JP5959264B2 - 画像処理装置及び方法、並びにコンピュータプログラム - Google Patents
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Description
自車両の近辺の対象物を撮像する複数のカメラと、
前記カメラで撮像した対象物までの距離情報を生成する距離情報生成部と、
前記距離情報生成部で生成した距離情報を基に前記自車両から前記対象物までの距離に応じた立体面を有する空間モデルの形状を決定するモデル形状決定部と、
前記モデル形状決定部で決定された形状を有する空間モデルに対して前記複数のカメラによる撮像で得た複数の画像を投影し、さらに投影した画像をスクリーン座標系に変換することで、スクリーン座標系の画像を生成する投影変換部と、
前記投影変換部によって生成されたスクリーン座標系の画像の一部又は全部を抽出して合成画像を生成する画像合成部と、
前記画像合成部で生成された合成画像を、画像表示部に表示させる情報伝達部と
を備え、
前記モデル形状決定部は、前記距離情報生成部で生成した距離情報を基に、前記自車両の進行方向にあり、かつ前記自車両に最も近い対象物、又はその部分の距離情報のみを反映して前記空間モデルの形状を決定することを特徴とする。
本発明の第2の態様に係る撮像装置は、
自車両の近辺の対象物を撮像する複数のカメラと、
前記カメラで撮像した対象物までの距離情報を生成する距離情報生成部と、
前記距離情報生成部で生成した距離情報を基に前記自車両から前記対象物までの距離に応じた立体面を有する空間モデルの形状を決定するモデル形状決定部と、
前記モデル形状決定部で決定された形状を有する空間モデルに対して前記複数のカメラによる撮像で得た複数の画像を投影し、さらに投影した画像をスクリーン座標系に変換することで、スクリーン座標系の画像を生成する投影変換部と、
前記投影変換部によって生成されたスクリーン座標系の画像の一部又は全部を抽出して合成画像を生成する画像合成部と、
前記画像合成部で生成された合成画像を、画像表示部に表示させる情報伝達部と
を備え、
前記モデル形状決定部は、前記距離情報生成部で生成した距離情報を基に、前記自車両の進行方向にあり、かつ前記自車両に最も近い対象物又はその部分、及び画像上で当該最も近い対象物又はその部分の周囲に位置する部分についての距離情報のみを反映して前記空間モデルの形状を決定することを特徴とする。
本実施の形態においては、図4に示すように、第1のカメラ1aが自車両前方、第2のカメラ1bが自車両後方、第3のカメラ1cが自車両の左側方、第4のカメラ1dが自車両の右側方に設置され、それぞれ、自車両の前方、後方、左側方、右側方を撮像する。カメラ1aで撮像された画像の画像情報(第1の画像情報)、第2のカメラ1bで撮像された第2の画像の情報(第2の画像情報)、第3のカメラ1cで撮像された第3の画像の情報(第3の画像情報)、及び第4のカメラ1dで撮像された第4の画像の情報(第4の画像情報)は、データバス9を経由して、カメラ制御部5及び投影変換部6に供給される。
光学系11は、例えば、広角レンズ、例えば180度以上の画角を有する魚眼レンズで構成されており、レンズは1枚から成るものであっても良く、複数枚を組み合わせたものであっても良い。
撮像素子12は、光学系11から得られる光をアナログの電気信号に変換する。撮像素子12は、例えば、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型及びCCD(Charge Coupled Device)型の何れであってもよい。AD変換器13は、撮像素子12から得られるアナログの電気信号を、デジタルの画像情報に変換する。センサ駆動回路14は、撮像素子12の動作を制御する。
対象物までの距離を算出することで、カメラ1で撮像した対象物の全体について距離情報(奥行情報)を得ることができる。このようにして算出される距離は、仮想視点から見える対象物の3次元形状を知るために利用される。
輝度調整部5aは、第1乃至第4のカメラ1a〜1dで撮像された第1乃至第4の画像の輝度を互いに整合させる。即ち、第1乃至第4の画像の各々を、例えば後述の図19に示すように、少なくとも一つの他の画像と共通の領域を含むように形成し、これら領域の画素値の平均レベルが同じになるように、カメラパラメータ設定部5bを制御する。
輝度調整部5a及びカメラパラメータ設定部5bにより複数の画像間の輝度レベル段差が生じないようにすることができ、ユーザによる視認性が高まる。
