JP5312676B2 - 瞳孔間距離の自動制御を有するステレオカメラ - Google Patents

Description

本開示は立体視に関する。

［著作権とトレードドレスの表示］
本特許文書の開示の一部は、著作権保護の対象となるマテリアルを有している。本特許文書は、所有者のトレードドレスである、又は、トレードドレスとなりうる事項を表示、及び／又は、記載し得る。著作権及びトレードドレスの所有者は、特許商標局のファイル又は記録にあることから、本特許開示について任意の者によるファクシミリによる複製に対して拒否するものではないが、他の場合にはいかなる著作権及びトレードドレス権も全て留保する。

人間は環境を両眼視力を用いて立体的に見る。両眼視力とは、視覚系統と分析系統の両方である。人間の脳は、距離と速度の両方を、前方を向いて、横方向に分離しているそれぞれの網膜が受ける可視光情報により行われる三角測量に基づいて部分的に認識する。２つの目は前方を向いており、それぞれの視野は重複するため、同一の領域であってもそれぞれの目が認識するパースペクティブは僅かに異なる。目に近い対象物を見ようとすると、目は近づく方向に相互に回転する。遠方の対象物を見ようとすると、目は平行視する方向に回転する。目のそれぞれの視線の間に形成される角度を一般的に輻輳角という。輻輳角は、目に近い対象物を見る場合には大きくなるが、対象物の距離が遠くなると小さくなる。遠距離の対象物を見る場合、輻輳角は略ゼロとなり得る。輻輳角が略ゼロとは、視線は略平行であることを示す。

立体画像撮像とも呼ばれる３次元撮像は、少なくとも１８３８年にまで遡る。歴史的には、立体画像カメラは通常、２つのレンズを有し、この２つのレンズは、平均して略６５ｍｍという人間の目の間の平均的な距離と同様の距離に横方向に離間している。効果的なレンズ間距離は、瞳孔間距離として知られている。瞳孔間距離は、立体画像の見かけの深さに強い影響を及ぼす。眼間の間隔を広げると、立体画像の見かけの深さは増加する。眼間の間隔を狭めると、立体画像の見かけの深さを減少させる影響を及ぼす。

立体画像の提示は、一般的には、左目だけで見られる第１の画像と、右目だけで見られる第２の画像を提供することによって、実現する。２つの画像の間の差違、即ち、視差は、深さを錯覚させ得る。視差を有する２つの画像は３次元として認識され得る。２つの画像、あるいは、２つの部分画像が行き過ぎた視差を示す場合、３次元として認識されず、単に重複する２つの２次元画像として認識されることもある。一般に視差限界と呼ばれる、観察者が許容可能な視差量は、観察者の間で異なる。視差限界はまた、対象物の大きさ、画像内の対象物の近さ、対象物の色、及び、画像内の対象物の運動速度などの画像内容によって異なることも知られている。観察者の目の視線の間の角度で表される視差限界は、通常の立体画像では、略１２〜１５分角であってもよい。

偏光、フィルタ、メガネ、プロジェクタ、シャッタを含む様々な技術が、それぞれの目に適当な画像のみが見えるように、それぞれの目を制限するために用いられている。

立体画像を表示するための一つのアプローチは、第１の偏光状態を有する光を用いて観察画面に左目画像を結像し、第１の偏光状態と直交する第２の偏光状態を有する光を用いて同一の観察画面に右目画像を結像する。これらの画像を偏光レンズを有するメガネを用いて、左目は第１の偏光状態の光のみを受けて、右目は第２の偏光状態の光のみを受けるようにして、見ることができる。この種の立体表示は、通常、共通の投影画面に二つの偏光画像を投影する。この技術は３次元動画を提示するために用いられている。

立体画像を表示するための第２のアプローチは、共通の観察画面に左目画像と右目画像を、高いレートで交互に切り替えて表示する。これらの画像は、交互に切り替わる画像と同期して右目又は左目を遮蔽するシャッタメガネを用いて見ることができる。

ある環境における立体画像カメラの概略図である。 前景対象物を含む環境の立体画像カメラの概略図である。 立体画像カメラによって撮像された画像の説明図である。 共通の観察画面に提示された図２の画像の説明図である。 立体画像カメラシステムのブロック図である。 算出デバイスのブロック図である。 立体画像を記録する処理のフローチャートである。

本明細書では、各図面の構成要素に３桁の参照番号を付番している。最上位桁の番号は図番を表し、下位２桁の番号は個別の構成要素を特定する。図面で記載されていない構成要素については、下位２桁の番号と同一の参照番号を有する既に説明した構成要素と同一の特徴及び機能を有するとみなしてもよい。左目又は右目の何れに対しても同様の機能を有する構成要素には、同一の参照番号に加えて「Ｌ」又は「Ｒ」の添え字を付けて、それぞれが左目又は右目を示すようにした。

図１に示すように、立体画像カメラ１００は、左側カメラ１１０Ｌと右側カメラ１１０Ｒとを含むことができる。ここで「カメラ」とは、対象物の画像を結像するための光学システムを有する任意のデバイスと、この画像を受け、検出し、及び／又は、記録するための媒体を含むものをいう。左側カメラと右側カメラは、フィルムカメラでもよく、又は、デジタル静止画像カメラでもよく、映画撮影用フィルムカメラでもよく、又は、映画撮影用デジタルカメラでもよく、ビデオカメラでもよい。左側カメラ１１０Ｌと右側カメラ１１０Ｒは、瞳孔間距離ＩＯＤで離間している。左側カメラ１１０Ｌと右側カメラ１１０Ｒの各々は、レンズ１１２Ｌ、１１２Ｒを含んでもよい。「レンズ」とは、任意の画像結像光学システムを含むものをいい、透明な屈折光学素子の組み合わせに限定されない。レンズは、屈折型、回折型、及び／又は、反射型光学素子を用いてもよく、これらの組み合わせを用いてもよい。各レンズは、各カメラ１１０Ｌ、１１０Ｒの画角中心を画定する軸１１５Ｌ、１１５Ｒを有してもよい。

