专利名称：摄像装置及影像记录再现系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及摄像装置及影像记录再现系统，特别涉及将拍摄对象作为立体图像进行拍摄的摄像装置及影像记录再现系统。
背景技术：
以往，已提出有通过左右两台摄像机同时拍摄共同的拍摄对象，并通过同时输出 该左右影像来显示立体图像的系统。然而，使用该两台摄像机的情况下，装置变得大型化而 不实用。并且，两台摄像机之间的基线长(baseline)即作为立体照相机的双眼间距离，不 受镜头变焦比的影响，多为相当于人双眼距离的65mm左右。该情况下，被推摄的影像视差 变大，在视觉系中强制有不同于日常的信息处理，而成为视觉疲劳的要因。并且，在将左右 影像原样地重叠注视时，会拍成双层，而形成不自然的影像。并且，将双眼位置设为L、R，将 拍摄对象上的点设为A、B的情况下，分别将角LAR及角LBR定义为绝对视差，将(角LAR-角 LBR)定义为A点相对于B点的相对视差。以下，将相对视差简称为视差。于是，已提出有将从一台摄像机获得的来自拍摄对象的光，使用棱镜进行左右分 光的棱镜式立体照相机(例如，参照专利文献1)。专利文献1 JP特开平5-7374号公报(图1)在上述的以往技术中，在一台摄像机的镜头前侧设置棱镜，并相对光轴分离为两 支具有左右方向的视差的光。然而，在棱镜式立体照相机中，为了排除左右的光学图像中的 重叠部分，需要在棱镜上形成遮光罩，由此立体图像摄像时的控制变得复杂。并且，由于棱 镜利用了光轴的折射，而每个光的波长折射率都不同，因此存在产生色像差的问题。并且， 在上述的以往技术中，在从光学系到摄像元件的路径中，在光为平行光的区域以外的场所， 光路会发生弯曲，因此在摄影镜头的变焦操作时，与变焦比连动地光轴发生变化，而存在两 个摄像元件上的像的位置相互移动的问题。
发明内容
本发明是鉴于该种情况而进行的，其目的在于拍摄出视差大小适当且色像差较小 的立体图像。本发明是为解决上述课题而进行的，其第一侧面是一种摄像装置，该摄像装置具 有对来自拍摄对象的光进行聚光的摄影镜头；对上述被聚光的光进行传送的中继透镜； 在从上述拍摄对象的一点扩散的光为平行光的区域调整上述被传送的光的光量的光圈；在 从上述拍摄对象的一点扩散的光为平行光的区域将上述被调整了光量的光分光为左右两 支的反射镜；对上述被分光的光分别进行成像的两个成像透镜；将上述被成像的光分别转 换为电子信号图像的两个摄像元件。由此，通过反射镜对由一个摄影镜头聚光的光进行分 光，可起到拍摄出视差大小适当且色像差较小的立体图像的作用。并且，起到光轴不会根据 摄影镜头的变焦比而在实用上发生变化的作用。因此，无需根据变焦比移动像的位置等的 图像处理等，从而容易实现高精度的变焦效果。
并且，在该第一侧面中，上述光圈也可以调整上述被传送的光的光量，以改变上述 被分光为两支的光的光轴间的距离。即，通过光圈调整光量，由此起到改变被分光的光的光 轴间的距离的作用。并且，在该第一侧面中，上述光圈也可以调整上述被传送的光的光量，以使上述被 分光为两支的光的光轴间的距离为大致7至65毫米。即，通过光圈调整光量，由此起到改 变被分光的光的光轴间的距离为大致7至65毫米的作用。并且，在该第一侧面中，上述摄影镜头也可以包含放大来自上述拍摄对象的光的 变焦透镜，并通过上述变焦透镜控制由上述摄像元件转换的上述图像间的相对视差。由此， 起到通过变焦透镜控制图像间的相对视差的作用。并且，在该第一侧面中，上述多个摄像元件分别可以以每秒60帧以上的帧频从上 述电子信号生成摄像图像，并优选以每秒230至250帧的帧频从上述电子信号生成摄影图 像。由此，起到消除动作引起的模糊或急动的作用。并且，起到对于有动作的拍摄对象，具 有充分的时间分辨能力，且可以拍摄出正确的轮廓信息的作用。
并且，本发明的第二侧面是一种影像记录再现系统，该影像记录再现系统具有对 来自拍摄对象的光进行聚光的摄影镜头；对上述被聚光的光进行传送的中继透镜；在从上 述拍摄对象的一点扩散的光为平行光的区域调整上述被传送的光的光量的光圈；在从上述 拍摄对象的一点扩散的光为平行光的区域将上述被调整了光量的光分光为左右两支的反 射镜；对上述被分光的光分别进行成像的两个成像透镜；将被上述两个成像透镜成像的光 分别转换为电子信号图像的两个摄像元件；将被上述两个摄像元件转换的上述图像分别作 为左右影像数据的帧记录在存储部的影像记录部；将记录在上述存储部的上述左右影像数 据同时再现显示的影像再现部。由此，起到通过反射镜对由一个摄影镜头聚光的光进行分 光，从而记录再现视差大小适当且色像差较小的立体图像的作用。根据本发明，可以实现拍摄出视差大小适当且色像差较小的立体图像的出色效^ ο
