JPH0736357A - ホログラムの作成方法及びホログラフィックステレオグラム作成用の画像生成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 像７上の点Ｆに対応する、像７を左側から見
た原画の投影面４上の点Ｇ近傍の画像を、像７を右側か
ら見た原画の投影面２上の点Ｇ’近傍の画像として貼付
し、このように次々と画像を貼付することにより、投影
面４上に像７を左側から見た逆の像用の原画列を得て、
この原画列を縦方向の短冊状、又は四角形に分割して再
配列を行い、物体の凹凸を逆にした画像列を得る。 【効果】 大きい集光レンズ及び３−ステップ法を用い
ることなく、ホログラフィックステレオグラムをマスタ
ーホログラムとして２−ステップ法でエッジリットホロ
グラムを作成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、立体像を３次元物体と
して表示するホログラフィックステレオグラムによるホ
ログラムの作成方法及びホログラフィックステレオグラ
ム作成用の画像生成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、３次元画像処理技術の発達に伴
い、設計の分野では３次元ＣＡＤ（Computer Aided Des
ign)、医療の分野ではＸ線ＣＴ(Computerized Tomograp
hy) 及びＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging) 等のハ
ードコピー装置が広く使用されるようになってきてい
る。現在、上記画像のハードコピー装置においては、投
影像や断層像を２次元的に表示する方法が用いられてい
るが、立体像をそのまま３次元画像で表示する３次元コ
ンピュータグラフィック等の画像のほうが望ましい。こ
の立体像を表示する一例としてホログラフィックステレ
オグラムが知られている。

【０００３】このホログラフィックステレオグラムと
は、観察位置がある間隔で次々と異なった視差を持つ複
数枚の２次元画像である写真列を原画として用い、一枚
のホログラムに合成して立体像を表示するホログラムを
総称するものであり、架空物体を表示するのに優れてい
る。

【０００４】上記ホログラフィックステレオグラムは、
以下の工程により作成される。

【０００５】先ず、原画を作成する。図５では、ホログ
ラムを作成する対象となる物体１１を真上から見てお
り、撮像装置１２を矢印方向、即ち物体１１の横方向に
移動させて上記物体１１を横方向の幾つかの点から撮影
する。これにより、上記物体１１の原画列が得られる。

【０００６】次に、図６に示すように、原画フィルム５
１上の原画列の一枚ずつがレーザ光５１で照明されると
結像レンズ５２により結像されて投影拡散スクリーン５
３上に投影される。上記投影される物体１１の像の大き
さは、例えば元の物体１１の大きさと同じになるように
投影する。上記投影拡散スクリーン５３の後方にはスリ
ット５６を置き、そのスリット５６のすぐ後方のホログ
ラム乾板５５上に、レーザ光である参照光５８で上記ス
リット５６上の垂直方向に長い短冊状の開口５７の一部
分に露光する。上記ホログラム乾板５５上に露光された
一部分はホログラフィックステレオグラムを合成するた
めの要素ホログラムと呼ばれる。この要素ホログラムの
位置とこの要素ホログラムの元となっている原画の撮影
位置とは等しくなるようにしておく。上述のように原画
フィルム５１の原画を要素ホログラムとしてホログラム
乾板５５上に撮影することを繰り返すことによりホログ
ラフィックステレオグラムが合成される。

【０００７】また、上記撮像装置１２を横方向のみでは
なく、縦方向にも移動させた幾つかの点から原画を撮影
して原画列を得る場合もある。この縦横方向から撮影さ
れた原画列の一枚ずつは、図７に示すように、レーザ光
５４で照明されて結像レンズ５２により結像され、投影
拡散スクリーン５３上に投影される。原画は縦方向にも
撮影されているので、上記投影拡散スクリーン５３の後
方に置かれるスリット５６は四角状の開口５７となる。
このスリット５６のすぐ後方に置かれるホログラム乾板
５５上にレーザ光である参照光５８で上記スリット５６
上の開口５７から露光することにより、要素ホログラム
が撮影される。このように、要素ホログラムの撮影を繰
り返し行い、ホログラフィックステレオグラムを合成す
る。

【０００８】上述のように作成されたホログラフィック
ステレオグラムによるホログラムの像は、ホログラム作
成時の参照光の方向からのレーザ光で上記ホログラムを
照明することで再生される。

