JP2005057541A - 分光カメラヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 被写体に対して分光帯域を設定して撮影することができ、また、仮想スタジオで使用される合成画像として照明条件が変った場合であっても対応することができる画像を撮影可能な分光カメラ装置を提供すること。
【解決手段】 コントローラ１３からの遠隔操作により被写体を撮影する分光カメラヘッド１０であって、被写体を撮影するための対物レンズ（レンズ系）１と、このレンズ系を通過する光の光路中に配置されてあらかじめ任意に設定した波長帯域を透過させる液晶チューナブルフィルタ（設定波長帯域透過手段）３と、この設定波長帯域透過手段を透過した波長帯域を受光する撮像素子（高感度撮像素子）４と、この撮像素子で受光した前記被写体の画像を画像データとして出力する画像出力手段８と、を備える構成とした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、被写体を撮影する分光カメラヘッドに係り、特に、仮想スタジオなどで使用される合成画像を作成するときに都合のよい画像を撮影することができる分光カメラヘッドに関する。

一般に、テレビ番組などで用いられているスタジオ風景は、コンピュータグラフィック（ＣＧ）を使用して表示することがあり、ＣＧとして用意した電子スタジオセットに前景画像(出演者などの画像)を合成して仮想スタジオとして表示する場合がある。この仮想スタジオは、パノラマ画像や全天周画像などの背景画像が合成されており、ＣＧの視点と実際のカメラ位置を一致させて合成することにより、あたかも合成された背景画像の中に演者が存在するように見せることができるものである。この仮想スタジオなどに使用される背景画像は、実写の画像を用いて構成する場合があり、あらかじめ視点を特定した状態で単一のシャッタスピードによりその視点から３６０度の全方位の画角を計測して撮影し張り合わせて（合成して）作成されている。

この背景画像を撮影するカメラ装置としては、つぎのように構成されたものが知られている。すなわち、カメラ装置は、対物レンズに対面して配置された偏光手段を備えており、そして、その偏光手段が直線偏光フィルタと、この直線偏光フィルタの偏光方向を変える駆動部とを備えている。そのため、カメラ装置では、光源装置側から他の直線偏光手段を介して照射された照明光の反射光を、直線偏光手段を介して所定偏光方向ごとに撮影して被写体の画像を撮影していた（例えば、非特許文献１）。

映像情報メディア学会誌Vol.55,No.5,pp718〜724(2001)「照明の影響を含まない立体映像部品の取得法」

しかしながら、従来のカメラ装置では、以下に示すような問題点が存在した。
すなわち、従来のカメラ装置は、撮影した画像を仮想スタジオの背景画像として用いることを前提にする場合に、被写体の分光帯域に対して考慮した撮影をすることができない構成であった。

本発明は、前記した問題に鑑みて創案されたものであり、被写体に対して分光帯域を設定して撮影することができ、また、仮想スタジオで使用される合成画像として照明条件が変った場合であっても対応することができる画像を撮影可能な分光カメラヘッドを提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明では、以下に示す分光カメラ装置とした。すなわち、コントローラからの遠隔操作により被写体を撮影する分光カメラヘッドであって、被写体を撮影するためのレンズ系と、このレンズ系を通過する光の光路中に配置されてあらかじめ任意に設定した波長帯域の光を透過させる設定波長帯域透過手段と、この設定波長帯域透過手段を透過した波長帯域の光を受光する撮像素子と、この撮像素子で受光した前記被写体の画像を画像データとして出力する画像出力手段と、を備える構成とした。

このように構成されることにより、分光カメラヘッドは、コントローラにより設定波長帯域透過手段の波長帯域を設定した状態で、かつ、コントローラによりアイリス、ズーム、シャッタスピードを設定して被写体を撮影している。なお、仮想スタジオに合成される背景画像を撮影する際には、はじめに基点となる同一方向の画角にコントローラを介して例えば分光カメラヘッドを載置している雲台の向きを制御することで撮像方向を調整し、その撮像方向の被写体に対して、コントローラによりあらかじめ設定波長帯域透過手段の波長帯域を設定（一番目の設定）して、所定波長帯域の画像を、ズーム、アイリスあるいはシャッタスピードを調整して撮影している。

また、分光カメラヘッドは、コントローラからの遠隔操作により被写体を撮影する分光カメラヘッドであって、前記被写体に向けて照明光を照射する光源装置と、この光源装置からの照明光を直線偏光とする偏光手段と、この偏光手段により偏光された照明光の光路中に配置されるハーフミラーと、このハーフミラーから離間して配置されるレンズ系と、このレンズ系および前記ハーフミラーを通過する光の光路中に配置されてあらかじめ任意に設定した波長帯域の光を透過させる設定波長帯域透過手段と、この設定波長帯域透過手段を透過した波長帯域の光を受光する撮像素子と、この撮像素子で受光した前記被写体の画像を画像データとして出力する画像出力手段とを備える構成とした。

