JP4613465B2 - Image conversion device and imaging and / or display device incorporating the same - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は広角レンズを用いた撮像装置により得られた画像のような、いわゆる樽歪みを有する画像を、視認しやすい画像に変換する画像変換装置並びに、それを組み込んだ撮像及び/又は表示装置に関する。本発明は自動車、船舶、航空機等の移動体における画像処理及び状況把握、施設における広範囲の監視等に有用である。
【0002】
【従来の技術】
撮像装置による歪みを解析する為、例えば図11に示すようなキャリブレーションパターンを撮像し、各格子点が画像上のどの座標に変換されたかを基に歪みを解析する方法が知られている。この方法としては、例えば特開2000−350239記載の方法が知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
さて、「ほとんど完全に」歪みを無くした変換画像は、実は視認者には必ずしも認識しやすい画像ではない。実際、広角レンズを用いた撮像装置による入力画像として例えば640×480画素の矩形画像として図12の(a)、(b)のような画像が得られたとする。ここで図12の(a)は駐車スペースに駐車された3台の車両の右側面、正面、左側面を示している。図12の(b)は同じ撮像装置による図11に示したキャリブレーションパターンである。上記技術により、「ほとんど完全に」歪みを無くした画像に変換すると、それぞれ図13の(a)、(b)のようになる。外枠である4辺が湾曲するのは図12の(a)、(b)の情報を極力使用することによる。また、図13の(a)、(b)では画素は1280×960である。図13の(b)を見れは、確かに「ほとんど完全に」歪み自体はなくなっているが、図13の(a)を見ると、周辺部に見える車両が異様に視認されることがわかる。これは特に距離感がずれて視認される為であり、このような距離感のずれは移動体の運転又は操縦においては問題となる。
【0004】
そこで図13(a)、(b)の中央部付近の画像のみ取り出すことも考えられるが、640×480画素取り出した図14(a)、(b)を見ると、「ほとんど完全に」歪みは無いものの、情報量が大幅に減ってしまうことが明らかである。
【0005】
本発明はこのような問題点を解決する為に成されたものである。即ち、本発明の目的は、視認者に認識しやすい画像を出力する画像変換装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決する為、請求項1に記載の手段によれば、広角レンズを用いた撮像装置による入力画像を、1画面毎に座標変換して出力する画像変換装置において、1画面の入力画像を記憶する入力画像保持手段と、1画面の出力画像を記憶する出力画像保持手段と、出力画像の座標と入力画像の座標とを対応付けることにより、入力画像保持手段の1画面の入力画像のデータから1画面の出力画像のデータを形成する座標変換手段とから成り、座標変換手段における出力画像の座標と入力画像の座標との対応付けが、出力画像の座標を極座標で距離R'、角度θ'としたとき、対応する入力画像の座標を極座標で距離R、角度θとして、広角レンズの光軸に垂直な平面に設けられた歪み補正の為のキャリブレーションパターンを撮像装置により撮像して解析することにより、入力画像の歪みを完全に無くす変換が、
R=R'+k1R'3+k2R'5+…+knR'2n+1
及びθ=θ'
により決定されるとき、歪みを完全には無くさないような変換式
R=p(R'+k'1R'3+k'2R'5+…+k'nR'2n+1)
及びθ=θ'
ただし、pは0でない定数、ki=0となるi(1≦i≦n)について、k'i=0、
その他のi(1≦i≦n)について、1>k'1/k1>k'2/k2>…>k'n/kn>0
により構成されることを特徴とする。
【0007】
また、請求項2に記載の手段によれば、請求項1において、ki≠0である全てのi(1≦i≦n)について、k'i/ki=ai、0<a<1とすることである。
【0008】
請求項3乃至5は、いずれも共通する部分を有する。即ち、いずれも広角レンズを用いた撮像装置による入力画像を変換する画像変換装置において、1画面の入力画像を記憶する入力画像保持手段と、1画面の中間画像を記憶する中間画像保持手段と、1画面の出力画像を記憶する出力画像保持手段と、中間画像の座標と入力画像の座標とを対応付けることにより、入力画像保持手段の1画面の入力画像のデータから1画面の中間画像のデータを形成する第1の座標変換手段と、出力画像の座標と中間画像の座標とを対応付けることにより、中間画像保持手段の1画面の中間画像のデータから1画面の出力画像のデータを形成する第2の座標変換手段とから成り、第1の座標変換手段における中間画像の座標と入力画像の座標との対応付けが、広角レンズの光軸に垂直な平面に設けられた歪み補正の為のキャリブレーションパターンを撮像装置により撮像して解析することにより、得られる中間画像の歪みを完全に無くす第1の変換であって、中間画像の座標を極座標で距離R'、角度θ'としたとき、対応する入力画像の座標を極座標で距離R、角度θとして、
R=p(R'+k1R'3+k2R'5+…+knR'2n+1)
及びθ=θ'
により決定され、第2の座標変換手段における出力画像の座標と中間画像の座標との対応付けが、レンズ中心点に対応するディジタル座標を(0,0)とした座標系における出力画像の座標を(x'',y'')とし、対応する中間画像の座標を(x',y')としたとき、各々次の変換とするものである。
【0009】
請求項3においては、
x'=px''(1+k1''x''2+k2''x''4+…+km''x''2m)
及びy'=qy''
請求項4においては、
x'=px''及び
y'=qy''(1+k1''y''2+k2''y''4+…+km''y''2m)
請求項5においては、
x'=px''(1+k1''x''2+k2''x''4+…+km''x''2m)
及び
y'=qy''(1+k1''y''2+k2''y''4+…+km''y''2m)
ここでいずれの請求項においてもpq≠0であることは言うまでもない。
【0010】
請求項6に記載の発明は、請求項1乃至請求項5に記載の画像変換装置を組み込んだ、撮像装置、表示装置又は撮像及び表示装置である。
【0011】
【作用及び発明の効果】
広角レンズを有する撮像装置のキャリブレーションパターンからの解析においては、画像変換の入出力画像において、光軸(画像上で点)に原点があるものとするとその原理が容易に理解できる。光軸を原点としてxy座標、極座標のどちらを用いても結論は同等である。広角レンズを有する撮像装置が光軸を軸としてC∞の点対称を有していれば、光軸に垂直な直線は、撮像装置により、入力画像上の原点を通る直線となる。また、入力画像上の位置は、当該光軸からの半画角のみにより決定される。即ち、図1のように、レンズからの距離Zの位置に光軸からL離れた点の入力画像上の位置は、半画角φ=Arctan(L/Z)に依存する。
【0012】
すると、焦点距離f上の歪みを有する入力画像上の座標(x,y)、極座標(R,θ)(ただしx=Rcosθ,y=Rsinθ)を、歪みの無い出力画像の座標(x',y')、極座標(R',θ')(ただしx'=R'cosθ',y'=R'sinθ')に変換する変換は、極座標表示においては原点からの距離Rにのみ依存する。良く知られた簡単な考察から、そのような変換はRの奇関数で示すことができる。逆に、出力画像の座標からの変換を考えても、R'の奇関数で置くことができる。
【0013】
これを
R=R'+k1R'3+k2R'5+…+knR'2n+1
及びθ=θ'
と求めたのち、各項の係数k1、k2、…、knのうち0でないものを、いずれも符号が同一で小さい絶対値を有し、且つR'の高次項の係数ほど絶対値をより小さくした変換を考える。当該変換は、「ほとんど」歪みのない変換と比較して、周辺部の歪みを残す形の変換であることは容易に理解できる。即ち、出力画像の原点からの距離R'が大きいところで、より大きく影響すべきR'の高次項の係数が、絶対値のより小さなものであるので、補正すべき歪みが、完全には補正されず、緩和された歪みのまま残ることとなる。この新しい変換の係数を適当に選択することにより、歪みを完全に無くしてしまうことによる距離感の喪失を、歪みと距離感のバランスの取れたものとすることができる(請求項1)。
【0014】
請求項1において、ki≠0である全てのi(1≦i≦n)について、k'i/ki=ai、0<a<1とすれば、容易に係数を設定することができる。この場合、1個の変数aのみで全係数kiを操作できるので、画像変換装置の設計が容易となる(請求項2)。
