JP2003250078A - 平行投影画像生成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易に移動方向を指定された平面上の直線方
向として変更でき、任意の角度の平行投影画像を生成す
る。 【解決手段】 撮像装置３は被写体の中心投影画像を連
続して撮像する。撮像位置制御装置２は撮像装置を光軸
に直交する２軸で構成される平面上を任意の位置に移動
させる。演算装置１は、撮像位置制御装置に対して撮像
装置の位置を指定された方向に移動させながら複数の異
なる撮像装置の位置に対応した連続した画像データか
ら、所定の角度方向の平行投影画像と中心投影画像を生
成する。撮像位置制御は、被写体が映るような範囲に亘
って撮像装置の撮像のタイミングに合わせて指定された
移動方向に撮像位置を逐次移動させる構成、撮像装置の
光軸に対して被写体が映っている鏡面の角度を外部から
の指示に従って任意の角度に相対的に回転させる構成を
含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被写体を、指定さ
れる任意の方向に、指定された任意の角度で平行投影さ
れた画像を生成する平行投影画像生成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】平行投影画像は、画像中での対象の大き
さが対象までの奥行き変化に無関係で一定であるといっ
た特徴から、一般的に解像度が高いといった長所や、奥
行き推定の計算処理が簡易となるといった長所を有する
ため、写真測量地形図作成やオルソ画像作成等を始めと
する広範な利用が期待される。

【０００３】従来、被写体の平行投影画像を得る装置と
しては、（１）撮像対象に向けたエリアセンサカメラを
搭載した移動体を移動させて撮影した映像からスリット
を選択しこれを合成する装置と、（２）ラインセンサカ
メラと呼ばれる固定的なスリット幅で撮影するカメラを
等速度で移動させながら撮影した映像を繋ぎ合わせる装
置があった。

【０００４】（１）のエリアセンサカメラを移動する装
置では、例えば、特開２０００−１５６８１８記載の
「パノラマ画像生成方法、装置、パノラマ画像作成プロ
グラムを記録した記録媒体、情報提供方法、装置、情報
提供プログラムを記録した記録媒体」によると、図１５
のように移動体の移動方向に対して一定方向を向くスリ
ットを抽出し、これを合成することにより移動方向に対
してある角度を向いて平行投影された画像を取得する装
置を提供している。

【０００５】（２）のラインセンサカメラを移動する装
置では、例えば、スキャナなどの読み取り装置では１台
のラインセンサカメラを移動させて移動方向に対して平
行投影された画像を生成している。また、特開平７−１
７０４４３号公報に記載の「航空機搭載総合撮影装置」
によると、航空機に搭載された斜め前方と斜め後方、鉛
直方向を向く３台のラインセンサを配置し、航空機の移
動方向に対して３つの角度を向いて平行投影された画像
を撮影する装置を提供している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の装置
は、車や航空機等の移動体を利用するため、その移動方
向に対して平行投影された画像の生成しか行えないとい
う問題があった。このため、平行投影方向を変更するに
は移動体の移動方向を変更して撮像し直す手間が必要で
あった。

【０００７】また、ラインセンサカメラを移動する方法
では平行投影の角度がラインセンサの数に限定されるた
め、ラインセンサ数以上の複数角度の平行投影画像を生
成することができないという問題があった。

【０００８】本発明は、上述したような従来技術が有す
る問題点に鑑みてなされたものであり、簡易に移動方向
を指定された平面上の直線方向として変更でき、任意の
角度の平行投影画像を生成することができる平行投影画
像生成装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明は、以下の構成を特徴とする。

【００１０】（１）被写体の中心投影画像を連続して撮
像する撮像装置と、該撮像装置を光軸に直交する２軸で
構成される平面上を任意の位置に移動させる撮像位置制
御手段と、前記撮像装置から出力された画像データ、及
び該画像データの撮像時の撮像装置の位置を記録するデ
ータ記憶手段と、前記撮像位置制御手段に対して前記撮
像装置の位置を指定された方向に移動させながら前記撮
像装置から出力され前記データ記憶手段に記録された複
数の異なる撮像装置の位置に対応した連続した画像デー
タから、所定の角度方向の平行投影画像と中心投影画像
を生成する演算手段とを備えたことを特徴とする。

