JP2007088660A - Image display apparatus and image display method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、航空機や車両などの移動体に搭載され、これら移動体を基準とした全方向画像を表示する画像表示装置および画像表示方法に関し、詳しくは、3次元の全方向の範囲で任意の方向の外界映像を出力する画像表示装置および画像表示方法に関するものである。 The present invention relates to an image display device and an image display method that are mounted on a moving body such as an aircraft or a vehicle and display an omnidirectional image based on the moving body, and more specifically, an arbitrary display in a three-dimensional omnidirectional range. The present invention relates to an image display device and an image display method for outputting an external image in a direction.
従来、適切な航行措置をとるために、航空機や車両などの移動体にカメラを搭載して機体周囲の映像情報を取得し操縦者に提示するものがある。
また、無人ヘリコプターの遠隔操作において、無人ヘリコプターに全方位カメラを搭載して撮像された映像を受信し、操縦者側の操縦システムで任意方向の映像を切り出し操縦者に提示するものがある(例えば、特許文献1参照。)。
2. Description of the Related Art Conventionally, in order to take appropriate navigation measures, a camera is mounted on a moving body such as an aircraft or a vehicle to acquire video information around the aircraft and present it to the operator.
In addition, in remote operation of an unmanned helicopter, there is a type that receives an image captured by mounting an omnidirectional camera on an unmanned helicopter, and cuts out an image in an arbitrary direction by a pilot-side pilot system and presents it to the pilot (for example, , See Patent Document 1).
図8は、従来の画像表示装置における航空機上のカメラの概略配置例を示した図である。図8(a)は、機首に可動型カメラを配置した状態を示している。図8(a)において、可動型カメラ112の可動範囲で機体111周辺を撮影する。図8(b)は、機体111に複数のカメラを配置したもので、図8(b)においてカメラ113は機首に配置され機体前方を撮影し、カメラ114は機体後部に配置され機体後方を撮影する。 FIG. 8 is a diagram showing a schematic arrangement example of cameras on an aircraft in a conventional image display apparatus. FIG. 8A shows a state in which a movable camera is arranged on the nose. In FIG. 8A, the periphery of the body 111 is photographed within the movable range of the movable camera 112. FIG. 8B shows a plurality of cameras arranged on the fuselage 111. In FIG. 8B, the camera 113 is placed at the nose and photographs the front of the fuselage, and the camera 114 is placed at the rear of the fuselage and the rear of the fuselage. Take a picture.
図9は、特許文献1に記載の従来の画像表示装置の一例を示す構成図である。
図9において、無人ヘリコプター120に搭載された全方位カメラ121は、360°全方位の映像を取得し、映像送信器122は、この映像信号を操縦システム123内の映像受信器124へ送信する。映像受信器124は、映像信号を映像切り出し部125に送り、映像切り出し部125は、操縦者の視線方向を検出する角度センサ126からの信号に基づき変換テーブルを用いて映像信号の内で任意方向の映像部分を切り出す。ヘッドマウントディスプレイなどの表示部127は、切り出された映像を操縦者に提示する。
FIG. 9 is a configuration diagram illustrating an example of a conventional image display device described in Patent Document 1. In FIG.
In FIG. 9, the
しかし、上述の可動型カメラを使用した場合には、応答速度は遅い、メカニカルの機構が必要になる、可動範囲が制限される、などの問題がある。また、複数の固定カメラを使用した場合は、映像が別々の系統になるので、切替えが必要になり、使いにくいという欠点がある。さらに、全方位カメラを使用し、任意の角度の映像を切り出して表示系統に送るものでは、地上や風景などの限られた視野の範囲を見るには有効であるが、三次元で全方向の映像を見ることはできないという問題があった。 However, when the above-described movable camera is used, there are problems that the response speed is slow, a mechanical mechanism is required, and the movable range is limited. In addition, when a plurality of fixed cameras are used, since the video is a separate system, there is a disadvantage that switching is necessary and it is difficult to use. Furthermore, using an omnidirectional camera to cut out an image of an arbitrary angle and send it to the display system is effective for viewing a limited range of field of view such as the ground or landscape. There was a problem that the video could not be seen.
