JP2013092768A - 立体撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 立体視可能範囲において、被写体の動きに対応して、立体視映像の飛び出し量が滑らかに変化するように、複数の条件を考慮して輻輳角を制御する立体撮影装置を提供する。
【解決手段】 立体撮影装置は、視差を有して配置された２つの光学系と、該２つの光学系からの被写体の映像をそれぞれ撮像する撮影手段と、該２つの光学系の光軸の方向を変更し、該２つの光学系から該２つの光学系の光軸が交差する位置までの交差距離を変更する輻輳角駆動手段と、被写体距離に関する被写体距離情報を検出する被写体距離検出手段と、前記被写体距離及び撮影条件から、立体視可能な融像限界範囲内の交差距離を演算する交差距離制御手段と、該被写体距離と、前記交差距離が該融像限界範囲に収めるための追従遅れ量とを基に、該交差距離を該追従遅れ量だけ遅らせて該被写体距離に追従させるよう輻輳角駆動手段を制御する輻輳角制御手段と、を備えることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、立体撮影装置に関し、特に輻輳角の制御に関するものである。

従来から、立体撮影時に左右のレンズの光軸角度（輻輳角と記す）を変化させ、撮影する立体映像の立体感を調節する手法が知られている。
しかし、立体映像を撮影中に輻輳角を変化させると、不自然な立体映像となり、撮影者や視聴者に違和感を与える映像となることがある。さらに、輻輳角の変化が急激であると、撮影者や視聴者の立体視が追い付かず、不快感を与える映像となってしまう。
この問題を解決するために、例えば以下のような先行技術文献が開示されている。

特許文献１では、被写体までの距離を測距し、その値に基づいて自動的に合焦動作と輻輳角制御を行う立体撮影装置において、合焦動作を手動に切り替えた時に、合焦動作が自動の場合より輻輳角の駆動速度を速くする立体撮影装置が開示されている。ここで、合焦動作を手動に切り替えた時の輻輳角の駆動速度も、撮影者に不快感を与えない程度の駆動速度とすることが記載されている。これにより、合焦と輻輳点（左右のレンズの光軸が交わる点）が一致し、違和感を与えない映像を撮影することができる。さらに、撮影者に不快感を与えるような駆動速度では駆動しないため、不快感を与える映像となることもない。

また、特許文献２では、被写体までの距離を測距し、その値に基づいて輻輳角制御を行う立体撮影装置において、今回の測距値と前回の測距値の変化が所定値以上の時は、輻輳角の駆動速度を通常よりも遅くする立体撮影装置が開示されている。これにより、特許文献１と同様に、合焦と輻輳点が一致し、違和感を与えない映像を撮影することができ、また輻輳角を大きく変化させる必要がある場合は、撮影者、視聴者に不快感を与えないように、変化の速度を遅くしている。

特開２００１−１６６１４号公報 特開２００１−１６６１５号公報

しかしながら、上述の特許文献には、輻輳角の駆動を撮影者や鑑賞者に不快感を与えない程度の駆動速度とすることが記載されているが、具体的にどのような速度かは記載されていない。更には立体視可能範囲において、被写体の動きに対応して、立体視映像の飛び出し量が滑らかに変化するように、輻輳角を制御する事について記載されていない。

また、快適な立体視を行う為にはおおよそ以下の事を考慮する必要がある。一つ目は、左目と右目との視差による立体視として認識する融像限界であり、個人差があるが、視差角が±２°以内が望ましいとされている。ここで融像限界と視差角と輻輳角について説明する。人間は、水平方向に約6cm離れて位置する２つの目を持っている。そのため、被写体の空間配置によっては、両目其々の網膜に結像する像は、わずかな違いが生じる。この像のズレを視差と呼ぶ。ここで両目の視線が交わる交差が作り出す角度を輻輳角と呼び、立体映像を表示するスクリーン面で視線が交わる時の輻輳角と、立体視している見かけ上の立体像位置に視線が交わる時の輻輳角との差を視差角と呼ぶ。視差角がある範囲内であれば、両目の像を一つの像と認識し（融像）、視差角がある範囲を超えると、別々の像として認識する（二重像）。この融像と二重像の境が融像限界である。この融像限界となる視差角が平均的に±２°となり、視差角が±2°以内になるように立体映像を撮影する必要がある。二つ目は、立体視を快適に行える為の適正視差範囲であり、個人差があるが、視差角±１°以内が望ましいとされている。三つ目は、立体視した画像が、実際より小さく、実際より近くにあるよう、認識される現象である箱庭効果。四つ目は、対象と背景の間の奥行きは知覚されるが，対象それ自体の立体構造は知覚されず，平面のように感じられる書き割り効果。しかし、上述の特許文献には、複数の条件を考慮し、輻輳角を制御する事について記載されていない。

そこで、本発明の目的は、立体視可能範囲において、被写体の動きに対応して、立体視映像の飛び出し量が滑らかに変化するように、複数の条件を考慮して輻輳角を制御する立体撮影装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の立体撮影装置は、視差を有して配置された２つの光学系と、該２つの光学系からの被写体の映像をそれぞれ撮像する撮影手段と、該２つの光学系の光軸の方向を変更し、該２つの光学系から該２つの光学系の光軸が交差する位置までの交差距離を変更する輻輳角駆動手段と、被写体距離に関する情報である被写体距離情報を検出する被写体距離検出手段と、前記被写体距離及び撮影条件から、立体視可能な範囲である融像限界範囲内の交差距離を演算する交差距離制御手段と、該被写体距離と、前記交差距離が該融像限界範囲に収まるように設定された追従遅れ量とを基に、該交差距離を該追従遅れ量だけ遅らせて該被写体距離に追従させるように輻輳角駆動手段を制御する輻輳角制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、立体視可能範囲において、被写体の動きに対応して、立体視映像の飛び出し量が滑らかに変化するように、複数の条件を考慮して輻輳角を制御する立体撮影装置を提供することができる。

