JP2002540537A - 三次元構造の物体を撮影する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、三次元構造の物体を撮影する装置に関する。 【解決手段】 三次元構造の物体を撮影する装置であって、複数のカメラ（２４）が限定された空間配列で、撮影される物体（２８）の周囲に配置されており、且つ、記憶および再生装置が配置され、物体（２８）の撮影が複数の撮影方向から複数のカメラ（２４）で、回転装置（２６）によって、物体（２８）を回転させながら行なわれ、撮影方向毎の二次元映像データが、少なくとも一つのカメラ（２４）の撮影する物体（２８）に関して属する座標（空間位置）と共に記憶され、記憶された遠近法による映像データを再生して、その属する座標を考慮して、二次元映像を接ぎ合わせて、三次元的印象を与える像を作製する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 この発明は三次元構造の物体を撮影する装置に関する。

【０００２】 従来から、三次元構造の物体の撮影及び三次元映像データを、一般的に、少な
くとも二つのカメラにより、撮影する物体までの距離を計測し、”Punketwolke
”即ち、多数の、撮影する物体の表面に現れる、配列された映像情報を有する座
標点を生成させる方法が知られている。 他の方法は、経費のかかる計算法により確認した点を平面に結合させるもので
、物体の表面位相が計算される。結果は物体の３D−多角形データである。

【０００３】 米国特許第５８１８９５９号には少なくとも二次元映像から三次元映像が生成
される方法が記載され、そこでは、三次元物体が、少なくとも２つの、水平位置
で物体の周囲を囲んで配置されるカメラで撮影される。撮影の間、三次元物体は
条光で照射されている。撮影される二次元映像のうち、最初のものは参考映像と
して、その次ぎのものは所謂、2番映像として選出される。この両方の異なる位
置から撮影された映像は、所謂、両眼の原理に従って、三次元映像が算出される
。物体が存在する空間、所謂、「（立体画像を構成する）３D画素」に細分され
、各「（立体画像を構成する）３D画素」毎の値が両二次元映像において相互に
比較される。同じ「（立体画像を構成する）３D画素」の同定は照射される条光
によって達成される。計算に費やす努力及び所謂、グランド問題の扱いを最小限
に減らす目的で、面上の点の検査のために、更に離れて設置されたカメラが使用
される。

【０００４】 米国特許第４９８２４３８号には、物体の三次元形体の認識法が記載されてい
る。そこでは、撮影される物体が4組の、特に、各々互いに直角の位置で、水平
面上に配置された一対のカメラによって囲まれている。一対のカメラは物体の両
眼映像として受け入れる。この像に基づいて、物体の三次元形体は、両眼計算法
と所謂、円錐形映像法（Cone映像法）との組み合わせによって算出される。

【０００５】 欧州特許第０６３１２５０Ａ２号には、三次元構造の物体の複写法が記載され
ている。この方法では、多数の異なる位置にカメラが設置され、このカメラは可
動状態で配置されるか及び／または動く物体を撮影できるようになっている。上
記された各方法は一つのカメラが対照カメラとして選ばれ、これはこのカメラで
撮影された映像と、他のカメラで撮影された映像とが一致する点が探索される。
この点は「（立体画像を構成する）３D画素」の内容の計算に使われる。

【０００６】 米国特許第４８２５３９３、５４３２７１２、５５７７１３０、５５６１５２
６、４６５４８７２の各号には三次元対象物体の計測または距離の計測をする方
法が記載されている。これらは両眼法による複雑な計算に基づくものである。

【０００７】 米国、ペンシルバニア州、フィースタービレの「Kaidan」社は商品名Meridian
C−６０の写真撮影用脚立を販売している。これは本質的にC形レールの形状であ
って、その内側に沿ってカメラが移動できるように構成されている。撮影される
物体は、回転盤上に、レールに沿って移動可能なカメラが物体の周囲にあって、
物体に対して垂直方向に配置可能なように配置される。

【０００８】 「Iｌlusion rundherum」、Beyer et al、ｃ^、ｔ、１９５５、８号、１０４〜
１０７頁、にはアップル社の”Quick Ｔime VR”システムとの関連について記載
されている。そこでは、マウスを使用して全ての方向に回転できる物体の三次元
的印象作製の達成システムが記載され、物体は各映像により、周囲に互いに１０
度の間隔で、水平面３６０度で、垂直方向に１８０度で遠近法により撮影される
。

