(57)【要約】【課題】  撮像レンズの較正のための手段を備えた立体撮像システムを提供する。【解決手段】  本発明の一般的な分野は、２つのカメラを備えた立体撮像システムであって、各カメラは、レンズと、レンズ調整の制御を可能にする電気機械デバイスとを備える、撮像システムの分野である。本発明によるシステムは、動作段階でオペレータによって固定された調整セットポイントを記憶するための手段を備えた較正手段と、第１のレンズの光学パラメータと第２のレンズの光学パラメータが同一となるような方式で、第１のレンズの調整セットポイントおよび第２のレンズの調整セットポイントを閉ループ式で制御することを可能にする制御手段とを備える。【選択図】図４
2013025315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１のカメラと第２のカメラとを備えた立体撮像システムであって、
前記第１のカメラは、少なくとも１つの光学パラメータを調整する第１の手段を備えた第１のレンズと、前記第１の調整手段の制御を可能にする第１の電気機械デバイスとを備え、
前記第２のカメラは、同じ光学パラメータを調整する第２の手段を備えた第２のレンズと、前記第２の調整手段の制御を可能にする第２の電気機械デバイスとを備え、
それぞれの電気機械デバイスは、２つの動作モード、すなわち、
記憶手段が前記第１の調整手段に対する調整セットポイントを記録する「記憶」モードであって、それぞれのセットポイントは光学パラメータの既定値に相当し、前記値は前記２つのカメラに共通である、モードと、
光学パラメータの値が選択される「撮像」モードであって、前記光学パラメータの値に相当するそれぞれの調整セットポイントは、前記対応する電気機械デバイスによって、前記対応する調整手段に適用される、モードと、
を含むことを特徴とする、立体撮像システム。
【請求項２】
前記光学パラメータは、前記レンズの焦点調節および／または焦点距離である、請求項１に記載の立体撮像システム。
【請求項３】
前記記憶手段は、同じパラメータに対して複数種のセットポイント値を含む、請求項１に記載の立体撮像システム。
【請求項４】
前記記憶手段は、前記記憶されたセットポイント値から中間のセットポイント値を計算するよう構成される手段を備え、したがって、その変動の全範囲にわたって光学パラメータを連続して閉ループ式に制御することができる、請求項３に記載の立体撮像システム。
【請求項５】
前記カメラは、前記レンズの光学軸が同一平面上にある状態で並べて設置される、請求項１に記載の立体撮像システム。
【請求項６】
前記カメラは、薄い準反射平面板の両側に配置される、請求項１に記載の立体撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、「３Ｄ」または立体撮像システムと呼ばれる撮像システムの分野である。数種の異なる画角による撮像には数種のカメラおよびレンズが必要とされる。立体感は、２枚の画像（１枚は左側、１枚は右側）、または、投影装置の前の視認者の位置に応じて、視認者はその一対のみを視認することができる数種の画像一式に依存し得る。後者のシステムは、「多視点画像」として知られる３Ｄ画像の放送を可能にする。視認者が投影された３Ｄ画像の前で動けば、表示される対象が実際に動いているように見える。
【背景技術】
【０００２】
「３Ｄ」映像は、空間において対象に位置を割り当てるために、両眼が視認する画像を脳によって解釈することに該当する。割り当てられる位置は、視認者の両眼が視認する画像間の違いに依存する。対象が動いている場合、連続して撮影された左側と右側の２枚の画像間の対象の動きを距離情報として解釈しないため、画像を同時に撮影して同期させなければならない。
【０００３】
図１、２および３は、３Ｄ撮像システム１を示す。示されるシステムは、２つのカメラを備える。カメラを支える機械コンポーネントおよびその調整ターンテーブルは、これらの図には示されていない。各カメラ１０は、以下の３つの主なサブアセンブリを備える。
−  感光性センサおよび付随する電子制御手段を備えたセンサユニット１１
−  一般にズームレンズである光学レンズ１２。少なくとも３つのパラメータ、すなわち、焦点距離、焦点調節および開口部がこのタイプの光学機器において調整可能である。
−  さまざまなパラメータを制御するための調整手段を可能にする電気機械デバイス１３
【０００４】
図１は、撮像システムの第１の実施形態を示す。この第１の実施形態では、カメラ１０はただ並べて配置され、レンズ１２の光学軸は同一平面上にある。２本の光学軸は、必ずしも平行とは限らない。
【０００５】
