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三次元画像データの取得方法および三次元画像用撮像システム コモンズ

国内特許コード P05P002504
整理番号 Y2003-P397
掲載日 2005年11月11日
出願番号 特願2004-095149
公開番号 特開2005-283779
登録番号 特許第4716210号
出願日 平成16年3月29日(2004.3.29)
公開日 平成17年10月13日(2005.10.13)
登録日 平成23年4月8日(2011.4.8)
発明者
  • 高木 康博
出願人
  • 独立行政法人科学技術振興機構
発明の名称 三次元画像データの取得方法および三次元画像用撮像システム コモンズ
発明の概要

【課題】 高精度な三次元画像を撮影できるようにする。
【解決手段】 三次元カメラ50は、複数のカメラ本体52(52(i-1)~52(i+1))によって構成してある。カメラ本体52は、レンズ54(54(i-1)~54(i+1))とレンズ54に対応したCCDユニット56(56(i-1)~56(i+1))とを有する。各カメラ本体52のレンズ54は、光軸を平行にして同一直線上に一定のピッチpで等間隔に配置してある。各カメラ本体52のCCDユニット56は、中心58が被写体20から遠いレンズ54に対応したものほど、レンズ54の光軸22に対して被写体20と反対側に大きく離間させてある。
【選択図】 図1

従来技術、競合技術の概要


最近、三次元の立体画像を映し出すことができる三次元ディスプレイの実用化が急激に進められている。三次元ディスプレイによる三次元(立体)表示は、三次元物体を特定方向に平行射影した2次元画像である多数の指向性画像(directional image)を生成する必要がある。そして、近年、指向性画像を生成するためには、三次元カメラと称する撮像システムによって三次元画像データを取得する方法が研究されている。このような三次元カメラを実現する方法として、少数のカメラから得られる画像間のステレオマッチングにより三次元空間を数値モデル化するモデルベーストレンダリング法と、多数のカメラで構成されるカメラアレイで得られる画像間の補間処理を用いるイメージベーストレンダリング法がある。前者は、カメラ数は少なくてよいが、多くの計算量を要する。一方、後者は、少ない計算量でフォトリアリスティックな画像生成が可能であるが、多数のカメラを必要とする。



イメージベーストレンダリング法に用いられる三次元カメラのカメラ配置(カメラアレイ)は、複数のカメラを円弧配置したものと、特許文献1に記載されているように平行配置したものとがある。図5は、複数のカメラを円弧配置した撮像システム(三次元カメラ)を示したものである。



図5において、三次元カメラ10は、複数のカメラ本体12(12a~12n)と、これらのカメラ本体12に対応したレンズ14(14a~14n)とにより構成してある。各カメラ本体12は、それぞれがレンズ16(16a~16n)と各レンズ16の結像面に配置したCCDユニット18(18a~18n)とを有している。また、三次元カメラ10は、カメラ本体12のレンズ16とレンズ14との光軸22が一致している。各カメラ本体12のレンズ16と対応したレンズ14とがアフォーカルレンズと呼ばれ、カメラ本体12は、アフォーカルレンズを用いたアフォーカル光学系を構成している。そして、三次元カメラ10は、被写体20である三次元物体の周囲に円弧状に配置してある。



このように構成してある三次元カメラ10は、各カメラ本体12がレンズ14の光軸22と平行な平行光線24だけを撮影する。したがって、三次元カメラ10は、特定方向に平行射影した2次元の指向性画像群を容易に得ることができる。しかし、アフォーカル光学系からなる三次元カメラ10は、レンズ14の光軸22に平行な平行光線24だけしか撮影できないため、レンズ14の径より大きな被写体20を撮影することができない。また、三次元カメラ10は、カメラ本体12やレンズ14を円弧状に配置する必要があるため、被写体20に対して同一円周上に配置することが困難であるとともに、撮影距離が変わったりした場合に、カメラ本体12やレンズ14の位置を調整するのに多くの手間と時間とを必要とする欠点を有する。



図6は、特許文献1に記載されているような、複数のカメラを平行に配置した撮像システム(三次元カメラ)を示したものである。図6において、三次元カメラ30は、複数のカメラ本体12が水平方向に一定の間隔で同一直線上に配置してある。各カメラ本体12は、撮像(撮影)が可能な水平方向の角度である水平視域角φを有する通常の結像系を構成しているカメラであって、各レンズ16の光軸22が平行となるように配置されている。通常のカメラ結像系は、図6に示したように、異なる方向に進む多数の光線を撮影するようになっており、各カメラ本体12により撮像した画像が一点透視画像となる。そして、三次元カメラ30によって得た一点透視画像データから指向性画像の生成は、後述するように、画像内の一点が光線の特定の進行方向に対して1対1に対応していると考えることによって行なうことができる。



このように構成されている三次元カメラ30は、各カメラ本体12がレンズ16の光軸22を平行にして同一直線上に配置されるため、各カメラ12を比較的容易に所定位置に配置することができる。

【特許文献1】特開平9-288735号公報

産業上の利用分野


本発明は、三次元画像を表示するための画像データの取得方法に係り、特に複数の撮像手段を直線上に平行配置して画像データを得る三次元画像データの取得方法および三次元画像用撮像システムに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
光軸を相互に平行にされて直線上に配置した複数のレンズを介して被写体を撮像する三次元画像データの取得方法において、
前記各レンズに対応させた撮像素子ユニットの中心を、前記レンズの光軸に対して前記被写体と反対側に離間させて撮像し、
前記各レンズおよび前記各レンズに対応させた撮像素子ユニットにより形成される視域角が、三次元画像を表示する表示面の表示角度範囲に相当する角度より小さくしてあり且つ前記被写体全体を撮像できる角度にすることにより、撮像された画像データをエピポーラ平面画像として表した場合の該エピポーラ平面画像に対応する平面の傾きを、前記視域角と前記表示角度範囲に相当する角度とが等しい場合の傾きよりも小さくしたことを特徴とする三次元画像データの取得方法。

【請求項2】
請求項1に記載の三次元画像データの取得方法において、
前記撮像素子ユニットの中心と前記光軸との離間距離は、前記レンズと前記被写体との距離の大きさに応じて大きくしてあることを特徴とする三次元画像データの取得方法。

【請求項3】
光軸を平行にして同一直線上に配置した複数の撮像手段を備えた三次元画像用撮像システムにおいて、
前記各撮像手段は、レンズとレンズの結像面に配置した撮像素子ユニットとを有し、視域角が三次元画像を表示する表示面の表示角度範囲に相当する角度より小さくしてあり且つ被写体全体を撮像できる角度にすることにより、撮像された画像データをエピポーラ平面画像として表した場合の該エピポーラ平面画像に対応する平面の傾きを、前記視域角と前記表示角度範囲に相当する角度とが等しい場合の傾きよりも小さくしてあり、
前記各撮像素子ユニットは、中心が前記被写体から遠くに配置された前記撮像手段ほど、前記レンズの光軸に対して前記被写体の反対側に大きく離間させた位置に配置してある、
ことを特徴とする三次元画像用撮像システム。
産業区分
  • 写真映画
  • テレビ
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2004095149thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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