【０００９】ここで、上記ホログラフィックステレオグ
ラムの面の直後に両目をおいて再生された像を見る場合
を考える。上記ホログラフィックステレオグラムを構成
する各要素ホログラムから再生された像は平面画像であ
るが、左右それぞれの目で見ることにより、左右の視差
を持つ画像を見ることになる。この結果、観察者には、
前後に膨らんだ（奥行きを持った）立体像として見え
る。観察者からの観察点を上記ホログラフィックステレ
オグラムに沿って水平方向に移動させると、上記立体像
の見える方向が移動して自然な立体像が観察できる。

【００１０】また、上記ホログラフィックステレオグラ
ムの面から離れて再生された像を見る場合には、左右そ
れぞれの目により水平方向に複数の原画像を短冊状に繋
ぎ合わせて一つの像を観察することになる。像は観察点
の位置に応じた水平方向視差を伴うので、やはり立体像
として観察される。

【００１１】次に、２−ステップ法について説明する。

【００１２】ここで、ホログラムの最も簡易な作成方法
として、図８に示すように、物体１１を照明光１７で照
明し、上記物体１１から反射される物体光１６を参照光
１３で干渉することによりホログラム乾板１５上にホロ
グラムを撮影し、これをマスターホログラムとする。こ
の工程を１ステップ目とする。

【００１３】次に、図９に示すように、上記ホログラム
乾板１５上に撮影されたマスターホログラム２４に上記
参照光１３と共役な再生光１８を照明する。これによ
り、回折光１９が生じ、実像２０が空間上に再生され
る。上記再生された実像２０をホログラムとしてホログ
ラム乾板３０上に記録し、上記作成されたホログラムを
再生光で照明することにより、像が上記ホログラムの面
の近傍に再生される。この工程を２ステップ目とする。
このように、２段階の工程により再生光で像を再生する
方法を２−ステップ法と呼ぶ。

【００１４】また、物体光と参照光とがホログラムの感
光材料に対して入射する方向によって、ホログラムへの
像の記録方法は２つに分類される。

【００１５】具体的には、図１０に示すように、ホログ
ラム乾板１５上の感光材料１４に対して物体１１からの
物体光１６と参照光１３とが同じ方向から入射するもの
をフレネルタイプと呼ぶ。また、図１１に示すように、
ホログラム乾板１５上の感光材料１４に対して物体１１
からの物体光１６と参照光１３とが逆の方向から入射す
るものをリップマンタイプと呼ぶ。

【００１６】上記２つのタイプのホログラムは、参照光
を空気中から感光材料へ直接に当てているが、上記２つ
のタイプのホログラムへの参照光の入射角を鋭角にする
ために、J. Upatnieks & E. Leith "Compact Holograph
ic Sight", SPIE ProceedingVol. 883,Jan.'88,pp.171
et.seq.に記載されているようなエッジリットホログラ
ムが知られている。このエッジリットホログラムは、図
１２に示すように、例えば感光材料１４を備えるホログ
ラム乾板１５の前面にガラスブロック２１を置き、物体
１１からの物体光１６と上記ガラスブロック２１により
入射角が鋭角になった参照光１３とを上記感光材料１４
に入射して像を作成する方法である。このエッジリット
法により作成されたエッジリットホログラムから像を再
生する再生装置は小型に実現することができる。

【００１７】エッジリットホログラムから２−ステップ
法により像を再生する場合で、図１３に示すように、ガ
ラスブロック２２に入射される、参照光とは共役な再生
光として豆電球２２のような点光源からの光を用いて再
生するときには、参照光を、発散光もしくは発散光に共
役な収束光にする。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】ここで、２−ステップ
法により、マスターホログラムとしてフレネルタイプの
ホログラムを用いてエッジリットホログラムを作成し、
像を再生する場合を考える。

【００１９】先ず、図１４に示すように、物体１１をマ
スターホログラム用参照光２３で照明してマスターホロ
グラム２４に記録する。この記録されたマスターホログ
ラム２４に、図１５に示すような上記マスターホログラ
ム用参照光２３に共役な再生光１８を照射して実像２０
を再生する。この再生された実像２０を２−ｓｔｅｐホ
ログラム用参照光２５で２−ｓｔｅｐホログラム２７に
記録する。この後、図１６に示すように、上記２−ｓｔ
ｅｐホログラム用参照光２５と同じ再生光２６で上記２
−ｓｔｅｐホログラム２７を照明することにより、再生
像２８が再生される。この再生像２８は観察点２９から
見るので、実際の物体１１とは凹凸が逆な像（pseudosc
opic image) となってしまう。