このように構成されることにより、分光カメラヘッドは、フォーカス、アイリス、ズーム、シャッタスピード（カメラ機能）、光源装置のオンオフ、ならびに、設定波長帯域透過手段の設定波長帯域を、コントローラによりそれぞれ制御して、はじめに基点となる同一方向の画角に対して撮影を行ない、撮影方向、シャッタスピード、設定波長帯域などを変えて順次被写体を撮影する。なお、撮影を行なう場合には、偏光手段についてもコントローラを介して制御している。そのため、光源装置をオンにして被写体を撮影した場合には、偏光手段を透過して直線偏光とされた照明光がハーフミラーおよびレンズを介して被写体に照射される。そして、被写体から反射された照明光は、レンズ、ハーフミラーおよび設定波長帯域透過手段を透過して撮像素子に受光される。さらに、分光カメラヘッドは、撮像素子から画像出力手段により画像データとして出力して、例えば蓄積手段に蓄積されることになる。

また、前記分光カメラヘッドにおいて、光源装置からの照明光を直線偏光とする偏光フィルタと、この偏光フィルタの設置面に平行な平面内において設置角度を変える偏光方向操作部とを備える構成とした。
このように構成されることにより、分光カメラヘッドは、被写体を撮影する際に、コントローラからの制御により偏光フィルタの設置角度を変えることで偏光方向を順次変えながら光源装置からの照明光を被写体に対して照射している。

さらに、前記分光カメラヘッドにおいて、前記設定波長透過手段は、液晶チューナブルフィルタである構成とした。
このように構成されることにより、分光カメラヘッドは、特定の偏光方向のみを通過する液晶チューナブルフィルタの性質を利用することができる。

また、分光カメラヘッドは、コントローラからの遠隔操作により被写体を撮影する分光カメラヘッドであって、前記被写体に向けて照明光を照射する光源装置と、この光源装置に対面して配置された第１レンズと、この第１レンズに対面して配置され前記照明光を直線偏光とする第１偏光手段と、この第１偏光手段により偏光された照明光の光路中に配置されるハーフミラーと、このハーフミラーから離間して配置される第２偏光手段と、この第２偏光手段に対面して配置される第２レンズと、この第２レンズに対面して配置されあらかじめ任意に設定した波長帯域の光を透過させる設定波長帯域透過手段と、この設定波長帯域透過手段を透過した波長帯域の光を受光する撮像素子と、この撮像素子で受光した前記被写体の画像を画像データとして出力する画像出力手段と、を備える構成とした。

このように構成されることにより、分光カメラヘッドは、被写体に対する照明光を照射する光源装置のオンオフおよび光源装置から照射される照明光の偏光方向について、コントローラを介して制御した状態で、被写体の撮影が行なわれる。この分光カメラヘッドでは、光源装置から第１偏光手段により照明光が直線偏光とされて、第１レンズおよびハーフミラーを介して被写体側に照明光が照射される。そして、分光カメラヘッドでは、被写体から反射された照明光が、ハーフミラー、第２偏光手段、第２レンズおよび設定波長帯域透過手段を介して撮像素子に撮影され、被写体の画像が画像データとして画像出力手段によりに出力され、例えば蓄積手段に蓄積される。

また、前記分光カメラヘッドにおいて、前記第１偏光手段または前記第２偏光手段のいずれか一方は、光源装置からの照明光を直線偏光とする偏光フィルタと、この偏光フィルタの設置面に平行な平面内において設置角度を変える偏光方向操作部とを備える構成とした。

このように構成されることにより、分光カメラヘッドは、第２偏光手段側に偏光方向操作部を備える場合には、コントローラを介して、被写体に対して第1偏光手段により直線偏光とする照明光を照射して、かつ、被写体からの反射光を、第２偏光手段により偏光方向をあらかじめ変化させた状態で、設定波長帯域透過手段が設定した波長帯域について撮像素子を介して撮影している。
また、分光カメラヘッドは、第１偏光手段側に偏光方向操作部を備える場合には、コントローラを介して、被写体に対して第１偏光手段により直線偏光とする照明光をあらかじめ設定した偏光方向として照射して、かつ、被写体からの反射光を、第２偏光手段を介して、さらに、設定波長帯域透過手段が設定した波長帯域について撮像素子により撮影している。

さらに、前記カメラヘッドにおいて、前記光源装置から送られる照明光がハーフミラーを透過した光路中で、前記ハーフミラーから離間して、前記ハーフミラーを通過した光を吸収する光吸収手段を備える構成とした。
このように構成されることにより、分光カメラヘッドは、光源装置から照射される照明光がハーフミラーを通過した後に、光吸収手段により吸収され再びハーフミラー側に反射されることはない。なお、この光吸収手段は、例えば、光を吸収することができる黒色の艶消しシート状部材である。

