次世代の映像技術として，これまでの2次元映像では表現できなかった実物感や実在感があるリアルな映像技術のニーズが高まっている．本研究では，３Dメガネをかけることなく自然な３次元映像を鑑賞できるとともに，光沢などの物体表面の質感まで再現できる映像技術の実現を目的としている．今回，簡易なカメラ構成で光線情報を取得できる撮影技術を開発するとともに，3次元映像表示装置と組み合わせることでリアルタイムの裸眼3次元映像の撮影と表示を可能とした．
物体から発散される光線情報を取得し，処理・再生する光線空間（ライトフィールド）技術が注目されている．この方式による3次元映像表示では，実際の物体から発する光線を再現するため，立体視に伴う視覚疲労が少ない自然な3次元映像が表示できる．また，物体の表面から様々な方向に異なる輝度で発する光線を忠実に再現することで，光沢感などの表面の質感まで表現できるためより実物に近いリアルな3次元映像が得られる．
ライトフィールド技術の課題は，簡易な撮影システムで広い角度範囲の光線情報を取得できないことである．本研究では，1台の簡易なカメラ構成で光線情報を撮影する方法を提案する．提案方式では，再帰性反射光学素子を用いた結像プレートにより被写体の空中像を形成し，その結像位置にレンズアレイを配置してカメラで映像（要素映像とよぶ）を撮影する（図1）．これにより，従来のレンズ系を用いた撮影方法と比較して，より簡易なシステム構成で広い角度範囲の光線情報が撮影できる．また，本方式で撮影した要素映像は，特別な画像処理をすることなく，レンズアレイを用いたインテグラル３Dディスプレイに直接入力するだけで，奥行きが正しい３次元映像が表示できる(図2)．
実験（図3）では，空中像結像プレート（2面コーナーリフレクタアレイ，サイズ300㎜×300㎜）により被写体の空中像を形成し，撮影用レンズアレイ（要素レンズのサイズ：1.98㎜，形状：正六角形，焦点距離：10㎜）を介してカメラ（画素数：3840×2160画素）で要素映像を撮影した（図3）．また，3次元映像表示装置として，2次元モニターにレンズアレイを取付けたインテグラル3Dディスプレイを試作し，3次元映像の撮影と表示実験を実施した．その結果，提案方式により動く被写体に対しても光線情報が撮影できるとともに，得られた要素映像により正しい奥行きの３次元映像（視域角：水平13度，垂直12.4度）がリアルタイム表示できた（図4）．
提案した撮影手法により，簡易なカメラ構成で光線情報の取得を可能とした．また，3次元映像表示装置に直接映像を入力することで，リアルタイムの3次元映像の撮影と表示を実現した．今後，撮影・表示できる光線の数や密度を向上することで，映像特性の向上を目指していく．
本研究は，JSPS 科研費 JP22H03619，JST SCORE 大学推進型 JPMJST2051, 放送文化基金 技術開発部門 助成の支援を受けて実施した．
論文
「光線再生による空間像表示技術」(2021)『光学』129(9)p.24-30.
「Design of optical viewing zone suitable for eye-tracking integral 3D display」(2021)『OSA Continuum』4(5)p.1415-1415.
「Integral 3D/2D partially convertible display using geometric phase lens array」(2021)『Results in Optics』3p.100061-100061.
特許
特願2022-110832「3次元映像情報取得方法および装置」
特願2016-120027特許第6751600号特開2017-225034「要素画像群生成装置、符号化装置、復号装置、およびプログラム」
特願2015-227303特許第6714347号特開2017-097084「立体像表示装置」
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