JP7068906B2 - Multi-view camera controller and its program - Google Patents
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Description
本発明は、多視点カメラ制御装置及びそのプログラムに関する。 The present invention relates to a multi-view camera control device and a program thereof.
任意の視点で自由に立体像を視認することが可能な立体像表示方式の一つとして、インテグラルフォトグラフィ(Integral Photography:以下IP)方式が知られている。このIP方式では、実体のある被写体を1台のカメラで撮影し、平面上に配列されたレンズアレイを利用して要素画像を生成する。 Integral Photography (IP) method is known as one of the stereoscopic image display methods capable of freely visually recognizing a stereoscopic image from an arbitrary viewpoint. In this IP method, a real subject is photographed by one camera, and an element image is generated by using a lens array arranged on a plane.
また、IP方式では、多視点ロボットカメラが撮影した映像から生成した3次元モデルを用いて、要素画像を生成することもできる(非特許文献1,2)。これら従来技術では、IPディスプレイの再現領域を実空間に設定し、多視点ロボットカメラの協調制御により、四角錐台状の再現領域が収まる最小画角で多視点映像を撮影し、要素画像を生成するものである。
Further, in the IP method, an element image can be generated by using a three-dimensional model generated from an image taken by a multi-viewpoint robot camera (Non-Patent
しかし、前記した従来技術では、IPディスプレイの視域内で観視者が動いたとき、IPディスプレイが表示する立体像に欠損が生じるという問題がある。具体的には、従来技術では、図8に示すように、マスターカメラCMの位置を基準としてIPディスプレイの再現領域ARoldを設定する。このため、従来技術では、観視者が視域の端でIPディスプレイを観視した場合、再現領域ARoldが十分な大きさでなく、立体像が正しく表示されないことがある。
なお、図8が平面図のため、四角錐台状の再現領域ARoldを台形状で図示した。
However, the above-mentioned conventional technique has a problem that when the viewer moves within the visual range of the IP display, the stereoscopic image displayed by the IP display is defective. Specifically, in the prior art, as shown in FIG. 8, the reproduction area ARold of the IP display is set with reference to the position of the master camera CM . Therefore, in the prior art, when the viewer views the IP display at the edge of the visual range, the reproduction area ARold may not be sufficiently large and the stereoscopic image may not be displayed correctly.
Since FIG. 8 is a plan view, the quadrangular pyramid-shaped reproduction region AR old is shown in a trapezoidal shape.
そこで、本発明は、IP立体像表示装置が表示する立体像の欠損を抑制できる多視点カメラ制御装置及びそのプログラムを提供することを課題とする。 Therefore, it is an object of the present invention to provide a multi-view camera control device and a program thereof that can suppress the loss of the stereoscopic image displayed by the IP stereoscopic image display device.
前記した課題に鑑みて、本発明に係る多視点カメラ制御装置は、予め設定した1台のマスターカメラ及びマスターカメラ以外のリファレンスカメラからなる多視点カメラで被写体を撮影した多視点映像から、IP立体像表示装置で表示するIP立体映像を生成するために、多視点カメラを制御する多視点カメラ制御装置であって、パラメータ入力手段と、再現領域設定手段と、リファレンスカメラ制御手段と、撮影指令手段と、を備える構成とした。 In view of the above-mentioned problems, the multi-view camera control device according to the present invention is an IP stereoscopic image from a multi-view image taken by a multi-view camera consisting of a preset master camera and a reference camera other than the master camera. It is a multi-view camera control device that controls a multi-view camera to generate an IP stereoscopic image to be displayed by an image display device, and is a parameter input means, a reproduction area setting means, a reference camera control means, and a shooting command means. And, it was configured to include.
かかる構成によれば、多視点カメラ制御装置は、パラメータ入力手段によって、IP立体像表示装置の奥行き方向再現範囲と、IP立体像表示装置の観視位置とがパラメータとして入力される。
多視点カメラ制御装置は、再現領域設定手段によって、少なくとも端の観視位置において、観視位置を頂点としてIP立体像表示装置の画面周縁を通過する四角錐状の空間領域を求める。そして、再現領域設定手段は、空間領域と奥行き方向再現範囲とが重複する四角錐台状の観視領域を求める。さらに、再現領域設定手段は、それぞれの観視位置で求めた観視領域の和をIP立体像表示装置の再現領域として設定する。
According to this configuration, in the multi-view camera control device, the depth direction reproduction range of the IP stereoscopic image display device and the viewing position of the IP stereoscopic image display device are input as parameters by the parameter input means.
The multi-view camera control device obtains a quadrangular pyramid-shaped spatial region that passes through the screen peripheral edge of the IP stereoscopic image display device with the viewing position as the apex at least at the viewing position at the end by the reproduction area setting means. Then, the reproduction area setting means obtains a quadrangular pyramid-shaped viewing area in which the spatial area and the reproduction range in the depth direction overlap. Further, the reproduction area setting means sets the sum of the viewing areas obtained at each viewing position as the reproduction area of the IP stereoscopic image display device.
多視点カメラ制御装置は、リファレンスカメラ制御手段によって、IP立体像表示装置の再現領域がリファレンスカメラの画角に収まるようにリファレンスカメラの姿勢及び画角を制御する。
多視点カメラ制御装置は、撮影指令手段によって、マスターカメラの撮影に同期して、リファレンスカメラに撮影を指令する。
The multi-view camera control device controls the posture and angle of view of the reference camera so that the reproduction area of the IP stereoscopic image display device fits in the angle of view of the reference camera by the reference camera control means.
The multi-view camera control device commands the reference camera to shoot in synchronization with the shooting of the master camera by the shooting command means.
このように、IP立体像表示装置の再現領域は、端の観視位置を用いて設定するので、マスターカメラの位置のみで設定した場合に比べ、大きくなる。従って、観視者が視域の端からIP立体像表示装置を観視しても、IP立体像表示装置の再現領域が不足する事態を低減できる。
なお、前記した多視点カメラ制御装置は、一般的なコンピュータを前記した各手段として協調動作させる多視点カメラ制御プログラムで実現することもできる。
As described above, since the reproduction area of the IP stereoscopic image display device is set by using the viewing position at the edge, it is larger than the case where it is set only by the position of the master camera. Therefore, even if the viewer views the IP stereoscopic image display device from the edge of the viewing area, it is possible to reduce the situation where the reproduction area of the IP stereoscopic image display device is insufficient.
