JP2007288229A - 画像撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 任意の想定する位置と撮影記録手段との距離を任意に設定可能とするとともに、平行法撮影における無効領域を自動算出可能とし、その無効領域により最適な撮影法を選択することができる画像撮影装置を提供する。
【解決手段】 カメラパラメータ算出手段１１２は、ユーザが、入力した設定距離に基づいて、輻輳角、基線長を算出して撮影手段１０２に出力する。また、撮影情報を撮影情報表示手段１１１に出力する。無効領域算出手段１１３は、設定距離、基線長と、撮影記録手段性能情報を入力として、撮影している映像の無効領域を算出し、無効領域情報を撮影手段１０２に出力する。撮像記録手段１１６は、無効領域算出手段１１３から入力された無効領域情報に基づき、映像の領域を変化させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、撮影画像から２次元画像や３次元画像を生成可能な画像撮影装置に関するものである。

従来、３次元画像を表示する様々な方法が提案されてきた。その中でも一般的に用いられているのは両眼視差を利用する「２眼式」と呼ばれるものである。すなわち、両眼視差を持った左眼用画像と右眼用画像を用意し、それぞれ独立に左右の眼に投影することにより立体視を行うことができる。
２眼式の代表的な方式としてフィールドシーケンシャル方式やパララクスバリア方式が提案されている。

図６は、フィールドシーケンシャル方式を説明するための概念図である。このフィールドシーケンシャル方式は、図６のように、左眼画像と右眼画像が垂直方向１画素おきに交互にならんだ形に配置され、左眼画像の表示と右眼画像の表示が交互に切り換えて表示されるものである。左眼画像および右眼画像は通常の２次元表示時に比べて垂直解像度が１／２になっている。観察者はディスプレイの切り替え周期に同期して開閉するシャッタ式のメガネを着用する。ここで使用するシャッタは、左眼画像が表示されている時は左眼側が開いて右眼側が閉じ、右眼画像が表示されている時は左眼側が閉じて右眼側が開く。こうすることで、左眼画像は左眼だけで、右眼画像は右眼だけで観察されることになり、立体視を行うことができる。

図７は、パララクスバリア方式を説明するための概念図である。図７（Ａ）は、視差が生じる原理を示す図である。一方、図７（Ｂ）は、パララクスバリア方式で表示される画面を示す図である。

図７（Ａ）では、図７（Ｂ）に示すような左眼画像と右眼画像が水平方向１画素おきに交互にならんだ形に配置された画像を、画像表示パネル７０１に表示し、同一視点の画素の間隔よりも狭い間隔でスリットを持つパララクスバリア７０２を画像表示パネル７０１の前面に置くことにより、左眼画像は左眼７０３だけで、右眼画像は右眼７０４だけで観察することになり、立体視を行うことができる。

以上のような立体視を行うために、表示する左眼画像や右眼画像をデジタルカメラなどでそれぞれ撮影するが、各画像を撮影するために、２台のカメラで撮影する場合は２台のカメラの配置を、ミラーやプリズムを使ったステレオアダプタを用いて１台のカメラで撮影する場合はそのミラーやプリズムの配置を、適切にする調整する必要があるという問題があった。

このような問題を解決するために、特許文献１では、被写体までの距離を計測し、その情報に応じて一対の撮影光学系の光軸がなす輻輳角を変化させるステレオカメラに関する技術が開示されている。図８にその構成を示す。まず撮像記録手段８１６が被写体距離を測定し、その測定値をカメラパラメータ算出手段８１２に入力する。カメラパラメータ算出手段８１２は入力された被写体距離測定値から、輻輳角を算出し、輻輳角調整手段８１４に入力する。輻輳角調整手段８１４は入力された輻輳角に従って撮像記録手段８１６の輻輳角を調整する。
特開２００１−２２０１４号公報

