(57)【要約】  デプスマップ生成部２２は、撮像ユニット２１で複数の視点位置で被写体を撮像して得られた画像からデプスマップを生成するデプスマップを生成する。位置合わせ部２３は、デプスマップ生成部２２で生成されたデプスマップに基づき、撮像ユニット２１において偏光方向が視点位置毎に異なる偏光フィルタを介して複数の視点位置で被写体を撮像して得られた偏光画像の位置合わせを行う。偏光特性取得部２４は、位置合わせ部２３で位置合わせした偏光画像を用いて、所望の視点位置からの被写体の偏光特性の取得を行い、時間解像度や空間解像度の劣化の少ない高精度な偏光特性を得る。所望の視点位置における被写体の偏光特性を取得できるようになる。
2016088483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の距離情報を示すデプスマップに基づいて、偏光方向が視点位置毎に異なる偏光フィルタを介して複数の視点位置で前記被写体を撮像して得られた偏光画像の位置合わせを行う位置合わせ部と、
前記位置合わせ部で位置合わせした偏光画像を用いて、所望の視点位置からの前記被写体の偏光特性を取得する偏光特性取得部と
を有する画像処理装置。
【請求項２】
複数の視点位置で前記被写体を撮像して得られた画像から前記デプスマップを生成するデプスマップ生成部をさらに有する
請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記デプスマップ生成部は、前記複数の視点位置の画像における画像の組み合わせ毎にデプスマップを生成して、生成したデプスマップの統合を行い、
前記位置合わせ部は、前記デプスマップ生成部で得られた統合後のデプスマップに基づいて前記偏光画像の位置合わせを行う
請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記デプスマップ生成部は、前記複数の視点位置で被写体を撮像して得られた画像として前記偏光画像を用いる
請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記デプスマップ生成部は、前記複数の視点位置で被写体を撮像して得られた画像として、前記偏光フィルタを介することなくまたは偏光方向が等しい偏光フィルタを介して撮像された画像を用いる
請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項６】
前記偏光特性取得部は、前記位置合わせした複数の偏光画像の偏光方向と輝度に基づいて、所望の視点位置からの被写体の偏光特性を取得する
請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項７】
前記偏光特性取得部で算出された偏光特性に基づき、前記所望の視点位置における前記被写体の法線マップを生成する法線マップ生成部をさらに有する
請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項８】
前記法線マップ生成部は、前記位置合わせ部で用いたデプスマップに基づき偏光解析における１８０度の不定性を除去した法線マップを生成する
請求項７に記載の画像処理装置。
【請求項９】
前記位置合わせ部で用いたデプスマップと前記法線マップ生成部で生成した法線マップを統合して、前記位置合わせ部で用いたデプスマップよりも高精度なデプスマップを生成する高精度デプスマップ生成部をさらに有する
請求項７に記載の画像処理装置。
【請求項１０】
前記偏光方向が視点位置毎に異なる偏光フィルタを介して複数の視点位置で前記被写体を撮像して偏光画像を生成する撮像ユニットをさらに有する
請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項１１】
前記撮像ユニットでは、前記複数の視点位置毎に撮像部が設けられており、前記撮像部に偏光方向が異なる偏光フィルタを設けて前記複数の視点位置毎の偏光画像を生成する
請求項１０に記載の画像処理装置。
【請求項１２】
前記撮像ユニットでは、光軸方向に対して直交する方向にレンズが撮像素子の光入射面側に複数配置されており、各レンズに偏光方向が異なる偏光フィルタを設けて前記複数の視点位置毎の偏光画像を生成する
請求項１０に記載の画像処理装置。
【請求項１３】
前記撮像ユニットは、前記偏光フィルタを介することなくまたは偏光方向が等しい偏光フィルタを介して複数の視点位置で前記被写体を撮像して画像を生成する撮像部をさらに有する
請求項１０に記載の画像処理装置。
【請求項１４】
前記偏光特性取得部で算出された偏光特性を利用して画像の処理を行う偏光特性利用部をさらに有する
請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項１５】
前記偏光特性利用部は、前記偏光特性取得部で算出された偏光特性を利用して、前記所望の視点位置における画像の反射成分を調整した画像を生成する
請求項１４に記載の画像処理装置。
【請求項１６】
前記偏光特性利用部は、前記偏光特性取得部で算出された偏光特性を利用して画像特徴量の算出を行い、画像特徴量を用いて前記被写体の表面形状を考慮した処理を行う
請求項１４に記載の画像処理装置。
【請求項１７】
位置合わせ部で、被写体の距離情報を示すデプスマップに基づいて、偏光方向が視点位置毎に異なる偏光フィルタを介して複数の視点位置で前記被写体を撮像して得られた偏光画像の位置合わせを行う工程と、
偏光特性取得部で、前記位置合わせした偏光画像を用いて、所望の視点位置からの前記被写体の偏光特性を取得する工程と
を含む画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この技術は、画像処理装置と画像処理方法に関し、被写体の偏光特性を高精度に取得できるようにする。
【背景技術】
【０００２】
従来、撮像部と偏光フィルタを用いて偏光画像を取得する方法が開示されている。例えば、特許文献１では、撮像部の前に偏光フィルタを配置して、この偏光フィルタを回して撮影することで複数偏光方向の偏光画像が取得する方法が開示されている。また、画素毎に異なる偏光方向の偏光フィルタを設けることで、１回の撮像で異なる複数の偏光方向の偏光画像を取得する方法が開示されている。【０００３】
また、複数の偏光方向の偏光画像から被写体の法線情報を取得することが行われている。例えば、非特許文献１や非特許文献２では、複数の偏光方向の偏光画像をモデル式にあてはめることによって法線情報の算出が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００８／０９９５８９号
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Lawrence B.Wolff and Terrance E.Boult :"Constraining Object Features Using a Polarization Reflectance Model",IEEE Transaction on pattern analysis and machine intelligence,Vol.13,No.7,July 1991
【非特許文献２】Gary A. Atkinson and Edwin R. Hancock :"Recovery of surface orientation from diffuse polarization",IEEE Transactions of Image Processing, Vol.15, Issue.6, pp.1653-1664, 2006
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、被写体の高精度な法線情報等を取得するためには、偏光画像から被写体の偏光特性を高精度に取得する必要がある。しかし、撮像装置の前に偏光フィルタを配置して、この偏光フィルタの偏光方向を順次切り替えながら撮影することで複数偏光方向の画像を取得する場合、偏光画像が時系列の画像となるため偏光画像の時間解像度の劣化を招く。このため、例えば動きを生じている被写体の偏光特性を取得することが困難である。また、撮像素子の画素毎に異なる方向の偏光フィルタを設けることで、一回の撮影で複数の偏光方向の偏光画像を取得する場合、撮像素子の画素毎に異なる方向の偏光フィルタを設けることから偏光画像の空間解像度が劣化する。このため、高解像度で被写体の偏光特性を取得することが困難である。【０００７】
そこで、この技術では、被写体の偏光特性を高精度に取得できる画像処理装置と画像処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この技術の第１の側面は、被写体の距離情報を示すデプスマップに基づいて、偏光方向が視点位置毎に異なる偏光フィルタを介して複数の視点位置で前記被写体を撮像して得られた偏光画像の位置合わせを行う位置合わせ部と、前記位置合わせ部で位置合わせした偏光画像を用いて、所望の視点位置からの前記被写体の偏光特性を取得する偏光特性取得部とを有する画像処理装置にある。【０００９】
この技術において、位置合わせ部は、被写体の距離情報を示すデプスマップに基づいて、偏光方向が視点位置毎に異なる偏光フィルタを介して複数の視点位置で被写体を撮像して得られた偏光画像の位置合わせを行う。デプスマップは、被写体を異なる視点位置から撮像した画像に基づきデプスマップ生成部で生成する。デプスマップ生成部は、例えば偏光方向が視点位置毎に異なる偏光フィルタを介して複数の視点位置で被写体を撮像して得られた偏光画像、または偏光フィルタを介することなくあるいは偏光方向が等しい偏光フィルタを介して撮像された画像から、画像間の視差に基づきデプスマップを生成する。また、デプスマップ生成部は、複数の視点位置の画像における画像の組み合わせ毎にデプスマップを生成して統合する。位置合わせ部は、例えば統合後のデプスマップと偏光画像を生成した撮像部の位置関係とに基づき視差を判別して、視差が無くなるように偏光画像の位置合わせを行う。偏光特性取得部は、位置合わせ後の偏光画像を用いて、所望の視点位置からの被写体の偏光特性を取得する。偏光特性取得部は、例えば位置合わせ後の複数の偏光画像の輝度と偏光方向、および偏光画像の視点位置と所望の視点位置の位置関係等に基づいて、所望の視点位置からの被写体の偏光特性を取得する。【００１０】
また、法線マップ生成部を設ける場合、法線マップ生成部は、偏光特性取得部で算出された偏光特性に基づき、所望の視点位置における被写体の法線マップを生成する、また、法線マップ生成部は、法線マップの生成において、位置合わせ部で用いたデプスマップに基づき偏光解析における１８０度の不定性を除去する。高精度デプスマップ生成部を設ける場合、高精度デプスマップ生成部は、位置合わせ部で用いたデプスマップと法線マップ生成部で生成した法線マップを統合して、位置合わせ部で用いたデプスマップよりも空間解像度の高いデプスマップを生成する。偏光特性利用部を設ける場合、偏光特性利用部は、偏光特性取得部で算出された偏光特性を利用して画像の処理、例えば所望の視点位置における画像の反射成分の調整や偏光特性から算出した画像特徴量を用いてマッチング処理等を行う。【００１１】
さらに、偏光画像を生成する撮像ユニットを設ける場合、撮像ユニットは、複数の視点位置毎に設けた撮像部に偏光方向が異なる偏光フィルタを設けて複数の視点位置毎の偏光画像を生成する。または撮像ユニットは、光軸方向に対して直交する方向にレンズを撮像素子の光入射面側に複数配置して、各レンズに偏光方向が異なる偏光フィルタを設けて複数の視点位置毎の偏光画像を生成する。【００１２】
この技術の第２の側面は、位置合わせ部で、被写体の距離情報を示すデプスマップに基づいて、偏光方向が視点位置毎に異なる偏光フィルタを介して複数の視点位置で前記被写体を撮像して得られた偏光画像の位置合わせを行う工程と、偏光特性取得部で、前記位置合わせした偏光画像を用いて、所望の視点位置からの被写体の偏光特性を取得する工程とを含む画像処理方法にある。