【００１１】（２）前記撮像位置制御手段は、被写体が
映るような範囲に亘って撮像装置の撮像のタイミングに
合わせて指定された移動方向に撮像位置を逐次移動させ
る構成とし、この移動間隔により平行投影画像の解像度
を制御することを特徴とする。

【００１２】（３）鏡面に映された被写体の中心投影画
像を連続して撮像する撮像装置と、前記撮像装置の光軸
に対して被写体が映っている鏡面の角度を外部からの指
示に従って任意の角度に相対的に回転させる鏡面制御手
段と、前記撮像装置から出力された画像データ、及び該
画像データの撮像時の鏡面角度を記録するデータ記憶手
段と、前記鏡面制御手段に対して鏡面を指定された方向
に回転させながら前記撮像装置から出力され前記データ
記憶手段に記録された複数の異なる鏡面角度に対応した
連続した画像データから、所定の角度方向の平行投影画
像と中心投影画像を生成する演算装置とを備えたことを
特徴とする。

【００１３】（４）前記鏡面制御手段は、被写体が映る
ような角度範囲に回って撮像装置の撮像のタイミングに
合わせて指定された方向に鏡面を逐次回転させる構成と
し、この回転角度間隔により平行投影画像の解像度を制
御することを特徴とする。

【００１４】（５）前記演算手段は、利用者からの指示
により取得すべき平行投影画像の投影角度を取得し、前
記データ記憶手段に記録された鏡面角度を取得し、該取
得された鏡面角度、及び前記平行投影角度からスリット
位置を算出し、該スリット位置を前記撮像装置の幾何学
的な歪から補正し、該補正されたスリット位置に該当す
る画像データの画素値を前記データ記憶手段から取得
し、該画素値を被写体が映るような角度範囲に亘って取
得し、前記平行投影画像の生成と中心投影画像を取得を
行うことを特徴とする。

【００１５】なお、前記撮像装置は、被写体を高速に撮
像できる高速度カメラで構成し、その撮像レートにより
平行投影画像の解像度を変更するのが好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図１に示すように、本発明に
関わる平行投影画像生成装置は、演算装置１、撮像位置
制御装置２、撮像装置３、入力装置４と出力装置５で構
成されている。

【００１７】撮像位置制御装置２は、例えば、図２に示
すように、２軸方向へ自由に平行移動するモーター駆動
の自動ステージ、または図３に示すように、２軸方向に
自由に回転するモーター駆動の自動ステージなどで構成
され、駆動信号を演算装置１から受け取り、それに応じ
て撮像装置４の撮像位置を制御する。

【００１８】撮像装置３は、撮像タイミング制御を行う
撮像制御装置を有し、演算装置１から受け取った撮影指
令信号に応じて撮像制御がなされる。また、撮像装置３
は、例えば、ビデオカメラ、高速度カメラ、全方位セン
サ、赤外線センサ、紫外線センサなどのカメラ内部に２
次元ＣＣＤマトリックスを有するエリアセンサカメラで
あり、撮像制御装置により被写体の撮像と撮像完了信号
の出力を行う。

【００１９】演算装置１は、キーボード、マウスなどを
有する入力装置４から入力された初期位置、撮像範囲、
移動方向、平行投影角度に基づき撮像位置制御装置２、
撮像装置３へ信号を出力し、撮像装置３により撮像され
た画像から平行投影画像を生成し、ＣＲＴディスプレイ
などの出力装置５へと生成画像を出力する。

【００２０】以上説明したような平行投影画像生成装置
において、実際に平行投影画像を生成するための処理を
図４に示す処理フローを参照して以下に詳細に説明す
る。

【００２１】まず、入力装置４から撮像装置３の初期位
置、撮像間隔、撮像範囲、移動方向、平行投影角度が入
力され、演算装置１では初期位置、撮像間隔、撮像範
囲、移動方向、平行投影角度を取得し、データ記憶部１
Ａに転送する（Ｓ１）。

【００２２】続いて、撮像装置３の初期位置への移動を
行う（Ｓ２〜Ｓ４）。この初期化の処理は演算装置１が
撮像位置制御装置２へ初期位置に移動するよう駆動指令
信号を出す。撮像位置制御装置２では駆動指令信号を受
け取り、モーターを駆動することによりステージを初期
位置にセットした後、駆動完了信号を出力する。演算装
置１では駆動完了信号を受け取り初期化が完了したこと
を確認する。

