【事件の表示】
　特許第２９３９０８７号「全方位視覚系」の請求項１に係る特許に対する特許異議の申立てについて、次のとおり決定する。
【結　論】
　訂正を認める。
　特許第２９３９０８７号の請求項１に係る特許を維持する。
【理　由】
【1】手続の経緯
　特許第2939087号の請求項1に係る発明は、平成5年4月7日に出願され、平成11年6月11日にその設定登録がなされ、その後、鈴木研より特許異議申立がなされ、取消理由通知に対して平成12年11月17日に訂正請求がなされたものである。
　
【2】訂正の適否についての判断
《2-1》訂正後の発明
　訂正後の請求項1に係る発明は、訂正明細書の特許請求の範囲に記載された次のとおりのものである。
　「2葉双曲面のうちの一方の双曲面状の形状を有する反射ミラーと、2葉双曲面のうちの他方の双曲面状の形状を有し中心が他方の双曲面の焦点に配置されたレンズを有するカメラと、該カメラで撮像した画像に対して、下記の数式に従って、変換処理を施すことにより、上記撮像画像を、上記反射ミラーの焦点から見た画像に変換する画像変換処理手段とを備えた画像入力装置を含むことを特徴とする全方位視覚系。
記
tanα={(b2十c2)sinβ-2bc} /{(b2-c2)cosβ}
c=a2+b2　但し、a、bは、「ミラー焦点とカメラレンズ中心とを結ぶ軸をZ軸とし、ミラー焦点とカメラレンズ中心との中心を座標原点0とする、0-XYZ3次元座標系に於いて、双曲面ミラーを表す式、(X2+Y2)/a2-Z2/b2=-1に於ける定数a、b」であり、cは、「座標原点0から、ミラー焦点またはカメラレンズ中心までの距離」であり、βは、「Z軸と原画像点とを含む平面内に於いて、カメラレンズ中心から原画像点を見た方向が、カメラレンズ中心を通り、Z軸に垂直な直線となす角度」であり、αは、「Z軸と変換画像点とを含む平面内に於いて、ミラー焦点から変換画像点を見る方向が、ミラー焦点を通り、Z軸に垂直な直線となす角度」である。」(以下、「本件発明という。)
　
《2-2》訂正の要旨
　特許権者が求めている訂正の内容は、以下のとおりである。
　a.特許請求の範囲の請求項1を、特許請求の範囲の減縮を目的として、
「2葉双曲面のうちの一方の双曲面状の形状を有する反射ミラーと、2葉双曲面のうちの他方の双曲面状の形状を有し中心が他方の双曲面の焦点に配置されたレンズを有するカメラと、該カメラで撮像した画像に対して、下記の数式に従って、変換処理を施すことにより、上記撮像画像を、上記反射ミラーの焦点から見た画像に変換する画像変換処理手段とを備えた画像入力装置を含むことを特徴とする全方位視覚系。
記
tanα={(b2十c2)sinβ-2bc} /{(b2-c2)cosβ}
c=a2+b2　但し、a、bは、「ミラー焦点とカメラレンズ中心とを結ぶ軸をZ軸とし、ミラー焦点とカメラレンズ中心との中心を座標原点0とする、0-XYZ3次元座標系に於いて、双曲面ミラーを表す式、(X2+Y2)/a2-Z2/b2=-1に於ける定数a、b」であり、cは、「座標原点0から、ミラー焦点またはカメラレンズ中心までの距離」であり、βは、「Z軸と原画像点とを含む平面内に於いて、カメラレンズ中心から原画像点を見た方向が、カメラレンズ中心を通り、Z軸に垂直な直線となす角度」であり、αは、「Z軸と変換画像点とを含む平面内に於いて、ミラー焦点から変換画像点を見る方向が、ミラー焦点を通り、Z軸に垂直な直線となす角度」である。」と訂正する
　
　b.これに伴い、特許請求の範囲の記載と、発明の詳細な説明の記載との整合を図
るため、明瞭でない記載の釈明を目的として、明細書の発明の詳細な説明の欄の段落番号0019の部分の記載を、
「【課題を解決するための手段】本発明は、2葉双曲面のうちの一方の双曲面状の形状を有する反射ミラーと、2葉双曲面のうちの他方の双曲面状の形状を有し中心が他方の双曲面の焦点に配置されたレンズを有するカメラと、該カメラで撮像した画像に対して、下記の数式に従って、変換処理を施すことにより、上記撮像画像を、上記反射ミラーの焦点から見た画像に変換する画像変換処理手段とを備えた画像入力装置を含むことを特徴とする全方位視覚系。
記
tanα={(b2十c2)sinβ-2bc} /{(b2-c2)cosβ}
c=a2+b2　但し、a、bは、「ミラー焦点とカメラレンズ中心とを結ぶ軸をZ軸とし、ミラー焦点とカメラレンズ中心との中心を座標原点0とする、0-XYZ3次元座標系に於いて、双曲面ミラーを表す式、(X2+Y2)/a2-Z2/b2=-1に於ける定数a、b」であり、cは、「座標原点0から、ミラー焦点またはカメラレンズ中心までの距離」であり、βは、「Z軸と原画像点とを含む平面内に於いて、カメラレンズ中心から原画像点を見た方向が、カメラレンズ中心を通り、Z軸に垂直な直線となす角度」であり、αは、「Z軸と変換画像点とを含む平面内に於いて、ミラー焦点から変換画像点を見る方向が、ミラー焦点を通り、Z軸に垂直な直線となす角度」である。」と訂正する。
　
