JP2012008252A - 画像データ生成方法及びその装置ならびにホログラフィックステレオグラム作成システム - Google Patents

Abstract

【課題】
ホログラフィックステレオグラムに用いる被写体の多数観察点からの多数の画像を生成するための時間を短縮し得る画像データ生成方法を提供する。
【解決手段】
画像データ生成方法は、固定した被写体に対してカメラが公転又は固定したカメラに対して被写体が自転するように相対的に運動させて、複数の異なる視点から撮影される複数の正射影画像の画像データを取得するステップと、複数の正射影画像の画像データから、ホログラフィックステレオグラムに記録する多視点画像の画像データを生成するステップと、を含む。
【選択図】 図１７

Description

本発明はホログラフィックステレオグラム作成装置（以降、ホログラフィックプリンタともいう）に関し、特に、ホログラフィックステレオグラムに記録すべき画像を生成する画像データ生成方法及びその装置ならびにホログラフィックステレオグラム作成システムに関する。

ホログラムは、一般的に、レーザ光（コヒーレント光）を２つに分け、一方を被写体に照射してその拡散反射光（物体光）をホログラム記録媒体を塗った感光シートに当てると同時に、他方の光を所定角度で参照光として感光シートに直接照射して、この２つの光の干渉による干渉縞を感光シートへ記録したものとして知られている。このホログラムに記録時と同じ角度で参照光を照明することで、記録時と同一の強度と方向の物体光が再生され、被写体の３次元像が得られる。

ステレオグラムは、人間の左右目の視点位置に対応して物体を撮影した１組の視差画像を目視して、立体視を可能とするものが知られている。一般に、立体視は、視覚により人間が立体物体を知覚することであり、人の５つの生理的要因、眼球水晶体の調節、両眼の幅較角、両眼視差、運動視差及び視野の拡大効果、による。その中で、ステレオグラムは立体視効果の高い両眼視差を利用したもので、２視点式ステレオグラムとして、レンチキュラなどを用いた裸眼式や、アナグリフなどメガネ式などがある。例えば、２視点式ステレオグラムは１組の視差画像の真正面しか立体視できず、両眼視差こそ再現できるものの輻輳や焦点調節といった立体認識に必要なその他の要因を無視しているため、自然な立体視には不十分といえる。

ホログラフィックステレオグラムは、ステレオグラムに用いる視差画像をホログラムによって記録／再生するものである。具体的には、被写体を異なる視点（観察位置）から撮影した複数の２次元画像をドット状（又は短冊状）の微小なホログラム（要素ホログラム）として敷き詰めるように感光シートへ記録したものである。このとき視点位置を例えば６０視点にして要素ホログラムを６０個敷き詰めれば６０枚の視差画像が再生されるので、運動視差をも利用可能で、観察者の視点変化や多数の観察者に応じた３次元像が再現できる。

このように、ホログラフィックステレオグラムでは、その視差数（要素ホログラム数、画像数）を多くすることが可能であり、例えば、片眼瞳内に複数の画像が入るくらい要素ホログラムを増やせば輻輳や焦点調節なども機能させることができる。

ホログラフィックステレオグラム及びその装置は、更なる自然な立体視を目指して開発されている（例えば、特許文献１、非特許文献１〜４、参照）。ホログラフィックステレオグラムには、撮影において被写体に対して水平と同時に垂直にもカメラを動かして２次元的に画像を取得する場合もあるが、例えば、水平方向だけのホログラフィックステレオグラムをＨＰＯホログラフィックステレオグラム（Horizontal Parallax Only）、２次元的なホログラフィックステレオグラムをフルパララックス・ホログラフィックステレオグラムと呼ばれているものがある。

特開平１０−１４３０５８号公報

『ホログラフィック・ステレオグラムによる像再生特性に関する考察』、山口雅浩ほか、「光学」第２２号巻第１１号（１９９３年１１月）ｐｐ．７１４ 『Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｒｉｎｔｅｒ：ｎｅｗｍｅｔｈｏｄ』，ＭａｓａｈｉｒｏＹａｍａｇｕｃｈｉ，ＡＰＰＬＩＥＤＯＰＴＩＣＳ，ｖｏｌ．３１，Ｎｏ．２，（１９９２） 『即時ホログラフィック３Ｄプリント技術』，白倉明，映像情報メディア学会技術報告ｖｏｌ．２２Ｎｏ．４３，ｐｐ７−１５，（１９９８） 『実写からの全方向視差ホログラフィックステレオグラム作成システム』，小嶋遼太他，映像情報メディア学会技術報告ｖｏｌ．３１，Ｎｏ．４０，ｐｐ９−１２，（２００７）

ホログラフィックステレオグラム、特に、フルパララックス・ホログラフィックステレオグラムは、再生される画像の画面サイズや解像度などにもよるが、多数の、例えば、数千、数万、数億枚の視差画像（以降、多視点画像ともいう）を取得する必要がある。数億枚では不可能に近いが、３次元コンピュータグラフィックス（3 Dimensional Computer Graphics：３ＤＣＧ）技術を用いて、仮想３次元空間上の形状情報から所定平面上に投射することで多くの視差画像を取得（描画）すれば現実的に処理できるが、それでも計算処理に時間がかかり、実用にはほど遠いという問題があった。

そこで本発明は、ホログラフィックステレオグラムに用いる被写体の多数観察点からの多数の画像を生成するための時間を短縮し得る画像データ生成方法及びその装置ならびにホログラフィックステレオグラム作成システムを提供することが一例として挙げられる。

本発明の画像データ生成方法は、被写体とカメラの相対位置を変更しながら、複数の異なる視点位置から被写体を撮影することで複数の正射影画像の画像データを取得するステップと、
前記複数の正射影画像の画像データから、ホログラフィックステレオグラムに記録するための物体光を変調する画像パターンの画像データを合成するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明の画像データ生成装置は、被写体とカメラの相対位置を変更しながら、複数の異なる視点位置から被写体を撮影することで複数の正射影画像の画像データを取得する正射影画像取得部と、
前記複数の正射影画像の画像データから、ホログラフィックステレオグラムに記録するための物体光を変調する画像パターンの画像データを合成する画像パターン生成部と、を含むことを特徴とする。

本発明のホログラフィックステレオグラム作成システムは、被写体の多視点画像を複数の要素ホログラムの各々に記録するホログラフィックステレオグラムを作成するホログラフィックステレオグラム作成システムであって、
被写体とカメラの相対位置を変更しながら、複数の異なる視点位置から被写体を撮影することで複数の正射影画像の画像データを取得する正射影画像取得部と、前記複数の正射影画像の画像データから、ホログラフィックステレオグラムに記録するための物体光を変調する画像パターンの画像データを合成する画像パターン生成部と、を備えた画像データ生成装置と、
前記画像パターンの画像データに基づき物体光を生成する空間光変調器と、
参照光が照射されているホログラム記録媒体上に、物体光を集光して要素ホログラムを記録する対物レンズと、を含むことを特徴とする。

上記の画像データ生成方法、画像データ生成装置及びホログラフィックステレオグラム作成システムにおいては、前記被写体、前記カメラはそれぞれ、３次元コンピュータグラフィックスプログラムを搭載したコンピュータにより計算して生成された仮想被写体、仮想カメラであり、前記コンピュータにより、前記正射影画像の画像データを取得することとすることができる。

上記の画像データ生成方法、画像データ生成装置及びホログラフィックステレオグラム作成システムにおいては、前記カメラはテレセントリック光学系を含む撮影装置であり、固定した被写体に対してカメラが公転もしくは固定したカメラに対して被写体が自転するように相対的に運動させて、又はカメラの光軸を常に被写体に向けカメラを水平移動させて複数の画像データを間歇的に取得することとすることができる。