しかしながら、特開２００１−２２０１４号公報では、被写体までの距離を自動的に測定して輻輳点を決めるため、被写体が無い場所に輻輳点を置くことができないという問題があった。被写体が無い場所に輻輳点を置くことができると、あらかじめカメラをセッティングしておき、後から被写体を用意して、即座に撮影する、あるいは、その輻輳角などの設定値を保ったまま、次々に被写体を変更して撮影する、といったことが可能になるというメリットがある。また、２台のカメラの光軸が平行な状態で撮影した場合に、左右の対応点が存在しない無効領域を含んで撮影されるため、立体視できない領域が存在するという問題があった。

ここで、２Ｄとは２次元、３Ｄとは３次元を指し、２Ｄ画像とは、従来の、１つの視点の画像のみにより構成される画像である。これに対し、３Ｄ画像とは、視差のある複数の画像の組により構成される画像である。図９に３Ｄ画像の一例を示す。この例の３Ｄ画像９０３は、左眼画像９０１と右眼画像９０２の２つの視点に対応する画像を、水平方向に２分の１に間引きした後、横並びに配置した３Ｄ画像である。また、平行法とは、２台のカメラの光軸を平行にした状態で撮影することを指し、交差法とは、２台のカメラの光軸を交差させた状態で撮影することを指す。

一般に、平行法による撮影は遠景の撮影に適しているが、撮影した画像内に無効領域が多く発生したり、立体感が乏しくなったりするため、近景撮影には適していない。
また交差法による撮影の場合、立体感が出やすいために近景の撮影を行うには適しているが、遠景の撮影には、逆に立体感が強すぎて適していない。

本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、任意の想定する位置と撮影記録手段との距離を任意に設定可能とするとともに、平行法撮影における無効領域を自動算出可能とし、その無効領域により最適な撮影法を選択することができる画像撮影装置を提供することにある。

本発明は、３Ｄ画像を生成するための画像を撮影する２つの撮影記録手段と、該撮影記録手段の光軸が交わる輻輳点と該撮影記録手段とを結ぶ直線がなす輻輳角を調整する輻輳角調整手段とを備える画像撮影装置において、前記撮影記録手段の光軸が平行な状態で撮影する場合に、物体があると仮定した地点と前記撮影記録手段との距離を任意に設定できる設定手段と、該撮影記録手段の撮影領域に共通の対応点が無い無効領域を、前記距離と、前記撮影記録手段同士の間隔である基線長と、前記撮影記録手段の性能情報画角とから算出する無効領域算出手段とを備えることを特徴とする。

また、撮影した画像から前記無効領域算出手段により算出した無効領域を削除し、残りの領域を保存することを特徴とする。

また、前記無効領域算出手段は、無効領域の割合をｘ、前記距離をＬ、前記基線長をｄ、前記撮影記録手段の画角をθとすると、
ｘ＝ｄ／（２Ｌ・ｔａｎ（θ／２））
により算出することを特徴とする。

また、前記無効領域の割合が、所定の閾値より大きくなった場合、前記撮影記録手段の光軸が平行な状態での撮影から前記撮影記録手段の光軸が交差する状態での撮影に切り換えることを特徴とする。

また、無効領域算出手段が算出した無効領域情報を表示する撮影情報表示手段を備えることを特徴とする。

また、本発明は、３Ｄ画像を生成するための画像を撮影する２つの撮影記録手段と、該撮影記録手段の光軸が交わる輻輳点と該撮影記録手段とを結ぶ直線がなす輻輳角を調整する輻輳角調整手段とを備える画像撮影装置において、前記撮影記録手段の光軸が交差する状態で撮影する場合に、前記輻輳点と前記撮影記録手段との距離を任意に設定できる設定手段と、該距離に基づいて輻輳角を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、平行法撮影や交差法撮影において被写体が無い位置までの距離を任意に設定でき、例えば毎回同じ構図で立体撮影をする場合は、設定を変更せずに撮影ができる。また、平行法撮影において、無効領域を算出できるので、撮影画像から３Ｄ画像を生成するときに、処理が容易になる。
例えば、無効領域を除いて残りの領域を保存することによって、保存された左右の映像の全体が立体視可能となる。
また、無効領域の割合により、平行法から交差法に自動的に切り換えるので、近景と遠景の立体撮影がシームレスに行える。
さらに、撮影情報表示手段に無効領域情報を表示するので、ユーザが算出内容を確認できる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施形態による画像撮影装置の構成例を示すブロック図である。図１において、画像撮影装置は、制御手段１０１と撮影手段１０２から構成される。そして、制御手段１０１は、撮影情報表示手段１１１、カメラパラメータ算出手段１１２、無効領域算出手段１１３から構成される。また、撮影手段１０２は、輻輳角調整手段１１４、基線長調整手段１１５、撮像記録手段１１６から構成される。

