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JP7811319B2 - Zoom image capture device - Google Patents
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JP7811319B2 - Zoom image capture device - Google Patents

Zoom image capture device

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JP7811319B2 JP2021150629A JP2021150629A JP7811319B2 JP 7811319 B2 JP7811319 B2 JP 7811319B2 JP 2021150629 A JP2021150629 A JP 2021150629A JP 2021150629 A JP2021150629 A JP 2021150629A JP 7811319 B2 JP7811319 B2 JP 7811319B2
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Description

本発明は、小型、軽量で、色収差を軽減する高倍率ズーム画像を取得しうる撮像装置に関するものである。The present invention relates to a small, lightweight imaging device that can acquire high-magnification zoom images with reduced chromatic aberration.

ビデオカメラや静止画カメラなどに使用される固体撮像素子(センサー)や光学系部品の進歩により高解像度で、多種類の小型化された撮像装置が可能となり、高解像度による広角画像から超望遠画像に至る撮影のバリエーションが拡大すると共に撮像装置も一般撮影から車載用、医療用、生産設備、軍事用、業務用、放送用など画像分析、物体検知、計測・測量、監視・見守りなど多種多様な用途に利用されている。Advances in solid-state imaging devices (sensors) and optical components used in video cameras, still cameras, and other devices have made it possible to create a wide variety of miniaturized, high-resolution imaging devices. This has expanded the variety of imaging options available, from high-resolution wide-angle images to super-telephoto images, and imaging devices are now used for a wide variety of purposes, from general photography to in-vehicle, medical, production equipment, military, commercial, and broadcasting applications, including image analysis, object detection, measurement and surveying, and surveillance and monitoring.

半導体の高集積化や部品材料の小型化、高性能化により高解像度の撮像装置本体は、軽量、小型化が図られてきたが、高性能光学レンズは物理的制約により軽量小型化には限界がある。特に、動きの早い動物、スポーツ中継、高速で移動する物体の撮影においては、ズームレンズが多用されているが、広角画像から望遠画像に至るズーム範囲を拡大しようとすると極めて大型で重たいズームレンズを使用することとなる。これにより、撮像装置本体の小型軽量化にも拘らず望遠レンズを取り付けた場合の撮像装置全体としては、小型軽量化が達成できない状況となっている。While the high integration of semiconductors and the miniaturization and high performance of component materials have enabled the lightweight and compact body of high-resolution imaging devices, physical constraints limit the lightweight and compactness of high-performance optical lenses. Zoom lenses are often used, particularly for photographing fast-moving animals, live sports broadcasts, and fast-moving objects. However, expanding the zoom range from wide-angle to telephoto images requires the use of extremely large and heavy zoom lenses. As a result, even though the body of an imaging device has become smaller and lighter, the overall size and weight of the imaging device cannot be reduced when a telephoto lens is attached.

また、これらの撮像装置を使用して動きの早い被写体を補足する際、ズーミングで望遠(拡大)画像となるにつれ被写体が拡大画像の範囲外へはずれてしまい、的確な補足が困難となり、再度ズームアウトして被写体を探すこととなる。特に、球技スポーツ、動物動画、飛行物体などの動画撮影、放送中継、監視カメラでの業務用、軍事用撮影では、移動体のズーミングとフォーカシングを瞬時に操作し、被写体の拡大画像とフォーカシングを行う専門性と熟練度が要求されている。Furthermore, when capturing a fast-moving subject using these imaging devices, as the image becomes telephoto (enlarged) through zooming, the subject moves out of the range of the enlarged image, making accurate capture difficult and forcing the user to zoom out again to search for the subject. In particular, video recording of ball sports, animal videos, flying objects, etc., broadcast coverage, and commercial and military surveillance camera recording require expertise and proficiency in instantaneously operating the zoom and focus of moving objects to enlarge and focus the subject.

このような撮像装置の小型軽量化を図るズーム撮像装置として、ズームレンズを使用せずに単焦点レンズ(または固定焦点レンズ)を用いて電子ズーム(またはデジタルズーム)技術により拡大画像を得る技術は種々開示されている。電子ズームによる倍率を上げるために複数の焦点距離の異なる単焦点レンズを用いてズーム倍率を上昇させる技術も開示されている(特許文献1および特許文献2など)。As a zoom imaging device that aims to reduce the size and weight of such imaging devices, various techniques have been disclosed that use a prime lens (or fixed focus lens) to obtain an enlarged image by electronic zoom (or digital zoom) technology without using a zoom lens. Techniques have also been disclosed that increase the zoom magnification by using a plurality of prime lenses with different focal lengths to increase the magnification achieved by electronic zoom (e.g., Patent Documents 1 and 2).

しかし、このような電子ズームは、画像画面の一部を切り取って拡大するため、画像拡大により解像度が低下する。つまり単焦点レンズに電子ズーム機能をもたせて高倍率を得て撮影することはできても解像度を犠牲にしたものであり、解像度を確保するのに課題が生じていた。また、ズーム画像として切り取られた部分以外の欠落画像は表示、記録する事ができないために監視用には適していなかったり、これらの技術を用いて高速の物体移動を捕捉したり、球技スポーツ中継などへ応用するには利便性が悪いものであった。そのため、小型軽量化された撮像装置で高速移動体を的確に捕捉し、物体の監視、分析、解析する利便性が高く、高感度で解像度を確保しうる撮像装置が望まれている。However, such electronic zooming involves cropping and enlarging a portion of the image, resulting in a reduction in resolution. In other words, while a fixed-focal-length lens can be equipped with an electronic zoom function to achieve high magnification and capture images, it sacrifices resolution, creating challenges in ensuring high resolution. Furthermore, the missing portion of the zoomed image cannot be displayed or recorded, making it unsuitable for surveillance applications. These technologies are also inconvenient for capturing fast-moving objects or broadcasting sports events. Therefore, there is a demand for a compact, lightweight imaging device that can accurately capture fast-moving objects, making it easy to monitor, analyze, and analyze objects, and that can ensure high sensitivity and high resolution.

特開2013-106289号公報JP 2013-106289 A 特開2005-31466号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-31466

この発明は、上述の状況に鑑みて提供されるものであって、主として以下のような撮像装置の提供を目的とする。
(1)小型、軽量でズーム範囲を拡大した高倍率、高感度画質画像を取得しうる撮像装置。
(2)電子ズームによる拡大機能を用いても解像度劣化に対応できる高画質画像を取得しうる撮像装置。
(3)簡易な操作により高速移動体を的確に捕捉する機能を有し、電子ズームにより切り取られた画像以外の欠落画像も同時表示、記録が可能となる撮像装置。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its main object to provide an imaging device as follows.
(1) A small, lightweight imaging device that has an expanded zoom range, high magnification, and is capable of acquiring high-sensitivity, high-quality images.
(2) An imaging device capable of acquiring high-quality images that can cope with resolution degradation even when using a magnification function using electronic zoom.
(3) An imaging device that has the function of accurately capturing a fast-moving object with simple operation and is capable of simultaneously displaying and recording missing images other than those cropped by electronic zoom.

