JP7712802B2 - Distance Measuring Device - Google Patents
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Description
本発明は距離測定装置に関する。 The present invention relates to a distance measuring device.
従来、ステレオカメラなどの複数のカメラを用い、所定の位置から被写体までの距離、もしくは被写体の三次元位置を高精度に測定する距離測定方法及び距離測定装置が知られている。ステレオカメラでは、一方のカメラにより撮像された被写体の像を含む基準画像ブロックと、もう一方のカメラにより撮像された同一の被写体の像を含む比較画像ブロックとの相関値を算出し、相関値の大きさで像の一致度を判定し、一致と判定したときのそれぞれのカメラにおける撮像素子上の画像位置の差を視差として、三角測量の原理を用いて被写体までの距離情報を算出する。このとき像の一致度判定には、二つのカメラの像は同じものであることを前提としているため、2つのカメラはできるだけ同一の特性のものである必要がある。 Conventionally, there are known distance measurement methods and devices that use multiple cameras, such as stereo cameras, to measure the distance from a given position to a subject, or the three-dimensional position of the subject, with high accuracy. In a stereo camera, a correlation value is calculated between a reference image block containing an image of a subject captured by one camera and a comparison image block containing an image of the same subject captured by the other camera, the degree of match between the images is determined based on the magnitude of the correlation value, and distance information to the subject is calculated using the principle of triangulation, with the difference in image positions on the image sensors of each camera when a match is determined as parallax. In this case, the degree of match between the images is determined to be the same on the premise that the images from the two cameras are the same, so the two cameras need to have characteristics as similar as possible.
国際公開第2011/010438号(特許文献1)には、「複数の光学系間に生じる視差を算出する視差検出装置(3)であって、複数の光学系の点像分布が所定の光学系の点像分布と同一となるように、複数の光学系のそれぞれから得られる複数の画像の少なくとも1つを補正するPSF同一化部(5)と、PSF同一化部(5)によって補正された画像を用いて、複数の光学系間に生じる視差を算出する視差算出部(9)とを備える視差検出装置」が開示されている。 International Publication No. 2011/010438 (Patent Document 1) discloses a "parallax detection device (3) that calculates the parallax occurring between a plurality of optical systems, the parallax detection device including a PSF identification unit (5) that corrects at least one of a plurality of images obtained from each of the plurality of optical systems so that the point spread of the plurality of optical systems becomes the same as the point spread of a predetermined optical system, and a parallax calculation unit (9) that calculates the parallax occurring between the plurality of optical systems using the image corrected by the PSF identification unit (5)."
近年、車載カメラでは、認識対象が広画角範囲かつ広い距離範囲に拡大し、より広範囲で安全を確保するために、歪の大きな広角レンズカメラを利用するケースが増え、またカメラの数も増加する傾向にある。 In recent years, the recognition range of in-vehicle cameras has expanded to include a wider angle of view and a wider distance range, and in order to ensure safety over a wider area, there has been an increase in the use of wide-angle lens cameras with large distortion, and the number of cameras is also on the rise.
そのため、連携するカメラ数を最小に抑えるために、広角高歪レンズや画素ピッチの異なるセンサでのステレオカメラ(多視点化)の検討が重要となる。 Therefore, in order to minimize the number of cameras that work together, it is important to consider stereo cameras (multiple viewpoints) with wide-angle, high-distortion lenses and sensors with different pixel pitches.
また光学系を駆使し、レンズやミラーの射影方式を利用し、広画角範囲かつ広距離範囲の要求に応える技術も開発されている。特開2021-012075号公報(特許文献2)には、「被写体からの第1の光R1が、上側双曲面ミラー102で反射した後、更に下側双曲面ミラー103(内側双曲面ミラー103A)で反射し、その後結像光学系104を介してイメージセンサ105に入射され、また、被写体からの、第1の光R1とは異なる第2の光R2が、下側双曲面ミラー103(外側双曲面ミラー103B)で反射され、結像光学系104を介してイメージセンサ105に入射され、第1の光R1、第2の光R2が、異なる方向からイメージセンサ105上の異なる箇所に入射されることで、被写体までの距離等が演算可能となるステレオカメラ101」が開示されている。 In addition, technology has been developed that utilizes optical systems and the projection method of lenses and mirrors to meet the demands for a wide angle of view and a wide distance range. JP 2021-012075 A (Patent Document 2) discloses a stereo camera 101 in which "first light R1 from a subject is reflected by an upper hyperbolic mirror 102, then further reflected by a lower hyperbolic mirror 103 (inner hyperbolic mirror 103A), and then incident on an image sensor 105 via an imaging optical system 104, and second light R2 from the subject, which is different from the first light R1, is reflected by a lower hyperbolic mirror 103 (outer hyperbolic mirror 103B) and incident on an image sensor 105 via an imaging optical system 104, and the first light R1 and the second light R2 are incident on different points on the image sensor 105 from different directions, thereby making it possible to calculate the distance to the subject, etc."
距離測定装置において、ステレオカメラの原理を用いた測距に使用する二台のカメラの撮像素子サイズ、撮像素子の画素ピッチなどが異なる場合、二つのカメラの画像の画素ピッチ(サンプリングピッチ・サンプリング周波数)が異なるという問題がある。また、二台のカメラのレンズの焦点距離の異なる場合、センサ上に結像する像の大きさ自体が異なり、これもサンプリングピッチの異なる画像を比較して視差を求めなければならないという問題があった。 In distance measurement devices, if the image sensor sizes and pixel pitches of the image sensors of the two cameras used for distance measurement using the stereo camera principle are different, there is a problem that the pixel pitches (sampling pitch/sampling frequency) of the images from the two cameras will be different. In addition, if the focal lengths of the lenses of the two cameras are different, the size of the image formed on the sensor itself will be different, which also poses the problem that images with different sampling pitches must be compared to find the parallax.
このとき、二つの撮像素子上の画像を一旦同じサンプリングピッチの画像になるように補間処理するが、粗い画素ピッチの画像を細かい画素ピッチの画像に変換する際には、元の画像サイズが増大し、本来データ処理量が小さくて済む粗い画素ピッチの撮像素子を使う意味がなくなる。また細かい画素ピッチの画像を粗い画素ピッチの画像に変換する際には、視差画像サイズが小さくなり、視差画像の画像密度が低下するだけでなく、他の認識処理で必要な高解像度画像が使用できなくなるという問題が生じる。 At this time, the images on the two image sensors are first interpolated so that they have the same sampling pitch, but when converting an image with a coarse pixel pitch to an image with a fine pixel pitch, the size of the original image increases, making it pointless to use image sensors with a coarse pixel pitch, which would otherwise require less data processing. In addition, when converting an image with a fine pixel pitch to an image with a coarse pixel pitch, the size of the parallax image becomes smaller, not only reducing the image density of the parallax image, but also creating the problem that high-resolution images required for other recognition processes cannot be used.
また、粗い画素ピッチ(低いサンプリング周波数)の画像は、サンプリング定理から、元々粗い画素ピッチで決まる低いサンプリング周波数の半分の周波数までの信号成分しか持たず、一方、細かい画素ピッチ(高いサンプリング周波数)の画像は、細かい画素ピッチで決まる高いサンプリング周波数の半分の周波数の信号成分まで持っており、補間処理によって同じ画素ピッチに変換されても、全く同じ画像にはならないという問題があった。 In addition, according to the sampling theorem, an image with a coarse pixel pitch (low sampling frequency) only has signal components up to half the frequency of the low sampling frequency determined by the original coarse pixel pitch, while an image with a fine pixel pitch (high sampling frequency) has signal components up to half the frequency of the high sampling frequency determined by the fine pixel pitch. This creates the problem that even if the two images are converted to the same pixel pitch by interpolation processing, they do not become exactly the same image.
さらに、歪の大きな広角レンズや曲面ミラーなどを用いた特殊な射影特性を持つ光学系からなるステレオカメラでは、幾何補正またはリサンプリング、再サンプリングと呼ばれる像の拡大・縮小・回転などの幾何学的な変換操作により、新しい画像空間上の格子点として計算される。 Furthermore, in stereo cameras that use optical systems with special projection characteristics, such as wide-angle lenses with large distortion or curved mirrors, the images are calculated as lattice points in a new image space through geometric transformation operations such as enlarging, reducing, and rotating the image, which are called geometric correction, resampling, or resampling.
リサンプリングにより新しく生成した画像上の輝度値は、新しく生成した画像空間の格子点が、元のサンプリング点を幾何学的に変換した点上にあるとは限らず、元のサンプリング点の幾何変換された点と元のサンプリング点上の輝度値とから補間処理によって求められる。歪などの幾何変形量は、画像上の点によって異なっているため、サンプリング・リサンプリングにおけるサンプリング周波数変換は空間上一様ではなく、撮像面上に分布を持つことになる。
The luminance values on the image newly generated by resampling are not necessarily located on the lattice points of the newly generated image space that are geometrically transformed from the original sampling points, but are found by interpolation between the geometrically transformed points of the original sampling points and the luminance values on the original sampling points. Since the amount of geometric transformation such as distortion differs depending on the point on the image, the sampling frequency conversion in sampling and resampling is not uniform in space but has a distribution on the imaging surface.
ステレオカメラにおいて、基準画像のブロック位置と探索画像のブロック位置は異なるため、幾何学的な補正は行われているものの、同じ被写体の像であっても、サンプリング定理に基づく信号の違いが生じ、視差精度や視差率などの視差性能を低下させるという問題があった。 In a stereo camera, the block positions of the reference image and the search image are different, and although geometric correction is performed, there is a problem that even when the images are of the same subject, there are signal differences based on the sampling theorem, which reduces parallax performance such as parallax accuracy and parallax rate.
本発明の目的は、上記に鑑みてなされたものであって、画素ピッチの異なる撮像素子、焦点距離の異なるレンズ、または、歪のあるレンズを用いた場合でも、高精度に視差検出を行うことが可能な距離測定装置を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a distance measuring device that can perform parallax detection with high accuracy even when using image sensors with different pixel pitches, lenses with different focal lengths, or lenses with distortion.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。 The following is a brief overview of the most representative aspects of the present invention.
一実施の形態による距離測定装置は、同一物体について撮像された、撮像素子上の第1の像と第2の像の一致度判定により測距を行う距離測定装置であって、第1の像と第2の像の少なくとも一方について再サンプリングにより補間点を追加する処理を実施する第1の補正処理部と、再サンプリングされた第1の像の画像データと第2の像の画像データの少なくとも一方について幾何学的な補正処理を行う第2の補正処理部と、を有する。
A distance measuring device according to one embodiment is a distance measuring device that measures distances by determining the degree of coincidence between a first image and a second image on an imaging element captured of the same object , and has a first correction processing unit that performs a process of adding interpolation points by resampling at least one of the first image and the second image , and a second correction processing unit that performs geometric correction processing on at least one of the resampled image data of the first image and the image data of the second image.
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の発明を実施するための形態の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and advantages other than those described above will become clear from the description of the embodiment of the invention below.
本発明によれば、高精度に視差検出を行うことが可能な距離測定装置を提供できる。 The present invention provides a distance measuring device capable of performing disparity detection with high accuracy.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。実施の形態または実施例は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施することが可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。 The following describes embodiments of the present invention with reference to the drawings. The embodiments and examples are merely examples for explaining the present invention, and have been omitted or simplified as appropriate for clarity of explanation. The present invention can also be implemented in various other forms. Unless otherwise specified, each component may be singular or plural.
図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。 The position, size, shape, range, etc. of each component shown in the drawings may not represent the actual position, size, shape, range, etc., in order to facilitate understanding of the invention. Therefore, the present invention is not necessarily limited to the position, size, shape, range, etc. disclosed in the drawings.
同一あるいは同様の機能を有する構成要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。また、これらの複数の構成要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。 When there are multiple components with the same or similar functions, they may be described using the same reference numerals with different subscripts. Also, when there is no need to distinguish between these multiple components, the subscripts may be omitted.
