JP2005024629A - 立体カメラ用雲台装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】立体画像提供の汎用性を向上させることができ、しかも、幾何学的な歪み補正のためのカメラ間隔や輻輳角のデータを適正条件下で出力することができる立体カメラ用雲台装置を提供する。
【解決手段】カメラホルダ22,23によりカメラ11,12がそれぞれ着脱自在に保持され、回転機構24,25によりカメラ11,12が所定角度に同期して逆方向に回転され、角度測定手段26,27によりカメラ11,12の光軸01,02に対する輻輳角θが測定され、支持部29,30によりカメラホルダ22,23が直線状のガイド28に沿って移動自在に支持され、移動機構31,32により両支持部29,30が同期してガイド28に沿って互いに接近・離反するように移動され、移動距離測定手段33,34によりカメラ11,12のカメラ間距離Hが測定され、カメラ間距離Hと輻輳角θとが出力手段から出力される。
【選択図】 図1
【解決手段】カメラホルダ22,23によりカメラ11,12がそれぞれ着脱自在に保持され、回転機構24,25によりカメラ11,12が所定角度に同期して逆方向に回転され、角度測定手段26,27によりカメラ11,12の光軸01,02に対する輻輳角θが測定され、支持部29,30によりカメラホルダ22,23が直線状のガイド28に沿って移動自在に支持され、移動機構31,32により両支持部29,30が同期してガイド28に沿って互いに接近・離反するように移動され、移動距離測定手段33,34によりカメラ11,12のカメラ間距離Hが測定され、カメラ間距離Hと輻輳角θとが出力手段から出力される。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立体画像を表示するために2台のカメラを搭載して使用される立体カメラ用雲台装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、新しい放送サービスの1つとして立体画像を提供する立体テレビの研究・開発がなされてきている。
この立体画像を表すために、人の左右眼に視差を持つペア画像を振り分けることで立体感をもたらす2眼式立体画像システムは、通常の平面画像システムと比べて臨場感や迫力の増大などの画面効果を期待することができるばかりでなく、他の娯楽・医療・高所作業等の分野でも有用性が期待されている。
【0003】
立体画像の撮像では2台のカメラを並べて左右それぞれの実空間上の撮影対象物の画像を撮り、その表示では偏向・時間差・色などを使って視差のある左右の画像として、左右眼それぞれに表示する方法が用いられている。このとき、2台のカメラは、立体カメラ用雲台装置に支持されている。
【0004】
図8は、立体カメラ用雲台装置の一例を模式的に示す斜視図である。
図8に示すように、立体カメラ用雲台装置は、支持台1と、この支持台1に取り付けられて矢印aで示すカメラ間隔移動方向に移動可能なカメラ間隔駆動雲台2と、このカメラ間隔駆動雲台2に設けられた輻輳角駆動雲台3と、支持台1に固定された左TVカメラ4と、輻輳角駆動雲台3に取り付けられて矢印bで示す輻輳角動作方向に回動可能な右TVカメラ5とを備えている(例えば、特許文献1参照。)。
【0005】
カメラ間隔駆動雲台2は、左TVカメラ4に対して右TVカメラ5を近接・離反させてカメラ間隔Hを変化させるものである。また、輻輳角駆動雲台3は、左TVカメラ4に対する右TVカメラ5との輻輳角θを変化させるものである。この輻輳角θは、実空間上の撮影対象物Tを頂点としている。
【0006】
図9は、このような立体カメラ用雲台装置を用いた左右TVカメラ4,5と輻輳角θとの関係について示す模式図である。
図9に示すように、立体カメラ用雲台装置では、左TVカメラ4の焦点距離L1と右TVカメラ5の位置5aにおける焦点距離L2の交点を焦点T1とし、その際の対象物距離をF1とする。同様に、立体カメラ用雲台装置では、左TVカメラ4の焦点距離L3と右TVカメラ5の位置5bにおける焦点距離L4の交点を焦点T2とし、その際の対象物距離をF2とする。さらに、左TVカメラ4の焦点距離L5と右TVカメラ5の位置5cにおける焦点距離L6との交点を焦点T3とし、その際の対象物距離をF3とする。
【0007】
そして、立体カメラ用雲台装置では、これら各対象物T1〜T3と対象物距離F1〜F3が右TVカメラ5の各位置5a〜5cでの焦点距離L2,L4,L6と合うようにするには、右TVカメラ5で輻輳角θ1〜θ3を、例えば、対象物距離F3の場合には輻輳角θ3に輻輳角動作方向(矢印b)の回転で可変している。従って、立体カメラ用雲台装置では、対象物T1〜T3を最も見易い焦点L2,L4,L6に合せるためには対象物距離F1〜F3が変ってくることになる。
【0008】
図10は、このような立体カメラ用雲台装置を用いた左右TVカメラ4,5のカメラ間隔Hの関係について示す模式図である。
図10に示すように、立体カメラ用雲台装置では、左TVカメラ4と右TVカメラ5とのカメラ間隔Hの状態から、カメラ間隔移動方向(矢印a)に右TVカメラ5を位置5dに移動させた時のカメラ間隔をH1とし、カメラ間隔Hでの対象物距離をFとし、また、カメラ間隔H1での対象物距離をF1とする。
【0009】
この立体カメラ用雲台装置では、右TVカメラ5の位置5dにおける左右TVカメラ4,5の視線の交点が焦点T4のとき、対象物距離F1となり、これにより、右TVカメラ5の位置にかかわらず輻輳角θは変化しない。
従って、立体カメラ用雲台装置では、立体映像を、カメラ間隔Hを調整することにより、立体間隔を可変することができる。また、カメラ間隔Hを調整することにより、輻輳角θを調整した場合と同等の効果を得ることができる。
そして、立体カメラ用雲台装置では、これらのカメラ間隔Hと輻輳角θとを調整することにより、再現空間上にて自由に被写体の奥行きを制御した立体画像を表示することができる。
【0010】
なお、立体カメラ用雲台装置を具体的に利用する一例としては、図8に示すハンドラhaが対象物Tに接触すると、そのハンドラhaの位置をホールドして対象物位置を計算すると共に、対象物距離Fを計算し、オペレータにより適切な輻輳角θに合せて対象物距離Fと輻輳角θの関係を最低2点測定しておくことにより、作業者は一度、対象物Tに焦点距離を合せ、その位置に合う輻輳角θとなるように右TVカメラ5の回動位置を制御する。
【0011】
これにより、再現空間上の画像としては鮮明な画像を提供することができるうえ、輻輳角θを適切に選定することにより、オペレータにとって見易い立体画像を得ることが可能となる。
【0012】
また、図8に示すハンドラhaが対象物Tに接触すると、そのハンドラhaの位置をホールドして対象物位置を計算すると共に、対象物距離Fを計算し、オペレータにより適切なカメラ間隔Hに合せて対象物距離Fとカメラ間隔Hの関係を最低2点測定しておくことにより、作業者は一度、対象物Tに焦点距離を合せ、その位置に合うカメラ間隔Hとなるように右TVカメラ5のカメラ間隔移動位置を制御する。
これにより、TVカメラ固有のオートフォーカス機能を有効に活用することができ、再現空間上の画像としては鮮明な画像を提供することができるうえ、カメラ間隔Hを適切に選定することにより、オペレータにとって見易い立体画像を得ることが可能となる。
【0013】
【特許文献1】
特開平10−23467号公報
(段落番号0023〜0080、図1〜図13)
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように構成された従来の立体カメラ用雲台装置にあっては、以下に示すような問題点が存在していた。
すなわち、従来の立体カメラ用雲台装置では、ハンドラ位置で検出された対象物と2台のTVカメラまでの対象物距離Fを計算し、その計算結果に応じた対象物距離Fに適するカメラ間隔Hや輻輳角θを合せたうえで対象物距離Fとカメラ間隔Hや輻輳角θとの関係づける測定作業を2回以上行い、対象物距離Fとカメラ間隔Hや輻輳角θの関係を関数として表して最適なカメラ間隔Hや輻輳角θを決定・制御している。
【0015】
