CN1378746A - 监视***、摄像机调整方法以及车辆监视*** - Google Patents

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Abstract

一种车辆监视***,为了对车辆周围及其远方进行监视,而在车辆上设置由成对的摄像机(23L,23R)构成的成对摄像机(23)。一种摄像机调整方法,为了恰当地设置各摄像机(23L,23R)的方向,把车辆中心线BCL的该摄像机拍摄的部分的长度、车辆后端线BEL的该摄像机拍摄的部分的长度以及在摄影方向上的死角(S)的面积作为指标,来调整各仰角、方位角以及围绕光轴的旋转角。

Description

监视***、摄像机调整方法以及车辆监视***
技术领域
本发明涉及一种用于车辆运行时帮助确认安全等的、使用摄像机的监视***、摄像机调整方法以及车辆监视***。
背景技术
以往，作为使用摄像机进行实际拍摄来监视车辆周围的装置，众所周知的有：在日本专利公开公报特开平3-99952号中公开的装置。如图29(a)所示，该装置(车辆用周围状况监视器)，在车辆100的周围安装多台车辆用周围状况监视器的摄像机(a～f)，对由各摄像机拍摄的部分图像进行俯视变换，生成俯视部分图像，并把这些图像合成，生成如图29(b)所示的整体俯视图像，在显示器(电视监视器)200上进行显示。
可是，按照以上所述装置的结构，路面监视用摄像机并不能显示后方的景色，所以例如在进行后退操作，需要在显示器上显示后方的景色时，如图29(c)所示，除了所述路面监视用摄像机，还必须在车辆100上再另外安装后方监视用的摄像机g。
发明内容
鉴于以上所述问题的存在，本发明的目的在于：通过改善摄像机的设置形态、设置位置等，来提高用于车辆等中的监视***的监视性能。
具体地说，作为本发明的监视***，具有由成对的第一和第二摄像机构成的成对摄像机，并且，所述第一和第二摄像机被设置为：使它们的摄影范围至少有一部分重合，并且它们的光轴被投影到与双方的光轴平行的摄像机设置平面上时，形成给定的扩展角；把所述第一和第二摄像机中的至少一方的围绕其光轴的旋转角设定为：当把该摄像机的视野范围的uv平面投影到与其光轴正交的基准平面上时，使u轴相对于该基准平面和所述摄像机设置平面的交线，既不平行也不正交。
而且，在车辆上设置所述成对摄像机，最好使它能拍摄该车辆的周围及其远方。而且，最好把所述成对摄像机设置为：所述扩展角为50度以上90度以下，当在所述基准平面上，把u轴与所述基准平面和所述摄像机设置平面的交线平行时的角度作为0度时，所述旋转角为10度以上35度以下。
另外，所述第一和第二摄像机的视野范围最好是方形的。
作为设置在车辆上的由用于对该车辆周围及其远方进行拍摄的成对的摄像机构成的成对摄像机的调整方法，是把表示摄影方向的直线上的由该摄像机所拍摄的部分的长度、沿着车辆端部的直线上的该摄像机所拍摄的部分的长度、以及摄影方向上的死角的面积作为指标，来调整所述成对的摄像机的各自的仰角、方位角以及围绕光轴的旋转角。
另外，作为本发明的车辆监视***，包括：对车辆周围进行拍摄的多台摄像机；从所述多台摄像机的摄像图像生成由虚拟视点观察到的合成图像的图像处理部；并且，所述多台摄像机包含由成对并接近配置的两台摄像机构成的成对摄像机。
而且，最好把所述成对摄像机安装为一体型。
另外，作为本发明的车辆监视***，包括：对该车辆周围进行拍摄的一台或多台摄像机；根据所述摄像机的摄像图像来生成从虚拟视点观察到的合成图像的图像处理部；并且，把所述摄像机中的至少一台设置在该车辆的侧面、门镜的非可动部、车窗遮阳板或门把手安装部上。
另外，作为本发明的车辆监视***，包括：对车辆周围进行拍摄的一台或多台摄像机；根据所述摄像机的摄像图像来生成从虚拟视点观察到的合成图像的图像处理部；并且，所述摄像机中的至少一台是与向着该摄像机的摄影范围进行光照射的照明部件对应来配置的。
另外，作为本发明的车辆监视***，包括：对车辆周围进行拍摄的一台或多台摄像机；根据所述摄像机的摄像图像来生成从虚拟视点观察到的合成图像的图像处理部；并且，把所述摄像机中的至少一台设置为在该车辆上可以自由伸缩的摄像机，在使用该摄像机时，就把摄像机推出，在不使用时，就把摄像机收藏起来。
而且，所述被设置成可以自由伸缩式的摄像机根据该车辆的档位设置和行驶速度中至少任意一方，来控制其推出和收藏。
另外，作为本发明的车辆监视***，包括：对车辆周围进行拍摄的一台或多台摄像机；根据所述摄像机的摄像图像来生成从虚拟视点观察到的合成图像的图像处理部；把所述摄像机中的至少一台与设置在该摄像机的摄影方向前面的开闭自由的构件一起设置在该车辆上；对所述构件进行控制，使其在使用该摄像机时变为打开状态，而在不使用该摄像机时变为关闭状态。
附图说明
下面简要说明附图。
图1(a)、(b)是分别表示本发明的各实施例中的车辆监视***的结构的图。
图2是用于说明在图1的***中使用的变换表格的图。
图3是表示现有后方监视摄像机的设置状态的图。