実施の形態を説明するための全図において、同一の構成要素や同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略することがある。図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。 In all drawings used to explain the embodiments, the same components or parts are generally given the same reference numerals, and repeated explanations may be omitted. The drawings may be shown more diagrammatically than the actual embodiment in order to make the explanation clearer, but they are merely examples and do not limit the interpretation of the present invention.
本発明の第一の実施形態に係る距離測定装置は、後述する図3Aに示すように、画素ピッチの異なる撮像素子30aと撮像素子30bとで構成されたステレオカメラSCを有する距離測定装置6である。 The distance measurement device according to the first embodiment of the present invention is a distance measurement device 6 having a stereo camera SC composed of image pickup elements 30a and 30b with different pixel pitches, as shown in FIG. 3A described later.
まず、図1を用いて、ステレオ測距方式による被写体までの距離算出の例を説明する。図1は、カメラ2a及びカメラ2bの2つのカメラ2を用いた場合の、ステレオ測距方式による被写体4までの距離算出の例を説明する図である。距離測定装置(測距装置とも言う)6rのステレオカメラSCを構成するカメラ2aとカメラ2bとは、互いに距離B(基線長)隔てて、光軸3a、3bが平行になるように併設されている。 First, an example of calculating the distance to a subject using a stereo distance measurement method will be described with reference to Figure 1. Figure 1 is a diagram illustrating an example of calculating the distance to a subject 4 using a stereo distance measurement method when two cameras 2, camera 2a and camera 2b, are used. Cameras 2a and 2b, which constitute the stereo camera SC of distance measurement device (also called distance measurement device) 6r, are arranged side by side with a distance B (baseline length) between them and their optical axes 3a and 3b parallel to each other.
被写体4から出た光線は、カメラ2aのレンズ5aとカメラ2bのレンズ5bの光学中心を通り、カメラ2aの撮像素子1aとカメラ2bの撮像素子1bの上に結像する。光軸3aと光軸3bはレンズ5aとレンズ5bの光軸3を表す。このとき、被写体4は、撮像素子1a上を光軸3aから、距離La離れた位置に結像し、また、撮像素子1b上を光軸3bから、距離Lb離れた位置に結像し、カメラ2aとカメラ2bとの間に視差L(=La-Lb)が生じる。この視差Lは距離測定装置6rのカメラ2a、2bから被写体4までの距離Dの大きさによって変化する。カメラ2a及びカメラ2bの焦点距離がともに焦点距離fとすれば、被写体4までの距離Dは以下の(式1)で表わされる。 The light beam emitted from the subject 4 passes through the optical center of the lens 5a of the camera 2a and the lens 5b of the camera 2b, and forms an image on the image sensor 1a of the camera 2a and the image sensor 1b of the camera 2b. The optical axis 3a and the optical axis 3b represent the optical axis 3 of the lens 5a and the lens 5b. At this time, the subject 4 is formed on the image sensor 1a at a position distance La from the optical axis 3a, and on the image sensor 1b at a position distance Lb from the optical axis 3b, and a parallax L (= La - Lb) is generated between the cameras 2a and 2b. This parallax L changes depending on the magnitude of the distance D from the cameras 2a and 2b of the distance measuring device 6r to the subject 4. If the focal lengths of the cameras 2a and 2b are both focal length f, the distance D to the subject 4 is expressed by the following (Equation 1).
D=f(B/L) (式1)
撮像素子1a、1bは通常、格子状に等しいピッチ上の点に配列された受光素子とCCD(Charge Coupled Device)あるいはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)などの半導体デバイスにより構成される。したがって、被写体像の輝度信号は、2次元平面上で等間隔に離散化された点でサンプリングされる。
D=f(B/L) (Formula 1)
The image sensors 1a and 1b are usually composed of light receiving elements arranged at points on a grid with equal pitch and semiconductor devices such as a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Therefore, the luminance signal of the subject image is sampled at points that are discretized at equal intervals on a two-dimensional plane.
次に、図2A、図2Bを用いて、相異なる画素ピッチの撮像素子をステレオカメラに用いたときの課題を説明する。図2A、図2Bにおいて、相異なる画素ピッチの撮像素子として、粗い画素ピッチの撮像素子10aと、撮像素子10aと比較して細かい画素ピッチの撮像素子10bを用いた場合について説明する。図2Aは相異なる画素ピッチの撮像素子を用いた場合の2次元平面上に同じ像が結像し、それらがサンプリングおよびリサンプリングされた状態を示す図である。図2Bは、図2Aの状態を、簡単のために、1次元化して示して説明する図である。 Next, using Figures 2A and 2B, we will explain the issues that arise when imaging elements with different pixel pitches are used in a stereo camera. In Figures 2A and 2B, we will explain the case where imaging elements with different pixel pitches are imaging element 10a with a coarse pixel pitch and imaging element 10b with a finer pixel pitch than imaging element 10a. Figure 2A is a diagram showing the state in which the same image is formed on a two-dimensional plane when imaging elements with different pixel pitches are used, and these are sampled and resampled. Figure 2B is a diagram explaining the state of Figure 2A by showing it one-dimensionally for simplicity.
図2Aにおいて、2次元平面22は粗い画素ピッチの撮像素子10aの2次元平面上に結像した像がサンプリングされた状態を示す。2次元平面21は撮像素子10aと比較して細かい画素ピッチの撮像素子10bの2次元平面上に結像した像がサンプリングされた状態を示す。撮像素子10aの2次元平面上と撮像素子10bの2次元平面上には、同じ像が結像しているものとする。2次元平面21rは、サンプリングした2次元平面21がリサンプリングされた状態を示す。2次元平面24は、サンプリングした2次元平面22がリサンプリングされた状態を示す。リサンプリングにより、2次元平面22の粗い画素ピッチが2次元平面21r(21)の細かい画素ピッチと一致するように変換されて、細かい画素ピッチの2次元平面24が構成される。 In FIG. 2A, two-dimensional plane 22 shows a state in which an image formed on the two-dimensional plane of image sensor 10a, which has a coarse pixel pitch, has been sampled. Two-dimensional plane 21 shows a state in which an image formed on the two-dimensional plane of image sensor 10b, which has a finer pixel pitch than image sensor 10a, has been sampled. It is assumed that the same image is formed on the two-dimensional plane of image sensor 10a and the two-dimensional plane of image sensor 10b. Two-dimensional plane 21r shows a state in which sampled two-dimensional plane 21 has been resampled. Two-dimensional plane 24 shows a state in which sampled two-dimensional plane 22 has been resampled. Through resampling, the coarse pixel pitch of two-dimensional plane 22 is converted to match the fine pixel pitch of two-dimensional plane 21r (21), and two-dimensional plane 24 with a fine pixel pitch is constructed.
図2Bには、粗い画素ピッチの撮像素子10aの1次元化されたサンプリング状態26と、細かい画素ピッチの撮像素子10bの1次元化されたサンプリング状態25とが示される。また、サンプリング状態25をリサンプリングして得られたリサンプリング状態25rと、サンプリング状態26をリサンプリングして得られたリサンプリング状態28とが示される。リサンプリング状態28では、リサンプリングにより黒丸で示す補間点が追加される。 Figure 2B shows a one-dimensional sampling state 26 of an image sensor 10a with a coarse pixel pitch, and a one-dimensional sampling state 25 of an image sensor 10b with a fine pixel pitch. Also shown are a resampling state 25r obtained by resampling sampling state 25, and a resampling state 28 obtained by resampling sampling state 26. In resampling state 28, interpolation points indicated by black circles are added by resampling.
図2Bのサンプリング状態25、26において、「撮像素子上の像」として点線で示すように、レンズ(例えば、図1のレンズ5a、5b)によって撮像素子10a、10bの表面上に結像した像自体は連続的な光分布を持つが、これらが撮像素子10a、10bの画素ピッチに応じてサンプリングされる。サンプリング定理によるとサンプリングされた信号は、サンプリング周波数の半分以下の周波数成分だけから構成されることを前提とするので、細かい画素ピッチの撮像素子10bはより高い空間周波数成分を持ち、元の連続的な光分布に近い形状を維持する。一方、粗い画素ピッチの撮像素子10aは高い周波数成分を持つことができないので、元の連続的な光分布形状の信号から劣化してしまう(サンプリングにより信号劣化が発生する)。 In sampling states 25 and 26 in FIG. 2B, as shown by the dotted line as "image on image sensor", the image formed on the surface of image sensor 10a, 10b by the lens (for example, lenses 5a, 5b in FIG. 1) has a continuous light distribution, but these are sampled according to the pixel pitch of image sensor 10a, 10b. According to the sampling theorem, the sampled signal is assumed to be composed only of frequency components less than half the sampling frequency, so image sensor 10b with fine pixel pitch has higher spatial frequency components and maintains a shape close to the original continuous light distribution. On the other hand, image sensor 10a with coarse pixel pitch cannot have high frequency components, so the signal deteriorates from the original continuous light distribution shape (signal deterioration occurs due to sampling).
ステレオマッチングでは、テンプレートマッチングの技法を使って、画像ブロック同士の比較を行う。しかしながら、撮像素子10aと撮像素子10bとの画素ピッチが異なるため、補間処理またはリサンプリング処理により、同じ画素ピッチになるように変換する必要がある。異種の画素ピッチの撮像素子(10a、10b)が混在する距離測定装置のシステムにおいて、細かい画素ピッチの撮像素子(10b)を採用する理由は、たいてい細かい画素ピッチの画像が必要であるので、リサンプリングのサンプリング周波数は、画素ピッチの細かい撮像素子(10b)のサンプリング周波数が用いられることが多い。ところが、上述したように、画素ピッチの粗い撮像素子(10a)の信号自体は、粗い画素ピッチで決まるサンプリング周波数の半分の周波数の信号成分しか有しないので、画素ピッチの粗い撮像素子(10a)のリサンプリング後の画像(28)は、周波数成分が少ない劣化した画像になる。 In stereo matching, image blocks are compared using a template matching technique. However, since the pixel pitches of the image sensor 10a and the image sensor 10b are different, it is necessary to convert them to the same pixel pitch by an interpolation process or a resampling process. In a distance measurement device system in which image sensors (10a, 10b) with different pixel pitches are mixed, the reason for adopting an image sensor (10b) with a fine pixel pitch is that an image with a fine pixel pitch is usually required, so the sampling frequency of the image sensor (10b) with a fine pixel pitch is often used for the resampling. However, as described above, the signal of the image sensor (10a) with a coarse pixel pitch itself only has signal components with a frequency half the sampling frequency determined by the coarse pixel pitch, so the image (28) after resampling of the image sensor (10a) with a coarse pixel pitch is a degraded image with few frequency components.
ここで、リサンプリング処理は、全画像を一括で行っても良いし、ステレオマッチング処理時に基準画像の選択と、探索画像の選択毎に実施しても良い。後者の場合の方が、必要とする記憶領域は少なくて済む。 The resampling process can be performed on all images at once, or can be performed each time a reference image is selected and a search image is selected during stereo matching. The latter method requires less storage space.
テンプレートマッチングでは、二つの画像の相関値を計算し、二つの画像の一致判定を行うので、リサンプリング処理の変換による誤差が異なる場合は、相関値が低下し、視差性能が劣化する。 In template matching, the correlation value between two images is calculated to determine whether the two images match, so if the errors caused by the conversion in the resampling process are different, the correlation value will decrease and the disparity performance will deteriorate.
次に、図3A、図3B、図3Cを用いて、実施例1におけるリサンプリング後の画像補正方法を説明する。図3Aは、実施例1における距離測定装置の構成例を示す図である。
図3Bは、実施例1におけるリサンプリング後の画像補正方法の一例を示す図である。図3Cは、実施例1におけるリサンプリング後の画像補正方法の他の例を示す図である。
Next, a method of correcting an image after resampling in the first embodiment will be described with reference to Figures 3A, 3B, and 3C. Figure 3A is a diagram showing an example of the configuration of a distance measuring device in the first embodiment.
Fig. 3B is a diagram showing an example of an image correction method after resampling in the embodiment 1. Fig. 3C is a diagram showing another example of an image correction method after resampling in the embodiment 1.