【発明の効果】
【００１３】
この技術によれば、被写体の距離情報を示すデプスマップに基づいて、偏光方向が視点位置毎に異なる偏光フィルタを介して複数の視点位置で被写体を撮像して得られた偏光画像の位置合わせが行われる。さらに位置合わせした偏光画像を用いて、所望の視点位置からの被写体の偏光特性が取得される。したがって、時間解像度や空間解像度の劣化の少ない高精度な偏光特性を取得できる。なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また付加的な効果があってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施の形態の機能構成を示す図である。
【図２】撮像部の配置を例示した図である。
【図３】撮像ユニットにおける偏光方向を例示した図である。
【図４】第１の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図５】デプスマップ生成部の動作を示すフローチャートである。
【図６】デプスの算出処理を説明するための図である。
【図７】デプスマップ生成部の他の動作を示すフローチャートである。
【図８】偏光特性取得処理を示すフローチャートである。
【図９】撮像部の位置関係を示す図である。
【図１０】被写体表面形状と偏光画像について説明するための図である。
【図１１】輝度と偏光角との関係を例示した図である。
【図１２】偏光度と天頂角の関係を示す図である。
【図１３】法線マップ生成処理を示すフローチャートである。
【図１４】１８０度の不定性の除去を説明するための図である。
【図１５】第２の実施の形態の機能構成を示す図である。
【図１６】第２の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図１７】高精度デプスマップ生成処理を説明するための図である。
【図１８】第３の実施の形態の機能構成を示す図である。
【図１９】撮像部の配置を例示した図である。
【図２０】第３の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図２１】第４の実施の形態の機能構成を示す図である。
【図２２】第４の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図２３】偏光特性を利用した画像処理の第１の例を示す図である。
【図２４】偏光特性を利用した画像処理の第２の例を示す図である。
【図２５】偏光特性を利用した画像処理の第３の例を示す図である。
【図２６】画像特徴量の算出を説明するための図である。
【図２７】マッチング処理を行う場合の動作を例示した図である。
【図２８】他の実施の形態の機能構成を示す図である。
【図２９】オプティカルフローを検出する場合を示す図である。
【図３０】車両制御システムの概略構成を例示したブロック図である。
【図３１】撮像ユニットの設置例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本技術を実施するための形態について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
【００１６】
１．第１の実施の形態
１−１．第１の実施の形態の構成
１−２．第１の実施の形態の動作
２．第２の実施の形態
２−１．第２の実施の形態の構成
２−２．第２の実施の形態の動作
３．第３の実施の形態
３−１．第３の実施の形態の構成
３−２．第３の実施の形態の動作
４．第４の実施の形態
４−１．第４の実施の形態の構成
４−２．第４の実施の形態の動作
５．他の実施の形態
６．適用例
＜１．第１の実施の形態＞
［１−１．第１の実施の形態の構成］
図１は、本技術の第１の実施の形態の機能構成を示す図である。画像処理装置１０は、撮像ユニット２１、デプスマップ生成部２２、位置合わせ部２３、偏光特性取得部２４、法線マップ生成部２５を有している。
【００１７】
撮像ユニット２１は、偏光方向が視点位置毎に異なる偏光フィルタ（例えば偏光板）を介して複数の視点位置で被写体を撮像して偏光画像を生成する。撮像ユニット２１は、複数の撮像部例えば偏光方向が異なる３方向以上の偏光画像を取得できるように４台の撮像部２１１-1〜２１１-4で構成されている。撮像部２１１-1の前面には偏光板２１０-1が設けられている。同様に、撮像部２１１-2〜２１１-4の前面には、偏光板２１０-2〜２１０-4が設けられている。偏光板２１０-1〜２１０-4は互いに偏光方向が異なる方向とされており、撮像部２１１-1〜２１１-4は互いに偏光方向が異なる偏光画像を生成する。撮像ユニット２１は、撮像部２１１-1〜２１１-4で生成した偏光画像の画像データをデプスマップ生成部２２と位置合わせ部２３に出力する。
【００１８】
図２は撮像ユニット２１における撮像部の配置を例示した図である。撮像ユニット２１では、図２の（ａ）に示すように矩形の四隅に撮像部２１１-1〜２１１-4を配置した構成としてもよく、図２の（ｂ）に示すように、撮像部２１１-1〜２１１-4を直線状に配置した構成としてもよい。また、撮像ユニット２１が３台の撮像部２１１-1〜２１１-3で構成される場合、図２の（ｃ）に示すように三角形の頂点に撮像部２１１-1〜２１１-3を配置した構成としてもよく、図２の（ｄ）に示すように、撮像部２１１-1〜２１１-3を直線状に配置した構成としてもよい。なお、撮像部が離れた位置に設けられて視差が大きくなると、被写体における偏光特性の取得位置を３以上の撮像部で撮像することができない場合が生じる。したがって、撮像部は、被写体における偏光特性の取得位置を３以上の撮像部で撮像できるように配置する。
【００１９】
また、撮像ユニット２１は、図２の（ｅ）に示すように、マルチレンズアレイを用いた構成として、偏光方向が異なる複数の偏光画像を生成してもよい。例えばイメージセンサ２２１の前面にレンズ２２２を光軸方向に対して直交する方向に複数（図では４個）設けて、各レンズ２２２によって被写体の光学像をイメージセンサ２２１の撮像面にそれぞれ結像させる。また、各レンズ２２２の前面に偏光板２２３を設けて、偏光板２２３の偏光方向を異なる方向とする。このような構成とすれば、偏光方向が異なる偏光画像をイメージセンサ２２１で生成できる。なお、各レンズ２２２によって被写体の光学像をイメージセンサ２２１の撮像面にそれぞれ結像させる場合、撮像部毎に偏光画像を生成する場合に比べて偏光画像の空間解像度が低下する。したがって、空間解像度の高い偏光特性を取得する場合は、撮像部毎に偏光画像を生成する。また、撮像部毎に偏光画像を生成する場合に比べて視差が少ないことから、視差の影響の少ない偏光特性を取得する場合は、マルチレンズアレイを用いた構成で偏光画像を生成する。
【００２０】
このように撮像ユニット２１を構成すれば、４種類の偏光方向のサブ画素を１画素として偏光方向が異なる４つの偏光画像を生成する場合のように、特殊な撮像部を用いる必要がないので、撮像ユニット２１を安価で容易に構成できる。
【００２１】
撮像ユニット２１は、偏光フィルタとして例えば直線偏光板を用いる。また、撮像ユニット２１は、直線偏光板に限らず直線偏光板と１／４波長版からなる円偏光板を用いるようにしてもよい。さらに、撮像ユニット２１は、直線偏光板と撮像部との間に偏光解消板を設けてもよい。例えば撮像部において、ハーフミラーを介した光学像に基づき露出制御等が行われる場合、ハーフミラーでの反射率や透過率が直線偏光の向きによって変化して、露出制御等を正しく行うことができないおそれがある。ここで、偏光解消板を設けると、直線偏光の光学像が無偏光の光学像に変換されて、無偏光で直線偏光後の成分を示す光学像が撮像部に入射されるので、ハーフミラーを介した光学像に基づき露出制御等を正しく行うことができる。
【００２２】
また、撮像ユニット２１では、偏光方向が異なる複数の偏光画像を生成できるように偏光方向を設定する。直線偏光板は、偏光方向が１８０度回転すると直線偏光板を通過成分が等しくなる。したがって、偏光方向は、０度から１８０度の範囲において、互いに異なるように設定する。ここで、画像処理装置１０は、後述するように複数の撮像部で生成された偏光画像の輝度と偏光方向に基づいて偏光モデル式を算出する。したがって、精度よく偏光モデル式を算出できるように、偏光方向は例えば等しい角度差を有するように設定することが好ましい。図３は、撮像ユニット２１における偏光方向を例示している。図３の（ａ）は４台の撮像部を用いる場合の偏光方向を例示している。撮像ユニット２１は、例えば偏光方向を０度，４５度，９０度，１３５度として、４台の撮像部によって偏光方向が等しい角度差（４５度）である４つの偏光画像を生成する。また、図３の（ｂ）は３台の撮像部を用いる場合の偏光方向を例示している。撮像ユニット２１は、例えば偏光方向を０度，６０度，１２０度として、３台の撮像部によって偏光方向が等しい角度差（６０度）の３つの偏光画像を生成する。
【００２３】
デプスマップ生成部２２は、撮像ユニット２１で生成された視点位置が異なる画像から被写体の距離情報を示すデプスマップを生成する。デプスマップ生成部２２は、撮像ユニット２１で生成された異なる複数の視点位置の偏光画像における偏光画像のペア毎にステレオマッチング処理を行う。また、デプスマップ生成部２２は、ステレオマッチング処理結果と、撮像部について予め取得されているキャリブレーション情報に基づき、例えば画素毎にデプスを示すデプスマップを生成する。キャリブレーション情報は、撮像部間の位置関係を示す位置情報を有している。また、キャリブレーション情報に、各撮像部で生じる光学的な歪みに関するパラメータ等を含めるようにすれば、撮像部で生成された画像に光学的歪みが生じても、この光学的歪みを除去することが可能となり、ステレオマッチング処理等を精度よく行える。デプスマップ生成部２２は、偏光画像のペア毎に生成したデプスマップを統合して、統合前よりも精度の高いデプスマップを生成する。デプスマップ生成部２２は、統合後のデプスマップを位置合わせ部２３と法線マップ生成部２５に出力する。
【００２４】
位置合わせ部２３は、デプスマップ生成部２２で生成されたデプスマップに基づいて、撮像ユニット２１で生成された偏光画像の位置合わせを行う。位置合わせ部２３は、デプスマップ生成部２２で生成された例えば統合後のデプスマップのデプスと、予め取得されているキャリブレーション情報で示された撮像部の位置関係に基づき視差を判別して、視差が「０」すなわち被写体が一致するように偏光画像の位置合わせを画素毎に行う。位置合わせ部２３は、位置合わせ後の偏光画像を偏光特性取得部２４に出力する。
【００２５】
偏光特性取得部２４は、位置合わせ後の偏光画像を用いて、所望の視点位置からの被写体の偏光特性を取得する。偏光特性取得部２４は、キャリブレーション情報で示された撮像部の位置関係とデプスマップに基づき、撮像部を所望の視点位置とする回転行列を算出する。また、偏光特性取得部２４は、複数の偏光画像の偏光方向と輝度、この偏光画像を生成した撮像部と所望の視点位置との位置関係を示す回転行列等から、所望の視点位置からの被写体の偏光特性を示す偏光モデル式を算出する。偏光特性取得部２４は、取得した偏光特性である偏光モデル式を法線マップ生成部２５に出力する。
【００２６】
法線マップ生成部２５は、偏光特性取得部２４で取得された所望の視点位置からの被写体の偏光特性に基づき被写体の法線マップを生成する。法線マップ生成部２５は、偏光特性取得部２４で取得された偏光特性すなわち偏光モデル式から、最高輝度となる方位角と偏光度に基づいて天頂角を画素毎に求めて、法線方向を示す法線情報（方位角と天頂角）を格納した法線マップを生成する。なお、偏光解析による法線マップの法線情報は、偏光板が０度と１８０度や４５度と２２５度の区別がないため、後述するように原理的に１８０度の不定性を有する。したがって、法線マップ生成部２５は、デプスマップ生成部２２から位置合わせ部２３と法線マップ生成部２５に出力されたデプスマップを用いて法線マップにおける１８０度の不定性を除去する。