图4是表示本发明实施例1中成对摄像机的设置状态的图。
图5是表示代表摄像机的方向的仰角、方位角以及旋转角与定义了空间的坐标系的XYZ周的关系的图。
图6是表示用于决定代表摄像机的方向的仰角、方位角以及旋转角的旋转操作的图。
图7是表示在车辆后货箱上设置有图4所示的成对摄像机的情况下的摄影范围以及摄影图像的例子的图。
图8是表示摄像机设置中的世界坐标系的图。
图9是用于说明本发明的实施例1中的评价值的图。
图10是表示评价值的计算结果的一个例子的图。
图11(a)、(b)是表示通过摄像机围绕光轴的旋转而改变视野的概念图。
图12是表示图11(a)所示的旋转角为0度的情况下的虚拟视点图像的图。
图13是表示图11(b)所示的旋转角为33.2度的情况下的虚拟视点图像的图。
图14是表示使用成对摄像机的摄影图像合成的由上而下的虚拟视点图像的图。
图15是用于说明本发明的实施例2和实施例3的图，(a)是车辆和其周围的俯视图，(b)是侧视图。
图16(a)、(b)是表示基于图15所示的各摄像机的摄影图像的图。
图17是由图16的摄影图像生成的虚拟视点图像。
图18(a)、(b)是用于说明本发明实施例3的图，它表示了基于图15所示的各摄像机的摄影图像。
图19是由图18的摄影图像生成的虚拟视点图像。
图20是表示在本发明的实施例3中，设置有三台摄像机的状态的图。
图21是用于说明本发明的实施例4的图，它是表示车辆和其周围的俯视图。
图22(a)～(d)是表示基于图21所示的各摄像机的摄影图像的图。
图23是由图22的摄影图像生成的虚拟视点图像。
图24是用于说明本发明的实施例5的图，它是表示车辆和其周围的俯视图。
图25是表示基于图24所示的各摄像机的摄影图像。
图26是由图25的摄影图像生成的虚拟视点图像。
图27(a)、(b)是本发明的实施例6中摄像机的设置形态的一个例子，是表示采用了可收缩方式的结构的图。
图28(a)～(e)是本发明的实施例6中摄像机的设置形态的一个例子，是表示采用了开关装置的结构的图。
图29(a)～(c)是用于说明现有技术的图。
具体实施方式
下面，参照附图就本发明的实施例加以说明。
图1是本发明的各实施例中作为车辆监视***的车辆外部显示装置的功能模块图。在图1(a)中，车辆外部显示装置10由以下部分构成：在车辆的多个地方设置的作为摄影装置的彩色CCD摄像机C1～Cn；把来自这些摄像机C1～Cn的摄影图像TP1～TPn输入，把该摄影图像TP1～TPn加工，作为虚拟视点图像数据PP_D输出的图像处理装置11；输入数据PP_D，并显示虚拟视点图像PP的液晶显示器12。图像处理装置11使用变换表格TBL1～TBLm中的表格对摄影图像TP1～TPn进行加工。
在此，摄影装置是具有CCD、CMOS设备等固体摄像元件的摄像机或黑白数字摄像机。另外，摄影装置可以由透镜和棱镜或镜子的组合构成，射向透镜、棱镜或镜子的入射光通过给定的光路传向位于与摄影装置分开的位置的摄像元件。
另外，摄像机可以是具有两个以上的设置位置(能变更方向)或能通过变焦改变摄影范围的摄像机。当摄像机的设置位置和摄影范围变化时，图像处理装置11进行相应的不同处理。
另外，图像处理装置11可以设置在车上，或者设置在车辆以外的场所。如果是后者，通过无线方式把来自摄影装置的图像数据发送给车外的图像处理装置，该图像处理装置对接收的该图像数据进行给定的加工后，把生成的虚拟视点图像发送给车载显示器。
另外，显示器一般为液晶显示器，但是也可以使用等离子体显示器等其它的显示设备。另外，在此使用的显示器可以是与车载GPS终端显示器(所谓的车辆导航***的显示器)公用的，也可以是另外设置的。
图像处理装置11根据所使用的变换表格，决定车辆外部显示装置10的显示模式。可通过手动或自动切换该显示模式。在此的加工是指①剪切处理，②图像变形处理，③剪切的部分图像的合成处理(包含边界处理)。
“剪切”是指从摄影图像切下虚拟视点图像中所必要的部分。另外，“边界处理”是用于隐藏部分图像之间的边界或使之不明显的处理。为了隐藏边界或使之不明显，具体地说，例如可以用使部分图像在边界部分部分重复，重复部分的辉度、彩度、色调中的至少一个在边界上平滑地变化的方法。当然，也可以用区分线表示部分图像之间的边界。
①～③的处理可以是分别进行的，也可以是全部或部分为一个过程。另外，在进行了对拍摄的图像的变形处理后，能进行剪切处理和合成处理。例如，当摄像元件为CCD的情况下，把摄影图像取到帧缓存器中后，能进行剪切处理，当摄像元件为CMOS设备时，能在摄影时指定应剪切的部分，把剪切的图像放入帧缓存器中。
另外，在显示器12中，显示通过计算机制图技术生成的车辆图形M。该车辆图形M表示了从虚拟视点观察得到的车辆图像。另外，在显示器12中，也不总是局限于显示虚拟视点车辆图形M。
图2表示了变换表格的一个例子。在图2中，表示了虚拟视点图像PP的象素坐标(i，j)和映射数据的对应关系。