第１の実施例の構成ブロック図 撮影条件を示す図 片側の撮像装置での光軸と撮影映像の関係図 立体撮像装置での光軸と撮影映像の関係図 光軸と撮影ズレ量の関係を示す図 視聴条件を示す図 画面サイズによる映像ズレ量を示す図 目標交差距離算出のフローチャート図 被写体距離と交差距離の追従グラフ 追従オフセットを考慮した被写体距離と交差距離の追従グラフ 第２の実施例の構成ブロック図

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。

以下、図１を用いて、本発明の第１の実施例である立体撮影装置を説明する。
図１は、実施例１の構成ブロック図である。図１において、光軸可変手段１１Ｌ、１１Ｒはそれぞれ左目用、右目用の撮影映像の光軸を変化させる光軸可変手段であって同じ構成を有する。

光軸とは、撮像素子の中心に対して垂直に入射する光線の光路、或いは撮像素子の中心に入射する光束のうち絞りの中心を通る光線の光路、のことを指している。具体的には、左目用の光学系の光軸とは、図１において左目用の光学系１０１Ｌ、１０２Ｌを介して左目用の撮像素子１０３Ｌの中心に対して垂直に入射する光線の光路、或いはその撮像素子１０３Ｌに入射する光束のうち絞りの中心を通る光線の光路である。右目用の光学系の光軸についても同様に、右目用の光学系１０１Ｒ、１０２Ｒを介して右目用の撮像素子１０３Ｒの中心に対して垂直に入射する光線の光路、或いはその撮像素子１０３Ｒに入射する光束のうち絞りの中心を通る光線の光路である。

左目用、右目用の光学系は、それぞれ、対物レンズ１０１Ｌ、１０１Ｒ及びシフトレンズ１０２Ｌ、１０２Ｒを含む。対物レンズ１０１Ｌ、１０１Ｒはそれぞれ左目用、右目用撮影映像の光を取り込む為の対物レンズであり、シフトレンズ１０２Ｌ、１０２Ｒは光軸を変化させる為のシフトレンズである。撮像素子１０３Ｌ、１０３Ｒはそれぞれ左目用、右目用の映像を撮像する為の撮像素子であって、輻輳角を変更するための輻輳角駆動手段としての役割を果たす。光軸駆動制御部１０４Ｌ、１０４Ｒはそれぞれシフトレンズ１０２Ｌ、１０２Ｒを駆動制御する為の光軸駆動制御部である。

シフトレンズ位置検出部１０５Ｌ、１０５Ｒはそれぞれシフトレンズ１０２Ｌ、１０２Ｒの現在位置を検出する位置検出部であり、たとえばホール素子である。シフトレンズ駆動部１０６Ｌ、１０６Ｒはそれぞれシフトレンズ１０２Ｌ、１０２Ｒを駆動する為の駆動手段であり、たとえばボイスコイルモータである。

輻輳角制御部１０７は、光軸可変手段１１Ｌ、１１Ｒを使用して輻輳角を制御する輻輳角制御手段である。交差距離制御部１０８は、光軸可変手段１１Ｌ、１１Ｒの光軸の交点と対物レンズ１０１Ｌ、１０１Ｒとの距離である交差距離を演算する交差距離制御手段である。被写体距離検出部１０９は、対物レンズ１０１Ｌ、１０１Ｒと被写体との距離を算出する為の被写体距離検出手段である。撮影条件検出部１１０は、撮影条件を検出する撮影条件検出手段である。撮影条件については後述する。

視聴条件設定部１１１は、視聴条件を設定する視聴条件設定手段であり、たとえば設定表示部とスイッチにより構成される。視聴条件については後述する。追従遅れ量設定部１１２は、被写体距離に対しての交差距離の追従遅れ量を設定する追従遅れ量設定手段であり、たとえば設定表示部とスイッチにより構成される。追従オフセット量設定部１１３は被写体距離と交差距離の追従オフセット量を設定する追従オフセット量設定手段であり、たとえば設定表示部とスイッチにより構成される。なお、本明細書において、被写体距離とは、左右の撮像装置の、対物レンズ１０１Ｌと１０１Ｒを結ぶ線のから被写体までの距離である。

被写体距離検出部１０９は被写体距離情報を検出し、交差距離制御部１０８に出力する。ここで被写体距離情報は、フォーカス位置により算出される。また、別途測距手段を持ち、被写体の測距情報を基に被写体距離情報を算出しても良い。また、オートフォーカス手段を持ち、オートフォーカスでの合焦位置から被写体距離情報を算出しても良い。

撮影条件検出部１１０は撮影条件情報を検出し、交差距離制御部１０８に出力する。ここで撮影条件については後述する。視聴条件設定部１１１は設定された視聴条件情報を、交差距離制御部１０８に出力する。ここで視聴条件については後述する。追従遅れ量設定部１１２は設定された追従遅れ量を、交差距離制御部１０８に出力する。ここで追従遅れ量は、被写体距離に交差距離を追従させる時に使用する被写体距離と交差距離の差に対してかけられるローパスフィルター（ＬＰＦ）の係数である。被写体距離に対しての交差距離の追従制御に関しては後述する。追従オフセット量設定部１１３は、設定された被写体距離と交差距離との追従オフセット量を交差距離制御部１０８に出力する。追従オフセット量については後述する。

