JPH0980353A - 立体映像観察装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 中央視野領域では立体視を行うことができる
とともに周辺視野領域が可及的に広くて、裸眼に近い自
然な状態で立体映像を観察することを可能にする。 【解決手段】 観察対象を異なる視差をもって撮影した
少なくとも２つの映像を、観察者５の左右の眼各々に対
応して設けられた複数台の映像呈示装置を介して観察者
５の左右の眼に呈示することにより観察対象の立体映像
を観察者５に与える立体映像観察装置において、映像呈
示装置の内の１台９ａ，９ｂは観察者５が正面を向いた
ときの視線１２ａ，１２ｂにほぼ直交する位置に設置さ
れ、残りの映像呈示装置１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１
ｂは映像呈示装置９ａ，９ｂに隣接して映像呈示装置９
ａ，９ｂを中心とした半楕円体にほぼ接するように配置
されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は観察者の両眼に映像
を呈示して立体感を与える立体映像観察装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ビデオカメラ等を用い１つの対象を異な
る方向から撮影し、この映像を人間の左右の眼に与え
て、この観察者に立体感を伴った映像を知覚させる方式
として、両眼立体視が良く知られている。

【０００３】左右各々の眼に異なる映像を呈示する方式
の１つに図７に示す様な両眼モニタ方式がある。この方
式は、観察者の左右眼の前方に液晶やブラウン管を応用
した小型の映像呈示デバイス１ａ，１ｂを設置し、これ
に適当な光学距離補正機構２ａ，２ｂを組み合わせて明
視の距離に虚像を結ばせるものである。この映像呈示デ
バイスに映される映像は対象物体４を、或る視差δで見
込む様に設置されたビデオカメラ３ａ，３ｂで撮影され
たものであり、これらの映像を観察者５が感覚的に同時
に観察する事で脳内に立体感が形成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の両
眼モニタ方式にあっては、次のような問題がある。

【０００５】すなわち、前述の映像呈示デバイス１ａ，
１ｂは左右眼に１セットずつ設置されているので、これ
らと上記光学距離補正機構２ａ，２ｂを顔の前に設置し
ようとすると、サイズの点から十分な視野を確保する事
は難しく、特に、これらをヘルメット上に搭載したヘッ
ドマウントディスプレィ（以下ＨＭＤともいう）として
構築する場合、視野が顕著に小さくなってしまってい
た。また、比較的大きな視野の映像呈示デバイスが用意
できたとしても、視線を変更すると画面が視野から外れ
てしまい、比較的小さな視線の変更で済む場合でも所望
の画面を観察する為には、首全体を動かす必要があっ
た。

【０００６】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
であって、人間が実際に観察対象を注視している領域
（中央視野領域）では立体視を行うことができるととも
に、この視野領域以外の周辺視野領域が可及的に広くて
裸眼に近い自然な状態で立体映像を観察することのでき
る立体映像観察装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による立体映像観
察装置の第１の態様は、観察対象を異なる視差をもって
撮影した少なくとも２つの映像を、観察者の左右の眼各
々に対応して設けられた複数台の映像呈示装置を介して
観察者の左右の眼に呈示することにより前記観察対象の
立体映像を観察者に与える立体映像観察装置において、
前記映像呈示装置の内の１台は観察者の正面方向の視線
にほぼ直交する位置に設置され、残りの映像呈示装置は
前記１台の映像呈示装置に隣接して前記１台の映像呈示
装置を中心とした半楕円体にほぼ接するように配置され
ていることを特徴とする。

【０００８】また本発明による立体映像観察装置の第２
の態様は、第１の態様の立体映像観察装置において、前
記複数台の映像呈示装置の各々には、観察者の片眼あた
り１台の撮影装置で撮影された映像を前記複数台の映像
呈示装置に応じて分割した映像が呈示されることを特徴
とする。

