立体映像の撮像と表示方法の提案
稲 葉稔

１．はじめに極最近、立体映像の一分野である“立体テレビ”は不発に終わりました。
これらを見て、多くの人々は、立体映像関連の技術を普及させることは甚だ難しいものと思っているようです。また、これらの人々は立体映像の流行らない理由を一つ一つ列挙しておりますが、確かに昔を振り返れば、カラーフイルムが一般人でも容易に使用できるようになったのは、戦後２０年を経てからでした。それが現在ではカラー動画を撮影し、通信回線を通して世界中と互いに送受できるようになりました。 また、撮影自体は略無料です。このような状況の中で “立体映像に関する技術”を普及させるのは難しいものとも思えますが、今日の状況下でも“立体映像に関する技術”は誰も関心を示さないのではなく、これは、本研究会を見ても第１０９回の開催を迎え、他にも幾つかの研究会が開催されていることからも、立体映像に強い関心を抱く人々が少なからず存在していることは明らかです。
立体映像に対する私的見解は、“強い関心を抱く人々が存在することは、対応する技術によっては普及することは必至である”と想う次第です。よって、現行技術の問題点とその解決方法を提供いたします。

２．現行の立体テレビは、交差法の一つである（交差法では画面が小さく距離が短く見える）
現行の立体テレビは、交差法の一つの形態である。交差法は、左右の画面位置を反対位置に置き、左右の視線を左右の画像の手前で交差させていて、現行の立体テレビも左右用の画像位置をディスプレイ面で交差させているが、無限遠像も、左右の眼の間隔よりも狭く表示している。よって、無限遠像も表示画面の後ろ側で交差している。よって、これは明らかに交差法である。

３．交差法画像の見え方
図１は、交差法を図解したもので、左の画像を右に、右の画像を互いに反対の位置に配置したもので、この方法を立体視するのは中々難しいですが、中央に孔をあけたボードを置くことによって非常に簡単に見ることができる。
交差法では、左右の画像はボードの中央に位置する孔の位置に融合されて見えるため、左右の画像よりも近くに見え、画像も非常に小さく見える。立体画像の画枠自体も非常に小さく見えることになる。
図２は、人が実際にものを見るときの様子で、無限遠の同一点から発せられ、左右の眼に入射る光線は互いに平行になり、左右の瞳間隔で入射することになる。よって、立体表
示装置において無限遠を表す場合の左右の像の間隔は瞳間隔(５８㎜~７２㎜)に表示するべきである。ところが、多くの立体テレビの左右の像の間隔は３０㎜位である。これは、Ａ社が実際に説明している間隔であるが、画面幅が約１メートル位の小さなテレビ(筆者は小さいとは思っていない)に表示すれば３０㎜の間隔にしか表示できないのも当然ともいえる。

図１

交差視の説明図
写真（右）

写真（左）

カードボード
左右の視野が合致しているところに⾮常に⼩さな⽴体像が⾒える

左の眼

右の眼

図２
実際に物体を⾒るときの⼈の眼の様⼦

無限遠の物体瞳間隔で、且つ、平⾏

左の眼

右の眼

図３（a）

２０００㎜

無限遠像の⾒える位置

無限遠像表⽰間隔(３０㎜)

