JP4174018B2 - 映像撮影システム - Google Patents

Description

本発明は、映像撮影システムに係り、特に、自然な色調および陰影関係で背景と合成可能な被写体映像を撮影することのできる映像撮影システムに関する。

映画、テレビジョン等の動的な映像の製作者にとって映像合成は重要な技術であり、周知の「クロマキー法」をはじめとして種々の手法が開発されている。

「クロマキー法」は、特定の色（例えば青色）を背景として被写体を撮影し、背景色を除去して被写体を切り出し、切り出した被写体を所望の背景と合成する技術である。

しかし、「クロマキー法」においてキー映像を正確に切り出すためには、特定の色の背景を陰影なしに均一の明るさで照明することが重要であるが、均一な照明の実現は、照明技術者の技能に大きく依存するという問題がある。さらに、被写体には背景色を配色できないという問題もある。

これらの問題を解決するために、光軸を共有する可視光画像と赤外光画像とを同時に撮影し、赤外光画像中の被写体画像をキー画像として可視光画像から被写体画像を切り出す背景分離システムが、すでに提案されている（例えば特許文献１参照）。

図１１を参照して、従来の背景分離システムを説明する。

被写体Ｂ１後方の背景Ｂ２の前面は再帰性反射材Ｂ２０で覆われ、第２撮影装置Ｂ１３と背景Ｂ２の間には、ハーフ・ミラーＢ３が第２撮影装置Ｂ１３の光軸ＯＡに対して４５度の角度を成して配置されている。

そして、可視光光源Ｂ３０から放射される可視光線、および赤外光光源Ｂ３２から放射される赤外光線は、ハーフ・ミラーＢ３で反射され、被写体Ｂ１および背景Ｂ２を照射する。

また、第１撮影装置Ｂ１１は、ハーフ・ミラーＢ３で反射された被写体光を受光する。

第１撮影装置Ｂ１１の前方には赤外光通過フィルタＢ１２が、第２撮影装置Ｂ１３の前方には赤外光遮断フィルタＢ１４が配置されており、第１撮影装置Ｂ１１により赤外光遮断フィルタＢ１４を使用して可視光画像を撮影し、第２撮影装置Ｂ１３により赤外光通過フィルタＢ１２を使用して赤外光画像を撮影する。

そして、パソコンシステムＢ４０を使用して、赤外光画像中の被写体画像をキー画像として被写体を切り出し、被写体と所定の背景とを合成した後、プリンタＢ５０から合成画像を出力する。
特開２００２−２１８４９８号公報（［００１１］、図４）

しかしながら、従来の背景分離システムは、第１撮影装置Ｂ１１、第２撮影装置Ｂ１３赤外光光源ランプＢ３２、およびハーフ・ミラーＢ３の配置関係を維持して可視光画像と赤外光画像とを撮影する必要があるため、映画、テレビジョン等の動的な映像の撮影には適用できないという課題を有している。

さらに、背景は再帰性反射シートの映像であり、被写体と合成されるべき背景の映像自体ではないため、合成後に被写体と背景の色調および陰影関係に不自然さが生じるという課題も有している。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、動的な映像の撮影に適用できるだけでなく、自然な色調および陰影関係で背景と合成することの可能な被写体映像を撮影することのできる映像撮影システムを提供することを目的とする。

本発明に係る映像撮影システムの第一の実施形態は、全隔壁が透明である、予め定められた形状のステージと、前記ステージの前記隔壁を前記ステージの外側から可視光で照明する少なくとも一つの照明装置と、前記照明装置で照射された前記ステージの内部を撮影する撮影装置とを備え、前記ステージが、前記隔壁の内面を覆う透明な再帰性反射材を含み、前記撮影装置が、前記ステージの内部の可視光映像を撮影する可視光映像撮影部と、前記可視光映像撮影部の光軸を中心として、前記ステージの内部に赤外光を照射する赤外光照射部と、前記ステージ内部の赤外光映像を、前記可視光映像撮影部の光軸上で撮影する赤外光映像撮影部とを含む。

この構成により、自然な色調および陰影関係で背景と合成することの可能な被写体映像を撮影することができる。

本発明に係る映像撮影システムの第二の実施形態は、前記ステージ内側の被写体を可視光で照明するキー照明装置を備える。

この構成により、被写体に効果的な陰影を形成することができる。

本発明に係る映像撮影システムの第三の実施形態は、前記照明装置および前記キー照明装置の少なくとも一つが、自発光型映像表示装置である。

この構成により、被写体を大域照明により照明することができる。

本発明に係る映像撮影システムの第四の実施形態は、前記ステージが、前記隔壁により前記ステージの外側に反射される前記照明装置の照明光を前記隔壁に再帰させる再帰性反射板を含む。

