JP2006276433A - キャリブレーションカメラおよびキャリブレーションシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 複数枚の曲面状フィルタを選択的に使用するフィルタ切換機構を設けた、所望の撮影品質を確保し得る小型のキャリブレーションカメラを提供する。
【解決手段】 魚眼レンズ１１ａを有する撮影光学系１１でフィルタを介して被写体を撮影して幾何補正および色補正のための撮像画像を得るキャリブレーションカメラ６のフィルタとして、魚眼レンズ１１ａとほぼ同心の曲率を有する５枚の曲面状フィルタ１４−１〜１４−５を用いるとともに、フィルタ切換機構によって、５枚の曲面状フィルタ１４−１〜１４−５を搭載したターレット板１３を魚眼レンズ１１ａに対して非接触状態で相対移動させることにより、５枚の曲面状フィルタ１４−１〜１４−５の何れか１枚を魚眼レンズ１１ａの前面に設定したフィルタ装着位置に配置するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、フィルタを介して広角光学系を有する撮影光学系によって被写体を撮影して幾何補正および色補正のための撮像画像を得るキャリブレーションカメラであって、特にドーム状スクリーンに投影表示された被写体の表示状態の調整に適したキャリブレーションカメラと、該キャリブレーションカメラを用いてマルチディスプレイ装置のスクリーンに画像を投影表示する複数台のプロジェクタの幾何補正および色補正のための補正データを生成するキャリブレーションシステムに関するものである。

従来より、複数のプロジェクタからそれぞれ分割画像を投影することにより、１つのスクリーン上に大きな全体画像を表示するマルチディスプレイ装置が提案されており、その１種としてドーム状スクリーンを用いるマルチディスプレイ装置がある。しかし、プロジェクタの個体差によって、スクリーン上に投影した画像の重複部分において、幾何ずれ、色ずれ等が発生することがあり、その場合、プロジェクタ間の画質の相違が明らかになってしまい、表示品質を損ねてしまう。そこで、スクリーンの前にキャリブレーションカメラを設置して、スクリーン上に複数のプロジェクタからそれぞれテストパターン等の分割画像を投影表示して撮影し、撮影画像に基づいてパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等で補正データを算出し、その補正データに基づいて各プロジェクタの入力画像を補正して出力表示することにより、幾何補正、色補正等を行うキャリブレーションシステムが提案されている。また、プロジェクタから投影する画像の色の再現性を良好にするために、被写体の画像を撮影して、撮像画像の分光分布データを取得するキャリブレーションカメラ（マルチバンドカメラ、マルチスペクトルカメラともいう）も提案されている。

上記キャリブレーションシステムに使用可能なキャリブレーションカメラとしては、平板の干渉フィルタを１５個搭載したターレットを駆動することにより、１５個の干渉フィルタ（および１個の全透過用の素通し穴）を切り換えて使用して被写体を撮影し、撮影画像に基づいて幾何補正を行うようにした１６バンドカメラ（例えば、特許文献１参照）がある。しかし、このキャリブレーションカメラは、平面状のスクリーンに投影表示された被写体を撮影対象とするものであるため、ドーム状スクリーンを用いるマルチディスプレイ装置のドーム状スクリーン投影表示された被写体の撮影には適していない。

マルチディスプレイ装置のドーム状スクリーンに投影表示された被写体の撮影に使用可能なカメラとしては、複数のカメラによってドーム状スクリーンに投影表示された半球状の被写体をそれぞれ撮像し、得られた半球状画像を合成することにより、半球状画像間の継ぎ目の歪みなしに合成した全球状画像を形成する装置に用いるカメラ（例えば、特許文献２参照）がある。この特許文献２に記載された装置は、ドーム状スクリーンやドーム状に配置された被写体等を撮影するために、上記複数のカメラの１つに、広角光学系である魚眼レンズを有する撮影光学系を用いているが、「広角光学系を用いて被写体を撮影する際に光学フィルタを使用すること」は特許文献２に記載されておらず、光学フィルタを使用せずに直接的に広角光学系で被写体等を撮影しているものと推定される。

特開２００３−１３４３５１号公報 特表平１１−５０８３８４号公報

マルチディスプレイ装置のスクリーン（特にドーム状スクリーン）に投影表示された被写体を撮影する際には、カメラに搭載した複数枚のフィルタ（例えばゼラチン製光学フィルタ）を切り換えて使用して、当該フィルタを介して広角光学系を有する撮影光学系によって所定波長帯域の被写体を撮影して、幾何補正および色補正のための撮像画像を得るキャリブレーションカメラが適している。しかし、広角光学系を有する撮影光学系によって被写体を撮影するキャリブレーションカメラでは、上記複数のフィルタとして広角光学系に適した曲面状フィルタを使用する必要があり、仮に上記複数のフィルタとして特許文献１に記載された「平板フィルタ」を使用した場合には、例えば上記広角光学系として１２０度以上の撮影範囲を有する超広角光学系である魚眼レンズを用いる撮影光学系を使用するキャリブレーションカメラに適用した場合、上記撮影範囲をカバーするためにフィルタの外形が著しく大型になるので、カメラ全体の大型化を招くとともに、解像力等の撮影品質の劣化を招くことになる。

本発明は、複数枚の曲面状フィルタを選択的に使用するフィルタ切換機構を採用することにより、小型でありながら所望の撮影品質を確保し得るようにしたキャリブレーションカメラを提供することを第１の目的とする。
本発明は、上記キャリブレーションカメラを用いることにより、マルチディスプレイ装置のスクリーンに画像を投影表示する複数台のプロジェクタの幾何補正および色補正のための補正データを生成するのに適したキャリブレーションシステムを提供することを第２の目的とする。

