JP2009145602A

JP2009145602A - パノラマ撮像方法と装置

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Publication number: JP2009145602A
Application number: JP2007322529A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Hotta; 裕弘堀田; Kohei Morohashi; 康平諸橋; Kazunori Hayashi; 和則林; Sada Doi; 貞土肥
Original assignee: Toyama University; Tateyama Kagaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Toyama University; Tateyama Kagaku Kogyo Co Ltd
Priority date: 2007-12-13
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2009-07-02
Anticipated expiration: 2027-12-13
Also published as: JP5152901B2

Abstract

【課題】簡単な構造で、同一画像を異なる偏光面の偏光板に通過させ、画像の検査を可能にしたパノラマ撮像方法と装置を提供する。
【解決手段】光軸回りに回転対称に形成され、３６０°全周から側方の光が入射可能な凸レンズ状に形成された環状の光入射面２２と、環状に形成された第一反射面２３と、光入射面２２の環内の中央部に設けられた第二反射面２４と、第二反射面２４からの光を透過する光出射面２５とから成るパノラマ撮像レンズ２１を備える。光入射面２２に対して一定間隔離れて反射鏡２６を備える。反射鏡２６と平行な面で２段に分かれて互いに直交する偏光面の円筒状の一対の偏光板３６，３８を備える。光入射面２２に一対の偏光板３６，３８を通過した撮像対象からの光が直接入射するとともに、同じ撮像対象からの光が反射鏡２６で反射して光入射面２２に入射して、各々同心円状の画像を形成する。各偏光板３６，３８を通過した同一の撮像対象を抽出して、比較対象とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、パノラマ撮像可能なレンズを用いて所望の画像検出を行うパノラマ撮像方法と装置に関する。

従来、特許文献１に開示されているように、路面からの反射光を、偏光板を用いて互いに直交する偏向成分に分離し、路面の濡れや凍結状態を検出する路面濡れ状態検出方法と装置が提案されている。この検出方法は、路面を撮像して路面からの反射光をビームスプリッタにより分岐し、各々偏光板を経て互いに直交する成分として、その各成分の光を光電変換して、その電圧から光の輝度を求めその輝度の差から路面の状態を検出するものである。

しかしながら、この撮像装置は、撮像用の光学系に加えてビームスプリッタ等の光学系を必要とし、撮像光をビームスプリッタで分割して、偏光板に通しており、光の輝度が低下して、良好な画像が得られず、装置も大きくなるものであった。さらに、撮像範囲が狭く、広い範囲の監視などに用いることができるものではない。

一方、撮像範囲が広い光学系として、特許文献２に開示されているように、レンズの周囲３６０°の視界を一度に撮像できるパノラマ撮像レンズがある。このパノラマ撮像レンズ１は、図６に示すように、光学ガラスや透明樹脂等の光透過性の素材により、レンズの中心である光軸回りに回転対称に形成されている。そして、パノラマ撮像レンズ１は、３６０°全周から側方の光が入射する環状の光入射面２と、この光入射面２と隣接し略対向するようにして環状に形成され、レンズ１内へ光を反射する第一反射面３と、光入射面２の環内の中央部に設けられ第一反射面３からの反射光を第一反射面３の環の内側部分に向けて反射する第二反射面４を備えている。第一反射面３の環内中央部には、第二反射面４と対向する位置に第二反射面４からの光を透過する光出射面５が形成されている。

光入射面２は側方に膨らんだ凸レンズ状に形成され、中心部の第二反射面４は凹面状に形成され、レンズ1の内面側が凸面鏡状の反射面となっている。また、光入射面２に隣接した第一反射面３も、側方に膨らんだ凸面状に形状され、レンズ１の内面側が第二反射面４の方向を向いた環状の凹面鏡の反射面となっている。光出射面５は、適宜凹面や凸面または平面状に形成されている。

このパノラマ撮像レンズ１を用いたパノラマ撮像システムは、図６に示すように、パノラマ撮像レンズ１とその光軸上に設けられた結像用のリレーレンズ６とを保持したレンズホルダ７、及び図示しないケース等から成るパノラマレンズユニット８と、このパノラマレンズユニット８が取り付けられるビデオカメラ等の撮像装置１０から成る。撮像装置１０は、像を捉える対物レンズ系１１と、その結像位置に設けられたＣＣＤ等の撮像素子１２、その他図示しない必要な制御部等から成る。そして、パノラマ撮像レンズ１により捉えられた３６０°のパノラマ風景１３の画像１４は、撮像装置１０の撮像素子１２により電気信号に変換されて、液晶やＣＲＴ等の各種モニタ装置１５に映し出される。
特開平６−１０９８６５号公報特開２００３−１６７１９３号公報

