JP2002334322A - 透視投影画像生成システム、透視投影画像生成方法、透視投影画像生成プログラムおよび透視投影画像生成プログラムを記憶した記憶媒体 - Google Patents

透視投影画像生成システム、透視投影画像生成方法、透視投影画像生成プログラムおよび透視投影画像生成プログラムを記憶した記憶媒体

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JP2002334322A
JP2002334322A JP2001140779A JP2001140779A JP2002334322A JP 2002334322 A JP2002334322 A JP 2002334322A JP 2001140779 A JP2001140779 A JP 2001140779A JP 2001140779 A JP2001140779 A JP 2001140779A JP 2002334322 A JP2002334322 A JP 2002334322A
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Kenichi Kawakami
健一 川上
Kiyoshi Kumada
清 熊田
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Sharp Corp
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N7/00Television systems
    • H04N7/18Closed-circuit television [CCTV] systems, i.e. systems in which the video signal is not broadcast
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00Details of television systems
    • H04N5/222Studio circuitry; Studio devices; Studio equipment
    • H04N5/262Studio circuits, e.g. for mixing, switching-over, change of character of image, other special effects ; Cameras specially adapted for the electronic generation of special effects
    • H04N5/2628Alteration of picture size, shape, position or orientation, e.g. zooming, rotation, rolling, perspective, translation
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/58Means for changing the camera field of view without moving the camera body, e.g. nutating or panning of optics or image sensors

Abstract

(57)【要約】 【課題】 撮像対象物との正確な位置関係を把握し得る
透視投影画像生成システム、透視投影画像生成方法、透
視投影画像生成プログラムおよび透視投影画像生成プロ
グラムを記憶した記憶媒体を提供する。 【解決手段】 双曲面ミラー10の焦点Omから透視投
影画像面12までの距離dと、双曲面ミラー10の焦点
Omから実空間平面13までの距離Dとの距離の相対比
d/Dに基づいて、透視投影画像のサイズに対応した対
象物体のスケールモデルを作成し、このスケールモデル
を透視投影画像とともに提示することにより、撮像対象
物との位置関係、距離等を容易に把握することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、全方位視覚センサ
ーを用いた透視投影画像生成システム、透視投影画像生
成方法、透視投影画像生成プログラムおよび透視投影画
像生成プログラムを記憶した記憶媒体に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、自動車の駐車時等に運転者の運転
上の負担を軽減させるために自動車に搭載されるバック
モニターに代表されるように、自動車等の移動体にカメ
ラを搭載して、移動体の死角にあたる部分の画像をモニ
ター表示させる画像表示システムの研究が盛んに行われ
ている。
【0003】しかし、従来の画像表示システムでは、例
えば、自動車の真後ろにあたる部分の視野角が狭くなっ
ている等、一部の情報を表示するに留まっており、運転
者の運転上の負担をさらに軽減するために、自動車と障
害物との位置関係についてのより正確な情報を得るため
には、視野角の広いカメラが求められる。
【0004】また、従来のバックモニター等の画像表示
システムでは、カメラからの画像をほぼそのまま表示画
面として表示しているため、表示される表示画像が自動
車後方等の特定視野領域に限定される。したがって、こ
のような画像表示システムでは、自動車の真後ろに位置
する障害物等を確認することや、どこまでバックできる
か等を確認することはできるが、自動車の下部に位置す
る駐車場の枠線、自動車の側部に位置する隣接の車等の
真後ろ以外の領域についての情報及び障害物との位置関
係を把握することができない。
【0005】このため、自動車を運転する運転者は、モ
ニターからの画像と、バックミラー及びサイドミラーか
らの情報を目視すると共に、運転者としての経験によっ
て対応しなければならず、運転者としての経験が少ない
初心者等が安全な運転を行う場合に、大きな負担となっ
ている。
【0006】このような状況から、自動車と駐車場等の
外部環境との正確な位置情報を運転者に提供する運転支
