JPH04108288A - 立体映像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は立体映像を提供する立体テレビジョンシステム
において、立体画像を撮影する立体カメラの構造に関す
る。

（従来の技術〕 人間が立体を知覚する要因は多くあるが、そのうち主要
な働きを持つ要因としては、左右の眼の位置の違いによ
り発生する映像のずれ、すなわち両眼視差と、物体を注
視する際の両眼の内寄せあるいは外寄せ運動、すなわち
両眼幅幀がある。２台のテレビカメラを用い、これらの
要因を発生させて立体視映像を取り込み、これらの映像
を人間の両眼に独立して提示することにより立体感覚を
与える立体テレビシステムが開発されている。人間に立
体視映像を提示する方法としては、第２図に示すように
、２台のモニタを左右の眼にそれぞれ独立に配置する方
法や、第３図に示すようにハーフミラ−を用いて２台の
モニタの映像を合成し、偏光を利用して左右の像を左右
の眼に分離して投入する方式や、第４図及び第５図に示
すように、一つのモニタに左右の映像を重ね、電子シャ
ッタや偏光を用いて映像を分離する方式がある。一つの
モニタを用いたものの一例を第６Ａ図に示す。

また、その各部の波形図を第６Ｂ図に示す。第６Ａ図に
おいて、左カメラヘッド１と右カメラヘッド２は互に両
眼視差のある映像を撮影する。Ａ／Ｄ変換器３，４は左
右のカメラヘッド１，２が出力するビデオ信号５，６を
ディジタル化してフレームメモリ７．８に記録し、倍速
立体変換器９はこの記録信号を交互に読み出して倍速立
体ビデオ信号１０に組み込み、これをＤ／Ａ変換器１１
でアナログ信号に変換し、これを倍速スキャンモニタ１
１に映し出す。液晶メガネ１２は倍速立体変換器９で生
成されるフレームと同期したシャッタ信号１３．１４に
より、倍速スキャンモニタ１２に交互に映し出されるそ
れぞれのフレームに同期して液晶シャッタを開閉する。

従って、人聞の左眼には左のフレームＬのみが見え、右
眼には右のフレームＲのみが見える。従って、両眼視差
の効果により人間は立体映像を知覚することができる。

液晶シャッタの代りに偏光シャッタをモニタ画面に置き
、あるいはビデオプロジェクタの投影レンズの前に偏光
シャッタを置き、左右のフレームに同期させてこの偏光
シャッタを切換え、左右のレンズが偏光方向の異なる偏
光レンズを用いた偏光メガネを観察者が着用することに
よって左右の映像を分離し、立体像を得る方式もある。

従来の立体視技術については、「日経エレクトロニクス
Ｊ　ＮｃＬ４４４　（１９８８，４，４）の第２０５頁
から第２２３頁まで、及び精密工学会誌５／４／２／１
９８８の第１頁から第３１頁までに詳しく論じられてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、映像を取り込む２台のカメラヘッド１．２の
相対位置関係には次の２つの方法がある。

そのＬつは、第７図に示すように、２つのカメラヘット
の光軸を平行に配置するものである。平行に置かれた２
台のカメラヘット１，２の油力に映像の対象物１５があ
るとすると、この物体の像はレンズ１６．１７によって
撮像面１８．１９に結ばれる。第７図では撮像面の像Ｑ
、ｒの大きさと方向を引出線により示している。

撮影された２つの像Ｑ、ｒは第８図に示すようにモニタ
画面２０に交互に表示され、これを人間の眼球２１．２
２でとらえることになる。左眼２１は左側から見た映像
Ｑを、右眼２２は右側から見た映像ｒを見るので、両眼
視差により見える合成像２３の位置はモニタ画面より手
前側にある。

今、第７図において、対象物１５が２台のカメラヘッド
１．２の中間軸上を無限遠点に移動したとすると、対象
物からの光は平行光線になり、その像は左右の撮像面１
８．１９のそれぞれの中心点に結ばれる。これを第８図
に示すモニタ画面２０上に表示すると、無限遠点はモニ
タ画面２０の中心部に位置することになる。すなわち無
限遠点にある対象物からの光は平行光線になるので、機
態とｒとの間に視差は発生しない、対象物が無限遠点に
おいて左右に移動すると、立体像の位置はモニタ画面２
０上を移動する。つまり、モニタ画面の位置は無限遠点
に対応する。従って、実空間上の全ての点に対応する立
体映像はモニタ画面２０より手前側に生ずることになる
。また、第７図において、２台のカメラヘッド１，２の
平行な光軸２４．２５の内側の領域は第８図の両眼の光
軸２６．２７の内側の領域に対応することになる。

このため、実際の空間がモニタ画面２ｏの手前側に圧縮
して表現されることになり、また左右の広がりも対象物
までの距離に応じて圧縮される。従って、像は変形する
ので、立体像を正しく表現することができない。これは
式を用いて次のように示される。

