JP2000283739A

JP2000283739A - ３次元情報入力カメラ

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Publication number: JP2000283739A
Application number: JP11087156A
Authority: JP
Inventors: Masataka Hamada; 正隆浜田
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1999-03-29
Filing date: 1999-03-29
Publication date: 2000-10-13
Anticipated expiration: 2019-03-29
Also published as: JP3353737B2

Abstract

(57)【要約】【課題】３次元情報の入力ミスが生じない３次元情報
入力カメラを提供する。【解決手段】撮影領域を撮影する撮像手段と、撮影領
域にパターン光を投影する投影手段とを備え、該投影手
段が投影したパターン光により撮影領域内の被写体に形
成された投影パターンを上記撮影手段により撮影する３
次元情報入力カメラにおいて、パターン光の投影により
３次元情報を得ることが可能となるための制限条件に関
する情報を伝達する制限条件伝達手段Ｅ，Ｆを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３次元情報入力カ
メラに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、３次元情報入力としては、複数の
撮影レンズを通過した２像から３次元情報を得る方法
や、図１６に示すように、光を物体に投影し三角測量法
の原理によって距離分布を検出する方法が知られてい
る。

【０００３】また、たとえば特開平６−２４９６２４号
公報に開示されたのように、フリンジパターンを投影
し、別カメラでパターンを入力して、いわゆる三角測量
により距離分布を検知する方法がある。また、格子パタ
ーンを物体に投影し、異なる角度方向から観察すると、
投影された格子パターンが物体の起伏に応じた変形デー
タを得ることにより、物体の起伏を求める方法も提案さ
れている。（精密工学会誌、５５，１０，８５（１９８
９））。また、図１７に示すように、格子パターン投影
の代わりに、グレイコードパターンを投影し、光学的分
布をＣＣＤカメラで測定する方法である。

【０００４】これらの方法により３次元情報を得るに
は、複数画像の撮影が必要となったり画像情報の処理が
面倒であったりするので、撮影時、もしくは後の処理に
時間を要する。そのため、計測機器としては問題ない
が、カメラに使用するには適さないと考えられる。

【０００５】短時間の撮影および後演算で３次元情報を
精度よく得られる方法として、以下のような提案があ
る。

【０００６】たとえば図１８（出典：「光三次元計測」
吉澤徹編、新技術コミュニケーションズ、第８９頁、図
５.２.１２（ａ））のように、縞パターンを投影し、投
影した縞パターンに対し、設計的に決まる角度で被写体
からの縞パターンを受光し、被写体の凹凸による縞の変
形画像から被写体の距離分布を検出する。すなわち、各
画像ポイントで測定される画像の位相に対して、オリジ
ナル縞との位相のずれを演算する。この位相のずれには
被写体の高さの情報も含まれている。そこで位相情報と
三角測量による情報とによって、被写体の距離分布を求
める。しかし、検出には高い精度が必要となる。縞パタ
ーンの濃度分布や光度には限界があるため、縞パターン
の位置を少しずつずらした複数の撮影画像によって、被
写体の距離分布を求まる方法がとられてきた。たとえ
ば、０°、９０°、１８０°、２７０°の４つの位相の
ずれた縞パターンを投影する。

【０００７】これを改良したのが、たとえば図１９およ
び図２０に示したように、正弦波の縞パターンを被写体
に投影し、別角度から位相ずれを検出して距離分布を検
出する方法である。これによれば、１回の撮影で、一本
の縞について多数の位相位置の距離分布の検出が可能で
ある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記縞パタ
ーン投影法は、室内などで固定した使用方法を前提とし
ており、投影パターンは被写体を充分カバーできる程度
の大きさを設定できるが、ハンドリングを前提とした装
置では大がかりな投影パターンを設定できない。そこで
投影パターンユニットを小型化し、持ち運びを容易にし
た装置が考えられる。

【０００９】しかし、この場合撮影距離や撮影画面を制
限することが必要となる。撮影した結果、この制限条件
外になってしまえば、たとえ被写体の写真が撮れても、
３次元情報が得られないことが生じる。

【００１０】したがって、本発明が解決しようとする技
術的課題は、３次元情報の入力ミスが生じない３次元情
報入力カメラを提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段および作用・効果】本発明
は、上記技術的課題を解決するために、３次元情報の入
力ミスが生じないようにするために３次元情報入力条件
を表示することを基本的特徴とする、以下の構成の３次
元情報入力カメラを提供する。

【００１２】３次元情報入力カメラは、撮影領域を撮影
する撮像手段と、撮影領域にパターン光を投影する投影
手段とを備え、該投影手段が投影したパターン光により
撮影領域内の被写体に形成された投影パターンを上記撮
影手段により撮影するタイプものもである。３次元情報
入力カメラは、パターン光の投影により３次元情報を得
ることが可能となるための制限条件に関する情報を伝達
する制限条件伝達手段を備える。

【００１３】上記構成において、制限条件伝達手段は、
たとえば、被写体までの距離、パターン光に対する被写
体の位置など、パターン光の投影により３次元情報を得
ることが可能となるための制限条件に関して、３次元情
報を得ることが可能な撮影範囲、被写体が実際に制限条
件を満たしているかなどの情報を、視覚表示や音声など
により、操作者に伝達する。これによって、制限条件を
満たしているか否かを知ることができ、制限条件を満た
すようにすることができる。

【００１４】したがって、３次元情報の入力ミスを防止
できる。

【００１５】具体的には、制限条件伝達手段は、種々の
態様で構成される。

【００１６】第１の態様としては、上記制限条件伝達手
段は、撮影領域表示手段と、入力可能領域表示手段とを
含む。上記撮影領域表示手段は、撮影領域の撮影画像を
表示する。上記入力領域表示手段は、該撮影領域表示手
段が表示する撮影領域表示画像中に、被写体が存在すれ
ばパターン光の投影により３次元情報を得ることが可能
となる。

【００１７】上記構成において、入力可能領域は、一般
には、パターン光の投影画角又はパターン光の到達距離
（発光量）又は撮像手段の撮像感度（レンズの明るさや
撮影時間など）に依存して決まる。

