JP6223226B2 - カメラパラメータ算出装置及びそのプログラム - Google Patents
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Description
さらに、特許文献3及び非特許文献3に記載の手法では、要素画像の各画素を近似的に求めているため再生像の画質が劣化する。これに加え、特許文献3及び非特許文献3に記載の手法では、被写体から反射する光線の向きを正確に記録できないため、再生光線の精度も低下してしまう。
なお、撮像カメラとは、IP立体カメラ以外の仮想的なカメラであり、例えば、仮想的な2眼立体カメラ又は単眼カメラである。
このように、カメラパラメータ算出装置は、撮像カメラのカメラパラメータから、IP立体カメラのカメラパラメータを算出することができる。
本願発明に係るカメラパラメータ算出装置は、撮像カメラのカメラパラメータからIP立体カメラのカメラパラメータを算出できるので、最初からIP立体カメラのカメラパラメータを決定する必要がない。これによって、カメラパラメータ算出装置は、IP方式での制作作業を少なくし、IP立体映像の制作時間を短縮することができる。
本願発明の第1実施形態に係るIP立体映像制作システム1(図2)は、従来の2眼立体映像制作システム2を拡張したものである。このため、2眼立体映像制作システム2の概略を説明した後、IP立体映像制作システム1を説明する。
このようにして、2眼立体映像制作システム2は、2眼立体映像を表示することができる。
[IP立体映像制作システムの概略]
図2を参照し、本願発明の第1実施形態に係るIP立体映像制作システム1の概略について、説明する(適宜図1参照)。
図3,図4を参照し、2眼立体カメラ20のカメラパラメータについて、説明する。
なお、図3には、ステレオカメラ20L,20Rの撮像素子22L,22Rを図示した。
また、図3では、ゼロ視差面ZDPより被写体10の側で、かつ、ステレオカメラ20L,20Rの撮像領域を合わせた領域をハッチングで図示した。
また、図4には、図3の撮像素子22Rの拡大図を図示した。
ゼロ視差面ZDPの上端位置PUは、ステレオカメラ20Rにおける撮像領域の上側限界線URと、ステレオカメラ20Lにおける撮像領域の上側限界線ULとの交点で表される。また、ゼロ視差面ZDPの下端位置PDは、ステレオカメラ20Rにおける撮像領域の下側限界線DRと、ステレオカメラ20Lにおける撮像領域の下側限界線DLとの交点で表される。この場合、ゼロ視差面ZDPは、その位置が上端位置PU及び下端位置PDで特定され、そのサイズが上端位置PUから下端位置PDまでの距離で表される。
撮像素子22Rのサイズwは、図4のように、撮像素子22の大きさを表す。
撮像素子22Rのずれ量Δdは、ステレオカメラ20Rの光軸ARと、撮像素子22Rの中心位置CRとのずれ量を表す。
なお、撮像素子22L,22Rのサイズ及びずれ量は同一である。
IP立体カメラ110は、IP立体カメラ制御装置120からの指令に従って、被写体10をIP立体方式で撮像する仮想カメラである。そして、IP立体カメラ110は、撮像したIP立体映像を収録再生装置130に出力する。
拡散板114は、撮像用レンズアレイ112の出射光を拡散して、高精細カメラ116に集光するものである。
高精細カメラ116は、撮像用レンズアレイ112及び拡散板114を介して、被写体10を撮像して、要素画像群(IP立体映像)を生成するものである。
なお、IP立体カメラ制御装置120の詳細は、後記する。
図6を参照し、IP立体カメラ制御装置120の構成について、説明する(適宜図2参照)。
図6のように、IP立体カメラ制御装置120は、入力手段210と、IP立体カメラパラメータ算出手段220と、出力手段230と、IP立体カメラ制御手段240とを備える。
なお、IP立体テレビ制御手段250は、後記する変形例1で説明する。
撮像用レンズアレイ112の被写界深度は、撮像用レンズアレイ112が備える要素レンズ112aの被写界深度を表す。
撮像距離は、撮像用レンズアレイ112から被写体10までの距離を表す。
方向算出手段223は、撮像用レンズアレイ112の方向を、入力手段210から入力された撮像方向と同方向で算出するものである。つまり、方向算出手段223は、撮像用レンズアレイ112が備える要素レンズ112aの光軸を、2眼立体カメラ20の光軸と同方向で算出する。
