JP2005024629A - 立体カメラ用雲台装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】立体画像提供の汎用性を向上させることができ、しかも、幾何学的な歪み補正のためのカメラ間隔や輻輳角のデータを適正条件下で出力することができる立体カメラ用雲台装置を提供する。
【解決手段】カメラホルダ２２，２３によりカメラ１１，１２がそれぞれ着脱自在に保持され、回転機構２４，２５によりカメラ１１，１２が所定角度に同期して逆方向に回転され、角度測定手段２６，２７によりカメラ１１，１２の光軸０１，０２に対する輻輳角θが測定され、支持部２９，３０によりカメラホルダ２２，２３が直線状のガイド２８に沿って移動自在に支持され、移動機構３１，３２により両支持部２９，３０が同期してガイド２８に沿って互いに接近・離反するように移動され、移動距離測定手段３３，３４によりカメラ１１，１２のカメラ間距離Ｈが測定され、カメラ間距離Ｈと輻輳角θとが出力手段から出力される。
【選択図】 図１
【解決手段】カメラホルダ２２，２３によりカメラ１１，１２がそれぞれ着脱自在に保持され、回転機構２４，２５によりカメラ１１，１２が所定角度に同期して逆方向に回転され、角度測定手段２６，２７によりカメラ１１，１２の光軸０１，０２に対する輻輳角θが測定され、支持部２９，３０によりカメラホルダ２２，２３が直線状のガイド２８に沿って移動自在に支持され、移動機構３１，３２により両支持部２９，３０が同期してガイド２８に沿って互いに接近・離反するように移動され、移動距離測定手段３３，３４によりカメラ１１，１２のカメラ間距離Ｈが測定され、カメラ間距離Ｈと輻輳角θとが出力手段から出力される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立体画像を表示するために２台のカメラを搭載して使用される立体カメラ用雲台装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、新しい放送サービスの１つとして立体画像を提供する立体テレビの研究・開発がなされてきている。
この立体画像を表すために、人の左右眼に視差を持つペア画像を振り分けることで立体感をもたらす２眼式立体画像システムは、通常の平面画像システムと比べて臨場感や迫力の増大などの画面効果を期待することができるばかりでなく、他の娯楽・医療・高所作業等の分野でも有用性が期待されている。
【０００３】
立体画像の撮像では２台のカメラを並べて左右それぞれの実空間上の撮影対象物の画像を撮り、その表示では偏向・時間差・色などを使って視差のある左右の画像として、左右眼それぞれに表示する方法が用いられている。このとき、２台のカメラは、立体カメラ用雲台装置に支持されている。
【０００４】
図８は、立体カメラ用雲台装置の一例を模式的に示す斜視図である。
図８に示すように、立体カメラ用雲台装置は、支持台１と、この支持台１に取り付けられて矢印ａで示すカメラ間隔移動方向に移動可能なカメラ間隔駆動雲台２と、このカメラ間隔駆動雲台２に設けられた輻輳角駆動雲台３と、支持台１に固定された左ＴＶカメラ４と、輻輳角駆動雲台３に取り付けられて矢印ｂで示す輻輳角動作方向に回動可能な右ＴＶカメラ５とを備えている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
カメラ間隔駆動雲台２は、左ＴＶカメラ４に対して右ＴＶカメラ５を近接・離反させてカメラ間隔Ｈを変化させるものである。また、輻輳角駆動雲台３は、左ＴＶカメラ４に対する右ＴＶカメラ５との輻輳角θを変化させるものである。この輻輳角θは、実空間上の撮影対象物Ｔを頂点としている。
【０００６】
図９は、このような立体カメラ用雲台装置を用いた左右ＴＶカメラ４，５と輻輳角θとの関係について示す模式図である。
図９に示すように、立体カメラ用雲台装置では、左ＴＶカメラ４の焦点距離Ｌ１と右ＴＶカメラ５の位置５ａにおける焦点距離Ｌ２の交点を焦点Ｔ１とし、その際の対象物距離をＦ１とする。同様に、立体カメラ用雲台装置では、左ＴＶカメラ４の焦点距離Ｌ３と右ＴＶカメラ５の位置５ｂにおける焦点距離Ｌ４の交点を焦点Ｔ２とし、その際の対象物距離をＦ２とする。さらに、左ＴＶカメラ４の焦点距離Ｌ５と右ＴＶカメラ５の位置５ｃにおける焦点距離Ｌ６との交点を焦点Ｔ３とし、その際の対象物距離をＦ３とする。
【０００７】
そして、立体カメラ用雲台装置では、これら各対象物Ｔ１〜Ｔ３と対象物距離Ｆ１〜Ｆ３が右ＴＶカメラ５の各位置５ａ〜５ｃでの焦点距離Ｌ２，Ｌ４，Ｌ６と合うようにするには、右ＴＶカメラ５で輻輳角θ１〜θ３を、例えば、対象物距離Ｆ３の場合には輻輳角θ３に輻輳角動作方向（矢印ｂ）の回転で可変している。従って、立体カメラ用雲台装置では、対象物Ｔ１〜Ｔ３を最も見易い焦点Ｌ２，Ｌ４，Ｌ６に合せるためには対象物距離Ｆ１〜Ｆ３が変ってくることになる。
【０００８】
図１０は、このような立体カメラ用雲台装置を用いた左右ＴＶカメラ４，５のカメラ間隔Ｈの関係について示す模式図である。
図１０に示すように、立体カメラ用雲台装置では、左ＴＶカメラ４と右ＴＶカメラ５とのカメラ間隔Ｈの状態から、カメラ間隔移動方向（矢印ａ）に右ＴＶカメラ５を位置５ｄに移動させた時のカメラ間隔をＨ１とし、カメラ間隔Ｈでの対象物距離をＦとし、また、カメラ間隔Ｈ１での対象物距離をＦ１とする。
【０００９】
この立体カメラ用雲台装置では、右ＴＶカメラ５の位置５ｄにおける左右ＴＶカメラ４，５の視線の交点が焦点Ｔ４のとき、対象物距離Ｆ１となり、これにより、右ＴＶカメラ５の位置にかかわらず輻輳角θは変化しない。
従って、立体カメラ用雲台装置では、立体映像を、カメラ間隔Ｈを調整することにより、立体間隔を可変することができる。また、カメラ間隔Ｈを調整することにより、輻輳角θを調整した場合と同等の効果を得ることができる。
そして、立体カメラ用雲台装置では、これらのカメラ間隔Ｈと輻輳角θとを調整することにより、再現空間上にて自由に被写体の奥行きを制御した立体画像を表示することができる。
【００１０】
なお、立体カメラ用雲台装置を具体的に利用する一例としては、図８に示すハンドラｈａが対象物Ｔに接触すると、そのハンドラｈａの位置をホールドして対象物位置を計算すると共に、対象物距離Ｆを計算し、オペレータにより適切な輻輳角θに合せて対象物距離Ｆと輻輳角θの関係を最低２点測定しておくことにより、作業者は一度、対象物Ｔに焦点距離を合せ、その位置に合う輻輳角θとなるように右ＴＶカメラ５の回動位置を制御する。
【００１１】
これにより、再現空間上の画像としては鮮明な画像を提供することができるうえ、輻輳角θを適切に選定することにより、オペレータにとって見易い立体画像を得ることが可能となる。
【００１２】
また、図８に示すハンドラｈａが対象物Ｔに接触すると、そのハンドラｈａの位置をホールドして対象物位置を計算すると共に、対象物距離Ｆを計算し、オペレータにより適切なカメラ間隔Ｈに合せて対象物距離Ｆとカメラ間隔Ｈの関係を最低２点測定しておくことにより、作業者は一度、対象物Ｔに焦点距離を合せ、その位置に合うカメラ間隔Ｈとなるように右ＴＶカメラ５のカメラ間隔移動位置を制御する。
これにより、ＴＶカメラ固有のオートフォーカス機能を有効に活用することができ、再現空間上の画像としては鮮明な画像を提供することができるうえ、カメラ間隔Ｈを適切に選定することにより、オペレータにとって見易い立体画像を得ることが可能となる。
【００１３】
【特許文献１】
特開平１０−２３４６７号公報
（段落番号００２３〜００８０、図１〜図１３）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように構成された従来の立体カメラ用雲台装置にあっては、以下に示すような問題点が存在していた。
すなわち、従来の立体カメラ用雲台装置では、ハンドラ位置で検出された対象物と２台のＴＶカメラまでの対象物距離Ｆを計算し、その計算結果に応じた対象物距離Ｆに適するカメラ間隔Ｈや輻輳角θを合せたうえで対象物距離Ｆとカメラ間隔Ｈや輻輳角θとの関係づける測定作業を２回以上行い、対象物距離Ｆとカメラ間隔Ｈや輻輳角θの関係を関数として表して最適なカメラ間隔Ｈや輻輳角θを決定・制御している。
【００１５】
