JP5067336B2 - Image conversion apparatus and image conversion method - Google Patents

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Description

本発明は、画像変換装置および画像変換方法に関し、特に、魚眼レンズを用いた撮影により得られた歪曲円形画像の一部分を切り出して、平面正則画像に変換する処理を行う技術に関する。   The present invention relates to an image conversion apparatus and an image conversion method, and more particularly, to a technique for performing processing for cutting out a part of a distorted circular image obtained by photographing using a fisheye lens and converting the image into a planar regular image.

魚眼レンズを用いると、メカニカルな動作機構なしに、半球状の全方位を示す円形画像を得ることができる。このため、奇抜な効果を狙った風景写真などを撮影する際に広く利用されている。ただ、魚眼レンズを用いた撮影で得られる画像は、歪曲した円形の画像になるため、芸術写真などの用途にはそのまま利用することが可能かもしれないが、一般的な用途には不向きである。   When a fisheye lens is used, a circular image showing all directions of a hemisphere can be obtained without a mechanical operation mechanism. For this reason, it is widely used when taking a landscape photograph aiming at an unusual effect. However, since an image obtained by photographing with a fisheye lens is a distorted circular image, it may be usable as it is for art photography or the like, but is not suitable for general use.

そこで、魚眼レンズを用いた撮影により得られた歪曲円形画像の一部分を切り出して、平面正則画像に変換する処理を行う装置が提案されている。たとえば、下記の特許文献1には、コンピュータを利用して歪曲円形画像の一部分を平面正則画像にリアルタイムで変換する技術が開示されている。このような変換技術を利用すれば、魚眼レンズを用いて撮影した歪曲円形画像からなる動画を、平面正則画像からなる動画としてリアルタイムで観察することが可能になり、180°の画角をもった監視システムなどへの応用が期待できる。
特許第3051173号公報
In view of this, there has been proposed an apparatus that performs processing for cutting out a part of a distorted circular image obtained by photographing using a fisheye lens and converting it into a planar regular image. For example, Patent Document 1 below discloses a technique for converting a part of a distorted circular image into a planar regular image in real time using a computer. By using such a conversion technique, it becomes possible to observe a moving image composed of a distorted circular image taken using a fisheye lens in real time as a moving image composed of a planar regular image, and has a 180 ° field of view. Application to systems etc. can be expected.
Japanese Patent No. 3051173

魚眼レンズを用いた撮影により得られた歪曲円形画像の一部分を切り出して、平面正則画像に変換する処理を行うためには、変換対象となる部分が歪曲円形画像のどの部分であり(切り出しの位置)、当該部分をどのような向きに表示した平面正則画像が必要であり(切り出しの向き)、どの程度の範囲までを変換対象とするか(変換倍率)、といったパラメータを設定する必要がある。もちろん、これらのパラメータは、ユーザの希望に応じて任意に設定することが可能である。   In order to extract a part of a distorted circular image obtained by photographing using a fisheye lens and convert it into a planar regular image, which part of the distorted circular image is the part to be converted (the position of the extraction) It is necessary to set parameters such as the plane regular image in which the portion is displayed (direction of clipping) and the extent to which the portion is to be converted (conversion magnification). Of course, these parameters can be arbitrarily set according to the user's wishes.

しかしながら、前掲の特許文献などに開示されている従来の画像変換装置では、切り出しの位置や向きを、オイラー角と呼ばれる3つの角度により指定し、変換倍率も別途指定する必要があったため、ユーザの立場から見た操作性が悪いという問題がある。   However, in the conventional image conversion devices disclosed in the above-mentioned patent documents and the like, it is necessary to specify the clipping position and orientation by three angles called Euler angles, and to specify the conversion magnification separately. There is a problem of poor operability from the standpoint.

オイラー角は、歪曲円形画像上にドーム状の仮想球面を定義し、この仮想球面上の所望の接点に接する平面正則画像形成面を定義したときに、当該接点の位置を方位角αおよび天頂角βで表し、平面正則画像の向きを平面傾斜角ψで表したものである。このような3つの角度α,β,ψが、三次元空間上に定義される角度であるのに対し、ユーザが実際に目にしている歪曲円形画像は二次元平面上に表示されている画像である。したがって、ユーザにとって、3つの角度α,β,ψをパラメータとして指定する操作は、決して直観的な操作と言えるものではない。   The Euler angle defines a dome-like virtual spherical surface on a distorted circular image, and when a planar regular image forming surface that touches a desired contact point on the virtual spherical surface is defined, the position of the contact point is represented by an azimuth angle α and a zenith angle. This is represented by β, and the orientation of the planar regular image is represented by a plane inclination angle ψ. While these three angles α, β, and ψ are angles defined in the three-dimensional space, the distorted circular image that the user actually sees is an image displayed on the two-dimensional plane. It is. Therefore, for the user, the operation of specifying the three angles α, β, and ψ as parameters cannot be said to be an intuitive operation.

従来の画像変換装置のもうひとつの問題点は演算負担である。上述したオイラー角α,β,ψをパラメータとして指定した場合、当然ながら、これらオイラー角α,β,ψをパラメータとして含む変換演算式を用いた演算が必要になる。ところが、そのような変換演算式は、3つの角度α,β,ψに関する三角関数を含んだ複雑な式になるため、システムに対してかなり大きな演算負担を課することになる。特に、リアルタイムで変換処理を行う必要がある用途に用いる場合、三角関数演算を高速で行うことが可能な高機能なハードウエアが必要になり、製品コストの低減を阻む重要な問題になる。   Another problem with the conventional image conversion apparatus is the computational burden. When the above-described Euler angles α, β, and ψ are specified as parameters, it is naturally necessary to perform an operation using a conversion equation that includes these Euler angles α, β, and ψ as parameters. However, such a conversion arithmetic expression becomes a complicated expression including a trigonometric function with respect to three angles α, β, and ψ, which imposes a considerably large calculation burden on the system. In particular, when used in applications that require real-time conversion processing, high-performance hardware capable of performing trigonometric function operations at high speed is required, which is an important problem that hinders reduction in product cost.

そこで本発明は、魚眼レンズを用いた撮影により得られた歪曲円形画像を平面正則画像に変換する際に、ユーザの直観的な操作により必要なパラメータ設定が可能になり、しかも演算負担を軽減させることが可能な画像変換装置および画像変換方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention makes it possible to set necessary parameters by a user's intuitive operation when converting a distorted circular image obtained by photographing using a fisheye lens into a planar regular image, and to reduce the calculation burden. An object of the present invention is to provide an image conversion apparatus and an image conversion method capable of performing the above.

(1) 本発明の第1の態様は、魚眼レンズを用いた撮影により得られた歪曲円形画像の一部分を切り出して、平面正則画像に変換する処理を行う画像変換装置において、
二次元XY直交座標系上の座標(x,y)で示される位置に配置された多数の画素の集合体によって構成され、XY座標系の原点Oを中心とし半径Rをもった歪曲円形画像を格納する歪曲円形画像格納部と、
二次元UV直交座標系上の座標(u,v)で示される位置に配置された多数の画素の集合体によって構成される平面正則画像を格納する平面正則画像格納部と、
歪曲円形画像格納部に格納されている歪曲円形画像をディスプレイに表示する歪曲円形画像表示部と、
ディスプレイに表示されている歪曲円形画像上における、切出中心点Pの位置および切り出し向きをユーザの指示に基づいて入力する指示入力部と、
二次元XY直交座標系を含む三次元XYZ直交座標系において、原点Oを中心とし半径Rをもった仮想球面を定義したときに、切出中心点Pを通りZ軸に平行な直線と仮想球面との交点Gの位置座標(x,y,z)を求める交点演算部と、
交点Gにおいて仮想球面に接する接平面上に定義すべき二次元UV直交座標系のU軸方向を向いたベクトルUと、二次元XY直交座標系のX軸方向を向いたベクトルXと、のなす角として与えられる平面傾斜角φを、切り出し向きに基づいて決定する角度決定部と、
位置座標(x,y,z)および平面傾斜角φをパラメータとして含む正射影方式の変換演算式を利用して、座標(u,v)と座標(x,y)とを対応づけ、座標(u,v)で示される位置に配置された平面正則画像上の画素の画素値を、対応する座標(x,y)で示される位置に配置された歪曲円形画像上の参照画素の画素値に基づいて決定することにより、歪曲円形画像から切出中心点Pを中心として平面傾斜角φによって示される向きに切り出された部分画像についての平面正則画像を生成する演算を行い、生成された平面正則画像を平面正則画像格納部に格納する変換演算部と、
を設けるようにしたものである。
(1) A first aspect of the present invention is an image conversion apparatus that performs a process of cutting out a part of a distorted circular image obtained by photographing using a fisheye lens and converting the image into a planar regular image.
A distorted circular image having a radius R centered on the origin O of the XY coordinate system, which is composed of a collection of a large number of pixels arranged at positions indicated by coordinates (x, y) on a two-dimensional XY orthogonal coordinate system. A distorted circular image storage unit for storing;
A planar regular image storage unit for storing a planar regular image configured by an aggregate of a large number of pixels arranged at a position indicated by coordinates (u, v) on a two-dimensional UV orthogonal coordinate system;
A distorted circular image display unit for displaying the distorted circular image stored in the distorted circular image storage unit on a display;
An instruction input unit for inputting the position and cutting direction of the cut-out center point P on the distorted circular image displayed on the display based on a user's instruction;
In a three-dimensional XYZ Cartesian coordinate system including a two-dimensional XY Cartesian coordinate system, when a virtual sphere having a radius R with the origin O as the center is defined, a straight line and a virtual sphere passing through the cut center point P and parallel to the Z axis An intersection calculation unit for obtaining the position coordinates (x 0 , y 0 , z 0 ) of the intersection G with
A vector U oriented in the U-axis direction of the two-dimensional UV orthogonal coordinate system to be defined on a tangent plane that is in contact with the phantom sphere at the intersection G, and a vector X oriented in the X-axis direction of the two-dimensional XY orthogonal coordinate system An angle determination unit that determines the plane inclination angle φ given as an angle based on the cutout direction;
The coordinates (u, v) and the coordinates (x, y) are associated with each other by using an orthographic projection conversion equation including the position coordinates (x 0 , y 0 , z 0 ) and the plane inclination angle φ as parameters. , The pixel value of the pixel on the planar regular image placed at the position indicated by the coordinates (u, v), and the reference pixel on the distorted circular image placed at the position indicated by the corresponding coordinates (x, y). By determining based on the pixel value, an operation is performed to generate a plane regular image for a partial image cut out in a direction indicated by the plane inclination angle φ around the cut center point P from the distorted circular image. A conversion operation unit that stores the planar regular image in the planar regular image storage unit;
Is provided.

(2) 本発明の第2の態様は、上述した第1の態様に係る画像変換装置において、
変換演算部が、正射影方式の変換演算式として、
x=R[(u−x)A+(v−y)B+(w−z)E]/
√((u−x+(v−y+(w−z
y=R[(u−x)C+(v−y)D+(w−z)F]/
√((u−x+(v−y+(w−z
ここで、
A=1−(1−cosφ)(y +z
B=−zsinφ+x(1−cosφ)
C=zsinφ+x(1−cosφ)
D=1−(1−cosφ)(z +x
E=ysinφ+z(1−cosφ)
F=−xsinφ+y(1−cosφ)
w=mR(但し、mは所定の変換倍率)
なる式を用いるようにしたものである。
(2) According to a second aspect of the present invention, in the image conversion device according to the first aspect described above,
The conversion calculation unit is an orthographic conversion calculation expression.
x = R [(u−x 0 ) A + (v−y 0 ) B + (w−z 0 ) E] /
√ ((u−x 0 ) 2 + (v−y 0 ) 2 + (w−z 0 ) 2 )
y = R [(u−x 0 ) C + (v−y 0 ) D + (w−z 0 ) F] /
√ ((u−x 0 ) 2 + (v−y 0 ) 2 + (w−z 0 ) 2 )
here,
A = 1- (1-cosφ) (y 0 2 + z 0 2 )
B = −z 0 sinφ + x 0 y 0 (1-cosφ)
C = z 0 sinφ + x 0 y 0 (1-cosφ)
D = 1- (1-cosφ) (z 0 2 + x 0 2 )
E = y 0 sinφ + z 0 x 0 (1-cosφ)
F = −x 0 sinφ + y 0 x 0 (1-cosφ)
w = mR (where m is a predetermined conversion magnification)
This formula is used.

(3) 本発明の第3の態様は、上述した第1または第2の態様に係る画像変換装置において、
指示入力部が、歪曲円形画像上に引かれた参照直線Jを定義するための指示を入力する機能を有し、
角度決定部が、参照直線JとX軸とのなす角θ(但し、両者平行の場合はθ=0°とする)に基づいて平面傾斜角φを決定するようにしたものである。
(3) According to a third aspect of the present invention, in the image conversion device according to the first or second aspect described above,
The instruction input unit has a function of inputting an instruction for defining the reference straight line J drawn on the distorted circular image,
The angle determination unit determines the plane inclination angle φ based on the angle θ formed by the reference straight line J and the X axis (however, when both are parallel, θ = 0 °).

(4) 本発明の第4の態様は、上述した第3の態様に係る画像変換装置において、
指示入力部が、歪曲円形画像上において、切出中心点Pと補助点Qとの2点の位置を指定するための指示を入力する機能を有し、切出中心点Pと補助点Qとを結ぶ直線を参照直線Jとするようにしたものである。
(4) According to a fourth aspect of the present invention, in the image conversion device according to the third aspect described above,
The instruction input unit has a function of inputting an instruction for designating the positions of two points of the cut center point P and the auxiliary point Q on the distorted circular image. Is a reference straight line J.

(5) 本発明の第5の態様は、上述した第3の態様に係る画像変換装置において、
指示入力部が、参照直線JとX軸とのなす角θを示す数値を所定の入力画面上で入力する機能と、切出中心点Pの位置を歪曲円形画像上で指定するための指示を入力する機能と、を有するようにしたものである。
(5) According to a fifth aspect of the present invention, in the image conversion device according to the third aspect described above,
An instruction input unit inputs a numerical value indicating an angle θ formed by the reference straight line J and the X axis on a predetermined input screen, and an instruction for specifying the position of the cutting center point P on the distorted circular image. And an input function.

(6) 本発明の第6の態様は、上述した第3〜第5の態様に係る画像変換装置において、
角度決定部が、参照直線JとX軸とのなす角θを近似的に平面傾斜角φとするようにしたものである。
(6) According to a sixth aspect of the present invention, in the image conversion device according to the third to fifth aspects described above,
The angle determination unit approximates the angle θ formed by the reference straight line J and the X axis to the plane inclination angle φ.

(7) 本発明の第7の態様は、上述した第2の態様に係る画像変換装置において、
指示入力部が、ユーザの指示に基づいて変換倍率mを入力する機能を有し、
変換演算部が、指示入力部によって入力された変換倍率mを用いた演算を行うようにしたものである。
(7) According to a seventh aspect of the present invention, in the image conversion device according to the second aspect described above,
The instruction input unit has a function of inputting the conversion magnification m based on a user instruction,
The conversion operation unit performs an operation using the conversion magnification m input by the instruction input unit.

(8) 本発明の第8の態様は、上述した第7の態様に係る画像変換装置において、
指示入力部が、歪曲円形画像上において、切出中心点Pと補助点Qとの2点の位置を指定するための指示を入力する機能を有し、切出中心点Pと補助点Qとの距離dに基づいて、m=k/d(kは所定の比例定数)として与えられる数値を変換倍率mとするようにしたものである。
(8) According to an eighth aspect of the present invention, in the image conversion device according to the seventh aspect described above,
The instruction input unit has a function of inputting an instruction for designating the positions of two points of the cut center point P and the auxiliary point Q on the distorted circular image. Based on the distance d, a numerical value given as m = k / d (k is a predetermined proportional constant) is set as the conversion magnification m.

(9) 本発明の第9の態様は、上述した第1〜第8の態様に係る画像変換装置において、
変換演算部が、座標(u,v)で示される位置に配置された平面正則画像上の画素の画素値を決定する際に、対応する座標(x,y)で示される位置の近傍に配置された歪曲円形画像上の複数の参照画素の画素値に対する補間演算を行うようにしたものである。
(9) According to a ninth aspect of the present invention, in the image conversion device according to the first to eighth aspects described above,
When the transformation calculation unit determines the pixel value of the pixel on the planar regular image arranged at the position indicated by the coordinates (u, v), it is arranged near the position indicated by the corresponding coordinates (x, y). The interpolation calculation is performed on the pixel values of a plurality of reference pixels on the distorted circular image.

(10) 本発明の第10の態様は、上述した第1〜第9の態様に係る画像変換装置において、
歪曲円形画像格納部に格納されている画像が、正射影方式の魚眼レンズによって撮影された正射影画像ではなく、非正射影方式の魚眼レンズによって撮影された非正射影画像である場合に、非正射影画像上の座標を正射影画像上の座標に変換する第1の座標変換式と、正射影画像上の座標を非正射影画像上の座標に変換する第2の座標変換式と、を利用して、
交点演算部が、切出中心点Pの座標を第1の座標変換式を用いて変換し、変換後の座標を用いて交点の位置座標(x,y,z)を求める処理を行い、
変換演算部が、正射影方式の変換演算式を用いて座標(u,v)に対応する座標(x,y)を求めた後、座標(x,y)を第2の座標変換式を用いて変換し、変換後の座標を用いて歪曲円形画像上の参照画素の位置を特定するようにしたものである。
(10) According to a tenth aspect of the present invention, in the image conversion device according to the first to ninth aspects described above,
If the image stored in the distorted circular image storage unit is not an orthographic image taken with a fisheye lens of orthographic projection but a non-orthographic image taken with a fisheye lens of non-projecting scheme, Using a first coordinate conversion formula for converting coordinates on the image into coordinates on an orthographic image and a second coordinate conversion formula for converting coordinates on the orthographic image into coordinates on a non-orthographic image. And
The intersection calculation unit converts the coordinates of the cut-out center point P using the first coordinate conversion formula, and obtains the position coordinates (x 0 , y 0 , z 0 ) of the intersection using the converted coordinates. Done
The conversion calculation unit obtains the coordinates (x, y) corresponding to the coordinates (u, v) using the orthographic projection calculation expression, and then uses the second coordinate conversion expression for the coordinates (x, y). The position of the reference pixel on the distorted circular image is specified using the converted coordinates.

(11) 本発明の第11の態様は、上述した第10の態様に係る画像変換装置において、
歪曲円形画像格納部に格納されている画像が、等距離射影方式の魚眼レンズによって撮影された等距離射影画像である場合に、
交点演算部が、等距離射影画像上の座標(x′,y′)を正射影画像上の座標(x,y)に変換する第1の座標変換式として、
x=sinc(π/2・√(x′+y′))×π/2・x′
y=sinc(π/2・√(x′+y′))×π/2・y′
なる式を用い、
変換演算部が、正射影画像上の座標(x,y)を等距離射影画像上の座標(x′,y′)に変換する第2の座標変換式として、
x′=2/π・x/sinc(π/2・√(x+y))
y′=2/π・y/sinc(π/2・√(x+y))
なる式を用いるようにしたものである。
(11) According to an eleventh aspect of the present invention, in the image conversion device according to the tenth aspect described above,
When the image stored in the distorted circular image storage unit is an equidistant projection image taken by an equidistant projection fisheye lens,
As the first coordinate conversion formula, the intersection calculation unit converts the coordinates (x ′, y ′) on the equidistant projection image into the coordinates (x, y) on the orthographic projection image.
x = sinc (π / 2 · √ (x ′ 2 + y ′ 2 )) × π / 2 · x ′
y = sinc (π / 2 · √ (x ′ 2 + y ′ 2 )) × π / 2 · y ′
Using the formula
As a second coordinate conversion formula for converting the coordinate (x, y) on the orthographic projection image into the coordinate (x ′, y ′) on the equidistant projection image,
x ′ = 2 / π · x / sinc (π / 2 · √ (x 2 + y 2 ))
y ′ = 2 / π · y / sinc (π / 2 · √ (x 2 + y 2 ))
This formula is used.

(12) 本発明の第12の態様は、上述した第1〜第11の態様に係る画像変換装置を、コンピュータにプログラムを組み込むことにより構成したものである。   (12) According to a twelfth aspect of the present invention, the image conversion apparatus according to the first to eleventh aspects is configured by incorporating a program into a computer.

(13) 本発明の第13の態様は、上述した第1〜第11の態様に係る画像変換装置の構成要素となる変換演算部として機能する電子回路を、半導体集積回路に組み込むようにしたものである。   (13) According to a thirteenth aspect of the present invention, an electronic circuit that functions as a conversion arithmetic unit that is a component of the image conversion apparatus according to the first to eleventh aspects described above is incorporated in a semiconductor integrated circuit. It is.

(14) 本発明の第14の態様は、上述した第1〜第11の態様に係る画像変換装置と、魚眼レンズを用いたカメラと、平面正則画像を画面上に表示するモニタ装置と、を組み合わせ、カメラを用いた撮影により得られた歪曲円形画像が歪曲円形画像格納部へと格納され、平面正則画像格納部に得られた平面正則画像がモニタ装置によって表示されるように構成することにより、魚眼監視システムを実現するようにしたものである。   (14) A fourteenth aspect of the present invention is a combination of the image conversion apparatus according to the first to eleventh aspects described above, a camera using a fisheye lens, and a monitor device that displays a planar regular image on a screen. The distortion circular image obtained by photographing using the camera is stored in the distortion circular image storage unit, and the planar regular image obtained in the planar regular image storage unit is configured to be displayed by the monitor device. The fish-eye monitoring system is realized.

(15) 本発明の第15の態様は、上述した第2の態様に係る画像変換装置において、
変換演算部が、
「関数f(c)=1/c」の値を様々な変数cの値について対応づけた第1の関数テーブルと、「関数f(ξ)=1/√ξ」の値を様々な変数ξの値について対応づけた第2の関数テーブルと、を有し、
a=u−x,b=v−y,c=w−z
ξ=(a/c)+(b/c)+1
なる演算を行うことにより、cおよびξの値を求め、
第1の関数テーブルおよび第2の関数テーブルを参照することにより、求めたc,ξの値に対応する関数f(c),f(ξ)の値を求め、
正射影方式の変換演算式における
√((u−x+(v−y+(w−z
なる値を、f(c)×f(ξ)なる演算により求めるようにしたものである。
(15) According to a fifteenth aspect of the present invention, in the image conversion device according to the second aspect described above,
The conversion operation part
A first function table in which the value of “function f (c) = 1 / c” is associated with the value of various variables c, and the value of “function f (ξ) = 1 / √ξ” A second function table associated with the values of
a = u−x 0 , b = v−y 0 , c = w−z 0 ,
ξ = (a / c) 2 + (b / c) 2 +1
To obtain the values of c and ξ,
By referring to the first function table and the second function table, the values of the functions f (c) and f (ξ) corresponding to the obtained values of c and ξ are obtained,
In the transformation formula of orthographic projection
√ ((u−x 0 ) 2 + (v−y 0 ) 2 + (w−z 0 ) 2 )
Is obtained by a calculation of f (c) × f (ξ).

(16) 本発明の第16の態様は、上述した第1〜第11の態様に係る画像変換装置において、
変換演算部が、
所定の有効桁数に応じた間隔Wの離散値をとる変数tのうち、偶数変数tについて、所定の関数f(t)の値を対応づけた偶数関数テーブルと、
有効桁数に応じた間隔Wの離散値をとる変数tのうち、奇数変数tについて、所定の関数f(t)の値を対応づけた奇数関数テーブルと、
有効桁数からなる上位ビットと、有効桁数より下位の桁を示す下位ビットと、によって構成される変数tを格納するTレジスタと、
上位ビットが偶数である場合には、上位ビットで示される偶数変数tについて対応づけられている関数f(t)の値を偶数関数テーブルから読み出し、上位ビットが奇数である場合には、上位ビットで示される奇数変数tよりも大きい最小の偶数変数tについて対応づけられている関数f(t)の値を偶数関数テーブルから読み出す偶数読出部と、
上位ビットが奇数である場合には、上位ビットで示される奇数変数tについて対応づけられている関数f(t)の値を奇数関数テーブルから読み出し、上位ビットが偶数である場合には、上位ビットで示される偶数変数tよりも大きい最小の奇数変数tについて対応づけられている関数f(t)の値を奇数関数テーブルから読み出す奇数読出部と、
偶数関数テーブルもしくは奇数関数テーブルから読み出された関数f(t)の値を格納するAレジスタと、
偶数関数テーブルもしくは奇数関数テーブルから読み出された関数f(t)の値を格納するBレジスタと、
上位ビットが偶数である場合には、偶数読出部が読み出した関数f(t)の値をAレジスタに格納するとともに、奇数読出部が読み出した関数f(t)の値をBレジスタに格納し、上位ビットが奇数である場合には、奇数読出部が読み出した関数f(t)の値をAレジスタに格納するとともに、偶数読出部が読み出した関数f(t)の値をBレジスタに格納する偶奇セレクタと、
Aレジスタに格納されている値をf(A)とし、Bレジスタに格納されている値をf(B)とし、下位ビットで示される値をδとして、補間後の関数f(t)の値を、f(t)=((W−δ)/W)×f(A)+(δ/W)×f(B)なる演算によって求める補間演算部と、
を有し、補間演算部によって求められた補間後の関数f(t)の値を利用して演算を行うようにしたものである。
(16) According to a sixteenth aspect of the present invention, in the image conversion device according to the first to eleventh aspects described above,
The conversion operation part
An even function table in which a value of a predetermined function f (t) is associated with an even variable t among variables t taking discrete values of the interval W according to a predetermined number of significant digits;
An odd function table in which a value of a predetermined function f (t) is associated with an odd variable t among the variables t taking discrete values of the interval W according to the number of significant digits;
A T register for storing a variable t composed of an upper bit consisting of the number of significant digits and a lower bit indicating a digit lower than the number of significant digits;
When the upper bits are even, the value of the function f (t) associated with the even variable t indicated by the upper bits is read from the even function table, and when the upper bits are odd, the upper bits An even number reading unit for reading out the value of the function f (t) associated with the smallest even number variable t larger than the odd number variable t shown in FIG.
When the upper bit is odd, the value of the function f (t) associated with the odd variable t indicated by the upper bit is read from the odd function table. When the upper bit is even, the upper bit An odd reading unit that reads the value of the function f (t) associated with the smallest odd variable t larger than the even variable t shown in FIG.
An A register for storing the value of the function f (t) read from the even function table or the odd function table;
A B register for storing the value of the function f (t) read from the even function table or the odd function table;
When the upper bits are even, the value of the function f (t) read by the even reading unit is stored in the A register, and the value of the function f (t) read by the odd reading unit is stored in the B register. When the upper bits are odd, the value of the function f (t) read by the odd reading unit is stored in the A register, and the value of the function f (t) read by the even reading unit is stored in the B register. An even-odd selector to
The value of the function f (t) after interpolation, where f (A) is the value stored in the A register, f (B) is the value stored in the B register, and δ is the value indicated by the lower bits. An interpolation calculation unit for calculating f (t) = ((W−δ) / W) × f (A) + (δ / W) × f (B),
And the calculation is performed using the value of the interpolated function f (t) obtained by the interpolation calculation unit.

(17) 本発明の第17の態様は、上述した第11の態様に係る画像変換装置において、
交点演算部が、第1の座標変換式における関数sinc(t)を、
sinc(t)=1−t/3!+t/5!−t/7!+t/9!− ....
なるテイラー展開した形式の式に基づいて演算し、
変換演算部が、第2の座標変換式における関数1/sinc(t)を、所定の係数値a,a,a,a, ....を用いた
1/sinc(t)=1+a+a+a+a+ ....
なる形式の式に基づいて演算するようにしたものである。
(17) According to a seventeenth aspect of the present invention, in the image conversion device according to the eleventh aspect described above,
The intersection calculation unit calculates the function sinc (t) in the first coordinate conversion formula,
sinc (t) = 1-t 2/3! + T 4/5! -T 6/7! + T 8/9! − ....
Calculate based on the expression of the Taylor expansion form
The transformation calculation unit uses the function 1 / sinc (t) in the second coordinate transformation formula as 1 / sinc (t) using predetermined coefficient values a 2 , a 4 , a 6 , a 8 ,. = 1 + a 2 t 2 + a 4 t 4 + a 6 t 6 + a 8 t 8 +.
The calculation is based on an expression of the form

(18) 本発明の第18の態様は、上述した第2の態様に係る画像変換装置において、
変換演算部が、cosφの値を、ベクトルUとベクトルXとの内積を、ベクトルUの大きさとベクトルXの大きさとの積で除することにより求めるようにしたものである。
(18) According to an eighteenth aspect of the present invention, in the image conversion device according to the second aspect described above,
The conversion operation unit obtains the value of cosφ by dividing the inner product of the vector U and the vector X by the product of the magnitude of the vector U and the magnitude of the vector X.

(19) 本発明の第19の態様は、上述した第2の態様に係る画像変換装置において、
指示入力部が、歪曲円形画像上に引かれた参照直線Jを定義するための指示を入力する機能を有し、
変換演算部が、参照直線Jの方向を向いたベクトルJを定義し、cosφの値を、ベクトルJとベクトルXとの内積を、ベクトルJの大きさとベクトルXの大きさとの積で除することにより求めるようにしたものである。
(19) According to a nineteenth aspect of the present invention, in the image conversion device according to the second aspect described above,
The instruction input unit has a function of inputting an instruction for defining the reference straight line J drawn on the distorted circular image,
The transformation calculation unit defines a vector J facing the direction of the reference straight line J, and divides the value of cosφ by the inner product of the vector J and the vector X by the product of the magnitude of the vector J and the magnitude of the vector X. It is what you ask for.

(20) 本発明の第20の態様は、上述した第2の態様に係る画像変換装置において、
変換演算部が、sinφの値を、sinφ=√(1−cosφ)なる演算により求めるようにしたものである。
(20) According to a twentieth aspect of the present invention, in the image conversion device according to the second aspect described above,
The conversion operation unit obtains the value of sinφ by an operation of sinφ = √ (1-cos 2 φ).

(21) 本発明の第21の態様は、魚眼レンズを用いた撮影により得られた歪曲円形画像の一部分を切り出して、平面正則画像に変換する処理を行う画像変換装置において、
二次元XY直交座標系上の座標(x,y)で示される位置に配置された多数の画素の集合体によって構成された歪曲円形画像を格納する歪曲円形画像格納部と、
二次元UV直交座標系上の座標(u,v)で示される位置に配置された多数の画素の集合体によって構成される平面正則画像を格納する平面正則画像格納部と、
歪曲円形画像格納部に格納されている歪曲円形画像をディスプレイに表示する歪曲円形画像表示部と、
ディスプレイに表示されている歪曲円形画像上において、切出中心点Pと補助点Qとの2点の位置をユーザの指示に基づいて入力し、切出中心点Pと補助点Qとを結ぶ直線を参照直線Jと認識し、切出中心点Pと補助点Qとの距離dに基づいて、m=k/d(kは所定の比例定数)として与えられる数値を変換倍率mと認識する指示入力部と、
座標(u,v)と座標(x,y)とを対応づける変換演算式を利用して、座標(u,v)で示される位置に配置された平面正則画像上の画素の画素値を、対応する座標(x,y)で示される位置に配置された歪曲円形画像上の参照画素の画素値に基づいて決定することにより、歪曲円形画像から切出中心点Pを中心として参照直線Jに応じた向きに切り出された部分画像について、変換倍率mに基づいてスケーリングされた平面正則画像を生成する演算を行い、生成された平面正則画像を平面正則画像格納部に格納する変換演算部と、
を設けるようにしたものである。
(21) According to a twenty-first aspect of the present invention, in an image conversion apparatus that performs processing of cutting out a part of a distorted circular image obtained by photographing using a fisheye lens and converting the image into a planar regular image,
A distorted circular image storage unit for storing a distorted circular image configured by an aggregate of a large number of pixels arranged at a position indicated by coordinates (x, y) on a two-dimensional XY orthogonal coordinate system;
A planar regular image storage unit for storing a planar regular image configured by an aggregate of a large number of pixels arranged at a position indicated by coordinates (u, v) on a two-dimensional UV orthogonal coordinate system;
A distorted circular image display unit for displaying the distorted circular image stored in the distorted circular image storage unit on a display;
A straight line connecting the cut-out center point P and the auxiliary point Q on the distorted circular image displayed on the display by inputting the positions of the cut-out center point P and the auxiliary point Q based on a user instruction. Is recognized as a reference straight line J, and based on the distance d between the cutting center point P and the auxiliary point Q, an instruction for recognizing the numerical value given as m = k / d (k is a predetermined proportional constant) as the conversion magnification m An input section;
The pixel value of the pixel on the planar regular image arranged at the position indicated by the coordinates (u, v) is calculated using a conversion operation expression that associates the coordinates (u, v) with the coordinates (x, y). By determining based on the pixel value of the reference pixel on the distorted circular image arranged at the position indicated by the corresponding coordinates (x, y), the reference straight line J is centered on the cut-out center point P from the distorted circular image. A conversion operation unit that performs an operation for generating a planar regular image scaled based on the conversion magnification m for the partial image cut out in a corresponding direction, and stores the generated planar regular image in the planar regular image storage unit;
Is provided.

