(57)【要約】【課題】本発明は、全方位の画像情報と指定領域の拡大画像情報とを１つの撮像光学系によって取得することができ、且つ、指定領域については、高解像度の拡大画像情報を取得することができる新規なビジョンシステムを提供することを目的とする。【解決手段】本発明のビジョンシステムは、全方位撮像モードにおいては、撮像光学系の光軸を曲面ミラーの回転対称軸に一致させて全方位画像を取得する一方、ズーム撮像モードにおいては、撮像光学系の光軸が曲面ミラー上の指定位置を通るように撮像光学系または曲面ミラーの少なくとも一方を駆動制御して両者の相対位置を変更し、曲面ミラー上の指定位置に写ったズーム対象の虚像を撮像光学系が光学ズームにより撮像する。【選択図】図１
2010237284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
全方位撮像モードとズーム撮像モードとを備えるビジョンシステムであって、該ビジョンシステムは、撮像光学系と、回転対称の曲面ミラーと、前記撮像光学系の光軸と前記曲面ミラーの相対位置を変更するための相対位置変更要素と、を含み、
前記相対位置変更要素は、
前記全方位撮像モードにおいては、前記光軸を前記曲面ミラーの回転対称軸に一致させ、前記ズーム撮像モードにおいては、前記光軸が前記曲面ミラー上の指定位置を通るように前記撮像光学系または前記曲面ミラーの少なくとも一方を駆動制御して、前記撮像光学系の光軸と前記曲面ミラーの相対位置を変更する、
ビジョンシステム。
【請求項２】
前記相対位置変更要素は、ズーム撮像対象の実体から出射する光の光軸が前記曲面ミラーに正反射して前記撮像光学系の主点を通過するように、前記撮像光学系の光軸と前記曲面ミラーの相対位置を変更する、請求項１に記載のビジョンシステム。
【請求項３】
前記曲面ミラーは、円錐状ミラー、双曲面状ミラー、放物面状ミラー、および球面状ミラーからなる群から選択される、請求項１または２に記載のビジョンシステム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のビジョンシステムを備える監視システム。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のビジョンシステムを視覚システムとして備えるロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビジョンシステムに関し、より詳細には、全方位の画像情報と指定領域の拡大画像情報を１つの撮像光学系で取得することのできるマルチビジョンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、３６０度全方位の画像を一度に撮像することのできる全方位カメラがロボティクス分野における視覚システムやセキュリティ分野における監視システムとして応用されている。従来、これらのシステムにおいては、対象視野における所望の範囲を詳細に視認したい場合、取得された全方位画像を専用のソフトウェアを用いてパノラマ画像に補正展開した後、該当する範囲のデジタルズーム画像を使用してこれを行なっていた。
【０００３】
しかしながら、取得された全方位画像の周縁部に小さく捉えられた対象物をデジタルズームによって視認する場合に、デジタルズームでは、低解像度が維持されたまま、単に画像の表示面積が拡大されるに過ぎないため、対象物の詳細を確認することが困難であった。
【０００４】
この点につき、特開２００３−２５９３４９号公報（特許文献１）は、全方位カメラによって全方位画像を取得した後、当該全方位画像中に撮像された注目対象の実体を別途用意したパン・チルト・ズーム・カメラ（以下、ＰＴＺカメラとして参照する）を使用して光学ズーム撮影する複合カメラシステムを開示する。しかしながら、特許文献１のシステムでは、全方位カメラとＰＴＺカメラの２台のカメラが必要になり、設備投資が過大になるという問題があった。
【０００５】
この点につき、特開２００６−１１５０９１号公報（特許文献２）は、全方位カメラにおける撮像手段をＰＴＺカメラで構成し、全方位撮像モード時は、ＰＴＺカメラによって曲面ミラーを撮像して全方位画像を取得し、当該全方位画像中に撮像された注目対象を拡大表示する場合には、ＰＴＺカメラの視軸が対象実体に向くように当該ＰＴＺカメラを駆動制御して当該実体を拡大撮像する撮像装置を開示する。特許文献２のシステムによれば、１台のカメラによってシステムを安価に構築できるものの、以下に示す問題があった。
