JP2002033943A - 全方位視覚センサー - Google Patents
全方位視覚センサーInfo
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
- H04N23/60—Control of cameras or camera modules
- H04N23/698—Control of cameras or camera modules for achieving an enlarged field of view, e.g. panoramic image capture
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/06—Panoramic objectives; So-called "sky lenses" including panoramic objectives having reflecting surfaces
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
- G02B23/02—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices involving prisms or mirrors
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
- H04N23/50—Constructional details
- H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
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- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- Studio Devices (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Lenses (AREA)
- Stereoscopic And Panoramic Photography (AREA)
- Image Input (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の回転体ミラーを利用した全方位視覚セ
ンサーの死角を減らす。 【解決手段】 周囲３６０度の視野領域の画像が得られ
る回転体ミラー７０からなる光学系と、光学系を通して
得られる光学像を画像データに変換する撮像手段７１と
を備えた全方位視覚センサーにおいて、回転体ミラー７
０の凸部の中心に切り欠き部を有し、撮像手段は該切り
欠き部を通して前方の画像を撮像可能である。さらに、
回転体ミラー７０の切り欠き部に広角レンズ７２を設け
て、広角レンズ７２の視野領域を回転体ミラー７０の死
角部と一致させるのが好ましい。
ンサーの死角を減らす。 【解決手段】 周囲３６０度の視野領域の画像が得られ
る回転体ミラー７０からなる光学系と、光学系を通して
得られる光学像を画像データに変換する撮像手段７１と
を備えた全方位視覚センサーにおいて、回転体ミラー７
０の凸部の中心に切り欠き部を有し、撮像手段は該切り
欠き部を通して前方の画像を撮像可能である。さらに、
回転体ミラー７０の切り欠き部に広角レンズ７２を設け
て、広角レンズ７２の視野領域を回転体ミラー７０の死
角部と一致させるのが好ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、周囲３６０度の全
方位を観測するための視覚センサーに関し、特に、監視
用カメラシステムや移動ロボット等の視覚システムに用
いられ、周囲全体の視野情報を実時間（リアルタイム）
で得ることができる全方位視覚センサーに関する。
方位を観測するための視覚センサーに関し、特に、監視
用カメラシステムや移動ロボット等の視覚システムに用
いられ、周囲全体の視野情報を実時間（リアルタイム）
で得ることができる全方位視覚センサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、監視用カメラシステムや移動ロボ
ット等に応用することを目指して、広い範囲の視覚情報
を入力することができる入力装置として、様々な全方位
視覚センサーが提案されている。
ット等に応用することを目指して、広い範囲の視覚情報
を入力することができる入力装置として、様々な全方位
視覚センサーが提案されている。
【０００３】例えば、 １台のカメラを回転させながら画像を取り込み、つな
ぎ合わせる方法（特開平１０−１０５８４０号公報；侵
入物体自動検知システム） 平板形状ミラーを回転させながら画像を取り込み、つ
なぎ合わせる方法（特開平１１−４３７３号公報；全周
パノラマ画像構成方法および装置） 固定された複数台のカメラを用いて、１度に全方位の
