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JP5902354B2 - 撮影装置及び3次元計測装置 - Google Patents

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Description

本発明は、レーザ測距部を有する撮影装置、及びこの撮影装置を備えた3次元計測装置に関する。
被写体に向けてレーザ光を照射し、レーザ光の反射光を受光することにより被写体までの距離(測距情報)を求めるレーザ測距部を有するデジタルカメラ等の撮影装置が知られている(特許文献1、2参照)。
特許文献1に記載された撮影装置は、撮影により得られた画像を表示する画像表示部と、画像表示部に表示された画像中の任意の2点を指示する指示部と、指示された2点間の距離を、レーザ測距部による距離情報等に基づいて演算する演算部とを備えている。
特許文献1のレーザ測距部は、撮影範囲内のほぼ中心にレーザ光を照射して、画像の中心までの距離を測定するものである。また、特許文献1には、上記2点を直接レーザ測距することを可能とするように、レーザ光の照射方向を可変とすることが記載されている。
特許文献2に記載された撮影装置は、演算装置とにより3次元計測装置を構成している。演算装置は、撮影装置により被写体に対して異なる2つの撮影位置(第1及び第2撮影位置)で撮影された2つの画像を解析することにより、被写体の3次元情報を取得する。演算装置は、撮影装置のレーザ測距部により得られる測距情報を用いて、被写体の3次元情報の取得に必要な第1及び第2撮影位置における撮影装置の相対位置及び相対角度を求めている。
特許文献2には、レーザ測距部が、画像の撮影範囲内の複数の点までの距離を測定するものであることが記載されているが、このレーザ測距部は、明らかに撮影範囲内の1点までの距離を測定するものである。すなわち、特許文献2に記載のレーザ測距部は、撮影範囲内の決められた位置(撮影範囲内の中心位置)を測距するようにレーザ照射位置が固定されていると言える。
特開2004−205222号公報 特開2001−317915号公報
特許文献1に記載のように、撮影範囲内の決められた位置を測距するようにレーザ照射位置が固定されていると、その測距位置に物体が存在しない場合には、レーザ光の反射光が受光されず、測距を行うことができない。例えば、図18に示すような被写体(凱旋門)を撮影対象とした場合には、撮影範囲100内のレーザ照射位置である中心位置101が被写体の中空部分となり、レーザ光が反射光されないので、測距を行うことができない。
特許文献1には、撮影範囲の任意の位置を測距するように、レーザ光の照射方向を可変とすることが記載されているが、レーザ光は一般的な撮影装置では撮影することができないため、撮影により得られた画像からは、レーザ照射位置を特定することはできない。
また、特許文献1には、レーザ光の照射方向を可変とした場合に、ポテンショメータなどの角度検出器よりレーザ光の照射方向を検出することが記載されているが、照射方向から画像中の実際のレーザ照射位置を正確に特定することは難しい。
本発明は、レーザ照射位置を正確に特定することを可能とする撮影装置、及びこの撮影装置を備えた3次元計測装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の撮影装置は、第1撮像部と、レーザ照射部と、レーザ受光部と、第2撮像部と、レーザ照射位置特定部と、距離算出部とを備える。第1撮像部は、第1範囲を撮像して第1画像を生成する。レーザ照射部は、第1範囲内の任意の方向にレーザ光が照射可能である。レーザ受光部と、レーザ光の反射光を受光する。第2撮像部は、第1範囲内で、かつ、レーザ光の照射位置を含む第2範囲を撮像して、第2画像を生成する。レーザ照射位置特定部は、第1画像内から第2画像と一致する部分を探索して、第1画像内の照射位置を特定する。距離算出部は、レーザ受光部による反射光の受光時間に基づき、レーザ照射位置特定部により特定された照射位置までの距離を算出する。
第2撮像部による撮像方向は、レーザ照射部のレーザ照射方向と連動して変更されることが好ましい。また、第1撮像部と第2撮像部とは同時期に撮像を行うことが好ましい。
第1画像を記憶する画像記憶部を備え、レーザ照射位置特定部により特定された照射位置を第1画像に関連付けて画像記憶部に記憶してもよい。