そして、立体カメラ用雲台装置では、そのカメラ間隔Ｈや輻輳角θのそのものを制御することを目的としており、しかも、ハンドラの先端付近を最大の対象物距離Ｆとしている高所作業用であることと相俟って、一方の右ＴＶカメラを移動若しくは回動させる構成、あるいは両方のＴＶカメラが移動もしくは回動できる構成であっても、一方のＴＶカメラを移動もしくは回動することで調整する構成となっている。
【００１６】
従って、放送用等で撮影される映像のように、高解像度を維持する必要があり、対象物距離が大きく変化する場合、一方のＴＶカメラのみが移動あるいは回動する構成の立体カメラ用雲台装置では、各ＴＶカメラの焦点距離が大きく変化するときに、鮮明な画像を提供する画像処理解析等が複雑化するなど、適用することが困難であるという問題が生じていた。
【００１７】
また、再現空間上に立体画像を表示する際には、「箱庭」や「書き割り」といった幾何学的な歪みを考慮したほうがより一層効果的な立体画像を得ることができることが分かっており、そして、このような「箱庭」や「書き割り」といった幾何学的な歪みを考慮するには、カメラ間隔Ｈや輻輳角θに関する情報が２台のカメラに関し略同一の条件下で求められる方が好ましいため、この条件を満足することができる立体カメラ用雲台装置が望まれていた。
【００１８】
本発明は、上記問題を解決するため、立体画像提供の汎用性を向上させることができ、しかも、幾何学的な歪み補正のためのカメラ間隔や輻輳角のデータを適正条件下で出力することができる立体カメラ用雲台装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するため、以下に示すような立体カメラ用雲台装置として構成した。すなわち、立体カメラ用雲台装置は、立体映像を撮影するために用いられる２台のカメラを保持すると共に水平面内において前記２台のカメラを互いに近接・離反させるように移動させかつ設置面に対して水平な水平面内において前記２台のカメラを所定角度に回転させる立体カメラ用雲台装置であって、前記２台のカメラをそれぞれ着脱自在に保持する第１，第２カメラホルダと、前記各カメラホルダに保持された前記各カメラを所定角度にかつ逆方向に回転させる第１，第２回転機構と、前記各回転機構で所定角度に回転させた前記各カメラの光軸に対する角度を測定する第１，第２角度測定手段と、前記第１角度測定手段、前記第１回転機構及び前記第１カメラホルダを直線状のガイドに沿って移動自在に支持する第１支持部と、前記第２角度測定手段、前記第２回転機構及び前記第２カメラホルダを前記ガイドに沿って移動自在に支持する第２支持部と、前記両支持部を前記ガイドに沿って互いに接近・離反するように移動させる移動機構と、前記移動機構によって移動させた前記各カメラの光軸間の距離を測定する移動距離測定手段と、前記両回転機構による回転あるいは前記両支持部の移動機構による移動の少なくとも一方を同期させる同期手段と、この移動距離測定手段で測定した距離及び前記角度測定手段で測定した角度を出力する出力手段とを備えるものとした。
【００２０】
このように構成されることにより、立体カメラ用雲台装置にあっては、２台のカメラは第１，第２カメラホルダによりそれぞれ着脱自在に保持され、第１，第２回転機構により各カメラホルダに保持された各カメラが所定角度に同期して逆方向に回転することで輻輳角度を調整し、第１，第２角度測定手段により各カメラの光軸に対する角度が測定され出力手段により出力される。また、立体カメラ用雲台装置にあっては、両カメラなどをそれぞれ支持する第１支持部および第２支持部が、直線状のガイドに沿って移動機構により同期して互いに接近・離反するように移動し、その移動したことに伴う各カメラの光軸間の距離を移動距離測定手段により測定され、出力手段により出力される。
【００２１】
また、前記立体カメラ用雲台装置において前記移動機構は、一つのモータと、前記一つのモータの駆動によって回転する一つの送りネジシャフトとを備え、前記送りネジシャフトが長手方向中央から反対方向に回転するネジ部を備えるものとした。
【００２２】
このように構成されることにより、立体カメラ用雲台装置にあっては、移動機構のモータを作動させると、送りネジシャフトが回転し、長手方向中央から反対方向に回転するネジ部により、第１支持部と第２支持部とをそれぞれ接近あるいは離反させる方向に同期して移動させることができる。
【００２３】
さらに、前記立体カメラ用雲台装置において、前記カメラから出力されるフォーカス、ズーム、アイリスの少なくとも一つをカメラ情報として出力するカメラ情報出力手段を備えるものとした。
【００２４】
このように構成されることにより、立体カメラ用雲台装置にあっては、移動距離測定手段で測定した距離及び角度測定手段で測定した角度と合せて、カメラのフォーカス、ズーム、アイリスに対する少なくとも一つの情報であるカメラ情報とに基づいて、幾何学的な歪み補正のためのデータを適正条件下で出力することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる立体カメラ用雲台装置の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は立体カメラ用雲台装置の全体を示す一部を破断した状態の斜視図、図２は立体カメラ用雲台装置の移動機構を示す断面図、図３は立体カメラ用雲台装置の回転機構を示す平面図である。
【００２６】
図１および図２に示すように、立体カメラ用雲台装置１０は、左右一対の立体画像用のカメラ１１，１２を保持する第１ホルダ２２および第２ホルダ２３と、この両ホルダ２２，２３を同期して所定角度に回転させる第１回転機構２４および第２回転機構２５と、この両回転機構２４，２５により回転させたカメラ１１、１２の回転角度を測定する第１角度測定手段２６および第２角度測定手段２７と、この角度測定手段２６，２７等をそれぞれ支持する第１支持部２９および第２支持部３０と、この両支持部２９，３０をガイド２８に沿って移動させる移動機構３１，３２と、この移動機構３１，３２により移動させたカメラ１１，１２の光軸間の距離を測定する移動距離測定手段３３，３４と、この移動距離測定手段３３，３４および両角度測定手段２６，２７により測定された距離および角度を出力するための出力部としての撮像条件出力部１８（図４参照）と、を筐体２１に配置して備えている。
【００２７】
立体カメラ用雲台装置１０の筐体２１は、左右一対の脚部１９，２０により支持されている。この筐体２１は、上面に開口２１ａが形成され、この開口２１ａの長手方向略全幅に跨って前後（小口方向）に離間するガイド２８が延在されている。また、開口２１ａの長手方向開口縁部にはカメラ１１，１２のカメラ間隔（光軸０１，０２間隔）Ｈを目視確認するための目盛り２１ｂ，２１ｃが付されている。この目盛り２１ｂ，２１ｃは、例えば、０．５ｍｍ間隔で付されており、５ｍｍ毎並びに１０ｍｍ毎に長さを異ならせている。また、この筐体２１の目盛り２１ｂ，２１ｃは、後記する第１支持部２９および第２支持部３０に付されたカメラ１１，１２の光軸中心を示す矢印Ｃ１，Ｃ２により目視により移動距離が判断できるように構成されている。なお、目盛り２１ｂ，２１ｃ全長に対する中心位置に矢印マーク等を付しても良い。
【００２８】
また、脚部１９，２０は、一対の調整脚１９ａ，２０ａを備えており、この調整脚１９ａ、２０ａの上下方向における突出量を可変することでカメラ１１，１２の光軸０１，０２を設置面に対して同一水平面内に微調整するように構成されている。
【００２９】
図２に示すように、第１，第２カメラホルダ２２，２３は、カメラ１１，１２を固定するためにそれぞれ雄ネジ２２ａ，２３ａと、この雄ネジ２２ａ，２３ａを固定するそれぞれのテーブル２２ｂ，２３ｂと、を備えており、第１，第２支持部２９，３０の上方で設置面に対して水平な水平面内において回転自在に設置されている。このカメラホルダ２２，２３は、カメラネジ２２ａ，２２ｂにカメラ１１，１２の底面に設けられた雌ネジ孔（図示せず）を螺合することによってカメラ１１，１２を保持している。なお、各カメラホルダ２２，２３のテーブル２２ｂ，２３ｂの周壁４１には基準位置（カメラレンズの光軸中心が正面を向いたときの位置）に対してどれだけの角度で回転しているのかを目視できる基準となる目盛り４３が付されている。
【００３０】
