JP2001054122A

JP2001054122A - 全周囲観測装置

Info

Publication number: JP2001054122A
Application number: JP11224023A
Authority: JP
Inventors: Kiwa Sugiyama; 喜和杉山
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-08-06
Filing date: 1999-08-06
Publication date: 2001-02-23

Abstract

(57)【要約】【課題】計算機による画像処理を簡単化できると共
に、波長帯域が異なる複数枚の濃淡画像（全周囲画像）
を取得可能な全周囲観測装置を提供すること。【解決手段】広角レンズ１１と、広角レンズ１１の像
面に配された複数の一次元撮像素子１３ａ〜１３ｃと、
複数の一次元撮像素子１３ａ〜１３ｃの広角レンズ１１
側に配されたバンドパスフィルタ手段１２ａ〜１２ｃと
を備える。複数の一次元撮像素子は、広角レンズからの
結像光束を撮像すると共に、広角レンズの光軸周りに回
転可能である。バンドパスフィルタ手段１２ａ〜１２ｃ
は、複数の一次元撮像素子各々に対し波長帯域が互いに
異なる結像光束を導く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、全周囲を観測する
全周囲観測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば図３に示される構成の
魚眼レンズ２１（視野角１８０度以上）を用い、この魚
眼レンズ２１の像面２１ａにフィルムまたは二次元撮像
素子を配した全周囲観測装置が知られている。この全周
囲観測装置によれば、魚眼レンズ２１の全周囲に配置さ
れた物体２２〜２５（図４(ａ)参照）からの光束を像面
２１ａに結像させ、像面２１ａに配されたフィルムまた
は二次元撮像素子によって物体２２〜２５の像を同時に
観測することができる。

【０００３】しかし、魚眼レンズ２１の全周囲に配置さ
れた物体２２〜２５の像は、図４(ｂ)に示されるよう
に、天頂の像位置２６から放射状に広がったものとなる
ため、人間にとって観測し易いとは言えなかった。これ
は、魚眼レンズ２１における射影方式が、通常のレンズ
とは大きく異なり、像高ｙ，焦点距離ｆ，半画角θとす
るとき、ｙ＝ｆ・sinθまたはｙ＝ｆ・θで表されるか
らである。

【０００４】したがって、魚眼レンズ２１の像面２１ａ
に二次元撮像素子を配した全周囲観測装置では、通常、
上記の放射状に広がった像（図４(ｂ)）に基づく全周囲
画像を二次元撮像素子によって取り込み、計算機での複
雑な画像処理を経て、人間が観測し易い全周囲画像（図
４(ｃ)参照）に変換していた。ところで近年、計算機に
よる画像処理を簡単化できる全周囲観測装置が提案され
た（特開平１１−６９２１８号公報）。この全周囲観測
装置は、魚眼レンズ２１の像面２１ａに一次元撮像素子
を配し、像面２１ａにおける像（図４(ｂ)）または一次
元撮像素子を周方向に回転させながら全周囲画像を取り
込むものである。

【０００５】このため、計算機による画像処理では、周
方向の計算を省略することができ、一次元撮像素子によ
って取り込んだ全周囲画像から人間が観測し易い全周囲
画像（図４(ｃ)）への変換を容易に行うことができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１１−６９２１８号公報に開示された全周囲観測装置で
は、濃淡の分布で表現された１枚の全周囲画像（濃淡画
像）しか得られなかった。このため、全周囲をカラー画
像で観測することはできなかった。

【０００７】本発明の目的は、計算機による画像処理を
簡単化できると共に、波長帯域が異なる複数枚の濃淡画
像（全周囲画像）を取得可能な全周囲観測装置を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の全周囲
観測装置は、広角レンズと、広角レンズの像面に配され
た複数の一次元撮像素子と、複数の一次元撮像素子の広
角レンズ側に配されたバンドパスフィルタ手段とを備え
たものである。このうち複数の一次元撮像素子は、広角
レンズからの結像光束を撮像すると共に、広角レンズの
光軸周りに回転可能なものである。また、バンドパスフ
ィルタ手段は、複数の一次元撮像素子各々に対し波長帯
域が互いに異なる結像光束を導くものである。

