JPH06205273A

JPH06205273A - 幾何補正内蔵ビデオカメラ

Info

Publication number: JPH06205273A
Application number: JP50A
Authority: JP
Inventors: Nobumoto Momochi; 伸元百地
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-01-04
Filing date: 1993-01-04
Publication date: 1994-07-22

Abstract

(57)【要約】【目的】撮像レンズの収差による歪みのない画像が得
られるビデオカメラを提供する。【構成】ビデオカメラの撮像レンズ１には、レンズの
色の倍率収差パラメータを記憶したＲＯＭ１０３が内蔵
されている。レンズ交換時にパラメータがＣＰＵ１０２
にＧを基準にＲとＢの倍率が読み取られ、レンズ側接点
１０１とカメラ側接点９を通して制御回路８に送られ
る。この倍率の逆数だけＲとＢの画像を拡大または縮小
する。拡大または縮小された画像のデータが整数でない
場合、内挿重み付け補正係数を制御回路８内のマイクロ
コンピュータで計算し、補正係数をＲＡＭ１１に保持す
る。この係数の積和演算を演算部１２で行い、バッファ
メモリ１３で保持し、メモリカードインタフェース１４
を通してメモリカード１５に記憶する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、撮像及びその信号処理
手段に関し、特に撮像レンズの収差を補正して高画質の
映像を得るようにしたビデオカメラ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ビデオカメラによる撮像において
は、高画質の画像を得るためには、撮像素子、例えばＣ
ＣＤ撮像素子などの高密度化や、その後の信号処理の高
性能化の他に、撮像素子に結像させる撮像レンズの性能
も重要とされ、以降の光電変換、信号処理に見合うだけ
の画質が得られるレンズが求められてきた。即ち、レン
ズの各収差は一定レベル以下でバランスのとれたレンズ
が必要とされてきた。

【０００３】しかし、特に短焦点のワイドレンズなどで
は、ディストーションと呼ばれる幾何学的歪みを除くこ
とは不可能で、得られる画像も歪んだものとなってい
る。また、比較的長焦点のレンズにおいても、収差の全
てを一定のレベル以下にするために、レンズの枚数が増
えたり、構成が複雑になったり、大きさも大きく重いも
のになっている。

【０００４】また、画像処理の分野においては、計測な
どのために、画像処理により歪みのない画像を得る技術
が報告されているが、汎用の画像処理のための計算機に
よるものであり、ビデオカメラそのもので手軽に実現さ
れているわけではない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の問題点に鑑みなされたもので、撮像レンズの収差
のうち、幾何学的歪みについては、レンズ単体としてこ
れを許しながら、全体として歪みがない画像が得られる
ようにした撮像手段及びその信号処理手段を備えたビデ
オカメラを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明ビデオカメラは、
撮像レンズと、該撮像レンズにより結像された被写体像
を電気信号に変換する撮像素子と、該撮像素子の出力信
号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換器
と、該アナログ・デジタル変換器の出力を一時記憶する
フレームまたはフィールドメモリとを備えてなるビデオ
カメラにおいて、前記撮像レンズによる色の倍率収差や
ディストーション等の幾何学的歪みを補正する演算手段
を備えることを特徴とし、補正するレンズの幾何学的歪
みが、例えば色の倍率収差の場合、信号を色信号に変換
し、該色信号を記憶するメモリを備え、前記演算手段
は、該メモリの出力に基づいて、色の成分毎に倍率を補
正するように像の拡大または縮小を行う。

【０００７】

【実施例】以下、本発明を適用した実施例について図１
乃至図３に基づいて説明する。図１は、メモリカードに
記録する電子スチルカメラに適用した実施例を示してい
る。図１において、１は交換可能な撮像レンズ（以下、
レンズという。）、２は色分解プリズムで反射面２０
１、２０２により青と赤の光が選択的に反射され、撮像
素子３０１、３０２、３０３にＢ（青）、Ｇ（緑）、Ｒ
（赤）に色分解されて撮像される。前記撮像素子３０１
〜３０３から読み出された信号は、サンプル・ホールド
回路４でサンプル・ホールドされ、Ａ／Ｄ変換回路５で
デジタル信号に変換される。前記デジタル信号は、信号
処理回路６でホワイトバランスやガンマ補正などの信号
処理がなされて後、フレームメモリまたはフィールドメ
モリ７に色成分ごとに記憶される。