【0015】
請求項3乃至5は、歪みを有する入力画像を一旦歪みをほとんど無くした中間画像に変換したのち、x軸方向及び/又はy軸方向にゆるやかな歪みを持たせた出力画像に変換するものである。入力画像が点対称の歪みであるのに対し、これらの出力画像は点対称でないゆるやかな歪みを有することとなる。この歪みは任意に設定できるので、撮像装置が撮像する対象により、種々の歪みを持たせることができる。一旦ほとんど歪みを無くした中間画像に対して、x軸、y軸に平行な直線は保存される(請求項3乃至請求項5)。
【0016】
このように、完全に歪みを無くした画像に比較しゆるやかな歪みを持たせる画像変換装置は、係数の設定により距離感を喪失することを無くすことができ、視認性の良い出力画像を提供できる。このような画像変換装置は、撮像装置に組み込んでも、表示装置に組み込んでも、又は撮像装置と表示装置とが一体となった撮像及び表示装置に組み込んでも良い(請求項6)。
【0017】
【発明の実施の形態】
〔第1実施例〕
図2は、本願の第1の実施例に係る画像変換装置100と、広角レンズを有する撮像装置2及び表示装置3と共に示した構成図である。画像変換装置100は、広角レンズを有する撮像装置2から入力された1画面の画像データを保持する入力メモリ10、座標変換器11、座標変換テーブル12及び表示装置3へ出力する1画面の画像データを保持する出力メモリ13とから成る。座標変換器11は、図3に示すフローチャートに従うCPUから成る。尚、本実施例はモノクロ画像についてのものである。
【0018】
画像変換装置100の座標変換器11の作用を図3のフローチャートに示す。以下、S11等はステップ11を示すものである。図3のフローチャートは、入力メモリ10に1画面のモノクロ画像データが読み込まれたのち、始動する。まず、S11において、出力画素の初期座標(x',y')が読み込まれる。この初期座標は任意であるが、例えば1画面の最も小さい座標の(x',y')である。次にS12で、出力画素(座標(x',y'))に対応する入力座標(x,y)(必ずしも各画素に一致しない)が、座標変換テーブル12から読み込まれる。
【0019】
次にS13で、出力座標(x',y')に対応する入力座標(x,y)が存在するか否かが判定される。存在しない場合(入力画像の外に対応点が有る場合)はS14に進み、入力座標(x,y)の輝度Iを予め設定されたI0に等しく置かれ、S16に進む。出力座標(x',y')に対応する入力座標(x,y)が存在する場合は、当該入力座標(x,y)の輝度Iを直近画素から演算する。例えば当該入力座標(x,y)を囲む4格子点の4つの輝度を入力メモリ10から読み込み、加重平均により入力座標(x,y)の輝度Iを求め、S16に進む。
【0020】
こうして、出力座標(x',y')に対応する入力座標(x,y)の輝度Iが求められると、S16で、輝度Iが出力座標(x',y')の輝度として出力メモリ13に出力され、S17に進む。S17では出力画素(座標(x',y'))の次画素の座標の存在を判定し、存在すればS18に進む。S18では、次画素の座標に出力画素の座標(x',y')を更新してS12に戻る。出力画素(座標(x',y'))の次画素が存在しない、即ち出力画像の1画面が完成すれば、終了する。こののち、出力メモリ13から、表示装置3へ画像データが出力される。
【0021】
実際の画像データを用いた変換と、キャリブレーションパターンを用いた変換を図4の(a)、(b)に示す。まず、図12(b)の640×480画素の入力画像(極座標(R,θ))から、図13(b)の完全に歪みを取った1280×960画素の画像(極座標(R',θ'))への変換が、次のように確定された。
【数1】
R=R'+k1R'3+k2R'5+k3R'7+k4R'9+k5R'11
θ=θ'
k1=-1.125×10-1
k2= 1.436×10-2
k3=-1.224×10-3
k4= 5.729×10-5
k5=-1.106×10-6
R、R'の単位はmmであり、R2=x2+y2、R'2=x'2+y'2
【0022】
そこで、a=2/3、k'i/ki=aiとして入力画像(極座標(R,θ))から、画像(極座標(R',θ'))への変換を、
【数2】
R=R'+k'1R'3+k'2R'5+k'3R'7+k'4R'9+k'5R'11
θ=θ'
R2=x2+y2、R'2=x'2+y'2
とした。この関係が、全出力画素について変換テーブル12に用意されている。図12の(a)、(b)の入力画像からこの変換を施した画像を図4の(a)、(b)に示す。図4の(b)のように、この変換はゆるやかな歪みを残した変換であるが、従来の図13の(a)のような距離感を喪失したものでなく、図4の(a)のように距離感と歪みのバランスの取れた、視認性の良い画像を出力する変換となる。
【0023】
〔第2実施例〕
図5は、本願の第2の実施例に係る画像変換装置200と、広角レンズを有する撮像装置2及び表示装置3と共に示した構成図である。画像変換装置200は、広角レンズを有する撮像装置2から入力された1画面の画像データを保持する入力メモリ20、第1座標変換器21、第1座標変換テーブル22、中間メモリ23、第2座標変換器24、第2座標変換テーブル25及び表示装置3へ出力する1画面の画像データを保持する出力メモリ26とから成る。第1座標変換器21は、図6に示すフローチャートに従うCPUから成り、第2座標変換器24は、図7に示すフローチャートに従うCPUから成る。尚、本実施例もモノクロ画像についてのものである。
【0024】
画像変換装置200の前半の作用である第1座標変換器21を図6のフローチャートに示す。S21等はステップ21を示すものである。図6のフローチャートは、入力メモリ20に1画面のモノクロ画像データが読み込まれたのち、始動する。まず、S21において、中間画素の初期座標(x',y')が読み込まれる。この初期座標は任意であるが、例えば1画面の最も小さい座標の(x',y')である。次にS22で、中間画素(座標(x',y'))に対応する入力座標(x,y)(必ずしも各画素に一致しない)が、第1座標変換テーブル22から読み込まれる。
【0025】
次にS23で、中間座標(x',y')に対応する入力座標(x,y)が存在するか否かが判定される。存在しない場合(入力画像の外に対応点が有る場合)はS24に進み、入力座標(x,y)の輝度Iが予め設定されたI0に等しく置かれ、S26に進む。中間座標(x',y')に対応する入力座標(x,y)が存在する場合は、当該入力座標(x,y)の輝度Iを直近画素から演算する。例えば当該入力座標(x,y)を囲む4格子点の4つの輝度を入力メモリ20から読み込み、加重平均により入力座標(x,y)の輝度Iを求め、S26に進む。
【0026】
こうして、中間座標(x',y')に対応する入力座標(x,y)の輝度Iが求められると、S26で、輝度Iが中間座標(x',y')の輝度として中間メモリ23に出力され、S27に進む。S27では中間画素(座標(x',y'))の次画素の座標の存在を判定し、存在すればS28に進む。S28では、次画素の座標に中間画素の座標(x',y')を更新してS22に戻る。中間画素(座標(x',y'))の次画素が存在しない、即ち中間画像の1画面が完成すれば、終了する。
【0027】
図7のフローチャートは、中間メモリ23に1画面のモノクロ画像データが書き込まれたのち、始動する。まず、S31において、出力画素の初期座標(x'',y'')が読み込まれる。この初期座標は任意であるが、例えば1画面の最も小さい座標の(x'',y'')である。次にS32で、出力画素(座標(x'',y''))に対応する中間座標(x',y')(必ずしも各画素に一致しない)が、第2座標変換テーブル25から読み込まれる。
【0028】
次にS33で、出力座標(x'',y'')に対応する中間座標(x',y')が存在するか否かが判定される。存在しない場合(中間画像の外に対応点が有る場合)はS34に進み、中間座標(x',y')の輝度I'を予め設定されたI0に等しく置かれ、S36に進む。出力座標(x'',y'')に対応する中間座標(x',y')が存在する場合は、当該中間座標(x',y')の輝度I'を直近画素から演算する。例えば当該中間座標(x',y')を囲む4格子点の4つの輝度を中間メモリ23から読み込み、加重平均により中間座標(x',y')の輝度I'を求め、S36に進む。
【0029】
こうして、出力座標(x'',y'')に対応する中間座標(x',y')の輝度I'が求められると、S36で、輝度I'が出力座標(x'',y'')の輝度として出力メモリ26に出力され、S37に進む。S37では出力画素(座標(x'',y''))の次画素の座標の存在を判定し、存在すればS38に進む。S38では、次画素の座標に出力画素の座標(x'',y'')を更新してS32に戻る。出力画素(座標(x'',y''))の次画素が存在しない、即ち出力画像の1画面が完成すれば、終了する。こののち、出力メモリ26から、表示装置3へ画像データが出力される。
