JP2010258669A - 全方位撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数台のカメラを放射状に配置して周囲360度のパノラマ画像を撮像する全方位撮像装置で、各カメラ間に経時的な特性差が発生しても良好な画像のパノラマ画像を得る。
【解決手段】隣接する撮像部A1〜A4の撮影画角の端部分が重なるように配置され周囲360度の被写体画像を撮像する複数台の撮像部で構成される第1撮像系Aと、第1撮像系Aの各撮像部A1〜A4に隣接して設けられる撮像部複数台B1〜B4で構成される第2撮像系Bと、第1撮像系Aに対し第2撮像系Bを相対的に移動して前記隣接する第1撮像系Aの撮像部と第2撮像系Bの撮像部とのペアを変更する駆動手段とを備える。
【選択図】図1
【解決手段】隣接する撮像部A1〜A4の撮影画角の端部分が重なるように配置され周囲360度の被写体画像を撮像する複数台の撮像部で構成される第1撮像系Aと、第1撮像系Aの各撮像部A1〜A4に隣接して設けられる撮像部複数台B1〜B4で構成される第2撮像系Bと、第1撮像系Aに対し第2撮像系Bを相対的に移動して前記隣接する第1撮像系Aの撮像部と第2撮像系Bの撮像部とのペアを変更する駆動手段とを備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、複数台の撮像部を配置して周囲360度の被写体画像を撮影する全方位撮像装置に関する。
複数台のカメラ(撮像部)をリング状に配置して周囲360度のパノラマ画像を撮影できる全方位撮像装置が、下記の特許文献1,2に記載されている。この様な全方位撮像装置では、複数台のカメラを用い各カメラの撮像画像をパノラマ合成する関係で、特性差すなわち個体差の小さな複数台のカメラを用意するのが好ましい。
しかし、全方位撮像装置を長期間使用すると、経年的に各カメラの特性にバラツキが生じ、パノラマ合成したとき、ある画像部分は輝度が高く、別の画像部分はシェーディングが酷いという結果になってしまう。
ある期間使用した後に、全方位撮像装置を分解することなく各カメラの特性差を補正することができれば、全カメラで特性が均一の画像を得ることができる。例えば、下記の特許文献3記載の複眼カメラでは、複眼カメラから個体差情報を取り出して複眼カメラを制御する様にしている。
しかしながら、この複眼カメラは、同一被写体を撮像するため、2つのカメラの個体差を求めることができるが、全方位撮像装置では、例えば日光に対して逆光となる向きのカメラの撮像画像と、順光となる向きのカメラの撮像画像とでは全く異なる被写体,露光量となり、被写体画像間の違いが大きすぎてカメラ間の特性差を求めることができない。
本発明の目的は、複数台のカメラを配置して周囲360度の被写体画像を撮影する全方位撮像装置において、経年的にも特性の均一な全方位撮像画像を得ることができるようにする。
本発明の全方位撮像装置は、隣接する撮像部の撮影画角の端部分が重なるように配置され周囲360度の被写体画像を撮像する複数台の撮像部で構成される第1撮像系と、該第1撮像系の各撮像部に隣接して設けられる撮像部複数台で構成される第2撮像系と、前記第1撮像系に対し前記第2撮像系を相対的に移動して前記隣接する前記第1撮像系の前記撮像部と前記第2撮像系の前記撮像部とのペアを変更する駆動手段とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、複数の撮像部間で経時的に特性差が発生しても、容易に各撮像部間の相対的な特性差を検出できるため、特性差を吸収する画像補正を行い、常に良好な画質の全方位撮像画像を得ることが可能となる。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図1(a)は、本発明の一実施形態に係る全方位撮像装置の側面図であり、図1(b)は、その上面図である。本実施形態の全方位撮像装置1は、撮像系Aと、撮像系Bを備え、撮像系Aは4台のカメラ(撮像部)A1〜A4を備え、撮像系Bも4台のカメラ(撮像部)B1〜B4を備える。