本発明は、このような従来の画像表示装置および画像表示方法が有していた問題を解決しようとするものであり、三次元の全方向の範囲で、任意の方向の映像出力を得ると共に常に任意方向にあるターゲットの映像を固定して操縦者に提示することのできる画像表示装置および画像表示方法を提供することを目的とする。 The present invention intends to solve the problems of the conventional image display apparatus and image display method, and obtains a video output in an arbitrary direction in a three-dimensional omnidirectional range and always. An object of the present invention is to provide an image display device and an image display method capable of fixing a target image in an arbitrary direction and presenting it to a pilot.
上記のような目的を達成するために、本発明の請求項1では、複数台のカメラから入力された映像を表示する画像表示装置において、
前記映像を正多面体上に写像する演算を行う映像処理部と、
写像した結果をストアするメモリと、
前記メモリから任意の方向の写像を読み出して表示用の映像を生成する表示処理部と、
前記表示用の映像を表示する表示部と、
を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to claim 1 of the present invention, in an image display device that displays images input from a plurality of cameras,
A video processing unit that performs an operation of mapping the video onto a regular polyhedron;
A memory for storing the mapped result, and
A display processing unit that reads a mapping in an arbitrary direction from the memory and generates a display image;
A display unit for displaying the display image;
It is characterized by having.
請求項2では、請求項1に記載の画像表示装置において、前記映像処理部は、前記複数台のカメラから入力された映像を正20面体上に写像することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the image display device according to the first aspect, the video processing unit maps the video input from the plurality of cameras onto a regular icosahedron.
請求項3では、請求項1または2に記載の画像表示装置において、前記表示処理部および表示部を複数備えたことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the image display device according to the first or second aspect, a plurality of the display processing unit and the display unit are provided.
請求項4では、請求項1乃至3のいずれかに記載の画像表示装置において、前記複数台のカメラは、3次元の全方位の映像を出力するように配置されることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the image display device according to any one of the first to third aspects, the plurality of cameras are arranged so as to output a three-dimensional omnidirectional video.
請求項5では、請求項1乃至4のいずれかに記載の画像表示装置において、移動体に搭載されることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, the image display device according to any one of the first to fourth aspects is mounted on a moving body.
請求項6では、請求項5に記載の画像表示装置において、前記移動体は航空機であることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the image display device according to the fifth aspect, the moving body is an aircraft.
請求項7では、請求項6に記載の画像表示装置において、前記表示処理部は、航空機に搭載された機体の方向を検知するセンサの出力信号に基づいて表示用の映像を生成することを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the image display device according to the sixth aspect, the display processing unit generates a video for display based on an output signal of a sensor that detects a direction of a fuselage mounted on an aircraft. And
請求項8では、請求項6に記載の画像表示装置において、前記表示処理部は、予め設定された目標物を表示する映像であって、機体の方向を検知するセンサの出力信号に基づき常に前記目標物を表示する映像を生成することを特徴とする。
The image display device according to
請求項9では、3次元の全方向を撮影するように配置された複数台のカメラから入力された映像を表示する画像表示方法において、
前記複数台のカメラの映像を正多面体上に写像する工程と、
写像した結果をメモリにストアする工程と、
前記メモリから任意の方向の写像を読み出して表示用の映像を生成する工程と、
前記表示用の映像を表示する工程と、
を有することを特徴とする。
In an image display method for displaying video input from a plurality of cameras arranged so as to photograph all three-dimensional directions in claim 9,
Mapping the images of the plurality of cameras onto a regular polyhedron;
Storing the mapped result in memory;
Reading a map in any direction from the memory to generate a video for display;
Displaying the video for display;
It is characterized by having.
請求項10では、請求項9に記載の画像表示方法において、前記複数台のカメラの映像を正多面体上に写像する工程は、前記複数台のカメラの映像を正20面体上に写像することを特徴とする。 In the image display method according to claim 9, in the image display method according to claim 9, the step of mapping the images of the plurality of cameras onto a regular polyhedron includes mapping the images of the plurality of cameras onto a regular icosahedron. Features.
本発明によれば、応答速度が速く、メカニカルの機構やカメラの切り替えが不要で、3次元の全方向の範囲で任意の方向の映像出力を得ることができる画像表示装置および画像表示方法が実現できる。 According to the present invention, an image display device and an image display method capable of obtaining a video output in an arbitrary direction within a three-dimensional omnidirectional range without requiring a mechanical mechanism or a camera to be switched are realized. it can.