The multi-view camera control device described above can also be realized by a multi-view camera control program in which a general computer is operated in cooperation as the above-mentioned means.
本発明によれば、観視者が視域の端からIP立体像表示装置を観視しても、IP立体像表示装置の再現領域が不足する事態を低減し、IP立体像表示装置が表示する立体像の欠損を抑制することができる。 According to the present invention, even if the viewer views the IP stereoscopic image display device from the edge of the viewing area, the situation where the reproduction area of the IP stereoscopic image display device is insufficient is reduced, and the IP stereoscopic image display device displays. It is possible to suppress the loss of the stereoscopic image.
(実施形態)
[多視点映像撮影システムの概略]
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図1を参照し、実施形態に係る多視点映像撮影システム1の概略について説明する。
図1に示すように、多視点映像撮影システム1は、多視点ロボットカメラ(多視点カメラ)Cで多視点映像を撮影し、撮影した多視点映像を用いて、IP立体映像(要素画像)を生成するものである。このとき、多視点映像撮影システム1は、IP立体映像を表示するIP立体像表示装置(不図示)の観視位置を考慮して、IP立体像表示装置の再現領域を設定する。
(Embodiment)
[Outline of multi-viewpoint video shooting system]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
An outline of the multi-viewpoint
As shown in FIG. 1, the multi-viewpoint
まず、多視点映像撮影システム1では、IP立体像表示装置の観視位置を予め設定する。続いて、図示を省略したカメラマンが、マスターカメラCMを姿勢やズームを操作し、そのときのパラメータを多視点映像撮影システム1に設定する。続いて、多視点映像撮影システム1では、IP立体像表示装置の観視位置を考慮して、IP立体像表示装置の再現領域を設定する。
なお、IP立体像表示装置の観視位置及び再現領域の詳細は、後記する。
First, in the multi-viewpoint
The details of the viewing position and the reproduction area of the IP stereoscopic image display device will be described later.
続いて、多視点映像撮影システム1では、隣接カメラ間のベースラインB(図2)を等間隔にするため、リファレンスカメラCn(C1~C6)を正六角形状に配置する。このとき、隣接カメラ間のベースラインBは、3次元モデルを生成する奥行推定処理の許容視差角に基づいて算出される。
なお、添え字nは、何台目のリファレンスカメラCnであるかを表す整数である(但し、1≦n≦6)。
Subsequently, in the multi-viewpoint
The subscript n is an integer indicating the number of reference cameras C n (however, 1 ≦ n ≦ 6).
続いて、多視点映像撮影システム1は、IP立体像表示装置の再現領域を構成する各頂点がリファレンスカメラCnの画角に収まるように、リファレンスカメラCnの姿勢及び画角を制御する。そして、多視点映像撮影システム1は、マスターカメラCM及びリファレンスカメラCnで被写体90を撮影し、多視点映像を生成する。さらに、多視点映像撮影システム1は、生成した多視点映像から被写体90の3次元モデルを生成し、その3次元モデルのIP立体映像を生成する。
Subsequently, the multi-viewpoint
[多視点映像撮影システムの全体構成]
以下、多視点映像撮影システム1の全体構成について説明する。
図1に示すように、多視点映像撮影システム1は、多視点ロボットカメラCと、多視点カメラ制御装置2と、3次元モデル生成装置3と、IP立体映像生成装置4とを備える。
[Overall configuration of multi-view video shooting system]
Hereinafter, the overall configuration of the multi-viewpoint
As shown in FIG. 1, the multi-viewpoint
多視点ロボットカメラCは、予め設定した1台のマスターカメラCMと、マスターカメラCM以外のリファレンスカメラCnとを備えるものである。ここでは、多視点ロボットカメラCは、リファレンスカメラCnが、水平方位だけでなく、垂直方向にも配置されている。本実施形態では、多視点ロボットカメラCは、マスターカメラCMと、このマスターカメラCMを中心として正六角形状に配置された6台のリファレンスカメラCnとを備える。このとき、多視点ロボットカメラCは、マスターカメラCMと、マスターカメラCMの左右に位置するリファレンスカメラC3,C6とを結んだ軸線が水平となるように配置されている。
また、多視点ロボットカメラCは、ケーブルを介して、多視点カメラ制御装置2及び3次元モデル生成装置3に接続されている。
The multi-viewpoint robot camera C includes one preset master camera CM and a reference camera Cn other than the master camera CM . Here, in the multi-viewpoint robot camera C, the reference camera Cn is arranged not only in the horizontal direction but also in the vertical direction. In the present embodiment, the multi-viewpoint robot camera C includes a master camera CM and six reference cameras Cn arranged in a regular hexagonal shape around the master camera CM. At this time, the multi-viewpoint robot camera C is arranged so that the axis connecting the master camera CM and the reference cameras C 3 and C 6 located on the left and right sides of the master camera CM is horizontal.