左の眼２０００㎜

右の無限遠像

左の無限遠像右の眼
⼈の左右の瞳間隔（６０㎜）

無限遠像表⽰間隔（３０㎜）

⼈の瞳間隔（６０㎜）

500 ㎜ 500 ㎜

図３（ｂ）

図３(a)は、立体テレビジョンのディスプレイに例えば無限遠像を左右の間隔３０㎜で表示したものである。このディスプレイを６０㎜の瞳間隔の観察者が２０００㎜の距離から見た場合、２０００㎜で、１／２の間隔に減少するので無限遠像は、画面後方２０００㎜の位置に見えることになる。更に画像を良く見ようとして近付き、例えば、５００㎜の位置から見れば、５００㎜で１／２の間隔で減少するので無限遠像の見える位置は画面後方５００㎜の位置に見えることになる。（箱庭現象と呼ばれている）これは、風呂屋の富士山とも呼ばれていて、富士山は無限遠に見えなければなりませんが、風呂屋の壁に描いた富士山のように数メートルの位置(場合によっては数十センチ)に見えることになる。このような立体映像を見る位置は、例えば、２．５メートルでなくても良いはずであるが、電気店に展示してある見本は、視る距離を２．５メートルと定めていますので、その根拠がどのようにして出てきたか甚だ不可解です。
４．現行立体テレビの問題点
この現行テレビの問題点は、既に上記３項で述べている通りであるが、では何故、無限遠像の間隔を人の瞳間隔と同じ程度に拡大できないのでしょうか？

先ず、テレビは、サイズが２０インチの小画面から、１００インチの大画面があるからである。何と５倍の広範囲に画面サイズが広がっているからで、また、人の眼は外向きには左右の視野が融合できない性質があるため、大きいサイズのテレビを映した時に、無限遠像が瞳間隔になるように構成したようです。このような理由があるのでＢ社では、１００インチを超える立体テレビを発売したわけですが、非常に高価格にならざるを得ません。また、スペース的にも、普通の家庭に置くことができません。更に、消費電力も級数的に大きくなり、総じて取り扱うことは極めて困難になることが予想されます。
上記のとおり、テレビ画面では、同一電波を使用して映像データを搬送しておりますので小さいテレビジョンでは比例して無限遠像の間隔が瞳間隔よりも小さくなってしまうことが避けられません。よって、私たちが見る普通の立体テレビでは、どうしても無限遠像の表示間隔が瞳間隔の１／２位になってしまうのです。よって、図３（ａ），（ｂ）に図示の問題が発生してくるのです。
図４の視角(Visual angle)が同一であれば見かけ上の物体の大きさは同じ大きさに見える。これは幾何学でも非常に判り易いことであり誰もが経験上予想できる。
図５の同じ大きさの物体であっても、光角(Optical angle)が小さい場合、物体が大きく見え、光角が大きい場合は、物体が小さく見える。これは、幾何学では判り難く、また、経験上でも実際には判り辛い。これは、同じ大きさの左右の絵の間隔を代えて立体視すればもっとも良く判ることである。

図４
三本の↑は同じ⼤きさに⾒える

Visual angle

図５

Optical angle

５．本提案の立体映像表示装置
本提案の立体映像表示装置は、前記、図４の Visual angle が一致すれば、画像は大きくても、または、小さくても 見る位置(距離)によって、同じ大きさに見えることを示している。

また、前記、図５の Optical angle を各ディスプレイによって一定(無限遠を平行に視れば)にすれば、ディスプレイが大きくても又は小さくても変化なく最良の立体感に見える。
また、立体映像を人々に見せると、“立体映像は飛び出さないと立体映像ではない”と発言する人もいますが実は立体映像は飛び出してはいけないのです。立体画像が立体画像フレームよりも前面に見える場合、背後の立体画像フレームが二重にぶれて見えてしまうからです。このような現象を無視すれば観賞者は非常に不快感を覚えることになる。
上記下線部の説明は付録書類１及び付録図１及び２に記載されている。

なお、付録書類及び本提案において、基準ディメンション表示画面(参照窓と等価の表示画面)の距離を２５００㎜としている。これは、立体視に於いて、並行視（無限遠を見る）したときに、同一平面に遠近画像が映る（左右の画像が一つに重なった位置が表示画面の実質的位置(距離)である）距離をどのくらい近くまで見えるかという問題である。これは人がものを見るときに瞳間隔の３０倍から５０倍の距離である。ところが、映画ではスクリーン距離が２０メートル（一定ではないが）になってしまうので無限遠と近距離との差がなく立体感が薄れてしまうことになる。そこで、至近距離に映像を見せるため飛び出させるわけであるが、スクリーン面よりも飛び出して見える場合画像枠が２重にずれて見えることになります。その対策はありますが、その方法では少人数しか見ることができずまた、映画は消費電力も多く、映画は多数の人が同時に同一空間に集まらなくてはなりません。人が数人しか集まらないときでも稼働させなければなりません。フィルム時代はそれで良かったかもしれません。しかし、今日では、通信設備も性能が格段に良くなりました。
また、ディスプレイも高精細化され網目も目立たなくなりました。よって、ステレオ映画に明日はないと予想されます（これはあくまで筆者の予想です）