カメラパラメータ算出手段１１２は、ユーザが、図示しない設定手段（操作ボタン等）から入力した設定距離（物体があると仮定した地点から撮像記録手段１１６までの距離）に基づいて、輻輳角、基線長を算出して撮影手段１０２に出力する。また、撮影情報を撮影情報表示手段１１１に出力する。この撮影情報は、設定距離、輻輳角、基線長や、撮影中の映像などを含んでいる。設定距離や、輻輳角、基線長については後述する。
無効領域算出手段１１３は、設定距離、基線長と、撮影記録手段性能情報を入力として、撮影している映像の無効領域を算出し、無効領域情報を撮影手段１０２に出力する。ここで、撮影記録手段性能情報とは、撮影手段１０２における撮影記録手段１１６の固有の情報として入力もしくは保持されている情報である。例えばカメラの画角などを含んだ情報である。
撮影情報表示手段１１１は、カメラパラメータ算出手段１１２から入力された撮影情報に基づき、撮影情報を表示する。ここには、無効領域算出手段１１３が算出した無効領域情報も表示することができる。

撮影手段１０２における輻輳角調整手段１１４は、カメラパラメータ算出手段１１２からの輻輳角を入力として、撮影記録手段１１６の輻輳角を調整する。
基線長調整手段１１５は、カメラパラメータ算出手段１１２からの基線長を入力として、撮影記録手段１１６の基線長を調整する。
撮像記録手段１１６は、２つのＣＣＤなどの撮影素子を備えたカメラ部分であり、映像を撮影する。また、無効領域算出手段１１３から入力された無効領域情報に基づき、それぞれのＣＣＤが出力する映像の領域を変化させることができる。

以下に、上記の設定距離や、輻輳角、基線長について説明する。

まず、交差法撮影時において説明する。
図２は交差法撮影時の２台のカメラ（撮影記録手段１１６）と、輻輳点の位置関係を示した概念図である。
輻輳点とは２台のカメラの光軸が交わる点であり、輻輳点までの距離を輻輳点距離と称す。Ｌは輻輳点距離の値を示す。交差法撮影時の設定距離は輻輳点距離とし、この値はユーザが任意に設定できる。φは輻輳角の値を示す。輻輳角とは、輻輳点と２台のカメラをそれぞれ結んだ直線がなす角度である。ｄは基線長の値を示す。基線長とは２台のカメラ同士の間隔である。

次に、平行法撮影時において説明する。
図３は平行法撮影時のカメラに写る領域を示した概念図である。
ここで、ｄは基線長の値である。この場合、２台のカメラの光軸は並行であるため、輻輳点距離は無限大、輻輳角は０度となる。また、平行法撮影時の設定距離は、ユーザが任意に設定できるとする。平行法撮影時には、カメラからこの設定距離分離れたところに物体があると仮定した場合に発生する無効領域情報をこの設定距離から計算する。

ここで、無効領域算出手段１１３による無効領域情報の計算方法を説明する。
θは片方のカメラに写る範囲を角度で示した値であり、画角を示す。カメラ固有の値である。Ｌ１は片方のカメラにしか写らない領域の範囲を長さで示した値である。Ｌ２は両方のカメラに写る領域の範囲を長さで示した値である。Ｌはカメラから設定距離の値である。このとき、カメラに写る領域に対する無効領域の割合ｘは、以下のような式で算出される。
ｘ＝（Ｌ１）／（Ｌ１＋Ｌ２）
ここで、
ｔａｎ（θ／２）＝（Ｌ１＋Ｌ２）／２Ｌ
Ｌ１＝ｄ
より、
ｘ＝ｄ／（２Ｌ・ｔａｎ（θ／２））
となる。