【００２３】続いて、演算装置１では撮像装置３へ撮像
開始指令信号を出す（Ｓ５）。撮像装置３では撮像指令
信号を受け取り、その撮像制御を行うことで被写体の撮
像を開始する。このとき、撮像装置３ではシャッタが切
られると同時に撮像完了信号を演算装置１へと出力す
る。

【００２４】また、撮像開始と同時にステージを指定さ
れた移動方向へ移動するよう撮像位置制御装置２へ駆動
指令信号を出す（Ｓ６）。撮像位置制御装置２では駆動
指令信号を受け取り、モーターを駆動することによりス
テージを移動する。

【００２５】続いて、演算装置１は、撮像装置３から受
け取る撮像完了信号と撮像画像から指定された平行投影
角度の平行投影画像生成に必要なスリットの画素値を取
得する（Ｓ７）。

【００２６】スリットの画素値取得の際に行なわれる処
理のフローを図５に示す。スリットの画素値取得処理
は、まず、演算装置１で撮像装置３から撮像完了信号を
受け取った後に撮像装置制御装置２に現在位置・角度出
力要求を送信し、撮像装置制御装置２から撮像画像取得
時のステージ位置・角度を受信する（Ｓ７１）。

【００２７】続いて、撮像された画像を受け取り（Ｓ７
２）、受け取った画像に対してカメラ固有のパラメータ
である画素サイズと焦点距離と幾何学的歪み係数を利用
して幾何学的歪み補正を行う（Ｓ７３）。なお、カメラ
パラメータは、あらかじめ利用者が入力しておいても良
いし、好ましくは撮像前に一度キャリブレーションボー
ドなどを撮像し、自動計算しても良い。幾何学的歪み補
正処理は従来の手法と特に変わるところがないので、こ
こではその詳細な説明は省略する。また、この処理は後
述の画素座標値を算出する際に同時に行ってもよい。

【００２８】次に、移動方向と直交し、かつ指定された
平行投影角度を有する画素座標値を算出する（Ｓ７
４）。移動方向と直交する方向とは、図６のように初期
位置、撮像範囲、移動方向が入力されていたものとする
と、図７で表す方向となる。この方向は図６の座標系で
は移動方向をＹ＝ａｘ＋ｂと表現した時の１／ａとして
算出されるものである。また、平行投影角度は、図８に
示すように、画像中で複数ある移動方向と直交する方向
のスリットのどれを選択するかを入力された平行投影角
度から決定する。

【００２９】ここで、好ましくは入力された平行投影角
度に対してその近辺の平行投影角度を有するスリットも
同時に取得しておき、複数角度の平行投影画像生成を行
うことにより、利用者の欲する平行投影角度が入力され
た平行投影角度と相違があった際に生成しなおす手間が
大幅に省ける。

【００３０】続いて、決定した画素座標の画素値情報を
撮影画像から取得し、これを平行投影画像の画素値とし
てデータ記憶部１Ａに一時保存する（Ｓ７５）。

【００３１】図４に戻って、図５の一連の処理は撮像装
置が撮像を行うたびに行い、撮像位置制御装置２が全撮
像範囲の移動が完了したとき（Ｓ８）、生成された平行
投影画像を、出力装置に表示し処理を終える（Ｓ９）。

【００３２】次に、本実施形態を具体的データに即して
説明する。ここでは、図２のように撮像位置制御装置２
として２軸方向へ自在に平行移動するモーター駆動の自
動ステージを利用した平行投影画像生成装置の実施形態
を説明する。図９は出力装置５に表示される初期画面で
ある。

【００３３】ここで、キーボード、マウスなどの入力装
置４を利用して初期位置、撮像範囲、移動方向が入力さ
れる。以降の例では図９のように初期位置、撮像範囲、
移動方向が設定されたものとして説明する。移動方向が
設定された後には移動方向に垂直な複数スリットを表示
する。この表示は、図１０に示すような画面が出力装置
に表示され、平行投影角度の入力が促されれ、操作者に
よりマウス等を利用して平行投影角度の入力が行なわれ
る。以降の例では図１０中に矢印で示すｉ＝−５のスリ
ットが平行投影角度として設定されたものとして説明す
る。

