(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カメラに装着され、被写体の左画像を撮像するための左側開口と、前記被写体の右画像を撮像するための右側開口とを備え、前記カメラの撮像部の水平方向に２分された各領域において前記左画像及び前記右画像とを同時に結像するステレオ画像撮影用のステレオアダプタであって、
前記左画像と前記右画像とを各々水平方向に圧縮又は伸張して前記撮像部の前記各領域に結像させる拡縮手段を備え、
前記拡縮手段が、湾曲面をもつ一対のミラー部材をからなり、前記一対のミラー部材の各々が前記左画像および前記右画像を撮像する各々の光路上に配置される
ことを特徴とするステレオアダプタ。
【請求項２】
前記湾曲面が、母線が前記水平方向及び前記カメラの光軸方向に垂直である柱面の一部であることを特徴とする請求項１に記載のステレオアダプタ。
【請求項３】
前記柱面からなる前記ミラー部材が凸面鏡であることを特徴とする請求項２に記載のステレオアダプタ。
【請求項４】
前記凸面鏡が円柱の外側面であることを特徴とする請求項３に記載のステレオアダプタ。
【請求項５】
前記拡縮手段が、前記左画像及び前記右画像を１／２の倍率で前記水平方向に圧縮することを特徴とする請求項４に記載のステレオアダプタ。
【請求項６】
前記左側開口及び前記右側開口から入射した光が、それぞれ第１の光学素子で反射された後、第２の光学素子で反射されて前記各領域に導かれ、前記第１又は第２の光学素子の少なくとも一方が前記ミラー部材であることを特徴とする請求項１に記載のステレオアダプタ。
【請求項７】
前記第１の光学素子が前記水平方向及び前記カメラの光軸方向に垂直な軸回りに回動可能な平面鏡であるとともに前記第２の光学素子が前記ミラー部材であり、前記第１の光学素子の回動角を調整することにより前記左画像及び右画像の輻輳を調整する輻輳調整手段を備えることを特徴とする請求項６に記載のステレオアダプタ。
【請求項８】
請求項１に記載のステレオアダプタが装着されるカメラからなるステレオ画像撮像装置であって、前記拡縮手段により圧縮又は伸張された前記左画像及び前記右画像とを圧縮又は伸張されていない通常の画像に変換する画像変換手段を備えることを特徴とするステレオ画像撮像装置。
【請求項９】
輻輳を検出する輻輳検出手段と、前記輻輳に係る情報を画像データと共に記録媒体に記録する記録手段とを備えることを特徴とする請求項８に記載のステレオ画像撮像装置。
【請求項１０】
被写体の左画像を撮像するための左側開口と、前記被写体の右画像を撮像するための右側開口と、前記左画像と前記右画像とを撮像する撮像部と、前記左画像と前記右画像とを各々水平方向に圧縮又は伸張して前記撮像部の水平方向に２分された各領域に同時に結像可能な拡縮手段を備え、
前記拡縮手段が、湾曲面をもつ一対のミラー部材をからなり、前記一対のミラー部材の各々が前記左画像および前記右画像を撮像する各々の光路上に配置される
ことを特徴とするステレオ画像撮像装置。
【請求項１１】
前記拡縮手段により圧縮又は伸張された前記左画像及び前記右画像とを圧縮又は伸張されていない通常の画像に変換する画像変換手段を備えることを特徴とする請求項１０に記載のステレオ画像撮像装置。
【請求項１２】
カメラと、
前記カメラに装着され、被写体の左画像を撮像するための左側開口と、前記被写体の右画像を撮像するための右側開口とを備え、前記カメラの撮像部の水平方向に２分された各領域において前記左画像及び前記右画像とを同時に結像し、前記左画像と前記右画像とを各々水平方向に圧縮又は伸張して前記撮像部の前記各領域に結像させる拡縮手段を備えるステレオアダプタと、
前記拡縮手段により圧縮又は伸張された前記左画像及び前記右画像とを圧縮又は伸張されていない通常の画像に変換する画像変換手段と、
輻輳を検出する輻輳検出手段と、
前記輻輳に係る情報を画像データと共に記録媒体に記録する記録手段と
