JP4670545B2 - 画像撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、被写体を撮影して画像生成を行う画像撮影装置及び画像撮影方法に関する。

従来の画像撮影装置として、例えば、米国特許出願公開第２００４／００７０６７４号明細書（特許文献１）や特開２００４−１１０８０４号公報（特許文献２）に示されたものがある。このような画像撮影装置において、被写体にパターンを投影する投影装置と、被写体を撮影する撮影装置とを一体化した装置の要求が存在する。

このような要求に応じるためには、装置構成として、投影装置と撮像装置のそれぞれについて、レンズにおける光学的な主点が同一になるように配置して画角を同一にする必要があり、主点を同一にするためには、一般にハーフミラー（ビームスプリッタ）が用いられる。
米国特許出願公開第２００４／００７０６７４号明細書 特開２００４−１１０８０４号公報

しかしながら、ハーフミラーを用いた場合には、投影装置からの照射光の迷光や、ハーフミラーの汚れ等の影響により、撮像装置の撮像によって得られる画像にノイズが発生する場合がある。また、ハーフミラーを使用しているため、投影装置からの投射光や撮像装置における撮像光量等が減衰してダイナミックレンジが低下する場合もある。

本発明はこのような課題に鑑みなされたもので、適切な構成により投影装置及び撮像装置におけるレンズの画角を同一にすることが可能な画像撮影装置及び画像撮影方法を提供することを目的とする。

本発明の画像撮影装置は、第１のシフトレンズを有し、被写体に対して所定のパターンを投影する投影手段と、第２のシフトレンズを有し、前記パターンが投影された被写体を撮像し、画像を生成する撮像手段と、前記被写体の距離を測定する測距手段と、前記測距手段によって測定された被写体の距離に基づいて、前記第１のシフトレンズの画角と前記第２のシフトレンズの画角とが同一になるように、前記第１及び第２のシフトレンズの少なくとも一方の光軸を平行に上下方向に移動させる第１の移動機構と、前記測距手段によって測定された被写体の距離に基づいて、ピントが調整されるように、前記第１及び第２のシフトレンズの少なくとも一方を光軸に平行に前後方向に移動させる第２の移動機構と、を有することを特徴としている。

この構成により、被写体の距離に基づいて、投影手段及び撮像手段のそれぞれのレンズの少なくともいずれかが移動して、これらの画角が同一になる。

また、本発明の画像撮影装置は、前記撮像手段により生成された画像の所定位置の情報を入力する入力手段を有し、前記第１の移動機構が、前記所定位置に対応する被写体が画像の中心となるように、前記第１及び第２のシフトレンズの少なくとも一方を移動させる。

また、本発明の画像撮影装置は、前記第１の移動機構は、前記所定位置に対応する被写体が画像の中心となるように、前記第１及び第２のシフトレンズの少なくとも一方を、前記上下方向及び前記前後方向の双方と垂直をなす左右方向に移動させる。

また、本発明の画像撮影方法は、第１のシフトレンズを有し、被写体に対して所定のパターンを投影する投影手段と、第２のシフトレンズを有し、前記パターンが投影された被写体を撮像し、画像を生成する撮像手段とを有する画像撮影装置における画像撮影方法であって、前記被写体の距離を測定する測距ステップと、前記測距ステップによって測定された被写体の距離に基づいて、前記第１のシフトレンズの画角と前記第２のシフトレンズの画角とが同一になるように、前記第１及び第２のシフトレンズの少なくとも一方の光軸を平行に上下方向に移動させる第１の移動ステップと、前記測距ステップによって測定された被写体の距離に基づいて、ピントが調整されるように、前記第１及び第２のシフトレンズの少なくとも一方を光軸に平行に前後方向に移動させる第２の移動ステップと、を有することを特徴としている。

また、本発明の画像撮影方法は、前記撮像手段により生成された画像の所定位置の情報を入力する入力ステップを有し、前記第１の移動ステップが、前記所定位置に対応する被写体が画像の中心となるように、前記第１及び第２のシフトレンズの少なくとも一方を移動させる。

また、本発明の画像撮影方法は、前記第１の移動ステップが、前記所定位置に対応する被写体が画像の中心となるように、前記第１及び第２のシフトレンズの少なくとも一方を、前記上下方向及び前記前後方向の双方と垂直をなす左右方向に移動させる。

