JPH11298780A - 広領域撮像装置および球空洞投射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精細な画質を維持しながら、究極の立体角
である４πステラジアンに至るまでの広大な撮像領域を
もつ撮像・投射システム、すなわち広領域撮像装置およ
び球空洞投射装置を提供する。 【解決手段】 図２（Ａ）では、均等な撮像範囲を有す
る３台のテレビジョンカメラＣＡＭによってカバーされ
る立体角ＳＴは、Ａ１＋Ａ２＋Ａ３となる（広角）。次
に、図２（Ｂ）に示すように、各テレビジョンカメラＣ
ＡＭの光学的中心軸６，８，１０の間隔を狭くすると、
均等な撮像範囲を有する３台のテレビジョンカメラＣＡ
Ｍによってカバーされる立体角ＳＴは、Ｂ１＋Ｂ２＋Ｂ
３となる（狭角）。この場合にも、光学的中心軸６，
８，１０は常に円球体２の中心点を通過するように制御
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、広範囲な被写界領
域にわたって撮像が可能な広領域撮像装置、および、そ
の撮像装置によって得た画像情報を円球形状のスクリー
ンに再現する球空洞投射装置に関するものである。

【０００２】さらに詳述すると、本発明は、立体角４π
ステラジアンに至るまでの任意の撮像領域をもつ広領域
撮像装置、および、その撮像装置によって得た立体角４
πステラジアンに至るまでの任意の撮像領域をもつ画像
情報を円球状スクリーン（円球空洞内部に設けたスクリ
ーン）に投射する球空洞投射装置に関するものである。

【０００３】

【従来の技術】従来から知られているテレビジョンカメ
ラのうち、大きな立体角の撮像範囲を持つものとして、
いわゆる魚眼レンズといわれる広角レンズを利用したカ
メラがある。しかし、このような魚眼レンズを用いたと
しても、撮影範囲を立体角４πステラジアンまで広げる
ことは不可能であった。

【０００４】また、半円球に近い大型スクリーンに投影
する映像を現行のテレビジョンカメラで撮影した場合、
撮像管あるいは光電変換素子の解像度（画素数）に限界
があり、高精細な映像を得ることは困難であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】撮像装置の光電変換面
としては、撮像管あるいはＣＣＤが用いられているが、
撮像管では光電面を走査する電子ビームの細さが画素の
大きさを支配し、他方、ＣＣＤでは単位画素を構成する
半導体の大きさが画素の大きさを支配している。

【０００６】このような理由から、従来のテレビジョン
カメラの精細度は、現在は画素数にして２００万個程度
とするのが限界である。すなわち、撮像装置における光
電変換面の画素数の限界に支配されている。

【０００７】一方、単眼レンズを用いたテレビジョンカ
メラでは広角レンズを使用して撮影範囲を広げている
が、その撮影範囲を格段に広げ、例えばカメラ自身の背
面までも撮影することは不可能である。

【０００８】よって本発明の目的は、上述の点に鑑み、
高精細な画質を維持しながら、究極の立体角である４π
ステラジアンに至るまでの広大な撮像領域をもつ撮像・
投射システム、すなわち広領域撮像装置および球空洞投
射装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る撮像装置は、複数のテレビジョンカ
メラを特定の円球上に配列することにより、該円球の外
周部に存在する広域被写領域を切れ目なく撮像する撮像
装置であって、前記複数のテレビジョンカメラの各々が
受け持つ各撮像範囲の中心を通る各光学的中心軸は、前
記特定の円球の中心点に収束するよう配設する。

【００１０】ここで、前記複数のテレビジョンカメラの
各々が受け持つ各撮像範囲は、後にプロジェクタで投射
することを考慮して、隣接する撮像範囲で相互に重複す
るように設定しておくのが好適である。また、前記複数
のテレビジョンカメラ全体が受け持つ全撮像範囲とし
て、４πステラジアンを含む任意の立体角となるよう
に、前記特定の円球上に前記複数のテレビジョンカメラ
を配置することも可能である。

