(57)【要約】【課題】ショベルの周囲に存在する物体の位置をショベルの操作者が直感的に把握できるようにすること。【解決手段】ショベル６０は、上部旋回体６３の左方、右方、及び後方の三方向を撮像するように上部旋回体６３の左部、右部、及び後部の三箇所に搭載される３つのカメラ２と、上部旋回体６３に搭載されるキャブ６４と、キャブ６４内に設置される表示部５と、を備えている。そして、ショベル６０は、表示部５に、三方向のうちの少なくとも一つの方向に対応する第１画像と、三方向の画像を合成して生成される、下部走行体６１の向きとは無関係に、少なくとも上部旋回体６３の左方、右方、及び後方の領域を同時に表示する、上部旋回体６３を上空から見下ろした第２画像と、を同時に表示させる。【選択図】図２１
2020188474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部走行体と、
前記下部走行体に旋回自在に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられ、アタッチメントに含まれるブームと、
前記ブームに取り付けられ、前記アタッチメントに含まれるアームと、
前記上部旋回体の左方、右方、及び後方の三方向を撮像するように前記上部旋回体の左部、右部、及び後部の三箇所に搭載される３つの撮像装置と、
前記上部旋回体に搭載される運転室と、
前記運転室内に設置される表示部と、を備え、
前記表示部に、
前記三方向のうちの少なくとも一つの方向に対応する第１画像と、
前記三方向の画像を合成して生成される、前記下部走行体の向きとは無関係に、少なくとも前記上部旋回体の左方、右方、及び後方の領域を同時に表示する、前記上部旋回体を上空から見下ろした第２画像と、
を同時に表示させる、
ショベル。
【請求項２】
前記撮像装置又は前記撮像装置とは別に設けられるセンサの少なくとも一方により、物体の進入の有無を判定し、前記物体が進入してきた方向に対応する前記第１画像を、前記第２画像の隣に表示させる、
請求項１に記載のショベル。
【請求項３】
前記物体の進入の有無の判定結果に基づいて、前記第１画像に用いられる画像を切り換える、
請求項２に記載のショベル。
【請求項４】
前記第１画像が、前記上部旋回体の右方に対応する画像の場合、前記第１画像は、前記第２画像の右側に位置するように、前記表示部に表示される、
請求項１乃至３の何れかに記載のショベル。
【請求項５】
前記第１画像が、前記上部旋回体の左方に対応する画像の場合、前記第１画像は、前記第２画像の左側に位置するように、前記表示部に表示される、
請求項１乃至３の何れかに記載のショベル。
【請求項６】
前記第１画像が、前記上部旋回体の後方に対応する画像の場合、前記第１画像は、前記第２画像の下側に位置するように、前記表示部に表示される、
請求項１乃至３の何れかに記載のショベル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショベルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ショベルに搭載される障害物検出器の監視範囲内で作業者が検出された場合に警報音を発する周辺監視装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、ショベルの周囲に設定した作業エリア内に進入した作業者が共同作業者であるか否かをその作業者のヘルメットに取り付けられたＬＥＤの発光パターンから判断して警報音を出力させるか否かを決定する警報システムが知られている（例えば、特許文献２参照。）。また、フォークリフトとその近傍（周り）で作業を行う作業者との間で通信を行い、この通信に基づいて警報音の出力を制御する安全装置が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１７９９４０号公報
【特許文献２】特開２００９−１９３４９４号公報
【特許文献３】特開２００７−３１０５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１〜３の技術は何れも、所定範囲内に進入した作業者がショベル等の作業者から見て何れの方向に存在する場合であっても、同じブザー又はスピーカから警報音を出力する。そのため、ショベル等の操作者は、警報音を聞いたとしても、作業者が何れの方向に存在するのかを直感的に把握することができない。
【０００５】
上述の点に鑑み、本発明は、ショベルの周囲に存在する物体の位置をショベルの操作者が直感的に把握できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するために、本発明の実施例に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に旋回自在に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体に取り付けられ、アタッチメントに含まれるブームと、前記ブームに取り付けられ、前記アタッチメントに含まれるアームと、前記上部旋回体の左方、右方、及び後方の三方向を撮像するように前記上部旋回体の左部、右部、及び後部の三箇所に搭載される３つの撮像装置と、前記上部旋回体に搭載される運転室と、前記運転室内に設置される表示部と、を備え、前記表示部に、前記三方向のうちの少なくとも一つの方向に対応する第１画像と、前記三方向の画像を合成して生成される、前記下部走行体の向きとは無関係に、少なくとも前記上部旋回体の左方、右方、及び後方の領域を同時に表示する、前記上部旋回体を上空から見下ろした第２画像と、を同時に表示させる。
【発明の効果】
【０００７】
上述の手段により、ショベルの周囲に存在する物体の位置をショベルの操作者が直感的に把握できるようにするショベルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例に係る画像生成装置の構成例を概略的に示すブロック図である。
【図２】画像生成装置が搭載されるショベルの構成例を示す図である。
【図３】入力画像が投影される空間モデルの一例を示す図である。
【図４】空間モデルと処理対象画像平面との間の関係の一例を示す図である。
【図５】入力画像平面上の座標と空間モデル上の座標との対応付けを説明するための図である。
【図６】座標対応付け手段による座標間の対応付けを説明するための図である。
【図７】平行線群の作用を説明するための図である。
【図８】補助線群の作用を説明するための図である。
【図９】処理対象画像生成処理及び出力画像生成処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】出力画像の表示例（その１）である。
【図１１】画像生成装置が搭載されるショベルの上面図（その１）である。
【図１２】ショベルに搭載された３台のカメラのそれぞれの入力画像と、それら入力画像を用いて生成される出力画像とを示す図（その１）である。
【図１３】２つのカメラのそれぞれの撮像空間の重複部分における物体の消失を防止する画像消失防止処理を説明するための図である。
【図１４】図１２で示される出力画像と、図１２の出力画像に画像消失防止処理を適用することで得られる出力画像との違いを表す対比図である。
【図１５】ショベルに搭載された３台のカメラのそれぞれの入力画像と、それら入力画像を用いて生成される出力画像とを示す図（その２）である。
【図１６】人存否判定手段の判定結果と、出力画像の生成に用いる入力画像との対応関係を示す対応表（その１）である。
【図１７】出力画像の表示例（その２）である。
【図１８】画像生成装置が搭載されるショベルの上面図（その２）である。
【図１９】人存否判定手段の判定結果と、出力画像の生成に用いる入力画像との対応関係を示す対応表（その２）である。
【図２０】出力画像の表示例（その３）である。
【図２１】出力画像の表示例（その４）である。
【図２２】警報制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図２３】警報制御処理中に表示される出力画像の推移の一例を示す図である。
【図２４】周辺監視装置の別の構成例を概略的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【００１０】
図１は、本発明の実施例に係る画像生成装置１００の構成例を概略的に示すブロック図である。
【００１１】
画像生成装置１００は、作業機械の周辺を監視する作業機械用周辺監視装置の１例であり、制御部１、カメラ２、入力部３、記憶部４、表示部５、人検出センサ６、及び警報出力部７で構成される。具体的には、画像生成装置１００は、作業機械に搭載されたカメラ２が撮像した入力画像に基づいて出力画像を生成しその出力画像を操作者に提示する。また、画像生成装置１００は、人検出センサ６の出力に基づいて、提示すべき出力画像の内容を切り換える。
【００１２】
図２は、画像生成装置１００が搭載される作業機械としてのショベル６０の構成例を示す図であり、ショベル６０は、クローラ式の下部走行体６１の上に、旋回機構６２を介して、上部旋回体６３を旋回軸ＰＶの周りで旋回自在に搭載している。
【００１３】
また、上部旋回体６３は、その前方左側部にキャブ（運転室）６４を備え、その前方中央部に掘削アタッチメントＥを備え、その右側面及び後面にカメラ２（右側方カメラ２Ｒ、後方カメラ２Ｂ）及び人検出センサ６（右側方人検出センサ６Ｒ、後方人検出センサ６Ｂ）を備えている。なお、キャブ６４内の操作者が視認し易い位置には表示部５が設置されている。また、キャブ６４内には、右側内壁及び後側内壁に警報出力部７（右側方警報出力部７Ｒ、後方警報出力部７Ｂ）が設置されている。
【００１４】
次に、画像生成装置１００の各構成要素について説明する。
【００１５】
制御部１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＮＶＲＡＭ（Non-Volatile Random Access Memory）等を備えたコンピュータである。本実施例では、制御部１は、例えば、後述する座標対応付け手段１０、画像生成手段１１、人存否判定手段１２、及び警報制御手段１３のそれぞれに対応するプログラムをＲＯＭやＮＶＲＡＭに記憶し、一時記憶領域としてＲＡＭを利用しながら各手段に対応する処理をＣＰＵに実行させる。
【００１６】
カメラ２は、ショベル６０の周囲を映し出す入力画像を取得するための装置である。本実施例では、カメラ２は、例えば、キャブ６４にいる操作者の死角となる領域を撮像できるよう上部旋回体６３の右側面及び後面に取り付けられる右側方カメラ２Ｒ及び後方カメラ２Ｂである（図２参照。）。また、カメラ２は、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の撮像素子を備える。なお、カメラ２は、上部旋回体６３の右側面及び後面以外の位置（例えば、前面及び左側面である。）に取り付けられていてもよく、広い範囲を撮像できるよう広角レンズ又は魚眼レンズが装着されていてもよい。
【００１７】
また、カメラ２は、制御部１からの制御信号に応じて入力画像を取得し、取得した入力画像を制御部１に対して出力する。なお、カメラ２は、魚眼レンズ又は広角レンズを用いて入力画像を取得した場合には、それらレンズを用いることによって生じる見掛け上の歪曲やアオリを補正した補正済みの入力画像を制御部１に対して出力する。また、カメラ２は、その見掛け上の歪曲やアオリを補正していない入力画像をそのまま制御部１に対して出力してもよい。その場合には、制御部１がその見掛け上の歪曲やアオリを補正する。
