JP4945578B2 - 情報処理方法 - Google Patents
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Description
(以下、「Lee’s projection」という。)
連続し且つ各々が1以上の線と点とで規定される複数のスタート分割面から成るスタート面が保有する情報を連続する複数のエンド分割面から成るエンド面上に、各スタート分割面と各エンド分割面とで情報の一対一の対応を維持しつつ転写するためのコンピュータによる情報処理方法であって、
上記スタート面と上記エンド面の少なくとも一方が矩形平面であり、
前記各スタート分割面が各エンド分割面を隙間無く埋めるように変形され、
前記各スタート分割面を規定する前記線が、対応する前記エンド分割面を規定する線として維持され、
前記各スタート分割面を規定する前記点が、対応する前記エンド分割面を規定する点として維持され、
前記複数のスタート分割面の各2つの隣り合うスタート分割面の隣接関係が、前記複数のエンド分割面の各2つの隣り合うエンド分割面の隣接関係として維持され、
前記スタート面全体に対する前記各スタート分割面の第1面積比が、対応する前記各エンド分割面の前記エンド面全体に対する第2面積比と等しいことを特徴とする情報処理方法を提供することにより達成される。すなわち、本発明によれば、歪みを低減し及び/又は均一に分散させることによって上記の技術的課題が達成される。
式:SS1/(SS1+SS2)=RS1/(RS1+RS2),SS2/(SS1+SS2)=RS2/(RS1+RS2)
が実質的に成立することを意味している。本発明は、上記の条件を満たしつつ矩形平面に隙間無く埋める情報処理方法を提案するものである。
式:PS11/PS100=RS11/RS100
が全ての面において実質的に成立する様子を表す。このような条件を満たしつつ矩形平面に隙間無く埋める情報処理方法を提案している。
連続する複数の面の全面積に対する特定の面の面積比に関して、立体、特に球体を例に説明する。球面の全面積に対する面積比を「立体角」と言う。立体角について図1を用い説明する。立体角とは被写体2を球S1の中心O1から見る広がりを表す数で、通常ステラジアン(sr)で表す。その大きさはO1から被写体2に向けて結ぶ半直線の集合で出来る錘をO1を中心とする半径1の単位球面S1で切る際、球面上部分の面積3で表す。特にO1から見た全空間の立体角は4πsr、半球の立体角は2πsrである。つまり世界地図で言えば大陸等の面積に相当する。
立方体の正積分割を説明する。立方体は8つの内4頂点を面に置換すると正四面体になる為立方体に沿って6つの光軸を配して撮像後明快に正四面体面に再写像できる。図15は立方体の正積グリッドG6とこれと頂点を共有し外接する球状立方体の正積グリッドG7のみを取り出したものを示す。グリッドG6は正方形面の対角線を引き、各辺の中点同士を結び16個の三角形に等分する正積グリッドである。そのうちの一つが領域82である。こうして立方体を96等分する。グリッドG7は球状正方形の対角線を大円弧で結び交点O13aと各頂点を大円弧で結ぶ。さらに該点O13aと該各頂点を結ぶ大円弧の中点78〜81と該球状正方形の各辺の中点を大円弧で結び球状三角形16個に等分するグリッドである。そのうちの1つが領域82aである。こうして球面(球状立方体)を96等分にする。こうして球面上の例えば領域82aを立方体上の領域82に正積写像できる。正積写像し得られた立方体画像を、点V8,V9,V12,V13を頂点に持つ正四面体の各面に正射投影して正積写像された正四面体ができる。なお頂点V10,V11,V14,V15による正四面体に同様に写像するともう一つの正四面体画像が出来る。
本発明の正積分割は立体角を均等に分割した後、経緯線等でさらに細分割した正積グリッドを含む。また本発明の正積写像は矩形断面を持つ多面体を用い多面体の画像情報を前記断面に正積写像する事で矩形平面化する方法を含む。ここでは球状八面体を稜線により大まかな中心角を保ちつつ面積比を等分後、経緯線に沿い細分割した正積グリッドとこれに応じた八面体上の経緯線正積グリッドを用い八面体に正積写像した上で矩形の表裏に写像し矩形、特に正方形の全方位画像を提供する実施例を説明する。
