WO2002048788A1 - Caméra de construction d'espace virtuel et système de caméra stéréoscopique utilisant cette caméra - Google Patents

Caméra de construction d'espace virtuel et système de caméra stéréoscopique utilisant cette caméra Download PDF

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WO2002048788A1
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virtual space
imaging
camera
virtual
images
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Taizo Anan
Akira Nakagawa
Takashi Itoh
Eishi Morimatsu
Tohru Tsujimura
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Fujitsu Limited
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B35/00—Stereoscopic photography
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/20—Image signal generators
    • H04N13/204—Image signal generators using stereoscopic image cameras
    • H04N13/207—Image signal generators using stereoscopic image cameras using a single 2D image sensor
    • H04N13/218—Image signal generators using stereoscopic image cameras using a single 2D image sensor using spatial multiplexing
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/20—Image signal generators
    • H04N13/204—Image signal generators using stereoscopic image cameras
    • H04N13/239—Image signal generators using stereoscopic image cameras using two 2D image sensors having a relative position equal to or related to the interocular distance
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
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    • H04N13/204—Image signal generators using stereoscopic image cameras
    • H04N13/243—Image signal generators using stereoscopic image cameras using three or more 2D image sensors

Definitions

  • the present invention relates to a virtual space construction camera and a stereoscopic vision camera system using the same, and more particularly, to a virtual space construction camera for photographing an image to be displayed in a virtual space and a stereoscopic vision camera system using the same. ⁇
  • FIG. 1A shows an example of an image before projection actually created by CG.
  • the real image (natural image) of the image created by CG is shown in Fig. 3 (B) by shooting the real world object (3D) 13 with the camera 14 as shown in Fig. 3 (A).
  • the two-dimensional image shown in FIG. 4 (B) (this image is the same as that shown in FIG. 3 (B)) obtained by capturing the three-dimensional real-world object shown in FIG.
  • the difference between the projection of a CG image to a virtual space and the projection of a real image is that the CG image directly projects the three-dimensional world onto a screen in the virtual space, while the real image is a two-dimensional image once captured by a camera.
  • Reprojecting an image that is, projecting a 3D world onto a camera film plane
  • Projecting real images into virtual space The point is how to get the 2D image of Fig. 4 (B) from the real world of Fig. 4 (A).
  • a plurality of images projected on a plurality of screens constituting a virtual space can be captured by a single camera without the need for pre-processing such as geometric transformation, and real-time processing can be performed. It is a general object to provide a virtual space construction camera capable of providing a more realistic image with less image deterioration and a stereoscopic vision camera system using the camera.
  • the present invention provides a virtual space construction camera for capturing a plurality of images projected on each of a plurality of screens constituting a virtual space, wherein the virtual space is formed inside a camera.
  • the same number of imaging planes as the plurality of screens to be processed, and the actual image is displayed on each of the plurality of screens in the virtual space by the plurality of imaging planes.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the projection of a three-dimensional image created by CG onto a virtual space.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining projection of a three-dimensional image created by CG onto a virtual space.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining projection of a real image onto a virtual space.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining projection of a real image onto a virtual space.
  • FIG. 5 is a diagram showing an image obtained by capturing the real world with a plurality of cameras.
  • FIG. 6 is a sectional structural view of a first embodiment of a virtual space construction force lens according to the present invention.
  • FIG. 5 is a sectional structural view of a second embodiment of the virtual space construction force film of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional structural view of a third embodiment of the virtual space builder according to the present invention.
  • FIG. 9 is a plan view of the first moving box 44 viewed from the rail member 55 inside the housing 43.
  • FIG. 10 is a cross-sectional structural view of a fourth embodiment of the virtual space builder according to the present invention.
  • FIG. 11 is a configuration diagram of an embodiment of a stereoscopic vision camera system using the virtual space construction camera of the present invention.
  • FIG. 12 is a configuration diagram of one embodiment of a multi-view stereoscopic vision camera system using the virtual space construction power camera of the present invention.
  • FIG. 6 shows a sectional structural view of the first embodiment of the virtual space construction force film of the present invention.
  • the number of screens in the virtual space is set to two, but it is of course possible to increase the number of screens according to the same principle.
  • an optical lens system 21 is used for a normal camera, and has a focus adjustment function and an aperture adjustment function.
  • the light that has passed through the optical lens system 11 of the light entrance section is imaged on the translucent screen 22 by the focus adjustment function.
  • a virtual front screen 23 and a virtual floor screen 24 corresponding to the virtual space front screen and the floor screen, respectively, are virtually set.
  • the pinhole 25 corresponds to the viewpoint position.
  • the virtual front screen 23 and the virtual floor screen 24 are continuous with each other.
  • An imaging surface 26 is arranged so as to be able to capture light parallel to the virtual front screen 23 and passing through the virtual front screen 23 and the pinhole 25. Further, the imaging surface 27 is arranged so as to be able to take light parallel to the virtual floor screen 24 and passing through the virtual front screen 24 and the pinhole 25, and perpendicular to and in contact with the imaging surface 26. As a result, the virtual front screen 23 and the virtual floor screen 24 and the imaging planes 26 and 27 have a similar relationship.
