複眼カメラ
【課題】複数のカメラ画像から視野角を拡大した画像を生成する時の視差を極力小さくし、かつ画像合成に必要な画角の重なり確保でき、遠景撮影でも近景撮影でも良好な広視野角画像を合成可能とするカメラを実現すること、および３Ｄ撮影を可能とするカメラを提供する。
【解決手段】水平画角αの同一の２つのカメラａ、ｂを具備し、カメラａ，ｂのレンズ中心を含む平面上でカメラａ，ｂの光軸を０＜θ＜αなる角度で交差するように配置し、カメラａ，ｂのレンズ中心間距離を十分に小さく設置し、画像を合成処理することで、αより広視野のワイド画像を生成しでき、かつレンズ中心間距離を小さくとることで視差の違いを小さくし、遠景画像でも近景画像でも良好な広視野角の画像合成が実現できる。またレンズ間距離および光軸角度の変更を自動的に制御する構造あるいは手動による可動部をもたせることで、広視野角画像と同時に３Ｄ画像も撮影可能になる。
【解決手段】水平画角αの同一の２つのカメラａ、ｂを具備し、カメラａ，ｂのレンズ中心を含む平面上でカメラａ，ｂの光軸を０＜θ＜αなる角度で交差するように配置し、カメラａ，ｂのレンズ中心間距離を十分に小さく設置し、画像を合成処理することで、αより広視野のワイド画像を生成しでき、かつレンズ中心間距離を小さくとることで視差の違いを小さくし、遠景画像でも近景画像でも良好な広視野角の画像合成が実現できる。またレンズ間距離および光軸角度の変更を自動的に制御する構造あるいは手動による可動部をもたせることで、広視野角画像と同時に３Ｄ画像も撮影可能になる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複眼カメラに関し、特に複数のカメラ画像から遠景および近景の撮影において良好な広視野角画像を合成可能とした複眼カメラおよび３Ｄ撮影も可能にした複眼カメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
広視野角のカメラを実現するには、広角レンズを用いる方法や、複眼カメラの撮像された画像を合成処理して実現する方法がある。しかし広角レンズは高価であると同時に樽型歪が生じる為の歪補正処理を必要とする問題があり、また標準レンズ向けの撮像素子で広視野画像の取得を行う為、解像度が劣化する問題がある。
【０００３】
複眼カメラを用いる方法は、二倍の画角の画像取得する方法として二眼パノラマが多く提案されている。例えば、特許文献１で提案された「パノラマカメラの配置方法及びその構築法」では、撮像レンズを垂直方向に重なるように配置し、水平方向のレンズ中心を揃え視差の少ない方法が考案されている。しかしこの方法でも視差は残り、また垂直方向の近接画像での垂直画角のずれという大きな問題と垂直方向の視差の問題が残る。
【０００４】
そのため、「複眼カメラおよびカメラ応用機器」（特願２０１０―１１７０７）なる特許出願を本出願と同一の出願人が行った。（以後「前出願」と呼ぶことにする。）この前出願では、広視野角画像を画像合成の方法で生成する場合に限定すると、２つのカメラの場合、光軸を平行に設定することから、カメラ画角の丁度２倍の広視野角の画像が取得でき、かつ距離測定ができる特徴がある。
【０００５】
図２は、前出願の第１の実施形態の複眼カメラ構成図である。前出願では近景撮影における遠近混在問題を回避する方法としてカメラａ，ｂのレンズ間距離をカメラの撮像素子部の大きさの影響無く、レンズとレンズ周辺の大きさの制限があるものの、レンズ間距離を小さくでき２つのカメラの共通撮影部分における視差を小さくすることが可能である。しかし、この場合十分な遠景の広視野角の映像を撮影する場合に２つのカメラで得られる画像情報の重なり部分が小さくなってしまう。
【０００６】
一般に画像合成においては、取得画像の被写体の共通領域で特徴抽出を行い、同一特徴点と見なせる対応する特徴点の位置合わせを行うことでシームレスな画像合成を行う。そのため、前出願でレンズ間距離を小さくする場合、光軸が平行であることで、被写体の共通領域が遠景になる程少なくなる問題がある。つまり近距離または中距離向きではあっても、十分な遠距離撮影とが両立できる複眼カメラにはなっていない問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３６９０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、複数のカメラ画像から視野角を拡大した画像を生成する時の視差を極力小さくし、かつ画像合成に必要な画角の重なりを確保でき、遠景撮影でも近景撮影でも良好な広視野角画像を合成可能とするカメラを実現すること、および３Ｄ撮影も可能とするカメラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明においては、水平画角α（または垂直画角β）の同一の２つのカメラａ、ｂを具備し、カメラａ，ｂのレンズ中心を含む平面上でカメラａの光軸ａ２とカメラｂの光軸ｂ２を水平画角α（または垂直画角β）に対して０＜θ＜α（または０＜λ＜β）なる水平交差角度θ（または垂直交差角度λ）で交差するようにし、カメラａのレンズ中心ａ１とカメラｂのレンズ中心ｂ１を十分に小さな距離になるように配置する。
【００１０】
請求項１の発明のように、水平画角αの２つのカメラのレンズ中心を含む平面上で２つのカメラの光軸を０＜θ＜αなる水平交差角度θで交差するように配置したことで、広視野角化の実現と同時に遠景画像に対して画像合成の為の重なりを実現できる。レンズ間距離を十分に小さく取れば近景に対しては視差が少ない画像を取得できる。つまり遠景撮影に対しても近景撮影に対しても必要な画像の重なり実現でき、好適な画像合成が可能な画像取得が実現できる。
【００１１】
尚、２つの光軸の交差する点を通り、かつ同一平面上で２つの光軸の成す角度の内、狭い角度を二分する直線を以下では平均光軸Ｘａｂと表すことにする。
【００１２】
請求項２の発明においては、水平画角α、垂直画角βの４つの同一のカメラａ，ｂ，ｅ，ｆを具備し、カメラａ，ｂおよびカメラｅ，ｆの両方が請求項１記載の水平交差角度θ（または垂直交差角度λ）で交差させた複眼カメラであり、カメラａ，ｂの平均光軸Ｘａｂとカメラｅ，ｆの平均光軸Ｘｅｆの成す平面上で、βｍ＝２ａｒｃｔａｎ（｜ｃｏｓ（θ／２）｜×ｔａｎ（β／２））（またはαｍ＝２ａｒｃｔａｎ（｜ｃｏｓ（λ／２）｜×ｔａｎ（α／２））なる角度に対して０＜λ＜βｍとなるように垂直交差角度λ（または０＜θ＜αｍなる水平交差角度θ）で交差するようにし、カメラａ，ｅとカメラｂ，ｆのレンズ間距離を十分に小さく配置する。
【００１３】
請求項２の発明のようにこれらのレンズが垂直画角βのレンズであれば、垂直方向に対しても０＜λ＜βｍなる垂直交差角度λで交差させれば、水平方向、垂直方向ともに広視野角化が実現でき、かつ遠景撮影に対しても近景撮影に対しても好適な画像取得が実現できる。
【００１４】
また請求項３の発明のように、請求項１ないし請求項２の複眼カメラを少なくとも１つ具備し、これら複眼カメラ（／および１眼カメラ）を組み合わせて構成してもよい。
【００１５】
請求項３の発明のように請求項１または請求項２を組み合わせれば、画角αやβの倍数が１８０度未満の範囲であれば、遠景撮影に対しても近景撮影に対してもさらに広視野角の好適な画像取得が可能となる。
【００１６】
また請求項４の発明のように、請求項１ないし請求項３の複眼カメラを設け、画像合成部を設けてもよい。
【００１７】
請求項４の発明のように画像合成部を具備すれば遠景撮影に対しても、近景撮影に対しても好適な広視野角画像を生成できる複眼カメラが可能になる。
【００１８】
請求項５の発明においては、ズーム機能付きカメラを複数用いる場合には請求項１ないし請求項４の光軸交差の条件を実現するため、光軸角度制御部、カメラ画角検知部および光軸交差角度算出部、光軸角度稼働部を具備する。
【００１９】