上記写像方法は正八面体を他の立体、例えば正四面体に置換してよい。図51は全方位正四面体画像PG16の概念図である。正四面体の正三角形の面2つを正方形F23に写像する。F23は正四面体の稜線と該平行であれば、正四面体PG16の内外部は問わない。他の2つの正三角形の面もF23の裏面に写像する。裏面を回転し表面の画像に統合する事で全方位画像が得られる。またこれらを用いて上記実施例同様平面充填する事ができる。
本発明の扱う平面充填画像には時間性を与えたものを含む(以下全経緯画像と呼ぶ)。図28の平面充填画像MX1は全方位矩形画像SC20をセルとして毎秒1枚撮像し時系列順に横60枚縦60枚に並べた平面充填画像の説明図である。横方向に秒単位、縦方向に分単位で時間と空間が連続する1時間の全経緯を一望できる画像ができる。また前述のビューアを用いて各セルを時系列で映せば動画のような表示ができる。つまり動画記録が各セルの境界領域において被写体の連続性が確保された1枚の画像として提供できる。
本発明における写像は平面から平面への写像を含む。全周魚眼レンズによる円形画像を矩形化する方法を図63に示す。領域SS200は全方位を2度に分け撮像した全周魚眼画像を並べて配置したものである。ここで前述の図2に示すグリッドG2による正積分割に基づきつつ前記レンズによる投影の特性を加味しながら、撮像時の立体角を基準に線分SE20によるグリッドを作成する。線分SE20の一部は曲線となる。領域SS200は96個の画像領域SS20に等分されている。斜線領域はその1つである。矩形平面RS200は線分RE20によるグリッドにより区分される。線分RE20のうち1つを図示する。これらの線分RE20は前述の図2に図示するグリッドG1による正積分割に基づき96個の画像領域RS20に等分する。斜線領域はその1つである。各領域SS20を対応する領域RS20に写像することでSS200全体をRS200に正積写像することで矩形化される。
既存の世界地図など従来の投影による平面情報を本発明に基づき矩形化する方法を図64に示す。領域CR10は球面情報、典型的には地球SPR10を投影した従来の円筒図法の概念図である。球面SPR10上の線SPE1〜8は線CE1〜8に、領域SPR1〜8は領域CR1〜8に夫々投影されている。線CE1〜8が領域CR10を領域CR1〜8に8等分している。一方、領域OR10は前述の図20に図示する方法に基づく矩形平面領域である。線分OE1〜8が領域OR10を領域OR1〜8に8等分している。
うな事は無い。
多階層写像を経由して矩形平面画像を得る方法を正多面体を例に説明する。正多面体を用いた場合面積比つまり立体角と共に中心角、面角共に均等に歪みを分散する事ができる。図26は正二十面体から正十二面体への写像の説明図である。正二十面体の頂点を面に、面を頂点に置換した物が正十二面体である。全方位正二十面体画像の正三角形領域の中心39と頂点38及び辺の中点を結び六つの領域、例えば領域72に等分する。この操作を他の面でも行い、正二十面体を120等分する。該領域を正二十面体に接する正十二面体の正五角形の中心4から辺の中点及び正十二面体の頂点39を結ぶ線分により120等分した領域に写像する。例えば正十二面体上の領域73に領域72を写像する。
本発明は上記写像の逆過程で平面から立体へ写像したものを含む。コンピュータ・グラフィックス(CG)において立体表面に平面画像を貼付けるマッピング技術がある。立体にマッピングしたテクスチャ画像を、多角的に見て継ぎ目が不自然だと平面で直す試行錯誤を要した。本発明に基づいて矩形平面のテクスチャ画像を作り、該立体の表面に正積写像することで歪みが少ないテクスチャマッピングができる。
本発明は任意形状の被写体を全方向の視点から内向きに光軸設定して得る球面情報を含む。図37は人の頭の形状をした被写体obj1の断面を示す。複数の撮像機によりこの被写体の全表面を分割して撮像し球面162に全方向から内向きに光軸設定して写像し球面情報を得る。該球面情報を前述の平面化技術同様、矩形平面画像に変換する。もちろんobj1は球を経由せず直接正四面体に写像してよい。