【００１８】上記構成によれば、入力可能領域内に被写
体が存在するか否かによって、３次元情報の入力可否が
分かり、入力可能領域内に被写体が存在するようにする
ことによって、３次元情報入力が可能となる。したがっ
て、操作者に分かり易い方法で、３次元情報の入力ミス
を防止できる。

【００１９】第２の態様としたは、上記制限条件伝達手
段は、撮影領域表示手段と、入力可能部分領域表示手段
とを含む。上記撮影領域表示手段は、撮影領域の撮影画
像を表示する。上記入力可能部分領域表示手段は、該撮
影領域表示手段が表示する撮影画像中に、被写体が存在
する部分領域のうち、パターン光の投影により３次元情
報を得ることが可能となる入力可能部分領域を表示す
る。

【００２０】上記構成によれば、入力可能部分領域内の
被写体については、３次元情報を得ることが可能であ
る。入力可能部分領域の表示の有無により３次元情報の
入力可否が分かり、どの被写体について３次元情報入力
が可能であるかが分かる。したがって、操作者に分かり
易い方法で、３次元情報の入力ミスを防止できる。

【００２１】第３の態様は、上記制限条件伝達手段は、
被写体検出手段と、警告手段とを含む。上記被写体検出
手段は、パターン光の投影により３次元情報を得ること
が可能となる有効距離範囲内に被写体が存在するか否か
を検出する。上記警告手段は、該被写体検出手段が上記
有効距離範囲内において被写体の存在を検出できないと
きに、警告を発する。

【００２２】上記構成によれば、有効距離範囲内に被写
体が存在しない場合には、撮影者は、そのことを警告に
よって知ることができる。警告は、視覚表示や音声など
により、操作者に伝達する。警告の有無により、３次元
情報の入力可否が分かり、警告時には、警告がなくなる
まで被写体を移動すれば、３次元情報入力が可能であ
る。したがって、操作者に分かり易い方法で、３次元情
報の入力ミスを防止できる。

【００２３】上記第１および第２の態様において、好ま
しくは、上記撮影領域表示手段は、液晶ディスプレイで
ある。

【００２４】上記構成において、液晶ディスプレイ（Ｌ
ＣＤ）は薄く、電源も小さくなる。したがって、撮影領
域表示手段を含め、３次元情報入力カメラを小型化する
ことが容易である。

【００２５】また、上記第１の態様において、好ましく
は、上記入力可能領域表示手段は、上記撮像手段の撮影
画角の変化および／またはパターン光の投影角の変化に
応じて、上記撮影領域表示画像中の上記入力可能領域の
表示の大きさが変化する。

【００２６】上記構成によれば、撮像手段の撮影画角お
よび／またはパターン光の投影角が変化して、入力可能
領域が変化すると、それに応じて、撮影画像中の入力可
能領域の表示の大きさが変化する。したがって、撮影画
角の変化により入力可能領域の表示の大きさが変化する
場合でも、入力可能領域の範囲が分かるので、容易に、
被写体の３次元情報を入力することができる。

【００２７】また、上記第１の態様において、好ましく
は、上記撮影領域表示画像中の上記入力可能領域の表示
が変化しないように、上記撮像手段の撮影画角の変化に
応じて、パターン光の投影角を変化させるパターン光投
影角度変更手段を備える。

【００２８】上記構成によれば、撮影画角を変えても、
撮影画像中の入力可能領域の表示の大きさは変化しない
ので、操作者は移動することなく、撮影画角を変えるだ
けで、入力可能領域内に被写体が入るように操作するこ
とができる。したがって、操作が容易になる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
３次元情報入力カメラ（以下３Ｄカメラという）につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００３０】３Ｄカメラは、図１の正面図に示すよう
に、縞パターン投影部１と、箱型のカメラ本体部２と、
直方体状の撮像部３（太線で図示）とから構成されてい
る。撮像部３は、正面から見てカメラ本体部２の右側面
に着脱可能である。

【００３１】撮像部３は撮影レンズであるマクロ機能付
きズームレンズ３０１の後方位置の適所にＣＣＤカラー
エリアセンサ３０３（図５参照）を備えた撮像回路が設
けられている。また、銀塩レンズシャッターカメラと同
様に、撮像部３内の適所にフラッシュ光の被写体からの
反射光を受光する調光センサ３０５を備えた調光回路３
０４（図５参照）が、また、被写体の距離を測定するた
めの測距センサＡＦ、光学ファインダー３１が設けられ
ている。

【００３２】一方、撮像部本体３の内部には、上記ズー
ムレンズ３０１のズーム比の変更と収容位置、撮影位置
間のレンズ移動を行うためのズームモータＭ１（図５参
照）および合焦を行うためのモータＭ２（図５参照）と
が設けられている。

【００３３】カメラ本体部２の前面には、左端部の適所
にグリップ部４が設けられ、右端部の上部適所に内蔵フ
ラッシュ５が、さらに、３Ｄカメラと外部機器（たとえ
ば、他の３Ｄカメラやパーソナルコンピュータ）と赤外
線通信をを行うためのＩＲＤＡポート設けられている。
また、カメラ本体部２の上面にはシャッタボタン９が設
けられている。

【００３４】縞パターン投影部１は、カメラ本体部２と
撮像部本体３の間に位置し、縞パターン投影部５０１が
配置されている。投影部５０１は撮影レンズ３０１の光
軸中心とほぼ同じ高さに縞パターン中心を置く配置とし
ている。そして縞パターンのパターン方向が光軸から離
れる方向に対し垂直方向になるように配置している。こ
れらは、三角測量の原理から３次元情報を得ることが基
本であるため、いわゆる基線長を長くとり、精度を確保
する目的と、オフセットを持たせたり、垂直以外の角度
による配置に比べて相対的に小さな縞パターンで被写体
をカバーすることを目的としている。縞パターンの投影
は、ここではフラッシュ光を用いている。縞パターンは
フィルムを用いる。