図3Aに示す距離測定装置6が図1の距離測定装置6rと異なる点は、距離測定装置6では、画素ピッチの異なる撮像素子30aと撮像素子30bとで構成されたステレオカメラを採用した点である。図3Aに示す距離測定装置6の他の構成は、図1の距離測定装置6rの他の構成と同じである。 The distance measurement device 6 shown in FIG. 3A differs from the distance measurement device 6r in FIG. 1 in that the distance measurement device 6 employs a stereo camera composed of image pickup elements 30a and 30b with different pixel pitches. The other configurations of the distance measurement device 6 shown in FIG. 3A are the same as the other configurations of the distance measurement device 6r in FIG. 1.
図3Aに示すように、距離測定装置(測距装置とも言う)6のステレオカメラSCを構成するカメラ2aとカメラ2bとは、互いに距離B(基線長)隔てて、光軸3a、3bが平行になるように併設されている。被写体4から出た光線は、カメラ2aのレンズ5aとカメラ2bのレンズ5bの光学中心を通り、カメラ2aの撮像素子30aとカメラ2bの撮像素子30bの上に結像する。光軸3aと光軸3bはレンズ5aとレンズ5bの光軸3を表す。このとき、被写体4は、撮像素子30a上を光軸3aから、距離La離れた位置に結像し、また、撮像素子30b上を光軸3bから、距離Lb離れた位置に結像し、カメラ2aとカメラ2bとの間に視差L(=La-Lb)が生じる。この視差Lは距離測定装置6のカメラ2a、2bから被写体4までの距離Dの大きさによって変化する。カメラ2a及びカメラ2bの焦点距離がともに焦点距離fとすれば、被写体4までの距離Dは先に説明した(式1)で表わされる。 As shown in FIG. 3A, the cameras 2a and 2b constituting the stereo camera SC of the distance measurement device (also called the distance measuring device) 6 are arranged side by side at a distance B (baseline length) from each other so that the optical axes 3a and 3b are parallel. A light ray emitted from the subject 4 passes through the optical center of the lens 5a of the camera 2a and the lens 5b of the camera 2b, and forms an image on the image sensor 30a of the camera 2a and the image sensor 30b of the camera 2b. The optical axis 3a and the optical axis 3b represent the optical axis 3 of the lens 5a and the lens 5b. At this time, the subject 4 is imaged on the image sensor 30a at a position distance La from the optical axis 3a, and on the image sensor 30b at a position distance Lb from the optical axis 3b, and a parallax L (=La-Lb) is generated between the cameras 2a and 2b. This parallax L changes depending on the magnitude of the distance D from the cameras 2a and 2b of the distance measurement device 6 to the subject 4. If the focal length of both cameras 2a and 2b is f, then the distance D to the subject 4 is expressed by the formula 1 described above.
図2A、図2Bで説明したリサンプリング(再サンプリングとも言う)において、リサンプリングにより画像信号のどの周波数以上の成分が劣化しているのかが既知なので、本実施例では、リサンプリングに伴う信号劣化の差を補正する補正処理を実施する。図3Bに示す例では、超解像処理により画素ピッチの粗い撮像素子30aの信号低下分を復元する補正処理を実施する。また、図3Cに示す例では、画素ピッチの細かい撮像素子30bからの画像データをデシメーションフィルタ(DEF)処理などの高域周波数成分を遮断するような補正処理を実施する。 In the resampling (also called resampling) described in Figures 2A and 2B, since it is known what frequency components of the image signal are degraded by the resampling, in this embodiment, a correction process is performed to correct the difference in signal degradation due to resampling. In the example shown in Figure 3B, a correction process is performed to restore the signal drop of the image sensor 30a with a coarse pixel pitch by super-resolution processing. Also, in the example shown in Figure 3C, a correction process is performed to block high frequency components such as decimation filter (DEF) processing of image data from the image sensor 30b with a fine pixel pitch.
図3Bには、粗い画素ピッチの撮像素子30aの1次元化されたサンプリング状態32と、細かい画素ピッチの撮像素子30bの1次元化されたサンプリング状態31とが示される。その後、サンプリング状態32とサンプリング状態31とに対して、リサンプリングを行う。リサンプリングのサンプリング周波数は、ここでは、画素ピッチの細かい撮像素子(30b)のサンプリング周波数が用いられるものとする。サンプリング状態32をリサンプリングして得られたリサンプリング状態33が示される。サンプリング状態31をリサンプリングして得られたリサンプリング状態31rが示される。これにより、リサンプリング状態33とリサンプリング状態31rとで、画素ピッチが揃えられる。 Figure 3B shows a one-dimensional sampling state 32 of an image sensor 30a with a coarse pixel pitch, and a one-dimensional sampling state 31 of an image sensor 30b with a fine pixel pitch. Then, resampling is performed on sampling state 32 and sampling state 31. The sampling frequency used here is the sampling frequency of the image sensor (30b) with a fine pixel pitch. Resampling state 33 obtained by resampling sampling state 32 is shown. Resampling state 31r obtained by resampling sampling state 31 is shown. This aligns the pixel pitch between resampling state 33 and resampling state 31r.
リサンプリング状態33では、リサンプリングにより黒丸で示す補間点が追加される。一方、サンプリング状態31をリサンプリングして得られたリサンプリング状態31rは、基本的に同じである。 In resampling state 33, interpolation points indicated by black circles are added by resampling. On the other hand, resampling state 31r obtained by resampling sampling state 31 is basically the same.
その後、リサンプリング状態33の画像データに対して超解像処理を実施する。超解像処理では、画素ピッチの粗い撮像素子30aの信号低下分の画像データを復元する補正処理が実施され、リサンプリング状態33が超解像処理後の画像データの状態34へ変換される。これにより、リサンプリング状態31rと超解像処理後の画像データの状態34と間の誤差分が補正されることになる。 Then, super-resolution processing is performed on the image data in the resampling state 33. In the super-resolution processing, a correction process is performed to restore the image data due to the signal drop of the image sensor 30a with a coarse pixel pitch, and the resampling state 33 is converted to the image data state 34 after the super-resolution processing. This corrects the error between the resampling state 31r and the image data state 34 after the super-resolution processing.
図3Cでは、図3Bと同様に、粗い画素ピッチの撮像素子30aの1次元化されたサンプリング状態32と、細かい画素ピッチの撮像素子30bの1次元化されたサンプリング状態31と、サンプリング状態32をリサンプリングして得られたリサンプリング状態33が示される。サンプリング状態31をリサンプリングして得られたリサンプリング状態31rが示される。リサンプリングのサンプリング周波数は、ここでは、画素ピッチの細かい撮像素子(30b)のサンプリング周波数が用いられるものとする。これにより、リサンプリング状態33とリサンプリング状態31rとで、画素ピッチが揃えられる。 In FIG. 3C, like FIG. 3B, one-dimensional sampling state 32 of image sensor 30a with a coarse pixel pitch, one-dimensional sampling state 31 of image sensor 30b with a fine pixel pitch, and resampling state 33 obtained by resampling sampling state 32 are shown. Resampling state 31r obtained by resampling sampling state 31 is also shown. The sampling frequency used here is the sampling frequency of the image sensor (30b) with a fine pixel pitch. This aligns the pixel pitch between resampling state 33 and resampling state 31r.
リサンプリングの後、リサンプリング状態31rの画像データに対してデシメーションフィルタ(DEF)処理を実施する。デシメーションフィルタ(DEF)処理では、画素ピッチの細かい撮像素子30bからの画像データの高域周波数成分を遮断するような補正処理が実施され、リサンプリング状態31rがデシメーションフィルタ(DEF)処理後の画像データ補正状態36へ変換される。これにより、デシメーションフィルタ(DEF)処理後の画像データ補正状態36とリサンプリング状態33との間の誤差分が補正されることになる。 After resampling, decimation filter (DEF) processing is performed on the image data in the resampling state 31r. In the decimation filter (DEF) processing, a correction process is performed to block the high frequency components of the image data from the image sensor 30b, which has a fine pixel pitch, and the resampling state 31r is converted to the image data correction state 36 after decimation filter (DEF) processing. This corrects the error between the image data correction state 36 after decimation filter (DEF) processing and the resampling state 33.
つまり、リサンプリングの後に、超解像処理による補正処理(信号低下分の復元処理)やデシメーションフィルタ処理による補正処理(高域周波数成分の遮断処理)を実施することで、リサンプリング時に発生する左右の像間(31rと33)の信号劣化の差を補正する。これにより、ステレオマッチング処理時に比較する左右の画像ブロックに対し、ブロック画像部分の左右サンプリングおよびリサンプリングによる補間に起因する左右の画像ブロックの誤差を補正し、ステレオマッチング処理により正確に視差Lを算出でき、高精度に被写体4までの距離Dを得ることができる距離測定装置6を提供できる。 In other words, after resampling, correction processing using super-resolution processing (restoration processing for signal degradation) and correction processing using decimation filtering (blocking of high frequency components) are performed to correct the difference in signal degradation between the left and right images (31r and 33) that occurs during resampling. This allows the left and right image blocks compared during stereo matching processing to be corrected for errors in the left and right image blocks caused by left and right sampling of the block image portion and interpolation by resampling, and allows the parallax L to be calculated accurately by stereo matching processing, thereby providing a distance measuring device 6 that can obtain the distance D to the subject 4 with high accuracy.
超解像処理による補正処理(信号低下分の復元処理)やデシメーションフィルタ処理による補正処理(高域周波数成分の遮断処理)の後、図3Aで説明したように、距離測定装置6において視差Lの算出処理が行われる。 After the correction process using super-resolution processing (restoration of signal loss) and the correction process using decimation filtering (blocking of high-frequency components), the distance measurement device 6 calculates the parallax L as described in FIG. 3A.
以下の説明において、超解像処理による補正処理(信号低下分の復元処理)やデシメーションフィルタ処理による補正処理(高域周波数成分の遮断処理)の後の画像データ(たとえば、図3Bの状態31rと状態34、図3Cの状態36と状態33)をリサンプリング後の画像、または、リサンプリング処理後の画像と言うこととする。また、超解像処理による補正処理(信号低下分の復元処理)やデシメーションフィルタ処理による補正処理(高域周波数成分の遮断処理)を、リサンプリング処理と言うこととする。 In the following description, image data after correction processing using super-resolution processing (restoration processing of signal loss) or correction processing using decimation filter processing (cutting off high-frequency components) (for example, states 31r and 34 in FIG. 3B, and states 36 and 33 in FIG. 3C) will be referred to as the image after resampling, or the image after resampling processing. In addition, correction processing using super-resolution processing (restoration processing of signal loss) or correction processing using decimation filter processing (cutting off high-frequency components) will be referred to as resampling processing.
前述したように、リサンプリング処理は、全画像を一括で行っても良いし、ステレオマッチング処理時に基準画像の選択と、探索画像の選択毎に実施しても良い。以下では、代表例として、予め全画面一括でリサンプリング処理を実施した後に、ステレオマッチング処理を実施する一例で説明する。 As mentioned above, the resampling process may be performed on all images at once, or may be performed each time a reference image and a search image are selected during stereo matching. Below, as a representative example, we will explain an example in which the stereo matching process is performed after the resampling process is performed on the entire screen at once.
図4A、図4B、図4Cを用いて本実施例のステレオマッチング処理について説明する。図4Aは、部分画像領域毎の相関値であるSADの算出を説明する図である。図4Bは、画像ブロックを1画素ずつ移動させたときのSADの推移を示す図である。図4Cは、等角直線フィッティングのサブピクセル視差を説明する図である。 The stereo matching process of this embodiment will be described with reference to Figures 4A, 4B, and 4C. Figure 4A is a diagram for explaining the calculation of the SAD, which is a correlation value for each partial image region. Figure 4B is a diagram showing the transition of the SAD when the image block is moved by one pixel at a time. Figure 4C is a diagram for explaining the subpixel disparity of equiangular straight line fitting.