【００２７】
［１−２．第１の実施の形態の動作］
次に第１の実施の形態の動作について説明する。図４は、第１の実施の形態の動作を示すフローチャートであり、撮像ユニット２１が４台の撮像部２１１-1〜２１１-4で構成されている場合を例示している。
【００２８】
ステップＳＴ１〜ステップＳＴ４で撮像ユニット２１は偏光画像を生成する。例えばステップＳＴ１で撮像ユニット２１の撮像部２１１-1は、第１偏光画像を生成する。ステップＳＴ２で撮像部２１１-2は、第２偏光画像を生成する。ステップＳＴ３で撮像部２１１-3は、第３偏光画像を生成する。ステップＳＴ４で撮像部２１１-4は、第４偏光画像を生成する。このように、画像処理装置１０は、視点位置毎に偏光方向が異なる偏光画像を撮像部２１１-1〜２１１-4によって生成してステップＳＴ１１〜ステップＳＴ１４に進む。
【００２９】
ステップＳＴ１１〜ステップＳＴ１４でデプスマップ生成部２２は、デプスマップを生成する。例えばステップＳＴ１１でデプスマップ生成部２２は、第１偏光画像と第２偏光画像からデプスマップを生成する。
【００３０】
図５は、デプスマップ生成部の動作を示すフローチャートである。ステップＳＴ１０１でデプスマップ生成部２２は、２つの偏光画像を取得する。デプスマップ生成部２２は撮像部２１１-1で生成された第１偏光画像と撮像部２１１-2で生成された第２偏光画像を取得してステップＳＴ１０２に進む。
【００３１】
ステップＳＴ１０２でデプスマップ生成部２２は、各偏光画像に対してエッジ抽出処理を行う。撮像部の前面に偏光フィルタを設けて同一被写体を撮像した場合、撮像部で生成される画像は偏光方向の違いによって輝度の異なる画像となる。したがって、デプスマップ生成部２２は、偏光方向の違いによって輝度変化が生じてもステレオマッチング処理を行えるように、偏光画像に対してエッジ抽出処理を行い、エッジ画像を生成する。デプスマップ生成部２２は、エッジ抽出処理を行い、第１偏光画像から第１エッジ画像と、第２偏光画像から第２エッジ画像を生成してステップＳＴ１０３に進む。
【００３２】
ステップＳＴ１０３でデプスマップ生成部２２はエッジ画像を用いたステレオマッチング処理を行う。デプスマップ生成部２２は、第１エッジ画像と第２エッジ画像のステレオマッチング処理を行う。ステレオマッチング処理において、デプスマップ生成部２２は、第１エッジ画像における注目画素と、この注目画素に対応する第２エッジ画像の位相差（視差に基づく画素位置の差）を検出する。ステレオマッチング処理としては、例えば注目画素を含むように設定したテンプレート画像に対して、第２エッジ画像から最も類似した画像領域を検出するテンプレートマッチング手法を用いる。また、ステレオマッチング処理は、テンプレートマッチング手法に限らず他の手法（例えばグラフカット手法等）を用いてもよい。デプスマップ生成部２２はステレオマッチング処理を行うことで位相差を算出してステップＳＴ１０５に進む。
【００３３】
ステップＳＴ１０５でデプスマップ生成部２２は、デプスマップ生成処理を行う。デプスマップ生成部２２は、ステレオマッチング処理によって検出した位相差と、予め取得されているキャリブレーション情報等に基づき、注目画素の被写体までの距離であるデプスを算出する。また、デプスマップ生成部２２は、算出したデプスを偏光画像の画素に対応付けてデプスマップを生成する。
【００３４】
図６はデプスの算出処理を説明するための図である。なお、図６は、２台の撮像部を同じ姿勢で左右に配置した場合を例示している。ここで、例えば撮像部２１１-1を基準撮像部として撮像部２１１-2を参照撮像部とする。また、撮像部の基準位置の間隔（ベース長）を「ＬＢ」、撮像部の焦点距離を「ｆ」とする。基準撮像部における被写体ＯＢの位置ＸＬに対して、参照撮像部における被写体ＯＢの位置ＸＲが位相差「Ｌｄ」だけずれていることがステレオマッチング処理で明らかとなったとすると、被写体までの距離「Ｚｐ」は、式（１）に基づいて算出できる。
【００３５】
【数１】
2016088483.tif 000003
【００３６】
また、デプスマップ生成部は、エッジ画像を用いる場合に限らず他の方法を用いてデプスマップを生成してもよい。図７はデプスマップ生成部の他の動作を示すフローチャートであり、輝度変化に強いステレオマッチング処理を用いる場合を例示している。ステップＳＴ１０１でデプスマップ生成部２２は、２つの偏光画像を取り込む。デプスマップ生成部２２は撮像部２１１-1で生成された第１偏光画像と撮像部２１１-2で生成された第２偏光画像を取り込みステップＳＴ１０４に進む。
【００３７】
ステップＳＴ１０４でデプスマップ生成部２２は輝度変化に強いステレオマッチング処理を行う。デプスマップ生成部２２は、第１偏光画像と第２偏光画像を用いて輝度変化に強いステレオマッチング処理を行い、第１偏光画像における注目画素と、この注目画素に対応する第２偏光画像の画素位置の移動量（視差画像間の位相差）を検出する。輝度変化に強いステレオマッチング処理では、例えばゼロ平均正規化相互相関（ZNCC：Zero-mean Normalized Cross Correlation）を用いる。式（２）は、ゼロ平均正規化相互相関ＲＺＮＣＣの算出式であり、輝度値の平均値を輝度値から減算して正規化することで輝度の違いに強いマッチングを可能とする。式（２）において、「Ｔ（ｉ，ｊ）」は、基準画像（テンプレート）における座標（ｉ，ｊ）の画素の輝度値、「Ｉ（ｉ，ｊ）」は参照画像における座標（ｉ，ｊ）の画素の輝度値を示している。また、「Ｍ」はテンプレートの幅を示す画素数、「Ｎ」はテンプレートの高さを示す画素数である。なお、輝度変化に強いステレオマッチング処理は、ゼロ平均正規化相互相関に限らず他の方法を用いてもよい。
【００３８】
【数２】
2016088483.tif 000004
【００３９】
デプスマップ生成部２２は輝度変化に強いステレオマッチング処理を行い、位相差を算出してステップＳＴ１０５に進む。
【００４０】
ステップＳＴ１０５でデプスマップ生成部２２は、デプスマップ生成処理を行う。デプスマップ生成部２２は、ステレオマッチング処理によって検出した位相差と、予め取得されているキャリブレーション情報等に基づき、注目画素の被写体までの距離であるデプスを算出する。また、デプスマップ生成部２２は、算出したデプスを偏光画像の画素に対応付けてデプスマップを生成する。
【００４１】
図４に戻り、ステップＳＴ１２でデプスマップ生成部２２は、第２偏光画像と第３偏光画像からデプスマップを生成する。ステップＳＴ１３でデプスマップ生成部２２は、第３偏光画像と第４偏光画像からデプスマップを生成する。ステップＳＴ１４でデプスマップ生成部２２は、第４偏光画像と第１偏光画像からデプスマップを生成する。なお、デプスマップ生成部２２では、偏光画像の数が「Ｊ」であるとき、最大「Ｊ（Ｊ−１）／２」の画像ペア数のデプスマップを生成することが可能である。また、偏光画像のペアは図４に示す組み合わせに限られない。例えば、デプスマップ生成部２２は、いずれかの偏光画像を基準として、この偏光画像と他の偏光画像との画像ペア毎にデプスマップを複数生成してもよい。例えば第１偏光画像を基準として、第１偏光画像と第２偏光画像、第１偏光画像と第３偏光画像、第１偏光画像と第４偏光画像を用いてそれぞれ第１偏光画像についての３つのデプスマップを生成してもよい。
【００４２】
ステップＳＴ２０でデプスマップ生成部２２はデプスマップ統合処理を行う。デプスマップ生成部２２は、偏光画像のペア毎に生成したデプスマップを統合して、統合前よりも精度の高いデプスマップを生成する。デプスマップ生成部２２は、例えば日本特許第５３８７８５６号「画像処理装置、画像処理方法、画像処理プログラムおよび撮像装置」と同様な手法でデプスマップを統合する。すなわち、デプスマップ生成部２２は、ステレオマッチング処理において算出された類似度を示す相関値と画素位置の関係を示す相関特性線の形状に基づいて、信頼度判定処理を行う。信頼度の判定では、相関特性線の形状における尖っている度合いを示す指標である尖度を用いた判定を行う。また信頼度の判定では、相関特性線における頂点とその周辺の点とでの相関値の差分値を用いた判定、あるいは各画素位置における相関値の微分値の積算値（積分値）を用いた判定等を行うようにしてもよい。さらに、デプスマップ生成部２２は、デプスマップ毎の信頼度の判定結果に基づいて、被写体の同一位置を示す画素における信頼度が最も高いデプスを採用する処理を画素毎に行うことで、統合後のデプスマップを生成する。なお、いずれかの偏光画像を基準としてデプスマップを複数生成した場合、各デプスマップは同一画素位置が被写体の同一位置を示している。したがって、画素位置毎に各デプスマップの信頼度から最も信頼度の高いデプスを採用することで、容易にデプスマップを統合できる。デプスマップ生成部２２は、デプスマップ統合処理を行い、統合後のデプスマップを生成してステップＳＴ３０に進む。
【００４３】
ステップＳＴ３０で位置合わせ部２３は、偏光画像位置合わせ処理を行う。位置合わせ部２３は、例え統合後のデプスマップとキャリブレーション情報で示されている撮像部間の位置情報に基づき、所望の視点位置に対する視差を判別して、視差が「０」すなわち被写体が一致するよう複数の偏光画像の位置合わせを行う。なお、所望の視点位置は、撮像部２１１-1〜２１１-4のいずれかの位置に限らず、例えば撮像部２１１-1〜２１１-4を矩形状の４隅に設けた場合の矩形状の内部の位置等であってもよい。また、所望の視点位置がデプスマップの生成時に基準とした偏光画像の視点位置であると、所望の視点位置の統合後のデプスマップが生成されているので偏光画像の位置合わせを画素毎に容易に行うことができる。このように、位置合わせ部２３は、偏光画像の位置合わせを行ってステップＳＴ４０に進む。
【００４４】
ステップＳＴ４０で偏光特性取得部２４は、偏光特性取得処理を行う。偏光特性取得部２４は、位置合わせ後の偏光画像を用いて、所望の視点位置の偏光特性を取得する。図８は、偏光特性取得処理を示すフローチャートである。
【００４５】
ステップＳＴ４０１で偏光特性取得部２４は、撮像部間の位置情報を取得する。偏光特性取得部２４は、予め設定されているキャリブレーション情報に含まれている撮像部間の位置情報を取得する。ステップＳＴ４０２で偏光特性取得部２４は、位置合わせ後の偏光画像を取得する。偏光特性取得部２４は、位置合わせ部２３から出力された位置合わせ後の偏光画像を取得する。ステップＳＴ４０３で偏光特性取得部２４はデプスマップを取得する。偏光特性取得部２４は、デプスマップ生成部２２で生成されたデプスマップを取得する。
【００４６】
ステップＳＴ４０４で偏光特性取得部２４は、所望の視点位置への回転行列を算出する。偏光特性取得部２４は、偏光画像を生成する撮像部を、ユーザ等が所望する視点位置とする回転行列Ｒを、キャリブレーション情報とデプスマップに基づいて算出してステップＳＴ４０５に進む。なお、式（３）は回転行列Ｒを例示している。
【００４７】
【数３】
2016088483.tif 000005
【００４８】
ステップＳＴ４０５で偏光特性取得部２４は、所望の視点位置に対する偏光モデル式を算出する。ここで、例えば撮像部２１１-nに対して所望の視点位置の撮像部２１１-pが、図９に示す位置関係であるとする。
【００４９】
図１０は、被写体表面形状と偏光画像について説明するための図である。図１０に示すように、例えば光源ＬＴを用いて被写体ＯＢの照明を行い、撮像部２１１-nは偏光板２１０-nを介して被写体ＯＢの撮像を行う。この場合、撮像画像は、偏光板２１０-nの偏光方向に応じて被写体ＯＢの輝度が変化して、最も高い輝度をＩmax，最も低い輝度をＩminとする。また、２次元座標におけるｘ軸とｙ軸を偏光板２１０-nの平面上として、偏光板２１０-nの偏光方向をｘ軸に対するｙ軸方向の角度を偏光角υとする。偏光板２１０-nは、偏光方向が１８０度回転させると元の偏光状態に戻り１８０度の周期を有している。また、最高輝度Ｉmaxが観測されたときの偏光角υを方位角αとする。このような定義を行うと、偏光板２１０-nの偏光方向を仮に変化させると、観測される輝度Ｉは式（４）の偏光モデル式であらわすことができる。なお、図１１は、輝度と偏光角との関係を例示している。
