JP2009153217A

JP2009153217A - 全方位視覚カメラ

Info

Publication number: JP2009153217A
Application number: JP2009091640A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Sogabe; 靖曽我部; Hiroshi Ishiguro; 浩石黒
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-04-06
Filing date: 2009-04-06
Publication date: 2009-07-09

Abstract

【課題】良好な画像が得られる全方位視覚カメラを提供することを目的とする。
【解決手段】半径が結像素子７の余剰領域より広く反射鏡の内部焦点１０と反射鏡の端点２Ａとを結んだ延長線上からの入射光を遮らないように傾斜面１２を形成した遮光部材４を反射鏡２の上方に設け、カメラ部５の結像素子７の上に遮光フィルタ８を設け、円筒面部３の内周面に光の反射を低減する反射防止膜１３を設けたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、任意の視点位置の周囲の全方向を撮像した全方位画像を撮影する全方位視覚カメラに関するものである。

ある視点の周囲の環境を１度に撮像できれば、あたかもその場にいるかのように自由に視線方向を変えることのできる死角のない画像を得ることが出来る。
特開平９−１１８１７８号公報や特開平１１−１７４６０３号公報には、反射鏡を有し全方向の画像を撮像するための装置構成が示されている。このような全方向の画像を撮像する装置として、図５（ａ）に示すようにテレビカメラ５の前面に曲面の反射鏡２を設置し、反射鏡２に映る像を撮像することにより全方向の像を撮像する技術が知られている。６，７はテレビカメラ５を構成するレンズとＣＣＤなどの結像素子である。３はテレビカメラ５に対して反射鏡２を特定位置に保持する円筒状の円筒面部で、透明材料からなっている。

具体的には、図５（ｂ）はテレビカメラ５の撮影した画像例を示しており、この画像を幾何変換することにより、任意の視線方向を選択して、通常のカメラで撮像したような画像を生成することが可能である。

特開平９−１１８１７８号公報特開平１１−１７４６０３号公報

しかしながら、上記の装置では、次のような問題点が残されている。
反射鏡２の反射像は円形である。ところが市販の結像素子７は受光面が正方形または長方形であるため、結像素子７の受光面の四隅に無駄な領域が発生する。図６に示す断面Ａの場合には反射鏡２での反射光だけが結像素子７に入射して結像するが、図６に示す断面Ｂの場合には図７（ａ）に示すように反射鏡２での反射光ではない直接光Ｃが結像素子７に入射して結像する。

この全方位視覚カメラは反射鏡２の回転中心軸Ｄを鉛直向きにして使用されるので、太陽光が直接光Ｃが結像素子７に入射する。この場合には、強烈な直接光Ｃが結像素子７に入射すると、ＣＣＤの電荷漏れ出しと呼ばれる現象が発生して画質が極端に劣化したり、テレビカメラ５のホワイトバランス調整機能の影響で図７（ｂ）に示すように、本来必要な画像が暗くなってしまって輝度分解能が極端に低下する問題がある。

また、図８（ａ）に示すように反射鏡２に照明器具などが写り込むような撮影条件では、円筒面部３の内周面で反射した光Ｅも結像素子７に入射して、図８（ｂ）に示すように本来の像に加えて偽画像、いわゆるゴーストＦが発生してしまう。

本発明は、上方から太陽光が入射する撮影条件下においても、輝度分解能が極端に低下する問題を低減できる全方位視覚カメラを提供することを目的とする。
また、照明器具などが写り込むような撮影条件下においても、ゴーストの発生を低減できる全方位視覚カメラを提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載の全方位視覚カメラは、回転二次曲面の凸面を鏡面にした反射鏡と、前記反射鏡の回転中心軸と一致または略一致する回転中心軸を有する円筒形状で前記反射鏡を支持する透明部材の円筒面部と、前記反射鏡の回転中心軸と一致または略一致する光軸を有し前記反射鏡の凸面に対向する位置に設置されたカメラ部とを有し、前記カメラ部により前記反射鏡より反射する反射像を撮像する全方位視覚カメラにおいて、前記結像素子の上に当該結像素子の余剰領域に差し込む光を遮る遮光フィルタを設けたことを特徴とする。

