JP3126955B2 - 画像変換用演算装置 - Google Patents
画像変換用演算装置Info
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-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T3/00—Geometric image transformations in the plane of the image
- G06T3/04—Context-preserving transformations, e.g. by using an importance map
- G06T3/047—Fisheye or wide-angle transformations
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- Closed-Circuit Television Systems (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、魚眼レンズを用い
て撮像された魚眼画像を表示用の平面画像に変換するた
めの画像変換用演算装置に関するものである。
て撮像された魚眼画像を表示用の平面画像に変換するた
めの画像変換用演算装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】かかる装置は、例えば、監視カメラによ
る監視システムにおいて用いられるものである。オペレ
ータは監視システムに設けられているモニターに映し出
された、監視カメラからの撮影画像をみて監視カメラが
設けられている空間内 (例えば、店内) の様子を監視す
るものである。ここで、カメラに装着されるレンズが通
常の標準レンズであれば、この標準レンズの有する画角
の範囲内しか監視することができない。そうすると、カ
メラの設置空間内をもれなくモニターするにはカメラの
向きを適宜変更させるための機構を設けなければならな
い。
る監視システムにおいて用いられるものである。オペレ
ータは監視システムに設けられているモニターに映し出
された、監視カメラからの撮影画像をみて監視カメラが
設けられている空間内 (例えば、店内) の様子を監視す
るものである。ここで、カメラに装着されるレンズが通
常の標準レンズであれば、この標準レンズの有する画角
の範囲内しか監視することができない。そうすると、カ
メラの設置空間内をもれなくモニターするにはカメラの
向きを適宜変更させるための機構を設けなければならな
い。
【０００３】かかる機構を設けるとコストが上昇する要
因になるとともに、さらにカメラの遠隔操作も必要とな
りもなるためオペレータによっては煩雑である。そこ
で、カメラに広い画角を有する魚眼レンズを装着してモ
ニターすることが考えられる。しかし、魚眼レンズによ
り撮影された画像は、標準的なレンズで撮影された画像
と比較すると歪んだ画像であり、オペレータにとっては
非常に見づらいものである。そのため、魚眼レンズで撮
影された画像を平面画像に変換する技術が、特表平６−
５０１５８５号公報のカメラオリエンテーションシステ
ムとして開示されている。このシステムでは、魚眼レン
ズを使用して得られた円形画像から、演算処理により通
常撮影用のレンズ (例えば、標準レンズ) で撮影された
画像に変換するものであり、任意の視点から見た平面画
像を得ることができる。この場合、高速な演算装置を使
用すれば、ソフトウェアのみでも平面画像データをリア
ルタイムに求めることは可能であるが、多くの場合ネッ
トワークにつながれた端末装置においては、通信処理や
ヒューマンインターフェースとしての操作等に多くの時
間が必要であるから、画像変換処理のうち同一処理の繰
り返しの部分をハードウェア化するのが好ましい。
因になるとともに、さらにカメラの遠隔操作も必要とな
りもなるためオペレータによっては煩雑である。そこ
で、カメラに広い画角を有する魚眼レンズを装着してモ
ニターすることが考えられる。しかし、魚眼レンズによ
り撮影された画像は、標準的なレンズで撮影された画像
と比較すると歪んだ画像であり、オペレータにとっては
非常に見づらいものである。そのため、魚眼レンズで撮
影された画像を平面画像に変換する技術が、特表平６−
５０１５８５号公報のカメラオリエンテーションシステ
ムとして開示されている。このシステムでは、魚眼レン
ズを使用して得られた円形画像から、演算処理により通
常撮影用のレンズ (例えば、標準レンズ) で撮影された
画像に変換するものであり、任意の視点から見た平面画
像を得ることができる。この場合、高速な演算装置を使
用すれば、ソフトウェアのみでも平面画像データをリア
ルタイムに求めることは可能であるが、多くの場合ネッ
トワークにつながれた端末装置においては、通信処理や
ヒューマンインターフェースとしての操作等に多くの時
間が必要であるから、画像変換処理のうち同一処理の繰
り返しの部分をハードウェア化するのが好ましい。
【０００４】そして、魚眼画像をカメラに設けられた撮
像素子（ＣＣＤなど) へ投影する場合の投影方式 (立体
射影、等距離射影、正射影など）は設計時に決まってい
るから、数式通りの演算をハードウェアにより行なうこ
とで、平面画像のデータに変換することは可能である。
