JPH1195344A - 全方位ステレオ画像撮影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】全方位のステレオ画像をリアルタイムに計測す
ること。 【解決手段】曲率の違う２つの双曲面ミラー２０１，２
０２を、外側の焦点を、原点２０３で一致するよう配置
し、その原点にレンズ中心がくるようカメラを配置する
ことにより、投影面２０４に、計測点２０７の２つのス
テレオ対２０８，２０９が同時に投影されることによ
り、一度に全周囲のステレオ画像が撮影され、またステ
レオ対応点も、投影面の原点から放射方向の直線上だけ
を探索するだけで計測でき、高速に３次元座標を計算で
きる。あるいは角錐ミラーを２つ上下対称に配置するこ
とにより、解像度の高い全方位のステレオ画像を撮影す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、全方位のステレオ
画像対を得ることのできる全方位ステレオ画像撮影装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、全方位の画像を実時間で撮影する
装置としては、特開平６−２９５３３３号公報に開示さ
れているものなどがある。図１１はこの従来の装置の構
成図であり、８０１は回転双曲面のミラーであり、８０
２はカメラである。双曲面ミラー８０１は凸部分が反射
面であり、その凸部分を鉛直下向きに配置し、カメラ８
０２は、双曲面の外焦点８０３にレンズ中心がくるよう
配置する。

【０００３】ミラーの内側の焦点を８０４とし、点８０
５から内側の焦点８０４へ向かう光８０６は、ミラー８
０１で反射され、カメラのレンズ中心である外側の焦点
８０３を通過する。このためカメラ８０２で得られる像
は、内側の焦点８０４から見た中心投影の像と等価なも
のになる。

【０００４】このようにして、リアルタイムに全方位の
画像を取得することができる。

【０００５】また、高い解像度の全方位の画像を取得す
るために、角錐型のミラーと複数個のカメラを用いた全
方位の画像の撮影装置として、特開平８−１２５８３５
号公報に開示されているものがある。

【０００６】図１２は、この従来の装置の構成図であ
り、９０１は角錐型のミラーであり、９０２は角錐ミラ
ー９０１の各面に写る像をとらえるよう各面に対応して
配置されたカメラ群である。

【０００７】各カメラのレンズ中心が対応するミラー面
によって作られる虚像が角錐の中心の一点で重なるよ
う、各カメラの位置を配置することにより、虚像の交点
から外周方向を見たのと等価な全周囲の画像を分割した
ものが、各カメラに取得される。

【０００８】このようにして分割して得られた画像を、
画像処理によって繋ぎあわせることにより、全周囲のパ
ノラマ画像を生成する。

【０００９】この場合、全周囲画像を１つのカメラで取
得する場合に比べ、カメラの解像度が同じ場合、複数の
カメラで分担した方が高解像度の画像が得られることな
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の方
法を距離計測などで用いられるステレオ画像の撮影に利
用する場合、以下のような課題が生じる。

【００１１】ステレオ画像の撮影は、異なるカメラ位置
から同一対象を撮影した２つのステレオ画像対を撮影す
ることになる。上記全方位の撮影装置を用いる場合で
も、２つの撮影装置を一定の間隔をおいて並べることと
なる。

【００１２】その場合、全方位の撮影装置の特性から、
一方の撮影装置の映像には、もう一方の撮影装置がお互
いに写り、視野をふさぐことととなる。これは、全方位
の撮影を損なうこととなる。

【００１３】前記課題を解決するために、一台の撮像装
置を移動し、異なる位置での映像を時間をおいて撮影す
る移動ステレオの手法を用いることも可能である。しか
し、この場合リアルタイムの映像の取得は不可能とな
る。

【００１４】本発明は、従来の全方位ステレオ撮影装置
のこのような課題を考慮して、従来に比べてより完全な
全方位のステレオ画像対を、リアルタイムに取得するこ
とが出来る全方向ステレオ画像撮影装置を提供すること
を目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明
は、所定方向の全方位の像を反射させる第１のミラー
と、前記第１のミラーと中心軸同士が実質上一致した、
所定方向の全方位の像を反射させる第２のミラーと、前
記第１のミラー及び第２のミラーによりそれぞれ反射し
た同一対象物の２種類の画像をステレオ画像として撮像
するカメラとを備え、前記第１のミラー、前記第２のミ
ラー、及び前記カメラは、前記２種類の画像が前記カメ
ラ内においてそれぞれ異なる位置に像を結ぶように配置
されている全方位ステレオ画像撮影装置である。

