(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被操作体に取り付けられる撮像手段が撮像した入力画像に基づいて、前記被操作体の周囲画像である出力画像を得るための画像変換処理の対象となる処理対象画像を生成する画像生成装置であって、
前記入力画像が位置する入力画像平面における座標と、前記入力画像が投影される空間モデルにおける座標と、前記処理対象画像が位置する処理対象画像平面であり前記空間モデルに投影された画像が再投影される処理対象画像平面における座標とを対応付ける座標対応付け手段と、
前記出力画像上に重畳表示される補助画像を前記空間モデル上に設定する補助画像設定手段と、を備える、
ことを特徴とする画像生成装置。
【請求項２】
前記空間モデルは、前記被操作体を取り囲むように配置される壁面を含み、
前記補助画像設定手段は、前記空間モデルの前記壁面における、前記撮像手段の高さに相当するレベルに補助線を設定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の画像生成装置。
【請求項３】
前記空間モデルは、前記被操作体が位置する面に対応する底面を含み、
前記補助画像設定手段は、前記底面の縁を表す補助線を前記空間モデル上に設定する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像生成装置。
【請求項４】
前記空間モデルは、前記被操作体を取り囲むように配置される壁面と、前記被操作体が位置する面に対応する底面とを含み、
前記補助画像設定手段は、前記壁面と前記底面との境界を表す補助線を前記空間モデル上に設定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の画像生成装置。
【請求項５】
被操作体の移動又は操作を支援する操作支援システムであって、
請求項１乃至４の何れか一項に記載の画像生成装置と、
前記被操作体を移動させ或いは操作するための操作室に設置され、該画像生成装置が生成する出力画像を表示する表示部と、
を備えることを特徴とする操作支援システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被操作体に取り付けられたカメラが撮像した入力画像に基づいて出力画像を生成する画像生成装置及びその装置を用いた操作支援システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、作業用車両の上部旋回体の後部に設けた１台のカメラが出力するカメラ画像に、上部旋回体の旋回中心を中心とする円弧で表される距離表示ラインを重畳表示する後方視野表示装置が知られている（特許文献１参照。）。このようにして重畳表示される距離表示ラインにより、後方視野表示装置は、出力画像に現れる像の上部旋回体からの距離を操作者がより正確に把握できるようにしている。
【０００３】
一方で、本出願人は、建設機械に搭載されたカメラが撮像した画像を、その建設機械を囲む空間モデルに投影し、その空間モデルに投影した画像を用いて、路面を真上から見た状態を仮想的に映し出す路面画像と水平方向を映し出す水平画像とを組み合わせた出力画像を生成する画像生成装置を提案している（特許文献１参照。）。この画像生成装置は、路面画像と水平画像とを組み合わせた出力画像を生成することにより、建設機械と周辺障害物との位置関係を操作者が直感的に把握できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１８８１６０号公報
【特許文献２】特開２０１１−２２３４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の距離表示ラインのように、特許文献２の画像生成装置が生成する出力画像上に補助的な画像情報を重畳表示することは、建設機械と周辺障害物との位置関係を操作者が把握する上で有効であると考えられる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の距離表示ラインは、投影処理が施されていない生のカメラ画像にそのまま重畳表示されるラインである。そのため、距離表示ラインは、特許文献２に記載されるような、路面画像と水平画像とを組み合わせた出力画像には適合し得ない。仮に重畳表示した場合には、歪な形のラインを提示することとなり、かえって操作者を混乱させてしまうおそれがあるためである。
【０００７】
上述の点に鑑み、本発明は、空間モデルを用いて生成される出力画像上の物体までの距離やその大きさをより把握し易くする画像生成装置及びその装置を用いた操作支援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】
【０００８】
上述の目的を達成するために、本発明の実施例に係る画像生成装置は、被操作体に取り付けられる撮像手段が撮像した入力画像に基づいて、前記被操作体の周囲画像である出力画像を得るための画像変換処理の対象となる処理対象画像を生成する画像生成装置であって、前記入力画像が位置する入力画像平面における座標と、前記入力画像が投影される空間モデルにおける座標と、前記処理対象画像が位置する処理対象画像平面であり前記空間モデルに投影された画像が再投影される処理対象画像平面における座標とを対応付ける座標対応付け手段と、前記出力画像上に重畳表示される補助画像を前記空間モデル上に設定する補助画像設定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の実施例に係る操作支援システムは、被操作体の移動又は操作を支援する操作支援システムであって、上述の画像生成装置と、前記被操作体を移動させ或いは操作するための操作室に設置され、該画像生成装置が生成する出力画像を表示する表示部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上述の手段により、本発明は、空間モデルを用いて生成される出力画像上の物体までの距離やその大きさをより把握し易くする画像生成装置及びその装置を用いた操作支援システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明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】出力画像の表示例（その２）である。
【図１２】空間モデル上に設定される補助画像の位置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
図１は、本発明に係る画像生成装置の構成例１００を概略的に示すブロック図である。
【００１４】
画像生成装置１００は、例えば、建設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運転者に提示する装置であって、制御部１、カメラ２、入力部３、記憶部４、及び表示部５で構成される。
【００１５】
図２は、画像生成装置１００が搭載されるショベル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。
【００１６】
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）を備えている。なお、キャブ６４内の運転者が視認し易い位置には表示部５が設置されているものとする。
【００１７】
次に、画像生成装置１００の各構成要素について説明する。
【００１８】
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って、例えば、後述する座標対応付け手段１０、出力画像生成手段１１、補助画像設定手段１２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。