Further, the multi-viewpoint robot camera C is connected to the multi-viewpoint
マスターカメラCMとは、カメラマンが操作する撮影カメラのことである。ここで、カメラマンが、マスターカメラCMの姿勢(パン、チルト)、画角(ズーム)、デプスを操作する。すると、マスターカメラCMは、そのときの姿勢、画角及びデプスをパラメータとして、多視点カメラ制御装置2に出力する。さらに、マスターカメラCMは、カメラマンがシャッターを切ると、被写体90を撮影し、その撮影映像を3次元モデル生成装置3に出力する。このとき、マスターカメラCMは、撮影映像を撮影したタイミングを多視点カメラ制御装置2に通知する(撮影通知)。
The master camera CM is a shooting camera operated by a cameraman . Here, the cameraman operates the posture (pan, tilt), angle of view (zoom), and depth of the master camera CM. Then, the master camera CM outputs the posture, angle of view, and depth at that time to the multi- view
リファレンスカメラCnとは、3次元モデルを生成するときの奥行推定処理において、ステレオマッチングに用いる撮影映像を撮影する撮影カメラのことである。つまり、リファレンスカメラCnは、マスターカメラCMに追従するように自動制御される。本実施形態では、リファレンスカメラCnは、パン、チルト、ズーム(画角)を制御可能な雲台に搭載されている。そして、リファレンスカメラCnは、多視点カメラ制御装置2からの制御信号に応じて、姿勢(パン、チルト)及びズーム(画角)を駆動する。さらに、リファレンスカメラCnは、多視点カメラ制御装置2から、撮影が指令されたタイミングで被写体90を撮影し、その撮影映像を3次元モデル生成装置3に出力する。
The reference camera Cn is a shooting camera that shoots a shot image used for stereo matching in the depth estimation process when generating a three-dimensional model. That is, the reference camera Cn is automatically controlled to follow the master camera CM . In the present embodiment, the reference camera Cn is mounted on a pan head capable of controlling pan, tilt, and zoom (angle of view). Then, the reference camera Cn drives the posture (pan, tilt) and the zoom (angle of view) in response to the control signal from the multi-view
なお、多視点ロボットカメラCは、図2示すように、隣接カメラ間のベースラインBを手動で調整する。ベースラインBは、マスターカメラCMと各リファレンスカメラCnとの距離、及び、隣接するリファレンスカメラCn同士の距離のことである。例えば、多視点ロボットカメラCは、マスターカメラCM及び各リファレンスカメラCnを三脚(不図示)に搭載する。この場合、カメラマン等が、多視点カメラ制御装置2が出力したベースライン情報を参照し、マスターカメラCM及び各リファレンスカメラCnを手動で移動させる。
As shown in FIG. 2, the multi-viewpoint robot camera C manually adjusts the baseline B between adjacent cameras. The baseline B is the distance between the master camera CM and each reference camera Cn , and the distance between adjacent reference cameras Cn . For example, in the multi-viewpoint robot camera C, the master camera CM and each reference camera Cn are mounted on a tripod (not shown). In this case, the cameraman or the like refers to the baseline information output by the multi-view
多視点カメラ制御装置2は、多視点ロボットカメラCが多視点映像を撮影する際、多視点ロボットカメラC(リファレンスカメラCn)を制御するものである。この多視点カメラ制御装置2の詳細は、後記する。
The multi-view
3次元モデル生成装置3は、マスターカメラCMの撮影映像から、被写体90の3次元モデルを生成するものである。本実施形態では、3次元モデル生成装置3は、奥行推定処理を行うため、マスターカメラCMと各リファレンスカメラCnとの撮影映像を用いて、ステレオマッチングを行う。そして、3次元モデル生成装置3は、生成した3次元モデルをIP立体映像生成装置4に出力する。
The three-dimensional
IP立体映像生成装置4は、3次元モデル生成装置3が生成した3次元モデルから、IP立体映像を生成するものである。本実施形態では、IP立体映像生成装置4は、仮想空間に多視点ロボットカメラC、被写体90及びIP立体像表示装置の位置関係を再現し、斜投影により3次元点群モデルの多視点映像を撮影する。
The IP stereoscopic
なお、多視点ロボットカメラC、3次元モデル生成装置3及びIP立体映像生成装置4の詳細は、以下の参考文献1,2に記載されているため、これ以上の説明を省略する。
参考文献1:池谷他、「三次元復元のための多視点ロボットカメラの開発」、2017年電子情報通信学会総合大会講演論文集、情報・システム講演論文集2、D-11-3、2017,p.3
参考文献2:池谷他、「多視点ロボットカメラを用いたインテグラル立体撮影技術」、映像情報メディア学会技術報告、2017年11月30日
Since the details of the multi-viewpoint robot camera C, the three-dimensional
Reference 1: Iketani et al., "Development of Multiview Robot Camera for Three-Dimensional Restoration", 2017 IEICE General Conference Proceedings, Information and Systems Lectures 2, D-11-3, 2017, p.3
Reference 2: Iketani et al., "Integral Stereoscopic Imaging Technology Using Multiview Robot Camera", Technical Report of the Institute of Image Information and Television Engineers, November 30, 2017
[多視点カメラ制御装置の構成]
図3を参照し、多視点カメラ制御装置2の構成について説明する。
図3に示すように、多視点カメラ制御装置2は、パラメータ設定手段(パラメータ入力手段)20と、再現領域設定手段22と、ベースライン算出手段24と、リファレンスカメラ制御手段26と、撮影指令手段28とを備える。
[Configuration of multi-view camera control device]
The configuration of the multi-view
As shown in FIG. 3, the multi-view
パラメータ設定手段20は、多視点ロボットカメラCの制御に必要な各種パラメータを設定(入力)するものである。本実施形態では、パラメータ設定手段20は、パラメータとして、多視点ロボットカメラCから、マスターカメラCMの姿勢及び画角と、デプスとを取得する。また、カメラマンが、図示を省略したマウス、キーボード等の操作手段を用いて、パラメータをパラメータ設定手段20に入力する。例えば、カメラマンが入力するパラメータには、IP立体像表示装置の奥行き方向再現範囲、画面サイズ、飛び出し量、観視位置及び視域が含まれる。そして、パラメータ設定手段20は、設定された各種パラメータを再現領域設定手段22に出力する。 The parameter setting means 20 sets (inputs) various parameters necessary for controlling the multi-viewpoint robot camera C. In the present embodiment, the parameter setting means 20 acquires the posture and angle of view of the master camera CM and the depth from the multi-viewpoint robot camera C as parameters. Further, the cameraman inputs the parameters to the parameter setting means 20 by using an operation means such as a mouse and a keyboard (not shown). For example, the parameters input by the cameraman include the depth direction reproduction range of the IP stereoscopic image display device, the screen size, the pop-out amount, the viewing position, and the viewing range. Then, the parameter setting means 20 outputs various set parameters to the reproduction area setting means 22.
<パラメータの説明>
以下、パラメータ設定手段20に設定する各種パラメータについて説明する。
図4に示すように、マスターカメラCMの姿勢は、カメラマンがマスターカメラCMを操作して被写体90を撮影したときのパン・チルトを表す。
マスターカメラCMの画角θは、カメラマンがマスターカメラCMを操作して被写体90を撮影したときの水平方向及び垂直方向の画角を表す。
デプスdは、マスターカメラCMから注視点Gまでの距離を表す。
注視点Gとは、被写体90の位置のことである。つまり、注視点Gは、IP立体映像として主に表示したい被写体90の位置を表す。
なお、図4では、X軸が水平方向を表し、Y軸が垂直方向を表し、Z軸が奥行き方向を表す。
<Explanation of parameters>
Hereinafter, various parameters set in the parameter setting means 20 will be described.