本発明の請求項２記載の全方位視覚カメラは、請求項１において、前記遮光フィルタの透過部の半径を、前記結像素子の必要な画像領域よりも大きく設定したことを特徴とする。

本発明の請求項３記載の全方位視覚カメラは、請求項１において、前記結像素子の必要な画像領域の半径をｒとし、前記遮光フィルタの前記結像素子の中心からの許容位置ずれ距離をｓとした場合に、前記遮光フィルタの透過部の半径を（ｒ＋ｓ）に設定したことを特徴とする。

本発明の請求項４記載の全方位視覚カメラは、請求項１において、前記円筒面部の内周面に光の反射を低減する反射防止膜を設けたことを特徴とする。

以上のように本発明の全方位視覚カメラによれば、反射鏡の上方にカメラ部の結像素子の余剰領域に差し込む光を遮る遮光部材を設けたため、反射鏡の回転中心軸を鉛直向きにして使用されても、太陽光などの強烈な直接光が前記カメラ部の結像素子に入射せず、前記結像素子を構成するＣＣＤの電荷漏れ出しと呼ばれる現象の発生もなく、画質の劣化を防止ならびに輝度分解能の低下を防止できる。

また、前記遮光部材として、半径が結像素子の余剰領域より広く反射鏡の内部焦点と反射鏡の端点とを結んだ延長線上からの入射光を遮らないように傾斜面を形成した場合には、前記画質の劣化の防止ならびに輝度分解能の低下を防止しつつ遮光部材による有効画像の遮りを最小にして全方位画像を得ることができる。

また、本発明の全方位視覚カメラによれば、カメラ部の結像素子の上にこの結像素子の余剰領域に差し込む光を遮る遮光フィルタを設けたため、反射鏡の回転中心軸を鉛直向きにして使用されても、太陽光などの強烈な直接光が前記カメラ部の結像素子に入射せず、前記結像素子を構成するＣＣＤの電荷漏れ出しと呼ばれる現象の発生もなく、画質の劣化を防止ならびに輝度分解能の低下を防止できる。

また、本発明の全方位視覚カメラによれば、前記反射鏡の周囲に位置する円筒面部の内周面に光の反射を低減する反射防止膜を設けたため、照明器具などが写り込むような撮影条件下においても、ゴーストの発生を低減できる。

また、回転二次曲面の凸面を鏡面にした反射鏡と、前記反射鏡の回転中心軸と一致または略一致する回転中心軸を有する円筒形状で前記反射鏡を支持する透明部材の円筒面部と、前記反射鏡の回転中心軸と一致または略一致する光軸を有し前記反射鏡の凸面に対向する位置に設置されたカメラ部とを有し、前記カメラ部により前記反射鏡より反射する反射像を撮像する全方位視覚カメラにおいて、前記反射鏡の上方に前記カメラ部の結像素子の余剰領域に差し込む光を遮る遮光部材を設け、前記結像素子の上にこの結像素子の余剰領域に差し込む光を遮る遮光フィルタを設け、前記遮光部材の大きさを、前記結像素子の余剰領域の全部に差し込む光を遮らずに一部を遮る大きさにした場合には、遮光フィルタの結像素子の上への設置作業に位置ずれがあっても結像素子の余剰領域に不要光が入射することを、前記遮光フィルタを使用せずに遮光部材だけで結像素子の余剰領域に不要光が入射することを防止した場合の遮光部材の大きさよりも小さな遮光部材を使用して防止することができるものである。

本発明の（実施の形態１）の全方位視覚カメラの断面図本発明の（実施の形態２）の全方位視覚カメラの断面図同（実施の形態２）の要部の平面図同（実施の形態２）の遮光フィルタの位置ずれを示す平面図従来の全方位視覚カメラの断面図と撮影画像の説明図同従来例における反射鏡とカメラ部の結像素子の位置を示す要部の斜視図同従来例において直接光がカメラ部の結像素子に入射した場合の全方位視覚カメラの断面図と撮影画像の説明図同従来例においてゴーストが発生する使用状態の全方位視覚カメラの断面図と撮影画像の説明図

以下、本発明の各実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は（実施の形態１）の全方位視覚カメラを示す。

この全方位視覚カメラは、テレビカメラ部５の前面５Ａに透明部材の円筒面部３の基端部３Ａを取り付け、円筒面部３の他端に、差し込む光を遮る遮光部材４が取り付けられている。テレビカメラ部５の前面５Ａに対向して前記遮光部材４の内側には、回転二次曲面の凸面を鏡面にした反射鏡２が取り付けられている。６，７はテレビカメラ５を構成するレンズとＣＣＤなどの結像素子である。

