攝像裝置及攝像方法
【專利說明】攝像裝直及攝像方法
[0001]本申請是申請日為2011年6月27日、申請號為201180028853.0、發明名稱為攝像裝置及攝像方法這一申請的分案申請。
技術領域
[0002]本發明涉及一種使用單一的拍攝光學系統可生成由多個視點的平面圖像構成的立體圖像的攝像裝置及攝像方法。
【背景技術】
[0003]現有技術中，使用單一的拍攝光學系統可生成由多個視點的平面圖像構成的立體圖像的攝像裝置為世人所知。
[0004]專利文獻I公開了下述構成:具有單一的拍攝光學系統，通過旋轉光圈進行光瞳分割，生成立體圖像。
[0005]專利文獻2公開了下述構成:設置偏光元件，按照光路使攝像元件受光，從而通過單一的拍攝光學系統獲得相位信息。
[0006]專利文獻3公開了下述攝像裝置:具有單一的拍攝光學系統、排列了第I像素組及第2像素組的攝像元件，上述第I像素組及第2像素組使通過了該單一的拍攝光學系統的不同的區域的光束分別光電變換，該攝像裝置生成由通過第I像素組獲得的平面圖像、及通過第2像素組獲得的平面圖像所構成的立體圖像。
[0007]專利文獻4記載了，在專利文獻3所述的攝像裝置中，對第I像素的輸出和第2像素的輸出進行相加。
[0008]專利文獻5公開了以下構成:在具有多個拍攝光學系統的多鏡頭攝像裝置中，以2D動畫、3D動畫各自的拍攝中設定的周期進行曝光控制。在3D動畫拍攝中，不改變深度，因此盡量不移動機械光圈。
[0009]現有技術文獻
[0010]專利文獻
[0011]專利文獻1:日本特表2009 - 527007號公報
[0012]專利文獻2:日本特開2009 - 168995號公報
[0013]專利文獻3:日本特開平10 - 42314號公報
[0014]專利文獻4:日本特開2008 - 299184號公報
[0015]專利文獻5:日本特開2008 - 187385號公報

【發明內容】

[0016]發明要解決的問題
[0017]但是，在使用單一的拍攝光學系統可生成由多個視點的平面圖像構成的立體圖像的攝像裝置(以下稱為“單鏡頭3D攝像裝置”)中，根據多個視點的平面圖像生成一張高分辨率圖像時，在高分辨率平面圖像中，在非對焦部分會產生階梯狀的圖案。以下說明該階梯狀圖案產生的構成。
[0018]首先，使用圖33A說明通過不進行光瞳分割的單鏡頭攝像裝置拍攝3個被攝體91、92,93的情況。攝像元件16上成像的3個圖像91a、92a、93a中，通過攝像元件16焦點對齊的，僅是位于對焦面D上的被攝體92的圖像92a。被攝體91距拍攝鏡頭12的距離比對焦面D遠，其對焦圖像91d和攝像元件16相比在靠近拍攝鏡頭12的地方形成，因此被攝體91的圖像91a焦點未對齊，成為模糊的圖像，即模糊圖像。并且，被攝體93距拍攝鏡頭12的距離比對焦面D近，其對焦圖像93d和攝像元件16相比在距拍攝鏡頭12遠的地方形成，因此被攝體93的圖像93a的焦點也不對齊，成為模糊圖像。
[0019]接著說明通過光瞳分割的單鏡頭3D攝像裝置拍攝3個被攝體91、92、93的情況。在該示例的單鏡頭3D攝像裝置中，包括以下狀態:如圖33B所示，將拍攝鏡頭12的光瞳通過快門95僅限制在上方的狀態；如圖33C所示，將拍攝鏡頭12的光瞳通過快門95僅限制在下方的狀態。該單鏡頭3D攝像裝置中的攝像元件16上的圖像的模糊量(圖像焦點不對齊的量)及位置和圖33A所示的單鏡頭攝像裝置不同。即，在圖33B所示的狀態下，如圖34B所示，被攝體91的圖像91b和不進行光瞳分割時(圖34A)的被攝體91的圖像91a相比，模糊量小，且位置向圖中下側移動。并且，被攝體93的圖像93b的模糊量變小，且位置向圖中的上側移動。在圖33C所示的狀態下，如圖34C所示，被攝體91的圖像91c和不進行光瞳分割時(34A)的被攝體91的圖像91a相比，模糊量變小且位置向圖中的上側移動。并且，被攝體93的圖像93c的模糊量變小，且位置向圖中的下側移動。