本発明は任意形状の立体の多階層写像を含む。任意形状の実質的な全表面画像を多階層写像により正八面体に写像する例を説明する。図38は被写体(人の頭)obj3である。この全表面積を一点差線155と156で8等分した一領域が斜線部AR1である。AR1の部分拡大図がAR2である。obj3は図中1部のみ表示したが実際はAR2のような多角形により構成される。AR2はobj3上の多角形SR4,SR5,SR6からなる多角錐である。AR2の頂点157,158,171からなる三角形にSR4,SR5,SR6を面積比SR4:SR5:SR6=SR4a:SR5a:SR6aとなるように面統合する正積写像する。
本発明は出入力する全方位画像を矩形平面で一望しながら画像操作できる表示方法を含む。例えば全方位を撮像した画像素材を球面スクリーンに投影する際、出入力時に複数台の投影機や撮像機を要すが、従来の表示画面では投影領域や撮像領域の立体角が正しくないなど歪んで表示され各区分が把握しづらい。そこで該立体角を維持し矩形平面内に割り当てる事で全方位画像を等価に一望しつつ画像の貼合せ作業などの画像操作が行える。
撮像は本発明が扱う写像の1つである。ここでは立方体を用いて特に均等に全視野を区分して撮像する実施例を説明する。図31は立方体を基にした撮像方法の説明図を示す。2/3πsrの立体角領域に区分する大円弧170は球状立方体S7の稜線を示す。光心が球状立方体S7の中心O5にくるよう撮像機60を設置する。光軸AX1はO5からS7と接する立方体の正方形面の一つ、PG1の中心O15に向け設定する。また各撮像機の画角は前記大円弧170により区分される2/3πsrの立体角領域が収まるよう109.4712206度以上に設定する。こうして撮像された画像は球上立方体に撮り込まれた後上記第2実施例に示す操作に基づき矩形平面化される。
本発明が扱う写像には写像する面とされる面とが分離している場合、例えば鏡面に写り込む画像が反射され距離を隔てて対向している撮像機の受光面に写像される場合を含む。特にここでは立体角を区分した撮像領域にずれを生じさせないようにする事で全方位画像に統合する操作を容易にする実施例を説明する。
本発明は写像の多階層化を含む一方、反射体を介した多階層写像により矩形画像を迅速に得る撮像方法を含む。撮像後の複雑な画像処理を減らし動画をリアルタイムに表示する事が出来る。図52は底面F18が正方形の四角錐の反射体REF3とこれに対向して配される撮像機225の組み合わせを2組有する撮像機PG18を示す。2台の撮像機225は反射体REF3を介して全視野撮像領域を2分して取り込むよう設定してあり、仮想光心O21を共有している。こうして撮像機PG18により得る2つの正方形画像を貼合わすだけで全方位正方形画像が出来る。2つの光心を共有しているためこれに伴う補正も必要ない。
光心がずれる撮像方法の場合、これを視差に利用し立体視画像を取得出来る。図49は立方体撮像機PG6を上から見た図である。光軸に沿ってレンズ216を配置し各々2πsrの領域215を撮像する。隣り合うレンズ216により重複する撮像領域217は該隣り合う2つのレンズ216の光心のずれ181が視差となり立体視する事が出来る。
本発明が扱う写像は撮像を含み、撮像機の受光面は入力時の写像面と捉える。複数の受光面により多面体を構成する実施例で説明する。全方位撮像した画像は画像処理により矩形画像化できるが画像劣化や処理能力により画質が制約される。この処理は受光面を多面体し、所望する多面体画像を直接撮り込む事で簡略化できる。
イメージサークルと取り合いがよい形状に受光面を整える実施例を説明する。図42に十四面体の輪郭を持つ撮像機PG10の説明図を示す。正四面体の頂点と稜線を切欠いて該十四面体が得られる為、正四面体に従い配置された受光面F11を六角形にできイメージサークルC3との取合いが良くなる。また稜線や頂点を切欠いた面F10やF9に出入力端子や電源193、三脚等の取付具194、メモリ等のカード195が着脱できる。こうして光軸設定の基となる多面体の稜線及び/又は頂点に沿って撮像に関する要素を配し全方位の同時撮像でこれらが写り込むのを防ぐ。このように多面体撮像機の形状に由来する他の立体を輪郭に用いると撮像上の問題点を解決する事が出来る。
