(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
輻輳調整を行ってステレオ画像を撮像素子により撮像するステレオ画像撮像装置であって、
前記輻輳調整の指標となるビーム状の光を指標ビームとして被写体に照射する指標ビーム投光手段と、
前記被写体に投射された前記指標ビームの左画像及び右画像における結像位置を検出する指標ビーム検出手段と、
前記結像位置に基づいて前記ステレオ画像の輻輳を調整する輻輳調整手段とを備え、
前記指標ビームが前記左画像の視点と前記右画像の視点とを結ぶ線分の垂直二等分線を含む対称面内に照射され、
前記輻輳調整手段が、前記左画像における前記指標ビームの結像位置を前記左画像の水平線上における中心に一致させ、前記右画像における前記指標ビームの結像位置を前記右画像の水平線上における中心に一致させることにより前記輻輳を調整する
ことを特徴とするステレオ画像撮像装置。
【請求項２】
前記ステレオ画像撮像装置が単一の撮像光学系からなることを特徴とする請求項１に記載のステレオ画像撮像装置。
【請求項３】
前記ステレオ画像撮像装置が単一の撮像素子からなり、前記左画像及び右画像が２分割された前記撮像素子のそれぞれの分割領域において同時に撮像されることを特徴とする請求項２に記載のステレオ画像撮像装置。
【請求項４】
前記撮像光学系の光軸が前記対称面に含まれることを特徴とする請求項２に記載のステレオ画像撮像装置。
【請求項５】
前記光軸と前記左画像の視線と前記右画像の視線とが同一面内にあり、前記指標ビームが前記光軸と一致する直線状のビームであることを特徴とする請求項４に記載のステレオ画像撮像装置。
【請求項６】
前記指標ビーム検出手段が、前記左画像及び右画像の中心を通る水平線上における前記左画像及び右画像での輝度のピーク位置に基づいて前記結像位置を検出することを特徴とする請求項５に記載のステレオ画像撮像装置。
【請求項７】
前記指標ビームが前記対称面内で拡散する平面状のビームとして照射されることを特徴とする請求項１に記載のステレオ画像撮像装置。
【請求項８】
前記指標ビーム検出手段が、前記左画像及び右画像の複数の同一水平線上における前記左画像及び右画像での輝度のピーク位置に基づいて前記結像位置を検出することを特徴とする請求項７に記載のステレオ画像撮像装置。
【請求項９】
前記指標ビーム検出手段が、前記左画像における輝度のピーク位置と、前記右画像における輝度のピーク位置とが前記各画像における中心位置に対して鏡像関係にあるか否かにより、前記各画像におけるピーク位置が前記指標ビームの前記結像位置であるか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載のステレオ画像撮像装置。
【請求項１０】
前記輻輳調整手段が、前記左画像における前記指標ビームの結像位置を前記左画像の画像中心に一致させ、前記右画像における前記指標ビームの結像位置を前記右画像の画像中心に一致させることにより前記輻輳を調整することを特徴とする請求項１に記載のステレオ画像撮像装置。
【請求項１１】
前記輻輳が前記対称面に対し面対称に対面して設けられる回動ミラーの回動角を調整することにより行われることを特徴とする請求項１に記載のステレオ画像撮像装置。
【請求項１２】
前記ステレオ画像撮像装置が、前記指標ビームを点灯して第１のステレオ画像の撮像を行う第１の撮像手段と、前記指標ビームを消灯して第２のステレオ画像の撮像を行う第２の撮像手段とを備え、
前記指標ビーム検出手段が前記第１及び第２のステレオ画像に基づいて前記結像位置を検出することを特徴とする請求項１に記載のステレオ画像撮像装置。
【請求項１３】
前記指標ビーム検出手段が、前記第１及び第２のステレオ画像における画素値の差分を求めることにより前記結像位置を検出することを特徴とする請求項１２に記載のステレオ画像撮像装置。
【請求項１４】
前記指標ビーム投光手段は、第１のフィールドを撮像しているときに前記指標ビームを点灯して前記指標ビームを前記被写体に照射し、第２のフィールドを撮像しているときに前記指標ビームを消灯し、前記第２のフィールドにおける輻輳が前記第１のフィールドのステレオ画像に基づいて調整されることにより前記被写体の動画像がステレオ画像として撮像されることを特徴とする請求項１に記載のステレオ画像撮像装置。
【請求項１５】
ステレオ画像の輻輳調整の指標となるビーム状の光を指標ビームとして被写体に照射する指標ビーム投光手段と、
前記被写体に投射された前記指標ビームの左画像及び右画像における結像位置を検出する指標ビーム検出手段と、
前記結像位置に基づいて前記ステレオ画像の輻輳を調整する輻輳調整手段とを備え、
前記指標ビームが前記左画像の視点と前記右画像の視点とを結ぶ線分の垂直二等分線を含む平面内に照射され、
前記輻輳調整手段が、前記左画像における前記指標ビームの結像位置を前記左画像の水平線上における中心に一致させ、前記右画像における前記指標ビームの結像位置を前記右画像の水平線上における中心に一致させることにより前記輻輳を調整する
ことを特徴とするステレオ画像撮像装置の自動輻輳調整装置。
【請求項１６】
デジタルカメラとこれに装着されるステレオアダプタとからなるステレオ画像撮像装置であって、
前記ステレオアダプタが、ステレオ画像の輻輳調整の指標となるビーム状の光を指標ビームとして前記ステレオ画像の左画像の視点と右画像の視点とを結ぶ線分の垂直二等分線を含む平面内に照射する指標ビーム投光手段と、前記ステレオ画像の輻輳を調整する輻輳調整手段とを備え、
前記デジタルカメラが、前記指標ビームが投射された被写体の左画像及び右画像を撮像するステレオ画像撮像手段を備え、
前記輻輳調整手段が、前記左画像における前記指標ビームの結像位置を前記左画像の水平線上における中心に一致させ、前記右画像における前記指標ビームの結像位置を前記右画像の水平線上における中心に一致させることにより前記輻輳を調整する
