(57)【要約】  【課題】  魚眼レンズを用いて良好な画質を得ることができる安価な撮像装置を提供する。  【解決手段】  撮像素子に魚眼像を投影する際に、撮影する必要のない部分は撮像素子の外側に投影されるように光学系を設定する。すなわち、撮像領域６ａは、魚眼像５のうち、監視・観察する必要がある領域であり、非撮像領域６ｂは監視・観察する必要のない領域である。撮像領域６ａは撮像素子３に投影され、非撮像領域６ｂは撮像素子３の外側に投影されるように光学系が設定される。このように、必要のない部分を撮像素子に投影しないことで、必要な部分の投影像を従来（魚眼像の全てを撮像素子に投影）よりも大きくすることができる。そのため、必要な部分が投影される領域の画素数が増え、魚眼像を正像に変換した後の画像の画質を向上させることができる。  【選択図】  図２
2005086279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形の魚眼像を結像する魚眼レンズと、
前記魚眼像が投影される長方形の撮像領域を持つ撮像素子と、
を具備し、
前記撮像素子上に結像した魚眼像の直径は、前記撮像領域の短辺の長さよりも大きいことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記魚眼像の中心点と前記撮像領域の中心点とを不一致にして配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記魚眼レンズが前記撮像素子に投影する魚眼像の範囲を変更する変更手段を具備したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
請求項１、請求項２又は請求項３に記載の撮像装置を備えた車両であって、
前記撮像装置は、前記円形の魚眼像の中心点を、前記撮像領域の中心点より上方に配置する
ことを特徴とする撮像装置を備えた車両。
【請求項５】
前記撮像素子に投影された魚眼像を画像として取得する画像取得手段と、
該取得した画像の予め定められた領域における歪みを補正する歪み補正手段と、
該歪みを補正した領域の画像を表示する画像表示手段と、
を具備することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置を備えた車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置などに関し、例えば、車両のバックモニタなどとして使用する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、魚眼レンズを用いた監視カメラや観察用カメラが使用されるようになってきた。魚眼レンズは、１８０度前後の広い画角を有しているため、一台のカメラで広範囲の被写体を撮影することができる。
【０００３】
図１２（ａ）は、魚眼レンズを用いた従来のカメラにおいて、カメラの撮像素子に魚眼像が投影されたところを示している。図１２では、投影された被写体を模式的に「Ａ」〜「Ｄ」の文字で示している。
撮像素子１０３は矩形形状（長方形）に形成されており、撮像素子１０３上には魚眼レンズによる円形の魚眼像１０５が投影される。
魚眼レンズは、画角１８０前後の半球状視野を有しているため、魚眼像は、円形の像が結像され、魚眼レンズ前方の半球状の空間にある被写体を投影したものとなる。
従来のカメラでは、魚眼像の全範囲を撮影対象とするため、魚眼像が撮像素子１０３に内接するように光学設計がなされている。
【０００４】
魚眼像は、その性質上、円形の投影像に半球状視野内の被写体を投影するために像の周辺が圧縮されるなどして歪んだ像となる。
一方、被写体と魚眼像の光学的な関係を用いて歪んだ像から正像（歪みのない像）を復元することができ、一般に魚眼レンズを用いたシステムでは、視認性などを向上させるために歪んだ像を正像に変換して表示装置に表示する。
撮像素子１０３には、歪みを補正する正像変換領域１０７ａ〜１０７ｄが設定されており、魚眼像１０５のうち、この領域に投影されている部分が抽出されて正像変換される。
【０００５】
図１２（ｂ）は、正像変換後の画像が表示装置に表示されたところを示している。表示画面は、表示領域１０８ａ〜１０８ｄに４分割されており、それぞれに正像変換領域１０７ａ〜１０７ｄに投影された魚眼像が正像変換されて表示されている。