適切な航行措置をとるために、航空機や車両などの移動体の周囲の映像情報を取得し、操縦者に任意の方向の映像を提示することができる。さらに、機体の方向を検知するセンサの出力信号を使用して表示映像を生成することにより、機体の向きに応じたカメラ映像を得ることができ、また、機体の向きに係わらず常に地上あるいは空間上の一方向を向いたままロックした画像を出力することができる。 In order to take appropriate navigation measures, it is possible to acquire video information around a moving body such as an aircraft or a vehicle, and present a video in an arbitrary direction to the operator. Furthermore, by generating a display image using the output signal of the sensor that detects the direction of the aircraft, it is possible to obtain a camera image corresponding to the orientation of the aircraft, and always on the ground or in space regardless of the orientation of the aircraft. A locked image can be output while facing one direction.
また、近年は立体モデルをポリゴンに分割して映像情報(テクスチャ)を貼り付ける汎用の3Dグラフィック技術が進歩してきている。カメラで撮影した映像を正多面体に正規化することにより、この3Dグラフィックの技術を使用することができ、開発効率・費用の点において有利となる。 In recent years, general-purpose 3D graphic technology for dividing a three-dimensional model into polygons and pasting video information (texture) has been advanced. This 3D graphic technology can be used by normalizing the image captured by the camera to a regular polyhedron, which is advantageous in terms of development efficiency and cost.
3Dグラフィック技術においては、計算のしやすさから、一般的にポリゴンには3角形が使用される。正20面体は各面が正3角形で構成されており、正規化のための正多面体として正20面体を採用することにより、3角形を単位とするテクスチャを使用することができる。近年のGDP(Graphic Data Processor)の発達により、立体を3角形をベースとしたポリゴンに分解し、映像情報をテクスチャとして貼り付けて、それを任意の方向から見たときの画像を生成する機能が容易かつ低価格で実現できるようになっている。機体周囲の空間を正20面体のような形状にモデリングし、この汎用の3Dグラフィック技術を用いることにより、表示処理装置を容易に低価格で製作することができる。 In the 3D graphic technology, a triangle is generally used as a polygon for ease of calculation. The regular icosahedron has a regular triangular shape on each surface, and by adopting a regular icosahedron as a regular polyhedron for normalization, a texture having a unit of a triangular shape can be used. With the recent development of GDP (Graphic Data Processor), a function to generate a picture when disassembling a solid into a polygon based on a triangle, pasting video information as a texture, and viewing it from any direction It can be realized easily and at a low price. By modeling the space around the airframe into a shape like a regular icosahedron and using this general-purpose 3D graphic technology, a display processing device can be easily manufactured at low cost.
なお、正規化に利用する正多面体としては正6面体なども考えられるが、正20面体の方が、ある方向を表示するために同時に必要とする面積を少なくすることができ、映像処理部と表示処理部との間のデータ伝送量が抑えられ、処理の負荷を軽減することができる。例えば、正6面体では1方向の映像を表示するのに同時に1面〜3面、すなわち全方向の写像データ全体の面積の1/6〜3/6が必要となるが、正20面体では、1方向の映像の表示に同時に必要なのは1面〜6面、すなわち全体の面積の1/20〜6/20であり、正20面体を使用した場合の方がデータ量を少なくすることができる利点がある。 A regular polyhedron to be used for normalization may be a regular hexahedron, but the regular icosahedron can reduce the area required to display a certain direction at the same time. The amount of data transmission with the display processing unit is suppressed, and the processing load can be reduced. For example, a regular hexahedron requires one to three planes at the same time to display an image in one direction, that is, 1/6 to 3/6 of the entire mapping data in all directions. It is necessary to simultaneously display 1 to 6 images in one to six planes, that is, 1/20 to 6/20 of the total area, and the advantage that the amount of data can be reduced when using a regular icosahedron. There is.
このように、カメラで撮影した映像を正多面体上に正規化して表示映像の生成を行うことにより、三次元の全方向の範囲で、任意の方向の映像出力を得ると共に常に任意方向にあるターゲットの映像を固定して操縦者に提示することのできる画像表示装置および画像表示方法を提供することができる。 In this way, by generating the display image by normalizing the image captured by the camera on the regular polyhedron, the image output in an arbitrary direction is obtained in the three-dimensional omnidirectional range and the target is always in the arbitrary direction. It is possible to provide an image display device and an image display method that can fix the video of the above and present it to the operator.