【００１８】
入力部３は、操作者が画像生成装置１００に対して各種情報を入力できるようにするための装置であり、例えば、タッチパネル、ボタンスイッチ、ポインティングデバイス、キーボード等である。
【００１９】
記憶部４は、各種情報を記憶するための装置であり、例えば、ハードディスク、光学ディスク、又は半導体メモリ等である。
【００２０】
表示部５は、画像情報を表示するための装置であり、例えば、ショベル６０のキャブ６４（図２参照。）内に設置された液晶ディスプレイ又はプロジェクタ等であって、制御部１が出力する各種画像を表示する。
【００２１】
人検出センサ６は、ショベル６０の周囲に存在する人を検出するための装置である。本実施例では、人検出センサ６は、例えば、キャブ６４にいる操作者の死角となる領域に存在する人を検出できるよう上部旋回体６３の右側面及び後面に取り付けられる（図２参照。）。
【００２２】
人検出センサ６は、人以外の物体から人を区別して検出するセンサであり、例えば、対応する監視空間内のエネルギ変化を検出するセンサであって、焦電型赤外線センサ、ボロメータ型赤外線センサ、赤外線カメラ等の出力信号を利用した動体検出センサを含む。本実施例では、人検出センサ６は、焦電型赤外線センサを用いたものであり、動体（移動する熱源）を人として検出する。また、右側方人検出センサ６Ｒの監視空間は、右側方カメラの撮像空間に含まれ、後方人検出センサ６Ｂの監視空間は、後方カメラ２Ｂの撮像空間に含まれる。
【００２３】
なお、人検出センサ６は、カメラ２と同様、上部旋回体６３の右側面及び後面以外の位置（例えば、前面及び左側面である。）に取り付けられてもよく、上部旋回体６３の前面、左側面、右側面、及び後面のうちの何れか１つに取り付けられていてもよく、全ての面に取り付けられていてもよい。
【００２４】
警報出力部７は、ショベル６０の操作者に対する警報を出力する装置である。例えば、警報出力部７は、音及び光の少なくとも一方を出力する警報装置であり、ブザー、スピーカ等の音声出力装置、ＬＥＤ、フラッシュライト等の発光装置を含む。本実施例では、警報出力部７は、警報音を出力するブザーであり、キャブ６４の右側内壁に取り付けられる右側方警報出力部７Ｒ、及び、キャブ６４の後側内壁に取り付けられる後方警報出力部７Ｂで構成される（図２参照。）。
【００２５】
また、画像生成装置１００は、入力画像に基づいて処理対象画像を生成し、その処理対象画像に画像変換処理を施すことによって周囲の物体との位置関係や距離感を直感的に把握できるようにする出力画像を生成した上で、その出力画像を操作者に提示するようにしてもよい。
【００２６】
「処理対象画像」は、入力画像に基づいて生成される、画像変換処理（例えば、スケール変換処理、アフィン変換処理、歪曲変換処理、視点変換処理等である。）の対象となる画像である。具体的には、「処理対象画像」は、例えば、地表を上方から撮像するカメラによる入力画像であってその広い画角により水平方向の画像（例えば、空の部分である。）を含む入力画像から生成される、画像変換処理に適した画像である。より具体的には、その水平方向の画像が不自然に表示されないよう（例えば、空の部分が地表にあるものとして扱われないよう）その入力画像を所定の空間モデルに投影した上で、その空間モデルに投影された投影画像を別の二次元平面に再投影することによって生成される。なお、処理対象画像は、画像変換処理を施すことなくそのまま出力画像として用いられてもよい。
【００２７】
「空間モデル」は、入力画像の投影対象である。具体的には、「空間モデル」は、少なくとも、処理対象画像が位置する平面である処理対象画像平面以外の平面又は曲面を含む、一又は複数の平面若しくは曲面で構成される。処理対象画像が位置する平面である処理対象画像平面以外の平面又は曲面は、例えば、処理対象画像平面に平行な平面、又は、処理対象画像平面との間で角度を形成する平面若しくは曲面である。
【００２８】
なお、画像生成装置１００は、処理対象画像を生成することなく、その空間モデルに投影された投影画像に画像変換処理を施すことによって出力画像を生成するようにしてもよい。また、投影画像は、画像変換処理を施すことなくそのまま出力画像として用いられてもよい。
【００２９】
図３は、入力画像が投影される空間モデルＭＤの一例を示す図であり、図３左図は、ショベル６０を側方から見たときのショベル６０と空間モデルＭＤとの間の関係を示し、図３右図は、ショベル６０を上方から見たときのショベル６０と空間モデルＭＤとの間の関係を示す。
【００３０】
図３で示されるように、空間モデルＭＤは、半円筒形状を有し、その底面内側の平面領域Ｒ１とその側面内側の曲面領域Ｒ２とを有する。
【００３１】
また、図４は、空間モデルＭＤと処理対象画像平面との間の関係の一例を示す図であり、処理対象画像平面Ｒ３は、例えば、空間モデルＭＤの平面領域Ｒ１を含む平面である。なお、図４は、明確化のために、空間モデルＭＤを、図３で示すような半円筒形状ではなく、円筒形状で示しているが、空間モデルＭＤは、半円筒形状及び円筒形状の何れであってもよい。以降の図においても同様である。また、処理対象画像平面Ｒ３は、上述のように、空間モデルＭＤの平面領域Ｒ１を含む円形領域であってもよく、空間モデルＭＤの平面領域Ｒ１を含まない環状領域であってもよい。
【００３２】
次に、制御部１が有する各種手段について説明する。
【００３３】
座標対応付け手段１０は、カメラ２が撮像した入力画像が位置する入力画像平面上の座標と、空間モデルＭＤ上の座標と、処理対象画像平面Ｒ３上の座標とを対応付けるための手段である。本実施例では、座標対応付け手段１０は、例えば、予め設定された、或いは、入力部３を介して入力されるカメラ２に関する各種パラメータと、予め決定された、入力画像平面、空間モデルＭＤ、及び処理対象画像平面Ｒ３の相互の位置関係とに基づいて、入力画像平面上の座標と、空間モデルＭＤ上の座標と、処理対象画像平面Ｒ３上の座標とを対応付ける。なお、カメラ２に関する各種パラメータは、例えば、カメラ２の光学中心、焦点距離、ＣＣＤサイズ、光軸方向ベクトル、カメラ水平方向ベクトル、射影方式等である。そして、座標対応付け手段１０は、それらの対応関係を記憶部４の入力画像・空間モデル対応マップ４０及び空間モデル・処理対象画像対応マップ４１に記憶する。
【００３４】
なお、座標対応付け手段１０は、処理対象画像を生成しない場合には、空間モデルＭＤ上の座標と処理対象画像平面Ｒ３上の座標との対応付け、及び、その対応関係の空間モデル・処理対象画像対応マップ４１への記憶を省略する。
【００３５】
画像生成手段１１は、出力画像を生成するための手段である。本実施例では、画像生成手段１１は、例えば、処理対象画像にスケール変換、アフィン変換、又は歪曲変換を施すことによって、処理対象画像平面Ｒ３上の座標と出力画像が位置する出力画像平面上の座標とを対応付ける。そして、画像生成手段１１は、その対応関係を記憶部４の処理対象画像・出力画像対応マップ４２に記憶する。そして、画像生成手段１１は、入力画像・空間モデル対応マップ４０及び空間モデル・処理対象画像対応マップ４１を参照しながら、出力画像における各画素の値と入力画像における各画素の値とを関連付けて出力画像を生成する。各画素の値は、例えば、輝度値、色相値、彩度値等である。
【００３６】
また、画像生成手段１１は、予め設定された、或いは、入力部３を介して入力される仮想カメラに関する各種パラメータに基づいて、処理対象画像平面Ｒ３上の座標と出力画像が位置する出力画像平面上の座標とを対応付ける。なお、仮想カメラに関する各種パラメータは、例えば、仮想カメラの光学中心、焦点距離、ＣＣＤサイズ、光軸方向ベクトル、カメラ水平方向ベクトル、射影方式等である。そして、画像生成手段１１は、その対応関係を記憶部４の処理対象画像・出力画像対応マップ４２に記憶する。そして、画像生成手段１１は、入力画像・空間モデル対応マップ４０及び空間モデル・処理対象画像対応マップ４１を参照しながら、出力画像における各画素の値と入力画像における各画素の値とを関連付けて出力画像を生成する。
【００３７】
なお、画像生成手段１１は、仮想カメラの概念を用いることなく、処理対象画像のスケールを変更して出力画像を生成するようにしてもよい。
【００３８】
また、画像生成手段１１は、処理対象画像を生成しない場合には、施した画像変換処理に応じて空間モデルＭＤ上の座標と出力画像平面上の座標とを対応付ける。そして、画像生成手段１１は、入力画像・空間モデル対応マップ４０を参照しながら、出力画像における各画素の値と入力画像における各画素の値とを関連付けて出力画像を生成する。この場合、画像生成手段１１は、処理対象画像平面Ｒ３上の座標と出力画像平面上の座標との対応付け、及び、その対応関係の処理対象画像・出力画像対応マップ４２への記憶を省略する。
【００３９】
また、画像生成手段１１は、人存否判定手段１２の判定結果に基づいて出力画像の内容を切り換える。具体的には、画像生成手段１１は、例えば、人存否判定手段１２の判定結果に基づいて出力画像の生成に用いる入力画像を切り換える。なお、出力画像の生成に用いる入力画像の切り換え、及び、切り換えた入力画像に基づいて生成される出力画像についてはその詳細を後述する。
【００４０】
人存否判定手段１２は、作業機械の周囲に設定される複数の監視空間のそれぞれにおける人の存否を判定する手段である。本実施例では、人存否判定手段１２は、人検出センサ６の出力に基づいてショベル６０の周囲の人の存否を判定する。
【００４１】
また、人存否判定手段１２は、カメラ２が撮像した入力画像に基づいて作業機械の周囲に設定される複数の監視空間のそれぞれにおける人の存否を判定してもよい。具体的には、人存否判定手段１２は、オプティカルフロー、パターンマッチング等の画像処理技術を用いて作業機械の周囲の人の存否を判定してもよい。なお、人存否判定手段１２は、カメラ２とは別の画像センサの出力に基づいて作業機械の周囲の人の存否を判定してもよい。
【００４２】
或いは、人存否判定手段１２は、人検出センサ６の出力とカメラ２等の画像センサの出力とに基づいて作業機械の周囲に設定される複数の監視空間のそれぞれにおける人の存否を判定してもよい。
【００４３】
警報制御手段１３は、警報出力部７を制御する手段である。本実施例では、警報制御手段１３は、人存否判定手段１２の判定結果に基づいて警報出力部７を制御する。なお、警報制御手段１３による警報出力部７の制御についてはその詳細を後述する。
【００４４】
次に、座標対応付け手段１０及び画像生成手段１１による具体的な処理の一例について説明する。
【００４５】
座標対応付け手段１０は、例えば、ハミルトンの四元数を用いて、入力画像平面上の座標と空間モデル上の座標とを対応付けることができる。
【００４６】
図５は、入力画像平面上の座標と空間モデル上の座標との対応付けを説明するための図である。カメラ２の入力画像平面は、カメラ２の光学中心Ｃを原点とするＵＶＷ直交座標系における一平面として表される。空間モデルは、ＸＹＺ直交座標系における立体面として表される。
【００４７】
