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撮像画像の変換方法 コモンズ

国内特許コード P110005539
整理番号 2008-0017
掲載日 2011年8月18日
出願番号 特願2008-235076
公開番号 特開2010-067172
登録番号 特許第5215097号
出願日 平成20年9月12日(2008.9.12)
公開日 平成22年3月25日(2010.3.25)
登録日 平成25年3月8日(2013.3.8)
発明者
  • 永田 明寛
出願人
  • 公立大学法人首都大学東京
発明の名称 撮像画像の変換方法 コモンズ
発明の概要

【課題】 本発明の課題は、重要性の高い中心部を透視射影に近く、周辺部を適度に歪ませながら広い画角をとることができる、撮像画像の変換方法を提供することである。
【解決手段】 レンズの射影方式に応じて得た撮像画像の2次元座標(ξ,η,0)を該射影方式に基づいて逆変換して半径1の球面に投影した元の撮像画像の3次元座標(ξ,η,ζ)を求めるステップ及び該元の撮像画像の3次元座標(ξ,η,ζ)に対して投影曲面を、中心部では透視射影に近く、周辺部では正射影に近い連続した投影曲面として、撮像画像の新たな2次元座標(ξ,η,0)を求めるステップを含む撮像画像の変換方法。
【選択図】 図5

従来技術、競合技術の概要


監視カメラなどに搭載されるレンズとして魚眼レンズが多用されている。
魚眼レンズを用いて全方向とも画角180°で撮影された画像は円形になる。撮影画像では奥行方向の距離情報が失われているため、どの方向も対象物までの距離が一様であると想定し、視点(カメラの位置)を中心とした球面上にデータが存在すると考えるのが自然である。3次元空間の情報を3次元化する操作が射影であるが、撮影された時点ですでに距離情報が失われているため、もともとのデータが球面上に位置するとみなされる。



射影方式としては、正射影、等立体角射影、等距離射影、極射影が代表的なものである。魚眼レンズで最も一般的な射影方式は等距離射影であるが、他の射影方式によるレンズも存在する。
なお、一般のレンズで撮影された画像に相当する透視射影は人間の視覚に近いが、画角180°のデータは無限大の平面に射影されることになるため広角画像の表現には向いておらず、広角レンズでも対角画角120°(焦点距離13mm程度相当)がせいぜいである。



以下、各射影方式について説明するが、簡単のため図6のように視点を原点とし、半径が1になるように規格化された座標系で考えることとする。一般的には、図6で、ξ軸はカメラの水平方向(左右)、η軸はカメラの垂直方向(上下)であり、ζが視線方向となる。カメラをどちらに向けるかなどは座標系を回転させることに相当する。視点を原点にとった半径1の球面と視点と対象物を結ぶ直線の交点Pの位置を(ξ,η,ζ)とし、交点上のデータをξ-η平面上の円内に射影する。ここで、ζは次のとおりである。



【数式1】




このとき、ζ=0平面(ξ-η平面)での角度αはどのような射影方式でも通常保存するようにするため、射影点P0′の座標を(ξ′,η′,0)とすると、ξ′とη′の比ξ′:η′は一定であり、原点からの下記の[数2]による距離r′のみが、射影方式の違いとなる。



【数式2】




(1)正射影は、半球面上の点pの座標を(ξ,η,ζ)とすると、ξ、ηはそのままでζ=0とする操作に相当する。すなわち、射影面(ξ-η平面)に垂線の足を下ろしたときの平面との交点となる。
正射影では、視線方向に近い部分ほど大きく、周辺部分ほど小さく射影される。
変換式及び逆変換式は、下記のとおりである。



【数式3】




(2)等立体角射影は、球面上の図形の立体角が射影面上での面積に比例するという性質があるため、視環境評価などで利用される。
変換式、逆変換式は、それぞれ下記の[数4]、[数5]のとおりである。



【数式4】




【数式5】




(3)等距離射影では、視線方向からの角距離が原点からの距離に比例する。
変換式、逆変換式は、それぞれ下記の[数6]、[数7]のとおりである。



【数式6】




【数式7】




(4)極射影は、視点を(0,0,-1)にとって射影面(ξ-η平面)に透視射影するもので、周辺部分が大きく投影されるという性質がある。
変換式、逆変換式は、それぞれ下記の[数8]、[数9]のとおりである。



【数式8】




【数式9】




(5)透視射影は、射影面を視点の前面にとって、対象物と視点を結ぶ直線と射影面の交点を射影点とするものである。
変換式、逆変換式は、それぞれ下記の[数10]、[数11]のとおりである。



