(57)【要約】【課題】両眼立体視のための立体映像を撮影するのに好適な立体映像撮像装置を得ること【解決手段】複数の撮像手段と、前記複数の撮像手段に各々被写体の視差画像を形成する変倍機能を有する複数の光学系と、前記複数の光学系の被写体に対する交差角度を変更する変更手段と、前記変更手段による交差角度と該複数の光学系の焦点距離とを用いて無限遠にあると仮定する被写体の結像位置を演算する演算手段と、前記演算手段による演算結果に基づき前記変更手段による複数の光学系の交差角度の許容する角度範囲を決定する決定手段と、前記変更手段が前記許容される角度範囲を超えて動作することを禁止する禁止手段とを有していることを特徴とする立体映像撮像装置【選択図】        図１
2004208211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の撮像手段と、前記複数の撮像手段に各々被写体の視差画像を形成する変倍機能を有する複数の光学系と、前記複数の光学系の被写体に対する交差角度を変更する変更手段と、前記変更手段による交差角度と該複数の光学系の焦点距離とを用いて無限遠にあると仮定する被写体の結像位置を演算する演算手段と、前記演算手段による演算結果に基づき前記変更手段による複数の光学系の交差角度の許容する角度範囲を決定する決定手段と、前記変更手段が前記許容される角度範囲を超えて動作することを禁止する禁止手段とを有していることを特徴とする立体映像撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は両眼立体視のための立体映像を撮影するのに好適な立体映像撮像装置に関する
【０００２】
【従来の技術】
従来より、両眼立体視のための立体映像（ステレオ画像、視差画像）を撮影する装置として、2つの光学系を用いて被写体を撮像する立体映像撮像装置が種々と提案されている。これら立体映像撮像装置には２つの光学系の光軸が空間の一点で交差するように構成されたものがあり、その交差角度を変更することにより主たる被写体の結像位置が略一致するように構成し、これによって得た立体画像を用いて立体映像を観察する時に観察装置の表示面上に主たる被写体の奥行き位置が認識されるように撮像可能になっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の立体映像撮像装置を用いて撮像した立体映像は主たる被写体を観察するときには適するものの、主たる被写体が近距離にあり、背景の被写体までの距離との差が大きいとき、また、観察時の拡大倍率が大きいときなどには図２に示すように背景の被写体B,Cの結像位置が主たる被写体Aから大きく離れていくことになる。
【０００４】
観察者がステレオ画像から両眼立体視により立体を認識するときには異なる水平位置に提示された左右眼それぞれの映像（視差画像）の網膜上の結像位置が一致するように眼球を内転させる。この機能を輻輳とよんでいる。無限遠に存在する物体を見るときにはこの輻輳による両眼の視線はほぼ平行状態（輻輳角度０度）となる。現実には輻輳角度がもっとも開いた状態の被写体が存在し、視差画像が観察者の瞳孔間距離よりも離れてしまい平行よりも眼球を外転、すなわち開散しなければ立体視できない場合がある、このとき映像は融像することができないか、もしくは非常に見づらい映像となる。図２に示した例では被写体「A」の文字はちょうどディスプレイDS上で一致して見えるため立体としての距離感もディスプレイ上に感じられる。被写体「B」の文字は平行からやや輻輳した状態で観察されるのでほぼ無限遠に位置する物体としての距離感で認識される。観察者の瞳孔間距離DLよりも視差画像が離れてしまっている被写体「C」の文字は開散しないと融像できないため二重像としてしか認識されない。
【０００５】
このように従来の立体映像撮像装置では例えば主被写体が比較的近方にある場合、この主被写体に光軸交差角度を設定している為、観察者の両眼の視線が平行よりも広がってしまう、すなわち開散の状態になってしまい、両眼で一つの画像として認識することができない、すなわち融像できない映像を撮影してしまうことがあった。この現象を回避するためには、撮影者はステレオ画像の見え具合などを確認することによって光軸交差角度を適切に設定する必要があった。
【０００６】