さらに、本発明の画像データ生成方法は、多視点画像の画像データに基づき物体光を生成する空間光変調器と、参照光が照射されているホログラム記録媒体上に、物体光を集光して要素ホログラムを記録する対物レンズと、により、フルパララクス・ホログラフィックステレオグラムを作成するための画像データ生成方法であって、前記対物レンズの瞳の内側に相当する視点位置だけから多視点画像を取得することを特徴とする。

さらに、本発明の画像データ生成装置は、多視点画像の画像データに基づき物体光を生成する空間光変調器と、参照光が照射されているホログラム記録媒体上に、物体光を集光して要素ホログラムを記録する対物レンズと、により、フルパララクス・ホログラフィックステレオグラムを作成するための画像データ生成装置であって、前記対物レンズの瞳の内側に相当する視点位置だけから多視点画像を取得することを特徴とする。

さらに、本発明のホログラフィックステレオグラム作成システムは、多視点画像から物体光を変調する画像パターンを生成する画像データ生成装置と、画像パターンに基づき物体光を生成する空間光変調器と、参照光が照射されているホログラム記録媒体上に、物体光を集光して要素ホログラムを記録する対物レンズと、を有したホログラフィックステレオグラム作成装置であって、対物レンズの瞳の内側に相当する視点位置だけからの多視点画像を取得することを特徴とする。

本発明による実施形態に用い得るホログラフィックプリンタの構成の一例を示す模式図である。 ホログラフィックプリンタによるホログラフィックステレオグラム作成方法を示すフローチャートである。 初期のホログラフィックステレオグラムの記録原理を説明するための模式的概略部分断面図である。 初期のホログラフィックステレオグラムの記録原理を説明するための模式的概略部分断面図である。 初期のホログラフィックステレオグラムの記録原理を説明するための模式的概略部分断面図である。 ホログラフィックステレオグラムの記録における視差画像を取得する位置と感光シートと被写体の関係ならびに合成されたＳＬＭ画像を説明するための模式的概略部分断面図である。 ホログラフィックステレオグラム作成方法における多視点画像を取得する方法の例を説明する模式図である。 ホログラフィックステレオグラム作成方法における多視点画像を取得する方法の他の例を説明する模式図である。 図７を用いて説明した撮影手法で多視点画像を取得し、それらを元にＳＬＭ画像を合成する方法を説明するための模式図である。 図７を用いて説明した撮影手法で多視点画像を取得し、それらを元にＳＬＭ画像を合成する方法を説明するためのフローチャートである。 図７を用いて説明した撮影手法で多視点画像を取得し、それらを元にＳＬＭ画像を合成する方法において１度取得した多視点画像を複数の要素ホログラムに対して再利用する手法を説明するための模式図である。 図８を用いて説明した撮影手法で多視点画像を取得し、それらを元にＳＬＭ画像を合成する方法を説明するための模式図である。 図８を用いて説明した撮影手法で多視点画像を取得し、それらを元にＳＬＭ画像を合成する方法を用いて、中心の要素ホログラムに対するＳＬＭ画像を合成する際の多視点画像（Ｎ枚）だけを用いて、全ての要素ホログラムに対するＳＬＭ画像を近似によって合成する手法を説明するための模式図である。 図８を用いて説明した撮影手法で多視点画像を取得し、それらを元にＳＬＭ画像を合成する方法におけるキーストン歪みの補正方法を説明するための模式図である。 図１３を用いて説明した撮影手法で多視点画像を取得し、それらを元にキーストン歪み補正と座標スケール補正を施しＳＬＭ画像を合成する方法を説明するためのフローチャートである。 本発明による実施形態の多視点画像を生成する画像処理方法により、ＳＬＭ画像を合成する方法を説明するための模式図である。 本発明による実施形態の多視点画像を生成する画像処理方法における、多視点画像を取得し、それらを元にＳＬＭ画像を合成する方法を説明するためのフローチャートである。 本発明による他の実施形態のフルパララックス・ホログラフィックステレオグラムを作成する画像処理アルゴリズムで作成したＳＬＭ画像の一例を示す正面図である。 本発明による他の実施形態における図１８を用いて説明した撮影手法で多視点画像を取得し、それらを元にキーストン歪み補正と座標スケール補正を施しＳＬＭ画像を合成する方法を説明するためのフローチャートである。 本発明による他の実施形態におけるテレセントリック光学系を含む撮影装置の要部を説明するための概略断面図である。 本発明による更なる他の実施形態におけるテレセントリック光学系を含む撮影装置の要部を説明するための概略断面図である。

以下に、ホログラフィックステレオグラム作成装置いわゆるホログラフィックプリンタによるホログラフィックステレオグラムの作成システムを、図面を参照しつつ説明する。

ホログラフィックステレオグラム作成システムは大きく次の３つ、記録すべき被写体の撮影などを行う画像取得部である撮影セクションと、ホログラフィックステレオグラムための物体光を変調する画像データを生成する画像パターン生成セクションと、ホログラフィックステレオグラムを作成する印刷セクションとに分けられる。

まず、撮影セクションにおいて、記録すべき被写体を多数の観察点から順次撮影することにより、複数の原画すなわち、多視点画像を取得、データ化する。次に、画像パターン生成セクションにおいて、データ化されているこれら複数の多視点画像からコンピュータで計算、合成し、具体的に記録すべき画像パターン（ＳＬＭ画像と呼ぶ）を生成する（画像パターンの合成）。そして、印刷セクションにおいて、かかる画像パターンを、例えば光透過液晶パネルに表示し、これをレーザ光で照明し、液晶パネルで変調された透過光を集光レンズで感光シート（ホログラム面）上に集光しつつ、参照光で照明し順次記録する（要素ホログラムの記録）。

ここで、画像パターンの合成は多視点画像の取得の手法に左右されるので、先に、印刷セクションを説明し、撮影セクション及び画像パターン生成セクションである多視点画像の取得と画像パターンの合成をまとめて後で詳細に説明する。

−＜印刷セクション：要素ホログラムの記録＞−
図１は実施形態に用い得るホログラフィックプリンタの構成の一例を模式的に示したものである。レーザ光源２１の直後には制御部２２で開閉制御が可能なシャッター２３が置かれ、要素ホログラムを露光（記録）する時だけレーザ光を後方の光学系２４に導くようにされている。シャッター２３を通過した光はコリメータレンズ２４１によって平行光に変換される。なお、光学系においてエクスパンダ（図示せず）を用いてレーザ光の断面積を拡大することもできる。光源２１からの平行光はビームスプリッタ２４２によって光路を２つに分割され、一方の光は、鏡２４３を介して空間光変調器２４４（パネルにＳＬＭ画像が表示されている）を通過した後に物体光となり、鏡２４５を介して対物レンズ２４６によって感光シート３１上にその球面波が集光され、要素ホログラムが記録される。もう一方の平行光は参照光として鏡２４７を介して感光シート３１の裏側から斜めに照射される。この際、物体光と参照光の光路長はほぼ同じにしておくことが望ましい。

ホログラム記録媒体の感光シート３１はステージ３５上に固定され、感光シート３１の主面が物体光の光軸に対して垂直になるように保持される。ステージ３５は例えば、Ｘ軸用およびＹ軸用の２軸ステッピングモータ４１によって、物体光の光軸と垂直な面内（ＸＹ平面）において自由にその位置を変えられるようになっている。空間光変調器２４４は、例えば、透過型液晶パネルとフレームメモリを備え、フレームメモリ上の画像データを液晶パネルに表示することで物体光の光軸と垂直な面内の光強度分布を自由に変調することができる。なお、フレームメモリ上の画像データは制御部２２によって自由に書き換えることができる。