  • An imaging element such as a CCD or a photosensitive surface of a silver halide film is provided on the imaging surfaces 26 and 27, and light emitted from the translucent screen 22 is transmitted through the pinholes 25 to the imaging surfaces 26 and 2 The light is condensed and imaged at 7, and the images projected on the front screen and floor screen of the virtual space are recorded in each case.
  • an existing lens system may be used instead of the pinhole I5.
  • the imaging planes 26 and 27 are provided similarly to the front screen and the floor screen in the virtual space, a plurality of images to be projected on a plurality of screens in the virtual space are simply displayed. It becomes possible to shoot with one camera. Images captured by this camera have been subjected to optical conversion, so they can be projected on multiple screens that make up a virtual space without the need for pre-processing such as geometric conversion. This makes it possible to provide a more realistic image with less deterioration of the image.
  • the second embodiment shown below arranges each imaging surface differently from the virtual screen. '
  • FIG. 7 shows a sectional structural view of a second embodiment of the virtual space construction force film of the present invention.
  • the number of screens in the virtual space is set to two, but it is of course possible to increase the number of screens according to the same principle.
  • an optical lens system 31 is used for a normal camera, and has a focus adjustment function and an aperture adjustment function. The light passing through the optical lens system 31 of the light entrance section is focused on the translucent screen 32 by the focus adjustment function.
  • a virtual front screen 33 corresponding to the front screen of the virtual space is virtually set between the translucent screen 32 and the pinhole 34, and a mirror 36 corresponding to a virtual floor screen is disposed.
  • the pinhole 34 corresponds to the viewpoint position.
  • the virtual front screen 33 and the mirror 36 are continuous with each other.
  • a pinhole 37 is provided at a position where the position where the pinhole 34 exists as viewed from the semi-transparent screen 32 is reflected by the mirror 36.
  • An imaging surface 35 is arranged so as to be able to capture light parallel to the virtual front screen 33 and passing through the virtual front screen 33 and the pinhole 34. Further, the imaging surface 38 is arranged so as to be able to capture light parallel to the mirror 36 and passing through the mirror 36 and the pinhole 37.
  • An imaging device such as a CCD or a photosensitive surface of a silver halide film is provided on each of the imaging surfaces 35 and 38, and light emitted from the translucent screen 32 is transferred to the imaging surface 35 by a pinhole 34. The image is collected, focused, and recorded on the front screen of the virtual space.
  • the light emitted from the translucent screen 32 is condensed and imaged on the imaging surface 38 by the pinhole 37, and the image projected on the floor screen in the virtual space is recorded.
  • An existing lens system may be used instead of the pinholes 34 and 37.
  • the image photographed by the force lens of the second embodiment is equivalent to the image photographed by the force lens of the first embodiment. Further, since the imaging surfaces 35 and 38 of the camera are separated, it can be easily realized by ordinary manufacturing technology.
  • FIG. 8 is a sectional structural view of a virtual space construction camera according to a third embodiment of the present invention.
  • the number of screens in the virtual space is set to two, but it is of course possible to increase the number of screens according to the same principle.
  • the same parts as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals.
  • an optical lens system 21 is used for a normal camera, and has a focus adjustment function and an aperture adjustment function.
  • the light that has passed through the optical lens system 21 in the light entrance section is focused on the translucent screen 22 by the focus adjustment function.
  • the first moving box 44 is stored in the camera housing 43
  • the second moving box 45 is stored in the first moving box 44
  • the second moving box 45 is stored in the second moving box 45.
  • 3 Moving box 4 6 is stored.
  • the first moving box 44 is movable in the z-axis direction by engaging a pinion 50 with a rack 49 provided inside the housing 43.
  • a guide rail member 55 is provided inside the housing 43, and the rail member 55 is engaged with the groove 56 provided on the back of the first moving box 44.
  • First movement box 4 Guides the movement of 4 in the z-axis direction.
  • FIG. 9 shows a plan view of the first moving box 44 viewed from the rail member 55 side inside the housing 43.
  • the second moving box 45 is movable in the X-axis direction by engaging a pinion 52 with a rack 51 provided inside the first moving box 44.
  • the pinion 54 is movable in the y-axis direction by engaging a pinion 54 with a rack 53 provided inside the second moving box 45.
  • each of the first and second moving boxes 44, 45 facing the translucent screen 22 is open or transparent.
  • a pinhole 25 is provided on a surface of the third moving box 46 facing the semi-transparent screen 22.
  • the viewpoint position with respect to the virtual front screen 23 and the virtual floor screen 24 can be moved by the displacement of the third moving box 46 with respect to the translucent screen 22 in the x, y, and z-axis directions.
  • An imaging device such as a CCD or a photosensitive surface of a silver halide film is provided on the imaging surfaces 26 and 27, and light emitted from the translucent screen 22 is transmitted through the pinholes 25 to the imaging surfaces 6 and 27.
  • the images are collected and imaged on the front screen 23 and the floor screen 24 of the virtual space.
  • An existing lens system may be used instead of the pinhole 25.
  • multiple images projected on multiple screens in the virtual space can be captured by a single camera, and multiple images that make up the virtual space can be obtained without the need for pre-processing such as geometric transformation. Since the image can be projected on the screen, real-time processing can be performed, and the image can be provided with less deterioration and a more realistic image.
  • the viewpoint position with respect to the virtual front screen 23 and the virtual floor screen 24 can be moved by displacing the relative position of the pinhole 25 with respect to the translucent screen 22 in the x, y, and z-axis directions. .
