JP4265037B2 - 3D imaging device and stereo camera recording / playback system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元撮像装置、特に同じ被写体に対して視差を持たせた複数の画像を撮像して三次元画像(立体画像)を得たり、あるいは被写体との距離測定(測距)をすることができる三次元撮像装置と、それを用いたステレオカメラ記録再生システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
三次元画像を撮像するには、同じ被写体に対して互いに離間した異なる複数の場所から視た複数の画像、即ち、視差を持たせた画像を撮像する必要がある。そのため、従来においては、一般に一つの三次元撮像装置に二つのカメラを設け、異なる二つの場所から捉えた二つの被写体像を各別のカメラにより撮像するようにしたものであった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、二つのカメラを用いて三次元画像を撮像するようにした三次元撮像装置は、二つのカメラを用いるが故に、全体が大きくなってしまい、小型化の要請には応えることが難しいという問題があった。
【0004】
また、複数のカメラユニットにより三次元撮像装置を構成するには、二つのカメラ間の光軸合わせが必要であるが、別々のカメラ間の光軸合わせは相当に難しいという問題もあった。
【0005】
また、カメラを複数設けた場合、画像信号の処理にあたり、外部からそのカメラ間の同期を取るようにすることが必要であり、それには当然に同期を取るための回路が必要であり、三次元撮像装置の高価格化の要因になる。
【0006】
本発明はこのような問題点を解決すべく為されたものであり、単一の撮像手段を用いて比較的簡単な構成で且つ小型でありながら充分な視差のある複数の画像を得ることのでき、且つ装置の光学的特性、性能の大きなウェイトを占める結像用のレンズが装置表面に露出してゴミ等に汚されるおそれのない三次元撮像装置を提供すること一つの目的とし、そのような三次元撮像装置を用いた比較的簡単な構成のステレオカメラ記録再生システムを提供しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の三次元撮像装置は、一つの撮像素子と、撮像素子の撮像領域の互いに異なる複数の部分に対応して反射面が斜め外側を向くように設けられた複数の撮像素子側反射手段と、複数の撮像素子側反射手段に対応してその外側に反射面が斜め前方を向くように配置され、互いに被写体からの光をその対応する撮像素子側反射手段へ反射する複数の被写体側反射手段と、複数の被写体側反射手段により反射され更に上記撮像素子側反射手段により反射されて被写体から上記撮像素子の撮像領域の互いに異なる複数の部分に至る各光路の少なくとも上記被写体側反射手段よりも撮像素子側に設けられ同じ被写体に対して視差のある複数の被写体像を結像する複数の又は複数組のレンズと、各光路のレンズが一個の場合にはそのレンズよりも、一組の場合には少なくとも一個のレンズよりも被写体側に設けられた複数の絞りと、撮像素子から光路に沿って数えて1回目の反射をする撮像素子側反射手段の前方であって、前記撮像素子側とは反対側の被写体側のみに配置された、被写体像となる光線の外側の周辺光束が撮像領域に入射するのを防止する光線制限手段と、からなることを特徴とする。
【0008】
従って、本発明の三次元撮像装置によれば、同じ被写体を結像光学系により、複数回の反射、集光により互いに離間した異なる複数の視点から捉えた複数の像として上記撮像素子の異なる複数の領域に各別に結像するので、三次元撮像装置に必要な撮像素子の数が一つで済む。そして、撮像素子が一つで視差の異なる複数の撮像画像が得られるので、三次元画像を撮像する等のために複数のカメラ間の同期を取ると言うことが必要でなく、従って、同期を取る特別な回路を設ける必要がない。また、同じ撮像素子に対して各光学系毎に光軸合わせをすれば必要な光軸合わせが済むので、複数のカメラ間で光軸合わせをする場合に比較して光軸合わせが容易になる。しかも、レンズが三次元撮像装置の表面側ではなく、光路の必ず最も被写体側の反射手段よりも撮像素子側に位置されており、露出しないようにすることができるので、光学的特性、性能を大きく左右するレンズが表面に露出してゴミ等により汚れるという従来存在したおそれをなくすことができる。
【0009】
また、本発明の三次元撮像装置によれば、一つの被写体が、被写体側反射手段、撮像素子側反射手段、レンズ、絞り及び一つの撮像素子の撮像領域の異なる部分からなる複数の光学系により互いに異なる視差を以て撮像されるので、三次元撮像装置に必要な撮像素子の数が一つで済む。そして、撮像素子が一つで視差の異なる複数の撮像画像が得られるので、三次元画像を撮像する等のために複数のカメラ間の同期を取ると言うことが必要でなく、従って、同期を取る特別な回路を設ける必要がない。また、同じ撮像素子に対して各光学系毎に光軸合わせをすれば必要な光軸合わせが済むので、複数のカメラ間で光軸合わ
せをする場合に比較して光軸合わせが容易になる。さらに、撮像素子から光路に沿って数えて1回目の反射をする反射手段の後方に、一つの被写体像となる光が上記撮像素子の他の被写体像を撮像する領域に入射するのを防止し、各被写体像の結像領域を規定する光線制限手段を設けるので、その光線制限板の位置を三次元撮像装置の外側ではなく中心軸側寄りにしつつ被写体より外側からの周辺光束の入射を光線制限板によりカットすることができ、三次元撮像装置の大型化を伴うことなく効果的な周辺光束によるノイズを防止することができる。
【0010】
そして、複数の互いに視差のある画像を得るところの複数の被写体側反射手段を複数の撮像素子側反射手段の外側に設けたので、三次元撮像装置の大きさの割に被写体側反射手段間の距離を大きくして視差を比較的大きくできる。従って、より立体的な三次元画像を高い精度で得ることができる。
【0011】
また、各光路におけるレンズ数が1個の場合には、絞りにより絞りをかけた光束を結像レンズにより撮像素子の撮像領域の各部分に結像させるし、各光路におけるレンズが複数一組のレンズからなる場合は、少なくともそのうちの一個のレンズを絞りよりも撮像素子側に位置させ、絞りをかけた光束をそのレンズに通すので、徒らに大きなレンズを用いなくて済むという効果を全レンズないしは少なくとも一部のレンズについて享受することができる。従って、小型で、低価格でありながら優れた光学的特性を有する三次元撮像装置を得ることができる。そして、レンズが三次元装置の表面側ではなく、光路の必ず被写体側反射手段よりも撮像素子側に位置されており、露出しないようにすることができるので、光学的特性、性能を大きく左右するレンズが表面に露出してゴミ等により汚れるという従来存在したおそれをなくすことができる。
【0012】
本発明のステレオカメラ記録再生システムは、一つの撮像素子の該複数の撮像領域に複数の光学系によりそれぞれ被写体の像を結像する三次元撮像装置と、上記複数の撮像領域で結像された画像を単一の画像信号として出力するように上記三次元撮像装置を駆動する単一のタイミングゼネレータ及び単一のドライバと、上記単一の画像信号をカメラ信号処理する単一のカメラ信号処理部と、該カメラ信号処理部から出力された上記画像信号を単一の記録メディアに記録する単一の信号記録部と、該記録メディアに記録された上記画像信号を再生する単一の信号再生部と、該信号再生部から出力された上記画像信号を上記複数の撮像領域に対応した信号に分離する画像分離回路と、該画像分離回路から出力された上記複数の撮像領域に対応した信号を各別に表示する表示装置と、を有するステレオカメラ記録再生システムであって、上記三次元撮像装置は、一つの撮像素子と、撮像素子の撮像領域の互いに異なる複数の部分に対応して反射面が斜め外側を向くように設けられた複数の撮像素子側反射手段と、複数の撮像素子側反射手段に対応してその外側に反射面が斜め前方を向くように配置され、互いに被写体からの光をその対応する撮像素子側反射手段へ反射する複数の被写体側反射手段と、複数の被写体側反射手段により反射され更に上記撮像素子側反射手段により反射されて被写体から上記撮像素子の撮像領域の互いに異なる複数の部分に至る各光路の少なくとも上記被写体側反射手段よりも撮像素子側に設けられ同じ被写体に対して視差のある複数の被写体像を結像する複数の又は複数組のレンズと、各光路のレンズが一個の場合にはそのレンズよりも、一組の場合には少なくとも一個のレンズよりも被写体側に設けられた複数の絞りと、撮像素子から光路に沿って数えて1回目の反射をする撮像素子側反射手段の前方であって、前記撮像素子側とは反対側の被写体側のみに配置された、被写体像となる光線の外側の周辺光束が撮像領域に入射するのを防止する光線制限手段と、からなることを特徴とする。
【0013】
従って、本発明のステレオカメラ記録再生システムによれば、三次元撮像装置から出力されたところの一つの被写体に対する異なる視点で捉えた複数の被写体像の信号を一つの画像信号として扱ってカメラ信号処理、信号記録、信号再生を行うことができるので、カメラ信号処理部、信号記録部及び信号再生部並びに記録メディアをそれぞれ1個ずつ設ければ良く、これらを複数の撮像領域に結像された被写体像数ずつ設ける必要がない。従って、記録再生システムの構成を比較的簡単にできる。そして、一つの画像信号として扱った被写体像の信号は画像分離回路により各被写体像毎に分離して表示するので、被写体の三次元再生表示、即ち立体像として再生表示や測距(被写体との距離の測定)ができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の三次元撮像装置は、基本的には、一つの撮像素子と、被写体からの光に対しての1回乃至複数回の反射と、集光とにより互いに離間した異なる視点から捉えた上記被写体の像を上記撮像素子の異なる各別の領域に結像する複数の結像光学系と、を有する。視差(視点間の距離)は例えば1cm以上程度が好適である。
【0015】
本発明の三次元撮像装置の最も典型的な実施の形態は、一つの撮像素子と、該撮像素子の撮像領域の互いに異なる複数の部分に対応して反射面が斜め外側を向くように設けられた複数の撮像素子側反射手段と、該複数の撮像素子側反射手段に対応してその外側に反射面が斜め前方を向くように配置され、互いに被写体からの光をその対応する撮像素子側反射手段へ反射する複数の被写体側反射手段と、該複数の被写体側反射手段により反射され更に上記撮像素子側反射手段により反射されて被写体から上記撮像素子の撮像領域の互いに異なる複数の部分に至る各光路の少なくとも上記被写体側反射手段よりも撮像素子側に設けられ同じ被写体に対して視差のある複数の被写体像を結像する複数の又は複数組のレンズと、上記各光路のレンズが一個の場合にはそのレンズよりも、一組の場合には少なくとも一個のレンズよりも被写体側に設けられた複数の絞りと、を設けるからなるものであり、上記撮像素子はCCD固体撮像素子であっても、MOS型固体撮像素子であっても増幅型固体撮像素子であっても良く、その種類の如何は問わない。
【0016】
そして、三次元撮像装置には、撮像素子から光路に沿って数えて1回目の反射をする撮像素子側反射手段の前方に、一つの被写体像となる光が上記撮像素子の他の被写体像を撮像する領域に入射するのを防止する光線制限手段を設けると良い。というのは、撮像素子の被写体像を結像する各撮像領域内に周辺光束が漏れ込むのを効果的に防止することができるからである。
【0017】
