JP2006041788A - １台の撮影機で立体の動画像を得る方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大きい立体の対象物の形状を細部まで、両眼で立体に見て理解することを容易にすることを課題とした。
【解決手段】動く対象物に対して撮影機を固定する、或いは固定した対象物に対して撮影機を移動させ、対象物の中の定点が画面の中で移動する量を少なくして横方向に移動して記録する。この動画記録を複製し２本のＤＶＤなどの記録を作る。映写機等で再生する時にはその２つの同一の記録を時間をずらして再生し、各々に偏光透過面を９０度ずらした偏光フィルターを装着して、０、１秒から数秒の時間を選び、基線が長くなる方向に一方を遅らせる。観賞者は９０度偏光透過面を９０度ずらしたメガネをかける、或いは電子シャッターを使う。これにより左眼と右眼が２つの画像を別々に見る如くして、一方の画面が遅れることにより、基線長が長くなって、対象物を立体視する。
【選択図】図１

Description

本発明は、映写面に映写される立体動画像、或いはディスプレーに表示される立体動画像を得るために、基線長を持つ２つの画像をそれぞれ偏向フィルターにより選択的に左右の眼に送ることで、立体画像として認識させるものであり、さらにそれを、撮影装置或いは対象物の移動と時間差を利用することで簡単に行わせる技術に関するものである。

実体視或いは立体視（以下立体視という）と称する、物体を立体に見る方法はごく通常の技術である、これは人間が左右の目で対象物を見て、その見る角度のわずかな違いから、物体の見える形がわずかに違ってくることを通して、脳の判断に対して物体を立体に認識させる現象を利用している。

通常人間は約６、５ｃｍの両眼の距離により、生ずる視差によって立体形状や遠近を判断している。この両眼が見る２つの画像情報を取得する点の距離をここでは基線長といい、直接見る場合の視差も基線長である。
人間が行う立体や遠近の判断には、約６、５ｃｍの基線長を持った両眼が見る形状の違いばかりでなく、遠いものは薄く見えたり、小さかったり、他の物との位置関係で生まれる形状、自己の移動によって見え方が変わることなど、別の要素も経験的に取り入れている。

人間の目の基線長と網膜の解像度では約１００ｍ以上の距離の１ｍの遠近は判別出来ないはずだが、１００ｍ前方の車との距離の変化が解るのは、大きさのわずかな変化を感知して距離変化に置き換えて理解していることによると思われる。
同じく、球場の上を飛ぶボールは奥行きのない円盤に見えているのだが、それを球体として見るのは、ボ−ルの形状が球であると知っているからであり、遠い景色はその霞み具合で遠近を理解してしまうし、上空の飛行機はその移動速度が距離の指標として役立っているのである。道の遠近は巾の変化で、広い畑では花の大きさの違いが遠近の認識に役だっている。そのように多くの経験、知識が立体には見えていないはずの立体物を立体に見せている。

このようないわば錯覚の現象を、基線長を持つ左右の目の機能に加えて利用する立体ディスプレーの方法も有るがこの方法には限界があり、対象物を選び、また映写室に多くの工夫が必要であった。

しかし本発明においてはこの錯覚を利用することなく、両眼の基線長からの情報のみで立体視するもので、基線長を目の幅より大きくすることで、遠くのものの遠近の認識力を上げ、立体感を大きく認識させることを行うものである。

２台の映写機を使い、これより出る光が、それぞれ波の透過面が９０度異なる偏光フィルターを通る如くし、これにより２台の映写機の透過した偏光された光の波の方向が９０度ずれた２種類の画像として、これを重ねて投影する。これを同じく通す偏光の波の方向が９０度ずれた２種類の偏光フィルターを、左目用の画像を左目用フィルターが透過する如くして、両眼につけたメガネを目に掛けて見ると、２つの重なった画像をそれぞれ右と左の目が別々に認識する。その画像を作った２台の撮影機が離れた位置にあると、この場合その撮影機の間隔が立体視の基線長となり、それにより遠近感は増大し、通常は解らない遠方の距離差も判別出来る。

この方式はごく通常に行われているものだが、その撮影装置は大掛かりなものとなり、簡便に行うことは出来なかった。

航空写真による航空測量においては、航空機が移動するのに合わせて１枚ずつの写真の画像が一部重なる状態にして垂直写真を連続して写す。この重なった画像の部分を左右の目により鏡或いは解析装置で見て立体像とし、これより各種の立体情報を取り出すものである。これは連続の撮影ではあるが、複数枚の画像はそれぞれ基線を持つ、対象と平行の水平方向に移動した像であり、これから立体動画像を得ることは出来ない。