【００１１】さらに加えて、前記複数のテレビジョンカ
メラの各焦点距離を同時に変化させると共に、各テレビ
ジョンカメラが有する画角の変化に応じて前記光学的中
心軸の方向を変化させるズーム制御手段を具備した構成
をとる。

【００１２】なお、前記複数のテレビジョンカメラにお
ける各撮像面を通常の如く平面状に形成した場合には、
結像したそれぞれの像に糸巻き歪み補正処理を施すこと
により、隣接する画像相互間の接続を円滑に行う。

【００１３】本発明に係る投射装置は、複数のプロジェ
クタを円球上に配列することにより、該円球の外周部に
配設した球空洞スクリーン上に投影像を切れ目なく表示
する投射装置であって、上述した各テレビジョンカメラ
からの映像信号を、対応する該プロジェクタにそれぞれ
入力させる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、以下に説明するテレビジ
ョンカメラ・プロジェクタ・システムの原理図である。

【００１５】まず図１（Ａ）は、円球体２の中心点Ｏか
らさまざまな方角に向いている有限の立体角Ｓ１〜Ｓ６
を例示したものである。本図から、全範囲の立体角（４
πステラジアン）をカバーするには、Ｎ個の立体角Ｓ１
〜ＳＮを用いればよいことが明らかである。

【００１６】いま、図１（Ａ）に示した一つの立体角
（Ｓ１〜Ｓ６のいずれか）が、一つのテレビジョンカメ
ラの撮像範囲であると想定するならば、４πステラジア
ンを含む任意の立体角を複数のテレビジョンカメラによ
ってカバーすることが可能である。

【００１７】そこで、図１（Ｂ）に示すように、半径Ｒ
の円球体２の上に複数のテレビジョンカメラ（本図では
ＣＡＭ−１，ＣＡＭ−２，ＣＡＭ−３のみを示してい
る）を設置し、かつ、各々のテレビジョンカメラＣＡＭ
の撮像範囲の中心を通る光学的中心軸６，８，１０が全
て中心点Ｏで交わるようにすれば、所望の立体角をカバ
ーする撮像装置を構成することができる。なお、本図中
に破線で区切った領域は、各テレビジョンカメラＣＡＭ
の撮像範囲を示している。

【００１８】図２（Ａ），（Ｂ）は、説明を簡略化する
ために、３台のテレビジョンカメラＣＡＭを用いて、全
体的な撮像範囲を変化させる場合の説明図である。３台
のテレビジョンカメラＣＡＭによって一つの撮像装置が
形成されていると考えた場合（すなわち、長方形の撮像
範囲を有する単体の撮像装置とみなす場合）には、本図
は、ズーム操作における画角の変化の状況を示してい
る。

【００１９】まず、図２（Ａ）では、均等な撮像範囲を
有する３台のテレビジョンカメラＣＡＭによってカバー
される立体角ＳＴは、Ａ１＋Ａ２＋Ａ３となる（広
角）。

【００２０】次に、図２（Ｂ）に示すように、各テレビ
ジョンカメラＣＡＭの光学的中心軸６，８，１０の間隔
を狭くすると、均等な撮像範囲を有する３台のテレビジ
ョンカメラＣＡＭによってカバーされる立体角ＳＴは、
Ｂ１＋Ｂ２＋Ｂ３となる（狭角）。この場合にも、光学
的中心軸６，８，１０は常に円球体２の中心点を通過す
るように制御する。

【００２１】ズーム操作を行う場合には、上述の如く光
学的中心軸の向きを制御しなければならないので、撮像
範囲として立体角４πステラジアンを実現する場合に
は、ズーム操作は行わない。