As shown in FIG. 4, the posture of the master camera CM represents pan / tilt when the cameraman operates the master camera CM to take a picture of the subject 90.
The angle of view θ of the master camera CM represents the horizontal and vertical angles of view when the cameraman operates the master camera CM to shoot the subject 90.
Depth d represents the distance from the master camera CM to the gazing point G.
The gazing point G is the position of the subject 90. That is, the gazing point G represents the position of the subject 90 that is mainly desired to be displayed as an IP stereoscopic image.
In FIG. 4, the X-axis represents the horizontal direction, the Y-axis represents the vertical direction, and the Z-axis represents the depth direction.
図5に示すように、IP立体像表示装置の奥行き方向再現範囲Dは、IP立体像表示装置が奥行き方向(Z軸方向)で立体像を再現できる範囲を表す。図5に示すように、IP立体像表示装置の奥行き方向再現範囲Dは、画面5(レンズアレイ)を中心とした、手前再現範囲から奥再現範囲までの間を表す。
IP立体像表示装置の画面サイズは、画面5の幅W及び高さH(図6)を表す。
IP立体像表示装置の飛び出し量Δは、注視点GがIP立体像表示装置の画面5から奥行き方向に離れて表示される距離を表す。
IP立体像表示装置の視域Ωは、IP立体像表示装置が立体像を適正に表示できる角度を表す。
As shown in FIG. 5, the depth direction reproduction range D of the IP stereoscopic image display device represents a range in which the IP stereoscopic image display device can reproduce a stereoscopic image in the depth direction (Z-axis direction). As shown in FIG. 5, the depth direction reproduction range D of the IP stereoscopic image display device represents the period from the front reproduction range to the back reproduction range centered on the screen 5 (lens array).
The screen size of the IP stereoscopic image display device represents the width W and the height H (FIG. 6) of the
The pop-out amount Δ of the IP stereoscopic image display device represents the distance at which the gazing point G is displayed away from the
The viewing area Ω of the IP stereoscopic image display device represents an angle at which the IP stereoscopic image display device can properly display the stereoscopic image.
IP立体像表示装置の観視位置Vは、多視点映像撮影システム1が生成したIP立体映像をIP立体像表示装置で表示する際、観視者がIP立体映像を観視する位置を表す。例えば、IP立体像表示装置の観視位置Vは、IP立体像表示装置が備えるレンズアレイの要素レンズのピッチや焦点距離、IP立体像表示装置の解像度を考慮して、任意に設定できる。例えば、観視位置Vは、マスターカメラCMの位置を基準として、水平方向及び垂直方向に等間隔で複数設定できる。
なお、前記したパラメータ設定手段20では、後記する空間領域及び観視領域の算出に利用する観視位置Vのみを設定すればよい。
The viewing position V of the IP stereoscopic image display device represents a position where the viewer views the IP stereoscopic image when displaying the IP stereoscopic image generated by the multi-viewpoint
In the parameter setting means 20 described above, only the viewing position V used for calculating the spatial area and the viewing area described later may be set.
図3に戻り、多視点カメラ制御装置2の構成の説明を続ける。
再現領域設定手段22は、少なくとも端の観視位置において、観視位置を頂点としてIP立体像表示装置の画面周縁を通過する四角錐状の空間領域を求めるものである。そして、再現領域設定手段22は、その空間領域と奥行き方向再現範囲とが重複する四角錐台状の観視領域を求める。さらに、再現領域設定手段22は、それぞれの観視位置で求めた観視領域の和をIP立体像表示装置の再現領域として設定する。
Returning to FIG. 3, the description of the configuration of the multi-view
The reproduction area setting means 22 obtains a quadrangular pyramid-shaped spatial area that passes through the screen peripheral edge of the IP stereoscopic image display device with the viewing position as the apex at least at the viewing position at the end. Then, the reproduction area setting means 22 obtains a quadrangular pyramid-shaped viewing area in which the spatial area and the reproduction range in the depth direction overlap. Further, the reproduction area setting means 22 sets the sum of the viewing areas obtained at each viewing position as the reproduction area of the IP stereoscopic image display device.
<再現領域の設定>
以下、図5及び図6を参照し、IP立体像表示装置の再現領域の設定について説明する。
ここでは、IP立体像表示装置の観視位置は、図5及び図6に示すように、マスターカメラCMの位置を基準(中心)として、水平方向及び垂直方向にそれぞれ11箇所設定されている。また、中央の観視位置VCがマスターカメラCMの位置に対応し、左右両端の観視位置VL,VRが視域Ωの端に位置する。また、本実施形態では、各観視位置Vが、奥行き方向で同一距離(つまり、同一のX-Y平面上)に位置する。
<Setting of reproduction area>
Hereinafter, the setting of the reproduction area of the IP stereoscopic image display device will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
Here, as shown in FIGS. 5 and 6, 11 viewing positions of the IP stereoscopic image display device are set in the horizontal direction and the vertical direction with the position of the master camera CM as a reference (center). .. Further, the central viewing position VC corresponds to the position of the master camera CM, and the viewing positions VL and VR at both left and right ends are located at the ends of the viewing range Ω. Further, in the present embodiment, each viewing position V is located at the same distance in the depth direction (that is, on the same XY plane).
まず、水平方向について考える。再現領域設定手段22は、デプスd、画角θ、画面サイズ(幅W)及び飛び出し量Δが含まれる式(1)を用いて、縮尺比kを算出する。具体的には、再現領域設定手段22は、パラメータ設定手段20から入力されたデプスd、画角θ、画面サイズW及び飛び出し量Δを式(1)に代入し、縮尺比kを算出する。この縮尺比kは、3次元モデルを配置する仮想空間と、マスターカメラCMで撮影する実空間とのスケールの比を表す。 First, consider the horizontal direction. The reproduction area setting means 22 calculates the scale ratio k using the equation (1) including the depth d, the angle of view θ, the screen size (width W), and the pop-out amount Δ. Specifically, the reproduction area setting means 22 substitutes the depth d, the angle of view θ, the screen size W, and the pop-out amount Δ input from the parameter setting means 20 into the equation (1) to calculate the scale ratio k. This scale ratio k represents the ratio of the scale between the virtual space in which the three- dimensional model is placed and the real space taken by the master camera CM.