援システムとしての画像表示システムを実現することが
求められており、特願2000−31260号には、双
曲線ミラーを用いた全方位視覚センサーを視野方向を鉛
直下向きにした状態で、自動車の所定位置に設置し、こ
の全方位視覚センサーにより得られる透視投影画像によ
って、自動車の上方から地上面をみた鳥瞰図を作成する
移動体周辺確認装置が開示されている。この移動体周辺
確認装置により、自動車等の移動体の地上面に対する平
面的な位置情報が表示される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】特願2000−312
60号に記載された移動体周辺確認装置では、実際には
地上面に存在しない自動車の映像を地上面上にあるよう
な透視投影に変換した画像を作成するため、著しく歪ん
だ鳥瞰図となり、地上面における自動車の位置関係を判
断することが容易でないという問題がある。
【0008】また、この特願2000−31260号で
は、歪みを生じた自動車の画像が占める領域に、自動車
を真上から見た画像を合成すれば、鳥瞰図における自動
車と地上面との位置関係を正確に分かりやすく表示でき
る構成が記載されているが、合成画像の作成方法につい
ての詳細な説明がなく、実際には、適切な画像を合成す
るためには、運転者が、画面を見ながら画面の調整を試
行錯誤によって繰り返すことにより作成されている。こ
のため、ズームアップ、ズームダウン等の画像の軽微な
変更にも対応することが容易ではなく、また、障害物、
駐車枠等と自動車との具体的な距離間隔を把握できない
という問題がある。
【0009】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものであり、撮像対象物との正確な位置関係を把握
し得る透視投影画像生成システム、透視投影画像生成方
法、透視投影画像生成プログラムおよび透視投影画像生
成プログラムを記憶した記憶媒体を提供することを目的
とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の透視投影画像生成システムは、二葉双曲面
のうちの一方の双曲面状の形状を有する双曲面ミラーか
らなる光学系と、該双曲面ミラーに対向して設置された
レンズにより集光された光を受光し入力画像データを生
成する撮像手段と、該撮像手段により取得された入力画
像データに基づいて、該双曲面ミラーの焦点を射影中心
(視点)とした透視投影の画像データを生成する画像変
換手段と、該双曲面ミラーの焦点と該双曲面ミラーの焦
点を通る直線に直交する物体面との距離と、該双曲面ミ
ラーの焦点と透視投影画像面との距離との相対比に基づ
いて、該物体面での物体の画像データを透視投影画像上
におけるサイズに対応する物体のスケールモデルの画像
データに変換するスケールモデル作成手段と、該透視投
影画像データと、該スケールモデルの画像データとを合
成した合成画像データを生成する画像合成手段と、該合
成画像データを表示する表示手段と、を備えたことを特
徴とするものである。
【0011】上記本発明の透視投影画像生成システムに
おいて、前記物体面が地上面であることが好ましい。
【0012】上記本発明の透視投影画像生成システムに
おいて、前記射影中心と該透視投影画像面との距離が、
解像度の最小単位であるピクセル数により表されること
が好ましい。
【0013】上記本発明の透視投影画像生成システムに
おいて、前記スケールモデルの画像データは、前記物体
面におけるスケールモデルの対象となる物体の情報に基
づいて作成されることが好ましい。
【0014】上記本発明の透視投影画像生成システムに
おいて、前記情報は、前記対象物体の画像データである
元画像データ(ヘッダー情報を含む)と、該物体の実寸
法と、前記双曲面ミラーの焦点と該物体面との距離デー
タとを含んでいることが好ましい。
【0015】上記本発明の透視投影画像生成システムに
おいて、前記スケールモデル作成手段は、前記対象物体
の画像データである元画像データを、前記相対比を用い
て拡大または縮小してスケールモデルの画像データを作
成することが好ましい。
【0016】上記本発明の透視投影画像生成システムに
おいて、前記光学系と同様の第2の光学系を有し、前記
スケールモデル作成手段によって作成されたスケールモ
デルの画像データに基づいて、該第2の光学系における
双曲面ミラーの焦点と該焦点を射影中心とした第2の光
学系における透視投影画像面との距離を逆算して求め、
該スケールモデルに対応した第2の光学系における双曲
面ミラーの焦点を射影中心とした透視投影画像データを
作成することが好ましい。
【0017】上記本発明の透視投影画像生成システムに
おいて、前記スケールモデルの画像データは、長さを表
示するゲージモデルであることが好ましい。
【0018】また、本発明の透視投影画像生成方法は、
二葉双曲面のうちの一方の双曲面状の形状を有する双曲
面ミラーからなる光学系と、該双曲面ミラーに対向して
設置されたレンズにより集光された光を受光し入力画像
データを生成する撮像手段とを有する全方位視覚センサ
ーを用いて入力画像データを取得する工程と、該撮像手
段により取得された入力画像データに基づいて、双曲面
ミラーの焦点を射影中心(視点)とした透視投影の画像
データを生成する画像変換工程と、該双曲面ミラーの焦
点と該双曲面ミラーの焦点を通る直線に直交する物体面
との距離と、該双曲面ミラーの焦点と透視投影画像面と
の距離との相対比に基づいて、該物体面での物体の画像
データを該透視投影画像上におけるサイズに対応する物
体のスケールモデルの画像データに変換するスケールモ
デル作成工程と、該透視投影画像データと、該スケール
モデルの画像データとを合成した合成画像データを生成
する画像合成工程と、該合成画像データを表示する表示
工程と、を包含することを特徴とするものである。
【0019】また、本発明の透視投影画像生成プログラ
ムは、上記本発明の透視投影画像生成方法を実行する。
【0020】また、本発明の記録媒体は、上記本発明の
透視投影画像生成方法をコンピュータで実行する為の透
