JP2014110442A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の撮像部の配置を適切にする。
【解決手段】撮像装置に設けられる複数の撮像部は、同心円状に配置される撮像部群と、格子状に配置される撮像部群とにより構成され、前記撮像装置で撮像された画像データの画像処理のモードを決定する決定手段と、前記モードに応じて撮像に使用する撮像部を選択する選択手段とを有する。前記決定手段は、1つ以上のモードを決定し、前記モードは、リフォーカス処理、画角変更処理、視点位置変更処理、ノイズ低減処理、解像度変換処理、HDR処理、距離推定、および視差推定の少なくとも1つを含む。
【選択図】図1
【解決手段】撮像装置に設けられる複数の撮像部は、同心円状に配置される撮像部群と、格子状に配置される撮像部群とにより構成され、前記撮像装置で撮像された画像データの画像処理のモードを決定する決定手段と、前記モードに応じて撮像に使用する撮像部を選択する選択手段とを有する。前記決定手段は、1つ以上のモードを決定し、前記モードは、リフォーカス処理、画角変更処理、視点位置変更処理、ノイズ低減処理、解像度変換処理、HDR処理、距離推定、および視差推定の少なくとも1つを含む。
【選択図】図1
Description
本発明は、撮像装置に関する。より詳細には、多視点の画像データを撮像する撮像装置に関する。
これまで、カメラのピント調整を誤って撮像した場合は、ピント調整をやり直して再撮像する必要があった。また、奥行きの異なる複数の被写体に対してそれぞれにピントが合った画像を得たい場合には、被写体毎にピントを合わせた撮像を複数回行う必要があった。
近年、光学系に新たな光学素子を追加することで複数視点からの画像を取得し、後で画像処理によってピント位置を調節すること(リフォーカス)が可能なライトフィールドフォトグラフィという技術が発展している。
この技術を用いれば、撮像後にピント調整を行えるため、撮像時のピント調整の失敗を画像処理で補うことができるという利点がある。さらに、画像処理方法を変えることで画像中の任意の被写体にピントを合わせた複数の画像を一枚の撮像画像から得る事ができ、撮像回数を減らす事ができるという利点もある。
ライトフィールドフォトグラフィでは、複数視点の画像データから、空間中の複数の位置について、それぞれの位置を通過する光線の方向と強度(ライトフィールド、以下、「LF」という。)を計算する。そして、得られたLFの情報を用いて、仮想の光学系を通過して仮想のセンサに結像した場合の画像を計算する。このような仮想の光学系やセンサを適宜設定する事で、リフォーカスも可能となる。LFに関する数学的性質や数学的基礎などはR.NGらによって議論されている(非特許文献1)。
LFを取得するための撮像技術としては、小型のカメラ(個眼カメラ)を並べたカメラアレイが知られている。カメラアレイでは、取得したLFから、仮想センサ上の画像データを撮像後に合成することができる。
LFから仮想センサ上の画像を合成する方法として、取得した複数枚の画像データを仮想的なセンサ上に射影変換し加算して平均化する方法が知られている(特許文献1)。
また、複数視点の画像データを、上述したリフォーカス処理のほかに、ダイナミックレンジを広げるHDR処理や、距離や視差を推定する処理に用いることもできる。
R.NG, M.Levoy, M.Bredif, G.Duval, M. Horowitz, P.Hanrahan,"Light Field Photography with a Hand-held Plenoptic Camera"(Stanford Tech ReportCTSR 2005-02, 2005)
カメラアレイを用いて複数視点の画像データを用いて上述した各種の処理機能を実現することが可能であるものの、個眼カメラが各々の機能に適した配置に必ずしもなっていない場合がある。
本発明に係る撮像装置は、複数の撮像部を有する撮像装置であって、前記複数の撮像部は、同心円状に配置される撮像部群と、格子状に配置される撮像部群とにより構成されることを特徴とする。
本発明によれば、各種の機能に適した位置に個眼カメラを配置することにより、複数の機能に適した撮像装置を提供することが可能となる。
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
図1は、本実施例に係る撮像装置100の外観の一例を示す図である。図1は撮像装置100の前面側(撮像部が配置される面)から見た斜視図である。
図1に示すように撮像装置100の前面には複数の撮像部101−112が同心円状に配置され、かつ、同心円状の内部に複数の撮像部113−116が格子状に配置されることによってカメラアレイを形成している。すなわち、図1の撮像装置100は、第1の撮像部群が第1の形状に配置され、第2の撮像部群が第1の形状とは異なる第2の形状に配置される例を示している。
