JP2007049266A - 画像撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 撮影アングルを変更することなく、ズーム位置を変更して撮影することが可能な画像撮像装置を提供する。
【解決手段】 イメージセンサと、イメージセンサの中心位置とは異なる位置を中心位置とする所定の領域が拡大され、その周辺部が圧縮された歪曲収差特性を持つ被写体像をイメージセンサの受光面に結像する光学系と、イメージセンサからの被写体像に係る出力画像データに対し、その歪曲収差を補正する歪曲収差補正回路とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像撮像装置に関し、特に、広角画像と望遠画像など複数の画角を同時に取得する画像撮像装置に関する。

従来、ビデオカメラやデジタルカメラ、監視カメラなどの画像入力装置に於いて、撮影する被写体までの距離や画角に占める大きさに合わせてレンズの焦点距離を変更し、拡大縮小を自由に行うズーム機能が広く利用されている。これらのズーム機能は通常内部のレンズを機械的に動かす事により実現されている光学ズームと、イメージャから出力される画像の一部を利用し、画素間に新たな画素を補間する事で画像を生成して拡大する電子ズームに大別される。しかし、電子ズームは光学ズームと比較して駆動部分が無く小型かつ安価に実現できるという利点がある反面、画質的に劣るという問題点がある。

こういった課題に対して、図１４に示すように、入力画像の周辺部を圧縮する機能を持つ固定焦点距離画像入力光学系と、これを受光する主として均一な画素密度の受光素子とを備え、この圧縮による歪みを含んだ受光素子の受光画像を補正変換する機能を備える事により、その動作領域に於いて同等の解像度のズーム画像を実現する事を特徴とする電子ズーム画像入力方式が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。こうした方式を採用する事により広角画像も望遠画像もともに周辺部の画質劣化は避けられないものの中央部は劣化が少ない画像を得ることが期待できる。
特開平１０−２３３９５０号公報

しかし、上述した従来の画像入力装置においては、図１６に示す様に、レンズのズーム中心位置とイメージャの中心位置とが一致している。ここで、ズーム中心とは、レンズにおいて最も拡大した光学像を結像できる位置を指す。このとき、受光素子に入射する光学像は図１７に示す様に、中央部分が拡大され、周辺部分が圧縮される。この結果、撮像される画像は中央部分により多くの画素情報を含む為、画像処理によって中央付近の高精細なズーム画像を得ることはできるが、周辺部分は画素情報が少ない為、高精細なズーム画像を得ることはできないという問題があった。

この点に関し、中央に被写体がいない場合に対する対処方法として、上述の従来の技術では、図１５に示すように、楔形のプリズムレンズ２枚挿入し、夫々を独立して回転させる方法も記載されている。しかし、この方法は、光軸の角度を変えることによってズーム位置を中心に持ってきて処理するものであり、撮影アングルも同時に変わってしまうという問題がある。例えば、監視カメラなどの用途に於いては、撮影アングルを変更せずにズーム位置だけを変更して撮影できる事が望ましいが、上述の従来の技術では、こうした要望に対応できない。

そこで、本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、撮影アングルを変更することなく、ズーム位置を変更して撮影することが可能な画像撮像装置を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するために、以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、イメージセンサと、前記イメージセンサの中心位置とは異なる位置を中心位置とする所定の領域が拡大され、その周辺部が圧縮された歪曲収差特性を持つ被写体像を前記イメージセンサの受光面に結像する光学系と、前記イメージセンサからの前記被写体像に係る出力画像データに対し、その歪曲収差を補正する歪曲収差補正回路と、を有する画像撮影装置を提案している。

この発明によれば、イメージセンサの中心位置とは異なる位置を中心位置とする所定の領域が拡大され、その周辺部が圧縮された歪曲収差特性を持つ被写体像が、光学系により、イメージセンサの受光面に結像され、イメージセンサからの歪曲収差特性を有する被写体像に係る出力画像データに対し、その歪曲収差が、歪曲収差補正回路により、補正される。したがって、画面の中心位置とは異なる位置を中心位置とする所定の領域のズーム画像を撮影アングルを変更することなく得ることが可能となる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の画像撮像装置について、前記イメージセンサに対する前記所定の領域の位置を変更する位置変更手段を更に有することを特徴とする画像撮像装置を提案している。

