JP4038087B2 - スローモーションの撮影方法、撮影装置、撮影・再生方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速で動く被写体を撮影して、この被写体の高倍率のスローモーション画像を得るためのスローモーションの撮影方法、撮影装置及び撮影・再生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高速で動く被写体を撮影して、滑らかなスローモーション画像（以下、単に「スローモーション」と略記する場合もある）を得る場合には、高速で動く被写体を通常の毎秒フィールド数より多い毎秒フィールド数で撮影して得られた映像を記録するとともに、記録された被写体を含んだ映像を通常の毎秒フィールド数で再生している。例えば、毎秒６０フィールドで記録する通常のＮＴＳＣ(National Television System Committee)のテレビ映像を２倍のスローモーション画像にする場合には、毎秒１２０フィールドで撮影して得られた映像を記録し、この記録した映像を毎秒６０フィールドで再生すればよい。
【０００３】
しかし、スポーツ選手の動作や、水の流れなどの自然現象、又は爆発・破壊現象の解析をするために、高倍率のスローモーション画像を得ようとすると、その倍率に見合った速さで動作する撮像素子を備えたカメラや、録画装置が必要となるため、これまでの規格と異なる専用の装置が必要になる。また、ある倍率以上になると、現状の撮像素子や録画装置では、技術的に撮影等が困難になる。
【０００４】
そこで、本発明者らは、先の特願２００２−１０２４９６号に、スローモーションの撮影・再生装置を提案した。この撮影・再生装置では、高速で動く被写体を撮影する複数のカメラが１フィールド時間（図１２（ａ）参照）に対して短い時間だけ開口するシャッタを備え、各カメラが同等の視野を撮影するように平行に設置されている。そして、被写体を撮影する際に、各シャッタが開口するタイミングがそれぞれずらされている。このようなタイミングで各シャッタが予め決められた順番で、しかも前記した所定の時間ずつ開口していくと、各カメラでは、シャッタが開口している間に、被写体の一連の動きを経時的に分割した映像として撮影していく。このようにして撮影された映像は、個別に記録される（図１２（ｂ）参照）。その後、記録した各映像を撮影時の複数のカメラ全体での毎秒フィールド数より少ない毎秒フィールド数で、かつ分割して撮影されたときの順番で再生する（図１２（ｃ）参照）ことによりスローモーション画像を得る。
【０００５】
この装置では、各カメラが一直線上に並べて配置されているので、各カメラ間で被写体に対する視差が生じる。例えば、図１５（ａ）に示すように、同等の視野を撮影するように平行に設置された２台のカメラ（第一カメラ１０Ａおよび第二カメラ１０Ｂ）で被写体Ｍを撮影する場合の視差について述べると、画像中での被写体Ｍの位置は、第一カメラ１０Ａで撮影された第一画像（図１５（ｂ））と第二カメラ１０Ｂで撮影された第二画像（図１５（ｃ））とで異なる。すなわち、第一カメラ１０Ａと第二カメラ１０Ｂとの隔たりに起因して、被写体Ｍには、二つの画像間でｍ12の視差が生じることになる。このため、第一画像と第二画像とを交互に再生すると、被写体Ｍは、左右にぶれてしまう（以下、画像がぶれてしまうことを「ブレ」と呼称する）。
【０００６】
この場合には、第二画像全体を視差ｍ12だけ移動（図中右側）させて、第一画像内の被写体Ｍの位置と一致させれば、ブレのない画像を得ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば、暗幕の前で被写体Ｍを撮影する場合には、前記のように画像全体をシフトさせることで画像のブレを除去できるが、屋外などで撮影を行う場合であれば、被写体Ｍに付随して、被写体Ｍの背景Ｓが映像に映り込んでしまう。そして、視差の大きさは、各被写体までの距離とカメラの設置間隔とから幾何学的に定まるので、各カメラからの距離が被写体Ｍと背景Ｓとで異なる場合（図１５（ａ）参照）には、画像間に生じる視差の大きさも異なることになる。したがって、図１５（ｃ）に示すように、視差ｍ12をなくするように第二画像全体をシフトさせると、被写体Ｍについてのブレは改善されるが、背景Ｓについては、（ｍ12−ｓ12）の視差が残るため（図１５（ｄ）参照）、第一画像における背景Ｓの位置と補正後の第二画像における背景Ｓの位置とが相互にずれる。このような背景Ｓの画像のずれが、被写体Ｍの画像に重なって被写体Ｍの画像にブレやちらつきをもたらす場合がある。
【０００８】
本発明は、高速動作する特別なカメラや録画装置を用いなくとも、高速で動く被写体を撮影し、高倍率のスローモーション画像を得ることができ、しかも、背景の画像が被写体の画像にだぶって重ならず、被写体の画像のブレやちらつきをより一層抑制することができるスローモーションの撮影方法、撮影装置、撮影・再生方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【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、請求項１に記載のスローモーションの撮影方法は、シャッタを有する複数のカメラのそれぞれが同等の視野を撮影するように相互に平行に設置されたカメラ群の各レンズに対して、予め焦点を合わせた目的とする被写体からの物体光を平行光にする第１光調整ステップと、この第１光調整ステップを経て前記カメラ群の各レンズに向う光のうち、前記被写体の背景からの物体光である非平行光を除去する第２光調整ステップと、前記各シャッタの開口するタイミングを、それぞれずらすとともに、前記各シャッタの開口時間を前記カメラの１フィールドの撮影時間よりも短い時間にして前記各シャッタを開口させるシャッタ開口ステップと、前記第２光調整ステップを経て前記シャッタ開口ステップを介して前記被写体の映像を撮影する撮影ステップと、この撮影ステップにより撮影した前記被写体の映像を記録する記録ステップとを備えることを特徴とする。
【００１０】
この撮影方法では、被写体からの物体光が第１光調整ステップで平行光にされると、被写体の背景からの物体光は、第１光調整ステップで非平行光になる。そして非平行光にされた背景からの物体光は、第２光調整ステップで除去されるので、各カメラは、被写体からの物体光のみを捕らえて被写体を撮影する。その結果、背景の画像が被写体の画像にだぶって重なることは避けられて、被写体の画像にはブレやちらつきが生じない。
【００１１】
また、この撮影方法では、各シャッタの開口するタイミングをそれぞれずらすとともに、カメラの１フィールドの撮影時間よりも短い時間にして各シャッタを開口させて被写体を撮影することにより、高速で動く被写体の一連の動作が各カメラで分割して撮影される。こうして撮影された各映像の再生時間を延長しつつ、撮影された順番で間歇的に繋げればブレやちらつきがないスローモーション画像が得られる。
【００１２】
請求項２に記載の撮影装置は、各々シャッタを有するとともに、同等の視野を撮影するように相互に平行に設置された複数のカメラからなるカメラ群と、
このカメラ群のそれぞれに予め焦点を合わせた目的とする被写体からの物体光を平行光にする第１光調整手段と、この第１光調整手段及び前記カメラ群の間に配置されて、その第１光調整手段から前記カメラ群に向う光のうち前記平行光を通過させ、かつ、前記被写体の背景からの物体光である非平行光を除去する第２光調整手段と、この第２光調整手段を通過する前記平行光に対して前記各シャッタの開口するタイミングを、それぞれずらすとともに、前記各シャッタの開口時間を前記カメラの１フィールドの撮影時間よりも短い時間にして前記各シャッタを開口させるように設定する開口タイミング設定手段と、この開口タイミング設定手段により設定されたタイミングに基づいて前記被写体の映像を記録する記録手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
この撮影装置によれば、被写体からの物体光が第１光調整手段で平行光にされると、被写体の背景からの物体光は、この第１光調整手段で非平行光になる。そして、この非平行光は第２光調整手段で除去されるので、各カメラは、被写体からの物体光のみを捕らえて被写体を撮影する。その結果、背景の画像が被写体の画像にだぶって重なることは避けられて、この撮影装置で記録された映像が再生されても被写体の画像にはブレやちらつきが生じない。
【００１４】
