JP6233870B2

JP6233870B2 - 立体映像受像機

Info

Publication number: JP6233870B2
Application number: JP2012187128A
Authority: JP
Inventors: 稔稲葉
Original assignee: 稔稲葉
Priority date: 2012-08-28
Filing date: 2012-08-28
Publication date: 2017-11-22
Anticipated expiration: 2032-08-28
Also published as: US20140063205A1; JP2014045392A; US9185399B2

Description

本発明は、ステレオカメラで撮影、録画した画面をディスプレイに表示して立体映像を再現するための立体映像受像機に関するものである。

この種の従来技術として、ステレオカメラで撮影した左眼用画面と右眼用画面とを小さなサイズのディスプレイに表示して立体映像を結像させる際に、該立体映像を大きなサイズのディスプレイに表示した映像と同等の大きさに視えるように生成する立体映像受像機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

上記立体映像受像機では、立体映像は、図５に示すような仮想ディスプレイＤ０上に存在するものであり、仮想ディスプレイＤ０よりも幅寸法が小さい、テレビジョンやパーソナルコンピュータ等のディスプレイに表示される左眼用画面及び右眼用画面を左右の眼で分離して視ることにより結像される。そして、ディスプレイ上に表示される無限遠被写体像の左右の像間距離、すなわち、無限遠被写体像の同一対応点の左右間距離は、鑑賞者の左右の瞳の間隔、すなわち、眼幅と等しい間隔に調整される。

特開２００９−１７２０７号公報

ディスプレイに表示される左眼用画面及び右眼用画面を視るにあたっては、通常、仮想ディスプレイＤ０から鑑賞者の眼幅ＢＳに対して３０倍乃至５０倍の距離（推奨鑑賞距離：Ｄｒ）だけ離れて視るのが望ましく、特に、動画を見る場合には、鑑賞者の眼幅ＢＳに対して４０倍に設定することが望ましい。例えば、鑑賞者の眼幅ＢＳ（５８ｍｍ〜７２ｍｍ）の平均値を約６５ｍｍとすると、推奨鑑賞距離Ｄｒは約２５００ｍｍとなる。また、仮想ディスプレイＤ０の画面幅Ｗ０は、ある程度自由に設定可能であるが、画面幅Ｗ０が極端に狭いと観賞時の迫力に欠けるため、１８００ｍｍ程度の画面幅を必要とする。

図５に示すような仮想ディスプレイＤ０上の立体映像を、図６に示すような仮想ディスプレイＷ０より狭い幅寸法Ｗ１で形成されたディスプレイＤ１で表示する場合、左眼用画面ＤＬ及び右眼用画面ＤＲの幅寸法は、ディスプレイＤ１と仮想ディスプレイＤ０との幅寸法の比に応じて縮小するため、無限遠被写体像Ｐの同一対応点ＰＬ、ＰＲの左右間距離Ｊも小さくなる。例えば、幅１８００ｍｍの仮想ディスプレイＤ０を幅３４５ｍｍのディスプレイＤ１で表示する場合、鑑賞者の眼幅ＢＳを５８ｍｍとすると、無限遠被写体像Ｐの同一対応点ＰＬ、ＰＲの左右間距離Ｊは、３４５/１８００×５８＝１１．１２ｍｍとなり、一般的な鑑賞者の眼幅ＢＳの下限である５８ｍｍと比べて小さい値になる。

図６に示すようなディスプレイＤ１の観察距離Ｌは、２５００×３４５/１８００＝約４７９ｍｍであり、このディスプレイＤ１を介して眼幅５８ｍｍの鑑賞者が無限遠被写体像Ｐを視ようとする場合、立体映像の奥行きＮは、１５．５インチのディスプレイＤ１においては、４７９/（（５８/１１，１２）−１）＝１１３．５ｍｍにしかならない。即ち、いくら遠いものでも、ディスプレイＤ１よりも１１３．５ｍｍだけしか奥行きがなく、その他のものはその手前に視えることになり、立体感に欠ける立体映像しか得られないという虞があった。