具体地说，变换表格把部分图像的象素坐标变换为虚拟视点图像的象素坐标。根据虚拟视点的为和摄像机的设置位置等，部分图像的象素坐标与虚拟视点图像的象素坐标有时是一一对应，有时是多个与一个对应。例如，在部分图像的边界进行边界处理的情况下，部分图像的象素坐标与虚拟视点图像的象素坐标不一定是一一对应。
在图2中，坐标(i1，j1)表示基于摄像机Cp(p是1～n中的一个)的部分图像所对应的象素，作为与此对应的映射数据，准备了基于摄像机Cp的部分图像的XY坐标。另外，坐标(i2，j2)表示相当于基于摄像机Cp的部分图像与基于摄像机Cq(q是1～n中的一个，是p以外的)的部分图像重叠的边界部分的象素，作为映射数据准备了基于摄像机Cp、Cq的各部分图像的XY坐标及其必要度。在这种场合，坐标(i2，j2)的象素值，可以表示如下：
象素值＝{(摄像机Cp的坐标(56，80)的象素值)×0.5
         +(摄像机Cq的坐标(10，10)的象素值)×0.3}/(0.5+0.3)
图1(b)表示了在图像处理装置11A内设置有变换表格TBL1～TBLm时的结构，图像处理装置11A内的图中未显示处理器参照这些变换表格TBL1～TBLm中的表格。
具体地说，图1所示的变换表格TBL1～TBLm被写入ROM(包含EEPROM等可擦写ROM)或RAM中。以上所述的图像处理装置11内的处理器计算变换表格、数据，通过向ROM或RAM写入生成变换表格，例如，也可以使用通讯线路和磁盘等数据传送部件，通过向以上所述的向ROM或RAM写入而生成作为固件提供的变换表格、数据。
另外，对于摄像机C1～Cn拍摄的图像，能预先设置要剪切哪个范围，能根据剪切基准点，预先决定该剪切范围。
另外，图像处理装置的功能即可以用专用的硬件实现其全部或部分，也可以用软件实现。另外，也能使用存储了用于在计算机上执行图像处理装置的功能的全部或部分的程序的记录媒体和传输媒体。
下面，就本发明的实施例加以说明。另外，在各附图中，摄像机和人等本来应用相片表示，但是为了方便，改用插图表示。
实施例1
图3表示了现有后方监视摄像机的设置状态。为了更详细地监视车辆后方，最好能拍摄从车辆后方的附近到远方的尽可能广的范围。因此，近年来，作为后方监视用的摄影装置使用了具有超过110度的视场角的视野非常宽广的摄像机。可是，如图3所示，即使是广角摄像机，只要其视场角小于180度，在离车辆21的后方很近的两侧一定会产生摄影范围外的死角D。特别是，在死角D中，如果看不到相当于比车宽更靠内侧的的部分DS，既无法在摄影图像上识别该部分DS中存在的物体，从而导致在倒车时在安全方面产生问题。
为了解决相关问题，一般认为应把使用了具有180度以上的超宽视野的例如鱼眼透镜的摄像机作为摄影装置使用。可是，在该方法中，因为在透镜加工中要求极高的精度，所以在实用化时就会产生成本提高、由于摄影范围过宽导致难以得到细致的解像度等问题。一方面，为了得到左右180度的视野，把两台摄像机配对使用，不论在成本方面还是在解像度方面都比使用超宽视野摄像机更有效。
图4是表示把两台摄像机23L、23R配对后配置在接近的位置的状态的概念图。在图4中，表示了把构成成对摄像机23的两台摄像机23L、23R配置为：能得到180度的视野，并且摄像机23L、23R彼此尽可能靠近，其光轴相交。另外，在本申请书的说明书中，“成对摄像机”是由成对、配置在接近的位置的两台摄像机23L、23R构成。
当把以这样的状态构成的摄像机设置在车辆上的情况下，就产生了成对的各摄像机应该朝哪个方向的问题。
以往，当只把一台摄像机设置为后方监视用摄影装置的情况下，通过把摄像机向着正后方，根据用途调整其仰角的单纯方法，能得到几乎最适合的方向。即因为当是一台摄像机的情况下，只要决定了仰角就可以了，所以其调整方法单纯。
可是，当是成对摄像机的情况下，各摄像机的方向调整比一台摄像机时复杂。因为，不是单独调整构成成对摄像机的各摄像机的方向，而是必须一边一起确认一方的摄像机的摄影范围和另一方的摄像机的摄影范围，一边调整各摄像机的最佳方向。在此，确认两台摄像机的摄影范围是指确认例如两台摄像机双方拍摄的重叠领域是否过宽了，有没有排不到的地方等。
在本实施例中，阐述了构成图4所示成对摄像机的各摄像机的各自方向的设置方法。
首先，作为准备，先定义摄像机的方向。例如如图5所示，一般把以定义了空间的坐标系的X轴、Y轴、Z轴为中心的旋转组合后决定摄像机的方向。在在此，把围绕X轴的旋转称作仰角(tilt)，围绕Y轴的旋转称作方位角(pan)，围绕Z轴的旋转称作旋转角(twist)。另外，用正的角度表示各轴延右螺旋的方向旋转，用负的角度表示各轴延反方向旋转。按图6(a)、6(b)、6(c)的顺序，以(tilt，pan，twist)表示旋转操作的结果即摄像机的方向。
根据这三种角度(tilt，pan，twist)，能唯一地决定在坐标系中摄像机的方向。如果反过来说，在成对摄像机中，为了把摄像机的方向设置为最适合的方向，与调整一台摄像机时不同，除了仰角(tilt)，还必须调整两种角度即方位角(pan)和旋转角(twist)。
图7表示了在车辆后货箱上设置有图4所示的成对摄像机23的情况下的摄影范围以及摄影图像的例子。