を備えることを特徴とするステレオ画像撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立体視のためのステレオ画像を撮像するステレオ画像撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
左右一対の視差画像を撮像する方法として、例えばステレオアダプタを用いたものが従来知られている。ステレオアダプタは、カメラの鏡筒に取り付けられカメラの撮像光学系（レンズ系）の光路をミラーを用いて２分する。これによりカメラの撮像部に水平方向（横方向）の大きさが通常の画像の半分の大きさの視差画像が左右同時に撮像される。また、左右の視差画像をそれぞれ撮像部の受光部全体で撮像するものとしては、特開２０００−１５２２８２号公報などが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、左右の視差画像を水平方向に圧縮又は伸張して撮像可能なステレオアダプタ又はステレオ画像撮像装置を簡単な構成により提供することを目的としている。また、より具体的には、左右の視差画像を撮像部の左右半分の領域でそれぞれ同時に撮像可能なステレオアダプタ又はステレオ画像撮像装置において、左右の視差画像をそれぞれ撮像部の受光領域に対応する視野で撮像可能とすることを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明のステレオアダプタは、カメラに装着され、左画像を撮像するための左側開口と右画像を撮像するための右側開口とを備え、カメラの撮像部の水平方向に２分された各領域において左画像及び右画像とを同時に結像するステレオアダプタであって、左画像と右画像とを水平方向に圧縮又は伸張して撮像部の各領域に結像させる拡縮手段を備えたことを特徴としている。
【０００５】
簡略な構成とするには拡縮手段は、湾曲面をもつ一対のミラー部材からなることが好ましく、湾曲面は母線が水平方向及びカメラの光軸方向に垂直である柱面の一部であることが好ましい。
【０００６】
また左画像及び右画像を水平方向に圧縮する場合には、柱面からなるミラー部材が凸面鏡であることが好ましく、更に凸面鏡が円柱の外側面であることが好ましい。これにより柱面の成形がより簡略になるとともに、圧縮された画像を復元するための画像変換がより容易になる。
【０００７】
例えばカメラで通常の画像を撮像したときと同じ視野で左画像及び右画像を撮像する場合には、拡縮手段は左画像及び右画像を１／２の倍率で水平方向に圧縮することが好ましい。
【０００８】
ステレオアダプタの光学系をより簡略に構成するには、左側開口及び右側開口から入射した光が、それぞれ第１の光学素子で反射された後、第２の光学素子で反射されて撮像部の各領域に導かれ、第１又は第２の光学素子の少なくとも一方が前記拡縮手段であることが好ましい。
【０００９】
より自然なステレオ画像を得るには、第１の光学素子は水平方向及びカメラの光軸方向に垂直な軸回りに回動可能な平面鏡であるとともに第２の光学素子が拡縮手段であり、第１の光学素子の回動角を調整することにより左画像及び右画像の輻輳を調整する輻輳調整手段をステレオアダプタが備えることが好ましい。
【００１０】
本発明の請求項９に係るステレオ画像撮像装置は、上記ステレオアダプタが装着されるカメラからなるステレオ画像撮像装置であって、拡縮手段により圧縮又は伸張された左画像及び右画像とを圧縮又は伸張されていない通常の画像に変換する画像変換手段を備えたことを特徴としている。
【００１１】
このときステレオ画像撮像装置は、輻輳を検出する輻輳検出手段と、輻輳に係る情報を画像データと共に記録媒体に記録する記録手段とを備えることが好ましい。これにより、撮像された視差画像からより容易かつ正確に被写体の３次元データを求めることができる。
【００１２】
また、本発明の請求項１１に係るステレオ画像撮像装置は、左画像を撮像するための左側開口と右画像を撮像するための右側開口と、左画像と右画像とを撮像する撮像部と、左画像と右画像とを水平方向に圧縮又は伸張して撮像部の水平方向に２分された各領域に同時に結像可能な拡縮手段を備えたことを特徴としている。
