３次元画像撮影装置及び３次元画像撮影方法
【課題】従来、３次元画像データを取得するために、多くのカメラを必要とし装置の規模が大きい。
【解決手段】３次元画像撮影装置は、直線の上の複数の撮影位置から被写体を撮影する装置であって、光軸が上記直線と実質的に直交すると共に互いに平行となるように複数の撮影位置から被写体を撮影し、画像データを生成するカメラ１１と、上記直線上における複数の撮影位置における両端の撮影位置から所定の距離離れた位置に上記直線と実質的に直交するように配置され、複数の撮影位置における撮影領域の一部を反射するミラー２と、複数の撮影位置で生成された被写体の画像データのうち、ミラー２で反射されず被写体から直接カメラ１１で撮影された第１の画像データと、ミラー２の反射により得られた第２の画像データとを区別して、第１の画像データと第２の画像データとから３次元画像データを生成する３次元画像データ生成部４とを有する。
【解決手段】３次元画像撮影装置は、直線の上の複数の撮影位置から被写体を撮影する装置であって、光軸が上記直線と実質的に直交すると共に互いに平行となるように複数の撮影位置から被写体を撮影し、画像データを生成するカメラ１１と、上記直線上における複数の撮影位置における両端の撮影位置から所定の距離離れた位置に上記直線と実質的に直交するように配置され、複数の撮影位置における撮影領域の一部を反射するミラー２と、複数の撮影位置で生成された被写体の画像データのうち、ミラー２で反射されず被写体から直接カメラ１１で撮影された第１の画像データと、ミラー２の反射により得られた第２の画像データとを区別して、第１の画像データと第２の画像データとから３次元画像データを生成する３次元画像データ生成部４とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元画像撮影技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、観察者に眼鏡を使用させることなく３次元画像を鑑賞することができる装置として裸眼３次元画像表示装置が知られている。裸眼３次元画像表示装置に用いられる画像表示方法として、レンチキュラ方法やパララックスバリア方法等が知られている。
【０００３】
また、３次元画像として撮影する撮影方法として、多数のレンズと一台のカメラを組み合わせて複数の撮影位置から撮影を行う方法（例えば、特許文献１参照）が知られている。また、複数のカメラが直線状又は円弧状に配列されたカメラアレイを用いて複数の撮影位置から撮影を行う方法（例えば、非特許文献１及び非特許文献２参照）も知られている。
【０００４】
いずれの方法でも、３次元画像撮影装置により複数の撮影位置から撮影することにより、それぞれの画像データが生成される。生成されたそれぞれの画像データを裸眼３次元画像表示装置を用いて表示することにより、３次元画像を提供する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３８３６５５０号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】吉川、羽沼、高木、「指向性３次元表示に用いる平行カメラアレイによる３次元動画像の取得」、３次元画像コンファレンス２００５
【非特許文献２】吉川、高木、「イメージセンサのシフトを用いた高密度指向性画像生成用３次元カメラの改善」、Ｏｐｔｉｃｓ Ｅａｓｔ ２００３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来の撮影方法では、撮影対象となる領域に対応する領域の外側からも撮影を行う。つまり、従来の撮影方法では、一台のカメラを用いて撮影対象となる領域を撮影するため、撮影対象となる領域に対応する領域の内側及び外側から撮影を行って複数の画像データを生成する。又は、撮影対象となる領域より広い幅のカメラアレイを用いて複数の画像データを生成する。そのため、従来の撮影方法では、撮影回数が多くなる、又は、多くのカメラを必要とし装置の規模が大きくなるという問題があった。
【０００８】
本発明は、より少ない撮影回数により又はより少ないカメラにより、撮影対象の３次元画像を撮影し複数の画像データを生成することができる３次元画像撮影装置及び３次元画像撮影方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決し上記目的を達成するために、本発明の３次元画像撮影装置は、直線の上の複数の撮影位置から被写体を撮影する３次元画像撮影装置において、光軸が前記直線と実質的に直交すると共に互いに平行となるように前記複数の撮影位置から前記被写体を撮影し、画像データを生成するカメラと、前記直線上における前記複数の撮影位置における両端の撮影位置から所定の距離離れた位置に前記直線と実質的に直交するように配置され、前記複数の撮影位置における撮影領域の一部を反射するミラーと、前記複数の撮影位置で生成された前記被写体の画像データのうち、前記ミラーで反射されず前記被写体から直接前記カメラで撮影された第１の画像データと、前記ミラーの反射により得られた第２の画像データとを区別して、前記第１の画像データと前記第２の画像データとから３次元画像データを生成する３次元画像データ生成部とを備える。
【００１０】
また、本発明の３次元画像撮影装置は、直線上に配置され、光軸が前記直線と実質的に直交すると共に互いに平行であって、所定の位置に配置された被写体を撮影し、画像データを生成する複数のカメラと、前記直線上における前記複数のカメラにおける両端のカメラから所定の距離離れた位置に前記直線と実質的に直交するように配置され、前記複数のカメラの撮影領域の一部を反射するミラーと、前記複数のカメラで生成された前記被写体の画像データのうち、前記ミラーで反射されず前記被写体から直接前記カメラで撮影された第１の画像データと、前記ミラーの反射により得られた第２の画像データとを区別して、前記第１の画像データと前記第２の画像データとから３次元画像データを生成する３次元画像データ生成部と、を備える。
【００１１】
また、本発明の３次元画像撮影装置は、直線上に配置された撮像レンズと、前記撮像レンズと一対の撮像素子をそれぞれ有し、所定の位置に配置された被写体を撮影し、画像データを生成する複数のカメラと、前記複数のカメラにおける両端のカメラの前記撮像レンズから所定の距離離れた位置に前記直線と実質的に直交するように配置され、前記複数のカメラの撮影領域の一部を反射するミラーと、前記複数のカメラで生成された前記被写体の画像データのうち、前記ミラーで反射されず前記被写体から直接前記カメラで撮影された第１の画像データと、前記ミラーの反射により得られた第２の画像データとを区別して、前記第１の画像データと前記第２の画像データとから３次元画像データを生成する３次元画像データ生成部と、を備え、前記撮像素子は、前記撮像素子と対である前記撮像レンズの前記直線上の位置における法線から所定の距離離れている。
【００１２】
本発明の３次元画像撮影装置は、前記カメラで生成された前記被写体の画像データの幾何補正及び色情報の補正を行う画像補正部を備えてもよい。
【００１３】
更に、本発明の３次元画像撮影方法は、カメラを用いて直線の上の複数の撮影位置から前記直線と実質的に直交する向きに被写体の撮影を実行する際に、前記複数の撮影位置における一部の撮影位置において、前記カメラの撮影領域を前記直線と実質的に直交する位置に配置したミラーで反射することにより撮影を実行し、前記複数の撮影位置において前記カメラによって得られた各画像データの幾何補正及び色情報の補正を実行し、補正した前記各画像データから、前記撮影領域が前記ミラーで反射されることにより撮影された画像データと、前記撮影領域が前記ミラーで反射されずに撮影された画像データとを区別して、３次元画像データを生成する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、より少ない撮影回数により又はより少ないカメラにより、撮影対象の３次元画像を撮影し、複数の画像データとして生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態１の３次元画像撮影装置の構成図である。
【図２】図１のカメラアレイ及びミラーの構成図である。
