JP6665981B2 - 全天球カメラ - Google Patents

Description

本発明は、一対のレンズを用いて全天球（全方位）の動画や静止画を撮影する全天球カメラに関し、その中でも水陸両用を可能にする技術に関する。

図１に、この種の全天球カメラの一例を示す。全天球カメラは、カメラ本体１００の前後に、１８０度以上の画角θを有するドーム形のレンズ（魚眼レンズ）を備えた前側撮像部１０１及び後側撮像部１０２が各々設けられている。全天球カメラでは、これら前後の撮像部１０１，１０２で同時に撮影が行われ、各撮像部１０１，１０２で得られた画像を合成することにより、１つの全天球画像（パノラマ画像）を形成する。

詳しくは、図２の上段に示すように、前後の各撮像部１０１，１０２では円形の魚眼映像Ａ，Ｂが得られ、これら魚眼映像Ａ，Ｂを合成する処理が行われる。その際、これら魚眼映像Ａ，Ｂのうち、図２の中段に示すように、前側撮像部１０１の魚眼映像Ａは中央に配置される。対して、後側撮像部１０２の魚眼映像Ｂは左右の半円映像Ｂ１、Ｂ２に二分され、円弧側が魚眼映像Ａに向くようにして、各半円映像Ｂ１，Ｂ２が魚眼映像Ａの両側に配置される。

そうして、矢印で示すように、魚眼映像Ａ及び各半円映像Ｂ１，Ｂ２の円弧側の映像を引き延ばす補正処理が行われる。そうすることで、図２の後段に示すように、２つの魚眼映像Ａ，Ｂが正距円筒画像に変換され、１つのパノラマ画像Ｃが形成される。

このように、全天球カメラによれば、周囲全体を撮影することができるので、より臨場感のある画像が得られ、従来に無いユニークな撮影が可能になる。そのため、近年では、レジャーやスポーツの場面で利用できる全天球カメラが注目を集めており、陸上だけでなく、ダイビングやサーフィンなど、マリンスポーツでの利用も期待されている。

水中撮影を可能にする完全防水型の全天球カメラは、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１には、撮像部が８つある大型の全天球カメラではあるが、水中撮影を可能にする全天球カメラが開示されている。その全天球カメラでは、水上と水中とでは屈折率が異なり、ピントがずれて画像合成がうまくいかないおそれがあることから、球面状の透明防水シールドで全天球カメラの全体を覆っている。

特許文献２には、雨水に対する防水性（いわゆる生活防水）の確保を目的としたものであるが、撮像レンズが前後両面に配置された全天球カメラを収容する防水ケースが開示されている。その防水ケースは、互いに突き合わせて密閉される半身のケース片２つを有しており、特許文献１と同様に、各撮像レンズは、各ケース片に設けられた半球状の透明部分に収容されている。

特開２００４−８００８８号公報 特開２０１６−４０５７０号公報

通常、撮像レンズは、傷付き等を防止するため、透明な保護部材で覆われている。そのため、水中撮影時には、水と、撮像レンズと保護部材との間の空気層とを透過して光が撮像レンズに入り込む。その際、特許文献１にもあるように、水上と水中とでは屈折率が異なるため、水上では合うピントが水中では合わず、水中で撮影された映像がぼやけてしまう場合がある。

特許文献１のように、所定の条件を満たす球面状の保護部材で撮像部を覆えば、ピントのズレが抑制でき、水上と水中との間で、画像品質を損なうこと無くシームレスで撮影することが可能になるが、球面状の保護部材は出っ張るため、その存在が邪魔になって扱い難いという問題がある。しかも、球面状の保護部材は、落下時に直接地面等に接触し易いため、傷付きに起因したノイズよる画像品質の劣化や、破損による耐久性の低下を招くという問題がある。

保護部材を単にドーム状にするだけでは、水上と水中とで同じように結像させることはできないので、水中でのピントのズレ防止は行えない。そのため、水上と水中との間をシームレスで撮影できる天球カメラは、これまでのところ実現されてはいない。