図４は、撮影した左右画像における無効領域の位置を示す図である。
撮影した全領域から、上記ｘの割合だけ、左のカメラは左側を、右のカメラは右側を、無効領域として図４のように破棄し、残りの領域を有効領域としてメモリ等の記録媒体に保存すれば、立体視に使用可能な領域のみが得られることになる。
図４において、左側のカメラで撮影した像４０１については、左端からｘの割合分の領域４１１が無効領域となり、残りの領域４１２が有効領域となる。無効領域４１１の幅をＷ１、有効領域４１２の幅をＷ２とおくと、その比は次の式で表せる。
Ｗ１ ： Ｗ２ ＝ ｘ ： （１−ｘ）

右側のカメラで撮影した像４０２については、右端からｘの割合分の領域４１３が無効領域となり、残りの領域４１４が有効領域となる。無効領域４１３の幅をＷ３、有効領域４１４の幅をＷ４とおくと、その比は次の式で表せる。
Ｗ３ ： Ｗ４ ＝ ｘ ： （１−ｘ）

また、ｘの値が所定のしきい値αと比較し、ｘ＞αとなった場合は無効領域が大きいので平行法撮影をやめ、交差法撮影に切り換えることができる。

ここで、設定距離を入力してから、撮影に至るまでのフローを、図５を参照して説明する。
まず、本発明による撮影装置に、ユーザが設定距離を入力する（ステップＳ１）。カメラパラメータ算出手段１１２は、入力された設定距離から、まず平行法撮影時の基線長を算出し、無効領域算出手段１１３に出力する（ステップＳ２）。例えば、基線長は以下のようにして算出する。
１）設定距離が第１の閾値以上であれば、基線長を６５ｍｍより大きく設定する。
２）設定距離が第２の閾値以下であれば、基線長を６５ｍｍより小さく設定する。
３）１）、２）以外は、基線長を眼の間隔である６５ｍｍと設定する。

無効領域算出手段１１３は、前記基線長ｄや、設定距離Ｌ、撮影記録手段性能情報に含まれる画角θから、前記の式に従って無効領域を算出し、カメラパラメータ算出手段１１２と撮像記録手段１１６に入力する（ステップＳ３）。
ここでカメラパラメータ算出手段１１２は、入力された無効領域情報から、その撮影領域全体に対する無効領域の割合ｘと、あるしきい値αとを比較して（ステップＳ４）、ｘ＞αなら交差法を選択し（ステップＳ８）、そうでないなら平行法を選択する（ステップＳ５）。

まず、ステップＳ５に進んだ場合を説明する。平行法が選択された場合、カメラの光軸同士が平行であるので、輻輳角が０度として、輻輳角調整手段１１４により調整する。また、カメラパラメータ算出手段１１２から基線長調整手段１１５に入力された基線長から、基線長を調整する（ステップＳ６）。また、撮像記録手段１１６は、入力された無効領域情報から、撮影する領域を設定する（ステップＳ７）。以上で撮影手段１０２への設定は終了し、撮影状態となる（ステップＳ１２）。次に、ステップＳ８に進んだ場合を説明する。交差法が選択された場合、カメラパラメータ算出手段１１２は、入力された設定距離に適合するように、輻輳角と基線長を算出し、それぞれ出力する（ステップＳ９）。

交差法の場合も、平行法のときと同じように基線長を算出する。このとき、ステップＳ２で算出した基線長をカメラパラメータ算出手段１１２は保持しておき、その値をそのまま交差法撮影時の基線長としても構わない。次に、設定距離が輻輳点距離となるような輻輳角を算出する。輻輳角調整手段１１４は輻輳角を入力とし、撮影手段の輻輳角を調整する。また、基線長調整手段１１５は基線長を入力とし、撮影手段の基線長を調整する（ステップＳ１０）。交差法撮影時には、無効領域を無しとして撮像記録手段１１６に設定する（ステップＳ１１）。以上で撮影手段１０２への設定は終了し、撮影状態となる（ステップＳ１２）。