【０００９】請求項１の全周囲観測装置において、広角
レンズからの結像光束は、バンドパスフィルタ手段を通
過したのち一次元撮像素子に入射する。このとき、複数
の一次元撮像素子各々には異なる波長帯域の結像光束が
入射することになる。したがって、複数の一次元撮像素
子を広角レンズの光軸周り（周方向）に回転させなが
ら、複数の一次元撮像素子各々によって全周囲画像を取
り込むことにより、波長帯域が異なる複数枚の濃淡画像
を取得することができる。

【００１０】また、請求項２に記載の全周囲観測装置
は、広角レンズと、広角レンズからの結像光束中に配さ
れたイメージローテータと、広角レンズの像面に配され
た複数の一次元撮像素子と、複数の一次元撮像素子の広
角レンズ側に配されたバンドパスフィルタ手段とを備え
たものである。このうちイメージローテータは、広角レ
ンズの光軸周りに回転可能なものである。また、複数の
一次元撮像素子は、イメージローテータを通過した結像
光束を撮像するものである。また、バンドパスフィルタ
手段は、複数の一次元撮像素子各々に対し波長帯域が互
いに異なる結像光束を導くものである。

【００１１】請求項２の全周囲観測装置において、広角
レンズからの結像光束は、イメージローテータとバンド
パスフィルタ手段とを通過したのち一次元撮像素子に入
射する。このとき、複数の一次元撮像素子各々には異な
る波長帯域の結像光束が入射することになる。また、イ
メージローテータの周方向への回転により、広角レンズ
からの結像光束（広角レンズの像面に形成される像）も
周方向に回転する。

【００１２】したがって、イメージローテータを周方向
に回転させながら、複数の一次元撮像素子各々によって
全周囲画像を取り込むことにより、波長帯域が異なる複
数枚の濃淡画像を取得することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
形態を詳細に説明する。

【００１４】本実施形態は、請求項１に対応する。本実
施形態の全周囲観測装置１０は、図１の側面図に示され
るように、被写体からの光束Ｌ１を結像する広角レンズ
１１と、広角レンズ１１からの結像光束Ｌ２を波長帯域
に応じて透過させるバンドパスフィルタ１２ａ，１２
ｂ，１２ｃと、バンドパスフィルタ１２ａ〜１２ｃを通
過した結像光束を撮像する一次元撮像素子１３ａ，１３
ｂ，１３ｃと、円盤１４とで構成される。

【００１５】このうち一次元撮像素子１３ａ〜１３ｃ
は、円盤１４上に固定され、広角レンズ１１の像面に配
される。なお、一次元撮像素子１３ａ〜１３ｃ各々の円
盤１４上での配置は、図２の上面図に示されるように、
広角レンズ１１の光軸Ｏａから動径方向に沿って放射状
に広がる配置となっている。また、バンドパスフィルタ
１２ａ〜１２ｃ（請求項の「バンドパスフィルタ手段」
に対応）は、図１および図２に示されるように、一次元
撮像素子１３ａ〜１３ｃの広角レンズ１１側に各々配さ
れている。

【００１６】したがって、広角レンズ１１からの結像光
束Ｌ２のうちバンドパスフィルタ１２ａを通過したもの
は、一次元撮像素子１３ａに入射する。同様に、バンド
パスフィルタ１２ｂを通過した結像光束は一次元撮像素
子１３ｂに、バンドパスフィルタ１２ｃを通過した結像
光束は一次元撮像素子１３ｃに入射する。

【００１７】ここで、バンドパスフィルタ１２ａ，１２
ｂ，１２ｃ各々の透過波長帯域は、赤色，緑色、青色で
ある。このため、一次元撮像素子１３ａに入射する結像
光束は、広角レンズ１１からの結像光束Ｌ２に含まれる
赤色成分となる。同様に、一次元撮像素子１３ｂ，１３
ｃに入射する結像光束は各々、結像光束Ｌ２に含まれる
緑色，青色成分となる。

【００１８】その結果、広角レンズ１１からの結像光束
Ｌ２のうち、赤色，緑色，青色成分の結像光束が各々、
一次元撮像素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃによって撮像さ
れることになる。一次元撮像素子１３ａ〜１３ｃ各々に
よる撮像の結果得られた画像信号は、不図示の画像処理
回路に出力される。さらに、一次元撮像素子１３ａ〜１
３ｃが固定された円盤１４は、広角レンズ１１の光軸Ｏ
ａの周り（周方向）に回転可能である。この円盤１４を
周方向に回転させることで、一次元撮像素子１３ａ〜１
３ｃをバンドパスフィルタ１２ａ〜１２ｃと共に周方向
に回転させることができる。

