JP3084866B2 - レンズ歪み補正方式 - Google Patents

レンズ歪み補正方式

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JP3084866B2
JP3084866B2 JP03341525A JP34152591A JP3084866B2 JP 3084866 B2 JP3084866 B2 JP 3084866B2 JP 03341525 A JP03341525 A JP 03341525A JP 34152591 A JP34152591 A JP 34152591A JP 3084866 B2 JP3084866 B2 JP 3084866B2
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聡 古川
健一 萩尾
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レンズ系により生じる
入力画像の幾何学的な歪みを補正するレンズ歪み補正方
式に関するものであり、例えば、一般住宅や集合住宅に
おいて、来客の顔や姿をテレビカメラで撮影し、住宅内
でモニター確認することのできるテレビインターホンに
利用するのに適するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のテレビインターホンでの撮像範囲
は水平角度で60度、垂直角度で45度程度であり、来
客の身長の高低や動きがあると、住宅内の使用者が見た
い部位が見れないという欠点があった。そこで、テレビ
カメラのレンズを広角にして撮像範囲を拡大することが
考えられるが、その場合、広角レンズによる樽型のレン
ズ歪みが生じて画面が見にくくなるという欠点があっ
た。一般に、レンズ系により生じる入力画像の幾何学的
な歪みは、広角レンズを除けば人間の目に気になるほど
ではなく、主に超広角レンズや魚眼レンズの場合でレン
ズ歪みが問題となる程度であった。この種のレンズ歪み
を補正する手段として、予め補正前後のアドレスを対応
付けたアドレス補正テーブルを用意しておいて、このテ
ーブルに従って、画素のアドレスを変換することにより
歪みを補正することが考えられるが、一般にアドレス変
換テーブルは画面上の全点について歪み補正値を持つ必
要があり、例えば、512×512画素の画面サイズな
らば18ビットのアドレスが必要となり、アドレス補正
テーブルを格納するメモリが大容量となって、コスト上
昇が大きくなる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述のような
点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、広角レンズにより撮像された画像に生じる樽型レン
ズ歪みをアドレス補正テーブルを用いて補正するように
したレンズ歪み補正方式において、アドレス補正テーブ
ルの容量を小さくすることにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】図1に本発明の基本構成
を示す。入力された画像信号は、同期信号分離手段1と
A/D変換手段2に入力される。同期信号分離手段1で
は、画像信号の中から水平/垂直両方の同期信号を抽出
する。他の回路は、この同期信号に同期して動作する。
また、同期信号分離手段1では、同期信号に同期した画
素サンプリングクロックを発生する。このクロックは、
A/D変換手段2において、画素をサンプリングするた
めに用いられる。アドレス生成手段3では、画素サンプ
リングクロックをカウントして水平方向のアドレス(X
アドレス)を生成し、さらに、水平同期信号をカウント
することにより垂直方向のアドレス(Yアドレス)を生
成する。このX,Yアドレスは、アドレス変換手段4に
入力され、そのアドレスに応じた変換後のアドレスx,
yを出力する。変換後のアドレスx,yは、次にアドレ
ス補正テーブル5に入力される。アドレス補正テーブル
5では、変換後のアドレスx,yの各画素に応じて、そ
の画素からX,Y方向にそれぞれ何画素移動させるかと
いうアドレス補正値ΔX,ΔYを出力する。アドレス生