以上の二つの異なる技術を合わせて考えると、本発明はたやすく生み出すことが出来たかに思えるが、それが今日まで行われなかったことが、その発明の難しさを証明している。 装置と方法が簡単である本発明は、本発明者の多くの考案と試行錯誤の実験の結果においてたどり着いた、結果的に単純化された技術なのであり、易しく立体画像を得たいという要求に対して、本発明のように易しく同一の動画像から立体の動画像を得ようという技術は従来無かったのである。

立体視のための技術としてはそのほかさまざまな方法があるのでそれを順に述べる。

まず複数のカメラで多数の方向から複数枚写した画像を合成して立体画像として投影する方法。

左右の画像が順に現れる液晶を通った光を偏光スプリッターで左右の像に２つに分け、これを液晶によるシャッターと鏡を通して左右の画像を一つのスクリーンに投影する方法。

一対の立体画像に含まれる特徴部に指標を入れて、立体表示に役立てる方法。

離れて置いた２本のビデオカメラでテープに左右両眼用の動画像を記録し、再生時に１駒おきに左右交互にテレビモニター画面に表示して、この前面に偏光を通す角度の変わるフィルターをおき、これの切り替えを画面の左右切り替えに同調させ、偏光メガネによりそれぞれ左右の像を左右の目に知覚させる方法。

左右の画像の投影装置の前に角度が可変の鏡をおき、左右の画像を見やすい位置に直す方法。

偏光面を９０度傾けた反射面を交互にストライブ状に構成し、これに左右の画像を投影し、これを左右の画像が選択できるように９０度傾けた２枚の偏光フィルターを通して左右の目で見る方法。

カメラ自体を移動させず、基線長を長くした２枚の鏡から、映像を１カ所に集めて同時に写す方法

複数の視点から対象物を画像を撮影してこれの相対位置を検出し、この情報から立体形状を検出する方法。

これら多くの技術が開示されているが、いずれも本発明者が求めている目的とは異なる発明であり、１台の撮影機から簡単に立体画像を得るために行うための本発明は、簡単であるがゆえに容易に考えられなかったものである。
特表平１０−５０９８０７号公報 特開平８−３３１６０２号公報 特開２００３−２６４８５２号公報 特開平９−２１９８７６号公報 特開２００１−３０５４７８号公報 特開２００１−１７４７５１号公報 特開２００２−１１２２８８号公報 特開２００３−２３２６２２号公報

従来より偏光フィルターを使用して立体画像を得る事は行われていた。これで動画を得るためには、同調して動く基線長を大きくして設置した２台の撮影機を必要とし、装置が大がかりであるばかりでなく、特殊な装置を必要とするため、容易に実施することができなかった。また大きい風景の如く、それを立体に見るためには大きい基線長を必要とする場合は実施不能であった。

解決しようとする問題点は、両眼の基線長では理解出来ない立体や遠近の有るものを、立体動画像として見ることが遠方では不可能であり、距離が近くても特殊な装置が必要であることに対し、これを簡単に製作したいとの要求が大きいことに関するもので、これを通常の撮影機で簡単に製作したいということを潜在要求として捕らえたものである。
従来技術ではその潜在要求を満たすものは無く、このための簡単な方法を得たのが本発明である。

本発明は従来の発明の如く、複雑な機構と機器を必要とせず、通常の技術に簡単な横移動という手法を組み合わせるだけで、大きい効果を得るものである。ただ対象物の形が高速に変化したり、変則に動くものの場合は適用出来ない。

まず撮影の方法を述べる。これは従来の立体動画像を得る方法とは全く異なり、１台の撮影機を対象物に向けその方向とほぼ直行した方向に直線又はほぼ同心円に飛行機、列車、自動車、トロッコ等の乗り物に乗り移動する。この移動の継続中に動画の撮影を行うのである。この場合極力対象物の中の１点を画面内の定点として動かさない方が方が好ましい。また横方向に長く移動する時はその画面内での移動速度を極力遅くすることが良い。いずれにせよ、対象物の画面内の不要な移動を小さくし、動画となる多数枚の画像の中の定点となるものの移動を小さくすることが好ましい結果につながる。

