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JP3089306B2 - Stereoscopic imaging and display device - Google Patents
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JP3089306B2 - Stereoscopic imaging and display device - Google Patents

Stereoscopic imaging and display device

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JP3089306B2
JP3089306B2 JP19643094A JP19643094A JP3089306B2 JP 3089306 B2 JP3089306 B2 JP 3089306B2 JP 19643094 A JP19643094 A JP 19643094A JP 19643094 A JP19643094 A JP 19643094A JP 3089306 B2 JP3089306 B2 JP 3089306B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、立体画像を撮影して表
示する立体画像撮像および表示装置に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional image pickup and display device for taking and displaying a three-dimensional image.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の立体画像撮像装置としては、例え
ば図21の様なものがある。これは、本来2台のカメラ
を2台の雲台の上にそれぞれ固定した物であり、この2
台のカメラが人間の左右の眼に相当する。各々のカメラ
は回転制御部4a,4bに固定されており、それぞれ水
平方向に回転可能になっている。また、カメラ間隔制御
部5により、2台のカメラの間隔を変化出来るようにも
なっており、カメラ全体は三脚6に固定されている。こ
こで、この従来の立体画像撮像装置の平面図を図22
(a)及び(b)に示す。
2. Description of the Related Art As a conventional three-dimensional image pickup apparatus, for example, there is one as shown in FIG. This is originally two cameras fixed on two heads, respectively.
The two cameras correspond to the left and right eyes of a human. Each camera is fixed to the rotation controllers 4a and 4b, and is rotatable in the horizontal direction. The camera interval control unit 5 can change the interval between the two cameras, and the entire camera is fixed to a tripod 6. Here, a plan view of this conventional stereoscopic image pickup apparatus is shown in FIG.
(A) and (b).

【0003】図22(a)は、カメラの光軸を平行にす
る平行撮影の場合、図22(b)は、カメラの光軸を傾
け、2つの光軸が交わるようにする輻輳撮影の場合であ
る。前述の回転制御部4a,4bの動きにより、2台の
カメラを回転し平行撮影、輻輳撮影に対応する。また、
カメラ間隔はWcを変化させることにより変更が可能に
なっている。さて、立体画像の撮像において、輻輳点ま
での距離dxとカメラ間隔Wcは、立体画像の画質に大き
く影響する。カメラ間隔Wcは、表示された被写体の大
きさと、再現される水平視差の大きさに影響する。輻輳
点までの距離dxは、水平視差の大きさ(観察者の両眼
融合範囲に影響する)と撮像画像の歪に大きく関係す
る。従来の立体画像撮像においては、この輻輳点までの
距離dxとカメラ間隔Wcを撮影者が経験によって、撮影
された画像を観察者が見た場合にきれいに見えるように
設定していた。ここで、主に、「きれいにみえるよう
に」とは、観察者が見た時に観察者の融合範囲内に立体
画像の水平視差が入るようにすることを指す。
FIG. 22A shows a case of parallel photographing in which the optical axes of the camera are parallel, and FIG. 22B shows a case of congestion photographing in which the optical axes of the camera are inclined so that the two optical axes intersect. It is. By the movement of the rotation control units 4a and 4b, the two cameras are rotated to correspond to parallel shooting and convergence shooting. Also,
The camera interval can be changed by changing Wc. Now, in the imaging of a stereoscopic image, the distance dx to the convergence point and the camera interval Wc greatly affect the image quality of the stereoscopic image. The camera interval Wc affects the size of the displayed subject and the size of the reproduced horizontal parallax. The distance dx to the convergence point is greatly related to the magnitude of the horizontal parallax (affecting the binocular fusion range of the observer) and the distortion of the captured image. In conventional three-dimensional image capturing, the distance dx to the convergence point and the camera interval Wc are set based on experience of the photographer so that the photographed image can be seen clearly by the observer. Here, “to make the image look beautiful” mainly means that the horizontal parallax of the stereoscopic image falls within the fusion range of the observer when the observer views the image.

【0004】次に、融合範囲について更に詳しく説明す
る。図23は立体画像撮像装置により記録された立体画
像信号を再生する従来の立体画像表示装置の概略図であ
る。これは、立体画像撮像装置で撮像された左右2種類
の画像をプロジェクタ9、10で再生し、互いに垂直の
偏光方向を持った偏光板11で偏光し、これをスクリー
ン12に結像する。観察者は偏光メガネ13を装着し、
右目用の画像は観察者の右目のみに、左目用の画像は観
察者の左目にそれぞれ投影される。
Next, the fusion range will be described in more detail. FIG. 23 is a schematic diagram of a conventional stereoscopic image display device for reproducing a stereoscopic image signal recorded by a stereoscopic image pickup device. In this method, two types of left and right images picked up by a stereoscopic image pickup device are reproduced by projectors 9 and 10, polarized by polarizing plates 11 having polarization directions perpendicular to each other, and formed on a screen 12. The observer wears polarized glasses 13,
The image for the right eye is projected only to the right eye of the observer, and the image for the left eye is projected to the left eye of the observer.

【0005】図24は、立体画像表示装置のスクリーン
部分の平面図である。立体画像撮像装置により得られた
点画像が右目用、左目用でそれぞれIR,ILであるとす
ると、両眼間隔Weの観察者は視線の交点C1に仮想的に
被写体が存在すると知覚する。この様にして、観察者は
両眼立体視を用いて表示される画像の奥行きを知覚する
ことが出来る。また、図25の様に、スクリーンを用い
ずに2つの直交する偏光板24を付したCRT21,2
2の画像をハーフミラー23で合成し、これに対応する
偏光板を付した眼鏡25をつけて観察するような従来の
立体画像の表示方法などもあるが、観察者が奥行きを知
覚する原理はどれも同じである。
FIG. 24 is a plan view of a screen portion of the stereoscopic image display device. Assuming that the point images obtained by the stereoscopic image pickup device are IR and IL for the right eye and the left eye, respectively, the observer at the binocular distance We perceives that the subject virtually exists at the intersection C1 of the line of sight. In this way, the observer can perceive the depth of the displayed image using binocular stereovision. Also, as shown in FIG. 25, CRTs 21 and 2 provided with two orthogonal polarizing plates 24 without using a screen.
There is also a conventional stereoscopic image display method in which the two images are synthesized by the half mirror 23 and the corresponding images are observed with the glasses 25 provided with a polarizing plate, but the principle by which the observer perceives the depth is All are the same.

【0006】次に、奥行き知覚について更に図20を用
いて詳しく説明する。これは、両眼視差による観察者の
奥行き知覚の成立について説明した図であり、A,B,
Pは被写体(点)、CLは観察者の左目26の回転中
心、CRは観察者の右目27の回転中心であり、FL,F
Rはそれぞれ観察者の左目、右目の中心窩(網膜上で最
も解像度の高い部分で、人間は物体を注視する際、中心
窩に物体の像を結像させる)である。観察者が点Pを注
視したとする。この時、左右の眼球は中心窩FL,FRに
点Pの像を結像する様に向く。この時、注視点Pよりも
近い点Aの像は左右眼の網膜上のAL,ARに結像する。
同様に注視点Pよりも遠い点Bの像は、左右眼の網膜上
のBL,BRに結像する。この時、各眼の点Aの像と点B
の網膜像との距離ALBLとARBRは異なる。この距離の
差は点Aと点Bの奥行き方向の距離と対応している。ま
た、これを角度で言い替えれば、点Aと点B間の両眼視
差PBAは、δBA=γB−γAで表され、この大きさが点A
と点Bの奥行き方向の距離に対応し、人間は脳内でこの
差分を計算し被写体の奥行き位置を知覚する。即ちLAB
を知覚する。また、人間は被写体までの距離が遠いと、
点Aもしくは点Bの絶対距離LA,LBの知覚感度は低
く、相対距離LABの知覚感度が高い。
Next, the depth perception will be described in more detail with reference to FIG. This is a diagram for explaining the formation of the depth perception of the observer by the binocular parallax.
P is the subject (point), CL is the rotation center of the observer's left eye 26, CR is the rotation center of the observer's right eye 27, FL, F
R is the fovea of the observer's left eye and right eye (the highest resolution part on the retina, and when a human gazes at the object, an image of the object is formed in the fovea). Assume that the observer gazes at point P. At this time, the left and right eyeballs are oriented so as to form an image of the point P in the fovea FL and FR. At this time, the image of the point A closer to the gazing point P is formed on AL and AR on the retina of the left and right eyes.
Similarly, the image of the point B farther than the gazing point P is formed on BL and BR on the retinas of the left and right eyes. At this time, the image of point A of each eye and the point B
Are different from each other in distance ALBL and ARBR. This difference in distance corresponds to the distance in the depth direction between point A and point B. In other words, in other words, the binocular disparity PBA between the point A and the point B is represented by δBA = γB−γA.
Corresponding to the distance in the depth direction between the point B and the point B, the human calculates this difference in the brain and perceives the depth position of the subject. That is, LAB
To perceive. Also, if humans are far away from the subject,
The perceptual sensitivity of the absolute distances LA and LB of the point A or the point B is low, and the perceptual sensitivity of the relative distance LAB is high.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
様な構成では、実際の画像は表示スクリーン12(図2
4)上に結像されるのにもかかわらず、観察者はC1の
位置に被写体があると知覚する。即ち、実際の画像と見
える画像では、眼のピント位置が異なる状況である。言
い換えれば、観察者の輻輳(寄り眼になること、即ち近
い位置C1に両目を向けること)と調節(眼のピント)
が矛盾した状態になっている。この矛盾量が大きくなる
と、人間は左右の画像を一つのものと知覚出来なくな
り、2重像の知覚になってしまう。または、2重像にな
らなくても、非常に違和感の大きな立体画像になり、観
賞しても気分が悪くなったりする。
However, in the above configuration, an actual image is displayed on the display screen 12 (FIG. 2).
4) The observer perceives that the subject is located at the position C1 despite the image being formed on the top. That is, the focus position of the eyes is different between an image that looks real and an image that looks like this. In other words, the convergence of the observer (closed eyes, that is, turning both eyes to the close position C1) and accommodation (focusing of the eyes)
Is in an inconsistent state. If the amount of contradiction becomes large, humans cannot perceive the left and right images as one, and the perception of a double image will result. Alternatively, even if the image does not become a double image, a three-dimensional image having a very uncomfortable feeling is obtained, and the viewer may feel uncomfortable.

【0008】更に詳しく説明すると、図20において、
観察者が点Pを注視した時、人間がこの奥行きを計算で
きる両眼視差δの大きさの範囲はおおよそ±0.5゜で
あり、それ以上奥行き距離が大きくなると(両眼視差δ
の絶対値が大きくなると)、奥行き方向の距離感が減少
し、更に大きくなると物体が2重に観察され、奥行きが
分かりにくくなると同時に非常に観察しづらくなる。ま
た、図20において、点A,B,Pを図25の3次元画
像表示装置で表示したとし、再現される立体像の位置
が、画像を表示しているCRT表面の位置28から離れ
ると、眼のレンズの焦点調節位置(CRT表面)と表示
画像の奥行き位置のずれが大きくなる。この、CRT表
面の位置と立体画像提示位置のずれにも人間には許容範
囲があり、これを越えると、両眼の中心窩に意図する被
写体を結像することが出来なくなり、観察者は2重像を
知覚する。
More specifically, in FIG.
When the observer gazes at the point P, the range of the size of the binocular disparity δ at which a human can calculate the depth is approximately ± 0.5 °, and when the depth distance is further increased (the binocular disparity δ
When the absolute value of the distance increases, the sense of distance in the depth direction decreases. When the absolute value of the distance further increases, the object is observed twice, and the depth becomes difficult to understand and becomes very difficult to observe. In FIG. 20, when points A, B, and P are displayed on the three-dimensional image display device in FIG. 25, and the position of the reproduced stereoscopic image is away from the position 28 on the CRT surface displaying the image, The deviation between the focus adjustment position of the eye lens (CRT surface) and the depth position of the displayed image increases. There is a permissible range for the deviation between the position of the CRT surface and the stereoscopic image presentation position. If the deviation exceeds this range, the intended subject cannot be imaged in the fovea of both eyes. Perceive multiple images.

【0009】以上のことを考慮すると、両眼立体視によ
る人間の奥行き知覚範囲は、注視点Pを中心として、あ
る限られた範囲しかないことがわかる。人間は、より広
い3次元世界を知覚するために、注視点Pを奥行き方向
にも移動し、それぞれの注視点の位置で、その周りの3
次元構造を知覚し、それを合成する。しかしながら、従
来の3次元画像表示装置では、眼のレンズの焦点調節位
置(CRT表面)と表示画像の奥行き位置のずれの許容
範囲があるため、被写体の全空間を観察することができ
ない。さらに、眼のレンズの焦点調節位置(CRT表
面)と表示画像の奥行き位置のずれが存在するために、
注視点を迅速に移動することが困難になり、これらの原
因が重なって、従来の3次元画像表示装置は、疲れ易
い、見にくい画像表示であった。
In view of the above, it can be understood that the depth perception range of the human being in the binocular stereoscopic view has only a certain limited range centered on the gazing point P. In order to perceive a wider three-dimensional world, the human also moves the gazing point P in the depth direction, and at each gazing point position, 3
Perceive a dimensional structure and synthesize it. However, in the conventional three-dimensional image display device, the entire space of the subject cannot be observed because there is an allowable range of a shift between a focus adjustment position (CRT surface) of an eye lens and a depth position of a display image. Further, since there is a shift between the focus adjustment position of the eye lens (CRT surface) and the depth position of the display image,
It is difficult to quickly move the gazing point, and these causes overlap, and the conventional three-dimensional image display apparatus is tired and hard to see.

【0010】また、この様な欠点を改善するため、従来
の立体画像撮像装置では、撮影者が、この様な状態にな
るべくならない様に、撮影現場において撮影距離を測定
し、これを表示する立体画像表示装置の大きさや観客の
視距離を想定し、図22のWcとdxを決定していたが、
その計算はおおまかな撮影距離や撮影者の経験に頼った
ものであり、正確ではなかったり、1つの被写体につい
て注目し、これが無理なく両眼立体視出来るようにカメ
ラパラメータを設定していた。また、被写体が奥行き方
向に移動する場合など、再現するべき奥行きが時間的に
変化する場合については最適にWcとdxを決定すること
は出来なかった。
Further, in order to improve such a drawback, in a conventional three-dimensional image pickup apparatus, a photographer measures a photographing distance at a photographing site so that the photographer does not become in such a state, and displays the measured distance. Assuming the size of the image display device and the viewing distance of the audience, Wc and dx in FIG. 22 were determined.
The calculation relies on rough shooting distances and the experience of the photographer, and is not accurate or focuses on one subject, and camera parameters are set so that this can be easily and stereoscopically viewed with two eyes. Further, when the depth to be reproduced changes with time, such as when the subject moves in the depth direction, Wc and dx cannot be optimally determined.