(22) 本発明の第22の態様は、魚眼レンズを用いた撮影により得られた歪曲円形画像の一部分を切り出して、平面正則画像に変換する処理を行う画像変換装置において、
二次元XY直交座標系上の座標(x,y)で示される位置に配置された多数の画素の集合体によって構成された歪曲円形画像を格納する歪曲円形画像格納部と、
二次元UV直交座標系上の座標(u,v)で示される位置に配置された多数の画素の集合体によって構成される平面正則画像を格納する平面正則画像格納部と、
歪曲円形画像格納部に格納されている歪曲円形画像をディスプレイに表示する歪曲円形画像表示部と、
所定の入力画面上において、参照直線JとX軸とのなす角として定義される角度θと、変換倍率mと、をユーザの指示に基づいて入力するとともに、前記ディスプレイに表示されている歪曲円形画像上において、切出中心点Pの位置をユーザの指示に基づいて入力する指示入力部と、
座標(u,v)と座標(x,y)とを対応づける変換演算式を利用して、座標(u,v)で示される位置に配置された平面正則画像上の画素の画素値を、対応する座標(x,y)で示される位置に配置された歪曲円形画像上の参照画素の画素値に基づいて決定することにより、歪曲円形画像から切出中心点Pを中心として参照直線Jに応じた向きに切り出された部分画像について、変換倍率mに基づいてスケーリングされた平面正則画像を生成する演算を行い、生成された平面正則画像を平面正則画像格納部に格納する変換演算部と、
を設けるようにしたものである。
(22) According to a twenty-second aspect of the present invention, in an image conversion apparatus that performs a process of cutting out a part of a distorted circular image obtained by photographing using a fisheye lens and converting the image into a planar regular image.
A distorted circular image storage unit for storing a distorted circular image configured by an aggregate of a large number of pixels arranged at a position indicated by coordinates (x, y) on a two-dimensional XY orthogonal coordinate system;
A planar regular image storage unit for storing a planar regular image configured by an aggregate of a large number of pixels arranged at a position indicated by coordinates (u, v) on a two-dimensional UV orthogonal coordinate system;
A distorted circular image display unit for displaying the distorted circular image stored in the distorted circular image storage unit on a display;
On a predetermined input screen, an angle θ defined as an angle formed by the reference straight line J and the X axis and a conversion magnification m are input based on a user instruction, and the distorted circle displayed on the display On the image, an instruction input unit for inputting the position of the cutting center point P based on a user instruction;
The pixel value of the pixel on the planar regular image arranged at the position indicated by the coordinates (u, v) is calculated using a conversion operation expression that associates the coordinates (u, v) with the coordinates (x, y). By determining based on the pixel value of the reference pixel on the distorted circular image arranged at the position indicated by the corresponding coordinates (x, y), the reference straight line J is centered on the cut-out center point P from the distorted circular image. A conversion operation unit that performs an operation for generating a planar regular image scaled based on the conversion magnification m for the partial image cut out in a corresponding direction, and stores the generated planar regular image in the planar regular image storage unit;
Is provided.

(23) 本発明の第23の態様は、魚眼レンズを用いた撮影により得られた歪曲円形画像の一部分を切り出して、平面正則画像に変換する処理を行う画像変換方法において、
二次元XY直交座標系上の座標(x,y)で示される位置に配置された多数の画素の集合体によって構成され、XY座標系の原点Oを中心とし半径Rをもった歪曲円形画像を、歪曲円形画像格納部に格納する段階と、
歪曲円形画像格納部に格納されている歪曲円形画像をディスプレイに表示する段階と、
ディスプレイに表示されている歪曲円形画像上における、切出中心点Pの位置および切り出し向きをユーザの指示に基づいて入力する段階と、
二次元XY直交座標系を含む三次元XYZ直交座標系において、原点Oを中心とし半径Rをもった仮想球面を定義したときに、切出中心点Pを通りZ軸に平行な直線と仮想球面との交点Gの位置座標(x,y,z)を求める段階と、
交点Gにおいて仮想球面に接する接平面上に定義すべき二次元UV直交座標系のU軸方向を向いたベクトルUと、二次元XY直交座標系のX軸方向を向いたベクトルXと、のなす角として与えられる平面傾斜角φを、切り出し向きに基づいて決定する段階と、
位置座標(x,y,z)および平面傾斜角φをパラメータとして含む正射影方式の変換演算式を利用して、座標(u,v)と座標(x,y)とを対応づけ、座標(u,v)で示される位置に配置された多数の画素の集合体によって構成される平面正則画像上の各画素の画素値を、対応する座標(x,y)で示される位置に配置された歪曲円形画像上の参照画素の画素値に基づいて決定することにより、歪曲円形画像から切出中心点Pを中心として平面傾斜角φによって示される向きに切り出された部分画像についての平面正則画像を生成する演算を行う段階と、
をコンピュータもしくは電子回路に実行させるようにしたものである。
(23) According to a twenty-third aspect of the present invention, in an image conversion method for performing processing of cutting out a part of a distorted circular image obtained by photographing using a fisheye lens and converting the image into a planar regular image,
A distorted circular image having a radius R centered on the origin O of the XY coordinate system, which is composed of a collection of a large number of pixels arranged at positions indicated by coordinates (x, y) on a two-dimensional XY orthogonal coordinate system. Storing in the distorted circular image storage unit;
Displaying the distorted circular image stored in the distorted circular image storage unit on a display;
A step of inputting the position of the cut-out center point P and the cut-out direction on the distorted circular image displayed on the display based on a user instruction;
In a three-dimensional XYZ Cartesian coordinate system including a two-dimensional XY Cartesian coordinate system, when a virtual sphere having a radius R with the origin O as the center is defined, a straight line and a virtual sphere passing through the cut center point P and parallel to the Z axis Obtaining the position coordinates (x 0 , y 0 , z 0 ) of the intersection G with
A vector U oriented in the U-axis direction of the two-dimensional UV orthogonal coordinate system to be defined on a tangent plane that is in contact with the phantom sphere at the intersection G, and a vector X oriented in the X-axis direction of the two-dimensional XY orthogonal coordinate system Determining a plane inclination angle φ given as an angle based on the cutout direction;
The coordinates (u, v) and the coordinates (x, y) are associated with each other by using an orthographic projection conversion equation including the position coordinates (x 0 , y 0 , z 0 ) and the plane inclination angle φ as parameters. , The pixel value of each pixel on the planar regular image formed by the aggregate of a large number of pixels arranged at the position indicated by the coordinates (u, v) at the position indicated by the corresponding coordinates (x, y). By determining based on the pixel value of the reference pixel on the arranged distorted circular image, the plane of the partial image cut out from the distorted circular image in the direction indicated by the plane inclination angle φ with the cut center point P as the center Performing a computation to generate a regular image;
Is executed by a computer or an electronic circuit.

(24) 本発明の第24の態様は、上述した第23の態様に係る画像変換方法において、
正射影方式の変換演算式として、
x=R[(u−x)A+(v−y)B+(w−z)E]/
√((u−x+(v−y+(w−z
y=R[(u−x)C+(v−y)D+(w−z)F]/
√((u−x+(v−y+(w−z
ここで、
A=1−(1−cosφ)(y +z
B=−zsinφ+x(1−cosφ)
C=zsinφ+x(1−cosφ)
D=1−(1−cosφ)(z +x
E=ysinφ+z(1−cosφ)
F=−xsinφ+y(1−cosφ)
w=mR(但し、mは所定の変換倍率)
なる式を用いるようにしたものである。
(24) According to a twenty-fourth aspect of the present invention, in the image conversion method according to the twenty-third aspect described above,
As a transformation formula of orthographic projection method,
x = R [(u−x 0 ) A + (v−y 0 ) B + (w−z 0 ) E] /
√ ((u−x 0 ) 2 + (v−y 0 ) 2 + (w−z 0 ) 2 )
y = R [(u−x 0 ) C + (v−y 0 ) D + (w−z 0 ) F] /
√ ((u−x 0 ) 2 + (v−y 0 ) 2 + (w−z 0 ) 2 )
here,
A = 1- (1-cosφ) (y 0 2 + z 0 2 )
B = −z 0 sinφ + x 0 y 0 (1-cosφ)
C = z 0 sinφ + x 0 y 0 (1-cosφ)
D = 1- (1-cosφ) (z 0 2 + x 0 2 )
E = y 0 sinφ + z 0 x 0 (1-cosφ)
F = −x 0 sinφ + y 0 x 0 (1-cosφ)
w = mR (where m is a predetermined conversion magnification)
This formula is used.

(25) 本発明の第25の態様は、上述した第23または第24の態様に係る画像変換方法において、
ディスプレイに表示されている歪曲円形画像上において、切出中心点Pと補助点Qとの2点の位置を指定するための指示を入力し、切出中心点Pと補助点Qとを結ぶ直線を参照直線Jとし、この参照直線JとX軸とのなす角θ(但し、両者平行の場合はθ=0°とする)に基づいて平面傾斜角φを決定するようにしたものである。
(25) According to a twenty-fifth aspect of the present invention, in the image conversion method according to the twenty-third or twenty-fourth aspect described above,
On the distorted circular image displayed on the display, an instruction for designating the positions of two points of the cut center point P and the auxiliary point Q is input, and a straight line connecting the cut center point P and the auxiliary point Q Is a reference straight line J, and the plane inclination angle φ is determined on the basis of an angle θ formed by the reference straight line J and the X axis (however, when both are parallel, θ = 0 °).

(26) 本発明の第26の態様は、上述した第23または第24の態様に係る画像変換方法において、
ディスプレイに表示されている歪曲円形画像上において、切出中心点Pの位置を指定するための指示を入力するとともに、所定の入力画面上において、歪曲円形画像上の参照直線JとX軸とのなす角θを入力し、この角θに基づいて平面傾斜角φを決定するようにしたものである。
(26) According to a twenty-sixth aspect of the present invention, in the image conversion method according to the twenty-third or twenty-fourth aspect described above,
On the distorted circular image displayed on the display, an instruction for designating the position of the cut-out center point P is input, and on the predetermined input screen, the reference straight line J on the distorted circular image and the X axis The formed angle θ is input, and the plane inclination angle φ is determined based on the angle θ.

本発明に係る画像変換装置を用いたユーザは、魚眼レンズを用いた撮影により得られた歪曲円形画像上における切出中心点Pの位置および切り出し向きを指示すればよいので、直観的な操作により、変換に必要なパラメータ設定が可能になる。しかも、変換演算は、ユーザの指示入力に基づいて導出された仮想球面上の接点の座標値(x,y,z)および平面傾斜角φをパラメータとして用いる比較的単純な変換演算式を用いて行われるため、演算負担を軽減させることも可能になる。 Since the user using the image conversion apparatus according to the present invention only has to indicate the position and the cutout direction of the cutout center point P on the distorted circular image obtained by shooting using the fisheye lens, Parameter settings necessary for conversion can be performed. Moreover, the conversion calculation is a relatively simple conversion calculation formula that uses the coordinate values (x 0 , y 0 , z 0 ) of the contact point on the virtual sphere derived based on the user's instruction input and the plane inclination angle φ as parameters. Therefore, the calculation burden can be reduced.

以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。   Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.

<<< §1.画像変換処理の基本原理 >>>
はじめに、魚眼レンズを用いた撮影により得られた歪曲円形画像の一般的な特徴と、その一部分を切り出して、平面正則画像に変換する処理の基本原理を説明する。図1は、正射影方式の魚眼レンズを用いた撮影により歪曲円形画像Sを形成する基本モデルを示す斜視図である。一般に、魚眼レンズは、その投影方式によって複数の種類に分けられるが、この図1に示すモデルは、正射影方式の魚眼レンズについてのものである(正射影方式以外の魚眼レンズに本発明を適用する手法は、§5で述べる)。
<<< §1. Basic Principle of Image Conversion Processing >>>
First, general characteristics of a distorted circular image obtained by photographing using a fisheye lens and a basic principle of processing for cutting out a part of the image and converting it into a planar regular image will be described. FIG. 1 is a perspective view showing a basic model for forming a distorted circular image S by photographing using an orthographic fisheye lens. In general, fish-eye lenses are classified into a plurality of types depending on the projection method, but the model shown in FIG. 1 is for a fish-eye lens of an orthographic projection method (a method for applying the present invention to a fish-eye lens other than an orthographic projection method). , Described in §5).

図1には、三次元XYZ直交座標系におけるXY平面上に歪曲円形画像Sが形成された例が示されている。なお、ここでは、後述する変換演算式との整合性を確保するために、図示のとおり、Z軸を図の下方にとり、Z軸の負の領域側にドーム状の仮想球面H(半球)を定義した例を示すことにする。   FIG. 1 shows an example in which a distorted circular image S is formed on an XY plane in a three-dimensional XYZ orthogonal coordinate system. Here, in order to ensure consistency with the conversion equation described later, as shown in the figure, the Z axis is taken downward in the figure, and a dome-shaped virtual spherical surface H (hemisphere) is provided on the negative region side of the Z axis. Let's show a defined example.

XY平面上に形成された歪曲円形画像Sは、座標系の原点Oを中心とした半径Rの円を構成する画像であり、Z軸の負の領域側における180°の画角をもった領域に存在する像を歪ませて記録したものに相当する。図2は、魚眼レンズを用いた撮影によって得られた歪曲円形画像Sの一例を示す平面図である。このように、歪曲円形画像Sには、Z軸の負の領域側に存在するすべての像が記録されることになるが、その中心部分と周囲部分とでは、像の縮尺倍率が異なっており、記録された像の形状は歪んだものになる。なお、図2に示す歪曲円形画像Sは、魚眼レンズを用いた撮影により得られた歪曲円形画像の一般的なイメージを示すものであり、実際の魚眼レンズを用いて得られる正確な画像を示すものではない。   The distorted circular image S formed on the XY plane is an image forming a circle with a radius R centered on the origin O of the coordinate system, and is an area having an angle of view of 180 ° on the negative area side of the Z axis. Is equivalent to the image recorded with distortion. FIG. 2 is a plan view showing an example of a distorted circular image S obtained by photographing using a fisheye lens. As described above, in the distorted circular image S, all the images existing on the negative region side of the Z-axis are recorded, but the scale magnification of the image is different between the central portion and the peripheral portion. The shape of the recorded image is distorted. Note that the distorted circular image S shown in FIG. 2 shows a general image of a distorted circular image obtained by photographing using a fisheye lens, and does not show an accurate image obtained using an actual fisheye lens. Absent.

実際の魚眼レンズは、複数の凸レンズや凹レンズを組み合わせた光学系によって構成されるが、その光学的な特性は、図1に示すような仮想球面Hによってモデル化することができることが知られている。すなわち、歪曲円形画像Sの上面に、半径Rをもったドーム状の仮想球面H(半球)を配置したモデルを考えれば、正射影方式の魚眼レンズの光学的特性は、仮想球面H上の任意の点H(x,y,z)に対して法線方向から入射する入射光線L1は、Z軸に平行な入射光線L2として、XY平面上の点S(x,y)へ向かう振る舞いをする、と考えてよい。逆言すれば、図2において歪曲円形画像S上の点S(x,y)に位置する画素は、図1に示す入射光線L1の延長線上に存在する物体上の1点を示していることになる。   An actual fisheye lens is constituted by an optical system that combines a plurality of convex lenses and concave lenses, and it is known that its optical characteristics can be modeled by a virtual spherical surface H as shown in FIG. In other words, considering a model in which a dome-shaped virtual spherical surface H (hemisphere) having a radius R is arranged on the upper surface of the distorted circular image S, the optical characteristics of the orthographic fisheye lens are arbitrary on the virtual spherical surface H. The incident light beam L1 incident from the normal direction to the point H (x, y, z) behaves toward the point S (x, y) on the XY plane as an incident light beam L2 parallel to the Z axis. You may think. In other words, the pixel located at the point S (x, y) on the distorted circular image S in FIG. 2 indicates one point on the object existing on the extension line of the incident light beam L1 shown in FIG. become.

もちろん、実際の魚眼レンズで生じている光学的現象は、複数の凸レンズや凹レンズによる屈折により、撮像対象となる物体の特定の点が、XY平面上の特定の点S(x,y)上に結像する現象ということになるが、画像変換処理などを行う上では、図1に示すような仮想球面Hを用いたモデルに置き換えた議論を行っても何ら支障はない。したがって、前掲の特許文献に開示されている画像変換処理でも、このようなモデルを前提とした手法が示されており、本発明における以下の説明においても、このようなモデルを前提とした説明を行うことにする。   Of course, an optical phenomenon occurring in an actual fisheye lens is that a specific point of an object to be imaged is connected to a specific point S (x, y) on the XY plane due to refraction by a plurality of convex lenses and concave lenses. Although this is an image phenomenon, there is no problem in performing an image conversion process or the like even if the argument is replaced with a model using a virtual spherical surface H as shown in FIG. Therefore, even in the image conversion processing disclosed in the above-mentioned patent document, a technique based on such a model is shown. In the following description of the present invention, description based on such a model is also given. To do.

本発明に係る画像変換装置の目的は、歪曲円形画像S上の一部分を切り出して、平面正則画像に変換する処理を行うことである。たとえば、図2に示す歪曲円形画像Sを見たユーザが、その左下に描かれている女性の画像を、歪みのない正しい画像で観察したいと考えたとしよう。このような場合、ユーザは、歪曲円形画像Sのどの部分を切り出して変換を行うべきかを指定する必要がある。たとえば、図3にハッチングを施して示すような切出領域Eを変換対象とすべき領域として指定するのであれば、最も直観的な指定方法は、その中心点P(x,y)の位置を指定する方法であろう。本発明では、このようにしてユーザが指定する点Pを、切出中心点Pと呼ぶことにする。 An object of the image conversion apparatus according to the present invention is to perform a process of cutting out a part on the distorted circular image S and converting it into a planar regular image. For example, assume that a user who looks at the distorted circular image S shown in FIG. 2 wants to observe the image of a woman drawn on the lower left of the image with a correct image without distortion. In such a case, the user needs to specify which part of the distorted circular image S should be cut out and converted. For example, if the cutout area E as shown by hatching in FIG. 3 is designated as the area to be converted, the most intuitive designation method is the center point P (x 0 , y 0 ). It would be a way to specify the position. In the present invention, the point P designated by the user in this way is referred to as a cutting center point P.

ここでは、切出中心点P(x,y)を中心とした切出領域E内の画像を、平面正則画像に変換するために、次のようなモデルを考える。図4は、このモデルにおいて、歪曲円形画像Sを含むXY座標系と、平面正則画像Tを含むUV座標系との関係を示す斜視図である。図示のとおり、歪曲円形画像Sは、三次元XYZ直交座標系のXY平面上に定義されているので、歪曲円形画像S自身は、二次元XY直交座標系上に定義された画像である。そこで、この歪曲円形画像S上に定義された切出中心点P(x,y)を通りZ軸に平行な直線と仮想球面Hとの交点Gを考える。この交点Gは、いわば切出中心点P(x,y)の真上の点であり、その位置座標は(x,y,z)である。 Here, the following model is considered in order to convert an image in the cut-out area E centered at the cut-out center point P (x 0 , y 0 ) into a planar regular image. FIG. 4 is a perspective view showing the relationship between the XY coordinate system including the distorted circular image S and the UV coordinate system including the planar regular image T in this model. As illustrated, since the distorted circular image S is defined on the XY plane of the three-dimensional XYZ orthogonal coordinate system, the distorted circular image S itself is an image defined on the two-dimensional XY orthogonal coordinate system. Therefore, consider an intersection G of a virtual sphere H with a straight line passing through the cut center point P (x 0 , y 0 ) defined on the distorted circular image S and parallel to the Z axis. This intersection point G is, so to speak, a point immediately above the cut-out center point P (x 0 , y 0 ), and its position coordinates are (x 0 , y 0 , z 0 ).

次に、この交点G(x,y,z)において、仮想球面Hに接する接平面を定義し、この接平面上に二次元UV直交座標系を定義する。そして、平面正則画像Tを、この二次元UV直交座標系上の画像として求めることにする。図4に示す例の場合、交点G(x,y,z)が原点となるようにUV座標系が定義されている。結局、このモデルにおけるUV座標系の原点は、仮想球面H上のいずれかに設定され、UV座標系を構成するUV平面は、この原点位置における仮想球面Hに対する接平面に一致する。 Next, a tangent plane that is in contact with the phantom spherical surface H is defined at the intersection point G (x 0 , y 0 , z 0 ), and a two-dimensional UV orthogonal coordinate system is defined on the tangent plane. Then, the planar regular image T is obtained as an image on the two-dimensional UV orthogonal coordinate system. In the example shown in FIG. 4, the UV coordinate system is defined so that the intersection point G (x 0 , y 0 , z 0 ) is the origin. Eventually, the origin of the UV coordinate system in this model is set anywhere on the virtual spherical surface H, and the UV plane constituting the UV coordinate system coincides with the tangential plane with respect to the virtual spherical surface H at this origin position.

UV座標系の原点となる交点G(x,y,z)の位置は、図示のとおり、方位角αと天頂角βとによって特定することができる。ここで、方位角α(0≦α<360°)は、切出中心点P(x,y)とXY座標系の原点Oとを結ぶ直線とX軸とのなす角であり、天頂角β(0≦β≦90°)は、UV座標系の原点となる点G(x,y,z)とXY座標系の原点Oとを結ぶ直線とZ軸とのなす角である。 The position of the intersection point G (x 0 , y 0 , z 0 ) serving as the origin of the UV coordinate system can be specified by the azimuth angle α and the zenith angle β as shown in the figure. Here, the azimuth angle α (0 ≦ α <360 °) is an angle formed by a straight line connecting the cutting center point P (x 0 , y 0 ) and the origin O of the XY coordinate system and the X axis, and the zenith The angle β (0 ≦ β ≦ 90 °) is an angle between the Z axis and a straight line connecting the point G (x 0 , y 0 , z 0 ) serving as the origin of the UV coordinate system and the origin O of the XY coordinate system. is there.

このように、UV平面は、方位角αと天頂角βとを指定することによって特定することができるが、UV座標系を決定するには、更にもう1つのパラメータを指定する必要がある。このパラメータは、点Gを中心とした接平面上での回転ファクター(U軸の向き)を示すものであり、一般に平面傾斜角と呼ばれている。通常、この平面傾斜角は、「点Gを通り、XY平面に平行で、かつ、直線OGに直交する軸」を基準軸として、当該基準軸とU軸とのなす角ψとして定義される(基準軸は、方位角αと天頂角βに依存して変化する)。これに対して、本発明では、上記角ψの代わりに、X軸を基準としたときのU軸の向きを示す角度φを用いることにする(基準軸は、常にX軸に固定される)。具体的には、本発明でパラメータとして用いる角度φは、図4に示すように、U軸とX′軸とのなす角度として定義される。ここで、X′軸は、交点G(x,y,z)を通りX軸に平行な軸である。要するに、角度φは、UV座標系においてU軸方向を向いたベクトルUと、XY座標系においてX軸方向を向いたベクトルXと、を定義したときに、ベクトルUとベクトルXとのなす角度として定義される角になる。このように、「本発明において用いられる角度φ」は、「従来の一般的な平面傾斜角ψ」とは異なる方法で定義される角度であるが、いずれもUV座標系の回転ファクターを示すパラメータという点において共通するため、ここでは角度φについても「平面傾斜角」という用語を用いることにする。 As described above, the UV plane can be specified by specifying the azimuth angle α and the zenith angle β. However, in order to determine the UV coordinate system, another parameter needs to be specified. This parameter indicates a rotation factor (direction of the U axis) on the tangent plane with the point G as the center, and is generally called a plane inclination angle. Normally, this plane inclination angle is defined as an angle ψ formed by the reference axis and the U axis, with “an axis passing through the point G, being parallel to the XY plane and orthogonal to the straight line OG” as a reference axis ( The reference axis varies depending on the azimuth angle α and the zenith angle β). On the other hand, in the present invention, instead of the angle ψ, an angle φ indicating the direction of the U axis with respect to the X axis is used (the reference axis is always fixed to the X axis). . Specifically, the angle φ used as a parameter in the present invention is defined as an angle formed by the U axis and the X ′ axis, as shown in FIG. Here, the X ′ axis is an axis that passes through the intersection point G (x 0 , y 0 , z 0 ) and is parallel to the X axis. In short, the angle φ is an angle formed between the vector U and the vector X when the vector U facing the U-axis direction in the UV coordinate system and the vector X facing the X-axis direction in the XY coordinate system are defined. Becomes a defined corner. As described above, the “angle φ used in the present invention” is an angle defined by a method different from the “conventional general plane inclination angle ψ”, and both are parameters indicating the rotation factor of the UV coordinate system. Therefore, the term “plane inclination angle” is also used here for the angle φ.

図5は、UV座標系上に定義された平面正則画像Tと平面傾斜角φとの関係を示す平面図である。ここに示す例の場合、平面正則画像Tは、UV座標系の原点G(x,y,z)を中心とするUV平面上の矩形として定義されており、その長辺はU軸に平行、短辺はV軸に平行になっている。平面傾斜角φは、上述したとおり、U軸とX′軸とのなす角であるから、図5に示す例の場合、UV平面上での平面正則画像Tの回転ファクターを示すパラメータということになる。 FIG. 5 is a plan view showing the relationship between the planar regular image T defined on the UV coordinate system and the planar tilt angle φ. In the case of the example shown here, the planar regular image T is defined as a rectangle on the UV plane centered at the origin G (x 0 , y 0 , z 0 ) of the UV coordinate system, and its long side is the U axis. The short side is parallel to the V-axis. Since the plane inclination angle φ is an angle formed by the U axis and the X ′ axis as described above, in the example shown in FIG. 5, the plane inclination angle φ is a parameter indicating the rotation factor of the plane regular image T on the UV plane. Become.

結局、図4に示す平面正則画像Tを形成するためのUV座標系の位置および向きは、方位角α,天頂角β,平面傾斜角φという3つの角度からなるパラメータを設定することにより一義的に決定される。この3つの角度は、一般にオイラー角と呼ばれている(上述したとおり、平面傾斜角φについては、従来の一般的な平面傾斜角ψとは、若干、定義方法が異なっている)。   As a result, the position and orientation of the UV coordinate system for forming the planar regular image T shown in FIG. 4 are uniquely set by setting parameters composed of three angles, the azimuth angle α, the zenith angle β, and the plane tilt angle φ. To be determined. These three angles are generally called Euler angles (as described above, the definition method of the plane inclination angle φ is slightly different from the conventional general plane inclination angle ψ).

さて、本発明において実行される画像変換処理は、結局、XY座標系からUV座標系への座標変換ということになる。そこで、XY座標系とUV座標系との幾何学的な位置関係を、もう少し詳しく見てみよう。図6の斜視図に示されているように、XY平面上の歪曲円形画像Sを、方位角αによって示される方向に対して、天頂角βだけ傾斜すると、傾斜面S1が得られる。ここで、図示のとおり、XY座標系の原点OからUV座標系の原点Gへ向かう方向に法線ベクトルnを定義し、傾斜面S1をこの法線ベクトルnの方向に距離Rだけ平行移動させると、接平面S2が得られることになる。移動距離Rは、歪曲円形画像Sの半径であり、仮想球面Hの半径でもある。   Now, the image conversion process executed in the present invention is the coordinate conversion from the XY coordinate system to the UV coordinate system. Let's take a closer look at the geometric positional relationship between the XY coordinate system and the UV coordinate system. As shown in the perspective view of FIG. 6, when the distorted circular image S on the XY plane is inclined by the zenith angle β with respect to the direction indicated by the azimuth angle α, an inclined surface S1 is obtained. Here, as shown in the figure, a normal vector n is defined in the direction from the origin O of the XY coordinate system to the origin G of the UV coordinate system, and the inclined plane S1 is translated in the direction of the normal vector n by a distance R. Then, a tangential plane S2 is obtained. The moving distance R is the radius of the distorted circular image S and the radius of the phantom spherical surface H.

接平面S2は、点Gにおいて仮想球面Hに接する平面であり、法線ベクトルnは、点Gにおける仮想球面Hの法線方向を示すベクトルである。そして、UV座標系は、この接平面S2上に定義される座標系であり、点Gを原点とし、U軸とX′軸(X軸を平行移動した軸)とのなす角が平面傾斜角φとなるように定義された二次元直交座標系である。図7は、図6の斜視図に示されている各構成要素を水平方向から見た図である。前述したとおり、点G(x,y,z)は、歪曲円形画像S上に定義された切出中心点P(x,y)を通りZ軸に平行な直線と仮想球面Hとの交点として定まる点であり、その位置は方位角αおよび天頂角βによって定まる。一方、図8は、図6の斜視図に示されている各構成要素を上方から見た図である。図に示す交点G(x,y,z)は、仮想球面H上の点であり、XY平面の上方に位置している。そして、この交点G(x,y,z)における仮想球面Hに対する接平面上にUV座標系が定義される。このとき、U軸とX′軸とのなす角がφとなるように、U軸の向きが定められる。 The tangent plane S2 is a plane in contact with the virtual sphere H at the point G, and the normal vector n is a vector indicating the normal direction of the virtual sphere H at the point G. The UV coordinate system is a coordinate system defined on the tangent plane S2, and the angle between the U axis and the X ′ axis (the axis obtained by translating the X axis) with the point G as the origin is the plane tilt angle. A two-dimensional orthogonal coordinate system defined to be φ. FIG. 7 is a diagram of each component shown in the perspective view of FIG. 6 viewed from the horizontal direction. As described above, the point G (x 0 , y 0 , z 0 ) passes through the cut center point P (x 0 , y 0 ) defined on the distorted circular image S and is a straight line and virtual sphere that are parallel to the Z axis. This is a point determined as an intersection with H, and its position is determined by the azimuth angle α and the zenith angle β. On the other hand, FIG. 8 is a view of each component shown in the perspective view of FIG. 6 as viewed from above. The intersection point G (x 0 , y 0 , z 0 ) shown in the figure is a point on the phantom spherical surface H, and is located above the XY plane. Then, a UV coordinate system is defined on the tangent plane with respect to the virtual spherical surface H at the intersection point G (x 0 , y 0 , z 0 ). At this time, the direction of the U axis is determined so that the angle formed by the U axis and the X ′ axis is φ.

図9は、UV座標系上に定義された平面正則画像Tを示す平面図である。ここでは、この平面正則画像T上の任意の点をUV座標系の座標値u,vを用いて、T(u,v)と表すことにする。前述したとおり、ここに示すモデルでは、UV座標系の原点T(0,0)の位置は、点G(x,y,z)に一致する。一方、図10は、XY座標系上に定義された歪曲円形画像Sを示す平面図である。ここでは、この歪曲円形画像S上の任意の点をXY座標系の座標値x,yを用いて、S(x,y)と表すことにする。 FIG. 9 is a plan view showing a planar regular image T defined on the UV coordinate system. Here, an arbitrary point on the planar regular image T is expressed as T (u, v) using the coordinate values u and v of the UV coordinate system. As described above, in the model shown here, the position of the origin T (0, 0) of the UV coordinate system coincides with the point G (x 0 , y 0 , z 0 ). On the other hand, FIG. 10 is a plan view showing a distorted circular image S defined on the XY coordinate system. Here, an arbitrary point on the distorted circular image S is expressed as S (x, y) using the coordinate values x and y in the XY coordinate system.

本発明に係る画像変換装置は、図10に示すように、ユーザが歪曲円形画像S上の1点P(x,y)の位置を切出中心点として指定すると(実際には、後述するように、切り出し向きの指定も行う)、その近傍の切出領域E内の歪曲した画像を正則画像に変換し、図9に示すUV座標系上に定義された平面正則画像Tとして出力する機能を有している。このような画像変換を行うためには、UV座標系上の1点T(u,v)とXY座標系上の1点S(x,y)との間に1対1の対応関係を定義しておく必要がある。このような対応関係は、実際には、変換演算式として表現することができる。 In the image conversion apparatus according to the present invention, as shown in FIG. 10, when the user designates the position of one point P (x 0 , y 0 ) on the distorted circular image S as a cut-out center point (actually described later). The distorted image in the cutout area E in the vicinity thereof is converted into a regular image and output as a planar regular image T defined on the UV coordinate system shown in FIG. It has a function. In order to perform such image conversion, a one-to-one correspondence relationship is defined between one point T (u, v) on the UV coordinate system and one point S (x, y) on the XY coordinate system. It is necessary to keep it. Such a correspondence relationship can actually be expressed as a conversion equation.

このような変換演算式は、三次元XYZ座標系の空間内に配置されたUV座標系の位置および向きが決定すれば、一義的に定義することが可能である。たとえば、図4に示すような特定のUV座標系が定義されており、その上に何らかの平面正則画像Tが配置されていたとする。この場合、この平面正則画像Tを撮影対象となる物体と考え、図示のモデルに相当する魚眼レンズを用いて、当該物体を撮影すれば、XY平面上に歪曲円形画像Sが得られることになる。このとき、撮影対象物体となる平面正則画像T上の任意の点T(u,v)の歪曲円形画像S上での結像位置S(x,y)は、図1で説明した魚眼レンズの光学的な基本特性に基づいて決定できる。すなわち、点T(u,v)からの光線L1が法線方向から入射するような仮想球面H上の点H(x,y,z)を求めれば、結像位置はS(x,y)として与えられることになる。   Such a conversion equation can be uniquely defined if the position and orientation of the UV coordinate system arranged in the space of the three-dimensional XYZ coordinate system are determined. For example, it is assumed that a specific UV coordinate system as shown in FIG. 4 is defined, and some planar regular image T is arranged thereon. In this case, if the planar regular image T is considered as an object to be photographed and the object is photographed using a fisheye lens corresponding to the model shown in the drawing, a distorted circular image S is obtained on the XY plane. At this time, the imaging position S (x, y) on the distorted circular image S of an arbitrary point T (u, v) on the planar regular image T that is the object to be photographed is the optical property of the fisheye lens described in FIG. Can be determined based on basic characteristics. That is, if the point H (x, y, z) on the phantom spherical surface H where the light ray L1 from the point T (u, v) is incident from the normal direction is obtained, the imaging position is S (x, y). Will be given as.