この発明によれば、イメージセンサに対する所定の領域の位置は、位置変更手段により、変更される。したがって、所定の領域の位置を簡単に変更することが可能となるとなるため、所定の領域のズーム画像を撮影アングルを変更することなく得ることができる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の画像撮像装置について、前記位置変更手段は、前記位置の変更に係る変更情報を入力する変更情報入力部と、入力された前記変更情報に基づき、前記光学系の移動量を算出する移動量算出部と、前記算出された移動量に基づき、前記所定領域の位置を移動させる駆動部を有することを特徴とする画像撮像装置を提案している。

この発明によれば、変更情報入力部から入力された変更情報に基づき、光学系の移動量が移動量算出部により算出され、算出された移動量に基づき、所定の領域の位置が駆動部により移動させられる。したがって、操作者が指定した位置のズーム画像を的確に得ることが可能となる。

請求項４に係る発明は、請求項２に記載の画像撮像装置について、前記位置変更手段は、参照画像を格納するフレームメモリと、前記参照画像及び前記参照画像に後行する画像とに基づき、注目被写体の位置を検出する被写体位置検出部と、前記注目被写体の位置に基づき、前記光学系の移動量を算出する移動量算出部と、前記算出された移動量に基づき、前記光学系を移動させる駆動部と、を有することを特徴とする画像撮像装置を提案している。

この発明によれば、フレームメモリに格納された参照画像、及びこの参照画像に後行する画像に基づき、被写体位置検出部により、注目被写体の位置が検出され、この検出された注目被写体の位置に基づき、移動量算出部により、光学系の移動量が算出される。そして、この算出された移動量に基づき、駆動部により、光学系が移動させられる。したがって、注目被写体位置を自動的に検出して、ズーム画像を得ることが可能となる。

請求項５に係る発明は、請求項４に記載の画像撮像装置について、前記被写体位置検出部は、前記参照画像と前記参照画像に後行する画像との間の輝度又は色の少なくとも一方の変化量に基づき、前記注目被写体の位置を検出することを特徴とする画像撮像装置を提案している。

この発明によれば、参照画像と後行画像との間における輝度又は色の少なくとも一方の変化量に基づき、被写体位置検出部により、注目被写体の位置が検出される。したがって、画面内で明るさが最も変化した部分を注目被写体としてズーム画像を得ることが可能となる。

請求項６に係る発明は、請求項４に記載の画像撮像装置について、前記被写体位置検出部は、前記参照画像と前記参照画像に後行する画像との間の動きベクトルに基づき、前記注目被写体の位置を検出することを特徴とする画像撮像装置を提案している。

この発明によれば、参照画像と後行画像との間の動きベクトルに基づき、被写体位置検出部により、注目被写体の位置が検出される。したがって、画面内で動きの大きい部分を注目被写体としてズーム画像を得ることが可能となる。

請求項７に係る発明は、請求項２に記載の画像撮像装置について、前記位置変更手段は、回転速度を入力する回転速度入力部と、前記所定の領域の位置を前記回転速度に従って回転させる回転部と、を有することを特徴とする画像撮像装置を提案している。

この発明によれば、前記位置変更手段は、回転速度を入力する回転速度入力部と、回転部とからなり、所定の領域の位置を、操作部から入力された回転速度に従って、回転部により回転させられる。したがって、所定の領域を巡回させながら撮影することができ、複数箇所のズーム画像を連続して得ることが可能となる。

