JP2017083817A - ズレ量取得装置、撮像装置、およびズレ量取得方法 - Google Patents
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Abstract
Description
2つの画像信号を相対的に変位させたときの、各変位量に対する相関量のデータ列を取得する相関演算手段と、
相関量のデータ列から前記第1の画像と前記第2の画像の間の前記ズレ量を取得するズレ量取得手段と、
を備え、
前記相関演算手段は、
前記第1の画像に基づく画像信号であって、所定の画素間隔の複数の画素の画像信号を含む第1の信号と、前記第2の画像に基づく画像信号であって、前記所定の画素間隔の複数の画素の画像信号を含む第2の信号と、の間の前記相関量のデータ列である第1のデータ列を取得し、
前記第1のデータ列の極値を与える変位量が閾値よりも小さいとき、前記第2の画像に基づく画像信号であって、前記所定の画素間隔の複数の画素の画像信号を含み、前記第2の信号とは異なる位置の画素において取得される信号に相当する第3の信号と、前記第1の信号と、の間の前記相関量のデータ列である第2のデータ列を取得し、
前記ズレ量取得手段は、
前記第1のデータ列の極値を与える変位量が前記閾値よりも小さいとき、前記第1のデータ列と前記第2のデータ列に含まれるデータから求められる変位量と相関量の関係を表す近似関数の極値を与える変位量を、前記ズレ量として取得する、
ことを特徴とする。
前記第1の画像に基づく画像信号であって、所定の画素間隔の複数の画素の画像信号を含む第1の信号と、前記第2の画像に基づく画像信号であって、前記所定の画素間隔の複数の画素の画像信号を含む第2の信号と、の間の前記相関量のデータ列である第1のデータ列を取得する工程と、
前記第1のデータ列の極値を与える変位量が閾値よりも小さいとき、前記第2の画像に基づく画像信号であって、前記所定の画素間隔の複数の画素の画像信号を含み、前記第2の信号とは異なる位置の画素において取得される信号に相当する第3の信号と、前記第1の信号と、の間の前記相関量のデータ列である第2のデータ列を取得する工程と、
前記第1のデータ列の極値を与える変位量が前記閾値よりも小さいとき、前記第1のデータ列と前記第2のデータ列に含まれるデータから求められる変位量と相関量の関係を表す近似関数の極値を与える変位量を、前記ズレ量として取得する工程と、
を含むことを特徴とする。
図1(a)は、本実施形態に係る距離検出装置40を有する撮像装置の模式図である。この撮像装置は、距離検出装置40の他に、撮像素子10と結像光学系20と記録装置30とを有する。さらに、撮像装置は、結像光学系20の合焦のための駆動機構、シャッター、観賞用画像生成手段、画像確認用の液晶等のディスプレイ等を有している。
40は、信号生成部41、相関演算部42、ズレ量算出部43、距離算出部44、の各機能部を備える。例えば、CPU、メモリを含む信号処理基板で構成され、CPUがプログラムを実行することによりこれらの機能が実現される。信号処理基板は、半導体素子を集積化した集積回路を用いて構成することができ、IC、LSI、システムLSI、マイクロ処理ユニット(MPU)、中央演算装置(CPU)等で構成することができる。
。この構成により、瞳領域23を通過した光束に対応する第1の信号S1が得られる。
図3は、距離検出装置40が行う、被写体までの距離を検出する距離検出方法のフローチャートの一例である。この距離検出方法は、信号生成工程(ステップS10)と相関演算工程(ステップS11)とズレ量算出工程(ステップS12)と距離算出工程(ステップS13)を有する。
画素13の光電変換部で取得した電気信号からなり、画素13の大きさと同じデータ間隔Pを有している。
信号生成工程(S10)では、信号生成部41が、信号S2と同じデータ間隔を有し、S2とは撮像素子10上の瞳分割方向において異なる位置で取得した信号に相当する信号S3を生成する。信号S3は、信号S2を取得した画素13の間の位置19(図4(a)参照)で取得した信号に相当する。信号S3は、例えば式(2)にしたがって、各データの周囲にある信号S2のデータ間を線形補間することで作成される。式(2)において、αは0より大きく1より小さい実数であり、信号S3と信号S2の各データの位置の瞳分割方向における距離を、データ間隔で規格化した係数である。