次にこの撮影したフィルム、テープ或いはＣＤ、ＤＶＤなどの記録媒体を複製して、完全に同一の２本の記録物を作る。

次に映写の方法であるが、この２本の記録媒体を２台のプロジェクターで同一方向に重ねて投影し、この２つの画像が偏光フィルターにより左右の目で選択的に見ることが出来るようにした上で、２つの画像に時間差をつける。

すなわち左に動く画像の場合は左の目に送られる画像が遅れて写るごとく行い、右に動く画像の場合は右の目に送られる画像が遅れて写るごとくするのである。この時間差により立体感が変わるため、近くて遠近の大きい対象物の場合は時間差を小さくし、遠くにのみあるものは時間差を大きくして遠近感を強調することができるものである。

なお２台の映写機を同時に停止させた場合、また同時に速度を変えた場合も、この立体画像は変わらず鑑賞出来るものである。

多くの動画像が続く中で、画像の遠近を変えたいものが有る場合は、そこで時間差を変えても良いし、複製する当初より流れの中で同一の画面の時間差を変えた２本の記録媒体を製作しておくことも良い方法である。

なお撮影するときに２台の撮影機を画面がつながるように方向を変えてセットして、上記と同一に撮影し、投影するときにその画像をつないでパノラマにするなども良い。これも１台からの画像を２台で投影することにおいて変わらない、これも本発明と同一の行動であり、この技術の応用範囲として有用な方法である。

本発明によると、従来困難とされていた大きい対象物を立体の動画像として見ることを簡単に行うことが出来る。特に基線を設けて２台の撮影機を設けることが不可能な大きい対象物に適し、１台の撮影機を移動させながら連続して動画として撮影する、或いは大きい対象物が移動するのを１台の撮影機で撮影するという簡単な方法であるので、何ら特殊な装置を必要としないという効果を有し、迫力の有る画像として、対象物の広い面にわたり、凹凸の細部まで理解できることを最も主要な特徴とする。

撮影の次の工程としては撮影された画像から複製して２本の記録を作ることを行うが、これもごく通常の行為であり、それに特殊な装置を必要としない。この２本の映写の時間差を作り、或いはその時間差を変える行為も通常の複製作業に中で行うことができる。

２つの画像を走査線の１本ごとに交互に、或いは走査線の１走査の画面毎に順に入れることも、或いは偏光フィルター或いは電子シャッターで左右の眼に選択的に送り込むことも通常の技術である。

この２つの画像を偏光フィルターにより選択的に左右の目に送るということも通常行われている方法であり、それをそのまま使用する。１台の映写機のレンズの前面に偏光フィルターを置き、それを通る偏光された光の偏光面と平行の偏光透過面を持つフィルターを目の前に置くとその目では画像が見え、一方の目の前に置くフィルターの偏光透過面を９０度回転させておくとこの目では画像が見えない。他の１台の映写機の前面に置く偏光フィルターを他と９０度偏光透過面を変えておくと、９０度回転させたフィルターを目の前に置いた目ではこの画像が見える。このことを利用して、左右の眼に選択的に左右の眼用の画像を送るのであるが、この技術も通常の技術である。

反射方式で鑑賞する場合、金属粉を塗装した、或いは金属蒸着面を凹凸にしたなど、映写幕の表面が投影される光の偏光面を崩さない性質のものである必要はあるが、この映写幕も既に使われている。

以上のように周辺技術は既に完成されているが、大きな基線を必要とする動画像を遠近が分かる立体にして見ることは出来ないと考えられていたのであり、これを簡便に実施できる撮影と映写の方式による本発明により可能にしたものである。この方式で映写された画像を鑑賞すると、従来遠く平板に見えていた対象物を、深い遠近を持った立体像として見ることができ、その実際の姿を見ることが出来るという迫力ばかりでなく、その形状に対して深い理解を得ることができる。

通常その遠近と立体を感覚的に理解していたものを、正しく立体視できることは、対象物の理解を深めるのみでなく、立体の中で生きている人間の認識の大きさを拡大し、理解を大きくするものである。

撮影機を移動させず、遠景の中に移動する列車のごときを撮影した場合は、移動物のみが平面の画像の中から浮き出るようなディスプレー効果をもち、鑑賞効果を高める。

基線を大きくしなければならない大きい立体物の動画像を得るために、撮影機を対象物に向け、対象物の中に定めた定点が画面内であまり動かない様にしつつ、この向けた方向とほぼ直交方向に移動して撮影し、この記録を２本のＤＶＤに複写し、これを９０度の交差した偏光透過面にセットした偏光フィルターを前面に装着した２台の映写機で画像を重ねて映写し、その際一方の映写をわずか遅らすように時間差を作り、それを見る両眼には左目には左目用の画像が見え、右目には右目用の画像が見え如く偏光透過面の角度を調整した眼鏡をかけることで、簡便に立体動画像を鑑賞すことを実現した。

