Thesoliddisplaybythevirtualrealitytechnology ofstereooldphotographs

ステレオ古写真の仮想現実感技術 による立体表示

岡 林 隆 敏 * ･山 口 剛 **

前 川 裕 之 ***

Thesoliddisplaybythevirtualrealitytechnology ofstereooldphotographs

by

TakatoshiOKABAYASH

I*

andHiroyukiMAEKAWA

Thispaperpresentssolidexpressionofthestereooldphotographsbythethree‑dimensionalvision technology.ThesolidexpressionofstereooldphotographsusestheparallaxprlnCipleofhumaneyes.The imageprocesslngandstereoscopyhavebecamepossibletodisplayofapersonalcomputeruslngapolarized lightshutterandpolarizedlightglasses,whicharespecialpartsforthevisiontechnology.Inthislaborato‑

ry,finishedsolidoldphotograph,exhibitedsolidoldphotograph,etc.aresavedonCD‑ROM forvariousex‑

hibitions.A lotofpeoplegreatlyevaluatedthestereosolidoldphotographsindifferentexhibitions. Stereoscopyofstereooldphotographisabletoreconstmctpeople,buildings,etc.clearlyofthosedays

,

1.

は じめに

最近, 目覚 しいパー ソナル コン ピュー タの発達 に伴 い,ハー ド面や ソフ ト面 において立体的表現 が可能 と な って きた. この技術 が様 々な分野で使われ るように な り,̀ ̀ 立体 ' 'や

次元 ' 'とい う言葉 も決 して珍 し い ものでな くな ってい る.デ ィスプ レイ上 で立体的 , または

次元的 に表現す ることで,デ ィスプ レイ上 と い う限 られたスペースの中で よ り多 くの情報量 を得 る ことがで きるようにな る.

" 立体" と

次元 " とい う言葉 にはそれぞれ違 っ た意味 を持 ってい る.

次元 " とい う言葉 は,意味 が広 く," 立体 ' 'とい う言葉 は,両眼視差 に基 づ く 2 眼式のデ ィスプ レイに対 して総称的 に使 われている.

本研究では,長崎大学附属 図書館 に所蔵 されてい る

ステ レオ古写真 を用 いて,パー ソナル コンピ ュー タの デ ィスプ レ イ上 で立体表現 を行な った. この ステ レオ 古写真は専用の ビ ューアで しか見 るこ とがで きないた め,多 くの人が一度 に見 るこ とがで きなかった. しか し,デ ィスプ レイ上で立体表現す ることで この問題点 は改善 された.ステ レオ古写真 の立体表現 は,画像処 理 を施 した後 ,特殊 な機材 であ る偏光 シ ャッタ と偏光 眼鏡 を用いる立体映像技術 に よ り実現す るこ とがで き た.

本 研 究 で は , 画 像 処 理 され た立 体 写 真 は

ROM

デー タ として保存 し,パー ソナル コン ピ ュー タ に よ り,連続的 に観賞で きるシステムを完成 させた.

多 くの市民 に技術的評価 を得 る と共 に当時の背景を理 解 して もらうため

い くつかの展示会へ これ らの立体 平成

年

月

日受理

*社会開発工学科

**大学院博士前期課程生産料学研究科

***大学院博士前期課程生産料学研究科

HlO

岡林 隆敏 ･山口

古写真システムを出展 した.

2.

立体視の原理

人間の視覚系は奥行 きや物体の

次元の形状 を知覚 するために様 々な手がか りを用いている.例 えば,人 間は両眼視差 を用いた両眼立体視 によって

次元空間 を認識 している.両眼視差 とは,右眼 と左眼に映 った 網膜の像の違 いをい う. 図‑1に両眼視差の原理を示す.

その他･栢稜角,焦点調節･網膜像の大 き軍･テク スチ ャーの勾配,輪郭線の形状,遮断関係な ど様 々な 手がか りを用いて, これ らを統合することで矛盾の無 い

次元空間を認識 している.また,物体の回転運動 か らも

次元形状 を認識 している1 ) .

〉 ∴ :: :

【 コ

⊂ :コ 左鴫網膜偉 図‑1 両眼視差の原理

人間は右眼 と左眼の網膜 に写 った像の違 いを脳 で処 理 して奥行 きを知覚する と考 え られているが, この像 の違 いは物体が遠方 にあ る場合にはほ とん ど視差が生 じないため,両眼視差は近距離 において奥行 き知覚の 最 も重要な手がか りとなる.つま り,近 くの物は ど立 体 に見 ることがで きるが,遠方の ものは立体的に見 に

くくなる

通常の写真やTV映像では, 1枚の画像 を左右の 目 で見ているので左右 に映 る画像のずれは無 く,その画 像を立体的に把握す ることは難 しい といえる.遠近注 や動 き方の違 いな どによ り奥行 きを把握することはで きるが,実世界で感 じている立体感 とは異なる.図

は,遠近法な どを用いた立体写真の例である

図

遠近法な どを用いた立体写真

剛 ･前川 裕之

3.

