WO2013150775A1 - 画像生成装置、カメラ装置、画像表示装置及び画像生成方法 - Google Patents

画像生成装置、カメラ装置、画像表示装置及び画像生成方法 Download PDF

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純哉 桑田
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Definitions

  • the present invention relates to an image generation apparatus, a camera apparatus, an image processing system, and an image generation method for generating an output image for display using a cut-out image cut out from a wide-angle picked-up image picked up by a camera.
  • JP 2006-20141 JP 2008-33607 A JP 2006-301034 A
  • An object of the present invention is to suppress a sudden change in the direction of an imaging target in a displayed cut-out image.
  • This image generation apparatus is an image generation apparatus that generates a cut-out image from a captured wide-angle image, and stores a reference angle determination unit that obtains a reference angle of a cut-out area in the captured wide-angle image and a rotation angle of the previous cut-out image
  • a rotation angle storage unit, a rotation angle calculation unit for obtaining a rotation angle for the cutout region based on the previous rotation angle and the reference angle, and a cutout image for the cutout region is generated based on the rotation angle obtained by the rotation angle calculation unit.
  • An image cutout unit that controls the rotation angle calculation unit so that the amount of change in the rotation angle of the cutout region does not exceed a predetermined angle.
  • FIG. 1 is a block diagram of an image processing system according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of display image generation processing according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an operation flowchart of the display image generation unit in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram of an image processing system according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of region determination according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an operation flowchart of the display image generation unit in the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of a cutout region in an image captured with a fisheye lens.
  • the camera device of the present invention uses an imaging unit that generates a shooting area image that is an image of the shooting area taken from above, and a shooting target that moves within the imaging area using a cut-out image cut out from the shooting area image.
  • a display image generation unit that generates the display image, and the display image generation unit calculates a rotation angle for rotating the cut-out image when generating the display image, and the rotation angle.
  • An image cutout unit that rotates the cutout image to generate the display image, a rotation angle storage unit that stores a rotation angle used to rotate the cutout image, and the shooting target in the shooting area image
  • a reference angle determination unit that determines a reference angle that is an angle corresponding to the inclination of the rotation angle, and the rotation angle calculation unit calculates the rotation angle of the previous frame stored in the rotation angle storage unit and the previous angle. Based on the reference angle of the current frame determined by the reference angle determination unit has a configuration to calculate the rotation angle of the current frame.
  • the display image generation unit is a position corresponding to the shooting target in the shooting area image, and is a position serving as a reference when the cut image is cut out from the shooting area image.
  • a reference position determination unit that determines a cutout reference position; and a distance calculation unit that calculates a distance between the shooting reference position that is a position corresponding to the imaging unit in the shooting area image and the cutout reference position.
  • the image cutout unit is configured to generate the display image by rotating the cutout image based on the rotation angle when the distance is equal to or less than a predetermined threshold distance.
  • the system of the present invention uses a camera device that generates a shooting area image, which is an image of a shooting area taken from above, and a cut-out image cut out from the shooting area image to capture a shooting target that moves within the shooting area.
  • An image processing system comprising: an image processing apparatus that generates a display image, wherein the image processing apparatus calculates a rotation angle for rotating the cut-out image when generating the display image; An image cutout unit that rotates the cutout image to generate the display image based on the rotation angle, a rotation angle storage unit that stores a rotation angle used to rotate the cutout image, and the shooting area image
  • a reference angle determination unit that determines a reference angle that is an angle corresponding to the inclination of the subject to be imaged, and the rotation angle calculation unit is a rotation angle storage unit of the image processing device Based on the reference angle of the current frame determined as the rotation angle of the stored previous frame by the reference angle determination unit has a configuration to calculate the rotation angle of the current frame.
  • the rotation angle of the current frame is calculated based on the rotation angle of the previous frame and the reference angle of the current frame, and the cut-out image is rotated and displayed based on the rotation angle. Since the image is generated, it is possible to suppress a sudden change in the direction of the shooting target displayed in the display image.
  • the method of the present invention is an image processing method for generating a display image of a subject to be photographed that moves within the imaging area, using a cut-out image cut out from a photographing area image that is an image obtained by photographing the photographing area from above.
  • a reference angle that is an angle corresponding to the inclination of the shooting target in the shooting area image
  • a rotation angle of the previous frame of the cutout image is determined.
  • the rotation angle of the current frame is calculated based on the reference angle of the current frame, and the display image is generated by rotating the cut image based on the calculated rotation angle.
  • the rotation angle of the current frame is calculated based on the rotation angle of the previous frame and the reference angle of the current frame, and the clipped image is rotated and displayed based on the rotation angle. Since the image is generated, it is possible to suppress a sudden change in the direction of the shooting target displayed in the display image.
  • the present invention it is possible to suppress a sudden change in the direction of the photographing target displayed in the display image, and to reduce the uncomfortable appearance due to the rotation of the display image.
  • an imaging unit having a camera function is installed as a monitoring camera in an office, a store, a station, or the like, and a shooting area is captured as a moving image.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an image processing system according to the first embodiment.
  • the image processing system 1 includes an imaging unit 2 that captures an imaging area, and a display image generation unit that generates a display image by performing predetermined image processing (described later) on a captured image captured by the imaging unit 2. 3 and a display unit 4 for displaying the display image generated by the display image generation unit 3.