ことを特徴とするステレオ画像撮像装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載されたステレオ画像撮像装置において用いられるデジタルカメラ。
【請求項１８】
請求項１６に記載されたステレオ画像撮像装置において用いられるステレオアダプタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立体視のためのステレオ画像を撮像するステレオ画像撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
左右一対の視差画像を撮像するステレオ画像撮像装置としては、独立した２つの撮像系を用いてそれぞれ独立に左右の視差画像を撮像する２眼式のものや、一つの撮像光学系（レンズ系）の光路をミラーやプリズムを用いて２分し、１つの撮像素子で左右の視差画像を撮像するものなどが知られている。
【０００３】
より自然な立体映像を得るには、ステレオ画像の撮像において輻輳を調整する必要がある。輻輳調整は、多くの場合手動で行われるが、例えば特開２０００−１５２２８２号公報には、自動輻輳調整を行うステレオ画像撮像装置が開示されている。このステレオ画像撮像装置では、プリズムを用いて１つのレンズ系の光軸を２分し、分岐されたそれぞれの光軸を所定の軸周りに回動自在なミラーにより被写体方向に向け、左右の視差画像を時分割で交互に撮像している。このステレオ画像撮像装置における自動輻輳調整機構では、別途設けられた距離検出手段により被写体までの距離を三角測距法に基づいて算出し、その距離に応じてミラーの回動角度を調整することにより行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような輻輳調整機構では、別途距離検出手段を備えなければならずその構成が複雑となりコストがかさむうえ輻輳調整のための制御ソフトも複雑となる。
【０００５】
本発明は、簡単・迅速に自動輻輳調整を行えるステレオ画像撮像装置、又はこのステレオ画像撮像装置に搭載される自動輻輳調整装置を得ることを目的としている。特にステレオ画像を単一の撮像光学系で撮像するステレオ画像撮像装置において、簡略な構成で迅速に輻輳調整を行うことを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のステレオ画像撮像装置は、輻輳調整を行ってステレオ画像を撮像素子により撮像するステレオ画像撮像装置であって、輻輳調整の指標となるビーム状の光を指標ビームとして被写体に照射する指標ビーム投光手段と、被写体に投射された指標ビームの左画像及び右画像における結像位置を検出する指標ビーム検出手段と、結像位置に基づいてステレオ画像の輻輳を調整する輻輳調整手段とを備え、指標ビームが左画像の視点と右画像の視点とを結ぶ線分の垂直二等分線を含む平面内に照射されることを特徴としている。
【０００７】
ステレオ画像撮像装置を、例えばステレオ画像ではない通常の画像を撮像するカメラとステレオアダプタとを着脱自在に装着した構成にする場合、あるいはより簡略に構成する場合、ステレオ画像撮像装置は例えば単一の撮像光学系からなるとともに単一の撮像素子からなる。このとき左画像及び右画像は２分割された撮像素子のそれぞれの分割領域において同時に撮像される。これによりステレオ画像の撮像と通常の画像の撮像とを同一のカメラにおいて行うことが可能となる。
【０００８】
ステレオ画像撮像装置が単一の撮像光学系からなる場合、撮像光学系の光軸は対称面に含まれることが好ましい。また、光軸と左画像の視線と右画像の視線とは同一面内にあり、指標ビームは例えば光軸と一致する直線状のビームである。このとき指標ビーム検出手段は、左画像及び右画像の中心を通る水平線上における左画像及び右画像での輝度のピーク位置に基づいて指標ビームの各画像における結像位置を検出する。これにより、簡単に指標ビームの各画像における結像位置を検出することができる。
【０００９】
また、簡略な方法でより確実に指標ビームの結像位置を検出するには、例えば指標ビームは対称面内で拡散する平面状のビームとして照射され、指標ビーム検出手段は、左画像及び右画像の複数の同一水平線上における左画像及び右画像での輝度のピーク位置に基づいて指標ビームの左右の画像における結像位置を検出する。
【００１０】
指標ビーム検出手段は、左画像における輝度のピーク位置と、右画像における輝度のピーク位置とが各画像における中心位置に対して鏡像関係にあるか否かにより、各画像におけるピーク位置が指標ビームの結像位置であるか否かを判定することにより、簡単に指標ビームを検出することができる。
【００１１】
輻輳調整手段は好ましくは、左画像における指標ビームの結像位置を左画像の画像中心に一致させ、右画像における指標ビームの結像位置を右画像の画像中心に一致させることにより輻輳を調整する。また輻輳は対称面に対し面対称に対面して設けられる回動ミラーの回動角を調整することにより行われる。これらにより簡単・迅速に輻輳を調整することが可能となる。
【００１２】
またステレオ画像撮像装置は、例えば指標ビームを点灯して第１のステレオ画像の撮像を行う第１の撮像手段と、指標ビームを消灯して第２のステレオ画像の撮像を行う第２の撮像手段とを備え、指標ビーム検出手段は第１及び第２のステレオ画像に基づいて結像位置を検出する。このとき指標ビーム検出手段は、第１及び第２のステレオ画像における画素値の差分を求めることにより結像位置を検出する。これにより、より確実に指標ビームの結像位置を検出することができる。
【００１３】