そして、立体カメラ用雲台装置では、そのカメラ間隔Hや輻輳角θのそのものを制御することを目的としており、しかも、ハンドラの先端付近を最大の対象物距離Fとしている高所作業用であることと相俟って、一方の右TVカメラを移動若しくは回動させる構成、あるいは両方のTVカメラが移動もしくは回動できる構成であっても、一方のTVカメラを移動もしくは回動することで調整する構成となっている。
【0016】
従って、放送用等で撮影される映像のように、高解像度を維持する必要があり、対象物距離が大きく変化する場合、一方のTVカメラのみが移動あるいは回動する構成の立体カメラ用雲台装置では、各TVカメラの焦点距離が大きく変化するときに、鮮明な画像を提供する画像処理解析等が複雑化するなど、適用することが困難であるという問題が生じていた。
【0017】
また、再現空間上に立体画像を表示する際には、「箱庭」や「書き割り」といった幾何学的な歪みを考慮したほうがより一層効果的な立体画像を得ることができることが分かっており、そして、このような「箱庭」や「書き割り」といった幾何学的な歪みを考慮するには、カメラ間隔Hや輻輳角θに関する情報が2台のカメラに関し略同一の条件下で求められる方が好ましいため、この条件を満足することができる立体カメラ用雲台装置が望まれていた。
【0018】
本発明は、上記問題を解決するため、立体画像提供の汎用性を向上させることができ、しかも、幾何学的な歪み補正のためのカメラ間隔や輻輳角のデータを適正条件下で出力することができる立体カメラ用雲台装置を提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するため、以下に示すような立体カメラ用雲台装置として構成した。すなわち、立体カメラ用雲台装置は、立体映像を撮影するために用いられる2台のカメラを保持すると共に水平面内において前記2台のカメラを互いに近接・離反させるように移動させかつ設置面に対して水平な水平面内において前記2台のカメラを所定角度に回転させる立体カメラ用雲台装置であって、前記2台のカメラをそれぞれ着脱自在に保持する第1,第2カメラホルダと、前記各カメラホルダに保持された前記各カメラを所定角度にかつ逆方向に回転させる第1,第2回転機構と、前記各回転機構で所定角度に回転させた前記各カメラの光軸に対する角度を測定する第1,第2角度測定手段と、前記第1角度測定手段、前記第1回転機構及び前記第1カメラホルダを直線状のガイドに沿って移動自在に支持する第1支持部と、前記第2角度測定手段、前記第2回転機構及び前記第2カメラホルダを前記ガイドに沿って移動自在に支持する第2支持部と、前記両支持部を前記ガイドに沿って互いに接近・離反するように移動させる移動機構と、前記移動機構によって移動させた前記各カメラの光軸間の距離を測定する移動距離測定手段と、前記両回転機構による回転あるいは前記両支持部の移動機構による移動の少なくとも一方を同期させる同期手段と、この移動距離測定手段で測定した距離及び前記角度測定手段で測定した角度を出力する出力手段とを備えるものとした。
【0020】
このように構成されることにより、立体カメラ用雲台装置にあっては、2台のカメラは第1,第2カメラホルダによりそれぞれ着脱自在に保持され、第1,第2回転機構により各カメラホルダに保持された各カメラが所定角度に同期して逆方向に回転することで輻輳角度を調整し、第1,第2角度測定手段により各カメラの光軸に対する角度が測定され出力手段により出力される。また、立体カメラ用雲台装置にあっては、両カメラなどをそれぞれ支持する第1支持部および第2支持部が、直線状のガイドに沿って移動機構により同期して互いに接近・離反するように移動し、その移動したことに伴う各カメラの光軸間の距離を移動距離測定手段により測定され、出力手段により出力される。
【0021】
また、前記立体カメラ用雲台装置において前記移動機構は、一つのモータと、前記一つのモータの駆動によって回転する一つの送りネジシャフトとを備え、前記送りネジシャフトが長手方向中央から反対方向に回転するネジ部を備えるものとした。
【0022】
このように構成されることにより、立体カメラ用雲台装置にあっては、移動機構のモータを作動させると、送りネジシャフトが回転し、長手方向中央から反対方向に回転するネジ部により、第1支持部と第2支持部とをそれぞれ接近あるいは離反させる方向に同期して移動させることができる。
【0023】
さらに、前記立体カメラ用雲台装置において、前記カメラから出力されるフォーカス、ズーム、アイリスの少なくとも一つをカメラ情報として出力するカメラ情報出力手段を備えるものとした。
【0024】
このように構成されることにより、立体カメラ用雲台装置にあっては、移動距離測定手段で測定した距離及び角度測定手段で測定した角度と合せて、カメラのフォーカス、ズーム、アイリスに対する少なくとも一つの情報であるカメラ情報とに基づいて、幾何学的な歪み補正のためのデータを適正条件下で出力することができる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる立体カメラ用雲台装置の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は立体カメラ用雲台装置の全体を示す一部を破断した状態の斜視図、図2は立体カメラ用雲台装置の移動機構を示す断面図、図3は立体カメラ用雲台装置の回転機構を示す平面図である。
【0026】
図1および図2に示すように、立体カメラ用雲台装置10は、左右一対の立体画像用のカメラ11,12を保持する第1ホルダ22および第2ホルダ23と、この両ホルダ22,23を同期して所定角度に回転させる第1回転機構24および第2回転機構25と、この両回転機構24,25により回転させたカメラ11、12の回転角度を測定する第1角度測定手段26および第2角度測定手段27と、この角度測定手段26,27等をそれぞれ支持する第1支持部29および第2支持部30と、この両支持部29,30をガイド28に沿って移動させる移動機構31,32と、この移動機構31,32により移動させたカメラ11,12の光軸間の距離を測定する移動距離測定手段33,34と、この移動距離測定手段33,34および両角度測定手段26,27により測定された距離および角度を出力するための出力部としての撮像条件出力部18(図4参照)と、を筐体21に配置して備えている。
【0027】
立体カメラ用雲台装置10の筐体21は、左右一対の脚部19,20により支持されている。この筐体21は、上面に開口21aが形成され、この開口21aの長手方向略全幅に跨って前後(小口方向)に離間するガイド28が延在されている。また、開口21aの長手方向開口縁部にはカメラ11,12のカメラ間隔(光軸01,02間隔)Hを目視確認するための目盛り21b,21cが付されている。この目盛り21b,21cは、例えば、0.5mm間隔で付されており、5mm毎並びに10mm毎に長さを異ならせている。また、この筐体21の目盛り21b,21cは、後記する第1支持部29および第2支持部30に付されたカメラ11,12の光軸中心を示す矢印C1,C2により目視により移動距離が判断できるように構成されている。なお、目盛り21b,21c全長に対する中心位置に矢印マーク等を付しても良い。
【0028】
また、脚部19,20は、一対の調整脚19a,20aを備えており、この調整脚19a、20aの上下方向における突出量を可変することでカメラ11,12の光軸01,02を設置面に対して同一水平面内に微調整するように構成されている。
【0029】
図2に示すように、第1,第2カメラホルダ22,23は、カメラ11,12を固定するためにそれぞれ雄ネジ22a,23aと、この雄ネジ22a,23aを固定するそれぞれのテーブル22b,23bと、を備えており、第1,第2支持部29,30の上方で設置面に対して水平な水平面内において回転自在に設置されている。このカメラホルダ22,23は、カメラネジ22a,22bにカメラ11,12の底面に設けられた雌ネジ孔(図示せず)を螺合することによってカメラ11,12を保持している。なお、各カメラホルダ22,23のテーブル22b,23bの周壁41には基準位置(カメラレンズの光軸中心が正面を向いたときの位置)に対してどれだけの角度で回転しているのかを目視できる基準となる目盛り43が付されている。
【0030】