【００１９】
カメラ２は、ショベル６０の周辺を映し出す入力画像を取得するための装置であり、例えば、キャブ６４にいる運転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（図２参照。）、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の撮像素子を備えた右側方カメラ２Ｒ及び後方カメラ２Ｂである。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。
【００２０】
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に対して出力するが、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こととなる。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、建設機械のキャブ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。
【００２４】
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辺障害物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、その出力画像を運転者に提示するようにしてもよい。
【００２５】
「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、アフィン変換、歪曲変換、視点変換処理等である。）の対象となる画像であり、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。）を含む入力画像を画像変換処理で用いる場合に、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得られる、画像変換処理に適した画像である。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。
【００２６】
「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（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。）を含む、一又は複数の平面若しくは曲面で構成される、入力画像の投影対象である。
【００２７】
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。
【００２８】
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（Ａ）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（Ｂ）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。
【００２９】
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、その底面内部の平面領域Ｒ１とその側面（壁面）内部の曲面領域Ｒ２とを有する。
【００３０】
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、部分円筒形状、半円筒形状、及び円筒形状の何れであってもよいものとする。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。
【００３１】
次に、制御部１が有する各種手段について説明する。
【００３２】
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り、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、射影方式等のカメラ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、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。
【００３３】
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。
【００３４】
出力画像生成手段１１は、出力画像を生成するための手段であり、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、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に記憶し、座標対応付け手段１０がその値を記憶した入力画像・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（例えば、輝度値、色相値、彩度値等である。）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。
【００３５】
また、出力画像生成手段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、射影方式等の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、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に記憶し、座標対応付け手段１０がその値を記憶した入力画像・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（例えば、輝度値、色相値、彩度値等である。）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。
【００３６】
なお、出力画像生成手段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。
【００３７】
また、出力画像生成手段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、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（例えば、輝度値、色相値、彩度値等である。）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、出力画像生成手段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。
【００３８】
補助画像設定手段１２は、空間モデルＭＤ上に補助画像を設定するための手段である。
【００３９】
「補助画像」とは、出力画像に重畳される画像であり、操作者が出力画像の内容を把握するのを補助する。補助画像は、例えば、補助線、補助円、補助多角形等を含む。
【００４０】
具体的には、補助画像設定手段１２は、例えば、空間モデルＭＤの平面領域Ｒ１及び曲面領域Ｒ２の少なくとも一方に補助画像を設定する。空間モデルＭＤ上に設定された補助画像に含まれる空間モデルＭＤ上の座標は、その補助画像に含まれない座標と同様に、座標対応付け手段１０によって入力画像平面上の座標及び処理対象画像平面Ｒ３上の座標に対応付けられ、さらに、出力画像生成手段１１によって出力画像平面上の座標に対応付けられる。但し、出力画像生成手段１１は、補助画像に含まれる座標に対応する出力画像平面上の座標の画素値については、出力画像平面上の他の座標の画素値の決め方とは異なる画素値の決め方を採用する。具体的には、出力画像生成手段１１は、入力画像における画素値をそのまま出力画像における画素値に関連付ける代わりに、所定の画素値、又は、その入力画像における画素値に所定の修正を加えた画素値を関連付けて出力画像を生成する。なお、所定の画素値は、出力画像上で補助画像を際立たせるための画素値である。また、所定の修正は、出力画像上で補助画像を際立たせるための修正であり、例えば、輝度値、色相値、彩度値等の調整を含む。