【０００９】 従来のシステムの問題点は以下のとおりである。即ち、三次元構造の多角形の
データ処理装置の設置及び多大の複雑な計算を必要とする。更に他の問題点は、
従来のシステムにおける撮影されるべき物体がバックグラウンドから明瞭に区別
されその輪郭が明瞭となる点で不十分であることである。

【００１０】 以上の記述から解るように、本発明の三次元構造の物体を撮影する装置の課題
は、簡単で、低コストの方法で、特に、データ処理装置を使用し、三次元物体を
監視者に対して、遠近的に三次元構造の印象を再生付与することであり、特に、
撮影した物体の再生映像が映像のバックグラウンドから明瞭に区別できることで
ある。

【００１１】 上記課題を解決するために本発明の装置を提案する。

【００１２】 本発明の装置は撮影されるべき物体が複数のカメラにより、多数の異なる方向
から撮影され、この各撮影毎に、その属する空間座標にカメラ及びまたは物体が
配置されて記憶される。従来技術に対比して、明瞭な二次元映像が記憶され、撮
影位置と撮影される物体の位置との空間における関係の情報が整理されている。
撮影された二次元データから三次元物体データが計算される。記憶された映像デ
ータの再生は適当な描画プログラムによって、物体の相対的位置に従って、対応
する二次元映像が呼び出される。この映像はその都度画面に対応し、即ち、記憶
された映像データの再生は遠近法画面で、三次元的印象がその属する座標を考慮
して、二次元映像データの接ぎ合わせによって作製される。そして、物体は恰も
三次元描画であるかのように観察される。本発明の装置は従来の３D使用とは異
なり計算量はかなり少ない。映像データによって記憶された座標またはパラメー
ターは空間座標、角座標並びに時間座標を含み、これによって、特に、変化し、
動きまたは成長しつつある物体（植物）がダイナミックな物体の映像として捕ら
えられ、また、それに対応した再生映像を得ることが可能になる。

【００１３】 物体は回転させられ、空間的位置を決められたカメラによって撮影される。物
体の各撮影毎に物体の回転に対応した、その属する座標が決められる。物体の種
々の異なる高さからの遠近法画面の作製を可能にするために、カメラは空間の異
なる高さに配置される。物体の完全な回転に対して撮影の回数が決められる。例
えば、全て、１０度の回転において１回撮影が行われ、即ち、完全な回転に対し
ては３６回の撮影が可能である。

【００１４】 本発明においては物体は２個またはそれ以上の個数のカメラによって撮影され
、カメラの物体に対する相対的位置は変化される。相対的位置の変化には、物体
の回転が問題となる。カメラと物体との相対的位置の変化の種類及び方法に係ら
ず、各カメラの各時間に於ける物体に対する相対的座標を知ることが重要である
。相対的座標においては、適正な空間及び／または角度が重要である。

【００１５】 本発明の利点は、複数のカメラが物体の周囲の空間に細分化して配列されてい
ることである。十分に大きな数のカメラで、十分に大きな数の方向から撮影され
、二次元映像データに従って、十分な遠近法画像の再生を得るためには、カメラ
と物体との間の相対的位置の変更をしないことが必須である。カメラの数が十分
に多くない場合は、物体の回転が行われる。カメラは例えば、物体を本質的に左
右対称的に囲む円筒状面または部分的球形の面に配列され得る。

【００１６】 本発明の特に優れた利点は、複数のカメラが物体が存在する面で物体の周囲に
細分化して配列されていることである。なかんずく、カメラは本質的にC形また
は円弧状のレール上でこれに沿って配列される。物体は例えば、レール湾曲部の
中間点に配置される。位置の相対的変更は物体を回転させるか、それともレール
に配置されているカメラを、物体の周囲に例えば、物体の周囲に巡らされている
レールに沿って旋回させる。 更に、他の本発明の形成において、本発明の装置において、バックグラウンド
面がレール湾曲部の中間点に配置されていることを示している。

【００１７】 更なる本発明の構成においては独立した防護が望まれる。即ち、本発明の装置
は請求項６において記載したように、バックグラウンド面の色空間が一定の色調
を帯びることを示している。このようなバックグラウンド面を以って、少なくと
も、一個のカメラで撮影された映像において、物体全体のバックグラウンド面を
描出することは、バックグラウンド面に対する物体に簡単で明瞭、明白な輪郭を
保障する。

