JP2018201123A - 画像処理装置、画像処理方法、プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】広角レンズを使用して撮像された撮像画像を取得する撮像画像取得手段41と、画像処理装置の運動を検出する運動検出手段136と、前記撮像画像を少なくとも一部に曲面を有する広角画像に変換して前記運動検出手段が検出した運動に応じた補正量を算出し、前記補正量で前記撮像画像を補正する補正手段44と、を有する画像処理装置100を提供する。
【選択図】図1
Description
図1は、全天球撮像装置100による手ぶれ補正の概略を説明する図の一例である。図1(a)は手ぶれ補正の考え方を説明するため平面の画像における手ぶれ補正を示す。全天球撮像装置100が時刻tと時刻t+1のそれぞれで周囲を撮像し、ベクトルvで表される移動量だけ移動した。説明を容易にするためベクトルvは平行移動であるとする。時刻t1の全天球撮像装置100と点Pg1,点Pg2との距離をそれぞれL1,L2とする。
撮像画像を取得するとは、撮像画像を撮像する処理に限られず、撮像された撮像画像を外部から取得する場合を含む。
図2は、本実施形態による全天球撮像装置100の断面図である。全天球撮像装置100は全天球カメラ等と呼ばれる撮像装置である。全天球撮像装置100は、撮像体11と、撮像体11及びコントローラやバッテリなどの部品を保持する筐体15と、筐体15に設けられたシャッター・ボタン14とを備える。 図2に示す撮像体11は、2つの結像光学系12A,12Bと、CCD(Charge Coupled Device)センサやCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサなどの2つの固体撮像素子13A,13Bを含む。1組の結像光学系12と固体撮像素子13をそれぞれ撮像光学系19A,19Bと称する。
DRAMインタフェースはDRAM132と接続され、DRAM132へのデータの書き込み及び読み出しを行う。DRAM132はCPU112がプログラムを実行する際のワークメモリとなり、また、画像処理ブロック116が画像処理を行う際に画像が一時的に記憶される。
なお、電源スイッチの操作によって通電状態になると、ROM114のプログラムがDRAM132にロードされる。CPU112は、DRAM132に読み込まれたプログラムにしたがって、図3にブロックで示される各部の動作を制御すると共に、制御に必要なデータをDRAM上に一時的に保存する。これにより、全天球撮像装置100の後述する各機能部及び処理が実現される。
図4(a)は、全天球撮像装置100及び端末装置50を模式的に示す。全天球撮像装置100はディスプレイを有していないため、画像データを表示するため端末装置50と共に使用される場合が多い。全天球撮像装置100と端末装置50はUSBケーブルなどの有線接続の他、無線LANやBluetooth(登録商標)などの無線で互いに通信する。
続いて、図6(a)(b)を用いて全天球撮像装置100の画像処理ブロック116について説明する。全天球撮像装置100は種々の画像処理を行う画像処理装置である。図6(a)は手ぶれ補正機能を有さない画像処理ブロック116の機能ブロック図の一例であり、図6(b)は手ぶれ補正機能を有する画像処理ブロック116の機能ブロック図の一例である。図6(b)に示す手ぶれ補正部44が追加されても、後述するように手ぶれ補正部44の有無は後段の全天球画像生成部45の処理に影響を与えない。
図7は、全天球撮像装置100の全体的な動作手順を示すフローチャート図の一例である。
以下、全天球撮像装置100の機能と動作手順の詳細を説明する。
上記投影モデルの他の例として、中心投影方式(h=f・tanφ)、立体射影方式(h=2f・tan(φ/2))、等立体角射影方式(h=2f・sin(φ/2))及び正射影方式(h=f・sinφ)を挙げることができる。いずれの方式においても、光軸311からの入射角度φと焦点距離fに対応して結像の像高hが決定される。また、本実施形態では、画像対角線よりもイメージサークル径が小さな、いわゆる円周魚眼レンズの構成を採用するものとし、得られる部分画像は、図8(b)に示すように、撮像範囲の概ね半球分が投影されたイメージサークル全体を含む平面画像となる。
続いて、図9〜11を参照しながらつなぎ合わせ処理部42の処理について説明する。図9は、本実施形態で用いられる全天球フォーマット340の画像データのデータ構造を説明する図である。図9に示すように、全天球フォーマット340の画像データは、所定の軸に対するなす角度に対応する垂直角度φと、上記軸周りの回転角に対応する水平角度θとを座標とした画素値の配列として表現される。水平角度θは、0〜360度(−180度〜+180度とも表現できる。)の範囲となり、垂直角度φは、0〜180度(同様に−90度〜+90度とも表現できる。)の範囲となる。各座標値(θ,φ)は、撮像地点を中心とした全方位を表す球面上の各点と対応付けられており、全方位が全天球画像上にマッピングされる。魚眼レンズで撮像された画像の平面座標と、全天球フォーマット340の球面上の座標との関係は、図8で説明したような射影関数を用いることによって対応付けることができる。
