JP2006025340A - 広角撮像装置、撮像システムおよびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】カメラ本体をコンパクトに構成できるとともに、最適な広角撮影が得られ、かつ均一な画質で十分な解像度が得られるようにする。
【解決手段】被写体光を集光して撮像素子４の結像面に光学像を形成する複数の撮像光学手段１１，１２，１３を有し、複数の撮像光学手段の光軸１４，１５，１６がレンズの近傍の１点５で交叉する。各々の撮像光学手段１１，１２，１３はその交叉した点５から等距離になるように配置され、隣接する各々の撮像光学手段の撮影視野が連続するようにその光軸は所定の角度に設定され、各々の撮像光学手段からの撮影画像を用いて広角画像を生成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、監視カメラやテレビ会議カメラなどに用いるのに適した撮像装置に関し、特に、複数の撮影光学系を用いて各々の撮影画像を組合せ、広範囲な撮影画像を取得することが可能な広角撮像装置に係わるものである。

従来、広範囲を撮影する方式として、図１０に示すように複数のカメラを放射状に配置して各々のカメラの撮影画像を繋ぎ合わせてパノラマ撮影をする方法が提案されている。カメラ１は多角形の筐体１０１の各辺に配置され、３６０°の方向の撮影範囲を分割して撮影するように構成される。このような方式は、例えば特許文献１、特許文献２および特許文献３等に開示されている。

また、図１１に示すように双曲線ミラーを用いて全周囲を撮影する方式も提案されている。双曲線ミラー１０２の下方に１台のカメラ１を配置し、全周の画像をカメラ１の撮像素子に結像するものである。撮像素子上の結像した像を図１２で説明する。図中で撮像素子１０３上には全周の画像がリング状の領域１０４に結像され、モニタなどに画像を表示するときには図示せぬ処理回路により画像処理を行い、横長のパノラマ画像に変換して表示する。このような方式は、例えば特許文献４および特許文献５等に開示されている。

特開平７−６７０２０号公報 特開平９−９３４７１号公報 特開２００１−２０４０１５号公報 特開平６−２９５３３３号公報 特表平９−５０５４４７号公報 特開平１１−３２８４４４号公報 特開２００２−３４４８００号公報

従来の複数のカメラを放射状に配置する方式を、図１３を用いて説明する。
図１３はカメラを３台用いて広角撮影するもので、カメラ１１，１２，１３は放射状に配置される。カメラ１１は撮影レンズ２とＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子４と基板６からなり、レンズ２の物体側主点を中心とする扇状の撮影視野角が撮像素子４に結像される。カメラ１２，１３はカメラ１１と同様で、互いの撮影視野角が重複するように配置される。カメラ１１とカメラ１２の撮影視野角は、視野角境界線２１，２２と交点２０で囲まれる斜線の領域の被写体がカメラ１１とカメラ１２の各々の撮影画像に重複して写ることになる。

理想的には図１４のように各々のカメラの物体側主点３を一致させるように配置できれば、各々のカメラで撮影した画像は視差を持たずに接続部で連続した画像になり、画像を滑らかに接続させることが容易である。しかし実際にはカメラの物理的大きさがあり干渉するので、物体側主点を一致させて配置することが難しく、図１３のような放射状の配置になっていた。そのため、隣接するカメラの物体側主点同士は図中に示す距離Ｌ（以下、この距離Ｌを基線長と呼ぶ。）だけ離れてしまう。

このような配置では各々の隣接するカメラの撮影画像は基線長Ｌが大きいほど視差による差異が大きいため、接続部の重複して写っている部分では隣接する撮影画像で被写体の位置が大きく異なり、接続部で像が一致せず滑らかに接続するのが難しかった。

図１５を用いて、隣接するカメラの撮影視野角の重複した領域にある被写体が各々のカメラでどのように撮影されるかを説明する。
カメラ１１，１２の撮影範囲の最至近距離をＳ１とし、カメラ１１の撮影視野角の境界線２１とカメラ１２の撮影視野角の境界線２２が最至近距離Ｓ１にある交点２０で交わるように配置されているとする。

カメラ１１，１２の撮影画像はレンズを通して撮像素子上に撮像されるが、仮想的に撮像面をレンズの被写体側にあるとして考えても撮影画像は変わらないので、撮像面をそれぞれ２３，２４として説明する。
最至近距離Ｓ１の交点２０にある被写体２５（○印）はカメラ１１，１２の撮像面２３，２４上では境界に撮影されることになる。図１６はカメラ１１，１２の撮影画像２０１，２０２を接するように並べて表示したものであり、被写体２５（○印）の像２５ａは図のように撮影画像２０１，２０２の境界上でほぼ一致するように撮影される。