【０００６】
すなわち、特許文献２におけるＰＴＺカメラは、撮像光学系の視軸を大きく移動させるための広い開視野空間を必要とし、また、曲面ミラーを撮影するための接写モードと拡大対象の実体を撮影するための望遠モードとを同時に実現する必要があるため、その光学系が複雑にならざるを得ないという問題があった。また、撮像手段の垂直・水平方向の駆動が頻繁に発生するため駆動系に対する負担が大きく、加えて、視軸移動のためにタイムラグの発生が不可避であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２５９３４９号公報
【特許文献２】特開２００６−１１５０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、本発明は、全方位の画像情報と指定領域の拡大画像情報とを１つの撮像光学系によって取得することができ、且つ、指定領域については、高解像度の拡大画像情報を取得することができる新規なビジョンシステム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】
【０００９】
本発明者は、全方位の画像情報と指定領域の拡大画像情報とを１つの撮像光学系によって取得することができ、且つ、指定領域については、高解像度の拡大画像情報を取得することができる新規なビジョンシステムにつき鋭意検討した結果、全方位撮像モードにおいては、撮像光学系の光軸を曲面ミラーの回転対称軸に一致させて全方位画像を取得する一方、ズーム撮像モードにおいては、撮像光学系の光軸が曲面ミラー上の指定位置を通るように撮像光学系または曲面ミラーの少なくとも一方を駆動制御して両者の相対位置を変更し、曲面ミラー上の指定位置に写ったズーム対象の虚像を撮像光学系が光学ズームにより撮像する構成に想到し、本発明に至ったのである。
【００１０】
すなわち、本発明によれば、全方位撮像モードとズーム撮像モードとを備えるビジョンシステムであって、該ビジョンシステムは、撮像光学系と、回転対称の曲面ミラーと、前記撮像光学系の光軸と前記曲面ミラーとの相対位置を変更するための相対位置変更要素と、を含み、前記相対位置変更要素は、前記全方位撮像モードにおいては、前記光軸を前記曲面ミラーの回転対称軸に一致させ、前記ズーム撮像モードにおいては、前記光軸が前記曲面ミラー上の指定位置を通るように前記撮像光学系または前記曲面ミラーの少なくとも一方を駆動制御して、前記撮像光学系の光軸と前記曲面ミラーの相対位置を変更するビジョンシステムが提供される。本発明においては、前記相対位置変更要素は、ズーム撮像対象の実体から出射する光の光軸が前記曲面ミラーに正反射して前記撮像光学系の主点を通過するように、前記撮像光学系の光軸と前記曲面ミラーの相対位置を変更することができる。また、本発明においては、前記曲面ミラーは、円錐状ミラー、双曲面状ミラー、放物面状ミラー、および球面状ミラーからなる群から選択される曲面ミラーとすることができる。さらに、本発明によれば、上記ビジョンシステムを備える監視システムが提供されまた、上記ビジョンシステムを視覚システムとして備えるロボットが提供される。
【発明の効果】
【００１１】
上述したように、本発明によれば、全方位の画像情報と指定領域の拡大画像情報とを１つの撮像光学系によって取得することができ、且つ、指定領域については、高解像度の拡大画像情報を取得することができる新規なビジョンシステムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態のビジョンシステムを示す図。
【図２】第１の実施形態のビジョンシステムが撮像した曲面ミラーの画像を示す図。
【図３】第１の実施形態のビジョンシステムの全方位撮像モードを示す図。
【図４】第１の実施形態のビジョンシステムのズーム撮像モードを示す図。
【図５】第１の実施形態のビジョンシステムのズーム撮像モードを示す図。
【図６】第１の実施形態のビジョンシステムのズーム撮像モードを示す図。