図11に示したように上記の変換テーブルは、光軸311が球面(魚眼レンズ)の極を向き、画像間の重複部分が球面の赤道近傍に射影され、全天球フォーマット340の上下方向と、撮像されたシーンの天頂方向が一致していない。
全天球画像生成部45はつなぎ合わせ処理部42及び天頂補正部43の処理結果が反映された状態で、撮像された2つの部分画像0,1から全天球画像を生成する。上記のように、2つの部分画像0,1から全天球画像を生成するための変換テーブル24が予め存在し、つなぎ合わせ処理部42は、この変換テーブル24に対し、つなぎ位置検出の結果を反映させる。天頂補正部43は変換テーブル24に対し天頂補正の結果を反映させ合成用変換テーブル25を生成する。そして、全天球画像生成部45は、これらの処理結果が反映された合成用変換テーブル25を用いて、2つの部分画像から全天球画像を生成する。
ぶれ補正部44は、天頂補正部43が補正した合成用変換テーブルの球面座標(θ、φ)を、ぶれを抑制するように補正する。したがって、全天球画像生成部45が合成用変換テーブルを使って全天球画像を生成できることに変わりはなく、ぶれ補正部44の追加は天頂補正部43及び全天球画像生成部45に影響しない。
図17はベクトルwの算出方法を説明する図の一例である。説明の便宜上、回転成分(姿勢の変化)がない場合を図示するが、回転成分がある場合も同様に計算できる。
p(x、y、z):フレームN(時刻t)に点Pgが写っている三次元空間の座標
p′′(x′′、y′′、z′′):フレームN+1(時刻t+1)に点Pgが写っている三次元空間の座標
Pg(Xg、Yg、Zg):被写体の三次元空間の座標(運動前の三次元空間の点)
ベクトルv:全天球撮像装置100の運動を表すベクトル
vx、vy、vz:グローバル座標におけるベクトルvのx成分、y成分、z成分
Pg′(Xg′、Yg′、Zg′):被写体の三次元空間の座標(運動後の三次元空間の点)
グローバル座標系で全天球撮像装置100がベクトルvで移動する場合、点pはvx、vy、vz移動したことになる。したがって、Pg′(Xg′、Yg′、Zg′)をグローバル座標における被写体の位置とすると各成分は以下のように表せる。
Xg′=Xg−vx
Yg′=Yg−vy
Zg′=Zg−vz
ここで、Pgからpへの変換は一般に透視投影行列Pを使って、
p=PPg …(3)
で表される。Pは全天球撮像装置100において既知の透視投影変換を表す行列である。
p′′=PPg′ …(5)
式(3)を参照すると、PgはpにP-1(逆行列)を掛けることで求められる。したがって、式(3)よりPgの各成分xg、yg、zgが求められる。また、vx、vy、vzも分かっているので、xg′、yg′、zg′も算出できる。これによりPg′が求められた。
θ = arctan(y′′/x′′)
φ = arccos(z′′)
となる。
図1にて説明したように被写体との距離によって手ぶれの影響の大きさが異なる。しかしながら、全天球撮像装置100が距離センサを有していない場合は少なくない。そこで、予め重み付けテーブル26を用意しておくことが考えられる。
ユーザが撮像シーンに応じた重み付けテーブル26を選択してもよい。全天球撮像装置100と被写体までの距離は撮像シーンによりある程度、類似性がある。例えば、屋内では図18(a)で説明した傾向がある。一方、屋外では壁がないし、地方向の距離も屋内よりも長くなる傾向ある。一方、車内のような狭い空間では、上下左右のどちらの方向でも全天球撮像装置100と被写体との距離が短い。
図20に示すようにユーザが重み付けテーブル26に重み付け情報を入力してもよい。図20は、重み付け情報の入力画面410を示す。図示するように端末装置50はいったん撮像した全天球画像(図20では正距円筒図)を表示する。端末装置50は全天球画像を点線などでメッシュ420に区切って表示する。ユーザはメッシュ420ごとに全天球撮像装置100との距離を判断し、距離情報として遠ボタン411、中ボタン412、近ボタン413のいずれかを押下してからメッシュ420を押下する。こうすることで、全天球画像の球面座標(θ、φ)と遠、中、近を対応付けることができる。
全天球撮像装置100が被写体までの距離を測定して、距離に応じた重み付けテーブル26を作成してもよい。例えば、全天球撮像装置100がLRF(Laser Range Finder )を搭載する。あるいは、ステレオカメラなど距離を測定するセンサを搭載する。全天球撮像装置100は測定された距離を元に、重み付けテーブル26を作成する。すなわち、一定以上の遠方の被写体との距離を最大にして最大の距離の重み付け情報を0,最小の距離の重み付け情報を1に設定し、その間の重み付け情報を距離によって決定する。
図21,図22を用いて手ぶれ補正の効果について説明する。図21は手ぶれ補正の実験を説明する図である。机350の上に全天球撮像装置100が固定されている。全天球撮像装置100は動画を撮像しながら、実験者が机350を床に平行に移動させる。全天球撮像装置100の撮像範囲に動く物体は存在しないため、全天球撮像装置100に平行移動の手ぶれが生じたことを再現できる。