第１，第２回転機構２４（２５）は、図３に示すように、回転に対して制御して駆動することができるサーボモータ３６と、このサーボモータ３６の駆動によって回転するバックレシスウォームギヤ等の駆動ギヤ３７と、この駆動ギヤ３７に噛み合って従動する従動ギヤ３８と、この従動ギヤ３８の回転により回転するキー溝を有する回転軸３９とを備えている。また、回転軸３９にはカメラネジ２２ａ，２２ｂが同軸上に位置するように第１，第２カメラホルダ２２，２３が固定されている。なお、第１回転機構２４および第２回転機構２５とは、互いに逆方向に回転するように設定されている。なお、両回転機構２４，２５は、同期手段６０（図４参照）により同期して作動するように構成されている。
【００３１】
第１，第２角度測定手段２６，２７は、各回転機構２４，２５の従動ギヤ３８の回転に同期して互いに逆方向に回転させたカメラ１１，１２の光軸０１，０２に対する角度θ１，θ２を測定（輻輳角θを測定）するものである。なお、この第１，第２角度測定手段２６，２７では、例えば、駆動ギヤ３７および従動ギヤ３８のギヤ比およびサーボモータ３６の分解性能との関係をデータとして保持しているときに、サーボモータ３６の回転数を検出することで、カメラ１１，１２の光軸０１，０２がどれだけ回転したかを測定している。
【００３２】
また、第１，第２角度測定手段２６，２７では、エンコーダ等（図示せず）を回転軸３９側に設置して、そのエンコーダにより光軸０１，０２の回転角度を測定するように構成しても構わない。この角度測定手段２６，２７により測定された光軸０１，０２の角度は、撮影された画像信号と同期がとられた状態で撮像条件出力部１８から出力される。
【００３３】
なお、図示しないエンコーダを用いるときには、サーボモータ３６の駆動により所定角度に光軸０１，０２を回転させ、その回転した結果をエンコーダが検出しそのエンコーダの検出した結果に基づいて、サーボモータ３６をさらに駆動するように構成しても構わない。
【００３４】
第１，第２支持部２９，３０は、平面視略矩形のベースプレート４０と、このベースプレート４０の底面に固定されてガイド２８と摺動可能に係合する案内部４２とを備えている。また、ベースプレート４０の底面には、後記するネジシャフト４６，４７と螺合してネジシャフト４６，４７上を軸線に沿って移動するガイド部材４４が設けられている。
【００３５】
移動機構３１，３２は、筐体２１の内底面に固定された脚部４５に回転可能に保持された送りネジシャフト４６，４７と、この送りネジシャフト４６，４７を互いに逆方向に回転させるモータ４８とを備えており、同期手段６０（図４参照）によりモータ４８の回転動作を同期させて駆動するものである。なお、モータ４８の駆動により送りネジシャフト４６，４７の回転方向を同じとし、その送りネジシャフト４６，４７に形成されたネジ溝（ネジ部）を逆向きに形成しても良い。
【００３６】
移動距離測定手段３３，３４は、モータ４８の回転数を検出するか、あるいは、送りネジシャフト４６，４７の回転数を検出することで、カメラ１１，１２の光軸０１，０２がどれだけ移動したかを測定している。なお、この移動距離測定手段３３，３４は、ガイド２８をリニアガイドとしてそのガイド２８側のガイド部材４４の基準位置からの移動距離を算出して測定値とすることや、また、所定位置にマグネスケールを設けてそのマグネスケールにより測定した測定値としてもよい。
【００３７】
また、移動距離測定手段３３，３４で測定した距離、および、角度測定手段２６，２７で測定した角度は、カメラ１１，１２の撮影された画像信号と同期がとられた状態で撮像条件出力部１８から出力される（図４参照）。
【００３８】
図４は、立体カメラ用雲台装置から出力される画像信号並びに撮像条件信号の画像処理を行なう状態を模式的に示したブロック説明図である。図４に示すように、立体カメラ用雲台装置１０の第１角度測定手段２６、第２角度測定手段２７、移動距離測定手段３３、３４により測定された光軸０１，０２間の距離および光軸０１，０２の回転角度（θ１，θ２あるいはθ）が撮像条件出力部１８を介してＰＣユニット１５側に送られて処理される。
【００３９】
なお、カメラ１１，１２は、基本的に同一仕様のものが用いられており、オートフォーカス機能、ズーム機能（光学・デジタル）、オートアイリス機能等を備えている。画像取り込み部５１に入力された映像信号と、撮像条件入力部５２に入力された光軸０１，０２間の距離および光軸０１，０２の回転角度のデータは、画像処理・演算部５３によって歪みの状態を演算することができる数値あるいはグラフとしてモニタ１４上に表示され、また画像（映像）もモニタ１４に表示される。
【００４０】
なお、ここで、画像処理・演算部５３による歪み補正の説明をする。交差法を用いた立体画像システムにあっては、再現空間上での表示、すなわち、モニタ１４での表示には、幾何学的な歪により不自然さが感じられることがある。この歪には、所謂「箱庭」や「書き割り」と称される２種類の代表的な歪が存在している。
【００４１】
箱庭とは、一般的に立体画像の被写体を不自然に小さく感じる現象であるが、画像中の被写体の大きさの判断は、対象物に対する認識や経験に大きく影響する認知レベルの問題であり、体験的な現象であるといえる。ゆえに、箱庭は、物理的に測定可能な歪量として知覚されるものではなく、あくまでも主観的に評価可能な概念として認識されるが、被写体までの撮像距離に応じて、それぞれの像の見かけ上の大きさの再生倍率が異なることに起因する大きさの歪みとして捉えられている。
【００４２】
一方、書き割りとは、一般的に被写体の前後関係は把握でき、それぞれの被写体に厚みを感じない現象であり、形状知覚の問題として総合的に捉える必要があるが、左右眼の視差に限定した条件の下では前記した箱庭と同様に定量的に捉えることができる。
【００４３】
そこで、この幾何学的な歪みに起因する不自然さを防ぐために、カメラ間隔Ｈや輻輳角θを出力されたデータに基づいて自動的（機械的）に制御し、あるいは、撮影者に不自然さを警告することにより、より自然で見易い立体画像を撮影することができる。
【００４４】
したがって、以上の画像処理上の歪を補正することを考慮して、２台のカメラ１１，１２を同期させて動作を行なうときに、カメラ間隔Ｈや輻輳角θが機械的に測定されて出力される必要がある。このことを踏まえた上で、立体カメラ用雲台装置１０の動作について説明する。
【００４５】
はじめに、各カメラホルダ２２，２３にカメラ１１，１２を取り付ける。そして、移動機構３１，３２により両支持部２９，３０を、ガイド２８および送りネジシャフト４６，４７を介して同期手段６０で同期して移動させ、光軸０１，０２の間隔を調整する。それと共に、両回転機構２４，２５を同期手段６０により同期させて光軸０１，０２を所定角度回転させた状態としてカメラ１１，１２により画像（映像）を撮影する。
【００４６】
このときのモニタ１４に表示されている映像には、カメラ１１，１２の光軸０１，０２の回転角度あるいは輻輳角θ１，θ２と、カメラ間隔（光軸０１，０２間隔）Ｈが示されている。立体カメラ用雲台装置１０からＰＣユニット１５側に送られてきたデータ（光軸０１，０２の回転角度、カメラ間隔Ｈ）は、常にカメラ１１，１２の位置、角度が変っても連続的に出力されるため、そのデータに基づいて立体映像の歪みを補正することが可能となる。
【００４７】
また、両カメラ１１，１２で撮影する被写体を変える場合（例えば、画面奥となるほぼ無限遠にある山上の飛行機から、画面手前で観察者に近接する位置の花壇に焦点を合せる場合、あるいは、画面奥から画面手前に向かって走ってくるランナーに焦点を合せる場合等）撮影される被写体までの距離に対応してカメラ間隔Ｈが、同期手段６０を介して両移動機構３１，３２により同期して変更されると共に、光軸０１，０２の輻輳角度θ１，θ２を同期手段６０および両回転機構２４，２５により同期して変更されることがある。なお、立体カメラ用雲台１０から出力されるデータ（θ１，θ２，θ，Ｈ）は、被写体に対する焦点が変ることで、カメラ間隔Ｈが変る場合、輻輳角度θ１，θ２が変る場合、あるいは、その両者θ１，θ２，Ｈが変る場合、さらに両者θ１，θ２，Ｈとも変らない場合がある。
【００４８】
これら被写体までの焦点距離の変更に伴う光軸０１，０２間（カメラ間隔）Ｈおよび輻輳角度θ１，θ２に基づき、画像処理・演算部５３では、カメラ１１，１２からの左右画像上の被写体の水平方向のズレ量である視差と実際の奥行き距離とが求められ、その算出結果に表示条件や観視条件を重畳した後、空間歪み並びに不自然さを計算して立体画像が形成されるものである。
