JP2009232278A - パノラマ撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】パノラマ撮像装置において、画像同士の接合部に不自然さが残らないように切出位置を設定することでき、ユーザの使い勝手をよくする。
【解決手段】3行3列に亘って9個の光学レンズ8が一体的に形成された光学レンズアレイ11と、光学レンズアレイ11に平行に配置された受光素子アレイ3と、光学レンズアレイ11の光入射側において左右の列の光学レンズ(サイドレンズ)8に対向させて配置されたプリズム12とを備える。プリズム12は、被写角度の正面45°の領域から中央の列の光学レンズ(センタレンズ)8へ入射する光を遮らないようにして傾斜して配置され、被写角度の左右45°の領域からの光をサイドレンズ8の光軸Lに一致するように屈曲させてサイドレンズ8に案内する。センタレンズ8が受光する正面領域と、サイドレンズ8が受光する左右領域とは、重複する領域を有する。
【選択図】図1
【解決手段】3行3列に亘って9個の光学レンズ8が一体的に形成された光学レンズアレイ11と、光学レンズアレイ11に平行に配置された受光素子アレイ3と、光学レンズアレイ11の光入射側において左右の列の光学レンズ(サイドレンズ)8に対向させて配置されたプリズム12とを備える。プリズム12は、被写角度の正面45°の領域から中央の列の光学レンズ(センタレンズ)8へ入射する光を遮らないようにして傾斜して配置され、被写角度の左右45°の領域からの光をサイドレンズ8の光軸Lに一致するように屈曲させてサイドレンズ8に案内する。センタレンズ8が受光する正面領域と、サイドレンズ8が受光する左右領域とは、重複する領域を有する。
【選択図】図1
Description
本発明は、パノラマ撮像装置に関し、特に画像を合成してパノラマ画像を再生するパノラマ撮像装置に関する。
従来から、画角が120°を超えるようなパノラマ画像を撮像するために、魚眼レンズ等の超広角な光学系を備える撮像装置が用いられていた。しかし、これらの撮像装置によって撮像されたパノラマ画像には周辺部分に樽状の歪が生じるという問題がある。
これに対して、特許文献1には、複眼撮像装置とプリズムを用いて、パノラマ画像を撮像することができるパノラマ撮像装置が開示されている。この種のパノラマ撮像装置は、プリズムによって光を反射させて被写体の左右側を撮像すると共に、プリズムを通さずに被写体の正面を撮像し、これによって撮像した3つの画像を合成することによりパノラマ画像を得ることができるものである。
この種のパノラマ撮像装置は、撮像した3つの画像を合成するときに、各撮像画像の特定の領域を切り出してつなぎ合わせることによりパノラマ画像を合成するものであり、製造時等において、予め、画像の切出位置が設定されている。従って、この種のパノラマ撮像装置では、パノラマ撮像装置の経年劣化や温度変化により光学レンズの画角等にズレが生じた場合、予め設定された切出位置に基づいて画像の切り出しを行うと、合成されたパノラマ画像のつなぎ目が不連続となり、不自然になりやすいという問題がある。
これに対して、特許文献2には、テストパターンの画像に含まれる標を用いて、この標が一致するように画像をつなぎ合わせることができる切出位置を算出し、この切出位置を用いてパノラマ画像を合成するマルチレンズカメラが開示されている。しかし、この種のカメラでは、撮像動作を行う毎に切出位置の算出を行うため、ユーザにとって使い勝手が悪いという問題がある。
また、特許文献3乃至特許文献5には、複数の画像の重複領域に基づいて画像のズレ量を検出し、検出したズレ量を所定値以下に補正して、撮像画像を合成する複眼撮像装置が開示されている。しかし、これらの撮像装置は、撮像動作を行う毎に補正を行うため、上記問題を解決できない。
特開2007−288569号公報
特表2004−512778号公報
特開平6−6680号公報
特開平11−205648号公報
特開平9−322040号公報
