(57)【要約】【課題】処理負荷を軽減しつつ、確実に樽型収差を補正することができる収差補正装置および収差補正方法を提供する。【解決手段】  広角レンズにおいて生ずる樽型収差を補正する収差補正装置１は、広角レンズを備えたカメラからの画像が入力される画像入力部１１と、入力された画像の各画素と該画像上の座標とを対応付ける座標化処理部１３と、樽型収差を楕円で近似することにより、該楕円上の座標を補正後の座標に変換するための座標変換係数を決定する変換係数決定部１４と、決定された座標変換係数に従って、座標楕円上の座標に対応付けられた画素を補正後の座標に補正する補正処理部１６とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
広角レンズにおいて生ずる樽型収差を補正する収差補正装置であって、
前記広角レンズを備えた撮像手段からの画像が入力される画像入力部と、
前記画像入力部に入力された画像の各画素と該画像上の座標とを対応付ける座標化処理部と、
前記樽型収差を楕円で近似することにより、該楕円上の座標を補正後の座標に変換するための座標変換係数を決定する変換係数決定部と、
前記変換係数決定部により決定された座標変換係数に従って、前記座標化処理部により前記楕円上の座標に対応付けられた画素を補正後の座標に補正する補正処理部と
を備えることを特徴とする収差補正装置。
【請求項２】
請求項１記載の収差補正装置において、
前記変換係数決定部は、前記楕円の式と、該楕円上の座標および補正後の座標を結ぶ直線の式との連立式を、該直線の式が固定座標を通過することを条件として解くことにより、前記座標変換係数を決定することを特徴とする収差補正装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の収差補正装置において、
前記変換係数決定部は、前記座標変換係数の一部または全部を座標間隔毎に算出したデータテーブルを備え、該データテーブルを参照することにより前記座標変換係数を決定することを特徴とする収差補正装置。
【請求項４】
広角レンズにおいて生ずる樽型収差を補正する収差補正方法であって、
前記広角レンズを備えた撮像手段からの画像が入力される画像入力工程と、
入力された画像の各画素と該画像上の座標とを対応付ける座標化工程と、
前記樽型収差を楕円で近似することにより、該楕円上の座標を補正後の座標に変換するための座標変換係数を決定する変換係数決定工程と、
前記変換係数決定工程で決定された座標変換係数に従って、前記座標化処理部により前記楕円上の座標に対応付けられた画素を補正後の座標に補正する補正処理工程と
を備えることを特徴とする収差補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広角レンズにおいて生ずる樽型収差を補正する収差補正装置および収差補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の後方死角領域をナビゲーション装置のディスプレイ等に映し出すための撮像手段には、広角レンズが用いられている。広角レンズが用いることにより、１つの撮像手段で広範囲の画像を得ることができるが、画像の周辺部が樽型に歪む樽型収差が生じるために、ディスプレイ等に映し出された画像と実際の車両周辺環境との間に誤差が発生する。
【０００３】
そこで、従来、かかる樽型収差を補正する収差補正装置として、収差を光軸中心からの距離および水平軸からの傾斜角度の関数として表し、該関数式を用いて収差の補正をするもの（下記特許文献１参照）や、ＸＹ方向に等間隔で配列されたターゲットマークの撮像画像から、予めＸ方向およびＹ方向の収差率を算出し、それぞれの補正曲線を備えてなるもの（下記特許文献２参照）が知られている。
【０００４】
しかしながら、かかる従来の収差補正装置では、関数式や補正曲線は、複雑な高次元多項式となるために演算処理に時間が掛かり、例えば、車両に搭載されたカメラのように、画像が逐次変化するような場合には補正処理が適切に実行されないという不都合を生じる。
【特許文献１】特開２００７−２８６８０９号公報
【特許文献２】特開２００１−１３３２２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、かかる従来の収差補正装置では、関数式や補正曲線は、複雑な高次元多項式となるために演算処理に時間が掛かり、例えば、車両に搭載されたカメラのように、画像が逐次変化するような場合には補正処理が適切に実行されないという不都合を生じる。
【０００６】
以上の事情に鑑みて、本発明は、処理負荷を軽減しつつ、確実に樽型収差を補正することができる収差補正装置および収差補正方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１発明は、広角レンズにおいて生ずる樽型収差を補正する収差補正装置であって、前記広角レンズを備えた撮像手段からの画像が入力される画像入力部と、前記画像入力部に入力された画像の各画素と該画像上の座標とを対応付ける座標化処理部と、前記樽型収差を楕円で近似することにより、該楕円上の座標を補正後の座標に変換するための座標変換係数を決定する変換係数決定部と、前記変換係数決定部により決定された座標変換係数に従って、前記座標化処理部により前記楕円上の座標に対応付けられた画素を補正後の座標に補正する補正処理部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明者らは、光学レンズを用いた種々の画像について検討を重ねた結果、水平面および鉛直方向のそれぞれについて、樽型収差では、実際の画像上の座標点に対して撮像画像上の座標点が楕円曲線上にずれていることを知見した。