図１のシステムの欠点は、レンズの２本の光学軸を隔てる距離ｄが必然的に光学機器およびその支持体のサイズに関する最小値を有することである。したがって、立体感は、ある特定の撮像構成において制限される。
【０００６】
図２および３に示されるシステムは、この欠点を有しない。システムは、互いに対して垂直に配置され、レンズ１２の軸に対して４５度に配置される準反射板１４によって分離される２つのカメラを備える。図２はこのシステムの正面図を示し、図３は上面図を示す。この構成では、機械的制限は消失し、図３に示され得るように、所望の距離ｄだけ光学軸を隔てることができるが、光度減衰のコストおよび準反射板に起因するチャネルのいずれか１つのチャネル上の光路のわずかな違いなどのコストを伴う。
【０００７】
カメラ／レンズアセンブリが、フレーミングまたは対象となる視野、「倍率」、チャネルの配列、焦点調節などの同じ特性を有しなければ、脳はもはや全く異なる２枚の画像を比較することはできない。
【０００８】
３Ｄ映画を撮影するか、または、３Ｄ写真を撮るとき、カメラマンは、焦点面を選択しなければならず、そのシーンの動きを追跡するために撮像中はこの平面を動かすこともできる。したがって、カメラマンは、使用されるレンズのすべての集束距離を修正しなければならない。この修正は、さまざまなカメラによって撮影された画像間の一貫性を保つため、すべてのレンズ上で同時に行わなければならず、したがって、時間および機能性の点で同期させなければならず、単一の制御コマンドによって制御しなければならない。
【０００９】
カメラマンがシステムの集束位置に対して単一の制御コマンドを修正すると、すべてのレンズは同じ集束距離に焦点を合わせる。カメラマンがある集束距離で停止すると、すべてのレンズは同じ集束距離で同時に停止する。この挙動は、カメラの感度の違いに依存し得る、レンズのフレーミング視野、焦点調節およびダイヤフラム開口部に対して同一でなければならない。しかし、レンズおよびカメラの静的および動的特性は、カメラごとにまたはレンズごとに異なる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この問題を解決するため、先行技術の公知の技法では、レンズは、焦点調節およびズーム機能に必要なレンズの光学上の組合せとレンズの置換機構の両方においてこれらのレンズが事実上同一となるような精度で製作される。これは、システムを構成する機械および／または光学コンポーネントの製品の精度および「再現性」に依存する。また、レンズの選別も、同じ製造ロットから得られることが多い同様な挙動を有するレンズを特定および関連付けるような方式で使用される。
【００１１】
この解決策の欠点は以下の通りである。
−  特に産業環境で同じロットから得られるすべての重要なコンポーネントの入手が困難である。
−  同じロットから得られても、オペレータによって集積および調整されたレンズは、完全に同一の挙動を有することができない。
−  レンズは生産ラインの開始時に最適化されるが、レンズの挙動は機械コンポーネントの摩耗とともにドリフトする。最終的に、レンズの挙動は、補正できないほど逸脱したものとなる。
−  製造業者はすべての可能な構成、すなわち、すべての焦点距離、すべての集束調整、固有の欠陥を有するすべてのカメラ、すべての動作温度、レンズのすべての動作位置などをカバーできるわけではない。
【００１２】
先行技術の別の解決策は、マスターと見なされる別のレンズ上でスレーブレンズを較正することである。この手順は複雑であるため、レンズまたは撮像システムの製造業者が工場で行う。この解決策の主な欠点は以下の通りである。
−  レンズは工場で適合させるが、この事実がアフターサービスにおいて困難を生じさせる。１つのレンズマスターおよび１つまたは複数のレンズスレーブは、必然的に完全に特定しなければならない。
−  製造業者はすべての可能な構成、すなわち、すべての焦点距離、すべての集束調整、固有の欠陥を有するすべてのカメラ、すべての動作温度、レンズのすべての動作位置などをカバーできるわけではない。
−  前述の通り、レンズは生産ラインの開始時に最適化されるが、レンズの挙動は機械コンポーネントの摩耗とともにドリフトする。最終的に、レンズの挙動は、補正できないほど逸脱したものとなる。
−  使用タイプに応じて、例えば、レンズが準反射鏡の両側に位置する場合、レンズにはさまざまな同期化が要求される。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によるシステムは、これらの欠点を有しない。本発明によるシステムは、撮像の条件の下、実際の状況で、撮像の直前に先行し得る時間にシステムの較正を可能にし、したがって、後の撮像中のいかなるドリフトも回避することができる較正手段を備える。