画像を取り込む方法（特開平１１−１６４２９２号公
報；画像生成装置、画像呈示装置、画像生成方法及び画
像合成方法） 魚眼レンズ等の広角レンズを用いて、広視野画像を一
括で取り込む方法（特開平１１−３５５７６３号公報；
監視システムおよび監視方法） 球面、円錐面、双曲面等の特殊形状の反射鏡を用い
て、画像を一括で取り込む方法（特開平１１−２１８４
０９号公報；３次元情報計測方法及び装置） 等が知られている。
ぎ合わせる方法（特開平１０−１０５８４０号公報；侵
入物体自動検知システム） 平板形状ミラーを回転させながら画像を取り込み、つ
なぎ合わせる方法（特開平１１−４３７３号公報；全周
パノラマ画像構成方法および装置） 固定された複数台のカメラを用いて、１度に全方位の
画像を取り込む方法（特開平１１−１６４２９２号公
報；画像生成装置、画像呈示装置、画像生成方法及び画
像合成方法） 魚眼レンズ等の広角レンズを用いて、広視野画像を一
括で取り込む方法（特開平１１−３５５７６３号公報；
監視システムおよび監視方法） 球面、円錐面、双曲面等の特殊形状の反射鏡を用い
て、画像を一括で取り込む方法（特開平１１−２１８４
０９号公報；３次元情報計測方法及び装置） 等が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記の方法は、１台
のテレビジョンカメラを電動雲台の上に載せて、３６０
度回転させることにより周囲の画像を取り込み、画像処
理によりつなぎ合わせるものであり、解像度の高い全方
位画像を取り込むことが可能である。しかし、カメラを
回転させながら画像を取り込む関係上、１度に全方位の
画像を取り込むことができず、リアルタイム性に劣る。
のテレビジョンカメラを電動雲台の上に載せて、３６０
度回転させることにより周囲の画像を取り込み、画像処
理によりつなぎ合わせるものであり、解像度の高い全方
位画像を取り込むことが可能である。しかし、カメラを
回転させながら画像を取り込む関係上、１度に全方位の
画像を取り込むことができず、リアルタイム性に劣る。
【０００５】また、上記の方法は、ミラーを３６０度
回転させて、ミラーで反射した周囲の画像を固定したカ
メラで取り込んで、画像処理によってつなぎ合わせるも
のであり、上記の方法と同様に、解像度の高い全方位
画像を取り込むことが可能である。しかし、カメラを回
転させながら画像を取り込む関係上、１度に全方位の画
像を取り込むことができず、上記の方法と同様にリア
ルタイム性に劣る。
回転させて、ミラーで反射した周囲の画像を固定したカ
メラで取り込んで、画像処理によってつなぎ合わせるも
のであり、上記の方法と同様に、解像度の高い全方位
画像を取り込むことが可能である。しかし、カメラを回
転させながら画像を取り込む関係上、１度に全方位の画
像を取り込むことができず、上記の方法と同様にリア
ルタイム性に劣る。
【０００６】さらに、上記およびの方法は、カメラ
またはミラーを回転させるための機械部分が存在し、長
期間の稼働に対して保守およびメンテナンスが必要であ
る。そこで、機械部分を用いずに一度に全方位の画像を
取り込むことができる方法として、上記〜の方法が
提案されている。
またはミラーを回転させるための機械部分が存在し、長
期間の稼働に対して保守およびメンテナンスが必要であ
る。そこで、機械部分を用いずに一度に全方位の画像を
取り込むことができる方法として、上記〜の方法が
提案されている。
【０００７】上記の方法は、固定された複数台のカメ
ラを用いて１度に全方位の画像を取り込む方法であり、
リアルタイム性に優れている。また、機械部分を必要と
しないため、長期の稼働に適しており、信頼性に優れて
いる。しかしながら、複数のカメラを用いるため、シス
テムのコストが高くなるという問題がある。
ラを用いて１度に全方位の画像を取り込む方法であり、
リアルタイム性に優れている。また、機械部分を必要と
しないため、長期の稼働に適しており、信頼性に優れて
いる。しかしながら、複数のカメラを用いるため、シス
テムのコストが高くなるという問題がある。
【０００８】また、上記およびの方法は、広角レン
ズや特殊形状の反射鏡を用いて広視野画像を一括で取り
込む方法であり、上記の方法と同様にリアルタイム性
に優れ、機械部分を必要としないために長期の稼働に適
しており、信頼性に優れている。さらに、上記の方法
と異なり、カメラを１台しか使用せず、システムのコス
トも安く構成することができる。しかしながら、上下左
右３６０度の完全な全方位の画像を取り込むことができ
ず、視野の一部に死角が存在するという欠点がある。
ズや特殊形状の反射鏡を用いて広視野画像を一括で取り
込む方法であり、上記の方法と同様にリアルタイム性
に優れ、機械部分を必要としないために長期の稼働に適
しており、信頼性に優れている。さらに、上記の方法
と異なり、カメラを１台しか使用せず、システムのコス
トも安く構成することができる。しかしながら、上下左