  • FIG. 10 is a sectional structural view of a virtual space construction camera according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the number of screens in the virtual space is two, but of course the number of screens can be reduced according to the same principle.
  • the same parts as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals.
  • an optical lens system 31 is used for a normal camera, and has a focus adjustment function and an aperture adjustment function.
  • the light that has passed through the optical lens system 31 in the light entrance section is focused on the translucent screen 32 by the focus adjustment function.
  • a first moving box 61 and a fourth moving box 71 are housed in the camera housing 60.
  • the first moving box 6 1 houses the second moving box 6 2
  • the third moving box 63 is housed in the second moving box 62.
  • the first moving box 61 is free to move in the z-axis direction by engaging a pinion 64 with a rack (not shown) provided inside the housing 60, and the second moving box 62 is the first moving box.
  • the pinion 66 is meshed with the rack 65 provided inside the box 61, and is movable in the X-axis direction.
  • the third moving box 63 is a rack provided inside the second moving box 62.
  • Pinion 68 is meshed with 67 so that it can move in the y-axis direction.
  • the fifth moving box 72 is stored in the fourth moving box 71, and the sixth moving box 73 is stored in the fifth moving box 72.
  • the fourth moving box 71 is movable in the z-axis direction by engaging a pinion 74 with a rack (not shown) provided inside the housing 60.
  • the fifth moving box 72 is a fourth moving box. 7 1
  • a pinion 76 is meshed with a rack 75 provided inside, and is movable in the X-axis direction.
  • the sixth moving box 73 is provided inside the fifth moving box 72.
  • the pinion 78 meshes with the rack 77 so that it can move in the y-axis direction.
  • the surface facing the translucent screen 32 of each of the first and second moving boxes 61, 62 is open or transparent.
  • a pinhole 34 is provided on a surface of the third moving box 46 facing the semi-transparent screen 32.
  • the surfaces of the fourth and fifth moving boxes 7 1 and 7 2 facing the translucent screen 32 are open or transparent.
  • a pinhole 37 is provided on a surface of the sixth moving box 73 that is substantially parallel to the mirror 36. By moving each of the fourth, fifth, and sixth moving boxes 71, 72, and 73, the relative position of the pinhole 37 can be displaced in the x, y, and z axis directions. Further, an imaging surface 38 is provided in the sixth moving box 73.
  • a virtual front screen 33 corresponding to the front screen of the virtual space is virtually provided between the translucent screen 32 and the pinhole 34 aligned with the reference position.
  • a mirror 36 corresponding to the virtual floor screen is arranged.
  • the pinhole 34 corresponds to the viewpoint position.
  • the virtual front screen 33 and the mirror 36 are continuous with each other.
  • the pinhole 37 is arranged at a position where the position where the pinhole 34 exists as viewed from the translucent screen 32 is reflected by the mirror 36.
  • the virtual front screen 33 is virtually set at a position symmetrical with respect to the imaging surface 35 with respect to the pinhole 34, and the point symmetrical with respect to the imaging surface 38 with the pinhole 37 as the origin.
  • a mirror 36 as a virtual floor screen is virtually set at the position.
  • the displacement of the third moving box 63 with respect to the translucent screen 22 in the X, y, and z-axis directions makes it possible to change the viewpoint position with respect to the virtual front screen 33 and the virtual floor screen (mirror 36). You can move.
  • the fourth, fifth and sixth moving boxes 7 1, 7 2 and 7 3 move in conjunction with the movement of the first, second and third moving boxes 6 1, 6 2 and 6 3, and the pinhole
  • the positions of 3 4 and 3 7 are set to be symmetric with respect to the mirror 36.
  • An imaging device such as a CCD or a photosensitive surface of a silver halide film is provided on the imaging surfaces 35 and 38, and light emitted from the translucent screen 32 is applied to the imaging surfaces 35 and 37 by pinholes 34 and 37.
  • the images are focused on 37 and imaged, and the images projected on the front screen and floor screen of the virtual space are recorded in each case.
  • An existing lens system may be used instead of the pinholes 34 and 37.
  • FIG. 11 shows a configuration diagram of an embodiment of a stereoscopic vision camera system using a virtual space construction camera according to the present invention.
  • the virtual space construction cameras 80 and 81 have their respective light input sections 82 and 83 arranged in parallel in the same direction and fixed to each other, and are supported by a tripod 84.
  • the virtual space construction power camera 80 shoots multiple images to construct a virtual space for the right eye
  • the virtual space construction camera 81 captures a plurality of images for constructing a virtual space for the left eye.
  • a multi-view stereoscopic vision camera system shown in FIG. 12 may be configured.
  • the virtual and space construction cameras 90 a to 90 h are arranged by arranging the respective light incident portions 91 a to 91 h in parallel in the same direction and fixing them to each other. It constitutes the stereoscopic vision camera system.
  • a pair of virtual space construction cameras 90a and 90b constitute a stereoscopic vision camera system
  • the virtual space construction camera 90a captures a plurality of images constructing a virtual space for the right eye
  • the space construction force camera 90b captures multiple images to construct a virtual space for the left eye.
  • a pair of virtual space construction power cameras 90 c and 90 d constitute a stereoscopic vision camera system
  • a pair of virtual space construction camera cameras 90 e and 90 f constitute a stereoscopic vision camera system.