結局、UV座標系の位置および向きが決定すれば、UV座標系上の1点T(u,v)とXY座標系上の1点S(x,y)との間に1対1の対応関係を定義することができ、そのような対応関係は変換演算式として表現することができる。歪曲円形画像Sの一部を平面正則画像Tに変換する画像変換処理は、この変換演算式を用いた座標変換演算によって行うことができる。たとえば、図9に示す平面正則画像Tにおける任意の1点T(u,v)に位置する画素の画素値は、図10に示す歪曲円形画像S上の対応点S(x,y)に位置する画素の画素値に基づいて決定すればよい。これが歪曲円形画像の一部を平面正則画像に変換する画像変換処理の基本原理である。   Eventually, if the position and orientation of the UV coordinate system are determined, there is a one-to-one correspondence between one point T (u, v) on the UV coordinate system and one point S (x, y) on the XY coordinate system. Relationships can be defined, and such correspondences can be expressed as conversion equations. Image conversion processing for converting a part of the distorted circular image S into the planar regular image T can be performed by coordinate conversion calculation using this conversion calculation formula. For example, the pixel value of a pixel located at an arbitrary point T (u, v) in the planar regular image T shown in FIG. 9 is located at the corresponding point S (x, y) on the distorted circular image S shown in FIG. What is necessary is just to determine based on the pixel value of the pixel to perform. This is the basic principle of image conversion processing for converting a part of a distorted circular image into a planar regular image.

<<< §2.変換演算式の比較 >>>
上述したとおり、UV座標系上の1点T(u,v)とXY座標系上の1点S(x,y)とを対応づける変換演算式は、三次元XYZ座標系の空間内に配置されたUV座標系の位置および向きが決定しなければ一義的には定義できないが、UV座標系の位置および向きをパラメータ値として含む形の変換演算式であれば、定義することは可能である。
<<< §2. Comparison of conversion formulas >>
As described above, the conversion equation for associating one point T (u, v) on the UV coordinate system with one point S (x, y) on the XY coordinate system is arranged in the space of the three-dimensional XYZ coordinate system. If the position and orientation of the coordinated UV coordinate system are not determined, it cannot be uniquely defined. However, it is possible to define any conversion arithmetic expression that includes the position and orientation of the UV coordinate system as parameter values. .

たとえば、図11に式(1)〜(9)として示されている変換演算式は、前掲の特許文献に開示されている式である。この変換演算式は、UV座標系の位置を示すパラメータα,βと、UV座標系の向きを示すパラメータψとを含む式になっている。これら3つのパラメータは、§1で述べたオイラー角、すなわち、方位角α,天頂角β,平面傾斜角ψである。ここで、平面傾斜角ψは、従来の一般的な方法によって定義された回転ファクターを示すパラメータであり、図4において、「点Gを通り、XY平面に平行で、かつ、直線OGに直交する軸(図示されていない)」を基準軸として、当該基準軸とU軸とのなす角ψとして定義される角度である(前述したとおり、本発明では、角ψの代わりに、図4に示すように、U軸とX′軸とのなす角φを用いることになる)。   For example, the conversion arithmetic expressions shown as the expressions (1) to (9) in FIG. 11 are expressions disclosed in the above-mentioned patent documents. This conversion arithmetic expression is an expression including parameters α and β indicating the position of the UV coordinate system and a parameter ψ indicating the direction of the UV coordinate system. These three parameters are the Euler angles described in §1, that is, the azimuth angle α, the zenith angle β, and the plane tilt angle ψ. Here, the plane inclination angle ψ is a parameter indicating a rotation factor defined by a conventional general method. In FIG. 4, “the plane tilt angle ψ passes through the point G, is parallel to the XY plane, and is orthogonal to the straight line OG. "Axis (not shown)" is an angle defined as an angle ψ formed by the reference axis and the U axis (as described above, in the present invention, instead of the angle ψ, as shown in FIG. Thus, the angle φ formed between the U axis and the X ′ axis is used).

具体的には、
x=R(uA+vB+wE)/
√(u+v+w) 式(1)
は、UV座標系上の1点T(u,v)の座標値u,vを用いて、XY座標系上の対応点S(x,y)のx座標値を求めるための式であるが、A,B,Eは、それぞれ、
A=cosψcosα−sinψsinαcosβ 式(3)
B=−sinψcosα−cosψsinαcosβ 式(4)
E=sinβsinα 式(7)
なる数式で求まる値であり、オイラー角α,β,ψの三角関数を用いた演算によって決定されることになる。
In particular,
x = R (uA + vB + wE) /
√ (u 2 + v 2 + w 2 ) Formula (1)
Is an equation for obtaining the x coordinate value of the corresponding point S (x, y) on the XY coordinate system using the coordinate value u, v of one point T (u, v) on the UV coordinate system. , A, B, E are respectively
A = cosψcosα-sinψsinαcosβ Equation (3)
B = −sinψcosα-cosψsinαcosβ Formula (4)
E = sinβsinα Formula (7)
And is determined by calculation using a trigonometric function of Euler angles α, β, and ψ.

同様に、
y=R(uC+vD+wF)/
√(u+v+w) 式(2)
は、UV座標系上の1点T(u,v)の座標値u,vを用いて、XY座標系上の対応点S(x,y)のy座標値を求めるための式であるが、C,D,Fは、それぞれ、
C=cosψsinα+sinψcosαcosβ 式(5)
D=−sinψsinα+cosψcosαcosβ 式(6)
F=−sinβcosα 式(8)
なる数式で求まる値であり、オイラー角α,β,ψの三角関数を用いた演算によって決定されることになる。
Similarly,
y = R (uC + vD + wF) /
√ (u 2 + v 2 + w 2 ) Formula (2)
Is an expression for obtaining the y coordinate value of the corresponding point S (x, y) on the XY coordinate system using the coordinate values u, v of one point T (u, v) on the UV coordinate system. , C, D and F are respectively
C = cosψsinα + sinψcosαcosβ Equation (5)
D = −sinψsinα + cosψcosαcosβ Equation (6)
F = −sin βcos α Formula (8)
And is determined by calculation using a trigonometric function of Euler angles α, β, and ψ.

なお、式(1),(2)におけるwは、
w=mR 式(9)
で与えられる値である。ここで、Rは、歪曲円形画像Sの半径であり、mは変換倍率である。変換倍率mは、座標値u,vのスケーリングと、座標値x,yのスケーリングとの関係を示すものであり、変換倍率mを大きく設定すればするほど、平面正則画像Tには拡大された画像が求められる。実際には、平面正則画像Tの大きさ(たとえば、縦横の画素数)には制限があるため、変換倍率mを大きく設定すればするほど、歪曲円形画像Sの切出領域Eは小さくなる。
In the formulas (1) and (2), w is
w = mR Formula (9)
The value given by. Here, R is the radius of the distorted circular image S, and m is the conversion magnification. The conversion magnification m indicates the relationship between the scaling of the coordinate values u and v and the scaling of the coordinate values x and y, and the larger the conversion magnification m, the larger the plane regular image T is enlarged. An image is required. Actually, since the size (for example, the number of vertical and horizontal pixels) of the planar regular image T is limited, the cut region E of the distorted circular image S becomes smaller as the conversion magnification m is set larger.

結局、図11に示す式において、Rの値は歪曲円形画像Sの半径として既知であり、mの値はユーザによって指定された(もしくは、予め固定された)変換倍率値として既知であるから、ユーザがオイラー角α,β,ψを指定することにより、UV座標系の位置および向きを決定してやれば、図11に示す変換演算式において、座標値x,yを算出するための未知数はu,vのみになる。したがって、この変換演算式を用いれば、平面正則画像Tにおける任意の1点T(u,v)に対応する歪曲円形画像S上の対応点S(x,y)を決定することができる。   After all, in the equation shown in FIG. 11, the value of R is known as the radius of the distorted circular image S, and the value of m is known as the conversion magnification value designated (or fixed in advance) by the user. If the user specifies the Euler angles α, β, and ψ to determine the position and orientation of the UV coordinate system, the unknowns for calculating the coordinate values x and y in the conversion equation shown in FIG. v only. Therefore, by using this conversion arithmetic expression, it is possible to determine the corresponding point S (x, y) on the distorted circular image S corresponding to an arbitrary point T (u, v) in the planar regular image T.

前掲の特許文献に開示されている画像変換の方法は、この図11に示す変換演算式を用いて、歪曲円形画像Sの一部を平面正則画像Tに変換するものである。しかしながら、このような変換演算式に基づいて変換演算を行う従来の画像変換装置には、前述したように、2つの問題がある。   The image conversion method disclosed in the above-mentioned patent document converts a part of the distorted circular image S into a planar regular image T using the conversion calculation formula shown in FIG. However, the conventional image conversion apparatus that performs the conversion operation based on such a conversion operation formula has two problems as described above.

第1の問題は、ユーザの立場から見た操作性の問題である。図11に示す変換演算式に基づく演算を実行するためには、ユーザはオイラー角α,β,ψを指定する操作を行う必要がある。ところが、オイラー角α,β,ψは、三次元空間上に定義される角度であるのに対し、ユーザが実際に目にしている歪曲円形画像Sは二次元平面上に表示されている画像である。したがって、ユーザにとって、3つの角度α,β,ψをパラメータとして指定する操作は、決して直観的な操作と言えるものではない。このような点において、前掲の特許文献に開示されている従来の画像変換装置は、ユーザの立場からは、必ずしも使い易い装置とは言えない。   The first problem is an operability problem seen from the user's standpoint. In order to execute the calculation based on the conversion calculation formula shown in FIG. 11, the user needs to perform an operation of designating the Euler angles α, β, and ψ. However, Euler angles α, β, and ψ are angles defined in a three-dimensional space, whereas a distorted circular image S that a user actually sees is an image displayed on a two-dimensional plane. is there. Therefore, for the user, the operation of specifying the three angles α, β, and ψ as parameters cannot be said to be an intuitive operation. From this point of view, the conventional image conversion device disclosed in the above-mentioned patent document is not necessarily an easy-to-use device from the user's standpoint.

第2の問題は、図11に示す変換演算式に基づく演算が、かなり負担の大きな演算になる点である。図11に示す式(3)〜(8)には、多数の三角関数の項が含まれている。一般に、三角関数の演算は、演算器やコンピュータにとって、かなり負担の大きな演算である。特に、リアルタイムでの変換処理が要求される場合、三角関数演算を高速で行うことが可能な高機能なハードウエアが必要になり、製品コストもそれだけ高騰せざるを得ない。   The second problem is that the calculation based on the conversion equation shown in FIG. Expressions (3) to (8) shown in FIG. 11 include a large number of trigonometric function terms. In general, the calculation of trigonometric functions is a considerably heavy operation for an arithmetic unit and a computer. In particular, when real-time conversion processing is required, high-performance hardware capable of performing trigonometric function operations at high speed is required, and the product cost is inevitably increased.

本発明の最も重要な特徴は、図11に示す従来の変換演算式の代わりに、図12に示す新たな変換演算式(以下、本発明の変換演算式という。その数学的な導出プロセスは、§7で述べる。)を用いて演算を行う点にある。いずれの演算式も、平面正則画像Tにおける任意の1点T(u,v)に対応する歪曲円形画像S上の対応点S(x,y)を決定するための式であり、1組の変数値u,vを代入することにより、1組の関数値x,yが求まる、という点では共通する。しかしながら、図12に式(11)〜(19)として示されている本発明の変換演算式では、図11に式(1)〜(9)として示されている従来の変換演算式に比べて、三角関数の出現頻度がかなり減少していることがわかる。その理由は、3つの角度である方位角、天頂角、平面傾斜角のうち、方位角と天頂角が陽に使われていないからである。   The most important feature of the present invention is that instead of the conventional conversion operation expression shown in FIG. 11, a new conversion operation expression shown in FIG. 12 (hereinafter referred to as the conversion operation expression of the present invention. (It will be described in §7). Each arithmetic expression is an expression for determining a corresponding point S (x, y) on the distorted circular image S corresponding to an arbitrary point T (u, v) in the planar regular image T. This is common in that a set of function values x and y can be obtained by substituting the variable values u and v. However, the conversion calculation formulas of the present invention shown as equations (11) to (19) in FIG. 12 are compared with the conventional conversion calculation equations shown as equations (1) to (9) in FIG. It can be seen that the frequency of appearance of trigonometric functions has decreased considerably. The reason is that the azimuth angle and zenith angle are not used explicitly among the three angles, azimuth angle, zenith angle, and plane tilt angle.

具体的には、
x=R[(u−x)A+(v−y)B+(w−z)E]/
√((u−x+(v−y+(w−z) 式(11)
は、UV座標系上の1点T(u,v)の座標値u,vを用いて、XY座標系上の対応点S(x,y)のx座標値を求めるための式である。ここで、A,B,Eは、それぞれ、
A=1−(1−cosφ)(y +z ) 式(13)
B=−zsinφ+x(1−cosφ) 式(14)
E=ysinφ+z(1−cosφ) 式(17)
なる数式で求まる値である。この数式に含まれている三角関数は、平面傾斜角φについてのsinφおよびcosφのみである。
In particular,
x = R [(u−x 0 ) A + (v−y 0 ) B + (w−z 0 ) E] /
√ ((u−x 0 ) 2 + (v−y 0 ) 2 + (w−z 0 ) 2 ) Formula (11)
Is an equation for obtaining the x coordinate value of the corresponding point S (x, y) on the XY coordinate system using the coordinate values u, v of one point T (u, v) on the UV coordinate system. Here, A, B, and E are respectively
A = 1- (1-cosφ) (y 0 2 + z 0 2 ) Formula (13)
B = −z 0 sinφ + x 0 y 0 (1-cosφ) Equation (14)
E = y 0 sinφ + z 0 x 0 (1-cosφ) Equation (17)
It is a value obtained by the following formula. The only trigonometric functions included in this equation are sinφ and cosφ for the plane tilt angle φ.

同様に、
y=R[(u−x)C+(v−y)D+(w−z)F]/
√((u−x+(v−y+(w−z) 式(12)
は、UV座標系上の1点T(u,v)の座標値u,vを用いて、XY座標系上の対応点S(x,y)のy座標値を求めるための式である。ここで、C,D,Fは、それぞれ、
C=zsinφ+x(1−cosφ) 式(15)
D=1−(1−cosφ)(z +x ) 式(16)
F=−xsinφ+y(1−cosφ) 式(18)
なる数式で求まる値である。この数式に含まれている三角関数は、やはり平面傾斜角φについてのsinφおよびcosφのみである。
Similarly,
y = R [(u−x 0 ) C + (v−y 0 ) D + (w−z 0 ) F] /
√ ((u−x 0 ) 2 + (v−y 0 ) 2 + (w−z 0 ) 2 ) (12)
Is an equation for obtaining the y coordinate value of the corresponding point S (x, y) on the XY coordinate system using the coordinate values u, v of one point T (u, v) on the UV coordinate system. Here, C, D, and F are respectively
C = z 0 sinφ + x 0 y 0 (1-cosφ) Equation (15)
D = 1- (1-cosφ) (z 0 2 + x 0 2 ) Formula (16)
F = −x 0 sinφ + y 0 x 0 (1−cos φ) Equation (18)
It is a value obtained by the following formula. The trigonometric functions included in this equation are only sinφ and cosφ for the plane tilt angle φ.

なお、式(11),(12)におけるwが、
w=mR 式(19)
で与えられる値であり、Rが歪曲円形画像Sの半径、mが変換倍率である点は、従来の変換演算式と同様である。
In the equations (11) and (12), w is
w = mR Formula (19)
Is the same as that of the conventional conversion calculation formula in that R is the radius of the distorted circular image S and m is the conversion magnification.

結局、図11に示す式に含まれていた方位角αおよび天頂角βに関する三角関数は、図12に示す式には全く含まれていないことになる。その代わりに、図12に示す式には、点Gの座標値(x,y,z)が含まれている。これは、UV座標系の位置を示すパラメータとして、図11に示す従来の式では、方位角αと天頂角βを用いているのに対して、図12に示す本発明の式では、点Gの座標値(x,y,z)を用いているためである。 As a result, the trigonometric functions related to the azimuth angle α and the zenith angle β included in the equation shown in FIG. 11 are not included in the equation shown in FIG. Instead, the equation shown in FIG. 12 includes the coordinate value (x 0 , y 0 , z 0 ) of the point G. This is because the azimuth angle α and zenith angle β are used in the conventional equation shown in FIG. 11 as parameters indicating the position of the UV coordinate system, whereas in the equation of the present invention shown in FIG. This is because the coordinate values (x 0 , y 0 , z 0 ) are used.

図4に示すように、UV座標系の原点となる点G(x,y,z)は、切出中心点P(x,y)を通りZ軸に平行な直線と仮想球面Hとの交点として定義される点である。ここで、切出中心点P(x,y)の位置は、ユーザの指定(歪曲円形画像Sのどの部分を切り出して、平面正則画像に変換して欲しいかという要求)に基づいて設定される点であるから、結局、交点G(x,y,z)も、ユーザの要望に応じて設定される点ということになる。そして、この交点Gを特定する方法として、図11に示す従来の式は、方位角αおよび天頂角βという2つの角度を用いた式であるのに対して、図12に示す本発明の式は、(x,y,z)という座標値を用いた式ということになる。また、図11に示す従来の式で用いられている平面傾斜角ψは、図4において「点Gを通り、XY平面に平行で、かつ、直線OGに直交する軸(図示されていない)」を基準軸として、当該基準軸とU軸とのなす角ψとして定義されるのに対して、図12に示す本発明の式で用いられている平面傾斜角φは、図4に示すように、U軸とX′軸とのなす角として定義される。 As shown in FIG. 4, a point G (x 0 , y 0 , z 0 ) serving as the origin of the UV coordinate system passes through the cut center point P (x 0 , y 0 ) and is a straight line parallel to the Z axis. It is a point defined as an intersection with the spherical surface H. Here, the position of the cut-out center point P (x 0 , y 0 ) is set based on the user's specification (request for which part of the distorted circular image S should be cut out and converted into a planar regular image). Therefore, the intersection point G (x 0 , y 0 , z 0 ) is eventually set according to the user's request. As a method for specifying the intersection point G, the conventional equation shown in FIG. 11 is an equation using two angles, an azimuth angle α and a zenith angle β, whereas the equation of the present invention shown in FIG. Is an expression using coordinate values of (x 0 , y 0 , z 0 ). Further, the plane inclination angle ψ used in the conventional equation shown in FIG. 11 is “an axis (not shown) passing through the point G, parallel to the XY plane, and orthogonal to the straight line OG”. Is defined as an angle ψ formed by the reference axis and the U axis, whereas the plane inclination angle φ used in the formula of the present invention shown in FIG. 12 is as shown in FIG. , Defined as the angle between the U axis and the X ′ axis.

このように、交点Gの位置を方位角αおよび天頂角βを用いて表現し、平面傾斜角ψを用いた従来の変換演算式(図11)と、交点Gの位置を(x,y,z)なる座標値を用いて表現し、平面傾斜角φを用いた本発明の変換演算式(図12)とは、幾何学的には等価な式ということができる。しかしながら、演算器を組み合わせて構成したハードウエアや、コンピュータ用ソフトウエアによって、実際の演算処理を行うという観点では、この2つの変換演算式には大きな違いがある。すなわち、従来の変換演算式(図11)に基づく演算を行うためには、多数の三角関数演算(式(3)〜(8))を行う必要があるのに対して、本発明の変換演算式(図12)を用いれば、三角関数演算は大幅に低減される(式(13)〜(18))。 In this way, the position of the intersection G is expressed using the azimuth angle α and the zenith angle β, and the conventional transformation equation using the plane inclination angle ψ (FIG. 11) and the position of the intersection G are expressed as (x 0 , y The conversion operation expression (FIG. 12) of the present invention using the coordinate value of ( 0 , z 0 ) and using the plane inclination angle φ can be said to be a geometrically equivalent expression. However, there is a great difference between these two conversion arithmetic expressions from the viewpoint of performing actual arithmetic processing by hardware configured by combining arithmetic units or computer software. That is, in order to perform an operation based on the conventional conversion operation expression (FIG. 11), it is necessary to perform a large number of trigonometric function operations (expressions (3) to (8)), whereas the conversion operation of the present invention. If the equation (FIG. 12) is used, the trigonometric function calculation is greatly reduced (equations (13) to (18)).

また、ユーザの操作性という観点から見ると、方位角αおよび天頂角βをパラメータとして設定する操作に比べて、点Gの座標値(x,y,z)をパラメータとして設定する操作の方が、はるかに直観的であり良好な操作性が得られる。上述したとおり、点Gは、切出中心点P(x,y)を通りZ軸に平行な直線と仮想球面Hとの交点として定義される点であるから、ユーザは、歪曲円形画像S上において、切出中心点P(x,y)の位置を指定する操作を行えば、座標値zは交点を求める演算によって自動的に求めることができる。もちろん、切出中心点P(x,y)の位置を指定する操作は、ディスプレイに表示された歪曲円形画像S上の1点をクリックするなどの直観的な操作で行うことができる。更に、従来の平面傾斜角ψに比べて、本発明の平面傾斜角φは、常にX軸という固定軸を基準として定義される角であるため、§3で詳述するように、ユーザは、歪曲円形画像S上において角φを直観的に指定することが可能になる。 Further, from the viewpoint of user operability, the operation of setting the coordinate values (x 0 , y 0 , z 0 ) of the point G as parameters compared to the operation of setting the azimuth angle α and the zenith angle β as parameters. This is much more intuitive and provides better operability. As described above, the point G is a point defined as an intersection of a straight line passing through the cut-out center point P (x 0 , y 0 ) and parallel to the Z axis and the virtual spherical surface H. Therefore, the user can distort the circular image. If an operation for designating the position of the cut-out center point P (x 0 , y 0 ) on S is performed, the coordinate value z 0 can be automatically obtained by an operation for obtaining the intersection. Of course, the operation of designating the position of the cut-out center point P (x 0 , y 0 ) can be performed by an intuitive operation such as clicking one point on the distorted circular image S displayed on the display. Furthermore, compared with the conventional plane tilt angle ψ, the plane tilt angle φ of the present invention is an angle that is always defined with reference to a fixed axis called the X axis. The angle φ can be intuitively designated on the distorted circular image S.

このように、本発明に係る画像変換装置では、従来の変換演算式(図11)に基づく演算に代えて、本発明の変換演算式(図12)に基づく演算を行うようにしたため、魚眼レンズを用いた撮影により得られた歪曲円形画像Sを平面正則画像Tに変換する際に、ユーザの直観的な操作により必要なパラメータ設定が可能になり、しかも演算負担を軽減させることが可能になる。   Thus, in the image conversion apparatus according to the present invention, instead of the calculation based on the conventional conversion calculation formula (FIG. 11), the calculation based on the conversion calculation formula (FIG. 12) of the present invention is performed. When the distorted circular image S obtained by the used photographing is converted into the planar regular image T, necessary parameters can be set by a user's intuitive operation, and the calculation burden can be reduced.

<<< §3.本発明におけるパラメータ設定法 >>>
本発明の変換演算式に基づく演算を行うためには、図12の各式に示されているとおり、平面傾斜角φ、交点Gの座標値(x,y,z)、歪曲円形画像Sの半径R、変換倍率mをパラメータとして設定する必要がある。別言すれば、これらのパラメータの値が既知であれば、式(11)および式(12)に所定の変数値u,vを与えることにより、関数値x,yを算出することができるので、UV座標系上の任意の1点T(u,v)に対応するXY座標系上の対応点S(x,y)を特定することができ、歪曲円形画像Sを平面正則画像Tに変換する処理が可能になる。
<<< §3. Parameter setting method in the present invention >>>
In order to perform the calculation based on the conversion calculation formula of the present invention, as shown in each formula of FIG. 12, the plane inclination angle φ, the coordinate value (x 0 , y 0 , z 0 ) of the intersection G, and the distorted circle It is necessary to set the radius R of the image S and the conversion magnification m as parameters. In other words, if the values of these parameters are known, the function values x and y can be calculated by giving predetermined variable values u and v to the equations (11) and (12). The corresponding point S (x, y) on the XY coordinate system corresponding to an arbitrary point T (u, v) on the UV coordinate system can be specified, and the distorted circular image S is converted into a planar regular image T. Can be processed.

ここで、上記パラメータφ,x,y,z,R,mのうち、zの値は交点を求める幾何学的な演算によって自動的に求めることができるので、ユーザが入力する必要はない。また、半径Rは、撮影に用いた魚眼レンズに固有の数値であるから、予め当該固有値を用いた演算を行うようにしておけば、ユーザが入力する必要はない。もちろん、半径Rの値が異なる複数種類の魚眼レンズで撮影した歪曲円形画像に適宜対応できるようにしておくのであれば、用いた魚眼レンズに応じて、それぞれ異なるRの値をユーザに入力させればよい。その場合でも、単なる数値を入力するだけの操作であるから、ユーザの操作負担は軽微なものである。 Here, among the parameters φ, x 0 , y 0 , z 0 , R, and m, the value of z 0 can be automatically obtained by a geometric operation for obtaining an intersection, and therefore needs to be input by the user. There is no. Further, since the radius R is a numerical value specific to the fisheye lens used for photographing, it is not necessary for the user to input if the calculation using the specific value is performed in advance. Of course, if it is possible to appropriately deal with distorted circular images taken with a plurality of types of fisheye lenses having different radius R values, different R values may be input to the user depending on the fisheye lens used. . Even in such a case, since the operation is merely an input of a numerical value, the operation burden on the user is light.

そこで、ここでは、残りのパラメータφ,x,y,mを、ユーザに効率的に設定させるユニークな実施例を述べることにする。この実施例は、ユーザと画像変換装置との間の理想的なマンマシンインターフェイスを提案するものである。 Therefore, here, a unique embodiment is described in which the remaining parameters φ, x 0 , y 0 , m are set efficiently by the user. This embodiment proposes an ideal man-machine interface between a user and an image conversion apparatus.

ここで述べるパラメータ設定法の特徴は、図13に示すように、XY座標系上に定義されている歪曲円形画像Sをユーザに提示し、この画像上で2点P,Qを指定させる点にある。この方法では、この2点P(x,y),Q(x,y)の位置情報に基づいて、パラメータφ,x,y,mの値を設定することができる。具体的には、点P(x,y)の座標値(x,y)は、そのままパラメータx,yの値として用いられる。また、2点P,Q間の距離dの値は、変換倍率mを決定するために利用される。すなわち、変換倍率mは、所定の比例定数kを用いて、m=k/dなる値により決定される。2点P,Q間の距離dは、点Pの座標値(x,y)と点Qの座標値(x,y)とを用いて、d=√((x−x+(y−y)なる演算によって算出できる。更に、2点P,Qを結ぶ直線を参照直線Jとし、この参照直線JとX軸とのなす角θを求めれば(但し、両者平行の場合はθ=0°とする)、この角度θに基づいて、平面傾斜角φを決定することができる(具体的な方法は後述する)。 The feature of the parameter setting method described here is that, as shown in FIG. 13, a distorted circular image S defined on the XY coordinate system is presented to the user, and two points P and Q are designated on this image. is there. In this method, the values of the parameters φ, x 0 , y 0 , m can be set based on the position information of the two points P (x 0 , y 0 ), Q (x 1 , y 1 ). Specifically, the coordinate values (x 0 , y 0 ) of the point P (x 0 , y 0 ) are used as they are as the values of the parameters x 0 and y 0 . The value of the distance d between the two points P and Q is used to determine the conversion magnification m. That is, the conversion magnification m is determined by a value of m = k / d using a predetermined proportional constant k. 2 points P, the distance d between the Q coordinate values of the point P (x 0, y 0) and the coordinate values of the point Q (x 1, y 1) and using, d = √ ((x 0 -x 1 ) 2 + (y 0 −y 1 ) 2 ) Furthermore, if a straight line connecting the two points P and Q is a reference straight line J and an angle θ formed by the reference straight line J and the X axis is obtained (however, if both are parallel, θ = 0 °), this angle θ Can determine the plane inclination angle φ (a specific method will be described later).

このようにして、ユーザが、ディスプレイの画面に表示されている歪曲円形画像Sを見ながら、当該画像上で、2点P,Qをマウスクリックなどの方法で指定する操作を行うと、4つのパラメータφ,x,y,mが決定されることになる。ここで、2点P,Qのもつ意味を考えてみよう。まず点Pは、これまで述べてきた切出中心点P(x,y)に他ならない。図10に示す例のように、ユーザが指定した切出中心点P(x,y)の近傍の切出領域E内の歪曲画像が、平面正則画像に変換されることになる。したがって、ユーザは、歪曲円形画像Sの「ここを中心とした部分」を正則画像に変換したい、という要求を、切出中心点P(x,y)の位置として入力する操作を行えばよい。 In this way, when the user performs an operation of designating the two points P and Q by a method such as a mouse click on the image while looking at the distorted circular image S displayed on the display screen, The parameters φ, x 0 , y 0 and m are determined. Let us consider the meaning of the two points P and Q. First, the point P is nothing but the cutting center point P (x 0 , y 0 ) described so far. As in the example illustrated in FIG. 10, the distorted image in the cutout area E in the vicinity of the cutout center point P (x 0 , y 0 ) designated by the user is converted into a planar regular image. Therefore, when the user performs an operation of inputting a request to convert the “part centered here” of the distorted circular image S into a regular image as the position of the cut-out center point P (x 0 , y 0 ). Good.

一方、点Qは、「切り出し向き」と「変換倍率」とを指定するための点であり、ここでは補助点Qと呼ぶことにする。「切り出し向き」は、切出中心点Pと補助点Qとの位置関係に基づいて決定される。別言すれば、2点P,Qを結ぶ参照直線Jが、「切り出し向き」を示すことになる。後述するように、平面傾斜角φは、参照直線JとX軸とのなす角θに基づいて決定されるので、結局、図13に示す参照直線Jの向きは、図5に示すU軸の向きを左右するパラメータということになる。図13に示されているXY平面上で参照直線Jが時計回りに回転すれば、図5に示されている接平面上でU軸も時計回りに回転することになり、図10に示されている切出領域Eも時計回りに回転することになる。したがって、ユーザは、切出中心点P(x,y)の位置を指定する入力を行った後、この切出中心点P(x,y)に対して所望の相対位置に補助点Q(x,y)を指定する入力操作を行うことにより、歪曲円形画像Sの「こっち方向を横向きにとった」正則画像を得たい、という要求を伝えることができる。 On the other hand, the point Q is a point for designating the “cutout direction” and the “conversion magnification”, and is referred to as an auxiliary point Q here. The “cutting direction” is determined based on the positional relationship between the cutting center point P and the auxiliary point Q. In other words, the reference straight line J connecting the two points P and Q indicates the “cutting direction”. As will be described later, since the plane inclination angle φ is determined based on the angle θ formed by the reference straight line J and the X axis, the orientation of the reference straight line J shown in FIG. This is a parameter that affects the direction. If the reference straight line J rotates clockwise on the XY plane shown in FIG. 13, the U axis also rotates clockwise on the tangential plane shown in FIG. 5, which is shown in FIG. The cut-out area E that is present also rotates clockwise. Thus, the user, after the input that specifies the location of the cutting center point P (x 0, y 0), the desired relative position with respect to the cutting center point P (x 0, y 0) auxiliary By performing an input operation for designating the point Q (x 1 , y 1 ), it is possible to transmit a request for obtaining a regular image of the distorted circular image S “take this direction sideways”.

「変換倍率」は、上述したとおり、2点P,Q間の距離dを用い、m=k/dなる式で決定される。通常、平面正則画像Tをディスプレイの画面に表示する場合、その表示領域の寸法は固定されている。このため、変換倍率mを大きく設定すればするほど、平面正則画像Tはディスプレイ上で拡大されて表示されることになるが、表示されている平面正則画像Tに対応する切出領域Eの面積は小さくなる。したがって、比例定数kの値を、ディスプレイの表示画面の大きさ(ここで示す例の場合、U軸方向に対応する画面の画素数)を考慮した適当な値に設定しておけば、補助点Qの位置を、ほぼ切出領域Eの境界を示すパラメータとして利用することが可能である。   As described above, the “conversion magnification” is determined by the equation m = k / d using the distance d between the two points P and Q. Usually, when the planar regular image T is displayed on the screen of the display, the size of the display area is fixed. For this reason, the larger the conversion magnification m is set, the larger the planar regular image T is displayed on the display, but the area of the cutout region E corresponding to the displayed planar regular image T Becomes smaller. Therefore, if the value of the proportionality constant k is set to an appropriate value considering the size of the display screen of the display (in the example shown here, the number of pixels of the screen corresponding to the U-axis direction), the auxiliary point The position of Q can be used as a parameter that substantially indicates the boundary of the cutout region E.