【００４１】
次に、座標対応付け手段１０及び出力画像生成手段１１による具体的な処理の一例について説明する。
【００４２】
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。
【００４３】
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り、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、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ものとする。
【００４４】
最初に、座標対応付け手段１０は、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、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（符号「−」は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。）にそれぞれ一致させるようＸＹＺ座標系を回転させる。
【００４５】
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座標系を有することとなるので、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こととなる。
【００４６】
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ので、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。
【００４７】
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し、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、
【００４８】
【数１】
0005808679.tif 000002
で表されることとなる。
【００４９】
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
【００５０】
【数２】
0005808679.tif 000003
で表されることとなる。
【００５１】
なお、四元数は、ｉ、ｊ、ｋをそれぞれ虚数単位とした場合、
【００５２】
【数３】
0005808679.tif 000004
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、
【００５３】
【数４】
0005808679.tif 000005
で表されるものとし、四元数Ｑの共役四元数は、
【００５４】
【数５】
0005808679.tif 000006
で表されるものとする。
【００５５】
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。
【００５６】
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、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。
【００５７】
【数６】
0005808679.tif 000007
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、
【００５８】
【数７】
0005808679.tif 000008
で表されることとなる。
【００５９】
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、
【００６０】
【数８】
0005808679.tif 000009
で表されることとなる。
【００６１】
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、
【００６２】
【数９】
0005808679.tif 000010
で表されることとなり、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。
【００６３】
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、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。
【００６４】
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、平面Ｈと光軸Ｇとの交点Ｅと座標Ｐ'とを結ぶ線分ＥＰ'と、平面ＨにおけるＵ'軸とが形成する偏角φ、及び線分ＥＰ'の長さを算出する。
【００６５】
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ので、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。
【００６６】
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とにより、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。
【００６７】
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、
【００６８】
【数１０】
0005808679.tif 000011
【００６９】
【数１１】
0005808679.tif 000012
で表されることとなる。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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り、図６（Ａ）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って、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。
【００７５】
図６（Ａ）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。
【００７６】
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に対応付けるようにする。
【００７７】
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。
【００７８】
図６（Ｂ）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り、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を導入し、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。
【００７９】
図６（Ｂ）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ようにする。
【００８０】
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が可能であるが、図６（Ｂ）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ので、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ものとなっている。
【００８１】
