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JP2002262157A - Multifocal omnidirectional imaging device - Google Patents

Multifocal omnidirectional imaging device

Info

Publication number
JP2002262157A
JP2002262157A JP2001053554A JP2001053554A JP2002262157A JP 2002262157 A JP2002262157 A JP 2002262157A JP 2001053554 A JP2001053554 A JP 2001053554A JP 2001053554 A JP2001053554 A JP 2001053554A JP 2002262157 A JP2002262157 A JP 2002262157A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image
omnidirectional
imaging device
multifocal
light receiving
Prior art date
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Application number
JP2001053554A
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Japanese (ja)
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JP3805631B2 (en
Inventor
Yasushi Yagi
康史 八木
Masahiko Yanaida
正彦 谷内田
Hajime Nagahara
長原  一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Japan Science and Technology Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Japan Science and Technology Corp filed Critical Japan Science and Technology Corp
Priority to JP2001053554A priority Critical patent/JP3805631B2/en
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ミラー方式の全方位撮像にあたり、焦点を変
えて非点収差を減少させることにより光学的ボケをなく
すことができる多重焦点全方位撮像装置を提供する。 【解決手段】 全方位画像を反射する双曲面鏡11と受
光レンズ12と撮像素子13を用いて全方位画像を取得
する装置において、取得画像範囲を2以上に分割し、前
記撮像素子13の焦点位置を変えることにより非点収差
を減少させ、各々の最適の画像フォーカスを得る。
(57) [Problem] To provide a multifocal omnidirectional imaging device capable of eliminating optical blur by changing a focus and reducing astigmatism in omnidirectional imaging using a mirror system. SOLUTION: In an apparatus for acquiring an omnidirectional image using a hyperboloid mirror 11, a light receiving lens 12, and an image sensor 13 that reflects an omnidirectional image, an acquired image range is divided into two or more, and the focus of the image sensor 13 is adjusted. Changing the position reduces astigmatism and obtains each optimal image focus.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、全方位のパノラマ
風景等の画像を得ることのできる全方位撮像装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an omnidirectional imaging device capable of obtaining an image of an omnidirectional panoramic landscape or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、全方位視覚センサは360°全方
位が撮像できる超広角センサで、監視カメラ、テレビ会
議等に用いられている。また、近年、自律移動ロボット
の目として、小型かつ実時間でパノラマ画像を取得する
研究開発が盛んである。
2. Description of the Related Art Conventionally, an omnidirectional vision sensor is an ultra-wide-angle sensor capable of capturing 360 ° omnidirectional images, and is used for surveillance cameras, video conferences and the like. In recent years, research and development for acquiring a panoramic image in a small size and in real time have been actively conducted as eyes of an autonomous mobile robot.

【0003】ところで、移動ロボットや監視装置におけ
る視覚情報取得は、小型で視覚範囲が広いことが必要で
ある。
By the way, acquisition of visual information by a mobile robot or a monitoring device requires a small size and a wide visual range.

【0004】空間中のある一点から全方位のパノラマ画
像を実時間で取得する方式には、大別して複数個のカメ
ラから撮像する方式と、ミラーや魚眼レンズを用いる方
式がある。
[0004] As a method of acquiring an omnidirectional panoramic image from a certain point in space in real time, there are a method of roughly capturing images from a plurality of cameras and a method of using a mirror or a fisheye lens.

【0005】複数個のカメラを用いる方式は、例えば正
多面体の各面に撮像素子を配置し、取得した画像を合成
する方式である(例えば、先行文献:全方位カメラシス
テム、第2回「地域から発信する科学技術」シンポジウ
ム、1999.10.11)。この方式は、全方位の観
察が可能であるが、多くのカメラが必要なため、装置が
大きくなり経済的ではない。特に、ロボットに搭載する
ことを考慮すると大きすぎるといった問題がある。
The method using a plurality of cameras is, for example, a method of arranging an image sensor on each surface of a regular polyhedron and synthesizing the acquired images (for example, the prior art document: Omnidirectional camera system, 2nd "Regional area"). Symposium on Science and Technology Propagating from Japan, 1999.10.11). This method allows observation in all directions, but requires a large number of cameras, so that the apparatus becomes large and is not economical. In particular, there is a problem that it is too large in consideration of mounting on a robot.

【0006】一方、ミラーを用いる方式には、本願発明
者などによる提案や他の先願がある〔特許:特許第2
939087号(特開平6−295333号)、本発明
者等による発明、特開平6−141211号、先行文
献:八木、日本ロボット学会誌、Vol.13,N
o.3,p347−350,1995,佐藤、八木、
「コンピュータビジョン:技術評論と将来展望」新技術
コミュニケーションズ刊、1998.6〕。
On the other hand, a system using a mirror has been proposed by the present inventors and other prior applications [Patent: Patent No. 2
No. 939087 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-295333), invention by the present inventors, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-141211, prior document: Yagi, Journal of the Robotics Society of Japan, Vol. 13, N
o. 3, p347-350, 1995, Sato, Yagi,
"Computer Vision: Technical Review and Future Prospects," New Technology Communications, 1998.