第９図に示すように記号を定める。対象物の点ｐ（ｘ、
ｙ）の、左カメラの撮像面１８上の像の位置ｍＬと、右
カメラの撮像面１９上の像の位置ｍＲは、撮像面からレ
ンズまでの距離ｄとレンズ間隔すにより次のように表さ
れる。

ｙ （１）、　（２）式より ｍｔ、＝　　　（ｂ／２＋ｘ）　　　　　　　　　　　
・＝（３）ｒｎＲ＝　　　Ｃｘ−ｂ／２）　　　　　　
　　　　　・＝（４）ただし、第９図の設定ではｍＲは
負の値になるので、第９図では負の符号をつけて示しで
ある。

モニタ画面２０上の像の大きさＭＬ、ＭＲは撮像面の大
きさＳとモニタ画面の大きさＳにより次のように表され
る。

ＭＬ＝　　　ｍし　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　・・・（５）Ｍ　Ｒ：　−ｍ　Ｒ・・・（６
） 第９図の設定ではＭＲも負の値になるので、第９図では
負の符号をっけて示しである。

以上により、立体像ｐ（ｘ、ｙ）の位置は次のようにし
て得られる。両眼間隔をＥとして（１０）式と（１３）
、　（＋４）式より（８）式より （７）、　（９）式より （９）式と（１４）式より Ｅｓｙ Ｙ＝ ｂｄＳ＋Ｅｓｙ （１）、　（５）式より （２）、　（６）式より （ＩＩ）、　（１２）式より （１５）式より又はＸとｙの関数となり、ｙの影響を受
けることがわかる。また、　（１６）式よりＹはＸとは
無関係であるが、ｙとは線形に関係にはならない。ｙが
無限大になるとＹはＤに収束し、無限遠点がモニタ画面
の位置に再現されることがわかる。このときＸが有限値
ならばＸはＸに係らずＯになり、被写体側の空間の無限
遠点はモニタ画面中央の１点に集約される。Ｘが無限に
拡大するときはＸは−に収束する。このように、テレビ
カメｙ うを平行に配置した場合は被写体側空間は立体視再生側
空間のモニタ画面２０の手前側に圧縮され、かつカメラ
から遠くに離れる程、横方向が圧縮されて再生される。

従って、正しい立体視像を再生することはできない。

第１０図１．こ、云すように、２台のテレビカメラの光
軸を交差させる方法も用いられる。二の場合は後述する
ように、モニタ画面より後側にも立体像が再生できるが
、撮像面１８と１９が斜めになり。

同一　η向を向いていないので、次のような不都合が生
しる。被写体として正面から見て正方形の面を持”−５
）物体を用いると、左カメラは正方形を左側から見るこ
とになるので、第１１図に示すように撮像面１８には左
側が拡大され右側が縮小された像が写る４同様番コ撮像
面１９には右側が拡大され柾側が縮小された像が写る、
これをモニタ画面２０１に重ねて表示すると、二つの像
は対応する縦線の長ざが異なる。これを立体視しようと
すると、第１２図に示すように、画成される立体像の縦
線２８は長さの異なる像を合成することになるので不自
然であり、正しい立体感が得られない。

以下、解析によってこれを示す。

第１３図に示すように、２つのレンズ１６゜１７の中心
を結ぶ線からカメラの光軸の交点２９までの距離をａ、
撮像面１８と１９の中心間距離をｂ、レンズ１６，１７
の間隔をｅとすると、第１３図における幾何学的関係か
ら、点１６と点２９の間隔はａ　　＋ｅ　／４　、点ｐ
と点３ｏとの（ｅ／２）ｘ 隔は　　　　　、点２９と点３０の間隔は（ｅ／２）ｘ ａ−ｙ−、点３０と点３２の間隔は ／ｖ’ａ　２＋　ｅ　２／　４　　となる。従って、撮
像面１８上の像の位置ｍしは次のように表される。

に表される。

同様にしてｍＲを求める。第１４図において、点２９と
点３３の間隔はａ−ｙ、点２９と点３４の間隔は（ａ−
ｙ）Ｖ１丁〒］１−７１−／　ａ、点３３と点３４の間
隔は（ａ−ｙ）（ｅ／２）／　ａ、点ｐと点３４との間
隔はｘ−（ａ　−ｙ）（ｅ　／　２）／　ａ、点ｐ従っ
て、撮像面１９上の像の位ＩｍＲは次のようモニタ画面
への投影の条件は同じなので、〜（ｌＯ）式は成立する
。

従って立体像の位置Ｐ（Ｘ。

Ｙ） は次のようにして求めることができる。

（５）。

（６）。

（１７）。

式より ・・・（１９） ・・・（２０） 従って、 （１０）式より 式より １！ 以上により、Ｘ、Ｙはｘ、ｙに対し非線形となり、再生
像には歪みが発生する。従って、正しい立体像は画成で
きない。