【図３】図１の画像補正部の構成図である。
【図４】図１の３次元画像データ生成部の構成図である。
【図５】光線情報を説明するための図である。
【図６】図４の３次元画像生成部の動作の各ステップを示すフローチャートである。
【図７】カメラと画像補正部との変形例の構成図である。
【図８】カメラの画角と参照面との関係の変形例を説明するための図である。
【図９】カメラの撮像素子が水平方向にシフトしている状況を示す図である。
【図１０】図９におけるカメラの撮像素子が受け取る光を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
先ず、実施の形態１の３次元画像撮影装置を図１を用いて説明する。図１は、実施の形態１の３次元画像撮影装置の構成図である。より具体的には、図１は、実施の形態１の３次元画像撮影装置を上から見た図である。実施の形態１の３次元画像撮影装置は、図１に示すように、カメラアレイ１と、ミラー２Ａ及びミラー２Ｂと、画像補正部３と、３次元画像データ生成部４とを有する。図１には、撮影対象となる被写体である参照面１００も示されている。カメラアレイ１を構成する複数のカメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃは、撮像レンズと撮像素子を有する。参照面１００は、カメラアレイ１を構成する複数のカメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの撮像レンズのそれぞれのレンズ面がなす面と実質的に平行な面である。つまり、参照面１００とカメラアレイ１とは、実質的に平行な関係にある。「実質的に平行」とは、参照面１００とカメラアレイ１の複数のカメラ１１それぞれのレンズ面とがなす角度が−５度から＋５度の間であることを意味する。
【００１８】
カメラアレイ１は、架台１０と、架台１０上に所定の間隔で配置された複数のカメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃを有する。各カメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃは、レンズと撮像素子とを有し、レンズの撮像方向（光軸）は複数のカメラ１１の配列方向と直交する向きであって互いに平行である。更に言うと、全てのレンズが参照面１００に向いている。カメラ１１Ｂは、架台１０の中央に固定されており、カメラ１１Ａ及びカメラ１１Ｃはカメラ１１Ｂを挟むように配置されている。
【００１９】
ミラー２Ａ及びミラー２Ｂは、カメラアレイ１の両端にあるカメラ１１（カメラ１１Ａ及びカメラ１１Ｃ）のそれぞれの外側に、それぞれの反射面が対向するとともに一端が架台１０に密着するように配置される。すなわち、ミラー２Ａ及びミラー２Ｂは、カメラアレイ１のレンズ面がなす面と実質的に直交するように配置される。また、ミラー２Ａとミラー２Ｂは、ミラー距離Ｗ離れて配置されている。
【００２０】
また、カメラ１１Ａは、架台１０の一方の端寄りであって架台１０上のカメラ１１Ｂからミラー距離Ｗの１／４より長く１／２より短い距離ｘの位置に固定されている。カメラ１１Ｃは、架台１０の他方の端寄りであって架台１０上のカメラ１１Ｂからミラー距離Ｗの１／４より長く１／２より短い距離ｘの位置に固定されている。
【００２１】
各カメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃのレンズは、帯状の架台１０と実質的に直交するように、参照面１００の向きに向いている。各カメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃは撮影を行うことによって画像データを生成する。３個のカメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの性能は等しく、画角は“α”であり、撮影距離は“ｚｓ”である。ミラー距離Ｗと、画角αと、撮影距離ｚｓとの関係は、
Ｗ／（２ｚｓ）＝ｔａｎ（α／２）である。上述したように、カメラ１１Ｂが架台１０の中央に固定されているので、参照面１００は、カメラ１１Ｂの撮影領域の内のカメラ１１Ｂから撮影距離ｚｓの位置の範囲を意味する（図２参照）。なお、「実質的に直交」とは８５度から９５度を意味する。
【００２２】
画像補正部３は、カメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに対応して設けられており、対応するカメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃによって生成された画像データの幾何補正及び、色相・彩度・明度からなる色情報の補正をそれぞれ行う。幾何補正は、レンズの歪等の幾何歪を公知の補正式に基づいて補正するものである。３次元画像データ生成部４は、各画像補正部３によって補正された画像データから３次元画像を表示するための３次元画像データを生成する。
【００２３】
次に、カメラアレイ１、ミラー２Ａ、及びミラー２Ｂの構成を図２を用いて更に説明する。図２は、カメラアレイ１、ミラー２Ａ、及びミラー２Ｂの構成図である。より具体的には、図２は、カメラアレイ１、ミラー２Ａ、及びミラー２Ｂを上から見た図である。図２には、参照面１００も示されている。
【００２４】
図２に示すように、カメラ１１Ｂは、帯状の架台１０の中央に配置されており、カメラ１１Ａは、架台１０の中央に配置されているカメラ１１Ｂから一方の端寄りに距離ｘだけ離れた位置に配置されており、カメラ１１Ｃは、架台１０の中央に配置されているカメラ１１Ｂから他方の端寄りに距離ｘだけ離れた位置に配置されている。上述したように、距離ｘは、ミラー距離Ｗの１／４より長く１／２より短い。ミラー２Ａは、カメラ１１Ａ側の外側に架台１０に密着するように配置されており、ミラー２Ｂは、カメラ１１Ｃ側の外側に架台１０に密着するように配置されている。
【００２５】
上述したように、Ｗ／（２ｚｓ）＝ｔａｎ（α／２）が成り立つので、架台１０の中央に配置されているカメラ１１Ｂは、架台１０と対向する長さＷの参照面１００全体を撮影することができる。“Ｗ”は、ミラー２Ａとミラー２Ｂとの間の距離（ミラー距離）であり、“ｚｓ”は撮影距離であり、“α”はカメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの画角である。
【００２６】
カメラ１１Ｂから距離ｘ離れて配置されているカメラ１１Ａは、直接入射する光だけを考えると、参照面１００の長さＷより短い部分ＷＡしか撮影することができない。しかしながら、カメラ１１Ａの外側にミラー２Ａが配置されているため、参照面１００における部分ＷＤの領域からの光はミラー２Ａによって反射されてカメラ１１Ａに向かう。そのため、カメラ１１Ａは、架台１０の延長上におけるカメラ１１Ａからカメラ１１Ｂとは逆の向きに距離（Ｗ／２−ｘ）離れた位置にカメラ１１Ｄが設置された場合の、カメラ１１Ｄがミラー２Ａが存在しないときに撮影する参照面１００の一部分ＷＤをも撮影することができる。部分ＷＤは、参照面１００の長さＷより短い撮影領域である。
【００２７】
すなわち、ミラー２Ａがカメラ１１Ａの外側に配置されたことにより、カメラ１１Ａは、カメラ１１Ｄが存在しなくても、カメラ１１Ｄが撮影する参照面１００の一部分ＷＤを撮影することができる。更に言うと、カメラ１１Ａは、カメラ１１Ａが本来撮影する参照面１００の一部分ＷＡと、カメラ１１Ｄが撮影する参照面１００の一部分ＷＤとを同時に撮影することができる。図２は、カメラ１１Ａの撮像素子１２の一部が部分ＷＡからの光を受け取り、撮像素子１２の残部が部分ＷＤからの光を受け取る状況を受け取る状況をも示している。
【００２８】
同様に、架台１０の延長線上のカメラ１１Ｃからカメラ１１Ｂとは逆の向きに距離（Ｗ／２−ｘ）離れた位置にカメラ１１Ｅが設置された場合を考える。ミラー２Ｂがカメラ１１Ｃの外側に配置されたことにより、カメラ１１Ｃは、カメラ１１Ｃが本来撮影する参照面１００の一部分ＷＣを撮影するとともに、カメラ１１Ｅにより撮影される参照面１００の一部分ＷＥを撮影することができる。
【００２９】
