JP2001309403A - 全周立体カメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 観察者の周囲全周に亙って精細な立体画像を
得ることのできる全周立体カメラを提供する。 【解決手段】 被写体像８を電気信号に変換する撮像素
子７と、周囲全周の被写体からの光束を撮像素子７に導
いて被写体像を結像する光学系５、６とを有し、同一円
周上に配される３台のカメラ２、３、４を備え、観察者
の視線方向に応じて所定の２台のカメラによって捉えた
それぞれの画像を観察者の両眼によって捉えた画像とし
て使用する全周立体カメラにおいて、光学系５、６によ
り導かれる被写体像８が撮像素子７からはみだすように
撮像素子７を配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、観察者の周囲３６
０度全周に亙って立体画像を得ることのできる全周立体
カメラに関する。

【０００２】

【従来の技術】二台のカメラを所定間隔並べて配置して
画像を撮影し、一方のカメラによる画像を観察者の一方
の目に見せ、他方のカメラによる画像を他方の目に見せ
ることで立体画像を見ることができる立体カメラが実用
化されている。観察者の両眼に異なる画像を見せるため
には、観察者が時分割眼鏡や偏光眼鏡をかけたり、レン
ティキュラーレンズを通して二つの画像を見ることによ
って行うことができる。

【０００３】上記構成によると、カメラの画角を大きく
することで広い画面に対応した立体画像を見ることがで
きる。しかし、図９に示すように、立体画像を得るため
に左目用のカメラ３１と右目用のカメラ３２は距離Ｄだ
け離れて配されている。

【０００４】このため、視線方向に垂直な方向の距離
（以下、「基線長」という。）は視線方向が正面の場合
は距離Ｄに一致するが、視線方向が変わると距離Ｄ’の
ように距離Ｄと異なる。特にカメラ３１、３２を結ぶ線
上では基線長が０となるため立体視ができなくなる。従
って、バーチャルリアリティシステム等において観察者
が周囲を見回す場合や、プラネタリウムのような全天周
映像に対して立体画像を見ることができない。

【０００５】この問題を解決するために、特開平１１−
２２０７５８号公報には３台以上のカメラを用いた方法
が開示されている。同公報によると、互いに所定距離だ
け離れた３台以上のカメラがそれぞれ周囲全周の被写体
からの光束を捉える光学系を有している。そして、各カ
メラにより撮影された画像から、基線長が０とならない
ような２つのカメラによる画像を視線方向に応じて選択
することにより観察者の周囲全周について立体画像が得
られるようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１１−２２０７５８号公報に記載される全周立体カメラ
によると、図１０に示すように、各カメラによって得ら
れる被写体像２１は環状に形成される。被写体像２１の
周方向が観察者の水平方向の画角（３６０゜）に対応
し、被写体像２１の径方向が観察者の上下方向の画角に
対応している。

【０００７】各カメラは被写体像２１を電気信号に変換
する多数の画素から成る撮像素子２２を有している。撮
像素子２２は被写体像２１に接するように配置されてい
るので、各カメラの撮像素子２２がそれぞれ周囲全周に
亙る画像を捉える。

【０００８】ここで、観察者の上下方向の画角を４５゜
とすると、アスペクト比は８となり、通常、被写体像２
１の外周の半径ｒ１と内周の半径ｒ２との比は約３：１
に形成される。この時、被写体像２１の径方向（観察者
の上下方向）の画素数に対して、周方向（観察者の水平
方向）の画素数は内周側では８倍よりも少なく、外周側
では８倍よりも多くなっている。

【０００９】撮像素子２２として例えば６４０×４８０
画素のＣＣＤ等を用いると、撮像素子２２全体の総画素
数は約３１万画素となる。被写体像２１を捉える画素
は、ｒ１＝２４０画素、ｒ２＝８０画素より、約１６万
画素となり、縦横に換算すると、約１６０×１２８０画
素となる。このため、画像を形成する画素数が少なく、
精細な画像を得ることができない問題があった。