図4Aに示すように、撮像素子30aからのリサンプリング後の画像と、撮像素子30bからのリサンプリング後の画像に対し、それぞれの部分画像領域(ブロック領域、テンプレート画像)毎の相関値であるSAD(Sum of Absolute Difference:差分絶対値総和)を算出する。SADは、式2で示す。1つのブロック領域は、例えば、8ピクセル×8ピクセルの画像領域とされている。 As shown in FIG. 4A, the SAD (Sum of Absolute Difference) which is the correlation value for each partial image area (block area, template image) is calculated for the resampled image from the image sensor 30a and the resampled image from the image sensor 30b. The SAD is shown in Equation 2. One block area is, for example, an image area of 8 pixels x 8 pixels.
そして、距離測定装置6は、算出した相関値を用いて、撮像素子30aおよび撮像素子30bのリサンプリング後の画像の画素ピッチでの画像上の画像のずれ、つまり、視差Lを算出する。なお、SADは相関値の一例であり、距離測定装置6は、一般的に知られているSSD(Sum of Squared Difference:差分2乗総和)又はNCC(Normalized Cross-Correlation:正規化相互相関)なども相関値として利用可能である。 The distance measurement device 6 then uses the calculated correlation value to calculate the image shift on the image at the pixel pitch of the image after resampling of the image sensor 30a and the image sensor 30b, that is, the parallax L. Note that SAD is an example of a correlation value, and the distance measurement device 6 can also use commonly known Sum of Squared Difference (SSD) or Normalized Cross-Correlation (NCC) as a correlation value.
まず、撮像素子30aからのリサンプリング後の画像から基準画像REFの部分領域を選出する。次に、撮像素子30bからのリサンプリング後の画像から比較画像CMPの部分領域を選出し、部分画像領域(REFとCMP)ごとにSADなどの相関値を算出する。次に、撮像素子30bからのリサンプリング後の画像から比較画像CMPの部分領域をリサンプリング後の画素ピッチの1画素ピッチ分だけ、例えば、右側へシフトし、再びそのシフト後における部分画像領域(REFとCMP)のSADなどの相関値を算出する。図4Bに、画像ブロックを1画素ずつ移動させたときのSADの推移を示す。SADが最小となった画素シフト量(ずらし量)SGが1画素単位の視差(L)となる。ここで、SGはSADが最小となるずらし量(整数視差)、S(0)はSADが最小になるずらし量SGでの相関値(SAD)、その隣接するずらし量でのSADをS(-1)、S(1)とする。 First, a partial region of the reference image REF is selected from the resampled image from the image sensor 30a. Next, a partial region of the comparison image CMP is selected from the resampled image from the image sensor 30b, and correlation values such as SAD are calculated for each partial image region (REF and CMP). Next, the partial region of the comparison image CMP is shifted from the resampled image from the image sensor 30b by one pixel pitch of the pixel pitch after resampling, for example, to the right, and correlation values such as SAD of the partial image region (REF and CMP) after the shift are calculated again. Figure 4B shows the transition of SAD when the image block is moved by one pixel at a time. The pixel shift amount (shift amount) SG at which the SAD is minimum becomes the parallax (L) in one pixel unit. Here, SG is the shift amount (integer disparity) at which the SAD is smallest, S(0) is the correlation value (SAD) at the shift amount SG at which the SAD is smallest, and the SADs at the adjacent shift amounts are S(-1) and S(1).
図4A、図4Bの場合、視差(L)の検出精度は1画素となるため、小数点以下の画素の精度で視差(以降、サブピクセル視差と呼ぶ)は求められないことになる。 In the case of Figures 4A and 4B, the detection accuracy of disparity (L) is one pixel, so disparity cannot be obtained with decimal point pixel accuracy (hereafter referred to as sub-pixel disparity).
距離測定精度(測距精度)つまり視差検出分解能を1画素単位でなく、更に、高精度に求めるための方法として、サブピクセルレベル視差を推定する方法が提案されている。例えば、等角直線フィッティングというサブピクセル視差推定方法では、図4Cに示すように、実際視差を基準にSADの推移が左右での傾きの絶対値が同じであることを仮定することによって、1次線形補間により実際視差がサブピクセルレベルで推定される。等角直線フィッティングのサブピクセル視差算出式、つまり補間式を(式3)に示す。ここで、δはサブピクセル視差、SGはSADが最小となるずらし量(整数視差)、S(0)はSADが最小になるずらし量SGでの相関値(SAD)、その隣接するずらし量でのSADをS(-1)、S(1)とする。 A method of estimating sub-pixel level disparity has been proposed as a method for determining distance measurement accuracy (ranging accuracy), i.e., disparity detection resolution, not in units of one pixel, but with higher accuracy. For example, in a sub-pixel disparity estimation method called equiangular linear fitting, as shown in FIG. 4C, the actual disparity is estimated at the sub-pixel level by first-order linear interpolation by assuming that the absolute value of the slope of the SAD transition is the same on the left and right with reference to the actual disparity. The sub-pixel disparity calculation formula for equiangular linear fitting, i.e., the interpolation formula, is shown in (Formula 3). Here, δ is the sub-pixel disparity, SG is the shift amount (integer disparity) at which the SAD is minimum, S(0) is the correlation value (SAD) at the shift amount SG at which the SAD is minimum, and S(-1) and S(1) are the SADs at the adjacent shift amounts.
(式3)により算出された視差に画素ピッチサイズをかけることで、(式1)の視差Lが求められ、被写体4までの距離Dが算出される。 By multiplying the parallax calculated by (Equation 3) by the pixel pitch size, the parallax L in (Equation 1) is obtained, and the distance D to the subject 4 is calculated.
図5を用いて、距離測定装置6の構成例を説明する。図5は、実施例1に係る距離測定装置の構成例を示す図である。なお、図5の距離測定装置6は、図3Cで説明した補正処理(デシメーションフィルタ処理)を、ステレオマッチング処理時に基準画像の選択と探索画像(比較画像)の選択毎に、探索画像(比較画像)に対して実施される例を説明する。 A configuration example of the distance measurement device 6 will be described with reference to FIG. 5. FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of the distance measurement device according to the first embodiment. Note that the distance measurement device 6 in FIG. 5 describes an example in which the correction process (decimation filter process) described in FIG. 3C is performed on the search image (comparison image) for each selection of the reference image and the search image (comparison image) during stereo matching processing.
距離測定装置6は、第一カメラ2aと、第二カメラ2bと、第一リサンプリング回路40aと、第二リサンプリング回路40bと、視差算出回路50と、を含む。 The distance measurement device 6 includes a first camera 2a, a second camera 2b, a first resampling circuit 40a, a second resampling circuit 40b, and a parallax calculation circuit 50.
第一カメラ2aは、レンズ5aを含む第一光学系と、第一撮像素子30aと、を含む。第二カメラ2bは、レンズ5bを含む第二光学系と、第二撮像素子30bと、を含む。第一撮像素子30aの画素ピッチは、第二撮像素子30bの画素ピッチと比較して、粗い画素ピッチとされている。つまり、第二撮像素子30bの画素ピッチは、第一撮像素子30aの画素ピッチと比較して、細かい画素ピッチとされている。第一カメラ2a及び第二カメラ2bの焦点距離は、この例では、同じであり、ともに焦点距離fである。 The first camera 2a includes a first optical system including a lens 5a, and a first imaging element 30a. The second camera 2b includes a second optical system including a lens 5b, and a second imaging element 30b. The pixel pitch of the first imaging element 30a is coarser than the pixel pitch of the second imaging element 30b. In other words, the pixel pitch of the second imaging element 30b is finer than the pixel pitch of the first imaging element 30a. In this example, the focal lengths of the first camera 2a and the second camera 2b are the same, and both are focal length f.
第一リサンプリング回路40aは、撮像素子30aの2次元平面上に結像した像を撮像素子30aによりサンプリングした後にリサンプリングするために設けられる(参照:図3Cのリサンプリング状態33)。第二リサンプリング回路40bは、撮像素子30bの2次元平面上に結像した像を撮像素子30bによりサンプリングした後にリサンプリングするために設けられる(参照:図3Cのリサンプリング状態31r)。リサンプリングのサンプリング周波数は、ここでは、画素ピッチの細かい撮像素子(30b)のサンプリング周波数が用いられる。これにより、第一撮像素子30aからの画像(33)の画素ピッチと第二撮像素子30bからの画像(31r)の画素ピッチとが同一の画素ピッチとなるように揃えられる。ここでは、同一の画素ピッチとされた第一撮像素子30aからの画像と第二撮像素子30bからの画像を、リサンプリング後の画像と言うことにする。 The first resampling circuit 40a is provided to resample the image formed on the two-dimensional plane of the image sensor 30a after sampling by the image sensor 30a (see resampling state 33 in FIG. 3C). The second resampling circuit 40b is provided to resample the image formed on the two-dimensional plane of the image sensor 30b after sampling by the image sensor 30b (see resampling state 31r in FIG. 3C). The sampling frequency of the image sensor (30b) with a fine pixel pitch is used here. This aligns the pixel pitch of the image (33) from the first image sensor 30a and the pixel pitch of the image (31r) from the second image sensor 30b to be the same pixel pitch. Here, the image from the first image sensor 30a and the image from the second image sensor 30b with the same pixel pitch are referred to as the image after resampling.
視差算出回路50は、参照位置検出回路(基準画像位置検出回路とも言う)51と、比較画像位置検出回路52と、比較画像補正回路53と、視差検出回路54と、を含む。同一の画素ピッチとされた第一撮像素子30aからの画像(33)と第二撮像素子30bからの画像(31r)のそれぞれは、参照位置検出回路51と比較画像位置検出回路52とに入力される。参照位置検出回路51は、第一撮像素子30aからのリサンプリング後の画像(31r)から基準画像REFの部分領域を検出または選出する。比較画像位置検出回路52は撮像素子30bからのリサンプリング後の画像(33)から比較画像CMP部の分領域を検出または選出する。 The parallax calculation circuit 50 includes a reference position detection circuit (also called a standard image position detection circuit) 51, a comparison image position detection circuit 52, a comparison image correction circuit 53, and a parallax detection circuit 54. The image (33) from the first imaging element 30a and the image (31r) from the second imaging element 30b, which have the same pixel pitch, are input to the reference position detection circuit 51 and the comparison image position detection circuit 52, respectively. The reference position detection circuit 51 detects or selects a partial area of the reference image REF from the resampled image (31r) from the first imaging element 30a. The comparison image position detection circuit 52 detects or selects a partial area of the comparison image CMP from the resampled image (33) from the imaging element 30b.
比較画像補正回路53は、参照画像REFの位置と比較画像CMPの位置の差に起因する補正量を算出し、比較画像CMPを補正する。ここでは、比較画像CMPに対して、デシメーションフィルタ処理による補正処理(高域周波数成分の遮断処理)を実施する。 The comparison image correction circuit 53 calculates the amount of correction resulting from the difference between the position of the reference image REF and the position of the comparison image CMP, and corrects the comparison image CMP. Here, a correction process using a decimation filter (blocking of high frequency components) is performed on the comparison image CMP.
視差検出回路54は、参照画像REFと補正された比較画像CMPとから視差Lを検出する。これにより、距離測定装置6は、検出された視差Lから(式1)を用いて、被写体4までの正確な距離Dを算出することができる。 The parallax detection circuit 54 detects the parallax L between the reference image REF and the corrected comparison image CMP. This allows the distance measurement device 6 to calculate the accurate distance D to the subject 4 from the detected parallax L using (Equation 1).
なお、図3Bの超解像処理による補正処理(信号低下分の復元処理)を実施する場合は、比較画像補正回路53が図5から削除され、代わりに、参照画像補正回路が参照位置検出回路51の出力と視差検出回路54の一方の入力との間に設けられる。そして、この場合、比較画像位置検出回路52の出力が視差検出回路54の他方の入力に接続される。 When performing the correction process (restoration process for signal degradation) using the super-resolution process in FIG. 3B, the comparison image correction circuit 53 is deleted from FIG. 5, and instead, a reference image correction circuit is provided between the output of the reference position detection circuit 51 and one input of the disparity detection circuit 54. In this case, the output of the comparison image position detection circuit 52 is connected to the other input of the disparity detection circuit 54.