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、画像同士の接合部に不自然さが残らないように切出位置を設定することができると共に、ユーザにとって使い勝手が良いパノラマ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、120°以上の被写角度から入射する光を集光して所定の焦点平面に結像させるレンズ光学系と、前記焦点平面に配置され前記レンズ光学系によって結像される被写体の像を電子的な画像情報へ変換する撮像手段と、前記撮像手段によって変換された画像情報に画像処理を施してパノラマ画像に再生する画像再生手段とを備え、前記レンズ光学系は、前記被写角度の正面領域から入射する光を受光するセンタレンズと、該センタレンズと光軸が平行であって前記被写角度の左右領域から入射する光を受光する左右のサイドレンズとを含み、該センタレンズ及び該左右のサイドレンズが一平面上に配置されている光学レンズアレイと、前記光学レンズアレイの光入射側に設けられ、前記被写角度の左右領域から入射する光を、前記各サイドレンズの光軸に一致するように屈曲させて前記各サイドレンズへ案内するプリズム又はミラーとを有し、前記撮像手段は、前記光学レンズアレイから所定距離隔てて該光学レンズアレイに平行に配置され、前記センタレンズ及び前記左右のサイドレンズによりそれぞれ結像される像を撮像する受光素子アレイから構成され、前記画像再生手段が、前記センタレンズによって結像される前記被写角度の正面領域の像と、前記左右のサイドレンズによって結像される前記被写角度の左右領域の像を合成して、画角が120°以上のパノラマ画像に再生するパノラマ撮像装置において、前記センタレンズによって結像される正面領域の像と、前記左右のサイドレンズによって結像される左右領域の像とは、重複する領域(以下、重複領域という)を含み、装置が起動したときに、被写体の撮像を行って、前記正面領域の像と前記左右領域の像との重複領域を含む形式で、前記正面領域の像と前記左右領域の像との予備的な切り出しを行う予備切出手段と、前記予備切出手段により切り出された前記正面領域の像の予備的な切り出し画像における前記重複領域内の特徴点と、前記予備切出手段により切り出された前記左右領域の像の予備的な切り出し画像における前記特徴点に対応する点(対応点)とに基づいて、前記正面領域の像及び前記左右領域の像の合成のための切出位置を算出する切出位置算出手段と、前記切出位置算出手段により算出された切出位置を記憶する切出位置記憶手段とをさらに備え、前記撮像手段による被写体の撮像時に、前記画像再生手段は、前記切出位置記憶手段に記憶された、前記正面領域の像及び前記左右領域の像の切出位置を用いて、前記正面領域の像と前記左右領域の像のそれぞれから画像の合成に用いる領域を切り出し、これらの切り出し画像を合成して、画角が120°以上のパノラマ画像に再生するものである。
請求項2の発明は、上記請求項1の発明において、前記光学レンズアレイの光入射側に設けられるプリズム又はミラーが、前記120°以上の被写角度の正面領域から前記センタレンズへ入射する光を遮らない位置に設けられているものである。
請求項1の発明によれば、装置が起動したときに、正面領域の像及び前記左右領域の像の合成のための切出位置を算出し、被写体の撮像時に、切出位置記憶手段に記憶された切出位置を用いて、正面領域の像と左右領域の像のそれぞれから画像の合成に用いる領域を切り出し、これらの切り出し画像を合成して、画角が120°以上のパノラマ画像に再生する。そのため、従来のように撮像動作を行う毎に画像の切出位置を算出せず、装置を起動したときにのみ切出位置の算出を行うので、パノラマ画像の再生に要する時間を短縮することができ、ユーザにとって使い勝手が良い。
また、上記の切出位置を用いて、画像の合成に用いる領域を切り出し、画像の合成を行うので、合成した画像同士の接合部に不自然さが残らず、精度の良いパノラマ画像を得ることができる。
以下、本発明の一実施形態に係るパノラマ撮像装置について、図1乃至図4を参照して説明する。図1は、パノラマ撮像装置1の概略構成を示し、図2は、レンズ光学系2と光の進行進路を示し、図3は、受光素子アレイ3上の結像状態を示し、図4は、120°の被写角度に亘る被写体と、パノラマ撮像装置1との関係を示す。