情報出入力時の例えばCCDやCMOS等の受光素子やディスプレ素子を非常に細分化した写像面として本発明では扱う。これらの形状や配列を示す実施例を示す。細分化した正積グリッドに沿った受光素子を説明する。従来の受光素子は直交座標状に長方形の受光素子を配した為、垂直転送路等との折合いが悪くRGBのカラーフィルタも均等配列し難い。そこで受光素子を六角形等に多角形化する、及び/又は正積グリッドを用い極力均等に配列できる。
1光軸に立体的受光面を配した実施例を説明する。従来受光面はフィルムを巻く為に平面形状が好適だったが広角の場合受光面の中央と周縁での露出の差や歪みが増す為複数のレンズを構成した物が多い。そこで1つの光軸に複数の面で構成した立体受光面を配し受光面と焦点間の距離を極力等しくし露出を極力統一する方法を立方体を例に説明する。
本発明は全方位画像の矩形平面への写像を扱うが入力時の写像面である受光面を矩形平面化する方法を含む。上記実施例に示す複数の受光面を光軸に対応させ分散、立体化する撮像機の作りは複雑になる。しかし例えば正八面体を用いて、全ての受光面を矩形平面に統合できる。
本発明は複数台の撮像機を用い、特定の空間全域を網羅する方法を含む。全方位撮像機1台による観測は湾曲した空間等の場合、空間の形状により視野が行き届かず、複数台の撮像機が必要となる。このとき互いの撮像機の位置関係を迅速に把握できる実施例を説明する。
光軸設定等を多様化し、解像度や立体視画像化の有無など様々な用途に対応できる実施例を説明する。図47に概念図を示す撮像機PG14は立方体にレンズ219が取り付いた撮像モジュールM1がヒンジ249を介して連結している。よってモジュールM1はAX6を軸に回転できる。ヒンジ249は一定の角度毎に回転を固定できると良い。他の面にはシャッタ220、バッテリやアダプタ端子221、モニタ等の表示装置218、接続装置248が取り付き一方の撮像機PG14と連結している。接続装置248は信号や電力の出入力や三脚への固定具を兼ねたものが良い。なおレンズ219はピンホールに置換してよい。受光面222は球面の一部になっている。これは立体受光面とする場合、内部での光の乱反射の制御が難しいが特にピンホールを用い受光面を球面化した場合入射した光251は受光面に垂直に当たるため受光に好適な上、入射した逆方向に反射するため該反射光252が乱反射せずに済む。内部空間223に撮像機に必要な要素を内蔵する。
写像される多面体画像に選択肢を与えるため光軸設定に多様性を持たせることが出来る。また多面体撮像機を光軸設定の基となる多面体の幾何学的特性を損う事なく変形させた上でメモリ、電子回路など撮像機に必要な構成要素を内蔵させる実施例を説明する。
本発明の扱う写像には縦方向は心射投影、横方向は平行投影のように異なる写像方法を混在したものを含む。また対象となる立体には開いた面や曲面を含む立体や複数の立体を組み合わせたものを含む。ここでは円筒図法を組み合わせて歪みが比較的少ない領域を夫々抽出し一つの面が閉じた立体に統合する実施例を説明する。
円筒図法と本発明に従う矩形画像を折衷させる実施例を説明する。図54は、曲面で構成された菱形12面体PG23である。これは図53に示すPG20に円筒を追加し3つの円筒の交差部により得る。よって立体PG23の面は円筒で構成される。頂点V29を結ぶ円弧238により区分された12の曲面は合同でありこの立体を頂点V29を結ぶ直線239で区分すると24面体が得られる。この立体PG23は菱形十二面体、立方体、正四面体、正八面体と頂点、稜線、面などの配置を共有する部分が多く、容易に該多面体に写像できる。
例えばハッチ部領域240は正八面体の1面に写像される。
球の経線は円弧である。そこで特定の断面のみが矩形で経線方向の断面は全て円弧である立体を介して被写体が滑らかに表示できる矩形平面を得ることが出来る。図58の概念図に示す立体PG21は経緯線グリッドG15により面が区分されている。経緯線グリッドG15は経線226と緯線231で構成されている。なお図示するグリッドG15は1/2πsrの画像領域、例えば北半球の1/4のみを表示している。円弧226は極点227と正方形F21の稜線228上の点230を通り、曲線231は円弧226を分割した点を結び連鎖する。