【００３５】これらの変形例としては、投影はフラッシ
ュ光以外にランプ光でもよい。また、縞パターンは、フ
ィルムだけでなく、ガラス基板に顔料や染料などのパタ
ーンをつけたものでもよい。

【００３６】図２の背面図に示したように、カメラ本体
部２の背面には、撮影画像のモニタ表示（ビューファイ
ンダーに相当）および記録画像の再生表示等を行うため
のＬＣＤ表示部１０が設けられている。また、ＬＣＤ表
示部１０の下方位置に、３Ｄカメラの操作を行うキース
イッチ群５２１〜５２６、カメラ本体の電源スイッチＰ
Ｓとが設けられている。また、電源スイッチＰＳの左側
には、電源ＯＮ状態で点灯するＬＥＤ１、メモリカード
にアクセス中や撮影準備に必要なためカメラへの入力を
受け付けない状態を表示するＢＵＳＹ表示ＬＥＤ２が設
けられている。

【００３７】さらに、カメラ本体部２の背面には、「撮
影モード」と「再生モード」とを切換設定する撮影／再
生モード設定スイッチ１４が設けられている。撮影モー
ドは、写真撮影を行うモードであり、再生モードは、メ
モリカード８（図５参照）に記録された撮影画像をＬＣ
Ｄ表示部１０に再生表示するモードである。撮影／再生
モード設定スイッチ１４も２接点のスライドスイッチか
らなり、たとえば下にスライドすると、再生モードが設
定され、上にスライドすると、撮影モードが設定され
る。

【００３８】また、カメラ背面右上方には、４連スイッ
チＺが設けられており、ボタンＺ１〜Ｚ２を押すことに
より、ズームモータＭ１（図５参照）を駆動してズーミ
ングを行い、ボタンＺ３、Ｚ４を押すことによって露出
補正を行う。

【００３９】撮像部３の背面側には、ＬＣＤ表示をオン
・オフさせるためのＬＣＤボタンが設けられており、こ
のボタンを押す毎にＬＣＤ表示のオンオフ状態が切り替
わる。たとえば、専ら、光学ファインダー３１のみを用
いて撮影するときには、節電の目的で、ＬＣＤ表示をオ
フするようにする。マクロ撮影時には、ＭＡＣＲＯボタ
ンを押すことにより、フォーカスモータＭ２が駆動され
撮影レンズ３０１がマクロ撮影可能な状態になる。

【００４０】縞パターン投影部１の背面側には、縞パタ
ーン投影をするためのフラッシュ電源、すなわち３Ｄフ
ラッシュ電源スイッチＺ５を配置している。

【００４１】図３の側面図に示すように、３Ｄカメラの
本体部２の側面には、ＤＣ入力端子と、液晶表示されて
いる内容を外部のビデオモニターに出力するためのビデ
オ出力端子Ｖideoが設けられている。

【００４２】図４の底面に示すように、カメラ本体部２
の底面には、電池装填室１８とメモリカード８のカード
装填室１７とが設けられ、装填口は、クラムシェルタイ
プの蓋１５により閉塞されるようになっている。本実施
の形態における３Ｄカメラは、４本の単三形乾電池を直
列接続してなる電源電池を駆動源としている。また、底
面には、コネクタおよび鉤状の接続具によって接続され
ている撮像部３と本体部２との係合を解くための解除レ
バーＲelが設けられている。

【００４３】縞パターン投影部１の底面には、カメラ本
体部２と同様に電池装填室５１８および蓋５１５を設
け、カメラ本体部２とは別のフラッシュ用電池を用い
る。また、縞パターン投影部１の底面には三脚ねじ５０
２を設けている。三脚ねじ５０２は、カメラのバランス
から、比較的中央に位置する縞パターン投影部１に設け
ている。

【００４４】次に、図５のブロックを参照しながら、撮
像部３の内部ブロックについて説明する。

【００４５】ＣＣＤ３０３は、マクロズームレンズ３０
１により結像された被写体の光像を、Ｒ（赤），Ｇ
（緑），Ｂ（青）の色成分の画像信号（各画素で受光さ
れた画素信号の信号列からなる信号）に光電変換して出
力する。タイミングジェネレータ３１４は、ＣＣＤ３０
３の駆動を制御するための各種のタイミングパルスを生
成するものである。

【００４６】撮像部３における露出制御は、絞りが固定
絞りとなっているので、ＣＣＤ３０３の露光量、すなわ
ち、シャッタスピードに相当するＣＣＤ３０３の電荷蓄
積時間を調節して行われる。被写体輝度が低輝度時に適
切なシャッタスピードが設定できない場合は、ＣＣＤ３
０３から出力される画像信号のレベル調整を行うことに
より露光不足による不適正露出が補正される。すなわ
ち、低輝度時は、シャッタスピードとゲイン調整とを組
み合わせて露出制御が行われる。画像信号のレベル調整
は、信号処理回路３１３内の後述するＡＧＣ回路のゲイ
ン調整において行われる。

【００４７】タイミングジェネレータ３１４は、本体部
２のタイミング制御回路２０２から送信される基準クロ
ックに基づきＣＣＤ３０３の駆動制御信号を生成するも
のである。タイミングジェネレータ３１４は、たとえば
積分開始／終了（露出開始／終了）のタイミング信号、
各画素の受光信号の読出制御信号（水平同期信号，垂直
同期信号，転送信号等）等のクロック信号を生成し、Ｃ
ＣＤ３０３に出力する。

【００４８】信号処理回路３１３は、ＣＣＤ３０３から
出力される画像信号（アナログ信号）に所定のアナログ
信号処理を施すものである。信号処理回路３１３は、Ｃ
ＤＳ（相関二重サンプリング）回路とＡＧＣ（オートゲ
インコントロール）回路とを有し、ＣＤＳ回路により画
像信号のノイズの低減を行ない、ＡＧＣ回路のゲインを
調整することにより画像信号のレベル調整を行う。