パノラマ撮像装置1は、120°の被写角度から入射する光を集光して所定の焦点平面に結像させるレンズ光学系2と、レンズ光学系2の焦点平面に配置され、レンズ光学系2によって結像される像を電子的な画像情報へ変換する受光素子アレイ(撮像手段)3と、受光素子アレイ3によって変換された画像情報を、ADコンバータ4を介してディジタル信号として取込むDSP(Digital Signal Processor)5と、DSP5に取込まれた画像情報に画像処理を施してパノラマ画像として再生する画像再生用マイクロプロセッサ(画像再生手段)6と、画像再生用マイクロプロセッサ6によって再生された画像を表示する液晶パネル等の表示装置7と、後述する切出位置等の情報を記憶する記憶部(切出位置記憶手段)14とを備える。
レンズ光学系2は、光軸Lが互いに平行な3行3列の9個の光学レンズ8が1枚の透明基板9に片凸レンズとして一体的に形成された光学レンズアレイ11と、光学レンズアレイ11の光入射側において、左右の列の光学レンズ8にそれぞれ対向して配置されたプリズム12とを備える。
9個の光学レンズ8は、全て45°の画角を有する。また、プリズム12は、断面が三角形であり、図2に示されるように、光学レンズアレイ11に対して傾斜して配置される。具体的な配置については後述する。なお、各プリズム12と光学レンズアレイ11の間には絞り部材(図示省略)が配置される。また、光学レンズ8は、透明基板9と一体成形されたものに限らず、支持ホルダによって2次元平面上に配列されたものであってもよい。
光学レンズアレイ11の中央の列の3個の光学レンズ(以下、センタレンズという)8は、被写角度の正面略45°の領域(以下、正面領域という)から入射する光を直接受光し、左右の列の各3個の光学レンズ(以下、サイドレンズという)8は、被写角度の左右のそれぞれ略45°の領域(以下、左右領域という)から入射する光を、プリズム12を介して受光する。
センタレンズ8が受光する正面領域と、サイドレンズ8が受光する左右領域とは、図2に示すように、重複する領域D1と領域D2とを有する。これにより、受光素子アレイ3には一部が重複する像が結像される。なお、ここでは、9個の光学レンズ8が、全て45°の画角を有する例を示したが、これに限られず、40°以上の画角を有し、センタレンズが受光する正面領域と、サイドレンズが受光する左右領域の一部が重複するような範囲の画角を有する光学レンズであればよい。
プリズム12は、図2に示すように、2つの辺のうち外側向きの一辺12aから光が入射し、入射した光が斜辺12bによって反射されて他の一辺12cから出射するように配置される。なお、本明細書においては、プリズムの光が入射する面、光が出射する面等を、光の進行経路を示す側面図と対比させて説明する都合上、「一辺」、「斜辺」等の用語を用いて示す。
具体的には、例えば、プリズム12が直角二等辺三角形とすると、プリズム12が、斜辺12bが光学レンズアレイ11に対して67.5°の角度に傾斜するように配置されることにより、センタレンズ8から向かって正面方向への45°の範囲には、プリズム12が存在せず、センタレンズ8へ入射する光が遮られないように構成される。また、プリズム12の2つの辺12a、12cのうち外側向きの一辺12aから入射する光のうち45°の角度の範囲の光がサイドレンズ8によって集光され、受光素子アレイ3上に結像される。
次に、受光素子アレイ3について説明する。受光素子アレイ3は、光学レンズアレイ11に対して平行であって、かつ、光学レンズアレイ11の各光学レンズ8の焦点平面に配置された固体撮像素子であり、基板上に形成されたCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサから構成される。なお、固体撮像素子は、CCD(Charge Coupled Device)であってもよい。
受光素子アレイ3上には、図4に示されるように、3行3列の光学レンズ8によって9個の個眼像13が結像される。センタレンズ8によって結像される中央の列の像13は、上下及び左右が反転され、左右のサイドレンズ8によって結像される左右の列の像13は、プリズム12のミラー作用によって上下が反転される。