像素子（ＣＣＤなど) へ投影する場合の投影方式 (立体
射影、等距離射影、正射影など）は設計時に決まってい
るから、数式通りの演算をハードウェアにより行なうこ
とで、平面画像のデータに変換することは可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た特表平６−５０１５８５号公報に開示されたごとく、
変換する際の計算を一度に数式化し、この計算式通りの
演算をハードウェアで行なうと、加減乗除算に加えて平
方根や三角関数など多くの演算をハードウェアで実現す
る必要があり、必然的に高価な装置とならざるを得な
い。
た特表平６−５０１５８５号公報に開示されたごとく、
変換する際の計算を一度に数式化し、この計算式通りの
演算をハードウェアで行なうと、加減乗除算に加えて平
方根や三角関数など多くの演算をハードウェアで実現す
る必要があり、必然的に高価な装置とならざるを得な
い。
【０００６】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、魚眼レンズを用いて撮像された魚眼
画像を表示用の平面画像に変換するためのハードウェア
を安価にすることのできる画像変換用演算装置を提供す
ることである。
あり、その目的は、魚眼レンズを用いて撮像された魚眼
画像を表示用の平面画像に変換するためのハードウェア
を安価にすることのできる画像変換用演算装置を提供す
ることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明にかかる画像処理装置は、魚眼レンズを用い
て撮像された魚眼画像を表示用の平面画像に変換するた
めの画像変換用演算装置であって、前記平面画像の座標
を魚眼撮像面の仮想物体面へ投影した第１投影座標を求
めるための第１座標演算部と、この第１座標演算部によ
り求めた前記第１投影座標を前記魚眼撮像面へ投影した
第２投影座標を求めるための第２座標演算部とを備え、
前記第１及び第２座標演算部における演算のための論理
回路は、加減算、乗算、平方根の演算を行なう場合に限
定し、除算及びその他の関数演算はルックアップテーブ
ルにより対応するように構成されていることを特徴とす
るものである。
め、本発明にかかる画像処理装置は、魚眼レンズを用い
て撮像された魚眼画像を表示用の平面画像に変換するた
めの画像変換用演算装置であって、前記平面画像の座標
を魚眼撮像面の仮想物体面へ投影した第１投影座標を求
めるための第１座標演算部と、この第１座標演算部によ
り求めた前記第１投影座標を前記魚眼撮像面へ投影した
第２投影座標を求めるための第２座標演算部とを備え、
前記第１及び第２座標演算部における演算のための論理
回路は、加減算、乗算、平方根の演算を行なう場合に限
定し、除算及びその他の関数演算はルックアップテーブ
ルにより対応するように構成されていることを特徴とす
るものである。
【０００８】この構成による作用は次の通りである。す
なわち、 （ステップ１）第１座標演算部により、平面画像の座標
を魚眼撮像面の仮想物体面へ投影した第１投影座標を求
める。 (ステップ２) 第１投影座標を前記魚眼撮像面へ投影し
た第２投影座標を求める。つまり、画像変換する際に一
度に数式化するのではなく、座標変換の手順を追って段
階的に座標演算を行なうのである。これにより、単純な
演算回路を組み合わせて演算部を構成することが可能に
なり画像変換用演算装置のハードウェア部分を安価にす
ることができる。また、計算式通りの演算をハードウェ
アにより行う場合、加減乗除算に加えて平方根や三角関
数などの多くの演算をハードウェアで実現するようにす
る必要がある。そうすると、規模の大きな回路部品を使
用する必要がでてくる。特に魚眼レンズの投影法式によ
っては、三角関数や無限多項式での近似が発生する場合
などもある。そこで、演算のための論理回路は、加減
算、乗算、平方根に限定し、除算やその他の関数で表現
される部分はルックアップテーブルにより対応すること
で、ハードウェアを簡素化することができ、画像変換用
演算装置のコストダウンにより貢献することができる。
なわち、 （ステップ１）第１座標演算部により、平面画像の座標
を魚眼撮像面の仮想物体面へ投影した第１投影座標を求
める。 (ステップ２) 第１投影座標を前記魚眼撮像面へ投影し
た第２投影座標を求める。つまり、画像変換する際に一
度に数式化するのではなく、座標変換の手順を追って段
階的に座標演算を行なうのである。これにより、単純な
演算回路を組み合わせて演算部を構成することが可能に
なり画像変換用演算装置のハードウェア部分を安価にす
ることができる。また、計算式通りの演算をハードウェ
アにより行う場合、加減乗除算に加えて平方根や三角関
数などの多くの演算をハードウェアで実現するようにす
る必要がある。そうすると、規模の大きな回路部品を使
用する必要がでてくる。特に魚眼レンズの投影法式によ
っては、三角関数や無限多項式での近似が発生する場合
などもある。そこで、演算のための論理回路は、加減
算、乗算、平方根に限定し、除算やその他の関数で表現
される部分はルックアップテーブルにより対応すること
で、ハードウェアを簡素化することができ、画像変換用
演算装置のコストダウンにより貢献することができる。
【０００９】本発明の好適な実施形態として、前記第１