更に、水中では、水上と異なり天球カメラの周囲は水で覆われているので、映像品質は、保護部材だけでなく水流や気泡の影響も受ける。

そこで本発明の目的は、水陸両用可能で、水中撮影時に水流や気泡の影響を受け難い全天球カメラを提供することにある。

本発明は、水陸両用可能な全天球カメラであって、互いに逆方向を撮影する一対の撮像部を有し、水中に浸漬可能なカメラ本体と、前記撮像部の各々を覆うように前記カメラ本体に装着される一対のプロテクタと、を備える。前記撮像部は、前記カメラ本体から突出したレンズを有している。前記プロテクタは、前記レンズの周囲を囲む円形の外周壁部と、前記レンズの突端を覆うように前記外周壁部の先端に設けられた透明な平板からなる板部と、を有している。そして、前記外周壁部が、基端側から先端側に向かって外径が大きくなる胴部を有している。

すなわち、この全天球カメラによれば、カメラ本体が水中に浸漬可能であり、いわゆる完全防水が施されているので水陸両用できる。そして、カメラ本体から突出したレンズはプロテクタで保護されていて、そのプロテクタの板部も出っ張ってないうえに、その外周縁が支持枠部で覆われているため、板部の傷つきや破損も効果的に防止できる。

しかも、板部が平板であることから、水上と水中とでの屈折率の違いの影響をほとんど受けずに光を透過させることができ、水中でも水上と同様にピント合わせが行えるので、水上と水中とで品質差の無い魚眼映像を撮影することができる。

ただし、各撮像部で撮影される魚眼映像は、プロテクタによってその周辺部分が制限されるため、これらを合成したパノラマ画像は分断された状態となるが、水上と水中とで品質差の無い映像が得られるため、陸上と水中との両方で違和感無くシームレスで撮影できる。特に、水面際の、水上での撮影と水中での撮影とが混在する場合に有効である。

更に、この全天球カメラの場合、カメラ本体から大きく突出したプロテクタによって水が撹拌され、板部の周辺部で水流の乱れや気泡が発生し易いという問題があるが、外周壁部に胴部が設けられているので、その胴部に、板部の周辺部の水の流れを誘導して、板部の周辺部で水流の乱れや気泡が発生するのを抑制することができる。

具体的には、前記外周壁部の先端に、前記板部の周縁部から前記胴部に向かって傾斜する縁部が設けてあってもよい。

そうすれば、縁部により、板部の周辺部から胴部へ水の流れを円滑に誘導できるので、板部の周辺部での水流の乱れや気泡の発生をよりいっそう抑制できる。

より具体的には、前記撮像部の画角が１３０度〜１４０度の範囲となるように、前記板部の外径が設定されているようにするとよい。

そうすれば、水中撮影が効率的に行え、パノラマ画像が分断されていてもその影響を最小限に抑えることができる。

本発明の全天球カメラによれば、水上と水中との間をシームレスで撮影できる全天球カメラを実現することができる。

全天球カメラの一例を説明する概略図である。 画像合成の一例を説明する図である。 実施形態の全天球カメラを示す概略斜視図である。 実施形態の全天球カメラの内部構造の一部を示す概略側面図である。 実施形態の全天球カメラでの、画像合成を説明する図である。 実施形態の全天球カメラでの、水中撮影時における水の流れを説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。

図３、図４に、本実施形態の全天球カメラ１（以下、単にカメラ１ともいう）を示す。このカメラ１は、縦長なボックス形状をした小型のカメラ本体１０と、カメラ本体１０に装着される一対のプロテクタ３０，３０と、で大略構成されており、片手で把持した状態や、三脚やマウントなどに装着した状態で、全天球画像（カメラ１の周囲の全景を表すパノラマ画像）からなる動画や静止画を撮影し、モニター等にその画像が表示できるように構成されている（いわゆるデジタルビデオカメラ）。

また、このカメラ１は、陸上だけでなく、ダイビングやサーフィン等のマリンスポーツでも使用できようになっている（水陸両用可能）。そして、詳細は後述するが、水中で撮影される全天球画像は画像が分断された状態となるものの、陸上と水中でのピントのズレが防止され、サーフィンなど、水面際での撮影（水上での撮影と水中での撮影とが混在）が行われた場合でも、違和感の少ないシームレスの画像が得られるように構成されている。

（カメラ本体１０）
カメラ本体１０の内部には、詳しい説明は省略するが、バッテリーや制御基板、ＳＤカード等の記憶媒体が着脱可能に装着されるスロット、ＵＳＢコネクタやＨＤＭＩ（登録商標）コネクタ等のインターフェイス、姿勢制御等に利用される角速度センサや加速度センサ等の各種センサなどの電子部品が組み込まれている。