图1是本发明实施方式中的摄像装置的一个例子的俯视剖视图。图2是表示本发明实施方式中的摄像装置的一个例子要部的图。图3是本发明实施方式涉及的摄像装置中的入射光瞳115的示意图。图4是表示重心间距离和基线长(baseline)的关系的图。图5是表示使用变焦放大与视差的关系的图。图6是表示本发明实施方式中的影像记录再现系统的一个构成例的图。其中附图标记说明如下100摄像部，101入射光，110交换透镜，120透镜框架，130中继透镜部，141 144 反射镜，151、152成像透镜，171、172摄像元件，200影像记录部，211、212信号处理部，221、 222图像存储器，231、232编码部，300影像存储部，400影像再现部，411、412译码部，421、 422显示控制部，500显示部。
具体实施例方式以下，对用于实施本发明的方式(以下称实施方式)进行说明。说明按照以下顺 序进行。1.第一实施方式(摄像装置的例子)2.第二实施方式(影像记录再现系统的例子)<1.第一实施方式>
[摄像装置的构成例]图1是本发明实施方式中的摄像装置的一个例子的俯视剖视图。该摄像装置接收 来自拍摄对象的入射光101，并使其在左右的摄像元件171及172成像，从而生成左右的影像 数据。附图的上部为朝向拍摄对象时的右方向(R)，下部为朝向拍摄对象时的左方向(L)。在摄像装置本体中，借助镜头框架120安装有交换镜头110。该交换镜头110是对 来自拍摄对象的入射光101进行聚光的透镜组，除用于对准焦点的聚焦透镜、及用于放大 拍摄对象的变焦透镜等的透镜组外，还具有作为交换镜头110的光圈113。并且，交换镜头 110是技术方案所述的摄影镜头的一个例子。镜头框架120用于将交换镜头110安装于摄像装置本体上。在该镜头框架120的 内部，被聚光的光被暂且成像，并形成左右反转的倒立像。在镜头框架120的下游配置有中继透镜部130。中继透镜部130具有将被聚光至 透镜框架120的光传送至光圈149的位置的中继透镜。通过该中继透镜，来自物镜焦点位 置的点光源的漫射光，在光圈149的位置上形成为平行光。并且，中继透镜部130是技术方 案所述的中继透镜的一个例子。在中继透镜部130的下游配置有反射镜141至144。这些反射镜141至144被配 置于光圈149的位置，且是将被聚光的光左右分光的分光镜。即，朝向拍摄对象从左侧观察 时的光左右反转而被反射镜141及142反射，朝向拍摄对象从右侧观察时的光左右反转而 被反射镜143及144反射，由此被左右分光。该反射镜141至144的配置位置，是来自透镜 框架120的物镜焦点位置(拍摄对象的位置)处的点光源的漫射光为平行光的区域，由此 进行适当的分光。并且，光圈149是技术方案所述的光圈的一个例子。被反射镜141至144分光的光输入到成像透镜151及152。S卩，被反射镜141及 142分光的从左侧观察时的光输入到成像透镜151，被反射镜143及144分光的从右侧观察 时的光输入到成像透镜152。成像透镜151及152将分别输入的光相对于摄像元件171及 摄像元件172的感光面成像。被输入到该摄像元件171及172的光分别为正立像。摄像元件171及172是分别将从成像透镜151及152输入的光转换为电子信号的 光电转换元件。该摄像元件171及172例如可通过CCD (Charge Coupled Devices，电荷耦 合元件)及CMOS (ComplementaryMetal Oxide Semiconductor，互补型金属氧化物半导体) 图像传感器等来实现。如此，本发明实施方式中的摄像装置，接收来自拍摄对象的入射光101，并通过反 射镜141至144左右分光，由此在左右的摄像元件171及172上成像左右的影像数据。图2是表示本发明实施方式中的摄像装置的一个例子要部的图。