この構成により、照明光を有効に利用することができる。

本発明に係る映像撮影システムの第五の実施形態は、前記壁面を覆う前記再帰性反射材がガラスビーズ反射材であり、前記反射板の表面に配置される再帰性反射材がマイクロプリズム反射材である。

この構成により、ステージ隔壁の透明度を高くできるとともに、照明光を一層有効に利用できる。

本発明は、内側が再帰性反射材で覆われたステージと、ステージ外側からステージ隔壁を照明する照明装置と、ステージ内側から被写体を照射する赤外光光源と、ステージ内側から被写体の可視光映像および赤外光映像を撮影する撮影装置とを設けることにより、自然な色調および陰影関係を維持して被写体と被写体とは別に撮影された背景とを合成できる映像撮影システムを提供することができる。

まず、本発明に係る映像撮影システムの第一の実施形態について、図１ないし図８を参照して説明する。

図１に示すように、本発明に係る映像撮影システムの第一の実施形態は、全隔壁が透明である、予め定められた形状のステージ１と、ステージ１の隔壁をステージ１の外側から可視光で照明する少なくとも一つの照明装置２と、照明装置２で照射されたステージ１の内部を撮影する撮影装置３とを備える。

そして、ステージ１が、隔壁の内面を覆う透明な再帰性反射材１１を含む。

さらに、撮影装置３が、ステージ１の内部の可視光映像を撮影する可視光映像撮影部３１と、可視光映像撮影部の光軸を中心として、ステージ１の内部に赤外光を照射する赤外光照射部３５と、ステージ内部の赤外光映像を、可視光映像撮影部３１の光軸上で撮影する赤外光映像撮影部３４とを含む。

ここで、ステージ１は、人間等の被写体ＯＪを収納できる大きさとする。なお、ステージ１の形状は、一定の形状を維持できる構造であれば特に限定されないが、被写体ＯＪの映像と合成される背景自体の形状とすることが望ましい。例えば、背景が会議室内部であれば、ステージ１を直方体とすることが望ましい。しかし、ステージ１を汎用的に使用する場合には、被写体ＯＪがステージの中央にあるときに、被写体ＯＪと隔壁１０との距離ができる限り一定に維持される形状、すなわち、球形、半球形もしく円柱形はとすることが有利である。なお、図１は、ステージ１の形状が円柱形である場合を示している。

そして、ステージ１の全隔壁、すなわち、天井、床、および周壁の内側は透明な再帰性反射材１１で覆われている。

図２（イ）に示すように、ステージ１の透明な隔壁１０の内側は、透明な再帰性反射材１１で覆われているが、再帰性反射材１１は、隔壁１０の内側を覆う反射層１１１と、反射層１１１に半分が埋め込まれる球形のガラスビーズ１１２で構成される。

このため、ステージ１の内側から隔壁１０に照射される光は、ガラスビーズ１１２に入射し、ガラスビーズ１１２の底面に集光され、反射層１１１で反射され、照射方向に反射される。したがって、ステージ１の内側に光源を設置し、内側から隔壁１０を照射すると、再帰性反射材で反射された光は光源に戻る。

次に、図３および図４を参照して、本発明に係る映像撮影システムに使用する撮影装置の構成を説明する。

第一の撮影装置３は、可視光映像撮影部３１、第一の光学フィルタ３２、第二の光学フィルタ３３、赤外光映像撮影部３４、ならびに赤外光光源３５から構成される。

第一の光学フィルタ３２、および第二の光学フィルタ３３は、可視光映像撮影部３１の光軸ＯＸに対してそれぞれ４５度の角度を成して配置されている。第一の光学フィルタ３２は、可視光に対しては透明であり、赤外光を反射する性質を有する。また、第二の光学フィルタ３３は、可視光に対しては透明であり、赤外光に対しては、半分を反射し、半分を透過するハーフ・ミラーの性質を有する。

赤外光映像撮影部３４は、第一の光学フィルタ３２で反射された赤外光映像を撮影する位置に配置される。また、赤外光光源３５が放射した赤外光は、第二の光学フィルタ３３で反射され、光軸ＯＸを中心に被写体ＯＪを照射する。