【０００９】
かかる知見に基づいて、第１発明の収差補正装置によれば、樽型収差を楕円近似することで、該楕円上の座標を補正後の座標に変換するための座標変換係数を２次式の解として求めることができる。そのため、処理負荷を軽減することができると共に、座標変換係数に従って収差によりずれた楕円上の座標を実際の画像上の座標点に補正することができ、処理負荷を軽減しつつ、確実に樽型収差を補正することができる。
【００１０】
第２発明の収差補正装置は、第１発明の収差補正装置において、前記変換係数決定部は、前記楕円の式と、該楕円上の座標および補正後の座標を結ぶ直線の式との連立式を、該直線の式が固定座標を通過することを条件として解くことにより、前記座標変換係数を決定することを特徴とする。
【００１１】
第２発明の収差補正装置によれば、樽型収差は、固定座標を中心に放射状に生じることから、（Ｉ）補正前後の座標を結ぶ直線が、固定座標として、例えば、画像中心の原点を通過する。さらに、（ＩＩ）補正前の座標が楕円上の座標にある。これらを条件とする２次式を解くことにより、補正前後の座標変換係数を簡易に求めることができ、処理負荷を軽減しつつ、確実に樽型収差を補正することができる。
【００１２】
第３発明の収差補正装置は、第１または第２発明の収差補正装置において、前記変換係数決定部は、前記座標変換係数の一部または全部を座標間隔毎に算出したデータテーブルを備え、該データテーブルを参照することにより前記座標変換係数を決定することを特徴とする。
【００１３】
第３発明の収差補正装置によれば、座標変換係数の一部または全部を座標間隔毎に算出したデータテーブルを備える。かかるデータテーブルを参照することにより、座標変換係数を決定するための演算処理の一部または全部を省略することができ、処理負荷を大幅に軽減することができると共に、確実に樽型収差を補正することもできる。
【００１４】
第４発明の収差補正方法は、広角レンズにおいて生ずる樽型収差を補正する収差補正方法であって、前記広角レンズを備えた撮像手段からの画像が入力される画像入力工程と、入力された画像の各画素と該画像上の座標とを対応付ける座標化工程と、前記樽型収差を楕円で近似することにより、該楕円上の座標を補正後の座標に変換するための座標変換係数を決定する変換係数決定工程と、前記変換係数決定工程で決定された座標変換係数に従って、前記座標化処理部により前記楕円上の座標に対応付けられた画素を補正後の座標に補正する補正処理工程とを備えることを特徴とする。
【００１５】
第４発明の収差補正方法によれば、撮像画像の各画素と画像上の座標とを対応付ける。そして、樽型収差を楕円近似することで、該楕円上の座標を補正後の座標に変換するための座標変換係数を２次式の解として求めることができる。そのため、処理負荷を軽減することができると共に、座標変換係数に従って収差によりずれた楕円上の座標を実際の画像上の座標点に補正することができ、処理負荷を軽減しつつ、確実に樽型収差を補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態としての収差補正装置１の構成について説明する。
【００１７】
収差補正装置１は、広角レンズにおいて生ずる樽型収差を補正する装置であって、画像入力部１１と、フレームメモリ１２と、座標化処理部１３と、変換係数決定部１４と、変換テーブルデータベース１５と、補正処理部１６とを備える。また、収差補正装置１は、撮像手段としてのカメラ２に接続されている。
【００１８】
カメラ２は、広角レンズを備えたＣＣＤカメラであって、例えば、車両の後方死角や側方死角を撮像するように配置されてなる。
【００１９】
画像処理部１１は、カメラ２から出力される撮像画像（以下、画像という）が逐次入力され、入力された画像をフレーム毎にフレームメモリ１２および座標化処理部１３に出力する。
【００２０】
フレームメモリ１２は、画像入力部１１から逐次出力された画像を、最新のフレームから一定フレーム数だけ記憶保持する。
【００２１】
座標化処理部１３は、画像入力部１１から逐次出力された画像に対して、各画素または画素部分と該画像上の座標を対応付ける処理を実行する。
【００２２】
変換係数決定部１４は、前記座標化処理部１３によって画素（画素部分）と座標点とが対応付けられた画像に対して、該画像に生じている樽型収差を楕円で近似することにより、該楕円上の座標を補正後の座標に変換するための座標変換係数を決定する処理を実行する。
【００２３】
変換テーブルデータベース１５は、変換係数決定部１４が、座標変換係数を決定する際に参照するデータテーブルであって、座標間隔毎に座標変換係数を算出した値が記憶されている。
【００２４】
補正処理部１６は、変換係数決定部１４により決定された座標変換係数に従って、座標化処理部１３により楕円上の座標に対応付けられた画素（画素部分）を補正後の座標に補正する処理を実行する。そして、補正処理部１６により補正処理された画像は、図示しないディスプレイ等の表示装置に出力される。
【００２５】
なお、本実施形態において、収差補正装置１を構成する各処理部１１〜１６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のハードウェアにより構成され、これらが共通のハードウェアによって構成されていてもよく、これらの一部又は全部が異なるハードウェアによって構成されていてもよい。
