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JP2006033395A - 撮像装置及び立体撮像システム - Google Patents

撮像装置及び立体撮像システム Download PDF

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JP2006033395A JP2004208990A JP2004208990A JP2006033395A JP 2006033395 A JP2006033395 A JP 2006033395A JP 2004208990 A JP2004208990 A JP 2004208990A JP 2004208990 A JP2004208990 A JP 2004208990A JP 2006033395 A JP2006033395 A JP 2006033395A
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Yoshio Tamura
善男 田村
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Abstract

【課題】 2台のデジタルカメラを使用して風景の立体撮像を行なう際に、撮像方向を簡単に合せられるようにする。
【解決手段】 第1のデジタルカメラ2と第2のデジタルカメラ3とを通信制御回路64によって接続し、液晶パネル37に、第1のデジタルカメラ2によって撮像された第1のスルー画像と、第2のデジタルカメラ3によって撮像された第2のスルー画像とを同時に表示する。この液晶パネル37を観察して、第1のスルー画像に第2のスルー画像の撮像方向を合せるように十字ボタンを操作し、この十字ボタンの操作に基づいてセンサ移動機構44を作動させ、イメージセンサ33を撮像光軸に対して移動させることにより、撮像方向の調整を行なう。
【選択図】 図3

Description

本発明は、少なくとも2台の撮像装置を連動させて立体撮像を行なう立体撮像システムと、この立体撮像システムに使用される撮像装置とに関し、更に詳しくは、風景等の遠方の被写体を立体撮像することのできる撮像装置及び立体撮像システムに関する。
周知のように、人間の目で捉える映像に立体感があるのは、左右の目で異なる方向から捉えた視差のある映像を一つの映像として認識しているためである。この人間の左右の目の視差による立体認識の手法を利用して立体画像を作成するために、二つの撮像光学系の各イメージセンサで共通の被写体を撮像し、撮像した画像データを合成処理して立体視が可能な立体画像データを生成する立体デジタルカメラが知られている(例えば、特許文献1参照)。
立体デジタルカメラにおいて、合成処理した画像に適正な立体感を付与するには、一対の撮像光学系の各撮像方向が一致していなければならない。そのため、従来の立体デジタルカメラでは、一方の撮像光学系の撮像方向に対して、他方の撮像光学系の撮像方向を合せる機械的な調整機構を設けていた。また、特許文献1記載の立体デジタルカメラでは、調整機構の手動調整による工数及びコストを低減させるために、画像メモリ上の画像データのアドレスを操作することによって、撮像光軸のズレを補正している。
立体デジタルカメラによって自然な立体画像を撮像するには、二つの撮像光学系の基線長(撮像光学系の距離)を被写体までの距離の1/50〜1/100にすることが好ましいとされている。しかし、風景写真を立体撮像する場合には、カメラと被写体との間の距離が数Kmになることもあり、その際に必要な基線長は数十メートルとなる。このように基線長が長くなった場合には、2台のデジタルカメラを使用して所定の位置に設置し、両デジタルカメラを被写体の同じ方向に向け、一方のデジタルカメラに他方を連動させて撮影を行なえばよい。
特開平06−273172号公報
しかし、2台のデジタルカメラが数十メートルも離れて配置されている場合、両デジタルカメラの撮像方向を同時に確認することはできない。そのため、2台のカメラを同じ方向に向けることは困難であった。
本発明は、上記問題点を解決するためのもので、2台のデジタルカメラを使用して風景の立体撮像を行なう際に、撮像方向を簡単に合せられるようにすることを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の撮像装置は、第2の撮像装置と接続して各種信号及びデータを送受信し、第2の撮像装置と各種動作を連動させる通信手段を設け、画像処理手段で生成された第1のスルー画像データと、第2の撮像装置の第2のスルー画像データとの画像を表示手段に同時に表示できるようにした。