【００１９】なお、広角レンズ１１には、例えば、視野
角（画角）１８０度以上の範囲を像面に結像する魚眼レ
ンズ２１（図３参照）が用いられる。この場合、広角レ
ンズ１１の全周囲に配置された被写体（図４(ａ)の物体
２２〜２５）の像は、図４(ｂ)に示されるように、天頂
の像位置２６から放射状に広がったものとなる。本実施
形態の全周囲観測装置１０では、一次元撮像素子１３ａ
〜１３ｃをバンドパスフィルタ１２ａ〜１２ｃと共に周
方向に回転させながら（図２）、広角レンズ１１の像面
に形成される被写体像（例えば図４(ｂ)）の走査が行わ
れる。

【００２０】このとき、周方向に回転する一次元撮像素
子１３ａによって、被写体像の赤色成分が走査される。
その結果、一次元撮像素子１３ａから画像処理回路に
は、被写体像の赤色成分に基づく赤色画像信号が出力さ
れる。同様に、被写体像の緑色，青色成分は各々、周方
向に回転する一次元撮像素子１３ｂ，１３ｃによって走
査される。そして、一次元撮像素子１３ｂ，１３ｃ各々
から画像処理回路に対し、被写体像の緑色，青色成分に
基づく緑色，青色画像信号が出力される。

【００２１】一方、画像処理回路（不図示）では、上記
のようにして出力された赤色，緑色，青色画像信号を独
立に受け取り、赤色，緑色，青色の全周囲画像を生成す
る。さらに、各色の全周囲画像ごとに所定の画像処理を
施し、人間が観測し易い全周囲画像（図４(ｃ)）に変換
する。このように、本実施形態の全周囲観測装置１０に
よれば、赤色，緑色，青色の３枚の濃淡画像（全周囲画
像）を独立に取り込むことができる。

【００２２】したがって、これら波長帯域が異なる３枚
の濃淡画像を合成することにより、色彩の分布で表現さ
れた全周囲画像（カラー画像）を取得することができ
る。このため、全周囲をカラー画像で観測することが可
能となる。さらに、本実施形態の全周囲観測装置１０で
は、一次元撮像素子１３ａ〜１３ｃを周方向に回転させ
ながら各色の全周囲画像を取り込むため、周方向の計算
を省略した簡単な画像処理を行うだけで、人間が観測し
易い全周囲画像（図４(ｃ)）を得ることができる。

【００２３】なお、広角レンズ１１としてｆθ特性（等
距離射影方式）の魚眼レンズを用いた場合には、一次元
撮像素子１３ａ〜１３ｃによって取り込んだ全周囲画像
の縦方向が視野角に比例し、横方向が回転角に比例する
ため、そのまま人間が観測し易い全周囲画像（図４
(ｃ)）として利用できる。上記した実施形態では、広角
レンズ１１の色収差を考慮しなかったが、広角レンズ１
１の色収差に起因して波長帯域ごとに結像位置が異な
り、鮮明な濃淡画像が得られない場合には、一次元撮像
素子１３ａ〜１３ｃ各々の光軸Ｏａに沿った位置を結像
位置のずれに応じてシフトさせることが好ましい。

【００２４】つまり、バンドパスフィルタ１２ａ〜１２
ｃ各々を通過した結像光束（赤色，緑色，青色成分）の
結像位置に、一次元撮像素子１３ａ〜１３ｃを配置させ
る。その結果、赤色，緑色，青色の鮮明な濃淡画像を取
り込むことができる。さらに、広角レンズ１１の色収差
が補償されたカラー画像を取得することができる。

【００２５】なお、バンドパスフィルタ１２ａ〜１２ｃ
の厚みを調整することによっても、広角レンズ１１の色
波長を補正することができる。また、上記した実施形態
では、ＲＧＢ表色系を用いてカラー画像を表現する例を
説明したが、カラー画像の表現には他の表色系を用いる
こともできる。さらに、上記した実施形態では、３つの
一次元撮像素子１３ａ〜１３ｃおよび３つのバンドパス
フィルタ１２ａ〜１２ｃを用いる例を説明したが、一次
元撮像素子およびバンドパスフィルタの数は３つに限定
されず、２つでも４つ以上でもよい。