次に、図１５においてカメラ１２の境界線２２上で撮影距離Ｓ２にある被写体２６（▲印）は、カメラ１１の撮像面２３に図の矢印のように投影される。カメラ１２の撮像面２４では図示されてないが、被写体２５と同じように境界線上に投影される。その結果、図１６の撮影画像において、被写体２６（▲印）は撮影画像２０２では像２６ａとして境界線上に撮影されるが、撮影画像２０１では境界からずれた像２６ｂとして撮影される。カメラ１１と１２の像のずれ量２０６を視差量と呼ぶ。

また、図１５でカメラ１２の境界線２２上で無限遠の距離Ｓ３にあるにある被写体２７（□印）はカメラ１１の撮像面２３上には図のように境界線２２に平行で基線長Ｌに対応した位置に投影され、カメラ１２の撮像面２４では被写体２５，２６と同じように境界線上に投影される。その結果、図１６の撮影画像では、無限遠の被写体２７（□印）は撮影画像２０２では像２７aとして境界線上に撮影されるが、撮影画像２０１では点線２０４上の像２７bとして撮影される。被写体の距離が大きくなるにつれ視差量２０６は増加し、無限遠の被写体は点線２０４と撮影画像２０１，２０２の境界２０３までの距離で表される一定の視差量に収束して行く。

以上の説明は、カメラ１２の撮影視野角の境界線２２上の被写体について説明したが、カメラ１１の撮影視野角の境界線２１の被写体についても同様に被写体距離により視差量を持ち、撮影画像２０２上では無限遠の被写体は点線２０５の位置に像ができる。カメラ１１，１２の撮影視野角の重複した領域にある被写体は、点線２０４と点線２０５で挟まれる領域では、被写体距離により２重に撮影され、視差が生じている。

この無限遠の被写体の視差量は、カメラ１１、１２の基線長Ｌに比例して大きくなる。そのため基線長Ｌが大きいとカメラ１１，１２の撮影画像を接続するとき、その境界では最至近の被写体は一致しているが、無限遠の被写体の視差量は大きくなり、像を一致させることができず滑らかな接続ができなくなる。

このような放射状配置では、基線長を狭く配置しようとしてもカメラの撮像素子基板５が干渉してカメラのレンズ先端が開くようになるので、基線長Ｌは大きくなり隣接するカメラで撮影した画像の視差による相違は大きくなり、接続部での矛盾を目立たないように接続するのが難しいという欠点があった。
また、カメラのレンズ先端が放射状に開いているため、カメラのレンズ配置が目立ったり、カメラの筐体全体をコンパクトにすることが難しかった。

一方、双曲線ミラーなどを用いた方式では、撮像素子上にミラーにより歪曲された画像として結像され、画像処理により通常の画像に変換するので、変換後の画像の画素密度は画面全面で均一ではなく、大きく引き伸ばされた部分は画素が粗く画質が劣化する欠点があった。監視カメラなどの用途としては全周の画像が必要なケースは少なく、壁などに取り付ける場合は撮影視野角は水平方向で１２０〜１８０°程度あれば十分で、この範囲で解像度の高い画像が得られるものが望まれており、双曲線ミラー方式ではこのようなニーズに対応できなかった。

なお、特許文献６に記載の実存する物体の形状モデルを生成するモデリングシステムでは、主カメラおよび補助カメラがＺ軸周りに放射状に配置され、それぞれの視線（受光軸）はＺ軸上の１点（たとえば座標原点）で交わるように設定される。

また、特許文献７に記載の同期撮影方法および撮影システムでは、２組の撮像ユニットを持つ３台のデジタル２眼カメラを用い、そのうちの１台は被写体人物の顔面の真正面に、他の２台は顔面から若干下がった左右位置にそれぞれ配置される。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、複数のカメラを配置した広角撮像装置において、隣接するカメラの物体側主点の距離を最小となるようにし、隣接するカメラの撮影視野が連続するように配置することにより、カメラを放射状に外側に向けて配置した場合に比べ、カメラ本体をコンパクトに構成でき、各々のカメラの撮影画像の視差が少なく画像の接続部の像の不連続部分が目立たないような最適な広角撮影ができ、かつ均一な画質で十分な解像度が得られるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の広角撮像装置は、被写体光を集光して撮像素子の結像面に光学像を形成する複数の撮像光学手段を有し、前記複数の撮像光学手段の光軸がレンズの近傍の１点で交叉し、各々の撮像光学手段はその交叉した点から等距離になるように配置され、隣接する各々の撮像光学手段の撮影視野が連続するようにその光軸は所定の角度に設定され、各々の撮像光学手段からの撮影画像を用いて広角画像を生成することを特徴とする。