なお、図1の例においては、第1の撮像部群が12個の撮像部を有し、第2の撮像部群が4個の撮像部を有する例を挙げて説明しているが、複数の形状を成す撮像部が含まれていればよく、図1で説明する例に限定されるものではない。また、図示していないが、撮像装置100は、ボタン、タッチパネルディスプレイ、ジョグダイヤルなど各種のインターフェイスなどの他の機能を有することができる。
図2は、図1に示す撮像装置100の構成の一例を示す図である。CPU201は、RAM202をワークメモリとして使用して、ROM203に格納されたOSや各種プログラムを実行する。また、CPU201は、システムバス200を介して、撮像装置100の各構成を制御する。RAM202は、撮像光学系の制御結果を示すフォーカス設定及び絞り設定など撮像部101−116の状態を示す情報である撮像パラメータなどを格納する。ROM203は、撮像部101−116の相対的な位置関係並びに各撮像部の撮像素子の画素ピッチ、光のエネルギーの受光効率、及び撮像部の焦点距離(画角)などを示すカメラ設計パラメータなどを格納する。なお、図示していないが、各撮像部101−116のROMに当該撮像部のカメラ設計パラメータを格納するようにしてもよい。
CPU201は、コンピュータグラフィックス(CG)生成部207及び表示制御部204を制御してモニタ213にユーザインタフェイス(UI)を表示させる。また、CPU201は、撮影ボタン163や操作部164を介してユーザ指示を受信する。そして、CPU201は、ユーザ指示に従い、撮像時の被写体距離、焦点距離、絞り、露光時間、及びフラッシュの発光などの撮影条件の設定をすることができる。また、CPU201は、ユーザ指示に従い、撮像の指示、及び撮像した画像の表示設定を行うことができる。CG生成部207は、UIを実現するための文字やグラフィックスなどのデータを生成する。
ユーザから撮影を指示されると、CPU201は、ユーザの指示に対応した光学系の制御方法を光学系制御方法生成部209から取得する。次に、CPU201は、取得した光学系の制御方法に基づいて光学系制御部210に撮像を指示する。この撮像指示を受信した光学系制御部210は、フォーカスを合わせ、絞りを調節し、又はシャッタを開閉するなどの撮像光学系の制御を行う。また、光学系制御部210は、撮像光学系の制御結果を示すフォーカス設定及び絞り設定など撮像部101−116の状態を示す情報である撮像パラメータをRAM202に格納する。なお、一つの光学系制御部210によって各撮像部101−116の撮像光学系を制御するのではなく、CPU201と通信可能な光学系制御部を各撮像部101−116に備えてもよい。
撮像部101−116はそれぞれ、被写体からの光をCCDやCMOSなどの撮像センサ307において受光する。詳細は図3に関連して後述する。撮像部101−116は、撮像センサ307が出力するアナログ信号をアナログ−デジタル(A/D)変換した撮像データ(以下、RAWデータ)を、一旦、撮像部101−116内のバッファメモリに保持する。バッファメモリに保持されたRAWデータは、CPU201の制御により、順次、RAM202の所定領域に格納される。
デジタル信号処理部208は、RAM202の所定領域に格納された複数のRAWデータ(以下、RAWデータ群)から画像データを生成する現像処理を行う。またデジタル信号処理部208は、RAWデータ群および生成した画像データをRAM202の所定領域に格納する。なお、現像処理には、複数のRAWデータを合成する合成処理、デモザイキング処理、ホワイトバランス処理、ガンマ処理、及びノイズ低減処理などが含まれる。また、デジタル信号処理部208は、撮影後の画像データに対してズーム倍率を変更し、変更後の画像データを生成する処理を行うことができる。生成した画像データにはフォーカス距離、ズーム倍率および被写界深度などを示す現像処理時のパラメータ(以下、画像生成パラメータ)が付加される。画像生成パラメータは、例えばユーザから指定された値に基づいて生成される。また、例えば初回現像時などにおいては初期設定値を画像生成パラメータとして用いることができる。また、RAWデータ群には少なくとも撮像パラメータが付加されるが、外部の画像処理装置による現像処理を考慮して、カメラ設計パラメータを付加してもよい。
CPU201は、表示制御部204を制御して、RAM202の所定領域に格納された画像データをモニタ213に表示する。圧縮伸長部212は、RAM202の所定領域に格納された画像データをJPEGやMPEGなどのフォーマットに変換するエンコード処理を行う。また、圧縮伸長部212は、必要ならば、RAWデータ群をロスレス圧縮する処理を行う。