  • the imaging unit 2, the display image generation unit 3, and the display unit 4 may be configured as a single device or may be configured as separate devices.
  • the imaging unit 2 and the display image generation unit 3 may be configured as one camera device, and the display unit 4 may be realized by a display terminal connected to the camera device via an IP network. Further, the imaging unit 2 may be configured as a camera device, and the display image generation unit 3 and the display unit 4 may be realized by a personal computer or a tablet terminal connected to the camera device via an IP network.
  • an image pickup unit 2 constitutes an image input device, and is arranged on at least an image pickup element (not shown) such as a charge coupled device (CCD) or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) and an optical axis of the image pickup element.
  • Lens (not shown).
  • a lens having a wider angle of view than a standard lens for example, a fisheye lens, a quasi-wide angle lens, a wide angle lens, a super wide angle lens, etc.
  • the imaging unit 2 is installed on the ceiling or the like of the imaging area so that the direction of the optical axis is in the vertical direction in order to efficiently capture a wide imaging area.
  • the imaging unit 2 generates an image obtained by photographing the photographing area from above (an image photographed at an angle of view as if looking down from the ceiling).
  • the imaging unit 2 may be installed on a floor, a desk, or the like and may be photographed from below.
  • the display image generation unit 3 generates a cut-out image for display including a shooting target such as a person moving in the imaging area from the wide-angle captured image captured by the imaging unit 2 (see FIG. 2).
  • the display image generation unit 3 includes an object detection unit 5, a reference position determination unit 6, a reference angle determination unit 7, a rotation angle calculation unit 8, a rotation angle storage unit 9, and an image cutout unit 10. The configuration of each part will be described below.
  • the object detection unit 5 performs image processing on the captured image picked up by the image pickup unit 2 to detect a shooting target such as a person or a car included in the shooting area image.
  • a shooting target such as a person or a car included in the shooting area image.
  • a subject to be photographed can be detected from a photographed image by performing motion difference processing, background difference processing, or the like on the captured image.
  • the imaging target is not limited to being specified by image processing, but may be determined through an operation for specifying the imaging target by the user.
  • the reference position determination unit 6 determines a position (cutout reference position) that serves as a reference for the cutout region including the imaging target in the captured image.
  • the position of the center of gravity of the detected image area to be imaged is determined as the extraction reference position. It can be said that this cut-out reference position is a position corresponding to a shooting target in the captured image. If the imaging target is a moving body, the extraction reference position moves with time according to the movement of the imaging target.
  • the determination of the cutout reference position is not limited to this, and the center position of a frame surrounding the detected shooting target (for example, a rectangular frame circumscribing the shooting target) may be determined as the cutting reference position. Good or other methods may be used.
  • the rotation angle calculation unit 8 calculates a rotation angle ⁇ new, t for rotating the cutout region when generating a display image from the captured image.
  • the rotation angle ⁇ new, t of the current (time t) frame is based on the rotation angle ⁇ new, t-1 of the previous (time t-1) frame and the reference angle ⁇ t of the current (time t) frame (expression Calculate using 1).
  • ⁇ new, t ⁇ new, t-1 + max (min ( ⁇ t- ⁇ new, t-1, ⁇ ), - ⁇ ) (Equation 1)
  • ⁇ new, t a rotation angle used when the cutout region is rotated at time t
  • ⁇ new, t-1 a rotation angle used for the cutout image at time t-1
  • ⁇ t is a reference angle obtained by the reference angle determination unit 7 at time t.
  • ⁇ is a predetermined threshold value (threshold angle). The initial value of ⁇ new, t may be set to 0 degrees.
  • the amount of increase / decrease ( ⁇ t- ⁇ new, t-1) of this time (time t) is added to the rotation angle ⁇ new, t-1 of the previous time (time t-1), and the rotation amount of this time (time t)
  • the threshold angle ⁇ with respect to the rotation change amount ( ⁇ t ⁇ new, t-1) from the previous rotation angle ⁇ new, t-1 Is set.
  • the rotation change amount ( ⁇ t ⁇ new, t ⁇ 1) does not exceed the threshold value ⁇
  • the rotation change amount ( ⁇ t ⁇ new, t ⁇ 1) is used, which is the rotation change amount ( ⁇ t ⁇ new, t ⁇ 1).
  • the threshold angle ⁇ can be set to an arbitrary angle by the user.
  • the threshold angle ⁇ may be a fixed value or a variable value. In the case of a fixed value, it is preferable to set an angle such that the cut image does not rotate extremely greatly from the previous direction, such as 45 °.
  • the threshold angle ⁇ is varied according to the distance r between the photographing reference position O and the cutout reference position P.
  • the variation value may be varied according to the difference ( ⁇ t ⁇ new, t ⁇ 1) between the reference angle ⁇ t and the rotation angle ⁇ new, t ⁇ 1 of the previous frame.
  • the threshold angle ⁇ is varied according to a monotonically increasing function (such as Equation 3 below) that minimizes the threshold angle ⁇ . You may let them.
  • the rotation angle storage unit 9 stores the rotation angles ⁇ new, t ⁇ 1 used for the rotation of the cutout image in the previous frame (time t ⁇ 1).