[0020]在該單鏡頭3D攝像裝置中，為生成高分辨率平面圖像，合成了圖34B所示的圖像和圖34C所示的圖像時，圖像91b和圖像91c、圖像93b和圖像93c中，因成像位置偏離，會產生階梯狀的圖案。即，在高分辨率平面圖像拍攝時，來自同一被攝體的光束通過拍攝鏡頭12的不同的光瞳位置，從而使同一被攝體的圖像成像在攝像元件16的不同位置，存在產生因視差引起的階梯狀的圖案的問題。在本說明書中將這種圖案的產生稱為產生偽分辨。
[0021]專利文獻I?5對于可解決因視差引起的偽分辨的構成，并沒有公開。
[0022]此外，在專利文獻4所述的構成中，僅在附近像素之間進行像素相加，因此存在對焦的主要被攝體的分辨率通過像素相加下降的問題。例如，在2圖像混合時，分辨率會下降到 1/2。
[0023]并且，在專利文獻5所述的構成中，因是多鏡頭方式，所以即使設定為小光圈也不會產生偽分辨，并且其關注點在于不切換光圈。
[0024]本發明鑒于以上情況而出現，其目的在于提供一種可維持立體圖像中的視差的同時，可提高平面圖像的質量的攝像裝置及攝像方法。
[0025]用于解決問題的手段
[0026]為實現上述目的，本發明提供一種攝像裝置，具備單一的拍攝光學系統和具有對通過了單一拍攝光學系統的不同區域的光束分別進行光電變換的第I像素組及第2像素組的攝像元件，能夠執行以下拍攝:立體拍攝，通過第I像素組及第2像素組拍攝同一場景，取得由通過第I像素組及第2像素組分別生成的第I平面圖像及第2平面圖像構成的立體圖像；平面拍攝，根據第I平面圖像及第2平面圖像取得一張平面圖像；其特征在于具有:減光單元，能夠減少從拍攝光學系統入射到攝像元件的光量；光圈，配置在光路中；被攝體亮度取得單元，取得被攝體亮度；控制單元，在立體拍攝時，根據通過被攝體亮度取得單元取得的被攝體亮度控制是否通過減光單元減少到達攝像元件的光量，在平面拍攝時，使光圈的光圈值大于立體拍攝時的光圈值。
[0027]S卩，在立體拍攝時，根據被攝體亮度來控制是否減少到達攝像元件的光量，在平面拍攝時，使光圈的光圈值大于立體拍攝時的光圈值，使第I及第2平面圖像間的成像位置接近，因此可在維持立體圖像中的視差的同時，消除平面圖像的偽分辨的產生，提高質量。
[0028]在本發明的一個實施方式中優選:第I像素組和第2像素組由二維排列的受光元件構成，在攝像元件上，第I像素組的各像素和第2像素組的各像素彼此相鄰地配置。
[0029]在本發明的一個實施方式中優選:具有對通過了拍攝光學系統的光束進行分割的光學部件，攝像元件由分別接受通過光學部件光瞳分割的光束的具有第I像素組的第I攝像元件和具有第2像素組的第2攝像元件構成。
[0030]在本發明的一個實施方式中優選:控制單元在立體拍攝時將光圈設定為開放狀態，在平面拍攝時使光圈比開放狀態縮小。
[0031]在本發明的一個實施方式中優選:減光單元是能夠插入到供入射于攝像元件的光束通過的光路中的減光鏡，控制單元在立體拍攝時根據通過被攝體亮度取得單元取得的被攝體亮度來控制是否設定成將減光鏡插入到光路中的插入狀態。
[0032]在本發明的一個實施方式中優選:控制單元在立體拍攝時，當被攝體亮度大于閾值時，使減光鏡為插入狀態，在被攝體亮度為閾值以下時，使減光鏡為非插入狀態。
[0033]在本發明的一個實施方式中優選:減光單元是遮擋光圈的開口的一部分的遮擋部，該遮擋部遮擋光圈的開口的一部分，以將從光軸方向上看到的光圈的開口在攝像元件的水平方向及垂直方向的至少一個方向上平均地二等分；控制單元控制遮擋部，在立體拍攝時設定為通過遮擋部遮擋光圈的開口的至少一部分的遮擋狀態，在平面拍攝時設定為不通過遮擋部遮擋光圈的開口的非遮擋狀態。
[0034]在本發明的一個實施方式中優選:控制單元在立體拍攝時，根據通過被攝體亮度取得單元取得的被攝體亮度來變更由遮擋部遮擋的光圈的開口的遮擋區域大小。
[0035]此外，減光單元及光圈不限于配置在拍攝光學系統和攝像元件之間，也存在以下情況:拍攝光學系統由多個鏡頭(鏡頭組)構成，減光單元及光圈中的至少一方配置在鏡頭組中。
[0036]在本發明的一個實施方式中優選:具有取得被攝體距離的被攝體距離取得單元，控制單元在平面拍攝時根據通過被攝體距離取得單元取得的被攝體距離來控制是否使光圈為開放狀態。