【００４９】調光回路３０４は、フラッシュ撮影におけ
る内蔵フラッシュ５の発光量を本体部２の全体制御部２
１１により設定された所定の発光量に制御するものであ
る。フラッシュ撮影においては、露出開始と同時に被写
体からのフラッシュ光の反射光が調光センサ３０５によ
り受光され、この受光量が所定の発光量に達すると、調
光回路３０４から制御部２１１内に設けられたＦＬ制御
回路発光停止信号が出力される。ＦＬ制御回路は、この
発光停止信号に応答して内蔵フラッシュ５の発光を強制
的に停止し、これにより内蔵フラッシュ５の発光量が所
定の発光量に制御される。

【００５０】３Ｄ情報入力には後述のシーケンスで説明
するが、２枚のフラッシュ撮影画像から得る。１枚が縞
パターン投影付き画像でもう１枚が縞パターンを投影し
ない画像である。２枚の画像では、基本光度（図２０参
照）が一定であることが理想である。縞パターン情報か
ら位相情報を取り出す場合、基本光度情報は除去されな
ければならない。よって、２枚の撮影では、別々の調光
制御を行わずにフラッシュ発光時間を一定にすることと
する。なお、フラッシュへの調光制御そのものはカメラ
本体部２の全体制御部２１１から制御される。

【００５１】以上述べた、撮像部３と本体部２とは、撮
像部３の装着面３３４に設けられた、３３４ａ〜３３４
ｇからなる７グループの接続端子群と、本体２の接続面
２３３に設けられた２３４ａ〜２３４ｇからなる７グル
ープの接続端子群によって、撮像部３と本体部２とが縞
パターン投影部１を通って電気的に接続される。また、
縞パターン投影部１と本体部２とは、２３４ｈの接続端
子によって電気的に接続される。

【００５２】次に、カメラ本体部２の内部ブロックに関
して説明する。

【００５３】カメラ本体部２内において、Ａ／Ｄ変換器
２０５は、画像信号の各画素信号を１０ビットのデジタ
ル信号に変換するものである。

【００５４】カメラ本体部２内には、基準クロック、タ
イミングジェネレータ３１４、Ａ／Ｄ変換器２０５に対
するクロックを生成するタイミング制御回路２０２が設
けられている。タイミング制御回路２０２は、制御部２
１１により制御される。

【００５５】黒レベル補正回路２０６は、Ａ／Ｄ変換さ
れた画素信号（以下、画素データという。）の黒レベル
を基準の黒レベルに補正するものである。また、ＷＢ回
路２０７は、γ補正後にホワイトバランスも合わせて調
整されるように、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色成分の画素データの
レベル変換を行うものである。ＷＢ回路２０７は、全体
制御部２１１から入力される、レベル変換テーブルを用
いてＲ，Ｇ，Ｂの各色成分の画素データのレベルを変換
する。なお、レベル変換テーブルの各色成分の変換係数
（特性の傾き）は全体制御部２１１により撮影画像ごと
に設定される。

【００５６】γ補正回路２０８は、画素データのγ特性
を補正するものである。

【００５７】画像メモリ２０９は、γ補正回路２０８か
ら出力される画素データを記憶するメモリである。画像
メモリ２０９は、１フレーム分の記憶容量を有してい
る。すなわち、画像メモリ２０９は、ＣＣＤ３０３がｎ
行ｍ列の画素を有している場合、ｎ×ｍ画素分の画素デ
ータの記憶容量を有し、各画素データが対応する画素位
置に記憶されるようになっている。

【００５８】ＶＲＡＭ２１０は、ＬＣＤ表示部１０に再
生表示される画像データのバッファメモリである。ＶＲ
ＡＭ２１０は、ＬＣＤ表示部１０の画素数に対応した画
像データの記憶容量を有している。

【００５９】撮影待機状態においては、撮像部３により
１／３０（秒）ごとに撮像された画像の各画素データが
Ａ／Ｄ変換器２０５〜γ補正回路２０８により所定の信
号処理を施された後、画像メモリ２０９に記憶されると
ともに、全体制御部２１１を介してＶＲＡＭ２１０に転
送され、ＬＣＤ表示部１０に表示される（ライブビュー
表示）。これにより撮影者はＬＣＤ表示部１０に表示さ
れた画像により被写体像を視認することができる。ま
た、再生モードにおいては、メモリカード８から読み出
された画像が全体制御部２１１で所定の信号処理が施さ
れた後、ＶＲＡＭ２１０に転送され、ＬＣＤ表示部１０
に再生表示される。

【００６０】カードＩ／Ｆ２１２は、メモリカード８へ
の画像データの書込みおよび画像データの読出しを行う
ためのインターフィースである。

【００６１】フラッシュ制御回路２１６は、内蔵フラッ
シュ５の発光を制御する回路である。フラッシュ制御回
路２１６は、全体制御部２１１の制御信号に基づき内蔵
フラッシュ５の発光の有無、発光量および発光タイミン
グ等を制御し、調光回路３０４から入力される発光停止
信号ＳＴＰに基づき内蔵フラッシュ５の発光量を制御す
る。

【００６２】ＲＴＣ２１９は、撮影日時を管理するする
ための時計回路である。図示しない別の電源で駆動され
る。

【００６３】操作部２５０には、上述した、各種スイッ
チ、ボタンが設けられている。

【００６４】シャッタボタン９は銀塩カメラで採用され
ているような半押し状態（Ｓ１）と押し込んだ状態（Ｓ
２）とが検出可能な２段階スイッチになっている。待機
状態でシャッターボタンをＳ１状態にすると、測距セン
サＡＦからの測距情報によって距離情報を全体制御部２
１１へ入力する。全体制御部２１１の指示によって、Ａ
ＦモータＭ２を駆動し、合焦位置へ撮影レンズ３０１を
移動させる。

【００６５】全体制御部２１１は、マイクロコンピュー
タからなり、上述した撮像部３内およびカメラ本体部２
内の各部材の駆動を有機的に制御して３Ｄカメラ１の撮
影動作を統括制御するものである。図６のブロック図を
参照しながら説明する。

