JP2006033228A - 画像撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被写体像の遠近位置やズームアップ動作に対して撮像レンズを機械的に動かす動作を伴わずに所望の３次元画像の撮像を可能とする画像撮像装置を提供する。
【解決手段】水平間隔が略人間の眼幅に等しい距離に設置されると共に、近距離から無限遠間でピントが合うパンフォーカスで、かつ同一画角を撮像するよう設定された２つの撮像レンズ４１、４２と２つの撮像素子４３、４４とを用いて左眼用画像と右眼用画像とを撮像し、この左眼用画像と右眼用画像からトリミング処理回路４５、４６で夫々同一の画像範囲をトリミングし、このトリミングした左眼用画像と右眼用画像を画像合成回路４７で左右に並べて合成し１つの画像信号として出力回路４８より出力することにより、撮像レンズを機械的に動かす動作を伴わずに所望の３次元画像の撮像を可能とする３次元画像撮像装置を提供できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、左眼用画像および右眼用画像を左右に並べて表示し、立体画像として鑑賞する３次元画像鑑賞システムにおける画像撮像装置に関する。

左眼と右眼の視差を利用して平面画像を立体的に見る３次元画像鑑賞システムはこれまでに数多く実用化されている。たとえば、左眼用の写真と右眼用の写真を左右に並べて置き、直視または光学系を通して見る方法（平行視法）はもっとも古くからある３次元画像鑑賞方法である。近年、この写真の代わりに１台のテレビ画面に左眼用画像と右眼用画像を並べて表示し、それを鑑賞する動画の３次元画像鑑賞システムが研究されており、その１例として下記特許文献１に、１個の撮像素子で視差を持った左眼用画像と右眼用画像とを並べて撮像するための光学経路技術が開示されている。

このような、１個の撮像素子で視差を持った左眼用画像と右眼用画像とを並べて撮像する方法は、撮像素子を２分して使うため原理的に左右画像の写る範囲が半分になってしまい、広い視野が撮影できない欠点を持っている。この問題を改善するために、ワイドコンバージョンレンズを撮像カメラの左右の光路に設置する技術が下記特許文献２に開示されている。

一方、左眼用画像と右眼用画像とを得るのに２組のレンズと撮像素子を用いる方法が以前より多数提案されている。
下記特許文献３は複眼カメラと称し２つの撮像光学系と２つの撮像素子で構成されたカメラヘッド部を用いて立体画像若しくはパノラマ画像を得るカメラシステムに関する技術が開示されている。
特開平０１−２７９２３５号公報 特開２００１−１９４５８７公報 特開平１０−６６１０６号公報

前記特許文献１及び特許文献２に開示されている１個の撮像素子で視差を持った左眼用画像と右眼用画像とを並べて撮像する方法では、左右２つの光路に夫々複数のミラーを配置する構成となるため撮像レンズの先端部の体積が大きくなる欠点がある。又、撮影レンズを中心から２分して左右画像に用いるためにレンズ周辺部の光学歪の現れ方が夫々の画像で左右逆になり、この歪のため立体視したときに左右画像が正しく重ならない欠点もある。更に、撮像カメラの焦点調整や露出調整は画面中央の画像情報を使うことが多いが、前記特許文献１及び２の方法では、中央部は左右画面の境界であるため、無画像部かぼやけているか又は左右画像の重複等があって上記の調整に用いるには不都合な画像である。

一方、前記特許文献３に開示されている左右画像を得るのに２組のレンズと撮像素子を用いる方法では上記の欠点はないが、しかし、この方法では撮像レンズが２つ使われるので、ズーミングやピント合わせを行う場合には夫々のレンズで同一位置に調整する必要があり、これを速く正確に行うには連動機構を必要とするなど装置が複雑化する欠点がある。

又、視差を持った左眼用画像と右眼用画像を得る撮像カメラ方式に共通の問題点として、主被写体を画面の中央に写すには、その被写体の遠近に応じて左右の入射光の角度を調整しなくてはならないことがある。
すなわち、前記特許文献１及び特許文献２に開示されている左右２つの光路に夫々複数のミラーを配置する構成では、最初に入射光を受ける左右のミラーの角度を変える必要があるし、前記特許文献３に開示されている２つの撮像レンズを使う構成では、両方のレンズの向きを調整する必要がある。これらは、いずれも機械的に動かすという動作が伴うので精度を得るには構造的に複雑化する問題がある。
上記問題に対し、一般にはズーミングを行わず比較的広角レンズで近距離から無限遠までピントが合うパンフォーカスにしておく場合が多い。このため、撮像画面が単調になる嫌いがあった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、２組のレンズと撮像素子を用いる画像撮像装置において、被写体像の遠近差の調整や被写体の一部を拡大するズーミングに対して撮像レンズを機械的に動かす動作を伴わずに所望の画像を得ることを可能とする装置を提供するものである。