また、第1のスルー画像データと第2のスルー画像データとの撮像方向を操作手段の操作によって調整できるようにした。実際の撮像方向の調整は、操作手段の操作によって生成された調整信号、または通信手段によって第2の撮像装置から受信した第2の調整信号に基づいて調整手段が行なう。
調整手段は、イメージセンサだけを動かすか、あるいは撮像光学系とイメージセンサとを一緒に動かすようにした。また、第1のスルー画像データと第2のスルー画像データとを解析し、両者の撮像方向を合せることのできる調整信号を自動的に生成することもできる。
また、上記した撮像装置を少なくとも2台使用し、通信手段によって接続することで、立体撮像を行なうことのできる立体撮像装置を構成した。
本発明の撮像装置及び立体撮像システムによれば、各種信号及びデータを送受信する通信手段によって第2の撮像装置と接続させたので、少なくとも2台の撮像装置を連動させて撮像を行なうことができ、撮像した画像データを1台の撮像装置で管理することもできる。また、自身で撮像した第1のスルー画像データと、第2の撮像装置で撮像された第2のスルー画像データとを1台の撮像装置の表示手段に同時に表示させるようにしたので、2台の撮像装置が離れた位置に設置されていても、容易に両者の撮像方向を確認することができる。
また、表示手段の第1のスルー画像データと第2のスルー画像データとを見ながら、撮像方向の調整を行なえるようにしたので、調整精度が向上するとともに、調整に必要な時間も短縮することができる。撮像方向を調整する調整手段では、イメージセンサだけを動かすようにしたので、撮像装置に大がかりな調整機構を設ける必要がなく、撮像方向の微調整ならば充分な精度で行なうことができる。また、イメージセンサと撮像光学系とを一緒に動かす調整手段では、調整機構がやや複雑化するものの、広い範囲で調整を行なうことができ、調整精度もより向上させることができる。更に、第1のスルー画像データと第2のスルー画像データとを解析して、自動調整も行なえるようにしたので、調整者の技量に関係なく一定の調整精度を得ることができる。
図1(A),(B)は、本発明を実施したデジタルカメラ2を前後から見た外観形状を示す斜視図である。図2に示すように、このデジタルカメラ2は、立体撮像システムを構成する第1のデジタルカメラとして、同じ機能を持った第2のデジタルカメラ3と通信ケーブル4で接続され、所定の距離だけ離れた位置に三脚5でそれぞれ固定し、撮像動作を連動させて同じ被写体6を撮像することで立体視が可能な立体撮像データを作成する機能を備えている。
デジタルカメラ2は、水平方向に配置され、内部に撮像レンズ10が組み込まれた略円筒形状の本体部11と、この本体部11の後端側から側方に張り出すように設けられたグリップ部12と、本体部11の上方に一体に設けられた開閉自在なストロボ発光部13と、本体部11とグリップ部12との背面に設けられ各種操作に使用される操作部14とから構成されている。
グリップ部12の上面には、撮影時に操作されるレリーズボタン17や操作ダイヤル18等が設けられている。レリーズボタン17は、いわゆる半押し、全押しと言われる2段階の深さに押圧することができるようになっている。デジタルカメラ2は、レリーズボタン17の半押し時に被写体の測光及び測距を行ない、全押し時には測距によって得たデータにしたがって焦点調整を行ない、測光によって得た絞りやシャッタ速度で撮像が行なわれる。
操作ダイヤル18は、回転操作される操作部材であり、その回転停止位置によって、デジタルカメラ2は、静止画撮像モード,動画撮像モード,立体撮像モード,再生モード等の各種動作モードにセットされる。
デジタルカメラ2の背面の操作部14には、接眼側ファインダ窓21や、表示手段である表示モニタ22、操作手段である十字ボタン23等が配置されている。表示モニタ22は、液晶パネル(LCD)からなり、各種設定画面や、記録されている画像データの再生表示を行なうとともに、静止画撮像モードや動画撮像モード、立体撮像モード時の撮影待機時には、イメージセンサが撮像した画像をリアルタイムに表示する。