情報伝達部8はさらに、スピーカ82に接続されており、自車両状態検出部90から自車両の状態を示す情報を受け、距離情報生成部10から距離情報を受け、これらに基いて衝突等の危険が迫っていると判断したときは、音声信号をスピーカ82に供給して警告音を発生させる。
図8はカメラ1から入力される画像内の位置を定義するためのテクスチャ座標系T上の画像の一例を示す。図8には、自車両から前方を見た画像、即ち、カメラ1aで取得した画像が示されているが、他の方向を見た画像、即ち他のカメラ1b〜1dで取得した画像についても同様のテクスチャ座標系のデータが生成される。また、撮像画像が空間モデルに投影されると、空間モデルの各点に対応したテクスチャ座標系のデータが形成される。
テクスチャ情報は、画像の各部乃至各画素の色(輝度、色相、彩度)を表す情報であり、各部乃至各画素の色を表す情報(テクスチャ値)が、テクスチャ座標系での座標位置に対応付けられている。
テクスチャ値は、テクスチャデータとして、投影変換部6のメモリ6a内の対応するアドレスに格納され、空間モデルへのテクスチャの貼り付けを行う際やスクリーン座標系Sで描画を行なう際に読み出されて利用される。
撮像視点座標系CのZc軸は、カメラの光軸に一致する。仮想視点座標系EのZe軸は、仮想視点から空間モデルを見るときの視線の方向に一致する。
図11は、図10に示される座標系C、W、Eの相互関係を示すとともに、カメラの撮像面CP及び仮想視点の画像を形成する面(仮想視点画像面)SPを示す。
カメラにより、視点OcからZc軸の方向を見て撮像することで得られた画像は、撮像面CP(光電変換素子が配列された面)上にあるものと考えることができる。撮像面は実際には、視点座標系の原点(レンズの中心)Ocに対して撮像対象物とは反対の側にあるが、便宜上同じ側に示されている。
一方、任意の(所望の)仮想視点Oeから任意の(所望の)方向Zeを見た画像は、仮想視点画像面SP上に形成されるものと考えることができる。
撮像面CP上の二次元座標は(u,v)で表され、仮想視点画像面SP上の座標は(xS,yS)で表されている。
式(1a)、(1b)により、撮像面上の各画素の位置と、空間モデル上の各点とが対応付けられ、この対応関係に基づいて、それぞれの画素で得られたテクスチャを、空間モデル上の対応する位置に割り当てることができる。
複数の撮像画像の画素が空間モデルの同じ点に対応付けられる場合には、予め定めた規則に従って、いずれかの撮像画像の画素を優先的に選択して、選択した撮像画像の画素のテクスチャを付与する。
例えば空間モデルの領域毎に優先するカメラを予め決めておくこととしても良い。例えば、空間モデルの前方の領域31については前方を撮像しているカメラ1aの撮像画像を優先させ、空間モデルの後方の領域32については後方を撮像しているカメラ1bの撮像画像を優先させ、空間モデルの左側方の領域33については左側方を撮像しているカメラ1cの撮像画像を優先させ、空間モデルの右側方の領域34については右側方を撮像しているカメラ1dの撮像画像を優先させる。
そのように一つのカメラの画素を選択する代わりに、複数のカメラの画素についてテクスチャを重み付け平均することにより、空間モデル上の対応位置のテクスチャを定めることとしても良い。
ACWは、撮像視点座標系をワールド座標系の向きに合わせるための3行3列の回転行列であり、仮想空間内でのカメラ視点の位置姿勢から算出される。
AWEは、ワールド座標系の向きを仮想視点座標系の向きに合わせるための3行3列の回転行列であり、仮想空間内での仮想視点の位置姿勢から算出される。
画像部分131と画像部分133のつなぎ目部分が符号40aで示され、画像部分131と画像部分134のつなぎ目部分が符号40bで示されている。
例えば、駐車のため後進する場合には、自車両から後方を見た画像、或いは自車両の上方から見下ろした画像の表示が望まれることが多い。この場合、自車両状態検出部90の出力に基づいて後進していることを検出し、後方を見た画像或いは上方から見下ろした画像が自動的に選択されるようにしておき、ユーザが操作部92の操作で他の画像に切り換えることも可能であるようにしておくことが考えられる。
仮想視点は、予め用意されたもののうちのいずれかを選択するようにしてもよく、一旦予め用意されたもののうちのいずれかを自動的に選択した後に、ユーザが操作部92を操作することで調整が可能なようにしても良い。
仮想視点の位置の変更は、上記したワールド座標系Wの原点Owに対する仮想視点座標系Eの原点Oeの相対位置(tex,tey,tez)の変更により行われ、仮想視点からの向きの変更は、仮想視点座標系EのZe軸の方向の変更により行われる。