本発明によれば、撮影アングルを変更することなく、ズーム位置を変更して撮影することができるという効果がある。

以下、本発明の実施形態に係る画像撮像装置について図１から図１３を参照して詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
本実施形態に係る画像撮像装置は、監視カメラシステムを想定しており、その構成は、図２に示すように、撮像部２０１と、伝送路２０２と、コントロール部２０３とからなっている。このシステムにおいて、撮像部２０１で撮影された画像は、伝送路２０２を経由し、コントロール部２０３にて表示、保存される。また、コントロール部２０３で何らかの操作をした場合、その操作情報は伝送路２０２を経由して、撮像部２０１に伝達される。なお、伝送路２０２は有線、無線のどちらの接続でも実現可能である。

本実施形態に係る撮像部２０１は、図３に示すように、レンズ３０１と、受光素子（イメージセンサに相当）３０２と、レンズ位置検出部３０３と、レンズ回転制御部３０４と、回転駆動装置（駆動部）３０５と、ネットワークＩ／Ｆ３０６とから構成されている。

ここで、レンズ３０１と受光素子３０２は図１に示す様に、レンズのズーム中心位置と受光素子３０２の中心位置をずらして配置し、受光素子３０２の中心位置を軸としてレンズが回転されるように構成されている。また、本実施形態に係るコントロール部２０３は、図４に示すように、画像処理部４０１（歪曲収差補正回路に相当）と、画像表示部４０２と、画像記録部４０３と、操作部（変更情報入力手段に相当）４０４と、レンズ角度計算部（移動量算出部に相当）４０５と、ネットワークＩ／Ｆ４０６とから構成されている。

次に、本実施形態における撮像部の各構成要素の作用について説明する。
まず、レンズ３０１から取り込まれた光学像は受光素子３０２において電気信号に変換され、映像信号としてネットワークＩ／Ｆ３０６から外部に出力される。また、レンズ位置検出部３０３はレンズ３０１の受光素子３０２に対する回転方向の相対位置を検出し、レンズ位置情報としてネットワークＩ／Ｆ３０６から外部に出力する。

レンズ回転制御部３０４は、ネットワークＩ／Ｆ３０６から入力されるレンズ角度設定情報と、レンズ位置検出部３０３から入力されるレンズ位置情報に基づき、レンズ３０１がレンズ角度計算部４０５により指定された角度に一致する様に、回転駆動装置３０５における回転動作を制御する。回転駆動装置３０５は、レンズ回転制御部３０４による制御に従い、レンズ３０１を図１に示す様に回転させ、レンズ３０１と受光素子３０２との回転方向の相対位置を変位させる。

ここで、レンズ３０１が回転して受光素子３０２との回転方向の相対位置を変位させることによる効果について、図６から図８を用いて説明する。
本発明においては、レンズ３０１のズーム中心位置と受光素子３０２の中心位置をずらして配置している。例えば、図６（Ａ）に示す様に、レンズ３０１と受光素子３０２とを配置した場合、受光素子３０２に入射する光学像は図７（Ａ）の様になり、画面上部をより高解像度に撮影する事ができる。

ここで、例えば、図５の様に主要被写体が右上部にある場合は、図６（Ｂ）の様に受光素子３０２の中心位置を回転中心としてレンズ３０１を回転させることにより、ズーム中心を画面右上部の位置に移動させる。これにより、受光素子３０２に入射する光学像は図７（Ｂ）の様になり、画面右上部を高解像度に撮影できるので、画像処理によって画面右上部の高解像度なズーム画像を得ることができる。

以上に述べた様に、レンズ３０１のズーム中心位置と受光素子３０２の中心位置をずらして配置し、受光素子３０２の中心位置を回転中心としてレンズ３０１を回転させることにより、周辺部のズーム画像を得ることが可能になる。なお、本実施形態においてはズーム中心位置がレンズ３０１の中央に位置する様なレンズ３０１を受光素子３０２に対してずらした位置に配置する事を想定しているが、図８の様にズーム中心位置がレンズ３０１の中央から元々ずれた位置にあるレンズを使用することも、もちろん可能である。

次に、本実施形態におけるコントロール部２０３の各構成要素の作用について説明する。
ネットワークＩ／Ｆ４０６から入力される映像信号は画像処理部４０１において、同時にネットワークＩ／Ｆ４０６から入力されるレンズ位置情報に基づき画面内におけるズーム中心位置を求め、それに基づき歪曲補正処理され、所望のズーム倍率にて画像表示部４０２に表示される。

