JPH11344777A

JPH11344777A - 画像立体出力装置及び印画材

Info

Publication number: JPH11344777A
Application number: JP10164365A
Authority: JP
Inventors: Toru Iwane; 透岩根
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-05-29
Filing date: 1998-05-29
Publication date: 1999-12-14

Abstract

(57)【要約】【課題】作成が容易で可搬性のある記録媒体上に３次
元像を実感できる３次元画像を簡便な方法で形成し、写
真本来の楽しみを失うことなく観賞できる写真を生成で
きる画像立体出力装置及び印画材を提供する。【解決手段】物体位置測定手段１がアクティブ方式の
ＡＦ測距に基づいて、測距に用いる光束を２次元走査す
ることで所定の画角内における物体の奥行情報を取得
し、画像入力装置２が当該画角内の画像を取得し、情報
処理装置３が印刷装置４を制御して画像に重ね合わせて
奥行情報に基づいて凹凸を形成する画像立体出力装置及
び印画材である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レリーフ状の立体
写真を撮影、形成する画像立体出力装置及び印画材に関
する。

【０００２】

【従来の技術】物体あるいは画像の３次元的なデータを
得る装置としては、従来オートフォーカス（以下「Ａ
Ｆ」と略称する）測距と、３次元測定機と、ホログラフ
ィーの３つが代表的に知られている。以下、各装置の内
容を簡単に説明する。

【０００３】まず、ＡＦ測距は、カメラで被写体を写真
として撮影する際に、フィルム面上に焦点のあった像を
結ばせるために用いられるもので、通常３次元像の中か
ら代表的な一点を測距するものである。従って、厳密な
意味では、画像全体の３次元データを得ようとするもの
ではない。なお、複数の代表点について、測距を行う装
置も知られているが、その思想はあくまでも被写体の１
点を測距するためのものと考えられる。

【０００４】次に、３次元測定機は、いわゆる接触式の
測定装置であって、接触式のマイクロメータを用いて、
測定物体を直交座標系をなすｘ，ｙ及びｚ軸の３軸で測
定できるようにしたものである。すなわち、３次元測定
機は、物体の表面をマイクロメータでなぞっていき、各
接触点の座標位置を通常、計算機に入力することによ
り、ディスプレイ等の画像装置を介して３次元画像とし
て再生するものである。

【０００５】物体の形状は千差万別であるので、一般に
マイクロメータで物体をなぞる作業は、人為的に、すな
わち手動で行う必要がある。しかも、この３次元測定装
置で、３次元情報を多く取り込んで精密に測定するため
には、物体の表面をもれなく、かつ微細にたどる必要が
ある。

【０００６】次に、ホログラフィーは、コヒーレント光
源からの光束を２分割し、一方を物体に照射し、当該物
体からの反射光を物体波、他方を参照光として、両者を
干渉させ、当該干渉により得られた干渉縞を高解像力の
写真乾板等に記録するものである。

【０００７】写真乾板等に記録されたホログラムは一種
の回折格子として作用し、参照光を照射することによ
り、あたかも物体が存在するかのように物体波を再生す
ることができる。このようにホログラム自体に物体の３
次元情報が含まれるために、該情報がそのまま利用でき
るか否かは別にして、３次元情報をそのまま取り入れる
ことができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の各装置
は、以下に述べる問題を有している。すなわち、ＡＦ測
距装置及び３次元測定機で得られた３次元情報は、計算
機によって処理され、例えばディスプレイを介して表示
されるもので、例えば当該３次元情報を基にして再生さ
れた３次元画像を特定の方向から見た場合の投射図とし
て表示されるか、別途撮影された２次元画像に重ね合わ
せた等高線として表示されるしかない。

【０００９】これでは、厳密な意味での３次元像という
ことはできず、３次元的画像を２次元的画像で暗喩して
いるに過ぎないというべきであり、つまり、３次元像を
実感できない。さらに、ディスプレイ等を介して表示さ
れるものでは、可搬性に欠ける。

【００１０】一方、ホログラフィーは、可搬性のある記
録媒体（ホログラム）中に立体像を再現できるが、作成
時では被写体のわずかなブレによって画質が著しく劣化
する等、撮影が困難であり、観賞時の光源条件が限定さ
れ、さらに被写体と像とが等倍の大きさでなくてはなら
ず、実用的ではない。さらにホログラフィーでは、画像
を単色ではなくカラー画像としようとすると、作成がさ
らに困難になり、コストが膨大となって現実的でない。

【００１１】そこで、旧来から３次元を実感できる像を
再現できる装置として１９世紀のダゲレオタオプノに始
まり、現在まで用いられている、いわゆるステレオ写真
装置が考えられる。ステレオ写真装置は、例えば一定の
視差を有する２つのカメラを用いて同一の被写体に係る
写真をそれぞれ２枚１組で撮影し、各写真を人間の左右
の眼に対応する画像として見せるというものである。ス
テレオ写真では、人間が本来備える立体認識能力をその
まま利用しているので、人間が立体感を実感できるとの
意味では、非常に優れた方法であるといえる。

【００１２】また、近年では、ＡＦ測距装置又は３次元
測定機を用いて得た３次元情報を基に、演算によってス
テレオ写真を生成する方法も知られており、その製造も
容易である。

【００１３】しかし、ステレオ写真は、観賞時に２枚の
写真を各々左右の眼に対応させるにあたり、一定の技能
と集中を要求される。つまり、観察者の脳でステレオ画
像が融合し、３次元的な画像が再生されるまでに時間が
かかったり、観賞のためにステレオ写真を眺める位置も
制約を受ける。

【００１４】このような問題点を解決するために特別の
装置を用いることもあるが、いずれにしても１組の写真
を同時に観賞できる者は１名に限られることとなって、
複数人で同時に観賞して楽しめるという写真本来の醍醐
味が失われてしまう。

