(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）被写体を撮影する撮影カメラ部と、
（ｂ）前記撮影カメラ部と被写体とを相対的に直線または円移動させながら被写体を撮影するように走査する走査機構部と、
（ｃ）走査各位置において撮影された撮影データを、被写体領域に仮想的に設定される３次元格子群の各格子点に単純逆投影して、３次元被写体像を生成する画像再構成を行う単純逆投影処理部とを備え、
走査各位置で撮影された撮影データまたはそれらを画像再構成して生成された３次元被写体像に対して、画像再構成して生成された３次元被写体像における偽像を低減するためのフィルタリングをかけるフィルタリング部を備え、
前記フィルタリング部は、走査軌道が直線軌道の場合、走査各位置で撮影された撮影データの走査軌道により決まるフィルタリング方向に対して、通過帯域を走査各位置に応じたローパスフィルタリングをかけ、
走査軌道が円軌道の場合、走査各位置で撮影された撮影データの走査軌道により決まるフィルタリング方向に対して、ローパスフィルタリングをかけ、さらに、ローパスフィルタリングをかけた方向に垂直な方向に対して｜ω｜フィルタリングをかけて前記単純逆投影処理部に出力する２Ｄフィルタリング部を備えた
ことを特徴とする３次元光学カメラ。
【請求項２】
（ａ）被写体を撮影する撮影カメラ部と、
（ｂ）前記撮影カメラ部と被写体とを相対的に移動させながら被写体を撮影するように走査する走査機構部と、
（ｃ）走査各位置において撮影された撮影データを、被写体領域に仮想的に設定される３次元格子群の各格子点に単純逆投影して、３次元被写体像を生成する画像再構成を行う単純逆投影処理部とを備え、
走査各位置で撮影された撮影データまたはそれらを画像再構成して生成された３次元被写体像に対して、画像再構成して生成された３次元被写体像における偽像を低減するためのフィルタリングをかけるフィルタリング部を備え、
前記フィルタリング部は、前記単純逆投影処理部で生成された３次元被写体像を３次元フーリエ変換する３次元フーリエ変換部と、３次元フーリエ変換したフーリエ空間データの予め定められた被写体軸方向にローパスフィルタリングをかけるフーリエ空間ローパスフィルタリング部と、ローパスフィルタリングしたフーリエ空間データを３次元逆フーリエ変換して３次元被写体像に戻す３次元逆フーリエ変換部とを備えた
ことを特徴とする３次元光学カメラ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の３次元光学カメラにおいて、前記走査機構部は、前記撮影カメラ部が被写体に対して所定位置にあるときのこの被写体と前記撮影カメラ部とを結ぶ被写体軸に直交する直線軌道上に、前記撮影カメラ部を直線移動させることを特徴とする３次元光学カメラ。
【請求項４】
請求項１または２に記載の３次元光学カメラにおいて、被写体に対向して前記撮影カメラ部側に設定される平面は、この平面内の特定点である回転中心点と被写体とを結ぶ被写体軸に直交する平面とし、前記走査機構部は、前記平面内でその回転中心周りに前記撮影カメラ部を回転移動させることを特徴とする３次元光学カメラ。
【請求項５】
請求項１または２に記載の３次元光学カメラにおいて、前記走査機構部は、被写体周りの円周軌道の一部である単一の円弧軌道上に前記撮影カメラ部を移動させることを特徴とする３次元光学カメラ。
【請求項６】
請求項１または２に記載の３次元光学カメラにおいて、被写体に対向して前記撮影カメラ部側に設定される平面は、この平面内の特定点と被写体とを結ぶ被写体軸に直交する平面とし、前記撮影カメラ部は、前記平面内でその特定点から離れた任意点に固定配置され、前記走査機構部は、被写体を被写体軸周りに回転させることを特徴とする３次元光学カメラ。
【請求項７】
請求項１または２に記載の３次元光学カメラにおいて、被写体に対向して前記撮影カメラ部側に設定される平面は、この平面内の特定点である回転中心点と被写体とを結ぶ被写体軸に直交する平面とし、前記撮影カメラ部は、被写体軸上に被写体に向けるようにして配設され、前記走査機構部によって被写体軸周りに回転させられながら、被写体軸に対して傾いた方向から光学像を反射させて前記撮影カメラ部に結像させる回転型光学ミラーを前記撮影カメラ部と前記被写体との間に備えたことを特徴とする３次元光学カメラ。
【請求項８】
請求項１または２に記載の３次元光学カメラにおいて、前記走査機構部は、被写体が前記撮影カメラ部に対して所定位置にあるときのこの被写体と前記撮影カメラ部とを結ぶ被写体軸に直交する直線軌道上に、被写体を直線移動させるとともに、この移動中の被写体を追従して撮影するように前記撮影カメラ部を首振りさせることを特徴とする３次元光学カメラ。
【請求項９】
請求項３、４、６、７、８のいずれかに記載の３次元光学カメラにおいて、前記単純逆投影処理部は、３次元格子群の直交３軸方向の各格子間隔のうち、被写体軸方向の格子間隔を他の２方向の格子間隔よりも長くして３次元被写体像を生成することを特徴とする３次元光学カメラ。
【請求項１０】
請求項４、６、７のいずれかに記載の３次元光学カメラにおいて、前記単純逆投影処理部は、３次元格子群の直交３軸方向の各格子間隔のうち、被写体軸方向の格子間隔を他の２方向の格子間隔よりも長くして３次元被写体像を生成し、３次元格子群の被写体軸方向の格子間隔長さは、前記撮影カメラ部の撮像面の１画素分が被写体軸に投影された長さである被写体軸方向検出画素長に基づいて設定されることを特徴とする３次元光学カメラ。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の３次元光学カメラにおいて、走査各位置における撮影データの位置校正を行なうためのマーカを被写体領域に配置しておき、前記単純逆投影処理部は、走査各位置において撮影された撮影データを、その撮影データ内のマーカを基準に位置合わせするように３次元格子群の各格子点に逆投影して、３次元被写体像を生成する画像再構成を行うことを特徴とする３次元光学カメラ。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の３次元光学カメラにおいて、前記単純逆投影処理部は、被写体領域に仮想的に設定される３次元格子群を、前記撮影カメラ部から離れるに従って末広がりとなる四角錐形状とすることを特徴とする３次元光学カメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被写体を撮影した撮影データに基づいてこの被写体の３次元位置情報を得る３次元光学カメラに係り、特に、被写界深度の浅い一群の撮影像を得るための技術に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来の光学カメラは、図２４に示すように、例えば左側にある被写体の像がレンズにより面検出器上に上下左右反転結像するようになっており、この面検出器に結像された被写体像を記録している。なおこの図２４では、上述の被写体は、説明を簡単にするために、遠方にある縦置きの黒い楕円体ｍ１と、この縦置きの黒い楕円体ｍ１よりもカメラ側に配置された横置きの白い楕円体ｍ２のみとしている。近年、光学カメラは、上述の面検出器がフィルムからＣＣＤ（電荷結合素子：Charge Coupled Device）等の撮像素子に置き換わり、デジタル情報として画像蓄積が行なえる、所謂「デジタルカメラ」に進化しつつある。
【０００３】
ところで、被写体の３次元位置情報は、深さ方向（被写体と光学カメラとを結ぶ直線である被写体軸（Ｚ軸）の方向）における撮影像の被写界深度として表される。図２４に示すように、例えばＡ面にフォーカスを合わせた撮影を行なった場合は、図２５（ａ）に示すように、フォーカスの合った縦置きの黒い楕円体ｍ１の像と、この黒い楕円体ｍ１よりも手前にある、ボケた横置きの白い楕円体ｍ２の像とが重複して得られる（Ａ面フォーカス像）。また、図２４に示すように、例えばＢ面にフォーカスを合わせた撮影を行なった場合、図２５（ｂ）に示すように、縦置きの黒い楕円体ｍ１および横置きの白い楕円体ｍ２はフォーカスが合っておらず、これらの楕円体は両方ともボケた像として重複して得られる（Ｂ面フォーカス像）。また、図２４に示すように、例えばＣ面にフォーカスを合わせた撮影を行なった場合は、図２５（ｃ）に示すように、フォーカスの合った横置きの白い楕円体ｍ２の像と、この白い楕円体ｍ２よりも奥側にある、ボケた縦置きの黒い楕円体ｍ１の像とが重複して得られる（Ｃ面フォーカス像）。被写界深度が浅いことは、深さ方向の弁別能力が高いことを示し、これはレンズの張る開口角θが大きい程高い。従って、高い深さ方向弁別能力は大口径化レンズの実現によって可能であると考えられるため、できるだけ大口径化したレンズ（大口径化レンズ）を実現することによって、深さ方向弁別能力を高めるようにしている。また、これとは逆に、「絞り」を絞る（θを制限）ことによって被写界深度を深くし、どの面（例えば図２４に示したＡ〜Ｃ面）もピントが合ったように撮影することが撮影手技として良く知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。すなわち、被写体の３次元位置情報は撮影像の被写界深度を浅くすることによって得られることから、大口径レンズカメラを実現することによって被写界深度の浅い撮影像を得れる構成を実現することが考えられるが、現実的にはレンズの大口径化を例えば従来の１００倍のオーダーで行なう、つまり、直径が例えば１０ｍ程度もある大口径レンズを製造しなければならず、大口径レンズの実現は、機械精度やコストなどの面から勘案しても極めて困難であることから、被写界深度の浅い撮影像が得れる構成を実現できず、被写界深度の浅い撮影像が得られないという問題がある。
【０００５】
また、従来の１００倍のオーダーの大口径レンズ（直径が例えば１０ｍ程度もある大口径レンズ）が仮に実現したとしても、光学カメラ装置自体が非常に大型化してしまうし、大型化によって操作性の自由度なども極端に低下してしまうし、そのカメラによる撮影像は、被写界深さ方向にθの広がりを持つ応答となることに変わりはなく、そのレンズの大きさによって深さ方向の弁別能力の上限が一義的に決定されるので、被写界深度をさらに浅くするためにはレンズ口径をさらに大きくしなければならず、レンズ口径によって被写界深度が制限されるという問題がある。