本発明によれば、投影手段及び撮像手段のそれぞれのレンズの少なくともいずれかが移動して、これらの画角を同一にすることができる。

以下、本発明の実施の形態の画像撮影装置について、図面を用いて説明する。図１は、画像撮影装置における動作の概略を示す図である。図１において、被写体２００を撮像する撮像装置としてのカメラは、本体１０２及びレンズ１０４によって構成され、被写体２００に所定のパターンを投影する投影装置としてのプロジェクタは、本体１０６及びレンズ１０８によって構成される。

図１（ａ）と図１（ｂ）とでは、被写体２００の距離が異なっている。物理的な配置が下方にある光学系であるレンズ１０４は、シフトレンズであり、被写体２００の距離に応じて上下方向に移動することによって、レンズ１０４とレンズ１０８の画角をひずみなく同一にすることができる。なお、レンズ１０８をシフトレンズとして、被写体２００の距離に応じて上下方向に移動することによって、レンズ１０４とレンズ１０８の画角を同一にしてもよく、レンズ１０４とレンズ１０８の双方をシフトレンズとして、被写体２００の距離に応じて上下方向に移動することによって、レンズ１０４とレンズ１０８の画角を同一にしてもよい。

シフトレンズとは、シフトとティルトができるレンズを指す。また、シフトとは、レンズの光軸を平行に上下方向にずらし、被写体の画像のゆがみを補正することを指す。例えば、図２における画像Ａは、被写体と撮像面が平行になっているためにゆがみはないが、被写体の全体が撮影されていない。また、画像Ｂは、カメラ全体を上方に傾けた場合であり、被写体全体が撮影されているが上方に向かうに従ってゆがんでいる。これは、被写体と撮像面とが平行になっていないためである。これらに対して、画像Ｃは、カメラにおけるレンズだけを上方に移動させた場合であり、被写体全体が撮影され、且つ、被写体と撮像面が平行になっているために被写体の画像にゆがみもない．
図３は、画像撮影装置の第１の構成を示す図である。図３に示す第１の画像撮影装置１００ａは、カメラを構成するカメラ本体１０２及びレンズ１０４と、レンズ１０４を移動させるシフト制御部１０５と、プロジェクタを構成するプロジェクタ本体１０６及びレンズ１０８と、レンズ１０８を移動させるシフト制御部１０９と、オートフォーカス（ＡＦ）機構１１０と、信号処理部１１２と、ＣＰＵ１１４と、制御部１１６とによって構成される。

ＡＦ機構１１０は、図示しない被写体２００の距離を測定する。測定結果は、信号処理部１１２によって所定の信号処理がなされ、更に、ＣＰＵ１１４を介して、制御部１１６へ送られる。

制御部１１６は、被写体２００の距離に基づいて、カメラのレンズ１０４及びプロジェクタのレンズ１０８の画角を同一にさせるために必要なこれらレンズ１０４及び１０８の双方又はいずれかの上下方向の移動量を算出する。そして、制御部１１６は、算出した移動量及び移動方向を表すシフト制御信号をシフト制御部１０５及び１０９の双方又はいずれかに対して出力する。シフト制御部１０５は、制御部１１６からのシフト制御信号を入力した場合、当該シフト制御信号によって表される移動量及び移動方向で、レンズ１０４を上下方向に移動させる。同様に、シフト制御部１０９は、制御部１１６からのシフト制御信号を入力した場合、当該シフト制御信号によって表される移動量及び移動方向で、レンズ１０８を上下方向に移動させる。これにより、カメラのレンズ１０４及びプロジェクタのレンズ１０８の画角が同一になる。

なお、制御部１１６は、被写体２００の距離と、カメラのレンズ１０４及びプロジェクタのレンズ１０８の画角を同一にさせるために必要なこれらレンズ１０４及び１０８の双方又はいずれかの上下方向の移動量との対応関係をテーブル化して保持しておき、被写体２００の距離を入力した場合には、そのテーブルを参照して、レンズ１０４及び１０８の双方又はいずれかの上下方向の移動量を導出するようにしてもよい。