　c.また、明瞭でない記載の釈明を目的として、明細書の発明の詳細な説明の欄の段落番号0031の部分の末尾に、「なお、容易に理解されるように、実際の画像平面の位置は、双曲面ミラー3の他方の焦点位置(レンズ中心位置)Ocから見て、ミラーと反対側、レンズ中心から焦点距離fの位置にある。しかしながら、像の位置は、レンズ中心に入射する光線上にあるので、本来の画像平面と、図1に示される画像平面xyとは、X方向及びY方向の符号の点を除けば等価となる。この点に鑑み、画像平面上の像位置と物体位置との関係を、より分かり易く説明するために、画像平面位置を、レンズ中心から見て、ミラーと同じ側、焦点距離fの位置に設定して、説明を行う。」の記載を追加する。
　
　d.明瞭でない記載の釈明を目的として、明細書の発明の詳細な説明の欄の段落0001の部分の記載を、
　「【産業上の利用分野】
　本発明は全方位視覚系に係り、詳細には広い範囲の視覚情報を同時に入力し得る、特に、監視装置や自律移動ロボット等に用いて好適な双曲線ミラーを用いた全方位視覚系に係る。」と訂正する。
　
　e.明瞭でない記載の釈明を目的として、明細書の発明の詳細な説明の欄の段落0021の部分の記載を、
　「【実施例】
　2葉双曲面投影による全方位視覚系について説明する。」と訂正する。
　
　f.明瞭でない記載の釈明を目的として、明細書の発明の詳細な説明の欄の段落0058から段落0105までの部分の記載を、削除する。
　
　g.明瞭でない記載の釈明を目的として、明細書の発明の詳細な説明の欄の段落0106の部分の記載を、
　
　h.明瞭でない記載の釈明を目的として、明細書の発明の詳細な説明の欄の段落0120の部分の記載を、
　「2葉双曲面投影を用いた場合、カメラで撮影した画像は、ミラーの焦点0から見た画像に数2の式α、βの関係式を用いれば変換でき、一般のカメラと同じく従来よりの画像処理技術を利用できる。このことにより観測対象が点や鉛直線だけではなく、任意の直線の場合も射影関係が容易に得られる。」と訂正する。
　
　i.明瞭でない記載の釈明を目的として、明細書の発明の詳細な説明の欄の段落0121の部分の記載を、
　「以上のことから2葉双曲面投影は、従来からの画像処理技術が利用できる。」と訂正する。
　
　j.明瞭でない記載の釈明を目的として、明細書の発明の詳細な説明の欄の段落0123の部分の記載を、削除する。
　
　k.明瞭でない記載の釈明を目的として、明細書の図面の簡単な説明の欄の記載を、
　「【図1】
本発明の全方位視覚系の実施例を説明する図である。
　【図2】
　2葉双曲面を説明する図である。
　【図3】
　視覚系の鉛直断面を説明する図である。
　【図4】
　点の射影水平方向を説明する図である。
　【図5】
　点の射影鉛直方向を説明する図である。
　【図6】
　視覚系の鉛直方向を説明する図である。
　【図7】
　双曲線の要素を説明する図である。
　【図8】
　球面投影法を用いた場合の視野領域および光路を示す図である。
　【図9】
　円錐投影法を用いた場合の視野領域および光路を示す図である。
　【図10】
　2葉双曲面投影法を用いた場合の視野領域および光路を示す図である。
　【符号の説明】
　1、2 双曲面
　3 ミラー
　5 画像平面」と訂正する。
　
　l.明瞭でない記載の釈明を目的として、図面中の図7から図15までの各図を削除する。また、これに伴い、図面中の図16から図19までの各図の図番号を、それぞれ、図7、図8、図9及び図10と訂正する。
　
《2-3》訂正の目的の適否、新規事項の有無及び拡張・変更の存否
　上記訂正事項a.は、願書に添付した明細書及び図面に記載した事項の範囲内で特許請求の範囲の減縮を目的とするものであり、これらの訂正は実質上特許請求の範囲を拡張し、又は変更するものでもない。
　また、上記訂正事項b.〜l.は、願書に添付した明細書及び図面に記載した事項の範囲内で不明りょうな記載の釈明を目的とするものであり、これらの訂正は実質上特許請求の範囲を拡張し、又は変更するものでもない。
　
《2-4》むすび
　以上のとおりであるから、上記訂正は、特許法第120条の4第2項及び同条第3項で規定する訂正について、平成6年法律第116号附則第6条第1項の規定によりなお従前の例によるとされる改正前の特許法第126条第1項ただし書き及び同条第2項の規定に適合するので、当該訂正を認める。
　
【3】特許異議の申立てについての判断
《3-1》申立ての理由の概要
　特許異議申立人は、本件の請求項1に係る特許発明は、刊行物1(米国特許第3229576号明細書)に記載された発明であり、また同発明に基づいて当業者が容易に発明できたものであるから、特許法第29条第1項及び同第2項の規定に違反する旨主張している。
　
《3-2》本件発明
　本件発明(本件の請求項1に係る発明)は、「《2-1》訂正後の発明」で述べたとおりである。
　
《3-3》刊行物1の記載
　刊行物に記載された装置は、その図1及び図2に示されるように、車両の内部から360°の全方位をリアルタイムで観ることができる全方位視覚(観察)装置に関するものであり、この装置は、双曲面14を有する双曲面鏡13(反射鏡)と、広角レンズ33(レンズ構成要素33)と、この広角レンズ33と光学的に組み合わされた光増幅器9と、この光増幅器9で増幅された光を下記表示用スクリーンに投影するための投影レンズ55-57(レンズ構成要素55-57)と、湾曲した内面を有する表示用スクリーン60とから構成されるものであり、前記双曲面鏡13の外側の焦点は広角レンズ33の光学中心と一致している(第2欄29行〜31行,クレーム1の記載参照)。そして、この視覚装置では360°の全方位の画像が双曲面鏡13に反射して広角レンズ33の中心に集光された後、光増幅器9、投影レンズ55-57を経て表示用スクリーン60に投射されるものである(第3欄41行〜第4欄2行)。
