(57)【要約】【課題】最近点と最遠点での視差量が立体表示装置の許容視差範囲の近側および遠側の限界値に一致するように撮像パラメータの自動調整を可能とする。【解決手段】立体撮像装置は、２つの撮像部２から最近被写体までの最近点距離と最遠被写体までの最遠点距離とを計測し、立体表示装置の観察情報を取得し、該観察情報と観察者の許容視差角とから立体表示装置の許容視差範囲を算出し、許容視差範囲における飛び出し側および奥行き側許容視差量を設定する。該装置は、立体表示装置に表示された最近被写体と最遠被写体の表示視差量がそれぞれ飛び出し側および奥行き側許容視差量に一致するように輻輳点距離を算出し、輻輳点距離に基づき基線長および焦点距離のうち一方の撮像パラメータの値を算出し、輻輳点距離に応じて輻輳点を制御し、一方の撮像パラメータの値に応じて該一方の撮像パラメータを制御する。【選択図】図１
2015094831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像範囲内の被写体を撮像して左眼および右眼用の視差画像をそれぞれ取得する２つの撮像部と、
該２つの撮像部の輻輳点を変更する輻輳点変更手段と、
前記２つの撮像部間の基線長および前記各撮像部に設けられた撮像光学系の焦点距離のうち一方の撮像パラメータを変更する撮像パラメータ変更手段と、
前記各撮像部から前記撮像範囲内において前記撮像部に最も近い最近被写体までの距離である最近点距離および前記撮像範囲内において前記撮像部から最も遠い最遠被写体までの距離である最遠点距離のうち、前記最近点距離を計測し、前記最遠点距離を計測または無限遠距離として設定する距離取得手段と、
前記視差画像を表示する立体表示装置とこれを観察する観察者との間の距離または該立体表示装置の表示画面のサイズを観察情報として取得する観察情報取得手段と、
前記観察情報および前記観察者の許容視差角から前記立体表示装置の許容視差範囲を算出して、該許容視差範囲における前記観察者に近い側の限界値に対応する飛び出し側許容視差量と前記観察者から遠い側の限界値に対応する奥行き側許容視差量を設定する許容視差量設定手段と、
前記最近被写体と前記最遠被写体とを前記立体表示装置に表示したときの該最近被写体と該最遠被写体の表示視差量がそれぞれ前記飛び出し側許容視差量と前記奥行き側許容視差量に一致するように前記各撮像部から前記輻輳点までの距離である輻輳点距離を算出する輻輳点距離演算手段と、
前記輻輳点距離に基づき前記基線長および前記焦点距離のうち他方の撮像パラメータに対して使用者により設定された値を用いて前記一方の撮像パラメータの値を算出する撮像パラメータ演算手段と、
前記輻輳点距離に応じて前記輻輳点変更手段を介して前記輻輳点を制御し、前記一方の撮像パラメータの値に応じて前記撮像パラメータ変更手段を介して前記一方の撮像パラメータを制御する制御手段とを有することを特徴とする立体撮像装置。
【請求項２】
前記輻輳点距離演算手段は、前記最遠点距離が前記無限遠距離ではない計測された値である場合は、以下の式を用いて前記輻輳点距離Ｌｃを算出することを特徴とする請求項１に記載の立体撮像装置。
Ｌｃ＝（ｄ２−ｄ１）／（ｄ２／Ｚ１−ｄ１／Ｚ２）
ただし、Ｚ１は前記最近点距離、Ｚ２は前記無限遠距離ではない前記最遠点距離、ｄ１は前記飛び出し側許容視差量、ｄ２は前記奥行き側許容視差量である。
【請求項３】
前記輻輳点距離演算手段は、前記最遠点距離が前記無限遠距離として設定された場合は、以下の式を用いて前記輻輳点距離Ｌｃを算出することを特徴とする請求項１に記載の立体撮像装置。
Ｌｃ＝（ｄ２−ｄ１）／ｄ２・Ｚ１
ただし、Ｚ１は前記最近点距離、ｄ１は前記飛び出し側許容視差量、ｄ２は前記奥行き側許容視差量である。
【請求項４】
前記撮像パラメータ演算手段は、前記基線長と前記焦点距離との積を一定とし、該積と前記他方の撮像パラメータの値とから前記一方の撮像パラメータの値を算出することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の立体撮像装置。
【請求項５】
前記撮像パラメータ演算手段は、以下の式を用いて前記基線長２Ｗｃと前記焦点距離Ｆとの積２Ｗｃ・Ｆを算出することを特徴とする請求項４に記載の立体撮像装置。
２Ｗｃ・Ｆ＝Ｗｆ／Ｗｓ・ｄ１／（１／Ｚ１−１／Ｌｃ）
ただし、Ｗｆは前記撮像部における撮像面の水平幅、Ｗｓは前記立体表示装置における前記表示画面の水平幅、ｄ１は前記飛び出し側許容視差量、Ｚ１は前記最近点距離、Ｌｃは前記輻輳点距離である。
【請求項６】
前記距離取得手段は、前記左右の視差画像において互いに対応する画素の位置での視差量を算出し、該視差量を用いた演算により前記最近点距離および前記最遠点距離を計測することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の立体撮像装置。
【請求項７】
前記距離取得手段は、前記被写体までの距離を計測する測距手段を用いて前記最近点距離および前記最遠点距離を計測することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の立体撮像装置。
【請求項８】
撮像範囲内の被写体を撮像して左眼および右眼用の視差画像をそれぞれ取得する２つの撮像部と、該２つの撮像部の輻輳点を変更する輻輳点変更手段と、前記２つの撮像部間の基線長および前記各撮像部に設けられた撮像光学系の焦点距離のうち一方の撮像パラメータを変更する撮像パラメータ変更手段とを有する立体撮像装置の制御方法であって、
前記各撮像部から前記撮像範囲内において前記撮像部に最も近い最近被写体までの距離である最近点距離および前記撮像範囲内において前記撮像部から最も遠い最遠被写体までの距離である最遠点距離のうち、前記最近点距離を計測し、前記最遠点距離を計測または無限遠距離として設定し、
前記視差画像を表示する立体表示装置とこれを観察する観察者との間の距離または該立体表示装置の表示画面のサイズを観察情報として取得し、
前記観察情報および前記観察者の許容視差角から前記立体表示装置の許容視差範囲を算出して、該許容視差範囲における前記観察者に近い側の限界値に対応する飛び出し側許容視差量と前記観察者から遠い側の限界値に対応する奥行き側許容視差量を設定し、
前記最近被写体と前記最遠被写体とを前記立体表示装置に表示したときの該最近被写体と該最遠被写体の表示視差量がそれぞれ前記飛び出し側許容視差量と前記奥行き側許容視差量に一致するように前記各撮像部から前記輻輳点までの距離である輻輳点距離を算出し、
前記輻輳点距離に基づき前記基線長および前記焦点距離のうち他方の撮像パラメータに対して使用者により設定された値を用いて前記一方の撮像パラメータの値を算出し、