【００５０】
【数４】
2016088483.tif 000006
【００５１】
式（４）では、偏光角υが偏光画像の生成時に明らかであり、最高輝度Ｉmaxと最低輝度Ｉminおよび方位角αが変数となる。
【００５２】
また、物体表面法線を極座標系で表現して、法線情報を方位角αと天頂角θとする。なお、天頂角θはｚ軸から法線に向かう角度、方位角αは、上述のようにｘ軸に対するｙ軸方向の角度とする。ここで、偏光板２１０-nの偏光方向を仮に変化させて最低輝度Ｉminと最高輝度Ｉmaxが得られたとき、式（５）に基づき偏光度ρを算出できる。また偏光度ρは、式（５）に示すように被写体ＯＢの相対屈折率ｎと天頂角θを用いて算出できる。偏光度と天頂角の関係は、例えば図１２に示す特性となり、この特性を利用して、偏光度ρに基づき天頂角θを判別する。なお、図１２に示す特性は、式（５）から明らかなように相対屈折率ｎに依存しており、相対屈折率ｎが大きくなるに伴い偏光度が大きくなる。
【００５３】
【数５】
2016088483.tif 000007
【００５４】
撮像部２１１-nと同様に、図９に示す撮像部２１１-pにおける輝度と偏光角の関係を示す偏光特性のモデル式は、式（６）となる。したがって、（Ｉmax＋Ｉmin）＝（Ｉ’max＋Ｉ’min）＝Ａとすると、式（４），（６）は式（７），（８）となる。
【００５５】
【数６】
2016088483.tif 000008
【００５６】
また、撮像部２１１-pについて偏光度ρは式（９）となる。したがって、（Ｉmax＋Ｉmin）＝（Ｉ’max＋Ｉ’min）＝Ａとすると、式（５），（９）は式（１０），（１１）となる。
【００５７】
【数７】
2016088483.tif 000009
【００５８】
撮像部２１１-nの法線は方位角αおよび天頂角θの方向であり、撮像部２１１-nで検出される法線Ｎは式（１２）として示すことができる。また、撮像部２１１-pで検出される法線Ｎ’は、式（３）に示す回転行列Ｒを用いて式（１３）として示すことができることから、式（１４）の関係が成り立つ。
【００５９】
【数８】
2016088483.tif 000010
【００６０】
したがって、方位角α’は式（１５）に基づき回転行列Ｒの成分と天頂角θと方位角αから算出できる。また天頂角θ’は式（１６）に基づき回転行列Ｒの成分と天頂角θと方位角αから算出できる。
【００６１】
【数９】
2016088483.tif 000011
【００６２】
ここで、撮像部２１１-pの偏光特性を示す偏光モデル式（８）は、式（１１）（１５）（１６）を用いることで、式（１７）に示すように輝度加算値Ａと天頂角θと方位角αの３変数を用いた関数としてあらわされる。
【００６３】
【数１０】
2016088483.tif 000012
【００６４】
したがって、３つ以上の撮像部について同様なモデル化を行い、偏光方向が視点位置毎に異なる偏光フィルタを介して３以上の視点位置で被写体を撮像して得られた偏光画像の輝度とキャリブレーション情報（撮像部間の位置情報）に基づく回転行列を用いて、３つの変数である輝度加算値Ａと方位角αおよび天頂角θを算出する。このように、３つの変数の値を求めれば、撮像ユニット２１で生成された３以上の偏光画像とキャリブレーション情報等に基づき、所望の視点位置の偏光特性を示す偏光モデル式を算出できる。
【００６５】
３つの変数である輝度加算値Ａと方位角αおよび天頂角θは、３つ以上の撮像部についての輝度と偏光モデル式（キャリブレーション情報に基づく撮像部間の回転行列を用いた偏光モデル式）から解析的に算出する。また、最適化手法例えばＬＭ法や最急降下法等を用いて、誤差が最も少なくなるように３つの変数を算出してもよい。さらに、デプスに比べて撮像部間の間隔が小さく回転行列を無視できるとして、３つの変数を近似的に算出してもよい。
【００６６】
偏光特性取得部２４は、以上のような処理を行い、所望の視点位置に対する偏光モデル式すなわち撮像部２１１-pについての偏光モデル式を算出して偏光特性とする。
【００６７】
図４に戻り、ステップＳＴ５０で法線マップ生成部２５は法線マップ生成処理を行う。図１３は、法線マップ生成処理を示すフローチャートである。ステップＳＴ５０１で法線マップ生成部２５は法線を算出する。法線マップ生成部２５は、所望の視点位置における偏光特性を示す偏光モデル式すなわち式（１７）を利用して、最高輝度となる方位角α’を判別する。なお、偏光度ρ’は、式（１１）に基づいて算出すればよい。法線マップ生成部２５は、最高輝度となる方位角α’と偏光度ρ’に基づき天頂角θ’を画素毎に求めて、被写体の法線情報（方位角α’と天頂角θ’を示す情報）を算出してステップＳＴ５０２に進む。
【００６８】
ステップＳＴ５０２で法線マップ生成部２５は１８０度の不定性を除去する。図１４は１８０度の不定性の除去を説明するための図である。図１４の（ａ）に示すように、撮像部２１１で被写体ＯＢを撮像する。ここで偏光板の偏光方向を１８０度回転させると元の偏光状態に戻り、例えば図１４の（ｂ）に示すように被写体ＯＢの上半分の領域ＧＡでは法線方向（矢印で示す）が正しい方向となる。また、下半分の領域ＧＢでは法線方向が逆方向となるおそれがあり１８０度の不定性を有する。ここで、デプスマップに基づき被写体ＯＢの勾配方向の判別を法線マップ生成部２５で行うと、法線マップ生成部２５は、被写体ＯＢが撮像部の方向に突出した形状であることを判別できる。また、法線マップ生成部２５は、被写体ＯＢが撮像部の方向に突出した形状であることから、図１４の（ｂ）に示す下半分の領域ＧＢの法線方向は逆方向であることを判別できる。したがって、法線マップ生成部２５は、下半分の領域ＧＢの法線方向を逆方向とすることで、図１４の（ｃ）に示すように、１８０度の不定性を除去する。このようにして、法線マップ生成部２５は、ステップＳＴ５０１で算出された法線に対して、デプスマップに基づき１８０度の不定性を除去して、被写体の表面形状を正しく示す法線マップを生成する。
【００６９】
なお、画像処理装置では、上述の処理をステップ順に行う場合に限らず、例えば画像や情報の取得およびデプスマップの生成等の処理を並列処理で行うようにしてもよい。また、上述の処理をパイプライン処理で行うようにすれば、所望の視点位置における偏光特性の算出や法線マップの生成を例えばフレーム毎に順次行うことも可能となる。
【００７０】
第１の実施の形態では、以上のような処理を行うことで、時間解像度および空間解像度の低下を招くことなく、所望の視点位置における偏光特性を画素毎に取得できる。また、第１の実施の形態では、所望の視点位置における偏光特性から被写体の法線情報を生成できる。さらに、第１の実施の形態では、偏光方向が視点位置毎に異なる偏光画像を組み合わせて用いることにより生成されたデプスマップを統合して、統合後のデプスマップを用いて位置合わせされた偏光画像を用いて偏光特性が取得されるので、偏光特性を精度よく取得できる。
【００７１】
また、第１の実施の形態では、所望の視点位置における偏光特性に基づいて法線マップを生成できることから、所望の視点位置に応じた法線マップを生成できる。この法線マップは、被写体表面形状に応じた特徴量に相当することから、この法線マップを利用して、被写体認識や被写体のマッチング処理等を精度よく行うことが可能となる。
【００７２】
なお、第１の実施の形態では、偏光画像を用いてデプスマップを生成することから、デプスマップの生成のみに用いる撮像部を設ける必要がない。
【００７３】
＜２．第２の実施の形態＞
次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では、生成した法線マップを用いて空間解像度の高いデプスマップを生成する場合について説明する。
【００７４】
［２−１．第２の実施の形態の構成］
図１５は、本技術の第２の実施の形態の機能構成を示す図である。画像処理装置１０は、第１の実施の形態と同様に、撮像ユニット２１、デプスマップ生成部２２、位置合わせ部２３、偏光特性取得部２４、法線マップ生成部２５を有している。また、第２の実施の形態の画像処理装置１０は、高精度デプスマップ生成部２６を有している。
【００７５】
撮像ユニット２１は、偏光方向が視点位置毎に異なる偏光フィルタ（例えば偏光板）を介して複数の視点位置で被写体を撮像して偏光画像を生成する。撮像ユニット２１は、複数の撮像部例えば偏光方向が異なる３方向以上の偏光画像を生成できるように４台の撮像部２１１-1〜２１１-4で構成されている。撮像部２１１-1の前面には偏光板２１０-1が設けられている。同様に、撮像部２１１-2〜２１１-4の前面には、偏光板２１０-2〜２１０-4が設けられている。偏光板２１０-1〜２１０-4は互いに偏光方向が異なる方向とされており、撮像部２１１-1〜２１１-4は互いに偏光方向が異なる偏光画像を生成する。撮像ユニット２１は、撮像部２１１-1〜２１１-4で生成した偏光画像の画像データをデプスマップ生成部２２と位置合わせ部２３に出力する。撮像ユニット２１は、偏光フィルタとして例えば直線偏光板等を用いる。なお、撮像ユニット２１は、上述の第１の実施の形態と同様に他の構成で偏光方向が異なる３方向以上の偏光画像を生成してもよい。
【００７６】
デプスマップ生成部２２は、撮像ユニット２１で生成された視点位置が異なる偏光画像から被写体の距離情報を示すデプスマップを生成する。デプスマップ生成部２２は、視点位置が異なる偏光画像を用いてステレオマッチング処理を行い、画素毎にデプスを示すデプスマップを生成する。また、デプスマップ生成部２２は、異なる視点位置の偏光画像のペア毎にデプスマップを生成して、生成したデプスマップを統合して、統合前よりも高精度なデプスマップを生成する。デプスマップ生成部２２は、統合後のデプスマップを位置合わせ部２３と法線マップ生成部２５に出力する。
【００７７】
位置合わせ部２３は、デプスマップ生成部２２で生成されたデプスマップに基づいて、撮像ユニット２１で生成された偏光画像の位置合わせを行う。位置合わせ部２３は、デプスマップ生成部２２で生成されたデプスマップのデプスと、予め取得されているキャリブレーション情報で示された撮像部の位置関係に基づき、偏光画像間の視差を判別して画素毎に偏光画像の位置合わせを行う。位置合わせ部２３は、位置合わせ後の偏光画像を偏光特性取得部２４に出力する。
【００７８】
偏光特性取得部２４は、位置合わせ後の偏光画像を用いて、所望の視点位置からの被写体の偏光特性を取得する。偏光特性取得部２４は、キャリブレーション情報で示された撮像部の位置関係とデプスマップに基づき、撮像部を所望の視点位置とする回転行列を算出する。また、偏光特性取得部２４は、複数の偏光画像の偏光方向と輝度、この偏光画像を生成した撮像部と所望の視点位置との位置関係を示す回転行列等から、所望の視点位置からの被写体の偏光特性を示す偏光モデル式を算出する。偏光特性取得部２４は、取得した偏光特性である偏光モデル式を法線マップ生成部２５に出力する。
【００７９】
法線マップ生成部２５は、偏光特性取得部２４で取得された所望の視点位置からの被写体の偏光特性に基づき被写体の法線マップを生成する。法線マップ生成部２５は、偏光特性取得部２４で取得された偏光モデル式から、最高輝度となる方位角と偏光度に基づいて天頂角を画素毎に求めて、法線方向を示す法線情報（方位角と天頂角）を格納した法線マップを生成する。さらに、法線マップ生成部２５は、デプスマップを用いて法線マップにおける１８０度の不定性を除去して、１８０度の不定性が除去された法線マップを高精度デプスマップ生成部２６に出力する。
【００８０】