十字ボタン23は、上下左右の十字方向に操作が可能とされた操作ボタンであり、デジタルカメラ2の各種設定時には、表示モニタ22に表示されたメニュー画面でカーソルを動かすために使用され、静止画撮像モードでは撮像レンズ10のズーム倍率の変更に使用される。また、立体撮像モードにおいては、撮像方向を微調整する操作に利用される。
本体部11の側面には、立体撮像を行なう際に第2のデジタルカメラ3との接続に使用される通信コネクタ26が設けられている。この通信コネクタ26には、接続ケーブル4の一端に設けられた接続端子4aが挿入される。
また、詳しい形態については図示しないが、図3のブロック図に示すように、このデジタルカメラ2には、内部にメモリカード用のコネクタ29が組み込まれたメモリカードスロットが設けられている。撮像した画像データは、メモリカードスロットにセットされ、コネクタ29に接続されたメモリカード30に記録される。
撮像レンズ10の背後には、撮像レンズ10によって結像された被写体画像を撮像するイメージセンサ33が配置されている。このイメージセンサ33は、受光素子をマトリクス状に配置させたイメージエリアセンサであり、CCDやCMOS等が用いられる。イメージセンサ33は、撮像によってアナログの撮像信号を生成し、画像処理回路34に入力する。
画像処理回路34は、アナログの撮像信号からデジタルのRGBの画像データを生成する画像データ生成部と、生成された画像データに、階調変換,ホワイトバランス補正,γ補正等の各種画像処理を施して画質向上を図る画質処理部と、各種画像処理が施された画像データにYC変換処理や固定長化処理,圧縮処理等を施して、例えば、jpeg等の画像ファイルを生成する圧縮処理部とからなる。
また、画像処理回路34によって生成される画像データには、スルー画像データと、本画像データとがある。スルー画像データは、デジタルカメラ2が静止画撮像モードや動画撮像モード、立体撮像モード等にセットされ、実際の撮影が行なわれない撮影待機状態にあるときに、表示モニタ22を構成する液晶パネル37に撮像画像をリアルタイムに表示するために用いられる簡易表示用の画像データである。画像処理回路34は、撮像信号から変換されたデジタルの画像データに対し、簡易な画像処理を施すことによりスルー画像データを生成する。
このスルー画像データに対し、本画像データは、記録保存用の高画質な画像データであり、画像処理回路34の画質処理部によってスルー画像データよりも高レベルな画像処理が施され、より高画質な画像データに調整される。なお、本画像データの生成は、レリーズボタン17が全押し操作され、このレリーズボタン17の操作を検出するレリーズスイッチ40から、デジタルカメラ2の全体を制御するシステムコントローラ41にレリーズ信号が入力されたときに行なわれる。
システムコントローラ41は、周知のマイクロコンピュータであり、各種演算処理を行なうCPUや、プログラムデータが記録されたROM、デジタルカメラ2の制御において発生したデータを適宜記録するRAM等から構成されている。
イメージセンサ33に接続されたセンサ移動機構44は、立体撮像モード時に撮像方向の微調整に使用される調整手段を構成する。外観形状を示す図4及び断面図である図5に示すように、センサ移動機構44は、イメージセンサ33を保持する矩形状の移動台46と、この移動台46を保持して本体部11内に固定される矩形状の固定台47と、固定台47に対し、移動台46の4辺を撮像光軸X方向に移動させる4個のチルト機構48とからなる。各チルト機構48は、十字ボタン23の操作を検出する十字スイッチ50から出力された調整信号に基づいて動作する。
チルト機構48は、移動台46と固定台47とを連結して、移動台46が固定台47に当接する方向に付勢するバネ53と、固定台47内に組み込まれたモータ54と、撮像光軸X方向に沿って配置され、モータ54によって回転されるリードネジ55と、このリードネジ55の近傍に沿うように配置されたガイドピン56と、リードネジ55に螺合されるネジ孔と、ガイドピン56が挿入されるガイド孔とを備えた球形状の移動部材57とからなる。この移動部材57とリードネジ55及びガイドピン56は、移動台46に設けられた受け孔58に挿入されており、移動部材57は受け孔58の内壁面に当接している。