撮像系Aは、円筒状の筐体2を備え、その周壁部分に、90度毎に各カメラA1,A2,A3,A4が固定設置される。また、撮像系Bも、円筒状の筐体3を備え、その周囲部分に、90度毎に各カメラB1,B2,B3,B4が固定設置されている。そして、筐体3に対して筐体2が軸4を中心に双頭矢印Xで示す様に回転可能に取り付けられている。
撮像系Aの軸4を中心としてリング状,放射状に配置された各カメラA1〜A4は、各々の撮影画角が端部分で重複するように設置され、軸4周りの周囲360度の被写体画像を4台のカメラA1〜A4で撮影できる様になっている。同様に、撮像系Bの各カメラB1〜B4も、各々の撮影画角が端部分で重複するように設置され、軸4周りの周囲360度の被写体画像を4台のカメラB1〜B4で撮影できる様になっている。
図1(a)に示す例では、撮像系Bが地面側に設置され、空側(上側)にくるカメラA4と下側のカメラB4とが隣接するペアを構成する一対の複眼カメラとなる。カメラA4とカメラB4の各入射光軸は平行となり、撮影画角は、両カメラA4,B4間の入射光軸位置差(カメラ位置差)だけずれた関係となる。他のペアとなる複眼カメラ(A1,B1)(A2,B2)(A3,B3)も同様である。
ここで、撮像系Aは撮像系Bに対して回転可能に設けられているため、撮像系Aを90度回転させると、ペアとなるカメラの上下対は、(A1,B2)(A2,B3)(A3,B4)(A4,B1)となる。更に90度回転させると、ペアとなるカメラの上下対は、(A1,B3)(A2,B4)(A3,B1)(A4,B2)となり、更に90度回転させると、ペアとなるカメラの上下対は、(A1,B4)(A2,B1)(A3,B2)(A4,B3)となる。
即ち、撮像系Aの各カメラA1〜A4と、撮像系Bの各カメラB1〜B4との全組合せのペアを実現することができる。ペアとなるカメラ対は、上述した様に、撮影画角がカメラ位置差(図1(a)のカメラA4,B4間の位置差)だけずれただけの関係で入射光軸も平行なため、大部分が同一被写体を撮影することになる。従って、両カメラの撮影画像の差から両カメラの特性差を求めることが可能となる。
本発明は、図1(b)に示す4台のカメラで360度の画像を撮像する実施形態に限るものでなく、例えば45度毎に8台のカメラを設置する実施形態とすることも可能であり、また、30度毎に12台のカメラを設置することでも良いが、説明の都合上、本実施形態では4台とする。尚、魚眼レンズを用いた2台のカメラを背中合わせに配置して360度の画像を撮像する構成とすることも可能である。
図2は、図1に示すカメラA1の構成図である。他のカメラA2〜A4,B1〜B4も同一構成である。カメラA1は、固体撮像素子11を備える。この固体撮像素子11の前段に、絞り12が配置され、その前段に、撮影レンズ13が配置される。固体撮像素子11から出力される撮像画像信号は、CDSVGA部(CDS:相関二重サンプリング処理,VGA:可変利得増幅器)14、アナログ/デジタル(A/D)変換部15、ホワイトバランス(WB)演算部16を通って、制御部9に入力される。この制御部9は、本実施形態では8台のカメラA1〜A4,B1〜B4に共通に設けられ、この全方位撮像装置1を1台の制御部9で統括制御する。