可視光映像撮影部３１は、第二の光学フィルタ３３および第一の光学フィルタ３２を透過した被写体ＯＪおよび背景の可視光像を撮影する。

赤外光映像撮影部３４は、第二の光学フィルタ３３を透過し、第一の光学フィルタ３２で反射された被写体ＯＪおよび背景の赤外光映像を撮影する。

上記の第一の撮像装置は、可視光映像撮影部３１と赤外光映像撮影部３４の二つの映像撮影部を備えるので、構成が複雑となるだけでなく、装置全体が大型化してしまう。

そこで、第二の撮影装置では、構成の簡略化、および装置の小型化を実現している。

第二の撮影装置４の撮像部は、レンズ系４１、光学フィルタ４２、色分解プリズム４３、撮像素子４４１ないし４４４、ならびに赤外光光源４５から構成される。

レンズ系４１は、被写体ＯＪの光学像を結像して色分解プリズム４３に導くものであり、レンズ系４１の中心軸が光軸ＯＸとなる。

光学的フィルタ４２は、光軸ＯＸに対して４５度を成して配置されており、赤外光光源４５が放射する赤外光を被写体ＯＪに向けて反射する。被写体ＯＪから放射される被写体光は、光学的フィルタ４２を透過して色分解プリズム４３に入射する。

色分解プリズム４３は、４つのプリズムブロック４３１、４３２、４３３、および４３４で構成され、プリズムブロック間の接合面には、干渉膜４３５、４３６、および４３７が蒸着されている。

第一のプリズムブロック４３１に入射した被写体光の赤外光成分は、第一の蒸着膜４３５で反射されて、第一の撮像素子４４１に導かれる。赤外光以外の被写体光は第一の蒸着膜４３５を透過し、第二のプリズムブロック４３２に入射する。

第二のプリズムブロック４３２に入射した被写体光の青色光成分は、第二の蒸着膜４３６で反射されて、第二の撮像素子４４２に導かれる。赤外光および青色光以外の被写体光は第二の蒸着膜４３６を透過し、第三のプリズムブロック４３３に入射する。

第三のプリズムブロック４３３に入射した被写体光の赤色光成分は、第三の蒸着膜４３７で反射されて、第三の撮像素子４４３に導かれる。赤外光、青色光および赤色光以外の被写体光は第三の蒸着膜４３７を透過し、第四のプリズムブロック４３４に入射する。

第四のプリズムブロック４３４に入射した赤外光、青色光および赤色光以外の被写体光、すなわち被写体光の緑色光成分は、第四の撮像素子４４４に導かれる。

撮像素子４４１ないし４４４が出力する電気信号の処理は、周知であるので、詳細な説明を省略する。

上記の第一の撮影装置３または第二の撮影装置４により撮影される可視光映像および赤外光映像について、図５を参照しつつ説明する。なお、図５では、説明を簡略化するために、隔壁１０を一枚の平板で表している。

可視光映像は、図５（イ）に示すように、被写体ＯＪおよび隔壁１０が発生する可視光を撮影装置３（または４）により撮影される。なお、隔壁１０は照明装置２から照射される照射光を散乱するので、隔壁１０全体が可視光を発生していると考えることができる。

また、被写体ＯＪは、隔壁１０およびキー照明装置６の照射光を乱反射するので、被写体ＯＪも可視光を発生していると考えることができる。

撮影装置３（４）の光軸ＯＸを中心に放射される赤外光は、被写体ＯＪおよび隔壁１０を照射する。

被写体ＯＪに照射された赤外光は、図５（ロ）に示すように、被写体ＯＪで乱反射される。したがって、被写体ＯＪから撮影装置３（４）に戻る赤外光はごく僅かであり、赤外光映像中で被写体ＯＪは黒色映像となる。

これに対し、隔壁１０に照射された赤外光は、同じく図５（ロ）に示すように、隔壁１０の内側を覆う再帰性反射材１１により反射され、ほぼ全量が撮影装置３（４）に戻るので、赤外光映像中で隔壁１０は白色映像となる。

次に、図６を参照して、第一の撮影装置３および第二の撮影装置４で撮影した被写体ＯＪの映像と背景との合成方法について説明する。撮影装置３（または４）で撮影した可視光映像は、図６（イ）に示すように、被写体ＯＪおよび背景が撮影されたものとなる。

これに対して、赤外光映像は、図６（ロ）に示すように、被写体ＯＪは黒色の塗りつぶし映像となり、背景は白色となる。

したがって、図６（イ）に示す可視光映像を、図６（ロ）に示す赤外光映像をキー映像として図６（ハ）に示す被写体ＯＪの映像と図６（ニ）に示す背景の映像に分離することが可能となる。

そして、図６（ハ）に示す分離した被写体ＯＪの可視光像を、図６（ホ）に示す被写体ＯＪとは別に撮影された背景映像と合成することにより、図６（ヘ）に示す合成映像を生成することが可能となる。

