JP2018014583A - 画像処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】画像処理装置は、入力された撮影画像を所定の座標変換情報を用いて座標変換した視点変換画像を生成する視点変換画像生成部と、座標変換情報を補正する補正部と、を備え、補正部は、座標変換情報のうち、撮影画像において立体物が存在する領域に対応する情報を補正し、視点変換画像生成部は、補正部により補正された座標変換情報を用いて撮影画像の座標変換を行う。
【選択図】図9
Description
以下、図1〜図12を参照して、画像処理装置の第1の実施の形態を説明する。
図2〜図3は、画像処理装置100が動作する状況を説明する図である。図2は画像処理装置100を搭載する車両20を上部から見下ろした図、図3は車両20を側面から見た図である。車両20の前方正面の地面にはマーカー22が設置され、車両20の前方左には樹木、すなわち立体物21がある。図2〜図3に破線で示すカメラは、仮想的に設置されるカメラ、すなわち仮想視点を表している。
(座標変換)
図4は、カメラ座標系、仮想視点座標系、およびワールド座標系の定義を示す図である。カメラ座標系とは、画像を撮影するカメラを基準とする座標系である。図4には前カメラ10Aを基準とするカメラ座標系Rの3軸、すなわちXr、Yr、Zrが図示される。仮想視点座標系とは、モード切替部112への入力によって決定される仮想視点を基準とする座標系である。図4には仮想視点25を基準とする仮想視点座標系Vの3軸、すなわちXv、Yv、Zvが図示される。ワールド座標系は、車両20が走行する路面を基準に設定された座標系である。図4にはワールド座標系Wの3軸、すなわちXw、Yw、Zwが図示される。XwおよびYwは路面に平行であり、Zw=0の平面に路面が含まれる。
記憶部12に格納されるそれぞれのテーブルデータ121は、あらかじめ計算された撮影画像上の点Prと視点変換画像上の点Pvとの対応関係を複数組について記述したものである。すなわち、カメラ座標系Rの所定の点Pr1の座標(xr1,yr1)、Pr2の座標(xr2,yr2)、・・・をそれぞれ上述の式(5)で仮想視点座標系Vの対応点への座標に変換して得られたものである。ここで、2つの座標系で対応する点同士、すなわち画素同士の対応関係を座標対応情報と呼び、この座標対応情報がテーブルデータ121として作成されている。なお、テーブルデータ121においては、カメラ10Aの焦点距離等が固定されているものとしてZr座標の情報は省略されている。
図6(A)は、図2〜3に示す状況における前カメラ10Aの撮影画像301を示す図である。図6(A)において格子状に規則的に配置される「×」印は、上述した座標対応画素を表している。図6(A)の下部には前カメラ10A付近の路面23やマーカー22が撮影され、図6(A)の上部ほど前カメラ10Aから遠い路面23が撮影されている。図6(A)の左上部には車両20の左前方に存在する立体物21が撮影されている。
図7は、距離取得部114Aにより取得される被写体の奥行き情報、すなわち距離画像60の一例を示す図である。距離検出部114は、一般的なカメラと同様に水平方向・垂直方向に分解能を持ち、この分解能に応じた撮像面上の各位置における被写体の奥行き情報を取得して距離取得部114Aに出力する。距離取得部114Aは、距離検出部114からの奥行き情報を取得することで、図7のような距離画像60を取得することができる。距離画像60では、たとえば各画素の白から黒の輝度の濃淡により、距離検出部114の撮像面上の各位置における被写体の奥行き情報を表している。なお図7では図面の表現の制約により4種類のハッチングを用いて奥行きを表現しているが、距離検出部114の奥行きの分解能はより高いものとする。また図7では説明の簡易化のために、距離検出部114とカメラ10Aとが同一の設置位置、光軸方向および画角を持つものとして距離画像60を例示している。
図9は、テーブルデータ121から補正対象座標対応点を抽出し、補正前後の座標を示した図である。本実施の形態では、テーブルデータ121の各座標対応点に関する座標対応情報のうち、上記の補正対象座標対応点に関する座標対応情報を補正することで、テーブルデータ121を補正する。具体的には、補正対象座標対応点o1、o2、o3、・・・、oiについて、これらの視点変換画像上の座標、すなわち仮想視点座標系Vにおける座標である、(xv_o1,yv_o1)、(xv_o2,yv_o2)、(xv_o3,yv_o3)、・・・、(xv_oi,yv_oi)を、(xv_o1’,yv_o1’)、(xv_o2’,yv_o2’)、(xv_o3’,yv_o3’)、・・・、(xv_oi’,yv_oi’)にそれぞれ補正する。こうして補正された補正後のテーブルデータ121を用いて変形合成部115が視点変換画像を生成することにより、図6(B)に例示した立体物21の像歪みを低減する。