右３６０度の完全な全方位の画像を取り込むことができ
ず、視野の一部に死角が存在するという欠点がある。
【０００９】以下に、上記およびの方法における視
野および死角の概略について、図６〜図１０を用いて説
明する。ここでは、レンズまたはミラーの下にカメラを
配置したときの中心軸を含む鉛直面を示す。
野および死角の概略について、図６〜図１０を用いて説
明する。ここでは、レンズまたはミラーの下にカメラを
配置したときの中心軸を含む鉛直面を示す。
【００１０】図６は、上記の方法において広角レンズ
１０を用いた場合の視野であり、広角レンズ１０の凸部
を上にしてカメラを含む撮像部をその下に配置した構成
では、レンズの周囲（前後左右）３６０度の画像は取り
込めるが、上下方向には上半分の画像しか取り込むこと
ができない。すなわち、下半分が死角となる。
１０を用いた場合の視野であり、広角レンズ１０の凸部
を上にしてカメラを含む撮像部をその下に配置した構成
では、レンズの周囲（前後左右）３６０度の画像は取り
込めるが、上下方向には上半分の画像しか取り込むこと
ができない。すなわち、下半分が死角となる。
【００１１】図７は、上記の方法において回転体ミラ
ーとして円錐面ミラー２０を用いた場合の視野であり、
レンズの周囲（前後左右）３６０度の画像は取り込める
が、上下方向ではミラー面が障害となり、上方および下
方に死角が存在する。よって、撮像手段としてのカメラ
から見て前方正面が死角となっていた。
ーとして円錐面ミラー２０を用いた場合の視野であり、
レンズの周囲（前後左右）３６０度の画像は取り込める
が、上下方向ではミラー面が障害となり、上方および下
方に死角が存在する。よって、撮像手段としてのカメラ
から見て前方正面が死角となっていた。
【００１２】図８は、上記の方法において回転体ミラ
ーとして球面ミラー３０を用いた場合の視野であり、レ
ンズの周囲（前後左右）３６０度の画像は取り込める
が、上下方向ではミラー面が障害となり、上方に死角が
存在する。よって、撮像手段としてのカメラから見て前
方正面が死角となっていた。
ーとして球面ミラー３０を用いた場合の視野であり、レ
ンズの周囲（前後左右）３６０度の画像は取り込める
が、上下方向ではミラー面が障害となり、上方に死角が
存在する。よって、撮像手段としてのカメラから見て前
方正面が死角となっていた。
【００１３】図９は、上記の方法において回転体ミラ
ーとして双曲面ミラー４０を用いた場合の視野であり、
レンズの周囲（前後左右）３６０度の画像は取り込める
が、上下方向ではミラー面が障害となり、上方に死角が
存在する。よって、撮像手段としてのカメラから見て前
方正面が死角となっていた。
ーとして双曲面ミラー４０を用いた場合の視野であり、
レンズの周囲（前後左右）３６０度の画像は取り込める
が、上下方向ではミラー面が障害となり、上方に死角が
存在する。よって、撮像手段としてのカメラから見て前
方正面が死角となっていた。
【００１４】図１０は、上記の方法において回転体ミ
ラーとして放物面ミラー５０を用いた場合の視野であ
り、レンズの周囲（前後左右）３６０度の画像は取り込
めるが、上下方向ではミラー面が障害となり、上方に死
角が存在する。よって、撮像手段としてのカメラから見
て前方正面が死角となっていた。
ラーとして放物面ミラー５０を用いた場合の視野であ
り、レンズの周囲（前後左右）３６０度の画像は取り込
めるが、上下方向ではミラー面が障害となり、上方に死
角が存在する。よって、撮像手段としてのカメラから見
て前方正面が死角となっていた。
【００１５】このように、上記およびの方法では、
いずれも、視野の一部に死角が存在する。また、上記
の方法は、上述したように、その視野が上方に限られて
いるため、移動ロボットに設置した場合を考えると、天
井ばかりを観測することになりやすい。すなわち、観測
する必要の無い上方の領域が多く観測され、本来衝突回
避のために必要とされるロボット自身の側方の観測が不
十分であった。
いずれも、視野の一部に死角が存在する。また、上記
の方法は、上述したように、その視野が上方に限られて
いるため、移動ロボットに設置した場合を考えると、天
井ばかりを観測することになりやすい。すなわち、観測
する必要の無い上方の領域が多く観測され、本来衝突回
避のために必要とされるロボット自身の側方の観測が不
十分であった。
【００１６】そこで、近年では、視野の一部に死角が存
在するものの、リアルタイム性に優れ、低コスト、か
つ、高信頼性を有する、回転体ミラーを使用する上記
の方法が注目されている。この中でも、特に、双曲面ミ
ラーを用いる方法は、その光学系が透視投影系であるた
め、入力画像をミラーの焦点から見た画像（一般のカメ
ラで撮像した画像）や、カメラを鉛直軸周りに回転して
得られる画像（円筒状の全方位画像）に簡単に変換する
ことができ、他のミラーを用いる方法に比べて多様な画
像処理が可能となる。この双曲面ミラーを用いた全方位