このような方法で各パラメータ値の設定を行えば、たとえば、図13に示す歪曲円形画像Sの切出中心点P(x,y)の位置は、図9に示す平面正則画像Tの原点T(0,0)に対応し、図13に示す参照直線Jの向きは、図9に示すU軸の向きに対応し、図13に示す補助点Q(x,y)の位置は、図9に示す境界点Bに対応することになる。別言すれば、ユーザは、図9に示すような所望の平面正則画像Tを頭の中で想定しながら、原点T(0,0)の位置に表示すべき部分を、歪曲円形画像S上において切出中心点P(x,y)として指定し、境界点Bの位置に表示すべき部分を、歪曲円形画像S上において補助点Q(x,y)として指定すればよいので、所望の平面正則画像Tを念頭に入れた極めて直観的な指示入力操作を行うことが可能になる。 If each parameter value is set by such a method, for example, the position of the cut-out center point P (x 0 , y 0 ) of the distorted circular image S shown in FIG. 13 is the position of the planar regular image T shown in FIG. The direction of the reference straight line J shown in FIG. 13 corresponding to the origin T (0, 0) corresponds to the direction of the U axis shown in FIG. 9, and the position of the auxiliary point Q (x 1 , y 1 ) shown in FIG. Corresponds to the boundary point B shown in FIG. In other words, the user assumes a desired planar regular image T as shown in FIG. 9 in the head, and displays a portion to be displayed at the position of the origin T (0, 0) on the distorted circular image S. Is designated as a cut-out center point P (x 0 , y 0 ), and a portion to be displayed at the position of the boundary point B is designated as an auxiliary point Q (x 1 , y 1 ) on the distorted circular image S. Therefore, it is possible to perform an extremely intuitive instruction input operation with the desired planar regular image T in mind.

図14は、具体的な歪曲円形画像上で2点P,Qを指定することにより、切出中心点P、切り出し向きを示す角度θ、変換倍率mの3つのパラメータを設定する例を示す平面図である。ここでは、図示のとおり、歪曲円形画像の一部分に歪んだ顔の画像が表示されており、ユーザが、この顔を囲む切出領域Eの部分について、平面正則画像Tを得たいと要望した場合を考えてみよう。この場合、ユーザは、まず、顔の中心付近に切出中心点P(x,y)を指定し、続いて、頭頂部付近に補助点Q(x,y)を指定する入力操作を行えばよい。すると、図示のような参照直線Jが定義され、X軸とのなす角θが認識され、このθに基づいて平面傾斜角φが決定され、UV座標系の位置と向き(U軸の向き)が決定される。 FIG. 14 is a plane showing an example in which three parameters of a cut center point P, an angle θ indicating the cut direction, and a conversion magnification m are set by designating two points P and Q on a specific distorted circular image. FIG. Here, as shown in the figure, a distorted face image is displayed in a part of the distorted circular image, and the user desires to obtain a planar regular image T for the portion of the cutout area E surrounding the face. Let's consider. In this case, the user first designates the cut-out center point P (x 0 , y 0 ) near the center of the face, and then designates the auxiliary point Q (x 1 , y 1 ) near the top of the head. You just have to do the operation. Then, a reference straight line J as shown in the figure is defined, an angle θ formed with the X axis is recognized, a plane inclination angle φ is determined based on this θ, and the position and orientation of the UV coordinate system (orientation of the U axis) Is determined.

図15は、このようなパラメータ設定に基づいて得られる平面正則画像Tを示す平面図である。図15に示す点P,Qは、図14に示す切出中心点P(x,y)および補助点Q(x,y)に対応する点である。平面正則画像T上に表示されている顔が横向きになっているのは、図14において、補助点Q(x,y)の位置を顔の頭頂部付近に指定したためである。すなわち、図14に示す2点P,Qを結ぶ参照直線Jの方向が、平面正則画像TにおけるU軸方向となるような画像変換が行われたためである。 FIG. 15 is a plan view showing a planar regular image T obtained based on such parameter settings. Points P and Q shown in FIG. 15 correspond to the cut center point P (x 0 , y 0 ) and auxiliary point Q (x 1 , y 1 ) shown in FIG. The reason why the face displayed on the planar regular image T is sideways is that the position of the auxiliary point Q (x 1 , y 1 ) is designated near the top of the face in FIG. That is, the image conversion is performed so that the direction of the reference straight line J connecting the two points P and Q shown in FIG. 14 is the U-axis direction in the planar regular image T.

平面正則画像T上に正立状態の顔を得たい場合、ユーザは、図14において、まず、顔の中心付近に切出中心点P(x,y)を指定し、続いて、顔の右側離隔位置に補助点Q′(x,y)を指定する入力操作を行えばよい。すると、図示のような参照直線J′が定義され、X軸とのなす角θ′が認識され、このθ′に基づいて平面傾斜角φが決定され、UV座標系の位置と向き(U軸の向き)が決定される。 In order to obtain an upright face on the planar regular image T, the user first designates a cut-out center point P (x 0 , y 0 ) near the center of the face in FIG. An input operation for designating the auxiliary point Q ′ (x 2 , y 2 ) may be performed at the right side separation position. Then, a reference straight line J ′ as shown is defined, an angle θ ′ formed with the X axis is recognized, a plane inclination angle φ is determined based on this θ ′, and the position and orientation of the UV coordinate system (U axis) Direction) is determined.

図16は、このようなパラメータ設定に基づいて得られる平面正則画像Tを示す平面図である。図16に示す点P,Q′は、図14に示す切出中心点P(x,y)および補助点Q′(x,y)に対応する点である。平面正則画像T上に表示されている顔が正立像になっているのは、図14において、補助点Q′(x,y)の位置を顔の右側離隔位置に指定したためである。すなわち、図14に示す2点P,Q′を結ぶ参照直線J′の方向が、平面正則画像TにおけるU軸方向となるような画像変換が行われたためである。 FIG. 16 is a plan view showing a planar regular image T obtained based on such parameter settings. Points P and Q ′ shown in FIG. 16 correspond to the cut center point P (x 0 , y 0 ) and auxiliary point Q ′ (x 2 , y 2 ) shown in FIG. The reason why the face displayed on the planar regular image T is an erect image is that the position of the auxiliary point Q ′ (x 2 , y 2 ) is designated as the right side separation position of the face in FIG. That is, the image conversion is performed such that the direction of the reference straight line J ′ connecting the two points P and Q ′ shown in FIG. 14 is the U-axis direction in the planar regular image T.

図15に示す画像も図16に示す画像も、同一のディスプレイに表示された画像であり、いずれも横方向の寸法がa(水平方向の画素数がa個)、縦方向の寸法がb(垂直方向の画素数がb個)である。ただ、両画像では、変換倍率mの値が異なっており、図15に示す画像の方が、図16に示す画像よりも拡大されている。これは、図14において、2点P,Q間距離よりも、2点P,Q′間距離の方が大きくなるように補助点の位置指定がなされたためである。図14において、補助点Q(x,y)を指定した場合の切出領域Eは図示のとおりであるが、補助点Q′(x,y)を指定した場合の切出領域E′(図示省略)は、切出領域Eよりも広い領域になる。このため、切出領域Eについての正則画像を表示した図15に示す例に比べて、切出領域E′についての正則画像を表示した図16に示す例の場合、画像の拡大倍率は低くなる。 Both the image shown in FIG. 15 and the image shown in FIG. 16 are images displayed on the same display, and both have a horizontal dimension of a (the number of pixels in the horizontal direction is a) and a vertical dimension of b ( The number of pixels in the vertical direction is b). However, the values of the conversion magnification m are different between the two images, and the image shown in FIG. 15 is enlarged compared to the image shown in FIG. This is because the position of the auxiliary point is designated so that the distance between the two points P and Q ′ is larger than the distance between the two points P and Q in FIG. In FIG. 14, the cutout area E when the auxiliary point Q (x 1 , y 1 ) is designated is as illustrated, but the cutout area when the auxiliary point Q ′ (x 2 , y 2 ) is designated. E ′ (not shown) is a wider area than the cutout area E. Therefore, in the example shown in FIG. 16 in which the regular image for the cutout area E ′ is displayed, the image enlargement magnification is lower than in the example shown in FIG. 15 in which the regular image for the cutout area E is displayed. .

このように、変換倍率mを、2点P,Q間距離dを用いて、m=k/dなる式で定め、比例定数kを適当な値に設定してやれば、補助点Qの位置を平面正則画像Tの境界を定めるパラメータとして利用することができるので、ユーザに直観的な入力操作を提供する上では好都合である。ユーザは、図9に示すような所望の平面正則画像Tにおける原点T(0,0)および境界点Bの位置に対応する点として、歪曲円形画像S上において切出中心点P(x,y)および補助点Q(x,y)の位置を指定する入力操作を行うことにより、所望の切出領域Eに対応した平面正則画像Tを得ることが可能になる。 Thus, if the conversion magnification m is determined by the equation m = k / d using the distance d between the two points P and Q, and the proportionality constant k is set to an appropriate value, the position of the auxiliary point Q is determined as a plane. Since it can be used as a parameter for defining the boundary of the regular image T, it is convenient for providing an intuitive input operation to the user. As a point corresponding to the position of the origin T (0, 0) and the boundary point B in the desired planar regular image T as shown in FIG. 9, the user can extract the cut center point P (x 0 , By performing an input operation for designating the positions of y 0 ) and auxiliary points Q (x 1 , y 1 ), it is possible to obtain a planar regular image T corresponding to a desired cutout region E.

最後に、切り出し向きを示す角度θ(図13に示す参照直線JとX軸とのなす角であり、両者平行の場合はθ=0°とする)に基づいて、平面傾斜角φを決定する具体的な方法を述べる。図17は、この角度θと平面傾斜角φとの関係を示す斜視図である。角度θは、XY平面上に位置する参照直線JとX軸とのなす角であるのに対して、平面傾斜角φは、UV平面上のU軸方向を向いたベクトルUとXY平面上のX軸方向を向いたベクトルXとのなす角として定義される角度である。図17には、接平面S2上のU軸を傾斜面S1上まで平行移動したU′軸(ベクトルU′)を考え、U′軸とX軸とのなす角度として、平面傾斜角φを示している。   Finally, the plane inclination angle φ is determined based on the angle θ indicating the cut-out direction (the angle formed by the reference straight line J and the X axis shown in FIG. 13 and θ = 0 ° when both are parallel). A specific method will be described. FIG. 17 is a perspective view showing the relationship between the angle θ and the plane inclination angle φ. The angle θ is an angle formed between the reference straight line J located on the XY plane and the X axis, whereas the plane inclination angle φ is a vector U facing the U axis direction on the UV plane and on the XY plane. It is an angle defined as an angle formed with the vector X facing the X-axis direction. FIG. 17 shows a U ′ axis (vector U ′) obtained by translating the U axis on the tangent plane S2 to the inclined plane S1, and shows the plane inclination angle φ as an angle formed by the U ′ axis and the X axis. ing.

このように、参照直線JがXY平面上の直線であるのに対して、U′軸は傾斜面S1上の軸であるので、天頂角β=0の場合にはθ=φが成り立つが、β>0の場合には両者は等しくならない。角度θに基づいて、平面傾斜角φの正確な値を決定するためには、図18に示すように、方位角αおよび天頂角βをパラメータとして用いた演算式
φ=f(θ) 式(21)
を用いた演算を行う必要がある(関数fは、図6や図17に示す幾何学的配置に基いて一義的に決定されることになるが、三角関数を用いた複雑な式で示される。)。
Thus, since the reference straight line J is a straight line on the XY plane, the U ′ axis is an axis on the inclined plane S1, so that θ = φ holds when the zenith angle β = 0. If β> 0, they are not equal. In order to determine an accurate value of the plane inclination angle φ based on the angle θ, as shown in FIG. 18, an arithmetic expression using the azimuth angle α and the zenith angle β as parameters.
φ = f (θ) Equation (21)
(The function f is uniquely determined based on the geometrical arrangement shown in FIGS. 6 and 17, but is represented by a complicated expression using a trigonometric function. .)

ただ、実用上は、切り出し向きを示す角度θを、近似的に平面傾斜角φとして用いても、大きな支障は生じない。これは、本発明で用いる平面傾斜角φは、図4に示すように、U軸とX′軸とのなす角として定義された角であり、X軸を基準として定義された角になっているためである。もちろん、角度θの値を近似的に平面傾斜角φの値として用いると、ユーザが意図したU軸の方向(参照直線Jによって示される切り出し方向)と、実際に定義されるUV座標系のU軸の方向との間に若干のずれが生じることになる。このため、実際に得られる平面正則画像Tは、ユーザが意図した切出領域E内の画像と若干相違する。しかしながら、このような相違は、単に、画像のトリミング枠の相違にすぎない。しかも、ユーザが指定した参照直線Jの方向(すなわち、補助点Qの位置)は、通常、ユーザが希望する大まかな切り出し方向を示す指標にすぎないので、実際の切り出し方向が多少ずれていたとしても、実用上は、ユーザに違和感を与えることはない。このような理由から、本発明の一般的な実施形態では、切り出し向きを示す角度θを、そのまま平面傾斜角φの値として近似させて問題はない。   However, for practical use, even if the angle θ indicating the cut-out direction is approximately used as the plane inclination angle φ, no major trouble occurs. As shown in FIG. 4, the plane inclination angle φ used in the present invention is an angle defined as an angle formed by the U axis and the X ′ axis, and is an angle defined with reference to the X axis. Because it is. Of course, when the value of the angle θ is approximately used as the value of the plane inclination angle φ, the direction of the U axis intended by the user (the cut-out direction indicated by the reference straight line J) and the U coordinate system actually defined U There will be a slight deviation from the axial direction. For this reason, the planar regular image T actually obtained is slightly different from the image in the cutout area E intended by the user. However, such a difference is merely a difference in the trimming frame of the image. In addition, the direction of the reference straight line J specified by the user (that is, the position of the auxiliary point Q) is usually only an index indicating the rough cutting direction desired by the user, so that the actual cutting direction is slightly shifted. However, practically, the user does not feel uncomfortable. For this reason, in the general embodiment of the present invention, there is no problem if the angle θ indicating the cut-out direction is approximated as the value of the plane inclination angle φ as it is.

<<< §4.画像変換装置の基本構成 >>>
ここでは、図19のブロック図を参照しながら、本発明の基本的な実施形態に係る画像変換装置の基本構成を説明する。図19において、一点鎖線で囲った部分が、本発明に係る画像変換装置100である。この装置は、魚眼レンズを用いた撮影により得られた歪曲円形画像Sの一部分を切り出して、平面正則画像Tに変換する処理を行う機能を有しており、図19には、魚眼レンズを用いたカメラ10によって撮影された歪曲円形画像Sが、デジタルデータとして、この画像変換装置100内に取り込まれている。
<<< §4. Basic configuration of image conversion device >>
Here, the basic configuration of the image conversion apparatus according to the basic embodiment of the present invention will be described with reference to the block diagram of FIG. In FIG. 19, the portion surrounded by the alternate long and short dash line is the image conversion apparatus 100 according to the present invention. This apparatus has a function of cutting out a part of a distorted circular image S obtained by photographing using a fisheye lens and converting it into a planar regular image T. FIG. 19 shows a camera using a fisheye lens. The distorted circular image S photographed by 10 is captured in the image conversion apparatus 100 as digital data.

歪曲円形画像格納部110は、このような歪曲円形画像Sを格納するための構成要素であり、メモリやハードディスク装置などの記憶装置によって構成される。ここで、歪曲円形画像Sは、たとえば、図2に例示するように、二次元XY直交座標系上の座標(x,y)で示される位置に配置された多数の画素の集合体によって構成され、XY座標系の原点Oを中心とし半径Rをもった円形の画像になる。   The distorted circular image storage unit 110 is a component for storing such a distorted circular image S, and includes a storage device such as a memory or a hard disk device. Here, the distorted circular image S is constituted by an aggregate of a large number of pixels arranged at positions indicated by coordinates (x, y) on a two-dimensional XY orthogonal coordinate system, for example, as illustrated in FIG. A circular image having a radius R centered on the origin O of the XY coordinate system is obtained.

一方、平面正則画像格納部120は、変換処理後の平面正則画像Tをデジタルデータとして格納するための構成要素であり、やはりメモリやハードディスク装置などの記憶装置によって構成される。ここで、平面正則画像Tは、たとえば、図15や図16に例示するように、二次元UV直交座標系上の座標(u,v)で示される位置に配置された多数の画素の集合体によって構成される画像になる。この平面正則画像格納部120内の平面正則画像Tを変換画像デジタルデータとして出力すれば、ディスプレイの画面上に図15や図16に例示するような平面正則画像Tを表示させることができる。   On the other hand, the planar regular image storage unit 120 is a component for storing the planar regular image T after the conversion processing as digital data, and is also configured by a storage device such as a memory or a hard disk device. Here, the planar regular image T is, for example, an aggregate of a large number of pixels arranged at positions indicated by coordinates (u, v) on a two-dimensional UV orthogonal coordinate system as illustrated in FIGS. 15 and 16. It becomes the image comprised by. If the planar regular image T in the planar regular image storage unit 120 is output as converted image digital data, the planar regular image T illustrated in FIGS. 15 and 16 can be displayed on the display screen.

変換演算部130は、図12に示す本発明の変換演算式を利用して、座標(u,v)と座標(x,y)とを対応づけ、座標(u,v)で示される位置に配置された平面正則画像T上の画素の画素値を、対応する座標(x,y)で示される位置に配置された歪曲円形画像S上の参照画素の画素値に基づいて決定する機能を有し、歪曲円形画像格納部110内に格納されている歪曲円形画像Sに基づいて、平面正則画像Tを作成する演算を行い、生成された平面正則画像Tを平面正則画像格納部120に格納する。§2で述べたとおり、本発明の変換演算式に基づく演算を行うには、いくつかのパラメータを設定する必要がある。以下の各構成要素は、このパラメータ設定を行うためのものである。   The conversion calculation unit 130 associates the coordinates (u, v) and the coordinates (x, y) using the conversion calculation formula of the present invention shown in FIG. 12, and puts them at the position indicated by the coordinates (u, v). The pixel value of the pixel on the arranged planar regular image T has a function of determining based on the pixel value of the reference pixel on the distorted circular image S arranged at the position indicated by the corresponding coordinates (x, y). The plane regular image T is calculated based on the distorted circular image S stored in the distorted circular image storage unit 110, and the generated plane regular image T is stored in the plane regular image storage unit 120. . As described in §2, it is necessary to set several parameters in order to perform an operation based on the conversion operation expression of the present invention. The following constituent elements are for performing this parameter setting.

歪曲円形画像表示部140は、歪曲円形画像格納部110に格納されている歪曲円形画像Sをディスプレイに表示する構成要素であり、図2に示すような画像がディスプレイの画面上に表示される。   The distorted circular image display unit 140 is a component that displays the distorted circular image S stored in the distorted circular image storage unit 110 on the display, and an image as shown in FIG. 2 is displayed on the screen of the display.

指示入力部150は、ディスプレイに表示されている歪曲円形画像S上において、図13に示すように、切出中心点Pと補助点Qとの2点の位置を指定するための指示を入力する。具体的には、指示入力部150は、マウスなどのポインティングデバイスと、これを制御するための制御装置によって構成され、ユーザが、マウスなどを用いてディスプレイ画面上でポインタを移動させられるようにし、マウスクリックなどの操作が行われた時点のポインタの位置座標を読み込む機能を有している。   On the distorted circular image S displayed on the display, the instruction input unit 150 inputs an instruction for designating the positions of two points of the cut center point P and the auxiliary point Q as shown in FIG. . Specifically, the instruction input unit 150 includes a pointing device such as a mouse and a control device for controlling the pointing device, and allows the user to move the pointer on the display screen using the mouse or the like. It has a function of reading the position coordinates of the pointer when an operation such as a mouse click is performed.

たとえば、ユーザが第1回目にクリックしたときのポインタの位置を切出中心点Pの位置として取り込み、第2回目にクリックしたときのポインタの位置を補助点Qの位置として取り込むようにしておけば、ユーザは続けて2回のクリック操作を行うことにより、切出中心点Pおよび補助点Qの位置を指示する入力を行うことができる。あるいは、「ドラッグアンドドロップ」操作で両点を指定させることもできる。この場合、ユーザがマウスボタンを押し込んだ時点でのポインタの位置を切出中心点Pの位置として取り込み、ユーザがマウスボタンを押した状態のままポインタを移動させ、マウスボタンを放した時点でのポインタの位置を補助点Qの位置として取り込むようにすればよい。   For example, the position of the pointer when the user clicks for the first time is taken in as the position of the cutting center point P, and the position of the pointer when the user clicks for the second time is taken as the position of the auxiliary point Q. The user can perform an input for instructing the positions of the cutting center point P and the auxiliary point Q by performing two click operations in succession. Alternatively, both points can be designated by a “drag and drop” operation. In this case, the position of the pointer when the user presses the mouse button is taken as the position of the cut-out center point P, the pointer is moved while the user is pressing the mouse button, and the mouse button is released. The position of the pointer may be taken in as the position of the auxiliary point Q.

要するに、指示入力部150は、歪曲円形画像表示部140によって表示されている歪曲円形画像S上における、切出中心点Pおよび補助点Qの位置を指定するユーザからの何らかの指示入力に基づいて、その座標値P(x,y)およびQ(x,y)を取り込む機能をもっていれば、具体的にどのような装置を用いて構成してもかまわない。 In short, the instruction input unit 150 is based on some instruction input from the user who specifies the positions of the cut center point P and the auxiliary point Q on the distorted circular image S displayed by the distorted circular image display unit 140. As long as it has a function of taking in the coordinate values P (x 0 , y 0 ) and Q (x 1 , y 1 ), any device may be used.

指示入力部150が入力した2点P,Qの位置は、既に§3で説明したとおり、切出中心点Pの位置、切り出し向きを示す角度θ、変換倍率mという3つのパラメータを設定するために利用される。まず、切出中心点Pの位置としては、点Pの座標値(x,y)そのものが用いられる。また、角度θの値は、2点P,Qを結ぶ参照直線JとX軸とのなす角度として決定される。実際には、座標値P(x,y)およびQ(x,y)を用いた幾何学的な演算により、角度θの値を算出することができる。そして、変換倍率mは、2点P,Q間の距離dを、d=√((x−x+(y−y)なる演算で求めた後、予め設定された比例定数を用いて、m=k/dなる演算を行うことにより算出することができる。 As already described in §3, the positions of the two points P and Q input by the instruction input unit 150 are set for three parameters, that is, the position of the cutting center point P, the angle θ indicating the cutting direction, and the conversion magnification m. Used for First, the coordinate value (x 0 , y 0 ) of the point P itself is used as the position of the cut-out center point P. The value of the angle θ is determined as an angle formed by the reference straight line J connecting the two points P and Q and the X axis. Actually, the value of the angle θ can be calculated by a geometric calculation using the coordinate values P (x 0 , y 0 ) and Q (x 1 , y 1 ). The conversion magnification m is set in advance after the distance d between the two points P and Q is obtained by the calculation d = √ ((x 0 −x 1 ) 2 + (y 0 −y 1 ) 2 ). It can be calculated by performing the calculation of m = k / d using the proportional constant.

なお、変換倍率mを固定値にする場合には、当該固定値を変換演算部130内に予め設定しておけばよいので、指示入力部150においてmの値を決定する必要はない。この場合、変換倍率mは、ユーザが指定可能なパラメータにはならないので、ユーザが行う補助点Qの位置指定操作は、切り出し向きを示す角度θ(すなわち、参照直線Jの向き)を指定する意味だけをもち、2点P,Q間の距離dは何ら意味をもたないことになる。別言すれば、この場合、指示入力部150は、切出中心点Pの位置および切り出し向きをユーザの指示に基づいて入力する機能のみを有し、変換倍率mを入力する機能はもたないことになる。   When the conversion magnification m is set to a fixed value, it is only necessary to set the fixed value in the conversion calculation unit 130 in advance, so that it is not necessary to determine the value of m in the instruction input unit 150. In this case, since the conversion magnification m is not a parameter that can be specified by the user, the position specifying operation of the auxiliary point Q performed by the user means that the angle θ indicating the cutout direction (that is, the direction of the reference line J) is specified. The distance d between the two points P and Q has no meaning. In other words, in this case, the instruction input unit 150 has only a function of inputting the position of the cutting center point P and the cutting direction based on a user instruction, and does not have a function of inputting the conversion magnification m. It will be.

ただ、実用上は、変換倍率mを固定するよりも、ユーザの要望に応じて可変とし、変換倍率mに基づいてスケーリングされた平面正則画像Tが得られるようにした方が使い勝手は向上する。したがって、実際には、前述したように、指示入力部150に、ユーザの指示に基づいて変換倍率mを入力する機能をもたせ、変換演算部130が、指示入力部150によって入力された変換倍率mを用いた演算を行うようにするのが好ましい。   However, in practical use, it is more convenient to obtain a planar regular image T scaled based on the conversion magnification m and to be variable according to the user's request rather than fixing the conversion magnification m. Therefore, in practice, as described above, the instruction input unit 150 has a function of inputting the conversion magnification m based on the user's instruction, and the conversion operation unit 130 receives the conversion magnification m input by the instruction input unit 150. It is preferable to perform an operation using.

さて、交点演算部160は、指示入力部150によって入力された切出中心点Pの位置(x,y)に基づいて、点Gの位置座標(x,y,z)を求める処理を行う。ここで、点Gは、図4に示すとおり、三次元XYZ直交座標系において、原点Oを中心とし半径Rをもった仮想球面Hを定義したときに、切出中心点Pを通りZ軸に平行な直線と仮想球面Hとの交点として与えられる点である。実際には、点Pの座標値x,yと点Gの座標値x,yとは同一の値であるから、交点演算部160が行うべき演算処理は、点Gの座標値zを求めるための幾何学演算のみである。 The intersection calculation unit 160 determines the position coordinates (x 0 , y 0 , z 0 ) of the point G based on the position (x 0 , y 0 ) of the cut center point P input by the instruction input unit 150. Perform the requested process. Here, as shown in FIG. 4, when a virtual spherical surface H having a radius R around the origin O is defined in the three-dimensional XYZ Cartesian coordinate system, the point G passes through the cut-out center point P to the Z axis. This is a point given as an intersection of a parallel straight line and the virtual spherical surface H. In fact, since the coordinate values x 0, y 0 of the coordinate values x 0, y 0 and the point G of the point P is the same value, the arithmetic processing to be performed by the intersection point calculation unit 160, the coordinate value of the point G z 0 is only geometric operation for obtaining the.

一方、角度決定部170は、図4に示すとおり、交点G(x,y,z)において仮想球面Hに接する接平面上に定義すべき二次元UV直交座標系のU軸方向を向いたベクトルUと、二次元XY直交座標系のX軸方向を向いたベクトルXと、のなす角として与えられる平面傾斜角φを、指示入力部150が入力した切り出し向き(すなわち、角度θ)に基づいて決定する処理を行う。角度θと角度φとの関係は、図18に示す式によって定義されるので、角度決定部170は、この式に基づいて、平面傾斜角φを算出すればよい。もっとも、実用上は、§3で述べたとおり、切り出し向きを示す角度θを、そのまま平面傾斜角φの値として近似させても問題はない。その場合、角度決定部170は、参照直線JとX軸とのなす角θを、そのまま平面傾斜角φとして変換演算部130へ与える処理を行えばよい。 On the other hand, as shown in FIG. 4, the angle determination unit 170 determines the U-axis direction of the two-dimensional UV orthogonal coordinate system to be defined on the tangent plane that is in contact with the virtual spherical surface H at the intersection G (x 0 , y 0 , z 0 ). The cut-out direction (that is, the angle θ) input by the instruction input unit 150 with the plane inclination angle φ given as the angle formed by the oriented vector U and the vector X oriented in the X-axis direction of the two-dimensional XY orthogonal coordinate system. The process of determining based on is performed. Since the relationship between the angle θ and the angle φ is defined by the equation shown in FIG. 18, the angle determination unit 170 may calculate the plane inclination angle φ based on this equation. However, practically, as described in §3, there is no problem even if the angle θ indicating the cut-out direction is approximated as it is as the value of the plane inclination angle φ. In that case, the angle determination unit 170 may perform the process of giving the angle θ formed by the reference straight line J and the X axis to the conversion calculation unit 130 as it is as the plane inclination angle φ.

さて、§2で述べたとおり、図12に示す本発明の変換演算式は、位置座標(x,y,z)および平面傾斜角φをパラメータとして含む正射影方式の変換演算式であり、変換演算部130が、この変換演算式を利用して、座標(u,v)に対応する座標(x,y)を求めるためには、6つのパラメータφ,x,y,z,R,mを決定しておく必要がある。ここで、パラメータφは、角度決定部170から与えられ、パラメータx,y,zは、交点演算部160から与えられ、パラメータmは、指示入力部150から与えられる。そして、パラメータRは、歪曲円形画像格納部110に格納されている歪曲円形画像Sの半径値として既知である。 Now, as described in §2, the conversion calculation formula of the present invention shown in FIG. 12 is an orthogonal projection conversion calculation formula including the position coordinates (x 0 , y 0 , z 0 ) and the plane inclination angle φ as parameters. In order for the conversion calculation unit 130 to obtain the coordinates (x, y) corresponding to the coordinates (u, v) using this conversion calculation formula, six parameters φ, x 0 , y 0 , z It is necessary to determine 0 , R, and m. Here, the parameter φ is given from the angle determination unit 170, the parameters x 0 , y 0 , z 0 are given from the intersection calculation unit 160, and the parameter m is given from the instruction input unit 150. The parameter R is known as the radius value of the distorted circular image S stored in the distorted circular image storage unit 110.

結局、変換演算部130には、上記6つのパラメータφ,x,y,z,R,mがすべて用意されることになる。こうして、変換演算部130は、座標(u,v)で示される位置に配置された平面正則画像T上の画素の画素値を、対応する座標(x,y)で示される位置に配置された歪曲円形画像S上の参照画素の画素値に基づいて決定することにより、歪曲円形画像Sから切出中心点Pを中心として平面傾斜角φによって示される向きに切り出された部分画像についての平面正則画像Tを生成する演算処理を実行することができる。 Eventually, all six parameters φ, x 0 , y 0 , z 0 , R, m are prepared in the conversion operation unit 130. In this way, the conversion calculation unit 130 arranges the pixel value of the pixel on the planar regular image T arranged at the position indicated by the coordinates (u, v) at the position indicated by the corresponding coordinates (x, y). By determining based on the pixel value of the reference pixel on the distorted circular image S, the plane regularity for the partial image extracted from the distorted circular image S in the direction indicated by the plane inclination angle φ with the cut center point P as the center. Arithmetic processing for generating the image T can be executed.

なお、歪曲円形画像Sは、二次元XY直交座標系上の座標(x,y)で示される位置に配置された多数の画素の集合体によって構成された画像であり、実際には、所定ピッチで縦横に配列された多数の格子点の位置に、それぞれ固有の画素値を定義したデジタルデータによって構成されている。このため、変換演算部130による演算結果として得られた対応座標(x,y)の位置は、通常、複数の格子点の間の位置になる。たとえば、歪曲円形画像Sが、ピッチ1で縦横に配列された多数の格子点位置の画素値を定義したデジタルデータによって構成されている場合、いずれの格子点も、その座標値は整数値になる。よって、変換演算部130による演算結果として得られた対応座標xおよびyの値が小数を含む値であると(多くの場合はそうなるであろう)、対応座標(x,y)の位置は、複数の格子点の間の位置になり、対応する画素値を1つに決めることはできない。   Note that the distorted circular image S is an image formed by an aggregate of a large number of pixels arranged at the position indicated by the coordinates (x, y) on the two-dimensional XY orthogonal coordinate system. In this example, the position of a large number of grid points arranged vertically and horizontally is constituted by digital data defining unique pixel values. For this reason, the position of the corresponding coordinate (x, y) obtained as a calculation result by the conversion calculation unit 130 is usually a position between a plurality of grid points. For example, when the distorted circular image S is composed of digital data defining pixel values at a large number of grid point positions arranged vertically and horizontally at a pitch 1, the coordinate value of any grid point is an integer value. . Therefore, if the values of the corresponding coordinates x and y obtained as the calculation result by the conversion calculation unit 130 are values including decimal numbers (in many cases, it will be the case), the position of the corresponding coordinates (x, y) is The position is between the plurality of grid points, and the corresponding pixel value cannot be determined as one.

したがって、実際には、変換演算部130が、座標(u,v)で示される位置に配置された平面正則画像T上の画素の画素値を決定する際には、対応する座標(x,y)で示される位置の近傍に配置された歪曲円形画像S上の複数の参照画素の画素値に対する補間演算を行う必要がある。このような補間演算を行う方法としては、たとえば、バイリニア補間法、バイキュービック・スプライン補間法など、様々な方法が公知であるため、ここでは詳しい説明は省略する。なお、魚眼レンズを用いたカメラ10として、単板撮像素子を内蔵したカメラを用いた場合、高精度な補間を行うためには、歪曲円形画像Sとして、いわゆるRAWモードと呼ばれる画像データを用いるのが極めて好ましい。また、魚眼レンズによっては、色収差が目立つ製品もあるので、必要に応じて、用いた魚眼レンズの色収差を測定しておき、変換演算部130による演算時に、色収差を補正する演算を行うことも可能である。   Therefore, actually, when the transformation calculation unit 130 determines the pixel value of the pixel on the planar regular image T arranged at the position indicated by the coordinates (u, v), the corresponding coordinates (x, y It is necessary to perform an interpolation operation on the pixel values of a plurality of reference pixels on the distorted circular image S arranged in the vicinity of the position indicated by (). Various methods such as bilinear interpolation and bicubic / spline interpolation are known as methods for performing such interpolation calculations, and thus detailed description thereof is omitted here. In addition, when a camera incorporating a single-plate image sensor is used as the camera 10 using a fisheye lens, image data called a so-called RAW mode is used as the distorted circular image S in order to perform highly accurate interpolation. Highly preferred. Some fisheye lenses have conspicuous chromatic aberrations. Therefore, if necessary, the chromatic aberration of the fisheye lens used can be measured and a calculation for correcting the chromatic aberration can be performed during the calculation by the conversion calculation unit 130. .