また請求項５の発明のように、光軸角度制御部、カメラ画角検知部および光軸交差角度算出部、光軸角度稼働部を具備すれば、ズーム機能付きカメラ複数台の場合の画角の変化に追随して光軸の交差を変化させることが可能となり、どの画角に対しても請求項１ないし請求項４の複眼カメラが可能になる。
【００２０】
請求項６の発明においては、請求項５の発明に加えレンズ間距離スライド制御部とスライド可動部を具備する。
【００２１】
請求項６の発明のように、請求項５のカメラに加えレンズ間距離スライド制御部とスライド可動部を具備すれば、広視野角画像撮影の時には、レンズ間距離制御部の指示でスライド可動部でスライドしてレンズ間距離を、広視野角画像撮影に適した第１の距離にし、３Ｄ撮影の場合にはレンズ間距離を第１の距離より大きな第２の距離にレンズ間距離制御部の指示でスライド可動部でスライドして広げ、同時に光軸角度制御部の指示に従い光軸角度可動部で制御し３Ｄ撮影条件にあった角度に変更することで、広視野角撮影と３Ｄ撮影とを切り替えて撮影できる複眼カメラが実現できる。第１の距離は典型的には最小距離であるが、これに限定されない。第２の距離は典型的には約６．５ｃｍであるが、これに限定されない。スライド動作は、直線に沿って行われても良いし、曲線（湾曲を含む）、複数の直線を連結した線に沿って行われても良い。
【００２２】
請求項７の発明においては、レンズ間距離光軸角度連動スライド可動部を具備する。
【００２３】
請求項７の発明にように、レンズ間距離光軸角度連動スライド可動部を具備すれば、広視野角撮影の時にはレンズ間距離を手動でスライドして、広視野角画像撮影に適した第１の距離にし、同時に請求項１の複眼カメラの光軸交差角度を実現でき、３Ｄ撮影の時にはレンズ間距離を第１の距離より大きな第２の距離に手動でスライドして広げ、同時に３Ｄ撮影条件にあった角度にし、３Ｄ撮影の視差を実現することで、広視野角撮影と３Ｄ撮影とを切り替えて撮影できる複眼カメラが実現できる。上述と同様に、第１の距離は典型的には最小距離であるが、これに限定されない。第２の距離は典型的には約６．５ｃｍであるが、これに限定されない。スライド動作は、直線に沿って行われても良いし、曲線（湾曲を含む）、複数の直線を連結した線に沿って行われても良い。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１ないし請求項３の複眼カメラの場合には、カメラの水平画角α、垂直画角βに対して、光軸を水平交差角度θまたは（／および垂直交差角度λ）の倍数だけ画角を広げることができ、同時に隣合った水平画角重なりの角度をδ＝α―θまたは（／および垂直画角重なり角度ε＝β―λ）とすることができ、十分な遠景の場合でも画像合成で必要となる位置合わせの為の共通画角領域を確保できる。パソコンなどの画像入力用カメラとして用いればパソコン内でパノラマ合成法のような画像合成処理を行うなどで広視野角の画像を作ることが可能になる効果がある。
【００２５】
請求項４の複眼カメラでは、画像合成部を内蔵するためカメラ単独で広視野角の画像を作ることができる効果がある。
【００２６】
請求項５の場合には、ズーム機能により画角が変化した場合でも広視野角画像取得に必要な適正な画角重なり角度を保証でき好適な広視野角画像所得または合成画像が可能になり、遠景をズームしたパノラマ撮影などの可能になる効果がある。
【００２７】
請求項６ないし請求項７の場合には、カメラの台数を増やすことなく、広視野角撮影も３Ｄ撮影も可能なカメラが実現できる効果があり、また請求項６の場合には携帯電話などにも搭載可能なレベルの小型化できる効果があり、請求項７の場合には簡単な可動部の構成であることから低価格な製品を実現できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施形態の複眼カメラ構成図である。
【図２】前出願の第１の実施形態の複眼カメラ構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の画角関係説明図である。
【図４】本発明の第１の実施例の垂直画角側面説明図である。
【図５】本発明の第１の実施例の水平画角上面説明図である。
【図６】本発明の第１の実施例の水平画角詳細上面図である。
【図７】本発明の第１の実施例の画角立体的説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の複眼カメラ構成図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の画角立体的説明図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態の複眼カメラ構成図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態のパソコンを利用した形態図
【図１２】本発明の第５の実施形態の複眼カメラ構成図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態の画像合成部処理図である。
【図１４】本発明の第６の実施形態のズームによる画角変化と光軸交差角度説明図である。
【図１５】本発明の第６の実施形態の複眼カメラ処理図である。
【図１６】本発明の第６の実施形態の複眼カメラ構成図である。
【図１７】本発明の第７の実施形態の複眼カメラ構成図である。
【図１８】本発明の第８の実施形態の複眼カメラ処理図である。
【図１９】本発明の第８の実施形態の複眼カメライメージ図である。
【図２０】本発明の第９の実施形態の複眼カメラ外形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の複眼カメラの実施の形態を説明する。
【００３０】
（第１の実施形態）
図１は、請求項１に関する本発明の第１の実施形態の複眼カメラ構成図である。図１においては同じ水平画角αのレンズ中心ａ１のカメラａとレンズ中心ｂ１のカメラｂで構成され、それぞれの光軸はａ２とｂ２、撮像素子はａ３とｂ３とし、レンズ中心ａ１とｂ１を含む平面上で、光軸ａ２と光軸ｂ２が０＜θ＜αとなる水平交差角度θで交差するように配置する。
【００３１】
図３は、請求項１に関する本発明の第１の実施形態の画角関係説明図である。被写体が∞遠と見なせる遠景撮影の場合には、図１のレンズ間距離を０と見なした場合と同等の画像になることから、∞遠の画角の関係を議論する時には、図１の一方のカメラをレンズ間距離が０となるように平行移動した図３で議論できる。∞遠から漸近的に被写体が近づく中距離さらには近距離になるに従い、図１から分かるように撮影画像に占める共通被写体領域は大きくなる。
【００３２】
図１と図３が平行移動の関係であることから分かるように、カメラａとカメラｂとの撮像素子に写る水平画角の合計はα＋θとなり、広視野角を実現することが可能になり、かつ∞遠を含めた遠景に対してもδ＝α―θの角度の水平画角重なり角度を保証でき、撮像素子の水平の共通領域を確実に確保できる。ただし請求項１の複眼カメラを１つのカメラと見なした場合の見かけの垂直画角はβのままではない点を先ず説明する。
【００３３】
図４は、請求項１に関する本発明の第１の実施例の垂直画角側面説明図である。図４において、図１のカメラａを側面から見た図であり、レンズ中心ａ１を通り光軸ａ２に垂直でかつ垂直画角方向をＺ軸とする。光軸ａ２を法線とする平面４０１における撮像範囲は、上端が４０２、下端が４０３である。光軸ａ２と平面４０１が交わる点４０４とレンズ中心ａ１との間の距離をＨとしたとき、上端４０２のＺ座標値Ｕは、垂直画角βをラジアンで表されていればＵ＝Ｈ×ｔａｎ（β／２）で表される。
【００３４】