図では、一例として、魚眼像１０５から正像変換領域１０７ａ〜１０７ｄに投影された部分を抽出して正像変換したが、一般に、撮影対象に応じて単数又は複数の正像変換領域を任意に指定することができる。
このように、魚眼レンズを用いた発明としては、次の「全視野静止カメラオリエンテーションシステム」がある。
【０００６】
【特許文献１】特表平６−５０１５８５号公報
【０００７】
この発明は、魚眼像から指定した領域の部分を抽出して正像変換することにより、広い範囲の撮影対象をリアルタイムで表示するものである。
この発明はで魚眼レンズを用いて半球状視野内の被写体を投影しているため、一台のカメラで広い範囲を撮影対象とすることができ、例えば、店舗の天井の中央に設置すると、一台のカメラで店舗全域を撮影することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、魚眼レンズを用いた従来のシステムでは、魚眼像の歪みを補正する（正像変換する）際に、圧縮されて投影されていた部分（例えば周辺部）の画質が低下するという問題があった。
画質を向上させるためには、撮像素子の画素数が大きい高解像度のカメラを用いることも考えられるが、高解像度のカメラは高価であり、撮像装置を生産するためのコストが増大するという問題がある。また、高解像度のカメラを用いると画像処理に要する時間も増大する。
【０００９】
そこで、本発明は、魚眼レンズを用いて良好な画質を得ることができる安価な撮像装置を提供することを第１の目的とする。
また、魚眼レンズを用いて良好な画質を得ることができる安価な撮像装置を備えた車両を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載した発明では、円形の魚眼像を結像する魚眼レンズと、前記魚眼像が投影される長方形の撮像領域を持つ撮像素子と、を撮像装置に具備させ、前記撮像素子上に結像した魚眼像の直径は、前記撮像領域の短辺の長さよりも大きいことにより、前記第１の目的を達成する。
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の撮像装置において、前記魚眼像の中心点と前記撮像領域の中心点とを不一致にして配置されていることを特徴とする。
請求項３に記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の撮像装置において、前記魚眼レンズが前記撮像素子に投影する魚眼像の範囲を変更する変更手段を具備したことを特徴とする。
請求項４に記載の発明では、請求項１、請求項２又は請求項３に記載の撮像装置を備えた車両であって、前記撮像装置は、前記円形の魚眼像の中心点を、前記撮像領域の中心点より上方に配置することにより、前記第２の目的を達成する。
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の撮像装置を備えた車両において、前記撮像素子に投影された魚眼像を画像として取得する画像取得手段と、該取得した画像の予め定められた領域における歪みを補正する歪み補正手段と、該歪みを補正した領域の画像を表示する画像表示手段と、を具備することを特徴とする。
なお、請求項５記載の発明において、前記画像取得手段で取得した画像の領域を指定する領域指定手段を備え、前記歪み補正手段は、前記領域指定手段で指定された領域における歪みを補正する、ようにしてもよい。
また、請求項４又は請求項５に記載した発明において、前記魚眼レンズが投影する撮像対象の範囲を変更する変更手段を具備させるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、魚眼レンズを用いたカメラを用いて良好な画質の画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下本願発明の撮像装置、及び車両における好適な実施形態につて図１から図１１を参照して説明する。
（１）実施形態の概要
撮像素子に魚眼像を投影する際に、撮影する必要のない部分は撮像素子の外側に投影されるよう光学系を設定する。
必要のない部分を撮像素子に投影しないことにより、必要な部分の投影像を従来（魚眼像の全てを撮像素子に投影）よりも大きくすることができる。