以下、図面を用いて本発明の画像表示装置および画像表示方法を説明する。 Hereinafter, an image display device and an image display method of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明による画像表示装置の一実施例を示す構成図である。図1において、映像処理装置2は、カメラ1a〜1fからの映像を処理して後述の3次元の写像データを生成し、生成した写像データは写像用メモリ3にストアする。表示処理装置4は、表示に必要な部分の写像データを伝送路6を経由して入力し、表示する映像情報を生成して、モニタ5aやHMD(Head Mount Display)5bに出力する。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an image display device according to the present invention. In FIG. 1, the
図2は、映像処理装置2および写像用メモリ3の詳細な構成を示した図である。カメラからの信号をディジタル信号に変換するA/D変換器21a〜21f、A/D変換器21a〜21fの出力信号をストアするメモリ22a〜22f、写像データを演算するCPU23、CPU23が演算した写像データをストアする写像メモリ3、写像データを映像処理装置2の外部へ出力する通信I/F24、機体からの姿勢情報等を入力するための機体I/F25、バス26から構成される。
FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration of the
図3は、表示処理装置4の詳細な構成を示した図である。表示処理装置4では、通信I/F41を経由して映像処理装置2から写像データを入力し、メモリ42にストアする。CPU43は通信I/F41およびメモリ42の制御を行う。GDP44は、写像データをもとに、中心から任意の方向を見た映像を生成してメモリ45にストアし、映像I/F46を経由してモニタ5aやHMD5bに出力する。
FIG. 3 is a diagram showing a detailed configuration of the display processing device 4. In the display processing device 4, the mapping data is input from the
図4は、カメラ1a〜1fが航空機の機体に取り付けられる際の配置例を示した図である。図4に示す通り、カメラ1a〜1fはそれぞれ航空機の6軸方向に取り付けられた広角カメラであって、6軸方向の映像信号を出力する。
FIG. 4 is a diagram illustrating an arrangement example when the
図5は、図4に示したカメラの配置を模式的に示した図である。図5は図4の航空機を正6面体に置き換えたもので、カメラ1a〜1fは、各面の中心に取り付けられ、法線方向の映像を映すものとする。各カメラの映像は、図5に示す正6面体上の情報と考えることができる。
FIG. 5 is a diagram schematically showing the arrangement of the camera shown in FIG. FIG. 5 is obtained by replacing the aircraft of FIG. 4 with a regular hexahedron, and the
図6は、上記3次元の写像データの生成に係る説明図である。図6は、カメラの位置(機体と等価とみなす)を中心点とし、外界を正多面体(正20面体)と考えたモデルである。カメラから周囲を見た映像を図6に示す正20面体に投影し、映像の正規化を行う。 FIG. 6 is an explanatory diagram relating to the generation of the three-dimensional mapping data. FIG. 6 shows a model in which the position of the camera (which is regarded as equivalent to the aircraft) is the center point, and the outside world is a regular polyhedron (regular icosahedron). An image viewed from the camera is projected onto a regular icosahedron shown in FIG. 6 to normalize the image.
自機を中心とした正20面体上の映像がすべて既知ならば、仮想的にカメラの方向を決めれば、任意の方向に投影した映像を決定することができる。表示処理装置4では、仮想的なカメラの向きを決定し、表示データの生成に必要な写像データを映像処理装置2から伝送し、モニタ5a等に出力する映像を生成する。
If all the images on the regular icosahedron centered on the own device are known, the image projected in an arbitrary direction can be determined by virtually determining the direction of the camera. The display processing device 4 determines the orientation of the virtual camera, transmits mapping data necessary for generating display data from the
写像データの演算および表示データ生成の際は、図2の機体I/F25や図3の機体I/F47を介して得られた機体情報を用いて計算を行う。具体的には、機体I/F25や機体I/F47を通じて、機体に装備されている慣性航法システム等のセンサから、姿勢情報を入力し、CPU23やGDP44の演算に使用する。
When calculating the map data and generating the display data, the calculation is performed using the machine information obtained via the machine I /
また、航空機が外界(地球)に対して姿勢を変えても、カメラの方向を決定する時に自機の姿勢情報を加えて演算することにより、常に地上あるいは空間上の一方向を向いたままロックした画像を出力することも可能である。 Even if the aircraft changes its attitude relative to the outside world (Earth), it locks while always pointing in one direction on the ground or space by adding and calculating its own attitude information when determining the camera direction. It is also possible to output the processed image.
