JP2011070579A - 撮影画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】同一被写体を撮影点Q1,Q2からカメラで撮影し、撮影画像P1,P2を得る。画像P1を解析して、被写体上で着目対象となる基準平面Rを認識し、画像P1上で、基準平面R上の4点S31〜S34に対応する点S11〜S14を求める。両画像P1,P2の特徴を比較し、画像P2上で点S11〜S14に対応する点S21〜S24を求める。画像P1,P2上の8個の点S11〜S24と、カメラの設置位置・向きの情報から、基準平面R上の点S31〜S34の三次元座標値を求める。各点S11〜S24と各点P31〜S34との座標値に基づき、xy座標系上の画像P1,P2をuv座標系上の画像に変換する変換式を導出し、当該式を用いて、uv座標系上に画像P1,P2の変換像を求め、これらを合成して表示画像を得る。
【選択図】図6
Description
互いに異なる位置に設置され、同一の被写体を撮影可能な方向に向けられた第1のカメラおよび第2のカメラと、
第1のカメラによる撮影で得られたデジタル画像もしくは当該デジタル画像に所定の変換処理を加えた画像を第1の撮影画像として入力し、第2のカメラによる撮影で得られたデジタル画像もしくは当該デジタル画像に所定の変換処理を加えた画像を第2の撮影画像として入力する画像入力部と、
入力された第1の撮影画像および第2の撮影画像を格納する撮影画像格納部と、
第1の撮影画像を解析することにより、被写体上の着目対象となる基準平面上の点として予め設定されている4つの基準点にそれぞれ対応する点を、第1の撮影画像上において4つの第1対応点として抽出する第1対応点抽出部と、
第1の撮影画像の特徴と第2の撮影画像の特徴とを比較することにより、両画像上の各点間の対応関係を求め、第2の撮影画像上において、4つの第1対応点にそれぞれ対応する4つの第2対応点を抽出する第2対応点抽出部と、
第1のカメラおよび第2のカメラの設置位置および向きの情報と、4つの第1対応点および4つの第2対応点の二次元座標値と、に基づいて、各対応点に対応する被写体上での4つの基準点の三次元座標値を求める基準点座標算出部と、
4つの基準点を含む基準平面上もしくはこの基準平面を予め定められた所定方向に所定の回転角度だけ回転させた平面上に、二次元uv座標系を定義し、第1の撮影画像および第2の撮影画像の少なくとも一方を変換対象画像として選択し、この変換対象画像上に二次元xy座標系を定義したときに、二次元uv座標系上の任意の座標値(u,v)と、当該座標値で示される点に対応する二次元xy座標系上の点の座標値(x,y)と、の関係を定める座標変換式の係数値を、4つの基準点の座標値と、4つの第1対応点もしくは4つの第2対応点の座標値との対応関係を用いて算出する係数値算出部と、
係数値算出部によって算出された係数値によって規定される座標変換式を用いて、二次元xy座標系上の変換対象画像を二次元uv座標系上の表示対象画像に変換する画像変換部と、
画像変換部によって変換された表示対象画像を格納する表示対象画像格納部と、
表示対象画像をモニタ画面に表示する画像出力部と、
を設けたものである。
第1対応点抽出部が、第1の撮影画像上の直線部を探索し、探索された直線部によって囲まれた四角形を基準平面と認識し、当該四角形の4頂点を4つの第1対応点として抽出するようにしたものである。
第1対応点抽出部が、第1の撮影画像から人間の顔面を探索し、探索された顔面における右眼中心点、左眼中心点、唇の右端点、唇の左端点を含む面を基準平面と認識し、これらの各点を4つの第1対応点として抽出するようにしたものである。
第1対応点抽出部が、第1のカメラおよび第2のカメラの設置位置および向きの情報と、第1の撮影画像上の二次元被写体情報と、第2の撮影画像上の二次元被写体情報と、に基づいて、被写体の三次元形状モデルを作成し、当該三次元形状モデル上での所定の平面を基準平面と認識し、当該基準平面上の任意の4点に対応する4つの点を第1対応点として抽出するようにしたものである。
基準点座標算出部に、第1のカメラおよび第2のカメラの設置位置および向きの情報を、外部からの設定操作により格納する機能をもたせ、当該格納情報を用いて、4つの基準点の三次元座標値を求めるようにしたものである。
基準点座標算出部に、撮影画像格納部に格納されているテスト用被写体を撮影した第1の撮影画像と第2の撮影画像とに基づいて、第1のカメラおよび第2のカメラの設置位置および向きの情報を自動取得する機能をもたせるようにしたものである。
係数値算出部が、二次元uv座標系と二次元xy座標系との間のスケーリングファクターを任意に設定することにより、座標値(u,v)と座標値(x,y)との関係を定める座標変換式として、
x=(h11・u+h12・v+h13)/(h31・u+h32・v+1)
