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おもしろ科学実験室(工学のふしぎな世界)

スマホのカメラで立体写真のしくみを知ろう!

2016年12月27日
広島大学 大学院工学研究院エネルギー・環境部門
准教授 作野裕司

ここでは、写真測量という技術について紹介しましょう。最近、3Dのテレビや映画がはやっていますが、平面の画面が立体に見えるのは一体なぜなのでしょう。その謎を解くために、ここでは、2つの実験をしてみましょう。

実験1 自分の目で立体を感じよう!

用意するもの

紙コップ 1個

実験の手順

  1. 紙コップを机の上において、真上から両眼で見てみましょう。
  2. 次に右目を閉じて紙コップを見てください。すると左紙コップの左側面が広く見えるでしょう。
  3. 最後に左目を閉じて紙コップを見てください。すると今度は紙コップの右側面が広く見えるでしょう。

この3つの見え方を写真でとると、図1のようになります。人間の目は、このように両目で違う角度の画像を脳に送って、いろいろな風景を立体写真として認識しているのですね。

図1 いろいろな角度で見た紙コップ図1 いろいろな角度で見た紙コップ

実験2 スマホのカメラで立体画像を作ろう!

用意するもの

  • スマホのカメラ(またはデジタルカメラ)
  • フリーのアナグリフ作成ソフト(アナグリフメーカー)
  • Windowsパソコン(Macintoshではソフトが動かないため)
  • カメラとパソコンをつなぐUSBケーブル
  • 青赤メガネ

実験の手順

  1. STEREOeYe社のホームページ1)から、アナグリフ作成ソフト(アナグリフメーカー)をダウンロードして、Windowsパソコンにインストールしましょう。
  2. コップや空き缶、草木などの立体物を側面から左右の目で見るように、携帯電話のカメラ(またはデジタルカメラ)を使って少し左右にずらした2枚の写真を撮影します。
  3. カメラとパソコンをUSBケーブルでつないで、撮影した画像を、パソコンに取り込みます。
  4. アナグリフ作成ソフトを起動して、「Load Left Image」で「左側から写した写真」を読みこみ、「Load Right Image」で「右側から写した写真」を読みこみましょう。
  5. 最後にMake 2D imageと押すと、図2のように自分のカメラで写した写真が「アナグリフ画像」(青赤メガネで見ると立体に見える画像)が出来上がります。
  6. 市販(例えばSTEREOeYe社)の青赤メガネでアナグリフ画像を見てみよう。うまく撮影できていると、撮影した物体が立体に見えるはずです。撮影する物体や角度、距離等を変えて、迫力ある立体図になるように何度も挑戦してみましょう。最近は100円ショップで、色セロファンも売っているので、青赤メガネも自分で作ってみてもよいでしょう。

この実験から、立体画像は難しいものではなく、カメラがあれば比較的簡単に作れることが分かりましたね。

図2 アナグリフメーカーから作成された立体画像例(STEREOeYe社のホームページ1)より)図2 アナグリフメーカーから作成された立体画像例(STEREOeYe社のホームページ1)より)

以上の2つの実験から、2枚の写真画像を使えば、立体写真を作れることが分かりましたね。実はこの技術こそが、3Dテレビや3D映画を制作する基本なのです。これを、写真測量という技術に当てはめると、2枚の写真から、建物の高さや山の高さを計算することができるのです。

それでは、探究心の旺盛な人のために、写真から高さを知るという技術のしくみを図で説明しましょう。図3を見てください。この図は、上空から撮影した2枚の写真からビルの高さdHを求める計算方法がわかりやすく描かれたものです。基本的には左図のように同一の高さのものは、視差(観測地点の位置の違いにより、対象点の見える方向が異なること)の差(Pb-Pa)もすべて等しいはずです。今、A点が写真1の主点直下にあるとすると、右図のように表され、結局、求めたいdHは以下の式を使えば計算することができます。つまり真上から高さのある対象物を撮影した場合、2枚の空中写真を1枚の写真に重ねて、その位置ずれの長さを計算することで、ビルの高さ等を知ることができるのです。このようにして、実際2枚の航空写真と地上の測量結果から、等高線のある地形図が作られています。

図3 ビルの高さdHを求める式の意味(小田部(2000)2)の図を一部改変)図3 ビルの高さdHを求める式の意味(小田部(2000)2)の図を一部改変)

出典

  1. STEREOeYe、http://www.stereoeye.jp/software/
  2. 小田部和司、図解 土木講座 測量学(第2版)、技報堂出版、2000

参考

※このページに含まれる情報は、掲載時点のものになります。

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