上記第１の目的を達成するため、請求項１に記載の第１発明は、フィルタを介して広角光学系を有する撮影光学系によって被写体を撮影して幾何補正および色補正のための撮像画像を得るキャリブレーションカメラであって、前記フィルタとして、前記広角光学系とほぼ同心の曲率を有する複数枚の曲面状フィルタを用いるとともに、フィルタ切換機構により前記複数枚の曲面状フィルタの何れか１枚を選択的に使用して前記撮影光学系によって被写体を撮影するようにしたことを特徴とする。

請求項２に記載の第２発明は、前記フィルタ切換機構は、前記複数枚の曲面状フィルタを搭載したフィルタ搭載部材を前記広角光学系に対して非接触状態で相対移動させることにより、前記複数枚の曲面状フィルタの何れか１枚を前記広角光学系の前面に設定したフィルタ装着位置に配置するようにしたことを特徴とする。

請求項３に記載の第３発明は、前記フィルタ搭載部材を前記広角光学系に対して非接触状態で相対移動させる際に、前記撮影光学系を搭載する撮影光学系搭載部材を前記撮影光学系の光軸方向に進退移動させる間に、前記フィルタ搭載部材を前記撮影光学系の光軸と平行な軸周りに回転移動させるようにしたことを特徴とする。

請求項４に記載の第４発明は、前記フィルタ搭載部材を前記広角光学系に対して非接触状態で相対移動させる際に、前記フィルタ搭載部材を前記撮影光学系の光軸方向に進退移動させる間に、前記フィルタ搭載部材を前記撮影光学系の光軸と平行な回転軸周りに回転移動させるようにしたことを特徴とする。

請求項５に記載の第５発明は、フィルタを介して広角光学系を有する撮影光学系によって被写体を撮影して幾何補正および色補正のための撮像画像を得るキャリブレーションカメラであって、前記フィルタとして、前記広角光学系とほぼ同心の曲率を有する曲面状フィルタを用いることを特徴とする。

上記第２の目的を達成するため、請求項６に記載の第６発明は、画像調整装置からそれぞれ供給される画像信号に基づいて複数台のプロジェクタのそれぞれから分割画像をスクリーン上に投影することにより全体画像を表示するマルチディスプレイ装置のスクリーン上に投影された各々の分割画像を撮影する請求項１〜５の何れか１項記載のキャリブレーションカメラと、該キャリブレーションカメラの撮像画像に基づいて前記各プロジェクタの幾何補正および色補正のための補正データを生成する補正データ生成手段とを具備して成ることを特徴とする。

第１発明によれば、フィルタを介して広角光学系を有する撮影光学系によって被写体を撮影して幾何補正および色補正のための撮像画像を得るキャリブレーションカメラにおける前記フィルタとして、前記広角光学系とほぼ同心の曲率を有する複数枚の曲面状フィルタを用いるとともに、フィルタ切換機構により前記複数枚の曲面状フィルタの何れか１枚を選択的に使用して前記撮影光学系によって被写体を撮影するようにしたから、特許文献２に記載された平板フィルタを使用する場合のようにフィルタが著しく大型化したり、広角光学系と平板フィルタとの距離が広角光学系の中心部と周辺部とで不均等になって解像力等の撮影品質の劣化を招くことはない。したがって、小型でありながら所望の撮影品質を確保し得るようにしたキャリブレーションカメラを提供することができる。

第２発明によれば、前記フィルタ切換機構は、前記複数枚の曲面状フィルタを搭載したフィルタ搭載部材を前記広角光学系に対して非接触状態で相対移動させることにより、前記複数枚の曲面状フィルタの何れか１枚を前記広角光学系の前面に設定したフィルタ装着位置に配置するから、所望の通り、キャリブレーションカメラに搭載した複数枚の曲面状フィルタを切り換えて使用して、当該フィルタを介して広角光学系を有する撮影光学系によって所定波長帯域の被写体を撮影して、幾何補正および色補正のための撮像画像を得ることができる。また、前記フィルタ切換機構の動作をキャリブレーションカメラとは別に設けた制御手段によって制御することにより、「複数枚の曲面状フィルタの何れか１枚を前記広角光学系の前面に設定したフィルタ装着位置に自動的に順次切り換えて配置して撮影を行う自動撮影装置」を構成することも可能になる。

第３発明によれば、前記フィルタ搭載部材を前記広角光学系に対して非接触状態で相対移動させる際に、前記撮影光学系を搭載する撮影光学系搭載部材を前記撮影光学系の光軸方向に進退移動させる間に、前記フィルタ搭載部材を前記撮影光学系の光軸と平行な軸周りに回転移動させるようにしたから、撮影に使用するフィルタを交換（選択）する際には、正規位置に広角光学系が配置されるように撮影光学系を支持している撮影光学系搭載部材を前記撮影光学系の光軸方向に退避移動させて、フィルタ装着位置に配置されている曲面状フィルタから前記広角光学系を所定距離退避させた後に、前記広角光学系を復帰移動させて前記正規位置に復帰させる間に、前記フィルタ搭載部材を前記撮影光学系の光軸と平行な回転軸周りに回転移動させることによって前記広角光学系の前面に設定したフィルタ装着位置に他の曲面状フィルタ（選択した曲面状フィルタ）を配置することにより、他の曲面状フィルタ（選択した曲面状フィルタ）がフィルタ装着位置に配置された状態になるので、所望の通り、フィルタの交換（選択）を非接触状態で行うことができる。

第４発明によれば、前記フィルタ搭載部材を前記広角光学系に対して非接触状態で相対移動させる際に、前記フィルタ搭載部材を前記撮影光学系の光軸方向に進退移動させる間に、前記フィルタ搭載部材を前記撮影光学系の光軸と平行な回転軸周りに回転移動させるようにしたから、撮影に使用するフィルタを交換（選択）する際には、フィルタ搭載部材を前記撮影光学系の光軸方向に退避移動させることにより、フィルタ装着位置に配置されている曲面状フィルタを前記広角光学系から所定距離退避させ、その状態で前記フィルタ搭載部材を前記撮影光学系の光軸と平行な回転軸周りに回転移動させることにより前記広角光学系の光軸の前面に設定したフィルタ装着位置に他の曲面状フィルタ（選択した曲面状フィルタ）を配置し、その後、フィルタ搭載部材を前記撮影光学系の光軸方向に前記所定距離復帰移動させることにより、他の曲面状フィルタ（選択した曲面状フィルタ）がフィルタ装着位置に配置された状態になるので、所望の通り、フィルタの交換（選択）を非接触状態で行うことができる。

