２眼カメラ

【課題】２眼カメラの光軸の関係を適正に設定し、画角の重なり角度の画像を３Ｄ画像として利用できるように画像処理をすることで、パノラマ画像と３Ｄ画像を同時に撮影可能とした２眼カメラを提供する。
【解決手段】水平画角α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の画角の重なり角度をδとなるように配置し、カメラから得られる２つの全体画像から２α−δの画角相当のパノラマ画像を生成し、また重なり角度δの２つの部分画像から画像処理を行うことで視差の異なる画角δ相当の３Ｄ画像を生成することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２眼カメラに関し、特に２つのカメラの画角の重なり角度を適正に設定し、パノラマ撮影と３Ｄ撮影を同時に可能とする２眼カメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、３Ｄ映像を観ることができるＴＶやパソコンが各社から発売され、また３Ｄコンテンツの撮影手段である２眼の３Ｄカメラも発売されている。また３Ｄ用の２眼のカメラと３Ｄを観るディスプレイを同時に搭載したパソコンやゲーム機が発売されている。さらに携帯電話などの携帯機器向けの３Ｄ用の２眼カメラモジュールなども発表されるなど、３Ｄ関連分野の動向は極めて活発である。
【０００３】
３Ｄのカメラの多くは２眼カメラであるため、光軸の向きを変える機構を設けることでパノラマ撮影にも応用する「複眼カメラ」（特願２０１０−０９７２２１）を本出願人は提案している。（以後、前出願１と呼ぶことにする。本出願時点で未公開である。）
【０００４】
また既に製品化された３Ｄカメラに装着することで、パノラマ合成を可能にする「３Ｄカメラ用パノラマアタッチメント」（特願２０１０−２３９９９３）も本出願人は提案している。（以後前、出願２と呼ぶことにする。本出願時点で未公開である。）
【０００５】
前出願１の２眼カメラは、３Ｄ撮影とパノラマ撮影を切り替えて行うことが可能な考案であり、パソコンによるＴＶ会議やパノラマ動画撮影を可能とするなど今後有望な製品に繋がる考案と思われる。しかし３Ｄカメラの黎明期の現状では、新規構造のカメラの開発には、量産数が見積もれない点と少なくともコストアップの問題がある。
【０００６】
また前出願２のパノラマアタッチメントは、パノラマ撮影の時に、装着を行う手間がかかり、またミラーなどの追加の光学系を通過するため光量が減ることで暗くなる問題がある。さらに前出願１と前出願２ともに、３Ｄ画像とパノラマ画像を同時に撮影できないという大きな課題を含んでいる。
【０００７】
なお、この発明と関連する先行技術文献としては、特許文献１がある。この特許文献１は、２個のデジタルカメラの撮影レンズを上下に重なるように配置してパノラマ画像（非３Ｄ）を合成することを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許公開２００２−３６９０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、２眼カメラの光軸の向きを適正化し、光軸の変換機構のような可動部を有しなくても、パノラマ合成向けの画像と３Ｄ向けの視差のある画像を同時に取得可能とするカメラを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明によれば、水平画角αの２つのカメラａ、ｂを具備し、カメラａ、ｂの光軸とレンズ中心を含む平面上で画角の重なり角度δとなるようにカメラａ，ｂの光軸を傾けて配置し、２つのカメラから得られた画像からパノラマ合成画像を作り、重なり角度δに含まれる２つの部分画像から視差の異なる３Ｄ用の画像を生成することを可能とする。
【００１１】
請求項２の発明によれば、請求項１の２眼カメラにおいて、さらに、パノラマ合成処理部と３Ｄ画像生成処理部を具備し、パノラマ合成画像と３Ｄ画像を同時に取得できるようにする。
【００１２】
請求項３の発明によれば、請求項１ないし請求項２のいずれかに記載の２眼カメラにおいて、さらに光軸を前面でクロスさせることで画角の重なり角度δを実現することで、近景における３Ｄ画像の画角を大きく確保できる。
【００１３】
