JP2752993B2 - 立体テレビ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、立体映像を得るために複数配置した撮影装
置の光学系に光軸ずれ等が発生しても自動的に修正して
適正な立体映像を感得できるように工夫した立体テレビ
装置に関する。

（従来の技術） 深海や宇宙空間での作業のように人間が直接現場へ入
って作業するのが困難であったり、また、原子炉内の作
業のように人間が直接行うのに危険が伴う作業がある。
このような深海や宇宙空間あるいは原子炉内等のような
極限環境下における作業を実現する技術として、人間の
行けない作業現場にマニピュレータを送り込み、現場か
ら離れた安全な地点から人間がそれを遠隔操作して作業
を行うテレオペレーションがある。この方法では、作業
現場（作業環境）を撮影装置で撮像し、これをモニタテ
レビ等の映像表示装置に立体的に写し出して操作者に呈
示し、操作者はこれを見ながらマニピュレータを遠隔操
作する。

従来、このような遠隔操作時に作業現場の立体映像を
観察者に感得させるには、例えば、第３図に示すような
立体テレビ装置が使用されている。即ち、従来の立体テ
レビ装置は、２台の撮影装置101a,101b、映像ミキサ10
2、フレームコンバータ103、眼鏡ドライバ104、シャッ
タ眼鏡105、モニタテレビ106とで構成されている。２台
の撮影装置101a,101bは図示されない雲台上に水平に並
べて配置されており、前方の観察対象107を同時に撮像
する。また、撮影装置101a,101bの光学系101c,101dには
一般にズームレンズが装着されており、光学系101c,101
dを通して撮像素子（不図示）に映像が結像される。撮
影装置101a,101bで撮像された映像は撮像素子（不図
示）から映像信号として映像ミキサ102に送られ、所定
時間毎に交互に出力される。これらの時系列映像信号は
フレームコンバータ103でフリッカレス（映像のチラツ
キ除去）処理を施された後、映像表示装置であるモニタ
テレビ106に交互に呈示される。そして、観察者108はモ
ニタテレビ106の映像をフレームコンバータ103から出力
される同期信号に基づいて左右眼が交互に開閉するシャ
ッタ眼鏡105を通して立体映像を感得することができ
る。つまり、前記構成から成る立体テレビ装置は、人間
の目の残像を利用して立体映像が感得される。

また、観察者108は、撮影装置101a,101bの光学系101
c,101dであるズームレンズを広角側又は望遠側にズーム
操作する時はレンズコントローラ110で操作し、撮影装
置101a,101bの間隔や観察対象107を見込む角度（輻輳
角）を調整する時は雲台コントローラ109で操作する。

ところで、前記構成から成る立体テレビ装置により観
察者108が立体映像を感得する場合、観察者108の左右の
目に投ぜられる映像は、拡大率、位置、姿勢等の関係が
相対的に整合している必要がある。このため、撮影装置
101a,101bの撮像素子（不図示）に対する光学系101c,10
1dの光軸を、撮影装置101a,101bが並ぶ方向に広がる同
一平面内に設定しなければならず、また、光学系101c,1
01dにズームレンズを用いる場合、ズーム値に拘らず光
軸を一定に保つためには、レンズの厳選と設定位置の厳
重な管理が不可欠である。しかしながら、現実には全く
同一特性を有するレンズを用意する事や、設定位置を保
つために外力の影響を完全に遮断する事は非常に困難で
ある。

このように、従来の立体テレビ装置では、撮影装置10
1a,101bの光学系101c,101dがズームレンズの場合、光軸
にずれがあるとズーム操作した時、特に望遠側に操作す
る時には光軸のずれが大きくなるので、観察者108の左
右眼にそれぞれ投ぜられる映像の整合性が悪くなり、立
体映像の感得は非常に困難になる。

このため、光軸ずれが生じた前記立体テレビ装置を極
限環境下で用いてマニピュレータ等を遠隔操作する際、
観察対象の良好な立体映像を感得することができない不
都合が生じ、作業の安全性やマニピュレータ等の操作性
が低下する問題があった。

（発明が解決しようとする課題） 前記したように、従来の立体テレビ装置では、複数配
置する投影装置の101a,101bの光学系101c,101dに光軸ず
れが生じないように同一特性を有するレンズを用いて各
光学系101c,101dを高精度に組付ける必要があり、ま
た、光学系101c,101dにズームレンズを使用した場合に
はズーム操作により光軸ずれが生じ易く、適正な立体映
像を感得することができない場合がある。

