Optics & Photonics Japan 2012 講演予稿集, 25pP10 (東京, 2012.10.25)

仮想光学系で生成したホログラフィックステレオグラムを用いたコンピュータホログラム
Creation of Computer Holograms Using Holographic
Stereograms Generated by Virtual Optics○吉﨑裕 1)，松島恭治 1)，中原住雄 2)○Yutaka Yoshizaki1) , Kyoji Matsushima1) , and Sumio Nakahara2)

関西大学 システム理工学部 電気電子情報工学科 1)
関西大学 システム理工学部 機械工学科 2)
Department of Electrical and Electronic Engineering, Kansai University1)
Department of Mechanical Engineering, Kansai University 2)
E-mail: yoshizaki@laser.ee.kansai-u.ac.jp
A new technique for creation of computer holograms using holographic stereograms is proposed forproducing extremely high-definition computer-generated holograms. In this technique, themultiple-viewpoint images are used as the background in the 3D scene. The background field iscalculated by a numerical method based on virtual optics that represents the recording method forconventional holographic stereograms.
１．はじめに計算機上でホログラムの干渉縞を数値合成する計算機合成ホログラム(CGH)は，近年大規模化高解像度化が進み，深い奥行き感のある質の高い立体像が再生できるようになっている 1,2)．しかし，この様な超高解像度 CGH で再生されるのは，従来 CG モデルなどの仮想物体のみであり，実在物体を再生するにはデジタイズドホログラフィの技術 3)を用いる必要があった．しかし，この技術は暗室を必要とし，数センチ程度の小さな物体しか撮影できない問題がある．そこで本研究では，屋外で撮影した多視点画像(MultiViewpoint Image, MVI)を用い，従来の光学的なホログラフィックステレオグラム作成法を計算機上の仮想光学系において再現し，CG モデルの仮想物体と合成して高解像度 CGH を作成する手法を報告する．
２．仮想 3D シーンと撮影する実在シーンの関係
本研究における仮想光学系(3D シーン)と多視点画像の撮影パラメータの関係をそれぞれ Fig.1 と Fig.2 に示す．まず Fig.1 の仮想光学
Rectangular View Window
系は，多視点画像とホログラ
Multiple-Viewpoint
ム，そして再生時の視点位置
Images
LMVI
Lとなる視点面から構成されVPy
HVPている．3D シーンのデザイ
HMVI
xz
ンから距離 LMVI を決定する
O
HHと，ホログラムのサイズとそNの最大回折角からシーン中
WH
WMVI
Hologram2に配置する多視点画像のサ
View Plane
n=1WVP
イズ WMVIHMVI と視点面のサ
n=1, 2, ・・・, N
WInterval
イズ WVPHVP が決まる．一方，
Fig.1 The geometry and coordinates system of virtual optics used
Fig.2 の撮影パラメータは仮
for calculating the field of multiple-viewpoint images.
想光学系のパラメータとの比率 m を一定にすることでLPhoto求める．すなわち，まず多視WPhoto点画像サイズと撮影範囲
CInterval
WPhotoHPhoto には，
n=N
HPhoton=1

n=2Visual field

Fig.2 The configuration of cameras and the subjects in recording
multiple-viewpoint images.

WPhoto H PhotomWMVI
H MVI(1)の関係があり，多視点画像から視点面までの距離と撮影
距離 LPhoto には，LPhotomLMVI  LVP(2)の関係がある．さらに矩形視点窓の間隔 WInterval とカメラの移動間隔 CInterval には，CInterval
mWInterval(3)の関係があり，この比率を考慮して多視点画像の手前に仮想物体を配置することでその物体を違和感なく再生することができる．
３．多視点画像光波の計算手順と 3D シーン光波の数値合成
3D シーンとその光波を計算する手順を Fig.3 に示す．まず，各多視点画像からの光波を対応する矩形窓に全て伝搬計算し，視点面光波を得る．次に，CG モデルの仮想物体で光波遮蔽するために，視点面光波を仮想物体の最奥の位置まで逆伝搬し，通常の CGH の場合と同様に，最奥の物体から順番に光波遮蔽と伝搬を行う．なお，本研究では伝搬計算にはすべてシフテッド角スペクトル法 4)を用いている．
Fig.3 の 3D シーンで計算した CGH を “Parked Car I” と名づけた．
その主要パラメータを Table 1 に示す．
また，その光学再生像を Fig.4 に示す．この CGH では，背景画像の手前 50mm の位置に 80mm 幅の車のCG モデルを配置している．2 節で述べた比率 m を考慮して合成しているため，光学再生において背景の多視点画像と仮想物体の位置関係に違和感を感じることが少なくなっている．
４．まとめ
本研究では多視点画像を 3D シーンの背景として用い，ホログラフィックステレオグラムの記録法を計算機上で再現した仮想光学系を用いて背景光波を計算する手法を報告した．また，本手法によって高解像度 CGH “Parked Car I” を作成した．
本研究は日本学術振興会の科研費(24500133)の助成を受けたものである．
文献
1) K. Matsushima, S. Nakahara: Appl. Opt. 48, H54-H63(2009).
2) K. Matsushima, H. Nishi, S. Nakahara: J. Electron. Imaging 21, 023002(2012).
3) K. Matsushima, Y. Arima, S. Nakahara: Appl. Opt. 50, H278-H284(2011).
4) K. Matsushima: Opt. Express 18, 18453-18463(2010).
Multiple-Viewpoint
Images50

View Plane

300

150
yx

Oz

16

Left2
Hologram
n=1, 2,・・・, 16

n=1

Object Plane
Rectangular View Window

Units：mm

Fig.3 The method for calculating the background field and the 3D
scene of the hologram “Parked Car I”.
Table 1

Parameters used for creating “Parked Car I”

Number of pixels
Pixel pitches
Reconstruction wavelength
Position of reference point source
Number of MVI

65,536×65,536
1μm×1μm
632.8nm(0, 50, 250)mm
16

Size of MVI (WMVI×HMVI)

197×131mm2

Size of view plane (WVP×HVP)

131×131mm2

Size of view window (WInterval×HVP)

Ratio of 3D scene to capture param. (m)Size of CG object (WO×HO×DO)

Center8×131mm2

40
80×27×42mm3

RightFig.4 Optical reconstruction of“Parked Car I”.