指標ビーム投光手段は、第１のフィールドを撮像しているときに指標ビームを点灯して指標ビームを被写体に照射し、第２のフィールドを撮像しているときに指標ビームを消灯する。そして第２のフィールドにおける輻輳が第１のフィールドのステレオ画像に基づいて調整されることにより被写体の動画像がステレオ画像として撮像される。これにより輻輳調整されたステレオの動画像を簡単に撮像することができる。
【００１４】
また、本発明のステレオ画像撮像装置の自動輻輳調整装置は、ステレオ画像の輻輳調整の指標となるビーム状の光を指標ビームとして被写体に照射する指標ビーム投光手段と、被写体に投射された指標ビームの左画像及び右画像における結像位置を検出する指標ビーム検出手段と、結像位置に基づいてステレオ画像の輻輳を調整する輻輳調整手段とを備え、指標ビームが左画像の視点と右画像の視点とを結ぶ線分の垂直二等分線を含む平面内に照射されることを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態であるカメラ型のステレオ画像撮像装置の斜視図である。図１を参照して第１の実施形態について説明する。
【００１６】
カメラ本体１０の前面において、撮影レンズ鏡筒１１の左上にはファインダ窓（対物部）１２が設けられ、右上にはストロボ１３が設けられている。カメラ本体１０の上面左側にはレリーズスイッチ１５及び液晶表示パネル１６が設けられ、右側にはモード切替ダイヤル１７が設けられている。カメラ本体１０の側面には、インターフェースコネクタ１８、ＩＣメモリカード等の記録媒体を挿入するためのカード挿入口１９が形成されている。
【００１７】
鏡筒１１の前面には、ステレオアダプタ５０が図示しないマウント機構により着脱自在に装着される。ステレオアダプタ５０には、左右に２つの開口５１Ｌ、５１Ｒが設けられており、後述するように鏡筒１１の光路は、アダプタ５０内に設けられたミラー（図２参照）により二分され、これらの開口に導かれる。すなわち、開口５１Ｌを介してステレオ画像の左画像が、開口５１Ｒを介してステレオ画像の右画像が撮像される。開口５１Ｌと開口５１Ｒとの間には、レーザやＬＥＤ等の光源からなる投光装置５２が設けられる。投光装置５２からは、鏡筒１１内に配置される撮像光学系１１Ａ（図２、３参照）の光軸と一致するビーム状の光が照射され、後述するように輻輳調整の指標として用いられる。また、ステレオアダプタ５０の側面には、インターフェースコネクタ６０が設けられており、インターフェースケーブル２０の一方のコネクタ２１Ａが着脱自在に装着される。インターフェースケーブル２０のもう一方のコネクタ２１Ｂは、カメラ本体１０のインターフェースコネクタ１８に着脱自在に接続される。
【００１８】
図２は、図１のステレオ撮像装置の光学的な構成を模式的に示す。
ステレオアダプタ５０内の投光装置５２は、例えばレンズ系からなる投光光学系５２Ａと光源である発光素子（例えばＬＥＤやレザーダイオード）５２Ｂとからなり指標ビームを照射する。投光光学系５２Ａの光軸は、カメラ本体１０の撮像光学系１１Ａの光軸Ｌに一致するように配置され、投光装置５２から照射される指標ビームは光軸Ｌと被写体とが交わる点Ｐに投射される。
【００１９】
ステレオアダプタ５０内において、光軸Ｌに対し対称な位置には、回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒが配置される。回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒは、それぞれ光軸Ｌに垂直な軸５９Ｌ、５９Ｒを中心に回動可能であり、回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒ各々の回動角度は、光軸Ｌに対し対称である。回動ミラー５７Ｌと対面する位置には、固定ミラー５８Ｌが配置され、回動ミラー５７Ｒと対面する位置には、固定ミラー５８Ｒが配置される。固定ミラー５８Ｌ、５８Ｒは、各々の反射面が光軸Ｌに対し１３５°傾いて対称に配置され、それぞれの一辺は互いに直角をなして接し合う。また、回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒの反射面はそれぞれ固定ミラー５８Ｌ、５８Ｒの反射面に対面している。すなわち、ステレオアダプタ５０の左側の開口５１Ｌから入射した光は、回動ミラー５７Ｌ及び固定ミラー５８Ｌで反射され、撮像光学係１１Ａを介してカメラ本体１０内に設けられたＣＣＤ等の撮像素子２８の右半面（図２において）に導かれる。ステレオアダプタ５０の右側の開口５１Ｒから入射した光は、回動ミラー５７Ｒ及び固定ミラー５８Ｒで反射され、撮像光学係１１Ａを介してＣＣＤ２８の左半面（図２において）に導かれる。したがって、左画像は、ＣＣＤ２８の右半面で撮像され、右画像はＣＣＤ２８の左半面で撮像される。なお、撮像光学系１１Ａ内には、絞り（例えばアイリス絞り）２５が設けられている。
【００２０】
以上の構成から、左画像の視点を始点とし左画像の像面の中心と交わる半直線（左画像の視線）と、右画像の視点を始点とし右画像の像面の中心と交わる半直線（右画像の視線）とは常に左右両画像の視点を結ぶ線分の垂直二等分線上において交わる。また本実施形態において光軸Ｌは、左画像の視点と右画像の視点とを結ぶ線分を垂直二等分する平面内にあり、かつ左右の視線と同一平面内にあるため、指標ビームは、常に両視線の交点に射出される。これにより指標ビームは左右両画像において、それぞれの画像中心に対して鏡像関係にある位置に結像される。
【００２１】