第５発明によれば、フィルタを介して広角光学系を有する撮影光学系によって被写体を撮影して幾何補正および色補正のための撮像画像を得るキャリブレーションカメラにおける前記フィルタとして、前記広角光学系とほぼ同心の曲率を有する曲面状フィルタを用いるから、特許文献２に記載された平板フィルタを使用する場合のようにフィルタが著しく大型化したり、広角光学系と平板フィルタとの距離が広角光学系の中心部と周辺部とで不均等になって解像力等の撮影品質の劣化を招くことはない。したがって、小型でありながら所望の撮影品質を確保し得るようにしたキャリブレーションカメラを提供することができる。

第６発明によれば、画像調整装置からそれぞれ供給される画像信号に基づいて複数台のプロジェクタのそれぞれから分割画像をスクリーン上に投影することにより全体画像を表示するマルチディスプレイ装置のスクリーン上に投影された各々の分割画像を撮影する第１発明〜第５発明の何れかのキャリブレーションカメラと、該キャリブレーションカメラの撮像画像に基づいて前記各プロジェクタの幾何補正および色補正のための補正データを生成する補正データ生成手段とを具備するようにキャリブレーションシステムを構成したから、マルチディスプレイ装置のスクリーンに画像を投影表示する複数台のプロジェクタの幾何補正および色補正のための補正データを生成するのに適したキャリブレーションシステムを提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づき詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態のキャリブレーションカメラをマルチディスプレイ装置に適用したキャリブレーションシステムの全体構成を概念的に示すシステム図である。図１に示すキャリブレーションシステム１は、画像調整装置２からそれぞれ供給される画像信号に基づいて複数台（図示例では２台）のプロジェクタ３（プロジェクタ３−１，プロジェクタ３−２）からそれぞれ分割画像をドーム状スクリーン４上に投影することにより全体画像を表示するマルチディスプレイ装置５のドーム状スクリーン４上に投影された各々の分割画像を撮影するキャリブレーションカメラ６と、キャリブレーションカメラ６から入力される撮影画像に基づいてプロジェクタ３−１，プロジェクタ３−２の幾何補正および色補正のための補正データを生成する補正データ生成装置（例えばパーソナルコンピュータ；ＰＣ）７とを具備して成る。なお、補正データ生成装置７は、オペレータ８が手動操作するものとする。

上記画像調整装置２は、コンテンツ表示時に、プロジェクタ３−１，プロジェクタ３−２のそれぞれにコンテンツ画像信号を供給するとともに、キャリブレーション動作時に、補正データ生成装置７から入力されるテストパターン画像信号に基づいてプロジェクタ３−１，プロジェクタ３−２のそれぞれにテストパターン画像信号を供給するものである。なお、画像調整装置２は、補正データ生成装置７から入力される幾何補正および色補正のための補正データに基づいて補正（調整）を行った後のコンテンツ画像信号をプロジェクタ３−１，プロジェクタ３−２のそれぞれに供給するものとする。

上記プロジェクタマルチディスプレイ装置５は、ドーム状スクリーン４としてほぼ半球面状の巨大スクリーンを用いており、ドーム状スクリーン４の図示右半部にはプロジェクタ３−１から投影角約６０°の範囲に分割画像が投影表示され、ドーム状スクリーン４の図示左半部にはプロジェクタ３−２から投影角約６０°の範囲に分割画像が投影表示されるので、ドーム状スクリーン４の図示中央部に両分割画像の重複部分が形成されることになる。このような画像表示状態のマルチディスプレイ装置５のドーム状スクリーン４の全体をキャリブレーションカメラ６で撮影して、画像ずれの幾何補正および色ずれの色補正を行うためには、キャリブレーションカメラ６には、（１）魚眼レンズ等の広角光学系を有する撮影光学系を搭載すること、（２）その広角光学系の光軸上前方に、それぞれが所定波長域を有する複数枚の曲面状フィルタの１つを選択的に配置してドーム状スクリーン３４撮影を行うことの２条件が要求されるが、以下に説明する本発明の各実施形態のキャリブレーションカメラは、上述した２つの２条件を満たすように構成されている。

図２（ａ）は第１実施形態のキャリブレーションカメラの構成を示す側面図であり、図３（ａ）は第１実施形態のキャリブレーションカメラをモータ側から見た状態を示す正面図である。本実施形態のキャリブレーションカメラ６は、「２モータおよび１つのカム機構を用いるフィルタ切換機構」を採用しており、図２（ａ）および図３（ａ）に示すように、広角光学系としての魚眼レンズ１１ａを被写体側に配置した撮影光学系１１と、撮影光学系１１を固定支持する鏡枠１２と、円周方向等間隔に複数個（図３（ａ）の例では６個）の穴を設けられたフィルタ搭載部材であるターレット板１３と、ターレット板１３の６個の穴の内の５個にそれぞれ装着される複数枚（この場合、５枚）の曲面状フィルタ１４（曲面状フィルタ１４−１，１４−２，・・・，１４−５）と、ターレット板１３を回転可能に支持するターレット軸１５と、ターレット軸１５を撮影光学系１１の光軸と平行な軸方向に移動させるためのモータ１６と、ターレット板１３をターレット軸１５周りに回転させるためのモータ１７等を具備して成る。本実施形態のキャリブレーションカメラ６では、広角光学系として例えば１２０°の画角を有する魚眼レンズ１１ａを用いるので、魚眼レンズ１１ａの前面に設定されたフィルタ装着位置に配置して所定のフィルタ性能を発揮させるフィルタとして、魚眼レンズ１１ａとほぼ同心の曲率を有する（魚眼レンズ１１ａとほぼ相似形状の）曲面状フィルタ１４（１４−１〜１４−５）を用いている。なお、曲面状フィルタ１４−１〜１４−５としては、例えば安価なフィルタであるゼラチンフィルタを用いるものとする。

