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全天球カメラ

撮影者を取り囲む全天球イメージをワンショットで撮影することができる世界初*の全天球カメラ、「RICOH THETA」。リコー独自の光学技術と画像処理技術の融合により、実現しました。
*コンシューマー製品において、水平方向や半天球だけでなく、撮影者を取り巻く空間全てをワンショットでキャプチャーできる点において。(リコー調べ)

新しい映像体験を提供する撮影デバイス

リコーは、全天球という誰も見たことのない映像を提供して新しい映像文化を創り出すことを目指し、シャッターボタンを1回押すだけで全天球イメージを手軽に撮影できる全天球カメラ、「RICOH THETA」を開発しました(図1)。

画像:RICOH THETAの外観(両面)
図1 RICOH THETAの外観(両面)

これまで、全天球イメージの撮影は、画角を変えながら何枚も撮影を行って専用ソフトで合成する、または多数の撮像素子を備えた大型のカメラを使う必要があり、一般のユーザーが気軽に行えるものではありませんでした。

これに対し、リコーは、「いつでも持ち歩ける」、「撮りたいときに撮れる」、「その『場』を残す」ことをコンセプトとし、デバイスの携帯性、操作性にこだわって設計、開発、デザインを行いました。そして、光学技術、画像処理技術を始めとして、ソフトウェア技術、ネットワークインフラ技術といった、リコーが培ってきたさまざまな技術により、薄型、コンパクトなボディで、全天球イメージ(図2)をワンショットで撮影可能な撮影デバイスを製品化しました。

画像:RICOH THETAで撮影された全天球イメージ
図2 RICOH THETAで撮影された全天球イメージ

超小型化を可能にした光学技術

全天球イメージは、「RICOH THETA」本体の両面に備えられた2枚の超広角レンズ(魚眼レンズ)で、デバイスを中心に上下左右を一度に撮影することで生成されます。図3のように、屈曲光学系が対称に配置されており、超広角レンズから入射した光がプリズム・ミラーで反射されて90度曲げられ、撮像素子(CMOSセンサー)で受光される構造になっています。そして、2つの撮像素子で得られた2枚の画像を合成して、最終的に1枚の全天球イメージを生成しています。

画像:対称に配置された屈曲光学系
図3 対称に配置された屈曲光学系

「RICOH THETA」では、各光学系の内部にプリズムを配置し、双方のプリズムを貼り合わせることで、2視点(本体両面のレンズ)間の視差の影響を大幅に減らし、かつ小型化を可能にしました。これが、独自開発した超小型二眼屈曲光学系です。

レンズの周辺解像度についても、工夫が必要でした。通常のデジタルカメラ用レンズでは、中心の解像度が最も重要です。しかし、「RICOH THETA」では、2枚の画像をつなげて1枚の全天球イメージを生成するため、最終的にユーザーが見る画像では中心と周辺の区別がなく、中心と周辺で同じ解像度が求められました。

リコーは、画像周辺の倍率を変えることで画像全体にわたって画像劣化のない光学系を実現しました。リコーの強みである光学技術が、画角が180度以上の超広角で、かつ画像全体の解像度が同等レベルのレンズを造り、さらにこの超広角レンズを2つ位置ずれなく固定することを可能にしたのです。

また、レンズ部分は、キズや汚れのリスクに対応して、レンズ加工に工夫もしています。

リアルタイムで全天球イメージを生成する画像処理技術

本全天球カメラでの画像処理の流れは、図4の通りです。

はじめに、2つの撮像素子から得られる画像データを用いて、基本画像処理を行います。ここでは、通常のデジタルカメラでも行われている基本的な画像処理に加え、2つの撮像素子から明るさや色味が合った画像が得られるような処理を行っています。具体的には、撮像素子の感度の個体差を補正したり、2つの画像データから検出した明るさを総合判断して2つの撮像素子それぞれの露出制御を行ったりしています。

次に、2枚の画像の繋ぎ画像処理を行います。図5に示すように、まず、2枚の画像それぞれにおいて、パターンマッチング処理によりエリア毎に基準画像と比較画像のずれ量を算出し、繋ぎ位置を検出します。そして、検出した繋ぎ位置と各光学系のレンズ特性を考慮して、2枚の画像をそれぞれ全天球イメージ形式に変換します。この2枚の全天球イメージ形式の画像をブレンドすることで、最終的に1枚の全天球イメージが生成されます。このようにパターンマッチング処理で繋ぎ位置を検出し、それを全天球イメージ形式への画像変換パラメータに反映することで、リアルタイムで2つの画像を繋ぐことができました。

全天球イメージは、正距円筒図法を用いており、各画素の位置が、球体の表面の座標と対応づけられます。すなわち、地球を例とすると、地球の表面を緯度と経度を2軸として2次元画像化していることになります。

ユーザーは、専用アプリで、指で画像を上下左右に動かして視点を変化させたり、拡大/縮小を行って、全天球イメージを閲覧することができます。アプリ側の処理としては、全天球イメージをテクスチャーとして球状物体表面にマッピングし、方向と画角を指定することで、全天球イメージを球面に貼ったような画像(図2)が表示されます。

画像:画像処理の流れ

図4 画像処理の流れ

画像:繋ぎ画像処理

図5 繋ぎ画像処理

映像体験に革新を

この「RICOH THETA」を使って、世界中で誰も見たことのない映像が生まれてきています。そして、その映像は、WebやSNSを通じて、ユーザーから世の中に発信、シェアされています。まさに、新しい映像文化が創り出されつつあるのです。

リコーは、これからも、リコーが培ってきた技術を駆使して、映像体験に革新を与える製品を創り、お客様に提供していきます。

本技術の分類:分野別「デバイス」 | 製品別「ビジュアルコミュニケーション」