前記輻輳点距離に応じて前記輻輳点変更手段を介して前記輻輳点を制御し、前記一方の撮像パラメータの値に応じて前記撮像パラメータ変更手段を介して前記一方の撮像パラメータを制御することを特徴とする立体撮像装置の制御方法。
【請求項９】
撮像範囲内の被写体を撮像して左眼および右眼用の視差画像をそれぞれ取得する２つの撮像部と、該２つの撮像部の輻輳点を変更する輻輳点変更手段と、前記２つの撮像部間の基線長および前記各撮像部に設けられた撮像光学系の焦点距離のうち一方の撮像パラメータを変更する撮像パラメータ変更手段とを有する立体撮像装置のコンピュータに立体撮像処理を実行させるコンピュータプログラムとしての制御プログラムであって、
前記立体撮像処理は、
前記各撮像部から前記撮像範囲内において前記撮像部に最も近い最近被写体までの距離である最近点距離および前記撮像範囲内において前記撮像部から最も遠い最遠被写体までの距離である最遠点距離のうち、前記最近点距離を計測し、前記最遠点距離を計測または無限遠距離として設定し、
前記視差画像を表示する立体表示装置とこれを観察する観察者との間の距離または該立体表示装置の表示画面のサイズを観察情報として取得し、
前記観察情報および前記観察者の許容視差角から前記立体表示装置の許容視差範囲を算出して、該許容視差範囲における前記観察者に近い側の限界値に対応する飛び出し側許容視差量と前記観察者から遠い側の限界値に対応する奥行き側許容視差量を設定し、
前記最近被写体と前記最遠被写体とを前記立体表示装置に表示したときの該最近被写体と該最遠被写体の表示視差量がそれぞれ前記飛び出し側許容視差量と前記奥行き側許容視差量に一致するように前記各撮像部から前記輻輳点までの距離である輻輳点距離を算出し、
前記輻輳点距離に基づき前記基線長および前記焦点距離のうち他方の撮像パラメータに対して使用者により設定された値を用いて前記一方の撮像パラメータの値を算出し、
前記輻輳点距離に応じて前記輻輳点変更手段を介して前記輻輳点を制御し、前記一方の撮像パラメータの値に応じて前記撮像パラメータ変更手段を介して前記一方の撮像パラメータを制御することを特徴とする立体撮像装置の制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体視が可能な視差画像を取得するのに好適な立体撮像技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
立体表示装置を通して立体視を可能とする左眼および右眼用の視差画像（以下、まとめて左右の視差画像ともいう）を取得するために撮像を行う立体撮像装置が種々提案されている。
【０００３】
立体表示装置としては、表示画面に時分割で左右の視差画像を交互に切替え表示し、該視差画像の表示切替えと同期して観察者の右眼と左眼の前に設けられた液晶シャッターを交互に遮光／非遮光状態とするシャッター方式のものが知られている。また、表示画面にレンチキュラーレンズシート（シリンドリカルレンズアレイ）やパララックスバリアを配置して、左右の視差画像を光学的に分離して観察者の左眼と右眼のそれぞれに観察させる方式のものもある。
【０００４】
これらいずれの立体表示方式でも、表示画面に表示する左右の視差画像の視差量が許容限界（融像限界）を超えると、人の脳は左右の視差画像を融合して一つの立体像として認識することができず、二重像として認識される。これにより、観察者に立体視特有の疲労感を与える。
【０００５】
人が左右の視差画像を立体像として認識できる融像限界について、図７（Ａ），（Ｂ）を用いて説明する。図７（Ａ）は観察者の左右の眼５２が立体表示装置の表示画面５１に表示された被写体像Ｐ１，Ｐ２を同時に観察している状態を示している。被写体像Ｐ１，Ｐ２の表示画面５１上での視差量はそれぞれｄ１，ｄ２であり、これらの視差量ｄ１，ｄ２によって被写体像Ｐ１，Ｐ２が再現される飛び出し位置および奥行き位置が決まる。
【０００６】
観察者が被写体像Ｐ１を注視して立体像として融像している状態において、被写体像Ｐ２の位置を立体像として融像できる奥行き側の限界点とする。網膜上に結像する被写体像Ｐ１，Ｐ２の像の間の距離により脳の視覚野で融像できる限界範囲が存在し、被写体像Ｐ１，Ｐ２の像の間の距離がその限界範囲を超えると二重像が認識されることが知られている。この網膜上での融像限界距離範囲は、左右の眼５１がＰ１，Ｐ２の点を見込む輻輳角ａ，ｂの差分となる視差角（ａ−ｂ）で表され、人の眼では２°〜３°程度となる。この２°〜３°の範囲を、融像が可能な許容視差角という。
【０００７】
また、立体表示装置を観察するときの観察者の眼のピントは表示画面５１に合っているので、立体像が表示画面５１に対して飛び出し過ぎると、輻輳位置とピント位置とが一致しなくなり、前述した二重像とは別の輻輳と調節の不一致による疲労が観察者に生じる。このため、例えば、許容視差角２°を、表示画面５１を境にして飛び出し側の視差角１°と奥行き側の視差角１°とに振り分けて、飛び出し側と奥行き側のバランスがとれた融像可能な限界範囲（許容視差範囲）として設定する。
【０００８】
図７（Ｂ）には、表示画面のサイズ（横軸）と、許容視差角を表示画面上での視差量ｄに換算した許容視差量範囲ｄ１〜ｄ２（縦軸）との関係を示している。ｄ１は表示画面から飛び出す立体像を融像させる視差量（以下、飛び出し側許容視差量ともいう）であり、ｄ２は表示画面に対して奥まった立体像を融像させる視差量（以下、奥行き側許容視差量ともいう）である。一般に、表示画面の大きさによって標準の観察距離が変わり、横寸法と縦寸法の比が１６対９であるハイビジョンテレビの場合は表示画面の縦寸法の３倍（３Ｈ）の距離が観察距離として推奨される。表示画面サイズの大型化に伴って観察距離が長くなると、換算した表示画面上での許容視差量は、図７（Ｂ）に示すように表示画面サイズが大きくなるほど広くなる傾向にある。表示画面サイズが８０インチ以上になると奥行き側許容視差量ｄ２が標準眼間距離６５ｍｍを超えて眼球が開散方向に動き、疲労の原因になる。このため、奥行き側許容視差量ｄ２は標準眼間距離６５ｍｍ（ｄｍａｘ）以内になるように制限される。全体の許容視差角を２°に一定に保てば、その分飛び出し側許容視差量ｄ１に余裕が生まれ、飛び出し側許容視差量ｄ１を図７（Ｂ）に示すように大きくすることができる。
【０００９】
このような立体像表示における許容視差量については、「３ＤＣ安全ガイドライン（３Ｄコンソーシアム）」にも「快適視差範囲」としてガイドラインが示されている。このように、立体表示装置に表示する視差画像の視差量をできるだけ許容視差範囲内に抑えることにより、観察者に疲労感が少なく快適な立体像観察を行わせることができる。
【００１０】