また、本発明の広角撮像装置において、前記複数の撮像光学手段を格子状に配列し、各々の撮像光学手段の光軸が被写体側の１点で交叉し、各々の撮像光学手段はその交叉した点から等距離になるように配置されたことを特徴とする。

また、本発明の広角撮像装置において、前記複数の撮像光学手段の撮影視野角の接続部に、隣接する撮像光学手段の物体側主点同士の距離と同等の幅の重複部分を設けるように配置されたことを特徴とする。

また、本発明の広角撮像装置において、前記複数の撮像光学手段の光軸が交叉した点の近傍に光学フィルターを配置し、前記光学フィルターを通して各々の撮像光学手段に被写体光が入射するようにし、前記光学フィルターの切り替え手段を設けたことを特徴とする。

また、本発明の広角撮像装置において、前記光学フィルターを赤外カットフィルターで構成したことを特徴とする。

また、本発明の広角撮像装置において、前記複数の撮像光学手段と、前記撮像光学手段により撮影された画像信号を処理する画像信号処理手段と、画像データを符号化する画像符号化手段と、前記画像データを伝送する通信制御手段とからなることを特徴とする。

また、本発明の広角撮像装置は、被写体光を集光して撮像素子の結像面に光学像を形成する複数の撮像光学手段を有し、前記複数の撮像光学手段の光軸が交叉する点よりも後方にある被写体に関係する広角画像を生成することを特徴とする広角撮像装置。

また、本発明の撮像システムは、請求項６に記載の広角撮像装置とネットワーク接続されたモニタ装置とから構成され、前記広角撮像装置で撮像した画像データを前記モニタ装置に伝送し、前記モニタ装置に表示するようにしたことを特徴とする。

また、本発明の撮像システムの制御方法は、被写体光を集光して撮像素子の結像面に光学像を形成し、それぞれの光軸が交叉するレンズ近傍の１点から等距離になるように配置され、隣接する各々の撮影視野が連続するようにその光軸が所定の角度に設定された複数の撮像光学手段、前記撮像光学手段により撮影された画像信号を処理する画像信号処理手段、画像データを符号化する画像符号化手段、および前記画像データを伝送する通信制御手段からなる広角撮像装置と、この広角撮像装置とネットワーク接続されたモニタ装置とから構成され、前記広角撮像装置で撮像した画像データを前記モニタ装置に伝送し、前記モニタ装置に表示するようにした撮像システムの制御方法であって、前記広角撮像装置の各々の撮像光学手段の画像データに撮像光学手段を特定する識別番号を付加するステップと、前記モニタ装置が前記画像データを受信し、前記識別情報を判定してモニタ装置の画面上のウインドウの所定の位置に画像を表示するステップとを有することを特徴とする。

また、本発明の撮像システムの制御方法において、前記モニタ装置の画面上のウインドウにおいて隣接する画像の接続位置を所望の位置に変更指示するステップと、その接続位置情報を記憶するステップとを有することを特徴とする。

また、本発明のコンピュータプログラムは、被写体光を集光して撮像素子の結像面に光学像を形成し、それぞれの光軸が交叉するレンズ近傍の１点から等距離になるように配置され、隣接する各々の撮影視野が連続するようにその光軸が所定の角度に設定された複数の撮像光学手段、前記撮像光学手段により撮影された画像信号を処理する画像信号処理手段、画像データを符号化する画像符号化手段、および前記画像データを伝送する通信制御手段からなる広角撮像装置と、この広角撮像装置とネットワーク接続されたモニタ装置とから構成され、前記広角撮像装置で撮像した画像データを前記モニタ装置に伝送し、前記モニタ装置に表示するようにした撮像システムに使用されるコンピュータプログラムであって、前記広角撮像装置の各々の撮像光学手段の画像データに撮像光学手段を特定する識別番号を付加する処理と、前記モニタ装置が前記画像データを受信し、前記識別情報を判定してモニタ装置の画面上のウインドウの所定の位置に画像を表示する処理とをコンピュータに実行させることを特徴とする。