　また、上記視覚装置の広角レンズ、光増幅器及び投影レンズに替えて、広角レンズを有するカメラで撮影することができ、この画像はテレビ投影システムで伝達することができることが記載されている(第4欄22行〜31行)。
　
《3-4》対比
　本件発明と刊行物1に記載された発明とを比較すると、刊行物1に記載された発明における「双曲面14を有する双曲面鏡13」及び双曲面鏡13の外側の焦点が光学中心と一致している「広角レンズ33」は、本件発明の「2葉双曲面のうちの一方の双曲面状の形状を有する反射ミラー」及び「中心が他方の双曲面の焦点に配置されたレンズ」に相当し、刊行物1に記載された発明の広角レンズを有するカメラで撮影されテレビ投影システムで伝達される「画像」は、本件発明の「カメラで撮像した画像」に相当する。そうして両者は、全方位視覚系に関する装置である。
　してみると、両者は、「2葉双曲面のうちの一方の双曲面状の形状を有する反射ミラーと、2葉双曲面のうちの他方の双曲面状の形状を有し中心が他方の双曲面の焦点に配置されたレンズを有するカメラと、該カメラで撮像した画像を用いた全方位視覚系」の点で一致し、以下の点で相違する。
　
　相違点1:
　本件発明は、レンズが、2葉双曲面のうちの他方の双曲面状の形状を有するのに対して、刊行物1に記載された発明では、通常の広角レンズが使用されている点。
　
　相違点2:
　本件発明は、Z軸と原画像点とを含む平面内に於いて、カメラレンズ中心から原画像点を見た方向が、カメラレンズ中心を通り、Z軸に垂直な直線となす角度をβ、Z軸と変換画像点とを含む平面内に於いて、ミラー焦点から変換画像点を見る方向が、ミラー焦点を通り、Z軸に垂直な直線となす角度をαとしたとき、双曲面を表す定数a、b、cを用いた数式に従って、画像変換処理する手段を有するのに対して、刊行物1に記載された発明はそのような画像変換処理を行っていない点。
　
《3-5》判断
　そこで、まず相違点1について検討するに、本件発明の視覚系において用いるレンズとして特に「2葉双曲面のうちの他方の双曲面状の形状を有する」ものに限定されている。通常の場合、この種のレンズ系は球面形状を有したものを用いるのであり、特に収差の補正で必要な場合に、非球面形状が用いられることが知られている。しかしながら、このような特定の「2葉双曲面のうちの他方の双曲面状の形状を有する」屈折面を採用することは、普通考えられないから、レンズを2葉双曲面のうちの他方の双曲面状の形状を有するものとすることは、当業者が容易になしえた事項ではない。
　つぎに、相違点2について検討するに、双曲面を表す定数a、b、cを用いた数式は、定数a、b、cで規定される双曲面で反射した場合に、Z軸と原画像点とを含む平面内に於いてカメラレンズ中心から原画像点を見た方向がカメラレンズ中心を通りZ軸に垂直な直線となす角度(β)と、Z軸と変換画像点とを含む平面内に於いてミラー焦点から変換画像点を見る方向がミラー焦点を通りZ軸に垂直な直線となす角度(α)とがなす関係を表すものであり、この関係は、刊行物1に記載された発明においても成り立っていることは当業者に明らかである。しかし、刊行物1には、前記関係を利用して、反射ミラーの焦点から見た画像に変換することは記載されておらず、また、示唆もされていない。
　よって、刊行物1の記載に基づいて、Z軸と原画像点とを含む平面内に於いて、カメラレンズ中心から原画像点を見た方向が、カメラレンズ中心を通り、Z軸に垂直な直線となす角度をβ、Z軸と変換画像点とを含む平面内に於いて、ミラー焦点から変換画像点を見る方向が、ミラー焦点を通り、Z軸に垂直な直線となす角度をαとしたとき、双曲面を表す定数a、b、cを用いた数式に従って、画像変換処理する手段を用いることは、当業者といえども容易に想到できた事項ではない。
　
《3-6》むすび
　以上のとおりであるから、特許異議申立の理由及び証拠方法によっては、本件の請求項1に係る発明の特許を取り消すことはできない。
　また、他に本件の請求項1に係る発明の特許を取り消すべき理由を発見しない。
　よって、特許法等の一部を改正する法律(平成6年法律第116号)附則第14条の規定に基づく、特許法等の一部を改正する法律の施行に伴う経過措置を定める政令(平成7年政令第205号)第4条第2項の規定により、結論のとおり決定する。
【異議決定日】
平成１３年１月１６日（２００１．１．１６）
【訂正の要旨】
訂正の要旨
　特許権者が求めている訂正の内容は、以下のとおりである。
　ａ．特許請求の範囲の請求項１を、特許請求の範囲の減縮を目的として、
「２葉双曲面のうちの一方の双曲面状の形状を有する反射ミラーと、２葉双曲面のうちの他方の双曲面状の形状を有し中心が他方の双曲面の焦点に配置されたレンズを有するカメラと、該カメラで撮像した画像に対して、下記の数式に従って、変換処理を施すことにより、上記撮像画像を、上記反射ミラーの焦点から見た画像に変換する画像変換処理手段とを備えた画像入力装置を含むことを特徴とする全方位視覚系。
記
ｔａｎα＝｛（ｂ２十ｃ２）ｓｉｎβ−２ｂｃ｝／｛（ｂ２−ｃ２）ｃｏｓβ｝
ｃ＝ａ２＋ｂ２
