(57)【要約】【課題】魚眼像の任意範囲を拡大できるズーム機能を備えた装置及び方法等を提供する。【解決手段】魚眼レンズ群１を含む魚眼カメラ本体部Ｓにおいて、撮影画像を拡大するためにズームレンズ群２を設け、ズームレンズ群２は魚眼レンズ群１の後段に配置され、当該前段の魚眼レンズ群１の光軸Ａと当該後段のズームレンズ群２の光軸Ｄとの位置関係がシフトできるズーム範囲指定用回転ミラー３を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
広視野角レンズを含む魚眼カメラにおいて、撮影画像を拡大するためにズーム機構を設け、当該ズーム機構は魚眼レンズ群の後段に配置され、当該前段の魚眼レンズ群の光軸と当該後段のズームレンズ群の光軸との位置関係がシフトできるシフト機構を設けることによって、当該前段魚眼レンズ群によって形成される魚眼像の任意範囲をズームすることを特徴とするズーム機能を備えた魚眼カメラ。
【請求項２】
請求項１に記載の魚眼カメラであって、
前記シフト機構は、前記前段魚眼レンズ群と前記後段ズームレンズ群との間にミラーを設けることを特徴とする魚眼カメラ。
【請求項３】
請求項１に記載の魚眼カメラであって、
前記シフト機構は、前記後段ズームレンズ群を駆動機構によりシフトすることを特徴とする魚眼カメラ。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の魚眼カメラと、前記魚眼カメラによって撮像された撮影画像を入力データとし、当該入力データに基づき出力データを生成し、当該出力データを表示画像として表示部へ表示する画像処理装置からなる画像処理システムであって、
前記画像処理装置は、
前記表示画像のうち、特定部位を検出する検出手段と、
前記検出された特定部位に対して、前記ズームを施すズーム手段と、
を備えることを特徴とする画像処理システム。
【請求項５】
請求項４に記載の画像処理装置における画像処理方法であって、
前記表示画像のうち、特定部位を検出する検出工程と、
前記検出された特定部位に対して、前記ズームを施すズーム工程と、
を有することを特徴とする画像処理方法。
【請求項６】
請求項４に記載の画像処理装置に含まれるコンピュータを、
前記表示画像のうち、特定部位を検出する検出手段、
前記検出された特定部位に対して、前記ズームを施すズーム手段、
として機能させることを特徴とする画像処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、魚眼カメラのズーム機能に係わり、特に魚眼像の任意範囲を拡大できるズーム機能を備えた魚眼カメラ、画像処理システム、画像処理方法及び画像処理プログラム等の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
広角レンズ(例えば、魚眼レンズ等)が適用されたカメラ（例えば、魚眼カメラ）は、メカニカルな動作部なしに視野角１８０度超の広角な範囲を、画像として一度に収めることができる。
【０００３】
広角レンズが適用されない通常のカメラでは、撮像できる視野角は極めて限られている（有効視野角が狭い）ため、かかる通常のカメラを用いて上記広角レンズと同様の広角な範囲を一の画像として撮像するためには、例えば、カメラの設置台数を増やすことにより上記有効視野角を拡大させたり、有効視野角ごとにカメラをメカニカルな機構によりパン（首振り、回転）させて広角な範囲を撮像するようにしていた。
【０００４】
上記魚眼レンズを使用することにより、カメラの総設置台数を減らしたり、メンテナンス・フリーを実現可能とするため、かかる広角レンズは、監視カメラ等に利用されている。
【０００５】
ところが、魚眼カメラは視野角が広くなるに応じて、遠くのものがより小さく写り、解像度が低下するという問題がつきまとう。魚眼カメラの元画像の解像度が不足しているために、ディジタル・ズーム(ディジタル的に拡大)しても、画像がさらに荒くなってしまい（解像度が向上しない）、画像に示された対象物を認識することができず、効果がない。そこで、レンズによる魚眼像のズーム（光学的なズーム）が必要となる。
【０００６】