即ち、同じ被写体を互いに離間した視点から捉え、その視点間の距離、即ち視差を必要なだけ確保しつつ小さな撮像素子の異なる領域に複数の被写体像を結像するには、被写体側からの光を何回か反射する必要がある。一方、三次元撮像装置には、被写体像を結像する各撮像領域内に周辺光束が漏れ込むおそれがあり、その漏れ込みを防止することが必要になる場合がある。そこで、その漏れ込みを防止するために光線制限手段を設けることとするのが良い。そして、それを設けるには撮像素子から数えて1回目の反射を行う反射手段の後が良い。というのは、撮像素子の各撮像領域間に入射する光というのは、その反射手段の前では三次元撮像装置における外側ではなく中心寄りを通ることになり、被写体像の結像領域を規定し複数の撮像領域間におけるクロストークを防止する光線制限手段は三次元撮像装置の中心寄りに設けることができる。従って、三次元撮像装置の徒な大型化を伴うことなく光線制限手段を設けて複数の撮像領域間に入射する光によるクロストーク、即ち一つの撮像領域に入射すべき光が別の撮像領域へ漏れ込むという現象を有効に防止することができるからである。
【0018】
上記撮像素子側反射手段、被写体側反射手段は例えばミラーで構成しても良いし、プリズムを用いても良い等、光を反射する機能を有すれば良い。そして、被写体側反射手段及び撮像素子側反射手段を、被写体からの光を90度の角度で2回反射することにより被写体を固体撮像素子の撮像領域の二つの部分に照射するようにしても良いが、三次元撮像装置の二つの光学系を奥行き方向における寸法を小さくするために90度よりも大きい角度(例えば120度)で2回反射するようにして被写体からの光を固体撮像素子迄導くようにしても良い。
【0019】
そして、各光路に設けられる結像用のレンズは、それぞれ一枚玉レンズであっても良いし、二枚以上の玉レンズであっても良いことは言うまでもない。特に高い光学的特性を得る場合には二枚以上の玉レンズが使用されるが、そこまで光学的特性を高くする必要がない場合には一枚玉レンズでも良いのである。いずれの場合においても、本発明においては、各光路において、レンズは必ず被写体側反射手段よりも撮像素子側に位置される。というのは、光学的特性、性能に最も大きなウェイトを占めるレンズを被写体側反射手段よりも被写体側に置くと、そのレンズが三次元撮像装置の表面に露出し、ゴミが付着し易くなるおそれがあるからである。
【0020】
そして、レンズが一枚玉レンズの場合(要するに各光路のレンズ数が一個の場合)には、そのレンズは必ず絞りよりも撮像素子側に配置する必要があり、また、複数玉レンズの場合(要するに各光路のレンズが複数一組のレンズからなる場合)には、少なくとも一部のレンズは絞りよりも撮像素子側に配置する必要がある。というのは、絞りにより絞られた光束をレンズにより集光して結像するようにすることにより全部又は少なくとも一部のレンズを小さくて済むようにすることができるという効果を享受することができるからである。
【0021】
尚、レンズは球面レンズであっても非球面レンズであっても良い。そして、結像レンズと撮像素子との間等、各光路のいずれかの部分に赤外線カットフィルタを設けるようにしても良い。また、各光路のいずれかの部分に光学的ローパスフィルタを設けて偽信号の抑圧をするようにしても良い。
【0022】
更に、少なくとも固体撮像素子と撮像素子側反射手段との間において各光路間を遮断する光遮断手段を設けるようにしても良い。このようにすると、複数の互いに視差のある画像を得るための各光学系間において光学的クロストークが発生するおそれをなくすことができるからである。
【0023】
三次元撮像装置は、撮像素子からの画像信号を、視点の異なる被写体像を撮像する各撮像領域において撮像された各被写体像の画像信号に分割して信号処理する信号処理手段を有する。このようにすれば、各被写体像を独立して検出した上で、この独立した複数の被写体像に基づいて三角測量法の原理により測距や、三次元画像の生成ができるからである。
【0024】
また、上述した三次元撮像装置を用いたステレオカメラ記録再生システムは、斯かる三次元撮像装置の他に、該装置を構成する一つの撮像素子を複数の撮像領域にて各別の被写体像を撮像するにも拘わらず一つの画像信号を撮像したものとして駆動するタイミングゼネレータ及びドライバと、その撮像素子の出力である画像信号をカメラ信号処理するカメラ信号処理部と、該カメラ信号処理部からの画像信号を記録メディアに記憶する信号記録部と、該記録メディアに記憶された画像信号を再生する信号再生部と、該信号再生部から出力された上記画像信号を上記複数の被写体像の画像信号に分離する画像分離回路と、該画像分離回路からの複数の被写体像の画像信号を各別に表示する複数の表示装置を有する。画像分離回路は、例えば、各水平周期を複数に分割し、その分割期間だけ画像信号を抽出する抽出部を複数個設けて各抽出部の出力を各抽出部に対応して設けた表示部に表示させるような回路で構成できる。
【0025】
【参考例】
以下に参考例を説明する。図1は本発明三次元撮像装置の参考例の概略構成図である。図面において、1は固体撮像素子、1aは該固体撮像素子1の撮像領域の一半部、1bは同じく撮像領域の他半部である。2は赤外線カットフィルタで、上記固体撮像素子1の撮像領域の前方に平行に配設されている。3a、3bは赤外線カットフィルタ2越しに固体撮像素子1の各半部1a、1bに対応して設けられた結像レンズ、4a、4bは該結像レンズ3a、3bに対応してその前方に配設された絞り、5a、5bは該絞り4a、4bの前方に上記固体撮像素子1の撮像領域の各半部1a、1bに対応して斜め外側を向くように設けられた撮像素子側ミラー、6a、6bは該撮像素子側ミラー5a、5bの外側にそれ等と対応して斜め内側を向くように設けられた被写体側ミラーである。7は撮像素子側ミラー5a、5bと固体撮像素子1との間において撮像素子側ミラー5a、絞り4a、レンズ3a、固体撮像素子1の半部1aによる結像光学系と、撮像素子側ミラー5b、絞り4b、レンズ3b、固体撮像素子1の半部1bによる結像光学系との間に設けられてその間を遮断する光遮断手段であり、これにより二つの結像光学系間における光学的クロストークを防止することができる。
【0026】
一対の被写体側ミラー6a、6bは同じ被写体からの光を異なる位置(その視点間の距離、即ち視差は例えば1cm〜15cm程度が好適である。)にて一対の撮像素子側ミラー5a、5bへ反射する。該一対の撮像素子側ミラー5a、5bは一対の被写体側ミラー6a、6bにより反射されたところの被写体からの光を上記固体撮像素子1の撮像領域の各半部1a、1bに向けて反射する。そして、一対の撮像素子側ミラー5a、5bにより反射されたところの被写体からの一対の光は絞り4a、4bにより絞られ、結像レンズ3a、3bにより固体撮像素子1の撮像領域の異なる半部1a、1bに結像される。その際、赤外線カットフィルタ2を通ることによって赤外線がカットされる。
【0027】
図2(A)、(B)は三次元画像の撮像原理の説明図であり、(A)は同じ被写体を被写体側ミラー6a、6bの存在する二つの視点にて捉え、各視点で捉えた被写体を撮像素子側ミラー5a、5b、絞り4a、4b、レンズ3a、3bにより固体撮像素子1の撮像領域の異なる半部1a、1bに結像することを模式的に示す。また、(B)は同じ被写体を異なる視点で捉えて得た二つの撮像画像を模式的に示す。この図2(B)に示す左右の撮像画像を見ると、一番奥の円柱に対してその手前にある稍小さな円柱及び更にその手前にある鉛筆の位置がずれていることが解る。これは同じ被写体に対する撮像画像に視差があることに起因している。従って、この同じ被写体に対する視差のある二つの画像から被写体の立体像を把握することが可能である。
【0028】
即ち、上述した二つの撮像画像を示すデータを、適宜データ処理し、画像合成することにより被写体を三次元的に認識することができ、その認識結果に基づいて三次元像の形で画像再生することができる。勿論、三次元撮像装置から被写体までの距離を測定することもできる。これらは、謂わば三角測量原理により被写体の各部分の座標を得ることができるから為し得るのである。
【0029】
図3(A)、(B)は三次元撮像装置及びその出力を処理する回路の一つの構成例を示すもので、(A)は概略構成図、(B)はそのブロック図である。固体撮像素子1からは同じ被写体の異なる視点で捉えた二つの撮像画像が得られ、その画像を示す映像信号は情報処理装置8により処理され、所望の三次元画像データに変換され、外部に出力される。この出力されたデータは図示しない立体表示可能な表示装置に入力され、該表示装置により三次元画像として再生される。
【0030】
尚、左右の画像を分離せずに直接三次元情報を信号処理して被写体の位置情報を示すものとして出力することとし、それを画像認識データ、被写体からの距離を示すデータとして用いるようにしても良い。
【0031】
参考例の三次元撮像装置によれば、一つの被写体が、被写体側ミラー6a、6b、撮像素子側ミラー5a、5b、レンズ3a、3b及び絞り4a、4b及び一つの固体撮像素子1の撮像領域の異なる部分1a、1bからなる一対の結像光学系により互いに異なる視差を以て撮像されるので、三次元撮像装置に必要な固体撮像素子1の数が一つで済む。そして、一つの固体撮像素子1で視差の異なる二つの撮像画像が得られるので、二つのカメラ間の同期を取ると言うことが必要でなく、従って同期を取る特別な回路は必要でなくなる。
【0032】
また、同じ撮像素子に対して各光学系毎に光軸合わせをすれば必要な光軸合わせが済むので、従来におけるような二つのカメラ間で光軸合わせをする場合に比較して光軸合わせが容易になる。
【0033】
そして、二つの互いに視差のある画像を得るための一対の離間した視点となる被写体側ミラー6a、6bを一対の撮像素子側ミラー5a、5bの外側に設けたので、三次元撮像装置の大きさの割に被写体側ミラー6a、6b間の距離を大きくすることができ、延いては視差を比較的大きくできる。従って、より立体的な三次元画像を比較的高い精度で得ることができる。
【0034】
尚、上記参考例で6、被写体側ミラー6a、6b及び撮像素子側ミラー5a、5bを、被写体からの光を90度の角度で2回反射することにより被写体を固体撮像素子1の撮像領域の二つの部分1a、1bに照射するようにしていたが、三次元撮像装置の二つの光学系の奥行き方向における寸法を小さくするために、90度よりも大きい角度(例えば120度)で2回反射するようにして被写体からの光を固体撮像素子迄導くようにしても良い。
【0035】
【実施例】
図4は本発明三次元撮像装置の実施例の概略構成図である。本実施例は図1に示した参考例と共通する部分を有し、共通する部分については既に説明済みであるのでその詳細な説明を省略し、それ以外の部分についてのみ詳細に説明することとし、また、図4の図1と共通する部分には共通の符号を付すこととした。
【0036】
図面において、15a、15bは該絞り4a、4bの前方に上記固体撮像素子1の撮像領域の各半部1a、1bに対応して斜め外側を向くように設けられた撮像素子側反射手段を成す反射プリズムであり、図1に示す参考例における撮像素子側ミラー5a、5bと全く同じ役割を果たす。
【0037】
16a、16bは赤外線カットフィルタで、本実施例では各撮像素子側反射手段を成す反射プリズム15a、15bの前側(光入射側)に配置されている。17は固体撮像素子1の前側に設けられた固体撮像素子用カバーガラスである。
【0038】
18a、18bは光線制限板で、固体撮像素子1の各別の撮像領域1a、1bに入るべき光以外の光が漏れて入射するのを防止する役割を果たす。即ち、各撮像領域1a、1bにそれと対応する結像光学系以外からの光が漏れて入射すると、その光はノイズ成分となり、画質低下の原因となる。そこで、その周辺光束の漏れを防止するのが光線制限板18a、18bなのである。
【0039】
