WO2012008224A1 - 画像撮像装置 - Google Patents

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parallax
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stereoscopic image
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徳井　圭
栄 齋藤
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シャープ株式会社
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    • H04N13/204—Image signal generators using stereoscopic image cameras
    • H04N13/239—Image signal generators using stereoscopic image cameras using two 2D image sensors having a relative position equal to or related to the interocular distance
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03B25/02—Viewers, other than projection viewers, giving motion-picture effects by persistence of vision, e.g. zoetrope with interposed lenticular or line screen
    • G—PHYSICS
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    • H04N13/20—Image signal generators
    • H04N13/296—Synchronisation thereof; Control thereof

Definitions

  • the present invention relates to a technique relating to an image pickup apparatus, and more particularly to a technique for picking up and displaying a stereoscopic image.
  • a stereoscopic image technique has been developed in which a left eye is visually recognized by the left eye, a right eye is visually recognized by the right eye, and a stereoscopic image is recognized based on a shift (parallax) of a subject in both images.
  • a display that displays stereoscopic images in combination with glasses for viewing stereoscopic images, the left and right images are displayed in a time-sharing manner or by changing the polarization direction to separate the left and right images from the viewer. There is something to see.
  • two solid-state image sensors such as CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) and CCD (Charge Coupled Device), are provided as cameras for taking a three-dimensional image. There are images for the right eye and for the right eye.
  • FIG. 13 shows a case where normal photographing is performed, and the longitudinal direction of the image sensor is equal to the direction in which two image sensors are arranged, and a left-eye image and a right-eye image can be photographed.
  • FIG. 14 shows a case where the camera of FIG. 11 is set to the vertical position, and the imaging elements are arranged vertically, and cannot be photographed as left and right images.
  • Patent Document 1 As a method for solving this problem, there is a method of rotating the image pickup device itself, for example, Patent Document 1.
  • Patent Document 1 As shown in FIG. 15, camera heads 3 a and 3 b that are rotatably supported by a camera body 4, a plurality of photographing lenses 1 a and 1 b that are respectively supported by the camera heads 3 a and 3 b, and an imaging device.
  • a compound eye camera device having 2a and 2b is disclosed. This compound-eye camera device is in a state as shown in FIG. 15A for normal shooting, but is in a state as shown in FIG. 15B for vertical shooting. From FIG. 15A to FIG. 15B, the image pickup devices 2a and 2b are rotated, and the short direction of the image pickup device is equal to the direction in which the image pickup device is arranged (left and right). It is possible to shoot left and right images.
  • Patent Document 1 since it is necessary to physically rotate the image sensor, a mechanism for rotating, a space that allows rotation, and wiring that can withstand rotation are required, which increases the size and complexity of the device. High cost will occur.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and is an image that can generate and display a stereoscopic image in either a vertical position or a horizontal position without increasing the size of the apparatus.
  • An object is to provide an imaging device.
  • the image pickup apparatus of the present invention includes two image pickup elements and an image processing unit that generates an image. Then, the image processing unit calculates the parallax of the first and second images captured by the imaging device, and uses the calculated parallax and the first image to arrange the imaging device with respect to the first image. An estimated image having parallax in the orthogonal direction is generated, and a stereoscopic image is generated from the estimated image.
  • the image processing unit generates a stereoscopic image generated from an estimated image having a parallax in a direction orthogonal to the arrangement direction of the imaging elements as a first stereoscopic image, and captures with the imaging element. From the first and second images obtained or from the first and second images captured by the image sensor, an estimated image having a parallax in the arrangement direction of the image sensor is generated, and from the estimated image having the parallax in the array direction, The process of generating a two-dimensional image is switched.
  • the image capturing apparatus of the present invention includes an image display unit that displays a stereoscopic image generated by the image processing unit, and each of the two images that generate the stereoscopic image when the image display unit displays the stereoscopic image.
  • a light control unit that controls the progress of the image light. Then, the light control unit switches the control of the progress of the image light according to each stereoscopic image when displaying the first stereoscopic image and when displaying the second stereoscopic image.
  • the image pickup apparatus of the present invention includes a posture detection unit that detects the posture of the image pickup device. Then, the image processing unit switches between a process of generating the first stereoscopic image and a process of generating the second stereoscopic image, according to the attitude of the image capturing apparatus detected by the attitude detection unit.
  • the present invention it is possible to obtain a stereoscopic image regardless of whether it is in a vertical position or a horizontal position without increasing the size of the apparatus. Further, by providing an image display unit that realizes visual recognition of a stereoscopic image by controlling the progress of light, it is possible to take a picture while confirming the subject as a stereoscopic image on the image display unit. Furthermore, by detecting the attitude of the imaging device by the attitude detection unit, the orientations of the left and right images forming the stereoscopic image can be automatically switched.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of an image capturing apparatus according to the present invention.
  • the image pickup apparatus includes two image pickup elements, an image pickup element 100 and an image pickup element 101. Images captured by the image sensors 100 and 101 are subjected to basic image processing such as demosaicing, color conversion, and gamma correction, and image processing necessary as a stereoscopic image, which will be described later, in an image processing unit 102. Image information output from the image processing unit 102 is displayed on a display (image display unit) 103 capable of stereoscopic display or recorded in the storage device 104.
  • a display image display unit
  • FIG. 2 is a diagram showing processing blocks of the image processing unit 102.
  • the input images are two images A and B taken at different positions, which correspond to the first image and the second image of the present invention.