【００３４】ここで、平行投影角度を角度表現ではなく
ｉ＝−５としているが、これは以降の説明を簡略化する
ためである。なお、ｉが決定されればピクセルサイズを
Ｐｐｘ、焦点距離をｆ，Ｙ軸周りの平行投影角度をφと
した時、φは以下の式（１）により容易に算出可能であ
る。

【００３５】

【数１】

【００３６】このとき、図１１に示すように、まず、ス
テージ駆動により撮像装置が初期位置に移動され、続い
て移動方向に移動し、これと同時に撮像がなされる。続
いて、スリットの画素値取得処理が行われる。まず、演
算装置１で撮像装置３から撮像完了信号を受け取った後
に撮像位置制御装置２に現在位置出力要求を送信する。
続いて撮像位置制御装置２から撮像画像取得時のステー
ジ位置を受信する。この実施形態では撮像時のステージ
位置が図１１のようであったものとし、まず、ステージ
位置としてＸ＝１を受信したものとして以降説明する。

【００３７】まず、撮像画像に対して幾何学的歪み補正
を行なわれる。その後、ｉ＝−５のスリットの座標値を
有する画素の画素値が取得され、データ記憶部１Ａへ一
時保存する。この処理を撮像装置３が撮像範囲に到達す
るまで繰り返し、ステージ位置に併せて平行投影画像上
で配置することにより、例えば図１２に示すような平行
投影画像が生成される。最後に、生成された投影画像が
データ記憶部１Ａに保存され、出力装置５に平行投影画
像が表示される。なお、図１３に示すように、同時に他
の平行投影角度を有する平行投影画像を生成しておくと
効率的である。

【００３８】本発明における他の実施形態は、ここで
は、図３のように撮像位置制御装置２を鏡面制御装置と
して２軸方向へ自由に回転移動するモーター駆動の自動
ステージを利用した平行投影画像装置の実施形態を説明
する。本実施形態では図１４に示すように、カメラを固
定して回転ステージ上に搭載されたミラーなどの反射板
を回転することにより撮像を行う装置の例である。以降
では前記実施形態と同様に図９、図１０に示すように初
期位置、撮像範囲、移動方向、平行投影角度が設定され
たものとして説明する。

【００３９】まず、ミラーが初期位置に移動するようス
テージの回転が行なわれ、続いて移動方向に移動するよ
うミラーが回転するようにステージを駆動回転させる。
ステージの駆動回転と同時に撮像装置による撮像がなさ
れる。本実施形態ではステージをＹ軸周りに回転させた
ものとして以降説明する。

【００４０】この装置の実施形態において、前記実施形
態と異なるところは、ステージの回転運動により前記実
施形態では全ての画像でｉ＝−５であった平行投影角度
がステージのＹ軸周りの回転角度に応じて変化させると
ころである。このｉ座標の変化の算出は、指定された平
行投影角度をφとしたとき、ステージのＹ軸に対する回
転角度θを用いることにより以下の式（２）で算出され
る。

【００４１】

【数２】

【００４２】ここで、Ｐｐｘとｆはそれぞれ撮像装置か
ら出力される撮像画像の画素のｉ方向の大きさ、焦点距
離を表している。

【００４３】以上、本発明を実施形態例に基づき具体的
に説明したが、本発明は上記の実施形態例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることは言うまでもない。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、移
動体の移動方向を容易に変更できるため、指定される任
意の方向に指定された任意の角度で平行投影された画像
を機材の配置を変更することなく平行投影画像を生成す
ることができる。

【００４５】また、本発明では、指定された角度を含む
複数角度に平行投影された画像を生成する手段を備えて
いるため、利用者の欲する平行投影角度が入力された平
行投影角度と相違があった際に生成しなおす手間が大幅
に省くことができる。

【００４６】また、本発明では、ミラーなどの反射板を
含む鏡面制御装置とする場合、高速に所定撮像範囲内を
撮像することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の平行投影画像生成装置の構
成図。