図5はその光線制限板18による入射光の制限の原理についての説明図である。被写体からの光は結像光学系を通って撮像素子1の各撮像領域に結像するも結像に寄与する光線の周辺の光線は隣接撮像領域(隣接撮像エリア)のノイズ成分となるおそれがあるわけであるが、図5において被写体枠の最も外の部分からの光をA、B、Cとし、そのうちAが撮像素子1に入射する角度が大きい。従って、その光線Aよりも外側の光はカットする必要があることになる。それには、光線制限板18を撮像素子1から数えて1回目の反射手段、この場合、反射プリズム15よりも前側にて光線Aよりも内側の光をカットする位置に配置すればよい。というのは、この位置では、光線制限板18を三次元撮像装置の中心軸よりのところに配置して周辺光束の漏れ入射を効果的に防止することができる。即ち、光線Aが光線B、Cよりも外側にきており、これにより光線B、Cを遮蔽することなく光線A、B、Cで造られる光線束を総て結像に寄与させることができるからである。
【0040】
因みに、もし光線制限板18を撮像素子1から数えて偶数回(2n回)目の反射手段の前に位置させた場合には、光線制限板18を三次元撮像装置の外側に設けなければ周辺光束のカットができず、三次元撮像装置の小型化を阻むことになり、光線の遮光性も効果的でなく、好ましくない。
【0041】
図6(A)乃至(D)は本発明三次元撮像装置の更に他の各別の参考例であり、この各参考例は図1、図4に示した実施例と相違点を有するも、多くの点で共通し、その共通点については既に説明済みなので、詳細な説明を省略し、相違点についてのみ詳細に説明する。
【0042】
図6(A)乃至(D)に示す4つの参考例は、共に、反射手段としてミラーに代えてプリズムを使用している点で、図1に示す参考例と異なっている。10a、10bは被写体側反射手段を成すプリズム、11a、11bは撮像素子側反射手段を成すプリズムである。プリズムを反射手段として用いると、入射面或いは出射面を撮像素子1の表面或いは垂直面に対して平行乃至垂直に位置合わせすることにより自ずと、反射面を被写体及び撮像素子1の撮像面に対して45度の角度に位置合わせすることができ、位置合わせがし易いという利点がある。
【0043】
図6(A)、(B)に示すものは、共に、各光路に配置するレンズの数が一個で、絞り3a、3bの直ぐ後側(つまり直ぐ撮像素子1側)にそのレンズ4a、4bが配置されている。そして、その絞り3a、3bとレンズ4a、4bは、図6(A)に示す参考例の場合は被写体側反射手段を成すプリズム10a、10bと、撮像素子側反射手段を成すプリズム11a、11bとの間に、図6(B)に示す参考例の場合は撮像素子側反射手段を成すプリズム11a、11bと、撮像素子1との間に設けられている。
【0044】
図6(C)、(D)に示すものは、各光路毎に複数枚のレンズ4a、4b、14a、14bを設けたもので、図6(C)に示すものは、その絞り3a、3bとその直ぐ後ろ側のレンズ14a、14bを被写体側反射手段を成すプリズム10a、10bと、撮像素子側反射手段を成すプリズム11a、11bとの間に配置し、もう一つのレンズ4a、4bを、撮像素子側反射手段を成すプリズム11a、11bと、撮像素子1との間に配置している。この場合、各光路の二つのレンズ14a、14b、4a、4bは、共に絞り3a、3bよりも光路上における撮像素子1側に位置しているので、絞り3a、3bにより狭められた光束を集光して結像するので、小型のものを用いることができる。
【0045】
図6(D)に示すものは、図6(C)の三次元撮像装置における絞り3a、3bとレンズ14a、14bとの位置関係を逆にしたものであり、レンズ14a、14bは絞り3a、3bによる絞りがかからない段階で集光しているが、しかし、レンズ4a、4bについては絞りのかかった光束に対して集光しているので、小型のものを用いることができるという効果を享受することができる。
【0046】
尚、図6(A)乃至(D)に示す各参考例においては赤外線カットフィルタが設けられていないが、設けるようにしても良いことは言うまでもない。そして、図1に示す光遮断板7に代えて図4に示す実施例の光線制限板18を設けるようにしても良いし、両方とも設けるようにしても良いことはいうまでもない。また、上述した参考例において図4に示す実施例を除き、光学的ローパスフィルタが設けられていないが、設けるようにしても良いことは言うまでも無い。設ける場合には、各光学系における光路のどの部分に設けても良い。このように、本発明三次元撮像装置は種々の態様で実施することができる。
【0047】
【実施例】
図7は上述した本発明三次元撮像装置を用いたステレオカメラ記録再生システムの一つの例(本発明ステレオカメラ記録再生システムの第1の実施例)の構成を示すブロック図である。図7において、21は例えば図4に示すようなステレオ光学系(他の態様のステレオ光学系でも良い。)、1はそのステレオ光学系21により被写体像が結像される撮像素子、1a及び1bは撮像素子1の一つの被写体を異なる視点から捉えた異なる被写体像が結像される撮像領域、22は該撮像素子1を一つの画像信号を出力するように駆動するためのタイミングゼネレータ、23は該タイミングゼネレータ22の出力を受け撮像素子1を駆動するドライバである。
【0048】
24は撮像素子1からの画像信号を一つの被写体を示す画像信号としてカメラ信号処理するカメラ信号処理部、25はそのCDS回路(相関二重サンプリング回路)で、画像信号から雑音成分を除去する。26はAGC回路(オートゲインコントロール回路)、27は該AGC回路26の出力をディジタル信号に変換して必要な処理をする処理回路で、A/D変換回路28と、それによりディジタル信号に変換された信号を処理するマイクロコンピュータ29により構成される。30は該処理回路27からの信号を増幅等して画像信号を出力する画像信号出力回路、31は該画像信号出力回路30から出力された画像信号を記録する画像信号記録回路(ビデオレコーダ)、32は該画像信号記録回路31により画像信号の記録がされる記録メディアで、例えばビデオテープ或いはディジタルビデオディスク等からなる。33はビデオ再生機で、上記記録メディア32に記憶された画像信号を再生する。
【0049】
34は画像分離回路で、ビデオ再生機33からの画像信号を受けて、上記撮像素子1の二つの撮像領域1a、1bに対応する各画像信号を互いに分離し、二つの表示装置35a、35bに振り分けて出力する。表示装置35aは上記撮像領域1aに結像された被写体像の画像信号を表示し、35bは上記撮像領域1bに結像された被写体像の画像信号を表示する。従って、二つの表示装置35a、35bに一つの被写体を異なる視点から捉えた各別の被写体像が表示され、立体表示が可能となり、被写体とステレオカメラ記録再生システムとの距離の測定(測距)も可能となる。
【0050】
本ステレオカメラ記録再生システムは、撮像素子1がその各別の撮像領域1a、1bに同じ被写体に対して異なる視点から捉えた異なる被写体像が結像されるが、その撮像素子1の撮像により得た画像信号を恰も一つの被写体像の信号のように処理し、その後、画像分離回路34の前までは、総て画像信号は一つの被写体像を示す単一画像信号として処理する。そして、該画像分離回路34で初めて単一画像信号として扱われていた画像信号を二つの被写体像を示す二つの画像信号に分離し、表示装置35a、35bに振り分け、各別に表示させる。
【0051】
尚、画像分離回路34は、例えば、画像信号の各水平周期における前半のみ抽出する抽出部と、同じく後半のみ抽出する抽出部を設け、各抽出部の出力を互いに異なる表示装置35a、35bに送出するようにすることにより構成できる。この場合は、撮像素子1は、水平方向に2分割して2個の撮像領域1a、1bが設定されることになる。
【0052】
また、撮像素子1を垂直方向に2分割して2個の撮像領域1a、1bを設定し、画像分離回路34を、各垂直周期における前半のみ抽出する抽出部と、同じく後半のみ抽出する抽出部を設け、各抽出部の出力を互いに異なる表示装置35a、35bに送出するようにすることにより構成するようにすることもできる。
【0053】
本ステレオカメラ記録再生システムによれば、タイミングゼネレータ22、ドライバ23、CDS回路25、AGC回路26、A/D変換回路28、マイクロコンピュータ29、画像信号出力回路30、ビデオレコーダ31、記録メディア32及びビデオ再生機33は一つずつ設ければ良く、複数個ずつ設けることは必要ではない。従って、ステレオカメラ記録再生システムを簡単な構成にできる。
【0054】
【発明の効果】
本発明の三次元撮像装置によれば、同じ被写体を結像光学系により、1又は複数回の反射、集光により互いに離間した異なる複数の視点から捉えた複数の像として上記撮像素子の異なる複数の領域に各別に結像するので、三次元撮像装置に必要な撮像素子の数が一つで済む。そして、撮像素子が一つで視差の異なる複数の撮像画像が得られるので、三次元画像を撮像する等のために複数のカメラ間の同期を取ると言うことが必要でなく、従って、同期を取る特別な回路を設ける必要がない。また、同じ撮像素子に対して各光学系毎に光軸合わせをすれば必要な光軸合わせが済むので、複数のカメラ間で光軸合わせをする場合に比較して光軸合わせが容易になる。しかも、レンズが三次元撮像装置の表面側ではなく、光路の必ず最も被写体側の反射手段よりも撮像素子側に位置されており、露出しないようにすることができるので、光学的特性、性能を大きく左右するレンズが表面に露出してゴミ等により汚れるという従来存在したおそれをなくすことができる。
【0055】
そして、複数の互いに視差のある画像を得るところの複数の被写体側反射手段を複数の撮像素子側反射手段の外側に設けたので、三次元撮像装置の大きさの割に被写体側反射手段間の距離を大きくして視差を比較的大きくできる。従って、より立体的な三次元画像を高い精度で得ることができる。
【0056】
また、各光路におけるレンズ数が1個の場合には、絞りにより絞りをかけた光束を結像レンズにより撮像素子の撮像領域の各部分に結像させるし、各光路におけるレンズが複数一組のレンズからなる場合は、少なくともそのうちの一個のレンズは絞りよりも撮像素子側に位置させ、絞りをかけた光束をそのレンズに通すので、結像レンズとして徒に大きなものを用いることが必要ではなく、小型で、低価格でありながら優れた光学的特性を有する三次元撮像装置を得ることができる。そして、レンズが三次元装置の表面側ではなく、光路の必ず被写体側反射手段よりも撮像素子側に位置されており、露出しないようにすることができるので、光学的特性、性能を大きく左右するレンズが表面に露出してゴミ等により汚れるというおそれをなくすことができる。
【0057】
本発明の三次元撮像装置によれば、一つの被写体が、被写体側反射手段、撮像素子側反射手段、レンズ、絞り及び一つの撮像素子の撮像領域の異なる部分からなる複数の光学系により互いに異なる視差を以て撮像されるので、三次元撮像装置に必要な撮像素子の数が一つで済む。そして、撮像素子が一つで視差の異なる複数の撮像画像が得られるので、三次元画像を撮像する等のために複数のカメラ間の同期を取ると言うことが必要でなく、従って、同期を取る特別な回路を設ける必要がない。また、同じ撮像素子に対して各光学系毎に光軸合わせをすれば必要な光軸合わせが済むので、複数のカメラ間で光軸合わせをする場合に比較して光軸合わせが容易になる。
【0058】
そして、複数の互いに視差のある画像を得るところの複数の被写体側反射手段を複数の撮像素子側反射手段の外側に設けたので、三次元撮像装置の大きさの割に被写体側反射手段間の距離を大きくして視差を比較的大きくできる。従って、より立体的な三次元画像を高い精度で得ることができる。
【0059】