また、この撮影装置では、各シャッタの開口するタイミングをそれぞれずらすとともに、カメラの１フィールドの撮影時間よりも短い時間にして各シャッタを開口させる開口タイミング設定手段を備えているので、高速で動く被写体の一連の動作を各カメラで分割して撮影することができる。また、撮影した映像は、記録手段に記録される。このように記録された各映像の再生時間を延長しつつ、撮影した順番で間歇的に繋げればブレやちらつきを生じないスローモーションの画像が得られる。
【００１５】
請求項３に記載の撮影装置は、請求項２に記載の撮影装置において、前記第２光調整手段が、前記平行光に沿って延びる光通路の両端に形成される光入射口及び光出射口と、前記光通路を取り囲む光吸収面とを備えることを特徴とする。
【００１６】
この撮影装置では、第１光調整手段で平行光に変換された、被写体からの物体光は、光通路を通過して光出射口からカメラ群に向けて照射されるのに対し、非平行光に変換された、被写体の背景からの物体光は、光通路内で光吸収面に吸収されて、光通路を通過することができない。
【００１７】
請求項４に記載のスローモーションの撮影・再生方法は、シャッタを有する複数のカメラのそれぞれが同等の視野を撮影するように相互に平行に設置されたカメラ群の各レンズに対して、予め焦点を合わせた目的とする被写体からの物体光を平行光にする第１光調整ステップと、この第１光調整ステップを経て前記カメラ群の各レンズに向う光のうち、前記被写体の背景からの物体光である非平行光を除去する第２光調整ステップと、前記各シャッタの開口するタイミングを、それぞれずらすとともに、前記各シャッタの開口時間を前記カメラの１フィールドの撮影時間よりも短い時間にして前記各シャッタを開口させるシャッタ開口ステップと、前記第２光調整ステップを経て前記シャッタ開口ステップを介して前記被写体の映像を撮影する撮影ステップと、この撮影ステップにより撮影した前記被写体の映像を記録する記録ステップと、この記録ステップにより記録した前記映像を撮影した順序で、かつ撮影時の毎秒フィールド数より少ない毎秒フィールド数で映し出す再生ステップとを備えることを特徴とする。
【００１８】
この撮影・再生方法では、請求項１に記載の撮影方法と同様に、第１及び第２光調整ステップを経ることにより、被写体の背景からの物体光は除去される。各カメラは被写体からの物体光のみを捕らえて被写体を撮影する。その結果、背景の画像が被写体の画像にだぶって重なることは避けられて、被写体の画像にはブレやちらつきが生じない。
【００１９】
そして、この撮影・再生方法では、各シャッタの開口するタイミングをそれぞれずらすとともに、カメラの１フィールドの撮影時間よりも短い時間にして各シャッタを開口させて被写体を撮影することにより、高速で動く被写体の一連の動作を各カメラで分割して撮影する。また、記録ステップで記録した各映像を撮影した順序で、かつ撮影時の毎秒フィールド数より少ない毎秒フィールド数で各映像を再生するので、被写体の一連の動きをブレやちらつきを生じないスローモーションで再生することができる。
なお、ここでいう「シャッタ」とは、機械的及び電気的に開閉されるシャッタの双方を含み、「シャッタの開口」とは、これらシャッタを開放する意味で使用する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について適宜図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の撮影装置が組み込まれる撮影・再生装置の構成を例示する概念図である。
図１に示すように、撮影・再生装置ＣＰは、第１光調整手段７と、第２光調整手段８と、複数のカメラ１０と、複数の記録手段２０とを有する撮影装置１及び切替スイッチ３０と、モニタ４０とを有する再生装置Ｐで構成されている。この撮影・再生装置ＣＰは、カメラ１０で捕らえた高速で動く被写体Ｍの映像を記録手段２０で記録し、この記録手段２０に記録された映像を再生装置Ｐでスローモーション画像にして映し出すものである。ここでは、はじめに撮影装置１について説明し、この撮影装置１を使用した撮影方法及び撮影・再生方法について述べる。
図２は、撮影装置の構成例を概略的に示す分解斜視図である。なお、図２中、Ａ−Ａ線で撮影装置の一部が切り欠かれている。
図２に示すように、撮影装置１は、半体同士が組み合わされて、内部に収容空間が形成されるケース２を備えている。このケース２には、開口部３が形成されている。ケース２の内部には、カメラホルダ４に保持された複数のカメラ１０が開口部３に向き合う位置に収納配置されている。またケース２の内部には、回路基板５に搭載された開口タイミング設定手段１５及び記録手段２０が収納されている。ケース２の開口部３には、第１光調整手段７と第２光調整手段８とを備える光学系ユニット６が嵌め込まれており、第２光調整手段８とカメラ１０のレンズＬＣとは開口部３を介して向き合っている。以降、撮影装置１の各構成の詳細を、図３〜図８にわたって説明していく。
【００２１】
図３は、カメラの配置を示す概念図である。カメラ１０は、図３に示すように、７つのカメラ１０ａ〜１０ｇが相互に平行に、かつそれぞれが被写体Ｍと向き合う平面上に並ぶように配置されたカメラ群（以下、カメラを特定しない場合、単に「カメラ１０」という）で構成されている。各カメラ１０ａ〜１０ｇは、それぞれ同一の画角φ及び画素数を有しており、同一の視野で対峙する被写体Ｍを捕らえることができるとともに、被写体Ｍのほぼ同じ面を撮影することができるように配置されている。このようなカメラ１０には、例えばＣＣＤといった撮影素子を備えた公知のカメラが使用される。
【００２２】
カメラ１０には、撮影する映像を短時間に区切るシャッタ１１ａ〜１１ｇ（以下、シャッタを特定しない場合、単に「シャッタ１１」という）がそれぞれ設けられている。シャッタ１１は、カメラ内の受光手段であるＣＣＤから出力される信号を電気的にＯＮ、ＯＦＦして、映像を短時間に区切るように構成されている。
【００２３】
図４は、シャッタ１１と開口タイミング設定手段との接続関係及びカメラと記録手段との接続関係を示すブロック図である。
開口タイミング設定手段１５は、シャッタ１１ａ〜１１ｇと電気的に接続されて、各シャッタ１１ａ〜１１ｇの開口時間及び開口タイミング（シャッタ１１ａ〜１１ｇの開閉順序）を制御するように構成されている。ここで、開口時間は、カメラ１０が通常で１フィールドを撮影する時間（以下、「標準開口時間」という。図１２（ａ）参照）をカメラ台数で除した値に設定されている。この実施の形態に係る撮影装置１であれば、シャッタ１１の開口時間は、標準開口時間の７分の１である（図１２（ｂ）参照）。なお、図１２において、グラフが高い位置（ＯＮ）にあるときに映像が撮影され、低い位置（ＯＦＦ）にあるときは、映像が撮影されていない。
【００２４】
このような開口タイミング設定手段１５としては、前記したようにシャッタ１１の開口時間及び開口タイミングを制御することができれば特にその構成に制限はなく、例えば、図４に示すように、予め設定された所定の開口時間データ及び開口タイミングデータを記憶させる不揮発性メモリ等の記憶媒体１３、前記の開口時間データ及び開口タイミングデータに基づいてシャッタ開閉命令信号を出力するＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算処理ユニット１４並びにその他必要に応じて演算処理ユニット１４とシャッタ１１との間でシャッタ開閉命令信号の仲立ちをする種々のメモリ及びインターフェース（ともに図示せず）等で構成されるものが挙げられる。
【００２５】
記録手段２０は、カメラ１０ａ〜１０ｇで撮影された映像を記録するものであり、カメラ１０ａ〜１０ｇのそれぞれに対応して接続された７つの記録手段２０ａ〜２０ｇからなる記録手段群（以下、記録手段を特定しない場合、単に「記録手段２０」という）で構成されている。これらの記録手段２０ａ〜２０ｇは、これらを搭載する回路基板５（図２参照）を介してカメラ１０ａ〜１０ｇと電気的に接続されている。この実施の形態では、記録手段２０ａ〜２０ｇとして７つの半導体メモリが使用されている。これら記録手段２０ａ〜２０ｇのそれぞれには、出力端子２２ａ〜２２ｇ（以下、出力端子を特定しない場合、単に「出力端子２２」という）が取り付けられている。各記録手段２０ａ〜２０ｇでは、記録された各映像がこれら出力端子２２ａ〜２２ｇのそれぞれを介して１フィールドごとに間歇的に読み出されて出力されるようになっている。
【００２６】
図５は、第１光調整手段の構造を示す部分断面図である。