【0030】
実際の画像データを用いた変換と、キャリブレーションパターンを用いた変換を図8の(a)、(b)に示す。まず、図12(b)の640×480画素の入力画像(極座標(R,θ))から、図13(b)の完全に歪みを取った1280×960画素の中間画像(極座標(R',θ'))への変換が、第1実施例同様、次のように確定された。
【数3】
R=R'+k1R'3+k2R'5+k3R'7+k4R'9+k5R'11
θ=θ'
k1=-1.125×10-1
k2= 1.436×10-2
k3=-1.224×10-3
k4= 5.729×10-5
k5=-1.106×10-6
R、R'の単位はmmであり、R2=x2+y2、R'2=x'2+y'2。この関係が、全中間画素について第1座標変換テーブル22に用意されている。
【0031】
そこで、中間画像(座標(x',y')、x'=R'cosθ',y'=R'sinθ')から、出力画像(座標(x'',y''))への変換を、
【数4】
x'=x''(1+2.0×10-6x''2+2.0×10-11x''4+4.0×10-16x''6)
y'=1.5 y''
とした。この関係が、全出力画素について第2座標変換テーブル25に用意されている。図13の(a)、(b)の中間画像からこの変換を施した画像を図8の(a)、(b)に示す。図8の(b)のように、この変換は横方向にゆるやかな歪みを加えた変換であるが、従来の図13の(a)のような距離感を喪失したものでなく、図8の(a)のように距離感と歪みのバランスの取れた、視認性の良い画像を出力する変換となる。
【0032】
〔第3実施例〕
本実施例においては、図5に示す第2実施例の構成において、第2座標変換テーブル25の内容を下記の通りに変更したものである。即ち、中間画像(座標(x',y')、x'=R'cosθ',y'=R'sinθ')から、出力画像(座標(x'',y''))への変換を、
【数5】
x'=x''
y'=1.5 y''(1+2.0×10-6y''2+2.0×10-11y''4+4.0×10-16y''6)
とした。図13の(a)、(b)の中間画像からこの変換を施した画像を図9の(a)、(b)に示す。図9の(b)のように、この変換は縦方向にゆるやかな歪みを加えた変換であるが、従来の図13の(a)のような距離感を喪失したものでなく、図9の(a)のように距離感と歪みのバランスの取れた、視認性の良い画像を出力する変換となる。
【0033】
〔第4実施例〕
本実施例においては、図5に示す第2実施例の構成において、第2座標変換テーブル25の内容を下記の通りに変更したものである。即ち、中間画像(座標(x',y')、x'=R'cosθ',y'=R'sinθ')から、出力画像(座標(x'',y''))への変換を、
【数6】
x'=x''(1+2.0×10-6x''2+2.0×10-11x''4+4.0×10-16x''6)
y'=1.5 y''(1+2.0×10-6y''2+2.0×10-11y''4+4.0×10-16y''6)
とした。図13の(a)、(b)の中間画像からこの変換を施した画像を図10の(a)、(b)に示す。図10の(b)のように、この変換は縦及び横方向にゆるやかな歪みを加えた変換であるが、従来の図13の(a)のような距離感を喪失したものでなく、図10の(a)のように距離感と歪みのバランスの取れた、視認性の良い画像を出力する変換となる。
【0034】
上記の実施例では、メモリとCPUから成るコンピュータシステムで実現したが、ロジック回路で実現することも可能である。また、第2実施例乃至第4実施例においては、中間メモリを設け、2段階の座標変換としたが、1個のCPUで可能なことも、1段階の座標変換で当該変換が可能であることも明らかである。
【0035】
特許請求の範囲に記載した発明、発明の実施の形態の欄に説明した発明は、画像変換装置についてのものであるが、当然ながら方法発明として、即ち画像変換方法としても認識される。即ち、出力画像の座標を極座標で距離R'、角度θ'としたとき、対応する入力画像の座標を極座標で距離R、角度θとして、広角レンズの光軸に垂直な平面に設けられた歪み補正の為のキャリブレーションパターンを前記撮像装置により撮像して解析することにより、入力画像の歪みを完全に無くす変換が、
R=R'+k1R'3+k2R'5+…+knR'2n+1
及びθ=θ'
により決定されるとき、歪みを完全には無くさないような変換式
R=p(R'+k'1R'3+k'2R'5+…+k'nR'2n+1)
及びθ=θ'
ただし、pは0でない定数、ki=0となるi(1≦i≦n)について、k'i=0、
その他のi(1≦i≦n)について、1>k'1/k1>k'2/k2>…>k'n/kn>0
により構成されることを特徴とする画像変換方法、及び、ki≠0である全てのi(1≦i≦n)について、k'i/ki=ai、0<a<1である画像変換方法。
【0036】
同様に、広角レンズの光軸に垂直な平面に設けられた歪み補正の為のキャリブレーションパターンを前記撮像装置により撮像して解析することにより、得られる中間画像の歪みを完全に無くす第1の変換であって、
中間画像の座標を極座標で距離R'、角度θ'としたとき、対応する入力画像の座標を極座標で距離R、角度θとして、
R=p(R'+k1R'3+k2R'5+…+knR'2n+1)
及びθ=θ'
により決定され、歪みの無い中間画像から、周辺部において歪みを持たせる第2の変換であって、出力画像の座標を(x'',y'')とし、対応する中間画像の座標を(x',y')としたとき、下記(1)乃至(3)のいずれかである画像変換方法。
(1)
x'=px''(1+k1''x2+k2''x4+…+km''x''2m)
及びy'=qy''
(2)
x'=px''及び
y'=qy''(1+k1''y2+k2''y4+…+km''y''2m)
(3)
x'=px''(1+k1''x2+k2''x4+…+km''x''2m)
及び
y'=qy''(1+k1''y2+k2''y4+…+km''y''2m)
【図面の簡単な説明】
【図1】画像の歪みを示す概念図。
【図2】本発明の第1の実施例に係る画像変換装置と撮像装置及び表示装置の組合せを示す構成図。
【図3】第1の実施例に係る画像変換装置の作用を示すフローチャート。
【図4】第1の実施例に係る画像変換装置による出力画像。
【図5】本発明の第2の実施例に係る画像変換装置と撮像装置及び表示装置の組合せを示す構成図。
【図6】第2の実施例に係る画像変換装置の作用の前半を示すフローチャート。
【図7】第2の実施例に係る画像変換装置の作用の後半を示すフローチャート。
【図8】本発明の第2の実施例に係る画像変換装置による出力画像。
【図9】本発明の第3の実施例に係る画像変換装置による出力画像。
【図10】本発明の第4の実施例に係る画像変換装置による出力画像。
【図11】キャリブレーションパターンの1例を示す図。
【図12】広角レンズを有する撮像装置による入力画像。
【図13】図12の入力画像から生成した「ほとんど歪みの無い」出力画像。
【図14】図13の画像の中心部分を2倍に拡大した画像
【符号の説明】
100、200 画像変換装置
2 広角レンズを有する撮像装置
3 表示装置
10 入力メモリ
11 座標変換器
12 座標変換テーブル
13 出力メモリ
20 入力メモリ
21 第1座標変換器
22 第1座標変換テーブル
23 中間メモリ
24 第2座標変換器
25 第2座標変換テーブル
26 出力メモリ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image conversion apparatus that converts an image having a so-called barrel distortion, such as an image obtained by an imaging apparatus using a wide-angle lens, into an image that is easy to visually recognize, and an imaging and / or display apparatus incorporating the image conversion apparatus. . INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful for image processing and situation grasp in a moving body such as an automobile, a ship, and an aircraft, and a wide range monitoring in a facility.