y=(h21・u+h22・v+h23)/(h31・u+h32・v+1)
なる式を定義し、この2本の式に、4つの基準点についての二次元uv座標系の座標値(u,v)と4つの第1対応点の二次元xy座標系の座標値(x,y)とをそれぞれ代入して得られる8本の連立方程式を用いて、8個の係数h11,h12,h13,h21,h22,h23,h31,h32を算出するようにしたものである。
係数値算出部が、第1の撮影画像および第2の撮影画像の双方を変換対象画像として選択し、これら変換対象画像上にそれぞれ第1および第2の二次元xy座標系を定義し、二次元uv座標系上の任意の座標値(u,v)と、当該座標値で示される点に対応する第1および第2の二次元xy座標系上の点の座標値(x,y)と、の関係を定める座標変換式の係数値を、4つの基準点の座標値と、4つの第1対応点および4つの第2対応点の座標値との対応関係を用いて算出し、
画像変換部が、係数値算出部によって算出された係数値によって規定される第1の座標変換式を用いて、第1の二次元xy座標系上の第1の撮影画像を二次元uv座標系上の第1の準備画像に変換するとともに、係数値算出部によって算出された係数値によって規定される第2の座標変換式を用いて、第2の二次元xy座標系上の第2の撮影画像を二次元uv座標系上の第2の準備画像に変換し、第1の準備画像と第2の準備画像とを合成することにより、表示対象画像を生成するようにしたものである。
画像変換部が、第1の準備画像と第2の準備画像とを合成する際に、第1の準備画像上の座標値(u,v)で示される位置の画素の画素値をI1(u,v)、第2の準備画像上の座標値(u,v)で示される位置の画素の画素値をI2(u,v)、表示対象画像上の座標値(u,v)で示される位置の画素の画素値をI(u,v)としたときに、所定の重み係数α(0≦α≦1)を用いて、
I(u,v)=(1−α)・I1(u,v)+α・I2(u,v)
なる合成演算を行うようにしたものである。
uv平面上の所定の代表点と第1のカメラを設置した撮影点とを結ぶ直線とuv平面とのなす鋭角θ1と、この代表点と第2のカメラを設置した撮影点とを結ぶ直線とuv平面とのなす鋭角θ2と、を比べ、重み係数αを、
θ1>θ2であればα<0.5に設定し、両角度の差が大きければ大きいほど、αが小さくなるように設定し、
θ1<θ2であればα>0.5に設定し、両角度の差が大きければ大きいほど、αが大きくなるように設定し、
θ1=θ2であればα=0.5に設定するようにしたものである。
表示対象画像上の座標値(u,v)で示される位置にある着目画素の画素値I(u,v)を決定する際に、当該着目画素の配置点と第1のカメラを設置した撮影点とを結ぶ直線とuv平面とのなす鋭角θ1と、この配置点と第2のカメラを設置した撮影点とを結ぶ直線とuv平面とのなす鋭角θ2と、を比べ、画素値I(u,v)を決定する際に用いる重み係数αを、
θ1>θ2であればα<0.5に設定し、両角度の差が大きければ大きいほど、αが小さくなるように設定し、
θ1<θ2であればα>0.5に設定し、両角度の差が大きければ大きいほど、αが大きくなるように設定し、
θ1=θ2であればα=0.5に設定するようにしたものである。
α=(θ2−θ1)/π+1/2
なる演算式により重み係数αを設定するようにしたものである。
画像変換部が、
第1のカメラおよび第2のカメラの設置位置および向きの情報と、第1の撮影画像上の二次元画像情報と、第2の撮影画像上の二次元画像情報と、に基づいて、被写体および障害物の三次元形状モデルを作成し、基準平面の手前に存在する障害物を認識する処理を行い、
表示対象画像上の座標値(u,v)で示される位置にある着目画素の画素値I(u,v)を決定する際に、当該着目画素が、障害物により第1の準備画像上でのみ隠面となっている領域内の画素である場合には、画素値I(u,v)を決定する際に用いる重み係数αをα=1に設定し、障害物により第2の準備画像上でのみ隠面となっている領域内の画素である場合には、画素値I(u,v)を決定する際に用いる重み係数αをα=0に設定するようにしたものである。
画像変換部が、二次元xy座標系上の変換対象画像を二次元uv座標系上の表示対象画像もしくは準備画像に変換する際に、座標値(u,v)を引数として座標値(x,y)を求める座標変換式を用い、変換対象画像上の座標値(x,y)で示される位置の近傍に存在する複数の画素の画素値を用いた補間演算によって求められる補間値を、座標値(u,v)で示される位置に配置された画素の画素値とするようにしたものである。
係数値演算部が、基準平面を予め定められた所定の軸回りに、予め定められた所定の回転角γだけ回転させた平面上に、二次元uv座標系を定義するようにしたものである。
互いに異なる位置に設置され、同一の被写体を撮影可能な方向に向けられた複数M台(M≧3)のカメラを設け、