補正対象座標対応点の座標を補正する一例として、式(6)を示す。
仮想視点26から得られる画像の作成方法を、仮想視点25の場合との差異点を中心に説明する。仮想視点26から得られる画像の作成方法と、仮想視点25から得られる画像の作成方法との違いは、テーブルデータ121の補正方法である。すなわち、補正対象座標対応点の決定方法は同じであるが、補正後の座標の算出方法が異なる。
テーブル補正部113は、まずテーブルデータ121を用いて、視点変換画像1001における立体物21の接地点61に対応する点P0v(xo,yo)の座標を算出する。次に、既知である仮想視点26と前カメラ10Aとの位置関係および姿勢関係、ならびに仮想視点26に置かれる仮想的なカメラの焦点距離zvに基づき、図11に示した点Pc(xc,yc)の座標を算出する。すなわち、ワールド座標系Wにおける前カメラ10Aの座標を、Zv=zvに位置するXvYv平面上に平行投影した座標、すなわち視点変換画像1001における前カメラ10Aの位置に対応する点Pc(xc,yc)の座標を算出する。そして、点P0vと点Pcを結ぶ直線L1と図示水平方向の直線L2とのなす角度θを得る。路面に対して直立する立体物21は、視点変換画像1001において、カメラ10Aから見て接地面61を起点に放射状に歪んで変換される点に注目しているため、このように角度θを求めた。テーブルデータ121を補正する一例として、θの回転行列を用いた式(7)を示す。
以上説明した視点変換画像の作成処理を図13のフローチャートを用いて説明する。
(1)画像処理装置100は、入力された撮影画像301を所定の座標変換情報、すなわちテーブルデータ121を用いて座標変換した視点変換画像を生成する視点変換画像生成部、すなわち変形合成部115と、テーブルデータ121を補正するテーブル補正部113と、を備える。テーブル補正部113は、テーブルデータ121のうち、撮影画像301において立体物が存在する領域に対応する座標対応情報を補正する。視点変換画像生成部、すなわち変形合成部115は、テーブル補正部113により補正されたテーブルデータ121を用いて撮影画像301の座標変換を行う。
テーブル補正部113が距離画像から立体物を検出すると、撮影画像301において当該立体物が撮像されている位置に応じて、仮想視点の位置をカメラ10の近くに変更してもよい。さらに、仮想視点に設置される仮想的なカメラの光軸の向きをカメラ10の光軸の向きに近づけてもよい。
テーブル補正部113が距離画像から検出した立体物が、複数のカメラにより撮影される領域に存在する場合は、各々の撮影画像301から生成される視点変換画像のうち、像歪みのより少ない視点変換画像を選択して本発明の補正処理を適用してもよい。
画像処理装置100は、第1〜第4の画像取得部を備えたが、画像取得部を1つのみ備え、複数のカメラから順次画像が入力されてもよい。また、画像処理装置100に接続されるカメラの数は少なくとも1つあればよく、5以上であってもよい。
上述した第1の実施の形態は、各カメラ10A〜10D及び距離検出部114が毎時刻動作しており、視点変換画像を動画像として表示する場合にも適用することができる。また、車両20もしくは立体物21が動くことにより、点P0v及び点P0vが変化している状況でも、適用することができる。その場合は、例えば変換画像において動く立体物の像のブレを防止することを目的として、以下のように演算を行ってもよい。すなわち、テーブル補正部113は補正するテーブルデータ121の履歴を保存し、次のテーブルデータ121の補正時にテーブルデータ121の履歴を用いた加重平均などにより、各補正対象座標対応点の補正後の座標(xv’,yv’)を算出してもよい。
図14〜図16を参照して、画像処理装置100の第2の実施の形態を説明する。以下の説明では、第1の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第1の実施の形態と同じである。本実施の形態では、主に、ユーザが仮想視点を自由に設定可能な点で、第1の実施の形態と異なる。
第1の実施の形態におけるテーブルデータ121は、式(5)により表される撮影画像上の点Prと視点変換画像上の点Pvとの対応関係を示すものであったが、後述する第2の実施の形態におけるテーブルデータ121Aは、式(1)により表される撮影画像上の点Prと三次元空間上の点Pwとの対応関係を示すものである。本実施の形態では、テーブルデータ121Aを補正することにより3次元区間上に投影される撮影画像が変形される。変形合成部115Aは、3次元区間上に投影された撮影画像を仮想視点から撮影した画像、すなわち視点変換画像を作成する。
図14は、第2の実施の形態における画像処理装置100のブロック図である。各ブロックの動作および機能のうち、第1の実施の形態との差異点を説明する。第2の実施の形態における画像処理装置100は、制御部11Aと、記憶部12Aとを備える。