第1,第2回転機構24(25)は、図3に示すように、回転に対して制御して駆動することができるサーボモータ36と、このサーボモータ36の駆動によって回転するバックレシスウォームギヤ等の駆動ギヤ37と、この駆動ギヤ37に噛み合って従動する従動ギヤ38と、この従動ギヤ38の回転により回転するキー溝を有する回転軸39とを備えている。また、回転軸39にはカメラネジ22a,22bが同軸上に位置するように第1,第2カメラホルダ22,23が固定されている。なお、第1回転機構24および第2回転機構25とは、互いに逆方向に回転するように設定されている。なお、両回転機構24,25は、同期手段60(図4参照)により同期して作動するように構成されている。
【0031】
第1,第2角度測定手段26,27は、各回転機構24,25の従動ギヤ38の回転に同期して互いに逆方向に回転させたカメラ11,12の光軸01,02に対する角度θ1,θ2を測定(輻輳角θを測定)するものである。なお、この第1,第2角度測定手段26,27では、例えば、駆動ギヤ37および従動ギヤ38のギヤ比およびサーボモータ36の分解性能との関係をデータとして保持しているときに、サーボモータ36の回転数を検出することで、カメラ11,12の光軸01,02がどれだけ回転したかを測定している。
【0032】
また、第1,第2角度測定手段26,27では、エンコーダ等(図示せず)を回転軸39側に設置して、そのエンコーダにより光軸01,02の回転角度を測定するように構成しても構わない。この角度測定手段26,27により測定された光軸01,02の角度は、撮影された画像信号と同期がとられた状態で撮像条件出力部18から出力される。
【0033】
なお、図示しないエンコーダを用いるときには、サーボモータ36の駆動により所定角度に光軸01,02を回転させ、その回転した結果をエンコーダが検出しそのエンコーダの検出した結果に基づいて、サーボモータ36をさらに駆動するように構成しても構わない。
【0034】
第1,第2支持部29,30は、平面視略矩形のベースプレート40と、このベースプレート40の底面に固定されてガイド28と摺動可能に係合する案内部42とを備えている。また、ベースプレート40の底面には、後記するネジシャフト46,47と螺合してネジシャフト46,47上を軸線に沿って移動するガイド部材44が設けられている。
【0035】
移動機構31,32は、筐体21の内底面に固定された脚部45に回転可能に保持された送りネジシャフト46,47と、この送りネジシャフト46,47を互いに逆方向に回転させるモータ48とを備えており、同期手段60(図4参照)によりモータ48の回転動作を同期させて駆動するものである。なお、モータ48の駆動により送りネジシャフト46,47の回転方向を同じとし、その送りネジシャフト46,47に形成されたネジ溝(ネジ部)を逆向きに形成しても良い。
【0036】
移動距離測定手段33,34は、モータ48の回転数を検出するか、あるいは、送りネジシャフト46,47の回転数を検出することで、カメラ11,12の光軸01,02がどれだけ移動したかを測定している。なお、この移動距離測定手段33,34は、ガイド28をリニアガイドとしてそのガイド28側のガイド部材44の基準位置からの移動距離を算出して測定値とすることや、また、所定位置にマグネスケールを設けてそのマグネスケールにより測定した測定値としてもよい。
【0037】
また、移動距離測定手段33,34で測定した距離、および、角度測定手段26,27で測定した角度は、カメラ11,12の撮影された画像信号と同期がとられた状態で撮像条件出力部18から出力される(図4参照)。
【0038】
図4は、立体カメラ用雲台装置から出力される画像信号並びに撮像条件信号の画像処理を行なう状態を模式的に示したブロック説明図である。図4に示すように、立体カメラ用雲台装置10の第1角度測定手段26、第2角度測定手段27、移動距離測定手段33、34により測定された光軸01,02間の距離および光軸01,02の回転角度(θ1,θ2あるいはθ)が撮像条件出力部18を介してPCユニット15側に送られて処理される。
【0039】
なお、カメラ11,12は、基本的に同一仕様のものが用いられており、オートフォーカス機能、ズーム機能(光学・デジタル)、オートアイリス機能等を備えている。画像取り込み部51に入力された映像信号と、撮像条件入力部52に入力された光軸01,02間の距離および光軸01,02の回転角度のデータは、画像処理・演算部53によって歪みの状態を演算することができる数値あるいはグラフとしてモニタ14上に表示され、また画像(映像)もモニタ14に表示される。
【0040】
なお、ここで、画像処理・演算部53による歪み補正の説明をする。交差法を用いた立体画像システムにあっては、再現空間上での表示、すなわち、モニタ14での表示には、幾何学的な歪により不自然さが感じられることがある。この歪には、所謂「箱庭」や「書き割り」と称される2種類の代表的な歪が存在している。
【0041】
箱庭とは、一般的に立体画像の被写体を不自然に小さく感じる現象であるが、画像中の被写体の大きさの判断は、対象物に対する認識や経験に大きく影響する認知レベルの問題であり、体験的な現象であるといえる。ゆえに、箱庭は、物理的に測定可能な歪量として知覚されるものではなく、あくまでも主観的に評価可能な概念として認識されるが、被写体までの撮像距離に応じて、それぞれの像の見かけ上の大きさの再生倍率が異なることに起因する大きさの歪みとして捉えられている。
【0042】
一方、書き割りとは、一般的に被写体の前後関係は把握でき、それぞれの被写体に厚みを感じない現象であり、形状知覚の問題として総合的に捉える必要があるが、左右眼の視差に限定した条件の下では前記した箱庭と同様に定量的に捉えることができる。
【0043】
そこで、この幾何学的な歪みに起因する不自然さを防ぐために、カメラ間隔Hや輻輳角θを出力されたデータに基づいて自動的(機械的)に制御し、あるいは、撮影者に不自然さを警告することにより、より自然で見易い立体画像を撮影することができる。
【0044】
したがって、以上の画像処理上の歪を補正することを考慮して、2台のカメラ11,12を同期させて動作を行なうときに、カメラ間隔Hや輻輳角θが機械的に測定されて出力される必要がある。このことを踏まえた上で、立体カメラ用雲台装置10の動作について説明する。
【0045】
はじめに、各カメラホルダ22,23にカメラ11,12を取り付ける。そして、移動機構31,32により両支持部29,30を、ガイド28および送りネジシャフト46,47を介して同期手段60で同期して移動させ、光軸01,02の間隔を調整する。それと共に、両回転機構24,25を同期手段60により同期させて光軸01,02を所定角度回転させた状態としてカメラ11,12により画像(映像)を撮影する。
【0046】
このときのモニタ14に表示されている映像には、カメラ11,12の光軸01,02の回転角度あるいは輻輳角θ1,θ2と、カメラ間隔(光軸01,02間隔)Hが示されている。立体カメラ用雲台装置10からPCユニット15側に送られてきたデータ(光軸01,02の回転角度、カメラ間隔H)は、常にカメラ11,12の位置、角度が変っても連続的に出力されるため、そのデータに基づいて立体映像の歪みを補正することが可能となる。
【0047】
また、両カメラ11,12で撮影する被写体を変える場合(例えば、画面奥となるほぼ無限遠にある山上の飛行機から、画面手前で観察者に近接する位置の花壇に焦点を合せる場合、あるいは、画面奥から画面手前に向かって走ってくるランナーに焦点を合せる場合等)撮影される被写体までの距離に対応してカメラ間隔Hが、同期手段60を介して両移動機構31,32により同期して変更されると共に、光軸01,02の輻輳角度θ1,θ2を同期手段60および両回転機構24,25により同期して変更されることがある。なお、立体カメラ用雲台10から出力されるデータ(θ1,θ2,θ,H)は、被写体に対する焦点が変ることで、カメラ間隔Hが変る場合、輻輳角度θ1,θ2が変る場合、あるいは、その両者θ1,θ2,Hが変る場合、さらに両者θ1,θ2,Hとも変らない場合がある。
【0048】
これら被写体までの焦点距離の変更に伴う光軸01,02間(カメラ間隔)Hおよび輻輳角度θ1,θ2に基づき、画像処理・演算部53では、カメラ11,12からの左右画像上の被写体の水平方向のズレ量である視差と実際の奥行き距離とが求められ、その算出結果に表示条件や観視条件を重畳した後、空間歪み並びに不自然さを計算して立体画像が形成されるものである。
【0049】