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。
【００８２】
図６（Ｃ）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り、出力画像生成手段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。
【００８３】
図６（Ｃ）の例では、出力画像生成手段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。
【００８４】
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、出力画像生成手段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に対応付けるようにする。
【００８５】
具体的には、出力画像生成手段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。
【００８６】
このようにして、出力画像生成手段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に記憶し、座標対応付け手段１０が記憶した入力画像・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。
【００８７】
なお、図６（Ｄ）は、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）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。
【００８８】
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。
【００８９】
図７（Ａ）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り、図７（Ｂ）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（Ａ）及び図７（Ｂ）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ものとし、図７（Ａ）における座標Ｌａ〜Ｌｄのそれぞれの間隔は、図７（Ｂ）における座標Ｌａ〜Ｌｄのそれぞれの間隔と等しいものとする。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ものとする。なお、この場合のＺ軸を「再投影軸」と称することとする。
【００９０】
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）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（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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
図８（Ａ）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り、図８（Ｂ）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（Ａ）及び図８（Ｂ）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ものとし（図８（Ａ）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。）、図８（Ａ）における座標Ｌａ〜Ｌｄのそれぞれの間隔は、図８（Ｂ）における座標Ｌａ〜Ｌｄのそれぞれの間隔と等しいものとする。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ものとする。なお、図７と同様、この場合のＺ軸を「再投影軸」と称することとする。
【００９４】
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）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（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。
【００９５】
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。
【００９６】
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ので、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。
【００９７】
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ものとする。
【００９８】
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）。
【００９９】
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し、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し、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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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）。
【０１０２】
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の座標を取得し、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し、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。
【０１０３】
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し（ステップＳ３）、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の処理を繰り返すようにする。
【０１０４】
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、出力画像生成手段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）。
【０１０５】
具体的には、出力画像生成手段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し、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。
【０１０６】
或いは、出力画像生成手段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。
【０１０７】
或いは、出力画像生成手段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の座標を取得した上で、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し、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。
【０１０８】