【００１６】請求項３記載の本発明は、所定方向の実質
上全方位の像を反射させる第１の角錐型ミラーと、前記
第１の角錐型ミラーと中心軸同士が実質上一致した、所
定方向の実質上全方位の像を反射させる第２の角錐型ミ
ラーと、前記第１の角錐型ミラーの一つの反射面、及び
その反射面に対応した前記第２の角錐型ミラーの一つの
反射面によりそれぞれ反射した同一対象物の２種類の画
像をステレオ画像として撮像する、前記第１又は第２の
角錐型ミラーの反射面毎に設けられたカメラとを備え、
前記第１の角錐型ミラーの前記一つの反射面、前記第２
の角錐型ミラーの前記一つの反射面、及び前記カメラ
は、前記２種類の画像が前記カメラ内においてそれぞれ
異なる位置に像を結ぶように配置されている全方位ステ
レオ画像撮影装置である。

【００１７】請求項４記載の本発明は、所定方向の実質
上全方位の像を反射させる第１の角錐型ミラーと、前記
第１の角錐型ミラーと中心軸同士が実質上一致してお
り、且つ、角錐型ミラーの底面同士が対向するように配
置された、所定方向の実質上全方位の像を反射させる第
２の角錐型ミラーと、前記第１の角錐型ミラーの一つの
反射面、及びその反射面に対応した前記第２の角錐型ミ
ラーの一つの反射面によりそれぞれ反射した同一対象物
の２種類の画像の一方を、ステレオ画像の片方の画像と
して撮像するカメラとを備え、前記カメラは、前記第１
の角錐型ミラーのそれぞれの反射面毎に、及び前記第２
の角錐型ミラーのそれぞれの反射面毎に設けられている
全方位ステレオ画像撮影装置である。

【００１８】請求項５記載の本発明は、所定方向の実質
上全方位の像を反射させる第１のミラーと、前記第１の
ミラーと中心軸同士が実質上一致しており、前記第１の
ミラーと対向するように配置された、所定方向の実質上
全方位の像を反射させる第２のミラーと、前記第１のミ
ラー及び第２のミラーによりそれぞれ反射した同一対象
物の２種類の画像の内、前記第１のミラーにより反射し
た画像をステレオ画像の一方の画像として撮像する第１
のカメラと、前記２種類の画像の内、前記第２のミラー
により反射した画像をステレオ画像の他方の画像として
撮像する第２のカメラとを備えた全方位ステレオ画像撮
影装置である。

【００１９】請求項８記載の本発明は、上記全方位ステ
レオ画像撮影装置によって撮影された画像データを利用
して、前記２つのミラー又は前記相互に対応する２つの
反射面により反射した各画像の画像領域間のステレオ対
応点を求める対応点計算部と、前記対応点計算部で求め
たステレオ対応点に基づいて、その対応点の３次元座標
を計算する奥行き計算部とを備えた全方位ステレオ画像
撮影装置である。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１から図７を用いて説明する。

【００２１】（実施の形態１）図１は本発明の全方位ス
テレオ画像撮影装置の概略構成図を示す。

【００２２】図１において、１０１、１０２は、ことな
る曲率の双曲面の断面を持つ双曲面ミラーであり、１０
３は鉛直方向を示しており、前記双曲面ミラー１０１，
１０２の軸は、鉛直方向１０３と一致する。１０４はそ
の双曲面の外側の焦点にレンズ中心が位置するよう、鉛
直方向１０３に沿って配置されたカメラである。

【００２３】この光学的な配置を図２を用いて説明す
る。図２は、図１の鉛直線１０３を含む面にそった断面
の模式図である。２０１は上部に位置する双曲面ミラー
１であり、２０２は下部に位置する双曲面ミラー２であ
る。尚、図２の双曲面ミラー１（２０１）は、図１の双
曲面ミラー１０１に対応し、又、双曲面ミラー２（２０
２）は、図１の双曲面ミラー１０２に対応する。ここ
で、座標系を、原点０を２つの双曲面ミラーの焦点２０
３におき、上方向をＺ軸、横方向をＹ軸、画面手前方向
をＸ軸とする。カメラの焦点距離をｆとして、像を結ぶ
Ｚ＝ｆの投影面を２０４とする。