そのため、必要な部分が投影される領域の画素数が増え、正像変換後の画像の画質を向上させることができる。
【００１３】
図２において、撮像領域６ａは、魚眼像５のうち、観察を要する被写体が投影された領域であり、非撮像領域６ｂは観察が不要な被写体が投影された領域である。
図に示されるように、撮像領域６ａは撮像素子３に投影され、非撮像領域６ｂは撮像素子３の外側に投影されるように光学系が設定されている。
撮像素子３には、予め正像に変換する変換領域が正像変換領域７として設定されており、撮像領域６ａのうち、正像変換領域７に投影されている部分が抽出されて正像に変換される。
【００１４】
このように、非撮像領域６ｂを撮像素子３外に投影することにより、正像変換領域７に投影される投影像を、魚眼像５全体を撮像素子３に投影した場合よりも大きくすることができる。
その結果、正像変換領域７の画素数が増大し、正像変換後の画像の画質が向上する。
また、正像変換領域７の画素数は、表示装置で表示する画像の画素数の整数分の１に設定されており、その結果、正像変換に際して画素間の補完などの画像処理に関する負荷を軽減することができる。
【００１５】
（２）実施形態の詳細
（ａ）第１実施の形態
以下で説明する撮像装置は、一例として、車両にバックモニタやサイドモニタなどとして搭載され、運転者が死角などを観察するのに用いるものとする。
なお、第１実施の形態の撮像装置は、車載搭載用に限らず広く利用することができるものであり、室内監視用として用いる場合についても後ほど説明する。
以下では、魚眼レンズで投影する被写体のうち、監視・観測の対象となる部分を観察対象と呼ぶことにする。
【００１６】
図１は、第１実施の形態に係る撮像装置１の構成の一例を示したブロック図である。
撮像装置１は、魚眼レンズ１０、画像取得手段としての撮像カメラ１２、歪み補正手段としての正像変換装置１４、画像表示手段としての画像表示装置１６、及び領域指定手段としての領域指定装置１３などから構成されている。
撮像装置１は、例えば、車載のモニタ（バックモニタ、サイドモニタなど）として使用される。
【００１７】
魚眼レンズ１０は、複数のレンズが組み合わされて構成されたレンズ系であり、１８０度の画角を得ることができる。このため、魚眼レンズ１０は、魚眼レンズ１０より光軸方向前方にある被写体を円形の魚眼像として結像し、投影することができる。
ここで、画角とは、投影される被写体の範囲を角度で表したものである。
【００１８】
本実施の形態では、画角として１８０度の魚眼レンズ１０が使用されるが、他の画角を有する魚眼レンズをしてもよい。すなわち、一般に魚眼レンズは、画角１８０前後の範囲（視野は半球状）を投影することができ、また、９０度から１８５度まで画角が可変な魚眼レンズも実用化されており、これらいずれの魚眼レンズを使用するようにしてもよい。
【００１９】
撮像カメラ１２は、魚眼レンズ１０が投影した魚眼像をデジタル信号（魚眼画像）に変換する変換装置である。
撮像カメラ１２は、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）素子で構成された長方形（矩形形状）の撮像領域を持つ撮像素子を内蔵しており、この撮像素子上に魚眼像が投影される。
撮像素子は複数の画素が配列されて構成されており、それぞれの画素が光を電荷に変換することにより、投影された像をデジタル信号（画像）に変換する。
【００２０】
正像変換装置１４は、デジタル信号に変換された魚眼画像から、予め設定された領域（以下、正像変換領域とする）に投影された魚眼画像を抽出する抽出機能と、抽出した魚眼画像を歪みのない正像に変換する正像変換機能を有している。
なお、正像変換領域の位置は、後述の領域指定装置１３を用いて再設定できるようになっている。
【００２１】
より詳細には、正像変換装置１４は、撮像素子上で正像変換する領域を特定する情報を記憶しており、正像変換装置１４は、デジタル信号に変換された魚眼画像から正像変換領域に含まれる部分を抽出する。
なお、正像変換領域７に観察対象が投影されるように、魚眼レンズ１０と撮像カメラ１２の位置は調節されている。
【００２２】
次いで、正像変換装置１４は、抽出した魚眼画像の歪みを取り除いて正像に変換し、画像表示装置１６に出力する。