以下、このことを図12〜図15を参照して説明する。
図12は、図5と同じ位置の水平断面図であり、対象物Osとカメラ1aが示されている。
図示のように別の対象物Os2が同時に撮像されている場合、その被撮像面Os2sもまた空間モデルの一部となる。
図15では、椀型の空間モデルへの投影の結果、画像に歪みが生じ(押しつぶされた画像となっており)、遠近感が失われているのに対して、図14では、歪みがなく遠近感のある画像が得られている。このため、荷物50の突出部分50aが確認しやく、荷物50の突出部分50aへの衝突の危険が認識しやすい。
空間モデル52のうち、符号52aで示す部分は、自車両110から他の車両120の荷物50のうちの手前に突出した部分50aの各部までの距離に対応しており、それ以外の部分は椀型の形状を有する。
突出部分52aの突出端52bは、自車両から荷物50の突出端50b(自車両に最も近い側の端部)までの距離L50bに対応した位置に形成される。
空間モデル52のうちの部分52a以外の部分は、部分52aに連続した形状となるように、形成される。即ち、底部52dの半径21a、壁部52cの曲率等は、突出部分52aの位置(自車両からの距離)に基づいて決定される。
なお、枠54の内部と外部との画像の不連続性が目立つのを避けるため、境界部分をぼかすための画像処理を行なっても良く、逆に枠の内部のみ表示色を変えることで違いを強調して、危険に注意を喚起することとしても良い。
同様に、空間モデルの各部の寸法(底部52dの半径21a、壁部52cの曲率等)もユーザが予め任意に設定可能としても良く、ユーザが表示画像を見ながら調整可能としても良い。
図19は説明を容易にするために椀型の空間モデルを使用したときの車両上方からみた図を示している。第1乃至第4のカメラ1a〜1dの各々が180度の画角をもつ魚眼レンズを備えている場合、領域60内に存在する対象物は第1のカメラ1aと第4のカメラ1dの双方で撮像可能であるため、これら2台のカメラを使用したパッシブステレオ法により対象物までの距離測定が可能である。同様に、領域61についてはカメラ1bとカメラ1d、領域62についてはカメラ1bとカメラ1c、領域63についてはカメラ1aとカメラ1cを使用した対象物までの距離測定が可能である。さらにカメラを使うため、高分解能の距離測定が可能である。
Claims (12)
- 自車両の近辺の対象物を撮像する複数のカメラと、
前記カメラで撮像した対象物までの距離情報を生成する距離情報生成部と、
前記距離情報生成部で生成した距離情報を基に前記自車両から前記対象物までの距離に応じた立体面を有する空間モデルの形状を決定するモデル形状決定部と、
前記モデル形状決定部で決定された形状を有する空間モデルに対して前記複数のカメラによる撮像で得た複数の画像を投影し、さらに投影した画像をスクリーン座標系に変換することで、スクリーン座標系の画像を生成する投影変換部と、
前記投影変換部によって生成されたスクリーン座標系の画像の一部又は全部を抽出して合成画像を生成する画像合成部と、
前記画像合成部で生成された合成画像を、画像表示部に表示させる情報伝達部と
を備え、
前記モデル形状決定部は、前記距離情報生成部で生成した距離情報を基に、前記自車両の進行方向にあり、かつ前記自車両に最も近い対象物、又はその部分の距離情報のみを反映して前記空間モデルの形状を決定する
ことを特徴とする画像処理装置。 - 前記モデル形状決定部は、前記自車両に最も近い対象物又はその部分として、該対象物又はその部分の前記自車両に最も近い端部から所定の距離範囲までの部分についての距離情報を反映して前記空間モデルの形状の決定を行うことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 自車両の近辺の対象物を撮像する複数のカメラと、
前記カメラで撮像した対象物までの距離情報を生成する距離情報生成部と、
前記距離情報生成部で生成した距離情報を基に前記自車両から前記対象物までの距離に応じた立体面を有する空間モデルの形状を決定するモデル形状決定部と、
前記モデル形状決定部で決定された形状を有する空間モデルに対して前記複数のカメラによる撮像で得た複数の画像を投影し、さらに投影した画像をスクリーン座標系に変換することで、スクリーン座標系の画像を生成する投影変換部と、
前記投影変換部によって生成されたスクリーン座標系の画像の一部又は全部を抽出して合成画像を生成する画像合成部と、
前記画像合成部で生成された合成画像を、画像表示部に表示させる情報伝達部と