在在此，为了监视车辆后方，如果用摄像机23L、23R的图像定性地表示条件即拍摄从车辆后方的周围到远方的尽可能宽的范围，则得到以下三个条件。
1.尽可能向后(如果可能，直到水平线)能看到车辆的中央线BCL。
2.直到车辆的侧方的尽可能远的地方(如果可能，直到水平线)都能看到车辆的后端线BEL。
3.尽可能使车辆后方的死角S小。
1是确保车辆的正后方的视野的条件，特别是配置了成对摄像机的情况下，如果在各摄像机23L、23R不重复拍摄中央线BCL，在合成后方图像时，在后方中央部分会出现空白，在安全上会成为问题。因此，最好到尽可能远的地方，能从摄像机23L、23R看到中央线BCL。另外，2是确保车辆横向视野的条件，3是确保车辆的正后下方的视野的条件。
因此，如果能通过计算求出在何种程度上满足了所述三个条件，就能高效地决定摄像机的方向。
首先，为了在数值上评价所述三个项目，导入图8所示的世界坐标系。该坐标系按如下设置各轴。
X轴：假设保险杠为直线，把从摄像机能观察到的路面和车的保险杠的边界在路面上投影后得到的线。
Y轴：在路面上车的纵向中心线。
Z轴：与路面垂直通过X轴和Y轴的交点的线。
在这样设置的坐标系中，能根据下面的指标评价所述的三个项目。
1.从原点到向后能看到的地方的距离。在图9中，相当于车辆中心线BCL上被摄像机拍摄的部分P0-P1的长度。
2.从原点到在横向能看到的地方的距离。在图9中，相当于车辆后端线BEL上被摄像机拍摄的部分P0-P2的长度。
3.车辆后方的死角的面积。
因此，如果定量地表示最初表示的三个条件项目，则按如下决定摄像机的方向，即“使1.P0-P1更长，并且2.P0-P2更长，并且3.S更小”。为了一起评价这三个项目，例如，导入P0-P1的长度×P0-P2的长度×1/S作为评价值。可是，当P1、P2位于水平线上时，因为P0-P1和P0-P2的长度无限大，所以预先把十分大的值定为P0-P1和P0-P2的长度的上限。
在车辆上设置摄像机的情况下，从与车辆的车身设计的平衡，能假定在设置位置上几乎没有自由度。因此，在给定的设置位置，根据图5、图6所示的摄像机的方向(tilt，pan，twist)，就能评价所述评价值。使决定摄像机的方向的三种角度即仰角(tilt)、方位角(pan)、围绕光轴的旋转角(twist)彼此独立地变化，分别计算这时的评价值，从这样得到的评价值，能求出最适合的摄像机方向(tilt，pan，twist)。
图10表示了评价值的计算结果的一个例子。在图10中，在图7的世界坐标系中，把视场角为110度的摄像机安装在坐标(3cm，20cm，-1m)即从原点O到X轴的正方向＝3cm，到Y轴的正方向＝20cm，到Z轴的负方向＝1cm(高1m)的位置。在图10中，对于三种仰角(tilt)，使方位角(pan)从5度到45度，摄像机围绕光轴的旋转角(twist)从-30度到30度变化，计算评价值，在图中显示了结果。
从含有图10的例子的试验结果可知，方位角(pan)在大约25度到45度之间的范围中，并且旋转角(twist)在-35度到-10度之间的范围中，能得到高的评价值。另外，根据本申请的发明者的试验结果，仰角(tilt)在40度附近为峰值。
在此，把与两台摄像机23L、23R的光轴平行的平面定义为“摄像机设置平面”。当把两台摄像机23L、23R在该摄像机设置平面中投影时，把光轴的夹角定义为“扩展角”。在这种场合，扩展角相当于以上所述的方位角的两倍。即扩展角最好在50度以上90度以下的范围内。
另外，把与摄像机的光轴正交的平面定义为“基准平面”，当把摄像机的视野范围的uv平面投影到基准平面上时，考虑该u轴与该基准平面和摄像机设置平面的交线的关系。当不进行旋转角(twist)的调整时，即旋转角(twist)为0度时，投影的u轴与基准平面和摄像机设置平面的交线平行。
即在成对摄像机中，最好把摄像机围绕光轴的旋转角设置为使投影到基准平面的u轴与该基准平面和摄像机设置平面的交线不平行，而是以某一角度相交。另外，根据摄像机的视野范围的uv坐标的确定方法，有时即使旋转角为0度，投影的u轴与基准平面和摄像机设置平面的交线正交。因此，严格来说，最好把摄像机围绕光轴的旋转角设置为使投影到基准平面的u轴与该基准平面和摄像机设置平面的交线不平行，并且不正交。
从以上所述的结果可知，有时代表高的评价值的是旋转角(twist)在-35度到-10度之间的范围(另一台摄像机为10度到35度之间的范围)。这相当于最好把成对摄像机设置为使投影的u轴与基准平面和摄像机设置平面的交线以10度以上35度以下的角度相交。
另外，在本实施例中，虽然用所述的评价值决定方向，但是也可以根据目的按其它的基准设置该评价值。例如，当只需看到车辆后方很近的地方的情况下，条件1的重要度就下降了。在这种场合，可以使评价值中“P0-P1的长度”的比重下降。
另外，在此以监视车辆的后方为例，表示了其方向的决定方法，但是，对于监视车辆的两侧和前方的摄像机，也能用同样的方法决定其方向。即如果假定表示摄影方向的直线代替车辆中央线BCL，假定延着车辆端部的直线代替车辆后端线BEL，根据与本实施例同样的评价，能决定适合的方向。