以上、本発明の装置では、輻輳点までの距離を入力させることで、任意の想定する位置に輻輳点を設定可能とするとともに、平行法で撮影した左右の画像にある対応しない領域をそれぞれ無効領域とし、その無効領域を自動的に切り取って保存したり、さらに特定の条件に従い、交差法と平行法を自動的に切り換えたりすることによって、より良い状態での撮影ができる。

本発明の第１の実施形態による画像記録装置の構成例を示すブロック図である。 交差法撮影時の２台のカメラと、輻輳点の位置関係を示した概念図である。 平行法撮影時のカメラに写る領域を示した概念図である。 平行法撮影した左右画像における、無効領域の位置を示した概念図である。 本発明の第１の実施形態による画像記録装置が撮影を行う時のフローチャートである。 フィールドシーケンシャル方式を説明するための概念図である。 パララクスバリア方式を説明するための概念図である。 従来技術による画像記録装置の構成例を示すブロック図である。 ３Ｄ画像の一例を示す概念図である。

符号の説明

１０１ 制御手段
１０２ 撮影手段
１１１ 撮影情報表示手段
１１２ カメラパラメータ算出手段
１１３ 無効領域算出手段
１１４ 輻輳角調整手段
１１５ 基線長調整手段
１１６ 撮像記録手段
４０１ 左カメラ撮影画像
４０２ 右カメラ撮影画像
４１１ 左カメラ撮影画像無効領域
４１２ 左カメラ撮影画像有効領域
４１３ 右カメラ撮影画像無効領域
４１４ 右カメラ撮影画像有効領域
７０１ 画像表示パネル
７０２ パララクスバリア
７０３ 左眼
７０４ 右眼
８０１ 制御手段
８０２ 撮影手段
８１２ カメラパラメータ算出手段
８１４ 輻輳角調整手段
８１６ 撮像記録手段
９０１ 左眼画像データ
９０２ 右眼画像データ
９０３ ３Ｄ画像データ

Claims (6)

1. ３Ｄ画像を生成するための画像を撮影する２つの撮影記録手段と、該撮影記録手段の光軸が交わる輻輳点と該撮影記録手段とを結ぶ直線がなす輻輳角を調整する輻輳角調整手段とを備える画像撮影装置において、
   前記撮影記録手段の光軸が平行な状態で撮影する場合に、物体があると仮定した地点と前記撮影記録手段との距離を任意に設定できる設定手段と、
   該撮影記録手段の撮影領域に共通の対応点が無い無効領域を、前記距離と、前記撮影記録手段同士の間隔である基線長と、前記撮影記録手段の性能情報画角とから算出する無効領域算出手段とを備えることを特徴とする画像撮影装置。
2. 撮影した画像から前記無効領域算出手段により算出した無効領域を削除し、残りの領域を保存することを特徴とする請求項１に記載の画像撮影装置。
3. 前記無効領域算出手段は、無効領域の割合をｘ、前記距離をＬ、前記基線長をｄ、前記撮影記録手段の画角をθとすると、
   ｘ＝ｄ／（２Ｌ・ｔａｎ（θ／２））
   により算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像撮影装置。
4. 前記無効領域の割合が、所定の閾値より大きくなった場合、前記撮影記録手段の光軸が平行な状態での撮影から前記撮影記録手段の光軸が交差する状態での撮影に切り換えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の画像撮影装置。
5. 無効領域算出手段が算出した無効領域情報を表示する撮影情報表示手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の画像撮影装置。
6. ３Ｄ画像を生成するための画像を撮影する２つの撮影記録手段と、該撮影記録手段の光軸が交わる輻輳点と該撮影記録手段とを結ぶ直線がなす輻輳角を調整する輻輳角調整手段とを備える画像撮影装置において、
   前記撮影記録手段の光軸が交差する状態で撮影する場合に、前記輻輳点と前記撮影記録手段との距離を任意に設定できる設定手段と、
   該距離に基づいて輻輳角を算出する算出手段とを備えることを特徴とする画像撮影装置。
   

Images