第１光調整手段７は、被写体からの物体光を平行光にするものであり、図５に示すように、凸レンズ１６と、凹レンズ１７と、凸レンズ１６及び凹レンズ１７の周囲に配置されて各レンズ１６，１７間の距離Ｄを調節する調節機構１８とを備えている。凸レンズ１６と凹レンズ１７とは、相互の光軸が一致するように配置されている。調節機構１８は、凹レンズ１７を内周面で保持する第１筒状体１９と、凸レンズ１６を内周面で保持するとともに、前記した第１筒状体１９に螺合する第２筒状体２１とで構成されている。この調節機構１８では、第２筒状体２１を中心軸周りに回転させれば、第１筒状体１９に螺合する第２筒状体２１は、中心軸に沿って移動する。このようにして第２筒状体２１が移動すると、凸レンズ１６と凹レンズ１７との距離Ｄが調節される。
【００２７】
図６は、第２光調整手段の構造を概略的に示す斜視図、図７は、第２光調整手段の構造を示す部分拡大斜視図、図８は、第２光調整手段の光通路及び仕切り壁を示す図であり、図８（ａ）は、光通路が延びる方向に沿って光通路を破断した様子を示す部分断面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＢ−Ｂ線における断面の様子を示す断面図である。
【００２８】
図６に示すように、第２光調整手段８は、前記第１光調整手段７で平行光にされなかった光、すなわち非平行光を除去するものであり、円盤状の形状を有しているとともに、円盤の厚み方向に延びて円盤の上下面に開口する孔で構成される複数の光通路２３を備えている。図７に示すように、各光通路２３は、対向する面同士が相互に平行になるような４面の仕切り壁２４で周囲を取り囲まれており、各光通路２３同士は、延びる方向が相互に平行になるように形成されている。これら光通路２３は、カメラ１０に向う光の通路となる。また、この光通路２３の両端には、図８（ａ）に示すように、光入射口２５と、光出射口２６が形成されている。
【００２９】
このような光通路２３を取り囲む仕切り壁２４の表面は、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、光吸収面２７となっている。この光吸収面２７は、受けた光を反射しないか、又は受けた光の反射を著しく低減するような面であればよい。光吸収面２７は、例えば、仕切り壁２４の表面に黒色塗料を塗布する方法、仕切り壁２４の表面を黒色部材で被覆する方法、仕切り壁２４の材料に黒色部材を使用する方法等を実施して形成することができる。
このような第２光調整手段８は、第１光調整手段７とカメラ１０との間に配置されるとともに、前記平行光が進む方向と光通路２３の延びる方向とが一致するように配置されている。
【００３０】
次に、以上のように構成された撮影装置１で被写体（以下、被写体Ｍという）を撮影する方法及びこの撮影装置１が組み込まれた撮影・再生装置で被写体Ｍの映像を再生する方法について説明する。
被写体Ｍを撮影する場合には、撮影装置１の第１光調整手段７を被写体Ｍに対峙させたうえで、開口タイミング設定手段１５でシャッタ１１の開口タイミング及び開口時間を制御しつつ、各カメラ１０ａ〜１０ｇで被写体Ｍを順々に撮影していけばよい。
【００３１】
このような撮影が行われるにあたって、図９に示すように、被写体Ｍから第１光調整手段７に向かう物体光ＬＭ（以下、光ＬＭという）は、放射状に広がる。この光ＬＭは、第１光調整手段７を透過して撮影装置１内に入射する。ここで前記した調節機構（図示せず）により凸レンズ１６及び凹レンズ１７の間隔Ｄを調節すると、被写体Ｍから放射状に広がる光ＬＭは、この第１光調整手段７で各レンズ１６，１７の光軸に沿いつつ相互に平行な光ＬＭに変換される。
その一方で、図１０に示すように、被写体の背景Ｓから第１光調整手段７に向かう物体光ＬＳ（以下、光ＬＳという）は、光ＬＭが平行光になるように前記距離Ｄを調節すると、第１光調整手段７を透過しても平行光にはならない。
【００３２】
次に、これら光ＬＭ，ＬＳは、第１光調整手段７を経て第２光調整手段８の入射口２５から入射して光通路２３内に入り込む。このとき光ＬＭの進む方向が光通路２３の延びる方向と一致しているので、光ＬＭは、光通路２３を通過した後、第２光調整手段８の出射口２６からカメラ１０に向かって進み、カメラ群の各レンズＬＣ（図２参照）から各カメラ１０ａ〜１０ｇ内に入射する。
これに対し、光ＬＳは、非平行光であるため、入射口２５から光通路２３内に入り込んだ後、仕切り壁の光吸収面２７と交差する方向に進む。その結果、光ＬＳは、光吸収面２７で吸収されることにより第２光調整手段８で除去される。したがって、背景Ｓからの光ＬＳはカメラ１０に到達しないので、カメラ１０は、被写体Ｍからの光ＬＭのみを捕らえて被写体Ｍを撮影することができる。
【００３３】
このような光ＬＭに基づいて被写体Ｍを撮影するには、図１２（ｂ）に示すように、カメラ１０ａのシャッタ１１ａを開口して被写体Ｍを所定の開口時間だけ光ＬＭを捕らえさせて撮影し、シャッタ１１ａを閉鎖した直後に隣のカメラ１０ｂのシャッタ１１ｂを開口して所定の開口時間だけ被写体Ｍを同様に撮影する、といった工程を順に繰り返せばよい。なお、各シャッタ１１の開口時間は、図示の場合であれば、標準開口時間の７分の１である。例えば、ＮＴＳＣのテレビ映像であれば、標準開口時間が１／６０秒なので、ＮＴＳＣのテレビ撮影用のカメラを７台使用する場合には、この１／７である１／４２０秒の開口時間でシャッタ１１を開口し、カメラ１０ａ〜１０ｇで順次撮影していく。
【００３４】
このような工程は、開口タイミング設定手段１５の記憶媒体１３に予め記憶されたシャッタ１１ａ〜１１ｇの開口時間データ及び開口タイミングデータを演算処理ユニット１４に読み出させる手順と、この開口タイミングデータに基づいて各シャッタ１１ａ〜１１ｇに向けてシャッタ開閉命令信号を順番に演算処理ユニット１４に出力させる手順とを少なくとも備えていればよい。このような手順が繰り返されれば、高速で動く被写体を撮影するにあたって、所定の開口時間でシャッタ１０が開口された後、閉鎖されるとともに、このようなシャッタの開閉動作が次々とカメラ１０ａ〜１０ｇ毎に続けて行われて、一連の被写体Ｍの連続的な動作は各カメラ１０ａ〜１０ｇに分割されて撮影されていく。また、カメラ１０ａ〜１０ｇで撮影された各映像は、各記録手段２０ａ〜２０ｇに個別に記録される。
【００３５】
次に、記録手段２０で記録された映像を再生する方法について説明する。この方法では、図１３に示されるように、切替スイッチ３０とモニタ４０とを備えた再生装置Ｐが使用される。この再生装置Ｐでは、切替スイッチ３０が記録手段２０の出力端子２２に電気的に接続されると、記録手段２０から映像の信号がモニタ４０に送られて、撮影装置１で撮影された映像はモニタ４０に映し出される。
【００３６】
このようにモニタ４０に映像が映し出されるにあたって、切替スイッチ３０は、各カメラ１０ａ〜１０ｇで撮影された順番にしたがって各記録手段２０ａ〜２０ｇから映像の信号を読み出すように、各出力端子２２ａ〜２２ｇと前記した標準開口時間ずつ次々と接続されていく。このような各出力端子２２ａ〜２２ｇと切替スイッチ３０との接続によって、図１２（ｃ）に示すように、各カメラ１０ａ〜１０ｇで撮影された映像は、所定の読み出しタイミングで各記録手段２０ａ〜２０ｇから画像信号として読み出されてモニタ４０に間歇的に映し出され、しかも標準開口時間ずつ各映像はモニタ４０に映し出される。その結果、モニタ４０に映し出される被写体Ｍの映像は、撮影時に被写体Ｍが動く早さに比べ７倍遅いスローモーションとなる。
【００３７】
このような撮影装置１、撮影方法及び撮影・再生方法によれば、被写体Ｍから放射状に広がる光ＬＭは、第１光調整手段７で平行光に変換されて各カメラに入射するので、各カメラ１０ａ〜１０ｇで撮影された映像のそれぞれは、モニタ４０の画面のほぼ同一位置に被写体Ｍの画像を映し出すことができる。したがって、このような各映像を間歇的に繋げたスローモーションの画像には、ブレやちらつきが生じない。
【００３８】
また、背景Ｓからの光ＬＳが、第２光調整手段８で除去されるので、各カメラ１０ａ〜１０ｇは、被写体Ｍからの光ＬＭのみを捕らえて被写体Ｍを撮影することができ、画像には、ブレやちらつきが生じることはない。
また、一般に使用されるカメラ１０や記録手段２０に、シャッタ１１や開口タイミング設定手段１５、切替スイッチ３０、モニタ４０を設けるだけという簡単な構成で、スローモーションを撮影することができる。しかも、カメラ１０の感度が許される限り、カメラ１０と記録手段２０の台数を増やして同様に動作させるだけで、高倍率のスローモーションを撮影することができる。