【０００９】また本発明による立体映像観察装置の第３
の態様は、第１の態様の立体映像観察装置において、前
記複数台の映像呈示装置には、各々別々の撮影装置で撮
影された映像が呈示されることを特徴とする。

【００１０】また本発明による立体映像観察装置の第４
の態様は、第１の態様の立体映像観察装置において、観
察者の正面方向の視線にほぼ直交する位置に配置された
映像呈示装置には、前記観察対象を異なる視差をもって
撮影した映像が与えられ、残りの映像呈示装置の各々に
は、全景映像の内、前記正面方向の視線にほぼ直交する
位置に配置された映像呈示装置に対応する部分を除いた
映像を分割した映像が与えられることを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明による立体映像観察装置の
第１の実施の形態を図１乃至図４を参照して説明する。
この実施の形態にかかる映像呈示デバイスの構成を図１
に示す。この実施の形態の立体映像観察装置において
は、観察者５には片眼当たり複数台の映像呈示デバイス
９ａ，９ｂ，１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂが用意さ
れており、各々に異なった領域の映像が呈示されてい
る。例えば、映像呈示デバイス９ａおよび９ｂは各々左
および右眼の正面方向の映像を呈示し、映像呈示デバイ
ス１０ａおよび１０ｂは各々、左および右眼の左方向の
映像を呈示し、映像呈示デバイス１１ａおよび１１ｂは
各々、左および右眼の右方向の映像を呈示する。

【００１２】これらの映像呈示デバイスの映像は、反射
機構５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂ
を介して、観察者の正面方向の視線１２ａ，１２ｂにほ
ぼ直交する面上に成立する映像、左方向の視線１３ａ，
１３ｂにほぼ直交する面上に成立する映像、右方向の視
線１４ａ，１４ｂにほぼ直交する面上に成立する映像、
及び図示していないが上下方向の視線にほぼ直交する面
上に成立する映像として、観察者に観察されるように呈
示される。即ち反射機構５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２
ｂ，６１ａ，６１ｂの後段の画像が呈示される面は、観
察者の片眼当たり、この眼を中心とした半楕円体にほぼ
接する様に配置されている。

【００１３】一般的に観察者が正面方向の視線１２ａ，
１２ｂで観察している時、観察者には有効な立体感覚が
与えられる。これは人間が裸眼で観察する場合にも同様
である。立体視は対象を適当な視差で見込んだ時、即
ち、両眼に同一対象の異なる方向からの映像が与えられ
た時に、脳内で合成される感覚であるから、視線を正面
以外の方向に向ける時には必ずしも良好な、立体感覚は
得られない場合がある。特に左右方向を観察する場合に
は、鼻稜により片眼の視野が遮られる事があり、この時
には両眼立体視は成立しない。従って、従来の立体観察
装置にあっては、立体視が良好に成立する正面視野方向
にのみ映像呈示デバイスが設置され、これが観察視野領
域の狭さの原因となっていた。

【００１４】しかしながら、人間の観察動作では上下左
右の周辺視野の情報が重要な役割を果たしており、特に
これらの視野領域では観察対象の運動に対して感度が優
れている為、次動作の準備をする上で非常に有用であっ
た。また上述した周辺視野領域での立体感覚の消失は、
片眼への映像が遮断された時に発現する現象であり、両
眼に同一対象の映像が与えられている限り、何等からの
形で立体視は行う事が可能である。

【００１５】つまり本実施例の形態の様に片眼当たり複
数台の映像呈示デバイスを用意する事で、本来人間が裸
眼で行っている観察作業に非常に近い、自然な状態の両
眼立体視を実現できる。

【００１６】図２は本実施の形態の立体映像観察装置を
観察者の側から見た図である。正面の視線方向には右眼
用の映像呈示デバイス９ａと左眼用の映像呈示デバイス
９ｂが設置され、これらを中心として左視線用の映像呈
示デバイス１０ｂ，１０ｂ、右視線用の映像呈示デバイ
ス１１ａ，１１ｂ、上視線用の映像呈示デバイス１５
ａ，１５ｂ、下視線用の映像呈示デバイス１６ａ，１６
ｂが設けられている。