交差距離制御部１０８は入力された、撮影条件情報、視聴条件情報、追従遅れ量、追従オフセット量から、単位時間毎の交差距離の目標位置である目標交差距離を演算し、輻輳角制御部１０７に出力する。目標交差距離の算出方法については後述する。輻輳角制御部１０７は、目標交差距離を輻輳角目標位置に変換する。ここで目標交差距離から目標輻輳角位置の変換方向については後述する。輻輳角制御部１０７は更に、目標輻輳角位置を基にシフトレンズ１０２Ｌ及び１０２Ｒの駆動位置であるシフトレンズ駆動位置Ｌ及びシフトレンズ駆動位置Ｒを算出し、光軸駆動制御部１０４Ｌ及び１０４Ｒに出力する。シフトレンズ駆動位置Ｌ及びシフトレンズ駆動位置Ｒの算出方法については後述する。

光軸駆動制御部１０４Ｌ及び１０４Ｒはそれぞれシフトレンズ駆動位置Ｌ及びシフトレンズ駆動位置Ｒの位置にシフトレンズ１０２Ｌ及び１０２Ｒが駆動するように駆動制御を行なう。具体的にはシフトレンズ位置検出部１０５Ｌ及び１０５Ｒから出力されたシフトレンズ１０２Ｌ及び１０２Ｒの位置と前記シフトレンズ駆動位置Ｌ及びシフトレンズ駆動位置Ｒの位置が一致するようにシフトレンズ駆動部１０６Ｌ及び１０６Ｒに駆動指令を出力する。

対物レンズ１０１Ｌから入射した光はシフトレンズ１０２Ｌを通り、撮像素子１０３Ｌ上で結像し、撮像信号ＩＬとして出力される。対物レンズ１０１Ｒから入射した光はシフトレンズ１０２Ｒを通り、撮像素子１０３Ｒ上で結像し、撮像信号ＩＲとして出力される。
以上により交差距離制御部１０８で演算された交差距離となる撮像映像が出力される。

次に立体映像の撮影について説明する。
撮像信号ＩＬ及び撮像信号ＩＲは、対物レンズ１０１Ｌと対物レンズ１０１Ｒとの距離である基線長ａ、交差距離ｃ、により被写体距離に応じて水平方向に所定の撮像ズレ量ΔＩを持つ撮像信号Ｉとなる。この撮像信号ＩＬの映像を左目で、撮像信号ＩＲの映像を右目で視聴者が視認することにより、撮像ズレ量ΔＩに応じた距離に虚像が存在すると認識する。

まず交差距離ｃと光軸ＶＬ、ＶＲと基線長ａの関係について説明する。
図２は対物レンズ１０１Ｌ，１０１Ｒ、交差距離ｃ、基線長ａ、光軸ＶＬ、光軸ＶＲ、輻輳点ｐ、輻輳角θの関係を示した図である。
ここで光軸ＶＬは撮像素子１０３Ｌに結像する光の光軸であり、光軸ＶＲは撮像素子１０３Ｒに結像する光の光軸である。

基線長ａは、撮像装置での光軸の間隔であり、具体的には対物レンズ１０１Ｌの中心と対物レンズ１０１Ｒの中心との距離である。
輻輳点ｐは、光軸ＶＬ、ＶＲが交わる点である。
輻輳角θは、輻輳点ｐで交わる光軸ＶＬ、ＶＲの成す角度である。
交差距離ｃは、左右の撮像装置の、対物レンズ１０１Ｌと１０１Ｒを結ぶ線から輻輳点ｐまでの距離である。
基線長ａ、輻輳角θ、交差距離ｃの関係は式（１）が示す関係となる。
tan(θ/ 2) = (a / 2) / c …（１）

次に光軸ＶＬ及び光軸ＶＲの変化による撮像信号ＩＬ及び撮像信号ＩＲの変化について説明する。以下光軸ＶＬと撮像信号ＩＬの関係について説明するが、光軸ＶＲと撮像信号ＩＲの関係についても同等である。
図３は、シフトレンズ１０２Ｌを動かした際に、光軸ＶＬと、撮影される撮像信号ＩＬとの関係を示したものである。ここで、シフトレンズ１０２Ｌは、光軸ＶＬが対物レンズ１０１Ｌ，１０１Ｒが配置されている方向に移動するように、駆動するものとする。

光軸ＶＬ１、ＶＬ２、ＶＬ３はそれぞれ、シフトレンズ１０２Ｌを変化させたときの光軸ＶＬであり、変化量ｄは、光軸ＶＬの成す角の変化量である。ここで、被写体Ｘが光軸と交わるように輻輳を調節したときの光軸ＶＬが光軸ＶＬ１であり、光軸ＶＬ１から右側に変化量ｄだけ駆動させたときの光軸を光軸ＶＬ２、光軸ＶＬ２からさらに右側に変化量ｄだけ駆動させたときの光軸を光軸ＶＬ３としている。

また、被写体Ｘは撮影する被写体であり、被写体ＸＬ１、ＸＬ２、ＸＬ３はそれぞれ、光軸ＶＬが光軸ＶＬ１、光軸ＶＬ２、光軸ＶＬ３の時の、撮像信号ＩＬの被写体Ｘの位置を示したものである。
また、撮像シフト量Ｉｄは、交差距離の制御により、光軸角を変化量ｄだけ変化させたときの、撮像信号ＩＬ上（撮像素子１０３Ｌ上）での被写体のシフト量である。

被写体距離ｍｘは被写体Ｘと対物レンズ１０１Ｌとの距離である。
つまり、光軸角の変化量ｄが一定である場合、撮影映像上での被写体の撮像シフト量Ｉｄは等しくなる。

図４は、図３と同様の内容を、撮像信号ＩＬ及び撮像信号ＩＲの両方に対して示したものである。
光軸ＶＲ１、光軸ＶＲ２、光軸ＶＲ３はぞれぞれ光軸ＶＬ１、光軸ＶＬ２、光軸ＶＬ３の時の光軸ＶＲの位置を示している。ここで光軸ＶＲは光軸ＶＬと同角度分、対物レンズ１０１Ｌの方向に駆動し、常に輻輳点ｐが対物レンズ１０１Ｌ、１０１Ｒの中心軸上に存在するように制御される。