以上により、従来の方法では正しい立体像が画成できな
いことがわかった。従って、従来とは異なる構造のカメ
ラにより正しい立体像が再生できる立体カメラが必要で
ある。

また、観察者が前後や左右に位置を移動すると、立体像
はこれに伴って変化し、歪んだ映像になるため正しい立
体像を得ることができない、このため、観察者の位置の
移動があっても映像が変化しないような手段が必要であ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明による立体カメラで
は２台のテレビカメラの゛撮像面の法線が平行になるよ
うに配置し、かつ２つのレンズの中心の間隔よりも２つ
の撮像面の映像中心に対応する撮像点の間隔が大きくな
るように信号処理を行い、レンズの中心と映像中心に対
応する撮像点を結ぶ線が立体カメラの前方で交わるよう
にしたものである。

〔作用〕

第１５図に示すように、２台のテレビカメラを平行に配
置し、２台のテレビカメラの前方ａの距離にある点とテ
レビカメラのレンズの中心を結ぶ直線が撮像面１８．１
９と交わる点３６．３７を映像中心点とし、この映像中
心点３６．３７がモニタ画面２０の中心点３８に一致す
るように映像を再生するものとする。このときの点ｐ（
ｘ、ｙ）の立体再生像Ｐ（Ｘ、Ｙ）の位置は次のように
求まる。第１５図に示す幾何学的関係より映像中心点の
間隔すは次のように求まる。

ｄ　　　　　　　　　　ａ ゆえに 像の位置ｍＬｔ　ｍＲは （ｅ／２＋ｘ）−（ｅ／２） ｍＬ　　　　　　　　　　　　　　　　　　ａｄ　　　
　　　　　　　　　　ｙ ・・・（２５） ｄ　　　　　　　　　　　　　Ｙ また、撮像面の大きさＳとモニタ画面の大きさＳより、
モニタ画面２０上の像の大きさＭＬ、ＭＲは Ｍし＝ ・・（２７） Ｍ　Ｒ＝　−ｍ　Ｒ ・・・（２８） となる、立体像ｐ（ｘ、ｙ）の位置は次のようにして得
られる。

Ｄ　　（ＭＬ＋ＭＲ）／　２ Ｙ　　　　　　　ｘ ・・・（２９） Ｙ−ＤＭＲ−ＭＬ ・・・（３０） （３０）式より ２　ｄ　Ｅ　Ｓ　ｘ　／　ｍ　ｙ （２９）、　（３１）式より （２５）、　（２６）式より ｍＬ＋ｍＲ：　　（２（ｅ／２＋ｘ）−ｅ）（２７）、
　（２８）と（３３）、　（３４）式より２二で、テレ
ビカメラのレンズから光軸の交点２９までの距離ａとレ
ンズから撮像面までの距離ｄとの比がカメラ間隔ｅと観
察者の両眼距離Ｅとの比にモニタ画面の大きさＳと撮像
面の大きさＳとの比を乗じたものに等しいとする。すな
わち、ｅＳ −＝−・−・・・（３８） Ｅｓ （３８）式を（３７）式に代入すると、Ｘ　＝　−ｘ　
　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（３９）と
なる、また、（３１）、　（３６）式より（３２）、　
（３５）、　（３６）式より（３８）式を（４０）式に
代入すると、　　Ｓ　ｅ ここでさらに観察者からモニタ画面までの距離りとレン
ズから撮像面までの距離ｄがモニタ画面の大きさＳと撮
像面の大きさＳの比に等しいとする。

すなわち、 （４２）式を（４１）式に代入すると。

Ｙ＝−ｙ　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・
（４３）（３９）式と（４３）式より、立体再生像ｐ（
ｘ、ｙ）は元の点ｐに対してＥ／ｅ倍に表現され、完全
に等方性である。従って、歪の無い正確な立体像が得ら
れる。カメラ間隔ｅを観察者の両眼間隔に等しくすれば
、立体再生像は立体カメラの前の環境をそのまま正確に
表現できる。また、（３８）式と（４２）式で表される
条件を保ったままカメラ間隔ｅが小さい立体カメラを用
いれば、再生像は拡大される。

逆にｅが大きいカメラを用いれば、立体再生像は縮小さ
れる。このとき、リニアリティは保たれる。

Ｅ／ｅを立体像拡大率νとすると。

ｙ＝−川（４４） （３８）、　（４２）、　（４４）式よりａ＝Ｄ／ν　
　　　　　　　　　　　・・・（４５）となる、従って
、歪のない立体像を得るための２つの条件は（４２）式
と（４５）式から次のように表される。

［条件１コ 観察者はカメラのレンズ中心から撮像面までの距離にモ
ニタ画面の大きさＳと撮像面の大きさＳの比を乗じた値
りの距離だけモニタ画面がら離れた位置で観察すること
。