高精度デプスマップ生成部２６は、法線マップを用いてデプスマップの高精度化処理を行う。高精度デプスマップ生成部２６は、法線マップ生成部２５で生成された法線マップが示す被写体表面形状と、デプスマップ生成部２２から出力されたデプスマップで示されたデプスとに基づき、デプスが得られている画素を起点として被写体表面形状を辿る。このように、デプスが得られている画素を起点として被写体表面形状を辿り、法線マップ生成部２５はデプスが得られていない画素に対応するデプスを推定する。また、高精度デプスマップ生成部２６は、推定したデプスをデプスマップ生成部２２から出力されたデプスマップに含めることで、デプスマップ生成部２２から出力されたデプスマップよりも空間解像度が高いデプスマップを生成する。
【００８１】
［２−２．第２の実施の形態の動作］
次に第２の実施の形態の動作について説明する。図１６は、第２の実施の形態の動作を示すフローチャートである。第１の実施の形態と同様に、ステップＳＴ１〜ステップＳＴ４で撮像ユニット２１は偏光画像を生成する。例えばステップＳＴ１で撮像ユニット２１の撮像部２１１-1は、第１偏光画像を生成する。ステップＳＴ２で撮像部２１１-2は、第２偏光画像を生成する。ステップＳＴ３で撮像部２１１-3は、第３偏光画像を生成する。ステップＳＴ４で撮像部２１１-4は、第４偏光画像を生成する。このように、画像処理装置１０は、視点位置毎に偏光方向が異なる偏光画像を撮像部２１１-1〜２１１-4によって生成してステップＳＴ１１〜ステップＳＴ１４に進む。
【００８２】
ステップＳＴ１１〜ステップＳＴ１４でデプスマップ生成部２２は、デプスマップを生成する。デプスマップ生成部２２は、視点位置が異なる２つの偏光画像からデプスマップを生成してステップＳＴ２０に進む。なお、偏光画像のペアは図１６に示す組み合わせに限られない。
【００８３】
ステップＳＴ２０でデプスマップ生成部２２はデプスマップ統合処理を行う。デプスマップ生成部２２は、ステップＳＴ１１〜ステップＳＴ１４で生成したデプスマップを統合してステップＳＴ３０に進む。
【００８４】
ステップＳＴ３０で位置合わせ部２３は、偏光画像位置合わせ処理を行う。位置合わせ部２３は、統合後のデプスマップを利用して偏光画像の位置合わせを行ってステップＳＴ４０に進む。
【００８５】
ステップＳＴ４０で偏光特性取得部２４は、偏光特性取得処理を行う。偏光特性取得部２４は、位置合わせ後の偏光画像を用いて所望の視点位置に対する偏光モデル式を算出してステップＳＴ５０に進む。
【００８６】
ステップＳＴ５０で法線マップ生成部２５は法線マップ生成処理を行う。法線マップ生成部２５は、所望の視点位置における偏光特性に基づき被写体の表面法線を画素毎に示す法線マップを生成してステップＳＴ６０に進む。
【００８７】
ステップＳＴ６０で高精度デプスマップ生成部２６は高精度デプスマップ生成処理を行う。高精度デプスマップ生成部２６は、ステップＳＴ２０で生成したデプスマップとステップＳＴ５０で生成した法線マップから、空間解像度の高いデプスマップを生成する。
【００８８】
図１７は、高精度デプスマップ生成処理を説明するための図である。なお、説明を簡単とするため、例えば１ラインについての処理について説明する。図１７の（ａ）に示すように、撮像部２１１によって被写体ＯＢの撮像を行い、デプスマップ生成部２２で図１７の（ｂ）に示すデプスマップ、法線マップ生成部２５で図１７の（ｃ）に示す法線マップが得られたとする。また、デプスマップでは、例えば左端の画素に対するデプスが「２（メートル）」であり、「×」で示す他の画素ではデプスが格納されていないとする。高精度デプスマップ生成部２６は、法線マップに基づき、被写体ＯＢの表面形状を推定する。ここで、左端から２番目の画素は、この画素の法線方向に基づき、左端の画素に対応する被写体面から撮像ユニット２１の方向に近づく傾斜面に相当していることが判別できる。したがって、高精度デプスマップ生成部２６は、左端の画素を起点として被写体ＯＢの表面形状を辿ることにより左端から２番目の画素のデプスを推定して、例えば「１．５（メートル）」とする。また、高精度デプスマップ生成部２６は、推定したデプスをデプスマップに格納する。左端から３番目の画素は、この画素の法線方向に基づき撮像ユニット２１と対向する面に相当していることが判別できる。したがって、高精度デプスマップ生成部２６は、左端の画素を起点として被写体ＯＢの表面形状を辿ることにより左端から３番目の画素のデプスを推定して、例えば「１（メートル）」とする。また、高精度デプスマップ生成部２６は、推定したデプスをデプスマップに格納する。左端から４番目の画素は、左端から３番目の画素に対応する被写体面から撮像ユニット２１と離れる方向の傾斜面に相当していることが判別できる。したがって、高精度デプスマップ生成部２６は、左端の画素を起点として被写体ＯＢの表面形状を辿ることにより左端から４番目の画素のデプスを推定して、例えば「１．５（メートル）」とする。また、高精度デプスマップ生成部２６は、推定したデプスをデプスマップに格納する。同様に左端から５番目の画素のデプスを推定して、例えば「２（メートル）」としてデプスマップに格納する。
【００８９】
このように、高精度デプスマップ生成部２６は、デプスマップと法線マップを用いてデプスマップの高精度化処理を行い、デプスマップの持つデプスを起点として法線マップに基づき表面形状を辿ることで、デプスを推定する。したがって、高精度デプスマップ生成部２６は、デプスマップ生成部２２で生成された図１７の（ｂ）に示すデプスマップで一部のデプスが欠損していても、欠損しているデプスを補うことが可能となる。したがって、図１７の（ｂ）に示すデプスマップ以上の空間解像度である図１７の（ｄ）に示すデプスマップを生成できる。
【００９０】
以上のように、第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態の作用効果を得られるだけでなく、ステレオマッチング処理ではデプスの取得が困難な被写体領域についても、複数の偏光画像に基づいて生成された法線マップを用いてデプスの推定が可能となる。したがって、デプスマップ生成部２２で生成されたデプスマップ以上の空間解像度を有するデプスマップを生成できる。
【００９１】
＜３．第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態では、偏光フィルタを介することなく撮像された画像を用いてデプスマップの生成を行うことで、偏光画像の輝度差による影響を受けることなくデプスマップを生成する。
【００９２】
［３−１．第３の実施の形態の構成］
図１８は、第３の実施の形態の機能構成を示す図である。画像処理装置１０は、撮像ユニット２１ａとデプスマップ生成部２２ａ、および第１の実施の形態と同様に、位置合わせ部２３、偏光特性取得部２４、法線マップ生成部２５を有している。
【００９３】
撮像ユニット２１ａは、偏光方向が視点位置毎に異なる偏光フィルタ（偏光板）を介して複数の視点位置で被写体を撮像して偏光画像を生成する。撮像ユニット２１ａは、複数の撮像部例えば偏光方向が異なる３方向以上の偏光画像を生成できるように４台の撮像部２１１-1〜２１１-4で構成されている。撮像部２１１-1の前面には偏光板２１０-1が設けられている。同様に、撮像部２１１-2〜２１１-4の前面には、偏光板２１０-2〜２１０-4が設けられている。偏光板２１０-1〜２１０-4は互いに偏光方向が異なる方向とされており、撮像部２１１-1〜２１１-4は互いに偏光方向が異なる偏光画像を生成する。撮像ユニット２１ａは、撮像部２１１-1〜２１１-4で生成した偏光画像の画像データを位置合わせ部２３に出力する。撮像ユニット２１ａは、偏光フィルタとして例えば直線偏光板等を用いる。なお、撮像ユニット２１ａは、上述の第１の実施の形態と同様に他の構成で偏光方向が異なる３方向以上の偏光画像を生成してもよい。
【００９４】
さらに撮像ユニット２１ａは、偏光フィルタを介することなくまたは偏光方向が等しい偏光フィルタを介して撮像を行う撮像部を有している。なお、図１８では、偏光フィルタを介することなく撮像を行う撮像部２１１-5，２１１-6を有する構成を示している。撮像部２１１-5，２１１-6の前面には偏光フィルタが設けられておらず、撮像部２１１-5，２１１-6は、無偏光画像を生成する。撮像ユニット２１ａは、撮像部２１１-5，２１１-6で生成した無偏光画像をデプスマップ生成部２２ａに出力する。
【００９５】
図１９は撮像ユニット２１ａにおける撮像部の配置を例示した図である。撮像ユニット２１ａは、図１９の（ａ）に示すように矩形の四隅に撮像部２１１-1〜２１１-4を配置して、矩形状に配された撮像部２１１-1〜２１１-4の左側に撮像部２１１-5、右側に撮像部２１１-6を配置した構成とする。なお、図１９では、偏光方向を示す矢印のない撮像部が無偏光画像を生成する撮像部であることを示している。
【００９６】
また、撮像ユニット２１ａは、偏光画像を生成する撮像部を図１９の（ｂ），（ｃ）に示すように直線状に配置して、直線状に配された撮像部の左側と右側に無偏光画像を生成する撮像部を配置した構成としてもよい。
【００９７】
さらに、撮像ユニット２１ａは、無偏光画像を生成する撮像部をさらに多く設けて、無偏光画像のペア毎に生成したデプスマップを統合して、さらに高精度のデプスマップを生成可能な構成としてもよい。例えば、図１９の（ｄ）のように、矩形状に配された偏光画像を生成する撮像部の左右のそれぞれに、無偏光画像を生成する撮像部を上下方向に２つ設けて、無偏光画像のペア毎に生成した複数のデプスマップを統合して高精度のデプスマップの生成が可能な構成する。さらに、図１９の（ｅ）に示すように、矩形状に配されて偏光画像を生成する撮像部を囲むように、無偏光画像を生成する撮像部を設けて、無偏光画像のペア毎に生成した複数のデプスマップを統合して高精度のデプスマップの生成が可能な構成としてもよい。なお、無偏光画像を生成する撮像部は、複数のデプスマップを統合して高精度のデプスマップの生成が可能であれば、図１９の（ｄ），（ｅ）に示す配置に限られない。
【００９８】
デプスマップ生成部２２ａは、撮像ユニット２１ａで生成された無偏光画像から被写体の距離情報を示すデプスマップを生成する。デプスマップ生成部２２ａは、異なる視点位置の無偏光画像を用いてステレオマッチング処理を行い、画素毎にデプスを示すデプスマップを生成する。デプスマップ生成部２２ａは、生成したデプスマップを位置合わせ部２３と法線マップ生成部２５に出力する。また、デプスマップ生成部２２ａは、無偏光画像のペアが複数である場合、ペア毎にデプスマップを生成して上述のようにデプスマップ統合処理を行うことで、高精度のデプスマップを生成してもよい。
【００９９】
位置合わせ部２３は、デプスマップ生成部２２ａで生成されたデプスマップに基づいて、撮像ユニット２１ａで生成された偏光画像の位置合わせを行う。位置合わせ部２３は、デプスマップ生成部２２ａで生成されたデプスマップのデプスと、予め取得されているキャリブレーション情報で示された撮像部の位置関係に基づき、偏光画像間の視差を判別して画素毎に偏光画像の位置合わせを行う。位置合わせ部２３は、位置合わせ後の偏光画像を偏光特性取得部２４に出力する。
【０１００】
偏光特性取得部２４は、位置合わせ後の偏光画像を用いて、所望の視点位置からの被写体の偏光特性を取得する。偏光特性取得部２４は、キャリブレーション情報で示された撮像部の位置関係とデプスマップに基づき、撮像部を所望の視点位置とする回転行列を算出する。また、偏光特性取得部２４は、複数の偏光画像の偏光方向と輝度、この偏光画像を生成した撮像部と所望の視点位置との位置関係を示す回転行列等から、所望の視点位置からの被写体の偏光特性を示す偏光モデル式を算出する。偏光特性取得部２４は、取得した偏光特性である偏光モデル式を法線マップ生成部２５に出力する。
【０１０１】
法線マップ生成部２５は、偏光特性取得部２４で取得された所望の視点位置からの被写体の偏光特性に基づき被写体の法線マップを生成する。法線マップ生成部２５は、偏光特性取得部２４で取得された偏光モデル式から、最高輝度となる方位角と偏光度に基づいて天頂角を画素毎に求めて、法線方向を示す法線情報（方位角と天頂角）を格納した法線マップを生成する。さらに、法線マップ生成部２５は、デプスマップを用いて法線マップにおける１８０度の不定性を除去して、１８０度の不定性が除去された法線マップを生成する。