さらに、図3を参照して詳細に説明する。図3の左側において示された受光素子アレイ3上の像は、被写体B(図4参照)側から見た像である。いま、パノラマ撮像装置1の前方に、図4に示されるように120°の被写角度に亘って40°ごとの等間隔に「L」「C」「R」と表示されると共に、「L」と「C」との間には縦に並んだ2つの「▲」が表示され、「R」と「C」との間には縦に並んだ2つの「△」が表示されている被写体Bが配置されている場合を想定する。
この場合、中央の「C」及び「C」の両側に位置する「△」と「▲」を含む領域(中央45°の領域)は、センタレンズ8によって、上下及び左右に反転されて受光素子アレイ3の中央の列に3個の個眼像13として結像される。
また、左の「L」及び「▲」を含む領域(左側45°の領域)は、プリズム12によって左右反転された後にサイドレンズ8によって上下及び左右が反転されて受光素子アレイ3の右の列に3個の個眼像13として結像される。また、右の「R」及び「△」を含む領域(右側45°の領域)は、プリズム12によって左右反転された後にサイドレンズ8によって上下及び左右が反転されて受光素子アレイ3の左の列に3個の個眼像13として結像される。
これら9個の個眼像13が電子的な画像情報に変換された後、画像再生用マイクロプロセッサ6はこれらの画像情報をそのままの順に読出す。読出された画像情報は、図3の中央の図に示されるように、左右の列が逆位置になっており、かつ、左右の列の画像自体が左右反転している。この画像情報を、画像再生用マイクロプロセッサ6が、左右の列の個眼像の位置を入れ替えると共に、画像自体を左右反転させた後、後述する切出位置に基づく切出合成処理が行われることにより、図3の右側の図に示されるように120°の画角のパノラマ画像Pが再生される。
次に、画像再生用マイクロプロセッサ6による切出合成処理の詳細について、図5乃至図8を参照して説明する。図5は、パノラマ画像の切出合成処理の手順を示し、図6は、上記図3の中央において太枠10で示された部分の個眼像13を示し、図7は、各個眼像13のそれぞれの状態を示し、図8は、各個眼像13の特徴点の一致状態を示す。ここでは、パノラマ撮像装置1が起動したときに、上記図4に示した被写体Bが撮像されるものとする。なお、図6乃至図8に示す(x1、y1)、(x2、y2)、及び(x3、y3)は、それぞれ、図6に示す画像情報内における各像の切出位置の始点を示す。また、画像の正面領域の切出位置を示す(x2、y2)は予め決められた値として固定されているものとする。
まず、パノラマ撮像装置1が起動すると(S1)、記憶部14に記憶されている切出位置の値が初期化(S2)された後、切出位置を算出するための画像が撮像される(S3)。
そして、上記S3で撮像した画像情報に基づいて、画像再生用マイクロプロセッサ6が切出位置を算出し(S4)、算出した切出位置を記憶部14に記憶する(S5)。
具体的には、例えば、上記S3において撮像された画像情報が図6に示すものであるとすると、画像再生用マイクロプロセッサ6は、まず、この画像情報から予備的な切出しによって正面領域の像13Cと、右領域の像13Rと、左領域の像13Lとを切出す。
正面領域の像13Cには、「△」を含む領域13C1と、「▲」を含む領域13C2とが含まれている。右領域の像13Rには、「△」を含む領域13R1が含まれている。左領域の像13Lには、「▲」を含む領域13L2が含まれている。領域13C1(及び領域13R1)と、領域13C2(及び領域13L2)とは、それぞれ、被写体Bの領域D2と、D1とを撮像した領域(以下、重複領域という)である。
そして、画像再生用マイクロプロセッサ6が、図7に示すように、左右反転された「L」を含む左側45°領域の画像13Lと、「R」を含む右側45°領域の画像13Rをミラー反転して正常な画像に戻すと共に、左右の位置を入れ替える。
そして、正面領域の像13Cにおける重複領域13C1、13C2の内の特徴点と、左右領域の像13R,13Lにおける重複領域13R1、13L2の内の特徴点に対応する点(対応点)とに基づいて、正面領域の像13C及び左右領域の像13R、13Lの合成のための切出位置((x1、y1)、及び(x3、y3))が算出される。ここでは、各重複領域13C1、13C2、13R1、13L2内の特徴点及び対応点として「△」及び「▲」が用いられるものとする。なお、特徴点及び対応点は、重複領域内に含まれる任意の点であってよい。