CPU201は、表示制御部204を制御して、RAM202の所定領域に格納された画像データをモニタ213に表示する。圧縮伸長部212は、RAM202の所定領域に格納された画像データをJPEGやMPEGなどのフォーマットに変換するエンコード処理、必要ならば、RAWデータ群をロスレス圧縮する処理を行う。
インタフェイス(I/F)205は、例えばメモリカードやUSBメモリなどの記録メディア206を読み書きする機能及び有線や無線のネットワークに接続する機能を有する。I/F205は、CPU201の指示に従い、例えばRAM202に格納されたJPEGやMPEGフォーマットの画像データおよびRAWデータ群を外部のメディアやサーバ装置に出力したり、外部の記録メディアやサーバ装置から各種データを入力する。
画像生成パラメータ生成部211は、デジタル信号処理部208における現像処理に必要な画像生成パラメータを生成する。
<各撮像部の構成例>
図3のブロック図は、撮像部101の構成例を示す図である。なお、図3には撮像部101の構成例を示すが、他の撮像部102−116もほぼ同様の構成を有する。ただし、撮像部101−116の画角、フォーカスおよび絞りなどの設定は、必ずしもすべて同一の構成でなくてもよい。
図3のブロック図は、撮像部101の構成例を示す図である。なお、図3には撮像部101の構成例を示すが、他の撮像部102−116もほぼ同様の構成を有する。ただし、撮像部101−116の画角、フォーカスおよび絞りなどの設定は、必ずしもすべて同一の構成でなくてもよい。
被写体からの光は、フォーカスレンズ群301a、絞り302a、固定レンズ群303a、シャッタ304a、赤外線カットフィルタ305、カラーフィルタ306を通過して、CMOSセンサやCCDなどの撮像センサ307上に結像する。A/D変換部308は、撮像センサ素子が出力するアナログ信号をA/D変換する。バッファ309は、A/D変換部308が出力するRAWデータを一時的に格納し、CPU201の要求に応じて、RAWデータをシステムバス200を介してRAM202に転送する。
なお、図3(a)に示すレンズ群と絞りの配置は一例であり、異なる配置でもよい。例えば、一部またはすべての撮像部がテレセントリック性などのレンズ性能を向上させるための固定レンズ群303aをもたなくてもよい。
(画像合成処理)
図4および図5を参照してデジタル信号処理部208による画像の合成の概念について説明する。図4(a)は異なる距離にある被写体を撮像部401〜403で撮影した様子を表している。
図4および図5を参照してデジタル信号処理部208による画像の合成の概念について説明する。図4(a)は異なる距離にある被写体を撮像部401〜403で撮影した様子を表している。
図4(a)において、撮像部401〜403は撮像部101〜116の中で代表的な3つの撮像部を図示したものである。点線404〜406は仮想的なピント位置(ピントを合わせようとする位置)の中で代表的な3枚の仮想的なピント位置を図示したものである。図4(a)に示すように、被写体407〜409はそれぞれ距離の異なる位置に置かれている。
図4(b)は、撮像部401で取得した画像410を表す。撮像部402、403で取得する画像は、画像410において、各被写体404〜406の距離に応じた視差分だけ被写体がずれた画像になる。
図5はデジタル信号処理部208によって再構成された(合成された)画像の概念図である。画像501は仮想的なピント位置を点線406に設定したときの再構成後の画像である。画像501では被写体407にピントが合っており、被写体408、409にはボケが発生している。
画像502は仮想的なピント位置を点線405にしたとき、画像503は仮想的なピント位置を点線404にしたときのそれぞれの再構成後の画像である。画像502、503はそれぞれピントが合った被写体は408、409である。このように仮想的なピントを動かすことで、好きな被写体にピントを合わせた画像を得ることができる。
この合成処理の例では、仮想的なピント位置を制御することにより、所定の被写体にピントを合わせると同時に他の被写体をボケさせることが可能となる。合成処理の例はこれに限らず、例えば、画角を変更する処理、視点位置を変更する処理、ノイズを低減するノイズ低減処理、ダイナミックレンジを広げるHDR処理や、解像度を上げる高解像度化処理であっても良い。
<撮像装置の処理フロー>
図6は、撮像装置の処理の一例を示すフローチャートである。
図6は、撮像装置の処理の一例を示すフローチャートである。