なお、Ａ社の宣伝に“Ａ社のＨＭＤは、２０メートル先に７５０インチの画面が見える”と謳っていますから驚きです。２．５メートル先に９３．７５インチの画面が見えるのが本当であると思うのですが、未だ、映画の立体視の概念から抜け切れていません。
６．本提案の立体映像撮像装置(ステレオカメラ)
現在、ステレオカメラは、Ａ社、Ｂ社及び、その他の会社から発売されている。しかし、多くの人々が、これ等のステレオカメラでは“まともに撮れない”との声が聞かれます。
その理由は、撮影距離（焦点距離とは異なる）が設定できないからである。

本提案は、この撮影距離の問題、及びその他の問題を払拭するもので、その基本的原理を図６及び図７に図示する。

図６に表示するのはステレオカメラの原理図で、ミラーレスカメラ(必ずしもミラーレスである必要はない)を複合させたものである。ファインダにソフトウェアで視準パターンを表示し、左右用のファインダを覗けば、左右用のファインダ枠は２５００㎜で融合して一つの立体ファインダに見え、ファインダの向こう側に被写体が見えるように写せばよい。
図７は、ステレオカメラのレンズと撮像素子との関係図で、レンズと撮像素子とは図示のようなオフセット値が与えられている。
ステレオカメラの左右用の映像が合致する距離(参照窓)は、左右の瞳間隔の３０倍から６０倍である。そして、最短距離は約２メートルなので参照窓の距離を２．５メートル（４０倍とする）とすれば、左右のレンズ間隔を１／３に変化させた場合、参照窓の距離は１／３の８３３㎜になる。これは左右の視野角は変化せず平行であるのでレンズと撮像素子とのオフセット値は常に一定になる。この図は左右のユニット間隔を縮小した場合のみ記載しているが、左右のユニットが拡大した場合でもオフセット値は一定になる。

図６ ステレオカメラ原理図

参照窓(視野上の仮想の窓)
この位置に⼤きな⽴体ファインダが⾒え、撮影像が⽴体パターンの向こう側に⾒えるようにして撮影する。

液晶ファインダ（左）液晶ファインダ（右）左右のパターンはソフトウェアで表⽰する。

図７

参照窓

光軸

光軸

参照窓を⼩さくする

この間隔は変化しても、常に平⾏であるので、レンズと撮像素⼦のオフセット値は常に⼀定である。

撮像ユニットを動かして間隔を⼩さくしても偏芯量は⼀定

撮像素⼦の間隔

撮像素⼦の間隔が⼩さい

７．最新のステレオカメラの紹介
以上説明したステレオカメラは、実質的にステレオビューワ度ステレオカメラが合体した構造であることが判る。 図８は、筆者が特許登録した一例であるが、ステレオビューワの上にステレオカメラが載っている様子である。