及び第２座標演算部は、演算のための論理回路がパイプ
ライン方式により構成されていることを特徴とするもの
があげられる。論理回路をパイプライン化することによ
り、座標変換を手順を追って段階的に行うことができ、
回路構成を部分的に簡素化することが可能になり、その
結果画像変換用演算装置のハードウェア部分を安価にす
ることができる。
及び第２座標演算部は、演算のための論理回路がパイプ
ライン方式により構成されていることを特徴とするもの
があげられる。論理回路をパイプライン化することによ
り、座標変換を手順を追って段階的に行うことができ、
回路構成を部分的に簡素化することが可能になり、その
結果画像変換用演算装置のハードウェア部分を安価にす
ることができる。
【００１０】
【００１１】
【００１２】本発明の更に別の好適実施形態によると、
前記第２座標演算部は、前記第１投影座標に所定の係数
を乗算して前記第２投影座標を求めるものであり、前記
所定の係数が前記ルックアップテーブルにより求められ
るものがあげられる。
前記第２座標演算部は、前記第１投影座標に所定の係数
を乗算して前記第２投影座標を求めるものであり、前記
所定の係数が前記ルックアップテーブルにより求められ
るものがあげられる。
【００１３】魚眼レンズの投影法式が異なると、上記係
数が異なってくる。したがって、ルックアップテーブル
のデータ変更のみで投影法式の違いに対応することがで
き、わざわざハードウェア部分を組み替える必要がな
い。したがって、この点においても画像変換用演算装置
のハードウェア部分を安価にすることができた。
数が異なってくる。したがって、ルックアップテーブル
のデータ変更のみで投影法式の違いに対応することがで
き、わざわざハードウェア部分を組み替える必要がな
い。したがって、この点においても画像変換用演算装置
のハードウェア部分を安価にすることができた。
【００１４】
【発明の実施の形態】次に、本発明にかかる画像変換用
演算装置の好適な実施形態を図面を用いて説明する。図
１は、座標系の設定を示す図、図２は、補正係数ｋ1 を
説明する図、図３はハードウェアによる座標の変換手順
を説明する図、図４はＰＣＩバス基板に搭載される回路
ブロックを示す図である。
演算装置の好適な実施形態を図面を用いて説明する。図
１は、座標系の設定を示す図、図２は、補正係数ｋ1 を
説明する図、図３はハードウェアによる座標の変換手順
を説明する図、図４はＰＣＩバス基板に搭載される回路
ブロックを示す図である。
【００１５】＜座標系の位置関係＞図１により、まず変
換される座標の位置関係を説明する。座標系の設定は次
のように行う。まず、被写体の位置を示すための空間と
して、魚眼レンズの位置を原点とし、光軸の方向をｚ軸
とする、（ｘ、ｙ、ｚ）座標空間を考える。また、上記
原点から見た被写体位置を示すパラメータとして、方位
角（ψ）、天頂角（θ）を考える。
換される座標の位置関係を説明する。座標系の設定は次
のように行う。まず、被写体の位置を示すための空間と
して、魚眼レンズの位置を原点とし、光軸の方向をｚ軸
とする、（ｘ、ｙ、ｚ）座標空間を考える。また、上記
原点から見た被写体位置を示すパラメータとして、方位
角（ψ）、天頂角（θ）を考える。
【００１６】魚眼レンズで撮影される被写体は、その魚
眼レンズから見た角度で撮像素子（ＣＣＤなど）上での
位置が決まるので、被写体は半径１の半球面上に位置し
ているものと仮定する。なお、この半球面を仮想物体面
と呼ぶこととする。そして、結果として求めたい平面画
像については、図１に（ｕ，ｖ）座標系で示されてお
り、（ｕ，ｖ）座標系の中心（原点）は、（ｘ、ｙ、
ｚ）座標系の原点から距離１の位置にあり、前述の仮想
物体面である半球面に接しているものとする。この
（ｕ，ｖ）座標系で表わされる平面は、モニターにおけ
る表示画像の画素と対応づけられるものである。なお、
この座標系のｕ軸が、（ｘ、ｙ）平面となす角、更に詳
しく言うと、（ｕ，ｖ）座標系の原点を通り（ｘ，ｙ）
平面と平行な面と、（ｕ，ｖ）平面との交線とｕ軸との
なす角を（α）とする。
眼レンズから見た角度で撮像素子（ＣＣＤなど）上での
位置が決まるので、被写体は半径１の半球面上に位置し
ているものと仮定する。なお、この半球面を仮想物体面
と呼ぶこととする。そして、結果として求めたい平面画
像については、図１に（ｕ，ｖ）座標系で示されてお
り、（ｕ，ｖ）座標系の中心（原点）は、（ｘ、ｙ、
ｚ）座標系の原点から距離１の位置にあり、前述の仮想
物体面である半球面に接しているものとする。この
（ｕ，ｖ）座標系で表わされる平面は、モニターにおけ
る表示画像の画素と対応づけられるものである。なお、
この座標系のｕ軸が、（ｘ、ｙ）平面となす角、更に詳
しく言うと、（ｕ，ｖ）座標系の原点を通り（ｘ，ｙ）
平面と平行な面と、（ｕ，ｖ）平面との交線とｕ軸との
なす角を（α）とする。
【００１７】魚眼レンズを通して得られる画像平面（魚
眼画像）は、図１のように（ｐ，ｑ）座標系で表わすも
のとする。（ｐ，ｑ）座標系は、（ｘ，ｙ）平面と平行
な位置関係にあり、その原点はｚ軸上にあるものとす
る。撮像面上の位置（例えば、ＣＣＤ撮像素子上での画
素の位置）では、撮像素子の寸法や、魚眼レンズの焦点
距離によりイメージサークル径が異なってくるため、レ