本発明は2次曲線を含む曲線による分割を含む。ここでは図58に示すグリッドG16の変形例を説明する。図59に概念図を示す正方形グリッドG17は全視野領域つまり4πsrの立体角領域を示す。図58に示す2πsr分のグリッドG16は正方形領域F21bに相当する。グリッドG17は線分226bと線分231b及び正方形の稜線228bで構成されている。線分226bは極点227bと正方形の稜線228b上の点230bを通る連鎖した双曲線である。線分231bは線分226bを分割した点を結ぶ連鎖した放物線である。このとき線分226bと線分231bは交点で直交するよう曲率等が調整され、地図で例えると等角図法となる。グリッドG15上の区分領域233はグリッドG17の対応する領域233bに写像される。こうして稜線228b上で折れ曲がっていた経線を曲線でつなぐ事で稜線228bをまたぐ被写体折れ曲がらずに自然に見えるようになる。画像領域233が正積写像されるようグリッド15、16、17は調整する。
本発明は均等な正積分割において球体や多面体と矩形平面を折衷する曲面を均等に正積分割したものを含む。図55は正八面体画像を被写体が滑らかに表示されるよう考慮して正方形に多階層写像する過程を示す概念図である。正八面体画像PG22は曲面で構成された立体PG22aに写像され、次いで正方形画像F22に写像される。ここでは正八面体の八面のうち四面のみ図示し説明する。正八面体画像領域PG22はグリッドG18により24等分されている。領域235はその1つである。グリッドG18は頂点V28と稜線の中点234を結ぶ線分236と稜線237により構成されている。
本発明は多様な空間において全視野を確保するために例えば狭小空間に対応した小型化を加味した撮像機を含む。図56は筒型の撮像機PG24の概念図である。筒の軸AX11方向に撮像ユニット241が対になり向かい合う。撮像ユニット241はレンズ242、反射体244で構成されている。レンズ242の周りには軸AX11の回転体形状である反射体244が配置される。レンズ242に仮想光心246から見て水平360度、垂直θ8の視野を反射して送り込む。よってレンズ242は反射体244に写り込む画像を取り込める画角θ6さえあればよい。レンズ242の画角がより大きな場合(θ7)これを他方のレンズ242の画角に付与する事ができる。2つの撮像ユニット241は透明シリンダー245等により適正な距離L5を保つ。距離L5はレンズ242の画角と反射体244の角度θ9による為、シリンダー245をスライドする事でズームしたり、挿入時の小型化PG24aが可能となる。
Claims (18)
- 連続し且つ各々が1以上の線と点とで規定される複数のスタート分割面から成るスタート面が保有する情報を連続する複数のエンド分割面から成るエンド面上に、各スタート分割面と各エンド分割面とで情報の一対一の対応を維持しつつ転写するためのコンピュータによる情報処理方法であって、
上記スタート面と上記エンド面の少なくとも一方が矩形平面であり、
前記各スタート分割面が各エンド分割面を隙間無く埋めるように変形され、
前記各スタート分割面を規定する前記線が、対応する前記エンド分割面を規定する線として維持され、
前記各スタート分割面を規定する前記点が、対応する前記エンド分割面を規定する点として維持され、
前記複数のスタート分割面の各2つの隣り合うスタート分割面の隣接関係が、前記複数のエンド分割面の各2つの隣り合うエンド分割面の隣接関係として維持され、
前記スタート面全体に対する前記各スタート分割面の第1面積比が、対応する前記各エンド分割面の前記エンド面全体に対する第2面積比と等しいことを特徴とする情報処理方法。 - 上記スタート面と上記エンド面のいずれか一方が立体の表面であることを特徴とする、請求項1に記載の情報処理方法。