  • the image cutout unit 10 generates a display image from the captured image. Specifically, a cut-out image is cut out from the captured image based on the cut-out reference position determined by the reference position determination unit 6.
  • the image cutout unit 10 corrects distortion caused by the optical characteristics of the lens used in the imaging unit 2. Further, the image cutout unit 10 rotates the cutout region based on the rotation angle ⁇ new, t calculated by the rotation angle calculation unit 8.
  • the display image generation unit 3 can be realized using a processor that executes a program for each process and a memory that stores information.
  • the display image generation unit 3 firstly determines the reference position determination unit 6 based on the imaging target information detected by the target detection unit 5. To determine a reference position (cutout reference position) for cutting out the cutout area (step 1). Next, the reference angle ⁇ t is determined by the reference angle determination unit 7 according to where the cutout reference position is located in the captured image (step 2). The rotation angle calculation unit 9 determines whether or not the rotation angle ⁇ new, t ⁇ 1 with respect to the previous frame is stored in the rotation angle storage unit 9 (step 3), and the rotation angles ⁇ new, t ⁇ 1 are stored. Then, the rotation angle ⁇ new, t ⁇ 1 is read (step 4).
  • the rotation angle ⁇ new, t with respect to the current frame is calculated based on the above-described equation 1 (step 5).
  • the rotation angle calculation unit 9 stores or updates the rotation angle ⁇ new, t in the rotation angle storage unit 9 (step 6), and the image cutout unit 10 rotates the cutout region using the rotation angle ⁇ new, t.
  • a cut image is obtained (step 7).
  • the cut image is output to the display unit 4 (step 8).
  • the rotation angle can be suppressed when the cutout region in the captured image is rotated, so that the image displayed on the display unit 4 is captured. It is possible to suppress a sudden change in the direction of the object.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the image processing system of the second embodiment
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of region determination in the second embodiment of the present invention.
  • the display image generation unit 3 of the image processing system 1 in this embodiment includes a distance calculation unit 11 and an area determination unit 12 in addition to the configuration shown in the first embodiment.
  • the distance calculation unit 11 is between the position O (imaging reference position) corresponding to the imaging unit 2 in the captured image and the cut-out reference position P determined by the reference position determination unit 6.
  • the distance r is calculated.
  • the imaging unit 2 includes a fisheye lens
  • the captured image is a circle as shown in FIG.
  • the photographing reference position O is the center of the captured image (fisheye image). Therefore, the distance calculation unit 11 calculates the distance r between the extraction reference position P determined by the reference position determination unit 6 and the photographing reference position O.
  • the distance r may be calculated by the number of pixels in the shooting area image, or may be calculated by a value (meter or the like) converted into an actual distance.
  • the area determination unit 12 determines whether or not the shooting target included in the captured image is within a predetermined specific area (for example, a circular area having a radius a centered on the shooting reference position O). Specifically, the region determination unit 12 determines whether the distance r calculated by the distance calculation unit 11 is equal to or less than the radius a.
  • This radius a can be appropriately set by the user. The radius a is set to 10 m, for example. This specific area can be set over the entire photographing area. In that case, the radius a is set to infinity.
  • the rotation angle calculation unit 8 calculates a rotation angle for rotating the cutout area when generating a display image from the captured image. In this case, as described below, the rotation angle when the shooting target is outside the specific area and the rotation angle when the shooting target is within the specific area are calculated by different methods.
  • the rotation angle calculation unit 8 determines the reference angle ⁇ t as the rotation angle, and the image cutout unit 10 rotates the cutout region based on the rotation angle ⁇ t so that there is no inclination. A display image is obtained.
  • the rotation angle calculation unit 8 obtains the rotation angles ⁇ new and ⁇ t using the method shown in the first embodiment.
  • the image cutout unit 10 can suppress a sudden change in the orientation of the shooting target displayed in the display image by rotating the cutout region based on the rotation angles ⁇ new and t.
  • a position P (cutout reference position) serving as a reference for cutting out the cutout image is determined (step 21), and the cutout reference is determined.
  • the reference angle ⁇ t is determined according to where the position P is located in the captured image (step 22).
  • the distance calculation unit 11 calculates the shooting reference position O, the extraction reference position P, and the distance r (step 23), and the area determination unit 12 determines whether or not the shooting target included in the captured image is within a specific area. It is determined whether or not r ⁇ a (step 24).
  • step 26 If it is determined that the area is within the specific area, the processing from step 26 to step 29 is performed as in the first embodiment.
  • the rotation angle calculation method of the cutout area is changed according to the area of the picked-up image, so that the direction of the image pickup target is also prevented from suddenly changing greatly while reducing the load of the image cutout process. be able to.
  • the camera device has an effect that it is possible to suppress a sudden change in the direction of the shooting target displayed in the display image, and a predetermined shooting area (in a store or a station). This is useful for a system that monitors a premises).