在成对摄像机的方向调整中，摄像机围绕光轴的旋转角的设置很重要，下面说明关于其理由的本申请的发明者的考察结果。
图11是表示通过摄像机围绕光轴的旋转而改变视野的概念图，(a)表示旋转角(twist)为0度(即不围绕光轴旋转)的情况下，(b)表示旋转角(twist)为33.2度的情况下。摄像机为成对摄像机中的摄像机23L，视场角为111度，位置坐标(3cm，10cm，-1m)，仰角(tilt)为40度，方位角(pan)为30度。
如果比较图11(a)和(b)，在图11(a)中，只能看到车辆后端的横向(车辆后端线BEL)11m，车辆中心的正后方(车辆中心线BCL)4.4m，而在11(b)中，无论在车辆后端的横向还是在车辆中心的正后方都能看到达到水平线HL的地方。也就是说，即使旋转角以外的条件相同，只通过改变旋转角的设置，就能显著扩大视野。这是因为摄像机的视野范围是方形的。该视野宽度的不同在合成虚拟视点图像的情况下会产生巨大的差异。
图12表示了图11(a)所示的旋转角为0度的情况下的虚拟视点图像，图13表示了图11(b)所示的旋转角为33.2度的情况下的虚拟视点图像。首先，如图12所示，当旋转角为0度的情况下，摄像机只能拍摄车辆正后方离车辆4.4m的范围。因此，虚拟视点图像根本不会显示站在比这更靠后的人。与此相比，如图13所示，当旋转角为33.2度的情况下，因为摄像机能拍摄到正后方一直到水平线HL的地方，所以虚拟视点图像会准确显示站在车后约5m的人。
这样，通过是否调整摄像机围绕光轴的旋转角，能使视野范围发生大的变化，由此，使作为虚拟视点图像表示的车辆周边的范围发生大的变化。即在成对摄像机中，准确地设置摄像机围绕光轴的旋转角对于决定监视***的性能非常重要。
另外，在成对摄像机中，把成对的摄像机配置在接近的位置，在这种场合，最好使其间隔尽可能小。
图14表示了使用成对摄像机的摄影图像合成的由上而下的虚拟视点图像。在同一图中，(a)是把两台摄像机23L、23R配置在接近的位置的情况下，(b)是把两台摄像机23L、23R配置在稍稍分开的位置的情况下。VAL是只使用摄像机23L的图像的领域，VAR是只使用摄像机23R的图像的领域，VAB是混合摄像机23L、23R的图像的领域，P是紧挨着车辆后方的杆，PIL是由摄像机23L的图像合成的杆P的图像，PIR是由摄像机23R的图像合成的杆P的图像。
在图14(a)、(b)中，其区别在于：在合成图像中，杆P是否包含在VAB领域中。即当图14(a)的情况下，各摄像机23L、23R所拍摄的杆的图像PIL、PIR都包含在VAB领域中。可是，当图14(b)的情况下，因为把摄像机23L、23R配置在稍稍分开的位置，所以在合成图像中，杆的图像PIL、PIR超出VAB领域，结果在合成图像中只表示了杆P的根部，边界部分的图像变得不自然。
根据发明者们的研究，得知如果摄像机的透镜的成像点之间的间隔为20cm以上，在合成部分图像的情况下，在边界部分的偏移会变大，在边界部分的图像容易变得不自然。即在配置成对摄像机时，最好设置为各摄像机的成像点之间的间隔为不超过20cm。进一步而言，最好把构成成对摄像机的两台摄像机封装化，安装为一体型的。
另外，在本实施例不仅适用于车辆监视***，还能适用于其它用途的监视***。即如果是设置有由成对的摄像机构成的成对摄像机的***，能容易地应用本实施例的技术思想。
实施例2
在实施例2中，图1所示的车辆外部显示装置10的显示模式设置为后方广视场景色显示模式。
图15表示了车辆1和其周围的情况，(a)是从上方观察的俯视图，(b)是从侧面观察的。在图15中，Front_w是车辆1的前风挡，Rear_Bp是后保险杠，tr是后备箱，3A、3B、3C是地面上画的白线。在车辆1的后方站直步行者(小孩)。
如图15所示，在车辆的后部，把两台成对的摄像机C1、C2配置为彼此接近，稍向斜下方，并且后方向外。RC1是摄像机C1的摄影范围，RC2是摄像机C2的摄影范围。另外，L1是把摄像机C1、C2的摄影范围RC1、RC2的重复部分二等分的直线，Lh是从摄像机C1、C2的设置位置沿着水平方向引出的直线。
由图15(b)可知，在本实施例中，把摄像机C1、C2设置为：当假设车辆位于不存在障碍物的平地上时，使能看到的水平线的一部分和后保险杠Rear_Bp的一部分包含在双方的摄影范围中。
在图16中，(a)表示基于摄像机C1的摄影图像TP1，(b)表示基于摄像机C2的摄影图像TP2。RGN_01、RGN_02是剪切领域。如图16所示，剪切领域RGN_01、RGN_02分别设置为包含后保险杠Rear_Bp。
图17表示在显示器12上显示的虚拟视点图像PP_1。在图17的图像中，虚拟视点设置为在车辆1的后备箱Tr附近，使后方视野宽广。
在本实施例中，图像处理装置11参照变换表格TBL1(用于显示后方景色的表格)，生成基于摄影图像TP1、TP2的剪切的部分图像，同时进行部分图像到虚拟视点图像PP_1的变形处理、各部分图像的合成处理(含有边界处理)。由此，在显示器12上显示图17所示的虚拟视点图像PP_1。