  • the virtual space construction cameras 90 g and 90 h constitute a stereoscopic vision camera system. Then, a desired system is selected from these four pairs of systems and images are taken from various positions. In the multi-view stereo vision camera system as well, images captured by the virtual space construction cameras 90a to 90h are projected onto multiple screens that compose the virtual space, thereby realizing a virtual reality with high stereoscopic realism. Experience is possible.
  • the optical lens systems 21 and 31 correspond to the first imaging means described in claims
  • the pinholes 25 and 34 correspond to the second imaging means
  • the pinhole 37 corresponds to the third imaging means. Corresponding to the imaging means.

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Description

明細書 仮想空間構築力メラ及びそれを用いた立体視力メラシステム 技術分野
本発明は、 仮想空間構築カメラ及びそれを用いた立体視力メラシステムに関し 、特に、 仮想空間で表示するための画像を撮影する仮想空間構築カメラ及びそれ を用いた立体視力メラシステムに関する。 冃
従来、 CAVEや CAB I Nといった仮想空間に表示する画像は、 CG (Co mput er Graph i c s)で作成するものがほとんどであった。 C G画 像の仮想空間への投影は C Gという一つの世界を投影する技術である。 この:^ 、 図 1 (A) に示す CGで作成された 3次元の画像を、 図 1 (B) に示す互いに 連続する正面スクリーン 10及び床面スクリーン 11からなる仮想空間に投影す る。 図 2 (A) は実際に CGで作成した投影前の画像の一例を示す。 この画像を 仮想空間の正面スクリーン 10及び床面スクリーン 11に投影したとき、正面ス クリーン 10への投影画像は図 2 (B) に示すようになり、床面スクリーン 11 への投影画像は図 2 (C) に示すようになる。
CGで作成した画像に対して実画像 （自然画像） は、 図 3 (A) に示すように 実世界の物体（3次元） 13をカメラ 14で撮影することにより図 3 (B) に示 すような 2次元画像を得る。 ここで、 図 4 (A) に示す 3次元の実世界の物体を カメラ 14で撮影した図 4 (B) に示す 2次元画像（この画像は図 3 (B) と同 様） を、 図 4 (C) に示す互いに連続する正面スクリーン 10及び床面スクリー ン 11からなる仮想空間に投影する^について考える。
仮想空間への C G画像の投影と実画像の投影との違いは、 C G画像が 3次元世 界を仮想空間のスクリーンに直接投影するのに対して、実画像では一旦カメラで 撮影された 2次元画像 （つまり、 3次元世界をカメラフィルム面に投影） を仮想 空間のスクリーンに再投影することである。 実画像を仮想空間に投影することの ポイントは、 図 4 ( A) の実世界から図 4 ( B ) の 2次元画像をどのように得る かということである。 ，
従来の C A V Eや C A B I Nでは、仮想空間のスクリーンの数だけカメラを用 意し、 それぞれのカメラで撮影した画像を仮想空間に投影している。 この場合、 —つの実世界を複数に分割してそれぞれのカメラの撮像面に収めることになるが 、 図 5 ( A) , ( B ), ( C ) , ( D ) に示すように、 それぞれのカメラで撮影した複 数の 次元画像は互いに共有する情報を含んでいるため、複数の 2次元画像を一 枚の画像にマ一ジすることは困難である。 また、実際の撮影に際して複数のカメ ラをどのように設置するかもロ題である。
これに対して、複数のカメラを用いずに一台のカメラで撮影した画像を拡大し 、 仮想空間の複数のスクリーンに画像を表示することも考えられるが、酉像拡大 に伴う画質の劣化が問題となる。 また、仮想空間の複数のスクリーンそれぞれで 幾何学的な画像変換の処理が必要となるので、特に、 動画に対しては画像変換処 理の計算量が膨大になる。
以上の理由により、実画像をカメラで ¾ ^し、 リアルタイムで仮想空間に表示 する表示システムやゲームシステムなどは実現が困難であるという問題があつた 。 また、 リアルタイム性を問わなくても、 コンテンツの作成には非常に時間がか かり、実用的ではないという問題があつた。 発明の開示