次に、本実施形態のキャリブレーションカメラにおける特徴的動作である、フィルタ切換動作（フィルタ選択動作）を図面に基づいて説明する。
撮影に使用するフィルタを交換（選択）する際には、まず、ターレット板１３を撮影光学系１１の光軸方向に退避移動させることにより、フィルタ装着位置（図２（ａ）に二点鎖線で示す）に配置されている曲面状フィルタ（図示例では曲面状フィルタ１４−１）を魚眼レンズ１１ａから所定距離離れた離反位置（図２（ａ）に実線で示す）まで退避させる動作を行う。この動作においては、図２（ａ）に示すモータ１６を回転駆動してモータギア２１を回転させることにより、モータギア２１にギア係合されたネジギア２２をターレット軸１５の周りに回転させたとき、ネジギア２２とネジ環２３とはネジ係合されているため、ネジ環２３はターレット軸１５に対して回転するが、その際にはネジ環２３は後述するカム動作によってターレット軸１５と一緒にターレット軸方向に移動するので、ターレット軸１５に支持されたターレット板１３は図２（ａ）に示す位置まで移動し、ターレット板１３上に搭載された曲面状フィルタ１４−１は図２（ａ）に実線で示す離反位置まで退避して停止する。

次に、ターレット板１３をターレット軸１５の周りに回転させることにより、フィルタ装着位置の上方に配置されている曲面状フィルタ（図示例では曲面状フィルタ１４−１）を他の曲面状フィルタ（例えば曲面状フィルタ１４−２）と交換する動作を行う。この動作においては、図２（ａ）に示すモータ１７を回転駆動してモータギア２４を回転させることにより、モータギア２４にギア係合した軸ギア２５のキー溝内にキー係合したターレット軸１５をターレット軸１５の周りに回転させたとき、ターレット軸１５に支持されたターレット板１３は回転するので、回転量を適宜調整することにより、ターレット板１３上に搭載された曲面状フィルタ１４−２は撮影光学系１１の光軸上の離反位置まで移動して停止する。
なお、ターレット板１３が回転する際には、軸ギア２５に固定されターレット軸１５の周りに回転するクリック板２６（図２（ａ）参照）に搭載されたクリックバネ２７と支え板２８−１とのクリック係合（図４（ａ）および図４（ａ）の矢視Ａ図である図４（ｂ）参照）によって、ターレット板１３を仮固定するものとする。

その後、ターレット板１３を撮影光学系１１の光軸方向に上記所定距離復帰移動させることにより、離反位置（図２（ａ）に実線で示す）に配置されている曲面状フィルタ１４−３を魚眼レンズ１１ａの近傍のフィルタ装着位置（図２（ａ）に二点鎖線で示す）まで復帰させる動作を行う。この動作は、上述した「フィルタの退避動作」と逆方向にモータ１６を回転させることにより、後述するカム動作によってネジ環２３をターレット軸１５と一緒にターレット軸方向に移動させて行う。以上の一連の動作によって、フィルタ装着位置に配置されている曲面状フィルタ１４−１を曲面状フィルタ１４−２に交換する動作は、魚眼レンズ１１ａと曲面状フィルタ１４ー１，１４−２とが接触（干渉）することなく、完了する。

上記において、ターレット板１３の回転や、ターレット板１３の退避移動および復帰移動の開始、停止に関しては、図３（ｂ）に示すようにモータ１６，モータ１７にそれぞれ設けられたモータ検出板２９−１，２９−２およびフォトインタラプタ３０−１，３０−２によってモータ１６，モータ１７の回転量を検出して、制御するように構成するものとする。モータ検出板２９−１，２９−２およびフォトインタラプタ３０−１，３０−２は図３（ａ）に示すように配置されており、モータ検出板２９−１，２９−２がフォトインタラプタ３０−１，３０−２の凹部の中を回転する際の光の通過および遮光を、フォトインタラプタ３０−１，３０−２がパルスとして検出するように構成されている。なお、上記のように検出板およびフォトインタラプタによって検出する代わりに、マイクロスイッチ等のスイッチによって検出するようにしてもよい。

以下、本実施形態のフィルタ切換機構のその他の部分について説明する。
図２（ａ）において、軸支え環３１は、ターレット軸１５を安定駆動させるために用いる部材であり、軸支え環３１の外周に設けられた軸バネ３２は、ガタ取りのための部材である。
図２（ｂ）は、クリック板２６を回転させるためのキー係合機構を説明するための図である。軸ギアキー２５ａは、ターレット軸キー溝１５ａにキー係合されている。
図２（ｃ）は、モータ１６を回転させることによりターレット軸１５をターレット軸方向に移動させる際の、ネジギア２２、ネジ環２３、軸ギア２５の動作を説明するための円周方向展開図である。ネジ環２３にはネジ環カム２３ａが形成されており、そのネジ環カム２３ａ内にはネジギア２２のネジギアピン２２ａが収容され、軸ギア２５には軸ギアカム２５ａが設けられ、軸ギアカム２５ａ内には軸ギアピン２５ｂが収容されているので、ネジギア２２をターレット軸１５の周りに回転させたとき、ネジギア２２とネジ係合されたネジ環２３は、カム動作によってターレット軸１５と一緒にターレット軸方向に移動することになる。
図２（ｄ）は、本実施形態のキャリブレーションカメラの筺体を構成する支え板の固定方法を説明するための図である。支え板２８−１，２８−２，２８−３は、図示のように組み合わせられることにより、キャリブレーションカメラの筺体となる。