［条件２］ ２台のカメラの光軸の交点からカメラのレンズの光学中
心を結んだ線までの距離ａは観察者がらモニタ画面まで
の距離りにカメラ間隔ｅと観察者の両眼間隔Ｅとの比、
すなわち立体拡大率γの逆数を乗じたものに等しくなる
ように設定されなければならない。

〔実施例〕

撮像面の映像中心をずらす第１の方法を第１図に示す、
撮像面３９上ではインタレース方式であれば走査線１本
おきに撮像面がスキャンされ、映像信号４０を得る。こ
の映像信号４０には次のスキャンとの間に水平または垂
直同期信号４１がこの部分の映像信号に置き換えられて
いる。モニタ画面４２では同期信号より一定時間ｔだけ
経過したところから画面をスキャンして映像信号を光の
明暗に変えていく、このとき、撮像面の中心４３はモニ
タ画面の中心４４とほぼ一致している。今。

通常より早くした同期信号４５を映像信号４０と合成し
たとすると、モニタ画面４２には通常より早めの映像信
号がスキャンされることになるので、画面枠４６の映像
がモニタ画面４２に映されることになる。従って、この
モニタ画面４６上では映像が右側に移動する。この結果
、画面枠４６の画像中心４７は撮像面３９上で左側に寄
った画像中心４８に対応することになる。同期信号を遅
くすれば１画像は左側に寄り、撮像面３９上の映像中心
は右側に寄る０以上により、同期信号のタイミングを正
規の状態より早めたり遅くしたりすることにより、撮像
面上の画像中心の位置を調整することが可能である。

立体視用合成信号４８は第１６図に示すようになり、左
右のカメラの信号が交互に組合わされている。Ｌで示さ
れる範囲が左カメラ、Ｒで示されるのが右カメラの映像
信号である。水平同期信号は幅の広い垂直同期信号を境
にして左のカメラと右のカメラとは逆方向にずれており
、モニタにおける水平走査信号４９は水平同期信号を基
点に一定時間ｔｌ後に水平スキャンを始める。また、垂
直同期信号のあとの最初の水平スキャンは垂直同期信号
からｔｚ時間後に水平スキャンを始める。

このときｔｌとｔｚの関係は水平スキャンを行うのこぎ
り波の周期が一定になるように定める。なお、図では水
平同期信号のカラーバースト信号は省略した。

第１７図に立体カメラの同期信号をずらす実施例を示す
、同期信号発生器５０は第１８図のＣａ）。

（ｂ）、（ｃ）で示す位相のずれた３種の／＜／レス信
号を発生する。左カメラ５１及び右カメラ５２番士同期
信号発生器５０より出力される同期信号ＣＬ。

ＣＲに同期して映像信号５３．５４を発生し、同期信号
合成器５５．５６に入力する。同期信号合成器５５．５
６は映像信号５３．５４と、同期信号発生器５０から出
力される同期信号ＳＬ、ＳＲをそれぞれ合成し１合成映
像信号５７．５８を出力する。立体合成器５９は合成映
像信号５７．５８を交互に組み合わせて立体映像合成信
号６ｏをつくり、これを出力する。ここで、同期信号発
生器５ｏはテレビカメラの同期信号ＣＲ，ＣＬには（ｂ
）のパルス信号を送り、映像中心を左側シこ寄せたし１
ときはパルス信号（ｂ）より位相の進んで塾するノ（ル
ス信号（ａ）を同期信号ＳＬまたはＳＲとして送り、映
像中心を右側に寄せたいときはノ（ルス信号（ｂ）より
位相の遅れたパルス信号（ｃ）を同期信号ＳＬまたはＳ
Ｒとして送ればよ％、％。位相差ｊｐ、ｔ＊を調整する
ことによって、映像中心の位置を任意に調整できる。

映像中心をずらす第２の方法は立体映像を再生するモニ
タにおいて水平同期信号よりスキャンを始めるまでの時
間ｔを変更する方法である。第１９図に示すように、立
体視用合成信号６１は同期信号は通常のままのタイミン
グで組み込まれているが、水平同期信号から水平走査信
号でスキャンを開始するまでの時間ｔが異なる時間ｊＬ
＋　ｊＲとなっている。すなわち、左右の映像信号に同
期して、時間１１．とｔＲが交互に切換えられる。従っ
て、結果的に水平走査信号６２は第１の方法で得られる
水平走査信号４９と同じにできる。

第２０図にこの第２の方法に対する実施例を示す、同期
信号発生器５０はテレビカメラ５１゜５２に同期信号Ｃ
Ｒ，ＣＬを送る。図示しないが、テレビカメラ５１．５
２の映像信号は通常の方法で同期信号と合成され、さら
に立体合成映像信号として、モニタへ送られる。同期信
号発生器５０はまたモニタの水平スキャン信号発生器６
３に水平岡期信号Ｓｂを送り、のこぎり波６４を発生さ
せ、水平出力器６５にて増幅して水平コイル６６を駆動
する。同期信号発生器５０は第２１図に（ａ）、（ｂ）
、（Ｃ）で示す位相のずれたパルス波を発生し、テレビ
カメラ５１．５２には（ｂ）を同期信号ＣＲ，ＣＬに交
互に出力し、水平スキャン信号発生器６３への出力Ｓ、
はＣＲとＣｔ、に同期して（ａ）または（ｃ）の出力を
交互に出力する。