本発明では、以下に示す優れた効果を奏するものである。
（１）分光カメラヘッドは、例えば雲台上に載置されている場合には、コントローラにより被写体に対する、カメラ方向、シャッタスピード、設定波長帯域透過手段の波長帯域の設定について、制御して撮影し、撮影した画像を画像データとして画像出力手段により出力し、例えば、蓄積装置に蓄積することができるため、広ダイナミックレンジの画像を設定した波長帯域ごとに分光した状態で撮影でき、撮影した被写体の画像を張り合わせてパノラマ画像あるいは全方位画像として、仮想スタジオなどで使用しても違和感がない（照明光の色温度を再構成できる）画像を提供することができる。

（２）分光カメラヘッドは、コントローラにより制御して被写体の画像を、カメラ方向、シャッタスピード、波長帯域、光源装置のオンオフ、偏光フィルタの方向、等各パラメータを設定して撮影し画像出力手段により出力することができる。そのため、例えば、蓄積装置に各パラメータにより撮影された画像データを蓄積させ、また、被写体の撮影時に、被写体の形状を計測する計測手段からの形状データを取得すれば、被写体の形状データと画像データを合せることで、撮影した被写体の画像を張り合わせてパノラマ画像あるいは全方位画像として仮想スタジオなどで使用しても違和感がない画像を提供できる。また、撮影した画像データに対して、任意に光源装置の位置を変えた状態としても違和感のない（照明光の色温度を再構成でき、また、白つぶれ、黒つぶれ、輝度値の量子化誤差がない）画像を提供することができる。

（３）分光カメラヘッドは、偏光フィルタを偏光方向操作部により方向を変えて光源装置からの照明光を被写体に照射するようにコントローラを介して制御することができるため、撮影した画像の陰に対する処理を行うために都合のよい（鏡面反射成分の除去）画像を提供することができる。
（４）分光カメラヘッドは、液晶チューナブルフィルタを使用することにより、本来撮像素子に対面して配置されるべき偏光フィルタを省略することができ装置全体がコンパクトに構成することができる。

（５）分光カメラヘッドは、二つの偏向手段を使用してコントローラを介してあらかじめ設定した波長帯域等をパラメータとして画像を撮影することができるため、仮想スタジオなどで使用しても違和感がない（照明光の色温度を再構成でき、また、白つぶれ、黒つぶれ、輝度値の量子化誤差がない）画像を提供することができる。

（６）分光カメラヘッドは、光源装置側から照射される照明光がハーフミラーを通過した後に、光吸収手段により吸収されるため、撮像素子に撮影される被写体の画像が鮮明となる。

以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は分光カメラヘッドを用いる分光カメラ装置の外観を示す斜視図、図２は分光カメラヘッドを模式的に示す模式図、図３は分光カメラヘッドを用いる分光カメラ装置のブロック図である。

図１に示すように、分光カメラ装置Ａは、分光カメラヘッド１０と、この分光カメラヘッド１０により撮影する被写体の形状を計測する計測手段１１と、この計測手段１１および分光カメラヘッド１０を載置する雲台１２と、この雲台１２、分光カメラヘッド１０、計測手段１１を制御するコントローラ１３と、このコントローラ１３を介して分光カメラヘッド１０から出力される被写体の画像データおよび計測手段１１から出力される被写体の形状データを蓄積する蓄積手段１４とを備えている。この分光カメラ装置Ａは、コントローラ１３からの遠隔操作により、雲台１２の所定位置（雲台駆動部１２ｆ，１２ｄ）が作動して分光カメラヘッド１０の撮影方向を変えたときに、その分光カメラヘッド１０の水平方向の回転中心および垂直方向の回転中心と、分光カメラヘッド１０のカメラ主点Ｋ（図２参照）との位置が一致するように構成されている。そして、この分光カメラ装置Ａは、コントローラ１３により、分光カメラヘッド１０の操作と、計測手段１１の計測操作と、雲台１２の所定位置を作動させる操作などを制御して行なうように構成されている。

図２に示すように、分光カメラヘッド１０は、レンズ系としての対物レンズ１と、この対物レンズ１の後方に所定距離を隔てて所定角度で配置されるハーフミラー２と、このハーフミラー２の直上に配置される偏光手段５と、この偏光手段５を介して照明光を照射する光源装置６と、対物レンズ１の光軸上でハーフミラー２の後方に所定距離を隔てて配置された所定波長帯域透過手段としての液晶チューナブルフィルタ３と、この液晶チューナブルフィルタ３の後方に対面して配置される撮像素子としての高感度撮像素子４と、この高感度撮像素子４に受光された画像を画像データとして出力する画像出力手段８と、を備えている。なお、この分光カメラヘッド１０は、アイリス、ズームおよびフォーカスなどに関する一般的なカメラとして必要な構成を適宜備えており、例えば、ズームであれば対物レンズ１の前方側にズームレンズ（図示せず）が配置される構成であるが、ここではその説明を省略する。
また、この分光カメラヘッド１０は、図３に示すように、カメラの機構について、シャッタスピード、アイリス、ズーム、フォーカス（カメラ機能）などの操作を制御するカメラ制御部１０Ａを備えている。このカメラ制御部１０Ａは、後記するコントローラ１３からの制御信号を受けて所定の機構を調整することにより、目的のシャッタスピード、アイリス、ズーム、フォーカスなどを制御している。