　但し、ａ、ｂは、「ミラー焦点とカメラレンズ中心とを結ぶ軸をＺ軸とし、ミラー焦点とカメラレンズ中心との中心を座標原点０とする、０−ＸＹＺ３次元座標系に於いて、双曲面ミラーを表す式、（Ｘ２＋Ｙ２）／ａ２−Ｚ２／ｂ２＝−１に於ける定数ａ、ｂ」であり、ｃは、「座標原点０から、ミラー焦点またはカメラレンズ中心までの距離」であり、βは、「Ｚ軸と原画像点とを含む平面内に於いて、カメラレンズ中心から原画像点を見た方向が、カメラレンズ中心を通り、Ｚ軸に垂直な直線となす角度」であり、αは、「Ｚ軸と変換画像点とを含む平面内に於いて、ミラー焦点から変換画像点を見る方向が、ミラー焦点を通り、Ｚ軸に垂直な直線となす角度」
である。」と訂正する
　ｂ．これに伴い、特許請求の範囲の記載と、発明の詳細な説明の記載との整合を図るため、明瞭でない記載の釈明を目的として、明細書の発明の詳細な説明の欄の段落番号００１９の部分の記載を、
「【課題を解決するための手段】本発明は、２葉双曲面のうちの一方の双曲面状の形状を有する反射ミラーと、２葉双曲面のうちの他方の双曲面状の形状を有し中心が他方の双曲面の焦点に配置されたレンズを有するカメラと、該カメラで撮像した画像に対して、下記の数式に従って、変換処理を施すことにより、上記撮像画像を、上記反射ミラーの焦点から見た画像に変換する画像変換処理手段とを備えた画像入力装置を含むことを特徴とする全方位視覚系。
記
ｔａｎα＝｛（ｂ２十ｃ２）ｓｉｎβ−２ｂｃ｝／｛（ｂ２−ｃ２）ｃｏｓβ｝
ｃ＝ａ２＋ｂ２
　但し、ａ、ｂは、「ミラー焦点とカメラレンズ中心とを結ぶ軸をＺ軸とし、ミラー焦点とカメラレンズ中心との中心を座標原点０とする、０−ＸＹＺ３次元座標系に於いて、双曲面ミラーを表す式、（Ｘ２＋Ｙ２）／ａ２−Ｚ２／ｂ２＝−１に於ける定数ａ、ｂ」であり、ｃは、「座標原点０から、ミラー焦点またはカメラレンズ中心までの距離」であり、βは、「Ｚ軸と原画像点とを含む平面内に於いて、カメラレンズ中心から原画像点を見た方向が、カメラレンズ中心を通り、Ｚ軸に垂直な直線となす角度」であり、αは、「Ｚ軸と変換画像点とを含む平面内に於いて、ミラー焦点から変換画像点を見る方向が、ミラー焦点を通り、Ｚ軸に垂直な直線となす角度」である。」と訂正する。
　ｃ．また、明瞭でない記載の釈明を目的として、明細書の発明の詳細な説明の欄の段落番号００３１の部分の末尾に、「なお、容易に理解されるように、実際の画像平面の位置は、双曲面ミラー３の他方の焦点位置（レンズ中心位置）Ｏｃから見て、ミラーと反対側、レンズ中心から焦点距離ｆの位置にある。しかしながら、像の位置は、レンズ中心に入射する光線上にあるので、本来の画像平面と、図１に示される画像平面ｘｙとは、Ｘ方向及びＹ方向の符号の点を除けば等価となる。この点に鑑み、画像平面上の像位置と物体位置との関係を、より分かり易く説明するために、画像平面位置を、レンズ中心から見て、ミラーと同じ側、焦点距離ｆの位置に設定して、説明を行う。」の記載を追加する。
　ｄ．明瞭でない記載の釈明を目的として、明細書の発明の詳細な説明の欄の段落０００１の部分の記載を、
　「【産業上の利用分野】
　本発明は全方位視覚系に係り、詳細には広い範囲の視覚情報を同時に入力し得る、特に、監視装置や自律移動ロボット等に用いて好適な双曲線ミラーを用いた全方位視覚系に係る。」と訂正する。
　ｅ．明瞭でない記載の釈明を目的として、明細書の発明の詳細な説明の欄の段落００２１の部分の記載を、
　「【実施例】
　２葉双曲面投影による全方位視覚系について説明する。」と訂正する。
　ｆ．明瞭でない記載の釈明を目的として、明細書の発明の詳細な説明の欄の段落００５８から段落０１０５までの部分の記載を、削除する。
　ｇ．明瞭でない記載の釈明を目的として、明細書の発明の詳細な説明の欄の段落０１０６の部分の記載を、
　「本実施例で述べている２葉双曲面は双曲線の回転体であるため、「双曲線上における接線および法線は、それぞれ焦点半径（焦点と接線とを結ぶ動径）のなす内角および外角を２等分する」という性格をもつ。即ち、双曲線とは与えられた２つの定点Ｆ１（０，ｃ）、Ｆ２（０，−ｃ）（焦点）までの距離の差が一定（＝２ｂ＜２ｃ）であるような全ての点の集合（軌跡）をいう。」と訂正する。
　ｈ．明瞭でない記載の釈明を目的として、明細書の発明の詳細な説明の欄の段落０１２０の部分の記載を、
　「２葉双曲面投影を用いた場合、カメラで撮影した画像は、ミラーの焦点０から見た画像に数２の式α、βの関係式を用いれば変換でき、一般のカメラと同じく従来よりの画像処理技術を利用できる。このことにより観測対象が点や鉛直線だけではなく、任意の直線の場合も射影関係が容易に得られる。」と訂正する。
　ｉ．明瞭でない記載の釈明を目的として、明細書の発明の詳細な説明の欄の段落０１２１の部分の記載を、
　「以上のことから２葉双曲面投影は、従来からの画像処理技術が利用できる。」と訂正する。
　ｊ．明瞭でない記載の釈明を目的として、明細書の発明の詳細な説明の欄の段落０１２３の部分の記載を、削除する。
　ｋ．明瞭でない記載の釈明を目的として、明細書の図面の簡単な説明の欄の記載を、
　「【図１】
本発明の全方位視覚系の実施例を説明する図である。
　【図２】
　２葉双曲面を説明する図である。
　【図３】
　視覚系の鉛直断面を説明する図である。
　【図４】
　点の射影水平方向を説明する図である。
　【図５】
　点の射影鉛直方向を説明する図である。