【００６６】また、全体制御部２１１は、露出制御値
（シャッタスピード（ＳＳ））を設定するための輝度判
定部２１１ａとシャッタスピード設定部（ＳＳ設定部２
１１ｂ）とを備えている。

【００６７】輝度判定部２１１ａは、撮影待機状態にお
いて、ＣＣＤ３０３により１／３０（秒）ごとに取り込
まれる画像を利用して被写体の明るさを判定するもので
ある。すなわち、輝度判定部２１１ａは、画像メモリ２
０９に更新的に記憶される画像データを用いて被写体の
明るさを判定するものである。

【００６８】シャッタスピード設定部２１１ｂは、輝度
判定部による被写体の明るさの判定結果に基づいてシャ
ッタスピード（ＣＣＤ３０３の積分時間）を設定するも
のである。

【００６９】さらに、全体制御部２１１は、上記撮影画
像の記録処理を行うために、フィルタリング処理を行う
フィルタ部２１１ｆとサムネイル画像および圧縮画像を
生成する記録画像生成部２１１ｇとを備え、メモリカー
ド８に記録された画像をＬＣＤ表示部１０に再生するた
めに、再生画像を生成する再生画像生成部２１１ｈを備
えている。

【００７０】フィルタ部２１１ｆは、デジタルフィルタ
により記録すべき画像の高周波成分を補正して輪郭に関
する画質の補正を行うものである。

【００７１】記録画像生成部２１１ｆは、画像メモリ２
０９から画素データを読み出してメモリカード８に記録
すべきサムネイル画像と圧縮画像とを生成する。記録画
像生成部２１１ｈは、画像メモリ２０９からラスタ走査
方向に走査しつつ、横方向と縦方向の両方向でそれぞれ
８画素ごとに画素データを読み出し、順次、メモリカー
ド８に転送することで、サムネイル画像を生成しつつメ
モリカード８に記録する。

【００７２】また、記録画像生成部２１１ｆは、画像メ
モリ２０９から全画素データを読み出し、これらの画素
データに２次元ＤＣＴ変換、ハフマン符号化等のＪＰＥ
Ｇ方式による所定の圧縮処理を施して圧縮画像の画像デ
ータを生成し、この圧縮画像データをメモリカード８の
本画像エリアに記録する。

【００７３】なお、３Ｄ情報入力モードの場合は、ＪＰ
ＥＧ圧縮を行わないことが望ましいので、記録画像生成
部２１１ｆを通過する場合、１／１圧縮という扱いにす
る。

【００７４】全体制御部２１１は、撮影モードにおい
て、シャッタボタン９により撮影が指示されると、撮影
指示後に画像メモリ２０９に取り込まれた画像のサムネ
イル画像と圧縮率設定スイッチ１２で設定された圧縮率
によりＪＰＥＧ方式により圧縮された圧縮画像とを生成
し、撮影画像に関するタグ情報（コマ番号、露出値、シ
ャッタスピード、圧縮率、撮影日、撮影時のフラッシュ
オンオフのデータ、シーン情報、画像の判定結果等）等
の情報とともに両画像をメモリカード８に記憶する。

【００７５】３Ｄ情報入力モードの場合は、図７に示す
ように、１コマ目と２コマ目の２枚で初めて１つの被写
体の３Ｄ情報となる。すなわち、１枚目がａとし、縞パ
ターン付き画像、２枚目がｂで縞パターンなしの通常画
像である。通常４０枚撮影できるカードであれば、２０
シーンの３Ｄ画像ということになる。

【００７６】３Ｄカメラによって記録された画像の各コ
マはタグの部分とＪＰＥＧ形式で圧縮された高解像度の
画像データ(（１６００×１２００）画素)とサムネイル
表示用の画像データ（８０×６０）画素)が記録されて
いる。

【００７７】撮影／再生モード設定スイッチ１４を再生
モードに設定したときには、メモリカード８内のコマ番
号の最も大きな画像データが読み出され、再生画像生成
部２１１ｈにて、データ伸張され、これがＶＲＡＭ２１
０に転送されることにより、表示部１０には、コマ番号
の最も大きな画像、すなわち直近に撮影された画像が表
示される。ＵＰスイッチＺ３を操作することにより、コ
マ番号の大きな画像が表示され、ＤＯＷＮスイッチＺ４
を押すことによりコマ番号の小さな画像が表示される。
ただし、３Ｄモードで撮影した場合のａ画像、すなわち
縞パターン付き画像は表示しないでｂ画像のみの表示と
する。

【００７８】次に縞パターン投影部１の部分を説明す
る。縞パターン投影部１内部回路は３Ｄフラッシュ電源
スイッチＺ５のスイッチがＯＮの場合動作する。ＯＮで
ある場合、カメラ本体のフラッシュ制御回路２１６およ
び内蔵フラッシュ５は不動作状態に入る。縞パターン投
影部１の制御回路５１４は、縞パターン投影部１のフラ
ッシュ５０５を動作させる回路および縞パターンの切り
替えを行う回路を含む。マスク切り替えには、マスクモ
ータＭ３に信号を送り、パターンマスク５３０を動作さ
せる。縞パターン投影部１には他に不図示の電源回路お
よび電池が配置される。また、制御回路５１４は、フラ
ッシュのズームモータＭ４を制御する。

【００７９】縞パターン投影部１の内部は、図１４のよ
うになっている。フラッシュ光を発光するキセノンチュ
ーブ５３１とパターンを被写体にむけてワイドに投影す
るためのシリンドリカル凹レンズ５３２、マスクパター
ンユニット５３０、マスクパターンユニットを投影窓５
３３から完全に待避回転させるための軸５３４、軸を回
転させる不図示のモータがある。また制御回路２には、
フラッシュ光用の電気エネルギーをためるコンデンサや
調光センサ３０５の信号を受けフラッシュ発光をうち切
るスイッチＩＧＢＴなどがあるが従来のフラッシュ回路
と同様であるのでここでは略す。フラッシュをズームす
る実施例の場合には、図１４にあるように、キセノンチ
ューブ５３１をシリンドリカル凹レンズ５３２の光軸方
向に動かす。フラッシュのズーム機構は、従来のズーム
フラッシュと同様の構成であるので、ここでは略す。

