JP2009095026A - 立体カメラシステムおよび立体カメラシステムの駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一台のカメラを使って、被写体の映像情報と距離情報を同時に取得できる立体カメラシステムを提供する。
【解決手段】立体カメラシステムは、光センサおよび光センサの高さを個別に調節する微細作動機で構成される複数の画素を含む映像感知部と、映像感知部の前方に位置されて被写体の映像を拡大または縮小して映像感知部に伝達するレンズアセンブリーと、映像感知部で得られた初期映像情報を処理して光センサの高さを調節して二次元映像情報と距離情報で構成される立体映像情報を生成する映像処理部と、立体映像情報を保存する映像保存部とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は立体カメラシステムに関するものであって、より詳しくは一台のカメラを使って被写体の映像情報と距離情報を同時に得ることによって、立体映像情報を記録できる立体カメラシステムおよびその駆動方法に関するものである。

一般に立体映像表示装置は、観察者の左眼と右眼に互いに異なるイメージを提供して、観察者が見る映像に立体感を感じさせる装置であって、観察者が偏光眼鏡のような装備を着用せずに立体映像を視聴できる自動立体化（ａｕｔｏｓｔｅｒｅｏｓｃｏｐｙ）装置が公知されている。

通常の自動立体化装置は、レンチキュラーレンズ、パララックスバリアまたは液晶シャッターのような光学的分離素子を用いて、表示パネルで具現された左眼映像と右眼映像を各々観察者の左眼方向と右眼方向に分離させることによって立体映像を表示する。

表示パネルは、画素を左眼用と右眼用に分けて、画面の水平方向に沿って画素別に左眼映像−右眼映像、または右眼映像−左眼映像の順に合成された映像を表示したり、１フレームを分けて、左眼映像−右眼映像の順に合成された映像と、右眼映像−左眼映像の順に合成された映像を順に表示することができる。前者の場合を空間分割方式といい、後者の場合を時分割方式という。

自動立体化装置が立体映像を実現するためには、立体カメラシステムで得られた立体映像情報を利用しなければならない。立体カメラシステムには、左眼映像と右眼映像を各々撮影する２台のカメラを使用する方式がある。この方式で２台のカメラを通して得られた左眼映像と右眼映像は両眼視差による立体情報を含んでいる。

一方、立体カメラシステムには、一台のカメラを使って二次元映像情報と距離情報を同時に得ることによって立体映像情報を記録する方式がある。この方式で二次元映像情報と距離情報はコンピュータを利用した３次元グラフィック処理システムを通して、左眼映像信号と右眼映像信号に分離される。

一台のカメラを使用する方式の中で、赤外線を用いて距離情報を得る立体カメラシステムが公知されている。赤外線を利用する立体カメラシステムは、赤外線発光部から被写体に赤外線を放出して、被写体から反射されて戻る赤外線を受光部で感知してカメラから被写体までの距離を測定する。

しかし、前述した従来の赤外線方式では、カメラシステムに赤外線発光部と受光部および距離測定部などを具備しなければならないため、構成が複雑になって小型化するのに困難である。また、被写体が赤外線を透過する物体であったり赤外線反射率が異なる表面を有している場合、距離測定にエラーが生じることがあり、赤外線発光部と被写体の間に他の物体がある場合に赤外線を遮って距離を測定できない問題も生じる。

本発明の目的は、赤外線を利用せずに距離情報を得ることができ、一台のカメラを使って被写体の二次元映像情報と距離情報を同時に獲得することによって、立体映像情報を記録できる立体カメラシステムおよびその駆動方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、光センサおよび光センサの高さを調節する微細作動機で構成される複数の画素を含む映像感知部と、映像感知部の前方に位置され、被写体の映像を拡大または縮小して映像感知部に伝達するレンズアセンブリーと、映像感知部で得られた初期映像情報を処理して、光センサの高さを調節し、二次元映像情報と距離情報で構成される立体映像情報を生成する映像処理部と、立体映像情報を保存する映像保存部とを含む立体カメラシステムが提供される。