【０００８】また、８はビデオカメラ全体の制御回路
で、該制御回路８はカメラ内の通信用接点（カメラ側接
点）９とレンズ１に設けられた通信用接点（レンズ側接
点）１０１を通してレンズ制御ＣＰＵ１０２と通信を行
い、その結果、該レンズ制御ＣＰＵ１０２は、レンズ絞
り駆動部（図示せず）の制御等を行う。

【０００９】１０３は、レンズの色の倍率収差パラメー
タが記憶されているＲＯＭで、例えば、像の大きさが最
大となる色の情報と、他の色成分の倍率情報が記憶され
ている。そしてレンズ交換時やカメラの電源が投入され
た時点で、色の倍率収差パラメータが前記レンズ制御Ｃ
ＰＵ１０２に読み取られ、前記カメラレンズ内通信用接
点１０１、前記カメラ内通信用接点９を通して、前記カ
メラ全体の制御回路８に送られる。例えば、Ｇを基準
に、ＲとＢの倍率Ｋｒ、Ｋｂが読み取られている。な
お、以下の説明では両倍率をＫで代表する。

【００１０】そして、前記読み取られた倍率Ｋの逆数だ
けＲ、Ｂの画像を拡大または縮小する。この拡大または
縮小の中心はレンズの光軸で、光軸に対応する像の前記
フレームメモリ７上のアドレスを（０，０）とし、アド
レス（ｕ，ｖ）の画素が拡大または縮小により（ｘ，
ｙ）のアドレスになるものとすると、ｕ＝Ｋｘｖ＝Ｋｙの関係となる。

【００１１】拡大された画像の（ｘ，ｙ）のデータＰを
求めるとき、前式ｕ及びｖが整数であれば（ｕ，ｖ）の
画像データで置き換えればよいが、整数でない場合は、
内挿の必要がある。内挿の方法として、例えば、３次た
たみ込み内挿法（「画像解析ハンドブック」１９９１年
１月１７日初版、１９９１年１０月１５日第２刷、東京
大学出版会発行、高木幹雄、下田陽久監修、４４３
頁）を用いると、図４に示すように内挿したい画像のデ
ータＰのアドレス（ｕ，ｖ）の周囲１６点Ｐ₁₁〜Ｐ₄₄の
観測点の画像データに対して、重みをかけて足し合わせ
る積和演算が必要になる。

【００１２】この積和演算を行うために、前記フレーム
メモリ７から対応するデータをアクセスするフレームメ
モリ制御回路１０を備えている。重み付けの係数は前記
制御回路８内のマイクロコンピュータにより計算され
て、係数を保持するＲＡＭ１１に送られる。１２は、こ
の保持された係数の積和演算を行う演算部で、該演算部
１２で演算された結果は、バッファメモリ１３に保持さ
れた後、メモリカードインタフェース（Ｉ／Ｆ）１４を
通してメモリカード１５に記録される。

【００１３】この際、最大の像の大きさに結像された色
成分を基準に色の倍率収差の補正を行うと、他の色成分
は拡大となるため、像が欠けることがない。また、最小
の像の大きさに結像された色成分を基準に色の倍率収差
の補正を行うと、最も広い範囲の画像をえることができ
る。また、レンズ交換のシステムにおいてなど、常に一
つの色を基準としておけば、前記基準となる色の情報は
必要がなく、伝える情報が少なくて済む。

【００１４】次に、レンズの歪曲（ディストーション）
を補正する場合、補正アルゴリズムとしては、例えば、
例えば信学技報（ＰＲＵ９１ー１１３）の「位置決めの
いらない画像の幾何学的補正法」（小野寺康浩、金谷
健一）に示される方法を採用することができる。この方
法によれば、前記と同様のアドレスを用いて、ｕ＝ｘ＋Ａｘ³ ＋Ｂｘｙ² ｖ＝ｙ＋Ｃｘ² ｙ＋Ｄｙ³ により新しいアドレスが表され、これが整数値とは限ら
ないので、前記同様内挿補間によって値を求めることが
できる。前記式において、Ａ＝Ｂ＝Ｃ＝Ｄの場合歪みが
存在せず、Ａ、Ｄはそれぞれｘ軸、ｙ軸方向に非線形に
拡大するような補正を表し、Ｂ、Ｃはそれぞれｘ軸、ｙ
軸に関して対称にたわみを与えるような補正を表す。