【００１０】本発明は、観察者の周囲全周に亙って精細
な立体画像を得ることのできる全周立体カメラを提供す
ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載された発明は、被写体像を電気信号に
変換する撮像素子と、観察者の周囲全周の被写体からの
光束を前記撮像素子に導いて被写体像を結像する光学系
とを有し、同一円周上に配される３台以上のカメラを備
え、観察者の視線方向に応じて選択される２台の前記カ
メラによって捉えたそれぞれの画像を観察者の両眼によ
って捉えた画像として使用する全周立体カメラにおい
て、前記光学系により導かれる被写体像が前記撮像素子
からはみだすように前記撮像素子を配置したことを特徴
としている。

【００１２】この構成によると、全周立体カメラの周囲
の被写体からの光束は、各カメラの光学系により撮像素
子に導かれて結像し、撮像素子上に被写体像が形成され
る。各撮像素子は環状に形成される被写体像がはみだす
ように配置され、所定の中心角を有する被写体像の扇形
部分を覆っている。各撮像素子により捉えられた扇形部
分の画像から、各観察者の視線方向に応じて２つの画像
が取り出され、それぞれを観察者の両眼に見せることに
より観察者の周囲全周に亙って立体画像をることができ
る。

【００１３】また請求項２に記載された発明は、請求項
１に記載された全周立体カメラにおいて、１台の前記カ
メラに対して前記撮像素子を複数設けたことを特徴とし
ている。この構成によると、環状に形成される被写体像
の不連続な複数の扇形部分が撮像素子に覆われて画像と
して捉えられる。

【００１４】また請求項３に記載された発明は、請求項
１または請求項２に記載された全周立体カメラにおい
て、前記カメラを３台にしたことを特徴としている。こ
の構成によると、観察者の視線方向に応じて水平方向に
６０゜毎に２台のカメラによる画像が選択して使用さ
れ、観察者の周囲全周の立体画像が形成される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１は一実施形態の全周立体カメラ
の構成を示す概略平面図である。全周立体カメラ１は、
同一円周上に配された同一構成の３台のカメラ２、３、
４を有している。カメラ２、３、４は図２に示すように
構成されている。

【００１６】図２によると、カメラ２は外面に放物面５
ａが形成される放物面鏡５を有している。放物面鏡５の
中央部には、貫通孔５ｂが形成されている。放物面鏡５
の上部には貫通孔５ｂに対面する反射鏡６が配されてい
る。放物面鏡５の放物面５ａの焦点には被写体像を電気
信号に変換するＣＣＤ等の撮像素子７が配されている。

【００１７】カメラ２に入射する光束は、放物面５ａで
反射した後、反射ミラー６で反射して開口部５ｂに導か
れる。そして、撮像素子７上で被写体像が結像される。
光束Ａ、Ｂのように、カメラ２の図中、右方から入射す
る光束は撮像素子７の左方に導かれる。また、下方から
放物面５ａに入射する光束Ａは撮像素子７の外側に導か
れ、上方から放物面５ａに入射する光束Ｂは撮像素子７
の内側に導かれる。従って、図３に示すように、撮像素
子７の配される面にはカメラ２の周囲全周の被写体像８
が環状に形成される。

【００１８】カメラ２、３、４によって捉えられる画像
は、全周立体カメラ１もしくは他の画像投射装置によっ
て観察者の視線方向に応じて２つの画像が選択され、そ
れぞれが観察者の両眼に映される。前述したように、観
察者の両眼に択一的に画像を見せるためには、観察者が
時分割眼鏡や偏光眼鏡をかけたり、レンティキュラーレ
ンズを通して二つの画像を見ることによって行うことが
できる。