最初に、座標対応付け手段１０は、ＸＹＺ座標系の原点を光学中心Ｃ（ＵＶＷ座標系の原点）に並行移動させた上で、Ｘ軸をＵ軸に、Ｙ軸をＶ軸に、Ｚ軸を−Ｗ軸にそれぞれ一致させるようＸＹＺ座標系を回転させる。空間モデル上の座標（ＸＹＺ座標系上の座標）を入力画像平面上の座標（ＵＶＷ座標系上の座標）に変換するためである。なお、「−Ｗ軸」の符号「−」は、Ｚ軸の方向と−Ｗ軸の方向が逆であることを意味する。これは、ＵＶＷ座標系がカメラ前方を＋Ｗ方向とし、ＸＹＺ座標系が鉛直下方を−Ｚ方向としていることに起因する。
【００４８】
なお、カメラ２が複数存在する場合、カメラ２のそれぞれが個別のＵＶＷ座標系を有するので、座標対応付け手段１０は、複数のＵＶＷ座標系のそれぞれに対して、ＸＹＺ座標系を並行移動させ且つ回転させる。
【００４９】
上述の変換は、カメラ２の光学中心ＣがＸＹＺ座標系の原点となるようにＸＹＺ座標系を並行移動させた後に、Ｚ軸が−Ｗ軸に一致するよう回転させ、更に、Ｘ軸がＵ軸に一致するよう回転させることによって実現される。そのため、座標対応付け手段１０は、この変換をハミルトンの四元数で記述することにより、それら二回の回転を一回の回転演算に纏めることができる。
【００５０】
ところで、あるベクトルＡを別のベクトルＢに一致させるための回転は、ベクトルＡとベクトルＢとが張る面の法線を軸としてベクトルＡとベクトルＢとが形成する角度だけ回転させる処理に相当する。そして、その角度をθとすると、ベクトルＡとベクトルＢとの内積から、角度θは、
【００５１】
【数１】
2020188474.tif 000003
で表される。
【００５２】
また、ベクトルＡとベクトルＢとが張る面の法線の単位ベクトルＮは、ベクトルＡとベクトルＢとの外積から
【００５３】
【数２】
2020188474.tif 000004
で表されることとなる。
【００５４】
なお、四元数は、ｉ、ｊ、ｋをそれぞれ虚数単位とした場合、
【００５５】
【数３】
2020188474.tif 000005
を満たす超複素数であり、本実施例において、四元数Ｑは、実成分をｔ、純虚成分をａ、ｂ、ｃとして、
【００５６】
【数４】
2020188474.tif 000006
で表され、四元数Ｑの共役四元数は、
【００５７】
【数５】
2020188474.tif 000007
で表される。
【００５８】
四元数Ｑは、実成分ｔを０（ゼロ）としながら、純虚成分ａ、ｂ、ｃで三次元ベクトル（ａ，ｂ，ｃ）を表現することができ、また、ｔ、ａ、ｂ、ｃの各成分により任意のベクトルを軸とした回転動作を表現することもできる。
【００５９】
更に、四元数Ｑは、連続する複数回の回転動作を統合して一回の回転動作として表現することができる。具体的には、四元数Ｑは、例えば、任意の点Ｓ（ｓｘ，ｓｙ，ｓｚ）を、任意の単位ベクトルＣ（ｌ，ｍ，ｎ）を軸としながら角度θだけ回転させたときの点Ｄ（ｅｘ，ｅｙ，ｅｚ）を以下のように表現することができる。
【００６０】
【数６】
2020188474.tif 000008
ここで、本実施例において、Ｚ軸を−Ｗ軸に一致させる回転を表す四元数をＱｚとすると、ＸＹＺ座標系におけるＸ軸上の点Ｘは、点Ｘ'に移動させられるので、点Ｘ'は、
【００６１】
【数７】
2020188474.tif 000009
で表される。
【００６２】
また、本実施例において、Ｘ軸上にある点Ｘ'と原点とを結ぶ線をＵ軸に一致させる回転を表す四元数をＱｘとすると、「Ｚ軸を−Ｗ軸に一致させ、更に、Ｘ軸をＵ軸に一致させる回転」を表す四元数Ｒは、
【００６３】
【数８】
2020188474.tif 000010
で表される。
【００６４】
以上により、空間モデル（ＸＹＺ座標系）上の任意の座標Ｐを入力画像平面（ＵＶＷ座標系）上の座標で表現したときの座標Ｐ'は、
【００６５】
【数９】
2020188474.tif 000011
で表される。また、四元数Ｒがカメラ２のそれぞれで不変であることから、座標対応付け手段１０は、以後、この演算を実行するだけで空間モデル（ＸＹＺ座標系）上の座標を入力画像平面（ＵＶＷ座標系）上の座標に変換することができる。
【００６６】
空間モデル（ＸＹＺ座標系）上の座標を入力画像平面（ＵＶＷ座標系）上の座標に変換した後、座標対応付け手段１０は、線分ＣＰ'と、カメラ２の光軸Ｇとが形成する入射角αを算出する。なお、線分ＣＰ'は、カメラ２の光学中心Ｃ（ＵＶＷ座標系上の座標）と空間モデル上の任意の座標ＰをＵＶＷ座標系で表した座標Ｐ'とを結ぶ線分である。
【００６７】
また、座標対応付け手段１０は、カメラ２の入力画像平面Ｒ４（例えば、ＣＣＤ面）に平行で且つ座標Ｐ'を含む平面Ｈにおける偏角φ、及び線分ＥＰ'の長さを算出する。なお、線分ＥＰ'は、平面Ｈと光軸Ｇとの交点Ｅと、座標Ｐ'とを結ぶ線分であり、偏角φは、平面ＨにおけるＵ'軸と線分ＥＰ'とが形成する角度である。
【００６８】
カメラの光学系は、通常、像高さｈが入射角α及び焦点距離ｆの関数となっている。そのため、座標対応付け手段１０は、通常射影（ｈ＝ｆｔａｎα）、正射影（ｈ＝ｆｓｉｎα）、立体射影（ｈ＝２ｆｔａｎ（α／２））、等立体角射影（ｈ＝２ｆｓｉｎ（α／２））、等距離射影（ｈ＝ｆα）等の適切な射影方式を選択して像高さｈを算出する。
【００６９】
その後、座標対応付け手段１０は、算出した像高さｈを偏角φによりＵＶ座標系上のＵ成分及びＶ成分に分解し、入力画像平面Ｒ４の一画素当たりの画素サイズに相当する数値で除算する。これにより、座標対応付け手段１０は、空間モデルＭＤ上の座標Ｐ（Ｐ'）と入力画像平面Ｒ４上の座標とを対応付けることができる。
【００７０】
なお、入力画像平面Ｒ４のＵ軸方向における一画素当たりの画素サイズをａＵとし、入力画像平面Ｒ４のＶ軸方向における一画素当たりの画素サイズをａＶとすると、空間モデルＭＤ上の座標Ｐ（Ｐ'）に対応する入力画像平面Ｒ４上の座標（ｕ，ｖ）は、
【００７１】
【数１０】
2020188474.tif 000012
【００７２】
【数１１】
2020188474.tif 000013
で表される。
【００７３】
このようにして、座標対応付け手段１０は、空間モデルＭＤ上の座標と、カメラ毎に存在する一又は複数の入力画像平面Ｒ４上の座標とを対応付け、空間モデルＭＤ上の座標、カメラ識別子、及び入力画像平面Ｒ４上の座標を関連付けて入力画像・空間モデル対応マップ４０に記憶する。
【００７４】
また、座標対応付け手段１０は、四元数を用いて座標の変換を演算するので、オイラー角を用いて座標の変換を演算する場合と異なり、ジンバルロックを発生させることがないという利点を有する。しかしながら、座標対応付け手段１０は、四元数を用いて座標の変換を演算するものに限定されることはなく、オイラー角を用いて座標の変換を演算するようにしてもよい。
【００７５】
なお、複数の入力画像平面Ｒ４上の座標への対応付けが可能な場合、座標対応付け手段１０は、空間モデルＭＤ上の座標Ｐ（Ｐ'）を、その入射角αが最も小さいカメラに関する入力画像平面Ｒ４上の座標に対応付けるようにしてもよく、操作者が選択した入力画像平面Ｒ４上の座標に対応付けるようにしてもよい。
【００７６】
次に、空間モデルＭＤ上の座標のうち、曲面領域Ｒ２上の座標（Ｚ軸方向の成分を持つ座標）を、ＸＹ平面上にある処理対象画像平面Ｒ３に再投影する処理について説明する。
【００７７】
図６は、座標対応付け手段１０による座標間の対応付けを説明するための図である。Ｆ６Ａは、一例として通常射影（ｈ＝ｆｔａｎα）を採用するカメラ２の入力画像平面Ｒ４上の座標と空間モデルＭＤ上の座標との間の対応関係を示す図である。座標対応付け手段１０は、カメラ２の入力画像平面Ｒ４上の座標とその座標に対応する空間モデルＭＤ上の座標とを結ぶ線分のそれぞれがカメラ２の光学中心Ｃを通過するようにして、両座標を対応付ける。
【００７８】
Ｆ６Ａの例では、座標対応付け手段１０は、カメラ２の入力画像平面Ｒ４上の座標Ｋ１を空間モデルＭＤの平面領域Ｒ１上の座標Ｌ１に対応付け、カメラ２の入力画像平面Ｒ４上の座標Ｋ２を空間モデルＭＤの曲面領域Ｒ２上の座標Ｌ２に対応付ける。このとき、線分Ｋ１−Ｌ１及び線分Ｋ２−Ｌ２は共にカメラ２の光学中心Ｃを通過する。
【００７９】
なお、カメラ２が通常射影以外の射影方式（例えば、正射影、立体射影、等立体角射影、等距離射影等である。）を採用する場合、座標対応付け手段１０は、それぞれの射影方式に応じて、カメラ２の入力画像平面Ｒ４上の座標Ｋ１、Ｋ２を空間モデルＭＤ上の座標Ｌ１、Ｌ２に対応付ける。
【００８０】
具体的には、座標対応付け手段１０は、所定の関数（例えば、正射影（ｈ＝ｆｓｉｎα）、立体射影（ｈ＝２ｆｔａｎ（α／２））、等立体角射影（ｈ＝２ｆｓｉｎ（α／２））、等距離射影（ｈ＝ｆα）等である。）に基づいて、入力画像平面上の座標と空間モデルＭＤ上の座標とを対応付ける。この場合、線分Ｋ１−Ｌ１及び線分Ｋ２−Ｌ２がカメラ２の光学中心Ｃを通過することはない。
【００８１】
Ｆ６Ｂは、空間モデルＭＤの曲面領域Ｒ２上の座標と処理対象画像平面Ｒ３上の座標との間の対応関係を示す図である。座標対応付け手段１０は、ＸＺ平面上に位置する平行線群ＰＬであって、処理対象画像平面Ｒ３との間で角度βを形成する平行線群ＰＬを導入する。そして、座標対応付け手段１０は、空間モデルＭＤの曲面領域Ｒ２上の座標とその座標に対応する処理対象画像平面Ｒ３上の座標とが共に平行線群ＰＬのうちの一つに乗るようにして、両座標を対応付ける。
【００８２】
Ｆ６Ｂの例では、座標対応付け手段１０は、空間モデルＭＤの曲面領域Ｒ２上の座標Ｌ２と処理対象画像平面Ｒ３上の座標Ｍ２とが共通の平行線に乗るとして、両座標を対応付ける。
【００８３】
なお、座標対応付け手段１０は、空間モデルＭＤの平面領域Ｒ１上の座標を曲面領域Ｒ２上の座標と同様に平行線群ＰＬを用いて処理対象画像平面Ｒ３上の座標に対応付けることも可能である。しかしながら、Ｆ６Ｂの例では、平面領域Ｒ１と処理対象画像平面Ｒ３とが共通の平面となっている。そのため、空間モデルＭＤの平面領域Ｒ１上の座標Ｌ１と処理対象画像平面Ｒ３上の座標Ｍ１とは同じ座標値を有する。
【００８４】
このようにして、座標対応付け手段１０は、空間モデルＭＤ上の座標と、処理対象画像平面Ｒ３上の座標とを対応付け、空間モデルＭＤ上の座標及び処理対象画像平面Ｒ３上の座標を関連付けて空間モデル・処理対象画像対応マップ４１に記憶する。
【００８５】
Ｆ６Ｃは、処理対象画像平面Ｒ３上の座標と、一例として通常射影（ｈ＝ｆｔａｎα）を採用する仮想カメラ２Ｖの出力画像平面Ｒ５上の座標との間の対応関係を示す図である。画像生成手段１１は、仮想カメラ２Ｖの出力画像平面Ｒ５上の座標とその座標に対応する処理対象画像平面Ｒ３上の座標とを結ぶ線分のそれぞれが仮想カメラ２Ｖの光学中心ＣＶを通過するようにして、両座標を対応付ける。
【００８６】
Ｆ６Ｃの例では、画像生成手段１１は、仮想カメラ２Ｖの出力画像平面Ｒ５上の座標Ｎ１を処理対象画像平面Ｒ３（空間モデルＭＤの平面領域Ｒ１）上の座標Ｍ１に対応付け、仮想カメラ２Ｖの出力画像平面Ｒ５上の座標Ｎ２を処理対象画像平面Ｒ３上の座標Ｍ２に対応付ける。このとき、線分Ｍ１−Ｎ１及び線分Ｍ２−Ｎ２は共に仮想カメラ２Ｖの光学中心ＣＶを通過する。
【００８７】
なお、仮想カメラ２Ｖが通常射影以外の射影方式（例えば、正射影、立体射影、等立体角射影、等距離射影等である。）を採用する場合、画像生成手段１１は、それぞれの射影方式に応じて、仮想カメラ２Ｖの出力画像平面Ｒ５上の座標Ｎ１、Ｎ２を処理対象画像平面Ｒ３上の座標Ｍ１、Ｍ２に対応付ける。
【００８８】
具体的には、画像生成手段１１は、所定の関数（例えば、正射影（ｈ＝ｆｓｉｎα）、立体射影（ｈ＝２ｆｔａｎ（α／２））、等立体角射影（ｈ＝２ｆｓｉｎ（α／２））、等距離射影（ｈ＝ｆα）等である。）に基づいて、出力画像平面Ｒ５上の座標と処理対象画像平面Ｒ３上の座標とを対応付ける。この場合、線分Ｍ１−Ｎ１及び線分Ｍ２−Ｎ２が仮想カメラ２Ｖの光学中心ＣＶを通過することはない。