特許文献１では、魚眼レンズ群の後段にズームレンズを備えた魚眼カメラが記載されている。図７は、特許文献１で開示されている魚眼レンズ群の後段にズームレンズを備えた魚眼カメラの構造を示す図である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１０３７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１及び図７で開示された魚眼レンズ群の後段にズームレンズを備えた魚眼カメラでは、魚眼レンズ群とズームレンズ群の光軸が一致するように固定されており、光軸を中心とした部分の像拡大しかできない。
【０００９】
また、光軸以外を中心とした部分の像拡大を行おうとすると、カメラ本体を任意の方向に向けてズームレンズ群によって拡大しなければならない。つまりカメラ本体の方向を移動しなければならない。魚眼カメラは、もともとは広範囲の画像が一度に取得でき、かつ固定設置することができるため、メカニカルな動作が不要であることが利点であった。魚眼カメラ本体の方向を移動しなければならないなら、メカニカルな仕組みが必要になり、魚眼カメラ本来の意味・利点がなくなる。
【００１０】
そこで、本発明は上記各問題点に鑑みてなされたものであり、その目的の一例は、魚眼カメラのズーム機能に係わり、魚眼カメラ本体の方向は固定したまま、特に魚眼像の任意範囲を拡大できるズーム機能を備えた装置及び方法等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、広視野角レンズを含む魚眼カメラにおいて、撮影画像を拡大するためにズーム機構を設け、当該ズーム機構は魚眼レンズ群の後段に配置され、当該前段の魚眼レンズ群の光軸と当該後段のズームレンズ群の光軸との位置関係がシフトできるシフト機構を設けることによって、当該前段魚眼レンズ群によって形成される魚眼像の任意範囲をズームすることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、撮影画像をズーム（拡大）するためにズーム機構を設け、該ズーム機構は魚眼レンズ群の後段にズームレンズ群を配置するものであって、該ズームレンズ群は前段の魚眼レンズ群の光軸と後段のズームレンズ群の光軸との位置関係がシフトできる。
【００１３】
従って、前記前段魚眼レンズ群によって形成される魚眼像の任意範囲をズームすることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の魚眼カメラであって、前記シフト機構は、前記前段魚眼レンズ群と前記後段ズームレンズ群との間にミラーを設けることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の魚眼カメラであって、前記シフト機構は、前記後段ズームレンズ群を駆動機構によりシフトすることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の魚眼カメラと、前記魚眼カメラによって撮像された撮影画像を入力データとし、当該入力データに基づき出力データを生成し、当該出力データを表示画像として表示部へ表示する画像処理装置からなる画像処理システムであって、前記画像処理装置は、前記表示画像のうち、特定部位を検出する検出手段と、前記検出された特定部位に対して、前記ズームを施すズーム手段と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、前記画像処理装置は、前記表示画像のうち、特定部位を検出する検出手段と、前記検出された特定部位に対して、前記ズームを施すズーム手段と、を備える。
【００１８】