テレビカメラ部５の光軸５Ｂと円筒面部３の回転中心軸および反射鏡２の回転中心軸は、一致または略一致して組み立てられている。
テレビカメラ部５のレンズ６の主点６Ａの位置は、反射鏡２の外部焦点に一致するよう配置されている。入射光９ａは反射鏡２の双曲面で反射し、その反射光９ｂはレンズ６の主点６Ａを通過して受光素子７に到達し、３６０度全方位の画像を撮像することが可能である。

さらに、幾何学的関係から、入射光９ａの方向を回転面内部まで延長すると反射鏡２の内部焦点１０に到達する。このように、反射鏡２が双曲面であるため、レンズ６の主点６Ａを通過する反射光に対応する入射光の延長線の全てが同様に内容焦点１０に集まることが知られている。

結像素子７は受光面が正方形または長方形であって、遮光部材４は結像素子７の余剰領域に直接光Ｃが入射しないように、その半径は結像素子７の余剰領域より広く形成されている。

さらに、円筒面部３の内周面の全域には光の反射を低減する反射防止膜１３が形成されている。このように反射防止膜１３を形成することによって、図８に示したようなゴーストＦの発生を低減できる。

このように、結像素子７の余剰領域に直接光Ｃが入射しないように、遮光部材４を設けたので、反射鏡２の回転中心軸を鉛直向きにして使用されても、太陽光などの強烈な直接光Ｃが結像素子７に入射せず、結像素子７を構成するＣＣＤの電荷漏れ出しと呼ばれる現象の発生もなく、画質の劣化を防止でき、テレビカメラ５のホワイトバランス調整機能を有効にしている使用状態にあっても輝度分解能の低下を防止できる。

さらに、このように直接光Ｃを遮るために設けられた遮光部材４には、反射鏡２に入射する有効な光をできる限り遮らないように外周部に傾斜面１２が形成されている。より具体的には、反射鏡２の内部焦点１０と反射鏡２の端点２Ａとを結んだ延長線１１上からの入射光を遮らないように遮光部材４の外周部には、傾斜面１２を形成したため、有効な入射光を遮ることなく不要光を排除して良好な３６０度全方位の画像を撮像することができる。

（実施の形態２）
図２〜図４は（実施の形態２）を示す。
図２と図３（ｃ）は（実施の形態２）の全方位視覚カメラを示しており、受光面が長方形（または正方形）である結像素子７の受光面の四隅に無駄な領域（余剰領域）に反射鏡２での反射光ではない直接光が入射しないように、遮光フィルタ８が結像素子７の上に設けられている。遮光フィルタ８は透過部８ａと遮光部８ｂで構成されている。そのほかは（実施の形態１）と同じである。

１４は結像素子７の必要な画像領域を示しており、中心からの半径はｒである。Ｒ２はこの（実施の形態２）における遮光部材４の大きさを示している。Ｒ１は（実施の形態１）における遮光部材４の大きさを比較のために示している。

遮光フィルタ８の透過部８ａの大きさを結像素子７の必要な画像領域１４と同じ大きさとし、遮光フィルタ８の透過部８ａの中心と結像素子７の必要な画像領域１４の中心とが完全一致するよう遮光フィルタ８を結像素子７の上に設置できた場合には、遮光部材４を設けなくても遮光フィルタ８の遮光部８ｂだけで結像素子７の受光面の四隅への余剰領域への光の入射を防いで、良好な３６０度全方位の画像を撮像することができる。

しかし、結像素子７に対する遮光フィルタ８の位置ずれが伴う可能性がある場合には、遮光フィルタ８と遮光部材４との併用でこの問題を解消でき、しかも遮光部材４の径をＲ１＞Ｒ２と言うように（実施の形態１）に比べて小径化することができる。

これを図４と図３に基づいて詳しく説明する。
図４（ａ）は結像素子７の長方形の受光領域と（実施の形態１）における遮光部材４の大きさを表しており、遮光部材４は長方形の受光領域の全域を遮蔽できる径のものを必要とする。図４（ｂ）は遮光フィルタ８を示している。図４（ｃ）は結像素子７に対して横方向に距離ｓだけ位置ずれした遮光フィルタ８を示している。