成手段3からのX,Yアドレスと、アドレス補正テーブ
ル5からのアドレス補正値ΔX,ΔYはアドレス補正手
段6において加算されて、補正アドレスX+ΔX,Y+
ΔYとなり、フレームメモリ7のアドレスとして入力さ
れる。なお、アドレス補正テーブル5はレンズに対応し
て予め作成しておく。アドレス補正テーブルは、歪みを
含んだ補正前の画像の座標系を、歪みのない画像の座標
系にするために補正前のアドレスと補正後のアドレスを
対応付けたものである。この補正前後のアドレスの対応
付けは、歪みが滑らかに変化する場合、一般的な多項式
で近似できるので、適当な多項式を求めて算出する。
【0005】一方、画像信号はA/D変換手段2におい
て、画素サンプリングクロックにより、デジタル画像デ
ータに変換される。このデジタル画像データは、デュア
ルポートのフレームメモリ7に入力され、前述の補正ア
ドレスX+ΔX,Y+ΔYにより指定される場所に記憶
される。一般にデュアルポートと呼ばれるフレームメモ
リ手段は、非同期の2つのポートを持ち、1つのポート
はランダムアクセスが可能なポートで、他方のポートは
行単位のシリアルアクセスを行うものである。前述の補
正アドレスX+ΔX,Y+ΔYによる書き込みは、ラン
ダムアクセスポートを利用する。この補正しながらの書
き込みを行いつつ、同時に、非同期のシリアルポートか
らはアドレス生成手段3で作られたX,Yアドレスに従
って、画像の読み出しを行う。この読み出し画像データ
は、D/A変換手段8によりアナログの画像信号に変換
され、同期信号混合手段9により同期信号を混合され
て、モニターテレビに表示される。
【0006】以上の説明では、フレームメモリ7への書
き込み時にアドレスの補正処理を行ったが、逆に書き込
みはシリアルに行い、読み出しをランダムポートよりア
ドレス補正をしながら行っても構わない。このようなシ
リアルポートとランダムポートを備えるデュアルポート
のフレームメモリを用いることにより、ビデオレートで
レンズ歪みを補正することができる。
【0007】
【作用】以下、本発明の作用を図3に基づいて説明す
る。広角レンズによる樽型の歪みは、図3に示すように
画面中心から離れるほど歪みが大きくなる性質を有して
おり、歪みのない正しい位置より画面中心方向に変位し
ている。これを補正するには、逆に画面から追い出す方
向に画素を移動させてやれば、等価的に歪みが補正され
たことになる。もちろん、魚眼レンズのように極端に歪
んだ画像を無理に補正しても補正部分の画質が劣化して
しまうが、歪みがそれほど大きくない場合には、湾曲し
た直線を元に戻すというようなことが可能である。この
場合、画素移動による補正は、当然、水平方向(X方
向)と垂直方向(Y方向)に補正した方がより適切な補
正が可能である。具体的には、アドレス補正テーブルに
は、予め使用するレンズの歪み特性に従ってアドレス補
正データを書き込んでおく。つまり、ある点(X,Y)
の歪み補正後の座標が(X’,Y’)とすると、このア
ドレス補正テーブルに、点(X,Y)を入力したときの
出力アドレスは(X’,Y’)となるわけである。
【0008】ここで、1画面全体のアドレス補正テーブ
ルを持つには、上述のように、非常に大容量のメモリが
必要となり、高価になるので、本発明では、特定のアド
レス変換を行い、テーブルメモリの容量を小さくしてい
る。つまり、レンズの歪み特性は、一般的に画面の中心
を原点とする点対称の特性を持っているので、アドレス
補正処理も点対称的に行えば良い。故に、画面全体のア
ドレス補正テーブルを持たなくても、その1/2あるい
は1/4の領域のアドレス補正テーブルを繰り返し使っ
て画面全体のアドレス補正を行うことができる。ただ
し、このためにはアドレス補正テーブルをアクセスする
方向を変えてやる必要がある。
【0009】今、1画面全体の1/4の容量のアドレス
補正テーブルを用いる場合について検討する。図4に画
面を上下左右にそれぞれ2分割した1/4の容量のアド
レス補正テーブルの例を示す。この例では、図のよう
に、画面の左上部では、矢印のように左から右に水平方
向のアクセスを行い、上から下に垂直方向のアクセスを
行う。また、画面の右上部では、矢印のように右から左