ステレオマッチング処理の前に、超解像処理による補正処理(信号低下分の復元処理)やデシメーションフィルタ処理による補正処理(高域周波数成分の遮断処理)を、図3B、図3Cで示すように、全画像を一括で行う場合は、次のようにすることができる。 If super-resolution correction (restoration of signal loss) and decimation filter correction (cutting off high frequency components) are performed on all images at once before stereo matching, as shown in Figures 3B and 3C, this can be done as follows.
図3Bの場合、超解像処理による補正処理を行う補正回路が、第一リサンプリング回路40aと参照位置検出回路51との間に設けられる。 In the case of FIG. 3B, a correction circuit that performs correction processing using super-resolution processing is provided between the first resampling circuit 40a and the reference position detection circuit 51.
図3Cの場合、デシメーションフィルタ処理による補正処理を行う補正回路が、第二リサンプリング回路40bと比較画像位置検出回路52と間に設けられる。 In the case of FIG. 3C, a correction circuit that performs correction processing using decimation filtering is provided between the second resampling circuit 40b and the comparison image position detection circuit 52.
図6を用いて、図5の距離測定装置6の距離測定方法の一例を説明する。図6は、実施例1に係る距離測定方法を示すフロー図である。 An example of a distance measurement method of the distance measurement device 6 in FIG. 5 will be described with reference to FIG. 6. FIG. 6 is a flow diagram showing a distance measurement method according to the first embodiment.
ステップS1:
第一カメラ2aの第一撮像素子30aを用いて被写体4の画像を取得する。また、第二カメラ2bの第二撮像素子30bを用いて被写体4の画像を取得する。第一撮像素子30aの画素ピッチは、第二撮像素子30bの画素ピッチと比較して、粗い画素ピッチとされている。
Step S1:
An image of the subject 4 is acquired using a first imaging element 30a of the first camera 2a. Also, an image of the subject 4 is acquired using a second imaging element 30b of the second camera 2b. The pixel pitch of the first imaging element 30a is coarser than the pixel pitch of the second imaging element 30b.
ステップS2:
第一カメラ2aの第一撮像素子30aを用いて取得した被写体4の画像において、参照画像ブロック位置を設定する。参照画像ブロック位置は、例えば、参照位置検出回路51により設定される。
Step S2:
A reference image block position is set in the image of the subject 4 captured by the first imaging element 30a of the first camera 2a. The reference image block position is set by the reference position detection circuit 51, for example.
ステップS3:
左右画素ピッチを揃えるために、第一リサンプリング回路40aおよび第二リサンプリング回路40bを用いて、リサンプリングを実施する。これにより、第一撮像素子30aからの画像(33)の画素ピッチと第二撮像素子30bからの画像(31r)の画素ピッチとが同一の画素ピッチとなるように揃えられる。
Step S3:
In order to align the left and right pixel pitches, resampling is performed using the first resampling circuit 40a and the second resampling circuit 40b, whereby the pixel pitch of the image (33) from the first imaging element 30a and the pixel pitch of the image (31r) from the second imaging element 30b are aligned to be the same pixel pitch.
ステップS4:
リサンプリング後の各画像において、参照画像位置と比較画像位置とを検出する。参照位置検出回路51は、第一撮像素子30aからのリサンプリング後の画像(33)から基準画像REFの部分領域を検出する。比較画像位置検出回路52は撮像素子30bからのリサンプリング後の画像(31r)から比較画像CMPの部分領域を検出する。
Step S4:
In each resampled image, the reference image position and the comparison image position are detected. The reference position detection circuit 51 detects a partial area of the reference image REF from the resampled image (33) from the first imaging element 30a. The comparison image position detection circuit 52 detects a partial area of the comparison image CMP from the resampled image (31r) from the imaging element 30b.
ステップS5:
比較画像補正回路53は、ステップS4で検出した参照画像位置と比較画像位置の差に起因する補正量を算出する。ここでは、撮像素子30bからのリサンプリング後の画像(31r)について、デシメーションフィルタ処理による補正処理(高域周波数成分の遮断処理)を実施するための補正量を算出する。
Step S5:
The comparison image correction circuit 53 calculates a correction amount due to the difference between the reference image position and the comparison image position detected in step S4. Here, the correction amount is calculated for the resampled image (31r) from the imaging element 30b, for performing correction processing by decimation filter processing (cutting off high frequency components).
ステップS6:
比較画像補正回路53は、ステップS5で算出した補正量で、撮像素子30bからのリサンプリング後の画像(31r)について、デシメーションフィルタ処理による補正処理を実施する。
Step S6:
The comparison image correction circuit 53 performs correction processing by decimation filtering on the resampled image (31r) from the imaging element 30b using the correction amount calculated in step S5.
ステップS7:
視差検出回路54は、参照画像REFと補正された比較画像CMPとから視差Lを検出する。
Step S7:
The parallax detection circuit 54 detects the parallax L between the reference image REF and the corrected comparison image CMP.
ステップS8:
ステップS7で用いた参照画像REFのブロック位置が最終の参照画像ブロック位置か否かが視差検出回路54により判定される。ステップS7で用いた参照画像REFのブロック位置が最終の参照画像ブロック位置の場合(Yes)、距離測定方法のフローは終了する。一方、ステップS7で用いた参照画像REFのブロック位置が最終の参照画像ブロック位置でない場合(No)、ステップS2へ移行する。その後、参照画像REFのブロック位置が最終の参照画像ブロック位置になるまで、ステップS2~S7が繰り替えし実行される。
Step S8:
The parallax detection circuit 54 determines whether the block position of the reference image REF used in step S7 is the final reference image block position. If the block position of the reference image REF used in step S7 is the final reference image block position (Yes), the flow of the distance measurement method ends. On the other hand, if the block position of the reference image REF used in step S7 is not the final reference image block position (No), the process proceeds to step S2. After that, steps S2 to S7 are repeatedly executed until the block position of the reference image REF becomes the final reference image block position.
実施例1によれば、以下の1または複数の効果を得ることができる。 According to the first embodiment, one or more of the following effects can be obtained.
1)相異なる画素ピッチの撮像素子をステレオカメラに用いた場合でも、リサンプリングにより、左右の画像の画素ピッチを揃えることができる。 1) Even if imaging elements with different pixel pitches are used in a stereo camera, the pixel pitch of the left and right images can be made the same by resampling.
2)リサンプリングの後に、超解像処理による補正処理(信号低下分の復元処理)やデシメーションフィルタ処理による補正処理(高域周波数成分の遮断処理)を実施することで、リサンプリング時に発生する左右の画像間(31と33)の信号劣化の差を補正することができる。 2) After resampling, correction processing using super-resolution processing (restoration processing of signal degradation) or correction processing using decimation filtering (blocking of high frequency components) is performed, making it possible to correct the difference in signal degradation between the left and right images (31 and 33) that occurs during resampling.
3)上記2)により、ステレオマッチング処理時に比較する左右の画像ブロックに対し、ブロック画像部分の左右サンプリングおよびリサンプリングによる補間に起因する左右の画像ブロックの誤差を補正できる。 3) By using 2) above, it is possible to correct errors in the left and right image blocks compared during stereo matching processing, which are caused by left and right sampling of the block image portions and interpolation by resampling.
4)相異なる画素ピッチの撮像素子をステレオカメラに用いた場合でも、ステレオマッチング処理により正確に視差Lを算出でき、高精度に被写体4までの距離Dを得ることができる距離測定装置6を提供できる。 4) Even when imaging elements with different pixel pitches are used in a stereo camera, the parallax L can be accurately calculated by stereo matching processing, and a distance measuring device 6 can be provided that can obtain the distance D to the subject 4 with high accuracy.
本発明の第二の実施形態(実施例2)は、相異なるレンズを使った距離測定装置に関する。図7は、実施例2における焦点距離の相異なる2つレンズをステレオカメラに用いた場合の距離測定装置の構成例を示す図である。図8は、実施例2における距離測定装置の構成例を示す図である。 The second embodiment (Example 2) of the present invention relates to a distance measurement device using different lenses. Fig. 7 is a diagram showing an example of the configuration of a distance measurement device in Example 2 when two lenses with different focal lengths are used in a stereo camera. Fig. 8 is a diagram showing an example of the configuration of a distance measurement device in Example 2.
図7には、ステレオカメラSCを構成する2台のカメラ200a、200bにおいて、焦点距離の異なるレンズ70a、70bをもつ距離測定装置6aの構成例が示される。ここでは、長い焦点距離faのレンズ70aをもつカメラ200aと短い焦点距離fbのレンズ70bをもつカメラ200bを用いたステレオカメラSCが示してある。 Figure 7 shows an example of the configuration of a distance measurement device 6a in which the two cameras 200a and 200b that make up the stereo camera SC have lenses 70a and 70b with different focal lengths. Here, a stereo camera SC is shown that uses a camera 200a with a lens 70a with a long focal length fa and a camera 200b with a lens 70b with a short focal length fb.
同じ被写体4を、レンズ70aを通して、撮像素子1aに結像した像の大きさ(Sa)と、レンズ70bを通して、撮像素子1bに結像した像の大きさ(Sb)とでは像サイズが異なる(Sb<Sa)。これらが、同じ画素ピッチの撮像素子1aと撮像素子1bとによって、画像データとしてサンプリングされる。 The size of the image (Sa) of the same subject 4 formed on image sensor 1a through lens 70a is different from the size of the image (Sb) formed on image sensor 1b through lens 70b (Sb<Sa). These are sampled as image data by image sensor 1a and image sensor 1b, which have the same pixel pitch.
これらの画像はそのままではステレオマッチングに使えないので、同じ画素ピッチで、同じ大きさの像になるように画像の拡大変換や縮小変換を行う必要がある。同じ像サイズになるように変換する際、元の像の大きなカメラ200bにおけるサンプリング点は多く、元の像の小さなカメラ200aのサンプリング点が少ないために、実効的なサンプリング周波数に差が生じ、リサンプリングによる画像特性の差が生じる。 These images cannot be used for stereo matching as is, so they must be enlarged or reduced to have the same pixel pitch and image size. When converting to have the same image size, there are many sampling points in camera 200b, which has a larger original image, and few sampling points in camera 200a, which has a smaller original image, resulting in a difference in the effective sampling frequency and a difference in image characteristics due to resampling.
したがって、実施例1と同様に、リサンプリングによる画像特性の差を補償する補正処理を実施することによって、視差精度や視差率などの視差性能の向上を図ることができる。 Therefore, similar to the first embodiment, by implementing a correction process that compensates for differences in image characteristics due to resampling, it is possible to improve parallax performance, such as parallax accuracy and parallax rate.
図8に示すように、距離測定装置6aは、第一カメラ200aと第二カメラ200bとをステレオカメラSCとして有する。第一カメラ200aは、長い焦点距離faのレンズ70aを含む第一光学系と、撮像素子1aとを含む。第二カメラ200bは、短い焦点距離fb(fb<fa)のレンズ70bを含む第二光学系と、撮像素子1bとを含む。
8, the distance measurement device 6a has a first camera 200a and a second camera 200b as a stereo camera SC. The first camera 200a includes a first optical system including a lens 70a with a long focal length fa, and an image sensor 1a. The second camera 200b includes a second optical system including a lens 70b with a short focal length fb (fb<fa), and an image sensor 1b.
第一リサンプリング回路41aと第二リサンプリング回路41bは、撮像素子1aに結像した像の大きさ(Sa)と、撮像素子1bに結像した像の大きさ(Sb)とでは像サイズが異なるので、同じ画素ピッチで、同じ大きさの像になるように画像の拡大変換または縮小変換を行った後、リサンプリングを行うように構成されている。 Since the image size (Sa) of the image formed on the image sensor 1a is different from the image size (Sb) of the image formed on the image sensor 1b, the first resampling circuit 41a and the second resampling circuit 41b are configured to enlarge or reduce the image so that the images have the same size with the same pixel pitch, and then perform resampling.