第2撮像部とレーザ照射部とは光軸が同一であって、光軸を屈曲させる可動式の反射ミラーを備え、反射ミラーの光軸に対する角度を変更することにより、撮像方向及びレーザ照射方向を連動して変更してもよい。
この場合、反射ミラーの角度を検出する角度検出部を備え、レーザ照射位置特定部は、角度検出部により検出された角度に基づいて、第1画像内から第2画像と一致する部分の探索を開始する際の初期位置を決定することが好ましい。
第1撮像部を有するカメラ本体と、レーザ受光部及び第2撮像部を有するレーザ測距部とを備え、レーザ測距部をカメラ本体に対して回転自在に取り付けてもよい。また、レーザ受光部及び第2撮像部を有するレーザ測距部は、カメラ本体から分離されており、カメラ本体とレーザ距離部とが無線等で通信可能であってもよい。
この場合、カメラ本体に対するレーザ測距部の角度を検出する角度検出部を備え、レーザ照射位置特定部は、角度検出部により検出された角度に基づいて、第1画像内から第2画像と一致する部分の探索を開始する際の初期位置を決定することが好ましい。
本発明の3次元計測装置は、上記いずれかの撮影装置と、演算装置とにより構成されている。演算装置は、画像解析部と、3次元データ作成部とを備える。画像解析部は、第1撮影位置で撮影装置により得られた第1画像と、第2撮影位置で撮影装置により得られた第1画像とから複数の特徴点を抽出し、抽出した特徴点をパターンマッチングすることにより、第1及び第2撮影位置での撮影装置の相対位置及び相対角度を算出する。3次元データ作成部は、第1及び第2撮影位置で得られた第1画像と、画像解析部により算出された相対位置及び相対角度に基づき、被写体の3次元データを作成する。
この場合、撮影装置は、第2撮影位置で得られた第1画像内から、第1撮影位置で得られた第2画像に一致する部分を探索し、探索結果を通知することが好ましい。
本発明によれば、第2撮像部が、第1撮像部により撮像される第1範囲内で、かつ、レーザ光の照射位置を含む第2範囲を撮像して、第2画像を生成し、レーザ照射位置特定部が、第1画像内から第2画像と一致する部分を探索して、第1画像内の照射位置を特定するので、レーザ照射位置を正確に特定することができる。
また、本発明によれば、第1範囲内の任意の方向にレーザ光が照射可能であるので、中空を有するような被写体であっても確実に測距を行うことができる。
デジタルカメラの前面側斜視図である。 デジタルカメラの背面図である。 デジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。 第1及び第2撮影範囲の関係を説明する図である。 パターンマッチング法を説明する図である。 デジタルカメラの作用を説明するフローチャートである。 第1画像を例示する図である。 第2画像を例示する図である。 第2実施形態のデジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。 第2実施形態におけるパターンマッチングの初期位置及び探索領域を説明する図である。 レーザ測距部の取り付け位置に関する第1変形例を示す斜視図である。 レーザ測距部の取り付け位置に関する第2変形例を示す斜視図である。 レーザ測距部の取り付け位置に関する第3変形例を示す斜視図である。 第3実施形態のデジタルカメラの斜視図である。 第3実施形態のデジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。 3次元計測装置の構成を示す模式図である。 3次元計測装置の作用を説明するフローチャートである。 従来技術の問題点を説明する図である。
[第1実施形態]
図1及び図2において、デジタルカメラ10は、カメラ本体11、レーザ測距部12、ヒンジ部13により構成されている。カメラ本体11は、被写体の撮影を行う。レーザ測距部12は、被写体までの距離を測定する。ヒンジ部13は、レーザ測距部12をカメラ本体11に対して回転自在に保持する。カメラ本体11には、レンズ鏡筒14、電源ボタン15、レリーズボタン16、設定操作部17、表示部18等が設けられている。
レンズ鏡筒14は、カメラ本体11の前面に設けられており、1枚または複数枚のレンズからなる撮影レンズ19を保持している。電源ボタン15及びレリーズボタン16は、カメラ本体11の上面に設けられている。設定操作部17及び表示部18は、カメラ本体11の背面に設けられている。