相関演算工程(S11)では、相関演算部42が、2組の信号(S1およびS2と、S1およびS3)から、相関量のデータ列C12、C13を算出する。データ列C12及び
C13は、各組の信号間の相対的な位置(変位量)を変えたときの、各変位量における一対の信号の類似度の度合いを表す相関量からなるデータ配列である(図5)。
ズレ量算出工程(S12)では、ズレ量算出部43が、データ列C12とC13を用いて信号S1とS2のズレ量Naを算出する。
C123(n)=C12(n)
C123(n+α)=C13(n+α)
る。データ列C12とC13とは、信号S2とS3の各データの撮像素子10上の位置が異なる分だけ、互いにズレている。データ列C123は、データ列C12とC13の各々のデータを、各データを算出した変位量に応じて交互に配列したデータ列である。
距離算出工程(S13)では、距離算出部(距離取得部)44が、ステップS12で算出したズレ量Naに基づいて距離情報を算出する。より具体的には、距離算出部44は、ズレ量Naからデフォーカス量を求め、デフォーカス量と結像光学系20の結像関係とから被写体の距離を算出する。例えば、デフォーカス量ΔLは、以下の式(7)により算出することができる。
ここで、NaはステップS12で算出したズレ量であり、Kaはズレ量を距離に変換するための変換係数である。
本手法により、少ない演算負荷で、被写体の距離を高精度に算出できる原理を述べる。
応)が生成される。次に、非特許文献1では、本手法とは異なり、各々の画像信号(S2とS3に対応)と、もう一方のステレオ画像信号(S1に対応)より各変位量に対する相関量のデータ列C12、C13が算出される。そして、データ列C12、C13からそれぞれ独立にズレ量Na12、Na13を推定し、これら2つのズレ量を平均することで最終的なズレ量Na(=0.5×(Na12+Na13))が算出される。
なる(図7(b))。
本実施形態において、撮像素子10は、図9(a)のように、一部のみに測距画素13が配置され、その他の画素に単一の光電変換部50を有する撮像専用の画素51が配置された構成であってもよい。また、撮像素子10は、図9(b)のように、画素13の光電変換部11のみを含む画素と光電変換部12のみを含む画素とが配置された構成でもよい。なお、画素13は、X方向とY方向で異なる間隔で配置されていてもよい。また、撮像素子10は、図9(c)のように全画素に測距画素13が配置され、距離検出装置40は一部の画素52(ハッチングを付した画素)で取得した信号を距離検出に用いても良い。いずれの構成においても、各光電変換部11及び12より信号S1及びS2を取得し、前述と同様の手法でズレ量を算出することで計算負荷が小さく、高精度な距離検出が可能となる。一部の画素で取得した信号を用いることで、ズレ量の算出に用いるデータ量を削減でき、計算負荷をより小さくすることができる。
S3を生成しても良い。例えば、図9(d)において画素13のうちの一部の画素52の光電変換部11,12で取得した信号よりS1、S2を生成し、他の画素53の光電変換部12で取得した信号よりS3を生成することができる。信号S2から演算(補間)によってS3を生成する場合と比べて、より高精度な信号を得ることができ、より高精度に距離を検出することができる。
ズレ量は、データ列C12、C13のうち、極値を与える変位量およびその近傍でのデータに基づいて算出される。したがって、データ列C13はデータ列C12の全範囲に対応するように生成する必要はない。ここでは、データ列C13を一部の範囲内についてのみ生成して距離検出を行う方法を説明する。
正解ズレ量によっては、データ列C13を考慮しなくてもデータ列C12(信号S1とS2の相関)のみからズレ量あるいは距離を精度良く検出できる。本変形例では、まずデータ列C12の算出を行い、その結果を元に、残りの工程を行うか判断する。
、正解ズレ量Ncがデータ間隔の整数倍に近いかどうかを評価する。この評価は、例えば、データ列C12の極値とその両隣のデータ(相関量)の大きさを比較することにより行える。正解ズレ量Ncがデータ間隔の整数倍に近いとき、データ列C12の極値は小さい値となり、両隣の相関量は大きな値となる。例えば、極値と両隣のデータの差が閾値よりも小さいとき、正解ズレ量Ncが非整数倍であると判断することができる。あるいは、極値の両隣のデータを、極値で除算した値が閾値よりも小さいとき、正解ズレ量Ncが非整数倍であると判断することができる。