  • parallax information is calculated by the parallax calculation unit 105 as information obtained from the captured image.
  • the parallax is determined by the interval (baseline length) between the cameras arranged in parallel, the focal length of the camera, and the distance to the subject.
  • the parallax increases when the distance to the subject is small, and the parallax is large when the distance to the subject is large. Get smaller.
  • FIG. 3 is a diagram showing an outline of block matching.
  • FIG. 3A is an input image A photographed by an image sensor (camera) arranged on the left side, and FIG. The input image B taken by the camera) and FIG. 3C show the parallax information calculated from the input images A and B.
  • an arbitrary reference macroblock m is defined in the input image A
  • a search macroblock n having the same size as the reference macroblock m is defined in the input image B photographed by the image sensor (camera) arranged on the right side.
  • the search macroblock n is moved in the input image B
  • the difference absolute value sum between the reference macroblock m and the search macroblock n is calculated, and the input image A and the input image B when the difference absolute value sum becomes the smallest.
  • the difference between the coordinates is the parallax.
  • the parallax of the subject X is 24.
  • the parallax of the subject Y is 8.
  • the parallax information calculated by the parallax calculation unit 105 is transmitted to the parallax conversion unit 106.
  • the parallax conversion unit 106 uses the input image and the parallax information to estimate and generate an image shot at a position different from the input image. For example, as shown in FIG. 4, the pixel value is moved to the right according to the magnitude of the parallax corresponding to each pixel of the input image A.
  • the image generated at this time is A ′, the subject X with a large parallax value moves greatly, the subject Y with a small parallax value moves slightly, and the background region without parallax does not move. This means that an image captured at the camera position moved leftward from the camera position where the input image A was captured is estimated.
  • the maximum parallax value is 255.
  • the subject of the input image A includes X and Y, the X parallax value is 24, and the Y parallax value is 8.
  • the movement amount of the subject X is 24, the parallax of the stereoscopic image is 24, the movement amount of the subject Y is 8, and the parallax of the stereoscopic image is 8.
  • the amount of movement of each pixel should be 1 ⁇ 2 when the base line length is 1. Good.
  • the movement amount of the subject X is 12
  • the parallax of the stereoscopic image is 12
  • the movement amount of the subject Y is 4,
  • the parallax of the stereoscopic image is 4. That is, the image A ′ can be generated by moving the subject according to the parallax value of each pixel.
  • a stereoscopic image in which the stereoscopic effect of the main subject is enhanced can be obtained by further increasing the parallax contrast.
  • the relationship between the parallax and the movement amount may be set as the relationship shown in FIG. 5 instead of the linear relationship as described above.
  • the movement amount of the foreground subject having a large parallax is larger
  • the movement amount of the background having a smaller parallax is smaller
  • the contrast of the parallax between the foreground and the background is larger.
  • a process of uniformly moving one or both images may be added.
  • the parallax between the input image A and the input image B is 16 for the subject X, 0 for the subject Y, and -8 for the background.
  • an image captured at a position different from the input image can be estimated and generated.
  • uncertain pixels that do not have corresponding pixel values may occur.
  • image quality deterioration can be prevented by interpolating these regions with peripheral pixel values.
  • an undetermined pixel is generated on the left side of the moving subject. Since the pixel value on the left side of the undetermined pixel is the background, it is preferable that the image quality deterioration can be reduced by interpolating with the pixel value on the left side.
  • the parallax conversion unit 106 generates and outputs an image A ′ obtained by converting the parallax of the input image from the input image and the parallax information.
  • the output image generation unit 107 performs image processing for display and storage.
  • a stereoscopic image is displayed on the display 103, it is necessary to generate data corresponding to the display method of the display 103.
  • the display method of the display 103 For example, in the method of changing the polarization direction for each row of the display, it is necessary to insert two images corresponding to the left and right images for each row to form one image. Further, in the method of displaying the left and right images in a time division manner, it is necessary to have a frame configuration in which two images corresponding to the left and right images are alternately arranged.
  • the image data is stored in the storage device 104, it is necessary to convert and compress two images corresponding to the left and right images, a reference color image and parallax information, and the like according to the file format corresponding to the stereoscopic image. There is.
  • the images input to the output image generation unit 107 are input image A, input image B, and image A ′ obtained by parallax conversion of the input image, which are captured by the two imaging elements 100 and 101 included in the image capturing apparatus.
  • the input image A and the input image B are output image information with the left and right images as the left and right images, a stereoscopic image captured by the two imaging elements 100 and 101 is obtained.
  • the parallax-converted image A ′ corresponds to the second estimated image of the present invention
  • the obtained stereoscopic image corresponds to the second stereoscopic image of the present invention.
  • the stereoscopic image is obtained by adjusting the parallax of the images captured by the two imaging elements.
  • the conversion process is performed so that the parallax of the subject is reduced, and the stereoscopic image is popped out (retracted). The amount is smaller.
  • the conversion process is performed so that the parallax of the subject increases, and the amount of projection (retraction) of the stereoscopic image is growing. Further, by devising the amount of image movement with respect to the parallax information, for example, as described above, by increasing the contrast between the parallax of the main subject and the parallax of the background and foreground, A stereoscopic image with enhanced feeling.
  • the left and right images may be the input image A and the image A ′.