【００８９】
このようにして、画像生成手段１１は、出力画像平面Ｒ５上の座標と、処理対象画像平面Ｒ３上の座標とを対応付け、出力画像平面Ｒ５上の座標及び処理対象画像平面Ｒ３上の座標を関連付けて処理対象画像・出力画像対応マップ４２に記憶する。そして、画像生成手段１１は、入力画像・空間モデル対応マップ４０及び空間モデル・処理対象画像対応マップ４１を参照しながら、出力画像における各画素の値と入力画像における各画素の値とを関連付けて出力画像を生成する。
【００９０】
なお、Ｆ６Ｄは、Ｆ６Ａ〜Ｆ６Ｃを組み合わせた図であり、カメラ２、仮想カメラ２Ｖ、空間モデルＭＤの平面領域Ｒ１及び曲面領域Ｒ２、並びに、処理対象画像平面Ｒ３の相互の位置関係を示す。
【００９１】
次に、図７を参照しながら、空間モデルＭＤ上の座標と処理対象画像平面Ｒ３上の座標とを対応付けるために座標対応付け手段１０が導入する平行線群ＰＬの作用について説明する。
【００９２】
図７左図は、ＸＺ平面上に位置する平行線群ＰＬと処理対象画像平面Ｒ３との間で角度βが形成される場合の図である。一方、図７右図は、ＸＺ平面上に位置する平行線群ＰＬと処理対象画像平面Ｒ３との間で角度β１（β１＞β）が形成される場合の図である。また、図７左図及び図７右図における空間モデルＭＤの曲面領域Ｒ２上の座標Ｌａ〜Ｌｄのそれぞれは、処理対象画像平面Ｒ３上の座標Ｍａ〜Ｍｄのそれぞれに対応する。また、図７左図における座標Ｌａ〜Ｌｄのそれぞれの間隔は、図７右図における座標Ｌａ〜Ｌｄのそれぞれの間隔と等しい。なお、平行線群ＰＬは、説明目的のためにＸＺ平面上に存在するものとしているが、実際には、Ｚ軸上の全ての点から処理対象画像平面Ｒ３に向かって放射状に延びるように存在する。なお、この場合のＺ軸を「再投影軸」と称する。
【００９３】
図７左図及び図７右図で示されるように、処理対象画像平面Ｒ３上の座標Ｍａ〜Ｍｄのそれぞれの間隔は、平行線群ＰＬと処理対象画像平面Ｒ３との間の角度が増大するにつれて線形的に減少する。すなわち、空間モデルＭＤの曲面領域Ｒ２と座標Ｍａ〜Ｍｄのそれぞれとの間の距離とは関係なく一様に減少する。一方で、空間モデルＭＤの平面領域Ｒ１上の座標群は、図７の例では、処理対象画像平面Ｒ３上の座標群への変換が行われないので、座標群の間隔が変化することはない。
【００９４】
これら座標群の間隔の変化は、出力画像平面Ｒ５（図６参照。）上の画像部分のうち、空間モデルＭＤの曲面領域Ｒ２に投影された画像に対応する画像部分のみが線形的に拡大或いは縮小されることを意味する。
【００９５】
次に、図８を参照しながら、空間モデルＭＤ上の座標と処理対象画像平面Ｒ３上の座標とを対応付けるために座標対応付け手段１０が導入する平行線群ＰＬの代替例について説明する。
【００９６】
図８左図は、ＸＺ平面上に位置する補助線群ＡＬの全てがＺ軸上の始点Ｔ１から処理対象画像平面Ｒ３に向かって延びる場合の図である。一方、図８右図は、補助線群ＡＬの全てがＺ軸上の始点Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１）から処理対象画像平面Ｒ３に向かって延びる場合の図である。また、図８左図及び図８右図における空間モデルＭＤの曲面領域Ｒ２上の座標Ｌａ〜Ｌｄのそれぞれは、処理対象画像平面Ｒ３上の座標Ｍａ〜Ｍｄのそれぞれに対応する。なお、図８左図の例では、座標Ｍｃ、Ｍｄは、処理対象画像平面Ｒ３の領域外となるため図示されていない。また、図８左図における座標Ｌａ〜Ｌｄのそれぞれの間隔は、図８右図における座標Ｌａ〜Ｌｄのそれぞれの間隔と等しい。なお、補助線群ＡＬは、説明目的のためにＸＺ平面上に存在するものとしているが、実際には、Ｚ軸上の任意の一点から処理対象画像平面Ｒ３に向かって放射状に延びるように存在する。なお、図７と同様、この場合のＺ軸を「再投影軸」と称する。
【００９７】
図８左図及び図８右図で示されるように、処理対象画像平面Ｒ３上の座標Ｍａ〜Ｍｄのそれぞれの間隔は、補助線群ＡＬの始点と原点Ｏとの間の距離（高さ）が増大するにつれて非線形的に減少する。すなわち、空間モデルＭＤの曲面領域Ｒ２と座標Ｍａ〜Ｍｄのそれぞれとの間の距離が大きいほど、それぞれの間隔の減少幅が大きくなる。一方で、空間モデルＭＤの平面領域Ｒ１上の座標群は、図８の例では、処理対象画像平面Ｒ３上の座標群への変換が行われないので、座標群の間隔が変化することはない。
【００９８】
これら座標群の間隔の変化は、平行線群ＰＬのときと同様、出力画像平面Ｒ５（図６参照。）上の画像部分のうち、空間モデルＭＤの曲面領域Ｒ２に投影された画像に対応する画像部分のみが非線形的に拡大或いは縮小されることを意味する。
【００９９】
このようにして、画像生成装置１００は、空間モデルＭＤの平面領域Ｒ１に投影された画像に対応する出力画像の画像部分（例えば、路面画像である。）に影響を与えることなく、空間モデルＭＤの曲面領域Ｒ２に投影された画像に対応する出力画像の画像部分（例えば、水平画像である。）を線形的に或いは非線形的に拡大或いは縮小させることができる。そのため、画像生成装置１００は、ショベル６０の近傍の路面画像（ショベル６０を真上から見たときの仮想画像）に影響を与えることなく、ショベル６０の周囲に位置する物体（ショベル６０から水平方向に周囲を見たときの画像における物体）を迅速且つ柔軟に拡大或いは縮小させることができ、ショベル６０の死角領域の視認性を向上させることができる。
【０１００】
次に、図９を参照しながら、画像生成装置１００が処理対象画像を生成する処理（以下、「処理対象画像生成処理」とする。）、及び、生成した処理対象画像を用いて出力画像を生成する処理（以下、「出力画像生成処理」とする。）について説明する。なお、図９は、処理対象画像生成処理（ステップＳ１〜ステップＳ３）及び出力画像生成処理（ステップＳ４〜ステップＳ６）の流れを示すフローチャートである。また、カメラ２（入力画像平面Ｒ４）、空間モデル（平面領域Ｒ１及び曲面領域Ｒ２）、並びに、処理対象画像平面Ｒ３の配置は予め決定されている。
【０１０１】
最初に、制御部１は、座標対応付け手段１０により、処理対象画像平面Ｒ３上の座標と空間モデルＭＤ上の座標とを対応付ける（ステップＳ１）。
【０１０２】
具体的には、座標対応付け手段１０は、平行線群ＰＬと処理対象画像平面Ｒ３との間に形成される角度を取得する。そして、座標対応付け手段１０は、処理対象画像平面Ｒ３上の一座標から延びる平行線群ＰＬの一つが空間モデルＭＤの曲面領域Ｒ２と交差する点を算出する。そして、座標対応付け手段１０は、算出した点に対応する曲面領域Ｒ２上の座標を、処理対象画像平面Ｒ３上のその一座標に対応する曲面領域Ｒ２上の一座標として導き出し、その対応関係を空間モデル・処理対象画像対応マップ４１に記憶する。なお、平行線群ＰＬと処理対象画像平面Ｒ３との間に形成される角度は、記憶部４等に予め記憶された値であってもよく、入力部３を介して操作者が動的に入力する値であってもよい。
【０１０３】
また、座標対応付け手段１０は、処理対象画像平面Ｒ３上の一座標が空間モデルＭＤの平面領域Ｒ１上の一座標と一致する場合には、平面領域Ｒ１上のその一座標を、処理対象画像平面Ｒ３上のその一座標に対応する一座標として導き出し、その対応関係を空間モデル・処理対象画像対応マップ４１に記憶する。
【０１０４】
その後、制御部１は、座標対応付け手段１０により、上述の処理によって導き出された空間モデルＭＤ上の一座標と入力画像平面Ｒ４上の座標とを対応付ける（ステップＳ２）。
【０１０５】
具体的には、座標対応付け手段１０は、通常射影（ｈ＝ｆｔａｎα）を採用するカメラ２の光学中心Ｃの座標を取得する。そして、座標対応付け手段１０は、空間モデルＭＤ上の一座標から延びる線分であり、光学中心Ｃを通過する線分が入力画像平面Ｒ４と交差する点を算出する。そして、座標対応付け手段１０は、算出した点に対応する入力画像平面Ｒ４上の座標を、空間モデルＭＤ上のその一座標に対応する入力画像平面Ｒ４上の一座標として導き出し、その対応関係を入力画像・空間モデル対応マップ４０に記憶する。
【０１０６】
その後、制御部１は、処理対象画像平面Ｒ３上の全ての座標を空間モデルＭＤ上の座標及び入力画像平面Ｒ４上の座標に対応付けたか否かを判定する（ステップＳ３）。そして、制御部１は、未だ全ての座標を対応付けていないと判定した場合には（ステップＳ３のＮＯ）、ステップＳ１及びステップＳ２の処理を繰り返す。
【０１０７】
一方、制御部１は、全ての座標を対応付けたと判定した場合には（ステップＳ３のＹＥＳ）、処理対象画像生成処理を終了させた上で出力画像生成処理を開始させる。そして、制御部１は、画像生成手段１１により、処理対象画像平面Ｒ３上の座標と出力画像平面Ｒ５上の座標とを対応付ける（ステップＳ４）。
【０１０８】
具体的には、画像生成手段１１は、処理対象画像にスケール変換、アフィン変換、又は歪曲変換を施すことによって出力画像を生成する。そして、画像生成手段１１は、施したスケール変換、アフィン変換、又は歪曲変換の内容によって定まる、処理対象画像平面Ｒ３上の座標と出力画像平面Ｒ５上の座標との間の対応関係を処理対象画像・出力画像対応マップ４２に記憶する。
【０１０９】
或いは、画像生成手段１１は、仮想カメラ２Ｖを用いて出力画像を生成する場合には、採用した射影方式に応じて処理対象画像平面Ｒ３上の座標から出力画像平面Ｒ５上の座標を算出し、その対応関係を処理対象画像・出力画像対応マップ４２に記憶するようにしてもよい。
【０１１０】
或いは、画像生成手段１１は、通常射影（ｈ＝ｆｔａｎα）を採用する仮想カメラ２Ｖを用いて出力画像を生成する場合には、その仮想カメラ２Ｖの光学中心ＣＶの座標を取得する。そして、画像生成手段１１は、出力画像平面Ｒ５上の一座標から延びる線分であり、光学中心ＣＶを通過する線分が処理対象画像平面Ｒ３と交差する点を算出する。そして、画像生成手段１１は、算出した点に対応する処理対象画像平面Ｒ３上の座標を、出力画像平面Ｒ５上のその一座標に対応する処理対象画像平面Ｒ３上の一座標として導き出す。このようにして、画像生成手段１１は、その対応関係を処理対象画像・出力画像対応マップ４２に記憶するようにしてもよい。
【０１１１】
その後、制御部１の画像生成手段１１は、入力画像・空間モデル対応マップ４０、空間モデル・処理対象画像対応マップ４１、及び処理対象画像・出力画像対応マップ４２を参照する。そして、画像生成手段１１は、入力画像平面Ｒ４上の座標と空間モデルＭＤ上の座標との対応関係、空間モデルＭＤ上の座標と処理対象画像平面Ｒ３上の座標との対応関係、及び処理対象画像平面Ｒ３上の座標と出力画像平面Ｒ５上の座標との対応関係を辿る。そして、画像生成手段１１は、出力画像平面Ｒ５上の各座標に対応する入力画像平面Ｒ４上の座標が有する値（例えば、輝度値、色相値、彩度値等である。）を取得し、その取得した値を、対応する出力画像平面Ｒ５上の各座標の値として採用する（ステップＳ５）。なお、出力画像平面Ｒ５上の一座標に対して複数の入力画像平面Ｒ４上の複数の座標が対応する場合、画像生成手段１１は、それら複数の入力画像平面Ｒ４上の複数の座標のそれぞれの値に基づく統計値を導き出し、出力画像平面Ｒ５上のその一座標の値としてその統計値を採用してもよい。統計値は、例えば、平均値、最大値、最小値、中間値等である。
【０１１２】