本実施形態では、ステレオ画像の輻輳調整は、回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒの回動角度を調整することにより行われる。例えば、図２において、点Ｐは光軸Ｌと被写体との交点であり、点Ｐに輻輳を合わせるように回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒの回動角が調整されている。すなわち、左側の開口５１Ｌから入射する点Ｐからの光は、回動ミラー５７Ｌ、固定ミラー５８Ｌで反射され、撮像光学系１１Ａを介して、ＣＣＤ２８の右半面の点ＰLに結像される。輻輳調整動作により点ＰLの位置がＣＣＤ２８の右半面の略中心位置に一致するように回動ミラー５７Ｌの回動角が調整される。また、右側の開口５１Ｒから入射する点Ｐからの光は、回動ミラー５７Ｒ、固定ミラー５８Ｒで反射され、撮像光学系１１Ａを介して、ＣＣＤ２８の左半面の点ＰRに結像される。右半面の点ＰLと同様に輻輳調整動作では、点ＰRの位置がＣＣＤ２８の左半面の略中心位置に一致するように調整される。これにより左右画像の輻輳は被写体が配置された位置に調整される。
【００２２】
図３は、図１、２に示されるステレオ画像撮像装置の回路構成を示すブロック図である。
【００２３】
ステレオアダプタ５０内に設けられた発光素子５２Ｂの発光動作は発光素子制御回路５３により制御され、発光素子制御回路５３の駆動はシステムコントロール回路５５によって制御される。回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒの軸５９Ｌ、５９Ｒには、それぞれ図示されない駆動装置（例えばステッピングモータなど）が取り付けられる。回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒの回動動作は、回動ミラー駆動回路５６Ｌ、５６Ｒにより制御され、回動ミラー駆動回路５６Ｌ、５６Ｒはシステムコントロール回路５５により制御される。システムコントロール回路５５には、インターフェース回路５４が接続されており、インターフェース回路５４は、図１に示したようにインターフェースケーブル２０によりカメラ本体１０内に設けられたインターフェース回路４０と接続される。なお、インターフェース回路５４は図示されないコネクタ６０（図１参照）に接続されており、インターフェースケーブル２０との接続は、コネクタ２１Ａをコネクタ６０に装着することにより行われる。
【００２４】
ステレオアダプタ５０から入射された光は、カメラ本体１０の撮像光学系１１Ａを介してＣＣＤ２８に結像される。撮像光学系１１Ａ内には絞り（例えばアイリス絞り）２５が設けられており、絞り２５の開度はアイリス駆動回路２６により調整される。撮像光学系１１Ａの焦点調整動作及びズーミング動作はレンズ駆動回路２７によって制御される。
【００２５】
ＣＣＤ２８の撮像面には撮像光学系１１Ａにより被写体像が形成され、被写体像に対応した電荷が発生する。ＣＣＤ２８の駆動は、ＣＣＤ駆動回路３０により制御される。ＣＣＤ２８からの画像信号はアンプ３１において増幅され、Ａ／Ｄ変換器３２においてアナログ信号からデジタル信号に変換される。デジタルの画像信号は撮像信号処理回路３３においてガンマ補正等の処理を施され、画像メモリ３４に一時的に格納される。アイリス駆動回路２６、レンズ駆動回路２７、ＣＣＤ駆動回路３０、撮像信号処理回路３３はシステムコントロール回路３５によって制御される。
【００２６】
画像信号は画像メモリ３４から読み出され、ＬＣＤ駆動回路３６に供給される。ＬＣＤ駆動回路３６は画像信号に応じて動作し、これにより画像表示ＬＣＤパネル３７には、画像信号に対応した画像が表示される。
【００２７】
システムコントロール回路３５は、インターフェース回路４０に接続されており、インターフェース回路４０には図示されないコネクタ１８（図１参照）が接続される。すなわち、ステレオアダプタ５０を鏡筒１１に装着してステレオ画像を撮像する際にはインターフェースケーブル２０によりインターフェース回路４０とインターフェース回路５４とは接続される。これにより、カメラ本体１０のシステムコントロール回路３５とステレオアダプタ５０内のシステムコントロール回路５５とは電気的に接続され、相互の間で通信を行うことが可能となる。また、インターフェース回路４０に接続されたコネクタ１８をコンピュータ４１と接続することも可能であり、この場合画像メモリ３４から画像信号を読み出し接続されたコンピュータ４１に伝送可能である。
【００２８】
ステレオ画像撮像時、システムコントロール回路５５はシステムコントロール回路３５から伝送されるデータやコントロール信号等（後述）に基づいて、回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒの回動角度を回動駆動回路５６Ｌ、５６Ｒを介して調整する。
【００２９】
システムコントロール回路３５は、記録媒体制御回路４２を介して画像記録装置４３に接続されている。したがって、画像メモリ３４から読み出された画像信号は、画像記録装置４３に装着されたＩＣメモリカード等の記録媒体Ｍに記録可能である。
【００３０】
システムコントロール回路３５には、レリーズスイッチ１５、モード切替ダイヤル１７等からなるスイッチ群４５と、液晶表示パネル１６とが接続される。
【００３１】
次に、図２〜図５を参照して本実施形態における輻輳調整動作の原理について説明する。
【００３２】
図４には、ＣＣＤ２８の受光面２８Ｓと、受光面２８Ｓの中心を通る水平線Ｈ上の画素において検出される輝度信号が示されている。受光面２８Ｓは、受光面２８Ｓの中心を通る垂直線Ｖにより２分され、図面の左側領域（図２では右半面に対応）では左画像が検出され、右側領域（図２では左半面に対応）では右画像が検出される。点ＯLは左側領域の中心点であり、点ＯRは右側領域の中心点である。
【００３３】