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Abstract

　カメラ装置（１）は、撮影エリアを上方から撮影した撮影エリア画像を生成する撮像部（２）と、撮影エリア画像から切り出された切出し画像を用いて、撮像エリア内を移動する撮影対象の表示画像を生成する表示画像生成部（３）を備える。この場合、前回のフレームの回転角と現在のフレームの基準角に基づいて、現在のフレームの回転角が算出される。これにより、表示画像に表示されている撮影対象の向きが急に変化するのを抑えることができる。

Description

画像生成装置、カメラ装置、画像表示装置及び画像生成方法
　本発明は、カメラで撮像された広角の撮像画像から切り出された切出し画像を用いて表示用の出力画像を生成する画像生成装置、カメラ装置、画像処理システム及び画像生成方法に関するものである。
　従来、魚眼レンズ等の広角レンズを備えたカメラで撮像した広角の撮像画像を処理して表示用出力画像を生成するシステムが提案されている（例えば、特許文献１～特許文献３参照）。そのような画像処理システムの一つとして、撮像画像から撮像対象を含む切出し画像を生成し、表示出力するシステムが知られている。
　図７に示すように、魚眼レンズのような広角レンズを用いて得られた撮像画像から所定の領域を切出す場合には、撮影対象の位置に応じてその撮影対象が傾いてしまう。このため、撮影画像から切出し画像を生成する際に、その傾きに応じた回転処理を伴うのが一般的である。
　しかしながら、切出し画像を回転させる処理の影響によって、表示される切出し画像中の撮影対象の向きが大きく急に変化してしまい、表示画像が見難くなるという問題があった。これは、撮像対象の向きが撮像画像の中心に対して反転しまう魚眼レンズで得られた撮像画像（図７参照）使用時や、レンズの光軸方向が上下となるようにカメラが天井等に設置され、撮像対象がカメラの真下付近を通過する場合に特に顕著であった。
特開２００６－２０１４１号公報 特開２００８－３３６０７号公報 特開２００６－３０１０３４号公報
　本発明は、上記背景の下でなされたものである。本発明の目的は、表示される切出し画像中の撮影対象の向きが急に変化するのを抑制することにある。
　本発明の一の態様は、画像生成装置である。この画像生成装置は、撮像した広角画像から切出し画像を生成する画像生成装置であって、撮像した広角画像における切出し領域の基準角を求める基準角決定部と、前回の切出し画像の回転角を記憶する回転角記憶部と、前回の回転角と基準角とに基づいて切出し領域に対する回転角を求める回転角算出部と、回転角算出部で求めた回転角に基づき、切出し領域に対する切出し画像を生成する画像切出し部と、を備え、回転角算出部は、切出し領域の回転角の変化量が所定の角度を超えないように制御する。
　以下に説明するように、本発明には他の態様が存在する。したがって、この発明の開示は、本発明の一部の態様の提供を意図しており、ここで記述され請求される発明の範囲を制限することは意図していない。
図１は、本発明の第１の実施の形態における画像処理システムのブロック図 図２は、本発明の第１の実施の形態における表示画像の生成処理の説明図 図３は、本発明の第１の実施の形態における表示画像生成部の動作フローチャート 図４は、本発明の第２の実施の形態における画像処理システムのブロック図 図５は、本発明の第２の実施の形態における領域判定の説明図 図６は、本発明の第２の実施の形態における表示画像生成部の動作フローチャート 図７は、魚眼レンズで撮像された画像における切出し領域の説明図
　以下に本発明の詳細な説明を述べる。ただし、以下の詳細な説明と添付の図面は発明を限定するものではない。
　本発明のカメラ装置は、撮影エリアを上方から撮影した画像である撮影エリア画像を生成する撮像部と、前記撮影エリア画像から切り出された切出し画像を用いて、前記撮像エリア内を移動する撮影対象の表示画像を生成する表示画像生成部と、を備え、前記表示画像生成部は、前記表示画像を生成するときに前記切出し画像を回転させる回転角を算出する回転角算出部と、前記回転角に基づいて、前記切出し画像を回転させて前記表示画像を生成する画像切出し部と、前記切出し画像の回転に用いられた回転角を記憶する回転角記憶部と、前記撮影エリア画像における前記撮影対象の傾きに対応する角度である基準角を決定する基準角決定部と、を備え、前記回転角算出部は、前記回転角記憶部に記憶された前回のフレームの回転角と前記基準角決定部で決定された現在のフレームの基準角とに基づいて、現在のフレームの回転角を算出する構成を有している。
　この構成により、撮影エリアを上方から撮影した画像（撮影エリア画像）から切り出された切出し画像を用いて、撮影エリア内を移動する撮影対象の適切な表示画像を生成することができる。この場合、前回のフレームの回転角と現在のフレームの基準角とに基づいて現在のフレームの回転角が算出され、その回転角に基づいて切出し画像が回転されて表示画像が生成される。これにより、表示画像に表示されている撮影対象の向きが急に変化するのを抑えることができる。