したがって、撮像により左右の視差画像を取得する立体撮像装置では、該視差画像の視差量が該視差画像を表示する立体表示装置の許容視差範囲に入るような撮像を行えることが要求される。つまり、立体撮像装置の基線長（レンズ間隔）やレンズ光軸が交差する輻輳点までの距離（輻輳点距離）や撮像レンズの焦点距離等の撮像パラメータを、視差画像の視差量が立体表示装置の許容視差範囲に入るように適切に調整する必要がある。
【００１１】
視差量を立体表示装置の許容視差範囲内に抑えるための立体撮像装置における撮像パラメータの調整方法には、特許文献１および特許文献２にて開示されたものがある。
【００１２】
特許文献１の方法では、撮像範囲内の最近点が許容視差範囲の観察者に近い側の限界値に対応する位置に一致するか最遠点が許容視差範囲の観察者から遠い側の限界値に対応する位置に一致するかの一方になるよう輻輳点距離またはカメラ基線長を関係式から算出する。そして、立体撮像装置に設けられた機構により輻輳角またはカメラ基線長を制御する。
【００１３】
また、特許文献２の方法では、撮像パラメータのうちカメラ基線長とレンズ焦点距離とを既定値とし、輻輳点距離と立体表示装置の許容視差範囲とから撮像可能範囲の限界値を求める関係式を得る。そして、実際に測距した最近点と最遠点の被写体距離が算出した撮像可能範囲に入るように輻輳点距離を調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平０７−１６７６３３号公報
【特許文献２】特開２００１−１６６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従来の立体撮像装置では、撮像により得られた視差画像を立体表示装置に表示したときに観察者が無理なく融像でき、容易に立体視できるようにするため、視差画像の視差量が立体表示装置の許容視差範囲に入るように撮像パラメータを手動で調整する。しかしながら、撮像パラメータの調整の仕方が一般的に確立されておらず、撮像パラメータを手動で適切に調整することは難しい。実際に使用者（撮影者）が撮像パラメータを決める際には、撮像により得ている視差画像をモニタに表示してその視差量を確認しながら試行錯誤で決めることが多く、使用者の負担が大きい。
【００１６】
また、撮像により取得された視差画像には主被写体だけでなく、前景や背景等の一般被写体も写り、これら一般被写体を含む被写体のうち最近点の被写体から最遠点の被写体までの範囲が奥行き方向での撮像範囲となる。その撮像範囲における最近点での視差量を立体表示装置の許容視差範囲における観察者に近い側の限界値に一致させ、同時に最遠点での視差量を該許容視差範囲における観察者から遠い側の限界値に一致させるように撮像パラメータを調整する方法が従来はない。
【００１７】
特許文献１の方法では、最近点または最遠点を立体表示装置の許容視差範囲の一方の限界値に対応する位置に一致させるように輻輳角またはカメラ基線長を制御している。しかし、特許文献２にも、最近点と最遠点の両方を同時に立体表示装置の許容視差範囲における観察者に対して近い側と遠い側の限界値に対応する位置に一致させるような撮像パラメータの決め方までは言及されていない。
【００１８】
さらに、特許文献２の方法では、撮像パラメータのうちカメラ基線長とレンズ焦点距離とを既定値としているので、測距した最近点と最遠点の被写体距離のうち一方は撮像可能範囲の限界値に合わせることはできる。しかし、他方の被写体距離を撮像可能範囲の限界値に一致させることまではできない。
【００１９】
本発明は、撮像範囲に含まれる最近点での視差量と最遠点での視差量とが立体表示装置の許容視差範囲における観察者に近い側の限界値と遠い側の限界値にともに一致するように撮像パラメータの自動調整が可能な立体撮像装置を提供する。また、本発明の、このような立体撮像装置の実現を可能とする制御方法および制御プログラムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の一側面としての立体撮像装置は、撮像範囲内の被写体を撮像して左眼および右眼用の視差画像をそれぞれ取得する２つの撮像部と、該２つの撮像部の輻輳点を変更する輻輳点変更手段と、該２つの撮像部間の基線長および各撮像部に設けられた撮像光学系の焦点距離のうち一方の撮像パラメータを変更する撮像パラメータ変更手段と、各撮像部から撮像範囲内において撮像部に最も近い最近被写体までの距離である最近点距離および撮像範囲内において撮像部から最も遠い最遠被写体までの距離である最遠点距離のうち、最近点距離を計測し、最遠点距離を計測または無限遠距離として設定する距離取得手段と、視差画像を表示する立体表示装置とこれを観察する観察者との間の距離または該立体表示装置の表示画面のサイズを観察情報として取得する観察情報取得手段と、観察情報および観察者の許容視差角から立体表示装置の許容視差範囲を算出して、該許容視差範囲における観察者に近い側の限界値に対応する飛び出し側許容視差量と観察者から遠い側の限界値に対応する奥行き側許容視差量を設定する許容視差量設定手段と、最近被写体と最遠被写体とを立体表示装置に表示したときの該最近被写体と該最遠被写体の表示視差量がそれぞれ飛び出し側許容視差量と奥行き側許容視差量に一致するように各撮像部から輻輳点までの距離である輻輳点距離を算出する輻輳点距離演算手段と、輻輳点距離に基づき基線長および焦点距離のうち他方の撮像パラメータに対して使用者により設定された値を用いて上記一方の撮像パラメータの値を算出する撮像パラメータ演算手段と、輻輳点距離に応じて輻輳点変更手段を介して輻輳点を制御し、上記一方の撮像パラメータの値に応じて撮像パラメータ変更手段を介して該一方の撮像パラメータを制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の他の一側面としての立体撮像装置の制御方法は、撮像範囲内の被写体を撮像して左眼および右眼用の視差画像をそれぞれ取得する２つの撮像部と、該２つの撮像部の輻輳点を変更する輻輳点変更手段と、該２つの撮像部間の基線長および各撮像部に設けられた撮像光学系の焦点距離のうち一方の撮像パラメータを変更する撮像パラメータ変更手段とを有する立体撮像装置に適用される。該制御方法は、各撮像部から撮像範囲内において撮像部に最も近い最近被写体までの距離である最近点距離および撮像範囲内において撮像部から最も遠い最遠被写体までの距離である最遠点距離のうち、最近点距離を計測し、最遠点距離を計測または無限遠距離として設定し、視差画像を表示する立体表示装置とこれを観察する観察者との間の距離または該立体表示装置の表示画面のサイズを観察情報として取得し、観察情報および観察者の許容視差角から立体表示装置の許容視差範囲を算出して、該許容視差範囲における観察者に近い側の限界値に対応する飛び出し側許容視差量と観察者から遠い側の限界値に対応する奥行き側許容視差量を設定し、最近被写体と最遠被写体とを立体表示装置に表示したときの該最近被写体と該最遠被写体の表示視差量がそれぞれ飛び出し側許容視差量と奥行き側許容視差量に一致するように各撮像部から輻輳点までの距離である輻輳点距離を算出し、輻輳点距離に基づき基線長および焦点距離のうち他方の撮像パラメータに対して使用者により設定された値を用いて上記一方の撮像パラメータの値を算出し、輻輳点距離に応じて輻輳点変更手段を介して輻輳点を制御し、上記一方の撮像パラメータの値に応じて撮像パラメータ変更手段を介して該一方の撮像パラメータを制御することを特徴とする。