比較画像補正回路53aは、比較画像に対してリサンプリングによる画像特性の差を補償する補正処理を行う。 The comparison image correction circuit 53a performs correction processing on the comparison image to compensate for differences in image characteristics caused by resampling.
以下に図面を参照して、本発明の第三の実施形態(実施例3)を詳細に説明する。本発明の第三の実施形態(実施例3)は、歪のあるレンズを用いた距離測定装置に関する。図9は、レンズの歪による影響を説明するための図である。図10は、レンズの歪による影響を説明するための図である。図11は、実施例3におけるステレオマッチングを説明する図である。 The third embodiment (Example 3) of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. The third embodiment (Example 3) of the present invention relates to a distance measurement device using a lens with distortion. FIG. 9 is a diagram for explaining the influence of lens distortion. FIG. 10 is a diagram for explaining the influence of lens distortion. FIG. 11 is a diagram for explaining stereo matching in Example 3.
図9は、歪のあるレンズを用いたときに、本来映るべきドットパターンDA(白丸で示す)と、実際のドットパターンDB(黒丸で示す)を示したものである。実際のドットパターンDBが作る正方形の格子形状は画像の中央部CENの歪は小さく、画像の端PERに行くにしたがって正方形の形状が歪む。また、画像の端PERでは、4つの格子点がなす四角形の面積も、中央部CENの四角形の面積と比較して、小さくなっている。すなわち、同じ被写体4が撮像素子の中央部に結像したときよりも撮像素子の周辺部に結像したときの方が像が小さくなってしまうという現象が発生する(撮像素子の中央部に結像した被写体4の像のサイズ>撮像素子の周辺部に結像した被写体4の像のサイズ)。 Figure 9 shows the dot pattern DA (shown by white circles) that should be captured when a distorted lens is used, and the actual dot pattern DB (shown by black circles). The square lattice shape created by the actual dot pattern DB has small distortion in the center CEN of the image, but the square shape becomes more distorted as it approaches the edge PER of the image. Also, at the edge PER of the image, the area of the rectangle formed by the four lattice points is smaller than the area of the rectangle in the center CEN. In other words, a phenomenon occurs in which the image of the same subject 4 is smaller when it is imaged on the periphery of the image sensor than when it is imaged in the center of the image sensor (size of image of subject 4 imaged in the center of the image sensor > size of image of subject 4 imaged on the periphery of the image sensor).
図10を用いて、この現象による誤差を説明する。図10には、光軸から離れた画角にあり、撮像素子の周辺部PERに結像した歪の大きな像と、光軸近傍の撮像素子の中央部CENに結像した像を一次元で模式的に表したものである。本来映るべき像(本来の像と示す)は周辺部PERも中央部CENも同じであることが望ましいが、周辺部PERはレンズの歪の影響が大きく、実際には小さい像(実際の像と示す)として結像する(状態61参照)。中央部CENは、レンズの歪の影響が少ないので、本来の像と実際の像とはほぼ同じ様に結像する(状態62参照)。 The error caused by this phenomenon will be explained using Figure 10. Figure 10 is a one-dimensional schematic representation of a highly distorted image that is located at an angle of view away from the optical axis and is formed on the peripheral portion PER of the image sensor, and an image that is formed on the central portion CEN of the image sensor near the optical axis. It is desirable that the image that should be captured (referred to as the original image) be the same on both the peripheral portion PER and the central portion CEN, but the peripheral portion PER is significantly affected by lens distortion, and is actually formed as a small image (referred to as the actual image) (see state 61). The central portion CEN is less affected by lens distortion, so the original image and the actual image are formed in almost the same way (see state 62).
状態63、64に示すように、撮像素子の画素ピッチは一定なので、周辺部PERの小さな像と中央部CENの大きな像は同じサンプリング周波数でサンプリングされる。同じ被写体4からの像であっても、歪の大きな周辺領域PERでのサンプリング点数は少なく(状態63では、3点)、歪の小さな中央領域CENでのサンプリング点数は多いことになる(状態64では、7点)。 As shown in states 63 and 64, the pixel pitch of the image sensor is constant, so the small image in the peripheral area PER and the large image in the central area CEN are sampled at the same sampling frequency. Even if the images are from the same subject 4, the number of sampling points in the peripheral area PER, where distortion is large, is small (3 points in state 63), while the number of sampling points in the central area CEN, where distortion is small, is large (7 points in state 64).
レンズの歪補正を行う際、歪量に応じて像の拡大縮小補正を行う必要がある(この場合、拡大補正)。歪の大きな周辺部PERは多く縮小しているので、多く拡大する必要があり(状態65参照)、歪のほとんどない中央部CENはほぼ等倍拡大になる(状態66参照)。ところが、同じ被写体4からの像に対するサンプリング点数は、周辺部PERは少なく(3点)、中央部CENは多い(7点)ので、周辺部の画素点を増やすために補間処理によって、リサンプリングする必要がある(状態67、68参照)。このとき、周辺部PERの変換後の像が大きく劣化してしまう。 When correcting lens distortion, it is necessary to perform image enlargement/reduction correction according to the amount of distortion (in this case, enlargement correction). The peripheral area PER, which has a large amount of distortion, is reduced by a large amount, so it needs to be enlarged by a large amount (see state 65), while the central area CEN, which has almost no distortion, is enlarged to almost the same size (see state 66). However, the number of sampling points for the image from the same subject 4 is low for the peripheral area PER (3 points) and high for the central area CEN (7 points), so resampling is required by interpolation processing to increase the number of pixel points in the peripheral area (see states 67 and 68). At this time, the image after conversion of the peripheral area PER is significantly degraded.
このような歪が大きなレンズや特殊な射影方式の光学系からなるステレオマッチングでは、同じ焦点距離のレンズ、同じ画素ピッチの撮像素子を用いたカメラであっても、基準画像ブロックと探索画像ブロックの位置が異なるために、各位置での歪補正が異なるために問題が生じる。 In stereo matching using lenses with large distortion or optical systems using special projection methods, problems can arise even when cameras use lenses with the same focal length and image sensors with the same pixel pitch, because the positions of the reference image block and the search image block are different, and distortion correction differs at each position.
図11を用いて実施例3におけるステレオマッチングを説明する。図11には、一例として、実施例1、2の様に、2つの撮像素子(1a、1b)の含むステレオカメラを用いた場合のステレオマッチングを説明する。なお、実施例3は、1つ撮像素子を含む1つの単眼カメラの場合にも適用できることは、当業者なら当然として理解できるであろう。 The stereo matching in the third embodiment will be explained with reference to FIG. 11. As an example, FIG. 11 explains stereo matching in the case of using a stereo camera including two image sensors (1a, 1b) as in the first and second embodiments. Note that it will be obvious to those skilled in the art that the third embodiment can also be applied to the case of a single monocular camera including one image sensor.
図11に示すように、基準ブロック(基準画像の部分領域)REFと探索ブロック(比較画像の部分領域)CMP(CMP1)の画像位置が同じ場合(すなわち、画素シフト量が0のとき)、基準ブロックREFと探索ブロックCMP1のレンズ歪は同じであるため、同じリサンプリング処理が実施される。しかしながら、画像シフト量が増えるに従って、基準ブロックREFの位置と探索ブロックCMP2、CMP3の位置の差が大きくなり、基準ブロックREFのリサンプリング処理と探索ブロックのリサンプリング処理が異なることになる。したがって、ステレオマッチング処理時に、基準画像ブロックREFの画像位置と探索している比較画像ブロックCMPの画像位置とを検出し、その画像位置差に起因するリサンプリングの誤差分だけを補正することによって、リサンプリングによる補正量の差を最小に抑えることができる。
As shown in FIG. 11, when the image positions of the reference block (partial region of the reference image) REF and the search block (partial region of the comparison image) CMP (CMP1) are the same (i.e., when the pixel shift amount is 0), the lens distortions of the reference block REF and the search block CMP1 are the same, so the same resampling process is performed. However, as the image shift amount increases, the difference between the position of the reference block REF and the positions of the search blocks CMP2 and CMP3 increases, and the resampling process of the reference block REF and the resampling process of the search block become different. Therefore, during stereo matching processing, the image position of the reference image block REF and the image position of the comparison image block CMP being searched are detected, and only the resampling error caused by the image position difference is corrected, so that the difference in the correction amount due to resampling can be minimized.
つまり、歪のあるレンズを用いた距離測定装置には、基準画像ブロックREFの画像位置と探索している比較画像ブロックCMPの画像位置とを検出する検出回路と、その画像位置差に起因するリサンプリングの誤差分だけを補正する補正回路とが設けられる。 In other words, a distance measuring device using a distorted lens is provided with a detection circuit that detects the image position of the reference image block REF and the image position of the comparison image block CMP being searched for, and a correction circuit that corrects only the resampling error caused by the image position difference.
次に、図12を用いて、実施例3における歪のあるレンズを用いた単眼カメラを利用した距離測定装置の構成例を説明する。図12は、実施例3における距離測定装置の構成例を示す図である。 Next, a configuration example of a distance measurement device using a monocular camera with a distorted lens in Example 3 will be described with reference to FIG. 12. FIG. 12 is a diagram showing a configuration example of a distance measurement device in Example 3.
図12に示すように、距離測定装置6bは、カメラ300と、視点分離回路90と、第一視点撮影部リサンプリング回路41cと、第二視点撮影部リサンプリング回路41dと、視差算出回路50と、を含む。視差算出回路50は、参照位置検出回路(基準画像位置検出回路)51と、比較画像位置検出回路52と、比較画像補正回路53bと、視差検出回路54と、および、参照画像補正回路55と、を含む。 As shown in FIG. 12, the distance measurement device 6b includes a camera 300, a viewpoint separation circuit 90, a first viewpoint image capture unit resampling circuit 41c, a second viewpoint image capture unit resampling circuit 41d, and a parallax calculation circuit 50. The parallax calculation circuit 50 includes a reference position detection circuit (reference image position detection circuit) 51, a comparison image position detection circuit 52, a comparison image correction circuit 53b, a parallax detection circuit 54, and a reference image correction circuit 55.
カメラ300は、歪のあるレンズ80を含む光学系と、撮像素子1cと、を含む。レンズ80を介して撮像素子1cの2次元平面上に結像した像は、撮像素子1cによりサンプリングされる。 The camera 300 includes an optical system that includes a distorted lens 80, and an image sensor 1c. The image formed on the two-dimensional plane of the image sensor 1c via the lens 80 is sampled by the image sensor 1c.
視点分離回路90は、撮像素子1cによりサンプリングされた画像において、第一視点撮影領域と、第二視点撮影領域とを選択する。視点分離回路90は、第一視点撮影領域に対応する第一視点画像データを第一視点撮影領域部分のリサンプリング回路41cへ供給する。視点分離回路90は、また、第二視点撮影領域に対応する第二視点画像データを第二視点撮影領域部分のリサンプリング回路41dへ供給する。 The viewpoint separation circuit 90 selects a first viewpoint shooting area and a second viewpoint shooting area in the image sampled by the image sensor 1c. The viewpoint separation circuit 90 supplies the first viewpoint image data corresponding to the first viewpoint shooting area to a resampling circuit 41c of the first viewpoint shooting area. The viewpoint separation circuit 90 also supplies the second viewpoint image data corresponding to the second viewpoint shooting area to a resampling circuit 41d of the second viewpoint shooting area.
第一視点撮影領域部分のリサンプリング回路41cは、第一視点画像データの撮像素子1cの上の位置を検出し、その位置に基づいて第一視点画像データのリサンプリング処理を実施する。リサンプリング回路41cは、レンズ80の歪の補正を行うため、リサンプリング処理の際、第一視点画像データの撮像素子1cの上の位置に基づいて、拡大・縮小・回転などの幾何学的な変換と、補間処理と、を実施する。 The resampling circuit 41c for the first viewpoint shooting area detects the position of the first viewpoint image data on the imaging element 1c, and performs resampling processing of the first viewpoint image data based on that position. In order to correct distortion of the lens 80, the resampling circuit 41c performs geometric transformations such as enlargement, reduction, and rotation, and interpolation processing based on the position of the first viewpoint image data on the imaging element 1c during the resampling processing.