日本アルプスの穂高連峰は繊細なその地質的、地形的に意味する所の多い凹凸を持った、高度約３０００ｍの急峻な山岳である。しかしその急峻な形状を詳しく観察することは従来出来なかった。西に約８ｋｍ離れた対斜面から大きい基線を作って望遠レンズで静止画像を写し、これで静止画像の立体視は出来るが、その鮮明さにおいては目的を果たせず、西面の持つ繊細な意味の解明には役立たなかった。また近くになると見上げる形になり、陰になって多くの凹凸は見ることが出来なかったのである。

山岳が持つ立体の形状と表面の凹凸には、地球の歴史が刻まれていて、地層や断層の在り方と形状、尾根の凹凸、植物のつき方などに深い意味があり、それを詳しく知ることの価値は大きい。

そこで小型機により、南北に連なる穂高連峰の西側を、２９００ｍの高度で約１ｋｍ離れて北から南に飛び、図１の如く左の窓から進行方向にほぼ直交した方向にある北穂高岳の頂上を画面の定点（ｄ）にして、巾方向の写角が５０度のレンズを装着した１６ｍｍの映写機で連峰（ｃ）を連続して撮影した。図１のｅは撮影機（ａ）の移動状況を示し、ｂは定点に向けられたレンズの方向を示す。

このフィルムから同一の画面を２本のＤＶＤに複写して製作した。２台の映写機にこのＤＶＤをセットし、画面を重ねて映写した。この映写機にはあらかじめ偏光フィルターを前面に取り付けてあり、その２台は偏光透過面を９０度変えてある。

この画像を見る人は偏光フィルターのレンズをつけた眼鏡をかけている。このレンズは２台の映写機に取り付けた偏光フィルターと偏光透過面をそろえ、或いは９０度変えてあり、左右の両眼各々が、各々１台の映写機の画像しか見ることが出来なくなっている。

この２台の映写機のうち左眼で見る映写機の再生を遅らすように操作する。この遅らす最適時間は対象物の状況と対象物までの距離で変わるが、この場合は０、５秒が適当であった。飛行機の速度から計算するとこの時の基線長は約３０ｍであった。

この時間差を操作すると、基線長が変わり、急峻な感じ、凹凸の感じが変化する。基線長が小さいと立体感が乏しく平板な壁となり、基線長を長くし過ぎると、現実以上に立体感が誇張されて不自然である。しかし観察したい場所の部分によっては、立体感を誇張した方がよい場合もあり、この場合は時間差を調整して目的とする見え方となるよう適当に長くする。

かくの如く右から左に流れる山の急峻な斜面が、迫力がある状態で鑑賞出来るばかりでなく、複雑な凹凸の表情を読み取れるなど多くの情報が含まれていて、非常に有用であった。

穂高連峰の東面は西面と同じく急峻であるが、この東面には２万年程昔にあった氷河の影響により作られた地形が有り、ここも価値が高い。一方西面のように急峻な斜面の連なった壁面でなく、尾根が手前に張り出しているなどしている、小型機で近寄って撮影するとその尾根が近景となって画像の中の遠近の主体がこれとなり、遠景の立体感を大きくしにくい、遠方の斜面の立体感を大きくするべく基線長を長くすると近景が鑑賞の邪魔をする。

このことを考慮して、穂高連峰の東側の場合は６ｋｍ離れた蝶ヶ岳から常念岳の稜線上高度３５００ｍを、南から北に小型機で飛び、左の窓から実施例１と同じく図１の如く奥穂高岳頂上を画面の定点にして、次はさらに北に有る南岳を、次はさらに北にある槍ヶ岳を画面の定点に移して撮影した、この場合の撮影機材は巾方向に３０度の写角のレンズを装着した１６ｍｍ撮影機を使用した。

この後のＤＶＤ複写と映写と鑑賞の方法は実施例１と同じであるが、時間差は３秒が最も適当であった。

日本アルプスの後立山連峰は約２０ｋｍ南北に連なる。この東面を南から北へ、大糸線南線が走るコースのほぼ上空を３０００ｍの高度で直線に飛び、約６分間連峰を連続して撮影した。この場合図２の如く定点を稜線上で少しずつずらすことを行った。対象物との距離は約８ｋｍ、６分間の移動距離は２０ｋｍ、撮影機材は巾方向に４０度の写角のレンズを装着した１６ｍｍ撮影機であった。