また、微細作動機はベース基板に固定されるポストと、可撓性ヒンジによってポストに固定される第１電極と、ポストを介してベース基板の両側周縁に位置される第２電極および第３電極を含むものであってもよい。

また、この時ポストは第１電極の中央から離隔して位置し、光センサは第１電極の上部でポストと最大距離をおいて位置するものであってもよく、第２電極と第３電極は第１電極に対して各々引力と斥力のうちいずれか一つの力が作用するように電圧の印加を受けて光センサの高さを調節できるものであってもよい。

一方、微細作動機は互いに積層して位置する複数の圧電素子と、各々の圧電素子に提供されて電圧を印加するリード電極とを含むものであってもよい。この時、リード電極は圧電素子の一側周縁に位置され、光センサは圧電素子の上部でリード電極と反対側の周縁に位置するものであってもよい。各々の圧電素子は隣接する圧電素子と膨張率に差が生じるように互いに異なる大きさの電圧の印加を受けて光センサの高さを調節することができるものであってもよい。

上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、（ｉ）光センサが同じ高さを維持する初期位置で映像感知部が初期映像情報を得て、（ｉｉ）映像処理部が初期映像情報を電気信号に変換して光センサの高さ調節信号を生成し、（ｉｉｉ）高さ調節信号によって微細作動機が動作して光センサの高さを調節し、（ｉｖ）映像感知部が二次元映像情報を得て、（ｖ）映像処理部が光センサの高さ情報を用いて距離情報を生成し、（ｖｉ）映像保存部が二次元映像情報と距離情報を保存する段階を含む立体カメラシステムの駆動方法が提供される。

また、光センサは高さ調節信号によって、最適焦点位置または最大光信号位置に移動することができるものであってもよい。

以上説明したように、本発明によれば、一台のカメラを使って被写体の二次元映像情報と距離情報を同時に得ることができ、被写体との距離測定に赤外線を使用しないため小型化に有利であり、距離測定時に生じるエラーの少ない立体カメラシステムを提供することができる。

以下に、添付した図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する発明特定事項については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は本発明の一実施形態にかかる立体カメラシステムの概略図である。図１を参照すると、立体カメラシステム１００は、被写体の映像を感知する映像感知部１２と、映像感知部１２の前方（図の右方）に配置されて被写体の映像を拡大または縮小して映像感知部１２に伝達するレンズアセンブリー１４と、映像感知部１２で得られた映像を処理して立体映像情報を生成する映像処理部１６と、映像処理部１６で生成された立体映像情報を保存する映像保存部１８と、を含む。

レンズアセンブリー１４の前方には入口絞り２０が位置し、レンズアセンブリー１４と映像感知部１２の間には出口絞り２２が位置する。レンズアセンブリー１４は複数のレンズで構成され、入口絞り２０に向かった一側に集光レンズ２４が位置し、出口絞り２２に向かった一側に集束レンズ２６が位置することができる。

本実施形態において映像感知部１２は高さが可変する複数の光センサで構成される。映像処理部１６は映像感知部１２で得られた初期映像情報を処理して画素別に光センサの高さを制御し、二次元映像情報と距離情報で構成される立体映像情報を生成する。

この時、初期映像情報はすべての光センサが同じ高さに位置する時に得られた映像情報を意味し、二次元映像情報は光センサが映像処理部１６の制御によって任意の高さに可変された後に得られた映像情報を意味する。初期映像情報は映像処理部１６が光センサを最適高さで制御するためのプロセシング作業にだけ用いられ、距離情報は光センサの高さ情報を通して得ることができる。

図２は本実施形態にかかる映像感知部の概略図である。図２を参照すると、映像感知部１２は映像を感知する光センサ２８と、各々の光センサ２８の下部に設置されて電気信号によって動作して光センサ２８の高さを制御する微細作動機３０とで構成される。光センサ２８と微細作動機３０が一つの画素を構成しながら、図面のｘ軸方向とｙ軸方向に沿ってアレイを形成するように配置されて、光センサ２８が被写体の全体映像を得る。