本発明は、立体画像の観察時に、画面全体にわたり視差画像が観察眼の開散を防ぐことができ、画面全体にわたり立体画像を良好に観察することができる立体画像を撮影することができる立体映像撮像装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、２つ（２以上であっても良い。）のカメラ（撮影光学系）の光軸の交差角度を変更する変更手段、すなわち光軸輻輳の変更手段による輻輳角度とズーム機能（変倍機能）を有する光学系の焦点距離に基づき無限遠にあると仮定する被写体の結像位置を演算する演算手段と、前記演算結果に基づき前記変更手段で変更する輻輳を許容する角度範囲を決定する決定手段と、前記変更手段が光学系の光軸輻輳角度が前記輻輳許容範囲を超えて輻輳動作するのを禁止する禁止手段とを用いることにより被写体の存在する奥行き全域において良好な立体視ができる立体映像（視差画像）を撮影している。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態１の要部概略である。図1において１は主たる被写体、２は主たる被写体１よりも遠方に位置する遠方被写体、３は無限遠に位置する架空の無限遠被写体である。以下被写体１、２、３を被写体OBと総称する。４１は被写体OBから右目用の画像（視差画像）を撮影する右カメラ、４２は左目用の画像（視差画像）を撮影する左カメラ、４１１は右カメラ４１に内蔵され被写体OBの映像を後述する右撮像素子に結像する右光学系（撮影光学系）、４２１は左カメラ４２に内蔵され被写体OBの映像を後述する左撮像素子に結像する左光学系（撮影光学系）、４１２は右光学系４１１により結像した被写体OBの映像を電気信号に変換する右撮像素子、４２２は左光学系４２１により結像した被写体OBの映像を電気信号に変換する左撮像素子、４１３は右カメラ４１の光軸を輻輳させるときの輻輳中心である右カメラ輻輳中心、４２３は左カメラ４２の光軸を輻輳させるときの輻輳中心である左カメラ輻輳中心、４１４は右カメラ輻輳中心４１３を中心にして右カメラ４１を内転もしくは外転させるためのステッピングモーターである右カメラ輻輳モーター、４２４は左カメラ輻輳中心４２３を中心にして左カメラ４２を内転もしくは外転させるためのステッピングモーターである左カメラ輻輳モーター、４１５は右光学系４１１の焦点距離を変更するズーム用ステッピングモーターである右カメラズームモーター、４２５は左光学系４２１の焦点距離を変更するズーム用ステッピングモーターである左カメラズームモーター、４１６は右カメラ輻輳モーター４１４を駆動する右カメラ輻輳モーター駆動回路、４２６は左カメラ輻輳モーター４２４を駆動する左カメラ輻輳モーター駆動回路、４１７は右カメラズームモーター４１５を駆動するための右ズームモーター駆動回路、４２７は左カメラズームモーター４２５を駆動するための左ズームモーター駆動回路、５は右撮像素子４１２と左撮像素子４２２から得た映像電気信号をビデオテープに記録するVTR、６は右カメラ４１と左カメラ４２の中心に位置し、主たる被写体１までの距離を測定する測距装置、７は左右の光学系４２１、４１１の焦点距離を変更するためのスイッチであるズームスイッチ、８は上記各装置を制御するマイコンで、例えば光軸輻輳の変更手段による輻輳角度とズーム機能（変倍機能）を有する光学系の焦点距離に基づき無限遠にあると仮定する被写体の結像位置を演算する演算手段と、前記演算結果に基づき前記変更手段で変更する輻輳を許容する角度範囲を決定する決定手段と、前記変更手段が光学系の光軸輻輳角度が前記輻輳許容範囲を超えて輻輳動作するのを禁止する禁止手段とを有している。９は観察時の画面サイズを設定する入力手段である観察条件入力スイッチ（スイッチ）、１０は右カメラ４１および左カメラ４２の光軸交差角度である。
【０００９】
図３は図１のマイコン８が処理を行なうフローチャートである、ステップ１０１で処理が開始されるとまずステップ１０２で撮影光学系の焦点距離情報を初期化し、ステップ１０３でズームスイッチ７からのズーム情報を取得する、ステップ１０４でズーム情報を元に光学系４１１、４２１の焦点距離情報を変更しズームモーター４１５、４２５を駆動して焦点距離を変更する。次にステップ１０５で演算手段で測距情報を測距装置６の出力から取得し、ステップ１０６でカメラ４１、４２の輻輳角度（回転角度）を演算する。ステップ１０７でマイコン８にあらかじめ入力しておいた観察条件情報とカメラ輻輳角度の演算結果から無限遠被写体の観察時の水平提示距離を演算し、ステップ１０８で提示距離が標準瞳孔間距離である63mmよりも大きいかどうか比較する。提示距離が６３ｍｍよりも大きい場合はステップ１０９で提示距離が６３ｍｍになるようにカメラ輻輳角度（カメラ回転角度）を再演算する。提示距離が６３ｍｍよりも小さい場合はステップ１１０でカメラ回転角度を決定し、ステップ１１１で輻輳角度演算結果に基づいてカメラ４１、４２を輻輳駆動（回転）させる。