【００４９】
なお、撮像条件出力部１８から出力されるカメラ間隔Ｈは、予め規定された間隔中心から等距離にあるカメラ１１，１２のレンズ光軸間の距離である。また、撮像条件出力部１８から出力される輻輳角θは、実空間上の撮像対象でカメラ１１，１２の光軸０１，０２が交差している際、その交差点が予め規定されたカメラ間隔中心を通る中心線とも交わっているため、そのカメラ間隔中心と光軸０１，０２とでなす角はそれぞれθ／２の等角度である。
【００５０】
従って、歪み補正の計算を行う際、カメラ間隔Ｈと輻輳角θに関し、例えば、光軸０１，０２の長さ、即ち、被写体に対するカメラ１１，１２の焦点距離（撮像受光面）が異なる等といった条件変化が無く、複雑な幾何学的計算を行わなくて済むという利点がある。
【００５１】
なお、本発明は、図５に示すように、カメラ情報を出力することができる立体カメラ用雲台装置１０Ａとしても構わないものである。図５は立体カメラ用雲台の他の構成を模式的に示す模式図である。なお、すでに図１ないし図４を参照して説明した同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。
【００５２】
図５に示すように、立体カメラ用雲台装置１０Ａに使用されるカメラ１１，１２は、撮影するときに必要となるアイリスに関するデータ、ズームに関するデータおよびフォーカスに関するデータ、また、撮像画角などを入力手段（図示せず）により入力したデータ等の少なくとも一つであるカメラ情報が出力できる構成を備えている。そして、立体カメラ用雲台装置１０Ａは、そのカメラ１１，１２に対して接続することができるコネクタケーブル５０を少なくとも一本備えており、両角度測定手段２６，２７および両移動距離測定手段３３，３４（図４参照）からの各データと合せて、出力ケーブル４９から撮像条件出力部１８（カメラ情報出力手段）を介してＰＣユニット１５側（図４参照）に測定した各データを出力することができるように構成されている。
【００５３】
そのために、立体映像の歪に対してのカメラ１１，１２の撮影に使用される各データを作業者がその都度入力する必要がなく、迅速に歪の補正が行なうことが可能な状態を提供できる。
【００５４】
また、図１ないし図４で説明した移動機構３１，３２では、それぞれ別々のネジシャフト４６，４７を設けたものを開示したが、例えば、図６に示す構成であっても構わない。図６は立体カメラ雲台装置における移動機構の他の構成を示す正面図である。なお、すでに図１ないし図４を参照して説明した同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。
【００５５】
図６に示すように、移動機構３２Ａは、一つのサーボモータ５４と、一つの送りネジシャフト５５とを備えると共に、この送りネジシャフト５５の長手方向中央から反対方向に回転するように形成したネジ部５５ａ，５５ｂを備えている。この移動機構３２Ａのネジ部５５ａ，５５ｂの範囲で、カメラ１１用のガイド部材４４とカメラ１２用のガイド部材４４とを互いに逆方向に進退動させるように構成している。
このように、移動機構３２Ａは、サーボモータ５４を駆動させることで、両カメラ１１，１２を同期して移動させることが可能となり都合が良い。
【００５６】
また、図７に示すように、立体カメラ用雲台装置１０Ｂの構成としても良い。図７は立体カメラ用雲台装置の他の構成を示す斜視図である。なお、すでに図１ないし図４を参照して説明した同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。
【００５７】
図７に示すように、立体カメラ用雲台装置１０Ｂは、手動で第１，第２カメラホルダ２２，２３を回転させるツマミ２４ａ，２５ａをそれぞれ備えており、すでに図３で説明したバックレシスウォームギヤ等の駆動ギヤ３７と、この駆動ギヤ３７に噛み合って従動する従動ギヤ３８と、この従動ギヤ３８の回転により回転するキー溝を有する回転軸３９とを備えている。そのため、ツマミ２４ａ，２５ａを手動で回転させると、第１，第２カメラホルダ２２，２３がそれぞれ一方の回転量をエンコーダ２６ａ，２７ａで検出してその回転量を出力することで、光軸０１，０２の回転角度を検出している。
【００５８】
また、両支持部２９，３０は、移動距離測定手段として、ベースプレート４０間に緊張状態で跨るワイヤー部材５６と、ワイヤー端部５６の一方側に設けた長さ検出部５７とを備えている。そのため、図１または図６ですでに説明した移動機構３１，３２（３２Ａ）により、両支持部２９，３０を同期して移動させると、ワイヤー部材５６の巻取り長さあるいは巻戻し長さが、長さ検出部５７により検出されることで、光軸０１，０２間の移動距離を測定して出力することができるものである。
【００５９】
この立体カメラ用雲台装置１０Ｂでは、光軸０１，０２の回転角度を手動で作動させるツマミにより調整しているため、静止画などの映像を撮影して歪の補正をする場合に適している。
【００６０】
なお、立体カメラ用雲台装置１０、１０Ｂでは、両角度測定手段２６，２７および両移動距離測定手段３３，３４に、あらかじめ設定したアジャスト位置（基準位置）を、カメラのレンズの光軸０１，０２とし、その基準位置からどれだけ移動したか、あるいは、どれだけ回転したかを測定して出力している。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる立体カメラ用雲台装置にあっては、以下に示すように優れた効果を奏するものである。
立体カメラ用雲台装置は、２台のカメラに関し同等の条件下で移動あるいは回転させて、カメラ間隔あるいは輻輳角に関する情報を求めることができるうえ、幾何学的な歪み補正のためのカメラ間隔や輻輳角のデータを適正条件下で提供することができる。
【００６２】
立体カメラ用雲台装置は、移動機構を簡素化して両支持部を同期して移動させることができるためメンテナンスが容易となる。また、立体カメラ用雲台装置は、カメラからのフォーカス、アイリス、ズームの少なくとも一つに関するデータも合せて出力することができるため、立体映像の歪の補正を行なう作業をより向上させることが可能となる。さらに、立体カメラ用雲台装置は、立体画像提供の汎用性を向上させることができ、しかも、幾何学的な歪み補正のためのカメラ間隔や輻輳角のデータを適正条件下で提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる立体カメラ用雲台装置の全体を示す一部を破断した状態の斜視図である。
【図２】本発明にかかる立体カメラ用雲台装置の移動機構を示す断面図である。
【図３】立体カメラ用雲台装置の回転機構を示す平面図である。
【図４】本発明にかかる立体カメラ用雲台装置から出力される画像信号並びに撮像条件信号の画像処理を行なう状態を模式的に示したブロック説明図である。
【図５】本発明にかかる立体カメラ用雲台装置の他の構成を模式的に示す模式図である。
【図６】本発明にかかる立体カメラ用雲台装置における移動機構の他の構成を示す正面図である。
【図７】本発明にかかる立体カメラ用雲台装置の他の構成を示す斜視図である。
【図８】従来の立体カメラ用雲台装置の一例を模式的に示す斜視図である。
【図９】従来の立体カメラ用雲台装置を用いた左右ＴＶカメラと輻輳角との関係について示す模式図。
【図１０】従来の立体カメラ用雲台装置を用いた左右ＴＶカメラのカメラ間隔の関係について示す模式図である。
【符号の説明】
１０ …立体カメラ用雲台装置
１１ …カメラ
１２ …カメラ
１４ …モニタ
１５ …ＰＣユニット
１８ …撮像条件出力部（出力手段、カメラ情報出力手段）
２２ …第１カメラホルダ
２３ …第２カメラホルダ
２４ …第１回転機構
２５ …第２回転機構
２６ …第１角度測定手段
２７ …第２角度測定手段
２８ …ガイド
２９ …第１支持部
３０ …第２支持部
３１ …移動機構
３２ …移動機構
３３ …移動距離測定手段
３４ …移動距離測定手段
３６ …サーボモータ（モータ）
３７ …サーボモータ（モータ）
４６ …送りネジシャフト
４７ …送りネジシャフト
５４ …サーボモータ（モータ）
５５ …送りネジシャフト
５５ａ…ネジ部
５５ｂ…ネジ部
【発明の属する技術分野】