これらM台のカメラの中の任意の2台の組み合わせを、第1のカメラおよび第2のカメラとして採用し、表示対象画像を作成する機能をもたせるようにしたものである。
第1のカメラおよび第2のカメラとして、魚眼レンズもしくは全方位ミラーを装着したカメラを用い、
第1のカメラおよび第2のカメラによる撮影によって得られた歪曲円形画像内の所定の切出中心点近傍の画像を、所定の座標変換式を用いて平面正則画像に変換する魚眼画像変換部を更に設け、
画像入力部が、魚眼画像変換部によって変換された平面正則画像を、それぞれ第1の撮影画像および第2の撮影画像として入力するようにしたものである。
各カメラを、被写体となる車両のナンバープレートを撮影可能な位置および向きに設置し、
第1対応点抽出部が、ナンバープレートの表面を着目対象となる基準平面として、ナンバープレートを構成する四角形の4頂点を4つの第1対応点として抽出し、
画像出力部が、ナンバープレートを正面方向から観察した画像を表示対象画像として出力するようにしたものである。
各カメラを、被写体となる人間の顔面を撮影可能な位置および向きに設置し、
画像出力部が、人間の顔面を正面方向から観察した画像を表示対象画像として出力するようにしたものである。
第1のカメラおよび第2のカメラを、互いに異なる位置に、かつ、同一の被写体を撮影可能な方向に向けて設置するカメラ設置段階と、
コンピュータが、第1のカメラによる撮影で得られたデジタル画像もしくは当該デジタル画像に所定の変換処理を加えた画像を第1の撮影画像として入力し、第2のカメラによる撮影で得られたデジタル画像もしくは当該デジタル画像に所定の変換処理を加えた画像を第2の撮影画像として入力する画像入力段階と、
コンピュータが、第1の撮影画像を解析することにより、被写体上の着目対象となる基準平面上の点として予め設定されている4つの基準点にそれぞれ対応する点を、第1の撮影画像上において4つの第1対応点として抽出する第1対応点抽出段階と、
コンピュータが、第1の撮影画像の特徴と第2の撮影画像の特徴とを比較することにより、両画像上の各点間の対応関係を求め、第2の撮影画像上において、4つの第1対応点にそれぞれ対応する4つの第2対応点を抽出する第2対応点抽出段階と、
コンピュータが、第1のカメラおよび第2のカメラの設置位置および向きの情報と、4つの第1対応点および4つの第2対応点の二次元座標値と、に基づいて、各対応点に対応する被写体上での4つの基準点の三次元座標値を求める基準点座標算出段階と、
コンピュータが、4つの基準点を含む基準平面上もしくはこの基準平面を予め定められた所定方向に所定の回転角度だけ回転させた平面上に、二次元uv座標系を定義し、第1の撮影画像および第2の撮影画像の少なくとも一方を変換対象画像として選択し、この変換対象画像上に二次元xy座標系を定義したときに、二次元uv座標系上の任意の座標値(u,v)と、当該座標値で示される点に対応する二次元xy座標系上の点の座標値(x,y)と、の関係を定める座標変換式の係数値を、4つの基準点の座標値と、4つの第1対応点もしくは4つの第2対応点の座標値との対応関係を用いて算出する係数値算出段階と、
コンピュータが、係数値算出段階で算出された係数値によって規定される座標変換式を用いて、二次元xy座標系上の変換対象画像を二次元uv座標系上の表示対象画像に変換する画像変換段階と、
コンピュータが、画像変換段階によって変換された表示対象画像をモニタ画面に表示する画像出力段階と、
を行うようにしたものである。
図1は、本発明の基本的実施形態に係る撮影画像表示装置の構成を示すブロック図である。この実施形態では、2台のカメラ10,20によって、被写体30を撮影する例が示されている。ここでは、被写体30が車両である場合、特に、車両のナンバープレートの部分を被写体として、これを撮影し、モニタ画面上に表示する実施例を述べることにする。
ここでは、図1に示す装置における係数値算出部160が行う具体的な処理を説明する。§1で述べたとおり、ここで算出する係数値は、図6に示す第1の二次元xy座標系上の点p(x,y)と二次元uv座標系上の点q(u,v)との対応関係を示す座標変換式「(u,v)=f(x,y)」の関数fに含まれる係数の値、もしくは、第2の二次元xy座標系上の点p(x,y)と二次元uv座標系上の点q(u,v)との対応関係を示す座標変換式「(u,v)=g(x,y)」の関数gに含まれる係数の値である。いずれも、座標値(x,y)と座標値(u,v)との間の変換式に関するものであるから、ここでは、関数fについての説明を行うことにする。
[x y z]T=H[u v w]T
なる行列式で表される。ここで、Hは、3行3列のホモグラフィー行列であり、右肩にTを付した行列は転置行列を示している(明細書中では、文字列のみで行列表現を行う便宜上、列ベクトルを行ベクトルの転置形式で示すことにする)。