カメラ１１０Ｌ、１１０Ｒは、軸１１５Ｌ、１１５Ｒが平行となるように、又は、２軸１１５Ｌ、１１５Ｒが輻輳角Θを形成するように配置することができる。カメラ１１０Ｌ、１１０Ｒは、軸１１５Ｌ、１１５Ｒがカメラからの輻輳距離ＣＤで公差するように配置してもよい。瞳孔間距離ＩＯＤ、輻輳距離ＣＤ、及び、輻輳角Θは、以下の式の関係になる。
Θ ＝ ２ＡＴＡＮ（ＩＯＤ／２ＣＤ） （１）、又は、
ＣＤ ＝ ＩＯＤ／［２ＴＡＮ（Θ／２）］ （２）
瞳孔間距離ＩＯＤと輻輳距離ＣＤは、レンズ１１２Ｌ、１１２Ｒの各々の内部の節点から測定することができる。かかる節点はレンズ１１２Ｌ、１１２Ｒの各々の内部の入射瞳の中心とすることができる。入射瞳は、レンズ１１２Ｌ、１１２Ｒの正面近く位置することができ、従来、瞳孔間距離ＩＯＤ及び輻輳距離ＣＤはレンズ１１２Ｌ、１１２Ｒの正面から測定することができる。

立体画像カメラ１００を用いてシーン１０５の立体画像を結像してもよい。図１の単純例では、シーン１０５は、例えば、人間として示される主要被写体１３０を含んでもよい。シーン１０５は、背景（主要被写体の後方）にその他の特徴物と対象物を含んでもよい。カメラ１１０Ｌ、１１０Ｒから、例えば、木などの最も遠い背景対象物１４０までの距離を、極限対象物距離ＥＯＤと呼ぶ。

立体画像カメラ１００などの立体画像カメラからの画像が観察画面に表示されると、輻輳距離のシーン対象物は観察画面の平面上に見ることができる。図１の例では、立体画像カメラにより近い主要被写体１３０などのシーン対象物は、観察画面の前方に見ることができる。立体画像カメラからより遠方の木１４０などのシーン対象物は、観察画面の後方に見ることができる。

レンズ１１２Ｌ、１１２Ｒの各々は焦点を調整可能である。立体画像カメラは、２つのレンズ１１２Ｌ、１１２Ｒが共通の調整可能な集束距離ＦＤで合焦するように、２つのレンズの焦点を同期して調整する焦点調整機構を有することができる。焦点調整機構は、２つのレンズ１１２Ｌ、１１２Ｒの焦点を機械的に、電気的に、電気機械的に、電子的に、又はその他の連結機構によって連結することができる。集束距離ＦＤは、手動で調整してもよく、自動で調整してもよい。カメラ１１０Ｌ、１１０Ｒが、主要被写体１３０に焦点を合わせられるように、集束距離ＦＤを調整してもよい。集束距離は、カメラ１１０Ｌ、１１０Ｒから主要被写体１３０までの距離を決定するセンサ（図示されていない）に応じて自動的に調整してもよい。カメラ１１０Ｌ、１１０Ｒから主要被写体１３０までの距離を決定するセンサは、音響レンジファインダー、光学又はレーザレンジファインダーでもよく、あるいは、その他の距離測定装置であってもよい。カメラ１１０Ｌ、１１０Ｒが、デジタル静止画像カメラ、モーションピクチャカメラ、又はビデオカメラである場合、集束距離は、カメラによって検知された１枚又は２枚の画像を分析する１以上のプロセッサ（図示されてない）に応じて調整してもよい。プロセッサは、カメラの中に配置されてもよいし、又は、カメラと接続されてもよい。

輻輳距離ＣＤと集束距離ＦＤは共通して同一の距離に設定することができる。同一の距離とは、カメラ１１０Ｌ、１１０Ｒから主要被写体１３０までの距離でもよい。しかしながら、図１に示すように、輻輳距離ＣＤと集束距離ＦＤは同一の距離でなくてもよい。例えば、集束距離ＦＤは、カメラから主要被写体までの距離に設定し、輻輳距離ＣＤは、集束距離よりも僅かに長く設定してもよい。この場合、画像が表示される際、主要被写体は、観察画面の面の前方に見えるようになる。輻輳距離ＣＤと集束距離ＦＤの差異は、調整可能又は所定のオフセットとしてもよい。輻輳距離が以下の式で算出されるとした場合、このオフセットは絶対値とすることができる。
ＣＤ ＝ ＦＤ ＋ α （３）
ここで、αは、絶対寸法としてのオフセットである。輻輳距離が以下の式で算出されるとした場合、オフセットは相対的としてもよい。
ＣＤ ＝ （ＦＤ）（Ｉ ＋ β） （４）
ここでβは、ＦＤの割合としてのオフセットである。例えば、絶対オフセットαは、１フィート又は２メートルなどの距離測定値でよく、相対オフセットβは、５％又は１０％などの関係、即ち比として表すことができる。ＣＤ＝ＦＤの場合、絶対オフセットと相対オフセットはゼロとすることができる。