本発明は、上記課題を解決する手段として以下の（１）、（２）に記載の構成からなる。すなわち、
（１）略左右の眼幅に配置され、同一画像をそれぞれ撮像する左眼用撮像レンズと右眼用撮像レンズと、前記左眼用撮像レンズと右眼用撮像レンズとに対応して配置され、前記左眼用撮像レンズと右眼用撮像レンズからの入射光を光電変換する左眼用撮像素子と右眼用撮像素子と、からなり、前記左眼用撮像レンズと右眼用撮像レンズを光軸上で移動させないで、前記左眼用撮像素子と右眼用撮像素子で光電変換された左眼用画像と右眼用画像を表示手段にズーム表示させる画像撮像装置において、
前記表示手段で別々に表示された左眼用画像と右眼用画像とをそれぞれ同一のトリミング範囲でトリミングするトリミング手段と、
前記トリミング手段でトリミングされた左眼用画像と右眼用画像とを合成して前記表示手段に３次元画像をズーム表示させる画像合成回路部と、
を備えたことを特徴とする画像撮像装置。
（２）略左右の眼幅に配置され、同一画像をそれぞれ撮像する左眼用撮像レンズと右眼用撮像レンズと、前記左眼用撮像レンズと右眼用撮像レンズとに対応して配置され、前記左眼用撮像レンズと右眼用撮像レンズからの入射光を光電変換する左眼用撮像素子と右眼用撮像素子と、からなり、前記左眼用撮像レンズと右眼用撮像レンズを光軸上で移動させないで、前記左眼用撮像素子と右眼用撮像素子で光電変換された左眼用画像と右眼用画像を表示手段にズーム表示させる画像撮像装置において、
前記表示手段で表示された左眼用画像と右眼用画像とをそれぞれ同一のトリミング範囲で、かつ前記左眼用画像は左に前記右眼用画像は右に所定量のオフセットを設けてトリミングするトリミング手段と、
前記トリミング手段でトリミングされた左眼用画像と右眼用画像とを合成して前記表示手段に３次元画像をズーム表示させる画像合成回路部と、
を備えたことを特徴とする画像撮像装置。

左右の撮像レンズの相対的な角度調整やピント合わせズーミング動作が省略できるので、複雑な連動機構が不要となり撮像装置の簡略化が図れると共に、カメラ操作が簡単になるので誰でも容易に３次元画像の撮像ができるようになる。

以下、本発明の実施形態に係る３次元画像撮像アダプターついて、図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る３次元画像鑑賞の仕組みを解説する図、図２は３次元画像鑑賞に用いる専用メガネのレンズと遮光板の正面図、図３は本発明の３次元画像撮像装置の構成と使用状態を示した平面図、図４は本発明の３次元画像撮像装置のブロック図である。
更に、図５（Ａ）は左眼カメラヘッドが撮像した画像の表示画面、図５（Ｂ）は右眼カメラヘッドが撮像した画像の表示画面、図６は図５（Ａ）（Ｂ）の画像を合成した画像の表示画面、図７（Ａ）、同（Ｂ）は第１のトリミングの例を示す説明図、図８は図７（Ａ）（Ｂ）の画像を合成した画像の表示画面、図９（Ａ）、同（Ｂ）は第２のトリミングの例を示す説明図、図１０は図９（Ａ）（Ｂ）の画像を合成した画像の表示画面、図１１（Ａ）、同（Ｂ）は第３のトリミングの例を示す説明図、図１２は図１１（Ａ）（Ｂ）の画像を合成した画像の表示画面である。

本発明の実施例における画像撮像装置は、略左右の眼幅に配置され、同一画像をそれぞれ撮像する左眼用撮像レンズと右眼用撮像レンズと、前記左眼用撮像レンズと右眼用撮像レンズとに対応して配置され、前記左眼用撮像レンズと右眼用撮像レンズからの入射光を光電変換する左眼用撮像素子と右眼用撮像素子と、からなり、前記左眼用撮像レンズと右眼用撮像レンズを光軸上で移動させないで、前記左眼用撮像素子と右眼用撮像素子で光電変換された左眼用画像と右眼用画像を表示手段にズーム表示させる画像撮像装置において、前記表示手段で別々に表示された左眼用画像と右眼用画像とをそれぞれ同一のトリミング範囲でトリミングするトリミング手段と、前記トリミング手段でトリミングされた左眼用画像と右眼用画像とを合成して前記表示手段に３次元画像をズーム表示させる画像合成回路部と、を備えたものである。

