JP2013205956A - 画像生成方法、画像生成装置、及び操作支援システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数のカメラが撮像した複数の入力画像に基づいて生成される出力画像における、複数のカメラの撮像範囲が重複する領域での物体の消失を防止しながらも、その物体の視認性を高めることができる画像生成方法を提供する。
【解決手段】ショベル６０に取り付けられた後方カメラ２Ｂ及び右側方カメラ２Ｒのそれぞれが撮像した入力画像に基づいて出力画像を生成する画像生成方法は、二つのカメラのそれぞれの撮像範囲が重複する重複領域に対応するそれら二つのカメラのそれぞれの入力画像部分が出力画像において縞模様を形成するようにそれら入力画像部分のそれぞれを配置し、出力画像における重複領域に対応する画像部分でエッジを検出し、エッジの配置に基づいてエッジが立体物の画像に属するか否かを判定し、立体物の画像に属すると判定されたエッジの配置に基づいて立体物画像領域を検出し、立体物画像領域の表示態様を制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、被操作体に取り付けられた複数のカメラが撮像した複数の入力画像に基づいて出力画像を生成する画像生成方法、画像生成装置、及びその装置を用いた操作支援システムに関する。

従来、車両周辺を撮像する複数の車載カメラによって撮像された画像のそれぞれを鳥瞰図画像に変換し、それら鳥瞰図画像を繋ぎ合わせた出力画像を運転者に提示する運転支援システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この運転支援システムは、二つのカメラの撮像範囲の重複領域に対応する重複領域画像を生成する際に、その重複領域画像を二つに分ける一本の櫛歯状の境界線を設定し、二つのカメラのそれぞれが撮像した二つの鳥瞰図画像のそれぞれの部分領域が櫛歯状に交互に配置されるように二つの鳥瞰図画像を繋ぎ合わせるようにする。

通常、重複領域に存在する高さのある物体は、鳥瞰図画像においては、二つのカメラのそれぞれとその物体とを結ぶ線の延長方向に二方向に伸長して表示される。そのため、重複領域画像を一本の直線で二分し、一方の領域を一方のカメラによる鳥瞰図画像に対応させ、他方の領域を他方のカメラによる鳥瞰図画像に対応させると、その重複領域画像から消失してしまう場合がある。

その点、この運転支援システムは、櫛歯状の繋ぎ合わせにより、高さのある物体が重複領域画像から消失してしまうのを防止することができ、その物体を運転者が認識し易いものにすることができるとしている。

特開２００７−１０９１６６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の運転支援システムは、二つの鳥瞰図画像のそれぞれの部分領域を櫛歯状に交互に配置して重複領域画像を生成するため、高さのある物体を繊切り状に分断してしまい、その物体の視認性を低下させてしまう。

上述の点に鑑み、本発明は、複数のカメラが撮像した複数の入力画像に基づいて生成される出力画像における、複数のカメラの撮像範囲が重複する領域での物体の消失を防止しながらも、その物体の視認性を高めることができる画像生成方法、画像生成装置、及びその装置を用いた操作支援システムを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の実施例に係る画像生成方法は、被操作体に取り付けられた複数のカメラが撮像した複数の入力画像に基づいて出力画像を生成する画像生成方法であって、前記複数のカメラのうちの二つのカメラのそれぞれの撮像範囲が重複する重複領域に対応する前記二つのカメラのそれぞれの入力画像部分が前記出力画像において縞模様を形成するように前記入力画像部分のそれぞれを配置し、前記出力画像における前記重複領域に対応する画像部分でエッジを検出し、前記エッジの配置に基づいて前記エッジが立体物の画像に属するか否かを判定し、立体物の画像に属すると判定されたエッジの配置に基づいて立体物画像領域を検出し、前記立体物画像領域の表示態様を制御することを特徴とする。

また、本発明の実施例に係る画像生成装置は、被操作体に取り付けられた複数のカメラが撮像した複数の入力画像に基づいて出力画像を生成する制御部を備える画像生成装置であって、前記制御部は、前記複数のカメラのうちの二つのカメラのそれぞれの撮像範囲が重複する重複領域に対応する前記二つのカメラのそれぞれの入力画像部分が前記出力画像において縞模様を形成するように前記入力画像部分のそれぞれを配置し、前記出力画像における前記重複領域に対応する画像部分でエッジを検出し、前記エッジの配置に基づいて前記エッジが立体物の画像に属するか否かを判定し、立体物の画像に属すると判定されたエッジの配置に基づいて立体物画像領域を検出し、前記立体物画像領域の表示態様を制御することを特徴とする。

また、本発明の実施例に係る操作支援システムは、被操作体の移動又は操作を支援する操作支援システムであって、上述の画像生成装置と、前記被操作体を移動させ或いは操作するための操作室に設置され、該画像生成装置が生成する出力画像を表示する表示部とを備えることを特徴とする。

上述の手段により、本発明は、複数のカメラが撮像した複数の入力画像に基づいて生成される出力画像における、複数のカメラの撮像範囲が重複する領域での物体の消失を防止しながらも、その物体の視認性を高めることができる画像生成方法、画像生成装置、及びその装置を用いた操作支援システムを提供することができる。

本発明に係る画像生成装置の構成例を概略的に示すブロック図である。 画像生成装置が搭載されるショベルの構成例を示す図である。 入力画像が投影される空間モデルの一例を示す図である。 空間モデルと処理対象画像平面との間の関係の一例を示す図である。 入力画像平面上の座標と空間モデル上の座標との対応付けを説明するための図である。 座標対応付け手段による座標間の対応付けを説明するための図である。 平行線群の作用を説明するための図である。 補助線群の作用を説明するための図である。 処理対象画像生成処理及び出力画像生成処理の流れを示すフローチャートである。 出力画像の表示例（その１）である。 出力画像の表示例（その２）である。 二つのカメラのそれぞれの撮像範囲の重複領域における物体の消失を防止する消失防止処理を説明するための図である。 図１１で示される出力画像と、図１１の出力画像に消失防止処理を適用することで得られる出力画像との違いを表す対比図である。 重複領域に対応する出力画像部分の立体物の視認性を向上させるための処理を説明するための図である。 立体物画像領域の表示態様を制御することによって得られる出力画像の例を示す図である。 出力画像修正処理の流れを示すフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明に係る画像生成装置の構成例１００を概略的に示すブロック図である。

画像生成装置１００は、例えば、建設機械に搭載されたカメラ２が撮像した入力画像に基づいて出力画像を生成しその出力画像を運転者に提示する装置であって、制御部１、カメラ２、入力部３、記憶部４、及び表示部５で構成される。

図２は、画像生成装置１００が搭載されるショベル６０の構成例を示す図であり、ショベル６０は、クローラ式の下部走行体６１の上に、旋回機構６２を介して、上部旋回体６３を旋回軸ＰＶの周りで旋回自在に搭載している。

また、上部旋回体６３は、その前方左側部にキャブ（運転室）６４を備え、その前方中央部に掘削アタッチメントＥを備え、その右側面及び後面にカメラ２（右側方カメラ２Ｒ、後方カメラ２Ｂ）を備えている。なお、キャブ６４内の運転者が視認し易い位置には表示部５が設置されているものとする。

次に、画像生成装置１００の各構成要素について説明する。

制御部１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＮＶＲＡＭ（Non-Volatile Random Access Memory）等を備えたコンピュータであって、例えば、後述する座標対応付け手段１０及び出力画像生成手段１１のそれぞれに対応するプログラムをＲＯＭやＮＶＲＡＭに記憶し、一時記憶領域としてＲＡＭを利用しながら各手段に対応する処理をＣＰＵに実行させる。

カメラ２は、ショベル６０の周辺を映し出す入力画像を取得するための装置であり、例えば、キャブ６４にいる運転者の死角となる領域を撮像できるよう上部旋回体６３の右側面及び後面に取り付けられる（図２参照。）、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の撮像素子を備えた右側方カメラ２Ｒ及び後方カメラ２Ｂである。なお、カメラ２は、上部旋回体６３の右側面及び後面以外の位置（例えば、前面及び左側面である。）に取り付けられていてもよく、広い範囲を撮像できるよう広角レンズ又は魚眼レンズが装着されていてもよい。

また、カメラ２は、制御部１からの制御信号に応じて入力画像を取得し、取得した入力画像を制御部１に対して出力する。なお、カメラ２は、魚眼レンズ又は広角レンズを用いて入力画像を取得した場合には、それらレンズを用いることによって生じる見掛け上の歪曲やアオリを補正した補正済みの入力画像を制御部１に対して出力するが、その見掛け上の歪曲やアオリを補正していない入力画像をそのまま制御部１に対して出力してもよい。その場合には、制御部１がその見掛け上の歪曲やアオリを補正することとなる。