【0007】これらの従来の方式は、双曲面形のミラー
を下向きに、カメラを上向きに、両者垂直軸を合わせて
配置し、カメラのレンズの中心が双曲面の焦点と双対の
位置になるようにする。ミラーに反射した画像をカメラ
で撮像することにより、視覚情報を取得する。さらに、
取得した画像に補正処理を施して出力画像に変換する。
この方法を用いれば、水平360°全方位が撮像でき
る。
In these conventional systems, a hyperboloid-shaped mirror is arranged downward, a camera is arranged upward, and their vertical axes are aligned, so that the center of the camera lens is located at a position dual with the focal point of the hyperboloid. To Visual information is acquired by capturing an image reflected by the mirror with a camera. further,
The obtained image is subjected to a correction process and converted into an output image.
If this method is used, it is possible to image 360 degrees in all directions.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たミラー方式は、1個の撮像素子で処理するために解像
度向上に問題がある。解像度を制約しているのは、撮像
素子の画素数によるものと光学的ボケによるものとがあ
る。前者に対して、本願発明者等は画素ずらしの方式を
撮像素子の回転方式としてシステムに導入した〔文献:
長原他、情報処理学会、2000−CVIM−121−
13(2000.3.23)〕。
However, the above-mentioned mirror system has a problem in improving the resolution because it is processed by one image sensor. The resolution is limited by the number of pixels of the image sensor and by optical blur. In contrast to the former, the inventors of the present application introduced a pixel shifting method into a system as a rotation method of an image sensor [Reference:
Nagahara et al., Information Processing Society of Japan, 2000-CVIM-121-
13 (2000.3.23)].

【0009】他にも上記したミラー方式の全方位撮像の
改良に関する提案があるが、画素数を増やす方法も含め
て、いずれにおいても解像度が不十分で、実用に至って
いないのが現状である。特に、光学的ボケの対策ができ
ていない。
There are other proposals for improvement of the above-mentioned omnidirectional imaging of the mirror system. However, in any case, including the method of increasing the number of pixels, the resolution is insufficient, and at present it has not been put to practical use. In particular, no measures against optical blur have been taken.

【0010】本発明は、上記状況に鑑みて、ミラー方式
の全方位撮像にあたり、焦点を変えて非点収差を減少さ
せることにより光学的ボケをなくすことができる多重焦
点全方位撮像装置を提供することを目的とする。
In view of the above circumstances, the present invention provides a multifocal omnidirectional imaging apparatus capable of eliminating optical blur by changing focus and reducing astigmatism in omnidirectional imaging using a mirror system. The purpose is to:

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔1〕全方位画像を反射する曲面鏡と受光レンズと撮像
素子を用いて全方位画像を取得する装置において、取得
画像範囲を2以上に分割し、前記撮像素子の焦点位置を
変えることにより非点収差を減少させ、各々の最適の画
像フォーカスを得るようにしたものである。
According to the present invention, there is provided an apparatus for acquiring an omnidirectional image by using a curved mirror for reflecting an omnidirectional image, a light receiving lens, and an imaging device. The acquired image range is divided into two or more parts, and astigmatism is reduced by changing the focal position of the image pickup device, so that the respective optimal image focuses are obtained.

【0012】〔2〕上記〔1〕記載の多重焦点全方位撮
像装置において、前記受光レンズに対する撮像素子の位
置を変える手段を具備するようにしたものである。
[2] The multifocal omnidirectional imaging apparatus according to the above [1], further comprising means for changing a position of an imaging element with respect to the light receiving lens.

【0013】〔3〕上記〔2〕記載の多重焦点全方位撮
像装置において、前記撮像素子の焦点位置の移動を駆動
機構を用いて前記撮像素子の上下方向に行うことを特徴
とする。
[3] The multifocal omnidirectional imaging device according to [2], wherein the focal position of the image sensor is moved in the vertical direction of the image sensor using a drive mechanism.

【0014】〔4〕上記〔2〕記載の多重焦点全方位撮
像装置において、前記撮像素子の焦点位置の移動を駆動
機構を用いて水平方向に行うことを特徴とする。
[4] The multifocal omnidirectional imaging device according to [2], wherein the focal position of the image sensor is moved in a horizontal direction using a driving mechanism.

【0015】〔5〕上記〔2〕記載の多重焦点全方位撮
像装置において、前記撮像素子の焦点位置の移動を駆動
機構を用いて回転方向に行うことを特徴とする。
[5] The multifocal omnidirectional imaging device according to [2], wherein the focus position of the image pickup device is moved in a rotational direction by using a drive mechanism.

【0016】〔6〕上記〔1〕記載の多重焦点全方位撮
像装置において、前記撮像素子に対する受光レンズの位
置を変える手段を具備するようにしたものである。
[6] The multifocal omnidirectional imaging device according to [1], further comprising means for changing a position of a light receiving lens with respect to the imaging device.

【0017】〔7〕上記〔4〕記載の多重焦点全方位撮
像装置において、前記受光レンズの電動制御でフォーカ
ス面を変える手段を具備するようにしたものである。
[7] The multifocal omnidirectional imaging apparatus according to the above [4], further comprising means for changing a focus plane by electric control of the light receiving lens.

【0018】〔8〕上記〔1〕記載の多重焦点全方位撮
像装置において、前記受光レンズの後にハーフミラーを
設置し、フォーカス面を変える手段を具備するようにし
たものである。
[8] The multifocal omnidirectional imaging apparatus according to the above [1], wherein a half mirror is provided after the light receiving lens, and a means for changing a focus plane is provided.