図５は、請求項１に関する本発明の第１の実施例の水平画角上面説明図である。図５において、レンズ中心ａ１を通り平均光軸Ｘａｂと平行な方向をＹ軸とし、２つのカメラａ，ｂのレンズ中心を結んだ線をＸ軸とした時、光軸ａ２がＹ軸から傾いているときのカメラとその撮像範囲をカメラの真上から見たときの図である。光軸ａ２はＹ軸に対して角度５０１を成している。以後、点５０１におけるＺ軸方向の撮像範囲がどうなるかを示す。５０２は点５０１を通り光軸ａ２を法線とする平面とし、点５０３は当該平面と当該光軸が交わる点とする。このとき、平面５０２がＸ軸と交わる点５０４において平面５０２とＸ軸が成す角５０５は光軸ａ２がＹ軸と成す角度と等しいことが分かる。
【００３５】
したがって、光軸ａ２がＹ軸と成す角度はθ／２（ラジアン）であり、レンズ中心ａ１と点５０３との間の距離をＨ、レンズ中心ａ１と点５０４との間の距離をＫとしたとき、ＨとＫとθ／２の間にはＨ＝Ｋ×ｓｉｎ（θ／２）なる関係が成り立つ。よって、点５０１における撮像範囲の上端のＺ座標値Ｕは、図４からの式を考慮し、Ｕ＝Ｋ×ｓｉｎ（θ／２）×ｔａｎ（β／２）のように表せる。
【００３６】
次にＫがどのように計算できるかを示す。点５０１のＸ座標値をＰＸ、当該点のＹ座値標をＰＹとすれば、点５０４のＸ座標値Ｌは次のように計算できる。
Ｌ＝｛ｃｏｓ（θ／２）／ｓｉｎ（θ／２）｝×ＰＹ＋ＰＸと計算できる。ＫはＬの絶対値に等しいので、結局Ｕ＝｜ｃｏｓ（θ／２）×ＰＹ＋ＰＸ×ｓｉｎ（θ／２）｜×ｔａｎ（β／２）になる。ここで、｜Ｘ｜とはＸの絶対値を表すものとする。したがって、点５０６から点５０１を見たときの見かけの垂直画角をβＶ（ラジアン）とすると、ｔａｎ（βＶ／２）＝｜ｃｏｓ（θ／２）＋（ＰＸ／ＰＹ）×ｓｉｎ（θ／２）｜×ｔａｎ（β／２）なる式が導かれる。
【００３７】
ＰＸを固定しＰＹを大きくしていくと上の式の右辺は｜ｃｏｓ（θ／２）｜×ｔａｎ（β／２）に収束する。さらに、ＰＸが０以上であれば、当該右辺は常に｜ｃｏｓ（θ／２）｜×ｔａｎ（β／２）以上であり、ＰＸが０以下の場合は、当該右辺は常に｜ｃｏｓ（θ／２）｜×ｔａｎ（β／２）以下である。よって、βｍ＝２ａｒｃｔａｎ（｜ｃｏｓ（θ／２）｜×ｔａｎ（β／２））としたとき、ＰＸが０以上であれば、見かけの垂直画角βＶは常にβｍ以上であり、ＰＹが大きくなるに従いβｍに近づいていく。一方ＰＸが０以下であれば、見かけの画角βＶは常にβｍ以下であり、ＰＹが大きくなるに従い、βｍに近づいていく。
【００３８】
図６は、請求項１に関する本発明の第１の実施例の水平画角詳細上面図である。図６においては、図１と同様の水平画角の関係を詳細に見た図である。平均光軸Ｘａｂは２つのレンズの光軸が交わる点を通り、Ｘ軸に垂直な直線であった。平均光軸Ｘａｂに対してカメラａ，ｂは対称な位置関係にあることから、図６の水平方向の撮像範囲である灰色の部分における見かけの垂直画角βＶは常に２眼カメラ最小垂直画角
βｍ＝２ａｒｃｔａｎ（｜ｃｏｓ（θ／２）｜×ｔａｎ（β／２））以上であることが保証される。
【００３９】
図７は、請求項１に関する本発明の第１の実施例の画角立体的説明図である。図７において、太い破線は、カメラａ，ｂの平均光軸Ｘａｂを法線とする平面で、撮像範囲を切り取った領域を表している。太い実線はこの切り口に内接する最大の長方形を示している。この長方形を１つのカメラの撮像範囲のように見なした場合の垂直画角が
２眼カメラ最小垂直画角βｍ＝２ａｒｃｔａｎ（｜ｃｏｓ（θ／２）｜×ｔａｎ（β／２））に相当する。
【００４０】
（第２の実施形態）
図８は、請求項２に関する本発明の第２の実施形態の複眼カメラ構成図である。図８においては、同じ水平画角α、垂直画角βの４つのカメラａ，ｂ，ｅ，ｆからなり、カメラａ，ｂおよびカメラｅ，ｆの両方が請求項１記載の水平交差角度θで交差させた複眼カメラとし、
βｍ＝２ａｒｃｔａｎ（｜ｃｏｓ（θ／２）｜×ｔａｎ（β／２））なる角度に対して、カメラａ，ｂの平均光軸Ｘａｂとカメラｅ、ｆの平均光軸Ｘｅｆの成す平面上でＸａｂとＸｅｆが０＜λ＜βｍなる垂直交差角度λで交差するように配置する。
【００４１】
カメラａ，ｂ，ｃ，ｄの撮像素子に写る画角の範囲は、ａ，ｂおよびｅ，ｆのそれぞれの２眼カメラの水平画角はα＋θとなるが、それぞれの２眼カメラの垂直画角は、中心辺りでは前述のようにβｍ＝２ａｒｃｔａｎ（｜ｃｏｓ（θ／２）｜×ｔａｎ（β／２））なる。前述と水平画角の場合と同様の論法で分かるように、０＜λ＜βｍなる角度λで交差させれば、２つの２眼カメラの垂直画角の重なりは保証される。この時、垂直方向の画角は垂直方向の合計がβｍ＋λとなる。しかし同様の論法から水平画角は、中央辺りでは、
４眼カメラ最小水平画角αＭ＝２ａｒｃｔａｎ（｜ｃｏｓ（λ／２）｜×ｔａｎ（（α＋θ）／２）になる。このαＭは、０より十分に大きな０＜λ＜βｍの値であれば、αより大きな値になることが保証される。
【００４２】
従って水平、垂直ともに広視野角化することが可能となる。この場合、水平方向はδ＝αＭ―θなる角度の水平画角重なり角度を、垂直方向はε＝βｍ―λなる角度の垂直画角重なり角度を保証することができる。
【００４３】
図９は、請求項２に関する本発明の第２の実施形態の画角立体的説明図である。図９は、カメラａ，ｂ，ｃ，ｄが水平、垂直で交差した状況を各カメラの画角を示す４隅の線は、複眼カメラの４隅に相当するものだけ限定して立体的に示した図である。図９においては、太い破線は、平均光軸Ｘａｂと平均光軸Ｘｅｆの成す角度の狭い方の平均とした平均光軸Ｘａｂｅｆとした時、このＸａｂｅｆを法線とする平面で、撮像範囲を切り取った領域を表している。太い実線はこの切り口に内接する最大の長方形を示している。この長方形を１つのカメラの撮像範囲のように見なした場合の垂直画角がβｍ＋λ、水平画角がαＭに相当する。以上の議論は、２眼水平最小画角αｍ，４眼最小垂直画角βＭを定義し、水平と垂直の順番を逆にして議論しても同様の関係が成りたつ。
【００４４】
（第３の実施形態）
図１０は、請求項３に関する本発明の第３の実施形態の複眼カメラ構成図である。図１０においては、同一のカメラａ，ｂ，ｃからカメラａ，ｂを請求項１の実施形態で配置し、さらにカメラｂ，ｃを同様に請求項１の実施形態で配置することで、水平画角の合計をα＋２θにでき、水平の視野角をさらに拡大することができる。垂直画角の拡大も同様に実現でき、また水平、垂直ともにα＋ｎθまたはβ＋ｍλが１８０度を超えない範囲のｎ，ｍ台のカメラを用い、本発明により画角をさらに広げた画像取得が可能になる。
【００４５】
（第４の実施形態）
図１１は、本発明の請求項１ないし請求項３に関する第４の実施形態のパソコンを利用した形態図である。図１１においては、複眼カメラ１１０１からの撮像情報１１０２をパソコン１１０３に入れ、パソコン１１０３でパノラマ合成手法などの画像合成ソフトで画像合成データ１１０４を出力する形で実施できる。
【００４６】
（第５の実施形態）
図１２は、本発明の請求項４に関する第５の実施形態の複眼カメラ構成図である。図１２においては、複眼カメラ１２０１からの撮像情報１２０２を画像合成部１２０３に入れ、画像合成部１２０３ではパノラマ合成などの画像合成処理を行い、画像合成データ１２０４を出力する。このことで、ワイドな画面情報を出力することができる。
【００４７】
図１３は、本発明の請求項４に関する第５の実施形態の画像合成部処理図である。図１３においては、複眼カメラ１３０１からの撮像情報１３０２は特徴抽出部１３０４に入力され、特徴点情報１３０５は位置合せ情報生成部１３０６に入力され。位置合せ情報１３０７は位置合せ情報記憶素子１３０８へ、位置合せ情報１３０９と記憶された位置合わせ情報１３１０は位置合わせ情報選択部１３１１により選択され、撮像情報１３０３と選択された位置合せ情報１３１２は貼り合せマスク生成部へ入力され、貼り合せマスク情報と撮像情報１３１４は色・明るさ補正部１３１５へ入力され繋ぎあわされた画像データ１３１６が合成画像データとなって出力される。
【００４８】
（第６の実施形態）