切出位置は、図8に示すように、重複領域13C1の「△」と重複領域13R1の「△」、及び、重複領域13C2の「▲」と重複領域13L2の「▲」とが一致するような切出位置(x1、y1)及び(x3、y3)を算出することにより求められる。具体的には、正面領域の像13C、及び左右領域の像13L、13Rにおける、上下方向及び左右方向の切出幅を一定とし、正面領域の像13Cの切出位置(x2,y2)を一定とした上で、正面領域の重複領域13C2内の「▲」と、左領域の重複領域13L2内の「▲」が一致するように左領域の象13Lの切出位置(x3、y3)を算出する。また、上記の条件の下で、正面領域の重複領域13C1内の「△」と、右領域の重複領域13R1内の「△」が一致するように、右領域の像13Rの切出位置(x1、y1)を算出する。
そして、画像再生用マイクロプロセッサ6は、上記S4によって算出された切出位置((x1、y1)及び(x3、y3))を記憶部14に記憶させる(S5)。
そして、被写体を撮像する時に(S6)、記憶部14に記憶された切出位置((x1、y1)、(x2、y2)、及び(x3、y3))を呼び出し、撮像した画像情報のうち画像13R及び画像13Lに対して、上記切出位置に基づく所定の範囲の画像(図8に示す像13C、13l、13r)の切出しを行い(S7)、切出した画像を合成して(S8)、パノラマ画像Pを再生する(S9)。パノラマ撮像装置1が起動している間は、撮像を行うごとに記憶部14に記憶されている切出位置に基づいて、上記S6〜S9の処理を繰り返し行う。
なお、上記例では、画像再生用マイクロプロセッサ6は、中央の行の3個の個眼像13の画像情報に基づいて画像処理を行ったが、上下の行の個眼像13の画像情報に基づいても同様に画像処理を行ってパノラマ画像を再生し、3つのパノラマ画像から平均値をとる等の処理によって1つのパノラマ画像Pを再生するようにしてもよい。この場合には、画像情報の情報量が増加するので再生されるパノラマ画像Pの精細度が向上する。
また、光学レンズアレイ11、プリズム12、及び受光素子アレイ3が、中央の1つの行に相当する部分のみで構成されたものであってもよい。具体的には、光学レンズアレイ11は、横長の透明基板9に3個の光学レンズ8が一体的に形成され、中央の光学レンズ8がセンタレンズを構成し、左右の光学レンズ8がサイドレンズを構成する。この場合には、パノラマ撮像装置1の全体をより小型に構成することができる。
また、切出位置として、(x2、x2)が固定されている場合を示したが、(x1、y1)が固定されて、(x2,y2)及び(x3,y3)の切出位置が算出される場合や、(x3、y3)が固定されて、(x1,y1)及び(x2,y2)の切出位置が算出される場合であってもよい。
上述したように、本実施形態に係るパノラマ撮像装置1によれば、パノラマ撮像装置1が起動したときに、正面領域の像13C及び左右領域の像13R,13Lの合成のための切出位置を算出して記憶部14に記憶する。そして、被写体の撮像時に、記憶部14に記憶された切出位置を用いて、正面領域の像13Cと左右領域の像13R、13Lのそれぞれから画像の合成に用いる領域(図8に示す像13C、13r、13l)を切り出し、これらの切り出し画像を合成して、画角が120°のパノラマ画像に再生する。そのため、従来のように撮像動作を行う毎に、画像の切出位置を算出せず、パノラマ撮像装置1を起動したときにのみ切出位置の算出を行うので、パノラマ画像の再生に要する時間を短縮することができ、ユーザにとって使い勝手が良い。
また、上記の切出位置を用いて、画像の合成に用いる領域を切り出し、画像の合成を行うので、合成した画像同士の接合部に不自然さが残らず、精度の良いパノラマ画像を得ることができる。
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、本発明のパノラマ撮像装置では、120°の被写角度から入射する光を結像させる例を示したが、これに限らず、各光学レンズの被写角度が60°以上とすることにより、180°の被写角度から入射する光を結像させて、画角が180°のパノラマ画像を再生するものであってもよい。
