JP2005124010A - 撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】車両周囲で運転者から見て死角となる部分の映像を確認するために、広角レンズを使用したカメラまたは複数の独立したカメラの角度を変えて設置し撮像していた。これらの方法では映像奥行きの歪みや、構造が複雑になり高価となる問題があった。このため、構造は比較的簡素で映像の歪みのない撮像装置の実現が課題となっていた。
【解決手段】通常の撮像レンズと受像部とを組み合わせた撮像系を複数個カメラモジュールとして構成し、個々の撮像系を外部からの制御信号で撮像方向および撮像範囲を制御する構成とした。さらに画像処理系を導入し視認性の向上を可能とした。
【選択図】図1

Description

本発明は、複数の撮像系を用いて撮像する撮像システムに関するもので、特に車両等移動体における運転者から見た死角部分あるいは直接視認困難な部分を映し出す撮像装置に係る。
車両等移動体において、車両周囲で運転者から見て死角となる部分の映像を確認する手段として、広角レンズを使用したカメラまたは下記特許文献1のように複数の独立したカメラの撮像方向をそれぞれ変えて設置して撮像する方法が採られていた。
特開2002-225629号公報
広角レンズを使用したカメラでは高価であると同時に遠近感に歪みを生じ易く、また複数の独立したカメラを配列する方法では、システム構成が複雑に成り易く高価なものとなる問題があった。本発明はこれらの問題を解決し、システム構成が容易で比較的安価な撮像装置の実現を目的とした。
前記目的を達成するために本発明においては、複数個の通常の撮像レンズとこれらレンズに対応した受像部とで構成された撮像手段と、この撮像手段が撮像する方向と映像範囲を設定するための制御信号を入力するための制御信号入力手段とを有しており、これにより撮像された映像に対して進行方向と車速を検出して予め設定された映像範囲を自動的に設定、あるいは移動体の運転者が必要とする映像範囲を手動で設定する映像範囲選択手段と、これにより選択された映像信号を出力する映像信号出力手段とを有することを基本構成とする撮像装置とした。
本発明によれば、複数個の独立したカメラを個々に配列することなく、部品レベルで複数の撮像系を構成することにより一体化された撮像系としているため、撮像装置全体としては電源部、筐体等が共通化でき装置規模の簡略化が可能となり、低価格化が実現できる。
(第1の実施の形態)
以下、本発明による第1の実施の形態を図により説明する。
図1は本発明による撮像装置の基本構成を示すもので、複数個の非広角で一般的な撮像用レンズとこれらレンズに対応した同じく複数個の受像部とを組み合わせた撮像系を複数個配列して構成した撮像手段としてのカメラモジュール11と、このカメラモジュール11に撮像方向と映像範囲を移動体の進行方向と車速から自動的に設定するか、あるいは移動体の運転者がこれら撮像方向、映像範囲を手動で設定することにより撮像装置に制御信号を伝達するための制御信号入力手段としての制御信号入力部12と、制御信号入力部12から入力された制御信号に基づいて個々の撮像系の撮像方向、映像範囲等を制御し、カメラモジュール11により撮像された映像範囲に対して運転者が必要とする映像範囲を選択する映像範囲選択手段としての映像範囲選択部13と、映像範囲選択部13により選択された映像範囲の映像信号を出力する映像信号出力手段としての映像信号出力部14とから本撮像装置は構成されている。
図2は本撮像装置における各受像部の分担状況を示す概念図である。一般に車両周囲には状況に応じて情報取得を必要とする死角となる部分が複数箇所存在する。例えば、見通しの悪い交差点進入時の車両前側方、車線変更時の車両後側方、縦列駐車/狭路通過時の車両前側下方、後退駐車時の車両後側下方、後退駐車時の車両後下方、等がこれに相当する。従来は、状況に応じて情報取得を行う死角となる部分の映像を、広角レンズを用いたカメラまたは複数の独立したカメラで撮像していた。