【００２４】双曲面ミラー１の形状は、次の式で表せ
る。

【００２５】

【数１】

【００２６】ここで、ａ₁、ｂ₁、ｃ₁は、双曲面の形状
を決めるパラメータで、以下の関係がある。

【００２７】

【数２】

【００２８】図２のように、外側の焦点を原点（０，
０，０）に固定した場合、もう一つの内側の焦点２０５
の座標は、（０，０，２Ｃ₁）となる。

【００２９】同様に双曲面ミラー２に関して

【００３０】

【数３】

【００３１】

【数４】

【００３２】の関係が成り立つ。ここで双曲面ミラー２
の内側の焦点２０６の座標は、（０，０，２Ｃ₂）とな
る。

【００３３】いま図２の２０７で示される点Ｐ（Ｘｐ、
Ｙｐ、Ｚｐ）が、投影面２０４にどのように写るかを示
す。点Ｐから焦点２０５に向かう光は、双曲面ミラー１
で反射され、原点におかれたカメラのレンズに入射す
る。このとき投影面２０４に写る像が、２０８の点Ｐ₁
（ｘ_p1、ｙ_p1、ｆ）である。

【００３４】同様に２０７の点Ｐから、双曲面ミラー２
の焦点２０６に向かう光が、投影面２０４に結ぶ像は、
２０９の点Ｐ₂（ｘ_p2、ｙ_p2、ｆ）で表される。

【００３５】投影面の像の様子を図３に示す。３０１は
カメラの撮影範囲を示し、３０２のリング状の部分が双
曲面ミラー１に反射した像の写る範囲であり、３０３の
円状の部分が双曲面ミラー２の反射像の写る範囲を示し
ている。

【００３６】この３０２，３０３が、全方位に対応する
ステレオ画像対である。このように同一カメラの投影面
に、領域が分かれてステレオ画像対が投影されるので、
カメラを動画記録可能なビデオカメラなどにすれば、リ
アルタイムで全方位のステレオ画像が撮影できる。

【００３７】なお、以上の説明では、全方位を写すため
のミラーを、双曲面ミラーで構成した例で説明したが、
その他の角錐ミラーでも同様に実施可能である。これに
ついては、更に後述する。

【００３８】次に、双曲面ミラーから得られたステレオ
画像対の関係から、計測点の３次元情報を計測する手法
について説明する。

【００３９】図２の２０７で示された点Ｐが投影面２０
４に投影された点Ｐ₁，Ｐ₂は、図３では、それぞれ３０
４，３０５で示される位置に投影される。投影面上での
Ｐ₁、Ｐ₂の座標は、それぞれ（ｘ_p1、ｙ_p1）、（ｙ_p2、
ｙ_p2）となる。

【００４０】３次元空間で同一の点が、２つの双曲面ミ
ラー１，２によって投影された点Ｐ１，Ｐ２の間には、
双曲面ミラーがＺ軸に関して回転対称であるという性質
から、双曲面ミラーの軸の中心を通る直線上に並ぶとい
う制約が生じる。言い換えると、空間上の同一点の投影
面上での対応点を探索するステレオ対の探索の時に、探
索範囲を２次元の平面から、１次元の直線に限定でき、
探索にかかる処理を低減できる。

【００４１】処理の流れを図４を用いて説明する。４０
１は、図３で示したカメラでの撮影画像である。４０２
は、前記撮影画像からステレオ対応点を探索する対応点
計算部であり、４０３は前記対応点計算部からのステレ
オ対応点の組から、その点の３次元座標を計算する奥行
き計算部である。

【００４２】対応点計算部４０２においては、撮影画像
を中心から外側に向かって放射方向に輝度値の一次微分
を行い、エッジを抽出する。このエッジデータに対し
て、ステレオ対応点を相関を計算して探索する。探索範
囲は中心から放射状にのびる直線状に限定する。相関値
が予め与えたしきい値より高い点の組の座標Ｐ
₁（ｘ_p1，ｙ_p1）、Ｐ₂（ｘ_p2，ｙ_p2）を、４０３の奥行
き計算部に出力する。

【００４３】奥行き計算部４０３においては、与えられ
た２つのステレオ対応点の組から、図２の２０７に示す
対応点Ｐの３次元座標（Ｘｐ、Ｙｐ、Ｚｐ）を計算す
る。

【００４４】図５に示すように、双曲面のパラメータａ
₁、ｂ₁、ｃ₁、カメラの焦点距離ｆ、点Ｐから双曲面の
内側の焦点への直線が水平線とのなす角を−α１、双曲
面ミラー１からの原点への反射光と水平線がなす角をβ
１とすると、