1 パノラマ撮像装置
2 レンズ光学系
3 受光素子アレイ(撮像手段)
6 画像再生用マイクロプロセッサ(画像再生手段)
8 光学レンズ(センタレンズ、サイドレンズ)
11 光学レンズアレイ
12 プリズム
13 像
13C1、13C2、13R1、13L2 重複領域
14 記憶部(切出位置記憶手段)
L 光軸
P パノラマ画像
2 レンズ光学系
3 受光素子アレイ(撮像手段)
6 画像再生用マイクロプロセッサ(画像再生手段)
8 光学レンズ(センタレンズ、サイドレンズ)
11 光学レンズアレイ
12 プリズム
13 像
13C1、13C2、13R1、13L2 重複領域
14 記憶部(切出位置記憶手段)
L 光軸
P パノラマ画像
Claims (2)
- 120°以上の被写角度から入射する光を集光して所定の焦点平面に結像させるレンズ光学系と、
前記焦点平面に配置され前記レンズ光学系によって結像される被写体の像を電子的な画像情報へ変換する撮像手段と、
前記撮像手段によって変換された画像情報に画像処理を施してパノラマ画像に再生する画像再生手段とを備え、
前記レンズ光学系は、
前記被写角度の正面領域から入射する光を受光するセンタレンズと、該センタレンズと光軸が平行であって前記被写角度の左右領域から入射する光を受光する左右のサイドレンズとを含み、該センタレンズ及び該左右のサイドレンズが一平面上に配置されている光学レンズアレイと、
前記光学レンズアレイの光入射側に設けられ、前記被写角度の左右領域から入射する光を、前記各サイドレンズの光軸に一致するように屈曲させて前記各サイドレンズへ案内するプリズム又はミラーとを有し、
前記撮像手段は、前記光学レンズアレイから所定距離隔てて該光学レンズアレイに平行に配置され、前記センタレンズ及び前記左右のサイドレンズによりそれぞれ結像される像を撮像する受光素子アレイから構成され、
前記画像再生手段が、前記センタレンズによって結像される前記被写角度の正面領域の像と、前記左右のサイドレンズによって結像される前記被写角度の左右領域の像を合成して、画角が120°以上のパノラマ画像に再生するパノラマ撮像装置において、
前記センタレンズによって結像される正面領域の像と、前記左右のサイドレンズによって結像される左右領域の像とは、重複する領域(以下、重複領域という)を含み、
装置が起動したときに、被写体の撮像を行って、前記正面領域の像と前記左右領域の像との重複領域を含む形式で、前記正面領域の像と前記左右領域の像との予備的な切り出しを行う予備切出手段と、
前記予備切出手段により切り出された前記正面領域の像の予備的な切り出し画像における前記重複領域内の特徴点と、前記予備切出手段により切り出された前記左右領域の像の予備的な切り出し画像における前記特徴点に対応する点(対応点)とに基づいて、前記正面領域の像及び前記左右領域の像の合成のための切出位置を算出する切出位置算出手段と、
前記切出位置算出手段により算出された切出位置を記憶する切出位置記憶手段とをさらに備え、
前記撮像手段による被写体の撮像時に、前記画像再生手段は、前記切出位置記憶手段に記憶された、前記正面領域の像及び前記左右領域の像の切出位置を用いて、前記正面領域の像と前記左右領域の像のそれぞれから画像の合成に用いる領域を切り出し、これらの切り出し画像を合成して、画角が120°以上のパノラマ画像に再生することを特徴とするパノラマ撮像装置。 - 前記光学レンズアレイの光入射側に設けられるプリズム又はミラーが、前記120°以上の被写角度の正面領域から前記センタレンズへ入射する光を遮らない位置に設けられていることを特徴とする請求項1に記載のパノラマ撮像装置。
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- 2008-03-24 JP JP2008076675A patent/JP2009232278A/ja not_active Withdrawn
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