【００３９】
なお、本発明の撮影方法、撮影装置及び撮影・再生方法は、前記した実施の形態に制限されるものではない。
前記カメラは、例えば、複数行及び複数列にわたって、各カメラが平行にかつ同一平面上に並ぶように配置されていてもよいし、所定の円周上に複数のカメラが相互に平行に並ぶように配列されていてもよい。なお、各カメラが相互に平行にかつ同一平面上に配置されている限り、カメラの台数や配列に特に制限はない。
【００４０】
前記シャッタとしては、各カメラで撮影される映像を短時間に区切るように構成されていれば特に制限はなく、前記した実施の形態で使用される電気的に映像を区切るシャッタに代えて、機械的に光を遮断する幕、例えば一部に開口部を有する回転する円板で構成されるシャッタが使用されてもよい。
【００４１】
前記第２光調整手段としては、光通路と、光通路の両端に光入射口及び光出射口とを備えるとともに、光通路が光吸収面で取り囲まれていれば特に制限はなく、例えば図１４に示すように、外周面が黒色部材３１で被覆された円柱状の透明部材３２が複数束ねられたものであってもよい。このような第２光調整手段では、透明部材３２自体が光通路となり、透明部材３２の両端面が光入射口及び光出射口となる。また透明部材３２と黒色部材３１との界面が光吸収面となる。
【００４２】
前記記録手段としては、記録した映像を１フィールドごとに間歇的に読み出しができる機能を有していれば特に制限はなく、前記した実施の形態で使用される半導体メモリに代えて、ビデオテープ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ハードディスクドライブ等が使用されてもよい。なお、記録手段は、必ずしも複数台必要ではなく、各カメラで撮影したデジタル画像としての各フィールドを、一台のコンピュータに取り込み、ハードディスクドライブに逐次書き込むようにしても良い。
【００４３】
前記光学系ユニットの口径ついては、使用するカメラの規格や配列数に応じて、その大きさを適宜に調節すればよい。例えば第１光調節手段として、凸レンズ及び凹レンズの組合わせを使用するとともに、比較的大きなサイズのカメラを使用する場合には、そのカメラのサイズに見合った大きな口径の凸レンズ及び凹レンズ等を使用すればよい。
【００４４】
前記した撮影・再生方法において、再生時の速度は、１フィールドを通常の１フィールド時間で再生するものに限らず、通常の１フィールド時間より長く、又は短かくして、スロー再生の倍率を変更しても構わない。また、１フィールドを複数回繰り返して再生し、再生スピードの倍率を変更することも可能である。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１に記載のスローモーションの撮影方法によれば、被写体からの物体光は平行光にされて各カメラに入射するので、各カメラで撮影された映像のそれぞれは、再生映像の画面のほぼ同一位置に被写体の画像を映し出すことができる。したがって、このような各映像を間歇的に繋げたスローモーション画像には、ブレやちらつきが生じない。
また、被写体の背景からの物体光が除去されて、被写体からの物体光のみを捕らえて被写体を撮影するので、画像には、ブレやちらつきが生じることはない。さらに、高速動作する特別なカメラや記録装置を使用しなくても、一般に使用されるカメラや記録手段の台数を増加させるだけで、高倍率のスローモーション画像を撮影することができる。
【００４６】
請求項２及び３に記載の撮影装置によれば、各カメラは、被写体からの物体光のみを捕らえてこの被写体を撮影することができ、被写体の背景からの画像が被写体の画像にだぶって重なることが避けられるので、被写体の画像にブレやちらつきが生じるのを防止することができる。
また、この撮影装置は、高速動作する特別なカメラや記録装置を使用しなくても、一般に使用されるカメラや記録装置で構成することができる。
【００４７】
請求項４に記載のスローモーションの撮影・再生方法によれば、請求項１に記載の撮影方法と同様に、各カメラで撮影された映像のそれぞれは、画像の画面のほぼ同一位置に被写体の画像を映し出すことができ、さらに被写体の背景からの物体光が除去されて、被写体からの物体光のみを捕らえて、被写体を撮影することができるので、被写体の画像にブレやちらつきが生じるのを防止することができる。
また、この撮影・再生方法では、請求項１に記載の撮影方法と同様に、高速動作する特別なカメラや記録装置を使用しなくても、一般に使用されるカメラや記録手段の台数を増加させるだけで、高倍率のスローモーション画像を撮影することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における実施の形態に係る撮影装置が組み込まれる撮影・再生装置の構成を示す概念図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る撮影装置の構成を概略的に示す分解斜視図である。なお、図中、Ａ−Ａ線は、撮影装置の切欠き部を示す。
【図３】カメラの配置を示す概念図である。
【図４】本発明の撮影装置に使用されるシャッタと開口タイミング設定手段との接続関係及びカメラと記録手段との接続関係を示すブロック図である。
【図５】第１光調整手段の構造を概略的に示す断面図である。
【図６】第２光調整手段の構造を概略的に示す斜視図である。
【図７】第２光調整手段の構造を示す部分拡大斜視図である。
【図８】第２光調整手段の光通路及び仕切り壁を示す断面図であり、図７（ａ）は光通路が延びる方向に沿って光通路を破断した様子を示す部分断面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＢ−Ｂ線における断面の様子を示す断面図である。
【図９】第１光調整手段を通過する光の様子を示す概念図である。
【図１０】第１光調整手段を通過する光の様子を示す概念図である。
【図１１】第２光調整手段を通過する光の様子を示す概念図である。
【図１２】図１２（ａ）は、通常のカメラのフィールド時間を示すグラフ、図１２（ｂ）は、各カメラにおけるシャッタの開口タイミングを示すグラフ、図１２（ｃ）は、撮影・再生装置で再生するときの各カメラで記録された画像の読み出しタイミングを示すグラフである。
【図１３】再生装置を示す概念図である。
【図１４】第２光調整手段の構造を概略的に示す斜視図である。
【図１５】被写体及び背景体の画像位置を説明するための概念図であり、図１５（ａ）は、カメラ、被写体及び背景体の位置関係を示す図、図１５（ｂ）、図１５（ｃ）及び図１５（ｄ）は、画像における被写体及び背景体の位置関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 撮影装置
７ 第１光調整手段
８ 第２光調整手段
１０ カメラ
１１ シャッタ
１５ 開口タイミング設定手段
２０ 記録手段
ＬＣ カメラのレンズ
ＬＭ 被写体からの物体光
ＬＳ 被写体の背景からの物体光
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速で動く被写体を撮影して、この被写体の高倍率のスローモーション画像を得るためのスローモーションの撮影方法、撮影装置及び撮影・再生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高速で動く被写体を撮影して、滑らかなスローモーション画像（以下、単に「スローモーション」と略記する場合もある）を得る場合には、高速で動く被写体を通常の毎秒フィールド数より多い毎秒フィールド数で撮影して得られた映像を記録するとともに、記録された被写体を含んだ映像を通常の毎秒フィールド数で再生している。例えば、毎秒６０フィールドで記録する通常のＮＴＳＣ(National Television System Committee)のテレビ映像を２倍のスローモーション画像にする場合には、毎秒１２０フィールドで撮影して得られた映像を記録し、この記録した映像を毎秒６０フィールドで再生すればよい。
【０００３】
しかし、スポーツ選手の動作や、水の流れなどの自然現象、又は爆発・破壊現象の解析をするために、高倍率のスローモーション画像を得ようとすると、その倍率に見合った速さで動作する撮像素子を備えたカメラや、録画装置が必要となるため、これまでの規格と異なる専用の装置が必要になる。また、ある倍率以上になると、現状の撮像素子や録画装置では、技術的に撮影等が困難になる。
【０００４】