ンズ正面から９０度の位置（ｚ＝０）にある被写体が投
影される映像の半径を１とする円に魚眼画像が映ってい
るものとし、実使用時には倍率調整を行う。
眼画像）は、図１のように（ｐ，ｑ）座標系で表わすも
のとする。（ｐ，ｑ）座標系は、（ｘ，ｙ）平面と平行
な位置関係にあり、その原点はｚ軸上にあるものとす
る。撮像面上の位置（例えば、ＣＣＤ撮像素子上での画
素の位置）では、撮像素子の寸法や、魚眼レンズの焦点
距離によりイメージサークル径が異なってくるため、レ
ンズ正面から９０度の位置（ｚ＝０）にある被写体が投
影される映像の半径を１とする円に魚眼画像が映ってい
るものとし、実使用時には倍率調整を行う。
【００１８】画像変換は、平面画像上の点（ｕ，ｖ座
標）が、撮像面（ｐ，ｑ座標）のどの位置に投影されて
いるかを演算により求め、その点の輝度情報を参照する
ことにより、結果として得たい平面画像のデータを生成
することができる。視点（ψ、θ、α）や平面画像のサ
イズとなる拡大率（ズーム倍率）の情報は、オペレータ
がキーボードやポインティングデバイスなどを介して入
力される情報であり、これらの情報はあらかじめ上位の
演算処理装置で演算のためのデータとして求めて設定し
ておく。
標）が、撮像面（ｐ，ｑ座標）のどの位置に投影されて
いるかを演算により求め、その点の輝度情報を参照する
ことにより、結果として得たい平面画像のデータを生成
することができる。視点（ψ、θ、α）や平面画像のサ
イズとなる拡大率（ズーム倍率）の情報は、オペレータ
がキーボードやポインティングデバイスなどを介して入
力される情報であり、これらの情報はあらかじめ上位の
演算処理装置で演算のためのデータとして求めて設定し
ておく。
【００１９】まず、必要なパラメータとしては、図１に
も示すように、平面画像の中心（原点）を示す（ｘ0 ，
ｙ0 ，ｚ0 ）；（ｕ，ｖ）座標系の上で各方向へ１画素
分（モニター画面上での１画素分に相当する。）移動し
た場合の、（ｘ，ｙ，ｚ）座標での各軸方向の変化分
を、 ∂ｕｘ，∂ｖｘ，∂ｕｙ，∂ｖｙ，∂ｕｚ，∂ｖｚ； が必要である。これらのパラメータは、上記の視点の角
度情報（ψ，θ，α）、画像の拡大率の情報から容易に
求めることができる。
も示すように、平面画像の中心（原点）を示す（ｘ0 ，
ｙ0 ，ｚ0 ）；（ｕ，ｖ）座標系の上で各方向へ１画素
分（モニター画面上での１画素分に相当する。）移動し
た場合の、（ｘ，ｙ，ｚ）座標での各軸方向の変化分
を、 ∂ｕｘ，∂ｖｘ，∂ｕｙ，∂ｖｙ，∂ｕｚ，∂ｖｚ； が必要である。これらのパラメータは、上記の視点の角
度情報（ψ，θ，α）、画像の拡大率の情報から容易に
求めることができる。
【００２０】＜画像変換の演算手順＞次に、画像変換の
ための演算手順を、図３を参照しながら説明する。演算
手順は、大きく分けて、ステップ１とステップ２の２段
階に分けて行われる。
ための演算手順を、図３を参照しながら説明する。演算
手順は、大きく分けて、ステップ１とステップ２の２段
階に分けて行われる。
【００２１】（ステップ１）まず、平面画像上（ｕ，ｖ
座標の上）の点Ｐが、仮想物体面である半球面上に投影
された点Ｐ’（第１投影座標）の座標を求める。点Ｐの
ｘ，ｙ，ｚ座標を（ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）、ｕ，ｖ座標を
（ｕ1 ，ｖ1 ）とすると、 ｘ1 ＝ｘ0 ＋ｕ1 ・∂ｕｘ＋ｖ1 ・∂ｖｘ ｙ1 ＝ｙ0 ＋ｕ1 ・∂ｕｙ＋ｖ1 ・∂ｖｙ ｚ1 ＝ｚ0 ＋ｕ1 ・∂ｕｚ＋ｖ1 ・∂ｖｚ である。また、図２にわかりやすく説明しているよう
に、点Ｐ’は、ＯＰ間を結ぶ線上にあるため、ある係数
をｋ1 として、 （ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）＝ｋ1 ・（ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ） という関係が成立する（図２を参照）。そして、（ｘ，
ｙ，ｚ）座標系の原点と、（ｕ，ｖ）座標系の原点（ｘ
0 ，ｙ0 ，ｚ0 ）、及び、座標（ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）で
表わされる点Ｐ’の距離は１である。したがって、点Ｐ
の（ｕ，ｖ）座標系の原点からの距離Ｌは、 Ｌ＝（ｕ2 ＋ｖ2 ）0.5 となる。ｋ1 については、上記距離Ｌが決まれば一定と
なるから、距離Ｌに対するｋ1 の表をルックアップテー
ブルとして作成しておき、このルックアップテーブルよ
り求めたｋ1 を乗じることにより、上記のごとく（ｘ
2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）を求めることができる。つまり、図３
にも示すように、 ｘ2 ＝ｋ1 ・ｘ1 ｙ2 ＝ｋ1 ・ｙ1 ｚ2 ＝ｋ1 ・ｚ1 である。これにより、半球面上の第１投影座標が求まっ
た。
座標の上）の点Ｐが、仮想物体面である半球面上に投影
された点Ｐ’（第１投影座標）の座標を求める。点Ｐの
ｘ，ｙ，ｚ座標を（ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）、ｕ，ｖ座標を