これら電子部品により、カメラ１で撮影される動画や静止画は、無線又は有線による電気通信を通じて、撮影と同時にスマートフォンやＰＣ、ＴＶ等の外部装置に表示させることや、カメラ１で撮影された画像データを記憶して再生させることができるようになっている。

カメラ本体１０の上面及び一方の側面には、カメラ１の起動や停止、動画の撮影の開始や停止等の操作ボタンとしての機能や、静止画のシャッターボタンとしての機能を有する操作ボタン１１，１１が設置されている。図示しないが、カメラ本体１０の他方の側面には、バッテリーや記憶媒体の出し入れ、ＵＳＢコネクタ等との接続などを行うために、開閉可能な蓋で覆われたアクセス開口が設置されている。また、カメラ本体１０の下面には、三脚等への取付を可能にするネジ穴が形成されている。

カメラ本体１０の前面及び後面の各上部中央には、互いに逆方向を撮影する前側撮像部１２及び後側撮像部１３が設置されている。これら前側及び後側の各撮像部１２，１３は、同じ構造であり、レンズユニット１４、固体撮像素子１５（例えば、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ）などで構成されている。各レンズユニット１４は、大きな画角を形成する光学系構造を含み、その突端にはドーム状のレンズが配置されている（魚眼レンズ１６）。

カメラ本体１０の前壁面及び後壁面の各中央部には丸孔１７が形成されており、１８０度以上の画角が得られるように、この丸孔１７を通じて各レンズユニット１４の魚眼レンズ１６がカメラ本体１０から外部に突出している。それにより、各撮像部１２，１３では、レンズユニット１４を通じて集められる外光を固体撮像素子１５に結像させて電気信号に変換することにより、カメラ１の前方及び後方の広範囲を映す魚眼映像からなる画像データを形成する。

各撮像部１２，１３で得られた画像データは、制御基板に実装されている画像合成部で合成されて、正距円筒画像（パノラマ画像）に変換される。正距円筒画像に変換された画像データは、インターフェイスを通じて外部装置に出力され、あるいは記憶媒体に記憶される。

また、詳細は説明しないが、制御基板には、姿勢算出部、姿勢補正量算出部、姿勢補正部なども実装されている。姿勢算出部は、角速度センサ及び加速度センサから出力されるデータ信号に基づいて、３次元空間におけるカメラ１の姿勢を算出する。姿勢補正量算出部は、姿勢算出部で算出されたカメラ１の姿勢に基づいて、鉛直方向に対するカメラ１の姿勢の補正量（傾き）を算出する。

姿勢補正部は、姿勢補正量算出部で算出された補正量に基づいて、カメラ１の傾きを補正する。これら姿勢算出部等により、手振れ等によるカメラ１の揺れの影響が緩和され、視認性が向上できるように構成されている。

カメラ本体１０は、陸上だけでなく水中でも使用できるように、完全防水（ＩＰＸ８：水中形）が施されている。すなわち、カメラ本体１０は、水中に浸漬可能であり、例えば、レンズユニット１４と丸孔１７との間の隙間はＯリング１８でシールされており、カメラ本体１０の内部への水の浸入を防いでいる。そうすることにより、カメラ本体１０は、水深３０ｍでも使用できる耐圧性及び防水性が得られるように構成されている。

カメラ本体１０の丸孔１７の周囲には、リング状のパッキン１９が設置されており、更にそのパッキン１９の周囲には、リング状のマウント部２０が設置されている。前側撮像部１２及び後側撮像部１３を覆うように、前後の各マウント部２０にはプロテクタ３０が脱着可能に装着されており、カメラ本体１０から突出した魚眼レンズ１６を落下等による損傷から保護している。

（プロテクタ３０）
各プロテクタ３０は、同一の部材であり、装着部３１と、外周壁部３２と、板部３３とを有している。装着部３１及び外周壁部３２は、強度及び剛性に優れた合成樹脂や合金等によって一体に形成されている。なお、本実施形態では、水陸両用のプロテクタ３０を示しているが、このカメラ１では、陸上専用のプロテクタも使用できる（図示せず）。陸上専用のプロテクタは、１８０度以上の画角を得ることができる、外周壁部３２が省略されたドーム形の板部を有している。