【００１３】
このときステレオ画像撮像装置は、拡縮手段により圧縮又は伸張された左画像及び右画像とを圧縮又は伸張されていない通常の画像に変換する画像変換手段を備えることが好ましい。これにより、後に行われる３次元データ化等の処理をより容易に行うことが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態であるカメラ型のステレオ画像撮像装置の斜視図である。図１を参照して本実施形態について説明する。
【００１５】
カメラ本体１０の前面において、レンズ鏡筒１１の左上にはファインダ窓（対物部）１２が設けられ、右上にはストロボ１３が設けられている。カメラ本体１０の上面左側にはレリーズスイッチ１５及び液晶表示パネル１６が、右側にはモード切替ダイヤル１７が設けられている。カメラ本体１０の側面には、インターフェースコネクタ１８、ＩＣメモリカード等の記録媒体を挿入するためのカード挿入口１９が形成されている。
【００１６】
鏡筒１１の前面には、ステレオアダプタ５０が図示しないマウント機構により着脱自在に装着される。ステレオアダプタ５０には、左右に２つの左側開口５１Ｌと右側開口５１Ｒが設けられており、後述するように鏡筒１１の光路は、ステレオアダプタ５０内に設けられたミラー（図２参照）により二分され、これらの開口に導かれる。また、ステレオアダプタ５０の上面略中央には、後述する回動ミラー（図２参照）の回動角を調整するためのミラー調整摘６０が設けられており、その側面にはインターフェース用のコネクタ６２が設けられる。コネクタ６２には、インターフェースケーブル２０の一方のコネクタ２１Ａが着脱自在に装着される。インターフェースケーブル２０のもう一方のコネクタ２１Ｂは、カメラ本体１０のインターフェースコネクタ１８に着脱自在に接続される。
【００１７】
図２は、図１のステレオ画像撮像装置の光学的な構成を模式的に示す。
カメラ１０のレンズ鏡筒１１内には、絞り（例えばアイリス絞り）２５を備える撮像光学系１１Ａが配設されており、撮像光学系１１Ａの光軸Ｌ上には撮像素子（例えばＣＣＤ）２８が光軸Ｌに垂直に配設される。ステレオアダプタ５０では、光軸Ｌに対し対称な位置には、回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒが配置される。回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒは、それぞれ光軸Ｌに垂直な軸５９Ｌ、５９Ｒを中心に回動可能であり、回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒ各々の回動角度は、光軸Ｌに対し対称に維持される。回動ミラー５７Ｌと対面する位置には、湾曲ミラー（拡縮手段）５８Ｌが配置され、回動ミラー５７Ｒと対面する位置には、湾曲ミラー（拡縮手段）５８Ｒが配置される。湾曲ミラー５８Ｌ、５８Ｒは、母線が軸５９Ｌ、５９Ｒに平行な柱面の一部であり、本実施形態では例えば湾曲ミラー５８Ｌ、５８Ｒは円柱側面の一部から構成される。湾曲ミラー５８Ｌ、５８Ｒは、光軸Ｌに対しそれぞれ対称に、かつ反射面を回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒにそれぞれ向けて配置され、光軸Ｌ上において母線を共有する。すなわち本実施形態において湾曲ミラー５８Ｌ、５８Ｒの湾曲面は、その母線がカメラの横方向（ＣＣＤの水平方向）及びカメラの光軸方向に垂直である柱面の一部である。また本実施形態では凸面側を反射面としている。すなわち、撮像光学系１１Ａの光路は湾曲ミラー５８Ｌ、５８Ｒにより左側光路と右側光路に二分され、それぞれ回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒを介して左側開口５１Ｌ及び右側開口５１Ｒに導かれる。
【００１８】