その後、制御部１は、出力画像平面Ｒ５上の全ての座標の値を入力画像平面Ｒ４上の座標の値に対応付けたか否かを判定する（ステップＳ６）。そして、制御部１は、未だ全ての座標の値を対応付けていないと判定した場合には（ステップＳ６のＮＯ）、ステップＳ４及びステップＳ５の処理を繰り返す。
【０１１３】
一方、制御部１は、全ての座標の値を対応付けたと判定した場合には（ステップＳ６のＹＥＳ）、出力画像を生成して、この一連の処理を終了させる。
【０１１４】
なお、画像生成装置１００は、処理対象画像を生成しない場合には、処理対象画像生成処理を省略する。この場合、出力画像生成処理におけるステップＳ４の"処理対象画像平面上の座標"は、"空間モデル上の座標"で読み替えられる。
【０１１５】
以上の構成により、画像生成装置１００は、ショベル６０の周囲の物体とショベル６０との位置関係を操作者に直感的に把握させることが可能な処理対象画像及び出力画像を生成することができる。
【０１１６】
また、画像生成装置１００は、処理対象画像平面Ｒ３から空間モデルＭＤを経て入力画像平面Ｒ４に遡るように座標の対応付けを実行する。これにより、画像生成装置１００は、処理対象画像平面Ｒ３上の各座標を入力画像平面Ｒ４上の一又は複数の座標に確実に対応させることができる。そのため、画像生成装置１００は、入力画像平面Ｒ４から空間モデルＭＤを経て処理対象画像平面Ｒ３に至る順番で座標の対応付けを実行する場合と比べ、より良質な処理対象画像を迅速に生成することができる。入力画像平面Ｒ４から空間モデルＭＤを経て処理対象画像平面Ｒ３に至る順番で座標の対応付けを実行する場合には、入力画像平面Ｒ４上の各座標を処理対象画像平面Ｒ３上の一又は複数の座標に確実に対応させることができる。しかしながら、処理対象画像平面Ｒ３上の座標の一部が、入力画像平面Ｒ４上の何れの座標にも対応付けられない場合があり、その場合にはそれら処理対象画像平面Ｒ３上の座標の一部に補間処理等を施す必要がある。
【０１１７】
また、画像生成装置１００は、空間モデルＭＤの曲面領域Ｒ２に対応する画像のみを拡大或いは縮小する場合には、平行線群ＰＬと処理対象画像平面Ｒ３との間に形成される角度を変更して空間モデル・処理対象画像対応マップ４１における曲面領域Ｒ２に関連する部分のみを書き換えるだけで、入力画像・空間モデル対応マップ４０の内容を書き換えることなく、所望の拡大或いは縮小を実現させることができる。
【０１１８】
また、画像生成装置１００は、出力画像の見え方を変更する場合には、スケール変換、アフィン変換又は歪曲変換に関する各種パラメータの値を変更して処理対象画像・出力画像対応マップ４２を書き換えるだけで、入力画像・空間モデル対応マップ４０及び空間モデル・処理対象画像対応マップ４１の内容を書き換えることなく、所望の出力画像（スケール変換画像、アフィン変換画像又は歪曲変換画像）を生成することができる。
【０１１９】
同様に、画像生成装置１００は、出力画像の視点を変更する場合には、仮想カメラ２Ｖの各種パラメータの値を変更して処理対象画像・出力画像対応マップ４２を書き換えるだけで、入力画像・空間モデル対応マップ４０及び空間モデル・処理対象画像対応マップ４１の内容を書き換えることなく、所望の視点から見た出力画像（視点変換画像）を生成することができる。
【０１２０】
図１０は、ショベル６０に搭載された二台のカメラ２（右側方カメラ２Ｒ及び後方カメラ２Ｂ）の入力画像を用いて生成される出力画像を表示部５に表示させたときの表示例である。
【０１２１】
画像生成装置１００は、それら二台のカメラ２のそれぞれの入力画像を空間モデルＭＤの平面領域Ｒ１及び曲面領域Ｒ２上に投影した上で処理対象画像平面Ｒ３に再投影して処理対象画像を生成する。そして、画像生成装置１００は、その生成した処理対象画像に画像変換処理（例えば、スケール変換、アフィン変換、歪曲変換、視点変換処理等である。）を施すことによって出力画像を生成する。このようにして、画像生成装置１００は、ショベル６０の近傍を上空から見下ろした画像（平面領域Ｒ１における画像）と、ショベル６０から水平方向に周囲を見た画像（処理対象画像平面Ｒ３における画像）とを同時に表示する出力画像を生成する。以下では、このような出力画像を周辺監視用仮想視点画像と称する。
【０１２２】
なお、周辺監視用仮想視点画像は、画像生成装置１００が処理対象画像を生成しない場合には、空間モデルＭＤに投影された画像に画像変換処理（例えば、視点変換処理である。）を施すことによって生成される。
【０１２３】
また、周辺監視用仮想視点画像は、ショベル６０が旋回動作を行う際の画像を違和感なく表示できるよう、円形にトリミングされ、その円の中心ＣＴＲが空間モデルＭＤの円筒中心軸上で、且つ、ショベル６０の旋回軸ＰＶ上となるように生成される。そのため、周辺監視用仮想視点画像は、ショベル６０の旋回動作に応じてその中心ＣＴＲを軸に回転するように表示される。この場合、空間モデルＭＤの円筒中心軸は、再投影軸と一致するものであってもよく、一致しないものであってもよい。
【０１２４】
なお、空間モデルＭＤの半径は、例えば、５メートルである。また、平行線群ＰＬが処理対象画像平面Ｒ３との間で形成する角度、又は、補助線群ＡＬの始点高さは、ショベル６０の旋回中心から掘削アタッチメントＥの最大到達距離（例えば１２メートルである。）だけ離れた位置に物体（例えば、作業者である。）が存在する場合にその物体が表示部５で十分大きく（例えば、７ミリメートル以上である。）表示されるように、設定され得る。
【０１２５】
更に、周辺監視用仮想視点画像は、ショベル６０のＣＧ画像を、ショベル６０の前方が表示部５の画面上方と一致し、且つ、その旋回中心が中心ＣＴＲと一致するように配置してもよい。ショベル６０と出力画像に現れる物体との間の位置関係をより分かり易くするためである。なお、周辺監視用仮想視点画像は、方位等の各種情報を含む額縁画像をその周囲に配置してもよい。
【０１２６】
次に、図１１〜図１４を参照しながら、画像生成装置１００が生成する周辺監視用仮想視点画像の詳細について説明する。
【０１２７】
図１１は、画像生成装置１００を搭載するショベル６０の上面図である。図１１に示す実施例では、ショベル６０は、３台のカメラ２（左側方カメラ２Ｌ、右側方カメラ２Ｒ、及び後方カメラ２Ｂ）と３台の人検出センサ６（左側方人検出センサ６Ｌ、右側方人検出センサ６Ｒ、及び後方人検出センサ６Ｂ）とを備える。なお、図１１の一点鎖線で示す領域ＣＬ、ＣＲ、ＣＢは、それぞれ、左側方カメラ２Ｌ、右側方カメラ２Ｒ、後方カメラ２Ｂの撮像空間を示す。また、図１１の点線で示す領域ＺＬ、ＺＲ、ＺＢは、それぞれ、左側方人検出センサ６Ｌ、右側方人検出センサ６Ｒ、後方人検出センサ６Ｂの監視空間を示す。また、ショベル６０は、キャブ６４内に、表示部５と、３台の警報出力部７（左側方警報出力部７Ｌ、右側方警報出力部７Ｒ、及び後方警報出力部７Ｂ）とを備える。
【０１２８】
なお、本実施例では、人検出センサ６の監視空間がカメラ２の撮像空間よりも狭いが、人検出センサ６の監視空間は、カメラ２の撮像空間と同じでもよく、カメラ２の撮像空間より広くてもよい。また、人検出センサ６の監視空間は、カメラ２の撮像空間内において、ショベル６０の近傍に位置するが、ショベル６０からより遠い領域にあってもよい。また、人検出センサ６の監視空間は、カメラ２の撮像空間が重複する部分において、重複部分を有する。例えば、右側方カメラ２Ｒの撮像空間ＣＲと後方カメラ２Ｂの撮像空間ＣＢとの重複部分において、右側方人検出センサ６Ｒの監視空間ＺＲは、後方人検出センサ６Ｂの監視空間ＺＢと重複する。しかしながら、人検出センサ６の監視空間は、重複が生じないように配置されてもよい。
【０１２９】
図１２は、ショベル６０に搭載された３台のカメラ２のそれぞれの入力画像と、それら入力画像を用いて生成される出力画像とを示す図である。
【０１３０】
画像生成装置１００は、３台のカメラ２のそれぞれの入力画像を空間モデルＭＤの平面領域Ｒ１及び曲面領域Ｒ２上に投影した上で処理対象画像平面Ｒ３に再投影して処理対象画像を生成する。また、画像生成装置１００は、生成した処理対象画像に画像変換処理（例えば、スケール変換、アフィン変換、歪曲変換、視点変換処理等である。）を施すことによって出力画像を生成する。その結果、画像生成装置１００は、ショベル６０の近傍を上空から見下ろした画像（平面領域Ｒ１における画像）と、ショベル６０から水平方向に周囲を見た画像（処理対象画像平面Ｒ３における画像）とを同時に表示する周辺監視用仮想視点画像を生成する。なお、周辺監視用仮想視点画像の中央に表示される画像は、ショベル６０のＣＧ画像６０ＣＧである。
【０１３１】
図１２において、右側方カメラ２Ｒの入力画像、及び、後方カメラ２Ｂの入力画像はそれぞれ、右側方カメラ２Ｒの撮像空間と後方カメラ２Ｂの撮像空間との重複部分内に人物を捉えている（右側方カメラ２Ｒの入力画像における二点鎖線で囲まれる領域Ｒ１０、及び、後方カメラ２Ｂの入力画像における二点鎖線で囲まれる領域Ｒ１１参照。）。
【０１３２】
しかしながら、出力画像平面上の座標が入射角の最も小さいカメラに関する入力画像平面上の座標に対応付けられるものとすると、出力画像は、重複部分内の人物を消失させてしまう（出力画像内の一点鎖線で囲まれる領域Ｒ１２参照。）。
【０１３３】
そこで、画像生成装置１００は、重複部分に対応する出力画像部分において、後方カメラ２Ｂの入力画像平面上の座標が対応付けられる領域と、右側方カメラ２Ｒの入力画像平面上の座標が対応付けられる領域とを混在させ、重複部分内の物体が消失するのを防止する。
【０１３４】
図１３は、２つのカメラのそれぞれの撮像空間の重複部分における物体の消失を防止する画像消失防止処理の一例であるストライプパタン処理を説明するための図である。
【０１３５】
Ｆ１３Ａは、右側方カメラ２Ｒの撮像空間と後方カメラ２Ｂの撮像空間との重複部分に対応する出力画像部分を示す図であり、図１２の点線で示す矩形領域Ｒ１３に対応する。
【０１３６】
また、Ｆ１３Ａにおいて、灰色で塗り潰された領域ＰＲ１は、後方カメラ２Ｂの入力画像部分が配置される画像領域であり、領域ＰＲ１に対応する出力画像平面上の各座標には後方カメラ２Ｂの入力画像平面上の座標が対応付けられる。
【０１３７】
一方、白色で塗り潰された領域ＰＲ２は、右側方カメラ２Ｒの入力画像部分が配置される画像領域であり、領域ＰＲ２に対応する出力画像平面上の各座標には右側方カメラ２Ｒの入力画像平面上の座標が対応付けられる。
【０１３８】
本実施例では、領域ＰＲ１と領域ＰＲ２とが縞模様（ストライプパタン処理）を形成するように配置され、領域ＰＲ１と領域ＰＲ２とが縞状に交互に並ぶ部分の境界線は、ショベル６０の旋回中心を中心とする水平面上の同心円によって定められる。
【０１３９】
Ｆ１３Ｂは、ショベル６０の右斜め後方の空間領域の状況を示す上面図であり、後方カメラ２Ｂ及び右側方カメラ２Ｒの双方によって撮像される空間領域の現在の状況を示す。また、Ｆ１３Ｂは、ショベル６０の右斜め後方に棒状の立体物ＯＢが存在することを示す。
【０１４０】
Ｆ１３Ｃは、Ｆ１３Ｂが示す空間領域を後方カメラ２Ｂ及び右側方カメラ２Ｒで実際に撮像して得られた入力画像に基づいて生成される出力画像の一部を示す。
【０１４１】
具体的には、画像ＯＢ１は、後方カメラ２Ｂの入力画像における立体物ＯＢの画像が、路面画像を生成するための視点変換によって、後方カメラ２Ｂと立体物ＯＢとを結ぶ線の延長方向に伸長されたものを表す。すなわち、画像ＯＢ１は、後方カメラ２Ｂの入力画像を用いて出力画像部分における路面画像を生成した場合に表示される立体物ＯＢの画像の一部である。