電源ボタン15は、デジタルカメラ10の電源(図示せず)をオン/オフする際に操作される。レリーズボタン16は、撮影を実行する際に操作される。設定操作部17は、各種ボタンやダイヤルを有し、デジタルカメラ10の各種設定や、動作モードの切り替えを行う際に操作される。
デジタルカメラ10の動作モードには、静止画像を取得する撮影モードや、撮影画像を表示部18に再生表示する再生モードや、静止画像を取得するとともに被写体の測距を行う測距モード等がある。表示部18は、液晶ディスプレイ等で構成されており、撮影画像や、設定操作部17により各種設定を行うためのメニュー画面を表示する。
また、表示部18は、動作モードが撮影モードまたは測距モードに設定されている場合に、撮影が実行されるまでの間、ライブビュー画像を表示する。ユーザは、表示部18に表示されるライブビュー画像を観察しながら構図を決定することができる。
レーザ測距部12は、ヒンジ部13を介してカメラ本体11の側面に取り付けられている。ヒンジ部13は、撮影レンズ19の光軸L1に直交するX軸及びY軸をそれぞれ回転軸としてレーザ測距部12を回転自在に保持している。X軸とY軸とは直交している。ユーザは、レーザ測距部12をカメラ本体11に対して所望の角度に回動させることができる。
レーザ測距部12の全面には、被写体に向けてレーザ光をする照射するための照射窓20と、レーザ光の反射光を受光するための受光窓21とが設けられている。照射窓20から照射されるレーザ光の光軸L2と撮影レンズ19の光軸L1のなす角度θ,θは、レーザ測距部12の回動に応じて変化する。
図3において、カメラ本体11を構成する第1筐体の内部には、第1撮像素子30、第1画像処理部31、画像記憶部32、第1制御部33が設けられている。第1撮像素子30は、単板カラー撮像方式のCMOSイメージセンサやCCDイメージセンサであって、撮影レンズ19を介して可視光(環境光)VL1を受光して撮像を行い、画像データを生成する。撮影レンズ19及び第1撮像素子30は、第1撮像部を構成しており、図4に示すように、矩形の第1撮影範囲R1を撮像する。光軸L1は、第1撮影範囲R1の中心に位置する。
第1画像処理部31は、第1撮像素子30により生成された画像データに対して、欠陥補正処理、デモザイク処理、ガンマ補正処理、ホワイトバランス補正処理、YC変換処理等の画像処理を行う。画像記憶部32は、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリであって、第1画像処理部31により画像処理が行われた画像(以下、第1画像D1という)を記憶する。
第1制御部33は、レリーズボタン16や設定操作部17から入力される操作信号に応じて、カメラ本体11の各部を制御する。例えば、設定操作部17により動作モードが撮影モードまたは測距モードに設定されると、第1制御部33は、第1撮像素子30及び第1画像処理部31を動作させ、所定時間毎に第1画像D1を生成させるとともに、生成された第1画像D1を順次に表示部18に表示させる。これにより、表示部18にライブビュー表示が行われる。そして、レリーズボタン16が押下されると、その時点で第1撮像素子30及び第1画像処理部31により生成された第1画像D1を画像記憶部32に記憶させる。
レーザ測距部12を構成する第2筐体の内部には、第1対物レンズ40、ダイクロイックミラー41、第2撮像素子42、レーザ光源43、第2画像処理部44、第2対物レンズ45、受光素子46、第2制御部47が設けられている。レーザ光源43、ダイクロイックミラー41、第1対物レンズ40が、レーザ照射部を構成している。第2対物レンズ45及び受光素子46が、レーザ受光部を構成している。
第1対物レンズ40、ダイクロイックミラー41、第2撮像素子42は、前述の照射窓20の背後に、光軸L2に沿って順に配置されている。レーザ光源43は、ダイクロイックミラー41から光軸L2と直交する方向に配置されている。第1対物レンズ40は、1枚または複数枚のレンズからなる。ダイクロイックミラー41は、可視光を透過させ、レーザ光を反射させる光学特性を有する。このダイクロイックミラー41としては、例えば、エッジ波長が400nm程度のシングルエッジ・ダイクロイック・ビームスプリッタが用いられる。