視投影画像生成プログラムを記録している。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る透視投影画像
生成システムについて説明する。
【0022】本発明の透視投影画像生成システムでは、
双曲面ミラーを用いた全方位視覚センサーによって得ら
れる入力画像データに基づいて、双曲面ミラーの焦点を
射影中心とする透視投影画像を生成する。
【0023】まず、全方位視覚センサーについて説明す
る。
【0024】双曲面ミラーを用いた全方位視覚系の詳細
については、特開平6−295333号公報に説明され
ているので、ここでは、双曲面ミラーを用いた全方位視
覚系の特徴についてのみ説明する。
【0025】図1は、全方位視覚センサーの光学系を説
明するための構成図である。
【0026】全方位視覚センサーの光学系は、図1に示
すように、双曲面ミラー10を有している。双曲面ミラ
ー10は、回転体の外周面が反射面になっており、図1
においては、その回転軸が3次元座標(x、y、z)に
おけるz軸に配置されている。双曲面ミラー10の焦点
Omはz軸上に位置している。双曲面ミラー10の焦点
Omに向かって照射される光は、双曲面ミラー10の反
射面にて反射されてz軸上の点Ocに集光される。この
点Ocは、双曲面ミラー10を含む二葉双曲面における
もう一方の焦点位置に相当する。この点Ocには、レン
ズ14が配置されており、このレンズ14の焦点距離f
だけ離れた位置に、CCD等の受光面である画像面11
がz軸とは直交状態で配置されている。点Ocは、レン
ズ14のレンズ主点である。
【0027】このような光学系において、双曲面ミラー
10の焦点Omから距離Dだけ離れた点Gを含み、焦点
Omと点Gとを結ぶ直線Om−G(視野方向)に直交す
る実空間平面13上の点Pから双曲面ミラー10の焦点
Omに向かう照射光について考える。点Pは、x−y−
z軸座標では、(X、Y、Z)にて表される。点Pから
焦点Omに照射される光は、双曲面ミラー10によっ
て、レンズ14のレンズ主点Ocに向かって反射されて
レンズ14によって、画像面11の点p(x、y)に結
像し、画像面11に結像した点Pの画像が入力画像とな
る。この場合、双曲面ミラー10がz軸を中心軸とする
回転体の外周面に構成されているので、双曲面ミラー1
0により反射された光により生成される入力画像は円形
画像となる。
【0028】次に、入力画像を利用して光学系の周囲情
報の一部を双曲面ミラー10の焦点Omを射影中心とし
た透視投影に変換した透視投影画像について説明する。
【0029】今、前述した実空間平面13の視野方向で
ある直線Om−G上における点gを含み、この直線Om
−Gに直交する透視投影画像面12を考える。透視投影
画像面12の点gは、双曲面ミラー10における焦点O
mから距離dだけ離れており、透視投影画像面12と実
空間平面13は平行な面とする。そこで、実空間平面1
3と焦点Omとの間に光を遮断する物体がなければ、焦
点Omを射影中心とした透視投影画像面12を考えた場
合、点P(X、Y、Z)から照射される光は、射影点p
t(tx、ty、tz)に投影される。前述したように
実空間平面13上の点P(X、Y、Z)の光は画像面1
1における点p(x、y)に結像するので、射影点pt
(tx、ty、tz)の値は点p(x、y)の値により
決まる。このように透視投影画像面12における各射影
点の値を画像面11から求めることにより、焦点Omを
射影中心とした透視投影画像を得ることができる。
【0030】この場合、図1に示すように、投射投影画
像面12上の点g及び点ptと双曲面ミラー10の焦点
Omとで形成される三角形Om−g−ptと、実空間平
面13上の点G及び点Pと双曲面ミラー10の焦点Om
とで形成される三角形Om−G−Pとは、同軸となる直
線Om−g及びOm−Gが共通であって、頂角g−Om
−ptと頂角G−Om−Pとが共通であるために、相似
の関係にある。
【0031】したがって、透視投影画像面12の点gと
点ptとの長さと、実空間平面13上の点Gと点Pとの
長さとの比は、上記の相似関係から、双曲面ミラー10
の焦点Omからの距離の比d/Dによって表すことがで
きる。
【0032】ここで、透視投影画像をデジタル画像とす
ると、透視投影画像面12上のサイズを表す単位は、デ
ジタル画像の解像度の最小単位であるピクセル数を用い
れば便利である。このため、透視投影画像面12と双曲
面ミラー10の焦点Omまでの距離dもピクセル数を用
いて表し、また、実空間平面13上の距離をcmを用い
て表すことにより、距離の比d/Dは、[pixel/
cm]により表される。これは、実空間平面13上の1
cmを表すために必要なピクセル数が、d/Dであるこ
とを表している。
【0033】図2は、図1に示す全方位視覚センサーの
光学系のz軸を含む平面による断面図である。
【0034】図2に示すように、z軸を含む平面におけ
る光学系を考慮した場合、双曲面10の焦点Omに向か
う入射光22の入射角αとレンズ主点21への入射角で
ある反射角βとの関係は、双曲面ミラー10の形状を規
定する定数a、b、cにより、次の(1)式により表さ
れる。
【0035】
【数1】 (1)式により、反射光23の角度βは、双曲面ミラー
10の形状を規定する定数a、b、cと入射光22の入
射角αとによって規定される。
【0036】次に、上記の全方位視覚センサーを用いた
本発明の透視投影画像生成システムについて説明する。
【0037】この全方位視覚センサーを用いた透視投影
画像生成システムでは、上記に説明した距離の比d/D
を利用して、実空間平面13上のサイズが既知である対
象物体を表すために、対象物体を表す元画像データを拡
大もしくは縮小、または新たに作成することにより、透
視投影画像面12のサイズに対応した対象物体のスケー
ルモデルを作成する。
【0038】このスケールモデルは、実空間平面13上
でのサイズが既知である対象物体を、透視投影画像面1
2上で表すために、前述した距離の比d/Dに対応した
サイズで作成したデジタル画像データである。例えば、
全方位視覚センサーを自動車に搭載し、対象物体を、地