【０１０２】
［３−２．第３の実施の形態の動作］
次に第３の実施の形態の動作について説明する。図２０は、第３の実施の形態の動作を示すフローチャートである。第１の実施の形態と同様に、ステップＳＴ１〜ステップＳＴ４で撮像ユニット２１ａは偏光画像を生成する。例えばステップＳＴ１で撮像ユニット２１ａの撮像部２１１-1は、第１偏光画像を生成する。ステップＳＴ２で撮像部２１１-2は、第２偏光画像を生成する。ステップＳＴ３で撮像部２１１-3は、第３偏光画像を生成する。ステップＳＴ４で撮像部２１１-4は、第４偏光画像を生成する。また、ステップＳＴ５〜ステップＳＴ６で撮像ユニット２１ａは偏光フィルタを介していない無偏光画像を生成する。例えばステップＳＴ５で撮像ユニット２１ａの撮像部２１１-5は、第１無偏光画像を生成する。ステップＳＴ６で撮像部２１１-6は、第２無偏光画像を生成する。このように、画像処理装置１０は、視点位置毎に偏光方向が異なる複数の偏光画像と視点位置が異なる無偏光画像を撮像部２１１-1〜２１１-6によって生成してステップＳＴ１５に進む。
【０１０３】
ステップＳＴ１５でデプスマップ生成部２２ａは、デプスマップを生成する。デプスマップ生成部２２ａは、視点位置が異なる第１無偏光画像と第２無偏光画像を用いてステレオマッチング処理を行い、デプスマップを生成してステップＳＴ３０に進む。
【０１０４】
ステップＳＴ３０で位置合わせ部２３は、偏光画像位置合わせ処理を行う。位置合わせ部２３は、ステップＳＴ１５で生成したデプスマップを利用して各偏光画像の位置合わせを行ってステップＳＴ４０に進む。
【０１０５】
ステップＳＴ４０で偏光特性取得部２４は、偏光特性取得処理を行う。偏光特性取得部２４は、位置合わせ後の偏光画像を用いて所望の視点位置に対する偏光モデル式を算出してステップＳＴ５０に進む。
【０１０６】
ステップＳＴ５０で法線マップ生成部２５は法線マップ生成処理を行う。法線マップ生成部２５は、所望の視点位置における偏光特性に基づき被写体の表面法線を画素毎に示す法線マップを生成する。
【０１０７】
以上のように、第３の実施の形態によれば、無偏光画像を用いてデプスマップを生成することから、偏光方向によって輝度の違いを生じ得る偏光画像を用いる場合に比べて、デプスマップの生成を精度よく容易に行うことが可能となる。また、第１の実施の形態の同様に、時間解像度および空間解像度の低下を招くことなく、所望の視点位置における偏光特性を画素毎に高精度に取得できる。
【０１０８】
＜４．第４の実施の形態＞
次に、第４の実施の形態について説明する。第４の実施の形態では、取得した所望の視点位置の偏光特性を利用した処理を行う場合について説明する。
【０１０９】
［４−１．第４の実施の形態の構成］
図２１は、第４の実施の形態の機能構成を示す図である。画像処理装置１０は、第１の実施の形態と同様に、撮像ユニット２１、デプスマップ生成部２２、位置合わせ部２３、偏光特性取得部２４を有している。また、第４の実施の形態の画像処理装置１０は、偏光特性利用部２７を有している。
【０１１０】
撮像ユニット２１は、偏光方向が視点位置毎に異なる偏光フィルタ（例えば偏光板）を介して複数の視点位置で被写体を撮像して偏光画像を生成する。撮像ユニット２１は、複数の撮像部例えば偏光方向が異なる３方向以上の偏光画像を生成できるように４台の撮像部２１１-1〜２１１-4で構成されている。撮像部２１１-1の前面には偏光板２１０-1が設けられている。同様に、撮像部２１１-2〜２１１-4の前面には、偏光板２１０-2〜２１０-4が設けられている。偏光板２１０-1〜２１０-4は互いに偏光方向が異なる方向とされており、撮像部２１１-1〜２１１-4は互いに偏光方向が異なる偏光画像を生成する。撮像ユニット２１は、撮像部２１１-1〜２１１-4で生成した偏光画像の画像データをデプスマップ生成部２２と位置合わせ部２３に出力する。撮像ユニット２１は、偏光フィルタとして例えば直線偏光板等を用いる。なお、撮像ユニット２１は、上述の第１の実施の形態と同様に他の構成で偏光方向が異なる３方向以上の偏光画像を生成してもよい。
【０１１１】
デプスマップ生成部２２は、撮像ユニット２１で生成された視点位置が異なる偏光画像から被写体の距離情報を示すデプスマップを生成する。デプスマップ生成部２２は、視点位置が異なる偏光画像を用いてステレオマッチング処理を行い、画素毎にデプスを示すデプスマップを生成する。また、デプスマップ生成部２２は、異なる視点位置の偏光画像のペア毎にデプスマップを生成して、生成したデプスマップを統合して、統合前よりも高精度なデプスマップを生成する。デプスマップ生成部２２は、統合後のデプスマップを位置合わせ部２３と法線マップ生成部２５に出力する。
【０１１２】
位置合わせ部２３は、デプスマップ生成部２２で生成されたデプスマップに基づいて、撮像ユニット２１で生成された偏光画像の位置合わせを行う。位置合わせ部２３は、デプスマップ生成部２２で生成されたデプスマップのデプスと、予め取得されているキャリブレーション情報で示された撮像部の位置関係に基づき、偏光画像間の視差を判別して画素毎に偏光画像の位置合わせを行う。位置合わせ部２３は、位置合わせ後の偏光画像を偏光特性取得部２４に出力する。
【０１１３】
偏光特性取得部２４は、位置合わせ後の偏光画像を用いて、所望の視点位置からの被写体の偏光特性を取得する。偏光特性取得部２４は、キャリブレーション情報で示された撮像部の位置関係とデプスマップに基づき、撮像部を所望の視点位置とする回転行列を算出する。また、偏光特性取得部２４は、複数の偏光画像の偏光方向と輝度、この偏光画像を生成した撮像部と所望の視点位置との位置関係を示す回転行列等から、所望の視点位置からの被写体の偏光特性を示す偏光モデル式を算出する。偏光特性取得部２４は、取得した偏光特性である偏光モデル式を偏光特性利用部２７に出力する。
【０１１４】
偏光特性利用部２７は、偏光特性取得部２４で取得した偏光特性を利用して、撮像ユニット２１で生成された画像に対する加工処理、例えば所望の視点位置における画像の反射成分の調整等を行う。具体的には、任意の方位角の偏光画像を生成する処理、反射成分を除去する処理、鏡面反射成分を調整して光沢感を調整する処理等の加工処理を行う。また、偏光特性利用部２７は、被写体の表面形状に応じた偏光特性を画像特徴量として用いて、被写体の表面形状を考慮した処理や立体的な被写体の認識等を行うようにしてもよい。
【０１１５】
［４−２．第４の実施の形態の動作］
次に第４の実施の形態の動作について説明する。図２２は、第４の実施の形態の動作を示すフローチャートである。第１の実施の形態と同様に、ステップＳＴ１〜ステップＳＴ４で撮像ユニット２１は偏光画像を生成する。例えばステップＳＴ１で撮像ユニット２１の撮像部２１１-1は、第１偏光画像を生成する。ステップＳＴ２で撮像部２１１-2は、第２偏光画像を生成する。ステップＳＴ３で撮像部２１１-3は、第３偏光画像を生成する。ステップＳＴ４で撮像部２１１-4は、第４偏光画像を生成する。このように、画像処理装置１０は、視点位置毎に偏光方向が異なる偏光画像を撮像部２１１-1〜２１１-4によって生成してステップＳＴ１１〜ステップＳＴ１４に進む。
【０１１６】
ステップＳＴ１１〜ステップＳＴ１４でデプスマップ生成部２２は、デプスマップを生成する。デプスマップ生成部２２は、視点位置が異なる２つの偏光画像からデプスマップを生成してステップＳＴ２０に進む。なお、偏光画像のペアは図２２に示す組み合わせに限られない。
【０１１７】
ステップＳＴ２０でデプスマップ生成部２２はデプスマップ統合処理を行う。デプスマップ生成部２２は、ステップＳＴ１１〜ステップＳＴ１４で生成したデプスマップを統合してステップＳＴ３０に進む。
【０１１８】
ステップＳＴ３０で位置合わせ部２３は、偏光画像位置合わせ処理を行う。位置合わせ部２３は、統合後のデプスマップを利用して偏光画像の位置合わせを行ってステップＳＴ４０に進む。
【０１１９】
ステップＳＴ４０で偏光特性取得部２４は、偏光特性取得処理を行う。偏光特性取得部２４は、位置合わせ後の偏光画像を用いて所望の視点位置に対する偏光モデル式を算出してステップＳＴ７０に進む。
【０１２０】
ステップＳＴ７０で偏光特性利用部２７は偏光特性利用処理を行う。偏光特性利用部２７は取得した偏光特性を利用して例えば画像の加工処理を行う。図２３〜図２５は、偏光特性を利用した加工処理として、画像の反射成分の調整を行う場合を例示している。図２３の（ａ），図２４の（ａ），図２５の（ａ）は、ステップＳＴ４０で算出された偏光モデル式に基づき、方位角と輝度の関係を例示している。ここで、最低輝度Ｉminまでの範囲は偏光状態にかかわらず輝度変化が生じない成分であり、最低輝度Ｉminから最高輝度Ｉmaxまでの輝度範囲は偏光状態によって輝度が変化する範囲である。したがって、方位角に応じた輝度に制御すれば、擬似的にＰＬフィルタに相当するフィルタ効果を得ることが可能となり、図２３の（ｂ）に示すように通常撮像画像から所望の偏光方向の偏光フィルタを介した偏光画像を生成できる。
【０１２１】
また、最低輝度Ｉminまでの範囲は偏光状態にかかわらず輝度変化が生じない成分であり無偏光成分に相当し、最低輝度Ｉminから最高輝度Ｉmaxまでの輝度範囲は偏光状態によって輝度が変化する範囲であり偏光成分に相当する。したがって、図２４の（ｂ）に示すように、通常撮像画像から偏光成分に相当する輝度成分を除去することで、反射成分が除去された撮像画像を生成できる。
【０１２２】
さらに、最低輝度Ｉminまでの範囲は偏光状態にかかわらず輝度変化が生じない成分であり無偏光成分に相当しており、ほぼ拡散反射成分と見なせることができる。また、最低輝度Ｉminから最高輝度Ｉmaxまでの輝度範囲はほぼ鏡面反射成分と見なすことができる。したがって、したがって、図２５の（ｂ）に示すように、鏡面反射成分を抑制すれば光沢感の抑制された撮像画像を生成できる。また、鏡面反射成分を強調すれば光沢感の強調された撮像画像を生成できる。
【０１２３】
また、偏光特性利用部２７は、偏光特性取得部で算出された偏光特性を利用して画像特徴量の算出を行い、画像特徴量を用いて被写体の表面形状を考慮した処理、例えば立体的な被写体同士のマッチング処理や立体的な被写体の認識処理等を行うようにしてもよい。次に、被写体の表面形状を考慮した処理として立体的な被写体のマッチング処理を行う場合の動作について説明する。
【０１２４】
偏光特性利用部２７は、偏光特性を利用して、例えば画素毎に偏光画像における被写体の表面形状に応じた画像特徴量を算出する。図２６は、画像特徴量の算出を説明するための図である。図２６の（ａ）（ｂ）は、偏光画像における画像特徴量の特徴量算出対象画素（以下単に「対象画素」という）における偏光方向の角度と輝度の関係を例示しており、図２６の（ｂ）は、図２６の（ａ）に比べて例えば照明光が明るい場合を示している。なお、図２６は、偏光角を０度，４５度，９０度，１３５度とした場合を例示している。また、対象画素における偏光角が０度の時の輝度をＩ０°，Ｉ'０°、偏光角が４５度の時の輝度をＩ４５°，Ｉ'４５°、偏光角が９０度の時の輝度をＩ９０°，Ｉ'９０°、偏光角が１３５度の時の輝度をＩ１３５°，Ｉ'１３５°とする。このように、偏光画像の輝度は照明等によって変化する。したがって、偏光特性利用部２７は、輝度が異なる場合でも偏光特性が同じ特徴を持つか否かを判別可能となるように、輝度の正規化を行う。偏光特性利用部２７は、各偏光角の輝度の平均を算出して、算出された平均輝度で各偏光角の輝度を除算して、正規化された輝度を算出する。なお、図２６の（ｃ）は、正規化後の輝度を示しており、正規化基準レベルは平均輝度に相当する。
【０１２５】
偏光特性利用部２７は、正規化後の各偏光角の輝度を画像特徴量とする。なお、式（１８）は、偏光角が０度，４５度，９０度，１３５度の偏光画像を取得した場合の画像特徴量を例示している。