図１４は、本発明の請求項５に関する第６の実施形態のズームによる画角変化と光軸交差角度説明図である。ズーム機能付きカメラ複数台を用いた複眼カメラでは、図１２のようにカメラの画角は広角撮影時画角αとズーム撮影時画角α´に変わり、その為に光軸交差角度も広角撮影時交差角度θとズーム撮影時交差角度θ´に変える。一般にズームは１段階では無く、連続的にズームできるカメラも多いことから、本発明ではアクチュエータなどを用いて交差角度を変更する。
【００４９】
図１５は、本発明の請求項５に関する第６の実施形態の複眼カメラ処理図である。図１５では、ズーム機能付きカメラ複数台１５０１からのカメラ画角情報１５０２を、カメラ画角検知部１５０３が取り込み画角値検知し、画角情報および検知情報１５０４を出力する。カメラ画角情報１５０３はズーム機能付きカメラ複数台１５０１が画角を直接出力するカメラでない場合には、焦点情報または撮影画像情報から画角情報および検知情報１５０４を算出する。光軸交差角度検出部１５０５は、画角情報および検知情報１５０４から複数カメラ間の光軸交差角度１５０６を計算し、光軸角度制御部１５０７に送り、光軸角度制御部１５０７からの出力である光軸角度制御信号１５０８により光軸角度可動部１５０９を動作させ適正交差角度に変更する。このことで、ズーム機能により画角が変化した場合でも広視野角画像取得に必要な適正な画角重なり角度を保証でき好適な広視野角画像所得または合成画像が可能になる。
【００５０】
図１６は、本発明の請求項５に関する第６の実施形態の複眼カメラ構成図である。図１６においては、カメラａ，ｂのそれぞれを回転軸ａ４，ｂ４を中心にカメラの画角条件に合う形で、手動（または電動）で回転させることで、ズームレンズの状況に合わせて広視野角撮影を可能にする。図１６では最も広視野角の撮影時のカメラの位置を実線で示し、２つのカメラが平行光軸になる位置を破線で示している。また、この位置でのレンズ間距離Ｌａｂを６．５ｃｍ程度にすれば、３Ｄ撮影に適した配置も可能になる。
【００５１】
（第７の実施形態）
図１７は、本発明の請求項５に関する第７の実施形態の複眼カメラ構成図である。図１７においては、カメラａ，ｂおよびカメラｅ，ｆが図１６の２眼の構成である計４眼のカメラを側面から観た図である。ａ５，ｂ５はカメラａ，ｂの垂直方向の角度を、ｅ５，ｆ５はカメラｅ，ｆの垂直方向の角度をそれぞれ変える為の回転軸である。水平方向の回転軸ａ４，ｂ４，ｅ４，ｆ４および垂直方向の回転軸を中心にそれぞれのカメラの角度を図１５の処理に従い処理することで、水平方向、垂直方向ともに広視野角が可能になる。
【００５２】
（第８の実施形態）
図１８は、本発明の請求項６に関する第８の実施形態の複眼カメラ処理図である。また図１９は、本発明の請求項６に関する第８の実施形態の複眼カメライメージ図である。図１８では、請求項５に関する図１５の構成の複眼カメラ１８０１に加えレンズ間距離制御部１８０２とスライド可動部１８０４を具備し、３Ｄ撮影を行う場合にはレンズ間距離制御部１８０２からのレンズ間指示信号１８０３によりスライド可動部１８０４を動かし、図１７のようにレンズ間距離を３Ｄ撮影に適した６．５ｃｍ程度（第２の距離）にし、また広視野角撮影の場合には、レンズ間距離制御部１８０２からのレンズ間指示信号１８０３によりスライド可動部１８０４を動かし、図１９のようにレンズ間距離を十分に近接させる（第１の距離）。このことで、広視野角撮影も３Ｄ撮影も可能な複眼カメラが可能になる。第１の距離は典型的には最小距離であるが、これに限定されない。第２の距離は６．６ｃｍに限定されず、第１の距離より大きなものであればよい。第１の距離は広視野角撮影モードの距離であり、第２の距離は３Ｄ撮影モードの距離である。スライド動作の方向は、上述の第１の距離および第２の距離を実現できれば良く、直線に限定されず、湾曲、角度をもたせた複数の直線を連結したもの等、種々の曲線であってもよい。
【００５３】
（第９の実施形態）
図２０は、本発明の請求項７に関する第９の実施形態の複眼カメラ外形図である。図２０においては、レンズ間距離光軸角度連動スライド可動部を具備し、未使用時、３Ｄ撮影時、広視野角撮影時にそれぞれ手動によりレンズ間距離光軸角度連動スライド可動部の変化させる（広視野角撮影時に上述の第１の距離とし、３Ｄ撮影時に上述の第２の距離とする）ことで、広視野角撮影も３Ｄ撮影も可能な複眼カメラが可能になる。スライド方向は上述と同様に直線でも曲線でも良い。
【００５４】
以上で実施例の説明を終了する。
【００５５】
なお、この発明は上述の実施例に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。
【符号の説明】
【００５６】
ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ カメラの識別記号
ａ１，ｂ１，ｅ１，ｆ１ レンズ中心
ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２，ｅ２，ｆ２ 光軸
ａ３，ｂ３，ｅ３，ｆ３ 撮像素子
ａ４，ｂ４，ｅ４，ｆ４ 水平方向回転軸
ａ５，ｂ５，ｅ５，ｆ５ 水平方向回転軸
α，α´ カメラの水平画角
β カメラの垂直画角
βＶ みかけ垂直画角
αｍ ２眼カメラ最小水平画角
βｍ ２眼カメラ最小垂直画角
αＭ ４眼カメラ最小水平画角
βＭ ４眼カメラ最小垂直画角
θ，θ’ 水平交差角度
λ 垂直交差角度
δ，δ’ 水平画角重なり角度
ε 垂直画角重なり角度
Ｘａｂ， 光軸ａ２と光軸ｂ２の平均光軸
Ｘｅｆ 光軸ｅ２と光軸ｆ２の平均光軸
Ｘａｂｅｆ 平均光軸Ｘａｂと平均光軸Ｘｅｆの平均光軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複眼カメラに関し、特に複数のカメラ画像から遠景および近景の撮影において良好な広視野角画像を合成可能とした複眼カメラおよび３Ｄ撮影も可能にした複眼カメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
広視野角のカメラを実現するには、広角レンズを用いる方法や、複眼カメラの撮像された画像を合成処理して実現する方法がある。しかし広角レンズは高価であると同時に樽型歪が生じる為の歪補正処理を必要とする問題があり、また標準レンズ向けの撮像素子で広視野画像の取得を行う為、解像度が劣化する問題がある。
【０００３】
複眼カメラを用いる方法は、二倍の画角の画像取得する方法として二眼パノラマが多く提案されている。例えば、特許文献１で提案された「パノラマカメラの配置方法及びその構築法」では、撮像レンズを垂直方向に重なるように配置し、水平方向のレンズ中心を揃え視差の少ない方法が考案されている。しかしこの方法でも視差は残り、また垂直方向の近接画像での垂直画角のずれという大きな問題と垂直方向の視差の問題が残る。
【０００４】
そのため、「複眼カメラおよびカメラ応用機器」（特願２０１０―１１７０７）なる特許出願を本出願と同一の出願人が行った。（以後「前出願」と呼ぶことにする。）この前出願では、広視野角画像を画像合成の方法で生成する場合に限定すると、２つのカメラの場合、光軸を平行に設定することから、カメラ画角の丁度２倍の広視野角の画像が取得でき、かつ距離測定ができる特徴がある。
【０００５】
図２は、前出願の第１の実施形態の複眼カメラ構成図である。前出願では近景撮影における遠近混在問題を回避する方法としてカメラａ，ｂのレンズ間距離をカメラの撮像素子部の大きさの影響無く、レンズとレンズ周辺の大きさの制限があるものの、レンズ間距離を小さくでき２つのカメラの共通撮影部分における視差を小さくすることが可能である。しかし、この場合十分な遠景の広視野角の映像を撮影する場合に２つのカメラで得られる画像情報の重なり部分が小さくなってしまう。
【０００６】