かかる課題を解決し上記目的を達成するために、本発明における撮像装置は、異なる焦点距離を有する複数の単焦点レンズと、前記単焦点レンズより取得した光束を分離するプリズム手段と前記プリズム手段を介して取得した光束を映像信号に変換し、出力する撮像素子と、前記それぞれの映像信号を出力する出力手段と、前記それぞれの映像信号を電子的に画像拡大する電子ズーム手段を備え、該電子ズーム手段により拡大されたズーム映像信号が連続的出力画像として切り替えられる切替手段と、前記切替手段により切り替えられた前記ズーム映像信号を出力する出力手段とを具備し、前記撮像素子のいずれかは、他の撮像素子と画素ずらし用に半画素ピッチだけずらして前記プリズム手段に固着され、前記それぞれの映像信号は、出力画像フォーマット変換用のアップコンバータまたはダウンコンバータを介して出力され、前記それぞれの映像信号と前記ズーム映像信号とが前記それぞれの出力手段より同時に出力され、同一画面上で表示されることを特徴とする。 In order to solve these problems and achieve the above-mentioned object, an imaging device of the present invention comprises a plurality of fixed focal lengths lenses, prism means for separating light beams acquired by the fixed focal lengths lenses , imaging elements for converting the light beams acquired through the prism means into video signals and outputting the signals, output means for outputting each of the video signals, electronic zoom means for electronically enlarging each of the video signals, switching means for switching the zoomed video signals enlarged by the electronic zoom means as continuous output images , and output means for outputting the zoomed video signals switched by the switching means , wherein any of the imaging elements is fixed to the prism means so as to be shifted from the other imaging elements by a half pixel pitch for pixel shifting, and each of the video signals is output via an up-converter or down-converter for output image format conversion, and each of the video signals and the zoomed video signal are output simultaneously from the respective output means and displayed on the same screen .

また、本発明における撮像装置は、前記複数の単焦点レンズがn個(nは2以上)の単焦点レンズにより構成され、n番目の単焦点レンズの焦点距離は、n-1番目の単焦点レンズの焦点距離とn-1番目の電子ズーム倍率との積であるように構成することもできる。In addition, the imaging device of the present invention can also be configured so that the multiple prime lenses are composed of n (n is 2 or more) prime lenses, and the focal length of the nth prime lens is the product of the focal length of the n-1th prime lens and the n-1th electronic zoom magnification.

また、本発明における撮像装置は、前記プリズム手段が、可視光帯域を2個の単板撮像素子用に分離するプリズム構成であることを特徴とするように構成することもできる。The imaging device of the present invention can also be configured such that the prism means has a prism configuration that separates the visible light band for use by two single-plate imaging elements.

また、本発明における撮像装置は、前記プリズム手段が、可視光帯域を青色光帯域、赤色光帯域および緑色光帯域の3個の撮像素子用に分離するプリズム構成であるように構成することもできる。The imaging device of the present invention can also be configured so that the prism means has a prism configuration that separates the visible light band for three imaging elements of a blue light band, a red light band, and a green light band.

また、本発明における撮像装置は、前記プリズム手段が、可視光帯域を青色光帯域、赤色光帯域、第一の緑色光帯域および第二の緑色光帯域の4個の撮像素子用に分離するプリズム構成であるように構成することもできる。In addition, the imaging device of the present invention can also be configured so that the prism means has a prism configuration that separates the visible light band into a blue light band, a red light band, a first green light band, and a second green light band for four imaging elements.

また、本発明における撮像装置は、前記複数の単焦点レンズが、上下左右方向に回動可能なパン・チルト雲台に配置されているように構成することもできる。The imaging device of the present invention can also be configured so that the plurality of fixed focal length lenses are arranged on a pan-tilt head that can rotate up and down and left and right.

本発明によれば、異なる焦点距離を有する複数の単焦点レンズを利用して電子ズームにより取得した画像を切り替えることで高倍率のズーム機能を達成し、それぞれの単焦点レンズにより取得した画像とズーム機能により取得した画像とを映像信号として出力することにより、高倍率のズームレンズを使用すること無く、小型、軽量化された撮像装置を得ることができる。単焦点レンズのみで構成しているため、ズームレンズで取得した画像に比べ色収差が軽減され、周辺光量や周辺解像度の劣化が改善される。更に、画素ずらしを行うことで、より画素サイズの大きい撮像素子が使用可能となり、高感度化が可能となると共に、解像度を増加させて、電子ズーム拡大に伴う解像度劣化に耐えうる画質を維持する。According to the present invention, a high-magnification zoom function is achieved by switching between images captured by electronic zoom using multiple fixed-focal-length lenses with different focal lengths, and the images captured by each fixed-focal-length lens and the image captured by the zoom function are output as video signals, thereby achieving a compact, lightweight imaging device without using high-magnification zoom lenses. Because the imaging device is constructed using only fixed-focal-length lenses, chromatic aberration is reduced compared to images captured by a zoom lens, and degradation of peripheral illumination and peripheral resolution is improved. Furthermore, pixel shifting allows the use of an imaging element with larger pixels, enabling higher sensitivity and increasing resolution, thereby maintaining image quality that can withstand the degradation of resolution associated with electronic zoom magnification.

また、複数の単焦点レンズを広角から望遠レンズに適用し、それぞれに電子ズーム機能を適用することで、複数の単焦点レンズの広角から望遠画像のそれぞれとズーム画像とを同時取得しディスプレイ上に同時動画像として表示することが可能となり、これによりズーム画像により切り取られた周囲画像も常時表示され、ズーム画像だけでなく連続する事象の全画像を表示、記録することができる。更に、このようなマルチ同時同画像表示を利用して高速移動体の的確な被写体の捕捉および迅速なズーム撮影が熟練技能者でなくても簡易操作により行うことができる。In addition, by using multiple prime lenses ranging from wide-angle to telephoto lenses and applying an electronic zoom function to each, it becomes possible to simultaneously acquire wide-angle to telephoto images from the multiple prime lenses and zoom images and display them as simultaneous moving images on the display, thereby always displaying the surrounding images cropped by the zoom images, and displaying and recording not only the zoomed images but also all images of a continuous event. Furthermore, by utilizing such simultaneous multiple image display, accurate subject capture of a fast-moving object and rapid zoom photography can be performed with simple operations even by an unskilled technician.