光センサ２８は、電荷結合素子（ｃｈａｒｇｅ-ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ、ＣＣＤ）または相補型金属酸化物半導体（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔｒａｒｙ ｍｅｔａｌ-ｏｘｉｄｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ、ＣＭＯＳ）で構成するものであってもよい。微細作動機３０は下記で説明するＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）または圧電素子を応用した構造で構成するものであってもよい。

図２に示した初期位置においてすべての光センサ２８は同じ高さ（ｚ軸方向）に位置し、微細作動機３０の動作によって光センサ２８の高さが個別に調節することができる。

図３に、高さが個別に変化できる光センサ２８を概略的に示した。

図４は図２に示した微細作動機の第１実施形態を示した側面図であり、本実施形態で微細作動機はＭＥＭＳを応用した構造に構成される。

図４を参照すると、微細作動機３０１はベース基板３２に固定されるポスト３４と、可撓性ヒンジ３６によってポスト３４に結合される第１電極３８と、ポスト３４を介してベース基板３２の両側周縁に位置される第２電極４０および第３電極４２を含む。可撓性ヒンジ３６の一端はポスト３４の上面に固定され、他端は第１電極３８に固定される。

ポスト３４は第１電極３８の中央から第１電極３８のある一側周縁（例えば、図面を基準として右側周縁）に向かって所定の距離（ｄ）を置いて離隔して位置される。光センサ２８は第１電極３８の上部に固定され、ポスト３４と最大の距離をおいて位置されるように第１電極３８の中央から第１電極３８の反対側周縁（例えば、図面を基準として左側周縁）に配置される。

第１電極３８と第２電極４０および第３電極４２は、各自の電圧の印加を受けて、第１電極３８に対する第２電極４０および第３電極４２の電圧差を用いて静電気力を発生させる。これによって第１電極３８はポスト３４を中心に左側端部と右側端部の高さが調節される。

図５と図６は図４に示した微細作動機の動作状態を示した側面図である。まず、図５を参照すると、第１電極３８と第２電極４０の間に引力が作用し、第１電極３８と第３電極４２の間に斥力が作用するように電圧を印加する。例えば、第１電極３８と第３電極４２に負の電圧を印加し、第２電極４０に正の電圧を印加することができる。従って、第１電極３８の左側端部が第２電極４０に向かって低くなって、光センサ２８が下降して、初期位置と異なる高さを維持するようになる。

次に図６を参照すると、第１電極３８と第２電極４０の間に斥力が作用して、第１電極３８と第３電極４２の間に引力が作用するように電圧を印加する。例えば、第１電極３８と第２電極４０に負の電圧を印加し、第３電極４２に正の電圧を印加することができる。従って、第１電極３８の右側端部が第３電極４２に向かって下降され、光センサ２８が上昇して初期位置と異なる高さを維持するようになる。

この時、第１電極３８と第２電極４０の電圧差および第１電極３８と第３電極４２の電圧差を調節して、光センサ２８の高さを細かく制御することができる。

図７は図２に示した微細作動機の第２実施形態を示した側面図であり、本実施形態で微細作動機は圧電素子を応用した構造で構成される。

図７を参照すると、微細作動機３０２は第１圧電素子４４と、第１圧電素子４４の上に積層される第２圧電素子４６と、第１圧電素子４４に電圧を印加する第１リード電極４８と、第２圧電素子４６に電圧を印加する第２リード電極５０とで構成される。

第１リード電極４８と第２リード電極５０は圧電素子４４、４６のある一側周縁（例えば、図面を基準として右側周縁）に位置することができる。光センサ２８は第２圧電素子４６の上部に固定され、第２圧電素子４６においてリード電極と反対側の周縁（例えば、図面を基準として左側周縁）に位置できる。

