JP2012198075A - ステレオカメラ装置、画像補整方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】2つの画像の相関度から被写体との距離情報を検出するステレオカメラ装置100であって、行と列に配列された画素のうち行毎の撮影時刻が異なる撮像素子C0,C1が2つ配置された画像撮影手段200と、2つの撮像素子の相対的な位置ずれ量を検出する位置ずれ検出手段12と、前記位置ずれ検出手段が検出した垂直方向の前記位置ずれ量に応じて、2つの前記撮像素子の一方の撮影開始時刻を変更する開始時刻変更手段13と、2つの前記撮像素子が撮影した2つの画像の一方を、垂直方向の前記位置ずれ量と同程度、垂直方向に平行移動させる補正手段11と、を有することを特徴とする。
【選択図】図5
Description
カメラC0とC1が距離Bだけ離れて設置されている。カメラC0とC1の焦点距離、光学中心、撮像面は下記のとおりである。
焦点距離:f、
光学中心:O0、O1
撮像面:s0、s1
カメラC0の光学中心O0から光軸方向に距離dだけ離れた位置にある被写体Aの像は、直線A−O0と撮像面s0との交点であるP0に像を結ぶ。一方カメラC1では、同じ被写体Aが、撮像面s1上の位置P1に像を結ぶ。ここで、カメラC1の光学中心O1を通り、直線A−O0と平行な直線と、撮像面s1との交点をP0'とし、点P0'とP1との距離をpとする。
のカメラで撮影した画像上での位置のずれ量を表し、これを視差と呼ぶ。
三角形:A-O0-O1、三角形O1- P0'-P1は相似なので、
d = Bf/p
が得られる。カメラC0とC1の距離B(基線長)と焦点距離fが既知ならば、視差pから距離dを求めることができる。
図5は、本実施形態のステレオカメラ装置による光軸ずれの補正の概略を説明する図の一例である。
(1)ステレオカメラ装置は2つの画像から垂直方向に"a"の位置ずれがあることを検出する。
(2)ステレオカメラ装置は左右のCMOSイメージセンサの一方に供給するフレーム開始パルスを、aライン分だけ遅延させる。左側のカメラのフレーム開始パルスを遅延させたとすると、右側のCMOSイメージセンサはaライン分だけ先に読み出すことになる。このため、左の画像の1行目と右の画像のa+1行目が同じ時刻に読み出されるようになる。したがって、垂直方向に"a"行の位置ずれが生じていても、被写体の同じ画素はほぼ同じタイミングで読み出される。
(3)距離計測の前に右側の画像を垂直方向に"a"だけ補正しておけば、視差以外の差異がなくなるので、ステレオカメラ装置は距離を精度よく検出できる。
図6は、ステレオカメラ装置100のハードウエア全体のブロック図を示す。ステレオカメラ装置100は、
・画像を撮影する、平行配置された2台のカメラC0,C1
・2台のカメラC0,C1で撮影された画像を取得してカメラ間の位置ずれ(特に垂直方向)を検出するずれ検出部12
・ずれ検出部12が検出した位置ずれに応じて、2台のカメラC0,C1の一方の撮影タイミングを制御するカメラ制御部13、
・2台のカメラC0,C1で撮影された画像を取得して、ずれ検出部12で検出した位置ずれを補正して画像データを補正する画像補正部11
を有する。以下、各構成部について説明する。
図7は、カメラC0,C1の該略構成図の一例を示す。カメラC0,C1は同じレンズ21、絞り22、ローリングシャッタ方式のCMOSイメージセンサ23を有する。2つのレンズ21の光軸は平行であり、また、2つのCMOSイメージセンサ23の撮像面が同一平面になるように配置されている。ただし現実には平行度の精度には限界があり、微少な誤差を持つ。
w*p
したがって、各行の撮影開始時刻はw*pずつ遅れていく。
ずれ検出部12は、フレームメモリ27に記憶された2つの画像信号を用いて、2台のカメラC0,C1の微少な位置ずれを検出する。
dx = xr - xl,
dy = yr - yl
により求められる(dx,dy)が平面内の左右マーカの位置のずれを表す。なお、図示するように水平方向は右方向が正、垂直方向は下方向が正である。よって、図の例ではdx、dyのいずれも負である。
dx' = dxo−dx
