JPH11331654A - 全方位視角センサ - Google Patents
全方位視角センサInfo
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- JPH11331654A JPH11331654A JP10172051A JP17205198A JPH11331654A JP H11331654 A JPH11331654 A JP H11331654A JP 10172051 A JP10172051 A JP 10172051A JP 17205198 A JP17205198 A JP 17205198A JP H11331654 A JPH11331654 A JP H11331654A
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- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
- G02B13/06—Panoramic objectives; So-called "sky lenses" including panoramic objectives having reflecting surfaces
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Abstract
る全方位視覚センサにおいて,鮮明な映像が得られ,そ
の映像に対し正確な中心射影の変換ができる光学系であ
りながら,光学系全体を小型で実現する. 【解決手段】本発明の全方位視覚センサでは,複数枚の
焦点を持つ回転体ミラーを利用することで,結像系を保
ちながら,小型化を行う.図において,双曲面凸面鏡の
主鏡1を介し,双曲面凸面鏡の副鏡2により結像される
虚像を通常のテレビカメラなどの受光レンズ系3と撮像
面4からなる撮像光学系で撮像する方法で,同一軸線上
に主鏡と副鏡の軸を配置し,主鏡1の焦点Aを副鏡2の
焦点と一致させ,副鏡2のもう一方の焦点を撮像光学系
の受光レンズ系3の主点Bとすることで,主鏡1のもう
一方の焦点Cを中心とした透視座標変換を可能とする.
Description
を観測するための視覚センサに関するもので,とりわけ
回転体ミラーを利用した全方位視覚センサに関するもの
である.
覚としては,円錐ミラー,球面ミラー,双曲面ミラー,
放物面ミラーを利用した視覚センサが知られている.図
1に示す双曲面ミラーを用いた全方位視覚センサの場
合、鉛直下向きに設置した双曲面ミラーとその下に鉛直
上向きに設置したカメラから構成され,双曲面ミラー
(2葉双曲面)には,幾何学的に2つの焦点を持つとい
う性質があり,その2点と双曲面の間には一定の幾何学
関係が成立する.その性質から,カメラのレンズ中心を
双曲面の一方の焦点位置にすることで、環境内の任意の
点Pは,その位置にかかわらず、図1のように点Pから
の光の延長は,必ずもう一方のミラーの焦点を通るよう
な光学系,すなわち透視変換座標系を作りだすことがで
きる.即ち,双曲面ミラーのもう一方の焦点Bを受光レ
ンズ系の主点とすることで,双曲面ミラーを用いた全方
位視覚センサで撮像した画像は,ミラーの焦点Cを仮の
レンズ中心とする座標系に容易に変換することができ
る.このような変換は,円錐ミラーや球面ミラーを利用
する全方位視覚センサではできない.
ンサに関する詳細は,参考文献:山澤一誠、八木康史、
谷内田正彦,“移動ロボットのナビゲーションのための
全方位視覚系HyperOmniVisionの提案,
電子情報通信学会論文誌,Vol.J79−D−II,
No.5,698−707 (1996)を参照された
い.
の場合,ある条件下では,双曲面ミラーと類似した性質
を有する.すなわち,凸面放物面鏡の場合,平行射影が
成立する受光系が用意できれば,双曲面と同様に視点は
一点となり,この点を原点とする球面座標系での表現が
可能となる。従来研究では,長焦点の光学系やテレセン
トリックレンズなど,平行射影が近似的に成立する受光
系を利用していたため,正確な透視変換座標系は実現で
きない.
センサに関する詳細は,参考文献:ブイ.ペリー,シェ
リー ネイヤー:,全方位ビデオシステム,ロボティク
スに関する日米大学院生フォーラム(Omnidire
tional VideoSystem, Proc.
U.S−Japan Graduate Stude
nt Forum in Robotics), p
p.28−31 (1996)を参照されたい.