上記特許文献１で開示されたディスプレイでは、このような問題点を改善して立体映像に立体感を出すために、限られた幅寸法のディスプレイ内において左眼用画面及び右眼用画面を互いに離す方向に大きく変位して表示させて、無限遠被写体像の同一対応点の左右間距離を鑑賞者の眼幅と等しい間隔に拡大することにより、ディスプレイの幅寸法に対して左眼用画面と右眼用画面とが重なって実際に画面を表示する領域が小さくなり、立体映像が迫力に欠けたものになる虞があるという問題があった。

そこで、小さなサイズのディスプレイに左右用の画面を表示しても、立体感を有して迫力のある立体映像を開発する必要が生ずるのであり、本発明は、この問題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案するものであり、請求項１記載の発明は、ステレオカメラで撮影された左眼用画面及び右眼用画面をディスプレイ上に表示して左右夫々の眼で分離して視て立体映像を結像する二眼立体視方式の立体映像受像機であって、前記ディスプレイが、基準幅寸法の仮想ディスプレイより狭幅に形成されると共に、前記立体映像を構成する左眼用画面及び右眼用画面を交互に時分割表示し、前記左眼用画面が、画面幅方向の右端に黒色の無表示部分を有し、前記右眼用画面が、画面幅方向の左端に黒色の無表示部分を有し、前記左眼用画面と前記右眼用画面とが、互いに離れる方向に変位表示されている立体映像受像機において、左右の視野が一致して視える近点立体像を前記ディスプレイ位置より以遠の位置で合致させると共に、無限遠被写体像の同一対応点の左右間距離を鑑賞者の眼幅間隔の最小寸法の５８ｍｍより小さい間隔に表示することを特徴とする立体映像受像機を提供する。

この構成によれば、ステレオカメラで撮影した左眼用画面と右眼用画面とを仮想ディスプレイよりも幅寸法が狭いテレビジョンやパーソナルコンピュータ等のディスプレイに縮小して表示することで、左眼用画面及び右眼用画面上の無限遠被写体像の同一対応点の左右間距離が鑑賞者の眼幅より過度に狭くなりがちな場合であっても、ディスプレイに表示される左眼用画面と右眼用画面とを鑑賞者の眼幅より狭い範囲で互いに離れる方向に離して表示することにより、無限遠被写体像の同一対応点の左右間距離を鑑賞者の眼幅より過度に小さくなることを回避することができ、かつ、限られた幅のディスプレイであっても左眼用画面と右眼用画面とが重複する領域を大きく確保するため、大きくて迫力のある立体画面を得ることができる。

請求項１記載の発明は、ステレオカメラで撮影した左眼用画面と右眼用画面とを仮想ディスプレイよりも幅寸法が狭いテレビジョンやパーソナルコンピュータ等のディスプレイで縮小して表示して、左眼用画面及び右眼用画面上の無限遠被写体像の同一対応点の左右間距離が鑑賞者の眼幅より過度に狭くなりがちな場合であっても、無限遠被写体像の同一対応点の左右間距離を鑑賞者の眼幅より過度に小さくなることを回避するため、無限遠被写体像の左右間距離を鑑賞者の眼幅と略等しく設定した場合と同様に、基準幅寸法のディスプレイによる立体映像を推奨鑑賞距離から視ている状態と同等の奥行きの立体映像を得ることができ、かつ、無限遠被写体像の左右間距離を鑑賞者の眼幅と略等しく設定した場合と比較しても、大きくて迫力のある立体画面を得ることができる。

立体視の基本的原理を示す説明図一枚のディスプレイ上の同一位置に左右用の画面を重ねて表示する立体映像受像機の説明図立体映像を撮影するステレオカメラの説明図左右用の画面を表示するディスプレイの説明図立体視の説明図同一ディスプレイ上に左右用の画面を重ねて表示した状態を示す説明図