なお、撮像条件出力部18から出力されるカメラ間隔Hは、予め規定された間隔中心から等距離にあるカメラ11,12のレンズ光軸間の距離である。また、撮像条件出力部18から出力される輻輳角θは、実空間上の撮像対象でカメラ11,12の光軸01,02が交差している際、その交差点が予め規定されたカメラ間隔中心を通る中心線とも交わっているため、そのカメラ間隔中心と光軸01,02とでなす角はそれぞれθ/2の等角度である。
【0050】
従って、歪み補正の計算を行う際、カメラ間隔Hと輻輳角θに関し、例えば、光軸01,02の長さ、即ち、被写体に対するカメラ11,12の焦点距離(撮像受光面)が異なる等といった条件変化が無く、複雑な幾何学的計算を行わなくて済むという利点がある。
【0051】
なお、本発明は、図5に示すように、カメラ情報を出力することができる立体カメラ用雲台装置10Aとしても構わないものである。図5は立体カメラ用雲台の他の構成を模式的に示す模式図である。なお、すでに図1ないし図4を参照して説明した同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。
【0052】
図5に示すように、立体カメラ用雲台装置10Aに使用されるカメラ11,12は、撮影するときに必要となるアイリスに関するデータ、ズームに関するデータおよびフォーカスに関するデータ、また、撮像画角などを入力手段(図示せず)により入力したデータ等の少なくとも一つであるカメラ情報が出力できる構成を備えている。そして、立体カメラ用雲台装置10Aは、そのカメラ11,12に対して接続することができるコネクタケーブル50を少なくとも一本備えており、両角度測定手段26,27および両移動距離測定手段33,34(図4参照)からの各データと合せて、出力ケーブル49から撮像条件出力部18(カメラ情報出力手段)を介してPCユニット15側(図4参照)に測定した各データを出力することができるように構成されている。
【0053】
そのために、立体映像の歪に対してのカメラ11,12の撮影に使用される各データを作業者がその都度入力する必要がなく、迅速に歪の補正が行なうことが可能な状態を提供できる。
【0054】
また、図1ないし図4で説明した移動機構31,32では、それぞれ別々のネジシャフト46,47を設けたものを開示したが、例えば、図6に示す構成であっても構わない。図6は立体カメラ雲台装置における移動機構の他の構成を示す正面図である。なお、すでに図1ないし図4を参照して説明した同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。
【0055】
図6に示すように、移動機構32Aは、一つのサーボモータ54と、一つの送りネジシャフト55とを備えると共に、この送りネジシャフト55の長手方向中央から反対方向に回転するように形成したネジ部55a,55bを備えている。この移動機構32Aのネジ部55a,55bの範囲で、カメラ11用のガイド部材44とカメラ12用のガイド部材44とを互いに逆方向に進退動させるように構成している。
このように、移動機構32Aは、サーボモータ54を駆動させることで、両カメラ11,12を同期して移動させることが可能となり都合が良い。
【0056】
また、図7に示すように、立体カメラ用雲台装置10Bの構成としても良い。図7は立体カメラ用雲台装置の他の構成を示す斜視図である。なお、すでに図1ないし図4を参照して説明した同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。
【0057】
図7に示すように、立体カメラ用雲台装置10Bは、手動で第1,第2カメラホルダ22,23を回転させるツマミ24a,25aをそれぞれ備えており、すでに図3で説明したバックレシスウォームギヤ等の駆動ギヤ37と、この駆動ギヤ37に噛み合って従動する従動ギヤ38と、この従動ギヤ38の回転により回転するキー溝を有する回転軸39とを備えている。そのため、ツマミ24a,25aを手動で回転させると、第1,第2カメラホルダ22,23がそれぞれ一方の回転量をエンコーダ26a,27aで検出してその回転量を出力することで、光軸01,02の回転角度を検出している。
【0058】
また、両支持部29,30は、移動距離測定手段として、ベースプレート40間に緊張状態で跨るワイヤー部材56と、ワイヤー端部56の一方側に設けた長さ検出部57とを備えている。そのため、図1または図6ですでに説明した移動機構31,32(32A)により、両支持部29,30を同期して移動させると、ワイヤー部材56の巻取り長さあるいは巻戻し長さが、長さ検出部57により検出されることで、光軸01,02間の移動距離を測定して出力することができるものである。
【0059】
この立体カメラ用雲台装置10Bでは、光軸01,02の回転角度を手動で作動させるツマミにより調整しているため、静止画などの映像を撮影して歪の補正をする場合に適している。
【0060】
なお、立体カメラ用雲台装置10、10Bでは、両角度測定手段26,27および両移動距離測定手段33,34に、あらかじめ設定したアジャスト位置(基準位置)を、カメラのレンズの光軸01,02とし、その基準位置からどれだけ移動したか、あるいは、どれだけ回転したかを測定して出力している。
【0061】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる立体カメラ用雲台装置にあっては、以下に示すように優れた効果を奏するものである。
立体カメラ用雲台装置は、2台のカメラに関し同等の条件下で移動あるいは回転させて、カメラ間隔あるいは輻輳角に関する情報を求めることができるうえ、幾何学的な歪み補正のためのカメラ間隔や輻輳角のデータを適正条件下で提供することができる。
【0062】
立体カメラ用雲台装置は、移動機構を簡素化して両支持部を同期して移動させることができるためメンテナンスが容易となる。また、立体カメラ用雲台装置は、カメラからのフォーカス、アイリス、ズームの少なくとも一つに関するデータも合せて出力することができるため、立体映像の歪の補正を行なう作業をより向上させることが可能となる。さらに、立体カメラ用雲台装置は、立体画像提供の汎用性を向上させることができ、しかも、幾何学的な歪み補正のためのカメラ間隔や輻輳角のデータを適正条件下で提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる立体カメラ用雲台装置の全体を示す一部を破断した状態の斜視図である。
【図2】本発明にかかる立体カメラ用雲台装置の移動機構を示す断面図である。
【図3】立体カメラ用雲台装置の回転機構を示す平面図である。
【図4】本発明にかかる立体カメラ用雲台装置から出力される画像信号並びに撮像条件信号の画像処理を行なう状態を模式的に示したブロック説明図である。
【図5】本発明にかかる立体カメラ用雲台装置の他の構成を模式的に示す模式図である。
【図6】本発明にかかる立体カメラ用雲台装置における移動機構の他の構成を示す正面図である。
【図7】本発明にかかる立体カメラ用雲台装置の他の構成を示す斜視図である。
【図8】従来の立体カメラ用雲台装置の一例を模式的に示す斜視図である。
【図9】従来の立体カメラ用雲台装置を用いた左右TVカメラと輻輳角との関係について示す模式図。
【図10】従来の立体カメラ用雲台装置を用いた左右TVカメラのカメラ間隔の関係について示す模式図である。
【符号の説明】
10 …立体カメラ用雲台装置
11 …カメラ
12 …カメラ
14 …モニタ
15 …PCユニット
18 …撮像条件出力部(出力手段、カメラ情報出力手段)
22 …第1カメラホルダ
23 …第2カメラホルダ
24 …第1回転機構
25 …第2回転機構
26 …第1角度測定手段
27 …第2角度測定手段
28 …ガイド
29 …第1支持部
30 …第2支持部
31 …移動機構
32 …移動機構
33 …移動距離測定手段
34 …移動距離測定手段
36 …サーボモータ(モータ)
37 …サーボモータ(モータ)
46 …送りネジシャフト
47 …送りネジシャフト
54 …サーボモータ(モータ)
55 …送りネジシャフト
55a…ネジ部
55b…ネジ部
【発明の属する技術分野】
本発明は、立体画像を表示するために2台のカメラを搭載して使用される立体カメラ用雲台装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、新しい放送サービスの1つとして立体画像を提供する立体テレビの研究・開発がなされてきている。