入力部３は、操作者が画像生成装置１００に対して各種情報を入力できるようにするための装置であり、例えば、タッチパネル、ボタンスイッチ、ポインティングデバイス、キーボード等である。

記憶部４は、各種情報を記憶するための装置であり、例えば、ハードディスク、光学ディスク、又は半導体メモリ等である。

表示部５は、画像情報を表示するための装置であり、例えば、建設機械のキャブ６４（図２参照。）内に設置された液晶ディスプレイ又はプロジェクタ等であって、制御部１が出力する各種画像を表示する。

また、画像生成装置１００は、入力画像に基づいて処理対象画像を生成し、その処理対象画像に画像変換処理を施すことによって周辺障害物との位置関係や距離感を直感的に把握できるようにする出力画像を生成した上で、その出力画像を運転者に提示するようにしてもよい。

「処理対象画像」は、入力画像に基づいて生成される、画像変換処理（例えば、スケール変換、アフィン変換、歪曲変換、視点変換処理等である。）の対象となる画像であり、例えば、地表を上方から撮像するカメラによる入力画像であってその広い画角により水平方向の画像（例えば、空の部分である。）を含む入力画像を画像変換処理で用いる場合に、その水平方向の画像が不自然に表示されないよう（例えば、空の部分が地表にあるものとして扱われないよう）その入力画像を所定の空間モデルに投影した上で、その空間モデルに投影された投影画像を別の二次元平面に再投影することによって得られる、画像変換処理に適した画像である。なお、処理対象画像は、画像変換処理を施すことなくそのまま出力画像として用いられてもよい。

「空間モデル」は、少なくとも、処理対象画像が位置する平面である処理対象画像平面以外の平面又は曲面（例えば、処理対象画像平面に平行な平面、又は、処理対象画像平面との間で角度を形成する平面若しくは曲面である。）を含む、一又は複数の平面若しくは曲面で構成される、入力画像の投影対象である。

なお、画像生成装置１００は、処理対象画像を生成することなく、その空間モデルに投影された投影画像に画像変換処理を施すことによって出力画像を生成するようにしてもよい。また、投影画像は、画像変換処理を施すことなくそのまま出力画像として用いられてもよい。

図３は、入力画像が投影される空間モデルＭＤの一例を示す図であり、図３（Ａ）は、ショベル６０を側方から見たときのショベル６０と空間モデルＭＤとの間の関係を示し、図３（Ｂ）は、ショベル６０を上方から見たときのショベル６０と空間モデルＭＤとの間の関係を示す。

図３で示されるように、空間モデルＭＤは、半円筒形状を有し、その底面内部の平面領域Ｒ１とその側面内部の曲面領域Ｒ２とを有する。

また、図４は、空間モデルＭＤと処理対象画像平面との間の関係の一例を示す図であり、処理対象画像平面Ｒ３は、例えば、空間モデルＭＤの平面領域Ｒ１を含む平面である。なお、図４は、明確化のために、空間モデルＭＤを、図３で示すような半円筒形状ではなく、円筒形状で示しているが、空間モデルＭＤは、半円筒形状及び円筒形状の何れであってもよいものとする。以降の図においても同様である。また、処理対象画像平面Ｒ３は、上述のように、空間モデルＭＤの平面領域Ｒ１を含む円形領域であってもよく、空間モデルＭＤの平面領域Ｒ１を含まない環状領域であってもよい。

次に、制御部１が有する各種手段について説明する。

座標対応付け手段１０は、カメラ２が撮像した入力画像が位置する入力画像平面上の座標と、空間モデルＭＤ上の座標と、処理対象画像平面Ｒ３上の座標とを対応付けるための手段であり、例えば、予め設定された、或いは、入力部３を介して入力される、カメラ２の光学中心、焦点距離、ＣＣＤサイズ、光軸方向ベクトル、カメラ水平方向ベクトル、射影方式等のカメラ２に関する各種パラメータと、予め決定された、入力画像平面、空間モデルＭＤ、及び処理対象画像平面Ｒ３の相互の位置関係とに基づいて、入力画像平面上の座標と、空間モデルＭＤ上の座標と、処理対象画像平面Ｒ３上の座標とを対応付け、それらの対応関係を記憶部４の入力画像・空間モデル対応マップ４０及び空間モデル・処理対象画像対応マップ４１に記憶する。

なお、座標対応付け手段１０は、処理対象画像を生成しない場合には、空間モデルＭＤ上の座標と処理対象画像平面Ｒ３上の座標との対応付け、及び、その対応関係の空間モデル・処理対象画像対応マップ４１への記憶を省略する。

出力画像生成手段１１は、出力画像を生成するための手段であり、例えば、処理対象画像にスケール変換、アフィン変換、又は歪曲変換を施すことによって、処理対象画像平面Ｒ３上の座標と出力画像が位置する出力画像平面上の座標とを対応付け、その対応関係を記憶部４の処理対象画像・出力画像対応マップ４２に記憶し、座標対応付け手段１０がその値を記憶した入力画像・空間モデル対応マップ４０及び空間モデル・処理対象画像対応マップ４１を参照しながら、出力画像における各画素の値（例えば、輝度値、色相値、彩度値等である。）と入力画像における各画素の値とを関連付けて出力画像を生成する。

また、出力画像生成手段１１は、予め設定された、或いは、入力部３を介して入力される、仮想カメラの光学中心、焦点距離、ＣＣＤサイズ、光軸方向ベクトル、カメラ水平方向ベクトル、射影方式等の各種パラメータに基づいて、処理対象画像平面Ｒ３上の座標と出力画像が位置する出力画像平面上の座標とを対応付け、その対応関係を記憶部４の処理対象画像・出力画像対応マップ４２に記憶し、座標対応付け手段１０がその値を記憶した入力画像・空間モデル対応マップ４０及び空間モデル・処理対象画像対応マップ４１を参照しながら、出力画像における各画素の値（例えば、輝度値、色相値、彩度値等である。）と入力画像における各画素の値とを関連付けて出力画像を生成する。

なお、出力画像生成手段１１は、仮想カメラの概念を用いることなく、処理対象画像のスケールを変更して出力画像を生成するようにしてもよい。

また、出力画像生成手段１１は、処理対象画像を生成しない場合には、施した画像変換処理に応じて空間モデルＭＤ上の座標と出力画像平面上の座標とを対応付け、入力画像・空間モデル対応マップ４０を参照しながら、出力画像における各画素の値（例えば、輝度値、色相値、彩度値等である。）と入力画像における各画素の値とを関連付けて出力画像を生成する。この場合、出力画像生成手段１１は、処理対象画像平面Ｒ３上の座標と出力画像平面上の座標との対応付け、及び、その対応関係の処理対象画像・出力画像対応マップ４２への記憶を省略する。

次に、座標対応付け手段１０及び出力画像生成手段１１による具体的な処理の一例について説明する。

座標対応付け手段１０は、例えば、ハミルトンの四元数を用いて、入力画像平面上の座標と空間モデル上の座標とを対応付けることができる。

図５は、入力画像平面上の座標と空間モデル上の座標との対応付けを説明するための図であり、カメラ２の入力画像平面は、カメラ２の光学中心Ｃを原点とするＵＶＷ直交座標系における一平面として表され、空間モデルは、ＸＹＺ直交座標系における立体面として表されるものとする。

最初に、座標対応付け手段１０は、空間モデル上の座標（ＸＹＺ座標系上の座標）を入力画像平面上の座標（ＵＶＷ座標系上の座標）に変換するため、ＸＹＺ座標系の原点を光学中心Ｃ（ＵＶＷ座標系の原点）に並行移動させた上で、Ｘ軸をＵ軸に、Ｙ軸をＶ軸に、Ｚ軸を−Ｗ軸（符号「−」は方向が逆であることを意味する。これは、ＵＶＷ座標系がカメラ前方を＋Ｗ方向とし、ＸＹＺ座標系が鉛直下方を−Ｚ方向としていることに起因する。）にそれぞれ一致させるようＸＹＺ座標系を回転させる。

なお、カメラ２が複数存在する場合、カメラ２のそれぞれが個別のＵＶＷ座標系を有することとなるので、座標対応付け手段１０は、複数のＵＶＷ座標系のそれぞれに対して、ＸＹＺ座標系を並行移動させ且つ回転させることとなる。

上述の変換は、カメラ２の光学中心ＣがＸＹＺ座標系の原点となるようにＸＹＺ座標系を並行移動させた後に、Ｚ軸が−Ｗ軸に一致するよう回転させ、更に、Ｘ軸がＵ軸に一致するよう回転させることによって実現されるので、座標対応付け手段１０は、この変換をハミルトンの四元数で記述することにより、それら二回の回転を一回の回転演算に纏めることができる。