　【図６】
　視覚系の鉛直方向を説明する図である。
　【図７】
　双曲線の要素を説明する図である。
　【図８】
　球面投影法を用いた場合の視野領域および光路を示す図である。
　【図９】
　円錐投影法を用いた場合の視野領域および光路を示す図である。
　【図１０】
　２葉双曲面投影法を用いた場合の視野領域および光路を示す図である。
　【符号の説明】
　１、２双曲面
　３ミラー
　５画像平面」と訂正する。
　ｌ．明瞭でない記載の釈明を目的として、図面中の図７から図１５までの各図を削除する。
また、これに伴い、図面中の図１６から図１９までの各図の図番号を、それぞれ、図７、図８、図９及び図１０と訂正する。
（５４）【発明の名称】
全方位視覚系
（５７）【特許請求の範囲】
　【請求項１】　２葉双曲面のうちの一方の双曲面状の形状を有する反射ミラーと、２葉双曲面のうちの他方の双曲面状の形状を有し中心が他方の双曲面の焦点に配置されたレンズを有するカメラと、該カメラで撮像した画像に対して、下記の数式に従って、変換処理を施すことにより、上記撮像画像を、上記反射ミラーの焦点から見た画像に変換する画像変換処理手段とを備えた画像入力装置を含むことを特徴とする全方位視覚系。
　　記
　ｔａｎα＝｛（ｂ２＋ｃ２）ｓｉｎβ−２ｂｃ｝／｛（ｂ２−ｃ２）ｃｏｓβ｝
　　　　ｃ＝　ａ２＋ｂ２
　但し、ａ、ｂは、「ミラー焦点とカメラレンズ中心とを結ぶ軸をＺ軸とし、ミラー焦点とカメラレンズ中心との中心を座標原点Ｏとする、Ｏ−ＸＹＺ３次元座標系に於いて、双曲面ミラーを表す式、（Ｘ２＋Ｙ２）／ａ２−Ｚ２／ｂ２＝−１に於ける定数ａ、ｂ」であり、ｃは、「座標原点Ｏから、ミラー焦点またはカメラレンズ中心までの距離」であり、βは、「Ｚ軸と原画像点とを含む平面内に於いて、カメラレンズ中心から原画像点を見た方向が、カメラレンズ中心を通り、Ｚ軸に垂直な直線となす角度」であり、αは、「Ｚ軸と変換画像点とを含む平面内に於いて、ミラー焦点から変換画像点を見る方向が、ミラー焦点を通り、Ｚ軸に垂直な直線となす角度」である。
【発明の詳細な説明】
　　　【０００１】
　　【産業上の利用分野】
　本発明は全方位視覚系に係り、詳細には広い範囲の視覚情報を同時に入力し得る、特に、監視装置や自律移動ロボット等に用いて好適な双曲面ミラーを用いた全方位視覚
系に
　　　【０００２】
　　【従来の技術】
　広い範囲の視覚情報を同時に入力し得る入力装置の研究が盛んに行われている。特に、監視装置や移動ロボットに応用する研究が盛んである。ここでロボットに応用する画像入力装置を例に従来の技術を説明する。
　　　【０００３】
　実際の環境内において、ロボットを誘導するためには、ロボットが移動環境下で現在どのような環境下であるかを理解し、適切な判断を行う必要がある。そのためには、ロボットにセンサを搭載しこのセンサ情報を利用して自律移動する必要がある。センサとしては超音波、レーザー、カメラなどがあるが、中でも視覚センサはロボットの周辺の状況を知る上で有効なセンサである（人は８０％以上の情報を視覚（眼）から獲得するといわれている）。
　　　【０００４】
　従来の移動ロボットに関する研究では、一般のカメラで直接とった中心射影の画像を利用していた。しかし、この方法では視野領域が前方中心となり、側方及び後方の情報を知ることができなかった。
　　　【０００５】
　このようなロボットなどが人工環境の中を移動する場合、必ずしも移動物体は前方より接近してくるとは限らない。側方、後方からの移動物体の接近による危険が生じ得る。事実、人が自動車を運転する場合も、発進や右左折の場合にルームミラーないしドアミラーで後方の確認行っている。よって、移動ロボットにおいても移動しながら全方位の情報を獲得することが望ましい。
　　　【０００６】
　このような目的で全方位の視覚情報を同時に獲得する方法として従来以下に示す方法が提案されている。
　　　【０００７】
（１）カメラを回す方法：カメラを鉛直軸廻りに回転させる方法で全方位の中心射影の鮮明な画像が得られる。
　　　【０００８】
（２）魚眼レンズを用いる方法：魚眼レンズをつけたカメラを上に向けて使う方法で一度に全方位の画像をとることができる。
　　　【０００９】
（３）球面ミラーを用いる方法：半球面のミラーとカメラとから構成されミラーに写った環境をカメラでとる方法である。
　　　【００１０】
（４）円錐ミラーを用いる方法：円錐面のミラーとカメラとから構成され、側方中心の情報が得られ衝突回避等には有効なセンサである。
　　　【００１１】
　　【発明が解決しようとする課題】
　しかし、上記の各従来技術には次の問題点がある。
　　　【００１２】
（１）カメラを回す方法：カメラを回すために全方位の画像をとるのに時間がかかり、衝突回避など実時間で判断する必要のある問題に対しては適切ではない。
　　　【００１３】
（２）魚眼レンズを用いる方法：出力画像はロボットの移動に必ずしも必要でない天井などの画像を多く含み、ロボットに必要な側方の情報が十分観測できない。
　　　【００１４】
（３）球面ミラーを用いる方法：この方法は上記魚眼レンズを上下反転した場合の視野領域と類似し、天井などの代わりにカメラ自身の像や床面を画像に多く含み側方の解像度が低いという欠点がある。
　　　【００１５】
（４）円錐ミラーを用いる方法：足元の情報を得るために工夫が必要とされる。