各レンズ１１２Ｌ、１１２Ｒはズーム機能を有してもよく、即ち、各レンズの焦点距離ＦＬを調整可能としてもよい。立体カメラ１００は、２つのレンズ１１２Ｌ、１１２Ｒが常時正確に同一の焦点距離を有することができるように２つのレンズの焦点距離を同期して調整する焦点距離調整機構を有することができる。２つのレンズ１１２Ｌ、１１２Ｒの焦点距離の調整は機械的、電気的、電子的、電気機械的、又は、その他の連結機能によって連結してもよい。一般的に、レンズ１１２Ｌ、１１２Ｒの焦点距離は手動で調整してもよい。２つのレンズ１１２Ｌ、１１２Ｒの焦点距離は、所定の状況に応じて自動で調整してもよい。

図２に示すように、立体画像カメラ２００は、それぞれがレンズ２１２Ｌ、２１２Ｒを有する、左側カメラ２１０Ｌと右側カメラ２１０Ｒとを含む立体画像カメラ１００でもよい。左側カメラ２１０Ｌと右側カメラ２１０Ｒは、フィルムカメラでもよく、又は、デジタルスチルカメラでもよく、モーションピクチャフィルムカメラでもよく、ビデオカメラでもよい。左側カメラ２１０Ｌと右側カメラ２１０Ｒは、瞳孔間距離ＩＯＤで離間している。各レンズは、各カメラ２１０Ｌ、２１０Ｒの画角中心を画定する軸２１５Ｌ、２１５Ｒを有してもよい。カメラ２１０Ｌ、２１０Ｒは、軸２１５Ｌ，２１５Ｒがカメラからの輻輳距離ＣＤで交差するように、配置することができる。

立体画像カメラ２００を用いてシーン２０５の立体画像を結像してもよい。図２の単純例では、シーン２０５は、例えば、人間として示される主要被写体２３０を含んでもよい。シーン２０５は、背景と前景にその他の特徴物と対象物を含んでもよい。カメラ２１０Ｌ、２１０Ｒから、例えば、木などの最も遠い背景対象物２４０までの距離を、最大対象物距離ＭＯＤと呼ぶ。カメラ２１０Ｌ、２１０Ｒから、例えば、植物などの最も近い前景対象物２４５までの距離を、最小対象物距離ｍＯＤと呼ぶ。

シーン２０５を立体表示して提示すると、ＭＯＤ、ＣＤ及びｍＯＤの関係に応じて、前景対象物２４５、背景対象物２４０の何れかの画像が、最大の視差を有するようになる。

図３に、左側カメラによって撮像した代表的な画像を、画面３２０Ｌに表示し、右側カメラによって撮像した代表的な画像を、第２の画面３２０Ｒに表示した場合の例示を示す。画面３２０Ｌに表示された画像は、表示画面の中央近くに主要被写体の画像３３０Ｌと、画像３３０Ｌの左側に極限背景対象物の画像３４０Ｌと、を含む。画面３２０Ｒに表示された画像は、表示画面の中央近くに主要被写体の画像３３０Ｒと、画像３３０Ｒの右側に極限背景対象物の画像３４０Ｒと、を含む。

観察者が左目と右目でこれら２つの画像を別々に見ると、左側画像３２０Ｌと右側画像３２０Ｒの対応する対象物の位置の差、又は、視差は、奥行きに錯覚をもたらすことができる。しかし、奥行きの錯覚を保つためには、最大視差は、観察者と画像の両方に依存し得る限界値を超えてはならない。図３の例では、最大視差は、極限背景対象物の画像３４０Ｌ、３４０Ｒの間に生じる。

図４に示すように、立体画像カメラ１００などの立体画像カメラによって撮像された左側画像と右側画像を単一の表示画面４２０に提示することができる。右目によって見える画像（実線で示す）と左目によって見える画像（点線で示す）とは、偏光メガネ、シャッタメガネ、又はその他の上述の何らかの方法を用いることにより、観察者４２５の目で分離することができる。木の画像４４０Ｌ、４４０Ｒなどの左側画像と右側画像の対応する対象物の間の視差距離ＤＤは、観察者の左目及び右目から対象物への視線間の視差角度Φ_Ｄとして観察者４２５によって認識され得る。観察者４２５によって認識される視差角度Φ_Ｄの値は、以下の式で求めることができる。
Φ_Ｄ ＝ ＡＴＡＮ（ＤＤ／ＶＤ） （５）
ここで、ＤＤは、左側画像と右側画像の対応する対象物の間の視差距離であり、ＶＤは、観察者４２５から表示画面４２０への視距離である。

Φ_Ｄは、（ＴＡＮ Φ_Ｄ ＝ Φ_Ｄなど）小さい角度に制限する必要があるため、最大許容視差距離は以下の式によって定義することができる。
ＤＤｍａｘ ＝ Φ_Ｄｍａｘ ｘ ＶＤ
Φ_Ｄｍａｘは、最大許容角視差である。

立体画像記録がなされた時点で、視距離ＶＤは知られていなかった可能性があるので、視距離ＶＤは、少なくともある程度まで、表示画面４２０のサイズに比例すると仮定することができる。例えば、映画テレビ技術者協会（ＳＭＰＴＥ）は、最適な視聴として、ホームシアターのディスプレイの幅を、表示画面の幅の１．８７倍の視距離に対応する、観察者の目で３０度の角度の範囲とすることを推奨している。家庭とシアターの視距離は、推奨される距離よりも一般的に大きいので、画面の幅の２．０〜５．０倍となり得る。

視距離ＶＤは、画面幅Ｗの倍数であると仮定できるので、立体表示において対応する画像の間の最大視差距離は、表示幅の比として、以下のように表すことができる。

ここで、Ｋは、画面幅に対する視距離の比である。例えば、視距離を画面幅の２．３倍と仮定すると、最大視差角度である１５分角は、画面幅の１％の最大視差距離に変換することができる。