ここで、撮像用レンズアレイ112は、要素レンズ112aを隙間なく配列したものである。このため、撮像用レンズアレイ112のレンズ間隔は、撮像用レンズアレイ112が備える要素レンズ112aの直径を表すことになる。さらに、撮像用レンズアレイ112は、ゼロ視差面ZDPと同一サイズとなる。
従って、レンズ間隔算出手段225は、ゼロ視差面ZDPのサイズを撮像用レンズアレイ112のレンズ個数で除算すれば、撮像用レンズアレイ112のレンズ間隔を算出できる。
この撮像用レンズアレイ112の焦点距離は、撮像用レンズアレイ112が備える要素レンズ112aの焦点距離を表す。
参考文献1:[online]、被写界深度に関する計算式、[平成26年2月11日検索]、インターネット<http://www.asahi-net.or.jp/~kv5y-aon/DOF/dof.html>
図7〜図9を参照し、カメラパラメータの算出に関連するので、IP立体方式での解像度特性を説明する。
図7では、横軸Zが表示用レンズアレイ142を基準とした奥行値を表し、‘0’が表示用レンズアレイ142の位置となる。
最大解像度とは、表示用レンズアレイ142の間隔Pに依存して決まる解像度であり、表示用レンズアレイ142の位置(図8の奥行値z)における解像度である。
観視解像度とは、立体像400を視点300から観視したときの解像度のことである。
また、図8では、図面を見易くするため、立体像400における画素、及び、要素画像420の画素を交互に白黒で図示した。
以上より、IP立体方式での解像度特性及び視域は、表示用レンズアレイ142のレンズ間隔及び焦点距離と、表示素子144の画素間隔とによって決まる。すなわち、解像度特性と視域との間には、トレードオフの関係がある。この視域とは、IP立体映像を正しく表示できる領域のことである。
参考文献2:H.Hoshino et al.,“Analysis of Resolution Limitation of Integral Photography”,J.Opt.Soc.Am.A,Vol.15,No.8,pp.2059-2065, 1998
拡散板位置算出手段228は、レンズアレイ焦点距離算出手段226が算出した焦点距離を基準として、撮像用レンズアレイ112に対する拡散板114の位置を算出するものである(図5参照)。
高精細カメラ焦点距離算出手段229は、高精細カメラ116の焦点距離を、拡散板位置算出手段228が求めた拡散板114の位置に合焦するように算出するものである。
図10を参照し、拡散板114の位置及び高精細カメラ116の焦点距離の算出について、説明する(適宜図6参照)。
図10では、撮像用レンズアレイ112と拡散板114とが距離L1だけ離れており、拡散板114と高精細カメラ116とが距離L2だけ離れている。また、図10では、撮像用レンズアレイ112がゼロ視差面ZDPに位置し、撮像用レンズアレイ112及び拡散板114の端面が平行になっている。
なお、距離L1が撮像用レンズアレイ112の焦点距離以外の場合、無限遠にフォーカスしたときに比べ、解像度が急激に低下する。
出力手段230は、IP立体カメラパラメータ算出手段220から入力されたIP立体カメラ110のカメラパラメータを、IP立体カメラ制御手段240に出力するものである。
前記したように、IP立体カメラ110は、IP立体映像制作ソフトウェアの仮想カメラである。従って、IP立体カメラ制御手段240は、APIを介して、IP立体カメラ110のカメラパラメータをIP立体映像制作ソフトウェアに設定し、このIP立体カメラ110で撮像されたIP立体映像をIP立体映像制作ソフトウェアに生成させる制御を行う。
その後、IP立体カメラ制御手段240は、撮像したIP立体映像の収録を収録再生装置130に指令する。
図11を参照し、図2のIP立体映像制作システム1の全体動作について、説明する(適宜図2参照)。
図11のように、カメラパラメータ取得装置100は、2眼立体カメラ20のカメラパラメータを取得する(ステップS1)。
なお、ステップS2の詳細は、後記する。
IP立体テレビ140は、ステップS3で収録されたIP立体映像を表示する(ステップS4)。
図12を参照し、図11のIP立体カメラ制御処理について、説明する(適宜図6参照)。
入力手段210は、カメラパラメータ取得装置100から、2眼立体カメラ20のカメラパラメータが入力される(ステップS20)。
方向算出手段223は、撮像用レンズアレイ112の方向を撮像方向と同方向で算出する(ステップS22)。