装着部３１は、外周壁部３２の基端部位から内側に張り出した部分円環状の嵌合部３１ａと、嵌合部３１ａと隙間を隔てて対向するように、外周壁部３２の中間部位から内側に張り出した円環状の密閉部３１ｂと、を有している。前後方向から嵌合部３１ａをマウント部２０に嵌め入れて所定の方向に回動させることにより、嵌合部３１ａはマウント部２０に嵌合する。嵌合部３１ａがマウント部２０に嵌合することで、パッキン１９が密閉部３１ｂによって嵌め込み方向に圧着され、カメラ本体１０とプロテクタ３０との間の隙間がシールされるようになっている。

外周壁部３２は、カメラ本体１０から突出した魚眼レンズ１６の周囲を囲む円形の部分であり、装着部３１がある基端側から先端側に向かって外径が次第に大きくなる胴部３２ａと、胴部３２ａの先端側に設けられた円筒状の支持枠部３２ｂとを有している。

板部３３は、水深３０ｍでも実質的に撓み変形しない、厚みの大きい透明な円形の平板からなり、硬質ガラスや硬質プラスチック等で形成されている。板部３３は、支持枠部３２ｂの内側に嵌め込んで固定されている。板部３３は、プロテクタ３０がカメラ本体１０に装着された状態で、魚眼レンズ１６の突端と僅かな隙間を隔てて対向するように設定されている。

魚眼レンズ１６の周囲は、強度及び剛性に優れたプロテクタ３０で覆われているので、カメラ１を落下しても、魚眼レンズ１６が地面等に接触するおそれはない。更に、板部３３が出っ張ってないうえに、その外周縁が支持枠部３２ｂで覆われているため、板部３３の傷つきや破損も効果的に防止できる。

しかも、板部３３が、厚みが均一で表面が平坦な平板で構成されていることから、水上と水中とでの屈折率の違いの影響をほとんど受けずに光を透過させることができる。従って、水中でも水上と同様に固体撮像素子１５に結像してピント合わせが行えるので、水上と水中とで品質差の無い魚眼映像を撮影することができる。

板部３３の外面の周縁は、段差無く支持枠部３２ｂに連なっており、支持枠部３２ｂの先端部分には、その板部３３の外面の周縁部から外周側を胴部３２ａに向かって下り傾斜する縁部３４が設けられている。

板部３３の外径は、前側及び後側の各撮像部の画角が１３０度〜１４０度の範囲となるように設定されている。１４０度以上では、板部３３の外径が大きくなり過ぎて、カメラ本体１０のサイズに影響するおそれがあることに加え、板部３３に入射する光の全反射が水中で発生するため、効率的な水中撮影が行えない。そして、このカメラ１の場合、撮影されるパノラマ画像は、画像の一部が分断された状態となるため、１３０度以下では、分断された画像の繋ぎ目が大きくなり過ぎて、撮影されるパノラマ画像が見辛くなるおそれがある。

図５を参照しながら、このカメラ１におけるパノラマ画像の合成処理について説明する。

前側及び後側の各撮像部１２，１３で撮影される映像は、プロテクタ３０が写り込むため、本来得られる魚眼映像の周辺部分については所望する映像が得られない。そのため、前側及び後側の各撮像部１２，１３で得られる魚眼映像は、図５の上段に示すように、実質的には、直径が小さな映像となる（小径魚眼映像Ａ’，Ｂ’）。

これら小径魚眼映像Ａ’，Ｂ’は、画像合成部においてパノラマ画像に合成する処理が行われる。その際、図５の中段に示すように、前側撮像部１２の小径魚眼映像Ａ’は中央に配置され、後側撮像部１３の小径魚眼映像Ｂ’は左右の半円映像Ｂ１’，Ｂ２’に二分され、円弧側が小径魚眼映像Ａ’に向くようにして、各半円映像Ｂ１’，Ｂ２’が小径魚眼映像Ａ’の両側に配置される。

そうして、矢印で示すように、小径魚眼映像Ａ’及び各半円映像Ｂ１’，Ｂ２’の円弧側の映像を引き延ばす映像補正処理が行われる。そうすることで、図５の後段に示すように、正距円筒画像に変換される。このとき、小径魚眼映像Ａ’及び各半円映像Ｂ１’，Ｂ２’が小径であるため、補正されたこれら映像の間には矩形枠状の無画像帯Ｖが形成され、窓を通じて見るような、画像が３つに分断された状態のパノラマ画像Ｃ’（全天球画像の一形態）が形成される。