そこで、本発明者らは、先の特願２００２−１０２４９６号に、スローモーションの撮影・再生装置を提案した。この撮影・再生装置では、高速で動く被写体を撮影する複数のカメラが１フィールド時間（図１２（ａ）参照）に対して短い時間だけ開口するシャッタを備え、各カメラが同等の視野を撮影するように平行に設置されている。そして、被写体を撮影する際に、各シャッタが開口するタイミングがそれぞれずらされている。このようなタイミングで各シャッタが予め決められた順番で、しかも前記した所定の時間ずつ開口していくと、各カメラでは、シャッタが開口している間に、被写体の一連の動きを経時的に分割した映像として撮影していく。このようにして撮影された映像は、個別に記録される（図１２（ｂ）参照）。その後、記録した各映像を撮影時の複数のカメラ全体での毎秒フィールド数より少ない毎秒フィールド数で、かつ分割して撮影されたときの順番で再生する（図１２（ｃ）参照）ことによりスローモーション画像を得る。
【０００５】
この装置では、各カメラが一直線上に並べて配置されているので、各カメラ間で被写体に対する視差が生じる。例えば、図１５（ａ）に示すように、同等の視野を撮影するように平行に設置された２台のカメラ（第一カメラ１０Ａおよび第二カメラ１０Ｂ）で被写体Ｍを撮影する場合の視差について述べると、画像中での被写体Ｍの位置は、第一カメラ１０Ａで撮影された第一画像（図１５（ｂ））と第二カメラ１０Ｂで撮影された第二画像（図１５（ｃ））とで異なる。すなわち、第一カメラ１０Ａと第二カメラ１０Ｂとの隔たりに起因して、被写体Ｍには、二つの画像間でｍ12の視差が生じることになる。このため、第一画像と第二画像とを交互に再生すると、被写体Ｍは、左右にぶれてしまう（以下、画像がぶれてしまうことを「ブレ」と呼称する）。
【０００６】
この場合には、第二画像全体を視差ｍ12だけ移動（図中右側）させて、第一画像内の被写体Ｍの位置と一致させれば、ブレのない画像を得ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば、暗幕の前で被写体Ｍを撮影する場合には、前記のように画像全体をシフトさせることで画像のブレを除去できるが、屋外などで撮影を行う場合であれば、被写体Ｍに付随して、被写体Ｍの背景Ｓが映像に映り込んでしまう。そして、視差の大きさは、各被写体までの距離とカメラの設置間隔とから幾何学的に定まるので、各カメラからの距離が被写体Ｍと背景Ｓとで異なる場合（図１５（ａ）参照）には、画像間に生じる視差の大きさも異なることになる。したがって、図１５（ｃ）に示すように、視差ｍ12をなくするように第二画像全体をシフトさせると、被写体Ｍについてのブレは改善されるが、背景Ｓについては、（ｍ12−ｓ12）の視差が残るため（図１５（ｄ）参照）、第一画像における背景Ｓの位置と補正後の第二画像における背景Ｓの位置とが相互にずれる。このような背景Ｓの画像のずれが、被写体Ｍの画像に重なって被写体Ｍの画像にブレやちらつきをもたらす場合がある。
【０００８】
本発明は、高速動作する特別なカメラや録画装置を用いなくとも、高速で動く被写体を撮影し、高倍率のスローモーション画像を得ることができ、しかも、背景の画像が被写体の画像にだぶって重ならず、被写体の画像のブレやちらつきをより一層抑制することができるスローモーションの撮影方法、撮影装置、撮影・再生方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【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、請求項１に記載のスローモーションの撮影方法は、シャッタを有する複数のカメラのそれぞれが同等の視野を撮影するように相互に平行に設置されたカメラ群の各レンズに対して、予め焦点を合わせた目的とする被写体からの物体光を平行光にする第１光調整ステップと、この第１光調整ステップを経て前記カメラ群の各レンズに向う光のうち、前記被写体の背景からの物体光である非平行光を除去する第２光調整ステップと、前記各シャッタの開口するタイミングを、それぞれずらすとともに、前記各シャッタの開口時間を前記カメラの１フィールドの撮影時間よりも短い時間にして前記各シャッタを開口させるシャッタ開口ステップと、前記第２光調整ステップを経て前記シャッタ開口ステップを介して前記被写体の映像を撮影する撮影ステップと、この撮影ステップにより撮影した前記被写体の映像を記録する記録ステップとを備えることを特徴とする。
【００１０】
この撮影方法では、被写体からの物体光が第１光調整ステップで平行光にされると、被写体の背景からの物体光は、第１光調整ステップで非平行光になる。そして非平行光にされた背景からの物体光は、第２光調整ステップで除去されるので、各カメラは、被写体からの物体光のみを捕らえて被写体を撮影する。その結果、背景の画像が被写体の画像にだぶって重なることは避けられて、被写体の画像にはブレやちらつきが生じない。
【００１１】
また、この撮影方法では、各シャッタの開口するタイミングをそれぞれずらすとともに、カメラの１フィールドの撮影時間よりも短い時間にして各シャッタを開口させて被写体を撮影することにより、高速で動く被写体の一連の動作が各カメラで分割して撮影される。こうして撮影された各映像の再生時間を延長しつつ、撮影された順番で間歇的に繋げればブレやちらつきがないスローモーション画像が得られる。
【００１２】
請求項２に記載の撮影装置は、各々シャッタを有するとともに、同等の視野を撮影するように相互に平行に設置された複数のカメラからなるカメラ群と、
このカメラ群のそれぞれに予め焦点を合わせた目的とする被写体からの物体光を平行光にする第１光調整手段と、この第１光調整手段及び前記カメラ群の間に配置されて、その第１光調整手段から前記カメラ群に向う光のうち前記平行光を通過させ、かつ、前記被写体の背景からの物体光である非平行光を除去する第２光調整手段と、この第２光調整手段を通過する前記平行光に対して前記各シャッタの開口するタイミングを、それぞれずらすとともに、前記各シャッタの開口時間を前記カメラの１フィールドの撮影時間よりも短い時間にして前記各シャッタを開口させるように設定する開口タイミング設定手段と、この開口タイミング設定手段により設定されたタイミングに基づいて前記被写体の映像を記録する記録手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
この撮影装置によれば、被写体からの物体光が第１光調整手段で平行光にされると、被写体の背景からの物体光は、この第１光調整手段で非平行光になる。そして、この非平行光は第２光調整手段で除去されるので、各カメラは、被写体からの物体光のみを捕らえて被写体を撮影する。その結果、背景の画像が被写体の画像にだぶって重なることは避けられて、この撮影装置で記録された映像が再生されても被写体の画像にはブレやちらつきが生じない。
【００１４】
また、この撮影装置では、各シャッタの開口するタイミングをそれぞれずらすとともに、カメラの１フィールドの撮影時間よりも短い時間にして各シャッタを開口させる開口タイミング設定手段を備えているので、高速で動く被写体の一連の動作を各カメラで分割して撮影することができる。また、撮影した映像は、記録手段に記録される。このように記録された各映像の再生時間を延長しつつ、撮影した順番で間歇的に繋げればブレやちらつきを生じないスローモーションの画像が得られる。
【００１５】
請求項３に記載の撮影装置は、請求項２に記載の撮影装置において、前記第２光調整手段が、前記平行光に沿って延びる光通路の両端に形成される光入射口及び光出射口と、前記光通路を取り囲む光吸収面とを備えることを特徴とする。
【００１６】
この撮影装置では、第１光調整手段で平行光に変換された、被写体からの物体光は、光通路を通過して光出射口からカメラ群に向けて照射されるのに対し、非平行光に変換された、被写体の背景からの物体光は、光通路内で光吸収面に吸収されて、光通路を通過することができない。
【００１７】
請求項４に記載のスローモーションの撮影・再生方法は、シャッタを有する複数のカメラのそれぞれが同等の視野を撮影するように相互に平行に設置されたカメラ群の各レンズに対して、予め焦点を合わせた目的とする被写体からの物体光を平行光にする第１光調整ステップと、この第１光調整ステップを経て前記カメラ群の各レンズに向う光のうち、前記被写体の背景からの物体光である非平行光を除去する第２光調整ステップと、前記各シャッタの開口するタイミングを、それぞれずらすとともに、前記各シャッタの開口時間を前記カメラの１フィールドの撮影時間よりも短い時間にして前記各シャッタを開口させるシャッタ開口ステップと、前記第２光調整ステップを経て前記シャッタ開口ステップを介して前記被写体の映像を撮影する撮影ステップと、この撮影ステップにより撮影した前記被写体の映像を記録する記録ステップと、この記録ステップにより記録した前記映像を撮影した順序で、かつ撮影時の毎秒フィールド数より少ない毎秒フィールド数で映し出す再生ステップとを備えることを特徴とする。