【0019】[0019]

〔9〕上記〔1〕記載の多重焦点全方位撮
像装置において、前記受光レンズの前にハーフミラーを
設置し、フォーカス面を変える手段を具備するようにし
たものである。
[9] The multifocal omnidirectional imaging device according to the above [1], wherein a half mirror is provided in front of the light receiving lens, and a means for changing a focus plane is provided.

【0020】〔10〕上記〔1〕記載の多重焦点全方位
撮像装置において、前記全方位画像を反射する曲面鏡と
前記受光レンズと撮像素子を、鉛直線を中心にして回転
させるようにしたものである。
[10] The multifocal omnidirectional imaging device according to [1], wherein the curved mirror for reflecting the omnidirectional image, the light receiving lens, and the image sensor are rotated about a vertical line. It is.

【0021】〔11〕上記〔1〕記載の多重焦点全方位
撮像装置において、前記受光レンズと撮像素子を鉛直線
を中心にして回転させるようにしたものである。
[11] The multifocal omnidirectional imaging device according to [1], wherein the light receiving lens and the imaging device are rotated about a vertical line.

【0022】このように、全方位画像を反射する双曲面
鏡と撮像素子を用いて全方位画像を取得する装置におい
て、取得画像範囲を2以上に分割し、各々の最適の画像
フォーカスを得られるようにする。光学的解像度の劣化
は、非点収差の影響で入射光線の俯角に強く依存する。
一方、各俯角に焦点を合わせた際のMTF限界を調べ、
俯角全域にわたってCCDの限界解像度を越えるように
設計する。
As described above, in an apparatus for acquiring an omnidirectional image using a hyperboloid mirror and an image sensor that reflects an omnidirectional image, the acquired image range can be divided into two or more, and an optimum image focus can be obtained for each. To do. The degradation of the optical resolution strongly depends on the depression angle of the incident light beam due to the effect of astigmatism.
On the other hand, the MTF limit when focusing on each depression angle is examined,
The design is made to exceed the limit resolution of the CCD over the entire depression angle range.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail.

【0024】まず、全方位撮像装置の光学系とその入力
と変換画像の関係について概略を述べる。
First, the optical system of the omnidirectional imaging device and the relationship between the input and the converted image will be outlined.

【0025】図1は本発明にかかる全方位撮像装置の光
学系を示す図であり、図1(a)はその平面模式図、図
1(b)はその側面模式図である。図2はその入力と変
換画像の関係を示す図、図3(a)は全方位入力画像、
図3(b)は変換画像、図3(c)はパノラマ画像例で
ある。
FIG. 1 is a diagram showing an optical system of an omnidirectional imaging device according to the present invention. FIG. 1 (a) is a schematic plan view thereof, and FIG. 1 (b) is a schematic side view thereof. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the input and the converted image, FIG. 3A is an omnidirectional input image,
FIG. 3B shows a converted image, and FIG. 3C shows an example of a panoramic image.

【0026】これらの図において、1は双曲面鏡、2は
双曲面鏡1の焦点+c、3は入射光線、4は画像平面
(カメラ)、5はレンズの主点−c、6は共通透視変換
画像の座標、7はパノラマ画像の座標、8は入力画像の
座標である。
In these figures, 1 is a hyperboloid mirror, 2 is a focal point + c of the hyperboloid mirror 1, 3 is an incident light ray, 4 is an image plane (camera), 5 is a principal point -c of the lens, and 6 is a common perspective. The coordinates of the converted image, 7 are the coordinates of the panoramic image, and 8 are the coordinates of the input image.

【0027】これらの図に示すように、全方位撮像装置
は、鉛直下向きの双曲面鏡1と上向きのカメラ4から構
成される。双曲面鏡1は 〔(X2 −Y2 )/a2 〕−(Z2 /b2 )=−1(Z>0) …(1) c=√(a2 +b2 ) …(2) β=tan-1(y/x) …(3) α=tan-1〔(b2 +c2 )sinγ−2bc〕/(b2 +c2 )cosγ …(4) γ=tan-1〔f/√(x2 +y2 )〕 …(5) のように表され、2つの焦点(0,0,c),(0,
0,−c)を持ち、カメラ4は双曲面の中心軸と同軸に
主点5が双曲面鏡1のその一方の焦点(0,0,−c)
にくるように配置されている。このように配置すること
で、センサの周囲360°を一度に撮像することができ
る〔図3(a)参照〕。また、図1に示すように、双曲
面鏡1のミラー中心に向かって入ってくる光3は、双曲
面の特性によりミラーに反射後、もう一方の焦点に向か
う。すなわち、画像上での任意の写像点p(x,y)と
俯角α,方位角βの関係は、上記式(3)〜式(5)か
ら一意に決まる。この式から全方位入力画像〔図3
(a)参照〕を、図2に示すように、ミラー焦点を視点
とした透視変換画像6〔図3(b)参照〕やパノラマ画
像7〔図3(c)参照〕に容易に変換できるという特性
をもつ。
As shown in these figures, the omnidirectional imaging device comprises a vertically downward hyperboloid mirror 1 and an upward camera 4. The hyperboloid mirror 1 is [(X 2 −Y 2 ) / a 2 ] − (Z 2 / b 2 ) = − 1 (Z> 0) (1) c = √ (a 2 + b 2 ) (2) β = tan −1 (y / x) (3) α = tan −1 [(b 2 + c 2 ) sin γ−2bc] / (b 2 + c 2 ) cos γ (4) γ = tan −1 [f / {(X 2 + y 2 )]... (5), and the two focal points (0, 0, c), (0,
0, -c), the camera 4 is coaxial with the central axis of the hyperboloid, and the principal point 5 is one of the focal points (0, 0, -c) of the hyperboloid mirror 1.
It is arranged to come to. With this arrangement, it is possible to image 360 ° around the sensor at a time (see FIG. 3A). Further, as shown in FIG. 1, the light 3 entering toward the center of the mirror of the hyperboloid mirror 1 is reflected by the mirror due to the characteristics of the hyperboloid, and then goes to the other focal point. That is, the relationship between the arbitrary mapping point p (x, y) on the image, the depression angle α, and the azimuth angle β is uniquely determined from the above equations (3) to (5). From this equation, an omnidirectional input image [Fig.
2 (a)] can be easily converted to a perspective transformed image 6 [see FIG. 3 (b)] and a panoramic image 7 [see FIG. 3 (c)] from the viewpoint of the mirror as shown in FIG. Has characteristics.