魚眼像と正像との間の幾何学的な変換式は公知であり、この変換式を用いて魚眼像から正像を復元することができる。この変換式は、例えば、前掲の特許文献１などに記載されている。
【００２３】
ところで魚眼レンズには、全周魚眼レンズと対角線魚眼レンズの２種類がある。何れのレンズも円形の投影像が得られるが、投影された魚眼像が異なる。
全周魚眼レンズの場合は、全方向に１８０度の画角が得られ、対角線魚眼レンズの場合は、対角方向に１８０度の画角が得られる。
何れの魚眼レンズに対しても正像変換する変換式がわかっており、撮像装置１は、何れの魚眼レンズを用いても構成することかできる。
本実施形態では、全周魚眼レンズをした場合について説明するが、対角線魚眼レンズを使用するようにしてもよい。この場合には、対角線魚眼レンズによる魚眼像に対応した正像変換式を使用する。
【００２４】
正像変換装置１４は、これら抽出機能と正像変換機能を実現する画像処理プログラムと、この画像処理プログラムに基づいて動作し、魚眼画像から正像を算出する演算装置、及びこれらプログラムや各種データを記憶する記憶装置を内蔵しており、電算処理により以上の処理を行う。
【００２５】
画像表示装置１６は、例えば、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ−ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイなど表示デバイスを備えた表示装置であって、正像変換装置１４から出力された画像信号を用いて表示デバイス上に正像変換後の画像を表示する。
なお、撮像装置１は、所定の時間間隔ごとに被写体を撮影して画像表示装置１６に表示することにより、観察対象をリアルタイムで表示する。
【００２６】
領域指定装置１３は、正像変換装置１４が撮像素子に対して設定している正像変換領域の位置を再設定するための装置であり、撮像素子上の任意の箇所に正像変換領域を再設定することができるようになっている。
正像変換領域を撮像素子全域で設定可能とすることにより、魚眼像のうち撮像素子に投影されている領域全体を画像表示装置１６で表示可能とすることができる。
【００２７】
次に、撮像素子に投影された魚眼像について説明するが、本明細書において使用される用語について以下のように定義する。
「垂直」とは、被写体に作用する重力の方向を意味し、「下」、「上」とは、それぞれ重力の作用する方向、及びその逆方向を意味する。
また、「水平」とは、重力の作用する方向に垂直な方向を意味し、「右」、「左」は、それぞれ被写体に向かって右側、左側を意味する。
また、以下で図示する魚眼像や撮像素子は、紙面に向かって上側、下側がそれぞ上下方向に設定されており、右側、左側がそれぞれ右方向、左方向に設定されている。
【００２８】
図２は、撮像装置１において、撮像素子３に魚眼像５が投影された状態を表した図である。
撮像素子３の水平画素数は６４０画素であり、垂直画素数は４８０画素である。なお、撮像素子３の水平方向、及び垂直方向の外寸をａmm×ｂmm（ａ＞ｂ）とする。
撮像素子３は、車載用の撮像装置で一般的に使用されているものである。このように、第１実施の形態では、一般に車載用として使用されている汎用の撮像素子を使用することができるためコストを低減することができる。
【００２９】
魚眼像５の直径はＲmmである。撮像素子３の水平方向の長さａと魚眼像５の直径Ｒは等しくなるように設定されており、魚眼像５の両端が撮像素子３の両端に内接している。
このため、魚眼像５の直径Ｒは、撮像素子３の短い方の辺の長さｂよりも大きくなるように設定されている。
【００３０】
また、魚眼像５の下端は、撮像素子３の下端に接している。このため、撮像素子３の左端から右端までの撮像範囲は画角１８０度に対応し、下端は、魚眼レンズ１０の直下に対応する。
撮像素子３の垂直方向の長さｂは、魚眼像５の直径Ｒよりも小さいため、魚眼像の上端部分は撮像素子３の外側となり、魚眼像の上側の一部分は撮像素子３上には写っていない。
【００３１】
以上に述べたように、撮像素子３の長い方の辺の方向に投影されている魚眼像５の画角は１８０度である。
なお、本実施の形態では、魚眼レンズにおける水平画角を１８０度としたが、これに限定されず、１８０度以下であっても良く、また１８０度より大きくてもよい。
【００３２】