図5に示すように、画面5の幅がkWとなり、画面5の幅kWから左端EL及び右端ERが求められる。また、実空間上の飛び出し量がkΔとなり、奥行き方向再現範囲が画面5を中心として奥行き方向にkDとなる。
As shown in FIG. 5, the width of the
次に、再現領域設定手段22は、要素画像を生成する際の観視位置VをマスターカメラCMで撮影する実空間に設定する。そして、再現領域設定手段22は、各観視位置Vと画面5の形状とを結んだ直線で形成される四角錘台状の観視領域に、IP立体像表示装置の再現範囲を適合させる。このように、観視位置V毎の観視領域を合成することで、図5のIP立体像表示装置の再現領域ARを設定する。
Next, the reproduction area setting means 22 sets the viewing position V when generating the element image in the real space to be photographed by the master camera CM . Then, the reproduction area setting means 22 adapts the reproduction range of the IP stereoscopic image display device to the square pyramid-shaped viewing area formed by a straight line connecting each viewing position V and the shape of the
まず、左端の観視位置VLについて考える。この場合、再現領域設定手段22は、実空間において、観視位置VLを頂点として、画面5の周縁E(左端EL,右端ER,上端EU,下端ED)を通過する四角錐状の空間領域を求める。図5のように垂直方向から見ると、観視位置VLの空間領域は、観視位置VLから画面5の左端ELに向けて延長した線分と、観視位置VLから画面5の右端ERに向けて延長した線分とで囲われる三角形状の領域となる(破線で図示)。そして、再現領域設定手段22は、観視位置VLの空間領域と、奥行き方向再現範囲とが重複する観視領域を求める(太破線で図示)。この観視領域は、空間領域の側面と、手前再現範囲に対応する平面と、奥再現範囲に対応する平面とで囲われる四角錐台状の領域となる。
なお、図5が平面図のため、実際には四角錐状になる空間領域を三角形状で図示し、四角錐台状の観視領域を台形状で図示した(図6も同様)。
First, consider the leftmost viewing position VL . In this case, the reproduction area setting means 22 is a quadrangular pyramid that passes through the peripheral edge E (left end EL , right end ER , upper end EU , lower end ED) of the
Since FIG. 5 is a plan view, the spatial area that is actually a quadrangular pyramid is shown in a triangular shape, and the viewing area in the shape of a quadrangular pyramid is shown in a trapezoidal shape (the same applies to FIG. 6).
次に、右端の観視位置VRについて考える。この場合、再現領域設定手段22は、実空間において、観視位置VRを頂点として、画面5の周縁Eを通過する空間領域を求める(一点鎖線で図示)。そして、再現領域設定手段22は、観視位置VRの空間領域と、奥行き方向再現範囲とが重複する観視領域を求める(太一点鎖線で図示)。
Next, consider the viewing position VR at the right end. In this case, the reproduction area setting means 22 obtains a space area passing through the peripheral edge E of the
ここで、再現領域設定手段22は、水平方向だけでなく、垂直方向でも観視領域を求める。図6に示すように、再現領域設定手段22は、実空間において、上端の観視位置VUを頂点として、画面5の周縁Eを通過する四角錐状の空間領域をそれぞれ求める。図6のように水平方向から見ると、観視位置VUの空間領域は、観視位置VUから画面5の上端EUに向けて延長した線分と、観視位置VUから画面5の下端EDに向けて延長した線分とで囲われる三角形状の領域となる(破線で図示)。そして、再現領域設定手段22は、観視位置VDの空間領域と、奥行き方向再現範囲とが重複する観視領域を求める(太破線で図示)。さらに、再現領域設定手段22は、上端の観視位置VDと同様、下端の観視位置VUの観視領域を求める。
なお、図6では、θVが垂直方向の画角を表し、Hが画面5の高さを表し、ΩVが垂直方向の視域を表す。
Here, the reproduction area setting means 22 obtains the viewing area not only in the horizontal direction but also in the vertical direction. As shown in FIG. 6, the reproduction area setting means 22 obtains a quadrangular pyramid-shaped space area passing through the peripheral edge E of the
In FIG. 6, θ V represents the angle of view in the vertical direction, H represents the height of the
本実施形態では、再現領域設定手段22は、水平方向及び垂直方向の端に位置する観視位置V(VL,VR,VU,VD)のみで空間領域及び観視領域を求めているが、他の観視位置Vを用いてもよい。例えば、再現領域設定手段22は、中央の観視位置VCから空間領域及び観視領域を求めてもよく、観視位置V毎に空間領域及び観視領域を求めてもよい。 In the present embodiment, the reproduction area setting means 22 obtains the spatial area and the visual area only at the viewing positions V ( VL , VR , V U , V D ) located at the edges in the horizontal direction and the vertical direction. However, another viewing position V may be used. For example, the reproduction area setting means 22 may obtain the space area and the viewing area from the central viewing position VC, or may obtain the space area and the viewing area for each viewing position V.
次に、再現領域設定手段22は、各観視位置Vで求めた観視領域の和を再現領域ARとして設定する。具体的には、再現領域設定手段22は、各観視位置Vの観視領域の論理和(OR演算)を取って、再現領域ARを求める。つまり、再現領域設定手段22は、再現領域ARが最大となるように、何れかの各観視位置Vで求めた観視領域が存在する最大領域を再現領域ARとして設定する。図5及び図6に示すように、再現領域ARは、画面5の位置で2個の四角錐台の上底面が合わさった形状の領域となり、12個の頂点Piで構成される(ドットで図示)。なお、図面を見やすくするため、一部のみ符号Piを図示した。
Next, the reproduction area setting means 22 sets the sum of the viewing areas obtained at each viewing position V as the reproduction area AR. Specifically, the reproduction area setting means 22 obtains the reproduction area AR by ORing the viewing areas (OR calculation) of each viewing position V. That is, the reproduction area setting means 22 sets the maximum area in which the viewing area obtained at any of the viewing positions V exists as the reproduction area AR so that the reproduction area AR becomes the maximum. As shown in FIGS. 5 and 6, the reproduction region AR is a region having a shape in which the upper and lower surfaces of two quadrangular pyramids are combined at the position of the
次に、再現領域設定手段22は、3次元モデルを生成する仮想空間のスケールを実空間と等しくし、実空間に設定した再現領域ARを仮想空間に同一の位置及びスケールで設定する。
その後、再現領域設定手段22は、求めた再現領域AR及び縮尺比kと、パラメータ設定手段20からの各種パラメータとをベースライン算出手段24に出力する。
Next, the reproduction area setting means 22 makes the scale of the virtual space that generates the three-dimensional model equal to the real space, and sets the reproduction area AR set in the real space at the same position and scale in the virtual space.