このように、ミラー２Ａ及びミラー２Ｂをカメラアレイ１の両端のカメラ１１Ａ，１１Ｃの外側に配置することにより、従来カメラ１１Ａ及びカメラ１１Ｃの外側に配置された場合のカメラ１１Ｄ及びカメラ１１Ｅで撮影される画像をカメラ１１Ａ及びカメラ１１Ｃで撮影することができる。そのため、カメラ１１Ｄ及びカメラ１１Ｅが不要となり、従来より少ないカメラで３次元画像を表示するための複数の画像データを生成することができる。
【００３０】
次に、画像補正部３の構成を図３を用いて説明する。図３は、画像補正部３の構成図である。画像補正部３は、対応するカメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃによって得られた画像データの幾何学的情報及び色情報を補正する。画像補正部３は、図３に示すように、取得部３１と、幾何補正部３２と、色補正部３３と、出力部３４とを有する。
【００３１】
取得部３１は、対応するカメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃから撮影によって生成された画像データとカメラ情報とを取得する。カメラ情報は、カメラアレイ１におけるカメラの位置Ｐの情報と、カメラから参照面１００までの距離ｚｓの情報とである。幾何補正部３２は、取得部３１によって取得された画像データに対し歪補正など幾何学的な補正を実行する。色補正部３３は、幾何補正部３２によって幾何学的な補正が実行された画像データに対し色の補正を実行する。幾何学的な補正及び色の補正は、一般的にはカメラキャリブレーションと呼ばれる補正であって、カメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃを構成する撮像素子又はレンズの特性等に応じて行われる。出力部３４は、幾何補正部３２及び色補正部３３によって補正された画像データとカメラ情報とを３次元画像データ生成部４に出力する。
【００３２】
次に、３次元画像データ生成部４の構成を図４を用いて説明する。図４は、３次元画像データ生成部４の構成図である。３次元画像データ生成部４は、各画像補正部３によって補正された画像データから３次元画像を表示するための３次元画像データを生成する。３次元画像データ生成部４は、図４に示すように、取得部４１と、３次元画像生成部４２と、出力部４３とを有する。
【００３３】
取得部４１は、各画像補正部３から補正された画像データとカメラ情報とを取得する。３次元画像生成部４２は、後述するようにして光線情報を生成し（図５参照）、取得部４１によって取得された画像データの各画素のデータに、生成した光線情報とカメラ情報とを付加する。光線情報は、画像データにおける所定の画素に対応する参照面１００における位置をｐとした場合、位置ｐの位置情報と位置ｐにおける参照面１００の法線と位置ｐからカメラアレイ１のそれぞれのカメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃへの光路とがなす角度θの角度情報とのことである。カメラ情報は、上述したように、カメラアレイ１におけるそれぞれのカメラの位置Ｐの情報と、カメラから参照面１００までの距離ｚｓの情報とである。３次元画像生成部４２の動作は、図５及び図６を用いて後述する。出力部４３は、３次元画像生成部４２によって生成された、３次元画像を表示するための３次元画像データを３次元画像表示装置５０に出力する。
【００３４】
次に、３次元画像生成部４２の動作を説明する。先ず、参照面１００の位置ｐにおける法線と位置ｐからカメラアレイ１への光路とがなす角度θによって構成される光線情報の算出方法について図５を用いて説明する。図５は、光線情報を説明するための図である。より具体的には、図５は、参照面１００の位置ｐにおける法線と位置ｐからカメラアレイ１への光路とがなす角度θとの関係を説明するための図である。
【００３５】
図５において、位置Ｐはカメラにおけるレンズ１３の位置であり、Ｐｉはカメラにおける撮像素子１２の位置であり、長さｚｓはカメラにおけるレンズ１３から参照面１００までの距離（撮影距離）である。このとき、ｔａｎθ＝（Ｐ−ｐ）／ｚｓの関係が成り立つ。角度θについての相似の関係より、ｔａｎθ＝（Ｐｉ−Ｐ）／ｆの関係が成り立つ。“ｆ”はカメラが有するレンズ１３と撮像素子１２との距離である。
【００３６】
また、撮像素子１２の反射された光が入射する部分においては、左右が反転するので、ｔａｎθ＝（Ｗ／２−Ｐ）／ｚｓの関係が成り立つ。
【００３７】
Ｐ、ｚｓ、及びｆは既知であるので、３次元画像生成部４２は、Ｐｉは後述するようにして算出した後、取得された画像データに基づいて、光線情報を構成する参照面１００における位置ｐと、角度θとを算出する。光線情報を用いると、非特許文献１に記載されている高密度指向性表示用の画像だけではなく、二眼式又は多眼式の立体ディスプレイに必要な画像を生成することが可能となる。
【００３８】
次に、３次元画像生成部４２の動作の流れを図６を用いて説明する。図６は、３次元画像生成部４２の動作の各ステップを示すフローチャートである。図６において、“ｎ”は、各カメラによって生成された画像データの識別番号を示し、“ｐｘ”，“ｐｙ”は画像データに対応する画素の水平方向及び垂直方向の座標位置を示す。
【００３９】
３次元画像生成部４２は、先ず、最初に処理する画像データに対し、その画像データの識別番号ｎに“０”を付与する（ステップＳ１）。次に、３次元画像生成部４２は、各画素のデータを処理するために、画像データの垂直方向の座標を示すｐｙに“０”を代入し（ステップＳ２）、その後、画像データの水平方向の座標を示すｐｘに“０”を代入する（ステップＳ３）。
【００４０】
次に、３次元画像生成部４２は、画像データｎの画素（ｐｘ，ｐｙ）に対し、図５を用いて説明したようにして光線情報（位置ｐ及び角度θ）を算出する（ステップＳ４）。なお、３次元画像生成部４２は、撮像素子の大きさと画像データの水平解像度とから、次の式を用いてＰｉを算出する。
【００４１】
Ｐｉ＝Ｐ＋（ｓ＿ｗｉｄｔｈ／ｉ＿ｗｉｄｔｈ）×（ｉ＿ｗｉｄｔｈ／２−ｐｘ）
“Ｐ”は撮影したカメラの位置であり、“ｓ＿ｗｉｄｔｈ”は撮像素子の水平方向の長さであり、“ｉ＿ｗｉｄｔｈ”は画像データの水平解像度である。カメラは、撮像素子によって得られたデータを画像エンジンにより左右及び上下を反転させるので、３次元画像生成部４２は、左右及び上下の反転を考慮し、ミラーにより反射された参照面１００からの光と、参照面１００から直進してカメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに入射した光とを区別して光線情報を算出する。
【００４２】
３次元画像生成部４２は、Ｐｉを算出した後、Ｐｉを用いて光線情報を算出し（ステップＳ４）、自らが保持するバッファに算出した光線情報を格納する。
【００４３】
次に、３次元画像生成部４２は、ｐｘに１を足し（ステップＳ５）、ｐｘが画像データの水平解像度に達したか否かを判断し（ステップＳ６）、ｐｘが水平解像度に達していなければ（ステップＳ６でＮｏ）、ステップＳ４に戻って対応する画素の光線情報を算出する。ｐｘが水平解像度に達していれば（ステップＳ６でＹｅｓ）、３次元画像生成部４２は、ｐｙに１を足し（ステップＳ７）、ｐｙが画像データの垂直解像度に達したか否かを判断する（ステップＳ８）。
【００４４】
３次元画像生成部４２は、ｐｙが垂直解像度に達していなければ（ステップＳ８でＮｏ）、ステップＳ３に戻ってステップＳ７までの処理を実行する。３次元画像生成部４２は、ｐｙが垂直解像度に達していれば（ステップＳ８でＹｅｓ）、ｎ＝０の画像データの全画素の光線情報を算出したことになるので、ｎに１を足し（ステップＳ９）、ｎが画像データの数に達したか否かを判断する（ステップＳ１０）。
【００４５】
３次元画像生成部４２は、ｎが画像データの数に達していなければ（ステップＳ１０でＮｏ）、ステップＳ２に戻ってｐｙ及びｐｘを０に初期化してｎ＝１の画像データに対してステップＳ９までの処理を実行する。３次元画像生成部４２は、ｎが画像データの数に達していれば（ステップＳ１０でＹｅｓ）、全ての画像データの全ての画素の光線情報を算出したことになるので、処理を終了する。
【００４６】