　また、本発明のカメラ装置では、前記表示画像生成部は、前記撮影エリア画像において前記撮影対象に対応する位置であって、前記撮影エリア画像から前記切出し画像を切り出すときの基準となる位置である切出し基準位置を決定する基準位置決定部と、前記撮影エリア画像において前記撮像部に対応する位置である撮影基準位置と前記切出し基準位置との間の距離を算出する距離算出部と、を備え、前記画像切出し部は、前記距離が所定のしきい距離以下である場合に、前記回転角に基づいて、前記切出し画像を回転させて前記表示画像を生成する構成を有している。
　この構成により、撮影対象に対応する位置（切出し基準位置）と撮像部に対応する位置（撮影基準位置）との間の距離が小さいとき、すなわち、撮影対象が撮像部（カメラ装置）の真下近くを通過するときに、表示画像に表示されている撮影対象の向きが急に変化するのを抑えることができる。
　本発明のシステムは、撮影エリアを上方から撮影した画像である撮影エリア画像を生成するカメラ装置と、前記撮影エリア画像から切り出された切出し画像を用いて、前記撮像エリア内を移動する撮影対象の表示画像を生成する画像処理装置と、を備えた画像処理システムであって、前記画像処理装置は、前記表示画像を生成するときに前記切出し画像を回転させる回転角を算出する回転角算出部と、前記回転角に基づいて、前記切出し画像を回転させて前記表示画像を生成する画像切出し部と、前記切出し画像の回転に用いられた回転角を記憶する回転角記憶部と、前記撮影エリア画像における前記撮影対象の傾きに対応する角度である基準角を決定する基準角決定部と、を備え、前記回転角算出部は、前記画像処理装置の回転角記憶部に記憶された前回のフレームの回転角と前記基準角決定部で決定された現在のフレームの基準角とに基づいて、現在のフレームの回転角を算出する構成を有している。
　このシステムによっても、上記と同様に、前回のフレームの回転角と現在のフレームの基準角とに基づいて現在のフレームの回転角が算出され、その回転角に基づいて切出し画像が回転されて表示画像が生成されるので、表示画像に表示されている撮影対象の向きが急に変化するのを抑えることができる。
　本発明の方法は、撮影エリアを上方から撮影した画像である撮影エリア画像から切り出された切出し画像を用いて、前記撮像エリア内を移動する撮影対象の表示画像を生成する画像処理方法であって、前記切出し画像を回転させて前記表示画像を生成するために、前記撮影エリア画像における前記撮影対象の傾きに対応する角度である基準角を決定し、前記切出し画像の前回のフレームの回転角と現在のフレームの基準角とに基づいて、現在のフレームの回転角を算出し、算出した回転角に基づいて、前記切出し画像を回転させて前記表示画像を生成する。
　この方法によっても、上記と同様に、前回のフレームの回転角と現在のフレームの基準角とに基づいて現在のフレームの回転角が算出され、その回転角に基づいて切出し画像が回転されて表示画像が生成されるので、表示画像に表示されている撮影対象の向きが急に変化するのを抑えることができる。
　本発明によれば、表示画像に表示されている撮影対象の向きが急に変化するのを抑え、表示画像の回転による見た目の違和感を軽減することができる。
　以下、本発明の実施の形態の画像処理システムについて図面を用いて説明する。本実施の形態では、カメラ機能を有する撮像部がオフィス、店舗、駅構内等に監視カメラとして設置され、撮影エリアを動画撮影する場合を例示する。
（第１の実施の形態）
　本発明の第１の実施の形態の画像処理システムの構成を、図面を参照して説明する。
　図１は、第１の実施の形態の画像処理システムの構成を示すブロック図である。
　図１に示すように、画像処理システム１は、撮影エリアを撮像する撮像部２と、撮像部２で撮影した撮像画像に後述する所定の画像処理を施して表示画像を生成する表示画像生成部３と、表示画像生成部３で生成された表示画像を表示する表示部４を備えている。
　なお、撮像部２、表示画像生成部３、表示部４は一つの装置として構成されても良いし、別々の装置として構成されても良い。また、撮像部２と表示画像生成部３が一つのカメラ装置として構成され、表示部４はカメラ装置とＩＰネットワークを介して接続された表示端末で実現されても良い。また、撮像部２がカメラ装置として構成され、表示画像生成部３と表示部４がカメラ装置とＩＰネットワークを介して接続されたパーソナル・コンピュータやタブレット端末等で実現されても良い。
　図１において、撮像部２は、画像入力デバイスを構成し、少なくともＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などの撮像素子（図示せず）と、撮像素子の光軸上に配置されるレンズ（図示せず）を備えている。
　撮像部２のレンズは、一つのカメラでより広い領域を撮影エリアとしてカバーするため標準レンズより広い画角を有するレンズ（例えば、魚眼レンズ、準広角レンズ、広角レンズ、超広角レンズなど）が用いられる。そして、撮像部２は、広い撮像エリアを効率的に撮像するために、撮影エリアの天井等に光軸の向きが上下方向となるように設置される。したがって、撮像部２は、撮影エリアを上方から撮影した画像（天井から見下ろすような画角で撮影した画像）を生成する。なお、撮像部２は床や机上等に設置され、下方から撮影するようにしても構わない。
　表示画像生成部３は、撮像部２により撮像された広角の撮像画像から、撮像エリア内を移動する人物等の撮影対象を含む表示用の切出し画像を生成する（図２参照）。そして、表示画像生成部３は、対象検出部５、基準位置決定部６、基準角決定部７、回転角算出部８、回転角記憶部９及び画像切出し部１０を備えている。以下にこれら各部の構成について説明する。