在本实施例中，因为在虚拟视点图像PP_1中，在一个画面中，以宽广的视野表示了后方景色，所以能提高车辆1的后方的视觉识别性。另外，在一般行驶或高速行驶时，也可以在车辆1的Front_w的前方的稍上方设置虚拟视点。在这种场合，因为与门镜和反光镜是不同的视点，所以能显示车辆后方广阔的范围，能容易地确认后续车辆。
实施例3
在实施例3中，图1所示的车辆外部显示装置10的显示模式设置为后方周围地面显示模式。在本实施例中，原封不动地使用实施例2中表示的摄像机C1、C2。车辆外部显示装置10的显示模式能从后方广视场景色显示模式切换为后方周围地面显示模式，或反过来，从后方周围地面显示模式切换为后方广视场景色显示模式。可通过手动或自动进行该切换。
在本实施例中，摄像机C1、C2设置为：当车辆1以任意的方向盘转角后退给定的距离时，使所占领域包含在双方的摄影范围中。一般来讲，该给定距离至少是车长的N1/N2(N1是2以上的整数，N2是3以上的整数，N1＜N2)的距离。根据本申请的发明者的反复测试的结果，如果给定距离至少是3m乃至车长的2/3的距离，驾驶员就能舒适地进行并排停车、入库、纵列停车等倒车操作。
图18(a)、(b)与图16同样，表示基于摄像机C1、C2的摄影图像TP1、TP2，RGN_03、RGN_04是本实施例中的剪切领域。
图19表示在显示器12上显示的虚拟视点图像PP_2。在本实施例中，图像处理装置11参照变换表格TBL2(用于显示后方周围地面的表格)，生成基于摄影图像TP1、TP2的剪切的部分图像，同时进行部分图像到虚拟视点图像PP_2的变形处理、各部分图像的合成处理(含有边界处理)。由此，在显示器12上显示图19所示的虚拟视点图像PP_2。另外，在图19中，在显示器12的中央表示了车辆图形M。
另外，因为两台摄像机C1、C2的摄影范围狭窄，而无法在画面中充分表示车辆1的后方周围的地面的情况下，如图20(a)所示，也可以再追加一台摄像机C3，在车辆后部设置合计三台摄像机C1、C2、C3。在图20(a)中，RC1、RC2、RC3分别是基于摄像机C1、C2、C3的摄影范围。通过这样追加摄像机，能扩展显示的周围地面的范围。另外，如图20(b)所示，在这种场合，也最好把各摄像机C1、C2、C3设置为：彼此的成像点之间的间隔在20cm以内。
在本实施例中，因为虚拟视点存在于车辆的上方，在显示器12上显示的是从上方观察车辆1和其后方周围的地面得到的虚拟视点图像PP_2，所以驾驶员能正确地把握车辆1和其后方的障碍物的间隔。
实施例4
在实施例4中，图1所示的车辆外部显示装置10的显示模式设置为两侧周围地面显示模式。
图21是表示车辆1及其周围的俯视图。如图21所示，在车辆1的车顶上设置四台摄像机C4～C7。各摄像机C4～C7设置为：从车顶的边缘开始的20cm以内的地方，按左后、右后、右前、左前的顺序，使C4、C5向斜后方、C6、C7向斜前方。RC4～RC7分别是基于摄像机C4～C7的摄影范围，3A、3B、3C、3D是在地面上画的白线。
图22(a)～(d)分别表示基于摄像机C4～C7的摄影图像TP4～TP7。RGN_05、RGN_06、RGN_07、RGN_08分别是在基于摄像机C4～C7的摄影图像TP4～TP7中的剪切领域。如图22所示，各摄影图像TP4～TP7分别包含车辆1的四角中的一个。
在图22(a)所示的摄影图像TP4中，包含后备箱Tr、后风挡Rear_w和左侧风挡L_w，在图22(b)所示的摄影图像TP5中，包含后备箱Tr、后风挡Rear_w和右侧风挡R_w，在图22(c)所示的摄影图像TP6中，包含机器盖Bn、前风挡Front_w和右侧风挡R_w，在图22(d)所示的摄影图像TP7中，包含机器盖Bn、前风挡Front_w和左侧风挡L_w。
在本实施例中，通过把摄像机C4～C7设置在车辆1上高的位置即车顶14上，能减少显示器12上显示的周边其它车辆、行人、建筑物的立体变形。另外，通过在车顶14的边缘附近设置摄像机C4～C7，减小了车辆1的车身导致的死角，能在显示器12上，在广阔的范围内显示周围地面。
另外，也可以把摄像机C4～C7设置在车顶柱上。
在本实施例中，图1所示的图像处理装置11参照变换表格TBL3(用于显示两侧的周围地面的表格)，生成基于摄影图像TP4～TP7的剪切的部分图像，同时进行部分图像到虚拟视点图像的变形处理、各部分图像的合成处理(含有边界处理)。由此，在显示器12上显示图23所示的虚拟视点图像PP_3。另外，在图23中，在显示器12的中央表示了车辆图形M。
另外，在图23中，在车辆1的左右两侧有死角D。通过在左侧，把向前的摄像机C7和向后的摄像机C4的视场角扩大，使各自的视野重叠，在右侧，把向前的摄像机C6和向后的摄像机C5的视场角扩大，使各自的视野重叠，能消除该死角D。另外，通过把本实施例与下面将描述的实施例5组合在一起，也能消除死角。
实施例5