（ｕ1 ，ｖ1 ）とすると、 ｘ1 ＝ｘ0 ＋ｕ1 ・∂ｕｘ＋ｖ1 ・∂ｖｘ ｙ1 ＝ｙ0 ＋ｕ1 ・∂ｕｙ＋ｖ1 ・∂ｖｙ ｚ1 ＝ｚ0 ＋ｕ1 ・∂ｕｚ＋ｖ1 ・∂ｖｚ である。また、図２にわかりやすく説明しているよう
に、点Ｐ’は、ＯＰ間を結ぶ線上にあるため、ある係数
をｋ1 として、 （ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）＝ｋ1 ・（ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ） という関係が成立する（図２を参照）。そして、（ｘ，
ｙ，ｚ）座標系の原点と、（ｕ，ｖ）座標系の原点（ｘ
0 ，ｙ0 ，ｚ0 ）、及び、座標（ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）で
表わされる点Ｐ’の距離は１である。したがって、点Ｐ
の（ｕ，ｖ）座標系の原点からの距離Ｌは、 Ｌ＝（ｕ2 ＋ｖ2 ）0.5 となる。ｋ1 については、上記距離Ｌが決まれば一定と
なるから、距離Ｌに対するｋ1 の表をルックアップテー
ブルとして作成しておき、このルックアップテーブルよ
り求めたｋ1 を乗じることにより、上記のごとく（ｘ
2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）を求めることができる。つまり、図３
にも示すように、 ｘ2 ＝ｋ1 ・ｘ1 ｙ2 ＝ｋ1 ・ｙ1 ｚ2 ＝ｋ1 ・ｚ1 である。これにより、半球面上の第１投影座標が求まっ
た。
【００２２】（ステップ２）次に演算の第２段階とし
て、先ほど求めた第１投影座標（ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）か
ら、魚眼撮像面上への第２投影座標Ｗ（ｐ1 ，ｑ1 ）を
求めるための手順を説明する。Ｗについては図１を参照
のこと。既に説明してきたように、点Ｐ’が半径１の半
球面上にあるということから、点Ｐ’の天頂角（θ1 ）
は、ｚ2 の値から一意に決まる（θ1 については、図１
を参照）。したがって、 θ1 ＝ｃｏｓ-1（ｚ2 ）・・・（１） となる。また、撮像面上の点Ｗと、半球面上の点Ｐ’の
方位角は同じであるから、 （ｐ1 ，ｑ1 ）＝ｋ2 ・（ｘ2 ，ｙ2 ）・・・（２） という関係が成立する。ここで、魚眼画像の投影方式か
ら、魚眼撮像面の原点（ｐ，ｑ座標系の原点）から、点
Ｗまでの高さ（ｈ）は、θ1 の関数として表わされるた
め、 ｈ＝Ｆ（θ1 ）・・・（３） と表わすことができる。ここで、投影法式によるＦ（θ
1 ）の具体的関数をいくつか例示すると、魚眼レンズの
焦点距離をｆとして、 等距離射影：ｈ＝ｆ・θ 立体射影：ｈ＝２ｆ・ｔａｎ（θ／２） となる。
て、先ほど求めた第１投影座標（ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）か
ら、魚眼撮像面上への第２投影座標Ｗ（ｐ1 ，ｑ1 ）を
求めるための手順を説明する。Ｗについては図１を参照
のこと。既に説明してきたように、点Ｐ’が半径１の半
球面上にあるということから、点Ｐ’の天頂角（θ1 ）
は、ｚ2 の値から一意に決まる（θ1 については、図１
を参照）。したがって、 θ1 ＝ｃｏｓ-1（ｚ2 ）・・・（１） となる。また、撮像面上の点Ｗと、半球面上の点Ｐ’の
方位角は同じであるから、 （ｐ1 ，ｑ1 ）＝ｋ2 ・（ｘ2 ，ｙ2 ）・・・（２） という関係が成立する。ここで、魚眼画像の投影方式か
ら、魚眼撮像面の原点（ｐ，ｑ座標系の原点）から、点
Ｗまでの高さ（ｈ）は、θ1 の関数として表わされるた
め、 ｈ＝Ｆ（θ1 ）・・・（３） と表わすことができる。ここで、投影法式によるＦ（θ
1 ）の具体的関数をいくつか例示すると、魚眼レンズの
焦点距離をｆとして、 等距離射影：ｈ＝ｆ・θ 立体射影：ｈ＝２ｆ・ｔａｎ（θ／２） となる。
【００２３】さて、式（３）に式（１）を代入すると、 ｈ＝Ｆ（ｃｏｓ-1（ｚ2 ））・・・（４） となり、ｚ2 で決まる関数として表わすことができる。
また、点Ｐ’を（ｘ，ｙ）平面に投影した点Ｑの（ｘ，
ｙ，ｚ）座標系の原点からの距離ｒは、点Ｐ’が半径１
の球面上の点であることから、 ｒ＝（１−ｚ2 2）0.5 ・・・（５） と表わすことができる。したがって、上記式（４）
（５）より、 ｋ2 ＝ｈ／ｒ ＝Ｆ（ｃｏｓ-1（ｚ2 ））／（１−ｚ2 2 ）0.5 ・・・（６） つまり、式（２）の係数ｋ2 はｚ2 の関数として求める
ことができる。そこで、係数ｋ2 については、ｚ2 の値
から式（３）に従って求めるためのルックアップテーブ
ルを作成し、その値を用いて撮像面への第２投影座標
（ｐ1 ，ｑ1 ）を求めることができる。すなわち、 ｐ1 ＝ｋ2 ・ｘ2 ｑ1 ＝ｋ2 ・ｙ2 となる。
また、点Ｐ’を（ｘ，ｙ）平面に投影した点Ｑの（ｘ，
ｙ，ｚ）座標系の原点からの距離ｒは、点Ｐ’が半径１
の球面上の点であることから、 ｒ＝（１−ｚ2 2）0.5 ・・・（５） と表わすことができる。したがって、上記式（４）
（５）より、 ｋ2 ＝ｈ／ｒ ＝Ｆ（ｃｏｓ-1（ｚ2 ））／（１−ｚ2 2 ）0.5 ・・・（６） つまり、式（２）の係数ｋ2 はｚ2 の関数として求める
ことができる。そこで、係数ｋ2 については、ｚ2 の値