【０００６】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、被写界深度の浅い一群の撮影像を得ることができる３次元光学カメラを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、発明者が鋭意研究をした結果、次のような知見を得た。すなわち、被写体を撮影するための撮影カメラ部と、この撮影カメラ部で撮影しようとする被写体とを相対的に移動させながらその被写体を撮影するように走査することにより、走査各位置で撮影した撮影像（多数方向からの撮影像）を取得し、この取得した走査各位置の撮影像を被写体領域に仮想的に設定される３次元格子群の各格子点に逆投影して、３次元被写体像を生成するという画像再構成を施すことにより、実効開口角の大きい仮想大口径レンズカメラを実現して、被写界深度の浅い一群の被写体像を得ることを見出したのである。また、上述の取得した走査各位置の撮影像や逆投影後の３次元被写体像などに対して適切なフィルタリングを施すことによって高品質な被写体像を得ることも見出したのである。
【０００８】
このような知見に基づくこの発明は次のような構成を採る。すなわち、請求項１に記載の３次元光学カメラは、（ａ）被写体を撮影する撮影カメラ部と、（ｂ）前記撮影カメラ部と被写体とを相対的に直線または円移動させながら被写体を撮影するように走査する走査機構部と、（ｃ）走査各位置において撮影された撮影データを、被写体領域に仮想的に設定される３次元格子群の各格子点に単純逆投影して、３次元被写体像を生成する画像再構成を行う単純逆投影処理部とを備え、走査各位置で撮影された撮影データまたはそれらを画像再構成して生成された３次元被写体像に対して、画像再構成して生成された３次元被写体像における偽像を低減するためのフィルタリングをかけるフィルタリング部を備え、前記フィルタリング部は、走査軌道が直線軌道の場合、走査各位置で撮影された撮影データの走査軌道により決まるフィルタリング方向に対して、通過帯域を走査各位置に応じたローパスフィルタリングをかけ、走査軌道が円軌道の場合、走査各位置で撮影された撮影データの走査軌道により決まるフィルタリング方向に対して、ローパスフィルタリングをかけ、さらに、ローパスフィルタリングをかけた方向に垂直な方向に対して｜ω｜フィルタリングをかけて前記単純逆投影処理部に出力する２Ｄフィルタリング部を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、請求項２に記載の３次元光学カメラは、（ａ）被写体を撮影する撮影カメラ部と、（ｂ）前記撮影カメラ部と被写体とを相対的に移動させながら被写体を撮影するように走査する走査機構部と、（ｃ）走査各位置において撮影された撮影データを、被写体領域に仮想的に設定される３次元格子群の各格子点に逆投影して、３次元被写体像を生成する画像再構成を行う単純逆投影処理部とを備え、走査各位置で撮影された撮影データまたはそれらを画像再構成して生成された３次元被写体像に対して、画像再構成して生成された３次元被写体像における偽像を低減するためのフィルタリングをかけるフィルタリング部を備え、前記フィルタリング部は、前記単純逆投影処理部で生成された３次元被写体像を３次元フーリエ変換する３次元フーリエ変換部と、３次元フーリエ変換したフーリエ空間データの予め定められた被写体軸方向にローパスフィルタリングをかけるフーリエ空間ローパスフィルタリング部と、ローパスフィルタリングしたフーリエ空間データを３次元逆フーリエ変換して３次元被写体像に戻す３次元逆フーリエ変換部とを備えたことを特徴とするものである。
また、請求項３に記載の３次元光学カメラは、請求項１または２に記載の３次元光学カメラにおいて、前記走査機構部は、前記撮影カメラ部が被写体に対して所定位置にあるときのこの被写体と前記撮影カメラ部とを結ぶ被写体軸に直交する直線軌道上に、前記撮影カメラ部を直線移動させることを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項４に記載の３次元光学カメラは、請求項１または２に記載の３次元光学カメラにおいて、被写体に対向して前記撮影カメラ部側に設定される平面は、この平面内の特定点である回転中心点と被写体とを結ぶ被写体軸に直交する平面とし、前記走査機構部は、前記平面内でその回転中心周りに前記撮影カメラ部を回転移動させることを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項５に記載の３次元光学カメラは、請求項１または２に記載の３次元光学カメラにおいて、前記走査機構部は、被写体周りの円周軌道の一部である単一の円弧軌道上に前記撮影カメラ部を移動させることを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項６に記載の３次元光学カメラは、請求項１または２に記載の３次元光学カメラにおいて、被写体に対向して前記撮影カメラ部側に設定される平面は、この平面内の特定点と被写体とを結ぶ被写体軸に直交する平面とし、前記撮影カメラ部は、前記平面内でその特定点から離れた任意点に固定配置され、前記走査機構部は、被写体を被写体軸周りに回転させることを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項７に記載の３次元光学カメラは、請求項１または２に記載の３次元光学カメラにおいて、被写体に対向して前記撮影カメラ部側に設定される平面は、この平面内の特定点である回転中心点と被写体とを結ぶ被写体軸に直交する平面とし、前記撮影カメラ部は、被写体軸上に被写体に向けるようにして配設され、前記走査機構部によって被写体軸周りに回転させられながら、被写体軸に対して傾いた方向から光学像を反射させて前記撮影カメラ部に結像させる回転型光学ミラーを前記撮影カメラ部と前記被写体との間に備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項８に記載の３次元光学カメラは、請求項１または２に記載の３次元光学カメラにおいて、前記走査機構部は、被写体が前記撮影カメラ部に対して所定位置にあるときのこの被写体と前記撮影カメラ部とを結ぶ被写体軸に直交する直線軌道上に、被写体を直線移動させるとともに、この移動中の被写体を追従して撮影するように前記撮影カメラ部を首振りさせることを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項９に記載の３次元光学カメラは、請求項３、４、６、７、８のいずれかに記載の３次元光学カメラにおいて、前記単純逆投影処理部は、３次元格子群の直交３軸方向の各格子間隔のうち、被写体軸方向の格子間隔を他の２方向の格子間隔よりも長くして３次元被写体像を生成することを特徴とするものである。
【００１６】
また、請求項１０に記載の３次元光学カメラは、請求項４、６、７のいずれかに記載の３次元光学カメラにおいて、前記単純逆投影処理部は、３次元格子群の直交３軸方向の各格子間隔のうち、被写体軸方向の格子間隔を他の２方向の格子間隔よりも長くして３次元被写体像を生成し、３次元格子群の被写体軸方向の格子間隔長さは、前記撮影カメラ部の撮像面の１画素分が被写体軸に投影された長さである被写体軸方向検出画素長に基づいて設定されることを特徴とするものである。
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
また、請求項１１に記載の３次元光学カメラは、請求項１から請求項１０のいずれかに記載の３次元光学カメラにおいて、走査各位置における撮影データの位置校正を行なうためのマーカを被写体領域に配置しておき、前記単純逆投影処理部は、走査各位置において撮影された撮影データを、その撮影データ内のマーカを基準に位置合わせするように３次元格子群の各格子点に逆投影して、３次元被写体像を生成する画像再構成を行うことを特徴とするものである。
【００２１】
また、請求項１２に記載の３次元光学カメラは、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の３次元光学カメラにおいて、前記単純逆投影処理部は、被写体領域に仮想的に設定される３次元格子群を、前記撮影カメラ部から離れるに従って末広がりとなる四角錐形状とすることを特徴とするものである。
【００２２】
【作用】
この発明の作用は次の通りである。すなわち、請求項１または２に記載の発明によれば、走査機構部は、被写体を撮影する撮影カメラ部と被写体とを相対的に移動させながら被写体を撮影するように走査する。単純逆投影処理部は、走査各位置において撮影された撮影データを、被写体領域に仮想的に設定される３次元格子群の各格子点に単純逆投影して、３次元被写体像を生成する画像再構成を行う。したがって、３次元被写体像を構成する被写界深度の浅い一群の撮影像、すなわち、被写体と撮影カメラ部とを結ぶ直線である被写体軸の方向に並べられた、被写界深度の浅い一群の撮影像が得られる。また、フィルタリング部は、走査各位置で撮影された撮影データまたはそれらを画像再構成して生成された３次元被写体像に対して、画像再構成して生成された３次元被写体像における偽像を低減するためのフィルタリングをかけるので、欠損円錐などの欠損データの影響による偽像を低減した３次元被写体像が得られる。また、請求項１に記載の発明によれば、２Ｄフィルタリング部は、走査各位置で撮影された撮影データの走査軌道により決まるフィルタリング方向に対して、走査軌道に応じたフィルタリングをかけて単純逆投影処理部に出力するので、欠損円錐などの欠損データの影響による偽像を低減した３次元被写体像が得られる。また、請求項２に記載の発明によれば、３次元フーリエ変換部は、単純逆投影処理部で生成された３次元被写体像を３次元フーリエ変換する。フーリエ空間ローパスフィルタリング部は、３次元フーリエ変換したフーリエ空間データの被写体軸方向にローパスフィルタリングをかける。３次元逆フーリエ変換部は、ローパスフィルタリングしたフーリエ空間データを３次元逆フーリエ変換して３次元被写体像に戻す。したがって、欠損円錐などの欠損データの影響による偽像を低減した３次元被写体像が得られる。
【００２３】