ところで、あるベクトルＡを別のベクトルＢに一致させるための回転は、ベクトルＡとベクトルＢとが張る面の法線を軸としてベクトルＡとベクトルＢとが形成する角度だけ回転させる処理に相当し、その角度をθとすると、ベクトルＡとベクトルＢとの内積から、角度θは、

で表されることとなる。

また、ベクトルＡとベクトルＢとが張る面の法線の単位ベクトルＮは、ベクトルＡとベクトルＢとの外積から

で表されることとなる。

なお、四元数は、ｉ、ｊ、ｋをそれぞれ虚数単位とした場合、

を満たす超複素数であり、本実施例において、四元数Ｑは、実成分をｔ、純虚成分をａ、ｂ、ｃとして、

で表されるものとし、四元数Ｑの共役四元数は、

で表されるものとする。

四元数Ｑは、実成分ｔを０（ゼロ）としながら、純虚成分ａ、ｂ、ｃで三次元ベクトル（ａ，ｂ，ｃ）を表現することができ、また、ｔ、ａ、ｂ、ｃの各成分により任意のベクトルを軸とした回転動作を表現することもできる。

更に、四元数Ｑは、連続する複数回の回転動作を統合して一回の回転動作として表現することができ、例えば、任意の点Ｓ（ｓｘ，ｓｙ，ｓｚ）を、任意の単位ベクトルＣ（ｌ，ｍ，ｎ）を軸としながら角度θだけ回転させたときの点Ｄ（ｅｘ，ｅｙ，ｅｚ）を以下のように表現することができる。

ここで、本実施例において、Ｚ軸を−Ｗ軸に一致させる回転を表す四元数をＱｚとすると、ＸＹＺ座標系におけるＸ軸上の点Ｘは、点Ｘ'に移動させられるので、点Ｘ'は、

で表されることとなる。

また、本実施例において、Ｘ軸上にある点Ｘ'と原点とを結ぶ線をＵ軸に一致させる回転を表す四元数をＱｘとすると、「Ｚ軸を−Ｗ軸に一致させ、更に、Ｘ軸をＵ軸に一致させる回転」を表す四元数Ｒは、

で表されることとなる。

以上により、空間モデル（ＸＹＺ座標系）上の任意の座標Ｐを入力画像平面（ＵＶＷ座標系）上の座標で表現したときの座標Ｐ'は、

で表されることとなり、四元数Ｒがカメラ２のそれぞれで不変であることから、座標対応付け手段１０は、以後、この演算を実行するだけで空間モデル（ＸＹＺ座標系）上の座標を入力画像平面（ＵＶＷ座標系）上の座標に変換することができる。

空間モデル（ＸＹＺ座標系）上の座標を入力画像平面（ＵＶＷ座標系）上の座標に変換した後、座標対応付け手段１０は、カメラ２の光学中心Ｃ（ＵＶＷ座標系上の座標）と空間モデル上の任意の座標ＰをＵＶＷ座標系で表した座標Ｐ'とを結ぶ線分ＣＰ'と、カメラ２の光軸Ｇとが形成する入射角αを算出する。

また、座標対応付け手段１０は、カメラ２の入力画像平面Ｒ４（例えば、ＣＣＤ面）に平行で且つ座標Ｐ'を含む平面Ｈにおける、平面Ｈと光軸Ｇとの交点Ｅと座標Ｐ'とを結ぶ線分ＥＰ'と、平面ＨにおけるＵ'軸とが形成する偏角φ、及び線分ＥＰ'の長さを算出する。

カメラの光学系は、通常、像高さｈが入射角α及び焦点距離ｆの関数となっているので、座標対応付け手段１０は、通常射影（ｈ＝ｆｔａｎα）、正射影（ｈ＝ｆｓｉｎα）、立体射影（ｈ＝２ｆｔａｎ（α／２））、等立体角射影（ｈ＝２ｆｓｉｎ（α／２））、等距離射影（ｈ＝ｆα）等の適切な射影方式を選択して像高さｈを算出する。

その後、座標対応付け手段１０は、算出した像高さｈを偏角φによりＵＶ座標系上のＵ成分及びＶ成分に分解し、入力画像平面Ｒ４の一画素当たりの画素サイズに相当する数値で除算することにより、空間モデルＭＤ上の座標Ｐ（Ｐ'）と入力画像平面Ｒ４上の座標とを対応付けることができる。

なお、入力画像平面Ｒ４のＵ軸方向における一画素当たりの画素サイズをａＵとし、入力画像平面Ｒ４のＶ軸方向における一画素当たりの画素サイズをａＶとすると、空間モデルＭＤ上の座標Ｐ（Ｐ'）に対応する入力画像平面Ｒ４上の座標（ｕ，ｖ）は、

で表されることとなる。

このようにして、座標対応付け手段１０は、空間モデルＭＤ上の座標と、カメラ毎に存在する一又は複数の入力画像平面Ｒ４上の座標とを対応付け、空間モデルＭＤ上の座標、カメラ識別子、及び入力画像平面Ｒ４上の座標を関連付けて入力画像・空間モデル対応マップ４０に記憶する。

また、座標対応付け手段１０は、四元数を用いて座標の変換を演算するので、オイラー角を用いて座標の変換を演算する場合と異なり、ジンバルロックを発生させることがないという利点を有する。しかしながら、座標対応付け手段１０は、四元数を用いて座標の変換を演算するものに限定されることはなく、オイラー角を用いて座標の変換を演算するようにしてもよい。

なお、複数の入力画像平面Ｒ４上の座標への対応付けが可能な場合、座標対応付け手段１０は、空間モデルＭＤ上の座標Ｐ（Ｐ'）を、その入射角αが最も小さいカメラに関する入力画像平面Ｒ４上の座標に対応付けるようにしてもよく、操作者が選択した入力画像平面Ｒ４上の座標に対応付けるようにしてもよい。

次に、空間モデルＭＤ上の座標のうち、曲面領域Ｒ２上の座標（Ｚ軸方向の成分を持つ座標）を、ＸＹ平面上にある処理対象画像平面Ｒ３に再投影する処理について説明する。

図６は、座標対応付け手段１０による座標間の対応付けを説明するための図であり、図６（Ａ）は、一例として通常射影（ｈ＝ｆｔａｎα）を採用するカメラ２の入力画像平面Ｒ４上の座標と空間モデルＭＤ上の座標との間の対応関係を示す図であって、座標対応付け手段１０は、カメラ２の入力画像平面Ｒ４上の座標とその座標に対応する空間モデルＭＤ上の座標とを結ぶ線分のそれぞれがカメラ２の光学中心Ｃを通過するようにして、両座標を対応付ける。

図６（Ａ）の例では、座標対応付け手段１０は、カメラ２の入力画像平面Ｒ４上の座標Ｋ１を空間モデルＭＤの平面領域Ｒ１上の座標Ｌ１に対応付け、カメラ２の入力画像平面Ｒ４上の座標Ｋ２を空間モデルＭＤの曲面領域Ｒ２上の座標Ｌ２に対応付ける。このとき、線分Ｋ１−Ｌ１及び線分Ｋ２−Ｌ２は共にカメラ２の光学中心Ｃを通過する。

なお、カメラ２が通常射影以外の射影方式（例えば、正射影、立体射影、等立体角射影、等距離射影等である。）を採用する場合、座標対応付け手段１０は、それぞれの射影方式に応じて、カメラ２の入力画像平面Ｒ４上の座標Ｋ１、Ｋ２を空間モデルＭＤ上の座標Ｌ１、Ｌ２に対応付けるようにする。

具体的には、座標対応付け手段１０は、所定の関数（例えば、正射影（ｈ＝ｆｓｉｎα）、立体射影（ｈ＝２ｆｔａｎ（α／２））、等立体角射影（ｈ＝２ｆｓｉｎ（α／２））、等距離射影（ｈ＝ｆα）等である。）に基づいて、入力画像平面上の座標と空間モデルＭＤ上の座標とを対応付ける。この場合、線分Ｋ１−Ｌ１及び線分Ｋ２−Ｌ２がカメラ２の光学中心Ｃを通過することはない。

図６（Ｂ）は、空間モデルＭＤの曲面領域Ｒ２上の座標と処理対象画像平面Ｒ３上の座標との間の対応関係を示す図であり、座標対応付け手段１０は、ＸＺ平面上に位置する平行線群ＰＬであって、処理対象画像平面Ｒ３との間で角度βを形成する平行線群ＰＬを導入し、空間モデルＭＤの曲面領域Ｒ２上の座標とその座標に対応する処理対象画像平面Ｒ３上の座標とが共に平行線群ＰＬのうちの一つに乗るようにして、両座標を対応付ける。

