JPH10215465A - 移動開口を用いた多視方向3次元映像具現方法及びシステム - Google Patents

移動開口を用いた多視方向3次元映像具現方法及びシステム

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JPH10215465A
JPH10215465A JP9265292A JP26529297A JPH10215465A JP H10215465 A JPH10215465 A JP H10215465A JP 9265292 A JP9265292 A JP 9265292A JP 26529297 A JP26529297 A JP 26529297A JP H10215465 A JPH10215465 A JP H10215465A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 3次元映像システムにおいて、明るくて鮮明
な多視方向3次元映像が得られるようにすること。 【解決手段】 対象体11から多方向で入射される映像
光を、光学系12を用いて与えられた領域に集光し、前
記集光された多視方向映像光を集光位置に置かれた移動
開口の役割の代わりをする走査装置13光偏向装置を用
いて与えられた回数で繰り返し走査することによって視
方向の違う地点から見た対象体の断面像を製作し、前記
製作された断面像を表示装置24に向かって投射するよ
うにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に多視方向3次
元映像具現方法及びシステムに関するもので、特に走査
器(scanner)のような手段によって移動開口(moving a
perture)を形成し3次元映像を具現する多視方向(mult
i view)3次元映像具現方法及びシステムに関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来、多視方向3次元映像を得るために
は対象体の多角度からの映像を複数のカメラを用いて同
時に撮影するか、一台のカメラを多角度に移動させなが
ら撮影するか、又は大型開口を有する対物レンズに全体
開口を分割し複数のスイッチを装着しこのスイッチを順
次的に連続開閉させ多角度の映像を撮影する方式などが
用いられてきた。複数台のカメラを用いる方式では、一
般に使用されるカムコーダ又はCCDカメラを、通常は
人の両目の間隔(約6.5cm程度)程ずつ離隔配列し、
全てのカメラを同期化させて対象体を各カメラ当り毎秒
30フレームずつ撮影して受信端へ伝送し、受信端で全
てのカメラから伝送された映像を重畳させ同時に送出さ
せるようにする。このように、二台以上のカメラを使用
する場合には、レンチキュラ(lenticular)、パララッ
クスバリヤ(parallax barrier)、ホログラフィック
(holographic)スクリーンなどのように特殊光学板から
なる表示装置を必要とする。
【0003】一方、一台のカメラを用いる方式は、対象
体に関しカメラを多角度に移動させるための駆動装置を
必要とする。しかし、一般的な駆動装置を用いて位置当
り30フレームを撮影できるようにカメラを駆動させる
ことはより難しく、また対象体が動く場合には更に適用
し難くなる。
【0004】また、スイッチを使用する方式は、開口面
積が大きいカメラの対物レンズの主平面近くに液晶(li
quid crystal)のような電気光学シャッター(electro-
optical shutter)を複数配列し、このシャッターを順次
的に連続開閉させ視方向(viewing direction)の違う映
像を撮影する方式である。この方式は、一台のカメラを
用いてカメラを移動させなくても複数台のカメラを使用
したような効果が得られるため構造的な面では効率的で
あると言えるが、スイッチによる光損失、特に液晶スイ
ッチを用いる場合には、液晶に付着される偏向器により
入射光の3/4以上が減殺されて像の明るさが大きく減
少し、使用される対物レンズの開口がはるかに大きいた
め、撮影に必要な2次元映像センサーの大きさも普通の
カメラに使用するものより相対的にはるかに大きくなけ
ればならず、また各位置当り毎秒30フレームずつを得
るので各スイッチは毎秒30回ずつ動作しなければなら
ないため超高速駆動スイッチを必要とするという問題が