本実施形態によれば、フィルタを介して広角光学系である魚眼レンズ１１ａを有する撮影光学系１１によって被写体を撮影して幾何補正および色補正のための撮像画像を得るキャリブレーションカメラ６におけるフィルタとして、魚眼レンズ１１ａとほぼ同心の曲率を有する５枚の曲面状フィルタ１４−１〜１４−５を用いるとともに、フィルタ切換機構により５枚の曲面状フィルタ１４−１〜１４−５の何れか１枚を選択的に使用して撮影光学系１１によって被写体を撮影するようにしたから、特許文献２に記載された平板フィルタを使用する場合のようにフィルタが著しく大型化したり、広角光学系と平板フィルタとの距離が広角光学系の中心部と周辺部とで不均等になって解像力等の撮影品質の劣化を招くことはない。したがって、小型でありながら所望の撮影品質を確保し得るようにしたキャリブレーションカメラを提供することができる。

また、本実施形態のキャリブレーションカメラにおけるフィルタ切換機構は、５枚の曲面状フィルタ１４−１〜１４−５を搭載したターレット板１３を魚眼レンズ１１ａに対して非接触状態で相対移動させることにより、５枚の曲面状フィルタ１４−１〜１４−５の何れか１枚を魚眼レンズ１１ａの前面に設定したフィルタ装着位置に配置するから、所望の通り、キャリブレーションカメラ６に搭載した５枚の曲面状フィルタ１４−１〜１４−５を切り換えて使用して、当該曲面状フィルタを介して魚眼レンズ１１ａを有する撮影光学系１１によって所定波長帯域の被写体を撮影して、幾何補正および色補正のための撮像画像を得ることが可能になる。また、本実施形態のキャリブレーションカメラにおけるフィルタ切換機構は、固定された撮影光学系１１に対してフィルタ搭載部材であるターレット板１３を移動させるようにしたため、撮像素子等を搭載した撮影光学系１１と補正データ生成装置７とを電気的に接続する電装部材を駆動するという技術的な困難性が生じ無いので、キャリブレーションカメラの構成を簡略化することができる。さらに、フィルタ切換機構の動作をキャリブレーションカメラ６とは別に設けた制御手段としての補正データ生成装置７によって制御することにより、「複数枚の曲面状フィルタの何れか１枚を広角光学系の前面に設定したフィルタ装着位置に自動的に順次切り換えて配置して撮影を行う自動撮影装置」を構成することも可能になり、その場合、「フィルタを手動で交換しながら順次撮影を行う自動撮影装置」に比べて操作が簡略化されるとともに、容易に自動撮影を実現できるようになる。

また、本実施形態のキャリブレーションカメラにおけるフィルタ切換機構においては、まず、ターレット板１３を撮影光学系１１の光軸方向に退避移動させることにより、フィルタ装着位置に配置されている曲面状フィルタ（例えば曲面状フィルタ１４−１）を魚眼レンズ１１ａから所定距離離れた離反位置に退避させ、次に、その状態でターレット板１３を撮影光学系１１の光軸と平行なターレット軸１５の周りに回転移動させることにより魚眼レンズ１１ａの光軸の前面に設定したフィルタ装着位置に他の曲面状フィルタ（選択した曲面状フィルタ；例えば曲面状フィルタ１４−２）を配置し、その後、ターレット板１３を撮影光学系１１の光軸方向に前記所定距離復帰移動させることにより、他の曲面状フィルタ（選択した曲面状フィルタ；例えば曲面状フィルタ１４−２）がフィルタ装着位置に配置された状態になるので、所望の通り、フィルタの交換（選択）を非接触状態で行うことができる。

さらに、本実施形態によれば、画像調整装置２からそれぞれ供給される画像信号に基づいて複数台（本実施形態では２台）のプロジェクタ（プロジェクタ３−１，３−２）のそれぞれから分割画像をドーム状スクリーン４上に投影することにより全体画像を表示するマルチディスプレイ装置５のドーム状スクリーン４上に投影された各々の分割画像を撮影するキャリブレーションカメラ６と、キャリブレーションカメラ６の撮像画像に基づいてプロジェクタ３−１，３−２の幾何補正および色補正のための補正データを生成する補正データ生成装置７とを具備するようにキャリブレーションシステム１を構成したから、マルチディスプレイ装置５のドーム状スクリーン４に画像を投影表示するプロジェクタ３−１，３−２の幾何補正および色補正のための補正データを生成するのに適したキャリブレーションシステムを提供することができ、そのキャリブレーションシステムによって、プロジェクタ３−１，３−２のそれぞれを幾何補正および色補正して個体差の影響を排除して、均質な画質でドーム状スクリーンに画像を表示できるようになる。

［第２実施形態］
図５（ａ）は本発明の第２実施形態のキャリブレーションカメラの構成を示す側面図であり、図５（ｂ）は第２実施形態のキャリブレーションカメラのフィルタ切換機構のカム機構の円周方向展開図であり、図５（ｃ）は第２実施形態のキャリブレーションカメラのカム部断面拡大図である。なお、本実施形態のキャリブレーションカメラをマルチディスプレイ装置に適用した場合のキャリブレーションシステムの全体構成は、第１実施形態と同様に図１に示すようになるので、説明を省略する。