【００１５】そこで、本発明は、作成が容易で可搬性の
ある記録媒体上に３次元像を実感できる３次元画像を簡
便な方法で形成し、写真本来の楽しみを失うことなく観
賞できる写真を生成できる画像立体出力装置及び印画材
を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の画像立体出力装置は、撮影された被写体の画
像情報を取得する画像入力装置と、前記撮影された被写
体の奥行に関する奥行情報を取得する物体位置測定装置
と、画像を印刷するとともに凹凸を形成する印刷装置
と、前記取得した画像情報と前記取得した奥行情報とを
基に前記印刷装置を制御して、前記取得した画像情報に
対応する画像を印刷させるとともに当該画像に重ね合わ
せて前記取得した奥行情報に対応する凹凸を形成させる
情報処理装置とを有することを特徴とする。

【００１７】また、好ましい態様では、前記情報処理装
置が、前記印刷装置を制御する際に、前記取得された奥
行情報に示される被写体までの距離に応じて、当該距離
が大になるにつれて情報縮小の割合を大きくして奥行情
報の縮小を行い、当該縮小した奥行情報に基づいて凹凸
を形成させることを特徴とする。

【００１８】また、好ましい態様では、前記物体位置測
定装置が、画面を画素に分割して前記画素ごとに被写体
までの距離を示す奥行情報を取得し、前記情報処理装置
が、前記物体位置測定装置で取得した画素ごとの前記奥
行情報に当該奥行情報の空間周波数に応じて凹凸状態を
強調する情報の変換を行い、当該変換された奥行情報を
基に前記印刷装置にて凹凸を形成させることを特徴とす
る。

【００１９】また、好ましい態様では、前記情報処理装
置が、前記奥行情報の空間周波数が高くなるほど凹凸状
態を強調することを特徴とする。

【００２０】また、本発明の印画材は、基材と、熱又は
光により発泡し、与えられた熱又は光の量に応じた高さ
に凸状を形成する発泡性インクと、印刷面となる印刷用
基材とを順に層畳してなることを特徴とする。

【００２１】また、本発明の別の印画材は、基材と、予
め発泡し、熱又は光により収縮し、与えられた熱又は光
の量に応じた低さに凹状を形成する発泡性インクと、印
刷面となる印刷用基材とを順に層畳してなることを特徴
とする。

【００２２】また、画像立体出力装置の好ましい態様で
は、前記印刷装置が、上記の印画材の印刷用基材に画像
を印刷するとともに、前記印画材に対して熱又は光を照
射する手段を備え、前記印画材の発泡性インクを発泡又
は収縮させ、前記印画材に凹凸を形成し、前記情報処理
装置が、前記物体位置測定装置で取得した前記奥行情報
を基に、前記印刷装置を制御して、前記印刷される画像
に重ね合わせて凹凸を形成させることを特徴とする。

【００２３】また、好ましい態様では、前記印刷装置の
うち、画像を印刷する印刷手段と、凹凸を形成する凹凸
刻印手段とを別個の装置にて構成したことを特徴とす
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて、発明
の実施形態に係る画像立体出力装置を説明する。

【００２５】図１は、実施形態の画像立体出力装置の概
略を説明するブロック図である。この画像立体出力装置
は、被写体ＯＢに関する画像情報等を取り込む被写体情
報測定装置１０と、取り込んだ画像情報等に基づいて立
体的な印刷を行う印刷装置４とを備える。

【００２６】被写体情報測定装置１０は、被写体ＯＢ各
点のまでの奥行（つまり距離）に関する情報を取得する
物体位置測定装置１と、被写体ＯＢの２次元的な画像情
報を取り込む画像入力装置２と、画像入力装置２から出
力される画像情報や物体位置測定装置１から出力される
奥行情報に所定の処理を施す情報処理装置３とを備え
る。

【００２７】印刷装置４は、データ通信用のケーブル、
コネクタ等を介して被写体情報測定装置１０に対して分
離可能に接続されている。この印刷装置４は、被写体情
報測定装置１０から出力された情報処理装置３による所
定の処理後の画像情報や奥行情報に基づいて、被写体Ｏ
Ｂについての３次元的な画像の印刷を行う。

【００２８】物体位置測定装置１で用いられる奥行の計
測方法（測距方式）としては、撮影光学系Ｌを利用して
被写体ＯＢに測距用光束を投射し、被写体からの反射光
を受光して３角測量の原理により測距を行う、いわゆる
外光式測距（アクティブ方式）を考える。これにより、
被写体ＯＢの各点に関する測距情報、すなわち奥行情報
を得ることができる。

【００２９】図２は、物体位置測定装置１による測距を
説明する図である。図１に示す被写体情報測定装置１０
は、物体位置測定装置１を駆動して、測距用の光束を水
平および垂直方向に関してそれぞれ設けた走査光学系で
走査し、画面全体をカバーする領域にわたって測距信号
である奥行データを時系列（シーケンシャル）に取得し
ていく。この際、被写体情報測定装置１０は、画像入力
装置２によって検出される被写体ＯＢの２次元的な画像
データと、測距位置（奥行データを取得した位置）との
相関関係が保たれるように、一定のタイミングで奥行デ
ータを取り込む。すなわち、被写体ＯＢの２次元画像上
での測距位置を特定しながら奥行データが取り込まれる
こととなる。

【００３０】図３は、被写体情報測定装置１０や印刷装
置４の詳細な構造を説明する図である。

【００３１】物体位置測定装置１は、測距光束を被写体
ＯＢに対して水平方向と水平垂直にそれぞれ走査する走
査光学系１１と、走査光学系１１を駆動する走査用ドラ
イバー１２と、走査用ドライバー１２を制御する走査制
御部材１３と、投光用の光源と被写体ＯＢで反射して帰
還した光を受光する受光素子とを具備する奥行検出部材
１４と、走査のタイミングを生成するタイミング発生器
１５と、タイミング発生器１５が出力しているタイミン
グに合わせて奥行検出部材１４の出力から奥行データを
取り込むデータ入力部材１６とを有している。

【００３２】画像入力装置２は、後に詳細に説明する
が、撮影光学系Ｌの結像面に投影される被写体ＯＢの２
次元的な平面像に対応する光電変換信号を発生する撮像
素子と、これを駆動して画像データを取り出す回路とを
備える。なお、画像入力装置２によって画像データを検
出する際には、物体位置測定装置１の出力に基づいて被
写体ＯＢに自動的にピントを合わせることも可能であ
る。