　　　【００１６】
　さらに、ここであげたカメラを回す方法以外の全方位視覚系は、光学系の特性から画像を一般のカメラで直接とった画像に変換できないため、独自の視覚情報の処理方法が必要とされる。
　　　【００１７】
　例えば、従来の画像処理システムを用いた場合、垂直方向の直線は画面では放射状になるため比較的見つけやすいが、水平方向の直線は同心円状となるため容易には発見できないという問題がある。また、これらの直線を正しく認識し、通常の画面に変換することが容易でないことも明かである。
　　　【００１８】
　本発明の目的は、全方位の画像の同時撮影が可能な全方位視覚系を提供することにある。
　　　【００１９】
　　【課題を解決するための手段】
　本発明は、２葉双曲面のうちの一方の双曲面状の形状を有する反射ミラーと、２葉双曲面のうちの他方の双曲面状の形状を有し中心が他方の双曲面の焦点に配置されたレンズを有するカメラと、該カメラで撮像した画像に対して、下記の数式に従って、変換処理を施すことにより、上記撮像画像を、上記反射ミラーの焦点から見た画像に変換する画像変換処理手段とを備えた画像入力装置を含むことを特徴とする。
　　記
　ｔａｎα＝｛（ｂ２＋ｃ２）ｓｉｎβ−２ｂｃ｝／｛（ｂ２−ｃ２）ｃｏｓβ｝
　　　　ｃ＝　ａ２＋ｂ２
　但し、ａ、ｂは、「ミラー焦点とカメラレンズ中心とを結ぶ軸をＺ軸とし、ミラー焦点とカメラレンズ中心との中心を座標原点Ｏとする、Ｏ−ＸＹＺ３次元座標系に於いて、双曲面ミラーを表す式、（Ｘ２＋Ｙ２）／ａ２−Ｚ２／ｂ２＝−１に於ける定数ａ、ｂ」であり、ｃは、「座標原点Ｏから、ミラー焦点またはカメラレンズ中心までの距離」であり、βは、「Ｚ軸と原画像点とを含む平面内に於いて、カメラレンズ中心から原画像点を見た方向が、カメラレンズ中心を通り、Ｚ軸に垂直な直線となす角度」であり、αは、「Ｚ軸と変換画像点とを含む平面内に於いて、ミラー焦点から変換画像点を見る方向が、ミラー焦点を通り、Ｚ軸に垂直な直線となす角度」である。
　　　【００２０】
　　【作用】
　画像入力装置が２葉双曲面のうちの一方の双曲面状の形状を有する反射ミラーと、２葉双曲面のうちの他方の双曲面状の形状を有し中心が他方の双曲面の焦点に配置されたレンズとを備えているため、換言すれば双曲面ミラーを用い、その焦点から像を撮影できるので光学系で複雑な変換を受けていない歪の少ない画像を一度に得ることができる。この結果、撮影した画像を一般のカメラで直接とった画像に簡単に変換し得るとともに一般のカメラ出力画像と同じく従来の画像処理技術を利用し得る。
　　　【００２１】
　　【実施例】
　２葉双曲面投影による全方位視覚
系に
　　　【００２２】
　本視覚系の特徴は双曲面ミラーを用いることである。２葉双曲面投影の基本的な性質を以下に述べる。
　　　【００２３】
　図１は本発明の全方位視覚系の実施例を説明する図、図２は２葉双曲面を説明する図である。最初に２葉双曲面について説明する。
　　　【００２４】
　図２において、１、２は双曲面、Ｏは座標原点、ＯＭ１は双曲面１の焦点、Ｏｃ１は双曲面２の焦点、Ｃ１は座標原点からの各焦点までの距離、Ｘ、Ｙ、Ｚは各座標軸を示す。
　　　【００２５】
　２葉双曲面の式は次の通りである。
　　　【００２６】
　　（Ｘ２＋Ｙ２）／ａ２−Ｚ２／ｂ２＝−１　　　（２．１）
　ただしａは虚軸（共役軸）の半分、ｂは実軸（主軸）の半分である。
　　　【００２７】
　２葉双曲面はＸ２／ａ２−Ｚ２／ｂ２＝−１で表される双曲面の回りに回転して得られる（この双曲線Ｘ軸の回りに回転すると１葉双曲面になる）。従って、その形状には以下に示す特徴がある。
　　　【００２８】
　即ち、Ｚ軸に平行な平面による２通りの双曲面の切り口は双曲線となり、ＸＹ平面に平行な平面による切り口は円であり、ＸＹ平面で対称な２つの曲面を有している。
　　【００２９】
　本実施例では２葉のうちＺ＞０の領域にある双曲面をミラーとして利用している。
　　　【００３０】
　このような反射ミラーを用いた視覚系の構成について述べる。
　　　【００３１】
　図１において、鉛直下向きに設置した２葉双曲面のうちの一方の双曲面ミラー３とその下に鉛直上向きに設置したカメラから構成されている。カメラの光軸をＺ軸（鉛直方向）とするカメラとミラーに固定したＯ−ＸＹＺ３次元座標系を考える。３は双曲面状の形状を有するミラー、ＯＭはミラー３の焦点、ＯＣは双曲面状の形状を有するカメラレンズの中心、ｘｙは画像平面を表す。座標原点Ｏはミラーの焦点ＯＭとカメラレンズの中心ＯＣとの中心、ｃは原点Ｏから中心ＯＣまたは焦点ＯＭまでの距離である。画像平面ｘｙはＸＹ平面に平行でレンズ中心ＯＣからｆだけ離れたＺ軸上の点を通る面とする。
　なお、容易に理解されるように、実際の画像平面の位置は、双曲面ミラー３の他方の焦点位置（レンズ中心位置）ＯＣから見て、ミラーと反対側、レンズ中心から焦点距離ｆの位置にある。しかしながら、像の位置は、レンズ中心に入射する光線上にあるので、本来の画像平面と、図１に示される画像平面ｘｙとは、Ｘ方向及びＹ方向の符号の点を除けば等価となる。この点に鑑み、画像平面上の像位置と物体位置との関係を、より分かり易く説明するために、画像平面位置を、レンズ中心から見て、ミラーと同じ側、焦点距離ｆの位置に設定して、説明を行
う。
　　　【００３２】