図６（Ｂ）の例では、座標対応付け手段１０は、空間モデルＭＤの曲面領域Ｒ２上の座標Ｌ２と処理対象画像平面Ｒ３上の座標Ｍ２とが共通の平行線に乗るとして、両座標を対応付けるようにする。

なお、座標対応付け手段１０は、空間モデルＭＤの平面領域Ｒ１上の座標を曲面領域Ｒ２上の座標と同様に平行線群ＰＬを用いて処理対象画像平面Ｒ３上の座標に対応付けることが可能であるが、図６（Ｂ）の例では、平面領域Ｒ１と処理対象画像平面Ｒ３とが共通の平面となっているので、空間モデルＭＤの平面領域Ｒ１上の座標Ｌ１と処理対象画像平面Ｒ３上の座標Ｍ１とは同じ座標値を有するものとなっている。

このようにして、座標対応付け手段１０は、空間モデルＭＤ上の座標と、処理対象画像平面Ｒ３上の座標とを対応付け、空間モデルＭＤ上の座標及び処理対象画像Ｒ３上の座標を関連付けて空間モデル・処理対象画像対応マップ４１に記憶する。

図６（Ｃ）は、処理対象画像平面Ｒ３上の座標と一例として通常射影（ｈ＝ｆｔａｎα）を採用する仮想カメラ２Ｖの出力画像平面Ｒ５上の座標との間の対応関係を示す図であり、出力画像生成手段１１は、仮想カメラ２Ｖの出力画像平面Ｒ５上の座標とその座標に対応する処理対象画像平面Ｒ３上の座標とを結ぶ線分のそれぞれが仮想カメラ２Ｖの光学中心ＣＶを通過するようにして、両座標を対応付ける。

図６（Ｃ）の例では、出力画像生成手段１１は、仮想カメラ２Ｖの出力画像平面Ｒ５上の座標Ｎ１を処理対象画像平面Ｒ３（空間モデルＭＤの平面領域Ｒ１）上の座標Ｍ１に対応付け、仮想カメラ２Ｖの出力画像平面Ｒ５上の座標Ｎ２を処理対象画像平面Ｒ３上の座標Ｍ２に対応付ける。このとき、線分Ｍ１−Ｎ１及び線分Ｍ２−Ｎ２は共に仮想カメラ２Ｖの光学中心ＣＶを通過する。

なお、仮想カメラ２Ｖが通常射影以外の射影方式（例えば、正射影、立体射影、等立体角射影、等距離射影等である。）を採用する場合、出力画像生成手段１１は、それぞれの射影方式に応じて、仮想カメラ２Ｖの出力画像平面Ｒ５上の座標Ｎ１、Ｎ２を処理対象画像平面Ｒ３上の座標Ｍ１、Ｍ２に対応付けるようにする。

具体的には、出力画像生成手段１１は、所定の関数（例えば、正射影（ｈ＝ｆｓｉｎα）、立体射影（ｈ＝２ｆｔａｎ（α／２））、等立体角射影（ｈ＝２ｆｓｉｎ（α／２））、等距離射影（ｈ＝ｆα）等である。）に基づいて、出力画像平面Ｒ５上の座標と処理対象画像平面Ｒ３上の座標とを対応付ける。この場合、線分Ｍ１−Ｎ１及び線分Ｍ２−Ｎ２が仮想カメラ２Ｖの光学中心ＣＶを通過することはない。

このようにして、出力画像生成手段１１は、出力画像平面Ｒ５上の座標と、処理対象画像平面Ｒ３上の座標とを対応付け、出力画像平面Ｒ５上の座標及び処理対象画像Ｒ３上の座標を関連付けて処理対象画像・出力画像対応マップ４２に記憶し、座標対応付け手段１０が記憶した入力画像・空間モデル対応マップ４０及び空間モデル・処理対象画像対応マップ４１を参照しながら、出力画像における各画素の値と入力画像における各画素の値とを関連付けて出力画像を生成する。

なお、図６（Ｄ）は、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）を組み合わせた図であり、カメラ２、仮想カメラ２Ｖ、空間モデルＭＤの平面領域Ｒ１及び曲面領域Ｒ２、並びに、処理対象画像平面Ｒ３の相互の位置関係を示す。

次に、図７を参照しながら、空間モデルＭＤ上の座標と処理対象画像平面Ｒ３上の座標とを対応付けるために座標対応付け手段１０が導入する平行線群ＰＬの作用について説明する。

図７（Ａ）は、ＸＺ平面上に位置する平行線群ＰＬと処理対象画像平面Ｒ３との間で角度βが形成される場合の図であり、図７（Ｂ）は、ＸＺ平面上に位置する平行線群ＰＬと処理対象画像平面Ｒ３との間で角度β１（β１＞β）が形成される場合の図である。また、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）における空間モデルＭＤの曲面領域Ｒ２上の座標Ｌａ〜Ｌｄのそれぞれは、処理対象画像平面Ｒ３上の座標Ｍａ〜Ｍｄのそれぞれに対応するものとし、図７（Ａ）における座標Ｌａ〜Ｌｄのそれぞれの間隔は、図７（Ｂ）における座標Ｌａ〜Ｌｄのそれぞれの間隔と等しいものとする。なお、平行線群ＰＬは、説明目的のためにＸＺ平面上に存在するものとしているが、実際には、Ｚ軸上の全ての点から処理対象画像平面Ｒ３に向かって放射状に延びるように存在するものとする。なお、この場合のＺ軸を「再投影軸」と称することとする。

図７（Ａ）及び図７（Ｂ）で示されるように、処理対象画像平面Ｒ３上の座標Ｍａ〜Ｍｄのそれぞれの間隔は、平行線群ＰＬと処理対象画像平面Ｒ３との間の角度が増大するにつれて線形的に減少する（空間モデルＭＤの曲面領域Ｒ２と座標Ｍａ〜Ｍｄのそれぞれとの間の距離とは関係なく一様に減少する。）。一方で、空間モデルＭＤの平面領域Ｒ１上の座標群は、図７の例では、処理対象画像平面Ｒ３上の座標群への変換が行われないので、座標群の間隔が変化することはない。

これら座標群の間隔の変化は、出力画像平面Ｒ５（図６参照。）上の画像部分のうち、空間モデルＭＤの曲面領域Ｒ２に投影された画像に対応する画像部分のみが線形的に拡大或いは縮小されることを意味する。

次に、図８を参照しながら、空間モデルＭＤ上の座標と処理対象画像平面Ｒ３上の座標とを対応付けるために座標対応付け手段１０が導入する平行線群ＰＬの代替例について説明する。

図８（Ａ）は、ＸＺ平面上に位置する補助線群ＡＬの全てがＺ軸上の始点Ｔ１から処理対象画像平面Ｒ３に向かって延びる場合の図であり、図８（Ｂ）は、補助線群ＡＬの全てがＺ軸上の始点Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１）から処理対象画像平面Ｒ３に向かって延びる場合の図である。また、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）における空間モデルＭＤの曲面領域Ｒ２上の座標Ｌａ〜Ｌｄのそれぞれは、処理対象画像平面Ｒ３上の座標Ｍａ〜Ｍｄのそれぞれに対応するものとし（図８（Ａ）の例では、座標Ｍｃ、Ｍｄは、処理対象画像平面Ｒ３の領域外となるため図示されていない。）、図８（Ａ）における座標Ｌａ〜Ｌｄのそれぞれの間隔は、図８（Ｂ）における座標Ｌａ〜Ｌｄのそれぞれの間隔と等しいものとする。なお、補助線群ＡＬは、説明目的のためにＸＺ平面上に存在するものとしているが、実際には、Ｚ軸上の任意の一点から処理対象画像平面Ｒ３に向かって放射状に延びるように存在するものとする。なお、図７と同様、この場合のＺ軸を「再投影軸」と称することとする。

図８（Ａ）及び図８（Ｂ）で示されるように、処理対象画像平面Ｒ３上の座標Ｍａ〜Ｍｄのそれぞれの間隔は、補助線群ＡＬの始点と原点Ｏとの間の距離（高さ）が増大するにつれて非線形的に減少する（空間モデルＭＤの曲面領域Ｒ２と座標Ｍａ〜Ｍｄのそれぞれとの間の距離が大きいほど、それぞれの間隔の減少幅が大きくなる。）。一方で、空間モデルＭＤの平面領域Ｒ１上の座標群は、図８の例では、処理対象画像平面Ｒ３上の座標群への変換が行われないので、座標群の間隔が変化することはない。

これら座標群の間隔の変化は、平行線群ＰＬのときと同様、出力画像平面Ｒ５（図６参照。）上の画像部分のうち、空間モデルＭＤの曲面領域Ｒ２に投影された画像に対応する画像部分のみが非線形的に拡大或いは縮小されることを意味する。