上面における自動車の影の部分とした場合には、スケー
ルモデルとしてその自動車の大きさを表す画像データを
作成すれば、地上面における障害物と自動車との位置関
係がわかる。
【0039】図3は、本発明の透視投影画像生成システ
ムの概略を説明するためのブロック図である。本実施の
形態では、自動車の右前方及び左後方のそれぞれに、図
1に示す光学系を有する全方位視覚センサーを設置して
鳥瞰図表示を得て、得られた鳥瞰図によって運転者の運
転を支援する車載用全方位視覚システムについて説明す
る。なお、以下の記載では、全方位視覚システムを搭載
した自動車を自車と称して表すこととする。
【0040】この透視投影画像生成システムは、図3に
示すように、第1全方位視覚センサー31と、第2全方
位視覚センサー32と、自車、第1全方位視覚センサー
31及び第2全方位視覚センサー32等に関するデータ
が記憶された記憶手段33と、各種データを入力する入
力手段34と、第1全方位視覚センサー31及び第2全
方位視覚センサー32のそれぞれの出力に基づいて作成
された画像を表示する表示手段35と、第1全方位視覚
センサー31及び第2全方位視覚センサー32によって
得られるデータを一時的に記憶する画像データ記憶手段
36と、これら全てを制御する制御手段30とを有して
いる。
【0041】以下、上記各構成について説明する。
【0042】図4は、図3に示す本実施形態の全方位視
覚システムを搭載した自車を示す概略図である。
【0043】第1全方位視覚センサー31は、図4に示
すように、自車の右前方にて、画像面となるCCDカメ
ラが地上面に対して垂直上向き、双曲面ミラーの湾曲面
が地上面に対して垂直下向きになるように、地上面から
双曲面ミラーの焦点までの距離がD1になる位置に設置
され、自車の右前方にて撮像される画像データを第1入
力画像データとして取得する。
【0044】第2全方位視覚センサー32は、図4に示
すように、自車の左後方にて、画像面となるCCDカメ
ラが地上面に対して垂直上向き、双曲面ミラーの湾曲面
が地上面に対して垂直下向きになるように、地上面から
双曲面ミラーの焦点までの距離がD2になる位置に設置
され、自車の左後方にて撮像される画像データを第2入
力画像データとして取得する。
【0045】記憶手段33は、磁気ディスク等の磁気記
憶装置、書き換え可能な不揮発性メモリー等によって構
成され、自車の画像データ、自車の実寸法の車幅値及び
全長値、第1全方位視覚センサー31の双曲面ミラーに
おける焦点から地上面までの高さの値D1、第2全方位
視覚センサー32の双曲面ミラーの焦点から地上面まで
の高さの値D2等の鳥瞰図上に表示する自車のスケール
モデルを作成するための情報を記憶する。なお、本実施
の形態では、上記の情報に基づいて、自車の画像データ
を拡大・縮小したスケールモデルを作成するので、この
スケールモデルを鮮明なものとするためにも、記憶手段
33は、自車画像データに関する大容量のデータを記憶
し得る記憶容量を有していることが好ましい。また、こ
の自車画像データは、グラフィックツールを利用して作
成、もしくはデジタルカメラ等を使用して、自車の真上
から撮像した画像を用いてもよい。
【0046】入力手段34は、自車を運転する運転者が
押圧等によって指示することができるユーザーインター
フェース、例えば、キーボード、マウス、リモコン、タ
ッチパネル等を有し、表示された画像をズームアップま
たはズームダウンするための変数選択、ゲージモデルの
選択、ゲージモデルの表示または非表示の指定、第1全
方位視覚センサー31と第2全方位視覚センサー32と
の境界線の表示または非表示等を指定する。
【0047】画像データ記憶手段36は、第1及び第2
全方位視覚センサー31及び32が取得した入力画像デ
ータ等を一時的に記憶するためのメモリーであり、第1
の記憶領域から第7の記憶領域までの7つの記憶領域3
6a〜36gを有している。
【0048】第1の記憶領域36aは、第1全方位視覚
センサー31で取得した自車の右前方周辺の第1入力画
像データを記憶する。第2の記憶領域36bは、第2全
方位視覚センサー32で取得した自車の左後方周辺の第
2入力画像データを記憶する。
【0049】第3の記憶領域36cは、第1の記憶領域
36aに記憶された第1入力画像データに基づいて、透
視投影画像データに変換した第1透視投影画像データを
記憶する。第4の記憶領域36dは、第2の記憶領域3
6bに記憶された第2入力画像データに基づいて、投影
投影画像データに変換した第2透視投影画像データを記
憶する。
【0050】第5の記憶領域36eは、記憶手段33に
記憶した自車に関する画像データを拡大または縮小する
ことによって作成される自車のスケールモデルの画像デ
ータを記憶する。
【0051】第6の記憶領域36fは、地上面に対する
縮尺を表すゲージモデルに関する画像データを記憶す
る。
【0052】第7の記憶領域36gは、第3の記憶領域
36cに記憶した第1透視投影画像データと、第4の記
憶領域36dに記憶した第2透視投影画像データと、第
5の記憶領域36eに記憶した自車に関するスケールモ
デルとに基づいて合成される合成画像データを記憶す
る。なお、入力手段34によって、運転者が、第6の記
憶領域36fに記憶されたゲージモデルの表示を選択し
た場合には、第6の記憶領域36fに記憶されたゲージ
モデルが上記の合成画像データとともに記憶される。
【0053】表示手段35は、カーナビ専用液晶テレビ
等の表示装置が使用され、合成画像データ等を画像表示
する。
【0054】制御手段30は、鳥瞰図作成のためのプロ
グラムを格納したコンピュータであり、格納されたプロ
グラムに基づいて、上記の各構成を制御する。
【0055】この制御手段30に格納された鳥瞰図作成
に関連するプログラムについて説明する。
【0056】図5は、上記プログラムの概略を説明する
構成図である。このプログラムは制御手段30内に格納
されている。
【0057】この鳥瞰図作成プログラム50は、図5に
示すように、画像変換工程51と、拡大・縮小工程52
と、画像合成工程54と、縮尺作成工程53とを実施す
