JP2007187970A - 広角撮影装置、及び画像処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】カメラの位置に基づき、画像を補正する。
【解決手段】デジタルカメラ２に対向する位置には、全方位撮像レンズ３配置されているので、１回のシャッターで全方位の画像を撮影することができる。この撮影装置１には、距離を測定するためのレーザー距離計５が回転可能に配置されていて、複数の方向についての壁面Ａまでの距離ｄを測定できる。したがって、カメラ２の立坑内における偏心量を知ることができ、デジタルカメラ２にて撮影した画像を、その偏心量に基づき補正することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、トンネルや立坑の壁面を撮影する広角撮影装置及びその画像処理方法に関する。

一般に、トンネルや立坑を掘削する際には、掘削された壁面を写真撮影し、ひび割れや岩種の判別を行うことが行われている。

図７は、立坑壁面の写真撮影を行う装置の外観を示す斜視図であって、符号１００はデジタルカメラを示し、符号１０１は、該デジタルカメラ１００の回転移動を制御するオートジャイロを示す。かかる装置は、オートジャイロ１０１によってデジタルカメラ２２を１回転させる間に４〜６枚程度の写真を撮影するようになっていて、得られた複数の画像データはコンピュータに取り込んで繋ぎ合わせたりして利用されていた（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、上述の装置では、１つの全周画像を得るためにはシャッターを複数回切らなければならず、撮影時間が長くなってしまうという問題があった。例えば、上述の装置を、特許文献１に記載のように立坑壁面の観察に用いようとした場合、撮影時間が長くなることによって、坑壁の観察時間が短くなってしまうという問題があった。また、それらの得た画像をパソコンで繋ぎ合わせなければならず、その作業も煩雑であった。さらには、各撮影時の明るさを等しくすることが困難であったため、全周画像の明るさが均一なものとはならなかった。

このような問題を解決するものとして、全方位撮影用レンズを用いることにより、１回のシャッターだけで３６０°の全方位を撮影できるようにした装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。図８は、トンネル壁面Ａを撮影する撮影装置の構造の一例を示す断面図であり、符号２００はデジタルカメラを示し、符号２０１は、該デジタルカメラ２００に対向するように配置された全方位撮影用レンズを示す。この装置によれば、シャッターを１回切るだけで全方位写真を得ることができる。
特開２００１−９８８８０号公報 特開平２０００−１６０９９２号公報

しかしながら、特許文献２にも記載されているように、全方位撮像用レンズがトンネルや立坑の軸心からずれていると、得られた画像もその偏心の影響を受けて歪むこととなるので、有効な対策が求められている。

本発明は、偏心の影響を改善することのできる広角撮影装置を提供することを目的とするものである。また、本発明は、該広角撮影装置に使用可能な画像処理方法を提供することを目的とするものである。

請求項１に係る発明は、図１に例示するものであって、超広角の画像をデジタルカメラ（２）により撮影する広角撮影装置（１）において、
前記デジタルカメラ（２）に対向する位置に配置されて該デジタルカメラ（２）に超広角の画像を取り込ませる光学系（３）と、
前記デジタルカメラ（２）の作動に同期して、前記デジタルカメラ（２）の周囲の被写体（Ａ）を照明するストロボ手段（４）と、
被写体（Ａ）までの距離（ｄ）を測定するレーザー距離計（５）と、
該レーザー距離計（５）をカメラ光軸（Ｂ）の周りに回転可能に支持する距離計支持手段（６）と、を備えたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記光学系（３）は、前記カメラ光軸（Ｂ）の周りの全方位の画像を取り込むことのできる全方位撮像レンズであることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において、前記ストロボ手段（４）は、前記デジタルカメラ（２）の作動に伴って、前記カメラ光軸（Ｂ）の周りの略全方位に光を照射する手段であり、
前記ストロボ手段（４）が照射する光を挟み込むように一対のリフレクタ手段（１０）が配置され、
少なくとも一方のリフレクタ手段（１０）は、図５に示すように、前記カメラ光軸（Ｂ）に近接する側を中心に揺動可能に構成されたリフレクタ板（１０ａ）が、該カメラ光軸（Ｂ）の周りに放射状に複数枚配置されて構成されたことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明において、前記リフレクタ板（１０ａ）は、相互に係合されていて、いずれかのリフレクタ板（１０ａ）の角度を調整することにより他のリフレクタ板（１０ａ）の角度も調整されることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発明において、前記被写体（Ａ）に一定寸法の表示パターン（図３の符号８参照）を表示するレーザーポインタ装置（７）、を備えたことを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項５に係る発明において、方位磁石（９）と、
前記レーザーポインタ装置（７）を前記カメラ光軸（Ｂ）の周りに回転可能に支持するレーザーポインタ支持手段（１１）と、を備えたことを特徴とする。