また、請求項３に記載の発明によれば、走査機構部は、撮影カメラ部が被写体に対して所定位置にあるときのこの被写体と撮影カメラ部とを結ぶ被写体軸に直交する直線軌道上に、撮影カメラ部を直線移動させる。したがって、撮影カメラ部を直線移動走査させて、３次元被写体像を生成する画像再構成を行うための撮影が行える。
【００２４】
また、請求項４に記載の発明によれば、被写体に対向して撮影カメラ部側に設定される平面は、この平面内の特定点である回転中心点と被写体とを結ぶ被写体軸に直交する平面とし、走査機構部は、前記平面内でその回転中心周りに撮影カメラ部を回転移動させる。したがって、撮影カメラ部を回転移動走査させて、３次元被写体像を生成する画像再構成を行うための撮影が行える。
【００２５】
また、請求項５に記載の発明によれば、走査機構部は、被写体周りの円周軌道の一部である単一の円弧軌道上に撮影カメラ部を移動させる。したがって、撮影カメラ部を円弧走査させて、３次元被写体像を生成する画像再構成を行うための撮影が行える。
【００２６】
また、請求項６に記載の発明によれば、被写体に対向して撮影カメラ部側に設定される平面は、この平面内の特定点と被写体とを結ぶ被写体軸に直交する平面とし、撮影カメラ部は、前記平面内でその特定点から離れた任意点に固定配置され、走査機構部は、被写体を被写体軸周りに回転させる。したがって、被写体自体を回転させることでこの被写体を走査する、３次元被写体像を生成する画像再構成を行うための撮影が行える。
【００２７】
また、請求項７に記載の発明によれば、被写体に対向して撮影カメラ部側に設定される平面は、この平面内の特定点である回転中心点と被写体とを結ぶ被写体軸に直交する平面とし、撮影カメラ部は、被写体軸上に被写体に向けるようにして配設され、回転型光学ミラーは、走査機構部によって被写体軸周りに回転させられながら、被写体軸に対して傾いた方向から光学像を反射させて撮影カメラ部に結像させる。したがって、回転型光学ミラーを回転走査させて、３次元被写体像を生成する画像再構成を行うための撮影が行える。
【００２８】
また、請求項８に記載の発明によれば、走査機構部は、被写体が撮影カメラ部に対して所定位置にあるときのこの被写体と撮影カメラ部とを結ぶ被写体軸に直交する直線軌道上に、被写体を直線移動させるとともに、この移動中の被写体を追従して撮影するように撮影カメラ部を首振りさせる。したがって、被写体を直線移動させることでこの被写体を走査する、３次元被写体像を生成する画像再構成を行うための撮影が行える。
【００２９】
また、請求項９に記載の発明によれば、単純逆投影処理部は、３次元格子群の直交３軸方向の各格子間隔のうち、被写体軸方向の格子間隔を他の２方向の格子間隔よりも長くして３次元被写体像を生成する。被写体の撮影は、通常、撮影カメラ部を被写体周りに半回転以上させない、つまり、被写体の全周囲のうちの極限られた一側面のみから被写体を撮影するという一般的な方式であるので、撮影された被写体、つまり、被写体領域を３次元座標系で説明すると、被写体軸の方向の情報量が少なく、被写体軸方向の分解能は他の残りの２軸方向の分解能に比べて悪いものとなっている。したがって、撮影された被写体領域に仮想的に設定される３次元格子群の３軸のうちの被写体軸方向の格子間隔を他の２軸方向の格子間隔よりも長くして伸ばしたとしても、被写体軸方向の画像情報を無駄にすることにはならないし、却って、処理時間を短くできる。このように、各３軸方向の格子間隔が等間隔に設定された３次元格子群に逆投影する場合と比べて、３次元格子群の被写体軸方向の格子間隔を他の２方向の格子間隔よりも長くしている分逆投影するデータ量が低減され、画像再構成に係る処理時間が短縮される。
【００３０】
また、請求項１０に記載の発明によれば、３次元格子群の被写体軸方向の格子間隔長さは、撮影カメラ部の撮像面の１画素分が被写体軸に投影された長さである被写体軸方向検出画素長に基づいて設定される。したがって、被写体軸から最も離れた走査位置にある撮影カメラ部と被写体とを結ぶ直線と、被写体軸とのなす角度に応じて被写体軸方向の格子間隔の長さが設定される。
【００３１】
【００３２】
【００３３】
【００３４】
また、請求項１１に記載の発明によれば、走査各位置における撮影データの位置校正を行なうためのマーカを被写体領域に配置しておき、単純逆投影処理部は、走査各位置において撮影された撮影データを、その撮影データ内のマーカを基準に位置合わせするように３次元格子群の各格子点に逆投影して、３次元被写体像を生成する画像再構成を行う。したがって、撮影データ内のマーカに基づいて、走査各位置における撮影データの位置校正が行なえる。
【００３５】
また、請求項１２に記載の発明によれば、単純逆投影処理部は、被写体領域に仮想的に設定される３次元格子群を、撮影カメラ部から離れるに従って末広がりとなる四角錐形状とする。したがって、被写体領域を、遠景物を含むような広範囲に設定するような場合に、好適な３次元格子群が設定できる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の３次元光学カメラに係る一実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００３７】
＜第１実施例＞
図１は、この発明の３次元光学カメラの第１実施例に係るブロック図である。図２（ａ）は、撮影カメラ部の一走査形態を示す模式図である。この第１実施例の３次元光学カメラは、種々の情報および命令を入力する操作部１０と、これら入力された情報および命令に基づいて被写体撮影を制御する撮影制御部２０と、この撮影制御部２０による制御に従って、撮影カメラ部４０と被写体とを相対的に移動させながら被写体を撮影するように走査する走査機構部３０と、被写体を撮影する撮影カメラ部４０と、この撮影カメラ部４０で撮影された画像情報に基づいて被写体領域の３次元ボリュームデータである３次元被写体像を生成する画像再構成を行ない、その生成した３次元被写体像を記憶するデータ処理部５０と、このデータ処理部５０に記憶された画像情報を表示する画像表示部としてのモニタ６０とを備えている。
【００３８】
以下、各部の構成および機能について詳細に説明する。図１、図２（ａ）に示すように、被写体に対向して撮影カメラ部４０側に設定される平面は、この平面内の特定点である回転中心点ＤＳと被写体とを結ぶ被写体軸（Ｚ軸）に直交する平面とし、走査機構部３０は、前記平面内でその回転中心（Ｚ軸）周りに撮影カメラ部４０を回転移動させるように走査して、被写体すなわち被写体領域を撮影カメラ部４０で撮影させる。操作部１０からは、被写体を撮影する前に、図１に示す撮影カメラ部４０を円形に回転移動させるその円形軌道の直径距離（例えば、１ｍ）や、撮影カメラ部４０を円形に回転移動させる間にどの程度のピッチで撮影を行なうかというビュー数（例えば１００〜１０００）などが予め設定入力される。なお、この操作部１０としては、キーボード、マウス、タッチパネルなどの入力装置が用いられる。
【００３９】
撮影制御部２０には、操作部１０と走査機構部３０と撮影カメラ部４０とデータ処理部５０とモニタ６０とが接続されている。撮影制御部２０は、操作部１０より設定入力された各情報に基づいて、走査機構部３０と撮影カメラ部４０とデータ処理部５０とモニタ６０とをそれぞれ制御している。制御内容については、各部にて後述する。
【００４０】
走査機構部３０は、図１，図２（ａ）に示すように、上述の平面内でその回転中心（Ｚ軸）周りに撮影カメラ部４０を円形軌道上に回転移動させるように走査させて、被写体すなわち被写体領域を撮影カメラ部４０で撮影させるためのものである。また、このとき、走査各位置において、被写体の特定面の中心点（被写体領域の中心点Ｏ）と撮影カメラ部４０の撮像面Ｄの中心点とを結ぶ直線が撮影カメラ部４０の撮像面Ｄに直交するように、常に撮影カメラ部４０を被写体に対向させている。また、図２（ａ），（ｂ）に示すように、走査各位置において撮影カメラ部４０の撮像面Ｄの横軸方向（Ｕ方向）は常にＸ方向と平行になるようにしている。
【００４１】
撮影カメラ部４０は、被写体を撮影することによって、その撮影した被写体の映像を、レンズ系などを用いて、ＣＣＤ等の撮像素子で構成される撮像面Ｄに結像させて、この撮像面Ｄに結像された被写体像をメモリに記憶し、メモリに記憶された被写体像を適宜に読み出し可能なものであり、例えば光学デジタルカメラなどが挙げられる。この撮影カメラ部４０の撮像面Ｄは、画素と呼ばれる単位撮像素子が縦横に配列されている所謂２次元状マトリックス状の平面形状のものである。この第１実施例の撮像面Ｄにおける単位撮像素子の配列は、例えば横方向１０２４，縦方向１０２４の正方形マトリックスであるが、説明の便宜上、横方向１０００，縦方向１０００の正方形マトリックスであるものとする。この単位撮像素子は、例えば、ホトダイオードのように光を受けて起電力を生ずる光電素子と、その起電力すなわち電荷を一時的に蓄えておく電荷蓄積素子とのペアで成り立っている。撮影カメラ部４０で撮影されてメモリに記憶された被写体像は、逐次、データ処理部５０にリアルタイムに出力される。
【００４２】
次に、データ処理部５０の構成および機能について説明する。データ処理部５０は、走査各位置において撮影カメラ部４０で撮影された撮影データを、被写体領域に仮想的に設定される３次元格子群の各格子点に逆投影して、３次元被写体像を生成する画像再構成を行った後に、この３次元被写体像に所定のフィルタリング処理を施す３次元演算部５１と、この３次元演算部５１で画像再構成されてフィルタリング処理された３次元被写体像を記憶する画像情報記憶部５２とを備えている。この３次元演算部５１と画像情報記憶部５２の具体的な機能について説明する。
【００４３】