請求項４の発明によれば、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の２眼カメラにおいて、２眼カメラはそれぞれ外部からコントロール可能な光学ズーム機構を有したカメラで、ズーム信号を２つのズーム機構に同時に入力することでパノラマ撮影および３Ｄ撮影に対してもズーム機能を実現できる。
【００１４】
また、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の２眼カメラにおいて、さらに光軸角度変更部を具備し、ズームに連動して適正なパノラマ画角と３Ｄ画角を実現できるようにしてもよい。
【００１５】
請求項５の発明によれば、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の２眼カメラにおいて、３Ｄ用部分画像輻輳角対応投影変換部を具備し、３Ｄ撮影において立体感を調整できるようになる。
【００１６】
請求項１の発明のように、２眼のそれぞれの画角αを重なり角度δとなるように配置することで、２α−δの視野角の画像の取得が可能になり、かつ重なり角度δに含まれる２つの部分画像は、同一被写体を異なる視点から見た画像情報を含むため、３Ｄ用の画像を生成することが可能になる。
【００１７】
請求項２の発明のように、パノラマ合成処理部と３Ｄ画像生成処理部を具備すれば、２眼カメラからの映像をパノラマ合成処理部で合成し、かつ３Ｄ画像生成処理部で３Ｄ画像を作ることが同時に可能になる。
【００１８】
請求項３の発明のように、重なり角度を光軸が前面でクロスするように実現することで、近景に関しても一定の画角の３Ｄ画像の取得を可能にでき、またパノラマ合成においても共通領域が一定の画角が保証できるためパノラマ合成処理で共通点が少なくなる問題を回避できる。
【００１９】
請求項４の発明のように、２眼カメラはそれぞれ外部からコントロール可能な光学ズーム機構を有したカメラで、ズーム信号を２つのズーム機構に同時に入力することで、パノラマおよび３Ｄの同時撮影の機能にズーム機能を光軸固定の配置でも実現できる。
【００２０】
また、光軸角度変更機構を具備することで、パノラマおよび３Ｄの同時撮影において請求項４のズーム機能をさらに最適な画角として実現できる。
【００２１】
請求項５の発明のように、３Ｄ用輻輳角変更処理部を具備することで、３Ｄ撮影時に立体感（飛び出した感じや奥まった感じ）を調整することが可能になる。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１〜請求項３の２眼カメラは、水平画角の重なり角度を適正に設定し、この重なり角度をパノラマ合成の位置合わせ処理と３Ｄ画像生成処理を行うことで、広視野角のパノラマ画像と立体映像を観ることができる３Ｄ画像を同時に取得できる。光軸の可変機構が無いため、コストの課題や信頼性において大きなメリットがある効果がある。
【００２３】
また請求項４の２眼カメラにおいて、それぞれのカメラはズーム機構を有したカメラを採用することで、光軸固定であるにも関わらず、パノラマ画角や３Ｄ画角をズームできる機能が実現できる効果がある。
【００２４】
また請求項５の２眼カメラではカメラａとカメラｂの重なり角度に含まれる部分画像の投影変換の投影面を個別に設定する３Ｄ用輻輳角設定処理部有することで、飛び出し感や奥行き感などを随時設定が可能になる効果がある。
【００２５】
この発明の上述の側面および他の側面は特許請求の範囲に記載され以下実施例を用いて詳述される。この発明は上述の課題や効果に限定されないことに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の請求項１に関する実施形態の２眼カメラ画角関係図である。
【図２】本発明の請求項１に関する実施形態の２眼カメラ画角構成図である。
【図３】本発明の請求項１に関する実施形態のパソコンによる実現図である。
【図４】本発明の請求項１に関する実施形態のパノラマ視野角効果説明図である。
【図５】本発明の請求項１に関する実施形態の投影・パノラマ・３Ｄ画像イメージ図である。
【図６】本発明の請求項２に関する実施形態の２眼カメラ構成図である。
【図７】本発明の請求項３に関する実施形態の２眼カメラ画角構成図である。
【図８】本発明の請求項４に関する実施形態の２眼ズームカメラ構成図である。
【図９】本発明の請求項４に関する実施形態の固定光軸ズーム時画角関係図である。