通过中继透镜部 130传送的光被反射镜141及143左右分光。朝向拍摄对象从左侧观察时的光在反射镜141 反射，并进一步在反射镜142反射。朝向拍摄对象从右侧观察时的光在反射镜143反射，并进一步在反射镜144反射。这些反射镜141至144被配置于光圈149的位置，所输入的光 为平行光。在反射镜142反射的左侧的光输入到成像透镜151。输入到成像透镜151的光相 对于摄像元件171的感光面成像。在反射镜144反射的右侧的光输入到成像透镜152。输 入到成像透镜152的光相对于摄像元件172的感光面成像。[入射光瞳的分割]图3是本发明实施方式涉及的摄像装置中的入射光瞳115的示意图。入射光瞳 (entrance pupil)是从拍摄对象侧观察透镜时的孔径光阑的像。在本发明实施方式涉及的 摄像装置中，光圈113的像作为入射光瞳115存在于交换镜头110内的位置。这里，将相当 于入射光瞳115的圆的半径设为r，则下式成立。2r = f/F (式 1)其中，f是焦点距离，F是F值。因此，固定了焦点距离的情况下，可以得知入射光 瞳115的直径2r与F值呈反比例的关系。
在本发明的实施方式中，由于被聚光的光在光圈149的位置左右分光，因此考察 将入射光瞳115的圆左右分割的左半圆及右半圆。如上所述，立体感可基于双眼间的视差 (相对视差)来获得。此时，认为决定视差的光轴穿过左半圆及右半圆的各个重心。半径r 的半圆的重心可通过几何学求得，并位于距离圆中心4r/3 π的位置。因此，可知左半圆的 重心501和右半圆的重心502的距离(重心间距离D)如下式。D = 8r/3 π (式 2)S卩，可知在缩小光圈149时，重心间距离D与其成比例地缩小。换言之，通过改变 光圈149的口径，可以调整所获得的立体感。为确认该前提而进行的实验结果如下所示。[重心间距离与基线长(baseline)的关系]图4是表示重心间距离D与基线长(baseline)的关系的图。这里，作为交换镜头 110针对#A及#B这两种镜头，示出重心间距离的理论值和基线长的实验值。镜头#A是开放F值为1.8，且焦点距离为10至100 [mm(毫米)]的变焦透镜。该 镜头#A的变焦比为10倍，广角端的焦点距离为10 [mm]。镜头#B是开放F值为2. 8，且焦 点距离为13. 5至570[mm]的变焦透镜。该镜头#B的变焦比为42倍，广角端的焦点距离为 13. 5 [mm]。两者均设想摄影距离为6. 5 [m (米)]。通过上述式1及式2，计算出镜头#々及#B的重心间距离D分别为23. 6[mm]及 15. 2 [mm]。另一方面，在实际装置中通过实验求得的基线长，镜头#A及#B分别为20. 0 [mm] 及12.0[mm]。从该实验结果可知，虽然根据衍射效应观察到低于所推测的理论值，但光圈 113的像即入射光瞳的半圆的重心间距离D与基线长大致匹配。并且，由上述式2示出，重 心间距离D可根据光圈149的口径发生变化，因此基线长也可根据光圈149的口径进行控 制。根据本发明实施方式中的构成例，作为重心间距离D的最小值可以设想大致 7 [mm]左右。认为作为基线长也为该水平的值的话，则可以感到立体感。特别是认为摄影距 离较长的情况下，基线长没有一定水平的话则不能体现出立体感。当基线长增大，而到达大 致32[mm]左右时，立体感更明确，与此相对，背景的模糊程度越大。并且，认为当基线长超 过65[mm]的区域时，会产生木偶剧院效果而形成不自然的画面。因此，认为作为立体影像看上去自然的范围是基线长为7至65[mm]左右。[使用变焦放大与视差的关系]图5是表示使用变焦放大与视差的关系的图。在图5(a)中，设左眼位置为L，右眼 位置为R，设拍摄对象上的点为A及B。设盯住A点的角LAR为A点的会聚角θ A，设盯住B 点的角LBR为B点的会聚角θ Β，则A点与B点的视差(相对视差)d可由下式给出。d = θ Β- θ A这里，设角ALB为h，设角ARB为g，会聚角θ A与h大致相等，会聚角θ B与g大致 相等。因此，下式成立。d = g-h并且，设双眼间距离为D，设从双眼到A点的距离为Da，设从双眼到B点的距离为 Db,设从双眼观察的A点与B点的距离为δ时，
dNDd/ (Da2-5Da)这里，由于DA、DB >> D，则