以上説明したように、本実施形態の全天球撮像装置100は、全天球撮像装置100の三次元の運動を姿勢センサ等で取得し、取得した運動による手ぶれの補正量を三次元(球面座標)の状態で推定するので、平面画像と同様の手ぶれ補正が困難な広角画像においても手振れを抑制することができる。したがって、光学式の手ぶれ補正機構及び電子的な手ぶれ補正機構を適用する必要がない。
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。
25 合成用変換テーブル
26 重み付けテーブル
41 撮像画像取得部
42 つなぎ合わせ処理部
43 天頂補正部
44 補正部
45 全天球画像生成部
50 端末装置
100 全天球撮像装置
Claims (12)
- 広角レンズを使用して撮像された撮像画像を取得する撮像画像取得手段と、
画像処理装置の運動を検出する運動検出手段と、
前記撮像画像を少なくとも一部に曲面を有する広角画像に変換して前記運動検出手段が検出した運動に応じた補正量を算出し、前記補正量で前記撮像画像を補正する補正手段と、
を有する画像処理装置。 - 前記補正手段は、前記撮像画像を立体球に変換して前記運動検出手段が検出した運動に応じて前記立体球の点が移動した移動量を算出し、前記移動量に基づいて算出した前記補正量で前記撮像画像を補正する請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記補正手段は、前記撮像画像の平面座標と前記立体球の球面座標を対応付ける対応情報を参照して、前記撮像画像の第一の平面座標を前記立体球に変換し、
前記立体球の座標を前記運動検出手段が検出した運動に応じて変更し、
変更された前記立体球の座標が前記対応情報において対応付けられた第二の平面座標を、前記第一の平面座標が対応付けられていた前記球面座標で置き換えることを特徴とする請求項2に記載の画像処理装置。 - 前記補正手段は、三次元空間の点を広角レンズで撮像された前記立体球の点に投影する透視投影変換と逆の変換を、第一の立体球の点に行い、
前記運動検出手段が検出した運動のx、y、z成分により運動前の前記三次元空間の点を運動後の三次元空間の点に変換し、
運動後の三次元空間の点に前記透視投影変換を行い第二の立体球の点を算出し、
前記第二の立体球の点を、前記運動検出手段が検出した運動に応じて変更された前記立体球の座標とすることを特徴とする請求項3に記載の画像処理装置。 - 前記補正手段は、前記第一の立体球の点と前記第二の立体球の点の差分を算出し、前記第一の立体球の点に前記差分を加えて得られる点を前記立体球の球面上に補正する請求項4に記載の画像処理装置。
- 前記補正手段は、前記第一の立体球の点と前記立体球の点との差分を算出し、
前記第一の立体球の点に前記差分を加えた点を前記変更された前記立体球の座標として、
変更された前記立体球の座標が前記対応情報において対応付けられた前記第二の平面座標を、前記第一の平面座標が対応付けられていた前記球面座標で置き換える請求項4又は5に記載の画像処理装置。 - 前記補正手段は、前記球面座標に対し前記補正手段による補正の程度を示す重み付けが対応付けられた重み付け情報を参照し、
前記球面座標に対応付けられた重み付けで前記立体球の座標を前記運動検出手段が検出した運動に応じて変更することを特徴とする請求項3又は4に記載の画像処理装置。 - 前記重み付け情報は、前記球面座標に応じて推測される被写体との距離を考慮して決定されており、
前記距離が短いほど大きく、前記距離が長いほど小さい重み付けが前記球面座標に対し対応付けられていることを特徴とする請求項7に記載の画像処理装置。 - 前記重み付け情報は撮像シーンに応じて予め定められており、
前記補正手段は、ユーザが選択した前記撮像シーンに応じた前記重み付け情報を参照して前記撮像画像を補正することを特徴とする請求項7又は8に記載の画像処理装置。 - 前記画像処理装置が撮像した画像がメッシュで区切って表示された際に、ユーザによりメッシュごとに入力された距離情報に応じて前記重み付け情報を生成することを特徴とする請求項7又は8に記載の画像処理装置。
- 撮像画像取得手段が、広角レンズを使用して撮像された撮像画像を取得するステップと、
運動検出手段が、画像処理装置の運動を検出するステップと、
補正手段が、前記撮像画像を少なくとも一部に曲面を有する広角画像に変換して前記運動検出手段が検出した運動に応じた補正量を算出し、前記補正量で前記撮像画像を補正するステップと、
を有する画像処理方法。 - 情報処理装置を、
広角レンズを使用して撮像された撮像画像を取得する撮像画像取得手段と、
画像処理装置の運動を検出する運動検出手段と、
前記撮像画像を少なくとも一部に曲面を有する広角画像に変換して前記運動検出手段が検出した運動に応じた補正量を算出し、前記補正量で前記撮像画像を補正する補正手段、
として機能させるためのプログラム。
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