図５に示すように、立体画像カメラシステムは、コントローラ５６０に連結したカメラプラットフォーム５５０を有することができる。カメラプラットフォーム５５０は、各々が対応するレンズ５１２Ｌ、５１２Ｒを有する左側カメラ５１０Ｌと右側カメラ５１０Ｒとを備えることができる。カメラプラットフォームは、左側カメラ５１０Ｌと右側カメラ５１０Ｒとの間の瞳孔間距離を調整するためのＩＯＤ機構５５２を含むことができる。カメラプラットフォームは、左側カメラ５１０Ｌと右側カメラ５１０Ｒとの間の輻輳角を調整するためのΘ機構５５４を含むことができる。ＩＯＤ機構５５２とΘ機構５５４の両方は、モータ又はその他のアクチュエータと連結した、１以上の可動プラットフォーム又はステージを含むことができる。ＩＯＤ機構５５２とΘ機構５５４は、コントローラ５６０から受信したデータに従って、瞳孔間距離と輻輳角をそれぞれ設定するようにしてもよい。本特許明細書において、「データ」とは、デジタルデータ、コマンド、インストラクション、デジタル信号、アナログ信号、光信号、及び、瞳孔間距離又は輻輳角などのパラメータの値を通信するために使用することができるその他の任意のデータを含む。

カメラプラットフォーム５５０は、レンズ５１２Ｌ、５１２Ｒの集束距離を同期して調整及び設定する集束機構５５６を含むことができる。集束機構５５６は、２つのレンズの集束距離が同一の値となるように同時に調整を行うレンズ５１２Ｌ、５１２Ｒの間の機械的、電子的、電気的、又は、電気機械的連結部を含むことができる。集束機構５５６は、コントローラ５６０から受けたデータに応じて集束距離を設定するように構成された、モータ又その他のアクチュエータを含むことができる。集束機構５５６は、カメラマン又はアシスタントカメラマンなどのオペレータ（共通して「フォーカスプラー」とも呼ぶ）が手動で制御してもよい。手動制御とする場合、集束機構５５６は、コントローラ５６０に集束距離を示すデータを提供するためのエンコーダ、ポテンショメータ、又は、その他のセンサを含んでもよい。集束機構５５６は、手動制御で、及び／又は、コントローラ５６０から受けたデータに応じて動作するように構成することができる。

カメラプラットフォーム５５０は、レンズ５１２Ｌ、５１２Ｒの焦点距離を同期して調節し設定するズーム機構５５８を含むことができる。ズーム機構５５８は、２つのレンズ５１２Ｌ、３１２Ｒの焦点距離が同一の値となるように同時に調整を行うレンズ５１２Ｌ、５１２Ｒの間の機械的、電子的、電気的、又は、電気機械的連結部を含むことができる。ズーム機構５５８は、コントローラ５６０から受けたデータに応じて焦点距離を設定するように構成された、モータ又その他のアクチュエータを含むことができる。ズーム機構５５８は、カメラマン又はアシスタントカメラマンなどのオペレータが手動で制御してもよい。手動で制御する場合、ズーム機構５５８は、コントローラ５６０に焦点距離を示すデータを提供するためのエンコーダ、ポテンショメータ、又は、その他のセンサを含んでもよい。ズーム機構５５８は、手動制御で、又は、コントローラ５６０から受けたデータに応じて動作するように構成することができる。

コントローラ５６０は、距離測定装置５６５からデータを受けることができる。距離測定装置は、最も近い前景対象物との距離及び／又は最も遠い背景対象物との距離を示すデータを提供することができる。距離測定装置５６５は、巻き尺又は、その他の手作業で行う測定具など簡単なものでもよく、オペレータはこれを使用して距離データを、キーボード又はその他のデータ入力装置（図示していない）を用いて、コントローラに提供するようにしてもよい。距離測定装置５６５は、レーザレンジファインダー、音響レンジファインダー、光学式レンジファインダー、又は、専用の接続部又はネットワークを介してコントローラ５６０とインタフェースすることができるその他の距離測定装置でもよい。

距離測定装置５６５は、独立した装置でなくてもよく、オペレータ及び／又はコントローラ５６０の制御で動作するカメラプラットフォーム５５０でもよい。距離を測定する場合、カメラ５１０Ｌ、５１０Ｒの間の輻輳角を、カメラ５１０Ｌ、５１５０Ｒによって撮像された画像が前景対象物又は背景対象物をカバーするように、自動、又は、オペレータの制御によって調整してもよい。前景又は背景対象物との輻輳距離は、カメラ５１０Ｌ、５１５０Ｒの間の輻輳角及び瞳孔間距離から上述の式を用いて算出することができる。カメラプラットフォームを用いて距離を測定する場合の精度を最大とするため、瞳孔間距離を一時的に最大値に設定してもよい。

コントローラ５６０は、オペレータインタフェース５６２に連結してもよい。コントローラ５６０は、上述のように、オペレータインタフェース５６２から集束輻輳オフセットを示すデータを受信するようにしてもよい。コントローラ５６０は、オペレータインタフェース５６２から、最大許容視差を示すデータを受信してもよい。コントローラ５６０はまた、オペレータインタフェース５６２から、レンズ５１２Ｌ、５１２Ｒの集束距離及び焦点距離を示すデータを受信してもよい。