【0011】本発明は、上記のような従来の課題を考慮
し、観察者が観賞する際、見やすく、疲れにくい立体画
像を得ることができる立体画像撮像及び表示装置を提供
することを目的とするものである。
An object of the present invention is to provide a three-dimensional image pickup and display device capable of obtaining a three-dimensional image which is easy to see and is less tiring when an observer views the object, in consideration of the conventional problems as described above. Things.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の視点に
おいて被写体を撮像する撮像部と、その撮像部の輻輳角
を変化させる輻輳角移動機構部と、各々の撮像部から画
像データを抽出する信号処理部と、その信号処理部の出
力を用いて画像の視差を計算する視差計算部と、その視
差計算部の出力のうち最小値(最も近い被写体の視差)
を検出する視差処理部と、その視差処理部の出力を用い
て撮像された画像が立体画像表示装置で表示された場合
に再生される最も近点の被写体の奥行き位置を計算する
奥行き表示位置計算部と、その奥行き表示位置計算部の
出力を用いて、これが再生画像を観賞する観察者の融合
許容範囲内あるかどうか判断する融合範囲確認部と、そ
の融合範囲確認部の出力を用いて、最も近点の被写体が
観察者の融合許容範囲内になるように輻輳角移動機構部
を制御する輻輳角制御部とを備えた立体画像撮像装置で
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an image pickup section for picking up an object from a plurality of viewpoints, a convergence angle moving mechanism for changing the convergence angle of the image pickup section, and extracting image data from each image pickup section. Signal processing unit, a parallax calculating unit that calculates the parallax of an image using the output of the signal processing unit, and a minimum value (parallax of the closest subject) among the outputs of the parallax calculating unit.
And a depth display position calculation for calculating a depth position of the closest object reproduced when an image captured using the output of the parallax processing unit is displayed on the stereoscopic image display device. Unit, using the output of the depth display position calculation unit, a fusion range confirmation unit to determine whether or not this is within the fusion allowable range of the observer viewing the playback image, using the output of the fusion range confirmation unit, This is a stereoscopic image capturing apparatus including a convergence angle control unit that controls a convergence angle moving mechanism unit so that a subject at the closest point is within a fusion allowable range of an observer.

【0013】また本発明は、少なくとも2方向から被写
体を撮像した時の画像を用いて、被写体の両眼視差また
は3次元位置を計算する視差計算部と、その視差計算部
の出力から被写体の奥行き位置を計算する注視点計算部
と、その注視点計算部の出力で示される奥行き位置を3
次元立体画像表示部の表面もしくは表面から指定された
奥行き距離に再現するように前記画像を平行移動する視
差制御部とを備えた立体画像表示装置である。
Further, the present invention provides a parallax calculating unit for calculating binocular parallax or a three-dimensional position of a subject using images obtained by capturing the subject from at least two directions, and a depth of the subject based on an output of the parallax calculating unit. a gazing point calculator for calculating a position, a depth position indicated by the output of the gazing point calculator 3
A stereoscopic image display apparatus comprising: a parallax control unit that translates the image in parallel so as to reproduce the image at a specified depth distance from the surface of the three-dimensional stereoscopic image display unit.

【0014】また本発明は、請求項1〜4のいずれかの
立体画像撮像装置と、請求項5〜8のいずれかの立体画
像表示装置とを備えた立体画像撮像及び表示装置であ
る。
Further, the present invention is a three-dimensional image pickup and display device comprising the three-dimensional image pickup device according to any one of claims 1 to 4 and the three-dimensional image display device according to any one of claims 5 to 8.

【0015】[0015]

【作用】本発明は、撮像画像の両眼視差を検出し、これ
から観察者が観察する最も近点の被写体の奥行き位置を
計算し、これが再生画像を観賞する観察者の融合許容範
囲内になるように輻輳角移動機構部を制御する。
According to the present invention, the binocular parallax of a picked-up image is detected, and the depth position of the nearest object to be observed by the observer is calculated from the parallax, which is within the allowable range of fusion of the observer who views the reproduced image. The convergence angle moving mechanism is controlled as described above.

【0016】また本発明は、画像の両眼視差から観察者
が最も広い範囲で被写体の奥行き世界を知覚可能である
最適注視点を計算し、これが立体画像表示部の表面もし
くは表面から指定された距離に再現するように制御す
る。
Further, according to the present invention, an optimum fixation point at which the observer can perceive the depth world of the subject in the widest range is calculated from the binocular parallax of the image, and this is specified from the surface of the stereoscopic image display unit or from the surface. Control to reproduce the distance.

【0017】また本発明は、請求項1〜4のいずれかの
立体画像撮像装置により得られた撮像画像を用いて、請
求項5〜8のいずれかの立体画像表示装置に立体画像を
表示する。
Further, according to the present invention, a three-dimensional image is displayed on a three-dimensional image display device according to any one of the fifth to eighth aspects by using a captured image obtained by the three-dimensional image capturing device according to any one of the first to fourth aspects. .

【0018】[0018]

【実施例】以下に、本発明をその実施例を示す図面に基
づいて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings showing embodiments thereof.

【0019】図1は、本発明にかかる第1の実施例の立
体画像撮像装置の構成図である。図1において、1,2
はレンズ、3a,3bはカメラ本体、4a,4bは輻輳角移
動機構部である回転制御部、5はカメラ間隔制御部であ
り、これらは従来の技術と同様な物である。14a ,1
4b はカメラ本体からの信号を輝度信号に変換する信号
処理部、15は左右の画像から水平視差を計算する視差
計算部、16は最小の視差を検出する視差処理部、17
は観察者に最も近い被写体の空間位置を計算する奥行き
表示位置計算部、18は観察者に最も近い被写体の空間
位置が観察者の融合範囲内にあるかどうかをチェックす
る融合範囲確認部、19は観察者に最も近い被写体の空
間位置が観察者の融合範囲内に入るように回転制御部4
a,4bを制御する輻輳角制御部である。ここで、レンズ
1,2及びカメラ本体3a,3bが、撮像部を構成して
いる。
FIG. 1 is a block diagram of a stereoscopic image pickup apparatus according to a first embodiment of the present invention. In FIG.
Denotes a lens, 3a and 3b denote a camera body, 4a and 4b denote a rotation control unit which is a convergence angle moving mechanism unit, and 5 denotes a camera interval control unit, which are the same as those in the prior art. 14a, 1
4b is a signal processing unit for converting a signal from the camera body into a luminance signal, 15 is a parallax calculating unit for calculating horizontal parallax from left and right images, 16 is a parallax processing unit for detecting minimum parallax, 17
Is a depth display position calculation unit that calculates the spatial position of the subject closest to the observer, 18 is a fusion range confirmation unit that checks whether the spatial position of the subject closest to the observer is within the fusion range of the observer, 19 Is the rotation control unit 4 such that the spatial position of the subject closest to the observer is within the fusion range of the observer.
A convergence angle control unit that controls a and 4b. Here, the lenses 1 and 2 and the camera bodies 3a and 3b constitute an imaging unit.

【0020】以上のように構成された本実施例の立体画
像撮像装置について、以下その動作を説明する前に、撮
像系と表示系のモデル理論と、観察者の両眼融合範囲に
関する特性について説明する。
Before describing the operation of the thus configured stereoscopic image pickup apparatus of the present embodiment, model theory of an image pickup system and a display system and characteristics relating to a binocular fusion range of an observer will be described. I do.

【0021】まず、撮像系と表示系のモデルについて、
図2を用いて説明する。図2(a)は撮像系のモデルで
ある。撮影カメラは左右対称に、輻輳点F(0,dx,
0)に光軸が向いている。この時座標原点を2台のカメ
ラの中心にとり、2台のカメラを並べる方向をx軸、奥
行き方向をy軸、高さ方向をz軸とする。左右のレンズ
1,2はx軸上のそれぞれ(−Wc,0,0),(Wc,
0,0)に位置し、撮像面(撮像素子またはフイルムの
位置)7,8に対するレンズの焦点距離はfである。こ
の時dx =∽にすると、2台のカメラの光軸は平行にな
る(図2(a)、破線)。
First, a model of an imaging system and a display system will be described.
This will be described with reference to FIG. FIG. 2A shows a model of the imaging system. The photographing camera is symmetrical, and the convergence point F (0, dx,
The optical axis is oriented at 0). At this time, the coordinate origin is set at the center of the two cameras, and the direction in which the two cameras are arranged is x-axis, the depth direction is y-axis, and the height direction is z-axis. The left and right lenses 1 and 2 are (−Wc, 0, 0), (Wc,
0, 0), and the focal length of the lens with respect to the imaging planes (positions of the imaging element or the film) 7 and 8 is f. At this time, if dx = ∽, the optical axes of the two cameras become parallel (FIG. 2A, broken line).

【0022】図2(b)は表示系のモデル(立体画像表
示装置のモデル)である。表示系の座標は観察者の両眼
の中心を原点として、両眼の中心を結ぶ線をX軸、奥行
き方向をY軸、高さ方向をZ軸とする。この時、観察者
から立体画像表示スクリーン12までの距離はds、左
右眼はそれぞれ(−We,0,0),(We,0,0)に
位置し、再現される点画像の位置が右目用がPr、左目
用がPlであるとすると、観察者はPrと(We,0,
0)を結ぶ線分とPlと(−We,0,0)を結ぶ線分の
交点Pに点画像があると知覚する。一般的に、図2
(b)の様な平面のスクリーンを用いた立体画像表示装
置を用いると、dx =∽でかつ、無限遠点を撮像した位
置(撮像画像の中心位置)が、図2(b)で左右画像そ
れぞれNL(−We,ds,0),NR(We,ds,0)の
位置に表示されると、撮像空間のx方向は歪なく再生さ
れる。また、撮像空間のy方向は(数1)の時、歪なく
再生される。
FIG. 2B shows a model of a display system (model of a three-dimensional image display device). The coordinates of the display system have the origin at the center of both eyes of the observer, a line connecting the centers of both eyes as the X axis, the depth direction as the Y axis, and the height direction as the Z axis. At this time, the distance from the observer to the stereoscopic image display screen 12 is ds, the left and right eyes are located at (-We, 0, 0) and (We, 0, 0), respectively. Assuming that the object is Pr and the object for the left eye is Pl, the observer considers Pr and (We, 0,
It is perceived that there is a point image at the intersection P of the line segment connecting P1 and (−We, 0, 0). Generally, FIG.
When a stereoscopic image display apparatus using a flat screen as shown in FIG. 2B is used, the position where dx = ∽ and the image at the infinity point (the center position of the captured image) is changed to the left and right images in FIG. When displayed at the positions of NL (-We, ds, 0) and NR (We, ds, 0), the x direction of the imaging space is reproduced without distortion. When the y direction of the imaging space is (Equation 1), the image is reproduced without distortion.

【0023】[0023]

【数1】 (Equation 1)

【0024】ここでMは、撮像面7,8上の像の大きさ
と表示スクリーン12上の像の大きさの比である(但
し、Y軸上に観察者の中心がある場合)。この場合、無
限遠点の再生画像を観察する場合は、図2(b)で両眼
の視線が破線の様に平行になる。被写体が無限遠点から
0の距離の間に存在することより、観察者の2つの視線
は平行か、内側を向くことになり、外側に向くことはな
くなる。人間の特性として、2つの視線が平行より外側
に向くことはありえないため、この条件は立体画像の再
生範囲が最も広くなる条件である。
Here, M is the ratio of the size of the image on the imaging surfaces 7 and 8 to the size of the image on the display screen 12 (provided that the center of the observer is on the Y axis). In this case, when observing the reproduced image at the point at infinity, the lines of sight of both eyes are parallel as shown by the broken lines in FIG. Since the subject is present at a distance of 0 from the point at infinity, the two lines of sight of the observer are parallel or face inward, and do not face outward. This condition is a condition for maximizing the reproduction range of the stereoscopic image, since two lines of sight cannot face outward from parallel as human characteristics.

【0025】この無歪再生条件の内、図2(a)のdx
=∽の条件が成立しない場合、即ちdx が有限の値を持
つときは、再生される立体画像は空間的に必ず歪むた
め、なるべくdx =∽の条件で撮像し、再生される立体
画像が観察者の融合範囲内に無い場合のみdx を変化さ
せて観察者が融合出来る様にする。この時、再生される
立体画像の歪を最小限に抑えるため、dx はなるべく大
きな値を持つように設定する。実際のdx の制御につい
ては後述する。この時、立体画像再生側では、立体画像
の再生範囲を最大にするために、無限遠点の画像を図2
(b)のNL,NRに再生する。このためには、図2
(a)の撮像面7,8上での無限遠点の水平方向の座標
はf×Wc/dx であることを用いて、(数2)の関係
が成立する様にΔSを設定し、右画像をΔSだけ右に平
行移動、左画像をΔSだけ左に平行移動して左右画像を
表示する。
Among the distortion-free reproduction conditions, dx shown in FIG.
If the condition of ∽ = し な い is not satisfied, that is, if dx has a finite value, the reproduced stereoscopic image is necessarily spatially distorted. Only when it is not within the fusion range of the observer, dx is changed so that the observer can fuse. At this time, dx is set to have as large a value as possible in order to minimize the distortion of the reproduced stereoscopic image. The actual control of dx will be described later. At this time, on the stereoscopic image reproducing side, an image at an infinite point is displayed in FIG.
(B) Play back to NL and NR. For this purpose, FIG.
Using the fact that the horizontal coordinate of the point at infinity on the imaging planes 7 and 8 in (a) is f × Wc / dx, ΔS is set so that the relationship of (Equation 2) is established. The image is translated to the right by ΔS, and the left image is translated to the left by ΔS to display the left and right images.

【0026】[0026]

【数2】 (Equation 2)

【0027】次に、人間の両眼融合特性について説明す
る。本発明は、立体画像表示装置で立体画像を表示した
時に、観察者が左右の画像を融合できる範囲内に立体画
像を表示出来るように、撮像装置のパラメータdx を制
御するため、図2(b)において観察者が両眼融合でき
る条件を知っておく必要がある。例えば図2(b)で、
点Pの位置を観察者が注視しているとする。ここで、実
際の画像は表示スクリーン12上に結像される。しかし
ながら、両眼の視線は点Pに向いている。この様に近い
点を見るために両眼を内転することを輻輳眼球運動、P
点を輻輳点というが、この輻輳眼球運動は、眼のピント
情報と点Pの網膜投影位置情報を用いて制御されてい
る。
Next, the binocular fusion characteristics of a human will be described. The present invention controls the parameter dx of the image pickup device so that when the stereoscopic image is displayed on the stereoscopic image display device, the observer can display the stereoscopic image within a range where the left and right images can be merged. In), it is necessary for the observer to know the conditions for binocular fusion. For example, in FIG.
It is assumed that the observer is gazing at the position of the point P. Here, the actual image is formed on the display screen 12. However, the line of sight of both eyes points to point P. Adduction of both eyes to see a point close to this is called vergence eye movement, P
The point is called a convergence point, and the convergence eye movement is controlled using the focus information of the eye and the retinal projection position information of the point P.