[x y 1]T=H[u v 1]T
なる式を用いればよい。ここでは、更に、xy座標系とuv座標系との間のスケーリングファクターを任意に設定できるという利点を利用して、任意のスケーリング係数σを導入し、図10に式(1)として示すように
[x y 1]T=H[u v 1]T・σ
なる式を立てることにする。ここで、3行3列のホモグラフィー行列Hの各要素をh11,h12,h13,h21,h22,h23,h31,h32,h33とすれば、上式は、図10の式(2)のように表すことができる。
x=h11・uσ+h12・vσ+h13・σ
y=h21・uσ+h22・vσ+h23・σ
1=h31・uσ+h32・vσ+h33・σ
となる。この第3式をσについて解くと、
σ=1/(h31・u+h32・v+h33)
となるので、このσを第1式および第2式に代入して整理すると、図10に式(3)および式(4)として示すように、
x=(h11・u+h12・v+h13)/(h31・u+h32・v+h33)
y=(h21・u+h22・v+h23)/(h31・u+h32・v+h33)
なる式が得られる。
x=(h11/h33・u+h12/h33・v+h13/h33)
/(h31/h33・u+h32/h33・v+h33/h33)
y=(h21/h33・u+h22/h33・v+h23/h33)
/(h31/h33・u+h32/h33・v+h33/h33)
となるので、h11/h33,h12/h33,h13/h33,h21/h33,h22/h33,h23/h33,h31/h33,h32/h33を、それぞれh11′,h12′,h13′,h21′,h22′,h23′,h31′,h32′とおけば、
x=(h11′・u+h12′・v+h13′)/(h31′・u+h32′・v+1)
y=(h21′・u+h22′・v+h23′)/(h31′・u+h32′・v+1)
と変形できる。ここで、h11′〜h32′を新たにh11〜h32とおけば、
x=(h11・u+h12・v+h13)/(h31・u+h32・v+1)
y=(h21・u+h22・v+h23)/(h31・u+h32・v+1)
なる式が得られることになる。結局、図10の式(3)および式(4)において、便宜上、h33=1とおいて、図10に示す式(5)および式(6)を導くことができる。
x=h11・u+h12・v+h13−h31・x・u−h32・x・v
y=h21・u+h22・v+h23−h31・y・u−h32・y・v
となる。
x=(h11・u+h12・v+h13)/(h31・u+h32・v+1)
y=(h21・u+h22・v+h23)/(h31・u+h32・v+1)
なる式を定義し、この2本の式に、4つの基準点についての二次元uv座標系の座標値(u,v)と4つの第1対応点の二次元xy座標系の座標値(x,y)とをそれぞれ代入して得られる8本の連立方程式を用いて、8個の係数h11,h12,h13,h21,h22,h23,h31,h32を算出することになる。
ここでは、図1に示す装置における画像変換部170が行う具体的な処理を説明する。§1で述べたとおり、この画像変換部170は、図14に式(12)として示すように、係数値算出部160によって算出された係数値によって規定される座標変換式「(u,v)=f(x,y)」もしくは「(u,v)=g(x,y)」を用いて、撮影画像格納部120に格納されている第1の撮影画像P1もしくは第2の撮影画像P2を、表示対象画像P3に変換する処理を行う。図15は、この変換処理を示す平面図である。
I(u,v)=(1−α)・I1(u,v)+α・I2(u,v)
なる合成演算を行い、画素q(u,v)の画素値I(u,v)を決定するようにすればよい。
最後に、本発明のいくつかの変形例を示しておく。
これまで、被写体上の着目対象を車両のナンバープレートとし、このナンバープレートの表面を基準平面Rに設定し、このナンバープレートを構成する四角形の4つの頂点を4つの基準点とする例を述べた。しかしながら、本発明は、このような車両のナンバープレートを着目対象とする場合に限定されるものではなく、何らかの基準平面Rと、当該基準平面R上に位置する4つの基準点を定義できる被写体であれば、どのような被写体についても適用可能である。
これまで述べてきた実施形態では、いずれも被写体上の着目対象をその正面方向から観察した画像を表示することを前提としてきた。そのため、図9に示すモデルでは、被写体30の着目対象となる基準平面R上に二次元uv座標系を定義し、当該座標系上に表示対象画像を得る演算を行った。一般に、車両のナンバープレートや人物の顔面の場合、これを正面から観察した画像を表示するのが好ましい。すなわち、車両ナンバーの特定や人物の特定などの用途では、ナンバープレートや人物の顔面を正面から観察した状態を表示するのが適切であり、正面方向、すなわち、基準平面Rに直交する方向が適切な観察方向ということになる。