【００３３】情報処理装置３は、データ入力部材１６か
ら出力される奥行データと画像入力装置２から出力され
る画像データとを受け取って所定の演算処理を施す情報
処理コンピュータＣＯＭと、処理後の奥行データである
凹凸データや処理後の画像データである印画データを必
要に応じて保管するデータ記憶装置ＤＭとを具備してい
る。

【００３４】印刷装置４は、情報処理装置３から出力さ
れる印画データに基づいて発泡性インクを内包した本発
明の印画材に２次元画像を印刷する印画部４１と、情報
処理装置３から出力される凹凸データに基づいて発泡性
インクを発泡させてレリーフ状の凹凸を形成する凹凸刻
印部４２とを備える。

【００３５】図４は、被写体情報測定装置１０を構成す
る走査光学系の構造を説明する図である。この光学系で
は、発光ダイオード等の投光用光源ＬＳからの光束をレ
ンズＬ１、第１及び第２リレー光学系ＲＳ１、ＲＳ２、
対物レンズＯＢＬ等を介して被写体ＯＢに投射し、被写
体ＯＢを出射して上記の光路を逆行する反射光の角度か
ら被写体距離を測定する。かかる測距方式は、通常のコ
ンパクトカメラ等で広く使用されており、被写体からの
反射光の角度は、対物レンズＯＢＬを通してアナログポ
ジションセンサーである受光素子ＤＥＴ上の受光点の移
動となって検出される。

【００３６】光軸ＡＸから一定距離はなれた投光用光源
ＬＳから出射した光束は、レンズＬ１によって光軸ＡＸ
上に結像する。この結像位置には走査光学系であるガル
バノミラーＧＭが設けられており、ガルバノミラーＧＭ
の角度を変えることで光束を所定の一次元方向に振るこ
とができる。ガルバノミラーＧＭを駆動するドライバー
装置１２ａは、印可電圧に応じてミラーの角度をサーボ
的に動作させる装置であり、図３のタイミング発生器１
５が発生するタイミング信号に応じて走査制御部材１３
が発生する駆動信号に基づいて、ガルバノミラーＧＭの
角度を調節する。ガルバノミラーＧＭで反射された光束
は、リレーレンズ系ＲＳ１を通した後、ガルバノミラー
ＧＭの反射面と共役な位置に配置されたポリゴンミラー
ＰＭで再び反射される。

【００３７】ポリゴンミラーＰＭは、多角形の反射ミラ
ーであり、一定速度で回転してやると、光束径が小さい
反射光は傾斜的に反射方向を変え、急峻に初期位置へ戻
るというような三角波で走査される。光軸ＡＸに垂直な
平面において、上述のガルバノミラーＧＭと直交する方
向にポリゴンミラーＰＭによる光走査が行われるように
ミラーの回転方向を定めると、光束を２次元的に走査す
ることができる。ポリゴンミラーＰＭを駆動するドライ
バー装置１２ｂは、ミラーを定速で回転させる装置であ
り、図３のタイミング発生器１５が発生するタイミング
信号に応じて走査制御部材１３が発生する駆動信号に基
づいて、ポリゴンミラーＰＭの回転位置を調節する。

【００３８】一般に、ポリゴンミラーの光走査速度はガ
ルバノミラーに比べて速いので、画面上の垂直走査にガ
ルバノミラーＧＭを使用し、画面上の水平走査にポリゴ
ンミラーＰＭを使用することが好ましい。つまり、水平
軸のまわりにガルバノミラーＧＭを回転させ、垂直軸の
まわりにポリゴンミラーＰＭを回転させる。

【００３９】このとき、垂直方向の予定分解能ｎと同じ
回数だけポリゴンミラーＰＭが光束を走査する間に、ガ
ルバノミラーＧＭが光束を縦方向に片道走査すると、ｎ
回の水平走査が一回の縦走査の間に行われることにな
る。これにより、縦方向ｎの分解能を有する２次元走査
が可能となる。

【００４０】一方、横方向の走査の分解能については、
一回の水平方向の走査がなされる間に予定分解能ｍと同
じ回数のサンプリングを実施してやればよい。例えば、
１秒間に６００×４００個の分解能を持つ操作を行う場
合は、少なくとも、４．２μｓ間に一度のサンプリング
（測距）が必要となる。実際には、走査の回帰時間ない
しはブランキングの時間が光束径の大きさや走査部材の
性能などから必要になることから、この値の３割減程度
の時間でのサンプリングが必要とされる。

【００４１】ここで、リレーレンズ系ＲＳ１、ＲＳ２の
倍率は、走査領域の比率と走査部材で限定される走査角
度とを整合することによって定められる。例えば、ポリ
ゴンミラーＰＭを正１２角形の多面体であるとすると、
光の走査角度は最大で６０度であり、ポリゴンミラーＰ
Ｍの回転数は一秒間に４００／１２＝３３．３回転、す
なわち２０００ｒｐｍが必要となる。一方、垂直走査の
ガルバノミラーＧＭに関しては、サーボ駆動であり、ま
た回転に制限がないため、比較的自由にパラメータを決
めることができる。仮にガルバノミラーＧＭによる光の
走査角度を４０度とすれば、リレーレンズ系ＲＳ１、Ｒ
Ｓ２は等倍、６０度とするなら３／２倍の倍率が必要に
なる。

【００４２】図４に示す光学系では、被写体ＯＢから反
射してきた検出光は、ガルバノミラーＧＭやポリゴンミ
ラーＰＭの回転位置に拘わらず、被写体ＯＢまでの距離
（奥行き）に応じた受光素子ＤＥＴ上の位置に到達す
る。このように、走査系（ガルバノミラーＧＭやポリゴ
ンミラーＰＭ）の位置関係がどのようになっていようと
も、基本的に同じ光路を検出光が通るために、投光用光
源ＬＳ及び受光素子ＤＥＴから見る限り、走査系は測距
動作とは関係が無いとみることもできる。この結果、受
光素子ＤＥＴの位置検出信号に基づいて被写体ＯＢまで
の距離を測定すること、すなわち被写体ＯＢの奥行きを
決定することが可能となる。つまり、物体位置測定装置
１による奥行データの取得は、その測距の回数やその処
理速度に関する事項を除けば、通常のカメラに装備され
ているＡＦ機構とほぼ同一の構成によって達成される。