ここで、この３次元演算部５１における３次元被写体像を生成する画像再構成の一連の処理手順について、図３を参照しながら概説する。図３に示すように、まず、撮影カメラ部４０を円形に回転走査することで、被写体すなわち被写体領域についての撮影を行ない、走査各位置で検出された、被写体領域についての一群の撮影データを取得する。図３には、この一群の撮影データを「撮影像群」として示している。次に、この一群の撮影データを単純逆投影（単純バックプロジェクション：単純ＢＰ）して被写体領域の単純ＢＰ中間像を生成する。次に、この単純ＢＰ中間像を３次元フーリエ変換して、実空間データからフーリエ空間データに変換した３次元フーリエ分布像（図３には、３次元フーリエ空間座標で表示しているものに対応する）を生成する。次に、この３次元フーリエ分布像に対して後述するフィルタリング処理を施す（｜ω｜フィルタリング（絶対値オメガフィルタリング）やローパスフィルタリング）。次に、フィルタリング処理を施した３次元フーリエ分布像を３次元逆フーリエ変換して、フーリエ空間データから実空間データに戻し、３次元ボリュームデータ（図３には、右端側に表示され、周方向に幾本かの破線が図示されている円柱状のものに対応する）が生成される。このようにして、被写体領域の３次元ボリュームデータである３次元被写体像を生成する画像再構成が行なわれる。なお、オペレータは、この３次元被写体像から任意の面の被写体画像を選択することで、選択した面の被写体画像が見られる（図３には、最右端に表示された厚みの薄い円柱状のものをＺ軸方向から見ているものに対応する）。上述したように、一旦、単純ＢＰ中間像を生成し、この単純ＢＰ中間像をフーリエ空間で所定のフィルタリング処理を施すという手法を、Ｆ（フーリエ）空間フィルタ法と呼ぶ。
【００４４】
３次元演算部５１は、図４に示すように、走査各位置で撮影された、被写体領域についての一群の撮影データを、撮影された被写体領域に仮想的に設定される３次元格子群Ｋの各格子点に逆投影して、被写体領域の３次元ボリュームデータである３次元被写体像を生成する画像再構成を行う、すなわち、上述の単純ＢＰ中間像を生成する逆投影処理を行なう逆投影処理部５３を備えている。さらに、この逆投影処理部５３は、３次元格子群Ｋの直交３軸方向の各格子間隔のうちの被写体軸方向の格子間隔を他の２方向の格子間隔よりも長くして３次元被写体像を生成するように設定できる。
【００４５】
上述の逆投影処理を説明する前に、どのような位置関係でもって一群の撮影データを３次元格子群Ｋの各格子点に逆投影するのかということについて説明する。この第１実施例の３次元光学カメラにおける被写体像の撮像面Ｄへの結像は、図５（ａ）に示すような針穴写真機の場合の撮影メカニズムと基本的に同じであると言える。すなわち、針穴写真機の撮影メカニズムは、撮影しようとする被写体Ｍの映像を、針穴写真機の撮像面Ｄと被写体Ｍとの間に設けられた針穴を介してその撮像面Ｄに結像させるものである。図５（ａ）では、被写体Ｍとしての２個の楕円体のうちで針穴に近い楕円体の黒点が、撮像面Ｄの下方側に結像されている。例えば、この撮像面Ｄから針穴までを、被写体Ｍの背後側に、撮像面Ｄに結像された黒点と楕円体の黒点との位置関係が合うように折り返してみると、図５（ｂ）に示すように、図５（ａ）に示した針穴をＸ線照射源に見たてるとともに、図５（ａ）に示すように折り返した撮像面ＤをＸ線面検出器に見たてたＸ線透視像撮影装置におけるＸ線透視像の撮影メカニズムに置き換えて考えることができる。すなわち、図５（ｂ）に示したＸ線透視像の撮影メカニズムでは、Ｘ線照射源とＸ線面検出器とを結ぶ各直線上に物体が重複して観測されることに対して、図５（ａ）に示した針穴写真機の撮影メカニズムでは、針穴に近い楕円体の背後にある楕円体の黒点は見えずに観測されないという違いが両者にはあるが、得られる情報の位置関係は両者とも同じである。したがって、図５（ｂ）に示した位置関係でもって、走査各位置で撮影された一群の撮影データを３次元格子群Ｋの各格子点に逆投影して上述の単純ＢＰ中間像を生成する逆投影処理を行なうことについて説明する。
【００４６】
図６，７に示すように、３次元格子群Ｋの各軸方向における最小単位の格子間隔は、撮影カメラ部４０の撮像面Ｄの画素ピッチとの関係で決まる。すなわち、撮影カメラ部４０はその画素が１０００×１０００の２次元マトリックス状に配置されていることから、３次元格子群Ｋの各３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）方向の格子点の最大設定数はそれぞれ１０００となる。この第１実施例では、３次元格子群ＫのＸ，Ｙ軸方向の格子点数をそれぞれ１０００とし、例えば３次元格子群ＫのＺ軸方向の格子点数を５００としている。すなわち、Ｚ軸方向の格子点数は、Ｘ，Ｙ軸方向の格子点数の１／２となっており、Ｚ軸方向の格子間隔は、Ｘ，Ｙ軸方向の格子間隔の２倍に伸ばされて長くなっていると言える。なお、３次元格子群ＫのＺ軸方向の格子間隔を、Ｘ，Ｙ軸方向の格子間隔と比べてどの程度に長く設定するのかは、オペレータが操作部１０から入力設定することで、任意に変更設定可能である。
【００４７】
なおここで、３次元格子群Ｋの各軸方向の格子間隔と撮影カメラ部４０の撮像面Ｄの画素ピッチとの関係についてもう少し詳細に説明する。図７に示すように、撮影カメラ部４０の撮像面Ｄの画素ピッチと３次元格子群のＺ，Ｙ軸方向の格子間隔、すなわち、Ｚ，Ｙ軸方向検出画素長ΔＶＺ，ΔＶＹとは、次に示す式（１），（２）の関係にある。なお、このＺ，Ｙ軸方向検出画素長は、図７に示すように、撮影カメラ部４０の撮像面Ｄが仮想照射源Ｒと撮像面Ｄとを結ぶ直線ＲＤに直交している場合についてのものであり、仮想照射源Ｒから３次元格子群Ｋの中心点Ｏまでの距離ＲＯとし、仮想照射源Ｒから撮影カメラ部４０の撮像面Ｄまでの距離ＲＤとし、撮影カメラ部４０の撮像面Ｄの１画素ピッチをΔ（＝ΔＵ、ΔＶ）とする。Ｚ軸（被写体軸）上に配置された仮想垂直面検出器ＶＤのＺ軸方向における対応１画素ピッチΔＶＺ（被写体軸方向検出画素長）は、式（１）により算出され、仮想垂直面検出器ＶＤのＹ軸方向における対応１画素ピッチΔＶＹ（Ｙ軸方向検出画素長）は、式（２）により算出される。
【００４８】
ΔＶＺ＝Δ・ＲＯ／ＲＤ／sin θ …… （１）
ΔＶＹ＝Δ・ＲＯ／ＲＤ …… （２）
【００４９】
例えば、Δ（＝ΔＸ、ΔＹ）は１６０μｍ、ＲＯは７００ｍｍ、ＲＤは１２００ｍｍ、θは３０°として被写体撮影された場合は、ΔＶＺは１８６．６μｍ、ΔＶＹは９３．３μｍとなる。被写体軸方向検出画素長は、sin θに反比例し、Ｘ，Ｙ軸方向検出画素長よりも長くなっている。撮影された被写体領域に仮想的に設定される３次元格子群ＫのＺ軸方向の格子間隔をＸ，Ｙ軸方向の格子間隔と比べて例えば２倍長く設定する際にも、上述の式（１），（２）を基本として採用している。
【００５０】
次に、逆投影処理部５３により、特定の走査位置の撮影カメラ部４０で検出された撮影データを、上述のＺ軸方向の格子間隔を長くした３次元格子群Ｋに逆投影する動作について説明する。図６に示すように、例えば、３次元格子群Ｋの任意の格子点Ｐ（ｌ，ｍ，ｎ）に逆投影すべき撮影データは、仮想照射源Ｒと格子点Ｐ（ｌ，ｍ，ｎ）とを結ぶ直線が撮影カメラ部４０の撮像面Ｄと交わる点Ｄpにおける画素値を、この点Ｄp に最近接する例えば４点の画素ｄ１〜ｄ４ についての画素値を加重平均して求める。この加重平均して求めた画素値を３次元格子群Ｋの任意の格子点Ｐ（ｌ，ｍ，ｎ）に逆投影する。３次元格子群Ｋの残りの所定の格子点についても、前記と同様にして逆投影を行ない、さらに、走査各位置ごとにこれと同様の逆投影を行なうことで、単純ＢＰ中間像が生成される。なお、図４には、撮影カメラ部４０が＃１位置にあるときに撮影された撮影データは、仮想照射源Ｒがその＃１位置にあると見立てるとともに、撮影カメラ部４０の撮像面Ｄが３次元格子群Ｋの背面側に仮想照射源Ｒに対向するように折り返されて配置されたと見立てることによって、３次元格子群Ｋの各所定面（例えばＡ面〜Ｃ面）のうちの例えばＣ面のある格子点に逆投影すべき、背面側に配置された撮影カメラ部４０の撮像面Ｄの撮影データにおける画素値Ｄｐを、上述のように加重平均して求めて逆投影する状態を模式的に示している。
【００５１】
さらに、３次元演算部５１は、図１に示すように、逆投影処理部５３で生成された３次元ボリュームデータを３次元フーリエ変換する３次元フーリエ変換部５４と、３次元フーリエ変換したフーリエ空間データ（３次元フーリエ分布像）に対して所定のフィルタリング（例えば、｜ω｜フィルタリングやローパスフィルタリング）を施すフーリエ空間フィルタリング部５５と、このフーリエ空間フィルタリング部５５でフィルタリングしたフーリエ空間データ（フィルタリング後の３次元フーリエ分布像）を３次元逆フーリエ変換して３次元ボリュームデータに戻す３次元逆フーリエ変換部５６とで構成されるフィルタリング部５７を備えている。
【００５２】
３次元フーリエ変換部５４は、次に示す式（３）に基づいて、逆投影処理部５３で生成された３次元ボリュームデータ（単純ＢＰ中間像）を３次元フーリエ変換する。なお、単純ＢＰ中間像をｆ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とし、Ｘ，Ｙ，Ｚは実数であり、３次元フーリエ変換の数式は次に示す式（３）で表される。
Ｆ（ωＸ，ωＹ，ωＺ）＝∫∫∫ｆ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）・exp ｛−ｊ（ωＸ・Ｘ＋ ωＹ・Ｙ＋ωＺ・Ｚ）｝ｄＸ・ｄＹ・ｄＺ … （３）
さらに、３次元フーリエ変換部５４は、直流成分がフーリエ空間中心に位置するように並べ替えを行ない、図３に示すような３次元フーリエ空間座標表示の３次元フーリエ分布像を得る。
【００５３】
フーリエ空間フィルタリング部５５は、その機能を大別すると次に説明する３個のフィルタを備えていると言え、図３に示すように、３次元フーリエ変換したフーリエ空間データ（３次元フーリエ分布像）の被写体軸（ωＺ軸）方向にローパスフィルタをかけるフーリエ空間ローパスフィルタリング部と、ωＲ方向（フーリエ空間のωＸ，ωＹ軸の形成する面方向：図９参照）に等方的に高周波領域を低減して高周波ノイズ分を抑制するフィルタとデータ収集走査形態に依存するフィルタとにより構成される｜ω｜フィルタリング部とを備えている。なお、上述のデータ収集走査形態に依存するフィルタは、被写体に対向する平面内で被写体軸（Ｚ軸）周りに円形に回転走査されることによって、３次元フーリエ分布像がωＺ軸に密集するのを補正するためにωＲ面で｜ω｜に比例するフィルタリングを行なうことになる。すなわち、フィルタリング後の３次元フーリエ分布像を３次元逆フーリエ変換する際に、直流成分が強調されて３次元ボリュームデータが生成されるのを抑制しており、直流成分が強調されることに起因する偽像を低減しているのである。
【００５４】