これまで述べてきた実施形態は、第1のカメラ10および第2のカメラ20として、一般的な平面デジタルカメラを用いた例であるが、1台のカメラによって、より広い視野を確保するためには、魚眼レンズを装着した魚眼カメラ(魚眼レンズの代わりに全方位ミラーを装着したカメラも、ここでは、魚眼カメラと呼ぶことにする)を用いることができる。
これまで述べてきた実施形態は、2台のカメラのみを用いて撮影画像表示装置を構成した例であるが、本発明に係る装置は、3台以上のカメラを用いて構成することも可能である。すなわち、互いに異なる位置に設置され、同一の被写体を撮影可能な方向に向けられた複数M台(M≧3)のカメラを用意し、これらM台のカメラの中の任意の2台の組み合わせを、これまで述べてきた実施形態における第1のカメラ10および第2のカメラ20として採用し、表示対象画像を作成する機能をもたせておけばよい。
15:第1の魚眼カメラ
20:第2のカメラ
25:第2の魚眼カメラ
30,35:被写体
40:障害物
50:撮影対象エリア
61〜64:支柱
71〜74:魚眼カメラ
110:画像入力部
120:撮影画像格納部
130:第1対応点抽出部
140:第2対応点抽出部
150:基準点座標算出部
160:係数値算出部
170:画像変換部
180:表示対象画像格納部
190:画像出力部
200:魚眼画像変換部
A〜F:回転係数
B:ベースライン
E:仮想視点
E1,E2:エピポーラ線
EP:エピポーラ平面
e1,e2:エピポール:
f:座標(x,y)を座標(u,v)に変換する関数
G(xg,yg,zg):二次元uv座標系の原点
g:座標(x,y)を座標(u,v)に変換する関数
H:ホモグラフィー行列/仮想球面
h11〜h33:係数(ホモグラフィー行列の要素)
I(u,v):画素q(u,v)の画素値
I1(u,v):画素q1(u,v)の画素値
I2(u,v):画素q2(u,v)の画素値
J:回転基準軸
K:uv平面上の代表点
L:入射光線
L1:2点(K,Q1)を結ぶ直線
L2:2点(K,Q2)を結ぶ直線
m:倍率パラメータ
n:視線ベクトル
O:三次元XYZ座標系の原点
O′:三次元UVW座標系の原点
P1:第1の撮影画像
P2:第2の撮影画像
P3:表示対象画像
P(x0,y0):切出中心点
p:xy平面上の1点
Q1:第1の撮影点(視点)
Q2:第2の撮影点(視点)
Q(x0,y0,z0):球面上対応点
Q(x,y,z):球面上対応点
q:uv平面上の1点
q(u,v):表示対象画像P3上の画素
q1(u,v):第1の準備画像Pa上の画素
q2(u,v):第2の準備画像Pb上の画素
R:基準平面
r:歪曲円形画像Sの半径(仮想球面Hの半径)
S:歪曲円形画像
S1〜S4:顔面基準点
S11〜S14:第1対応点
S21〜S24:第2対応点
S31〜S34:被写体上の基準点
S(x,y):歪曲円形画像S内の点
T:平面正則画像
T(u,v):平面正則画像T内の点
U:三次元UVW座標系の座標軸
u:二次元uv座標系の座標軸/座標値
u1〜u4:4つの基準点のu座標値
V:三次元UVW座標系の座標軸
v:二次元uv座標系の座標軸/座標値
v1〜v4:4つの基準点のv座標値
W:三次元UVW座標系の座標軸
w:W軸上の座標値
X:三次元XYZ座標系の座標軸
x:二次元xy座標系の座標軸/その座標値
x1〜x4:4つの第1対応点のx座標値
Y:三次元XYZ座標系の座標軸
y:二次元xy座標系の座標軸/その座標値
y1〜y4:4つの第1対応点のy座標値
Z:三次元XYZ座標系の座標軸
z,za,zb:Z軸上の座標値
α:重み係数/方位角
β:天頂角
γ:回転角
θ11〜θ22:角度
ξ:被写体上の特徴点
ξ1:投影面(撮像面)π1上への投影点
ξ2:投影面(撮像面)π2上への投影点
ξ10,ξ20,ξ30,ξ40:uv平面上の着目画素の配置点
ξ11,ξ21,ξ31,ξ41:第1の投影面π1上の投影点
ξ12,ξ22,ξ32,ξ42:第2の投影面π2上の投影点
ξa:投影面πa上への投影点
ξb:投影面πb上への投影点
π,πa,πb:XY平面に平行な投影面
π1:第1の投影面/第1のカメラの撮像面
π2:第2の投影面/第2のカメラの撮像面
σ:スケーリング係数
φ:平面傾斜角
Claims (22)
- 異なる方向から撮影した被写体の撮影画像に基づいて、当該被写体を所定の仮想方向から観察した画像を生成して表示する撮影画像表示装置であって、
互いに異なる位置に設置され、同一の被写体を撮影可能な方向に向けられた第1のカメラおよび第2のカメラと、
前記第1のカメラによる撮影で得られたデジタル画像もしくは当該デジタル画像に所定の変換処理を加えた画像を第1の撮影画像として入力し、前記第2のカメラによる撮影で得られたデジタル画像もしくは当該デジタル画像に所定の変換処理を加えた画像を第2の撮影画像として入力する画像入力部と、