【００１８】
この撮影・再生方法では、請求項１に記載の撮影方法と同様に、第１及び第２光調整ステップを経ることにより、被写体の背景からの物体光は除去される。各カメラは被写体からの物体光のみを捕らえて被写体を撮影する。その結果、背景の画像が被写体の画像にだぶって重なることは避けられて、被写体の画像にはブレやちらつきが生じない。
【００１９】
そして、この撮影・再生方法では、各シャッタの開口するタイミングをそれぞれずらすとともに、カメラの１フィールドの撮影時間よりも短い時間にして各シャッタを開口させて被写体を撮影することにより、高速で動く被写体の一連の動作を各カメラで分割して撮影する。また、記録ステップで記録した各映像を撮影した順序で、かつ撮影時の毎秒フィールド数より少ない毎秒フィールド数で各映像を再生するので、被写体の一連の動きをブレやちらつきを生じないスローモーションで再生することができる。
なお、ここでいう「シャッタ」とは、機械的及び電気的に開閉されるシャッタの双方を含み、「シャッタの開口」とは、これらシャッタを開放する意味で使用する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について適宜図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の撮影装置が組み込まれる撮影・再生装置の構成を例示する概念図である。
図１に示すように、撮影・再生装置ＣＰは、第１光調整手段７と、第２光調整手段８と、複数のカメラ１０と、複数の記録手段２０とを有する撮影装置１及び切替スイッチ３０と、モニタ４０とを有する再生装置Ｐで構成されている。この撮影・再生装置ＣＰは、カメラ１０で捕らえた高速で動く被写体Ｍの映像を記録手段２０で記録し、この記録手段２０に記録された映像を再生装置Ｐでスローモーション画像にして映し出すものである。ここでは、はじめに撮影装置１について説明し、この撮影装置１を使用した撮影方法及び撮影・再生方法について述べる。
図２は、撮影装置の構成例を概略的に示す分解斜視図である。なお、図２中、Ａ−Ａ線で撮影装置の一部が切り欠かれている。
図２に示すように、撮影装置１は、半体同士が組み合わされて、内部に収容空間が形成されるケース２を備えている。このケース２には、開口部３が形成されている。ケース２の内部には、カメラホルダ４に保持された複数のカメラ１０が開口部３に向き合う位置に収納配置されている。またケース２の内部には、回路基板５に搭載された開口タイミング設定手段１５及び記録手段２０が収納されている。ケース２の開口部３には、第１光調整手段７と第２光調整手段８とを備える光学系ユニット６が嵌め込まれており、第２光調整手段８とカメラ１０のレンズＬＣとは開口部３を介して向き合っている。以降、撮影装置１の各構成の詳細を、図３〜図８にわたって説明していく。
【００２１】
図３は、カメラの配置を示す概念図である。カメラ１０は、図３に示すように、７つのカメラ１０ａ〜１０ｇが相互に平行に、かつそれぞれが被写体Ｍと向き合う平面上に並ぶように配置されたカメラ群（以下、カメラを特定しない場合、単に「カメラ１０」という）で構成されている。各カメラ１０ａ〜１０ｇは、それぞれ同一の画角φ及び画素数を有しており、同一の視野で対峙する被写体Ｍを捕らえることができるとともに、被写体Ｍのほぼ同じ面を撮影することができるように配置されている。このようなカメラ１０には、例えばＣＣＤといった撮影素子を備えた公知のカメラが使用される。
【００２２】
カメラ１０には、撮影する映像を短時間に区切るシャッタ１１ａ〜１１ｇ（以下、シャッタを特定しない場合、単に「シャッタ１１」という）がそれぞれ設けられている。シャッタ１１は、カメラ内の受光手段であるＣＣＤから出力される信号を電気的にＯＮ、ＯＦＦして、映像を短時間に区切るように構成されている。
【００２３】
図４は、シャッタ１１と開口タイミング設定手段との接続関係及びカメラと記録手段との接続関係を示すブロック図である。
開口タイミング設定手段１５は、シャッタ１１ａ〜１１ｇと電気的に接続されて、各シャッタ１１ａ〜１１ｇの開口時間及び開口タイミング（シャッタ１１ａ〜１１ｇの開閉順序）を制御するように構成されている。ここで、開口時間は、カメラ１０が通常で１フィールドを撮影する時間（以下、「標準開口時間」という。図１２（ａ）参照）をカメラ台数で除した値に設定されている。この実施の形態に係る撮影装置１であれば、シャッタ１１の開口時間は、標準開口時間の７分の１である（図１２（ｂ）参照）。なお、図１２において、グラフが高い位置（ＯＮ）にあるときに映像が撮影され、低い位置（ＯＦＦ）にあるときは、映像が撮影されていない。
【００２４】
このような開口タイミング設定手段１５としては、前記したようにシャッタ１１の開口時間及び開口タイミングを制御することができれば特にその構成に制限はなく、例えば、図４に示すように、予め設定された所定の開口時間データ及び開口タイミングデータを記憶させる不揮発性メモリ等の記憶媒体１３、前記の開口時間データ及び開口タイミングデータに基づいてシャッタ開閉命令信号を出力するＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算処理ユニット１４並びにその他必要に応じて演算処理ユニット１４とシャッタ１１との間でシャッタ開閉命令信号の仲立ちをする種々のメモリ及びインターフェース（ともに図示せず）等で構成されるものが挙げられる。
【００２５】
記録手段２０は、カメラ１０ａ〜１０ｇで撮影された映像を記録するものであり、カメラ１０ａ〜１０ｇのそれぞれに対応して接続された７つの記録手段２０ａ〜２０ｇからなる記録手段群（以下、記録手段を特定しない場合、単に「記録手段２０」という）で構成されている。これらの記録手段２０ａ〜２０ｇは、これらを搭載する回路基板５（図２参照）を介してカメラ１０ａ〜１０ｇと電気的に接続されている。この実施の形態では、記録手段２０ａ〜２０ｇとして７つの半導体メモリが使用されている。これら記録手段２０ａ〜２０ｇのそれぞれには、出力端子２２ａ〜２２ｇ（以下、出力端子を特定しない場合、単に「出力端子２２」という）が取り付けられている。各記録手段２０ａ〜２０ｇでは、記録された各映像がこれら出力端子２２ａ〜２２ｇのそれぞれを介して１フィールドごとに間歇的に読み出されて出力されるようになっている。
【００２６】
図５は、第１光調整手段の構造を示す部分断面図である。
第１光調整手段７は、被写体からの物体光を平行光にするものであり、図５に示すように、凸レンズ１６と、凹レンズ１７と、凸レンズ１６及び凹レンズ１７の周囲に配置されて各レンズ１６，１７間の距離Ｄを調節する調節機構１８とを備えている。凸レンズ１６と凹レンズ１７とは、相互の光軸が一致するように配置されている。調節機構１８は、凹レンズ１７を内周面で保持する第１筒状体１９と、凸レンズ１６を内周面で保持するとともに、前記した第１筒状体１９に螺合する第２筒状体２１とで構成されている。この調節機構１８では、第２筒状体２１を中心軸周りに回転させれば、第１筒状体１９に螺合する第２筒状体２１は、中心軸に沿って移動する。このようにして第２筒状体２１が移動すると、凸レンズ１６と凹レンズ１７との距離Ｄが調節される。
【００２７】
図６は、第２光調整手段の構造を概略的に示す斜視図、図７は、第２光調整手段の構造を示す部分拡大斜視図、図８は、第２光調整手段の光通路及び仕切り壁を示す図であり、図８（ａ）は、光通路が延びる方向に沿って光通路を破断した様子を示す部分断面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＢ−Ｂ線における断面の様子を示す断面図である。
【００２８】
図６に示すように、第２光調整手段８は、前記第１光調整手段７で平行光にされなかった光、すなわち非平行光を除去するものであり、円盤状の形状を有しているとともに、円盤の厚み方向に延びて円盤の上下面に開口する孔で構成される複数の光通路２３を備えている。図７に示すように、各光通路２３は、対向する面同士が相互に平行になるような４面の仕切り壁２４で周囲を取り囲まれており、各光通路２３同士は、延びる方向が相互に平行になるように形成されている。これら光通路２３は、カメラ１０に向う光の通路となる。また、この光通路２３の両端には、図８（ａ）に示すように、光入射口２５と、光出射口２６が形成されている。