　図３は視覚系の鉛直断面を説明する図である。図３において、４はミラー３の双曲面の漸近線、５は画像平面である。
　　　【００３３】
　図３に示すようにミラー３の双曲面とその焦点ＯＭ、カメラのレンズ中心ＯＣは次式で示される。
　　　【００３４】
　ミラー　　　　　　　　　　　（Ｘ２＋Ｙ２）／ａ２−Ｚ２／ｂ２＝−１
　ミラーの焦点ＯＭ　　　　　　（０，０，＋ｃ）　　　　　　（２．２）
　カメラのレンズの中心ＯＣ　　（０，０，−ｃ）
　ただしａは虚軸（共役軸）の半分、ｂは実軸（主軸）の半分、ｃは次式で表される。
　　　【００３５】
　【数１】
　　　【００３６】
　図４は点の射影水平方向を説明する図である。
　　　【００３７】
　このような視覚系は次のように動作する。すなわち図４に示すように距離計測を行う任意の点Ｐ（ＸＰ，ＹＰ，ＺＰ）に対する画像平面上の写像点をｐ（ｘｐ，ｙｐ）とすると、次式が成立する。
　　　【００３８】
　ｔａｎθ＝ＹＰ／ＸＰ＝ＹＰ／ＸＰ　　　　　　　　　　　　（２．３）
　すなわち、ＹＰ／ＸＰで定まる対象物体の方位角θやｙｐ、／ｘｐで定まる画像平面内の像Ｐの方位角θを算出することで得られる。このように３６０度パノラマ状の領域を双曲面ミラーを介して、撮像面上に投影する本方式では対象物体の方位角θが、その物体の画像平面上の投影の方位として直接現れる。
　　　【００３９】
　図５は点の射影鉛直方向を説明する図である。
　　　【００４０】
　図５に示すように点Ｐと双曲面ミラー軸Ｚを含む鉛直面を想定すると、点Ｐと写像点ｐとの間に次式が成り立つ。
　　　【００４１】
　【数２】
　　　【００４２】
　ただしａ、ｂ、ｃは双曲面に固有の定数（式２．２参照）でありｆはカメラの焦点、距離である。
　　　【００４３】
　即ち、物体の位置（ＸＰ　ＹＰ）がわかれば、その物体の高さＺＰは天頂角βから求められる。次に数２の式の算出の詳細を説明する。
　　　【００４４】
　図６は視覚系の鉛直方向を説明する図である。
　　　【００４５】
　図６のようにｐ，ｑを設定するとｐ，ｑおよび線分ＯＭＯＣバーからなる三角形から正弦定理により
　ｐ／ｓｉｎ（π／２＋α）＝ｑ／ｓｉｎ　（π／２−β）＝２ｃ／ｓｉｎ（−α＋β）　　　（２．４）
の関係が成立する。
　　　【００４６】
　式２．４を簡単にすると次式が得られる。
　　　【００４７】
　ｐ／ｃｏｓ　α＝ｑ／ｃｏｓ　β＝２ｃ／ｓｉｎ（−α＋β）　　　（２．５）
また双曲線の性質より
　ｐ−ｑ＝２ｂ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２．６）
が得られるため式２．５、２．６からｐ、ｑを消去すると
　［｛２ｃ　ｃｏｓβ／ｓｉｎ（−α＋β）｝＋２ｂ］／ｃｏｓα＝２ｃ／ｓｉｎ（−α＋β）　　　（２．７）
が得られ、式２．７をまとめると、
　ｂｓｉｎ（−α＋β）＝ｃ（ｃｏｓα−ｃｏｓβ）　　　（２．８）
となる。加法定理により式２．８は、
　ｂ（ｃｏｓα　ｓｉｎβ−ｓｉｎα　ｃｏｓβ）＝ｃ（ｃｏｓα−ｃｏｓβ）　　　（２．９）
となりα、βをｙ＝ｔａｎα、ｘ＝ｔａｎβとすると式２．９が次式に置き換えることができる。
　　　【００４８】
　【数３】
　　　【００４９】
これを簡単にすると
　　　【００５０】
　【数４】
　　　【００５１】
となりこれをｙについて解くと次式の関係が得られる。
　　　【００５２】
　【数５】
　　　【００５３】
上式の両辺を自乗してｙについて整理すると、
　　　【００５４】
　【数６】
　　　【００５５】
となり、この二次方程式を解くと、
　　　【００５６】
　【数７】
　　　【００５７】
となる。ｙ＝ｘは明らかに求めているものとは異なる。よって、もう一方の解を使用しｙ＝ｔａｎα、ｘ＝ｔａｎβを代入すると、
　ｔａｎα＝｛（ｂ２＋ｃ２）ｓｉｎβ−２ｂｃ｝／｛（ｂ２−ｃ２）ｃｏｓβ｝　　　（３．０）
同様にｘについて解き、ｙ＝ｔａｎα、ｘ＝ｔａｎβを代入すると、
　ｔａｎβ＝｛（ｂ２＋ｃ２）ｓｉｎα−２ｂｃ｝／｛（ｂ２−ｃ２）ｃｏｓα｝　　　（３．１）
となる。
　　　【００５８】
　　　【００５９】
　　　【００６０】
　　　【００６１】
　　　【００６２】　
　　　【００６３】
　　　【００６４】
　　　【００６５】
　　　【００６６】
　　　【００６７】
　　　【００６８】
　　　【００６９】
　　　【００７０】
　　　【００７１】
　　　【００７２】
　　　【００７３】
　　　【００７４】
　　　【００７５】
　　　【００７６】
　　　【００７７】
　　　【００７８】
　　　【００７９】
　　　【００８０】
　　　【００８１】
　　　【００８２】
　　　【００８３】
　　　【００８４】
　　　【００８５】
　　　【００８６】
　　　【００８７】
　　　【００８８】
　　　【００８９】
　　　【００９０】
　　　【００９１】
　　　【００９２】
　　　【００９３】
　　　【００９４】
　　　【００９５】
　　　【００９６】
　　　【００９７】
　　　【００９８】
　　　【００９９】
　　　【０１００】
　　　【０１０１】
　　　【０１０２】
　　　【０１０３】
　　　【０１０４】
　　　【０１０５】
　　　【０１０６】
　
本
　　　【０１０７】
　図７は双曲線の要素を説明する図である。図７において、ＡＢ（２ｂ）は実軸、Ａ，Ｂは頂点、Ｏは中心、焦点Ｆ１およびＦ２は実軸上の中心から。の距離