【００２２】
さらに、本発明の他の一側面としての立体撮像装置の制御プログラムは、撮像範囲内の被写体を撮像して左眼および右眼用の視差画像をそれぞれ取得する２つの撮像部と、該２つの撮像部の輻輳点を変更する輻輳点変更手段と、該２つの撮像部間の基線長および各撮像部に設けられた撮像光学系の焦点距離のうち一方の撮像パラメータを変更する撮像パラメータ変更手段とを有する立体撮像装置のコンピュータに立体撮像処理を実行させるコンピュータプログラムである。立体撮像処理は、各撮像部から撮像範囲内において撮像部に最も近い最近被写体までの距離である最近点距離および撮像範囲内において撮像部から最も遠い最遠被写体までの距離である最遠点距離のうち、最近点距離を計測し、最遠点距離を計測または無限遠距離として設定し、視差画像を表示する立体表示装置とこれを観察する観察者との間の距離または該立体表示装置の表示画面のサイズを観察情報として取得し、観察情報および観察者の許容視差角から立体表示装置の許容視差範囲を算出して、該許容視差範囲における観察者に近い側の限界値に対応する飛び出し側許容視差量と観察者から遠い側の限界値に対応する奥行き側許容視差量を設定し、最近被写体と最遠被写体とを立体表示装置に表示したときの該最近被写体と該最遠被写体の表示視差量がそれぞれ飛び出し側許容視差量と奥行き側許容視差量に一致するように各撮像部から輻輳点までの距離である輻輳点距離を算出し、輻輳点距離に基づき基線長および焦点距離のうち他方の撮像パラメータに対して使用者により設定された値を用いて上記一方の撮像パラメータの値を算出し、輻輳点距離に応じて輻輳点変更手段を介して輻輳点を制御し、上記一方の撮像パラメータの値に応じて撮像パラメータ変更手段を介して該一方の撮像パラメータを制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明では、撮像範囲内の最近被写体と最遠被写体がそれぞれ、立体表示装置の許容視差範囲の観察者に近い側および観察者から遠い側の限界値に対応する位置に立体再現されるように撮像パラメータ（輻輳点距離と基線長および焦点距離のうち一方）が算出される。このため、使用者による撮像パラメータ調整の負担を軽減しつつ、観察者が融像し易い良好な視差画像を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例１である立体撮像装置の構成を示すブロック図。
【図２】（Ａ），（Ｂ）は実施例１の立体撮像装置の輻輳点距離制御を説明する図。
【図３】（Ａ）は実施例１での立体撮像における幾何学的関係を説明する図。（Ｂ）は実施例１での立体表示における幾何学的関係を説明する図。
【図４】実施例１の立体撮像装置における立体撮像処理を示したフローチャート。
【図５】（Ａ）は本発明の実施例２での立体撮像における幾何学的関係を説明する図。（Ｂ）は実施例２での立体表示における幾何学的関係を説明する図。
【図６】本発明の実施例２である立体撮像装置における立体撮像処理を示したフローチャート。
【図７】（Ａ）は視差角と融像可能範囲を説明する図。（Ｂ）は画面サイズと融像可能な視差量との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２６】
図１には、本発明の実施例１である立体撮像装置の構成を示している。１は立体撮像装置の本体であり、該本体１内に、左右２つの撮像カメラ部（撮像部）２と、図の右側にブロック図で示す電気回路とが収容されている。２つの撮像カメラ部２は、本体１内に設けられた基線長変更機構３によって、水平方向（左右方向）に移動される。基線長変更機構３は、各撮像カメラ部２を左右方向にガイドするスライドレールと、各撮像カメラ部２を左右方向に移動させるアクチュエータとを含む。撮像カメラ部２の撮像レンズの光軸の間隔（撮像部間の基線長）を、以下、カメラ基線長という。また、以下の説明において、撮像レンズの光軸を、レンズ光軸という。
【００２７】
基線長変更機構３は、撮像装置全体の制御を司るＣＰＵ１５から指示を受けたカメラ基線長制御部１８によって駆動される。これにより、撮像パラメータの１つであるカメラ基線長を調整（変更）することができる。基線長変更機構３およびカメラ基線長制御部１８によって撮像パラメータ変更手段の１つである基線長変更手段が構成される。
【００２８】
図示はしないが、各撮像カメラ部２の撮像レンズ（撮像光学系）は、変倍レンズ、フォーカスレンズおよび絞りを含む。
【００２９】
４は撮像準備動作（オートフォーカスや測光）の開始や撮像開始を指示するために使用者（撮影者）によって操作されるシャッターボタン４である。シャッターボタン４が半押し操作されると、シャッターボタンスイッチ２０の第１のスイッチがオンし、第１のオン信号がＣＰＵ１５に入力され、撮像準備動作が開始される。また、シャッターボタン４が全押し操作されると、シャッターボタンスイッチ２０の第２のスイッチがオンし、第２のオン信号がＣＰＵ１５に入力され、撮像が開始される。
【００３０】
５は２つの撮像カメラ部２にズームレンズとして設けられた撮像レンズの焦点距離（以下、レンズ焦点距離ともいう）を変更して撮像画角を増減させるために使用者により操作されるズーム操作ボタンである。ズーム操作ボタン５が操作されると、ズーム操作部２１からその操作方向に応じたズーム操作信号が出力され、ＣＰＵ１５に入力される。ＣＰＵ１５は、ズーム操作信号に応じて、レンズ焦点距離制御部１９を介して撮像カメラ部２内のズーム駆動機構２５を制御し、撮像レンズのズーム駆動を行わせる。これにより、撮像パラメータの他の１つであるレンズ焦点距離を調整（変更）することができる。レンズ焦点距離制御部１９およびズーム駆動機構２５により撮像パラメータ変更手段の１つである焦点距離変更手段が構成される。
【００３１】
左右２つの撮像カメラ部２内の不図示の撮像素子（ＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサ）によって被写体像が光電変換されることで生成された電気信号（撮像信号）はそれぞれ、左映像信号処理部７および右映像信号処理部８に入力される。左映像信号処理部７および右映像信号処理部８はそれぞれ、入力された左右の撮像信号に対してホワイトバランス、階調補正、色補正等の各種映像処理を行い、撮影画像としての左眼および右眼用の視差画像（以下、左右の視差画像という）を生成する。