図２に示すように、対物レンズ１は、ここでは両面凸レンズ１つが設置されており、高感度撮像素子４に被写体の画像を受光することができる状態の位置に配置されており、カメラ主点Ｋからの撮影画角を決定している。この対物レンズ１は、両面凸レンズとして図示しているが、その構成およびレンズ系としての数は特に限定されるものではない。

ハーフミラー２は、光源装置６から偏光手段５の偏光フィルタ５ａを介して照射される照明光を所定の割合で反射して、対物レンズ１を透過させて被写体に照射させると共に、被写体に照射されて反射して対物レンズ１を透過してくる照明光（被写体の画像情報）を透過させている。このハーフミラー２は、例えば、ガラスなどの透光板に薄膜が設けられることで構成される。また、ハーフミラー２は、カメラ主点Ｋから対物レンズ１を介して設定される撮影画角に対して、光源装置６からの照明光を対応させて照射できる位置に設置されている。

液晶チューナブルフィルタ３は、コントローラ１３からの信号によりチューナブルフィルタ制御部３Ａが制御され透過する波長帯域が設定されるように構成されており、特定の直線偏光方向の光だけを透過させると共に、あらかじめ設定される波長帯域を透過させるように構成されている。この液晶チューナブルフィルタ３は、設定される波長帯域を例えば、可視光線領域全体（可視光線以外でも可）の範囲内において５ｎｍ単位以上、７ｎｍ単位以上、あるいは１０ｎｍ単位以上の単位で設定することができるものである。なお、ここでは液晶チューナブルフィルタ３を設定波長帯域透過手段として説明したが、設定波長帯域透過手段として音響光学素子（図示せず）およびその音響光学素子に対面して直線偏光フィルタ（図示せず）を配置するものとしても構わない（図１１、図１２参照）。

高感度撮像素子４は、設定された波長帯域のみを透過してくる光に対して感度よく認識して撮像（撮影）することができるものである。この高感度撮像素子４は、例えば、ＣＣＤを使用しており、液晶チューナブルフィルタ３から透過してくる所定幅の波長帯域に対して画像を認識できるように、受光するＣＣＤの画素(受光素子)一つあたりの面積を大きくするか、あるいは、画素数を多く備えている（例えば、最低被写体照度がＦ２で約１ルクス前後の場合に対して、０．０１ルクス以下あるいは０．００１ルクス以下のものをいう）。

偏光手段５は、光源装置６からの照明光を直線偏光とする偏光フィルタ５ａと、この偏光フィルタ５ａを設置面に平行な平面内において回転させ直線偏光の向きを変える偏光方向操作部５ｂとを備えている。そして、この偏光手段５の偏光方向操作部５ｂは、コントローラ１３からの制御信号により偏光フィルタ制御部５Ａを介して制御されている。そして、偏光方向操作部５ｂは、例えば、サーボモータなどの偏光フィルタ５ａを所定の角度単位で回転させて制御できるものであれば良い。また、偏光フィルタ５ａは、図示しない筐体側に回転自在に設置されており、周縁側に歯車あるいはプーリベルトを掛け渡すことができるなど、偏光方向操作部５ｂがサーボモータであれば、その伝達力が伝達できる接続部分が形成されている。この偏光フィルタ５ａは、例えば、サーバル板あるいはグリッドなどであり、可視光域でフラットな特性を備えるものがよく（例えば、偏光フィルタとして、偏光フィルムと呼ばれるポリマー系の薄い偏光膜を樹脂（アセト酪酸セルロース）で挟み込んだもの）光源装置からの照明光を直線偏光にするものであればよい。

光源装置６は、被写体に対して照明光を照射でき、点光源あるいは擬似点光源として機能できるランプ６ａおよびこのランプ６ａに設けたカバー体６ｂを備えている。この光源装置６は、コントローラ１３からの制御信号により照明制御部６Ａを介してオンオフの制御を行なっている。この光源装置６では、照明光が点光源あるいは擬似点光源となることで、被写体表面への入射角度を、容易に近似計算することが可能な状態の画像として撮影しやすくなる。また、この光源装置６は、被写体に対して同軸照明となる位置に配置されている。なお、同軸照明とは、カメラ主点Ｋからの光軸線と光源装置６の光源主点Ｒの光軸線とが交差する点までの距離が同距離となるように配置される状態（レンズ主点Ｋと光源主点Ｒが共役な位置）となっているものをいう。

吸収板７は、ハーフミラー２から透過してくる光源装置６からの照明光を吸収して再度ハーフミラー側に反射しないように照明光を吸収するためのものである。この吸収板７は、例えば、表面無反射の遮光シートなどを用いることができる。