【0028】従来例で示したように、全方位撮像装置
は、入力全方位画像を無歪みで透明変換やパノラマ画像
に実時間変換できるため、人に対する広視野角画像や任
意視点画像提示を行うための撮像センサとして向いてい
る。しかし、図1に示したように、たった1枚のCCD
センサで全方位を撮像するため、画角分解能が全体的に
劣るという欠点をもつ。さらに、図3(a)のように、
入力画像中では撮像対象が放射状に現れるため、俯角が
大きくなるにしたがって画角分解能が低くなる。
As shown in the conventional example, since the omnidirectional imaging device can perform real-time conversion of an input omnidirectional image into a transparent conversion or a panoramic image without distortion, it presents a wide viewing angle image or an arbitrary viewpoint image to a person. It is suitable as an imaging sensor. However, as shown in FIG. 1, only one CCD
Since the sensor captures images in all directions, there is a disadvantage that the angle of view resolution is poor overall. Further, as shown in FIG.
Since the imaging target appears radially in the input image, the angle of view resolution decreases as the depression angle increases.

【0029】図4は俯角に対する画角解像度と光学的ボ
ケ特性を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the angle-of-view resolution with respect to the depression angle and the optical blur characteristics.

【0030】この図は、入力画像の周囲方向と放射方向
において俯角に対する画角解像度を実線で、光学的ボケ
特性の俯角に対する変化を点線で表したグラフである。
This graph is a graph in which the angle of view resolution with respect to the depression angle in the peripheral direction and the radial direction of the input image is represented by a solid line, and the change of the optical blur characteristic with respect to the depression angle is represented by a dotted line.

【0031】この図から明らかなように、パノラマや透
視変換を行うと変換画像下部の解像度の低さが更に顕著
になる。
As is apparent from this figure, when the panorama or perspective transformation is performed, the lower resolution of the lower part of the transformed image becomes more remarkable.

【0032】同様の条件で、分解能を示すMTFを図5
に示す。
Under the same conditions, the MTF indicating the resolution is shown in FIG.
Shown in

【0033】図5は俯角に対するMTFとCCDの遮断
周波数特性図である。
FIG. 5 is a graph showing cutoff frequency characteristics of the MTF and the CCD with respect to the depression angle.

【0034】この図から明らかなように、俯角の大きい
範囲と小さい範囲では、解像度は光学的フォーカスに支
配されていることがわかる。
As can be seen from this figure, the resolution is controlled by the optical focus in the range where the depression angle is large and the range where the depression angle is small.

【0035】次に、双曲面を同心円状に分割し、各俯角
に対するMTFを図6に示す。
Next, the hyperboloid is divided into concentric circles, and the MTF for each depression angle is shown in FIG.

【0036】図6は多重焦点画像列を用いた超解像度化
を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing super-resolution processing using a multi-focus image sequence.

【0037】ここでは、−10°,20°,40°に3
分割するようにしている。なお、6分割(f-10 0
10203040)としてもよい。
Here, 3 to -10 °, 20 ° and 40 °
I try to split it. In addition, 6 divisions (f -10 f 0 f
10 f 20 f 30 f 40 ).

【0038】この図に示すように、入力と出力の画像空
間は異なる。そのため、俯角の小さいf-10 の合焦点領
域(俯角−20〜−2°)はおよそ4枚の入力画像で出
力の9割を満たすが、俯角の大きいf40の合焦点領域
(俯角21〜50°)においては50枚も必要になるこ
とが示されている。このことから入出力画像比が均一と
なるように各画像を撮像する必要がある。
As shown in this figure, the input and output image spaces are different. Therefore, the focus area (depth angle −20 to −2 °) of f −10 having a small depression angle satisfies 90% of the output with approximately four input images, but the focus area of f 40 (depth angles 21 to 21) having a large depression angle. 50 °), 50 sheets are required. For this reason, it is necessary to capture each image so that the input / output image ratio becomes uniform.

【0039】そして、分割毎にフォーカスを合わせ、得
られた画像を合成する。
Then, the focus is adjusted for each division, and the obtained images are synthesized.