この立体画像を表すために、人の左右眼に視差を持つペア画像を振り分けることで立体感をもたらす2眼式立体画像システムは、通常の平面画像システムと比べて臨場感や迫力の増大などの画面効果を期待することができるばかりでなく、他の娯楽・医療・高所作業等の分野でも有用性が期待されている。
【0003】
立体画像の撮像では2台のカメラを並べて左右それぞれの実空間上の撮影対象物の画像を撮り、その表示では偏向・時間差・色などを使って視差のある左右の画像として、左右眼それぞれに表示する方法が用いられている。このとき、2台のカメラは、立体カメラ用雲台装置に支持されている。
【0004】
図8は、立体カメラ用雲台装置の一例を模式的に示す斜視図である。
図8に示すように、立体カメラ用雲台装置は、支持台1と、この支持台1に取り付けられて矢印aで示すカメラ間隔移動方向に移動可能なカメラ間隔駆動雲台2と、このカメラ間隔駆動雲台2に設けられた輻輳角駆動雲台3と、支持台1に固定された左TVカメラ4と、輻輳角駆動雲台3に取り付けられて矢印bで示す輻輳角動作方向に回動可能な右TVカメラ5とを備えている(例えば、特許文献1参照。)。
【0005】
カメラ間隔駆動雲台2は、左TVカメラ4に対して右TVカメラ5を近接・離反させてカメラ間隔Hを変化させるものである。また、輻輳角駆動雲台3は、左TVカメラ4に対する右TVカメラ5との輻輳角θを変化させるものである。この輻輳角θは、実空間上の撮影対象物Tを頂点としている。
【0006】
図9は、このような立体カメラ用雲台装置を用いた左右TVカメラ4,5と輻輳角θとの関係について示す模式図である。
図9に示すように、立体カメラ用雲台装置では、左TVカメラ4の焦点距離L1と右TVカメラ5の位置5aにおける焦点距離L2の交点を焦点T1とし、その際の対象物距離をF1とする。同様に、立体カメラ用雲台装置では、左TVカメラ4の焦点距離L3と右TVカメラ5の位置5bにおける焦点距離L4の交点を焦点T2とし、その際の対象物距離をF2とする。さらに、左TVカメラ4の焦点距離L5と右TVカメラ5の位置5cにおける焦点距離L6との交点を焦点T3とし、その際の対象物距離をF3とする。
【0007】
そして、立体カメラ用雲台装置では、これら各対象物T1〜T3と対象物距離F1〜F3が右TVカメラ5の各位置5a〜5cでの焦点距離L2,L4,L6と合うようにするには、右TVカメラ5で輻輳角θ1〜θ3を、例えば、対象物距離F3の場合には輻輳角θ3に輻輳角動作方向(矢印b)の回転で可変している。従って、立体カメラ用雲台装置では、対象物T1〜T3を最も見易い焦点L2,L4,L6に合せるためには対象物距離F1〜F3が変ってくることになる。
【0008】
図10は、このような立体カメラ用雲台装置を用いた左右TVカメラ4,5のカメラ間隔Hの関係について示す模式図である。
図10に示すように、立体カメラ用雲台装置では、左TVカメラ4と右TVカメラ5とのカメラ間隔Hの状態から、カメラ間隔移動方向(矢印a)に右TVカメラ5を位置5dに移動させた時のカメラ間隔をH1とし、カメラ間隔Hでの対象物距離をFとし、また、カメラ間隔H1での対象物距離をF1とする。
【0009】
この立体カメラ用雲台装置では、右TVカメラ5の位置5dにおける左右TVカメラ4,5の視線の交点が焦点T4のとき、対象物距離F1となり、これにより、右TVカメラ5の位置にかかわらず輻輳角θは変化しない。
従って、立体カメラ用雲台装置では、立体映像を、カメラ間隔Hを調整することにより、立体間隔を可変することができる。また、カメラ間隔Hを調整することにより、輻輳角θを調整した場合と同等の効果を得ることができる。
そして、立体カメラ用雲台装置では、これらのカメラ間隔Hと輻輳角θとを調整することにより、再現空間上にて自由に被写体の奥行きを制御した立体画像を表示することができる。
【0010】
なお、立体カメラ用雲台装置を具体的に利用する一例としては、図8に示すハンドラhaが対象物Tに接触すると、そのハンドラhaの位置をホールドして対象物位置を計算すると共に、対象物距離Fを計算し、オペレータにより適切な輻輳角θに合せて対象物距離Fと輻輳角θの関係を最低2点測定しておくことにより、作業者は一度、対象物Tに焦点距離を合せ、その位置に合う輻輳角θとなるように右TVカメラ5の回動位置を制御する。
【0011】
これにより、再現空間上の画像としては鮮明な画像を提供することができるうえ、輻輳角θを適切に選定することにより、オペレータにとって見易い立体画像を得ることが可能となる。
【0012】
また、図8に示すハンドラhaが対象物Tに接触すると、そのハンドラhaの位置をホールドして対象物位置を計算すると共に、対象物距離Fを計算し、オペレータにより適切なカメラ間隔Hに合せて対象物距離Fとカメラ間隔Hの関係を最低2点測定しておくことにより、作業者は一度、対象物Tに焦点距離を合せ、その位置に合うカメラ間隔Hとなるように右TVカメラ5のカメラ間隔移動位置を制御する。
これにより、TVカメラ固有のオートフォーカス機能を有効に活用することができ、再現空間上の画像としては鮮明な画像を提供することができるうえ、カメラ間隔Hを適切に選定することにより、オペレータにとって見易い立体画像を得ることが可能となる。
【0013】
【特許文献1】
特開平10−23467号公報
(段落番号0023〜0080、図1〜図13)
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように構成された従来の立体カメラ用雲台装置にあっては、以下に示すような問題点が存在していた。
すなわち、従来の立体カメラ用雲台装置では、ハンドラ位置で検出された対象物と2台のTVカメラまでの対象物距離Fを計算し、その計算結果に応じた対象物距離Fに適するカメラ間隔Hや輻輳角θを合せたうえで対象物距離Fとカメラ間隔Hや輻輳角θとの関係づける測定作業を2回以上行い、対象物距離Fとカメラ間隔Hや輻輳角θの関係を関数として表して最適なカメラ間隔Hや輻輳角θを決定・制御している。
【0015】
そして、立体カメラ用雲台装置では、そのカメラ間隔Hや輻輳角θのそのものを制御することを目的としており、しかも、ハンドラの先端付近を最大の対象物距離Fとしている高所作業用であることと相俟って、一方の右TVカメラを移動若しくは回動させる構成、あるいは両方のTVカメラが移動もしくは回動できる構成であっても、一方のTVカメラを移動もしくは回動することで調整する構成となっている。
【0016】
従って、放送用等で撮影される映像のように、高解像度を維持する必要があり、対象物距離が大きく変化する場合、一方のTVカメラのみが移動あるいは回動する構成の立体カメラ用雲台装置では、各TVカメラの焦点距離が大きく変化するときに、鮮明な画像を提供する画像処理解析等が複雑化するなど、適用することが困難であるという問題が生じていた。
【0017】
また、再現空間上に立体画像を表示する際には、「箱庭」や「書き割り」といった幾何学的な歪みを考慮したほうがより一層効果的な立体画像を得ることができることが分かっており、そして、このような「箱庭」や「書き割り」といった幾何学的な歪みを考慮するには、カメラ間隔Hや輻輳角θに関する情報が2台のカメラに関し略同一の条件下で求められる方が好ましいため、この条件を満足することができる立体カメラ用雲台装置が望まれていた。
【0018】
本発明は、上記問題を解決するため、立体画像提供の汎用性を向上させることができ、しかも、幾何学的な歪み補正のためのカメラ間隔や輻輳角のデータを適正条件下で出力することができる立体カメラ用雲台装置を提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するため、以下に示すような立体カメラ用雲台装置として構成した。すなわち、立体カメラ用雲台装置は、立体映像を撮影するために用いられる2台のカメラを保持すると共に水平面内において前記2台のカメラを互いに近接・離反させるように移動させかつ設置面に対して水平な水平面内において前記2台のカメラを所定角度に回転させる立体カメラ用雲台装置であって、前記2台のカメラをそれぞれ着脱自在に保持する第1,第2カメラホルダと、前記各カメラホルダに保持された前記各カメラを所定角度にかつ逆方向に回転させる第1,第2回転機構と、前記各回転機構で所定角度に回転させた前記各カメラの光軸に対する角度を測定する第1,第2角度測定手段と、前記第1角度測定手段、前記第1回転機構及び前記第1カメラホルダを直線状のガイドに沿って移動自在に支持する第1支持部と、前記第2角度測定手段、前記第2回転機構及び前記第2カメラホルダを前記ガイドに沿って移動自在に支持する第2支持部と、前記両支持部を前記ガイドに沿って互いに接近・離反するように移動させる移動機構と、前記移動機構によって移動させた前記各カメラの光軸間の距離を測定する移動距離測定手段と、前記両回転機構による回転あるいは前記両支持部の移動機構による移動の少なくとも一方を同期させる同期手段と、この移動距離測定手段で測定した距離及び前記角度測定手段で測定した角度を出力する出力手段とを備えるものとした。