図２に示すフローチャートのような手順でホログラフィックステレオグラム作成を行う。一例として、水平方向の要素ホログラムを６００個、垂直方向の要素ホログラム数を４００個、要素ホログラム間隔△ｅ＝２５０μｍとして感光シート３１に露光する。この場合、最終的に印刷されるホログラフイックステレオグラムは１５ｃｍ×１０ｃｍになる。水平方向がｎｘ番目、垂直方向がｎｙ番目の要素ホログラムを記録する際に空間光変調器２４４のパネルに表示する記録すべき画像パターン（ＳＬＭ画像）をＳＬＭ（ｎｘ，ｎｙ）と記すことにする。すなわち、ｎｘは水平方向の要素ホログラム番号（１〜ｎｘｍａｘ）で、ｎｙは垂直方向の要素ホログラム番号（１〜ｎｙｍａｘ）である。

はじめに、図２に示すように、印刷を開始すると、ｎｘ＝１，ｎｙ＝１に初期化され（ステップＳ１）、最終的に印刷されるホログラフイックステレオグラムのサイズを考慮した上で、ステッピングモータ４１を回転させてステージ３５を印刷開始位置まで移動する（ステップＳ２）。この時のステージ３５の位置を原点、すなわち座標（０，０）とする。このときシャッター２３は閉じておく。

次に、空間光変調器２４４のフレームメモリにＳＬＭ（１，１）を送る（ステップＳ３）。次にシャッター２３を開き一定時間だけ感光シートを露光する（ステップＳ４）。一定時間が経過したらシャッター２３を閉じて（ステップＳ５）、ステッピングモータ４１を回転させてステージ位置を座標（０，２５０μｍ）にする（ステップＳ６）。ステッピングモータ４１の回転が終わってもステージ３５が振動している可能性があるので、その場合は一定時間待つ（ステップＳ７）。

次に、シャッター２３を閉じてからステージ３５を移動し、振動が治まるまでの間に、空間光変調器２４４のフレームメモリにＳＬＭ（１，２）を送っておく。振動が治まったらシャッター２３を開いて露光を開始する。一定時間露光したらシャッター２３を閉じてステージ３５を座標（０，５００μｍ）に移動する。以降、同様の処理を繰り返し、ＳＬＭ（１，４００）の露光まで行う。ＳＬＭ（１，４００）の露光が終了したら、今度はステージ３５を水平方向に移動してステージ位置を座標（２５０μｍ，１００００μｍ）にする。その間にＳＬＭのフレームメモリにＳＬＭ（２，４００）を送る。振動が治まったらシャッター２３を開いて再び露光を開始する。露光が終了したら今度は垂直方向のステージ座標が減少するようにステッピングモータ４１を回転させ、ステージ位置を座標（２５０μｍ，９９７５０μｍ）にする。このように垂直方向に４００個の要素ホログラムを露光したら水平方向に２５０μｍだけ移動して次の４００個の要素ホログラムを垂直方向に露光することを繰り返す。最終的にはステージ位置が座標（１５００００μｍ，０μｍ）でＳＬＭ（６００，４００）の露光が行われることになる。すなわち、図２に示すステップＳ３〜Ｓ１４のループによって、水平及び垂直方向の要素ホログラム番号ｎｘ、ｎｙの増分１ごとにラスタスキャンして要素ホログラムを記録する。

ステップＳ１１においてｎｘ＝ｎｘｍａｘとなり、すべての露光が終了したら、ステージ３５から感光シートを取り出す（ステップＳ１５）。感光シートの種類によってはその後、記録を定着させるための処理が必要になる場合がある（ステップＳ１６）。例えば、感光シートにフォトポリマー材を用いた場合は、記録後に高温のオーブンに一定時間入れることで記録を定着させることができる。以上で、フルパララックス・ホログラフィックステレオグラムが作成できる。この場合、要素ホログラムを露光する回数は６００×４００＝２４万回、そのためのＳＬＭ画像が２４万枚必要になる。

撮影セクション及び画像パターン生成セクションを説明する前に、初期のホログラフィックステレオグラムの記録原理と、それを元にしてホログラムプリンタ用に改良されたホログラフィックステレオグラムの記録原理を説明しておく。

−＜初期のホログラフィックステレオグラムの記録原理＞−
我々が物体（被写体）を観察することができるのは、その物体表面で散乱された光線が瞳に入り網膜を刺激するためであると解釈できる。ある被写体をカメラで撮影し、その画像を拡散スクリーンに投影することを考える（図３参照）。この場合、被写体を取り去っても、カメラ位置（観察点）にはスクリーンに投影／拡散された光線が入射するため、被写体が存在した時と同じ画像（光線群）を観察することができる。

画像を取得した位置（カメラ位置）に感光シートをおき、その直前（スクリーン側）にスリットを設ける（図４参照）。フィルムをコヒーレント光で照明するのと同時に、同じ光を裏面から照射すると、感光シートにはスリットが開いた部分にだけ干渉縞が記録される。つまりスクリーンからの拡散光を物体光、裏面から照射した光を参照光として微小なホログラムが形成される。この微小ホログラムは要素ホログラムと呼ばれる。

以上の作業を、カメラ位置を水平方向に少しずつ移動させながら多数回行う。その際、スリットの開口位置は常にその時のカメラ位置、すなわち投影画像を取得した位置に合わせる。

ところで、一般にホログラムは、それを形成する際に照射した参照光と同じ光で照明すると物体光を発生する性質がある。厳密な言い方をするなら、参照光が干渉縞によって物体光として回折される。つまり、感光シート上に要素ホログラムを連続して形成することは、それぞれのカメラ位置（観察点）で観察される光線の向きと強度を記録／保存していると解釈できる。従って、この感光シートを参照光の照射側から眺めると、観察位置に依存して視差を伴った画像を観察することができる（図５参照）。しかしながら実際には、参照光で照明した際に各要素ホログラムから発生する物体光は要素ホログラムから遠ざかるほど、回折の影響でその向きが僅かに変化してしまう。従って、図５に示すように感光シート３１に対して被写体（の再生像）が遠い位置にあると再生像はボケ易いことになる。

−＜ホログラフィックプリンタ用に改良された記録原理＞−
図６は、視差画像を取得する位置（カメラ）と要素ホログラムを記録する位置（感光シート３１）を別々にすることで被写体と感光シートを近づけ、再生像がボケ難くなるように改良を施したホログラフィックステレオグラムの記録原理を示す模式図である。ホログラフィックプリンタではこちらの記録原理を用いてシステムを構築する。

この場合、要素ホログラムを記録する際、空間光変調器２４４には撮影した視差画像を直接表示するのではなく、コンピュータを用いて複数の視差画像から必要な画素だけを取り出し、それらを繋ぎ合わせることで１つの視差画像を合成して空間光変調器２４４に表示する必要があるが、これに関しては後述する。

視差画像取得位置と要素ホログラム記録位置を分けたことで、取得する画像の枚数と記録する要素ホログラムの数を、ある程度独立に設定できる利点がある。上述のようにホログラフィックステレオグラムは再生時の視差数が多いほど自然な立体視が可能になる。ホログラフィックプリンタでは使用する空間光変調器２４４の画素数が充分であれば、視差画像取得枚数を増やすだけで再生時の視差数を増やすことができる。また、３ＤＣＧ（３次元コンピュータグラフィックス）プログラムを搭載したコンピュータを用いて、仮想空間内に仮想３次元被写体を生成し、それに対して仮想カメラを少しずつ動かして仮想撮影した画像を非常に短時間で取得（生成）できる。このため、直接印刷時間の長さに影響する要素ホログラム数を増やすことなく、視差画像枚数を増やすだけで再生時の視差数を増やすことができる。このことから、ホログラフィックプリンタは、仮想的な被写体のホログラフィックステレオグラムを作成する手法としては特に適している。