ここで、３次元フーリエ空間でフィルタリング処理を行なうことの意味合いについて説明する。３次元フーリエ空間でフィルタリング処理を行なうことは、数学的には次に示す式（４）で示される。なお、ＦＭ（ωＸ，ωＹ，ωＺ）はフィルタリング処理された後の３次元フーリエ分布像であり、Ｍ（ωＸ，ωＹ，ωＺ）は上述したフーリエ空間フィルタリング部５５のフィルタ特性を示す関数である。
ＦＭ（ωＸ，ωＹ，ωＺ）＝Ｆ（ωＸ，ωＹ，ωＺ）×Ｍ（ωＸ，ωＹ，ωＺ ） … （４）
【００５５】
図１０に示すように、上述のフィルタ関数Ｍ（ωＸ，ωＹ，ωＺ）の分布を３次元フーリエ空間の３次元フーリエ分布像に重畳してイメージ的に図示する。３次元フーリエ空間でフィルタリング処理を行なうことは、複素数データである３次元フーリエ分布像に各周波数値に依存した実数値のフィルタ関数Ｍを重み付けすることであり、その重み関数ＭがωＺ方向につぶれた「パン型」の回転楕円体状を呈しているということである。Ｍ（ωＸ，ωＹ，ωＺ）は、前述の３個のフィルタ特性を表す関数の積として次に示す式（５）のように表される。
【００５６】
Ｍ（ωＸ，ωＹ，ωＺ）＝Ｍdepth （ωＺ）・Ｍｒ（ωｒ）・Ｍω（ωＲ）… （５）
式（５）に示した各フィルタ関数系の典型例について、以下に示す。
【００５７】
Ｍdepth （ωＺ）は、図１１（ａ）に示すようなローパスフィルタ特性、すなわち、ガウス型特性を有しており、次に示す式（６）で表される。
Ｍdepth （ωＺ）＝exp ｛−０．６９３・（ωＺ／ＣＦＤ）2 ｝… （６）
ただし、ＣＦＤはガウス型減衰が半分になる周波数である（図１１（ａ）参照）。
【００５８】
Ｍｒ（ωｒ）は、図１１（ｂ）に示すようなフィルタ特性を有しており、次に示す式（７）〜（９）で表される。
Ｍｒ（ωｒ）＝１ （ωｒ＜ＣＦＲ−ＷＦＲ／２である場合） … （７）
Ｍｒ（ωｒ）＝｛１−sin（（ωｒ−ＣＦＲ）・π／ＷＦＲ）｝／２ （ＣＦＲ−ＷＦＲ／２＜ωｒ＜ＣＦＲ＋ＷＦＲ／２である場合）… （８）
Ｍｒ（ωｒ）＝０ （ＣＦＲ＋ＷＦＲ／２＜ωｒである場合） … （９）
ただし、ωｒ＝√（ωＸ2＋ωＹ2＋ωＺ2）であり、高周波成分が図１２（ｂ）に示すように滑らかに減衰する正弦波状関数型にした。ＣＦＲはカットオフ周波数であり、ＷＦＲはフィルタ強度の遷移全周波数幅である（図１１（ｂ）参照）。このＭｒ（ωｒ）は、図９に示した３次元フーリエ空間で原点から離れた成分（高周波成分）を削除するものである。
【００５９】
Ｍω（ωＲ）は、図１１（ｃ）に示すようなフィルタ特性を有しており、次に示す式（10）で表される。ただし、ωＲ＝√（ωＸ2＋ωＹ2）である。
Ｍω（ωＲ）＝｜ωＲ｜ … （10）
【００６０】
なお、図１１（ａ）〜（ｃ）には、横軸のプラス方向の特性のみを図示しているが、横軸のマイナス方向の特性は、縦軸を中心に横軸のプラス方向の特性を線対称させたものと同じであるので、図示省略している。
【００６１】
ここで、フーリエ空間ローパスフィルタリング部についてもう少し詳細に説明する。フーリエ空間ローパスフィルタリング部は、図１１（ａ）に示すように、上述のＭdepth （ωＺ）で表されるガウス型のローパスフィルタ特性を有するものであり、図８に示した３次元フーリエ変換したフーリエ空間データ（３次元フーリエ分布像）の被写体軸（ωＺ軸）方向にローパスフィルタをかけるものである。このローパスフィルタリングの必要性について以下に説明する。図８に示すように、３次元フーリエ変換したフーリエ空間データ（３次元フーリエ分布像）には、ωＺ軸を軸心とし互いの中心角の先端がフーリエ空間座標の原点で交わる２つの欠損円錐（ミッシングコーン：Missing Cone）ＭＳが存在する。この２つの欠損円錐ＭＳは、データが欠落して存在していないものである。この２つの欠損円錐ＭＳは、被写体に対向させた平面内で被写体軸（Ｚ軸）周りに円形に撮影カメラ部４０を回転走査させるなどの撮影方式に起因して生じるものである。すなわち、被写体の撮影は、撮影カメラ部４０を被写体周りに半回転以上させない、つまり、被写体の全周囲のうちの極限られた一側面のみから被写体を撮影するので、撮影された被写体、つまり、被写体領域を３次元座標系で説明すると、被写体軸の方向の情報量が少なく、被写体軸方向の分解能は他の残りの２軸方向の分解能に比べて悪いものとなっていることに起因しているのである。このように、フーリエ空間ローパスフィルタリング部は、図８に示した２つの欠損円錐ＭＳの影響を低減させるように被写体軸（ωＺ軸）方向にローパスフィルタをかけることが特徴となっている。
【００６２】
具体的には、図１２に示すように、２つの欠損円錐ＭＳが存在するフーリエ空間データ（３次元フーリエ分布像）の被写体軸（ωＺ軸）方向に、逆投影処理部５３でＸ，Ｙ軸と比べて例えば４倍長くした被写体軸方向検出画素長に同等なローパスフィルタをかける。すなわち、図１２（ｂ）に示すように、３次元フーリエ分布像のＺ軸原点から高周波成分までを「４」とすると、ガウス型関数のピークから半値幅ＦＷＨＭまでを「１」とするようにしてローパスフィルタリングを行なう。このように、ローパスフィルタリング処理前の図１２に破線で示す３次元フーリエ分布像に対して、被写体軸方向検出画素長の４倍に相当するローパスフィルタ関数Ｍdepth （ωＺ）をかけると、被写体軸（ωＺ軸）方向における高周波成分がカットされて、ローパスフィルタリング処理後の図１２に実線で示す３次元フーリエ分布像（ローパスフィルタ関数Ｍdepth （ωＺ）の半値幅ＦＷＨＭが対応する部分の３次元フーリエ分布像）が生成されることになる。図１２（ａ），（ｂ）に示すように、ローパスフィルタリング処理後の３次元フーリエ分布像全体に対する欠損円錐ＭＳの占める割合は、ローパスフィルタリング処理前の３次元フーリエ分布像全体に対する欠損円錐ＭＳの占める割合と比べて小さくなっているので、３次元フーリエ分布像に対する欠損円錐ＭＳの影響を低減させることができ、これにより、後述の３次元逆フーリエ変換して生成された３次元ボリュームデータでの偽像が低減できるのである。
【００６３】
３次元逆フーリエ変換部５６は、フーリエ空間ローパスフィルタリング部でローパスフィルタリングされたフーリエ空間データを、次に示す式（11）に基づいて、３次元逆フーリエ変換して３次元ボリュームデータに戻す。なお、３次元フーリエ変換の数式は次に示す式（11）で表され、ＦＭ（ωＸ，ωＹ，ωＺ）はフィルタリング処理された後の３次元フーリエ分布像であり、ｆｍ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は３次元逆フーリエ変換された３次元ボリュームデータである。
ｆｍ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝１／８π3 ∫∫∫ＦＭ（ωＸ，ωＹ，ωＺ）・exp ｛ｊ（ωＸ・Ｘ＋ωＹ・Ｙ＋ωＺ・Ｚ）｝ｄωＸ・ｄωＹ・ｄωＺ … （11）
【００６４】
画像情報記憶部５２は、３次元逆フーリエ変換部５６で３次元逆フーリエ変換された３次元ボリュームデータ（３次元被写体像）を記憶しており、３次元被写体像のうちの被写体軸（Ｚ軸）に直交する任意の面の被写体の画像情報が操作部１０から選択されると、その任意の面の被写体像をモニタ６０に出力する。
【００６５】
モニタ６０は、画像情報記憶部５２から出力された被写体像を画面表示するものである。なお、撮影しようとする被写体に対しては、上述の画像再構成された３次元被写体像として十分なコントラストがつくように、十分な照明光が当てられている。
【００６６】
次に、上述した構成を備えた第１実施例装置の動作について説明する。まず、オペレータは、被写体領域を撮影する前に、図２に示すように、撮影カメラ部４０を円形に回転移動させるその円形軌道の直径距離（例えば、１ｍ）や、撮影カメラ部４０を円形に回転移動させる間にどの程度のピッチで撮影を行なうかというビュー数（例えば１００〜１０００）や、３次元格子群Ｋの被写体軸（Ｚ軸）方向の格子間隔を、Ｘ，Ｙ軸方向の格子間隔と比べて例えば２倍長くする設定などを操作部１０から入力する。
【００６７】
図３に示すように、撮影カメラ部４０が被写体に対向する平面内で被写体軸（Ｚ軸）周りに円形に回転走査されて、被写体領域についての撮影が行なわれ、走査各位置で検出された、被写体領域についての一群の撮影データが取得される。
【００６８】
逆投影処理部５３は、上述したように、この一群の撮影データを３次元格子群に単純逆投影（単純ＢＰ）して単純ＢＰ中間像を生成する。
【００６９】
次に、３次元フーリエ変換部５４は、逆投影処理部５３で生成された単純ＢＰ中間像を３次元フーリエ変換して、実空間データからフーリエ空間データに変換する。
【００７０】
次に、フーリエ空間フィルタリング部５５は、上述したように、３次元フーリエ変換部５４で３次元フーリエ変換されたフーリエ空間データにフィルタリング（｜ω｜フィルタリングやローパスフィルタリング）処理を施す。
【００７１】
次に、３次元逆フーリエ変換部５６は、フーリエ空間フィルタリング部５５でフィルタリング処理が施されたフーリエ空間データを３次元逆フーリエ変換して、フーリエ空間データから実空間データに戻し、３次元ボリュームデータが生成される。このようにして、被写体領域の３次元ボリュームデータを生成する画像再構成が行なわれる。
【００７２】
画像情報記憶部５２は、３次元逆フーリエ変換部５６で３次元逆フーリエ変換された３次元ボリュームデータを記憶する。画像情報記憶部５２に記憶された３次元ボリュームデータのうちの被写体軸（Ｚ軸）に直交する各面の被写体像は、オペレータの操作によって、適宜にモニタ６０に映し出される。例えば、オペレータにより任意に選択された面の被写体像が３次元ボリュームデータから読み出され、モニタ６０に映し出される。
【００７３】
以上、上述した第１実施例では、走査機構部３０は、被写体を撮影する撮影カメラ部４０と、被写体とを相対的に移動させながら被写体を撮影するように走査し、逆投影処理部５３は、走査各位置において撮影された撮影データを、被写体領域に仮想的に設定される３次元格子群Ｋの各格子点に逆投影して、３次元被写体像を生成する画像再構成を行うので、３次元被写体像を構成する被写界深度の浅い一群の撮影像、すなわち、被写体と撮影カメラ部４０とを結ぶ直線である被写体軸（Ｚ方向）方向に並べられた、被写界深度の浅い一群の撮影像を得ることができる。
【００７４】