図2は、本発明による複数の撮像系を有する言わば複眼型のカメラの構成図である。この複眼型のカメラは、必要な範囲を撮像する最小限の範囲をカバーする非広角レンズ(一般的な撮像レンズで可)51と受像部52、各レンズおよび受像部で構成された撮像部の撮像方向、撮像範囲等撮像条件を設定する制御信号を伝達するための制御線55、指示範囲を抽出する画像処理回路53、抽出した範囲の画像情報を伝送する信号線54とで構成されており、一般的な撮像カメラにおける撮像性能の現状では超広角型カメラより高い画素密度が得られている。この言わば複眼構成のカメラモジュールを使用することにより、図2における受像部52Bの映像範囲で視野を妨げる障害物50が存在した場合、受像部52Aおよび受像部52Cによりこの障害物50の背後の状況を知ることが出来、運転手が必要とする部分の映像を安価で高品質な映像として提供することが可能となる。また、モジュール化されているため車両外観上の問題も低減される。
図3(a)は一つの受像部の撮像範囲に含まれる映像範囲の選択を行う場合の処理過程を説明するための画素情報構成図で、一つの受像部(例えば、受像部n)における画素情報の配列状況を示す。撮像範囲内の横方向(実際の水平方向とは限らない)をX軸、撮像範囲内の縦方向(実際の垂直方向とは限らない)をY軸と定義すると、Cn(x,y)は受像部nの座標(x,y)における画素情報である。撮像範囲には各場面で必要となる映像が予め複数(例えば、図3(a)における映像範囲A、映像範囲B)準備されている。
図3(b)は、撮像範囲すなわち受像部nと個々の映像エリアを示す映像範囲情報とを制御信号として、所要の映像信号を選択抽出するための処理過程を説明する図表である。制御信号によりカメラモジュール11に受像部情報と映像範囲情報(例えば、受像部n/映像範囲A)が伝達されると、カメラモジュール11は伝達された制御信号に対応する映像範囲の画素情報(例えば、開始値Cn(1,1)/終了値Cn(5,4))を選択し信号線54に出力する。
図4は上記映像範囲選択の処理過程を示すフロー図である。図4において、ステップ101では本撮像装置が運転者の意思でONにされる。次いで後述の各ステップから戻されてくる信号の入力点kを経てステップ102の処理に移る。ステップ102では、本撮像装置が運転者の意思でON状態になっているか、または上記戻されてきた信号によりOFF状態になっているか否かを判定する。“OFF”の場合はステップ103へ移り処理フローを終了し、“ON”の場合はステップ104へ移り、映像範囲の選択処理を開始する。ステップ104では、図1におけるカメラモジュール11により映像信号を取得し、次いでステップ105で、撮像方向および映像範囲を設定する制御信号入力の有無を判定する。“無”の場合はステップ102の入力点であるkに戻り、“有”の場合はステップ106に移る。
ステップ106では、撮像条件として入力された制御信号の種類を判定し、この制御信号が“停止情報”の場合はステップ107へ移り、“受像部/映像範囲情報”の場合はステップ108へ移る。ここで、ステップ107では、既に取込まれている受像部/映像範囲情報をリセットし上記入力点kへ移り、本撮像装置の状態判定(ONまたはOFF)を行う。また、ステップ108では、映像範囲が直前の映像のフレームと同一か否かを判定する。同一でない場合、すなわち“新規映像範囲”の場合はステップ109へ、“同一映像範囲”の場合はステップ110へ移る。ステップ109では、図3に示した方法と同様の処理過程により映像範囲を選択する。ステップ110では、同一映像範囲であるから現在の映像範囲情報をそのまま継続する。以上の処理終了後、ステップ111では映像信号を出力した後、上記入力点kに戻る。
本第1の実施の形態では、方形の映像範囲選択について例示したが、任意形状の映像範囲選択も勿論可能である。
(第2の実施の形態)
