JP2010045555A

JP2010045555A - 全方位カメラ

Info

Publication number: JP2010045555A
Application number: JP2008207575A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Hagino; 俊昭萩野
Original assignee: NIPPON DOUROOINGU KK
Current assignee: NIPPON DOUROOINGU KK
Priority date: 2008-08-12
Filing date: 2008-08-12
Publication date: 2010-02-25

Abstract

【課題】従来の曲面ミラーで問題となる画素セルの無駄をなくし、複雑な曲面歪補正を必要としない、ミラーの製作も容易な全方位カメラを提供する。
【解決手段】下向きの反射鏡１と上向きのカメラ２で構成し、これらを筒状の透明ケース３に収容してパルスモータ４で回転し、反射鏡１の側面に映る周囲３６０°の画像をカメラ２で撮影し、それを全方位画像に展開する。反射鏡１は、底面が正方形の正四角錐とし、側面に三角形の平面鏡を４面配置する。カメラ２は、レンズ５を通して反射鏡１に映る画像をイメージセンサ６に結像する。
【選択図】図１

Description

本発明は、反射鏡の側面に映る周囲３６０°の画像を撮影し、それを全方位画像に展開してモニタ画面に表示する全方位カメラに関する。

円錐状、双曲面状、放物面状、球面状などの回転対称曲面ミラーを用いた全方位カメラは、複数のカメラを放射状に配置する方法や、カメラを軸回転させる方法などに比べ構造が簡単でパン・チルトなどの可動部分を持たず、メンテナンスや操作が容易で、上下方向の画角（視野角）も広いため、監視カメラなどに多く使用されている。
この全方位カメラは、周囲３６０°の画像を曲面ミラーに反射させ、反射光をカメラのレンズを通してイメージセンサ上に結像させる。このときイメージセンサ上には円形の像ができ、水平方向は円周方向に、垂直方向は円の中心からの径方向の像となる。

一方、イメージセンサは長方形の基板にＣＣＤやＣＭＯＳなどの画素セルがマトリクス状に配列されており、図５に示すように、基板の中心部だけに円形の像が結像し、黒色で示す周辺部には結像しない。そのため周辺部の画素セルが無駄になり、全体の利用率が低下するので、高い解像度の画像を得るためには大画素数のイメージセンサを必要とした。
また、曲面ミラーに映った画像はその曲面に応じて歪むので、複雑な曲面歪補正が必要となり、展開画像を実時間表示するためには高速の画像処理プロセッサを必要とした。
また、曲面ミラーは特殊な形状のため製作が容易でなく、その分コストが増大した。

解決しようとする問題点は以上のような点であり、本発明は、従来の曲面ミラーで問題となる画素セルの無駄をなくし、複雑な曲面歪補正を必要としない、ミラーの製作も容易な全方位カメラを提供することを目的になされたものである。

そのため本発明は、側面に三角形の平面鏡を配置する正多角錐形の反射鏡と、この反射鏡の凸面側に向けて配置するカメラと、このカメラと反射鏡を一体に回転する回転手段とを備えることを最も主要な特徴とする。

本発明は、正多角錐形の反射鏡の側面に映る周囲３６０°の画像を撮影して像が方形となるので、イメージセンサの周辺部にも結像し、画素セルの利用率が高まる。
また、反射鏡に平面鏡を用いるので、複雑な曲面歪補正が不要になり、展開画像の実時間表示が容易になる。また、反射鏡の製作も容易になる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１に、本発明を実施した全方位カメラの構成図を示す。
全方位カメラは、下向きの反射鏡１と上向きのカメラ２で構成し、これらを筒状の透明ケース３に収容してパルスモータ４で回転し、反射鏡１の側面に映る周囲３６０°の画像をカメラ２で撮影し、それを全方位画像に展開する。
反射鏡１とカメラ２の向きは、上下を逆転して反射鏡１を上向きに、カメラ２を下向きに設置してもよい。

反射鏡１は、底面が正方形の正四角錐とし、側面に三角形の平面鏡を４面配置する。
これにより、図２に示すように、実線矢印で示す反射鏡１底面（正方形）の各辺に正対する４方向の画像を反射鏡１（正四角錐）の頂点に向けて分担して反射させる。
このとき破線矢印で示す反射鏡１底面（正方形）の対角線延長の４方向は死角となり、反射鏡１に反射しないため反射鏡１を回転させる。
反射鏡１は、４方向の周囲画像を一度に映すので、これを４分の１（９０°）回転して撮影した画像を横一列に並べると周囲４方向×９０°＝３６０°の展開画像ができる。