  • the longitudinal direction of the imaging device and the arrangement direction of the two imaging devices are horizontal as illustrated in FIG. 13
  • the longitudinal direction of the imaging device and the two imaging devices as illustrated in FIG. 14 are described below.
  • a case where the element arrangement direction is vertical, that is, photographing in a vertical position will be described.
  • An opportunity to shoot with the image pickup device in a vertical position occurs, such as when shooting a standing person, but a normal image pickup device having two image pickup devices cannot shoot a stereoscopic image.
  • the imaging device 100 and the imaging device 101 are arranged on the left and right, and the imaging state is in the vertical position as shown in FIG. 6, the imaging device 100 and the imaging device 101 are arranged in the vertical direction.
  • the image sensor 100 is an image for the left eye, there must be a photographed image in which the image sensor is arranged at the right camera position in FIG.
  • the parallax calculation unit 105 it is possible to calculate the parallax of the captured image from the image sensor 100 and the image sensor 101. This is because the parallax is a value that changes according to the distance to the subject, and thus the parallax between the image sensor 100 and the image sensor 101 occurs in the vertical direction. Therefore, the parallax information can be calculated by the parallax calculation unit 105 even when shooting in the vertical position.
  • the input image A captured by the image sensor 100 and the parallax information calculated from the image sensor 100 and the image sensor 101 are input to the parallax converter 106.
  • an image shot at a position perpendicular to the direction in which the parallax information is calculated, that is, a position in the horizontal direction is estimated.
  • the input image B may be used as the input image from which the estimated image is generated.
  • the parallax information at this time it is better to use the parallax information calculated using the input image B as a reference. Thereby, it is possible to generate an estimated image in the direction perpendicular to the arrangement direction of the imaging elements using the input image A or B and the parallax information.
  • the image A ′ generated by the parallax conversion unit 106 is transmitted to the output image generation unit 107, and left and right images are selected as output image information.
  • one of the left and right images is the input image B, and the other is the input image A or image A ′.
  • the left and right images are a combination of the input image A and the image A ′.
  • the parallax conversion processing is performed so that the parallax is generated in the subject based on the parallax information calculated from the input image A and the input image B. Parallax is also generated between A and image A ′.
  • a stereoscopic image can be generated by combining the input image A and the image A ′.
  • This stereoscopic image corresponds to the first stereoscopic image of the present invention.
  • the stereoscopic image generation process can be switched and executed between the horizontal position and the vertical position.
  • a display capable of stereoscopic display is preferably a method capable of stereoscopic display with the naked eye without requiring the user to wear glasses.
  • the display 103 restricts the traveling direction of the light so that the right and left images can reach only the eyes.
  • the left-eye image L and the right-eye image R are converted so as to alternate with L, R, L, R... deep.
  • conversion is performed so that the left-eye image L and the right-eye image R alternate as shown in FIG.
  • a light control unit that controls the progress of image light so that the left eye image L reaches the left eye and the right eye image R reaches the right eye.
  • a barrier 110 is arranged. This enables stereoscopic display with the naked eye.
  • liquid crystal is used for the parallax barrier 110.
  • FIG. 10 is a diagram showing the state of the stereoscopic image and the parallax barrier.
  • a stereoscopic image (FIG. 10A) in the horizontal position is stereoscopically displayed
  • the parallax barrier 110 can be stereoscopically displayed by setting the parallax barrier 110 to the state of FIG.
  • the stereoscopic image (FIG. 10C) in the vertical position is stereoscopically displayed
  • the generation of the parallax barrier 110 needs to be controlled.
  • the parallax barrier 110 is in the vertical direction with the state shown in FIG. 10B, the state shown in FIG. 10D is obtained. In this state, the vertically positioned stereoscopic image cannot be viewed as a stereoscopic image.
  • a time-division type stereoscopic display can be applied to the display for displaying a stereoscopic image, and can be realized by controlling the display on the display and the glasses in synchronization.
  • a stereoscopic image can be captured in the vertical position by generating a stereoscopic image from the input image A and the image A ′.
  • An image A ′′ generated from an input image A different from A ′ may be used. That is, by applying the present invention, a stereoscopic image is generated by a different image A ′ and an image A ′′ generated from the input image A. Can also be generated.
  • this method it is possible to divide the amount of undetermined pixels generated as the subject moves into left and right images. That is, image quality degradation can be reduced by reducing the maximum value of the area formed by consecutive undefined pixels.
  • a three-dimensional image can be taken in a horizontal position or a vertical position easily and at low cost without physically rotating the image pickup device. Furthermore, by providing a display capable of displaying a stereoscopic image in both the horizontal position and the vertical position, it is possible to take a picture while confirming the image as a stereoscopic image.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration including an attitude detection unit that detects the attitude of the image capturing apparatus.
  • a posture detection unit 108 that detects the horizontal position and the vertical position of the image capturing apparatus is provided.
  • the image processing unit 102 automatically switches the shooting direction according to information indicating the posture (horizontal position or vertical position) of the image capturing apparatus detected by the posture detection unit 108 and generates a stereoscopic image.
  • An acceleration sensor or the like can be applied to the posture detection unit 108.
  • the direction of shooting can be automatically switched appropriately by detecting the direction of the display 103.
  • the present invention can also be applied to a case where the hand direction is the same as the direction in which the two image sensors 100 and 101 are arranged.
  • the parallax information is calculated from the captured image of the image sensor 100 and the captured image of the image sensor 101.