本実施形態のキャリブレーションカメラ６は、「１モータおよび１つのカム機構を用いるフィルタ切換機構」を採用しており、図５（ａ）に示すように、広角光学系としての魚眼レンズ１１ａを被写体側に配置した撮影光学系１１と、撮影光学系１１を固定支持する鏡枠１２と、円周方向等間隔に複数個（本実施形態では６個）の穴を設けられたフィルタ搭載部材であるターレット板１３と、ターレット板１３の６個の穴の内の５個にそれぞれ装着される複数枚（本実施形態では５枚）の曲面状フィルタ１４（曲面状フィルタ１４−１，１４−２，・・・，１４−５）と、ターレット板１３を回転可能に支持するターレット軸１５と、ターレット板１３をターレット軸１５周りに回転させるためのモータ１７と、ターレット軸１５の周りに回転するクリック板２６と、クリック板２６に搭載されたクリックバネ２７と、キャリブレーションカメラ６の筺体を構成する支え板２８−１，２８−２，２８−３と、モータ１６の回転量を検出するためのモータ検出板２９−１と、ターレット軸１５を撮影光学系１１の光軸と平行な軸方向に移動させるためのカム機構４１（図５（ｂ）参照）等を具備して成る。本実施形態のキャリブレーションカメラ６では、広角光学系として例えば１２０°の画角を有する魚眼レンズ１１ａを用いているので、魚眼レンズ１１ａの前面に設定されたフィルタ装着位置に配置して所定のフィルタ性能を発揮させるフィルタとして、魚眼レンズ１１ａとほぼ同心の曲率を有する（魚眼レンズ１１ａとほぼ相似形状の）曲面状フィルタ１４（１４−１〜１４−５；例えばゼラチンフィルタ）を用いている。なお、クリック板やモータ検出板は、上記第１実施形態と同様に構成されているため、説明を省略する。

次に、本実施形態のキャリブレーションカメラにおける特徴的動作である、フィルタ切換動作（フィルタ選択動作）を図面に基づいて説明する。
撮影に使用するフィルタを交換（選択）する際には、図５（ａ）に示す正規位置に魚眼レンズ１１ａが配置されるように撮影光学系１１を支持している撮影光学系搭載部材である鏡枠１２を、撮影光学系１１の光軸方向に所定距離退避移動させることにより、フィルタ装着位置（図５（ａ）に実線で示す）に配置されている曲面状フィルタ（図示例では曲面状フィルタ１４−１）から所定距離離れた離反位置（図示せず）まで魚眼レンズ１１ａを退避させる動作と、離反位置から正規位置に復帰させる動作とを行う。これらの動作においては、図５（ａ）に示すモータ１６を回転駆動してモータギア４２を回転させることにより、モータギア４２にギア係合されたカム枠４３を撮影光学系１１の光軸の周りに回転させたとき、カム枠カム４４内を上記光軸と平行な軸方向に移動する鏡枠ピン４５によってカム枠４３は鏡枠１２とピン係合されており、固定枠４６の固定枠カム４７内を円周方向に移動するカム枠ピン４８によって鏡枠１２は固定枠４６とピン係合されるとともに、鏡枠カム４９内を図５（ｂ）に示すカム軌跡を描くように移動する固定枠ピン５０によって鏡枠１２は固定枠４６とピン係合されているので、鏡枠１２は、図５（ｂ）のカム機構４１の回転角６０°の前半部分に相当するカム軌跡に対応するカム動作によって撮影光学系１１の光軸方向に退避移動して離反位置まで到達し、その後、鏡枠１２は、図５（ｂ）のカム機構４１の回転角６０°の後半部分に相当するカム軌跡に対応するカム動作によって撮影光学系１１の光軸方向に復帰移動して正規位置に復帰する。

上記カム機構４１のカム動作によって撮影光学系１１の光軸方向に進退移動する鏡枠１２によって魚眼レンズ１１ａが正規位置および離反位置間で往復移動している間、モータ１６の回転駆動に伴い回転するモータギア４２にギア係合された軸ギア５１は回転角６０°分だけ回転するので、軸ギア５１を介して回転するターレット板１３もターレット軸１５の周りに回転角６０°分だけ回転移動し、それにより、図５（ａ）に示すフィルタ装着位置に配置されていた曲面状フィルタ１４−１の代わりに他の曲面状フィルタ（例えば曲面状フィルタ１４−２）がフィルタ装着位置に配置されることになる。以上の一連の動作によって、フィルタ装着位置に配置されている曲面状フィルタ１４−１を曲面状フィルタ１４−２に交換する動作は、魚眼レンズ１１ａと曲面状フィルタ１４ー１，１４−２とが接触（干渉）することなく、完了する。

本実施形態のキャリブレーションカメラおよびそのキャリブレーションカメラにおけるフィルタ切換機構によれば、上記第１実施形態のキャリブレーションカメラと同様の作用効果を得ることができる。また、本実施形態のキャリブレーションカメラを用いて図１のように構成したキャリブレーションシステムによれば、上記第１実施形態のキャリブレーションシステムと同様の作用効果を得ることができる。
さらに、本実施形態のキャリブレーションカメラにおけるフィルタ切換機構によれば、撮影光学系１１の光軸方向に進退移動する鏡枠１２は、支え板２８−１，２８−２，２８−３によって構成される筺体の内部で移動するので、ターレット板１３に装着された曲面状フィルタ１４が支え板２８−１，２８−２，２８−３によって構成される筺体の外部に露出駆動される第１実施形態のフィルタ切換機構に比べてコンパクトに構成することができるので、第１実施形態よりもキャリブレーションカメラを小型化することができる。

なお、上記第２実施形態では、カム枠４３は、固定枠４６によって撮影光学系１１の光軸の周りに回転のみするように構成されているが、魚眼レンズ１１ａと曲面状フィルタ１４とが接近した光学配置とならざるを得ないため魚眼レンズ１１ａと曲面状フィルタ１４との接触（干渉）が生じやすい場合には、上記カム機構４１におけるカム傾斜角との関係を考慮して、それぞれの離反速度を増大させるために、固定枠４６とカム枠４３とをカム係合するように構成してもよい。

［第３実施形態］
図６（ａ）は本発明の第３実施形態のキャリブレーションカメラの構成を示す側面図であり、図６（ｂ）は第２実施形態のキャリブレーションカメラのフィルタ切換機構のカム機構の円周方向展開図であり、図７は第３実施形態のキャリブレーションカメラをモータ側から見た状態を示す正面図である。なお、本実施形態のキャリブレーションカメラをマルチディスプレイ装置に適用した場合のキャリブレーションシステムの全体構成は、第１実施形態と同様に図１に示すようになるので、説明を省略する。