【００４３】次に、図４に基づいて、被写体ＯＢの２次
元的な画像を検出するための光学系部分について説明す
る。被写体ＯＢから出射して対物レンズＯＢＬを通過し
た光束をハーフミラーＨＭで反射して分割し、結像した
像（一次像）をリレーレンズＬ２、Ｌ３で再結像させ、
２次像面に撮像素子ＣＣＤなどを配置し物体画像を取り
込む。ここで、一次結像面にフィルターを挿入し被写界
深度を見かけ上浅くすること、または同結像面にオプチ
カルローパスフィルターを挿入しより良い画像を得るこ
とができる。また、リレー光学系を用いないで、一次結
像面に直接撮像素子を配置すれば、装置を小型化でき
る。

【００４４】以下、上記奥行データ（即ち立体情報）と
上記画像データ（即ち平面情報）との合成について説明
する。ここで、対物レンズＯＢＬ後方のハーフミラーＨ
Ｍで反される光束を撮像素子ＣＣＤに投影することよっ
て得られた画像信号は、画像データとして信号処理回路
ＣＫＴ１によって読み出され、情報処理コンピュータＣ
ＯＭで適当な画像処理が施された後にデータ記憶装置Ｄ
Ｍに格納される。また、対物レンズＯＢＬ後方のハーフ
ミラーＨＭを通過する光束によって得られた測距信号
は、信号処理回路ＣＫＴ２によって奥行データに変換さ
れ、さらに情報処理コンピュータＣＯＭによって奥行デ
ータやこれに圧縮等の加工を施した奥行データに変換さ
れ、走査位置が特定できる形、若しくは配列でデータ記
憶装置ＤＭに格納される。つまり、奥行検出用の走査光
の水平および垂直走査に際しての要素数（測距ポイント
数）と撮像素子ＣＣＤの画素数とを一致させておけば、
画像データと奥行データを関連けて記憶するだけで、各
画素の画像情報に対して容易に奥行情報を対応させるこ
とができる。また、画素数と走査の要素数とが一致して
いなくとも、所定の演算処理でデータを補完、規格化す
ることでかかる対応を行なうことができ、２次元な画像
情報と奥行情報とを対応させることもできる。

【００４５】図５は、図４に示す信号処理回路ＣＫＴ２
の具体的な回路構成を説明する回路図である。図５
（ａ）は投光用光源ＬＳを駆動する回路を示し、図５
（ｂ）は受光素子ＤＥＴからの信号を処理する回路を示
す。なお、投光用光源ＬＳ及び受光素子ＤＥＴは、図３
の奥行検出部材１４に対応する。

【００４６】図５（ａ）に示す投光用光源ＬＳは、タイ
ミング発生器１５からのタイミング信号が入力される駆
動回路に駆動されて適当な間隔で点滅する。

【００４７】図５（ｂ）に示す回路は、検出光の入射位
置を検出するＰＳＤである受光素子ＤＥＴと、その両端
端子から出力される電流信号を電圧信号に変換する一対
のアンプ２２と、両アンプ２２から信号を切り換えて出
力するマルチプレクサ２３と、マルチプレクサ２３の出
力をＡＤコンバージョン間におけるデータ安定のため一
時的に保持するサンプル＆ホールド回路２４と、サンプ
ル＆ホールド回路２４の出力するアナログ信号をディジ
タル信号に変換するＡＤコンバータ２５とを備える。な
お、図５（ｂ）で能動端子とあるのは、図５（ｂ）に示
した回路を機能させるための信号の入力を外部から受け
るためのものである。

【００４８】図６〜図８は、走査およびデータ取得の動
作タイミングをより詳細に説明する図である。

【００４９】図６（ａ）〜（ｃ）は、走査に関するタイ
ミングを示す図である。前述したようにガルバノミラー
ＧＭは、図６（ａ）の三角波で表されるように垂直方向
に走査され、片道の送りが終了するとすばやく元の位置
に戻るという動作を繰り返す。図６（ｂ）は、今回の走
査の終了と次回の走査の始まりのタイミングを告げる垂
直同期信号を示す。このタイミング信号は、いわゆる帰
線区間に対応し、この間（戻りの区間）では、実効的走
査が行われない。なお、図６（ｃ）に示すように、垂直
走査信号における片道の送りの区間には、ｎ回の水平走
査信号が含まれており、前述したように一度の垂直走査
が行われる間にｎ回の水平走査が実行されるようになっ
ている。

【００５０】ここで、一画面を一秒で走査すると仮定す
ると、ガルバノミラーＧＭによる一走査期間もほぼ一秒
に等しいことから、ガルバノミラーＧＭはかなりな低速
駆動で足る。具体的には、図３の走査制御部材１３が、
タイミング発生器１５からのタイミング信号に基づい
て、走査に必要な周波数の三角波をアナログ的にサーボ
信号として走査用ドライバー１２に供給し、ガルバノミ
ラーＧＭを図６（ａ）に示すように駆動する。

【００５１】他方、水平走査はポリゴンミラーＰＭを一
定速度で回転させることで行っているので、通常はサー
ボ的に臨機応変な変化を得ることはできない。例えば図
６（ｂ）の垂直同期信号をｎ＋ｘ（ここでｘは帰線区間
等のロス）に分周する場合は、この垂直同期信号を基本
にＰＬＬ等の制御によって、高精度の回転を実行する必
要がある。ここで、ポリゴンミラーＰＭの一部を利用し
てここに主光束と無関係な光を入射させることによって
ポリゴンミラーＰＭの回転状態をモニターすれば、ポリ
ゴンミラーＰＭの回転を要求される精度で制御すること
もきる。また、ポリゴンミラーＰＭの回転軸から周面ま
での距離の変化をホトインタラプターで検出して同様の
信号を得ることもできる。