から式（３）に従って求めるためのルックアップテーブ
ルを作成し、その値を用いて撮像面への第２投影座標
（ｐ1 ，ｑ1 ）を求めることができる。すなわち、 ｐ1 ＝ｋ2 ・ｘ2 ｑ1 ＝ｋ2 ・ｙ2 となる。
【００２４】以上説明してきたように、画像変換のため
の第１ステップにおいては、加減算、乗算、平方根に演
算を限定し、それ以外の関数はルックアップテーブルに
より対応している。また、第２ステップにおいては演算
は乗算に限定されており、それ以外の関数計算などはや
はりルックアップテーブルにより対応している。そし
て、各演算を段階を追うことにより、単純な演算回路
（加算器等の論理回路）をパイプライン化して構成する
ことができる。又、複雑な関数計算を行う部分はルック
アップテーブルに対応することで回路規模を押さえるこ
とができる。また、ステップ２におけるｋ2 を求めるテ
ーブルを変更することで、異なる投影方式の魚眼レンズ
に簡単に、しかも同一の演算回路により対応することが
できる。
の第１ステップにおいては、加減算、乗算、平方根に演
算を限定し、それ以外の関数はルックアップテーブルに
より対応している。また、第２ステップにおいては演算
は乗算に限定されており、それ以外の関数計算などはや
はりルックアップテーブルにより対応している。そし
て、各演算を段階を追うことにより、単純な演算回路
（加算器等の論理回路）をパイプライン化して構成する
ことができる。又、複雑な関数計算を行う部分はルック
アップテーブルに対応することで回路規模を押さえるこ
とができる。また、ステップ２におけるｋ2 を求めるテ
ーブルを変更することで、異なる投影方式の魚眼レンズ
に簡単に、しかも同一の演算回路により対応することが
できる。
【００２５】＜回路構成例＞次に、図４により具体的な
回路ブロック構成を説明する。この構成は、ＰＣＩバス
を持ったコンピュータシステム用に構成した基板の例で
ある。ＣＣＤカメラ１には魚眼レンズ２が装着されてお
り、ＣＣＤカメラのより撮影された画像情報はＰＣＩバ
ス基板３に送られて画像変換のための処理がなされる。
このＰＣＩバス基板３は、ＣＣＤカメラ１に設けられた
ＣＣＤからの魚眼画像データを取り込むカメラインター
フェース３０と、１フレーム分の魚眼画像データを記憶
するフレームメモリ３１と、演算部４０の演算結果に基
づいて補間演算を行う補完演算部３２と、ＦＩＦＯメモ
リ３３と、フレームメモリ３１への魚眼画像データの取
り込みを制御する取り込み制御部３４と、本発明の特徴
構成を有する演算部４０（破線で囲まれた部分）と、座
標変換後の平面画像データを送り出すためのＰＣＩバス
インターフェース３９とを備えている。
回路ブロック構成を説明する。この構成は、ＰＣＩバス
を持ったコンピュータシステム用に構成した基板の例で
ある。ＣＣＤカメラ１には魚眼レンズ２が装着されてお
り、ＣＣＤカメラのより撮影された画像情報はＰＣＩバ
ス基板３に送られて画像変換のための処理がなされる。
このＰＣＩバス基板３は、ＣＣＤカメラ１に設けられた
ＣＣＤからの魚眼画像データを取り込むカメラインター
フェース３０と、１フレーム分の魚眼画像データを記憶
するフレームメモリ３１と、演算部４０の演算結果に基
づいて補間演算を行う補完演算部３２と、ＦＩＦＯメモ
リ３３と、フレームメモリ３１への魚眼画像データの取
り込みを制御する取り込み制御部３４と、本発明の特徴
構成を有する演算部４０（破線で囲まれた部分）と、座
標変換後の平面画像データを送り出すためのＰＣＩバス
インターフェース３９とを備えている。
【００２６】さらに、演算部４０は、第１座標演算部３
５と、第２座標演算部３６と、第１座標演算部３５と接
続された第１ルックアップテーブル３７と、第２座標演
算部３６と接続された第２ルックアップテーブル３８と
で構成されている。先ほど説明した座標変換手順との関
係で説明すると、第１座標演算部３５は、図３に示され
ている第１ステップの演算を行う部分であり、平面画像
における（ｕ，ｖ）座標から、半球面上への第１投影座
標（ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）を求めることができる。第１ル
ックアップテーブル３７は、距離Ｌから補正係数ｋ1 を
求めるためのテーブルである。
５と、第２座標演算部３６と、第１座標演算部３５と接
続された第１ルックアップテーブル３７と、第２座標演
算部３６と接続された第２ルックアップテーブル３８と
で構成されている。先ほど説明した座標変換手順との関
係で説明すると、第１座標演算部３５は、図３に示され
ている第１ステップの演算を行う部分であり、平面画像
における（ｕ，ｖ）座標から、半球面上への第１投影座
標（ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）を求めることができる。第１ル
ックアップテーブル３７は、距離Ｌから補正係数ｋ1 を
求めるためのテーブルである。
【００２７】第２座標演算部３６は、図３の第２ステッ
プの演算を行う部分であり、第１座標演算部３５により
求められた上記第１投影座標（ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）から
魚眼撮像面への第２投影座標（ｐ1 ，ｑ1 ）を求めるこ
とができる。第２ルックアップテーブル３８は、補正係