本発明による撮像装置の構成例を示すブロック説明図である。1 is a block diagram illustrating an example of the configuration of an imaging device according to the present invention; 本発明による画像処理ブロックの構成例を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of an image processing block according to the present invention. 本発明による画素ずらし光束分離プリズム例を示す説明図である。1A and 1B are explanatory diagrams showing examples of pixel-shifting light beam separation prisms according to the present invention; 電子ズームの倍率と解像度との関係を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing the relationship between the magnification of electronic zoom and the resolution. 本発明によるシステムに用いるパン・チルト雲台の構成例である。1 shows an example of the configuration of a pan-tilt head used in the system according to the present invention. 本発明による高速移動体の捕捉撮影方法を示す説明図である。1 is an explanatory diagram showing a method for capturing and photographing a fast-moving object according to the present invention;

以下、本発明に関連する光学系、画像処理装置および撮像装置の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例に記載されているいずれの説明図や図面も本発明の説明用に概略的または模式図として描かれており、実際の寸法や形状は特に限定するものではない。また、実施例で用いているシステム構成、ブロック図、寸法、材質、形状、その相対配置および使用例は特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。Hereinafter, embodiments of an optical system, an image processing device, and an imaging device related to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that any explanatory diagrams and drawings described in the following examples are drawn as outlines or schematic diagrams for the purpose of explaining the present invention, and the actual dimensions and shapes are not particularly limited. Furthermore, the system configurations, block diagrams, dimensions, materials, shapes, their relative positions, and use examples used in the examples are not intended to limit the technical scope of the invention to those alone, unless otherwise specified.

図1は、本発明による撮像装置の実施例の全体を示すブロック説明図であり、図2は、図1における一連の信号処理のブロック説明図である。図1において、撮像装置は、複数の単焦点レンズからなるレンズブロック10を有している。図1では、広角レンズブロック11、中角レンズブロック12,望遠レンズブロック13の3個の単焦点レンズからなるレンズブロック10を例示している。それぞれのレンズブロックは、単板センサでも構成しうるが、プリズムなどで構成する光束分離光学系を用いて2板センサ、3板センサ、または4板センサなどに対応し、画素ずらしによる高解像度化を達成する構成となっている。FIG. 1 is an explanatory block diagram showing the entire embodiment of an imaging device according to the present invention, and FIG. 2 is an explanatory block diagram of a series of signal processing steps shown in FIG. 1. In FIG. 1, the imaging device has a lens block 10 made up of a plurality of fixed focal length lenses. FIG. 1 shows an example of lens block 10 made up of three fixed focal length lenses: a wide-angle lens block 11, a medium-angle lens block 12, and a telephoto lens block 13. Each lens block can be configured with a single sensor, but it can also be configured to support a two-, three-, or four-chip sensor by using a beam separation optical system made up of a prism or the like, thereby achieving high resolution by pixel shifting.

レンズブロック10(広角レンズブロック11,中角レンズブロック12,望遠レンズブロック13)では、各レンズにより集光された画像を電子信号に変換する撮像素子センサにより電子信号として出力し、それぞれの映像信号を信号処理ブロック20へ送出される。信号処理ブロック20では、それぞれのレンズブロックに対応した広角レンズ用信号処理手段21,中角レンズ用信号処理手段22,望遠レンズ用信号処理手段23を有している。信号処理ブロック20のそれぞれは、画素ずらし処理手段24、ISP(イメージシグナルプロセッサ)25で画像処理を行い、次段の電子ズーム処理手段30へ処理された画像信号を送出する。広角、中角、望遠、それぞれの画像信号は、広角画像出力、中角画像出力、望遠画像出力として表示装置(モニター)へ出力されると共に後段の電子ズームブロック30へ送出される。In the lens blocks 10 (wide-angle lens block 11, medium-angle lens block 12, and telephoto lens block 13), images focused by each lens are converted into electronic signals by image sensor sensors, which output the electronic signals and send the respective video signals to a signal processing block 20. The signal processing block 20 has wide-angle lens signal processing means 21, medium-angle lens signal processing means 22, and telephoto lens signal processing means 23, which correspond to the respective lens blocks. Each of the signal processing blocks 20 performs image processing using a pixel shift processing means 24 and an ISP (image signal processor) 25, and sends the processed image signals to the subsequent electronic zoom processing means 30. The wide-angle, medium-angle, and telephoto image signals are output to a display device (monitor) as a wide-angle image output, a medium-angle image output, and a telephoto image output, respectively, and are also sent to the subsequent electronic zoom block 30.

それぞれの信号処理ブロック20は、図2で示すように画素ずらし処理手段24により画素ずらし処理を行い、ISP25による画像処理を行っている。図2における画素ずらし処理手段24では、レンズブロック10において後述する通り、いずれかの撮像素子が他の撮像素子に対し半画素ピッチ(1/2位相)斜めにずらして固着されており、それぞれの撮像素子のY信号サンプル点を取り出して画素ずらし処理を行うことでY信号の解像度アップ処理を行っている。ISP25は、それぞれの撮像素子により得られた画像信号を、低雑音化、ゲイン補正、リニアマトリクス、ディテール、ガンマなどの一連の画像処理を施して出力する画像信号処理プロセッサである。電子ズームブロック30におけるそれぞれの広角用電子ズーム手段31、中角用電子ズーム手段32,望遠用電子ズーム手段33のそれぞれは、電子ズーム制御手段41の制御信号に従ってそれぞれの入力画像の電子ズーミングを行う。As shown in FIG. 2 , each signal processing block 20 performs pixel shift processing using a pixel shift processing means 24, and then performs image processing using an ISP 25. In the pixel shift processing means 24 shown in FIG. 2 , as described later in the lens block 10, one of the image sensors is fixed at a diagonal offset of half a pixel pitch (half phase) relative to the other image sensors, and the Y signal sample points of each image sensor are extracted and pixel shift processed to increase the resolution of the Y signal. The ISP 25 is an image signal processor that performs a series of image processing, such as noise reduction, gain correction, linear matrix correction, detail correction, and gamma correction, on the image signals obtained by each image sensor, and outputs the processed signals. The wide-angle electronic zoom means 31, medium-angle electronic zoom means 32, and telephoto electronic zoom means 33 in the electronic zoom block 30 each perform electronic zooming of the input image in accordance with a control signal from an electronic zoom control means 41.

ズームレンズで望遠側も明るいF値を確保するには、レンズの前玉口径が大きくなるので、現実的には暗いF値に止まる。従って感度を上げる方法としては、センサー側の素子面積を大きくしなければならないが、限られたイメージサイズ内で素子数を増やせないので、大きな画素赤色画素(R),青色画素(B)に対して緑色画素(G)を斜めに画素ずらしする事で解像度を上げながら高感度化を実現させる方式により、大きな画素のセンサーが使用でき高感度化と高解像度化が可能となる。To ensure a bright F-number on the telephoto side of a zoom lens, the diameter of the front lens must be increased, so in reality, the F-number remains slow. Therefore, in order to increase sensitivity, the element area on the sensor side must be increased, but since the number of elements cannot be increased within the limited image size, a method is used to achieve high sensitivity while increasing resolution by shifting the green pixels (G) diagonally relative to the large red pixels (R) and blue pixels (B), allowing the use of sensors with large pixels, making it possible to achieve high sensitivity and high resolution.