【図１０】本発明の請求項４に関する実施形態の固定光軸ズーム時水平画角表を示す図である。
【図１１】本発明の請求項５に関する実施形態の輻輳角設定処理部説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の２眼カメラの実施の形態を説明する。
【００２８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の請求項１に関する実施形態の２眼カメラ画角関係図である。図１においてカメラａとカメラｂのレンズ間距離に対してほぼ無限遠とみなせるように十分な遠景と仮定した時の図で、そのためカメラａとカメラｂは同一点に記載している。カメラａおよびカメラｂはともに水平画角はαとし、２つのカメラの画角の重なり角度をδになるように設定する。
【００２９】
図２は、本発明の請求項１に関する実施形態の２眼カメラ画角構成図である。図２においてカメラａとカメラｂのレンズ間距離Ｌａｂと直交する破線矢印方向に対して、カメラａの光軸は左外側に角度εだけ傾け、カメラｂの光軸は右外側に角度εだけ傾け、このことにより、δ＝α―２εの重なり角度を実現する。カメラａ、カメラｂの視野の範囲は２α−δになる。
【００３０】
図３は、本発明の請求項１に関する実施形態のパソコンによる実現図である。図３において、２眼カメラ（３０１）からの映像出力（３０２）をパソコン（３０３）で取り込み、ソフトウエア処理でパノラマ合成処理および３Ｄ画像生成処理を行い、パソコン（３０３）からパノラマ合成画像データ（３０４）と３Ｄ画像データ（３０５）を出力する。
【００３１】
図４は、本発明の請求項１に関する実施形態のパノラマ視野角効果説明図である。図４においては、左図は３名がパソコンに取り付けられたカメラの前に被写体として３名が前に座った状況で、中央はα＝６０度の画角の場合、右図はδ＝４０度の重なり角度の場合に、本発明の２眼カメラで視野角が２α―δとなる場合の撮影範囲を示している。
【００３２】
図５は、本発明の請求項１に関する実施形態の投影・パノラマ・３Ｄ画像イメージ図である。図５において上段は図４の右図のように撮影した場合に、カメラａとカメラｂのそれぞれを大平面に投影した画像、下段の図はパノラマ合成画像と３Ｄ生成画像のイメージを示している。
【００３３】
図２のように画角の重なり角度をδとなるように設定し、図１の画角関係を実現し、図３のようにパソコンソフトウエアによりパノラマ合成処理と３Ｄ画像生成処理を実行すれば、図４のような使用シーンにおいて図５の下段のようにパノラマ合成画像と３Ｄ生成画像を作成することができる。
【００３４】
図６は、本発明の請求項２に関する実施形態の２眼カメラ構成図である。図６において、請求項１の２眼カメラ（６０１）からのカメラ画像出力（６０２）を、パノラマ合成処理部（６０３）でパノラマ合成処理が成されパノラマ合成画像データ（６０４）を出力する。またカメラ画像出力（６０２）は３Ｄ画像生成処理部（６０５）において、３Ｄ画像生成処理が成され３Ｄ画像データ（６０６）を出力する。
【００３５】
図７は、本発明の請求項３に関する実施形態の２眼カメラ画角構成図である。図７において、カメラａとカメラｂのレンズ間距離Ｌａｂと直交する破線矢印方向に対して、カメラａの光軸は右内側に角度εだけ傾け、カメラｂの光軸は左内側に角度εだけ傾け、このことにより、δ＝α―２εの重なり角度を実現する。カメラａ、カメラｂの視野の範囲は２α−δになる。
【００３６】
図８は、本発明の請求項４に関する実施形態の２眼ズームカメラ構成図である。図８において、請求項１ないし請求項３の２眼カメラであり、カメラａ（８０２）のズーム機構（８０４）とカメラｂ（８０３）のズーム機構（８０５）に、ズームレバーなどで指定されたズーム指示信号（８０１）が同時に入力され、同じ焦点距離に変更され、カメラａ（８０２）からはカメラａ画像情報（８０６）、カメラｂ（８０３）からはカメラｂ画像情報（８０７）が出力される。
【００３７】
図９は、本発明の請求項４に関する実施形態の固定光軸ズーム時画角関係図である。図９において、最大広角時の水平画角をαｍａｘとし、その時の２眼カメラの水平画角の重なり角度をδｍａｘとなるようにカメラａの光軸Ｘａとカメラｂの光軸Ｘｂを固定する。ズームによりカメラａ，ｂの水平画角がαに縮小変更された時の２眼カメラの重なり角度はαの関数と考えることができるので、δ（α）と表すと、３Ｄ画像を生成できる角度はδ（α）であり、正数とすべき点と、図９から分かるように次の関係式を満たす必要がある。