図２を参照して説明したように、投光装置５２から射出された指標ビームは光軸Ｌが被写体と交わる点Ｐで反射され、その像はＣＣＤ２８の受光面２８Ｓの左側領域及び右側領域でそれぞれ結像される。始め輻輳は被写体が配置された位置である適正位置（指標ビームが投射される点Ｐ）に調整されていないので、回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒによる輻輳は適正位置よりも遠く又は近くに設定されている。したがって、点Ｐに対応する左側領域での結像位置（領域）ＰL、及び右側領域での結像位置（領域）ＰRは、それぞれ左側領域、右側領域の中心位置である点ＯL、ＯRに一致していない。例えば図４では輻輳が実際に被写体が存在する位置よりも遠方に設定されており、点Ｐに対応する結像位置ＰL、ＰRは、それぞれ点ＯL、ＯRよりも内側に位置している。なお点Ｐは常に光軸Ｌ（左右両画像の視点を結ぶ線分の垂直二等分線に対応）上にあり、回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒの回動角は光軸Ｌに対し対称、すなわち両画像の視線は常に光軸Ｌ上で交わるので、結像位置ＰL、ＰRは左右両画像において、それぞれの画像中心に対して鏡像関係にある位置に結像される。したがって、点Ｐに対応する結像位置ＰL、ＰRは水平線Ｈ上にあり、線分ＯLＰLの長さと線分ＯRＰRの長さとは互いに相等しい。また、輻輳が実際の被写体位置よりも近い位置に設定されているときには、結像位置ＰL、ＰRは、それぞれ点ＯL、ＯRよりも外側に位置する。
【００３４】
点Ｐには指標ビームが投射されているので、点Ｐに対応する結像位置（領域）ＰL、ＰRにおいて検出される輝度は他の位置での輝度よりも高く、図４に示すように結像位置（領域）ＰL、ＰRにおいて輝度のピークを示す。前述したように輻輳調整前において結像位置ＰL、ＰRは、それぞれ点ＯL、ＯRと一致していない。本実施形態では、結像位置ＰL、ＰRの点ＯL、ＯRからのずれを検出し、これらの値と回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒの現在の回動角とから回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒの回動角を調整し点Ｐの位置を適正位置に調整する。これにより点Ｐの結像位置ＰL、ＰRは、図５に示すように点ＯL、ＯRに一致する。結像位置ＰL、ＰRの点ＯL、ＯRからのずれと、回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒの現在の回動角とによる輻輳調整動作は、例えばシステムコントロール回路３５又はシステムコントロール回路５５（図３参照）内のＲＯＭ（図示せず）に記録されたルックアップテーブルを利用して行われる。すなわち、ＲＯＭには現在の回動角と結像位置ＰL、ＰRの点ＯL、ＯRからのずれに対応して回動角の補正量が記録されており、この補正量に基づいて回動角が調整され輻輳調整が行われる。なお、ルックアップテーブルに換えて、現在の回動角と結像位置ＰL、ＰRの点ＯL、ＯRからのずれから上記補正量を求める関数をＲＯＭに記録しておいたり、この関数の動作を回路で実現したりすることも可能である。
【００３５】
図６は、本実施形態における自動輻輳調整動作を伴うステレオ画像撮像処理のプログラムのフローチャートである。以下図６を参照して本実施形態において実行される自動輻輳調整動作について説明する。
【００３６】
ステップＳ１００において、レリーズスイッチ１５が全押しされたことが検出されるとステップＳ１０１が実行され、発光素子５２Ｂが点灯されるとともに指標ビームが投光装置５２から被写体に投射される。ステップＳ１０２では指標ビームが被写体に投射された状態での左右画像の撮像（撮像Ｉ）が行われ、撮像された左右画像は画像メモリ３４に一時的に記憶される。この撮像処理が終了するとステップＳ１０３において発光素子５２Ｂが消灯される。
【００３７】
ステップＳ１０４では、ステップＳ１０２において撮像され画像メモリ３４に記憶された左右画像の水平線Ｈ（図４参照）上の輝度が調べられる。これにより左右の各画像における輝度のピーク位置が検出される。左画像において検出された輝度のピーク位置は、左画像の中心位置である点ＯLからの相対座標値ＤLとして算出され、右画像において検出されたピーク位置は、右画像の中心位置である点ＯRからの相対座標値ＤRとして算出される。相対座標値ＤL、ＤRは、ピーク位置が点ＯL、ＯRよりも内側にあるときには例えば負の値で表され、点ＯL、ＯRよりも外側にあるときには正の値で表される。
【００３８】
ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で算出された相対座標値ＤLと相対座標値ＤRとが比較される。例えば相対座標値ＤLと相対座標値ＤRとの差をとり、この絶対値が所定の値δ（＞０）よりも小さいか否かが判定される。δは相対座標値ＤLと相対座標値ＤRとが略等しいと見なすことができる程度に小さい値である。｜ＤL−ＤR｜＜δのとき、ステップＳ１０４で検出された水平線Ｈ上の左画像及び右画像の輝度のピーク位置は各画像中心に対し略鏡像関係にある位置（本実施形態では垂直線Ｖに対して略対称な位置）にあるので、これらは点Ｐに対応する左右画像での結像位置ＰL、ＰRであると考えられる。したがって、ステップＳ１０５において｜ＤL−ＤR｜＜δであると判定されると、ステップＳ１０６に処理は進み、検出されたＤL、ＤRの値と現在の回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒの回動角度に基づいて回動ミラーの駆動量が上述のルックアップテーブルを参照することにより算出される。
【００３９】
ステップＳ１０４からステップＳ１０６までの処理は例えばカメラ本体１０内に設けられたシステムコントロール回路３５により行われ、ステップＳ１０６において算出された回動ミラーの駆動量は、インターフェース２０を介してステレオアダプタ５０内のシステムコントロール回路５５へ送信される。なお、ステップＳ１０４からステップＳ１０７までの処理とステップＳ１１０の処理をステレオアダプタ側のシステムコントロール回路５５において行い、カメラ側ではステレオ画像の撮像と撮像した画像データをステレオアダプタに転送する処理のみを行ってもよい。