このようにして、画像生成装置１００は、空間モデルＭＤの平面領域Ｒ１に投影された画像に対応する出力画像の画像部分（例えば、路面画像である。）に影響を与えることなく、空間モデルＭＤの曲面領域Ｒ２に投影された画像に対応する出力画像の画像部分（例えば、水平画像である。）を線形的に或いは非線形的に拡大或いは縮小させることができるので、ショベル６０の近傍の路面画像（ショベル６０を真上から見たときの仮想画像）に影響を与えることなく、ショベル６０の周囲に位置する物体（ショベル６０から水平方向に周囲を見たときの画像における物体）を迅速且つ柔軟に拡大或いは縮小させることができ、ショベル６０の死角領域の視認性を向上させることができる。

次に、図９を参照しながら、画像生成装置１００が処理対象画像を生成する処理（以下、「処理対象画像生成処理」とする。）、及び、生成した処理対象画像を用いて出力画像を生成する処理（以下、「出力画像生成処理」とする。）について説明する。なお、図９は、処理対象画像生成処理（ステップＳ１〜ステップＳ３）及び出力画像生成処理（ステップＳ４〜ステップＳ６）の流れを示すフローチャートである。また、カメラ２（入力画像平面Ｒ４）、空間モデル（平面領域Ｒ１及び曲面領域Ｒ２）、並びに、処理対象画像平面Ｒ３の配置は予め決定されているものとする。

最初に、制御部１は、座標対応付け手段１０により、処理対象画像平面Ｒ３上の座標と空間モデルＭＤ上の座標とを対応付ける（ステップＳ１）。

具体的には、座標対応付け手段１０は、平行線群ＰＬと処理対象画像平面Ｒ３との間に形成される角度を取得し、処理対象画像平面Ｒ３上の一座標から延びる平行線群ＰＬの一つが空間モデルＭＤの曲面領域Ｒ２と交差する点を算出し、算出した点に対応する曲面領域Ｒ２上の座標を、処理対象画像平面Ｒ３上のその一座標に対応する曲面領域Ｒ２上の一座標として導き出し、その対応関係を空間モデル・処理対象画像対応マップ４１に記憶する。なお、平行線群ＰＬと処理対象画像平面Ｒ３との間に形成される角度は、記憶部４等に予め記憶された値であってもよく、入力部３を介して操作者が動的に入力する値であってもよい。

また、座標対応付け手段１０は、処理対象画像平面Ｒ３上の一座標が空間モデルＭＤの平面領域Ｒ１上の一座標と一致する場合には、平面領域Ｒ１上のその一座標を、処理対象画像平面Ｒ３上のその一座標に対応する一座標として導き出し、その対応関係を空間モデル・処理対象画像対応マップ４１に記憶する。

その後、制御部１は、座標対応付け手段１０により、上述の処理によって導き出された空間モデルＭＤ上の一座標と入力画像平面Ｒ４上の座標とを対応付ける（ステップＳ２）。

具体的には、座標対応付け手段１０は、通常射影（ｈ＝ｆｔａｎα）を採用するカメラ２の光学中心Ｃの座標を取得し、空間モデルＭＤ上の一座標から延びる線分であり、光学中心Ｃを通過する線分が入力画像平面Ｒ４と交差する点を算出し、算出した点に対応する入力画像平面Ｒ４上の座標を、空間モデルＭＤ上のその一座標に対応する入力画像平面Ｒ４上の一座標として導き出し、その対応関係を入力画像・空間モデル対応マップ４０に記憶する。

その後、制御部１は、処理対象画像平面Ｒ３上の全ての座標を空間モデルＭＤ上の座標及び入力画像平面Ｒ４上の座標に対応付けたか否かを判定し（ステップＳ３）、未だ全ての座標を対応付けていないと判定した場合には（ステップＳ３のＮＯ）、ステップＳ１及びステップＳ２の処理を繰り返すようにする。

一方、制御部１は、全ての座標を対応付けたと判定した場合には（ステップＳ３のＹＥＳ）、処理対象画像生成処理を終了させた上で出力画像生成処理を開始させ、出力画像生成手段１１により、処理対象画像平面Ｒ３上の座標と出力画像平面Ｒ５上の座標とを対応付ける（ステップＳ４）。

具体的には、出力画像生成手段１１は、処理対象画像にスケール変換、アフィン変換、又は歪曲変換を施すことによって出力画像を生成し、施したスケール変換、アフィン変換、又は歪曲変換の内容によって定まる、処理対象画像平面Ｒ３上の座標と出力画像平面Ｒ５上の座標との間の対応関係を処理対象画像・出力画像対応マップ４２に記憶する。

或いは、出力画像生成手段１１は、仮想カメラ２Ｖを用いて出力画像を生成する場合には、採用した射影方式に応じて処理対象画像平面Ｒ３上の座標から出力画像平面Ｒ５上の座標を算出し、その対応関係を処理対象画像・出力画像対応マップ４２に記憶するようにしてもよい。

或いは、出力画像生成手段１１は、通常射影（ｈ＝ｆｔａｎα）を採用する仮想カメラ２Ｖを用いて出力画像を生成する場合には、その仮想カメラ２Ｖの光学中心ＣＶの座標を取得した上で、出力画像平面Ｒ５上の一座標から延びる線分であり、光学中心ＣＶを通過する線分が処理対象画像平面Ｒ３と交差する点を算出し、算出した点に対応する処理対象画像平面Ｒ３上の座標を、出力画像平面Ｒ５上のその一座標に対応する処理対象画像平面Ｒ３上の一座標として導き出し、その対応関係を処理対象画像・出力画像対応マップ４２に記憶するようにしてもよい。

その後、制御部１は、出力画像生成手段１１により、入力画像・空間モデル対応マップ４０、空間モデル・処理対象画像対応マップ４１、及び処理対象画像・出力画像対応マップ４２を参照しながら入力画像平面Ｒ４上の座標と空間モデルＭＤ上の座標との対応関係、空間モデルＭＤ上の座標と処理対象画像平面Ｒ３上の座標との対応関係、及び処理対象画像平面Ｒ３上の座標と出力画像平面Ｒ５上の座標との対応関係を辿り、出力画像平面Ｒ５上の各座標に対応する入力画像平面Ｒ４上の座標が有する値（例えば、輝度値、色相値、彩度値等である。）を取得し、その取得した値を、対応する出力画像平面Ｒ５上の各座標の値として採用する（ステップＳ５）。なお、出力画像平面Ｒ５上の一座標に対して複数の入力画像平面Ｒ４上の複数の座標が対応する場合、出力画像生成手段１１は、それら複数の入力画像平面Ｒ４上の複数の座標のそれぞれの値に基づく統計値（例えば、平均値、最大値、最小値、中間値等である。）を導き出し、出力画像平面Ｒ５上のその一座標の値としてその統計値を採用するようにしてもよい。

その後、制御部１は、出力画像平面Ｒ５上の全ての座標の値を入力画像平面Ｒ４上の座標の値に対応付けたか否かを判定し（ステップＳ６）、未だ全ての座標の値を対応付けていないと判定した場合には（ステップＳ６のＮＯ）、ステップＳ４及びステップＳ５の処理を繰り返すようにする。

一方、制御部１は、全ての座標の値を対応付けたと判定した場合には（ステップＳ６のＹＥＳ）、出力画像を生成して、この一連の処理を終了させる。

なお、画像生成装置１００は、処理対象画像を生成しない場合には、処理対象画像生成処理を省略し、出力画像生成処理におけるステップＳ４の"処理対象画像平面上の座標"を"空間モデル上の座標"で読み替えるものとする。

以上の構成により、画像生成装置１００は、建設機械と周辺障害物との位置関係を操作者に直感的に把握させることが可能な処理対象画像及び出力画像を生成することができる。

また、画像生成装置１００は、処理対象画像平面Ｒ３から空間モデルＭＤを経て入力画像平面Ｒ４に遡るように座標の対応付けを実行することにより、処理対象画像平面Ｒ３上の各座標を入力画像平面Ｒ４上の一又は複数の座標に確実に対応させることができ、入力画像平面Ｒ４から空間モデルＭＤを経て処理対象画像平面Ｒ３に至る順番で座標の対応付けを実行する場合と比べ（この場合には、入力画像平面Ｒ４上の各座標を処理対象画像平面Ｒ３上の一又は複数の座標に確実に対応させることができるが、処理対象画像平面Ｒ３上の座標の一部が、入力画像平面Ｒ４上の何れの座標にも対応付けられない場合があり、その場合にはそれら処理対象画像平面Ｒ３上の座標の一部に補間処理等を施す必要がある。）、より良質な処理対象画像を迅速に生成することができる。