視覚系は、特開平６−２９５３３３号公報に記載されて
いる。しかし、上記の方法では、いずれもカメラから
見て前方正面が死角となっており、全方位視覚センサー
を多方面に応用するためには、さらに死角を減らすこと
が好ましい。
在するものの、リアルタイム性に優れ、低コスト、か
つ、高信頼性を有する、回転体ミラーを使用する上記
の方法が注目されている。この中でも、特に、双曲面ミ
ラーを用いる方法は、その光学系が透視投影系であるた
め、入力画像をミラーの焦点から見た画像（一般のカメ
ラで撮像した画像）や、カメラを鉛直軸周りに回転して
得られる画像（円筒状の全方位画像）に簡単に変換する
ことができ、他のミラーを用いる方法に比べて多様な画
像処理が可能となる。この双曲面ミラーを用いた全方位
視覚系は、特開平６−２９５３３３号公報に記載されて
いる。しかし、上記の方法では、いずれもカメラから
見て前方正面が死角となっており、全方位視覚センサー
を多方面に応用するためには、さらに死角を減らすこと
が好ましい。
【００１７】本発明は、このような従来技術の課題を解
決するためになされたものであり、従来の回転体ミラー
（円錐面ミラー、球面ミラー、双曲面ミラー、放物面ミ
ラー等）を利用した全方位視覚センサーの死角を減らし
て多方面への応用を可能にすることができる全方位視覚
センサーを提供することを目的とする。
決するためになされたものであり、従来の回転体ミラー
（円錐面ミラー、球面ミラー、双曲面ミラー、放物面ミ
ラー等）を利用した全方位視覚センサーの死角を減らし
て多方面への応用を可能にすることができる全方位視覚
センサーを提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明の全方位視覚セン
サーは、周囲３６０度の視野領域の画像が得られる回転
体ミラーからなる光学系と、受光素子の光軸を該回転体
ミラーの回転軸と一致させて配置され、該光学系を通し
て得られる光学像を画像データに変換する撮像手段とを
備えた全方位視覚センサーにおいて、該回転体ミラーが
凸部側を該撮像手段側に向けて配置され、該凸部の中心
に切り欠き部を有し、該撮像手段は該切り欠き部を通し
て前方の画像を撮像可能であり、そのことにより上記目
的が達成される。
サーは、周囲３６０度の視野領域の画像が得られる回転
体ミラーからなる光学系と、受光素子の光軸を該回転体
ミラーの回転軸と一致させて配置され、該光学系を通し
て得られる光学像を画像データに変換する撮像手段とを
備えた全方位視覚センサーにおいて、該回転体ミラーが
凸部側を該撮像手段側に向けて配置され、該凸部の中心
に切り欠き部を有し、該撮像手段は該切り欠き部を通し
て前方の画像を撮像可能であり、そのことにより上記目
的が達成される。
【００１９】上記構成によれば、後述する実施形態に示
すように、従来技術では死角となっていた撮像手段の前
方部分（光学系の上方部分）が視野に入り、視野の拡大
を図ることが可能となる。
すように、従来技術では死角となっていた撮像手段の前
方部分（光学系の上方部分）が視野に入り、視野の拡大
を図ることが可能となる。
【００２０】前記回転体ミラーの切り欠き部に、広角レ
ンズが凸部側を前記回転体ミラーの切り欠き部に、広角
レンズが凸部側を前記撮像手段とは反対側に向けて配置
されているのが好ましい。
ンズが凸部側を前記回転体ミラーの切り欠き部に、広角
レンズが凸部側を前記撮像手段とは反対側に向けて配置
されているのが好ましい。
【００２１】上記構成によれば、後述する実施形態に示
すように、さらに死角を減らして視野を拡大することが
可能となる。
すように、さらに死角を減らして視野を拡大することが
可能となる。
【００２２】前記広角レンズの視野領域を前記回転体ミ
ラーの死角部と一致させるのが好ましい。
ラーの死角部と一致させるのが好ましい。
【００２３】上記構成によれば、後述する実施形態に示
すように、上方の死角を無くすことが可能となる。
すように、上方の死角を無くすことが可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、図面を参照しながら説明する。
いて、図面を参照しながら説明する。
【００２５】上述の図７〜図１０に示したように、周囲
３６０度の視野領域が得られる回転体ミラー（円錐面ミ
ラー、球面ミラー、双曲面ミラー、放物面ミラー等）を
光学系として用いた全方位視覚センサーでは、ミラー面
が障害物となって撮像手段（カメラ等）から見て前方正
面が視覚となっていた。一方、ミラーの下方部分は、視
野の一部としての機能を果たすものの、カメラとその撮
像部分が視野に入るだけとなる。そこで、本発明にあっ
ては、例えば図１に示すように、凸部側をカメラ６１に
向けた回転体ミラー６０において、凸部の中心に切り欠
き部６２を設けてカメラ６１の前方（光学系の上方）が
見えるようにしている。これによって、従来技術では死
角となっていた光学系の上方部分の視野を拡大すること