【００２６】
次に、図２に示すフローチャートを参照して、収差補正装置１により実行される収差補正方法について説明する。
【００２７】
まず、収差補正装置１の画像入力部１１は、カメラ２から画像を取得すると（ＳＴＥＰ１１）、該画像をフレーム毎にフレームメモリ１２に出力して、該画像データをフレームメモリ１２に記憶させる（ＳＴＥＰ１２）。
【００２８】
同時に画像入力部１２から座標化処理部１３に出力された画像データに対して、座標化処理部１３は、画像入力部１１から逐次出力された画像に対して、各画素（画素部分）と該画像上の座標とを対応付ける（ＳＴＥＰ１３）。具体的には、画像中心を原点として、水平方向にＸ軸、鉛直方向にＹ軸を設定した上で、各画素または一定の画素数からなる画素部分の座標点を特定する。
【００２９】
次に、変換係数決定部１４は、樽型収差を楕円で近似することにより、該楕円上の座標を補正後の座標に変換するための座標変換係数を決定する（ＳＴＥＰ１４）。
【００３０】
具体的に、変換係数決定部１４は、図３（ａ）に示すように、画像の端縁部で樽型収差を生じた画像に対して、図３（ｂ）に実線で示すような複数の楕円を設定する。なお、図３に示す画像は、撮像画像の上側のみを切り出したものである。
【００３１】
これら複数の楕円は、それぞれ、図４に示すように、長軸の長さａの楕円となっており、この長軸の長さａは、予めターゲットマークを撮像した際の画像の歪みから既知座標値として算出しておくことができる。
【００３２】
そして、座標係数決定部１４は、各楕円上の座標に対して、補正後の座標に変換するための座標変換係数を以下のように決定する。
【００３３】
図４に示すように、補正前の楕円上の座標Ｐ（ｍ，ｎ）に対して、補正後の座標をＱ（ｍ´，ｎ´）とすると、まず、座標Ｐは、楕円上に存在することから下式（１）を満たす。
【００３４】
【数１】
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【００３５】
一方、樽型収差は画像中心（固定座標）に対して放射状に収差を生じることから、座標Ｑが原点を通ることから、下式（２）を満たす。
【００３６】
【数２】
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【００３７】
さらに、式（２）が、座標Ｐも通ることから、下式（３）を満たす。
【００３８】
【数３】
2010103779.tif 000005
【００３９】
そして、式（１）および（３）を連立方程式として、ｍおよびｎについて解くと、下式（４）および（５）が得られる。
【００４０】
【数４】
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【００４１】
このようにして、変換係数決定部１４は、補正前の楕円上の座標Ｐ（ｍ，ｎ）と、補正後の座標をＱ（ｍ´，ｎ´）との間の座標変換係数（式（４）および（５）の右辺分数部分）を決定する。かかる係数の導出は、２次式を解くことにより、簡易に求めることができることから、処理負荷を軽減することができる。
【００４２】
さらに、変換テーブルデータデータベース１５には、かかる座標変換係数をｍ´の値毎に計算した値がデータテーブルとして記憶されていることから、変換係数決定部１４は、二次式を解くことを更に省略することができる。
【００４３】
すなわち、変換テーブルデータベースには、ｍ´をｘ軸の最小座標間隔毎に変化させた場合の前記座標変換係数の値が予めテーブルの形で準備されているため、変換係数決定部１４は、補正後の座標点のｘ座標（ｍ´）から該テーブルを参照することにより、変換係数を取得することができる。これにより、処理負荷を大幅に軽減することができる。
【００４４】
次に、補正処理部１６は、決定された座標変換係数に従って、補正前の座標に対応付けられた画素（画素部分）を補正後の座標に補正する（ＳＴＥＰ１５）。
【００４５】
具体的に、補正処理部１６は、補正前の座標点に対応付けられた画素（画素部分）を、フレームメモリ１２から読み出し、読み出した画素（画素部分）を補正後の座標点に対応付けて表示させる表示制御処理を行う。
【００４６】
ＳＴＥＰ１４，１５の処理を、樽型収差を近似する複数の楕円のすべてについて実行し、画像全体について補正を施した上で、ディスプレイやモニタ等への出力を行う（ＳＴＥＰ１６）これにより、図３（ａ）に示した画像は、図５に示すように補正処理され、確実に樽型収差を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本実施の形態における収差補正装置の全体構成図。
【図２】本実施の形態における収差補正方法の処理を示すフローチャート。
【図３】図２のＳＴＥＰ１４で処理される画像の例を示す図。
【図４】図２のＳＴＥＰ１４の処理内容を示す座標図。
【図５】図２のＳＴＥＰ１５で処理された画像の例を示す説明図。
【符号の説明】
【００４８】
１…収差補正装置、２…カメラ、１１…画像入力部、１２…フレームメモリ、１３…座標化処理部、１４…変換係数決定部、１５…変換テーブルデータベース、１６…補正処理部。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図３】
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【図５】
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