　　　【０１０８】
　【数８】
　　　【０１０９】
にあり、虚軸ＣＤ（２ｂ）は
　　　【０１１０】
　【数９】
　　　【０１１１】
である。双曲線の方程式の標準形としては双曲線の実軸が一致するとき
ｙ２／ｂ２−ｘ２／ａ２＝１　　　　　　　　　　　　　　　　　　（３．２）
が成立する。双曲線上の点Ｍ（Ｘ０，ｙ０）における接線の方程式は
ｙｙ０／ｂ２−ｘｘ０／ａ２＝１　　　　　　　　　　　　　　　　（３．３）
で表され双曲線上における接線および法線は、それぞれ焦点半径（焦点と接点とを結ぶ動径）のなす内角および外角を二等分する。さらに双曲線の分岐が原点から遠ざかるに従い限りなく近ずいていく直線、即ち、漸近線の方程式は
ｙ＝±ａｘ／ｂ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（３．４）
にて表される。
　　　【０１１２】
　従って、図５に示すようにカメラのレンズ中心ＯＣを一方の双曲面の焦点位置にすることで点Ｐの位置にかかわらず、点Ｐと双曲面ミラーでの反射位置とを結ぶ光路の延長線は、ミラー焦点Ｏを通過する。
　　　【０１１３】
　すなわち、数２の式のαとβの関係を用いればカメラで撮像した画像は、ミラーの焦点Ｏから見た画像に変換できる。これは、焦点Ｏにレンズ中心をもつカメラを鉛直軸まわりに回転させることで得られる全方位画像と等しく、本実施例では一般のカメラと同じく従来よりの画像処理技術を利用できる利点を有する。
　　　【０１１４】
　他の全方位視覚系の内、視覚系の類似する球面および円錐投影を用いる場合と、２葉双曲面投影を基いる場合との相違について述べると次の通りである。
　　　【０１１５】
　図８は球面投影法を用いた場合の視野領域および光路、図９は円錐投影法を用いた場合の視野領域および光路、図１０は２葉双曲面投影法を用いた場合の視野領域および光路を示す。
　　　【０１１６】
　図８の投影図法を用いた場合、球面ミラーの上部をのぞく全視野が視野領域２１となり、足元から側方まで観測できる。しかし、画像の中心部にはカメラ自身の像が写り視野領域として利用できず、さらに側方の情報は解像度が低い欠点をもつ。
　　　【０１１７】
　図９の円錐投影法を用いた場合、側方を中心とした視野領域２２となるため側方の密な情報が得やすい。その反面足元の情報を得るためには光学系に工夫が必要である。
　　　【０１１８】
　図１０においては２０は焦点、２３は視野領域を示す。２葉双曲面を用いた場合、カメラ自身も写るが漸近面（円錐上）により側方の視野領域２３は制限され、球面投影を用いたときより密な情報が得られる。
　　　【０１１９】
　次に射影像の関係について比較する。球面投影や円錐投影を用いた場合、ミラー面の曲率のためミラーに焦点をもたない。そのため、線分などの場合、射影関係が複雑となり従来の方法を利用できない場合がある。
　　　【０１２０】
　２葉双曲面投影を用いた場合、カメラで撮像した画像は、ミラーの焦点Ｏから見た画像に数２の式α、βの関係式を用いれば変換でき、一般のカメラと同じく従来よりの画像処理技術を利用できる。このことにより観測対象が点や鉛直線だけではなく、任意の直線の場合も射影関係が容易に得られる
。
　　　【０１２１】
　以上のことから２葉双曲面投影は、従来からの画像処理技術が利用できる
。
　　　【０１２２】
　このように２葉双曲面投影を用いた本実施例においては、
（１）双曲面ミラーとテレビジョンカメラのシンプルな構成であり、
（２）全方位が一度に観測でき、
（３）２葉双曲面投影においては、他の全方位視覚系にない焦点をもつという特徴があるために独自の画像認識技術を考慮しなくてもよい
という特徴を有する。
　　　【０１２３】
　　　【０１２４】
　これらのことは本実施例の固有の効果であり、特に監視装置やロボット移動用の視覚系など、一度に広い範囲の画像を入力する必要がある画像入力装置として従来の画像処理システムとともに用いて有効である。
　　　【０１２５】
　　【発明の効果】
　画像入力装置が２葉双曲面のうちの一方の双曲面状の形状を有する反射ミラーと、２葉双曲面のうちの他方の双曲面状の形状を有し中心が他方の双曲面の焦点に配置されたレンズとを備えているため、換言すれば双曲面ミラーを用い、その焦点から像を撮影できるので光学系で複雑な変換を受けていない歪の少ない画像を一度に得ることができる。この結果、撮影した画像を一般のカメラで直接とった画像に簡単に変換し得るとともに一般のカメラ出力画像と同じく従来の画像処理技術を利用し得る。
【図面の簡単な説明】
　　【図１】
　本発明の全方位視覚系の実施例を説明する図である。
　　【図２】
　２葉双曲面を説明する図である。
　　【図３】
　視覚系の鉛直断面を説明する図である。
　　【図４】
　点の射影水平方向を説明する図である。
　　【図５】
　点の射影鉛直方向を説明する図である。
　　【図６】
　視覚系の鉛直方向を説明する図である。
　　【図７】
　
双曲線の要素を説明する図である。
　　【図８】
　
球面投影法を用いた場合の視野領域および光路を示す図である。
　　【図９】
　
円錐投影法を用いた場合の視野領域および光路を示す図である。
　　【図１０】
　
２葉双曲面投影法を用いた場合の視野領域および光路を示す。
　　【符号の説明】
　１、２　双曲面
　３　ミラー
　５　画像平面
【図面】