在实施例5中，是在车辆侧面的中央附近设置摄影装置，例如把实施例4所示的死角领域包含在摄影范围内。在实施例5中，图1所示的车辆外部显示装置10的显示模式设置为两侧周围地面显示辅助模式。
图24是表示车辆1及其周围的俯视图。如图24所示，在车辆1的左门镜15A的非可动部上设置有摄像机C8、C9，在右门镜15B的非可动部上设置有摄像机C10、C11。RC8～RC11分别是基于摄像机C8～C11的摄影范围，3A、3B、3C、3D是在地面上画的白线。
图25(a)～(d)是基于摄像机C8～C11的摄影图像TP8～TP11。在图25中，RGN_09、RGN_10、RGN_11、RGN_12是剪切领域。
在图25(a)所示的摄影图像TP8中包含左侧风挡L_w和左侧门把手L_dnb，在图25(b)所示的摄影图像TP9中包含左前灯L_wn和左前轮L_t，在图25(c)所示的摄影图像TP10中包含右侧风挡R_w和右侧门把手R_dnb，在图25(d)所示的摄影图像TP11中包含右前灯R_wn和右前轮R_t。另外，图25(a)～(d)用斜线表示实施例3所示的各摄像机C4、C7、C5、C6的死角DC4、DC7、DC5、DC6。
在本实施例中，通过把摄像机C8～C11设置在车辆侧面的门镜15A、15B上，能大幅度减小死角。因此，通过把本实施例与以上所述的实施例4组合，能在各摄像机C4～C11的摄影图像TP4～TP11中的一个包含驾驶员为了确认安全所必须看到的部分(即车辆附近周围的地面)。因此，能提安全性高的车辆外部显示装置。例如，对于实施例4所示的基于摄像机C4～C7的摄影图像TP4～TP4和本实施例所示的基于摄像机C8～C11的摄影图像TP8～TP11，通过分别剪切给定范围的部分图像，能生成包含车辆的周围全部范围的虚拟视点图像。
在本实施例中，图1所示的图像处理装置11生成基于摄影图像TP8～TP11的剪切的部分图像，同时进行部分图像到虚拟视点图像的变形处理、各部分图像的合成处理(含有边界处理)。由此，在显示器12上显示图26所示的虚拟视点图像PP_4。另外，在图23中，在显示器12的中央表示了车辆图形M。
另外，在本实施例中，虚拟视点为一个，无论是从车辆图形M的左侧表示的摄像机C8、C9得到的图像，还是从右侧表示的摄像机C10、C11得到的图像都是基于同一虚拟视点生成的，但是，也可以设置多个虚拟视点，基于设置在该摄像机C8、C9的正上方的虚拟视点生成车辆图形M的左侧的图像，基于设置在该摄像机C10、C11的正上方的虚拟视点生成右侧的图像。
另外，也可以不把摄像机C8～C11设置在门镜的非可东部上，例如把它们设置在车辆侧面的车窗遮阳板或门把手的安装部上，也能取得与本实施例同样的效果。
实施例6
图27表示了本发明的实施例6中摄像机的设置形态的一个例子。在图27中，31是摄像机，32是作为照明部件的碘钨灯，33是开关部。摄像机31设置为可收缩的，开关部33在关闭状态时成为车身的一部分。
当不使用摄像机31的情况下，如图27(a)所示，摄像机31被收藏起来。一方面，当使用摄像机31的情况下，如图27(b)所示，通过打开开关部33，使摄像机31伸出车外。
即在本实施例中，通过采用可收缩方式，能伸出、收藏摄像机。由此，当摄像机被收藏时，车辆的空气动力特性不会下降，另外也不会破坏车体的设计。一方面，也能防止尘埃和水滴沾到摄像机。
另外，可以不采用可收缩方式，而是与摄像机一起在其摄影方向前方设置例如开闭器之类的开闭自由的构件。在这种场合，摄像机总是收藏在车身中。可以控制该构件的开关状态，在使用摄像机时，为打开状态，在不使用时，为关闭状态。
图28表示了在车的后保护板42上设置的开关式摄像机41。图28(a)表示了包含车的整体外观，图28(b)、(c)表示了通过门式自由开关构件保护摄像机的结构，图28(d)、(e)表示了通过滑动式自由开关构件保护摄像机的结构。当是门式的情况下，开闭器(保护盖)43通过盖开关电机44，与开关门一样，控制其开关状态((b)为关闭状态，(c)为打开状态)。一方面，当是滑动式的情况下，在开闭器(保护盖)45中，盖开关电机46通过使它滑动，控制其开关状态((d)为关闭状态，(e)为打开状态)。
另外，为了简化说明，在图中表示了设置有一台摄像机的状态，当然在成对摄像机的情况下，同样的开关机构也同样适用。另外，在在此说明了两种开闭器开关机构，当然也可以用其它的机构实现开关动作。
如果适用这样的开关机构，在采用可自由伸缩式的效果的基础上，又不用改变摄像机在物理上的位置，因此，取得了能控制摄像机的偏移的效果。另外，在这种场合，有必要把摄像机设置在能得到所希望的视野的位置。例如，当设置用于监视车辆后方的正下方的摄像机时，如图28(a)所示，最好在后保护板42的内部向下安装它。在该位置上，既不显眼，而且后保护板42已经向后方伸出，因此没有必要为了确保视野而特意把摄像机推出，就能确保所希望的视野。可是，当导入这样的开关机构的情况下，有必要把开关结构或开闭器形状设计为：在打开状态下，打开的开闭器的整体或一部分不妨碍摄像机的视野。
也可以把摄像机设置为收藏在车身中，可以在其摄影方向的前方设置例如玻璃那样的透明构件。