【００１８】 本発明の装置はカメラから離れたバックグラウンド面の照明手段を備えている
。バックグラウンド面の照明は側面及び前面に設けられている。

【００１９】 本発明の装置においては、バックグラウンド面自体が発光するように形成され
ている。特にエレクトロルミネッセンスを含むフィルムで形成されている。その
ため特に物体の輪郭が明瞭になっている。

【００２０】 本発明の装置においては物体の輪郭を更に明瞭にするための対策として、バッ
クグラウンド面を平面状またはフィルム製のフィルターで覆うことがなされてい
る。

【００２１】 本発明の更なる利点は明細書の記載または添付の図面から明らかである。

【００２２】 既に挙げられるか、または、今後説明される本発明の特徴はその都度説明され
る組み合わせだけでなく、他の組み合わせ、または、単独でも本発明の範囲を逸
脱することなく使用できる。

【００２３】 本発明の装置は図面で示された実施例で表され、以下に、図面に従って詳細に
説明される。

【００２４】 （図１） 本発明の三次元構造の物体を撮影する装置の最初の実施例の遠近法による図を
示す。 （図２） 図1で示される装置の平面図を示す。 （図3） 本発明の三次元構造の物体を撮影する装置における、本質的に円弧状のレール
に沿って配置される複数のカメラ及び回転円盤上に配置される撮影される物体に
ついての遠近図法で示される第2の実施例を示す。 （図4） 図３の装置を他の側面から見た図を示す。 （図５） 図３の装置に吊り下げられた物体が加わった図を示す。

【００２５】 図1及び図2は本発明の三次元構造の物体を撮影する装置１０の第1の実施例の
本発明の原理に基づく図を示す。即ち、図1は本発明の遠近法による装置１０を
示す。また、図２は装置１０の平面図を示す。

【００２６】 本発明の三次元構造の物体を撮影する装置１０は複数のカメラ１２、１３を包
含する。これらのカメラとしては、CCDカメラ、CMOSカメラ、HDRCカメラまたは
その他の各種デジタルカメラであることが好ましく、且つ、重要である。カメラ
１２、１３は撮影する物体１４が配置された回転円盤１６の周囲の空間に配置さ
れる。バックグラウンド面１８が、回転円盤の周囲を囲んで、これから離れて、
回転円盤１６を中心として、これに左右対称的に、円筒に近似した多角形のマン
ト状に囲む状態を示す。

【００２７】 カメラ１２、１３は撮影する物体１４の周囲の空間に配置される。そのとき、
カメラ１２、１３の空間における位置を知ることができる。各カメラの物体１４
までの距離及びその都度の空間的位置の選択は可能である。即ち、図1及び図2で
表される実施例において、最初のカメラ１２はバックグラウンド面と共通である
多角形マント状面上に配置され、即ち、バックグラウンド面に配置される。この
ようにして、カメラ１２は、その都度、マント面の回転軸及びこれと本質的に同
軸の回転円盤１６の回転軸に対して等距離を示している。

【００２８】 第２のカメラ１３はバックグラウンド面１８で形成される容積内で、やや、幾
分、回転円盤１６の上方に配置される。

【００２９】 カメラ１２、１３のうちの一つによる物体１４の撮影によって、少なくとも一
つの映像が完成される。物体１４に対するカメラの相対的座標をまとめて、三次
元構造の映像データとして、詳しくは表されていない記憶装置へ記憶される。座
標、とりわけ空間座標及び／または角座標は、その都度カメラから物体への距離
及びカメラと物体（水平または垂直軸または他の軸に関して）間の角度の計算か
ら得られる。

【００３０】 物体１４の周囲の空間に配置されているカメラ１２、１３の数が不十分な場合
は適正に配置される遠近法による画像を作製するために、例えば、物体１４の本
質的な画像が十分に撮影されていないので、適当な回転装置（図示されている例
は回転円盤１６）によって撮影の間、物体が回転される。この物体１４の十分に
遅い回転によって、物体１４の周囲に配置されるカメラ１２、１３のいずれかに
よって、予め決められている角度間隔で、映像が撮影され、記憶され得る。映像
と共通の記憶された座標を考慮して、その都度、物体の回転角の設定が流入する
。遠近法で撮影された物体の画像の再生によって三次元構造の印象が与えられる
。