【００３２】
生成された左右の視差画像は、画像入力コントローラ９内のバッファメモリに記録される。画像入力コントローラ９はシステムバス１０に接続されており、左右の視差画像の画像データは画像圧縮処理部１２により画像圧縮され、所定のフォーマットに変換されて画像メモリ１４に蓄積される。
【００３３】
６は本体１の裏面に設けられたモニタ設置部であり、ここには撮像により得られた画像を表示するモニタ１３が設置される。モニタ１３は２Ｄ／３Ｄ表示の切替えが可能であり、左右の視差画像を３Ｄ表示したり、左右の撮像カメラ部２のうち一方の撮像により得られた撮影画像を２Ｄ表示したりすることができる。また、モニタ１３には、各種操作メニューが表示され、使用者はその表示を見ながら本体１の背面に配置された設定操作ボタン２２を操作することで各種設定を行うことができる。
【００３４】
画像入力コントローラ９から左右の視差画像が入力されたフォーカス・露出量検出部１１は、各撮像レンズ内の不図示のフォーカスレンズを移動させて、視差画像のうち撮像範囲内において予め設定されたフォーカシングエリアに含まれる部分のコントラストを評価する。そして、コントラストが最大になる位置にフォーカスレンズを移動させてピント合わせ（オートフォーカス）を行う。また、フォーカス・露出量検出部１１は、視差画像のうち撮像範囲内に予め設定された測光領域に含まれる部分の輝度（露出量）を検出する。
【００３５】
次に、２つの撮像カメラ部２の輻輳点距離の制御について説明する。輻輳点は、２つの撮像カメラ部２のレンズ光軸が交差する点であり、輻輳点距離は、撮像カメラ部２の撮像レンズ（より具体的には、例えば最も物体側のレンズ面）から輻輳点までの距離である。
【００３６】
本実施例では、撮像カメラ部２の撮像素子において実際の撮像が行われる範囲（以下、撮像面という）を、視差画像に対応する撮像面内での範囲（以下、切り出しエリアという）よりも広く設定しておく。そして、輻輳点距離の制御は、撮像面に対する切り出しエリアを変えて電子的に輻輳点を変更することにより行われる。輻輳点と撮像レンズ（例えば、最も物体側のレンズ面）の中心とを結んだ直線と撮像素子との交点を求め、その交点が撮影画像（切り出しエリア）の中心となるように画像切り出しを行うことで輻輳点を変更することができる。
【００３７】
図２（Ａ）には、輻輳点距離の制御を説明するために、左右の撮像カメラ部２の撮像レンズ３１，３２と撮像素子（撮像面）３３，３４とを上から見て示している。輻輳点がＰ２である場合、左右の撮像カメラ部２の撮影レンズ３１，３２の中心と輻輳点Ｐ２とを結んだ直線と撮像素子３３，３４との交点が撮影画像の中心になるように切り出しエリアを設定する。
【００３８】
図２（Ｂ）は左右の撮像カメラ部２の撮像素子３３，３４を正面から見た図を示しており、輻輳点がＰ２の場合は、左右の撮像カメラ部２間の中心寄りの切り出しエリア（実線で示す）３５，３６を設定する。また、輻輳点がＰ１の場合は、左右の撮像カメラ部２間の中心から遠ざかった切り出しエリア（点線で示す）３７，３８を設定する。これにより、撮像カメラ部２を機械的に回転させることなく輻輳点の変更、つまりは輻輳点距離の制御が可能になる。図１において、ＣＰＵ１５は、輻輳点距離制御部１７を通して撮像カメラ部２に対して撮像面内での切り出しエリアを指示することで、他の１つの撮像パラメータとしての輻輳点距離を変更することができる。撮像素子３３，３４および輻輳点距離制御部１７によって輻輳点変更手段が構成される。
【００３９】
次に、本実施例の立体撮像装置における撮像パラメータの調整方法について説明する。本実施例では、撮像範囲内の被写体のうち撮像カメラ部２の撮像レンズから最も近い被写体（最近被写体）までの距離である最近点距離Ｚ１と最も遠い被写体（最遠被写体）までの距離である最遠点距離Ｚ２とを計測する。そして、最近点距離Ｚ１の被写体が立体表示装置の許容視差範囲の観察者に近い側の限界値に対応する位置に表示され、最遠点距離Ｚ２の被写体が許容視差範囲の観察者から遠い側の限界値に対応する位置に表示されるように立体撮像装置の輻輳点距離を算出する。さらに、この輻輳点距離に基づき、カメラ基線長およびレンズ焦点距離のうち少なくとも一方を調整（変更）する。
【００４０】
図３（Ａ）には、本実施例での立体撮像における幾何学的関係を示す。また、図３（Ｂ）には、本実施例での立体表示（立体像を観察させるための視差画像の表示）における幾何学的関係を示す。
【００４１】
図３（Ａ）において、３１，３２は図２（Ａ）でも示した立体撮像装置の撮像レンズであり、３３，３４は撮像素子の撮像面である。撮像レンズ３１，３２の光軸間の間隔であるカメラ基線長を２Ｗｃとし、立体撮像装置の撮像範囲を図に示す格子状の矩形領域４５とするとき、撮像範囲の奥行き方向は最近点距離Ｚ１の位置から最遠点距離Ｚ２の位置までの範囲となる。また、図３（Ａ）において、各撮像レンズの焦点距離であるレンズ焦点距離をＦとする。
【００４２】
撮像手順としては、撮像範囲の最近点距離Ｚ１と最遠点距離Ｚ２とを計測し、それらを以下に説明する演算式に代入して、撮像レンズ３１，３２から輻輳点Ｐまでの距離である輻輳点距離Ｌｃを算出する。そして、この輻輳点距離Ｌｃが得られるように、つまりは両撮像レンズ３１，３２の輻輳点が輻輳点Ｐとなるように、撮像面３３，３４から撮影画像の切り出しエリアを決定する。
【００４３】
図３（Ｂ）において、５１は立体表示装置の表示画面である。表示画面５１とこれを観察する観察者の位置との間の距離である観察距離は、通常は表示画面５１の垂直方向の高さ（サイズ）の３倍（３Ｈ）に相当する距離に設定され、これを標準観察距離Ｌｓという。また、観察者の両眼５２の間隔である眼間距離を２Ｗｅ（標準６５ｍｍ）とする。
【００４４】
本実施例では、標準観察距離Ｌｓと前述した許容視差角とから許容視差範囲を求め、許容視差範囲における観察者（観察位置）に近い側の限界値に対応する位置をＺ１′とし、観察者（観察位置）から遠い側の限界値に対応する位置Ｚ２′を設定する。これらの位置Ｚ１′と位置Ｚ２′はそれぞれ、表示画面５１上での視差量（飛び出し側許容視差量）ｄ１と視差量（奥行き側許容視差量）ｄ２に対応するので、以下では、許容視差範囲を視差量ｄ１，ｄ２で表すことにする。
【００４５】