また、ホログラフィックプリンタでは要素ホログラムを記録する際の物体光として対物レンズで集光した光を利用している。このため、感光シートとして銀塩フィルムよりもはるかに感度の低いフォトポリマー材を利用できるという利点がある。また拡散スクリーンや投影光学系も不要なので光学系を小型にすることも可能である。

−＜撮影セクション及び画像パターン生成セクション：多視点画像の取得とＳＬＭ画像（画像パターン）の合成＞−
パララックス・ホログラフィックステレオグラムの場合、多視点画像は水平と垂直の２方向に対して視点（カメラ位置）を少しずつ変えたものが必要になる。

（撮影セクション）
画像取得の手法、すなわち多視点画像を取得する際の視点の動かす撮影手法についてはいくつかあるが、ここでは次の２つの多視点画像取得手法を説明する。本来であれば２次元的に視点位置を動かす場合の説明をすべきであるが、ここでは簡単にするためにＨＰＯホログラフィックステレオグラムとして説明する。フルパララックス・ホログラフィックステレオグラムの場合も同様に考えられることは言うまでもない。

第１の撮影手法はカメラの光軸方向は変えずにその方向を一定に保持し被写体に対してカメラを平行移動させながら撮影する手法（図７、参照）である。図７に示すように、異なる位置から間歇的に被写体を多数撮影することによって得られる。すなわち、被写体に向けたカメラ光軸を平行に、被写体がカメラ画角範囲に入る位置から、被写体がカメラ画角範囲から外れる位置に至るまでカメラを動かす。

第２の撮影手法はカメラと被写体の距離を一定に保ちつつ固定した被写体を囲むようにカメラを回転移動させながら撮影する手法（図８、参照）である。被写体を中心としてカメラを回動させる他に、被写体を回転台（図示せず）の回転中心に固定し、カメラを被写体に向くように固定したまま、被写体とカメラの距離を略一定に保持して、回転台を被写体とともに回動させても、同様な視点の異なる多数の視差画像を得ることができる。すなわち、固定した被写体に対してカメラが公転又は固定したカメラに対して被写体が自転するように相対的に運動させて、視点の異なる複数の被写体画像を間歇的に撮影ことができる。カメラ感光面はＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサなど光電変換器により構成され、受光した各結像画像を光電変換して複数の画像の画像データを生成、出力する。

（画像パターン生成セクション）
図９は図７に示した撮影手法で多視点画像を取得し、それらを元にＳＬＭ画像を合成する手順を説明するための模式図である。空間光変調器２４４の画素数をＮ、記録する要素ホログラムの数をＫ、対物レンズの画角（全角）をθｏ、多視点画像を取得するためのカメラの画角をθc、取得画像の画素数をＬとする。つまり、空間光変調器２４４の１画素あたりの画角はθｏ／Ｎ、取得画像の１画素あたりの画角はθｃ／Ｌである。

図９に示すように、空間光変調器２４４には平行光が入射するので、空間光変調器２４４の表示面の座標と対物レンズ２４６の瞳面の座標は１対１に対応する。空間光変調器２４４の各画素に対応する対物レンズ２４６の瞳面上の点をＳ_ｊ（ｊ＝１，２，…，Ｎ）、要素ホログラムの座標をＨ_ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｋ）、Ｓ_ｊとＨ_ｉを結んだ光線が多視点画像取得面と交わる点をＣ_ｉｊとする。

ここで、一例としてｉ番目の要素ホログラムＨ_ｉ用のＳＬＭ画像の合成方法を説明する。
まず、Ｓ_１とＨ_ｉを結んだ光線（図９中のＳ_１からの左側破線）が多視点画像取得面と交わる点Ｃ_ｉ１にカメラを置いて被写体を撮影する。この時、Ｓ_１とＨ_ｉを結んだ光線はカメラの光軸に対して＋θｏ／２だけ傾いているので、Ｓ_１とＨ_ｉを結んだ線上にある被写体（の輝度値）は取得画像上では中心画素から

だけ離れた画素に記録される。この画素を取り出して（合成すべき）ＳＬＭ画像の第１画素とする。

次に、Ｓ_ｊ（ただしｊ＝２）とＨ_ｉを結んだ光線（図９中のＳ_ｊからの中間破線線）が多視点画像取得面と交わる点Ｃ_ｉｊにカメラを移動させて被写体を撮影する。この時、Ｓ_ｊとＨ_ｉを結んだ光線はカメラの光軸に対して＋θｏ／２−θｏ／Ｎだけ傾いているので、Ｓ_ｊとＨ_ｉを結んだ線上にある被写体（の輝度値）は取得画像上では中心画素から

だけ離れた画素に記録される。この画素を取り出して（合成すべき）ＳＬＭ画像の第ｊ（ｊ＝２）画素とする。

このようにカメラを順次（ｊ＝２，３，…Ｎ）移動させながら多視点画像を撮影していく。

そして最後に、Ｓ_ＮとＨ_ｉを結んだ光線（図９中のＳ_Ｎからの右側破線）が多視点画像取得面と交わる点Ｃ_ｉＮにカメラを移動させて被写体を撮影する。Ｓ_ＮとＨ_ｉを結んだ光線はカメラの光軸に対して−θｏ／２だけ傾いているので、Ｓ_ＮとＨ_ｉを結んだ線上にある被写体（の輝度値）は取得画像上では中心画素から

だけ離れた画素に記録される。この画素を取り出して（合成すべき）ＳＬＭ画像の第Ｎ画素とする。

これで要素ホログラムＨ_ｉ用のＳＬＭ画像を合成することができる。

この一連の作業を全ての要素ホログラム（Ｈ_ｉ〜Ｈ_Ｋ）に対して行うことで、必要な全てのＳＬＭ画像を合成することができる。図１０は、この図７、図９に示した撮影手法によるＳＬＭ画像合成方法のフローチャートを示す（ＨＰＯホログラフィックステレオグラムの場合）。すなわち、図１０に示すフローチャートのような手順で多視点画像の取得を行うことができる。ここで、ｉは要素ホログラム番号（1〜Ｋ）とし、ｊはＳＬＭ画素番号（1〜Ｎ）とする。撮影が開始すると、ｊ＝１，ｉ＝１に初期化され（ステップＳａ１）、ステッピングモータなどで移送させてカメラを位置Ｃ_ｉｊ（ｊ＝１，ｉ＝１）まで移動する（ステップＳａ２）。次に、カメラシャッタを切って透視投影画像を取得し（ステップＳａ３）、要素ホログラムの座標Ｈ_ｉ用ＳＬＭ画像のｊ番画素をセットする（ステップＳａ４）。次に、要素ホログラムの座標Ｈ_ｉの１個に対してＳＬＭ画素番号ｊを判別し（ステップＳａ５）、ｊ＝Ｎとなるまでｊ増分１をもって（ステップＳａ６）、ステップＳａ２へ戻るループを繰り返し、ｊ＝Ｎが満たされたときに、次の要素ホログラムの座標Ｈ_ｉの要素ホログラム番号ｉを判別し（ステップＳａ７）、ｉ＝Ｋとなるまでｉ増分１をもって（ステップＳａ８）、ステップＳａ２へ戻るループを繰り返し、ｊ＝Ｎ，ｉ＝Ｋが満たされたときにすべての多視点画像の取得を終了する。

ところで、記録する要素ホログラム数Ｋは６００×４００としたので、例えば、空間光変調器２４４の画素数Ｎ（再生時の視点数になる）を６４×６４とすると、取得する２次元画像は６００×４００×６４×６４＝９億８３０４万枚になる。この枚数を現実世界で取得することは不可能に近い。もちろん３ＤＣＧを利用して仮想空間で取得（描画）すれば現実世界よりも高速に処理できるが、それでも困難性を伴う。