３次元画像生成部４２が全ての画像データの光線情報の算出を終了すると、出力部４３は、各画素データに対応する光線情報を関連付けた３次元画像データを３次元画像表示装置５０に出力する。３次元画像表示装置５０は、３次元画像データ生成部４からの３次元画像データを表示し、それにより３次元画像を観察者に提供する。
【００４７】
実施の形態１の３次元画像撮影装置では、図２を用いて説明したように、ミラー２Ａ及びミラー２Ｂがカメラアレイ１の両端の外側にそれぞれ配置されることにより、参照面１００からの光のうちミラー２Ａ又はミラー２Ｂで反射される光はミラー２Ａとミラー２Ｂとの内側に集められる。これにより、従来、ミラー２Ａ及びミラー２Ｂの外側に配置していたカメラ１１Ｄ及びカメラ１１Ｅが不要となる。すなわち、実施の形態１の３次元画像撮影装置は、従来より少ないカメラで３次元画像を表示するための複数の画像データを生成することができる。また、実施の形態１の３次元画像撮影装置は、従来の規模より小さくなる。
【００４８】
また、実施の形態１の３次元画像撮影装置は、図５及び図６を用いて説明したように、ミラー２により反射された光が撮像素子１２に入射する部分においては、左右が反転することを考慮して、ミラーにより反射された参照面１００からの光と、参照面１００から直進してカメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに入射した光とを区別して、光線情報及び３次元画像データを生成するので、ミラー２を用いない従来の方法と同様に３次元画像データを生成することができる。
【００４９】
なお、上述した実施の形態１では、図１に示すように、画像補正部３は、対応するカメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ毎に設けられる。しかしながら、図７に示すように、画像補正部３は、１個のみ設けられ、１個の画像補正部３が全てのカメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃからの画像データを補正してもよい。
【００５０】
また、上述した実施の形態１の３次元画像撮影装置は、ミラー２Ａ及びミラー２Ｂを有するが、ミラー２Ａ及びミラー２Ｂの一方を有しなくてもよい。この場合も、従来必要であったカメラ１１Ｄ及びカメラ１１Ｅの一方が不要となり、従来より少ないカメラで３次元画像を表示するための複数の画像データを生成することができる。また、３次元画像撮影装置の規模も、従来の規模より小さくなる。
【００５１】
また、参照面１００の長さＷは、図８に示すように、対向するカメラアレイ１の中央に配置されるカメラＢの撮影距離ｚｓにおける撮影領域より長くてもよい。逆に、参照面の長さＷは、カメラＢの撮影距離ｚｓにおける撮影領域Ｗより短くてもよい。
【００５２】
また、上述した実施の形態１では、カメラアレイ１には３個のカメラが設けられる場合を説明した。しかしながら、カメラアレイ１に設けられるカメラの数は３に限定されない。
【００５３】
また、上述した実施の形態１では、カメラアレイ１の互いに異なる位置に設けられる３個のカメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃによって参照面１００を撮影する場合を説明した。しかしながら、１個のカメラを移動装置により直線上を移動させ、複数の撮影位置から参照面１００を撮影してもよい。
【００５４】
更に、図９に示すように、各カメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの撮像素子は水平方向にシフトしてもよい。ここで、水平にシフトとは、撮像レンズのそれぞれのレンズ面がなす面の法線方向に対して左右いずれかにシフトしている状態を表している。図９は、カメラ１１Ａの撮像素子１２がミラー２Ａ寄りに水平にシフトしている状況を示している。また、図９は、カメラ１１Ｄの撮像素子１２もカメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの撮像素子１２と同じ向きにシフトしている状況を示している。この場合、図１０に示すように、カメラ１１Ａの撮像素子１２は、ミラー２Ａ寄りにシフトした状態で、カメラ１１Ｄの撮像素子１２は、ミラー２Ａが存在しない場合に受け取る光を受け取る。このように、カメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの撮像素子１２が水平方向にシフトすると、図２に示すように撮像素子１２がシフトしない場合より多くの画像データを取得することができる。ただし、カメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃは、撮像素子１２がシフトしていないときと、シフトしたときとの画像データを同時に生成することができないので、撮影回数及び撮影枚数は、上述した実施の形態１の場合に比べて増加する。
【符号の説明】
【００５５】
１ カメラアレイ１、２Ａ ミラー、 ２Ｂ ミラー、 ３ 画像補正部、 ４ ３次元画像データ生成部、 １０ 架台、 １１Ａ カメラ、 １１Ｂ カメラ、 １１Ｃ カメラ、 １１Ｄ カメラ、 １１Ｅ カメラ、 １２ 撮像素子、 １００ 参照面。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元画像撮影技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、観察者に眼鏡を使用させることなく３次元画像を鑑賞することができる装置として裸眼３次元画像表示装置が知られている。裸眼３次元画像表示装置に用いられる画像表示方法として、レンチキュラ方法やパララックスバリア方法等が知られている。
【０００３】
また、３次元画像として撮影する撮影方法として、多数のレンズと一台のカメラを組み合わせて複数の撮影位置から撮影を行う方法（例えば、特許文献１参照）が知られている。また、複数のカメラが直線状又は円弧状に配列されたカメラアレイを用いて複数の撮影位置から撮影を行う方法（例えば、非特許文献１及び非特許文献２参照）も知られている。
【０００４】
いずれの方法でも、３次元画像撮影装置により複数の撮影位置から撮影することにより、それぞれの画像データが生成される。生成されたそれぞれの画像データを裸眼３次元画像表示装置を用いて表示することにより、３次元画像を提供する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３８３６５５０号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】吉川、羽沼、高木、「指向性３次元表示に用いる平行カメラアレイによる３次元動画像の取得」、３次元画像コンファレンス２００５
【非特許文献２】吉川、高木、「イメージセンサのシフトを用いた高密度指向性画像生成用３次元カメラの改善」、Ｏｐｔｉｃｓ Ｅａｓｔ ２００３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来の撮影方法では、撮影対象となる領域に対応する領域の外側からも撮影を行う。つまり、従来の撮影方法では、一台のカメラを用いて撮影対象となる領域を撮影するため、撮影対象となる領域に対応する領域の内側及び外側から撮影を行って複数の画像データを生成する。又は、撮影対象となる領域より広い幅のカメラアレイを用いて複数の画像データを生成する。そのため、従来の撮影方法では、撮影回数が多くなる、又は、多くのカメラを必要とし装置の規模が大きくなるという問題があった。
【０００８】
本発明は、より少ない撮影回数により又はより少ないカメラにより、撮影対象の３次元画像を撮影し複数の画像データを生成することができる３次元画像撮影装置及び３次元画像撮影方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決し上記目的を達成するために、本発明の３次元画像撮影装置は、直線の上の複数の撮影位置から被写体を撮影する３次元画像撮影装置において、光軸が前記直線と実質的に直交すると共に互いに平行となるように前記複数の撮影位置から前記被写体を撮影し、画像データを生成するカメラと、前記直線上における前記複数の撮影位置における両端の撮影位置から所定の距離離れた位置に前記直線と実質的に直交するように配置され、前記複数の撮影位置における撮影領域の一部を反射するミラーと、前記複数の撮影位置で生成された前記被写体の画像データのうち、前記ミラーで反射されず前記被写体から直接前記カメラで撮影された第１の画像データと、前記ミラーの反射により得られた第２の画像データとを区別して、前記第１の画像データと前記第２の画像データとから３次元画像データを生成する３次元画像データ生成部とを備える。