オペレータインタフェース５６２は、カメラプラットフォーム５５０に部分的に又は全体的に組み込まれていてもよい。オペレータインタフェース５６２は、カメラプラットフォーム５５０の近くにあってもよく、又は、部分的に又は全体的にカメラプラットフォームの遠隔にあってもよい。例えば、集束機構５５６及び／又はズーム機構５５８は、カメラマン、及び／又は、アシスタントカメラマンなどの１以上のオペレータが手動で制御してもよい。この場合、集束機構５５６及び／又はズーム機構５５８はコントローラ５６０に、手動で設定した集束距離及び／又は焦点距離を示すデータを提供することができる。同様に、集束輻輳オフセット及び／又は最大許容視差を設定する制御アクチュエータは、カメラマン及び／又はアシスタントカメラマンによる操作のためカメラプラットフォームに配置してもよい。

オペレータインタフェース５６２は、コントローラ５６０に部分的に又は全体的に組み込まれてもよい。例えば、集束輻輳オフセット及び／又は最大許容視差をシーンの記録時に固定とした状況では、集束輻輳オフセット及び／又は最大許容視差を、キーボード又はその他のデータ入力装置を用いてコントローラに手動で供給してもよい。シーンの記録時に集束輻輳オフセット及び／又は最大許容視差の一つ又は両方を可変とする状況では、集束輻輳オフセット及び／又は最大許容視差を、例えば、キーボードの矢印キー、又は、ポテンショメータ、ジョイスティック、又はマウスなどの１以上の連続制御デバイスを用いて制御することができる。

コントローラ５６０は、カメラプラットフォーム５５０とインタフェースすることができる。コントローラ５６０は、カメラプラットフォーム５５０と一体でもよい。コントローラは、レンズ５１２Ｌ、５１２Ｒのそれぞれの集束距離及び焦点距離を示すデータを集束機構５５６及びズーム機構５５８に供給する、及び／又は、集束機構５５６及びズーム機構５５８から受け取ることができる。コントローラ５６０はＩＯＤ機構５５２及びΘ機構５５４に、カメラ５１０Ｌ、５１０Ｒの間の輻輳角及び瞳孔間距離のそれぞれを設定するためのデータを提供することができる。コントローラ５６０はＩＯＤ機構５５２及びΘ機構５５４に、レンズ５１２Ｌ、５１２Ｒの集束距離と焦点距離、集束輻輳オフセット、最大許容視差、及び、最も近い前景対象物との距離、及び／又は、最も遠い背景対象物との距離に基づくデータを提供することができる。コントローラ５６０はＩＯＤ機構５５２に、記録した画像の最大視差が最大許容視差の値を超えることのないように、瞳孔間距離を設定するためのデータを提供することができる。

コントローラ５６０は、カメラプラットフォーム５５０及びオペレータインタフェース５６２と、ローカルエリアネットワークなどのネットワーク、ＵＳＢバス、ＰＣＩバス、ＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓバス、又はその他のパラレル又はシリアルデータバスなどの１以上のバス、又は、１以上の直接有線接続又は無線接続を介して連結されてもよい。コントローラ５６０は、カメラプラットフォーム５５０及びオペレータインタフェース５６２と、１以上の直接接続、ネットワーク接続、及びバス接続の組み合わせによって連結してもよい。

図６は、コントローラ５６０に好適となりうる算出デバイス６６０のブロック図である。ここで、算出デバイスとは、インストラクションを実行することができる、プロセッサと、メモリと、ストレージデバイスを有する任意のデバイスを意味する。かかる算出デバイスは、これに限定されないが、パーソナルコンピュータ、サーバコンピュータ、コンピューティングタブレット、セットトップボックス、ビデオゲームシステム、パーソナルビデオレコーダ、電話、ＰＤＡ（ｐｅｒｓｏｎａｌ ｄｉｇｉｔａｌ ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、ポータブルコンピュータ、及びラップトップコンピュータを含む。算出デバイス６６０は、以下に説明する処理を実行するためのハードウェア、ファームウェア、及び／又は、ソフトウェアを含むことができる。算出デバイス６６０は、メモリ６６６とストレージデバイス６６８とに接続したプロセッサ６６４を含むことができる。

ストレージデバイス６６８は、算出デバイス６６０によって実行されると、算出デバイスに、コントローラ５６０の機能と特徴を実現させ得るインストラクションを保存することができる。本書でストレージデバイスとは、ストレージ媒体からの読み出し、及び／又は、ストレージ媒体への書き込みを行うことができるデバイスである。ストレージデバイスは、ハードディスクドライブ、ＤＶＤドライブ、フラッシュメモリデバイスなどを含む。各ストレージデバイスは、ストレージ媒体を受け付けることができる。これらのストレージ媒体は、例えば、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、テープなどの磁気メディア、コンパクトディスク（ＣＤ−ＲＯＭ及びＣＤ−ＲＷ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ及びＤＶＤ＋ＲＷ）などの光メディア、フラッシュメモリカード、及びその他のストレージ媒体を含む。メタデータライブラリ１９０は、ストレージサーバ（図示していない）又はその他の算出デバイスを含んでもよい。

算出デバイス６６０は、ディスプレイデバイス６７０、及び、キーボード６７２などの１以上の入力デバイスを含む、又は、それらとのインタフェースすることができる。算出デバイス６６０は、１以上のネットワーク６７６とインタフェースするネットワークインタフェースユニット６７４を含むこともできる。ネットワークインタフェースユニット６７４は、ネットワーク６７６と有線又は無線接続を介してインタフェースすることもできる。ネットワーク６７６は、インターネット又はその他のプライベートネットワーク又は公共ネットワークでもよい。

算出デバイス６６０は、距離測定装置６６５から距離データを受けることができる。算出デバイス６６０は、距離測定装置６６５と専用線接続又は無線接続によって、又はネットワークを介して接続してもよい。算出デバイス６６０は、距離データを距離測定装置６６５から、キーボード６７２などの入力デバイスを使用して距離データを入力することができるオペレータ（図示していない）を介して受けてもよい。