あった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の問題点を解決すべくなされたもので、対象体の明
るくて鮮明な多視方向3次元映像が得られる多視方向3
次元映像具現方法を提供することを目的としている。
【0006】本発明の他の目的は、対象体の多角映像を
集光する集光手段の構成を単純化して、対象体からでき
るだけ最少の角間隔を有する多角映像を得るための手段
を備え、より明るくて鮮明な3次元映像が得られる多視
方向3次元映像システムを提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明によれば、対象体から多方向で入射される
映像光を移動開口を用いて撮影、伝送及び表示装置に投
射させ3次元映像を提供する3次元映像具現方法であっ
て、対象体から多方向で入射される映像光を与えられた
領域に集光する過程と、前記集光された多視方向映像光
を集光位置に置かれた移動開口の役割の代わりにする走
査又は光偏向装置を用いて与えられた周波数で繰り返し
走査することによって視方向の違う地点から見た対象体
の断面像を製作する過程と、前記製作された断面像を表
示装置に向かって投射する過程とを含むことを特徴とす
る。
【0008】前記方法は視方向の違う地点から見た製作
された前記対象体の前記断面像を2次元的に集光する過
程と、前記2次元的に集光された映像光を与えられた光
経路に沿って伝送する過程と、前記伝送された映像光を
拡大する過程と、前記拡大された映像光を移動開口の役
割を代わりにする走査又は光偏向装置と同期して動く走
査又は光偏向装置で繰り返し走査する過程を更に含む。
【0009】前記他の目的を達成するための本発明の多
視方向3次元映像システムは、対象体から多方向で入射
される映像光を移動開口を用いて撮影、伝送及び表示装
置に投射させ3次元映像を提供する3次元映像システム
であって、対象体から多方向で入射される映像光を与え
られる領域に集光するための手段と、前記集光された多
視方向映像光を集光位置に置かれた移動開口の役割の代
わりにする走査又は光偏向装置を用いて、与えられた回
数で繰り返し走査することによって視方向の違う地点か
ら見た対象体の断面像を製作するための手段と、前記製
作された断面像を受光し映像を表示するための手段とを
含むことを特徴とする。
【0010】前記集光手段と前記走査手段との間に視方
向の像を選別するための手段、即ちダイヤフレームなど
を含むことが好ましい。
【0011】前記システムは、視方向の違う地点から見
た製作された前記対象体の前記断面像を2次的に集光す
るための手段と、前記2次的に集光された映像光を与え
られた光経路に沿って伝送するための手段と、前記伝送
された映像光を拡大するための手段と、前記拡大された
映像光を移動開口の役割を代わりにする走査又は光偏向
装置と同期して動く走査又は光偏向装置で繰り返し走査
するための手段とを更に含む。
【0012】
【作用】本発明は、上記のように構成されているから、
本発明による多視方向3次元映像具現方法及びシステム
の一例によれば、一つの直径の大きいレンズなどの結像
地域に反射鏡などのように光の方向を変える機能を有す
る光部品(以下、反射鏡で代表させる)が付着された走
査器を設置しこの走査器を駆動させることにより移動開
口を形成し視方向による像の分節効果(segmenting eff
ect)が起こるようにする。分節された像は、対物レンズ
を通じて像の損失なく2次元映像センサー又は光繊維を
通じて伝送される。伝送された画像は再び走査器により
画像の順番別でスクリーンに投射される。前記移動開口
を通じて得られる最大分節画像数は移動開口の有効幅に
よって決定される。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、図1〜図5を参照しながら
本発明に係る実施の形態について説明する。図1を参照
すると、本発明の3次元映像システムは対象体から多方
向で入射される映像光を一つの収束域に集光する一つの
大球面鏡光学系12と、前記光学系12の収束域に設置
され前記光学系12を通じて入射された多視方向映像光
を入射角別に順次的に偏向させる偏向装置が装着された
第1走査器13と、前記走査器13の偏向装置から順次
的に投射された映像光を一つの焦点に集光させる対物レ
ンズ14と、前記対物レンズ14の焦点に設置され映像
光を受光する受信端15と映像光を伝送する伝送路16
及び伝送された映像光を出射する出力端19からなる伝
送装置と、前記伝送装置から出力される映像光を拡大す