入力された前記第1の撮影画像および前記第2の撮影画像を格納する撮影画像格納部と、
前記第1の撮影画像を解析することにより、被写体上の着目対象となる基準平面上の点として予め設定されている4つの基準点にそれぞれ対応する点を、前記第1の撮影画像上において4つの第1対応点として抽出する第1対応点抽出部と、
前記第1の撮影画像の特徴と前記第2の撮影画像の特徴とを比較することにより、両画像上の各点間の対応関係を求め、前記第2の撮影画像上において、前記4つの第1対応点にそれぞれ対応する4つの第2対応点を抽出する第2対応点抽出部と、
前記第1のカメラおよび前記第2のカメラの設置位置および向きの情報と、前記4つの第1対応点および前記4つの第2対応点の二次元座標値と、に基づいて、前記各対応点に対応する前記被写体上での4つの基準点の三次元座標値を求める基準点座標算出部と、
前記4つの基準点を含む基準平面上もしくはこの基準平面を予め定められた所定方向に所定の回転角度だけ回転させた平面上に、二次元uv座標系を定義し、前記第1の撮影画像および前記第2の撮影画像の少なくとも一方を変換対象画像として選択し、この変換対象画像上に二次元xy座標系を定義したときに、前記二次元uv座標系上の任意の座標値(u,v)と、当該座標値で示される点に対応する前記二次元xy座標系上の点の座標値(x,y)と、の関係を定める座標変換式の係数値を、前記4つの基準点の座標値と、前記4つの第1対応点もしくは前記4つの第2対応点の座標値との対応関係を用いて算出する係数値算出部と、
前記係数値算出部によって算出された係数値によって規定される座標変換式を用いて、前記二次元xy座標系上の前記変換対象画像を前記二次元uv座標系上の表示対象画像に変換する画像変換部と、
前記画像変換部によって変換された表示対象画像を格納する表示対象画像格納部と、
前記表示対象画像をモニタ画面に表示する画像出力部と、
を備えることを特徴とする撮影画像表示装置。 - 請求項1に記載の撮影画像表示装置において、
第1対応点抽出部が、第1の撮影画像上の直線部を探索し、探索された直線部によって囲まれた四角形を基準平面と認識し、当該四角形の4頂点を4つの第1対応点として抽出することを特徴とする撮影画像表示装置。 - 請求項1に記載の撮影画像表示装置において、
第1対応点抽出部が、第1の撮影画像から人間の顔面を探索し、探索された顔面における右眼中心点、左眼中心点、唇の右端点、唇の左端点を含む面を基準平面と認識し、前記各点を4つの第1対応点として抽出することを特徴とする撮影画像表示装置。 - 請求項1に記載の撮影画像表示装置において、
第1対応点抽出部が、第1のカメラおよび第2のカメラの設置位置および向きの情報と、前記第1の撮影画像上の二次元被写体情報と、前記第2の撮影画像上の二次元被写体情報と、に基づいて、被写体の三次元形状モデルを作成し、当該三次元形状モデル上での所定の平面を基準平面と認識し、当該基準平面上の任意の4点に対応する4つの点を第1対応点として抽出することを特徴とする撮影画像表示装置。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の撮影画像表示装置において、
基準点座標算出部が、第1のカメラおよび第2のカメラの設置位置および向きの情報を、外部からの設定操作により格納する機能を有し、当該格納情報を用いて、4つの基準点の三次元座標値を求めることを特徴とする撮影画像表示装置。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の撮影画像表示装置において、
基準点座標算出部が、撮影画像格納部に格納されているテスト用被写体を撮影した第1の撮影画像と第2の撮影画像とに基づいて、第1のカメラおよび第2のカメラの設置位置および向きの情報を自動取得する機能を有することを特徴とする撮影画像表示装置。 - 請求項1〜6のいずれかに記載の撮影画像表示装置において、
係数値算出部が、二次元uv座標系と二次元xy座標系との間のスケーリングファクターを任意に設定することにより、座標値(u,v)と座標値(x,y)との関係を定める座標変換式として、
x=(h11・u+h12・v+h13)/(h31・u+h32・v+1)
y=(h21・u+h22・v+h23)/(h31・u+h32・v+1)
なる式を定義し、この2本の式に、4つの基準点についての二次元uv座標系の座標値(u,v)と4つの第1対応点の二次元xy座標系の座標値(x,y)とをそれぞれ代入して得られる8本の連立方程式を用いて、8個の係数h11,h12,h13,h21,h22,h23,h31,h32を算出することを特徴とする撮影画像表示装置。 - 請求項1〜7のいずれかに記載の撮影画像表示装置において、