上記の変形例2では、評価工程(ステップS18)においてデータ列C12から求まるズレ量がデータ間隔の整数倍に近いか否かを判断して、データ列C13を生成するか否かを切り替えている。本変形例では、変形例2とは異なる評価方法によってデータ列C13の生成要否を判断する。本変形例の処理は変形例2(図10)とほぼ同様であるので、以下では、異なる部分を主に説明する。
ほど誤差が大きくなる。正解ズレ量が大きいときは、デフォーカス量が大きく、画像に高周波の信号が含まれる可能性が低いため、この誤差が小さくなる。一方、正解ズレ量が小さいときは、デフォーカス量が小さく、画像に高周波の信号が含まれる可能性が高いため、この誤差が大きくなる。
本発明の距離検出装置の測距結果は、例えば、結像光学系の焦点検出に用いることができる。本発明の距離検出装置によって、高速かつ高精度に被写体の距離を測定することができ、被写体と結像光学系の焦点位置とのズレ量を知ることができる。結像光学系の焦点位置を制御することで、被写体に対して高速かつ高精度に焦点位置を合わせることができる。本実施形態の距離検出装置を備えてデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像装置を構成でき、距離検出装置の距離検出結果に基づき、光学系の焦点検出を行うことができる。また、本発明の距離検出装置で、撮像素子10上の複数の位置で距離を算出することで、距離マップを生成することができる。
なお、ステレオ画像信号S1、S2を取得する画像取得手段は、上述の実施形態の構成に限定されるものではない。例えば、複数のカメラもしくは単体のカメラで異なる撮影位置から撮影することで、画像信号S1、S2を取得し、これらの画像信号のズレ量を算出し、距離の検出を行っても良い。例えば、2つの結像光学系と2つの撮像素子を有し、それぞれの撮像素子から視点の異なるステレオが像信号を取得する構成を採用可能である。このような構成でも、ステレオ画像信号を取得することができ、前述と同様の手法でズレ量を算出することで計算負荷が小さく、高精度なズレ量の算出が可能となり、高精度な距離検出が可能となる。
ができる。例えば、視差量検出装置では、ズレ量に基づいて、合焦位置近傍の被写体を画像から切り出すなどの処理を施すことができる。なお、視差量とは、2つの信号のズレ量であってもよく、またはそれらに関連した物理量であってもよい。
42 相関演算部
43 ズレ量算出部
Claims (15)
- 複数の画素を含む撮像素子で取得された視点の異なる第1の画像と第2の画像との相対的な位置のズレ量を取得するズレ量取得装置であって、
2つの画像信号を相対的に変位させたときの、各変位量に対する相関量のデータ列を取得する相関演算手段と、
相関量のデータ列から前記第1の画像と前記第2の画像の間の前記ズレ量を取得するズレ量取得手段と、
を備え、
前記相関演算手段は、
前記第1の画像に基づく画像信号であって、所定の画素間隔の複数の画素の画像信号を含む第1の信号と、前記第2の画像に基づく画像信号であって、前記所定の画素間隔の複数の画素の画像信号を含む第2の信号と、の間の前記相関量のデータ列である第1のデータ列を取得し、
前記第1のデータ列の極値を与える変位量が閾値よりも小さいとき、前記第2の画像に基づく画像信号であって、前記所定の画素間隔の複数の画素の画像信号を含み、前記第2の信号とは異なる位置の画素において取得される信号に相当する第3の信号と、前記第1の信号と、の間の前記相関量のデータ列である第2のデータ列を取得し、
前記ズレ量取得手段は、
前記第1のデータ列の極値を与える変位量が前記閾値よりも小さいとき、前記第1のデータ列と前記第2のデータ列に含まれるデータから求められる変位量と相関量の関係を表す近似関数の極値を与える変位量を、前記ズレ量として取得する、
ことを特徴とするズレ量取得装置。 - 前記ズレ量取得手段は、
前記変位量が前記閾値よりも大きいとき、前記第2のデータ列を用いずに前記第1のデータ列から前記ズレ量を取得する、
ことを特徴とする請求項1に記載のズレ量取得装置。 - 前記ズレ量取得手段は、前記第1のデータ列と前記第2のデータ列に含まれるデータのうち、相関量が極値をとるデータと当該極値を与える変位量の近傍のデータとを用いて、前記ズレ量を取得する、
請求項1または2に記載のズレ量取得装置。 - 前記相関演算手段は、前記第1のデータ列の極値を与える変位量とその近傍の変位量のみについて、前記第2のデータ列を取得する、