【００２６】また、上記した実施形態では、一次元撮像
素子１３ａ〜１３ｃとバンドパスフィルタ１２ａ〜１２
ｃとを全てペア構成とする例を説明したが、複数の一次
元撮像素子の中に、バンドパスフィルタが配されていな
いものが含まれている場合でも、波長帯域が異なる複数
枚の濃淡画像（全周囲画像）を取り込むことができる。
さらに、上記した実施形態では、一次元撮像素子１３ａ
〜１３ｃおよびバンドパスフィルタ１２ａ〜１２ｃを周
方向に回転させながら全周囲画像を取り込む例を説明し
たが、広角レンズ１１と一次元撮像素子１３ａ〜１３ｃ
との間にイメージローテータを配し、このイメージロー
テータを周方向に回転させても同様に、各色の全周囲画
像（濃淡画像）を取り込むことができる（請求項２に対
応）。

【００２７】具体的には、イメージローテータを周方向
に回転させることにより、広角レンズ１１の像面に形成
される被写体像（例えば図４(ｂ)）を周方向に回転させ
ることができる。このため、一次元撮像素子１３ａ〜１
３およびバンドパスフィルタ１２ａ〜１２ｃを停止させ
た場合でも、被写体像（例えば図４(ｂ)）を周方向に回
転させることで、この被写体像を各色成分ごとに走査す
ることができる。

【００２８】また、イメージローテータを回転させなが
ら、一次元撮像素子１３ａ〜１３およびバンドパスフィ
ルタ１２ａ〜１２ｃを回転させる場合でも同様に、被写
体像（例えば図４(ｂ)）を各色成分ごとに走査すること
ができる。さらに、上記した実施形態では、屈折系の広
角レンズ１１を用いて被写体像を形成する例を説明した
が、被写体像の形成には反射系の広角レンズ（例えば特
開平１０−５４９３９号公報）を用いることもできる。

【００２９】この場合、反射系の広角レンズの像面に、
赤外域に感度を持つ一次元撮像素子を配し、かつ、この
一次元撮像素子の広角レンズ側に赤外用のバンドパスフ
ィルタを配することで、赤外域の濃淡画像を取り込むこ
とができる。また、反射系の広角レンズの像面に、紫外
域に感度を持つ一次元撮像素子を配し、かつ、この一次
元撮像素子の広角レンズ側に紫外用のバンドパスフィル
タを配することで、紫外域の濃淡画像を取り込むことが
できる。

【００３０】さらに、可視域と赤外域と紫外域の濃淡画
像を同時に取り込むことも可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の全周囲観
測装置によれば、計算機による画像処理を簡単化できる
と共に、波長帯域が異なる複数枚の濃淡画像（全周囲画
像）を取得できるため、カラー画像で全周囲を観測した
り、各種波長帯域の全周囲画像を同時に観測したりする
ことができる。したがって、全周囲を観測する際の精度
や信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の全周囲観測装置の構成を示す側面
図である。

【図２】一次元撮像素子およびバンドパスフィルタの配
置を示す上面図である。

【図３】魚眼レンズの構成例を示す図である。

【図４】(ａ)は魚眼レンズの全周囲に配置された物体を
示す図、(ｂ)は魚眼レンズの像面における被写体像を示
す図、(ｃ)は全周囲画像を示す図である。

【符号の説明】

１０全周囲観測装置１１広角レンズ１２ａ，１２ｂ，１２ｃバンドパスフィルタ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ一次元撮像素子１４円盤２１魚眼レンズ２１ａ像面２２，２３，２４，２５物体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】広角レンズと、前記広角レンズの像面に配され、前記広角レンズからの
結像光束を撮像すると共に、前記広角レンズの光軸周り
に回転可能な複数の一次元撮像素子と、前記複数の一次元撮像素子の前記広角レンズ側に配さ
れ、前記複数の一次元撮像素子各々に対し波長帯域が互
いに異なる結像光束を導くバンドパスフィルタ手段とを
備えたことを特徴とする全周囲観測装置。
【請求項２】広角レンズと、前記広角レンズからの結像光束中に配され、前記広角レ
ンズの光軸周りに回転可能なイメージローテータと、前記広角レンズの像面に配され、前記イメージローテー
タを通過した前記結像光束を撮像する複数の一次元撮像
素子と、前記複数の一次元撮像素子の前記広角レンズ側に配さ
れ、前記複数の一次元撮像素子各々に対し波長帯域が互
いに異なる結像光束を導くバンドパスフィルタ手段とを
備えたことを特徴とする全周囲観測装置。