係数値算出部が、第1の撮影画像および第2の撮影画像の双方を変換対象画像として選択し、これら変換対象画像上にそれぞれ第1および第2の二次元xy座標系を定義し、二次元uv座標系上の任意の座標値(u,v)と、当該座標値で示される点に対応する前記第1および第2の二次元xy座標系上の点の座標値(x,y)と、の関係を定める座標変換式の係数値を、4つの基準点の座標値と、4つの第1対応点および4つの第2対応点の座標値との対応関係を用いて算出し、
画像変換部が、前記係数値算出部によって算出された係数値によって規定される第1の座標変換式を用いて、前記第1の二次元xy座標系上の前記第1の撮影画像を前記二次元uv座標系上の第1の準備画像に変換するとともに、前記係数値算出部によって算出された係数値によって規定される第2の座標変換式を用いて、前記第2の二次元xy座標系上の前記第2の撮影画像を前記二次元uv座標系上の第2の準備画像に変換し、前記第1の準備画像と前記第2の準備画像とを合成することにより、表示対象画像を生成することを特徴とする撮影画像表示装置。 - 請求項8に記載の撮影画像表示装置において、
画像変換部が、第1の準備画像と第2の準備画像とを合成する際に、前記第1の準備画像上の座標値(u,v)で示される位置の画素の画素値をI1(u,v)、前記第2の準備画像上の座標値(u,v)で示される位置の画素の画素値をI2(u,v)、表示対象画像上の座標値(u,v)で示される位置の画素の画素値をI(u,v)としたときに、所定の重み係数α(0≦α≦1)を用いて、
I(u,v)=(1−α)・I1(u,v)+α・I2(u,v)
なる合成演算を行うことを特徴とする撮影画像表示装置。 - 請求項9に記載の撮影画像表示装置において、
uv平面上の所定の代表点と第1のカメラを設置した撮影点とを結ぶ直線とuv平面とのなす鋭角θ1と、前記代表点と第2のカメラを設置した撮影点とを結ぶ直線とuv平面とのなす鋭角θ2と、を比べ、重み係数αを、
θ1>θ2であればα<0.5に設定し、両角度の差が大きければ大きいほど、αが小さくなるように設定し、
θ1<θ2であればα>0.5に設定し、両角度の差が大きければ大きいほど、αが大きくなるように設定し、
θ1=θ2であればα=0.5に設定することを特徴とする撮影画像表示装置。 - 請求項9に記載の撮影画像表示装置において、
表示対象画像上の座標値(u,v)で示される位置にある着目画素の画素値I(u,v)を決定する際に、当該着目画素の配置点と第1のカメラを設置した撮影点とを結ぶ直線とuv平面とのなす鋭角θ1と、前記配置点と第2のカメラを設置した撮影点とを結ぶ直線とuv平面とのなす鋭角θ2と、を比べ、前記画素値I(u,v)を決定する際に用いる重み係数αを、
θ1>θ2であればα<0.5に設定し、両角度の差が大きければ大きいほど、αが小さくなるように設定し、
θ1<θ2であればα>0.5に設定し、両角度の差が大きければ大きいほど、αが大きくなるように設定し、
θ1=θ2であればα=0.5に設定することを特徴とする撮影画像表示装置。 - 請求項10または11に記載の撮影画像表示装置において、
α=(θ2−θ1)/π+1/2
なる演算式により重み係数αを設定することを特徴とする撮影画像表示装置。 - 請求項9に記載の撮影画像表示装置において、
画像変換部が、
第1のカメラおよび第2のカメラの設置位置および向きの情報と、第1の撮影画像上の二次元画像情報と、第2の撮影画像上の二次元画像情報と、に基づいて、被写体および障害物の三次元形状モデルを作成し、基準平面の手前に存在する障害物を認識する処理を行い、
表示対象画像上の座標値(u,v)で示される位置にある着目画素の画素値I(u,v)を決定する際に、当該着目画素が、前記障害物により第1の準備画像上でのみ隠面となっている領域内の画素である場合には、前記画素値I(u,v)を決定する際に用いる重み係数αをα=1に設定し、前記障害物により第2の準備画像上でのみ隠面となっている領域内の画素である場合には、前記画素値I(u,v)を決定する際に用いる重み係数αをα=0に設定することを特徴とする撮影画像表示装置。 - 請求項1〜13のいずれかに記載の撮影画像表示装置において、
画像変換部が、二次元xy座標系上の変換対象画像を二次元uv座標系上の表示対象画像もしくは準備画像に変換する際に、座標値(u,v)を引数として座標値(x,y)を求める座標変換式を用い、変換対象画像上の前記座標値(x,y)で示される位置の近傍に存在する複数の画素の画素値を用いた補間演算によって求められる補間値を、前記座標値(u,v)で示される位置に配置された画素の画素値とすることを特徴とする撮影画像表示装置。 - 請求項1〜14のいずれかに記載の撮影画像表示装置において、