また、カメラA1は、制御部9からの指示信号に基づいて各種タイミングパルスを生成するタイミングジェネレータ(TG)17と、制御部9からの指示信号に基づいて絞り12の開口量調整を行う絞り駆動回路18と、制御部9からの指示信号に基づいて撮影レンズ13の焦点位置調整等を行うレンズ駆動回路19と、タイミングジェネレータ17から出力される撮像素子駆動パルスによって撮像素子11を駆動する撮像素子駆動回路20とを備える。また、CDSVGA部14,A/D変換部15,WB演算部16は、タイミングジェネレータ17から出力される各タイミングパルスに従って動作する。
図3は、制御部9の機能構成図である。制御部9は、全方位撮像装置1の全体を管理制御する中央演算処理ユニット(CPU)9aと、CPU9aからの指示を受け撮像系Aを撮像系Bに対して相対的に所定角度づつ回転制御する回転制御部9bと、各カメラで撮像され画像処理された画像データを表示したりメニュー画面,動作モード等を表示する表示部9cと、撮像素子11などの駆動信号を生成し各カメラのタイミングジェネレータ17に出力する駆動信号生成部9dと、操作員からの指示を入力する操作部9eと、各カメラの調整パラメータや撮像画像データを保存したり画像処理するときに使用されるメモリ9fとを備える。
制御部9は更に、8台のカメラA1〜A4,B1〜B4から出力される画像信号の各画像間のホワイトバランスを総合的に制御するホワイトバランス制御部9gと、各カメラの露出値を総合的に決定して絞り駆動回路18に出力する露出制御部9hと、各カメラのフォーカス位置を総合的に決定してレンズ駆動回路19に出力するフォーカス制御部9iと、時刻を計時する計時部9jと、各カメラから出力される撮像画像信号に対してγ補正やオフセット補正,RGB/YC変換処理等の周知の画像処理を施し、更に、周囲360度のパノラマ画像を合成しこれをJPEG画像やMPEG画像等に圧縮するデジタル信号処理部9kとを備える。
実施形態の全方位撮像装置1では、図2に示す様に、CDSVGA14,A/D15,…,レンズ駆動回路19等を個々のカメラ内に設けたが、全カメラを同一制御する構成とし部品コスト削減を図る場合には、これらを制御部9内に設けることも可能である。但し、撮像素子駆動回路20はノイズの影響を受けやすいため個々のカメラ内の撮像素子11近傍に配置するのが良い。
全方位撮像装置1を製造する場合には、8台のカメラに用いる撮像素子11として特性が同一となる8個の撮像素子11を選択し搭載するのが普通である。特性としては、感度,ノイズ,輝度シェーディング,色シェーディングなどがある。
しかし、各特性が完全に一致していることは無く、また、仮に特性が完全に一致している撮像素子11を使用したとしても、全方位撮像装置1を定点カメラや監視カメラ等として長期間使用すると、8台のカメラ間で特性が経時的にばらついてきてしまう。例えば、直射日光を受けることが多いカメラは、直射日光を受けないカメラに比べ、紫外線の影響で撮像素子11の特性が劣化する傾向が強いからである。
しかしながら、8個の撮像素子11の特性間にばらつきが生じ個体差が生じても、各撮像素子11から出力される撮像画像信号に対しこの個体差に基づく適切な補正処理を行うことで、特性劣化した撮像素子による撮像画像が360度のパノラマ画像中で劣化画像として目立つことなくなる。
例えば、感度の場合には、VGA部14のゲインに一定の係数を乗算し、感度差を補正すべく係数を加減することで補正を行う。ノイズの場合には、画像信号処理におけるノイズリダクションの強さを決定するパラメータを調整することで補正する。輝度シェーディングや色シェーディングであれば、画像有効エリア内の規定の位置の出力値それぞれに固定値を乗算することで補正する。通常、エリアはm×n(m,nは整数)に細分化され、各地点の乗算値が二次元マップデータとしてメモリに記憶されている。画像補正で用いる上記の係数やパラメータ,乗算する固定値等を、以下、調整パラメータという。