【０１４２】
また、画像ＯＢ２は、右側方カメラ２Ｒの入力画像における立体物ＯＢの画像が、路面画像を生成するための視点変換によって、右側方カメラ２Ｒと立体物ＯＢとを結ぶ線の延長方向に伸長されたものを表す。すなわち、画像ＯＢ２は、右側方カメラ２Ｒの入力画像を用いて出力画像部分における路面画像を生成した場合に表示される立体物ＯＢの画像の一部である。
【０１４３】
このように、画像生成装置１００は、重複部分において、後方カメラ２Ｂの入力画像平面上の座標が対応付けられる領域ＰＲ１と、右側方カメラ２Ｒの入力画像平面上の座標が対応付けられる領域ＰＲ２とを混在させる。その結果、画像生成装置１００は、１つの立体物ＯＢに関する２つの画像ＯＢ１及び画像ＯＢ２の双方を出力画像上に表示させ、立体物ＯＢが出力画像から消失するのを防止する。
【０１４４】
図１４は、図１２の出力画像と、図１２の出力画像に画像消失防止処理（ストライプパタン処理）を適用することで得られる出力画像との違いを表す対比図であり、図１４上図が図１２の出力画像を示し、図１４下図が画像消失防止処理（ストライプパタン処理）を適用した後の出力画像を示す。図１４上図における一点鎖線で囲まれる領域Ｒ１２では人物が消失しているのに対し、図１４下図における一点鎖線で囲まれる領域Ｒ１４では人物が消失せずに表示されている。
【０１４５】
なお、画像生成装置１００は、ストライプパタン処理の代わりに、メッシュパタン処理、平均化処理等を適用して重複部分内の物体の消失を防止してもよい。具体的には、画像生成装置１００は、平均化処理により、２つのカメラのそれぞれの入力画像における対応する画素の値（例えば、輝度値である。）の平均値を、重複部分に対応する出力画像部分の画素の値として採用する。或いは、画像生成装置１００は、メッシュパタン処理により、重複部分に対応する出力画像部分において、一方のカメラの入力画像における画素の値が対応付けられる領域と、他方のカメラの入力画像における画素の値が対応付けられる領域とを網模様（メッシュパタン）を形成するように配置させる。これにより、画像生成装置１００は、重複部分内の物体が消失するのを防止する。
【０１４６】
次に、図１５〜図１７を参照して、画像生成手段１１が、人存否判定手段１２の判定結果に基づいて複数の入力画像から出力画像の生成に用いる入力画像を決定する処理（以下、「第１入力画像決定処理」とする。）について説明する。なお、図１５は、ショベル６０に搭載された３台のカメラ２のそれぞれの入力画像と、それら入力画像を用いて生成される出力画像とを示す図であり、図１２に対応する。また、図１６は、人存否判定手段１２の判定結果と、出力画像の生成に用いる入力画像との対応関係を示す対応表である。また、図１７は、第１入力画像決定処理で決定された入力画像に基づいて生成される出力画像の表示例である。
【０１４７】
図１５に示すように、画像生成装置１００は、３台のカメラ２のそれぞれの入力画像を空間モデルＭＤの平面領域Ｒ１及び曲面領域Ｒ２上に投影した上で処理対象画像平面Ｒ３に再投影して処理対象画像を生成する。また、画像生成装置１００は、生成した処理対象画像に画像変換処理（例えば、スケール変換、アフィン変換、歪曲変換、視点変換処理等である。）を施すことによって出力画像を生成する。その結果、画像生成装置１００は、ショベル６０の近傍を上空から見下ろした画像と、ショベル６０から水平方向に周囲を見た画像とを同時に表示する周辺監視用仮想視点画像を生成する。
【０１４８】
また、図１５において、左側方カメラ２Ｌ、後方カメラ２Ｂ、及び右側方カメラ２Ｒのそれぞれの入力画像は、作業者が３人ずつ存在する状態を示す。また、出力画像は、ショベル６０の周囲に９人の作業者が存在する状態を示す。
【０１４９】
ここで、図１６の対応表を参照して、人存否判定手段１２の判定結果と、出力画像の生成に用いる入力画像との対応関係について説明する。なお、○印は、人存否判定手段１２により人が存在すると判定されたことを表し、×印は、人が存在しないと判定されたことを表す。
【０１５０】
パターン１は、左側方監視空間ＺＬのみで人が存在すると判定され、後方監視空間ＺＢ及び右側方監視空間ＺＲでは人が存在しないと判定された場合に、左側方カメラ２Ｌの入力画像を用いて出力画像が生成されることを表す。このパターン１は、例えば、ショベル６０の左側方のみに作業者（この例では３人）が存在する場合に採用される。画像生成手段１１は、図１７の出力画像Ｄ１で示すように、３人の作業者を捉えた左側方カメラ２Ｌの入力画像をそのまま出力画像として出力する。なお、以下では、入力画像をそのまま用いた出力画像を「スルー画像」と称する。
【０１５１】
パターン２は、後方監視空間ＺＢのみで人が存在すると判定され、左側方監視空間ＺＬ及び右側方監視空間ＺＲでは人が存在しないと判定された場合に、後方カメラ２Ｂの入力画像を用いて出力画像が生成されることを表す。このパターン２は、例えば、ショベル６０の後方のみに作業者（この例では３人）が存在する場合に採用される。画像生成手段１１は、図１７の出力画像Ｄ２で示すように、３人の作業者を捉えた後方カメラ２Ｂの入力画像をそのまま出力画像として出力する。
【０１５２】
パターン３は、右側方監視空間ＺＲのみで人が存在すると判定され、左側方監視空間ＺＬ及び後方監視空間ＺＢでは人が存在しないと判定された場合に、右側方カメラ２Ｒの入力画像を用いて出力画像が生成されることを表す。このパターン３は、例えば、ショベル６０の右側方のみに作業者（この例では３人）が存在する場合に採用される。画像生成手段１１は、図１７の出力画像Ｄ３で示すように、３人の作業者を捉えた右側方カメラ２Ｒの入力画像をそのまま出力画像として出力する。
【０１５３】
パターン４は、左側方監視空間ＺＬ及び後方監視空間ＺＢで人が存在すると判定され、右側方監視空間ＺＲでは人が存在しないと判定された場合に、３つ全ての入力画像を用いて出力画像が生成されることを表す。このパターン４は、例えば、ショベル６０の左側方及び後方に作業者（この例では３人ずつ合計６人）が存在する場合に採用される。画像生成手段１１は、図１７の出力画像Ｄ４で示すように、３つの入力画像に基づいて生成する６人の作業者を捉えた周辺監視用仮想視点画像を出力画像として出力する。
【０１５４】
パターン５は、後方監視空間ＺＢ及び右側方監視空間ＺＲで人が存在すると判定され、左側方監視空間ＺＬでは人が存在しないと判定された場合に、３つ全ての入力画像を用いて出力画像が生成されることを表す。このパターン５は、例えば、ショベル６０の後方及び右側方に作業者（この例では３人ずつ合計６人）が存在する場合に採用される。画像生成手段１１は、図１７の出力画像Ｄ５で示すように、３つの入力画像に基づいて生成する６人の作業者を捉えた周辺監視用仮想視点画像を出力画像として出力する。
【０１５５】
パターン６は、左側方監視空間ＺＬ及び右側方監視空間ＺＲで人が存在すると判定され、後方監視空間ＺＢでは人が存在しないと判定された場合に、３つ全ての入力画像を用いて出力画像が生成されることを表す。このパターン６は、例えば、ショベル６０の左側方及び右側方に作業者（この例では３人ずつ合計６人）が存在する場合に採用される。画像生成手段１１は、図１７の出力画像Ｄ６で示すように、３つの入力画像に基づいて生成する６人の作業者を捉えた周辺監視用仮想視点画像を出力画像として出力する。
【０１５６】
パターン７は、左側方監視空間ＺＬ、後方監視空間ＺＢ、及び右側方監視空間ＺＲの全てで人が存在すると判定された場合に、３つ全ての入力画像を用いて出力画像が生成されることを表す。このパターン７は、例えば、ショベル６０の左側方、後方、及び右側方に作業者（この例では３人ずつ合計９人）が存在する場合に採用される。画像生成手段１１は、図１５の出力画像で示すように、３つの入力画像に基づいて生成する９人の作業者を捉えた周辺監視用仮想視点画像を出力画像として出力する。
【０１５７】
パターン８は、左側方監視空間ＺＬ、後方監視空間ＺＢ、及び右側方監視空間ＺＲの全てで人が存在しないと判定された場合に、３つ全ての入力画像を用いて出力画像が生成されることを表す。このパターン８は、例えば、ショベル６０の左側方、後方、及び右側方に作業者が存在しない場合に採用される。画像生成手段１１は、図１７の出力画像Ｄ７で示すように、３つの入力画像に基づいて生成する、周囲に作業者が存在しない状態を映し出す周辺監視用仮想視点画像を出力画像として出力する。
【０１５８】
上述のように、画像生成手段１１は、３つの監視空間のうちの１つのみで人が存在すると判定された場合には、対応するカメラのスルー画像を出力画像として出力する。監視空間に存在する人を表示部５上にできるだけ大きく表示させるためである。一方で、画像生成手段１１は、３つの監視空間の２つ以上で人が存在すると判定された場合には、スルー画像を出力することなく周辺監視用仮想視点画像を出力する。１つのスルー画像のみではショベル６０の周囲に存在する全ての人を表示部５上に表示させることができないためであり、また、周辺監視用仮想視点画像を出力すればショベル６０の周囲に存在する全ての人を表示部５上に表示させることができるためである。また、画像生成手段１１は、３つの監視空間の何れにも人が存在しないと判定された場合には、スルー画像を出力することなく周辺監視用仮想視点画像を出力する。拡大表示すべき人が存在しないためであり、また、ショベル６０の周囲に存在する人以外の他の物体を広く監視できるようにするためである。
【０１５９】
また、画像生成手段１１は、スルー画像を表示する場合には、何れの入力画像が用いられたかが分かるようなテキストメッセージを表示してもよい。
【０１６０】
次に、図１８〜図２０を参照して、人存否判定手段１２の判定結果に基づいて複数の入力画像から出力画像の生成に用いる入力画像を決定する処理の別の例（以下、「第２入力画像決定処理」とする。）について説明する。なお、図１８は、人検出センサ６の別の配置例を示す、ショベル６０の上面図であり、図１１に対応する。また、図１９は、人存否判定手段１２の判定結果と、出力画像の生成に用いる入力画像との対応関係を示す対応表であり、図１６に対応する。また、図２０は、第２入力画像決定処理で決定された入力画像に基づいて生成される出力画像の表示例である。
【０１６１】
図１８に示す実施例では、ショベル６０は、２台のカメラ２（右側方カメラ２Ｒ及び後方カメラ２Ｂ）と３台の人検出センサ６（右側方人検出センサ６Ｒ、右後方人検出センサ６ＢＲ、後方人検出センサ６Ｂ）とを備える。なお、図１８の一点鎖線で示す領域ＣＲ、ＣＢは、それぞれ、右側方カメラ２Ｒ、後方カメラ２Ｂの撮像空間を示す。また、図１８の点線で示す領域ＺＲ、ＺＢＲ、ＺＢは、それぞれ、右側方人検出センサ６Ｒ、右後方人検出センサ６ＢＲ、後方人検出センサ６Ｂの監視空間を示す。また、図１８の斜線ハッチングで示す領域Ｘは、撮像空間ＣＲと撮像空間ＣＢの重複部分（以下、「重複撮像空間Ｘ」とする。）を示す。
【０１６２】
図１８の配置例は、監視空間ＺＲ及び監視空間ＺＢが重複部分を有しない点、及び、重複撮像空間Ｘを含む監視空間ＺＢＲを有する右後方人検出センサ６ＢＲを備える点において図１１の配置例と相違する。
【０１６３】
人検出センサ６のこの配置により、画像生成装置１００は、重複撮像空間Ｘに人が存在するか否かを判定することができる。そして、画像生成装置１００は、出力画像の生成に用いる入力画像の決定にその判定結果を利用し、より適切に出力画像の内容を切り換えることができる。
【０１６４】