本発明は、小さなサイズのディスプレイに左右用の画面を表示しても、立体感を有して迫力のある立体映像を得るために、ステレオカメラで撮影された左眼用画面及び右眼用画面をディスプレイ上に表示して左右夫々の眼で分離して視て立体映像を結像する二眼立体視方式の立体映像受像機であって、ディスプレイが、基準幅寸法の仮想ディスプレイより狭幅に形成されると共に、立体映像を構成する左眼用画面及び右眼用画面を交互に時分割表示し、左眼用画面が、画面幅方向の右端に黒色の無表示部分を有し、右眼用画面が、画面幅方向の左端に黒色の無表示部分を有し、左眼用画面と右眼用画面とが、互いに離れる方向に変位表示されている立体映像受像機において、左右の視野が一致して視える近点立体像をディスプレイ位置より以遠の位置で合致させると共に、無限遠被写体像の同一対応点の左右間距離を鑑賞者の眼幅間隔の最小寸法の５８ｍｍより小さい間隔に表示することを特徴とする立体映像受像機を提供することにより実現した。

立体視の基本的原理を図１に示す。まず、鑑賞者が被写体の遠近を認識する際、無限遠に位置する物体Ｏ∞から発射して鑑賞者の左右の眼ＥＬ、ＥＲに入射する光線は、互いに平行である。そして、近距離に位置する物体の同一点から発射して左右の眼ＥＬ、ＥＲに入射する光線は、互いに離間する（近距離の物体及びその物体から発する光線の図示は省略）。図１において、鑑賞者の眼幅をＢＳ＝５８ｍｍとし、無限遠の物体距離を１０００ｍ（実際には有限距離であるが、写真撮影においては数１０ｍでも無限遠と表示する場合もある）とすれば、物体の同一点からの光線は互いに５８ｍｍ離れた間隔をもって左右の眼ＥＬ、ＥＲに入射する。視点位置においてＢＳ＝５８ｍｍの間隔の光線は、例えば、物体方向に10ｍ近付いた位置においてもその間隔は、６５×(１０００―１０）／１０００=５７．４２ｍｍであり、鑑賞者の眼幅ＢＳと大きく相違しない。即ち、鑑賞者は無限遠にある被写体を常に平行に見ていることになる。

次に、図２に示すように、仮想ディスプレイＤ０上に立体映像を再現する際には、最も近距離の被写体の左右像ＣＬ、ＣＲが同一位置に重なるように表示する。このとき、無限遠被写体像Ｐの仮想ディスプレイＤ０上に表示される左の無限遠像ＩＬ及び右の無限遠像ＩＲの間隔は、鑑賞者の眼幅ＢＳと等しい場合には、無限遠被写体像Ｐは無限遠に結像されて奥行きのある立体映像が得られる。

しかしながら、仮想ディスプレイＤ０よりも狭幅のディスプレイに表示される左眼用画面及び右眼用画面は、ディスプレイと仮想ディスプレイＤ０の幅寸法の比率に応じて小さく表示されるため、無限遠にある被写体像Ｐのディスプレイ上に表示される同一対応点の左右間距離を鑑賞者の眼幅よりも小さく表示されがちである。そのため、左眼用画面及び右眼用画面を互いに離す方向に変位表示して、ディスプレイＤ１上に表示される無限遠被写体像の同一対応点の左右間距離を拡げることにより、立体映像の奥行きを大きくすることができる。

次に、図３及び図４に基づいて本発明の構成を説明する。本発明に係る立体映像受像機は、ステレオカメラ１で撮影されて立体映像を構成する左眼用画面及び右眼用画面を時分割表示するディスプレイ２を有している。

上述したステレオカメラ１は、図３に示すように、左右の撮影レンズ１１、１２に入射した光を左右の撮像素子１３、１４に投影して、後述する左眼用画面ＤＬ及び右眼用画面ＤＲを撮影するものである。左右の撮影レンズ１１、１２に入射する無限遠の被写体の光は互いに平行であるため、左右の撮像素子１３、１４上に投影される無限遠にある被写体像の左右間距離は、左右の撮影レンズ１１、１２の間隔（レンズディスタンス）Ｄ１に等しい。