レーザ光源43は、例えば半導体レーザであり、ダイクロイックミラー41に向けて、パスル状のレーザ光LBを射出する。このレーザ光LBは、ダイクロイックミラー41により、第1対物レンズ40に向かう方向に反射される。ダイクロイックミラー41により反射されたレーザ光LBは、光軸L2に沿って伝播し、第1対物レンズ40を通過して照射窓20から放出される。
第2撮像素子42は、照射窓20から入射し、第1対物レンズ40及びダイクロイックミラー41を透過した可視光(環境光)VL2を受光して撮像を行い、画像データを生成する。第2画像処理部44は、第2撮像素子42により生成された画像データに対して、前述の第1画像処理部31と同様の画像処理を行う。第2画像処理部44により画像処理が行われた画像(以下、第2画像D2という)は、第2制御部47により、カメラ本体11に送られる。
第1対物レンズ40及び第2撮像素子42は、第2撮像部を構成している。第2撮像部の画角は、前述の第1撮像部の画角より小さい。したがって、第2撮像部は、図4に示すように、第1撮影範囲R1より小さい第2撮影範囲R2を撮像する。光軸L2は、レーザ光LBの照射光軸、及び可視光VL2の受光光軸であり、第2撮影範囲R2の中心に位置する。すなわち、レーザ光LBの照射位置は、第2撮影範囲R2の中心である。
レーザ光LBの照射方向と、第2撮像部の撮像方向は、同一方向であり、カメラ本体11に対するレーザ測距部12の回動に伴って変更される。
第2対物レンズ45は、1枚または複数枚のレンズからなり、第2対物レンズ45の背後に配置されている。受光素子46は、被写体により反射されたレーザ光LBの反射光RBを、第2対物レンズ45を介して受光する。受光素子46は、レーザ光の波長帯受光感度を有するフォトダイオードにより構成されている。第2対物レンズ45は、レーザ光に対して透過性を有し、第2対物レンズ45に入射する可視光(環境光)VL3に対しては不透過であることが好ましい。
第2制御部47は、第1制御部33との間で通信を行うとともに、レーザ測距部12の各部を制御する。また、第2制御部47には、距離算出部48が設けられている。距離算出部48は、レーザ光源43から射出されたレーザ光LBが被写体により反射され、反射光RBとして受光素子46により受光されるまでの時間(レーザ光LBの往復時間)を計測し、この計測値に基づいてデジタルカメラ10から被写体(レーザ照射位置)までの距離(以下、距離情報という)を算出する。
第2制御部47は、レーザ光源43、受光素子46、距離算出部48を駆動してレーザ測距を実施すると同時期に、第2撮像素子42及び第2画像処理部44を駆動して第2画像D2を取得する。したがって、第2画像D2は、レーザ光LBの照射中に、照射位置を中心とする局所領域を撮影した画像情報である。第2画像D2は、距離情報とともに第1制御部33に送られる。
第1制御部33は、測距モード時には、第1撮像素子30及び第1画像処理部31を動作させて第1画像D1を取得すると同時期に、第2制御部47を制御して、第2画像D2及び距離情報を取得させる。なお、同時期とは、完全に同時である場合と、完全に同時ではないがほぼ同時である場合とを含む。
第1制御部33には、レーザ照射位置特定部34が設けられている。レーザ照射位置特定部34は、正規化相関などのパターンマッチング法を用いて、図5に示すように、第1画像D1中から第2画像D2に一致する領域(以下、一致領域MRという)を探索し、この一致領域MRの中心をレーザ照射位置IPとして特定する。具体的には、レーザ照射位置特定部34は、IP第1画像D1中で、第2画像D2を順に移動させながら、第2画像D2と第1画像D1中の第2画像D2と重なる部分との相関度を計算し、相関度が最も高い部分を一致領域MRとして特定する。
第1制御部33は、距離算出部48により得られた距離情報と、レーザ照射位置特定部34により得られたレーザ照射位置とを、第1画像D1に関連付けて画像記憶部32に記憶させる。距離情報及びレーザ照射位置を、第1画像D1と1つのファイルとして保存してもよりし、第1画像D1と関連付けられた別のファイルとして保存してもよい。第1制御部33は、例えば、Exif規格に則って、距離情報及びレーザ照射位置を画像付帯情報として第2画像D2に付加し、1つのファイルとして画像記憶部32に記憶させる。