従って、左右のテレビカメラの映像信号と水平同期信号
（ａ）または（ｃ）とは対応し、左右のテレビカメラの
映像中心は位相ずれ１−．１−により個別に映像中心の
位置を変えることができる。

第２２図には他の実施例を示す、第２３図は各部の波形
を示す。この方法はテレビカメラから送られてくる立体
合成映像信号６７を基に水平スキャン信号のタイミング
を調整する方法である。同期信号分離器６８は立体合成
映像信号６７より水平同期信号６９と垂直同期信号７０
を分離する。

この水平同期信号６９と垂直同期信号７ｏは信号遅延器
７１．７２に入力され、それぞれ時間遅れを加えられて
水平同期信号７３．７４として水平スキャン信号発生器
６３に入力され、のこぎり波６４を発生させ、水平出力
器６５にて増幅して水平コイル６６を駆動する。水平同
期信号からの遅延時間１．とｔｏは垂直同期信号７０が
信号遅延器７１に入力されるごとに切り換えられるので
、左右の映像信号と水平同期信号の遅れとは対応する。

垂直同期信号からの遅れｔｓｖ　ｔｓはそれぞれパルス
間隔ｔゎが一定になるように定めれば良い。

映像中心をずらす第３の方法は画像メモリを使う方法で
ある。２台のテレビカメラで得られた映像信号をＡ／Ｄ
変換してディジタル化し、第２４図に示すように画像入
力回路７５．７６に入力すると映像信号は画像メモリ７
７．７８に記録される。立体画像合成読出し回路７ｇは
２つの画像メモリ７７．７８の映像信号を交互に読み取
って立体視用ビデオ信号を合成するが、このときに画像
メモリの読取り先頭アドレスを変更することにより映像
をずらす。例えば、映像信号を進める場合には画像メモ
リの先頭部分を省略して途中から読み込みを始める。映
像信号を遅らせる場合には、画像メモリの終端部前から
読み込みを開始して、終了点に達したら先頭アドレスに
もどるか、ダミー信号を先頭に加えることにより映像信
号を遅らせることができる。

ここで、立体映像の拡大率を変えることを考えてみる。

（３９）、　（４３）式より、再生立体像の拡大率は観
察者の両眼間隔Ｅと２台のテレビカメラの間隔ｅの比で
決まる。観察者の両眼間隔Ｅは観察者によって一定であ
るので、拡大率を変えるためには２台のテレビカメラの
間隔ｅを変えれば良い。

このとき前述の２つの条件は守られなければならない。

（４２）式で示される条件はｅの変更には直接関係は無
く、そのまま保たれる。　（４５）式で示される条件は
、ＥとＤが一定とすると、ａとｅの比が一定にならなけ
ればならないことを示している。

（２４）式より であるから、ｄを変えない限り、映像中心のずれ量（ｂ
−ｅ）／２　　を一定のままでｅを変えればａも比例し
て変化することになる。従って、立体映像を拡大したい
場合には２台のテレビカメラの間隔ｅを小さくすれば良
く、縮小するにはｅを大きくすれば良い。カメラの間隔
ｅを調整する手段の一実施例を第２５図に示す、２台の
テレビカメラ８０．８１はスライドレール８２に支えら
れたスライドベース８３，８４の上に固定されている。

このスライドベースはリードが逆のねじを両端に切った
ねじ４Ｉ８５とこれにかみ合う雌ねじ８６゜８７により
逆方向にスライドされる。ねじ棒８５はモータ８８によ
り駆動される。

ところで、モニタ画面に対する観察者の位置はテレビカ
メラの間隔や画面及び撮像面の大きさやレンズの焦点距
離と密接な関係があり、正しい立体像を見るためには定
められた場所で観察しなければならない、しかしながら
、一定の位置に拘束されることは行動の自由を失うこと
になり、好ましくない場合も多い。そこで、正規の位置
がら観察者が移動した場合に、立体像が元のままの状態
で変化しないように見えるためにはどうすれば良いかを
考える。

今、第２６図に示すように、観察点をモニタ画面からＤ
の距離からＤ′の距離のところに移動したとする。モニ
タ画面上にある映像の位［Ｍ　Ｌ　？ＭＲが元のままで
あるとすると、立体像Ｐは破線の交点で示すように、モ
ニタ画面から離れる方向に後方に移動する０図示しない
が、Ｐがモニタ画面より手前にある場合は、同じくモニ
タ画面より離れるように手前側に移動する。すなわち、
モニタ画面を中心にして前後軸が延長され、左右軸と拡
大率が異なる結果になる。これを紡ぐには、第２７図に
示すように、ａ、ｄの長さを　　、ｄｉに変更する必要
がある。このとき、（４２）式及び（４５）式に示す関
係は保たれねばならない、すなわちａＪ、ｄｉの値は（
４４）、　（４５）、　（４２）式より次のように求ま
る。