[0002]
[Prior art]
In order to analyze the distortion caused by the imaging device, for example, a method is known in which a calibration pattern as shown in FIG. 11 is imaged and the distortion is analyzed based on which coordinate on each grid point has been converted. As this method, for example, a method described in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-350239 is known.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
A converted image that has been “almost completely” free of distortion is not necessarily an image that is easily recognized by a viewer. Actually, it is assumed that images such as (a) and (b) in FIG. 12 are obtained as a rectangular image of 640 × 480 pixels, for example, as an input image by an imaging device using a wide-angle lens. Here, FIG. 12A shows the right side, front, and left side of three vehicles parked in the parking space. FIG. 12B shows the calibration pattern shown in FIG. 11 by the same imaging apparatus. When the image is converted to an image with almost no distortion by the above technique, the images are as shown in FIGS. 13A and 13B, respectively. The reason why the four sides that are the outer frame are curved is that the information in FIGS. 12A and 12B is used as much as possible. Further, in FIGS. 13A and 13B, the pixel is 1280 × 960. As can be seen from FIG. 13 (b), the distortion itself is certainly “almost completely”. However, from FIG. 13 (a), it can be seen that the vehicle seen in the periphery can be visually recognized. This is particularly because the sense of distance is viewed with a shift, and such a shift in sense of distance causes a problem in driving or maneuvering the moving body.
[0004]
Therefore, it is conceivable to extract only the image near the center of FIGS. 13A and 13B. However, when FIGS. 14A and 14B, which are extracted from 640 × 480 pixels, are viewed, the distortion is “almost completely”. Although it is not, it is clear that the amount of information is greatly reduced.
[0005]
The present invention has been made to solve such problems. That is, an object of the present invention is to provide an image conversion apparatus that outputs an image that can be easily recognized by a viewer.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, according to the means of claim 1, in an image conversion apparatus that outputs an input image obtained by an imaging device using a wide-angle lens by performing coordinate conversion for each screen, the input of one screen is performed. The input image holding means for storing the image, the output image holding means for storing the output image of one screen, and the coordinates of the output image and the coordinates of the input image are associated with each other, thereby A coordinate conversion unit that forms data of an output image of one screen from the data, and the correspondence between the coordinates of the output image and the coordinates of the input image in the coordinate conversion unit is such that the coordinates of the output image are polar coordinates, the distance R ′, the angle When θ ′, the coordinates of the corresponding input image are polar coordinates with distance R and angle θ, and a calibration pattern for distortion correction provided on a plane perpendicular to the optical axis of the wide-angle lens is obtained by the imaging device. By analyzing in the image, it is completely eliminated converting the distortion of the input image,
R = R '+ k 1 R ' 3 + k 2 R '5 + ... + k n R' 2n + 1
And θ = θ ′
A transformation formula that does not completely eliminate distortion when determined by
R = p (R ′ + k ′ 1 R ′ 3 + k ′ 2 R ′ 5 +... + K ′ n R ′ 2n + 1 )
And θ = θ ′
However, p is a non-zero constant, and k ′ i = 0 for i (1 ≦ i ≦ n) where k i = 0.
For other i (1 ≦ i ≦ n), 1> k ′ 1 / k 1 > k ′ 2 / k 2 >…> k ′ n / k n > 0
It is characterized by comprising.
[0007]
Further, according to the means of claim 2, in claim 1, k ′ i / k i = a i , 0 <a <for all i (1 ≦ i ≦ n) where k i ≠ 0. 1 is set.
[0008]
Claims 3 to 5 all have a common part. That is, in any image conversion apparatus that converts an input image by an imaging device using a wide-angle lens, an input image holding unit that stores an input image of one screen, an intermediate image holding unit that stores an intermediate image of one screen, By associating the output image holding means for storing the output image of one screen with the coordinates of the intermediate image and the coordinates of the input image, the intermediate image data of one screen is converted from the input image data of one screen of the input image holding means. The first coordinate conversion unit to be formed is associated with the coordinates of the output image and the coordinates of the intermediate image, thereby forming the data of the output image of one screen from the data of the intermediate image of one screen of the intermediate image holding unit. The coordinate conversion unit provided in the plane perpendicular to the optical axis of the wide-angle lens, in which the coordinates of the intermediate image and the input image in the first coordinate conversion unit are associated with each other. Is a first transformation that completely eliminates the distortion of the obtained intermediate image by imaging and analyzing the calibration pattern for the imaging device, and the coordinates of the intermediate image are expressed as distance R ′ and angle θ ′ in polar coordinates. When the coordinates of the corresponding input image are polar coordinates with distance R and angle θ,
R = p (R '+ k 1 R' 3 + k 2 R '5 + ... + k n R' 2n + 1)
And θ = θ ′
The correspondence between the coordinates of the output image and the coordinates of the intermediate image in the second coordinate transformation means is the coordinate of the output image in the coordinate system with the digital coordinates corresponding to the lens center point being (0,0). When (x ″, y ″) and the coordinates of the corresponding intermediate image are (x ′, y ′), each of the following conversions is performed.
[0009]
In claim 3,
x '= px''(1 + k 1''x''2 + k 2''x''4 + ... + k m''x''2m)
And y '= qy''
In claim 4,
x '= px''and
y '= qy''(1 + k 1''y''2 + k 2''y''4 + ... + k m''y''2m)
In claim 5,
x '= px''(1 + k 1''x''2 + k 2''x''4 + ... + k m''x''2m)
as well as
y '= qy''(1 + k 1''y''2 + k 2''y''4 + ... + k m''y''2m)
It goes without saying that pq ≠ 0 in any claim.
[0010]
A sixth aspect of the present invention is an imaging device, a display device, or an imaging and display device incorporating the image conversion device according to any of the first to fifth aspects.
[0011]
[Operation and effect of the invention]
In the analysis from the calibration pattern of the imaging device having a wide-angle lens, the principle can be easily understood if the origin is on the optical axis (point on the image) in the input / output image for image conversion. The conclusion is the same regardless of whether xy coordinates or polar coordinates are used with the optical axis as the origin. If an imaging apparatus having a wide-angle lens has C∞ point symmetry about the optical axis, a straight line perpendicular to the optical axis becomes a straight line passing through the origin on the input image by the imaging apparatus. The position on the input image is determined only by the half angle of view from the optical axis. That is, as shown in FIG. 1, the position on the input image at a point L away from the optical axis at a distance Z from the lens depends on the half angle of view φ = Arctan (L / Z).
[0012]
Then, the coordinates (x, y) and polar coordinates (R, θ) (where x = Rcos θ, y = R sin θ) on the input image having distortion on the focal length f are converted into the coordinates (x ′, y ′) and polar coordinates (R ′, θ ′) (where x ′ = R′cos θ ′, y ′ = R′sin θ ′) conversion depends only on the distance R from the origin in polar coordinate display. From well-known simple considerations, such a transformation can be represented by an odd function of R. Conversely, even if conversion from the coordinates of the output image is considered, it can be placed with an odd function of R ′.
[0013]
this
R = R '+ k 1 R ' 3 + k 2 R '5 + ... + k n R' 2n + 1
And θ = θ ′
, K n which are not 0 among the coefficients k 1 , k 2 ,..., K n of the respective terms, all have the same sign and a small absolute value, and the coefficient of the higher-order term of R ′ is the absolute value Consider a conversion with a smaller size. It can be easily understood that the transformation is a transformation that leaves a distortion in the peripheral portion as compared with a transformation having “almost” no distortion. That is, when the distance R ′ from the origin of the output image is large, the coefficient of the higher-order term of R ′ that should be more greatly affected is a smaller absolute value, so that the distortion to be corrected is completely corrected. Instead, the strain remains relaxed. By appropriately selecting the coefficient of this new conversion, the loss of sense of distance due to the complete elimination of the distortion can be balanced between the sense of distance and the sense of distance (claim 1).