第１圧電素子４４と第２圧電素子４６は各々第１リード電極４８と第２リード電極５０を通して各自の電圧の印加を受け、印加電圧の大きさにより膨張する程度が調節される。微細作動機３０２は、第１圧電素子４４と第２圧電素子４６の膨張率差を用いて光センサ２８の高さを調節することができる。

前記では微細作動機３０２が２つの圧電素子４４、４６を備えた場合を説明したが、３つ以上の圧電素子を積層して微細作動機を製作することもできる。

図８と図９は図７に示した微細作動機の動作の状態を示した側面図である。

まず、図８を参照すると、第１圧電素子４４に第１電圧（Ｖ１）を印加し、第２圧電素子４６に第１電圧（Ｖ１）より大きい値の第２電圧（Ｖ２）を印加する。すると、第２圧電素子４６が第１圧電素子４４より大きい比率で膨張して、微細作動機３０２の左側周縁が下降される。従って、光センサ２８が下降されて初期位置と異なる高さを維持するようになる。

次に図９を参照すると、第１圧電素子４４に第３電圧（Ｖ３）を印加し、第２圧電素子４６に第３電圧（Ｖ３）より小さい値の第４電圧（Ｖ４）を印加する。すると、第１圧電素子４４が第２圧電素子４６より大きい比率で膨張して、微細作動機３０２の左側周縁が上昇する。従って、光センサ２８が上昇して初期位置と異なる高さを維持するようになる。

この時、第１圧電素子４４に印加される電圧と第２圧電素子４６に印加される電圧の差を調節して、光センサ２８の高さを細かく制御することができる。

図１０は前述した立体カメラシステムの動作過程を示したフローチャートである。図１０を参照すると、立体カメラシステム１００の動作は映像感知部１２が初期位置で初期映像情報を得る第１段階（Ｓ１）と、映像処理部１６が初期映像情報を電気的信号に変換して光センサ２８の高さ調節信号を生成する第２段階（Ｓ２）と、高さ調節信号によって微細作動機３０が動作して光センサ２８の高さを調節する第３段階（Ｓ３）と、映像感知部１２が二次元映像情報を得る第４段階（Ｓ４）と、映像処理部１６が光センサ２８の高さ情報を用いて距離情報を生成する第５段階（Ｓ５）と、映像保存部１８が二次元映像情報と距離情報を保存する第６段階（Ｓ６）を含む。

第２段階（Ｓ２）において、映像処理部１６が生成する高さ調節信号は、光センサ２８を最適焦点位置に到達するように設定したり、光センサ２８を最大光信号位置に到達するように設定したりすることができる。

最適焦点位置に設定する場合、レンズアセンブリー１４によって光センサ２８の上に結像された映像はレンズの固有特性の数差によって、光センサ２８の全体面において焦点が正確に合わずに所定の数差を有している。最適焦点位置は特定レンズで設定された数差を画素別に予定して映像処理部１６に入力し、各画素の光センサ２８を動かした時に数差が最小となる位置に決定される。

また、最大光信号位置に設定する場合、最大光信号位置は各画素の光センサ２８を上下に動かしながら、画素別に最大光が入力される位置に決定される。

このような映像処理部１６の作用により第３段階で微細作動機３０が動作して光センサ２８の高さを調節させ、調節された高さで光センサ２８が二次元映像情報を得る。映像処理部１６は光センサ２８の高さ情報を処理して距離情報を生成し、二次元映像情報と距離情報で構成される立体映像情報が映像保存部１８に保存される。