【００１０】
また、本発明の３次元画像撮影装置は、直線上に配置され、光軸が前記直線と実質的に直交すると共に互いに平行であって、所定の位置に配置された被写体を撮影し、画像データを生成する複数のカメラと、前記直線上における前記複数のカメラにおける両端のカメラから所定の距離離れた位置に前記直線と実質的に直交するように配置され、前記複数のカメラの撮影領域の一部を反射するミラーと、前記複数のカメラで生成された前記被写体の画像データのうち、前記ミラーで反射されず前記被写体から直接前記カメラで撮影された第１の画像データと、前記ミラーの反射により得られた第２の画像データとを区別して、前記第１の画像データと前記第２の画像データとから３次元画像データを生成する３次元画像データ生成部と、を備える。
【００１１】
また、本発明の３次元画像撮影装置は、直線上に配置された撮像レンズと、前記撮像レンズと一対の撮像素子をそれぞれ有し、所定の位置に配置された被写体を撮影し、画像データを生成する複数のカメラと、前記複数のカメラにおける両端のカメラの前記撮像レンズから所定の距離離れた位置に前記直線と実質的に直交するように配置され、前記複数のカメラの撮影領域の一部を反射するミラーと、前記複数のカメラで生成された前記被写体の画像データのうち、前記ミラーで反射されず前記被写体から直接前記カメラで撮影された第１の画像データと、前記ミラーの反射により得られた第２の画像データとを区別して、前記第１の画像データと前記第２の画像データとから３次元画像データを生成する３次元画像データ生成部と、を備え、前記撮像素子は、前記撮像素子と対である前記撮像レンズの前記直線上の位置における法線から所定の距離離れている。
【００１２】
本発明の３次元画像撮影装置は、前記カメラで生成された前記被写体の画像データの幾何補正及び色情報の補正を行う画像補正部を備えてもよい。
【００１３】
更に、本発明の３次元画像撮影方法は、カメラを用いて直線の上の複数の撮影位置から前記直線と実質的に直交する向きに被写体の撮影を実行する際に、前記複数の撮影位置における一部の撮影位置において、前記カメラの撮影領域を前記直線と実質的に直交する位置に配置したミラーで反射することにより撮影を実行し、前記複数の撮影位置において前記カメラによって得られた各画像データの幾何補正及び色情報の補正を実行し、補正した前記各画像データから、前記撮影領域が前記ミラーで反射されることにより撮影された画像データと、前記撮影領域が前記ミラーで反射されずに撮影された画像データとを区別して、３次元画像データを生成する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、より少ない撮影回数により又はより少ないカメラにより、撮影対象の３次元画像を撮影し、複数の画像データとして生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態１の３次元画像撮影装置の構成図である。
【図２】図１のカメラアレイ及びミラーの構成図である。
【図３】図１の画像補正部の構成図である。
【図４】図１の３次元画像データ生成部の構成図である。
【図５】光線情報を説明するための図である。
【図６】図４の３次元画像生成部の動作の各ステップを示すフローチャートである。
【図７】カメラと画像補正部との変形例の構成図である。
【図８】カメラの画角と参照面との関係の変形例を説明するための図である。
【図９】カメラの撮像素子が水平方向にシフトしている状況を示す図である。
【図１０】図９におけるカメラの撮像素子が受け取る光を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
先ず、実施の形態１の３次元画像撮影装置を図１を用いて説明する。図１は、実施の形態１の３次元画像撮影装置の構成図である。より具体的には、図１は、実施の形態１の３次元画像撮影装置を上から見た図である。実施の形態１の３次元画像撮影装置は、図１に示すように、カメラアレイ１と、ミラー２Ａ及びミラー２Ｂと、画像補正部３と、３次元画像データ生成部４とを有する。図１には、撮影対象となる被写体である参照面１００も示されている。カメラアレイ１を構成する複数のカメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃは、撮像レンズと撮像素子を有する。参照面１００は、カメラアレイ１を構成する複数のカメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの撮像レンズのそれぞれのレンズ面がなす面と実質的に平行な面である。つまり、参照面１００とカメラアレイ１とは、実質的に平行な関係にある。「実質的に平行」とは、参照面１００とカメラアレイ１の複数のカメラ１１それぞれのレンズ面とがなす角度が−５度から＋５度の間であることを意味する。
【００１８】
カメラアレイ１は、架台１０と、架台１０上に所定の間隔で配置された複数のカメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃを有する。各カメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃは、レンズと撮像素子とを有し、レンズの撮像方向（光軸）は複数のカメラ１１の配列方向と直交する向きであって互いに平行である。更に言うと、全てのレンズが参照面１００に向いている。カメラ１１Ｂは、架台１０の中央に固定されており、カメラ１１Ａ及びカメラ１１Ｃはカメラ１１Ｂを挟むように配置されている。
【００１９】
ミラー２Ａ及びミラー２Ｂは、カメラアレイ１の両端にあるカメラ１１（カメラ１１Ａ及びカメラ１１Ｃ）のそれぞれの外側に、それぞれの反射面が対向するとともに一端が架台１０に密着するように配置される。すなわち、ミラー２Ａ及びミラー２Ｂは、カメラアレイ１のレンズ面がなす面と実質的に直交するように配置される。また、ミラー２Ａとミラー２Ｂは、ミラー距離Ｗ離れて配置されている。
【００２０】
また、カメラ１１Ａは、架台１０の一方の端寄りであって架台１０上のカメラ１１Ｂからミラー距離Ｗの１／４より長く１／２より短い距離ｘの位置に固定されている。カメラ１１Ｃは、架台１０の他方の端寄りであって架台１０上のカメラ１１Ｂからミラー距離Ｗの１／４より長く１／２より短い距離ｘの位置に固定されている。
【００２１】
各カメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃのレンズは、帯状の架台１０と実質的に直交するように、参照面１００の向きに向いている。各カメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃは撮影を行うことによって画像データを生成する。３個のカメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの性能は等しく、画角は“α”であり、撮影距離は“ｚｓ”である。ミラー距離Ｗと、画角αと、撮影距離ｚｓとの関係は、
Ｗ／（２ｚｓ）＝ｔａｎ（α／２）である。上述したように、カメラ１１Ｂが架台１０の中央に固定されているので、参照面１００は、カメラ１１Ｂの撮影領域の内のカメラ１１Ｂから撮影距離ｚｓの位置の範囲を意味する（図２参照）。なお、「実質的に直交」とは８５度から９５度を意味する。
【００２２】
画像補正部３は、カメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに対応して設けられており、対応するカメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃによって生成された画像データの幾何補正及び、色相・彩度・明度からなる色情報の補正をそれぞれ行う。幾何補正は、レンズの歪等の幾何歪を公知の補正式に基づいて補正するものである。３次元画像データ生成部４は、各画像補正部３によって補正された画像データから３次元画像を表示するための３次元画像データを生成する。