数ｋ2 を求めるためのテーブルである。
プの演算を行う部分であり、第１座標演算部３５により
求められた上記第１投影座標（ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）から
魚眼撮像面への第２投影座標（ｐ1 ，ｑ1 ）を求めるこ
とができる。第２ルックアップテーブル３８は、補正係
数ｋ2 を求めるためのテーブルである。
【００２８】＜回路の動作説明＞次に、図４に示される
回路の動作について説明する。ＣＣＤカメラ１で撮影さ
れた魚眼画像データは、カメラインターフェース３０を
経由してフレームメモリ３１に書き込まれる。演算部４
０において、表示画面上の座標（ｕ，ｖ）に対応する撮
像面上の座標（ｐ，ｑ）が求められているから、この演
算部４０により順次指定される座標（ｐ，ｑ）に対応す
る画像データがフレームメモリ３１から読み出されて、
補間演算部３２に送られる。
回路の動作について説明する。ＣＣＤカメラ１で撮影さ
れた魚眼画像データは、カメラインターフェース３０を
経由してフレームメモリ３１に書き込まれる。演算部４
０において、表示画面上の座標（ｕ，ｖ）に対応する撮
像面上の座標（ｐ，ｑ）が求められているから、この演
算部４０により順次指定される座標（ｐ，ｑ）に対応す
る画像データがフレームメモリ３１から読み出されて、
補間演算部３２に送られる。
【００２９】モニターに表示させたい平面画像の各画素
に対応する、魚眼画像上での画素の位置は正確には一致
することがない。その場合は、近傍の画素のデータをフ
レームメモリ３１から数点読み出し、加重平均して補間
を行うことによって、自然な平面画像を得ることができ
る。補間演算された画像データは、ＦＩＦＯメモリで速
度調整がされ、ホストコンピュータ側へのメモリに、Ｐ
ＣＩバスインターフェース３９を介して転送される。こ
の図４の構成例の場合、座標演算、補間演算などの処理
は、中規模のＦＰＧＡ（又は、ゲートアレイ）により構
成できるため、比較的に安価にハードウェア化すること
ができた。
に対応する、魚眼画像上での画素の位置は正確には一致
することがない。その場合は、近傍の画素のデータをフ
レームメモリ３１から数点読み出し、加重平均して補間
を行うことによって、自然な平面画像を得ることができ
る。補間演算された画像データは、ＦＩＦＯメモリで速
度調整がされ、ホストコンピュータ側へのメモリに、Ｐ
ＣＩバスインターフェース３９を介して転送される。こ
の図４の構成例の場合、座標演算、補間演算などの処理
は、中規模のＦＰＧＡ（又は、ゲートアレイ）により構
成できるため、比較的に安価にハードウェア化すること
ができた。
【図１】座標系の設定を示す図
【図２】補正係数ｋ1 を説明する図
【図３】ハードウェアによる座標の変換手順を説明する
図
図
【図４】ＰＣＩバス基板に搭載される回路ブロックを示
す図
す図
１ ＣＣＤカメラ ２ 魚眼レンズ ３５ 第１座標演算部 ３６ 第２座標演算部 ３７ 第１ルックアップテーブル ３８ 第２ルックアップテーブル ４０ 演算部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松井 哲司 岡山県岡山市野田３丁目20番８号 株式 会社アドバネット内 (56)参考文献 特開 平８−43056（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−283469（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−93526（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−18007（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−10380（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−36020（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−79622（ＪＰ，Ａ) 特表 平６−501585（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G06T 3/00 200 H04N 5/262 H04N 7/18
Claims (3)
- 【請求項１】 魚眼レンズを用いて撮像された魚眼画像
を表示用の平面画像に変換するための画像変換用演算装
置であって、 前記平面画像の座標を魚眼撮像面の仮想物体面へ投影し
た第１投影座標を求めるための第１座標演算部と、 この第１座標演算部により求めた前記第１投影座標を前
記魚眼撮像面へ投影した第２投影座標を求めるための第
２座標演算部とを備え、前記第１及び第２座標演算部に
おける演算のための論理回路は、加減算、乗算、平方根
の演算を行なう場合に限定し、除算及びその他の関数演
算はルックアップテーブルにより対応するように構成さ
れていることを特徴とする画像変換用演算装置。 - 【請求項２】 前記第２座標演算部は、前記第１投影座
標に所定の係数を乗算して前記第２投影座標を求めるも
のであり、前記所定の係数が前記ルックアップテーブル
により求められるように構成されていることを特徴とす