【００１５】レンズのような軸対称の歪みの場合、Ａ＝
Ｄ，Ｂ＝Ｃとして求めれば、レンズのディストーション
を容易に補正することができる。この内挿演算は専用の
演算部で行ってもよいし、カメラ全体の制御を行うマイ
クロコンピュータ上のプログラムで行ってもよい。

【００１６】ところで、撮像素子の画素ピッチが縦と横
で等しくない場合が多いが、画像処理用の静止画データ
などでは、このピッチが等しいものとして扱われること
が多い。このような処理系の静止画データとして、画素
ピッチが縦と横で等しくない異方性のある撮像素子でサ
ンプリングされたデータを内挿し、縦横のピッチを等し
くした正方格子のデータへ変換する必要がある。

【００１７】この機能をカメラに内蔵する場合、前記幾
何学的歪みの補正演算と組み合わせて、一度に演算する
ことができる。いま、撮像素子のピッチが横が縦のｍ倍
であるとすると、これを正方格子化するということは、
像を横方向にｍ倍に拡大することを意味する。この処理
と前記色の倍率収差の補正時の像の拡大または縮小とを
同時に行うことができる。すなわち、縦には１／Ｋ倍、
横にはｍ／Ｋ倍の拡大を行えばよく、演算時間を各々を
別々に行うことにより短縮することができる。この実施
例は、カメラ内で幾何補正を行う構成を採ったが、以下
に補正情報を記録または出力だけする場合の実施例を説
明する。

【００１８】図２は、記録機能一体型のビデオカメラに
おいて、撮像レンズの幾何学的歪みを表す情報を映像信
号と異なる記録媒体に記録する手段を備えるビデオカメ
ラの実施例である。図２において、１は交換可能な撮像
レンズ、２は色分解プリズムで、反射面２０１及び２０
２により青と赤の光が選択的に反射され、撮像素子３０
１、３０２、３０３にＢ、Ｇ、Ｒに色分解されて結像さ
れる。前記撮像素子３０１〜３０３から読み出された信
号は、サンプル・ホールド回路４でサンプル・ホールド
され、Ａ／Ｄ変換回路５でデジタル信号に変換され、さ
らに、信号処理回路６でホワイトバランスやガンマ補正
等の信号処理がなされ、マトリックス回路１６で色差信
号に変換される。

【００１９】１７は得られた映像信号をデジタル記録す
るＶＴＲ部で、ＥＣＣエンコーダ１７１においてエラー
訂正符号（ＥＣＣ）が付加され、記録変調符号化回路１
７２で次の磁気テープ記録に適した記録変調符号化が行
われ、記録アンプ１７３で増幅されて磁気テープ１７４
に記録される。

【００２０】一方、８は記録機能一体型ビデオカメラ全
体の制御回路で、該制御回路８はカメラ内の通信用接点
９、レンズ１に設けられた通信用接点１０１を通してレ
ンズ制御ＣＰＵ１０２と通信を行い、その結果、該レン
ズ制御用ＣＰＵ１０２はレンズ絞り駆動部（図示せず）
の制御などを行う。

【００２１】１０３は、レンズ１のディストーションを
補正するパラメータが記憶されているＲＯＭで、前記図
１に示す実施例と同様に、例えば、信学技報（ＰＲＵ９
１ー１１３）の「位置決めのいらない画像の幾何学的補
正法」に示されている逆変換の補正係数（Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄ）が記憶されている。そしてレンズ交換時やカメラの
電源が投入された時点で、前記補正係数が制御ＣＰＵ１
０２に読み取られ、カメラレンズ内通信用接点１０１、
カメラ内通信用接点９を通して、カメラ全体の制御回路
８に送られる。

【００２２】前記制御回路８は、メモリカードインタフ
ェース（Ｉ／Ｆ）１８より、撮影に使用されているレン
ズの補正係数と、そのレンズが用いられた最初と最後の
タイムコードをＩＣメモリカード１９に記録する。