【００３１】 図３は三次元構造の物体の撮影装置２０の優先的実施形態を示す。装置２０は
本質的に円弧状のカメラアーム２２を含む。このカメラアーム２２に複数のカメ
ラ２４が配置されている。カメラアーム２２は垂直に立てられ、即ち、カメラア
ーム２２を含む面が、本質的に水平面または床平面に垂直になっている。以下で
は、カメラアーム２２をレール２２と表記する。

【００３２】 カメラ２４はその光学軸が本質的に、レール２２が含まれる平面に包含される
ところのレール２２に配置される。そして本質的に、レール２２の円弧の中間点
に配置するように調節される。換言すれば、カメラ２４はレール２２に沿って、
放射状に配置されている。

【００３３】 装置２０は、更に、回転装置として、その上に物体２８が配置される、回転円
盤２６を包含する。回転円盤２６の回転軸は本質的にレール２２を含む面及びカ
メラ２４の光学軸を含み物体２８を通る面に包含される。 更に装置２０は第１のバックグラウンド面３０及び第２のバックグラウンド面
３１を含む。第１のバックグラウンド面３０にはレール２２の下部が嵌め込まれ
、且つ、回転円盤２６が床平面に沿って配置される。一方バックグラウンド面３
１はレール２２から離れた回転円盤２６の側面において、本質的にバックグラウ
ンド面３０に垂直に配置される。バックグラウンド面３０、３１は、これらがカ
メラ２４によって撮影された映像の中で、その全貌が示されるように配置される
。

【００３４】 回転円盤は各カメラの映像視野に入っているので、これは背景（バックグラウ
ンド）の重要な構成部分になっており、それゆえに、好ましく、回転円盤は、バ
ックグラウンドの統一のために、バックグラウンド面に適合され、回転円盤のカ
メラ映像に現われるところの、少なくとも、面、縁やへりがバックグラウンドと
同じ物質で被覆されるか、または、コートされる理由から、バックグラウンド面
に好んで使用される。

【００３５】 これに加えて、装置２０は、物体２８の照明として照明体３２を含む。照明体
３２は物体２８を眩しくさせないように、カメラ２４の近くに配置される。照明
体３２は例えば、図ではそれほど詳しく現されていないが、フレキシブルアーム
によってレール２２に固定されており、それによって個々の照明体の設置が可能
になる。

【００３６】 本発明におけるバックグラウンド面３０、３１は本質的に色空間（スペース）
におけるコンスタントな色の所在（ロケーション）となるように形成されている
。特に、本発明におけるバックグラウンド面自体が発光する(照明体となる)。例
えば、エレクトロルミネッセンス含有フィルムからなるように作製されている。
特に、良好な一定の色ロケーションを達成するためには、バックグラウンド面は
、この図では詳しく現されていないが、フィルターで覆われている。また、それ
自体が照明体となるバックグラウンド面では、場合によっては、付加的な照明体
の使用を省くことができる。

【００３７】 図４は図３の装置の他の遠近的図を示す。

【００３８】 図５は図３の本発明の装置２０において、物体２９が吊り下げ装置３４によっ
て吊り下げられている装置を示す。物体を吊り下げることは、レール２２の下部
領域に配置されるカメラによって、物体の下側を少なくとも部分的に把握でき、
且つ撮影可能となる利点を与える。

【００３９】 吊り下げ装置３４においては、回転円盤２６及び物体２９とレール２２の末端
部２２ｂの間の、回転円盤との結合が特に重要である。

【００４０】 本発明においては、物体の二次元映像が撮影され、且つ、相対的カメラ座標で
添加パラメーターとして記憶される。好適な表現プログラムの助けにより、監視
者の物体への相対的位置に依存して、その都度、画面に対応する映像が呼び出さ
れる。そして、物体が恰も、三次元構造のものとして観察されるような印象が与
えられる。本発明の方法は従来の３D−使用（ＣＡＤ、アニメーション）に対し
て設置された、コンピューターの少ない計算量を必要とする。

【００４１】 自体が発光するバックグラウンド面の使用により、バックグラウンドが画面全
体に渡って極めて均質で、可能な限り一定の色ロケーションで現される。極めて
速く、効率的なコンピューターの助力により、撮影される物体が量的に、高価値
の方法でカットフリーされるという前提が創出される。構成されるシステムにお
いて、バックグラウンドの不均一が原因で色と明るさ及び対比分配の一定性に関
して、カットフリーの自動化はこれまで実現されなかった。