算出デバイス６６０は、また、カメラプラットフォーム６５０とインタフェースするカメラインタフェースユニット６７８、及び／又は、カメラオペレータインタフェース６６２を含んでもよい。カメラインタフェースユニット６７８は、カメラプラットフォーム６５０及び／又はカメラオペレータインタフェース６６２とインタフェースする回路、ファームウェア、及び、ソフトウェアの組み合わせを含んでもよい。カメラインタフェースユニット６７８は、カメラプラットフォーム６５０及び／又はカメラオペレータインタフェース６６２と、ローカルエリアネットワークなどのネットワークを介して、又は、ＵＳＢバス、ＰＣＩバス、ＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓバス、又はその他のパラレル又はシリアルデータバスなどの１以上のバスを介して、又は、１以上の直接有線接続又は無線接続を介して連結されてもよい。カメラインタフェースユニット６７８は、カメラプラットフォーム６５０及び／又はカメラオペレータインタフェース６６２と、１以上の直接接続、ネットワーク接続、及びバス接続の組み合わせによって連結してもよい。

算出デバイス６６０の処理、特徴、及び機能はソフトウェアに、ファームウェア、アプリケーションプログラム、アプレット（例えば、ジャバアプレット）、ブラウザープラグイン、ＣＯＭオブジェクト、ＤＬＬ（ｄｙｎａｍｉｃ ｌｉｎｋｅｄ ｌｉｂｒａｒｙ）、スクリプト、１以上のサブルーチン、又は、オペレーティングシステムコンポーネント又はサービスの形態で全体的に、又は部分的に組み込むことができる。算出デバイス６６０は、既に説明したように１以上のソフトウェアプログラムを作動してもよく、例えば、Ｌｉｎｕｘ（登録商標）、Ｕｎｉｘ（登録商標）、ＭＳ−ＤＯＳ（登録商標）、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）、Ｐａｌｍ ＯＳ（登録商標）、Ｓｏｌａｒｉｓ（登録商標）、Ｓｙｍｂｉａｎ（登録商標）、及びＡｐｐｌｅ Ｍａｃ ＯＳ Ｘ（登録商標）のオペレーティングシステムのバージョンを含むオペレーティングシステムを作動してもよい。ハードウェアとソフトウェア、及びそれらの機能は、いくつかの機能がプロセッサ６６４によって実行され、その他の機能が他のデバイスによって実行されるように分散してもよい。
処理の説明

図７は、立体画像カメラ５００などの立体画像カメラシステムを用いて立体画像を記録するための代表的な処理７８０のフローチャートである。具体的には、図７は、シーン１０５などの、前景対象物のないシーンを記録する処理のフローチャートである。フローチャートは、任意の一つのシーンに対して開始７８２と終了７９８を有するが、処理７８０は事実上、連続しており、処理中の動作は、シーンの記録時、連続して、又は、略リアルタイムで実行してもよい。さらに、処理７８０は記録する各シーンごとに繰り返してもよい。

本書において、「略リアルタイム」とは、シーンを記録するテンポラルイベントと比較して極めて短い処理遅延を除いたリアルタイムのことを意味する。

７８４では、極限対象物距離（ＥＯＤ）、即ち、立体画像カメラから最も遠いシーンの中の対象物との距離を測定することができる。ＥＯＤは、巻き尺又はその他の手作業で行う測定具などによって測定し、オペレータはこの距離データを、キーボード又はその他のデータ入力デバイスを用いて立体画像カメラシステムに入力する。ＥＯＤは、レーザレンジファインダー、音響レンジファインダー、光学式レンジファインダー、又は、専用の接続部又はネットワークを介して立体画像カメラシステムとインタフェースすることができるその他の距離測定装置で測定してもよい。既に説明したように、立体画像カメラシステム自体を距離測定装置として用いてＥＯＤを測定してもよい。

立体画像カメラを背景に対して固定したままシーンを記録する場合、ＥＯＤは記録開始前に一度測定すればよい。シーンを記録している記録期間中、ＥＯＤは一定として考慮することができる。

記録期間中、立体画像カメラと背景との一方が他方に対して移動しているシーンを記録する場合、ＥＯＤは、レーザレンジファインダー、光学式レンジファインダー、音響レンジファインダー、又は、立体画像カメラと接続したその他の距離測定装置で連続的に、又は、略リアルタイムで測定してもよい。

７８６において、立体画像カメラシステムは、立体画像カメラのレンズの集束距離、集束距離（ｆｏｃａｌ ｄｉｓｔａｎｃｅ）―輻輳距離オフセット、最大許容視差、レンズのズーム値又は焦点距離を示す入力を受け付けることができる。最大許容視差、集束距離（ｆｏｃａｌ ｄｉｓｔａｎｃｅ）―輻輳距離オフセット、集束距離、及び焦点距離は、カメラマン、アシスタントカメラマン、又はディレクターなどの１以上のオペレータによって設定することができる。焦点距離は一般的にアシスタントカメラマンなどのオペレータが設定することができる。しかしながら、主要シーン対象物との距離は、レーザ式、音響式、光学式又はその他の距離測定装置を用いてリアルタイムに測定してもよい。焦点距離は、カメラレンズが主要シーン対象物に合焦するように、リアルタイム測定に応じて自動的に設定されるようにしてもよい。

最大許容視差、集束距離（ｆｏｃａｌ ｄｉｓｔａｎｃｅ）−輻輳距離オフセット、集束距離、及び焦点距離を表す入力は、手動で入力されたデータ、アナログ又はデジタル信号、ネットワークを介して受信されたデータの形式で受け付けるようにしてもよい。