請求項７に係る発明は、デジタルカメラ（２）により取得された超広角のデジタル画像データに対し画像処理を施して再生画像を作成する画像処理方法であって、
縦線及び横線を前記再生画像上に格子状に表示する、ことを特徴とする。

なお、括弧内の番号などは、図面における対応する要素を示す便宜的なものであり、従って、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではない。

請求項１及び２に係る発明によれば、立坑や煙突やトンネル等のような暗い所であっても、超広角の画像を撮影することができる。また、１回のシャッターで超広角の画像を取得できるため、デジタルカメラを回転させながら何回もシャッターを切る必要が無く、撮影時間の短縮を図ることができる。さらに、レーザー距離計によって被写体までの距離を測定することができるので、被写体に対するカメラの位置を知ることができ、カメラの位置に基づき画像を補正等できる。

請求項３に係る発明によれば、被写体までの距離に応じてリフレクタ手段の揺動角を調整することができ、光の照射領域を撮影領域に一致させて、光の利用効率を高めることができる。

請求項４に係る発明によれば、複数のリフレクタ板の角度調整が１つの操作により行うことができるので、角度調整作業を簡単に行うことができる。

請求項５に係る発明によれば、画像に写っている表示パターンの寸法（画像上の寸法）から、画像の縮尺を知ることができる。

請求項６に係る発明によれば、レーザーポインタ装置を回転させて一定の方位（例えば、真北）に表示パターンを表示させることができる。その結果、画像に写っている表示パターンの位置に基づき、画像上での東西南北の位置を知ることができる。

請求項７に係る発明によれば、画像には縦線及び横線が表示されているので、それらの線を基準にして位置を特定することが容易となる。

以下、図１乃至図６に沿って、本発明を実施するための最良の形態について説明する。ここで、図１(a)は、本発明に係る広角撮影装置の構造の一例を示す正面図であり、同図(b)はその側面図である。また、図２(a)は、偏心位置にカメラが設置されている様子を示す模式図であり、同図(b)は、取得したパノラマ画像を示す模式図であり、同図(c)は、偏心補正した後のパノラマ画像を示す模式図であり、同図(d)は、偏心していない状態のカメラ位置を示す模式図である。さらに、図３は、表示パターンの一例を示す模式図であり、図４は、ストロボ手段の構造の一例を示す平面図である。また、図５(a)(b)はストロボ手段及びリフレクタ手段の構造の一例を示す模式図であり、図６は、方位磁石の取り付け状態を示す斜視図である。

本発明に係る広角撮影装置は、超広角の画像をデジタルカメラにより撮影するものであって、例えば図１(a)(b)に符号１で示すように、
・ デジタルカメラ２と、
・ 該デジタルカメラ２に対向する位置に配置されて該デジタルカメラ２に超広角の画像を取り込ませる光学系３（好適には、カメラ光軸Ｂの周りの全方位の画像を取り込むことのできる全方位撮像レンズ）と、
・ 前記デジタルカメラ２の作動に同期して、前記デジタルカメラ２の周囲の被写体（図１(b)の符号Ａ参照）を照明するストロボ手段４と、
・ 被写体Ａまでの距離ｄを測定するレーザー距離計５と、
・ 該レーザー距離計５をカメラ光軸Ｂの周りに回転可能に支持する距離計支持手段６と、
を備えたことを特徴とする。本発明によれば、立坑や煙突やトンネル等のような暗い所であっても、超広角の画像を撮影することができる。また、本発明によれば、１回のシャッターで超広角の画像を取得できるため、デジタルカメラ２を回転させながら何回もシャッターを切る必要が無く、撮影時間の短縮を図ることができる。さらに、レーザー距離計５によって被写体Ａまでの距離ｄを測定することができるので、被写体Ａに対するカメラの位置を知ることができ、カメラの位置に基づき画像を補正等できる。以下、その効果の一例を図２(a)〜(d)に基づき説明する。