第二視点撮影領域部分のリサンプリング回路41dは、第二視点画像データの撮像素子1cの上の位置を検出し、その位置に基づいて第二視点画像データのリサンプリング処理を実施する。リサンプリング回路41dは、レンズ80の歪の補正を行うため、リサンプリング処理の際、第二視点画像データの撮像素子1cの上の位置に基づいて、拡大・縮小・回転などの幾何学的な変換と、補間処理と、を実施する。これにより、リサンプリング後の第一視点画像データとリサンプリング後の第二視点画像データの画素のピッチが同じとされる。リサンプリング後の第一視点画像データは参照位置検出回路51へ供給され、リサンプリング後の第二視点画像データは比較位置検出回路52へ供給される。 The resampling circuit 41d for the second viewpoint shooting area detects the position of the second viewpoint image data on the imaging element 1c, and performs resampling processing of the second viewpoint image data based on that position. In order to correct distortion of the lens 80, the resampling circuit 41d performs geometric transformations such as enlargement, reduction, and rotation, and interpolation processing based on the position of the second viewpoint image data on the imaging element 1c during resampling processing. This makes the pixel pitch of the first viewpoint image data after resampling the same as that of the second viewpoint image data after resampling. The first viewpoint image data after resampling is supplied to the reference position detection circuit 51, and the second viewpoint image data after resampling is supplied to the comparison position detection circuit 52.
参照位置検出回路51は、リサンプリング後の第一視点画像データから基準画像REFの部分領域を検出または選出する。比較画像位置検出回路52は、リサンプリング後の第二視点画像データから比較画像CMPの部分領域を検出または選出する。 The reference position detection circuit 51 detects or selects a partial area of the reference image REF from the first viewpoint image data after resampling. The comparison image position detection circuit 52 detects or selects a partial area of the comparison image CMP from the second viewpoint image data after resampling.
参照画像補正回路55は、リサンプリング後の第一視点画像データ上における参照画像REFの位置に起因する補正量を算出し、参照画像REFを補正する。つまり、参照画像補正回路55は、リサンプリング処理により発生する第一視点画像データの像の信号劣化を補正する補正処理を実施する。 The reference image correction circuit 55 calculates the amount of correction due to the position of the reference image REF on the first viewpoint image data after resampling, and corrects the reference image REF. In other words, the reference image correction circuit 55 performs a correction process to correct the signal degradation of the image of the first viewpoint image data that occurs due to the resampling process.
比較画像補正回路53bは、リサンプリング後の第二視点画像データ上における比較画像CMPの位置に起因する補正量を算出し、比較画像CMPを補正する。つまり、比較画像補正回路53bは、リサンプリング処理により発生する第二視点画像データの像の信号劣化を補正する補正処理を実施する。 The comparison image correction circuit 53b calculates the amount of correction due to the position of the comparison image CMP on the second viewpoint image data after resampling, and corrects the comparison image CMP. In other words, the comparison image correction circuit 53b performs a correction process to correct the signal degradation of the image of the second viewpoint image data that occurs due to the resampling process.
視差検出回路54は、参照画像補正回路55により補正された参照画像REFと比較画像補正回路53bにより補正された比較画像CMPとから視差Lを検出する。これにより、歪のあるレンズ80が用いられた距離測定装置6bは、検出された視差Lから(式1)を用いて、被写体4までの正確な距離Dを算出することができる。 The parallax detection circuit 54 detects the parallax L from the reference image REF corrected by the reference image correction circuit 55 and the comparison image CMP corrected by the comparison image correction circuit 53b. This allows the distance measurement device 6b, which uses a distorted lens 80, to calculate the accurate distance D to the subject 4 from the detected parallax L using (Equation 1).
なお、参照画像補正回路55は削除することが可能である。この場合、比較画像補正回路53bは、リサンプリング後の第一視点画像データ上における参照画像REFの位置とリサンプリング後の第二視点画像データ上における比較画像CMPの位置の差に起因する補正量を算出し、比較画像CMPを補正する補正処理を実施するように構成される。視差検出回路54は、参照画像REFと比較画像補正回路53bにより補正された比較画像CMPとから視差Lを検出する。 The reference image correction circuit 55 can be omitted. In this case, the comparison image correction circuit 53b is configured to calculate a correction amount resulting from the difference between the position of the reference image REF on the first viewpoint image data after resampling and the position of the comparison image CMP on the second viewpoint image data after resampling, and to perform a correction process to correct the comparison image CMP. The disparity detection circuit 54 detects the disparity L from the reference image REF and the comparison image CMP corrected by the comparison image correction circuit 53b.
これにより、歪のあるレンズ80が用いられた距離測定装置6bは、検出された視差Lから(式1)を用いて、被写体4までの正確な距離Dを算出することができる。 As a result, the distance measurement device 6b using the distorted lens 80 can calculate the accurate distance D to the subject 4 from the detected parallax L using (Equation 1).
実施例1、2,3における距離測定装置の構成例は、以下の様にまとめることができる。 The configuration examples of the distance measuring device in Examples 1, 2, and 3 can be summarized as follows:
1)撮像素子上に撮像され、同一物体(被写体4)の少なくとも二つの像(REF,CMP)の撮像素子上の像位置を二つの像の一致度判定によって検出し、測距(距離の測定)を行う距離測定装置(6,6a,6b)であって、
前記撮像素子上の像は前記撮像素子(30a,30b,1a,1b,1c)の画素ピッチでサンプリングされ、
前記像位置検出時における像(REF,CMP)の一致度判定を実施する際に幾何学的な補正(実施例1:超解像処理、デシメーションフィルタ処理、実施例2:拡大変換や縮小変換、実施例3:拡大・縮小・回転などの幾何学的な変換)と、再サンプリング処理(補間処理)が実施され、
前記再サンプリング処理時に発生する像の信号劣化を補正する。
1) A distance measuring device (6, 6a, 6b) that detects image positions on an image sensor of at least two images (REF, CMP) of an identical object (subject 4) by judging the degree of coincidence between the two images, and performs distance measurement (measurement of distance),
The image on the imaging element is sampled at the pixel pitch of the imaging element (30a, 30b, 1a, 1b, 1c),
When performing a coincidence determination of the images (REF, CMP) at the time of detecting the image positions, geometric correction (Example 1: super-resolution processing, decimation filter processing, Example 2: enlargement conversion and reduction conversion, Example 3: geometric conversion such as enlargement, reduction, and rotation) and resampling processing (interpolation processing) are performed,
The image signal degradation occurring during the resampling process is corrected.
2)、上記1)の距離測定装置において(実施例3参照)、
上記像の一致度判定する二つの像(参照画像REF、比較画像CMP)が、一つの撮像素子(1c)上にある。
2) In the distance measuring device of 1) above (see Example 3),
The two images (reference image REF and comparison image CMP) for determining the degree of coincidence of the above images are stored on one image sensor (1c).
3)上記1)の距離測定装置において(実施例1参照)、
請求項1の距離測定装置であって、
上記像の一致度判定する二つの像(参照画像REF、比較画像CMP)が、それぞれ画素ピッチの異なる二つの撮像素子(30a、30b)上にある。
3) In the distance measuring device of 1) above (see Example 1),
2. The distance measuring device of claim 1,
The two images (reference image REF and comparison image CMP) for which the degree of coincidence of the above images is to be determined are stored on two image pickup devices (30a, 30b) having different pixel pitches.
4)上記1)の距離測定装置において(実施例2参照)、
上記像の一致度判定する二つの像(参照画像REF、比較画像CMP)が、それぞれ焦点距離の異なるレンズ(70a、70b)からなる光学系で形成される。
4) In the distance measuring device of 1) above (see Example 2),
The two images (reference image REF and comparison image CMP) for determining the degree of coincidence of the above images are formed by an optical system consisting of lenses (70a, 70b) having different focal lengths.
5)上記1)の距離測定装置において(実施例1、2、3)、
上記像位置検出時における像(参照画像REF、比較画像CMP)の一致度判定を実施する際に、少なくとも一方の像の判定に必要な撮像素子上の画像データに対し、幾何学的な補正と、再サンプリング処理が実施され、
再サンプリング処理時に発生する像の信号劣化を補正する、距離測定装置。
5) In the distance measuring device of 1) above (Examples 1, 2, and 3),
When performing a coincidence determination of the images (reference image REF, comparison image CMP) at the time of the image position detection, a geometric correction and a resampling process are performed on the image data on the imaging element required for determining at least one of the images;
A distance measuring device that compensates for image signal degradation that occurs during the resampling process.
6)上記1)の距離測定装置において(実施例3)、
一致度判定する二つの像(参照画像REF、比較画像CMP)の撮像素子上のそれぞれの位置を検出し、
二つの像位置におけるそれぞれの幾何補正と再サンプリング処理により発生する像の信号劣化を補正する。
6) In the distance measuring device of 1) above (Example 3),
Detecting the positions of the two images (reference image REF and comparison image CMP) on the image sensor for which the degree of match is to be determined;
Image signal degradation caused by geometric correction and resampling processing at each of the two image positions is corrected.
別の言い方をすれは、本発明の距離測定装置は、ステレオカメラの対応点探索時またはその前に、同一物体(被写体4)が同じ像サイズになるような幾何学的な補正部と、同じ画素ピッチで比較できるようにリサンプリング処理部を有し、リサンプリング処理部では、リサンプリング処理と、基準画像と探索画像の像のリサンプリングに伴う信号劣化の差を補正する補正処理をする。 In other words, the distance measurement device of the present invention has a geometric correction unit that performs, during or before the corresponding point search of the stereo camera, a geometric correction unit that makes the image of the same object (subject 4) the same size, and a resampling processing unit that allows comparison at the same pixel pitch, and the resampling processing unit performs a resampling process and a correction process that corrects the difference in signal degradation that occurs due to resampling of the reference image and the search image.
さらに、視差検出における像の対応点探索を実施する際に、基準画像と探索画像の少なくとも一方の像に対し、一致度評価に必要な撮像素子上の画像データを抽出し、幾何学的な補正と、リサンプリング処理を実施し、基準画像と探索画像の像のリサンプリングに伴う信号劣化の差を補正する。 Furthermore, when searching for corresponding points in images in disparity detection, image data from the imaging element required for evaluating the degree of match is extracted for at least one of the images of the reference image and the search image, and geometric correction and resampling processing are performed to correct the difference in signal degradation due to resampling of the images of the reference image and the search image.
またさらに、対応点探索を実施する際に、基準画像と探索画像の二つの像の撮像素子上のそれぞれの位置を検出し、二つの像位置におけるそれぞれの幾何補正とリサンプリング処理により発生する像の信号劣化を補正する。 Furthermore, when performing the corresponding point search, the positions of the two images, the reference image and the search image, on the imaging element are detected, and the signal degradation of the images caused by the geometric correction and resampling process at each of the two image positions is corrected.
これにより、以下の効果を得ることができる。 This will give you the following effects:
1)異なる種類のカメラによるステレオカメラや、広角レンズや曲面ミラーなどを用いた特殊な射影特性を持つ光学系からなるステレオカメラを提供することができる。 1) It is possible to provide a stereo camera using different types of cameras, or a stereo camera consisting of an optical system with special projection characteristics using a wide-angle lens, curved mirror, etc.
2)異なるカメラのレンズによる像の拡大縮小や画素ピッチの異なる撮像素子に起因する問題を除去することができ、ステレオカメラにおける一致画像探索の性能を向上し、異なるカメラを用いた視差検出精度を向上することができる。 2) It is possible to eliminate problems caused by image zooming due to different camera lenses and image sensors with different pixel pitches, improving the performance of matching image search in stereo cameras and improving the accuracy of disparity detection when using different cameras.