従って、前記表示画像の特定部位を自動で検出し、前記検出された特定部位に対して、前記ズームを施すため、撮像された場所の環境の変化を確実に把握することができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の画像処理装置における画像処理方法であって、前記表示画像のうち、特定部位を検出する検出工程と、前記検出された特定部位に対して、前記ズームを施すズーム工程と、を有することを特徴とする。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の画像処理装置に含まれるコンピュータを、前記表示画像のうち、特定部位を検出する検出手段、前記検出された特定部位に対して、前記ズームを施すズーム手段、として機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明によれば、魚眼カメラは、撮影画像を拡大するためにズーム機構を設け、該ズーム機構は魚眼レンズ群の後段にズームレンズ群を配置するものであって、前段の魚眼レンズ群の光軸と後段のズームレンズ群の光軸との位置関係がシフトできるように構成したので、魚眼カメラ本体の方向は固定したまま、特に魚眼像の任意範囲をズームすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来の魚眼像を拡大する場合の拡大結果を示す概念図である。
【図２】本願を適用した場合の魚眼像の拡大結果を示す概念図である。
【図３】本実施形態にかかる画像処理システムの構成を示すブロック図である。
【図４】本実施形態にかかる制御部９の動作を示すフローチャートである。
【図５】本実施形態にかかる表示画面例を示す図である。
【図６】本実施形態にかかる他の実施形態の画像システムの構成を示すブロック図である。
【図７】特許文献１で開示されている魚眼レンズ群の後段にズームレンズを備えた魚眼カメラの構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
[１．本願の原理]
まず、本願の原理を図１及び図２に基づいて説明する。図１は従来の魚眼像（魚眼レンズを適用して撮影した撮影画像）を拡大する場合の拡大結果を示す概念図である。
【００２４】
上述したように、従来技術において、魚眼像を拡大する場合には、光軸を中心とした部分の像拡大しかできなかった。図１（Ａ）は、上記拡大する前の魚眼像ａと光軸ａ１を示す図であり、図１（Ｂ）は、上記拡大後の魚眼像ａと光軸ａ１を示す図である。
【００２５】
図１（Ｂ）に示すように、魚眼像ａは、光軸ａ１を中心とした部分像の拡大（ズーム）しかできない。
【００２６】
そこで発明者らは、魚眼像の任意範囲を拡大できるズーム機能を備えた魚眼カメラ等を発明した。具体的には、発明者らは、魚眼像の任意の点を拡大中心とし、かかる拡大中心を基準とした拡大画像を撮影する装置等を発明した。
【００２７】
図２は本願を適用した場合の魚眼像の拡大結果を示す概念図である。
【００２８】
図２（Ａ）に示すように、本願の魚眼カメラは、魚眼像ｂの任意の点を拡大中心ａ１とすることができる。図２（Ａ）は、かかる拡大中心をｂ１と設定した場合の魚眼像を示している。
【００２９】
図２（Ｂ）は、上記拡大中心をｂ１とした場合における魚眼像の拡大結果（魚眼像ｂ１）を示している。
【００３０】
以下に、本願の原理を実現するシステム及び装置等について説明する。
【００３１】
[２．本願の最良の実施形態]
本願の最良の実施形態を図３に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施形態は、画像処理システムに対して本願を適用した場合の実施形態である。
【００３２】
まず、本実施形態にかかる画像処理システムの構成及び機能概要について、図３を用いて説明する。
【００３３】
図３は、本実施形態にかかる画像処理システムの構成を示すブロック図である。
【００３４】
図３に示すように、画像処理システムＴは、魚眼カメラＶ、制御部９（本願の検出手段及びズーム手段の一例）及び出力データとしての画像を表示する表示部１０等、を備える。
【００３５】
魚眼カメラＶは、光学レンズ群Ｓ及びカメラ本体部７等、を備える。
【００３６】
光学レンズ群Ｓは、外部から取り込まれた光を光学像として結像させるために配置されたレンズの集合であり、魚眼レンズ群１、ズームレンズ群２及びズーム範囲指定用回転ミラー３（本願のシフト機構及びミラーの一例）等、を備える。
【００３７】
光学レンズ群Ｓは、撮影する物体より像側へ順に、魚眼レンズ群１、ズーム範囲指定用回転ミラー３、及びズームレンズ群２の配列により構成されている。即ち、ズームレンズ群２は、魚眼レンズ群１の後段に配置されている。