【図７】第２の実施形態のビジョンシステムを示す図。
【図８】第２の実施形態のビジョンシステムのズーム撮像モードを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を図面に示した実施の形態をもって説明するが、本発明は、図面に示した実施の形態に限定されるものではない。なお、以下に参照する各図においては、共通する要素について同じ符号を用い、適宜、その説明を省略するものとする。
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施形態であるビジョンシステム１０を示す。ビジョンシステム１０は、撮像光学系１２と、曲面ミラー１４とを含んで構成されている。撮像光学系１２が取得した画像情報は、マイコンやパーソナル・コンピュータなどで構成される情報処理手段１６（以下、ＰＣ１６として参照する）に転送され、必要に応じて、専用のソフトウェアを用いてパノラマ画像等に補正展開した後、ディスプレイ１７に表示される。なお、本実施形態における曲面ミラー１４は、回転対称の曲面ミラーであればよく、円錐状ミラー、双曲面状ミラー、放物面状ミラー、球面状ミラーなどを適宜用いることができる。図１（ａ）は、ビジョンシステム１０の全方位撮像モードを示す図である。全方位撮像モードにおいては、撮像光学系１２の視軸は、曲面ミラー１４の中心に向けて固定されており、撮像光学系１２は、曲面ミラー１４に写る虚像を撮像し、これを全方位画像として取得する。
【００１５】
一方、本実施形態のビジョンシステム１０においては、ユーザは、取得した全方位画像に基づいて所望の領域を指定し、当該指定領域を拡大して表示することができる。図１（ｂ）は、ビジョンシステム１０のズーム撮像モードを示す図である。ユーザが全方位画像として取得された曲面ミラー１４に写る虚像の中から、所望の領域（対象物）を指定すると、これに応じて、撮像光学系駆動手段１８が撮像光学系１２を駆動制御する。具体的には、撮像光学系駆動手段１８によって、撮像光学系１２の視軸が曲面ミラー１４の中心からずれて、曲面ミラー１４上の指定領域の方向に向くように撮像光学系１２が駆動される。撮像光学系１２の視軸が曲面ミラー１４上の指定領域の方向に向いた後、撮像光学系１２は、指定領域を光学ズームして撮像する。
【００１６】
なお、本実施形態においては、曲面ミラー１４の表面をズームして接写する必要があるため、本実施形態における撮像光学系１２は、マクロズーム機能を備えることが好ましく、撮像光学系１２および撮像光学系駆動手段１８をＰＴＺカメラによって構成することもできる。上述した構成を採用することによって、本実施形態によれば、従来のデジタルズームでは得ることができなかった高解像度の画像情報を取得することが可能になる。
【００１７】
図２は、本実施形態のビジョンシステム１０が撮像した曲面ミラー１４の画像を示す。図２（ａ）は、全方位撮像モードにおけるビジョンシステム１０の取得画像を示す。ここで、仮に、取得画像１００において、破線で囲んだ領域をユーザが指定したとする。従来のデジタルズームでは、この破線で囲んだ領域の画素数を維持したまま表示面積が拡大され、図２（ａ−1）に示すような解像度の低い画像情報が表示されるため、ユーザは、指定領域内に移った球体の詳細を確認することができない。この点につき、本実施形態のビジョンシステム１０によれば、ユーザが指定した領域を撮像光学系１２が光学ズームして撮像するため、図２（ｂ）に示すように、高い解像度をもって拡大画像情報が取得される。その結果、図２（ｂ）に示す例においては、ユーザは、指定領域内に移った球体がサッカーボールであることを認識することが可能となる。以下、この点について、図３〜６を参照して、さらに詳細に説明する。
【００１８】
図３は、ビジョンシステム１０の全方位撮像モードを示す図である。なお、図３においては、曲面ミラー１４として球面状ミラーを採用した例を示し、撮像光学系駆動手段１８およびＰＣ１６を省略して示している（図４〜６についても同様）。図３に示す例においては、ビジョンシステム１０の視野範囲内に、３つの対象物（○、△、◇）が存在している。全方位撮像モードにおいては、撮像光学系１２は、その光軸Ｐが曲面ミラー１４の回転対称軸に一致するように固定されている（すなわち、曲面ミラー１４の中心にフォーカスが当てられている）。図３には、その紙面右上に撮像光学系１２の撮像画像１００を示す。全方位撮像モードにおける撮像画像１００には、曲面ミラー１４の全体が映し出されており、撮像光学系１２は、曲面ミラー１４に写った３つの対象物（○、△、◇）の虚像を捕らえている。次に、ユーザが対象物（○、△、◇）を指定して拡大表示するズーム撮像モードについて、図４〜６を参照して説明する。