【００４５】

【数５】

【００４６】

【数６】

【００４７】

【数７】

【００４８】の関係が得られる。ここで、図５では、双
曲面ミラー１と点Ｑとの関係を描いた説明図であり、そ
の説明の都合上、双曲面ミラー２の記載を省略してい
る。従って、同図の双曲面ミラー１を双曲面ミラー２と
見なすことにより、双曲面ミラー２についても、上記と
同様に、

【００４９】

【数８】

【００５０】

【数９】

【００５１】

【数１０】

【００５２】の関係が成り立つ。

【００５３】また、ステレオ対応点が、投影面で中心を
通る直線の上に制限されるという拘束は、その直線が投
影面のＸ軸となす角をθとして

【００５４】

【数１１】

【００５５】の関係が得られる。

【００５６】（式５）から（式１１）を元に、Ｘｐ、Ｙ
ｐ、Ｚｐについて求めると

【００５７】

【数１２】

【００５８】よって、双曲面ミラーの形状のパラメータ
ａ₁，ｂ₁、ｃ₁、ａ₂、ｂ₂、ｃ₂、カメラの焦点距離ｆは
判っているので、ステレオ対応点（ｘ_p1，ｙ_p1）、（ｘ
_p2，ｙ_p2）の組から（式１２）により、対応する点の３
次元座標を計算する。計算された出力が図４の４０４の
座標出力である。

【００５９】（実施の形態２）図６は、本発明の全方位
ステレオ画像撮影装置の実施の形態２の概略構成図を示
す。

【００６０】図６において、６０１は上部角錐ミラー、
６０２は下部角錐ミラーであり、その中心線６０５と一
致する６０３は上部角錐ミラーの各面の反射像を撮影す
る上部カメラ群、６０４は下部角錐ミラーの各反射像を
撮影する下部カメラ群である。

【００６１】光学的な配置を図７を用いて説明する。図
７は、図６の中心線６０５を含み、角錐の１つの面に垂
直に交わる平面に沿った断面の模式図である。７０１、
７０２は、それぞれ上部角錐ミラー、下部角錐ミラー、
７０３、７０４はそれぞれ上部カメラ、下部カメラであ
る。７０５を２つの角錐ミラーの中心線上の中間点Ｏと
する。上部カメラ７０３に写る映像は、ミラー７０１に
よって反射され、上部カメラ７０３の虚像７０６の位置
から見た映像と等価なものになる。同様に下部カメラ７
０４の虚像を７０７とする。

【００６２】水平方向に分割された像を、全方位のステ
レオに隙間なく接合するためには、各方向のカメラのレ
ンズ中心を一致させる必要がある。１つのカメラで時間
をずらして撮影する場合には、レンズ中心も回転の中心
として、水平方向に回転すればよいが、同時に複数のカ
メラで撮影する場合には、同時に２つのカメラを同じ場
所に置けないので不可能である。しかしミラーを使っ
て、すべてのカメラの虚像のレンズ中心を１つの点に集
めれば、カメラの実体は別々の場所に位置し、等価的な
レンズ中心だけを一点に集めることができる。角錐ミラ
ーの場合、このレンズ中心の集まる場所は、角錐ミラー
の中心線上になり、各カメラは虚像のレンズ中心が、中
心線上の一点に位置するよう配置される。

【００６３】カメラ７０３の撮影範囲を、線分７０８，
７０９で囲まれる領域、カメラ７０４の撮影範囲を線分
７１０，７１１で囲まれる領域としたとき、両方のカメ
ラに投影像が写るステレオ計測可能な領域は、７１２で
示す斜線の領域となる。

【００６４】次に、この領域とミラー、カメラの画角、
位置との関係を説明する。図７に示すように、角錐ミラ
ーの角度をγとする。上部、下部とも同じ形状のミラー
とする。またカメラ７０３，７０４の光軸は鉛直線上を
向いているとする。このときミラーによって反射された
カメラの光軸７１３、７１４が水平方向となす仰角をψ
とすれば、γとψとの関係は次の式のようになる。

【００６５】

【数１３】

【００６６】７０５の原点０からカメラの虚像のレンズ
中心までの距離をＬとして、カメラの上下方向の画角を
２ρとする。７０５の原点０から外側に向かって水平な
方向をＹ軸、鉛直方向をＺ軸とし、計測領域７１２が始
まる点７１５の座標を（０，ｙ₀，０）とおけば、ｙ
₀は、