図(a)に符号Ａで示す円は立坑やトンネルの壁面を示し、符号θ_１，θ_２，θ_３は該壁面中のサンプル点を示す。今、デジタルカメラ２の位置が図(a)に示すように偏心している状態で図(b)に示す超広角画像を取得したとする。カメラ２の位置は偏心しているので、例えば、サンプル点θ_１，θ_２，θ_３の縮尺は等しくはならない。そこで、レーザー距離計５によって壁面Ａまでの距離（例えば、３方向の距離）を測定しておき、該距離に基づいて画像の補正を行う。これにより、均一縮尺の、図(c)に示すような画像を得ることができる。なお、図(a)〜(c)では、測定した距離に基づき画像の補正を行うようにしたが、図(d)に示すように、該測定した距離に基づきカメラ２の偏心を修正してから撮影を行うようにしても良い。図２は円形断面であるため、３方向の距離測定で補正可能であるが、円形以外の断面の場合（例えば、半円断面のトンネルの場合）には連続的に距離測定を行って補正するようにすると良い。

ところで、上述した広角撮影装置には、図１に符号７で示すように、前記被写体Ａに一定寸法の表示パターンを表示するレーザーポインタ装置を設けておくと良い。図３は、その表示パターンの一例を示す模式図であって、該表示パターン８は４つの照明ポイント８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄからなる。これら４つの照明ポイント８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄは、
「“８ａと８ｃとを結ぶ仮想線”と“８ｂと８ｄとを結ぶ仮想線”とが、直交し、互いに他を二等分する」
ように、つまり、菱形の４つの頂点の位置に配置されている。表示パターンは、被写体Ａの表面において一定寸法（好ましくは、前記仮想線の長さが２００〜５００ｍｍの範囲の一定寸法）を為すように表示される。このようなレーザーポインタ装置７を使用した場合には、画像に写っている表示パターンの寸法（画像上の寸法）から、画像の縮尺を知ることができる。

上述のレーザーポインタ装置７は、前記カメラ光軸Ｂの周りに回転可能となるようにレーザーポインタ支持手段（図１の符号１１参照）によって支持させておくと良い。そして、カメラ光軸上、或いはその近傍に方位磁石（図１及び図６の符号９参照）を設けておき、該方位磁石９を見ながらレーザーポインタ装置７を回転させて、表示パターン８を一定の方位に表示させると良い。そのようにすることにより、撮影した画像に写っている表示パターン８に基づき、該画像上での東西南北の位置を知ることができ、種々の効果を得ることができる。例えば、立坑の坑壁のスケッチをする場合、立坑の坑軸に沿って超広角写真を何枚も撮影し、それらを繋ぎ合わせるという作業が必要となる。上述のように、各超広角写真における東西南北の位置を知ることができれば、繋ぎ合わせ作業を容易かつ正確に実施できる。

前記ストロボ手段４としては、前記デジタルカメラ２の作動に伴って（例えば、前記デジタルカメラ２が内蔵するストロボの発光を検知して）、前記カメラ光軸Ｂの周りの略全方位に光を照射する手段が好ましい。具体的には、市販のストロボライトを図４に符号４ａで示すように放射状に複数配置し、同時に発光させることにより周囲を照明するようにすると良い。これにより、均一な明るさの超広角画像を得ることができる。

さらに、前記ストロボ手段４が照射する光を挟み込むように一対のリフレクタ手段１０，１０を配置すると良い。この場合、少なくとも一方のリフレクタ手段１０は、図５(a)及び(b)に示すように、前記カメラ光軸Ｂに近接する側を中心に揺動可能に構成されたリフレクタ板１０ａを、該カメラ光軸Ｂの周りに放射状に複数枚配置して構成すると良い。このように構成した場合には、被写体Ａまでの距離（図１(b)の符号ｄ参照）に応じてリフレクタ手段１０の揺動角（図５(a)及び(b)の符号α_１及びα_２参照）を調整することができ、光の照射領域を撮影領域に一致させて、光の利用効率を高めることができる。