その後、制御部１１６は、被写体２００の距離に基づいて、カメラのレンズ１０４及びプロジェクタのレンズ１０８のピントを調整するために必要なこれらレンズ１０４及び１０８の双方又はいずれかの前後方向（レンズ１０４又は１０８と被写体２００とを結ぶ直線に沿った方向）の移動量を算出する。そして、制御部１１６は、算出した移動量及び移動方向を表すピント調整信号をレンズ１０４のピント調整機構（図示せず）及びレンズ１０８のピント調整機構（図示せず）に対して出力する。レンズ１０４のピント調整機構は、制御部１１６からのピント調整信号を入力した場合、当該ピント調整信号によって表される移動量及び移動方向で、レンズ１０４を前後方向に移動させる。同様に、レンズ１０８のピント調整機構は、制御部１１６からのピント調整信号を入力した場合、当該ピント調整信号によって表される移動量及び移動方向で、レンズ１０８を前後方向に移動させる。これにより、カメラのレンズ１０４及びプロジェクタのレンズ１０８のピントが調整される。

図４は、画像撮影装置の第２の構成を示す図である。図４に示す第２の画像撮影装置１００ｂは、図３に示す第１の画像撮影装置１００ａと比較すると、レンズ１０８を移動させるシフト制御部１０９を有していない。この第２の画像撮影装置では、制御部１１６は、被写体２００の距離に基づいて、カメラのレンズ１０４及びプロジェクタのレンズ１０８の画角を同一にさせるために必要なこれらレンズ１０４の上下方向の移動量を算出する。そして、制御部１１６は、算出した移動量及び移動方向を表すシフト制御信号をシフト制御部１０５に対して出力する。シフト制御部１０５は、制御部１１６からのシフト制御信号を入力した場合、当該シフト制御信号によって表される移動量及び移動方向で、レンズ１０４を上下方向に移動させる。これにより、カメラのレンズ１０４及びプロジェクタのレンズ１０８の画角が同一になる。

図５は、画像撮影装置の第３の構成を示す図である。図５に示す第３の画像撮影装置１００ｃは、図３に示す第１の画像撮影装置１００ａと比較すると、ＣＰＵ１１４に操作端末１５０が接続されている。この操作端末１５０は、遠隔地に設置され、通信ネットワークを介してＣＰＵ１１４に接続されていてもよい。

カメラによって撮像された画像は、ＣＰＵ１１４から操作端末１５０へ送られ、図６（ａ）に示すように、操作端末１５０において表示される。表示される画像２１０には、ポインタ１５２が併せて表示されており、ユーザは、このポインタ１５２を画像の中心にしたい位置へ移動させることができる。ポインタ１５２の位置情報は、操作端末１５０からＣＰＵ１１４へ送られ、更に、制御部１１６へ送られる。

制御部１１６は、ポインタ１５２の位置情報に基づいて、その位置に対応する被写体２００を画像の中心とするために必要なカメラのレンズ１０４及びプロジェクタのレンズ１０８の双方又はいずれかの上下方向及び左右方向（上下方向及び前後方向の双方と垂直をなす方向）の移動量を算出する。そして、制御部１１６は、算出した移動量及び移動方向を表すシフト制御信号をシフト制御部１０５及び１０９の双方又はいずれかに対して出力する。シフト制御部１０５は、制御部１１６からのシフト制御信号を入力した場合、当該シフト制御信号によって表される移動量及び移動方向で、レンズ１０４を上下方向及び左右方向に移動させる。同様に、シフト制御部１０９は、制御部１１６からのシフト制御信号を入力した場合、当該シフト制御信号によって表される移動量及び移動方向で、レンズ１０８を上下方向及び左右方向に移動させる。これにより、図６（ｂ）に示すように、操作端末１５０には、ポインタ１５２の位置に対応する被写体２００が中心となった画像２１０が表示される。

図７は、画像撮影装置の第４の構成を示す図である。図７に示す第４の画像撮影装置１００ｄは、図３に示す第１の画像撮影装置１００ａと比較すると、レンズ１０４のズーム調整及びレンズ１０８のズーム調整を行うことができる。