【0028】この場合、ピント情報と網膜情報は矛盾し
ているため、観察者側に負担がかかる。この矛盾が小さ
な範囲ならば観察者は許容できるが、矛盾が大きくなる
と、観察者は左右の画像をひとつの画像として融合でき
なくなり、ついには二重像の知覚になってしまう。二重
像の知覚にならなくても、視覚系に負担がかかり、疲労
を招く。この眼のピント位置(調節という)と、網膜投
影位置による輻輳点の位置(輻輳という)の許容範囲を
測定した結果がある(日経エレクトリニクスvol.444,p205-214(1
988))より)。これを図3に示す。横軸の輻輳は、両眼
の視線の交点と観察者の距離、縦軸の調節は、眼球の水
晶体のピントを合わせている位置と観察者の距離(単位
はD、ジオプタで、距離の逆数)である。右上がりの4
5度の直線上が、輻輳と調節の一致する条件であり、斜
線部は眼の焦点深度内の許容範囲、αは画像を0.5秒
表示したときの融合限界線である。この上下の融合限界
線の間の領域では、観察者は立体画像を融合でき、2重
像になることはない。そこで図2のdx を、この融合可
能な領域に全ての立体画像が再現される様な条件でか
つ、なるべく大きな値を持つように制御して撮像する。
In this case, since the focus information and the retina information are inconsistent, a burden is imposed on the observer. If the contradiction is small, the observer can tolerate it. However, if the contradiction is large, the observer cannot fuse the left and right images into one image, and eventually perceives a double image. Even if the double image is not perceived, the visual system is strained and causes fatigue. There is a result of measuring the allowable range of the focus position of the eye (referred to as accommodation) and the position of the convergence point (referred to as convergence) based on the retinal projection position (Nikkei Electronics vol.444, p205-214 (1
988))). This is shown in FIG. The convergence on the horizontal axis is the distance between the intersection of the line of sight of the two eyes and the observer, and the vertical axis is the distance between the position where the lens of the eye is in focus and the observer (unit: D, diopter, reciprocal of distance) ). 4 rising right
The straight line at 5 degrees is the condition under which the convergence and the accommodation match, the shaded portion is the allowable range within the depth of focus of the eye, and α is the fusion limit line when the image is displayed for 0.5 seconds. In the area between the upper and lower fusion limit lines, the observer can fuse the stereoscopic image, and does not become a double image. Accordingly, dx in FIG. 2 is imaged under the condition that all three-dimensional images are reproduced in the area where the fusion can be performed, and is controlled so as to have as large a value as possible.

【0029】まず、初期値としてdx =∽(十分大きな
値)とする。図1において、視差計算部15は信号処理
部14a,bの出力である左右眼用の画像から、視差地図
(3次元地図)を計算する。計算方法は左右画像の輝度
パターンの相関を計算する相関マッチング法や左右画像
のエッジ情報のマッチングを行う方法等、多くの方法が
提案されているが、ここでは例として輝度パターンの相
関を計算する相関マッチング法を用いる方法を説明す
る。図4を用いて視差計算部15の詳細な動作を説明す
る。図4において、大きさN×Mの左右画像を考える。
左画像でn×n画素(図では3×3画素)のブロック窓
を考える。このブロック窓と同じ画像を右画像で同じサ
イズの窓を用いて探し、この時の左右のブロック位置の
ずれを示すベクトル(Δx,Δy)の水平成分Δxが、
そのブロック窓の中心座標での左右画像の両眼視差とな
る。基準となる左画像のブロック窓の位置を全画面に渡
って平行移動し、全ての場合において右画像の対応する
ブロックの位置(両眼視差)を求めれば、画面全体の視
差地図(画面の各場所での奥行き距離を示したもの)が
求められる。ここで画像の座標(x,y)における左右
画像のずれ、即ち両眼視差(Δx,Δy)は、(数3)
で示される。
First, it is assumed that dx = ∽ (a sufficiently large value) as an initial value. In FIG. 1, a parallax calculation unit 15 calculates a parallax map (three-dimensional map) from left and right eye images output from the signal processing units 14a and 14b. Many calculation methods have been proposed, such as a correlation matching method for calculating the correlation between the luminance patterns of the left and right images and a method for matching the edge information of the left and right images. Here, for example, the correlation between the luminance patterns is calculated. A method using the correlation matching method will be described. The detailed operation of the parallax calculation unit 15 will be described with reference to FIG. In FIG. 4, consider left and right images of size N × M.
Consider a block window of n × n pixels (3 × 3 pixels in the figure) in the left image. The same image as the block window is searched for in the right image using a window of the same size. At this time, the horizontal component Δx of the vector (Δx, Δy) indicating the shift of the left and right block positions is
The binocular parallax of the left and right images at the center coordinates of the block window. If the position of the block window of the reference left image is translated across the entire screen and the position of the corresponding block of the right image (binocular disparity) is obtained in all cases, the disparity map of the entire screen (each image on the screen) Which indicates the depth distance at the place). Here, the shift between the left and right images at the coordinates (x, y) of the image, that is, the binocular disparity (Δx, Δy) is represented by (Equation 3).
Indicated by

【0030】[0030]

【数3】 (Equation 3)

【0031】ここで、Here,

【0032】[0032]

【数4】 (Equation 4)

【0033】である。ただし(数3)のΣは、n×nの
ブロック窓内について座標xk,ykを変化させて絶対値
内の総和をとることを示す。Nはブロック窓内の画素数
である。両眼視差Δx,Δyの内、奥行き位置を直接示
すのはΔxである。左画像を基準とした場合、両眼視差
の値が正の時は、基準画像に対して右画像は右側、左画
像は左側に位置し、両眼視差0の奥行き位置より奥側を
示し、両眼視差の値が負の時は両眼視差0の奥行き位置
より手前側に被写体が存在することを示す。
Is as follows. However, Σ in (Equation 3) indicates that the coordinates xk and yk are changed within the n × n block window to obtain the sum within the absolute value. N is the number of pixels in the block window. Of the binocular disparities Δx and Δy, Δx directly indicates the depth position. When the left image is the reference, when the value of the binocular disparity is positive, the right image is located on the right side, the left image is located on the left side with respect to the reference image, and indicates the depth side from the depth position of the binocular disparity 0, When the value of the binocular parallax is negative, it indicates that the subject exists on the near side from the depth position of the binocular parallax 0.

【0034】以上の様にして得られた視差地図(画面全
体について各座標における視差Δxを計算したもの)を
元にして、視差処理部16は、画像全体の視差の最小値
(最も観察者に近い位置に再生される被写体の視差)を
抽出し、これをΔxmin とする。次に、Δxmin を元に
して、図5に示した立体画像表示における立体画像の奥
行き再生位置Ypminは奥行き表示位置計算部17により
計算されるが、計算式は(数5)で示される。
Based on the parallax map obtained as described above (calculation of the parallax Δx at each coordinate for the entire screen), the parallax processing unit 16 determines the minimum value of the parallax of the entire image (most to the observer). A parallax of a subject reproduced at a close position is extracted, and this is defined as Δxmin. Next, the depth reproduction position Ypmin of the stereoscopic image in the stereoscopic image display shown in FIG. 5 is calculated by the depth display position calculation unit 17 based on Δxmin, and the calculation formula is represented by (Equation 5).

【0035】[0035]

【数5】 (Equation 5)

【0036】Ypminは表示座標系の原点から注目してい
る被写体の位置までの距離のY座標を表す。ここで、図
5は図2(b)の表示モデルに図3の観察者の両眼融合
範囲を重ねて書いた物である。斜線部分は観察者の両眼
融合可能領域である。
Ypmin represents the Y coordinate of the distance from the origin of the display coordinate system to the position of the subject of interest. Here, FIG. 5 shows the display model of FIG. 2B overlaid with the binocular fusion range of the observer of FIG. The shaded area is an area where the observer can integrate both eyes.

【0037】ここでF(ds)minは、図3において下側
の曲線で与えられる。たとえば、スクリーンまでの視距
離ds =71cmの時、F(ds)min=29cmとな
り、観察者は無限遠から29cmのところまでの範囲内
で両眼融合可能である。図3より、視距離が71cm以
上の時には観察者は、無限遠からF(ds)minの範囲ま
で両眼融合可能である。視距離が71cm以下の場合に
は、図3の上側の曲線も両眼融合範囲を制限し、F(d
s)max〜F(ds)minまでの距離が両眼融合範囲とな
る。以下では、視距離が71cm以上の場合について説
明する。ここで、Ypminが、両眼融合範囲の境界にある
かどうかを融合範囲確認部17が判断する。判断の基準
は、(数6)が成立するかどうかを評価する。
Here, F (ds) min is given by the lower curve in FIG. For example, when the viewing distance to the screen is ds = 71 cm, F (ds) min = 29 cm, and the observer can perform binocular fusion within a range from infinity to 29 cm. From FIG. 3, when the viewing distance is 71 cm or more, the observer can perform binocular fusion from infinity to F (ds) min. When the viewing distance is 71 cm or less, the upper curve in FIG. 3 also limits the binocular fusion range, and F (d
s) The distance from max to F (ds) min is the binocular fusion range. Hereinafter, a case where the viewing distance is 71 cm or more will be described. Here, the fusion range confirmation unit 17 determines whether or not Ypmin is at the boundary of the binocular fusion range. The criterion for the evaluation is whether or not (Equation 6) holds.

【0038】[0038]

【数6】 (Equation 6)

【0039】ここで、ΔFは任意の小さな値である。
(数6)が成立する場合には、立体画像の再生表示位置
は両眼融合範囲内にあるので、融合範囲確認部18は輻
輳角制御部19に現在のdx の値をそのまま輻輳角制御
部19に出力する。また、Ypminが、(数7)を満たす
場合、Ypminの再生表示位置は両眼融合範囲内に完全に
入っているため、融合範囲確認部18は現在のdxにΔ
dxだけ加算した値を新たなdxとして輻輳角制御部19
に出力する。
Here, ΔF is an arbitrarily small value.
When (Equation 6) holds, the reproduction display position of the stereoscopic image is within the binocular fusion range, and the fusion range confirmation unit 18 sends the current value of dx to the convergence angle control unit 19 without any change. 19 is output. When Ypmin satisfies (Equation 7), the reproduction display position of Ypmin is completely within the binocular fusion range, and the fusion range confirmation unit 18 determines that the current dx is Δ
The value added by dx is set as a new dx and the convergence angle control unit 19
Output to

【0040】[0040]

【数7】 (Equation 7)

【0041】但し、後述のθ(図6参照)が0に近くな
れば、後述のカメラ光軸角度θはほとんど変化しないの
で、dx は更新しなくてもよい。また、図5に示すよう
に、Ypminが(数8)を満たす場合には、Ypminに再生
された画像は観察者にとって両眼融合できない画像であ
る。
However, if the later-described θ (see FIG. 6) approaches 0, the later-described camera optical axis angle θ hardly changes, so that dx need not be updated. Further, as shown in FIG. 5, when Ypmin satisfies (Equation 8), the image reproduced in Ypmin is an image that cannot be binocularly fused for the observer.

【0042】[0042]

【数8】 (Equation 8)

【0043】この場合、現在のdxからΔdxだけ減算し
てこれを新たなdxとする。このdxからΔFを減算した
値が、dx0(後述、>0)よりも小さい場合には、dx0
を新たなdxとする。ここで、dx0 の計算について説明
する。融合範囲確認部18は、Ypminのy座標を、図5
のF(ds)minにする条件でのdxをdx0として計算す
る。dxの計算式は(数5)と(数2)により、ΔSを
消去し、Yp=F(ds)minとし、更にdxで解くと得ら
れ、(数9)となる。
In this case, the current dx is subtracted by Δdx to obtain a new dx. If the value obtained by subtracting ΔF from dx is smaller than dx0 (> 0), dx0
Is a new dx. Here, the calculation of dx0 will be described. The fusion range checking unit 18 calculates the y coordinate of Ypmin as shown in FIG.
Is calculated as dx0 under the condition of F (ds) min. The equation for calculating dx is obtained by (Equation 5) and (Equation 2), eliminating ΔS, setting Yp = F (ds) min, and solving with dx, which is given by (Equation 9).

【0044】[0044]

【数9】 (Equation 9)

【0045】この様にして得られるdxを用いて、輻輳
角制御部19は回転制御部4a,4bを制御し、カメラ本
体3a,3bが図(a)に示した輻輳点にカメラの光軸が
向くように制御する。この時のカメラの制御角度θの定
義を図6(a)に示す。θ=0の時、2台のカメラの光
軸は平行となる。ここで、dxの更新はΔdxずつとした
が、(数8)の条件の場合、(数9)で示されるdx_0
の値をdxに直接代入しても良い。また、dxを制御する
代わりに、(数8)が成立する場合のみ、カメラ間隔W
cをWc−△Wc(△Wcは任意の小さな値)に変化させ、
(数6)が成立するまで、これを繰り返してもよい。
Using the dx obtained in this manner, the convergence angle control unit 19 controls the rotation control units 4a and 4b, and the camera bodies 3a and 3b move the optical axis of the camera to the convergence point shown in FIG. Is controlled to face. FIG. 6A shows the definition of the camera control angle θ at this time. When θ = 0, the optical axes of the two cameras are parallel. Here, the update of dx is performed by Δdx, but in the case of the condition of (Expression 8), dx_0 expressed by (Expression 9) is obtained.
May be directly substituted for dx. Also, instead of controlling dx, only when (Equation 8) holds, the camera interval W
Change c to Wc- △ Wc (△ Wc is an arbitrary small value),
This may be repeated until (Equation 6) holds.

【0046】以上の様にすれば、被写体の、観察者から
最も近い点Ypminが融合範囲の限界近点であるF(d
s)minになるように制御される。この時、Ypminが、カ
メラ本体3a,3bの光軸が平行になる条件で両眼融合範
囲にある場合には、2台のカメラの光軸は平行に保たれ
る。
As described above, the point Ypmin of the subject closest to the observer is defined as F (d
s) Controlled to be min. At this time, if Ypmin is in the binocular fusion range under the condition that the optical axes of the camera bodies 3a and 3b are parallel, the optical axes of the two cameras are kept parallel.

【0047】以上の様に、本実施例によれば、撮像画面
の視差を計算し、これの最小値を観察者の融合範囲内に
再現するように立体撮像カメラの光軸を制御することに
より、再生表示された立体画像を観察者が最も広い範囲
で融合できる画像を撮像することができる。
As described above, according to the present embodiment, the parallax of the imaging screen is calculated, and the optical axis of the stereoscopic imaging camera is controlled so that the minimum value of the parallax is reproduced within the fusion range of the observer. In addition, it is possible to capture an image that allows the observer to fuse the reproduced and displayed stereoscopic image in the widest range.

【0048】また、第1の実施例の図6(b)で、θ=
0近辺ではdx の変化範囲が大きいので、dxがdx_∽
のところで、θを0にしてもよい。この時dxの初期値
はdx_∽にする。また、図6(b)の曲線を直線近似し
てもよい。また、(数6)〜(数8)の条件判断式にお
いて、Ypmin にオフセットYp_offを加算し、判断条件
をY軸方向にシフトしてYpminの位置が融合範囲内(斜
線領域)内に入るように調節してもよい。
Also, in FIG. 6B of the first embodiment, θ =
Since the change range of dx is large near 0, dx is dx_∽
Here, θ may be set to 0. At this time, the initial value of dx is dx_∽. Further, the curve of FIG. 6B may be approximated by a straight line. Also, in the condition determination formulas (Equation 6) to (Equation 8), the offset Yp_off is added to Ypmin, and the determination condition is shifted in the Y-axis direction so that the position of Ypmin falls within the fusion range (shaded area). May be adjusted.