本発明は、立体画像を表示するために２台のカメラを搭載して使用される立体カメラ用雲台装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、新しい放送サービスの１つとして立体画像を提供する立体テレビの研究・開発がなされてきている。
この立体画像を表すために、人の左右眼に視差を持つペア画像を振り分けることで立体感をもたらす２眼式立体画像システムは、通常の平面画像システムと比べて臨場感や迫力の増大などの画面効果を期待することができるばかりでなく、他の娯楽・医療・高所作業等の分野でも有用性が期待されている。
【０００３】
立体画像の撮像では２台のカメラを並べて左右それぞれの実空間上の撮影対象物の画像を撮り、その表示では偏向・時間差・色などを使って視差のある左右の画像として、左右眼それぞれに表示する方法が用いられている。このとき、２台のカメラは、立体カメラ用雲台装置に支持されている。
【０００４】
図８は、立体カメラ用雲台装置の一例を模式的に示す斜視図である。
図８に示すように、立体カメラ用雲台装置は、支持台１と、この支持台１に取り付けられて矢印ａで示すカメラ間隔移動方向に移動可能なカメラ間隔駆動雲台２と、このカメラ間隔駆動雲台２に設けられた輻輳角駆動雲台３と、支持台１に固定された左ＴＶカメラ４と、輻輳角駆動雲台３に取り付けられて矢印ｂで示す輻輳角動作方向に回動可能な右ＴＶカメラ５とを備えている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
カメラ間隔駆動雲台２は、左ＴＶカメラ４に対して右ＴＶカメラ５を近接・離反させてカメラ間隔Ｈを変化させるものである。また、輻輳角駆動雲台３は、左ＴＶカメラ４に対する右ＴＶカメラ５との輻輳角θを変化させるものである。この輻輳角θは、実空間上の撮影対象物Ｔを頂点としている。
【０００６】
図９は、このような立体カメラ用雲台装置を用いた左右ＴＶカメラ４，５と輻輳角θとの関係について示す模式図である。
図９に示すように、立体カメラ用雲台装置では、左ＴＶカメラ４の焦点距離Ｌ１と右ＴＶカメラ５の位置５ａにおける焦点距離Ｌ２の交点を焦点Ｔ１とし、その際の対象物距離をＦ１とする。同様に、立体カメラ用雲台装置では、左ＴＶカメラ４の焦点距離Ｌ３と右ＴＶカメラ５の位置５ｂにおける焦点距離Ｌ４の交点を焦点Ｔ２とし、その際の対象物距離をＦ２とする。さらに、左ＴＶカメラ４の焦点距離Ｌ５と右ＴＶカメラ５の位置５ｃにおける焦点距離Ｌ６との交点を焦点Ｔ３とし、その際の対象物距離をＦ３とする。
【０００７】
そして、立体カメラ用雲台装置では、これら各対象物Ｔ１〜Ｔ３と対象物距離Ｆ１〜Ｆ３が右ＴＶカメラ５の各位置５ａ〜５ｃでの焦点距離Ｌ２，Ｌ４，Ｌ６と合うようにするには、右ＴＶカメラ５で輻輳角θ１〜θ３を、例えば、対象物距離Ｆ３の場合には輻輳角θ３に輻輳角動作方向（矢印ｂ）の回転で可変している。従って、立体カメラ用雲台装置では、対象物Ｔ１〜Ｔ３を最も見易い焦点Ｌ２，Ｌ４，Ｌ６に合せるためには対象物距離Ｆ１〜Ｆ３が変ってくることになる。
【０００８】
図１０は、このような立体カメラ用雲台装置を用いた左右ＴＶカメラ４，５のカメラ間隔Ｈの関係について示す模式図である。
図１０に示すように、立体カメラ用雲台装置では、左ＴＶカメラ４と右ＴＶカメラ５とのカメラ間隔Ｈの状態から、カメラ間隔移動方向（矢印ａ）に右ＴＶカメラ５を位置５ｄに移動させた時のカメラ間隔をＨ１とし、カメラ間隔Ｈでの対象物距離をＦとし、また、カメラ間隔Ｈ１での対象物距離をＦ１とする。
【０００９】
この立体カメラ用雲台装置では、右ＴＶカメラ５の位置５ｄにおける左右ＴＶカメラ４，５の視線の交点が焦点Ｔ４のとき、対象物距離Ｆ１となり、これにより、右ＴＶカメラ５の位置にかかわらず輻輳角θは変化しない。
従って、立体カメラ用雲台装置では、立体映像を、カメラ間隔Ｈを調整することにより、立体間隔を可変することができる。また、カメラ間隔Ｈを調整することにより、輻輳角θを調整した場合と同等の効果を得ることができる。
そして、立体カメラ用雲台装置では、これらのカメラ間隔Ｈと輻輳角θとを調整することにより、再現空間上にて自由に被写体の奥行きを制御した立体画像を表示することができる。
【００１０】
なお、立体カメラ用雲台装置を具体的に利用する一例としては、図８に示すハンドラｈａが対象物Ｔに接触すると、そのハンドラｈａの位置をホールドして対象物位置を計算すると共に、対象物距離Ｆを計算し、オペレータにより適切な輻輳角θに合せて対象物距離Ｆと輻輳角θの関係を最低２点測定しておくことにより、作業者は一度、対象物Ｔに焦点距離を合せ、その位置に合う輻輳角θとなるように右ＴＶカメラ５の回動位置を制御する。
【００１１】
これにより、再現空間上の画像としては鮮明な画像を提供することができるうえ、輻輳角θを適切に選定することにより、オペレータにとって見易い立体画像を得ることが可能となる。
【００１２】
また、図８に示すハンドラｈａが対象物Ｔに接触すると、そのハンドラｈａの位置をホールドして対象物位置を計算すると共に、対象物距離Ｆを計算し、オペレータにより適切なカメラ間隔Ｈに合せて対象物距離Ｆとカメラ間隔Ｈの関係を最低２点測定しておくことにより、作業者は一度、対象物Ｔに焦点距離を合せ、その位置に合うカメラ間隔Ｈとなるように右ＴＶカメラ５のカメラ間隔移動位置を制御する。
これにより、ＴＶカメラ固有のオートフォーカス機能を有効に活用することができ、再現空間上の画像としては鮮明な画像を提供することができるうえ、カメラ間隔Ｈを適切に選定することにより、オペレータにとって見易い立体画像を得ることが可能となる。
【００１３】
【特許文献１】
特開平１０−２３４６７号公報
（段落番号００２３〜００８０、図１〜図１３）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように構成された従来の立体カメラ用雲台装置にあっては、以下に示すような問題点が存在していた。
すなわち、従来の立体カメラ用雲台装置では、ハンドラ位置で検出された対象物と２台のＴＶカメラまでの対象物距離Ｆを計算し、その計算結果に応じた対象物距離Ｆに適するカメラ間隔Ｈや輻輳角θを合せたうえで対象物距離Ｆとカメラ間隔Ｈや輻輳角θとの関係づける測定作業を２回以上行い、対象物距離Ｆとカメラ間隔Ｈや輻輳角θの関係を関数として表して最適なカメラ間隔Ｈや輻輳角θを決定・制御している。
【００１５】
そして、立体カメラ用雲台装置では、そのカメラ間隔Ｈや輻輳角θのそのものを制御することを目的としており、しかも、ハンドラの先端付近を最大の対象物距離Ｆとしている高所作業用であることと相俟って、一方の右ＴＶカメラを移動若しくは回動させる構成、あるいは両方のＴＶカメラが移動もしくは回動できる構成であっても、一方のＴＶカメラを移動もしくは回動することで調整する構成となっている。
【００１６】
従って、放送用等で撮影される映像のように、高解像度を維持する必要があり、対象物距離が大きく変化する場合、一方のＴＶカメラのみが移動あるいは回動する構成の立体カメラ用雲台装置では、各ＴＶカメラの焦点距離が大きく変化するときに、鮮明な画像を提供する画像処理解析等が複雑化するなど、適用することが困難であるという問題が生じていた。
【００１７】
また、再現空間上に立体画像を表示する際には、「箱庭」や「書き割り」といった幾何学的な歪みを考慮したほうがより一層効果的な立体画像を得ることができることが分かっており、そして、このような「箱庭」や「書き割り」といった幾何学的な歪みを考慮するには、カメラ間隔Ｈや輻輳角θに関する情報が２台のカメラに関し略同一の条件下で求められる方が好ましいため、この条件を満足することができる立体カメラ用雲台装置が望まれていた。
【００１８】