ここで、図１９の対応表を参照して、人存否判定手段１２の判定結果と、出力画像の生成に用いる入力画像との対応関係について説明する。
【０１６５】
パターンＡは、後方監視空間ＺＢ、右後方監視空間ＺＢＲ、及び右側方監視空間ＺＲの全てで人が存在しないと判定された場合に、後方カメラ２Ｂ及び右側方カメラ２Ｒの入力画像を用いて出力画像が生成されることを表す。このパターンＡは、例えば、ショベル６０の周囲に作業者が存在しない場合に採用される。画像生成手段１１は、図１７の出力画像Ｄ７で示すように、周囲に作業者が存在しない状態を映し出す周辺監視用仮想視点画像を２つの入力画像に基づいて生成し且つ出力する。
【０１６６】
パターンＢは、後方監視空間ＺＢのみで人が存在すると判定され、右後方監視空間ＺＢＲ及び右側方監視空間ＺＲでは人が存在しないと判定された場合に、後方カメラ２Ｂの入力画像を用いて出力画像が生成されることを表す。このパターンＢは、例えば、ショベル６０の後方に１人の作業者Ｐ１が存在する場合に採用される。画像生成手段１１は、図２０の出力画像Ｄ１０で示すように、作業者Ｐ１を捉えた後方カメラ２Ｂの入力画像をそのまま出力画像として出力する。
【０１６７】
パターンＣは、右側方監視空間ＺＲのみで人が存在すると判定され、後方監視空間ＺＢ及び右後方監視空間ＺＢＲでは人が存在しないと判定された場合に、右側方カメラ２Ｒの入力画像を用いて出力画像が生成されることを表す。このパターンＣは、例えば、ショベル６０の右側方に１人の作業者Ｐ２が存在する場合に採用される。画像生成手段１１は、図２０の出力画像Ｄ１１で示すように、作業者Ｐ２を捉えた右側方カメラ２Ｒの入力画像をそのまま出力画像として出力する。
【０１６８】
パターンＤは、右後方監視空間ＺＢＲのみで人が存在すると判定され、後方監視空間ＺＢ及び右側方監視空間ＺＲでは人が存在しないと判定された場合に、後方カメラ２Ｂ及び右側方カメラ２Ｒの入力画像を用いて出力画像が生成されることを表す。このパターンＤは、例えば、ショベル６０の右後方の重複撮像空間Ｘ内に１人の作業者Ｐ３が存在する場合に採用される。画像生成手段１１は、図２０の出力画像Ｄ１２で示すように、作業者Ｐ３を捉えた後方カメラ２Ｂの入力画像をそのまま第１出力画像（図中左側）として出力し、同じ作業者Ｐ３を捉えた右側方カメラ２Ｒの入力画像をそのまま第２出力画像（図中右側）として出力する。
【０１６９】
パターンＥは、後方監視空間ＺＢ及び右後方監視空間ＺＢＲで人が存在すると判定され、右側方監視空間ＺＲでは人が存在しないと判定された場合に、後方カメラ２Ｂ及び右側方カメラ２Ｒの入力画像を用いて出力画像が生成されることを表す。このパターンＥは、例えば、ショベル６０の後方に１人の作業者Ｐ４が存在し、且つ、ショベル６０の右後方の重複撮像空間Ｘ内に１人の作業者Ｐ５が存在する場合に採用される。画像生成手段１１は、図２０の出力画像Ｄ１３で示すように、作業者Ｐ４及び作業者Ｐ５を捉えた後方カメラ２Ｂの入力画像をそのまま第１出力画像（図中左側）として出力し、作業者Ｐ４のみを捉えた右側方カメラ２Ｒの入力画像をそのまま第２出力画像（図中右側）として出力する。
【０１７０】
パターンＦは、後方監視空間ＺＢ及び右側方監視空間ＺＲで人が存在すると判定され、右後方監視空間ＺＢＲでは人が存在しないと判定された場合に、後方カメラ２Ｂ及び右側方カメラ２Ｒの入力画像を用いて出力画像が生成されることを表す。このパターンＦは、例えば、ショベル６０の後方に１人の作業者Ｐ６が存在し、且つ、ショベル６０の右側方に別の１人の作業者Ｐ７が存在する場合に採用される。画像生成手段１１は、図２０の出力画像Ｄ１４で示すように、作業者Ｐ６を捉えた後方カメラ２Ｂの入力画像をそのまま第１出力画像（図中左側）として出力し、作業者Ｐ７を捉えた右側方カメラ２Ｒの入力画像をそのまま第２出力画像（図中右側）として出力する。
【０１７１】
パターンＧは、右後方監視空間ＺＢＲ及び右側方監視空間ＺＲで人が存在すると判定され、後方監視空間ＺＢでは人が存在しないと判定された場合に、後方カメラ２Ｂ及び右側方カメラ２Ｒの入力画像を用いて出力画像が生成されることを表す。このパターンＧは、例えば、ショベル６０の右後方の重複撮像空間Ｘ内に１人の作業者Ｐ８が存在し、且つ、ショベル６０の右側方に別の１人の作業者Ｐ９が存在する場合に採用される。画像生成手段１１は、図２０の出力画像Ｄ１５で示すように、作業者Ｐ８を捉えた後方カメラ２Ｂの入力画像をそのまま第１出力画像（図中左側）として出力し、作業者Ｐ８及び作業者Ｐ９を捉えた右側方カメラ２Ｒの入力画像をそのまま第２出力画像（図中右側）として出力する。
【０１７２】
パターンＨは、後方監視空間ＺＢ、右後方監視空間ＺＢＲ、及び右側方監視空間ＺＲの全てで人が存在すると判定された場合に、後方カメラ２Ｂ及び右側方カメラ２Ｒの入力画像を用いて出力画像が生成されることを表す。このパターンＨは、例えば、ショベル６０の右後方の重複撮像空間Ｘ内に１人の作業者Ｐ１０が存在し、ショベル６０の後方に別の１人の作業者Ｐ１１が存在し、且つ、ショベル６０の右側方にさらに別の１人の作業者Ｐ１２が存在する場合に採用される。画像生成手段１１は、図２０の出力画像Ｄ１６で示すように、作業者Ｐ１０及び作業者Ｐ１１を捉えた後方カメラ２Ｂの入力画像をそのまま第１出力画像（図中左側）として出力し、作業者Ｐ１０及び作業者Ｐ１２を捉えた右側方カメラ２Ｒの入力画像をそのまま第２出力画像（図中右側）として出力する。
【０１７３】
第２入力画像決定処理では、画像生成手段１１は、１つのカメラの入力画像のみに人が写っている場合には、対応するカメラのスルー画像を出力画像として出力する。監視空間に存在する人を表示部５上にできるだけ大きく表示させるためである。一方で、画像生成手段１１は、２つのカメラの入力画像の何れにも人が写っている場合には、２つのカメラのそれぞれのスルー画像を同時に且つ個別に出力する。１つのスルー画像のみではショベル６０の周囲に存在する全ての人を表示部５上に表示させることができないためであり、また、周辺監視用仮想視点画像を出力すればスルー画像を出力する場合に比べて作業者を視認し難くしてしまうためである。また、画像生成手段１１は、３つの監視空間の何れにも人が存在しないと判定された場合には、スルー画像を出力することなく周辺監視用仮想視点画像を出力する。拡大表示すべき人が存在しないためであり、また、ショベル６０の周囲に存在する人以外の他の物体を広く監視できるようにするためである。
【０１７４】
また、画像生成手段１１は、スルー画像を表示する場合には、第１入力画像決定処理のときと同様に、何れの入力画像が用いられたかが分かるようなテキストメッセージを表示してもよい。
【０１７５】
次に、図２１を参照して、第１入力画像決定処理又は第２入力画像決定処理で決定された入力画像に基づいて生成される出力画像の別の表示例について説明する。
【０１７６】
図２１に示すように、画像生成手段１１は、周辺監視用仮想視点画像とスルー画像とを同時に表示してもよい。例えば、画像生成手段１１は、ショベル６０の後方に作業者が存在する場合、図２１の出力画像Ｄ２０で示すように、周辺監視用仮想視点画像を第１出力画像とし、後方カメラ２Ｂのスルー画像を第２出力画像として表示してもよい。この場合、スルー画像は、周辺監視用仮想視点画像の下側に表示される。ショベル６０の後方に作業者がいることをショベル６０の操作者に直感的に把握させるためである。また、画像生成手段１１は、ショベル６０の左側方に作業者が存在する場合、図２１の出力画像Ｄ２１で示すように、周辺監視用仮想視点画像を第１出力画像とし、左側方カメラ２Ｌのスルー画像を第２出力画像として表示してもよい。この場合、スルー画像は、周辺監視用仮想視点画像の左側に表示される。同様に、画像生成手段１１は、ショベル６０の右側方に作業者が存在する場合、図２１の出力画像Ｄ２２で示すように、周辺監視用仮想視点画像を第１出力画像とし、右側方カメラ２Ｒのスルー画像を第２出力画像として表示してもよい。この場合、スルー画像は、周辺監視用仮想視点画像の右側に表示される。
【０１７７】
或いは、画像生成手段１１は、周辺監視用仮想視点画像と複数のスルー画像とを同時に表示してもよい。例えば、画像生成手段１１は、ショベル６０の後方及び右側方に作業者が存在する場合、図２１の出力画像Ｄ２３で示すように、周辺監視用仮想視点画像を第１出力画像とし、後方カメラ２Ｂのスルー画像を第２出力画像とし、右側方カメラ２Ｒのスルー画像を第３出力画像として表示してもよい。この場合、後方カメラ２Ｂのスルー画像は、周辺監視用仮想視点画像の下側に表示され、右側方カメラ２Ｒのスルー画像は、周辺監視用仮想視点画像の右側に表示される。
【０１７８】
なお、画像生成手段１１は、複数の出力画像を同時に表示する場合、出力画像の内容を表す情報を表示してもよい。例えば、画像生成手段１１は、後方カメラ２Ｂのスルー画像の上或いはその周辺に「後方カメラスルー画像」等のテキストを表示してもよい。
【０１７９】
また、画像生成手段１１は、複数の出力画像を同時に表示する場合、周辺監視用仮想視点画像の上に１又は複数のスルー画像をポップアップ表示させてもよい。
【０１８０】
以上の構成により、画像生成装置１００は、人存否判定手段１２の判定結果に基づいて出力画像の内容を切り換える。具体的には、画像生成装置１００は、例えば、個別の入力画像の内容を縮小し且つ変更して表示する周辺監視用仮想視点画像と、個別の入力画像の内容をそのまま表示するスルー画像とを切り換える。このように、画像生成装置１００は、ショベル６０の周辺に作業者を検出した場合にスルー画像を表示することによって、周辺監視用仮想視点画像のみを表示するときに比べ、ショベル６０の操作者がその作業者を見落とすのをより確実に防止できる。作業者が大きく且つ分かり易く表示されるためである。
【０１８１】
また、上述の実施例では、画像生成手段１１は、１つのカメラの入力画像に基づいて出力画像を生成する場合、そのカメラのスルー画像を出力画像とする。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、画像生成手段１１は、後方カメラ２Ｂの入力画像に基づいて後方監視用仮想視点画像を出力画像として生成してもよい。
【０１８２】
また、上述の実施例では、画像生成装置１００は、１つのカメラの撮像空間に１つの人検出センサの監視空間を対応させるが、複数のカメラの撮像空間に１つの人検出センサの監視空間を対応させてもよく、１つのカメラの撮像空間に複数の人検出センサの監視空間を対応させてもよい。
【０１８３】
また、上述の実施例では、画像生成装置１００は、隣接する２つの人検出センサの監視空間の一部を重複させるが、監視空間を重複させないようにしてもよい。また、画像生成装置１００は、１つの人検出センサの監視空間が別の人検出センサの監視空間に完全に含まれるようにしてもよい。
【０１８４】
また、上述の実施例では、画像生成装置１００は、人存否判定手段１２の判定結果が変わった瞬間に出力画像の内容を切り換える。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、画像生成装置１００は、人存否判定手段１２の判定結果が変わってから出力画像の内容を切り換えるまでに所定の遅延時間を設定してもよい。出力画像の内容が頻繁に切り換えられるのを抑制するためである。
【０１８５】