このように、撮像素子上に結像した魚眼像５の直径Ｒを撮像素子３の垂直方向の長さｂ（短辺）より大きく設定し、且つ、魚眼像の中心点と撮像領域（撮像素子）の中心点を不一致にして配置（この場合、魚眼像の中心点を撮像領域の中心点より上方に移動して配置）することにより、魚眼像５は、撮像素子３上に投影された撮像領域６ａと、撮像素子３上に投影されなかった非撮像領域６ｂに区分される。
魚眼像５のうちの撮像領域６ａで投影された被写体の範囲は、撮像装置１により監視・観察可能な範囲（以下、観察可能範囲）であるが、非撮像領域６ｂに投影された被写体の範囲は、監視・観察できない範囲（以下、観察不要範囲）となる。
【００３３】
撮像装置１では、撮像領域６ａに投影する部分を運転者が車外を観察するのに必要な範囲に対応させ、非撮像領域６ｂを観察するのに不要な範囲に対応させている。
例えば、図３に示したように、撮像装置１を車両の後部に設置してバックモニタとして使用する場合、運転者が確認したいのは、車両の運行に必要な空間、即ち観察可能範囲２２（水平画角は１８０度）であり、障害物が存在しない観察不要範囲２１は撮影する必要がない。
このように、車両を運転する上で、死角に存在する障害物を観察できる範囲が撮像領域６ａに投影されればよい。
【００３４】
そのため、撮像装置１は、魚眼像５のうち、観察可能範囲２２が撮像領域６ａに投影され、観察不要範囲２１が非撮像領域６ｂに投影されるように、光学系が設定されている。なお、光学系の位置関係を調節することをアラインメントと呼ぶこともある。
【００３５】
観察不要範囲２１を非撮像領域６ｂに設定することにより、その分だけ観察対象の像を大きく撮像素子３に投影することができる。そのため、観察対象が投影された部分の画素数が増え、正像変換後の画像の画質を向上させることができる。なお、画素数が少ないと高い解像度が得られないのは、正像変換後の画像で対応する画素を重複して使用しなければならないからである。
【００３６】
図２に戻り、撮像素子３には、略矩形形状を有する正像変換領域７が設けられており、この領域に投影されている魚眼像が正像変換装置１４で抽出され、更に正像に変換されて画像表示装置１６で表示される。
正像変換領域７の水平画素数は約３２０画素であり、垂直画素数は２４０画素程度である。
【００３７】
ところで、魚眼レンズを用いた従来のシステムでは、撮像素子３に魚眼像５の全てが納まるように光学系が設定されている。これは、魚眼レンズの特性を活かした使用用途である監視などの場合は有効である。
しかし、このように光学系を設計すると、正像変換領域の外寸が水平方向２１３画素、垂直方向１６０画素程度になり、正像を得るには画素間の補完を行わなくてはならないため、画質が撮像装置１で得られた画像より劣る。
そのため、用途より魚眼像に撮影の必要ない部分が含まれる場合は、撮像装置１のように、その部分を投影しないように光学系を設計することにより、より鮮明な画像を得ることができ、また撮像素子３も有効利用することができる。
【００３８】
以上、正像変換領域７の一例について説明したが、正像変換領域７の形状、外寸は、以上に説明したものに限定するものではなく、必要に応じて各種設定することができる。これは、予め製造工場で設定しても良いし、又はユーザが設定しても良い。
【００３９】
次に、正像変換領域７の再設定について説明する。
撮像装置１は、撮像素子３上で正像変換領域７の位置を移動することにより、観察対象を正像変換領域７の中央に位置させる。
これにより、光学系を調節することなく観察対象を正像変換領域７の中央に位置させることができる。
【００４０】
今、図４（ａ）に示したよう、観察対象である被写体４が正像変換領域７の中央からはずれた場所にあるとする。
この場合、領域７ｂの位置に正像変換領域７を設定すると、正像変換領域７の中央に被写体４を投影することができる。
撮像装置１は、この処理を行うために、以下の要領で、正像変換装置１４（図１）が記憶している正像変換領域７の位置を領域７ｂの位置に再設定する。
【００４１】
領域指定装置１３は、ユーザに対して領域７ｂの位置を指定する領域指定手段を備えている。
領域指定装置１３は、これを用いてユーザが設定した領域７ｂの位置を取得し、これを正像変換装置１４に送る。
そして、正像変換装置１４は、現在記憶している正像変換領域７の範囲を特定する情報を、領域７ｂで置き換える。