そこで、１度取得した多視点画像を複数の要素ホログラムに対して再利用する手法が考えられる。ここからはその取得手法について説明する。

図１１は要素ホログラムＨ_ｉ用のＳＬＭ画像を生成するためのカメラ位置を示している模式図である。要素ホログラム記録面と多視点画像取得面の距離をＺとすると、カメラ間隔△ｄは簡単な幾何問題を解くことで次のように表せる。

さて、図１１に示す要素ホログラムＨ_ｉの１つ右隣の要素ホログラムＨ_ｉ＋１を記録する場合、要素ホログラム間隔を△ｅとすると、カメラ位置を全て△ｅだけ図１１の右に移動させて多視点画像を取得し直さなければならない。ここで、仮に△ｄ＝△ｅであれば、Ｃ_ｉ＋１１を除いて、要素ホログラムＨ_ｉ用に取得した多視点画像をそのまま利用することができる。

△ｄ＝△ｅとなるためには、上記（１）式より、

という制約式が得られる。この制約式が成り立てば、画素数Ｎの空間光変調器２４４を用いてＫ個の要素ホログラムを記録する際に必要となる多視点画像の枚数はＫ＋Ｎ枚ですむ。先の例の場合、Ｋ＝６００×４００、Ｎ＝６４×６４としたので（６００＋６４）×（４００＋６４）＝３０万８０９６枚になる。９億８３０４枚に比べれば圧倒的に少なくなるが、それでもなお、現実世界で取得することは不可能に近く、また、要素ホログラム記録面と多視点画像取得面の距離Ｚに制約があるため被写体のサイズを自由に設定することができないという欠点も生じる。

図１２は図８に示した第２の手法で多視点画像を取得し、それらを元にＳＬＭ画像を合成する手順を説明するための模式図である。空間光変調器２４４の画素数や対物レンズの画角などは図９の説明で用いたものと同じとするので、同一のものの説明は省略する。

図１２の場合は、カメラの光軸は常に注目している要素ホログラムに向いているので、各視点位置で取得した２次元画像の中心近傍画素を取り出して、それらを空間光変調器２４４の各画素と同じ順番で整列させることでＳＬＭ画像を合成することができる。この第２の手法は、取得画像のうち常に光軸近傍の画素を利用するため画角の狭いカメラを利用できるなどのメリットがある。

一方、この手法は、カメラの移動軌跡と要素ホログラム記録面が平行ではないため、図１１で説明したように要素ホログラム記録面と多視点画像取得面の間隔Ｚに制約を与えて△ｄ＝△ｅとしても、一度取得した多視点画像を再利用することができない。その代わりに次に示すように近似を用いることで多視点画像枚数を少なくすることができる。

図１３は、中心の要素ホログラムに対するＳＬＭ画像を合成する際の多視点画像（Ｎ枚）だけを用いて、全ての要素ホログラムに対するＳＬＭ画像を近似によって合成する手法を説明するための模式図である。この例では図中のＨ_ｉを中心要素ホログラムとする。要素ホログラムの数をＫとすると、ｉ＝（Ｋ＋１）／２となる（ただし、Ｋは奇数）。図中に示したカメラ位置は要素ホログラムＨ_ｉに対するＳＬＭ画像を合成するために必要となる多視点画像を取得する際の視点位置Ｃ_ｉｊ（ｊ＝１，２，…Ｎ）である。取得された多視点画像の中心近傍画素を取り出して整列させることで、近似ではなく、要素ホログラムＨ_ｉ用のＳＬＭ画像を合成することができる。

次に、図１３に示す要素ホログラムＨ_ｉの１つ右隣の要素ホログラムＨ_ｉ＋１用のＳＬＭ画像の合成について考える。本来であればカメラ位置を全て△ｅだけ右側に平行移動させて改めてＮ枚の多視点画像を取得する必要があるが、先ほど取得した多視点画像を再利用してＨ_ｉ＋１用のＳＬＭ画像を近似によって合成する。そのためにはＨ_ｉ＋１とＣ_ｉｊ（ｊ＝１，２，…Ｎ）を結んだ線がカメラ感光面と交わる点の画素を利用すれば良い。カメラの画角をθｃとし、Ｈ_ｉ＋１とＣ_ｉ（要素ホログラム記録面と多視点画像取得面）の距離をＺとすると、Ｈ_ｉ＋１とＣ_ｉｊを結んだ線がカメラ感光面と交わる点は、中心画素よりも左に

だけずれた位置になる。

より一般的に書くと、中心要素ホログラムからｍ個だけ離れた要素ホログラムに対するＳＬＭ画像は、中心要素ホログラム用に取得した多視点画像の中心から

だけずれた画素を取り出して整列させることで合成できる。これはあくまでも近似であり、要素ホログラム全体のサイズ（要素ホログラム間隔×要素ホログラム数）に対して要素ホログラム記録面と多視点画像取得面の距離Ｚが充分大きい場合にのみ成り立つ。

ただし、ここで注意することがある。それは、カメラの光軸を常に被写体に向けることで、カメラの感光面と要素ホログラム記録面が非平行になってしまうことである。この場合、図１２ないし図１３に示したようにカメラで取得される画像はキーストン歪みが生じる。図１２の手法（近似なし）では常に取得画像の中心画素しか利用しないのでキーストン歪みの影響は無視できたが、図１３の手法では中心画素以外も利用するためキーストン歪み補正が必要となる。また、同じ理由で座標スケール補正も必要になる。これらの補正は多視点画像から該当画素を抜き出す前に施す必要がある。

ここで、キーストン歪み補正と座標スケール補正について説明する。

先ほど説明したように、中心の要素ホログラムからｍ個だけ離れた要素ホログラムに対するＳＬＭ画像を合成するために抜き出す画素を、カメラの光軸角度によらず、

だけ中心画素からずらすためには、取得画像内における全ての要素ホログラムの投影座標が、カメラの光軸角度によらず、常に同じになっている必要がある。別の言い方をすると、要素ホログラム記録面内においた厚みがゼロの被写体が全ての取得画像で同じように見えれば、先の手法で該当画素を抜き出して整列させることでＳＬＭ画像を近似合成できることになる。

図１４は、要素ホログラム記録面に対してカメラの光軸が垂直の場合と、θだけ傾いた場合に取得される２次元画像を示す模式図である。視点１で取得した画像と視点２で取得した画像ではキーストン歪みにより被写体像の形が大きく異なることが分かる。

被写体像の変形の１つ目の理由は、カメラで取得される画像が透視投影像（遠近像）になるためである。つまり、カメラに近い物ほど大きく、遠い物ほど小さく写るためである。被写体の辺Ａと辺Ｂは視点１に対して同じ距離にあるため視点１で取得した画像の辺Ａと辺Ｂは同じ長さであるが、視点２に対しては辺Ａの方が辺Ｂよりも遠くになるため、視点２で取得した画像の辺Ａは辺Ｂよりも短くなってしまう。これがキーストン歪みである。すなわちキーストン歪みは非視差方向（この場合は垂直方向）に被写体のスケールが拡大縮小してしまう現象である。これを補正するためには次式で表される係数αで取得画像の非視差方向（この場合は垂直方向）を拡大縮小し直せば良い。

ただし、Ｌは取得画像の視差方向画素、ｌは中心画素から数えた視差方向画素番号で−Ｌ／２〜Ｌ／２である。

被写体像の変形の２つ目の理由は、要素ホログラム記録面とカメラ感光面が平行ではない場合、要素ホログラム面での視差方向座標軸ｘとカメラ感光面での視差方向座標軸ｘaのスケールが異なるためである。すなわち視差方向にの場合は水平方向）に被写体のスケールが拡大縮小してしまう現象である。これを補正するには係数β＝１／ｃｏｓθで取得画像の視差方向にの場合は水平方向）を拡大縮小し直せば良い。