一般に画像合成においては、取得画像の被写体の共通領域で特徴抽出を行い、同一特徴点と見なせる対応する特徴点の位置合わせを行うことでシームレスな画像合成を行う。そのため、前出願でレンズ間距離を小さくする場合、光軸が平行であることで、被写体の共通領域が遠景になる程少なくなる問題がある。つまり近距離または中距離向きではあっても、十分な遠距離撮影とが両立できる複眼カメラにはなっていない問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３６９０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、複数のカメラ画像から視野角を拡大した画像を生成する時の視差を極力小さくし、かつ画像合成に必要な画角の重なりを確保でき、遠景撮影でも近景撮影でも良好な広視野角画像を合成可能とするカメラを実現すること、および３Ｄ撮影も可能とするカメラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明においては、水平画角α（または垂直画角β）の同一の２つのカメラａ、ｂを具備し、カメラａ，ｂのレンズ中心を含む平面上でカメラａの光軸ａ２とカメラｂの光軸ｂ２を水平画角α（または垂直画角β）に対して０＜θ＜α（または０＜λ＜β）なる水平交差角度θ（または垂直交差角度λ）で交差するようにし、カメラａのレンズ中心ａ１とカメラｂのレンズ中心ｂ１を十分に小さな距離になるように配置する。
【００１０】
請求項１の発明のように、水平画角αの２つのカメラのレンズ中心を含む平面上で２つのカメラの光軸を０＜θ＜αなる水平交差角度θで交差するように配置したことで、広視野角化の実現と同時に遠景画像に対して画像合成の為の重なりを実現できる。レンズ間距離を十分に小さく取れば近景に対しては視差が少ない画像を取得できる。つまり遠景撮影に対しても近景撮影に対しても必要な画像の重なり実現でき、好適な画像合成が可能な画像取得が実現できる。
【００１１】
尚、２つの光軸の交差する点を通り、かつ同一平面上で２つの光軸の成す角度の内、狭い角度を二分する直線を以下では平均光軸Ｘａｂと表すことにする。
【００１２】
請求項２の発明においては、水平画角α、垂直画角βの４つの同一のカメラａ，ｂ，ｅ，ｆを具備し、カメラａ，ｂおよびカメラｅ，ｆの両方が請求項１記載の水平交差角度θ（または垂直交差角度λ）で交差させた複眼カメラであり、カメラａ，ｂの平均光軸Ｘａｂとカメラｅ，ｆの平均光軸Ｘｅｆの成す平面上で、βｍ＝２ａｒｃｔａｎ（｜ｃｏｓ（θ／２）｜×ｔａｎ（β／２））（またはαｍ＝２ａｒｃｔａｎ（｜ｃｏｓ（λ／２）｜×ｔａｎ（α／２））なる角度に対して０＜λ＜βｍとなるように垂直交差角度λ（または０＜θ＜αｍなる水平交差角度θ）で交差するようにし、カメラａ，ｅとカメラｂ，ｆのレンズ間距離を十分に小さく配置する。
【００１３】
請求項２の発明のようにこれらのレンズが垂直画角βのレンズであれば、垂直方向に対しても０＜λ＜βｍなる垂直交差角度λで交差させれば、水平方向、垂直方向ともに広視野角化が実現でき、かつ遠景撮影に対しても近景撮影に対しても好適な画像取得が実現できる。
【００１４】
また請求項３の発明のように、請求項１ないし請求項２の複眼カメラを少なくとも１つ具備し、これら複眼カメラ（／および１眼カメラ）を組み合わせて構成してもよい。
【００１５】
請求項３の発明のように請求項１または請求項２を組み合わせれば、画角αやβの倍数が１８０度未満の範囲であれば、遠景撮影に対しても近景撮影に対してもさらに広視野角の好適な画像取得が可能となる。
【００１６】
また請求項４の発明のように、請求項１ないし請求項３の複眼カメラを設け、画像合成部を設けてもよい。
【００１７】
請求項４の発明のように画像合成部を具備すれば遠景撮影に対しても、近景撮影に対しても好適な広視野角画像を生成できる複眼カメラが可能になる。
【００１８】
請求項５の発明においては、ズーム機能付きカメラを複数用いる場合には請求項１ないし請求項４の光軸交差の条件を実現するため、光軸角度制御部、カメラ画角検知部および光軸交差角度算出部、光軸角度稼働部を具備する。
【００１９】
また請求項５の発明のように、光軸角度制御部、カメラ画角検知部および光軸交差角度算出部、光軸角度稼働部を具備すれば、ズーム機能付きカメラ複数台の場合の画角の変化に追随して光軸の交差を変化させることが可能となり、どの画角に対しても請求項１ないし請求項４の複眼カメラが可能になる。
【００２０】
請求項６の発明においては、請求項５の発明に加えレンズ間距離スライド制御部とスライド可動部を具備する。
【００２１】
請求項６の発明のように、請求項５のカメラに加えレンズ間距離スライド制御部とスライド可動部を具備すれば、広視野角画像撮影の時には、レンズ間距離制御部の指示でスライド可動部でスライドしてレンズ間距離を、広視野角画像撮影に適した第１の距離にし、３Ｄ撮影の場合にはレンズ間距離を第１の距離より大きな第２の距離にレンズ間距離制御部の指示でスライド可動部でスライドして広げ、同時に光軸角度制御部の指示に従い光軸角度可動部で制御し３Ｄ撮影条件にあった角度に変更することで、広視野角撮影と３Ｄ撮影とを切り替えて撮影できる複眼カメラが実現できる。第１の距離は典型的には最小距離であるが、これに限定されない。第２の距離は典型的には約６．５ｃｍであるが、これに限定されない。スライド動作は、直線に沿って行われても良いし、曲線（湾曲を含む）、複数の直線を連結した線に沿って行われても良い。
【００２２】
請求項７の発明においては、レンズ間距離光軸角度連動スライド可動部を具備する。
【００２３】
請求項７の発明にように、レンズ間距離光軸角度連動スライド可動部を具備すれば、広視野角撮影の時にはレンズ間距離を手動でスライドして、広視野角画像撮影に適した第１の距離にし、同時に請求項１の複眼カメラの光軸交差角度を実現でき、３Ｄ撮影の時にはレンズ間距離を第１の距離より大きな第２の距離に手動でスライドして広げ、同時に３Ｄ撮影条件にあった角度にし、３Ｄ撮影の視差を実現することで、広視野角撮影と３Ｄ撮影とを切り替えて撮影できる複眼カメラが実現できる。上述と同様に、第１の距離は典型的には最小距離であるが、これに限定されない。第２の距離は典型的には約６．５ｃｍであるが、これに限定されない。スライド動作は、直線に沿って行われても良いし、曲線（湾曲を含む）、複数の直線を連結した線に沿って行われても良い。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１ないし請求項３の複眼カメラの場合には、カメラの水平画角α、垂直画角βに対して、光軸を水平交差角度θまたは（／および垂直交差角度λ）の倍数だけ画角を広げることができ、同時に隣合った水平画角重なりの角度をδ＝α―θまたは（／および垂直画角重なり角度ε＝β―λ）とすることができ、十分な遠景の場合でも画像合成で必要となる位置合わせの為の共通画角領域を確保できる。パソコンなどの画像入力用カメラとして用いればパソコン内でパノラマ合成法のような画像合成処理を行うなどで広視野角の画像を作ることが可能になる効果がある。
【００２５】
請求項４の複眼カメラでは、画像合成部を内蔵するためカメラ単独で広視野角の画像を作ることができる効果がある。
【００２６】
請求項５の場合には、ズーム機能により画角が変化した場合でも広視野角画像取得に必要な適正な画角重なり角度を保証でき好適な広視野角画像所得または合成画像が可能になり、遠景をズームしたパノラマ撮影などの可能になる効果がある。
【００２７】
請求項６ないし請求項７の場合には、カメラの台数を増やすことなく、広視野角撮影も３Ｄ撮影も可能なカメラが実現できる効果があり、また請求項６の場合には携帯電話などにも搭載可能なレベルの小型化できる効果があり、請求項７の場合には簡単な可動部の構成であることから低価格な製品を実現できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施形態の複眼カメラ構成図である。
【図２】前出願の第１の実施形態の複眼カメラ構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の画角関係説明図である。