d N Dd/Da2成立。图5(b)是表示与图5(a)相比进行了 η倍放大时的位置关系的图。这里，对变焦 后改变了的角度、位置及距离的各个标记最后分别附加撇号。由于是η倍放大，因此，g， = ngh， = nh此时，视差d’如下式表示。d，= θ Ζ - θ /= g， _h，= η(g-h)= ndS卩，通过η倍的放大会产生η倍的视差。这意味着向远端侧变焦时立体感增强。换 言之，在变焦摄影中，即使是较短的基线长也可以获得适当的视差。如此，根据本发明的第一实施方式，通过反射镜141及144对由一个交换镜头110 聚光的光进行左右分光，由此可以适当缩小提示于双眼的图像的视差。在本发明的实施 方式中，所获得的视差可以通过光圈149的口径及变焦摄影中的变焦比(放大率)来进行 控制。一般，眼睛对于视差的灵敏度较高，相对于通常视力视角的分量级，对于视差则具有 高一量级的分辨能力(Howard I. P. , Rogers B. J. :Stereo Acuity (Chap. 5), Binocular Visionand Stereopsis, P. 162, Oxford University Press, Oxford (1995) ·)。因此，适当 缩小视差即使是在比上述例子更小的视差条件下，也可以自然地察觉出立体感，对于减轻 视觉疲劳也很重要。<2.第二实施方式>[影像记录再现系统的构成例]
图6是表示本发明实施方式中的影像记录再现系统的一个构成例的图。该影像 记录再现系统具有摄像部100、影像记录部200、影像存储部300、影像再现部400、显示部 500。
摄像部100相当于上述摄像装置，接收来自拍摄对象的入射光，并通过左右的摄 像元件171及172生成左右的影像数据。影像记录部200将从摄像部100输出的左右影像数据记录在影像存储部300。该 影像记录部200与左右的影像数据相对应地具有信号处理部211及212、图像存储器221 及222、编码部231及232。信号处理部211及212分别接收从摄像部100输出的左右的影 像数据，并实施规定的信号处理。该信号处理部211及212对摄像数据进行A/D (Analogto Digital，模拟到数字)转换，并实施白平衡修正等。图像存储器221及222是暂时保存由 信号处理部211及212处理的影像数据的存储器。编码部231及232将图像存储器221及 222保存的影像数据编码，并输出于影像存储部300。影像存储部300存储从影像记录部200输出的左右的影像数据。存储于该影像存 储部300的影像数据由影像再现部400读出。影像再现部400读出存储于影像存储部300的影像数据并再现。该影像再现部 400与左右的影像数据相对应地具有译码部411及412、显示控制部421及422。译码部 411及412对从影像存储部300读出的左右影像数据进行译码。显示控制部421及422进 行控制以使将通过译码部411及412译码的左右影像数据显示于显示部500。显示部500显示从影像再现部400输出的左右影像数据。作为该显示部500，例如 考虑有如下形态，即在两台放映机上安装圆偏振光或直线偏振光滤光器，分别提示左右眼 用的图像，并使用与显示相对应的圆偏振光或直线偏振光眼镜来进行观看的形态。并且，在 带滤光器的平板显示器中，同样地同时提示左右眼用图像，也可以无需双凸透镜、视差格栅 式等的眼镜，即可利用立体显示装置等。如此，在本发明的实施方式中，不是交互提示左右 图像而是通过同时提示，来减轻视觉疲劳。并且，在本发明的实施方式中，通过将摄像部100中的影像数据的生成到显示部 500中的影像数据的显示高帧频化，由此消除动作引起的模糊(Blur)或急动(Jerkiness)。 动作引起的模糊，除摄影时的MTF(Modulation Transfer Function，调制传递函数)低下 夕卜，特别是因在跟踪观察同步型显示中移动的拍摄对象时(跟踪观察)，影像在视网膜上的 移动而发生得较多。这里，同步型显示是指帧期间中影像连续地显示于胶片或液晶放映机 等的意思。并且，急动是指影像行动流畅，动作不灵活的情况。该急动在将视线固定观察使 用高速快门摄影的影像时(固定视线)较多发生。这样的动画劣质化中，有摄影与显示的 帧频及照相机摄影的孔径比(孔径时间/帧时间)、视觉特性等在干预。