また、歪曲補正処理前の映像信号及びレンズ位置情報は、画像記録部４０３にて保存用メディアに記録される。操作部４０４は操作者が指定するズーム位置設定情報をレンズ角度計算部４０５に出力し、レンズ角度計算部４０５は指定されたズーム位置にレンズのズーム中心位置を一致させる為にはどれだけレンズを回転させればよいかを計算し、その結果をレンズ角度設定情報としてネットワークＩ／Ｆ４０６に出力する。

以上、説明したように、コントロール部２０３は指定されたズーム位置にレンズ３０１のズーム中心位置を移動する為のレンズ回転角度を設定し、撮像部２０１はその設定に基づきレンズを回転させ、指定された位置を高解像度にて撮影するので、レンズ３０１の回転による可動範囲内であれば、操作者は任意の位置のズーム画像を得ることが可能である。

＜第２の実施形態＞
本実施形態においては、システム概要及び撮像部の構成は第１の実施形態と共通である。したがって、共通する部分については、説明を省略する。本実施形態におけるコントロール部２０３は、図９に示すように、画像処理部９０１と、画像表示部９０２と、画像記録部９０３と、フレームメモリ９０４と、比較部９０５と、ズーム位置決定部（被写体位置検出部に相当）９０６と、レンズ角度計算部（移動量算出部に相当）９０７と、ネットワークＩ／Ｆ９０８とから構成されている。

次に、本実施形態におけるコントロール部の各構成要素の作用について説明する。
ネットワークＩ／Ｆ９０８から入力される映像信号は画像処理部９０１において、同時にネットワークＩ／Ｆ９０８から入力されるレンズ位置情報に基づき画面内におけるズーム中心位置を求め、それに基づき歪曲補正処理され、所望のズーム倍率にて画像表示部９０２に表示される。

また、歪曲補正処理前の映像信号及びレンズ位置情報は、画像記録部９０３にて保存メディアに記録される。フレームメモリ９０４には過去の画像が参照画像として保存され、比較部９０５は現画像と参照画像との間で画像の比較を行い、画像間での特徴量変化を抽出する。ズーム位置決定部９０６は、比較部９０５で得られた特徴量に基づき主要被写体の位置、即ちズーム位置を決定し、レンズ角度計算部９０７はズーム位置にレンズ３０１のズーム中心を移動する為に必要なレンズ回転角度を計算し、レンズ角度設定情報としてネットワークＩ／Ｆ９０８に出力する。

ここで、比較部９０５において、特徴量を抽出する方法の例として、輝度の変化を用いる方法について図１０を用いて説明する。監視カメラにおいては、特に、異常が無ければ画像は殆ど変化せず、画像に変化のあった場合は、その個所に主要被写体が位置する可能性が高い。従って、例えば、図１０の様に参照画像と現画像との間で、画面内での同一位置における輝度の変化を計算し、最も輝度変化の絶対値が大きい位置を検出することによって、画像内で最も変化のあった部分、即ち主要被写体位置を検出することができる。なお、輝度の変化の替わりに色の変化を検出しても主要被写体の位置を検出することができる。

次に、特徴量を抽出する方法のもう一つの例として、動きベクトルを用いる方法について、図１１を用いて説明する。この方法においては、参照画像と現画像との間で所謂ブロックマッチング処理により動きベクトルを求め、動きベクトルの大きさが最も大きい位置を検出することによって、画面内で最も動きのあった部分、即ち主要被写体位置を検出することができる。

以上、説明したように、コントロール部２０３にて参照画像と現画像とを比較し特徴量を求めることで、主要被写体位置を自動的に検出し、撮像部２０１はその位置を高解像度にて撮影するので、レンズ３０１の回転による可動範囲内であれば、自動的に主要被写体位置にズーム中心を移動し、撮像する事ができる。したがって、操作者が居なくても主要被写体のズーム画像を撮影することが可能である。