本発明による撮像装置における第2の実施の形態を図5の構成図により説明する。本第2の実施の形態は、複数のレンズと各レンズに対応した複数の受像部とで構成された撮像手段であるカメラモジュール21と、カメラモジュール21に撮像方向および映像範囲を設定するために外部から制御信号を取り込むための制御信号入力手段としての制御信号入力部22と、制御信号入力部22から入力された制御信号に基づき、カメラモジュール21により撮像された映像範囲に対して所定の映像範囲を選択する映像範囲選択手段としての映像範囲選択部23と、カメラモジュール21を構成する複数の受像部から選択した複数の映像範囲を一つの映像に構成する映像構成手段としての映像構成部24と、映像範囲選択部23により選択された映像範囲の映像信号を出力する映像信号出力手段としての映像信号出力部25とで構成されている。
図6は、映像範囲選択動作の処理過程を説明するための図である。図6(a)は、複数の受像部(例えば、受像部a、受像部b)における画素情報の配列状況を示す画素情報構成図である。図3の場合と同様に、撮像範囲内の横方向(実際の水平方向とは限らない)をX軸、撮像範囲内の縦方向(実際の垂直方向とは限らない)をY軸と定義する。Ca(x,y)は受像部aの座標(x,y)における画素情報であり、Cb(x,y)は受像部bの座標(x,y)における画素情報である。撮像範囲には各場面で必要となる映像が予め複数(例えば、映像範囲A、映像範囲B)準備されている。
また、図6(b)は、映像範囲選択の手順を示す図表である。まず、制御信号により図5におけるカメラモジュール21により受像部情報と映像範囲情報とが取り込まれる。この図表中では、受像部a/映像範囲A、受像部b/映像範囲Bの二組が示されている。すなわち中間処理として、映像範囲Aに対しては開始値Ca(1,2)/終了値Ca(5,y)が、映像範囲Bに対しては開始値Cb(2,1)/終了値Cb(6,3)、が選択される。この二つの映像範囲は、開始値Ca(1,2)/終了値Cb(6,3)として一つの映像信号に構成され、映像範囲Aと映像範囲Bとが一つの画面上に並置するように合成された画像信号が信号線を経て出力される。
図7は本実施の形態2における処理過程を示すフロー図である。
ステップ201では、本撮像装置が運転者の意思でON状態にされる。次いで、後述の各ステップから戻されてくる信号の入力点mを経てステップ202に移る。本撮像装置が運転者の意思でOFF状態になっているか、ON状態になっているか否かを判定し、“OFF”の場合はステップ203へ、“ON”の場合はステップ204へ移る。ここで、ステップ203は本撮像装置における処理フローを終了するステップである。ステップ204においては、図5におけるカメラモジュール21から映像信号を取得する。ステップ205では、制御信号入力の有無を判定し、“無”の場合はステップ202入力点mに戻り、“有”の場合はステップ206へ移る。
ステップ206では、制御信号の種類を判定し、“停止情報”の場合はステップ207において既に取り込まれている受像部/映像範囲情報をリセットし上記の入力点mに戻り、“受像部/映像範囲情報”の場合はステップ208へ移る。ステップ208では、図6における映像範囲Aおよび映像範囲Bの画像に対して合成要求の有無を判定する。“無”の場合は合成処理を行うことなくそのままステップ210へ進み、“有”の場合はステップ209へ移る。ステップ209では、図6において示した方法により映像範囲を合成する。ステップ210では、以上のようにして得られた映像範囲情報が前フレームにおける映像範囲情報と同一か否か判定する。映像範囲情報が異なっている場合、すなわち“新規映像範囲情報”の場合はステップ211へ、“同一映像範囲情報”の場合はステップ212へ移る。ステップ211では、新規の映像範囲情報であるから入力されてきた新しい映像情報を選択し、ステップ212では、同一映像範囲であるから、映像範囲情報の置換え処理を行うことなく入力されてきた映像範囲情報をそのまま継続する。また、ステップ213では、映像信号を出力した後、上記の入力点mに戻る。
本第2の実施の形態によれば、複数の受像部から選択した複数の映像範囲を単一の映像に構成する映像構成手段を設置したことにより視認性の良い広範囲な映像の出力を可能としている。
本第2の実施の形態においても、方形の映像範囲形状を選択する場合について例示したが、任意形状の映像範囲形状の選択も勿論可能である。
(第3の実施の形態)
図8は本第3の実施の形態における装置の構成図を示すもので、