本発明に係る画像変換装置は、特に、監視カメラ、会議室用カメラ、車載用カメラ、管内プローブ用カメラなどに魚眼レンズを組み込んで用いるシステムへの利用に最適である。このようなシステムでは、動画をリアルタイムで取り扱う必要があり、ユーザが任意に指定した切出領域内の画像を、即座に平面正則画像に変換して表示させる必要がある。本発明に係る画像変換装置では、演算負担が大幅に軽減されるため、平面正則画像へのリアルタイムでの変換処理が可能になる。   The image conversion apparatus according to the present invention is particularly suitable for use in a system in which a fisheye lens is incorporated in a surveillance camera, a conference room camera, an in-vehicle camera, an in-tube probe camera, or the like. In such a system, it is necessary to handle a moving image in real time, and it is necessary to immediately convert an image in a cutout area arbitrarily designated by a user into a planar regular image and display it. In the image conversion apparatus according to the present invention, since the calculation burden is greatly reduced, it is possible to perform real-time conversion processing to a planar regular image.

以上、本発明の基本的な実施形態に係る画像変換装置の基本構成を、図19のブロック図を参照しながら説明したが、この画像変換装置は、汎用のコンピュータに、専用のプログラムを組み込むことによって構成することが可能である。その場合、歪曲円形画像格納部110や平面正則画像格納部120は、当該コンピュータ用の記憶装置によって構成し、歪曲円形画像表示部140や指示入力部150は、当該コンピュータ用のディスプレイやマウスおよびこれらを制御するハードウエアやソフトウエアによって構成すればよい。また、変換演算部130,交点演算部160,角度決定部170は、専用のプログラムに基づくコンピュータの演算機能によって実現されることになる。   The basic configuration of the image conversion apparatus according to the basic embodiment of the present invention has been described above with reference to the block diagram of FIG. 19. This image conversion apparatus incorporates a dedicated program into a general-purpose computer. Can be configured. In this case, the distorted circular image storage unit 110 and the planar regular image storage unit 120 are configured by the storage device for the computer, and the distorted circular image display unit 140 and the instruction input unit 150 include the computer display, the mouse, and the like. What is necessary is just to comprise by the hardware and software which control this. Moreover, the conversion calculation part 130, the intersection calculation part 160, and the angle determination part 170 are implement | achieved by the calculation function of the computer based on a dedicated program.

もちろん、この画像変換装置は、様々な演算器やレジスタなどを組み合わせた専用のハードウエア論理回路により構成することも可能である。具体的には、少なくとも変換演算部130として機能する部分を電子回路によって構成し、当該電子回路を組み込んだ半導体集積回路を設計すればよい。このようなハードウエア論理回路により変換演算部130を構成する上で有効な様々な工夫は、§6において述べることにする。   Of course, this image conversion apparatus can also be configured by a dedicated hardware logic circuit in which various arithmetic units and registers are combined. Specifically, at least a portion that functions as the conversion operation unit 130 may be configured by an electronic circuit, and a semiconductor integrated circuit incorporating the electronic circuit may be designed. Various ideas effective in configuring the conversion operation unit 130 by such hardware logic circuits will be described in §6.

また、図19に示す画像変換装置100と、魚眼レンズを用いたカメラ10と、図示されていないモニタ装置と、を用意し、カメラ10を用いた撮影により得られた歪曲円形画像Sが歪曲円形画像格納部110へと格納され、平面正則画像格納部120に得られた平面正則画像Tがモニタ装置によって表示されるようにすれば、魚眼監視システムを実現することが可能になる。カメラ10として、デジタルビデオカメラを用いるようにすれば、リアルタイムで撮影した歪曲円形画像に基づいて、任意の一部分の平面正則画像をリアルタイムでモニタ装置の画面上に得ることが可能である。   Further, the image conversion apparatus 100 shown in FIG. 19, the camera 10 using a fisheye lens, and a monitor apparatus (not shown) are prepared, and the distorted circular image S obtained by photographing using the camera 10 is a distorted circular image. If the planar regular image T stored in the storage unit 110 and obtained in the planar regular image storage unit 120 is displayed by the monitor device, a fish-eye monitoring system can be realized. If a digital video camera is used as the camera 10, it is possible to obtain an arbitrary part of a planar regular image on the screen of the monitor device in real time based on a distorted circular image taken in real time.

<<< §5.非正射影画像への適用 >>>
さて、本発明の最も重要な特徴は、§2で述べたとおり、座標変換の演算に、図12に示す変換演算式を用いる点であるが、この変換演算式は、正射影方式の変換演算式であり、撮影に用いた魚眼レンズの射影方式が正射影方式であることを前提とした式である。ところが、実際に市販されている魚眼レンズは、必ずしも正射影方式のレンズとは限らない。実際、魚眼レンズの投影方式としては、等距離射影方式、立体射影方式、等立体角射影方式など、様々な方式が知られており、用途に応じて、これら様々な射影方式をとる魚眼レンズが利用されている。ここでは、このような非正射影方式の魚眼レンズによって撮影された非正射影画像に対して本発明を適用する方法を説明する。
<<< §5. Application to non-orthographic images >>>
The most important feature of the present invention is that, as described in §2, the conversion calculation formula shown in FIG. 12 is used for the calculation of coordinate conversion. This conversion calculation formula is an orthogonal projection type conversion calculation formula. It is a formula on the assumption that the projection method of the fisheye lens used for photographing is an orthographic projection method. However, a commercially available fisheye lens is not necessarily an orthographic lens. Actually, various methods such as equidistant projection method, stereoscopic projection method, equisolid angle projection method are known as fisheye lens projection methods, and fisheye lenses that use these various projection methods are used depending on the application. ing. Here, a method for applying the present invention to a non-orthographic image captured by such a non-orthogonal fish-eye lens will be described.

正射影方式の魚眼レンズの光学的特性は、既に述べたとおり、図1に示すようなモデルによって説明することができる。すなわち、仮想球面H上の任意の入射点H(x,y,z)に対して、その法線方向から入射する入射光線L1は、Z軸に平行な方向に進む入射光線L2として、XY平面上の点S(x,y)へ到達する、という特性である。図20は、この正射影方式の魚眼レンズにおける入射光の投影状態を示す正面図である。図示のとおり、天頂角βをもった仮想球面H上の入射点H(x,y,z)に対して、その法線方向から入射した入射光線L1は、Z軸に平行な方向に進む入射光線L2として、XY平面上の点S(x,y)へ到達している。   The optical characteristics of the orthographic fisheye lens can be explained by a model as shown in FIG. That is, with respect to an arbitrary incident point H (x, y, z) on the phantom spherical surface H, an incident light beam L1 incident from the normal direction is an XY plane as an incident light beam L2 traveling in a direction parallel to the Z axis. The characteristic is that the upper point S (x, y) is reached. FIG. 20 is a front view showing a projection state of incident light in this orthographic fisheye lens. As shown in the figure, an incident ray L1 incident from the normal direction to an incident point H (x, y, z) on the virtual sphere H having a zenith angle β is incident in a direction parallel to the Z axis. As a light ray L2, it reaches a point S (x, y) on the XY plane.

ここで、入射点H(x,y,z)の天頂角βと、当該入射点H(x,y,z)を経た入射光線L2がXY平面上で到達する到達点S(x,y)の原点Oからの距離rと、の関係は、正射影方式の魚眼レンズを用いた撮影によって形成される正射影画像の場合、r=f・sinβなる式で表される。ここで、fは、魚眼レンズに固有の定数である。これに対して、たとえば、等距離射影方式の魚眼レンズを用いた撮影によって形成される等距離射影画像の場合、両者の関係は、r=f・βなる式で表されることになる。   Here, the zenith angle β of the incident point H (x, y, z) and the arrival point S (x, y) where the incident light beam L2 passing through the incident point H (x, y, z) reaches on the XY plane. In the case of an orthographic image formed by photographing using an orthographic fisheye lens, the relationship between the distance r from the origin O is expressed by the equation r = f · sinβ. Here, f is a constant specific to the fisheye lens. On the other hand, for example, in the case of an equidistant projection image formed by photographing using a fisheye lens of an equidistant projection method, the relationship between the two is expressed by the equation r = f · β.

図21は、正射影方式の魚眼レンズを用いて形成される正射影画像と、等距離射影方式の魚眼レンズを用いて形成される等距離射影画像と、の関係を示す斜視図である。図に同心円状に示す線は、同一の天頂角βをもつ入射点を経た入射光線についてのXY平面上での到達点の集合を示している。図21(a) に示す正射影画像の場合、r=f・sinβなる式が成り立つため、隣接する同心円状の線の配置間隔は、中心から周囲に向かうほど小さくなってゆく。これに対して、図21(b) に示す等距離射影画像の場合、r=f・βなる式が成り立つため、同心円状の線は、中心から周囲に向かって等間隔に配置される。   FIG. 21 is a perspective view showing a relationship between an orthographic projection image formed using an orthographic fisheye lens and an equidistant projection image formed using an equidistant projection fisheye lens. Concentric lines in the figure show a set of arrival points on the XY plane for incident light rays that have passed through the incident point having the same zenith angle β. In the case of the orthographic projection image shown in FIG. 21 (a), the equation r = f · sinβ holds, so that the arrangement interval between adjacent concentric lines decreases from the center toward the periphery. On the other hand, in the case of the equidistant projection image shown in FIG. 21 (b), the equation r = f · β holds, so that concentric lines are arranged at equal intervals from the center toward the periphery.

このように、正射影画像と等距離射影画像とは、いずれも歪曲円形画像という点では共通するものの、その歪みの状態が両者では異なっているため、当然ながら、平面正則画像に変換するために用いる変換演算式も異なったものになる。したがって、正射影画像を平面正則画像に変換する場合には、図12に示す変換演算式を用いることができるが、等距離射影画像などの非正射影画像を平面正則画像に変換する場合には、それぞれについての専用の変換演算式を用いる必要がある。   Thus, although the orthographic projection image and the equidistant projection image are both common in terms of a distorted circular image, the distortion state is different between the two, so of course, to convert it into a planar regular image The conversion formula used is also different. Therefore, when converting an orthographic projection image into a planar regular image, the conversion formula shown in FIG. 12 can be used. However, when converting a non-orthographic projection image such as an equidistant projection image into a planar regular image. , It is necessary to use a dedicated conversion equation for each.

しかしながら、正射影方式の魚眼レンズの光学的特性は、図20に示すような仮想球面Hを用いたモデルとして取り扱うことができるため、図12に示すような変換演算式を定義することができるが、非正射影方式の魚眼レンズの光学的特性は、このような仮想球面Hを用いたモデルとして取り扱うことはできない。このため、仮に、何らかの変換演算式が定義できたとしても、その式の形態は極めて複雑なものになると予想される。   However, since the optical characteristics of the orthographic fisheye lens can be handled as a model using a virtual spherical surface H as shown in FIG. 20, a conversion operation expression as shown in FIG. 12 can be defined. The optical characteristics of the non-orthographic fisheye lens cannot be handled as a model using such a virtual spherical surface H. For this reason, even if some conversion arithmetic expression can be defined, the form of the expression is expected to be extremely complicated.

そこで本願発明者は、非正射影画像を直接的に平面正則画像に変換する変換演算式を用いる代わりに、非正射影画像を、一旦、正射影画像に変換し、図12に示す正射影方式の変換演算式を用いて、座標(u,v)に対応する座標(x,y)を求める方法の着想に至った。以下、非正射影画像として、等距離射影画像を用いた場合を例にとって、この方法を説明する。   Therefore, the inventor of the present application converts the non-orthographic image into an orthographic image once instead of using a conversion operation expression that directly converts the non-orthogonal image into a planar regular image, and the orthographic projection method shown in FIG. The idea of the method of obtaining the coordinates (x, y) corresponding to the coordinates (u, v) using the conversion calculation formula is obtained. Hereinafter, this method will be described by taking an example of using an equidistant projection image as a non-orthographic projection image.

図21に示すように、正射影画像上の任意の1点と、等距離射影画像上の特定の1点とは、相互に1対1の対応関係を定義することができる(図の破線は、この対応関係を示している)。具体的には、等距離射影画像上の任意の1点の座標を(x′,y′)とし、これに対応する正射影画像上の特定の1点の座標を(x,y)とすれば、両者間には、図22の上段に示すように、
x=sinc(π/2・√(x′+y′))×π/2・x′ 式(31)
y=sinc(π/2・√(x′+y′))×π/2・y′ 式(32)
なる式が成り立つ。逆に、正射影画像上の任意の1点の座標を(x,y)とし、これに対応する等距離射影画像上の特定の1点の座標を(x′,y′)とすれば、両者間には、図22の下段に示すように、
x′=2/π・x/sinc(π/2・√(x+y)) 式(33)
y′=2/π・y/sinc(π/2・√(x+y)) 式(34)
が成り立つ。
As shown in FIG. 21, an arbitrary one point on the orthographic projection image and a specific one point on the equidistant projection image can define a one-to-one correspondence relationship (the broken line in the figure is Shows this correspondence). Specifically, the coordinate of an arbitrary point on the equidistant projection image is (x ′, y ′) and the coordinate of a specific point on the orthographic image corresponding to this is (x, y). As shown in the upper part of FIG.
x = sinc (π / 2 · √ (x ′ 2 + y ′ 2 )) × π / 2 · x ′ Equation (31)
y = sinc (π / 2 · √ (x ′ 2 + y ′ 2 )) × π / 2 · y ′ Equation (32)
The following formula holds. Conversely, if the coordinate of an arbitrary point on the orthographic image is (x, y) and the coordinate of a specific point on the equidistant projection image corresponding to this is (x ′, y ′), As shown in the lower part of FIG.
x ′ = 2 / π · x / sinc (π / 2 · √ (x 2 + y 2 )) Equation (33)
y ′ = 2 / π · y / sinc (π / 2 · √ (x 2 + y 2 )) Equation (34)
Holds.

これら式(31)〜(34)において、変数をtとしたときの関数sinc(t)は、シンク関数(カージナルサイン)と呼ばれる関数であり、sinc(t)=sin(t)/tとして定義される。但し、t=0の場合の関数値は、sinc(0)=1と定義される。結局、上記式(31),(32)は、等距離射影画像上の座標(x′,y′)を正射影画像上の座標(x,y)に変換する式(以下、第1の座標変換式と言う)であり、上記式(33),(34)は、正射影画像上の座標(x,y)を等距離射影画像上の座標(x′,y′)に変換する式(以下、第2の座標変換式と言う)ということになる。   In these equations (31) to (34), the function sinc (t) when the variable is t is a function called a sink function (cardinal sign), and is defined as sinc (t) = sin (t) / t. Is done. However, the function value when t = 0 is defined as sinc (0) = 1. After all, the above equations (31) and (32) are equations (hereinafter referred to as first coordinates) for converting coordinates (x ′, y ′) on the equidistant projection image into coordinates (x, y) on the orthographic image. The above formulas (33) and (34) are formulas for converting the coordinates (x, y) on the orthographic projection image to the coordinates (x ′, y ′) on the equidistant projection image ( Hereinafter, this is referred to as a second coordinate conversion formula.

そこで、図19に示す歪曲円形画像格納部110に格納されている画像が、等距離射影方式の魚眼レンズによって撮影された等距離射影画像である場合には、歪曲円形画像表示部140によって、ディスプレイ上にこの等距離射影画像をそのまま表示させるようにし、指示入力部150によって、この等距離射影画像上で、2点P,Qの指定入力を行うようにする。続いて、交点演算部160では、切出中心点Pの座標(x′,y′)を第1の座標変換式(式(31)および(32))を用いて座標(x,y)に変換し、この変換後の座標を用いて交点Gの位置座標(x,y,z)を求める処理を行うようにする。そして、変換演算部130では、これまで述べてきた実施形態と全く同様に、図12に示す正射影方式の変換演算式を用いて座標(u,v)に対応する座標(x,y)を求める処理を行う。但し、求めた座標(x,y)をそのまま用いて参照画素の位置を決定する代わりに、当該座標(x,y)を第2の座標変換式(式(33)および(34))を用いて座標(x′,y′)に変換し、この変換後の座標を用いて、歪曲円形画像格納部110に格納されている等距離射影画像上の参照画素の位置を特定するようにする。 Therefore, when the image stored in the distorted circular image storage unit 110 shown in FIG. 19 is an equidistant projection image photographed by a fisheye lens of the equidistant projection method, the distorted circular image display unit 140 displays the image on the display. The equidistant projection image is displayed as it is, and the designation input unit 150 inputs and designates two points P and Q on the equidistant projection image. Subsequently, in the intersection calculation unit 160, the coordinates (x 0 ′, y 0 ′) of the cut-out center point P are converted into coordinates (x 0 , y 0 ), and the position coordinates (x 0 , y 0 , z 0 ) of the intersection point G are calculated using the converted coordinates. Then, in the conversion calculation unit 130, the coordinates (x, y) corresponding to the coordinates (u, v) are calculated using the orthogonal calculation type conversion calculation formula shown in FIG. Perform the requested process. However, instead of using the obtained coordinates (x, y) as they are to determine the position of the reference pixel, the coordinates (x, y) are used as the second coordinate conversion formulas (formulas (33) and (34)). Are converted into coordinates (x ′, y ′), and the position of the reference pixel on the equidistant projection image stored in the distorted circular image storage unit 110 is specified using the converted coordinates.

このような方法を採れば、歪曲円形画像格納部110に格納されている画像が、等距離射影方式の魚眼レンズによって撮影された等距離射影画像である場合にも、図12に示す正射影方式の変換演算式を用いた変換処理を適用することが可能になる。もちろん、この方法は、等距離射影画像への適用に限定されるものではなく、非正射影画像一般に広く適用することが可能である。   By adopting such a method, even when the image stored in the distorted circular image storage unit 110 is an equidistant projection image captured by an equidistant projection fisheye lens, the orthographic projection method shown in FIG. It becomes possible to apply a conversion process using a conversion operation expression. Of course, this method is not limited to application to equidistant projection images, and can be widely applied to non-orthographic projection images in general.

すなわち、一般論として説明すれば、歪曲円形画像格納部110に格納されている画像が、正射影方式の魚眼レンズによって撮影された正射影画像ではなく、非正射影方式の魚眼レンズによって撮影された非正射影画像である場合には、非正射影画像上の座標を正射影画像上の座標に変換する第1の座標変換式と、正射影画像上の座標を非正射影画像上の座標に変換する第2の座標変換式と、を利用した処理を行う。まず、交点演算部160には、切出中心点Pの座標(x′,y′)を第1の座標変換式を用いて座標(x,y)に変換させる。そして、更に、変換後の座標を用いて交点の位置座標(x,y,z)を求める処理を実行させる。一方、変換演算部130には、図12に示す正射影方式の変換演算式を用いて座標(u,v)に対応する座標(x,y)を求めた後、この座標(x,y)を第2の座標変換式を用いて座標(x′,y′)に変換し、変換後の座標を用いて歪曲円形画像格納部110に格納されている非正射影画像上の参照画素の位置を特定させればよい。 That is, as a general theory, the image stored in the distorted circular image storage unit 110 is not an orthographic image captured by an orthographic fisheye lens, but an uncorrected image captured by a non-orthogonal fisheye lens. In the case of a projected image, the first coordinate conversion formula for converting the coordinates on the non-orthographic image to the coordinates on the orthographic image and the coordinates on the orthographic image are converted to the coordinates on the non-orthographic image. A process using the second coordinate conversion formula is performed. First, the intersection calculation unit 160, cutting center point P of coordinates (x 0 ', y 0' ) is converted to coordinates (x 0, y 0) with the first coordinate conversion formula. Further, a process for obtaining the position coordinates (x 0 , y 0 , z 0 ) of the intersection using the converted coordinates is executed. On the other hand, after obtaining the coordinates (x, y) corresponding to the coordinates (u, v) using the orthographic projection conversion expression shown in FIG. Is converted into coordinates (x ′, y ′) using the second coordinate conversion formula, and the position of the reference pixel on the non-orthographic image stored in the distorted circular image storage unit 110 using the converted coordinates. Can be specified.

<<< §6.演算負担を更に軽減する工夫 >>>
§2で述べたとおり、図11に示す従来の変換演算式に代えて、図12に示す本発明の変換演算式を用いると、三角関数の演算負担を大幅に軽減させることができるが、ここでは、この演算負担を更に軽減する工夫をいくつか述べておく。ここに述べる演算手法の工夫は、特に、様々な演算器やレジスタなどを組み合わせた専用のハードウエア論理回路により変換演算部130を構成する場合に、回路構成を単純にする上で効果的である。
<<< §6. Device to further reduce the computational burden >>>
As described in §2, if the conversion calculation formula of the present invention shown in FIG. 12 is used instead of the conventional conversion calculation formula shown in FIG. 11, the calculation load of the trigonometric function can be greatly reduced. Here are some ideas to further reduce this computational burden. The contrivance of the arithmetic technique described here is effective in simplifying the circuit configuration, particularly when the conversion arithmetic unit 130 is configured by a dedicated hardware logic circuit combining various arithmetic units and registers. .

<6−1:式(11),(12)の分母演算に関する工夫>
図12の式(11),(12)には、三角関数演算は含まれていないが、分母には、3組の2乗演算項と開平演算項とが含まれている。これらの演算負担をできるだけ軽減させるためには、分母の式の形を若干変更すればよい。
<6-1: Device for Denominator Operation of Equations (11) and (12)>
The expressions (11) and (12) in FIG. 12 do not include the trigonometric function calculation, but the denominator includes three sets of square calculation terms and square root calculation terms. In order to reduce these calculation burdens as much as possible, the form of the denominator equation may be slightly changed.

すなわち、式(11),(12)の分母の部分のみを抜き出すと、
1/√((u−x+(v−y+(w−z
なる形の式になるが、ここで、
a=u−x,b=v−y,c=w−z
とおくと、上記式は、次のような形になる。
1/√(a+b+c
この式に対して、図23の上段に示すような変形を行うと、
1/c・1/√((a/c)+(b/c)+1) 式(41)
が得られる。変形前の式には、a,b,cという3組の2乗演算項が含まれていたが、変形後の式(41)では、2乗演算項は(a/c),(b/c)の2組に減っている。ここで、
(a/c)+(b/c)+1=ξ
とおくと、図23の下段に示すような式(42)が得られる。
1/√(a+b+c)=1/c・1/√ξ 式(42)
一般に、逆数演算「1/c」や逆開平数演算「1/√ξ」は、比較的負担が大きな演算処理である。このような演算負担を軽減する上で非常に効果的な方法は、関数テーブルを用いる方法である。すなわち、予め「関数f(c)=1/c」の値を様々な変数cの値について対応づけた第1の関数テーブルT1と、「関数f(ξ)=1/√ξ」の値を様々な変数ξの値について対応づけた第2の関数テーブルT2と、を用意しておき、これら関数テーブルを参照することにより、実際には演算を行うことなしに関数値を求めるようにすればよい。
That is, if only the denominator part of the equations (11) and (12) is extracted,
1 / √ ((u−x 0 ) 2 + (v−y 0 ) 2 + (w−z 0 ) 2 )
Where
a = u−x 0 , b = v−y 0 , c = w−z 0
Then, the above formula takes the following form.
1 / √ (a 2 + b 2 + c 2 )
If this equation is modified as shown in the upper part of FIG.
1 / c · 1 / √ ((a / c) 2 + (b / c) 2 +1) Formula (41)
Is obtained. The equation before the transformation includes three sets of square operation terms a 2 , b 2 , and c 2 , but in the equation (41) after the transformation, the square operation term is (a / c) 2. , (B / c) 2 to 2 sets. here,
(A / c) 2 + (b / c) 2 + 1 = ξ
Then, the equation (42) shown in the lower part of FIG. 23 is obtained.
1 / √ (a 2 + b 2 + c 2 ) = 1 / c · 1 / √ξ Equation (42)
In general, the reciprocal number calculation “1 / c” and the reverse square root number calculation “1 / √ξ” are relatively heavy processing operations. A method that uses a function table is a very effective method for reducing such a calculation burden. That is, the first function table T1 in which the value of “function f (c) = 1 / c” is associated with the value of various variables c in advance, and the value of “function f (ξ) = 1 / √ξ” By preparing a second function table T2 associated with the values of various variables ξ and referring to these function tables, the function value can be obtained without actually performing the calculation. Good.

図24は、このような関数テーブルT1,T2の構成を示す図である。図24(a) に示す関数テーブルT1には、cがとるであろうと予想される範囲について、所定の精度で、個々のcの値に対応するf(c)の値(1/cの値)が掲載されている。同様に、図24(b) に示す関数テーブルT2には、ξがとるであろうと予想される範囲について、所定の精度で、個々のξの値に対応するf(ξ)の値(1/√ξの値)が掲載されている。   FIG. 24 is a diagram showing the configuration of such function tables T1 and T2. In the function table T1 shown in FIG. 24 (a), f (c) values (1 / c values) corresponding to individual c values with a predetermined accuracy in the range that c is expected to take. ) Is posted. Similarly, in the function table T2 shown in FIG. 24 (b), the value (1 /) of f (ξ) corresponding to each value of ξ with a predetermined accuracy in the range that ξ is expected to take. √ξ value).

変換演算部130内に、このような関数テーブルT1,T2を用意しておけば、cおよびξの値に基づいて、実際の演算を行うことなしに、1/cの値および1/√ξの値を得ることができる。結局、図12の式(11),(12)の分母部分
1/√((u−x+(v−y+(w−z
の演算を行うには、
a=u−x,b=v−y,c=w−z
なる演算によって、a,b,cを求めた後、
ξ=(a/c)+(b/c)+1
なる演算を行うことによりξの値を求め、図24に示す第1の関数テーブルT1および第2の関数テーブルT2を参照することにより、求めたc,ξの値に対応する関数f(c)=1/c,f(ξ)=1/√ξの値を求め、
√((u−x+(v−y+(w−z
=f(c)×f(ξ)
なる演算を行えばよい。
If such function tables T1 and T2 are prepared in the conversion calculation unit 130, the value of 1 / c and 1 / √ξ can be obtained without performing actual calculation based on the values of c and ξ. Can be obtained. Eventually, the denominator part 1 / √ ((u−x 0 ) 2 + (v−y 0 ) 2 + (w−z 0 ) 2 ) of the equations (11) and (12) in FIG.
To perform the operation of
a = u−x 0 , b = v−y 0 , c = w−z 0
After obtaining a, b, c by
ξ = (a / c) 2 + (b / c) 2 +1
The value of ξ is obtained by performing the following calculation, and the function f (c) corresponding to the obtained values of c and ξ by referring to the first function table T1 and the second function table T2 shown in FIG. = 1 / c, f (ξ) = 1 / √ξ
√ ((u−x 0 ) 2 + (v−y 0 ) 2 + (w−z 0 ) 2 )
= F (c) x f (ξ)
The following calculation may be performed.

平面正則画像Tの大きさの上限を設定しておけば、座標値u,vの値は、たとえば、0≦u≦R、0≦v≦Rの範囲に制限することが可能であり、変換倍率mの値も、たとえば、0.1≦m≦10程度に制限することが可能である。このような制限を行えば、cの値やξの値を所定範囲内に抑えることができるので、図24に示す関数テーブルT1,T2に用意すべき変数c,ξの値も所定範囲内に抑えることができる。   If the upper limit of the size of the planar regular image T is set, the values of the coordinate values u and v can be limited to the range of 0 ≦ u ≦ R and 0 ≦ v ≦ R, for example. The value of the magnification m can also be limited to about 0.1 ≦ m ≦ 10, for example. If such a restriction is performed, the value of c and the value of ξ can be suppressed within a predetermined range, so the values of variables c and ξ to be prepared in the function tables T1 and T2 shown in FIG. 24 are also within the predetermined range. Can be suppressed.

なお、必要に応じて、(a/c)や(b/c)という2乗演算項についても関数テーブルを用いて実際の演算を省略することも可能であるが、一般に、2乗演算は通常の乗算よりも演算器のハードウエア構成が単純になるので、実用上は、2乗演算項については、2乗演算器を用いて実際に演算を行うようにすれば十分である。 It should be noted that the actual calculation of the square calculation terms (a / c) 2 and (b / c) 2 can be omitted using a function table as needed. Since the hardware configuration of the arithmetic unit becomes simpler than that of normal multiplication, in practice, it is sufficient to actually perform the arithmetic operation using the square arithmetic unit for the square operation term.

<6−2:テーブルを用いた補間演算に関する工夫>
上述したように、関数テーブルを利用して実際の演算処理を省略する手法は、演算負担を軽減するための非常に効果的な方法である。しかしながら、関数テーブルを参照することにより得られる関数値の精度を高めるためには、テーブルに掲載する変数値および関数値に十分な有効桁数を確保する必要が生じ、テーブルのデータ容量がそれだけ増大するという弊害がある。このような弊害を避けるために、通常、補間演算の手法が利用される。
<6-2: Device for interpolation calculation using a table>
As described above, the method of omitting actual calculation processing using the function table is a very effective method for reducing the calculation load. However, in order to improve the accuracy of the function values obtained by referring to the function table, it is necessary to secure a sufficient number of significant digits for the variable values and function values listed in the table, and the data capacity of the table increases accordingly. There is a harmful effect of doing. In order to avoid such an adverse effect, an interpolation calculation method is usually used.

図25は、図24に示すような関数テーブルを参照する場合の線形補間の方法を示す図である。ここでは、変数tに対応する関数値f(t)を求める場合を考える。図示のt軸は変数tを示す軸であり、理論的には、変数tはこのt軸上の任意の値をとることになる。しかしながら、関数テーブルに掲載する変数tの値は、所定の有効桁数に応じた間隔Wの離散値にせざるを得ない。図25には、間隔Wをもった離散値として、t軸上にA,B,Cなる値をプロットし、それぞれについて関数値f(A),f(B),f(C)を定義した例が示されている。この例の場合、関数テーブルに掲載される変数tの値は、A,B,Cといった離散値になり、関数値f(t)の値も、f(A),f(B),f(C)といった値になる。   FIG. 25 is a diagram showing a linear interpolation method when referring to a function table as shown in FIG. Here, consider a case where the function value f (t) corresponding to the variable t is obtained. The illustrated t-axis is an axis indicating a variable t. Theoretically, the variable t takes an arbitrary value on the t-axis. However, the value of the variable t posted in the function table must be a discrete value of the interval W corresponding to a predetermined number of significant digits. In FIG. 25, values of A, B, and C are plotted on the t-axis as discrete values having an interval W, and function values f (A), f (B), and f (C) are defined for each. An example is shown. In this example, the value of the variable t listed in the function table is a discrete value such as A, B, and C, and the value of the function value f (t) is also f (A), f (B), f ( C).

このように離散的な変数tについての関数値f(t)しか定義されていない関数テーブルを用いて、任意の変数tに対応する関数値f(t)を求めるためには、次のような線形補間を行えばよい。たとえば、変数tが、A<t<Bなる範囲内の値であった場合、関数値f(t)は、
f(t)=((W−δ)/W)×f(A)+(δ/W)×f(B)
式(43)
なる式に基づいて算出することができる。ここで、δ=(t−A)であり、離散的な変数Aに対する端数部分に相当する値である。
In order to obtain a function value f (t) corresponding to an arbitrary variable t using a function table in which only the function value f (t) for the discrete variable t is defined as described above, Linear interpolation may be performed. For example, when the variable t is a value within the range of A <t <B, the function value f (t) is
f (t) = ((W−δ) / W) × f (A) + (δ / W) × f (B)
Formula (43)
Can be calculated based on the following formula. Here, δ = (t−A), which is a value corresponding to the fractional part for the discrete variable A.

ここでは、変換演算部130に、この式(43)に基づく補間演算を実行させるのに適したハードウエア構成の一例を、図26のブロック図を参照しながら説明する。図示のとおり、ここに示すハードウエアは、Tレジスタ21,偶数関数テーブル22,奇数関数テーブル23,偶数読出部24,奇数読出部25,偶奇セレクタ26,偶奇セレクタ27,Aレジスタ28,Bレジスタ29,補間演算部30,補間値レジスタ31によって構成されている。   Here, an example of a hardware configuration suitable for causing the conversion calculation unit 130 to execute the interpolation calculation based on the equation (43) will be described with reference to the block diagram of FIG. As shown, the hardware shown here includes a T register 21, an even function table 22, an odd function table 23, an even reading unit 24, an odd reading unit 25, an even / odd selector 26, an even / odd selector 27, an A register 28, and a B register 29. , An interpolation calculation unit 30 and an interpolation value register 31.

このハードウエア構成の重要な特徴は、本来は1つの関数テーブルに収容されるべき変数tおよび関数値f(t)のデータを、偶数関数テーブル22と奇数関数テーブル23とに分けて収容した点にある。ここで、偶数関数テーブル22は、所定の有効桁数に応じた間隔Wの離散値をとる変数tのうち、偶数変数tについて、所定の関数f(t)の値を対応づけたテーブルになっており、奇数関数テーブル23は、上記有効桁数に応じた間隔Wの離散値をとる変数tのうち、奇数変数tについて、所定の関数f(t)の値を対応づけたテーブルになっている。   An important feature of this hardware configuration is that the data of the variable t and the function value f (t) that should be accommodated in one function table is divided into an even function table 22 and an odd function table 23. It is in. Here, the even function table 22 is a table in which the value of the predetermined function f (t) is associated with the even variable t among the variables t that take discrete values of the interval W according to the predetermined number of significant digits. The odd function table 23 is a table in which the value of a predetermined function f (t) is associated with the odd variable t among the variables t that take discrete values of the interval W according to the number of significant digits. Yes.