【００２９】
このような光通路２３を取り囲む仕切り壁２４の表面は、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、光吸収面２７となっている。この光吸収面２７は、受けた光を反射しないか、又は受けた光の反射を著しく低減するような面であればよい。光吸収面２７は、例えば、仕切り壁２４の表面に黒色塗料を塗布する方法、仕切り壁２４の表面を黒色部材で被覆する方法、仕切り壁２４の材料に黒色部材を使用する方法等を実施して形成することができる。
このような第２光調整手段８は、第１光調整手段７とカメラ１０との間に配置されるとともに、前記平行光が進む方向と光通路２３の延びる方向とが一致するように配置されている。
【００３０】
次に、以上のように構成された撮影装置１で被写体（以下、被写体Ｍという）を撮影する方法及びこの撮影装置１が組み込まれた撮影・再生装置で被写体Ｍの映像を再生する方法について説明する。
被写体Ｍを撮影する場合には、撮影装置１の第１光調整手段７を被写体Ｍに対峙させたうえで、開口タイミング設定手段１５でシャッタ１１の開口タイミング及び開口時間を制御しつつ、各カメラ１０ａ〜１０ｇで被写体Ｍを順々に撮影していけばよい。
【００３１】
このような撮影が行われるにあたって、図９に示すように、被写体Ｍから第１光調整手段７に向かう物体光ＬＭ（以下、光ＬＭという）は、放射状に広がる。この光ＬＭは、第１光調整手段７を透過して撮影装置１内に入射する。ここで前記した調節機構（図示せず）により凸レンズ１６及び凹レンズ１７の間隔Ｄを調節すると、被写体Ｍから放射状に広がる光ＬＭは、この第１光調整手段７で各レンズ１６，１７の光軸に沿いつつ相互に平行な光ＬＭに変換される。
その一方で、図１０に示すように、被写体の背景Ｓから第１光調整手段７に向かう物体光ＬＳ（以下、光ＬＳという）は、光ＬＭが平行光になるように前記距離Ｄを調節すると、第１光調整手段７を透過しても平行光にはならない。
【００３２】
次に、これら光ＬＭ，ＬＳは、第１光調整手段７を経て第２光調整手段８の入射口２５から入射して光通路２３内に入り込む。このとき光ＬＭの進む方向が光通路２３の延びる方向と一致しているので、光ＬＭは、光通路２３を通過した後、第２光調整手段８の出射口２６からカメラ１０に向かって進み、カメラ群の各レンズＬＣ（図２参照）から各カメラ１０ａ〜１０ｇ内に入射する。
これに対し、光ＬＳは、非平行光であるため、入射口２５から光通路２３内に入り込んだ後、仕切り壁の光吸収面２７と交差する方向に進む。その結果、光ＬＳは、光吸収面２７で吸収されることにより第２光調整手段８で除去される。したがって、背景Ｓからの光ＬＳはカメラ１０に到達しないので、カメラ１０は、被写体Ｍからの光ＬＭのみを捕らえて被写体Ｍを撮影することができる。
【００３３】
このような光ＬＭに基づいて被写体Ｍを撮影するには、図１２（ｂ）に示すように、カメラ１０ａのシャッタ１１ａを開口して被写体Ｍを所定の開口時間だけ光ＬＭを捕らえさせて撮影し、シャッタ１１ａを閉鎖した直後に隣のカメラ１０ｂのシャッタ１１ｂを開口して所定の開口時間だけ被写体Ｍを同様に撮影する、といった工程を順に繰り返せばよい。なお、各シャッタ１１の開口時間は、図示の場合であれば、標準開口時間の７分の１である。例えば、ＮＴＳＣのテレビ映像であれば、標準開口時間が１／６０秒なので、ＮＴＳＣのテレビ撮影用のカメラを７台使用する場合には、この１／７である１／４２０秒の開口時間でシャッタ１１を開口し、カメラ１０ａ〜１０ｇで順次撮影していく。
【００３４】
このような工程は、開口タイミング設定手段１５の記憶媒体１３に予め記憶されたシャッタ１１ａ〜１１ｇの開口時間データ及び開口タイミングデータを演算処理ユニット１４に読み出させる手順と、この開口タイミングデータに基づいて各シャッタ１１ａ〜１１ｇに向けてシャッタ開閉命令信号を順番に演算処理ユニット１４に出力させる手順とを少なくとも備えていればよい。このような手順が繰り返されれば、高速で動く被写体を撮影するにあたって、所定の開口時間でシャッタ１０が開口された後、閉鎖されるとともに、このようなシャッタの開閉動作が次々とカメラ１０ａ〜１０ｇ毎に続けて行われて、一連の被写体Ｍの連続的な動作は各カメラ１０ａ〜１０ｇに分割されて撮影されていく。また、カメラ１０ａ〜１０ｇで撮影された各映像は、各記録手段２０ａ〜２０ｇに個別に記録される。
【００３５】
次に、記録手段２０で記録された映像を再生する方法について説明する。この方法では、図１３に示されるように、切替スイッチ３０とモニタ４０とを備えた再生装置Ｐが使用される。この再生装置Ｐでは、切替スイッチ３０が記録手段２０の出力端子２２に電気的に接続されると、記録手段２０から映像の信号がモニタ４０に送られて、撮影装置１で撮影された映像はモニタ４０に映し出される。
【００３６】
このようにモニタ４０に映像が映し出されるにあたって、切替スイッチ３０は、各カメラ１０ａ〜１０ｇで撮影された順番にしたがって各記録手段２０ａ〜２０ｇから映像の信号を読み出すように、各出力端子２２ａ〜２２ｇと前記した標準開口時間ずつ次々と接続されていく。このような各出力端子２２ａ〜２２ｇと切替スイッチ３０との接続によって、図１２（ｃ）に示すように、各カメラ１０ａ〜１０ｇで撮影された映像は、所定の読み出しタイミングで各記録手段２０ａ〜２０ｇから画像信号として読み出されてモニタ４０に間歇的に映し出され、しかも標準開口時間ずつ各映像はモニタ４０に映し出される。その結果、モニタ４０に映し出される被写体Ｍの映像は、撮影時に被写体Ｍが動く早さに比べ７倍遅いスローモーションとなる。
【００３７】
このような撮影装置１、撮影方法及び撮影・再生方法によれば、被写体Ｍから放射状に広がる光ＬＭは、第１光調整手段７で平行光に変換されて各カメラに入射するので、各カメラ１０ａ〜１０ｇで撮影された映像のそれぞれは、モニタ４０の画面のほぼ同一位置に被写体Ｍの画像を映し出すことができる。したがって、このような各映像を間歇的に繋げたスローモーションの画像には、ブレやちらつきが生じない。
【００３８】
また、背景Ｓからの光ＬＳが、第２光調整手段８で除去されるので、各カメラ１０ａ〜１０ｇは、被写体Ｍからの光ＬＭのみを捕らえて被写体Ｍを撮影することができ、画像には、ブレやちらつきが生じることはない。
また、一般に使用されるカメラ１０や記録手段２０に、シャッタ１１や開口タイミング設定手段１５、切替スイッチ３０、モニタ４０を設けるだけという簡単な構成で、スローモーションを撮影することができる。しかも、カメラ１０の感度が許される限り、カメラ１０と記録手段２０の台数を増やして同様に動作させるだけで、高倍率のスローモーションを撮影することができる。
【００３９】
なお、本発明の撮影方法、撮影装置及び撮影・再生方法は、前記した実施の形態に制限されるものではない。
前記カメラは、例えば、複数行及び複数列にわたって、各カメラが平行にかつ同一平面上に並ぶように配置されていてもよいし、所定の円周上に複数のカメラが相互に平行に並ぶように配列されていてもよい。なお、各カメラが相互に平行にかつ同一平面上に配置されている限り、カメラの台数や配列に特に制限はない。
【００４０】
前記シャッタとしては、各カメラで撮影される映像を短時間に区切るように構成されていれば特に制限はなく、前記した実施の形態で使用される電気的に映像を区切るシャッタに代えて、機械的に光を遮断する幕、例えば一部に開口部を有する回転する円板で構成されるシャッタが使用されてもよい。
【００４１】
前記第２光調整手段としては、光通路と、光通路の両端に光入射口及び光出射口とを備えるとともに、光通路が光吸収面で取り囲まれていれば特に制限はなく、例えば図１４に示すように、外周面が黒色部材３１で被覆された円柱状の透明部材３２が複数束ねられたものであってもよい。このような第２光調整手段では、透明部材３２自体が光通路となり、透明部材３２の両端面が光入射口及び光出射口となる。また透明部材３２と黒色部材３１との界面が光吸収面となる。
【００４２】
前記記録手段としては、記録した映像を１フィールドごとに間歇的に読み出しができる機能を有していれば特に制限はなく、前記した実施の形態で使用される半導体メモリに代えて、ビデオテープ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ハードディスクドライブ等が使用されてもよい。なお、記録手段は、必ずしも複数台必要ではなく、各カメラで撮影したデジタル画像としての各フィールドを、一台のコンピュータに取り込み、ハードディスクドライブに逐次書き込むようにしても良い。