After that, the reproduction area setting means 22 outputs the obtained reproduction area AR and the scale ratio k, and various parameters from the parameter setting means 20 to the baseline calculation means 24.
図3に戻り、多視点カメラ制御装置2の構成の説明を続ける。
ベースライン算出手段24は、多視点ロボットカメラCにおける隣接カメラ間のベースラインB(隣接カメラ間の距離)を、予め設定された許容視差角から算出するものである。
なお、許容視差角とは、高精度な3次元モデルを生成するために許容される隣接カメラの輻輳角のことであり、例えば、奥行推定処理(奥行推定アルゴリズム)に応じて、適切な値で予め設定される。
Returning to FIG. 3, the description of the configuration of the multi-view
The baseline calculation means 24 calculates the baseline B (distance between adjacent cameras) between adjacent cameras in the multi-viewpoint robot camera C from a preset allowable parallax angle.
The permissible parallax angle is the convergence angle of adjacent cameras allowed to generate a highly accurate 3D model, and is, for example, an appropriate value according to the depth estimation process (depth estimation algorithm). It is set in advance.
本実施形態では、ベースライン算出手段24は、隣接カメラ間のベースラインBを式(2)により算出する。この式(2)は、許容視差角Φと、各パラメータに含まれるデプスd、奥行き方向再現範囲D及び飛び出し量Δとで表される。従って、ベースライン算出手段24は、許容視差角Φ及び各種パラメータを式(2)に代入することで、ベースラインBを算出できる。 In the present embodiment, the baseline calculation means 24 calculates the baseline B between adjacent cameras by the equation (2). This equation (2) is expressed by the permissible parallax angle Φ, the depth d included in each parameter, the depth direction reproduction range D, and the pop-out amount Δ. Therefore, the baseline calculation means 24 can calculate the baseline B by substituting the allowable parallax angle Φ and various parameters into the equation (2).
そして、ベースライン算出手段24は、算出したベースラインBを外部(例えば、図示を省略したディスプレイ)に出力する。すると、カメラマン等が、ベースラインBに従って、マスターカメラCM及び各リファレンスカメラCnを手動で配置する。 Then, the baseline calculation means 24 outputs the calculated baseline B to the outside (for example, a display (not shown)). Then, the cameraman or the like manually arranges the master camera CM and each reference camera Cn according to the baseline B.
さらに、ベースライン算出手段24は、再現領域設定手段22からの再現領域ARと、縮尺比kと、各種パラメータとをリファレンスカメラ制御手段26に出力する。
なお、図3では、ベースラインBを手動で設定するため、ベースライン算出手段24からリファレンスカメラCnへの出力を破線で図示した。
Further, the baseline calculation means 24 outputs the reproduction area AR from the reproduction area setting means 22, the scale ratio k, and various parameters to the reference camera control means 26.
In FIG. 3, since the baseline B is set manually, the output from the baseline calculation means 24 to the reference camera Cn is shown by a broken line.
リファレンスカメラ制御手段26は、ベースライン算出手段24からの再現領域ARがリファレンスカメラCnの画角に収まるように、リファレンスカメラCnの姿勢及び画角を制御するものである。
まず、リファレンスカメラ制御手段26は、再現領域ARの各頂点Piの世界座標を取得する。なお、添え字iは、何番目の頂点であるかを表す整数である(但し、1≦i≦12)。
The reference camera control means 26 controls the posture and the angle of view of the reference camera Cn so that the reproduction region AR from the baseline calculation means 24 fits in the angle of view of the reference camera Cn .
First, the reference camera control means 26 acquires the world coordinates of each vertex Pi of the reproduction region AR. The subscript i is an integer indicating which vertex it is (however, 1 ≦ i ≦ 12).
次に、リファレンスカメラ制御手段26は、各リファレンスカメラCnのカメラ座標系において、再現領域ARの全頂点Piが各リファレンスカメラCnの画角Oに収まるように、パン値Pipan及びチルト値Pitiltを算出する。本実施形態では、式(3)に示すように、パン値O´panは、リファレンスカメラCnが再現領域ARの各頂点Piを向いたときのパン最大値Max(Pipan)とパン最小値Min(Pipan)との平均から求める(チルトO´tiltも同様)。 Next, the reference camera control means 26 has a pan value P i pan and a pan value P i pan so that all the vertices P i of the reproduction region AR fit in the angle of view O of each reference camera C n in the camera coordinate system of each reference camera C n . The tilt value Pitilt is calculated. In the present embodiment, as shown in the equation (3), the pan value O'pan is the pan maximum value Max ( Pi pan ) and the pan when the reference camera Cn faces each vertex Pi of the reproduction region AR. It is obtained from the average with the minimum value Min (Pi pan) (same for tilt O'tilt ).
次に、リファレンスカメラ制御手段26は、式(4)を用いて、カメラ姿勢制御後のカメラ座標系において、再現領域ARの全頂点Piが収まるように、各リファレンスカメラCnの画角θ´を算出する。
なお、式(4)では、W/HがIP立体像表示装置のアスペクト比を表し、ifが後段の条件式が成立するときに前段の演算を行う関数を表す。
Next, the reference camera control means 26 uses the equation (4) to fit the angle of view θ of each reference camera Cn so that all the vertices Pi of the reproduction region AR fit in the camera coordinate system after the camera attitude control. ´ is calculated.
In equation (4), W / H represents the aspect ratio of the IP stereoscopic image display device, and if represents a function that performs the operation of the previous stage when the conditional expression of the latter stage is satisfied.