なお、本実施例では、写像データとして正20面体で正規化した例をあげたが、形状は正20面体に限定されるものではない。しかし、ポリゴンの処理には3角形が適する点、同形の3角形からなる正多面体は正8面体と正20面体しか存在しない点、正規化という観点では各面が同じ形状となる正多面体を使用する方が処理が単純となる点から、総合して正20面体を用いるのが良いと考えられる。その他の形状とすることは可能であるが、正規化や表示データ生成などの処理が複雑になり、開発効率が下がり、開発費用も増大する方向である。 In this embodiment, the mapping data is normalized with a regular icosahedron, but the shape is not limited to a regular icosahedron. However, a triangle is suitable for polygon processing, a regular polyhedron consisting of the same triangle has only a regular octahedron and a regular icosahedron, and a regular polyhedron in which each surface has the same shape in terms of normalization is used. It is considered better to use a regular icosahedron from the viewpoint of simpler processing. Other shapes are possible, but the processing such as normalization and display data generation becomes complicated, and the development efficiency is lowered and the development cost is increased.
図7は、本発明による画像表示装置の他の実施例を示す構成図である。映像処理装置2一台に対して複数台の表示処理装置4を接続した場合を示している。
FIG. 7 is a block diagram showing another embodiment of the image display device according to the present invention. The case where a plurality of display processing devices 4 are connected to one
表示処理装置4は、映像処理装置2から必要なデータを伝送して表示データを生成するため、映像処理装置2一台に対して複数台の表示処理装置4を接続することができ、それぞれ個別に任意方向の映像を生成することが可能である。
Since the display processing device 4 transmits necessary data from the
これにより、航空機内で複数の人が機体外部の映像を見たい場合に、データソース(映像処理装置2)はひとつでも、各人が別々の映像を見ることが可能になる。ここで、複数の人としては、パイロットと他のミッションを持った乗員や、民間航空機内の各旅客などが考えられ、それぞれ自分の見たい外界映像を自分のモニタに映して見ることが可能となる。 As a result, when a plurality of people in the aircraft want to view the video outside the aircraft, even if there is only one data source (video processing device 2), each person can see a separate video. Here, as multiple people, pilots and crews with other missions, passengers in civil aircraft, etc. can be considered, and it is possible to see the external world video you want to see on your monitor Become.
1a〜1f カメラ
2 映像処理装置
3 写像用メモリ
4 表示処理装置
5a モニタ
5b HMD
6 伝送路
1a to 1f
6 Transmission path
Claims (10)
前記映像を正多面体上に写像する演算を行う映像処理部と、
写像した結果をストアするメモリと、
前記メモリから任意の方向の写像を読み出して表示用の映像を生成する表示処理部と、
前記表示用の映像を表示する表示部と、
を有することを特徴とする画像表示装置。 In an image display device that displays video input from multiple cameras,
A video processing unit that performs an operation of mapping the video onto a regular polyhedron;
A memory for storing the mapped result, and
A display processing unit that reads a mapping in an arbitrary direction from the memory and generates a display image;
A display unit for displaying the display image;
An image display device comprising:
前記複数台のカメラの映像を正多面体上に写像する工程と、
写像した結果をメモリにストアする工程と、
前記メモリから任意の方向の写像を読み出して表示用の映像を生成する工程と、
前記表示用の映像を表示する工程と、
を有することを特徴とする画像表示方法。 In an image display method for displaying images input from a plurality of cameras arranged to shoot all directions in three dimensions,
Mapping the images of the plurality of cameras onto a regular polyhedron;
Storing the mapped result in memory;
Reading a map in any direction from the memory to generate a video for display;
Displaying the video for display;
An image display method characterized by comprising:
10. The image display method according to claim 9, wherein the step of mapping the images of the plurality of cameras onto a regular polyhedron maps the images of the plurality of cameras onto a regular icosahedron.
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