また、第1制御部33は、被写体がレーザ光LBを十分に反射せず、受光素子46が反射光RBを受信できない場合や、第1画像D1中から第2画像D2に一致する領域が見つからず、レーザ照射位置を特定することができない場合には、レーザ測距が正常に行えなかった旨(エラーメッセージ)を表示部18に表示させる。
また、第1制御部33は、測距モードにおいてライブビュー画像の表示中に、レーザ測距を周期的に行わせ、レーザ照射位置及び距離情報をライブビュー画像中に表示させる。
次に、デジタルカメラ10の作用を、図6のフローチャートに沿って説明する。ユーザにより設定操作部17が操作され、動作モードが測距モードに設定されると、カメラ本体11によりライブビュー画像の撮像動作が行われるとともに、レーザ測距部12によりレーザ測距動作が行われる(ステップS10)。
このステップS10では、前述の第1及び第2画像D1,D2と距離情報とが取得される。図7は、カメラ本体11により得られる第1画像D1を例示している。図8は、レーザ測距部12により取得される第2画像D2を例示している。
そして、レーザ照射位置特定部34により、第1及び第2画像D1,D2を用いてパターンマッチングが行われ、第1画像D1中から第2画像D2に一致する一致領域MRを検出することにより、レーザ照射位置IPが特定される(ステップS11)。
第1画像D1は、ライブビュー画像として表示部18に表示される(ステップS12)。このとき、第1画像D1中には、ステップS11で特定されたレーザ照射位置IPの表示が行われる。ユーザは、ライブビュー画像を観察しながら構図を決定し、カメラ本体11に対するレーザ測距部12の角度を調整することで、レーザ照射位置IPを変更することができる。このレーザ照射位置IPは、ライブビュー画像上で確認することができる。例えば、図7に示す第1画像D1がライブビュー表示されている場合には、ユーザは、第1画像D1中のレーザ照射位置IPを確認しながら、物体が存在する位置にレーザ照射位置IPを設定することができる。
ステップS10〜S12の動作は、ユーザによりレリーズボタン16が押下され、撮影指示がなされるまでの間、繰り返し実行される。レリーズボタン16が押下されて、撮影指示がなされると(ステップS13でYES判定)、ステップS10と同様の撮像動作及びレーザ測距動作が行われる(ステップS14)。このとき、受光素子46が反射光RBを受信できない等の理由で、レーザ測距が正常に行われなかった場合(ステップS15でYES判定)には、表示部18にエラーメッセージの表示が行われる(ステップS16)。
レーザ測距が正常に行われた場合(ステップS15でNO判定)には、ステップS11と同様のレーザ照射位置の特定動作が行われる(ステップS17)。このとき、第1画像D1中から第2画像D2に一致する領域が見つからない等の理由で、レーザ照射位置を特定することができなかった場合(ステップS18でYES判定)には、表示部18にエラーメッセージの表示が行われる(ステップS16)。
レーザ照射位置が正常に特定された場合(ステップS18でNO判定)には、第1画像D1が表示部18に表示されるとともに、第1画像D1中にレーザ照射位置及び距離情報が表示される(ステップS19)。そして、第1画像D1は、距離情報及びレーザ照射位置が画像付帯情報として付加され、画像記憶部32に記憶される(ステップS19)。
このようにユーザは、レーザ測距部12の角度を調整することで、第1撮影範囲R1内の所望の位置をレーザ測距し、第1画像D1内のレーザ照射位置を正確に知ることができる。
なお、上記第1実施形態では、レーザ測距と、第1及び第2画像D1,D2の取得とを同時期に実行しているが、レーザ測距を実行し、レーザ測距が正常に完了した場合に、第1及び第2画像D1,D2の取得を実行してもよい。
また、上記第1実施形態では、レーザ測距が正常に行われなかった場合と、レーザ照射位置を特定することができなかった場合に、表示部18にエラーメッセージを表示することで、エラー通知を行っているが、音声やインジケータランプの点灯等によりエラー通知を行ってもよい。
また、上記第1実施形態では、距離算出部48をレーザ測距部12内に設けているが、距離算出部48をカメラ本体11内に設けてもよいし、距離算出部48をカメラ本体11外に設けてもよい。
[第2実施形態]
図9において、第2実施形態のデジタルカメラ50は、カメラ本体11に対するレーザ測距部12の角度(すなわち、光軸L1と光軸L2とのなす角度θ,θ)を検出する角度検出部51を備える。角度検出部51は、検出した角度θ,θをレーザ照射位置特定部34に供給する。角度検出部51は、ポテンショメータ等で構成されている。