【００１９】例えば、図１において、カメラ２、３の同
一の視線方向の視野範囲２ａ、３ａから捉えた画像がそ
れぞれ観察者の両眼に映される。同様に、観察者の視線
方向が水平方向に６０゜毎に画像が切換えられ、視野範
囲２ｂ、３ｂ、視野範囲３ｃ、４ｃ、視野範囲３ｄ、２
ｄ、視野範囲４ｅ、２ｅ、視野範囲４ｆ、３ｆから捉え
た画像がそれぞれ観察者の両眼に映される。これによ
り、観察者の周囲全周に亙って観察者の視差を再現し、
立体画像を観察者に見せることができるようになってい
る。

【００２０】図１において、カメラ２は視野範囲２ａ、
２ｂ、２ｄ、２ｅの被写体を捉えることができればよ
く、視野範囲２ｃ、２ｆにより捉えた被写体像は立体画
像を形成する際に使用されない。同様に、カメラ３、４
において、視野範囲３ｂ、３ｅ、４ａ、４ｄから捉えた
被写体像は立体画像を形成する際に使用されない。

【００２１】このため、図３において、カメラ２の場合
を例に説明すると、撮像素子７は環状の被写体像８のう
ち視野範囲２ｃ、２ｆからの被写体像がはみだすように
配置されている。これにより、立体画像を形成する際に
使用される視野範囲２ａ、２ｂ、２ｄ、２ｅからの被写
体像を撮像素子７の広い範囲で捉えることができる。

【００２２】例えばアスペクト比を８とし、撮像素子７
として６４０×４８０画素のＣＣＤを用いた場合に、被
写体像８の外周の半径ｒ１は２７７画素（=240/cos30
゜）となる。また、内周の半径をｒ２とすると、ｒ１＝
３×ｒ２より、ｒ２＝９２画素である。従って、３台の
カメラ２、３、４によって捉えられた画像を繋いで周囲
全周（３６０゜）の画像が得られ、全周の被写体像８を
捉える総画素数は約２１万画素となる。

【００２３】この場合、縦横に換算すると約１８５×１
４８０画素となる（この時、水平方向の画素数は被写体
像８の内周側では１４８０画素よりも少なくなり、外周
側では多くなっている）。従って、前述の図１０に示す
従来の全周立体カメラのように撮像素子２２を配置した
場合よりも精細な立体画像を得ることができる。

【００２４】次に図５は第２実施形態の全周立体カメラ
によって捉えられる被写体像を示す図である。全周立体
カメラの構成は図１、図２に示す第１実施形態と同様で
あり、同一の部分には同一の符号を付している。３台の
カメラを前述の図１のように配置した場合には、被写体
像８が立体画像を形成するために必要な扇形部分（２
ａ、２ｂ及び２ｄ、２ｅ）が不連続である。この為、分
割した撮像素子７ａ、７ｂを用いて被写体像８を捉える
ことができる。

【００２５】そして、被写体を捉える光学系によって被
写体像８を拡大し、撮像素子７ａ、７ｂとして６４０×
４８０画素のＣＣＤを用いている。このようにすると、
撮像素子として、同じ面積の９６０×６４０画素のＣＣ
Ｄを用いた場合よりも安価に構成することができる。こ
の場合においても撮像素子７ａ、７ｂから被写体像８が
はみだすように配置することにより、９６０×６４０画
素のＣＣＤの外周に接して配するよりも高精細な立体画
像を得ることができる。

【００２６】また、撮像素子７ａ、７ｂにより得られる
画像は各画素の電気信号を判別して３台のカメラによる
全周分の画像をつなぎ合わせればよいので、撮像素子７
ａ、７ｂの配置精度が低くても特に支障はない。