【００４０】
ステップＳ１０７では、ステップＳ１０６で算出された回動ミラーの駆動量に基づき回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒがシステムコントロール回路５５の制御信号に基づいて駆動され点Ｐに対して輻輳が調整される。ステップＳ１０８では、被写体の左右画像（ステレオ画像）の撮像（撮像III）が行われ、画像メモリ３４に記憶されこの処理は終了する。なお、画像メモリ３４に記憶された左右画像は、その後例えばＩＣカード等の記録媒体Ｍに記録される。
【００４１】
一方、ステップＳ１０５において｜ＤL−ＤR｜＜δではないと判定されると、検出された輝度のピーク位置の少なくとも一方は、点Ｐの結像位置ＰL、ＰRであるとは考えられない。このとき処理はステップＳ１０９に移る。これは例えば、被写体やその周辺に輝度の高い領域が存在し、その領域に対応する点を輝度のピーク位置として検出してしまうことなどで起こる。
【００４２】
ステップＳ１０９では、指標ビームを投射しないで改めて左右画像が撮像される（撮像II）。ステップＳ１１０では、ステップＳ１０２の撮像Iで撮像された左右画像とステップＳ１１０の撮像IIで撮像された左右画像との間において輝度値の差分が演算される。その後処理はステップＳ１０４に戻り、ステップＳ１１０で差分された輝度値に基づいて左右画像における輝度のピーク位置が検出され以下同様の処理が行われる。すなわち、ステップS１０９以下の処理では撮像Ｉで撮像された左右画像と撮像IIで撮像された左右画像との差分をとることにより、指標ビームによる輝度情報のみを抽出している。
【００４３】
以上により、本発明の第１の実施形態によれば、左右の視差画像を単一の撮像光学系で同時に撮像することができるとともに、簡単・迅速に輻輳調整を自動で行うことができる。また、本実施形態のステレオ画像撮像装置は、アダプタ方式を採用しているので、従来のデジタルカメラのソフトに変更を加え、これに本実施形態のステレオアダプタを装着することにより対応できるためより低コストで自動輻輳調整を行えるステレオ画像撮像装置を提供することができる。
【００４４】
次に図７〜図１１を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。なお、第２の実施形態のステレオ画像撮像装置は、第１の実施形態のステレオ画像撮像装置と略同様であり、第１の実施形態とその構成が同じものに関しては同一の符号を用いるとともにその説明を省略する。
【００４５】
図７は第２の実施形態で用いられる回動ミラー駆動機構７０の構成を模式的に示す図であり、図８は第２の実施形態のステレオ画像撮像装置の回路構成を示すブロック図である。
【００４６】
第１の実施形態では、可動ミラー５７Ｌ、５７Ｒは、それぞれに設けられた駆動装置（ステッピングモータ等）を用いて回動されていたが、第２の実施形態では、例えば図７に示されるような回動ミラー駆動機構７０によりその回動動作が制御される。
【００４７】
図７において駆動装置７１は、例えばステッピングモータであり、回動ミラー駆動回路５６（図８参照）からの制御信号によりその駆動が制御される。歯車７２の駆動軸は駆動装置７１に接続されており、回動ミラー駆動回路５６からの制御信号に基づいて回転される。歯車７２は回転軸を中心に相対する位置においてそれぞれラック７３Ｌ、７３Ｒと噛合っている。すなわちラック７３Ｌの右端よりの歯、及びラック７３Ｒの左端よりの歯は歯車７２とそれぞれ噛合い、ラック７３Ｌと７３Ｒとは歯車７２を挟んで略平行に配置される。ラック７３Ｌの左端よりの歯は歯車７４と噛合い、ラック７３Ｒの右端よりの歯は歯車７５Ｒと噛合っている。歯車７４は更に歯車７５Ｌと噛合っている。歯車７５Ｌ、７５Ｒの軸は、歯車７２の軸に対し対称な位置に配置されており、それぞれ回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒの回転軸と連結されている。また歯車７４、歯車７５Ｌ、７５Ｒの径及びピッチは等しい。これにより回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒは、光軸Ｌに対し対称な回動角を維持しながら１つの駆動装置７１により駆動制御される。例えば歯車７２が図７に示されるように反時計回りに回転するときラック７３Ｌは右水平方向に移動し、ラック７３Ｒは左水平方向へ移動する。このとき歯車７４及び歯車７５Ｒは反時計回りに回転され、歯車７５Ｌは歯車７５Ｒと同じ分だけ時計回りに回転される。
【００４８】
第１の実施形態では、発光素子５２Ｂから照射された光はレンズ系などからなる投光光学系５２Ａを介して光軸Ｌに一致する指標ビームとして射出されていた。しかし、第２の実施形態の投光光学系５２Ｃは例えば回折格子等からなり、投光装置５２’からは光軸Ｌを含む垂直平面内で拡散する平面状のビームが指標ビームとして利用される。すなわち、ミラー５７Ｌ、５８Ｌとミラー５７Ｒ、５８Ｒとはそれぞれ指標ビームが含まれる平面（対称面）に対し面対称となる。したがって、第２の実施形態において指標ビームは被写体と対称面とが交わる交線上に投射される。
【００４９】
以上の構成から、指標ビームは、左画像の視点と右画像の視点とを結ぶ線分を垂直二等分する平面（対称面）内に沿って射出される。これにより指標ビームは左右両画像において、それぞれの画像中心に対して鏡像関係にある位置に結像される。すなわち、指標ビームにより被写体表面上に形成される曲線は、被写体と対称面との交線に一致するので、この曲線の受光面２８Ｓの左側領域における像と右側領域における像とは、垂直線Ｖを軸として対称な位置にそれぞれ形成され、図９に示されるように曲線ＣL、ＣR上に結像される。
【００５０】