【００１４】
より正確には、本発明の対象物は、少なくとも第１のカメラと第２のカメラとを備えた立体撮像システムであって、
第１のカメラは、少なくとも１つの光学パラメータを調整する第１の手段を備えた第１のレンズと、前記第１の調整手段の制御を可能にする第１の電気機械デバイスとを備え、
第２のカメラは、同じ光学パラメータを調整する第２の手段を備えた第２のレンズと、前記第２の調整手段の制御を可能にする第２の電気機械デバイスとを備え、
それぞれの電気機械デバイスは、２つの動作モード、すなわち、
記憶手段が第１の調整手段に対する調整セットポイントを記録する「記憶」モードであって、それぞれのセットポイントは光学パラメータの既定値に相当し、前記値は２つのカメラに共通である、モードと、
光学パラメータの値が選択される「撮像」モードであって、前記光学パラメータの値に相当するそれぞれの調整セットポイントは、対応する電気機械デバイスによって、対応する調整手段に適用される、モードと、
を含むことを特徴とする、立体撮像システムである。
【００１５】
有利には、光学パラメータは、レンズの焦点調節および／または焦点距離である。
【００１６】
有利には、記憶手段は、同じパラメータに対して数種のセットポイント値を含む。記憶手段は、記憶されたセットポイント値から中間のセットポイント値を計算するよう構成される手段を備え、したがって、その変動の全範囲にわたって光学パラメータを連続して閉ループ式に制御することができる。
【００１７】
有利には、カメラは、レンズの光学軸が同一平面上にある状態で並べて設置されるか、または、薄い準反射平面板の両側に配置される。
【００１８】
非限定的な方式で提示される以下の説明を読むことで、また添付の図面によって、本発明はより良く理解され、他の利点が明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】既に論じられたが、２つのカメラを備えた立体システムの第１の実施形態を示す。
【図２】既に論じられたが、２つのカメラを備えた立体システムの第２の実施形態を示す。
【図３】既に論じられたが、２つのカメラを備えた立体システムの第２の実施形態を示す。
【図４】本発明による立体撮像システムを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
非限定的な例として、図４は、並んだ構成で配置された第１のカメラ１０Ａと第２のカメラ１０Ｂとを備えた立体撮像システム１を示す。勿論、本発明を撮像システムの他の構成に適用することもでき、その例としては、図２および３に示されるような準反射鏡を備えた２つのカメラを備えた構成が挙げられる。また、本発明は、３台以上のカメラを備えたアセンブリまで拡大することもできる。
【００２１】
各カメラ１０Ａまたは１０Ｂは、光検出ユニット１１Ａまたは１１Ｂ、光学レンズ１２Ａまたは１２Ｂ、レンズ１２Ａおよび１２Ｂを調整するための手段を制御するための電気機械デバイス１３Ａまたは１３Ｂを備える。一般的に言えば、レンズ１２Ａおよび１２Ｂは、レンズの焦点調節、焦点距離の値およびダイヤフラム開口部を調整することができる光学ズームレンズである。焦点調節および焦点距離は、レンズまたはレンズ群の内部変位によって調整される。
【００２２】
２つのカメラ１０Ａおよび１０Ｂは実質的に同一であり、レンズ１２Ａおよび１２Ｂの光学軸は同一平面上にある。カメラ１０Ａおよび１０Ｂを支える機械コンポーネントならびにその調整ターンテーブルは、図４には示されていない。
【００２３】
システム１は、制御ハンドルの形を取り得る制御手段１５をさらに備える。
【００２４】
電気機械デバイス１３Ａまたは１３Ｂは、第１のレンズ１２Ａおよび第２のレンズ１２Ｂの調整手段のためのセットポイント値を記憶する手段を備える。第１のレンズ１２Ａに対する各セットポイント値ＣＡは、２つの調整セットポイントＣＡおよびＣＢをレンズに適用するとき、第１のレンズ１２Ａに対する光学パラメータの値が第２のレンズ１２Ｂに対する同じ光学パラメータの値と同一となるような方式で、第２のレンズ１２Ｂに対するセットポイント値ＣＢと関連する。光学パラメータの例としては、焦点調節または焦点距離の値が言及され得る。
【００２５】
したがって、レンズ１２Ａおよび１２Ｂに適用されるべきパラメータの値を制御手段１５が送信すると、２つのレンズ１２Ａおよび１２Ｂに対する光学パラメータが同一となるような方式で、第１の電気機械デバイス１３Ａは、第１のレンズ１２Ａに対する調整セットポイントＣＡを命令し、第２の電気機械デバイス１３Ｂは、それに対応する調整セットポイントＣＢを命令する。言い換えれば、２つのレンズ１２Ａおよび１２Ｂは、同じ倍率、同じ焦点調節および同じ相対開口部を有する。