【0020】
このように構成されることにより、立体カメラ用雲台装置にあっては、2台のカメラは第1,第2カメラホルダによりそれぞれ着脱自在に保持され、第1,第2回転機構により各カメラホルダに保持された各カメラが所定角度に同期して逆方向に回転することで輻輳角度を調整し、第1,第2角度測定手段により各カメラの光軸に対する角度が測定され出力手段により出力される。また、立体カメラ用雲台装置にあっては、両カメラなどをそれぞれ支持する第1支持部および第2支持部が、直線状のガイドに沿って移動機構により同期して互いに接近・離反するように移動し、その移動したことに伴う各カメラの光軸間の距離を移動距離測定手段により測定され、出力手段により出力される。
【0021】
また、前記立体カメラ用雲台装置において前記移動機構は、一つのモータと、前記一つのモータの駆動によって回転する一つの送りネジシャフトとを備え、前記送りネジシャフトが長手方向中央から反対方向に回転するネジ部を備えるものとした。
【0022】
このように構成されることにより、立体カメラ用雲台装置にあっては、移動機構のモータを作動させると、送りネジシャフトが回転し、長手方向中央から反対方向に回転するネジ部により、第1支持部と第2支持部とをそれぞれ接近あるいは離反させる方向に同期して移動させることができる。
【0023】
さらに、前記立体カメラ用雲台装置において、前記カメラから出力されるフォーカス、ズーム、アイリスの少なくとも一つをカメラ情報として出力するカメラ情報出力手段を備えるものとした。
【0024】
このように構成されることにより、立体カメラ用雲台装置にあっては、移動距離測定手段で測定した距離及び角度測定手段で測定した角度と合せて、カメラのフォーカス、ズーム、アイリスに対する少なくとも一つの情報であるカメラ情報とに基づいて、幾何学的な歪み補正のためのデータを適正条件下で出力することができる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる立体カメラ用雲台装置の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は立体カメラ用雲台装置の全体を示す一部を破断した状態の斜視図、図2は立体カメラ用雲台装置の移動機構を示す断面図、図3は立体カメラ用雲台装置の回転機構を示す平面図である。
【0026】
図1および図2に示すように、立体カメラ用雲台装置10は、左右一対の立体画像用のカメラ11,12を保持する第1ホルダ22および第2ホルダ23と、この両ホルダ22,23を同期して所定角度に回転させる第1回転機構24および第2回転機構25と、この両回転機構24,25により回転させたカメラ11、12の回転角度を測定する第1角度測定手段26および第2角度測定手段27と、この角度測定手段26,27等をそれぞれ支持する第1支持部29および第2支持部30と、この両支持部29,30をガイド28に沿って移動させる移動機構31,32と、この移動機構31,32により移動させたカメラ11,12の光軸間の距離を測定する移動距離測定手段33,34と、この移動距離測定手段33,34および両角度測定手段26,27により測定された距離および角度を出力するための出力部としての撮像条件出力部18(図4参照)と、を筐体21に配置して備えている。
【0027】
立体カメラ用雲台装置10の筐体21は、左右一対の脚部19,20により支持されている。この筐体21は、上面に開口21aが形成され、この開口21aの長手方向略全幅に跨って前後(小口方向)に離間するガイド28が延在されている。また、開口21aの長手方向開口縁部にはカメラ11,12のカメラ間隔(光軸01,02間隔)Hを目視確認するための目盛り21b,21cが付されている。この目盛り21b,21cは、例えば、0.5mm間隔で付されており、5mm毎並びに10mm毎に長さを異ならせている。また、この筐体21の目盛り21b,21cは、後記する第1支持部29および第2支持部30に付されたカメラ11,12の光軸中心を示す矢印C1,C2により目視により移動距離が判断できるように構成されている。なお、目盛り21b,21c全長に対する中心位置に矢印マーク等を付しても良い。
【0028】
また、脚部19,20は、一対の調整脚19a,20aを備えており、この調整脚19a、20aの上下方向における突出量を可変することでカメラ11,12の光軸01,02を設置面に対して同一水平面内に微調整するように構成されている。
【0029】
図2に示すように、第1,第2カメラホルダ22,23は、カメラ11,12を固定するためにそれぞれ雄ネジ22a,23aと、この雄ネジ22a,23aを固定するそれぞれのテーブル22b,23bと、を備えており、第1,第2支持部29,30の上方で設置面に対して水平な水平面内において回転自在に設置されている。このカメラホルダ22,23は、カメラネジ22a,22bにカメラ11,12の底面に設けられた雌ネジ孔(図示せず)を螺合することによってカメラ11,12を保持している。なお、各カメラホルダ22,23のテーブル22b,23bの周壁41には基準位置(カメラレンズの光軸中心が正面を向いたときの位置)に対してどれだけの角度で回転しているのかを目視できる基準となる目盛り43が付されている。
【0030】
第1,第2回転機構24(25)は、図3に示すように、回転に対して制御して駆動することができるサーボモータ36と、このサーボモータ36の駆動によって回転するバックレシスウォームギヤ等の駆動ギヤ37と、この駆動ギヤ37に噛み合って従動する従動ギヤ38と、この従動ギヤ38の回転により回転するキー溝を有する回転軸39とを備えている。また、回転軸39にはカメラネジ22a,22bが同軸上に位置するように第1,第2カメラホルダ22,23が固定されている。なお、第1回転機構24および第2回転機構25とは、互いに逆方向に回転するように設定されている。なお、両回転機構24,25は、同期手段60(図4参照)により同期して作動するように構成されている。
【0031】
第1,第2角度測定手段26,27は、各回転機構24,25の従動ギヤ38の回転に同期して互いに逆方向に回転させたカメラ11,12の光軸01,02に対する角度θ1,θ2を測定(輻輳角θを測定)するものである。なお、この第1,第2角度測定手段26,27では、例えば、駆動ギヤ37および従動ギヤ38のギヤ比およびサーボモータ36の分解性能との関係をデータとして保持しているときに、サーボモータ36の回転数を検出することで、カメラ11,12の光軸01,02がどれだけ回転したかを測定している。
【0032】
また、第1,第2角度測定手段26,27では、エンコーダ等(図示せず)を回転軸39側に設置して、そのエンコーダにより光軸01,02の回転角度を測定するように構成しても構わない。この角度測定手段26,27により測定された光軸01,02の角度は、撮影された画像信号と同期がとられた状態で撮像条件出力部18から出力される。
【0033】
なお、図示しないエンコーダを用いるときには、サーボモータ36の駆動により所定角度に光軸01,02を回転させ、その回転した結果をエンコーダが検出しそのエンコーダの検出した結果に基づいて、サーボモータ36をさらに駆動するように構成しても構わない。
【0034】
第1,第2支持部29,30は、平面視略矩形のベースプレート40と、このベースプレート40の底面に固定されてガイド28と摺動可能に係合する案内部42とを備えている。また、ベースプレート40の底面には、後記するネジシャフト46,47と螺合してネジシャフト46,47上を軸線に沿って移動するガイド部材44が設けられている。