電子ズームは、単焦点レンズの基本画像に対して拡大率4倍程度が限度とされている。我慢限界としては、もっと大きくすることも可能であるが、後述の通り拡大率4倍での実施例で検討している。また、設計にあたっては、複数の単焦点レンズ(焦点距離)と電子ズームの繋ぎ合せでの、オーバラップ範囲を設けることも可能である。このオーバーラップによりレンズ切り替えに伴う変化を前後のレンズ出力でアルファーブレンドを行うなどの画質調整を行うことができる。このオーバーラップ範囲は、特に特定されるものでなく設計事項である。The electronic zoom is limited to a magnification of about 4x compared to the basic image of a fixed focal length lens. Although it is possible to achieve a larger magnification than this, as described below, an example with a magnification of 4x is considered. Furthermore, in design, it is also possible to provide an overlap range by combining multiple fixed focal length lenses and electronic zoom. This overlap allows for image quality adjustments such as alpha blending of the output from the front and rear lenses to compensate for changes that occur when switching lenses. This overlap range is not particularly specified and is a design matter.

電子ズームの拡大限界は、ズームにより画像切り取り拡大するため主として解像度が低減するためである。電子ズームによる拡大率を仮に4倍とした場合、広角レンズの単焦点距離fwを10mm、中角レンズの単焦点距離fmを40mm、望遠レンズの単焦点距離ftを160mmで構成したとすれば、広角レンズにより10から40mm、中角レンズにより40から160mm、望遠レンズにより160から640mmを連続してカバーするズームレンズが構成できることとなる。つまり、このように電子ズーム機能により拡大(または縮小)された画像を連続して切り替えることで10から640mm(倍率64倍)に相当するズームレンズ画像を取得することができる。The magnification limit of electronic zoom is mainly due to the reduction in resolution caused by cropping and enlarging the image during zooming. If the magnification ratio of electronic zoom is assumed to be 4x, and the wide-angle lens has a fixed focal length fw of 10 mm, the medium-angle lens has a fixed focal length fm of 40 mm, and the telephoto lens has a fixed focal length ft of 160 mm, then a zoom lens can be configured that continuously covers the ranges of 10 to 40 mm for the wide-angle lens, 40 to 160 mm for the medium-angle lens, and 160 to 640 mm for the telephoto lens. In other words, by continuously switching between images enlarged (or reduced) using the electronic zoom function, a zoom lens image equivalent to 10 to 640 mm (64x magnification) can be obtained.

つまり、単焦点レンズによる電子ズーム範囲を連続させて複数の単焦点レンズで構成することで、ズーム範囲が拡大されたズームレンズが形成される。複数(n個、nは2以上)の単焦点レンズにおいて、n番目の単焦点レンズの焦点距離(fn)は、n-1番目の単焦点レンズの焦点距離とn-1番目の電子ズーム倍率(m)との積であるように構成することで連続したズーム効果を得ることができる。In other words, a zoom lens with an expanded zoom range is formed by contiguousing the electronic zoom range of a single focal length lens and configuring it with multiple single focal length lenses. A continuous zoom effect can be obtained by configuring multiple (n, n is 2 or more) single focal length lenses such that the focal length (fn) of the nth single focal length lens is the product of the focal length of the (n-1)th single focal length lens and the (n-1)th electronic zoom magnification (m).

ズーム倍率(画角)が最大広角画像(最大ワイドエリア)からズームイン(画像拡大化)して最大望遠画像(最大拡大エリア)へ連続して変化させる場合、ズーム制御手段41は、広角用電子ズーム手段31へ10から40mm相当画像へ変化させる倍率変化信号を与え、次に中角用電子ズーム手段32へ40から160mm相当画像へ変化させる倍率変化信号を与え、次に望遠用電子ズーム手段33へ160から640mm相当画像へ変化させる倍率変化信号を与え、セレクタ手段40を順次広角画像から中角画像、さらに望遠画像へと切替えることで、連続してズームイン(画像拡大化)画像信号を取得する。また、逆に最大望遠画像(最大拡大エリア)から最大広角画像(最大ワイドエリア)へズームアウト(画像縮小化)する場合は、上記の逆の操作を行うことで連続したズームアウト画像を取得する。When the zoom magnification (angle of view) is continuously changed from the maximum wide-angle image (maximum wide area) to the maximum telephoto image (maximum enlarged area) by zooming in (enlarging the image), the zoom control means 41 provides a magnification change signal to the wide-angle electronic zoom means 31 to change the image from 10 to 40 mm equivalent, then provides a magnification change signal to the medium-angle electronic zoom means 32 to change the image from 40 to 160 mm equivalent, and then provides a magnification change signal to the telephoto electronic zoom means 33 to change the image from 160 to 640 mm equivalent, thereby successively acquiring zoom-in (image enlargement) image signals by switching the selector means 40 sequentially from the wide-angle image to the medium-angle image and then to the telephoto image. Conversely, when zooming out (reducing the image) from the maximum telephoto image (maximum enlarged area) to the maximum wide-angle image (maximum wide area), the above operation is reversed to acquire successive zoom-out images.

セレクタ手段40の後段には、画像出力信号を画像表示装置モニターに適合させるための画像調整手段42などを設けることもできる。この画像調整手段42は、アップダウンコンバータなどで構成されズーム出力信号をモニターフォーマットや記録装置の圧縮フォーマットなどに適合させるものである。また、セレクタ手段40により切り替えられたズーム画像信号は直接出力画像として送出してもよいが、利用目的によりこの段階で輪郭補償、レンズ切り替えに伴う変化を前後のレンズ出力でアルファーブレンドを行うなどの画質調整手段を設けてもよい。An image adjusting means 42 for adapting the image output signal to the image display monitor may also be provided downstream of the selector means 40. This image adjusting means 42 is composed of an up/down converter or the like and adapts the zoom output signal to the monitor format or the compression format of the recording device. The zoom image signal switched by the selector means 40 may be sent directly as the output image, but depending on the purpose of use, an image quality adjusting means may also be provided at this stage to perform contour compensation, alpha blending of the front and rear lens outputs to compensate for changes due to lens switching, etc.

このようにして得られたズーム画像は、モニター上のズーム表示画面に表示される。また、広角画像、中角画像、望遠画像のそれぞれの画像出力は、広角画像モニター、中角画像モニター、望遠画像モニターに表示される用に出力する。この画像表示手段は、図6(A)に示すようにモニター画面100上のマルチ分割画面として同時に動画表示したり、図6(B)に示すようにピクチャーインピクチャーの形式で表示したりすることができる。また、利用目的によっては個別のモニターにぞれぞれの画像を別々に表示したりさせても良い。また、すべての単焦点レンズに電子ズーム機能を設けて連続してすべてのレンズにズームレンズ機能を持たせなくても、特定のレンズ(例えば、望遠レンズ)のみに電子ズーム機能をもたせて特定画像部分のみを拡大または縮小して適切な画像を取得するように構成することもできる。The zoomed image thus obtained is displayed on the zoom display screen of the monitor. Furthermore, the wide-angle image, medium-angle image, and telephoto image are output to be displayed on the wide-angle image monitor, medium-angle image monitor, and telephoto image monitor, respectively. This image display means can simultaneously display moving images as a multi-split screen on the monitor screen 100 as shown in FIG. 6(A), or display them in a picture-in-picture format as shown in FIG. 6(B). Depending on the intended use, each image may be displayed separately on a separate monitor. Furthermore, instead of providing an electronic zoom function to all fixed-focus lenses, it is also possible to provide an electronic zoom function only to a specific lens (e.g., a telephoto lens) to enlarge or reduce only a specific image portion to obtain an appropriate image.