図１５は、この図１２ないし図１３に示した撮影手法によるＳＬＭ画像合成方法のフローチャートを示す（ＨＰＯホログラフィックステレオグラムの場合）。すなわち、図１５に示すフローチャートのような手順で多視点画像の取得を行うことができる。ここで、ｉは要素ホログラム番号（1〜Ｋ）とし、ｊはＳＬＭ画素番号（1〜Ｎ）とする。撮影が開始すると、ｊ＝１に初期化され（ステップＳｂ１）、ステッピングモータなどで移送させてカメラを位置Ｃ_ｉｊ（ただし、ｉは中心の要素ホログラム番号に対応）まで移動する（ステップＳｂ２）。次に、カメラシャッタを切って透視投影画像を取得し（ステップＳｂ３）、各透視投影画像のキーストン歪み補正を実行し（ステップＳｂ４）、各透視投影画像の座標スケール補正を実行し（ステップＳｂ５）、抜き出す画素（要素ホログラムＨ_ｉ＋１）を決める（ステップＳｂ６）。次に、要素ホログラムの座標Ｈ_ｉ用ＳＬＭ画像のｊ番画素をセットする（ステップＳｂ７）。次に、次の要素ホログラムの座標Ｈ_ｉの要素ホログラム番号ｉを判別し（ステップＳｂ８）、ｉ＝Ｋとなるまでｉ増分１をもって（ステップＳｂ９）、ステップＳｂ６へ戻るループを繰り返し、ｉ＝Ｋが満たされたときに、要素ホログラムの座標Ｈ_ｉの１個に対してＳＬＭ画素番号ｊを判別し（ステップＳｂ１０）、ｊ＝Ｎとなるまでｊ増分１をもって（ステップＳｂ１１）、ステップＳｂ２へ戻るループを繰り返し、ｉ＝Ｋ，ｊ＝Ｎが満たされたときにすべての多視点画像の取得を終了する。

この場合、先の例で取得する多視点画像の枚数はＮ＝６４×６４＝４０９６枚で済むので、辛うじて現実世界でも実現可能になってくる。また３ＤＣＧ（３次元コンピュータグラフィックス）技術を利用した仮想空間であれば数分で生成することが可能である。ただし、これはあくまでも近似であり、中心の要素ホログラムから離れた要素ホログラムほど歪んだ画像になってしまうという欠点がある。そこで、この近似手法の改良型として、実際に多視点画像を取得する要素ホログラム（基準ホログラムともいう）を中心だけではなく、複数箇所に用意して、それ以外のホログラムに対するＳＬＭ画像を生成する際は、最も近くの基準ホログラムに対して取得した多視点画像群を利用するという手法も考えられる。この場合は、先の例で取得する多視点画像の枚数は４０９６×基準ホログラム数になるが近似を用いることによる画像の歪みは緩和される。

以上のような手法でＳＬＭ画像を準備したら印刷、すなわちホログラフィックプリンタで要素ホログラムの記録を開始する。

−＜実施形態１＞−
上記したように、ＳＬＭ画像を合成するための多視点画像は膨大な枚数を必要とするため実在する被写体のみならず、３ＤＣＧ（３次元コンピュータグラフィックス）技術により仮想被写体のフルパララックス・ホログラフィックステレオグラムを作成するためにも膨大な時間を要する。そこで、上記した構成を基本として、発明者は、時間を短縮し得るＳＬＭ画像の処理技術を鋭意研究した結果、画像パターン生成において、３ＤＣＧプログラム搭載コンピュータを用い、仮想的な被写体に対して仮想的なカメラを回転させながら多視点画像を取得して、上記のように透視投影画像を描画するのではなく、正射影画像を描画し、これらに基づいて複数の正射影画像からなるＳＬＭ画像データを生成する実施形態１にいたった。

これによって多視点画像の取得枚数を大幅に減らせるので、ホログラフックステレオグラムの作成時間を短縮することができる。また近似を用いていないので合成されるＳＬＭ画像の歪みが無くなり最終的に作成されるホログラフイックステレオグラムの品質を向上させることができる。

実施形態１は、３ＤＣＧ技術を用いて、全て仮想空間内に仮想被写体を生成し、それを仮想カメラで撮影することを前提としている。３ＤＣＧ技術によれば、仮想カメラにより上記の平行移動撮影（図７）や回転移動撮影（図８）による透視投影画像の多視点画像を取得できるが、この実施形態１では正射影画像を用いることで、その取得枚数を大幅に削減することができる。

図１６は本実施形態の多視点画像を生成する画像処理方法を用いてＳＬＭ画像を合成する手順を説明するための模式図である。

基本的には図１６は図１３と同じであるが、仮想カメラによる画像取得（描画）を正射影で行っている。正射影であるので、取得される画像は距離感（立体感）がなくなる。別の言い方をするなら、被写体（要素ホログラム記録面）とカメラの距離は幾つであっても同じ画像が得られる。このことはカメラの移動方法として、被写体との距離を一定に保ったまま被写体を囲むように回転移動させる必要はなくなり、カメラの光軸（感光面の法線方向）が常に被写体を向いていれば水平移動であっても良いことを意味する。この際、カメラの間歇的撮影のための移動間隔としては光軸と要素ホログラム記録面の成す角度が等間隔になるように設定することが望ましい。

中心の要素ホログラム（図１６ではＨ_ｉ）に対して多視点画像を取得し、それらを元にＳＬＭ画像を合成する手順は、図１２もしくは図１３を用いて説明した手順と同じである。だが、本実施形態では、被写体、特に正面を向いた板状被写体からある視点位置にて取得した１枚の２次元画像が全ての要素ホログラムに対して利用できる特徴がある。

例えば、図１６中のＣ_ｉｊは、空間光変調器２４４の中心画素に対応する対物レンズ上の点Ｓ_ｊと中心の要素ホログラムＨ_ｉを結んだ線上に置いた視点であるが、ここにカメラを置いて正射影画像を取得（描画）すると、各要素ホログラムから発する光線のうち対物レンズの光軸と平行な光線を一度に取得（描画）することができる。

要素ホログラム数をＫとし、ちょうど全ての要素ホログラムが入る空間を撮影する場合、取得された正射影画像の画素数がＬならば、その画像上にはＬ／（Ｋ−１）の画素間隔で全ての要素ホログラムの像が並ぶ。

つまり、１枚の正射影画像から、最終的に合成すべきＮ枚のＳＬＭ画像の中心画素をまとめて取得できる訳である。したがって、カメラ位置をＣ_ｉ１からＣ_ｉＮまで移動させながらＮ枚の正射影画像を取得（描画）するだけで、近似を用いることなく、全ての要素ホログラムに対するＳＬＭ画像を合成できる。

さらに、図１３の場合では透視投影画像のキーストン歪み補正が必要であったが、本実施形態では正射影画像ゆえにそれは必要なくなるという利点がある。

図１７は、この図１６にて説明した本発明による実施形態の多視点画像を生成する画像処理方法に示した撮影手法によるＳＬＭ画像合成方法のフローチャートを示す（ＨＰＯホログラフィックステレオグラムの場合）。すなわち、図１７に示すフローチャートのような手順で多視点画像の取得を実行ができる。ここで、ｉは要素ホログラム番号（1〜Ｋ）とし、ｊはＳＬＭ画素番号（1〜Ｎ）とする。撮影が開始すると、ｊ＝１に初期化され（ステップＳｃ１）、ステッピングモータなどで移送させてカメラを位置Ｃ_ｉｊ（ただし、ｉは中心の要素ホログラム番号に対応）まで移動する（ステップＳｃ２）。次に、カメラシャッタを切って正射影画像を取得し（ステップＳｃ３）、各正射影画像の座標スケール補正を実行し（ステップＳｃ４）、要素ホログラムの座標Ｈ_ｉ用ＳＬＭ画像のｊ番画素をセットする（ステップＳｃ５）。
次に、次の要素ホログラムの座標Ｈ_ｉの要素ホログラム番号ｉを判別し（ステップＳｃ６）、ｉ＝Ｋとなるまでｉ増分１をもって（ステップＳｃ７）、ステップＳｃ５へ戻るループを繰り返し、ｉ＝Ｋが満たされたときに、要素ホログラムの座標Ｈ_ｉの１個に対してＳＬＭ画素番号ｊを判別し（ステップＳｃ８）、ｊ＝Ｎとなるまでｊ増分１をもって（ステップＳｃ９）、ステップＳｃ２へ戻るループを繰り返し、ｉ＝Ｋ，ｊ＝Ｎが満たされたときにすべての多視点画像（ＳＬＭ画像）の取得を終了する。