また、各光路におけるレンズ数が1個の場合には、絞りにより絞りをかけた光束を結像レンズにより撮像素子の撮像領域の各部分に結像させるし、各光路におけるレンズが複数一組のレンズからなる場合は、少なくともそのうちの一個のレンズを絞りよりも撮像素子側に位置させ、絞りをかけた光束をそのレンズに通すので、徒らに大きなレンズを用いなくて済むという効果を全レンズないしは少なくとも一部のレンズについて享受することができる。従って、小型で、低価格でありながら優れた光学的特性を有する三次元撮像装置を得ることができる。そして、レンズが三次元装置の表面側ではなく、光路の必ず被写体側反射手段よりも撮像素子側に位置されており、露出しないようにすることができるので、光学的特性、性能を大きく左右するレンズが表面に露出してゴミ等により汚れるという従来存在したおそれをなくすことができる。
【0060】
本発明の三次元撮像装置によれば、少なくとも固体撮像素子と撮像素子側反射手段との間において各被写体像を結像する各光路間を遮断する光遮断手段を設けたので、複数の互いに視差のある画像を得るための光学系間において光学的クロストークが発生するおそれをなくすことができる。
【0061】
本発明の三次元撮像装置によれば、撮像素子から光路に沿って数えて1回目の反射をする撮像素子側反射手段の前方であって、前記撮像素子側とは反対側の被写体側のみに、一つの被写体像となる光が上記撮像素子の他の被写体像を撮像する領域に入射するのを防止し、各被写体像の結像領域を規定する光線制限手段を設けるので、その光線制限板の位置を三次元撮像装置の外側ではなく中心軸側寄りにしつつ被写体より外側からの周辺光束の入射を光線制限板によりカットすることができ、三次元撮像装置の大型化を伴うことなく効果的な周辺光束によるノイズを防止することができる。
【0062】
本発明の三次元撮像装置によれば、各被写体像を独立して検出してデータを得ることができ、延いては、この独立した複数の被写体像のデータに基づいて三角測量法の原理により測距や、三次元画像の生成ができる。
【0063】
本発明の三次元撮像装置によれば、視差が1cm以上、例えば1〜15cm程度なので、小型で比較的正確な測距や三次元画像(立体画像)の生成ができる。
【0064】
本発明のステレオカメラ記録再生システムによれば、三次元撮像装置から出力されたところの一つの被写体に対する異なる視点で捉えた複数の被写体像の信号を一つの画像信号として扱ってカメラ信号処理、信号記録、信号再生を行うことができるので、カメラ信号処理部、信号記録部及び信号再生部並びに記録メディアをそれぞれ1個ずつ設ければ良く、これらを複数の撮像領域に結像された被写体像数ずつ設ける必要がない。従って、記録再生システムの構成を比較的簡単にできる。そして、一つの画像信号として扱った被写体像の信号は画像分離回路により各被写体像毎に分離して表示するので、被写体の三次元再生表示、即ち立体像として再生表示や測距(被写体との距離の測定)ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明三次元撮像装置の参考例を示す概略構成図である。
【図2】(A)、(B)は三次元画像の撮像原理の説明図であり、(A)は同じ被写体を被写体側反射手段の存在する二つの視点にて捉え、各視点で捉えた被写体を撮像素子側反射手段、絞り、レンズにより固体撮像素子の撮像領域の異なる部分に結像することを模式的に示し、(B)は同じ被写体を異なる視点で捉えて得た二つの撮像画像を模式的に示す。
【図3】(A)、(B)は三次元撮像装置及びその出力を処理する回路の一つの構成例を示すもので、(A)は概略構成図、(B)はそのブロック図である。
【図4】本発明三次元撮像装置の実施例を示す概略構成図である。
【図5】図4に示す実施例における光線制限板の周辺光束カットの原理説明図である。
【図6】(A)乃至(D)は本発明三次元撮像装置の更に他の各別の参考例を示す概略構成図である。
【図7】本発明三次元撮像装置を用いたステレオカメラ記録再生システムの一例(本発明ステレオカメラ記録再生システムの第1の実施例)の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1・・・撮像素子、1a、1b・・・撮像素子の撮像領域の異なる部分、3a、3b・・・結像レンズ、4a、4b・・・絞り、5a、5b・・・撮像素子側反射手段(ミラー)、6a、6b・・・被写体側反射手段(ミラー)、7・・・光遮断手段、10a、10b・・・被写体側反射手段(プリズム)、11a、11b・・・撮像素子側反射手段(プリズム)、15a、15b・・・撮像素子側反射手段(プリズム)、18・・・光線制限手段、21・・・ステレオ光学系、22・・・タイミングゼネレータ、23・・・ドライバ、24・・・カメラ信号処理部、31・・・信号記録部、32・・記録メディア、33・・・信号再生部、34・・・画像分離部、35a、35b・・・表示装置。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a three-dimensional imaging device, particularly to obtain a three-dimensional image (stereoscopic image) by capturing a plurality of images having parallax with respect to the same subject, or to measure a distance (ranging) with a subject. The present invention relates to a three-dimensional imaging apparatus capable of recording and a stereo camera recording / reproducing system using the same.
[0002]
[Prior art]
In order to capture a three-dimensional image, it is necessary to capture a plurality of images viewed from a plurality of different locations separated from each other, that is, an image with parallax. For this reason, conventionally, two cameras are generally provided in one three-dimensional imaging apparatus, and two subject images captured from two different locations are captured by different cameras.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the three-dimensional imaging apparatus that captures a three-dimensional image using two cameras has a problem that it becomes difficult to meet the demand for downsizing because the two cameras are used. was there.
[0004]
Further, in order to configure a three-dimensional imaging apparatus with a plurality of camera units, it is necessary to align the optical axes between two cameras, but there is also a problem that it is extremely difficult to align optical axes between different cameras.
[0005]
In addition, when a plurality of cameras are provided, it is necessary to synchronize the cameras from the outside when processing image signals, which naturally requires a circuit for synchronization, It becomes a factor of high price of the imaging device.
[0006]
The present invention has been made to solve such problems, and it is possible to obtain a plurality of images with sufficient parallax with a relatively simple configuration and a small size by using a single imaging means. One object of the present invention is to provide a three-dimensional image pickup device that can be exposed to the optical surface of the device and has a large weight with high performance and is not contaminated by dust or the like. It is an object of the present invention to provide a stereo camera recording / reproducing system having a relatively simple configuration using such a three-dimensional imaging device.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The three-dimensional imaging device of the present invention includes one imaging element and a plurality of imaging element side reflecting means provided so that the reflecting surface faces obliquely outside corresponding to a plurality of different parts of the imaging region of the imaging element. A plurality of subject-side reflecting means that are arranged so that the reflecting surfaces thereof face obliquely forward on the outside corresponding to the plurality of imaging element-side reflecting means, and mutually reflect light from the subject to the corresponding imaging element-side reflecting means And at least the subject side reflecting means of each light path reflected from the subject side reflecting means and further reflected by the imaging element side reflecting means to the different parts of the imaging region of the imaging element from the subject. If there are a plurality of or multiple sets of lenses provided on the element side and forming a plurality of subject images with parallax with respect to the same subject, and one lens in each optical path, the lens is A plurality of throttle provided on the object side of the at least one lens in the case of, counted along the optical path from the