このように複数の単焦点レンズと電子ズームとの組合せでズーム撮影を行う撮像装置においては、図4に示すような電子ズーム変化に伴う解像度の変化が生じる。前述の実施例の広角レンズ焦点距離(10mm)、中角レンズ焦点距離(40mm)、望遠レンズ焦点距離(160mm)において、電子ズーム倍率が4倍の場合、電子ズーム倍率を1倍から4倍へズーミングするにつれ水平方向解像度は1/4となる。図4(A)では、撮像素子の解像度4K仕様を使用して、焦点距離10mmから640mmのズームレンズを構成した場合の水平解像度の変化を示している。In an imaging device that performs zoom photography using a combination of multiple fixed focal length lenses and electronic zoom, a change in resolution occurs as the electronic zoom changes, as shown in Figure 4. In the above-described example, with a wide-angle lens focal length (10 mm), a medium-angle lens focal length (40 mm), and a telephoto lens focal length (160 mm), if the electronic zoom magnification is 4x, the horizontal resolution becomes 1/4 as the electronic zoom magnification is zoomed from 1x to 4x. Figure 4(A) shows the change in horizontal resolution when a zoom lens with a focal length of 10mm to 640mm is configured using a 4K resolution image sensor.

また、電子ズーム倍率が2倍の場合、図4(B)に示す通り、水平方向解像度は1/2へと変化する。この場合、単焦点レンズの組合せにより焦点距離10mmから640mmのズームレンズを構成するには、焦点距離がそれぞれにL1(10mm)、L2(20mm)、L3(40mm)、L4(80mm)、L5(160mm),L6(320)の6枚の複数単焦点レンズの組合せで構成することとなる。Furthermore, when the electronic zoom magnification is 2x, the horizontal resolution changes to 1/2, as shown in Figure 4(B). In this case, to configure a zoom lens with focal lengths from 10 mm to 640 mm using a combination of fixed focal length lenses, the lens must be configured using a combination of six fixed focal length lenses, with focal lengths of L1 (10 mm), L2 (20 mm), L3 (40 mm), L4 (80 mm), L5 (160 mm), and L6 (320 mm).

このため、本発明においては、解像度の変化に適応しうるように画素ずらしによる、高解像度化を施すと共に高感度化を得るように構成している。画素ずらしの方法としては、2個の撮像素子の一方を距離的に水平・垂直方向に画素半ピッチ分ずらして画像信号を取得し、画素ずらししていない他方の撮像素子の画像信号と合成することで、Yサンプル信号の解像度を上げる方法、レンズと撮像素子との間に並行平面板の光学透過ガラスの厚さや傾きを変化させて光軸を種々の方法で画素がずれた位置に投影させて画素ずらしを行う方法などがあるが、いずれの方法であっても構わない。本発明においては、図3に示すようなプリズム構成を用いて一方の撮像素子を他方の撮像素子より半画素分ずらして画像を取得する方法を用いる。このような画素ずらしを利用してより画素サイズを大きくしたセンサーが使用でき高感度化と高解像度化が可能となる。For this reason, the present invention is configured to achieve high resolution and high sensitivity by pixel shifting so as to be adaptable to changes in resolution. Pixel shifting methods include: shifting one of two image sensors by half a pixel pitch in the horizontal and vertical directions to acquire an image signal, and combining it with the image signal of the other image sensor that is not pixel shifted to increase the resolution of the Y sample signal; or shifting the pixel by changing the thickness or inclination of an optically transparent glass parallel plate between the lens and the image sensor to project the optical axis to a pixel-shifted position in various ways. Either method is acceptable. In the present invention, a prism configuration such as that shown in FIG. 3 is used to shift one image sensor by half a pixel relative to the other image sensor to acquire an image. Utilizing this pixel shifting allows the use of a sensor with larger pixel size, enabling higher sensitivity and resolution.

図3(A)では、2板式での画素ずらしの構成例を示す。単焦点レンズ60により集光された画像は光束分離プリズム61により2つの光束に分離され2個の単板用撮像素子62および63により画像信号を取得する。一方の撮像素子は他方の撮像素子とは半画素分ピッチをずらして固着されている。画素ずらしの方向は、斜めの方向へずらして固着されている。画素ずらし方法により取得された信号は、それぞれの信号処理手段64によりそれぞれの撮像素子の出力を読み出し映像信号として出力される。信号処理手段64では、それぞれの撮像素子の映像信号として合成して出力する。出力信号は、画素ずらしによりY信号サンプル点の解像度が増加した高解像度の出力として取得することができる。FIG. 3A shows an example of a two-chip pixel shift configuration. An image focused by a fixed focal length lens 60 is separated into two beams by a beam splitter prism 61, and image signals are acquired by two single-chip image sensors 62 and 63. One of the image sensors is fixed with a half-pixel pitch offset from the other. The pixel shift is performed diagonally. The signals acquired by the pixel shift method are read out from the outputs of the respective image sensors by respective signal processing means 64, and output as video signals. The signal processing means 64 combines and outputs the video signals of the respective image sensors. The output signal can be acquired as a high-resolution output in which the resolution of the Y signal sample points is increased by pixel shifting.

図3(B)では、3板式での画素ずらしによる画像取得のプリズム構成例を示す。単焦点レンズ70により集光された画像は光束分離プリズム71により3つの光束に分離され3個の撮像素子72(B)、73(R)および74(G)により画像信号を取得する。撮像素子72、73、74は、白黒センサーであり、プリズム71で波長分離された光帯域成分を電気信号に変換する。この時、緑色用撮像素子は他の撮像素子とは画素分ピッチをずらして固着することで、取り出したY信号サンプル点の解像度が増加した出力を取得することができる。3(B) shows an example of a prism configuration for image acquisition using pixel offset in a three-plate system. An image focused by a fixed focal length lens 70 is separated into three light beams by a beam splitter prism 71, and image signals are acquired by three image sensors 72 (B), 73 (R), and 74 (G). The image sensors 72, 73, and 74 are black-and-white sensors that convert the wavelength-separated light band components by the prism 71 into electrical signals. At this time, by fixing the green image sensor with a pixel pitch offset from the other image sensors, it is possible to obtain an output with increased resolution for the extracted Y signal sample points.