このように、実施形態１においては、３ＤＣＧを用いて、仮想空間にて仮想カメラにて仮想被写体を撮影して、仮想カメラの感光面か複数の正射影画像の画像データを取得し、これらに基づいて複数の正射影画像の画像データを取得し、これらから多視点画像（ＳＬＭ画像）を合成し、ホログラフィックプリンタによりホログラフィックステレオグラムを作成する。

−＜実施形態２＞−
上記実施形態１を含む手法でフルパララックス・ホログラフィックステレオグラムを作成するためには、水平方向と垂直方向にカメラ位置を２次元的に移動させて取得した多視点画像が少なくとも１組は必要であった。例えば、視点数をＮ＝６４×６４とする場合、多視点画像は少なくとも４０９６枚必要であった。

本実施形態２は、印刷光学系、特に要素ホログラムを露光する対物レンズが回転対象であることを鑑みて、多視点画像の取得枚数をさらに削減する手法である。

図１８はフルパララックス・ホログラフィックステレオグラムを作成するときに上記の画像処理アルゴリズムで作成したＳＬＭ画像の一例の正面図である。視差数はＮ＝６４×６４とした。破線の円は対物レンズの瞳の外縁を示している（空間光変調器２４４には平行光が入射するので、空間光変調器２４４の表示面の座標と対物レンズ２４６の瞳面の座標は１対１に対応する）。

要素ホログラムとして記録される物体光は図１８中の破線の円の内側だけであり、それ以外の領域は必要ない。そこで、ＳＬＭ画像を合成する際に、対物レンズ瞳の外側領域に相当する多視点画像は取得（生成）しないようにする。すなわち、実施形態２においては、フルパララクス・ホログラフィックステレオグラムを作成する時に、物体光を集光する対物レンズ２４６の瞳の内側に相当する視点位置だけから多視点画像を取得する。

実施形態２を実行するアルゴリズムを図１９に示す。

図１９は、この本発明による実施形態２の多視点画像を生成する画像処理方法に示したＳＬＭ画像合成方法のフローチャートを示す（ＨＰＯホログラフィックステレオグラムの場合）。すなわち、図１９に示すフローチャートのような手順で多視点画像の取得を実行ができる。ここで、ｉｘは水平方向の要素ホログラム番号（１〜Ｋｘ）と、ｉｙは垂直方向の要素ホログラム番号（１〜Ｋｙ）と、ｊｘは水平方向のＳＬＭ画素番号（１〜Ｎｘ）と、ｊｙは垂直方向のＳＬＭ画素番号（１〜Ｎｙ）と、ＲはＳＬＭ画像上での対物レンズ瞳半径とする。撮影が開始すると、ｉｘ＝１，ｉｙ＝１に初期化され（ステップＳｄ１）、要素ホログラムが対物レンズの瞳半径Ｒの内部であるか否か、すなわちｉｘ^２＋ｉｙ^２≦Ｒ^２を判別し（ステップＳｄ２）、対物レンズの瞳の内部であれば、ステッピングモータなどで移送させてカメラを位置Ｃ_{（ｉｘ，ｉｙ）（ｊｘ，ｊｙ）}（ただし、（ｉｘ，ｉｙ）（ｊｘ，ｊｙ）は中心の要素ホログラム番号に対応）まで移動する（ステップＳｄ３）。次に、カメラシャッタを切って正射影画像を取得し（ステップＳｄ４）、各正射影画像の座標スケール補正を実行し（ステップＳｄ５）、要素ホログラムの座標Ｈ_{ｉｘ，ｉｙ}用ＳＬＭ画像のｉｘ，ｉｙ番画素をセットする（ステップＳｄ６）。次に、要素ホログラムの座標Ｈ_{ｉｘ，ｉｙ}の要素ホログラム番号ｉｘを判別し（ステップＳｄ７）、ｉｘ＝Ｋｘとなるまでｉｘ増分１をもって（ステップＳｄ８）、ステップＳｄ６へ戻るループを繰り返し、ｉｘ＝Ｋｘが満たされたときに、要素ホログラムの座標Ｈ_{ｉｘ，ｉｙ}の要素ホログラム番号ｉｙを判別し（ステップＳｄ９）、ｉｙ＝Ｋｙとなるまでｉｙ増分１をもって（ステップＳｄ１０）、ステップＳｄ６へ戻るループを繰り返し、ｉｙ＝Ｋｙが満たされたときに、要素ホログラムの座標Ｈ_{ｉｘ，ｉｙ}の１個に対してＳＬＭ画素番号ｊｙを判別し（ステップＳｄ１１）、ｊｙ＝Ｎｙとなるまでｊｙ増分１をもって（ステップＳｄ１２）、ステップＳｄ２へ戻るループを繰り返し、ｊｙ＝Ｎｙが満たされたときに、要素ホログラムの座標Ｈ_{ｉｘ，ｉｙ}の１個に対してＳＬＭ画素番号ｊｘを判別し（ステップＳｄ１３）、ｊｘ＝Ｎｘとなるまでｊｘ増分１をもって（ステップＳｄ１４）、ステップＳｄ２へ戻るループを繰り返し、ｊｘ＝Ｎｘが満たされたときに、すべての多視点画像の取得を終了する。

これにより、取得する多視点画像枚数をπ／４＝０．７８５倍に減らすことが可能になる。先の例の場合、４０９６×０．７８５≒３２１６枚になる。

なお、実施形態２は、３ＤＣＧ（３次元コンピュータグラフィックス）技術を用いて、全て仮想空間内に仮想被写体を生成し、それを仮想カメラで撮影するだけではなく、現実世界で図７、図８に説明したカメラによる多視点画像の取得に対しても有効である。

−＜実施形態３＞−
上記実施形態１の手法ではフルパララックス・ホログラフィックステレオグラム用の複数の正射影画像を獲得するために、３ＤＣＧ技術を用いて全て仮想空間内に仮想被写体を生成し、それを仮想カメラで撮影することを前提としているが、図７、図８に説明した多視点画像の取得方法において、カメラに、直交カメラ、オルソグラフィックカメラと呼ばれるテレセントリック光学系を含む撮影装置を用いることによっても、複数の正射影画像を獲得することができる。

テレセントリック光学系はその入射瞳及び射出瞳の少なくとも一方が可視波長でほぼ無限遠にある光学系として知られている。
テレセントリック光学系では、系の像側焦点に絞りを配置し入射瞳を無限遠とするものを物体側テレセントリックレンズ系と、系の物体側焦点に絞りを配置し射出瞳を無限遠とするものを像側テレセントリックレンズ系と、系の一致した像側及び物体側焦点に絞りを配置し入射瞳及び射出瞳両方とも無限遠にあるものを両側テレセントリックレンズ系と呼ばれている。焦点距離は無限大である両側テレセントリックレンズ系や物体側テレセントリック光学系は測長など寸法測定用カメラなどに用いられ、感光面に達する光束は像面のどこでも光軸に垂直になるのでＣＣＤなど画素にマイクロレンズが装着されているデジタルカメラ、ステッパなどに、像側テレセントリック光学系が採用されこともある。