在电影中每秒24帧(24Hz)、在电视中每秒60半帧(60Hz)的帧频被标准地使用。 在本发明的实施方式中，考虑到动作引起的模糊或急动，以每秒60帧(60Hz)以上的帧频， 优选以每秒230至250帧(240Hz士 IOHz)的帧频从电子信号生成摄影图像。由此，消除了 时间方向的分辨能力的不足。如此，根据本发明的第二实施方式，通过将提示于双眼的图像视差设为适当的大 小并高帧频化，由此能够拍摄出接近人观察自然界时的易于观察且像差较小的高品质的立 体图像。并且，由于光轴不会根据交换镜头110的变焦比实用上发生变化，而无需根据变焦比移动像的位置等的图像处理等，由此能够容易地实现高精度的变焦效果。
并且，本发明的实施方式表示用于将本发明具体化的一个例子，如本发明的实施 方式所明示， 本发明实施方式中的事项和权利要求书中的发明特定事项，分别具有对应关 系。同样，权利要求书中的发明特定事项和附加了与此同一名称的本发明实施方式中的事 项，分别具有对应关系。但是，本发明不限定于实施方式，在不脱离本发明主旨的范围内，能 够通过对实施方式实施各种变形来具体化。
权利要求
一种摄像装置，其特征在于，具有对来自拍摄对象的光进行聚光的摄影镜头；对上述被聚光的光进行传送的中继透镜；在从上述拍摄对象的一点扩散的光为平行光的区域调整上述被传送的光的光量的光圈；在从上述拍摄对象的一点扩散的光为平行光的区域将上述被调整了光量的光分光为左右两支的反射镜；对上述被分光的光分别进行成像的两个成像透镜；将上述被成像的光分别转换为电子信号图像的两个摄像元件。
2.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，上述光圈调整上述被传送的光的光 量，以改变上述被分光为两支的光的光轴间的距离。
3.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，上述光圈调整上述被传送的光的光 量，以使上述被分光为两支的光的光轴间的距离为大致7至65毫米。
4.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，上述摄影镜头包含放大来自上述拍 摄对象的光的变焦透镜，并通过上述变焦透镜控制由上述摄像元件转换的上述图像间的相 对视差。
5.根据权利要求1所述的摄像装置，其特征在于，上述多个摄像元件分别以每秒60帧 以上的帧频从上述电子信号生成摄像图像。
6.根据权利要求5所述的摄像装置，其特征在于，上述多个摄像元件分别以每秒230至 250帧的帧频从上述电子信号生成摄像图像。
7.一种影像记录再现系统，其特征在于，具有 对来自拍摄对象的光进行聚光的摄影镜头； 对上述被聚光的光进行传送的中继透镜；在从上述拍摄对象的一点扩散的光为平行光的区域调整上述被传送的光的光量的光圈；在从上述拍摄对象的一点扩散的光为平行光的区域将上述被调整了光量的光分光为 左右两支的反射镜；对上述被分光的光分别进行成像的两个成像透镜；将通过上述两个成像透镜成像的光分别转换为电子信号图像的两个摄像元件； 将通过上述两个摄像元件转换的上述图像分别作为左右影像数据的帧记录在存储部 中的影像记录部；将记录在上述存储部的上述左右影像数据同时再现显示的影像再现部。
全文摘要
本发明的摄像装置，能够拍摄出视差大小适当且色像差较小的高品质立体图像。在从拍摄对象的一点扩散的光形成为平行光的区域内，来自拍摄对象的光被反射镜(141)及(143)左右分光。朝向拍摄对象从右侧观察时的光在反光镜(141)反射，并进一步在反射镜(142)反射。朝向拍摄对象从左侧观察时的光在反射镜(143)反射，并进一步在反射镜(144)反射。在反射镜(142)反射的右侧的光输入到成像透镜(151)。输入到成像透镜(151)的光相对于摄像元件(171)的感光面成像。在反射镜(144)反射的左侧的光输入到成像透镜(152)。输入到成像透镜(152)的光相对于摄像元件(172)的感光面成像。由此拍摄出视差大小适当且色像差较小的高品质立体图像。
文档编号H04N13/02GK101836432SQ200980100771
公开日2010年9月15日 申请日期2009年8月26日 优先权日2008年8月29日
发明者黑木义彦 申请人:索尼公司