[0014]
In claim 1, for all i where k i ≠ 0 (1 ≦ i ≦ n), if k ′ i / k i = a i and 0 <a <1, the coefficient can be easily set. it can. In this case, since all the coefficients k i can be manipulated with only one variable a, the design of the image conversion apparatus is facilitated (claim 2).
[0015]
According to the third to fifth aspects of the present invention, an input image having distortion is once converted into an intermediate image having almost no distortion, and then converted into an output image having gentle distortion in the x-axis direction and / or the y-axis direction. is there. While the input images are point symmetric distortions, these output images will have moderate distortions that are not point symmetric. Since this distortion can be set arbitrarily, various distortions can be given depending on the object to be imaged by the imaging apparatus. A straight line parallel to the x-axis and the y-axis is stored for the intermediate image that has been almost free of distortion (claims 3 to 5).
[0016]
As described above, the image conversion apparatus that gives a gentle distortion compared to an image that has completely lost the distortion can eliminate the loss of sense of distance by setting the coefficient, and can provide an output image with good visibility. . Such an image conversion device may be incorporated into an imaging device, a display device, or an imaging and display device in which the imaging device and the display device are integrated (claim 6).
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First embodiment]
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating the image conversion apparatus 100 according to the first embodiment of the present application, the imaging apparatus 2 having a wide-angle lens, and the display apparatus 3. The image conversion apparatus 100 includes an input memory 10 that holds one-screen image data input from the imaging device 2 having a wide-angle lens, a coordinate converter 11, a coordinate conversion table 12, and one-screen image data output to the display device 3. And an output memory 13 for holding The coordinate converter 11 is composed of a CPU according to the flowchart shown in FIG. This embodiment is for a monochrome image.
[0018]
The operation of the coordinate converter 11 of the image conversion apparatus 100 is shown in the flowchart of FIG. Hereinafter, S11 and the like indicate step 11. The flowchart of FIG. 3 starts after monochrome image data of one screen is read into the input memory 10. First, in S11, the initial coordinates (x ′, y ′) of the output pixel are read. The initial coordinates are arbitrary, but are, for example, the smallest coordinates (x ′, y ′) of one screen. Next, in S12, input coordinates (x, y) (not necessarily corresponding to each pixel) corresponding to the output pixel (coordinates (x ′, y ′)) are read from the coordinate conversion table 12.
[0019]
Next, in S13, it is determined whether or not there is an input coordinate (x, y) corresponding to the output coordinate (x ', y'). If it does not exist (if there is a corresponding point outside the input image), the process proceeds to S14, the luminance I of the input coordinates (x, y) is set equal to the preset I 0 , and the process proceeds to S16. When the input coordinates (x, y) corresponding to the output coordinates (x ′, y ′) exist, the luminance I of the input coordinates (x, y) is calculated from the nearest pixel. For example, four luminances at four grid points surrounding the input coordinates (x, y) are read from the input memory 10, the luminance I of the input coordinates (x, y) is obtained by weighted averaging, and the process proceeds to S16.
[0020]
Thus, when the luminance I of the input coordinates (x, y) corresponding to the output coordinates (x ′, y ′) is obtained, the luminance I is set as the luminance of the output coordinates (x ′, y ′) in S16. The process proceeds to S17. In S17, the presence of the coordinates of the next pixel of the output pixel (coordinates (x ′, y ′)) is determined, and if it exists, the process proceeds to S18. In S18, the coordinates (x ′, y ′) of the output pixel are updated to the coordinates of the next pixel, and the process returns to S12. If the next pixel of the output pixel (coordinates (x ′, y ′)) does not exist, that is, if one screen of the output image is completed, the process ends. Thereafter, the image data is output from the output memory 13 to the display device 3.
[0021]
The conversion using the actual image data and the conversion using the calibration pattern are shown in FIGS. First, from a 640 × 480 pixel input image (polar coordinates (R, θ)) in FIG. 12B, a completely distorted 1280 × 960 pixel image (polar coordinates (R ′, θ) in FIG. 13B). The conversion to ')) was confirmed as follows.
[Expression 1]
R = R '+ k 1 R' 3 + k 2 R ' 5 + k 3 R' 7 + k 4 R ' 9 + k 5 R' 11
θ = θ '
k 1 = -1.125 × 10 -1
k 2 = 1.436 × 10 -2
k 3 = -1.224 × 10 -3
k 4 = 5.729 × 10 -5
k 5 = -1.106 × 10 -6
The units of R and R ′ are mm, R 2 = x 2 + y 2 , R ′ 2 = x ′ 2 + y ′ 2 .
[0022]
Therefore, the conversion from the input image (polar coordinates (R, θ)) to the image (polar coordinates (R ′, θ ′)) with a = 2/3, k ′ i / k i = a i ,
[Expression 2]
R = R '+ k' 1 R '3 + k' 2 R '5 + k' 3 R '7 + k' 4 R '9 + k' 5 R '11
θ = θ '
R 2 = x 2 + y 2 , R ' 2 = x' 2 + y ' 2
It was. This relationship is prepared in the conversion table 12 for all output pixels. Images obtained by performing this conversion from the input images shown in FIGS. 12A and 12B are shown in FIGS. As shown in FIG. 4B, this conversion is a conversion that leaves a gentle distortion, but it does not lose the sense of distance as shown in FIG. Thus, the conversion is performed to output an image with good balance between the sense of distance and the distortion.
[0023]
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a configuration diagram showing the image conversion apparatus 200 according to the second embodiment of the present application, the imaging apparatus 2 having a wide-angle lens, and the display apparatus 3. The image conversion apparatus 200 includes an input memory 20 that holds one-screen image data input from the imaging apparatus 2 having a wide-angle lens, a first coordinate converter 21, a first coordinate conversion table 22, an intermediate memory 23, and a second coordinate. It comprises a converter 24, a second coordinate conversion table 25, and an output memory 26 that holds one screen of image data to be output to the display device 3. The first coordinate converter 21 is composed of a CPU according to the flowchart shown in FIG. 6, and the second coordinate converter 24 is composed of a CPU according to the flowchart shown in FIG. This embodiment is also for a monochrome image.
[0024]
The first coordinate converter 21 that is the first half of the operation of the image conversion apparatus 200 is shown in the flowchart of FIG. S21 and the like indicate step 21. The flowchart of FIG. 6 starts after monochrome image data of one screen is read into the input memory 20. First, in S21, the initial coordinates (x ′, y ′) of the intermediate pixel are read. The initial coordinates are arbitrary, but are, for example, the smallest coordinates (x ′, y ′) of one screen. Next, in S 22, input coordinates (x, y) (not necessarily matching each pixel) corresponding to the intermediate pixel (coordinates (x ′, y ′)) are read from the first coordinate conversion table 22.
[0025]
Next, in S23, it is determined whether or not there is an input coordinate (x, y) corresponding to the intermediate coordinate (x ', y'). If it does not exist (when there is a corresponding point outside the input image), the process proceeds to S24, the luminance I of the input coordinates (x, y) is set equal to the preset I 0 , and the process proceeds to S26. When the input coordinate (x, y) corresponding to the intermediate coordinate (x ′, y ′) exists, the luminance I of the input coordinate (x, y) is calculated from the nearest pixel. For example, four luminances at four grid points surrounding the input coordinates (x, y) are read from the input memory 20, the luminance I of the input coordinates (x, y) is obtained by weighted averaging, and the process proceeds to S26.
