光学的「虚視点」撮影を実現する面状カメラの研究

通常のカメラは、レンズの光学中心に飛来する光線の色を飛来する方向別に記録するものと考えられ、この光学中心すなわちカメラ自体の位置こそが撮影された画像の「視点」である。本研究の目的は、物理的な装置とは異なる位置にある「虚視点」からの撮影を光学的に実現する新たなカメラを提唱し、その基本原理を確立することにある。複数のカメラ画像等をもとに、あたかも実際のカメラと異なる位置から撮影したかのような映像を合成することは、視点変換または自由視点画像合成として盛んに研究されてきたが、奥行き推定等の高度な画像認識技術を用いていわば人工的に画像を合成するため、システムが複雑であるだけでなく、アーティファクトが生じるなど信頼性の点で用途によっては課題を有している。これに対し本研究のアプローチは、画像を合成・変換するのではなく、必要な光線情報を光学的に直接取得する新しい原理のカメラを実現することにより、虚視点の位置にカメラを設置して実際に撮影した画像と本質的に等価な情報を得る。提唱するカメラは面形状を持ち、この面に飛来する光線のうち、必要な位置と方向を持つものの色情報を取得することによって、この面上から離れた「虚視点」からの撮影を実現する。令和４年度は、面上に飛来した光線のうち、当該視点に対応するものを取り込み、さらに異なる光線情報が互いに分離可能な形で受光素子まで伝搬させる光学的機構を考案し、その設計方法等について検討を行った。

通常のカメラは、レンズの光学中心に飛来する光線の色を飛来する方向別に記録するものと考えられ、この光学中心すなわちカメラ自体の位置こそが撮影された画像の「視点」である。本研究の目的は、物理的な装置とは異なる位置にある「虚視点」からの撮影を光学的に実現する新たなカメラを提唱し、その基本原理を確立することにある。複数のカメラ画像等をもとに、あたかも実際のカメラと異なる位置から撮影したかのような映像を合成することは、視点変換または自由視点画像合成として盛んに研究されてきたが、奥行き推定等の高度な画像認識技術を用いていわば人工的に画像を合成するため、システムが複雑であるだけでなく、アーティファクトが生じるなど信頼性の点で用途によっては課題を有している。これに対し本研究のアプローチは、画像を合成・変換するのではなく、必要な光線情報を光学的に直接取得する新しい原理のカメラを実現することにより、虚視点の位置にカメラを設置して実際に撮影した画像と本質的に等価な情報を得る。提唱するカメラは面形状を持ち、この面に飛来する光線のうち、必要な位置と方向を持つものの色情報を取得することによって、この面上から離れた「虚視点」からの撮影を実現する。令和４年度は、面上に飛来した光線のうち、当該視点に対応するものを取り込み、さらに異なる光線情報が互いに分離可能な形で受光素子まで伝搬させる光学的機構を考案し、その設計方法等について検討を行った。