この後のＤＶＤ複写と映写と鑑賞の方法は実施例１と同じであるが、時間差は０、５秒が最も適当であった。

中央高速道路の相模湖を俯瞰できる付近において、バスの左窓より湖の対岸の特徴物に定点定めて撮影した。バスの速度は時速８０キロであった。撮影機材は写角２０度の８ミリビデオであり，以降の複製と映写と鑑賞の方法は実施例１と同じであるが、時間差は1秒が適当であった。

固定した基線長を作ることの出来ない大きい対象物を、立体視した画像として観賞することは、従来出来ないとされてきたが、それを動画で行うことが出来たことは、その効果の大きさは計り知れないほど大きい。

対象物の形状には、地質、地層、地形、植生、氷河や水の侵食の影響が克明に記録されていて、これを知ることは学問的な側面だけでなく、人間の存在への理由を求めることにも役立ち、人間がみずからの価値を再認識し、生存の持続性維持に心がけることに役立つ。

これを観賞することを行うことは、まず美しさを観賞し、それから知的興味を持つこととなり、対象物の理解を深めさすことに役立つのであり、ディスプレー効果に加えて知的興味を満たすことに役立つ。

この方法によれば、通常の映写機を２台セットし、偏光フィルターを装着したメガネ或いは電子シャッターを備えたメガネを観賞者が顔にかけるだけで、立体画像の観賞ができるのである。

対象物の定点を画面内に定めて撮影する状況 対象物を画面内で移動させながら撮影する状況

符号の説明

ａ 撮影機
ｂ レンズの方向
ｃ 対象物
ｄ 定点
ｅ 撮影機の移動方向

Claims (10)

1. 移動する物体をレンズの写角を変えずに写した一連の同じ動画を、時間差をつけて映写機で映写し、或いはディスプレー画面に画像化し、偏光フィルター或いは電子シャッターを使って左目用と右目用の画像情報を選択的に左右の目に送り、なお画面が左に動く場合は左目用の画像を遅らせて見せる如くし、また画面が右に動く場合は右目用の画像を遅らせて見せる如くして、立体感を強調することを特徴とする、立体動画像の製作方法。
2. 撮影機を撮影方向のほぼ直交方向に移動することで動画を製作することを特徴とする、請求項１の立体動画像の製作方法。
3. 撮影機を対象の物体中の一定点を画面内にほぼ固定する如くして、撮影方向のほぼ直交方向に移動することで動画を製作することを特徴とする、請求項１の立体動画像の製作方法。
4. 接近した２台の撮影機と４台の映写機を使用して２つの画像記録を作ることを特徴とする、請求項１の立体動画像の製作方法。
5. １台の撮影機において、走査線の１走査毎に時間を遅らせて記録させ、画像の再生時にその走査線で作られた２つの画像を分離して、１台或いは２台のプロジェクターで映写することを特徴とする請求項１の立体動画像の製作方法。
6. １台の撮影機で記録した画像を同一に複製し、この２つの記録を２台のプロジェクターで映写することを特徴とする請求項１の立体動画像の製作方法。
7. １台の撮影機で記録した画像を同一に複製し、この２つの記録を２台のプロジェクターで映写するときの時間差をもち、なおこの時間差を適宜にかえて立体感の大きさを変化させることを特徴とする請求項１の立体動画像の製作方法。
8. 走査線の１走査毎のその時間と時間を遅らせて記録させた画像を交互に再生し、その再生と同調させて電子シャッターをもつメガネでその走査線を分離して、左右の目にそれぞれことなる画像を送ることを特徴とする請求項１の立体動画像の製作方法。
9. 走査線の１本毎にその時間に記録した画像と、時間を遅らせた画像を、定めた交互の位置に記録し、画像の再生時にその走査線の位置に対応するようにディスプレーの面に偏光フィルターの縞をつけ、これを左右の目に異なる偏光透過面をもつ偏光フィルターを掛けて見ることを特徴とする請求項１の立体動画像の製作方法。
10. １台の撮影機で撮影した一つの記録を、２台の映写機で投影することとし、この２台の内の１台に画像の記録収納装置を内蔵して一旦画像を記録し、これを投影までに時間差を作って投影することを特徴とする請求項１の立体動画像の製作方法。
    

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