[0008]
Therefore, according to the three-dimensional imaging device of the present invention, a plurality of different imaging devices as a plurality of images captured from a plurality of different viewpoints separated from each other by a plurality of reflections and collections by the imaging optical system. Therefore, only one imaging element is required for the three-dimensional imaging apparatus. Since a plurality of captured images with a single image sensor and different parallax can be obtained, it is not necessary to say that synchronization between a plurality of cameras is required for capturing a three-dimensional image. There is no need to provide a special circuit. Also, if the optical axis is aligned for each optical system with respect to the same image sensor, the required optical axis alignment is completed, so that the optical axis alignment is easier than when optical axes are aligned between multiple cameras. . Moreover, the lens is not located on the surface side of the 3D image pickup device, but is always located on the image pickup device side with respect to the reflecting means closest to the subject side in the optical path, so that it can be prevented from being exposed. It is possible to eliminate the existing risk that a lens that greatly affects the lens is exposed on the surface and becomes dirty with dust or the like.
[0009]
Further, according to the three-dimensional imaging apparatus of the present invention, one subject is composed of a plurality of optical systems including subject-side reflecting means, imaging element-side reflecting means, lenses, a diaphragm, and different portions of the imaging area of one imaging element. Since imaging is performed with different parallaxes, only one imaging element is required for the three-dimensional imaging apparatus. Since a plurality of captured images with a single image sensor and different parallax can be obtained, it is not necessary to say that synchronization between a plurality of cameras is required for capturing a three-dimensional image. There is no need to provide a special circuit. In addition, if the optical axis is aligned for each optical system with respect to the same image sensor, the required optical axis alignment is completed.
The optical axis can be easily aligned as compared with the case where the adjustment is performed. Furthermore, counting from the image sensor along the optical path 1 A light beam that defines the imaging area of each subject image by preventing light that becomes one subject image from entering the area where the other image of the subject is imaged behind the reflecting means that reflects the second time. Since the limiting means is provided, it is possible to cut the incidence of the peripheral light beam from the outside of the subject by the light limiting plate while making the position of the light limiting plate closer to the central axis rather than the outside of the three-dimensional imaging device. Noise due to an effective peripheral light beam can be prevented without increasing the size of the apparatus.
[0010]
Since the plurality of subject side reflecting means for obtaining a plurality of mutually parallax images are provided outside the plurality of imaging element side reflecting means, between the subject side reflecting means for the size of the three-dimensional imaging device. The parallax can be made relatively large by increasing the distance. Therefore, a more stereoscopic three-dimensional image can be obtained with high accuracy.
[0011]
In addition, when the number of lenses in each optical path is one, the light beam focused by the diaphragm is imaged on each part of the imaging region of the image sensor by the imaging lens, and a plurality of lenses in each optical path are set. In this case, at least one of the lenses is positioned closer to the image sensor than the stop, and the light beam with the stop is passed through the lens, so there is no need to use a large lens. It can be enjoyed for lenses or at least some lenses. Therefore, it is possible to obtain a three-dimensional imaging apparatus that is small and inexpensive and has excellent optical characteristics. Since the lens is positioned not on the surface side of the three-dimensional device but on the image pickup element side with respect to the subject side reflecting means in the optical path and can be prevented from being exposed, the optical characteristics and performance are greatly affected. It is possible to eliminate the existing risk that the lens is exposed on the surface and becomes dirty with dust or the like.