したがって、図４の（ａ）のように、光軸ＶＬが光軸ＶＬ１、光軸ＶＬ２、光軸ＶＬ３に変化するに従い、光軸ＶＲは光軸ＶＲ１、光軸ＶＲ２、光軸ＶＲ３と変化する。更に図４の（ｂＬ）のように撮像信号ＩＬ上の被写体Ｘが被写体ＸＬ１、被写体ＸＬ２、被写体ＸＬ３と変化するに従い、図４の（ｂＲ）のように撮像信号ＩＲ上の被写体Ｘが被写体ＸＲ１、被写体ＸＲ２、被写体ＸＲ３と変化する。ここで、撮像信号ＩＲ上の被写体ＸＬ１、被写体ＸＬ２、被写体ＸＬ３は、撮像信号ＩＬ上の被写体ＸＬ１、被写体ＸＬ２、被写体ＸＬ３とは相反する方向に、同じ撮像シフト量分変化した位置となる。

図５は、図４のときの撮像信号ＩＬ及び映像信号Ｒを重ね合わせた時の撮像信号ＬＲを示した図である。ここで（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、光軸ＶＬ１、ＶＬ２、ＶＬ３のときの撮像信号ＬＲを示している。図５（ａ）では、輻輳点ｐと被写体Ｘの位置が一致しているため、左右の映像のズレ量ΔＶはゼロであり、被写体像が一致する。図５（ｂ）では、被写体ＸＬ２及び被写体ＸＲ２が、それぞれ被写体ＸＬ１，被写体ＸＲ１の位置から撮像シフト量Ｉｄだけ変化しているため、撮像された映像上での左右の撮像ズレ量ΔＩは撮像シフト量Ｉｄ×２となる。図５（ｃ）では、被写体ＸＬ３及び被写体ＸＲ３が、それぞれ映像シフト被写体ＸＬ１，被写体ＸＲ１の位置から撮像シフト量Ｉｄ×２だけ変化しているため、撮像された映像上での左右の映像ズレ量ΔＶはＩｄ×４となる。
以上により、交差距離ｃ及び被写体距離ｍｘに応じて水平方向に所定の撮像ズレ量ΔＩを持つ撮像信号Ｉを撮影する事が出来る。

次に撮像信号Ｉを映像信号Ｖとして表示し、その映像信号Ｖを視聴した時の立体虚像ｘについて説明する。
図６は、視聴時の、映像表示部であるスクリーンと視聴者との関係を示したものである。両眼視差ｉは、視聴者の右目と左目の間の距離である。映像ズレ量ΔＶは、立体虚像ｘの右目用映像と左目用映像とのスクリーン上での映像の位置のズレ量である。視聴距離ｍは、視聴者とスクリーン面との距離である。輻輳角Ｅｘは立体虚像ｘに対しての輻輳角であり、輻輳角Ｅｓはスクリーン面に対しての輻輳角である。

立体虚像ｘは、左目とスクリーン上の左目用映像を結ぶ線と、右目とスクリーン上の右目用映像を結ぶ線が交わる点であり、視聴者はこの立体虚像ｘの位置に被写体があると錯覚する。飛び出し量ｎは、スクリーンから立体虚像ｘまでの距離に相当するものであり、以下の（２）式で求められる。
n=(ΔV/(i+ΔV))×m …（２）

両眼の瞳孔距離ｉは一定であると近似することができるので、（２）式より、飛び出し量ｎは視聴距離ｍと映像ズレ量ΔＶによって変化することがわかる。同じ映像（図６の撮像ズレ量ΔＩの映像）を表示した場合であっても、表示された画面上での映像ズレ量ΔＶは画面サイズにより異なる。小さい画面に図６の映像を映した場合の映像ズレ量ΔＶ１（図７（ａ））は、大きい画面に同じ図６の映像を映した場合の映像ズレ量ΔＶ２（図７（ｂ））よりも小さい。よって、視聴者によって認識される飛び出し量ｎは、撮影された立体映像が同一のものでも、視聴距離ｍと画面サイズによって変化する。
以上により、飛び出し量ｎは映像ズレ量ΔＶ及び視聴距離ｍにより決定し、映像ズレ量ΔＶは撮像ズレ量ΔＩ及び画面サイズ又は撮像映像Ｉの表示拡大率（視聴映像の拡大率）により決定する。

以下に撮影条件について説明する。
立体虚像ｘの飛び出し量ｎは（２）式より映像ズレ量ΔＶに依存する。更に映像ズレ量ΔＶは撮像ズレ量ΔＩ及び画面サイズに依存する。

従って、撮影時において飛び出し量ｎに影響を与えるものは撮像ズレ量ΔＩとなる。撮像ズレ量ΔＩは輻輳角θ又は交差距離ｃと被写体距離ｍｘ及び画角に影響される為、撮影時に飛び出し量ｎに対して影響を与えるパラメータは輻輳角θ又は交差距離ｃと被写体距離ｍｘ及び画角となる。更に撮影対象となる主被写体以外にもピントの合った被写体に対しても、視聴者は立体虚像を認識してしまうため、ピントの合う範囲となる被写界深度も考慮する必要がある。

具体的には被写界深度の範囲内にある被写体距離の範囲の全ての被写体距離に対して、交差距離ｃとの追従誤差Δｍが最長となる場合を想定し、交差距離ｃすなわち左右のレンズの光軸の方向を制御する。また、被写界深度外の被写体に対しても立体虚像ｘを認識してしまう事があるので、実際には被写界深度の範囲内にある被写体距離の範囲に、あらかじめ定められた距離範囲を付加した範囲で、被写体距離と交差距離ｃとの差が最も長くなる被写体距離ｍｘを決定する。