なお、マーカを定めておかなくても、カメラC0,C1がそれぞれ撮影した画像同士をパターンマッチングすることで、ずれ検出部12はdx,dyを検出することができる。パターンマッチングにより2つの画像の画素値が最も一致するように相対移動した時の画像の移動量dx、dyが、平面内の左右マーカの位置のずれである。垂直方向のずれはdyそのものである。
カメラ制御部13は、垂直方向の位置ずれdyに応じて左右のカメラC0,C1のフレーム開始パルスを生成する。カメラ制御部13は、ずれ検出部12が検出した位置ずれdyに従い、左右のカメラC0,C1のフレームの撮影開始時刻を補正する。
画像補正部11はずれ検出部12が検出した水平方向の位置ずれdx、垂直方向の位置ずれdyに基づき、画像信号を水平方向及び垂直方向に水平移動して画像を補整する。画像補正部11は、参照カメラ(C0、C1のいずれでもよいが、ここではカメラC1が参照カメラとする。)の画像を、上下左右に平行移動する。垂直方向の位置ずれdyが負であれば、画像補正部11は右側のカメラC1の画像の全体をdyだけ上方向に移動し、dyが正であれば、画像補正部11は右側のカメラC1の画像の全体をdyだけ下方向に移動する。例えば、図9(b)のように、dy が負の場合、画像補正部11は右側のカメラC1の撮影画像をdy だけY 軸の負(上) 方向に移動する。
距離計測部14は、図1にて説明したように
d = Bf/p
から距離情報を算出する。BはカメラC0とC1の基線長、fは焦点距離、pが視差、dが距離である。
12 ずれ検出部
13 カメラ制御部
14 距離計測部
21 レンズ
22 絞り
23 CMOSイメージセンサ
27 フレームメモリ
28 デジタル信号処理部
100 ステレオカメラ装置
200 カメラ部
Claims (6)
- 2つの画像の相関度から被写体との距離情報を検出するステレオカメラ装置であって、
行と列に配列された画素のうち行毎の撮影時刻が異なる撮像素子が2つ配置された画像撮影手段と、
2つの撮像素子の相対的な位置ずれ量を検出する位置ずれ検出手段と、
前記位置ずれ検出手段が検出した垂直方向の前記位置ずれ量に応じて、2つの前記撮像素子の一方の撮影開始時刻を変更する開始時刻変更手段と、
2つの前記撮像素子が撮影した2つの画像の一方を、垂直方向の前記位置ずれ量と同程度、垂直方向に平行移動させる補正手段と、
を有することを特徴とするステレオカメラ装置。 - 前記開始時刻変更手段は、2つの撮像素子のうち下方に位置ずれしている撮像素子と、反対側の撮像素子の撮影開始時刻のみを、垂直方向の位置ずれ量に応じた分だけ遅延させる、ことを特徴とする請求項1記載のステレオカメラ装置。
- 前記補正手段は、予め得られている適切な水平方向の位置ずれ量と、前記位置ずれ検出手段が検出した水平方向の前記位置ずれ量との差分と同程度、2つの前記撮像素子が撮影した2つの画像の一方を水平方向に平行移動させる、
ことを特徴とする請求項1又は2記載のステレオカメラ装置。 - 前記位置ずれ検出手段は、左右の撮像素子それぞれの視野内に固定されているマーカ被写体が、左右の画像で垂直方向にどれだけずれているかにより、垂直方向の前記位置ずれ量を検出する、
ことを特徴とする請求項1〜3いずれか1項記載のステレオカメラ装置。 - 2つの前記撮像素子はローリングシャッタ方式の電子シャッタで露光時間が制御される、ことを特徴とする請求項1〜4いずれか1項記載のステレオカメラ装置。
- 行と列に配列された画素のうち行毎の撮影時刻が異なる撮像素子が2つ配置された画像撮影手段を有し、2つの画像の相関度から被写体との距離情報を検出するステレオカメラの画像補正方法であって、
位置ずれ検出手段が、2つの撮像素子の相対的な位置ずれ量を検出するステップと、
開始時刻変更手段が、前記位置ずれ検出手段が検出した垂直方向の前記位置ずれ量に応じて、2つの前記撮像素子の一方の撮影開始時刻を変更するステップと、
補正手段が、2つの前記撮像素子が撮影した2つの画像の一方を、垂直方向の前記位置ずれ量と同程度、垂直方向に平行移動させるステップと、
を有する画像補正方法。
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