が可能となる。このとき、カメラ６１の後方（光学系の
下方）は死角になるが、カメラ６１とその撮像部分が視
野に入らなくなるだけであり、特に問題は生じない。こ
の切り欠き部の大きさは、必要画角に応じて好ましい範
囲が変わるが、通常は、少なくともカメラ自身の視野範
囲に相当する大きさが必要である。
３６０度の視野領域が得られる回転体ミラー（円錐面ミ
ラー、球面ミラー、双曲面ミラー、放物面ミラー等）を
光学系として用いた全方位視覚センサーでは、ミラー面
が障害物となって撮像手段（カメラ等）から見て前方正
面が視覚となっていた。一方、ミラーの下方部分は、視
野の一部としての機能を果たすものの、カメラとその撮
像部分が視野に入るだけとなる。そこで、本発明にあっ
ては、例えば図１に示すように、凸部側をカメラ６１に
向けた回転体ミラー６０において、凸部の中心に切り欠
き部６２を設けてカメラ６１の前方（光学系の上方）が
見えるようにしている。これによって、従来技術では死
角となっていた光学系の上方部分の視野を拡大すること
が可能となる。このとき、カメラ６１の後方（光学系の
下方）は死角になるが、カメラ６１とその撮像部分が視
野に入らなくなるだけであり、特に問題は生じない。こ
の切り欠き部の大きさは、必要画角に応じて好ましい範
囲が変わるが、通常は、少なくともカメラ自身の視野範
囲に相当する大きさが必要である。
【００２６】さらに、回転体ミラーの切り欠き部に、凸
部をカメラとは反対側に向けた広角レンズを配置するこ
とにより、カメラの前方の死角を減らして視野を広げる
ことができる。
部をカメラとは反対側に向けた広角レンズを配置するこ
とにより、カメラの前方の死角を減らして視野を広げる
ことができる。
【００２７】このとき、図２に示すように、広角レンズ
７２の視野範囲（画角）を回転体ミラー７０の死角部と
一致させることにより、カメラ７１の前方の死角をほと
んど無くすことができる。
７２の視野範囲（画角）を回転体ミラー７０の死角部と
一致させることにより、カメラ７１の前方の死角をほと
んど無くすことができる。
【００２８】図３に、本発明によってカメラの撮像面に
得られる画像を示す。本発明では、回転体ミラーを光学
系に用いているため、結果的に同心円状の２つの円形の
画像が得られる。このうち、外側の画面８０に映る画像
は回転体ミラーを通して得られた回転体ミラーの周囲３
６０度の画像であり、内側の画面８１に映る画像は、回
転体ミラーの切り欠き部を通して得られたカメラ前面の
画像である。このように、本発明によれば、周囲３６０
度の画像とカメラ前方の画像とを同時に得ることができ
る。この画像を基にして、従来から知られている画像処
理技術を用いて、パノラマ変換を行って２つの画像をつ
なぎ合わせることにより、従来技術では死角となってい
た領域の画像情報を同時に得ることができる。よって、
より広範囲の周囲の画像をリアルタイムに得ることがで
きるようになる。
得られる画像を示す。本発明では、回転体ミラーを光学
系に用いているため、結果的に同心円状の２つの円形の
画像が得られる。このうち、外側の画面８０に映る画像
は回転体ミラーを通して得られた回転体ミラーの周囲３
６０度の画像であり、内側の画面８１に映る画像は、回
転体ミラーの切り欠き部を通して得られたカメラ前面の
画像である。このように、本発明によれば、周囲３６０
度の画像とカメラ前方の画像とを同時に得ることができ
る。この画像を基にして、従来から知られている画像処
理技術を用いて、パノラマ変換を行って２つの画像をつ
なぎ合わせることにより、従来技術では死角となってい
た領域の画像情報を同時に得ることができる。よって、
より広範囲の周囲の画像をリアルタイムに得ることがで
きるようになる。
【００２９】なお、ここまでは「カメラ」で「画像」を
取り込むことについて説明したが、この「画像」は「静
止画」を意味している。当然のことながら、「ビデオカ
メラ」を用いれば、動画である「映像」を取り込むこと
になる。そこで、例えば１秒間に３０枚の静止画の「画
像」を取り込んで画像処理を行えば、動画である「映
像」の処理を行うことが可能である。上述したように、
本発明は全方位の画像を一括してリアルタイムに取り込
むことができるものであり、この後の説明においても
「カメラ」および「画像」と表現するが、各々「ビデオ
カメラ」および「映像」と置き換えることが可能である
ことは言うまでもない。
取り込むことについて説明したが、この「画像」は「静
止画」を意味している。当然のことながら、「ビデオカ
メラ」を用いれば、動画である「映像」を取り込むこと
になる。そこで、例えば１秒間に３０枚の静止画の「画
像」を取り込んで画像処理を行えば、動画である「映
像」の処理を行うことが可能である。上述したように、
本発明は全方位の画像を一括してリアルタイムに取り込
むことができるものであり、この後の説明においても
「カメラ」および「画像」と表現するが、各々「ビデオ