画像出力手段８は、高感度撮像素子４に受光された被写体の画像を画像データとして出力するためのものであり、ここでは、コントローラ１３に接続された蓄積手段１４に蓄積されるように出力している。

図１および図３に示すように、計測手段１１は、分光カメラヘッド１０が撮影する被写体と同一部位の形状を計測するものである。この計測手段１１は、ここでは、分光カメラヘッド１０の左右にカメラ１１Ａ，１１Ｂ（形状計測ヘッド）と、コントローラ１３からの制御信号によりカメラ１１Ａ，１１Ｂの操作を制御するための形状計測制御部１１Ｃと、計測した形状データを出力する形状データ出力部（図示せず）を備えている。そして、計測手段１１は、分光カメラ１０も含めた多眼カメラによる形状計測を行なっている。すなわち、この計測手段１１では、カメラ映像（画像）に対応する被写体の部位をコントローラ１３内に備える画像処理手段１３Ｃにより決定し、これを三角測量の原理で距離に換算して計測するもので、カメラの台数が増えるほど精度の向上を達成できる。

雲台１２は、分光カメラヘッド１０および計測手段１１を支持する支持柱１２ａと、この支持柱１２ａを固定する載置板１２ｂと、この載置板１２ｂを設置面に対して直交する側面で支持軸１２ｆを介して回動自在に支持する支持台１２ｃと、この支持台１２ｃを設置面に対して水平方向に回動自在に支持する胴体部１２ｄと、この胴体部１２ｄを設置面に対して高さ調整可能に支持する脚部１２ｅと、支持軸１２ｆおよび胴体部１２ｄ（雲台駆動部）をコントローラ１３からの信号により制御するための雲台制御部１２Ａとを備えている。この雲台１２は、コントローラ１３からの信号により、雲台制御部１２Ａを介して胴体部１２ｄの水平方向における所定角度単位での回動操作と、載置板１２ｂの垂直方向における支持軸１２ｆの所定角度単位での回動操作と、が行なわれるように構成されている。そのため、この雲台１２は、分光カメラヘッド１０のカメラ主点Ｋを球の中心に配置したと仮定した場合に、そのカメラ主点Ｋを中心に３６０度の方向に対物レンズ１を向けることができるものである。

コントローラ１３は、分光カメラヘッド１０、計測手段１１、雲台１２を制御するものであり、例えば、パーソナルコンピュータで構成され、ここでは、外部に接続された蓄積手段１４としてのハードディスクドライブに対して画像データおよび形状データを蓄積するように接続されている（コンピュータ内部のハードディスクドライブであっても構わない）。このコントローラ１３は、制御信号生成出力手段１３Ａと、高感度撮像素子４から画像出力手段８を介して出力される画像データを入力する画像入力手段１３Ｂと、計測手段１１で計測する被写体の部位を決定すると共に、形状データを入力する画像処理手段１３Ｃなどを備えている。

そして、このコントローラ１３の制御信号生成出力手段１３Ａは、分光カメラヘッド１０が撮影する際の操作である、フォーカス、ズーム、シャッタスピード、アイリスなどを制御する制御信号を生成して出力するカメラ制御信号生成出力部１３ａと、液晶チューナブルフィルタ３の分光帯域を設定するための制御信号を生成して出力するチューナブルフィルタ制御信号生成出力部１３ｂと、光源装置のオンオフを制御するための制御信号を生成して出力する光源装置制御信号生成出力部１３ｃと、偏光手段５の偏光方向操作部５ｂを制御するための制御信号を生成して出力する偏光制御信号生成出力部１３ｄと、計測手段１１の制御を行なうための制御信号を生成して出力する計測制御信号生成出力部１３ｅと、雲台１２の制御信号を生成して出力する雲台制御信号生成出力部１３ｆと、図示しないキーボードあるいはマウスなどの入力手段を備えている。

画像入力手段１３Ｂは、分光カメラヘッド１０により撮影された画像データを入力して蓄積手段１４に蓄積させるためのものである。
また、画像処理手段１３Ｃは、カメラ１１Ａ，１１Ｂの各画像から得られる視差に基づいて距離を求め、画像入力手段１３Ｂからの画像データと合せて距離画像を生成するものである。

つぎに、分光カメラ装置Ａの動作について説明する。図４はカメラ装置の撮影手順を示すフローチャート、図５はカメラ装置による撮影を行なう状態を模式的に示す斜視図、図６はカメラ装置によりシャッタスピードを変えて撮影した状態を模式的に示す模式図、図７は外乱光がない状態でのカメラ装置の撮影手順を示すフローチャートである。なお図４および図７において「Ｓ」はステップを示す。