【００４３】
前記光学系ユニットの口径ついては、使用するカメラの規格や配列数に応じて、その大きさを適宜に調節すればよい。例えば第１光調節手段として、凸レンズ及び凹レンズの組合わせを使用するとともに、比較的大きなサイズのカメラを使用する場合には、そのカメラのサイズに見合った大きな口径の凸レンズ及び凹レンズ等を使用すればよい。
【００４４】
前記した撮影・再生方法において、再生時の速度は、１フィールドを通常の１フィールド時間で再生するものに限らず、通常の１フィールド時間より長く、又は短かくして、スロー再生の倍率を変更しても構わない。また、１フィールドを複数回繰り返して再生し、再生スピードの倍率を変更することも可能である。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１に記載のスローモーションの撮影方法によれば、被写体からの物体光は平行光にされて各カメラに入射するので、各カメラで撮影された映像のそれぞれは、再生映像の画面のほぼ同一位置に被写体の画像を映し出すことができる。したがって、このような各映像を間歇的に繋げたスローモーション画像には、ブレやちらつきが生じない。
また、被写体の背景からの物体光が除去されて、被写体からの物体光のみを捕らえて被写体を撮影するので、画像には、ブレやちらつきが生じることはない。さらに、高速動作する特別なカメラや記録装置を使用しなくても、一般に使用されるカメラや記録手段の台数を増加させるだけで、高倍率のスローモーション画像を撮影することができる。
【００４６】
請求項２及び３に記載の撮影装置によれば、各カメラは、被写体からの物体光のみを捕らえてこの被写体を撮影することができ、被写体の背景からの画像が被写体の画像にだぶって重なることが避けられるので、被写体の画像にブレやちらつきが生じるのを防止することができる。
また、この撮影装置は、高速動作する特別なカメラや記録装置を使用しなくても、一般に使用されるカメラや記録装置で構成することができる。
【００４７】
請求項４に記載のスローモーションの撮影・再生方法によれば、請求項１に記載の撮影方法と同様に、各カメラで撮影された映像のそれぞれは、画像の画面のほぼ同一位置に被写体の画像を映し出すことができ、さらに被写体の背景からの物体光が除去されて、被写体からの物体光のみを捕らえて、被写体を撮影することができるので、被写体の画像にブレやちらつきが生じるのを防止することができる。
また、この撮影・再生方法では、請求項１に記載の撮影方法と同様に、高速動作する特別なカメラや記録装置を使用しなくても、一般に使用されるカメラや記録手段の台数を増加させるだけで、高倍率のスローモーション画像を撮影することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における実施の形態に係る撮影装置が組み込まれる撮影・再生装置の構成を示す概念図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る撮影装置の構成を概略的に示す分解斜視図である。なお、図中、Ａ−Ａ線は、撮影装置の切欠き部を示す。
【図３】カメラの配置を示す概念図である。
【図４】本発明の撮影装置に使用されるシャッタと開口タイミング設定手段との接続関係及びカメラと記録手段との接続関係を示すブロック図である。
【図５】第１光調整手段の構造を概略的に示す断面図である。
【図６】第２光調整手段の構造を概略的に示す斜視図である。
【図７】第２光調整手段の構造を示す部分拡大斜視図である。
【図８】第２光調整手段の光通路及び仕切り壁を示す断面図であり、図７（ａ）は光通路が延びる方向に沿って光通路を破断した様子を示す部分断面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＢ−Ｂ線における断面の様子を示す断面図である。
【図９】第１光調整手段を通過する光の様子を示す概念図である。
【図１０】第１光調整手段を通過する光の様子を示す概念図である。
【図１１】第２光調整手段を通過する光の様子を示す概念図である。
【図１２】図１２（ａ）は、通常のカメラのフィールド時間を示すグラフ、図１２（ｂ）は、各カメラにおけるシャッタの開口タイミングを示すグラフ、図１２（ｃ）は、撮影・再生装置で再生するときの各カメラで記録された画像の読み出しタイミングを示すグラフである。
【図１３】再生装置を示す概念図である。
【図１４】第２光調整手段の構造を概略的に示す斜視図である。
【図１５】被写体及び背景体の画像位置を説明するための概念図であり、図１５（ａ）は、カメラ、被写体及び背景体の位置関係を示す図、図１５（ｂ）、図１５（ｃ）及び図１５（ｄ）は、画像における被写体及び背景体の位置関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 撮影装置
７ 第１光調整手段
８ 第２光調整手段
１０ カメラ
１１ シャッタ
１５ 開口タイミング設定手段
２０ 記録手段
ＬＣ カメラのレンズ
ＬＭ 被写体からの物体光
ＬＳ 被写体の背景からの物体光
Claims (4)
- シャッタを有する複数のカメラのそれぞれが同等の視野を撮影するように相互に平行に設置されたカメラ群の各レンズに対して、予め焦点を合わせた目的とする被写体からの物体光を平行光にする第１光調整ステップと、
この第１光調整ステップを経て前記カメラ群の各レンズに向う光のうち、前記被写体の背景からの物体光である非平行光を除去する第２光調整ステップと、
前記各シャッタの開口するタイミングを、それぞれずらすとともに、前記各シャッタの開口時間を前記カメラの１フィールドの撮影時間よりも短い時間にして前記各シャッタを開口させるシャッタ開口ステップと、
前記第２光調整ステップを経て前記シャッタ開口ステップを介して前記被写体の映像を撮影する撮影ステップと、
この撮影ステップにより撮影した前記被写体の映像を記録する記録ステップと、
を備えることを特徴とするスローモーションの撮影方法。 - 各々シャッタを有するとともに、同等の視野を撮影するように相互に平行に設置された複数のカメラからなるカメラ群と、
このカメラ群のそれぞれに予め焦点を合わせた目的とする被写体からの物体光を平行光にする第１光調整手段と、
この第１光調整手段及び前記カメラ群の間に配置されて、その第１光調整手段から前記カメラ群に向う光のうち前記平行光を通過させ、かつ、前記被写体の背景からの物体光である非平行光を除去する第２光調整手段と、
この第２光調整手段を通過する前記平行光に対して前記各シャッタの開口するタイミングを、それぞれずらすとともに、前記各シャッタの開口時間を前記カメラの１フィールドの撮影時間よりも短い時間にして前記各シャッタを開口させるように設定する開口タイミング設定手段と、
この開口タイミング設定手段により設定されたタイミングに基づいて前記被写体の映像を記録する記録手段と、
を備えることを特徴とする撮影装置。 - 前記第２光調整手段は、前記平行光に沿って延びる光通路の両端に形成される光入射口及び光出射口と、前記光通路を取り囲む光吸収面とを備えることを特徴とする請求項２に記載の撮影装置。
- シャッタを有する複数のカメラのそれぞれが同等の視野を撮影するように相互に平行に設置されたカメラ群の各レンズに対して、予め焦点を合わせた目的とする被写体からの物体光を平行光にする第１光調整ステップと、
この第１光調整ステップを経て前記カメラ群の各レンズに向う光のうち、前記被写体の背景からの物体光である非平行光を除去する第２光調整ステップと、
前記各シャッタの開口するタイミングを、それぞれずらすとともに、前記各シャッタの開口時間を前記カメラの１フィールドの撮影時間よりも短い時間にして前記各シャッタを開口させるシャッタ開口ステップと、
前記第２光調整ステップを経て前記シャッタ開口ステップを介して前記被写体の映像を撮影する撮影ステップと、
この撮影ステップにより撮影した前記被写体の映像を記録する記録ステップと、
この記録ステップにより記録した前記映像を撮影した順序で、かつ撮影時の毎秒フィールド数より少ない毎秒フィールド数で映し出す再生ステップと、
を備えることを特徴とするスローモーションの撮影・再生方法。
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