まず、３次元画像の鑑賞する側の装置と見方について図１を用いて説明する。図１において、液晶等のディスプレイによる表示画面１１には、後述する撮像装置により撮像された左眼用画像１２と右眼用画像１３が左右に並べて表示されている。このときの両画像の大きさと相対位置は使用するディスプレイの表示画面の大きさによって異なってくるが、本発明に係る表示画面は、画面上で両画像の同一絵柄部分の間隔が鑑賞者の目幅よりも広くなるように表示されている場合が好適である。

鑑賞者１７は、左眼１８と右眼１９の直前に置かれた左眼用レンズ１４と右眼用レンズ１５を通して表示画面１１を見るようになっている。
このとき、左眼用レンズ１４と右眼用レンズ１５は、図示したように両眼の視線の方向を夫々外に向ける働きをもっており、その結果、左眼は左眼用画像１２を、右眼は右眼用画像１３を夫々無理なく観察することができるようになる。
こうして左右の眼で観察した２つの画像は、同一絵柄部分が重なる形で頭の中で合成され、更に、左右の画像中にわずかな位置のずれがあるとその部分は手前若しくは奥に見えて画像が立体的に見えるようになる。

次に、本発明に係る３次元画像鑑賞方法の特徴の１つである遮光板について説明する。図１に示す遮光板１６は、左眼用レンズ１４と右眼用レンズ１５の間に有り、この働きは左眼１８で右眼用画像１３が見えないように、又、右眼１９で左眼用画像１２が見えないように、すなわち隣接画像が見えないようにするものである。
図２に上記遮光板１６の正面図を示す。同図で左眼用レンズ１４と右眼用レンズ１５の間に２つに分けて遮光板１６ａと同１６ｂが配置されている。２つの遮光板は夫々左右に位置が調整できるようになっており、鑑賞者の眼幅の相違やメガネのかけ方の違い等に応じて遮光幅ｄを隣接画像が見えない位置に調整する。
又、遮光板１６ａ、１６ｂのレンズ側の端部は徐々に遮光量が変化するように処理されている。こうすることで視野の中にいきなり遮光板が現れるのを和らげる効果があり、遮光板の存在が気にならなくなって良好な３次元画像の鑑賞ができるようになる。

次に上記左眼用画像１２と右眼用画像１３を作成する撮像装置の説明をする。図３は本発明による３次元画像撮像装置の構成と使用状態を示した平面図である。同図において、３１は撮像の被写体、３２は撮像装置の左眼カメラヘッド、３３は同右眼カメラヘッド、３４は信号処理部、３５は画像信号の出力線であリ、３２〜３５の構成が本発明の３次元画像撮像装置である。
左眼カメラヘッド３２と右眼カメラヘッド３３は、夫々内部に後述の撮像レンズと撮像素子を有しており、両カメラヘッドは略人間の眼幅の間隔に置かれ、夫々の撮像方向は被写体３１に向かって相対的にわずかに内向きの角度に設定されている。
両カメラヘッドは同一の画角に揃えて被写体を撮像するが、撮像された画面内では被写体の遠近の距離に応じてその被写体は左右画像間で水平位置が若干異なって撮像される。この水平位置のずれが左右画像の視差であり立体視における遠近感の情報である。

図４は本発明による３次元画像撮像装置のブロック図である。左眼カメラヘッド３２、右眼カメラヘッド３３内には、夫々撮像レンズ４１、同４２と撮像素子４３、同４４を有している。
被写体像は撮像レンズ４１、同４２を通って撮像素子４３、同４４上で結像し、ここで電気信号に変換され、信号プロセス（図示せず）を経て左眼用と右眼用の画像信号となる。
この左眼用と右眼用の画像信号は、次いで信号処理部３４に入り、夫々トリミング処理回路４５、同４６に入力される。トリミング処理回路４５、同４６は入力された左眼用と右眼用の画像信号から必要な画像部分を抜き出す回路である。この部分の動作については後述する。
トリミング処理回路４５、同４６で必要な画像部分が抜き出された左右の画像信号は、次いで画像合成回路４７に入り、画面上で左右に並ぶような信号形態の画像信号として合成される。このようにして作成された画像信号は、次の出力回路４８を経て出力線３５から外部に出力される。出力された画像信号はテレビモニターに表示され、図１に示す状態で３次元画像の鑑賞が行われる。又、出力された画像信号は必要に応じて既存の磁気テープやディスクまたは半導体メモリ等を使った録画再生装置で記録される。