図４に示すように、被写体が外乱光のある環境（例えば、スタジオの照明、太陽光）である場合には、はじめに、初期状態として光源装置６を点灯させる（Ｓ１）。そして、分光カメラヘッド１０のカメラ方向の設定を行う（Ｓ２）。このカメラ方向の設定は、分光カメラヘッド１０の画角に依存した刻み角度でカメラ方向を変更している。
撮影画角と刻み角度の関係は水平画角、垂直画角とも常に刻み角度より大きく設定される必要がある。これは撮影した画像を全方位画像として編集する際に張り合わせる（合成）ときの糊しろとなる部分がなければ、全方位画像に隙間が出来てしまうからである。
カメラ方向を、カメラ位置を中心とした極座標表記で、方位角（水平）をｘとし、仰角（垂直）をｙと表したときに、刻み角度の設定を例えば１０度とすると、ｘ、ｙの一方を変更すると（例えば、［ｘ，ｙ］とすると[０，１０]、[０,２０]…[１０，１０]、［１０，２０］…[１０,０],[２０,０]…）とカメラの方向を順次変更して撮影することになる。ここで、分光カメラヘッド１０では、糊しろ分を考慮し、水平画角、垂直画角とも１１（１２，１３…）度以上として設定されている。

カメラ方向の設定が終了すると、光源装置６の点灯の有無を判断する（Ｓ３）。そして、光源装置６が点灯しているときは光源装置６を消灯させ（Ｓ４）、また、光源装置６が消灯しているときは光源装置６を点灯させる（Ｓ５）。

つぎに、光源装置６の設定が行なわれた後に、液晶チューナナブルフィルタ３の設定を行なう（Ｓ６）。ここでは、例えば、液晶チューナブルフィルタ３を４００ｎｍから７２０ｎｍまで１０ｎｍ刻み幅で順次設定するようにした。もちろん、設定される刻み幅は、１０ｎｍに限定されるものではなく、また、可視光線の範囲に限定されるものではない。

さらに、分光カメラヘッド１０のシャッタスピードの設定を行なう（Ｓ７）。ここでは、４秒〜１／４０００秒の範囲で１６段階に変更して行なった。
つづいて、偏光フィルタ５ａの設定を行なう（Ｓ８）。ここでは、０度から１８０度まで、１０度の刻み角度で変更するように設定されている。この刻み角度は、任意であり、計測時間と計測精度とを考慮してきめられる。したがって、計測時間に余裕があれば、刻み角度をさらに細かに設定することができる。

以上のＳ１からＳ８までのステップを介して、被写体の撮影が行なわれる。そして、撮影した被写体の画像データは蓄積手段１４に適宜蓄積されている。
そして、はじめの設定で、被写体の撮影が行なわれて被写体の画像が蓄積手段１４に蓄積されると、つぎに、偏光フィルタの変更方向に、あらかじめ設定した刻み角度を加えて１８０度以上であるかどうかを判断することで、偏光フィルタの方向のみが順次変更されて撮影が行なわれる（Ｓ１０）。偏光フィルタの方向をあらかじめ設定した刻み角度を変えて、かつ、他の条件はそのままで、ステップＳ８、ステップＳ９、ステップＳ１０の操作が繰り返し行なわれ撮影され、蓄積手段１４に被写体の画像データが蓄積される。

また、このステップＳ１０の判断が１８０度以上となると、つぎに、シャッタスピードがあらかじめ決められて設定された条件により変えられて、設定された全てのシャッタスピードにより被写体が撮影されて（Ｓ１１）画像データが蓄積手段１４に蓄積される（Ｓ７〜Ｓ１１までのステップが繰り返し行なわれる）。さらに、液晶チューナブルフィルタ３の透過できる波長帯域を、あらかじめ設定された波長単位で順次変更して（Ｓ１２）撮影が行なわれ、蓄積手段１４に被写体の画像データが蓄積される（Ｓ６〜Ｓ１２までのステップが繰り返し行なわれる）。

同様にして、光源装置の消灯の有無が判断されて（Ｓ１３）被写体の撮影が行なわれ、蓄積手段１４に画像データが蓄積される（Ｓ３〜Ｓ１３までのステップが繰り返し行なわれる）。また、ステップＳ１４において被写体の形状計測が行なわれる。さらに、ステップＳ１５において、カメラ方向は、あらかじめ設定された刻み角度に対応するように変更されて、Ｓ２からＳ１５までが繰り返し行なわれて撮影作業が行なわれ、蓄積手段に被写体の画像データが蓄積される。

図５に示すように、分光カメラ装置Ａは、分光カメラヘッド１０のカメラ主点Ｋを、合成する全天周画像となる球の中心に配置された状態で、あらかじめ設定された水平方向および垂直方向に移動させて撮影画角を変えながら、被写体に対して、偏光フィルタ５ａの方向、シャッタスピード、波長帯域、光源装置６のオンオフのパラメータごとに被写体の撮影を行い、被写体の画像データを蓄積手段１４に蓄積することができる。

なお、図６に示すように、シャッタスピードを変えて被写体の撮影を行なうと、それぞれの異なるシャッタスピードの画像からダイナミックレンジが広い画像を作成することができる準備をすることが可能となる。