δ（α）＝δｍａｘ＋α―αｍａｘ＞０（１）
この時のパノラマ合成で実現できるパノラマ水平画角は２α―δ（α）である。
【００３８】
例えば３５ｍｍ判換算の焦点距離が２５ｍｍから１２５ｍｍまでの光学ズームが可能なカメラのアスペクト比４：３のカメラ２眼の場合には、最大広角時の２５ｍｍの場合の水平画角は、７１．５１°となり、焦点距離が大きくなるに従って水平画角は小さくなり、１２５ｍｍの焦点距離では１６．３９°になる。δｍａｘを決めると最大広角時のパノラマ合成によって実現できるパノラマ水平画角２αｍａｘ−δｍａｘと３Ｄ水平画角δｍａｘが決まるが、同時にαに応じて実現できるパノラマ水平画角２α−δ（α）と３Ｄ水平画角δ（α）が決まる。
【００３９】
図１０は、本発明の請求項４に関する実施形態の固定光軸ズーム時水平画角表である。図１０において、１行目は最大広角時の２５ｍｍから２倍ズーム時の５０ｍｍ、３倍ズーム時の７５ｍｍ、４倍ズーム時の１００ｍｍ、５倍ズーム時の１２５ｍｍまでの５つの焦点距離を表し、２行目には対応するカメラの水平画角を表している。δｍａｘを４３．０２°から５°ずつ大きくして行くと、最大広角時のパノラマ水平画角は１００°、９５°、９０°、８５°、８０°となり、水平画角αをズームに応じ変えた時のそれぞれのパノラマ水平画角を上段に、３Ｄ画像の水平画角を下段に示した表である。
【００４０】
斜め斜線（／）の部分は、（１）式の条件を満足しない部分である。またパノラマ合成では、画角の重なり角度の部分を共通領域として接続することから、αに対するδ（α）の比δ（δ）／αが０．２程度は必要とした場合、図１０の中の□枠で囲った数値の部分のみが満足する。図１０からパノラマ合成の最大水平画角を大きくするに従い可能なズーム倍率が制限されるが、固定光軸であるにも拘らずズームが可能であることが分かる。
【００４１】
図１１は、本発明の請求項５に関する実施形態の輻輳角設定処理部説明図である。図１１においては、図１に対応する画角関係の場合、重なり角度δに含まれるカメラａとカメラｂの部分画像に対して、カメラａ３Ｄ投影面とカメラｂ３Ｄ投影面と独立の３Ｄ用投影面を設け、それぞれ独立に投影変換を行うことで視差を自由に設定できる。
【符号の説明】
【００４２】
ａ，ｂ２眼カメラの記号
α カメラの水平画角
δ ２眼カメラの水平画角の重なり角度
ε 光軸の傾け角度
Ｌａｂカメラａとカメラｂのレンズ間距離
αｍａｘズームカメラの最大広角時の水平画角
δｍａｘズームカメラの最大広角時の２眼カメラの水平画角の重なり角度
δ（α）ズームカメラの水平画角α時の２眼カメラの水平画角の重なり角度
Ｘａ固定光軸時のカメラａの光軸
Ｘｂ固定光軸時のカメラｂの光軸

【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平画角αの２つのカメラａ、ｂを具備し、カメラａ，ｂの光軸とレンズ中心を含む平面上で水平画角の重なり角度δとなるようにカメラａ，ｂの光軸を傾けて配置し、２つのカメラから得られた画像から水平画角２α―δ相当のパノラマ合成画像を作り、重なり角度δに含まれる２つの部分画像から視差の異なる水平画角δ相当の３Ｄ用の２画像を生成することを特徴とする２眼カメラ。
【請求項２】
請求項１の２眼カメラにおいて、さらに、パノラマ合成処理部と３Ｄ画像生成処理部を具備し、パノラマ合成画像と３Ｄ画像を同時に取得できるようにしたことを特徴とする２眼カメラ。
【請求項３】
請求項１ないし請求項２の２眼カメラにおいて、光軸を前面でクロスさせることで画角の重なり角度δを実現したことを特徴とする２眼カメラ。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の２眼カメラにおいて、２眼カメラはそれぞれ外部からコントロール可能な光学ズーム機構を有したカメラで、ズーム信号を２つのズーム機構に同時に入力することを特徴とする２眼カメラ。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の２眼カメラにおいて、さらに３Ｄ用輻輳角設定処理部を具備し、３Ｄ撮影において立体感を調整できるように構成されたことを特徴とする２眼カメラ。

【図１】