また、本発明のコンピュータ読取り可能な記録媒体は、上記コンピュータプログラムを記録したことを特徴とする。

以上述べたように本発明によれば、複数の撮像光学手段の光軸が被写体側で１点に交差し、各々の撮像光学手段はその交差した点を中心とした円弧上に配置し、隣接する撮像光学手段の物体側主点の距離が最小となるように配置する。これにより広角撮像装置本体をコンパクトに構成することができ、各々の撮像光学手段の撮影画像の視差が少なく、画像の接続部の像の不連続部分が目立たないような最適な広角撮影が可能となる。

以下、図面に基き、本発明による広角撮像装置、撮像システムおよびその制御方法の好適な実施の形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の実施形態の広角撮像装置の概略構成を示すブロック図である。同図において、３０は広角撮像装置の筐体であり、レンズ及び撮像素子からなるカメラ１１，１２，１３とカメラの駆動制御回路からなる。カメラ１１，１２，１３は単焦点のレンズを用いており、各々のカメラの光軸１４，１５，１６は各々のレンズの被写体側の交点５で交叉するように配置されている。

カメラとしては、パンフォーカスで近距離から遠景までピントが合うレンズを用いてもよい。または、オートフォーカスで被写体に自動的にピントを合わせるようなレンズを用いてもよい。その際は、３個のカメラのフォーカスが異なるとパノラマ表示したときに画像のピントが揃わず見難くなるので、対象となる被写体が主に写る１個のカメラを指定し、そのフォーカスに他の２個のカメラのフォーカスが連動するように制御を行う。

カメラの自動露出調整についても３個のカメラの露出調整が異なるとパノラマ表示したときに画面の明るさが異なり連続して見えないので、対象となる被写体が主に写る１個のカメラを指定し、その露出調整値に他の２個のカメラの露出調整が連動するように制御を行うものとする。

次に、図２を用いて本発明のカメラの配置を詳しく説明する。カメラ１１，１２，１３は各々の光軸が被写体側の交点５で交叉し、各々カメラの撮影視野角が互いに交点５で交叉して広角の撮影領域を分担して撮影できるように配置される。その際、隣接するカメラは、その物体側主点３同士の距離（基線長）Ｌが最小になるようにレンズ先端をできるだけ接近させて配置される。隣接するカメラ１１，１２はカメラ１１の撮影視野角１７の境界線２１とカメラ１２の撮影視野角１８の境界線２２とが、図のように基線長Ｌと同じ幅で重複するように配置される。カメラ１２とカメラ１３の撮影視野角の境界についても同様に重複して配置される。

図２及び図３を用いて、カメラ１１とカメラ１２の撮影視野角の重複した領域にある被写体が、各々のカメラでどのように撮影されるかを説明する。
図２において、カメラ１１，１２の撮影画像は撮像面を被写体側にあるとして被写体像を投影しても撮像関係は変わらないので、撮像面をそれぞれ２３，２４として説明する。カメラ１２の撮影視野角の境界線２１上にあって、撮影範囲の最至近距離Ｓ１にある被写体２５（○印）と同じく、境界線２１上で撮影距離Ｓ２にある被写体２６（▲印）と無限遠の距離Ｓ３にあるにある被写体２７（□印）がどのように撮影されるかを説明する。

図３（ａ）は、カメラ１１，１２の撮像面での撮影画像２０１，２０２を接するように並べたものである。最至近距離Ｓ１にある被写体２５（○印）は、カメラ１２の撮影画像２０２では境界上に像２５ａとして、カメラ１１の撮影画像２０１では像２５ｂとして投影され、視差２０６を持ち二重に写ることになる。

次に、撮影距離Ｓ２にある被写体２６（▲印）についても同様にカメラ１２の撮影画像２０２では境界上に像２６ａとして、カメラ１１の撮影画像２０１においては像２６ｂとして投影されるが、視差量は被写体２５（○印）より少なくなっている。
また、無限遠の距離Ｓ３にあるにある被写体２７（□印）は、カメラ１２の撮影画像２０２では図のように境界に像２７ａとして投影され、カメラ１１の撮影画像２０１でも境界に投影されて像は境界で一致する。

以上よりカメラ１１，１２の撮影視野角の重複部分にある被写体は、最至近距離Ｓ１にあれば、撮影画像２０１の点線２０４、撮影画像２０２の点線２０５で挟まれる範囲内で視差２０６を持って二重に撮影される。被写体が最至近距離Ｓ１から遠くなるにつれ、視差２０６は少なくなり、無限遠で撮影画像２０１、２０２の境界２０３に一致して撮影される。