＜第３の実施形態＞
本実施形態においては、システム概要は第１の実施形態と共通である。したがって、共通する部分については、説明を省略する。本実施形態における撮像部２０１は、図１２に示すように、レンズ１２０１と、受光素子１２０２と、レンズ位置検出部１２０３と、レンズ回転制御部（回転部に相当）１２０４と、回転駆動装置１２０５と、ネットワークＩ／Ｆ１２０６とから構成されている。

ここで、レンズ１２０１と受光素子１２０２の位置関係は第１の実施形態と同様で、図１に示す様にレンズ１２０１のズーム中心位置と受光素子１２０２の中心位置をずらして配置し、受光素子１２０２の中心位置を軸としてレンズ１２０１を回転する事ができる。

また、本実施形態におけるコントロール部２０３は、図１３に示すように、画像処理部１３０１と、画像表示部１３０２と、画像記録部１３０３と、操作部（回転速度入力部に相当）１３０４と、ネットワークＩ／Ｆ１３０５とから構成されている。

次に、本実施形態における撮像部２０１の各構成要素の作用について説明する。
まず、レンズ１２０１から取り込まれた光学像は受光素子１２０２にて電気信号に変換され、映像信号としてネットワークＩ／Ｆ１２０６から外部に出力される。また、レンズ位置検出部１２０３はレンズ１２０１の受光素子１２０２に対する回転方向の相対位置を検出し、レンズ位置情報としてネットワークＩ／Ｆ１２０６から外部に出力する。

レンズ回転制御部１２０４は、ネットワークＩ／Ｆ１２０６から入力される自動回転速度設定情報と、レンズ位置検出部１２０３から入力されるレンズ位置情報に基づき、レンズ１２０１が指定された速度にて回転動作する様に、回転駆動装置１２０５における回転動作を制御する。回転駆動装置１２０５は、レンズ回転制御部１２０４による制御に従い、レンズ１２０１を図１に示す様に一定速度で回転させる。

次に、本実施形態におけるコントロール部２０３の各構成要素の作用について説明する。
ネットワークＩ／Ｆ１３０５から入力される映像信号は画像処理部１３０１において、同時に、ネットワークＩ／Ｆ１３０５から入力されるレンズ位置情報に基づき画面内におけるズーム中心位置が求められ、それに基づき歪曲補正処理され、所望のズーム倍率にて画像表示部１３０２に表示される。また、歪曲補正処理前の映像信号及びレンズ位置情報は、画像記録部１３０３にて保存メディアに記録される。操作部１３０４は操作者が指定する回転速度を、自動回転速度設定情報としてネットワークＩ／Ｆ１３０５に出力する。

以上、説明したように、コントロール部２０３は自動回転速度を設定し、撮像部２０１はその設定に基づきレンズ１２０１を一定速度で回転させ、ズーム中心を巡回させて撮影するので、操作者が回転速度を一度設定すれば、レンズの回転による可動範囲内で複数位置のズーム画像を連続して得ることが可能である。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明の実施形態においては、レンズのズーム中心位置と受光素子の中心位置をずらして配置し、受光素子の中心位置を回転中心としてレンズを回転させることにより、周辺部のズーム画像を得ることについて説明したが、これに限らず、レンズをその平面座標におけるＸ方向、Ｙ方向に移動させて周辺部のズーム画像を得るようにしてもよい。

本発明におけるレンズと受光素子の位置関係を示した図である。 第１の実施形態に係る監視カメラシステムの構成を示した図である。 第１の実施形態における撮像部の構成を示した図である。 第１の実施形態におけるコントロール部の構成を示した図である。 主要被写体が右上にある場合を示した図である。 レンズの回転前後におけるレンズと受光素子との位置関係を示した図である。 レンズと受光素子との位置関係が図６に示した位置関係にある場合の撮像画像を示す図である。 レンズと受光素子の位置関係についての変形例を示す図である。 第２の実施形態におけるコントロール部の構成を示した図である。 輝度変化による主要被写体の検出について説明する図である。 動きベクトルによる主要被写体の検出について説明する図である。 第３の実施形態における撮像部の構成を示した図である。 第３の実施形態におけるコントロール部の構成を示した図である。 従来技術の構成を示す図である。 従来技術の構成を示す図である。 従来技術におけるレンズと受光素子との位置関係を示した図である。 レンズと受光素子との位置関係が図１６に示した位置関係にある場合の撮像画像を示す図である。