図２０に両側テレセントリックレンズ系の模式図を示す。テレセントリック光学系においては、被写体側レンズ５１と感光面側レンズ５２の一致した焦点位置（ｆ５１−ｆ５２）に設けられた絞り５３により、高さＨの被写体側から光軸に対して斜めに被写体側レンズ５１に入射した光線は焦点の絞り５３を通過できず、光軸に平行に被写体側レンズ５１に入射する光線（主光線）のみが、絞り５３を通過して感光面側レンズ５２により感光面に像高ｈの像として結像される。よって、被写体がどの位置にあっても系の感光面では像高ｈが維持された正射影画像が得られる。

テレセントリック光学系は、平行光線を導くために被写体サイズ（高さＨ）を超える口径の物側光学系を必要とする。そのため、被写体サイズが大きい場合は、被写体又はテレセントリックレンズ系カメラを相対的に精密に移動して複数枚の画像を取り込み、それらを合成して一枚の正射影画像とする。または、複数のテレセントリックレンズ系カメラ（感光面）を被写体に平行に向け同時に複数枚撮影して、それらを合成して一枚の正射影画像とする方法もある。

さらに、被写体サイズが大きい又は遠方の場合は、テレセントリック光学系には図２１に示すように、凹面鏡５５、例えば反射面に回転放物面を使った凹面鏡である放物面鏡を用いることもできる。被写体側光学系に大口径の放物面鏡５５を使用したテレセントリック光学系の場合でも、放物面鏡５５と感光面側レンズ５２の一致した焦点位置（ｆ５５−ｆ５２）に設けられた絞り５３を被写体（高さＨ）から通過する主光線が感光面側レンズ５２により感光面に像高ｈの正射影画像が結像される。大口径の凹面鏡５５には、ニュートン式、カセグレン式、グレゴリー式、ナスミス式、シュミット式など望遠鏡で用いられている形態でも利用できる。

このように、実施形態３においては、テレセントリック光学系撮影装置を用いて、実空間にて被写体を撮影して、テレセントリック光学系撮影装置の感光面を介し光電変換して複数の正射影画像の画像データを取得し、これらに基づいて複数の正射影画像の画像データを取得し、これらから多視点画像パターン（ＳＬＭ画像）を合成し、ホログラフィックプリンタによりホログラフィックステレオグラムを作成することができる。

２１ レーザ光源
２２ 制御部
２３ シャッター
２４ 光学系
３１ 感光シート
３５ ステージ
４１ ２軸ステッピングモータ
５１ 被写体側レンズ
５２ 感光面側レンズ
ｆ５１−ｆ５２、ｆ５５−ｆ５２ 焦点位置
５３ 絞り
５５ 凹面鏡
２４１ コリメータレンズ
２４２ ビームスプリッタ
２４３、２４５、２４７ 鏡
２４４ 空間光変調器
２４６ 対物レンズ

Claims (12)

1. 被写体とカメラの相対位置を変更しながら、複数の異なる視点位置から被写体を撮影することで複数の正射影画像の画像データを取得するステップと、
   前記複数の正射影画像の画像データから、ホログラフィックステレオグラムに記録するための物体光を変調する画像パターンの画像データを合成するステップと、を含むことを特徴とする画像データ生成方法。
2. 前記被写体、前記カメラはそれぞれ、３次元コンピュータグラフィックスプログラムを搭載したコンピュータにより計算して生成された仮想被写体、仮想カメラであり、前記コンピュータにより、前記正射影画像の画像データを取得することを特徴とする請求項１記載の画像データ生成方法。
3. 前記カメラはテレセントリック光学系を含む撮影装置であり、固定した被写体に対してカメラが公転もしくは固定したカメラに対して被写体が自転するように相対的に運動させて、又はカメラの光軸を常に被写体に向けカメラを水平移動させて複数の画像データを間歇的に取得することを特徴とする請求項１記載の画像データ生成方法。
4. 被写体とカメラの相対位置を変更しながら、複数の異なる視点位置から被写体を撮影することで複数の正射影画像の画像データを取得する正射影画像取得部と、
   前記複数の正射影画像の画像データから、ホログラフィックステレオグラムに記録するための物体光を変調する画像パターンの画像データを合成する画像パターン生成部と、を含むことを特徴とする画像データ生成装置。
5. 前記被写体、前記カメラはそれぞれ、３次元コンピュータグラフィックスプログラムを搭載したコンピュータにより計算して生成された仮想被写体、仮想カメラであり、前記コンピュータにより、前記正射影画像の画像データを取得することを特徴とする請求項４記載の画像データ生成装置。
6. 前記カメラはテレセントリック光学系を含む撮影装置であり、固定した被写体に対してカメラが公転もしくは固定したカメラに対して被写体が自転するように相対的に運動させて、又はカメラの光軸を常に被写体に向けカメラを水平移動させて複数の画像データを間歇的に取得することを特徴とする請求項４記載の画像データ生成装置。
7. 被写体の多視点画像を複数の要素ホログラムの各々に記録するホログラフィックステレオグラムを作成するホログラフィックステレオグラム作成システムであって、
   被写体とカメラの相対位置を変更しながら、複数の異なる視点位置から被写体を撮影することで複数の正射影画像の画像データを取得する正射影画像取得部と、前記複数の正射影画像の画像データから、ホログラフィックステレオグラムに記録するための物体光を変調する画像パターンの画像データを合成する画像パターン生成部と、を備えた画像データ生成装置と、
   前記画像パターンの画像データに基づき物体光を生成する空間光変調器と、
   参照光が照射されているホログラム記録媒体上に、物体光を集光して要素ホログラムを記録する対物レンズと、を含むことを特徴とするホログラフィックステレオグラム作成システム。
8. 前記被写体、前記カメラはそれぞれ、３次元コンピュータグラフィックスプログラムを搭載したコンピュータにより計算して生成された仮想被写体、仮想カメラであり、前記コンピュータにより、前記正射影画像の画像データを取得することを特徴とする請求項７記載のホログラフィックステレオグラム作成システム。
9. 前記カメラはテレセントリック光学系を含む撮影装置であり、固定した被写体に対してカメラが公転もしくは固定したカメラに対して被写体が自転するように相対的に運動させて、又はカメラの光軸を常に被写体に向けカメラを水平移動させて複数の画像データを間歇的に取得することを特徴とする請求項７記載のホログラフィックステレオグラム作成システム。
10. 多視点画像の画像データに基づき物体光を生成する空間光変調器と、参照光が照射されているホログラム記録媒体上に、物体光を集光して要素ホログラムを記録する対物レンズと、により、フルパララクス・ホログラフィックステレオグラムを作成するための画像データ生成方法であって、前記対物レンズの瞳の内側に相当する視点位置だけから多視点画像を取得することを特徴とする画像データ生成方法。
11. 多視点画像の画像データに基づき物体光を生成する空間光変調器と、参照光が照射されているホログラム記録媒体上に、物体光を集光して要素ホログラムを記録する対物レンズと、により、フルパララクス・ホログラフィックステレオグラムを作成するための画像データ生成装置であって、前記対物レンズの瞳の内側に相当する視点位置だけから多視点画像を取得することを特徴とする画像データ生成装置。
12. 多視点画像から物体光を変調する画像パターンを生成する画像データ生成装置と、画像パターンに基づき物体光を生成する空間光変調器と、参照光が照射されているホログラム記録媒体上に、物体光を集光して要素ホログラムを記録する対物レンズと、を有したホログラフィックステレオグラム作成装置であって、対物レンズの瞳の内側に相当する視点位置だけからの多視点画像を取得することを特徴とするホログラフィックステレオグラム作成システム。