本実施形態のキャリブレーションカメラ６は、「１モータおよび１つのカム機構を用いるフィルタ切換機構」を採用しており、図６（ａ）および図７に示すように、広角光学系としての魚眼レンズ１１ａを被写体側に配置した撮影光学系１１と、撮影光学系１１を固定支持する鏡枠１２と、円周方向等間隔に複数個（本実施形態では６個）の穴を設けられたフィルタ搭載部材であるターレット板１３と、ターレット板１３の６個の穴の内の５個にそれぞれ装着される複数枚（本実施形態では５枚）の曲面状フィルタ１４（曲面状フィルタ１４−１，１４−２，・・・，１４−５）と、ターレット板１３を回転可能に支持するターレット軸１５と、ターレット板１３をターレット軸１５周りに回転させるためのモータ１７と、ターレット軸１５の周りに回転するクリック板２６と、クリック板２６に搭載されたクリックバネ２７と、キャリブレーションカメラ６の筺体を構成する支え板２８−１，２８−２，２８−３と、モータ１６の回転量を検出するためのモータ検出板２９−１と、ターレット軸１５を撮影光学系１１の光軸と平行な軸方向に移動させるためのカム機構６１（図６（ｂ）参照）を構成する立体カム６２およびターレットピン６３等を具備して成る。本実施形態のキャリブレーションカメラ６では、広角光学系として例えば１２０°の画角を有する魚眼レンズ１１ａを用いているので、魚眼レンズ１１ａの前面に設定されたフィルタ装着位置に配置して所定のフィルタ性能を発揮させるフィルタとして、魚眼レンズ１１ａとほぼ同心の曲率を有する（魚眼レンズ１１ａとほぼ相似形状の）曲面状フィルタ１４（１４−１〜１４−５；例えばゼラチンフィルタ）を用いている。なお、クリック板やモータ検出板は、上記第１実施形態と同様に構成されているため、説明を省略する。

次に、本実施形態のキャリブレーションカメラにおける特徴的動作である、フィルタ切換動作（フィルタ選択動作）を図面に基づいて説明する。
撮影に使用するフィルタを交換（選択）する際には、ターレット板１３を撮影光学系１１の光軸方向に進退移動させることにより、フィルタ装着位置（図６（ａ）に二点鎖線で示す）に配置されている曲面状フィルタ（図示例では曲面状フィルタ１４−１）を魚眼レンズ１１ａから所定距離離れた離反位置（図６（ａ）に実線で示す）まで退避させる動作と、離反位置から正規位置に復帰させる動作とを行う。これらの動作においては、図６（ａ）に示すモータ１６を回転駆動してモータギア６４を回転させることにより、モータギア６４にギア係合されたターレット板回転ギア６５をターレット軸１５の周りに回転させたとき、ターレット板１３に固定されたターレットピン６３は押圧バネ６６によって立体カム６２に押圧された状態で立体カム６２の表面を図６（ｂ）に示すカム軌跡を描くように移動するので、ターレット板１３は図６（ｂ）のカム機構６１の回転角６０°の前半部分に相当するカム軌跡に対応するカム動作によって撮影光学系１１の光軸方向に退避移動し、ターレット板に装着された曲面状フィルタ１４（例えば曲面状フィルタ１４−１）は離反位置に到達し、その後、ターレット板１３は図６（ｂ）のカム機構６１の回転角６０°の後半部分に相当するカム軌跡に対応するカム動作によって撮影光学系１１の光軸方向に復帰移動し、ターレット板１３に装着された曲面状フィルタはフィルタ装着位置に復帰する。

上記カム機構６１のカム動作によって撮影光学系１１の光軸方向に進退移動するターレットピン６３によってターレット板１３に装着された曲面状フィルタがフィルタ装着位置および離反位置間で往復移動している間、モータ１６の回転駆動に伴い回転するモータギア６４にギア係合されたターレット板回転ギア６５は回転角６０°分だけ回転するので、ターレット板回転ギアキー６７によってターレット板回転ギア６５にキー係合されたターレット軸１５に支持されるターレット板１３もターレット軸１５の周りに回転角６０°分だけ回転移動し、それにより、図６（ａ）に示すフィルタ装着位置に配置されていた曲面状フィルタ１４−１の代わりに他の曲面状フィルタ（例えば曲面状フィルタ１４−２）がフィルタ装着位置に配置されることになる。以上の一連の動作によって、フィルタ装着位置に配置されている曲面状フィルタ１４−１を曲面状フィルタ１４−２に交換する動作は、魚眼レンズ１１ａと曲面状フィルタ１４ー１，１４−２とが接触（干渉）することなく、完了する。

なお、上記第２実施形態のカム機構４１はカム面を２面で強制するカム機構として構成されているが、本実施形態のカム機構６１は２面で強制すべきカム面を１面で強制して、他の１面は押圧バネ６６によって押圧するように構成した。

本実施形態のキャリブレーションカメラおよびそのキャリブレーションカメラにおけるフィルタ切換機構によれば、上記第１実施形態のキャリブレーションカメラと同様の作用効果を得ることができる。また、本実施形態のキャリブレーションカメラを用いて図１のように構成したキャリブレーションシステムによれば、上記第１実施形態のキャリブレーションシステムと同様の作用効果を得ることができる。

なお、上記第１実施形態〜第３実施形態のキャリブレーションシステムにおいて、スクリーンとして円弧状曲面スクリーン（曲面屏風状スクリーン）を用いることもできる。その場合、魚眼レンズの代わりにシリンドリカルレンズを用いればよい。
また、上記第１実施形態〜第３実施形態のキャリブレーションカメラは、フィルタ切換機構により複数枚の曲面状フィルタの何れか１枚を選択的に使用して撮影光学系によって被写体を撮影するように構成されているが、１枚の曲面状フィルタを用いてその曲面状フィルタをフィルタ装着位置に装着して、必要に応じて他の曲面状フィルタに交換するようにキャリブレーションカメラを構成することも可能である。