【0040】本発明では、更に、全方位画像を反射する
双曲面鏡と受光レンズと撮像素子を用いて全方位画像を
取得する装置において、取得画像範囲を3以上に分割
し、各々の最適の画像フォーカスを得る手段と、前記撮
像素子の焦点位置を変えることにより非点収差を減少さ
せる多重焦点全方位撮像装置を得ることにある。
According to the present invention, in an apparatus for acquiring an omnidirectional image by using a hyperboloid mirror that reflects an omnidirectional image, a light receiving lens, and an image sensor, the acquired image range is divided into three or more, An object of the present invention is to provide a multi-focus omnidirectional imaging device that reduces astigmatism by changing a focal position of the image sensor and a unit that obtains image focus.

【0041】以下、本発明の実施例を順次説明する。Hereinafter, embodiments of the present invention will be sequentially described.

【0042】図7は本発明の第1実施例を示す多重焦点
全方位撮像装置の模式図である。
FIG. 7 is a schematic diagram of a multifocal omnidirectional imaging apparatus showing a first embodiment of the present invention.

【0043】この図において、11は双曲面鏡、12は
受光レンズ、13は撮像素子、14は撮像素子13の上
下移動手段としてのステッピングギアである。
In this figure, 11 is a hyperboloid mirror, 12 is a light receiving lens, 13 is an image sensor, and 14 is a stepping gear as means for moving the image sensor 13 up and down.

【0044】この実施例では、受光レンズ12に対する
撮像素子13の位置を駆動機構、例えば、ステッピング
ギア14で変えることができるようにしている。
In this embodiment, the position of the image sensor 13 with respect to the light receiving lens 12 can be changed by a driving mechanism, for example, a stepping gear 14.

【0045】この実施例によれば、撮像素子13を上下
させるようにしたので、画素ずらしの効果も生じる。画
像中では、放射方向の解像度の向上を図ることができ
る。
According to this embodiment, since the image pickup device 13 is moved up and down, an effect of pixel shift is also produced. In the image, the resolution in the radial direction can be improved.

【0046】図8は本発明の第2実施例を示す多重焦点
全方位撮像装置の模式図である。
FIG. 8 is a schematic view of a multifocal omnidirectional imaging apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【0047】この実施例では、撮像素子13に対して受
光レンズ12の位置を変える。つまり、受光レンズ12
の上下移動手段(駆動機構)としての電動制御装置15
により、フォーカス面を変えることができる。
In this embodiment, the position of the light receiving lens 12 with respect to the image pickup device 13 is changed. That is, the light receiving lens 12
Control device 15 as vertical moving means (drive mechanism)
Can change the focus plane.

【0048】なお、この実施例では、カメラ自体は市販
のものを利用することができる。また、レンズも市販の
ものを利用できるという利点がある。
In this embodiment, a commercially available camera can be used. Also, there is an advantage that a commercially available lens can be used.

【0049】図9は本発明の第3実施例を示す多重焦点
全方位撮像装置の模式図である。
FIG. 9 is a schematic view of a multifocal omnidirectional imaging apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【0050】この図において、21は双曲面鏡、22は
受光レンズ、23は受光レンズ22の後ろに配置される
ハーフミラー、24はハーフミラー23の後ろに配置さ
れる第1の撮像素子、25はハーフミラー23の側方に
配置される第2の撮像素子である。
In this figure, 21 is a hyperboloid mirror, 22 is a light receiving lens, 23 is a half mirror arranged behind the light receiving lens 22, 24 is a first image pickup element arranged behind the half mirror 23, 25 Is a second imaging element arranged on the side of the half mirror 23.

【0051】このように構成することにより、フォーカ
ス面を変えることができる。
With this configuration, the focus plane can be changed.

【0052】図10は本発明の第4実施例を示す多重焦
点全方位撮像装置の模式図である。
FIG. 10 is a schematic diagram of a multifocal omnidirectional imaging apparatus showing a fourth embodiment of the present invention.

【0053】この図において、31は双曲面鏡、32は
第1の受光レンズ33の前に配置されるハーフミラー、
33はそのハーフミラー32の後ろに配置される第1の
受光レンズ、34はその第1の受光レンズ33の後ろに
配置される第1の撮像素子、35はハーフミラー32の
側方に配置される第2の受光レンズ、36はその第2の
受光レンズ35の側方に配置される第2の撮像素子であ
る。
In this figure, 31 is a hyperboloid mirror, 32 is a half mirror arranged before the first light receiving lens 33,
33 is a first light receiving lens arranged behind the half mirror 32, 34 is a first image sensor arranged behind the first light receiving lens 33, 35 is arranged on the side of the half mirror 32 The second light receiving lens 36 is a second image pickup device arranged on the side of the second light receiving lens 35.

【0054】このように構成することにより、フォーカ
ス面を変えることができる。
With this configuration, the focus plane can be changed.