【0035】
移動機構31,32は、筐体21の内底面に固定された脚部45に回転可能に保持された送りネジシャフト46,47と、この送りネジシャフト46,47を互いに逆方向に回転させるモータ48とを備えており、同期手段60(図4参照)によりモータ48の回転動作を同期させて駆動するものである。なお、モータ48の駆動により送りネジシャフト46,47の回転方向を同じとし、その送りネジシャフト46,47に形成されたネジ溝(ネジ部)を逆向きに形成しても良い。
【0036】
移動距離測定手段33,34は、モータ48の回転数を検出するか、あるいは、送りネジシャフト46,47の回転数を検出することで、カメラ11,12の光軸01,02がどれだけ移動したかを測定している。なお、この移動距離測定手段33,34は、ガイド28をリニアガイドとしてそのガイド28側のガイド部材44の基準位置からの移動距離を算出して測定値とすることや、また、所定位置にマグネスケールを設けてそのマグネスケールにより測定した測定値としてもよい。
【0037】
また、移動距離測定手段33,34で測定した距離、および、角度測定手段26,27で測定した角度は、カメラ11,12の撮影された画像信号と同期がとられた状態で撮像条件出力部18から出力される(図4参照)。
【0038】
図4は、立体カメラ用雲台装置から出力される画像信号並びに撮像条件信号の画像処理を行なう状態を模式的に示したブロック説明図である。図4に示すように、立体カメラ用雲台装置10の第1角度測定手段26、第2角度測定手段27、移動距離測定手段33、34により測定された光軸01,02間の距離および光軸01,02の回転角度(θ1,θ2あるいはθ)が撮像条件出力部18を介してPCユニット15側に送られて処理される。
【0039】
なお、カメラ11,12は、基本的に同一仕様のものが用いられており、オートフォーカス機能、ズーム機能(光学・デジタル)、オートアイリス機能等を備えている。画像取り込み部51に入力された映像信号と、撮像条件入力部52に入力された光軸01,02間の距離および光軸01,02の回転角度のデータは、画像処理・演算部53によって歪みの状態を演算することができる数値あるいはグラフとしてモニタ14上に表示され、また画像(映像)もモニタ14に表示される。
【0040】
なお、ここで、画像処理・演算部53による歪み補正の説明をする。交差法を用いた立体画像システムにあっては、再現空間上での表示、すなわち、モニタ14での表示には、幾何学的な歪により不自然さが感じられることがある。この歪には、所謂「箱庭」や「書き割り」と称される2種類の代表的な歪が存在している。
【0041】
箱庭とは、一般的に立体画像の被写体を不自然に小さく感じる現象であるが、画像中の被写体の大きさの判断は、対象物に対する認識や経験に大きく影響する認知レベルの問題であり、体験的な現象であるといえる。ゆえに、箱庭は、物理的に測定可能な歪量として知覚されるものではなく、あくまでも主観的に評価可能な概念として認識されるが、被写体までの撮像距離に応じて、それぞれの像の見かけ上の大きさの再生倍率が異なることに起因する大きさの歪みとして捉えられている。
【0042】
一方、書き割りとは、一般的に被写体の前後関係は把握でき、それぞれの被写体に厚みを感じない現象であり、形状知覚の問題として総合的に捉える必要があるが、左右眼の視差に限定した条件の下では前記した箱庭と同様に定量的に捉えることができる。
【0043】
そこで、この幾何学的な歪みに起因する不自然さを防ぐために、カメラ間隔Hや輻輳角θを出力されたデータに基づいて自動的(機械的)に制御し、あるいは、撮影者に不自然さを警告することにより、より自然で見易い立体画像を撮影することができる。
【0044】
したがって、以上の画像処理上の歪を補正することを考慮して、2台のカメラ11,12を同期させて動作を行なうときに、カメラ間隔Hや輻輳角θが機械的に測定されて出力される必要がある。このことを踏まえた上で、立体カメラ用雲台装置10の動作について説明する。
【0045】
はじめに、各カメラホルダ22,23にカメラ11,12を取り付ける。そして、移動機構31,32により両支持部29,30を、ガイド28および送りネジシャフト46,47を介して同期手段60で同期して移動させ、光軸01,02の間隔を調整する。それと共に、両回転機構24,25を同期手段60により同期させて光軸01,02を所定角度回転させた状態としてカメラ11,12により画像(映像)を撮影する。
【0046】
このときのモニタ14に表示されている映像には、カメラ11,12の光軸01,02の回転角度あるいは輻輳角θ1,θ2と、カメラ間隔(光軸01,02間隔)Hが示されている。立体カメラ用雲台装置10からPCユニット15側に送られてきたデータ(光軸01,02の回転角度、カメラ間隔H)は、常にカメラ11,12の位置、角度が変っても連続的に出力されるため、そのデータに基づいて立体映像の歪みを補正することが可能となる。
【0047】
また、両カメラ11,12で撮影する被写体を変える場合(例えば、画面奥となるほぼ無限遠にある山上の飛行機から、画面手前で観察者に近接する位置の花壇に焦点を合せる場合、あるいは、画面奥から画面手前に向かって走ってくるランナーに焦点を合せる場合等)撮影される被写体までの距離に対応してカメラ間隔Hが、同期手段60を介して両移動機構31,32により同期して変更されると共に、光軸01,02の輻輳角度θ1,θ2を同期手段60および両回転機構24,25により同期して変更されることがある。なお、立体カメラ用雲台10から出力されるデータ(θ1,θ2,θ,H)は、被写体に対する焦点が変ることで、カメラ間隔Hが変る場合、輻輳角度θ1,θ2が変る場合、あるいは、その両者θ1,θ2,Hが変る場合、さらに両者θ1,θ2,Hとも変らない場合がある。
【0048】
これら被写体までの焦点距離の変更に伴う光軸01,02間(カメラ間隔)Hおよび輻輳角度θ1,θ2に基づき、画像処理・演算部53では、カメラ11,12からの左右画像上の被写体の水平方向のズレ量である視差と実際の奥行き距離とが求められ、その算出結果に表示条件や観視条件を重畳した後、空間歪み並びに不自然さを計算して立体画像が形成されるものである。
【0049】
なお、撮像条件出力部18から出力されるカメラ間隔Hは、予め規定された間隔中心から等距離にあるカメラ11,12のレンズ光軸間の距離である。また、撮像条件出力部18から出力される輻輳角θは、実空間上の撮像対象でカメラ11,12の光軸01,02が交差している際、その交差点が予め規定されたカメラ間隔中心を通る中心線とも交わっているため、そのカメラ間隔中心と光軸01,02とでなす角はそれぞれθ/2の等角度である。
【0050】
従って、歪み補正の計算を行う際、カメラ間隔Hと輻輳角θに関し、例えば、光軸01,02の長さ、即ち、被写体に対するカメラ11,12の焦点距離(撮像受光面)が異なる等といった条件変化が無く、複雑な幾何学的計算を行わなくて済むという利点がある。
【0051】
なお、本発明は、図5に示すように、カメラ情報を出力することができる立体カメラ用雲台装置10Aとしても構わないものである。図5は立体カメラ用雲台の他の構成を模式的に示す模式図である。なお、すでに図1ないし図4を参照して説明した同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。
【0052】
図5に示すように、立体カメラ用雲台装置10Aに使用されるカメラ11,12は、撮影するときに必要となるアイリスに関するデータ、ズームに関するデータおよびフォーカスに関するデータ、また、撮像画角などを入力手段(図示せず)により入力したデータ等の少なくとも一つであるカメラ情報が出力できる構成を備えている。そして、立体カメラ用雲台装置10Aは、そのカメラ11,12に対して接続することができるコネクタケーブル50を少なくとも一本備えており、両角度測定手段26,27および両移動距離測定手段33,34(図4参照)からの各データと合せて、出力ケーブル49から撮像条件出力部18(カメラ情報出力手段)を介してPCユニット15側(図4参照)に測定した各データを出力することができるように構成されている。
【0053】