に水平方向のアクセスを行い、上から下に垂直方向のア
クセスを行う。次に、画面の左下部では、矢印のように
左から右に水平方向のアクセスを行い、下から上に垂直
方向のアクセスを行う。さらに、画面の右下部では、矢
印のように右から左に水平方向のアクセスを行い、下か
ら上に垂直方向のアクセスを行う。そして、アドレス補
正テーブルには、入力アドレスX,Yからの相対変位Δ
X,ΔYを記憶させることにより、画面全体のアドレス
補正テーブルを記憶する場合に比べると、テーブルの容
量を1/4に縮小することができる。また、出力アドレ
スX+ΔX,Y+ΔYを絶対値として記憶するのではな
く、相対変位ΔX,ΔYで記憶することによってもアド
レス補正テーブルの容量を縮小できるものである。
【0010】具体的には、アドレス生成手段が作るX,
Yアドレスに対し、次段のアドレス変換手段が上記のア
ドレス変換を行い、x,yアドレスを生成する。画面サ
イズが512×512画素の場合において、例えば、最
初の1水平ラインを考えると、アドレス生成手段が
(1,1)から(512,1)のX,Yアドレスを順に
出力すると、アドレス変換手段は、これを受けて(1,
1)から(256,1)まではそのまま出力し、(25
7,1)からは逆にxアドレスはデクリメントさせて、
(256,1)から(1,1)のアドレスを出力する。
つまり、1≦X≦256のときは、変換後の水平アドレ
スxをx=Xとし、257≦X≦512のときは、変換
後の水平アドレスxをx=513−Xとする。次に、ア
ドレス変換手段のYアドレスの変換については、1≦Y
≦256のときは、変換後の垂直アドレスyをy=Yと
し、257≦Y≦512のときは、変換後の垂直アドレ
スyをy=513−Yとする。この変換後のアドレス
x,yによりアドレス補正テーブルをアクセスし、アド
レス補正テーブルでは、入力アドレスに対し相対的に
X,Yをそれぞれ何画素移動させるかの変位データΔ
X,ΔYを出力し、アドレス補正手段にて元のアドレス
X,Yと変位データΔX,ΔYを加算して補正アドレス
X+ΔX,Y+ΔYを得て、フレームメモリ内のそのア
ドレスに画像データを書き込むわけである。
【0011】ただし、アドレス補正手段において、元の
アドレスX,Yに変位データΔX,ΔYを加算する際
に、画面左上部では、変位データΔX,ΔYにそれぞれ
−の符号を付け、つまり減算とし、画面右下部では、変
位データΔX,ΔYにそれぞれ+の符号を付けて加算す
る必要がある。同様に、画面右上部では、変位データΔ
Xには+の符号を付け、変位データΔYには−の符号を
付けて加算する必要があり、画面左下部では、変位デー
タΔXには−の符号を付け、変位データΔYには+の符
号を付けて加算する必要がある。このように変位データ
ΔX,ΔYの符号を切り替える必要があるのは、レンズ
の歪み特性が常に正しい位置よりも画面中心に向かって
変位しているので、歪みの補正はその逆方向に、つま
り、画面の外側に向けて変位させる必要があるからであ
る。したがって、アドレス補正手段では、現在のアドレ
スが4分割された領域のうち、どの領域内にあるかとい
うフラグを持ち、それに従って、元のアドレスX,Yに
加算される変位データΔX,ΔYの各符号を切り替える
必要がある。
【0012】以上のように、1画面全体の1/4の容量
のアドレス補正テーブルを4回使用して1画面全体の補
正を行うことができるものであり、これにより、アドレ
ス補正テーブルの容量を1/4に削減することができ
る。
【0013】なお、本発明のレンズ歪み補正方式は、画
面を上下又は左右に1/2に分割した1/2の容量のア
ドレス補正テーブルを用いた場合にも同様の効果が得ら
れることは明らかである。
【0014】
【実施例】図2に本発明の一実施例を示す。本実施例で
は、例えば、一般住宅や集合住宅において、来客の顔や
姿をテレビカメラで撮影し、住宅内でモニター確認する
ことのできるテレビインターホンの親器に、図1に示す
構成のレンズ歪み補正手段を利用したものである。この
テレビインターホンは、広角レンズを装着したテレビカ
メラ10及び来客の音声を集音するマイクロホン11を
有する子器12と、子器12からの画像信号と音声信号
を伝送する信号伝送系13と、子器12からの画像を表