合成映像の被写体ＯＪと背景との間で自然な色調および陰影関係を達成するために、ステージ１を使用して被写体ＯＪを撮影する際に、ステージ１の隔壁を、照明装置２を使用して、被写体ＯＪとは別に撮影される背景と同一の色調および照度で照明することが望ましい。なお、照明装置２は、ステージ１の全隔壁を漏れなく照射可能な台数を使用する必要がある。

そこで、照明装置２の一部または全部としてプロジェクタ、ＣＲＴ、プラズマディスプレイパネル、エレクトロルミネッセンスパネル等の自発光式表示装置を使用し、自発光式表示装置に背景映像を表示して、表示映像が放射する光で被写体ＯＪを照明することが、被写体ＯＪの映像と背景の映像との間で自然な色調および陰影関係を維持したまま合成する上で有効である。この場合、表示装置に表示される背景は、被写体ＯＪに対する大域照明（グローバル・イルミネーション）と考えることができる。

ここで、大域照明とは、光源で被写体の一部の面だけを照明する局所照明に対する概念であり、背景は光源光を被写体に向けて反射しているので、背景自体を被写体に対する間接的な照明とする考え方を言う。

この場合、照明装置２によって投影される背景映像は、実際の映像であっても、コンピュータ・グラフィックス等により作成された仮想の映像であってもよい。

ただし、仮想映像製作時の想定した形状（例えば球形）のステージ用に作成した仮想映像を、想定とは異なる形状（例えば円柱形）のステージに投影するためには、投影された仮想映像に歪を生じないように、仮想映像を補正する必要がある。

以下に、図７を参照して、球形ステージを想定して作成した全天周映像を、円柱形ステージに映写する場合の補正方法を説明する。

全天周を表す球体７の中心７０と円柱形ステージ１の中心とを一致させた後、一台の照明装置２で照射可能な円柱形ステージ１の隔壁の範囲を決定する。そして、この範囲に投影される全天周映像の画素値を、照明装置２が照射する画素値として設定すればよい。

例えば球体の一点７１の画素値をステージ１の壁面上の一点１６の画素値に設定すればよい。

前述したように、ステージ１の全隔壁１０は透明であるので、ステージ１内部の出演者および映像撮影者は、照明装置２によって映写された背景を視認することができる。しかし、照明装置２によって映写された背景は、実際に使用される背景との合成の際には除去されてしまい、合成後の映像には表れないので、背景に出演者および映像撮影者に対する指示等の情報を表示することも可能となる。

さらに、ニュース番組のように、映像内に映像モニタに表示された映像が含まれるときは、撮影装置で撮影された映像モニタ上の映像は鮮明度を欠くことが多い。この場合、映像モニタの表示面を再帰性反射材で覆って本発明に係る映像撮影システムを適用して撮影すれば、赤外光映像をキー映像として映像モニタ上の映像を除去することができる。

その後、改めて映像モニタ上の映像を嵌め込むことにより、映像内の映像モニタ上の映像を鮮明化することができる。なお、映像モニタ上の映像は、ステージ内にいる出演者および映像撮影者によって視認可能であり、出演者および映像撮影者に支障を与えることはない。

さらに、ステージ内の特定の機材を再帰性反射材で覆うことにより、その特定の機材の位置に別の映像を嵌め込むことも可能となる。

照明装置２を自発光式映写装置とした場合に、ステージ１内部にいる出演者および映像撮影者が背景を明瞭に視認するには、ステージ１の隔壁１０がステージ外側からの照射光を十分に散乱させる必要がある。反射層１１１が裏側からの光に対して十分な散乱性能を有しない場合には、図２（ロ）に示すように、隔壁と反射層の間に映写装置のスクリ−ンとして機能する透明な散乱層１１３を設けてもよい。

また、ステージ１の内部の被写体ＯＪを照明するために、図１に示すように、ロボット・アーム５に搭載したキー照明装置６を備え、被写体ＯＪに対する照明の自由度を増加することも、照明効果を高める上で有効である。

特に、キー照明装置６を自発光式表示装置とした場合には、動画を投影することにより、例えば森の中を歩く出演者に木漏れ日を当てるといった特殊な効果を実現することもできる。

以上説明したように、本発明に係る映像撮影システムを使用して、合成用の被写体ＯＪの映像を撮影するためには、複数台の照明装置２、ロボット・アーム５およびキー照明装置６を連携して制御する必要がある。そこで、複数台の照明装置２、ロボット・アーム５およびキー照明装置６を、パーソナル・コンピュータを使用した分散型デジタル制御装置で制御することが望ましい。