ことだが,一般に非点収差などの影響を受けるため,ぼ
けが発生し,光学系の設計では十分注意を要する.一般
に収差の影響を減らすためには,単一のミラーないしレ
ンズでは難しく,複数枚を組み合わせる必要がある。従
来研究では,収差の影響を最小限にするために,2次元
トーラス状の主鏡を介し,副鏡により結像される虚像を
通常のテレビカメラで撮像する方法で,最適な曲率を持
つ2枚のミラーを利用する反射型望遠鏡のような光学系
を提案した.
西口,市川 : 反射型広角光学系の研究,SICE,
102A_3,pp.59−60 (1994)を参照
されたい.
が発生し,双曲面ミラー形状と受光系のテレビカメラの
光学系の調整だけでは,中心射影の変換ができつつ,鮮
明な映像が得られる視覚センサを小型で実現することが
困難であった.
長焦点の光学系やテレセントリックレンズでは,近似的
平行射影のため,正確な中心射影の変換ができなかっ
た.
ているが,
かった.
適化,そしてセンサ自体の大きさの小型化の3つのこと
を同時に実現する.
ンサでは,複数枚の焦点を持つ回転体ミラーを利用す
る.
る回転体凸面鏡と,少なくとも1つの焦点を有する複数
枚の回転体鏡と,回転体凸面鏡と複数枚の回転体鏡とで
反射された光を受光するための結像手段と、結像手段で
受光された光を受け、電気信号に変換するための光電変
換手段とからなる全方位視覚センサであって、回転体凸
面鏡および複数枚の回転体鏡は、回転体凸面鏡および複
数枚の回転体鏡に含まれる第1の鏡の焦点が、第1の鏡
で反射された光をさらに反射する回転体凸面鏡および複
数枚の回転体鏡に含まれる第2の鏡の焦点と一致するよ
うに配設されたことを特徴とする全方位視覚センサであ
る。そして,上記鏡の配設により,中心射影の変換がで
きつつ,鮮明な映像が得られる視覚センサを小型で実現
することができる.
点を有する回転体凸面鏡と,少なくとも1つの焦点を有
する複数枚の回転体鏡と,回転体凸面鏡と複数枚の回転
体鏡とで反射された光を受光するための結像手段と、結
豫手段で受光された光を受け、電気信号に変換するため
の光電変換手段とからなる全方位視覚センサであって、
回転体凸面鏡および複数枚の回転体鏡は、回転体凸面鏡
および複数枚の回転体鏡に含まれる1つの焦点のみを有
する第1の鏡が、第1の鏡の反射面と反対側に焦点を有
し、第1の鏡で反射された光をさらに反射する回転体凸
面鏡および複数枚の回転体鏡に含まれる1つの焦点のみ
を有する第2の鏡が、第1の鏡の反射面と反対側に焦点
を有し、かつ第1の鏡の回転軸と第2の鏡の回転軸とが
一致するように配設されたことを特徴とする全方位視覚
センサである.そして,上記の構成により,小型化が可
能な上に,
正確な中心射影の変換ができる.
いて,双曲面凸面鏡の主鏡1を介し,双曲面凸面鏡の副
鏡2により結像される虚像を通常のテレビカメラなどの
受光レンズ系3と撮像面4からなる撮像光学系で撮像す
る方法で,同一軸線上に主鏡と副鏡の軸を配置し,主鏡
1の焦点Aを副鏡2の焦点と一致させ,副鏡2のもう一
方の焦点を撮像光学系の受光レンズ系3の主点Bとする
ことで,主鏡1のもう一方の焦点Cを中心とした透視座
標変換を可能とする.なお,主鏡1と副鏡2は,円筒ガ
ラス管や半球面アクリル管といった透明管5により連結
される.
鏡2の曲率調整により,撮像面4上への結像のための調
整を行うため,中心射影の変換できる上に,小型化しや
すい.
は,球面や楕円球面であっても構わない.
曲面凸面鏡を用いたのに対し,放物面鏡を用いた実施例
で,放物面凸面鏡の主鏡1を介し,放物面凹面鏡の副鏡
2により結像される虚像を通常のテレビカメラなどの受
光レンズ系3と撮像面4からなる撮像光学系で撮像する
方法で,副鏡2の焦点位置にカメラのレンズ系の主点B
をおくことで,副鏡2に対し,平行に入射する光線を結
像させることができる.なお,主鏡1で反射した光線
は,ミラーの軸に対し平行となり,副鏡2へ入射する.