第１の実施形態では、水平線Ｈ上の輝度のピークのみが検出されたが、第２の実施形態では、水平線Ｈ以外の水平線においても輝度のピークが検出される。例えば、水平線Ｈ０（図４、５における水平線Ｈに等しい）よりも上側の水平線Ｈ１と下側の水平線Ｈ２においても輝度のピークが検出される。
【００５１】
図９には各水平線Ｈ０、Ｈ１、Ｈ２において得られる輝度値の分布の一例が示されている。水平線Ｈ１上では、左右の画像において検出される輝度ピーク位置は、水平線Ｈ１と曲線ＣL、ＣRとの交点Ｐ１L、Ｐ１Rにそれぞれ一致している。しかし、水平線Ｈ０においては、左画像のピーク位置のみが水平線Ｈ０と曲線ＣLとの交点Ｐ０Lに一致しており、右画像のピーク位置は水平線Ｈ０と曲線ＣRとの交点Ｐ０Rに一致していない。また、水平線Ｈ２においても、右画像のピーク位置のみが水平線Ｈ２と曲線ＣRとの交点Ｐ２Rに一致しており、左画像のピーク位置は水平線Ｈ２と曲線ＣLとの交点Ｐ２Lに一致していない。
【００５２】
図９に示される水平線Ｈでの輝度分布は、例えば交点Ｐ０L、Ｐ０Rに対応する被写体上の点Ｐ０が左画像の視点からは見えるにもかかわらず、右画像の視点からは障害物や被写体の形状等から見えないときに生じる。また、水平線Ｈ２での輝度分布は、例えば被写体表面が交点Ｐ２L、Ｐ２Rに対応する被写体上の点Ｐ２以外の点で鏡面反射等により指標ビームによる点Ｐ２の反射光よりも明るいときなどに発生する。
【００５３】
各水平線Ｈ０、Ｈ１、Ｈ２（以下Ｈｎと略記する）の左右の画像において検出された輝度のピーク位置が曲線ＣL、ＣR上の点であるか否かは、第１の実施形態と同様に、各ピーク位置の各水平線Ｈｎ上の左右画像における中心位置ＯL、ＯR、Ｏ１L、Ｏ１R、Ｏ２L、Ｏ２Rからの相対座標値に基づいて判定される。すなわち、水平線Ｈ１上では、左画像のピーク位置に対するＯ１Lからの相対座標値Ｄ１Lと右画像のピーク位置に対する相対座標値Ｄ１Rとの差の絶対値がδよりも小さいか否かにより判定され、水平線Ｈ上では、左画像のピーク位置に対するＯLからの相対座標Ｄ０Lと右画像のピーク位置に対するＯRからの相対座標Ｄ０Rとの差の絶対値がδよりも小さいか否かにより判定される。また、水平線Ｈ２上では、左画像のピーク位置に対するＯ２Lからの相対座標値Ｄ２Lと右画像のピーク位置に対する相対座標値Ｄ２Rとの差の絶対値がδよりも小さいか否かにより判定される。
【００５４】
図９に示された例では、水平線Ｈ１上の左右の画像で検出された輝度のピーク位置は曲線ＣL、ＣR上の点Ｐ１L、Ｐ１Rと考えられるので、点Ｐ１L、Ｐ１Rの位置が点Ｏ１L、Ｏ１Rにそれぞれ一致するように回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒが駆動制御される。図１０に点Ｐ１L、Ｐ１Rの位置が点Ｏ１L、Ｏ１Rにそれぞれ一致されたときの状態を示す。
【００５５】
図１１は、第２の実施形態における自動輻輳調整動作を伴うステレオ画像撮像処理のプログラムのフローチャートである。以下図１１を参照して本実施形態において実行される自動輻輳調整動作について説明する。なお、本実施形態のステレオ画像撮像装置では動画のステレオ画像が撮像される。
【００５６】
ステップＳ２００において、レリーズスイッチ（録画ボタン）１５が押されたことが検出されるとステップＳ２０１が実行され、発光素子５２Ｂが点灯されるとともに面状の指標ビームが投光装置５２’から被写体に投射される。ステップＳ２０２では指標ビームが被写体に投射された状態で奇数フィールドの撮像が行われ被写体の左右画像が取得される。撮像された左右画像は画像メモリ３４に一時的に記憶される。奇数フィールドの撮像処理が終了するとステップＳ２０３において発光素子５２Ｂが消灯されるとともに、水平線Ｈｎに対応する変数ｎの値が０にリセットされる。
【００５７】
ステップＳ２０４では、画像メモリ３４に記憶された奇数フィールドの左右画像に対して、変数ｎの値に応じて水平線Ｈｎ上の輝度が調べられる。すなわち、ｎ＝０のときには水平線Ｈ０上の輝度が調べられ、ｎ＝１のときには水平線Ｈ１上の輝度、ｎ＝２のときには水平線Ｈ２上の輝度が調べられる。左画像において検出された輝度のピーク位置は図９を参照して説明したように、各水平線Ｈｎ上において左画像の中心位置である点ＯL、Ｏ１L、Ｏ２Lからの相対座標値Ｄ０L、Ｄ１L、Ｄ２L（以下ＤｎLと略記する）としてそれぞれ算出される。同様に、右画像において検出されたピーク位置は、各水平線Ｈｎ上において右画像の中心位置である点ＯR、Ｏ１R、Ｏ２Rからの相対座標値Ｄ０R、Ｄ１R、Ｄ２R（以下ＤｎRと略記する）として算出される。なお、相対座標値ＤｎL、ＤｎRは、第１の実施形態と同様に、ピーク位置が点ＯL、ＯR、Ｏ１L、Ｏ１R、Ｏ２L、Ｏ２Rよりも内側にあるときには例えば負の値で表され、それらよりも外側にあるときには正の値で表される。なお以下の説明では、点Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２と、これらの結像位置に対応する点Ｐ０L、Ｐ０R、Ｐ１L、Ｐ１R、Ｐ２L、Ｐ２RとをＰｎ及びＰｎL、ＰｎRで略記する。
【００５８】
ステップＳ２０５では、ステップＳ２０４で算出された相対座標値ＤｎLと相対座標値ＤｎRとが比較される。すなわち相対座標値ＤｎLと相対座標値ＤｎRとの差をとり、この絶対値が所定の値δ（＞０）よりも小さいか否かが判定される。δは相対座標値ＤｎLと相対座標値ＤｎRとが略等しいと見なすことができる程度に小さい値である。
【００５９】
｜ＤｎL−ＤｎR｜＜δのとき、ステップＳ２０４で検出された水平線Ｈｎ上の左画像及び右画像の輝度のピーク位置は各画像中心に対し鏡像関係にある位置、すなわち垂直線Ｖに対して略対称な位置にあるので、これらのピーク位置は点Ｐｎに対応する左右画像での点ＰｎL、ＰｎRであると考えられる。したがって、ステップＳ２０５において｜ＤｎL−ＤｎR｜＜δであると判定されると、処理はステップＳ２０６に進み、検出されたＤｎL、ＤｎRの値と現在の回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒの回動角度に基づいて回動ミラーの駆動量が算出される。