また、スタジオや太陽光のもとでは、分光カメラ装置Ａの光源装置６以外の照明などの影響を受けることになるが、暗室内で撮影することができる被写体については、図７に示すような撮影手順により行なうことが可能となる。図４に示す撮影手順と比較して異なるところは、光源装置６に対する点灯および消灯に関する状態が、常に点灯のみを考慮した状態で撮影されることである。したがって、図５ですでに説明したステップＳ３からステップＳ５と、ステップＳ１３とを除いた状態で行なうことになる。

また、本発明の実施の形態では、図８ないし図１２に示すような、分光カメラヘッドの構成としても構わない。図８は分光カメラヘッドの第２形態を模式的に示す模式図、図９は分光カメラヘッドの第３形態を模式的に示す模式図、図１０は分光カメラヘッドの第４形態を模式的に示す模式図、図１１は分光カメラヘッドの第５形態を模式的に示す模式図、図１２は分光カメラヘッドの第６形態を模式的に示す模式図である。なお、図２において、すでに説明した構成については同じ符号を付して説明を省略する。

図８に示す分光カメラヘッド２０は、色温度を調整して違和感のない全天周画像あるいはパノラマ画像を合成するときに都合のよい画像を提供できるものである。この分光カメラヘッド２０は、被写体を撮像するためのレンズ系となる対物レンズ１と、この対物レンズ１の後方に所定距離を隔てて配置された液晶チューナブルフィルタ３と、この液晶チューナブルフィルタ３に対面して配置された高感度撮像素子４と、この高感度撮像素子４により受光した画像を画像データとして出力する画像出力手段８とを備えている。この分光カメラヘッド２０は、図１に示す雲台１２に載置されて使用される場合に、計測手段１１を使用せずに用いられるものであり、図７のステップＳ１と、ステップＳ８と、ステップＳ１０と、ステップＳ１４を除いた状態で撮影作業が行なわれる。

そのため、この分光カメラヘッド２０により撮影される画像データのパラメータは、カメラ方向、シャッタスピード、波長帯域となる。なお、この分光カメラヘッド２０で撮影される被写体の画像データは、図１で示す分光カメラヘッド１０により偏光手段５および光源装置６と、計測手段１１を使用しないで撮影した被写体の画像データと同等である。

また、図９に示すように、分光カメラヘッド２１は、光源装置６のカバー体６ｂを介して照射される照明光を直交する方向に反射する反射鏡６ｃを備えているものである。このように、反射鏡６ｃを備えることにより、分光カメラヘッド２１は、対物レンズ１側が正面である場合に、側面方向に出っ張りの少ない状態で構成されることが可能となる。

さらに、図１０に示すように、分光カメラヘッド２２では、対物レンズ１をハーフミラー２と液晶チューナブルフィルタ３の間に配置して、かつ、光源装置６と偏光フィルタ５ａの間に配光レンズ（対物レンズ１と同じ特性でもよい）１ａを配置する構成としても構わない。

さらに、図１１および図１２に示すように、分光カメラヘッド２３，２４は、液晶チューナブルフィルタ３を使用する代わりに、音響光学素子で形成されたチューナブルフィルタ３ｂと、このチューナブルフィルタ３ｂに対面する位置に配置され送られてくる波長帯域に対して直線偏光として透過させる第２偏光フィルタ９とにより設定波長帯域透過手段３Ｆを構成するようにしても構わない。この設定波長帯域透過手段３Ｆは、ここでは、チューナブルフィルタ３ｂと、第２偏光フィルタの間に対物レンズ１（第２レンズ）が配置されるように構成されている。そして、光源装置６からの照明光の光路に配光レンズ１ａ（第１レンズ）が設置されている。
なお、図１２では、光源装置６側に配置される第１偏光フィルタ５ａは、回転せずに、第２偏光フィルタ９が偏光方向操作部５ｂにより所定角度単位で回転するように構成されている。

また、被写体の形状を計測する計測手段は、図１３に示すように、レーザレンジセンサ３１を使用しても構わない。このレーザレンジセンサ３１は、レーザ光切断法により被写体の形状を計測するものである。このレーザレンジセンサ３１を用いる場合では、左右のカメラを用いる場合と異なり、距離画像を作成する際に処理ステップをワンステップ省略することが可能となる。

以上説明したように、本発明で使用される分光カメラヘッドは、設定波長帯域透過手段により被写体の画像を、あらかじめ設定された波長帯域ごとに撮影することが可能であるため、その波長帯域と、シャッタスピードと、カメラ方向とをパラメータとする画像データを蓄積手段に蓄積して合成する際に用いることができる。さらに、分光カメラヘッドでは、波長帯域、シャッタスピード、カメラ方向、直線偏光フィルタの方向、光源装置のオンオフをパラメータとする画像データと、被写体の形状に対する形状データとを蓄積手段に蓄積して合成する際に用いることができる。