【００５２】また、本実施形態では水平走査をポリゴン
ミラーＰＭにより行っているが、光音響素子を利用すれ
ば一定速度でない走査も可能である。このような音響素
子はスタティックな素子であることから、騒音や振動な
どの弊害を避けることもできる。ただし、音響素子を用
いて走査をする場合には、奥行検出用の光について波長
の単一性が要求されることから、投光用光源ＬＳをレー
ザとせざるを得ず、また走査角が狭いためにリレーレン
ズＲＳ１の倍率など光学系にかかる負担が大きくなるた
め、一般的にはコストがかかる。従って、本装置が使用
される目的に応じて走査装置の仕様（ミラーと音響素子
のいずれを用いるか）を選択することが望ましい。

【００５３】次に、図３に示すデータ入力部材１６等を
用いた奥行データの取得について説明をする。

【００５４】図７（ａ）〜（ｃ）は、水平走査信号とデ
ータ取得との関係を表したものである。図７（ａ）はポ
リゴンミラーＰＭの反射面の角度に対応し、図７（ｂ）
は、水平走査の垂直同期信号を示し、いわゆる帰線区間
に対応する。

【００５５】水平方向のデータ数（密度）をｍ個とする
と、一度の水平走査が行われている間にｍ回のデータ取
得がなされなければならない。また、本実施形態のよう
な外光式の測距であれば、被写体の背景に元々存在する
光が外乱光となって、測定誤差となるおそれがある。そ
こで、投光用光源ＬＳを周期的に点滅させ、オンにした
状態での測定とオフにした状態での測定をセットにして
行い、両者の差に基づいて投光された信号から得られる
本来の測距値を得ることが望ましい。

【００５６】このため、図７（ｃ）に示すようなタイミ
ングで、図５（ａ）に示す回路において、一度の水平走
査の間にｍ回の投光用光源ＬＳの発光のオン・オフを行
わせる。そして、図７（ｄ）に示すようなタイミング
で、図５（ｂ）に示す回路において、投光用光源ＬＳの
オン時とオフ時のそれぞれで受光素子ＤＥＴからの検出
信号をデータホールドした上でＡＤコンバージョンを行
う。

【００５７】図８（ａ）〜（ｅ）は、さらに詳しい信号
のタイミングを示す図である。受光素子ＤＥＴに接続さ
れた初段のアンプ２２で増幅された検出信号は（図８
（ａ）参照）、図８（ｂ）に示すようなタイミングで複
数の信号から一つを選択するマルチプレクサ２３によっ
て時分割で切替えられる。マルチプレクサ２３の出力
は、図８（ｄ）に示すようなタイミングでＡＤコンバー
タ２５によってデジタル化されて、図８（ｅ）に示すよ
うな奥行データが情報処理コンピュータＣＯＭに送られ
る。情報処理コンピュータＣＯＭは、ＰＳＤ２１上に結
ばれた光点の位置の移動に対応する奥行データから被写
体ＯＢまでの実際の距離を算出する。本装置では、一回
の測距に少なくとも４回のＡＤコンバージョンと１回の
投光用光源ＬＳのオン・オフが必要となる。このため、
ＡＤコンバータ２５は１ＭＨｚ程度の変換速度が必要と
なる。

【００５８】次に、情報処理コンピュータＣＯＭにおけ
る奥行データの処理について説明する。情報処理コンピ
ュータＣＯＭは、図５（ｂ）の回路から出力された奥行
きデータから、まず受光素子ＤＥＴへの検出光の入射点
（光点位置ｘ）を算出する。受光素子ＤＥＴの両端子か
らの信号電流に対応してＡＤコンバータ２５から出力さ
れる一対のデジタル信号値をＩ₁、Ｉ₂とするならば、光
点位置ｘは、両値Ｉ₁、Ｉ₂を比例分割したものとして与
えられ、具体的には次の［数１］で表されることにな
る。

【００５９】

【数１】この実施形態では、前述のように外乱光の影響が生じな
いようにするので、投光してない時の受光素子ＤＥＴに
対応するデジタル信号値をＩｄ₁、Ｉｄ₂とし、光点位置
ｘを、次の［数２］から求めることとする。

【００６０】

【数２】次に、情報処理コンピュータＣＯＭは、光点位置ｘを被
写体ＯＢの走査点までの距離に換算する。この距離は、
各走査点に対応する距離データとして一旦データ記憶装
置ＤＭに保存される。

【００６１】次に、情報処理コンピュータＣＯＭは、デ
ータ記憶装置ＤＭに格納された距離データを基にレリー
フ状の凹凸を形成するための距離圧縮処理を行う。つま
り、例えばレリーフ加工の処理により高さが最大１ｍｍ
までの凹凸しか形成できない場合（後に説明する発泡性
インクでは１ｍｍ程度の凹凸が実現可能なダイナミック
レンジとなる）には、この１ｍｍ中に奥行きを表現しな
ければならない。このことは、距離データに示された奥
行きの幅を１ｍｍ以内に収めるよう圧縮しなければなら
ないことを意味するが、以下に示すような理由によっ
て、一般に単純な比例縮小とすることはできない。

【００６２】すなわち、例えば画面の奥行きの最も深い
場所で高々５ｍであったとして、前景に人がいる画像を
仮定すると、人の鼻の高さが３ｃｍ程度であるから、単
純に５ｍを１ｍｍに収めるという比例縮小をすると、こ
の鼻を形成する凹凸は６μｍということとなる。これで
は、人の顔を凹凸で表現すること自体意味をなさなくな
る。さらに、奥行きの深さが１０ｍ、２０ｍとなると、
事情はより悪化する。このような理由から、前景では大
きく、背景は小さく圧縮するようにしなければならな
い。このような目的を達成するため、距離データを例え
ば次の［数３］に示す関数で圧縮して距離圧縮データを
得ることが考えられる。

【００６３】

【数３】ここで、ａは定数であり、ｘは対物レンズＯＢＬから被
写体までの距離である。この関係を用いて、具体的に最
大距離をＤｆ、最至近距離をＤｎ、最大凹凸量をｈとす
ると、位置ｘにおける凹凸量ｙは、次の［数４］で演算
できる。