本発明は、幾何学的な変換などの前処理の必要なく、仮想空間を構成する複数 のスクリーンに投影する複数の画像を単一のカメラで撮影することでき、 リアル タイム処理が可能となり、 また、画像の劣化が少なく、 より臨場感のある画像を 提供できる仮想空間構築カメラ及びそれを用いた立体視力メラシステムを提供す ることを総括的な目的とする。
この目的を達成するため、本発明は、仮想空間を構成する複数のスクリーンそ れぞれに投影する複数の画像を撮影する仮想空間構築力メラであって、 カメラ内 部に前記仮想空間を構成する複数のスクリーンと同一数の複数の撮像面を有し、 実画像を lf己複数の撮像面それぞれで、前記仮想空間の複数のスクリーンそれぞ れに投影する複数の画像に光学的に変換するよう構成される。
このような仮想空間構築力メラによれば、仮想空間の複数のスクリーンに投影 する複数の画像を単一のカメラで撮影することが可能となり、撮影した画像は光 学的な変換がなされているため、幾何学的な変換などの前処理の必要なく、 仮想 空間を構成する複数のスクリーンに投影することが可能で、撮影から投影までを リアルタイムで処理することが可能となり、 また、画像の劣化が少なく臨場感の ある画像を提供できる。 図面の簡単な説明
図 1は、 C Gで作成された 3次元画像の仮想空間への投影を説明するための図 である。
図 2は、 C Gで作成された 3次元画像の仮想空間への投影を説明するための図 である。
図 3は、実画像の仮想空間への投影を説明するための図である。
図 4は、実画像の仮想空間への投影を説明するための図である。
図 5は、実世界を複数のカメラで撮像した画像を示す図である。
図 6は、本発明の仮想空間構築力メラの第 1実施例の断面構造図である。 図 Ίは、本発明の仮想空間構築力メラの第 2実施例の断面構造図である。 図 8は、本発明の仮想空間構築力メラの第 3実施例の断面構造図である。 図 9は、筐体 4 3内部のレール部材 5 5側から第 1移動ボックス 4 4を見た平 面図である。
図 1 0は、 本発明の仮想空間構築力メラの第 4実施例の断面構造図である。 図 1 1は、本発明の仮想空間構築カメラを用いた立体視力メラシステムの一実 施例の構成図である。
図 1 2は、 本発明の仮想空間構築力メラを用いた多眼立体視力メラシステムの 一実施例の構成図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。 図 6は、本発明の仮想空間構築力メラの第 1実施例の断面構造図を示す。 ここ では説明を簡単にするため、仮想空間のスクリーン数を 2面としているが、 もち ろん同じ原理によってスクリーン数を増やすことも可能である。
同図中、光学レンズシステム 2 1は通常のカメラに用いられるものであり、 ピ ント調整機能及び絞り調整機能を有している。 入光部の光学レンズシステム 1 1 を通った光はピント調整機能で半透明スクリーン 2 2に結像される。 半透明スク リーン 2 2とピンホール 2 5との間に、仮想空間の正面スクリーン及び床面スク リーンそれぞれに相当する仮想正面スクリーン 2 3と仮想床面スクリーン 2 4を 仮想的に設定する。 なお、 ピンホール 2 5が視点位置に相当する。 仮想正面スク リーン 2 3と仮想床面スクリーン 2 4とは互いに連続している。
この仮想正面スクリーン 2 3に平行で、 かつ仮想正面スクリーン 2 3とピンホ —ル 2 5を通過した光を撮影できるように撮像面 2 6を配置する。 更に、仮想床 面スクリーン 2 4に平行で、 かつ仮想正面スクリーン 2 4とピンホール 2 5を通 過した光を撮影でき、撮像面 2 6と垂直かつ接するように撮像面 2 7を配置する 。 この結果、 仮想正面スクリーン 2 3 , 仮想床面スクリーン 2 4と、撮像面 2 6 ， 2 7とは相似的な関係となる。
この撮像面 2 6 , 2 7には C C D等の撮像素子または銀塩フィルムの感光面が 配設され、 半透明スクリーン 2 2から発せられた光はピンホール 2 5によって撮 像面 2 6 , 2 7に集光されて結像され、 それぞれで仮想空間の正面スクリーン、 床面スクリーンに映し出す画像が記録される。 なお、 ピンホール I 5の代わりに 、 既存のレンズ系を用いても良い。
このように、仮想空間の正面スクリーン及び床面スクリーンと相似的に構成さ れた撮像面 2 6， 2 7が設けられているため、仮想空間の複数のスクリーンに投 影する複数の画像を単一のカメラで撮影することが可能となる。 このカメラで撮 影した画像は光学的な変換がなされているため、幾何学的な変換などの前処理の 必要なく仮想空間を構成する複数のスクリーンに投影することが可能であるので 、 リアルタイム処理が可能となり、 また、画像の劣化が少なく、 より臨場感のあ る画像を提供できる。
上記の実施例ではカメラの撮像面 2 6 , 2 7が連続しているため、 精度の良い カメラの実現は高度な技術を要する。 そこで、各撮像面を仮想スクリーンとは異 なる配置とするのが、次に示す第 2実施例である。 '
図 7は、本発明の仮想空間構築力メラの第 2実施例の断面構造図を示す。 ここ では説明を簡単にするため、仮想空間のスクリーン数を 2面としているが、 もち ろん同じ原理によってスクリーン数を増やすことも可能である。 図 7において、 光学レンズシステム 3 1は通常のカメラに用いられるものであり、 ピント調整機 能及び絞り調整機能を有している。 入光部の光学レンズシステム 3 1を通った光 はピント調整機能で半透明スクリーン 3 2に結像される。