そして、本実施例では、立体撮像装置の撮像範囲内の最近点距離Ｚ１の被写体が立体表示装置における位置Ｚ１′に表示され、かつ最遠点距離Ｚ２の被写体が位置Ｚ２′に表示されるように立体撮像装置の撮像パラメータを決める。言い換えれば、撮像範囲の最近点距離Ｚ１と最遠点距離Ｚ２がそれぞれ、立体表示装置の許容視差範囲における飛び出し側許容視差量ｄ１と奥行き側許容視差量ｄ２に対応するよう撮像パラメータを決める。  この際、立体撮像装置の撮像範囲は、決定した撮像パラメータによって矩形から形状が変わるが、例えば立体表示装置により領域４６のように変形して立体再現される。立体再現された領域４６が矩形から変形している場合には、立体再現された空間の奥行き方向の歪みによって被写体の厚みが薄く見えたり逆に奥行き方向に引き伸ばされて立体感が強調されたりするように見える。しかし、何れの場合も領域４６が立体表示装置の許容視差範囲にぴったり入るように立体再現されるので、表示画像全体から立体像を融像して見ることができ、容易に立体視をすることができる。
【００４６】
次に、上記撮像パラメータ（輻輳点距離Ｌｃ，カメラ基線長２Ｗｃおよびレンズ焦点距離Ｆ）の決定方法について、引き続き図３（Ａ），（Ｂ）を参照しながら説明する。左右の撮影レンズ３１，３２から距離Ｚだけ離れた被写体を撮像したときに得られる左右の視差画像から撮像素子３３，３４の撮像面上での視差量が求められる。視差画像を立体表示装置の表示画面５１に表示したときには、撮像面の水平幅Ｗｆと表示画面５１の水平幅Ｗｓとの比でその視差量が拡大されて表示される。表示画面５１上での視差量ｄは、次式（１）で表される。
ｄ＝Ｗｓ／Ｗｆ・２Ｗｃ・Ｆ・（１／Ｚ−１／Ｌｃ）      …（１）
次に、撮像範囲の最近点距離Ｚ１と最遠点距離Ｚ２がそれぞれ、立体表示装置の許容視差範囲における飛び出し側許容視差量ｄ１と奥行き側許容視差量ｄ２に対応するという条件を式（１）に代入すると、以下の２つの連立式を作ることができる。
ｄ１＝Ｗｓ／Ｗｆ・２Ｗｃ・Ｆ・（１／Ｚ１−１／Ｌｃ）
ｄ２＝Ｗｓ／Ｗｆ・２Ｗｃ・Ｆ・（１／Ｚ２−１／Ｌｃ）
これらの連立式から撮像パラメータの１つである輻輳点距離Ｌｃを求めると、次式（２）のように表される。
Ｌｃ＝（ｄ２−ｄ１）／（ｄ２／Ｚ１−ｄ１／Ｚ２）  …（２）
この輻輳点距離Ｌｃは、他の撮像パラメータに関係なく、撮像範囲の最近点距離Ｚ１および最遠点距離Ｚ２と、許容視差範囲の飛び出し側許容視差量ｄ１および奥行き側許容視差量ｄ２とから決定される。
【００４７】
他の撮像パラメータであるカメラ基線長２Ｗｃとレンズ焦点距離Ｆについては、式（１）に式（２）で求めた輻輳点距離Ｌｃと、最近点距離Ｚ１および飛び出し側許容視差量ｄ１とを代入することで、それらの積が次式（３）のように求められる。
２Ｗｃ・Ｆ＝Ｗｆ／Ｗｓ・ｄ１／（１／Ｚ１−１／Ｌｃ）    …（３）
式（３）のうちＷｆ／Ｗｓの項は、撮像面の水平幅Ｗｆと表示画面５１の水平幅Ｗｓとの比であり既定値であるため、カメラ基線長２Ｗｃとレンズ焦点距離Ｆの積２Ｗｃ・Ｆの値は一定の値として求められる。その積２Ｗｃ・Ｆが一定になるような関係を保ちつつ、カメラ基線長２Ｗｃとレンズ焦点距離Ｆの値を変化させることができる。すなわち、カメラ基線長２Ｗｃとレンズ焦点距離Ｆのどちらか一方の撮像パラメータの値を決めれば、他方の撮像パラメータの値は一意に求まる。
【００４８】
例えば撮像レンズ３１，３２のズーム状態を調整してから撮像構図を決めて撮像を行う場合は、使用者は、まずズーム操作ボタン５を操作して撮像レンズ３１，３２をズーム駆動しながら撮像画角を調整し、最終的なレンズ焦点距離Ｆを決める。次に、使用者の操作に応じて立体撮像装置（ＣＰＵ１５）は、撮像範囲内の各被写体までの距離を計測し、その中から最近点距離Ｚ１と最遠点距離Ｚ２を選択する。そして、これら最近点距離Ｚ１および最遠点距離Ｚ２と、立体撮像装置に設定記憶された許容視差範囲の許容視差量ｄ１，ｄ２の値とを用いて、輻輳点距離Ｌｃを式（２）を用いて算出する。また、カメラ基線長２Ｗｃとレンズ焦点距離Ｆの積２Ｗｃ・Ｆの値も式（３）を用いて算出する。レンズ焦点距離Ｆは既に決定しているので、積２Ｗｃ・Ｆの値を決定しているレンズ焦点距離Ｆの値で除してカメラ基線長２Ｗｃを算出する。
【００４９】
ＣＰＵ１５は、使用者によって選択（設定）されたレンズ焦点距離（他方の撮像パラメータの値）Ｆにおいて、上述したようにして得られた輻輳点距離Ｌｃおよびカメラ基線長（一方の撮像パラメータの値）２Ｗｃになるように撮像カメラ部２を自動設定する。この後、使用者がシャッターボタン４を操作することで、左右の視差画像の撮像が行われる。
【００５０】
図４のフローチャートを用いて、本実施例における立体撮像処理（立体撮像装置の制御方法）について説明する。コンピュータとしてのＣＰＵ１５が、コンピュータプログラムである制御プログラムに従って本立体撮像処理を実行する。
【００５１】
ステップＳ１０１では、使用者がズーム操作ボタン５を操作してズーム状態を調整しながら撮像構図を決める。ＣＰＵ１５は、ズーム操作ボタン５の操作に応じてレンズ焦点距離制御部１９に制御信号を送り、左右の撮像カメラ部２の撮像レンズの焦点距離をレンズ焦点距離Ｆになるように制御する。
【００５２】
次に、ステップＳ１０２では、ＣＰＵ１５は、レンズ焦点距離Ｆの値を読み込み、ＣＰＵ１５の内部メモリに記憶する。
【００５３】
次に、ステップＳ１０３では、距離取得手段としてのＣＰＵ１５は、撮像範囲内の各被写体までの距離を計測し、その中から最近点距離Ｚ１と最遠点距離Ｚ２を求める。ここで、最近点距離Ｚ１と最遠点距離Ｚ２を計測する方法として、撮像により得られた左右の視差画像を用いて画像処理技術により計測する視差マップ法がある。
【００５４】
視差マップ法では、左右の視差画像のうち一方の視差画像における１つの画素（注目画素）を中心とした所定画素数の矩形状の探索ウインドウを設ける。また、他方の視差画像における注目画素に対応する画素の周辺でその探索ウインドウを水平方向に移動させ、画素の濃度値の相関の高い画素を探索することにより、注目画素に対応する画素（対応画素）の位置を決定する。次に、一方の視差画像における注目画素の位置と他方の視差画像における対応画素の位置との差から、一方の視差画像における注目画素の位置での他方の視差画像との視差量を算出する。そして、一方の視差画像の全画素について同様にして他方の視差画像との視差量を算出することで、視差マップを作成する。その視差マップ上で、視差量の最大値と最小値を検出し、その視差量を被写体距離に換算することにより、最近点距離Ｚ１と最遠点距離Ｚ２を取得する。視差マップを求める演算をＣＰＵ１５が行い、該演算による計測結果としての最近点距離Ｚ１と最遠点距離Ｚ２を内部メモリに記憶する。
【００５５】