【図４】本発明の第１の実施例の垂直画角側面説明図である。
【図５】本発明の第１の実施例の水平画角上面説明図である。
【図６】本発明の第１の実施例の水平画角詳細上面図である。
【図７】本発明の第１の実施例の画角立体的説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の複眼カメラ構成図である。
【図９】本発明の第２の実施形態の画角立体的説明図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態の複眼カメラ構成図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態のパソコンを利用した形態図
【図１２】本発明の第５の実施形態の複眼カメラ構成図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態の画像合成部処理図である。
【図１４】本発明の第６の実施形態のズームによる画角変化と光軸交差角度説明図である。
【図１５】本発明の第６の実施形態の複眼カメラ処理図である。
【図１６】本発明の第６の実施形態の複眼カメラ構成図である。
【図１７】本発明の第７の実施形態の複眼カメラ構成図である。
【図１８】本発明の第８の実施形態の複眼カメラ処理図である。
【図１９】本発明の第８の実施形態の複眼カメライメージ図である。
【図２０】本発明の第９の実施形態の複眼カメラ外形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の複眼カメラの実施の形態を説明する。
【００３０】
（第１の実施形態）
図１は、請求項１に関する本発明の第１の実施形態の複眼カメラ構成図である。図１においては同じ水平画角αのレンズ中心ａ１のカメラａとレンズ中心ｂ１のカメラｂで構成され、それぞれの光軸はａ２とｂ２、撮像素子はａ３とｂ３とし、レンズ中心ａ１とｂ１を含む平面上で、光軸ａ２と光軸ｂ２が０＜θ＜αとなる水平交差角度θで交差するように配置する。
【００３１】
図３は、請求項１に関する本発明の第１の実施形態の画角関係説明図である。被写体が∞遠と見なせる遠景撮影の場合には、図１のレンズ間距離を０と見なした場合と同等の画像になることから、∞遠の画角の関係を議論する時には、図１の一方のカメラをレンズ間距離が０となるように平行移動した図３で議論できる。∞遠から漸近的に被写体が近づく中距離さらには近距離になるに従い、図１から分かるように撮影画像に占める共通被写体領域は大きくなる。
【００３２】
図１と図３が平行移動の関係であることから分かるように、カメラａとカメラｂとの撮像素子に写る水平画角の合計はα＋θとなり、広視野角を実現することが可能になり、かつ∞遠を含めた遠景に対してもδ＝α―θの角度の水平画角重なり角度を保証でき、撮像素子の水平の共通領域を確実に確保できる。ただし請求項１の複眼カメラを１つのカメラと見なした場合の見かけの垂直画角はβのままではない点を先ず説明する。
【００３３】
図４は、請求項１に関する本発明の第１の実施例の垂直画角側面説明図である。図４において、図１のカメラａを側面から見た図であり、レンズ中心ａ１を通り光軸ａ２に垂直でかつ垂直画角方向をＺ軸とする。光軸ａ２を法線とする平面４０１における撮像範囲は、上端が４０２、下端が４０３である。光軸ａ２と平面４０１が交わる点４０４とレンズ中心ａ１との間の距離をＨとしたとき、上端４０２のＺ座標値Ｕは、垂直画角βをラジアンで表されていればＵ＝Ｈ×ｔａｎ（β／２）で表される。
【００３４】
図５は、請求項１に関する本発明の第１の実施例の水平画角上面説明図である。図５において、レンズ中心ａ１を通り平均光軸Ｘａｂと平行な方向をＹ軸とし、２つのカメラａ，ｂのレンズ中心を結んだ線をＸ軸とした時、光軸ａ２がＹ軸から傾いているときのカメラとその撮像範囲をカメラの真上から見たときの図である。光軸ａ２はＹ軸に対して角度５０１を成している。以後、点５０１におけるＺ軸方向の撮像範囲がどうなるかを示す。５０２は点５０１を通り光軸ａ２を法線とする平面とし、点５０３は当該平面と当該光軸が交わる点とする。このとき、平面５０２がＸ軸と交わる点５０４において平面５０２とＸ軸が成す角５０５は光軸ａ２がＹ軸と成す角度と等しいことが分かる。
【００３５】
したがって、光軸ａ２がＹ軸と成す角度はθ／２（ラジアン）であり、レンズ中心ａ１と点５０３との間の距離をＨ、レンズ中心ａ１と点５０４との間の距離をＫとしたとき、ＨとＫとθ／２の間にはＨ＝Ｋ×ｓｉｎ（θ／２）なる関係が成り立つ。よって、点５０１における撮像範囲の上端のＺ座標値Ｕは、図４からの式を考慮し、Ｕ＝Ｋ×ｓｉｎ（θ／２）×ｔａｎ（β／２）のように表せる。
【００３６】
次にＫがどのように計算できるかを示す。点５０１のＸ座標値をＰＸ、当該点のＹ座値標をＰＹとすれば、点５０４のＸ座標値Ｌは次のように計算できる。
Ｌ＝｛ｃｏｓ（θ／２）／ｓｉｎ（θ／２）｝×ＰＹ＋ＰＸと計算できる。ＫはＬの絶対値に等しいので、結局Ｕ＝｜ｃｏｓ（θ／２）×ＰＹ＋ＰＸ×ｓｉｎ（θ／２）｜×ｔａｎ（β／２）になる。ここで、｜Ｘ｜とはＸの絶対値を表すものとする。したがって、点５０６から点５０１を見たときの見かけの垂直画角をβＶ（ラジアン）とすると、ｔａｎ（βＶ／２）＝｜ｃｏｓ（θ／２）＋（ＰＸ／ＰＹ）×ｓｉｎ（θ／２）｜×ｔａｎ（β／２）なる式が導かれる。
【００３７】
ＰＸを固定しＰＹを大きくしていくと上の式の右辺は｜ｃｏｓ（θ／２）｜×ｔａｎ（β／２）に収束する。さらに、ＰＸが０以上であれば、当該右辺は常に｜ｃｏｓ（θ／２）｜×ｔａｎ（β／２）以上であり、ＰＸが０以下の場合は、当該右辺は常に｜ｃｏｓ（θ／２）｜×ｔａｎ（β／２）以下である。よって、βｍ＝２ａｒｃｔａｎ（｜ｃｏｓ（θ／２）｜×ｔａｎ（β／２））としたとき、ＰＸが０以上であれば、見かけの垂直画角βＶは常にβｍ以上であり、ＰＹが大きくなるに従いβｍに近づいていく。一方ＰＸが０以下であれば、見かけの画角βＶは常にβｍ以下であり、ＰＹが大きくなるに従い、βｍに近づいていく。
【００３８】
図６は、請求項１に関する本発明の第１の実施例の水平画角詳細上面図である。図６においては、図１と同様の水平画角の関係を詳細に見た図である。平均光軸Ｘａｂは２つのレンズの光軸が交わる点を通り、Ｘ軸に垂直な直線であった。平均光軸Ｘａｂに対してカメラａ，ｂは対称な位置関係にあることから、図６の水平方向の撮像範囲である灰色の部分における見かけの垂直画角βＶは常に２眼カメラ最小垂直画角
βｍ＝２ａｒｃｔａｎ（｜ｃｏｓ（θ／２）｜×ｔａｎ（β／２））以上であることが保証される。
【００３９】
図７は、請求項１に関する本発明の第１の実施例の画角立体的説明図である。図７において、太い破線は、カメラａ，ｂの平均光軸Ｘａｂを法線とする平面で、撮像範囲を切り取った領域を表している。太い実線はこの切り口に内接する最大の長方形を示している。この長方形を１つのカメラの撮像範囲のように見なした場合の垂直画角が
２眼カメラ最小垂直画角βｍ＝２ａｒｃｔａｎ（｜ｃｏｓ（θ／２）｜×ｔａｎ（β／２））に相当する。
【００４０】
（第２の実施形態）
図８は、請求項２に関する本発明の第２の実施形態の複眼カメラ構成図である。図８においては、同じ水平画角α、垂直画角βの４つのカメラａ，ｂ，ｅ，ｆからなり、カメラａ，ｂおよびカメラｅ，ｆの両方が請求項１記載の水平交差角度θで交差させた複眼カメラとし、
βｍ＝２ａｒｃｔａｎ（｜ｃｏｓ（θ／２）｜×ｔａｎ（β／２））なる角度に対して、カメラａ，ｂの平均光軸Ｘａｂとカメラｅ、ｆの平均光軸Ｘｅｆの成す平面上でＸａｂとＸｅｆが０＜λ＜βｍなる垂直交差角度λで交差するように配置する。
【００４１】