・複数のレンズと複数の受像部により構成された撮像手段としてのカメラモジュール31と、
・カメラモジュール31に撮像方向および映像範囲を設定する外部からの制御信号を伝達するための制御信号入力手段としての制御信号入力部32と、
・制御信号入力部32から入力された制御信号に基づき、運転者が必要とする映像範囲を演算し決定する映像範囲演算手段としての映像範囲演算部33と、
・映像範囲演算部33により算出された映像範囲に基づき、カメラモジュール31により撮像された映像範囲に対して所定の映像範囲を選択する映像範囲選択手段としての映像範囲選択部34と、
・カメラモジュール31を構成する複数の受像部から選択した複数の映像範囲を一つの映像に構成する映像構成手段としての映像構成部35と、
・映像構成部35により選択された映像範囲の映像信号を出力する映像信号出力手段としての映像信号出力部36と
から構成されている。
以下、本発明による第3の実施の形態における処理過程を図9により説明する。
図9(a)は、複数の受像部(例えば、受像部a、受像部b)から得られる映像範囲の選択を行う場合の処理過程を説明するための画素情報構成図である。撮像範囲内の横方向(実際の水平方向とは限らない)をX軸、撮像範囲内の縦方向(実際の垂直方向とは限らない)をY軸と定義する。Ca(x,y)は受像部aの座標系(x,y)における画素情報であり、Cb(x,y)は受像部bの座標系(x,y)における画素情報である。撮像範囲には各場面で必要となる映像が含まれているものとする。
図9(b)は、映像範囲選択の手順を示す図表である。制御信号によりカメラモジュール31に撮像方向情報と映像範囲付加に付加する範囲を指示する映像範囲付加情報が伝達される。図9(b)中では、撮像方向として左後側方、映像範囲付加情報として地面範囲を含むものとしている。これら制御情報を受けてカメラモジュール31が画像を取込むための制御を行う中間処理として、図9(b)の場合では中心がCb(4,2)、範囲がX軸:1、Y軸:2およびY軸下方:1、を算出する。この映像範囲は、開始値Cb(2,1)/終了値Cb(7,3)として一つの映像に構成され信号線54(図2参照)に出力される。
図10は映像情報取込みを制御する処理過程を示すフロー図である。
図10において、ステップ301では、本撮像装置が運転者の意思でON状態にセットされる。次いで後述の各ステップから戻されてくる信号の入力点pを経てステップ302において、システムが運転者の意思または上記戻されてきた信号によりOFF状態になっているか否かが判定される。“OFF”の場合はステップ303へ移り、処理フローを終了する。“ON”の場合はステップ304へ移り、カメラモジュール31により映像信号を取得する。これにより取込まれた映像信号に制御情報が付加されているか否かがステップ305において判定される。“無”の場合は取込むべき画像に対する要求事項(制御情報)が存在しないため上記の入力点pに戻り、“有”の場合はステップ306へ移る。
ステップ306では、制御信号の種類を判定する。ここで、制御信号の種類としては取込むべき映像の方向および範囲を指定する情報と、あるいは既に存在するこの情報をリセットして再度最初からの処理を求める停止情報との2種類がある。ここで、“停止情報”の場合はステップ307へ移り、メモリ上に既に存在する受像方向/映像範囲付加情報をリセットして初期状態である入力点pに戻る。また、“受像方向/映像範囲付加情報”の場合はステップ308へ移る。ステップ308では、図9で説明した方法により映像範囲の構成が行われる。ここで構成された映像範囲はステップ309において、当該映像範囲が前フレームと同一か否かが判定される。取り込まれた映像範囲情報が前フレームと異なる場合は“新規映像”としてステップ310へ、変化がなければ“同一映像範囲”としてステップ311へ移る。ここで、ステップ310では、新しいい映像範囲情報への置換え処理が行われ、ステップ311では、それ以前の映像範囲をそのまま継続する。
以上のようにして得られたステップ312では、映像信号を出力した後に初期状態である入力点pへ戻り、次の処理過程の指示を待つことになる。