【００８０】一方、フラッシュのズームを行わない構成
をとる場合は、図１４のキセノンチューブ５３１を固定
構成とし、図５のフラッシュのズームモータＭ４を削除
する。

【００８１】図５では調光センサの信号を受け、フラッ
シュ光量を制御するための信号経路として、図５では全
体制御回路２１１からの信号によってフラッシュ光を制
御しているが、図９のように調光回路３０４からの信号
を３３４ｆ端子を通して直接入力し、フラッシュ発光時
間を制御してもよい。

【００８２】マスクパターン５３０は、図８のようにな
っている。縞パターン数は１０から３０周期（ここでは
１３本ある）で、各縞は濃度分布を持っている。この濃
度分布により、受光したときの位相シフトを検知し、位
相画像すなわち距離分布画像（３次元画像）を得ること
ができる。各濃度は、たとえば２０％から７０％の分布
で、三角波を示す。原理的には単調増加部と単調減少部
の組み合わせであればよいので、各々が正弦波でもガウ
ス分布でもよい。図８（ａ）において符号Ｋで示した部
分は、どの周波分かを特定するために色を変化させた部
分である。図８（ｂ）に示すように、濃度が異なる部分
が色を持つ部分Ｋである。

【００８３】さらに、位置特定の精度を上げるために、
たとえば中央部分には、色の付いたパターンを置き、グ
ラデーションのある縞だけでなく、色情報を利用したマ
ーカを置き位置情報の精度を上げることもできる。

【００８４】被写体上に投影された縞パターンの位相シ
フトを精度良くとらえるためには、全体の濃度分布は５
０％程度のコントラストを必要とする。検出能力から
（ＳＮ）５％の変化をＣＣＤセンサがとらえることがで
きれば、ここでは１０段階の濃度は区別できることにな
る。コントラストは大きいほど分解能が上がり、３Ｄ情
報を得る場合の精度が向上する。

【００８５】次に、この３次元情報入力カメラの動作
を、図１２および図１３を参照しながら説明する。

【００８６】まず、カメラのメインスイッチＰＳをＯＮ
した後、３ＤフラッシュスイッチＺ５をＯＮする（Ｓ
１）。次に３Ｄモードをセットする（Ｓ２）。ここでは
スイッチ５２１〜５２６を使用してモード設定する。３
ＤフラッシュスイッチＺ５のＯＮと同時に、モードを自
動設定するようにしてもよい。また、回路形式および電
源形式がカメラ本体だけからの供給であれば、スイッチ
５２１〜５２６だけで設定するようにしてもよい。

【００８７】モード設定されれば、ＢＵＳＹ表示ＬＥＤ
２が点灯し（Ｓ３）、図１０（ｂ）に示しすように、Ｌ
ＣＤ表示１０に３Ｄ撮影可能領域表示Ｅが点灯される。
この表示は縞パターン投影可能領域を示す。そして３Ｄ
フラッシュのコンデンサ（不図示）への充電が開始され
る（Ｓ４）。充電終了を待ち（Ｓ５）、終了すればＢＵ
ＳＹ表示ＬＥＤ２が消える（Ｓ６）。そして、Ｓ７でレ
リーズ信号（シャッターボタン９のオン）を待つ。

【００８８】３Ｄ撮影には２枚の連写を必要とする。１
枚が縞パターン付き画像、１枚が縞パターンなしの画像
を得る。

【００８９】レリーズ信号が入れば、１枚目の撮影に入
り撮像センサの積分が始まる（Ｓ８）。この積分中に縞
パターン付きフラッシュが発光し、縞パターン画像を得
る。ここでは、縞パターン付き画像を１枚目としている
が、逆に２枚目にしてもよい。

【００９０】次に、カメラ本体部２では、画像データａ
（縞パターン付き画像）をメモリする。一方、縞パター
ン投影部１では、一般のフラッシュとは異なり、フラッ
シュ発光後の追い充電に入るのを禁止し（Ｓ３１）、マ
スクパターンの切り替えを行う（Ｓ３２）。

【００９１】マスクパターンの切り替えは、マスクモー
タＭ３により、図８において点線で示したように、マス
クパターン５３０を待避させる。この待避時間を短く
し、２枚の撮影間隔をできるだけ短くする。被写体が動
いても画像のずれを無視できる程度にする。たとえば、
マスク５３０のバウンドを含め１００ｍｓ以内を目標と
する。

【００９２】この待避をマスクモータＭ３で行う場合、
大きな消費電流を必要とする。よって、ここで同時にフ
ラッシュ充電に入ると、双方大電流を必要とするため、
モータＭ３が動かない場合がでて、待避できなくなり、
２枚目撮影で縞パターンなし画像を得られなくなる。そ
こでフラッシュコンデンサ充電とモータ通電の同時動作
を避ける。

【００９３】パターンが切り替わった後、２枚目の撮像
に入る（Ｓ１０）。同様にフラッシュ発光し（Ｓ１
１）、縞パターンなし画像を得る。

【００９４】そして、Ｓ２２で縞パターンなし画像ｂを
メモリし、Ｓ２３で縞パターン付き画像ａと縞パターン
なし画像ｂをメモリカード８に書き込む。

【００９５】ここで、画像ａ，ｂをまとめてメモリカー
ド８に書き込むのは、２枚の撮影時間間隔を短くするた
めである。１枚ごとに書き込むと時間がかかるためであ
る。すなわち、３Ｄモードになれば、２枚ずつメモリカ
ード８に書き込むモードなる。

【００９６】一方、縞パターン投影部１では、待避した
マスクパターン５３０を復帰する（Ｓ３３）。そして、
ここで初めて３Ｄフラッシュの充電を再開し（Ｓ３
４）、再びＢＵＳＹ表示ＬＥＤ２を点灯する（Ｓ３
５）。