カメラ」および「映像」と置き換えることが可能である
ことは言うまでもない。
【００３０】以下に、回転体ミラーとして双曲面ミラー
を用いた実施の形態について、さらに詳しく説明する。
を用いた実施の形態について、さらに詳しく説明する。
【００３１】この双曲面ミラーを用いた全方位視覚系に
ついては、上述したように、特開平６−２９５３３３号
公報に詳細が述べられている。すなわち、図４に示すよ
うに、双曲面ミラー９０の回転軸（中心軸）とカメラの
受光素子の光軸を一致させて、双曲面ミラー９０の第２
焦点９３にカメラのレンズ９１の中心を配置し、レンズ
の焦点距離だけ離れた位置に撮像面９４を配置すること
により、撮像面９４には双曲面ミラー９０の第１焦点９
２の周囲３６０度の画像情報が映る。
ついては、上述したように、特開平６−２９５３３３号
公報に詳細が述べられている。すなわち、図４に示すよ
うに、双曲面ミラー９０の回転軸（中心軸）とカメラの
受光素子の光軸を一致させて、双曲面ミラー９０の第２
焦点９３にカメラのレンズ９１の中心を配置し、レンズ
の焦点距離だけ離れた位置に撮像面９４を配置すること
により、撮像面９４には双曲面ミラー９０の第１焦点９
２の周囲３６０度の画像情報が映る。
【００３２】なお、図４において、双曲面ミラー９０の
漸近線９５、９６の交点を原点として、水平面（撮像面
９４に平行な面）をＸ軸およびＹ軸、鉛直軸をＺ軸とす
る座標系を考えると、双曲面ミラー９０の表面は （Ｘ2＋Ｙ2）／ａ2−Ｚ2／ｂ2＝−１ ・・・（式１） で表される。上記式（１）において、ａおよびｂは双曲
面の形状を決定する数値である。また、漸近線９５、９
６の交点から双曲面ミラー９０の第１焦点９２および第
２焦点９３までの距離ｃは ｃ＝√（ａ2＋ｂ2） ・・・（式２） で表される。
漸近線９５、９６の交点を原点として、水平面（撮像面
９４に平行な面）をＸ軸およびＹ軸、鉛直軸をＺ軸とす
る座標系を考えると、双曲面ミラー９０の表面は （Ｘ2＋Ｙ2）／ａ2−Ｚ2／ｂ2＝−１ ・・・（式１） で表される。上記式（１）において、ａおよびｂは双曲
面の形状を決定する数値である。また、漸近線９５、９
６の交点から双曲面ミラー９０の第１焦点９２および第
２焦点９３までの距離ｃは ｃ＝√（ａ2＋ｂ2） ・・・（式２） で表される。
【００３３】ここで、本実施形態では、図４に示した双
曲面ミラー９０の代わりに、図１に示したような凸部の
中心部に切り欠き部６２を設けた双曲面ミラーを用い
る。これによって、図３に示したように、内側の画面８
１に映る画像として直接カメラで撮影したものと同様の
画像が得られる。
曲面ミラー９０の代わりに、図１に示したような凸部の
中心部に切り欠き部６２を設けた双曲面ミラーを用い
る。これによって、図３に示したように、内側の画面８
１に映る画像として直接カメラで撮影したものと同様の
画像が得られる。
【００３４】しかしながら、この場合、図１に示したよ
うに、カメラ前方の一部に死角が存在する。そこで、こ
の死角部を無くすために、図２に示したように切り欠き
部に広角レンズ７２を配置することにより、さらに広い
視野を得ることができる。以下に、この広角レンズの設
計例について説明する。
うに、カメラ前方の一部に死角が存在する。そこで、こ
の死角部を無くすために、図２に示したように切り欠き
部に広角レンズ７２を配置することにより、さらに広い
視野を得ることができる。以下に、この広角レンズの設
計例について説明する。
【００３５】図５はカメラレンズ１００と広角レンズ１
０１との位置関係を示した図である。この図５におい
て、広角レンズ１０１は双曲面ミラーの切り欠き部に配
置する広角レンズであり、物点１０２の像は広角レンズ
１０１によって第１結像点１０３に結像する。この第１
結像点１０３の像が、カメラレンズ１００を通して、像
点１０４に結像する。ここで、カメラレンズ１００の焦
点距離をｆ１、広角レンズ１０１の焦点距離をｆ２、カ
メラレンズ１００から像点１０４までの距離をＳ１、カ
メラレンズ１００から第１結像点１０３までの距離をＳ
２、広角レンズ１０１から第１結像点１０３までの距離
をＳ３、広角レンズ１０１から物点１０２までの距離を
Ｓ４とすると、レンズの結像公式によって、各々、 １／Ｓ１＋１／Ｓ２＝１／ｆ１ ・・・（式３） １／Ｓ３＋１／Ｓ４＝１／ｆ２ ・・・（式４） が成り立つ。そこで、 Ｓ２＋Ｓ３＝ｄ ・・・（式５） とすると、双曲面ミラーの切り欠き部に広角レンズを設
けた全方位視覚センサーでは、図４において双曲面ミラ
ー９０の第２の焦点９３に配置されたカメラレンズ９１
からｄの距離に広角レンズの中心を配置すれば、上述の
図３の画像において広角レンズを通して得られた画像が
内側の画面８１に画像として映ることになる。
０１との位置関係を示した図である。この図５におい
て、広角レンズ１０１は双曲面ミラーの切り欠き部に配
置する広角レンズであり、物点１０２の像は広角レンズ