【００６４】

【数４】［数４］を用いて、被写体までの最至近距離を１ｍ、最
大距離を５ｍ、最大凹凸量を１ｍｍとして、最至近距離
での３ｃｍの凹凸に対応する凹凸量を演算すると、３６
μｍとなり、また、最至近距離での１０ｃｍの凹凸量は
１１４μｍとなって、これならば識別可能な凹凸である
といえる。

【００６５】さらに、このようにして距離データを圧縮
して得られた距離圧縮データをさらに処理することもで
きる。例えばｍ×ｎの２次元配列に圧縮された距離圧縮
データが格納されているとすると、この配列の各要素と
この要素の近隣の要素とから新たな距離圧縮データを作
成する。

【００６６】具体的には、ｉ行ｊ列の距離圧縮データを
ａ_ijとし、自分自身を中心として隣接する３×３個、或
いは５×５個の距離圧縮データを一次結合して、ｉ行ｊ
列の新たな奥行情報ｂ_ijを次の［数５］により演算でき
る。なお、各要素に対応する新たな距離圧縮データは、
常にもとの距離圧縮データに基づいて演算され、先行し
て演算された新たな奥行情報は利用されない。

【００６７】

【数５】ここで、ｌ_ijは、一次結合に関する係数であるが２次元
配列のデータに倣って次の［数６］のように行列形式で
記述するのが普通である。

【００６８】

【数６】ここで、ｌ₂₂はその画素位置のデータに係る係数であ
り、ｌ₂₁はその上方のデータに係る係数であり、ｌ₂₃は
その下方のデータに係る係数である。

【００６９】なお、画像の縁の部分では隣接する距離圧
縮データの要素が不足するために、［数５］によって距
離圧縮データを演算する場合に、いずれかの係数は使用
されないようになる。つまり、出力されるデータは（ｍ
−２）×（ｎ−２）の大きさになる。

【００７０】ここで具体的に、次の［数７］で示すよう
な係数の組を考えると、［数７］の係数の組を利用して
距離圧縮データを演算すると、隣接する距離圧縮データ
の差と自分自身の大きさとが新たな距離圧縮データとな
るために、距離圧縮データの配列中で空間周波数の高い
と細部が強調されるようになる。つまり、急峻に奥行き
が変化する場所が強調され、輪郭の凹凸が大きく形成さ
れるようになる。

【００７１】

【数７】また、次の［数８］に示すような係数の組としても同様
の効果を得ることができる。

【００７２】

【数８】係数について行列の規模を拡大し、画素に対応するスケ
ールで各要素を変化させれば事実上フーリエ変換と同じ
こととなって、任意の周波数成分を強調できる。人の脳
が視覚によって得られる対象を認識するときには、明度
の差が情報密度によって変化したり、ディテールも必要
な部分が強調されたりする。この過程は一様ではない
が、一般的に空間周波数の高いものを強調し、低いもの
を間引いて認識する。つまり、上記のように距離データ
を変換することは、かかる人の脳の認識行為と一致して
いるため、限られた凹凸に奥行情報を収めることができ
るとともに、観賞時に自然に感じられるようになってい
る。

【００７３】また、この行列を移動平均の形として、空
間周波数の低い場所を強調する、いわゆるローパスフィ
ルタとすれば、ノイズが多い距離データを処理するのに
有効である。

【００７４】次に、情報処理コンピュータＣＯＭは、画
像入力装置２から入力された画像データを画像処理した
後の画像データと、物体位置測定装置１から得た奥行デ
ータを圧縮、変形して得た距離圧縮データとを合成し、
１組のデータセットとしてデータ記憶装置ＤＭに保管す
るとともに、必要なタイミングでこれらを印刷データと
して印刷装置４に送り出す。合成に際しては、例えば、
走査光の要素数と受光素子ＤＥＴの画素数とを一致さ
せ、それらのアドレスの関連づけを行っておく。つま
り、画像と奥行きが重畳して１つのデータとなり、３次
元像のデータが得られる。

【００７５】ここで、印刷装置４について説明をするの
に先立って、印刷装置４によって、印刷及び凹凸形成が
なされる印画材について説明する。

【００７６】図９は、印画材の断面図である。印画材
は、図９（ａ）に示すように、紙、樹脂等の基材５１上
に、主に熱により発泡し、与えられた熱量に応じた高さ
に凸状を形成する発泡性インク５２が略一様の厚みに塗
布され、その上に印刷面となる薄い印刷用基材５３が層
畳してある。なお、印刷用基材５３は、発泡性インク５
２が発泡する際に破断することがないように、十分な伸
縮性が確保されていることが望ましい。例えば、印刷用
基材５３として、樹脂、コーティング紙等が考えられ
る。

【００７７】発泡性インク５２は、熱量に応じて発泡す
るもので、熱が加えられたポイントが発泡して凸となる
ようになっている。具体的には、レーザプリンタと同様
にして、半導体レーザ光を印画材５０上で走査しながら
照射して、それによって熱を与え、望むポイントを所望
の量だけ発泡させて図９（ｂ）に示すような凸状を形成
するのである。

【００７８】なお、発泡性インク５２は、予め発泡して
おり、熱量に応じて収縮するようなものであっても構わ
ない。このような発泡性インク５２を用いる場合には、
後に説明する印刷装置４において、凹を形成すべき部分
に熱を加えるようにすればよい。

【００７９】次に、印刷装置４について説明する。図１
０は、印刷装置４の構成ブロック図であり、図１１は、
凹凸刻印手段の概要を表す説明図である。印刷装置４
は、図１０に示すように、印画材５０の印刷用基材５３
に２次元画像を印刷する印刷手段である印画部４１と、
発泡性インク５２に凹凸を形成する凹凸刻印部４２と、
印画材５０を印画部４１及び凹凸刻印部４２に対して相
対的に移動させる走査装置４３と、印画部４１、凹凸刻
印部４２及び走査装置４３を制御する印刷制御装置４５
とから構成されている。