／　　＝＝　　ＤＩ　　　　　　　　　　　　　　　　
　・・・（４６）ｄ’＝−Ｄ’　　　　　　　　　　　
　　　　　　・・・（４７）（３８）式より、ｅ＃　Ｅ
Ｉ　８９８が一定ならば。

ａ′はｄ′に比例する。

次に観察者が横に移動した場合を考える。今、第２８図
に示すように、ＩＩＪ１者が右へＬだけ移動したとする
と、立体像Ｐはスクリーンを支点として左側に移動する
。図示しないが、Ｐがスクリーンより手前にあれば右側
に移動する。これが元の位置に見えるためには、ＭＬ、
ＭＲはＭｌ、’、ＭＲ’に移動しなければならない。

立体像Ｐが移動しないようにするためには、第２９図に
示すように、立体カメラの光軸の交点２９の位置が変ら
ないようにしてレンズ及び撮像面を横に移動させれば良
い、今一２つのレンズが共に右方向にΩだけ移動したと
する。このとき映像中心点３６．３７は３６’　、３７
’に移動したとすると、その移動距離ＱＳは次のように
して得られる。第２９図に示す幾何学的関係より、Ｑｓ
　　　ａ＋ｃｌ Ｑ　　　　　　ａ ・・（４８） ゆえに また、ｐ（ｘ、ｙ）の撮像面１８．１９上の像の位置の
移動距離Ｑ、は次のようになる。

ｆ１ｍｙ＋ｄ ｙ ・・・（５０） ゆえに。

ｙ＋ｃｉ Ｑ、＝　　　　　Ｑ　　　　　　　　　　　　　　　・
・・（５１）モニタ画面２０上の像の移動距離ＱＨは次
のように求める。まず第２９図において、撮像面１８゜
１９とモニタ画面２０との距離を撮像面の大きさＳとモ
ニタ画面の大きさＳとの比に分割した直線８９を想定す
る０画像中心点３６．３７または３６’　、３７’とモ
ニタ画面の中心点３８を結ぶ線と直線８９との交点を９
０．９１または９０′９１′とすると、撮像面上の像の
位置と、これに対応するモニタ画像上の像の位置を結ぶ
直線は交点９０．９１または９０’、９１’を通る。９
０と９０′、または９１と９１′との距＃ρＣは次のよ
うに得られる。

Ｑｃ　　　　５ ＱｓＳ＋ｓ ・（５２） （４９）式を（５２）式に代入すると、Ｓ　　　　　　
ａ ０図に示す関係より Ｓ＋ｓ （５３）式を用いると、 Ｓ＋ｓ Ｑｃ Ｓ＋ ここで、第３ Ｑ、＋０Ｍ １２Ｃ＋ＱＭ ゆえに、（５１）。

・・（５４） Ｑｓ”　　　Ｑｍ− ここで第３１図に示すように、観察者の眼の位置がした
け右方向に移動したとして、観察する像の位置をＰ’　
（Ｘ’　、Ｙ’　）とすると（（ＭＬ　−ＲＭ）＋（Ｍ
Ｒ−ＱＭ））／　２−　ＬＸ′ Ｌ Ｙ′ ＭＲ−ＭＬＤ−Ｙ Ｙ ・・・（６３） ・・・（５６） （６３）式より （Ｅ／２−Ｌ）＋（Ｅ／２＋Ｌ） Ｙ′ ・・・（５７） （５７）式より Ｄ （ＭＲ−ＭＬ、）Ｙ’ ＝　Ｅ　（Ｄ　−Ｙ　’ ・・（５８） （６４）式を代入して ゆえに ＭＲＭＬ＋Ｅ （５９）　。