レンズ間隔算出手段225は、ゼロ視差面のサイズと、初期設定値のレンズ個数とに基づいて、撮像用レンズアレイ112のレンズ間隔を算出する(ステップS24)。
絞り量算出手段227は、被写界深度及び撮像距離と、ステップS25で算出した焦点距離と、ステップS24で算出したレンズ間隔とに基づいて、撮像用レンズアレイ112の絞り量を算出する(ステップS26)。
高精細カメラ焦点距離算出手段229は、高精細カメラ116の焦点距離を、ステップS27で求めた拡散板114の位置に合焦するように算出する(ステップS28)。
IP立体カメラ制御装置120は、2眼立体カメラ20のカメラパラメータからIP立体カメラ110のカメラパラメータを算出できるので、最初からIP立体カメラ110のカメラパラメータを決定する必要がない。これによって、IP立体カメラ制御装置120は、IP方式での制作作業を少なくし、IP立体映像の制作時間を短縮することができる。
[IP立体映像制作システムの概略]
図13を参照し、本願発明の第2実施形態に係るIP立体映像制作システム1Bについて、第1実施形態と異なる点を説明する。
IP立体映像制作システム1Bは、2眼立体カメラ20ではなく単眼カメラ(撮像カメラ)150のカメラパラメータを用いて、IP立体カメラ110のカメラパラメータを算出する点が、第1実施形態と異なる。
以下、単眼カメラ150及び2次元テレビ160を先に説明した後、カメラパラメータ取得装置100B及びIP立体カメラ制御装置120Bを説明する。
言い換えるなら、単眼カメラ150は、CG制作の際に用いられるCG画像制作ソフトウェアの仮想カメラのことである。例えば、CG画像制作ソフトウェアは、CG画像の制作データとして、単眼カメラ150のカメラパラメータを設定する。そして、CG画像制作ソフトウェアは、前記したカメラパラメータが設定された単眼カメラ150を用いて、被写体10を撮像したようなCG画像を生成する。
なお、単眼カメラ150の光学主点とは、単眼カメラ150が備えるレンズの主点位置のことである。
なお、IP立体カメラ制御装置120Bは、第1実施形態と同様にIP立体カメラ110のカメラパラメータを算出できるため、これ以上の説明を省略する。
IP立体カメラ制御装置120Bは、単眼カメラ150のカメラパラメータからIP立体カメラ110のカメラパラメータを算出できるので、第1実施形態と同様、IP立体映像の制作時間を短縮することができる。
本願発明に係るIP立体カメラ制御装置は、前記した各実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で変形を加えることができる。
IP立体カメラ制御装置120Cは、IP立体カメラ制御装置120がIP立体テレビ制御手段250をさらに備えたものである。
なお、IP立体カメラ制御装置120Cは、初期設定値として被写体10の位置が入力され、入力された被写体10の位置を記憶する被写体情報記憶部(不図示)を備えてもよい。
前記した各実施形態では、IP立体カメラ110が仮想カメラであることとしたが、IP立体カメラ110が実写カメラであってもよい。つまり、IP立体カメラ制御装置120は、算出したIP立体カメラ110のカメラパラメータに従って、実在するIP立体カメラ110を制御してもよい。
以上のように、IP立体カメラ制御装置120Cは、IP立体カメラ110が実写カメラの場合でも制御可能である。
IP立体カメラ制御装置120,120B,120CがIP立体カメラ110を制御することとして説明したが、IP立体カメラ110のカメラパラメータを算出するだけでもよい。つまり、IP立体カメラ制御装置120,120B,120Cは、IP立体カメラ制御手段240を備えなくともよい。
この場合でも、IP立体カメラ制御装置120,120B,120Cが算出したカメラパラメータに従って制作作業を行えば、IP立体映像の制作時間を短縮できる。
2 2眼立体映像制作システム
10 被写体
20 2眼立体カメラ(撮像カメラ)
20L,20R ステレオカメラ
22L,22R 撮像素子
30 収録再生装置
40 2眼立体テレビ
100,100B カメラパラメータ取得装置
110 IP立体カメラ
112 撮像用レンズアレイ(レンズアレイ)
114 拡散板(集光部材)
116 高精細カメラ(立体撮像装置)
120,120B,120C IP立体カメラ制御装置(カメラパラメータ算出装置)
130 収録再生装置
140 IP立体テレビ
150 単眼カメラ(撮像カメラ)