本第3の実施の形態によれば、前記のように予め自動または手動で設定された映像範囲を演算し設定する映像範囲演算手段を含む構成としているため、運転者が必要としている映像範囲を柔軟性良く設定することが出来るようになった。
本第3の実施の形態においても、先の各実施の形態と同様に方形の映像範囲選択の場合を例示したが、任意形状の映像範囲選択も勿論可能である。
(第4の実施の形態)
図11は本発明による第4の実施の形態における撮像装置の構成を示すもので、
・複数のレンズと複数の受像部により構成された撮像手段としてのカメラモジュール41と、
・カメラモジュール41に外部からの制御信号を伝達するための制御信号入力手段としての制御信号入力部42と、
・制御信号入力部42から入力された制御信号に基づき、運転者が必要とする映像範囲を演算する映像範囲演算手段としての映像範囲演算部43と、
・映像範囲演算部43により算出された映像範囲に基づき、カメラモジュール41により撮像された映像範囲に対して所定の映像範囲を選択する映像範囲選択手段としての映像範囲選択部44と、
・カメラモジュール41を構成する複数の受像部から選択した複数の映像範囲を一つの映像に構成する映像構成手段としての映像構成部45と、
・映像信号出力部47から映像信号を出力する前に、運転者が画面の視認性を向上するために必要とする映像処理を実施する映像処理手段としての映像処理部46と、
・映像処理部46により映像処理された映像信号を出力する映像信号出力手段としての映像信号出力部47とから構成されている。
図12は本第4の実施の形態における映像範囲の選択手順を説明するための図で、図12(a)においては複数の受像部(例えば、受像部a、受像部b)により得られた画像情報に関する画素情報構成である。撮像範囲内の横方向(実際の水平方向とは限らない)をX軸、撮像範囲内の縦方向(実際の垂直方向とは限らない)をY軸と定義する。Ca(x,y)は受像部aの座標(x,y)における画素情報で、Cb(x,y)は受像部bの座標(x,y)における画素情報を示しており、撮像範囲には各場面で必要となる映像が含まれているものとする。
また、図12(b)は、映像範囲選択方法を説明するための図表である。図12(b)において、「制御信号」はカメラモジュール41の撮像方向と映像範囲を指定する映像範囲付加情報とを伝達する。図12においては、受像方向として左後側方/映像範囲付加情報として地面範囲を含むものとしている。中間処理においては、中心がCb(4,2)、範囲がX軸:1/Y軸:2/Y軸下方:1、の映像範囲を算出する。この映像範囲は、開始値Cb(2,1)/終了値Cb(7,3)として一つの映像に構成される。更に、所定の映像変換処理F(Cb(x,y))が施され信号線に出力される。なお、映像範囲選択部44では、映像処理手法の決定のみを行う。実際の映像処理は映像処理部46で行う。所定の映像変換処理としては、輝度/コントラスト調整、画素毎の移動平均、視点変換等の映像品質をより向上させる処理が行われる。
図13は、本第4の実施の形態における信号処理の手順を示すフロー図で、以下の手順で処理される。すなわち、
図11において、ステップ401では、システムが運転者の意思でON状態にセットされる。次いで後述の各ステップから戻されてくる信号の入力点qを経てステップ402に移り、撮像装置が運転者の意思または入力点qに上記戻されてきた信号によりOFF状態になっているか否かが判定される。“OFF”の場合はステップ403へ移り、処理フローを終了する。また、ステップ402で“ON”の場合はステップ404へ移り、このステップ404で、カメラモジュール41からの映像信号を取得する。この後、制御信号の入力が行われたか否かがステップ405において判定される。この判定の結果、“無”の場合には処理は入力点qへ戻され次のスタート待ちの状態となり、“有”の場合はステップ406に移る。