本発明の第１実施形態のキャリブレーションカメラをマルチディスプレイ装置に適用したキャリブレーションシステムの全体構成を概念的に示すシステム図である。 （ａ）は第１実施形態のキャリブレーションカメラの構成を示す側面図であり、（ｂ）はクリック板を回転させるためのキー係合機構を説明するための図であり、（ｃ）はモータを回転させることによりターレット軸をターレット軸方向に移動させる際のネジギア、ネジ環および軸ギアの動作を説明するための円周方向展開図であり、（ｄ）は、キャリブレーションカメラの筺体を構成する支え板の固定方法を説明するための図である。 （ａ）は第１実施形態のキャリブレーションカメラをモータ側から見た状態を示す正面図であり、２つのモータにそれぞれ設けられたモータ検出板およびフォトインタラプタの動作を説明するための図である。 （ａ）は第１実施形態のキャリブレーションカメラのクリックバネの配置を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の矢視Ａ図である。 （ａ）は第２実施形態のキャリブレーションカメラの構成を示す側面図であり、（ｂ）は第２実施形態のキャリブレーションカメラのフィルタ切換機構のカム機構の円周方向展開図であり、（ｃ）は第２実施形態のキャリブレーションカメラのカム部断面拡大図である。 （ａ）は本発明の第３実施形態のキャリブレーションカメラの構成を示す側面図であり、（ｂ）は第２実施形態のキャリブレーションカメラのフィルタ切換機構のカム機構の円周方向展開図である。 第３実施形態のキャリブレーションカメラをモータ側から見た状態を示す正面図である。

符号の説明

１ キャリブレーションシステム
２ 画像調整装置
３，３−１，３−２ プロジェクタ
４ ドーム状スクリーン
５ マルチディスプレイ装置
６ キャリブレーションカメラ
７ 補正データ生成装置
１１ 撮影光学系
１１ａ 魚眼レンズ（広角光学系）
１２ 鏡枠
１３ ターレット板
１４，１４−１〜１４−５ 曲面状フィルタ
１５ ターレット軸
１５ａ ターレット軸キー溝
１６，１７ モータ
２１ モータギア
２２ ネジギア
２２ａ ネジギアピン
２３ ネジ環
２３ａ ネジ環カム
２４ モータギア
２５ 軸ギア
２５ａ 軸ギアカム
２５ｂ 軸ギアピン
２６ クリック板
２７ クリックバネ
２８−１，２８−２，２８−３ 支え板
２９−１，２９−２ モータ検出板
３０−１，３０−２ フォトインタラプタ
３１ 軸支え環
３２ 軸バネ
４１ カム機構
４２ モータギア
４３ カム枠
４４ カム枠カム
４５ 鏡枠ピン
４６ 固定枠
４７ 固定枠カム
４８ カム枠ピン
４９ 鏡枠カム
５０ 固定枠ピン
５１ 軸ギア
６１ カム機構
６２ 立体カム
６３ ターレットピン
６４ モータギア
６５ ターレット板回転ギア
６６ 押圧バネ
６７ ターレット板回転ギアキー

Claims (6)

1. フィルタを介して広角光学系を有する撮影光学系によって被写体を撮影して幾何補正および色補正のための撮像画像を得るキャリブレーションカメラであって、
   前記フィルタとして、前記広角光学系とほぼ同心の曲率を有する複数枚の曲面状フィルタを用いるとともに、フィルタ切換機構により前記複数枚の曲面状フィルタの何れか１枚を選択的に使用して前記撮影光学系によって被写体を撮影するようにしたことを特徴とするキャリブレーションカメラ。
2. 前記フィルタ切換機構は、前記複数枚の曲面状フィルタを搭載したフィルタ搭載部材を前記広角光学系に対して非接触状態で相対移動させることにより、前記複数枚の曲面状フィルタの何れか１枚を前記広角光学系の前面に設定したフィルタ装着位置に配置するようにしたことを特徴とする請求項１記載のキャリブレーションカメラ。
3. 前記フィルタ搭載部材を前記広角光学系に対して非接触状態で相対移動させる際に、前記撮影光学系を搭載する撮影光学系搭載部材を前記撮影光学系の光軸方向に進退移動させる間に、前記フィルタ搭載部材を前記撮影光学系の光軸と平行な軸周りに回転移動させるようにしたことを特徴とする請求項２記載のキャリブレーションカメラ。
4. 前記フィルタ搭載部材を前記広角光学系に対して非接触状態で相対移動させる際に、前記フィルタ搭載部材を前記撮影光学系の光軸方向に進退移動させる間に、前記フィルタ搭載部材を前記撮影光学系の光軸と平行な回転軸周りに回転移動させるようにしたことを特徴とする請求項２記載のキャリブレーションカメラ。
5. フィルタを介して広角光学系を有する撮影光学系によって被写体を撮影して幾何補正および色補正のための撮像画像を得るキャリブレーションカメラであって、
   前記フィルタとして、前記広角光学系とほぼ同心の曲率を有する曲面状フィルタを用いることを特徴とするキャリブレーションカメラ。
6. 画像調整装置からそれぞれ供給される画像信号に基づいて複数台のプロジェクタのそれぞれから分割画像をスクリーン上に投影することにより全体画像を表示するマルチディスプレイ装置のスクリーン上に投影された各々の分割画像を撮影する請求項１〜５の何れか１項記載のキャリブレーションカメラと、該キャリブレーションカメラの撮像画像に基づいて前記各プロジェクタの幾何補正および色補正のための補正データを生成する補正データ生成手段とを具備して成ることを特徴とするキャリブレーションシステム。

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