一方、本実施形態の立体カメラシステム１００は立体映像情報を処理しない二次元モードを有することができる。二次元モードで光センサ２８は全く同じ高さを維持して、一般の二次元映像カメラと同じ機能を遂行する。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明の一実施形態にかかる立体カメラシステムの概略図である。 本発明の一実施形態にかかる映像感知部の概略図である。 本発明の一実施形態にかかる映像感知部で光センサの高さを調節した後の状態を示した概略図である。 本発明の一実施形態にかかる微細作動機の第１実施形態を示した側面図である。 本発明の一実施形態にかかる微細作動機の第１実施形態における動作状態を示した側面図である。 本発明の一実施形態にかかる微細作動機の第１実施形態における動作状態を示した側面図である。 本発明の一実施形態にかかる微細作動機の第２実施形態を示した側面図である。 本発明の一実施形態にかかる微細作動機の第２実施形態における動作の状態を示した側面図である。 本発明の一実施形態にかかる微細作動機の第２実施形態における動作の状態を示した側面図である。 本発明の一実施形態にかかる立体カメラシステムの動作過程を示したフローチャートである。

符号の説明

１００ 立体カメラシステム
１２ 映像感知部
１４ レンズアセンブリー
１６ 映像処理部
１８ 映像保存部
２８ 光センサ
３０、３０１、３０２ 微細作動機
３４ ポスト
３６ 可撓性ヒンジ
３８ 第１電極
４０ 第２電極
４２ 第３電極
４４、４６ 圧電素子
４８、５０ リード電極

Claims (10)

1. 光センサおよび前記光センサの高さを調節する微細作動機で構成される複数の画素を含む映像感知部と、
   前記映像感知部の前方に位置され、被写体の映像を拡大または縮小して前記映像感知部に伝達するレンズアセンブリーと、
   前記映像感知部で得られた初期映像情報を処理して前記光センサの高さを調節し、二次元映像情報と距離情報で構成される立体映像情報を生成する映像処理部と、
   前記立体映像情報を保存する映像保存部と、を含むことを特徴とする立体カメラシステム。
2. 前記微細作動機が、
   ベース基板に固定されるポストと、
   可撓性ヒンジによって前記ポストに固定される第１電極と、
   前記ポストを間に介して前記ベース基板の両側周縁に位置される第２電極と第３電極と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の立体カメラシステム。
3. 前記ポストが前記第１電極の中央から離隔して位置され、前記光センサが前記第１電極の上部で前記ポストと最大距離をおいて位置されることを特徴とする請求項２に記載の立体カメラシステム。
4. 前記第２電極と前記第３電極が前記第１電極に対して各々引力と斥力のうちいずれか一つの力が作用するように電圧の印加を受けて前記光センサの高さを調節させることを特徴とする請求項３に記載の立体カメラシステム。
5. 前記微細作動機が、
   互いに積層して位置される複数の圧電素子と、
   前記各々の圧電素子に提供されて電圧を印加する複数のリード電極を含むことを特徴とする請求項１に記載の立体カメラシステム。
6. 前記リード電極が前記圧電素子の一側周縁に位置し、前記光センサが前記圧電素子の上部でリード電極と反対側の周縁に位置することを特徴とする請求項５に記載の立体カメラシステム。
7. 前記各々の圧電素子が隣接の圧電素子と膨張率に差が生じるように互いに異なる大きさの電圧の印加を受けて前記光センサの高さを調節させることを特徴とする請求項６に記載の立体カメラシステム。
8. 光センサが同じ高さを維持する初期位置で映像感知部が初期映像情報を獲得し、
   映像処理部が前記初期映像情報を電気信号に変換して前記光センサの高さ調節信号を生成し、
   前記高さ調節信号によって複数の微細作動機が動作して前記光センサの高さを調節し、
   前記映像感知部が二次元映像情報を獲得し、
   前記映像処理部が前記光センサの高さ情報を用いて距離情報を生成し、
   映像保存部が前記二次元映像情報と前記距離情報を保存する段階を含むことを特徴とする立体カメラシステムの駆動方法。
9. 前記光センサが前記高さ調節信号によって最適焦点位置に移動することを特徴とする請求項８に記載の立体カメラシステムの駆動方法。
10. 前記光センサが前記高さ調節信号によって最大光信号位置に移動することを特徴とする請求項８に記載の立体カメラシステムの駆動方法。

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