【００１９】
図４〜６は、ビジョンシステム１０のズーム撮像モードを示す図であり、図４〜６には、その紙面右上にズーム撮像モードにおけるビジョンシステム１０の取得画像１００を併せて示す。最初に、図４を参照して、対象物（○）を拡大表示する手順を説明する。
【００２０】
図４に示すように、ズーム撮像モードにおいては、まず、ユーザは、ＰＣ１６に接続されたマウス等のポインティングデバイスを用いて、ディスプレイ１７に表示された画面上でターゲットカーソル１０２を移動させ、拡大表示を所望する対象物（○）にカーソルを合わせる。ＰＣ１６は、ターゲットカーソル１０２が示す２次元座標情報に基づいて、曲面ミラー１４上に写る対象物（○）の虚像にフォーカスを当てるために必要な撮像光学系１２の光軸Ｐの３次元空間位置を算出して、これに基づく駆動信号を撮像光学系駆動手段１８に転送する。撮像光学系駆動手段１８は、当該駆動信号を受信すると、光軸Ｐが算出した空間位置に合致するように撮像光学系１２を駆動制御する。
【００２１】
その結果、図４に示すように、撮像光学系１２の光軸Ｐが移動する。本実施形態においては、指定領域の中心（すなわち、ズーム撮像対象の実体である対象物（○））から出射する光の光軸が、曲面ミラー１４に正反射して、撮像光学系１２の主点を通過するように、撮像光学系１２の光軸Ｐが３次元的に位置決めすることが好ましい。この状態で撮像光学系１２をズームすると、対象物（○）にフォーカスが合った状態で画像が拡大されるため、シャープな対象画像が高解像度をもって拡大表示される。
【００２２】
図５は、対象物（△）を拡大表示する態様を示す。この場合も、ユーザが同様にターゲットカーソル１０２を対象物（△）に合わせると、ＰＣ１６は、ターゲットカーソル１０２が示す２次元座標情報に基づいて撮像光学系駆動手段１８を駆動制御し、曲面ミラー１４上に写る対象物（△）の虚像にフォーカスが当たるように撮像光学系１２の光軸Ｐを移動させる。その後、撮像光学系１２をズームすることによって、対象物（△）が高解像度をもって拡大表示される。同様に、図６は、対象物（◇）を拡大表示する態様を示す。この場合も、ユーザがターゲットカーソル１０２を対象物（◇）に合わせると、曲面ミラー１４上に写る対象物（◇）の虚像にフォーカスが当たるように撮像光学系１２の光軸Ｐが移動し、撮像光学系１２をズームすることによって、対象物（◇）が高解像度をもって拡大表示される。
【００２３】
以上、本発明を第１の実施形態であるビジョンシステム１０を持って説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、撮像光学系１２の光軸Ｐを固定した状態で、曲面ミラー１４の位置を移動させることによって、上述したのと同様の機能作用を実現することができる。以下、この点について、図７および図８を参照して説明する。
【００２４】
図７は、本発明の第２の実施形態であるビジョンシステム２０を示す。ビジョンシステム２０は、撮像光学系１２、曲面ミラー１４、ＰＣ１６を含んで構成される点で上述したビジョンシステム１０と共通するが、ビジョンシステム２０においては、全方位撮像モードおよびズーム撮像モードを通して、撮像光学系１２の視軸は、常時、曲面ミラー１４の中心に向けて固定されている。したがって、ビジョンシステム２０は、撮像光学系駆動手段１８を備えず、その代りに曲面ミラー駆動手段２２を含んで構成される。
【００２５】
図７（ａ）は、ビジョンシステム２０の全方位撮像モードを示す図である。ビジョンシステム２０の全方位撮像モードは、上述したビジョンシステム１０の全方位撮像モードと同様であり、曲面ミラー１４の中心に向けて視軸が固定された撮像光学系１２によって曲面ミラー１４に写る虚像が全方位画像として取得されている。
【００２６】