撮影画像２０１の点線２０４及び撮影画像２０２の点線２０５で挟まれる範囲は、カメラ１１，１２の基線長Ｌに比例して大きくなるので、本実施形態のようにカメラ１１，１２の基線長Ｌを小さく配置できれば撮影画像の境界付近での像が二重になる領域を狭くすることができるため、像の視差量も小さくなる。これにより撮影画像をそのまま境界で接続して表示しても、接続部での矛盾が目立たないようにすることができる。

図１に戻り、広角撮像装置の全体構成を説明する。図において、３１，３２，３３はカメラ１１，１２，１３の撮像素子４から出力される映像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路、３４はＡ／Ｄ変換回路３１，３２，３３からの出力を取り込み、画素補間処理や色変換処理を行い、撮像データに変換する画像信号処理回路である。

３５はメモリ制御回路であり、Ａ／Ｄ変換回路３１，３２，３３、画像信号処理回路３４、メモリ３６を制御し、撮像データの取得と格納などを行う。
メモリ３６は、揮発性メモリまたは不揮発性メモリからなるメモリであり、撮像データを一時的に格納したり、システムコントローラの動作制御の処理プログラムの格納領域や、システムコントローラの作業領域として使用することができる。

３９は映像符号化回路であり、撮像データをＪＰＥＧなどの符号化方式で圧縮符号化する。３８は通信制御回路であり、撮像データ、撮影制御データなどを送信・受信するものである。４０は内部バスであり、撮像データ、各種の制御信号を伝送するものであり、システムコントローラ３７は内部バス４０を通して、メモリ制御回路３５や映像符号化回路３９及び通信制御回路３８を制御し、全体の装置の制御を行うものである。

４１はネットワーク回線であり、それを介して遠隔に置かれたパーソナルコンピュータ４２とモニタ４３からなるモニタ装置に撮像データを転送し、モニタ４３にその映像を表示することができる。

次に、以上のように構成される広角撮像装置の動作について説明する。図１においてカメラ１１，１２，１３により同期を取って撮影された映像信号はＡ／Ｄ変換回路３１，３２，３３によりデジタルの撮像データに変換される。各々のカメラのデジタル化された撮像データは画像信号処理回路３４により並列に処理され、画素補間処理や色変換処理が行われる。処理された撮像データはメモリ制御回路３５により映像フレームごとに一時的にメモリ３６に格納される。その際、カメラ１１，１２，１３の符号化された撮像データにはこの広角撮像装置本体の識別番号とこの広角撮像装置内のどのカメラで撮影されたかが分かるような識別番号が付加される。

次に、映像符号化回路３９によりカメラ１１，１２，１３の撮像データの映像フレームは順次符号化される。符号化された撮像データは通信制御回路３８に送られ、ネットワーク回線４１に送出される。ここで、ネットワークは例えばＴＣＰ／ＩＰプロトコルを用いたインターネットのネットワークである。
パーソナルコンピュータ４２は符号化された撮像データを受け取り、パーソナルコンピュータ４２に搭載された広角撮像装置用のコントロールプログラムにより復号化処理を行い、モニタ４３に撮影画像の表示を行う。

図４は、本実施形態によるモニタ４３への撮影画像の表示例を示す図である。モニタ４３の画面５０には、コントロールプログラムにより映像表示用ウインドウ５１が表示される。その枠内にカメラ１１，１２，１３の各々の撮影画像２０１，２０２，２０３が接して配置され、パノラマ画像として表示される。撮影画像２０１，２０２の境界付近で点線２０４，２０５で挟まれる範囲は、近くの被写体が二重に写る領域であるが、その幅はカメラ１１，１２の基線長Lが狭くなるように配置されているので狭く、被写体の視差量も小さくなっている。そのため実際に撮影画像を観察すると連続して繋がって実質的にパノラマのように見ることができる。

図４の映像表示用ウインドウ５１には、撮影画像２０２を基準に観察者が目視により撮影画像２０１の位置を微調整する調整ボタン５２が設けられる。調整ボタン５２の水平方向キーにより撮影画像の境界位置を水平に調整することができる。

例えば、観察対象が比較的近い被写体で遠景の画像の重要度が低い場合には、図３（ｂ）のように観察しようとしている近い被写体の像２６ａ，２６ｂが撮影画像２０１，２０２の境界で１つに繋がるように各々の撮影画像の境界を一部カットするように移動させる。このように繋ぎ合わせることで、遠景は少し像が欠けるが観察対象の被写体は二重像とはならずに滑らかに繋がって表示される。撮影画像２０２と２０３についても同様に、撮影画像２０２を基準にして調整ボタン５３で撮影画像の境界位置を調整する。これにより観察対象の被写体像がより滑らかにつながって見えるようになる。