この様な個体差に基づく画像補正を行う場合、撮像素子11の個体差を精度良く検出する必要が生じる。本実施形態の全方位撮像装置1では、撮像系Aと撮像系Bとを対構成とし、両系A,Bを相対的に回転可能として対となるカメラ即ち撮像素子の組合せを変更可能とすることで、各撮像素子11間の経時的な個体差でも検出可能としている。
図4は、撮像素子の特性差(個体差)を検出して画像補正を行うときの駆動方法を示すフローチャートである。全方位撮像装置1を動作させるべくシステム起動すると、先ず、初期値のカメラペア、今の場合は(A1,B1)(A2,B2)(A3,B3)(A4,B4)の個体差の補正を行い(ステップS1)、次の撮像動作に進む(ステップS2)。
ステップS1では、例えばカメラA1,B1がペアとなって同じ明るさ,同じ大きさの同一被写体を撮像しているため、両撮像画像を比較することで、カメラA1搭載の撮像素子と、カメラB1搭載の撮像素子の個体差を求めることができ、個体差を吸収する補正が可能となる。他のカメラペアも同様である。
カメラA1,A2,A3,A4間の個体差,B1,B2,B3,B4間の個体差もあるが、動作初期においては特性差の小さな撮像素子を選択し使用しているため、それほどの特性差は無い。仮に特性差があったとしても、以下のステップS2〜S10を実行することで、特性差を吸収する補正が可能となる。
次のステップS3では、計時部9jの計時結果に基づき全方位撮像装置1を動作させてからの経過時間が所定時間経過したか否か、あるいは撮像系間での特性差に経時変化が検出されたか否かを判定し、所定時間が経過していない場合や経時変化が無い場合にはステップS2に戻り、撮像動作を継続する。
ステップS3の判定の結果、動作開始から所定時間が経過し、あるいは閾値以上の特性差の経時変化が生じた場合には、次のステップS4に進み、撮像系Aを撮像系Bに対して90度回転させ、カメラのペアを変える。今、ステップS1における初期状態でのカメラのペア(図1(a)に示す上下対)は、(A1,B1)(A2,B2)(A3,B3)(A4,B4)であるため、このステップS4で、カメラペアは、(A1,B2)(A2,B3)(A3,B4)(A4,B1)に変更される。
そして、次のステップS5で撮像動作を行うと、各カメラペアは、同一被写体を撮像することになる。即ち、対となるカメラA1とカメラB2とは、同じ明るさ,同じ大きさの同一被写体の画像を撮像することになる。他のカメラ対も同様である。これにより、カメラA1の撮像素子とカメラB2の撮像素子との個体差が両撮像画像を比較することで検出することができ、同様に、カメラA2とカメラB3の各撮像素子の個体差を検出することでできる。他のペアでも同様である。
次のステップS6では、撮像系Aを撮像系Bに対して更に90度回転させる。これにより、カメラペアは、(A1,B3)(A2,B4)(A3,B1)(A4,B2)となり、ステップS7で撮像動作を行うことで、今度は、カメラA1とカメラB3の各撮像素子の個体差、カメラA2,B4の各撮像素子の個体差、…を検出することが可能となる。
次のステップS8で、撮像系Aを撮像系Bに対して更に90度回転させると、カメラ対は(A1,B4)(A2,B1)(A3,B2)(A4,B3)となり、ステップS9で撮像動作を行うと、カメラA1,B4の各撮像素子の個体差、カメラA2,B1の各撮像素子の個体差、…を検出することが可能となる。
次のステップS10では、ステップS1,S5,S7,S9で求められた各ペア間の撮像画像を比較し、全撮像素子の個体差を吸収する補正を行い、ステップS2に戻る。このステップS10はCPU9aが配下のデジタル信号処理部9kを用いて処理し、この補正を行うために求めた調整パラメータはメモリ9fに保存し或いはステップS10を行う毎に逐次更新し、システム再起動時等に使用する。