【００６７】

【数１４】ｙ₀ = Ｌ ／ tan(ψ+ρ) となる。

【００６８】計測領域７１２の形状が変化する点７１６
のＹ座標をｙ_cとすれば、ｙ₀＜ｙ＜ｙ_cでの計測領域７
１２の境界上の点７１６のｚ座標は、

【００６９】

【数１５】ｚ ＝ ｙ tan(ψ+ρ) ― Ｌ となる。

【００７０】ｙ_c＜ｙでの計測領域７１２の境界上の点
７１７のｚ座標は、

【００７１】

【数１６】ｚ ＝ Ｌ ― ｙ tan(ψ-ρ) となる。（式１４）、（式１５）から、点７１７の座標
ｙ_cは、

【００７２】

【数１７】 ｙ_c ＝ ２Ｌ ／ （ tan(ψ＋ρ) ＋ tan(ψ−ρ) ） となる。

【００７３】計測したい対象が存在する領域を、計測領
域７１２が覆うように、角錐ミラーの距離Ｌ、仰角ψを
調整することにより、望む計測領域のステレオ画像対を
取得することができる。

【００７４】なお、以上の説明では、全方位を写すため
のミラーを、角錐ミラーで構成した例で説明したが、そ
の他の球面ミラー、円錐ミラー、双曲面ミラーでも同様
に実施可能である。

【００７５】以上述べたことから明らかな様に本実施の
形態にれば、例えば、移動ロボットの視覚系や、人工現
実感などの分野における実環境の取得などにおいて、全
方位のリアルタイムの画像だけでなく、その画像中の対
象物までの距離などの情報を与える全方位のステレオ画
像対を得ることのできる全方位のステレオ画像撮影装置
を提供することが出来る。

【００７６】即ち、水平方向の全方位を写すミラー２組
を、その互いが他方のミラーに写りこまないよう上下対
称に組み合わせる、あるいは、２つの反射像を同一カメ
ラの投影面の異なる位置に像を結ぶよう形状の違うミラ
ーを上下方向に配置することにより、全方位のステレオ
画像対をリアルタイムに取得可能となる。

【００７７】特に曲率の違う２つの双曲面ミラーを組み
合わせることにより、全方位のステレオ画像対を１つの
映像の中に撮影可能となり、リアルタイムに全方位のス
テレオ画像撮影が可能となる。また得られた画像からス
テレオ対応点を探索する場合、放射状の直線上でのみ探
索すればよく、高速に対応点の３次元座標を求めること
が可能となる。

【００７８】尚、上記実施の形態１では、全方位を写す
ためのミラーを、双曲面ミラーで構成した例で説明した
が、これに限らず例えば、以下に示すような角錐ミラー
で構成しても良い。

【００７９】即ち、ここでは、全方位を写すためのミラ
ーを、角錐ミラーで構成した実施例について説明する。

【００８０】図８は、角錐ミラーで構成した本発明の全
方位ステレオ画像撮影装置の概略構成図である。図８に
おいて、１００１は上部角錐ミラーであり、１００２は
下部角錐ミラーであり、１００３は上部、下部角錐ミラ
ーの対応する平面の反射像を同時に撮影するカメラ群で
ある。この場合、１つのカメラには対応する上下の角錐
ミラーの面のステレオ像が得られる。この像は、全方位
を水平方向に分割したものであり、全カメラの像を合成
することで、水平方向３６０度の像を得ることができ
る。

【００８１】次に、光学的な配置を、図９を用いて説明
する。図９は、図８の角錐ミラーの中心軸を含み、角錐
ミラーを構成する平面ミラーの１つに垂直な平面で切断
した断面図を示している。１１０１が注目する上部角錐
ミラー面、１１０２は、それに対応する下部角錐ミラー
面である。１１０３は、それら２つのミラー面に写る反
射像を撮影するカメラである。

【００８２】１１０４に示す点Ｑが、上部、下部ミラー
面で反射され、カメラ１１０３の投影面１１０５に写る
像は、それぞれｑ１、ｑ２となる。よって、同一の点か
らの２つのステレオ対が、１つのカメラの投影面上に得
られる。