１０１によって第１結像点１０３に結像する。この第１
結像点１０３の像が、カメラレンズ１００を通して、像
点１０４に結像する。ここで、カメラレンズ１００の焦
点距離をｆ１、広角レンズ１０１の焦点距離をｆ２、カ
メラレンズ１００から像点１０４までの距離をＳ１、カ
メラレンズ１００から第１結像点１０３までの距離をＳ
２、広角レンズ１０１から第１結像点１０３までの距離
をＳ３、広角レンズ１０１から物点１０２までの距離を
Ｓ４とすると、レンズの結像公式によって、各々、 １／Ｓ１＋１／Ｓ２＝１／ｆ１ ・・・（式３） １／Ｓ３＋１／Ｓ４＝１／ｆ２ ・・・（式４） が成り立つ。そこで、 Ｓ２＋Ｓ３＝ｄ ・・・（式５） とすると、双曲面ミラーの切り欠き部に広角レンズを設
けた全方位視覚センサーでは、図４において双曲面ミラ
ー９０の第２の焦点９３に配置されたカメラレンズ９１
からｄの距離に広角レンズの中心を配置すれば、上述の
図３の画像において広角レンズを通して得られた画像が
内側の画面８１に画像として映ることになる。
【００３６】さらに、図５において、カメラレンズ１０
０と広角レンズ１０１からなる光学系を１つの合成レン
ズ系として考えると、その焦点距離ｆは、 １／ｆ＝（ｆ１＋ｆ２−ｄ）／ｆ１×ｆ２ ・・・（式６） で与えられる。一方、合成レンズ系の口径をＤとする
と、その画角ｎは、 ｎ＝Ｄ／ｆ ・・・（式７） で与えられる。
０と広角レンズ１０１からなる光学系を１つの合成レン
ズ系として考えると、その焦点距離ｆは、 １／ｆ＝（ｆ１＋ｆ２−ｄ）／ｆ１×ｆ２ ・・・（式６） で与えられる。一方、合成レンズ系の口径をＤとする
と、その画角ｎは、 ｎ＝Ｄ／ｆ ・・・（式７） で与えられる。
【００３７】そこで、広角レンズの画角を双曲面ミラー
の死角部分に一致させるためには、 ｎ＝Ｄ／ｆ＝ｂ／２×ａ ・・・（式８） とすればよい。ここで、ａおよびｂは回転ミラーの形状
によって決まっており、ｆ１はカメラレンズ１００によ
って与えられており、ｄは広角レンズ１０１の口径で決
まる。よって、上記式６と上記式８とからｆ２を求めれ
ば、広角レンズを設計することができ、この広角レンズ
を用いて死角を無くした全方位視覚センサーを実現する
ことができる。
の死角部分に一致させるためには、 ｎ＝Ｄ／ｆ＝ｂ／２×ａ ・・・（式８） とすればよい。ここで、ａおよびｂは回転ミラーの形状
によって決まっており、ｆ１はカメラレンズ１００によ
って与えられており、ｄは広角レンズ１０１の口径で決
まる。よって、上記式６と上記式８とからｆ２を求めれ
ば、広角レンズを設計することができ、この広角レンズ
を用いて死角を無くした全方位視覚センサーを実現する
ことができる。
【００３８】なお、上記実施形態では回転体ミラーとし
て双曲面ミラーを用いた例について説明したが、円錐面
ミラー、球面ミラー、放物面ミラー等の他の回転体ミラ
ーを用いた全方位視覚センサーについても同様に実施す
ることが可能である。
て双曲面ミラーを用いた例について説明したが、円錐面
ミラー、球面ミラー、放物面ミラー等の他の回転体ミラ
ーを用いた全方位視覚センサーについても同様に実施す
ることが可能である。
【００３９】例えば、回転体ミラーに切り欠き部を設け
た請求項１に記載の全方位視覚センサーは、切り欠く部
分の視野情報をカメラの撮像面に結像させるように、カ
メラの被写界深度を選ぶことによって実施可能である。
また、請求項２に記載の全方位視覚センサーは、上記式
（５）で得られる距離に広角レンズ１０１を配置すれば
よい。さらに、請求項３に記載の全方位視覚センサー
は、各回転体ミラーの死角が決まれば、上記式（７）に
よってこの死角に一致する画角が得られる広角レンズを
選択すればよい。
た請求項１に記載の全方位視覚センサーは、切り欠く部
分の視野情報をカメラの撮像面に結像させるように、カ
メラの被写界深度を選ぶことによって実施可能である。
また、請求項２に記載の全方位視覚センサーは、上記式
（５）で得られる距離に広角レンズ１０１を配置すれば
よい。さらに、請求項３に記載の全方位視覚センサー
は、各回転体ミラーの死角が決まれば、上記式（７）に
よってこの死角に一致する画角が得られる広角レンズを
選択すればよい。
【００４０】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
機械部分が不要で、信頼性が高く、死角部分が少なく、
周囲３６０度の情報がリアルタイムに得られる全方位視
覚センサーを実現することができ、監視用カメラシステ
ムや移動ロボット等の視覚システムに用いれば、多大な
効果を発揮することができる。さらに、高価なカメラは
１台で済むので、安いコストで全方位を観測するための
視覚センサーを実現することができる。
機械部分が不要で、信頼性が高く、死角部分が少なく、
周囲３６０度の情報がリアルタイムに得られる全方位視
覚センサーを実現することができ、監視用カメラシステ
ムや移動ロボット等の視覚システムに用いれば、多大な