左右の撮影レンズ１１、１２の間隔をＤ１、左右の撮像素子１３、１４の間隔（センサディスタンス）をＤ２、撮像素子１３、１４上で左右の視野が合致する距離Ｄ３、撮影レンズ１１、１２の焦点距離をｆ、ステレオカメラ１の投影比をｒとすると、Ｄ２＝Ｄ１＋Ｄ１・ｒ、ｒ＝ｆ/Ｄ３の式が成り立つ。これらの数式に基づいて、撮像素子１１、１２上に投影された左眼用画面ＤＬと右眼用画面ＤＲとを後述するディスプレイ２上に交互に時分割表示すればよい。

なお、図３のステレオカメラ１では、図示の距離ＤＣよりも遠い被写体であれば、撮像レンズ１１、１２及び撮像素子１３、１４夫々の位置関係は図示の一定関係でよく、それよりも近い距離の物体が撮影の視野に入る場合には、その物体の像は、画面から飛び出して見える。また、通常、立体視では左右のピクチャーフレームが二重に見え、鑑賞者はストレス感を覚えるため、推奨鑑賞距離以近の物体を撮影視野に入れてはならない。

図４に示すディスプレイ２は、例えば、パーソナルコンピュータのディスプレイであって、鑑賞者が視る視野分離用メガネを介して左右の眼で分離して視る左眼用画面ＤＬと右眼用画面ＤＲとを時分割表示するものである。

本実施例のディスプレイ２は、１５．５インチサイズを採用しており、その幅寸法は、仮想ディスプレイＤ０の基準幅寸法である１８００ｍｍより狭幅の３４５ｍｍである。なお、本実施例では、ディスプレイ２の幅寸法を３４５ｍｍとしたが、仮想ディスプレイＤ０の基準幅寸法より狭幅のものであれば如何なるサイズであって構わない。

また、ステレオカメラ１を構成する左の撮影素子１４で撮影された左眼用画面ＤＬは、画面幅方向の右端から４０ｍｍの領域に黒色の無表示部分を有すると共に、右の撮影素子１３で右眼用画面ＤＲは、画面幅方向の左端から４０ｍｍの領域に黒色の無表示部分を有し、さらに、左眼用画面ＤＬ及び右眼用画面ＤＲは、互いに離れる方向に夫々２０ｍｍだけずらして変位表示されている。したがって、左眼用画面ＤＬ及び右眼用画面ＤＲ夫々の画面幅Ｇは、３０５ｍｍとなっている。

次に、視野が一致して視える近点立体像Ｑの奥行きＭについて説明する。図４中の近点立体像Ｑのディスプレイ２上における対応位置ＱＬ―ＱＲの間隔Ｈは、変位表示する前では左眼用画面ＤＬ及び右眼用画面ＤＲの同一位置に重なっていたものであるから、左眼用画面ＤＬ及び右眼用画面ＤＲのずらし量Ｉ＝４０ｍｍと等量である。

そして、基準幅寸法１８００ｍｍの仮想ディスプレイＤ０を２５００ｍｍ離れて視るとすると、左眼用画面ＤＬ及び右眼用画面ＤＲの幅寸法が夫々３０４ｍｍであることにより、図４中の観察距離Ｌは、２５００/（１８００/３０５）＝４２４ｍｍとなる。したがって、近点立体像Ｑの奥行きＭは、４２４/（５８/４０−１）＝９４２ｍｍとなる。すなわち、ディスプレイより９４２ｍｍだけ以遠側の位置で左右の視野を合致させることができる。

次に、無限遠被写体像Ｐの奥行きＮについて説明する。基準幅寸法１８００ｍｍの仮想ディスプレイＤ０上で無限遠被写体像の左右間距離が５８ｍｍであって、左眼用画面ＤＬ及び右眼用画面ＤＲ上における無限遠被写体像Ｐの同一対応点ＰＬ、ＰＲの左右間距離は、３０５/（１８００/５８）≒９．８３ｍｍとなる。