ＣＰＵ１１４は、外部（例えば、ＣＰＵ１１４に接続された操作端末）からズーム倍率の情報を入力し、制御部１１６へ出力する。制御部１１６は、カメラのレンズ１０４及びプロジェクタのレンズ１０８の画角が同一になった後、入力したズーム倍率で被写体２００が撮像されるように、レンズ１０４及び１０８の双方の移動量を算出する。そして、制御部１１６は、算出した移動量及び移動方向を表すズーム調整信号をレンズ１０４のズーム調整機構（図示せず）及びレンズ１０８のズーム調整機構（図示せず）に対して出力する。レンズ１０４のズーム調整機構は、制御部１１６からのズーム調整信号を入力した場合、当該ズーム調整信号によって表される移動量及び移動方向で、レンズ１０４を移動させる。同様に、レンズ１０８のズーム調整機構は、制御部１１６からのズーム調整信号を入力した場合、当該ズーム調整信号によって表される移動量及び移動方向で、レンズ１０８を移動させる。これにより、カメラ及びプロジェクタのズーム倍率が調整され、例えば、図８（ａ）に示すズーム倍率調整前の画像２１０は、図８（ａ）に示すズーム倍率調整後の画像２１０となる。

図９は、画像撮影装置の第５の構成を示す図である。図９に示す第５の画像撮影装置１００ｅは、図７に示す第４の画像撮影装置１００ｄと比較すると、レンズ１０４のズーム調整のみを行うことができる。

なお、ズーム調整の手法としては他の方法も考えられる。例えば、カメラによって撮像された画像は、ＣＰＵ１１４から外部の操作端末へ送られ、図１０（ａ）に示すように、当該操作端末において表示される。表示される画像２１０には、フレーム１５４が併せて表示されており、ユーザは、このフレーム１５４を拡大表示したい位置へ移動させることができる。更には、ユーザは、このフレーム１５４を調整することができる。フレーム１５４の位置及び大きさの情報は、操作端末からＣＰＵ１１４へ送られ、更に、制御部１１６へ送られる。

制御部１１６は、フレーム１５４の位置及び大きさの情報に基づいて、当該フレーム１５４に収まる被写体２００を拡大撮像するために必要なカメラのレンズ１０４の移動量を算出する。そして、制御部１１６は、算出した移動量及び移動方向を表すズーム調整信号をレンズ１０４のズーム調整機構に対して出力する。レンズ１０４のズーム調整機構は、制御部１１６からのズーム調整信号を入力した場合、当該ズーム調整信号によって表される移動量及び移動方向で、レンズ１０４を移動させる。これにより、カメラのズーム倍率が調整され、図１０（ｂ）に示すように、操作端末には、フレーム１５４の位置に対応する被写体２００が拡大された画像２１０が表示される。

次に、フローチャートを参照しつつ、画像撮影装置の動作を説明する。図１１は、例えば、第4の画像撮影装置１００ｄの動作を示すフローチャートである。画像処理装置が配置され、更に、被写体２００が配置されると、ＡＦ機構１１０は、被写体２００の距離を測定する（Ｓ１０１）。制御部１１６は、この被写体２００の距離に基づいて、カメラのレンズ１０４及びプロジェクタのレンズ１０８の画角、ズーム倍率及びピントが適切であるか否かを判定する（Ｓ１０２）。これらが適切である場合には、一連の動作が終了する。

一方、カメラのレンズ１０４及びプロジェクタのレンズ１０８の画角、ズーム倍率及びピントが適切でない場合、制御部１１６は、レンズ１０４及びレンズ１０８の画角を同一にさせるために必要なこれらレンズ１０４及び１０８の双方又はいずれかの移動量を算出するとともに、レンズ１０４及びレンズ１０８のズーム倍率及びピントを調整するために必要なこれらレンズ１０４及び１０８の双方又はいずれかの移動量を算出する（Ｓ１０３）。

シフト制御部１０５は、制御部１１６によって算出された移動量及び移動方向で、レンズ１０４を上下方向に移動させる。同様に、シフト制御部１０９は、制御部によって算出された移動量及び移動方向で、レンズ１０８を上下方向に移動させる（Ｓ１０４）。

その後、レンズ１０４のズーム調整機構及びピント調整機構は、制御部１１６によって算出された移動量及び移動方向で、レンズ１０４を移動させる。同様に、レンズ１０８のズーム調整機構及びピント調整機構は、制御部１１６によって算出された移動量及び移動方向で、レンズ１０８を移動させる（Ｓ１０５）。