本実施形態では、レーザ照射位置特定部34は、角度検出部51により検出された角度θ,θに基づいて、第1画像D1中のレーザ照射位置のおおよその位置を求め、この位置を、第1画像D1に対して第2画像D2をパターンマッチングする際の初期位置とする。
具体的には、レーザ照射位置特定部34は、第1撮影範囲R1の画角に対する角度θ,θの比率に基づき、図10に示すように、第1画像D1中のレーザ照射位置のおおよその位置(初期位置52)を算出する。そして、レーザ照射位置特定部34は、初期位置52を中心とした探索領域53を第1画像D1内に設定し、第2画像D2を、初期位置52から探索領域53を移動させながら、パターンマッチングを行う。本実施形態のその他の構成は第1実施形態と同一であるので、同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施形態では、パターンマッチングを行う領域が限定されるため、レーザ照射位置の特定を高精度かつ高速に行うことができる。
本実施形態では、角度検出部51は、X軸及びY軸周りの角度θ,θをそれぞれ検出しているが、いずれか一方の角度のみを検出し、パターンマッチングを行う領域を、検出した1つの角度方向のみについて限定してもよい。
上記第1及び第2実施形態では、レーザ測距部12をカメラ本体11の側面にヒンジ部13を介して取り付けているが、レーザ測距部12の取り付け箇所は適宜変更可能である。例えば、図11に示すように、カメラ本体11に着脱可能な交換式レンズ鏡筒60を設け、この交換式レンズ鏡筒60の側面に、ヒンジ部13を介してレーザ測距部12を取り付けてもよい。
また、図12に示すように、カメラ本体11の上面に、フラッシュユニット等を取り付けるためのアクセサリシュー61を設け、このアクセサリシュー61にレーザ測距部12を着脱自在に取り付けてもよい。この場合、アクセサリシュー61が前述のヒンジ部として機能する。また、図13に示すように、カメラ本体11に着脱可能なジャケット62にレーザ測距部12を取り付けてもよい。このジャケット62は、カメラ本体11の外周面を覆うように取り付けられる。
さらに、レーザ測距部12をカメラ本体11から分離して独立させ、レーザ測距部12とカメラ本体11とを相互に無線等で通信可能としてもよい。
[第3実施形態]
図14及び図15において、第3実施形態のデジタルカメラ70は、カメラ本体71内にレーザ測距部72が設けられている。カメラ本体71は、第1実施形態のカメラ本体11と同様の構成を有する。レーザ測距部72は、第1対物レンズ40とダイクロイックミラー41との間に反射ミラー73が設けられ、この反射ミラー73によって光軸L2が屈曲されている点のみが、第1実施形態のレーザ測距部12の構成と異なる。
反射ミラー73は、可動式の反射面を有するミラー装置であり、例えば、DMD(Digital Mirror Device)である。反射ミラー73は、第2制御部47の制御に基づいて、反射面の傾斜角を変更し、光軸L2の方向を変更する。この光軸L2の変更に連動して、レーザ光LBの照射方向、及び第2撮影範囲R2の位置が変更される。
本実施形態では、設定操作部17の操作により、レーザ光LBの照射方向を変更可能となっている。第2制御部47は、設定操作部17からの操作信号に基づいて、反射ミラー73を駆動する。本実施形態のその他の構成は第1実施形態と同一であるので、同一の符号を付し、説明を省略する。
なお、第2実施形態と同様に、反射ミラー73の角度を検出する角度検出器を設け、角度検出部により検出された角度に基づいて、第1画像D1中のレーザ照射位置のおおよその位置を求め、この位置を、第1画像D1に対して第2画像D2をパターンマッチングする際の初期位置としてもよい。
[第4実施形態]
図16において、3次元計測装置80は、デジタルカメラ81と、パーソナルコンピュータ等からなる演算装置82によって構成されている。デジタルカメラ81は、上記いずれかの実施形態のデジタルカメラと同様の構成であって、演算装置82との間で無線通信を行うことが可能である。
デジタルカメラ81は、同一の被写体を対象として、第1撮影位置Aと第2撮影位置Bとで撮影が行われる。第1撮影位置Aと第2撮影位置Bとの間のデジタルカメラ81の移動は、ユーザにより行われる。