常態にあるセンサ移動機構44は、図5(A)に示すように、バネ53の付勢によって移動台46の背面が固定台47の前面に当接しており、イメージセンサ33の撮像面33aは撮像光軸Xに対して垂直に保持されている。デジタルカメラ2が立体撮像モードにセットされ、撮像方向の微調整のために前述の十字ボタン23が操作されると、その操作に応じて各チルト機構48のモータ54が回転する。同図(B)に示すように、モータ54の回転によりリードネジ55が回転すると、ガイドピン56によってその回転が阻止されている移動部材57は、撮像光軸X方向に移動する。この移動時に、バネ53の付勢に抗して受け孔58を押圧し、移動台46の各辺を撮像光軸X方向に移動させる。これにより、イメージセンサ33の撮像面33aが撮像光軸Xに対して傾斜し、撮像方向が微調整される。
なお、移動台46の移動位置は、モータ54の回転をエンコーダ61で検出し、その検出信号をシステムコントローラ41でカウントすることによって検出することができるため、デジタルカメラ2の電源オフ時等に移動台46を初期位置に復帰させたり、所定の移動位置を記憶させておくこともできる。また、本実施形態ではイメージセンサ33を撮像光軸Xに対して傾斜させたが、撮像光軸Xに対してシフトさせてもよい。
通信制御回路64は、前述の第2のデジタルカメラ3との間で、レリーズ信号や調整信号、スルー画像データ及び本画像データ等の各種信号やデータ等の送受信を行なう回路であり、例えば、USB(Universal Serial Bus)規格の通信回路が用いられている。立体画像処理回路65は、立体撮像モードでの撮像により、第1のデジタルカメラ2と第2のデジタルカメラ3とで生成された第1の本画像データと第2の本画像データとを合成し、立体視が可能な立体画像データを生成する画像処理回路である。
第1のデジタルカメラ2と第2のデジタルカメラ3とを通信ケーブル4で接続し、立体撮像モードにセットすると、両者のシステムコントローラ41は、通信制御回路64によって相手と接続してネゴシエーション動作を行ない、通信状態を確立する。図6に示すように、立体撮像モードにセットした状態でデジタルカメラ2の設定メニューを呼び出すと、表示モニタ22には、立体撮像モードに関連する設定項目70a〜70cと、これらの設定項目70a〜70cの中から設定したい項目を選択するカーソル71とが表示される。このカーソル71の操作は、十字ボタン23によって行なわれる。
設定項目70aの「メインカメラ」とは、第1のデジタルカメラ2と第2のデジタルカメラ3とのうち、どちらのデジタルカメラを主に操作して立体撮像を行なうかを設定する項目である。設定項目70aを選択すると、表示モニタ22には、第1のデジタルカメラと第2のデジタルカメラとのID番号(例えば、DSC1,DSC2等)が表示され、カーソルで選択できるようになる。この選択項目で選択されたデジタルカメラはメインカメラとなり、選択されなかったデジタルカメラは、メインカメラに連動するサブカメラとなる。また、メインカメラの表示モニタ22に「メインカメラ」と表示され、その識別が容易になる。
メインカメラに設定されたデジタルカメラの表示モニタ22には、立体撮像モードでの撮影待機中に自身のイメージセンサ33で撮像した第1のスルー画像データと、通信制御回路64によって受信した第2のスルー画像データとが同時に表示される。また、撮像のための操作では、メインカメラの十字ボタン23を操作することによって、サブカメラのセンサ移動機構44を操作できるようになり、メインカメラのレリーズ信号によってサブカメラでも撮像動作が行なわれるようになる。離れた位置にある2台のデジタルカメラの撮像方向の調整は、最初に三脚5上で粗く調整しておき、その後にメインカメラの表示モニタ22で両スルー画像データのずれを確認しながら、十字ボタン23で離れた位置にあるサブカメラのセンサ移動機構44を駆動させ、撮像方向を微調整することができる。これにより、従来のように両カメラの間を行き来して調整する手間を省くことができ、風景の立体撮像も容易に行なうことができる。
選択項目70bの「データ記録先」は、立体撮像によって生成された立体画像データをどちらのデジタルカメラに記録するかを選択する項目である。この項目で選択されたデジタルカメラは、通信制御回路64によって相手方のデジタルカメラで生成された第2の本画像データを受信し、立体画像処理回路65によって、自身のイメージセンサ33で撮像した第1の本画像データと合成処理して立体画像データを作成する。作成された立体画像データは、そのデジタルカメラのメモリカード30に記録される。この立体画像データの作成処理には、システムコントローラ41の処理能力が奪われるため、サブカメラ側に設定しておけばメインカメラの動作が遅くなるのを防止することができる。