次に、上記トリミング処理回路４５、同４６の動作について、図５〜図１２を用いて説明する。
図５（Ａ）、同（Ｂ）は、夫々図３における左眼カメラヘッド３２と右眼カメラヘッド３３が撮像した画像信号を表示させたものである。本実施例では、この画像信号は通常のテレビ画面のアスペクト比である４対３で撮像するものであり、更に、レンズは光学ズーミングを行わず広角側に固定し、近距離から無限遠までピントが合うパンフォーカスの状態で撮像する。この図５（Ａ）、同（Ｂ）の画像をそのまま左右に並べて合成すると図６に示した表示画面になる。この場合、合成画面のアスペクト比を４対３にするには、図示したように上下に大きな無画像部分ができる。

この上下の無画像部ができないように、あるいは少なくするには、前記図５（Ａ）、同（Ｂ）の画像を縦長にトリミングすると良い。図７（Ａ）、同（Ｂ）は第１のトリミングの例で、図示したように画面の２分の１の横幅で夫々の画像の中央付近を選択して抜き出したものである。このトリミングで抜き出した夫々の画像を左右に並べて合成した画像が図８に示す表示画面である。
又、このとき、トリミングする位置を左右に動かすことにより擬似的にカメラをパンして撮像したことと同じ効果を得ることができる。

次に、トリミングの第２の例を説明する。図９（Ａ）、同（Ｂ）は被写体の中から注目する部分をクローズアップする例である。図示したように中央の木の部分を横２縦３の比率でトリミングする。特に図示していないがトリミングする部分の大きさと位置は任意に調整できるようになっている。こうしてトリミングされた画像を左右に並べて合成した画像が図１０に示す表示画面である。
この画面は、特定の被写体をズームアップしたものと同じである。したがって、撮像レンズのズーム機構を使わずともトリミングの大きさを変えることで同様の効果が得られることになる。

更にトリミングの第３の例を説明する。図１１（Ａ）、同（Ｂ）は図７（Ａ）、同（Ｂ）の状態から夫々のトリミングの位置を左右にずらしたものである。すなわち、左眼用画像の図１１（Ａ）は図７（Ａ）から左にオフセットしてトリミングし、右眼用画像の図１１（Ｂ）は図７（Ｂ）から右にオフセットしてトリミングしたものである。図１２はこのようにしてトリミングされた画像を左右に並べて合成した画像の表示画面である。

このようにオフセットをもってトリミングされた画像を立体視すると、鑑賞者は左右の画像の中から特徴のある同じ絵柄の部分が頭の中で重なるように左右の視線の方向を微調整する。その結果、左右両方の画像に含まれている画像部分については立体的に観察できるようになる。それに対し、左眼画像の左端部と右眼画像の右端部の被写体像は夫々一方の画像にしか無いため、本来立体視は原理的にできないのであるが、しかし、本発明者の観察によると、このような部分も画像が連続している場合には奥行き感が連続して感じられ、一方の画像にしかないにも拘らず、この部分も違和感無く全体の画像が立体的に観察されることが分かった。
したがって、オフセットによってずらした部分については画像の範囲が左右に広がったことに相当するので、本来本実施例では２対３のアスペクト比で縦長に見えていた画像を少し横長にすることが可能となりワイド感のある３次元画像鑑賞ができる。

なお、上記図４の画像合成回路４７において、左右画像を並べる際には両画像の境界で画像が若干オーバーラップするように合成すると鑑賞時に好都合である。これは、オーバーラップ表示で左右画像の境界があいまいになり、鑑賞者が多少顔を左右に動かして隣接画像が見えたときにも極端に画像が変化しないために不自然な感じがしなくなるためである。なお、オーバーラップさせる場合には予めトリミングの幅を若干広げておく必要があることは言うまでもない。
以上詳述したように、本発明においては左右画像の撮像後にトリミング処理を行ない所望の画像を得るので、従来被写体に合せて行う左右の撮像レンズの相対的な角度調整やピント合わせズーミング動作が省略でき、これにより複雑な連動メカニズム機構が不要となるので撮像装置の簡略化が図れると共に、カメラ操作が簡単で誰でも容易に３次元画像の撮像が可能となる。