【００８３】この様にして得られた点ｑ１，ｑ２の座標
を利用して、以下に述べる計算により、点Ｑの３次元座
標が得られる。

【００８４】ここで、点Ｑの３次元座標と、カメラの投
影像の関係について、図１１，１２を参照しながら述べ
る。

【００８５】即ち、図１１に示すように、１１０３のカ
メラから見た像は、カメラの虚像１１０６，１１０７か
ら見た場合の像と等価である。よってカメラ１１０３に
撮影される像を考える場合、仮想的に虚像１１０６，１
１０７の位置にカメラをおいたものとして、考えても良
い。ただし、鏡像の関係にあるため、撮影される像も、
反転した虚像の関係にあることに注意する必要がある。

【００８６】次に、図１２を参照しながら、点Ｑの３次
元座標の算出方法について更に述べる。

【００８７】図１０は、１２０１の下部ミラー面に関し
て１２０４の点Ｑと、１２０６の投影像ｑ２の関係を示
したものである。今１２０２のカメラのレンズ中心を座
標系の原点として、カメラの光軸方向をＺ軸、ミラー面
に垂直な横方向をＹ軸、図面手前方向をＸ軸とする。１
２０１のミラー面は、Ｚ軸と成す角がγで、Ｚ軸と交わ
る点が原点OからＲの距離にあるとする。

【００８８】このＸＹＺ座標系で、１２０４の点Ｑの座
標を（Ｘ_Q、Ｙ_Q、Ｚ_Q）とし、焦点距離ｆのカメラの投
影面１２０５に写る像１２０６をｑ２（ｘ_q2、ｙ_q2、
ｆ）として、その２つの関係を求める。

【００８９】１２０２のカメラの虚像を１２０３とし、
そのレンズ中心をＯ’とする。点Ｑの投影像ｑ２は、カ
メラの虚像の投影面１２０７に写る像ｑ２’（１２０
８）と鏡像の関係にある。よって１２０７の投影面上の
座標系での、ｑ２’の座標からｑ２の座標は求められ
る。

【００９０】まず、原点が１２０３のカメラの虚像のレ
ンズ中心Ｏ’にあり、カメラの虚像の光軸にＺ’軸が一
致し、Ｘ’軸が前記ＸＹＺ座標系のＸ軸と平行な、Ｘ’
Ｙ’Ｚ’座標系を考える。この座標系でのｑ２’の座標
は、(ｘ_q2’ 、ｙ_q2’ 、ｆ)となる。ｑ２との鏡像の関
係にあるので、

【００９１】

【数１８】ｘ_q2 ＝ −ｘ_q2’ ｙ_q2 ＝ −ｙ_q2’ となる。

【００９２】次に、点ＱのＸ’Ｙ’Ｚ’座標系での座標
を求める。ＸＹＺ座標系とＸ’Ｙ’Ｚ’座標系の変換
は、ＸＹＺ座標系の原点Ｏを、Ｏ’へ平行移動し、Ｚ軸
がＺ’軸へ一致するよう、Ｘ軸周りに回転することによ
り、求められる。

【００９３】今、Ｚ軸とＺ’軸の成す角をψとすれば、

【００９４】

【数１９】ψ ＝ ２γ の関係がある。一方、ＯからＯ’への平行移動により、
Ｑ（Ｘ_Q、Ｙ_Q、Ｚ_Q）の座標値は、

【００９５】

【数２０】（Ｘ_Q、Ｙ_Q＋Ｒsinψ、Ｚ_Q＋Ｒ＋Ｒcosψ） となる。次に、Ｘ軸周りのψ回転により

【００９６】

【数２１】

【００９７】となる。

【００９８】Ｚ'でｆの距離にある投影面１２０７の投
影により、点Ｑの投影像ｑ２’(ｘ_q2’、ｙ_q2’、ｆ)の
座標が求まり、（式１８）より、カメラへの投影像ｑ２
（ｘ_q2、ｙ_q2、ｆ）が求まる。

【００９９】

【数２２】 ｘ_q2 ＝ −ｘ_q2’ ＝ −ｆ・Ｘ_Q’／Ｚ_Q’ ｙ_q2 ＝ −ｙ_q2’ ＝ −ｆ・Ｙ_Q’／Ｚ_Q’ 以上により、ミラーの位置R、傾きγ、カメラの焦点距
離ｆを用いて、任意の点Ｑ（Ｘ_Q、Ｙ_Q、Ｚ_Q）と、その
カメラでの像ｑ２（ｘ_q2、ｙ_q2、ｆ）には、（式２
１）、（式２２）の関係が成り立つ。