【0049】図7は、本発明にかかる第2の実施例の立
体画像撮像装置の構成図である。図7において、1,2
はレンズ、3a,3bはカメラ本体、4a,4bは回転制御
部、5はカメラ間隔制御部、17は観察者に最も近い被
写体の空間位置を計算する奥行き表示位置計算部、19
は観察者に最も近い被写体の空間位置が観察者の融合範
囲内に入るように回転制御部4a,4bを制御する輻輳角
制御部であり、これらは従来の技術と同様な物である。
本発明の第1の実施例と異なる点は、奥行き表示位置計
算部17の入力を、最も近い被写体の座標x0,y0を直
接用いている点と、観察者に最も近い被写体の空間位置
を観察者の融合範囲内入れるためのdxの値を計算する
融合範囲決定部20が用いられている点である。
FIG. 7 is a block diagram of a stereoscopic image pickup apparatus according to a second embodiment of the present invention. In FIG.
Is a lens, 3a and 3b are camera bodies, 4a and 4b are rotation controllers, 5 is a camera interval controller, 17 is a depth display position calculator that calculates the spatial position of the subject closest to the observer, 19
Is a convergence angle control unit that controls the rotation control units 4a and 4b so that the spatial position of the subject closest to the observer is within the fusion range of the observer, and these are the same as those in the related art.
The difference from the first embodiment of the present invention is that the input of the depth display position calculation unit 17 is directly using the coordinates x0, y0 of the closest subject and the spatial position of the subject closest to the observer. Is that a fusion range determination unit 20 that calculates the value of dx to be within the fusion range of the user is used.

【0050】以上の様に構成された第2の実施例の立体
画像撮像装置について、以下その動作を説明する。
The operation of the thus configured stereoscopic image pickup apparatus of the second embodiment will be described below.

【0051】図2(a)の撮像条件において、被写体の
内、最もカメラから近い距離にある点の座標をN(x
0,y0,z0 )とする。撮影者はこの距離を撮影前に測
定し、x0,y0を奥行き表示位置計算部17に入力す
る。入力方法は、計算機のキーボードのようなもの等、
数値データを入力できる物なら何でもよい。これを元に
して、奥行き表示位置計算部17は、図2(b)におけ
る立体画像再生表示座標系における点Nの表示位置のY
座標を計算する。計算式は(数10)で示される。
Under the imaging conditions shown in FIG. 2A, the coordinates of the point of the subject which is closest to the camera is represented by N (x
0, y0, z0). The photographer measures this distance before photographing, and inputs x0 and y0 to the depth display position calculation unit 17. The input method is something like a computer keyboard,
Anything that can input numerical data is acceptable. Based on this, the depth display position calculation unit 17 calculates the display position Y of the point N in the three-dimensional image reproduction display coordinate system in FIG.
Calculate coordinates. The calculation formula is shown by (Equation 10).

【0052】[0052]

【数10】 (Equation 10)

【0053】ここで(数10)のΔSは、本発明の第1
の実施例と同様に、(数2)によって決定される。ここ
で最初はdx=∽(2台のカメラ光軸が平行条件)条件
でYpminを計算する。次に、このYpmin を用いて、融
合範囲決定部20は、実際のカメラの輻輳点dxを決定
する。決定方法は、もし(数11)が満足されれば、d
x=∽(十分大きな値)とし、そうで無ければ数9で示
されるdx_0 を計算し、これを新たなdxとする。
Here, ΔS in (Equation 10) is the first value of the present invention.
Is determined by (Equation 2) in the same manner as in the embodiment. Here, first, Ypmin is calculated under the condition of dx = ∽ (the optical axes of the two cameras are parallel). Next, using this Ypmin, the fusion range determination unit 20 determines the actual convergence point dx of the camera. The determination method is that if (Equation 11) is satisfied, d
x = ∽ (sufficiently large value), otherwise, dx_0 shown in Expression 9 is calculated, and this is set as a new dx.

【0054】[0054]

【数11】 [Equation 11]

【0055】このようにして得られたdx を元にして、
輻輳角制御部19は2台のカメラの光軸の角度θを計算
する。θは図6に示した物と同じである。この様にして
決定されたθの値になるように、回転制御部4a,4bは
カメラの光軸を制御する。
Based on the dx thus obtained,
The convergence angle control unit 19 calculates the angle θ between the optical axes of the two cameras. θ is the same as that shown in FIG. The rotation controllers 4a and 4b control the optical axis of the camera so that the value of θ determined in this manner is obtained.

【0056】以上の様に、本実施例によれば、カメラか
ら最も近い被写体の位置を入力として、観察者の融合範
囲内にこれを再現するような輻輳点dx を決定し、これ
に合わせて立体撮像カメラの光軸を制御することによ
り、再生表示された立体画像を観察者が最も広い範囲で
融合できる画像を撮像することができる。
As described above, according to the present embodiment, the position of the subject closest to the camera is input, and the convergence point dx that reproduces the position within the fusion range of the observer is determined. By controlling the optical axis of the stereoscopic imaging camera, it is possible to capture an image that allows the viewer to fuse the reproduced and displayed stereoscopic image in the widest range.

【0057】ここで本発明の第2の実施例において、撮
影者が奥行き表示位置計算部17に、x0,y0を直接入
力したが、これは超音波センサ等の距離測定装置を用い
て自動的に入力しても良い。また、x0=一定の条件に
固定して、y0の値のみ入力しても良い。
Here, in the second embodiment of the present invention, the photographer directly inputs x0 and y0 to the depth display position calculator 17, but this is automatically performed by using a distance measuring device such as an ultrasonic sensor. May be entered. Alternatively, only x0 = a fixed value may be fixed and only the value of y0 may be input.

【0058】図8は、本発明にかかる第3の実施例の立
体画像撮像装置の構成図である。ブロック構成は図1と
同じである。図8において、1,2はレンズ、3a,3b
はカメラ本体、4a,4bは回転制御部、5はカメラ間隔
制御部、14a,14bはカメラ本体からの信号を輝度信
号に変換する信号処理部、15は左右の画像から水平視
差を計算する視差計算部、16は最大の視差を検出する
視差処理部、17は観察者に最も遠い被写体の空間位置
を計算する奥行き表示位置計算部、18は観察者に最も
遠い被写体の空間位置が観察者の融合範囲内にあるかど
うかをチェックする融合範囲確認部である。19は観察
者に最も遠い被写体の空間位置が観察者の融合範囲内に
入るように回転制御部4a,4bを制御する輻輳角制御部
である。
FIG. 8 is a block diagram of a three-dimensional image pickup apparatus according to a third embodiment of the present invention. The block configuration is the same as in FIG. 8, reference numerals 1 and 2 denote lenses, 3a and 3b.
Is a camera body, 4a and 4b are rotation control units, 5 is a camera interval control unit, 14a and 14b are signal processing units that convert signals from the camera body into luminance signals, and 15 is a parallax that calculates horizontal parallax from left and right images. A calculation unit, 16 is a parallax processing unit that detects the maximum parallax, 17 is a depth display position calculation unit that calculates the spatial position of the subject farthest from the observer, and 18 is a spatial position of the subject farthest from the observer. This is a fusion range confirmation unit that checks whether or not it is within the fusion range. Reference numeral 19 denotes a convergence angle control unit that controls the rotation control units 4a and 4b so that the spatial position of the subject farthest from the observer falls within the fusion range of the observer.

【0059】第1の実施例と異なる点は、視差処理部1
6が視差の最大値を計算する点と、奥行き表示位置計算
部17が観察者に最も遠い被写体の空間位置を計算する
点と、融合範囲確認部18が観察者に最も遠い被写体の
空間位置が観察者の融合範囲内にあるかどうかをチェッ
クする点である。第1の実施例では、視差の最小値、最
も近い被写体について制御した。
The difference from the first embodiment is that the parallax processing unit 1
6 calculates the maximum value of the parallax, the depth display position calculation unit 17 calculates the spatial position of the subject farthest from the observer, and the fusion range check unit 18 calculates the spatial position of the subject farthest from the observer. The point is to check whether it is within the fusion range of the observer. In the first embodiment, the control is performed for the subject having the minimum parallax value and the closest value.

【0060】以上の様に構成された第3の実施例の立体
画像撮像装置について、以下その動作を説明する。
The operation of the stereoscopic image pickup apparatus according to the third embodiment having the above-described configuration will be described below.

【0061】本発明の第1、2の実施例では、観察者の
視距離ds >71cmの場合であり、両眼融合範囲は∽
〜F(ds)minであり、F(ds)min を観察者の両眼融
合範囲に入るようにdsを制御した。ここで、ds<71
cmの場合には前述の通り、F(ds)max〜F(ds)m
inまでの距離が両眼融合範囲となり、F(ds)minを融
合範囲に入れるように制御するためには、本発明の第1
の実施例と同じ動作でよいが、本発明の第3の実施例で
は、F(ds)maxを両眼融合範囲に入れるように制御す
る。
In the first and second embodiments of the present invention, the viewing distance ds of the observer is greater than 71 cm, and the binocular fusion range is ∽.
FF (ds) min, and ds was controlled so that F (ds) min was within the range of binocular fusion of the observer. Here, ds <71
cm, as described above, F (ds) max to F (ds) m
In order to control the distance to “in” to be the binocular fusion range and to set F (ds) min to be within the fusion range, the first aspect of the present invention will be described.
In the third embodiment of the present invention, control is performed such that F (ds) max falls within the binocular fusion range.

【0062】まず、初期値としてdx =∽(十分大きな
値)とする。次に、本発明の第1の実施例と同様に、カ
メラ本体3a,3b、信号処理部14a,14bにより得ら
れた画像信号を用いて、視差計算部15は視差地図を計
算する。計算の方法は本発明の第1の実施例と全く同じ
である。この視差地図をもとに、視差処理部16は、視
差の最大値Δxmax (カメラから最も遠い距離にある被
写体の視差)を計算する。次に奥行き表示位置計算部1
7は、(数5)を用いて、最も遠い位置にある被写体が
再生表示される位置を計算する。座標系は図2(b)に
示す立体画像表示座標系と同じ物である。ここで、図9
は図2(b)の表示モデルに図3の観察者の両眼融合範
囲を重ねて書いた物である。斜線部分は観察者の両眼融
合可能領域である。ここでF(ds)maxは、図3におい
て上側の曲線で与えられる。
First, it is assumed that dx = ∽ (a sufficiently large value) as an initial value. Next, similarly to the first embodiment of the present invention, the parallax calculating unit 15 calculates a parallax map using the image signals obtained by the camera bodies 3a and 3b and the signal processing units 14a and 14b. The calculation method is exactly the same as in the first embodiment of the present invention. Based on the parallax map, the parallax processing unit 16 calculates the maximum value of the parallax Δxmax (the parallax of the subject farthest from the camera). Next, the depth display position calculator 1
7 calculates the position at which the farthest object is reproduced and displayed using (Equation 5). The coordinate system is the same as the three-dimensional image display coordinate system shown in FIG. Here, FIG.
Is written by superimposing the binocular fusion range of the observer of FIG. 3 on the display model of FIG. 2B. The shaded area is an area where the observer can integrate both eyes. Here, F (ds) max is given by the upper curve in FIG.

【0063】この時、融合範囲確認部18は、Ypmaxの
値と観察者の遠点の両眼融合限界点F(ds)maxの値の
関係より、(数12)の関係が満たされる場合には、立
体画像の再生表示位置は両眼融合範囲内にあるので、融
合範囲確認部18は現在のdxの値をそのまま輻輳角制
御部19に出力する。
At this time, the fusion range confirming unit 18 determines that the relationship of (Equation 12) is satisfied from the relationship between the value of Ypmax and the value of the binocular fusion limit point F (ds) max at the distant point of the observer. Since the reproduction display position of the stereoscopic image is within the binocular fusion range, the fusion range confirmation unit 18 outputs the current value of dx to the convergence angle control unit 19 as it is.

【0064】[0064]

【数12】 (Equation 12)

【0065】また、Ypmaxが(数13)を満たす場合、When Ypmax satisfies (Equation 13),

【0066】[0066]

【数13】 (Equation 13)

【0067】Ypmax の再生表示位置は両眼融合範囲内
に完全に入っているため、現在のdxからΔdx だけ減
算してこれを新たなdxとする。このdxからΔFを減算
した値が、dx1(後述、>0)よりも小さい場合には、
dx1を新たなdxとする。
Since the reproduction display position of Ypmax is completely within the binocular fusion range, the current dx is subtracted by Δdx to obtain a new dx. If the value obtained by subtracting ΔF from dx is smaller than dx1 (> 0),
Let dx1 be the new dx.

【0068】ここで、dx1の計算について説明する。融
合範囲確認部18は、Ypmaxのy座標を、図9のF(d
s)max にする条件でのdxをdx1として計算する。dxの
計算式は本発明の第1の実施例と同じように、(数5)
と(数2)により、ΔSを消去し、Yp=F(ds)min
とし、更にdxで解くと得られ、(数14)となる。
Here, the calculation of dx1 will be described. The fusion range checking unit 18 determines the y coordinate of Ypmax as F (d
s) Calculate dx under the condition of max as dx1. The formula for calculating dx is the same as in the first embodiment of the present invention (Equation 5).
And (Equation 2), ΔS is eliminated, and Yp = F (ds) min
And further solved by dx to obtain (Equation 14).

【0069】[0069]

【数14】 [Equation 14]

【0070】また、図9に示すようにYpmaxが、(数1
5)を満たす場合には、Ypmaxに再生された画像は観察
者にとって両眼融合できない画像である。
As shown in FIG. 9, Ypmax is given by (Equation 1)
If 5) is satisfied, the image reproduced at Ypmax is an image that cannot be binocularly fused by the observer.

【0071】[0071]

【数15】 (Equation 15)

【0072】この場合、融合範囲確認部18は現在のd
xにΔdxだけ加算した値を新たなdxとして輻輳角制御
部19に出力する。但し、後述のθ(図6)が0に近く
なれば、後述のカメラ光軸角度θはほとんど変化しない
ので、dx は更新しなくてもよい。
In this case, the fusion range checking unit 18 determines the current d
The value obtained by adding Δdx to x is output to the convergence angle control unit 19 as a new dx. However, if θ (FIG. 6) described later approaches 0, the optical axis angle θ of the camera described later hardly changes, so that dx need not be updated.

【0073】この様にして得られるdxを用いて、輻輳
角制御部19は、回転制御部4a,4bを制御し、カメラ
本体3a,3b が図2(a)に示した輻輳点にカメラの
光軸が向くように制御する。この時のカメラの制御角度
θの定義は本発明の第1の実施例の図6(a)と同じで
あり、θ=0の時、2台のカメラの光軸は平行となる。
ここで、dxの更新はΔdxずつとしたが、(数15)の
条件の場合、(数14)で示されるdx_1の値をdxに直
接代入しても良い。
Using the dx obtained in this way, the convergence angle control unit 19 controls the rotation control units 4a and 4b, and the camera bodies 3a and 3b move the camera to the convergence point shown in FIG. Control is performed so that the optical axis is oriented. The definition of the camera control angle θ at this time is the same as that in FIG. 6A of the first embodiment of the present invention. When θ = 0, the optical axes of the two cameras are parallel.
Here, the update of dx is performed by Δdx, but in the case of the condition of (Expression 15), the value of dx_1 expressed by (Expression 14) may be directly substituted for dx.