【００３８】
また、説明の便宜上、魚眼レンズ群１による光軸を光軸Ａ、ズームレンズ群２による光軸を光軸Ｃ、光軸Ａと並行方向をＸ軸、Ｘ軸と鉛直方向かつズームレンズ群２側の軸をＹ軸、Ｘ軸及びＹ軸と鉛直方向の軸をＺ軸とする座標系を座標系Ｂとする。
【００３９】
魚眼レンズ群１は、光学レンズの一種で、１８０度近くの画角を有するものを示す。魚眼レンズ群１には、正射影、等距離射影、立体射影、及び、等立体角射影の４種類の方式がある。本実施形態においては、かかる方式について、任意に選択可能であり、これに限定されるものではない。
【００４０】
ズームレンズ群２は、魚眼レンズ群１によって撮影された像をズーム（拡大）するために配置されるズーム機構を備える。ズーム機構は公知の技術であるため詳しい説明は省略するが、かかるズーム機構は、ズームレンズ群２をＹ軸方向（前後）へ移動させて焦点距離を変動させることにより、魚眼レンズ群１によって撮影された像を拡大する。
【００４１】
換言すれば、ズームレンズ群２は、ズームレンズ群２の光軸Ｃを中心に、魚眼レンズ群１によって撮影された像を拡大することができる。
【００４２】
ズーム範囲指定用回転ミラー３は、魚眼レンズ群１によって撮影された像を、ズームレンズ群２へ取り込ませるために設けられたミラーである。魚眼レンズ群１によって撮影された像は、ズーム範囲指定用回転ミラー３によってＹ軸方向へ反射され、ズームレンズ群２へ取り込まれる。
【００４３】
また、光学レンズ群Ｓは、魚眼レンズ群１の光軸Ａとズームレンズ群２の光軸Ｄの位置関係を可変に設定するために（後述する、魚眼レンズ群１とズームレンズ群２との間にズーム範囲指定用回転ミラー３を回転可能に配置するために）、魚眼レンズ群１の光軸Ａとズームレンズ群２の光軸Ｃが直交するように配置される。また、本実施形態にかかるズーム範囲指定用回転ミラー３は、魚眼レンズ群１とズームレンズ群２との間に、回転可能に設けられる。従って、魚眼レンズ群１によって撮影（形成）される魚眼像の任意範囲を、ズーム範囲指定用回転ミラー３の方向を制御し、かつズームレンズ群２のズーム機構を用いることによって、ズームすることとなる。
【００４４】
換言すれば、ズーム範囲指定用回転ミラー３は、ズームレンズ群２の光軸Ｃを可変に設定するため、魚眼レンズ群１によって撮影された像の任意の位置に光軸Ｃを移動させ、当該像を拡大することができる。
【００４５】
具体的には、ズーム範囲指定用回転ミラー３は、Ｚ軸方向及び、Ｘ軸及びＹ軸を通る仮想平面上に設けられる軸Ｄ方向夫々に回動可能に固定されている。このように回動可能に固定されることにより、ズームレンズ群２の光軸Ｄは、魚眼像の任意の点を移動することが可能となる。そして、ズームレンズ群２のズーム機構を用いることによって、魚眼像の任意の点を拡大中心とし、かかる拡大中心を基準とした拡大画像を撮影することができる。
【００４６】
なお、ズーム範囲指定用回転ミラー３を回動可能に固定する手段は任意に選択することができ、例えば、ズーム範囲指定用回転ミラー３に回転軸を設け、かかる回転軸に動力源（例えば、モータ等）を備えるようにしてもよい。
【００４７】
図３には更に、前段魚眼レンズ群１によって形成された魚眼像が、ズームレンズ群１を通過することによって形成される魚眼像を見て、ズームしたい位置をカーソル４を用いて指定して（図３のズーム範囲５）、ズーム範囲指定用回転ミラー３の方向を制御し、ズームレンズ群２のズーム機構を用いて拡大している様子（図３の拡大画像６）を示している。
【００４８】
カメラ本体７は、光学レンズ群Ｓから取り込まれた光が、図示しない絞り機構によって調節され、イメージセンサ１１上に光学像として結像される。かかる光学像（静止画像及び動画像を含む）は、イメージセンサ１１によって電気信号に変換され、インターフェース部８へ出力される。
【００４９】
イメージセンサ１１は、上記結像された光学像を、例えばマトリクス配置されたフォトダイオード等を用いた光電交換機能によって光学像の明るさに比例した電気信号に変換し、インターフェース部８へ出力するための素子であり、例えば、ＣＣＤ（Charge Couple Semiconductor）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサ等が適用される。