ここでは、説明の便宜上、4ビットの小数部分で示される「0.1000〜0.1111」の範囲をとる変数tについて、関数テーブルを用意した具体例について説明する。図示のとおり、偶数関数テーブル22には、偶数をとる変数tのみ、すなわち、「0.1000」,「0.1010」,「0.1100」,「0.1110」が収容されており、それぞれに対応する関数値f(t)が収容されている(図では、関数値は省略し、便宜上「********」なるデータで示している)。一方、奇数関数テーブル23には、奇数をとる変数tのみ、すなわち、「0.1001」,「0.1011」,「0.1101」,「0.1111」が収容されており、それぞれに対応する関数値f(t)が収容されている。   Here, for convenience of explanation, a specific example in which a function table is prepared for a variable t having a range of “0.1000 to 0.1111” indicated by a 4-bit decimal part will be described. As shown in the figure, the even function table 22 contains only the variable t that takes an even number, that is, “0.1000”, “0.1010”, “0.1100”, “0.1110”, respectively. The function value f (t) corresponding to is stored (in the figure, the function value is omitted and indicated by data “********” for convenience). On the other hand, in the odd function table 23, only the variable t taking an odd number, that is, “0.1001”, “0.1011”, “0.1101”, and “0.1111” are accommodated. The function value f (t) to be stored is stored.

このように、関数テーブル22,23には、4ビットの有効桁数をもった変数tの離散値が収容されているが、ここでは、演算対象となる任意の変数tとして、8ビットの有効桁数をもったデータが与えられた場合を考えてみる。Tレジスタ21は、このような8ビットの有効桁数をもった変数tを格納するためのレジスタである。すなわち、このTレジスタ21には、4ビットの有効桁数(関数テーブルにおける変数tの有効桁数)からなる上位ビットと、この有効桁数より下位の桁である4ビットを示す下位ビットと、によって構成される変数tが格納されることになる。図には、一例として、任意の変数tの上位ビットとして、「0.1010」なる有効桁数4ビットのデータと、下位ビットとして、任意のビット「****」が格納された状態が示されている。   As described above, the function tables 22 and 23 contain discrete values of the variable t having 4-bit significant digits, but here, as the arbitrary variable t to be calculated, 8-bit effective Consider the case where data with digits is given. The T register 21 is a register for storing the variable t having such an 8-bit effective digit number. That is, the T register 21 has a high-order bit consisting of the number of significant bits of 4 bits (the number of significant digits of the variable t in the function table), a low-order bit indicating 4 bits that are lower than the number of significant digits, Is stored. In the figure, as an example, a state where 4 bits of effective digits of “0.1010” are stored as upper bits of an arbitrary variable t and an arbitrary bit “***” is stored as lower bits. It is shown.

Tレジスタ21の上位ビットは、関数テーブル22,23の読み出し対象となる変数tを特定するために利用され、該当する変数tに対応して収容されている関数値f(t)の値が、偶数読出部24および奇数読出部25によって読み出される。   The upper bits of the T register 21 are used to specify the variable t to be read from the function tables 22 and 23, and the value of the function value f (t) accommodated corresponding to the corresponding variable t is Reading is performed by the even number reading unit 24 and the odd number reading unit 25.

具体的には、偶数読出部24は、Tレジスタ21の上位ビットが偶数である場合には、当該上位ビットで示される偶数変数tについて対応づけられている関数f(t)の値を偶数関数テーブル22から読み出し、Tレジスタ21の上位ビットが奇数である場合には、当該上位ビットで示される奇数変数tよりも大きい最小の偶数変数tについて対応づけられている関数f(t)の値を偶数関数テーブル22から読み出す処理を行う。たとえば、図示の例の場合、Tレジスタ21の上位ビット「0.1010」は偶数であるから、偶数読出部24は、当該上位ビット「0.1010」で示される偶数変数tについて対応づけられている関数f(t)の値を偶数関数テーブル22から読み出すことになる。もし、Tレジスタ21の上位ビットが「0.1011」(奇数変数)であった場合、当該上位ビット「0.1011」は偶数関数テーブル22には収容されていない。そこで、偶数読出部24は、当該奇数変数「0.1011」よりも大きい最小の偶数変数である「0.1100」について対応づけられている関数f(t)の値を偶数関数テーブル22から読み出すことになる。   Specifically, when the upper bit of the T register 21 is an even number, the even number reading unit 24 sets the value of the function f (t) associated with the even variable t indicated by the upper bit to the even function. When the upper bit of the T register 21 is an odd number read from the table 22, the value of the function f (t) associated with the smallest even variable t larger than the odd variable t indicated by the upper bit is obtained. Processing to read from the even function table 22 is performed. For example, in the illustrated example, since the upper bit “0.1010” of the T register 21 is an even number, the even number reading unit 24 is associated with the even variable t indicated by the upper bit “0.1010”. The value of the function f (t) is read from the even function table 22. If the upper bit of the T register 21 is “0.1011” (odd variable), the upper bit “0.1011” is not accommodated in the even function table 22. Therefore, the even number reading unit 24 reads the value of the function f (t) associated with “0.1100”, which is the smallest even variable larger than the odd variable “0.1011”, from the even function table 22. It will be.

一方、奇数読出部25は、Tレジスタ21の上位ビットが奇数である場合には、当該上位ビットで示される奇数変数tについて対応づけられている関数f(t)の値を奇数関数テーブル23から読み出し、Tレジスタ21の上位ビットが偶数である場合には、当該上位ビットで示される偶数変数tよりも大きい最小の奇数変数tについて対応づけられている関数f(t)の値を奇数関数テーブル23から読み出す処理を行う。たとえば、図示の例の場合、Tレジスタ21の上位ビット「0.1010」は偶数であるから、当該上位ビット「0.1010」は奇数関数テーブル23には収容されていない。そこで、奇数読出部25は、当該偶数変数「0.1010」よりも大きい最小の奇数変数である「0.1011」について対応づけられている関数f(t)の値を奇数関数テーブル23から読み出すことになる。もし、Tレジスタ21の上位ビットが「0.1011」(奇数変数)であった場合、奇数読出部25は、当該上位ビット「0.1011」で示される奇数変数tについて対応づけられている関数f(t)の値を奇数関数テーブル23から読み出すことになる。 On the other hand, when the upper bit of the T register 21 is an odd number, the odd reading unit 25 obtains the value of the function f (t) associated with the odd variable t indicated by the upper bit from the odd function table 23. When the upper bit of the T register 21 is an even number, the value of the function f (t) associated with the smallest odd variable t larger than the even variable t indicated by the upper bit is stored in the odd function table. The process of reading from 23 is performed. For example, in the example shown in the figure, since the upper bit “0.1010” of the T register 21 is an even number, the upper bit “0.1010” is not accommodated in the odd function table 23. Therefore, the odd number reading unit 25 reads from the odd number function table 23 the value of the function f (t) associated with “0.1011” which is the smallest odd variable larger than the even number variable “0.1010”. It will be. If the upper bit of the T register 21 is “0.1011” (odd variable), the odd reading unit 25 is a function associated with the odd variable t indicated by the upper bit “0.1011”. The value of f (t) is read from the odd function table 23.

このような方法で、各関数テーブル22,23から関数値f(t)を読み出すようにすると、読み出された2つの関数値は、互いに隣接する離散的な変数に対応する関数値となる。たとえば、図25に示すt軸上で隣接する2つの変数AおよびBに対応する関数値f(A),f(B)が読み出されることになる。しかも、Tレジスタに収容されている8ビットの精度をもった変数tは、A≦t<Bである。そこで、これら2つの関数値f(A),f(B)を、それぞれAレジスタ28およびBレジスタ29に格納し、補間演算部30において、
f(t)=((W−δ)/W)×f(A)+(δ/W)×f(B)
式(43)
に基づく演算を行えば、補間値f(t)を得ることができる。ここで、Wは、Tレジスタ21に格納されている変数tの上位ビットを構成する所定の有効桁数に基づいて定まる離散値の間隔であり、δは、Tレジスタ21に格納されている変数tの下位ビットで示される端数部分である。
When the function values f (t) are read from the function tables 22 and 23 by such a method, the two read function values become function values corresponding to discrete variables adjacent to each other. For example, function values f (A) and f (B) corresponding to two variables A and B adjacent on the t-axis shown in FIG. 25 are read out. In addition, the variable t having 8-bit precision accommodated in the T register is A ≦ t <B. Therefore, these two function values f (A) and f (B) are stored in the A register 28 and the B register 29, respectively, and in the interpolation calculation unit 30,
f (t) = ((W−δ) / W) × f (A) + (δ / W) × f (B)
Formula (43)
If the calculation based on is performed, the interpolation value f (t) can be obtained. Here, W is an interval of discrete values determined based on a predetermined number of significant digits constituting the upper bits of the variable t stored in the T register 21, and δ is a variable stored in the T register 21. This is the fractional part indicated by the lower bits of t.

要するに、補間演算部30は、Aレジスタ28に格納されている値をf(A)とし、Bレジスタ29に格納されている値をf(B)とし、Tレジスタ21の下位ビットで示される値をδとして、式(43)に基づく演算を実行し、補間値f(t)を算出することになる。こうして算出された補間値f(t)は、補間値レジスタ31に格納される。変換演算部130は、この補間値レジスタ31に格納された補間値f(t)を用いて、必要な演算を行うことになる。   In short, the interpolation calculation unit 30 sets the value stored in the A register 28 to f (A), sets the value stored in the B register 29 to f (B), and indicates the value indicated by the lower bits of the T register 21. Is set to δ, the calculation based on the equation (43) is executed, and the interpolation value f (t) is calculated. The interpolation value f (t) calculated in this way is stored in the interpolation value register 31. The conversion calculation unit 130 performs a necessary calculation using the interpolation value f (t) stored in the interpolation value register 31.

ただ、式(43)に基づく演算を行うためには、変数A<変数Bとしたときの関数値f(A)をAレジスタ28に格納し、関数値f(B)をBレジスタ29に格納する必要がある。ところが、偶数読出部24が偶数関数テーブル22から読み出した関数値と、奇数読出部25が奇数関数テーブル23から読み出した関数値とのいずれを、関数値f(A)あるいは関数値f(B)とすべきかは、Tレジスタ21の上位ビットが偶数であるか奇数であるか、別言すれば、当該上位ビットのLSB(以下、偶奇ビットと呼ぶ)によって決まる。   However, in order to perform an operation based on Expression (43), the function value f (A) when variable A <variable B is set is stored in the A register 28, and the function value f (B) is stored in the B register 29. There is a need to. However, the function value f (A) or the function value f (B), which is the function value read by the even number reading unit 24 from the even number function table 22 or the function value read by the odd number reading unit 25 from the odd number function table 23, is used. Whether the upper bit of the T register 21 is an even number or an odd number depends on the LSB of the upper bit (hereinafter referred to as an even / odd bit).

そこで、当該上位ビットが偶数である場合には(偶奇ビットが0の場合には)、偶数読出部24が読み出した関数f(t)の値をAレジスタ28に格納し、奇数読出部25が読み出した関数f(t)の値をBレジスタ29に格納すればよい。逆に、当該上位ビットが奇数である場合には(偶奇ビットが1の場合には)、奇数読出部25が読み出した関数f(t)の値をAレジスタ28に格納するとともに、偶数読出部24が読み出した関数f(t)の値をBレジスタに格納すればよい。   Therefore, when the higher order bit is an even number (when the even / odd bit is 0), the value of the function f (t) read by the even number reading unit 24 is stored in the A register 28, and the odd number reading unit 25 The value of the read function f (t) may be stored in the B register 29. Conversely, when the higher order bit is an odd number (when the even / odd bit is 1), the value of the function f (t) read by the odd number reading unit 25 is stored in the A register 28 and the even number reading unit. The value of the function f (t) read by 24 may be stored in the B register.

そのために、偶奇セレクタ26は、偶数読出部24および奇数読出部25からそれぞれ読み出された関数f(t)に対して、Tレジスタ21から与えられる偶奇ビットに応じて取捨選択を行い、選択された一方をAレジスタ28に格納する処理を行う。すなわち、偶奇セレクタ26は、偶奇ビットが0の場合は偶数読出部24から読み出された関数f(t)を選択し、偶奇ビットが1の場合は奇数読出部25から読み出された関数f(t)を選択し、選択された関数f(t)をAレジスタ28に格納する。   Therefore, the even / odd selector 26 selects the function f (t) read from the even number reading unit 24 and the odd number reading unit 25 according to the even / odd bit given from the T register 21 and is selected. The other is stored in the A register 28. That is, the even / odd selector 26 selects the function f (t) read from the even reading unit 24 when the even / odd bit is 0, and the function f read from the odd reading unit 25 when the even / odd bit is 1. (T) is selected, and the selected function f (t) is stored in the A register 28.

同様に、偶奇セレクタ27は、偶数読出部24および奇数読出部25からそれぞれ読み出された関数f(t)に対して、Tレジスタ21から与えられる偶奇ビットに応じて取捨選択を行い、選択された一方をBレジスタ29に格納する処理を行う。すなわち、偶奇セレクタ27は、偶奇ビットが0の場合は奇数読出部25から読み出された関数f(t)を選択し、偶奇ビットが1の場合は偶数読出部24から読み出された関数f(t)を選択し、選択された関数f(t)をBレジスタ29に格納する。   Similarly, the even / odd selector 27 selects and selects the function f (t) read from the even number reading unit 24 and the odd number reading unit 25 according to the even / odd bit given from the T register 21. The other is stored in the B register 29. That is, the even / odd selector 27 selects the function f (t) read from the odd reading unit 25 when the even / odd bit is 0, and the function f read from the even reading unit 24 when the even / odd bit is 1. (T) is selected, and the selected function f (t) is stored in the B register 29.

<6−3:式(13)〜(18)の三角関数演算に関する工夫>
続いて、図12の式(13)〜(18)に含まれる三角関数演算の負担を軽減する工夫を述べる。これらの式には、cosφとsinφという三角関数が含まれている。このような三角関数の値を求める演算器のハードウエアはかなり複雑になるので、実用上は、できるだけ三角関数演算を避けるのが好ましい。
<6-3: Device for Trigonometric Function Calculation of Expressions (13) to (18)>
Next, a device for reducing the load of trigonometric function calculation included in equations (13) to (18) in FIG. 12 will be described. These equations include trigonometric functions of cosφ and sinφ. Since the hardware of the arithmetic unit for obtaining the value of such a trigonometric function is considerably complicated, it is preferable in practice to avoid the trigonometric function calculation as much as possible.

§3で述べたとおり、切り出し向きを示す角度θ(ユーザが指定した2点P,Qの位置に基づいて定まる角度)と、変換演算式で用いられる平面傾斜角φとは、本来は異なるものであるが、実用上は、切り出し向きを示す角度θを、そのまま平面傾斜角φの値として近似させて用いても問題はない。このように、θ=φとする実施形態では、cosφ=cosθとなるので、次のような原理により、三角関数演算を行うことなしに、cosφの値を求めることができる。   As described in §3, the angle θ indicating the cut-out direction (an angle determined based on the positions of the two points P and Q specified by the user) and the plane inclination angle φ used in the conversion formula are originally different. However, in practice, there is no problem even if the angle θ indicating the cut-out direction is approximated as the value of the plane inclination angle φ as it is. Thus, in the embodiment in which θ = φ, cosφ = cosθ, so that the value of cosφ can be obtained without performing the trigonometric function calculation according to the following principle.

切り出し向きを示す角度θは、図13に示すように、ユーザがXY平面上で2点P,Qを指定することにより決定される角度である。そこで、図27に示すように、ユーザが点P(x,y)および点Q(x,y)の指定を行い、指示入力部150によって、座標値(x,y),(x,y)が取り込まれたものとしよう。 As shown in FIG. 13, the angle θ indicating the cut-out direction is an angle determined by the user specifying two points P and Q on the XY plane. Therefore, as shown in FIG. 27, the user designates the point P (x 0 , y 0 ) and the point Q (x 1 , y 1 ), and the coordinate value (x 0 , y 0 ) is designated by the instruction input unit 150. , (X 1 , y 1 ).

図27に示すとおり、2点P,Qを結ぶ直線として参照直線Jが定められ、切り出し向きを示す角度θは、この参照直線JとX軸とのなす角度として定義される。そこで、図示のとおり、参照直線Jの方向を向いたベクトルJと、X軸方向を向いたベクトルXとを定義する。図示の例では、ベクトルJは、2点P,Qを両端点とするベクトルとなっているが、ベクトルの大きさは任意でかまわない。同様に、ベクトルXは、2点P,P′を両端点とするベクトルとなっている。点Pと点P′のY座標値は同じであるから、点P′の座標値はP(x,y)となる。また、図では、便宜上、両ベクトルJ,Xの始点を点P(x,y)の位置に揃えて示しているため、角度θは、点P(x,y)を頂点とした角になっている。 As shown in FIG. 27, a reference straight line J is defined as a straight line connecting the two points P and Q, and an angle θ indicating the cut-out direction is defined as an angle formed by the reference straight line J and the X axis. Therefore, as illustrated, a vector J facing the direction of the reference line J and a vector X facing the X-axis direction are defined. In the illustrated example, the vector J is a vector having two points P and Q as both end points, but the size of the vector may be arbitrary. Similarly, the vector X is a vector having two points P and P ′ as both end points. Since the Y coordinate values of the point P and the point P ′ are the same, the coordinate value of the point P ′ is P (x 2 , y 0 ). Further, in the figure, for convenience, since the shown aligned to the position of both vectors J, point to the starting point of the X P (x 0, y 0), the angle θ is, the vertex point P (x 0, y 0) It has become a corner.

さて、ここで、ベクトルJとベクトルXの内積は、図27に示すように、
(J→)・(X→)=cosθ・(絶対値J→)・(絶対値X→)
式(51)
で示される。なお、本明細書中では、電子出願の制約上、ベクトルJを(J→)という記号で標記し、その絶対値を(絶対値J→)と標記することにする(図27には、通常の方法で標記した式を掲載する)。この式をcosθについてとけば、
cosθ=(J→)・(X→)/((絶対値J→)・(絶対値X→))
式(52)
を得る。
Now, the inner product of the vector J and the vector X is as shown in FIG.
(J →) ・ (X →) = cosθ ・ (Absolute value J →) ・ (Absolute value X →)
Formula (51)
Indicated by In the present specification, the vector J is represented by the symbol (J →) and the absolute value thereof is represented by (absolute value J →) due to restrictions of the electronic application. The formula expressed in the method of is published). If we take this equation for cosθ,
cosθ = (J →) ・ (X →) / ((absolute value J →) ・ (absolute value X →))
Formula (52)
Get.

ここで、ベクトルXを単位ベクトルとすれば、
(絶対値X→)=1、 x=x+1 式(53)
である。また、
(絶対値J→)=√((x−x+(y−y
式(54)
であるから、式(52)の分母の値は、式(53),(54)に基づいて算出できる。一方、式(52)の分子の値は、ベクトルJとベクトルXの内積として
(J→)・(X→)=x・x+y・y
式(55)
なる式で算出できる。
Here, if vector X is a unit vector,
(Absolute value X →) = 1, x 2 = x 0 +1 (53)
It is. Also,
(Absolute value J →) = √ ((x 1 −x 0 ) 2 + (y 1 −y 0 ) 2 )
Formula (54)
Therefore, the denominator value of the equation (52) can be calculated based on the equations (53) and (54). On the other hand, the value of the numerator of equation (52) is the inner product of vector J and vector X.
(J →) · (X →) = x 1 · x 2 + y 1 · y 0
Formula (55)
It can be calculated by the following formula.

結局、cosθの値は、ユーザが指定した2点P,Q(x,y)の座標値(x,y),(x,y)に基づく加減乗除算、2乗演算、開平演算によって求めることができるので、三角関数演算を避けることができる。要するに、変換演算部130は、参照直線Jの方向を向いたベクトルJを用いて、cosφの値を、ベクトルJとベクトルXとの内積を、ベクトルJの大きさとベクトルXの大きさとの積で除する演算によって求めることができる。 After all, the value of cosθ is the addition / subtraction / division division / square operation based on the coordinate values (x 0 , y 0 ) and (x 1 , y 1 ) of the two points P and Q (x 1 , y 1 ) specified by the user. Therefore, trigonometric function calculation can be avoided. In short, the conversion calculation unit 130 uses the vector J oriented in the direction of the reference straight line J, calculates the value of cosφ, the inner product of the vector J and the vector X, and the product of the magnitude of the vector J and the magnitude of the vector X. It can be obtained by an operation to be divided.

なお、以上述べた取り扱いは、切り出し向きを示す角度θを、平面傾斜角φの値として近似させた場合の取り扱いであり、U軸の方向を向いたベクトルUの代わりに、参照直線Jの方向を向いたベクトルJを近似的に用いた取り扱いということになる。このような近似を行わない場合は、ベクトルUの向きを計算によって求めた上で、cosφの値を、ベクトルUとベクトルXとの内積を、ベクトルUの大きさとベクトルXの大きさとの積で除することにより求めるようにすればよい。   The handling described above is handling when the angle θ indicating the cut-out direction is approximated as the value of the plane inclination angle φ, and instead of the vector U facing the direction of the U axis, the direction of the reference straight line J This means that the vector J facing the direction is approximately used. When such an approximation is not performed, the direction of the vector U is obtained by calculation, and the value of cosφ is calculated by calculating the inner product of the vector U and the vector X by the product of the size of the vector U and the size of the vector X. It can be obtained by dividing.

こうして、cosφの値を求めることができれば、sinφの値は、
sinφ=√(1−cosφ) 式(56)
なる演算によって求めることができるので、結局、図12の式(13)〜(18)に含まれる三角関数cosφおよびsinφの値は、三角関数演算を全く行うことなしに算出することができる。これは演算器のハードウエア構成を単純化する上で極めて効果的である。
<6−4:式(31)〜(34)の関数演算に関する工夫>
§5では、本発明を非正射影方式の魚眼レンズを用いて撮影された非正射影画像に適用する方法を説明した。この方法では、図22に示すように、
x=sinc(π/2・√(x′+y′))×π/2・x′ 式(31)
y=sinc(π/2・√(x′+y′))×π/2・y′ 式(32)
なる第1の座標変換式と、
x′=2/π・x/sinc(π/2・√(x+y)) 式(33)
y′=2/π・y/sinc(π/2・√(x+y)) 式(34)
なる第2の座標変換式とを用いた演算が必要になる。
Thus, if the value of cosφ can be obtained, the value of sinφ is
sinφ = √ (1-cos 2 φ) Equation (56)
Therefore, the values of the trigonometric functions cosφ and sinφ included in the equations (13) to (18) in FIG. 12 can be calculated without performing any trigonometric function at all. This is extremely effective in simplifying the hardware configuration of the arithmetic unit.
<6-4: Device relating to the function calculation of Expressions (31) to (34)>
In §5, the method of applying the present invention to a non-orthographic image captured using a non-orthogonal fish-eye lens has been described. In this method, as shown in FIG.
x = sinc (π / 2 · √ (x ′ 2 + y ′ 2 )) × π / 2 · x ′ Equation (31)
y = sinc (π / 2 · √ (x ′ 2 + y ′ 2 )) × π / 2 · y ′ Equation (32)
A first coordinate conversion formula
x ′ = 2 / π · x / sinc (π / 2 · √ (x 2 + y 2 )) Equation (33)
y ′ = 2 / π · y / sinc (π / 2 · √ (x 2 + y 2 )) Equation (34)
An operation using the second coordinate conversion formula is required.

既に述べたとおり、上記各式において、変数をtとしたときの関数sinc(t)は、シンク関数(カージナルサイン)と呼ばれる関数であり、sinc(t)=sin(t)/tとして定義される。但し、t=0の場合の関数値は、sinc(0)=1と定義される。ここでは、この関数sinc(t)に関する演算項の演算負担を軽減させるための方法を述べる。   As described above, in each of the above equations, the function sinc (t) when the variable is t is a function called a sink function (cardinal sign) and is defined as sinc (t) = sin (t) / t. The However, the function value when t = 0 is defined as sinc (0) = 1. Here, a method for reducing the calculation burden of the calculation term relating to the function sinc (t) will be described.

いま、図28の上段に示すように、関数g(t),h(t)を次のように定義する。
g(t)=sinc(t)=sin(t)/t
但し、g(0)=sinc(0)=1 式(61)
h(t)=1/sinc(t)=t/sin(t)
但し、h(0)=1 式(62)
ここで、sin(t)をテイラー展開すると、図28の中段に示すように、
sin(t)=t−t/3!+t/5!−t/7!+t/9!− ....
式(63)
なる形式になるので、結局、
g(t)=1−t/3!+t/5!−t/7!+t/9!− ....
式(64)
なる形式の式が得られる。
Now, as shown in the upper part of FIG. 28, functions g (t) and h (t) are defined as follows.
g (t) = sinc (t) = sin (t) / t
However, g (0) = sinc (0) = 1 Formula (61)
h (t) = 1 / sinc (t) = t / sin (t)
However, h (0) = 1 Formula (62)
Here, when sin (t) is Taylor-expanded, as shown in the middle of FIG.
sin (t) = t-t 3/3! + T 5/5! -T 7/7! + T 9/9! − ....
Formula (63)
So, after all,
g (t) = 1-t 2/3! + T 4/5! -T 6/7! + T 8/9! − ....
Formula (64)
An expression of the form

また、図28の下段に示すように、h(t)を、係数a,a,a,a, ....を用いて、
h(t)=1+a+a+a+a+ ....
式(65)
なる形式の式で表現することを考えると、h(t)=1/g(t)であるから、上掲の式(64)から、
h(t)=1/(1−t/3!+t/5!−t/7!+t/9!− ....)
式(66)
が得られる。式(65)と式(66)から、
1=(1+a+a+a+a+ ....)×
(1−t/3!+t/5!−t/7!+t/9!− ....)
式(67)
になるので、これを解くと、
h(t)=1+(1/6)t+(7/360)t+(31/15120)t+(127/604800)t+ ....
式(68)
なる式が得られる。
したがって、交点演算部160が、第1の座標変換式(31),(32)を演算する場合に、関数sinc(t)を、
sinc(t)=1−t/3!+t/5!−t/7!+t/9!− ....
なるテイラー展開した形式の式に基づいて演算するようにすれば、三角関数演算を避けることができる。しかも、t=0の場合、上記式の右辺の値は1になるため、sinc(0)=1という数学的な定義とも合致した関数値を得ることができる。なお、上記式の右辺には、理論的には無限個の項が含まれることになるが、もちろん、実用上は、必要な有効桁数が得られる項までの計算を行えば十分である。
Further, as shown in the lower part of FIG. 28, h (t) is expressed using coefficients a 2 , a 4 , a 6 , a 8 ,.
h (t) = 1 + a 2 t 2 + a 4 t 4 + a 6 t 6 + a 8 t 8 +.
Formula (65)
Since it is h (t) = 1 / g (t) considering that it is expressed by an expression of the form: From the above expression (64),
h (t) = 1 / ( !! 1-t 2/3 + t 4/5 -t 6/7 + t 8/9 -!! ....)
Formula (66)
Is obtained. From Equation (65) and Equation (66),
1 = (1 + a 2 t 2 + a 4 t 4 + a 6 t 6 + a 8 t 8 +...) ×
(!! 1-t 2/ 3 + t 4/5 -t 6/7 + t 8/9 -!! ....)
Formula (67)
So when you solve this,
h (t) = 1 + (1/6) t 2 + (7/360) t 4 + (31/15120) t 6 + (127/604800) t 8 +...
Formula (68)
The following formula is obtained.
Therefore, when the intersection calculation unit 160 calculates the first coordinate conversion equations (31) and (32), the function sinc (t) is
sinc (t) = 1-t 2/3! + T 4/5! -T 6/7! + T 8/9! − ....
If the calculation is performed based on the expression in the Taylor expanded form, trigonometric function calculation can be avoided. In addition, when t = 0, the value on the right side of the above equation is 1, so that a function value that matches the mathematical definition of sinc (0) = 1 can be obtained. Note that the right side of the above equation theoretically includes an infinite number of terms, but of course it is practically sufficient to calculate up to a term that provides the required number of significant digits.

同様に、変換演算部130が、第2の座標変換式(33),(34)を演算する場合に、関数1/sinc(t)を、所定の係数値a,a,a,a, ....を用いた
1/sinc(t)=1+a+a+a+a+ ....
なる形式の式に基づいて演算するようにすれば、三角関数演算を避けることができる。ここで、係数a,a,a,a, ....の値は、式(68)のように具体的な数値として求めることができるので、演算器には、これらの具体的な数値を格納しておくようにすればよい。この式においても、t=0の場合、右辺の値は1になるため、1/sinc(0)=1という数学的な定義とも合致した関数値を得ることができる。やはり上記式の右辺には、理論的には無限個の項が含まれることになるが、実用上は、必要な有効桁数が得られる項までの計算を行えば十分である。
Similarly, when the conversion calculation unit 130 calculates the second coordinate conversion formulas (33) and (34), the function 1 / sinc (t) is converted into predetermined coefficient values a 2 , a 4 , a 6 , a 8, 1 / sinc with .... (t) = 1 + a 2 t 2 + a 4 t 4 + a 6 t 6 + a 8 t 8 + ....
If the calculation is performed based on an expression of the form, trigonometric function calculation can be avoided. Here, the values of the coefficients a 2 , a 4 , a 6 , a 8 ,... Can be obtained as specific numerical values as in the equation (68). It is only necessary to store typical numerical values. Also in this equation, when t = 0, the value on the right side is 1, so that a function value that matches the mathematical definition of 1 / sinc (0) = 1 can be obtained. Again, the right side of the above equation theoretically includes an infinite number of terms, but in practice it is sufficient to calculate up to the term that provides the required number of significant digits.

<<< §7.変換演算式を導出する数学的プロセス >>>
以上、§1〜§6において、本発明に係る画像変換装置を実施する上での最良の形態を述べた。ここでは、図12に示す本発明の変換演算式を導出する数学的なプロセスを図29および図30に示す数式を参照しながら簡単に説明しておく。この図12に示す変換演算式は、幾何学的には、図11に示す変換演算式と等価であり、両者の相違は、平面傾斜角ψとφの定義の相違も含めたパラメータの設定のしかたのみである。いずれの変換演算式も、図1に示すような光学的特性をもった正射影方式の魚眼レンズを用いて形成される正射影画像S上の任意の点S(x,y)と、平面正則画像T上の特定の点T(u,v)との対応関係を示す式であり、幾何学的な解析を行うことにより導出することができる。ただ、三角関数を含む繁雑な式を取り扱う必要があるため、通常、行列式を用いた解析がなされる。以下、若干、数学的な知識を必要とする説明になるが、この行列式を用いた変換演算式の導出プロセスを述べる。
<<< §7. Mathematical process for deriving transformation formulas >>>
As described above, in §1 to §6, the best mode for carrying out the image conversion apparatus according to the present invention has been described. Here, a mathematical process for deriving the conversion arithmetic expression of the present invention shown in FIG. 12 will be briefly described with reference to the mathematical expressions shown in FIGS. The conversion equation shown in FIG. 12 is geometrically equivalent to the conversion equation shown in FIG. 11. The difference between the two is the parameter setting including the difference in definition of the plane inclination angles ψ and φ. It is only how. In any of the conversion arithmetic expressions, an arbitrary point S (x, y) on the orthographic image S formed using an orthographic fisheye lens having optical characteristics as shown in FIG. This is an expression showing the correspondence with a specific point T (u, v) on T, and can be derived by performing a geometric analysis. However, since complicated expressions including trigonometric functions need to be handled, analysis using determinants is usually performed. In the following, although the explanation will require some mathematical knowledge, a process for deriving a conversion operation expression using this determinant will be described.

図6において、UV座標系は接平面S2上に定義され、そのU軸の向きは、平面傾斜角φで決定される。そして、このUV座標系の原点は、点G(x,y,z)として与えられる。そこで、XYZ座標系の原点Oを始点として、UV座標系の原点Gを終点とする回転ベクトルN(x,y,z)を定義すれば、XYZ座標系の空間内に配置される特定のUV座標系は、この回転ベクトルN(x,y,z)と平面傾斜角φ(回転ベクトルN回りの回転ファクター)とによって規定される。このように、特定のUV座標系は、回転ベクトルNと、当該回転ベクトル回りの回転ファクターφ(平面傾斜角)とによって規定されるので、回転行列として表現することができる。 In FIG. 6, the UV coordinate system is defined on the tangent plane S2, and the direction of the U axis is determined by the plane inclination angle φ. The origin of this UV coordinate system is given as a point G (x 0 , y 0 , z 0 ). Therefore, if a rotation vector N (x 0 , y 0 , z 0 ) starting from the origin O of the XYZ coordinate system and ending at the origin G of the UV coordinate system is defined, it is arranged in the space of the XYZ coordinate system. A specific UV coordinate system is defined by the rotation vector N (x 0 , y 0 , z 0 ) and the plane tilt angle φ (rotation factor around the rotation vector N). As described above, the specific UV coordinate system is defined by the rotation vector N and the rotation factor φ (plane inclination angle) around the rotation vector, and therefore can be expressed as a rotation matrix.