また、調整ボタン５２、５３は、撮影画像２０１，２０３の垂直方向の位置も調整できるようになっており、カメラ配置の誤差やカメラレンズの光軸のずれなどによる撮影画像の垂直方向のずれも補正できるようになっている。すなわち、調整ボタンで指示した撮影画像の各境界位置の調整量はコントロールプログラムにより記憶しておき、コントロールプログラムを一旦終了して、次回表示するときに撮影画像の各境界位置の調整量を読み出し、自動的に映像表示用ウインドウにその調整量が設定されるようにする。

この広角撮像装置の一連の動作は、パーソナルコンピュータ４２のコントロールプログラムにより制御されており、図５のフローチャートに示すような手順で制御が行われる。

パーソナルコンピュータ４２のコントロールプログラムでは最初に、本発明の広角撮像装置が複数ある場合、ステップ５０１で画像を表示したい特定の広角撮像装置を指定する。ステップ５０２で、その広角撮像装置への映像要求信号をネットワーク回線４１に送信する。この映像要求信号は、所望の広角撮像装置の通信制御回路３８で受け取られ、システムコントローラ３７にカメラ１１，１２，１３の各々１フレーム分の撮像データをパーソナルコンピュータ４２に送信するように指示が与えられる。システムコントローラ３７はメモリ制御回路３５、映像符号化回路３９や通信制御回路３８を制御して、各々１フレーム分の符号化された撮像データをネットワーク回線４１に送信する。

パーソナルコンピュータ４２はステップ５０３でネットワーク回線４１から符号化された撮像データを受け取りメモリに格納する。コントロールプログラムはステップ５０４でカメラ１１，１２，１３の撮影画像の接続位置情報を参照テーブルから読み取る。ステップ５０５で各々のカメラの１フレーム分の撮像データを復号化し、接続位置情報に基づき合成して映像表示ウインドウに表示する。その際、各撮像データに付加されたカメラの識別番号を読み込み、その識別番号に基づいて映像表示ウインドウの所定の位置に並べて表示される。

次に、ステップ５０６では観察者がその画像を見て、各カメラの境界で注目する被写体が連続的に接続するように調整ボタンにより画像の接続位置を調整することができる。その接続位置情報は参照テーブルに更新記憶され、その接続位置情報に基づき撮影画像は表示される。

コントロールプログラムはステップ５０７でユーザーから受信ＯＦＦの操作により終了の指示が出されるまで、映像要求信号を広角撮像装置に送り、次の撮像データを取得し、映像表示ウインドウに更新表示するという動作を繰り返し行う。

上述のような構成により、水平方向に広角の画像が得られ、かつ複数の撮像素子を用いるので均一で高い解像度が得られる。

ここで、撮影画像２０１，２０２，２０３は広角撮像装置から送付された画像を特に画像処理を行わないで表示するとして説明したが、より滑らかに繋がったパノラマ画像を得るために一般的なパノラマ画像作成のための画像の歪み補正処理を行って表示してもよい。例えば、それぞれの撮影画像を円筒面に投影する歪み補正処理を行なって並べて表示し、円筒面の中心から見たような画像に変換し、パノラマ画像にすることもできる。また、両端の撮影画像２０１、２０３に対して台形歪み補正を行い、中心のカメラ１２の撮像面と同じ平面に投影した画像に変換し、カメラ１２から見たようなパノラマ画像にしてもよい。
このような歪み補正処理はパーソナルコンピュータ４２のコントロールプログラムで処理を行ってもよいし、広角撮像装置側の画像信号処理回路で行ってもよい。

本実施形態ではカメラを３台配置した構成で説明したが、図６のようにカメラを２台で構成してもよい。カメラ１１，１２は各々の光軸が被写体側の交点５で交わり、カメラの基線長が最小になるように配置されるので、撮影画像の境界での視差量が少なくでき、実用上問題のないパノラマ画像が得られる。

（第２の実施形態）
図７は、本発明による第２の実施形態のカメラ配置の説明図である。第１の実施形態ではカメラを水平に配置していたが、本実施形態では水平、垂直両方向にカメラ７１を並べて、各々のカメラの光軸が被写体側の交点５の１点で互いに交叉するように配置されている。

図８（ａ）は本実施形態の正面図であり、カメラ７１はマトリクス状に配列され、図中のＸ‐Ｘ断面図は（ｂ）に、Ｙ‐Ｙ断面図は（ｃ）に示される。（ｂ）のＸ‐Ｘ断面図で見ると、各カメラの光軸は交点５で交叉し、水平方向の撮影視野角は矢印７５の範囲となり、（ｃ）図のＹ‐Ｙ断面図では同じく各カメラの光軸は交点５で交叉し、垂直方向の撮影視野角は矢印７６の範囲となる。