ステ レオ舌写真 について

( 1 ) ステレオ古写真の歴史

ステ レオ とい う言葉は,ギ リシ ャ語 で " 実体的な"

を意味す るステ レオス

か ら派生 している.

この言葉 が ̀ ̀ 立体的な" とい う意味で使 われたのは,

世紀の ことであ り, これは人間の視覚研究によって 生まれた.

ステレオ写真の歴史は古 く

年代の 日本が開港 す る頃には,すでに立体写真 を実現す るためのステ レ オ写真が撮影 されていた.

年 になる と,スコッ ト ラン ドのダニエル ･ブ リュ‑スターによって ｢ステ レ オ ･ス コー プ｣ が発 明 され,湿板写真 以降 ようや く

｢ 立体｣ に見合 う写真 と装置が現れた.

1856

年 ,イギ リスの光学機械製作者 ジ ョン

･ダ ンサーがステ レオ ･カメラの特許 を取 り

年代 に は爆発的な広が りを見せた.この広が りは写真趣味の

分野 として定着 し,少な くとも 1世紀 にわた って継 続 した. しか しステレオ写真の技術が真価 を発揮 した のは,地図作製のための測量や軍隊の飛行機 による偵 察であ った.ステレオ写真は

次元の写真が行 き着 く

ところまで行 った現在,再び広が りを見せ る と考 え ら れている.

近年 ,ステ レオ写真は地理 ,地質,設計

, 警察,軍事,衛星,医学,教育資料 ,デモンス トレー シ ョンを始め,動画でのゲーム,映画,テ レビ,バー チ ャル リア リテ ィーな どの実用的な方面で使われてい る.

( 2) 長崎大学所蔵 ステレオ古写真 について

長崎大学附属図書館には,明治初期の長崎を撮影 し た写真 を含むステレオ古写真 と,大正初期の 日本の風 景 と風俗 を撮影 したステ レオ写真 が,あわせて約

枚程所蔵 されている.ステ レオ写真 とは,左限用 ･右 限用の視差のある

枚の写真 を

枚のシー トに貼 った ものであ る. このステレオ写真はステレオ写真 ビュー アで見 る と立体的に見 ることがで きる.ステレオ古写 真の撮影 には,人間の 目の ような

眼の レンズのある カメラが使われる.図

はステレオ写真,図

はステ

図

ステレオ古写真

図

ステ レオ写真 ビューア

図

限 レンズのあるカメラ

レオ写真 ビ ューア,図

は

限 レンズのあ るステレオ カメラであ る.

また,ステレオ写真は,裸眼で も立体的 に見 ること がで きる.遠方 を見 る要領で右眼画像 を右眼で,左限 画像 を左眼で見 る とい う平行法 と, 右眼画像を左眼で, 左眼画像 を右眼で見 る といった 2 つの画像 を交差 して み る交差法 とがある. この方法 を用いれば,比較的誰 もが簡単 にステ レオ写真 を立体視することがで きる.

本研究では平行法 に より,パー ソナル コン ピュー タの デ ィスプ レイ上 で ステ レオ古写真 の立体視 を実現 し た .

4.

立体 システムの原理 ( 1 ) 立体映像 システム

ステ レオ写真 を立体的 に見 るためには,ステ レオ写 真 スコープで左右の眼に別 々の写真を表示 すれば良い が,一度 に多 くの人が同時に見 ることがで きない.そ こで,一画面 を多数 の人間が同時 に見て,右眼 と左限

図

偏光 シャッタ

日

図

偏光眼鏡

に別 々の写真画像 を見せ る工夫 をす る必要があ る.そ こで本研究では,偏光 シ ャッタ と偏光眼鏡 を用いてス テレオ青写真の立体表現 を行な った.図

は偏光 シ ャ

ッタ,図

は偏光眼鏡 であ る.