設定項目70cの「スルー画像」は、メインカメラの表示モニタ22に表示される第1と第2のスルー画像データの表示形態を選択する項目である。例えば、この選択項目で「並列表示」を選択すると、図7(A)に示すように、表示モニタ22にはメインカメラの第1のスルー画像80と、サブカメラの第2のスルー画像81とが横に並んで同時に表示される。また、「重なり表示」を選択した場合には、同図(B)に示すように、第1のスルー画像83と第2のスルー画像84とが重なり合って表示される。これにより、ユーザーが撮像方向のずれを確認しやすい表示方法を自由に選択し、撮像方向の調整作業をより行ないやすくすることができる。
次に、本発明のデジタルカメラ2を2台使用して行なわれる立体撮像の作用について、図8のフローチャートに沿って説明する。図2に示すように、第1のデジタルカメラ2と第2のデジタルカメラ3とを所定の位置に配置して通信ケーブル4で接続し、各デジタルカメラ2,3の操作ダイヤル18を操作して立体撮像モードにセットする。また、立体撮像モードの設定メニューを操作して、メインカメラ,データ記録先,スルー画像の表示形態等を設定する。
モードの設定後、各デジタルカメラのファインダ21や表示モニタ22の表示画像を確認しながら、デジタルカメラ2及び3や三脚5を動かして撮像方向の粗調整を行なう。次に、メインカメラの表示モニタ22によって第1のスルー画像と第2のスルー画像との撮像方向のずれを確認し、第1のスルー画像に第2のスルー画像の撮像方向を合せるように十字ボタン23を操作する。
十字ボタン23の操作を検出する十字スイッチ50から出力された調整信号は、通信制御回路64によってサブカメラに送信される。サブカメラのセンサ移動機構44は、受信した調整信号に基づいてモータ54を回転させ、移動台46の4辺を撮像光軸X方向に移動させ、イメージセンサ33の撮像面33aを傾斜させ、撮像方向が微調整される。
撮像方向の微調整後、メインカメラのレリーズボタン17を半押し操作すると、メインカメラにおいて測距及び測光が行なわれる。このレリーズボタン17を半押し操作したときのレリーズスイッチ40の操作信号は、通信制御回路64によってサブカメラにも送信されているため、サブカメラにおいても同様に測距及び測光が行なわれる。
メインカメラのレリーズボタンを全押し操作すると、レリーズスイッチ40からレリーズ信号が出力され、このレリーズ信号にしたがってメインカメラとサブカメラとで撮像動作が行なわれる。メインカメラで生成された第1の本画像データと、サブカメラで生成さされた第2の本画像データは、データ記録先に設定されたデジタルカメラの立体画像処理回路65に入力され、立体画像データが生成される。この立体画像データは、データ記録先デジタルカメラのメモリカード30に記録される。
なお、上記実施形態では、サブカメラの撮像方向を微調整するために、イメージセンサを移動するセンサ移動機構44を用いたが、イメージセンサと一緒に撮像光学系も移動させれば、微調整のレベルを超えてサブカメラの撮像方向を大きく移動させることができる。このイメージセンサと撮像光学系とを一緒に移動させる実施形態について、以下に説明する。
図9(A),(B)は、イメージセンサと撮像レンズとを一緒に移動させるようにした撮像系移動機構90の上断面図及び横断面図である。この撮像系移動機構90では、撮像レンズ91が組み込まれたレンズ鏡筒92とイメージセンサ93とを、二つの半球形状の部品94a,94bを組み合わせて球形となった球状部材94に撮像光軸を合せて組み付け、この球状部材94を箱状のフレーム部材95に収納するとともに、フレーム部材95内に軸支された複数のローラ96で回動自在に支持している。複数のローラ96のうち、ローラ96a,96bには、ローラ96a,96bを回転させるモータ97a,97bが取り付けられている。
モータ97aの回転によりローラ96aが回転すると、球状部材94は垂直面上で回転し、撮像レンズ91とイメージセンサ93との撮像方向は上下方向で移動する。また、モータ97bが回転すると、ローラ96bによって球状部材94は水平面上で回転し、撮像方向は左右方向で移動する。これら上下方向及び左右方向の撮像方向の移動を組み合わせることにより、撮像方向を自由に変化させることができ、微調整だけではなく粗調整もメインカメラの遠隔操作によって行なうことができる。