（６４）式より （５６）式より Ｙ′ ＝Ｙ ・・・（６７） となり、 Ｙは変化しないことがわかる。

また、 Ｄ （６２）　。

（６３）式より （５９）式を代入して Ｍ　ｔ、　＋　Ｍ　Ｒ＝ ＤＸ ・・・（６８） （６０）　。

（６５）式と（６８）式を用１１でＸ軸方向の位置の一
方、 元の立体像Ｐ（Ｘ、Ｙ） の位置は ずれを求める。

２ＤＸ−２（ＱＭ＋Ｌ）Ｙ ＤＸ Ｄ Ｄ ここで （４３）　。

（５５）式を代入すると、 Ｑ　＝ ・・・（７３） と仮定すると、 Ｘ′ −Ｘ＝０ ・・（７４） となり、 はＸと常に等しくなる。

このように して、 （４２）。

（４５）式で示す条件の他に（７３）式で示す条件を満
たせば、 観察者が横に移動しても像の 位置は変わらない。

（７３）式の条件は（４５）式を用い て次のようにも書ける。

（４２）式を代入すると、 すなわち、 観察者の横移動距離りとカメラレン ズの横移動距離Ｑの比は立体像拡大率νに等しくなるよ
うにとれば良い。

なお、 テレビカメラの光 ・・・（７１） 軸の交点２９がカメラレンズの横移動にもかかわさらに
（４５）式を代入すると らず変わらないようにするためには。

映像中心点 ３６．３７を（４９）式に示すＱｓだけ横移動させなけ
ればならないのはもちろんである。

以上を整理すると、ＩＲ察者の位置が正規の位置から移
動しても立体像Ｐ（Ｘ、Ｙ）の位置がモニタスクリーン
に対して移動しないようにするためには次の操作を行え
ば良い。

（１）観察者とモニタ画面との距１１１Ｄが変化したと
きは、ａの変化率ａ’／ａとｄの変化率ｄ’／ｄがＤの
変化率Ｄ’　／Ｄに等しくなるようにレンズの焦点距離
ｄを変え、かつカメラを前後方向に移動する６ （２）観察者が横方向にしたけ移動した場合には、Ｌを
立体像拡大率乍で割った値ａだけテレビカメラのレンズ
を横に移動する。また、撮像面上の映像中心の位置はレ
ンズに対してさらにＱの一倍だけ横に移動しなければな
らない。

このような調整を自動的に行う１つの方法は次のような
ものが考えられる。まず観察者の位置の変化Ｄ′及びＬ
の測定方法の１例を第３２＠に示す、観察者９２は磁気
センサ９３を装着したヘルメット９４を着用する。モニ
タ９５には人工磁場を作るソーサ９６が取り付けられて
おり、磁気センサ９３はソーサ９６の人工磁場を受けて
その位置に応じた信号を出力する。この出力よりソーサ
９６に対する磁気センサ９３の位置を検出することがで
き、Ｄ’　、Ｌはこの磁気センサで検出可能である０次
に立体カメラ９７の位１！ａ’及びａを調整する手段で
あるが、これは第３３図に示すようなロボットアーム９
８を用いるが、ＸＹ子テーブル用いれば良い。

第３４図及び第３５図に立体カメラ９７の一実施例を示
す、２台のテレビカメラ９８．９９はスライドレバー１
００，１０１により支持されたスライドベース１０２．
１０３の上に取付けられている。スライドベース１０２
，１０３に設けられた雌ねじ部１０４，１０５はねじ捧
１０６，１０７とかみ合っており、駆動モータ１０８，
１０９によりねじ捧１０６．１０７が駆動されることに
よりスライドベース１０２，１０’３の位置を独立に変
えることができる。なお、位置を検出するセンサ１１０
，１１１は歯車１１２，１１３によりねじ捧１０６，１
０７と連動しており１位置サーボ等の手段によりスライ
ドベース１０２，１０３を指定した位置に位置決めする
ことが可能である。

また、テレビカメラ９８．９９の前面には第２２図で示
すのと同様の間隔調整手段が設けられているが、この間
隔調整手段はレンズの間隔のみを調整する。ここで用い
るレンズは電動望遠レンズ１１４．１１５である。レン
ズ１１４とレンズ１１５の間隔は逆ねじを切ったねじ捧
８５により調整できる。

第３６図に制御ブロックを示す、磁気センサ制御装置１
１６から観察者とスクリーンまでの距離Ｄ、および、モ
ニタ画面中心線からの横移動距離りの信号が出力され、
演算制御装置１１７に入力される。また、キーボード１
１８からは観察者の両眼間隔Ｅと立体像の拡大率ヤが演
算制御装置１１７に入力される。演算制御袋［１１７は
演算ブロック１１９でＥとνの信号よりｅを求め、こレ
ヲテレヒカメラの間隔調整装置のコントローラ１２０に
出力してカメラ間隔をｅに設定する。演算ブロック１２
１ではＤとνの信号よりａを求めてロボット用制御装置
１２２に出力する。また、演算ブロック１２３はＬとν
よりρを求め、ロボット用制御装置１２２に出力する。

この結果、ロボット９８は立体カメラ９７の位置を指定
されたａ、１２の値になるように移動する。また、演算
ブロック１２４はＤの値と、あらがしめ設定しである撮
像面サイズＳとモニタ画面サイズＳよリレンズの光学中
心から撮像面までの距離ｄを求め、これをズームレンズ
用コントローラ１２５，１２６に送り、光学系を調整す
る。演算ブロック１２７はａ、ｄ、Ｑのデータより撮像
面の移動距離ＱＳを求め、この結果とｅの値より撮像面
の位ｒｌｌ　Ｘ　ＲｔＸＬがそれぞれ演算ブロック１２
８，１２９より求められ、これが左右のテレビカメラの
位置コントローラ１３０，１３１に入力され、テレビカ
メラは指定の位置に移動する。