その後、リファレンスカメラ制御手段26は、算出した姿勢(パン値θ´pan、チルト値θ´tilt)及び画角θ´を表す制御信号を生成し、生成した制御信号をリファレンスカメラCnに出力する。この制御信号に応じて、各リファレンスカメラCnが所望の姿勢をとるように駆動し、画角θ´となるようにズームする。 After that, the reference camera control means 26 generates a control signal representing the calculated posture (pan value θ'pan, tilt value θ'tilt ) and angle of view θ', and outputs the generated control signal to the reference camera Cn. .. In response to this control signal, each reference camera Cn is driven to take a desired posture and zoomed to an angle of view θ'.
撮影指令手段28は、マスターカメラCMの撮影に同期させて、姿勢及び画角が制御されたリファレンスカメラCnに撮影を指令するものである。本実施形態では、撮影指令手段28は、マスターカメラCMから撮影通知が入力されたタイミングで、撮影映像の撮影を全リファレンスカメラCnに指令する。
なお、再現領域設定手段22以外の各手段は、前記した参考文献1,2に記載されているため、これ以上の詳細な説明を省略する。
The shooting command means 28 commands the reference camera Cn whose posture and angle of view are controlled to shoot in synchronization with the shooting of the master camera CM . In the present embodiment, the shooting command means 28 commands all reference cameras Cn to shoot the shot image at the timing when the shooting notification is input from the master camera CM .
Since each means other than the reproduction area setting means 22 is described in the above-mentioned
[多視点カメラ制御装置の動作]
図7を参照し、多視点カメラ制御装置2の動作について説明する(適宜図3参照)。
図7に示すように、パラメータ設定手段20は、各種パラメータを設定する。このパラメータには、マスターカメラCMの姿勢、画角θ、デプスdが含まれる。また、パラメータには、IP立体像表示装置の奥行き方向再現範囲D、画面サイズ(幅W,高さH)、飛び出し量Δ、観視位置V、視域Ωが含まれる(ステップS1)。
[Operation of multi-view camera control device]
The operation of the multi-view
As shown in FIG. 7, the parameter setting means 20 sets various parameters. This parameter includes the attitude of the master camera CM, the angle of view θ, and the depth d. Further, the parameters include the depth direction reproduction range D of the IP stereoscopic image display device, the screen size (width W, height H), the pop-out amount Δ, the viewing position V, and the viewing area Ω (step S1).
再現領域設定手段22は、IP立体像表示装置の再現領域の設定を設定する。具体的には、再現領域設定手段22は、観視位置Vを頂点として、画面5の周縁Eを通過する空間領域を求める。次に、再現領域設定手段22は、観視位置Vの空間領域と奥行き方向再現範囲とが重複する観視領域を求める。さらに、再現領域設定手段22は、求めた観視領域の和を再現領域ARとして設定する(ステップS2)。
The reproduction area setting means 22 sets the reproduction area of the IP stereoscopic image display device. Specifically, the reproduction area setting means 22 obtains a spatial area passing through the peripheral edge E of the
ベースライン算出手段24は、多視点ロボットカメラCにおける隣接カメラ間のベースラインBを算出する。具体的には、ベースライン算出手段24は、3次元モデルを生成する奥行推定処理の許容視差角により、前記した式(2)を用いて、ベースラインBを算出する(ステップS3)。 The baseline calculation means 24 calculates the baseline B between adjacent cameras in the multi-viewpoint robot camera C. Specifically, the baseline calculation means 24 calculates the baseline B using the above equation (2) based on the allowable parallax angle of the depth estimation process for generating the three-dimensional model (step S3).
リファレンスカメラ制御手段26は、再現領域ARがリファレンスカメラCnの画角に収まるように、リファレンスカメラCnの姿勢及び画角を制御する。具体的には、リファレンスカメラ制御手段26は、前記した式(3)及び式(4)を用いて、リファレンスカメラCnの姿勢及び画角θ´を表す制御信号を生成し、生成した制御信号をリファレンスカメラCnに出力する(ステップS4)。 The reference camera control means 26 controls the posture and the angle of view of the reference camera Cn so that the reproduction area AR fits in the angle of view of the reference camera Cn . Specifically, the reference camera control means 26 uses the above equations (3) and (4) to generate a control signal representing the posture and angle of view θ'of the reference camera Cn, and the generated control signal. Is output to the reference camera Cn (step S4).
多視点カメラ制御装置2は、撮影指令手段28によって、マスターカメラCMから撮影通知が入力されたタイミングで、撮影映像の撮影を全リファレンスカメラCnに指令する(ステップS5)。
The multi-view
[作用・効果]
以上のように、実施形態に係る多視点カメラ制御装置2は、図5及び図6に示すように、端の観視位置Vを用いて再現領域ARを設定する。これにより、再現領域ARは、画面5の位置で2個の四角錐台の上底面が合わさった形状となり、手前側が奥側より大きくなる。一方、従来の再現領域ARoldは、図8に示すように、マスターカメラCMの位置のみで設定するので、四角錐台状の形状となり、手前側が奥側より狭くなる。このように、多視点カメラ制御装置2が設定する再現領域ARは、従来の再現領域ARoldに比べて大きくなる。従って、多視点カメラ制御装置2では、観視者が視域の端でIP立体像表示装置を観視した場合でも、再現領域ARが不足する事態を低減することができる。これにより、多視点カメラ制御装置2は、立体像の欠損を抑制し、高品質なIP立体映像を提供することができる。
[Action / Effect]
As described above, the multi-view
さらに、多視点カメラ制御装置2は、端の観視位置VL,VR,VU,VDのみを用いた場合、再現領域ARの設定に必要な演算量を抑制し、IP立体映像を素早く提供することができる。一方、多視点カメラ制御装置2は、各観視位置Vを用いた場合、より正確な再現領域ARを設定し、より高品質なIP立体映像を提供することができる。
Further, when the multi-view
(変形例)
以上、本発明の実施形態を詳述してきたが、本発明は前記した実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
前記した実施形態では、観察位置を水平方向及び垂直方向に11箇所設定することとして説明したが、これに限定されない。この観察位置は、任意に設定可能であり、マスターカメラの位置を基準として2次元方向で複数設定することができる。
(Modification example)
Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes design changes and the like within a range that does not deviate from the gist of the present invention.
In the above-described embodiment, 11 observation positions are set in the horizontal direction and the vertical direction, but the present invention is not limited to this. This observation position can be arbitrarily set, and a plurality of observation positions can be set in the two-dimensional direction with reference to the position of the master camera.