上記特許文献２に開示されたパノラマ撮像システムの光学系は、視野角が広く、広範囲の観察を可能にするものであるが、特許文献1に開示されているように、ビームスプリッタ等を用いて、同一の撮像対象を二つの異なる偏光面の偏光板を通過させて種々の検査等を行う用途には使用できないものであった。

この発明は、上記背景技術に鑑みてなされたもので、簡単な構造で、同一画像を異なる偏光面の偏光板に通過させ、画像の検査を可能にしたパノラマ撮像方法と装置を提供することを目的とする。

この発明は、光透過性の素材により形成され、レンズ中心の光軸回りに回転対称に形成されて、３６０°全周から側方の光が入射可能に膨らんで凸レンズ状に形成された環状の光入射面と、この光入射面と互いに対向するように環状に形成され外方に膨らんだ形状に形成されこのレンズ内へ光を反射するように凹面鏡状に形成された第一反射面と、前記光入射面の環内の中央部に設けられ前記第一反射面からの反射光を前記第一反射面の環の内側部分に向けて反射する凸面鏡状の第二反射面と、前記第一反射面の環内中央部に位置し前記第二反射面と対向して前記第二反射面からの光を透過する光出射面とから成るパノラマ撮像レンズを備え、前記光入射面に対して一定間隔離れて前記光出射面の光軸に対して直角な面の反射鏡と、この反射鏡と平行な面で２段に分かれて互いに直交する偏光面の円筒状の一対の偏光板とを備え、前記光入射面に前記一対の偏光板を通過した撮像対象からの光が直接入射するとともに、前記撮像対象からの光が前記反射鏡で反射して前記光入射面に入射して、各々同心円状の画像を形成して、この同心円状の画像のうち前記各偏光板を通過した同一の前記撮像対象を抽出して、前記各偏光板を通過した前記撮像対象の各画像を比較対象とするパノラマ撮像方法である。

前記同心円状の画像から前記各偏光板を通過した同一の前記撮像対象を抽出する際に、前記同心円状の画像を展開して互いのマッチングを取るものである。

または、前記同心円状の画像から前記各偏光板を通過した同一の前記撮像対象を抽出する際に、前記同心円状の画像の一方を内外反転させて各々同一の大きさに修正し、環状の画像のまま互いのマッチングを取るものである。

またこの発明は、光透過性の素材により形成され、レンズ中心の光軸回りに回転対称に形成されて、３６０°全周から側方の光が入射可能に膨らんで凸レンズ状に形成された環状の光入射面と、この光入射面と互いに対向するように環状に形成され外方に膨らんだ形状に形成されこのレンズ内へ光を反射するように凹面鏡状に形成された第一反射面と、前記光入射面の環内の中央部に設けられ前記第一反射面からの反射光を前記第一反射面の環の内側部分に向けて反射する凸面鏡状の第二反射面と、前記第一反射面の環内中央部に位置し前記第二反射面と対向して前記第二反射面からの光を透過する光出射面とから成るパノラマ撮像レンズを備え、前記光入射面に対して一定間隔離れて前記光出射面の光軸に対して直角な面の反射鏡と、この反射鏡と平行な面で２段に分かれて互いに直交する偏光面の円筒状の一対の偏光板とを備え、前記光入射面に前記一対の偏光板を通過した撮像対象からの光が直接入射するとともに、前記撮像対象からの光が前記反射鏡で反射し前記光入射面に入射して、各々同心円状の画像を形成させるパノラマ撮像装置である。

さらに、前記光入射面に前記一対の偏光板を通過した撮像対象からの光が直接入射するとともに、前記撮像対象からの光が前記反射鏡で反射して前記光入射面に入射して、各々同心円状の画像を形成するレンズ系と、前記同心円状の画像を受光する撮像素子と、前記撮像素子からの画像情報を取り込んで、前記同心円状の画像のうち前記各偏光板を通過した同一の前記撮像対象を抽出する比較画像抽出手段を備えたものである。

この発明のパノラマ撮像方法と装置によれば、簡単な装置で、３６０°の広い範囲の監視や検査その他の画像の処理を容易に行うことができ、入射画像の偏光面の違いによる画像監視等をコンパクトな装置で効率的に行うことができる。