７８８において、輻輳距離ＣＤは、集束距離及び集束距離―輻輳距離オフセットの入力に基づいて算出することができる。輻輳距離は、上述の式（３）又は式（４）を用いて算出することができる。

７９０において、瞳孔間距離ＩＯＤを算出し、設定することができる。ＩＯＤは、７８４で測定した極限対象物距離、７８６で受け付けた最大許容視差の入力と焦点距離の入力、及び、７８８で算出した輻輳距離に基づいて算出することができる。ＩＯＤは、以下の式を用いて算出することができる。
ＩＯＤ ＝ ［Ａｒｃｔａｎｇｅｎｔ（Ｗ／ＦＬ） ｘ ＥＯＤ ｘ ＣＤ ｘ ＭＤ ｘ ２］／（ＥＯＤ − ＣＤ） （７）
ここで、
ＩＯＤは瞳孔間距離であり、
Ｗは、各カメラの内部の画像センサの幅であり、
ＦＬは、レンズの焦点距離であり、
ＥＯＤは、極限対象物距離であり、
ＭＤは、立体画像カメラによって記録されたシーンの幅の比としての最大視差であり、
ＣＤは、輻輳距離である。

７９２において、輻輳角Θを算出し、設定することができる。輻輳角Θは、上述の式（１）を用いて輻輳距離ＣＤと瞳孔間距離ＩＯＤから算出することができる。

輻輳距離ＣＤ、瞳孔間距離ＩＯＤ、輻輳角Θは、コントローラ５６０などのコントローラによって算出することができる。ＩＯＤ及び輻輳角Θは、コントローラによって提供されたデータに応じて、カメラプラットフォーム５５０などのカメラプラットフォームによって設定してもよい。コントローラは算出デバイス６６０などの算出デバイスでもよい、

７９４において、シーンの記録が完了したか否かの判定を行うことができる。記録が実行中である場合、ＭＯＤがシーン中一定であるのならば、処理７８０を７８６から連続的に略リアルタイムに繰り返すことができ、また、ＭＯＤがシーン中変化するのであれば、処理７８０を（点線で示すように）７８４から連続的に略リアルタイムに繰り返すことができる。シーンの記録が完了すると、処理７８０は、７９８で終了することができる。続けて、次のシーンを記録する処理７８０を７８２から再び開始してもよい。
結辞

本書において、実施の形態と例は、例示として考慮されるべきであって、本書が開示する装置、手順、又は特許請求の範囲を限定するものではない。本書で説明する多くの例は個別の実施の形態の方法動作、システム構成部の特定の組み合わせによって提示されているが、これらの動作及び構成部は、同一の目的を実現するための他の手法で組み合わせてもよい。フローチャートについては、ステップを追加又は削減してもよく、本書が説明する方法を実行するため、ここで表示したステップを組み合わせ、さらに改良してもよい。一実施の形態と関連してのみ構成部、動作、特徴について説明したが、他の実施の形態において類似の役割を果たすことを排除する意図はない。

特許請求の範囲のミーンズプラスファンクションの記載であるが、本書の当該機能を実行するための手段に限定することを意図したものではなく、当該機能を実行するための、現在知られている、あるいは、今後開発されるいかなる手段をも範囲に含むことを意図するものである。

本書において「複数」とは、２以上を意味する。

本書において項目の「群」とは、かかる項目の１以上を含んでもよい。

本書において、明細書又は特許請求の範囲において、「含む」、「有する」、「備える」などの用語は、オープンエンド形式として理解されるべきであり、限定的に解釈されるべきでない。特許請求の範囲において「〜からなる」、「基本的に〜からなる」の移行句は、それぞれ、クローズドエンドとセミクローズドエンドである。

特許請求の範囲において「第１」、「第２」、「第３」などの特許請求の範囲の要素を修飾する序数は、特許請求の範囲の要素の他の要素に対する優先度、順番、順位、又は方法の動作を実行する時間的な順序を意味するものではなく、ある名称を有する特許請求の範囲の要素と（序数を除いて）同一の名称を有する特許請求の範囲の要素を相互に区別するための指標として用いるにすぎない。

本書において、「及び／又は」は、列挙された項目は択一的であるが、これらの択一的な項目がまた、列挙された項目の組み合わせを含むことも意味する。

Claims (16)