本発明では、二次元UV座標系が定義できれば十分であるが、ここでは、UV平面に対して垂直なW軸を更に加えた、三次元UVW座標系を考えてみる。たとえば、図6に示す例の場合、W軸は、点G(x,y,z)から原点Oに向かう方向の軸として定義される。そうすると、ここで求めるべき変換演算式は、三次元XYZ座標系と三次元UVW座標系との間の座標変換を行う式ということになる(図12の式(19)に示すwは、実はこのW軸に沿った座標値に相当する値である)。 In the present invention, it is sufficient if a two-dimensional UV coordinate system can be defined. Here, a three-dimensional UVW coordinate system in which a W axis perpendicular to the UV plane is further added will be considered. For example, in the example shown in FIG. 6, the W axis is defined as an axis in a direction from the point G (x 0 , y 0 , z 0 ) toward the origin O. Then, the transformation calculation formula to be obtained here is a formula for performing coordinate transformation between the three-dimensional XYZ coordinate system and the three-dimensional UVW coordinate system (w shown in the formula (19) in FIG. It is a value corresponding to a coordinate value along the W axis).

ここでは、仮想球面Hの半径R=1として、回転ベクトルNが単位ベクトルであるものとし、更に、座標系の回転のみを考慮して変換式の導出ができるように、三次元UVW座標系の原点Gの位置が、三次元XYZ座標系の原点Oの位置に重なるように、三次元UVW座標系を平行移動した状態で、両座標系の相互関係を考えることにする。すなわち、図6において、接平面S2上に位置するUV座標系は、傾斜面S1上に平行移動させられることになる。   Here, it is assumed that the radius R of the phantom spherical surface H is 1, and the rotation vector N is a unit vector. Further, in order to be able to derive a conversion formula taking into account only the rotation of the coordinate system, the three-dimensional UVW coordinate system Let us consider the mutual relationship between the two coordinate systems while the three-dimensional UVW coordinate system is translated so that the position of the origin G overlaps the position of the origin O of the three-dimensional XYZ coordinate system. That is, in FIG. 6, the UV coordinate system located on the tangent plane S2 is translated on the inclined plane S1.

いま、回転ベクトルN=(x,y,z)と回転角φによって定義される三次元回転行列をR(φ,N)とする。そして、図29の式(71)に示すように、回転ベクトルN=(x,y,z)に対して、交代行列と呼ばれる行列Sを考える。ここで、行列の右肩の符号Tは転置行列を意味するものである。すると、行列Sは式(72)、行列Sは式(73)のようになる。 Now, a three-dimensional rotation matrix defined by the rotation vector N = (x, y, z) and the rotation angle φ is R (φ, N). Then, as shown in the equation (71) in FIG. 29, a matrix S called an alternating matrix is considered for the rotation vector N = (x, y, z). Here, the code T on the right side of the matrix means a transposed matrix. Then, the matrix S 2 is expressed by the equation (72), and the matrix S 3 is expressed by the equation (73).

一方、行列Sについての指数行列expSは、式(74)に示すような展開形で定義される。ここで、Eは単位行列である。式(74)は式(75)のように変形できるので、回転角φを乗じた指数行列exp(φS)は、図30の式(76)のように変形でき、式(77)を得ることができる。この行列exp(φS)が、三次元回転行列表現R(φN)=R(φ,N)になるので、式(77)に、式(71),(72)を代入して計算すると、式(78)が得られる。この式(78)の最後に示す3行3列の行列式の各要素は、三次元XYZ座標系と三次元UVW座標系との間の座標変換を行う際の係数値になる。この行列式の9つの要素を、A〜Iの記号に置き換えると、式(79)が得られる。   On the other hand, the exponential matrix expS for the matrix S is defined in an expanded form as shown in Expression (74). Here, E is a unit matrix. Since equation (74) can be transformed as in equation (75), the exponential matrix exp (φS) multiplied by the rotation angle φ can be transformed into equation (76) in FIG. 30 to obtain equation (77). Can do. Since this matrix exp (φS) becomes the three-dimensional rotation matrix expression R (φN) = R (φ, N), when calculating by substituting the equations (71) and (72) into the equation (77), the equation (78) is obtained. Each element of the determinant of 3 rows and 3 columns shown at the end of the equation (78) is a coefficient value when coordinate conversion between the three-dimensional XYZ coordinate system and the three-dimensional UVW coordinate system is performed. If the nine elements of this determinant are replaced with symbols A to I, then equation (79) is obtained.

図12の式(13)〜(18)に示されている項A〜Fは、この式(79)に示されているA〜Fに対応するものである。本発明での変換対象となる画像は、XY平面上に配置された歪曲円形画像であるため、図12の式(11)によりx座標値、図12の式(12)によりy座標値が求められれば足り、z座標値は常に0になるため、式(79)の要素G,H,Iは利用されない。   Terms A to F shown in the equations (13) to (18) in FIG. 12 correspond to A to F shown in the equation (79). Since the image to be converted in the present invention is a distorted circular image arranged on the XY plane, the x coordinate value is obtained from equation (11) in FIG. 12, and the y coordinate value is obtained from equation (12) in FIG. Since it is sufficient if the z coordinate value is always 0, the elements G, H, and I in the equation (79) are not used.

なお、図12の式(11),(12)において、u,v,wの代わりに、「u−x」,「v−y」,「w−z」が用いられているのは、上述したように、この導出プロセスが、図6において、接平面S2上に位置するUV座標系を、傾斜面S1上に平行移動させた状態で行われたためである。実際には、UV座標系の原点は、XYZ座標系の原点Oに位置するわけではなく、点G(x,y,z)に位置している。式(11),(12)の項「u−x」,「v−y」,「w−z」における座標値x,y,zの減算は、この平行移動した原点の位置を補正するためのものである。 Note that “u−x 0 ”, “v−y 0 ”, and “w−z 0 ” are used instead of u, v, and w in the equations (11) and (12) in FIG. 12. This is because, as described above, this derivation process is performed in a state where the UV coordinate system located on the tangent plane S2 is translated on the inclined plane S1 in FIG. Actually, the origin of the UV coordinate system is not located at the origin O of the XYZ coordinate system, but is located at the point G (x 0 , y 0 , z 0 ). The subtraction of the coordinate values x 0 , y 0 , and z 0 in the terms “u−x 0 ”, “v−y 0 ”, and “w−z 0 ” of the expressions (11) and (12) This is for correcting the position of.

<<< §8.パラメータ設定法の変形例 >>>
最後に、本発明におけるパラメータ設定法の変形例を述べておく。既に§3において、パラメータφ,x,y,mを、ユーザに効率的に設定させる基本的な実施例を述べた。この§3で述べた方法の骨子は、図13に示すように、XY座標系上に定義されている歪曲円形画像Sをユーザに提示し、この画像上で2点P,Qを指定させ、点P(x,y)の座標値(x,y)を、そのままパラメータx,yの値として用い、2点P,Q間の距離dを用いて、m=k/dなる式により変換倍率mを決定し、更に、2点P,Qを結ぶ直線を参照直線Jとし、この参照直線JとX軸とのなす角θ(切り出し向き)を求め、この角度θに基づいて、平面傾斜角φを決定する(実用上は、近似的に、φ=θとする)というものである。
<<< §8. Modification of parameter setting method >>
Finally, a modification of the parameter setting method in the present invention will be described. In §3, a basic example has been described in which the user can set parameters φ, x 0 , y 0 , m efficiently. As shown in FIG. 13, the outline of the method described in §3 presents the user with a distorted circular image S defined on the XY coordinate system and designates two points P and Q on this image, The coordinate value (x 0 , y 0 ) of the point P (x 0 , y 0 ) is used as it is as the value of the parameter x 0 , y 0 , and the distance d between the two points P and Q is used, and m = k / The conversion magnification m is determined by the formula d, and a straight line connecting the two points P and Q is set as a reference straight line J, and an angle θ (cutting direction) formed by the reference straight line J and the X axis is obtained. Based on this, the plane inclination angle φ is determined (practically, φ = θ is approximated).

これに対して、ここで説明する変形例は、変換倍率mおよび切り出し向きを示す角度θを予め別個に設定しておき、歪曲円形画像S上では、1点P(x,y)のみを指定させる方法である。この変形例では、まず、図19に示す指示入力部150が、ディスプレイ画面上に図31に示すような「向き・倍率の設定画面151」を表示する。図示の例の場合、ユーザは、キーボードなどの入力デバイスを用いて、角度θ設定入力欄152にθの値を入力し、倍率m設定入力欄153にmの値を入力する操作を行うことになる。具体的には、たとえば、入力欄152にはθの値を「30°」のように入力し、入力欄153にはmの値を「2」のように入力すればよい。こうして入力したθは、歪曲円形画像S上に引くべき参照直線Jの向きを定義する値になる。もちろん、θおよびmの入力方法としては、この他にも様々な方法を採ることが可能である。たとえば、画面上に数値を増減させる矢印マークを表示させ、この矢印マークをクリックするユーザの操作により特定の数値を指定させてもよい。 On the other hand, in the modification described here, the conversion magnification m and the angle θ indicating the cut-out direction are set separately in advance, and only one point P (x 0 , y 0 ) on the distorted circular image S. It is a method to specify. In this modification, first, the instruction input unit 150 shown in FIG. 19 displays a “direction / magnification setting screen 151” as shown in FIG. 31 on the display screen. In the case of the illustrated example, the user performs an operation of inputting a value of θ in the angle θ setting input field 152 and inputting a value of m in the magnification m setting input field 153 using an input device such as a keyboard. Become. Specifically, for example, the value of θ may be input as “30 °” in the input field 152, and the value of m may be input as “2” in the input field 153. Θ thus input becomes a value that defines the direction of the reference straight line J to be drawn on the distorted circular image S. Of course, various other methods can be used for inputting θ and m. For example, an arrow mark for increasing / decreasing a numerical value may be displayed on the screen, and a specific numerical value may be designated by a user's operation of clicking the arrow mark.

このように、何らかの方法で、変換倍率mおよび切り出し向きを示す角度θを設定させるようにすれば、歪曲円形画像S上では、切出中心点P(x,y)のみを指定させればよい。図32は、このような切出中心点Pを設定する操作を示す平面図である。図32では図示が省略されているが、実際には、図の円内には歪曲円形画像Sが表示されており、ユーザは、たとえば、マウスクリックなどにより、この歪曲円形画像S内の任意の1点を切出中心点P(x,y)として指定する操作を行うことになる。ユーザが切出中心点P(x,y)の位置を指定すると、当該点Pを通り、X軸と角度θ(前述の操作によって入力欄152に入力した角度値)をなす直線として、図に一点鎖線で示すような参照直線Jを定めることができ、この参照直線Jの方向を基準として、画像の切り出しが行われることになる。 In this way, if the conversion magnification m and the angle θ indicating the cut-out direction are set by some method, only the cut-out center point P (x 0 , y 0 ) can be designated on the distorted circular image S. That's fine. FIG. 32 is a plan view showing an operation for setting such a cutting center point P. FIG. Although not shown in FIG. 32, actually, a distorted circular image S is displayed in the circle in the figure, and the user can select any arbitrary image in the distorted circular image S by, for example, clicking the mouse. An operation of designating one point as the cut center point P (x 0 , y 0 ) is performed. When the user designates the position of the cutting center point P (x 0 , y 0 ), as a straight line that passes through the point P and forms the angle θ (angle value input to the input field 152 by the above operation), A reference straight line J as shown by a one-dot chain line in the figure can be defined, and an image is cut out based on the direction of the reference straight line J.

この§8で述べるパラメータ設定法の変形例は、常に、切り出し向き(参照直線Jの方向)を固定した状態で、様々な位置の平面正則画像を得るような用途に最適である。たとえば、図33の側面図に示すように、本発明を建物の壁面に取り付けられた監視カメラに利用した実施形態を考えてみる。図示のとおり、路面210上に建てられた建物220の壁面に、監視カメラ230が取り付けられており、図に一点鎖線で示すような視野を監視する業務を行うものとしよう。ここで、監視カメラ230が通常のレンズを備えたカメラの場合であれば、この監視カメラ230の位置から撮影した画像は、たとえば、図34に示すような通常の平面正則画像になる。ところが、より視野を広げるために、監視カメラ230として魚眼レンズを用いたカメラを用いると、XY平面上には、図35に示すような歪曲円形画像Sが得られることになる。   The modification of the parameter setting method described in §8 is optimal for applications in which plane regular images at various positions are obtained with the cutout direction (direction of the reference straight line J) always fixed. For example, as shown in the side view of FIG. 33, consider an embodiment in which the present invention is applied to a surveillance camera attached to the wall of a building. As shown in the figure, a surveillance camera 230 is attached to the wall surface of a building 220 built on the road surface 210, and it is assumed that the task of monitoring a visual field as shown by a one-dot chain line in the figure is performed. Here, if the monitoring camera 230 is a camera provided with a normal lens, an image taken from the position of the monitoring camera 230 becomes a normal flat regular image as shown in FIG. 34, for example. However, when a camera using a fish-eye lens is used as the monitoring camera 230 in order to expand the field of view, a distorted circular image S as shown in FIG. 35 is obtained on the XY plane.

ここで、図2に示す歪曲円形画像Sと図35に示す歪曲円形画像Sとを比較してみると、両者はいずれも魚眼レンズを備えたカメラで撮影した画像であるが、前者は、光軸が鉛直方向となるようにカメラを設置し、周囲360°にわたる地上の景色を撮影することにより得られる画像であるのに対し、後者は、光軸が水平方向となるようにカメラを設置し、建物220の片側の景色を撮影することにより得られる画像であることがわかる。したがって、変換後にUV座標系上に得られる平面正則画像が、自然界の天地に応じた正しい方向を向くように指定することを考えると、前者の場合、切り出し向き(角度θで規定される参照直線Jの向き)を、切出中心点の位置に応じて、様々な方向に指定する必要があるのに対して、後者の場合、常にX軸に平行な向きに設定すればよいことがわかる。   Here, comparing the distorted circular image S shown in FIG. 2 with the distorted circular image S shown in FIG. 35, both are images taken by a camera equipped with a fisheye lens. Is the image obtained by setting the camera so that the vertical direction is vertical and photographing the landscape of the ground over 360 degrees around the latter, the latter is set the camera so that the optical axis is horizontal, It can be seen that this is an image obtained by photographing the scenery on one side of the building 220. Therefore, considering that the planar regular image obtained on the UV coordinate system after the conversion is directed to be in the correct direction according to the natural world top and bottom, in the former case, the cut-out direction (reference straight line defined by the angle θ) J direction) must be specified in various directions depending on the position of the cut-out center point. In the latter case, it is understood that the direction should always be set parallel to the X axis.

したがって、図33に示すような環境で、魚眼レンズ付き監視カメラ230を用いて得られた歪曲円形画像Sを変換する用途に本発明を利用する場合には、たとえば、図31に示すような方法で、切り出し向きを示す角度θを予め0°に設定させ、変換倍率mについても所定の数値を予め設定させておき、図35に示す歪曲円形画像S上では、切出中心点Pの位置指定のみを行わせるようにするのが好ましい。本発明において、θは、参照直線JとX軸とのなす角として定義される角度であり、前述したように、θ=0°の場合は、参照直線JとX軸とが平行であることを示す。よって、θ=0°という設定が行われている場合、参照直線Jは、ユーザが指定した切出中心点Pを通りX軸に平行な直線ということになる。   Therefore, when the present invention is used for converting the distorted circular image S obtained by using the fisheye lens monitoring camera 230 in the environment shown in FIG. 33, for example, the method shown in FIG. The angle θ indicating the cutout direction is set to 0 ° in advance, and a predetermined numerical value is also set in advance for the conversion magnification m, and only the position of the cutout center point P is designated on the distorted circular image S shown in FIG. It is preferable to perform this. In the present invention, θ is an angle defined as an angle formed by the reference straight line J and the X axis. As described above, when θ = 0 °, the reference straight line J and the X axis are parallel. Indicates. Therefore, when the setting of θ = 0 ° is performed, the reference straight line J is a straight line that passes through the cutting center point P specified by the user and is parallel to the X axis.

図36は、予めθ=0°という設定が行われている場合において、図35に示す歪曲円形画像S上における切出中心点の指定操作を示す平面図である。たとえば、ユーザが、図示のような歪曲円形画像Sをディスプレイ画面上で見ながら、路面上の1点P1の近傍を平面正則画像として視認したいと考えた場合は、当該点P1をクリック操作などで切出中心点として指定する操作を行えばよい。そうすれば、点P1を通りX軸に平行な参照直線J1が切り出し向きを示す直線ということになる。同様に、遠方のビルの1点P2の近傍を平面正則画像として視認したいと考えた場合は、当該点P2をクリック操作などで切出中心点として指定する操作を行えばよい。そうすれば、点P2を通りX軸に平行な参照直線J2が切り出し向きを示す直線ということになる。   FIG. 36 is a plan view showing a cutting center point designation operation on the distorted circular image S shown in FIG. 35 when θ = 0 ° is set in advance. For example, when the user wants to visually recognize the vicinity of one point P1 on the road surface as a planar regular image while viewing the distorted circular image S as shown in the figure, the user can click the point P1 by clicking the point P1 or the like. What is necessary is just to perform operation designated as a cutting center point. Then, the reference straight line J1 passing through the point P1 and parallel to the X axis is a straight line indicating the cut-out direction. Similarly, when it is desired to visually recognize the vicinity of one point P2 of a distant building as a planar regular image, an operation of specifying the point P2 as a cut-out center point by a click operation or the like may be performed. Then, the reference straight line J2 that passes through the point P2 and is parallel to the X axis is a straight line indicating the cut-out direction.

図36に示すとおり、参照直線J1,J2は、いずれも自然界の水平面に沿った方向になり、ほぼこの方向にU軸の向きが定義されることになる。したがって、最終的に得られる平面正則画像は、いずれも切出中心点P1,P2を中心として、自然界の天地に応じた正しい方向を向いた画像になる。また、ユーザは、歪曲円形画像Sを見ながら、「平面正則画像として視認したい領域の中心」を切出中心点Pとして指定するだけの単純な操作を行えばよいので、良好な操作性が得られる。   As shown in FIG. 36, the reference straight lines J1 and J2 are both in the direction along the horizontal plane of the natural world, and the direction of the U axis is substantially defined in this direction. Accordingly, the finally obtained planar regular image is an image oriented in the correct direction according to the top of the natural world with the cut center points P1 and P2 as the centers. Further, since the user only needs to perform a simple operation of designating “the center of the region desired to be visually recognized as a planar regular image” as the cut-out center point P while viewing the distorted circular image S, good operability can be obtained. It is done.

正射影方式の魚眼レンズを用いた撮影により歪曲円形画像Sを形成する基本モデルを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the basic model which forms the distortion circular image S by imaging | photography using the fisheye lens of an orthogonal projection system. 魚眼レンズを用いた撮影によって得られた歪曲円形画像Sの一例を示す平面図である(歪曲円形画像Sの一般的なイメージを示すものであり、正確な画像を示すものではない)。It is a top view which shows an example of the distortion circular image S obtained by imaging | photography using a fisheye lens (It shows the general image of the distortion circular image S, and does not show an exact image.). 歪曲円形画像Sの一部分に切出領域Eを定義した例を示す平面図である。6 is a plan view showing an example in which a cutout region E is defined in a part of a distorted circular image S. FIG. 歪曲円形画像Sを含むXY座標系と、平面正則画像Tを含むUV座標系との関係を示す斜視図である。4 is a perspective view showing a relationship between an XY coordinate system including a distorted circular image S and a UV coordinate system including a planar regular image T. FIG. UV座標系上に定義された平面正則画像Tと平面傾斜角φとの関係を示す平面図である。It is a top view which shows the relationship between the plane regular image T defined on the UV coordinate system, and plane inclination-angle (phi). XY座標系からUV座標系への座標変換の原理を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the principle of the coordinate transformation from XY coordinate system to UV coordinate system. 図6の斜視図に示されている各構成要素を水平方向から見た図である。It is the figure which looked at each component shown by the perspective view of FIG. 6 from the horizontal direction. 図6の斜視図に示されている各構成要素を上方から見た図である。It is the figure which looked at each component shown by the perspective view of FIG. 6 from upper direction. UV座標系上に定義された平面正則画像Tを示す平面図である。It is a top view which shows the plane regular image T defined on UV coordinate system. XY座標系上に定義された歪曲円形画像Sを示す平面図である。It is a top view which shows the distortion circular image S defined on the XY coordinate system. オイラー角α,β,ψをパラメータとして用いた従来の一般的な変換演算式を示す図である。It is a figure which shows the conventional general conversion formula which used Euler angles (alpha), (beta), and ( psi) as a parameter. 回転軸を示す座標値(x0,y0,z0)と平面傾斜角φ(回転軸まわりの回転角)をパラメータとして用いた本発明に係る変換演算式を示す図である。It is a figure which shows the conversion formula based on this invention using the coordinate value (x0, y0, z0) which shows a rotating shaft, and plane inclination angle (phi) (rotating angle around a rotating shaft) as a parameter. XY平面上の2点P,Qを指定することにより、切出中心点、切り出し向きを示す角度θ(平面傾斜角φを決定するために用いられる角度)、変換倍率mの3つのパラメータを設定する原理を示す平面図である。By specifying two points P and Q on the XY plane, three parameters are set: the cut center point, the angle θ indicating the cut direction (the angle used to determine the plane tilt angle φ), and the conversion magnification m. It is a top view which shows the principle to do. 具体的な歪曲円形画像上で2点P,Qもしくは2点P,Q′を指定することにより、切出中心点、切り出し向きを示す角度θ、変換倍率mの3つのパラメータを設定する例を示す平面図である。An example of setting three parameters, ie, a cutting center point, an angle θ indicating the cutting direction, and a conversion magnification m, by specifying two points P and Q or two points P and Q ′ on a specific distorted circular image. FIG. 図14に示す例において、2点P,Qを指定した場合に得られる平面正則画像Tを示す平面図である。In the example shown in FIG. 14, it is a top view which shows the planar regular image T obtained when two points P and Q are designated. 図14に示す例において、2点P,Q′を指定した場合に得られる平面正則画像Tを示す平面図である。FIG. 15 is a plan view showing a planar regular image T obtained when two points P and Q ′ are designated in the example shown in FIG. 14. 図13に示す切り出し向きを示す角度θと平面傾斜角φとの関係を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the relationship between angle (theta) which shows the cutting direction shown in FIG. 13, and plane inclination angle (phi). 切り出し向きを示す角度θに基づいて平面傾斜角φを算出する演算式を示す図である。It is a figure which shows the computing equation which calculates planar inclination | tilt angle (phi) based on angle (theta) which shows a cutting direction. 本発明に係る画像変換装置の基本構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a basic configuration of an image conversion apparatus according to the present invention. 正射影方式の魚眼レンズにおける入射光の投影状態を示す正面図である。It is a front view which shows the projection state of the incident light in the fisheye lens of an orthogonal projection system. 正射影方式の魚眼レンズを用いて形成される正射影画像と、等距離射影方式の魚眼レンズを用いて形成される等距離射影画像と、の関係を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the relationship between the orthographic projection image formed using the orthographic projection fisheye lens, and the equidistant projection image formed using the equidistant projection fisheye lens. 等距離射影画像上の座標と正射影画像上の座標との間で座標変換を行うための変換式を示す図である。It is a figure which shows the conversion type for performing coordinate conversion between the coordinate on an equidistance projection image, and the coordinate on an orthographic projection image. 図12に示す本発明に係る変換演算式の演算負担を軽減するために用いられる式を示す図である。It is a figure which shows the formula used in order to reduce the calculation burden of the conversion formula based on this invention shown in FIG. 図12に示す本発明に係る変換演算式の演算負担を軽減するために用いられる関数テーブルを示す図である。It is a figure which shows the function table used in order to reduce the calculation burden of the conversion formula based on this invention shown in FIG. 図24に示すような関数テーブルを参照する場合の線形補間の方法を示す図である。It is a figure which shows the method of the linear interpolation in the case of referring the function table as shown in FIG. 図25に示す線形補間を実行するためのハードウエア構成要素を示すブロック図である。FIG. 26 is a block diagram showing hardware components for performing the linear interpolation shown in FIG. 25. 図12に示す本発明に係る変換演算式の演算負担を軽減するために用いられる別な式を示す図である。It is a figure which shows another type | formula used in order to reduce the calculation burden of the conversion formula based on this invention shown in FIG. 図22に示す座標変換の演算負担を軽減するために用いられる式を示す図である。It is a figure which shows the formula used in order to reduce the calculation burden of the coordinate transformation shown in FIG. 図12に示す本発明に係る変換演算式を導出するための数学的プロセスを示す図である。It is a figure which shows the mathematical process for deriving | leading-out the calculation formula which concerns on this invention shown in FIG. 図12に示す本発明に係る変換演算式を導出するための数学的プロセスを示す別な図である。It is another figure which shows the mathematical process for deriving | leading-out the calculation formula which concerns on this invention shown in FIG. 本発明の変形例に係るパラメータ設定法において、ディスプレイ画面上に表示される「向き・倍率の設定画面」を示す平面図である。FIG. 10 is a plan view showing an “orientation / magnification setting screen” displayed on a display screen in a parameter setting method according to a modification of the present invention. XY平面上の1点Pを指定することにより、切出中心点を設定する操作を示す平面図である。It is a top view which shows operation which sets the cutting center point by designating 1 point P on XY plane. 本発明を建物の壁面に取り付けられた監視カメラに利用した実施形態を示す側面図である。It is a side view which shows embodiment which utilized this invention for the surveillance camera attached to the wall surface of a building. 図33に示す監視カメラ230として、通常のレンズを備えたカメラを用いた場合に得られる撮影画像の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the picked-up image obtained when the camera provided with the normal lens is used as the monitoring camera 230 shown in FIG. 図33に示す監視カメラ230として、魚眼レンズを備えたカメラを用いた場合に得られる撮影画像(歪曲円形画像S)の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the picked-up image (distortion circular image S) obtained when the camera provided with the fisheye lens is used as the monitoring camera 230 shown in FIG. 図35に示す歪曲円形画像S上における切出中心点の指定操作を示す平面図である。FIG. 36 is a plan view showing a cutting center point designation operation on the distorted circular image S shown in FIG. 35.

符号の説明Explanation of symbols

10:魚眼レンズを用いたカメラ
21:Tレジスタ
22:偶数関数テーブル
23:奇数関数テーブル
24:偶数読出部
25:奇数読出部
26:偶奇セレクタ
27:偶奇セレクタ
28:Aレジスタ
29:Bレジスタ
30:補間演算部
31:補間値レジスタ
100:画像変換装置
110:歪曲円形画像格納部
120:平面正則画像格納部
130:変換演算部
140:歪曲円形画像表示部
150:指示入力部
151:向き・倍率の設定画面
152:角度θ設定入力欄
153:倍率m設定入力欄
160:交点演算部
170:角度決定部
210:路面
220:建物
230:監視カメラ
a:ディスプレイの横方向寸法(水平方向の画素数)
b:ディスプレイの縦方向寸法(垂直方向の画素数)
B:境界点
d:2点PQ間の距離
E:切出領域
f:魚眼レンズに固有の定数
f(t):変数tに対する関数値
G(x,y,z):点Pを通りZ軸に平行な直線と仮想球面Hとの交点
H:仮想球面
H(x,y,z):仮想球面H上の入射点
J,J′,J1,J2:参照直線
L1,L2:入射光線
m:変換倍率
n:法線ベクトル
N:回転ベクトル
O:三次元XYZ直交座標系の原点
P(x,y),P1,P2:切出中心点
P′(x,y):補助点
Q(x,y),Q′(x,y):補助点
R:歪曲円形画像Sの半径(仮想球面Hの半径)
r:歪曲円形画像Sの中心点からの距離
S:歪曲円形画像
S1:傾斜面
S2:接平面
S(x,y):歪曲円形画像S上の点
t:変数
T:平面正則画像
T(u,v):平面正則画像T上の点
T1,T2:関数テーブル
U:二次元UV直交座標系の座標軸
U′:U軸に平行な軸
V:二次元UV直交座標系の座標軸
W:変数tの離散値間隔
X:三次元XYZ直交座標系の座標軸
X′:X軸に平行な軸
Y:三次元XYZ直交座標系の座標軸
Z:三次元XYZ直交座標系の座標軸
α:方位角
β:天頂角
δ:下位ビットで示される端数
θ,θ′:切り出し向きを示す角度
φ,ψ:平面傾斜角
ξ:変数
10: Camera using a fisheye lens 21: T register 22: Even function table 23: Odd function table 24: Even reading unit 25: Odd reading unit 26: Even / odd selector 27: Even / odd selector 28: A register 29: B register 30: Interpolation Calculation unit 31: Interpolation value register 100: Image conversion device 110: Distorted circular image storage unit 120: Planar regular image storage unit 130: Conversion calculation unit 140: Distorted circular image display unit 150: Instruction input unit 151: Direction / magnification setting Screen 152: Angle θ setting input field 153: Magnification m setting input field 160: Intersection calculation unit 170: Angle determination unit 210: Road surface 220: Building 230: Surveillance camera a: Horizontal dimension of display (number of pixels in the horizontal direction)
b: Vertical dimension of display (number of pixels in vertical direction)
B: boundary point d: distance between two points PQ: cut-out area f: constant specific to fisheye lens f (t): function value G for variable t (x 0 , y 0 , z 0 ): passing through point P Intersection H of a straight line parallel to the Z-axis and the virtual spherical surface H: virtual spherical surface H (x, y, z): incident points J, J ′, J1, J2 on the virtual spherical surface H: reference straight lines L1, L2: incident light rays m: conversion magnification n: normal vector N: rotation vector O: origin P (x 0 , y 0 ), P 1, P 2 of the three-dimensional XYZ orthogonal coordinate system: cutting center point P ′ (x 2 , y 0 ): Auxiliary point Q (x 1 , y 1 ), Q ′ (x 2 , y 2 ): auxiliary point R: radius of distorted circular image S (radius of phantom spherical surface H)
r: distance from the center point of the distorted circular image S: distorted circular image S1: inclined surface S2: tangent plane S (x, y): point on the distorted circular image S: variable T: planar regular image T (u , V): points T1, T2 on the plane regular image T: function table U: coordinate axis U ′ of the two-dimensional UV orthogonal coordinate system: axis parallel to the U axis V: coordinate axis W of the two-dimensional UV orthogonal coordinate system W: variable t Discrete value interval X: coordinate axis X ′ of three-dimensional XYZ orthogonal coordinate system X: axis parallel to X axis Y: coordinate axis Z of three-dimensional XYZ orthogonal coordinate system Z: coordinate axis α of three-dimensional XYZ orthogonal coordinate system α: azimuth β: zenith Angle δ: fraction θ indicated by lower bits, θ ′: angle φ indicating cutting direction, ψ: plane inclination angle ξ: variable

Claims (26)