そのために、立体映像の歪に対してのカメラ11,12の撮影に使用される各データを作業者がその都度入力する必要がなく、迅速に歪の補正が行なうことが可能な状態を提供できる。
【0054】
また、図1ないし図4で説明した移動機構31,32では、それぞれ別々のネジシャフト46,47を設けたものを開示したが、例えば、図6に示す構成であっても構わない。図6は立体カメラ雲台装置における移動機構の他の構成を示す正面図である。なお、すでに図1ないし図4を参照して説明した同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。
【0055】
図6に示すように、移動機構32Aは、一つのサーボモータ54と、一つの送りネジシャフト55とを備えると共に、この送りネジシャフト55の長手方向中央から反対方向に回転するように形成したネジ部55a,55bを備えている。この移動機構32Aのネジ部55a,55bの範囲で、カメラ11用のガイド部材44とカメラ12用のガイド部材44とを互いに逆方向に進退動させるように構成している。
このように、移動機構32Aは、サーボモータ54を駆動させることで、両カメラ11,12を同期して移動させることが可能となり都合が良い。
【0056】
また、図7に示すように、立体カメラ用雲台装置10Bの構成としても良い。図7は立体カメラ用雲台装置の他の構成を示す斜視図である。なお、すでに図1ないし図4を参照して説明した同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。
【0057】
図7に示すように、立体カメラ用雲台装置10Bは、手動で第1,第2カメラホルダ22,23を回転させるツマミ24a,25aをそれぞれ備えており、すでに図3で説明したバックレシスウォームギヤ等の駆動ギヤ37と、この駆動ギヤ37に噛み合って従動する従動ギヤ38と、この従動ギヤ38の回転により回転するキー溝を有する回転軸39とを備えている。そのため、ツマミ24a,25aを手動で回転させると、第1,第2カメラホルダ22,23がそれぞれ一方の回転量をエンコーダ26a,27aで検出してその回転量を出力することで、光軸01,02の回転角度を検出している。
【0058】
また、両支持部29,30は、移動距離測定手段として、ベースプレート40間に緊張状態で跨るワイヤー部材56と、ワイヤー端部56の一方側に設けた長さ検出部57とを備えている。そのため、図1または図6ですでに説明した移動機構31,32(32A)により、両支持部29,30を同期して移動させると、ワイヤー部材56の巻取り長さあるいは巻戻し長さが、長さ検出部57により検出されることで、光軸01,02間の移動距離を測定して出力することができるものである。
【0059】
この立体カメラ用雲台装置10Bでは、光軸01,02の回転角度を手動で作動させるツマミにより調整しているため、静止画などの映像を撮影して歪の補正をする場合に適している。
【0060】
なお、立体カメラ用雲台装置10、10Bでは、両角度測定手段26,27および両移動距離測定手段33,34に、あらかじめ設定したアジャスト位置(基準位置)を、カメラのレンズの光軸01,02とし、その基準位置からどれだけ移動したか、あるいは、どれだけ回転したかを測定して出力している。
【0061】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる立体カメラ用雲台装置にあっては、以下に示すように優れた効果を奏するものである。
立体カメラ用雲台装置は、2台のカメラに関し同等の条件下で移動あるいは回転させて、カメラ間隔あるいは輻輳角に関する情報を求めることができるうえ、幾何学的な歪み補正のためのカメラ間隔や輻輳角のデータを適正条件下で提供することができる。
【0062】
立体カメラ用雲台装置は、移動機構を簡素化して両支持部を同期して移動させることができるためメンテナンスが容易となる。また、立体カメラ用雲台装置は、カメラからのフォーカス、アイリス、ズームの少なくとも一つに関するデータも合せて出力することができるため、立体映像の歪の補正を行なう作業をより向上させることが可能となる。さらに、立体カメラ用雲台装置は、立体画像提供の汎用性を向上させることができ、しかも、幾何学的な歪み補正のためのカメラ間隔や輻輳角のデータを適正条件下で提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる立体カメラ用雲台装置の全体を示す一部を破断した状態の斜視図である。
【図2】本発明にかかる立体カメラ用雲台装置の移動機構を示す断面図である。
【図3】立体カメラ用雲台装置の回転機構を示す平面図である。
【図4】本発明にかかる立体カメラ用雲台装置から出力される画像信号並びに撮像条件信号の画像処理を行なう状態を模式的に示したブロック説明図である。
【図5】本発明にかかる立体カメラ用雲台装置の他の構成を模式的に示す模式図である。
【図6】本発明にかかる立体カメラ用雲台装置における移動機構の他の構成を示す正面図である。
【図7】本発明にかかる立体カメラ用雲台装置の他の構成を示す斜視図である。
【図8】従来の立体カメラ用雲台装置の一例を模式的に示す斜視図である。
【図9】従来の立体カメラ用雲台装置を用いた左右TVカメラと輻輳角との関係について示す模式図。
【図10】従来の立体カメラ用雲台装置を用いた左右TVカメラのカメラ間隔の関係について示す模式図である。
【符号の説明】
10 …立体カメラ用雲台装置
11 …カメラ
12 …カメラ
14 …モニタ
15 …PCユニット
18 …撮像条件出力部(出力手段、カメラ情報出力手段)
22 …第1カメラホルダ
23 …第2カメラホルダ
24 …第1回転機構
25 …第2回転機構
26 …第1角度測定手段
27 …第2角度測定手段
28 …ガイド
29 …第1支持部
30 …第2支持部
31 …移動機構
32 …移動機構
33 …移動距離測定手段
34 …移動距離測定手段
36 …サーボモータ(モータ)
37 …サーボモータ(モータ)
46 …送りネジシャフト
47 …送りネジシャフト
54 …サーボモータ(モータ)
55 …送りネジシャフト
55a…ネジ部
55b…ネジ部
Claims (3)
- 立体映像を撮影するために用いられる2台のカメラを保持すると共に設置面に対して水平な水平面内において前記2台のカメラを互いに接近・離反させるように移動させかつ水平面内において前記2台のカメラを所定角度に回転させる立体カメラ用雲台装置であって、
前記2台のカメラをそれぞれ着脱自在に保持する第1,第2カメラホルダと、前記各カメラホルダに保持された前記各カメラを所定角度にかつ逆方向に回転させる第1,第2回転機構と、前記各回転機構で所定角度に回転させた前記各カメラの光軸に対する角度を測定する第1,第2角度測定手段と、前記第1角度測定手段、前記第1回転機構及び前記第1カメラホルダを直線状のガイドに沿って移動自在に支持する第1支持部と、前記第2角度測定手段、前記第2回転機構及び前記第2カメラホルダを前記ガイドに沿って移動自在に支持する第2支持部と、前記両支持部を前記ガイドに沿って互いに接近・離反するように移動させる移動機構と、前記移動機構によって移動させた前記各カメラの光軸間の距離を測定する移動距離測定手段と、前記両回転機構による回転あるいは前記両支持部の移動機構による移動の少なくとも一方を同期させる同期手段と、この移動距離測定手段で測定した距離及び前記角度測定手段で測定した角度を出力する出力手段とを備えることを特徴とする立体カメラ用雲台装置。 - 前記移動機構は、一つのモータと、前記一つのモータの駆動によって回転する一つの送りネジシャフトとを備え、前記送りネジシャフトが長手方向中央から反対方向に回転するネジ部を備えることを特徴とする請求項1に記載の立体カメラ用雲台装置。
- 前記カメラから出力されるフォーカス、ズーム、アイリスの少なくとも一つをカメラ情報として出力するカメラ情報出力手段を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の立体カメラ用雲台装置。
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A02 | Decision of refusal |
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