る投射レンズ20と、前記投射レンズ20による拡大さ
れた映像光を前記第1走査器13と同期し前記入射角別
に順次的に走査させる第2走査器21と、前記第2走査
器21により入射角別に走査された映像光を視方向別画
像に順次的に再生する表示装置24で構成されている。
【0014】図2は、本発明の3次元映像システムで像
を結ばせる手段として利用させられる光学系12で使用
できる多様な光学系と、これにより形成される映像光の
収束域を示している。収束域36は、対象体31を含み
撮影装置の視野内に含まれた光径が光学系により像33
として示される領域である。収束域36に示される像3
3は空間的に分布されている複数の視方向から入射され
た対象体31を含む空間光径を縮小、重畳させておいた
ものである。図2aは、像を結ばせる手段として用いら
れる光学系として使用される大型対物レンズ32により
対象体31を含む周辺光径が対物レンズ32の焦点距離
と対象体の位置により定められる収束角37により縮
小、重畳された3次元像33が形成されたことを示す。
【0015】図2bは、大型球面反射鏡34を像を結ば
せる手段として用いられる光学系として使用する場合収
束域36の形成を示している。像を結ばせる手段として
用いられる光学系で対物レンズ32又は球面反射鏡34
を使用する場合は物体の像33が形成される領域が収束
域36である。しかし、図2cに示されたように、像を
結ばせる手段として用いられる光学系で小型の平面反射
鏡又は球面反射鏡の配列で構成された大型球面反射鏡3
5を用いる場合に収束域36はこの小型平面鏡又は球面
鏡により反射された対象体31からの像が重畳される領
域になる。
【0016】一方、図3は本発明の3次元映像システム
で前記第1走査器13と第2走査器21として使用され
る走査器の多様な実施例の構造を示している。収束域に
設置される第1走査器は空間的に縮小、重複されている
3次元像を走査器に付着された反射鏡の位置によって視
方向を変えて2次元像に分割する役割をする。したがっ
て、図3に示された走査器は、空間的に分布された対象
体を含む周辺光径を複数台のカメラで撮影するように、
走査器に付着されて回転する反射鏡が光学系を通じて視
方向を異にして入射された光を幅が狭いスリットにより
順次的に走査することのような効果を示すため、いわゆ
る移動開口を形成する。移動開口の有効幅は走査周波数
に反比例する。
【0017】図3aに示された走査器は多面鏡41をモ
ータのような回転器42で回転させる型であり、図3b
と図3dの走査器は小型平面鏡43又は球面反射鏡45
をガルバノメータ(galvanometer)のような走査器ドラ
イバー44で一定角度程度周期的に回転させる型であ
り、図3cの走査器はホログラフィックディスク46を
使用する透過式であり、図3eの走査器は複数の単位移
動開口が同期し動き一つの大型走査スクリーン役割をす
る型である。前記図3eの走査器は光学系を通じて結ば
れる像を直接見るためのものの反射体一つを使用する場
合に駆動装置製作に無理が多いので、大型反射鏡を一定
間隔に切って各々切られた反射鏡47にドライバー48
を付着しこの小型反射鏡47が同期化され同時に動くよ
うにすることによって大型反射鏡が一定角度回転するよ
うな効果が得られるようにする。
【0018】本発明に使用される走査器はその実効開口
の大きさと偏向角度が各々収束域の光軸に対する断面の
大きさと最大収束角より少なければならない。もし、左
右と上下とへ偏向可能な二つの走査器を結合すると、垂
直及び水平視差がある完璧な3次元像の表示が可能であ
る。図3の走査器により視方向別に分節された像を集光
させ伝送に関連された機構に入射させるためにはフィー
ルドレンズ(field lens)が必要である。その理由は、
分節された像は発散されるので一つのレンズへ発散され
る像を損失なく集光し伝送に関連される機構の入力開口
大きさに合わせ難いためフィールドレンズへ発散光を収
束させて再び他のレンズに結像させると像の損失なく手
軽に伝送することができる。
【0019】図4は、本発明の3次元映像システムの走
査器13により、視方向別に分節された2次元像を伝送
できる多様な伝送装置を示した図面である。図4aを参
照すると、走査器により分節された2次元像はCCDの
ような2次元映像センサー52に順次的に入力され制御
器51により画素信号に変換され、信号伝送装置53を
通じて各種ケーブル又は無線の伝送路57により信号受