【図２】実施形態における平行投影画像生成装置の一例
を示す図。

【図３】実施形態における平行投影画像生成装置の別の
例を示す図。

【図４】実施形態における演算装置での処理フロー。

【図５】実施形態における演算装置の画像生成部での処
理フロー。

【図６】実施形態における画像生成部の処理を説明する
ための図。

【図７】実施形態における画像生成部の処理を説明する
ための図。

【図８】実施形態における画像生成部の処理を説明する
ための図。

【図９】実施形態における平行投影画像生成装置の入力
画面の一例を示す図。

【図１０】実施形態における平行投影画像生成装置の入
力画面の一例を示す図。

【図１１】実施形態における平行移動ステージにより撮
像される様子の例を示す図。

【図１２】実施形態における平行投影画像生成装置にお
いて生成される画像の例。

【図１３】実施形態における平行投影画像生成装置にお
いて生成される画像の例。

【図１４】実施形態における回転ステージにより撮像さ
れる様子の例。

【図１５】従来技術を説明するための図。

【符号の説明】

１…演算装置 ２…撮像位置制御装置 ３…撮像装置 ４…入力装置 ５…出力装置

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） Ｈ０４Ｎ 7/18 Ｈ０４Ｎ 7/18 Ｅ (72)発明者 市河 研一 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 有川 知彦 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 5B047 AA07 AB02 BA10 BB04 BC09 BC16 BC23 CA14 CB09 CB10 CB22 DC09 5B057 BA02 BA24 BA26 CA08 CA12 CA16 CB08 CB12 CB16 CC01 CE10 CH08 CH12 5C022 AA00 AB51 AC51 AC74 5C054 AA05 CA04 CC03 CF05 CF07 CG02 EA01 FC12 HA05

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写体の中心投影画像を連続して撮像す
   る撮像装置と、 該撮像装置を光軸に直交する２軸で構成される平面上を
   任意の位置に移動させる撮像位置制御手段と、 前記撮像装置から出力された画像データ、及び該画像デ
   ータの撮像時の撮像装置の位置を記録するデータ記憶手
   段と、 前記撮像位置制御手段に対して前記撮像装置の位置を指
   定された方向に移動させながら前記撮像装置から出力さ
   れ前記データ記憶手段に記録された複数の異なる撮像装
   置の位置に対応した連続した画像データから、所定の角
   度方向の平行投影画像と中心投影画像を生成する演算手
   段と、を備えたことを特徴とする平行投影画像生成装
   置。
2. 【請求項２】 前記撮像位置制御手段は、 被写体が映るような範囲に亘って撮像装置の撮像のタイ
   ミングに合わせて指定された移動方向に撮像位置を逐次
   移動させる構成とし、この移動間隔により平行投影画像
   の解像度を制御することを特徴とする請求項１に記載の
   平行投影画像生成装置。
3. 【請求項３】 鏡面に映された被写体の中心投影画像を
   連続して撮像する撮像装置と、 前記撮像装置の光軸に対して被写体が映っている鏡面の
   角度を外部からの指示に従って任意の角度に相対的に回
   転させる鏡面制御手段と、 前記撮像装置から出力された画像データ、及び該画像デ
   ータの撮像時の鏡面角度を記録するデータ記憶手段と、 前記鏡面制御手段に対して鏡面を指定された方向に回転
   させながら前記撮像装置から出力され前記データ記憶手
   段に記録された複数の異なる鏡面角度に対応した連続し
   た画像データから、所定の角度方向の平行投影画像と中
   心投影画像を生成する演算装置と、を備えたことを特徴
   とする平行投影画像生成装置。
4. 【請求項４】 前記鏡面制御手段は、 被写体が映るような角度範囲に回って撮像装置の撮像の
   タイミングに合わせて指定された方向に鏡面を逐次回転
   させる構成とし、この回転角度間隔により平行投影画像
   の解像度を制御することを特徴とする請求項３に記載の
   平行投影画像生成装置。
5. 【請求項５】 前記演算手段は、 利用者からの指示により取得すべき平行投影画像の投影
   角度を取得し、 前記データ記憶手段に記録された鏡面角度を取得し、 該取得された鏡面角度、及び前記平行投影角度からスリ
   ット位置を算出し、 該スリット位置を前記撮像装置の幾何学的な歪から補正
   し、 該補正されたスリット位置に該当する画像データの画素
   値を前記データ記憶手段から取得し、 該画素値を被写体が映るような角度範囲に亘って取得
   し、 前記平行投影画像の生成と中心投影画像を取得を行うこ
   とを特徴とする請求項３または４に記載の平行投影画像
   生成装置。