更に被写体距離Ｘｍの所定時間内の変化量を記録し、前記所定時間内の変化量から被写体距離Ｘｍの変化予測範囲を予想しても良い。この場合、被写体距離Ｘｍの変化予測範囲で被写体距離と交差距離ｃとの差が最も長くなる被写体距離ｍｘを決定する。

交差距離制御部１０８は上記撮影条件から導き出された、撮影ズレ量ΔＩが一定範囲内に収まるような交差距離を演算する。一般的には輻輳角Ｅｘと輻輳角Ｅｓとの差が±２°以内が立体視可能な範囲つまり融像限界範囲となる。従って輻輳角Ｅｘと輻輳角Ｅｓとの差が±２°以内に収まるような交差距離ｃを演算する。

以下に視聴条件について説明する。
立体虚像ｘの飛び出し量ｎは（２）式より両眼の瞳孔距離ｉ、視聴距離ｍ、映像ズレ量ΔＶに依存する。映像ズレ量ΔＶは画面サイズ又は映像拡大率に比例する為、飛び出し量ｎに影響を与える視聴条件は、両眼の瞳孔距離ｉ、視聴距離ｍ、画面サイズ又は映像拡大率となる。

交差距離制御部１０８は上記撮影条件と視聴条件から導き出された、撮影ズレ量ΔＩが一定範囲内に収まるように制御を行う。一般的には輻輳角Ｅｘと輻輳角Ｅｓとの差が±２°以内が立体視可能な範囲つまり融像限界範囲となる。従って輻輳角Ｅｘと輻輳角Ｅｓとの差が±２°以内に収まるように交差距離ｃを制御する。

以下に被写体距離ｍｘに対しての交差距離ｃの追従制御について説明する。
図８は交差距離制御部１０８での単位時間当たりの目標交差距離ｃ’を算出する過程を示したフローチャートである。

Ｓ１０１で処理を開始し、Ｓ１０２に進む。
Ｓ１０２で現在の追従誤差Δｍｃを（３）式により算出する。
Δmc = Xm - c … （３）
ここで、Ｘｍは被写体距離、ｃは交差距離であり、交差距離ｃは前回の目標交差距離ｃ’と同じ値である。
Ｓ１０２で現在の追従誤差Δｍｃを算出すると、Ｓ１０３に進む。
Ｓ１０３で追従誤差Δｍｃに対して行う追従ＬＰＦ係数を決定する。

ＬＰＦの係数は追従遅れ量設定部１１２からの設定値（追従遅れ量）により決定される。更に追従誤差Δｍｃが交差距離制御部１０８で演算される融像限界範囲を超える場合には、追従性を向上させるような係数に切り替えても良い。具体的には追従ＬＰＦ係数は追従遅れ量設定部１１２からの設定値により、カットオフ周波数が高周波となるように追従ＬＰＦ係数が決定される。

Ｓ１０３で追従ＬＰＦ係数を算出するとＳ１０４に進む。
Ｓ１０４で目標交差距離ｃ’を算出する。
目標交差距離ｃ’はＳ１０２で算出された追従誤差Δｍｃに対してＳ１０３で決定した追従ＬＰＦ係数に基づきデジタルフィルタ演算を行い、出力された値に前回の目標交差距離ｃ’を加算した値を目標交差距離ｃ’として算出する。
ここで、追従ＬＰＦ係数が変化した時は、デジタルフィルタ演算結果の不整合を防止する為に、デジタルフィルタを一度初期化しても良い
Ｓ１０４で目標交差距離ｃ’を算出するとＳ１０５に進む。

Ｓ１０５で、Ｓ１０４で算出された目標交差距離ｃ’を輻輳角制御部１０７に出力し、Ｓ１０６に進む。
Ｓ１０６で処理を終了する。
ここで、Ｓ１０２で交差距離ｃを前回の目標交差距離ｃ’としていたが、シフトレンズ位置検出部１０５Ｌ及び１０５Ｒより算出されたシフトレンズ１０２Ｌ及び１０２Ｒの位置から、交差距離ｃを算出しても良い。

以上により図９に示す通り、被写体距離Ｘｍに対して一定の遅れをもたせて、交差距離ｃが被写体距離Ｘｍに追従する。更に追従誤差Δｍが融像限界範囲外になる場合、又は近づく場合に追従性を向上させる事により、追従誤差Δｍが融像限界範囲内に収まるように制御される。

また、飛び出し量、又は、飛び出し量と飛び出し量のある状態での経過時間である飛び出し継続時間から、飛び出し量、又は、飛び出し量と飛び出し継続時間が所定の範囲内となるように交差距離の範囲である立体視適正範囲を決定する手段（立体視適正範囲決定手段）を備え、立体視適正範囲を満たすように、交差距離を被写体距離に追従させるように制御してもよい。これにより、飛び出し量と飛び出し継続時間に対して、許容範囲を設定することにより、飛び出し量が融像限界範囲外になってしまう場合を含む映像であっても、飛び出し量が融像限界範囲外となる継続時間で制約することにより、視聴者に違和感、疲れ等を感じさせにくい、適正な立体映像を撮影することができる。