信器54を経て表示制御器55により順次的に画像表示
装置56に表示される。図4bは伝送路へ映像伝送用光
繊維束60を使用する伝送装置として、光繊維束60の
入力端58に走査器により分節された像が再集光され出
力端59を通じて受信装置へ入る。一般的に光繊維束6
0の両端58、59は、金属ハウジング61により保護
されている。
【0020】図4cは、潜望鏡のようにレンズを用いた
伝送装置である。視方向に沿って分割された2次元入力
像71が集光され平面に表し、この像71は対物レンズ
72とフィールドレンズ73及び仲介レンズ74を経て
出力像75を結ぶ。フィールドレンズ73は対物レンズ
72を通じて入ってくる像71を、像の損失なしで後段
へ伝達されるようにする役割をする。図4dは、赤外線
映像を伝送するための伝送装置で対象体81を赤外線用
対物レンズ82で撮影し、その像83を映像変換管84
の入力端、即ち光陰極85に結ばせると、この光陰極8
5像の像83は増配され燐(P)が塗布されたスクリー
ンに停電焦点制御部86により焦点され燐光の形態で目
に見える。
【0021】図4で2次元映像センサー52の信号処理
速度は、一般的なTVより走査器の偏向繰り返し周波数
を一般TVのフレーム周波数で分けた値に分節された画
像の数をかけたものより速くなければならない。したが
って、伝送に必要なデータの量がはるかに多くなり、受
信端での信号処理速度も送信端の速度のように速くなけ
ればならない。光繊維束又はレンズによる映像伝送の場
合は画像を直接伝送するようになるので視方向の違う映
像の間に断続なしで連続的に伝送可能である。又は、伝
送装置にデータを圧縮する手段と、圧縮されたデータを
復元する手段とを備えると高画質の映像信号を速く伝送
するのも可能である。
【0022】前記のように構成された本発明の3次元映
像システムの全体的な動作を調べてみると次のとおりで
ある。図2に与えられた多数の種類の光学系12により
対象体11の像が形成される領域、即ち収束域に走査器
を設置し像を偏向させなければ像は収束角37のような
値の発散角で多方向へ広がるようになる。しかし、図3
に示されたような第1走査器13を設置し周期的に偏向
させると、発散され広がる多数の視方向での像は偏向さ
れ対物レンズ14に順次的に入射される。この際、前記
像を結ぶ手段として用いられる光学系12と前記第1走
査器13との間にダイヤフレームのような像選別手段
(図示せず)を設置し、必要な視方向の像を選別するこ
とも好ましい。
【0023】対物レンズ14を通過する像は、走査器1
3の回転特性によって視方向の位置による対象体11の
2次元像を順次的にのみ繰り返し走査するか又は順次と
逆順を交替しながら走査し、図4に示されたような2次
元映像センサー、光繊維束の入力端15に焦点され伝送
路16を通じて送信される。走査器13により分節され
た像は、発散されるため対物レンズ14の大きさが十分
でなければ像の一部が遺失されるためこの場合は、走査
器13近くにフィールドレンズを設置し各視方向の像を
収束させ対物レンズ14の大きさに合わせて縮小させる
ことが好ましい。対物レンズ14により形成される像
は、対物レンズ14の入力開口17に作用され、走査器
を通じて偏向され入射される全ての像は入力開口17内
にあるようになる。
【0024】伝送路16を経た映像光は伝送路16の出
力端19に表し、この像は投射レンズ20により拡大さ
れその像が現れるところに位置した送信端の第1走査器
13と同期して動く第2走査器23により、元の視方向
別画像が順次的に再生され観覧者22により観覧され
る。投射レンズ20により拡大された像は、走査器21
に付着された反射鏡に結像されるため像の拡大のために
は投射レンズ20による像の拡大により走査器の反射鏡
の大きさも共に増加されるべきである。受信端で像を大
きく拡大して見るためには、走査器21を経て偏向され
た像を再び拡大させホログラフィックスクリーンのよう
な特殊スクリーンに投射すればよい。
【0025】図5はホログラフィックスクリーン、フレ
ネルレンズのような特殊映像スクリーンを用いた像の拡
大表示を示す図面である。図1の走査器21により偏向
された像は、図2に例示された像を結ばせる手段として
用いられる多数の光学系のような大型対物レンズ91に
より拡大され、その像が特殊映像スクリーン92に投射
されると、特殊映像スクリーンにより形成された対物レ
ンズ91の出力開口像が形成される領域、即ち、視域
(viewing zone)93で特殊映像スクリーン92を見向