る。
【0058】画像変換工程51では、第1全方位視覚セ
ンサー31と、第2全方位視覚センサー32によってそ
れぞれ取得され、画像データ記憶手段36の第1の記憶
領域36a及び第2の記憶領域36bにそれぞれ記憶さ
れた第1及び第2の入力画像データに基づいて、それぞ
れ、透視投影画像データを作成し、作成された各透視投
影画像を画像データ記憶手段36の第3の記憶領域36
c及び第4の記憶領域36dにそれぞれ記憶する。な
お、この画像変換工程51における透視投影画像を作成
するためのアルゴリズムについては、特開平6−259
333号公報に記載されているので詳細な説明は省略す
る。
【0059】拡大・縮小工程52では、記憶手段33か
ら自車に関する元画像データを制御手段30のメモリー
に読み込み、読み込んだ元画像データに基づいて、自車
の元画像を拡大または縮小したスケールモデルを作成す
る。作成されたスケールモデルは、画像データ記憶手段
36の第5の記憶領域36eに記憶される。なお、この
スケールモデルの作成に用いられるアルゴリズムは、従
来から汎用されている画像処理方法が使用される。例え
ば、画素間の線形補完法を利用した拡大手法、画素値の
間引き、平均化等を利用した縮小法等が使用される。
【0060】縮尺作成工程53では、例えば、4m、1
m等の所定の長さを所定の倍率で拡大あるいは縮小して
表すゲージモデルの画像データを作成する。作成された
ゲージモデルの画像データは、画像データ記憶手段の第
6の記憶領域36fに記憶される。このゲージモデルの
画像データは、例えば、自車に対して横側にある対象物
との位置関係についての情報を知りたい場合には、4
m、1m等の長さに対応した長さであって、任意の幅に
て作成した帯状の24ビットフルカラー画像データとす
る。
【0061】画像合成工程54では、画像データ記憶手
段36の第3の記憶領域36c及び第4の記憶領域36
dにそれぞれ記憶された第1の透視投影画像データ及び
第2の透視投影画像データと、第5の記憶領域36eに
記憶された自車のスケールモデルに関する画像データ
と、第6の記憶領域36fに記憶されたゲージモデルに
関する画像データとを合成して鳥瞰図を作成する。作成
された鳥瞰図は、画像データ記憶手段36の第7の記憶
領域36gに記憶される。また、作成された鳥瞰図の画
像データは、表示手段35に送信されて表示手段35に
鳥瞰図が表示される。
【0062】次に、全方位視覚センサーによって作成さ
れるスケールモデルの作成法及びゲージモデルの作成方
法について、具体的に説明する。
【0063】図6は、第1全方位視覚センサー31の双
曲面ミラーの焦点Omと、透視投影画像面61及び、実
際の地上面62との関係を示す斜視図である。ここで
は、図1における直線Om−G及び直線Om−gをz軸
に一致させ、第1全方位視覚センサー31を、地上面6
2に対して垂直に設置して、焦点OmにおけるXY平面
を地上面62に対する傾斜角度を0°とすることによ
り、透視投影画像面61の垂直軸である直線Om−gと
XY平面との角度であるチルト角63を−90°とし
て、地上面62に対して平行な透視投影画像面61を作
成する。そして、このように設置された全方位視覚セン
サーにおいて、透視投影画像面61と双曲面ミラーの焦
点Omとの間の距離をd1とし、地上面62と双曲面ミ
ラーの焦点Omとの間の距離、すなわち、双曲面ミラー
の焦点Omの地上面62からの高さをD1とする。この
距離D1は、第1全方位視覚センサー31を自車に取り
付けて地上面62からの高さを計測することにより得ら
れて、記憶手段33に記憶されており、制御手段30に
より、記憶手段33から読み出される。なお、距離d1
の単位は、解像度の最小単位であるpixelによっ
て、また、距離D1の単位は、cmでそれぞれ表され
る。距離d1は、入力手段34により画像をズームアッ
プまたはズームダウンする際のパラメータとなる。
【0064】透視投影画像面61と地上面62とは、前
述のように相似関係にあるので、距離d1と距離D1の
比d1/D1をn1とすると、このn1は、次の(2)
式のように表わされる。
【0065】
【数2】 (2)式によって表されるn1は、地上面62において
1cmの長さを透視投影画像面61において表示するた
めに必要なpixel数を表している。
【0066】図7は、実際の自車のサイズ70、記憶手
段に記憶された自車に関する元画像71、元画像71に
基づいて作成された自車のスケールモデル72をそれぞ
れ示す平面図である。実際の自車のサイズをW0(車
幅)×L0(全長)とすると、W0とL0の各値は、記
憶手段33に予め、cmを単位として記憶されている。
【0067】上記(2)式により、自車のスケールモデ
ルの車幅W2、全長L2は、pixcelを単位とし
て、次の(3)式及び(4)式により表され、透視投影
画像面61を拡大・縮小した自車のスケールモデル72
の画像サイズは、W2×L2として表される。
【0068】
【数3】
【0069】
【数4】 ここで、記憶手段33に記憶されている自車の元画像7
1の画像サイズが、W1×L1である場合には、元画像
71を拡大または縮小して、自車のスケールモデル72
の画像サイズW2×L2のサイズにあわせる必要があ
り、車幅方向の倍率は、W2/W1、全長方向の倍率は
L2/L1となる。
【0070】本実施の形態では、拡大・縮小工程52に
より、元画像71をW2×L2の画像サイズに拡大また
は縮小した画像を作成し、これを透視投影画像面61に
おけるスケールモデルとして使用する。
【0071】次に、ゲージモデルの作成方法について説
明する。本実施の形態では、1mと4mのゲージモデル
を作成する場合について説明する。
【0072】図6に示す地上面62における1m及び4
mの長さに相当する透視投影画像面61でのピクセル数
は、次の(5)式及び(6)式により求めることができ
る。
【0073】
【数5】
【0074】
【数6】 図8は、上記(6)式により作成した4mのゲージモデ
ルを示している。このゲージモデルでは、長さが、n1
×400[pixcel]になっており、1mの長さを