ところで、各リフレクタ板１０ａは、相互に係合させていて、いずれかのリフレクタ板１０ａの角度（揺動方向の角度）を調整すると、他のリフレクタ板１０ａの角度（揺動方向の角度）も調整されるようにすると良い。これにより、複数のリフレクタ板１０ａの角度調整を１つの操作により行うことができるので、角度調整作業を簡単に行うことができる。なお、上述したリフレクタ板１０ａはアルミ板や鏡にて形成すると良い。

一方、上述した距離計支持手段６は、前記レーザー距離計５をカメラ光軸Ｂの周りに回転可能に支持するものであればどのような構造であっても良い。このような支持手段６を設けた場合には、複数の方向の距離を１つのレーザー距離計５だけで測ることができ、その分、装置を安価にできる。なお、上述したレーザーポインタ装置７は自由に回転できるように構成しておく必要があるが、デジタルカメラ２や光学系３やストロボ手段４やリフレクタ手段１０等は、回転可能に支持されていなくても（つまり、固定されていても）良い。ただ、それらは、固定されていなければならないことはなく、レーザーポインタ装置７或いはレーザー距離計５と共に回転するようになっていても構わない。

以下、本発明に係る画像処理方法について説明する。

本発明に係る画像処理方法は、デジタルカメラ２により取得された超広角のデジタル画像データに対し画像処理を施して再生画像を作成するものであって、縦線及び横線を前記再生画像上に格子状に表示するものである。この方法によれば、画像には縦線及び横線が表示されているので、それらの線を基準にして位置を特定することが容易となる。例えば、立坑壁面を撮影した場合、ひび割れ等の位置はそれらの線を基準にして正確に特定することができる。したがって、該再生画像を元にして正確なスケッチを描くことができる。

本実施例においては、図１に示す構造の全方位撮影装置（広角撮影装置）１を作製した。

この全方位撮影装置１の下部には三脚２０を配置し、その三脚２０には回転台（以下、“下側回転台”とする）６及びレーザー距離計５を載置した。

このレーザー距離計５の上側にも、別の回転台（以下、“上側回転台”とする）１１を配置した。この上側回転台１１は、上述したレーザー距離計５や下側回転台６の回転とは無関係に自由に回転できるように構成していて、該上側回転台１１にはレーザーポインタ装置７を回転自在となるように載置した。このレーザーポインタ装置７は、図３に示すような表示パターン８を壁面に表示するものであって、所定の回転位置に該パターンを表示させることができる。

このレーザーポインタ装置７の上方には、下側リフレクタ１０、ストロボ装置４、及び上側リフレクタ１０を順に配置した。この内のストロボ装置４は、図４に示すように、略円筒状部材である治具４ｂに６個のストロボ４ａを放射状に取り付けて構成した。また、上側リフレクタ１０及び下側リフレクタ１０は、図５(a)(b)に示すように、複数の扇形状のリフレクタ板１０ａを、放射状に、互いに重なるように略円板状に配置して構成した。各リフレクタ板１０ａの内側縁は、蝶番（不図示）を介して上記治具４ｂに固定しており、各リフレクタ板１０ａの角度を変えることにより光照射領域を変更できるように構成した。

そして、上側リフレクタ１０の上には、デジタルカメラ２を上方に向けた状態に取り付け、該デジタルカメラ２に対向する位置には全方位撮像レンズ（株式会社 立山システム研究所製、ＰＡＬＮＯＮレンズ（登録商標））３を配置した。

この全方位レンズ３の頂点には、倒立円錐形の台座２１を配置し、該台座２１には方位磁石９を載置した。

次に、本実施例に係る全方位撮影装置の作用について説明する。

作業者は、立坑の坑底の中心付近に装置１を設置する。そして、レーザー距離計５を回転させ、１２０°毎に３つの方向の距離測定を行う。その測定結果はパソコンＰに送られる。