図４（ａ）の結像素子７の上に、図４（ｃ）に示すように距離ｓだけ位置ずれした遮光フィルタ８を重ねた状態が図３（ａ）である。この場合には、距離ｓだけ位置ずれしたためにハッチング１５で示すエリアから結像素子７の余剰領域への光が入射する。実際の距離Ｓが僅かであっても、その場合の３６０度全方位の画像の画質が低下する。

そこで、図３（ｂ）に示したように、結像素子７の受光領域の全域を遮蔽できない小径の遮光部材４を設けることによって、前記ハッチング１５で示すエリアから結像素子７の余剰領域への光の入射を遮ることができることが分かる。

しかし、遮光フィルタ８の透過部８ａの大きさが結像素子７の必要な画像領域１４と同じ大きさである場合には、遮光フィルタ８の位置ずれによって図３（ｂ）では、必要な画像領域１４の左側のハッチング１７で示すエリア遮光部８ｂで遮られてしまう。

そこで、この（実施の形態２）では、図３（ｃ）に示すように遮光フィルタ８の透過部８ａの半径を、前記遮光フィルタ８の前記結像素子７の中心からの許容位置ずれ距離に応じて前記結像素子７の必要な画像領域１４よりも大きく設定し、遮光部材の大きさを、前記結像素子７の余剰領域の全部に差し込む光を遮らずに一部を遮る大きさに設定している。

具体的には、許容位置ずれ距離が距離ｓの場合には、遮光フィルタ８の透過部８ａの半径を（ｒ＋ｓ）に設定し、遮光部材４の大きさを、前記結像素子７の余剰領域の全部に差し込む光を遮らずに一部を遮る大きさで（ｒ＋２・ｓ）程度に設定する。

これによると、図３（ｂ）に見られたようなハッチング１７で示すエリアが遮光部８ｂで遮られてしまうこともなく、良好な３６０度全方位の画像を撮像することができる。
なお、各実施の形態では、傾斜面１２を備えた特殊形状の遮光部材４と、遮光フィルタ８と、反射防止膜１３とのすべてを備えていたが、遮光部材４と遮光フィルタ８と反射防止膜１３とのうちの１つまたは二つの組み合わせで全方位視覚カメラを構成することもできる。

具体的には、遮光部材４と遮光フィルタ８と反射防止膜１３との何れかを備えた全方位視覚カメラ、遮光部材４と反射防止膜１３を備えた全方位視覚カメラ、遮光部材４は半径が結像素子７の余剰領域と同じか小径で、遮光フィルタ８と反射防止膜１３を備えた全方位視覚カメラなどがそれである。

本発明は、任意の視点位置の周囲の全方向を撮像した全方位画像を撮影する全方位視覚カメラの高性能化に寄与する。

２反射鏡
２Ａ反射鏡の端部
３円筒面部
４遮光部材
５テレビカメラ（カメラ部）
５Ｂテレビカメラの光軸
６レンズ
７結像素子
８遮光フィルタ
１０内部焦点
１１反射鏡の端部２Ａと内部焦点１０とを結ぶ延長線
１２反射鏡の傾斜面
１３反射防止膜

Claims

回転二次曲面の凸面を鏡面にした反射鏡と、前記反射鏡の回転中心軸と一致または略一致する回転中心軸を有する円筒形状で前記反射鏡を支持する透明部材の円筒面部と、前記反射鏡の回転中心軸と一致または略一致する光軸を有し前記反射鏡の凸面に対向する位置に設置されたカメラ部とを有し、前記カメラ部により前記反射鏡より反射する反射像を撮像する全方位視覚カメラにおいて、
前記結像素子の上に当該結像素子の余剰領域に差し込む光を遮る遮光フィルタを設けた
全方位視覚カメラ。
前記遮光フィルタの透過部の半径を、前記結像素子の必要な画像領域よりも大きく設定した
請求項１記載の全方位視覚カメラ。
前記結像素子の必要な画像領域の半径をｒとし、前記遮光フィルタの前記結像素子の中心からの許容位置ずれ距離をｓとした場合に、前記遮光フィルタの透過部の半径を（ｒ＋ｓ）に設定した
請求項１記載の全方位視覚カメラ。
前記円筒面部の内周面に光の反射を低減する反射防止膜を設けた
請求項１記載の全方位視覚カメラ。