を備え、
前記モデル形状決定部は、前記距離情報生成部で生成した距離情報を基に、前記自車両の進行方向にあり、かつ前記自車両に最も近い対象物又はその部分、及び画像上で当該最も近い対象物又はその部分の周囲に位置する部分についての距離情報のみを反映して前記空間モデルの形状を決定する
ことを特徴とする画像処理装置。 - 前記モデル形状決定部は、前記空間モデルのうち、前記対象物又はその部分までの距離情報を反映して決定する部分以外の部分については、予め定められた形状とすることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の画像処理装置。
- 前記予め定められた形状が椀型であることを特徴とする請求項4に記載の画像処理装置。
- 前記モデル形状決定部は、前記予め定められた形状のサイズを、前記対象物又はその部分までの距離情報を反映して決定する部分とそれにつながる部分との間に段差が生じないように決定することを特徴とする請求項4又は5に記載の画像処理装置。
- 前記画像合成部は、前記合成画像において、前記自車両に最も近い対象物又はその部分に対応する画像部分とその周囲の画像部分との境界部分をぼかすための処理を行う請求項3に記載の画像処理装置。
- 前記複数のカメラの各々は、前記複数のカメラのうちの少なくとも他の一つのカメラと撮像範囲が部分的に重なる
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の画像処理装置。 - 前記複数のカメラで撮像する画像毎の輝度レベルを整合させる輝度調整部と、
当該輝度調整部からの制御信号をもとに前記複数のカメラの各々で撮像する画像の輝度レベルを制御するカメラパラメータ設定部をさらに有する
ことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の画像処理装置。 - 自車両の近辺の対象物を複数のカメラで撮像するステップと、
前記カメラで撮像した対象物までの距離情報を生成する距離情報生成ステップと、
前記距離情報生成ステップで生成した距離情報を基に前記自車両から前記対象物までの距離に応じた立体面を有する空間モデルの形状を決定するモデル形状決定ステップと、
前記モデル形状決定ステップで決定された形状を有する空間モデルに対して前記複数のカメラによる撮像で得た複数の画像を投影し、さらに投影した画像をスクリーン座標系に変換することで、スクリーン座標系の画像を生成する投影変換ステップと、
前記投影変換ステップによって生成されたスクリーン座標系の画像の一部又は全部を抽出して合成画像を生成する画像合成ステップと、
前記画像合成ステップで生成された合成画像を、画像表示部に表示させる情報伝達ステップと
を備え、
前記モデル形状決定ステップは、前記距離情報生成ステップで生成した距離情報を基に、前記自車両の進行方向にあり、かつ前記自車両に最も近い対象物、又はその部分の距離情報のみを反映して前記空間モデルの形状を決定する
ことを特徴とする画像処理方法。 - 自車両の近辺の対象物を複数のカメラで撮像するステップと、
前記カメラで撮像した対象物までの距離情報を生成する距離情報生成ステップと、
前記距離情報生成ステップで生成した距離情報を基に前記自車両から前記対象物までの距離に応じた立体面を有する空間モデルの形状を決定するモデル形状決定ステップと、
前記モデル形状決定ステップで決定された形状を有する空間モデルに対して前記複数のカメラによる撮像で得た複数の画像を投影し、さらに投影した画像をスクリーン座標系に変換することで、スクリーン座標系の画像を生成する投影変換ステップと、
前記投影変換ステップによって生成されたスクリーン座標系の画像の一部又は全部を抽出して合成画像を生成する画像合成ステップと、
前記画像合成ステップで生成された合成画像を、画像表示部に表示させる情報伝達ステップと
を備え、
前記モデル形状決定ステップは、前記距離情報生成ステップで生成した距離情報を基に、前記自車両の進行方向にあり、かつ前記自車両に最も近い対象物又はその部分、及び画像上で当該最も近い対象物又はその部分の周囲に位置する部分についての距離情報のみを反映して前記空間モデルの形状を決定する
ことを特徴とする画像処理方法。 - 請求項10又は11の画像処理方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
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