本発明は、上記問題を解決するため、立体画像提供の汎用性を向上させることができ、しかも、幾何学的な歪み補正のためのカメラ間隔や輻輳角のデータを適正条件下で出力することができる立体カメラ用雲台装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するため、以下に示すような立体カメラ用雲台装置として構成した。すなわち、立体カメラ用雲台装置は、立体映像を撮影するために用いられる２台のカメラを保持すると共に水平面内において前記２台のカメラを互いに近接・離反させるように移動させかつ設置面に対して水平な水平面内において前記２台のカメラを所定角度に回転させる立体カメラ用雲台装置であって、前記２台のカメラをそれぞれ着脱自在に保持する第１，第２カメラホルダと、前記各カメラホルダに保持された前記各カメラを所定角度にかつ逆方向に回転させる第１，第２回転機構と、前記各回転機構で所定角度に回転させた前記各カメラの光軸に対する角度を測定する第１，第２角度測定手段と、前記第１角度測定手段、前記第１回転機構及び前記第１カメラホルダを直線状のガイドに沿って移動自在に支持する第１支持部と、前記第２角度測定手段、前記第２回転機構及び前記第２カメラホルダを前記ガイドに沿って移動自在に支持する第２支持部と、前記両支持部を前記ガイドに沿って互いに接近・離反するように移動させる移動機構と、前記移動機構によって移動させた前記各カメラの光軸間の距離を測定する移動距離測定手段と、前記両回転機構による回転あるいは前記両支持部の移動機構による移動の少なくとも一方を同期させる同期手段と、この移動距離測定手段で測定した距離及び前記角度測定手段で測定した角度を出力する出力手段とを備えるものとした。
【００２０】
このように構成されることにより、立体カメラ用雲台装置にあっては、２台のカメラは第１，第２カメラホルダによりそれぞれ着脱自在に保持され、第１，第２回転機構により各カメラホルダに保持された各カメラが所定角度に同期して逆方向に回転することで輻輳角度を調整し、第１，第２角度測定手段により各カメラの光軸に対する角度が測定され出力手段により出力される。また、立体カメラ用雲台装置にあっては、両カメラなどをそれぞれ支持する第１支持部および第２支持部が、直線状のガイドに沿って移動機構により同期して互いに接近・離反するように移動し、その移動したことに伴う各カメラの光軸間の距離を移動距離測定手段により測定され、出力手段により出力される。
【００２１】
また、前記立体カメラ用雲台装置において前記移動機構は、一つのモータと、前記一つのモータの駆動によって回転する一つの送りネジシャフトとを備え、前記送りネジシャフトが長手方向中央から反対方向に回転するネジ部を備えるものとした。
【００２２】
このように構成されることにより、立体カメラ用雲台装置にあっては、移動機構のモータを作動させると、送りネジシャフトが回転し、長手方向中央から反対方向に回転するネジ部により、第１支持部と第２支持部とをそれぞれ接近あるいは離反させる方向に同期して移動させることができる。
【００２３】
さらに、前記立体カメラ用雲台装置において、前記カメラから出力されるフォーカス、ズーム、アイリスの少なくとも一つをカメラ情報として出力するカメラ情報出力手段を備えるものとした。
【００２４】
このように構成されることにより、立体カメラ用雲台装置にあっては、移動距離測定手段で測定した距離及び角度測定手段で測定した角度と合せて、カメラのフォーカス、ズーム、アイリスに対する少なくとも一つの情報であるカメラ情報とに基づいて、幾何学的な歪み補正のためのデータを適正条件下で出力することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる立体カメラ用雲台装置の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は立体カメラ用雲台装置の全体を示す一部を破断した状態の斜視図、図２は立体カメラ用雲台装置の移動機構を示す断面図、図３は立体カメラ用雲台装置の回転機構を示す平面図である。
【００２６】
図１および図２に示すように、立体カメラ用雲台装置１０は、左右一対の立体画像用のカメラ１１，１２を保持する第１ホルダ２２および第２ホルダ２３と、この両ホルダ２２，２３を同期して所定角度に回転させる第１回転機構２４および第２回転機構２５と、この両回転機構２４，２５により回転させたカメラ１１、１２の回転角度を測定する第１角度測定手段２６および第２角度測定手段２７と、この角度測定手段２６，２７等をそれぞれ支持する第１支持部２９および第２支持部３０と、この両支持部２９，３０をガイド２８に沿って移動させる移動機構３１，３２と、この移動機構３１，３２により移動させたカメラ１１，１２の光軸間の距離を測定する移動距離測定手段３３，３４と、この移動距離測定手段３３，３４および両角度測定手段２６，２７により測定された距離および角度を出力するための出力部としての撮像条件出力部１８（図４参照）と、を筐体２１に配置して備えている。
【００２７】
立体カメラ用雲台装置１０の筐体２１は、左右一対の脚部１９，２０により支持されている。この筐体２１は、上面に開口２１ａが形成され、この開口２１ａの長手方向略全幅に跨って前後（小口方向）に離間するガイド２８が延在されている。また、開口２１ａの長手方向開口縁部にはカメラ１１，１２のカメラ間隔（光軸０１，０２間隔）Ｈを目視確認するための目盛り２１ｂ，２１ｃが付されている。この目盛り２１ｂ，２１ｃは、例えば、０．５ｍｍ間隔で付されており、５ｍｍ毎並びに１０ｍｍ毎に長さを異ならせている。また、この筐体２１の目盛り２１ｂ，２１ｃは、後記する第１支持部２９および第２支持部３０に付されたカメラ１１，１２の光軸中心を示す矢印Ｃ１，Ｃ２により目視により移動距離が判断できるように構成されている。なお、目盛り２１ｂ，２１ｃ全長に対する中心位置に矢印マーク等を付しても良い。
【００２８】
また、脚部１９，２０は、一対の調整脚１９ａ，２０ａを備えており、この調整脚１９ａ、２０ａの上下方向における突出量を可変することでカメラ１１，１２の光軸０１，０２を設置面に対して同一水平面内に微調整するように構成されている。
【００２９】
図２に示すように、第１，第２カメラホルダ２２，２３は、カメラ１１，１２を固定するためにそれぞれ雄ネジ２２ａ，２３ａと、この雄ネジ２２ａ，２３ａを固定するそれぞれのテーブル２２ｂ，２３ｂと、を備えており、第１，第２支持部２９，３０の上方で設置面に対して水平な水平面内において回転自在に設置されている。このカメラホルダ２２，２３は、カメラネジ２２ａ，２２ｂにカメラ１１，１２の底面に設けられた雌ネジ孔（図示せず）を螺合することによってカメラ１１，１２を保持している。なお、各カメラホルダ２２，２３のテーブル２２ｂ，２３ｂの周壁４１には基準位置（カメラレンズの光軸中心が正面を向いたときの位置）に対してどれだけの角度で回転しているのかを目視できる基準となる目盛り４３が付されている。
【００３０】
第１，第２回転機構２４（２５）は、図３に示すように、回転に対して制御して駆動することができるサーボモータ３６と、このサーボモータ３６の駆動によって回転するバックレシスウォームギヤ等の駆動ギヤ３７と、この駆動ギヤ３７に噛み合って従動する従動ギヤ３８と、この従動ギヤ３８の回転により回転するキー溝を有する回転軸３９とを備えている。また、回転軸３９にはカメラネジ２２ａ，２２ｂが同軸上に位置するように第１，第２カメラホルダ２２，２３が固定されている。なお、第１回転機構２４および第２回転機構２５とは、互いに逆方向に回転するように設定されている。なお、両回転機構２４，２５は、同期手段６０（図４参照）により同期して作動するように構成されている。
【００３１】
第１，第２角度測定手段２６，２７は、各回転機構２４，２５の従動ギヤ３８の回転に同期して互いに逆方向に回転させたカメラ１１，１２の光軸０１，０２に対する角度θ１，θ２を測定（輻輳角θを測定）するものである。なお、この第１，第２角度測定手段２６，２７では、例えば、駆動ギヤ３７および従動ギヤ３８のギヤ比およびサーボモータ３６の分解性能との関係をデータとして保持しているときに、サーボモータ３６の回転数を検出することで、カメラ１１，１２の光軸０１，０２がどれだけ回転したかを測定している。
【００３２】
また、第１，第２角度測定手段２６，２７では、エンコーダ等（図示せず）を回転軸３９側に設置して、そのエンコーダにより光軸０１，０２の回転角度を測定するように構成しても構わない。この角度測定手段２６，２７により測定された光軸０１，０２の角度は、撮影された画像信号と同期がとられた状態で撮像条件出力部１８から出力される。
【００３３】
なお、図示しないエンコーダを用いるときには、サーボモータ３６の駆動により所定角度に光軸０１，０２を回転させ、その回転した結果をエンコーダが検出しそのエンコーダの検出した結果に基づいて、サーボモータ３６をさらに駆動するように構成しても構わない。
【００３４】
第１，第２支持部２９，３０は、平面視略矩形のベースプレート４０と、このベースプレート４０の底面に固定されてガイド２８と摺動可能に係合する案内部４２とを備えている。また、ベースプレート４０の底面には、後記するネジシャフト４６，４７と螺合してネジシャフト４６，４７上を軸線に沿って移動するガイド部材４４が設けられている。