【００６０】
ステップＳ２０７では、ステップＳ２０６で算出された回動ミラーの駆動量に基づき回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒが駆動され点Ｐｎに対して輻輳が調整される。ステップＳ２０８では、偶数フィールドにおいて被写体の左右画像の撮像が行われ、画像メモリ３４に記憶され処理は再びステップ２００へ戻り、録画ボタンが押されなくなるまで同様の処理が繰り返される。なお、画像メモリ３４に記憶された偶数フィールドの左右画像は、その後例えばＩＣカード等の記録媒体Ｍに記録される。
【００６１】
一方、ステップＳ２０５において｜ＤｎL−ＤｎR｜＜δではないと判定されると、検出された水平線Ｈｎ上における輝度のピーク位置の少なくとも一方は、点Ｐｎの結像位置に対応する点ＰｎL、ＰｎRであるとは考えられない。このとき処理はステップＳ２０８に移り現在のｎの値が３未満であるか否かが判定される。ｎ＜３であれば、ｎの値がステップＳ２１０においてｎ＋１に置き換えられ処理はステップＳ２０４に戻りｎ＋１に対応する水平線上での輝度のピークが検出される。これにより、ｎ＝０、１、２に対応する水平線Ｈｎ上の輝度のピークを順次調べることができる。
【００６２】
ｎ＜３でないとき、すなわちｎ＝３となったときには、処理はステップＳ２０９へ移り、回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒの回動角を変更することなく偶数フィールドの撮像が実行され、撮像終了後ステップＳ２００に戻る。
【００６３】
なお、ステップＳ２０４〜ステップＳ２０８の処理は、例えば垂直ブラッキング期間中に行われる。
【００６４】
以上により、第２の実施形態においても第１の実施形態と略同様の効果が得られる。また第２の実施形態では、指標ビームがステレオ画像の対称面内で拡散されて投射されるので、複数の水平線上で指標ビームによる輝度のピーク位置を検出することができるので、指標となる点が隠れることがなく、第１の実施形態よりもより簡便・迅速な方法で自動輻輳調整を行える。更に、第２の実施形態では、奇数フィールドを利用して輻輳調整を行い、偶数フィールドを利用してステレオ画像を取得しているので、動画像に対しても簡便に自然な立体映像を得ることができる。
【００６５】
なお本実施形態では、ステレオアダプタ内の光学素子としてミラーを用いたが、これらは例えばプリズムであってもよい。また本実施形態では、１つの撮像素子の受光領域を二分割（等分）してステレオ画像を撮像したが２つの撮像素子を用いてもよく、このとき光学系をそれぞれの撮像素子に個別に設けてもよい。
【００６６】
本実施形態においてステレオ画像撮像装置は、アダプタ式であったがこれらを一体的に構成してもよい。
【００６７】
第２の実施形態において指標ビームを平面状に拡散させるために回折格子を用いたが、例えばプリズム等を用いて行ってもよい。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、簡単・迅速に自動輻輳調整を行えるステレオ画像撮像装置、又はこのステレオ画像撮像装置に搭載される自動輻輳調整装置を得ることができる。また特に、視差画像を単一の撮像光学系で撮像するステレオ画像撮像装置において、簡略な構成で迅速に輻輳調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態であるステレオ画像撮像装置の斜視図である。
【図２】図１に示した第１の実施形態のステレオ画像撮像装置における光学的な構成を概略的に示す図である。
【図３】第１の実施形態におけるステレオ画像撮像装置の電気的な構成を概略的に示すブロック図である。
【図４】第１の実施形態において、輻輳調整がなされる前の指標ビームの受光面における結像位置と、このときの輝度分布を示す図である。
【図５】第１の実施形態において、輻輳調整がなされた後の指標ビームの受光面における結像位置と、このときの輝度分布を示す図である。
【図６】第１の実施形態における自動輻輳調整動作を説明するフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態に適用される、回動ミラー駆動機構の構成を模式的に示す図である。
【図８】第２の実施形態におけるステレオ画像撮像装置の電気的な構成を概略的に示すブロック図である。
【図９】第２の実施形態において、輻輳調整がなされる前の指標ビームの受光面における結像位置と、このときの輝度分布を示す図である。
【図１０】第２の実施形態において、輻輳調整がなされた後の指標ビームの受光面における結像位置と、このときの輝度分布を示す図である。
【図１１】第２の実施形態における自動輻輳調整動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１０  カメラ本体
２８  撮像素子（ＣＣＤ）
５０  ステレオアダプタ
５２  投光装置
Ｌ  光軸
【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】
0003905736.tif 000007
【図７】
0003905736.tif 000008
【図８】
0003905736.tif 000009
【図９】
0003905736.tif 000010
【図１０】
0003905736.tif 000011
【図１１】
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