示すように、1/4の等間隔ごとに区切りを付けてい
る。
【0075】次に、本実施の形態の透視投影画像生成シ
ステムについて、図9に示すプログラム処理フローチャ
ートに基づいて説明する。
【0076】まず、ステップ1において、自車のスケー
ルモデルの変更が必要かどうかを判断する。スケールモ
デルの変更が必要と判断された場合、ステップ2におい
て、記憶手段33に記憶された実際のスケールにおける
自車の車幅・全長の値、自車の画像データ、第1全方位
視覚センサー31の二葉双曲面ミラーの焦点の地上面か
らの高さD1を記憶手段33から読み出しで制御手段3
0に入力する。制御手段30では、前述の拡大・縮小工
程52を用いて、自車の画像データを拡大または縮小し
て自車画像のスケールモデルを作成する。また、作成し
たスケールモデルは、画像データ記憶手段36の第5の
記憶領域36eに記憶する。
【0077】次に、ステップ3において、例えば、1m
または4mのゲージモデルのピクセル数を前述の(5)
式及び(6)式により算出し、ゲージモデルの画像デー
タを作成して、画像データ記憶手段36の第6の記憶領
域36fに記憶する。
【0078】次に、ステップ4において、制御手段30
は、画像データ記憶手段36の第1の記憶領域36aに
記憶した第1全方位視覚センサー31によって取得され
た第1入力画像データを読み出して、前述の画像変換工
程51を用いて、第1入力画像データに基づいて第1透
視投影画像データを作成する。作成された第1透視投影
画像データは、画像データ記憶手段36の第3の記憶領
域36cに記憶する。
【0079】図10は、第1全方位視覚センサー31に
より撮像された入力画像に基づいて作成された透視投影
画像を示す概略図である。図10において、第1全方位
視覚センサー31における双曲面ミラー上に投影された
CCD自身の像101が投影されており、このCCD自
身の像101の中心位置は、図1に示す点gに対応して
いる。
【0080】また、画像変換工程51は、透視投影画像
100におけるカメラ自身の像111の中心の座標が、
第1透視投影画像データの中心点からみて右方に、自車
のスケールモデルにおける車幅の1/2であるW2/
2、上方に、自車のスケールモデルにおける全長の1/
2であるL2/2ずれた位置関係になるように変換す
る。なお、第1全方位視覚センサー31の焦点の位置
が、自車に対して適当な間隔をあけて取り付けた場合に
は、自車の端から第1全方位視覚センサー31までの距
離[cm]を上記の(2)式に基づいてピクセル単位に
変換し、第1透視投影画像データの中心位置から算出さ
れたピクセル分だけさらにずれるように、画像変換する
必要がある。本実施の形態では、自車のコーナー部に一
致するように第1全方位視覚センサー31を設置してい
る。
【0081】なお、図10に示す透視投影画像100に
おいて、カメラ自身の像101に対して左下側の領域に
対応する部分は、自車自身の影となるため、この部分の
地上面は画像として表示されない。
【0082】次に、ステップ5において、制御手段30
は、同様にして、画像データ記憶手段36の第2の記憶
領域36bに記憶した第2全方位視覚センサー32によ
って取得された第2入力画像データを読み出して、前述
の画像変換工程51を用いて、第2入力画像データに基
づいて第2透視投影画像データを作成する。作成された
第2透視投影画像データは、画像データ記憶手段36の
第4の記憶領域36dに記憶する。
【0083】図11は、第2全方位視覚センサー32に
より撮像された入力画像に基づいて作成された透視投影
画像を示す概略図である。図11において、第2全方位
視覚センサー32における双曲面ミラー上に投影された
カメラ自身の像110が投影されており、このカメラ自
身の像111の中心位置は、図1に示す点gに対応して
いる。
【0084】また、画像変換工程51は、透視投影画像
110におけるカメラ自身の像111の中心の座標が、
第2透視投影画像データの中心点からみて左方に自車の
スケールモデルにおける車幅の1/2であるW2/2、
下方に、自車のスケールモデルにおける全長の1/2で
あるL2/2ずれた位置関係になるように変換する。な
お、第2全方位視覚センサー32の焦点の位置が、自車
に対して適当な間隔をあけて取り付けた場合には、自車
の端から第2全方位視覚センサー32まで距離[cm]
を上記の(2)式に基づいてピクセル単位に変換し、第
2透視投影画像データの中心位置から算出されたピクセ
ル分だけさらにずれるように、画像変換する必要があ
る。本実施の形態では、自車のコーナー部に一致するよ
うに第2全方位視覚センサー32を設置している。
【0085】なお、図11に示す透視投影画像110に
おいて、カメラ自身の像111に対して右上側の領域に
対応する部分は、自車自身の影となるため、この部分の
地上面は画像として表示されない。
【0086】このように第1及び第2入力画像データを
それぞれ画像変換する際には、第1全方位視覚センサー
31の第1透視投影画像面と双曲面ミラーの焦点Omと
の距離d1に基づいて自車に関するスケールモデルを作
成する。そして、作成された自車のスケールモデルに基
づいて、第2全方位視覚センサー32の双曲面ミラーの
焦点Omから第2透視投影画像面までの距離が設定され
る。第2全方位視覚センサー32における透視投影画像
と地上面との距離の比をn2とした場合、次の(7)式
に示す関係が成り立つ。
【0087】
【数7】 上記に示す(7)式において、双曲面ミラーの焦点から
透視投影画像面までの距離をd2、二葉双曲面ミラーの
焦点から地上面までの高さをD2としている。この高さ
D2は、第2全方位視覚センサー32の設置位置によっ
て規定される一定値であり、記憶手段33に予め記憶さ
れている。
【0088】この高さD2が一定値であるため、次の
(8)式により、双曲面ミラーの焦点から透視投影画像
面までの距離d2を逆算で求め、求められた距離d2に
より、制御手段30における画像変換工程51により、
第2透視投影画像データが作成される。
【0089】