反射鏡１の水平方向の画角は、反射鏡１とカメラ２の間の距離に反比例し、反射鏡１に対してカメラ２が近づくほど画角が広くなり、遠ざかるほど画角が狭くなる。
また、上下方向の画角は、反射鏡１とカメラ２の間の距離に反比例し、反射鏡１の側面の傾斜角に比例する。すなわち反射鏡１に対してカメラ２が近づくほど画角が広くなり、遠ざかるほど画角が狭くなる。また、傾斜角が大きくなるほど画角が広がり、小さくなるほど画角が狭まる。
本実施例では、水平方向の画角が例えば６０°になるように反射鏡１とカメラ２の間の距離を調節する。

反射鏡１とカメラ２は、反射鏡１の中心線とカメラ２の光軸を一致させて配置し、この中心線を軸にパルスモータ４で透明ケース３に収容した反射鏡１とカメラ２を一体に回転する。ここでの中心線は、反射鏡１底面（正方形）の対角線の交点（重心）と反射鏡１（正四角錐）の頂点を結ぶ線とする。
カメラ２は、レンズ５を通して反射鏡１に映る画像をイメージセンサ６に結像する。
透明ケース３は、ガラスやアクリル樹脂などの透明材料や、周囲の風景から反射鏡１への入射光を遮蔽しない籠などで形成する。
イメージセンサ６は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの固体撮像素子で構成する。

図３に、本発明を実施した全方位カメラの制御ブロック図を示す。
全方位カメラは、ＣＰＵ７が制御してパルスモータ４を回転し、反射鏡１とカメラ２が例えば３０°回転する毎にシャッタＳ１を開いてイメージセンサ６に反射鏡１の反射画像を順次結像する。（図４のＲ０、Ｒ１、Ｒ２）
反射画像は、結像と同時に切り出し処理Ｐ１により４方向の三角画像に分離する。
（Ｒ０→Ａ0／Ｂ0／Ｃ0／Ｄ0）
（Ｒ１→Ａ1／Ｂ1／Ｃ1／Ｄ1）
（Ｒ２→Ａ2／Ｂ2／Ｃ2／Ｄ2）

分離した三角画像は、方向別に整理してメモリＭ１に逐次蓄積する。
（Ａ方向：Ａ0−Ａ1−Ａ2）
（Ｂ方向：Ｂ0−Ｂ1−Ｂ2）
（Ｃ方向：Ｃ0−Ｃ1−Ｃ2）
（Ｄ方向：Ｄ0−Ｄ1−Ｄ2）
反射鏡１とカメラ２が９０°回転した時点でメモリＭ１に蓄積した方向別の三角画像を取り出し、横一列に並べて合成処理Ｐ２により合成し、それをメモリＭ２に保存する。
（Ａ0−Ａ1−Ａ2−Ｂ0−Ｂ1−Ｂ2−Ｃ0−Ｃ1−Ｃ2−Ｄ0−Ｄ1−Ｄ2）
このとき画像のオーバラップ検出を行い、図４の斜線で示す隣接する三角画像のオーバラップ部分を重ね合わせる。また、傾斜面に映る画像の遠近の違いによるサイズ補正を行い、カメラ２から遠い三角画像の底辺部とカメラ２に近い頂点部の画像サイズが同等になるように水平方向の長さを補正する。最後に三角画像の中心部を切り出して方形の全方位画像に展開する。
展開画像は表示処理Ｐ３によりメモリＭ２から取り出してモニタ８に表示する。

本発明を実施した全方位カメラの構成図である。反射鏡に映る画像の説明図である。本発明を実施した全方位カメラの制御ブロック図である。反射画像を全方位画像に展開する過程の説明図である。イメージセンサ上に結像した円形画像の模式図である。

符号の説明

１反射鏡
２カメラ
３透明ケース
４パルスモータ
５レンズ
６イメージセンサ
７ＣＰＵ
８モニタ
Ｐ１切り出し処理
Ｐ２合成処理
Ｐ３表示処理
Ｍ１メモリ
Ｍ２メモリ
Ｓ１シャッタ

Claims

側面に三角形の平面鏡を配置する正多角錐形の反射鏡と、
この反射鏡の凸面側に向けて配置するカメラと、
このカメラと反射鏡を一体に回転する回転手段と、
を備えることを特徴とする全方位カメラ。
前記反射鏡が正四角錐形であることを特徴とする請求項１記載の全方位カメラ。
前記カメラの光軸が反射鏡の底面の重心と頂点を結ぶ線に一致し、この光軸を軸に反射鏡とカメラを回転することを特徴とする請求項１記載の全方位カメラ。
前記回転手段がパルスモータであることを特徴とする請求項１記載の全方位カメラ。