【００４２】 勿論、本発明は添付図面に示され、明細書に書かれた実施例に限定されるもの
ではない。例えば、図３から図５に示される実施例の型、即ち、回転円盤の周囲
に、床面に沿って左右対称に伸びるレール２２を設置すること、レールが設置さ
れることができ、または回転できるように配置することも可能である。それで、
大きくて、それ相応に重く扱い難い物体、回転円盤２６で回転させることが困難
な物体、または物体自体の回転の代わりに、全てのカメラ２４が設置されたレー
ル２２が回転され、カメラ２４は物体を全方位からの撮影が可能である。このよ
うな方法により、バックグラウンド面はレール２２と共に回転できるように設置
されるか、または、撮影空間のあらゆる方向に覆われている。本発明におけるバ
ックグラウンド面の最初の変形において、特に、レール２２に対向するバックグ
ラウンド面はレールと結合しているので、バックグラウンド面はレールと同じ形
状で、物体の周囲を共に移動し、レールが停止すると（物体の撮影時に）各カメ
ラ映像の面は完全にバックグラウンド面のバックグラウンドで塞がれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の三次元構造の物体を撮影する装置の最初の実施例を遠近法による図を
示す。

【図２】 図1で示される装置の平面図を示す。

【図３】 本発明の三次元構造の物体を撮影する装置の、本質的に円弧状のレールに沿っ
て配置される複数のカメラ及び回転円盤上に配置される撮影される物体について
の遠近図法で示される第2の実施例を示す。

【図４】 図３の装置を他の側面から見た図を示す。

【図５】 図３の装置に吊り下げられた物体が加わった図を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブリッヒト，ディトマル ドイツ国、デー−70565 シュトゥッツガ ルト、アム ウォールグラーベン 142 Ｆターム(参考） 5B047 AA07 BA08 BB04 BC12 BC14 5C022 AA01 AC78

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 三次元構造の物体を撮影する装置であって、複数のカメラ（１２
   、１３；２４）が限定された空間配列で、撮影される物体（１４；２８、２９）
   の周囲に配置されており、且つ、記憶および再生装置が配置され、物体（１４；
   ２８、２９）の撮影が複数の撮影方向から複数のカメラ（１２、１３；２４）で
   、回転装置（１６；２６）によって、物体（１４；２８、２９）を回転させなが
   ら行われ、撮影方向毎の二次元映像データが、少なくとも一つのカメラ（１２、
   １３；２４）の撮影する物体（１４；２８、２９）に関して属する座標（空間位
   置）と共に記憶され、記憶された遠近法による映像データを再生して、その属す
   る座標を考慮して、二次元映像を接ぎ合わせて、三次元的印象を与える像を作製
   することを特徴とする三次元構造の物体を撮影する装置。
2. 【請求項２】 カメラが撮影する物体（１４）を囲んでいる円筒状または部分的
   球面状の平面上に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の装置。
3. 【請求項３】 複数のカメラ（１２、１３；２４）の撮影する物体に対する相対
   的位置を変更する手段（１６；２６、３４）及び少なくとも一つのカメラ（１２
   、１３；２４）と撮影する物体（１４；２８、２９）との相対的座標（空間位置
   ）を把握する手段とを備えていることを特徴とする請求項1に記載の装置。
4. 【請求項４】 複数のカメラ（２４）が物体を通って伸びる面上に、物体（２８
   、２９）を囲んで配置されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 【請求項５】 複数のカメラ（２４）が本質的にC形あるいは円弧状のレール（
   ２２）上に沿って配置されていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 【請求項６】 少なくとも一つの、物体（１４；２８、２９）に向けることが可
   能な物体撮影用のカメラ（１２、１３；２４）及び本質的に一定の色空間におけ
   る色ロケーションを有するバックグラウンド面（１８；３０、３１）を有するこ
   とを特徴とする請求項1〜５の何れか1項に記載の装置。
7. 【請求項７】 カメラから離れているバックグラウンド面（１８；３０、３１）
   の背面の照明のための照明手段を有することを特徴とする請求項６に記載の装置
   。
8. 【請求項８】 バックグラウンド面（１８；３０、３１）が、それ自体が発光体
   であることを特徴とする請求項６に記載の装置。
9. 【請求項９】 バックグラウンド面（１８；３０、３１）それ自体がエレクトロ
   ルミネッセンス含有フィルムであることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 【請求項１０】 バックグラウンド面（１８；３０、３１）を被覆する平面状ま
    たはフィルム状フィルターを備えていることを特徴とする請求項８乃至９に記載
    の装置。