偏光シ ャッタ と偏光眼鏡 を用 いたデ ィスプ レイ上で の立体視は,人間が物体を立体視す る原理であ る両眼 視差 を利用 した ものである.写真の映像 を特定方 向の 偏光だけを透過 させ る偏光 フ ィル タで偏光方 向を直行 状態 に し,偏光シ ャッタに同期 させ る.そ うす ること で,左限用 と右眼用の映像 を表示 させ る.偏光 された 映像は,偏光 フ イルムを貼 った眼鏡 で,右眼 と左眼に 分離 され, 目に入 って くる.この ように して,

画面 のモニ タか ら表示 され る

枚の映像 を,右眼 と左眼に 分離 して立体的に見 るこ とが可能 になる.ただ し,偏 光フ ィル タの透過率が低い ことか ら,立体視 した場合 に,映像が多少暗 くな る とい う欠点があ る.図

に立 体映像システムを示す.

コンピュータ 徽如 き 某光芸ま

左･‑ 触 示 差悪 賢 て 去･徽棚右鵬 で分離

図

立体映像システム

人間は,視差 を利用 して立体感を得ている. このシ ステム に よって,右 限画 像 ･左 限画像 をそれぞれ右 眼 ･左眼で見 るこ とがで き,デ ィスプ レイ上 での立体 視が可能 とな る.

(2)

立体映像技術の原理

ここでは,偏光 シ ャッタ と偏光眼鏡 を用いた立体映 像技術の原理 について説 明す る.

視差のある

枚の画像 を,上下 に配置 した垂直

画

面画像に変換 して,偏光 シ ャッタに よ り右 目画像 と左

172

_{岡林 隆敏 ･山口}

目画像 に分離 す る こ とに よ り

で交互 に偏光 させデ ィスプ レイに表示する.次にこの画像を,偏光 眼鏡 で見 ることに より,常 に,右眼には右 目画像,左 目には左 目画像が見 え, これによ り両眼視差が生 じて 立体視す るこ とがで きる.約

分の 1秒 とい う間隔 でデ ィスプレイに映像が映 し出されて も,人間には, 残像が残 るため,連続的に立体画像を見 ることがで き る.図

は立体映像技術の原理 について示 した もので ある.

図‑9 立体映像技術の原理

仮想現実感技術の適用

ここでは,長崎大学附属図書館 に所蔵 されているス テレオ古写真をデ ィスプ レイ上で立体表現す るための 加工方法について説 明す る.

スキ ャナで取 り込んだステレオ古写真 を,以下の よ うな手順で画像処理 した.

( 1

での古写真の画像加工

イメージスキ ャナを用いて,ステレオ古写真 をパー ソナル コンピュー タに取 り込み,デジタル化を行なっ た･取 り込 んだ古写真 は

に よ り,切 り抜 きツールを使用 して 1枚のシー トに貼 られたステレオ 写真を

枚 に分ける.分離 された写真は,縦横比を固 定 して古写真の画像サ イズを整 えた後,さ らに横の画 像サ イズを

倍 に引 き伸ばす.画像処理 を施 した古写 真は,各フ ォル ダに保存す る.

鮮 明に古写真 を立体表現 させ るため,切 り取 った画 像は左右,上下,回転角の修正するな どの微調整 を行

う必要があった.

(2)MATLAB

を使 っての古写真の配置

古写真の配置な どは,

の ソフ トウ ェアを 使用 して行なった.図

で示す ように,古写真の外

剛 ･前川 裕之

枠 の色 ,配置 ,画像 サ イズな どを組 み込 んだ

LAB

のプログラム

を古写真のデー タ の入 っているフ ォル ダの中へ入れ る.これを実行す る ことで古写真 を上下へ配置 した.加工 された画像は, 古写真デー タが入 っているフ ォルダの中に自動的に保 存 され る.また,

のプログラムを実行 させ てで きた画像は,ネガ画像であるため

に 取 り込んで " 色の反転"を行い,色の調整す る. これ を J PG形式で保存する.

図

は古写真の入 ったフ ォルダ とその説 明,図

は

のプログラム,図

は

のプ ログラムでで きたネガ画像,図

は画像処理 を施 し た古写真であ る.

①犯J7.t

i

:ステレオ写真

②i 虹.

. 右目軸 勢9 m : , ③i 血

左目画漁

頓知l

i

1 . A: NA T L B の

画

馳 i At i f: NA T L m 孟 宗 ム

in hp;t

W ムを実行してできたファイル

図‑1

古写真の入 ったフ ォルダ とその説明

図‑ll

のプログラム

図

によ り処理 されたネガ画像

図

画像処理 を施 した古写真

本研究で用いた

社の偏光 シ ャッタの ドラ イバーの設定上,画面 を上下 に 2 分割 して古写真 を配 置する必要があ った.また,上下の画像観 に

空けることで, より鮮明にステ レオ古写真 を立体的に 表現することがで きた.