- 前記スタート分割面の少なくとも一部を、互いに隣接した複数の再分割面に再分割する付加的な操作と、前記スタート分割面の少なくとも一部の互いに隣接した面同士を1又は2以上の統合面に統合する付加的な操作との少なくともいずれか一方を含む、請求項1に記載の情報処理方法。
- 複数の前記矩形平面を横方向及び縦方向の少なくとも一方に連続的に配列することにより、前記各矩形平面よりも大きく、且つ、隣接する前記矩形平面同士間の境界においても情報の連続性を有する矩形の表示面を作る付加的な操作を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の情報処理方法。
- 前記複数のスタート分割面が等しい面積を有し且つ前記複数のエンド分割面が等しい面積を有する、請求項1に記載の情報処理方法。
- 任意の一対の隣接する前記スタート分割面同士の成す面角が、他の任意の一対の隣接する前記スタート分割面同士の成す面角と等しい、請求項2に記載の情報処理方法。
- 前記スタート分割面を規定する点を共有して隣り合う前記スタート分割面を規定する線同士の成す複数の内角のうち少なくとも一部が等しく、且つ、前記エンド分割面を規定する対応する点を共有して隣り合う対応する前記エンド分割面を規定する線同士の成す複数の内角のうち少なくとも対応する一部が等しい、請求項1に記載の情報処理方法。
- 前記スタート分割面を規定する線のうち少なくとも一部の線の線分長さが等しく、且つ、前記エンド分割面を規定する線のうち少なくとも一部の線の線分長さがが等しい、請求項1に記載の情報処理方法。
- 前記スタート分割面を規定する少なくとも一部の線が連鎖して複数の環状の線を形成し、該環状の線同士が平行であり、且つ、前記エンド分割面を規定する少なくとも一部の線が連鎖して複数の環状の線を形成し、該環状の線同士が平行である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の情報処理方法。
- 前記スタート分割面を規定する前記環状の線が各々閉じた輪であり、及び/又は、前記エンド分割面を規定する前記環状の線が各々閉じた輪である、請求項9に記載の情報処理方法。
- 前記スタート分割面を規定する環状の線が多面体の稜線である複数の直線から成る閉じた輪である、請求項9に記載の情報処理方法。
- 前記スタート面の少なくとも一部が曲面である、請求項2に記載の情報処理方法。
- 前記多面体が四面体であり、該四面体の稜線と頂点とを含む前記各スタート分割面が、前記矩形平面を形成する四面体の展開図上に、前記各スタート分割面の辺と頂点に対応する線と点とで規定される対応する前記エンド分割面を隙間無く埋めるように変形されることを特徴とする、請求項11に記載の情報処理方法。
- 前記スタート面が十四面体の全表面であり、前記スタート分割面が十四面体の各面であって、該スタート分割面の内の複数の四角形の面の頂点を共有してこれらの頂点を結ぶ辺で規定される断面である少なくとも1つの統合面上に、前記スタート分割面の幾つかを統合する付加的な操作を含み、前記統合面に統合される前記幾つかのスタート分割面が、該統合面の一側に位置するスタート分割面の全てであることを特徴とする請求項1に記載の情報処理方法。
- 前記スタート面が四面体の全表面であり、前記スタート分割面が四面体の各面であって、該スタート分割面の辺の中点を頂点として、これらの頂点を結ぶ線を辺とする断面である少なくとも一つの統合面上に、前記スタート分割面の幾つかを統合する付加的な操作を含み、前記統合面に統合される前記幾つかのスタート分割面が、該統合面の一側に位置するスタート分割面の全てであることを特徴とする請求項1に記載の情報処理方法。
- 前記スタート面が、該スタート面を構成するように配置された撮像機の受光面から成る、請求項2に記載の情報処理方法。
- 前記スタート面及び/又は前記エンド面が、これらスタート面及び/又はエンド面を構成するように配置された多数の出入力素子から成る、請求項1に記載の情報処理方法。
- 前記矩形平面を配列した情報から任意の多角形部分を取り出して出力する付加的な処理を含む、請求項4に記載の情報処理方法。
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