半透明スクリーン 3 2とピンホール 3 4との間には仮想空間の正面スクリーン に相当する仮想正面スクリーン 3 3を仮想的に設定すると共に仮想床面スクリ一 ンに相当するミラー 3 6を配置する。 なお、 ピンホール 3 4が視点位置に相当す る。 仮想正面スクリーン 3 3とミラ一 3 6とは互いに連続している。 更に、 半透 明スクリーン 3 2から見てピンホール 3 4が存在する位置をミラー 3 6で反射し た位置にピンホール 3 7が設けられている。
この仮想正面スクリーン 3 3に平行で、 かつ仮想正面スクリーン 3 3とピンホ ール 3 4を通過した光を撮影できるように撮像面 3 5を配置する。 更に、 ミラー 3 6に平行で、 かつミラー 3 6とピンホール 3 7を通過した光を撮影できるよう に撮像面 3 8を配置する。 このとき、相似比は、仮想正面スクリーン 3 3 /ミラ 一 3 6 =撮像面 3 5 /撮像面 3 8となる。 また、 このとき、 ピンホール 3 4とピ ンホール 3 7は、 ミラ一 3 6を水平方向に延ばした延長線に対して線対称の位置 に配置されている。
この撮像面 3 5 , 3 8には C C D等の撮像素子または銀塩フィルムの感光面が 酉己設され、 半透明スクリーン 3 2から発せられた光はピンホール 3 4によって撮 像面 3 5に集光されて結像され、仮想空間の正面スクリーンに映し出す画像が記 録される。
これと共に、 半透明スクリーン 3 2から発せられた光はピンホール 3 7によつ て撮像面 3 8に集光されて結像され、仮想空間の床面スクリーンに映し出す画像 が記録される。 なお、 ピンホール 3 4 , 3 7の代わりに、既存のレンズ系を用い ても良い。 この第 2実施例の力メラで撮影された画像は、 第 1実施例の力メラで撮影され た画像と等価である。 また、 カメラの撮像面 3 5， 3 8が分離されているため、 通常の製造技術で簡単に実現することができる。
図 8は、本発明の仮想空間構築カメラの第 3実施例の断面構造図を示す。 ここ では説明を簡単にするため、仮想空間のスクリーン数を 2面としているが、 もち ろん同じ原理によってスクリーン数を増やすことも可能である。 同図中、 図 6と 同一部分には同一符号を付す。
図 8において、光学レンズシステム 2 1は通常のカメラに用いられるものであ り、 ピント調整機能及び絞り調整機能を有している。 入光部の光学レンズシステ ム 2 1を通った光はピント調整機能で半透明スクリーン 2 2に結像される。 カメラの筐体 4 3内には、 第 1移動ボックス 4 4が収納され、第 1移動ボック ス 4 4内には第 2移動ボックス 4 5カ収納され、 第 2移動ボックス 4 5内には第 3移動ボックス 4 6が収納されている。 第 1移動ボックス 4 4は筐体 4 3内部に 設けられたラック 4 9にピニオン 5 0を歯合させて z軸方向に移動自在とされて いる。 なお、 筐体 4 3の内部にはガイド用のレール部材 5 5が設けられており、 第 1移動ボックス 4 4の背面に設けられて溝 5 6にレ一ル部材 5 5が係合して第 1移動ボックス 4 4の z軸方向の移動をガイドする。 ここで、 図 9に筐体 4 3内 部のレール部材 5 5側から第 1移動ボックス 4 4を見た平面図を示す。
また、 第 2移動ボックス 4 5は第 1移動ボックス 4 4内部に設けられたラック 5 1にピニオン 5 2を歯合させて X軸方向に移動自在とされており、 第 3移動ボ ックス 4 6は第 2移動ボックス 4 5内部に設けられたラック 5 3にピニオン 5 4 を歯合させて y軸方向に移動自在とされている。
第 1 , 第 2移動ボックス 4 4， 4 5それぞれの半透明スクリーン 2 2に対向す る面は開放されるか、 または、透明とされている。 第 3移動ボックス 4 6の半透 明スクリーン 2 2に対向する面にはピンホール 2 5が設けられている。 上記の第 1， 第 2， 第 3移動ボックス 4 4， 4 5， 4 6それぞれを移動させることによつ て、 半透明スクリーン 2 2に対する視点位置としてのピンホール 2 5の相対位置 を X , y , z軸方向に変位させることができる。 また、第 3移動ボックス 4 6内 には撮像面 6 , 2 7が設けられている。 半透明スクリーン 2 と基準位置に位置合わせされた状態のピンホール 2 5と の間に、 仮想空間の正面スクリーン及び床面スクリーンそれぞれに相当する仮想 正面スクリーン 2 3と仮想床面スクリーン 2 4を仮想的に設定する。 なお、 ピン ホール 2 5が視点位置に相当する。 仮想正面スクリーン 2 3と仮想床面スクリ一 ン 2 4とは互いに連続している。