ここで、図１に示すように、縦置きの黒い楕円体ｍ１と、この縦置きの黒い楕円体ｍ１よりもカメラ側に配置された横置きの白い楕円体ｍ２とを有する被写体領域を、第１実施例の３次元光学カメラで撮影した場合について、具体的に説明する。従来の光学カメラでは被写界深度が浅くないので、図２５（ａ）〜（ｃ）に示すように、各面の被写体像（Ａ面〜Ｃ面フォーカス像）には、フォーカスされた面以外の面に位置する楕円体がはっきりと写っていることから、高精度に３次元位置情報が得られないことがわかる。しかし、この発明の３次元光学カメラでは被写界深度を浅くできるので、図１３（ａ）〜（ｃ）に示すように、各面について再構成された被写体像（Ａ面〜Ｃ面フォーカス像）には、フォーカスされた面以外の面に位置する楕円体がぼやけてほとんど写っておらず、フォーカスされた面の被写体像のみがはっきりと写るようになっていることから、高精度に３次元位置情報が得られることがわかる。
【００７５】
また、被写体に対向して撮影カメラ部４０側に設定される平面は、この平面内の特定点である回転中心点と被写体とを結ぶ被写体軸（Ｚ軸）に直交する平面とし、走査機構部３０は、前記平面内でその回転中心周りに撮影カメラ部４０を回転移動させるので、撮影カメラ部４０を回転移動走査させて、３次元被写体像を生成する画像再構成を行うための撮影が行える。
【００７６】
また、３次元格子群Ｋの被写体軸（Ｚ軸）方向の格子間隔長さは、撮影カメラ部４０の撮像面Ｄの１画素分が被写体軸（Ｚ軸）に投影された長さである被写体軸方向検出画素長に基づいて設定されるので、被写体軸（Ｚ軸）から最も離れた走査位置にある撮影カメラ部４０と被写体とを結ぶ直線と、被写体軸（Ｚ軸）とのなす角度に応じて被写体軸（Ｚ軸）方向の格子間隔の長さが設定され、３次元格子群Ｋの被写体軸（Ｚ軸）方向の格子間隔長さを好適に設定することができる。
【００７７】
また、逆投影処理部５３は、撮影された被写体領域に仮想的に設定される３次元格子群Ｋの直交３軸方向の各格子間隔のうちの被写体軸（Ｚ軸）方向の格子間隔を、他の２方向（Ｘ，Ｙ軸方向）の格子間隔よりも長くし、走査各位置で撮影された撮影データを、被写体軸方向の格子間隔を長くした３次元格子群Ｋの所定の格子点に逆投影して、被写体領域の３次元ボリュームデータを生成する画像再構成を行なっているので、各３軸方向の格子間隔が等間隔に設定された３次元格子群に逆投影する場合と比べて、３次元格子群Ｋの被写体軸方向の格子間隔を他の２方向の格子間隔よりも長くしている分逆投影するデータ量を低減することができ、画像再構成に係る処理時間を短縮できるし、被写体軸方向の画像情報を無駄にすることなく逆投影できる。
【００７８】
また、フーリエ空間ローパスフィルタリング部は、走査各位置で撮影された撮影データを３次元格子群の各格子点に逆投影して生成した単純ＢＰ像を３次元フーリエ変換したフーリエ空間データの被写体軸（ωＺ軸）方向に対して、走査軌道に応じたフィルタリング（ローパスフィルタリング）をかけているので、そのローパスフィルタリング後のフーリエ空間データを３次元逆フーリエ変換して生成された３次元ボリュームデータにおける欠損円錐による偽像を低減できる。
【００７９】
また、フーリエ空間ローパスフィルタリング部により、被写体軸（Ｚ軸）方向検出画素長の４倍以上にぼかすローパスフィルタリングをかけることは、ローパスフィルタリングのシミュレーション結果から、偽像低減効果が十分得られる最低限の値として得られることが知見によりわかった。勿論、これ以上のローパスフィルタリングをかければ、さらに偽像は低減できるが、その分独立した被写体像の枚数は減少することになる。
【００８０】
＜第２実施例＞
続いて、この発明に係る第２実施例の３次元光学カメラについて説明する。図１４は、この発明の３次元光学カメラの第２実施例に係るブロック図である。第２実施例の３次元光学カメラは、第１実施例の３次元演算部５１以外については、前述の第１実施例と同様であるので、第２実施例の３次元演算部５１ａの構成およびその機能について特に詳細に説明するものとする。
【００８１】
ここで、この３次元演算部５１ａにおける、被写体領域の３次元ボリュームデータを生成する画像再構成の一連の処理手順について、図１５を参照しながら概説する。図１５に示すように、撮影カメラ部４０を円形に回転走査することで、被写体すなわち被写体領域についての撮影を行ない、走査各位置で検出された、被写体領域についての一群の撮影データを取得する。図１５には、この一群の撮影データを「撮影像群」として示している。次に、これらの撮影データ、すなわち、２Ｄ（２次元）データに対して、後述する２Ｄフィルタリング処理を施す（｜ω｜フィルタリング（絶対値オメガフィルタリング）やローパスフィルタリング）。次に、２Ｄフィルタリング処理された一群の撮影データを、被写体領域に仮想的に設定される３次元格子群の各格子点に逆投影（フィルタードバックプロジェクション：Filtered Back Projection）して３次元ボリュームデータ（３次元被写体像）を生成する画像再構成を行なう。
【００８２】
このように、前述の第１実施例では、走査各位置の撮影データを３次元格子群Ｋに逆投影する画像再構成を行なうことで生成した３次元被写体像を３次元フーリエ変換したフーリエ空間データに対してフィルタリング処理を施していたが、この第２実施例では、走査各位置の撮影データ、すなわち、２Ｄ（２次元）データに対してフィルタリング処理を施した後に、フィルタリング処理後の一群の撮影データを３次元格子群Ｋに逆投影する画像再構成を行なっている。なお、オペレータは、この３次元被写体像から任意の面の被写体画像を選択することで、選択した面の被写体画像が見られる（図１５には、最右端に表示された厚みの薄い円柱状のものをＺ軸方向から見ているものに対応する）。上述したように、一群の撮影データに２Ｄフィルタリング処理を施して逆投影するという手法を、２Ｄ（２次元）フィルタリング法と呼ぶ。
【００８３】
前述した第１実施例では、図２（ａ）に示すように、走査各位置において撮影カメラ部４０の撮像面Ｄの横軸方向（Ｕ方向）は常にＸ軸方向と平行になるようにしていた、すなわち、撮像面Ｄ自体は自転せずに非回転としていたが、この第２実施例では、図１６（ａ），（ｂ）に示すように、走査各位置において撮影カメラ部４０の撮像面Ｄの横軸方向（Ｕ方向）が、走査軌道である円形軌道に接する接線方向となるように、撮影カメラ部４０の撮像面Ｄ自体を自転させている。
【００８４】
図１４に示すように、３次元演算部５１ａは、円形に回転走査して得られた被写体領域についての一群の撮影データに、所定の２Ｄフィルタリング処理を施す（｜ω｜フィルタリングやローパスフィルタリング）２Ｄフィルタリング部５８を備えている。
【００８５】
２Ｄフィルタリング部５８は、走査各位置で得られた撮影データの円形軌道に接する接線方向、すなわち、撮影カメラ部４０の撮像面Ｄの横方向（Ｕ方向）に｜ω｜フィルタリングをかける｜ω｜フィルタリング部と、走査各位置で得られた撮影データの円形軌道に接する接線方向に垂直な方向、すなわち、撮影カメラ部４０の撮像面Ｄの縦方向（Ｖ方向）にローパスフィルタリングをかけるローパスフィルタリング部とを備えている。
【００８６】
｜ω｜フィルタリング部における｜ω｜フィルタリングの関数特性は、前述の第１実施例で図１１（ｂ），（ｃ）および式（７）〜（10）で示したＭｒ（ωｒ）・Ｍω（ωＲ）となる。また、ローパスフィルタリング部におけるローパスフィルタリングの関数特性は、前述の第１実施例で図１１（ａ）および式（６）で示したＭdepth （ωＺ）となる。
【００８７】
ここで、２Ｄフィルタリング部５８による｜ω｜フィルタリングとローパスフィルタリングとについて、図１７を用いて概説する。図１７（ａ）に示すように、走査各位置で得られた撮影データを、一旦、２次元フーリエ空間像にフーリエ変換し、図１７（ｂ）に示すように、この２次元フーリエ空間像のωV 方向（撮影カメラ部４０の撮像面Ｄの縦方向（Ｖ方向）に対応する）にローパスフィルタリングをかけるとともに、２次元フーリエ空間像のωU 方向（撮影カメラ部４０の撮像面Ｄの横方向（Ｕ方向）に対応する）に｜ω｜フィルタリングをかける、いわゆる、２Ｄフィルタリングをかけ、図１７（ｃ）に示すように、２Ｄフィルタリング後の２次元フーリエ空間像を実空間像に戻す逆フーリエ変換を行なっている。ここでは説明の便宜上、走査各位置で得られた撮影データをフーリエ空間データに変換して２Ｄフィルタリング処理を施すことについて説明しているが、走査各位置で得られた撮影データに対して実空間上で２Ｄフィルタリング処理を施してもよく、これらは数学的に全く等価な処理である。上述したように、図１７（ａ）に示す撮影データに２Ｄフィルタリング処理を施して、図１７（ｃ）に示すように、撮影データを適切にぼかしておくことで、後段の逆投影処理部５３で３次元格子群Ｋに逆投影して生成される３次元被写体像での欠損円錐による偽像を低減している点が２Ｄフィルタリング部５８の特徴である。すなわち、走査各位置の撮影データに対して上述の２Ｄフィルタリング処理を施さずに、後段の逆投影処理部５３によって走査各位置の撮影データを３次元格子群Ｋに逆投影して３次元被写体像を生成すると、図１８（ａ）に示すように、フーリエ空間上の３次元被写体像において被写体軸（ωＺ軸）を中心軸とする２つの欠損円錐ＭＳが生じてしまい、この欠損円錐ＭＳの影響によって３次元被写体像に偽像が生じることになる。そこで、上述したように走査各位置の撮影データに対して２Ｄフィルタリング処理を施して走査各位置の撮影データを適切にぼかして３次元格子群Ｋに逆投影して３次元被写体像を生成すると、図１８（ｂ）に示すように、フーリエ空間上の３次元被写体像における欠損データＭＤは図１８（ａ）に示す２つの欠損円錐ＭＳに比べて小さくなった葉巻型の形状のものとなり、３次元被写体像での欠損円錐ＭＳによる偽像を低減できるのである。
【００８８】
上述した撮像面Ｄの自転は、図１６（ｂ）に示すように、撮影データの縦方向（Ｖ方向）にローパスフィルタリングをかけ、撮影データの横方向（Ｕ方向）に｜ω｜フィルタリングをかければよいということから、撮影データに対するフィルタリング方向が走査各位置において変化していくことなく固定であるという利点がある。仮に、前述の第１実施例のように撮像面Ｄ自体を自転させずに固定とした場合には、図２（ａ）に示すように、走査各位置において形成される面（被写体領域の中心点Ｏと円軌道走査中心点ＤＳと撮像面Ｄとを結ぶことで形成される三角形Ｏ−ＤＳ−Ｄ）が撮影カメラ部４０の撮像面Ｄ（撮影データ）に交差する方向にローパスフィルタリングをかけ、撮影カメラ部４０の撮像面Ｄ（撮影データ）のローパスフィルタリング方向に垂直な方向に｜ω｜フィルタリングをかければよく、撮影データに対するフィルタリング方向は走査各位置において上述のように変化していくことになる。