図８

上記のようなステレオカメラでは、カメラとビューワとの両方にレンズが取り付けられていて、携行性及び収納性が極端に悪いことが想像される。

そこで、ステレオビューファインダを折り畳む方式を開発したところです。よって、ここに一部分を照会させて頂きます。

以下は、最近出願した特許の一部分の内容です。

【図２】

Ｗ0

Ｌ0
L１Ｗ１B
【図４】

左のパターン

右のパターン

【図８】

遮光フード

ステレオスライドディスプレイ

【図９】

折り畳んだ時のビューファインダの様⼦【図１０】
ビューファインダを開く途中の様⼦（レンズの表記は省略）

A2

【図１２】

25L

７127a22L21L
13a27b 26R
26L

27a1322R
25R

A217c17b18b18c
21R
1040

11V

A114a151214H
Ｄ

【図１３】

22d24b 24a
A21126L

26R

23 Y

A225L

25R

21L

21R

27b22L27a 27 a2722R

【図１４ａ】
50
A2710

240

52L

51L

55R

5657

55L

52R

51R

53L

A253R

54L

5854R

【図１４ｂ】
5658
52L 55R

52R
55L

240

59

【図１４Ｃ】
5６55R

55L

【図１６】１２

【図１７a】
２82

74

75

76
80

81

【１7ｂ】
747778

72

D73

75

76

7９80

8183
２図２は、左右の画像をＷ１ の間隔で表示する。表示距離Ｌ１ に表示する(ルーペを使用する)ことによって左右の映像はＬ０（２５００㎜）の距離に見える。
図４は、左右の表示面に視準パターンをソフトウェアによって表示（２５００㎜の距離に見える）する。
図８は、電子ディスプレイで立体映像を見ると共にフィルムのステレオスライドを観ることができる。
図９は、電子ディスプレイの遮光フードを折り畳むときの様子である。
図１０は、電子ディスプレイを折り畳んだ状態の様子である。
図１２は、左右のレンズの焦点距離と左右のレンズの間隔を調整する機構の様子である。
図１３は、レンズの間隔調整機構の詳細図である。
図１４ａ，b，ｃは、レンズ間隔調整機構の他の実施例である。
図１６は、ステレオカメラに取り付けてファインダを上方に回動して遮光フードを開いた状態。
図１７ａ，ｂは、ディジタルステレオカメラにステレオビューファインダを取り付けた状態を表す。
以上は、筆者が最近特許出願したものの概略です。他にも、出願公開されておりますので特許庁の“公報テキスト検索”の出願人／権利者欄に稲葉稔を入力して検索頂ければ幸いです。
８．おわりにステレオカメラのファインダは、必ずしも立体視する必要はない。という意見を度々耳にします。本当にそうでしょうか。

現在では、“距離感が掴めない”という意見が圧倒的であるとおもいます。筆者の提唱する“視準パターン”は、距離感を掴むのには最適であると思います。
また、付録書類及び図表を載せておきましたのでご参考下さい。

⽴体映像 撮像-表⽰ 装置

特許第４４２１６６２号
特 許 第 ４付録１
４２１６７３号
特許第４８６３５２７号
特許第５１７２９７２号
特許第５２８３６４３号

⽴体視の概念及び⽴体映像表⽰
無限遠物体の同⼀点からの光線が⼈の左右の眼に⼊射する場合、それらの光線は互いに並⾏で、且つ、眼幅間隔である。よって、⼀つのディスプレイ（⽴体テレビ）上に左右の映像を重ねて表⽰する⽴体映像においても無限遠像の左右の相応点の間隔を⼈の眼幅間隔に表⽰すべきである。もし、無限遠像の左右の間隔を⼈の眼幅間隔よりも著しく狭く表⽰した場合、無限遠像が⾮常に近くあるかの如くに感じ、映像を表⽰している画⾯及び像の全体が⾮常に⼩さく⾒える現象（箱庭現象と呼ばれている）が⽣じ、⽴体感が損なわれる。
⼈が無限遠物体（像）を⾒る場合、左右の視線は平⾏で、且つ眼幅間隔に等しくなる。この状態で近景をも同時に⾒る場合、左右⽤の像を融合視できる近点の限界値は略２メートルであり、その限界値よりも、やや遠い距離の２，５メートルの位置に設置するのが理想的で、そのディスプレイ上で⽴体映像の左右⽤の画像フレームが合致するように表⽰し、且つ、無限遠像の左右の相応点を眼幅間隔に表⽰すれば、図４に例⽰するように２，５メートルの距離に設置した１，８メートル幅のテレビは、図５に図⽰するカメラ側において仮想の視野フレーム相等の“窓”(参照窓と定義する)を覗いているかの如くに⾒える。そして、図４に図⽰するように左右の画像フレームを同⼀位置に合致させてディスプレイ上（図⽰の⼤型ＴＶ）に表⽰する状態を基準ディメン
ション表⽰画⾯とすれば、左⽤の画⾯は、基準ディメンション表⽰画⾯の両端と、観賞者の左眼とを結ぶ線（⾚⾊で表⽰）で決定される左の視野⾓内に、右⽤の画⾯は、基準ディメンション表⽰画⾯の両端と、観賞者の右眼とを結ぶ線（⻘⾊で表⽰）で決定される右の視野⾓内の左右各々の同⼀位置に表⽰することによって、画⾯サイズが異なる場合であっても（⾮常に⼩さなディスプレイであっても、または、基準ディメンションのディスプレイを超えるディスプレイ、例えば⽴体映画等の⼤きな画⾯）基準ディメンション表⽰画⾯のディスプレイを⽤いて観た場合と同等の⽴体感を得ることができる。