[0026]
Thus, when the luminance I of the input coordinates (x, y) corresponding to the intermediate coordinates (x ′, y ′) is obtained, the intermediate memory 23 determines that the luminance I is the luminance of the intermediate coordinates (x ′, y ′) in S26. The process proceeds to S27. In S27, the presence of the coordinates of the next pixel of the intermediate pixel (coordinates (x ′, y ′)) is determined, and if it exists, the process proceeds to S28. In S28, the coordinates (x ′, y ′) of the intermediate pixel are updated to the coordinates of the next pixel, and the process returns to S22. If the next pixel of the intermediate pixel (coordinates (x ′, y ′)) does not exist, that is, if one screen of the intermediate image is completed, the process ends.
[0027]
The flowchart of FIG. 7 starts after monochrome image data of one screen is written in the intermediate memory 23. First, in S31, the initial coordinates (x ″, y ″) of the output pixel are read. The initial coordinates are arbitrary, but are, for example, the smallest coordinates (x ″, y ″) of one screen. Next, in S <b> 32, intermediate coordinates (x ′, y ′) (not necessarily corresponding to each pixel) corresponding to the output pixel (coordinates (x ″, y ″)) are read from the second coordinate conversion table 25. .
[0028]
Next, in S33, it is determined whether or not there is an intermediate coordinate (x ′, y ′) corresponding to the output coordinate (x ″, y ″). If it does not exist (if there is a corresponding point outside the intermediate image), the process proceeds to S34, the brightness I ′ of the intermediate coordinates (x ′, y ′) is set equal to the preset I 0 , and the process proceeds to S36. When there is an intermediate coordinate (x ′, y ′) corresponding to the output coordinate (x ″, y ″), the luminance I ′ of the intermediate coordinate (x ′, y ′) is calculated from the nearest pixel. For example, four luminance values of four grid points surrounding the intermediate coordinates (x ′, y ′) are read from the intermediate memory 23, the luminance I ′ of the intermediate coordinates (x ′, y ′) is obtained by weighted averaging, and the process proceeds to S36.
[0029]
Thus, when the brightness I ′ of the intermediate coordinates (x ′, y ′) corresponding to the output coordinates (x ″, y ″) is obtained, the brightness I ′ is converted to the output coordinates (x ″, y ′) in S36. The brightness of ') is output to the output memory 26, and the process proceeds to S37. In S37, the presence of the coordinates of the next pixel of the output pixel (coordinates (x ″, y ″)) is determined, and if it exists, the process proceeds to S38. In S38, the coordinates (x ″, y ″) of the output pixel are updated to the coordinates of the next pixel, and the process returns to S32. If the next pixel of the output pixel (coordinates (x ″, y ″)) does not exist, that is, if one screen of the output image is completed, the process ends. Thereafter, the image data is output from the output memory 26 to the display device 3.
[0030]
8A and 8B show conversion using actual image data and conversion using a calibration pattern. First, from an input image (polar coordinates (R, θ)) of 640 × 480 pixels in FIG. 12B, an intermediate image of 1280 × 960 pixels (polar coordinates (R ′, The conversion to θ ′)) was determined as follows, as in the first embodiment.
[Equation 3]
R = R '+ k 1 R' 3 + k 2 R ' 5 + k 3 R' 7 + k 4 R ' 9 + k 5 R' 11
θ = θ '
k 1 = -1.125 × 10 -1
k 2 = 1.436 × 10 -2
k 3 = -1.224 × 10 -3
k 4 = 5.729 × 10 -5
k 5 = -1.106 × 10 -6
The units of R and R ′ are mm, R 2 = x 2 + y 2 , R ′ 2 = x ′ 2 + y ′ 2 . This relationship is prepared in the first coordinate conversion table 22 for all intermediate pixels.
[0031]
Therefore, conversion from the intermediate image (coordinates (x ', y'), x '= R'cosθ', y '= R'sinθ') to the output image (coordinates (x '', y '')) is performed. ,
[Expression 4]
x '= x''(1 + 2.0 × 10 -6 x'' 2 + 2.0 × 10 -11 x'' 4 + 4.0 × 10 -16 x'' 6 )
y '= 1.5 y''
It was. This relationship is prepared in the second coordinate conversion table 25 for all output pixels. Images obtained by performing this conversion from the intermediate images shown in FIGS. 13A and 13B are shown in FIGS. As shown in FIG. 8 (b), this transformation is a transformation in which a gentle distortion is applied in the lateral direction. However, it does not lose the sense of distance as shown in FIG. As shown in (a), the conversion is performed to output an image with good balance between a sense of distance and distortion.
[0032]
[Third embodiment]
In the present embodiment, the contents of the second coordinate conversion table 25 are changed as follows in the configuration of the second embodiment shown in FIG. That is, conversion from the intermediate image (coordinates (x ′, y ′), x ′ = R′cosθ ′, y ′ = R′sinθ ′) to the output image (coordinates (x ″, y ″)) is performed. ,
[Equation 5]
x '= x''
y '= 1.5 y''(1 + 2.0 × 10 -6 y'' 2 + 2.0 × 10 -11 y'' 4 + 4.0 × 10 -16 y'' 6 )
It was. Images obtained by performing this conversion from the intermediate images in FIGS. 13A and 13B are shown in FIGS. As shown in FIG. 9 (b), this transformation is a transformation in which a gentle distortion is applied in the vertical direction, but it does not lose the sense of distance as in FIG. As shown in (a), the conversion is performed to output an image with good balance between a sense of distance and distortion.
[0033]
[Fourth embodiment]
In the present embodiment, the contents of the second coordinate conversion table 25 are changed as follows in the configuration of the second embodiment shown in FIG. That is, conversion from the intermediate image (coordinates (x ′, y ′), x ′ = R′cosθ ′, y ′ = R′sinθ ′) to the output image (coordinates (x ″, y ″)) is performed. ,
[Formula 6]
x '= x''(1 + 2.0 × 10 -6 x'' 2 + 2.0 × 10 -11 x'' 4 + 4.0 × 10 -16 x'' 6 )
y '= 1.5 y''(1 + 2.0 × 10 -6 y'' 2 + 2.0 × 10 -11 y'' 4 + 4.0 × 10 -16 y'' 6 )
It was. Images obtained by performing this conversion from the intermediate images shown in FIGS. 13A and 13B are shown in FIGS. As shown in FIG. 10 (b), this conversion is a conversion in which gentle distortion is applied in the vertical and horizontal directions, but it does not lose the sense of distance as in FIG. 13 (a). As in (a) of 10, this is a conversion that outputs an image with good balance between the sense of distance and the distortion and with good visibility.
[0034]
In the above-described embodiment, it is realized by a computer system including a memory and a CPU, but it can also be realized by a logic circuit. In the second to fourth embodiments, the intermediate memory is provided and the two-step coordinate conversion is performed. However, the conversion can be performed by one-step coordinate conversion that can be performed by one CPU. It is also clear.
[0035]
The invention described in the claims and the invention described in the section of the embodiment of the present invention relate to an image conversion apparatus, but it is naturally recognized as a method invention, that is, an image conversion method. In other words, when the coordinates of the output image are polar coordinates with distance R ′ and angle θ ′, the corresponding coordinates of the input image are polar coordinates with distance R and angle θ, and the distortion is provided on a plane perpendicular to the optical axis of the wide-angle lens. Conversion that completely eliminates distortion of the input image by imaging and analyzing the calibration pattern for correction by the imaging device,
R = R '+ k 1 R ' 3 + k 2 R '5 + ... + k n R' 2n + 1
And θ = θ ′
A transformation formula that does not completely eliminate distortion when determined by
R = p (R ′ + k ′ 1 R ′ 3 + k ′ 2 R ′ 5 +... + K ′ n R ′ 2n + 1 )
And θ = θ ′
However, p is a non-zero constant, and k ′ i = 0 for i (1 ≦ i ≦ n) where k i = 0.
For other i (1 ≦ i ≦ n), 1> k ′ 1 / k 1 > k ′ 2 / k 2 >…> k ′ n / k n > 0
K ′ i / k i = a i , 0 <a <1 for all i (1 ≦ i ≦ n) for which k i ≠ 0 Image conversion method.