図15は、テーブルデータ121Aの一例を示す図である。テーブルデータ121Aは、式(1)により表される撮影画像301上の点Prと三次元空間上の点Pwとの対応関係を示すものである。ただし本実施の形態では、3次元空間上の点PwのZw座標の値は全てゼロである。すなわちテーブルデータ121Aは、撮影画像301上の点Prと三次元空間上のZw=0の平面上の点Pwとの対応関係を示す。
図16は、テーブルデータ121Aから補正対象座標対応点を抽出し、補正前後の座標を示した図である。本実施の形態では、立体物21の補正対象座標対応点の3次元空間上の座標である、(xw_o1,yw_o1,zw_o1)、(xw_o2,yw_o2,zw_o2)、(xw_o3,yw_o3,zw_o3)、・・・を、(xw_o1’,yw_o1’,zw_o1’)、(xw_o2’,yw_o2’,zw_o2’)、(xw_o3’,yw_o3’,zw_o3’)、・・・に補正する。ただし補正前後のいずれもZw座標はゼロとする。すなわち当該補正は三次元空間上のZw=0の平面上に限られるものであり、補正に用いる計算式は第1の実施の形態と同様である。
(1)座標変換テーブル121は、撮影画像301の座標と三次元空間上の座標との変換テーブルである。視点変換画像生成部、すなわち変形合成部115は、座標変換テーブル121を用いて座標変換した三次元空間上の撮影画像を、さらに座標変換することにより視点変換画像を得る。そのため、事前に想定していない仮想視点がユーザにより設定された場合にも座標変換テーブル121を用いて視点変換画像を作成することができる。
V … 仮想視点座標系
W … ワールド座標系
w … 重み係数
12、12A … 記憶部
20 … 車両
21 … 立体物
25、26 … 仮想視点
100 … 画像処理装置
111A〜111D … 画像取得部
114 … 距離検出部
114A … 距離取得部
115 … 変形合成部
115A … 変形合成部
121、121A … テーブルデータ
301 … 撮影画像
311 … 視点変換画像
Claims (7)
- 入力された撮影画像を所定の座標変換情報を用いて座標変換した視点変換画像を生成する視点変換画像生成部と、
前記座標変換情報を補正する補正部と、を備え、
前記補正部は、前記座標変換情報のうち、前記撮影画像において立体物が存在する領域に対応する情報を補正し、
前記視点変換画像生成部は、前記補正部により補正された前記座標変換情報を用いて前記撮影画像の座標変換を行う、画像処理装置。 - 請求項1に記載の画像処理装置において、
前記座標変換情報は、前記撮影画像の座標と前記視点変換画像の座標との変換テーブルである画像処理装置。 - 請求項1に記載の画像処理装置において、
前記座標変換情報は、前記撮影画像の座標と三次元空間上の座標との変換テーブルであり、
前記視点変換画像生成部は、前記座標変換情報を用いて座標変換した前記三次元空間上の前記撮影画像を、さらに座標変換することにより前記視点変換画像を得る、画像処理装置。 - 請求項1に記載の画像処理装置において、
前記座標変換情報は、予め設定された複数の座標対応点の前記撮影画像の座標系における座標と他の座標系における座標との対応関係を表す座標変換テーブルであり、
前記補正部は、
前記撮影画像において前記立体物が存在する領域、および前記立体物の接地点を特定し、
前記座標変換テーブルにおいて、前記複数の座標対応点のうち前記撮影画像において前記立体物が存在する領域内の座標対応点を補正対象座標対応点として、前記補正対象座標対応点の前記他の座標系における座標を、前記立体物の接地点に対応する座標対応点の前記他の座標系における座標に基づき補正する、画像処理装置。 - 請求項4に記載の画像処理装置において、
前記補正部は、前記立体物の接地点に対応する座標対応点の前記他の座標系における座標と、前記補正対象座標対応点の前記他の座標系における座標とを、0以上1以下の実数である重み係数を用いて加重平均することにより、前記補正対象座標対応点の前記他の座標系における座標を補正する、画像処理装置。 - 請求項5に記載の画像処理装置において、
前記補正部は、前記重み係数を、補正前の前記他の座標系における前記立体物の面積と補正後の前記他の座標系における前記立体物の面積との差分が、前記視点変換画像における予め定めた割合に相当する面積に達しない最大の値となるように設定する、画像処理装置。 - 請求項5に記載の画像処理装置において、
前記補正部はさらに、前記補正対象座標対応点の前記他の座標系における座標を、前記立体物の接地点に対応する座標対応点の前記他の座標系における座標を回転中心として回転させた座標に補正する、画像処理装置。
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