【００１７】図３は、図２に示した映像呈示デバイス群
と人間の視野との関係の概略を示したものである。この
図３においては、図２に記した映像呈示デバイスに加
え、各眼の斜め上方および斜め下方の視線の方向の映像
を呈示する映像呈示デバイス１７ａ，１７ｂ，１８ａ，
１８ｂ，１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂが設けられて
いる。また、これらの映像呈示デバイス群とこれに付随
する光学距離補正機構等の装置群（図示せず）は筐体部
２４に収納され、これが前述したヘッドマウントディス
プレィ（ＨＭＤ）等の形状に造形される。

【００１８】また一般に映像情報を受容する際の視野の
機能は、 弁別視野…高精度な情報受容が可能（中心約５度以
内） 有効視野…特定情報の瞬間選択が、眼球運動だけで可
能（左右１５度、上８度、下１２度） 安定注視野…眼球と頭部の協同運動により、安定した
状態で情報受容が可能（左右３０〜４５度、上２０〜３
０度、下２５〜４０度） 誘導視野…対象の存在は判定可能、細部の弁別は不可
能（左右５０度、上４０度、下４５度） 補助視野…急激な変動刺激に対して、注視運動が誘起
される（左右１００〜２００度、上下８５〜１３０度） の様に分類できる事が知られている。また上記〜は
中心視野、〜は周辺視野とも呼ばれ、後者が動体観
察に際して感度が優れている事も良く知られている。従
って確保できる視野の大きさが自然な状態での観察のし
易さと共に、観察能力の高さにも対応している。

【００１９】なお、中心視野（すなわち弁別視野および
有効視野）は図３の符号２１ａ，２１ｂの示す領域に対
応し、安定注視野は図３の符号２２ａ，２２ｂの示す領
域から中心視野領域２１ａ，２１ｂを除いた領域であ
り、誘導視野は図３の符号２３ａ，２３ｂの示す領域か
ら中心視野領域２１ａ，２１ｂおよび安定注視野領域２
２ａ，２２ｂを除いた領域である。補助視野は図３にお
いては示されていない。

【００２０】従来の両眼立体視は、使用される映像呈示
デバイスが片眼当たり１台であった為、確保できる視野
領域はせいぜいの有効視野のレベルにとどまってい
た。従って実現される環境は必ずしも観察し易くなく、
また能力的にも高いとは言えなかった。瞳間距離の制限
の為に、余り大きな映像呈示デバイスの設置は無理であ
るが、制限内で比較的広い面積の映像呈示デバイスを設
置した場合でも、本来、眼を中心とした略半球内で移動
する視線運動とは異なり、正面の平面上での観察を強い
られる点でも、良好な観察環境ではなかった。

【００２１】本実施の形態の立体映像観察装置において
は、観察者が正面を向いた時に観察する映像呈示デバイ
ス９ａ，９ｂをの弁別視野との有効視野に割り当
て、この視線方向の映像呈示デバイスの一部と、この回
りに設置されている上下左右および斜め上下左右の視線
方向の映像デバイスにの誘導視野までの視野領域が割
り当てられており、概ね全ての視野領域を包含した自然
な状態に近い観察環境が確保される。更に前述した様
に、これらの映像呈示デバイスは、眼球を中心とした略
半楕円体面に接する様に配置されているので、視線運動
の点でも自然な観察状態に近い。

【００２２】次に本実施例の形態の立体映像観察装置の
全体の構成を図４に示す。この実施の形態の立体映像観
察装置は撮影手段３ａ，３ｂと、信号伝達手段２５ａ，
２５ｂと、映像分割手段２６ａ，２６ｂと、信号伝達手
段２７ａ，２７ｂと、映像分配手段２８と、信号伝達手
段２９ａ，２９ｂと、映像呈示デバイス群３０ａ，３０
ｂとを備えている。