【００８９】
３次元演算部５１ａは、２Ｄフィルタリング処理した走査各位置の撮影を３次元格子群Ｋの各格子点に逆投影して、被写体領域の３次元ボリュームデータを生成する画像再構成を行う逆投影処理部５３を備えている。具体的には、逆投影処理部５３は、前述の第１実施例と同様に、３次元格子群Ｋの直交３軸方向の各格子間隔のうちの被写体軸方向の格子間隔を他の２方向の格子間隔よりも長くしている。また、図１６（ａ）に示すように、走査各位置において撮影カメラ部４０の撮像面Ｄの横軸方向（Ｕ方向）が、走査軌道である円形軌道に接する接線方向となるように、撮影カメラ部４０の撮像面Ｄ自体を自転させた状態のままで、その走査各位置の撮影データを３次元格子群の各格子点に逆投影している。
【００９０】
次に、上述した構成を備えた第２実施例装置の動作について説明する。まず、オペレータは、被写体領域を撮影する前に、図１６（ａ）に示すように、撮影カメラ部４０を円形に回転移動させるその円形軌道の直径距離（例えば、１ｍ）や、撮影カメラ部４０を円形に回転移動させる間にどの程度のピッチで撮影を行なうかというビュー数（例えば１００〜１０００）や、３次元格子群Ｋの被写体軸（Ｚ軸）方向の格子間隔を、Ｘ，Ｙ軸方向の格子間隔と比べて例えば２倍長くする設定などを操作部１０から入力する。
【００９１】
図１６（ａ）に示すように、撮影カメラ部４０が被写体に対向する平面内で被写体軸（Ｚ軸）周りに円形に回転走査されて、被写体領域についての撮影が行なわれ、走査各位置で検出された、被写体領域についての一群の撮影データが取得される。
【００９２】
次に、２Ｄフィルタリング部５８は、これらの一群の撮影データに対して、上述の２Ｄフィルタリング（｜ω｜フィルタリングやローパスフィルタリング）処理を施す。
【００９３】
逆投影処理部５３は、上述の２Ｄフィルタリング処理された一群の撮影データを３次元格子群に逆投影（バックプロジェクション）して、３次元ボリュームデータを生成する。このようにして、被写体領域の３次元ボリュームデータ（３次元被写体像）を生成する画像再構成が行なわれる。
【００９４】
画像情報記憶部５２は、２Ｄフィルタリング処理された一群の撮影データを逆投影処理部５３で逆投影した３次元ボリュームデータ（３次元被写体像）を記憶する。画像情報記憶部５２に記憶された３次元ボリュームデータのうちの被写体軸（Ｚ軸）に直交する各面の被写体像は、オペレータの操作によって、適宜にモニタ６０に映し出される。例えば、オペレータにより任意に選択された面の被写体像が３次元ボリュームデータから読み出され、モニタ６０に映し出される。
【００９５】
以上、上述した第２実施例では、２Ｄフィルタリング部５８は、走査各位置で撮影された撮影データの走査軌道により決まるフィルタリング方向に対して、走査軌道に応じたフィルタリングをかけて逆投影処理部５３に出力するので、前述の第１実施例と同様の効果を有し、欠損円錐の影響による偽像を低減した３次元被写体像が得られる。
【００９６】
この発明は、上記各実施例に限られるものではなく、下記のように変形実施することができる。
【００９７】
（１）上述の各実施例では、走査機構部３０は、図２，１６に示すように撮影カメラ部４０を円形に回転走査させているが、以下に説明するような種々の走査を採用してもよい。例えば、図１９（ａ）に示すように、撮影カメラ部４０が被写体に対して所定位置にあるときのこの被写体と撮影カメラ部４０とを結ぶ被写体軸（Ｚ軸）に直交する直線軌道上に、撮影カメラ部４０を直線移動させた場合には、撮影カメラ部４０を直線移動走査させて、３次元被写体像を生成する画像再構成を行うための撮影を行なうことができる。なお、この直線移動走査の場合で前述の第２実施例の２Ｄフィルタリング処理を施す場合には、図１９（ｂ）に示すように、撮影カメラ部４０の直線移動方向、すなわち、撮影カメラ部４０の撮像面Ｄの横方向（Ｕ方向）に、その走査各位置に応じたローパスフィルタリングを施すようにすればよい。具体的には、直線走査軌道上の中心位置である＃２位置では、ローパスフィルタリングの通過帯域を他の走査位置に比して最も大きくしたローパスフィルタリングを施すようにしており、＃１，＃３位置では、＃２位置から離れるにつれてローパスフィルタリングの通過帯域を小さくしたローパスフィルタリングを施すようにしている。
【００９８】
また、走査機構部３０は、被写体周りの円周軌道の一部である単一の円弧軌道上に撮影カメラ部４０を移動させるようにしてもよい。この場合は、撮影カメラ部４０を円弧走査させて、３次元被写体像を生成する画像再構成を行うための撮影が行える。
【００９９】
また、図２０（ａ）に示すように、被写体Ｍに対向して撮影カメラ部４０側に設定される平面は、この平面内の特定点と被写体Ｍとを結ぶ被写体軸（Ｚ軸）に直交する平面とし、撮影カメラ部４０は、前記平面内でその特定点から離れた任意点に固定配置され、走査機構部３０は、被写体Ｍを被写体軸（Ｚ軸）周りに回転させてもよい。この場合は、被写体Ｍ自体を回転させることでこの被写体Ｍを走査する、３次元被写体像を生成する画像再構成を行うための撮影が行える。
【０１００】
また、図２０（ｂ）に示すように、被写体Ｍに対向して撮影カメラ部４０側に設定される平面は、この平面内の特定点である回転中心点と被写体Ｍとを結ぶ被写体軸（Ｚ軸）に直交する平面とし、撮影カメラ部４０は、被写体軸（Ｚ軸）上に被写体Ｍに向けるようにして配設され、走査機構部３０によって被写体軸（Ｚ軸）周りに回転させられながら、被写体軸（Ｚ軸）に対して傾いた方向から撮影した光学像を反射させて撮影カメラ部４０に結像させる回転型光学ミラー７１を備えてもよい。この場合は、撮影カメラ部４０をＺ軸上に固定したままで回転型光学ミラー７１のみを回転走査させることで、３次元被写体像を生成する画像再構成を行うための撮影が行える。例えば、撮影しようとする被写体Ｍに対しては、画像再構成された３次元被写体像として十分なコントラストがつくように、図２０（ａ）に示すように照明手段７２によって被写体Ｍ全体に一様な照明光を当てるようにしたり、図２０（ｂ）に示すように照明手段７２によって特定方向からのみ被写体Ｍに照明光を当てるようにしてもよい。
【０１０１】
また、図２０（ｃ）に示すように、走査機構部３０は、被写体Ｍが撮影カメラ部４０に対して所定位置にあるときのこの被写体Ｍと撮影カメラ部４０とを結ぶ被写体軸に直交する直線軌道上に、被写体Ｍを直線移動させるとともに、この移動中の被写体Ｍを追従して撮影するように撮影カメラ部４０を首振りさせるようにしてもよい。この場合は、被写体Ｍを直線移動させることでこの被写体Ｍを走査する、３次元被写体像を生成する画像再構成を行うための撮影が行える。
【０１０２】
（２）また、図２１に示すように、この３次元光学カメラは屋外撮影も行なえる。図２１（ａ），（ｂ）に示すように撮影カメラ部４０を所定メートル（例えば４〜５ｍ）直線移動させる走査をしたり、図２１（ｃ），（ｄ）に示すように撮影カメラ部４０を所定メートル（例えば１ｍ）円形移動させる走査をしたりすることもできる。図２１には、被写体を例えば木立の背後に位置する人としている。従来の光学カメラでは、人にピントを合わせたとしても、木立の影響を受けてしまい、木立に隠れた人の映像しか得られないが、この３次元光学カメラによれば、木立などの繊維状の前景障害物を取り除いた状態での人の映像が得られる。
【０１０３】
（３）また、図２２に示すように、走査各位置における撮影データの位置校正を行なうためのマーカＭＫを被写体領域に配置しておき、逆投影処理部５３は、走査各位置において撮影された撮影データを、その撮影データ内のマーカＭＫを基準に位置合わせするように３次元格子群Ｋの各格子点に逆投影して、３次元被写体像を生成する画像再構成を行うようにしてもよい。上述のマーカＭＫとしては、図２２（ａ），（ｂ）に示す白黒ストライプのポール状のマーカＭＫや、図２２（ｃ），（ｄ）に示す弓の的のような同心円状に濃淡が変化するマーカＭＫなど、種々の模様や形状のものが挙げられる。なお、このマーカは、一群の撮影期間中、被写体に対して不動であるとしている。
【０１０４】
（４）上述の各実施例では、逆投影処理部５３は、被写体領域に仮想的に設定される３次元格子群Ｋを四角柱形状（例えば正方体形状）としているが、図２３（ａ）に示すように、３次元格子群を、撮影カメラ部４０から離れるに従って末広がりとなる四角錐形状とすることもできる。図２３（ａ）に示す四角錐形状の３次元格子群Ｋは、種々のスケールのものとすることができるが、ここでは例えば、両対数スケールのものとしている。図２３（ａ）に示す四角錐形状の３次元格子群Ｋの３次元光学カメラから１０ｍ，１００ｍ，１ｋｍ，１０ｋｍの各位置の被写体像を、それぞれ図２３（ｂ）〜（ｅ）に示している。図２３（ｂ）に示す被写体像のサイズは３．１６ｍ角であり、図２３（ｃ）に示す被写体像のサイズは１０ｍ角であり、図２３（ｄ）に示す被写体像のサイズは３１．６ｍ角であり、図２３（ｅ）に示す被写体像のサイズは１００ｍ角である。上述したように、被写体領域を、遠景物を含むような広範囲に設定するような場合に、３次元格子群を四角錐形状とすることで、好適な３次元格子群が設定できる。
【０１０５】
（５）上述の各実施例では、撮影カメラ部４０は被写体からの反射光（可視光）によってその被写体を撮影できるものとしているが、可視光に限らず、赤外線や紫外線などあらゆる波長帯域の電磁波によってその被写体を撮影できる３次元光学カメラにも適用可能である。