正像変換装置１４は、正像変換領域７の位置を再設定するに伴い、魚眼像を正像に変換する変換式に入力する数値も、再設定した正像変換領域７の位置に適合したものに変更する。
このように、正像変換装置１４は変換領域設定手段を備えている。
【００４２】
図４（ｂ）は、再設定した正像変換領域７を示した図である。図に示したように、被写体４は、正像変換領域７の中央に投影されている。
正像変換装置１４は、魚眼像５のうち、再設定した正像変換領域７に投影されている部分を抽出して正像に変換する。
【００４３】
図５は、領域指定装置１３で正像変換領域７の位置を指定する操作部４１の一例を示した図である。
なお、図１では、領域指定装置１３と画像表示装置１６を別の装置として図示したが、撮像装置１では、これらが１つの装置として構成されており、領域指定装置１３として使用する場合の領域指定モードと、画像表示装置１６として使用する場合の画像表示モードを切り替えられるようになっている。
画面４６には、領域指定モードでは領域指定画面が表示され、画像表示モードでは正像変換後の画像が表示される。
以下の説明では、領域指定モードで操作するものとする。
【００４４】
操作部４１は、マーカ移動ボタン４３、位置決定ボタン４４、画面４６などから構成されている。
画面４６は、例えば、ＣＲＴ、液晶、プラズマディスプレイなどの表示デバイスから構成されており、魚眼像５のうち撮像素子３に投影された領域が魚眼像のまま表示される。
また、撮像素子３に投影されていない領域は点線で囲むことにより示されている。
【００４５】
画面４６には、更に、魚眼像５に重ねてマーカ４７が表示される。
マーカ４７は、正像変換領域７の外周枠と同じ形状の線図であり、図４（ａ）の領域７ｂに対応する要素である。
マーカ移動ボタン４３は、上、下、左、右方向の矢印が表示された各ボタンから構成されており、これらのうち、何れかを押し下げると、画面４６上で矢印に対応した方向にマーカ４７が移動する。
【００４６】
ユーザは、観察対象、即ち被写体４がマーカ４７の中央に位置するようにマーカ移動ボタン４３を操作する。
位置決定ボタン４４は、マーカ４７の位置を決定するボタンである。マーカ４７の移動後、位置決定ボタン４４を押すと、領域指定装置１３は、マーカ４７の位置を正像変換装置１４に送信する。
【００４７】
このように、正像変換領域７を再設定することにより、ユーザは、観察可能範囲において観察したい領域を指定することができる。
なお、魚眼像５の位置により投影像の歪み具合が異なるので、マーカ４７も位置によって投影像の歪みに応じて形状が変化するようになっている。
【００４８】
以上では正像変換領域７の形状を正像変換後の画像の形状に合わせて設定したが、これに限定せず、各種の形状を採用することが可能である。
例えば、図６に示したように、水平方向の画角１８０度に渡る正像変換領域７を設定することも可能である。
この例では、正像変換領域７の右端部は撮像素子３の右端部に接し、左端部は撮像素子３の左端部に接している。
このため、正像変換領域７に投影された魚眼像を正像変換すると、魚眼レンズ１０から水平方向に１８０度の領域を観察することができる。但し、この場合には、画面４６の上下方向の一部に、横長の帯状になった変換後の正像が表示されることになる。
また、図２に示す領域を画面４６全体に表示するモードと、水平方向の画角を１８０度表示するモードとを切り替えスイッチにより切り替えられるようにしてもよい。
【００４９】
正像変換領域７の形状は、正像変換後に表示される画像の形状に合わせて設定されている。
即ち、本実施形態における魚眼像５では、外周ほど投影像が圧縮されるので、正像変換領域７の外周部が魚眼像５の中央部の部分に比べて狭まった形状となっている。
【００５０】
この例に係る撮像装置１を車両の側面に搭載した場合、その側面側の被写体を画角１８０度に渡って表示することができる。
そのため、この撮像装置１を車両の前後、及び左右側面に搭載した場合、４台の撮像装置１で車両の全周囲を観察することができる。
また、この場合、正像変換装置１４と画像表示装置１６は４つの魚眼レンズ１０、撮像カメラ１２で共有できる。
なお、以上の正像変換領域７の形状、及び配置は、一例であって、撮像装置１の用途に応じて撮像素子３上の任意の箇所に任意の形状の正像変換領域７を複数個設けることが可能である。
【００５１】