【００５０】
カメラ本体７は、さらに、インターフェース部８へ入力される空間周波数を制限する図示しない光学的ローパスフィルタ、インターフェース部８へ入力される可視光領域以外の長波長成分をカットするための図示しない赤外カットフィルタ等が備えられている。
【００５１】
また、カメラ本体７は、光学レンズ群Ｓから取り込まれる光をイメージセンサ１１とファインダー光学系に切り替えて伝送するためのリターンミラー１２を備える。ファインダー被写体像を観察する場合には、リターンミラー１２を介してピント板１３に結像した光学像をプリズム１４で正立像とした後、ファインダー１５で拡大して観察する。
【００５２】
イメージセンサ１１へ光学像を結像する場合には、リターンミラー１２がピント板１３へ近接する方向へ回動する。その他、サブミラー１６及び焦点検出装置１７が備えられる。
【００５３】
インターフェース部８は、撮像された画像を、制御部２へ出力するためのインターフェースである。
【００５４】
具体的には、インターフェース部８は、撮像された画像に対して、当該画像を構成する画素を示す画素データと、前記画素に対応する色データから構成される入力データとして、制御部９へ出力する。
【００５５】
制御部９は、前記入力データに基いて画像処理を行い、二次元的に視認可能な平面画像及び動画像としての魚眼画像を示す出力データを生成するための処理回路であり、例えば、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭを備えて構成される。
【００５６】
[３．本実施形態にかかる制御部９の動作]
次に、本実施形態にかかる制御部９の動作を図４及び図５に基づいて説明する。
【００５７】
図４は、本実施形態にかかる制御部９の動作を示すフローチャートである。
【００５８】
まず、制御部９は、魚眼カメラ本体部Ｖによって撮像された魚眼画像（撮影画像）に基づいて、出力データたる魚眼画像を表示部１０に表示させるべく出力する（ステップＳ１）。
【００５９】
図５は、本実施形態にかかる表示画面例を示す図であり、図５（Ａ）には、表示部１０に、上記魚眼画像が表示される。
【００６０】
次に、制御部９は、上記魚眼画像に表示される物体の中で、移動する物体（移動物体。本願の特定部位の一例）の有無を検出する（ステップＳ２）。
【００６１】
上記移動物体の有無の検出には、公知の画像認識技術が適用されるため詳しい説明は省略するが、例えば、制御部９は、最初に撮影した画像の被写体を認識し、それ以降に撮影した画像の被写体とを比較し、かかる被写体の移動量を算出する。そして、かかる移動量が一定値以上であった場合には、制御部９は、当該被写体を移動物体として検出する。
【００６２】
なお、上記画像認識技術において、最初に撮影した画像の被写体を認識し、それ以降に撮影した画像の被写体とを比較する処理は、一般的に追跡と呼ばれ、かかる追跡は、Lucas-Kanade法を用いてオプティカルフローを算出することにより実現される。
【００６３】
図５（Ａ）では、人２２が、魚眼カメラ本体部Ｖの方向へ移動している。従って、制御部９は、人２２を移動物体として検出する。
【００６４】
次に、制御部９は、移動物体として認識した被写体を、ズームを施すことによって拡大表示する（ステップＳ３）。
【００６５】
具体的には、制御部９は、ズームしたい位置を指定して（図３のズーム範囲５）、ズーム範囲指定用回転ミラー３を制御し、ズームレンズ群２のズーム機構を用いて拡大するように指示を与える。
【００６６】
図５（Ｂ）では、制御部９が、ズームレンズ群２の光軸Ｄを人２２の位置に移動させ、当該像を拡大表示された画像２３が示されている。
【００６７】
そして、人２２（移動物体）がフレームアウト（人２２が、拡大表示された画像２３の有効表示範囲を超えた場合）した場合には（ステップＳ４：ＹＥＳ）、かかる拡大表示を終了し、魚眼画像が表示される（ステップＳ１）。
【００６８】
一方、人２２がフレームアウトしない場合には（ステップＳ４：ＮＯ）、継続して上記が拡大表示された画像２３を表示する（ステップＳ３）。
【００６９】