【数8】 次に、ステップ6において、制御手段30は、画像合成
工程54を用いて、自車を真上から概観する鳥瞰図を作
成する。作成された鳥瞰図は、画像データ記憶手段36
の第7の記憶領域36gに記憶される。
【0090】図12は、画像合成工程54によって作成
される鳥瞰図を示す概略図である。
【0091】画像合成工程54では、まず、画像データ
記憶手段36の第5の記憶領域36eに記憶された自車
に関するスケールモデルを鳥瞰図画像の中央部に貼り付
ける。そして、図12中の第1領域121には、第1全
方位視覚センサー31によって撮像された入力画像デー
タに基づく第1透視投影画像データの一部を、すなわ
ち、第1領域121に対応した領域の第1透視投影画像
データを貼り付ける。さらに、第2領域122には、第
2全方位視覚センサー32の第2透視投影画像データの
一部、すなわち、第2領域122に対応した領域の第2
透視投影画像データを貼り付ける。
【0092】第3領域123及び第4領域124には、
第1全方位視覚センサー31もしくは第2全方位視覚セ
ンサー32に基づく第1透視投影画像データもしくは第
2透視投影画像データのいずれか、すなわち、第3領域
123及び第4領域124に対応した領域の画像データ
を選択して貼り付けるか、または、背景画像を貼り付け
る。
【0093】また、自車の運転者がゲージモデルの表示
を所望する場合、入力手段34を操作することによっ
て、画像データ記憶手段36の第6の記憶領域36fに
記憶されたゲージモデルの画像データが制御手段30に
入力され、画像合成工程54によって、入力されたゲー
ジモデルの画像データが取り込まれて、ゲージモデルが
鳥瞰図上に貼り付けられる。
【0094】ここで、透視投影画像上におけるゲージモ
デルの表示位置は、入力手段34を操作することによ
り、自由に設定することが可能であり、また、その向き
も自由に変更することができる。
【0095】図13は、上記のようにして作成された鳥
瞰図130の完成状態を示す概略図である。このように
して作成された鳥瞰図は、画像データ記憶手段36にお
ける第7の記憶領域36gに記憶され、表示手段35に
より画面表示される。また、この鳥瞰図130上には、
入力手段34を操作することにより、ゲージモデル13
1、第1全方位視覚センサー31によって撮像された画
像と第2全方位視覚センサー32によって撮像された画
像との境界線132を適宜表示することができるように
なっている。
【0096】以上に説明したステップ1〜6の処理を繰
り返すことにより、図13に示すような鳥瞰図が経時的
に連続して作成され、作成された鳥瞰図は連続して表示
画面に表示される。このため、運転者は、鳥瞰図の表示
画像を視認することにより、自車の周囲の状況を自車を
移動させながらリアルタイムに正確に把握することがで
きる。
【0097】なお、図9のフローチャートにおいて、ズ
ームアップ・ズームダウン等のパラメータの変更がなけ
れば自車に関するスケールモデルを透視投影画像を作成
する都度、変更する必要がないので、ステップ1におけ
る自車に関するスケールモデル、ステップ2におけるゲ
ージモデルの作成の各工程を行うことなく、ステップ3
の透視投影画像の作成工程に進む。
【0098】また、本実施の形態における制御手段30
は、画像変換工程51、拡大・縮小工程52、縮尺作成
工程53、画像合成工程54の各工程をプログラム化す
ることにより実行している。このような各工程は、専用
IC等のハードにより実行するようにすれば、処理速度
を大幅に向上させることができ、鳥瞰図の表示を運転者
に対してさらに円滑に提供することができる。
【0099】以上に説明した本発明の透視投影画像生成
システムは、特願2000−31260号記載の移動体
の周辺監視システムに使用される鳥瞰図の作成にも適用
することができ、例えば、自車がバックするとき、自車
のシフトギアがバックギアであることの情報を、自車の
メイン処理を制御する制御手段に送信し、その情報を受
信した制御手段が自車がバックギアになっていることを
判断して、メイン処理ルーチンから鳥瞰図処理ルーチン
へ移行するようすることができる。なお、この場合、運
転者が自らの判断で入力手段を操作することにより、鳥
瞰図表示処理の指示情報を入力することにより、メイン
処理から鳥瞰図処理ルーチンに移行するようにしてもよ
い。
【0100】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の透視投影
画像生成システムでは、双曲面ミラーからなる光学系の
焦点から撮像対象となる物体面までの距離と、双曲面ミ
ラーの焦点から透視投影画像面までの距離との比を利用
して、透視投影画像のサイズに対応したスケールモデル
を作成し、このスケールモデルを透視投影画像とともに
提示することにより、撮像対象物との位置関係、距離等
を容易に把握することができる。例えば、本発明の透視
投影画像作成システムを自動車の運転者の運転支援のた
めの車載用全方位視覚システムに適用すれば、駐車場に
駐車する際や、狭い道を通り抜ける際の運転者の運転上
の負担を軽減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】全方位視覚センサーの光学系を説明するための
概略図である。
【図2】図1の全方位視覚センサーの光学系のZ軸を含
む平面における説明図である。
【図3】本発明の透視投影画像生成システムの概略を説
明するためのブロック図である。
【図4】本発明の全方位視覚システムを搭載した自車を
示す概略図である。
【図5】制御手段が備えるプログラムの概略を説明する
構成図である。
【図6】第1全方位視覚センサーの双曲面ミラーの焦点
Omと、透視投影画像面及び地上面62との関係を示す
斜視図である。
【図7】実際の自車のサイズ70、自車のスケールモデ
ル72、読み込み画像71をそれぞれ示す平面図であ
る。
【図8】4mのゲージモデル画像を示す概略図である。
【図9】鳥瞰図を作成するためのフローチャートであ
る。
【図10】自車の右前方に設置した全方位視覚センサー
の透視投影画像である。