ステップS601において、光学系制御方法生成部209は、予め設定された複数のモード(機能)のうち、使用するモードを決定する。複数のモードには、例えば次のモードが挙げられる。すなわち、リフォーカス処理を行うモード、画角変更処理を行うモード、視点位置変更処理を行うモード、ノイズ低減処理を行うモード、画像の解像度を変換させ解像度変換処理を行うモード、HDR処理を行うモード、距離・視差推定を行うモードである。なお、上述したモード以外のモードが含まれていてよい。使用するモードについては、例えばユーザから操作部164を介して入力された情報に基づいて光学系制御方法生成部209が決定することができる。例えば、ユーザは不図示のジョグダイヤルやスイッチディスプレイ上のタッチパネルを介して、使用するモードを撮像装置100に入力することができる。
ステップS602において、光学系制御方法生成部209は、ステップS601で決定したモードに応じて、撮像に用いる撮像部を選択する。すなわち、光学系制御方法生成部209は、光学系制御部210を介して制御する撮像部を決定する。
撮像後にピント位置を変更するリフォーカス処理を行う場合、格子状に配置された撮像部群を用いるよりも同心円状に配置された撮像部群を用いる方が画像を加工したり編集したりする処理に適している。例えば、リフォーカス時に被写界深度を制御したり、ボケを付与する場合には、同心円状に配置された撮像部群の方が自然なボケを再現することができる。
一方、格子状に配置された撮像部群は、同心円状に配置された撮像部群よりも計算誤差が少なくなるので、距離・視差推定に適している。
このように、使用するモードに応じて好ましい撮像部群が異なる。よって、ステップS602においては、モードに応じて撮像に用いる撮像部を選択する。なお、ステップS602においては、撮像部群の全ての撮像部を、撮像に用いる撮像部として選択しなくてもよい。光学系制御方法生成部209は、モードに応じて撮像に用いる撮像部群を決定し、決定した撮像部群の中から撮像に用いる撮像部を選択してもよい。例えば、決定したモードの処理をより精細に行う場合にはより多くの撮像部を選択し、決定したモードの処理をより高速に行う場合には、より少ない撮像部を選択してもよい。
なお、ステップS601では1つのモードが決定される場合を例として説明しているが、ステップS702で複数のモードが決定されてもよい。例えば、リフォーカス処理と距離推定処理とが決定がされてもよい。この場合、ステップS602において、光学系制御方法生成部209は、決定されたモードに従って、同心円状に配置された撮像部と、格子状の配置された撮像部との両方を、撮像に用いる撮像部として選択してもよい。
ステップS603で、光学系制御部210は、ステップS602で選択された撮像部を用いて撮像を行う。撮像した画像データは、RAM202に記録される。
ステップS603で、CPU201はデジタル信号処理部208を制御して、ステップS603で撮像された画像データに対して、ステップS601で決定したモードに従って画像処理を行う。
以上のように、本実施例においては、第1の撮像部群が同心円状に配置され、かつ、同心円状の内部に第2の撮像部群が格子状に配置されたカメラアレイを形成している。係る構成により、撮像後の画像処理において使用するモードに応じて、使用する撮像部を選択することできる。そして、このように選択された撮像部を介して得られる画像データを用いることにより、各モードに応じて好適な画像処理を行うことができる。
実施例1では、第1の撮像部群が同心円状に配置され、かつ、同心円状の内部に第2の撮像部群が格子状に配置されたカメラアレイを形成するように構成された撮像装置の例を説明した。実施例2においては、各種の変形例について説明する。
図7は、実施例1で説明した図1とは逆に、格子状の撮像部701−704の内部に同心円状の撮像部705−712が配置される撮像装置700の例を示している。なお、図7の例では、同心円状の撮像部705−712の内部にさらに撮像部713が配置されている例を示しているが、撮像部713は配置されていてもいなくてもよい。
図8は、図7で示す撮像装置700を変形した例である撮像装置800を示している。すなわち、同心円状に配置されている撮像部805−812と格子状に配置されている撮像部801−804とが横に並行に配置されている例を示している。なお、図7で説明したように、同心円状に配置されている撮像部805−812の内部の撮像部813は、配置されてもいなくてもよい。
以上のように、第1の撮像部群が第1の形状に配置され、第2の撮像部群が第1の形状とは異なる第2の形状に配置されるいずれの場合についても、本発明を適用することは可能である。
<撮像装置の外観>
図9は、撮像装置の外観の一例を示す図である。図9(a)は、正面図である。図9(b)は平面図である。図9(c)は底面図である。図9(d)は左側面図である。図9(e)は右側面図である。図9(f)は背面図である。