このように、本実施形態の画像撮影装置は、被写体２００の距離に基づいて、カメラのレンズ１０４及びプロジェクタのレンズ１０８の少なくともいずれかを移動させて、これらレンズ１０４及び１０８の画角を同一にすることができる。

以上、説明したように、本発明に係る画像撮影装置は、投影手段及び撮像手段のそれぞれのレンズの画角を同一にすることができ、画像撮影装置として有用である。

画像撮影装置における動作の概略を示す図である。 レンズ位置と画像との対応関係を示す図である。 第１の画像撮影装置の構成を示す図である。 第２の画像撮影装置の構成を示す図である。 第３の画像撮影装置の構成を示す図である。 撮像された画像の第１の例を示す図である。 第４の画像撮影装置の構成を示す図である。 撮像された画像の第２の例を示す図である。 第５の画像撮影装置の構成を示す図である。 撮像された画像の第３の例を示す図である。 画像撮影装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ａ 第１の画像撮影装置
１００ｂ 第２の画像撮影装置
１００ｃ 第３の画像撮影装置
１００ｄ 第４の画像撮影装置
１００ｅ 第５の画像撮影装置
１０２ カメラ本体
１０４、１０８ レンズ
１０５、１０９ シフト制御部
１０６ プロジェクタ本体
１１０ ＡＦ
１１２ 信号処理部
１１４ ＣＰＵ
１１６ 制御部

Claims (6)

1. 第１のシフトレンズを有し、被写体に対して所定のパターンを投影する投影手段と、
   第２のシフトレンズを有し、前記パターンが投影された被写体を撮像し、画像を生成する撮像手段と、
   前記被写体の距離を測定する測距手段と、
   前記測距手段によって測定された被写体の距離に基づいて、前記第１のシフトレンズの画角と前記第２のシフトレンズの画角とが同一になるように、前記第１及び第２のシフトレンズの少なくとも一方の光軸を平行に上下方向に移動させる第１の移動機構と、
   前記測距手段によって測定された被写体の距離に基づいて、ピントが調整されるように、前記第１及び第２のシフトレンズの少なくとも一方を光軸に平行に前後方向に移動させる第２の移動機構と、
   を有する画像撮影装置。
2. 前記撮像手段により生成された画像の所定位置の情報を入力する入力手段を有し、
   前記第１の移動機構は、前記所定位置に対応する被写体が画像の中心となるように、前記第１及び第２のシフトレンズの少なくとも一方を移動させることを特徴とする請求項１に記載の画像撮影装置。
3. 前記第１の移動機構は、前記所定位置に対応する被写体が画像の中心となるように、前記第１及び第２のシフトレンズの少なくとも一方を、前記上下方向及び前記前後方向の双方と垂直をなす左右方向に移動させることを特徴とする請求項２に記載の画像撮影装置。
4. 第１のシフトレンズを有し、被写体に対して所定のパターンを投影する投影手段と、第２のシフトレンズを有し、前記パターンが投影された被写体を撮像し、画像を生成する撮像手段とを有する画像撮影装置における画像撮影方法であって、
   前記被写体の距離を測定する測距ステップと、
   前記測距ステップによって測定された被写体の距離に基づいて、前記第１のシフトレンズの画角と前記第２のシフトレンズの画角とが同一になるように、前記第１及び第２のシフトレンズの少なくとも一方の光軸を平行に上下方向に移動させる第１の移動ステップと、
   前記測距ステップによって測定された被写体の距離に基づいて、ピントが調整されるように、前記第１及び第２のシフトレンズの少なくとも一方を光軸に平行に前後方向に移動させる第２の移動ステップと、
   を有する画像撮影方法。
5. 前記撮像手段により生成された画像の所定位置の情報を入力する入力ステップを有し、
   前記第１の移動ステップは、前記所定位置に対応する被写体が画像の中心となるように、前記第１及び第２のシフトレンズの少なくとも一方を移動させることを特徴とする請求項４に記載の画像撮影方法。
6. 前記第１の移動ステップは、前記所定位置に対応する被写体が画像の中心となるように、前記第１及び第２のシフトレンズの少なくとも一方を、前記上下方向及び前記前後方向の双方と垂直をなす左右方向に移動させることを特徴とする請求項５に記載の画像撮影方法。

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