演算装置82は、無線通信部83、画像解析部84、3次元データ作成部85、制御部86を有している。無線通信部83は、第1及び第2撮影位置A,Bにおける撮影で取得される第1画像D1と、距離情報とをデジタルカメラ81から受信する。また、無線通信部83は、制御部86からの制御信号をデジタルカメラ81に送信する。
画像解析部84は、周知の8点アルゴリズムに基づき、第1及び第2撮影位置A,Bで得られた2枚の各第1画像D1から複数の特徴点を抽出し、抽出した特徴点をパターンマッチングすることで、第1及び第2撮影位置A,Bでのデジタルカメラ81の相対位置及び相対角度を算出する。また、この方法では、スケール(拡大率)が不明であるため、画像解析部84は、少なくとも第1撮影位置Aで得られた距離情報に基づき、スケールを決定する。
3次元データ作成部85は、第1及び第2撮影位置A,Bの第1画像D1と、第1及び第2撮影位置A,Bでのデジタルカメラ81の相対位置及び相対角度とに基づき、ステレオ法を用いて被写体の3次元データを作成する。制御部86は、演算装置82内の各部と、デジタルカメラ81とを制御する。
また、制御部86は、デジタルカメラ81を制御し、第1撮影位置Aで撮影が行われた後、第2撮影位置Bで撮影を行おうとする際のライブビュー表示中に、第1撮影位置Aで得られた第2画像D2に一致する領域を、ライブビュー表示中の第2撮影位置Bで得られた第1画像D1内から探索させ、この探索結果を表示部18に表示させる。これにより、ユーザは、第2撮影位置Bで、第1撮影位置Aと共通する被写体を撮影していることを、容易に確認することができる。
さらに、制御部86は、第2撮影位置Bで撮影が行われた後も同様に、第1撮影位置Aで得られた第2画像D2に一致する領域を、第2撮影位置Bで得られた第1画像D1内から探索させ、この探索結果を表示部18に表示させるとともに、探索結果を第1画像D1に関連付けて画像記憶部32に記憶させる。特に、制御部86は、第1画像D1内から第2画像D2に一致する領域が存在しない場合には、再撮影を促すメッセージを表示部18に表示させる。
次に、3次元計測装置80の作用を、図17のフローチャートに沿って説明する。ユーザによりデジタルカメラ81の設定操作部17が操作され、デジタルカメラ81が第1撮影モードに設定されると(ステップS30)、第1実施形態のデジタルカメラ10と同様に、撮像及びレーザ測距(ステップS31)、レーザ照射位置の特定(ステップS32)、ライブビュー画像表示(ステップS33)が行われる。ユーザは、ライブビュー画像を観察しながら構図を決定し、第1撮影位置Aで撮影を行う。
第1撮影位置Aにおいて、ユーザによりレリーズボタン16が押下され、撮影指示がなされると(ステップS34でYES判定)、第1実施形態のデジタルカメラ10と同様に、撮像及びレーザ測距(ステップS35)、レーザ照射位置の特定(ステップS38)等が行われ、第1画像D1の表示部18への表示(ステップS40)、及び画像記憶部32への記憶(ステップS41)が行われる。
次いで、ユーザは、第1撮影位置Aとは異なる第2撮影位置Bにデジタルカメラ81を移動する。ユーザによりデジタルカメラ81の設定操作部17が操作され、デジタルカメラ81が第2撮影モードに設定されると(ステップS42)、カメラ本体11により撮像が行われ、第1画像D1が取得される(ステップS43)。この第2撮影モードでは、レーザ測距は行われず、ステップS43で得られた第1画像D1から、第1撮影モードで得られた第2画像D2に一致する領域の探索が行われる(ステップS44)。そして、第1画像D1のライブビュー表示が行われるとともに、探索結果(一致領域)の表示が行われる(ステップS45)。ユーザは、ライブビュー画像を観察しながら構図を決定し、第2撮影位置Aで撮影を行う。
第2撮影位置Bにおいて、ユーザによりレリーズボタン16が押下され、撮影指示がなされると(ステップS46でYES判定)、ステップS43及びS44と同様に、撮像(ステップS47)及び一致領域の探索(ステップS48)が行われる。この一致領域が検出されない場合(ステップS49でYES判定)には、エラー通知として、再撮影を促すメッセージが表示部18に表示される(ステップS50)。一致領域が検出された場合(ステップS49でNO判定)には、第1画像D1の表示部18への表示(ステップS40)、及び画像記憶部32への記憶(ステップS41)が行われる。