また、画像生成装置１００は、空間モデルＭＤの曲面領域Ｒ２に対応する画像のみを拡大或いは縮小する場合には、平行線群ＰＬと処理対象画像平面Ｒ３との間に形成される角度を変更して空間モデル・処理対象画像対応マップ４１における曲面領域Ｒ２に関連する部分のみを書き換えるだけで、入力画像・空間モデル対応マップ４０の内容を書き換えることなく、所望の拡大或いは縮小を実現させることができる。

また、画像生成装置１００は、出力画像の見え方を変更する場合には、スケール変換、アフィン変換又は歪曲変換に関する各種パラメータの値を変更して処理対象画像・出力画像対応マップ４２を書き換えるだけで、入力画像・空間モデル対応マップ４０及び空間モデル・処理対象画像対応マップ４１の内容を書き換えることなく、所望の出力画像（スケール変換画像、アフィン変換画像又は歪曲変換画像）を生成することができる。

同様に、画像生成装置１００は、出力画像の視点を変更する場合には、仮想カメラ２Ｖの各種パラメータの値を変更して処理対象画像・出力画像対応マップ４２を書き換えるだけで、入力画像・空間モデル対応マップ４０及び空間モデル・処理対象画像対応マップ４１の内容を書き換えることなく、所望の視点から見た出力画像（視点変換画像）を生成することができる。

図１０は、ショベル６０に搭載された二台のカメラ２（右側方カメラ２Ｒ及び後方カメラ２Ｂ）の入力画像を用いて生成される出力画像を表示部５に表示させたときの表示例である。

画像生成装置１００は、それら二台のカメラ２のそれぞれの入力画像を空間モデルＭＤの平面領域Ｒ１及び曲面領域Ｒ２上に投影した上で処理対象画像平面Ｒ３に再投影して処理対象画像を生成し、その生成した処理対象画像に画像変換処理（例えば、スケール変換、アフィン変換、歪曲変換、視点変換処理等である。）を施すことによって出力画像を生成して、ショベル６０の近傍を上空から見下ろした画像（平面領域Ｒ１における画像）と、ショベル６０から水平方向に周辺を見た画像（処理対象画像平面Ｒ３における画像）とを同時に表示している。

なお、出力画像は、画像生成装置１００が処理対象画像を生成しない場合には、空間モデルＭＤに投影された画像に画像変換処理（例えば、視点変換処理である。）を施すことによって生成されるものとする。

また、出力画像は、ショベル６０が旋回動作を行う際の画像を違和感なく表示できるよう、円形にトリミングされ、その円の中心ＣＴＲが空間モデルＭＤの円筒中心軸上で、且つ、ショベル６０の旋回軸ＰＶ上となるように生成されており、ショベル６０の旋回動作に応じてその中心ＣＴＲを軸に回転するように表示される。この場合、空間モデルＭＤの円筒中心軸は、再投影軸と一致するものであってもよく、一致しないものであってもよい。

なお、空間モデルＭＤの半径は、例えば、５メートルであり、平行線群ＰＬが処理対象画像平面Ｒ３との間で形成する角度、又は、補助線群ＡＬの始点高さは、ショベル６０の旋回中心から掘削アタッチメントＥの最大到達距離（例えば１２メートルである。）だけ離れた位置に物体（例えば、作業員である。）が存在する場合にその物体が表示部５で十分大きく（例えば、７ミリメートル以上である。）表示されるように、設定され得る。

更に、出力画像は、ショベル６０のＣＧ画像を、ショベル６０の前方が表示部５の画面上方と一致し、且つ、その旋回中心が中心ＣＴＲと一致するように配置するようにしてもよい。ショベル６０と出力画像に現れる物体との間の位置関係をより分かり易くするためである。なお、出力画像は、方位等の各種情報を含む額縁画像をその周囲に配置するようにしてもよい。

次に、図１１〜図１３を参照しながら、画像生成装置１００が、二つのカメラのそれぞれの撮像範囲の重複領域に対応する出力画像部分を生成する際にその出力画像部分にある物体が消失するのを防止する処理について説明する。

図１１は、ショベル６０に搭載された三台のカメラ２（左側方カメラ２Ｌ、右側方カメラ２Ｒ、及び後方カメラ２Ｂ）のそれぞれの入力画像と、それら入力画像を用いて生成される出力画像とを示す図である。

画像生成装置１００は、それら三台のカメラ２のそれぞれの入力画像平面上の座標を空間モデルＭＤの平面領域Ｒ１及び曲面領域Ｒ２上の座標に投影した上で処理対象画像平面Ｒ３に再投影して処理対象画像を生成する。そして、画像生成装置１００は、その生成した処理対象画像に画像変換処理（例えば、スケール変換、アフィン変換、歪曲変換、視点変換処理等である。）を施すことによって出力画像を生成する。そして、画像生成装置１００は、ショベル６０の近傍を上空から見下ろした画像（平面領域Ｒ１における画像）と、ショベル６０から水平方向に周辺を見た画像（処理対象画像平面Ｒ３における画像）とを含む出力画像を表示する。

図１１において、右側方カメラ２Ｒの入力画像、及び、後方カメラ２Ｂの入力画像はそれぞれ、右側方カメラ２Ｒの撮像範囲と後方カメラ２Ｂの撮像範囲との重複領域内に人物を捉えている（右側方カメラ２Ｒの入力画像における二点鎖線で囲まれる領域Ｒ１０、及び、後方カメラ２Ｂの入力画像における二点鎖線で囲まれる領域Ｒ１１参照。）。

しかしながら、出力画像平面上の座標が入射角の最も小さいカメラに関する入力画像平面上の座標に対応付けられるものとすると、出力画像は、重複領域内の人物を消失させてしまう（出力画像内の一点鎖線で囲まれる領域Ｒ１２参照。）。

そこで、画像生成装置１００は、重複領域に対応する出力画像部分において、後方カメラ２Ｂの入力画像平面上の座標が対応付けられる領域と、右側方カメラ２Ｒの入力画像平面上の座標が対応付けられる領域とを混在させ、重複領域内の物体が消失するのを防止する。

図１２は、二つのカメラのそれぞれの撮像範囲の重複領域における物体の消失を防止する消失防止処理を説明するための図である。

図１２（Ａ）は、右側方カメラ２Ｒの撮像範囲と後方カメラ２Ｂの撮像範囲との重複領域に対応する出力画像部分を示す図であり、図１１の点線で示す矩形領域Ｒ１３に対応する。

また、図１２（Ａ）において、灰色で塗り潰された領域ＰＲ１は、後方カメラ２Ｂの入力画像部分が配置される画像領域であり、領域ＰＲ１に対応する出力画像平面上の各座標には後方カメラ２Ｂの入力画像平面上の座標が対応付けられる。

一方、白色で塗り潰された領域ＰＲ２は、右側方カメラ２Ｒの入力画像部分が配置される画像領域であり、部分ＰＲ２に対応する出力画像平面上の各座標には右側方カメラ２Ｒの入力画像平面上の座標が対応付けられる。

本実施例では、領域ＰＲ１と領域ＰＲ２とが縞模様を形成するように配置され、領域ＰＲ１と領域ＰＲ２とが縞状に交互に並ぶ部分の境界線は、ショベル６０の旋回中心を中心とする水平面上の同心円によって定められる。なお、同心円の中心位置は、任意に設定可能であり、例えば後方カメラ２Ｂの光軸の延長線と右側方カメラ２Ｒの光軸の延長線との交点であってもよい。また、縞模様を形成する境界線も任意に設定可能であり、ショベル６０の前後方向又は左右方向に平行な直線群によって定められてもよく、ショベル６０の前後方向又は左右方向に対して所定の角度を形成する直線群によって定められてもよい。また、縞模様を形成する境界線は、ショベル６０の旋回中心から放射状に延びる直線群によって定められてもよい。

図１２（Ｂ）は、ショベル６０の右斜め後方の空間領域の状況を示す上面図であり、後方カメラ２Ｂ及び右側方カメラ２Ｒの双方によって撮像される空間領域の現在の状況を示す。また、図１２（Ｂ）は、ショベル６０の右斜め後方の路面に線Ｌが描かれ、立体物ＯＢが存在することを示す。

図１２（Ｃ）は、図１２（Ｂ）が示す空間領域を後方カメラ２Ｂ及び右側方カメラ２Ｒで実際に撮像して得られた入力画像に基づいて生成される出力画像の一部を示す。

具体的には、画像ＯＢ１は、後方カメラ２Ｂの入力画像における立体物ＯＢの画像が、路面画像を生成するための視点変換によって、後方カメラ２Ｂと立体物ＯＢとを結ぶ線の延長方向に伸長されたものを表す。すなわち、画像ＯＢ１は、後方カメラ２Ｂの入力画像を用いて出力画像部分における路面画像を生成した場合に表示される立体物ＯＢの画像の一部である。