ここでは、 半透明スクリーン 2 2に対する第 3移動ボックス 4 6の x， y , z 軸方向の変位により、仮想正面スクリーン 2 3と仮想床面スクリーン 2 4に対す る視点位置を移動することができる。 撮像面 2 6 , 2 7には C C D等の撮像素子 または銀塩フィルムの感光面が配設され、 半透明スクリーン 2 2から発せられた 光はピンホール 2 5によつて撮像面 6 , 2 7に集光されて結像され、 それぞれ で仮想空間の正面スクリーン 2 3、床面スクリーン 2 4に映し出す画像が記録さ れる。 なお、 ピンホール 2 5の代わりに、 既存のレンズ系を用いても良い。 このようにして、 仮想空間の複数のスクリーンに投影する複数の画像を単一の カメラで撮影することが可能となり、幾何学的な変換などの前処理の必要なく、 仮想空間を構成する複数のスクリーンに投影することが可能であるので、 リアル タイム処理が可能となり、 また、画像の劣化が少なく、 より臨場感のある画像を 提供できる。
更に、 半透明スクリーン 2 2に対するピンホール 2 5の相対位置を x， y , z 軸方向に変位することにより、仮想正面スクリーン 2 3と仮想床面スクリーン 2 4に対する視点位置を移動することができる。
図 1 0は、本発明の仮想空間構築カメラの第 4実施例の断面構造図を示す。 こ こでは説明を簡単にするため、仮想空間のスクリーン数を 2面としているが、 も ちろん同じ原理によってスクリーン数を增やすことも可能である。 同図中、 図 7 と同一部分には同一符号を付す。
図 1 0において、光学レンズシステム 3 1は通常のカメラに用いられるもので あり、 ピント調整機能及び絞り調整機能を有している。 入光部の光学レンズシス テム 3 1を通った光はピント調整機能で半透明スクリーン 3 2に結像される。 カメラの筐体 6 0内には、第 1移動ボックス 6 1及び第 4移動ボックス 7 1が 収納されている。 第 1移動ボックス 6 1内には第 2移動ボックス 6 2が収納され 、 第 2移動ボックス 6 2内には第 3移動ボックス 6 3が収納されている。 第 1移 動ボックス 6 1は筐体 6 0内部に設けられた図示しないラックにピニオン 6 4を 歯合させて z軸方向に移動自在とされており、 第 2移動ボックス 6 2は第 1移動 ボックス 6 1内部に設けられたラック 6 5にピニオン 6 6を歯合させて X軸方向 に移動自在とされており、 第 3移動ボックス 6 3は第 2移動ボックス 6 2内部に 設けられたラック 6 7にピニオン 6 8を歯合させて y軸方向に移動自在とされて いる。
第 4移動ボックス 7 1内には第 5移動ボックス 7 2が収納され、第 5移動ボッ クス 7 2内には第 6移動ボックス 7 3が収納されている。 第 4移動ボックス 7 1 は筐体 6 0内部に設けられた図示しないラックにピニオン 7 4を歯合させて z軸 方向に移動自在とされており、 第 5移動ボックス 7 2は第 4移動ボックス 7 1内 部に設けられたラック 7 5にピニオン 7 6を歯合させて X軸方向に移動自在とさ れており、 第 6移動ボックス 7 3は第 5移動ボックス 7 2内部に設けられたラッ ク 7 7にピニオン 7 8を歯合させて y軸方向に移動自在とされている。
第 1， 第 2移動ボックス 6 1， 6 2それぞれの半透明スクリーン 3 2に対向す る面は開放されるか、 または、 透明とされている。 第 3移動ボックス 4 6の半透 明スクリーン 3 2に対向する面にはピンホール 3 4が設けられている。 上記の第 1 , 第 2， 第 3移動ボックス 6 1， 6 2 , 6 3それぞれを移動させることによつ て、 半透明スクリーン 3 2に対する視点位置としてのピンホール 3 4の相対位置 を x， y , z軸方向に変位させることができる。 また、 第 3移動ボックス 6 3内 には撮像面 2 6が設けられている。
第 4 , 第 5移動ボックス 7 1 , 7 2それぞれの半透明スクリーン 3 2に対向す る面は開放されるか、 または、 透明とされている。 第 6移動ボックス 7 3のミラ - 3 6と略平行な面にはピンホール 3 7が設けられている。 上記の第 4， 第 5， 第 6移動ボックス 7 1， 7 2 , 7 3それぞれを移動させることによって、 ピンホ ール 3 7の相対位置を x， y , z軸方向に変位させることができる。 また、 第 6 移動ボックス 7 3内には撮像面 3 8が設けられている。
半透明スクリーン 3 2と基準位置に位置合わせされた状態のピンホール 3 4と の間には仮想空間の正面スクリーンに相当する仮想正面スクリーン 3 3を仮想的 に設定すると共に仮想床面スクリーンに相当するミラー 3 6を配置する。 なお、 ピンホール 3 4が視点位置に相当する。 仮想正面スクリーン 3 3とミラー 3 6と は互いに連続している。 更に、 半透明スクリーン 3 2から見てピンホール 3 4が 存在する位置をミラー 3 6で反射した位置にピンホール 3 7が配置される。 この場合は、撮像面 3 5に対しピンホール 3 4を原点として点対称となる位置 に仮想正面スクリーン 3 3が仮想的に設定され、撮像面 3 8に対しピンホール 3 7を原点として点対称となる位置に仮想床面スクリーンとしてのミラ一 3 6が仮 想的に設定される。 つまり、 半透明スクリーン 2 2に対する第 3移動ボックス 6 3の X , y , z軸方向の変位により、仮想正面スクリ一ン 3 3と仮想床面スクリ ーン （ミラ一 3 6 ) に対する視点位置を移動することができる。
ただし、 第 1 , 第 2 , 第 3移動ボックス 6 1 , 6 2 , 6 3の移動に連動して第 4 , 第 5 , 第 6移動ボックス 7 1， 7 2， 7 3が移動し、 ピンホール 3 4 , 3 7 それぞれの位置がミラー 3 6に対して対称となるようにされる。