【００９７】以下、３ＤフラッシュスイッチＺ５のオン
が続いていれば、Ｓ５に戻る（Ｓ１２）。

【００９８】一方、この撮影シーケンスにはいるまえ
の、撮影準備状態について説明する。撮影すべき被写体
をＬＣＤファインダーなどでとらえる時、一般には撮影
できる領域がファインダー全域に表示される。通常撮影
に対し、３次元情報の撮影に対しては、２つの考え方が
ある。

【００９９】１つは、撮影レンズのズームに対してフラ
ッシュをズームしない方法である。この方法の特徴は、
特定被写体に対しては、縞パターンの周波数が一定であ
るため、３次元情報の精度はほとんど変化しない。しか
し、ファインダー上では、撮影範囲が変化する。

【０１００】もう１つは、フラッシュもズームする方法
である。これは、逆に３次元情報の精度は変化するが、
ファインダー上では、撮影範囲が変化しない。フラッシ
ュをズームするのは、撮影レンズが広角の時は、レン
ズに合わせて縞パターンを広く投影したい。撮影レン
ズが望遠の時はレンズに合わせて、広い投影範囲は必要
ないが縞パターンを遠くまで投影したい、と言う理由か
らである。

【０１０１】図１４に示すように、撮影レンズが望遠の
ときには、キセノンチューブ５３１は実線位置（ポジシ
ョンａ）にあり、撮影レンズが広角のときには、鎖線位
置（ポジションｂ）にある。この場合、被写体へ投影し
た縞パターンは、図１５のようになっている。図１５
（ａ）はポジションａ（望遠）の場合を、（ｂ）はポジ
ションｂ（広角）の場合をそれぞれ示す。たとえば、投
影された被写体上の縞パターン周波数は、ポジションｂ
ではポジションａの１／２になるが、撮影レンズの倍率
も１／２になるため、撮像素子でとらえる縞パターンの
周波数は同じに設定できる。これによって、レンズが広
角であっても望遠であっても同等の画角分解能が得られ
る。

【０１０２】撮影レンズとフラッシュが同時にズームす
る場合は、領域が変化しない設計ができるので、図１０
（ｂ）に示すように、固定された枠Ｅにより、３次元情
報入力可能領域を表示すればよい。

【０１０３】一方撮影レンズだけがズームする場合は、
３次元情報入力領域が変化する。３次元情報入力領域を
大きさが変化する枠Ｅで表示した例が、図１１（ａ），
（ｂ），（ｃ）である。図１１（ａ）が撮影レンズの焦
点距離が７ｍｍの広角レンズの場合、図１１（ｂ）が１
４ｍｍ、図１１（ｃ）が２１ｍｍの望遠レンズの場合で
ある。画面での倍率は変化するが、被写体に対する３次
元情報入力領域は同一である。

【０１０４】精度に関するもう一つの問題は、縞パター
ン像のコントラストの問題である。被写体上での縞パタ
ーン像は、距離が近い場合は、図９（ｂ）に示すように
コントラストがあるが、遠くなれば、図９（ａ）のよう
にコントラストは小さくなる。これは、キセノンチュー
ブが有限な大きさを持っていることに依存する。図９
（ａ）のようにコントラストが小さくなれば、濃度の段
数は多く取れなくなる。たとえば撮像系で５％の変化し
かとれないとすると、４５％〜６５％では５段階しかと
れない。図９の（ｂ）に対する（ａ）では、１０段階が
５段階に落ち、３次元情報精度は半分に落ちることにな
る。よって、どこかに情報入力の限界があり、これは撮
影者に伝える必要がある。

【０１０５】たとえば、１.５ｍまでが３次元情報入力
限界であるとすると、図１１（ｄ）のように、１.５ｍ
以上の被写体では警告表示Ｆを出す。なお、図の被写体
までの距離は３ｍという設定である。ここでは、「ＴＯ
ＯＦＡＲ」とインポーズ表示をしている。この距離判
定は、撮像部本体３の測距センサＡＦによって行う。

【０１０６】また、別の方法として、図１１（ｅ）のよ
うに３ｍ、２ｍの被写体は不可で、１.５ｍの被写体が
３次元情報入力可能とすると、１.５ｍの被写体領域だ
けを枠Ｅで囲むことによって、３次元情報入力表示を行
う。フラッシュがズームするタイプの場合、縞パターン
投影が広角になっているときは、限界距離が近い。この
時は、たとえば１ｍになる。表示するしきい値も変化す
る。距離警告表示は、フラッシュにズームがある場合特
に効果がある。

【０１０７】以上が、カメラでの動作である。３Ｄ情報
を得るためのデータは、メモリカード８にある。３Ｄ画
像に再現するには、このデータをパソコン等のコンピュ
ータで後処理を行う。この処理は、図１３に示す手順で
行う。

【０１０８】すなわち、メモリカード８をパソコンにセ
ットした後（不図示）、メモリカード８から縞パターン
付き画像ａおよび縞パターンなし画像ｂのデータを入力
する（Ｄ１，Ｄ２）。画像ａから基本光度情報を抽出
し、画像ｂに対する基本光度倍率ｎを求める（Ｄ３）。
基本光度は、図２０で示したように縞パターンに依存し
ない画像データである。

【０１０９】次に、画像ａと画像ｂの基本光度レベルを
合わせ、縞パターン情報ｃのみを得る（Ｄ４）。そし
て、縞パターン情報ｃに基づいて、ゲインを規準化した
位相画像を抽出する（Ｄ５）。

【０１１０】そして、Ｄ６で位相画像から被写体の距離
分布を演算する。このときに、縞パターンの位置を区別
することができるようにしてあるため、位相位置が何番
目の縞に対応するのを正確に特定できる。つまり、投影
パターンと被写体からの反射パターンの位置のマッチン
グが正確に行える。このようにして被写体までの距離、
および距離分布が正確な情報として得ることができる。
３次元画像を得る場合は、距離分布だけの情報を利用す
るだけでもよい。