　対象検出部５は、撮像部２により撮像された撮像画像に画像処理を施すことにより、撮影エリア画像に含まれる人物や車等の撮影対象を検出する。例えば、撮像画像に動き差分処理や背景差分処理などを施すことにより、撮影画像中から撮影対象を検出することができる。なお、撮像対象は画像処理によって特定するだけに限らず、ユーザによる撮像対象の指定操作を介して決定されたものであっても構わない。
　基準位置決定部６は、対象検出部５の検出結果に基づいて、撮像画像における撮像対象を含む切出し領域の基準となる位置（切出し基準位置）を決定する。本実施の形態では、検出された撮影対象の画像領域の重心の位置を切出し基準位置として決定している。
　この切出し基準位置は、撮像画像において撮影対象に対応する位置であるともいえる。撮像対象が移動体であれば、撮像対象の移動に応じて切出し基準位置が時間と共に移動することになる。なお、切出し基準位置の決定についてはこれに限定されるものではなく、検出された撮影対象を囲むフレーム（例えば、撮影対象に外接する矩形フレーム）の中心の位置を切出し基準位置として決定しても良いし、その他の手法を用いても良い。
　基準角決定部７は、切出し基準位置が撮像画像のどこに位置するかに応じて、基準角θtを決定する。例えば、撮像部２が魚眼レンズを介して得た撮像画像は図２のようになる。図２に示すように、撮影基準位置Ｏに対する切出し基準位置Ｐの角度θtを、基準角として決定する。この基準角θtは、撮像画像における撮像対象の傾きに対応する角度でもある。
　回転角算出部８は、撮像画像から表示画像を生成するときに切出し領域を回転させる回転角θnew, tを算出する。現在（時刻t）のフレームの回転角θnew, tは、前回（時刻t-1）のフレームの回転角θnew, t-1と現在（時刻t）のフレームの基準角θtとに基づいて（式１）を使って算出する。
　θnew, t＝θnew, t-1＋max（min（θt－θnew, t-1，α），－α）(式１)
　ここで、θnew, tは時刻tにおいて切り出し領域を回転処理する際に用いる回転角、θnew, t-1は時刻t-1における切出し画像に用いられた回転角である。θtは時刻tにおいて基準角決定部７により得られた基準角である。なお、αは、所定のしきい値（しきい角度）である。また、θnew, tの初期値は０度に設定されてよい。
　上記（式１）では前回（時刻t-1）の回転角θnew, t-1に今回（時刻t）の増減量（θt－θnew, t-1）を加えて今回（時刻t）の回転量θnew, tを求めているだけではなく、回転角の大きさを制限するために、前回の回転角θnew, t-1からの回転変化量（θt－θnew, t-1）に対するしきい角度αを設定している。これは回転変化量（θt－θnew, t-1）がしきい値αを超えない場合は回転変化量（θt－θnew, t-1）が用いられ、これは回転変化量（θt－θnew, t-1）がしきい角度αを超える場合は、回転変化量をしきい角度αとすることを意味している。
　しきい角度αは、ユーザが任意の角度を設定することができる。しきい角度αは固定値でも良いし、変動値でも良い。固定値の場合は例えば４５°など、切出し画像が前回の向きから極端に大きく回転しない程度の角度を設定するのが好ましい。また、変動値の場合は、しきい角度αを撮影基準位置Ｏと切出し基準位置Ｐとの間の距離ｒに応じて変動させることが考えられる。例えば、距離ｒ＝０のときにしきい角度αが最小となる単調増加の関数（下記の式２など）に従って、しきい角度αを変動させてもよい。なお、下記の式２において、Ａ、Ｂは、任意の正の定数である。
　α＝Ａ＋Ｂ×ｒ　（式２）
　また、変動値の場合の他の例として、基準角θtと前回のフレームの回転角θnew,　t-1の差（θt－θnew, t-1）の大きさに応じて変動させてもよい。例えば、基準角θtと前回のフレームの回転角θnew,　t-1の差が０のときにしきい角度αが最小となる単調増加の関数（下記の式３など）に従って、しきい角度αを変動させてもよい。なお、下記の式３において、Ｃ、Ｄは、任意の正の定数である。
　α＝Ｃ＋Ｄ×｜θt－θnew, t-1｜　（式３）
　回転角記憶部９は、前回（時刻t-1）のフレームにおける切出し画像の回転に用いられた回転角θnew, t-1を記憶する。
　画像切出し部１０は、撮像画像から表示画像を生成する。具体的には、基準位置決定部６で決定された切出し基準位置に基づいて、撮像画像から切出し画像を切出す。また、この画像切出し部１０は、撮像部２において使用されるレンズの光学特性に起因する歪みを補正する。さらに、この画像切出し部１０は、回転角算出部８で算出された回転角θnew, tに基づいて、切出し領域を回転させる。
　なお、表示画像生成部３は各部は、各処理用のプログラムを実行するプロセッサや情報を記憶するメモリを使って実現可能である。
　以上のように構成された画像処理システム１の表示画像生成部３について、図３のフローチャートを参照しながら、その動作を説明する。
　図３に示すように、撮像部２において時刻ｔの撮像画像が得れると、表示画像生成部３は、まず、対象検出部５で検出された撮像対象情報に基づいて、基準位置決定部６により切出し領域を切り出すときの基準となる位置（切出し基準位置）を決定する（ステップ１）。