【0074】以上の様にすれば、被写体の、観察者から
最も遠い点Ypmaxが融合範囲の限界遠点であるF(d
s)maxになるように制御される。この時、Ypmaxが、カ
メラ本体3a,3bの光軸が平行になる条件でも両眼融合
範囲にない場合には、2台のカメラの光軸は平行のまま
保たれる。また、dxを制御する代わりに、(数15)
が成立する場合のみ、カメラ間隔WcをWc−△Wc(△
Wcは任意の小さな値)に変化させ、(数12)が成立
するまで、これを繰り返してもよい。
As described above, the point Ypmax of the object farthest from the observer is the limit far point F (d
s) Controlled to be max. At this time, if Ypmax is not within the binocular fusion range even under the condition that the optical axes of the camera bodies 3a and 3b are parallel, the optical axes of the two cameras are kept parallel. Also, instead of controlling dx, (Equation 15)
Is satisfied, the camera interval Wc is calculated as Wc− △ Wc (△
Wc may be changed to an arbitrary small value), and this may be repeated until (Equation 12) holds.

【0075】以上の様に、本実施例によれば、撮像画面
の視差を計算し、これの最大値を観察者の融合範囲内に
再現するように立体撮像カメラの光軸を制御することに
より、再生表示された立体画像を観察者が広い範囲で融
合できる画像を撮像することができる。
As described above, according to the present embodiment, the parallax of the imaging screen is calculated, and the optical axis of the stereoscopic imaging camera is controlled so that the maximum value of the parallax is reproduced within the fusion range of the observer. In addition, it is possible to capture an image that allows the observer to fuse the reproduced and displayed stereoscopic image in a wide range.

【0076】また、本発明の第1〜第3の実施例におい
て、視差計算部15の出力は被写体の状態によっては雑
音が混入するため、視差計算部15の出力に時空間低域
通過フィルタを施して雑音を低減しても良いし、2台の
カメラの制御はゆっくりでよいため、急激な動作を防ぐ
ため、視差処理部16の出力Δxmin または融合範囲確
認部18の出力dxや融合範囲決定部20の出力dxに、
時間方向の低域通過フィルタを施しても良い。
In the first to third embodiments of the present invention, since the output of the parallax calculating section 15 contains noise depending on the state of the subject, a spatio-temporal low-pass filter is added to the output of the parallax calculating section 15. May be applied to reduce the noise, and since the control of the two cameras may be slow, the output Δxmin of the parallax processing unit 16 or the output dx of the fusion range confirmation unit 18 and the determination of the fusion range may be performed to prevent abrupt operation. In the output dx of the unit 20,
A low-pass filter in the time direction may be applied.

【0077】図10は、本発明にかかる第4の実施例の
立体画像表示装置の構成図を示すものである。図10に
おいて、29は視差計算部、30は注視点計算部、31
は視差制御部、32は画像表示部である。
FIG. 10 shows a configuration diagram of a stereoscopic image display apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. 10, 29 is a parallax calculator, 30 is a gazing point calculator, 31
Denotes a parallax control unit, and 32 denotes an image display unit.

【0078】以上のように構成された本実施例の立体画
像表示部について、以下その動作を説明する。まず、視
差計算部29は左右眼用の画像から、視差地図(3次元
地図)を計算する。計算方法は前述の本発明の第1の実
施例と同様であり、左右画像の輝度パターンの相関を計
算する相関マッチング法等を用いる。即ち、図4におい
て、左画像でn×n画素(図では3×3画素)のブロッ
ク窓を考え、このブロック窓と同じ画像を右画像で同じ
サイズの窓を用いて探し、この時の左右のブロック位置
のずれ(Δx,Δy)の水平ずれ成分Δxが、そのブロ
ック窓の中心座標での左右画像の両眼視差となる。基準
となる左画像のブロック窓の位置を全画面に渡って平行
移動し、全ての場合において右画像の対応するブロック
の位置(両眼視差)を求めれば、画面全体の視差地図
(画面の各場所での奥行き距離を示したもの)が求めら
れる。計算式は第1の実施例に示した、
The operation of the thus configured stereoscopic image display section of the present embodiment will be described below. First, the parallax calculation unit 29 calculates a parallax map (three-dimensional map) from the left and right eye images. The calculation method is the same as that of the first embodiment of the present invention, and uses a correlation matching method or the like for calculating the correlation between the luminance patterns of the left and right images. That is, in FIG. 4, a block window of n × n pixels (3 × 3 pixels in the figure) is considered in the left image, and the same image as the block window is searched for in the right image using the same size window. The horizontal shift component Δx of the shift (Δx, Δy) of the block position is the binocular parallax of the left and right images at the center coordinates of the block window. If the position of the block window of the reference left image is translated across the entire screen and the position of the corresponding block of the right image (binocular disparity) is obtained in all cases, the disparity map of the entire screen (each image on the screen) Which indicates the depth distance at the place). The calculation formula is shown in the first embodiment,

【0079】[0079]

【数16】 (Equation 16)

【0080】ここで、Here,

【0081】[0081]

【数17】 [Equation 17]

【0082】である。Is as follows.

【0083】以上の様にして得られた視差地図(画面全
体について各座標における視差Δxを計算したもの)を
元にして、注視点計算部30は、画像全体の視差の平均
値または画面中央部分に重みをかけた加重平均値Δxav
e を算出する。図11は画面の位置と重み係数の例であ
る。図11は単純に、画面の大きさX×Yの半分の大き
さの領域の重み係数をK2、それ以外の係数をK1とし
たものである。領域の形は他の形、例えば円形でもかま
わないし、周辺から中心に向かって連続的に重み係数を
変化させてもよい。この時平均値Δxaveは、(数1
8)となる。
On the basis of the disparity map obtained as described above (calculation of the disparity Δx at each coordinate for the entire screen), the gazing point calculating unit 30 calculates the average value of the disparity of the entire image or the central part of the screen. Weighted average value Δxav
Calculate e. FIG. 11 shows an example of a screen position and a weight coefficient. In FIG. 11, the weighting coefficient of an area having a half size of the screen size X × Y is simply K2, and the other coefficients are K1. The shape of the region may be another shape, for example, a circle, or the weighting coefficient may be continuously changed from the periphery to the center. At this time, the average value Δxave is given by (Equation 1)
8).

【0084】[0084]

【数18】 (Equation 18)

【0085】但し K= K2(領域A)、K=K1(領域B)、
K1=K2の場合、画面全体の単純平均を取ることにな
る。
Where K = K2 (area A), K = K1 (area B),
When K1 = K2, a simple average of the entire screen is taken.

【0086】この、両眼視差の平均値Δxave を用い
て、視差制御部31は、左右画像の水平読み出しタイミ
ングを制御し、画像を水平方向に平行移動する。図12
は、映像信号の水平走査期間を示した物である。点A
L,ARはそれぞれ左画像、右画像における同一被写体の
同一位置を示しているとする。前述の、位置Aでの両眼
視差Δxを図中に示してある。この図に示すように、両
眼視差の平均Δxave 分だけ、これをキャンセルする方
向に右画像をシフトする(画像の水平読み出しタイミン
グをΔxave分ずらす)。この様にすれば、両眼視差が
Δxaveの画像部分が画像表示部32の表示ディスプレ
イ表面に再生されることになる(左右画像の同一位置に
再生される)。ここで画像全体を平行移動するが、図2
0において前述した通り、これはLA,LBを動かすこと
に相当し、制御する両眼視差量が小さければ観察者はあ
まりこの変化に気づかない。また、Δxave の値の変化
が時間的に速すぎて、表示画面が頻繁に運動するときに
は、この信号に低域ろ波処理を行い、ゆっくりとした動
きのみを用いて表示画像を制御しても良い。
Using the average value of the binocular parallax Δxave, the parallax control unit 31 controls the horizontal read timing of the left and right images and translates the images in the horizontal direction. FIG.
Indicates a horizontal scanning period of the video signal. Point A
It is assumed that L and AR indicate the same position of the same subject in the left image and the right image, respectively. The binocular parallax Δx at the position A described above is shown in the figure. As shown in this figure, the right image is shifted in the direction of canceling it by the average of the binocular parallax Δxave (the horizontal read timing of the image is shifted by Δxave). In this way, an image portion having a binocular parallax of Δxave is reproduced on the display surface of the image display unit 32 (reproduced at the same position in the left and right images). Here, the entire image is translated in parallel.
As described above at 0, this corresponds to moving LA and LB, and if the controlled binocular parallax amount is small, the observer does not notice much of this change. Also, when the value of Δxave changes too fast in time and the display screen moves frequently, low-pass filtering is performed on this signal to control the display image using only slow movement. good.

【0087】また、注視点計算部30は、画像全体の視
差の平均値のかわりに、視差の最大値を計算し、これが
正の値の時には、視差制御部31が画像表示部32の表
示面上での左右画像のずれ量を、その最大値が観察者の
両眼間隔(約65mm)を越えないように設定すれば、観
察者の視線が平行より広がることがなくなり、表示画像
を両眼融合範囲内になるように制御できる。更に、注視
点計算部30は、画像全体の視差の平均値のかわりに、
視差の最小値を計算し、これが負の値の時には視差制御
部31が画像表示部32の表示面上での左右画像のずれ
量を、その最小値が、ある所定の大きさβ以下にならな
いように設定すれば、観察者の視点が非常に近い位置に
なり3次元画像表示面からの目のピント情報と視線の輻
輳角の大きな不一致状態をなくすことが出来、観察者が
表示画像を両眼融合しやすくなるように左右画像を制御
できる。
The gazing point calculation unit 30 calculates the maximum value of the parallax instead of the average value of the parallaxes of the entire image. When the maximum value is a positive value, the parallax control unit 31 causes the display surface of the image display unit 32 to operate. If the maximum deviation of the left and right images above is set so as not to exceed the distance between the eyes of the observer (about 65 mm), the line of sight of the observer will not spread more than parallel, and the displayed image will be displayed with both eyes. It can be controlled to be within the fusion range. Further, the gazing point calculation unit 30 replaces the average value of the parallax of the entire image with
The minimum value of the parallax is calculated, and when the value is a negative value, the parallax control unit 31 determines the amount of deviation between the left and right images on the display surface of the image display unit 32 so that the minimum value does not become equal to or less than a predetermined value β. With such a setting, the observer's viewpoint is located very close, and it is possible to eliminate a large mismatch between the focus information of the eyes from the three-dimensional image display surface and the convergence angle of the line of sight. Left and right images can be controlled to facilitate eye fusion.

【0088】また、表示画像のずらし量を、Δxaveか
らΔxave−α(αは任意の値)に変更すれば、Δxave
が示す視差の部分をある一定の両眼視差値αに設定で
きる。α=0の場合が画像ディスプレイ表面位置を示
し、αの値によってこの位置が画像ディスプレイ表面に
対して手前側もしくは後ろ側になる。この時、一画面で
一つの両眼視差平均値を用いて制御したが、動画の場
合、それぞれの画面(NTSC画像で1フレーム)での
両眼視差平均値を求め、これを時系列データとし時間軸
方向に低域ろ波した信号を用いて画像表示部を制御して
も良い。
If the shift amount of the display image is changed from Δxave to Δxave−α (α is an arbitrary value), Δxave
Can be set to a certain binocular parallax value α. The case of α = 0 indicates the image display surface position, and this position is on the near side or the rear side with respect to the image display surface depending on the value of α. At this time, the control was performed using one binocular parallax average value for one screen. However, in the case of a moving image, the binocular parallax average value for each screen (one frame of an NTSC image) is obtained, and this is used as time-series data. The image display unit may be controlled using a signal that has been low-pass filtered in the time axis direction.

【0089】また、第4の実施例では、右画像のみシフ
トしたが、右画像を制御すべき半分のずれ量だけシフト
し、左画像をその反対方向に同じだけシフトしても良
い。また、平均両眼視差のかわりに、中央値(メディア
ン処理フィルタ)を施しても良い。
In the fourth embodiment, only the right image is shifted. However, the right image may be shifted by a half shift to be controlled, and the left image may be shifted by the same amount in the opposite direction. A median (median processing filter) may be applied instead of the average binocular parallax.

【0090】更に、本実施例では、水平視差によるずれ
Δxave を用いて表示画像を水平方向のみに制御した
が、視差計算部29で計算される両眼視差Δyも用いて
Δyave を計算し、垂直方向の画像読みだし位置も制御
すれば垂直方向の視差を小さくした3次元画像を表示す
ることが出来、更に観賞しやすい3次元画像になる(左
右画像の垂直方向のずれは、観賞者の両眼融合機能に対
して非常に大きな妨害となる)。
Further, in this embodiment, the display image is controlled only in the horizontal direction using the displacement Δxave due to the horizontal parallax. However, Δyave is calculated using the binocular parallax Δy calculated by the parallax calculator 29, and the vertical If the image reading position in the direction is also controlled, a three-dimensional image with reduced vertical parallax can be displayed, and the three-dimensional image can be more easily viewed. Very severe interference with the eye fusion function).

【0091】以上の様に、本実施例によれば、両眼視差
の平均値(おそらく視差地図の中心付近の奥行き位置)
が示す立体画像を表示ディスプレイ表面上もしくは所定
の位置に制御でき、常に、観察者が最も広い範囲で被写
体の奥行き世界を知覚可能になる。
As described above, according to this embodiment, the average value of the binocular parallax (probably the depth position near the center of the parallax map)
Can be controlled on the display display surface or at a predetermined position, so that the observer can always perceive the depth world of the subject in the widest range.

【0092】図13は、本発明にかかる第5の実施例の
立体画像表示装置の構成図である。図13において、2
9は視差計算部、31は視差制御部、32は画像表示部
であり、これらは本発明の図10のものと同じ物であ
る。図10の構成と異なるのは視線センサ部33、視線
検出部34、注視点判定部35により表示画像の観察者
が見ている画像の場所を示す視線を測定する機能と、視
差計算部29の出力と観察者の視線情報を用いて両眼視
差量を制御量計算部36により制御する機能を付加した
点である。
FIG. 13 is a block diagram of a stereoscopic image display apparatus according to a fifth embodiment of the present invention. In FIG. 13, 2
Reference numeral 9 denotes a parallax calculating unit, 31 denotes a parallax control unit, and 32 denotes an image display unit, which are the same as those in FIG. 10 of the present invention. 10 differs from the configuration of FIG. 10 in that the gaze sensor unit 33, the gaze detection unit 34, and the gazing point determination unit 35 measure the gaze indicating the location of the image viewed by the observer of the display image. The difference is that a function of controlling the binocular parallax amount by the control amount calculation unit 36 using the output and the viewer's line of sight information is added.

【0093】以上の様に構成された第5の実施例の立体
画像表示装置について、以下その動作を説明する。
The operation of the stereoscopic image display apparatus according to the fifth embodiment configured as described above will be described below.

【0094】まず、本発明の第4の実施例と同様に、視
差計算部29は左右眼用の画像から、視差地図(3次元
地図)を計算する。計算方法については、第4の実施例
と同じ物でよく、例えば図4で示す様なアルゴリズム
の、左右画像の輝度パターンの相関を計算する相関マッ
チング法を用いることが出来る。以上の様にして得られ
た視差地図(画面全体について各座標における視差Δx
を計算したもの)と、画像表示部32の表示面において
観察者の見ている場所(注視点)を入力として制御量計
算部36は、視差制御部31の入力信号である左右画像
の水平読み出しタイミングのずれ量を計算する。
First, similarly to the fourth embodiment of the present invention, the parallax calculator 29 calculates a parallax map (three-dimensional map) from the images for the left and right eyes. The calculation method may be the same as that of the fourth embodiment. For example, a correlation matching method for calculating the correlation between the luminance patterns of the left and right images, such as the algorithm shown in FIG. 4, can be used. The parallax map obtained as described above (parallax Δx at each coordinate for the entire screen)
The control amount calculation unit 36 receives the position (point of gaze) of the observer on the display surface of the image display unit 32 as an input, and the control amount calculation unit 36 reads the left and right images as input signals of the parallax control unit 31 horizontally. Calculate the timing deviation.