【００８０】印刷装置４は、まず情報処理コンピュータ
ＣＯＭを介して、データ記憶装置ＤＭに格納された画像
データを印画データとして印刷制御装置４５に取り込
む。次に、印画部４１により、印刷制御装置４５に渡さ
れたｍ×ｎ画素の印画データを基に印画材５０上に例え
ばカラー画像を印刷する。印刷の方法は、一般的なプリ
ンタと同様のものであるので、詳しい説明を省略する
が、発泡性インク５２が主に熱によって発泡するので、
感熱方式は不都合であり、インクジェット等が好適であ
る。

【００８１】そして、印刷装置４は、情報処理コンピュ
ータＣＯＭを介して、データ記憶装置ＤＭに格納された
距離圧縮データを凹凸データとして印刷制御装置４５に
取り込む。次に、凹凸刻印部４２により、印刷制御装置
４５に渡されたｍ×ｎ画素に対応する凹凸データを基
に、印刷した画像にスーパインポーズして凹凸を形成す
る。このように、印刷を先にして、凹凸形成を後にした
のは、凹凸を作成した後では、印刷面が平面ではなくな
っているので、一般に良質の印刷を行うことが期待でき
ないからである。

【００８２】なお、印刷装置４は、図１０に示すよう
に、印画部４１と凹凸刻印部４２とを一体にして、並列
に配置し、印画材を順次処理できるようにすることが考
えられるが、印画部４１と凹凸刻印部４２とを各々独立
した装置とすることもできる。この場合、上記のような
印画材に一般的な印刷機で印刷を施した後、凹凸刻印部
４２によって凹凸を付加することも可能である。

【００８３】図１１は、凹凸刻印部４２の構造を説明す
る図である。凹凸刻印部４２は、印画材５０の発泡性イ
ンク５２を過熱加工するためのレーザ光を発生する半導
体レーザ５１と、印画材５０の移動方向（主走査方向）
に垂直な副走査方向にレーザ光を走査しるポリゴンミラ
ー５２と、印画材５０上にレーザスポットを集光するｆ
−θレンズ５３とから主に構成されている。動作につい
て説明する。半導体レーザ５１からのレーザ光は、ポリ
ゴンミラー５２で反射され、ｆ−θレンズ５３によって
印画材５０上に集光される。ポリゴンミラー５２は、副
走査のために回転しており、図１１の紙面に平行な副走
査方向に印画材５０の左から右へと副走査を繰り返し行
っている。印画材５０の熱発泡性インクは、照射強度に
応じて発熱し発泡するから、一回の副走査によってこの
副走査方向の画素に対応する一列の凹凸が実現されるこ
とになる。

【００８４】そして、一列の副走査が終了すると、凹凸
刻印部４２は次の一列の走査が始まるまでに縦方向一列
分に相当する距離だけ印画材５０を移動して、新たな列
に対して走査を行うことができるようにする。Ｍ個の一
列走査をＮ回繰り返せばＭ×Ｎの画素数に対応する凹凸
が形成され、画像にレリーフ状の凹凸を形成することが
できるようになる。

【００８５】以上の説明から明らかなように、上記実施
形態の画像立体出力装置によれば、印画材５０に画像を
プリントするとともに画像の各点の奥行に対応してレリ
ーフ状の凹凸を形成する。つまり、印画材５０に、ステ
レオ写真やホログラムとは異なり、実際に立体の形状を
有するものが印刷されるので、視線方向、照明角によら
ず３次元像を実感でき、また作成が容易であり、写真本
来の楽しみを失うことなく観賞できる写真を生成でき
る。

【００８６】また、上記実施形態の印画材５０によれ
ば、通常の印画材５０と同様の大きさとすることがで
き、３次元像を実感できる３次元画像を可搬性のある記
録媒体上に形成することができる。

【００８７】図１２は、図５（ａ）に示す回路の変形例
であり、図１３は、図５（ｂ）に示す回路の変形例であ
る。図１２は、ＡＤコンバータ２５等の速度が問題にな
る場合を考慮したものであり、発振器により投光用光源
ＬＳが発生する光を特定の周波数で変調する。この場
合、図１３に示すように、電流電圧変換用のアンプ２２
とマルチプレクサ２３との間に、電流電圧変換用のアン
プ２２が出力する信号から投光用光源ＬＳが投光する光
の周波数の信号を抽出するバンドパスフィルタ２６を設
ける。さらに、マルチプレクサ２３とサンプル＆ホール
ド回路２４との間に、図１２に示す発振器の発信周波数
に対応する周波数成分を抽出するとともに整流を行うバ
ンドパス回路２７と、キャリアの周波数を除いて平滑化
するためのローパスフィルタ２８とを設ればよい。

【００８８】図１２に示す回路おいて、発振器によって
発生させる特定周波数として、自然界に稀な周波数を選
択しておくと、タイミングを計って光源をオン・オフす
ることなしに、外乱や直流の成分が除かれる。したがっ
て、［数１］の演算により、測距を行うことができ、Ｉ
₁とＩ₂との２回のＡＤコンバージョンで１セットの奥行
データを得ることができるようになる。

【００８９】この方法によれば、奥行検出に必要なデー
タ量を半分に減らせるので、非常に高速にデータをサン
プリングしたい場合や、走査密度を増大させたい場合、
さらにデータ量を増大させてしかも安定した若しくは精
度の高い奥行データをサンプリングしたい場合にも有効
である。

【００９０】なお、図５（ａ）や図１２の回路に示す投
光用光源ＬＳをＬＥＤとすると、１ＭＨｚ程度の周波数
帯域で光の立ち上がり特性が劣化する場合もあるため、
ＬＥＤに代えてＬＤ等の素子を使用することができ
る。

【００９１】

【発明の効果】上記説明したように本発明の画像立体出
力装置によれば、画像情報を取得するとともに、例えば
アクティブ方式のＡＦ測距に用いる光束を２次元走査す
ることで所定の画角内における物体の奥行情報を取得し
て、画像情報に基づいて印刷された画像に重ね合わせる
ように奥行情報に基づいて凹凸を形成することで、簡便
な方法で３次元像を再生できる。

【００９２】また、本発明の画像立体出力装置によれ
ば、奥行情報に示される被写体までの距離に応じて情報
の縮小を行い、縮小した奥行情報に基づいて凹凸を形成
することで、可搬性のある記録媒体上に３次元像を実感
できる３次元画像を形成できる。