例えば、撮像系Aだけの場合、カメラA1の撮像素子11と、これに対し180度の位置にあるカメラA3の撮像素子11との個体差を求めるのは容易でない。特許文献1,2に記載の従来の全方位撮像装置も同様である。しかし、本実施形態の場合、カメラA1とカメラB1とをペアにして同一被写体を撮像し、次にカメラA3とカメラB1をペアにして同一被写体を撮像すれば、カメラA1とカメラA3の個体差を検出することが可能となる。
この様に、本実施形態では、撮像系Aを構成するカメラと撮像系Bを構成するカメラの全ての組合せを実現できる構成としたため、各カメラに用いる撮像素子の個体差を吸収する補正が可能となる。
各撮像素子の個体差を吸収する補正は、例えば、カメラA1に搭載する撮像素子の特性を基準として、他のカメラA2〜A4,B1〜B4の特性をこの基準に合わせる補正としても良く、また、8台のカメラの各撮像素子の特性平均値を基準として、この基準に合わせる様に補正することでも良い。
図1に示す実施形態の全方位撮像装置1では、ペアを構成する2つのカメラを上下に配置したステレオカメラ構成としたため、被写体までの距離を各カメラ視差に基づいて精度良く検出することが可能である。しかし、ペアが上下方向のため、通常の「ステレオカメラ」と異なり、操作員がペアの撮像画像を見ても被写体の立体画像を見ることはできない。
そこで、立体画像を見ることができるようにした実施形態が、図5である。図5(a)に示す実施形態の全方位撮像装置では、ペアカメラを(A1,B1)(A2,B2)(A3,B3)(A4,B4)とし、ペアを構成する2台のカメラの入射光軸が平行となるように左右に配置している。
そして、例えば、ペアカメラ(A1,B1)が東方向、ペアカメラ(A2,B2)が南方向、ペアカメラ(A3,B3)が西方向、ペアカメラ(A4,B4)が北方向を向くように設置され、撮像系Aを構成する4台のカメラA1〜A4だけで周囲360度のパノラマ画像が合成できるように、また、撮像系Bを構成する4台のカメラB1〜B4だけで周囲360度のパノラマ画像が合成できるように各カメラ画角が設定される。
撮像系Bを構成するリング状,放射状に配置された4台のカメラB1〜B4は設置台(地面側)に固定され、撮像系Aを構成するリング状,放射状に配置された4台のカメラA1〜A4は、上下動/回転機構25によって連結されている。撮像系Aが、図5(b)の矢印Lに示される様に上動され、次に矢印Mに示されるように90度回転され、図5(c)の矢印Nに示される様に下動されると、ペアとなるカメラが変更される。これにより、図1に示す実施形態と同様にして、各カメラ搭載撮像素子の相対的な個体差を全方位撮像装置を分解することなく、撮像動作の最中に容易に検出して個体差を吸収する画像補正が可能となり、全方位撮像装置の撮像画像の品質劣化を回避することができる。
以上述べた様に、実施形態による全方位撮像装置は、隣接する撮像部の撮影画角の端部分が重なるように配置され周囲360度の被写体画像を撮像する複数台の撮像部で構成される第1撮像系と、該第1撮像系の各撮像部に隣接して設けられる撮像部複数台で構成される第2撮像系と、前記第1撮像系に対し前記第2撮像系を相対的に移動して前記隣接する前記第1撮像系の前記撮像部と前記第2撮像系の前記撮像部とのペアを変更する駆動手段とを備えることを特徴とする。
また、実施形態の全方位撮像装置の前記駆動手段は、前記第1撮像系の或る撮像部の位置を相対的に順に移動させて、前記第2撮像系の全ての前記撮像部と順に前記ペアを組ませることを特徴とする。
また、実施形態の全方位撮像装置は、前記ペアの組合せを変更して前記撮像部の相対的な特性差を求め該特性差を吸収する画像補正を行う制御部を備えることを特徴とする。
また、実施形態の全方位撮像装置は、前記画像補正を行うために前記制御部が求めた調整パラメータを保存する記憶手段を備えることを特徴とする。
また、実施形態の全方位撮像装置は、前記特性差を求める処理を所定時間毎に行うことを特徴とする。