【0095】ここで、観察者の注視点(注視している場
所)の検出方法について説明する。まず、視覚センサ部
33と視線検出部34により、人間の眼球の光軸の方向
を検出する。検出方法としては、強膜反射法・角膜反射
法・TVカメラで眼の部分を撮影する方法等多々ある
が、どれを採用してもよいが、ここでは強膜反射法につ
いて説明する。図14は強膜反射法における視線センサ
部33の原理図である。同図(a)は、眼球の正面図、
同図(b)は横から見た図である。水平方向の眼球運動
は同図(a)に示す様に、赤外LED により、弱い赤外光
を眼球に照射し、フォト・ダイオードにより眼球からの
赤外光の反射光を測定する。この時、フォト・ダイオー
ドの指向性を点線の様に、黒目の横の両側にセットし、
フォト・ダイオードの出力の差分を演算増幅器で計算す
れば、水平眼球運動が検出できる。垂直眼球運動につい
ては、同図(b)に示す様に、赤外光を眼球の下側に当
て、その反射光を黒目の下部分に指向性を向けたフォト
・ダイオードを用いて検出する。以上の様にして得られ
た水平・垂直眼球運動信号は、視線検出部34により、
視線の角度(視線信号)に変換される。即ち、予め決め
られた基準点に対して、水平ax度、水平ay度の角度
に視線がある(観察者の眼球の光軸がその角度の方向を
向いている)ことが測定される。
Here, a method of detecting the gazing point of the observer (the gazing point) will be described. First, the direction of the optical axis of the human eyeball is detected by the visual sensor unit 33 and the line-of-sight detection unit 34. There are various detection methods, such as a scleral reflection method, a corneal reflection method, and a method of photographing an eye part with a TV camera, and any of them may be adopted. Here, the scleral reflection method will be described. FIG. 14 is a principle diagram of the line-of-sight sensor unit 33 in the scleral reflection method. (A) is a front view of the eyeball,
FIG. 2B is a diagram viewed from the side. As shown in FIG. 3A, the eye movement in the horizontal direction is as follows. The infrared LED irradiates the eye with weak infrared light by an infrared LED, and the reflected light of the infrared light from the eye is measured by a photodiode. At this time, set the directivity of the photodiode as shown by the dotted line on both sides of the iris,
If the difference between the outputs of the photodiodes is calculated by an operational amplifier, horizontal eye movement can be detected. As for the vertical eye movement, as shown in FIG. 3B, infrared light is applied to the lower side of the eyeball, and the reflected light is detected using a photodiode having directivity directed to the lower part of the iris. The horizontal and vertical eye movement signals obtained as described above are
It is converted into a line-of-sight angle (line-of-sight signal). That is, it is measured that there is a line of sight at an angle of a horizontal ax degree and a horizontal ay degree with respect to a predetermined reference point (the optical axis of the eyeball of the observer faces the direction of the angle).

【0096】次に、注視点判定部35は、視線信号を元
にして、画像表示部32のどの部分を観察者が注視して
いるかを計算する。具体的には、図15に示す様に、観
察者と画像表示部32のディスプレイ面との距離をLと
し、前記基準点をディスプレイ面の中心にとり、これを
原点とする2次元座標系x,yを定義すればディスプレ
イ面の2次元座標系で表される視点F(x,y)は、視
線信号(ax,ay)を用いて次式(数19)で示され
る。
Next, the gaze point determination unit 35 calculates which part of the image display unit 32 the observer is gazing at based on the line-of-sight signal. Specifically, as shown in FIG. 15, the distance between the observer and the display surface of the image display unit 32 is L, the reference point is at the center of the display surface, and the two-dimensional coordinate system x, If y is defined, the viewpoint F (x, y) represented by the two-dimensional coordinate system on the display surface is expressed by the following equation (Equation 19) using the line-of-sight signal (ax, ay).

【0097】[0097]

【数19】 [Equation 19]

【0098】但し、観察者はディスプレイ面中心の正面
に位置し、ディスプレイ面は観察者に対して傾いていな
いと仮定する。
However, it is assumed that the observer is located in front of the center of the display surface, and the display surface is not inclined with respect to the observer.

【0099】この様にして得られた画面上における観察
者の注視点(観察者が注視している画像の位置)を用い
て、更に注視点判定部35は、観察者が長く同一場所を
見ている点を計算する。図16(a)は、視点Fのx成
分の時間変化例を示した物である。この様に、観察者が
x1〜x5の位置まで順番に見て行ったとすると、人間
の眼球運動はx1からx2、x2からx3等へと視点が
変化する際の動きは非常に速く、跳躍運動(サッカー
ド)と呼ばれている。また、観察者が瞬きをした時は視
点測定が不可能になり、瞼の高速な動きにより波形が激
しく変化する。注視点判定部35は、この様な過渡状態
を取り除き、観察者がx1〜x5の位置を見ている状態
(注視状態)を検出する。検出方法は、図16(b)に
示すように、視点の移動速度を計算し、これがあるしき
い値β以下の場合には観察者が注視状態にあるとすれば
よい(図16(b)※印部分)。ここでは視点のx成分
のみを用いたが、x,y両方の成分を用いて2次元的な
速度を用いて注視状態を検出してもよい。この様にして
抽出された観察者の注視点の時間的変化を図16(c)
に示す。
Using the gaze point of the observer (the position of the image that the observer is gazing at) on the screen obtained in this way, the gaze point determination unit 35 further looks at the same place where the observer is long. Calculate the point that is. FIG. 16A shows an example of a temporal change of the x component of the viewpoint F. Assuming that the observer looks at the positions x1 to x5 in this way, the movement of the human eyeball is very fast when the viewpoint changes from x1 to x2, x2 to x3, etc. (Saccade). Also, when the observer blinks, the viewpoint measurement becomes impossible, and the waveform changes drastically due to the high-speed movement of the eyelids. The gaze point determination unit 35 removes such a transient state, and detects a state in which the observer is looking at the positions x1 to x5 (gaze state). In the detection method, as shown in FIG. 16B, the moving speed of the viewpoint is calculated, and when the moving speed is equal to or less than a certain threshold value β, the observer may be in a gaze state (FIG. 16B). * Part). Here, only the x component of the viewpoint is used, but the gaze state may be detected using a two-dimensional velocity using both the x and y components. FIG. 16C shows the temporal change of the gaze point of the observer extracted in this manner.
Shown in

【0100】次に、図16(d)に示す様に、注視点位
置のデータを0次ホールドし、注視点データのない時間
を補間する。その後、図16(e)に示すように、低域
ろ波フィルタを用いて、検出された注視点の時間変化を
なめらかにする。以上の様にして、注視点判定部35
は、観察者が注視している表示画像位置を検出し、注視
点信号として制御量計算部36に出力する。ここで、注
視点信号は単眼の視線方向について処理したが、左右両
眼の視線方向を検出し、それの平均値を用いて注視点信
号を計算してもよい。
Next, as shown in FIG. 16 (d), the data at the point of interest is held in the 0th order, and the time without the point of interest data is interpolated. Thereafter, as shown in FIG. 16 (e), the temporal change of the detected gazing point is smoothed using a low-pass filter. As described above, the gazing point determination unit 35
Detects the position of the display image that the observer is gazing at and outputs it to the control amount calculation unit 36 as a gazing point signal. Here, the gaze point signal is processed with respect to the direction of the line of sight of the single eye, but the gaze direction of both the left and right eyes may be detected, and the gaze point signal may be calculated using the average value.

【0101】以上の様にして得られた視差地図と注視点
信号を元にして、制御量計算部36は視差制御部31の
左右画像の水平読み出しタイミングの制御量を決定す
る。これを図17を用いて説明する。Fはある時刻での
注視点信号が示す観察者の注視位置を示す。この位置を
中心として、M×M画素の範囲の視差地図で示される両
眼視差Δxを平均する。これを本発明の第4の実施例で
説明した両眼視差の平均値Δxave とする。これを用い
て、視差制御部31は、左右画像の水平読み出しタイミ
ングを制御し、画像を水平方向に平行移動する。制御方
法は本発明の第4の実施例における図12で説明したも
のと同じ方法を用いる。即ち、両眼視差の平均Δxave
分だけ、右画像をシフトする(画像の水平読み出しタイ
ミングをΔxave分ずらす)。
Based on the parallax map and the gazing point signal obtained as described above, the control amount calculation unit 36 determines the control amount of the horizontal read timing of the left and right images of the parallax control unit 31. This will be described with reference to FIG. F indicates the gaze position of the observer indicated by the gaze point signal at a certain time. With this position as the center, the binocular disparity Δx indicated by the disparity map in the range of M × M pixels is averaged. This is defined as the average value Δxave of the binocular parallax described in the fourth embodiment of the present invention. Using this, the parallax control unit 31 controls the horizontal read timing of the left and right images, and translates the images in the horizontal direction. As the control method, the same method as that described with reference to FIG. 12 in the fourth embodiment of the present invention is used. That is, the average Δxave of binocular parallax
The right image is shifted by the same amount (the horizontal read timing of the image is shifted by Δxave).

【0102】また、本発明の第5の実施例では、制御量
計算部36は注視位置を中心とした正方形状内の両眼視
差を平均したが、第4の実施例の図11の例の様に、中
心の重みが高い重み付き平均計算を行ってもよい。
Further, in the fifth embodiment of the present invention, the control amount calculation unit 36 averages the binocular disparities in a square centered on the gaze position. Thus, a weighted average calculation with a high center weight may be performed.

【0103】また、視線信号を観賞者の眼球の光軸方向
のみから検出したが、この場合は人間が頭をあまり動か
さない場合に対して有効である。更に自由な観賞状態を
考慮すると、人間の視線は眼球の方向と頭部の向いてい
る方向の合成値として与えられる。この様な頭部運動・
眼球運動を統合した視線検出については、TVカメラで
観察者の頭部を撮像する方法や、特願平4−18222
6に示されているような磁界発生装置と頭部に装着され
た磁界検出器を用いた方法があるが、どの方法を採用し
てもよい。
Although the line-of-sight signal is detected only from the direction of the optical axis of the viewer's eyeball, this case is effective for a case where the human does not move his head much. Considering the free viewing state, the human gaze is given as a composite value of the direction of the eyeball and the direction of the head. Such a head movement
Regarding gaze detection that integrates eye movements, a method of imaging the head of an observer with a TV camera, and a method disclosed in Japanese Patent Application No. Hei.
Although there is a method using a magnetic field generator and a magnetic field detector mounted on the head as shown in FIG. 6, any method may be adopted.

【0104】以上の様に、本実施例によれば、観察者が
現在見ようとしている画像の位置における両眼視差を0
(ディスプレイ表面上の位置に画像が再生される)また
はある所定の値にすることが出来、常に、観察者が意図
する画像の位置を中心として立体画像を構成するので、
広い範囲で被写体の奥行き世界を観賞可能になる。
As described above, according to this embodiment, the binocular disparity at the position of the image which the observer is currently looking at is 0.
(The image is reproduced at a position on the display surface) or a predetermined value, and the stereoscopic image is always formed around the position of the image intended by the observer.
The depth world of the subject can be viewed over a wide range.

【0105】図18は本発明にかかる第6の実施例の立
体画像表示装置の構成図である。同図(a)は立体画像
撮像記録部、同図(b)は立体画像表示部である。図1
8において、29は視差計算部、31は視差制御部、3
2は画像表示部、36は制御量計算部であり、これらは
本発明の第5の実施例(図13)と同じ物である。第5
の実施例と異なるのは、立体撮像カメラ37、信号記録
部である記録装置38、注視意図指定部39、再生部で
ある再生装置40が追加された点である。
FIG. 18 is a configuration diagram of a stereoscopic image display apparatus according to a sixth embodiment of the present invention. FIG. 1A shows a stereoscopic image capturing and recording unit, and FIG. 1B shows a stereoscopic image display unit. FIG.
In 8, the parallax calculator 29, 31 the parallax controller, 3
Reference numeral 2 denotes an image display unit, and reference numeral 36 denotes a control amount calculation unit, which are the same as in the fifth embodiment (FIG. 13) of the present invention. Fifth
The third embodiment differs from the third embodiment in that a stereoscopic imaging camera 37, a recording device 38 as a signal recording unit, a gaze intention designating unit 39, and a reproducing device 40 as a reproducing unit are added.

【0106】以上のように構成された第6の実施例の表
示部について、以下その動作を説明する。
The operation of the display section of the sixth embodiment having the above-described configuration will be described below.

【0107】まず、図18(a)において、撮影者は立
体撮像カメラ37を用いて撮影をする。立体撮像カメラ
37は、従来のビデオカメラを2台、同じ雲台に左右に
並べた従来の立体カメラであっても、本発明の第1の実
施例で示されたような立体画像撮像装置であってもよ
い。この撮像画像を記録装置38(従来のVTRを2台
同期させた物)で記録する。この時、撮影者は注視意図
指定部39により、観賞者に注視して欲しいと意図する
画像の位置(注視意図信号)を入力する。注視意図信号
は、マウスやタブレット等の既存のポインティング装置
を入力装置として入力し、撮影している画像中の、ある
1点を示す信号で、時間的に変化する信号であり、ある
時刻のtにおける注視意図信号は、Fix(xt,yt )で
示される。ここで、xt,ytは時刻tにおけるポインテ
ィング装置の出力即ち撮影画像上の2次元座標値であ
る。この注視意図信号を、記録装置38(VTR)を用
いて、撮影された画像と一緒に記録する。具体的には、
注視意図信号を1/60秒毎のフィールド周波数で標本
化し、画像信号の垂直帰線期間(垂直ブランキング期
間)にこれを挿入する。また、この注視意図指定部39
は、編集器やVTRに装着し、撮影された画像を編集す
る際に注視意図信号を記録しても良い。
First, in FIG. 18A, the photographer takes a picture using the stereoscopic camera 37. The stereoscopic imaging camera 37 may be a conventional stereoscopic camera in which two conventional video cameras are arranged side by side on the same camera platform, and may be a stereoscopic image capturing apparatus as described in the first embodiment of the present invention. There may be. The captured image is recorded by the recording device 38 (an object obtained by synchronizing two conventional VTRs). At this time, the photographer inputs the position of the image intended to be watched by the viewer (gaze intention signal) by the gaze intention designation unit 39. The gaze intention signal is a signal that indicates a certain point in an image being captured by inputting an existing pointing device such as a mouse or a tablet as an input device, and is a signal that changes with time. Is indicated by Fix (xt, yt). Here, xt and yt are outputs of the pointing device at time t, that is, two-dimensional coordinate values on the captured image. The gaze intention signal is recorded together with the photographed image using the recording device 38 (VTR). In particular,
The gaze intention signal is sampled at a field frequency of 1/60 second and inserted into a vertical blanking period (vertical blanking period) of the image signal. This gaze intention designating section 39
May be attached to an editor or a VTR to record a gaze intention signal when editing a captured image.