標準⽴体映像データについて
上述のとおり、基準ディメンション表⽰画⾯に⽴体映像を表⽰すれば、常に最適な状態の⽴体映像を観ることができる。また、⼩さなディスプレイを⽤いる場合にも、左右⽤の映像を互いにずらして表⽰することによって、基準ディメンション表⽰画⾯を観ている状態と同等の視覚効果が得られる。 そして、⼩さなディスプレイを⽤いる場合であっても、図４において左右の視軸（視線）は⼀定間隔で、視軸に対する視野の⽐率は全範囲において左右対称となる。 即ち、図４の中⼼（左右の視軸の中間で図⽰せず）に沿って紙⾯を折り、左の視軸（⾚⾊で表す）と右の視軸（⻘⾊で表す）とを⼀致させて重ね合わせれば、左の視野（⾚⾊で表⽰）と、右の視野（⻘⾊で表⽰）とが完全に⼀致する⽐例対称であるので特別な画像処理や画像データ個々の調整を必要とせず、同⼀の⽴体映像データを全てのサイズのディスプレイに共⽤することが容易である。
そのためには、⽴体映像の標準化、即ち “標準⽴体映像データ” を得るためのステレオカメラが必要である。
図５は、⽴体映像撮像表⽰システムの相関図で、このステレオカメラの特徴は仮想の視野フレームである“参照窓”を設定したことにある。それは、左右平⾏に設置した撮影レンズによって参照窓内の光景を、左右各々のイメージセンサ上に投影して撮影することである。
図５において参照窓幅を図⽰のＷＷ とし、イメージセンサの幅をＷＳと、した場合、投影⽐ｒは、ｒ＝ＷＳ/ ＷＷ の関係で参照窓が撮像素⼦上に縮⼩投影される。
再⽣時には、左右各々の撮像素⼦で捉えた⼀対の⽴体映像を、図５に図⽰のディスプレイ側において参照窓と等価の幅ＷＤの基準ディメンションディスプレイ（参照窓と等しい幅で左右⽤の映像フレームを合致させて表⽰する）に表⽰すれば、そのときの拡⼤⽐Ｒは、 Ｒ＝ＷＤ/ＷＳ になる。
そして、前記縮⼩投影⽐ｒ、と、上記拡⼤⽐Ｒとの関係は、ｒ×Ｒ＝１が最適値であり、撮像-表⽰の関係を上述の関係に設定すれば、ディスプレイを観ている観賞者は、カメラの撮影レンズの視点から参照窓内を覗いて実際の景⾊を観ている場合と同等の⽴体感を得ることができる。
〒329-0226