【００２０】この問題の解決のために、S. A. Benton,
S. M. Birner, & A. Shirakura "Edge-Lit Rainbow Hol
ograms" S. A. Benton,ed.,SPIE Proc. Vol.#1212: Pra
ctical Holography IV,SPIE, Bellingham, WA, January
1990, paper 1212-17に記載されているように、上記マ
スターホログラム２４を共役再生し、これにより生じた
実像２０を平行な参照光を用いて２−ｓｔｅｐホログラ
ム２７に記録し、さらに、この２−ｓｔｅｐホログラム
２７を再び共役再生して生じた実像を第３のホログラム
上に発散光である参照光を照明してホログラムを記録す
る３−ステップ法を用いることにより、正しい像を得る
ことはできるが、上記２−ステップ法より手間がかか
る。

【００２１】また、マスターホログラムとしてフレネル
タイプのホログラムを用いて、２−ステップ法によりエ
ッジリットホログラムを作成し、像を再生する他の場合
を考える。

【００２２】図１４の物体１１をマスターホログラム用
参照光２３で照明してマスターホログラム２４に記録す
る。この記録されたマスターホログラム２４に、図１７
に示すような上記マスターホログラム用参照光２３に共
役な再生光１８を照射して実像２０を再生する。この再
生された実像２０を収束光である２−ｓｔｅｐホログラ
ム用参照光２５で２−ｓｔｅｐホログラム２７に記録す
る。この後、図１８に示すように、収束光の上記２−ｓ
ｔｅｐホログラム用参照光２５と共役な発散光の再生光
２６で上記２−ｓｔｅｐホログラム２７を照明すること
により、再生像２８が再生される。このとき、観察点２
９から見る再生像２８は正しい像（orthoscopic image)
であり、上記収束光である２−ｓｔｅｐホログラム用参
照光２５を得るためには、上述したように作成する２−
ｓｔｅｐホログラム２７よりも大きな面積の集光レンズ
が必要となるが、集光レンズの面積を大きくすることは
難しい。

【００２３】さらに、上記ホログラフィックステレオグ
ラムの原画像を画像処理して物体の再生像の表示位置を
変える方法が、D. K. Kang & T. Honda "A method to m
akea reconstructed image at an arbitrary position
by one-step holographic stereogram recording"に開
示されているが、この方法は物体の再生像の位置を変え
る方法であって、再生像の凹凸を変える方法ではない。

【００２４】そこで、本発明は上述の実情に鑑み、ホロ
グラフィックステレオグラムを用いて２−ステップ法に
よりエッジリットホログラムを作成し、正しい像を再生
するための簡易なホログラムの作成方法及びホログラフ
ィックステレオグラム作成用の画像作成方法を提供する
ものである。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明に係るホログラム
の作成方法は、マスターホログラムとしてホログラフィ
ックステレオグラムをマスターホログラムとして２−ス
テップ法でエッジリットホログラムを作成する際に、上
記ホログラフィックステレオグラムの原画として、凹凸
が逆の像となるように画像処理を行った原画を用いるこ
とにより上述した課題を解決する。

【００２６】また、本発明に係るホログラフィックステ
レオグラム作成用の画像生成方法は、３次元物体を横方
向に異なる多くの視点から撮影して視差情報を持つ画像
列を得た後、これらの画像列それぞれを縦方向の短冊状
に分割して再配列を行い、物体の凹凸を逆にした画像列
を得ることにより上述した課題を解決する。

【００２７】さらに、本発明に係るホログラフィックス
テレオグラム作成用の画像生成方法は、３次元物体を縦
及び横方向に異なる多くの視点から撮影して視差情報を
持つ画像列を得た後、これらの画像列それぞれを多くの
四角形の画素に分割して再配列を行い、物体の凹凸を逆
にした画像列を得ることを特徴とする。

【００２８】

【作用】本発明においては、凹凸が逆の像の原画を得る
ので、２−ステップ法により再生される像は凹凸が正し
い像となる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の好ましい実施例について、図
面を参照しながら説明する。

【００３０】先ず、上述したホログラフィックステレオ
グラムの作成方法を用いて、凹凸が逆になっていない通
常のホログラフィックステレオグラムの原画像を求め
る。

【００３１】図１において、物体１を右側から観察した
像をホログラフィックステレオグラムにする場合を考え
る。視点Ｃから距離Ｌだけ離れ、視点Ｃに対応した投影
面（スクリーン面）２に投影される画像は、物体１に対
して、視点Ｃを投影点とした投影面２への１点投影図法
を用いることより求めることができる。即ち、点Ａを点
Ａ’へ対応させ、点Ｂを点Ｂ’へ対応させるように、複
数の点について対応させた画像を求めればよい。このよ
うにして求められる画像は、通常のホログラフィックス
テレオグラム３の原画の１つになっている。