符号の説明

２０１・・・撮像部、
２０２・・・伝送路、
２０３・・・コントロール部、
３０１・・・レンズ、
３０２・・・受光素子（イメージセンサ）、
３０３・・・レンズ位置検出部、
３０４・・・レンズ回転制御部、
３０５・・・回転駆動装置（駆動部）、
３０６・・・ネットワークＩ／Ｆ、
４０１・・・画像処理部（歪曲収差補正回路）、
４０２・・・画像表示部、
４０３・・・画像記録部、
４０４・・・操作部（変更情報入力手段）、
４０５・・・レンズ角度計算部（移動量算出部）、
４０６・・・ネットワークＩ／Ｆ、
９０１・・・画像処理部、
９０２・・・画像表示部、
９０３・・・画像記録部、
９０４・・・フレームメモリ、
９０５・・・比較部、
９０６・・・ズーム位置決定部（被写体位置検出部）、
９０７・・・レンズ角度計算部（移動量算出部）、
９０８・・・ネットワークＩ／Ｆ
１２０１・・・レンズ、
１２０２・・・受光素子、
１２０３・・・レンズ位置検出部、
１２０４・・・レンズ回転制御部（回転部）、
１２０５・・・回転駆動装置、
１２０６・・・ネットワークＩ／Ｆ、
１３０１・・・画像処理部、
１３０２・・・画像表示部、
１３０３・・・画像記録部、
１３０４・・・操作部（回転速度入力部）、
１３０５・・・ネットワークＩ／Ｆ、

Claims (7)

1. イメージセンサと、
   前記イメージセンサの中心位置とは異なる位置を中心位置とする所定の領域が拡大され、その周辺部が圧縮された歪曲収差特性を持つ被写体像を前記イメージセンサの受光面に結像する光学系と、
   前記イメージセンサからの前記被写体像に係る出力画像データに対し、その歪曲収差を補正する歪曲収差補正回路と、
   を有する画像撮像装置。
2. 前記イメージセンサに対する前記所定の領域の位置を変更する位置変更手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の画像撮像装置。
3. 前記位置変更手段は、
   前記位置の変更に係る変更情報を入力する変更情報入力部と、
   入力された前記変更情報に基づき、前記光学系の移動量を算出する移動量算出部と、
   前記算出された移動量に基づき、前記所定の領域の位置を移動させる駆動部と、
   を有することを特徴とする請求項２に記載の画像撮像装置。
4. 前記位置変更手段は、
   参照画像を格納するフレームメモリと、
   前記参照画像及び前記参照画像に後行する画像とに基づき、注目被写体の位置を検出する被写体位置検出部と、
   前記注目被写体の位置に基づき、前記光学系の移動量を算出する移動量算出部と、
   前記算出された移動量に基づき、前記光学系を移動させる駆動部と、
   を有することを特徴とする請求項２に記載の画像撮像装置。
5. 前記被写体位置検出部は、前記参照画像と前記参照画像に後行する画像との間の輝度又は色の少なくとも一方の変化量に基づき、前記注目被写体の位置を検出することを特徴とする請求項４に記載の画像撮像装置。
6. 前記被写体位置検出部は、前記参照画像と前記参照画像に後行する画像との間の動きベクトルに基づき、前記注目被写体の位置を検出することを特徴とする請求項４に記載の画像撮像装置。
7. 前記位置変更手段は、
   回転速度を入力する回転速度入力部と、
   前記所定の領域の位置を前記回転速度に従って回転させる回転部と、
   を有することを特徴とする請求項２に記載の画像撮像装置。
   
   
   
   

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