【００２３】本実施の形態においては、撮影手段３ａ，
３ｂはビデオカメラであって、これらのデビオカメラ３
ａ，３ｂは対象物体４を各々人間の両眼に対応して撮影
するように設けられている。

【００２４】各々のビデオカメラ３ａ，３ｂの映像信号
は一般的な信号伝達手段２５ａ，２５ｂを介してやはり
一般的な映像分割手段２６ａ，２６ｂに伝送される。こ
の映像分割手段２６ａ，２６ｂでは、１画面を上述の映
像呈示デバイス（図３参照）に対応する領域に分割す
る。本実施の形態においては映像呈示デバイスの数が片
眼当たり９台であるので、３×３のマトリックス状に分
割されている。これらの分割された映像は、信号伝達手
段２７ａ，２７ｂを介して映像分配手段２８に伝送され
る。この映像分配手段２８は、上記の分割された映像信
号を適切な（対応する）位置の映像呈示デバイスに割り
当てる機能を有しており、この割り当てられた信号は信
号伝達手段２９ａ，２９ｂによって一群の映像呈示デバ
イス群３０ａ，３０ｂに伝送され、人間が観察可能な映
像として再生される。

【００２５】この図４に示す立体映像観察装置において
は、カメラの撮影中心の光軸回りの映像が観察者の正面
視線に相当する映像呈示デバイスに呈示される。ビデオ
カメラによる撮影時の分解能はＣＣＤ等の撮像素子の分
解能で規定されるため、１画面を分割すると観察者に呈
示する画面の分解能が低下するが、観察者の眼前に設置
される映像呈示デバイスは１台当たり高々２〜３インチ
程度であるので、実用上は何等問題になる事はない。

【００２６】以上説明したように中央視野領域では立体
視を行うことができるとともに周辺視野領域が広くかつ
裸眼に近い自然な状態で立体映像を観察することができ
る。

【００２７】次に本発明による立体映像観察装置の第２
の実施の形態の構成を図５に示す。この実施の形態の立
体映像観察装置においては、観察者が見る映像呈示デバ
イスの数（例えば９台）だけビデオカメラが用意され各
々の映像が、対応する映像呈示デバイスに伝送される。
図５では片眼当たり９台ある映像呈示デバイスの内、水
平中央部の層に関する配置のみを示してある。この様な
配置では、撮影手段であるビデオカメラ３１ａ〜３１ｄ
の映像で、相互に重複する部分が出現する可能性がある
ので、ビデオカメラの設置位置をレンズの画角に応じて
変更する手段が必要となる。

【００２８】本実施の形態では撮影用のビデオカメラの
数を減らす為に、ビデオカメラ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ
の映像を信号伝達手段３２ａ，３３ａ，３４ａを介して
左眼用映像呈示デバイス３５ａ，３６ａ，３７ａに各々
伝送し、ビデオカメラ３１ｂ，３１ｃ，３１ｄの映像を
信号伝達手段３２ｂ，３３ｂ，３４ｂを介して右眼用映
像呈示デバイス３５ｂ，３６ｂ，３７ｂに伝送してい
る。従って上記映像呈示デバイス３６ａ，３６ｂには視
差の異なる同一対象の映像が呈示されているので、観察
者が正面を向いている場合は立体感覚の獲得が可能とな
る。周辺に配置された他の映像呈示デバイスを観察する
場合は、必ずしも同一対象の映像が呈示されているとは
限らないので、この時は立体視は成立しない。しかしな
がらこの状態は人間が横目で対象を眺める状況や、或い
は周辺視野領域での観察に相当するため裸眼での立体視
も困難であり、自然視に近付けるという本発明の目的に
反するものではない。