図3(C)では、4板式での画素ずらしによる画像取得のプリズム構成例を示す。単焦点レンズ80により集光された画像は光束分離プリズム81により4つの光束に分離され4個の撮像素子82、83、84および85により画像信号を取得する。撮像素子82は、青色用撮像素子で青色成分(B)を取り出し、撮像素子83は、赤色用撮像素子で赤色成分(R)を取り出し、信号処理回路87により赤色映像信号(R)を出力する。撮像素子84および85は、いずれも緑色成分(G)をビームスプリッタなどにより取得した2つの緑色成分(G1およびG2)をそれぞれに取り出す。この2個の緑色用撮像素子の一方の撮像素子は他方の撮像素子とは画素分ピッチをずらして固着されており、いわゆるデュアルグリーン画素ずらしを構成している。この構成により、解像度が増加したY信号出力を取得することができる。FIG. 3C shows an example of a prism configuration for image acquisition using pixel offset in a four-plate system. An image focused by a fixed-focus lens 80 is separated into four beams by a beam splitter prism 81, and image signals are acquired by four image sensors 82, 83, 84, and 85. Image sensor 82 extracts the blue component (B) using a blue image sensor, and image sensor 83 extracts the red component (R) using a red image sensor. A red video signal (R) is output by a signal processing circuit 87. Image sensors 84 and 85 each extract two green components (G1 and G2) acquired from the green component (G) using a beam splitter or the like. One of these two green image sensors is fixed with a pixel pitch offset from the other, forming a so-called dual green pixel offset configuration. This configuration enables a Y signal output with increased resolution.

このような画素ずらし画像取得に適した光束分離プリズムおよび信号処理手段は、利用目的および必要性に応じて、2板式、3板式、4板式などのマルチスペクトルカメラ用光束分離プリズムが選択され、それぞれの単焦点レンズ(広角、中角、望遠レンズ)毎に取得した画像の解像度を増加させるよう構成する。The beam splitter prism and signal processing means suitable for acquiring such pixel-shifted images are selected from beam splitter prisms for multispectral cameras, such as two-plate, three-plate, and four-plate types, depending on the purpose of use and needs, and are configured to increase the resolution of the images acquired for each fixed-focus lens (wide-angle, medium-angle, and telephoto lens).

ズームレンズは、高感度のものが高額で取得し難く、その上焦点距離に応じた収差があるため、それぞれの位置で変化するが、単焦点レンズでは、収差が少ないだけでなく、固定されているので、電子ズームにより収差が変化することはない。そのため、画素ずらしを構成してもズームレンズで取得した画像に比べ色収差が軽減され、周辺光量、周辺解像度が改善される。High-sensitivity zoom lenses are expensive and difficult to obtain, and they also have aberrations that change depending on the focal length, but single-focus lenses not only have less aberration, but the aberrations are fixed, so they do not change with electronic zoom.As a result, even with pixel shifting, chromatic aberration is reduced compared to images captured with a zoom lens, and peripheral illumination and resolution are improved.

近年の撮像素子開発の進展により、大画素数で微細ピッチの高感度仕様特性を有する撮像素子が利用可能となってきたが、画素数は少なくとも画素サイズを大きくして感度を改善した撮像素子を使用してプリズム利用の画素ずらしにより高解像度化を得ることが可能となる。例えば、高感度の2K(HD)用撮像素子を用いて2K相当の画像を画素ずらしすることにより4K相当のY信号解像度の画像が高感度で取得出来るため、電子ズーミングによる解像度低下も許容しうる構成が可能となる。つまり、単焦点レンズの組合せにより本発明を用いることで、ズームレンズの大型で重量が大きいと言う課題だけでなく、大画素撮像素子を用いて感度をアップさせ、失った解像度を改善し、ズームレンズによる色収差や周辺解像度悪化という課題を軽減した高感度の画像を取得することができる。Recent advances in imaging element development have made it possible to use imaging elements with high pixel counts and fine pitches, resulting in high sensitivity. However, it is possible to achieve higher resolution by using an imaging element with a larger pixel size and improved sensitivity, even if the pixel count is still small, through pixel shifting using a prism. For example, by using a high-sensitivity 2K (HD) imaging element to perform pixel shifting of a 2K-equivalent image, it is possible to obtain an image with a Y signal resolution equivalent to 4K at high sensitivity, thereby enabling a configuration that can tolerate a reduction in resolution due to electronic zooming. In other words, by using the present invention in combination with a fixed-focal-length lens, it is possible to obtain high-sensitivity images that not only overcome the issues of the large size and weight of zoom lenses, but also improve the sensitivity using a large-pixel imaging element, thereby improving the lost resolution and reducing the issues of chromatic aberration and reduced peripheral resolution caused by zoom lenses.

次に、上述のような構成の撮像装置を利用して高速で移動している被写体を的確に捕捉し、ズームアップ(望遠化)したり、ズームダウン(広角化)したりする利用法について述べる。飛行物体の撮影や野球中継、ゴルフ中継などでの撮影においては、高速で移動するボールやロケットなどの追跡、捕捉撮影を行うのにズームアップ(望遠化)中に高速移動物体を見失い、一旦ズームダウン(広角化)して移動物体を確認して、再度ズームアップ(望遠化)して捕捉しなければならない状況が生じる。このようなズーム操作は、望遠拡大率が大きいほど的確に被写体を捕捉することができず熟練や技能が必要であった。Next, we will discuss how to use an imaging device configured as described above to accurately capture a fast-moving subject and zoom in (telephoto) or zoom out (wide-angle). When photographing flying objects or during live baseball or golf coverage, etc., situations arise where the fast-moving object is lost while zooming in (telephoto), and the user must first zoom out (wide-angle) to confirm the object, then zoom in (telephoto) again to capture it. This type of zoom operation requires skill and experience, as the greater the telephoto magnification, the more difficult it is to accurately capture the subject.

図5は、本発明に基づく撮像装置を搭載する電動パン・チルト雲台の構成例を示す。パン・チルト雲台90は、固定支持台91上に水平(左右)方向に回動可能な水平回転台92と、その水平回転台上に設置された支持体93に垂直(上下)方向回転軸94に連結され、垂直(上下)方向に回動可能なカメラハウジング95とから構成されている。カメラハウジング95には、近接して、単焦点広角レンズ96、単焦点中角レンズ97,単焦点望遠レンズ98とが同一方向に向けて格納されている。パン・チルト雲台90は固定支持台91に対し、上下左右方向に電動で回動可能であり、被写体を追跡するように有線または無線により方向制御される。また、このカメラハウジング95には、サーマルカメラ(または赤外線カメラ)99が備えられており、可視光画像に加えて赤外光画像などを取得し、暗視撮影や温度感知などの多用途撮影を可能としている。FIG. 5 shows an example of the configuration of a motorized pan-tilt head mounted with an imaging device according to the present invention. The pan-tilt head 90 comprises a horizontally rotatable platform 92 mounted on a fixed support base 91, and a vertically rotatable camera housing 95 connected to a support 93 mounted on the horizontally rotatable platform via a vertically rotatable shaft 94. The camera housing 95 houses a wide-angle fixed lens 96, a medium-angle fixed lens 97, and a telephoto fixed lens 98, all of which face the same direction. The pan-tilt head 90 is electrically rotatable in the up, down, left, and right directions relative to the fixed support base 91, and its direction is controlled by wire or wirelessly to track a subject. The camera housing 95 is also equipped with a thermal camera (or infrared camera) 99, which captures infrared images in addition to visible light images, enabling versatile imaging applications such as night vision and temperature sensing.