[0012]
The stereo camera recording / reproducing system of the present invention has a three-dimensional imaging device that forms an image of a subject on each of a plurality of imaging areas of a single imaging device by a plurality of optical systems, and images formed on the plurality of imaging areas. A single timing generator and a single driver for driving the three-dimensional imaging device so as to output an image as a single image signal, and a single camera signal processing unit for processing the single image signal A single signal recording unit that records the image signal output from the camera signal processing unit on a single recording medium, and a single signal reproduction unit that reproduces the image signal recorded on the recording medium An image separation circuit that separates the image signal output from the signal reproduction unit into signals corresponding to the plurality of imaging regions, and the image separation circuit that corresponds to the plurality of imaging regions output from the image separation circuit. A stereo camera recording / playback system, wherein the three-dimensional imaging device reflects one imaging element and a plurality of different parts of the imaging area of the imaging element. A plurality of imaging element side reflecting means provided so that the surface faces obliquely outward, and a reflecting surface is arranged on the outer side corresponding to the plurality of imaging element side reflecting means so that the reflective surface faces obliquely forward. A plurality of subject-side reflecting means for reflecting light to the corresponding imaging element-side reflecting means, and reflected by the plurality of subject-side reflecting means and further reflected by the imaging element-side reflecting means from the subject to the imaging region of the imaging element. A plurality of subject images with parallax are formed on the same subject provided at least on the imaging element side of the subject side reflecting means in each optical path leading to a plurality of different portions. Or a plurality of sets of lenses, a plurality of apertures provided closer to the subject than at least one lens in the case of a single lens in each optical path, and an optical path from the image sensor. Count along 1 Make a second reflection Image sensor side Of reflection means Only on the subject side that is the front and opposite to the image sensor side And a light beam limiting means for preventing the peripheral luminous flux outside the light beam to be the subject image from being incident on the imaging region.
[0013]
Therefore, according to the stereo camera recording / playback system of the present invention, camera signal processing is performed by treating a plurality of subject image signals captured from different viewpoints with respect to one subject output from the three-dimensional imaging device as one image signal. Therefore, it is only necessary to provide one camera signal processing unit, one signal recording unit, one signal reproducing unit, and one recording medium, and subjects that are imaged in a plurality of imaging regions. There is no need to provide each image. Therefore, the configuration of the recording / reproducing system can be made relatively simple. The signal of the subject image treated as one image signal is separated and displayed for each subject image by the image separation circuit, so that a three-dimensional reproduction display of the subject, that is, reproduction display and distance measurement (with respect to the subject) Distance measurement).
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The three-dimensional image pickup apparatus of the present invention basically has a single image pickup element, one or more reflections on the light from the subject, and the light collected from different viewpoints separated from each other. A plurality of imaging optical systems that form an image of a subject on different regions of the image sensor. The parallax (distance between viewpoints) is preferably about 1 cm or more, for example.
[0015]
The most typical embodiment of the three-dimensional imaging device of the present invention is provided so that the reflecting surface faces obliquely outward corresponding to one imaging element and a plurality of different parts of the imaging region of the imaging element. A plurality of imaging element side reflecting means and a reflecting surface on the outer side corresponding to the plurality of imaging element side reflecting means so as to face obliquely forward, and the light from the subject mutually reflects the corresponding imaging element side reflection. A plurality of subject-side reflecting means reflecting to the means, and each of the plurality of subject-side reflecting means reflected by the plurality of subject-side reflecting means and further reflected by the imaging element-side reflecting means to reach a plurality of different parts of the imaging region of the imaging element from the subject. A plurality of or a plurality of sets of lenses that form a plurality of subject images having parallax with respect to the same subject, provided at least on the image sensor side of the subject side reflecting means in the optical path, and lenses of the optical paths A plurality of stops provided on the subject side of at least one lens in the case of a set, and the imaging element is a CCD solid-state imaging element. Even if it exists, it may be a MOS type solid-state image sensor or an amplification type solid-state image sensor, and the type thereof is not limited.
[0016]
The 3D imaging device counts along the optical path from the image sensor. In front of the image sensor side reflecting means for the first reflection It is preferable to provide a light beam limiting means for preventing light that becomes one subject image from entering a region for capturing another subject image of the image sensor. This is because it is possible to effectively prevent the peripheral luminous flux from leaking into each imaging region where the subject image of the imaging element is formed.
[0017]
That is, to capture the same subject from viewpoints separated from each other, and to form multiple subject images in different areas of a small image sensor while ensuring the distance between the viewpoints, that is, the parallax, the light from the subject side Need to be reflected several times. On the other hand, in the three-dimensional imaging apparatus, there is a possibility that the peripheral light flux leaks into each imaging region where the subject image is formed, and it may be necessary to prevent the leakage. Therefore, it is preferable to provide a light beam limiting means to prevent the leakage. And counting from the image sensor to provide it 1 After the reflection means for performing the second reflection is good. This is because the light incident between each imaging region of the image sensor passes through the center rather than the outside of the 3D imaging device in front of the reflecting means, and defines the imaging region of the subject image. The light beam limiting means for preventing crosstalk between the plurality of imaging regions can be provided near the center of the three-dimensional imaging device. Therefore, without limiting the size of the three-dimensional imaging device, the light limiting means is provided, and crosstalk due to light incident between a plurality of imaging regions, that is, light to be incident on one imaging region is transferred to another imaging region. This is because the phenomenon of leakage can be effectively prevented.
[0018]
The imaging element side reflecting means and the subject side reflecting means may be constituted by, for example, a mirror or may have a function of reflecting light, such as a prism. The subject-side reflecting means and the image sensor-side reflecting means may irradiate the subject to two portions of the imaging region of the solid-state image sensor by reflecting light from the subject twice at an angle of 90 degrees. However, the light from the subject is guided to the solid-state image sensor by reflecting the two optical systems of the three-dimensional image pickup device twice at an angle larger than 90 degrees (for example, 120 degrees) in order to reduce the dimension in the depth direction. You may do it.
[0019]
Needless to say, the lens for image formation provided in each optical path may be a single lens, or may be two or more ball lenses. In particular, two or more ball lenses are used to obtain high optical characteristics, but a single lens may be used when it is not necessary to increase the optical characteristics. In any case, in the present invention, in each optical path, the lens is always positioned closer to the image sensor than the subject side reflecting means. This is because if a lens occupying the largest weight in terms of optical characteristics and performance is placed closer to the subject than the subject-side reflecting means, the lens may be exposed on the surface of the three-dimensional imaging device, and dust may be easily attached. Because there is.
[0020]
When the lens is a single-lens lens (in short, when the number of lenses in each optical path is one), the lens must be disposed closer to the image sensor than the stop. In short, in the case where the lenses of each optical path are composed of a set of a plurality of lenses), at least some of the lenses need to be arranged closer to the image sensor than the stop. This is because it is possible to enjoy the effect that all or at least a part of the lens can be made small by condensing the light beam focused by the stop with the lens to form an image. Because.
[0021]
The lens may be a spherical lens or an aspheric lens. And you may make it provide an infrared cut filter in any part of each optical path, such as between an imaging lens and an image pick-up element. Moreover, an optical low-pass filter may be provided in any part of each optical path to suppress false signals.
[0022]
Furthermore, a light blocking means for blocking between the optical paths may be provided at least between the solid-state imaging element and the imaging element side reflecting means. This is because the risk of optical crosstalk occurring between the optical systems for obtaining a plurality of images having parallax can be eliminated.
[0023]
The three-dimensional imaging apparatus includes signal processing means for performing signal processing by dividing an image signal from an image sensor into image signals of each subject image captured in each imaging region that captures subject images having different viewpoints. In this way, each subject image can be detected independently, and then distance measurement and three-dimensional image generation can be performed based on the principle of triangulation based on the plurality of independent subject images.
[0024]
Further, the above-described stereo camera recording / reproducing system using the three-dimensional imaging device, in addition to such a three-dimensional imaging device, uses a single imaging device constituting the device for each subject image in a plurality of imaging regions. A timing generator and a driver that drive as if one image signal was imaged despite being imaged, a camera signal processing unit that processes the image signal that is the output of the image sensor, and a camera signal processing unit A signal recording unit for storing an image signal in a recording medium, a signal reproducing unit for reproducing the image signal stored in the recording medium, and the image signal output from the signal reproducing unit as image signals of the plurality of subject images And a plurality of display devices for separately displaying image signals of a plurality of subject images from the image separation circuit. The image separation circuit, for example, divides each horizontal period into a plurality of parts, provides a plurality of extraction units that extract image signals only during the division period, and outputs the output of each extraction unit to a display unit corresponding to each extraction unit. It can be configured with a circuit to be displayed.