　次に、基準角決定部７により切出し基準位置が撮像画像のどこに位置するかに応じて基準角θtを決定する（ステップ２）。
　回転角算出部９は、前回のフレームに対する回転角θnew, t-1が回転角記憶部９に記憶されているか否かを判断し（ステップ３）、回転角θnew, t-1が記憶されていれば回転角θnew,　t-1を読み出す（ステップ４）。そして、前回フレームに対する回転角θnew, t-1と現在のフレームに対する基準角θtとを用いて、前述の式１に基づき現在のフレームに対する回転角θnew, tを算出する（ステップ５）。
　そして、回転角算出部９は回転角θnew, tを回転角記憶部９に記憶、あるいは更新するとともに（ステップ６）、画像切出し部１０は回転角θnew, tを用いて切出し領域を回転させて切出し画像を得る（ステップ７）。切出し画像は表示部４に出力される（ステップ８）。
　以上のように、第１の実施の形態の画像処理システム１によれば、撮像画像における切出し領域を回転処理させる際、回転角を抑制することができるので、表示部４に表示されている撮影対象の向きが急に変化するのを抑えることができる。
（第２の実施の形態）
　次に、本発明の第２の実施の形態の画像処理システムについて説明する。
　本実施の形態では、第１の実施の形態と相違する点を中心に説明する。ここで特に言及しない限り、本実施の形態の構成および動作は、第１の実施の形態と同様である。
　図４は、第２の実施の形態の画像処理システムの構成を示すブロック図、図５は本発明の第２の実施の形態における領域判定の説明図である。本実施の形態における画像処理システム１の表示画像生成部３は、第１の実施の形態に示す構成に加え、距離算出部１１と領域判定部１２を備えている。
　図４及び図５に示すように、距離算出部１１は、撮像画像において撮像部２に対応する位置Ｏ（撮影基準位置）と、基準位置決定部６で決定された切出し基準位置Ｐとの間の距離ｒを算出する。
　撮像部２が魚眼レンズを備えている場合、撮像画像は図５に示されるように円となる。撮影基準位置Ｏは、撮像画像（魚眼画像）の中心となる。したがって、距離算出部１１は、基準位置決定部６で決定された切出し基準位置Ｐと撮影基準位置Ｏとの間の距離ｒを算出する。この距離ｒは、撮影エリア画像におけるピクセル数で算出されてもよく、実際の距離に換算した値（メートルなど）で算出されてもよい。
　領域判定部１２は、撮像画像に含まれる撮影対象が、所定の特定領域（例えば、撮影基準位置Ｏを中心とする半径ａの円形エリア）内であるか否かの判定を行う。具体的には、領域判定部１２は、距離算出部１１で算出された距離ｒが半径ａ以下であるか否かの判定を行う。この半径ａは、ユーザによって適宜設定することができる。半径ａは、例えば１０ｍなどに設定される。なお、この特定領域は、撮影エリアの全域に設定することができる。その場合、半径ａは、無限大に設定される。
　回転角算出部８は、撮像画像から表示画像を生成するときに切出し領域を回転させる回転角を算出する。この場合、以下に説明するように、撮影対象が特定領域外である場合の回転角と、撮影対象が特定領域内である場合の回転角は、異なる手法で算出される。
　撮影対象が特定領域外である場合、回転角算出部８は、基準角θtを回転角として決定し、画像切出し部１０は、回転角θtに基づいて切出し領域を回転させることにより、傾きのない表示画像が得られる。一方、撮影対象が特定領域内である場合、回転角算出部８は、実施の形態１に示す手法を用いて回転角θnew, tを求める。画像切出し部１０は、回転角θnew, tに基づいて切出し領域を回転させることにより、表示画像に表示されている撮影対象の向きが急に変化するのを抑えることができる。
　以上のように構成された画像処理システムについて、図６に示すフローチャートを参照しながら、本実施の形態における表示画像生成部３の動作を説明する。
　本発明の第２の実施の形態のカメラ装置において切出し画像の回転処理を行うときには、まず、切出し画像を切り出すときの基準となる位置Ｐ（切出し基準位置）を決定し（ステップ２１）、切出し基準位置Ｐが撮像画像のどこに位置するかに応じて、基準角θtを決定する（ステップ２２）。
　次いで、距離算出部１１は、撮影基準位置Ｏと切出し基準位置Ｐと距離ｒを算出し（ステップ２３）、領域判定部１２は撮像画像に含まれる撮影対象が、特定領域内であるか否か（ｒ≦ａであるか否か）の判定を行う（ステップ２４）。
　特定領域内であると判定された場合には、第１の実施の形態と同様に、ステップ２６～ステップ２９の処理を行う。
　一方、ステップ２４において、領域判定部１２で特定領域内でないと判定された場合には、回転角算出部８は基準角θtを回転角とし（θnew, t =
θt）、当該回転角を記憶１０に記憶する（ステップ２８）。
　以上のような第２の実施の形態の画像処理システムによっても、第１の実施の形態と同様の作用効果を実現できる。
　加えて、本実施の形態では、撮像画像の領域に応じて切出し領域の回転角算出方法を変更するので、画像切出し処理の負荷を抑えつつ、撮像対象の向きが急に大きく変化するのも抑えることができる。