【０１０６】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、請求項１または２に記載の３次元光学カメラによれば、被写体を撮影する撮影カメラ部と被写体とを相対的に移動させながら被写体を撮影するように走査する走査機構部と、走査各位置において撮影された撮影データを、被写体領域に仮想的に設定される３次元格子群の各格子点に単純逆投影して、３次元被写体像を生成する画像再構成を行う単純逆投影処理部とを備えているので、３次元被写体像を構成する被写界深度の浅い一群の撮影像、すなわち、被写体と撮影カメラ部とを結ぶ直線である被写体軸の方向に並べられた、被写界深度の浅い一群の撮影像を得ることができる。また、フィルタリング部は、走査各位置で撮影された撮影データまたはそれらを画像再構成して生成された３次元被写体像に対して、画像再構成して生成された３次元被写体像における偽像を低減するためのフィルタリングをかけるので、欠損円錐などの欠損データの影響による偽像を低減した３次元被写体像が得られる。また、請求項１に記載の発明によれば、２Ｄフィルタリング部は、走査各位置で撮影された撮影データの走査軌道により決まるフィルタリング方向に対して、走査軌道に応じたフィルタリングをかけて単純逆投影処理部に出力するので、欠損円錐などの欠損データの影響による偽像を低減した３次元被写体像が得られる。  また、請求項２に記載の発明によれば、単純逆投影処理部で生成された３次元被写体像を３次元フーリエ変換したフーリエ空間データの被写体軸方向にローパスフィルタリングをかけて、実空間データの３次元被写体像に戻すので、欠損円錐などの欠損データの影響による偽像を低減した３次元被写体像が得られる。
【０１０７】
また、請求項３に記載の３次元光学カメラによれば、走査機構部は、撮影カメラ部が被写体に対して所定位置にあるときのこの被写体と撮影カメラ部とを結ぶ被写体軸に直交する直線軌道上に、撮影カメラ部を直線移動させるので、撮影カメラ部を直線移動走査させて、３次元被写体像を生成する画像再構成を行うための撮影を行なうことができる。
【０１０８】
また、請求項４に記載の３次元光学カメラによれば、被写体に対向して撮影カメラ部側に設定される平面は、この平面内の特定点である回転中心点と被写体とを結ぶ被写体軸に直交する平面とし、走査機構部は、前記平面内でその回転中心周りに撮影カメラ部を回転移動させるので、撮影カメラ部を回転移動走査させて、３次元被写体像を生成する画像再構成を行うための撮影を行なうことができる。
【０１０９】
また、請求項５に記載の３次元光学カメラによれば、走査機構部は、被写体周りの円周軌道の一部である単一の円弧軌道上に撮影カメラ部を移動させるので、撮影カメラ部を円弧走査させて、３次元被写体像を生成する画像再構成を行うための撮影を行うことができる。
【０１１０】
また、請求項６に記載の３次元光学カメラによれば、被写体に対向して撮影カメラ部側に設定される平面は、この平面内の特定点と被写体とを結ぶ被写体軸に直交する平面とし、撮影カメラ部は、前記平面内でその特定点から離れた任意点に固定配置され、走査機構部は、被写体を被写体軸周りに回転させるので、被写体自体を回転させることでこの被写体を走査する、３次元被写体像を生成する画像再構成を行うための撮影を行うことができる。
【０１１１】
また、請求項７に記載の３次元光学カメラによれば、被写体に対向して撮影カメラ部側に設定される平面は、この平面内の特定点である回転中心点と被写体とを結ぶ被写体軸に直交する平面とし、撮影カメラ部は、被写体軸上に被写体に向けるようにして配設され、回転型光学ミラーは、走査機構部によって被写体軸周りに回転させられながら、被写体軸に対して傾いた方向から光学像を反射させて撮影カメラ部に結像させるので、回転型光学ミラーを回転走査させて、３次元被写体像を生成する画像再構成を行うための撮影を行なうことができる。
【０１１２】
また、請求項８に記載の３次元光学カメラによれば、走査機構部は、被写体が撮影カメラ部に対して所定位置にあるときのこの被写体と撮影カメラ部とを結ぶ被写体軸に直交する直線軌道上に、被写体を直線移動させるとともに、この移動中の被写体を追従して撮影するように撮影カメラ部を首振りさせるので、被写体を直線移動させることでこの被写体を走査する、３次元被写体像を生成する画像再構成を行うための撮影を行なうことができる。
【０１１３】
また、請求項９に記載の発明によれば、単純逆投影処理部は、３次元格子群の直交３軸方向の各格子間隔のうち、被写体軸方向の格子間隔を他の２方向の格子間隔よりも長くして３次元被写体像を生成するので、各３軸方向の格子間隔が等間隔に設定された３次元格子群に逆投影する場合と比べて、３次元格子群の被写体軸方向の格子間隔を他の２方向の格子間隔よりも長くしている分逆投影するデータ量が低減され、画像再構成に係る処理時間が短縮される。
【０１１４】
また、請求項１０に記載の３次元光学カメラによれば、３次元格子群の被写体軸方向の格子間隔長さは、撮影カメラ部の撮像面Ｄの１画素分が被写体軸に投影された長さである被写体軸方向検出画素長に基づいて設定されるので、被写体軸から最も離れた走査位置にある撮影カメラ部と被写体とを結ぶ直線と、被写体軸とのなす角度に応じて被写体軸方向の格子間隔の長さが設定される。
【０１１５】
【０１１６】
【０１１７】
【０１１８】
また、請求項１１に記載の発明によれば、走査各位置における撮影データの位置校正を行なうためのマーカを被写体領域に配置しておき、単純逆投影処理部は、走査各位置において撮影された撮影データを、その撮影データ内のマーカを基準に位置合わせするように３次元格子群の各格子点に逆投影して、３次元被写体像を生成する画像再構成を行うので、撮影データ内のマーカに基づいて、走査各位置における撮影データの位置校正が行なえる。
【０１１９】
また、請求項１２に記載の発明によれば、単純逆投影処理部は、被写体領域に仮想的に設定される３次元格子群を、撮影カメラ部から離れるに従って末広がりとなる四角錐形状とするので、被写体領域を、遠景物を含むような広範囲に設定するような場合に、好適な３次元格子群が設定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の第１実施例に係る３次元光学カメラのブロック図である。
【図２】  （ａ）は第１実施例の撮影カメラ部の一走査形態を示す模式図であり、（ｂ）は＃１〜３位置での撮影データを示す図である。
【図３】  第１実施例の３次元演算部における一連の処理手順を説明するための模式図である。
【図４】  走査各位置で撮影された撮影データを３次元格子群に逆投影する状態を示す説明図である。
【図５】  （ａ）は針穴写真機の撮影メカニズムを示す説明図であり、（ｂ）はＸ線透視像撮影装置におけるＸ線透視像の撮影メカニズムを示す説明図である。
【図６】  この発明の逆投影処理部における逆投影手法を説明するための模式図である。
【図７】  （ａ）、（ｂ）は３次元格子群の各軸の検出画素長とフラットパネル型Ｘ線検出器の１画素ピッチとの関係を説明するための模式図である。
【図８】  ωＺ軸方向に欠損円錐が存在する３次元フーリエ分布像を示す模式図である。
【図９】  ωＸ−ωＹ平面の半径ωｒを示す模式図である。
【図１０】  第１実施例のフィルタリング部のフィルタ関数を３次元フーリエ分布像に重畳して示した模式図である。
【図１１】  （ａ）〜（ｃ）は第１実施例のフィルタリング部の各フィルタ関数を示す特性図である。
【図１２】  （ａ）はωＺ軸方向に欠損円錐が存在する３次元フーリエ分布像を模式的に示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の側面図である。
【図１３】  （ａ）〜（ｃ）は第１実施例の３次元光学カメラで撮影されて再構成された各面の再構成像を示す模式図である。
【図１４】  この発明の第２実施例に係る３次元光学カメラを示すブロック図である。
【図１５】  第２実施例の３次元演算部における一連の処理手順を説明するための模式図である。
【図１６】  （ａ）は第２実施例の撮影カメラ部の一走査形態を示す模式図であり、（ｂ）は＃１〜３位置での撮影データを示す図である。
【図１７】  （ａ）〜（ｃ）は、撮影データに２Ｄフィルタリング処理を施すことを説明するための様式図である。
【図１８】  （ａ）は２Ｄフィルタリング処理を施さない場合の３次元被写体像における欠損円錐を示す模式図であり、（ｂ）は２Ｄフィルタリング処理により欠損円錐が小さく葉巻型形状になることを示す模式図である。
【図１９】  （ａ）は撮影カメラ部の一走査形態を示す模式図であり、（ｂ）は＃１〜３位置での撮影データを示す図である。
【図２０】  （ａ）は被写体を回転させる走査形態を示す模式図であり、（ｂ）は回転型光学ミラーを回転させる走査形態を示す模式図であり、（ｃ）は被写体を直線移動させてこの被写体を撮影カメラ部で追従撮影する走査形態を示す模式図である。
【図２１】  （ａ）は３次元光学カメラによる屋外撮影を説明するための模式図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ側面図であり、（ｃ）は３次元光学カメラによる屋外撮影を説明するための模式図であり、（ｄ）は（ｃ）のＢ−Ｂ側面図である。
【図２２】  （ａ）は被写体領域にマーカを設けたことを示す模式図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ側面図であり、（ｃ）は被写体領域にマーカを設けたことを示す模式図であり、（ｄ）は（ｃ）のＢ−Ｂ側面図である。
【図２３】  （ａ）は四角錐形状の３次元格子群を示す模式図であり、（ｂ）〜（ｅ）は被写体軸上の各位置における被写体像を示す模式図である。
【図２４】  従来の光学カメラでの撮影状態を説明するための模式図である。
【図２５】  （ａ）〜（ｃ）は従来の３次元光学カメラで撮影された各面のフォーカス像を示す模式図である。
【符号の説明】
３０ … 走査機構部
４０ … 撮影カメラ部
５１ … ３次元演算部
５１ａ… ３次元演算部
５３ … 逆投影処理部
５４ … ３次元フーリエ変換部
５５ … フーリエ空間フィルタリング部
５６ … ３次元逆フーリエ変換部
５７ … フィルタリング部
５８ … ２Ｄフィルタリング部
７１ … 回転型光学ミラー
Ｄ … 撮像面
Ｋ … ３次元格子群
ＭＫ … マーカ
【図１】
0005103697.tif 000002
【図２】
0005103697.tif 000003
【図３】
0005103697.tif 000004
【図４】
0005103697.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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