なお、本実施例においては、表示画面としてアスペクト比４対３のテレビ画面を用いて説明したが、これに限ることなく、近年普及が著しいアスペクト比１６対９の画面を用いることを前提にすることも可能である。この場合、前記トリミングは横８縦９の比で画像を抜き出すと画面全体を使えるようになりワイドな３次元画像鑑賞ができる。
また、本実施例では、左眼カメラヘッド３２と右眼カメラヘッド３３を信号処理部３４に線で接続する形態で説明したが、既存の録画再生装置を含めてこの部分を一体化し可搬型とすることが可能であることは当業者において明白である。

本発明に係る３次元画像鑑賞の仕組みを解説する図である。 ３次元画像鑑賞に用いる専用メガネのレンズと遮光板の正面図である。 本発明の３次元画像撮像装置の構成と使用状態を示した平面図である。 本発明の３次元画像撮像装置のブロック図である。 （Ａ）は左眼カメラヘッドが撮像した画像の表示画面、（Ｂ）は左眼カメラヘッドが撮像した画像の表示画面である。 図５（Ａ）（Ｂ）の画像を合成した画像の表示画面である。 第１のトリミングの例を示す説明図で（Ａ）は左眼用、（Ｂ）は右眼用画像のトリミング個所を示した図である。 図７（Ａ）（Ｂ）の画像を合成した画像の表示画面である。 第２のトリミングの例を示す説明図で（Ａ）は左眼用、（Ｂ）は右眼用画像のトリミング個所を示した図である。 図９（Ａ）（Ｂ）の画像を合成した画像の表示画面である。 第３のトリミングの例を示す説明図で（Ａ）は左眼用、（Ｂ）は右眼用画像のトリミング個所を示した図である。 図１１（Ａ）（Ｂ）の画像を合成した画像の表示画面である。

符号の説明

１１…表示画面、１２…左眼用画像、１３…右眼用画像、１４…左眼用レンズ、１５…右眼用レンズ、１６…遮光板、１７…鑑賞者、１８…左眼、１９…右眼、３１…撮像の被写体、３２…左眼カメラヘッド、３３…右眼カメラヘッド、３４…信号処理部、３５…出力線、４１、４２…撮像レンズ、４３、４４…撮像素子、４５、４６…トリミング処理回路、４７…画像合成回路、４８…出力回路

Claims (2)

1. 略左右の眼幅に配置され、同一画像をそれぞれ撮像する左眼用撮像レンズと右眼用撮像レンズと、前記左眼用撮像レンズと右眼用撮像レンズとに対応して配置され、前記左眼用撮像レンズと右眼用撮像レンズからの入射光を光電変換する左眼用撮像素子と右眼用撮像素子と、からなり、前記左眼用撮像レンズと右眼用撮像レンズを光軸上で移動させないで、前記左眼用撮像素子と右眼用撮像素子で光電変換された左眼用画像と右眼用画像を表示手段にズーム表示させる画像撮像装置において、
   前記表示手段で別々に表示された左眼用画像と右眼用画像とをそれぞれ同一のトリミング範囲でトリミングするトリミング手段と、
   前記トリミング手段でトリミングされた左眼用画像と右眼用画像とを合成して前記表示手段に３次元画像をズーム表示させる画像合成回路部と、
   を備えたことを特徴とする画像撮像装置。
2. 略左右の眼幅に配置され、同一画像をそれぞれ撮像する左眼用撮像レンズと右眼用撮像レンズと、前記左眼用撮像レンズと右眼用撮像レンズとに対応して配置され、前記左眼用撮像レンズと右眼用撮像レンズからの入射光を光電変換する左眼用撮像素子と右眼用撮像素子と、からなり、前記左眼用撮像レンズと右眼用撮像レンズを光軸上で移動させないで、前記左眼用撮像素子と右眼用撮像素子で光電変換された左眼用画像と右眼用画像を表示手段にズーム表示させる画像撮像装置において、
   前記表示手段で表示された左眼用画像と右眼用画像とをそれぞれ同一のトリミング範囲で、かつ前記左眼用画像は左に前記右眼用画像は右に所定量のオフセットを設けてトリミングするトリミング手段と、
   前記トリミング手段でトリミングされた左眼用画像と右眼用画像とを合成して前記表示手段に３次元画像をズーム表示させる画像合成回路部と、
   を備えたことを特徴とする画像撮像装置。
   
   

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