かう際、対象体の3次元像が見られる。
【0026】この場合、視方向の違う像は対物レンズ9
1の出力開口を通過する相対的な位置によってその像が
形成される視域93内の位置が異なり、視域内で各々の
視方向の違う像が位置する領域を副視域(sub-viewing
zone)94と称する。視方向の違う像は連続的に形成さ
れるので副視域94も互いに連続されている。したがっ
て、隣接する二つの副視域94との間隔が人の目の間の
距離に対応するかこれより少ない場合、左右目に異なる
副視域に対応する像が見えるようになるため対象体の3
次元像が見られる。3次元映像の拡大時に生ずる深さ方
向の映像歪は走査器21の振動幅を調節することによっ
て除去できる。
【0027】
【発明の効果】本発明は、3次元映像を具現する過程に
おいて光損失がほとんどなく、映像光の分節のために走
査器を使用するため視方向による画像の数を増加させる
ことができ、また撮影に必要なCCDのような2次元映
像センサーも一般的なカムコーダの映像センサーに用い
て使用することができる。また、像の投射の際、像の拡
大が可能であるためどんな大きさのスクリーンも使用可
能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る3次元映像システムを説明するた
めの概略的な図である。
【図2】本発明に係る3次元映像システムで像を結ばせ
る手段として用いられる光学系のいろいろな例とこれに
より形成される映像光の収束域を示す図である。
【図3】本発明に係る3次元映像システムで移動開口を
形成するための多様な手段を示す図である。
【図4】本発明に係る3次元映像システムで分節された
映像光を伝送するための多様な手段を示す図である。
【図5】図1の3次元映像システムに特殊映像スクリー
ンを追加し映像を拡大する方法を説明するための図であ
る。
【符号の説明】
11、31、81:対象体 12、91:像を結ばせる手段として用いられる光学系 13、21:走査器 14、32、72、82:対物レンズ 15:入力端 16:伝送路 17:入力開口 18:多視方向分布 19:出力端 20:投射レンズ 22:観覧者 23:焦点された映像 24:表示装置 25:発散された映像 33:3次元映像 34、45:球面反射鏡 35:小型反射鏡からなる球面反射鏡 36:収束域 37:収束角 41:多面鏡 42:回転器 43:平面鏡 44、48:走査用ドライバー 46:ホログラフィックディスク 47:分節された小型反射鏡 51:2次元映像センサー制御器 52:2次元映像センサー 53:信号伝送器 54:信号受信器 55:2次元表示器制御器 56:2次元表示器 57:伝送線 58:光繊維束入力端 59:光繊維束出力端 60:光繊維束 61:金属ハウジング 71:入力像 73:フィールドレンズ 74:仲介レンズ 75、87:出力像 83:焦点された入力像 84:映像変換管 85:光陰極 86:停電焦点制御部 92:特殊映像スクリーン 93:視域 94:副視域

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 対象体から多方向で入射される映像光を
    移動開口を用いて撮影、伝送及び表示装置に投射させ3
    次元映像を提供するための3次元映像具現方法であっ
    て、 対象体から多方向で入射される映像光を与えられた領域
    に集光する過程と、 前記集光された多視方向映像光を集光位置に置かれた移
    動開口の役割を代行する走査又は光偏向装置を用いて与
    えられた回数で繰り返し走査することによって視方向の
    違う地点から見た対象体の断面像を製作する過程と、 前記製作された断面像を表示装置に向かって投射する過
    程とを含むことを特徴とする3次元映像具現方法。
  2. 【請求項2】 視方向の違う地点から見て製作された前
    記対象体の前記断面像を2次元的に集光する過程と、 前記2次元的に集光された映像光を与えられた光経路に
    沿って伝送する過程とを更に含むことを特徴とする請求
    項1に記載の3次元映像具現方法。
  3. 【請求項3】 前記伝送された映像光を拡大する過程を
    更に含むことを特徴とする請求項2に記載の3次元映像
    具現方法。
  4. 【請求項4】 前記拡大された映像光を請求項1で使用
    された移動開口の役割を代わりにする走査又は光偏向装
    置と同期して動く走査又は光偏向装置で繰り返し走査す