【００２３】
次に、カメラアレイ１、ミラー２Ａ、及びミラー２Ｂの構成を図２を用いて更に説明する。図２は、カメラアレイ１、ミラー２Ａ、及びミラー２Ｂの構成図である。より具体的には、図２は、カメラアレイ１、ミラー２Ａ、及びミラー２Ｂを上から見た図である。図２には、参照面１００も示されている。
【００２４】
図２に示すように、カメラ１１Ｂは、帯状の架台１０の中央に配置されており、カメラ１１Ａは、架台１０の中央に配置されているカメラ１１Ｂから一方の端寄りに距離ｘだけ離れた位置に配置されており、カメラ１１Ｃは、架台１０の中央に配置されているカメラ１１Ｂから他方の端寄りに距離ｘだけ離れた位置に配置されている。上述したように、距離ｘは、ミラー距離Ｗの１／４より長く１／２より短い。ミラー２Ａは、カメラ１１Ａ側の外側に架台１０に密着するように配置されており、ミラー２Ｂは、カメラ１１Ｃ側の外側に架台１０に密着するように配置されている。
【００２５】
上述したように、Ｗ／（２ｚｓ）＝ｔａｎ（α／２）が成り立つので、架台１０の中央に配置されているカメラ１１Ｂは、架台１０と対向する長さＷの参照面１００全体を撮影することができる。“Ｗ”は、ミラー２Ａとミラー２Ｂとの間の距離（ミラー距離）であり、“ｚｓ”は撮影距離であり、“α”はカメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの画角である。
【００２６】
カメラ１１Ｂから距離ｘ離れて配置されているカメラ１１Ａは、直接入射する光だけを考えると、参照面１００の長さＷより短い部分ＷＡしか撮影することができない。しかしながら、カメラ１１Ａの外側にミラー２Ａが配置されているため、参照面１００における部分ＷＤの領域からの光はミラー２Ａによって反射されてカメラ１１Ａに向かう。そのため、カメラ１１Ａは、架台１０の延長上におけるカメラ１１Ａからカメラ１１Ｂとは逆の向きに距離（Ｗ／２−ｘ）離れた位置にカメラ１１Ｄが設置された場合の、カメラ１１Ｄがミラー２Ａが存在しないときに撮影する参照面１００の一部分ＷＤをも撮影することができる。部分ＷＤは、参照面１００の長さＷより短い撮影領域である。
【００２７】
すなわち、ミラー２Ａがカメラ１１Ａの外側に配置されたことにより、カメラ１１Ａは、カメラ１１Ｄが存在しなくても、カメラ１１Ｄが撮影する参照面１００の一部分ＷＤを撮影することができる。更に言うと、カメラ１１Ａは、カメラ１１Ａが本来撮影する参照面１００の一部分ＷＡと、カメラ１１Ｄが撮影する参照面１００の一部分ＷＤとを同時に撮影することができる。図２は、カメラ１１Ａの撮像素子１２の一部が部分ＷＡからの光を受け取り、撮像素子１２の残部が部分ＷＤからの光を受け取る状況を受け取る状況をも示している。
【００２８】
同様に、架台１０の延長線上のカメラ１１Ｃからカメラ１１Ｂとは逆の向きに距離（Ｗ／２−ｘ）離れた位置にカメラ１１Ｅが設置された場合を考える。ミラー２Ｂがカメラ１１Ｃの外側に配置されたことにより、カメラ１１Ｃは、カメラ１１Ｃが本来撮影する参照面１００の一部分ＷＣを撮影するとともに、カメラ１１Ｅにより撮影される参照面１００の一部分ＷＥを撮影することができる。
【００２９】
このように、ミラー２Ａ及びミラー２Ｂをカメラアレイ１の両端のカメラ１１Ａ，１１Ｃの外側に配置することにより、従来カメラ１１Ａ及びカメラ１１Ｃの外側に配置された場合のカメラ１１Ｄ及びカメラ１１Ｅで撮影される画像をカメラ１１Ａ及びカメラ１１Ｃで撮影することができる。そのため、カメラ１１Ｄ及びカメラ１１Ｅが不要となり、従来より少ないカメラで３次元画像を表示するための複数の画像データを生成することができる。
【００３０】
次に、画像補正部３の構成を図３を用いて説明する。図３は、画像補正部３の構成図である。画像補正部３は、対応するカメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃによって得られた画像データの幾何学的情報及び色情報を補正する。画像補正部３は、図３に示すように、取得部３１と、幾何補正部３２と、色補正部３３と、出力部３４とを有する。
【００３１】
取得部３１は、対応するカメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃから撮影によって生成された画像データとカメラ情報とを取得する。カメラ情報は、カメラアレイ１におけるカメラの位置Ｐの情報と、カメラから参照面１００までの距離ｚｓの情報とである。幾何補正部３２は、取得部３１によって取得された画像データに対し歪補正など幾何学的な補正を実行する。色補正部３３は、幾何補正部３２によって幾何学的な補正が実行された画像データに対し色の補正を実行する。幾何学的な補正及び色の補正は、一般的にはカメラキャリブレーションと呼ばれる補正であって、カメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃを構成する撮像素子又はレンズの特性等に応じて行われる。出力部３４は、幾何補正部３２及び色補正部３３によって補正された画像データとカメラ情報とを３次元画像データ生成部４に出力する。
【００３２】
次に、３次元画像データ生成部４の構成を図４を用いて説明する。図４は、３次元画像データ生成部４の構成図である。３次元画像データ生成部４は、各画像補正部３によって補正された画像データから３次元画像を表示するための３次元画像データを生成する。３次元画像データ生成部４は、図４に示すように、取得部４１と、３次元画像生成部４２と、出力部４３とを有する。
【００３３】
取得部４１は、各画像補正部３から補正された画像データとカメラ情報とを取得する。３次元画像生成部４２は、後述するようにして光線情報を生成し（図５参照）、取得部４１によって取得された画像データの各画素のデータに、生成した光線情報とカメラ情報とを付加する。光線情報は、画像データにおける所定の画素に対応する参照面１００における位置をｐとした場合、位置ｐの位置情報と位置ｐにおける参照面１００の法線と位置ｐからカメラアレイ１のそれぞれのカメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃへの光路とがなす角度θの角度情報とのことである。カメラ情報は、上述したように、カメラアレイ１におけるそれぞれのカメラの位置Ｐの情報と、カメラから参照面１００までの距離ｚｓの情報とである。３次元画像生成部４２の動作は、図５及び図６を用いて後述する。出力部４３は、３次元画像生成部４２によって生成された、３次元画像を表示するための３次元画像データを３次元画像表示装置５０に出力する。
【００３４】
次に、３次元画像生成部４２の動作を説明する。先ず、参照面１００の位置ｐにおける法線と位置ｐからカメラアレイ１への光路とがなす角度θによって構成される光線情報の算出方法について図５を用いて説明する。図５は、光線情報を説明するための図である。より具体的には、図５は、参照面１００の位置ｐにおける法線と位置ｐからカメラアレイ１への光路とがなす角度θとの関係を説明するための図である。
【００３５】
図５において、位置Ｐはカメラにおけるレンズ１３の位置であり、Ｐｉはカメラにおける撮像素子１２の位置であり、長さｚｓはカメラにおけるレンズ１３から参照面１００までの距離（撮影距離）である。このとき、ｔａｎθ＝（Ｐ−ｐ）／ｚｓの関係が成り立つ。角度θについての相似の関係より、ｔａｎθ＝（Ｐｉ−Ｐ）／ｆの関係が成り立つ。“ｆ”はカメラが有するレンズ１３と撮像素子１２との距離である。
【００３６】
また、撮像素子１２の反射された光が入射する部分においては、左右が反転するので、ｔａｎθ＝（Ｗ／２−Ｐ）／ｚｓの関係が成り立つ。
【００３７】
Ｐ、ｚｓ、及びｆは既知であるので、３次元画像生成部４２は、Ｐｉは後述するようにして算出した後、取得された画像データに基づいて、光線情報を構成する参照面１００における位置ｐと、角度θとを算出する。光線情報を用いると、非特許文献１に記載されている高密度指向性表示用の画像だけではなく、二眼式又は多眼式の立体ディスプレイに必要な画像を生成することが可能となる。
【００３８】