本発明は上記した課題を解決する目的でなされ、光学
系に光軸ずれ等が発生して撮影装置で撮像される映像に
ずれが生じても自動的に修正することができる立体テレ
ビ装置を提供しようとするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 前記した課題を解決するために本発明は、光学系と撮
像素子とを備えた撮像装置を複数用い、各撮像装置で撮
像された観察対象の映像を映像表示装置により観察者に
呈示し、前記映像を立体像に処理する手段によって立体
映像が感得可能な立体テレビ装置において、各撮像装置
で撮像されたそれぞれの映像情報を入力し、前記観察対
象の映像の水平方向の明るさまたは色調の少なくともい
ずれか一方をそれぞれ積分する積分手段と、該積分手段
によって積分された前記観察対象の映像情報をそれぞれ
入力し、各映像情報を相関比較して前記各撮像装置で撮
像される映像のずれを検出する検出手段と、該検出手段
で得られた映像のずれ情報に基づいて前記各撮像装置で
撮像される映像のずれを修正する修正手段とを有するこ
とを特徴とする。

（作用） 本発明によれば、各撮像装置で撮像される映像にずれ
が発生した場合、積分手段において、各撮像装置から入
力される映像の水平方向の明るさまたは色調の少なくと
もいずれか一方が積分され、検出手段でその積分されて
得られた映像情報を相関比較するので、相関比較演算が
簡単な構成で構成でき、しかも精度良くずれの補正を行
うことができる。

（実施例） 以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は本発明に係る立体テレビ装置を示す構成図で
ある。この図に示すように、２台の撮影装置1a,1bは不
図示の雲台上に水平に所定間隔に並べて配置され、前方
の観察対象Ａをそれぞれ撮像する。不図示の雲台には、
撮影装置1a,1bを左右及び上下方向に移動させる圧電素
子等のアクチュエータで構成される移動機構2a,2bが取
付けられている。撮影装置1a,1bには、光学系を構成す
るズームレンズ3a,3bとCCD等の撮像素子4a,4bとが備え
られている。映像情報積分装置5a,5bは、撮像素子4a,4b
から映像信号6a,6bを入力し、観察対象Ａの映像の水平
方向の明るさ（光量）を積分して情報圧縮することによ
り、２次元的な光量分布を垂直方向のみの１次元的な光
量分布に変換する。相対ずれ量演算装置８は、映像情報
積分装置5a,5bから出力される映像情報信号7a,7bを相関
比較し、撮影装置1a,1bで撮像された映像の垂直方向の
ずれを数値的に演算して映像のずれ量を検出する。即
ち、撮影装置1a,1bのズームレンズ3a,3bに光軸ずれやズ
ーム操作で倍率ずれ等が発生すると、撮像素子4a,4bか
らの映像信号6a,6bはそれに応じて映像情報積分装置5a,
5bに出力されるので、相対ずれ量演算装置８での演算結
果はズームレンズ3a,3bの光軸ずれ量や倍率ずれ量に対
応する。このように、映像情報積分装置5a,5b、相対ず
れ量演算装置８によって、撮影装置1a,1bで撮像される
映像のずれ量を検出する検出手段が構成される。修正信
号生成装置９は、相対ずれ量演算装置８から出力される
相対ずれ量信号10に基づいて、撮影装置1a,1bで撮像さ
れる各映像のずれを修正するための修正信号11a,11bを
撮影装置1a,1bの各移動機構2a,2bに出力し、映像のずれ
を修正する。

このように、修正信号生成装置９及び撮影装置1a,1b
の移動機構2a,2bによって、撮影装置1a,1bで撮像される
映像のずれを修正する修正手段が構成される。

映像ミキサ12は、撮像素子4a,4bから出力される映像
信号6a,6bを、フリッカレス（映像のチラツキ除去）処
理を行うフレームコンバータ13を介してモニタテレビ等
の映像表示装置14に所定時間毎に交互に出力する。15は
観察者16の両眼にかけるシャッタ眼鏡であり、フレーム
コンバータ13からの同期信号に基づき眼鏡ドライバ17を
介して左右目が電気的に交互に開閉し、このシャッタ眼
鏡15により観察者16は映像表示装置14の映像を立体映像
として感得することができる。