【０１２６】
【数１１】
2016088483.tif 000013
【０１２７】
このようにして算出される画像特徴量は、対象画素に対応する被写体位置の表面形状を示す情報となる。また、偏光特性利用部２７は、算出した画像特徴量を用いて立体的な被写体のマッチング処理を行う。図２７は、偏光特性利用部でマッチング処理を行う場合の動作を例示している。
【０１２８】
偏光特性利用部２７は、一方の画像で検出されたマッチング対象の特徴点（以下「対象特徴点」という）が他方の画像で検出された特徴点の何れと一致するか画像特徴量を用いて判別する。特徴点の検出は、例えば偏光角υが０度，４５度，９０度，１３５度の輝度に基づいて算出された画像特徴量に基づいて特徴点を検出する。ここで、対象特徴点ＴＰ０の画像特徴量を［Ｆｏ０°，Ｆｏ４５°，Ｆｏ９０°，Ｆｏ１３５°］とする。また、他方の特徴点ＴＱｊの画像特徴量を［Ｆｊ０°，Ｆｊ４５°，Ｆｊ９０°，Ｆｊ１３５°］とする。なお、「ｊ」は他方の特徴点におけるｊ番目の特徴点を示す変数である。
【０１２９】
偏光特性利用部２７は、画像特徴量のベクトル同士の距離が最小となる点を判別してマッチング点とする。例えば、偏光特性利用部２７は、式（１９）の演算を行うことで、対象特徴点の画像特徴量との差分二乗和が最小となる特徴点ｊを、他方の特徴点から判別してマッチング点とする。
【０１３０】
【数１２】
2016088483.tif 000014
【０１３１】
以上のように、第４の実施の形態によれば、算出された偏光特性を利用することで、種々の加工処理や被写体の表面形状を考慮した処理等を容易に行うことができる。また、第１の実施の形態の同様に、時間解像度および空間解像度の低下を招くことなく、所望の視点位置における偏光特性を画素毎に高精度に取得できる。
【０１３２】
＜５．他の実施の形態＞
次に、他の実施の形態について説明する。他の実施の形態では、デプスマップを生成することなく法線マップを生成する場合を例示している。
【０１３３】
図２８は、他の実施の形態の機能構成を示す図である。画像処理装置１０は、撮像ユニット２１、位置合わせ部２３ａ、法線マップ生成部２５ａを有している。
【０１３４】
撮像ユニット２１は、偏光方向が視点位置毎に異なる偏光フィルタを介して複数の視点位置で被写体を撮像して偏光画像を生成する。撮像ユニット２１は、複数の撮像部例えば偏光方向が異なる３方向以上の偏光画像を生成できるように４台の撮像部２１１-1〜２１１-4で構成されている。撮像部２１１-1の前面には偏光板２１０-1が設けられている。同様に、撮像部２１１-2〜２１１-4の前面には、偏光板２１０-2〜２１０-4が設けられている。偏光板２１０-1〜２１０-4は互いに偏光方向が異なる方向とされており、撮像部２１１-1〜２１１-4は互いに偏光方向が異なる偏光画像を生成する。撮像ユニット２１は、撮像部２１１-1〜２１１-4で生成した偏光画像の画像データをデプスマップ生成部２２と位置合わせ部２３ａに出力する。
【０１３５】
撮像ユニット２１は、偏光板として例えば直線偏光板を用いる。また、撮像ユニット２１は、直線偏光板に限らず直線偏光板と１／４波長版からなる円偏光板を用いるようにしてもよい。さらに、撮像ユニット２１は、直線偏光板と撮像部との間に偏光解消板を設けてもよい。なお、撮像ユニット２１は、上述の第１の実施の形態と同様に他の構成で偏光方向が異なる３方向以上の偏光画像を生成してもよい。
【０１３６】
位置合わせ部２３ａは、撮像ユニット２１で生成された偏光画像の位置合わせを行う。位置合わせ部２３ａは、画像の特徴を利用することで、デプスマップを用いることなく偏光画像の位置合わせを行う。位置合わせ部２３ａは、例えば画面全体に対してホモグラフィにより画像間の移動等を近似的にモデル化して、このモデルに基づき偏光画像の位置合わせを行う。また、例えば静止している被写体を異なる視点位置から撮像すると、撮像画像間では被写体が動きを生じた画像となることから、位置合わせ部２３ａは、オプティカルフローなどを検出して、検出結果に基づき偏光画像の位置合わせを行うようにしてもよい。例えば、図２９に示すように近接した被写体（例えば車）と離れている被写体（例えば木々）が同一画面内に混在すると、図２９の（ａ）に示すように画面全体でオプティカルフローの検出を行った場合、精度よくオプティカルフローを検出することが困難である。したがって、図２９の（ｂ）に示すように画面を複数ブロックに分割して、ブロック毎にオプティカルフローの検出を行えば、近接した被写体と離れている被写体のそれぞれに対して精度よくオプティカルフローを検出できる。したがって、ブロック毎に検出したオプティカルフローを用いるようにすれば、偏光画像の位置合わせを精度よく行うことができる。
【０１３７】
法線マップ生成部２５ａは、偏光方向が３方向以上の位置合わせ後の偏光画像に基づき、偏光方向と偏光画像の輝度から輝度と偏光角の関係を求めて、最高輝度となる方位角αを判別する。また、法線マップ生成部２５ａは、輝度と偏光角の関係から得た最高輝度と最低輝度を用いて偏光度ρを算出して、偏光度と天頂角の関係を示す特性曲線に基づき、算出した偏光度ρに対応する天頂角θを判別する。このように、法線マップ生成部２５ａは、偏光方向が３方向以上の位置合わせ後の偏光画像に基づき、被写体の法線情報（方位角αと天頂角θ）を画素位置毎に求めて法線マップを生成する。
【０１３８】
このような他の実施の形態では、デプスマップを生成する必要がないことから法線マップを容易に生成できる。なお、デプスマップが生成されていないので、生成された法線マップは１８０度の不定性を有する。
【０１３９】
＜６．適用例＞
次に、画像処理装置（画像処理方法）の適用例について説明する。図３０は、この技術の画像処理装置を用いた車両制御システムの概略構成を例示したブロック図である。車両制御システム９０は、通信ネットワーク９２０を介して接続された複数の制御部や検出部を備える。図３０に示した例では、車両制御システム９０は、駆動系制御部９３１、ボディ系制御部９３２、バッテリ制御部９３３、車外情報検出部９３４、無線通信部９３５および統合制御部９４０を備える。通信ネットワーク９２０は、例えば、ＣＡＮ（Controller  Area  Network）、ＬＩＮ（Local  Interconnect  Network）、ＬＡＮ（Local  Area  Network）またはＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）等の任意の規格に準拠した車載通信ネットワークであってよい。また、統合制御部９４０には、入力部９５１、音声出力部９５２、表示部９５３が接続されている。
【０１４０】
各制御部は、各種プログラムにしたがって演算処理を行うマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータにより実行されるプログラムまたは各種演算に用いられるパラメータ等を記憶する記憶部と、各種制御対象の装置を駆動する駆動回路とを備える。
【０１４１】
駆動系制御部９３１は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御部９３１は、内燃機関または駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構として機能する。また、駆動系制御部９３１は、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置としての機能、ＡＢＳ（Antilock  Brake  System）またはＥＳＣ（Electronic  Stability  Control）等の制御装置としての機能を有してもよい。
【０１４２】
駆動系制御部９３１には、車両状態検出部９３１１が接続される。車両状態検出部９３１１には、例えば、車体の軸回転運動の角速度を検出するジャイロセンサ、車両の加速度を検出する加速度センサ、あるいは、アクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量、ステアリングホイールの操舵角、エンジン回転数または走行速度等を検出するためのセンサのうちの少なくとも一つが含まれる。駆動系制御部９３１は、車両状態検出部９３１１から入力される信号を用いて演算処理を行い、内燃機関、駆動用モータ、電動パワーステアリング装置またはブレーキ装置等を制御する。
【０１４３】
ボディ系制御部９３２は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御部９３２は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカーまたはフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御部９３２には、鍵を代替する携帯機から発信される電波または各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御部９３２は、これらの電波または信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。
【０１４４】
バッテリ制御部９３３は、各種プログラムにしたがって駆動用モータの電力供給源である二次電池９３３１を制御する。例えば、バッテリ制御部９３３には、二次電池９３３１を備えたバッテリ装置から、バッテリ温度、バッテリ出力電圧またはバッテリの残存容量等の情報が入力される。バッテリ制御部９３３は、これらの信号を用いて演算処理を行い、二次電池９３３１の温度調節制御またはバッテリ装置に備えられた冷却装置等の制御を行う。
【０１４５】
車外情報検出部９３４は、車両制御システム９０を搭載した車両の外部の情報を検出する。車外情報検出部９３４には、この技術の画像処理装置１０を利用する。
【０１４６】
図３１は、撮像ユニットの設置例を示した図である。画像処理装置１０の撮像ユニット２１は、例えば、車両８０のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドアおよび車室内のフロントガラスの上部のうちの少なくとも一つの位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像ユニット２１-Ａおよび車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像ユニット２１-Ｂは、主として車両８０の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像ユニット２１-Ｃ，２１-Ｄは、主として車両８０の側方の画像を取得する。リアバンパまたはバックドアに備えられる撮像ユニット２１-Ｅは、主として車両８０の後方の画像を取得する。なお、図２６には、それぞれの撮像ユニット２１-Ａ乃至２１-Ｅの撮影範囲の一例を示している。撮像範囲ＡＲ-ａは、フロントノーズに設けられた撮像ユニット２１-Ａの撮像範囲を示し、撮像範囲ＡＲ-ｃ，ＡＲ-ｄは、それぞれサイドミラーに設けられた撮像ユニット２１-Ｃ，２１-Ｄの撮像範囲を示し、撮像範囲ＡＲ-ｅは、リアバンパまたはバックドアに設けられた撮像ユニット２１-Ｅの撮像範囲を示す。
【０１４７】
図３０に戻り、車外情報検出部９３４は、車両の周辺領域を撮像して偏光画像を取得する。また、車外情報検出部９３４は、取得した偏光画像から被写体の偏光特性を取得する。さらに、車外情報検出部９３４は、取得した偏光特性を利用して、車両制御等に利用可能な情報の生成等を行う。
【０１４８】