そして、左眼用画面ＰＬ及び右眼用画面ＰＲを夫々離れる方向に２０ｍｍずつ、すなわち、左眼用画面ＰＬに対して右眼用画面ＰＲをずらし量Ｉ（４０ｍｍ）だけずらしているため、左眼用画面ＤＬ及び右眼用画面ＤＲ上の無限遠被写体像Ｐの同一対応点ＰＬ、ＰＲにおける左右間距離Ｊは、Ｉ+９．８３ｍｍ＝４９．８３ｍｍであり、鑑賞者の眼幅ＢＳ（５８ｍｍ）よりも小さい間隔になる。このとき、無限遠被写体像Ｐの奥行きＮは、４２４／（（５８/４９．８３）−１）＝２５８６ｍｍとなる。この無限遠被写体像Ｐの奥行きＮの値は、従来の方式で１５．５インチサイズのディスプレイに映した場合と比べてはるかに大きい値である。従って、ずらし量Ｉが微小であっても効果的である。見るだけに使用するものであれば、画面のずらし量は、たった１ｍｍでも効果的である。

上述したように、ステレオカメラ１で撮影した左眼用画面ＤＬと右眼用画面ＤＲとを仮想ディスプレイＤ０よりも幅寸法が狭いテレビジョンやパーソナルコンピュータ等のディスプレイ２で縮小して表示して、左眼用画面ＤＬ及び右眼用画面ＤＲ上の無限遠被写体像Ｐの同一対応点ＰＬ、ＰＲの左右間距離Ｊが鑑賞者の眼幅ＢＳより過度に狭くなりがちな場合であっても、無限遠被写体像Ｐの同一対応点ＰＬ、ＰＲの左右間距離Ｊを鑑賞者の眼幅ＢＳと略等しく設定した場合と同様に、基準幅寸法の仮想ディスプレイＤ０による立体映像を推奨鑑賞距離から視ている状態と同等の奥行きの立体映像を得ることができ、かつ、無限遠被写体像Ｐの同一対応点ＰＬ、ＰＲの左右間距離Ｊを鑑賞者の眼幅ＢＳと略等しく設定した場合と比較して、大きくて迫力のある立体画面を得ることができる。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができ、そして、本発明が該改変されたものにも及ぶことは当然である。

本発明は、視野分離用メガネを用いて左右の視野を分離する視野分離方式以外の各種立体視表示方式にも適用可能である。

１ステレオカメラ
２ディスプレイ
１１、１２撮影レンズ
１３、１４撮像素子
ＥＬ左の眼
ＥＲ右の眼
ＤＬ左眼用画面
ＤＲ右眼用画面
Ｄ０仮想ディスプレイ
Ｐ無限遠被写体像
ＰＬ無限遠被写体像のディスプレイ上の左像
ＰＲ無限遠被写体像のディスプレイ上の右像
Ｊ無限遠被写体像のディスプレイ上の左右像間隔
Ｑ近点立体像
ＱＬ近点立体像のディスプレイ上の左像
ＱＲ近点立体像のディスプレイ上の右像
Ｈ近点立体像のディスプレイ上の左右像間隔
Ｍ近点立体像の奥行き
Ｎ無限遠被写体像の奥行き
Ｌ観察距離
Ｉずらし量
ＳＬ左の視野分離用メガネ
ＳＲ右の視野分離用メガネ

Claims

ステレオカメラで撮影された左眼用画面及び右眼用画面をディスプレイ上に表示して左右夫々の眼で分離して視て立体映像を結像する二眼立体視方式の立体映像受像機であって、
前記ディスプレイが、基準幅寸法の仮想ディスプレイより狭幅に形成されると共に、前記立体映像を構成する左眼用画面及び右眼用画面を交互に時分割表示し、
前記左眼用画面が、画面幅方向の右端に黒色の無表示部分を有し、
前記右眼用画面が、画面幅方向の左端に黒色の無表示部分を有し、
前記左眼用画面と前記右眼用画面とが、互いに離れる方向に変位表示されている立体映像受像機において、
左右の視野が一致して視える近点立体像を前記ディスプレイ位置より以遠の位置で合致させると共に、無限遠被写体像の同一対応点の左右間距離を鑑賞者の眼幅間隔の最小寸法の５８ｍｍより小さい間隔に表示することを特徴とする立体映像受像機。