この配置により全体の撮影視野はほぼ半球状の広範囲な領域を撮影でき、装置としても従来例のカメラの放射状配置のものよりコンパクトに構成することができる。カメラの基線長が最小になるように配置されてるため、各カメラの撮影画像の境界も第１の実施形態と同様に被写体が二重に撮影される領域を少なくでき繋ぎ目の目立たない画像が得られる。

なお、本実施形態の広角撮像装置の構成と動作は、第１の実施形態の場合と同様にすることができる。

（第３の実施形態）
図９は、本発明による第３の実施形態の説明図である。本発明のような広角撮像装置は監視用途に用いる場合、夜間など低照度の被写体の撮影が必要となる。通常、ＣＣＤのような撮像素子を用いたカメラでは、日中の撮影では撮像素子の直ぐ上に赤外カットフィルターが設けられ、低照度撮影をする場合にはその赤外カットフィルターなしの状態に切り替えて撮影が行われる。

本実施形態の広角撮像装置では、第１の実施形態のように光軸が交点５で交わるように配置されたカメラ１１，１２が、筐体８３に実装されている。筐体８３にはカメラのレンズ用の一つの開口部８０が設けられ、その開口部８０には赤外カットフィルター基板８１が図示せぬ駆動機構によりスライド可能に支持されている。駆動機構としては、例えば、赤外カットフィルター基板８１を保持する可動部材がスライド軸とモーターの軸に設けたスクリューねじで支持され、モーターを駆動すると矢印方向に移動するような構成としてもよい。

赤外カットフィルター基板８１は斜線部８２に赤外カットフィルターが形成され、それ以外の部分は赤外フィルターなしの透明基板になっており、駆動機構で矢印の方向にスライドさせることにより赤外カットフィルターがありの状態となしの状態に切り替えることができる。

本実施形態では、複数のカメラの光軸の交点５の付近にフィルターを配置することで、１つのフィルターを切り替えるだけで、各カメラのフィルターを同時に切り替えることができるので、コンパクトな実装が可能となり、低コスト化が図れる。

尚、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を広角撮像装置に供給し、広角撮像装置がプログラムコードを読み出し、実行するようにしても本発明の目的は達成される。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが上記実施の形態を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することとなる。

プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、ＲＯＭ、フレキシブルディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、メモリーカード等を用いることができる。
また、上述の実施形態におけるハードウェア構成とソフトウェア構成は、同様の機能を実現する構成と適宜置き換えることができる。

本発明の第１の実施形態における広角撮像装置の概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態における広角撮像装置のカメラ配置例を説明する図である。 本発明の第１の実施形態における広角撮像装置撮像データの転送手順を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態における広角撮像装置のモニタ上の撮影画像表示例を示す図である。 本発明の第１の実施形態における広角撮像装置のコントロールプログラムに係るフローチャートである。 本発明の第１の実施形態における広角撮像装置の別の実施形態の説明図である。 本発明の第２の実施形態における広角撮像装置のカメラ配置例を説明する図である。 本発明の第２の実施形態における広角撮像装置のカメラ配置の正面図及び断面図である。 本発明の第３の実施形態における広角撮像装置の概略構成を示す図である。 従来例のカメラを放射状配置した広角撮像装置を示す図である。 従来例の双曲線ミラーを用いた広角撮像装置を示す図である。 従来例の双曲線ミラーを用いた広角撮像装置における撮像素子上の撮影像を示す図である。 従来例のカメラを放射状配置した広角撮像装置におけるカメラ配置を示す図である。 従来例のカメラを放射状配置した広角撮像装置における理想的カメラ配置を示す図である。 従来例のカメラを放射状配置した広角撮像装置における撮影画像を示す図である。 従来例のカメラを放射状配置した広角撮像装置における撮影画像の接続部の様子を説明する図である。

符号の説明

２ レンズ
３ レンズの物体側主点
４ 撮像素子
５ レンズ光軸の交点
１１，１２，１３ カメラ
１７，１８ カメラの撮影視野角
３１，３２，３３ A/D変換回路
３４ 画像信号処理回路
３５ メモリ制御回路
３７ システムコントローラ
３８ 通信制御回路
３９ 画像符号化回路
４１ ネットワーク
４２ パーソナルコンピュータ
４３ モニタ
５１ 映像表示用ウインドウ
５２，５３ 調整ボタン
８１ 赤外カットフィルター基板