このような視差マップ法ではなく、以下に説明するように被写体距離を計測する測距機能（測距手段）を用いて最近点距離Ｚ１と最遠点距離Ｚ２を直接計測してもよい。測距機能を実現するためには、撮像画面内に測距エリア（フォーカシングエリア）を設ける。使用者は、最も近い被写体と最も遠い被写体を順次選択してそれぞれに測距エリアを合わせて立体撮像装置にオートフォーカスを行わせる。ＣＰＵ１５は、各被写体に合焦した状態での撮像レンズにおける変倍レンズやフォーカスレンズの位置から該被写体までの距離（最近点距離Ｚ１および最遠点距離Ｚ２）を算出する。被写体に測距エリアを合わせた状態で設定入力ボタン２２を操作するごとに立体撮像装置が測距を行い、その結果である被写体距離を入力できるようにしてもよい。また、モニタ１３をタッチパネルモニタとし、使用者が最も近い被写体と最も遠い被写体をモニタ画面上でタッチすることで測距エリアがそこに設定され、最近点距離Ｚ１と最遠点距離Ｚ２が計測および入力されるようにしてもよい。
【００５６】
次に、ステップＳ１０４では、ＣＰＵ１５は、既に入力されて内部メモリに記憶されている立体表示装置の許容視差範囲の飛び出し側許容視差量ｄ１および奥行き側許容視差量ｄ２のデータを読み出す。これら飛び出し側許容視差量ｄ１および奥行き側許容視差量ｄ２を一度読み出して許容視差量データとして設定すれば、その後は常にそのデータに基づいた撮像条件で撮像が行われる。
【００５７】
立体撮像装置への飛び出し側および奥行き側許容視差量ｄ１，ｄ２の設定は、使用者が立体表示装置の表示画面のサイズまたは標準観察距離Ｌｓをモニタ１３に表示された入力メニューを見ながら設定操作ボタン２２を操作し入力することで行えるようにするとよい。様々な立体表示装置のサイズを前もって登録しておき、モニタ１３に表示されたそれらサイズの中から設定操作ボタン２２の操作により又はタッチパネル方式で使用者が選択するようにしてもよい。表示画面のサイズや標準観察距離は観察情報に相当し、設定操作ボタン２２やモニタ１３は観察情報取得手段および許容視差量設定手段に相当する。
【００５８】
また、許容視差範囲は、許容視差角に基づいて算出される。このため、立体表示装置の表示画面に対して許容視差範囲における観察者に近い側の限界値に対応する位置を観察者に近づけるか遠ざけるか（つまりは立体像の飛び出しを強調するか抑制するか）はある程度、変更可能である。そこで、表示画面に対して飛び出しを強調する許容視差範囲の位置と飛び出しを抑制する許容視差範囲の位置とを設定操作ボタン２２の操作によって選択できるようにしてもよい。
【００５９】
次に、ステップＳ１０５では、輻輳点距離演算手段としてのＣＰＵ１５は、輻輳点距離Ｌｃを、最近点距離Ｚ１および最遠点距離Ｚ２と、飛び出し側許容視差量ｄ１および奥行き側許容視差量ｄ２とを用いて、式（２）により算出する。
【００６０】
また、ステップＳ１０６では、撮像パラメータ演算手段としてのＣＰＵ１５は、カメラ基線長２Ｗｃとレンズ焦点距離Ｆの積２Ｗｃ・Ｆの値を式（３）により算出する。
【００６１】
さらに、ステップＳ１０７では、ＣＰＵ１５は、積２Ｗｃ・Ｆの値が一定という条件に基づいて、２Ｗｃ・Ｆの値をステップＳ１０２で決定したレンズ焦点距離Ｆで除してカメラ基線長２Ｗｃを算出する。
【００６２】
次に、ステップＳ１０８では、制御手段としてのＣＰＵ１５は、撮像条件が、算出した輻輳点距離Ｌｃとカメラ基線長２Ｗｃの値を満足するように輻輳点とカメラ基線長を制御する。具体的には、ＣＰＵ１５は、算出した輻輳点距離Ｌｃに基づいて輻輳点距離制御部１７に制御信号を送り、輻輳点が該輻輳点距離Ｌｃに対応する位置になるように撮影画像の切り出し位置（切り出しエリア）を制御する。また、ＣＰＵ１５は、算出したカメラ基線長２Ｗｃに基づいてカメラ基線長制御部１８に制御信号を送り、基線長変更機構を介して左右の撮像カメラ部２の間隔がカメラ基線長２Ｗｃになるように制御する。
【００６３】
次に、ステップＳ１０９では、ＣＰＵ１５は、使用者がシャッターボタン４を半押し操作することに応じてオートフォーカスを行い、撮像範囲内の主被写体に対してピント合わせを行う。また、ＣＰＵ１５は、測光も行い、撮像カメラ部２内の絞りを制御する。
【００６４】
そして、ステップＳ１１０では、ＣＰＵ１５は、使用者がシャッターボタン４を全押し操作することに応じて左右の撮像カメラ部２に視差画像の撮像を行わせ、得られた視差画像を画像メモリ１４に記録する。
【００６５】
以上説明した撮像手順は、まずズーム状態を調整してから、すなわち撮像パラメータのうちレンズ焦点距離Ｆを先に決めてから、輻輳点距離Ｌｃを演算し、その後に適切なカメラ基線長２Ｗｃを求めて撮像する手順である。これに対して、カメラ基線長２Ｗｃとレンズ焦点距離Ｆの積２Ｗｃ・Ｆの値が一定の値であるという条件の下、まずカメラ基線長２Ｗｃを先に決めて、輻輳点距離Ｌｃを演算した後に、適切なレンズ焦点距離Ｆを求めて撮像を行うようにしてもよい。この際、レンズ焦点距離Ｆが短くなると撮像範囲が広がり、撮像画面の周辺部で当初のレンズ焦点距離Ｆに基づいて決めた最近点距離Ｚ１と最遠点距離Ｚ２を超えた奥行きが得られ、立体表示装置の許容視差範囲を超える可能性がある。しかし、その奥行きが表示されるのは立体表示装置の表示画面の周辺部であるので、観察者の融像への影響はあまりなく、問題にはならない。
【００６６】
また、実際の立体撮像装置におけるカメラ基線長やレンズ焦点距離の調整可能範囲には設計仕様上の制限がある。カメラ基線長は、撮像カメラ部を平行に並べたときにはレンズの直径より短くすることができない。また、カメラ基線長を長くしようとしても立体撮像装置の大きさの制限によりその上限が決まってくる。また、レンズ焦点距離の広角端から望遠端までの範囲も、設計仕様で調整可能範囲が決まっている。このため、カメラ基線長２Ｗｃとレンズ焦点距離Ｆの積２Ｗｃ・Ｆの値が一定である場合に、これらのうち先に決められた一方の撮像パラメータに対して他方の撮像パラメータが調整可能範囲を超えてしまう場合がある。このような場合は、モニタ１３に撮像パラメータが調整可能範囲外であることを示す警告を表示するか、一方の撮像パラメータの推奨値を表示して調整をやり直すように指示してもよい。
【００６７】
本実施例では、撮像範囲における最近点距離Ｚ１および最遠点距離Ｚ２の被写体の立体表示装置上での表示視差量がそれぞれ、該立体表示装置の飛び出し側および奥行き側許容視差量に一致するように、使用者が設定した以外の撮像パラメータが自動的に設定される。言い換えれば、撮像範囲内の最近被写体と最遠被写体がそれぞれ、立体表示装置の許容視差範囲の観察者に近い側および観察者から遠い側の限界値に対応する位置に立体再現されるように撮像パラメータ（輻輳点距離と基線長および焦点距離のうち一方）が算出される。このため、使用者による撮像パラメータ調整の負担を軽減しつつ、観察者が融像し易い良好な視差画像を取得可能な立体撮像装置を実現することができる。
【００６８】
なお、本実施例（および後述する実施例２）において、許容視差範囲における観察者に近い側および観察者から遠い側の限界値（つまりは飛び出し側および奥行き側許容視差量）をそれぞれ単一の値ではなく、所定の幅を有する値として設定してもよい。この場合、該限界値または許容視差量に一致するとは、限界値または許容視差量として設定された所定の幅内に入るという意味である。