ステレオアダプタ５０の左側開口５１Ｌから入射した光は、回動ミラー５７Ｌ及び湾曲ミラー５８Ｌで反射され、撮像光学係１１Ａを介してカメラ本体１０内に設けられたＣＣＤ２８の受光面の右半面２８Ｂ（図２において）に導かれる。ステレオアダプタ５０の右側開口５１Ｒから入射した光は、回動ミラー５７Ｒ及び湾曲ミラー５８Ｒで反射され、撮像光学係１１Ａを介してＣＣＤ２８の左半面２８Ａ（図２において）に導かれる。したがって、左画像は、ＣＣＤ２８の右半面２８Ｂで撮像され、右画像はＣＣＤ２８の左半面２８Ａで撮像される。
【００１９】
図２には、ＣＣＤ２８の右半面２８Ａの中心ＰLに対する主光線ＬLと左半面２８Ｂの中心ＰRに対する主光線ＬRとが示されている。右半面２８Ｂからの主光線ＬLは、湾曲ミラー５８Ｌで回動ミラー５７Ｌ方向へ屈曲され、回動ミラー５７Ｌにおいてその回動角度に対応して被写体方向へと屈曲される。同様に、ＣＣＤ２８の左半面２８Ａからの主光線ＬRは、湾曲ミラー５８Ｒで回動ミラー５７Ｒ方向へ屈曲され、回動ミラー５７Ｒにおいてその回動角度に対応して被写体方向へと屈曲される。なお回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒの回動角度は被写体に対する輻輳、すなわち被写体までの距離に対応して調整される。したがって、左右の主光線ＬL、ＬRは光軸Ｌに対して対称であり、被写体距離においてそれぞれ光軸Ｌと交わる。なお、輻輳調整はミラー調整摘６０により行われる。
【００２０】
図３は、図１、２に示されるステレオ画像撮像装置の回路構成を示すブロック図である。
【００２１】
ステレオアダプタ５０から入射された光は、カメラ本体１０の撮像光学系１１Ａを介してＣＣＤ２８に結像される。撮像光学系１１Ａ内には絞り（例えばアイリス絞り）２５が設けられており、絞り２５の開度はアイリス駆動回路２６により調整される。撮像光学系１１Ａの焦点調整動作及びズーミング動作はレンズ駆動回路２７によって制御される。
【００２２】
ＣＣＤ２８の撮像面には撮像光学系１１Ａにより被写体像が形成され、被写体像に対応した電荷が発生する。ＣＣＤ２８の駆動は、ＣＣＤ駆動回路３０により制御される。ＣＣＤ２８からの画像信号はアンプ３１において増幅され、Ａ／Ｄ変換器３２においてアナログ信号からデジタル信号に変換される。デジタルの画像信号は撮像信号処理回路３３においてガンマ補正等の処理を施され、画像メモリ３４に一時的に格納される。アイリス駆動回路２６、レンズ駆動回路２７、ＣＣＤ駆動回路３０、撮像信号処理回路３３はシステムコントロール回路３５によって制御される。
【００２３】
画像信号は画像メモリ３４から読み出され、ＬＣＤ駆動回路３６に供給される。ＬＣＤ駆動回路３６は画像信号に応じて動作し、これにより画像表示ＬＣＤパネル３７には、画像信号に対応した画像が表示される。
【００２４】
システムコントロール回路３５は、記録媒体制御回路４２を介して画像記録装置４３に接続されており、画像メモリ３４から読み出された画像信号は、画像記録装置４３に装着されたＩＣメモリカード等の記録媒体Ｍに記録可能である。また、システムコントロール回路３５は、レリーズスイッチ１５、モード切替ダイヤル１７等からなるスイッチ群４５と、液晶表示パネル１６、及びインターフェース回路４０に接続されており、インターフェース回路４０にはコネクタ１８（図１参照）が接続されている。
【００２５】
ステレオアダプタ５０の装着時には、コネクタ１８とステレオアダプタのコネクタ６２（図１参照）とがインターフェースケーブル２０を介して接続される。ステレオアダプタ５０のコネクタ６２にはインターフェース回路５５が接続されており、インターフェース回路５５にはミラー回動角検出部６１が接続されている。ミラー回動角検出部６１は回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒの回動角度を検出する。ミラー回転角検出部６１により検出された回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒの回転角度は、インターフェースケーブル２０を介してカメラ本体１０へ送られ、回動角データとして左右画像の画像データとともに例えば記録媒体Ｍに記録される。