【００２９】以上説明したようにこの第２の実施の形態
の立体映像観察装置も第１の実施の形態と同様の効果を
奏することは云うまでもない。

【００３０】なお、この実施の形態においては、図５に
示したカメラ台数およびモニタ台数に限定させることは
なく、その台数は任意に決定することができる。

【００３１】次に本発明による立体映像観察装置の第３
の実施の形態の構成を図６に示す。この実施の形態の立
体映像観察装置においては、左右眼映像撮影用ビデオカ
メラ４１ａ，４１ｂと全景撮影用ビデオカメラ４０を設
置した構成としている。視差のある左右眼映像は、信号
伝達手段４２ａ，４２ｂを介して観察者の正面視線方向
に設置された映像呈示デバイス４７ａ，４７ｂに呈示さ
れ、人間は裸眼での観察状態と同様に全視野の中央領域
で立体視を行う事ができる。全景映像はビデオカメラ４
０から信号伝達手段４３を介して映像分割装置４４に送
られ、この映像分割装置４４によって前述の映像呈示デ
バイス４７ａ，４７ｂを除いた部分のみの映像が抽出さ
れ、映像呈示デバイス群４８ａ，４８ｂに呈示される。
従って周辺領域の映像呈示デバイスの映像は左右眼にお
いて視差がなく、これらの映像呈示デバイスでは立体視
は不可能であるが、元来これらの周辺領域は詳細な映像
観察と言うよりも、視野領域の拡大や運動物体による注
意喚起が主要な役割であるから、本実施の形態の構成で
も裸眼観察時と大きく状況が異なる事はない。

【００３２】但し本実施の形態の様な構成をする際、２
台の左右眼映像撮影用ビデオカメラ４１ａ，４１ｂと全
景撮影用ビデオカメラ４０の画角と倍率を適切な状態に
設定しておく必要がある。本例では概ね、全景撮影用ビ
デオカメラ４０の画角３８は左右眼映像撮影用ビデオカ
メラ４１ａ，４１ｂの画角３９ａ，３９ｂの３倍程度を
確保してあり、倍率は対象物体のサイズを同一にするた
めに同じく３倍程度に設定してある。

【００３３】以上説明したようにこの第３の実施の形態
の立体映像観察装置は第１の実施の形態と同様の効果を
奏するばかりでなく、第１の実施の形態に比べて撮影時
の分解能がより大きい。

【００３４】なお、この実施の形態においては、左右眼
〜４１ａ、４１ｂと全景〜４０とを直列的に並べて設置
する他に、これらカメラ４１ａ、４１ｂ、４０、がその
正面から見た時に三角形状を形成するように設置するこ
ともできる。

【００３５】

【発明の効果】以上述べた様に本発明の構成によれば、
従来の両眼立体視装置では行われていなかった観察視野
領域の拡大が実現できる。更に、観察者に映像を呈示す
るデバイス群を眼を中心とした略半楕円体面に接する様
に配設する事により、単一の映像呈示デバイスのサイズ
を増加するよりも大きな視野領域の確保が可能であり、
更に観察環境も裸眼の場合に近付ける事ができる。この
時、人間が本来有している中央視野領域と周辺視野領域
を併用する事により裸眼に近い自然な状態での観察能力
の向上も期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の立体映像観察装置にかかる映像呈示デ
バイスの構成を示す図。