その後、制御部１は、出力画像生成手段１１により、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を参照しながら入力画像平面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り、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、出力画像生成手段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（例えば、平均値、最大値、最小値、中間値等である。）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するようにしてもよい。
【０１０９】
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し（ステップＳ６）、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の処理を繰り返すようにする。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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し、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"を"空間モデル上の座標"で読み替えるものとする。
【０１１２】
以上の構成により、画像生成装置１００は、建設機械と周辺障害物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。
【０１１３】
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とにより、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、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（この場合には、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が、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。）、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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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し、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して、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から水平方向に周辺を見た画像（処理対象画像平面Ｒ３における画像）とを同時に表示している。
【０１１９】
なお、出力画像は、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ものとする。
【０１２０】
また、出力画像は、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ており、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。
【０１２１】
なお、空間モデルＭＤの半径は、例えば、５メートルであり、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、作業員である。）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。
【０１２２】
更に、出力画像は、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するようにしてもよい。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、出力画像は、方位等の各種情報を含む額縁画像をその周囲に配置するようにしてもよい。
【０１２３】
次に、図１１及び図１２を参照しながら、補助画像設定手段１２が設定する補助画像について説明する。
【０１２４】
図１１は、ショベル６０に搭載された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）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。また、図１２は、空間モデルＭＤ上に設定される補助画像の位置を示す図であり、空間モデルＭＤを斜め上方から見たときのカメラ２と空間モデルＭＤとの間の位置関係を示す。
【０１２５】
本実施例では、図１１に示すように、画像生成装置１００は、それら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。そして、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。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路面画像（平面領域Ｒ１における画像）と、ショベル６０から水平方向に周辺を見た水平画像（処理対象画像平面Ｒ３における画像）とを同時に表示する。
【０１２６】
また、画像生成装置１００は、ショベル６０のＣＧ画像を出力画像上に重畳表示する。具体的には、図１１に示すように、画像生成装置１００は、ショベル６０のＣＧ画像の前方が表示部５の画面上方と一致し、且つ、その旋回中心が空間モデルの中心と一致するように、ショベル６０のＣＧ画像を配置する。
【０１２７】
また、本実施例では、図１２に示すように、円筒状の空間モデルＭＤの円筒中心軸は、再投影軸及びショベル６０の旋回軸ＰＶ（Ｚ軸）に一致する。また、後方カメラ２Ｂの光軸Ｇ１、右側方カメラ２Ｒの光軸Ｇ２、及び左側方カメラ２Ｌの光軸Ｇ３はそれぞれ、空間モデルＭＤの平面領域Ｒ１及び処理対象画像平面Ｒ３が位置する平面（ＸＹ平面）と交差する。具体的には、後方カメラ２Ｂの光軸Ｇ１、右側方カメラ２Ｒの光軸Ｇ２、及び左側方カメラ２Ｌの光軸Ｇ３は、鉛直線との間に角度γを形成する。さらに、後方カメラ２Ｂ、右側方カメラ２Ｒ、及び左側方カメラ２Ｌのそれぞれ（例えばレンズの前側主点である。）からその円筒中心軸（再投影軸）に下ろした垂線は互いに交差する。すなわち、本実施例では、後方カメラ２Ｂ、右側方カメラ２Ｒ、及び左側方カメラ２Ｌは、ＸＹ平面と平行な平面（以下、「カメラ平面」とする。）上に位置し、カメラ平面のＸＹ平面からの高さはＨｃである。
【０１２８】
ここで、補助線ＳＬ１の位置及びその効果について説明する。補助線ＳＬ１は、補助画像設定手段１２によって空間モデルＭＤの曲面領域Ｒ２に設定される補助画像である。本実施例では、補助線ＳＬ１は破線で表され、ショベル６０を取り囲むように配置される曲面領域Ｒ２とカメラ平面との交線である円（交円）の一部（円弧）に相当する。すなわち、補助線ＳＬ１は、カメラ２の設置高さに相当するレベルに設定される、歪な部分のない整った円弧状の線分である。交円のうち補助線ＳＬ１に含まれない部分は、ショベル６０の前方における、入力画像の存在しない領域に対応する。なお、補助線ＳＬ１は、ショベル６０の前方の入力画像が存在する場合には、交円の全てを含んでいてもよい。
【０１２９】
図１１に示すように、出力画像における水平画像部分のところに重畳表示される円弧状の補助線ＳＬ１は、水平画像部分に映し出される物体とショベル６０との間の距離にかかわらず、その物体の頂点が補助線ＳＬ１上にあれば、その物体の高さが、カメラ平面の高さと同じＨｃであることを表す。そのため、ショベル６０の操作者は、出力画像に映し出される物体と補助線ＳＬ１との位置関係を見ることによって、その物体の大きさ（高さ）が高さＨｃ以上であるか否かを容易に把握することができる。