【0108】以上の様にして記録された画像信号と注視
意図信号は図18(b)に示した立体画像表示部により
処理され、3次元画像が表示される。再生装置40(V
TR)は画像信号と注視意図信号を再生する。その後の
動作は本発明の第5の実施例(図13)において、注視
点信号を再生装置40から得られる注視意図信号に置き
換えたものと同じである。即ち、視差計算部29により
計算された視差地図と、再生装置40により再生された
注視意図信号を元にして、制御量計算部36は視差制御
部31の左右画像の水平読み出しタイミングの制御量を
決定する。この場合も図17に示した様に、注視意図信
号が示す観察者に注視させたい画像位置を中心として、
M×M画素の範囲の視差地図で示される両眼視差Δxを
平均し、これを本発明の第4の実施例で説明した両眼視
差の平均値Δxave とする。これを用いて、視差制御部
31は、左右画像の水平読み出しタイミングを制御し、
画像を水平方向に平行移動する。制御方法は第4の実施
例の図12で説明したものと同じ方法を用いる。即ち、
両眼視差の平均Δxave 分だけ、右画像をシフトする
(画像の水平読み出しタイミングをΔxave分ずら
す)。
The image signal and the gaze intention signal recorded as described above are processed by the three-dimensional image display unit shown in FIG. 18B, and a three-dimensional image is displayed. Playback device 40 (V
TR) reproduces an image signal and a gaze intention signal. Subsequent operations are the same as those in the fifth embodiment (FIG. 13) of the present invention in which the gazing point signal is replaced with the gazing intention signal obtained from the reproducing apparatus 40. That is, based on the parallax map calculated by the parallax calculation unit 29 and the gaze intention signal reproduced by the reproduction device 40, the control amount calculation unit 36 determines the control amount of the horizontal read timing of the left and right images of the parallax control unit 31. decide. In this case as well, as shown in FIG. 17, with the image position desired to be watched by the observer indicated by the watch intention signal as the center,
The binocular parallax Δx indicated by the parallax map in the range of M × M pixels is averaged, and the average is defined as the average binocular parallax Δxave described in the fourth embodiment of the present invention. Using this, the parallax control unit 31 controls the horizontal read timing of the left and right images,
Translate the image horizontally. The control method is the same as that described in the fourth embodiment with reference to FIG. That is,
The right image is shifted by the average of the binocular parallax Δxave (the horizontal read timing of the image is shifted by Δxave).

【0109】また、図18において、注視意図信号を再
生装置40で再生するかわりに、注視意図指定部39の
出力を直接、制御量計算部36に入力し、直接再生画像
を観賞者が観賞しながら注視意図信号を入力しても良
い。
In FIG. 18, instead of reproducing the gaze intention signal by the reproducing device 40, the output of the gaze intention designation unit 39 is directly input to the control amount calculation unit 36, and the viewer can watch the directly reproduced image. The gaze intention signal may be input while inputting.

【0110】なお、第4〜第6の実施例においては2眼
式立体画像についてのみの例を説明したが、多眼式立体
画像表示装置についても、観賞者の左右眼に投影される
2つの画像に付いて同様の処理を行うことができる。但
し、この場合には、一度に観賞される左右眼用の画像の
対が複数存在するため、それら全てについて同じ処理を
施す必要がある。
Although the fourth to sixth embodiments have been described with respect to only the binocular three-dimensional image, the multiview three-dimensional image display device may also be configured to display two images projected on the left and right eyes of the viewer. Similar processing can be performed on images. However, in this case, since there are a plurality of pairs of images for the left and right eyes that are viewed at a time, it is necessary to perform the same processing on all of them.

【0111】以上の様に、本実施例によれば、注視意図
信号を用いて立体画像の読みだし位置を制御することに
より、映像番組制作者、撮影者や、観賞者が意図した部
分の画像の再生位置をディスプレイ表面上の位置または
ある所定の位置に制御することが出来、常に、観察者が
意図する画像の位置を中心として融合範囲の広い立体画
像を構成するので、広い範囲で被写体の奥行き世界を観
賞可能になる。
As described above, according to the present embodiment, by controlling the reading position of the stereoscopic image using the gaze intention signal, the image program creator, the photographer, and the viewer can view the image intended for the part. Can be controlled to a position on the display surface or to a predetermined position, and a stereoscopic image with a wide fusion range is always constructed centering on the position of the image intended by the observer. You can enjoy the world of depth.

【0112】図19は本発明にかかる第7の実施例の立
体画像撮像および表示装置の構成図である。図19にお
いて、1,2はレンズ、3a,3bはカメラ本体、4a,
4bは回転制御部、5はカメラ間隔制御部、14a,14
bはカメラ本体からの信号を輝度信号に変換する信号処
理部、15は左右の画像から水平視差を計算する視差計
算部、16は最小の視差を検出する視差処理部、17は
観察者に最も近い被写体の空間位置を計算する奥行き表
示位置計算部、18は観察者に最も近い被写体の空間位
置が観察者の融合範囲内にあるかどうかをチェックする
融合範囲確認部、19は観察者に最も近い被写体の空間
位置が観察者の融合範囲内に入るように回転制御部4
a,4bを制御する輻輳角制御部であり、これらは本発明
における立体画像撮像装置のの構成(図1)と同じもの
である。また、30は注視点計算部、31は視差制御
部、32は画像表示部であり、これらは本発明の第4の
実施例の立体画像表示装置(図10)と同様なものであ
る。
FIG. 19 is a block diagram of a stereoscopic image pickup and display device according to a seventh embodiment of the present invention. In FIG. 19, 1 and 2 are lenses, 3a and 3b are camera bodies, 4a and
4b is a rotation control unit, 5 is a camera interval control unit, 14a, 14
b is a signal processing unit that converts a signal from the camera body into a luminance signal, 15 is a parallax calculation unit that calculates horizontal parallax from left and right images, 16 is a parallax processing unit that detects the minimum parallax, and 17 is the most A depth display position calculation unit that calculates the spatial position of a close subject, 18 is a fusion range confirmation unit that checks whether or not the spatial position of the subject closest to the observer is within the fusion range of the observer, and 19 is a fusion range check unit that most closely observes the observer. Rotation control unit 4 so that the spatial position of a close subject falls within the fusion range of the observer.
These are convergence angle control units for controlling a and 4b, which are the same as the configuration (FIG. 1) of the stereoscopic image pickup apparatus according to the present invention. Reference numeral 30 denotes a gazing point calculation unit, 31 denotes a parallax control unit, and 32 denotes an image display unit, which are the same as those of the stereoscopic image display device (FIG. 10) according to the fourth embodiment of the present invention.

【0113】即ち、本実施例は、撮像部と表示部両方を
制御し、表示される立体画像が観察者の両眼融合範囲内
に入るように制御するものである。
That is, in this embodiment, both the image pickup unit and the display unit are controlled so that the displayed stereoscopic image is within the range of the observer's binocular fusion.

【0114】以上のように構成された第7の実施例を示
す立体画像撮像および表示装置について、以下その動作
を説明する。まず、図2(a)で示されるdx を、この
融合可能な領域に全ての立体画像が再現される様な条件
でかつ、なるべく大きな値を持つように制御して撮像す
る。この動作は、上記第1の実施例と全く同じである
が、これについて概略を説明する。このために、初期値
としてdx =∽(十分大きな値)とする。図19におい
て、視差計算部15は信号処理部14a,14bの出力で
ある左右眼用の画像から、視差地図(画面全体について
各座標における視差Δxを計算した3次元地図)を計算
する。この視差地図を元にして、視差処理部16は、画
像全体の視差の最小値(最も観察者に近い位置に再生さ
れる被写体の視差)を抽出し、これをΔxminとする。
次に、Δxminを元にして、図5に示した立体画像表示
における立体画像の奥行き再生位置Ypminを奥行き表示
位置計算部17により、(数20)のように計算する。
The operation of the three-dimensional image pickup and display apparatus according to the seventh embodiment having the above-described configuration will be described below. First, dx shown in FIG. 2 (a) is imaged under the condition that all three-dimensional images are reproduced in this fusible area and under control to have as large a value as possible. This operation is exactly the same as that of the first embodiment, but its outline will be described. For this purpose, it is assumed that dx = ∽ (a sufficiently large value) as an initial value. In FIG. 19, the parallax calculation unit 15 calculates a parallax map (a three-dimensional map in which the parallax Δx at each coordinate is calculated for the entire screen) from the left and right eye images output from the signal processing units 14a and 14b. Based on this disparity map, the disparity processing unit 16 extracts the minimum value of the disparity of the entire image (the disparity of the subject reproduced at the position closest to the observer) and sets this as Δxmin.
Next, based on Δxmin, the depth reproduction position Ypmin of the stereoscopic image in the stereoscopic image display shown in FIG. 5 is calculated by the depth display position calculator 17 as shown in (Equation 20).

【0115】[0115]

【数20】 (Equation 20)

【0116】このYpminが、両眼融合範囲の境界領域に
あれば、dx は現在の値のままにセットし、そうでない
場合には、(数21)の場合、dxに微小な値Δdxを加
算し、
If Ypmin is in the boundary region of the binocular fusion range, dx is set to the current value. Otherwise, in the case of (Equation 21), a small value Δdx is added to dx. And

【0117】[0117]

【数21】 (Equation 21)

【0118】(数22)の場合は、dxから微小な値Δ
dxを減算する。
In the case of (Equation 22), a small value Δ is obtained from dx.
Subtract dx.

【0119】[0119]

【数22】 (Equation 22)

【0120】これらの計算方法は上記第1の実施例と全
く同じである。この様にして得られるdx を用いて、輻
輳角制御部19は、回転制御部4a,4bを制御する。以
上の様にして、被写体の、観察者から最も近い点Ypmin
が融合範囲の限界近点であるF(ds)minになるように
制御される。
These calculation methods are exactly the same as in the first embodiment. Using the dx obtained in this manner, the convergence angle control unit 19 controls the rotation control units 4a and 4b. As described above, the point of the subject closest to the observer Ypmin
Is controlled to be F (ds) min which is the near point of the fusion range.

【0121】また、視差計算部15の出力を用いて、注
視点計算部30は、画像全体の視差の平均値または重み
づけ平均値Δxaveを求め、視差制御部31がこのΔxave
分だけの左右画像のずれを無くすように左右画像をスク
ロールする。この処理は、本発明の第4の実施例と同じ
ものである。
Further, using the output of the parallax calculating section 15, the gazing point calculating section 30 calculates the average value or weighted average value Δxave of the parallax of the entire image, and the parallax control section 31 obtains the Δxave.
The left and right images are scrolled so as to eliminate the shift of the left and right images by the minute. This processing is the same as in the fourth embodiment of the present invention.

【0122】以上の様にすることにより、画像表示部3
2で表示される立体画像が観察者の両眼融合範囲に入る
ように、撮像部の輻輳点および表示画像位置が制御され
る。これによって、観察者は常に両眼融合範囲の広い立
体画像を観賞することができ、観賞時の眼性疲労が少な
くなる。
By performing the above, the image display unit 3
The convergence point of the imaging unit and the display image position are controlled so that the stereoscopic image displayed in 2 is within the binocular fusion range of the observer. This allows the observer to always view a stereoscopic image having a wide range of binocular fusion, and reduces eye fatigue during viewing.

【0123】なお、上記第7の実施例では、輻輳角制御
部19の動作と視差制御部31の動作が同時に行なわれ
るように説明したが、システム全体の動作の安定の為、
これら2つの制御部が交互に、または片方が安定した後
にもう片方が動作するようにしてもよい。また、上記第
7の実施例では、第1の実施例の立体画像撮像装置を撮
像部に用いる構成としたが、これに代えて、第2又は第
3の実施例の立体撮像装置を用いてもよい。
In the seventh embodiment, the operation of the convergence angle control unit 19 and the operation of the parallax control unit 31 are performed simultaneously. However, in order to stabilize the operation of the entire system,
The two control units may alternately operate, or one may operate after the other has stabilized. In the seventh embodiment, the stereoscopic image pickup device of the first embodiment is used for the image pickup section. Instead, the stereoscopic image pickup device of the second or third embodiment is used. Is also good.

【0124】[0124]

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明は、画像の両眼視差を検出し、これから観察者が最
も広い範囲で被写体の奥行き世界を知覚可能となるカメ
ラの最適輻輳点を計算し、その輻輳点にカメラの光軸が
向くように制御し、また、表示画像の両眼融合範囲が広
くなるように表示画像を制御することにより、見やすく
眼性疲労の少ない立体画像を表示することが出来るとい
う長所を有する。
As is apparent from the above description, the present invention detects the binocular disparity of an image and determines the optimum convergence point of the camera from which the observer can perceive the subject's depth world in the widest range. By calculating and controlling the camera's optical axis to point at the convergence point, and by controlling the display image so that the binocular fusion range of the display image is wide, a stereoscopic image that is easy to see and has less eye fatigue is displayed. It has the advantage of being able to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明にかかる第1の実施例の立体画像撮像装
置の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a stereoscopic image capturing apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】立体画像の撮像座標系と表示座標系の説明図で
ある。
FIG. 2 is an explanatory diagram of an imaging coordinate system and a display coordinate system of a stereoscopic image.

【図3】人間の調節機構と輻輳機構の許容範囲の説明図
である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of allowable ranges of a human adjustment mechanism and a congestion mechanism.

【図4】視差の計算方法の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a parallax calculation method.

【図5】立体画像表示装置における両眼融合範囲の説明
図である(視距離>71cm)。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a binocular fusion range in a stereoscopic image display device (viewing distance> 71 cm).

【図6】同図(a)は、輻輳点までの距離dxと、光軸
の回転角θの定義を説明する図、同図(b)は、輻輳点
までの距離dxと、光軸の回転角θの関係を示す図であ
る。
FIG. 6A is a diagram for explaining the definition of the distance dx to the convergence point and the rotation angle θ of the optical axis, and FIG. 6B is a diagram illustrating the distance dx to the convergence point; FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between rotation angles θ.

【図7】本発明にかかる第2の実施例の立体画像撮像装
置の構成図である。
FIG. 7 is a configuration diagram of a stereoscopic image capturing apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図8】本発明にかかる第3の実施例の立体画像撮像装
置の構成図である。
FIG. 8 is a configuration diagram of a stereoscopic image capturing apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図9】立体画像表示装置における両眼融合範囲の説明
図である(視距離<71cm)。
FIG. 9 is an explanatory diagram of a binocular fusion range in the stereoscopic image display device (viewing distance <71 cm).

【図10】本発明にかかる第4の実施例の立体画像表示
装置の構成図である。
FIG. 10 is a configuration diagram of a stereoscopic image display device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図11】重みをかけた視差平均値を求める手法の説明
図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram of a technique for calculating a weighted parallax average value.

【図12】同第4の実施例における視差制御部12の動
作を説明する図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating an operation of a parallax control unit 12 according to the fourth embodiment.

【図13】本発明にかかる第5の実施例の立体画像表示
装置の構成図である。
FIG. 13 is a configuration diagram of a stereoscopic image display device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図14】同図(a)及び(b)は、同第5の実施例に
おける視線センサ部14の動作を説明する図である。
FIGS. 14A and 14B are diagrams for explaining the operation of the line-of-sight sensor unit 14 in the fifth embodiment.