Claims (12)

1. 被写体光を集光して撮像素子の結像面に光学像を形成する複数の撮像光学手段を有し、
   前記複数の撮像光学手段の光軸がレンズの近傍の１点で交叉し、各々の撮像光学手段はその交叉した点から等距離になるように配置され、
   隣接する各々の撮像光学手段の撮影視野が連続するようにその光軸は所定の角度に設定され、
   各々の撮像光学手段からの撮影画像を用いて広角画像を生成することを特徴とする広角撮像装置。
2. 前記複数の撮像光学手段を格子状に配列し、各々の撮像光学手段の光軸が被写体側の１点で交叉し、各々の撮像光学手段はその交叉した点から等距離になるように配置されたことを特徴とする請求項１に記載の広角撮像装置。
3. 前記複数の撮像光学手段の撮影視野角の接続部に、隣接する撮像光学手段の物体側主点同士の距離と同等の幅の重複部分を設けるように配置されたことを特徴とする請求項１または２に記載の広角撮像装置。
4. 前記複数の撮像光学手段の光軸が交叉した点の近傍に光学フィルターを配置し、前記光学フィルターを通して各々の撮像光学手段に被写体光が入射するようにし、前記光学フィルターの切り替え手段を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の広角撮像装置。
5. 前記光学フィルターを赤外カットフィルターで構成したことを特徴とする請求項４に記載の広角撮像装置。
6. 前記複数の撮像光学手段と、前記撮像光学手段により撮影された画像信号を処理する画像信号処理手段と、画像データを符号化する画像符号化手段と、前記画像データを伝送する通信制御手段とからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の広角撮像装置。
7. 被写体光を集光して撮像素子の結像面に光学像を形成する複数の撮像光学手段を有し、
   前記複数の撮像光学手段の光軸が交叉する点よりも後方にある被写体に関係する広角画像を生成することを特徴とする広角撮像装置。
8. 請求項６に記載の広角撮像装置とネットワーク接続されたモニタ装置とから構成され、前記広角撮像装置で撮像した画像データを前記モニタ装置に伝送し、前記モニタ装置に表示するようにしたことを特徴とする撮像システム。
9. 被写体光を集光して撮像素子の結像面に光学像を形成し、それぞれの光軸が交叉するレンズ近傍の１点から等距離になるように配置され、隣接する各々の撮影視野が連続するようにその光軸が所定の角度に設定された複数の撮像光学手段、前記撮像光学手段により撮影された画像信号を処理する画像信号処理手段、画像データを符号化する画像符号化手段、および前記画像データを伝送する通信制御手段からなる広角撮像装置と、この広角撮像装置とネットワーク接続されたモニタ装置とから構成され、前記広角撮像装置で撮像した画像データを前記モニタ装置に伝送し、前記モニタ装置に表示するようにした撮像システムの制御方法であって、
   前記広角撮像装置の各々の撮像光学手段の画像データに撮像光学手段を特定する識別番号を付加するステップと、
   前記モニタ装置が前記画像データを受信し、前記識別情報を判定してモニタ装置の画面上のウインドウの所定の位置に画像を表示するステップとを有することを特徴とする撮像システムの制御方法。
10. 前記モニタ装置の画面上のウインドウにおいて隣接する画像の接続位置を所望の位置に変更指示するステップと、その接続位置情報を記憶するステップとを有することを特徴とする請求項９に記載の撮像システムの制御方法。
11. 被写体光を集光して撮像素子の結像面に光学像を形成し、それぞれの光軸が交叉するレンズ近傍の１点から等距離になるように配置され、隣接する各々の撮影視野が連続するようにその光軸が所定の角度に設定された複数の撮像光学手段、前記撮像光学手段により撮影された画像信号を処理する画像信号処理手段、画像データを符号化する画像符号化手段、および前記画像データを伝送する通信制御手段からなる広角撮像装置と、この広角撮像装置とネットワーク接続されたモニタ装置とから構成され、 前記広角撮像装置で撮像した画像データを前記モニタ装置に伝送し、前記モニタ装置に表示するようにした撮像システムに使用されるコンピュータプログラムであって、
    前記広角撮像装置の各々の撮像光学手段の画像データに撮像光学手段を特定する識別番号を付加する処理と、
    前記モニタ装置が前記画像データを受信し、前記識別情報を判定してモニタ装置の画面上のウインドウの所定の位置に画像を表示する処理とをコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
12. 請求項１１に記載のコンピュータプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読取り可能な記録媒体。

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