【０１００】一方、図９におけるような、上部、下部の
２つのミラー面では、その傾きγ、カメラからの距離Ｒ
が異なる。よって、一点Ｑのカメラでの投影像は、それ
ぞれのγ、Ｒと（式２１）、（式２２）により、別の点
ｑ１、ｑ２となる。

【０１０１】従って、逆に、それぞれのγ、Ｒが判って
いれば、点ｑ１、ｑ２の座標と、（式２１）、（式２
２）により、点Ｑの３次元座標（Ｘ_Q、Ｙ_Q、Ｚ_Q）を計
算できる。尚、上述した点Ｑの３次元座標の計算方法
は、上記実施の形態２において点Ｐの３次元座標を求め
る場合にも同様に用いることが出来ることは言うまでも
ない。

【０１０２】

【発明の効果】以上述べたところから明らかな様に本発
明は、従来に比べてより完全な全方位のステレオ画像対
を、リアルタイムに取得することが出来るという長所を
有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の全方位ステレオ画像撮
影装置の概略構成図

【図２】同実施の形態の全方位ステレオ画像撮影装置の
鉛直断面図

【図３】同実施の形態のカメラにより得られる投影像を
示す図

【図４】同実施の形態の３次元座標を計算する処理の流
れを示す図

【図５】同実施の形態の光学系の関係を示す説明図

【図６】本発明の全方位ステレオ画像撮影装置の第２の
実施の形態の概略構成図

【図７】本発明の第２の実施の形態の測定範囲を説明す
る図

【図８】本発明の全方位ステレオ画像撮影装置の他の実
施の形態の角錐ミラーを用いた概略構成図

【図９】同実施の形態の鉛直断面図

【図１０】同実施の形態の光学系の関係を示す説明図

【図１１】従来の双曲面型全方位撮影装置の説明図

【図１２】従来の角錐型全方位撮影装置の説明図

【符号の説明】

１０１ 上部の双曲面ミラー １０２ 下部の双曲面ミラー １０４ カメラ ２０１、 ２０２ 双曲面ミラー ２０４ 投影面 ２０５、 ２０６ 双曲面の焦点 ２０７ 計測点 ２０８、 ２０９ 投影面へ投影された点 ３０１ 撮影像 ３０２ 上部双曲面ミラーの投影範囲 ３０３ 部双曲面ミラーの投影範囲 ４０１ 投影像 ４０２ 対応点計算部 ４０３ 奥行き計算部 ４０４ ３次元座標データ ６０１、６０２ 角錐ミラー ６０３、６０４ カメラ群 ６０５ 角錐中心 ７０１、７０２ 角錐ミラー ７０３、７０４ カメラ ７０６、７０７ カメラの虚像 ７０８、７０９、７１０、７１１ カメラの撮影範囲 ７１２ ステレオ計測可能な領域 ７１３、７１４ カメラの光軸 ７１５、７１６、７１７、７１８ ステレオ計測可能な
領域の境界上の点 ８０１ 双曲面ミラー ８０２ カメラ ８０３ レンズ中心（外焦点） ８０４ 内焦点 ８０５ 観測点 ８０６ 観測点からの光線 ９０１ 角錐ミラー ９０２ カメラ群 １００１ 上部角錐ミラー １００２ 下部角錐ミラー １００３ カメラ群 １１０１ 上部ミラー面 １１０２ 下部ミラー面 １１０３ カメラ １１０４ 計測点 １１０５ カメラの投影面 １１０６ 上部ミラー面に対応するカメラの虚像 １１０７ 下部ミラー面に対応するカメラの虚像 １２０１ ミラー面 １２０２ カメラ １２０３ カメラの虚像 １２０４ 計測点 １２０５ カメラの投影面 １２０６ 計測点の投影像 １２０７ 虚像の投影面 １２０８ 虚像の投影面への投影像