[0025]
[ reference Example]
Reference examples will be described below. FIG. 1 shows a three-dimensional imaging device of the present invention. Reference example FIG. In the drawings,
[0026]
The pair of subject side mirrors 6a and 6b transmits light from the same subject to the pair of image sensor side mirrors 5a and 5b at different positions (the distance between the viewpoints, that is, the parallax is preferably about 1 cm to 15 cm, for example). reflect. The pair of imaging element side mirrors 5a and 5b reflects light from the subject reflected by the pair of subject side mirrors 6a and 6b toward the
[0027]
FIGS. 2A and 2B are explanatory diagrams of the imaging principle of a three-dimensional image. FIG. 2A shows the same subject from two viewpoints where the subject-side mirrors 6a and 6b exist and each viewpoint. It schematically shows that the subject is imaged on
[0028]
That is, the data representing the two captured images described above is appropriately processed, and the images are combined to recognize the subject three-dimensionally, and the image is reproduced in the form of a three-dimensional image based on the recognition result. be able to. Of course, the distance from the three-dimensional imaging device to the subject can also be measured. These are possible because the coordinates of each part of the subject can be obtained by the so-called triangulation principle.
[0029]
FIGS. 3A and 3B show one configuration example of a three-dimensional imaging apparatus and a circuit for processing the output thereof, FIG. 3A is a schematic configuration diagram, and FIG. 3B is a block diagram thereof. Two captured images captured from different viewpoints of the same subject are obtained from the solid-
[0030]
It should be noted that the three-dimensional information is directly signal-processed without separation of the left and right images and is output as indicating the position information of the subject, and is used as image recognition data and data indicating the distance from the subject. Also good.
[0031]
reference According to the three-dimensional imaging device of the example, one subject is a subject-side mirror 6a, 6b, imaging element-
[0032]
In addition, if the optical axis is aligned for each optical system for the same image sensor, the required optical axis alignment is completed, so that the optical axis alignment is performed compared to the conventional case where the optical axis is aligned between two cameras. Becomes easier.
[0033]
Since the subject-side mirrors 6a and 6b serving as a pair of spaced viewpoints for obtaining two images with parallax are provided outside the pair of imaging element-
[0034]
The above reference In the example, the
[0035]
【Example】
FIG. 4 shows the three-dimensional imaging device of the present invention. The fruit It is a schematic block diagram of an Example. This embodiment is shown in FIG. reference Since there are parts common to the examples, the common parts have already been described, so detailed description thereof will be omitted, and only the other parts will be described in detail, and also common to FIG. 1 of FIG. Common parts are assigned to the parts to be performed.
[0036]
In the drawing, reference numerals 15a and 15b form imaging element side reflecting means provided in front of the
[0037]
Reference numerals 16a and 16b denote infrared cut filters, which are arranged on the front side (light incident side) of the reflecting prisms 15a and 15b constituting the imaging element side reflecting means in this embodiment.
[0038]
Reference numerals 18a and 18b denote light limiting plates that play a role in preventing light other than light that should enter the
[0039]
FIG. 5 is an explanatory view of the principle of limiting incident light by the light
[0040]
Incidentally, if the
[0041]
6 (A) to 6 (D) show still other respective three-dimensional imaging devices of the present invention. reference Each of which is an example reference Although the example has a difference from the embodiment shown in FIGS. 1 and 4, it is common in many points, and since the common point has already been described, a detailed description is omitted and only the difference is described in detail. To do.
[0042]
Four types shown in FIGS. reference The example is shown in FIG. 1 in that both use a prism instead of a mirror as the reflecting means. reference It is different from the example. Reference numerals 10a and 10b denote prisms constituting subject side reflecting means, and
[0043]
6 (A) and 6 (B) both have one lens arranged in each optical path, and the
[0044]
6C and 6D are provided with a plurality of
[0045]
FIG. 6D shows a reverse of the positional relationship between the diaphragms 3a and 3b and the lenses 14a and 14b in the three-dimensional imaging apparatus of FIG. 6C. The lenses 14a and 14b have the diaphragm 3a, Although the light is condensed at the stage where the diaphragm 3b is not applied, the
[0046]
In addition, each shown in FIG. 6 (A) thru | or (D) reference Although an infrared cut filter is not provided in the example, it goes without saying that it may be provided. 4 instead of the
[0047]
【Example】
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an example of a stereo camera recording / reproducing system using the above-described three-dimensional imaging apparatus of the present invention (first embodiment of the stereo camera recording / reproducing system of the present invention). In FIG. 7,
[0048]
[0049]
An
[0050]
In this stereo camera recording / reproducing system, different image of the subject captured from different viewpoints with respect to the same subject is formed in the
[0051]
Note that the
[0052]
In addition, the
[0053]
According to this stereo camera recording / playback system, the
[0054]
【The invention's effect】
According to the three-dimensional imaging device of the present invention, a plurality of different imaging devices as a plurality of images obtained by capturing the same subject from a plurality of different viewpoints separated from each other by one or a plurality of reflections and condensings by the imaging optical system. Therefore, only one imaging element is required for the three-dimensional imaging apparatus. Since a plurality of captured images with a single image sensor and different parallax can be obtained, it is not necessary to say that synchronization between a plurality of cameras is required for capturing a three-dimensional image. There is no need to provide a special circuit. Also, if the optical axis is aligned for each optical system with respect to the same image sensor, the required optical axis alignment is completed, so that the optical axis alignment is easier than when optical axes are aligned between multiple cameras. . Moreover, the lens is not located on the surface side of the 3D image pickup device, but is always located on the image pickup device side with respect to the reflecting means closest to the subject side in the optical path, so that it can be prevented from being exposed. It is possible to eliminate the existing risk that a lens that greatly affects the lens is exposed on the surface and becomes dirty with dust or the like.
[0055]
Since the plurality of subject side reflecting means for obtaining a plurality of mutually parallax images are provided outside the plurality of imaging element side reflecting means, between the subject side reflecting means for the size of the three-dimensional imaging device. The parallax can be made relatively large by increasing the distance. Therefore, a more stereoscopic three-dimensional image can be obtained with high accuracy.
[0056]
In addition, when the number of lenses in each optical path is one, the light beam focused by the diaphragm is imaged on each part of the imaging region of the image sensor by the imaging lens, and a plurality of lenses in each optical path are set. In this case, at least one of the lenses is positioned closer to the image sensor than the stop, and the focused light flux is passed through the lens. In addition, it is possible to obtain a three-dimensional imaging device that is small and inexpensive and has excellent optical characteristics. Since the lens is positioned not on the surface side of the three-dimensional device but on the image pickup element side with respect to the subject side reflecting means in the optical path and can be prevented from being exposed, the optical characteristics and performance are greatly affected. It is possible to eliminate the risk that the lens is exposed on the surface and becomes dirty with dust or the like.
[0057]
According to the three-dimensional imaging apparatus of the present invention, one subject is different from each other by a plurality of optical systems composed of subject-side reflecting means, imaging element-side reflecting means, lens, diaphragm, and different portions of the imaging area of one imaging element. Since imaging is performed with parallax, only one imaging element is required for the three-dimensional imaging apparatus. Since a plurality of captured images with a single image sensor and different parallax can be obtained, it is not necessary to say that synchronization between a plurality of cameras is required for capturing a three-dimensional image. There is no need to provide a special circuit. Also, if the optical axis is aligned for each optical system with respect to the same image sensor, the required optical axis alignment is completed, so that the optical axis alignment is easier than when optical axes are aligned between multiple cameras. .
[0058]
Since the plurality of subject side reflecting means for obtaining a plurality of mutually parallax images are provided outside the plurality of imaging element side reflecting means, between the subject side reflecting means for the size of the three-dimensional imaging device. The parallax can be made relatively large by increasing the distance. Therefore, a more stereoscopic three-dimensional image can be obtained with high accuracy.
[0059]
In addition, when the number of lenses in each optical path is one, the light beam focused by the diaphragm is imaged on each part of the imaging region of the image sensor by the imaging lens, and a plurality of lenses in each optical path are set. In this case, at least one of the lenses is positioned closer to the image sensor than the stop, and the light beam with the stop is passed through the lens, so there is no need to use a large lens. It can be enjoyed for lenses or at least some lenses. Therefore, it is possible to obtain a three-dimensional imaging apparatus that is small and inexpensive and has excellent optical characteristics. Since the lens is positioned not on the surface side of the three-dimensional device but on the image pickup element side with respect to the subject side reflecting means in the optical path and can be prevented from being exposed, the optical characteristics and performance are greatly affected. It is possible to eliminate the existing risk that the lens is exposed on the surface and becomes dirty with dust or the like.
[0060]
According to the three-dimensional imaging apparatus of the present invention, since the light blocking means for blocking between the respective optical paths for forming the respective subject images is provided at least between the solid-state imaging element and the imaging element side reflecting means, a plurality of parallaxes are provided. It is possible to eliminate the possibility of optical crosstalk occurring between optical systems for obtaining a certain image.
[0061]
According to the three-dimensional imaging device of the present invention, counting from the imaging element along the optical path. 1 Make a second reflection Only in front of the image sensor side reflecting means and on the object side opposite to the image sensor side The light limiting plate is provided with light limiting means for preventing the light that becomes one subject image from entering the area where the other image of the subject is imaged and defining the imaging area of each subject image. The position of the center of the 3D imaging device is not on the outside of the 3D imager, but on the side of the central axis. It is possible to prevent noise caused by peripheral light flux.
[0062]
According to the three-dimensional imaging apparatus of the present invention, each subject image can be detected independently to obtain data, and by the principle of triangulation based on the data of the plurality of independent subject images. Distance measurement and 3D image generation are possible.