(3)

本研究で使用 した機材及び,ソフ トウ ェア 1 )本研究で使用 した機材

図‑1

立体古写真の制作 と立体表現のための環境

① ステレオ古写真を立体表現するための環境

ステ レオ古写真 を立体表現す るための環境 は,図‑

14

で示 す通 りであ る.ステ レオ古写真 をスキ ャナで パー ソナル コン ピ ュー タに取 り込 み

と

で画像処理 を した. この画像を

型デ ィス プ レイ用の偏光シ ャッタ と偏光眼鏡 を使 って立体視を 行なった. この環境 によ り比較的安価で立体表現が可 能 とな った.図‑1

は,立体古写真の制作 と立体表現 のための環境 について示 した ものである.

a) 立体表現に使用 した機材

本研究 で行 な った ステ レオ古写真 の立体表現 は,

社 の製 品 であ る擁 材 を用 いた .そ こで,

社の製品一式について説 明をする.

2

)本研究で使用 したソフ トウ ェア

① 画 像 の処 理 ･加工 を行 な うた め の ソフ トウ ェア

社製))

画像の処理 および加工 を行な うために使用するソフ

174

岡林 隆敏 ･山口

トウ ェアである.画像を切 る,サ イズを変 える,色を つける ･画像 を統合 させ る ･明るさを変 えるな どとい った機能がある.その他,バ ッチ とい う機能があ り指 定 したアクシ ョンを 自動的に行なって くれた りと, こ の ソフ トウ ェアでで きない表現はない とい うほ ど,様 々な画像処理がで きる.

( 参デ ィスプ レイ上の画像 をピクセル単位で調整す るた めに使用 したソフ トウェア

輿)の

は,数値計算,デー タ解析,グラフ ィッ クス,プログラミング といった機能を備 えている.本 研究では

を使用 した.オ プシ ョン として,信号処理,画像処理 ,制御系設計, 最適化,金融工学,数学,ニ ューラルネ ッ トワークな どをサポー トしている.古写真の立体表現では,ピク セル座標系で画像を上下 に並べた り,背景の色を決め る といったプログラムを組む処理 を行 なった.

6.

舌写真の立体視について

加工 してで きた JPG形式の古写真画像 をフル ス ク リーンに拡大 して,偏光シ ャッタの電源を入れ,偏光 眼鏡 をかけて,立体視を行なった.偏光シ ャッタの電 源が

の ときには上下 に右眼画像 ･左 目画像が並 んでい る状態 だが,電源 を

にす る と

つの画像 が重 なって見 える. この画像は偏光眼鏡 をつけて見 る ことで,写真 を立体的 に見 るこ とがで きる.図

は 偏光シ ャッタの電源 が

の状態 ,図

は偏光 シ ャ

ッタの電源が

の状態 を示す.

デ ィスプ レイ上での古写真を立体視することで,ス テレオ写真 ビューアの問題点である,(

人で しか見 ることがで きない こと,②鮮明に立体的 に見 ることが で きない といった ことを解決 した.その結果,人助や 植物 ,建物 な どを立体的に認識す ることがで き,鮮 明

図

偏光シ ャッタの電源が

の状態

剛 ･前川 裕之

図

偏光シ ャッタの電源が

に奥行 きのある立体古写真を多 くの人が見 られ るよう になった.

7

.立体古写真の展示 と評価

本研究 において作成 した立体古写真 システムを活用 するために,種 々の展示会へ出展 した. これは,偏光 シ ャッタ,偏光眼鏡 を用いた古写真の立体表現の技術 的評価 を得 るだけでな く,展示会へ来 た人 々に明治 ･ 大正期の風俗,景色な ど当時の背景を,立体写真を通

じて理解 して もらうためである.古写真の立体視は, 額 に入れ られ壁 にかけ られた写真や絵 を見 るこ とと違 った,普段見慣 れた もの とは,異なった見 え方が得 ら れる.

立体古写真の出展 と共 に, ｢バーチ ャル リア リテ ィー 技術 に よるステ レオ古写真の3 次元表示｣ と題 したパ ネルを制作 し,立体表現の仕組みを簡単 に市民 に理解 させ る工夫を した.

ステ レオ古写真 と立体表現す るために画像処理 を施 した古写 真 画像 は, それぞれ貴重 資料 として

ROM

に ｢立体古写真の世界｣ と題 してデー タを焼 き 込 んだ. この ように して

にデー タを入れ ることで,持ち運びが容易にな り,また,場所 を選ば ないため,展示 品 に適 してい る.本研究 で作成 した

のジ ャケ ッ トを示す.図

はジ ャケ ッ ト の表 ,図

は裏面である.