【００２６】
２つの動作モード、すなわち、較正または記憶モードおよび使用または撮像モードを含む撮像システムのオペレータによる使用を容易にするため、制御手段を制御ハンドル内に配置することができる。
【００２７】
オペレータにとって、デバイスの動作上の機能は非常に簡単なものである。
【００２８】
第１の工程では、オペレータは、レンズ１２Ａおよび１２Ｂをカメラ１０Ａおよび１０Ｂ上に設置する。
【００２９】
第２の工程では、実行すべき撮像のパラメータ（基本的には集束距離、所望の被写界深度、被写界幅である）に応じて、オペレータは、例えば、撮影予定のシーンに直接的にしっかりと焦点を合わせた状態で所望のフレーミングを得るような方式で、レンズ１２Ａを調整する。この動作は、電気機械デバイス１３Ａを制御する制御ハンドル１５を使用して実行される。一旦調整が行われれば、１つまたは複数の光学パラメータを含み得るこのレンズ１２Ａの構成に対応するセットポイントが記憶される。これらのパラメータは、例えば、レンズ１２Ａの焦点調節および焦点距離の値である。
【００３０】
第３の工程では、オペレータは、同様に依然として制御ハンドル１５および電気機械デバイス１３Ｂを使用して、レンズ１２Ａに対する光学パラメータと同一のレンズ１２Ｂに対する光学パラメータを得るような方式で、レンズ１２Ｂを調整する。この構成に対応するセットポイントは記憶される。これらのセットポイント値は、カメラ１０Ａのものと異なる可能性がある。
【００３１】
言うまでもないが、オペレータは、例えば、数種の異なる焦点距離に対応するレンズ１２Ａおよび１２Ｂに対する数種の適合構成を記録するため、第２および第３の工程を数回繰り返すことができる。
【００３２】
撮像時は、オペレータが１つまたは複数のパラメータを含む構成を命令すると、記録時に２つのカメラ上で同一のパラメータを得るため、適正なセットポイントが自動的に生成される。したがって、２つのレンズは常に、同期方式で、同じ焦点調節、同じ開口部および同じ焦点距離を有する。
【００３３】
この解決策の利点は多種多様であり、以下に言及する。
−  生産過程におけるレンズの簡素化。工場での調整は、全使用範囲の数ポイントにおけるレンズの較正に制限される。２つのレンズが完全に同一でない場合でさえも、オペレータは、依然として２つのレンズを再配置することができる。設置前に２つのレンズを適合させることはもはや必要ではない。
−  アフターサービスの簡素化。欠陥を有するレンズの場合、使用される新しいレンズは、その特性に対していかなる特定の注意も払うことなく、ただ再配置するだけでよい。
−  レンズの摩耗または異なる温熱条件に起因する性能上の劣化の消失。定期的な再配置により、レンズのコンポーネントの摩耗または熱変動によって導入される欠陥を補正することができる。
−  例えばセンサの位置が異なるさまざまなタイプのカメラ、または、例えば異なる厚さを有する逆反射鏡を備え得るさまざまな設置構成にレンズが容易に適合する。一旦システムが設置されればレンズは較正されるため、焦点調節とフレーミング視野の両方に関するレンズの挙動などは、完全に同一であり、カメラ、鏡、光学フィルタなどによって導入されるすべての欠陥を補償する。
−  再配置の簡素化。オペレータによって実際に使用される位置は、全使用範囲にわたってレンズよりむしろ、ただリセットするだけでよい。
−  使用のし易さ。撮像の数種の有用なポイントでレンズを較正することができるため、撮像が起こるときに修正されるズーミングまたは焦点調節のための動作は可能であるが、その理由は、どの瞬間にも、レンズは閉ループ式に制御され、同期され、較正範囲内で焦点距離または焦点調節コマンドが補正されるためである。単一の焦点距離ハンドルおよび単一の焦点調節ハンドルはすべてのレンズを制御し、したがって、すべてのレンズは同時に同じコマンドを受信する。
【符号の説明】
【００３４】
１  立体撮像システム
１０  カメラ
１０Ａ  第１のカメラ
１０Ｂ  第２のカメラ
１１  センサユニット
１１Ａ  光検出ユニット
１１Ｂ  光検出ユニット
１２  光学レンズ
１２Ａ  第１のレンズ
１２Ｂ  第２のレンズ
１３  電気機械デバイス
１３Ａ  第１の電気機械デバイス
１３Ｂ  第２の電気機械デバイス
１４  準反射板
１５  制御手段
【図１】
2013025315.tif 000003
【図２】
2013025315.tif 000004
【図３】
2013025315.tif 000005
【図４】
2013025315.tif 000006
【外国語明細書】
2013025315000001.pdf