1. それぞれがレンズ（５１２Ｌ、５１２Ｒ）を含む左側カメラ（５１０Ｌ）と右側カメラ（５１０Ｒ）と、
   前記レンズの焦点距離を同期して設定し、前記レンズの集束距離（ｆｏｃａｌ ｄｉｓｔａｎｃｅ）を同期して設定し、前記左側カメラと前記右側カメラの間の輻輳角を設定し、前記左側カメラと前記右側カメラの間の眼球距離を設定する複数の機構（５５８、５５６、５５４、５５２）と、
   極限対象物距離を測定する距離測定装置（５６５）と、
   最大許容視差、前記レンズの焦点距離、及び前記レンズの集束距離を表す入力を受け付け、
   前記眼球距離を、前記極限対象物距離、前記最大許容視差、前記焦点距離、及び輻輳距離から算出した値に設定し、
   前記輻輳角を、前記眼球距離及び前記輻輳距離から算出した値に設定する動作を実行する回路とソフトウェアとを含むコントローラ（５６０）と、
   を備えた立体画像カメラシステム（１００）。
2. 前記コントローラにより実行される動作は、リアルタイムに連続して実行される、請求項１記載の立体画像カメラシステム。
3. 前記瞳孔間距離は、以下の式を用いて算出され、
   ＩＯＤ ＝ ［Ａｒｃｔａｎｇｅｎｔ（Ｗ／ＦＬ） ｘ ＥＯＤ ｘ ＭＤ ｘ ２］／（ＥＯＤ − ＣＤ）
   ここで、
   ＩＯＤは瞳孔間距離であり、
   Ｗは、各カメラの内部の画像センサの幅であり、
   ＦＬは、レンズの焦点距離であり、
   ＥＯＤは、極限対象物距離であり、
   ＭＤは、立体画像カメラによって記録されたシーンの幅の比としての最大視差であり、
   ＣＤは、輻輳距離である、請求項１記載の立体画像カメラシステム。
4. 前記輻輳距離ＣＤの距離は、以下から選択した一つの式を用いて集束距離ＦＤから算出し、
   ＣＤ ＝ ＦＤ、
   ＣＤ ＝ ＦＤ ＋ α、及び
   ＣＤ ＝ ＦＤ（Ｉ ＋ β）、
   α及びβは、オペレータが定義する値である、
   請求項１記載の立体画像カメラシステム。
5. 立体画像カメラを制御する方法（７８０）であって、該方法は、
   極限対象物距離を決定するステップ（７８４）と、
   最大許容視差と、左側カメラと右側カメラに対応する左側レンズと右側レンズの焦点距離と、前記左側レンズと右側レンズの集束距離を表す入力を受け付けるステップ（７８６）と、
   前記左側カメラと右側カメラの間の眼球距離を前記極限対象物距離、前記最大許容視差、前記焦点距離、及び輻輳距離から算出した値に設定させるステップ（７９０）と、
   前記左側カメラと右側カメラの視線の間の輻輳角を前記眼球距離及び前記輻輳距離から算出した値に設定させるステップ（７９２）と、
   を含む、方法。
6. 前記方法は、略リアルタイムに連続して実行される、請求項５記載の立体画像カメラを制御する方法。
7. 前記瞳孔間距離は、以下の式を用いて算出され、
   ＩＯＤ ＝ ［Ａｒｃｔａｎｇｅｎｔ（Ｗ／ＦＬ） ｘ ＥＯＤ ｘ ＭＤ ｘ ２］／（ＥＯＤ − ＣＤ）
   ここで、
   ＩＯＤは瞳孔間距離であり、
   Ｗは、各カメラの内部の画像センサの幅であり、
   ＦＬは、レンズの焦点距離であり、
   ＥＯＤは、極限対象物距離であり、
   ＭＤは、立体画像カメラによって記録された画像の幅に対する最大視差であり、
   ＣＤは、輻輳距離である、請求項５記載の立体画像カメラを制御する方法。
8. 前記輻輳距離ＣＤは、以下から選択した一つの式を用いて集束距離ＦＤから算出し、
   ＣＤ ＝ ＦＤ、
   ＣＤ ＝ ＦＤ ＋ α、及び
   ＣＤ ＝ ＦＤ（Ｉ ＋ β）、
   α及びβは、オペレータが定義する値である（７８８）、
   請求項５記載の立体画像カメラを制御する方法。
9. 前記瞳孔間距離は、シーンの記録時に変化する、
   請求項５記載の立体画像カメラを制御する方法。
10. 前記集束距離及び前記焦点距離の少なくとも一つは、シーンの記録時に変化する、
    請求項９記載の立体画像カメラを制御する方法。
11. 最大視差は、前記シーンの記録時に変化する、
    請求項９記載の立体画像カメラを制御する方法。
12. 前記最大許容視差、前記焦点距離、及び前記集束距離を表す入力はオペレータインタフェースから受け付けられる、
    請求項５記載の立体画像カメラを制御する方法。
13. 立体画像カメラを制御する算出デバイス（６６０）であって、
    該算出デバイスは、
    プロセッサ（６６４）と、
    前記プロセッサと連結したメモリ（６６６）と、
    実行されると、前記算出デバイスに、
    極限対象物距離、最大許容視差、左側カメラと右側カメラに対応するレンズの焦点距離、及び、前記レンズの集束距離を表す入力を受け付ける動作（７８６）と、
    前記極限対象物距離、前記最大許容視差、前記焦点距離、及び輻輳距離から算出された、前記左側カメラと前記右側カメラの間の瞳孔間距離を規定するデータを出力する動作（７９０）と、
    眼球距離及び前記輻輳距離から算出された、前記左側カメラと前記右側カメラの間の輻輳角を規定するデータを出力する動作と、
    を実行させるインストラクションを保存したストレージ媒体（６６８）と、
    を含む、算出デバイス。
14. 前記算出デバイスによって実行される動作は、リアルタイムに連続して実行される、請求項１３記載の立体画像カメラを制御する算出デバイス。
15. 前記瞳孔間距離は、以下の式を用いて算出され、
    ＩＯＤ ＝ ［Ａｒｃｔａｎｇｅｎｔ（Ｗ／ＦＬ） ｘ ＥＯＤ ｘ ＭＤ ｘ ２］／（ＥＯＤ − ＣＤ）
    ここで、
    ＩＯＤは瞳孔間距離であり、
    Ｗは、各カメラの内部の画像センサの幅であり、
    ＦＬは、レンズの焦点距離であり、
    ＥＯＤは、極限対象物距離であり、
    ＭＤは、立体画像カメラによって記録されたシーンの幅の比としての最大視差であり、
    ＣＤは、輻輳距離である、請求項１３記載の立体画像カメラを制御する算出デバイス。
16. 前記輻輳距離ＣＤは、以下から選択した一つの式を用いて集束距離ＦＤから算出し、
    ＣＤ ＝ ＦＤ、
    ＣＤ ＝ ＦＤ ＋ α、及び
    ＣＤ ＝ ＦＤ（Ｉ ＋ β）、
    α及びβは、オペレータが定義する値である、
    請求項１３記載の立体画像カメラを制御する算出デバイス。

Images