  • one of the left and right images is taken as an image taken by the image sensor 101
  • the other of the left and right images is taken as an image taken by the image sensor 100
  • an image obtained by parallax-converting the taken image A Select from A ' is
  • a stereoscopic image can be obtained by setting the left and right images as the captured image A of the image sensor 100 and the captured image A as an image A ′ obtained by parallax conversion.
  • the captured image A and the image A ′ obtained by parallax conversion of the captured image A are selected without using the input image B regardless of the vertical position and the horizontal position. In this way, a stereoscopic image can be obtained.
  • the baseline length of the generated stereoscopic image is greater than 1 ⁇ 2 of the baseline length of the input image A and the input image B, the input image A is subjected to parallax conversion. Rather, the amount of pixel movement is smaller when the input image B is subjected to parallax conversion.
  • the input image B when the input image B can be used and the base line length of the stereoscopic image generated on the input image B side is larger than 1 ⁇ 2 of the base line length of the input image A and the input image B, the input image B is used. Is better.
  • the image when reproducing an image recorded in the storage device 104, the image was taken in the vertical position when recording the image data so that it can be properly determined whether the image is displayed in the vertical position or the horizontal position. It is desirable to record additional information as to whether the image is an image taken in a horizontal position or not.
  • the image processing unit 102 of the present invention can be realized by various means for performing image processing. For example, it can be realized by processing by software by the CPU, processing by hardware such as LSI or FPGA, or by using both.

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Abstract

　縦位置であっても横位置であっても立体画像を得ることが可能な画像撮像装置を提供する。画像撮像装置は、２つの撮像素子１００，１０１と、これら撮像素子で撮像した画像を用いて立体画像を生成する画像処理部１０２とを備える。画像処理部１０２は、撮像素子１００，１０１で撮像した第１及び第２の画像の視差を算出し、算出した視差と、第１の画像を使用して、第１の画像に対して撮像素子１０１，１０２の配列方向の直交方向に視差を有する推定画像を生成し、推定画像とから立体画像を生成する。

Description

画像撮像装置
　本発明は画像撮像装置に関する技術であり、特に、立体画像を撮像して表示する技術に関する。
　左眼には左眼用の画像を視認させ、右眼には右眼用の画像を視認させ、両画像内の被写体のずれ（視差）により立体像として認識させる立体画像技術が開発されている。立体画像を表示するディスプレイでは、立体画像を見るための眼鏡と組み合わせて、左右の画像を時分割で表示したり、偏光方向を変えて表示したりすることで視聴者に左右画像を分離して視認させるものがある。また、立体画像を撮影するカメラとして、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）やＣＣＤ（Charge Coupled Device）といった固体撮像素子を２個備えて、各撮像素子を左右に配置して撮影した画像をそれぞれ左眼用および右眼用の画像とするものがある。