係数値演算部が、基準平面を予め定められた所定の軸回りに、予め定められた所定の回転角γだけ回転させた平面上に、二次元uv座標系を定義することを特徴とする撮影画像表示装置。 - 請求項1〜15のいずれかに記載の撮影画像表示装置において、
互いに異なる位置に設置され、同一の被写体を撮影可能な方向に向けられた複数M台(M≧3)のカメラを備え、
これらM台のカメラの中の任意の2台の組み合わせを、第1のカメラおよび第2のカメラとして採用し、表示対象画像を作成する機能を有することを特徴とする撮影画像表示装置。 - 請求項1〜16のいずれかに記載の撮影画像表示装置において、
第1のカメラおよび第2のカメラとして、魚眼レンズもしくは全方位ミラーを装着したカメラを用い、
前記第1のカメラおよび第2のカメラによる撮影によって得られた歪曲円形画像内の所定の切出中心点近傍の画像を、所定の座標変換式を用いて平面正則画像に変換する魚眼画像変換部を更に備え、
画像入力部が、前記魚眼画像変換部によって変換された平面正則画像を、それぞれ第1の撮影画像および第2の撮影画像として入力することを特徴とする撮影画像表示装置。 - 請求項1〜17のいずれかに記載の撮影画像表示装置における各カメラ以外の構成要素としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
- 請求項1〜17のいずれかに記載の撮影画像表示装置における各カメラ以外の構成要素として機能する半導体集積回路。
- 請求項2に記載の撮影画像表示装置を含み、
各カメラが、被写体となる車両のナンバープレートを撮影可能な位置および向きに設置されており、
第1対応点抽出部が、前記ナンバープレートの表面を着目対象となる基準平面として、前記ナンバープレートを構成する四角形の4頂点を4つの第1対応点として抽出し、
画像出力部が、前記ナンバープレートを正面方向から観察した画像を表示対象画像として出力することを特徴とする車両のナンバープレートの撮影表示装置。 - 請求項3に記載の撮影画像表示装置を含み、
各カメラが、被写体となる人間の顔面を撮影可能な位置および向きに設置されており、
画像出力部が、前記人間の顔面を正面方向から観察した画像を表示対象画像として出力することを特徴とする監視システム。 - 異なる方向から撮影した被写体の撮影画像に基づいて、当該被写体を所定の仮想方向から観察した画像を生成して表示する撮影画像表示方法であって、
第1のカメラおよび第2のカメラを、互いに異なる位置に、かつ、同一の被写体を撮影可能な方向に向けて設置するカメラ設置段階と、
コンピュータが、前記第1のカメラによる撮影で得られたデジタル画像もしくは当該デジタル画像に所定の変換処理を加えた画像を第1の撮影画像として入力し、前記第2のカメラによる撮影で得られたデジタル画像もしくは当該デジタル画像に所定の変換処理を加えた画像を第2の撮影画像として入力する画像入力段階と、
コンピュータが、前記第1の撮影画像を解析することにより、被写体上の着目対象となる基準平面上の点として予め設定されている4つの基準点にそれぞれ対応する点を、前記第1の撮影画像上において4つの第1対応点として抽出する第1対応点抽出段階と、
コンピュータが、前記第1の撮影画像の特徴と前記第2の撮影画像の特徴とを比較することにより、両画像上の各点間の対応関係を求め、前記第2の撮影画像上において、前記4つの第1対応点にそれぞれ対応する4つの第2対応点を抽出する第2対応点抽出段階と、
コンピュータが、前記第1のカメラおよび前記第2のカメラの設置位置および向きの情報と、前記4つの第1対応点および前記4つの第2対応点の二次元座標値と、に基づいて、前記各対応点に対応する前記被写体上での4つの基準点の三次元座標値を求める基準点座標算出段階と、
コンピュータが、前記4つの基準点を含む基準平面上もしくはこの基準平面を予め定められた所定方向に所定の回転角度だけ回転させた平面上に、二次元uv座標系を定義し、前記第1の撮影画像および前記第2の撮影画像の少なくとも一方を変換対象画像として選択し、この変換対象画像上に二次元xy座標系を定義したときに、前記二次元uv座標系上の任意の座標値(u,v)と、当該座標値で示される点に対応する前記二次元xy座標系上の点の座標値(x,y)と、の関係を定める座標変換式の係数値を、前記4つの基準点の座標値と、前記4つの第1対応点もしくは前記4つの第2対応点の座標値との対応関係を用いて算出する係数値算出段階と、
コンピュータが、前記係数値算出段階で算出された係数値によって規定される座標変換式を用いて、前記二次元xy座標系上の前記変換対象画像を前記二次元uv座標系上の表示対象画像に変換する画像変換段階と、
コンピュータが、前記画像変換段階によって変換された表示対象画像をモニタ画面に表示する画像出力段階と、
を有することを特徴とする撮影画像表示方法。
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