また、過去一定時間内の被写体距離Xmの変化から、被写体距離Xmの変化範囲を算出する手段を持ち、飛び出し量が融像限界範囲外とならないように追従ＬＰＦ係数を決定しても良い。この場合、交差距離cと被写体距離Xmの変化範囲から、追尾誤差Δｍが最大となりうる最大追尾誤差を算出し、最大追尾誤差の大きさが大きいほど、追従性を向上させるような追従ＬＰＦ係数を設定する方法でも良い。つまり、過去の一定時間内の被写体距離の変化（交差距離に対する相対的な変化）、或いは融像限界範囲に対する被写体距離の変化に基づいて最大追尾誤差（追従遅れ量、追従誤差量）を決定し、追従誤差量を決定し、これに基づいて追従動作を行っても良い。これにより、被写体の動きに最適化された融像限界範囲及び立体視適正範囲を考慮した撮影を行う事が出来る。

以下に追従オフセット量について説明する。
融像限界範囲は輻輳角Ｅｘと輻輳角Ｅｓとの差に影響するが、立体虚像ｘがスクリーンより手前側と奥側で、同じ距離の飛び出し量ｎの場合、スクリーンより奥側の方が、飛び出し量ｎに対しての輻輳角Ｅｘの変化が少ない。従って、融像限界範囲は、立体虚像ｘがスクリーンより手前側より奥側の方が、融像限界範囲が広い範囲となる。つまり被写体距離Ｘｍが交差距離ｃよりも遠い時の方が、融像限界範囲を広い範囲にする事が出来る。

従って、被写体距離Ｘｍに対して、交差距離ｃを追従する場合、被写体距離Ｘｍより追従オフセット量Δｍｏ分、至近側にオフセットを持たせて追従制御を行う方が、制御のタイムラグ等を考慮すると融像限界範囲内に抑えやすい制御となる。

図１０は図９の示す制御に対して、追従オフセット量Δｍｏ分シフトさせた位置に交差距離ｃｏを設定し、目標交差距離ｃ’を交差距離ｃｏとした場合の追従制御の様子を示した図である。
実際にはＳ１０４で算出した目標交差距離ｃ’に追従オフセット量設定部１１３により出力された追従オフセット量Δｍｏを加算した値を目標交差距離ｃ’として、輻輳角制御部１０７に出力する。
以上により、追従オフセット量設定部１１３の設定した追従オフセット量Δｍｏに依存した飛び出し量ｎとなる映像を撮影する事が出来る。

以下に目標交差距離から輻輳角目標位置の変換方法について説明する。
輻輳角θは（１）式に交差距離ｃを目標交差距離ｃ’に置き換えることにより算出される。また演算処理時間を短くする為に、（１）式により導き出された目標交差距離ｃ’と輻輳角θとの関係データを不揮発メモリに保存し、前記関係データから輻輳角θを算出しても良い。

以下にシフトレンズ駆動位置Ｌ及びシフトレンズ駆動位置Ｒの算出方法について説明する。
図２が示す通り、光軸ＶＬ及び光軸ＶＲと輻輳角θの関係は、光軸ＶＬ及び光軸ＶＲがそれぞれ、θ／２の角度内側となる位置となる。
従ってシフトレンズ駆動位置Ｌ及びシフトレンズ駆動位置Ｒは、それぞれ光軸ＶＬ及び光軸ＶＲがθ／２の角度内側となる位置となる。

輻輳角制御部１０７はシフトレンズ駆動位置Ｌ及びシフトレンズ駆動位置Ｒと光軸ＶＬ及び光軸ＶＲの角度の演算式を基にシフトレンズ駆動位置Ｌ及びシフトレンズ駆動位置Ｒを算出する。
また演算処理時間を短くする為に、シフトレンズ駆動位置と光軸の角度との関係データを不揮発メモリに保存し、前記関係データからシフトレンズ駆動位置を算出しても良い。
更に目標交差距離ｃ’とシフトレンズ駆動位置Ｌ及びシフトレンズ駆動位置Ｒとの関係データ不揮発メモリに保存し、前記関係データと目標交差距離ｃ’からシフトレンズ駆動位置を算出しても良い。

以上により、撮影条件、視聴条件、被写体距離、追従遅れ量、追従オフセット量から、撮影者が設定した条件に従い、自動的に撮影者が意図した被写体の動きに対して滑らかな飛び出し量をもつ立体映像を撮影する事が出来る。

次に、図１１を用いて、本発明の第２の実施例である立体撮影装置を説明する。
図１１は本実施例の構成ブロック図であり、図１と同様の構成のものは同符号を付す。

交差距離範囲設定部１１０１は、交差距離の範囲を設定する。適正拡大範囲設定部１１０２は、立体虚像ｘの視認上の大きさと実際の撮影した被写体の大きさとの拡大率の範囲である適正拡大範囲を設定する。適正圧縮範囲設定部１１０３は立体虚像ｘの視認上の奥行き幅と実際の撮影した被写体の奥行き幅との圧縮率の範囲である適正圧縮範囲を設定する。立体適正範囲設定部１１０４は、輻輳角Ｅｘと輻輳角Ｅｓとの差が、快適に視聴者が立体視出来る範囲となるように輻輳角Ｅｘと輻輳角Ｅｓとの差である立体視適正範囲を設定する。適正拡大範囲設定部１１０２、適正圧縮範囲設定部１１０３、立体適正範囲設定部１１０４はそれぞれ、設定表示ディスプレイとスイッチにより構成される。

以下に実施例２の動作について説明する。
適正拡大範囲設定部１１０２は交差距離範囲設定部１１０１に適正拡大範囲を出力する。交差距離範囲設定部１１０１は適正拡大範囲を基に適正拡大交差距離範囲を算出する。適正拡大交差距離範囲については後述する。

適正圧縮範囲設定部１１０３は交差距離範囲設定部１１０１に適正圧縮範囲を出力する。交差距離範囲設定部１１０１は適正圧縮範囲を基に適正圧縮交差距離範囲を算出する。適正圧縮交差距離範囲については後述する。