そして、例えば、画像処理システムの終了命令が制御部９へ入力された場合には、制御部９は、かかるシステムを終了させる。
【００７０】
以上説明したように、本実施形態においては、魚眼レンズ群１を含む魚眼カメラ本体部Ｓにおいて、撮影画像を拡大するためにズームレンズ群２を設け、ズームレンズ群２は魚眼レンズ群１の後段に配置され、当該前段の魚眼レンズ群１の光軸Ａと当該後段のズームレンズ群２の光軸Ｃとの位置関係がシフトできるズーム範囲指定用回転ミラー３を設けることによって、当該前段魚眼レンズ群１によって形成される魚眼像の任意範囲をズームできることを特徴とする。
【００７１】
従って、前段魚眼レンズ群１によって形成される魚眼像の任意範囲をズームすることができる。
【００７２】
[４．他の実施形態]
次に、本願の他の実施形態について、図６に基づいて説明する。
【００７３】
図６は、本実施形態にかかる他の実施形態の魚眼カメラの構成を示すブロック図である。
【００７４】
また、説明の便宜上、魚眼レンズ群１による光軸を光軸Ａ、ズームレンズ群２による光軸を光軸Ｅ、光軸Ａと並行方向をＸ軸、Ｘ軸と鉛直方向かつズームレンズ群２と鉛直の軸をＹ軸、Ｘ軸及びＹ軸と鉛直方向の軸をＺ軸とする座標系を座標系Ｆとする。
【００７５】
他の実施形態にかかる魚眼カメラＱは、他の実施形態にかかる光学レンズ群Ｒ、カメラ本体７及びインターフェース部８等、を備える。なお、図３と同一の符号を示すものについては、同一の機能を有するものとしてその説明を省略する。
【００７６】
他の実施形態におけるズームレンズ群２は、魚眼レンズ群１の光軸Ａとズームレンズ群２の光軸Ｅの位置関係を可変に設定するために、ズームレンズ群２全体をＹ軸方向及びＺ軸方向に、駆動機構を設け、移動可能に設置されている。
【００７７】
このようにズームレンズ群２が、移動可能に設置されることにより、ズームレンズ群２の光軸Ｅは、魚眼像の任意の点を移動することが可能となる。そして、ズームレンズ群２のズーム機構を用いることによって、魚眼像の任意の点を拡大中心とし、かかる拡大中心を基準とした拡大画像を撮影することができる。
【００７８】
なお、上記駆動機構（ズームレンズ群２を移動可能に設置する手段）は、任意に選択することができ、例えば、ズームレンズ群２のハウジング（筐体部分外部）に、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動可能なラック部を設け、ピニオンを設けた動力源（例えば、モータ等）を備えるようにしてもよい。
【００７９】
以上説明したように、本実施形態においては、ズームレンズ群２を駆動機構によりシフトするようにしたため、前段魚眼レンズ群１によって形成される魚眼像の任意範囲をズームすることができる。
【００８０】
なお、上記実施形態においては、本願を画像処理システムに対して適用した場合の例を示したが、その他にも例えば、デジタルビデオカメラ、デジタルカメラ、パーソナルコンピュータ又は家庭用等の電子機器等に対しても適用可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１    魚眼レンズ群
２    ズームレンズ群
３    ズーム範囲指定用回転ミラー
４    カーソル
５    ズーム範囲
６    拡大画像
７    カメラ本体
８    インターフェース部
９    制御部
１０  表示部
１１  イメージセンサ
１２  リターンミラー
１３  ピント板
１４  プリズム
１５  ファインダー
１６  サブミラー
１７  焦点検出装置
Ｑ    他の実施形態にかかる魚眼カメラ
Ｒ    他の実施形態にかかる光学レンズ群
Ｓ    光学レンズ群
Ｖ    魚眼カメラ
Ｕ    光学レンズ群
Ｔ    画像処理システム
【図１】
2011070123.tif 000003
【図２】
2011070123.tif 000004
【図３】
2011070123.tif 000005
【図４】
2011070123.tif 000006
【図５】
2011070123.tif 000007
【図６】
2011070123.tif 000008
【図７】
2011070123.tif 000009