ステップ406では、制御信号の種類が判定され、“停止情報”の場合はステップ407へ移り、メモリに記録されている受像方向/映像範囲付加情報をリセットした後、上記入力点qに戻り、次のスタート待ちの状態となる。また、“受像方向/映像範囲付加情報”の場合はステップ408へ移り、図9に示した方法により映像範囲の構成が行われる。ステップ409では、以上の手順で構成された映像範囲が前フレームと同一か否かが判定される。同一でない、すなわち“新規映像範囲”が取り込まれた場合はステップ410へ移り新しい映像範囲情報への置換え処理が行われ、“同一映像範囲”の場合はステップ411へ移り、映像範囲の画面がそのまま継続される。これらの処理後ステップ412において図12に示した方法により映像変換処理が行われ、ステップ413で映像信号を出力した後に入力点qに戻る。
本第4の実施の形態により、映像信号出力部の前に映像変換処理を部を設けることにより、運転者にとってより視認性のよい映像の表示が可能となっている。
以上述べたように、本第4の実施の形態では方形の映像範囲選択の場合について例示したが、任意形状の映像範囲選択も勿論可能である。
第1の実施の形態による撮像装置の構成図。 本発明において3個の撮像系により3方向から撮像する様子を説明する模式図。 映像範囲を設定する処理過程を説明する図で、(a)は画素情報構成図、(b)は所要の映像信号を選択抽出する手順を示す図表。 映像範囲選択処理過程を示すフロー図。 第2の実施の形態による撮像装置の構成図。 第2の実施の形態における映像範囲選択動作の説明図で、(a)は複数の受像部における画素情報構成図、(b)は映像範囲選択の手順を示す図表。 第2の実施の形態での処理過程をを示すフロー図。 第3の実施の形態による撮像装置の構成図。 第3の実施の形態における映像範囲選択動作の説明図で、(a)は複数の受像部における画素情報構成図、(b)は映像範囲選択の手順を示す図表。 第3の実施の形態における映像情報取り込みの処理過程を示すフロー図。 第4の実施の形態による撮像装置の構成図。 第4の実施の形態における映像範囲選択動作の説明図で、(a)は複数の受像部における画素情報構成図、(b)は映像範囲選択の手順を示す図表。 第4の実施の形態における映像情報取り込みの処理過程を示すフロー図。
符号の説明
11、21、31、41:カメラモジュール
12、22、32、42:制御信号入力部
13、23、34、44:映像範囲選択部
14、25、36、47:映像信号出力部
24、35、45:映像構成部
33、43、:映像範囲演算部
46:映像処理部 50:障害物
51:非広角レンズ 52:受像部
53:画像処理回路 54:信号線
55:制御線

Claims (4)

  1. 移動体に設置して走行中周囲の状況を撮像する装置において、
    複数のレンズと該複数の各レンズに対応して設置された複数の受像部とで構成された撮像手段と、
    該撮像手段の撮像動作を指示する制御信号を入力するための制御信号入力手段と、
    該制御信号入力手段から入力された制御信号に基づき、上記撮像手段により撮像された映像範囲から予め設定された映像範囲を選択する映像範囲選択手段と、
    該映像範囲選択手段により選択された映像範囲の映像信号を出力する映像信号出力手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。
  2. 請求項1に記載の撮像装置において、
    前記撮像手段を構成する前記複数の受像部から得られた複数の映像範囲情報を単一の映像情報として合成する映像構成手段を備えたことを特徴とする撮像装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載の撮像装置において、
    前記制御信号入力手段から入力された制御信号に基づき、前記予め設定された映像範囲を演算する映像範囲演算手段を備えたことを特徴とする撮像装置。
  4. 請求項1または請求項2に記載の撮像装置において、
    前記映像信号出力手段から映像信号を出力する前に、進行方向の状況および視認性向上およびのための映像処理を実施する映像処理手段を備えたことを特徴とする撮像装置。
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