示するモニターテレビ14及び子器12からの音声を出
力するスピーカ15を有する親器16からなり、広角レ
ンズを用いていることにより、子器12から送られて来
る画像信号は、図3に示すように、樽型のレンズ歪みを
含んでいるが、これを図1に示す構成のレンズ歪み補正
手段17を用いて補正することにより、歪みの少ない良
質の画像をモニターすることができる。例えば、来客の
顔等、テレビカメラから50センチ程度離れた物体の形
状を補正して見やすくすることができる。
【0015】
【発明の効果】本発明によれば、レンズ系により得られ
た画像に含まれるレンズ歪みを補正し、画像の視認性を
向上させることができるという効果があり、また、レン
ズ歪み補正のためのアドレス補正テーブルの容量を1/
2あるいは1/4に削減することができ、コストを低減
できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。
【図3】広角レンズによるレンズ歪みの様子を示す説明
図である。
【図4】本発明に用いるアドレス補正テーブルのアクセ
ス方向を示す説明図である。
【符号の説明】
1 同期信号分離手段 2 A/D変換手段 3 アドレス生成手段 4 アドレス変換手段 5 アドレス補正テーブル 6 アドレス補正手段 7 フレームメモリ 8 D/A変換手段 9 同期信号混合手段
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−30512(JP,A) 特開 平4−61570(JP,A) 特開 昭62−81180(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 5/232 H04N 7/18

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光軸を中心として点対称な歪みを有す
    るレンズ系を用いたテレビカメラの画像信号から同期信
    号を分離する同期信号分離手段と、前記画像信号をデジ
    タル化するA/D変換手段と、同期信号から画面アドレ
    スを生成するアドレス生成手段と、画面中心を通って水
    平方向と垂直方向の少なくとも一方向について分割され
    た領域内のみについて歪み補正前の画面アドレスと歪み
    補正後の画面アドレスとを対応付けるアドレス補正テー
    ブルと、アドレス生成手段により生成された画面アドレ
    スをアドレス補正テーブルの領域内のアドレスに変換す
    るアドレス変換手段と、アドレス補正テーブルの出力に
    基づいて歪み補正前の画面アドレスにおける画像信号の
    デジタル値を歪み補正後の画面アドレスに書き込まれる
    フレームメモリと、フレームメモリから読み出されたデ
    ジタル値をD/A変換するD/A変換手段と、D/A変
    換手段の出力に同期信号を混合する同期信号混合手段と
    から構成されることを特徴とするレンズ歪み補正方式。
  2. 【請求項2】 前記アドレス補正テーブルは、歪み補
    正前の画面アドレスと歪み補正後の画面アドレスの差を
    相対変位として記憶しており、歪み補正前の画面アドレ
    スが、分割された複数の領域のうち、どの領域に属する
    かに応じて符号の異なる相対変位を歪み補正前の画面ア
    ドレスに加算するアドレス補正手段を更に備えることを
    特徴とする請求項1記載のレンズ歪み補正方式。
  3. 【請求項3】 広角レンズを装着したテレビカメラ及
    び来客の音声を集音するマイクロホンを有する子器と、
    子器からの画像信号と音声信号を伝送する信号伝送系
    と、子器からの画像を表示するモニターテレビ及び子器
    からの音声を出力するスピーカを有する親器からなるテ
    レビインターホンにおいて、レンズ歪み補正手段を親器
    に備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載のレン
    ズ歪み補正方式。
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