図9は、撮像装置の外観の一例を示す図である。図9(a)は、正面図である。図9(b)は平面図である。図9(c)は底面図である。図9(d)は左側面図である。図9(e)は右側面図である。図9(f)は背面図である。
(その他の実施形態)
なお、上記の例では、複数の撮像部が同心円状に配置されるものとして説明した。しかしながら、必ずしも同心円である必要はなく、楕円状に配置されていてもよい。また、上記の例では、第1の撮像部群と第2の撮像部群とが2つの形状を形成する場合を例に挙げて説明したが、第3の撮像部群を設けるなど3つ以上の形状を形成してもよい。
なお、上記の例では、複数の撮像部が同心円状に配置されるものとして説明した。しかしながら、必ずしも同心円である必要はなく、楕円状に配置されていてもよい。また、上記の例では、第1の撮像部群と第2の撮像部群とが2つの形状を形成する場合を例に挙げて説明したが、第3の撮像部群を設けるなど3つ以上の形状を形成してもよい。
また、本発明の目的は、以下の処理を実行することによっても達成される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出す処理である。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード及び該プログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
Claims (7)
- 複数の撮像部を有する撮像装置であって、
前記複数の撮像部は、同心円状に配置される撮像部群と、格子状に配置される撮像部群とにより構成されることを特徴とする撮像装置。 - 前記撮像装置で撮像された画像データの画像処理のモードを決定する決定手段と、
前記モードに応じて撮像に使用する撮像部を選択する選択手段と、
をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 - 前記決定手段は、1つ以上のモードを決定することを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。
- 前記モードは、リフォーカス処理、画角変更処理、視点位置変更処理、ノイズ低減処理、解像度変換処理、HDR処理、距離推定、および視差推定の少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項2または3に記載の撮像装置。
- 前記格子状に配置される撮像部群は、前記同心円状に配置される撮像部群の内部に配置されることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の撮像装置。
- 前記同心円状に配置される撮像部群は、前記格子状に配置される撮像部群の内部に配置されることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の撮像装置。
- 前記格子状に配置される撮像部群は、前記同心円状に配置される撮像部群と並行に配置されることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の撮像装置。
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Cited By (2)
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KR20160100785A (ko) * | 2015-02-16 | 2016-08-24 | 삼성전자주식회사 | 복수의 센서 데이터를 처리하는 데이터 처리 장치 및 상기 장치를 포함하는 데이터 처리 시스템 |
US11049212B2 (en) | 2015-02-16 | 2021-06-29 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Data processing device for processing multiple sensor data and system including the same |
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KR102359268B1 (ko) * | 2015-02-16 | 2022-02-08 | 삼성전자주식회사 | 복수의 센서 데이터를 처리하는 데이터 처리 장치 및 상기 장치를 포함하는 데이터 처리 시스템 |
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