【００２７】次に図６は第３実施形態の全周立体カメラ
によって捉えられる被写体像を示す図である。全周立体
カメラの構成は図１、図２に示す第１実施形態と同様で
あり、同一の部分には同一の符号を付している。本実施
形態は、図４に示す第２実施形態に対して、分割された
撮像素子７ａ、７ｂを３０゜だけ傾斜して配置してい
る。この為、立体画像を形成する際に使用される視野範
囲２ａ、２ｂ、２ｄ、２ｅからの被写体像を撮像素子７
ａ、７ｂのより広い範囲で捉えることができる。

【００２８】例えばアスペクト比を８とし、撮像素子７
ａ、７ｂとして６４０×４８０画素のＣＣＤを用いた場
合に、被写体像８の外周の半径をｒ１は４２６画素(=64
0/1.5)となる。また、内周の半径はｒ２＝１４２画素(=
(r1)/3)である。従って、３台のカメラ２、３、４によ
って捉えられた画像を繋いで周囲全周（３６０゜）の画
像が得られ、全周の被写体像８を捉える総画素数は約５
１万画素となる。この場合、縦横に換算すると約２８４
×２２７２画素である。

【００２９】これに対し、図４の第２実施形態ではｒ１
＝３６９画素、ｒ２＝１２３画素であるので、全周の被
写体像８を捉える総画素数は約３８万画素となる。この
場合、縦横に換算すると約２４６×１９６８画素であ
る。従って、本実施形態によると、より高精細な立体画
像を得ることができる。

【００３０】次に、図７は第４実施形態の全周立体カメ
ラを示す概略平面図である。全周立体カメラ１１は、同
一円周上に配された第１実施形態と同様の４台のカメラ
１２、１３、１４、１５を有している。カメラ１２〜１
５によって得られる画像は、全周立体カメラ１１もしく
は他の画像投射装置によって観察者の視線方向に応じて
２つの画像が選択され、それぞれが観察者の両眼に映さ
れる。

【００３１】例えば、カメラ１２、１３の同一の視線方
向の視野範囲１２ａ、１３ａから捉えた被写体像による
画像がそれぞれ観察者の両眼に映される。同様に、視線
方向が９０゜毎に画像が切換えられ、視野範囲１３ｂ、
１４ｂ、視野範囲１４ｃ、１５ｃ、視野範囲１５ｄ、１
２ｄから捉えた被写体像による画像がそれぞれ観察者の
両眼に映される。これにより、観察者の周囲全周に亙っ
て観察者の視差を再現し、立体画像を観察者に見せるこ
とができるようになっている。

【００３２】カメラ２は視野範囲１２ａ、１２ｂの被写
体を捉えることができればよく、視野範囲１２ｅにより
捉えた被写体像は立体画像を形成する際に使用されな
い。同様に、カメラ１３、１４、１５において、視野範
囲１３ａ、１３ｂ、１４ｂ、１４ｃ、１５ｃ、１５ｄに
より捉えた被写体像が立体画像を形成する際に使用さ
れ、それ以外の視野範囲により捉えた被写体像は使用さ
れない。

【００３３】このため、図８に示すように、カメラ１２
の場合を例に説明すると、撮像素子１７は環状の被写体
像１８のうち視野範囲１２ｅから被写体像がはみだすよ
うに配置されている。これにより、立体画像を形成する
際に使用される視野範囲１２ａ、１２ｄからの被写体像
を撮像素子１７の広い範囲で捉えることができる。

【００３４】例えばアスペクト比を８とし、撮像素子７
として６４０×４８０画素のＣＣＤを用いた場合に、被
写体像８の外周の半径ｒ１は３２０画素となる。また、
内周の半径ｒ２＝１０６画素である。従って、３台のカ
メラ２、３、４によって捉えられた画像を繋いで周囲全
周（３６０゜）の画像が得られ、全周の被写体像８を捉
える総画素数は約２９万画素となる。

【００３５】この場合、縦横に換算すると約２１４×１
７１２画素となる（この時、水平方向の画素数は被写体
像８の内周側では１７１２画素よりも少なくなり、外周
側では多くなっている）。従って、前述の図１０に示す
従来の全周立体カメラのように撮像素子２２を配置した
場合よりも精細な立体画像を得ることができる。