【図15】表示画像上の注視点座標計算方法の説明図で
ある。
FIG. 15 is an explanatory diagram of a method of calculating coordinates of a gazing point on a display image.

【図16】同図(a)〜(e)は、注視点位置の計算方
法の説明図である。
FIGS. 16A to 16E are explanatory diagrams of a method of calculating a gazing point position.

【図17】左右画像の水平読み出しタイミングの制御量
の計算手法の説明図である。
FIG. 17 is an explanatory diagram of a calculation method of the control amount of the horizontal read timing of the left and right images.

【図18】同図(a)及び(b)は、本発明にかかる第
6の実施例の立体画像撮像及び表示装置の構成図であ
る。
FIGS. 18A and 18B are configuration diagrams of a stereoscopic image capturing and displaying apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.

【図19】本発明にかかる第7の実施例の立体画像撮像
及び表示装置の構成図である。
FIG. 19 is a configuration diagram of a stereoscopic image capturing and displaying apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.

【図20】両眼視差による観察者の奥行き知覚の成立に
ついての説明図である。
FIG. 20 is an explanatory diagram of formation of depth perception of an observer by binocular parallax.

【図21】従来の立体画像撮像装置の概略図である。FIG. 21 is a schematic diagram of a conventional three-dimensional image pickup device.

【図22】同図(a)は、従来の立体画像撮影方法(平
行撮影)の説明図、同図(b)は、従来の立体画像撮影
方法(輻輳撮影)の説明図である。
FIG. 22A is an explanatory diagram of a conventional stereoscopic image photographing method (parallel photographing), and FIG. 22B is an explanatory diagram of a conventional stereoscopic image photographing method (convergence photographing).

【図23】従来の立体画像表示装置の概略図である。FIG. 23 is a schematic view of a conventional stereoscopic image display device.

【図24】立体画像表示位置の説明図である。FIG. 24 is an explanatory diagram of a stereoscopic image display position.

【図25】従来の3次元画像表示装置の外観図である。FIG. 25 is an external view of a conventional three-dimensional image display device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、2 レンズ 3a、3b カメラ本体 4a、4b 回転制御部 5 カメラ間隔制御部 12 スクリーン 14a、14b 信号処理部 15、29 視差計算部 16 視差処理部 17 奥行き表示位置計算部 18 融合範囲確認部 19 輻輳角制御部 20 融合範囲決定部 30 注視点計算部 31 視差制御部 33 視線センサ部 34 視線検出部 35 注視点判定部 36 制御量計算部 38 記録装置 39 注視意図指定部 40 再生装置 1, 2 Lens 3a, 3b Camera body 4a, 4b Rotation control unit 5 Camera interval control unit 12 Screen 14a, 14b Signal processing unit 15, 29 Parallax calculation unit 16 Parallax processing unit 17 Depth display position calculation unit 18 Fusion range confirmation unit 19 Convergence angle control unit 20 Fusion range determination unit 30 Gaze point calculation unit 31 Parallax control unit 33 Gaze sensor unit 34 Gaze detection unit 35 Gaze point determination unit 36 Control amount calculation unit 38 Recording device 39 Gaze intention designation unit 40 Playback device

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 複数の視点において被写体を撮像する撮
像部と、その撮像部の輻輳角を変化させる輻輳角移動機
構部またはカメラ間隔を変化させるカメラ間隔制御機構
部と、各々の撮像部から画像データを抽出する信号処理
部と、その信号処理部の出力を用いて画像の視差を計算
する視差計算部と、その視差計算部の出力のうち最小値
(最も近い被写体の視差)を検出する視差処理部と、そ
の視差処理部の出力を用いて撮像された画像が立体画像
表示装置で表示された場合に再生される最も近点の被写
体の奥行き位置を計算する奥行き表示位置計算部と、そ
の奥行き表示位置計算部の出力を用いて、これが再生画
像を観賞する観察者の融合許容範囲内あるかどうか判断
する融合範囲確認部と、その融合範囲確認部の出力を用
いて、最も近点の被写体が観察者の前記融合許容範囲内
になるように輻輳角移動機構部を制御する輻輳角制御部
または前記カメラ間隔制御機構部を制御するカメラ間隔
制御部とを備えたことを特徴とする立体画像撮像装置。
An imaging unit for imaging a subject from a plurality of viewpoints, a convergence angle moving mechanism for changing a convergence angle of the imaging unit, or a camera interval control mechanism for changing a camera interval, and an image from each imaging unit A signal processing unit for extracting data, a disparity calculation unit for calculating a disparity of an image using an output of the signal processing unit, and a disparity for detecting a minimum value (disparity of the closest subject) among outputs of the disparity calculation unit A processing unit, and a depth display position calculation unit that calculates the depth position of the closest object reproduced when an image captured using the output of the parallax processing unit is displayed on the stereoscopic image display device. Using the output of the depth display position calculation unit, a fusion range confirmation unit that determines whether or not this is within the fusion allowable range of the observer watching the reproduced image, and using the output of the fusion range confirmation unit to determine the closest point Suffered A convergence angle control unit that controls the convergence angle moving mechanism unit so that the object falls within the fusion allowable range of the observer.
Or stereoscopic imaging apparatus characterized by comprising a camera interval control unit for controlling the camera interval control mechanism.
【請求項2】 視差処理部は、前記視差計算部の出力の
うち最大値(最も遠い被写体の視差)を検出し、前記奥
行き表示位置計算部は、前記視差処理部の出力を用い
て、撮像された画像が立体画像表示装置で表示された場
合に再生される最も遠点の被写体の奥行き位置を計算
し、前記輻輳角制御部又はカメラ間隔制御部は、前記融
合範囲確認部の出力を用いて、最も遠点の被写体が観察
者の前記融合許容範囲内になるように輻輳角移動機構部
又はカメラ間隔制御機構部を制御することを特徴とする
請求項1記載の立体画像撮像装置。
2. The parallax processing unit detects a maximum value (parallax of a farthest object) among outputs of the parallax calculation unit, and the depth display position calculation unit uses the output of the parallax processing unit to perform imaging. Calculates the depth position of the farthest object reproduced when the displayed image is displayed on the stereoscopic image display device, and the convergence angle control unit or the camera interval control unit uses the output of the fusion range confirmation unit. 2. The three-dimensional image pickup apparatus according to claim 1, wherein the convergence angle moving mechanism or the camera interval control mechanism is controlled so that the object at the farthest point is within the fusion allowable range of the observer.
【請求項3】 複数の視点において被写体を撮像する撮
像部と、その撮像部の輻輳角を変化させる輻輳角移動機
構部またはカメラ間隔を変化させるカメラ間隔制御機構
部と、撮像される被写体のうち最も近い被写体の位置デ
ータを用いて、撮像画像が立体画像表示装置で表示され
た場合に再生される最も近点の被写体の奥行き位置を計
算する奥行き表示位置計算部と、その奥行き表示位置計
算部の出力を用いて、観察者の両眼融合範囲内に前記近
点の被写体の再生表示画像が入る条件を計算する融合範
囲決定部と、その融合範囲確認部の出力を用いて輻輳角
移動機構部を制御する輻輳角制御部または前記カメラ間
隔制御機構部を制御するカメラ間隔制御部とを備えたこ
とを特徴とする立体画像撮像装置。
3. An imaging unit for imaging a subject from a plurality of viewpoints, a convergence angle moving mechanism unit for changing a convergence angle of the imaging unit or a camera interval control mechanism unit for changing a camera interval, and A depth display position calculation unit that calculates the depth position of the closest object reproduced when the captured image is displayed on the stereoscopic image display device using the position data of the closest object, and a depth display position calculation unit A fusion range determining unit that calculates a condition under which the reproduced display image of the near-point subject falls within the binocular fusion range of the observer using the output of the observer, and a convergence angle moving mechanism using the output of the fusion range confirmation unit A three-dimensional image pickup device, comprising: a convergence angle control unit that controls a unit or a camera interval control unit that controls the camera interval control mechanism unit.
【請求項4】 奥行き表示位置計算部は、撮像される被
写体のうち最も遠い被写体の位置データを用いて、撮像
画像が立体画像表示装置で表示された場合に再生される
最も遠点の被写体の奥行き位置を計算し、前記融合範囲
決定部は、前記奥行き表示位置計算部の出力を用いて、
観察者の両眼融合範囲内に前記遠点の被写体の再生表示
画像が入る条件を計算し、前記輻輳角制御部又はカメラ
間隔制御部は、前記融合範囲確認部の出力を用いて輻輳
角移動機構部又はカメラ間隔制御機構部を制御すること
を特徴とする請求項3記載の立体画像撮像装置。
4. A depth display position calculation unit, using position data of a farthest object among the objects to be imaged, of a farthest object reproduced when a captured image is displayed on a stereoscopic image display device. Calculate the depth position, the fusion range determination unit, using the output of the depth display position calculation unit,
A condition under which the reproduced display image of the distant subject is included in the binocular fusion range of the observer is calculated, and the convergence angle control unit or the camera interval control unit uses the output of the fusion range confirmation unit to move the convergence angle. 4. The three-dimensional image pickup device according to claim 3, wherein the control unit controls a mechanism unit or a camera interval control mechanism unit.
【請求項5】 少なくとも2方向から被写体を撮像した
時の画像を用いて、被写体の両眼視差または3次元位置
を計算する視差計算部と、その視差計算部の出力から被
写体の奥行き位置を計算する注視点計算部と、その注視
点計算部の出力で示される奥行き位置を3次元立体画像
表示部の表面もしくは表面から指定された奥行き距離に
再現するように前記画像を平行移動する視差制御部とを
備えたことを特徴とする立体画像表示装置。
5. Using the image when capturing a subject from at least two directions, and the parallax calculation section for calculating binocular parallax or three-dimensional position of the object, the depth position location of the object from the output of the parallax calculation section A gaze point calculation unit for calculating, and a parallax control for translating the image so as to reproduce a depth position indicated by an output of the gaze point calculation unit on a surface of the three-dimensional stereoscopic image display unit or a specified depth distance from the surface. And a stereoscopic image display device.
【請求項6】 注視点計算部は、前記視差計算部の出力
のうち、画面全体または画像中の小領域を平均、または
画面の中心に大きな重みを付加した加重平均により前記
視差制御部で制御されるべき奥行き位置を計算すること
を特徴とする請求項5記載の立体画像表示装置。
6. The parallax control unit controls the parallax control unit by averaging the entire screen or a small area in the image or outputting a weighted average obtained by adding a large weight to the center of the screen among the outputs of the parallax calculation unit. The stereoscopic image display device according to claim 5, wherein a depth position to be performed is calculated.
【請求項7】 注視点計算部は、前記視差計算部の出力
のうち、画面全体または画像中の小領域における最大値
もしくは最小値を計算することにより前記視差制御部で
制御されるべき奥行き位置を計算することを特徴とする
請求項5記載の立体画像表示装置。
7. A depth-of-view position to be controlled by the parallax control unit by calculating a maximum value or a minimum value in an entire screen or a small area in an image from among outputs of the parallax calculation unit. The stereoscopic image display device according to claim 5, wherein is calculated.
【請求項8】 注視点計算部は、観察者の視線を検出す
る視線検出部と、その視線検出部の出力から前記観察者
の表示画像中の注視位置を検出する注視点判定部と、前
記視差計算部の出力と前記注視点判定部の出力から必要
とされる表示画像位置の両眼視差の平均値を計算する制
御量計算部とを備えたことを特徴とする請求項5記載の
立体画像表示装置。
8. A gazing point calculating section for detecting a gazing point of an observer; a gazing point determining section for detecting a gazing position in a display image of the observer from an output of the gazing point detecting section; The three-dimensional object according to claim 5, further comprising: a control amount calculating unit that calculates an average value of binocular parallax of a display image position required from an output of the parallax calculating unit and an output of the fixation point determining unit. Image display device.
【請求項9】 注視点判定部は、前記観察者の視線移動
速度が小さい期間のみを抽出し、ホールド処理・低域ろ
波処理を行って前記観察者の注視位置を検出することを
特徴とする請求項8記載の立体画像表示装置。
9. The gazing point determining unit extracts only a period during which the line of sight movement speed of the observer is low, and performs a hold process and a low-pass filtering process to detect a gazing position of the observer. The three-dimensional image display device according to claim 8.
【請求項10】 制御量計算部は、前記注視点判定部の
出力が示す前記観察者の表示画像上の注視点を中心とし
た、ある所定の範囲内の前記視差計算部の出力を平均す
ることにより前記視差制御部で制御されるべき奥行き位
置を計算することを特徴とする請求項8記載の立体画像
表示装置。
10. A control amount calculating unit for averaging an output of the parallax calculating unit within a predetermined range around a gazing point on a display image of the observer indicated by an output of the gazing point determining unit. 9. The stereoscopic image display device according to claim 8, wherein a depth position to be controlled by the parallax control unit is calculated.
【請求項11】 撮影者が、観察者に注視してほしいと
意図する撮影画像部分を指定する注視意図指定部と、そ
の注視意図指定部の出力と、少なくとも2方向から被写
体を撮像した時の画像を記録する信号記録部と、撮影さ
れた画像と注視意図信号を再生する再生部と、被写体の
両眼視差または3次元位置を計算する視差計算部と、そ
の視差計算部の出力と前記注視意図信号を用いて注視意
図信号が示す画像部分を3次元立体画像表示部の表面も
しくは表面から指定された奥行き距離に再現するように
制御する視差制御部とを備えたことを特徴とする立体画
像表示装置。
11. A gaze intention designating unit for designating a photographed image portion intended to be watched by an observer, an output of the gaze intention designating unit, and a photographing object when photographing a subject from at least two directions. A signal recording unit for recording an image, a reproducing unit for reproducing a captured image and a gaze intention signal, a parallax calculating unit for calculating binocular parallax or a three-dimensional position of a subject, an output of the parallax calculating unit, and the gaze A stereoscopic image, comprising: a parallax control unit configured to control an image portion indicated by the gaze intention signal using the intention signal so as to reproduce the image portion at a specified depth distance from the surface of the three-dimensional stereoscopic image display unit. Display device.
【請求項12】 注視意図信号は、前記再生部により再
生される注視意図信号の代わりに、前記注視意図指定部
の出力を用いることを特徴とする請求項11記載の立体
画像表示装置。
12. The stereoscopic image display device according to claim 11, wherein the gaze intention signal uses an output of the gaze intention designating unit instead of the gaze intention signal reproduced by the reproducing unit.
【請求項13】 請求項1〜4のいずれかの前記立体画
像撮像装置と、請求項5〜8のいずれかの前記立体画像
表示装置とを備えたことを特徴とする立体画像撮像及び
表示装置。
13. A three-dimensional image pickup and display device comprising: the three-dimensional image pickup device according to any one of claims 1 to 4; and the three-dimensional image display device according to any one of claims 5 to 8. .
【請求項14】 請求項1〜4のいずれかの前記立体画
像撮像装置と、請求項11、又は12の前記立体画像表
示装置とを備えたことを特徴とする立体画像撮像及び表
示装置。
14. A three-dimensional image pickup and display device, comprising: the three-dimensional image pickup device according to claim 1; and the three-dimensional image display device according to claim 11 or 12.
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