【００２３】再生時に画像の歪みを補正するために、画
像を１フレーム分読み出し、そのタイムコードに対応す
る補正係数（Ａ〜Ｄ）を前記ＩＣメモリカード１９より
読み出して、画像アドレスと補正係数から、前記「位置
決めのいらない画像の幾何学的補正方法」に示されてい
る数値計算により補正された画像座標（ｕ，ｖ）を求
め、補正画像のアドレスの画像データを前記補間法によ
り近傍の画像座標の画像データから数値計算により補間
して得る。

【００２４】次に、図３は、映像信号を出力するビデオ
カメラにおいて、撮像レンズの幾何学的歪みを表す情報
を映像信号とは別の出力手段により出力するビデオカメ
ラの実施例を示している。図３において、１は交換可能
な撮像レンズ、２は色分解プリズムで、反射面２０１、
２０２より青と赤の光が選択的に反射され、撮像素子３
０１、３０２、３０３にＢ、Ｇ、Ｒに色分解されて結像
される。前記撮像素子３０１〜３０３から読み出された
信号は、サンプル・ホールド回路４でサンプル・ホール
ドされ、Ａ／Ｄ変換回路５でデジタル信号に変換され
て、信号処理回路６でホワイトバランスやガンマ補正な
どの信号処理がなされ、マトリックス回路１６で色差信
号に変換されて、デジタル出力Ｉ／Ｆ部２０によりデジ
タル出力される。

【００２５】一方、８は記録機能一体型ビデオカメラ全
体の制御回路で、該制御回路８はマメラ内の通信用接点
９、レンズ１に設けられた通信用接点１０１を通してレ
ンズ制御ＣＰＵ１０２と通信を行い、その結果、該レン
ズ制御用ＣＰＵ１０２はレンズ絞り駆動部（図示せず）
の制御などを行う。

【００２６】１０３はレンズ１のディストーションを補
正するパラメータが記憶されているＲＯＭで、前記図１
に示す実施例と同様に、例えば、信学技報（ＰＲＵ９１
ー１１３）の「位置決めのいらない画像の幾何学的補正
法」に示されている逆変換の補正係数（Ａ，Ｂ，Ｃ，
Ｄ）が記憶されている。そしてレンズ交換時やカメラの
電源が投入された時点で、前記補正係数が制御ＣＰＵ１
０２に読み取られ、カメラレンズ内通信用接点１０１、
カメラ内通信用接点９を通して、カメラ全体の制御回路
８に送られる。この点は前記図２の実施例と変わるとこ
ろなない。

【００２７】２１は、ビデオカメラを外部より制御する
ためのカメラ制御Ｉ／Ｆで、外部の制御機器より補正係
数を出力する要求があったときに、撮影に使われている
レンズの補正係数を外部制御機器へ出力する。

【００２８】このようなビデオカメラを、画像メモリと
前記通信手段を有し、前記画像歪みの補正演算をプログ
ラムされた計算機に接続することによって、撮像画像と
その画像歪み補正係数を計算機に読み取らせることがで
き、画像歪みのあるレンズを用いても、前記画像歪みの
補正プログラムにより歪みのない画像を得ることが可能
となる。

【００２９】ところで、交換レンズとしてズームレンズ
を用いる場合、前記ディストーションや倍率の色収差な
どは、レンズの焦点距離により変化することが多い。こ
のような場合、前記ＲＯＭ１０３には焦点距離毎の補正
データをテーブルとして記憶させておき、焦点距離情報
をエンコーダによりレンズ制御ＣＰＵ１０２に読み取っ
て、対応する補正データをカメラ本体に送ることができ
る。

【００３０】

【発明の効果】本発明は、レンズによる幾何学的歪みを
補正する演算手段をビデオカメラに内蔵することによっ
て、ワイドレンズのディストーションや倍率の色収差を
自動的に補正することができ、またこのような機能によ
りレンズ設計に課せられた制約の一部を除くことも可能
となり、小型軽量で安価なレンズを使ったビデオカメラ
装置が提供できる。

【００３１】また、撮像レンズが交換できるビデオカメ
ラであって、レンズの幾何学的歪みを表す情報をパラメ
ータとしてレンズ内に有し、ビデオカメラは、レンズ装
着の際などに、この情報を読み取り、読み取った情報に
基づいて装着されたレンズに適した幾何学的歪み補正の
演算と合わせて行うことによって、交換レンズタイプの
ビデオカメラでも前記効果を得ることができる。