以下 に示 した展示会 において,立体表現の仕組みを 示 したパネル と共 に,立体古写真を出展 した.

( 》長崎大学附属図書館での立体古写真の記者発表 平成

年

月

日 場所 :長崎大学附属図書館

( 多目蘭交流

周年記念事業

〜ながさき ･出島 ｢青写真の世界｣展〜

図

ジ ャケ ッ ト ( 義)

図

ジ ャケ ッ ト ( 慕)

平成

年

月

日

日 場所 :長崎市浜屋百貨店

③ 第

回長崎国際情報通信 フ ェア

〜お茶の間か らの高度情報化 に向けて〜

平成

年

月

日

日 場所 :長崎市 アー クビル

④土木の 目

平成

年

1 月

1日

日 場所 :長崎市浜町アーケー ド

出展 に先駆 けて長崎大学附属図書館 にて立体古写真 の記者発表 を行なった. ここでは

枚の立体古写真 を ̀ ̀ 風俗 ･街道 ･街並み と長崎 " と題 して紹介 した.

また,出展 にあた り,本研究室では立体古写真の中で 非常 に よ く立体表現 されてい るものを厳選 して

枚選 び, 1部 風俗,

部 街道 と街並 み,

部 名勝 ･ 旧跡 と長崎の

部作 に分けた.古写真の映像は,一画 像

0秒づつ展示 した.

また, 日蘭交流

周年記念事業 〜 なか さ き ･出 島 ｢古写頁の世界｣展〜の紹介記事 として,以下の図

‑19

の ような新聞記事 が記載 された.

萱 歪

剛林轟嶋大数幾

嶋鎗･ 大柳 01 5 0 & き

う

嬰 の里 夏 鳥 董 董 雷 五TT 枚 V 喜 一電 i L立 体 蔓 ︼曇 る よ 垂 狩 りち 古 び 毒 ､

薯 レ加 わ っ

モ 妻 の轟 嶋

加 毒 ' ヰ 董 徽 章 l響 霞 ･■ 尊 筆 書 香 華 み か え ゥi P 蔓 芸 が な V .裏 書 李 ︼妻 いる .

等 嘉 字 書 T ム ペ ー ジ で 瓜鶴 rして い る .

図

西 日本新聞 ( 平成

年

月

日)

ま と め

( 1 ) 長崎大学附属図書館 には明治 ･大正初期のステレ オ古写真が約

枚程度 あ り,まず, このデジ タル 化を行 なった.この ことに よって,劣化す ることの ない画像 として加工や保存 で きるようにな った.

(2)

今までステ レオ古写真は,ステ レオ写真 ビ ューア を使用 しない と立体的に見 ることがで きなかった.

しか し,画像処理や適切 な配置 を行 い,人間が立体 感を得 るのに必要 な両眼視差 を利用 した最新の特殊 磯材である偏光 シ ャッタ, 偏光眼鏡 を用いるこ とで, デ ィスプ レイ上 で立体表現が可能 とな った.

( 3) デ ィスプ レイ上で古写真を立体視 させ るこ とで,

｢ 1人で しか見 るこ とがで きない

｢は っき りと立 体的 に見 るこ とがで きない｣ とい った問題点 も解決 した.また,その結果,鮮明に人物 や建物 を表現 し た奥行 きのあ る立体古写真 を大勢の人が見 られ るよ うにな った.

(4)

立体映像技術面 での評価を得 る と共 に,当時の長 崎 を よ り多 くの人に理解 して もらうため,様 々な展 示会へ と立体古写真 を出展 した.出展 した古写真 は, 立体的に見 えやすい ものを特 に厳選 して選 び, これ

らを各部 ご とに分けてデ ィスプ レイ上で映像 を流 し た.その結果,古写真 を立体 に見 る驚 きの感想を得 ることがで きた.

〔 参考文献〕

1

)清水英二,岸本俊一 :ここまで きた立体映像技術, 工業調査会

2)stereoeye.com

立体写真

Stereoeye.com/index｣ .htm

l

3)GlassArtHP:http://wwwl.sphere.ne.jp/

glassart/menu.html,2000.12.

4

)マ カロニ ･アンモナ イ ト編集部

5

)長崎大学附属図書館所蔵 ステレオ写真 とビ ューア

クラシ ックカメ

ラ専科

176

_{岡林 隆敏 ･山口 剛 ･前川 裕之}

〔 付緑〕

長崎大学附属図書館所蔵のステ レオ古写真の一部 .