【図11】自車の左後方に設置した全方位視覚センサー
の透視投影画像である。
【図12】画像合成工程によって鳥瞰図を作成する際の
透視投影画像を貼り付ける領域を示す概略図である。
【図13】作成された鳥瞰図である。
【符号の説明】
10 双曲面ミラー 11 画像面 12 透視投影画像面 13 実空間平面 14 レンズ 20 双曲面ミラーの焦点 21 レンズ主点 22 入射光 23 反射光 30 制御手段 31 第1全方位視覚センサー 32 第2全方位視覚センサー 33 記憶手段 34 入力手段 35 表示手段 36 画像データ記憶手段
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) G06T 17/40 G06T 17/40 A H04N 7/18 H04N 7/18 K Fターム(参考) 5B047 AA19 BC05 BC09 BC23 CA21 5B050 BA06 BA09 BA13 EA07 EA12 EA19 EA27 FA02 5B057 AA16 BA15 CA12 CA16 CB13 CB16 CC01 CD05 CD14 CE08 CH20 DA16 DB03 DC03 5C054 CC06 FA04 FD00 GA01 GB01 HA30

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 二葉双曲面のうちの一方の双曲面状の形
    状を有する双曲面ミラーからなる光学系と、 該双曲面ミラーに対向して設置されたレンズにより集光
    された光を受光し入力画像データを生成する撮像手段
    と、 該撮像手段により取得された入力画像データに基づい
    て、該双曲面ミラーの焦点を射影中心(視点)とした透
    視投影の画像データを生成する画像変換手段と、 該双曲面ミラーの焦点と該双曲面ミラーの焦点を通る直
    線に直交する物体面との距離と、該双曲面ミラーの焦点
    と透視投影画像面との距離との相対比に基づいて、該物
    体面での物体の画像データを透視投影画像上におけるサ
    イズに対応する物体のスケールモデルの画像データに変
    換するスケールモデル作成手段と、 該透視投影画像データと、該スケールモデルの画像デー
    タとを合成した合成画像データを生成する画像合成手段
    と、 該合成画像データを表示する表示手段と、 を備えたことを特徴とする透視投影画像生成システム。
  2. 【請求項2】 前記物体面が地上面である、請求項1に
    記載の透視投影画像生成システム。
  3. 【請求項3】 前記射影中心と該透視投影画像面との距
    離が、解像度の最小単位であるピクセル数により表され
    る、請求項1に記載の透視投影画像生成システム。
  4. 【請求項4】 前記スケールモデルの画像データは、前
    記物体面におけるスケールモデルの対象となる物体の情
    報に基づいて作成される、請求項1に記載の透視投影画
    像生成システム。
  5. 【請求項5】 前記情報は、前記対象物体の画像データ
    である元画像データ(ヘッダー情報を含む)と、該物体
    の実寸法と、前記双曲面ミラーの焦点と該物体面との距
    離データとを含んでいる、請求項4に記載の透視投影画
    像生成システム。
  6. 【請求項6】 前記スケールモデル作成手段は、前記対
    象物体の画像データである元画像データを、前記相対比
    を用いて拡大または縮小してスケールモデルの画像デー
    タを作成する、請求項1に記載の透視投影画像生成シス
    テム。
  7. 【請求項7】 前記光学系と同様の第2の光学系を有
    し、前記スケールモデル作成手段によって作成されたス
    ケールモデルの画像データに基づいて、該第2の光学系
    における双曲面ミラーの焦点と該焦点を射影中心とした
    第2の光学系における透視投影画像面との距離を逆算し
    て求め、該スケールモデルに対応した第2の光学系にお
    ける双曲面ミラーの焦点を射影中心とした透視投影画像
    データを作成する、請求項1に記載の透視投影画像生成
    システム。
  8. 【請求項8】 前記スケールモデルの画像データは、長
    さを表示するゲージモデルである、請求項1〜7のいず
    れかに記載の透視投影画像生成システム。
  9. 【請求項9】 二葉双曲面のうちの一方の双曲面状の形
    状を有する双曲面ミラーからなる光学系と、該双曲面ミ
    ラーに対向して設置されたレンズにより集光された光を
    受光し入力画像データを生成する撮像手段とを有する全
    方位視覚センサーを用いて入力画像データを取得する工
    程と、 該撮像手段により取得された入力画像データに基づい
    て、双曲面ミラーの焦点を射影中心(視点)とした透視
    投影の画像データを生成する画像変換工程と、 該双曲面ミラーの焦点と該双曲面ミラーの焦点を通る直
    線に直交する物体面との距離と、該双曲面ミラーの焦点
    と透視投影画像面との距離との相対比に基づいて、該物
    体面での物体の画像データを該透視投影画像上における
    サイズに対応する物体のスケールモデルの画像データに
    変換するスケールモデル作成工程と、 該透視投影画像データと、該スケールモデルの画像デー
    タとを合成した合成画像データを生成する画像合成工程
    と、 該合成画像データを表示する表示工程と、 を包含することを特徴とする透視投影画像生成方法。
  10. 【請求項10】 請求項9に記載の透視投影画像生成方
    法を実行するための透視投影画像生成プログラム。
  11. 【請求項11】 請求項9に記載の透視投影画像生成方
    法をコンピュータで実行する為の透視投影画像生成プロ
    グラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒
    体。
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