このようなパン・チルト雲台90には、上述した本発明による撮像装置が搭載されており、この撮像装置の出力信号は、図6(A)に示すようにモニター画面100上でマルチ分割スクリーンとしてワイド(広角)画像101,中角画像102、望遠画像103およびズーム画像104を同時に表示したり、図6(B)で示すように、広角画像101内にズーム画像104をピクチャーインピクチャーの形式で表示したりするように構成することもできる。また、それぞれの画像を単独で複数のモニターにより表示したりすることも出来る。図6(A)のモニター画面100のマルチスクリーンでは、広角画像91、中角画像92,望遠画像93のそれぞれは、設定された単焦点レンズの基準画像で表示されている。この基準画面は、それぞれの単焦点距離の無限大焦点で、電子ズームを使用していない画像である。パン・チルト雲台90の操作は、このモニター画面100を監視しながら被写体を追跡制御する。Such a pan-tilt head 90 is equipped with the imaging device according to the present invention, and the output signal of this imaging device can be configured to simultaneously display a wide-angle image 101, a medium-angle image 102, a telephoto image 103, and a zoom image 104 as a multi-split screen on a monitor screen 100, as shown in FIG. 6A, or to display a zoom image 104 within the wide-angle image 101 in a picture-in-picture format, as shown in FIG. 6B. Each image can also be displayed independently on multiple monitors. On the multi-screen monitor screen 100 of FIG. 6A, the wide-angle image 91, the medium-angle image 92, and the telephoto image 93 are each displayed as a reference image of a fixed focal length lens. This reference image is an image at infinity focus for each fixed focal length, without using electronic zoom. The pan-tilt head 90 is operated to track and control a subject while monitoring the monitor screen 100.

図6(C)においてモニター画面100は、広角画面101を表示している。この広角画面101と操作者とはタッチパネルなどの方式によりインターラクティブに制御指示が可能であり、操作者が画面上で高速飛行物体をズーム拡大したい場合、カメラの操作者は、広角画面上でズーム拡大指示を行う。このズーム拡大指示の方法は、以下のいずれの方法でも可能である。
(1)画面上のマーカー(または手のタッチ)によりズーム拡大対象被写体に移動し、シングルクリックにより望遠レンズの電子ズームによりクリックされた被写体に向かってズームイン(画面拡大)が開始される。所望の画面迄拡大された時点でダブルクリックによりズーミングを終了させる。
(2)画面上のマーカーをクリックした場所から所望する拡大画像まで移動させ再度クリックした場所までに囲まれる四方形に向かって望遠レンズの電子ズームをズームイン(拡大化)させる。
(3)画面上上のマーカーで所望する拡大画像の範囲をまる囲みすることで、囲まれた範囲の四方形に向かって望遠レンズの電子ズームをズームイン(拡大化)させる。
In Figure 6(C), the monitor screen 100 displays a wide-angle screen 101. This wide-angle screen 101 and the operator can interactively control and instruct using a method such as a touch panel, and when the operator wants to zoom in on a high-speed flying object on the screen, the camera operator issues a zoom-in instruction on the wide-angle screen. This zoom-in instruction can be issued in any of the following ways.
(1) Use the marker on the screen (or touch your hand) to move to the subject you want to zoom in on, and a single click will start the electronic zoom of the telephoto lens zooming in on the clicked subject (enlarging the screen). When the desired screen is enlarged, double-clicking will end the zooming.
(2) Move the marker on the screen from the clicked location to the desired enlarged image, and then zoom in (enlarge) the electronic zoom of the telephoto lens toward the rectangle enclosed by the clicked location.
(3) By encircling the desired area of the enlarged image with the marker on the screen, the electronic zoom of the telephoto lens is zoomed in (enlarged) toward the enclosed square area.

モニター画面100上でのズームイン(拡大化)指示が与えられると、望遠レンズが、拡大画像の中心を捉えるようにパン・チルト雲台90は、制御される。また、拡大画像が確定されると高速移動物体(移動被写体)を自動追尾するように設計することもできる。このような高速移動物体の自動追尾およびオートフォーカスは既知の技術により達成することが可能である。When a zoom-in (enlargement) command is given on the monitor screen 100, the pan-tilt head 90 is controlled so that the telephoto lens captures the center of the enlarged image. Furthermore, once the enlarged image is confirmed, the camera can be designed to automatically track a fast-moving object (moving subject). Such automatic tracking and autofocusing of fast-moving objects can be achieved by known techniques.

本発明によるズーム撮影方式では、ズームできる画面を使いながら、望遠画像、中角画像、広角画像の画面を同時に表示・確認できたり、モニター画面上で広角画像による全体画像を確認しながら、被写体である高速移動体をタッチしたりクリックしたりすることで瞬時にズームイン可能となり、またより確実にズーミングができるため、従来のように広角画面に戻したり、ズーム範囲を前後させたりして撮影対象を探し直す必要がなくなる。このような機能により、ゴルフや野球中継などにおけるボール追跡および監視カメラとしての高速移動体の高速追跡、捕捉に有効に利用することができる。また、ズーム画像だけでなく、複数の単焦点レンズ画像(広角画像、中角画像、望遠画像)が常時同時出力されているため、特に監視カメラや画像分析カメラなどで移動物体の捕捉、確認だけでなく、周囲の状況や動向を把握、記録するのに必要となる画像情報も同時に取得することが可能となり極めて利便性に優れた撮像装置を構成できる。The zoom photography method of the present invention allows users to simultaneously display and check telephoto, medium-angle, and wide-angle images using a zoomable screen. While viewing the entire wide-angle image on the monitor screen, users can instantly zoom in by touching or clicking on a fast-moving subject. This allows for more accurate zooming, eliminating the need to return to the wide-angle screen or adjust the zoom range to find the subject again, as was previously required. This functionality makes the device effective for tracking balls in golf and baseball broadcasts, and for high-speed tracking and capturing of fast-moving objects in surveillance cameras. Furthermore, because multiple single-focus lens images (wide-angle, medium-angle, and telephoto images) are constantly output simultaneously in addition to zoomed images, it is possible to simultaneously obtain image information necessary for capturing and recording surrounding conditions and movements, particularly in surveillance cameras and image analysis cameras, thereby providing an extremely convenient imaging device.