3)撮像素子(センサ)のサイズ・画素ピッチなどが異なるカメラでのステレオカメラでは、ステレオマッチングを行うために、左右を同じ画像空間に幾何補正で変換する際、センサのサンプリング周波数が異なるため、変換後の像の特性が異なってしまう。また、高歪レンズや特殊な射影方式のレンズ、双曲面ミラーなどの光学系によるステレオカメラでは、ステレオマッチングを行うために、幾何変換(歪補正・幾何補正)により、画素位置の変換を行う際、センサ上の元のサンプリング点が、等間隔で格子状の新しい画素位置上に存在せず、不均一な間隔で存在するため、幾何変換後の画像位置により像の特性が変化する。本発明の距離測定装置では、ステレオマッチで使用する幾何補正後の画像ブロックに対し、幾何補正前のセンサ上のデータを取り出し、左右同じ像サイズ・画素ピッチのブロック画像になるように幾何補間処理した後、元のサンプリング周波数の差を補正して、マッチング評価する。また、基準ブロックの画素位置と探索ブロックの画素位置を検出し、二つのステレオマッチングを行う画像上の位置の違いによるサンプリングの差を補正する。 3) In stereo cameras with cameras with different sizes and pixel pitches of image sensors (sensors), when the left and right are converted to the same image space by geometric correction to perform stereo matching, the sampling frequency of the sensor is different, so the characteristics of the converted image are different. In addition, in stereo cameras with optical systems such as high distortion lenses, special projection lenses, and hyperbolic mirrors, when pixel positions are converted by geometric transformation (distortion correction/geometric correction) to perform stereo matching, the original sampling points on the sensor do not exist at equal intervals on the new pixel positions in a lattice, but exist at uneven intervals, so the characteristics of the image change depending on the image position after the geometric transformation. In the distance measurement device of the present invention, the data on the sensor before geometric correction is taken from the image block after geometric correction used in stereo matching, and geometric interpolation is performed so that the block images have the same image size and pixel pitch on the left and right, and the difference in the original sampling frequency is corrected and matching is evaluated. In addition, the pixel positions of the reference block and the pixel positions of the search block are detected, and the sampling difference due to the difference in the positions on the images where the two stereo matching is performed is corrected.
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態および実施例に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。 The invention made by the inventor has been specifically described above based on examples, but it goes without saying that the present invention is not limited to the above embodiments and examples, and various modifications are possible.
1a、1b、1c、30a、30b:撮像素子、 2a、2b、200a、200b、300:カメラ、 3a、3b:光軸、 4:被写体、 5a、5b、70a、70b、80:レンズ、 6、6a、6b:距離測定装置、 40a、40b、41a、41b:リサンプリング回路、 40c:第一視点撮像部リサンプリング回路、 40d:第二視点撮像部リサンプリング回路、 50:視差算出回路、 51:参照位置検出回路、 52:比較画像位置検出回路、 53、53a:比較画像補正回路、54:視差検出回路、55:参照画像補正回路、 90:視点分離回路 1a, 1b, 1c, 30a, 30b: imaging element, 2a, 2b, 200a, 200b, 300: camera, 3a, 3b: optical axis, 4: subject, 5a, 5b, 70a, 70b, 80: lens, 6, 6a, 6b: distance measuring device, 40a, 40b, 41a, 41b: resampling circuit, 40c: first viewpoint imaging section resampling circuit, 40d: second viewpoint imaging section resampling circuit, 50: parallax calculation circuit, 51: reference position detection circuit, 52: comparison image position detection circuit, 53, 53a: comparison image correction circuit, 54: parallax detection circuit, 55: reference image correction circuit, 90: viewpoint separation circuit
Claims (7)
前記第1の像と前記第2の像の少なくとも一方について再サンプリングにより補間点を追加する処理を実施する第1の補正処理部と、
前記再サンプリングされた第1の像の画像データと前記第2の像の画像データの少なくとも一方について幾何学的な補正処理を行う第2の補正処理部と、
を有することを特徴とする距離測定装置。 A distance measuring device that measures distance by determining a degree of coincidence between a first image and a second image on an imaging element, the first image and the second image being captured of the same object ,
a first correction processing unit that performs a process of adding an interpolation point by resampling at least one of the first image and the second image ;
a second correction processing unit that performs a geometric correction process on at least one of the resampled first image data and the second image data;
A distance measuring device comprising :
前記一致度判定する前記第1の像と前記第2の像が、一つの撮像素子の上にあることを特徴とする距離測定装置。 2. A distance measuring device according to claim 1,
2. A distance measuring device according to claim 1, wherein the first image and the second image for which the degree of coincidence is to be determined are located on a single image sensor.
前記一致度判定する前記第1の像と前記第2の像が、それぞれ画素ピッチの異なる二つの撮像素子の上にあることを特徴とする距離測定装置。 2. A distance measuring device according to claim 1,
13. A distance measuring device , comprising: said first image and said second image, the degree of coincidence of which is to be determined, located on two image pickup devices each having a different pixel pitch.
前記一致度判定する前記第1の像と前記第2の像が、それぞれ焦点距離の異なるレンズからなる光学系で形成されることを特徴とする距離測定装置。 2. A distance measuring device according to claim 1,
13. A distance measuring device, comprising: an optical system including lenses each having a different focal length, the first image and the second image for which the degree of coincidence is to be determined.
前記幾何学的な補正処理は、信号低下分を復元する超解像処理、または、画像データの高域周波数成分を遮断するデシメーションフィルタ処理を含み、The geometric correction process includes a super-resolution process for restoring a signal drop, or a decimation filter process for blocking high frequency components of image data;
前記再サンプリングされた第1の像の画像データと前記第2の像の画像データの一方に対して前記幾何学的な補正処理を実施し、前記幾何学的な補正処理実施後の前記一方の画像データが他方の画像データに合わせられることを特徴とする距離測定装置。A distance measuring device characterized in that the geometric correction process is performed on one of the resampled image data of the first image and the image data of the second image, and the image data of one of the images after the geometric correction process is aligned with the image data of the other image.
前記一致度判定する前記第1の像と前記第2の像は、歪みを有するレンズからなる光学系で形成され、
前記第1の補正処理部は、
前記一致度判定する前記第1の像と前記第2の像の前記撮像素子の上のそれぞれの位置を検出する検出回路を有し、
前記検出回路により検出された位置に基づいて前記第1の像の画像データと前記第2の像の画像データとに幾何学的な変換をする処理と前記補間点を追加する処理とを実施することを特徴とする距離測定装置。 2. A distance measuring device according to claim 1,
the first image and the second image for which the degree of coincidence is to be determined are formed by an optical system including a lens having distortion;
The first correction processing unit includes:
a detection circuit for detecting the respective positions on the imaging element of the first image and the second image for which the degree of coincidence is to be determined;
A distance measuring device characterized by performing a process of performing a geometric transformation on the image data of the first image and the image data of the second image based on the position detected by the detection circuit and a process of adding the interpolation points .
前記視差算出回路は、参照位置検出回路と、比較画像位置検出回路と、比較画像補正回路と、視差検出回路と、参照画像補正回路と、を含み、
前記カメラは、歪のあるレンズを含む光学系と撮像素子とを含み、前記レンズを介して前記撮像素子の2次元平面上に結像した像は前記撮像素子によりサンプリングされ、
前記視点分離回路は、前記撮像素子によりサンプリングされた画像において、第一視点撮影領域と、第二視点撮影領域とを選択し、前記第一視点撮影領域に対応する第一視点画像データを前記第一視点撮影部リサンプリング回路へ供給し、前記第二視点撮影領域に対応する第二視点画像データを前記第二視点撮影部リサンプリング回路へ供給し、
前記第一視点撮影部リサンプリング回路は、前記第一視点画像データの前記撮像素子の上の位置を検出し、その位置に基づいて前記第一視点画像データのリサンプリング処理を実施し、前記第一視点撮影部リサンプリング回路は、前記リサンプリング処理の際、前記レンズの歪の補正を行うため、前記第一視点画像データの前記撮像素子の上の位置に基づいて、幾何学的な変換と、補間処理と、を実施し、
前記第二視点撮影部リサンプリング回路は、前記第二視点画像データの前記撮像素子の上の位置を検出し、その位置に基づいて前記第二視点画像データのリサンプリング処理を実施し、前記第二視点撮影部リサンプリング回路は、前記レンズの歪の補正を行うため、前記リサンプリング処理の際、前記第二視点画像データの前記撮像素子の上の位置に基づいて、幾何学的な変換と、補間処理と、を実施し、
リサンプリング後の前記第一視点画像データとリサンプリング後の前記第二視点画像データの画素のピッチが同じとされて、リサンプリング後の前記第一視点画像データは前記参照位置検出回路へ供給され、リサンプリング後の前記第二視点画像データは前記比較画像位置検出回路へ供給され、
前記参照位置検出回路は、リサンプリング後の前記第一視点画像データから参照画像の部分領域を検出または選出し、
前記比較画像位置検出回路は、リサンプリング後の前記第二視点画像データから比較画像の部分領域を検出または選出し、
前記参照画像補正回路は、リサンプリング後の前記第一視点画像データ上における前記参照画像の位置に起因する補正量を算出し、前記参照画像を補正することで、前記リサンプリング処理により発生する前記第一視点画像データの像の信号劣化を補正する補正処理を実施し、
前記比較画像補正回路は、リサンプリング後の前記第二視点画像データ上における前記比較画像の位置に起因する補正量を算出し、前記比較画像を補正することで、前記リサンプリング処理により発生する前記第二視点画像データの像の信号劣化を補正する補正処理を実施し、
前記視差検出回路は、前記参照画像補正回路により補正された前記参照画像と前記比較画像補正回路により補正された前記比較画像とから視差を検出することを特徴とする距離測定装置。 The present invention includes a camera, a viewpoint separation circuit, a first viewpoint image capture unit resampling circuit, a second viewpoint image capture unit resampling circuit, and a parallax calculation circuit,
the parallax calculation circuit includes a reference position detection circuit, a comparison image position detection circuit, a comparison image correction circuit, a parallax detection circuit, and a reference image correction circuit;
the camera includes an optical system including a lens with distortion and an image sensor, an image formed on a two-dimensional plane of the image sensor via the lens is sampled by the image sensor,
the viewpoint separation circuit selects a first viewpoint shooting area and a second viewpoint shooting area in the image sampled by the image sensor, supplies first viewpoint image data corresponding to the first viewpoint shooting area to the first viewpoint shooting unit resampling circuit, and supplies second viewpoint image data corresponding to the second viewpoint shooting area to the second viewpoint shooting unit resampling circuit;
the first viewpoint image capture unit resampling circuit detects a position of the first viewpoint image data on the imaging element and performs a resampling process on the first viewpoint image data based on the position; and during the resampling process, the first viewpoint image capture unit resampling circuit performs a geometric transformation and an interpolation process based on the position of the first viewpoint image data on the imaging element in order to correct distortion of the lens;
the second viewpoint image capturing unit resampling circuit detects a position of the second viewpoint image data on the imaging element, and performs a resampling process of the second viewpoint image data based on the position; and the second viewpoint image capturing unit resampling circuit performs a geometric conversion and an interpolation process during the resampling process based on the position of the second viewpoint image data on the imaging element in order to correct distortion of the lens;
a pixel pitch of the first viewpoint image data after resampling is made the same as that of the second viewpoint image data after resampling, the first viewpoint image data after resampling is supplied to the reference position detection circuit, and the second viewpoint image data after resampling is supplied to the comparison image position detection circuit;
the reference position detection circuit detects or selects a partial area of a reference image from the first viewpoint image data after resampling;
the comparison image position detection circuit detects or selects a partial area of the comparison image from the second viewpoint image data after resampling;
the reference image correction circuit calculates a correction amount attributable to a position of the reference image on the first viewpoint image data after resampling, and performs a correction process to correct a signal degradation of the image of the first viewpoint image data caused by the resampling process by correcting the reference image;
the comparison image correction circuit calculates a correction amount attributable to a position of the comparison image on the second viewpoint image data after resampling, and performs a correction process to correct a signal degradation of the image of the second viewpoint image data caused by the resampling process by correcting the comparison image;
a disparity detection circuit for detecting a disparity between the reference image corrected by the reference image correction circuit and the comparison image corrected by the comparison image correction circuit;
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