立体適正範囲設定部１１０４は交差距離範囲設定部１１０１に立体視適正範囲を出力する。交差距離範囲設定部１１０１は立体適正範囲を基に立体適正交差距離範囲を算出する。

交差距離範囲設定部１１０１は、適正拡大範囲、適正圧縮範囲、立体視適正範囲から、適正拡大範囲、適正圧縮範囲、立体視適正範囲の全てを満足する最終交差距離範囲を算出し、交差距離制御部１０８に出力する。交差距離制御部１０８は目標交差距離ｃ’が最終交差距離範囲内に収まるように目標交差距離ｃ’を再度演算し、輻輳角制御部１０７に出力する。

以下に適正拡大交差距離範囲の算出方法について説明する。
図６に示すとおり、視聴者は、（２）式で求められる飛び出し量ｎの位置に立体虚像ｘが存在すると錯覚を起こす。しかし、立体虚像ｘの映像はスクリーン面上の映像であるため、飛び出し量ｎの分だけ視聴者に近づいたと錯覚しても、実際に左右の眼で見ているスクリーン上の映像自体は変わらない。従って、同じ画角で撮影された同じ被写体距離ｍｘ離れた被写体を撮影した場合、交差距離の変化により、飛び出し量ｎが大きくなって虚像の位置がスクリーンより手前になるほど、視聴者は縮小された立体虚像ｘとして認識する。言い換えると、スクリーンより手前側の虚像は縮小された像として、スクリーンより奥側の虚像は拡大された像として、視聴者に認識されることになる。

従って、飛び出し量ｎをある一定範囲内に抑える事により、立体虚像ｘの拡大率が変化する範囲を視聴者が視聴したときに違和感なく視聴できる範囲（以後、縦横拡縮適正範囲と記載する）に抑えることが出来る。ここで、拡大率は、スクリーンより手前側（視聴者側）の虚像に対する縮小（拡大率＜１）の場合、スクリーンより奥側の虚像に対する拡大（拡大率＞１）の場合、を含むものとする。

具体的には、（２）式及び撮影中の被写体までの距離である交差距離等の撮影条件、視聴者からスクリーンまでの距離（視聴距離）等の視聴条件から、立体虚像ｘの視認上の拡大率を算出する。算出される拡大率は飛び出し量ｎに比例した値となる。交差距離範囲設定部１１０１は、被写体の実物の大きさに対する立体虚像ｘの視認上の拡大率を適正拡大範囲設定部（適正拡大範囲設定手段）１１０２により設定された適正拡大範囲内とすることができる、交差距離ｃの範囲を適正拡大交差距離範囲として算出する。

以下に適正圧縮交差距離範囲の算出方法について説明する。
図６に示すとおり、（２）式で求められる飛び出し量ｎの位置に立体虚像ｘが存在すると錯覚を起こす。また立体虚像ｘの奥行きも飛び出し量ｎに依存する。従って、交差距離ｃが視聴距離ｍより長い時に、立体虚像ｘの奥行きのない虚像として、視聴者に視認される。また、逆に交差距離ｃが視聴距離ｍより短い時に、立体虚像ｘの奥行きが広げられた虚像として視聴者に視認される。

以上により、（２）式及び被写体までの距離である交差距離等の撮影条件、視聴者からスクリーンまでの距離（視聴距離）等の視聴条件から、立体虚像ｘの視認上の立体虚像ｘの奥行き圧縮率を算出する。実際には、交差距離と視聴距離の比により、圧縮率が算出される。交差距離範囲設定部１１０１は、被写体の実物の大きさに対する立体虚像ｘの視認上の奥行き圧縮率を適正圧縮範囲設定部（適正圧縮範囲設定手段）１１０３により設定された適正圧縮範囲内とすることができる、交差距離ｃの範囲を適正圧縮交差距離範囲として算出する。

交差距離範囲設定部１１０１は、最終交差距離範囲を、適正拡大交差距離範囲、適正圧縮交差距離範囲、立体適正交差距離範囲の全ての交差距離範囲を満足する範囲として算出する。或いは、それぞれの交差距離範囲に優先度や、有効／無効の切り替えを設定する手段（交差距離範囲選択設定手段）を設け、該設定手段による設定によって最終交差距離範囲を決定しても良い。
以上により、違和感のある立体映像や視聴者に疲労を与える立体映像を撮影する事無く、自動的に撮影者が意図した飛び出し量をもつ立体映像を撮影する事が出来る。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１１Ｌ、１１Ｒ 光軸可変手段
１０７ 輻輳角制御部（輻輳角制御手段）
１０８ 交差距離制御部（交差距離制御手段）
１０９ 被写体距離検出部（被写体距離検出手段）
１１０ 撮影条件検出部（撮影条件検出手段）

Claims (14)