効果を発揮することができる。さらに、高価なカメラは
１台で済むので、安いコストで全方位を観測するための
視覚センサーを実現することができる。
【図１】本発明の一実施形態である全方位視覚センサー
による視野の拡大状況を説明するための図である。
による視野の拡大状況を説明するための図である。
【図２】本発明の他の実施形態である全方位視覚センサ
ーによる視野の拡大状況を説明するための図である。
ーによる視野の拡大状況を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施形態である全方位視覚センサー
において、カメラの撮像面に得られる画像を示す図であ
る。
において、カメラの撮像面に得られる画像を示す図であ
る。
【図４】従来技術による双曲面ミラーとカメラの位置関
係を説明するための図である。
係を説明するための図である。
【図５】カメラレンズと広角レンズの結像関係を説明す
るための図である。
るための図である。
【図６】広角レンズを用いた従来技術における視野と死
角領域とを説明するための図である。
角領域とを説明するための図である。
【図７】円錐面ミラーを用いた従来技術における視野と
死角領域とを説明するための図である。
死角領域とを説明するための図である。
【図８】球面ミラーを用いた従来技術における視野と死
角領域とを説明するための図である。
角領域とを説明するための図である。
【図９】双曲面ミラーを用いた従来技術における視野と
死角領域とを説明するための図である。
死角領域とを説明するための図である。
【図１０】放物面ミラーを用いた従来技術における視野
と死角領域とを説明するための図である。
と死角領域とを説明するための図である。
１０ 広角レンズ １１、２１、３１、４１、５１、６１、７１ カメラ ２０ 円錐面ミラー ３０ 球面ミラー ４０、９０ 双曲面ミラー ５０ 放物面ミラー ６０、７０ 回転体ミラー ６２ 切り欠き部６２ ７２、１０１ 広角レンズ ８０ 撮像面に映る外側画面 ８１ 撮像面に映る内側画面 ９１、１００ カメラレンズ ９２ 第１焦点 ９３ 第２焦点 １０２ 物点 １０３ 第１結像点 １０４ 像点
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０３Ｂ 15/00 Ｇ０３Ｂ 15/00 Ｗ Ｓ Ｆターム(参考） 2H042 DD06 DD08 DD09 DE00 2H087 KA03 LA30 PA01 PB01 QA07 QA18 QA38 5C022 AA01 AB62 AC54 AC78
Claims (3)
- 【請求項１】 周囲３６０度の視野領域の画像が得られ
る回転体ミラーからなる光学系と、 受光素子の光軸を該回転体ミラーの回転軸と一致させて
配置され、該光学系を通して得られる光学像を画像デー
タに変換する撮像手段とを備えた全方位視覚センサーに
おいて、 該回転体ミラーが凸部側を該撮像手段側に向けて配置さ
れ、該凸部の中心に切り欠き部を有し、該撮像手段は該
切り欠き部を通して前方の画像を撮像可能である全方位
視覚センサー。 - 【請求項２】 前記回転体ミラーの切り欠き部に、広角
レンズが凸部側を前記撮像手段とは反対側に向けて配置
されている請求項１に記載の全方位視覚センサー。 - 【請求項３】 前記広角レンズの視野領域を前記回転体
ミラーの死角部と一致させた請求項２に記載の全方位視
覚センサー。
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|---|---|---|---|
| JP2000213530A JP3841621B2 (ja) | 2000-07-13 | 2000-07-13 | 全方位視覚センサー |
| EP01306071A EP1172678A3 (en) | 2000-07-13 | 2001-07-13 | Omnidirectional vision sensor |
| US09/905,779 US6793356B2 (en) | 2000-07-13 | 2001-07-13 | Omnidirectional vision sensor |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000213530A JP3841621B2 (ja) | 2000-07-13 | 2000-07-13 | 全方位視覚センサー |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002033943A true JP2002033943A (ja) | 2002-01-31 |
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|---|---|---|---|
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