　しかしながら、２個の撮像素子を左右に配置したカメラでは縦位置による立体画像の撮影ができない。例えば、図１３は通常の撮影をする場合で、撮像素子の長手方向が、２個の撮像素子が配置される方向と等しく、左眼用画像と右眼用画像とを撮影することができる。図１４は図１１のカメラで縦位置にした場合であり、撮像素子が上下に配置されてしまい、左右画像として撮影することができない。
　この課題を解決する方法として、撮像素子自身を回転する方法が挙げられ、例えば、特許文献１が挙げられる。特許文献１では図１５に示すように、カメラ本体４に回動可能に支持されたカメラヘッド３ａ，３ｂと、カメラヘッド３ａ，３ｂにそれぞれ支持された複数の撮影レンズ１ａ，１ｂ、および撮像素子２ａ，２ｂとを備えた複眼カメラ装置が開示されている。この複眼カメラ装置は、通常撮影をする場合には図１５（Ａ）のような状態であるが、縦位置撮影をする場合には図１５（Ｂ）のような状態にする。図１５（Ａ）から図１５（Ｂ）へは撮像素子２ａ，２ｂが回転しており、撮像素子の短手方向と撮像素子の配置される方向（左右）とが等しくなり、縦位置撮影で左右画像を撮影することが可能となっている。
特開平１０－２２４８２０号公報
　しかしながら、上記方法では以下のような課題を有する。
　特許文献１の構成では、物理的に撮像素子を回転する必要があるため、回転するための機構と、回転を許容する空間と、回転に耐えられる配線が必要となり、装置の大型化、複雑化、高コスト化が発生してしまう。
　本発明は、上述ごとき実情に鑑みてなされたものであり、装置の大型化を発生させることなく、縦位置であっても横位置であっても立体画像を生成し、表示できるようにした画像撮像装置を提供することを目的とする。
　本発明の画像撮像装置は、２つの撮像素子と、画像を生成する画像処理部とを備えている。そして画像処理部は、撮像素子で撮像した第１及び第２の画像の視差を算出し、算出した視差と、第１の画像を使用して、第１の画像に対して撮像素子の配列方向と直交方向に視差を有する推定画像を生成し、推定画像から立体画像を生成する。
　また、本発明の画像撮像装置は、画像処理部が、撮像素子の配列方向と直交方向に視差を有する推定画像から生成した立体画像を第１の立体画像として生成する処理と、撮像素子で撮像した第１及び第２の画像から、または、撮像素子で撮像した第１及び第２の画像から撮像素子の配列方向に視差を有する推定画像を生成し配列方向に視差を有する推定画像から、第２の立体画像を生成する処理と、を切り換えて行う。
　また、本発明の画像撮像装置は、画像処理部で生成された立体画像を表示する画像表示部と、画像表示部が立体画像を表示する際に、立体画像を生成した２つの画像のそれぞれの画像光の進行を制御する光制御部とを備える。そして光制御部は、第１の立体画像を表示するときと第２の立体画像と表示するときとで、各立体画像に応じて画像光の進行の制御を切り換える。
　また、本発明の画像撮像装置は、画像撮像装置の姿勢を検出する姿勢検出部を備える。そして画像処理部は、姿勢検出部で検出された画像撮像装置の姿勢に応じて、第１の立体画像を生成する処理と、第２の立体画像を生成する処理とを切り換える。
　本発明によれば、装置の大型化を発生させることなく、縦位置であっても横位置であっても立体画像を得ることが可能となる。また、光の進行を制御することで立体画像の視認を実現する画像表示部を備えることで、被写体を立体画像として画像表示部で確認しながら撮影することができる。さらに、撮像装置の姿勢を姿勢検出部により検出することで、立体画像を形成する左右画像の向きを自動で切り替えることができる。
本発明の画像撮像装置の一実施例を示すブロック図である。 図１の画像処理部の構成例を示す図である。 視差情報を算出する方法の例を説明するための図である。 視差変換による画像推定処理を説明するための図である。 視差と画素の移動量との関係の設定例を示す図である。 視差変換による画像推定処理を説明するための図である。 視差バリアに対応した立体画像情報の一例を示す図である。 視差バリアに対応した立体画像情報の他の例を示す図である。 視差バリアを使った立体ディスプレイを示す図である。 立体画像に応じた視差バリアの状態を示す図である。 本発明の画像撮像装置の他の実施例を示すブロック図である。 本発明の画像撮像装置に適用可能な撮像素子の配置関係の他の例を示す図である。 画像撮像装置の撮像素子の配置例を示す図である。 図１３の撮像素子を縦位置にしたとき配置を示す図である。 特開平１０－２２４８２０号公報に記載された技術を示す図である。
　以下、図面を使って本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、各図における表現は理解しやすいように誇張して記載しており、実際のとは異なる場合がある。
　図１は、本発明における画像撮像装置の構成例を示すブロック図である。画像撮像装置には撮像素子１００と撮像素子１０１の２つの撮像素子を備えている。撮像素子１００および１０１で撮影された画像は画像処理部１０２にてデモザイク、色変換、ガンマ補正などの基本的な画像処理と、後述する立体画像として必要な画像処理が行われる。画像処理部１０２から出力される画像情報は、立体表示が可能なディスプレイ（画像表示部）１０３で表示されたり、記憶装置１０４で記録されたりする。
　図２は、画像処理部１０２の処理ブロックを示す図である。入力される画像は異なる位置で撮影された２つの画像Ａ，Ｂで、本発明の第１の画像及び第２の画像に相当するものである。まず視差算出部１０５により撮影画像から得られる情報として視差情報が算出される。視差は平行に配置されたカメラの間隔（基線長）と、カメラの焦点距離と、被写体までの距離により決まり、被写体までの距離が小さいと視差は大きくなり、被写体までの距離が大きいと視差は小さくなる。