【００２２】この立体角４πステラジアンを達成するた
めには、（１）複数のテレビジョンカメラを特定の円球
上に配列し、それぞれの撮像範囲を均等に分担するよう
にする：（２）それぞれのテレビジョンカメラにおける
光学的中心軸は円球の中心点に向けておく：（３）各テ
レビジョンカメラの撮像範囲は相互に少しずつ重なり合
うようにしておく（図３において詳説する）：必要があ
るが、これらの条件は、４πステラジアンを除く他の立
体角を達成する場合に必要とされる条件と同じである。

【００２３】図３は、各テレビジョンカメラＣＡＭの撮
像範囲を模式的に描いた図である。いま、各テレビジョ
ンカメラにより撮像された個々の画像を「単位画像」と
称するならば、複数の「単位画像」を連続的に適切に接
続するためには、本図に示すように、各テレビジョンカ
メラの撮像範囲が相互に少しずつ重なり合うように予め
調節しておく。このようにすることにより、後にプロジ
ェクタに入力する際に、スチル写真のトリミングと貼り
合わせに相当するような領域調整（すなわち、「単位画
像」の信号読み出し領域の調整であって、図４に示す調
整回路３６により行う）が容易に行えるようになる。

【００２４】ズーム操作を行った場合には、各々のテレ
ビジョンカメラの撮像範囲は変化する。より具体的に
は、ズーム操作によりレンズの焦点距離が長くなると、
「単位画像」の画角は狭くなる。逆に、レンズの焦点距
離が短くなると画角は広くなる。そして、これら画角の
変化に応じて、各テレビジョンカメラにおける光学的中
心軸の方向を調節するズーム制御機構が必要になる。

【００２５】図４は、上記ズーム制御機構を含んだブロ
ック構成図である。本図には、すべてのテレビジョンカ
メラＣＡＭの焦点距離および光学的中心軸の方向を同時
に制御するズーム制御機構３０と、各々のテレビジョン
カメラから出力される映像信号の糸巻き歪み（図５参
照）をそれぞれ補正する補正回路３２と、記憶媒体ある
いは通信路などによって形成される伝送路３４と、上記
「単位画像」を投射する際にその画像接続部分にかかる
画像の読出し範囲を個々に調整する調整回路３６と、そ
れぞれの「単位画像」を入力して円球空洞形状のスクリ
ーンに投射する複数のプロジェクタＰＪを示している。

【００２６】図５は、糸巻き歪みの補正について示した
説明図である。本図において、４０は各テレビジョンカ
メラにおける撮像素子の結像面、４２は長方形の被写体
を実際に結像させた場合の形状である。この糸巻き歪み
が発生する光学的原因は周知であるので説明は省略する
が、本実施の形態では、個々の「単位画像」毎に、糸巻
き歪み補正回路３２で補正を行っている点に特色があ
る。

【００２７】図６は、糸巻き歪み補正回路３２の回路構
成を示したブロック図である。本図において、５０は補
正前の単位画像データを記憶する第１メモリ、５２は補
正後の単位画像データを記憶する第２メモリ、５４はア
ドレス制御回路である。このブロック図では、補正前の
単位画像を形成する各画素位置を、アドレス制御回路５
４によって第２メモリ５２上に再配置することにより、
糸巻き歪みを補正している。

【００２８】図７は、複数のプロジェクタＰＪ（図４参
照）と、円球空洞スクリーン６０との位置関係を例示し
た模式図である。本図に示すように、スクリーン６０は
円球空洞の形状を有しており、その中心部に個々のプロ
ジェクタＰＪを配置する。個々のプロジェクタＰＪは、
個々のテレビジョンカメラＣＡＭに対応してそれぞれ球
体面上に設けてある。

【００２９】撮像装置の撮像範囲が立体角４πステラジ
アンの場合には、図７に示すように、スクリーン６０は
円球空洞の形状とする。他方、撮像範囲が４角形の場合
には、円球空洞の内面を４角形に切り取った形状とす
る。なお、円球空洞の半径が大きいときには、平面の継
ぎ合わせにより球面スクリーンを形成したとしても、投
射光学像の歪みは無視し得る程度である。

【００３０】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、以下に列
挙する格別な効果を奏することができる。