[0063]
According to the three-dimensional imaging apparatus of the present invention, since the parallax is 1 cm or more, for example, about 1 to 15 cm, a small and relatively accurate distance measurement and generation of a three-dimensional image (stereoscopic image) can be performed.
[0064]
According to the stereo camera recording / playback system of the present invention, a plurality of subject image signals captured from different viewpoints with respect to one subject outputted from the three-dimensional imaging device are treated as one image signal, camera signal processing, Since recording and signal reproduction can be performed, it is only necessary to provide one camera signal processing unit, one signal recording unit, one signal reproduction unit, and one recording medium, and the number of subject images imaged in a plurality of imaging regions. There is no need to provide them one by one. Therefore, the configuration of the recording / reproducing system can be made relatively simple. The signal of the subject image treated as one image signal is separated and displayed for each subject image by the image separation circuit, so that a three-dimensional reproduction display of the subject, that is, reproduction display and distance measurement (with respect to the subject) Distance measurement).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a three-dimensional imaging apparatus according to the present invention. reference It is a schematic block diagram which shows an example.
FIGS. 2A and 2B are explanatory diagrams of the principle of capturing a three-dimensional image, and FIG. 2A shows the same subject captured at two viewpoints where the subject-side reflecting means exists and captured at each viewpoint. FIG. 2B schematically shows that a subject is imaged on different portions of the imaging area of the solid-state imaging device by the imaging device side reflecting means, a diaphragm, and a lens, and FIG. 5B shows two captured images obtained by capturing the same subject from different viewpoints. Is shown schematically.
FIGS. 3A and 3B show one configuration example of a three-dimensional imaging apparatus and a circuit for processing the output, FIG. 3A is a schematic configuration diagram, and FIG. 3B is a block diagram thereof. .
FIG. 4 is a three-dimensional imaging apparatus of the present invention. The fruit It is a schematic block diagram which shows an Example.
FIG. 5 is shown in FIG. Fruit Explanation of the principle of light flux cutting around the beam limiting plate in the example In the figure is there.
FIGS. 6A to 6D are still other views of the three-dimensional imaging apparatus of the present invention. reference It is a schematic block diagram which shows an example.
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an example of a stereo camera recording / playback system using the three-dimensional imaging device of the present invention (a first embodiment of the stereo camera recording / playback system of the present invention).
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
上記撮像素子の撮像領域の互いに異なる複数の部分に対応して反射面が斜め外側を向くように設けられた複数の撮像素子側反射手段と、
上記複数の撮像素子側反射手段に対応してその外側に反射面が斜め前方を向くように配置され、互いに被写体からの光をその対応する撮像素子側反射手段へ反射する複数の被写体側反射手段と、
上記複数の被写体側反射手段により反射され更に上記撮像素子側反射手段により反射されて被写体から上記撮像素子の撮像領域の互いに異なる複数の部分に至る各光路の少なくとも上記被写体側反射手段よりも撮像素子側に設けられ同じ被写体に対して視差のある複数の被写体像を結像する複数の又は複数組のレンズと、
上記各光路のレンズが一個の場合にはそのレンズよりも、一組の場合には少なくとも一個のレンズよりも被写体側に設けられた複数の絞りと、
上記撮像素子から光路に沿って数えて1回目の反射をする撮像素子側反射手段の前方であって、前記撮像素子側とは反対側の被写体側のみに配置された、被写体像となる光線の外側の周辺光束が撮像領域に入射するのを防止する光線制限手段と、
からなることを特徴とする三次元撮像装置。One image sensor,
A plurality of imaging element side reflecting means provided so that the reflecting surface faces obliquely outside corresponding to a plurality of different parts of the imaging region of the imaging element;
Corresponding to the plurality of imaging element side reflecting means, a plurality of subject side reflecting means are arranged so that a reflecting surface is obliquely directed outward and reflects light from the subject to the corresponding imaging element side reflecting means. When,
More than at least the subject side reflecting means of the respective light paths reflected from the plurality of subject side reflecting means and further reflected by the imaging element side reflecting means and extending from the subject to a plurality of different portions of the imaging region of the imaging element. A plurality of or a plurality of sets of lenses that form a plurality of subject images with parallax with respect to the same subject provided on the side;
In the case of a single lens in each optical path, a plurality of stops provided on the subject side of at least one lens in the case of a set; and
A ray of a subject image disposed in front of the image sensor side reflecting means that reflects the first time from the image sensor along the optical path and that is disposed only on the object side opposite to the image sensor side . A light beam limiting means for preventing the outer peripheral luminous flux from entering the imaging region;
A three-dimensional imaging device comprising:
ことを特徴とする請求項1記載の三次元撮像装置。The three-dimensional imaging apparatus according to claim 1, further comprising: a light blocking unit that blocks between each optical path for forming each subject image between at least the solid-state imaging device and the imaging device side reflecting unit.
ことを特徴とする請求項1、又は2記載の三次元撮像装置。The image processing apparatus according to claim 1, further comprising: a signal processing unit that divides the image signal from the image sensor into image signals of each subject image captured in each imaging region that captures subject images having different viewpoints, and performs signal processing. Or the three-dimensional imaging device of 2.
ことを特徴とする請求項1、2、又は3記載の三次元撮像装置。The parallax (distance between viewpoints) is 1 cm or more. The three-dimensional imaging apparatus according to claim 1, 2, or 3.
上記複数の撮像領域で結像された画像を単一の画像信号として出力するように上記三次元撮像装置の駆動を行う、単一のタイミングゼネレータ及び単一のドライバと、
上記単一の画像信号をカメラ信号処理するカメラ信号処理部と、
上記カメラ信号処理部から出力された上記画像信号を単一の記録メディアに記録する単一の信号記録部と、
上記記録メディアに記録された上記画像信号を再生する単一の信号再生部と、
上記信号再生部から出力された上記画像信号を上記複数の撮像領域に対応した信号に分離する画像分離回路と、
上記画像分離回路から出力された上記複数の撮像領域に対応した信号を各別に表示する表示装置と、を有するステレオカメラ記録再生システムであって、
上記三次元撮像装置は、一つの撮像素子と、
上記撮像素子の撮像領域の互いに異なる複数の部分に対応して反射面が斜め外側を向くように設けられた複数の撮像素子側反射手段と、
上記複数の撮像素子側反射手段に対応してその外側に反射面が斜め前方を向くように配置され、互いに被写体からの光をその対応する撮像素子側反射手段へ反射する複数の被写体側反射手段と、
上記複数の被写体側反射手段により反射され更に上記撮像素子側反射手段により反射されて被写体から上記撮像素子の撮像領域の互いに異なる複数の部分に至る各光路の少なくとも上記被写体側反射手段よりも撮像素子側に設けられ同じ被写体に対して視差のある複数の被写体像を結像する複数の又は複数組のレンズと、
上記各光路のレンズが一個の場合にはそのレンズよりも、一組の場合には少なくとも一個のレンズよりも被写体側に設けられた複数の絞りと、
上記撮像素子から光路に沿って数えて1回目の反射をする撮像素子側反射手段の前方であって、前記撮像素子側とは反対側の被写体側のみに配置された、被写体像となる光線の外側の周辺光束が撮像領域に入射するのを防止する光線制限手段と、
からなることを特徴とするステレオカメラ記録再生システム。A three-dimensional imaging device comprising a single imaging device having a plurality of imaging regions and a plurality of optical systems for forming images of subjects in the plurality of imaging regions,
A single timing generator and a single driver for driving the three-dimensional imaging device so as to output images formed in the plurality of imaging regions as a single image signal;
A camera signal processing unit for processing the single image signal with a camera signal;
A single signal recording unit for recording the image signal output from the camera signal processing unit on a single recording medium;
A single signal reproducing unit for reproducing the image signal recorded on the recording medium;
An image separation circuit that separates the image signal output from the signal reproduction unit into signals corresponding to the plurality of imaging regions;
A stereo camera recording / reproducing system comprising: a display device that individually displays signals corresponding to the plurality of imaging regions output from the image separation circuit;
The three-dimensional imaging device includes one imaging element,
A plurality of imaging element side reflecting means provided so that the reflecting surface faces obliquely outside corresponding to a plurality of different parts of the imaging region of the imaging element;
Corresponding to the plurality of imaging element side reflecting means, a plurality of subject side reflecting means are arranged so that a reflecting surface is obliquely directed outward and reflects light from the subject to the corresponding imaging element side reflecting means. When,
More than at least the subject side reflecting means of the respective light paths reflected from the plurality of subject side reflecting means and further reflected by the imaging element side reflecting means and extending from the subject to a plurality of different portions of the imaging region of the imaging element. A plurality of or a plurality of sets of lenses that form a plurality of subject images with parallax with respect to the same subject provided on the side;
In the case of a single lens in each optical path, a plurality of stops provided on the subject side of at least one lens in the case of a set; and
A ray of a subject image disposed in front of the image sensor side reflecting means that reflects the first time from the image sensor along the optical path and that is disposed only on the object side opposite to the image sensor side . A light beam limiting means for preventing the outer peripheral luminous flux from entering the imaging region;
A stereo camera recording / playback system comprising:
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