本発明による撮像装置および撮像方法によれば、高倍率のズームレンズを使用すること無く、単焦点レンズによる小型軽量化された撮像装置を得ることができ、ズームレンズで取得した画像に比べ色収差が軽減され、周辺光量が改善された撮像装置を構成することが出来る。また、本発明の撮像装置を用いて撮像システムを構成することで、望遠画像、中角画像、広角画像およびズーム画像が同時に表示し、確認することが可能となり、高速移動体の的確な被写体の捕捉および迅速なズーム撮影が熟練技能者でなくても簡易操作により行うことができる。そのため監視カメラ、車載カメラ、気象カメラ、航空機カメラ、内視鏡カメラなど利用範囲が多伎にわたって可能となり、業務用、民生用、工業用、軍事用など多岐にわたる産業上の利用可能性が広がる。The imaging device and imaging method of the present invention enable a compact and lightweight imaging device using a single focal length lens without using a high-magnification zoom lens, resulting in reduced chromatic aberration and improved peripheral illumination compared to images captured with a zoom lens. Furthermore, by configuring an imaging system using the imaging device of the present invention, telephoto, medium-angle, wide-angle, and zoomed images can be simultaneously displayed and viewed, enabling accurate subject capture of fast-moving objects and rapid zoom photography with simple operations, even for non-experts. This enables a wide range of applications, including surveillance cameras, vehicle-mounted cameras, weather cameras, aircraft cameras, and endoscopic cameras, expanding the scope of industrial applicability across a wide range of applications, including commercial, consumer, industrial, and military.

10 レンズブロック
11 広角レンズブロック
12 中角レンズブロック
13 望遠レンズブロック
20 信号処理ブロック
21 広角用信号処理
22 中角用信号処理
23 望遠用信号処理
24 画素ずらし処理手段
25 ISP(画像信号処理プロセッサ)
30 電子ズームブロック
31 広角用電子ズーム手段
32 中角用電子ズーム手段
33 望遠用電子ズーム手段
40 セレクタ手段
41 ズーム制御手段
42 コンバータ、画質調整手段
60、70、80 単焦点レンズ
61 2板光束分離プリズム
71 3板光束分離プリズム
81 4板光束分離プリズム
90 パン・チルト雲台
92 水平(左右)方向回転台
94 垂直(上下)方向回転軸
95 カメラハウジング
96 単焦点広角レンズ
97 単焦点中角レンズ
98 単焦点望遠レンズ
99 サーマルカメラ
100 モニター画面
10 Lens block 11 Wide-angle lens block 12 Medium-angle lens block 13 Telephoto lens block 20 Signal processing block 21 Wide-angle signal processing 22 Medium-angle signal processing 23 Telephoto signal processing 24 Pixel shift processing means 25 ISP (Image signal processor)
30 Electronic zoom block 31 Wide-angle electronic zoom means 32 Medium-angle electronic zoom means 33 Telephoto electronic zoom means 40 Selector means 41 Zoom control means 42 Converter, image quality adjustment means 60, 70, 80 Single focus lens 61 Two-plate light beam splitter prism 71 Three-plate light beam splitter prism 81 Four-plate light beam splitter prism 90 Pan/tilt head 92 Horizontal (left and right) direction rotation base 94 Vertical (up and down) direction rotation axis 95 Camera housing 96 Single focus wide-angle lens 97 Single focus medium-angle lens 98 Single focus telephoto lens 99 Thermal camera 100 Monitor screen

Claims (7)

異なる焦点距離を有する複数の単焦点レンズと、
前記単焦点レンズより取得した光束を分離するプリズム手段と
前記プリズム手段を介して取得した光束を映像信号に変換し、出力する撮像素子と、
前記撮像素子のそれぞれの映像信号を出力する出力手段と、
前記それぞれの映像信号を電子的に画像拡大する電子ズーム手段を備え、該電子ズーム手段により拡大されたズーム映像信号が連続的出力画像として切り替えられる切替手段と、
前記切替手段により切り替えられた前記ズーム映像信号を出力する出力手段とを具備し、
前記撮像素子のいずれかは、他の撮像素子と画素ずらし用に半画素ピッチだけずらして前記プリズム手段に固着され、
前記それぞれの映像信号は、出力画像フォーマット変換用のアップコンバータまたはダウンコンバータを介して出力され、
前記それぞれの映像信号と前記ズーム映像信号とが前記それぞれの出力手段より同時に出力され、同一画面上で表示されることを特徴とする撮像装置。
a plurality of fixed focal length lenses having different focal lengths;
a prism means for separating the light beam obtained from the fixed focal length lens ;
an imaging element that converts the light beam acquired through the prism means into a video signal and outputs the video signal;
output means for outputting video signals from the respective imaging elements;
a switching means for switching between the zoomed image signals enlarged by the electronic zoom means as successive output images ;
an output means for outputting the zoom image signal switched by the switching means,
any one of the imaging elements is fixed to the prism means so as to be shifted from the other imaging element by a half pixel pitch for pixel shifting;
Each of the video signals is output via an up-converter or a down-converter for output image format conversion;
an image pickup apparatus, wherein the respective video signals and the zoomed video signal are simultaneously outputted from the respective output means and displayed on the same screen ;
前記複数の単焦点レンズはn個(nは2以上)の単焦点レンズにより構成され、
n番目の単焦点レンズの焦点距離は、n-1番目の単焦点レンズの焦点距離とn-1番目の電子ズーム倍率との積であることを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
the plurality of fixed focal length lenses are composed of n fixed focal length lenses (n is 2 or more);
2. The imaging device according to claim 1, wherein the focal length of the n-th fixed focal length lens is the product of the focal length of the (n-1)th fixed focal length lens and the (n-1)th electronic zoom magnification.
前記プリズム手段は、可視光帯域を2個の単板撮像素子用に分離するプリズム構成であることを特徴とする請求項記載の撮像装置。 2. The imaging device according to claim 1 , wherein said prism means has a prism structure for separating visible light bands for use by two single-plate imaging elements. 前記プリズム手段は、可視光帯域を青色光帯域、赤色光帯域および緑色帯域の3個の撮像素子用に分離するプリズム構成であることを特徴とする請求項記載の撮像装置。 2. The imaging device according to claim 1 , wherein said prism means has a prism configuration for separating a visible light band for three imaging elements, one for a blue light band, one for a red light band, and one for a green light band. 前記プリズム手段は、可視光帯域を青色光帯域、赤色光帯域、第一の緑色光帯域および第二の緑色光帯域の4個の撮像素子用に分離するプリズム構成であることを特徴とする請求項記載の撮像装置。 2. The imaging device according to claim 1, wherein the prism means has a prism configuration that separates the visible light band into a blue light band, a red light band, a first green light band, and a second green light band for four imaging elements. 前記複数の単焦点レンズは、上下左右方向に回動可能なパン・チルト雲台に配置されていることを特徴とする請求項記載の撮像装置。 2. The imaging device according to claim 1 , wherein the plurality of fixed focal length lenses are arranged on a pan-tilt head that is rotatable in the up-down and left-right directions. 前記それぞれの映像信号と前記ズーム映像信号とを表示する表示手段を備え、
前記表示手段はタッチパネルにより構成され、
前記タッチパネルの画面上を指示することで前記ズーム映像信号が指示された部分を拡大表示されることを特徴とする請求項記載の撮像装置。
a display means for displaying the respective video signals and the zoom video signal ;
the display means is configured by a touch panel,
2. The imaging device according to claim 1 , wherein the zoom video signal is used to enlarge and display a specified portion on the screen of the touch panel by specifying the specified portion on the screen of the touch panel.
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