【0055】上記した第3及び第4実施例によれば、可
動部を持たない、実時間(撮像素子の動作速度)で多重
焦点の画像が撮像できるという利点がある。なお、ハー
フミラーを順次組み合わせて、画像の分割数を2以上に
することも可能であるが、画像を分割すると、各画像の
明るさは暗くなるので、現実に分割できる分割数には限
度がある。また、ハーフミラー以外のプリズムでも同様
の効果を奏することができる。
According to the third and fourth embodiments, there is an advantage that a multi-focus image can be captured in real time (operating speed of the image sensor) without a movable portion. It is also possible to sequentially combine the half mirrors to make the number of divisions of the image two or more. However, when the image is divided, the brightness of each image becomes dark. is there. Similar effects can be obtained with a prism other than the half mirror.

【0056】図11は本発明の第5実施例を示す多重焦
点全方位撮像装置の模式図である。
FIG. 11 is a schematic diagram of a multifocal omnidirectional imaging apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.

【0057】この図において、41は双曲面鏡、42は
受光レンズ、43は撮像素子であり、この実施例では、
双曲面鏡41と受光レンズ42と撮像素子43を通る鉛
直線44を中心にして可動部45となし、この可動部4
5を駆動機構46によりカメラ全体を回転させるように
する。
In this figure, 41 is a hyperboloid mirror, 42 is a light receiving lens, and 43 is an image sensor. In this embodiment,
A movable part 45 is formed around a vertical line 44 passing through the hyperboloid mirror 41, the light receiving lens 42, and the image sensor 43.
5 is made to rotate the whole camera by the drive mechanism 46.

【0058】この実施例によれば、カメラ全体を回転さ
せるようにしたので、従来からある全方位カメラをその
まま利用することができるという利点がある。
According to this embodiment, since the entire camera is rotated, there is an advantage that a conventional omnidirectional camera can be used as it is.

【0059】図12は本発明の第6実施例を示す多重焦
点全方位撮像装置の模式図である。
FIG. 12 is a schematic view of a multifocal omnidirectional imaging apparatus showing a sixth embodiment of the present invention.

【0060】この実施例では、双曲面鏡41と受光レン
ズ42と撮像素子43を通る鉛直線44を中心にして、
受光レンズ42と撮像素子43を可動部47となし、こ
の可動部47を駆動機構48により回転させるようにす
る。
In this embodiment, a vertical line 44 passing through the hyperboloid mirror 41, the light receiving lens 42 and the image pickup device 43 is used as a center.
The light receiving lens 42 and the imaging element 43 are formed as a movable part 47, and the movable part 47 is rotated by a driving mechanism 48.

【0061】このように構成することにより、フォーカ
ス面を変えることができる。
With this configuration, the focus plane can be changed.

【0062】この実施例によれば、レンズ系は固定とな
るので、外見からすると回転していようになり、故障は
しにくくなるといった利点がある。
According to this embodiment, since the lens system is fixed, there is an advantage that the lens system is likely to be rotated from the external appearance, and it is difficult to cause a failure.

【0063】図13は本発明の第7実施例を示す多重焦
点全方位撮像装置の模式図であり、図13(a)はその
全体構成図、図13(b)はその撮像素子の平行移動に
よる撮像素子の位置ずれの平面図、図13(c)はその
撮像素子の回転による撮像素子の位置ずれの平面図であ
る。
FIG. 13 is a schematic view of a multifocal omnidirectional imaging apparatus showing a seventh embodiment of the present invention. FIG. 13 (a) is an overall configuration diagram thereof, and FIG. 13 (b) is a parallel movement of the imaging device. FIG. 13C is a plan view of the displacement of the image sensor due to the rotation of the image sensor.

【0064】この実施例では、撮像素子43のみを駆動
機構49により移動させるようにする。すなわち、図1
3(b)に示すように、撮像素子43を平行移動させる
ようにしたり、図13(c)に示すように、撮像素子4
3を回転させるようする。
In this embodiment, only the image pickup device 43 is moved by the driving mechanism 49. That is, FIG.
As shown in FIG. 3B, the image sensor 43 is moved in parallel, or as shown in FIG.
Rotate 3

【0065】この実施例によれば、他の画素ずらしとは
違って、撮像素子43のみを動かすようにしたので、可
動部及び駆動機構を小型化できる利点がある。また、図
7に示した第1実施例の方法と組み合わせると、撮像素
子43のみを動かすことにより、多重焦点と画素ずらし
が可能となり、その効果は大きい。
According to this embodiment, unlike the other pixel shifts, only the image sensor 43 is moved, so that there is an advantage that the movable part and the driving mechanism can be reduced in size. In addition, when the method is combined with the method of the first embodiment shown in FIG. 7, by moving only the image sensor 43, multiple focus and pixel shift can be performed, and the effect is large.

【0066】このように、実施例として、双曲面鏡と4
0万単板CCDを用い、3分割(f -10 1040)と6
分割(f-10 0 10203040)とし、各俯角(右
下数字)に対応して画面を分割し、各画面で前記撮像素
子の焦点位置を変えることにより非点収差を減少させ
る。分割して取得された各画像を合成して全体画像を得
る。すでに提案されている画像ずらし方法と合わせて、
実用に耐える画像再生を達成した。
As described above, as an embodiment, a hyperboloid mirror and 4
Using a 100,000 single-chip CCD, three divisions (f -TenfTenf40) And 6
Division (f-Tenf0fTenf20f30f40) And each depression angle (right
The screen is divided according to the numbers below, and the image sensor
Reduce astigmatism by changing the focus position of the
You. The entire image is obtained by combining the images obtained by dividing
You. Along with the already proposed image shifting method,
Achieved practical image reproduction.