本発明に係る分光カメラヘッドを用いる分光カメラ装置の外観を示す斜視図である。 本発明に係る分光カメラヘッドを模式的に示す模式図である。 本発明に係る分光カメラヘッドを用いる分光カメラ装置の全体を示すブロック図である。 本発明に係る分光カメラヘッドを用いる分光カメラ装置の撮影手順を示すフローチャートである。 本発明に係る分光カメラヘッドを用いる分光カメラ装置の撮影状態を模式的に示す斜視図である。 本発明に係る分光カメラヘッドを用いてシャッタスピードを変えて撮影した状態を説明するための模式図である。 本発明に係る分光カメラヘッドを用いる分光カメラ装置の暗室内における撮影手順を示すフローチャートである。 本発明に係る分光カメラヘッドの第２形態を示す模式図である。 本発明に係る分光カメラヘッドの第３形態を示す模式図である。 本発明に係る分光カメラヘッドの第４形態を示す模式図である。 本発明に係る分光カメラヘッドの第５形態を示す模式図である。 本発明に係る分光カメラヘッドの第６形態を示す模式図である。 本発明に係る分光カメラヘッドを用いる分光カメラ装置の外観を示す斜視図である。

符号の説明

Ａ 分光カメラ装置
Ｋ カメラ主点
Ｒ 光源主点
１ 対物レンズ（レンズ系）
２ ハーフミラー
３ 液晶チューナブルフィルタ（設定波長帯域透過手段）
３ｂ チューナブルフィルタ
４ 高感度撮像素子（撮像素子）
５ 偏光手段
５ａ 偏光フィルタ（第１偏光フィルタ）
５ｂ 偏光方向操作部
６ 光源装置
７ 吸収板（光吸収手段）
８ 画像出力手段
９ 第２偏光フィルタ
１０ 分光カメラヘッド
１１ 計測手段
１２ 雲台
１３ コントローラ
１３Ａ 制御信号生成出力手段
１３Ｂ 画像入力手段
１３Ｃ 画像処理手段
１４ 蓄積手段
２０，２１，２２，２３，２４ 分光カメラヘッド

Claims (7)

1. コントローラからの遠隔操作により被写体を撮影する分光カメラヘッドであって、
   被写体を撮影するためのレンズ系と、このレンズ系を通過する光の光路中に配置されてあらかじめ任意に設定した波長帯域の光を透過させる設定波長帯域透過手段と、この設定波長帯域透過手段を透過した波長帯域の光を受光する撮像素子と、この撮像素子で受光した前記被写体の画像を画像データとして出力する画像出力手段と、を備えることを特徴とする分光カメラヘッド。
2. コントローラからの遠隔操作により被写体を撮影する分光カメラヘッドであって、
   前記被写体に向けて照明光を照射する光源装置と、この光源装置からの照明光を直線偏光とする偏光手段と、この偏光手段により偏光された照明光の光路中に配置されるハーフミラーと、このハーフミラーから離間して配置されるレンズ系と、このレンズ系および前記ハーフミラーを通過する光の光路中に配置されてあらかじめ任意に設定した波長帯域の光を透過させる設定波長帯域透過手段と、この設定波長帯域透過手段を透過した波長帯域の光を受光する撮像素子と、この撮像素子で受光した前記被写体の画像を画像データとして出力する画像出力手段とを備えることを特徴とする分光カメラヘッド。
3. 前記偏光手段は、光源装置からの照明光を直線偏光とする偏光フィルタと、この偏光フィルタの設置面に平行な平面内において設置角度を変える偏光方向操作部とを備えることを特徴とする請求項２に記載の分光カメラヘッド。
4. 前記設定波長透過手段は、液晶チューナブルフィルタであることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の分光カメラヘッド。
5. コントローラからの遠隔操作により被写体を撮影する分光カメラヘッドであって、
   前記被写体に向けて照明光を照射する光源装置と、この光源装置に対面して配置された第１レンズと、この第１レンズに対面して配置され前記照明光を直線偏光とする第１偏光手段と、この第１偏光手段により偏光された照明光の光路中に配置されるハーフミラーと、このハーフミラーから離間して配置される第２偏光手段と、この第２偏光手段に対面して配置される第２レンズと、この第２レンズに対面して配置されあらかじめ任意に設定した波長帯域の光を透過させる設定波長帯域透過手段と、この設定波長帯域透過手段を透過した波長帯域の光を受光する撮像素子と、この撮像素子で受光した前記被写体の画像を画像データとして出力する画像出力手段と、を備えることを特徴とする分光カメラヘッド。
6. 前記第１偏光手段または前記第２偏光手段のいずれか一方は、光源装置からの照明光を直線偏光とする偏光フィルタと、この偏光フィルタの設置面に平行な平面内において設置角度を変える偏光方向操作部とを備えることを特徴とする請求項５に記載の分光カメラヘッド。
7. 前記光源装置側から送られる照明光がハーフミラーを透過した光路において、前記ハーフミラーから離間した位置に、前記ハーフミラーを透過した光を吸収する光吸収手段を備えることを特徴とする請求項２ないし請求項６のいずれか一項に記載の分光カメラヘッド。

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