[0036]
Similarly, a first calibration pattern that completely eliminates distortion of the intermediate image obtained by imaging and analyzing a calibration pattern for distortion correction provided on a plane perpendicular to the optical axis of the wide-angle lens by the imaging device. Conversion,
When the coordinates of the intermediate image are polar coordinates with distance R ′ and angle θ ′, the corresponding input image coordinates are polar coordinates with distance R and angle θ,
R = p (R '+ k 1 R' 3 + k 2 R '5 + ... + k n R' 2n + 1)
And θ = θ ′
Is a second transformation that gives distortion in the peripheral portion from the undistorted intermediate image, where the coordinates of the output image are (x '', y ''), and the coordinates of the corresponding intermediate image are ( x ′, y ′), the image conversion method according to any one of (1) to (3) below.
(1)
x '= px''(1 + k 1''x 2 + k 2''x 4 + ... + k m''x''2m)
And y '= qy''
(2)
x '= px''and
y '= qy''(1 + k 1''y 2 + k 2''y 4 + ... + k m''y''2m)
(3)
x '= px''(1 + k 1''x 2 + k 2''x 4 + ... + k m''x''2m)
as well as
y '= qy''(1 + k 1''y 2 + k 2''y 4 + ... + k m''y''2m)
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing image distortion.
FIG. 2 is a configuration diagram showing a combination of an image conversion apparatus, an imaging apparatus, and a display apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the image conversion apparatus according to the first embodiment.
FIG. 4 is an output image by the image conversion apparatus according to the first embodiment.
FIG. 5 is a configuration diagram showing a combination of an image conversion apparatus, an imaging apparatus, and a display apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart showing the first half of the operation of the image conversion apparatus according to the second embodiment.
FIG. 7 is a flowchart showing the second half of the operation of the image conversion apparatus according to the second embodiment.
FIG. 8 is an output image by the image conversion apparatus according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an output image by the image conversion apparatus according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an output image by the image conversion apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing an example of a calibration pattern.
FIG. 12 is an input image by an imaging device having a wide-angle lens.
13 is an “almost no distortion” output image generated from the input image of FIG.
FIG. 14 is an image obtained by enlarging the central portion of the image of FIG. 13 twice.
100, 200 Image conversion device 2 Imaging device 3 having wide-angle lens Display device 10 Input memory 11 Coordinate converter 12 Coordinate conversion table 13 Output memory 20 Input memory 21 First coordinate converter 22 First coordinate conversion table 23 Intermediate memory 24 First Two-coordinate converter 25 Second coordinate conversion table 26 Output memory

Claims (6)

広角レンズを用いた撮像装置による入力画像を、1画面毎に座標変換して出力する画像変換装置において、
1画面の入力画像を記憶する入力画像保持手段と、
1画面の出力画像を記憶する出力画像保持手段と、
出力画像の座標と入力画像の座標とを対応付けることにより、前記入力画像保持手段の1画面の入力画像のデータから1画面の出力画像のデータを形成する座標変換手段とから成り、
前記座標変換手段における出力画像の座標と入力画像の座標との対応付けが、
出力画像の座標を極座標で距離R'、角度θ'としたとき、対応する入力画像の座標を極座標で距離R、角度θとして、
前記広角レンズの光軸に垂直な平面に設けられた歪み補正の為のキャリブレーションパターンを前記撮像装置により撮像して解析することにより、入力画像の歪みを完全に無くす変換が、
R=R'+k1R'3+k2R'5+…+knR'2n+1
及びθ=θ'
により決定されるとき、歪みを完全には無くさないような変換式
R=p(R'+k'1R'3+k'2R'5+…+k'nR'2n+1)
及びθ=θ'
ただし、pは0でない定数、ki=0となるi(1≦i≦n)について、k'i=0、
その他のi(1≦i≦n)について、1>k'1/k1>k'2/k2>…>k'n/kn>0
により構成されることを特徴とする画像変換装置。
In an image conversion apparatus that outputs an input image by an imaging apparatus using a wide-angle lens by converting coordinates for each screen,
Input image holding means for storing an input image of one screen;
Output image holding means for storing an output image of one screen;
Coordinate conversion means for forming the output image data of one screen from the input image data of one screen of the input image holding means by associating the coordinates of the output image with the coordinates of the input image,
Correspondence between the coordinates of the output image and the coordinates of the input image in the coordinate conversion means,
When the coordinates of the output image are polar coordinates with distance R ′ and angle θ ′, the corresponding input image coordinates are polar coordinates with distance R and angle θ,
By converting and analyzing a calibration pattern for distortion correction provided on a plane perpendicular to the optical axis of the wide-angle lens by the imaging device, conversion that completely eliminates distortion of the input image,
R = R '+ k 1 R ' 3 + k 2 R '5 + ... + k n R' 2n + 1
And θ = θ ′
A transformation formula that does not completely eliminate distortion when determined by
R = p (R ′ + k ′ 1 R ′ 3 + k ′ 2 R ′ 5 +... + K ′ n R ′ 2n + 1 )
And θ = θ ′
However, p is a non-zero constant, and k ′ i = 0 for i (1 ≦ i ≦ n) where k i = 0.
For other i (1 ≦ i ≦ n), 1> k ′ 1 / k 1 > k ′ 2 / k 2 >…> k ′ n / k n > 0
An image conversion apparatus comprising:
請求項1において、ki≠0である全てのi(1≦i≦n)について、
k'i/ki=ai、0<a<1
である画像変換装置。
In claim 1, for all i (1 ≦ i ≦ n) where k i ≠ 0,
k ′ i / k i = a i , 0 <a <1
An image conversion device.
広角レンズを用いた撮像装置による入力画像を変換する画像変換装置において、
1画面の入力画像を記憶する入力画像保持手段と、
1画面の中間画像を記憶する中間画像保持手段と、
1画面の出力画像を記憶する出力画像保持手段と、
中間画像の座標と入力画像の座標とを対応付けることにより、前記入力画像保持手段の1画面の入力画像のデータから1画面の中間画像のデータを形成する第1の座標変換手段と、
出力画像の座標と中間画像の座標とを対応付けることにより、前記中間画像保持手段の1画面の中間画像のデータから1画面の出力画像のデータを形成する第2の座標変換手段とから成り、
前記第1の座標変換手段における中間画像の座標と入力画像の座標との対応付けが、
前記広角レンズの光軸に垂直な平面に設けられた歪み補正の為のキャリブレーションパターンを前記撮像装置により撮像して解析することにより、得られる中間画像の歪みを完全に無くす第1の変換であって、
中間画像の座標を極座標で距離R'、角度θ'としたとき、対応する入力画像の座標を極座標で距離R、角度θとして、
R=p(R'+k1R'3+k2R'5+…+knR'2n+1)
及びθ=θ'
により決定され、
前記第2の座標変換手段における出力画像の座標と中間画像の座標との対応付けが、
歪みの無い中間画像から、周辺部において歪みを持たせる第2の変換であって、
レンズ中心点に対応するディジタル座標を(0,0)とした座標系における出力画像の座標を(x'',y'')とし、対応する中間画像の座標を(x',y')としたとき、
x'=px''(1+k1''x''2+k2''x''4+…+km''x''2m)
及びy'=qy''
により構成されることを特徴とする画像変換装置。
In an image conversion device that converts an input image by an imaging device using a wide-angle lens,
Input image holding means for storing an input image of one screen;
Intermediate image holding means for storing an intermediate image of one screen;
Output image holding means for storing an output image of one screen;
First coordinate conversion means for forming intermediate image data of one screen from input image data of one screen of the input image holding means by associating the coordinates of the intermediate image with the coordinates of the input image;
A second coordinate conversion unit that forms the output image data of one screen from the intermediate image data of the one screen of the intermediate image holding unit by associating the coordinates of the output image with the coordinates of the intermediate image;
Correspondence between the coordinates of the intermediate image and the coordinates of the input image in the first coordinate conversion means is
A first conversion that completely eliminates distortion of an intermediate image obtained by imaging and analyzing a calibration pattern for distortion correction provided on a plane perpendicular to the optical axis of the wide-angle lens by the imaging device. There,