また、画像ＯＢ２は、右後方カメラ２Ｒの入力画像における立体物ＯＢの画像が、路面画像を生成するための視点変換によって、右側方カメラ２Ｒと立体物ＯＢとを結ぶ線の延長方向に伸長されたものを表す。すなわち、画像ＯＢ２は、右側方カメラ２Ｒの入力画像を用いて出力画像部分における路面画像を生成した場合に表示される立体物ＯＢの画像の一部である。

なお、路面に描かれた線Ｌの画像ＬＧは、路面画像を生成するための視点変換による影響を受けないため、何れの方向にも伸長されることなく表示される。

このように、画像生成装置１００は、重複領域において、後方カメラ２Ｂの入力画像平面上の座標が対応付けられる領域ＰＲ１と、右側方カメラ２Ｒの入力画像平面上の座標が対応付けられる領域ＰＲ２とを混在させる。その結果、画像生成装置１００は、一つの立体物ＯＢに関する二つの画像ＯＢ１及び画像ＯＢ２の双方を出力画像上に表示させ、立体物ＯＢが出力画像から消失するのを防止する。

図１３は、図１１の出力画像と、図１１の出力画像に消失防止処理を適用することで得られる出力画像との違いを表す対比図であり、図１３（Ａ）が図１１の出力画像を示し、図１３（Ｂ）が消失防止処理を適用した後の出力画像を示す。図１３（Ａ）における一点鎖線で囲まれる領域Ｒ１２では人物が消失しているのに対し、図１３（Ｂ）における一点鎖線で囲まれる領域Ｒ１４では人物が消失せずに表示されている。

しかしながら、図１２（Ｃ）に示すように、画像ＯＢ１は、後方カメラ２Ｂの入力画像における立体物ＯＢの画像に由来するため、領域ＰＲ１のみに現れ、一部が切り欠かれた状態で表示される。同様に、画像ＯＢ２は、右側方カメラ２Ｒの入力画像における立体物ＯＢの画像に由来するため、領域ＰＲ２のみに現れ、一部が切り欠かれた状態で表示される。

そこで、画像生成装置１００は、画像ＯＢ１、ＯＢ２が、路面上の模様ではなく、立体物ＯＢに由来する画像であることを認識することによって、画像ＯＢ１、ＯＢ２の表示態様をより視認性の高いものに変化させるようにする。

具体的には、画像生成装置１００は、重複領域に対応する出力画像部分に対してエッジ検出処理を施し、検出したエッジの配置に基づいてそのエッジが立体物の画像に属するか否かを判定する。その上で、画像生成装置１００は、立体物の画像に属すると判定されたエッジの配置に基づいて、立体物の画像が存在するはずの領域である立体物画像領域を検出し、立体物画像領域の表示態様を制御する。

図１４は、重複領域に対応する出力画像部分の立体物の視認性を向上させるための処理を説明するための図であり、図１４（Ａ）がエッジ検出処理を説明するための図を示し、図１４（Ｂ）が端点検出処理を説明するための図を示し、図１４（Ｃ）が立体物画像領域検出処理を説明するための図を示す。

図１４（Ａ）は、図１２（Ｃ）に示す出力画像部分にエッジ検出処理を施すことによって得られるエッジ画像を示す。本実施例では、エッジ検出は、縞模様を形成する境界線に沿って行われる。すなわち、ショベル６０の旋回中心を中心とする同心円のそれぞれの円周上の隣り合う画素の輝度値の差が所定値以上の場合に、それら２つの画素のうちの少なくとも一方が、エッジ点を構成する画素として検出される。

図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）で示すように検出されたエッジ点が形成するエッジ線のそれぞれの端点の位置を示す画像である。図中の黒丸のそれぞれが、エッジ線の端点を示す。なお、縞模様によって縞模様の幅だけ分断されていないエッジ線は、路面に描かれた線Ｌの画像ＬＧに由来し、縞模様によって縞模様の幅だけ分断されたエッジ線は、立体物ＯＢの画像ＯＢ１、ＯＢ２に由来する。

エッジ線の端点の座標は、そのエッジ線を他のエッジ線に連結できるか否かを判定するために用いられる。

具体的には、一つのエッジ線の一つの端点（第１端点）の位置から、後方カメラ２Ｂ又は右側方カメラ２Ｒの位置と第１端点とを結ぶ直線の方向における最も近い位置にある別のエッジ線の端点（第２端点）が抽出される。なお、抽出対象となる第２端点が存在し得る領域を意味する「後方カメラ２Ｂ又は右側方カメラ２Ｒの位置と第１端点とを結ぶ直線の方向」は、所定の画素数の幅を有するものとする。そして、第１端点と第２端点との間の距離が、縞模様の幅に相当する所定の距離以上の場合、第１端点を含むエッジ線と第２端点を含むエッジ線は連結可能であると判定される。すなわち、それらの二つのエッジ線は、立体物の輪郭の一部を表すものであると判定される。立体物の画像は、縞模様によって分断されるためである。一方、第１端点と第２端点との間の距離が、縞模様の幅に相当する所定の距離より小さい場合、第１端点を含むエッジ線と第２端点を含むエッジ線は連結不能であると判定される。これは、例えば、第１端点を含むエッジ線と第２端点を含むエッジ線が何れも路面に描かれた線Ｌの画像ＬＧに由来する場合である。そのため、路面に描かれた線Ｌの画像ＬＧに由来するエッジ線は、立体物の輪郭の一部を表すものであると判定されることはない。なお、以下では、この判定処理を「連結判定処理」と称する。

図１４（Ｃ）は、図１４（Ｂ）に示すエッジ線のうち、連結判定処理によって連結可能であると判定されたエッジ線同士を点線で結んだ状態を示す図である。

複数のエッジ線とエッジ線同士を結ぶ点線とで囲まれる閉領域は、立体物を表す、欠損のない画像が存在するはずの領域である立体物画像領域として検出される。

なお、連結判定処理では、連結可能であると判定されたエッジ線の別の端点に対する、上述の条件に合致する連結相手が存在しない場合には、その別の端点が最寄りのエッジ線の端点に連結される。より確実に閉領域が形成されるようにするためである。

本実施例では、立体物ＯＢを表す、欠損のない画像が存在するはずの領域である二つの立体物画像領域ＯＢ１ａ、ＯＢ２ａが検出される。なお、立体物画像領域ＯＢ１ａは、後方カメラ２Ｂの入力画像における立体物ＯＢの画像が本来表示されるべき領域であり、立体物画像領域ＯＢ２ａは、右側方カメラ２Ｒの入力画像における立体物ＯＢの画像が本来表示されるべき領域である。

その後、画像生成装置１００の制御部１は、上述のようにして得られる立体物画像領域の表示態様を制御することによって、出力画像における立体物ＯＢの視認性を向上させる。

具体的には、立体物画像領域ＯＢ１ａに含まれる座標のそれぞれには後方カメラ２Ｂの入力画像平面上の座標が対応付けられ、立体物画像領域ＯＢ２ａに含まれる座標のそれぞれには右側方カメラ２Ｒの入力画像平面上の座標が対応付けられる。

なお、立体物画像領域ＯＢ１ａ及び立体物画像領域ＯＢ２ａ以外の領域は、縞模様の配置がそのまま維持され、領域ＰＲ１に含まれる座標のそれぞれには後方カメラ２Ｂの入力画像平面上の座標が対応付けられ、領域ＰＲ２に含まれる座標のそれぞれには右側方カメラ２Ｒの入力画像平面上の座標が対応付けられる。

図１５は、立体物画像領域の表示態様を制御することによって得られる出力画像の例を示す図である。

例えば、図１５（Ａ）は、立体物画像領域ＯＢ１ａ、ＯＢ２ａの表示態様を変化させることによって得られる画像を示す。

図１５（Ａ）において、画像ＯＢ１ｘは、後方カメラ２Ｂの入力画像における立体物ＯＢの画像に対応し、画像ＯＢ２ｘは、右側方カメラ２Ｒの入力画像における立体物ＯＢの画像に対応する。

このように、画像生成装置１００は、図１２（Ｃ）における画像ＯＢ１、ＯＢ２と異なり、立体物ＯＢに対応する画像ＯＢ１ｘ、ＯＢ２ｘを繊切り状に分断せずに表示できる。その結果、画像生成装置１００は、出力画像における立体物ＯＢの視認性を向上させることができる。

また、画像生成装置１００は、立体物画像領域ＯＢ１ａ、ＯＢ２ａのそれぞれの配置に基づいて、立体物画像領域ＯＢ１ａ、ＯＢ２ａの双方が立体物ＯＢに由来するものであることを判断できる。立体物画像領域ＯＢ１ａ、ＯＢ２ａは、立体物ＯＢの接地位置のところで重なり合うためである。