水上と水中とで品質差の無い映像が得られるため、水上と水中での撮影とが混在する水面際で撮影した場合でも、違和感をほとんど感じることなく、シームレスでその動画や静止画を見ることができる。しかも、無画像帯が、映像補正処理によって引き延ばされる、変換量の大きな外周部分に位置しているため、歪みの大きい部分を無画像帯でマスクして見易くできる利点もある。

更に、水中撮影を行う場合、水上と異なりカメラ１の周囲は水で覆われているので、映像品質は水流や気泡の影響も受ける。特に、板部３３の近くでの水流の乱れや気泡の発生は、ノイズとして映像に大きく映り込むことになるため、その影響が大きい。更に、板部３３の周辺部では、映像補正処理により、ノイズが引き延ばされて拡大するため、より影響を受け易い。

それに対し、このカメラ１では、魚眼レンズ１６がカメラ本体１０から突出しているため、その魚眼レンズ１６の突端を覆う板部３３を平板状にすると、プロテクタ３０はカメラ本体１０から更に大きく突出させざるを得ない。そうした場合、水中撮影時のカメラ１は、前後だけでなく、左右や上下も大きく動くのが通常であるため、カメラ本体１０から大きく突出したプロテクタ３０によって水が撹拌され、板部３３の周辺部で水流の乱れや気泡が発生し易いという問題がある。

そこで、このカメラ１では、外周壁部３２に胴部３２ａを設け、水中撮影時に、カメラ１が左右や上下に大きく動いた場合に、図６に矢印で示すように、胴部３２ａに水の流れを誘導することで、板部３３の周辺部で水流の乱れや気泡が発生するのを抑制している。

更にこのカメラ１では、支持枠部３２ｂの先端部分に縁部３４が設けられていて、板部３３の周辺部から胴部３２ａへ水の流れを円滑に誘導できるようになっているので、板部３３の周辺部での水流の乱れや気泡の発生をよりいっそう抑制できるようになっている。

従って、このカメラ１によれば、水上と水中とで品質差の無い魚眼映像を撮影することができるので、枠状の無画像帯が形成されるものの、水中と水上とで違和感の少ないパノラマ画像を得ることができる。しかも、水中撮影特有のノイズの映り込みが効果的に防止できるので、水中でも高品質なパノラマ画像が得られ、よりいっそう水中と水上とで違和感の少ないパノラマ画像を得ることができる。

なお、本発明にかかる全天球カメラは、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。例えば、カメラ本体１０の形態は、仕様に応じて適宜変更できる。パノラマ画像に形成される枠状の無画像帯は、黒や白色等、固定された単一色でマスクしてもよいが、その周辺部分の画像の色彩や明度に近くなるように画像合成時に色補正を行うようにしてもよい。

１ 全天球カメラ
１０ カメラ本体
１２ 前側撮像部
１３ 後側撮像部
１４ レンズユニット
１５ 固体撮像素子
１６ 魚眼レンズ
３０ プロテクタ
３１ 装着部
３２ 外周壁部
３２ａ 胴部
３２ｂ 支持枠部
３３ 板部

Claims (3)

1. 水陸両用可能な全天球カメラであって、
   互いに逆方向を撮影する一対の撮像部を有し、水中に浸漬可能なカメラ本体と、
   前記撮像部の各々を覆うように前記カメラ本体に装着される一対のプロテクタと、
   を備え、
   前記撮像部は、前記カメラ本体から突出したレンズを有し、
   前記プロテクタは、
   前記レンズの周囲を囲む円形の外周壁部と、
   前記レンズを覆うように前記外周壁部の先端に設けられた透明な平板からなる板部と、
   を有し、
   前記外周壁部が、基端側から先端側に向かって外径が大きくなる胴部を有している全天球カメラ。
2. 請求項１に記載の全天球カメラにおいて、
   前記外周壁部の先端に、前記板部の周縁部から前記胴部に向かって傾斜する縁部が設けられている全天球カメラ。
3. 請求項１又は請求項２に記載の全天球カメラにおいて、
   前記撮像部の画角が１３０度〜１４０度の範囲となるように、前記板部の外径が設定されている全天球カメラ。

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