【００３６】図７において、視線方向が矢印Ｃ３方向の
時に基線長は最大値を採り、距離Ｄ２となる。また、視
線方向が矢印Ｃ４方向の時に基線長は最小値を採り、距
離Ｄ２’となる。従って、基線長の最大値と最小値の比
Ｄ２／Ｄ２’は、１．４１となる。

【００３７】これに対し、前述の図１に示す第１実施形
態では基線長の変化は図４に示すようになる。同図にお
いて縦軸は半径Ｒが５００ｍｍの同心円上にカメラ２、
３、４を配置した場合の基線長を示し、横軸は視線方向
を示している。この時の基線長の最大値と最小値の比Ｄ
１／Ｄ１’は、１．１５（＝２／３^1/2）となる。従っ
て、カメラを３台にした方が基線長の変化が小さく歪み
の少ない立体画像が得られるのでより望ましい。

【００３８】

【発明の効果】請求項１の発明によると、撮像素子は環
状の被写体像の一部がはみだすように配置されているの
で、立体画像を形成する際に使用される視野範囲からの
被写体像を撮像素子の広い範囲で捉えることができる。
従って、より精細な立体画像を得ることができる。

【００３９】また請求項２の発明によると、１台のカメ
ラに対して撮像素子を複数設けることにより、精細な立
体画像を安価に得ることができる。この時、複数の撮像
素子を高い精度で配置しなくても形成される立体画像に
対して支障はない。

【００４０】また請求項３の発明によると、３台のカメ
ラを同心円上に配置することにより、６０゜毎に異なる
カメラから画像を取り出して立体画像が形成されるた
め、基線長の変化が小さく歪みの少ない立体画像を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態の全周立体カメラの
構成を示す概略平面図である。

【図２】 本発明の第１実施形態の全周立体カメラの
カメラを示す側面図である。

【図３】 本発明の第１実施形態の全周立体カメラの
カメラの撮像素子の配置を示す図である。

【図４】 本発明の第１実施形態の全周立体カメラの
基線長の変化を示す図である。

【図５】 本発明の第２実施形態の全周立体カメラの
カメラの撮像素子の配置を示す図である。

【図６】 本発明の第３実施形態の全周立体カメラの
カメラの撮像素子の配置を示す図である。

【図７】 本発明の第４実施形態の全周立体カメラの
構成を示す概略平面図である。

【図８】 本発明の第４実施形態の全周立体カメラの
カメラの撮像素子の配置を示す図である。

【図９】 従来の立体カメラの構成を示す概略平面図
である。

【図１０】 従来の全周立体カメラのカメラの撮像素子
の配置を示す図である。

【符号の説明】

１、１１ 全周立体カメラ ２〜４、１２〜１５、３１、３２ カメラ ５ 放物面鏡 ６ 反射鏡 ７、７ａ、７ｂ、１７、２２ 撮像素子 ８、１８、２１ 被写体像

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写体像を電気信号に変換する撮像素子
   と、観察者の周囲全周の被写体からの光束を前記撮像素
   子に導いて被写体像を結像する光学系とを有し、同一円
   周上に配される３台以上のカメラを備え、観察者の視線
   方向に応じて選択される２台の前記カメラによって捉え
   たそれぞれの画像を観察者の両眼によって捉えた画像と
   して使用する全周立体カメラにおいて、前記光学系によ
   り導かれる被写体像が前記撮像素子からはみだすように
   前記撮像素子を配置したことを特徴とする全周立体カメ
   ラ。
2. 【請求項２】 １台の前記カメラに対して前記撮像素子
   を複数設けたことを特徴とする請求項１に記載の全周立
   体カメラ。
3. 【請求項３】 前記カメラを３台にしたことを特徴とす
   る請求項１に記載の全周立体カメラ。