図８に示すように、映像撮影システム全体を、システム制御用コンピュータ８０によって制御するために、システム制御用コンピュータ８０にはＬＡＮ８１が接続される。

複数台の照明装置２は、照明装置制御用コンピュータ８２を介してＬＡＮ８１に接続される。また、ロボット・アーム５はロボット・アーム制御用制御装置８３を介して、キー照明装置６はキー照明装置制御用コンピュータ８４を介して、それぞれＬＡＮ８１に接続される。

そして、システム制御用コンピュータ８０には撮影スケジュールを入力し、照明装置２、ロボット・アーム５およびキー照明装置６を制御する。

キー照明装置６の制御に関しては、リモートレンズを使用することにより、照明光のズームおよびフォーカスをコンピュータ制御することができ、照明の陰影の鮮明度合い、および照明範囲を効果的に制御することが可能となる。

照明装置制御用コンピュータ８２には、前述した全天周映像の変換プログラムをインストールし、ステージ１の隔壁１０に歪のない映像を映写する。

以上説明したように、本発明に係る映像撮影システムの第一の実施形態によれば、被写体と背景とを自然な色調および陰影関係で合成することが可能となる。

次に、本発明に係る映像撮影システムの第二の実施形態について説明する。

ステージ１の隔壁１０の内面を覆う再帰性反射材１１としては、前述したようにガラスビーズ反射材を使用しているが、これは、ガラスビーズ反射材により高い透明性を確保できるためである。

しかし、ガラスビーズ反射材は、背後から照射された照明装置２の照射光を完全にステージ１の内部に透過するわけではなく、一部はステージ１の外側に反射され、結果的に照明装置２が放射する光の利用効率が低下することとなる。

本発明に係る映像撮影システムの第二の実施の形態は、上記課題を解決するものであって、図９に示すように、ステージ１が、再帰性反射材１１で外側に反射される照明装置２の照明光を隔壁１０に再帰させる再帰性反射材が表面に配置された反射板９を含む。

ステージ１の外側に設置される反射板９は、図１０の断面図に示すように、外側に基板９０が、隔壁側に空気層９１を隔ててマイクロプリズム層９２が配置されている。

反射板９の再帰性反射材として、マイクロプリズム反射材を使用するのは、再帰効率が高く、透明性が要求されない反射板として適切な性質を備えているためである。

以上説明したように、本発明に係る映像撮影システムの第二の実施形態によれば、照明装置の照射光を効率良く利用することが可能となる。

以上のように、本発明に係る映像撮影システムは、自然な色調および陰影関係を維持して背景を合成することのできる被写体映像を撮影できるという効果を有し、動的な映像の合成分野で有用である。

本発明に係る第一の実施形態のステージの構成図 ステージの隔壁の断面図 第一の撮影装置の構成図 第二の撮影装置の構成図 可視光映像と赤外光映像の撮影状況の説明図 映像合成の説明図 映像補正方法の説明図 映像撮影システムの制御系統図 反射板の構成図 反射板の断面図 従来の背景分離システムの構成図

符号の説明

１ ステージ
２ 照明装置
３、４ 撮影装置
５ ロボット・アーム
６ キー照明装置
ＯＪ 被写体

Claims (5)

1. 全隔壁が透明である、予め定められた形状のステージと、前記隔壁を前記ステージの外側から可視光で照明する少なくとも一つの照明装置と、前記照明装置で照射された前記ステージの内部を撮影する撮影装置とを備え、
   前記ステージが、前記隔壁の内面を覆う透明な再帰性反射材を含み、
   前記撮影装置が、前記ステージの内部の可視光映像を撮影する可視光映像撮影部と、前記可視光映像撮影部の光軸を中心として、前記ステージの内部に赤外光を照射する赤外光照射部と、前記ステージ内部の赤外光映像を、前記可視光映像撮影部の光軸上で撮影する赤外光映像撮影部とを含むことを特徴とする映像撮影システム。
2. 前記ステージ内側の被写体を可視光で照明するキー照明装置を備える請求項１に記載の映像撮影システム。
3. 前記照明装置および前記キー照明装置の少なくとも一つが、自発光型映像表示装置である請求項１または請求項２に記載の映像撮影システム。
4. 前記ステージが、前記隔壁により前記ステージの外側に反射される前記照明装置の照明光を前記隔壁に再帰させる再帰性反射板を含む請求項１から請求項３のいずれかに記載の映像撮影システム。
5. 前記壁面を覆う前記再帰性反射材がガラスビーズ反射材であり、前記反射板の表面に配置される再帰性反射材がマイクロプリズム反射材である請求項４に記載の映像撮影システム。

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