この後、画像解析部84により、第1及び第2撮影位置A,Bで得られた2枚の第1画像D1、及び距離情報に基づき、第1及び第2撮影位置A,Bでのデジタルカメラ81の相対位置及び相対角度が算出される(ステップS53)。そして、3次元データ作成部85により、第1及び第2撮影位置A,Bの第1画像D1と、画像解析部84により算出された相対位置及び相対角度とに基づき、被写体の3次元データが作成される(ステップS54)。
上記各実施形態では、撮影装置としてデジタルカメラを例示しているが、本発明は、ビデオカメラ、カメラ付き携帯電話、スマートフォン等の種々の撮影機能付き機器(撮影装置)に適用可能である。また、上記各実施形態は、矛盾しない範囲で相互に組み合わせ可能である。
14 レンズ鏡筒
17 設定操作部
18 表示部
19 撮影レンズ
40 第1対物レンズ
41 ダイクロイックミラー
45 第2対物レンズ

Claims (10)

  1. 第1範囲を撮像して第1画像を生成する第1撮像部と、
    前記第1範囲内の任意の方向にレーザ光を照射可能なレーザ照射部と、
    前記レーザ光の反射光を受光するレーザ受光部と、
    前記第1範囲内で、かつ、前記レーザ光の照射位置を含む第2範囲を撮像して、第2画像を生成する第2撮像部と、
    前記第1画像内から前記第2画像と一致する部分を探索して、前記第1画像内の前記照射位置を特定するレーザ照射位置特定部と、
    前記レーザ受光部による前記反射光の受光時間に基づき、前記レーザ照射位置特定部により特定された前記照射位置までの距離を算出する距離算出部と、
    を備える撮影装置。
  2. 前記第2撮像部による撮像方向は、前記レーザ照射部のレーザ照射方向と連動して変更される請求項1に記載の撮影装置。
  3. 前記第1撮像部と前記第2撮像部とは同時期に撮像を行う請求項2に記載の撮影装置。
  4. 前記第1画像を記憶する画像記憶部を備え、
    前記レーザ照射位置特定部により特定された前記照射位置は、前記第1画像に関連付けられて前記画像記憶部に記憶される請求項3に記載の撮影装置。
  5. 前記第2撮像部と前記レーザ照射部とは光軸が同一であって、前記光軸を屈曲させる可動式の反射ミラーを備え、
    前記反射ミラーの前記光軸に対する角度を変更することにより、前記撮像方向及び前記レーザ照射方向が連動して変更される請求項2に記載の撮影装置。
  6. 前記反射ミラーの角度を検出する角度検出部を備え、
    前記レーザ照射位置特定部は、前記角度検出部により検出された角度に基づいて、前記第1画像内から前記第2画像と一致する部分の探索を開始する際の初期位置を決定する請求項5に記載の撮影装置。
  7. 第1撮像部を有するカメラ本体と、前記レーザ受光部及び前記第2撮像部を有するレーザ測距部とを備え、
    前記レーザ測距部は、前記カメラ本体に対して回転自在に取り付けられている請求項2に記載の撮影装置。
  8. 前記カメラ本体に対する前記レーザ測距部の角度を検出する角度検出部を備え、
    前記レーザ照射位置特定部は、前記角度検出部により検出された角度に基づいて、前記第1画像内から前記第2画像と一致する部分の探索を開始する際の初期位置を決定する請求項7に記載の撮影装置。
  9. 請求項1から8いずれか1項に記載の撮影装置と、演算装置とにより構成された3次元計測装置において、
    前記演算装置は、
    第1撮影位置で前記撮影装置により得られた前記第1画像と、第2撮影位置で前記撮影装置により得られた前記第1画像とから複数の特徴点を抽出し、抽出した特徴点をパターンマッチングすることにより、前記第1及び第2撮影位置での前記撮影装置の相対位置及び相対角度を算出する画像解析部と、
    前記第1及び第2撮影位置で得られた前記第1画像と、前記画像解析部により算出された前記相対位置及び前記相対角度に基づき、被写体の3次元データを作成する3次元データ作成部と、
    を備える3次元計測装置。
  10. 前記撮影装置は、前記第2撮影位置で得られた前記第1画像内から、前記第1撮影位置で得られた前記第2画像に一致する部分を探索し、探索結果を通知する請求項9に記載の3次元計測装置。
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