前記した実施形態では、多視点カメラが正六角形状に配置されることとして説明したが、これに限定されない。例えば、本発明では、多視点カメラが四角形状、円状、又は、正多角形状に配置されてもよい。さらに、本発明では、多視点カメラとしてステレオカメラを用いてもよい。 In the above-described embodiment, the multi-view camera is arranged in a regular hexagonal shape, but the present invention is not limited to this. For example, in the present invention, the multi-view camera may be arranged in a square shape, a circular shape, or a regular polygonal shape. Further, in the present invention, a stereo camera may be used as the multi-view camera.
前記した実施形態では、隣接カメラ間のベースラインを手動で調整することとして説明したが、本発明は、これに限定されない。例えば、多視点カメラは、各リファレンスカメラを支持すると共に、ベースラインを調整可能な支持機構(不図示)に搭載する。そして、支持機構は、多視点カメラ制御装置2からのベースライン情報を参照し、隣接カメラ間のベースラインを自動的に調整する。
Although described in the above-described embodiment as manually adjusting the baseline between adjacent cameras, the present invention is not limited thereto. For example, a multi-view camera supports each reference camera and mounts a baseline on an adjustable support mechanism (not shown). Then, the support mechanism refers to the baseline information from the multi-view
前記した実施形態では、多視点カメラ制御装置を独立したハードウェアとして説明したが、本発明は、これに限定されない。例えば、多視点カメラ制御装置は、コンピュータが備えるCPU、メモリ、ハードディスク等のハードウェア資源を、前記した各手段として協調動作させる多視点カメラ制御プログラムで実現することもできる。このプログラムは、通信回線を介して配布してもよく、CD-ROMやフラッシュメモリ等の記録媒体に書き込んで配布してもよい。 In the above-described embodiment, the multi-view camera control device has been described as independent hardware, but the present invention is not limited thereto. For example, the multi-view camera control device can also be realized by a multi-view camera control program in which hardware resources such as a CPU, a memory, and a hard disk included in a computer are cooperatively operated as the above-mentioned means. This program may be distributed via a communication line, or may be written and distributed on a recording medium such as a CD-ROM or a flash memory.
1 多視点映像撮影システム
2 多視点カメラ制御装置
3 3次元モデル生成装置
4 IP立体映像生成装置
5 IP立体像表示装置の画面
20 パラメータ設定手段(パラメータ入力手段)
22 再現領域設定手段
24 ベースライン算出手段
26 リファレンスカメラ制御手段
28 撮影指令手段
90 被写体
AR,ARold IP立体像表示装置の再現領域
C 多視点ロボットカメラ(多視点カメラ)
CM マスターカメラ
Cn,C1~C6 リファレンスカメラ
E 周縁
EL 左端
ER 右端
EU 上端
ED 下端
G 注視点
P,Pi 頂点
V,VC,VD,VL,VR,VU 観視位置
1 Multi-viewpoint
22 Reproduction area setting means 24 Baseline calculation means 26 Reference camera control means 28 Shooting command means 90 Subject AR, AR old IP reproduction area of stereoscopic image display device C Multi-viewpoint robot camera (multi-viewpoint camera)
CM Master camera C n , C 1 to C 6 Reference camera E Peripheral E L Left end E R Right end E U Upper end E D Lower end G Gaze point P, P i Vertex V, VC, V D , VL , VR , V U viewing position
Claims (4)
前記IP立体像表示装置の奥行き方向再現範囲と、前記IP立体像表示装置の観視位置とがパラメータとして入力されるパラメータ入力手段と、
少なくとも端の前記観視位置において、当該観視位置を頂点として前記IP立体像表示装置の画面周縁を通過する四角錐状の空間領域を求め、当該空間領域と前記奥行き方向再現範囲とが重複する四角錐台状の観視領域を求め、それぞれの前記観視位置で求めた観視領域の和を前記IP立体像表示装置の再現領域として設定する再現領域設定手段と、
前記IP立体像表示装置の再現領域が前記リファレンスカメラの画角に収まるように前記リファレンスカメラの姿勢及び画角を制御するリファレンスカメラ制御手段と、
前記マスターカメラの撮影に同期して、前記リファレンスカメラに撮影を指令する撮影指令手段と、
を備えることを特徴とする多視点カメラ制御装置。 In order to generate an IP stereoscopic image to be displayed by an IP stereoscopic image display device from a multi-viewpoint image taken by a multi-viewpoint camera consisting of one master camera set in advance and a reference camera other than the master camera. It is a multi-view camera control device that controls the viewpoint camera.
Parameter input means in which the depth direction reproduction range of the IP stereoscopic image display device and the viewing position of the IP stereoscopic image display device are input as parameters, and
At least at the viewing position at the end, a quadrangular pyramid-shaped spatial region that passes through the screen peripheral edge of the IP stereoscopic image display device with the viewing position as the apex is obtained, and the spatial region and the depth direction reproduction range overlap. A reproduction area setting means for obtaining a quadrangular pyramid-shaped viewing area and setting the sum of the viewing areas obtained at each of the viewing positions as a reproduction area of the IP stereoscopic image display device.
A reference camera control means for controlling the posture and angle of view of the reference camera so that the reproduction area of the IP stereoscopic image display device fits in the angle of view of the reference camera.
A shooting command means for instructing the reference camera to shoot in synchronization with the shooting of the master camera,
A multi-view camera control device characterized by being equipped with.
前記再現領域設定手段は、前記観視位置毎に前記空間領域及び前記観視領域を算出することを特徴とする請求項1に記載の多視点カメラ制御装置。 In the parameter input means, a plurality of the viewing positions are input in a two-dimensional direction with reference to the position of the master camera.
The multi-view camera control device according to claim 1, wherein the reproduction area setting means calculates the space area and the viewing area for each viewing position.
前記再現領域設定手段は、前記デプスd、前記画角θ、前記IP立体像表示装置の画面サイズW、及び、前記飛び出し量Δが含まれる式(1)を用いて、前記観視領域と前記再現領域の縮尺比kを算出し、
The reproduction area setting means uses the equation (1) including the depth d, the angle of view θ, the screen size W of the IP stereoscopic image display device, and the pop-out amount Δ to display the viewing area and the above. Calculate the scale ratio k of the reproduction area,
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