カメラａ，ｂ，ｃ，ｄの撮像素子に写る画角の範囲は、ａ，ｂおよびｅ，ｆのそれぞれの２眼カメラの水平画角はα＋θとなるが、それぞれの２眼カメラの垂直画角は、中心辺りでは前述のようにβｍ＝２ａｒｃｔａｎ（｜ｃｏｓ（θ／２）｜×ｔａｎ（β／２））なる。前述と水平画角の場合と同様の論法で分かるように、０＜λ＜βｍなる角度λで交差させれば、２つの２眼カメラの垂直画角の重なりは保証される。この時、垂直方向の画角は垂直方向の合計がβｍ＋λとなる。しかし同様の論法から水平画角は、中央辺りでは、
４眼カメラ最小水平画角αＭ＝２ａｒｃｔａｎ（｜ｃｏｓ（λ／２）｜×ｔａｎ（（α＋θ）／２）になる。このαＭは、０より十分に大きな０＜λ＜βｍの値であれば、αより大きな値になることが保証される。
【００４２】
従って水平、垂直ともに広視野角化することが可能となる。この場合、水平方向はδ＝αＭ―θなる角度の水平画角重なり角度を、垂直方向はε＝βｍ―λなる角度の垂直画角重なり角度を保証することができる。
【００４３】
図９は、請求項２に関する本発明の第２の実施形態の画角立体的説明図である。図９は、カメラａ，ｂ，ｃ，ｄが水平、垂直で交差した状況を各カメラの画角を示す４隅の線は、複眼カメラの４隅に相当するものだけ限定して立体的に示した図である。図９においては、太い破線は、平均光軸Ｘａｂと平均光軸Ｘｅｆの成す角度の狭い方の平均とした平均光軸Ｘａｂｅｆとした時、このＸａｂｅｆを法線とする平面で、撮像範囲を切り取った領域を表している。太い実線はこの切り口に内接する最大の長方形を示している。この長方形を１つのカメラの撮像範囲のように見なした場合の垂直画角がβｍ＋λ、水平画角がαＭに相当する。以上の議論は、２眼水平最小画角αｍ，４眼最小垂直画角βＭを定義し、水平と垂直の順番を逆にして議論しても同様の関係が成りたつ。
【００４４】
（第３の実施形態）
図１０は、請求項３に関する本発明の第３の実施形態の複眼カメラ構成図である。図１０においては、同一のカメラａ，ｂ，ｃからカメラａ，ｂを請求項１の実施形態で配置し、さらにカメラｂ，ｃを同様に請求項１の実施形態で配置することで、水平画角の合計をα＋２θにでき、水平の視野角をさらに拡大することができる。垂直画角の拡大も同様に実現でき、また水平、垂直ともにα＋ｎθまたはβ＋ｍλが１８０度を超えない範囲のｎ，ｍ台のカメラを用い、本発明により画角をさらに広げた画像取得が可能になる。
【００４５】
（第４の実施形態）
図１１は、本発明の請求項１ないし請求項３に関する第４の実施形態のパソコンを利用した形態図である。図１１においては、複眼カメラ１１０１からの撮像情報１１０２をパソコン１１０３に入れ、パソコン１１０３でパノラマ合成手法などの画像合成ソフトで画像合成データ１１０４を出力する形で実施できる。
【００４６】
（第５の実施形態）
図１２は、本発明の請求項４に関する第５の実施形態の複眼カメラ構成図である。図１２においては、複眼カメラ１２０１からの撮像情報１２０２を画像合成部１２０３に入れ、画像合成部１２０３ではパノラマ合成などの画像合成処理を行い、画像合成データ１２０４を出力する。このことで、ワイドな画面情報を出力することができる。
【００４７】
図１３は、本発明の請求項４に関する第５の実施形態の画像合成部処理図である。図１３においては、複眼カメラ１３０１からの撮像情報１３０２は特徴抽出部１３０４に入力され、特徴点情報１３０５は位置合せ情報生成部１３０６に入力され。位置合せ情報１３０７は位置合せ情報記憶素子１３０８へ、位置合せ情報１３０９と記憶された位置合わせ情報１３１０は位置合わせ情報選択部１３１１により選択され、撮像情報１３０３と選択された位置合せ情報１３１２は貼り合せマスク生成部へ入力され、貼り合せマスク情報と撮像情報１３１４は色・明るさ補正部１３１５へ入力され繋ぎあわされた画像データ１３１６が合成画像データとなって出力される。
【００４８】
（第６の実施形態）
図１４は、本発明の請求項５に関する第６の実施形態のズームによる画角変化と光軸交差角度説明図である。ズーム機能付きカメラ複数台を用いた複眼カメラでは、図１２のようにカメラの画角は広角撮影時画角αとズーム撮影時画角α´に変わり、その為に光軸交差角度も広角撮影時交差角度θとズーム撮影時交差角度θ´に変える。一般にズームは１段階では無く、連続的にズームできるカメラも多いことから、本発明ではアクチュエータなどを用いて交差角度を変更する。
【００４９】
図１５は、本発明の請求項５に関する第６の実施形態の複眼カメラ処理図である。図１５では、ズーム機能付きカメラ複数台１５０１からのカメラ画角情報１５０２を、カメラ画角検知部１５０３が取り込み画角値検知し、画角情報および検知情報１５０４を出力する。カメラ画角情報１５０３はズーム機能付きカメラ複数台１５０１が画角を直接出力するカメラでない場合には、焦点情報または撮影画像情報から画角情報および検知情報１５０４を算出する。光軸交差角度検出部１５０５は、画角情報および検知情報１５０４から複数カメラ間の光軸交差角度１５０６を計算し、光軸角度制御部１５０７に送り、光軸角度制御部１５０７からの出力である光軸角度制御信号１５０８により光軸角度可動部１５０９を動作させ適正交差角度に変更する。このことで、ズーム機能により画角が変化した場合でも広視野角画像取得に必要な適正な画角重なり角度を保証でき好適な広視野角画像所得または合成画像が可能になる。
【００５０】
図１６は、本発明の請求項５に関する第６の実施形態の複眼カメラ構成図である。図１６においては、カメラａ，ｂのそれぞれを回転軸ａ４，ｂ４を中心にカメラの画角条件に合う形で、手動（または電動）で回転させることで、ズームレンズの状況に合わせて広視野角撮影を可能にする。図１６では最も広視野角の撮影時のカメラの位置を実線で示し、２つのカメラが平行光軸になる位置を破線で示している。また、この位置でのレンズ間距離Ｌａｂを６．５ｃｍ程度にすれば、３Ｄ撮影に適した配置も可能になる。
【００５１】
（第７の実施形態）
図１７は、本発明の請求項５に関する第７の実施形態の複眼カメラ構成図である。図１７においては、カメラａ，ｂおよびカメラｅ，ｆが図１６の２眼の構成である計４眼のカメラを側面から観た図である。ａ５，ｂ５はカメラａ，ｂの垂直方向の角度を、ｅ５，ｆ５はカメラｅ，ｆの垂直方向の角度をそれぞれ変える為の回転軸である。水平方向の回転軸ａ４，ｂ４，ｅ４，ｆ４および垂直方向の回転軸を中心にそれぞれのカメラの角度を図１５の処理に従い処理することで、水平方向、垂直方向ともに広視野角が可能になる。
【００５２】
（第８の実施形態）
図１８は、本発明の請求項６に関する第８の実施形態の複眼カメラ処理図である。また図１９は、本発明の請求項６に関する第８の実施形態の複眼カメライメージ図である。図１８では、請求項５に関する図１５の構成の複眼カメラ１８０１に加えレンズ間距離制御部１８０２とスライド可動部１８０４を具備し、３Ｄ撮影を行う場合にはレンズ間距離制御部１８０２からのレンズ間指示信号１８０３によりスライド可動部１８０４を動かし、図１７のようにレンズ間距離を３Ｄ撮影に適した６．５ｃｍ程度（第２の距離）にし、また広視野角撮影の場合には、レンズ間距離制御部１８０２からのレンズ間指示信号１８０３によりスライド可動部１８０４を動かし、図１９のようにレンズ間距離を十分に近接させる（第１の距離）。このことで、広視野角撮影も３Ｄ撮影も可能な複眼カメラが可能になる。第１の距離は典型的には最小距離であるが、これに限定されない。第２の距離は６．６ｃｍに限定されず、第１の距離より大きなものであればよい。第１の距離は広視野角撮影モードの距離であり、第２の距離は３Ｄ撮影モードの距離である。スライド動作の方向は、上述の第１の距離および第２の距離を実現できれば良く、直線に限定されず、湾曲、角度をもたせた複数の直線を連結したもの等、種々の曲線であってもよい。
【００５３】
（第９の実施形態）
図２０は、本発明の請求項７に関する第９の実施形態の複眼カメラ外形図である。図２０においては、レンズ間距離光軸角度連動スライド可動部を具備し、未使用時、３Ｄ撮影時、広視野角撮影時にそれぞれ手動によりレンズ間距離光軸角度連動スライド可動部の変化させる（広視野角撮影時に上述の第１の距離とし、３Ｄ撮影時に上述の第２の距離とする）ことで、広視野角撮影も３Ｄ撮影も可能な複眼カメラが可能になる。スライド方向は上述と同様に直線でも曲線でも良い。