次に、図２２及び図２３を参照しながら、警報制御手段１３が人存否判定手段１２の判定結果に基づいて警報出力部７を制御する処理（以下、「警報制御処理」とする。）について説明する。なお、図２２は、警報制御処理の流れを示すフローチャートであり、図２３は、警報制御処理中に表示される出力画像の推移の一例である。また、警報制御手段１３は、所定周期で繰り返しこの警報制御処理を実行する。また、画像生成装置１００は、図１１に示すショベル６０に搭載される。
【０１８６】
最初に、人存否判定手段１２は、ショベル６０の周囲に人が存在するか否かを判定する（ステップＳ１１）。このとき、画像生成手段１１は、例えば、図２３の出力画像Ｄ３１に示すような周辺監視用仮想視点画像を生成して表示する。
【０１８７】
ショベル６０の周囲に人が存在すると判定した場合（ステップＳ１１のＹＥＳ）、人存否判定手段１２は、左側方監視空間ＺＬ、後方監視空間ＺＢ、及び右側方監視空間ＺＲのうちの何れの監視空間に人が存在するかを判定する（ステップＳ１２）。
【０１８８】
そして、人存否判定手段１２は、左側方監視空間ＺＬのみに人が存在すると判定した場合（ステップＳ１２の左側方）、警報制御手段１３に対して左側方検出信号を出力する。そして、左側方検出信号を受けた警報制御手段１３は、左側方警報出力部７Ｌに対して警報開始信号を出力し、左側方警報出力部７Ｌから警報を出力させる（ステップＳ１３）。また、画像生成手段１１は、例えば、図２３の出力画像Ｄ３２に示すような左側方カメラ２Ｌのスルー画像を出力画像として表示する。或いは、画像生成手段１１は、例えば、図２３の出力画像Ｄ３３に示すように、周辺監視用仮想視点画像を第１出力画像（図中右側の画像）とし、左側方カメラ２Ｌのスルー画像を第２出力画像（図中左側の画像）として表示してもよい。
【０１８９】
また、人存否判定手段１２は、後方監視空間ＺＢのみに人が存在すると判定した場合（ステップＳ１２の後方）、警報制御手段１３に対して後方検出信号を出力する。そして、後方検出信号を受けた警報制御手段１３は、後方警報出力部７Ｂに対して警報開始信号を出力し、後方警報出力部７Ｂから警報を出力させる（ステップＳ１４）。また、画像生成手段１１は、例えば、後方カメラ２Ｂのスルー画像を出力画像として表示する。或いは、画像生成手段１１は、周辺監視用仮想視点画像を第１出力画像とし、後方カメラ２Ｂのスルー画像を第２出力画像として表示してもよい。
【０１９０】
また、人存否判定手段１２は、右側方監視空間ＺＲのみに人が存在すると判定した場合（ステップＳ１２の右側方）、警報制御手段１３に対して右側方検出信号を出力する。そして、右側方検出信号を受けた警報制御手段１３は、右側方警報出力部７Ｒに対して警報開始信号を出力し、右側方警報出力部７Ｒから警報を出力させる（ステップＳ１５）。また、画像生成手段１１は、例えば、右側方カメラ２Ｒのスルー画像を出力画像として表示する。或いは、画像生成手段１１は、周辺監視用仮想視点画像を第１出力画像とし、右側方カメラ２Ｒのスルー画像を第２出力画像として表示してもよい。
【０１９１】
一方、ショベル６０の周囲に人が存在しないと判定した場合（ステップＳ１１のＮＯ）、人存否判定手段１２は、警報制御手段１３に対して検出信号を出力することなく、今回の警報制御処理を終了する。
【０１９２】
なお、警報制御手段１３は、人存否判定手段１２により左側方監視空間ＺＬ、後方監視空間ＺＢ、及び右側方監視空間ＺＲのうちの２つ以上の監視空間で人が存在すると判定された場合には、左側方警報出力部７Ｌ、後方警報出力部７Ｂ、及び右側方警報出力部７Ｒのうちの対応する２つ以上の警報出力部から警報を出力させる。また、画像生成手段１１は、人存否判定手段１２により左側方監視空間ＺＬ、後方監視空間ＺＢ、及び右側方監視空間ＺＲのうちの２つ以上の監視空間で人が存在すると判定された場合には、上述の実施例で説明されたような方法で出力画像を表示する。具体的には、画像生成手段１１は、図２３の出力画像Ｄ３４で示すように周辺監視用仮想視点画像のみを表示してもよい。また、画像生成手段１１は、図２３の出力画像Ｄ３５で示すように２つ以上のスルー画像を同時に表示してもよい。また、画像生成手段１１は、図２３の出力画像Ｄ３６で示すように周辺監視用仮想視点画像と２つ以上のスルー画像とを同時に表示してもよい。
【０１９３】
また、画像生成装置１００は、警報出力部７から警報音を出力する構成では、左側方警報出力部７Ｌ、後方警報出力部７Ｂ、及び右側方警報出力部７Ｒのそれぞれの警報音の内容（高低、出力間隔等）を異ならせるようにしてもよい。同様に、画像生成装置１００は、警報出力部７から光を出力する構成では、左側方警報出力部７Ｌ、後方警報出力部７Ｂ、及び右側方警報出力部７Ｒのそれぞれの光の内容（色、発光間隔等）を異ならせるようにしてもよい。警報の内容の違いによりショベル６０の周辺に存在する人の大まかな位置をショベル６０の操作者がより直感的に認識できるようにするためである。
【０１９４】
以上の構成により、画像生成装置１００は、ショベル６０の周囲に存在する作業者の大まかな位置をショベル６０の操作者が直感的に把握できるようにする。例えば、画像生成装置１００は、作業者の正確な位置を検出しなくとも、ショベル６０の左側方、後方、右側方の何れに作業者が存在するかを判定しさえすれば、その判定した方向をショベル６０の操作者に直感的に伝えることができる。
【０１９５】
なお、上述の実施例では、警報出力部７は、独立した３つのブザーで構成されるが、複数のスピーカを含むサラウンドシステムを用いて音を定位させてもよい。
【０１９６】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【０１９７】
例えば、上述の実施例において、画像生成装置１００は、空間モデルとして円筒状の空間モデルＭＤを採用するが、多角柱等の他の柱状の形状を有する空間モデルを採用してもよく、底面及び側面の二面から構成される空間モデルを採用してもよく、或いは、側面のみを有する空間モデルを採用してもよい。
【０１９８】
また、画像生成装置１００は、バケット、アーム、ブーム、旋回機構等の可動部材を備えながら自走するショベルに、カメラ及び人検出センサと共に搭載される。そして、画像生成装置１００は、周囲画像をその操作者に提示しながらそのショベルの移動及びそれら可動部材の操作を支援する操作支援システムを構成する。しかしながら、画像生成装置１００は、フォークリフト、アスファルトフィニッシャ等のように旋回機構を有しない作業機械に、カメラ及び人検出センサと共に搭載されてもよい。或いは、画像生成装置１００は、産業用機械若しくは固定式クレーン等のように可動部材を有するが自走はしない作業機械に、カメラ及び人検出センサと共に搭載されてもよい。そして、画像生成装置１００は、それら作業機械の操作を支援する操作支援システムを構成してもよい。
【０１９９】
また、周辺監視装置は、カメラ２及び表示部５を含む画像生成装置１００を１例として説明されたが、カメラ２、表示部５等による画像表示機能を含まない装置として構成されてもよい。例えば、警報制御処理を実行する装置としての周辺監視装置１００Ａは、図２４に示すように、カメラ２、入力部３、記憶部４、表示部５、座標対応付け手段１０、及び画像生成手段１１を省略してもよい。
【符号の説明】
【０２００】
１・・・制御部  ２・・・カメラ  ２Ｌ・・・左側方カメラ  ２Ｒ・・右側方カメラ  ２Ｂ・・後方カメラ  ３・・・入力部  ４・・・記憶部  ５・・・表示部  ６・・・人検出センサ  ６Ｌ・・・左側方人検出センサ  ６Ｒ・・・右側方人検出センサ  ６Ｂ・・・後方人検出センサ  ７・・・警報出力部  ７Ｌ・・・左側方警報出力部  ７Ｂ・・・後方警報出力部  ７Ｒ・・・右側方警報出力部  １０・・・座標対応付け手段  １１・・・画像生成手段  １２・・・人存否判定手段  １３・・・警報制御手段  ４０・・・入力画像・空間モデル対応マップ  ４１・・・空間モデル・処理対象画像対応マップ  ４２・・・処理対象画像・出力画像対応マップ  ６０・・・ショベル  ６１・・・下部走行体  ６２・・・旋回機構  ６３・・・上部旋回体  ６４・・・キャブ  １００・・・画像生成装置  １００Ａ・・・周辺監視装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年8月5日(2020.8.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部走行体と、
前記下部走行体に旋回自在に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられ、アタッチメントに含まれるブームと、
前記ブームに取り付けられ、前記アタッチメントに含まれるアームと、
前記上部旋回体の左方、右方、及び後方の三方向を撮像するように前記上部旋回体の左部、右部、及び後部の三箇所に搭載される３つの撮像装置と、
前記上部旋回体に搭載される運転室と、
前記運転室内に設置される表示部と、を備え、
前記表示部に、
前記三方向のうちの少なくとも一つの方向に対応する第１画像と、
前記三方向の画像を合成して生成される、前記下部走行体の向きとは無関係に、前記上部旋回体の左方、右方、及び後方の領域を同時に表示する、前記下部走行体に対して前記上部旋回体が旋回するときに旋回軸に対応する点を中心に回転する、前記上部旋回体を上空から見下ろした第２画像と、
を同時に表示させる、
ショベル。
【請求項２】
前記撮像装置又は前記撮像装置とは別に設けられるセンサの少なくとも一方により、物体の進入の有無を判定し、前記物体が進入してきた方向に対応する前記第１画像を、前記第２画像の隣に表示させる、
請求項１に記載のショベル。
【請求項３】
前記物体の進入の有無の判定結果に基づいて、前記第１画像に用いられる画像を切り換える、
請求項２に記載のショベル。
【請求項４】
前記第１画像が、前記上部旋回体の右方に対応する画像の場合、前記第１画像は、前記第２画像の右側に位置するように、前記表示部に表示される、
請求項１乃至３の何れかに記載のショベル。
【請求項５】
前記第１画像が、前記上部旋回体の左方に対応する画像の場合、前記第１画像は、前記第２画像の左側に位置するように、前記表示部に表示される、
請求項１乃至３の何れかに記載のショベル。
【請求項６】
前記第１画像が、前記上部旋回体の後方に対応する画像の場合、前記第１画像は、前記第２画像の下側に位置するように、前記表示部に表示される、
請求項１乃至３の何れかに記載のショベル。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上述の目的を達成するために、本発明の実施例に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に旋回自在に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体に取り付けられ、アタッチメントに含まれるブームと、前記ブームに取り付けられ、前記アタッチメントに含まれるアームと、前記上部旋回体の左方、右方、及び後方の三方向を撮像するように前記上部旋回体の左部、右部、及び後部の三箇所に搭載される３つの撮像装置と、前記上部旋回体に搭載される運転室と、前記運転室内に設置される表示部と、を備え、前記表示部に、前記三方向のうちの少なくとも一つの方向に対応する第１画像と、前記三方向の画像を合成して生成される、前記下部走行体の向きとは無関係に、前記上部旋回体の左方、右方、及び後方の領域を同時に表示する、前記下部走行体に対して前記上部旋回体が旋回するときに旋回軸に対応する点を中心に回転する、前記上部旋回体を上空から見下ろした第２画像と、を同時に表示させる。