次に、３次元画像生成部４２の動作の流れを図６を用いて説明する。図６は、３次元画像生成部４２の動作の各ステップを示すフローチャートである。図６において、“ｎ”は、各カメラによって生成された画像データの識別番号を示し、“ｐｘ”，“ｐｙ”は画像データに対応する画素の水平方向及び垂直方向の座標位置を示す。
【００３９】
３次元画像生成部４２は、先ず、最初に処理する画像データに対し、その画像データの識別番号ｎに“０”を付与する（ステップＳ１）。次に、３次元画像生成部４２は、各画素のデータを処理するために、画像データの垂直方向の座標を示すｐｙに“０”を代入し（ステップＳ２）、その後、画像データの水平方向の座標を示すｐｘに“０”を代入する（ステップＳ３）。
【００４０】
次に、３次元画像生成部４２は、画像データｎの画素（ｐｘ，ｐｙ）に対し、図５を用いて説明したようにして光線情報（位置ｐ及び角度θ）を算出する（ステップＳ４）。なお、３次元画像生成部４２は、撮像素子の大きさと画像データの水平解像度とから、次の式を用いてＰｉを算出する。
【００４１】
Ｐｉ＝Ｐ＋（ｓ＿ｗｉｄｔｈ／ｉ＿ｗｉｄｔｈ）×（ｉ＿ｗｉｄｔｈ／２−ｐｘ）
“Ｐ”は撮影したカメラの位置であり、“ｓ＿ｗｉｄｔｈ”は撮像素子の水平方向の長さであり、“ｉ＿ｗｉｄｔｈ”は画像データの水平解像度である。カメラは、撮像素子によって得られたデータを画像エンジンにより左右及び上下を反転させるので、３次元画像生成部４２は、左右及び上下の反転を考慮し、ミラーにより反射された参照面１００からの光と、参照面１００から直進してカメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに入射した光とを区別して光線情報を算出する。
【００４２】
３次元画像生成部４２は、Ｐｉを算出した後、Ｐｉを用いて光線情報を算出し（ステップＳ４）、自らが保持するバッファに算出した光線情報を格納する。
【００４３】
次に、３次元画像生成部４２は、ｐｘに１を足し（ステップＳ５）、ｐｘが画像データの水平解像度に達したか否かを判断し（ステップＳ６）、ｐｘが水平解像度に達していなければ（ステップＳ６でＮｏ）、ステップＳ４に戻って対応する画素の光線情報を算出する。ｐｘが水平解像度に達していれば（ステップＳ６でＹｅｓ）、３次元画像生成部４２は、ｐｙに１を足し（ステップＳ７）、ｐｙが画像データの垂直解像度に達したか否かを判断する（ステップＳ８）。
【００４４】
３次元画像生成部４２は、ｐｙが垂直解像度に達していなければ（ステップＳ８でＮｏ）、ステップＳ３に戻ってステップＳ７までの処理を実行する。３次元画像生成部４２は、ｐｙが垂直解像度に達していれば（ステップＳ８でＹｅｓ）、ｎ＝０の画像データの全画素の光線情報を算出したことになるので、ｎに１を足し（ステップＳ９）、ｎが画像データの数に達したか否かを判断する（ステップＳ１０）。
【００４５】
３次元画像生成部４２は、ｎが画像データの数に達していなければ（ステップＳ１０でＮｏ）、ステップＳ２に戻ってｐｙ及びｐｘを０に初期化してｎ＝１の画像データに対してステップＳ９までの処理を実行する。３次元画像生成部４２は、ｎが画像データの数に達していれば（ステップＳ１０でＹｅｓ）、全ての画像データの全ての画素の光線情報を算出したことになるので、処理を終了する。
【００４６】
３次元画像生成部４２が全ての画像データの光線情報の算出を終了すると、出力部４３は、各画素データに対応する光線情報を関連付けた３次元画像データを３次元画像表示装置５０に出力する。３次元画像表示装置５０は、３次元画像データ生成部４からの３次元画像データを表示し、それにより３次元画像を観察者に提供する。
【００４７】
実施の形態１の３次元画像撮影装置では、図２を用いて説明したように、ミラー２Ａ及びミラー２Ｂがカメラアレイ１の両端の外側にそれぞれ配置されることにより、参照面１００からの光のうちミラー２Ａ又はミラー２Ｂで反射される光はミラー２Ａとミラー２Ｂとの内側に集められる。これにより、従来、ミラー２Ａ及びミラー２Ｂの外側に配置していたカメラ１１Ｄ及びカメラ１１Ｅが不要となる。すなわち、実施の形態１の３次元画像撮影装置は、従来より少ないカメラで３次元画像を表示するための複数の画像データを生成することができる。また、実施の形態１の３次元画像撮影装置は、従来の規模より小さくなる。
【００４８】
また、実施の形態１の３次元画像撮影装置は、図５及び図６を用いて説明したように、ミラー２により反射された光が撮像素子１２に入射する部分においては、左右が反転することを考慮して、ミラーにより反射された参照面１００からの光と、参照面１００から直進してカメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに入射した光とを区別して、光線情報及び３次元画像データを生成するので、ミラー２を用いない従来の方法と同様に３次元画像データを生成することができる。
【００４９】
なお、上述した実施の形態１では、図１に示すように、画像補正部３は、対応するカメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ毎に設けられる。しかしながら、図７に示すように、画像補正部３は、１個のみ設けられ、１個の画像補正部３が全てのカメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃからの画像データを補正してもよい。
【００５０】
また、上述した実施の形態１の３次元画像撮影装置は、ミラー２Ａ及びミラー２Ｂを有するが、ミラー２Ａ及びミラー２Ｂの一方を有しなくてもよい。この場合も、従来必要であったカメラ１１Ｄ及びカメラ１１Ｅの一方が不要となり、従来より少ないカメラで３次元画像を表示するための複数の画像データを生成することができる。また、３次元画像撮影装置の規模も、従来の規模より小さくなる。
【００５１】
また、参照面１００の長さＷは、図８に示すように、対向するカメラアレイ１の中央に配置されるカメラＢの撮影距離ｚｓにおける撮影領域より長くてもよい。逆に、参照面の長さＷは、カメラＢの撮影距離ｚｓにおける撮影領域Ｗより短くてもよい。
【００５２】
また、上述した実施の形態１では、カメラアレイ１には３個のカメラが設けられる場合を説明した。しかしながら、カメラアレイ１に設けられるカメラの数は３に限定されない。
【００５３】
また、上述した実施の形態１では、カメラアレイ１の互いに異なる位置に設けられる３個のカメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃによって参照面１００を撮影する場合を説明した。しかしながら、１個のカメラを移動装置により直線上を移動させ、複数の撮影位置から参照面１００を撮影してもよい。
【００５４】
更に、図９に示すように、各カメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの撮像素子は水平方向にシフトしてもよい。ここで、水平にシフトとは、撮像レンズのそれぞれのレンズ面がなす面の法線方向に対して左右いずれかにシフトしている状態を表している。図９は、カメラ１１Ａの撮像素子１２がミラー２Ａ寄りに水平にシフトしている状況を示している。また、図９は、カメラ１１Ｄの撮像素子１２もカメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの撮像素子１２と同じ向きにシフトしている状況を示している。この場合、図１０に示すように、カメラ１１Ａの撮像素子１２は、ミラー２Ａ寄りにシフトした状態で、カメラ１１Ｄの撮像素子１２は、ミラー２Ａが存在しない場合に受け取る光を受け取る。このように、カメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの撮像素子１２が水平方向にシフトすると、図２に示すように撮像素子１２がシフトしない場合より多くの画像データを取得することができる。ただし、カメラ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃは、撮像素子１２がシフトしていないときと、シフトしたときとの画像データを同時に生成することができないので、撮影回数及び撮影枚数は、上述した実施の形態１の場合に比べて増加する。
【符号の説明】
【００５５】