【００１０】
そしてステップ１１２で撮影を行い、ステップ１１３で処理を終了する。
【００１１】
本実施形態において撮像された2点間の観察時距離は撮像光学系４１１、４２１の焦点距離、撮像素子４１２、４２２のイメージサイズ、再生機器の画面サイズそして観察距離等から求めることができる。本実施形態例で用いた撮像光学系４１１、４２１の焦点距離は3.5−35mm、撮像素子４１２、４２２のイメージサイズ（画面サイズ）は1/4(0.25)インチ、再生機器の画面サイズは39インチである。撮影者はあらかじめこの観察時の画面サイズを観察条件としてスイッチ９を用いてマイコン8に入力する。主たる被写体１に中心を向けて撮影する場合、測距装置６によりカメラ４１、４２から主たる被写体1までの距離Lが測定されマイコン８に送られる。マイコン8内の演算手段はこの測距結果から主たる被写体１に対して右カメラ４１と左カメラ４２の光軸交差距離が合致するようにするための輻輳の必要量を算出する。このときマイコン８は左右カメラ４１、４２の焦点距離情報と観察時の倍率情報から無限遠被写体３が観察時に提示されるときの水平方向の提示距離を算出し平均的な観察者の左右瞳孔間の距離である６３ｍｍと比較を行なう。主たる被写体１に左右カメラ４１、４２の光軸４１ａ，４２ａを向けた場合の光軸交差角度を２θとすると各カメラ４１、４２の内転角度すなわち輻輳角度はそれぞれθとなる。左右カメラ４１、４２の輻輳中心４１３および４２３の水平距離は６３mm（観察者の平均値な眼幅）に設定しているため、カメラ４１、４２から主たる被写体１までの距離がLであるとすると輻輳角度θは以下の式から求められる。
【００１２】
【数１】
2004208211.tif 000003
【００１３】
この時、前述した観察条件において、撮影光学系４１１、４２１の焦点距離fにおける無限遠被写体３のステレオ画像上の水平方向提示距離Ｄは以下の式から求めることができる。即ち表示系の画面サイズ：３９インチ撮像素子のイメージサイズ：０．２５インチであるから、
【００１４】
【数２】
2004208211.tif 000004
【００１５】
となる。マイコン８内の禁止手段はこの無限遠被写体３の提示距離Dが標準瞳孔間距離６３ｍｍよりも短い場合にはカメラ輻輳モーター駆動回路４１６および４２６を駆動して左右カメラ４１および４２を等分に輻輳させ、６３ｍｍよりも長いときにはマイコン８はその角度まで輻輳させることを禁止し無限遠被写体３の提示距離が６３ｍｍになるときの左右カメラ４１および４２の輻輳角度を算出し相当する角度になるよう変更手段としてのカメラ輻輳モーター駆動回路４１６および４２６によって左右カメラ輻輳モーター４１４および４２４を駆動する。
【００１６】
前述の水平方向提示距離Ｄの式から焦点距離fにおいて水平提示距離Ｄが６３ｍｍとなるための輻輳角度θはマイコン８内の決定手段により下記の式から求めることができる。
【００１７】
【数３】
2004208211.tif 000005
【００１８】
また、ズームスイッチ７により撮影光学系４１１、４２１の焦点距離の変更の入力があった場合はマイコン８は左右ズームモーター駆動回路４１６、４２６により左右ズームモーター４１５、４２５を等分に駆動し左右カメラ４１、４２の撮影光学系４１１、４２１の焦点距離を等しく変更する。このときマイコン８は焦点距離の変更によって生じた倍率変化から観察倍率の変化を算出し、その結果、無限遠被写体3の左右撮像素子４１２、４２２から得られる視差画像の観察時の水平提示距離を再計算する。  この無限遠被写体３の視差画像観察時の水平提示距離が６３ｍｍよりも長いときにはマイコン８内の演算手段は無限遠被写体３の提示距離が６３ｍｍになるときの左右カメラ４１および４２の輻輳角度を算出し、相当する角度になるよう変更手段としてのカメラ輻輳モーター駆動回路４１６および４２６によって左右カメラ輻輳モーター４１４および４２４を駆動する。
【００１９】
以上のように駆動する本実施形態の立体映像撮像装置で撮影したステレオ画像は図４のようになり、全ての距離における被写体に対し即ち画面全体にわたり良好な立体視が可能な視差画像（立体画像）を得ることができる。