160 2次元テレビ
210 入力手段
220 IP立体カメラパラメータ算出手段
221 レンズアレイパラメータ算出手段
222 位置算出手段
223 方向算出手段
224 画角算出手段
225 レンズ間隔算出手段
226 レンズアレイ焦点距離算出手段
227 絞り量算出手段
228 拡散板位置算出手段(集光部材位置算出手段)
229 高精細カメラ焦点距離算出手段(立体撮像装置焦点距離算出手段)
230 出力手段
240 IP立体カメラ制御手段
250 IP立体テレビ制御手段
Claims (7)
- 仮想3次元空間内に配置された仮想的な撮像カメラのカメラパラメータから、レンズアレイと立体撮像装置とを備えるIP立体カメラのカメラパラメータを算出するカメラパラメータ算出装置であって、
前記撮像カメラのカメラパラメータとして、前記撮像カメラにおけるゼロ視差面の位置及びサイズと、前記撮像カメラの撮像方向と、前記撮像カメラの焦点距離と、前記撮像カメラが備える撮像素子のサイズと、前記撮像カメラの光軸に対する前記撮像素子のずれ量とが入力される入力手段と、
前記レンズアレイの位置を、前記ゼロ視差面の位置と同位置で算出する位置算出手段と、
前記レンズアレイの方向を、前記撮像方向と同方向で算出する方向算出手段と、
前記撮像素子のサイズと、前記ずれ量と、前記撮像カメラの焦点距離とが含まれる画角算出式により、前記レンズアレイの画角を算出する画角算出手段と、
前記ゼロ視差面のサイズと、予め設定された前記レンズアレイのレンズ個数とに基づいて、前記レンズアレイのレンズ間隔を算出するレンズ間隔算出手段と、
前記レンズ間隔と、前記レンズアレイの画角とに基づいて、前記レンズアレイの焦点距離を算出するレンズアレイ焦点距離算出手段と、
前記IP立体カメラのカメラパラメータとして、前記レンズアレイの位置と方向と画角とレンズ間隔と焦点距離とを出力する出力手段と、を備えることを特徴とするカメラパラメータ算出装置。 - 前記レンズアレイの出射光を前記立体撮像装置に集光する集光部材が備えられたIP立体カメラについて、前記レンズアレイの焦点距離を基準とした前記集光部材の位置を算出する集光部材位置算出手段と、
前記立体撮像装置が前記集光部材の位置に合焦するように、前記立体撮像装置の焦点距離を算出する立体撮像装置焦点距離算出手段と、
前記出力手段は、前記IP立体カメラのカメラパラメータとして、前記集光部材の位置及び前記立体撮像装置の焦点距離をさらに出力することを特徴とする請求項1に記載のカメラパラメータ算出装置。 - 前記出力手段は、前記IP立体カメラのカメラパラメータとして、仮想3次元空間内に配置された仮想IP立体カメラのカメラパラメータを出力し、
前記仮想IP立体カメラのカメラパラメータに基づいて、前記仮想IP立体カメラを制御するIP立体カメラ制御手段、をさらに備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のカメラパラメータ算出装置。 - 前記入力手段は、前記撮像カメラのカメラパラメータとして、前記撮像カメラの被写界深度がさらに入力され、
前記被写界深度と、前記レンズアレイの焦点距離と、前記レンズ間隔と、予め設定された前記レンズアレイから被写体までの距離とに基づいて、前記レンズアレイの絞り量を算出する絞り量算出手段、をさらに備え、
前記出力手段は、前記IP立体カメラのカメラパラメータとして、前記レンズアレイの絞り量をさらに出力することを特徴とする請求項1から請求項3の何れか一項に記載のカメラパラメータ算出装置。 - 前記出力手段は、前記IP立体カメラのカメラパラメータとして、実空間内に配置された実写IP立体カメラのカメラパラメータを出力し、
前記実写IP立体カメラのカメラパラメータに基づいて、前記実写IP立体カメラを制御するIP立体カメラ制御手段、をさらに備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のカメラパラメータ算出装置。 - 前記入力手段は、2眼立体カメラ又は単眼カメラの何れかである前記撮像カメラのカメラパラメータが入力されることを特徴とする請求項1から請求項5の何れか一項に記載のカメラパラメータ算出装置。
- コンピュータを、請求項1から請求項6の何れか一項に記載のカメラパラメータ算出装置として機能させるためのカメラパラメータ算出プログラム。
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