無線通信部９３５は、ＤＳＲＣ（登録商標）（Dedicated Short Range Communication）等の無線通信網を介して車外、例えば他車両や道路状況等を管理する管理センタと通信を行い、受信した情報を統合制御部９４０に出力する。また、無線通信部９３５は車外情報検出部９３４で取得した偏光特性等を他車両や管理センタ等へ送信する。なお、無線通信部９３５は、無線ＬＡＮの無線通信網、３Ｇ，ＬＴＥ，４Ｇなどの携帯電話用の無線通信網等の無線通信網を介して管理センタとの通信を行ってもよい。また、無線通信部９３５は、全地球測位システム（GNSS：Global Navigation Satellite System）の信号等を受信して測位を行い、測位結果を統合制御部９４０へ出力してもよい。
【０１４９】
統合制御部９４０には、入力部９５１、音声出力部９５２、表示部９５３が接続されている。入力部９５１は、例えば、タッチパネル、ボタン、マイクロフォン、スイッチまたはレバー等、搭乗者によって入力操作され得る装置によって実現される。入力部９５１は、搭乗者等により入力された情報に基づいて入力信号を生成し、統合制御部９４０に出力する。
【０１５０】
音声出力部９５２は、統合制御部９４０からの音声信号に基づいた音声を出力することで、車両の搭乗者に対して聴覚的に情報を通知する。表示部９５３は、統合制御部９４０からの画像信号に基づいて画像表示を行い、車両の搭乗者に対して視覚的に情報を通知する。
【０１５１】
統合制御部９４０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)，ＲＯＭ(Read Only Memory)，ＲＡＭ(Random Access Memory)等を有している。ＲＯＭ（Read  Only  Memory）は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)により実行される各種プログラムを記憶する。ＲＡＭ（Random  Access  Memory）は、各種パラメータ、演算結果またはセンサ値等の情報を記憶する。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されている各種プログラムを実行して、入力部９５１からの入力信号および通信ネットワーク９２０を介した各制御部や車外情報検出部および無線通信部との通信によって取得した情報、およびＲＡＭに記憶されている情報等に応じて車両制御システム９０内の動作全般を制御する。また、統合制御部９４０は、車両の搭乗者に対して、聴覚的に通知する情報を示す音声信号を生成して音声出力部９５２へ出力して、視覚的に情報を通知する画像信号を生成して表示部９５３へ出力する。また、統合制御部９４０は、無線通信部９３５を用いて他車両や管理センタ等の車外に存在する様々な機器と通信を行う。また、統合制御部９４０は、ＲＯＭまたはＲＡＭに記憶されている地図情報と無線通信部９３５から取得した測位結果に基づき、車両の走行支援を行う。
【０１５２】
なお、図３０に示した例において、通信ネットワーク９２０を介して接続された少なくとも二つの制御部が一つの制御部として一体化されてもよい。あるいは、個々の制御部が、複数の制御部により構成されてもよい。さらに、車両制御システム９０が、図示されていない別の制御部を備えてもよい。また、上記の説明において、いずれかの制御部が担う機能の一部または全部を、他の制御部に持たせてもよい。つまり、通信ネットワーク９２０を介して情報の送受信がされるようになっていれば、所定の演算処理が、いずれかの制御部で行われるようになってもよい。
【０１５３】
このような車両制御システムにおいて、本技術の画像処理装置を例えば車外情報検出部に適用した場合、車外情報検出部では、被写体認識等を精度よく行うことや、空間解像度が高く精度の良好なデプスマップを生成することが可能となる。また、種々の加工処理、例えばＰＬフィルタに相当するフィルタ処理、反射成分の除去、光沢感の調整等を行うことで、反射や眩しさを抑えた撮像画像を生成することが可能となる。このため、車外情報検出部で生成されたデプスマップや加工処理後の画像等を用いて、障害物の検出や障害物までの距離の把握等を精度良く行うことができるようになり、より安全な走行を可能とする車両制御システムを構築できる。
【０１５４】
また、上述の画像処理装置は、撮像装置や撮像機能を有した電子機器等であってもよい。さらに、明細書中において説明した一連の処理は、ハードウェア、またはソフトウェア、あるいは両者の複合構成によって実行することが可能である。ソフトウェアによる処理を実行する場合は、処理シーケンスを記録したプログラムを、専用のハードウェアに組み込まれたコンピュータ内のメモリにインストールして実行させる。または、各種処理が実行可能な汎用コンピュータに、上述の処理を行うプログラムをインストールして実行させることが可能である。
【０１５５】
例えば、プログラムは記録媒体としてのハードディスクやＳＳＤ（Solid State Drive）、ＲＯＭ（Read Only Memory）に予め記録しておくことができる。あるいは、プログラムはフレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory），ＭＯ（Magneto optical）ディスク，ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＢＤ（Blu-Ray Disc（登録商標））、磁気ディスク、半導体メモリカード等のリムーバブル記録媒体に、一時的または永続的に格納（記録）しておくことができる。このようなリムーバブル記録媒体は、いわゆるパッケージソフトウェアとして提供することができる。
【０１５６】
また、プログラムは、リムーバブル記録媒体からコンピュータにインストールする他、ダウンロードサイトからＬＡＮ（Local Area Network）やインターネット等のネットワークを介して、コンピュータに無線または有線で転送してもよい。コンピュータでは、そのようにして転送されてくるプログラムを受信し、内蔵するハードディスク等の記録媒体にインストールすることができる。
【０１５７】
なお、本明細書に記載した効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、記載されていない付加的な効果があってもよい。また、本技術は、上述の実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、例えば上述の実施の形態を組み合わせてもよい。この技術の実施の形態は、例示という形態で本技術を開示しており、本技術の要旨を逸脱しない範囲で当業者が実施の形態の修正や代用をなし得ることは自明である。すなわち、本技術の要旨を判断するためには、請求の範囲を参酌すべきである。
【０１５８】
また、本技術の画像処理装置は以下のような構成も取ることができる。
（１）  被写体の距離情報を示すデプスマップに基づいて、偏光方向が視点位置毎に異なる偏光フィルタを介して複数の視点位置で前記被写体を撮像して得られた偏光画像の位置合わせを行う位置合わせ部と、
前記位置合わせ部で位置合わせした偏光画像を用いて、所望の視点位置からの前記被写体の偏光特性を取得する偏光特性取得部と
を有する画像処理装置。
（２）  複数の視点位置で前記被写体を撮像して得られた画像から前記デプスマップを生成するデプスマップ生成部をさらに有する（１）に記載の画像処理装置。
（３）  前記デプスマップ生成部は、前記複数の視点位置の画像における画像の組み合わせ毎にデプスマップを生成して、生成したデプスマップの統合を行い、
前記位置合わせ部は、前記デプスマップ生成部で得られた統合後のデプスマップに基づいて前記偏光画像の位置合わせを行う（２）に記載の画像処理装置。
（４）  前記デプスマップ生成部は、前記複数の視点位置で被写体を撮像して得られた画像として前記偏光画像を用いる（２）または（３）に記載の画像処理装置。
（５）  前記デプスマップ生成部は、前記複数の視点位置で被写体を撮像して得られた画像として、前記偏光フィルタを介することなくまたは偏光方向が等しい偏光フィルタを介して撮像された画像を用いる（２）または（３）に記載の画像処理装置。
（６）  前記偏光特性取得部は、前記位置合わせした複数の偏光画像の偏光方向と輝度に基づいて、所望の視点位置からの被写体の偏光特性を取得する（１）乃至（５）のいずれかに記載の画像処理装置。
（７）  前記偏光特性取得部で算出された偏光特性に基づき、前記所望の視点位置における前記被写体の法線マップを生成する法線マップ生成部をさらに有する（１）乃至（６）のいずれかに記載の画像処理装置。
（８）  前記法線マップ生成部は、前記位置合わせ部で用いたデプスマップに基づき偏光解析における１８０度の不定性を除去した法線マップを生成する（７）に記載の画像処理装置。
（９）  前記位置合わせ部で用いたデプスマップと前記法線マップ生成部で生成した法線マップを統合して、前記位置合わせ部で用いたデプスマップよりも高精度なデプスマップを生成する高精度デプスマップ生成部をさらに有する（７）または（８）に記載の画像処理装置。
（１０）  前記偏光方向が視点位置毎に異なる偏光フィルタを介して複数の視点位置で前記被写体を撮像して偏光画像を生成する撮像ユニットをさらに有する（１）乃至（９）のいずれかに記載の画像処理装置。
（１１）  前記撮像ユニットでは、前記複数の視点位置毎に撮像部が設けられており、前記撮像部に偏光方向が異なる偏光フィルタを設けて前記複数の視点位置毎の偏光画像を生成する（１０）に記載の画像処理装置。
（１２）  前記撮像ユニットでは、光軸方向に対して直交する方向にレンズが撮像素子の光入射面側に複数配置されており、各レンズに偏光方向が異なる偏光フィルタを設けて前記複数の視点位置毎の偏光画像を生成する（１０）に記載の画像処理装置。
（１３）  前記撮像ユニットは、前記偏光フィルタを介することなくまたは偏光方向が等しい偏光フィルタを介して複数の視点位置で前記被写体を撮像して画像を生成する撮像部をさらに有する（１０）に記載の画像処理装置。
（１４）  前記偏光特性取得部で算出された偏光特性を利用して画像の処理を行う偏光特性利用部をさらに有する（１）乃至（１２）のいずれかに記載の画像処理装置。
（１５）  前記偏光特性利用部は、前記偏光特性取得部で算出された偏光特性を利用して、前記所望の視点位置における画像の反射成分を調整した画像を生成する（１４）に記載の画像処理装置。
（１６）  前記偏光特性利用部は、前記偏光特性取得部で算出された偏光特性を利用して画像特徴量の算出を行い、画像特徴量を用いて前記被写体の表面形状を考慮した処理を行う（１４）または（１５）に記載の画像処理装置。
【産業上の利用可能性】
【０１５９】
この技術の画像処理装置と画像処理方法では、被写体の距離情報を示すデプスマップに基づいて、偏光方向が視点位置毎に異なる偏光フィルタを介して複数の視点位置で被写体を撮像して得られた偏光画像の位置合わせが行われる。さらに位置合わせした偏光画像を用いて、所望の視点位置からの被写体の偏光特性が取得される。このため、この偏光特性に基づき法線の算出を行えば、所望の位置から被写体の表面形状を精度よく検出できる。また、取得した偏光特性を利用することで、偏光フィルタの偏光方向を調整しながら所望の視点位置で撮像を行わなくとも、所望の偏光画像を取得できるようになる。したがって、被写体の３次元形状を取得する機器や撮像画の加工処理等を機器等に適している。
【符号の説明】
【０１６０】
１０・・・画像処理装置
２１，２１ａ，２１−Ａ〜２１−Ｅ・・・撮像ユニット
２２，２２ａ・・・デプスマップ生成部
２３，２３ａ・・・位置合わせ部
２４・・・偏光特性取得部
２５，２５ａ・・・法線マップ生成部
２６・・・高精度デプスマップ生成部
２７・・・加工処理部
９０・・・車両制御システム
２１０-1〜２１０-4，２１０-n、２１０-p，２２３・・・偏光板
２１１-1〜２１１-6，２１１-n，２１１-p，２１１-p・・・撮像部
２２１・・・イメージセンサ
２２２・・・レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【国際調査報告】
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