また、上記各実施形態では、表示モニタによる確認と手動操作とによって撮像方向を調整するようにしたが、自動で行なってもよい。例えば、図10のブロック図に示すように、メインカメラの第1のスルー画像データとサブカメラの第2のスルー画像データとが入力される自動調整回路100を設け、この自動調整回路100で第1のスルー画像データと第2のスルー画像データとを画像解析し、両スルー画像データの撮像方向が合致するようにセンサ移動機構や撮像系移動機構を駆動させる調整信号を算出させればよい。表示モニタでの撮像方向のずれの確認や手動調整は、調整する人間の技量によってその精度に差が生じるが、本実施形態のように自動調整を用いれば、誰が操作しても一定の精度の調整結果を得ることができる。
なお、上記各実施形態は、有線の通信回路によって第1のデジタルカメラと第2のデジタルカメラとを接続したが、無線の通信回路によって接続してもよい。無線としては、電波式の通信回路や、赤外線を使用する通信回路でもよい。デジタルスチルカメラによる立体撮像を例に説明したが、ビデオカメラや銀塩カメラでの立体撮像にも利用することができる。銀塩カメラに適用する場合には、撮像方向確認用の低解像度の撮像カメラとモニタとを設ければよい。
本発明を実施したデジタルカメラの外観斜視図である。 本発明の立体撮像システムの構成を示す外観斜視図である。 デジタルカメラの構成を示すブロック図である。 センサ移動機構の外観斜視図である。 センサ移動機構の断面図である。 立体撮像モードの設定画面を示す説明図である。 スルー画像データの表示形態を示す説明図である。 立体画像の撮像手順を示すフローチャートである。 撮像系移動機構の構成を示す断面図である。 自動調整回路を備えたデジタルカメラの構成を示すブロック図である。
符号の説明
2 第1のデジタルカメラ
3 第2のデジタルカメラ
4 通信ケーブル
10,91 撮像レンズ
22 表示モニタ
23 十字ボタン
33,93 イメージセンサ
34 画像処理回路
40 レリーズスイッチ
44 センサ移動機構
50 十字スイッチ
64 通信制御回路
65 立体画像処理回路
90 撮像系移動機構
100 自動調整回路

Claims (6)

  1. 被写体画像を結像する撮像光学系と、
    結像された被写体画像を撮像して撮像信号を生成するイメージセンサと、
    撮影待機中の撮像信号からスルー画像データを生成し、撮影操作によるレリーズ信号に基づいて撮像信号から本画像データを生成する画像処理手段と、
    第2の撮像装置と接続して各種信号及びデータを送受信し、各種動作を第2の撮像装置との間で連動させる通信手段と、
    画像処理手段で生成された第1のスルー画像データと、通信手段によって受信した第2のスルー画像データとを同時に表示させる表示手段と、
    画像処理手段で生成された第1の本画像データと、この第1の本画像データの生成に連動して第2の撮像装置で生成され、通信手段によって受信した第2の本画像データとを合成し、立体視が可能な立体画像データを生成する立体画像生成手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。
  2. 前記表示手段に表示された第1のスルー画像データと第2のスルー画像データとの撮像方向を合せるように操作され、その操作内容に応じて調整信号を生成する操作手段と、
    操作手段から入力された第1の調整信号、または通信手段によって受信した第2の調整信号に基づいて撮像方向を調整する調整手段とを設けたことを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
  3. 前記調整手段は、撮像光軸に対してイメージセンサを移動させるセンサ移動機構からなることを特徴とする請求項2記載の撮像装置。
  4. 前記調整手段は、撮像光学系とイメージセンサとを移動させる撮像系移動機構からなることを特徴とする請求項2記載の撮像装置。
  5. 前記第1のスルー画像データと第2のスルー画像データとを解析する解析手段と、この解析手段の解析結果に基づいて、第1のスルー画像データと第2のスルー画像データとの撮像方向を合せるための調整信号を生成する自動調整手段とを設けたことを特徴とする請求項2ないし4いずれか記載の撮像装置。
  6. 請求項1ないし5いずれか記載の撮像装置を少なくとも2台使用し、通信手段によって接続して立体撮像を行なうことを特徴とする立体撮像システム。
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