　以上、本発明の第１及び第２の実施の形態を説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲において種々の変更や変形が可能である。
　以上に現時点で考えられる本発明の好適な実施の形態を説明したが、本実施の形態に対して多様な変形が可能なことが理解され、そして、本発明の真実の精神と範囲内にあるそのようなすべての変形を添付の請求の範囲が含むことが意図されている。
　以上のように、本発明にかかるカメラ装置は、表示画像に表示されている撮影対象の向きが急に変化するのを抑えることができるという効果を有し、所定の撮影エリア（店舗や駅の構内など）を監視するシステム等に適用され、有用である。
　１　カメラ装置
　２　撮像部
　３　表示画像生成部
　４　表示部
　５　対象検出部
　６　基準位置決定部
　７　基準角決定部
　８　回転角算出部
　９　回転角記憶部
　１０　画像切出し部
　１１　距離算出部
　１２　領域判定部
　１００　画像処理システム
　１１０　カメラ装置
　１２０　画像処理装置
　１３０　表示装置

Claims (13)

  1. 　撮像した広角画像から切出し画像を生成する画像生成装置であって、
    　撮像した広角画像における切出し領域の基準角を求める基準角決定部と、
    　前回の切出し画像の回転角を記憶する回転角記憶部と、
    　前記前回の回転角と前記基準角とに基づいて前記切出し領域に対する回転角を求める回転角算出部と、
    　前記回転角算出部で求めた回転角に基づき、前記切出し領域に対する切出し画像を生成する画像切出し部と、を備え、
    　前記回転角算出部は、前記切出し領域の回転角の変化量が所定の角度を超えないように制御する画像生成装置。
  2. 　前記切出し領域の回転角の変化量は、前記前回の回転角と基準角との差分である請求項１に記載の画像生成装置。
  3. 　前記回転角算出部は、前記切出し領域の回転角の変化量が前記所定の角度を超える場合、前記前記所定の角度を前記切出し領域の回転角の変化量とする請求項１に記載の画像生成装置。
  4. 　撮像された広角画像における切出し領域の基準位置を決定する基準位置決定部を備える請求項１に記載の画像生成装置。
  5. 　撮像された広角画像に含まれる撮像対象を検出する撮像対象検出部を備え、前記基準位置決定部は、前記撮像対象に基づいて前記切出し領域の基準位置を決定する請求項４記載の画像生成装置。
  6. 　撮像された広角画像は魚眼レンズを用いて撮像されたものである請求項１記載の画像生成装置。
  7. 　撮像された広角画像は上方から撮像されたものである請求項１記載の画像生成装置。
  8. 　前記切出し領域が、撮像された広角画像の所定の領域に存在する場合に、前記画像切出し部は、前記切出し領域の回転角の変化量が所定の角度を超えないように制御する請求項１記載の画像生成装置。
  9. 　前記所定の領域は、撮像された広角画像の撮影基準位置を基準として決定されるものである請求項８記載の画像生成装置。
  10. 　撮像された広角画像における前記切出し領域の基準位置を決定する基準位置決定部と、前記基準位置と前記広角画像の撮影基準位置との距離に基づいて前記切出し領域が前記所定の領域内に含まれるか否かを判定する領域判定部とを備える請求項９記載の画像生成装置。
  11. 　撮像した広角画像から切出し画像を生成するカメラ装置であって、
    　広角画像を撮像する撮像部と、
    　前記撮像部により撮像された広角画像における切出し領域の基準角を求める基準角決定部と、
    　前回の切出し画像の回転角を記憶する回転角記憶部と、
    　前記前回の回転角と前記基準角とに基づいて前記切出し領域に対する回転角を求める回転角算出部と、
    　前記回転角算出部で求めた回転角に基づき、前記切出し領域に対する切出し画像を生成する画像切出し部と、を備え、
    　前記回転角算出部は、前記切出し領域の回転角の変化量が所定の角度を超えないように制御するカメラ装置。
  12. 　撮像した広角画像から切出し画像を生成する画像表示装置であって、
    　撮像した広角画像における切出し領域の基準角を求める基準角決定部と、
    　前回の切出し画像の回転角を記憶する回転角記憶部と、
    　前記前回の回転角と前記基準角とに基づいて前記切出し領域に対する回転角を求める回転角算出部と、
    　前記回転角算出部で求めた回転角に基づき、前記切出し領域に対する切出し画像を生成する画像切出し部と、
    　前記切出し画像を表示する表示部と、を備え、
    　前記回転角算出部は、前記切出し領域の回転角の変化量が所定の角度を超えないように制御する画像表示装置。
  13. 　撮像した広角画像から切出し画像を生成する画像生成方法であって、
    　撮像された広角画像における切出し領域の基準角を求めるステップと、
    　記憶していた前回の切出し画像の回転角と前記基準角とに基づいて切出し画像の回転角を求めるステップと、
    　前記ステップで求めた回転角に基づき、前記切出し領域に対する切出し画像を生成するステップと、を備え、
    　切出し領域の回転角を求める際、切出し画像の回転角の変化量が所定の角度（α）を超えないように制御する画像生成方法。
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