　視差の算出には様々な方法を適用することができ、例えばブロックマッチングによる方法が挙げられる。図３はブロックマッチングの概要を示す図で、図３（Ａ）は左側に配置された撮像素子（カメラ）で撮影された入力画像Ａ、図３（Ｂ）は右側に配置された撮像素子（カメラ）で撮影された入力画像Ｂ、図３（Ｃ）は入力画像Ａ，Ｂから計算した視差情報を示している。
　ここでは入力画像Ａに任意の基準マクロブロックｍを定義し、右側に配置された撮像素子（カメラ）で撮影された入力画像Ｂには基準マクロブロックｍと同じ大きさの探索マクロブロックｎを定義する。探索マクロブロックｎを入力画像Ｂ内で移動させるとともに、基準マクロブロックｍと探索マクロブロックｎの差分絶対値和を計算し、最も差分絶対値和が小さくなったときの入力画像Ａと入力画像Ｂとの座標の差が視差となる。図３において、入力画像Ａにおける被写体Ｘが、入力画像Ｂにおいて被写体Ｘが水平方向に２４画素ずれていた場合、被写体Ｘの視差を２４としている。同様に被写体Ｘより遠くにある被写体Ｙが水平方向に８画素ずれていれば、被写体Ｙの視差は８となる。
　視差算出部１０５で算出された視差情報は視差変換部１０６に伝達される。視差変換部１０６は入力される画像と視差情報を使用して、入力された画像とは異なる位置で撮影された画像を推定し生成する。
　例えば、図４に示すように入力画像Ａの各画素に対応する視差の大小にしたがって、画素の値を右方向へ移動させる。このとき生成される画像はＡ’となり、視差の値が大きい被写体Ｘは大きく移動し、視差の値が小さい被写体Ｙは少し移動し、視差がない背景領域は移動しない。これは、入力画像Ａを撮影したカメラ位置から左方向に移動したカメラ位置で撮影した画像を推定したことになる。同様に、画素の移動を左方向にした場合には、カメラ位置を右に移動した位置で撮影した画像を推定したことになる。さらに、各画素に対応した視差の分だけ左方向に移動した場合には、入力画像Ｂが撮影された位置での撮影画像を推定したことになる。
　入力画像Ａと視差情報とから画像Ａ’を生成するときの処理例を説明する。ここでは視差値の最大値を２５５とする。入力画像Ａの被写体として、Ｘ，ＹがありＸの視差値は２４、Ｙの視差値は８とする。入力画像Ｂの位置での画像Ａ’を作成する場合、被写体Ｘの移動量は２４で立体画像の視差が２４、被写体Ｙの移動量は８で立体画像の視差が８となる。
　画像Ａと画像Ｂとの基線長（カメラ間隔）の１／２の位置の画素Ａ’を生成する場合には、各画素の移動量は、基線長が１のときの１／２とすればよい。例えば被写体Ｘの移動量は１２で立体画像の視差は１２、被写体Ｙの移動量は４で立体画像の視差が４となる。
　つまり、各画素の視差値に従って被写体を移動することで、画像Ａ’を生成することができる。
　また、上記の処理の他、さらに視差のコントラストが大きくなるようにすることで、主要被写体の立体感が強調された立体画像とすることもできる。例えば、視差と移動量との関係を上記のような線形の関係ではなく、図５に示すような関係として設定してもよい。この場合、視差の大きい前景の被写体の移動量がより大きく、視差の小さい背景の移動量がより小さくなって、前景と背景との視差のコントラスが大きくなる。これにより、視差が中程度の主要被写体の立体感が強調された立体画像が得られる。
　また、立体画像の立体感を制御するために、一方または両方の画像に対して一様に移動させる処理を付加しても良い。例えば、図３において、入力画像Ｂの全画素を右に８画素移動させると、入力画像Ａと入力画像Ｂの視差は、被写体Ｘで１６、被写体Ｙで０、背景で－８となる。このとき、立体画像としてディスプレイに表示したときに、視差の符号が正の場合には被写体がディスプレイ面より飛び出し、視差の符号が正の場合には被写体がディスプレイ面より引っ込んで見える。
　上記のような処理によって被写体を移動させることにより、入力された画像とは異なる位置で撮影された画像を推定し生成することができる。
　ここで、被写体が移動したあとに対応する画素値が存在しない未確定画素が発生する場合があるが、これらの領域は周辺の画素値で補間することで画質劣化を防ぐことができる。特に、画像Ａ’のように被写体が右方向へ移動する場合は、未確定画素が移動被写体の左側に発生する。未確定画素の左側の画素値は背景であるため、左側の画素値で補間することで画質劣化を低減することができ好適である。カメラの移動方向が右である場合は左右が逆転するが、同様に画質劣化を低減することが可能である。上記の方法により、視差変換部１０６では入力画像と視差情報とから入力画像の視差を変換した画像Ａ’を生成して出力する。
　出力画像生成部１０７では、表示や保存のための画像処理をする。立体画像をディスプレイ１０３に表示する場合には、ディスプレイ１０３の表示方式に対応したデータを生成する必要がある。例えば、ディスプレイの行ごとに偏光方向を変化させる方式では、左右の画像に対応する２つの画像を行ごとに挿入して１枚の画像にする必要がある。また、左右の画像を時分割で表示する方式では、左右の画像に対応した２つの画像を交互にしたフレーム構成にする必要がある。さらに、画像データとして記憶装置１０４に保存する場合には、立体画像に対応したファイルフォーマットにしたがって、左右画像に対応する２つの画像や、基準となるカラー画像と視差情報などを変換、圧縮する必要がある。
　ここで、出力画像生成部１０７に入力される画像は、画像撮像装置が備える２つの撮像素子１００，１０１で撮影した入力画像Ａ、入力画像Ｂ、および入力画像を視差変換した画像Ａ’の３種類がある。入力画像Ａおよび入力画像Ｂを左右画像として出力画像情報とした場合には、２つの撮像素子１００，１０１が撮影した立体画像となる。視差変換した画像Ａ’は本発明の第２の推定画像に相当し、得られた立体画像は本発明の第２の立体画像に相当する。