また、実施形態の全方位撮像装置は、前記ペアを構成する前記撮像部間で閾値以上の特性差が発生したことを検出したとき前記画像補正を行うことを特徴とする。
また、実施形態の全方位撮像装置は、前記ペアを構成する前記第1撮像系の前記撮像部の入射光軸と前記第2撮像系の前記撮像部の入射光軸とが平行に設けられることを特徴とする。
また、実施形態の全方位撮像装置は、前記ペアを構成する前記第1撮像系の前記撮像部と前記第2撮像系の前記撮像部とで立体画像を撮像することを特徴とする。
また、実施形態の全方位撮像装置は、前記ペアを構成する前記第1撮像系の前記撮像部による撮像画像と前記第2撮像系の前記撮像部による撮像画像とから被写体までの距離を求めることを特徴とする。
以上述べた実施形態によれば、複数のカメラ(撮像部)間で経時的に特性差が発生しても、容易に各カメラ間の相対的な特性差を検出できるため、特性差を吸収する画像補正を行い、常に良好な画質の全方位撮像画像を得ることが可能となる。
本発明の全方位撮像装置は、使用カメラ搭載の撮像素子間に特性差が生じても容易にこの特性差を検出して画像補正ができるため、常に良好な品質の全方位撮像画像を得ることができ、定点カメラ,監視カメラ等に適用すると有用である。
1,23 全方位撮像装置
2 可動側の円筒状筐体
3 固定側の円筒状筐体
4 回転軸
9 制御部
9a CPU
9b 回転制御部
11 撮像素子
13 撮影レンズ
25 上下動/回転機構
2 可動側の円筒状筐体
3 固定側の円筒状筐体
4 回転軸
9 制御部
9a CPU
9b 回転制御部
11 撮像素子
13 撮影レンズ
25 上下動/回転機構
Claims (9)
- 隣接する撮像部の撮影画角の端部分が重なるように配置され周囲360度の被写体画像を撮像する複数台の撮像部で構成される第1撮像系と、該第1撮像系の各撮像部に隣接して設けられる撮像部複数台で構成される第2撮像系と、前記第1撮像系に対し前記第2撮像系を相対的に移動して前記隣接する前記第1撮像系の前記撮像部と前記第2撮像系の前記撮像部とのペアを変更する駆動手段とを備える全方位撮像装置。
- 請求項1に記載の全方位撮像装置であって、前記駆動手段は、前記第1撮像系の或る撮像部の位置を相対的に順に移動させて、前記第2撮像系の全ての前記撮像部と順に前記ペアを組ませる全方位撮像装置。
- 請求項1または請求項2に記載の全方位撮像装置であって、前記ペアの組合せを変更して前記撮像部の相対的な特性差を求め該特性差を吸収する画像補正を行う制御部を備える全方位撮像装置。
- 請求項3に記載の全方位撮像装置であって、前記画像補正を行うために前記制御部が求めた調整パラメータを保存する記憶手段を備える全方位撮像装置。
- 請求項3または請求項4に記載の全方位撮像装置であって、前記特性差を求める処理を所定時間毎に行う全方位撮像装置。
- 請求項3または請求項4に記載の全方位撮像装置であって、前記ペアを構成する前記撮像部間で閾値以上の特性差が発生したことを検出したとき前記画像補正を行う全方位撮像装置。
- 請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の全方位撮像装置であって、前記ペアを構成する前記第1撮像系の前記撮像部の入射光軸と前記第2撮像系の前記撮像部の入射光軸とが平行に設けられる全方位撮像装置。
- 請求項7に記載の全方位撮像装置であって、前記ペアを構成する前記第1撮像系の前記撮像部と前記第2撮像系の前記撮像部とで立体画像を撮像する全方位撮像装置。
- 請求項7に記載の全方位撮像装置であって、前記ペアを構成する前記第1撮像系の前記撮像部による撮像画像と前記第2撮像系の前記撮像部による撮像画像とから被写体までの距離を求める全方位撮像装置。
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