る請求項１に記載の画像変換用演算装置。 - 【請求項３】 前記第１及び第２座標演算部は、前記演
算のための論理回路がパイプライン方式により構成され
ていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像変
換用演算装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11034770A JP3126955B2 (ja) | 1999-02-12 | 1999-02-12 | 画像変換用演算装置 |
| US09/409,966 US6574376B1 (en) | 1999-02-12 | 1999-09-30 | Arithmetic unit for image transformation and monitoring system |
| EP00100376A EP1028389B1 (en) | 1999-02-12 | 2000-01-07 | Arithmetic unit for image transformation |
| DE60024898T DE60024898T2 (de) | 1999-02-12 | 2000-01-07 | Recheneinheit für Bildveränderung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11034770A JP3126955B2 (ja) | 1999-02-12 | 1999-02-12 | 画像変換用演算装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000235645A JP2000235645A (ja) | 2000-08-29 |
| JP3126955B2 true JP3126955B2 (ja) | 2001-01-22 |
Family
ID=12423553
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11034770A Expired - Fee Related JP3126955B2 (ja) | 1999-02-12 | 1999-02-12 | 画像変換用演算装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6574376B1 (ja) |
| EP (1) | EP1028389B1 (ja) |
| JP (1) | JP3126955B2 (ja) |
| DE (1) | DE60024898T2 (ja) |
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| US7511756B2 (en) | 2004-03-03 | 2009-03-31 | Canon Kabushiki Kaisha | Image-taking apparatus and image processing method |
| US7570280B2 (en) | 2004-05-28 | 2009-08-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Image providing method and device |
| JP2010062790A (ja) * | 2008-09-03 | 2010-03-18 | Dainippon Printing Co Ltd | 画像変換装置 |
| WO2014208230A1 (ja) | 2013-06-24 | 2014-12-31 | 三菱電機株式会社 | 座標算出装置及び方法、並びに画像処理装置及び方法 |
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| JP2002334322A (ja) * | 2001-05-10 | 2002-11-22 | Sharp Corp | 透視投影画像生成システム、透視投影画像生成方法、透視投影画像生成プログラムおよび透視投影画像生成プログラムを記憶した記憶媒体 |
| JP2003069990A (ja) * | 2001-06-13 | 2003-03-07 | Usc Corp | 遠隔映像認識システム |
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- 1999-02-12 JP JP11034770A patent/JP3126955B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1999-09-30 US US09/409,966 patent/US6574376B1/en not_active Expired - Fee Related
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- 2000-01-07 DE DE60024898T patent/DE60024898T2/de not_active Expired - Fee Related
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