以下この発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１はこの発明の一実施形態を示すもので、この実施形態のパノラマ撮像装置２０は、光学ガラスやレンズ用の透明樹脂等で形成され、レンズ中心の光軸回りに回転対称に形成されている。パノラマ撮像レンズ２１は、３６０°の視界を一度に撮像できるように３６０°全周から側方の光が入射する環状の光入射面２２を備える。光入射面２２は、側方に膨らんだ凸レンズ状に形成されている。この光入射面２２に対して所定の間隔を隔てて、光入射面２２から入射した光をパノラマ撮像レンズ２１内へ反射する環状の第一反射面２３が形成されている。環状の光入射面２２の環内中央部には、第一反射面２３からの反射光を第一反射面２３の環の内側部分に向けて反射する第二反射面２４が設けられている。第一反射面２３は側方に膨らんだ凸面状に形状され、第一反射面２３のパノラマ撮像レンズ２１内面側が、第二反射面２４の方向を向いた環状の凹面鏡の反射面となっている。第二反射面２４は、凹面状に形成されパノラマ撮像レンズ２１の内面側が凸面鏡状の反射面となっている。そして、環状の第一反射面２３の環内中央部には、第二反射面２４と対向する位置に、第二反射面２４からの光を透過する光出射面２５が形成されている。

光入射面２２、第一光反射面２３、及び第二光反射面２４の各表面形状は、光入射面２２から入射した３６０°のパノラマ画像が、光出射面２５を経て得られるように、球面または適宜の式で設定される非球面形状に形成されている。光出射面２５は、光学系に合わせて凹面、凸面または平面状に形成される。さらに、光入射面２２に対して一定間隔離れて光出射面２５の光軸に対して直角な面の反射鏡２６が設けられている。

パノラマ撮像レンズ２１は、その光軸上に設けられた図示しない結像用のリレーレンズとともにレンズホルダ２８により保持されパノラマレンズユニット３０を構成している。パノラマレンズユニット３０は、ビデオカメラ等の撮像装置３２に取り付けられるとともに、反射鏡２６を保持した筒体３４を備えている。

筒体３４は、レンズホルダ２８の基端部を囲む筒部３４ａとパノラマ撮像レンズ２０の周囲に位置した環状の開口部３４ｂ、及びパノラマ撮像レンズ２０に対面した天板部３４ｃとから成る。開口部３４ｂの全周には、天板部３４ｃと平行な仮想の面で２段に分かれて互いに直交する偏光面を備えた偏光板３６，３８が筒状に装着されている。天板部３４ｃの内側に、反射鏡２６が設けられている。

この実施形態のパノラマ撮像装置２０により撮像される画像は、パノラマ撮像レンズ２１の光入射面２２へ直接入射するパノラマ画像と、反射鏡２６で反射したパノラマ画像が光入射面２２へ入射したパノラマ画像がある。２つのパノラマ画像は、図３に示すように、光出射面２５から出て、撮像装置３２のＣＣＤ等の図示しない撮像素子に入射して、同心円状の環状の２画像４０として撮像される。

即ち、偏光板３６，３８を通過した光のうち、光入射面２２に直接入射した画像は、図３のＣ，Ｄとして示すように、環状の画像の外側に位置する。また偏光板３６，３８を経て反射鏡２６により反射され、光入射面２２に入射した画像は、図３のＡ、Ｂのように、画像４０のうちの内側に位置して上下反転した画像となる。

次に、この実施形態のパノラマ撮像装置２０に撮像された画像の処理について、図４，図５を基にして以下に説明する。以下の処理は、コンピュータにより行われるもので、所定のソフトウェアにより処理される。必要な機能として、撮像素子からの画像情報を取り込んで、同心円状の画像４０のうち各偏光板３６，３８を通過した同一の撮像対象を抽出する比較画像抽出手段を備えている。比較画像抽出手段は、まず、撮像素子により得られた画像をコンピュータに取り込み（ｓ１０）、展開画像を生成する（ｓ１１）。展開画像は、図５（ａ）のような３６０°の撮像画像を、図５（ｂ）に示すように横に開いて歪みを補正した長方形画像にする。

次に、反射鏡２６での反射像か否かを判断して（ｓ１２）、反射像である場合は、画像を縦方向に反転させ（ｓ１３）、例えば水平成分を通過させる偏光板３６を通過した画像である図３、図５のＢ部分の画像を、後のマッチングを行うために所定範囲でトリミングする（ｓ１５）。また、例えば垂直成分を通過させる偏光板３８を通過した画像は、図３、図５のＤ部分の画像を、後のマッチングを行うために所定範囲でトリミングする（ｓ１４）。

この後、図５（ｄ），（ｅ）に示すように、展開した画像Ｂ，Ｄのマッチングを行い、共通部分を抽出する。

共通部分を抽出した後、この画像の検査処理を行う。画像の検査処理は、２つの偏光板３６，３８を通過した共通の撮像対象物について、その反射光の偏光面の向きにより、表面状態や表面の性質を判断することができる。

例えば、特許文献１に開示されているように、路面の濡れや凍結状態を監視するシステムに利用することができる。この路面監視システムにこの発明を利用することにより、３６０°の広範な範囲の観測が可能となるとともに、ビームスプリッタにより分割していた画像を、一つのパノラマレンズユニット３０からの画像で処理することができ、光学系を簡素化することもできる。これにより、例えば、広い道路の両側の広範な面積で表面の濡れや凍結状態を観測することができ、道路の安全走行に大きく貢献する。