そのため、画像生成装置１００は、出力画像における、立体物画像領域ＯＢ１ａ、ＯＢ２ａの何れか一方に対応する領域のみに、立体物ＯＢに対応する画像を表示させてもよい。一つの立体物ＯＢに対して二つの画像ＯＢ１ｘ、ＯＢ２ｘが表示されるのを防止するためである。

具体的には、画像生成装置１００は、立体物画像領域ＯＢ１ａ、ＯＢ２ａの双方に含まれる座標のそれぞれに、後方カメラ２Ｂ又は右側方カメラ２Ｒの何れか一方の入力画像平面上の座標を対応付ける。

図１５（Ｂ）は、立体物画像領域ＯＢ１ａ、ＯＢ２ａの双方に含まれる座標のそれぞれに後方カメラ２Ｂの入力画像平面上の座標を対応付けた場合の画像を示す。また、図１５（Ｃ）は、立体物画像領域ＯＢ１ａ、ＯＢ２ａの双方に含まれる座標のそれぞれに右側方カメラ２Ｒの入力画像平面上の座標を対応付けた場合の画像を示す。

このように、画像生成装置１００は、図１５（Ａ）に示すように一つの立体物ＯＢに対して二つの画像ＯＢ１ｘ、ＯＢ２ｘを表示することなく、二つの画像ＯＢ１ｘ、ＯＢ２ｘのうちの一方のみを表示するようにしてもよい。その結果、画像生成装置１００は、出力画像における立体物ＯＢの視認性を更に向上させることができる。

なお、画像生成装置１００は、立体物画像領域の表示態様を別の方法で変化させてもよい。例えば、画像生成装置１００は、立体物画像領域のうち、立体物の画像が表示されていない部分の表示態様を、立体物の画像が表示されている部分の表示態様に基づいて修正してもよい。

具体的には、画像生成装置１００は、例えば、立体物画像領域ＯＢ１ａにおける領域ＰＲ２に属する部分の画像情報を、その領域ＰＲ２に属する部分を挟むように配置される領域ＰＲ１に属する二つの部分の画像情報に基づいて修正する。すなわち、画像生成装置１００は、領域ＰＲ１に属する二つの部分に挟まれる、領域ＰＲ２に属する部分の画像情報を、それら二つの部分の画像情報を用いて補間する。なお、補間対象となる画像情報は、輝度、色相、彩度等を含む。

次に、図１６を参照しながら、画像生成装置１００が立体物画像領域の表示態様を変化させることによって出力画像を修正する処理（以下、「出力画像修正処理」とする。）について説明する。なお、図１６は、出力画像修正処理の流れを示すフローチャートであり、画像生成装置１００は、所定周期で繰り返しこの出力画像修正処理を実行する。また、出力画像は、三台のカメラ２（左側方カメラ２Ｌ、右側方カメラ２Ｒ、及び後方カメラ２Ｂ）のそれぞれの入力画像に基づいて生成される路面画像を含む視点変換画像である。以下では、後方カメラ２Ｂの撮像範囲と右側方カメラ２Ｒの撮像範囲との重複領域に対応する出力画像部分に対する修正について説明する。また、後方カメラ２Ｂの撮像範囲と左側方カメラ２Ｌの撮像範囲との重複領域に対応する出力画像部分に対する修正については、重複を避けるためにその説明を省略するが、同様の説明が適用される。

最初に、画像生成装置１００の制御部１は、後方カメラ２Ｂの撮像範囲と右側方カメラ２Ｒの撮像範囲との重複領域に対応する出力画像部分に対しエッジ検出処理を施す（ステップＳ１１）。その結果、制御部１は、図１４（Ａ）に示すようなエッジ画像を取得する。

その後、制御部１は、取得したエッジ画像に基づいて、エッジ線の端点の座標を検出する（ステップＳ１２）。この際、制御部１は、所定長さに満たないエッジ線を除去する処理を実行してもよい。不要な端点が検出されるのを防止するためである。

その後、制御部１は、検出した端点の座標に基づいて、他のエッジ線に連結可能なエッジ線を検出する（ステップＳ１３）。具体的には、制御部１は、一つのエッジ線の一つの端点の位置から、後方カメラ２Ｂ又は右側方カメラ２Ｒの位置とその端点とを結ぶ直線の方向に、縞模様の幅に相当する所定の距離だけ離れた位置に別のエッジ線の端点が存在する場合、それらの二つのエッジ線が連結可能であると判定する。

その後、制御部１は、連結可能であると判定したエッジ線同士を連結することによって閉領域を作成し、その閉領域を立体物画像領域として検出する（ステップＳ１４）。

その後、制御部１は、検出した立体物画像領域に対応する、出力画像上の画像領域の表示態様を変化させることによって出力画像を修正する（ステップＳ１５）。

以上の構成により、画像生成装置１００は、後方カメラ２Ｂの撮像範囲と右側方カメラ２Ｒの撮像範囲との重複領域に対応する出力画像部分から立体物が消失してしまうのを防止しながら、その出力画像部分における立体物の視認性を向上させることができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述の実施例において、画像生成装置１００は、空間モデルとして円筒状の空間モデルＭＤを採用するが、多角柱等の他の柱状の形状を有する空間モデルを採用してもよく、底面及び側面の二面から構成される空間モデルを採用してもよく、或いは、側面のみを有する空間モデルを採用してもよい。

また、画像生成装置１００は、バケット、アーム、ブーム、旋回機構等の可動部材を備えながら自走する建設機械にカメラと共に搭載され、周囲画像をその運転者に提示しながらその建設機械の移動及びそれら可動部材の操作を支援する操作支援システムに組み込まれているが、産業用機械若しくは固定式クレーン等のように可動部材を有するが自走はしない他の被操作体にカメラと共に搭載され、それら他の被操作体の操作を支援する操作支援システムに組み入れられてもよい。

１・・・制御部 ２・・・カメラ ２Ｌ・・・左側方カメラ ２Ｒ・・右側方カメラ ２Ｂ・・後方カメラ ３・・・入力部 ４・・・記憶部 ５・・・表示部 １０・・・座標対応付け手段 １１・・・出力画像生成手段 ４０・・・入力画像・空間モデル対応マップ ４１・・・空間モデル・処理対象画像対応マップ ４２・・・処理対象画像・出力画像対応マップ ６０・・・ショベル ６１・・・下部走行体 ６２・・・旋回機構 ６３・・・上部旋回体 ６４・・・キャブ

Claims (7)

1. 被操作体に取り付けられた複数のカメラが撮像した複数の入力画像に基づいて出力画像を生成する画像生成方法であって、
   前記複数のカメラのうちの二つのカメラのそれぞれの撮像範囲が重複する重複領域に対応する前記二つのカメラのそれぞれの入力画像部分が前記出力画像において縞模様を形成するように前記入力画像部分のそれぞれを配置し、
   前記出力画像における前記重複領域に対応する画像部分でエッジを検出し、前記エッジの配置に基づいて前記エッジが立体物の画像に属するか否かを判定し、
   立体物の画像に属すると判定されたエッジの配置に基づいて立体物画像領域を検出し、前記立体物画像領域の表示態様を制御する、
   ことを特徴とする画像生成方法。
2. 前記出力画像における前記重複領域に対応する画像部分でエッジを検出する処理は、前記縞模様の方向に沿って行われる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像生成方法。
3. 前記縞模様は、同心円によって描かれる、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像生成方法。
4. 前記立体物画像領域には、二つのカメラのうちの一方の入力画像平面上の座標が対応付けられる、
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の画像生成方法。
5. 前記立体物画像領域のうち、立体物の画像が表示されていない部分の画素の値を、立体物の画像が表示されている部分の画素の値に基づいて修正する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の画像生成方法。
6. 被操作体に取り付けられた複数のカメラが撮像した複数の入力画像に基づいて出力画像を生成する制御部を備える画像生成装置であって、
   前記制御部は、
   前記複数のカメラのうちの二つのカメラのそれぞれの撮像範囲が重複する重複領域に対応する前記二つのカメラのそれぞれの入力画像部分が前記出力画像において縞模様を形成するように前記入力画像部分のそれぞれを配置し、
   前記出力画像における前記重複領域に対応する画像部分でエッジを検出し、前記エッジの配置に基づいて前記エッジが立体物の画像に属するか否かを判定し、
   立体物の画像に属すると判定されたエッジの配置に基づいて立体物画像領域を検出し、前記立体物画像領域の表示態様を制御する、
   ことを特徴とする画像生成装置。
7. 被操作体の移動又は操作を支援する操作支援システムであって、
   請求項６に記載の画像生成装置と、
   前記被操作体を移動させ或いは操作するための操作室に設置され、該画像生成装置が生成する出力画像を表示する表示部と、
   を備えることを特徴とする操作支援システム。