【００２６】
なお、コネクタ１８はインターフェースケーブルを介して図示しないコンピュータとも接続可能であり、例えば画像メモリ３４や記録媒体Ｍに記録された画像信号や画像データは、回動角データとともに接続されたコンピュータに伝送可能である。
【００２７】
図４（ａ）〜図４（ｃ）を参照して、従来のステレオアダプタにより撮像される視差画像と、本実施形態のステレオアダプタ５０により撮像される視差画像との違いについて説明する。
【００２８】
図４（ａ）は、ステレオアダプタを装着しないで被写体を撮像した場合に得られる画像Ｓ０を示しており、図４（ｂ）は、従来のステレオアダプタをカメラに装着して図４（ａ）の被写体を撮像したときに得られる左画像Ｓ１Lと右画像Ｓ１Rとを表している。図４（ｂ）に示されるように従来のステレオアダプタを用いた場合には、ＣＣＤ２８を左半面２８Ａと右半面２８Ｂとに分けてそれぞれ右画像Ｓ１R、左画像Ｓ１Lを撮像しているので、水平（横）方向に撮像可能な領域はステレオアダプタを用いない場合の略半分となる。すなわち、焦点距離をｆ、ＣＣＤ２８の受光部の横幅をｗとするとき、画像Ｓ０の水平画角θ0は２ｔａｎ-1（ｗ／（２ｆ））と表せますが、図４（ｂ）の左画像ＳLと右画像ＳRの水平画角θ1は略２ｔａｎ-1（ｗ／（４ｆ））に対応し水平方向の視野は著しく狭くなる。
【００２９】
図４（ｃ）は、本実施形態のステレオアダプタ５０をカメラに装着して図４（ａ）の被写体を撮像したときに得られる左画像Ｓ２Lと右画像Ｓ２Rとを表している。本実施形態のステレオアダプタ５０では、円筒側面に対応する凸面鏡である湾曲ミラー５８Ｌ、５８Ｒを介して左右の視差画像をＣＣＤ２８に結像しているため左画像Ｓ２L及び右画像Ｓ２Rは、それぞれ水平方向にのみ圧縮（例えば１／２倍）される。すなわち、本実施形態のステレオアダプタ５０を用いた場合、左画像Ｓ２Lと右画像Ｓ２Rの水平画角θ2を画像Ｓ０の水平画角θ0に対応させることができる。
【００３０】
水平方向に圧縮された左画像Ｓ２L及び右画像Ｓ２Rは、一旦画像メモリ３４（図３参照）に一枚の画像データとして記憶される。その後、例えば画像記録媒体Ｍへ記録される際や、インターフェースケーブルを介してコンピュータに転送される際に、システムコントロール回路３５により２枚の視差画像（左画像及び右画像）に分離されるとともに、補間処理を行って水平方向に伸張（例えば２倍）され、圧縮による水平方向の歪みが取り除かれる。これにより２枚の視差画像は、図４（ａ）に示される画像と同じアスペクト比の画像として画像記録媒体Ｍやコンピュータの記録装置に記録される。これらの視差画像及び前記回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒの回動角から、システムコントロール回路３５やコンピュータにおいて従来周知の方法で被写体の立体画像や３次元データが算出される。
【００３１】
次に、図５を参照して回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒの駆動機構について説明する。図５は、本実施形態で用いられる回動ミラー駆動機構７０の構成を模式的に示している。
【００３２】
図５において歯車７２の駆動軸は図１に示したミラー調整摘６０に連結されており、操作者がミラー調整摘６０を操作することにより回転される。歯車７２は駆動軸を中心に相対する位置においてそれぞれラック７３Ｌ、７３Ｒと噛合っている。すなわちラック７３Ｌの右端よりの歯、及びラック７３Ｒの左端よりの歯は歯車７２とそれぞれ噛合い、ラック７３Ｌと７３Ｒとは歯車７２を挟んで略平行に配置される。ラック７３Ｌの左端よりの歯は歯車７４と噛合い、ラック７３Ｒの右端よりの歯は歯車７５Ｒと噛合っている。歯車７４は更に歯車７５Ｌと噛合っている。