従って,主鏡1の焦点Cを中心とした透視座標変換が可
能となる.
鏡2の曲率調整により,撮像面4上への結像のための調
整を行うため,正確な中心射影の変換できる上に,小型
化しやすい.
では,主鏡と副鏡の2枚のミラーを利用していたのに対
し,3枚のミラーによる実施例で,連続するミラー間で
焦点を連結することができれば,最終的に主鏡の焦点C
を中心とした透視座標変換が可能となる.同様に4枚以
上のミラーの場合にでも,最終的に主鏡の焦点を中心と
した透視座標変換が可能となる.
レンズ系間に平面鏡6を配置することで,光路を曲げた
場合である.いずれの場所に平面鏡6を配置しても,最
終的に主鏡1の焦点Cを中心とした透視座標変換が可能
となる.
面鏡を利用した場合で,これまでの実施例と同様に副鏡
に非軸反射鏡を用いても,最終的に主鏡1の焦点Cを中
心とした透視座標変換が可能となる.
ているもので,以下に記載されるような効果を奏する.
た座標系に変換することができる.
うことができる.
である.
る.
る.
である.
ある.
場合の光学系の図である.
Claims (4)
- 【請求項1】焦点を有する回転体凸面鏡(1)と,少な
くとも1つの焦点を有する複数枚の回転体鏡(2)と,
前記回転体凸面鏡(1)と前記複数枚の回転体鏡(2)
とで反射された光を受光するための結像手段(3)と、
前記結像手段(3)で受光された光を受け、電気信号に
変換するための光電変換手段(4)とからなる全方位視
覚センサであって、前記回転体凸面鏡(1)および前記
複数枚の回転体鏡(2)は、前記回転体凸面鏡(1)お
よび前記複数枚の回転体鏡(2)に含まれる第1の鏡の
焦点が、前記第1の鏡で反射された光をさらに反射する
前記回転体凸面鏡(1)および前記複数枚の回転体鏡
(2)に含まれる第2の鏡の焦点と一致するように配設
されたことを特徴とする全方位視覚センサ。 - 【請求項2】前記複数枚の回転体鏡(2)のうち、前記
結像手段(3)に対して光を反射する回転体鏡(2)
は、前記結像手段(3)の側に第1の焦点を有し、かつ
前記第1の焦点が前記結像手段(3)の主点と一致する
ように配設されたことを特徴とする、請求項1に記載の
全方位視覚センサ。 - 【請求項3】焦点を有する回転体凸面鏡(1)と,少な
くとも1つの焦点を有する複数枚の回転体鏡(2)と,
前記回転体凸面鏡(1)と前記複数枚の回転体鏡(2)
とで反射された光を受光するための結像手段(3)と、
前記結像手段(3)で受光された光を受け、電気信号に
変換するための光電変換手段(4)とからなる全方位視
覚センサであって、前記回転体凸面鏡(1)および前記
複数枚の回転体鏡(2)は、前記回転体凸面鏡(1)お
よび前記複数枚の回転体鏡(2)に含まれる1つの焦点
のみを有する第1の鏡が、前記第1の鏡の反射面と反対
側に焦点を有し、前記第1の鏡で反射された光をさらに
反射する前記回転体凸面鏡(1)および前記複数枚の回
転体鏡(2)に含まれる1つの焦点のみを有する第2の
鏡が、前記第1の鏡の反射面と反対側に焦点を有し、か
つ前記第1の鏡の回転軸と前記第2の鏡の回転軸とが一
致するように配設されたことを特徴とする全方位視覚セ
ンサ。 - 【請求項4】前記複数枚の回転体鏡(2)のうち、前記
結像手段(3)に対して光を反射する回転体鏡(2)
は、前記結像手段(3)の側に第1の焦点を有し、かつ
前記第1の焦点が前記結像手段(3)の主点と一致する
ように配設されたことを特徴とする、請求項3に記載の
全方位視覚センサ。
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