【００２０】
以上のように各実施形態によれば、マイコンにより撮影時の画面サイズを考慮して無限遠被写体の水平提示位置を演算し、カメラの輻輳角度を制御することで観察時の視差画像が観察眼の開散を防ぐようなステレオ画像を撮影することができる。
【００２１】
また、撮影系がズームによって変化した焦点距離とそれに伴う再生時の画面サイズ変化に応じてカメラの輻輳角度を制御することで観察時の視差画像が観察眼の開散を防ぐようなステレオ画像を撮影することができる。
【００２２】
また、主たる被写体までの距離に応じて自動的にカメラの輻輳角度を変更することが可能である構成においても観察時の視差画像が観察眼の開散を防ぐようなステレオ画像を撮影することができる。
【００２３】
（実施様態１）
複数の撮像手段と、前記複数の撮像手段に各々被写体の視差画像を形成する変倍機能を有する複数の光学系と、前記複数の光学系の被写体に対する交差角度を変更する変更手段と、前記変更手段による交差角度と該複数の光学系の焦点距離とを用いて無限遠にあると仮定する被写体の結像位置を演算する演算手段と、前記演算手段による演算結果に基づき前記変更手段による複数の光学系の交差角度の許容する角度範囲を決定する決定手段と、前記変更手段が前記許容される角度範囲を超えて動作することを禁止する禁止手段とを有していることを特徴とする立体映像撮像装置。
【００２４】
（実施様態２）
前記複数の撮像手段で得た複数の視差画像を観察するときの画面サイズを入力する入力手段を有し、前記決定手段は、該入力手段からの入力信号を用いて前記複数の光学系の交差角度の許容する角度範囲を決定していることを特徴とする実施様態１の立体映像撮像装置。
【００２５】
（実施様態３）
前記変更手段は、前記複数の光学系の焦点距離を同時かつ等価に変更可能にしており、前記演算手段は前記変更手段により変更された前記複数の光学系の任意の焦点距離において無限遠被写体の結像位置を演算することを特徴とする実施様態1又は２に記載の立体映像撮像装置。
【００２６】
（実施様態４）
前期被写体のうち主たる被写体までの距離を測定する測距手段と、前記決定手段は前期測距手段の測距結果に基づき前記複数の光学系の光軸交差距離が等しくなるように交差角度を決定しており、前記決定手段の結果に基づき前記変更手段を駆動する駆動手段とを備えていることを特徴とする実施様態１または２記載の立体映像撮像装置。
【００２７】
（実施様態５）
前記演算手段は前記観察条件に応じて設定変更可能な結像位置係数入力手段を備えることを特徴とする実施様態１から３記載の立体映像撮像装置。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、立体画像の観察時に、画面全体にわたり視差画像が観察眼の開散を防ぐことができ、画面全体にわたり立体画像を良好に観察することができる立体画像を撮影することができる立体映像撮像装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を１の要部概略図
【図２】従来の立体映像撮像装置の要部概略図
【図３】本発明の実施形態におけるマイコン処理のフローチャートを示した図である
【図４】本発明における立体映像の観察時の説明図
【符号の説明】
１・・・主たる被写体
２・・・遠方の被写体
３・・・無限遠の被写体
４１・・・右カメラ
４２・・・左カメラ
４１１・・・右光学系
４２１・・・左光学系
４１２・・・右撮像素子
４２２・・・左撮像素子
４１３・・・右カメラ輻輳中心
４２３・・・左カメラ輻輳中心
４１４・・・右カメラ輻輳モーター
４２４・・・左カメラ輻輳モーター
４１５・・・右カメラズームモーター
４２５・・・左カメラズームモーター
４１６・・・右カメラ輻輳モーター駆動回路
４２６・・・左カメラ輻輳モーター駆動回路
４１７・・・右ズームモーター駆動回路
４２７・・・左ズームモーター駆動回路
５・・・VTR
６・・・測距装置
７・・・ズームスイッチ
８・・・観察倍率入力スイッチ
１０・・・光軸交差角度
【図１】
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【図２】
2004208211.tif 000007
【図３】
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【図４】
2004208211.tif 000009