[0037]在本發明的一個實施方式中優選:控制單元在平面拍攝時，當被攝體距離大于閾值時，使光圈為開放狀態。即，即使在平面拍攝中，被攝體距離較大時，第I及第2平面圖像間的成像偏移較小，因此可避免由光圈引起的衍射，獲得高質量的畫質。
[0038]在本發明的一個實施方式中優選:具有取得拍攝光學系統的焦距的焦距取得單元，控制單元在平面拍攝時根據通過焦距取得單元取得的焦距來控制是否使光圈為開放狀
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[0039]在本發明的一個實施方式中優選:控制單元在平面拍攝時，當焦距大于閾值時，使光圈為開放狀態。即，即使在平面拍攝中，拍攝光學系統的焦距較短時，第I及第2平面圖像間的成像偏移較小，因此可避免由光圈引起的衍射，獲得高質量的畫質。
[0040]在本發明的一個實施方式中優選:具有視差信息取得單元，計算出通過攝像元件獲得的構成立體圖像的第I平面圖像和第2平面圖像之間的視差量，并且取得視差范圍，該視差范圍表示立體圖像中的近側的最大視差量與遠側的最大視差量之差，控制單元在平面拍攝時，根據通過視差信息取得單元取得的視差范圍控制是否使光圈為開放狀態。此外，此處的“近側”是指相對攝像裝置位于近處的一側，而“遠側”是指從攝像裝置向被攝體離開的一側，是相對攝像裝置位于遠處的一側。
[0041]在本發明的一個實施方式中優選:在平面拍攝時，當取得的視差范圍小于閾值時，使光圈為開放狀態，當取得的視差范圍為閾值以上時，使光圈的光圈值大于立體拍攝時的光圈值。
[0042]在本發明的一個實施方式中優選:具有接受拍攝指示的輸入的指示輸入單元，視差信息取得單元根據向指示輸入單元輸入拍攝指示之前由攝像元件所拍攝的立體圖像來計算出視差范圍。
[0043]在本發明的一個實施方式中優選:控制單元在輸入拍攝指示之前的拍攝時使光圈為開放狀態。
[0044]在本發明的一個實施方式中優選:控制單元在平面拍攝時使光圈為開放狀態時，根據通過被攝體亮度取得單元取得的被攝體亮度來切換是否利用減光單元進行減光。
[0045]在本發明的一個實施方式中優選:在平面拍攝時，合成第I平面圖像及第2平面圖像，取得分辨率比第I及第2平面圖像高的一張高分辨率平面圖像。
[0046]在本發明的一個實施方式中優選:在平面拍攝時，對第I平面圖像和第2平面圖像中彼此相鄰的像素的攝像信號進行相加，取得分辨率和第I及第2平面圖像相同的一張平面圖像。
[0047]在本發明的一個實施方式中優選:攝像元件中，第I像素組及第2像素組分別在平面視圖中在第I方向和與該第I方向正交的第2方向上二維排列，從第I及第2方向中的至少一個方向觀察時，第I像素組的像素和與該第I像素組的像素分離地對應的第2像素組的像素重疊配置，使得受光區域的一部分看上去相重疊。
[0048]并且，本發明提供一種攝像方法，使用單一的拍攝光學系統、具有對通過了單一拍攝光學系統的不同區域的光束分別進行光電變換的第I像素組及第2像素組的攝像元件、能夠減少從拍攝光學系統入射到攝像元件的光量的減光單元及配置在光路中的光圈，能夠執行以下拍攝:立體拍攝，通過第I像素組及第2像素組拍攝同一場景，取得由通過第I像素組及第2像素組分別生成的第I平面圖像及第2平面圖像構成的立體圖像；及平面拍攝，根據第I平面圖像及第2平面圖像取得一張平面圖像；其特征在于:取得被攝體亮度，在立體拍攝時根據取得的被攝體亮度控制是否利用減光單元減少到達攝像元件的光量，在平面拍攝時使光圈的光圈值大于立體拍攝時的光圈值。
[0049]發明的效果
[0050]根據本發明，可在維持立體圖像中的視差的同時，提高平面圖像的質量。
【附圖說明】
[0051]圖1是表示第I?第4實施方式中的本發明涉及的攝像裝置的硬件構成例的框圖。
[0052]圖2是表示攝像元件的構成示例的圖。
[0053]圖3是表示攝像像素的圖。
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