1. 視差を有して配置された２つの光学系と、
   該２つの光学系からの被写体の映像をそれぞれ撮像する撮影手段と、
   該２つの光学系の光軸の方向を変更し、該２つの光学系から該２つの光学系の光軸が交差する位置までの交差距離を変更する輻輳角駆動手段と、
   被写体距離に関する情報である被写体距離情報を検出する被写体距離検出手段と、
   前記被写体距離及び撮影条件から、立体視可能な範囲である融像限界範囲内の交差距離を演算する交差距離制御手段と、
   該被写体距離と、前記交差距離が該融像限界範囲に収まるように設定された追従遅れ量とを基に、該交差距離を該追従遅れ量だけ遅らせて該被写体距離に追従させるように輻輳角駆動手段を制御する輻輳角制御手段と、
   を備える
   ことを特徴とする立体撮影装置。
2. 撮影された立体映像を視聴者が視聴する視聴条件を設定する視聴条件設定手段を有し、
   前記被写体距離、撮影条件、及び、該視聴条件から、立体視可能な範囲である融像限界範囲内の交差距離を演算する交差距離制御手段を有し、
   前記輻輳角制御手段は、前記被写体距離と、前記交差距離が該融像限界範囲に収まるように設定された前記追従遅れ量とを基に、前記交差距離を前記被写体距離に追従させるように前記輻輳角駆動手段を制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の立体撮影装置。
3. 前記撮影条件は、少なくとも、基線長、画角、被写界深度のいずれかを含むことを特徴とする請求項２に記載の立体撮影装置。
4. 前記視聴条件は、少なくとも、視聴者の瞳孔距離、立体映像を表示する表示部と視聴者との距離である視聴距離、視聴映像の拡大率、のいずれかを含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の立体撮影装置。
5. 前記追従遅れ量を設定する追従遅れ量設定手段を有する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の立体撮影装置。
6. 前記追従遅れ量は、少なくとも、前記撮影条件、前記視聴条件のいずれかの条件を基に決定されることを特徴とする請求項５に記載の立体撮影装置。
7. 前記追従遅れ量は、前記交差距離を前記被写体距離に追従させるように前記輻輳角制御手段が前記輻輳角駆動手段を制御するときに、前記被写体距離と前記交差距離の差に対してかけるローパスフィルターの係数であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の立体撮影装置。
8. 前記輻輳角制御手段は、前記被写体距離に対して所定の差である追従オフセット量を有して前記交差距離を前記被写体距離に追従させるよう前記輻輳角駆動手段を制御する、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の立体撮影装置。
9. 前記追従オフセット量を設定する追従オフセット量設定手段を有する、ことを特徴とする請求項８に記載の立体撮影装置。
10. 前記追従オフセット量は、少なくとも、前記撮影条件、前記視聴条件のいずれかの条件をもとに決定されることを特徴とする請求項８または９に記載の立体撮影装置。
11. 前記被写体距離、前記交差距離、前記撮影条件及び撮影された立体映像を視聴者が視聴する視聴条件から、視認上の立体虚像の拡大率を算出する手段と、
    該視認上の立体虚像の拡大率を所定の範囲内とするための、前記交差距離の範囲である適正拡大交差距離範囲を設定する適正拡大範囲設定手段を有し、
    前記輻輳角制御手段は、該適正拡大交差距離範囲を満たすように、前記交差距離を前記被写体距離に追従させるよう前記輻輳角駆動手段を制御する、
    ことを特徴とする請求項３乃至１０のいずれか１項に記載の立体撮影装置。
12. 前記被写体距離、前記交差距離、前記撮影条件及び撮影された立体映像を視聴者が視聴するときの視聴条件から、視認上の立体映像の奥行き方向の圧縮率を算出する手段と、
    該圧縮率を所定の範囲内とするための、前記交差距離の範囲である適正圧縮交差距離範囲を設定する適正圧縮範囲設定手段を有し、
    前記輻輳角制御手段は、前記適正圧縮交差距離範囲を満たすように、前記交差距離を前記被写体距離に追従させるよう前記輻輳角駆動手段を制御する、
    ことを特徴とする請求項３乃至１０のいずれか１項に記載の立体撮影装置。
13. 前記被写体距離、前記交差距離、前記撮影条件及び視聴条件から視認上の立体虚像と映像表示部との距離である飛び出し量を算出する手段と、
    該飛び出し量、又は、該飛び出し量と飛び出し継続時間から、該飛び出し量、又は、該飛び出し量と該飛び出し継続時間が所定の範囲内となるように前記交差距離の範囲である立体視適正範囲を決定する立体視適正範囲決定手段を有し、
    前記輻輳角制御手段は、該立体視適正範囲を基に、該交差距離を前記被写体距離に追従させるよう前記輻輳角駆動手段を制御する、
    ことを特徴とする請求項３乃至１０のいずれか１項に記載の立体撮影装置。
14. 前記被写体距離、前記交差距離、前記撮影条件及び撮影された立体映像を視聴者が視聴する視聴条件から、視認上の立体虚像の拡大率を算出する手段と、
    該視認上の立体虚像の拡大率を所定の範囲内とするための、前記交差距離の範囲である適正拡大交差距離範囲を設定する適正拡大範囲設定手段と、
    前記被写体距離、前記交差距離、前記撮影条件及び撮影された立体映像を視聴者が視聴するときの視聴条件から、視認上の立体映像の奥行き方向の圧縮率を算出する手段と、
    該圧縮率を所定の範囲内とするための、前記交差距離の範囲である適正圧縮交差距離範囲を設定する適正圧縮範囲設定手段と、
    前記被写体距離、前記交差距離、前記撮影条件及び視聴条件から視認上の立体虚像と映像表示部との距離である飛び出し量を算出する手段と、
    該飛び出し量、又は、該飛び出し量と飛び出し継続時間から、該飛び出し量、又は、該飛び出し量と該飛び出し継続時間が所定の範囲内となるように前記交差距離の範囲である立体視適正範囲を決定する立体視適正範囲決定手段と、
    前記適正拡大交差距離範囲、前記適正圧縮交差距離範囲、前記立体視適正範囲の優先度や有効と無効の切り替えを設定する交差距離範囲選択設定手段とを有し、
    該交差距離範囲選択設定手段での設定に基づき、前記適正拡大交差距離範囲、前記適正圧縮交差距離範囲、前記立体視適正範囲から交差距離範囲を設定する交差距離範囲設定手段を有し、
    前記輻輳角制御手段は、前記交差距離範囲を基に、前記交差距離を前記被写体距離に追従させるよう前記輻輳角駆動手段を制御する、
    ことを特徴とする請求項３乃至１０のいずれか１項に記載の立体撮影装置。

Images