歯車７５Ｌ、７５Ｒの軸は、歯車７２の軸に対し対称な位置に配置されており、それぞれ回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒの回転軸と連結されている。また歯車７４、歯車７５Ｌ、７５Ｒの径及びピッチは等しい。これにより回動ミラー５７Ｌ、５７Ｒは、光軸Ｌに対し相互に対称な回動角を維持しながらミラー調整摘６０の回転操作によりその回動角が調整される。例えば歯車７２が図５に示されるように反時計回りに回転するときラック７３Ｌは右水平方向に移動し、ラック７３Ｒは左水平方向へ移動する。このとき歯車７４及び歯車７５Ｒは反時計回りに回転され、歯車７５Ｌは歯車７５Ｒと同じ分だけ時計回りに回転される。
【００３３】
以上により本実施形態によれば、ステレオアダプタが装着されていないときに撮像される画像と同じ画角あるいは撮像領域を有する視差画像をステレオアダプタを用いて同時に撮像することができる。
【００３４】
本実施形態では、カメラの撮像光学系の光路を２分するミラーに湾曲ミラーを用いたがこれを平面鏡に置き換え、本実施形態の回動ミラーを例えば固定式とし、これに湾曲ミラーを用いてもよいし、両ミラーともに湾曲ミラーとしてもよい。また、本実施形態では、光路の分割や方向変換に湾曲ミラーや固定ミラーなどの光学素子を用いたが、これらをプリズム等の光学素子に置き換えてもよい。
【００３５】
本実施形態において、湾曲ミラーは円筒側面（一定の曲率をもつ）の一部からなる凸面鏡であったが、湾曲ミラーは柱面の導線の曲率を連続的に変化させた凸面鏡や凹面鏡あるいはこれらを組合わせたものでもよい。例えば画像の中心部は高解像度となるように、この位置に対応する曲率を小さくし、画像の端部に対応する部分の曲率を大きくすることにより、目的としている被写体の解像度を落とすことなく水平画角を広く取ることが可能である。また、より高い解像度を部分的に得る目的で凹面鏡を用いることもできる。
【００３６】
本実施形態ではステレオアダプタは電子スチルカメラに装着されたが、通常の銀塩カメラに装着し、銀塩フィルム（撮像部）を用いて撮像された写真をスキャナなどを用いてコンピュータに取り込み伸張処理することも可能である。
【００３７】
本実施形態において回動ミラーは、手動で調整されたが測距装置との組み合わせにより自動で行ってもよい。
【００３８】
本実施形態においてステレオ画像撮像装置は、アダプタ式であったがこれらを一体的に構成してもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、左右の視差画像を水平方向に圧縮又は伸張して撮像可能なステレオアダプタ又はステレオ画像撮像装置を簡単な構成により提供することができる。また、左右の視差画像を撮像部の左右半分の領域でそれぞれ同時に撮像可能なステレオアダプタ又はステレオ画像撮像装置において、左右の視差画像をそれぞれ撮像部の受光領域に対応する視野で撮像することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるステレオ画像撮像装置の斜視図である。
【図２】図１に示したステレオ画像撮像装置の光学的な構成を概略的に示す図である。
【図３】ステレオ画像撮像装置の電気的な構成を概略的に示すブロック図である。
【図４】従来のステレオアダプタにより撮像される視差画像と、本実施形態のステレオアダプタにより撮像される視差画像との違いを示す図である。
【図５】本実施形態に適用される、回動ミラー駆動機構の構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１０  カメラ本体
２８  撮像素子（ＣＣＤ）
２８Ａ  左半面
２８Ｂ  右半面
５０  ステレオアダプタ
５８Ｌ、５８Ｒ  湾曲ミラー
５９Ｌ、５９Ｒ  回動ミラー
【図１】
0003759022.tif 000002
【図２】
0003759022.tif 000003
【図３】
0003759022.tif 000004
【図４】
0003759022.tif 000005
【図５】
0003759022.tif 000006