【０１３０】
また、補助線ＳＬ１は、後方カメラ２Ｂ、右側方カメラ２Ｒ、及び左側方カメラ２Ｌのそれぞれの姿勢のキャリブレーションに利用され得る。具体的には、補助線ＳＬ１は、後方カメラ２Ｂの光軸Ｇ１、右側方カメラ２Ｒの光軸Ｇ２、及び左側方カメラ２Ｌの光軸Ｇ３のそれぞれと鉛直線との間に形成される角度のキャリブレーションに利用され得る。
【０１３１】
以下に、後方カメラ２Ｂの光軸Ｇ１と鉛直線との間に形成される角度を角度γに調節する方法について説明する。なお、その方法は、右側方カメラ２Ｒの光軸Ｇ２及び左側方カメラ２Ｌの光軸Ｇ３のそれぞれと鉛直線との間に形成される角度を角度γに調節する場合にも同様に適用され得る。
【０１３２】
最初に、キャリブレーションを行う作業者は、ショベル６０が位置する平面から高さＨｃのところに設置される目印、例えば、壁面に描かれる水平指示線を後方カメラ２Ｂで撮像する。このとき、後方カメラ２Ｂが上部旋回体６３の所定位置すなわち高さＨｃに設置されている場合に、画面上の水平指示線と補助線ＳＬ１が一致したときに、後方カメラ２Ｂの光軸Ｇ１と鉛直線との間に形成される角度が角度γとなる。
【０１３３】
その後、作業者は、表示部５に映し出された出力画像を見ながら、画面上の水平指示線と補助線ＳＬ１とを一致させるように、後方カメラ２Ｂの設置角度を調節する。なお、後方カメラ２Ｂの設置角度の調節は、作業者による手動操作で行われてもよく、付属のアクチュエータ等を用いて行われてもよい。このとき、作業者は、ショベル６０をある決まった場所に正確に位置決めする必要はなく、ショベル６０とその水平指示線が描かれる壁面との間の距離をある決まった値に調整する必要もない。補助線ＳＬ１は、水平画像部分に映し出される物体の頂点が補助線ＳＬ１上にあれば、その物体の高さが常に高さＨｃであることを表す線分だからである。このように、水平指示線と補助線ＳＬ１とを一致させることは、水平指示線の高さが高さＨｃであることを確認することを意味し、また、後方カメラ２Ｂの光軸Ｇ１と鉛直線との間に形成される角度が角度γに調節されたことを意味する。
【０１３４】
画面上の水平指示線と補助線ＳＬ１とが一致したところで、作業者は、後方カメラ２Ｂの設置角度を固定してキャリブレーションを完了させる。その結果、後方カメラ２Ｂの光軸Ｇ１と鉛直線との間に形成される角度が角度γに固定される。
【０１３５】
このようにして、作業者は、ショベル６０を所定の場所に正確に位置決めすることなく、後方カメラ２Ｂの光軸Ｇ１と鉛直線との間の角度を容易且つ迅速に角度γに調節することができる。
【０１３６】
次に、補助線ＳＬ２の位置及びその効果について説明する。補助線ＳＬ２は、補助線ＳＬ１と同様、補助画像設定手段１２によって空間モデルＭＤの曲面領域Ｒ２に設定される補助画像である。本実施例では、補助線ＳＬ２は点線で表され、ショベル６０を取り囲むように配置される曲面領域Ｒ２とＸＹ平面との交線である円（交円）の一部（円弧）に相当する。すなわち、補助線ＳＬ２は、ショベル６０の設置面に相当するレベルに設定される、歪な部分のない整った円弧状の線分である。交円のうち補助線ＳＬ２に含まれない部分は、ショベル６０の前方における、入力画像の存在しない領域に対応する。なお、補助線ＳＬ２は、ショベル６０の前方の入力画像が存在する場合には、交円の全てを含んでいてもよい。
【０１３７】
図１１に示すように、出力画像における路面画像部分と水平画像部分との間の境界に重畳表示される円弧状の補助線ＳＬ２は、水平画像部分に比べて物体までの距離感が掴みやすい路面画像部分の縁を示す。
【０１３８】
なお、「水平画像部分に比べて距離感が掴みやすい」とは、路面画像部分では、水平画像部分に比べ、ショベル６０のＣＧ画像から物体画像までの距離と実際のショベル６０から実際の物体までの距離との間に強い相関関係があることを意味する。
【０１３９】
そのため、ショベル６０の操作者は、出力画像に映し出される物体と補助線ＳＬ２との位置関係を見ることによって、補助線ＳＬ２の内側に存在する物体までの距離を容易に把握することができる。また、補助線ＳＬ２は、操作者が、補助線ＳＬ２の内側に存在する物体までの距離を把握するようにして補助線ＳＬ２の外側に存在する物体までの距離を把握してしまうのを防止することができる。
【０１４０】
このように、画像生成装置１００は、空間モデルＭＤを用いて生成される出力画像上に補助線ＳＬ１、ＳＬ２を重畳表示することによって、出力画像上の物体までの距離やその大きさを操作者がより容易に把握できるようにする。
【０１４１】
また、画像生成装置１００は、入力画像平面Ｒ４ではなく、空間モデルＭＤ上に補助画像を設定するので、入力画像を空間モデルＭＤへ投影する際の画像の変形の影響を受けることもなく、歪な部分のない整った形状の補助画像を出力画像上に重畳表示することができる。
【０１４２】
また、画像生成装置１００は、処理対象画像平面Ｒ３ではなく、空間モデルＭＤ上に補助画像を設定するので、図７及び図８を用いて説明するような効果を補助画像にも反映させることができる。具体的には、画像生成装置１００は、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或いは非線形的に拡大或いは縮小されるのに応じて、補助画像の位置を移動させることができる。
【０１４３】
なお、本実施例では、出力画像は、補助線ＳＬ１及び補助線ＳＬ２の双方を同時に表示するが、補助線ＳＬ１及び補助線ＳＬ２の何れか一方を表示するようにしてもよい。
【０１４４】
また、補助線ＳＬ１、ＳＬ２の表示には、操作者が容易に識別できるように適切な輝度、色、線種、太さ等が採用される。補助線ＳＬ１、ＳＬ２を点滅させてもよい。また、補助線ＳＬ１、ＳＬ２は、例えば、ショベル６０の操作内容に応じて表示・非表示が切り替えられてもよい。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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（壁面）の２つの平面から構成される空間モデルを採用してもよく、或いは、曲面又は平面としての側面（壁面）のみを有する空間モデルを採用してもよい。
【０１４７】
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建設機械にカメラと共に搭載され、周囲画像をその運転者に提示しながらその建設機械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に組み込まれているが、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他の被操作体にカメラと共に搭載され、それら他の被操作体の操作を支援する操作支援システムに組み入れられてもよい。
【符号の説明】
【０１４８】
１・・・制御部  ２・・・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  １０・・・座標対応付け手段  １１・・・出力画像生成手段  １２・・・補助画像設定手段  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
【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１２】
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【図１０】
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【図１１】
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