【００９３】また、本発明の画像立体出力装置によれ
ば、奥行情報の縮小をする際に、奥行情報の空間周波数
に応じて凹凸状態を強調するように凹凸を形成すること
で、立体をより実感できる３次元画像を形成できる。

【００９４】また、本発明の画像立体出力装置によれ
ば、奥行情報の空間周波数が高くなるほど凹凸状態を強
調するように凹凸を形成することで、鑑賞時により自然
な立体を実感できる３次元画像を形成できる。

【００９５】また、本発明の印画材によれば、基材と熱
又は光により凸状を形成する発泡性インクと印刷基材と
を順に層畳したもので、可搬性のある記録媒体であり、
鑑賞時の視線方向や照明角によらず３次元像を実感で
き、写真本来の楽しみを失うことなく鑑賞しうる３次元
像を実現できる。

【００９６】また、本発明の印画材によれば、基材と熱
又は光により凹状を形成する発泡性インクと印刷基材と
を順に層畳したもので、可搬性のある記録媒体であり、
鑑賞時の視線方向や照明角によらず３次元像を実感で
き、写真本来の楽しみを失うことなく鑑賞しうる３次元
像を実現できる。

【００９７】また、本発明の画像立体出力装置によれ
ば、本発明の印画材に印刷した画像に重ね合わせて凹凸
を形成する印刷装置及び情報処理装置を備えている。し
たがって、可搬性のある記録媒体である印画材上に立体
を実感できる３次元画像を形成できる。

【００９８】また、本発明の画像立体出力装置は、印刷
を行う印刷手段と凹凸を形成する凹凸刻印手段とを別個
の装置として備えている。したがって、一般的な印刷機
で画像を印刷してから凹凸刻印手段によって凹凸を形成
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施形態の画像立体出力装置の概
略を説明する図である。

【図２】図１の装置による被写体からの情報の取得を説
明図である。

【図３】実施形態の画像立体出力装置の構成を説明する
ブロック図である。

【図４】被写体情報出力装置の光学系等の構成の一例を
示す図である。

【図５】（ａ）、（ｂ）は、データを取得するための回
路の構成図である。

【図６】（ａ）〜（ｃ）は、走査に関するタイミングを
示す図である。

【図７】（ａ）〜（ｄ）は、走査信号とデータ取得の関
係を概念的に表したものである。

【図８】（ａ）〜（ｅ）は、データを取得するための回
路の構成図である。

【図９】（ａ）、（ｂ）は、印画材の断面図である。

【図１０】印刷装置の構成を説明するブロック図であ
る。

【図１１】凹凸刻印部の概要を表す説明図である。

【図１２】データを取得するための別の回路例を示す図
である。

【図１３】データを取得するための別の回路例を示す図
である。

【符号の説明】

１物体位置測定装置２画像入力装置３情報処理装置４印刷装置１０被写体情報測定装置１１走査光学系１２走査用ドライバー１３走査制御部材１４奥行検出部材１５タイミング発生器１６データ入力部材４１印画部４２凹凸刻印部４３走査装置４５印刷制御装置５０印画材５１基材５２発泡性インク５３印刷用基材ＣＯＭ情報処理コンピュータＤＥＴ受光素子ＤＭデータ記憶装置ＧＭガルバノミラーＨＭハーフミラーＬＳ投光用光源ＯＢ被写体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮影された被写体の画像情報を取得する
画像入力装置と、前記撮影された被写体の奥行に関する奥行情報を取得す
る物体位置測定装置と、画像を印刷するとともに凹凸を形成する印刷装置と、前記取得した画像情報と前記取得した奥行情報とを基に
前記印刷装置を制御して、前記取得した画像情報に対応
する画像を印刷させるとともに当該画像に重ね合わせて
前記取得した奥行情報に対応する凹凸を形成させる情報
処理装置と、を有することを特徴とする画像立体出力装
置。
【請求項２】前記情報処理装置は、前記印刷装置を制
御する際に、前記取得された奥行情報に示される被写体
までの距離に応じて、当該距離が大になるにつれて情報
縮小の割合を大きくして奥行情報の縮小を行い、当該縮
小した奥行情報に基づいて凹凸を形成させることを特徴
とする請求項１記載の画像出力装置。
【請求項３】前記物体位置測定装置は、画面を画素に
分割して前記画素ごとに被写体までの距離を示す奥行情
報を取得し、前記情報処理装置は、前記物体位置測定装置で取得した
画素ごとの前記奥行情報に当該奥行情報の空間周波数に
応じて凹凸状態を強調する情報の変換を行い、当該変換
された奥行情報を基に前記印刷装置にて凹凸を形成させ
ることを特徴とする請求項１記載の画像立体出力装置。
【請求項４】前記情報処理装置は、前記奥行情報の空
間周波数が高くなるほど凹凸状態を強調することを特徴
とする請求項３記載の画像立体出力装置。
【請求項５】基材と、熱又は光により発泡し、与えら
れた熱又は光の量に応じた高さに凸状を形成する発泡性
インクと、印刷面となる印刷用基材とを順に層畳してな
ることを特徴とする印画材。
【請求項６】基材と、予め発泡し、熱又は光により収
縮し、与えられた熱又は光の量に応じた低さに凹状を形
成する発泡性インクと、印刷面となる印刷用基材とを順
に層畳してなることを特徴とする印画材。
【請求項７】前記印刷装置は、請求項５又は請求項６
記載の印画材の印刷用基材に画像を印刷するとともに、
前記印画材に対して熱又は光を照射する手段を備え、前
記印画材の発泡性インクを発泡又は収縮させ、前記印画
材に凹凸を形成し、前記情報処理装置は、前記物体位置測定装置で取得した
前記奥行情報を基に、前記印刷装置を制御して、前記印
刷される画像に重ね合わせて凹凸を形成させることを特
徴とする請求項１、請求項２、請求項３記載の画像立体
出力装置。
【請求項８】前記印刷装置のうち、画像を印刷する印
刷手段と、凹凸を形成する凹凸刻印手段とを別個の装置
にて構成したことを特徴とする請求項７記載の画像立体
出力装置。