請求項3に記載のズレ量取得装置。 - 前記第3の信号は、前記第2の信号が取得される画素の位置から、前記所定の画素間隔の0.5倍だけ異なる位置で取得される信号に相当する画像信号である、
請求項1から4のいずれか1項に記載のズレ量取得装置。 - 前記第2の信号から演算によって前記第3の信号を生成する信号生成手段を、さらに備える、
請求項1から5のいずれか1項に記載のズレ量取得装置。 - 前記第2の信号は、前記撮像素子の一部の画素から読み出された画像信号を含み、
前記第3の信号は、前記撮像素子の前記一部の画素とは異なる画素から読み出された画像信号を含む、
請求項1から5のいずれか1項に記載のズレ量取得装置。 - 前記第1のデータ列の極値と該第1のデータ列の該極値の近傍の変位量に対応する相関量との差が閾値より小さいとき、前記相関演算手段は前記第2のデータ列を取得し、前記ズレ量取得手段は前記第1のデータ列と前記第2のデータ列に基づいて前記ズレ量を取得し、
前記第1のデータ列の極値と該第1のデータ列の該極値の近傍の変位量に対応する相関量との差が前記閾値以上のとき、前記ズレ量取得手段は、前記第2のデータ列を用いずに前記第1のデータ列から前記ズレ量を取得する、
請求項1から7のいずれか1項に記載のズレ量取得装置。 - 前記第1のデータ列の極値を該第1のデータ列の該極値の近傍の変位量に対応する相関量で除算した値が閾値より小さいとき、前記相関演算手段は前記第2のデータ列を取得し、前記ズレ量取得手段は前記第1のデータ列と前記第2のデータ列に基づいて前記ズレ量を取得し、
前記第1のデータ列の極値を該第1のデータ列の該極値の近傍の変位量に対応する相関量で除算した値が前記閾値以上のとき、前記ズレ量取得手段は、前記第2のデータ列を用いずに前記第1のデータ列から前記ズレ量を取得する、
請求項1から7のいずれか1項に記載のズレ量取得装置。 - 前記ズレ量から被写体の距離情報を取得する距離取得部をさらに備える、
請求項1から9のいずれか1項に記載のズレ量取得装置。 - 前記第1の画像と前記第2の画像を取得する画像取得手段と、
請求項1から10のいずれか1項に記載のズレ量取得装置と、
を備えることを特徴とする撮像装置。 - 前記画像取得手段は、結像光学系の射出瞳の第1の瞳領域を通過した光束に対応する第1の画像信号と、前記射出瞳の前記第1の瞳領域とは異なる第2の瞳領域を通過した光束に対応する第2の画像信号とを取得する画素で構成された撮像素子を有する、
請求項11に記載の撮像装置。 - 前記画像取得手段は、前記第1の画像信号を取得するための第1の結像光学系と第1の撮像素子を含む第1の撮像手段と、前記第2の画像信号を取得するための第2の結像光学系と第2の撮像素子を含む第2の撮像手段とを有する、
請求項11に記載の撮像装置。 - 複数の画素を含む撮像素子で取得された視点の異なる第1の画像と第2の画像との相対的な位置のズレ量を取得する、ズレ量取得装置によって実行されるズレ量取得方法であって、
前記第1の画像に基づく画像信号であって、所定の画素間隔の複数の画素の画像信号を含む第1の信号と、前記第2の画像に基づく画像信号であって、前記所定の画素間隔の複数の画素の画像信号を含む第2の信号と、の間の相関量のデータ列である第1のデータ列を取得する工程と、
前記第1のデータ列の極値を与える変位量が閾値よりも小さいとき、前記第2の画像に基づく画像信号であって、前記所定の画素間隔の複数の画素の画像信号を含み、前記第2の信号とは異なる位置の画素において取得される信号に相当する第3の信号と、前記第1の信号と、の間の相関量のデータ列である第2のデータ列を取得する工程と、
前記第1のデータ列の極値を与える変位量が前記閾値よりも小さいとき、前記第1のデータ列と前記第2のデータ列に含まれるデータから求められる変位量と相関量の関係を表す近似関数の極値を与える変位量を、前記ズレ量として取得する工程と、
を含むことを特徴とするズレ量取得方法。 - 請求項14に記載の方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
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CN116506719A (zh) * | 2023-06-21 | 2023-07-28 | 深圳华强电子网集团股份有限公司 | 一种基于光电二极管cmos图像传感器的传输管理方法 |
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