なお、この発明のパノラマ撮像方法と装置は上記実施形態に限定されるものではなく、前記同心円状の画像から前記各偏光板を通過した同一の前記撮像対象を抽出する際に、前記同心円状の画像の一方を内外反転させて各々同一の大きさに修正し、環状の画像のまま互いのマッチングを取るようにしても良い。この場合、同心円画像を展開する工程を省くことができ、後の画像処理をより容易に行うことができる。

この発明の一実施形態のパノラマ撮像装置の概略構成図である。この実施形態のパノラマ撮像レンズの光路を示す光線図である。この実施形態のパノラマ撮像装置による撮像画像を示す図である。この実施形態のパノラマ撮像方法のフローチャートである。この実施形態のパノラマ撮像方法を示す概念図である。パノラマ撮像装置を示す概略図である。

符号の説明

２０パノラマ撮像装置
２１パノラマ撮像レンズ
２２光入射面
２３第一反面
２４第二反射面
２５光出射面
２６反射鏡
３０パノラマレンズユニット
３２撮像装置
３６，３８偏光板

Claims

光透過性の素材により形成され、レンズ中心の光軸回りに回転対称に形成されて、３６０°全周から側方の光が入射可能に膨らんで凸レンズ状に形成された環状の光入射面と、この光入射面と互いに対向するように環状に形成され外方に膨らんだ形状に形成されこのレンズ内へ光を反射するように凹面鏡状に形成された第一反射面と、前記光入射面の環内の中央部に設けられ前記第一反射面からの反射光を前記第一反射面の環の内側部分に向けて反射する凸面鏡状の第二反射面と、前記第一反射面の環内中央部に位置し前記第二反射面と対向して前記第二反射面からの光を透過する光出射面とから成るパノラマ撮像レンズを備え、前記光入射面に対して一定間隔離れて前記光出射面の光軸に対して直角な面の反射鏡と、この反射鏡と平行な面で２段に分かれて互いに直交する偏光面の円筒状の一対の偏光板とを備え、前記光入射面に前記一対の偏光板を通過した撮像対象からの光が直接入射するとともに、前記撮像対象からの光が前記反射鏡で反射して前記光入射面に入射して、各々同心円状の画像を形成して、この同心円状の画像のうち前記各偏光板を通過した同一の前記撮像対象を抽出して、前記各偏光板を通過した前記撮像対象の各画像を比較対象とすることを特徴とするパノラマ撮像方法。
前記同心円状の画像から前記各偏光板を通過した同一の前記撮像対象を抽出する際に、前記同心円状の画像を展開して互いのマッチングを取ることを特徴とする請求項１記載のパノラマ撮像方法。
前記同心円状の画像から前記各偏光板を通過した同一の前記撮像対象を抽出する際に、前記同心円状の画像の一方を内外反転させて各々同一の大きさに修正し、環状の画像のまま互いのマッチングを取ることを特徴とする請求項１記載のパノラマ撮像方法。
光透過性の素材により形成され、レンズ中心の光軸回りに回転対称に形成されて、３６０°全周から側方の光が入射可能に膨らんで凸レンズ状に形成された環状の光入射面と、この光入射面と互いに対向するように環状に形成され外方に膨らんだ形状に形成されこのレンズ内へ光を反射するように凹面鏡状に形成された第一反射面と、前記光入射面の環内の中央部に設けられ前記第一反射面からの反射光を前記第一反射面の環の内側部分に向けて反射する凸面鏡状の第二反射面と、前記第一反射面の環内中央部に位置し前記第二反射面と対向して前記第二反射面からの光を透過する光出射面とから成るパノラマ撮像レンズを備え、前記光入射面に対して一定間隔離れて前記光出射面の光軸に対して直角な面の反射鏡と、この反射鏡と平行な面で２段に分かれて互いに直交する偏光面の円筒状の一対の偏光板とを備え、前記光入射面に前記一対の偏光板を通過した撮像対象からの光が直接入射するとともに、前記撮像対象からの光が前記反射鏡で反射し前記光入射面に入射して、各々同心円状の画像を形成させることを特徴とするパノラマ撮像装置。
前記光入射面に前記一対の偏光板を通過した撮像対象からの光が直接入射するとともに、前記撮像対象からの光が前記反射鏡で反射して前記光入射面に入射して、各々同心円状の画像を形成するレンズ系と、前記同心円状の画像を受光する撮像素子と、前記撮像素子からの画像情報を取り込んで、前記同心円状の画像のうち前記各偏光板を通過した同一の前記撮像対象を抽出する比較画像抽出手段を設けたことを特徴とする請求項４記載のパノラマ撮像装置。