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定方向の全方位の像を反射させる第１
   のミラーと、 前記第１のミラーと中心軸同士が実質上一致した、所定
   方向の全方位の像を反射させる第２のミラーと、 前記第１のミラー及び第２のミラーによりそれぞれ反射
   した同一対象物の２種類の画像をステレオ画像として撮
   像するカメラとを備え、 前記第１のミラー、前記第２のミラー、及び前記カメラ
   は、前記２種類の画像が前記カメラ内においてそれぞれ
   異なる位置に像を結ぶように配置されていることを特徴
   とする全方位ステレオ画像撮影装置。
2. 【請求項２】 前記第１及び第２のミラーは、何れも双
   曲面のミラーであり、双方の双曲面の中心軸が一致し、
   外側の焦点の位置が一致するよう配置されており、 前記カメラは、前記外側の焦点の位置が、前記カメラの
   レンズ中心の位置に一致するように配置されていること
   を特徴とする請求項１記載の全方位ステレオ画像撮影装
   置。
3. 【請求項３】 所定方向の実質上全方位の像を反射させ
   る第１の角錐型ミラーと、 前記第１の角錐型ミラーと中心軸同士が実質上一致し
   た、所定方向の実質上全方位の像を反射させる第２の角
   錐型ミラーと、 前記第１の角錐型ミラーの一つの反射面、及びその反射
   面に対応した前記第２の角錐型ミラーの一つの反射面に
   よりそれぞれ反射した同一対象物の２種類の画像をステ
   レオ画像として撮像する、前記第１又は第２の角錐型ミ
   ラーの反射面毎に設けられたカメラとを備え、 前記第１の角錐型ミラーの前記一つの反射面、前記第２
   の角錐型ミラーの前記一つの反射面、及び前記カメラ
   は、前記２種類の画像が前記カメラ内においてそれぞれ
   異なる位置に像を結ぶように配置されていることを特徴
   とする全方位ステレオ画像撮影装置。
4. 【請求項４】 所定方向の実質上全方位の像を反射させ
   る第１の角錐型ミラーと、 前記第１の角錐型ミラーと中心軸同士が実質上一致して
   おり、且つ、角錐型ミラーの底面同士が対向するように
   配置された、所定方向の実質上全方位の像を反射させる
   第２の角錐型ミラーと、 前記第１の角錐型ミラーの一つの反射面、及びその反射
   面に対応した前記第２の角錐型ミラーの一つの反射面に
   よりそれぞれ反射した同一対象物の２種類の画像の一方
   を、ステレオ画像の片方の画像として撮像するカメラと
   を備え、 前記カメラは、前記第１の角錐型ミラーのそれぞれの反
   射面毎に、及び前記第２の角錐型ミラーのそれぞれの反
   射面毎に設けられていることを特徴とする全方位ステレ
   オ画像撮影装置。
5. 【請求項５】 所定方向の実質上全方位の像を反射させ
   る第１のミラーと、 前記第１のミラーと中心軸同士が実質上一致しており、
   前記第１のミラーと対向するように配置された、所定方
   向の実質上全方位の像を反射させる第２のミラーと、 前記第１のミラー及び第２のミラーによりそれぞれ反射
   した同一対象物の２種類の画像の内、前記第１のミラー
   により反射した画像をステレオ画像の一方の画像として
   撮像する第１のカメラと、 前記２種類の画像の内、前記第２のミラーにより反射し
   た画像をステレオ画像の他方の画像として撮像する第２
   のカメラと、を備えたことを特徴とする全方位ステレオ
   画像撮影装置。
6. 【請求項６】 前記第１及び第２のミラーは、回転対称
   な形状のミラーであることを特徴とする請求項５記載の
   全方位ステレオ画像撮影装置。
7. 【請求項７】 前記回転対称な形状のミラーが、双曲面
   ミラー、円錐型ミラー又は球面ミラーであることを特徴
   とする請求項６記載の全方位ステレオ画像撮影装置。
8. 【請求項８】 請求項１〜７の何れか一つに記載の全方
   位ステレオ画像撮影装置によって撮影された画像データ
   を利用して、前記２つのミラー又は前記相互に対応する
   ２つの反射面により反射した各画像の画像領域間のステ
   レオ対応点を求める対応点計算部と、 前記対応点計算部で求めたステレオ対応点に基づいて、
   その対応点の３次元座標を計算する奥行き計算部と、を
   備えたことを特徴とする全方位ステレオ画像撮影装置。
9. 【請求項９】 前記全方位ステレオ画像撮影装置が、請
   求項２記載の全方位ステレオ画像撮影装置であって、 前記２つのミラーにより反射した各画像の画像領域の一
   方が同心円の内側の円の内部領域に、他方が前記同心円
   の外側の円と前記内側の円との間の領域に対応してお
   り、前記対応点計算部が前記内部領域と前記双方の円の
   間の領域との間の前記ステレオ対応点を求める場合、前
   記同心円の中心から半径方向への直線上を探索すること
   を特徴とする請求項８記載の全方位ステレオ画像撮影装
   置。