【数式10】




【数式11】




図7~図11は、それぞれ正射影、等立体角射影、等距離射影、極射影、透視射影により教室を撮像した撮像画像例を示すものである。
中心部の大きさは正射影が一番大きく、極射影が一番小さい。人間の視覚を考えた場合、中心部は透視射影すなわち水平に近いほうが自然である。しかしながら、画角を180°とった場合、周辺部を透視射影することは不可能であるし、180°までいかなくても画角を広くとればとるほど中心部は小さくなってしまうため実際上は120°程度が限界である。



監視カメラなどの用途を考えると、歪みが大きい画像は対象を誤って認識してしまう可能性があるため透視射影に近いほうがよいが、画角を狭くとると周辺部での事象を見逃す危険性が増える。
画角を広くとると中心部が小さく投影されてしまうという別の問題が生じる。
このように、一つの画像内に広い画角を示す場合には、中心部と周辺部の間でトレードオフの関係が生じるため両者を適切なバランスで提示する必要があるが、上記の各射影方式のみでは十分対応できない。



すなわち図7に示す撮像画像例では、中心部に隣接する部分の歪みが大きく、図8~10に示す撮像画像例では、重要性が高い中心部が小さく、かつ中心部に隣接する部分の歪みが大きい。また図11に示す撮像画像例では、画像の歪みは小さいが、重要性が高い中心部が小さく、かつ周辺部の画像が切れている。



視野90°までは透視射影で、90~225°までを拡張した正射影とした画像の変換方法が提案されている(非特許文献1)が、この画像の変換方法では途中で射影方法を切り替えているので、切換部分が気になり、また画像を4隅まで延ばすのではなく上下の視野を限定して矩形の画像を得ているため周辺の視野が狭くなっている。
したがって上記画像の変換方法では重要性の高い中心部を透視射影により得る点ではよいが、周辺部を適度に歪ませながら広い画角をとるには十分ではない。
また他にも画像変換方法が提案されているが、このようなニーズを満たすものではない。

【特許文献1】特開平10-49704号公報

【特許文献2】特開2007-148488号公報

【非特許文献1】情報処理学会インタラクション2003 予稿集,pp.107-115,2003.

産業上の利用分野


本発明は、監視カメラ等に使用される撮像画像の変換方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
レンズの射影方式に応じて得た撮像画像の2次元座標(ξ,η,0)を該射影方式に基づいて逆変換して半径1の球面に投影した元の撮像画像の3次元座標(ξ,η,ζ)を求めるステップ及び該元の撮像画像の3次元座標(ξ,η,ζ)に対して投影曲面を、中心部では透視射影に近く、周辺部では正射影に近い連続した投影曲面として、撮像画像の新たな2次元座標(ξ,η,0)を求めるステップを含む撮像画像の変換方法。

【請求項2】
レンズの射影方式に応じて得た撮像画像の2次元座標(ξ,η,0)を該射影方式に基づいて逆変換して半径1の球面に投影した元の撮像画像の3次元座標(ξ,η,ζ)を求めるステップ及び該元の撮像画像の3次元座標(ξ,η,ζ)に対して投影曲面を

として撮像画像の新たな2次元座標(ξ,η,0)を求めるステップを含む撮像画像の変換方法。
ただし

である。またp、sは、正の実数であり、c=cot(視野角/2)である。

【請求項3】
上記p、s及びcは、それぞれ16、1及び0.577であることを特徴とする請求項2に記載の撮像画像の変換方法。

【請求項4】
レンズの射影方式に応じて得た撮像画像の2次元座標(ξ,η,0)を該射影方式に基づいて逆変換して半径1の球面に投影した元の撮像画像の3次元座標(ξ,η,ζ)を求めるステップ及び該元の撮像画像の3次元座標(ξ,η,ζ)に対して投影曲面を

として撮像画像の新たな2次元座標(ξ,η,0)を求めるステップを含む撮像画像の変換方法。
ただしp、q、sは、正の実数であり、c=cot(視野角/2)である。

【請求項5】
上記p、q、s及びcは、それぞれ16、16、1及び0.577であることを特徴とする請求項4に記載の撮像画像の変換方法。

【請求項6】
上記レンズは、魚眼レンズであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の撮像画像の変換方法。

【請求項7】
上記レンズの射影方式は、等距離射影であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の撮像画像の変換方法。
産業区分
  • 計算機応用
  • テレビ
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2008235076thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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