【００３２】さらに、上述のような手順で互いに異なる
位置の複数の点について画像を投影することにより、複
数枚の原画を得ることができる。この複数枚の原画に基
づいて、上述した図６又は図７の方法でホログラフィッ
クステレオグラム３が作成されることは勿論である。

【００３３】次に、図２に示すような、投影面４に投影
されている図１中の物体１とは凹凸が逆の物体６のホロ
グラフィックステレオグラム５の原画像について考えて
みる。ここでは、説明を簡略化するために、上記ホログ
ラフィックステレオグラム５と上記投影面４との距離を
図１中の距離Ｌと等しくする。

【００３４】この凹凸が逆の像のホログラフィックステ
レオグラム５の視点Ｅに対応する画像は、図１中で説明
した操作と同様に、点Ｄを点Ｄ’へ対応させるようにし
て、物体６に対して、視点Ｅを投影点とした投影面４へ
の１点投影図法を用いることにより求めることができ
る。これにより、図１中では物体１を右側から見ている
のに対して、図２では物体６を左側から見ていることに
なり、投影面４には投影面２に投影された像とは凹凸が
逆な像が投影される。

【００３５】ここで、図１で求めた原画と図２で求めた
原画とに関連があるならば、図１のホログラフィックス
テレオグラムの正しい原画像から図２に示すホログラフ
ィックステレオグラムである逆の原画像を求めることが
できるわけである。

【００３６】図３は、図１で求めた原画と図２で求めた
原画との関連を説明するために図１と図２とを重ねた図
である。この図３中の符号は図１及び図２中の符号に対
応している。即ち、この図３は、図１に示したような空
間にある像７を右側から見たときのホログラフィックス
テレオグラム用の画像と、図２に示したような像７を左
側から見たときのホログラフィックステレオグラム用の
画像（上記右側から見たときのホログラフィックステレ
オグラム用の画像とは凹凸が逆）とを対応させて説明す
る図である。

【００３７】図３の像７上の点Ｆは像７を左側から見た
原画の投影面４上の点Ｇに対応するが、この点Ｇは右側
から見た原画の投影面２上の点Ｇ’に対応している。即
ち、点Ｇの近傍の画像は、点Ｇ’の近傍の画像と同じで
ある。このように、投影面４上の各点は、投影面２上の
右側から見た画像列中のどこかの点と関係を付けること
ができる。よって、関係の付いた投影面２上の各点が対
応するように、右側から見た画像の一部を次々に投影面
４上に貼付していくことで、投影面４上には像７を左側
から見た逆の像(pseudoscopic image)用の原画の一つを
得ることができる。

【００３８】実際に、投影面４上の各点と右側から見た
画像とを関係付けるときには、上記投影面４を幾つかの
画素に区切って、上記画像処理を行う。この画素が細か
ければ細かいほど精確な逆の像を得ることができる。ま
た、光学系が変更されるときには画素の大きさも変更さ
れるべきである。

【００３９】さらに、上述のような手順で互いに異なる
位置の複数の点について画像を投影することにより、複
数枚の原画を得ることができる。この複数枚の原画に基
づいて、図６又は図７に示したように複数枚の原画の一
枚ずつをレーザ光で照明してスクリーン上に投影した後
に、参照光でホログラム乾板上に露光する。上述のよう
な操作を上記ホログラフィックステレオグラム５上の各
要素ホログラムに対応して行い、要素ホログラムとして
記録することを繰り返すことにより、逆の像を持つホロ
グラフィックステレオグラム５が完成する。尚、コンピ
ュータ計算による画像処理によってもホログラフィック
ステレオグラム５は作成されることは可能である。この
ようにして得られたホログラフィックステレオグラム５
を図１に示すように左側から見れば、図３に示すような
像７を右側から撮影した原画から作成されたホログラフ
ィックステレオグラム３とは凹凸が逆な像を見ることが
できる。

【００４０】上述したように逆の像を得て、２−ステッ
プ法により正しい像のホログラムを完成するときのフロ
ーチャートを図４に示す。

【００４１】先ず、ステップＳ１で立体像の画像データ
を作成する。次に、ステップＳ２で上記立体像の画像デ
ータを１点投影により変換して通常のホログラフィック
ステレオグラムの原画を作成する。さらに、ステップＳ
３において、この通常のホログラフィックステレオグラ
ムの原画に基づいて、上述したような操作により逆の像
となるホログラフィックステレオグラムの原画を作成す
る。ステップＳ４では、この逆の像となるホログラフィ
ックステレオグラムの原画を用いて逆の像のホログラフ
ィックステレオグラムを作製し、マスターホログラムと
する。上記作製されたマスターホログラムを用いて、ス
テップＳ５で発散光を参照光とした２−ステップ法によ
りエッジリットホログラムを作成すると、図１３に示す
ように、発散光を用いて再生した場合にも正しい像を得
ることができる。