When the coordinates of the intermediate image are polar coordinates with distance R ′ and angle θ ′, the corresponding input image coordinates are polar coordinates with distance R and angle θ,
R = p (R '+ k 1 R' 3 + k 2 R '5 + ... + k n R' 2n + 1)
And θ = θ ′
Determined by
The correspondence between the coordinates of the output image and the coordinates of the intermediate image in the second coordinate conversion means is as follows:
A second transformation that gives distortion in the peripheral part from an intermediate image without distortion,
The coordinate of the output image in the coordinate system in which the digital coordinate corresponding to the lens center point is (0, 0) is (x '', y ''), and the corresponding intermediate image coordinate is (x ', y'). When
x '= px''(1 + k 1''x''2 + k 2''x''4 + ... + k m''x''2m)
And y '= qy''
An image conversion apparatus comprising:
広角レンズを用いた撮像装置による入力画像を変換する画像変換装置において、
1画面の入力画像を記憶する入力画像保持手段と、
1画面の中間画像を記憶する中間画像保持手段と、
1画面の出力画像を記憶する出力画像保持手段と、
中間画像の座標と入力画像の座標とを対応付けることにより、前記入力画像保持手段の1画面の入力画像のデータから1画面の中間画像のデータを形成する第1の座標変換手段と、
出力画像の座標と中間画像の座標とを対応付けることにより、前記中間画像保持手段の1画面の中間画像のデータから1画面の出力画像のデータを形成する第2の座標変換手段とから成り、
前記第1の座標変換手段における中間画像の座標と入力画像の座標との対応付けが、
前記広角レンズの光軸に垂直な平面に設けられた歪み補正の為のキャリブレーションパターンを前記撮像装置により撮像して解析することにより、得られる中間画像の歪みを完全に無くす第1の変換であって、
中間画像の座標を極座標で距離R'、角度θ'としたとき、対応する入力画像の座標を極座標で距離R、角度θとして、
R=p(R'+k1R'3+k2R'5+…+knR'2n+1)
及びθ=θ'
により決定され、
前記第2の座標変換手段における出力画像の座標と中間画像の座標との対応付けが、
歪みの無い中間画像から、周辺部において歪みを持たせる第2の変換であって、
レンズ中心点に対応するディジタル座標を(0,0)とした座標系における出力画像の座標を(x'',y'')とし、対応する中間画像の座標を(x',y')としたとき、
x'=px''及び
y'=qy''(1+k1''y''2+k2''y''4+…+km''y''2m)
により構成されることを特徴とする画像変換装置。
In an image conversion device that converts an input image by an imaging device using a wide-angle lens,
Input image holding means for storing an input image of one screen;
Intermediate image holding means for storing an intermediate image of one screen;
Output image holding means for storing an output image of one screen;
First coordinate conversion means for forming intermediate image data of one screen from input image data of one screen of the input image holding means by associating the coordinates of the intermediate image with the coordinates of the input image;
A second coordinate conversion unit that forms the output image data of one screen from the intermediate image data of the one screen of the intermediate image holding unit by associating the coordinates of the output image with the coordinates of the intermediate image;
Correspondence between the coordinates of the intermediate image and the coordinates of the input image in the first coordinate conversion means is
A first conversion that completely eliminates distortion of an intermediate image obtained by imaging and analyzing a calibration pattern for distortion correction provided on a plane perpendicular to the optical axis of the wide-angle lens by the imaging device. There,
When the coordinates of the intermediate image are polar coordinates with distance R ′ and angle θ ′, the corresponding input image coordinates are polar coordinates with distance R and angle θ,
R = p (R '+ k 1 R' 3 + k 2 R '5 + ... + k n R' 2n + 1)
And θ = θ ′
Determined by
The correspondence between the coordinates of the output image and the coordinates of the intermediate image in the second coordinate conversion means is as follows:
A second transformation that gives distortion in the peripheral part from an intermediate image without distortion,
The coordinate of the output image in the coordinate system in which the digital coordinate corresponding to the lens center point is (0, 0) is (x '', y ''), and the corresponding intermediate image coordinate is (x ', y'). When
x '= px''and
y '= qy''(1 + k 1''y''2 + k 2''y''4 + ... + k m''y''2m)
An image conversion apparatus comprising:
広角レンズを用いた撮像装置による入力画像を変換する画像変換装置において、
1画面の入力画像を記憶する入力画像保持手段と、
1画面の中間画像を記憶する中間画像保持手段と、
1画面の出力画像を記憶する出力画像保持手段と、
中間画像の座標と入力画像の座標とを対応付けることにより、前記入力画像保持手段の1画面の入力画像のデータから1画面の中間画像のデータを形成する第1の座標変換手段と、
出力画像の座標と中間画像の座標とを対応付けることにより、前記中間画像保持手段の1画面の中間画像のデータから1画面の出力画像のデータを形成する第2の座標変換手段とから成り、
前記第1の座標変換手段における中間画像の座標と入力画像の座標との対応付けが、
前記広角レンズの光軸に垂直な平面に設けられた歪み補正の為のキャリブレーションパターンを前記撮像装置により撮像して解析することにより、得られる中間画像の歪みを完全に無くす第1の変換であって、
中間画像の座標を極座標で距離R'、角度θ'としたとき、対応する入力画像の座標を極座標で距離R、角度θとして、
R=p(R'+k1R'3+k2R'5+…+knR'2n+1)
及びθ=θ'
により決定され、
前記第2の座標変換手段における出力画像の座標と中間画像の座標との対応付けが、
歪みの無い中間画像から、周辺部において歪みを持たせる第2の変換であって、
レンズ中心点に対応するディジタル座標を(0,0)とした座標系における出力画像の座標を(x'',y'')とし、対応する中間画像の座標を(x',y')としたとき、
x'=px''(1+k1''x''2+k2''x''4+…+km''x''2m)
及び
y'=qy''(1+k1''y''2+k2''y''4+…+km''y''2m)
により構成されることを特徴とする画像変換装置。
In an image conversion device that converts an input image by an imaging device using a wide-angle lens,
Input image holding means for storing an input image of one screen;
Intermediate image holding means for storing an intermediate image of one screen;
Output image holding means for storing an output image of one screen;
First coordinate conversion means for forming intermediate image data of one screen from input image data of one screen of the input image holding means by associating the coordinates of the intermediate image with the coordinates of the input image;
A second coordinate conversion unit that forms the output image data of one screen from the intermediate image data of the one screen of the intermediate image holding unit by associating the coordinates of the output image with the coordinates of the intermediate image;
Correspondence between the coordinates of the intermediate image and the coordinates of the input image in the first coordinate conversion means is
A first conversion that completely eliminates distortion of an intermediate image obtained by imaging and analyzing a calibration pattern for distortion correction provided on a plane perpendicular to the optical axis of the wide-angle lens by the imaging device. There,
When the coordinates of the intermediate image are polar coordinates with distance R ′ and angle θ ′, the corresponding input image coordinates are polar coordinates with distance R and angle θ,
R = p (R '+ k 1 R' 3 + k 2 R '5 + ... + k n R' 2n + 1)
And θ = θ ′
Determined by
The correspondence between the coordinates of the output image and the coordinates of the intermediate image in the second coordinate conversion means is as follows:
A second transformation that gives distortion in the peripheral part from an intermediate image without distortion,
The coordinate of the output image in the coordinate system in which the digital coordinate corresponding to the lens center point is (0, 0) is (x '', y ''), and the corresponding intermediate image coordinate is (x ', y'). When
x '= px''(1 + k 1''x''2 + k 2''x''4 + ... + k m''x''2m)
as well as
y '= qy''(1 + k 1''y''2 + k 2''y''4 + ... + k m''y''2m)
An image conversion apparatus comprising:
請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の画像変換装置を組み込んだ撮像及び/又は表示装置。An imaging and / or display device incorporating the image conversion device according to any one of claims 1 to 5.
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