【0067】なお、上記実施例では、双曲面鏡を用いた
全方位カメラの場合について述べたが、これに限定され
るものではなく、他の放物面、球面、2枚以上の曲面鏡
を用いた全方位カメラでもよい。
In the above embodiment, an omnidirectional camera using a hyperboloidal mirror has been described. However, the present invention is not limited to this. Other paraboloids, spherical surfaces, and two or more curved mirrors may be used. The omnidirectional camera used may be used.

【0068】また、上記実施例では、取得画像範囲を3
以上に分割したものを示したが、本発明における取得画
像範囲の分割は2以上であれば適用できる。
In the above embodiment, the acquired image range is set to 3
Although the division is described above, the division of the acquired image range in the present invention can be applied if it is two or more.

【0069】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but various modifications are possible based on the spirit of the present invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.

【0070】[0070]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.

【0071】(A)ミラー方式の全方位撮像にあたり、
焦点を変えて非点収差を減少させることにより光学的ボ
ケをなくすことができる。
(A) In the omnidirectional imaging of the mirror system,
By changing the focus and reducing astigmatism, optical blur can be eliminated.

【0072】(B)取得画像範囲を2以上に分割し、前
記撮像素子の焦点位置を変えることにより非点収差を減
少させ、各々の最適の画像フォーカスを得ることができ
る。
(B) By dividing the acquired image range into two or more parts and changing the focal position of the image pickup device, astigmatism can be reduced, and an optimum image focus can be obtained for each.

【0073】(C)自律ロボットにおいては全方位画像
情報を、小型であって実時間でかつ高解像度に取得する
ことが重要である。本発明によれば、固定式・移動式の
監視カメラとしての用途にも有用である。
(C) In an autonomous robot, it is important to acquire omnidirectional image information in a small size, in real time, and with high resolution. According to the present invention, it is also useful for use as a fixed / mobile surveillance camera.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明にかかる全方位撮像装置の光学系を示す
図である。
FIG. 1 is a diagram showing an optical system of an omnidirectional imaging device according to the present invention.

【図2】本発明にかかる全方位撮像装置の光学系におけ
る入力と変換画像の関係を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a relationship between an input and a converted image in an optical system of the omnidirectional imaging apparatus according to the present invention.

【図3】本発明にかかる全方位撮像装置の全方位入力画
像と変換画像例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an omnidirectional input image and an example of a converted image of the omnidirectional imaging device according to the present invention.

【図4】俯角に対する画角解像度と光学的ボケ特性を示
す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an angle of view resolution and an optical blur characteristic with respect to a depression angle.

【図5】分解能を示すMTFを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an MTF indicating resolution.

【図6】双曲面を同心円状に分割し、各俯角に対するM
TFを示す図である。
FIG. 6 divides a hyperboloid into concentric circles, and calculates M for each depression angle
It is a figure showing TF.

【図7】本発明の第1実施例を示す多重焦点全方位撮像
装置の模式図である。
FIG. 7 is a schematic diagram of a multifocal omnidirectional imaging apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第2実施例を示す多重焦点全方位撮像
装置の模式図である。
FIG. 8 is a schematic view of a multifocal omnidirectional imaging apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第3実施例を示す多重焦点全方位撮像
装置の模式図である。
FIG. 9 is a schematic diagram of a multifocal omnidirectional imaging device showing a third embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第4実施例を示す多重焦点全方位撮
像装置の模式図である。
FIG. 10 is a schematic diagram of a multifocal omnidirectional imaging apparatus showing a fourth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第5実施例を示す多重焦点全方位撮
像装置の模式図である。
FIG. 11 is a schematic view of a multifocal omnidirectional imaging apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第6実施例を示す多重焦点全方位撮
像装置の模式図である。
FIG. 12 is a schematic view of a multifocal omnidirectional imaging apparatus showing a sixth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第7実施例を示す多重焦点全方位撮
像装置の模式図である。
FIG. 13 is a schematic diagram of a multifocal omnidirectional imaging apparatus showing a seventh embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,11,21,31,41 双曲面鏡 2 双曲面鏡の焦点+c 3 入射光線 4 画像平面(カメラ) 5 レンズの主点−c 6 共通透視変換画像の座標 7 パノラマ画像の座標 8 入力画像の座標 12,22,42 受光レンズ 13,43 撮像素子 14 撮像素子の上下移動手段(ステッピングギア) 15 受光レンズの移動手段(電動制御装置) 23,32 ハーフミラー 24,34 第1の撮像素子 25,36 第2の撮像素子 33 第1の受光レンズ 35 第2の受光レンズ 44 鉛直線 45,47 可動部 46,48,49 駆動機構 1,11,21,31,41 Hyperboloid mirror 2 Focus of hyperboloid mirror + c 3 Incident ray 4 Image plane (camera) 5 Main point of lens −c 6 Coordinate of common perspective transformed image 7 Coordinate of panoramic image 8 Input image Coordinates 12, 22, 42 Light receiving lens 13, 43 Image sensor 14 Up / down moving means (stepping gear) of image sensor 15 Moving means of light receiving lens (electric control device) 23, 32 Half mirror 24, 34 First image sensor 25 , 36 Second imaging element 33 First light receiving lens 35 Second light receiving lens 44 Vertical line 45, 47 Movable part 46, 48, 49 Drive mechanism