次に、本発明に係る立体テレビ装置の作用について説
明する。撮影装置1a,1bを観察対象Ａに向けてセットす
ると、観察対象Ａからの外界光l₁,l₂は、それぞれズー
ムレンズ3a,3bを通して撮像素子4a,4bに結像する。撮像
素子4a,4bは撮像した観察対象Ａの映像信号6a,6bを、映
像ミキサ12、フレームコンバータ13を介して映像表示装
置14に所定時間（例えば1/60秒）毎に交互に出力する。
そして、観察者16は、映像表示装置14に交互に写し出さ
れる映像からシャッタ眼鏡15を通して観察対象Ａの立体
映像を感得できる。

上記した観察状態において、ズームレンズ3a,3bに光
軸ずれや倍率ずれ等がない時は、相対ずれ量演算装置８
による演算結果によって、撮影装置1a,1bで撮像される
映像にずれがないと判定されるので、撮影装置1a,1bで
撮像される映像のずれを修正する移動機構2a,2bは駆動
されない。

そして、撮影装置1a,1bで撮像中に不図示のレンズコ
ントローラによりズームレンズ3a,3bを例えば広角側か
ら望遠側にズーム操作した時や、不図示の雲台コントロ
ーラにより観察方向を変更した時などに、例えば撮影装
置1aのズームレンズ3aに光軸ずれが発生した場合、撮像
素子4a,4bからの映像信号6a,6bは映像情報積分装置5a,5
bに入力される。映像情報積分装置5a,5bは入力される映
像信号6a,6bを垂直方向のみの１次元的な光量分布に変
換し、映像情報信号7a,7bとして相対ずれ量演算装置８
に出力する。相対ずれ量演算装置８は入力される映像情
報信号7a,7bを相関比較し、撮影装置1a,1bで撮像された
映像の垂直方向のずれを数値的に演算して、撮影装置1
a,1bで撮像される映像の相対的なずれ量、即ち、ズーム
レンズ3a,3bの相対的な光軸の垂直方向のずれ量を検出
し、その結果を相対ずれ量信号10として修正信号生成装
置９に出力する。修正信号生成装置９は入力される相対
ずれ量信号10に基づいて撮影装置1a,1bの移動機構2a,2b
に修正信号11a,11bを出力する。移動機構2aは入力され
る修正信号11aに基づいて駆動され、撮影装置1aと一体
に可動するズームレンズ3aの光軸ずれを修正する。一
方、相対ずれ量演算装置８により撮影装置1bで撮像され
る映像にはずれがない、即ち、ズームレンズ3bには光軸
ずれがないと判定されるので、修正信号生成装置９から
移動機構2bへ修正量が“零”である修正信号11bが出力
され、移動機構2bは駆動されない。

このように、撮像装置1a,1bで観察対象Ａを撮像して
いる時に、光学系であるズームレンズ3a,3bに光軸ずれ
が発生して映像がずれた場合でも自動的に光軸ずれが修
正されるので、観察者16は常に適正な立体映像を感得す
ることができる。

よって、本発明の立体テレビ装置を極限環境下で用い
てマニピュレータ等を遠隔操作する場合、撮影装置1a,1
bの光学系を構成するズームレンズ3a,3bの光軸がずれて
も自動的に修正されるので、操作者は常に作業対象の適
正な立体映像を感得することができ、作業の安全性や操
作性の向上を図ることができる。更に、撮影装置1a,1b
で撮像される映像のずれを検出する映像情報積分装置5
a,5b及び相対ずれ量演算装置10は撮影装置1a,1bと別体
に配置されるので、撮影装置1a,1bが設置される周囲の
環境に影響されることなく、極限環境下での耐候性も十
分に確保することができ、且つ、映像の画質低下や撮影
装置1a,1bの複雑化、特殊化を招くこともない。

尚、前記した実施例では、映像情報積分装置5a,5bに
より撮影装置1a,1bから入力される映像情報を、垂直方
向のみの１次元的な光量分布に変換して相関比較した
が、入力される映像情報を垂直方向、水平方向及び斜め
方向に１次元的に空間積分することにより、映像の回転
や水平方向にずれ等が発生した場合でも、迅速に、且つ
精度良く修正を行うことが可能である。

また、前記実施例では、１次元的に変換された映像情
報の光量分布によって相関比較を行う構成であったが、
映像情報を色調によって相関比較しても良く、更に、映
像情報を光量分布と色調分布によって相関比較しても良
い。