以上により、観察者の両眼間隔が違っても、その人に適
するようにテレビカメラのレンズ間隔を調整でき、立体
像の拡大率νを変えることができ、また、観察者が位置
を移動しても立体像が歪んだり移動したりしないように
することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、２台のカメラの映像信号を平行にずら
すことができるので５歪の無い正確な立体視ができる。

また、観察者が正規の位置からずれた位置にいても正し
い立体像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るビデオ信号説明図、第
２図、第３図、第４図、第５図、第６Ａ図および第６Ｂ
図は従来の立体視の原理説明図、第７図は従来の立体視
用カメラの水平断面図、第８図は立体視再生系の水平断
面図、第９図は従来の立体視の光学系説明図、第１０図
は従来の立体視の他の原理図、第１１図及び第１２図は
従来技術の映像説明図、第１３図及び第１４図は従来の
立体視の光学系説明図、第１５図は本発明の光学説明図
、第１６図ないし第１８図は本発明の一実施例のビデオ
信号説明図、第１９図ないし第２１図は本発明の他の実
施例のビデオ信号説明図、第２２図と第２３図とは本発
明の他の実施例のビデオ信号説明図、第２４図は本発明
の他の実施例のビデオ信号説明図、第２５図は第２の発
明の実施例の断面図、第２６図から第３１図までは光学
説明図、第３２図及び第３３図は第３の発明の実施例の
部分外観図、第３４図は第３の発明の実施例の断面図、
第３５図は第３の発明の実施例の平面図、第３６図は第
３の発明の実施例の制御ブロック図である。 １６．１７・・・レンズの光学中心、１８．１９・・・
撮像面、２ｏ・・・モニタ画面、２１．２２・・・観察
者の眼の位置、４ｏ・・・立体視用合成ビデオ信号、４
１゜４５・・・同期信号、４９・・・水平スキャン信号
、５０・・・パルス信号発生器、７１．７２・・・信号
遅延器、７７．７８・・・画像メモリ、７９・・・立体
画像合成読み出し回路、８３，８４，１０２，１０３・
・・スライドベース、８５，１０６，１０７　・ねじ捧
。 ９３　・磁気センサ、９６・ソーサ、９８・・ロボット
、１１４，１１５・・・ズームレンズ、１１６・・・磁
気センサコントローラ、１１７・演算制御装置。 １１８・・キーボード、１１９，１２１，１２３゜１２
４．１２７，１２８，１２９・・・演算ブロック、１２
２・ロボットコントローラ、１２５，１２６・・・ズー
ムレンズコントローラ、１３０，１３１・・・テレビカ
メラ位置コントローラ、ｔｔ、ｔＬ、ｔｎ・・・水平同
期信号からの遅れ時間、ｔ２・・・垂直同期信号からの
遅れ時間、ｔｎ・・遅れ時間、ｔ、・・・進み時間。 第　１　口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２台のカメラで撮影した視差のある２種類の映像を
   映像再生手段の画面に再生し、該画面上の映像のうち、
   観察者の左及び右の眼が前記カメラのうちそれぞれ対応
   するカメラによる映像のみを観察することによつて、視
   差による立体映像を見ることのできる立体映像システム
   において、 前記２台のカメラの光軸が平行になるようにカメラを配
   置し、再生した映像の中心を左右に移動せしめる電子回
   路手段を備えたことを特徴とする立体映像装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記の電子回路手
   段が、水平同期信号を映像信号と合成するときのタイミ
   ングを早め、または遅らせる時間調整回路である立体映
   像装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記の電子回路手
   段が水平同期信号を受信してから水平スキャン信号をス
   タートさせるまでの時間を早めたり遅らしたりする時間
   調整回路である立体映像装置。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記の電子回路手
   段が画像メモリより映像信号を読み込むときの先頭アド
   レスを変更できる立体画像読出し回路である立体映像装
   置。 ５、２台のテレビカメラの間隔調整手段と、２台のテレ
   ビカメラの間隔を指定の値に調整する該間隔調整手段の
   制御手段と、立体映像の拡大率の入力手段で構成され、
   入力された拡大率の値に従い前記制御手段が前記間隔調
   整手段を用いて２台のテレビカメラの間隔を調整するよ
   うにしたことを特徴とする立体映像装置。 ６、観察者の頭部の任意の検出手段と、２台のテレビカ
   メラの撮像面の移動手段と、２台の電動ズームレンズと
   、カメラ系全体の移動手段と演算制御手段で構成され、
   該演算制御手段は観察者の頭部の位置検出手段より入力
   される頭部位置信号に従つてカメラの位置、撮像面の位
   置、ズーム率を調整し、立体映像が歪んだり移動したり
   することの無いようにすることを特徴とした立体映像装
   置。