【図２】本発明の立体映像観察装置にかかる映像呈示デ
バイスの配設状態を観察者側から見た図。

【図３】本発明の立体映像観察装置にかかる映像呈示デ
バイスの配設状態と人間の視野領域の関係を説明する
図。

【図４】本発明による立体映像観察装置の第１の実施の
形態の構成を示す図。

【図５】本発明による立体映像観察装置の第２の実施の
形態の構成を示す図。

【図６】本発明による立体映像観察装置の第３の実施の
形態の構成を示す図。

【図７】従来の両眼立体視装置の原理を示す図。

【符号の説明】 １ａ，１ｂ 映像呈示デバイス ２ａ，２ｂ 光学距離補正機構 ３ａ，３ｂ ビデオカメラ ４ 対象物体 ５ 観察者 ９ａ，９ｂ 映像呈示デバイス １０ａ，１０ｂ 映像呈示デバイス １１ａ，１１ｂ 映像呈示デバイス １２ａ，１２ｂ 正面方向の視線 １３ａ，１３ｂ 左方向の視線 １４ａ，１４ｂ 右方向の視線 １５ａ，１５ｂ 映像呈示デバイス １６ａ，１６ｂ 映像呈示デバイス １７ａ，１７ｂ 映像呈示デバイス １８ａ，１８ｂ 映像呈示デバイス １９ａ，１９ｂ 映像呈示デバイス ２０ａ，２０ｂ 映像呈示デバイス ２１ａ，２１ｂ 中心視野領域 ２２ａ，２２ｂ 安定注視野領域 ２３ａ，２３ｂ 誘導視野領域 ２４ 筐体 ２５ａ，２５ｂ 信号伝達手段 ２６ａ，２６ｂ 映像分割手段 ２７ａ，２７ｂ 信号伝達手段 ２８ 映像分配手段 ２９ａ，２９ｂ 信号伝達手段 ３０ａ，３０ｂ 映像呈示デバイス群 ３１ａ〜３１ｄ ビデオカメラ ３２ａ，３２ｂ 信号伝達手段 ３３ａ，３３ｂ 信号伝達手段 ３４ａ，３４ｂ 信号伝達手段 ３５ａ，３５ｂ 映像呈示デバイス ３６ａ，３６ｂ 映像呈示デバイス ３７ａ，３７ｂ 映像呈示デバイス ３８ 画角 ３９ａ，３９ｂ 画角 ４０ 全景撮影用ビデオカメラ ４１ａ，４１ｂ 左右眼映像撮影用ビデオカメラ ４２ａ，４２ｂ 信号伝達手段 ４３ 信号伝達手段 ４４ 映像分割手段 ４６ａ，４６ｂ 信号伝達手段 ４７ａ，４７ｂ 映像呈示デバイス ４８ａ，４８ｂ 映像呈示デバイス群 ５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂ 反
射機構

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】観察対象を異なる視差をもって撮影した少
   なくとも２つの映像を、観察者の左右の眼各々に対応し
   て設けられた複数台の映像呈示装置を介して観察者の左
   右の眼に呈示することにより前記観察対象の立体映像を
   観察者に与える立体映像観察装置において、 前記映像呈示装置の内の１台は観察者の正面方向の視線
   にほぼ直交する位置に設置され、残りの映像呈示装置は
   前記１台の映像呈示装置に隣接して前記１台の映像呈示
   装置を中心とした半楕円体にほぼ接するように配置され
   ていることを特徴とする立体映像観察装置。
2. 【請求項２】前記複数台の映像呈示装置の各々には、観
   察者の片眼あたり１台の撮影装置で撮影された映像を前
   記複数台の映像呈示装置に応じて分割した映像が呈示さ
   れることを特徴とする請求項１記載の立体映像観察装
   置。
3. 【請求項３】前記複数台の映像呈示装置には、各々別々
   の撮影装置で撮影された映像が呈示されることを特徴と
   する請求項１記載の立体映像観察装置。
4. 【請求項４】観察者の前記正面方向の視線にほぼ直交す
   る位置に配置された映像呈示装置には、前記観察対象を
   異なる視差をもって撮影した映像が与えられ、残りの映
   像呈示装置の各々には、全景映像の内、前記正面方向の
   視線にほぼ直交する位置に配置された映像呈示装置に対
   応する部分を除いた映像を分割した映像が与えられるこ
   とを特徴とする請求項１記載の立体映像観察装置。