另外，在图27中，与向着该摄像机的摄影范围照射光的碘钨灯32对应设置摄像机31。而且，摄像机31与碘钨灯32为一体化结构，能一起伸出(推出)、收藏。当然，也可以把照明部件与摄像机分开设置，使其向着该摄像机的摄影范围照射光。
另外，作为摄影装置，可以使用具有红外线探测型摄像功能的摄像机。在这种场合，能用红外光源作为照明部件。例如，把红色发光二极管安装在尾灯部分上，或用红色发光二极管作为尾灯。通过这样的结构，即使车辆的周围是暗的，能提高对摄影范围内存在的人、构造物的视觉识别性。
能根据该车辆的档位设置或行驶速度自动地控制摄像机31的伸出/收藏。
例如，当把本实施例中的摄像机31作为实施例3所示的在车辆后端设置的摄像机使用时，例如当车辆的发动机被发动了，并且档位设置为倒车档时，伸出摄像机，当设置为倒车档以外的档位时，收藏摄像机。
另外，当把本实施例中的摄像机31作为实施例2所示的摄像机使用时，例如当一般行驶时，在给定速度(例如50km/h)以上连续行驶了一定时间以上时，伸出摄像机，在给定速度(例如30km/h)以下连续行驶了一定时间以上时，收藏摄像机。当然，也可以通过手动伸出、收藏摄像机31。
另外，在本发明中，车辆是指普通汽车、轻型汽车、货车、公共汽车。另外本发明的技术思想也能适用于清洁车、铲车的特种车辆。
另外，本发明中的监视***不但适用于车辆，也同样适用于车辆以外的移动物体，例如飞机和船舶等。另外也可以在移动物体以外的监视对象，例如店铺、住宅、展室等中设置摄像机。
另外，多台摄像机的设置位置和台数并不局限于以上所述的例子。

Claims (12)

1.一种监视***，其特征在于：
包括由成对的第一和第二摄像机构成的成对摄像机；
并且，所述第一和第二摄像机被设置为：
摄影范围至少有一部分重合，并且，它们的光轴在被投影到与双方的光轴平行的摄像机设置平面上时，形成给定的扩展角；
并且，把所述第一和第二摄像机中的至少一方的围绕其光轴的旋转角设定为：
当把该摄像机的视野范围的uv平面投影到与其光轴正交的基准平面上时，使u轴相对于该基准平面与所述摄像机设置平面的交线，既不平行也不正交。
2.根据权利要求1所述的监视***，其特征在于：
把所述成对摄像机设置在车辆上，使它们能对该车辆周围及其远方进行拍摄。
3.根据权利要求2所述的监视***，其特征在于：
把所述成对摄像机设置为：
所述扩展角为50度以上90度以下；
并且，当在所述基准平面上，把u轴与所述基准平面和所述摄像机设置平面的交线平行时的角度作为0度时，所述旋转角为10度以上35度以下。
4.根据权利要求1所述的监视***，其特征在于：
所述第一和第二摄像机的视野范围是方形。
5.一种摄像机调整方法，是由设置在车辆上的、用于对该车辆周围及其远方进行拍摄的成对的摄像机构成的成对摄像机的调整方法，其特征在于：
把表示摄影方向的直线上的该摄像机所拍摄的部分的长度、沿着车辆端部的直线上的该摄像机所拍摄的部分的长度、以及摄影方向上的死角的面积作为指标，来调整所述成对的摄像机各自的仰角、方位角以及围绕光轴的旋转角。
6.一种车辆监视***，其特征在于：
包括：对车辆周围进行拍摄的多台摄像机；从所述多台摄像机的摄像图像，生成从虚拟视点观察到的合成图像的图像处理部；
所述多台摄像机包含由成对并接近配置的两台摄像机构成的成对摄像机。
7.根据权利要求6所述的车辆监视***，其特征在于：
所述成对摄像机被安装成一体型。
8.一种车辆监视***，其特征在于：
包括：对该车辆周围进行拍摄的一台或多台摄像机；根据所述摄像机的摄像图像来生成从虚拟视点观察到的合成图像的图像处理部；
把所述摄像机中的至少一台设置在该车辆的侧面、门镜的非可动部、车窗遮阳板或者门把手安装部上。
9.一种车辆监视***，其特征在于：
包括：对车辆周围进行拍摄的一台或多台摄像机；根据所述摄像机的摄像图像来生成从虚拟视点观察到的合成图像的图像处理部；
所述摄像机中的至少一台是与向着该摄像机的摄影范围进行光照射的照明部件对应配置的。
10.一种车辆监视***，其特征在于：
包括：对车辆周围进行拍摄的一台或多台摄像机；根据所述摄像机的摄像图像来生成从虚拟视点观察到的合成图像的图像处理部；
把所述摄像机中的至少一台设置为在该车辆上可以自由伸缩的摄像机，在使用该摄像机时，就把它推出，而在不使用该摄像机时，就把它收藏起来。
11.根据权利要求10所述的车辆监视***中，其特征在于：
所述被设置为可以自由伸缩式的摄像机，根据该车辆的档位设置和行驶速度中的至少任意一方，来控制其推出和收藏。
12.一种车辆监视***，其特征在于：
包括：对车辆周围进行拍摄的一台或多台摄像机；根据所述摄像机的摄像图像来生成从虚拟视点观察到的合成图像的图像处理部；
把所述摄像机中的至少一台与设置在该摄像机的摄影方向前面的开闭自由的构件一起设置在该车辆上；
对所述构件进行控制，使其在使用该摄像机时变为打开状态，而在不使用该摄像机时变为关闭状态。
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