【実施例２】
【００６９】
次に、本発明の実施例２である立体撮像装置について説明する。本実施例では、撮像範囲における最近点距離Ｚ１のみを計測し、最遠点距離Ｚ２を計測せずに最遠点距離を常に無限遠距離として設定する。そして、最近点距離Ｚ１の被写体が立体表示装置の許容視差範囲における観察者に近い側の限界値に対応する位置に表示され、無限遠の被写体が許容視差範囲の観察者から遠い側の限界値に対応する位置に表示されるように立体撮像装置の輻輳点距離を算出する。
【００７０】
図５（Ａ）には、本実施例での立体撮像における幾何学的関係を示す。また、図５（Ｂ）には、本実施例での立体表示における幾何学的関係を示す。
【００７１】
図５（Ａ）において、撮像範囲４５の奥行きが最近点距離Ｚ１と最遠点距離Ｚ２とを両端とする範囲であっても、無限遠の被写体が撮像されていると仮定する。図５（Ｂ）において、５１は立体表示装置の表示画面である。本実施例では、最近点距離Ｚ１の被写体が、立体表示装置の許容視差範囲の観察者に近い側の限界値に対応する位置Ｚ１′（飛び出し側許容視差量ｄ１に対応する位置）に表示されるようにする。また、仮定した無限遠の被写体が、許容視差範囲の観察者から遠い側の限界値に対応する位置Ｚ２′（奥行き側許容視差量ｄ２に対応する位置）に表示されるようにする。このとき、立体撮像装置の格子状の矩形の撮像範囲４５は、図５（Ｂ）に示す領域４７のように立体再現され、撮像範囲４５における最遠点距離Ｚ２の被写体は、同図に示すように許容視差範囲内の対応する奥行き位置Ｚ３′に表示される。
【００７２】
このように撮像範囲に無限遠の点が入っていると仮定し、該無限遠の点を常に許容視差範囲の観察者から遠い側の限界値に対応する位置Ｚ２′に表示すると、以下のような効果がある。撮像シーンが最近点距離Ｚ１から最遠点距離Ｚ２までの有限範囲である場合は、最遠点距離Ｚ２の被写体は許容視差範囲の観察者に近い側の限界値に対応する位置Ｚ１′から観察者から遠い側の限界値に対応する位置Ｚ２′との間で、その距離に応じた位置に表示される。すなわち、撮像範囲の奥行きが狭い撮像シーンでは、最遠点距離Ｚ２の被写体は、無理に許容視差範囲の限界値に対応する位置Ｚ２′に表示されず、撮像範囲の奥行きに応じた位置に表示される。このため、奥行きが異なる種々の撮像シーンを立体表示する場合に、それぞれの撮像シーンの奥行きに応じた奥行きで表示されるので、奥行き感に違和感が少なくなる。
【００７３】
以下、本実施例における撮像パラメータの１つである輻輳点距離Ｌｃの算出方法と、他の撮像パラメータであるカメラ基線長２Ｗｃおよびレンズ焦点距離Ｆの決定方法について説明する。
【００７４】
本実施例の輻輳点距離Ｌｃの算出方法は、実施例１で示した式（２）において撮像範囲の最遠点距離Ｚ２が無限大になった場合に相当する。このため、輻輳点距離Ｌｃは次式（４）により求められる。
Ｌｃ＝（ｄ２−ｄ１）／ｄ２・Ｚ１    …（４）
この輻輳点距離Ｌｃは、他の撮影パラメータに関係なく、撮像範囲の最近点距離Ｚ１と許容視差範囲の許容視差量ｄ１，ｄ２のみで決定される。
【００７５】
カメラ基線長２Ｗｃとレンズ焦点距離Ｆについては、実施例１に示した式（１）に、式（４）で求めた輻輳点距離Ｌｃと、最近点距離Ｚ１および飛び出し側許容視差量ｄ１とを代入することにより、実施例１に示した式（３）と同様に求められる。
【００７６】
実施例１と同様に、カメラ基線長２Ｗｃとレンズ焦点距離Ｆとの積２Ｗｃ・Ｆの値は一定の値となる。つまり、積２Ｗｃ・Ｆが一定になるような関係を保ちつつ、カメラ基線長２Ｗｃとレンズ焦点距離Ｆの値を変化させることができる。このため、カメラ基線長２Ｗｃとレンズ焦点距離Ｆのどちらか一方の値を決めれば、他方の値は一意に求まる。
【００７７】
図６のフローチャートを用いて、本実施例における立体撮像処理（立体撮像装置の制御方法）について説明する。本実施例でも、コンピュータとしてのＣＰＵ１５が、コンピュータプログラムである制御プログラムに従って本立体撮像処理を実行する。また、本実施例でも、実施例１と同様に、最初にズーム状態を調整して撮像構図を決めてから撮像を行う場合について説明する。
【００７８】
ステップＳ２０１およびステップＳ２０２は、実施例１（図４）に示したステップＳ１０１およびステップＳ１０２と同じである。
【００７９】
ステップＳ２０３では、ＣＰＵ１５は、撮像範囲内の被写体の最近点距離Ｚ１を取得する。実施例１では、最遠点距離Ｚ２も計測したが、本実施例では計測しない。最近点距離Ｚ１を計測する方法は、実施例１で説明した視差マップ法や測距機能を用いる方法のいずれを用いてもよい。
【００８０】
ステップＳ２０４は、実施例１のステップＳ１０４と同じである。
【００８１】
ステップＳ２０５では、ＣＰＵ１５は、輻輳点距離Ｌｃを、最近点距離Ｚ１と許容視差量ｄ１，ｄ２の値を用いて、式（４）により算出する。
【００８２】
そして、ステップＳ２０６では、ＣＰＵ１５は、カメラ基線長２Ｗｃとレンズ焦点距離Ｆの積２Ｗｃ・Ｆの値を、ステップＳ２０５で求めた輻輳点距離Ｌｃを用いて、式（３）により算出する。
【００８３】
以降のステップＳ２０７〜ステップＳ２１０は、実施例１のステップＳ１０７〜ステップＳ１１０と同じである。
【００８４】
本実施例では、撮像範囲の最近点距離Ｚ１を測定するだけで、実施例１と同様に適切な撮像パラメータが自動的に求められ、様々な撮像シーンにおける撮像範囲の奥行きに応じた奥行きで立体表示がなされる。このため、奥行き感に違和感が少ない視差画像を撮像することができる。
【００８５】
上述した実施例１，２では、２つの撮像カメラ部２が設けられた１つの立体撮像装置について説明した。これに対して、それぞれレンズ焦点距離が可変である互いに独立した２つの撮像装置（撮像部）を、これらの間隔（カメラ基線長）を変更する基線長可変機構と各撮像装置を回転させてこれらの輻輳角を変更する回転機構からなる立体撮像用雲台に搭載してもよい。この場合でも、実施例１，２で説明した立体撮像シーケンスによる立体撮像が可能である。
【００８６】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
良好な立体像の表示が可能な視差画像を取得できる立体撮像装置を提供できる。
【符号の説明】
【００８８】
１  立体撮像装置
２  撮像カメラ部
１５  ＣＰＵ
５１  （立体表示装置の）表示画面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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