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G03B 37/00 G06T 1/00 430H G06T 1/00 430 H04N 5/232 A E H04N 5/232 G03B 3/04 Fターム(参考) 2H059 BA03 BA11 5B047 AA13 BB04 BB09 BC05 BC09 BC16 CA12 CA17 CB15 5C022 AA01 AB21 AB45 AB46 AB62 AB68 AC42 AC54 AC74 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (reference) G03B 37/00 G06T 1/00 430H G06T 1/00 430 H04N 5/232 A E H04N 5/232 G03B 3/04 F term (Reference) 2H059 BA03 BA11 5B047 AA13 BB04 BB09 BC05 BC09 BC16 CA12 CA17 CB15 5C022 AA01 AB21 AB45 AB46 AB62 AB68 AC42 AC54 AC74

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 全方位画像を反射する曲面鏡と受光レン
ズと撮像素子を用いて全方位画像を取得する装置におい
て、 取得画像範囲を2以上に分割し、前記撮像素子の焦点位
置を変えることにより非点収差を減少させ、各々の最適
の画像フォーカスを得る多重焦点全方位撮像装置。
1. An apparatus for acquiring an omnidirectional image using a curved mirror that reflects an omnidirectional image, a light receiving lens, and an image sensor, wherein an obtained image range is divided into two or more, and a focal position of the image sensor is changed. A multifocal omnidirectional imaging device that reduces astigmatism and obtains an optimal image focus for each.
【請求項2】 請求項1記載の多重焦点全方位撮像装置
において、前記受光レンズに対する撮像素子の位置を変
える手段を具備する多重焦点全方位撮像装置。
2. The multi-focal omnidirectional imaging device according to claim 1, further comprising means for changing a position of an imaging device with respect to the light receiving lens.
【請求項3】 請求項2記載の多重焦点全方位撮像装置
において、前記撮像素子の焦点位置の移動を駆動機構を
用いて前記撮像素子の上下方向に行うことを特徴とする
多重焦点全方位撮像装置。
3. The multi-focal omnidirectional imaging device according to claim 2, wherein the focus position of the image sensor is moved in a vertical direction of the image sensor using a driving mechanism. apparatus.
【請求項4】 請求項2記載の多重焦点全方位撮像装置
において、前記撮像素子の焦点位置の移動を駆動機構を
用いて水平方向に行うことを特徴とする多重焦点全方位
撮像装置。
4. The multifocal omnidirectional imaging device according to claim 2, wherein the focal position of the image sensor is moved in a horizontal direction using a driving mechanism.
【請求項5】 請求項2記載の多重焦点全方位撮像装置
において、前記撮像素子の焦点位置の移動を駆動機構を
用いて回転方向に行うことを特徴とする多重焦点全方位
撮像装置。
5. The multifocal omnidirectional imaging device according to claim 2, wherein the focal position of the image sensor is moved in a rotational direction using a driving mechanism.
【請求項6】 請求項1記載の多重焦点全方位撮像装置
において、前記撮像素子に対する受光レンズの位置を変
える手段を具備する多重焦点全方位撮像装置。
6. The multifocal omnidirectional imaging device according to claim 1, further comprising: means for changing a position of a light receiving lens with respect to the image sensor.
【請求項7】 請求項4記載の多重焦点全方位撮像装置
において、前記受光レンズの電動制御でフォーカス面を
変える手段を具備する多重焦点全方位撮像装置。
7. The multi-focal omnidirectional imaging device according to claim 4, further comprising: means for changing a focus plane by electrically controlling the light receiving lens.
【請求項8】 請求項1記載の多重焦点全方位撮像装置
において、前記受光レンズの後にハーフミラーを設置
し、フォーカス面を変える手段を具備する多重焦点全方
位撮像装置。
8. The multifocal omnidirectional imaging device according to claim 1, further comprising a half mirror provided after the light receiving lens, and a unit for changing a focus plane.
【請求項9】 請求項1記載の多重焦点全方位撮像装置
において、前記受光レンズの前にハーフミラーを設置
し、フォーカス面を変える手段を具備する多重焦点全方
位撮像装置。
9. The multifocal omnidirectional imaging device according to claim 1, further comprising a half mirror disposed in front of the light receiving lens, and a means for changing a focus plane.
【請求項10】 請求項1記載の多重焦点全方位撮像装
置において、前記全方位画像を反射する曲面鏡と前記受
光レンズと撮像素子を、鉛直線を中心にして回転させる
多重焦点全方位撮像装置。
10. The multifocal omnidirectional imaging device according to claim 1, wherein the curved mirror that reflects the omnidirectional image, the light receiving lens, and the image sensor are rotated about a vertical line. .
【請求項11】 請求項1記載の多重焦点全方位撮像装
置において、前記受光レンズと撮像素子を鉛直線を中心
にして回転させる多重焦点全方位撮像装置。
11. The multifocal omnidirectional imaging device according to claim 1, wherein the light receiving lens and the imaging device are rotated about a vertical line.
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JP2009290266A (en) * 2008-05-27 2009-12-10 Toyama Prefecture Image definition enhancement method and imaging apparatus
CN101388418B (en) * 2008-10-22 2010-06-02 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 Portable tracking-free non-imaging solar concentrator

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