１ カメラアレイ１、２Ａ ミラー、 ２Ｂ ミラー、 ３ 画像補正部、 ４ ３次元画像データ生成部、 １０ 架台、 １１Ａ カメラ、 １１Ｂ カメラ、 １１Ｃ カメラ、 １１Ｄ カメラ、 １１Ｅ カメラ、 １２ 撮像素子、 １００ 参照面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線の上の複数の撮影位置から被写体を撮影する３次元画像撮影装置において、
光軸が前記直線と実質的に直交すると共に互いに平行となるように前記複数の撮影位置から前記被写体を撮影し、画像データを生成するカメラと、
前記直線上における前記複数の撮影位置における両端の撮影位置から所定の距離離れた位置に前記直線と実質的に直交するように配置され、前記複数の撮影位置における撮影領域の一部を反射するミラーと、
前記複数の撮影位置で生成された前記被写体の画像データのうち、前記ミラーで反射されず前記被写体から直接前記カメラで撮影された第１の画像データと、前記ミラーの反射により得られた第２の画像データとを区別して、前記第１の画像データと前記第２の画像データとから３次元画像データを生成する３次元画像データ生成部と
を備えることを特徴とする３次元画像撮影装置。
【請求項２】
直線上に配置され、光軸が前記直線と実質的に直交すると共に互いに平行であって、所定の位置に配置された被写体を撮影し、画像データを生成する複数のカメラと、
前記直線上における前記複数のカメラにおける両端のカメラから所定の距離離れた位置に前記直線と実質的に直交するように配置され、前記複数のカメラの撮影領域の一部を反射するミラーと、
前記複数のカメラで生成された前記被写体の画像データのうち、前記ミラーで反射されず前記被写体から直接前記カメラで撮影された第１の画像データと、前記ミラーの反射により得られた第２の画像データとを区別して、前記第１の画像データと前記第２の画像データとから３次元画像データを生成する３次元画像データ生成部と、
を備えることを特徴とする３次元画像撮影装置。
【請求項３】
直線上に配置された撮像レンズと、前記撮像レンズと一対の撮像素子をそれぞれ有し、所定の位置に配置された被写体を撮影し、画像データを生成する複数のカメラと、
前記複数のカメラにおける両端のカメラの前記撮像レンズから所定の距離離れた位置に前記直線と実質的に直交するように配置され、前記複数のカメラの撮影領域の一部を反射するミラーと、
前記複数のカメラで生成された前記被写体の画像データのうち、前記ミラーで反射されず前記被写体から直接前記カメラで撮影された第１の画像データと、前記ミラーの反射により得られた第２の画像データとを区別して、前記第１の画像データと前記第２の画像データとから３次元画像データを生成する３次元画像データ生成部と、
を備え、
前記撮像素子は、前記撮像素子と対である前記撮像レンズの前記直線上の位置における法線から所定の距離離れていることを特徴とする３次元画像撮影装置。
【請求項４】
前記カメラで生成された前記被写体の画像データの幾何補正及び色情報の補正を行う画像補正部を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の３次元画像撮影装置。
【請求項５】
カメラを用いて直線の上の複数の撮影位置から前記直線と実質的に直交する向きに被写体の撮影を実行する際に、
前記複数の撮影位置における一部の撮影位置において、前記カメラの撮影領域を前記直線と実質的に直交する位置に配置したミラーで反射することにより撮影を実行し、
前記複数の撮影位置において前記カメラによって得られた各画像データの幾何補正及び色情報の補正を実行し、
補正した前記各画像データから、前記撮影領域が前記ミラーで反射されることにより撮影された画像データと、前記撮影領域が前記ミラーで反射されずに撮影された画像データとを区別して、３次元画像データを生成する
ことを特徴とする３次元画像撮影方法。
【請求項１】
直線の上の複数の撮影位置から被写体を撮影する３次元画像撮影装置において、
光軸が前記直線と実質的に直交すると共に互いに平行となるように前記複数の撮影位置から前記被写体を撮影し、画像データを生成するカメラと、
前記直線上における前記複数の撮影位置における両端の撮影位置から所定の距離離れた位置に前記直線と実質的に直交するように配置され、前記複数の撮影位置における撮影領域の一部を反射するミラーと、
前記複数の撮影位置で生成された前記被写体の画像データのうち、前記ミラーで反射されず前記被写体から直接前記カメラで撮影された第１の画像データと、前記ミラーの反射により得られた第２の画像データとを区別して、前記第１の画像データと前記第２の画像データとから３次元画像データを生成する３次元画像データ生成部と
を備えることを特徴とする３次元画像撮影装置。
【請求項２】
直線上に配置され、光軸が前記直線と実質的に直交すると共に互いに平行であって、所定の位置に配置された被写体を撮影し、画像データを生成する複数のカメラと、
前記直線上における前記複数のカメラにおける両端のカメラから所定の距離離れた位置に前記直線と実質的に直交するように配置され、前記複数のカメラの撮影領域の一部を反射するミラーと、
前記複数のカメラで生成された前記被写体の画像データのうち、前記ミラーで反射されず前記被写体から直接前記カメラで撮影された第１の画像データと、前記ミラーの反射により得られた第２の画像データとを区別して、前記第１の画像データと前記第２の画像データとから３次元画像データを生成する３次元画像データ生成部と、
を備えることを特徴とする３次元画像撮影装置。
【請求項３】
直線上に配置された撮像レンズと、前記撮像レンズと一対の撮像素子をそれぞれ有し、所定の位置に配置された被写体を撮影し、画像データを生成する複数のカメラと、
前記複数のカメラにおける両端のカメラの前記撮像レンズから所定の距離離れた位置に前記直線と実質的に直交するように配置され、前記複数のカメラの撮影領域の一部を反射するミラーと、
前記複数のカメラで生成された前記被写体の画像データのうち、前記ミラーで反射されず前記被写体から直接前記カメラで撮影された第１の画像データと、前記ミラーの反射により得られた第２の画像データとを区別して、前記第１の画像データと前記第２の画像データとから３次元画像データを生成する３次元画像データ生成部と、
を備え、
前記撮像素子は、前記撮像素子と対である前記撮像レンズの前記直線上の位置における法線から所定の距離離れていることを特徴とする３次元画像撮影装置。
【請求項４】
前記カメラで生成された前記被写体の画像データの幾何補正及び色情報の補正を行う画像補正部を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の３次元画像撮影装置。
【請求項５】
カメラを用いて直線の上の複数の撮影位置から前記直線と実質的に直交する向きに被写体の撮影を実行する際に、
前記複数の撮影位置における一部の撮影位置において、前記カメラの撮影領域を前記直線と実質的に直交する位置に配置したミラーで反射することにより撮影を実行し、
前記複数の撮影位置において前記カメラによって得られた各画像データの幾何補正及び色情報の補正を実行し、
補正した前記各画像データから、前記撮影領域が前記ミラーで反射されることにより撮影された画像データと、前記撮影領域が前記ミラーで反射されずに撮影された画像データとを区別して、３次元画像データを生成する
ことを特徴とする３次元画像撮影方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１３５４１４（Ｐ２０１１−１３５４１４Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９４０７４（Ｐ２００９−２９４０７４）
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（０００００４３２９）日本ビクター株式会社 (3,896)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（０００００４３２９）日本ビクター株式会社 (3,896)
【Ｆターム（参考）】
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