撮像面 3 5 , 3 8には C C D等の撮像素子または銀塩フィルムの感光面が配設 され、 半透明スクリーン 3 2から発せられた光はピンホール 3 4， 3 7によって 撮像面 3 5 , 3 7に集光されて結像され、 それぞれで仮想空間の正面スクリーン 、床面スクリーンに映し出す画像が記録される。 なお、 ピンホール 3 4， 3 7の 代わりに、 既存のレンズ系を用いても良い。
このようにして、仮想空間の複数のスクリーンに投影する複数の画像を単一の カメラで撮影することが可能となり、 また、 カメラの撮像面 3 5 , 3 8が分離さ れているため、通常の製造技術で簡単に実現することができ、更に、 半透明スク リーン 3 2に対するピンホール 3 4の相対位置を X， y， z軸方向に変位するこ とにより、 仮想正面スクリーンと仮想床面スクリーンに対する視点位置を移動す ることができる。
図 1 1は、本発明の仮想空間構築力メラを用いた立体視力メラシステムの一実 施例の構成図を示す。 同図中、仮想空間構築カメラ 8 0， 8 1は、 それぞれの入 光部 8 2 , 8 3を同一方向に向け平行に並べられ互いに固定されており、三脚 8 4によって支持されている。
仮想空間構築力メラ 8 0は右目用の仮想空間を構築する複数の画像を撮影し、 仮想空間構築カメラ 8 1は左目用の仮想空間を構築する複数の画像を撮影する。 この仮想空間構築力メラ 8 0 , 8 1それぞれで撮影した複数の画像を、仮想空間 を構成する複数のスクリーンに投影することにより、立体視による臨場感の高い 仮想体験が可能となる。 . また、 図 1 2に示す多眼立体視力メラシステムを構成しても良い。 図 1 2にお いては、 仮想、空間構築カメラ 9 0 a〜9 0 hは、 それぞれの入光部 9 1 a〜9 1 hを同一方向に向けて平行に並べ互いに固定することにより、 多眼立体視力メラ システムを構成している。 このシステムでは、 一対の仮想空間構築カメラ 9 0 a ， 9 0 bが立体視力メラシステムを構成し、仮想空間構築カメラ 9 0 aは右目用 の仮想空間を構築する複数の画像を撮影し、仮想空間構築力メラ 9 0 bは左目用 の仮想空間を構築する複数の画像を撮影する。
同様に、 一対の仮想空間構築力メラ 9 0 c , 9 0 dが立体視力メラシステムを 構成し、一対の仮想空間構築カメラカメラ 9 0 e , 9 0 f が立体視力メラシステ ムを構成し、 一対の仮想空間構築カメラ 9 0 g , 9 0 hが立体視力メラシステム を構成している。 そして、 この 4対のシステムのうち所望のシステムを選択して 様々な位置からの映像を撮影する。 ごの多眼立体視力メラシステムにおいても、 仮想空間構築カメラ 9 0 a〜9 0 hで撮影した画像を、仮想空間を構成する複数 のスクリーンに投影することにより、立体視による臨場感の高い仮想体験が可能 となる。
なお、光学レンズシステム 2 1 , 3 1が請求項記載の第 1の結像手段に対応し 、 ピンホール 2 5， 3 4が第 2の結像手段に対応し、 ピンホール 3 7が第 3の結 像手段に対応する。

Claims

請求の範囲
1 . 仮想空間を構成する複数のスクリーンそれぞれに投影する複数の画像を 撮影する仮想空間構築力メラであつて、
力メラ内部に編己仮想空間を構成する複数のスクリーンと同一数の複数の撮像 面を有し、
実画像を前記複数の撮像面それぞれで、前記仮想空間の複数のスクリーンそれ ぞれに投影する複数の画像に光学的に変換する仮想空間構築力メラ。
2 . 請求項 1記載の仮想空間構築カメラであって、
編己複数の撮像面は、編3仮想空間を構成する複数のスクリーンと相似的に構 成された仮想空間構築力メラ。
3 . 請求項 1記載の仮想空間構築カメラにおいて、
実画像を前記半透明スクリーンに結像させる第 1の結像手段と、
前記半透明スクリーンに結像された画像を前記複数の撮像面に結像させる第 2 の結像手段とを有する仮想空間構築力メラ。
4 . 請求項 3記載の仮想空間構築力メラにおいて、
前記半透明スクリーンと前記第 2の結像手段との間に配置されたミラ一と、 前記ミラーで反射された前記半透明スクリーンの画像を前記複数の撮像面のい ずれかに結像する第 3の結像手段とを有し、前記複数の撮像面を前記第 3の結像 手段で結像される特定の撮像面と、前記第 2の結像手段で結像される残りの撮像 面とに分離して配置した仮想空間構築カメラ。
5 . 請求項 3記載の仮想空間構築力メラにおいて、
前記複数の撮像面及び前記第 2の結像手段とを前記半透明スクリーンに対して 移動自在に構成した仮想空間構築力メラ。
6 . 請求項 4記載の仮想空間構築力メラにおいて、
前記第 3の結像手段及びそれで結像される特定の撮像面と、前記第 2の結像手 段及びそれで結像される残りの撮像面とを、 それぞれ前記半透明スクリーンに対 して移動自在に構成した仮想空間構築力メラ。
7 . 請求項 1記載の仮想空間構築力メラを複数台それぞれの入光部を同一方 向に向け固定して構成され、仮想空間を構成する複数のスクリーンに投影する立 体視用の複数の画像を撮像する立体視力メラシステム。
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