また、前記実施例においては、相対ずれ量演算装置８
は１次元的に圧縮された各映像情報を相関比較して映像
のずれを算出したが、１次元的に圧縮された各映像情報
の平均誤差量から映像のずれを算出することも可能であ
る。

更に、前記実施例では撮影装置1aのズームレンズ3aに
光軸ずれが発生した場合について述べたがズームレンズ
3a,3bに光軸ずれが発生した場合でも同様に光軸ずれを
修正することができ、また、撮影装置1a,1bの一方又は
両方に衝撃等が加わって撮像する映像にずれが発生した
場合でも容易に修正することができる。

また、前記実施例では光学系にズームレンズを使用し
たが単焦点レンズの場合でも良い。

また、前記実施例ではズームレンズ3a,3bに光軸ずれ
が発生した時には、修正信号生成装置９から出力される
修正信号11a,11bで移動機構2a,2bを駆動して機械的に光
軸ずれを修正したが、修正信号11a,11bにより映像表示
装置14に写し出される映像を電気的に移動して光軸ずれ
を修正する構成も可能である。

第２図は、本発明の他の実施例に係る立体テレビ装置
の要部を示す構成図である。本例においては、撮像素子
4a,4bからの映像信号6a,6bを電子ビューファインダ等の
小型のモニタテレビ18a,18bに出力し、撮影装置1a,1bで
撮像された映像をモニタテレビ18a,18bに写し出す。そ
して、その映像をシリンドリカルレンズ19a,19bを通し
て１次元方向に積分し、リニアCCD20a,20b上に結像させ
る構成である。このように、本例ではシリンドリカルレ
ンズ19a,19bによって撮影装置1a,1bで撮像される映像を
光学的に１次元的な垂直方向の光量分布に変換し、映像
情報信号7a,7bとして相対ずれ量演算装置８に出力す
る。他の構成は前記実施例と同様である。

また、本例において、複数方向の１次元像を得るには
複数のシリンドリカルレンズを垂直方向、水平方向、斜
め方向に配置することにより実現できる。

尚、本例ではシリンドリカルレンズによって映像を１
次元的な光学的積分を行ったが、シリンドリカルレンズ
の代わりに球面レンズを使用することによって、２次元
的な光学的積分を行うことも可能である。この場合、映
像は光点の分布パターンに変換される。

更に、前記した各実施例はいずれも撮影装置1a,1bか
ら入力される映像情報を空間積分した後に相関比較した
が、高速演算素子を用いることにより、撮影装置1a,1b
から入力される映像情報を画素ごとに逐一相関比較する
ことも可能である。

［発明の効果］ 以上、実施例に基づいて具体的に説明したように本発
明によれば、光学系の光軸ずれ等によって各撮影装置で
撮像される映像にずれが発生した場合でも、自動的に映
像のずれを修正することができる。従って、映像表示装
置には良好な映像が写し出されるので、観察者は常に適
正な立体映像を感得することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る立体テレビ装置を示す構成図、第
２図は本発明の他の実施例に係る立体テレビ装置の要部
を示す構成図、第３図は従来の立体テレビ装置を示す構
成図である。 1a,1b……撮影装置 2a,2b……移動機構 3a,3b……ズームレンズ 4a,4b……撮像素子 5a,5b……映像情報積分装置 ８……相対ずれ量演算装置 ９……修正信号生成装置 14……映像表示装置 19a,19b……シリンドリカルレンズ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光学系と撮像素子とを備えた撮像装置を複
   数用い、各撮像装置で撮像された観察対象の映像を映像
   表示装置により観察者に呈示し、前記映像を立体像に処
   理する手段によって立体映像が感得可能な立体テレビ装
   置において、 各撮像装置で撮像されたそれぞれの映像情報を入力し、
   前記観察対象の映像の水平方向の明るさまたは色調の少
   なくともいずれか一方をそれぞれ積分する積分手段と、 該積分手段によって積分された前記観察対象の映像情報
   をそれぞれ入力し、各映像情報を相関比較して前記各撮
   像装置で撮像される映像のずれを検出する検出手段と、 該検出手段で得られた映像のずれ情報に基づいて前記各
   撮像装置で撮像される映像のずれを修正する修正手段と
   を有することを特徴とする立体テレビ装置。