栃⽊県⼩⼭市⼤字寒川 1116 番地
稲 葉稔℡ ０２８５ ３８ ３１３１
FAX ０２８５ ３８ ３１３３

付録図１

付録図２

JP 4421662 B2JP 4421673 1
B2
Appendix

Method for taking and displaying of stereoscopic vision
By

Minoru INABA

Concept of stereoscopic vision and stereoscopic image displaying
When light beams from the same, or one, point on an infinite object enter right and left eye of a human (aviewer), they are parallel to each other and spaced by an interpupullary distance. Thereby, also in a image obtainedby displaying right and left images on one display (stereoscopic image obtained by displaying right and left image on
one display (stereoscopic television) in a superimposing manner, a distance between right and left corresponding
point of infinite image should be displayed so as to correspond to an interpupillary distance of the human (a viewer). If
the distance between right and left of the infinite image is displayed to be significantly narrower than the interpupillary
distance of the human (a viewer), there occurs a phenomenon that the human (a viewer) feels as if the infinite image
lay very close, thereby a screen displaying the image and the whole image look very small (which is called“miniascape phenomenon”), which results in damage to a stereoscopic effect.
When a human (a viewer) seen as infinite object (image), right and left lines of sight are parallel, and a distance
between them is equal to his/her interpupillary distance. When he/she also sees a near view at the same time in thisstate (while he/she is seeing the infinite object), the limit value of near point which enables his/her to see image forright and left in a fusing manner is about two meters, so that it is ideal to set the near point at a position of 2,5 meterswhich is a little far from the limit value, and if image frames for right and left of the stereoscopic image on the display
are displayed in a superimposing manner, and right and left corresponding points of the infinite image are displayed to
be spaced by an interpupillary distance, a television which a width of 1,8 meters placed from the human (the viewer)
at a distance of 2,5 meters as illustrated in FIG.1 gives a feeling that he/she was looking through a “window”(defined
as a “reference window”) equivalent to a virtual frame of visual field on a camera side shown in FIG.2.
Then, if a state of displaying right and left image frames at the same, or one, position on a display (a large
television shown in FIG. 1) in a superimposing manner as illustrated in FIG.1 is regarded as a reference dimension
display screen,a screen for left and a screen for right are respectively displayed at the same position on the left within a left
viewing angle defined by a line (indicated in red) connecting both ends of the reference dimension display screen witha left eye of the viewer and on the right within a right viewing angle defined by a line (indicated in blue) both the endsof the reference dimension display screen with a right eye of the viewer, so that a viewer can feel a stereoscopic effectequivalent to viewing using a display with the reference dimension display screen even if a screen size varies (even if
a very small display is used or a display larger than the display of the reference dimension, such as, a large screen for3ＤMovie, is used)．

Regarding standard stereoscopic image data
As described above, if a stereoscopic image is displayed on the reference dimension display screen, astereoscopic image in an optimum state can be viewed. Further, even if a small display is used, a viewer can feel avisual effect equivalent to a state of viewing on the reference dimension display screen by displaying images for rightand left in a shifting manner. Then, even if a small display is used, a distance between right and left visual axes (line ofsight) is constant in FIG.1, and a ratio of a visual field to a visual axis becomes symmetrical in the whole range. That is,when a paper sheet representing FIG.1 is folded along the center thereof (intermediate between the right and left
visual axes, not shown) so that the left visual axis (indicated in red ) and the right visual axis(indicated in blue) aresuperimposed on each other, the left visual field (indicated in red) and the right visual field (indicated in blue) areproportionately symmetrical so as to be completely superimposed on each other, so that it is not required to perform a
special image processing or adjustment of individual image data items, and it is easy to share the same stereoscopic
image data among display of all sizes.
To achieve the above, a stereo camera for standardizing a stereoscopic image, namely, obtaining “standardstereoscopic image data” is required. FIG.2 is a correlation diagram of a stereoscopic image imaging and displaying
system, and a characteristic of the stereo camera lines in that a “reference window” which is a virtual frame of visual
field is set. That is, a view within the reference window is photographed by right and left photographing lenses placedin parallel, while it is projected onto respective right and left image sensors.
When a width of the reference window is by WW and a distance between image sensors is denoted by WS in FIG.
2, the reference window is reduction- projected on imaging devices, while a projection ratio r maintain a relationship ofr ＝WS / WW.
In image reproduction, if a pair of stereoscopic images captured by the respective right and left imaging devices
are displayed on a reference dimension display having a width WD equivalent to the reference window on the display
side shown in FIG.2 (the imaging frames for right and left are displayed reference ),a magnification ratio R at the time becomes R＝WD / WS.
Then, in a relationship between the reduction-projection ratio r and the above- mentioned magnification ratio R,
r × R ＝1 is an optimum value, andif a relationship between imaging and displaying is set to satisfy the above-mentioned relationship, a viewer
seeing an image on the display can feel a stereoscopic effect equivalent to seeing a real sight through the reference
window from a viewpoint of photographing lenses of a camera.

Appendix Figure 1

Appendix Figure 2