【００３２】さらに、画素ピッチの正方格子化の演算を
行うビデオカメラでは、幾何学的歪み補正の演算と合わ
せて行うことによって、処理の高速化を図れる。幾何学
的歪み補正の情報を映像信号とともに記録する、記録機
能一体型のビデオカメラにおいては、レンズによる幾何
学的歪みに関するパラメータを画像データとともに記録
しておくことにより、カメラ外部での同様の補正がで
き、システムとして前記同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第１実施例のブロック図である。

【図２】本発明第２実施例のブロック図である。

【図３】本発明第３実施例のブロック図である。

【図４】３次たたみ込み内挿法の説明図でる。

【符号の説明】

１撮像レンズ２色分解プリズム３０１、３０２、３０３撮像素子４サンプル・ホールド回路５Ａ／Ｄ変換回路６信号処理回路７フレームメモリ８カメラ制御部９カメラ側接点１０フレームメモリ制御部１１ＲＡＭ１２係数演算部１５メモリカード１０１レンズ側接点１０２レンズ制御ＣＰＵ１０３ＲＯＭ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像レンズと、該撮像レンズにより結像
された被写体像を電気信号に変換する撮像素子と、該撮
像素子の出力信号をデジタル信号に変換するアナログ・
デジタル変換器と、該アナログ・デジタル変換器の出力
を一時記憶するフレームまたはフィールドメモリとを備
えてなるビデオカメラにおいて、前記撮像レンズによる
幾何学的歪みを補正する演算手段を備えることを特徴と
するビデオカメラ。
【請求項２】補正するレンズの幾何学的歪みが色の倍
率収差であって、信号を色信号に変換し、該色信号を記
憶するメモリを備え、前記演算手段は、該メモリの出力
に基づいて、色の成分毎に倍率を補正するように像の拡
大または縮小を行うことを特徴とする請求項１記載のビ
デオカメラ。
【請求項３】補正するレンズの幾何学的歪みがレンズ
のディストーションであって、該歪みを補正する請求項
１記載のビデオカメラ。
【請求項４】幾何補正演算を、画素ピッチの正方格子
化の演算と合わせて行うことを特徴とする請求項１記載
のビデオカメラ。
【請求項５】色の倍率を補正する演算を、最小の像が
得られる色の像を基準として、他の色の像を縮小するこ
とによって行うことを特徴とする請求項２記載のビデオ
カメラ。
【請求項６】色の倍率を補正する演算を、最大の像が
得られる色の像を基準として、他の色の像を拡大するこ
とによって行うことを特徴とする請求項２記載のビデオ
カメラ。
【請求項７】撮像レンズと、該撮像レンズにより結像
された被写体像を電気信号に変換する撮像素子と、該撮
像素子の出力信号を映像信号に変換して記録する手段を
有する記録機能一体型のビデオカメラにおいて、前記撮
像レンズの幾何学的歪みを表す情報を映像信号と共通の
記録媒体、または映像信号と異なる記録媒体に記録する
手段を備えることを特徴とするビデオカメラ。
【請求項８】撮像レンズと、該撮像レンズにより結像
された被写体像を電気信号に変換する撮像素子と、該撮
像素子の出力信号を映像信号に変換して記録する手段を
有するビデオカメラにおいて、前記撮像レンズの幾何学
的歪みを表す情報を映像信号に重畳して、または映像信
号とは別に出力する手段を備えることを特徴とするビデ
オカメラ。
【請求項９】撮像レンズを交換できるカメラシステム
において、該撮像レンズには、該撮像レンズより結像さ
れる被写体像の幾何学的歪みを表す情報を記憶する手段
と、前記記憶した情報とカメラの状態から歪みを表す情
報を演算して生成する手段と、カメラ側からその情報を
読み取る手段とを備えることを特徴とするカメラシステ
ム。
【請求項１０】一つの交換レンズの色の倍率の情報
を、基準とする色を表す情報と、その色の像に対する他
の色の像の倍率として情報を伝達することを特徴とする
請求項２または７または８記載のビデオカメラ。
【請求項１１】一つの交換レンズの色の倍率の情報
を、基準とする色については伝達せず、その色に対する
他の色の像の倍率と色の情報だけを伝達することを特徴
とする請求項２または７または８記載のビデオカメラ。
【請求項１２】伝達または記録する幾何学的歪みの情
報が、撮像レンズのディストーションであることを特徴
とする請求項７記載のビデオカメラ。