　入力画像Ｂと画像Ａ’を左右画像として出力画像情報とした場合には、２つの撮像素子が撮影した画像の視差が調整された立体画像となる。このとき、画像Ａ’の視差変換が入力画像Ｂを撮影した位置に近くなるような処理が行われた場合には、被写体の視差は小さくなるような変換処理となり、立体画像の飛び出し（引っ込み）量は小さくなる。一方、画像Ａ’の視差変換が入力画像Ｂを撮影した位置から遠ざかるような処理が行われた場合には、被写体の視差は大きくなるような変換処理となり、立体画像の飛び出し（引っ込み）量は大きくなる。また、視差情報に対して画像の移動量を工夫する、例えば、上述したように主要被写体が有する視差と、背景および前景が有する視差とのコントラストが大きくなるようにすることで、主要被写体の立体感が強調された立体画像となる。左右画像は、入力画像Ａと画像Ａ’であってもよい。
　以上では図１３に示すような、撮像素子の長手方向と２つの撮像素子の配置方向が水平である場合について説明したが、以下では図１４に示すような、撮像素子の長手方向と２つの撮像素子の配置方向が垂直である場合、すなわち縦位置での撮影について説明する。
　立っている人物を撮影する場合など、画像撮像装置を縦位置にして撮影する機会が発生するが、２つの撮像素子を備えた通常の画像撮像装置では立体画像を撮影することができない。これは、撮像素子１００と撮像素子１０１を左右に配置した状態から、図６に示すような縦位置での撮影状態にすると、撮像素子１００と撮像素子１０１が垂直方向に配置されてしまう。縦位置での撮影で立体画像を得るためには、撮像素子１００を左眼用の画像とする場合、図６中の右カメラ位置に撮像素子を配置した撮影画像がなければならない。
　しかしながら、撮像素子１００と撮像素子１０１とから撮影画像の視差を算出することは可能である。これは視差が被写体までの距離に応じて変化する値であるためで、撮像素子１００と撮像素子１０１との視差が縦方向に発生する。したがって、縦位置での撮影であっても視差算出部１０５で視差情報を算出することが可能である。
　次に、撮像素子１００で撮影された入力画像Ａと、撮像素子１００と撮像素子１０１とから算出された視差情報を視差変換部１０６に入力する。縦位置での撮影により立体画像を得たい場合には、視差情報を算出した方向と垂直となる方向、すなわち、水平方向の位置で撮影した画像を推定する。
　推定画像を生成する元となる入力画像としては入力画像Ｂを用いてもよい。このときの視差情報は、基準を入力画像Ｂとして算出した視差情報を使用した方が良い。これにより、入力画像ＡまたはＢと視差情報とを使用して、撮像素子の配列方向の垂直方向に推定画像を生成することができる。
　視差変換部１０６で生成された画像Ａ’は出力画像生成部１０７に伝達され、出力画像情報として左右画像を選択する。横位置での撮影の場合には左右画像のうち一つは入力画像Ｂとし、もう一方を入力画像Ａまたは画像Ａ’としていた。縦位置での撮影の場合には、左右画像を入力画像Ａと画像Ａ’との組み合わせとする。画像Ａ’は入力画像Ａから生成されているが、入力画像Ａと入力画像Ｂとから算出された視差情報により、被写体に視差が発生するように視差変換処理が行われているため、入力画像Ａと画像Ａ’との間にも視差が発生している。従って入力画像Ａと画像Ａ’との組み合わせで立体画像の生成が可能となっている。この立体画像は本発明の第１の立体画像に相当する。
　以上の方法により、物理的に撮像素子を回転させたりすることなく、小型で低コストの画像撮像装置でありながら縦位置においても立体画像を生成することが可能となる。そして横位置と縦位置とで立体画像の生成処理を切り換えて実行させることができる。
　一方で、画像処理部１０２から出力される出力画像情報をディスプレイ１０３で表示する場合においても、横位置での撮影と縦位置での撮影とで、左右画像に発生させる視差の方向も変化してしまう。コンパクトデジタルカメラやカメラ付携帯電話などのモバイル機器において、立体表示が可能なディスプレイには、ユーザーが眼鏡を装着する必要のない裸眼での立体表示が可能な方式が好ましい。
　立体画像を裸眼で視認可能にするために、ディスプレイ１０３では左右画像が各々の眼にのみ光が到達するように光の進行方向を制限する。例えば、横位置の立体画像の場合は、図７のように左眼用画像Ｌと右眼用画像Ｒを列ごとにＬ、Ｒ、Ｌ、Ｒ・・・と交互になるように変換しておく。また、縦位置の立体画像の場合も、図８のように左眼用画像Ｌと右目用画像Ｒとが交互になるように変換しておく。
　そして、図９に示すように、左眼には左眼用画像Ｌが、右眼には右眼用画像Ｒの画素の光が到達するように画像光の進行を制御する光制御部（視差バリア１１０）が配置される。これにより裸眼での立体表示が可能となる。ここで、視差バリア１１０には液晶を用いる。例えば液晶パネルの光シャッター効果を利用して、液晶パネルの光透過領域を制御することで視差バリア１１０を発生させたり、無くしたりを電気的に制御可能となる。つまり、同一のディスプレイ１０３で電気的に２次元画像表示と立体画像表示を切り替えることができる。
　図１０は立体画像と視差バリアの状態を示した図である。横位置での立体画像（図１０（Ａ））を立体表示する場合には、視差バリア１１０は図１０（Ｂ）の状態とすることで立体表示が可能となる。一方、縦位置での立体画像（図１０（Ｃ））を立体表示する場合には視差バリア１１０の発生を制御する必要がある。視差バリア１１０の状態が図１０（Ｂ）のまま縦方向にすると図１０（Ｄ）に示す状態となる。この状態では縦位置立体画像を立体画像として視認することはできない。そこで、視差バリア１１０が構成する縞の方向を垂直方向となるように液晶を制御することで図１０（Ｅ）のような視差バリア１１０の状態となる。これにより、縦位置立体画像（図１０（Ｃ））を立体画像として表示することが可能となる。
　ここで、立体画像を表示するディスプレイには、時分割方式の立体ディスプレイも適用することができ、ディスプレイの表示と眼鏡を同期して制御することにより実現することができる。
