違に基づいて速度ベクトルを生成する(S4)。例えば、図5(a)、(b)の場合には、自動車Mの画像部分の各画素gからは、図の右方へ延びる速度ベクトルが生成され、マイクロプロセッサ3は、それらの速度ベクトルを1本の速度ベクトルVに統合して、個眼像Aに重畳した画像(図5(c)参照)を作成し、表示装置19に表示する(S5)。
以上のように、本実施形態の動き検出撮像装置1では、固体撮像装置6上に形成される2つの個眼像A、Bの読出し時間のずれを容易に微小時間に設定することができるので、高速で動く被写体であっても、個眼像A、Bの差に基づいて容易に動きを検出することができる。また、被写体の動きを表す速度ベクトルVが、被写体の画像に重畳されて表示装置19に表示されるので、ユーザは、容易に被写体の動きとその方向を認識することができる。
なお、上記S3において、マイクロプロセッサ3は、個眼像A、Bを画素gごとに比較したが、近接した複数の画素gを画素群として認識し、その画素群ごとに、個眼像A、Bを比較するようにしてもよい。また、マイクロプロセッサ3が生成した速度ベクトルVは、被写体の動きの情報としてパソコン等の外部装置18へ出力され、外部装置18によってさらに解析処理されてもよい。
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について、図6乃至図8を参照して説明する。第2の実施形態の動き検出撮像装置1は、第1の実施形態の動き検出撮像装置1とほぼ同様の構造であり、異なるところは、図6に示されるように、複眼撮像装置2の光学レンズアレイ5を構成する光学レンズL1、L2、L3がX方向に沿って3個配置される点と、各光学レンズL1、L2、L3によって形成される3つの個眼像A、B、Cに基づいて、マイクロプロセッサ3が、被写体の動きのある部分の加速度を検出する点である。
次に、第2の実施形態について、図6乃至図8を参照して説明する。第2の実施形態の動き検出撮像装置1は、第1の実施形態の動き検出撮像装置1とほぼ同様の構造であり、異なるところは、図6に示されるように、複眼撮像装置2の光学レンズアレイ5を構成する光学レンズL1、L2、L3がX方向に沿って3個配置される点と、各光学レンズL1、L2、L3によって形成される3つの個眼像A、B、Cに基づいて、マイクロプロセッサ3が、被写体の動きのある部分の加速度を検出する点である。
具体的には、複眼撮像装置2の各光学レンズL1、L2、L3は、図6に示されるように、それぞれによって形成される個眼像Aと個眼像Bが、1つの個眼像のY方向における長さDの1/3のずれ量dだけY方向にずれ、同様に、個眼像Bと個眼像Cが、1つの個眼像のY方向における長さDの1/3のずれ量dだけY方向にずれるようにして配置されている。
次に、本実施形態の動き検出撮像装置1の動作について、図7のフローチャートを参照して説明する。マイクロプロセッサ3の動き検出手順は、S11の画像情報の取得、S12の個眼像の切出し、S13の各個眼像の比較、及びS14の速度ベクトルの生成までは、第1の実施形態における動き検出手順S1、S2、S3、及びS4とほぼ同様であり説明を省略する。但し、マイクロプロセッサ3は、S14において、個眼像Aと個眼像Bとの比較に基づいて、図8に示される速度ベクトルV1を生成し、個眼像Bと個眼像Cとの比較に基づいて速度ベクトルV2を生成する。図8は、前述の例と同様に被写体が自動車Mである場合の、マイクロプロセッサ3によって生成される速度ベクトルV1と速度ベクトルV2の例である。
次に、マイクロプロセッサ3は、S15において生成した速度ベクトルV1、V2に基づいて加速度ベクトルVaを生成し(S15)、生成した加速度ベクトルVaを個眼像Aに重畳して表示装置19に表示する(S16)。図8に示される例は、加速度ベクトルVaが自動車Mの前方へ向けて斜め上方へ延びており、自動車Mが登坂路等の上り坂に差し掛かって僅かに上方へ向けて速度を上げていこうとしていることが分かる。
以上のように、本実施形態の動き検出撮像装置1では、高速で動く被写体であっても、個眼像A、B、Cの差に基づいて容易に動きを検出することができる上に、加速度ベクトルVaを生成して、それを表示装置19に表示するので、ユーザは、容易に被写体の動きの方向性、動きの変化等の具体的な事項を認識することができ、被写体の動きの予測をすることができる。
1 動き検出撮像装置
2 複眼撮像装置
3 マイクロプロセッサ(動き検出手段)
6 固体撮像素子
7 ローリングシャッタ装置(読出し手段)
A、B、C 個眼像
L1、L2、L3 光学レンズ
X 読出し方向に交差する方向
Y 読出し方向
V、V1、V2 速度ベクトル
Va 加速度ベクトル
d ずれ量
2 複眼撮像装置
3 マイクロプロセッサ(動き検出手段)
6 固体撮像素子
7 ローリングシャッタ装置(読出し手段)
A、B、C 個眼像
L1、L2、L3 光学レンズ
X 読出し方向に交差する方向
Y 読出し方向
V、V1、V2 速度ベクトル
Va 加速度ベクトル
d ずれ量
Claims (4)
- 被写体からの光を異なった視点において集光する複数の光学レンズと、
前記複数の光学レンズによってそれぞれ形成される複数の個眼像を撮像する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子から前記個眼像を読出す読出し手段と、
前記読出し手段によって前記固体撮像素子から読出された複数の個眼像間の比較に基づいて被写体の動きを検出する動き検出手段と、を備える動き検出撮像装置において、
前記読出し手段が、前記固体撮像素子上の各個眼像を一方向(以下、読出し方向という)に沿って読出すローリングシャッタであり、
前記光学レンズは、該光学レンズによって形成される複数の個眼像の固体撮像素子上における位置が、前記読出し方向に沿って所定量ずれるように配置され、
前記所定のずれ量は、前記光学レンズによって形成される個眼像同士が、前記読出し方向において重なり部分を生ずる量であることを特徴とする動き検出撮像装置。 - 前記光学レンズは、前記読出し方向に交差する方向において3個配置され、各光学レンズによって形成される個眼像同士が、それぞれ前記読出し方向において重なり部分を有することを特徴とする請求項1に記載の動き検出撮像装置。
- 前記動き検出手段は、複数の個眼像間の比較に基づいて、個眼像を構成する画素ごとに速度ベクトルを抽出して被写体の動きを検出することを特徴とする請求項1、又は請求項2に記載の動き検出撮像装置。
- 前記動き検出手段は、複数の個眼像間の比較に基づいて、個眼像を構成する画素ごとに速度ベクトルを抽出し、抽出した複数の速度ベクトルに基づいて被写体の加速度を検出することを特徴とする請求項2に記載の動き検出撮像装置。
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