【００３１】画面全体の画素数を増加することができ
る。すなわち、一つのテレビジョンカメラでは１画面内
の画素数に限界があるが、複数のテレビジョンカメラを
用いて撮像範囲を均等に分担する場合には、全体の画素
数を増加することができる。換言すると、撮像画面全体
の画素数は、使用するテレビジョンカメラの数に比例し
て増加する。

【００３２】複数のテレビジョンカメラを一定半径の
円球面上に置き、かつ、各テレビジョンカメラの光学的
中心軸を円球の中心点に常に向けておくことにより、画
面全体での単位画像（一つのテレビジョンカメラから得
られた画像）相互間の接続を円滑に行うことができる。

【００３３】複数のテレビジョンカメラを円球面上に
均一に配置することにより、撮像範囲として、立体角４
πステラジアンを達成することができる。

【００３４】撮像範囲として、例えば４角形の範囲と
した場合には、ズーム操作が可能になる。

【００３５】各々のテレビジョンカメラに対応したプ
ロジェクタをもちいることにより、立体角４πステラジ
アンを含む広範囲なスクリーンを実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明する図である。

【図２】本発明に従って撮像範囲を変化させる場合の説
明図である。

【図３】単位画像の接続について示した説明図である。

【図４】本発明の実施の形態の一例を示すブロック図で
ある。

【図５】糸巻き歪みについての説明図である。

【図６】糸巻き歪み補正回路の構成図である。

【図７】本発明を適用したプロジェクタとスクリーンと
の位置関係を示す図である。

【符号の説明】

２ 円球体 ６，８，１０ 光学的中心軸 ３０ ズーム制御機構 ３２ 糸巻き歪み補正回路 ３４ 伝送路 ３６ 調整回路 ６０ スクリーン ＣＡＭ テレビジョンカメラ Ｓ１〜Ｓ６ 立体角 Ａ１〜Ａ３，Ｂ１〜Ｂ３ 撮像範囲 ＰＪ プロジェクタ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のテレビジョンカメラを特定の円球
   上に配列することにより、該円球の外周部に存在する広
   域被写領域を切れ目なく撮像する撮像装置であって、 前記複数のテレビジョンカメラの各々が受け持つ各撮像
   範囲の中心を通る各光学的中心軸は、前記特定の円球の
   中心点に収束するよう配設することを特徴とする広領域
   撮像装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の広領域撮像装置におい
   て、 前記複数のテレビジョンカメラの各々が受け持つ各撮像
   範囲は、隣接する撮像範囲で相互に重複するように設定
   しておくことを特徴とする広領域撮像装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の広領域撮像装
   置において、 前記複数のテレビジョンカメラ全体が受け持つ全撮像範
   囲として、４πステラジアンを含む任意の立体角となる
   ように、前記特定の円球上に前記複数のテレビジョンカ
   メラを配置することを特徴とする広領域撮像装置。
4. 【請求項４】 請求項１または２に記載の広領域撮像装
   置において、さらに加えて、 前記複数のテレビジョンカメラの各焦点距離を同時に変
   化させると共に、各テレビジョンカメラが有する画角の
   変化に応じて前記光学的中心軸の方向を変化させるズー
   ム制御手段を具備したことを特徴とする広領域撮像装
   置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の広
   領域撮像装置において、 前記複数のテレビジョンカメラにおける各撮像面を平面
   状に形成した場合には、結像したそれぞれの像に糸巻き
   歪み補正処理を施すことにより、隣接する画像相互間の
   接続を円滑に行うことを特徴とする広領域撮像装置。
6. 【請求項６】 複数のプロジェクタを円球上に配列する
   ことにより、該円球の外周部に配設した球空洞スクリー
   ン上に投影像を切れ目なく表示する投射装置であって、 請求項１ないし５のいずれかに記載した各テレビジョン
   カメラからの映像信号を、対応する該プロジェクタにそ
   れぞれ入力させることを特徴とする球空洞投射装置。