　さらに、本実施例では入力画像Ａと画像Ａ’で立体画像を生成することで、縦位置での立体画像の撮影を可能とすることを説明したが、算出した視差情報を使用して、画像Ａ’とは異なる入力画像Ａから生成される画像Ａ”を使用しても良い。すなわち、本発明を応用することで、入力画像Ａから生成される異なる画像Ａ’および画像Ａ”によって立体画像を生成することも可能である。この方法により、被写体の移動に伴い発生する未確定画素の量を左右画像に分割することができる。すなわち、連続した未確定画素により形成される面積の最大値を減少させることにより、画質劣化を低減することができる。
　以上で説明したように、本発明の画像撮像装置によれば、撮像素子を物理的に回転することなく、簡易、低コストで横位置でも縦位置でも立体画像が撮影可能となる。さらに、横位置でも縦位置でも立体画像を表示することが可能なディスプレイを備えることで、立体画像として画像を確認しながら撮影をすることが可能となる。
　図１１は、画像撮像装置の姿勢を検出する姿勢検出部を備えた構成を示す図である。本例では、上述した画像撮像装置の構成に加えて、画像撮像装置の横位置および縦位置を検出する姿勢検出部１０８を備える。画像処理部１０２は、姿勢検出部１０８により検出された画像撮像装置の姿勢（横位置または縦位置）を示す情報に応じて、撮影する向きを自動で切り替えて立体画像を生成する。姿勢検出部１０８には加速度センサなどを適用することが可能である。また、プレビュー画面が回転するデジタルカメラや、サイクロイド式のカメラ付携帯電話などではディスプレイ１０３の向きを検知することで撮影の向きを自動で適切に切り換えることが可能である。
　ここで、上記の実施例では撮像素子の長手方向と、２つの撮像素子が配置される方向とが同じになる様な場合について説明したが、図１２のように、撮像素子１００，１０１の短手方向と、２つの撮像素子１００，１０１が配置される方向とが同じになる場合についても本発明を適用することができる。
　視差情報は、撮像素子１００の撮影画像と撮像素子１０１の撮影画像とから算出する。縦位置での立体画像を得たい場合には、左右画像のうち一つを撮像素子１０１の撮影画像とし、左右画像のもう一方を撮像素子１００の撮影画像Ａ、撮影画像Ａを視差変換した画像Ａ’から選択する。横位置での立体画像を得たい場合には、左右画像を撮像素子１００の撮影画像Ａ、撮影画像Ａを視差変換した画像Ａ’とすることで立体画像を得ることができる。
　さらに、立体画像を生成するときの左右画像の選択において、入力画像Ｂを使用せずに縦位置、横位置によらず撮影画像Ａと、撮影画像Ａを視差変換した画像Ａ’とを選択することでも立体画像を得ることができる。
　しかしながら、立体画像を入力画像Ｂ側に生成するときに、生成する立体画像の基線長が、入力画像Ａと入力画像Ｂとの基線長の１／２より大きいときには、入力画像Ａを視差変換するよりも、入力画像Ｂを視差変換した方が画素の移動量が小さくなる。したがって、入力画像Ｂを使用できる状態であり、かつ、入力画像Ｂ側に生成する立体画像の基線長が入力画像Ａと入力画像Ｂの基線長の１／２より大きいときには、入力画像Ｂを使用した方が好適である。
　また、記憶装置１０４記録された画像を再生するときに、縦位置で表示するのか横位置で表示するのかを適切に判別できるようにするため、画像データを記録するときに、縦位置で撮影した画像なのか横位置で撮影した画像なのかの付加情報も同時に記録することが望ましい。
　また、本発明の画像処理部１０２は、画像処理を行う様々な手段により実現することができる。例えば、ＣＰＵによるソフトウェアでの処理でも、ＬＳＩやＦＰＧＡといったハードウェアでの処理でも、その両方を利用することでも実現することができる。
１ａ，１ｂ…撮影レンズ、２ａ，２ｂ…撮像素子、３ａ，３ｂ…カメラヘッド、１００，１０１…撮像素子、１０２…画像処理部、１０３…ディスプレイ、１０４…記憶装置、１０５…視差算出部、１０６…視差変換部、１０７…出力画像生成部、１０８…姿勢検出部、１１０…視差バリア。

Claims (4)

  1. 　２つの撮像素子と、画像を生成する画像処理部とを備えた画像撮像装置であって、
    　前記画像処理部は、前記撮像素子で撮像した第１及び第２の画像の視差を算出し、該算出した視差と、前記第１の画像を使用して、該第１の画像に対して前記撮像素子の配列方向と直交方向に視差を有する推定画像を生成し、前記推定画像から立体画像を生成することを特徴とする、画像撮像装置。
  2. 　前記画像処理部は、前記撮像素子の配列方向と直交方向に視差を有する推定画像から生成した立体画像を第１の立体画像として生成する処理と、
    　前記撮像素子で撮像した第１及び第２の画像から、または、前記撮像素子で撮像した第１及び第２の画像から前記撮像素子の配列方向に視差を有する推定画像を生成し該配列方向に視差を有する推定画像から、第２の立体画像を生成する処理と、を切り換えて行うことを特徴とする、請求項１に記載の画像撮像装置。
  3. 　前記画像処理部で生成された立体画像を表示する画像表示部と、該画像表示部が前記立体画像を表示する際に、前記立体画像を生成した２つの画像のそれぞれの画像光の進行を制御する光制御部とを備え、該光制御部は、前記第１の立体画像を表示するときと前記第２の立体画像と表示するときとで、各前記立体画像に応じて前記画像光の進行の制御を切り換えることを特徴とする、請求項２に記載の画像撮像装置。
  4. 　前記画像撮像装置の姿勢を検出する姿勢検出部を備え、
    　前記画像処理部は、前記姿勢検出部で検出された前記画像撮像装置の姿勢に応じて、前記第１の立体画像を生成する処理と、前記第２の立体画像を生成する処理とを切り換えることを特徴とする、請求項２～３のいずれか１項に記載の画像撮像装置。
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