魚眼レンズを用いた撮影により得られた歪曲円形画像の一部分を切り出して、平面正則画像に変換する処理を行う画像変換装置であって、
二次元XY直交座標系上の座標(x,y)で示される位置に配置された多数の画素の集合体によって構成され、前記XY座標系の原点Oを中心とし半径Rをもった歪曲円形画像を格納する歪曲円形画像格納部と、
二次元UV直交座標系上の座標(u,v)で示される位置に配置された多数の画素の集合体によって構成される平面正則画像を格納する平面正則画像格納部と、
前記歪曲円形画像格納部に格納されている歪曲円形画像をディスプレイに表示する歪曲円形画像表示部と、
前記ディスプレイに表示されている歪曲円形画像上における、切出中心点Pの位置および切り出し向きをユーザの指示に基づいて入力する指示入力部と、
前記二次元XY直交座標系を含む三次元XYZ直交座標系において、原点Oを中心とし半径Rをもった仮想球面を定義したときに、前記切出中心点Pを通りZ軸に平行な直線と前記仮想球面との交点Gの位置座標(x,y,z)を求める交点演算部と、
前記交点Gにおいて前記仮想球面に接する接平面上に定義すべき前記二次元UV直交座標系のU軸方向を向いたベクトルUと、前記二次元XY直交座標系のX軸方向を向いたベクトルXと、のなす角として与えられる平面傾斜角φを、前記切り出し向きに基づいて決定する角度決定部と、
前記位置座標(x,y,z)および前記平面傾斜角φをパラメータとして含む正射影方式の変換演算式を利用して、座標(u,v)と座標(x,y)とを対応づけ、座標(u,v)で示される位置に配置された平面正則画像上の画素の画素値を、対応する座標(x,y)で示される位置に配置された歪曲円形画像上の参照画素の画素値に基づいて決定することにより、前記歪曲円形画像から前記切出中心点Pを中心として前記平面傾斜角φによって示される向きに切り出された部分画像についての平面正則画像を生成する演算を行い、生成された平面正則画像を前記平面正則画像格納部に格納する変換演算部と、
を備えることを特徴とする画像変換装置。
An image conversion apparatus that performs a process of cutting out a part of a distorted circular image obtained by shooting using a fisheye lens and converting it into a planar regular image,
A distorted circular image having a radius R centered at the origin O of the XY coordinate system, which is composed of a collection of a large number of pixels arranged at positions indicated by coordinates (x, y) on a two-dimensional XY orthogonal coordinate system. A distorted circular image storage unit for storing
A planar regular image storage unit for storing a planar regular image configured by an aggregate of a large number of pixels arranged at a position indicated by coordinates (u, v) on a two-dimensional UV orthogonal coordinate system;
A distorted circular image display unit for displaying the distorted circular image stored in the distorted circular image storage unit on a display;
An instruction input unit for inputting the position and cutting direction of the cut-out center point P on the distorted circular image displayed on the display based on a user's instruction;
In a three-dimensional XYZ Cartesian coordinate system including the two-dimensional XY Cartesian coordinate system, when a virtual spherical surface having a radius R with the origin O as the center is defined, a straight line passing through the cut-out center point P and parallel to the Z-axis An intersection calculation unit for obtaining position coordinates (x 0 , y 0 , z 0 ) of the intersection G with the virtual sphere;
A vector U oriented in the U-axis direction of the two-dimensional UV orthogonal coordinate system and a vector X oriented in the X-axis direction of the two-dimensional XY orthogonal coordinate system to be defined on the tangent plane that is in contact with the virtual sphere at the intersection G And an angle determination unit that determines a plane inclination angle φ given as an angle formed by the cut-out direction,
The coordinate (u, v) and the coordinate (x, y) are obtained using an orthographic projection conversion equation including the position coordinates (x 0 , y 0 , z 0 ) and the plane inclination angle φ as parameters. The pixel values of the pixels on the planar regular image arranged at the position indicated by the coordinates (u, v) are referred to on the distorted circular image arranged at the position indicated by the corresponding coordinates (x, y). An operation for generating a planar regular image for a partial image cut out from the distorted circular image in the direction indicated by the plane inclination angle φ from the distorted circular image by determining based on the pixel value of the pixel A conversion operation unit that stores the generated planar regular image in the planar regular image storage unit,
An image conversion apparatus comprising:
請求項1に記載の画像変換装置において、
変換演算部が、正射影方式の変換演算式として、
x=R[(u−x)A+(v−y)B+(w−z)E]/
√((u−x+(v−y+(w−z
y=R[(u−x)C+(v−y)D+(w−z)F]/
√((u−x+(v−y+(w−z
ここで、
A=1−(1−cosφ)(y +z
B=−zsinφ+x(1−cosφ)
C=zsinφ+x(1−cosφ)
D=1−(1−cosφ)(z +x
E=ysinφ+z(1−cosφ)
F=−xsinφ+y(1−cosφ)
w=mR(但し、mは所定の変換倍率)
なる式を用いることを特徴とする画像変換装置。
The image conversion apparatus according to claim 1,
The conversion calculation unit is an orthographic conversion calculation expression.
x = R [(u−x 0 ) A + (v−y 0 ) B + (w−z 0 ) E] /
√ ((u−x 0 ) 2 + (v−y 0 ) 2 + (w−z 0 ) 2 )
y = R [(u−x 0 ) C + (v−y 0 ) D + (w−z 0 ) F] /
√ ((u−x 0 ) 2 + (v−y 0 ) 2 + (w−z 0 ) 2 )
here,
A = 1- (1-cosφ) (y 0 2 + z 0 2 )
B = −z 0 sinφ + x 0 y 0 (1-cosφ)
C = z 0 sinφ + x 0 y 0 (1-cosφ)
D = 1- (1-cosφ) (z 0 2 + x 0 2 )
E = y 0 sinφ + z 0 x 0 (1-cosφ)
F = −x 0 sinφ + y 0 x 0 (1-cosφ)
w = mR (where m is a predetermined conversion magnification)
An image conversion apparatus using the following formula.
請求項1または2に記載の画像変換装置において、
指示入力部が、歪曲円形画像上に引かれた参照直線Jを定義するための指示を入力する機能を有し、
角度決定部が、前記参照直線JとX軸とのなす角θ(但し、両者平行の場合はθ=0°とする)に基づいて平面傾斜角φを決定することを特徴とする画像変換装置。
The image conversion apparatus according to claim 1 or 2,
The instruction input unit has a function of inputting an instruction for defining the reference straight line J drawn on the distorted circular image,
An image conversion apparatus characterized in that an angle determination unit determines a plane inclination angle φ based on an angle θ formed by the reference straight line J and the X axis (provided that θ = 0 ° when both are parallel). .
請求項3に記載の画像変換装置において、
指示入力部が、歪曲円形画像上において、切出中心点Pと補助点Qとの2点の位置を指定するための指示を入力する機能を有し、前記切出中心点Pと前記補助点Qとを結ぶ直線を参照直線Jとすることを特徴とする画像変換装置。
The image conversion apparatus according to claim 3.
The instruction input unit has a function of inputting an instruction for designating the positions of two points of the cut-out center point P and the auxiliary point Q on the distorted circular image, and the cut-out center point P and the auxiliary point An image conversion apparatus characterized in that a straight line connecting Q is a reference straight line J.
請求項3に記載の画像変換装置において、
指示入力部が、参照直線JとX軸とのなす角θを示す数値を所定の入力画面上で入力する機能と、切出中心点Pの位置を歪曲円形画像上で指定するための指示を入力する機能と、を有することを特徴とする画像変換装置。
The image conversion apparatus according to claim 3.
An instruction input unit inputs a numerical value indicating an angle θ formed by the reference straight line J and the X axis on a predetermined input screen, and an instruction for specifying the position of the cutting center point P on the distorted circular image. And an input function.
請求項3〜5のいずれかに記載の画像変換装置において、
角度決定部が、参照直線JとX軸とのなす角θを近似的に平面傾斜角φとすることを特徴とする画像変換装置。
In the image conversion device according to any one of claims 3 to 5,
An image conversion apparatus characterized in that the angle determination unit approximately sets the angle θ formed by the reference straight line J and the X axis to a plane inclination angle φ.
請求項2に記載の画像変換装置において、
指示入力部が、ユーザの指示に基づいて変換倍率mを入力する機能を有し、
変換演算部が、前記指示入力部によって入力された変換倍率mを用いた演算を行うことを特徴とする画像変換装置。
The image conversion apparatus according to claim 2,
The instruction input unit has a function of inputting the conversion magnification m based on a user instruction,
An image conversion apparatus, wherein the conversion operation unit performs an operation using the conversion magnification m input by the instruction input unit.
請求項7に記載の画像変換装置において、
指示入力部が、歪曲円形画像上において、切出中心点Pと補助点Qとの2点の位置を指定するための指示を入力する機能を有し、前記切出中心点Pと前記補助点Qとの距離dに基づいて、m=k/d(kは所定の比例定数)として与えられる数値を変換倍率mとすることを特徴とする画像変換装置。
The image conversion device according to claim 7,
The instruction input unit has a function of inputting an instruction for designating the positions of two points of the cut-out center point P and the auxiliary point Q on the distorted circular image, and the cut-out center point P and the auxiliary point An image conversion apparatus characterized in that, based on a distance d to Q, a numerical value given as m = k / d (k is a predetermined proportionality constant) is set as a conversion magnification m.
請求項1〜8のいずれかに記載の画像変換装置において、
変換演算部が、座標(u,v)で示される位置に配置された平面正則画像上の画素の画素値を決定する際に、対応する座標(x,y)で示される位置の近傍に配置された歪曲円形画像上の複数の参照画素の画素値に対する補間演算を行うことを特徴とする画像変換装置。
In the image conversion device according to any one of claims 1 to 8,
When the transformation calculation unit determines the pixel value of the pixel on the planar regular image arranged at the position indicated by the coordinates (u, v), it is arranged near the position indicated by the corresponding coordinates (x, y). An image conversion apparatus that performs an interpolation operation on pixel values of a plurality of reference pixels on a distorted circular image.
請求項1〜9のいずれかに記載の画像変換装置において、
歪曲円形画像格納部に格納されている画像が、正射影方式の魚眼レンズによって撮影された正射影画像ではなく、非正射影方式の魚眼レンズによって撮影された非正射影画像である場合に、前記非正射影画像上の座標を前記正射影画像上の座標に変換する第1の座標変換式と、前記正射影画像上の座標を前記非正射影画像上の座標に変換する第2の座標変換式と、を利用して、
交点演算部が、切出中心点Pの座標を前記第1の座標変換式を用いて変換し、変換後の座標を用いて交点の位置座標(x,y,z)を求める処理を行い、
変換演算部が、正射影方式の変換演算式を用いて座標(u,v)に対応する座標(x,y)を求めた後、前記座標(x,y)を前記第2の座標変換式を用いて変換し、変換後の座標を用いて歪曲円形画像上の参照画素の位置を特定することを特徴とする画像変換装置。
In the image conversion device according to any one of claims 1 to 9,
If the image stored in the distorted circular image storage unit is not an orthographic image captured by an orthographic fisheye lens but a non-orthographic image captured by a non-orthogonal fisheye lens, A first coordinate conversion formula that converts coordinates on the projected image into coordinates on the orthographic image, and a second coordinate conversion formula that converts coordinates on the orthographic image into coordinates on the non-orthographic image; , Using
The intersection calculation unit converts the coordinates of the cut-out center point P using the first coordinate conversion formula and obtains the position coordinates (x 0 , y 0 , z 0 ) of the intersection using the converted coordinates. And
After the conversion calculation unit obtains the coordinates (x, y) corresponding to the coordinates (u, v) using the orthogonal calculation type conversion calculation expression, the coordinates (x, y) are converted into the second coordinate conversion expression. An image conversion apparatus characterized in that the position of a reference pixel on a distorted circular image is specified using the converted coordinates using the converted coordinates.
請求項10に記載の画像変換装置において、
歪曲円形画像格納部に格納されている画像が、等距離射影方式の魚眼レンズによって撮影された等距離射影画像である場合に、
交点演算部が、等距離射影画像上の座標(x′,y′)を正射影画像上の座標(x,y)に変換する第1の座標変換式として、
x=sinc(π/2・√(x′+y′))×π/2・x′
y=sinc(π/2・√(x′+y′))×π/2・y′
なる式を用い、
変換演算部が、正射影画像上の座標(x,y)を等距離射影画像上の座標(x′,y′)に変換する第2の座標変換式として、
x′=2/π・x/sinc(π/2・√(x+y))
y′=2/π・y/sinc(π/2・√(x+y))
なる式を用いることを特徴とする画像変換装置。
The image conversion apparatus according to claim 10, wherein
When the image stored in the distorted circular image storage unit is an equidistant projection image taken by an equidistant projection fisheye lens,
As the first coordinate conversion formula, the intersection calculation unit converts the coordinates (x ′, y ′) on the equidistant projection image into the coordinates (x, y) on the orthographic projection image.
x = sinc (π / 2 · √ (x ′ 2 + y ′ 2 )) × π / 2 · x ′
y = sinc (π / 2 · √ (x ′ 2 + y ′ 2 )) × π / 2 · y ′
Using the formula
As a second coordinate conversion formula for converting the coordinate (x, y) on the orthographic projection image into the coordinate (x ′, y ′) on the equidistant projection image,
x ′ = 2 / π · x / sinc (π / 2 · √ (x 2 + y 2 ))
y ′ = 2 / π · y / sinc (π / 2 · √ (x 2 + y 2 ))
An image conversion apparatus using the following formula.
請求項1〜11のいずれかに記載の画像変換装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。   The program for functioning a computer as an image conversion apparatus in any one of Claims 1-11. 請求項1〜11のいずれかに記載の画像変換装置の構成要素となる変換演算部として機能する電子回路が組み込まれた半導体集積回路。   A semiconductor integrated circuit in which an electronic circuit functioning as a conversion calculation unit that is a constituent element of the image conversion apparatus according to claim 1 is incorporated. 請求項1〜11のいずれかに記載の画像変換装置と、魚眼レンズを用いたカメラと、平面正則画像を画面上に表示するモニタ装置と、を備え、
前記カメラを用いた撮影により得られた歪曲円形画像が歪曲円形画像格納部へと格納され、平面正則画像格納部に得られた平面正則画像が前記モニタ装置によって表示されるように構成されていることを特徴とする魚眼監視システム。
An image conversion device according to any one of claims 1 to 11, a camera using a fisheye lens, and a monitor device that displays a planar regular image on a screen,
A distorted circular image obtained by photographing using the camera is stored in a distorted circular image storage unit, and a planar regular image obtained in the planar regular image storage unit is displayed on the monitor device. This is a fish-eye monitoring system.
請求項2に記載の画像変換装置において、
変換演算部が、
「関数f(c)=1/c」の値を様々な変数cの値について対応づけた第1の関数テーブルと、「関数f(ξ)=1/√ξ」の値を様々な変数ξの値について対応づけた第2の関数テーブルと、を有し、
a=u−x,b=v−y,c=w−z
ξ=(a/c)+(b/c)+1
なる演算を行うことにより、cおよびξの値を求め、
前記第1の関数テーブルおよび前記第2の関数テーブルを参照することにより、求めたc,ξの値に対応する関数f(c),f(ξ)の値を求め、
正射影方式の変換演算式における
√((u−x+(v−y+(w−z
なる値を、f(c)×f(ξ)なる演算により求めることを特徴とする画像変換装置。
The image conversion apparatus according to claim 2,
The conversion operation part
A first function table in which the value of “function f (c) = 1 / c” is associated with the value of various variables c, and the value of “function f (ξ) = 1 / √ξ” A second function table associated with the values of
a = u−x 0 , b = v−y 0 , c = w−z 0 ,
ξ = (a / c) 2 + (b / c) 2 +1
To obtain the values of c and ξ,
By referring to the first function table and the second function table, values of the functions f (c) and f (ξ) corresponding to the obtained values of c and ξ are obtained.
In the transformation formula of orthographic projection
√ ((u−x 0 ) 2 + (v−y 0 ) 2 + (w−z 0 ) 2 )
An image conversion apparatus characterized in that the following value is obtained by a calculation of f (c) × f (ξ).
請求項1〜11のいずれかに記載の画像変換装置において、
変換演算部が、
所定の有効桁数に応じた間隔Wの離散値をとる変数tのうち、偶数変数tについて、所定の関数f(t)の値を対応づけた偶数関数テーブルと、
前記有効桁数に応じた前記間隔Wの離散値をとる変数tのうち、奇数変数tについて、所定の関数f(t)の値を対応づけた奇数関数テーブルと、
前記有効桁数からなる上位ビットと、前記有効桁数より下位の桁を示す下位ビットと、によって構成される変数tを格納するTレジスタと、
前記上位ビットが偶数である場合には、前記上位ビットで示される偶数変数tについて対応づけられている関数f(t)の値を前記偶数関数テーブルから読み出し、前記上位ビットが奇数である場合には、前記上位ビットで示される奇数変数tよりも大きい最小の偶数変数tについて対応づけられている関数f(t)の値を前記偶数関数テーブルから読み出す偶数読出部と、
前記上位ビットが奇数である場合には、前記上位ビットで示される奇数変数tについて対応づけられている関数f(t)の値を前記奇数関数テーブルから読み出し、前記上位ビットが偶数である場合には、前記上位ビットで示される偶数変数tよりも大きい最小の奇数変数tについて対応づけられている関数f(t)の値を前記奇数関数テーブルから読み出す奇数読出部と、
前記偶数関数テーブルもしくは前記奇数関数テーブルから読み出された関数f(t)の値を格納するAレジスタと、
前記偶数関数テーブルもしくは前記奇数関数テーブルから読み出された関数f(t)の値を格納するBレジスタと、
前記上位ビットが偶数である場合には、前記偶数読出部が読み出した関数f(t)の値を前記Aレジスタに格納するとともに、前記奇数読出部が読み出した関数f(t)の値を前記Bレジスタに格納し、前記上位ビットが奇数である場合には、前記奇数読出部が読み出した関数f(t)の値を前記Aレジスタに格納するとともに、前記偶数読出部が読み出した関数f(t)の値を前記Bレジスタに格納する偶奇セレクタと、
前記Aレジスタに格納されている値をf(A)とし、前記Bレジスタに格納されている値をf(B)とし、前記下位ビットで示される値をδとして、補間後の関数f(t)の値を、f(t)=((W−δ)/W)×f(A)+(δ/W)×f(B)なる演算によって求める補間演算部と、
を有し、前記補間演算部によって求められた補間後の関数f(t)の値を利用して演算を行うことを特徴とする画像変換装置。
The image conversion device according to any one of claims 1 to 11,
The conversion operation part
An even function table in which a value of a predetermined function f (t) is associated with an even variable t among variables t taking discrete values of the interval W according to a predetermined number of significant digits;
An odd function table in which a value of a predetermined function f (t) is associated with an odd variable t among variables t taking discrete values of the interval W according to the number of significant digits;
A T register for storing a variable t composed of an upper bit composed of the significant digits and a lower bit indicating a digit lower than the significant digits;
When the upper bit is an even number, the value of the function f (t) associated with the even variable t indicated by the upper bit is read from the even function table, and the upper bit is an odd number. An even number reading unit that reads out the value of the function f (t) associated with the smallest even number variable t larger than the odd number variable t indicated by the upper bits from the even number function table;
When the upper bit is an odd number, the value of the function f (t) associated with the odd variable t indicated by the upper bit is read from the odd function table, and the upper bit is an even number. Is an odd reading unit that reads the value of the function f (t) associated with the smallest odd variable t larger than the even variable t indicated by the upper bits from the odd function table;
An A register that stores the value of the function f (t) read from the even function table or the odd function table;
A B register for storing the value of the function f (t) read from the even function table or the odd function table;
When the upper bits are even, the value of the function f (t) read by the even reading unit is stored in the A register, and the value of the function f (t) read by the odd reading unit is stored in the A register. When stored in the B register and the upper bit is an odd number, the value of the function f (t) read by the odd reading unit is stored in the A register, and the function f (t) read by the even reading unit is stored. an even / odd selector for storing the value of t) in the B register;
The value stored in the A register is f (A), the value stored in the B register is f (B), the value indicated by the lower bits is δ, and the function f (t after interpolation) ) Is obtained by an operation of f (t) = ((W−δ) / W) × f (A) + (δ / W) × f (B),
An image conversion apparatus that performs calculation using the value of the interpolated function f (t) obtained by the interpolation calculation unit.
請求項11に記載の画像変換装置において、
交点演算部が、第1の座標変換式における関数sinc(t)を、
sinc(t)=1−t/3!+t/5!−t/7!+t/9!− ....
なるテイラー展開した形式の式に基づいて演算し、
変換演算部が、第2の座標変換式における関数1/sinc(t)を、所定の係数値a,a,a,a, ....を用いた
1/sinc(t)=1+a+a+a+a+ ....
なる形式の式に基づいて演算することを特徴とする画像変換装置。
The image conversion apparatus according to claim 11,
The intersection calculation unit calculates the function sinc (t) in the first coordinate conversion formula,
sinc (t) = 1-t 2/3! + T 4/5! -T 6/7! + T 8/9! − ....
Calculate based on the expression of the Taylor expansion form
The transformation calculation unit uses the function 1 / sinc (t) in the second coordinate transformation formula as 1 / sinc (t) using predetermined coefficient values a 2 , a 4 , a 6 , a 8 ,. = 1 + a 2 t 2 + a 4 t 4 + a 6 t 6 + a 8 t 8 +.
An image conversion apparatus that performs an operation based on an expression of the form:
請求項2に記載の画像変換装置において、
変換演算部が、cosφの値を、ベクトルUとベクトルXとの内積を、ベクトルUの大きさとベクトルXの大きさとの積で除することにより求めることを特徴とする画像変換装置。
The image conversion apparatus according to claim 2,
An image conversion apparatus characterized in that the conversion operation unit obtains the value of cosφ by dividing the inner product of the vector U and the vector X by the product of the magnitude of the vector U and the magnitude of the vector X.
請求項2に記載の画像変換装置において、
指示入力部が、歪曲円形画像上に引かれた参照直線Jを定義するための指示を入力する機能を有し、
変換演算部が、参照直線Jの方向を向いたベクトルJを定義し、cosφの値を、ベクトルJとベクトルXとの内積を、ベクトルJの大きさとベクトルXの大きさとの積で除することにより求めることを特徴とする画像変換装置。
The image conversion apparatus according to claim 2,
The instruction input unit has a function of inputting an instruction for defining the reference straight line J drawn on the distorted circular image,
The transformation operation unit defines a vector J facing the direction of the reference line J, and divides the value of cosφ by the inner product of the vector J and the vector X by the product of the vector J and the vector X. An image conversion apparatus characterized by being obtained by:
請求項2に記載の画像変換装置において、
変換演算部が、sinφの値を、sinφ=√(1−cosφ)なる演算により求めることを特徴とする画像変換装置。
The image conversion apparatus according to claim 2,
Image converting apparatus converting calculation unit, the value of sin [phi, and obtaining by sin [phi = √ becomes (1-cos 2 φ) operation.
魚眼レンズを用いた撮影により得られた歪曲円形画像の一部分を切り出して、平面正則画像に変換する処理を行う画像変換装置であって、
二次元XY直交座標系上の座標(x,y)で示される位置に配置された多数の画素の集合体によって構成された歪曲円形画像を格納する歪曲円形画像格納部と、
二次元UV直交座標系上の座標(u,v)で示される位置に配置された多数の画素の集合体によって構成される平面正則画像を格納する平面正則画像格納部と、
前記歪曲円形画像格納部に格納されている歪曲円形画像をディスプレイに表示する歪曲円形画像表示部と、
前記ディスプレイに表示されている歪曲円形画像上において、切出中心点Pと補助点Qとの2点の位置をユーザの指示に基づいて入力し、前記切出中心点Pと前記補助点Qとを結ぶ直線を参照直線Jと認識し、前記切出中心点Pと前記補助点Qとの距離dに基づいて、m=k/d(kは所定の比例定数)として与えられる数値を変換倍率mと認識する指示入力部と、
座標(u,v)と座標(x,y)とを対応づける変換演算式を利用して、座標(u,v)で示される位置に配置された平面正則画像上の画素の画素値を、対応する座標(x,y)で示される位置に配置された歪曲円形画像上の参照画素の画素値に基づいて決定することにより、前記歪曲円形画像から前記切出中心点Pを中心として前記参照直線Jに応じた向きに切り出された部分画像について、前記変換倍率mに基づいてスケーリングされた平面正則画像を生成する演算を行い、生成された平面正則画像を前記平面正則画像格納部に格納する変換演算部と、
を備えることを特徴とする画像変換装置。
An image conversion apparatus that performs a process of cutting out a part of a distorted circular image obtained by shooting using a fisheye lens and converting it into a planar regular image,
A distorted circular image storage unit for storing a distorted circular image configured by an aggregate of a large number of pixels arranged at a position indicated by coordinates (x, y) on a two-dimensional XY orthogonal coordinate system;
A planar regular image storage unit for storing a planar regular image configured by an aggregate of a large number of pixels arranged at a position indicated by coordinates (u, v) on a two-dimensional UV orthogonal coordinate system;
A distorted circular image display unit for displaying the distorted circular image stored in the distorted circular image storage unit on a display;
On the distorted circular image displayed on the display, the positions of two points of the cut center point P and the auxiliary point Q are input based on a user instruction, and the cut center point P and the auxiliary point Q Is determined as a reference straight line J, and a numerical value given as m = k / d (k is a predetermined proportional constant) based on the distance d between the cut-out center point P and the auxiliary point Q is converted into a conversion magnification. an instruction input unit for recognizing m;
The pixel value of the pixel on the planar regular image arranged at the position indicated by the coordinates (u, v) is calculated using a conversion operation expression that associates the coordinates (u, v) with the coordinates (x, y). The reference is made around the cut-out center point P from the distorted circular image by determining based on the pixel value of the reference pixel on the distorted circular image arranged at the position indicated by the corresponding coordinates (x, y). For the partial image cut out in a direction corresponding to the straight line J, an operation for generating a planar regular image scaled based on the conversion magnification m is performed, and the generated planar regular image is stored in the planar regular image storage unit. A conversion operation unit;
An image conversion apparatus comprising:
魚眼レンズを用いた撮影により得られた歪曲円形画像の一部分を切り出して、平面正則画像に変換する処理を行う画像変換装置であって、
二次元XY直交座標系上の座標(x,y)で示される位置に配置された多数の画素の集合体によって構成された歪曲円形画像を格納する歪曲円形画像格納部と、
二次元UV直交座標系上の座標(u,v)で示される位置に配置された多数の画素の集合体によって構成される平面正則画像を格納する平面正則画像格納部と、
前記歪曲円形画像格納部に格納されている歪曲円形画像をディスプレイに表示する歪曲円形画像表示部と、
所定の入力画面上において、参照直線JとX軸とのなす角として定義される角度θと、変換倍率mと、をユーザの指示に基づいて入力するとともに、前記ディスプレイに表示されている歪曲円形画像上において、切出中心点Pの位置をユーザの指示に基づいて入力する指示入力部と、
座標(u,v)と座標(x,y)とを対応づける変換演算式を利用して、座標(u,v)で示される位置に配置された平面正則画像上の画素の画素値を、対応する座標(x,y)で示される位置に配置された歪曲円形画像上の参照画素の画素値に基づいて決定することにより、前記歪曲円形画像から前記切出中心点Pを中心として前記参照直線Jに応じた向きに切り出された部分画像について、前記変換倍率mに基づいてスケーリングされた平面正則画像を生成する演算を行い、生成された平面正則画像を前記平面正則画像格納部に格納する変換演算部と、
を備えることを特徴とする画像変換装置。
An image conversion apparatus that performs a process of cutting out a part of a distorted circular image obtained by shooting using a fisheye lens and converting it into a planar regular image,
A distorted circular image storage unit for storing a distorted circular image configured by an aggregate of a large number of pixels arranged at a position indicated by coordinates (x, y) on a two-dimensional XY orthogonal coordinate system;
A planar regular image storage unit for storing a planar regular image configured by an aggregate of a large number of pixels arranged at a position indicated by coordinates (u, v) on a two-dimensional UV orthogonal coordinate system;
A distorted circular image display unit for displaying the distorted circular image stored in the distorted circular image storage unit on a display;
On a predetermined input screen, an angle θ defined as an angle formed by the reference straight line J and the X axis and a conversion magnification m are input based on a user instruction, and the distorted circle displayed on the display On the image, an instruction input unit for inputting the position of the cutting center point P based on a user instruction;
The pixel value of the pixel on the planar regular image arranged at the position indicated by the coordinates (u, v) is calculated using a conversion operation expression that associates the coordinates (u, v) with the coordinates (x, y). The reference is made around the cut-out center point P from the distorted circular image by determining based on the pixel value of the reference pixel on the distorted circular image arranged at the position indicated by the corresponding coordinates (x, y). For the partial image cut out in a direction corresponding to the straight line J, an operation for generating a planar regular image scaled based on the conversion magnification m is performed, and the generated planar regular image is stored in the planar regular image storage unit. A conversion operation unit;
An image conversion apparatus comprising:
魚眼レンズを用いた撮影により得られた歪曲円形画像の一部分を切り出して、平面正則画像に変換する処理を行う画像変換方法であって、
二次元XY直交座標系上の座標(x,y)で示される位置に配置された多数の画素の集合体によって構成され、前記XY座標系の原点Oを中心とし半径Rをもった歪曲円形画像を、歪曲円形画像格納部に格納する段階と、
前記歪曲円形画像格納部に格納されている歪曲円形画像をディスプレイに表示する段階と、
前記ディスプレイに表示されている歪曲円形画像上における、切出中心点Pの位置および切り出し向きをユーザの指示に基づいて入力する段階と、
前記二次元XY直交座標系を含む三次元XYZ直交座標系において、原点Oを中心とし半径Rをもった仮想球面を定義したときに、前記切出中心点Pを通りZ軸に平行な直線と前記仮想球面との交点Gの位置座標(x,y,z)を求める段階と、
前記交点Gにおいて前記仮想球面に接する接平面上に定義すべき二次元UV直交座標系のU軸方向を向いたベクトルUと、前記二次元XY直交座標系のX軸方向を向いたベクトルXと、のなす角として与えられる平面傾斜角φを、前記切り出し向きに基づいて決定する段階と、
前記位置座標(x,y,z)および前記平面傾斜角φをパラメータとして含む正射影方式の変換演算式を利用して、座標(u,v)と座標(x,y)とを対応づけ、座標(u,v)で示される位置に配置された多数の画素の集合体によって構成される平面正則画像上の各画素の画素値を、対応する座標(x,y)で示される位置に配置された歪曲円形画像上の参照画素の画素値に基づいて決定することにより、前記歪曲円形画像から前記切出中心点Pを中心として前記平面傾斜角φによって示される向きに切り出された部分画像についての平面正則画像を生成する演算を行う段階と、
をコンピュータもしくは電子回路によって実行させることを特徴とする画像変換方法。
An image conversion method in which a part of a distorted circular image obtained by shooting using a fisheye lens is cut out and converted into a planar regular image,
A distorted circular image having a radius R centered at the origin O of the XY coordinate system, which is composed of a collection of a large number of pixels arranged at positions indicated by coordinates (x, y) on a two-dimensional XY orthogonal coordinate system. Storing in the distorted circular image storage unit;
Displaying the distorted circular image stored in the distorted circular image storage unit on a display;
Inputting the position and orientation of the cutout center point P on the distorted circular image displayed on the display based on a user instruction;
In a three-dimensional XYZ Cartesian coordinate system including the two-dimensional XY Cartesian coordinate system, when a virtual spherical surface having a radius R with the origin O as the center is defined, a straight line passing through the cut-out center point P and parallel to the Z-axis Obtaining position coordinates (x 0 , y 0 , z 0 ) of the intersection point G with the virtual sphere;
A vector U oriented in the U-axis direction of the two-dimensional UV orthogonal coordinate system to be defined on a tangent plane contacting the virtual sphere at the intersection G, and a vector X oriented in the X-axis direction of the two-dimensional XY orthogonal coordinate system Determining a plane inclination angle φ given as an angle formed by, based on the cutout direction;
The coordinate (u, v) and the coordinate (x, y) are obtained using an orthographic projection conversion equation including the position coordinates (x 0 , y 0 , z 0 ) and the plane inclination angle φ as parameters. The pixel value of each pixel on the planar regular image configured by the association and a large number of pixels arranged at the position indicated by the coordinates (u, v) is indicated by the corresponding coordinates (x, y). By deciding on the basis of the pixel value of the reference pixel on the distorted circular image arranged at the position, it was cut out from the distorted circular image in the direction indicated by the plane inclination angle φ with the cut center point P as the center Performing an operation to generate a planar regular image for the partial image;
Is executed by a computer or an electronic circuit.
請求項23に記載の画像変換方法において、
正射影方式の変換演算式として、
x=R[(u−x)A+(v−y)B+(w−z)E]/
√((u−x+(v−y+(w−z
y=R[(u−x)C+(v−y)D+(w−z)F]/
√((u−x+(v−y+(w−z
ここで、
A=1−(1−cosφ)(y +z
B=−zsinφ+x(1−cosφ)
C=zsinφ+x(1−cosφ)
D=1−(1−cosφ)(z +x
E=ysinφ+z(1−cosφ)
F=−xsinφ+y(1−cosφ)
w=mR(但し、mは所定の変換倍率)
なる式を用いることを特徴とする画像変換方法。
The image conversion method according to claim 23, wherein
As a transformation formula of orthographic projection method,
x = R [(u−x 0 ) A + (v−y 0 ) B + (w−z 0 ) E] /
√ ((u−x 0 ) 2 + (v−y 0 ) 2 + (w−z 0 ) 2 )
y = R [(u−x 0 ) C + (v−y 0 ) D + (w−z 0 ) F] /
√ ((u−x 0 ) 2 + (v−y 0 ) 2 + (w−z 0 ) 2 )
here,
A = 1- (1-cosφ) (y 0 2 + z 0 2 )
B = −z 0 sinφ + x 0 y 0 (1-cosφ)
C = z 0 sinφ + x 0 y 0 (1-cosφ)
D = 1- (1-cosφ) (z 0 2 + x 0 2 )
E = y 0 sinφ + z 0 x 0 (1-cosφ)
F = −x 0 sinφ + y 0 x 0 (1-cosφ)
w = mR (where m is a predetermined conversion magnification)
An image conversion method characterized by using the following formula.
請求項23または24に記載の画像変換方法において、
ディスプレイに表示されている歪曲円形画像上において、切出中心点Pと補助点Qとの2点の位置を指定するための指示を入力し、前記切出中心点Pと前記補助点Qとを結ぶ直線を参照直線Jとし、この参照直線JとX軸とのなす角θ(但し、両者平行の場合はθ=0°とする)に基づいて平面傾斜角φを決定することを特徴とする画像変換方法。
The image conversion method according to claim 23 or 24, wherein:
On the distorted circular image displayed on the display, an instruction for designating the positions of two points of the cut center point P and the auxiliary point Q is input, and the cut center point P and the auxiliary point Q are input. The connecting straight line is a reference straight line J, and the plane inclination angle φ is determined on the basis of an angle θ formed by the reference straight line J and the X axis (however, θ = 0 ° when both are parallel). Image conversion method.
請求項23または24に記載の画像変換方法において、
ディスプレイに表示されている歪曲円形画像上において、切出中心点Pの位置を指定するための指示を入力するとともに、所定の入力画面上において、前記歪曲円形画像上の参照直線JとX軸とのなす角θを入力し、前記角θに基づいて平面傾斜角φを決定することを特徴とする画像変換方法。
The image conversion method according to claim 23 or 24, wherein:
On the distorted circular image displayed on the display, an instruction for designating the position of the cutting center point P is input, and on the predetermined input screen, the reference straight line J and the X axis on the distorted circular image are An image conversion method characterized in that the plane inclination angle φ is determined based on the angle θ.
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