次に、作業者は方位磁石９を見ながらレーザーポインタ装置５を回転させて、壁面Ａの真北に表示パターン８を表示する。そして、デジタルカメラ２で全方位の壁面Ａを撮影する。

得られた画像データ（図２(b)参照）はパソコンＰに送られ、距離ｄのデータに基づき偏心補正が行われる（図２(c)参照）。この画像に写っている表示パターン８から、画像上での東西南北の位置や、画像の縮尺を知ることができる。そして、この画像には、北を基準にして等間隔の格子を書き加えた。なお、東西南北について格子の色を異ならせた。また、パソコンＰＣにはタブレット型のものを使用し、スライタスペンにより画像に書き込めるようにし、その画像を適宜プリントアウトした。

図１(a)は、本発明に係る広角撮影装置の構造の一例を示す正面図であり、同図(b)はその側面図である。 図２(a)は、偏心位置にカメラが設置されている様子を示す模式図であり、同図(b)は、取得したパノラマ画像を示す模式図であり、同図(c)は、偏心補正した後のパノラマ画像を示す模式図であり、同図(d)は、偏心していない状態のカメラ位置を示す模式図である。 図３は、表示パターンの一例を示す模式図である。 図４は、ストロボ手段の構造の一例を示す平面図である。 図５(a)(b)はストロボ手段及びリフレクタ手段の構造の一例を示す模式図である。 図６は、方位磁石の取り付け状態を示す斜視図である。 図７は、立坑壁面の写真撮影を行う装置の外観を示す斜視図である。 図８は、トンネル壁面Ａを撮影する撮影装置の構造の一例を示す断面図である。

符号の説明

１ 広角撮影装置
２ デジタルカメラ
３ 光学系
４ ストロボ手段
５ レーザー距離計
６ 距離計支持手段
７ レーザーポインタ装置
８ 表示パターン
９ 方位磁石
１０ リフレクタ手段
１０ａ リフレクタ板
１１ レーザーポインタ支持手段
ｄ 被写体までの距離
Ａ 被写体
Ｂ カメラ光軸

Claims (7)

1. 超広角の画像をデジタルカメラにより撮影する広角撮影装置において、
   前記デジタルカメラに対向する位置に配置されて該デジタルカメラに超広角の画像を取り込ませる光学系と、
   前記デジタルカメラの作動に同期して、前記デジタルカメラの周囲の被写体を照明するストロボ手段と、
   被写体までの距離を測定するレーザー距離計と、
   該レーザー距離計をカメラ光軸の周りに回転可能に支持する距離計支持手段と、
   を備えたことを特徴とする広角撮影装置。
2. 前記光学系は、前記カメラ光軸の周りの全方位の画像を取り込むことのできる全方位撮像レンズである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の広角撮影装置。
3. 前記ストロボ手段は、前記デジタルカメラの作動に伴って、前記カメラ光軸の周りの略全方位に光を照射する手段であり、
   前記ストロボ手段が照射する光を挟み込むように一対のリフレクタ手段が配置され、
   少なくとも一方のリフレクタ手段は、前記カメラ光軸に近接する側を中心に揺動可能に構成されたリフレクタ板が、該カメラ光軸の周りに放射状に複数枚配置されて構成された、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の広角撮影装置。
4. 前記リフレクタ板は、相互に係合されていて、いずれかのリフレクタ板の角度を調整することにより他のリフレクタ板の角度も調整される、
   ことを特徴とする請求項３に記載の広角撮影装置。
5. 前記被写体に一定寸法の表示パターンを表示するレーザーポインタ装置、
   を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の広角撮影装置。
6. 方位磁石と、
   前記レーザーポインタ装置を前記カメラ光軸の周りに回転可能に支持するレーザーポインタ支持手段と、
   を備えたこと請求項５に記載の広角撮影装置。
7. デジタルカメラにより取得された超広角のデジタル画像データに対し画像処理を施して再生画像を作成する画像処理方法であって、
   縦線及び横線を前記再生画像上に格子状に表示する、
   ことを特徴とする画像処理方法。
   
   
   
   
   

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