【００４２】尚、上述した実施例においては、横方向の
視差のみを取り入れて、原画像を縦に長い短冊状に分割
する場合について説明しているが、縦横方向の視差が必
要な場合には原画像を四角形に分割することで対応する
ことができる。

【００４３】また、上記２−ステップ法においては、マ
スターホログラムを２ステップ目でホログラム乾板に記
録するが、レインボーホログラムのように横方向のスリ
ットを設けて記録する場合にも本発明は有効である。

【００４４】さらに、上述の実施例は本発明の一例であ
り、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他の様々な方
法が取り得ることは勿論である。

【００４５】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明に係るホログラフィックステレオグラム作成用の画像
生成方法では、３次元物体を横方向又は縦横方向に異な
る多くの視点から撮影して視差情報を持つ画像列を得た
後、これらの画像列それぞれを縦方向の短冊状又は多く
の四角形の画素に分割して再配列を行い、物体の凹凸を
逆にした画像列を得、本発明に係るホログラフィックス
テレオグラムの作成方法では、ホログラフィックステレ
オグラムをマスターホログラムとして２−ステップ法で
エッジリットホログラムを作成する際に、上記ホログラ
フィックステレオグラムの原画として、凹凸が逆の像と
なるように画像処理を行った原画を用いることにより、
大きい集光レンズを用いることなく、また、３−ステッ
プ法を用いることもなく、簡易に、ホログラフィックス
テレオグラムをマスターホログラムとして２−ステップ
法でエッジリットホログラムを作成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】物体を右側から見た場合の物体と投影面との関
係を示す図である。

【図２】物体を左側から見た場合の物体と投影面との関
係を示す図である。

【図３】像を右側から見た原画と左側から見た原画との
関係を示す図である。

【図４】立体像の画像データを用いて２−ステップ法に
より正しい像のホログラフィックステレオグラムを完成
するときの手順を示すフローチャート図である。

【図５】被写体の横方向からの撮像を具体的に示す図で
ある。

【図６】原画列から像を再生するときの構成を具体的に
示す図である。

【図７】原画列から像を再生するときの第２の構成を具
体的に示す図である。

【図８】ホログラム乾板上の原画を再生するときの状態
を示す図である。

【図９】ホログラム乾板上の原画を再生するときの第２
の状態を示す図である。

【図１０】ホログラム乾板への参照光の入射方向を示す
図である。

【図１１】ホログラム乾板への参照光の第２の入射方向
を示す図である。

【図１２】ホログラム乾板への参照光の入射方向をガラ
スブロックにより変化させるときの状態を示す図であ
る。

【図１３】白色光により像を再生するときの状態を示す
図である。

【図１４】２−ステップ法により物体の原画をマスター
ホログラム上に記録するときの操作を示す図である。

【図１５】２−ステップ法によりマスターホログラムの
原画を再生、記録するときの操作を示す図である。

【図１６】２−ステップ法により再生光で像を再生する
ときの操作を示す図である。

【図１７】２−ステップ法によりマスターホログラムの
原画を再生、記録するときの第２の操作を示す図であ
る。

【図１８】２−ステップ法により再生光で像を再生する
ときの第２の操作を示す図である。

【符号の説明】

１、６・・・・・・物体 ２、４・・・・・・投影面 ３、５・・・・・・ホログラフィックステレオグラム ７・・・・・・・・像

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ホログラフィックステレオグラムをマス
   ターホログラムとして２−ステップ法でエッジリットホ
   ログラムを作成する際に、上記ホログラフィックステレ
   オグラムの原画として、凹凸が逆の像となるように画像
   処理を行った原画を用いることを特徴とするホログラム
   の作成方法。
2. 【請求項２】 ３次元物体を横方向に異なる多くの視点
   から撮影して視差情報を持つ画像列を得た後、これらの
   画像列それぞれを縦方向の短冊状に分割して再配列を行
   い、物体の凹凸を逆にした画像列を得ることを特徴とす
   るホログラフィックステレオグラム作成用の画像生成方
   法。
3. 【請求項３】 ３次元物体を縦及び横方向に異なる多く
   の視点から撮影して視差情報を持つ画像列を得た後、こ
   れらの画像列それぞれを多くの四角形の画素に分割して
   再配列を行い、物体の凹凸を逆にした画像列を得ること
   を特徴とする請求項２記載のホログラフィックステレオ
   グラム作成用の画像生成方法。