【００３５】
移動機構３１，３２は、筐体２１の内底面に固定された脚部４５に回転可能に保持された送りネジシャフト４６，４７と、この送りネジシャフト４６，４７を互いに逆方向に回転させるモータ４８とを備えており、同期手段６０（図４参照）によりモータ４８の回転動作を同期させて駆動するものである。なお、モータ４８の駆動により送りネジシャフト４６，４７の回転方向を同じとし、その送りネジシャフト４６，４７に形成されたネジ溝（ネジ部）を逆向きに形成しても良い。
【００３６】
移動距離測定手段３３，３４は、モータ４８の回転数を検出するか、あるいは、送りネジシャフト４６，４７の回転数を検出することで、カメラ１１，１２の光軸０１，０２がどれだけ移動したかを測定している。なお、この移動距離測定手段３３，３４は、ガイド２８をリニアガイドとしてそのガイド２８側のガイド部材４４の基準位置からの移動距離を算出して測定値とすることや、また、所定位置にマグネスケールを設けてそのマグネスケールにより測定した測定値としてもよい。
【００３７】
また、移動距離測定手段３３，３４で測定した距離、および、角度測定手段２６，２７で測定した角度は、カメラ１１，１２の撮影された画像信号と同期がとられた状態で撮像条件出力部１８から出力される（図４参照）。
【００３８】
図４は、立体カメラ用雲台装置から出力される画像信号並びに撮像条件信号の画像処理を行なう状態を模式的に示したブロック説明図である。図４に示すように、立体カメラ用雲台装置１０の第１角度測定手段２６、第２角度測定手段２７、移動距離測定手段３３、３４により測定された光軸０１，０２間の距離および光軸０１，０２の回転角度（θ１，θ２あるいはθ）が撮像条件出力部１８を介してＰＣユニット１５側に送られて処理される。
【００３９】
なお、カメラ１１，１２は、基本的に同一仕様のものが用いられており、オートフォーカス機能、ズーム機能（光学・デジタル）、オートアイリス機能等を備えている。画像取り込み部５１に入力された映像信号と、撮像条件入力部５２に入力された光軸０１，０２間の距離および光軸０１，０２の回転角度のデータは、画像処理・演算部５３によって歪みの状態を演算することができる数値あるいはグラフとしてモニタ１４上に表示され、また画像（映像）もモニタ１４に表示される。
【００４０】
なお、ここで、画像処理・演算部５３による歪み補正の説明をする。交差法を用いた立体画像システムにあっては、再現空間上での表示、すなわち、モニタ１４での表示には、幾何学的な歪により不自然さが感じられることがある。この歪には、所謂「箱庭」や「書き割り」と称される２種類の代表的な歪が存在している。
【００４１】
箱庭とは、一般的に立体画像の被写体を不自然に小さく感じる現象であるが、画像中の被写体の大きさの判断は、対象物に対する認識や経験に大きく影響する認知レベルの問題であり、体験的な現象であるといえる。ゆえに、箱庭は、物理的に測定可能な歪量として知覚されるものではなく、あくまでも主観的に評価可能な概念として認識されるが、被写体までの撮像距離に応じて、それぞれの像の見かけ上の大きさの再生倍率が異なることに起因する大きさの歪みとして捉えられている。
【００４２】
一方、書き割りとは、一般的に被写体の前後関係は把握でき、それぞれの被写体に厚みを感じない現象であり、形状知覚の問題として総合的に捉える必要があるが、左右眼の視差に限定した条件の下では前記した箱庭と同様に定量的に捉えることができる。
【００４３】
そこで、この幾何学的な歪みに起因する不自然さを防ぐために、カメラ間隔Ｈや輻輳角θを出力されたデータに基づいて自動的（機械的）に制御し、あるいは、撮影者に不自然さを警告することにより、より自然で見易い立体画像を撮影することができる。
【００４４】
したがって、以上の画像処理上の歪を補正することを考慮して、２台のカメラ１１，１２を同期させて動作を行なうときに、カメラ間隔Ｈや輻輳角θが機械的に測定されて出力される必要がある。このことを踏まえた上で、立体カメラ用雲台装置１０の動作について説明する。
【００４５】
はじめに、各カメラホルダ２２，２３にカメラ１１，１２を取り付ける。そして、移動機構３１，３２により両支持部２９，３０を、ガイド２８および送りネジシャフト４６，４７を介して同期手段６０で同期して移動させ、光軸０１，０２の間隔を調整する。それと共に、両回転機構２４，２５を同期手段６０により同期させて光軸０１，０２を所定角度回転させた状態としてカメラ１１，１２により画像（映像）を撮影する。
【００４６】
このときのモニタ１４に表示されている映像には、カメラ１１，１２の光軸０１，０２の回転角度あるいは輻輳角θ１，θ２と、カメラ間隔（光軸０１，０２間隔）Ｈが示されている。立体カメラ用雲台装置１０からＰＣユニット１５側に送られてきたデータ（光軸０１，０２の回転角度、カメラ間隔Ｈ）は、常にカメラ１１，１２の位置、角度が変っても連続的に出力されるため、そのデータに基づいて立体映像の歪みを補正することが可能となる。
【００４７】
また、両カメラ１１，１２で撮影する被写体を変える場合（例えば、画面奥となるほぼ無限遠にある山上の飛行機から、画面手前で観察者に近接する位置の花壇に焦点を合せる場合、あるいは、画面奥から画面手前に向かって走ってくるランナーに焦点を合せる場合等）撮影される被写体までの距離に対応してカメラ間隔Ｈが、同期手段６０を介して両移動機構３１，３２により同期して変更されると共に、光軸０１，０２の輻輳角度θ１，θ２を同期手段６０および両回転機構２４，２５により同期して変更されることがある。なお、立体カメラ用雲台１０から出力されるデータ（θ１，θ２，θ，Ｈ）は、被写体に対する焦点が変ることで、カメラ間隔Ｈが変る場合、輻輳角度θ１，θ２が変る場合、あるいは、その両者θ１，θ２，Ｈが変る場合、さらに両者θ１，θ２，Ｈとも変らない場合がある。
【００４８】
これら被写体までの焦点距離の変更に伴う光軸０１，０２間（カメラ間隔）Ｈおよび輻輳角度θ１，θ２に基づき、画像処理・演算部５３では、カメラ１１，１２からの左右画像上の被写体の水平方向のズレ量である視差と実際の奥行き距離とが求められ、その算出結果に表示条件や観視条件を重畳した後、空間歪み並びに不自然さを計算して立体画像が形成されるものである。
【００４９】
なお、撮像条件出力部１８から出力されるカメラ間隔Ｈは、予め規定された間隔中心から等距離にあるカメラ１１，１２のレンズ光軸間の距離である。また、撮像条件出力部１８から出力される輻輳角θは、実空間上の撮像対象でカメラ１１，１２の光軸０１，０２が交差している際、その交差点が予め規定されたカメラ間隔中心を通る中心線とも交わっているため、そのカメラ間隔中心と光軸０１，０２とでなす角はそれぞれθ／２の等角度である。
【００５０】
従って、歪み補正の計算を行う際、カメラ間隔Ｈと輻輳角θに関し、例えば、光軸０１，０２の長さ、即ち、被写体に対するカメラ１１，１２の焦点距離（撮像受光面）が異なる等といった条件変化が無く、複雑な幾何学的計算を行わなくて済むという利点がある。
【００５１】
なお、本発明は、図５に示すように、カメラ情報を出力することができる立体カメラ用雲台装置１０Ａとしても構わないものである。図５は立体カメラ用雲台の他の構成を模式的に示す模式図である。なお、すでに図１ないし図４を参照して説明した同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。
【００５２】
図５に示すように、立体カメラ用雲台装置１０Ａに使用されるカメラ１１，１２は、撮影するときに必要となるアイリスに関するデータ、ズームに関するデータおよびフォーカスに関するデータ、また、撮像画角などを入力手段（図示せず）により入力したデータ等の少なくとも一つであるカメラ情報が出力できる構成を備えている。そして、立体カメラ用雲台装置１０Ａは、そのカメラ１１，１２に対して接続することができるコネクタケーブル５０を少なくとも一本備えており、両角度測定手段２６，２７および両移動距離測定手段３３，３４（図４参照）からの各データと合せて、出力ケーブル４９から撮像条件出力部１８（カメラ情報出力手段）を介してＰＣユニット１５側（図４参照）に測定した各データを出力することができるように構成されている。