【０１１１】以上説明した３Ｄカメラは、３次元情報の
入力ミスが生じないようにするために、３次元情報入力
条件（枠Ｅ、警告Ｆ）を表示する。

【０１１２】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、その他種々の態様で実施可能である。

【０１１３】たとえば、デジタルカメラの実施形態を説
明したが、銀塩カメラでも同様に縞パターン付き画像と
縞パターンなし画像の２枚を銀塩フィルムに撮影し、後
処理によって３Ｄ画像を作成することは可能である。こ
の場合、フィルムは現像後、フィルムスキャナでデジタ
イズし、パソコンなどコンピュターに取り込めば、後処
理は同様になる。

【０１１４】また、本発明は、パターン投影時の被写体
像の撮像情報とパターン投影しない時の撮像情報を蓄積
する３次元情報入力カメラに限らず、単にパターン投影
時の被写体像の撮像情報のみを入力する３次元情報入力
カメラも適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る３次元情報入力カ
メラの正面図である。

【図２】図１のカメラの背面図である。

【図３】図１のカメラの左側面図である。

【図４】図１のカメラの底面図である。

【図５】図１のカメラの回路ブロック図である。

【図６】図５の要部詳細ブロック図である。

【図７】データ配列の説明図である。

【図８】マスクパターンの説明図である。

【図９】マスクパターンのコントラストの説明図であ
る。

【図１０】ＬＣＤ表示の説明図である。

【図１１】ＬＣＤ表示の説明図である。

【図１２】撮影動作のフローチャートである。

【図１３】撮影画像処理のフローチャートである。

【図１４】フラッシュ部の構成図である。

【図１５】マスクパターンの説明図である。

【図１６】従来例の説明図である。

【図１７】従来例の説明図である。

【図１８】従来例の説明図である。

【図１９】従来例の説明図である。

【図２０】従来例の説明図である。

【符号の説明】

１縞パターン投影部（投影手段）２カメラ本体部（撮像手段）３撮像部４グリップ部５内蔵フラッシュ８メモリカード９シャッタボタン１０ＬＣＤ表示部（撮影領域表示手段）１４モード設定スイッチ１５蓋１７カード装填室１８電池装填室３１光学ファインダー３０１ズームレンズ３０２撮像回路３０３ＣＣＤカラーエリアセンサ３０４調光回路３０５調光センサ５０１縞パターン投影部５０２三脚ねじ５１５蓋５１８電池装填室５２１〜５２６キースイッチ５３０マスクパターンユニット５３１キセノンチューブ５３２凹レンズ５３３投影窓５３４軸ＡＦ測距センサ（被写体検出手段）Ｅ枠（制限条件伝達手段、入力可能領域表示手段）Ｆ警告表示（制限条件伝達手段、警告手段）Ｍ１ズームモータＭ２フォーカスモータＭ３マスクモータＭ４フラッシュズームモータＰＳ電源スイッチＲｅｌ解除レバーＺ４連スイッチＺ１〜Ｚ４ボタンＺ５３Ｄフラッシュ電源スイッチ

【手続補正書】

【提出日】平成１２年２月２２日（２０００．２．２
２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１２】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１３】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA04 AA14 AA53 BB02 BB29 FF01 FF07 FF09 FF10 FF24 FF42 GG03 GG06 HH06 JJ03 JJ26 KK03 LL06 LL08 LL30 LL41 NN02 QQ01 QQ03 QQ24 QQ33 QQ38 SS09 UU05 UU07 5B047 AA07 AB02 AB04 BA10 BB04 BC05 BC06 BC11 CA23 5C022 AA00 AB15 AB22 AB62 AB66 AC02 AC03 AC13 AC18 AC32 AC42 AC52 AC54 5C061 AB06 AB14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮影領域を撮影する撮像手段と、撮影領
域にパターン光を投影する投影手段とを備え、該投影手
段が投影したパターン光により撮影領域内の被写体に形
成された投影パターンを上記撮影手段により撮影する３
次元情報入力カメラにおいて、パターン光の投影により３次元情報を得ることが可能と
なるための制限条件に関する情報を伝達する制限条件伝
達手段を備えたことを特徴とする、３次元情報入力カメ
ラ。
【請求項２】上記制限条件伝達手段は、撮影領域の撮影画像を表示する撮影領域表示手段と、該撮影領域表示手段が表示する撮影領域表示画像中に、
被写体が存在すればパターン光の投影により３次元情報
を得ることが可能となる入力可能領域を表示する入力可
能領域表示手段とを含むことを特徴とする、請求項１記
載の３次元情報入力カメラ。
【請求項３】上記制限条件伝達手段は、撮影領域の撮影画像を表示する撮影領域表示手段と、該撮影領域表示手段が表示する撮影画像中に、被写体が
存在する部分領域のうち、パターン光の投影により３次
元情報を得ることが可能となる入力可能部分領域を表示
する入力可能部分領域表示手段とを含むことを特徴とす
る、請求項１記載の３次元情報入力カメラ。
【請求項４】上記制限条件伝達手段は、パターン光の投影により３次元情報を得ることが可能と
なる有効距離範囲内に被写体が存在するか否かを検出す
る被写体検出手段と、該被写体検出手段が上記有効距離範囲内において被写体
の存在を検出できないときに、警告を発する警告手段と
を含むことを特徴とする、請求項１記載の３次元情報入
力カメラ
【請求項５】上記撮影領域表示手段は、液晶ディスプ
レイであることを特徴とする、請求項２又は３記載の３
次元情報入力カメラ。
【請求項６】上記入力可能領域表示手段は、上記撮像
手段の撮影画角の変化および／またはパターン光の投影
角の変化に応じて、上記撮影領域表示画像中の上記入力
可能領域の表示の大きさが変化することを特徴とする、
請求項２記載の３次元情報入力カメラ。
【請求項７】上記撮影領域表示画像中の上記入力可能
領域の表示が変化しないように、上記撮像手段の撮影画
角の変化に応じて、パターン光の投影角を変化させるパ
ターン光投影角度変更手段を備えたことを特徴とする、
請求項２記載の３次元情報入力カメラ。