    る過程を更に含むことを特徴とする請求項3に記載の3
    次元映像具現方法。
  5. 【請求項5】 前記映像光集光過程は、凸レンズ、凹
    鏡、又は多数の平面鏡又は球面鏡の組合わせで構成され
    た凹鏡のうちの、いずれか一つからなることを特徴とす
    る請求項1又は4に記載の3次元映像具現方法。
  6. 【請求項6】 前記映像光の走査過程は、光の進行方向
    と、又は形態を変えることができる光部品が付着された
    走査器によって構成されることを特徴とする請求項1又
    は4に記載の3次元映像具現方法。
  7. 【請求項7】 前記光部品は、平面鏡、球面鏡、ホログ
    ラフィックディスク、あるいは一定な間隔で配置された
    多数の平面鏡からなることを特徴とする請求項6に記載
    の3次元映像具現方法。
  8. 【請求項8】 前記伝送過程は、映像光を圧縮する過程
    と、圧縮された映像光を復元する過程とを含むことを特
    徴とする請求項2に記載の3次元映像具現方法。
  9. 【請求項9】 対象体から多方向で入射される映像光を
    移動開口を用いて撮影し、伝送及び表示装置に投射させ
    て3次元映像を提供する3次元映像システムであって、 対象体から多方向で入射される映像光を与えられた領域
    に集光するための手段と、 前記集光された多視方向映像光を集光位置に置かれた移
    動開口の役割を代行する走査又は光偏向装置を用いて与
    えられた回数で繰り返し走査するための手段と、 前記走査された映像光を受光し映像を表示するための手
    段とを含むことを特徴とする3次元映像システム。
  10. 【請求項10】 視方向の違う地点から見た製作された
    前記対象体の前記断面像を2次的に集光するための手段
    と、 前記2次的に集光された映像光を与えられた光経路に沿
    って伝送するための手段と、 前記伝送された映像光を拡大するための手段と、 前記拡大された映像光を移動開口の役割を代行する走査
    又は光偏向装置と同期して動く走査又は光偏向装置を繰
    り返し走査するための手段とを更に含むことを特徴とす
    る請求項9に記載の3次元映像システム。
  11. 【請求項11】 前記集光手段は、凸レンズ、凹鏡又は
    多数の平面鏡又は球面鏡の組合わせからなる凹鏡のうち
    の、いずれか一つであることを特徴とする請求項9に記
    載の3次元映像システム。
  12. 【請求項12】 前記映像光の分節手段は、光方向を変
    える光部品が付着された走査器を含むことを特徴とする
    請求項9に記載の3次元映像システム。
  13. 【請求項13】 前記光部品は、平面鏡、球面鏡、ホロ
    グラフィックディスク、あるいは一定な間隔で配置され
    た多数の平面鏡であることを特徴とする請求項12に記
    載の3次元映像システム。
  14. 【請求項14】 前記映像光伝送手段は、光導管、光繊
    維束又はTVシステムを含むことを特徴とする請求項1
    0に記載の3次元映像システム。
  15. 【請求項15】 前記映像光伝送手段は、映像光を圧縮
    する手段と、圧縮された映像光を復元する手段とを含む
    ことを特徴とする請求項10に記載の3次元映像システ
    ム。
  16. 【請求項16】 前記集光手段と走査手段との間に視方
    向の像を選別するための手段を更に含むことを特徴とす
    る請求項9に記載の3次元映像システム。
  17. 【請求項17】 前記選別手段は、ダイヤフレームであ
    ることを特徴とする請求項16に記載の3次元映像シス
    テム。
  18. 【請求項18】 前記表示された映像を拡大表示するた
    めの手段を更に含むことを特徴とする請求項9又は10
    に記載の3次元映像システム。
  19. 【請求項19】 前記拡大表示手段は、ホログラフィッ
    クスクリーン又はフレネルレンズであることを特徴とす
    る請求項18に記載の3次元映像システム。
  20. 【請求項20】 前記拡大表示手段で3次元映像の拡大
    による拡大像の深さ方向歪を除去するため、表示端の走
    査器振動幅を制御することを特徴とする請求項18に記
    載の3次元映像システム。
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