【００５３】
そのために、立体映像の歪に対してのカメラ１１，１２の撮影に使用される各データを作業者がその都度入力する必要がなく、迅速に歪の補正が行なうことが可能な状態を提供できる。
【００５４】
また、図１ないし図４で説明した移動機構３１，３２では、それぞれ別々のネジシャフト４６，４７を設けたものを開示したが、例えば、図６に示す構成であっても構わない。図６は立体カメラ雲台装置における移動機構の他の構成を示す正面図である。なお、すでに図１ないし図４を参照して説明した同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。
【００５５】
図６に示すように、移動機構３２Ａは、一つのサーボモータ５４と、一つの送りネジシャフト５５とを備えると共に、この送りネジシャフト５５の長手方向中央から反対方向に回転するように形成したネジ部５５ａ，５５ｂを備えている。この移動機構３２Ａのネジ部５５ａ，５５ｂの範囲で、カメラ１１用のガイド部材４４とカメラ１２用のガイド部材４４とを互いに逆方向に進退動させるように構成している。
このように、移動機構３２Ａは、サーボモータ５４を駆動させることで、両カメラ１１，１２を同期して移動させることが可能となり都合が良い。
【００５６】
また、図７に示すように、立体カメラ用雲台装置１０Ｂの構成としても良い。図７は立体カメラ用雲台装置の他の構成を示す斜視図である。なお、すでに図１ないし図４を参照して説明した同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。
【００５７】
図７に示すように、立体カメラ用雲台装置１０Ｂは、手動で第１，第２カメラホルダ２２，２３を回転させるツマミ２４ａ，２５ａをそれぞれ備えており、すでに図３で説明したバックレシスウォームギヤ等の駆動ギヤ３７と、この駆動ギヤ３７に噛み合って従動する従動ギヤ３８と、この従動ギヤ３８の回転により回転するキー溝を有する回転軸３９とを備えている。そのため、ツマミ２４ａ，２５ａを手動で回転させると、第１，第２カメラホルダ２２，２３がそれぞれ一方の回転量をエンコーダ２６ａ，２７ａで検出してその回転量を出力することで、光軸０１，０２の回転角度を検出している。
【００５８】
また、両支持部２９，３０は、移動距離測定手段として、ベースプレート４０間に緊張状態で跨るワイヤー部材５６と、ワイヤー端部５６の一方側に設けた長さ検出部５７とを備えている。そのため、図１または図６ですでに説明した移動機構３１，３２（３２Ａ）により、両支持部２９，３０を同期して移動させると、ワイヤー部材５６の巻取り長さあるいは巻戻し長さが、長さ検出部５７により検出されることで、光軸０１，０２間の移動距離を測定して出力することができるものである。
【００５９】
この立体カメラ用雲台装置１０Ｂでは、光軸０１，０２の回転角度を手動で作動させるツマミにより調整しているため、静止画などの映像を撮影して歪の補正をする場合に適している。
【００６０】
なお、立体カメラ用雲台装置１０、１０Ｂでは、両角度測定手段２６，２７および両移動距離測定手段３３，３４に、あらかじめ設定したアジャスト位置（基準位置）を、カメラのレンズの光軸０１，０２とし、その基準位置からどれだけ移動したか、あるいは、どれだけ回転したかを測定して出力している。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる立体カメラ用雲台装置にあっては、以下に示すように優れた効果を奏するものである。
立体カメラ用雲台装置は、２台のカメラに関し同等の条件下で移動あるいは回転させて、カメラ間隔あるいは輻輳角に関する情報を求めることができるうえ、幾何学的な歪み補正のためのカメラ間隔や輻輳角のデータを適正条件下で提供することができる。
【００６２】
立体カメラ用雲台装置は、移動機構を簡素化して両支持部を同期して移動させることができるためメンテナンスが容易となる。また、立体カメラ用雲台装置は、カメラからのフォーカス、アイリス、ズームの少なくとも一つに関するデータも合せて出力することができるため、立体映像の歪の補正を行なう作業をより向上させることが可能となる。さらに、立体カメラ用雲台装置は、立体画像提供の汎用性を向上させることができ、しかも、幾何学的な歪み補正のためのカメラ間隔や輻輳角のデータを適正条件下で提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる立体カメラ用雲台装置の全体を示す一部を破断した状態の斜視図である。
【図２】本発明にかかる立体カメラ用雲台装置の移動機構を示す断面図である。
【図３】立体カメラ用雲台装置の回転機構を示す平面図である。
【図４】本発明にかかる立体カメラ用雲台装置から出力される画像信号並びに撮像条件信号の画像処理を行なう状態を模式的に示したブロック説明図である。
【図５】本発明にかかる立体カメラ用雲台装置の他の構成を模式的に示す模式図である。
【図６】本発明にかかる立体カメラ用雲台装置における移動機構の他の構成を示す正面図である。
【図７】本発明にかかる立体カメラ用雲台装置の他の構成を示す斜視図である。
【図８】従来の立体カメラ用雲台装置の一例を模式的に示す斜視図である。
【図９】従来の立体カメラ用雲台装置を用いた左右ＴＶカメラと輻輳角との関係について示す模式図。
【図１０】従来の立体カメラ用雲台装置を用いた左右ＴＶカメラのカメラ間隔の関係について示す模式図である。
【符号の説明】
１０ …立体カメラ用雲台装置
１１ …カメラ
１２ …カメラ
１４ …モニタ
１５ …ＰＣユニット
１８ …撮像条件出力部（出力手段、カメラ情報出力手段）
２２ …第１カメラホルダ
２３ …第２カメラホルダ
２４ …第１回転機構
２５ …第２回転機構
２６ …第１角度測定手段
２７ …第２角度測定手段
２８ …ガイド
２９ …第１支持部
３０ …第２支持部
３１ …移動機構
３２ …移動機構
３３ …移動距離測定手段
３４ …移動距離測定手段
３６ …サーボモータ（モータ）
３７ …サーボモータ（モータ）
４６ …送りネジシャフト
４７ …送りネジシャフト
５４ …サーボモータ（モータ）
５５ …送りネジシャフト
５５ａ…ネジ部
５５ｂ…ネジ部
Claims (3)
- 立体映像を撮影するために用いられる２台のカメラを保持すると共に設置面に対して水平な水平面内において前記２台のカメラを互いに接近・離反させるように移動させかつ水平面内において前記２台のカメラを所定角度に回転させる立体カメラ用雲台装置であって、
前記２台のカメラをそれぞれ着脱自在に保持する第１，第２カメラホルダと、前記各カメラホルダに保持された前記各カメラを所定角度にかつ逆方向に回転させる第１，第２回転機構と、前記各回転機構で所定角度に回転させた前記各カメラの光軸に対する角度を測定する第１，第２角度測定手段と、前記第１角度測定手段、前記第１回転機構及び前記第１カメラホルダを直線状のガイドに沿って移動自在に支持する第１支持部と、前記第２角度測定手段、前記第２回転機構及び前記第２カメラホルダを前記ガイドに沿って移動自在に支持する第２支持部と、前記両支持部を前記ガイドに沿って互いに接近・離反するように移動させる移動機構と、前記移動機構によって移動させた前記各カメラの光軸間の距離を測定する移動距離測定手段と、前記両回転機構による回転あるいは前記両支持部の移動機構による移動の少なくとも一方を同期させる同期手段と、この移動距離測定手段で測定した距離及び前記角度測定手段で測定した角度を出力する出力手段とを備えることを特徴とする立体カメラ用雲台装置。 - 前記移動機構は、一つのモータと、前記一つのモータの駆動によって回転する一つの送りネジシャフトとを備え、前記送りネジシャフトが長手方向中央から反対方向に回転するネジ部を備えることを特徴とする請求項１に記載の立体カメラ用雲台装置。
- 前記カメラから出力されるフォーカス、ズーム、アイリスの少なくとも一つをカメラ情報として出力するカメラ情報出力手段を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の立体カメラ用雲台装置。
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090120 |
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