【００５４】
以上で実施例の説明を終了する。
【００５５】
なお、この発明は上述の実施例に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。
【符号の説明】
【００５６】
ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ カメラの識別記号
ａ１，ｂ１，ｅ１，ｆ１ レンズ中心
ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２，ｅ２，ｆ２ 光軸
ａ３，ｂ３，ｅ３，ｆ３ 撮像素子
ａ４，ｂ４，ｅ４，ｆ４ 水平方向回転軸
ａ５，ｂ５，ｅ５，ｆ５ 水平方向回転軸
α，α´ カメラの水平画角
β カメラの垂直画角
βＶ みかけ垂直画角
αｍ ２眼カメラ最小水平画角
βｍ ２眼カメラ最小垂直画角
αＭ ４眼カメラ最小水平画角
βＭ ４眼カメラ最小垂直画角
θ，θ’ 水平交差角度
λ 垂直交差角度
δ，δ’ 水平画角重なり角度
ε 垂直画角重なり角度
Ｘａｂ， 光軸ａ２と光軸ｂ２の平均光軸
Ｘｅｆ 光軸ｅ２と光軸ｆ２の平均光軸
Ｘａｂｅｆ 平均光軸Ｘａｂと平均光軸Ｘｅｆの平均光軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平画角α（または垂直画角β）の同一の２つのカメラａ、ｂを具備し、カメラａ，ｂのレンズ中心を含む平面上でカメラａ，ｂの光軸を水平画角α（または垂直画角β）に対して０＜θ＜αなる水平交差角度θ（または０＜λ＜βなる垂直交差角度λ）で交差するように配置し、カメラａ，ｂのレンズ中心間距離を十分に小さく配置したことを特徴とする複眼カメラ。
【請求項２】
水平画角α、垂直画角βの４つの同一のカメラａ，ｂ，ｅ，ｆを具備し、カメラａ，ｂおよびカメラｅ，ｆの両方が請求項１記載の水平交差角度θ（または垂直交差角度λ）で交差した複眼カメラとし、βｍ＝２ａｒｃｔａｎ（｜ｃｏｓ（θ／２）｜×ｔａｎ（β／２））
（またはαｍ＝２ａｒｃｔａｎ（｜ｃｏｓ（λ／２）｜×ｔａｎ（α／２）））とし、
カメラａ，ｂの平均光軸Ｘａｂとカメラｅ，ｆの平均光軸Ｘｅｆの成す平面上でＸａｂとＸｅｆの成す角度を０＜λ＜βｍなる垂直交差角度λ（または０＜θ＜αｍなる水平交差角度θ）で交差するようにし、カメラａ，ｅとカメラｂ，ｆのレンズ間距離を十分に小さく配置したことを特徴とする複眼カメラ。
【請求項３】
請求項１ないし請求項２の複眼カメラを少なくとも１つ具備し、これら複眼カメラ（／および１眼カメラ）を組み合わせて構成したことを特徴とする複眼カメラ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の複眼カメラを具備し、画像合成部を具備したことを特徴とする複眼カメラ。
【請求項５】
ズーム機能付きカメラ複数台、光軸角度制御部、カメラ画角検知部および光軸交差角度算出部、光軸角度稼働部を具備し、カメラ画角検知部でズーム機能付きカメラの画角を取得し、カメラ画角検知部からの画角情報を基に光軸交差角度算出部で各カメラ間の交差角度を算出し、光軸角度制御でカメラの光軸を制御することを特徴とする請求項１ないし請求項４の複眼カメラ。
【請求項６】
レンズ間距離スライド制御部とスライド可動部を具備し、広視野角画像撮影の時には、レンズ間距離制御部の指示でスライド可動部をスライドしてレンズ間距離を第１の距離とし、３Ｄ撮影の時にはレンズ間距離を第１の距離より大きな第２の距離にレンズ間距離制御部の指示でスライド可動部をスライドして広げ、同時に光軸角度制御部の指示に従い光軸角度可動部で制御し３Ｄ撮影条件にあった角度に変更することを特徴とする請求項５の複眼カメラ。
【請求項７】
レンズ間距離光軸角度連動スライド可動部を具備し、広視野角撮影の時にはレンズ間距離を手動でスライドして第１の距離にし、同時に請求項１の複眼カメラの光軸交差角度を実現し、３Ｄ撮影の時にはレンズ間距離を第１の距離より大きな第２の距離に手動でスライドして広げ、同時に３Ｄ撮影条件にあった角度にし、３Ｄ撮影の視差を実現することを特徴とする複眼カメラ。
【請求項１】
水平画角α（または垂直画角β）の同一の２つのカメラａ、ｂを具備し、カメラａ，ｂのレンズ中心を含む平面上でカメラａ，ｂの光軸を水平画角α（または垂直画角β）に対して０＜θ＜αなる水平交差角度θ（または０＜λ＜βなる垂直交差角度λ）で交差するように配置し、カメラａ，ｂのレンズ中心間距離を十分に小さく配置したことを特徴とする複眼カメラ。
【請求項２】
水平画角α、垂直画角βの４つの同一のカメラａ，ｂ，ｅ，ｆを具備し、カメラａ，ｂおよびカメラｅ，ｆの両方が請求項１記載の水平交差角度θ（または垂直交差角度λ）で交差した複眼カメラとし、βｍ＝２ａｒｃｔａｎ（｜ｃｏｓ（θ／２）｜×ｔａｎ（β／２））
（またはαｍ＝２ａｒｃｔａｎ（｜ｃｏｓ（λ／２）｜×ｔａｎ（α／２）））とし、
カメラａ，ｂの平均光軸Ｘａｂとカメラｅ，ｆの平均光軸Ｘｅｆの成す平面上でＸａｂとＸｅｆの成す角度を０＜λ＜βｍなる垂直交差角度λ（または０＜θ＜αｍなる水平交差角度θ）で交差するようにし、カメラａ，ｅとカメラｂ，ｆのレンズ間距離を十分に小さく配置したことを特徴とする複眼カメラ。
【請求項３】
請求項１ないし請求項２の複眼カメラを少なくとも１つ具備し、これら複眼カメラ（／および１眼カメラ）を組み合わせて構成したことを特徴とする複眼カメラ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の複眼カメラを具備し、画像合成部を具備したことを特徴とする複眼カメラ。
【請求項５】
ズーム機能付きカメラ複数台、光軸角度制御部、カメラ画角検知部および光軸交差角度算出部、光軸角度稼働部を具備し、カメラ画角検知部でズーム機能付きカメラの画角を取得し、カメラ画角検知部からの画角情報を基に光軸交差角度算出部で各カメラ間の交差角度を算出し、光軸角度制御でカメラの光軸を制御することを特徴とする請求項１ないし請求項４の複眼カメラ。
【請求項６】
レンズ間距離スライド制御部とスライド可動部を具備し、広視野角画像撮影の時には、レンズ間距離制御部の指示でスライド可動部をスライドしてレンズ間距離を第１の距離とし、３Ｄ撮影の時にはレンズ間距離を第１の距離より大きな第２の距離にレンズ間距離制御部の指示でスライド可動部をスライドして広げ、同時に光軸角度制御部の指示に従い光軸角度可動部で制御し３Ｄ撮影条件にあった角度に変更することを特徴とする請求項５の複眼カメラ。
【請求項７】
レンズ間距離光軸角度連動スライド可動部を具備し、広視野角撮影の時にはレンズ間距離を手動でスライドして第１の距離にし、同時に請求項１の複眼カメラの光軸交差角度を実現し、３Ｄ撮影の時にはレンズ間距離を第１の距離より大きな第２の距離に手動でスライドして広げ、同時に３Ｄ撮影条件にあった角度にし、３Ｄ撮影の視差を実現することを特徴とする複眼カメラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１１−２２７３０６（Ｐ２０１１−２２７３０６Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９７２２１（Ｐ２０１０−９７２２１）
【出願日】平成２２年４月２０日（２０１０．４．２０）
【出願人】（３０１０７３１６３）マセマテック株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２０日（２０１０．４．２０）
【出願人】（３０１０７３１６３）マセマテック株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
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