一方、図７（ｂ）は、ビジョンシステム２０のズーム撮像モードを示す。ビジョンシステム２０のズーム撮像モードにおいては、ユーザが全方位画像として取得された曲面ミラー１４に写る虚像の所望の領域（対象物）を指定すると、撮像光学系１２の視軸が所望の領域（対象物）にフォーカスするように、曲面ミラー駆動手段２２が曲面ミラー１４を駆動制御する。その後、撮像光学系１２が指定領域を光学ズームして撮像することによって、所望の領域（対象物）の拡大画像情報が高解像度をもって取得される。以下、この点について、さらに詳細に説明する。
【００２７】
図８は、ビジョンシステム２０のズーム撮像モードを示す図である。なお、図８においては、曲面ミラー１４として球面状ミラーを採用した例を示し、曲面ミラー駆動手段２２およびＰＣ１６を省略して示している。図８に示す例においては、ビジョンシステム２０の視野範囲内に、３つの対象物（○、△、◇）が存在している。図８（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、それぞれ、対象物（○）、対象物（△）、および対象物（◇）を拡大表示する際の曲面ミラー１４の移動態様を示す図である。図８（ａ）〜（ｃ）に示されるように、本実施形態においては、曲面ミラー駆動手段２２は、撮像光学系１２が各対象物にフォーカスが合うように曲面ミラー１４を移動する。本実施形態においては、曲面ミラー駆動手段２２は、各指定領域の中心（すなわち、対象物（○、△、◇）の中心）から出射する光の光軸が曲面ミラー１４に正反射して撮像光学系１２の主点を通過するように曲面ミラー１４を駆動制御することが好ましい。なお、図８に示した曲面ミラー１４の移動軌跡は例示であって、本実施形態においては、曲面ミラー１４を移動させる態様を限定するものではない。
【００２８】
以上、本発明を第１および第２の実施形態をもって説明してきたが、上述した第１の実施形態における撮像光学系駆動手段１８とＰＣ１６、ならびに、第２の実施形態における曲面ミラー駆動手段２２とＰＣ１６は、それぞれが、撮像光学系１２の光軸Ｐと曲面ミラー１４との相対位置を変更するための相対位置変更要素として機能している。なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、撮像光学系１２と曲面ミラー１４の両方を同時に駆動して、両者の相対位置を適切に変更・制御することによって、ズーム撮像対象の中心にフォーカスを合わせるように構成することもできる。
【００２９】
また、上述した実施形態においては、本発明のビジョンシステムについて、監視システムを想定したモデルに基づいて説明したが、本発明のビジョンシステムは、取得した画像情報をユーザに表示させるシステムのみならず、ロボティクス分野における視覚システムのように、取得した画像情報を制御情報として使用するマシンビジョンシステムに適用することも当然可能である。その他、当業者が推考しうる実施態様の範囲内において、本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上、説明したように、本発明によれば、全方位の画像情報と指定領域の拡大画像情報とを１つの撮像光学系によって取得することができ、且つ、指定領域については、高解像度の拡大画像情報を取得することができる新規なビジョンシステムが提供される。本発明のビジョンシステムは、省スペース・低コストで実現可能であるため、コンパクト化の要請が高い、産業用ロボット等の各種ロボティクス分野における視覚システムとしての応用展開が期待される。
【符号の説明】
【００３１】
１０…ビジョンシステム、１２…撮像光学系、１４…曲面ミラー、１６…情報処理手段、１７…ディスプレイ、１８…撮像光学系駆動手段、２０…ビジョンシステム、２２…曲面ミラー駆動手段、１００…取得画像、１０２…ターゲットカーソル
【図１】
2010237284.tif 000003
【図２】
2010237284.tif 000004
【図３】
2010237284.tif 000005
【図４】
2010237284.tif 000006
【図５】
2010237284.tif 000007
【図６】
2010237284.tif 000008
【図７】
2010237284.tif 000009
【図８】
2010237284.tif 000010