ちなみに、従来の車載用撮像装置は、一般に水平画角が１００度程度の広角レンズを用いており、一辺で２台、全周で８台の撮像装置を設置する必要があった。そのため、従来の撮像装置は、価格負担が大きく、また、取り付けスペースを確保しなければならず、更に、処理時間も８台分必要であった。
これに対し本実施形態の撮像装置１によれば、車両の各辺に１台ずつ設置すると、車両の全周囲を撮影することができる。
【００５２】
以上、撮像装置１を車両に搭載する場合について説明したが、この他の用途に使用することも可能である。
ここでは、一例として、撮像装置１を室内監視用に用いる場合について説明する。
撮像装置１を用いて室内を監視する場合、以下の図７（ａ）、（ｂ）に説明する箇所に撮像装置１を設置すると室内全体を撮影することができる。
【００５３】
図７（ａ）は、六面体形状を有する室内の平面図３１ａと側面図３１ｂを示した図である。
撮像装置１は、水平方向に１８０度の画角を有し、垂直下方から垂直上方へ９０度以上の画角を有するため、図に示したように設置すると室内空間全体を観察可能範囲とすることができる。
即ち、撮像装置１を壁３２の上部中央の天井際に室内の水平方向と撮像装置１の水平方向を揃え、更に撮像装置１の垂直下方向を、室内の垂直下方向に揃える。
【００５４】
図７（ｂ）は、六面体形状を有する室内の側面図３５ａとこれに垂直な側面図３５ｂを示した図である。
撮像装置１を図に示したように設置すると室内空間全体を観察可能範囲とすることができる。
即ち、撮像装置１を、天井３６の何れかの壁際に、部屋の奥行き方向に撮像装置１の垂直下方方向を揃えて、魚眼レンズ１０の光軸が天井３６に垂直になるように設置する。
【００５５】
以上のように、撮像装置１を壁の天井際、又は天井の壁際に設置すると、室内空間全体を観察可能範囲に設定することができる。
室内に限らず、野外監視の場合でも、監視する被写体の位置が撮像装置１の観察可能範囲を満足する場合には、効果を発揮することができる。
撮像装置１は、その原理上、監視・観察範囲に制限を生じることとなるが、その生じた制限に制約されない用途に関しては有効である。
【００５６】
次に、図８を用いて撮像素子３と魚眼像５の位置関係の変形例について説明する。
図８（ａ）の例では、魚眼像５の直径Ｒが、撮像素子３の水平方向の長さａ、及び垂直方向の長さｂよりも長く、魚眼像５の中心と撮像素子３の中心を一致させている。
そのため、魚眼像５の中央部が撮像領域６ａとなっており、上端部分、下端部分、及び左右両端部が非撮像領域６ｂとなっている。
【００５７】
この例では、水平方向に１８０度の画角を得ることはできないが、魚眼像５の大きさが、図２で説明した場合よりも大きいため、より高い解像度を得ることができる。
この位置関係による投影方法は、水平方向の１８０度の画角は必要ないが、魚眼像５の中央付近を高解像度で観察したい場合に適した方法である。
【００５８】
図８（ｂ）の例では、魚眼像５の上端部分と下端部分が非撮像領域６ｂとなっており、魚眼像５の中央部分が撮像領域６ａとなっている。また、水平方向には１８０度の画角が確保されている。
この位置関係による投影方法は、水平方向に１８０度の画角を確保すると共に、魚眼像５の上端部分と下端部分が観察の必要がない場合に適した方法である。
図８（ｃ）の例では、魚眼像５の下端部分が非撮像領域６ｂとなっている。また、水平方向には１８０度の画角が確保され、垂直方向には魚眼レンズ１０の直上にある被写体まで投影することができる。
この位置関係による投影方法は、水平方向に１８０度の画角を確保すると共に、魚眼像５の中央部付近から上端部分にかけての部分を観察したい場合に適した方法である。
【００５９】
以上に説明した第１実施の形態により以下のような効果を得ることができる。
（１）魚眼像５のうち、監視や観察に必要な部分を撮像素子３に投影するため、正像変換領域７の大きさを、魚眼像５の全てを撮像素子３に投影した場合よりも大きくすることができる。そのため、正像変換領域７の画素数が多くなり、正像変換後の画像の画質を向上させることができる。
（２）魚眼像５と撮像素子３の位置関係を変更することにより、従来の撮像素子３を用いたまま正像変換後の解像度を向上させることができ、撮像装置１の製造コストを低減することができる。
（３）正像変換領域７の画素数を画像表示装置１６で表示する画素数と同程度とすることにより、画素間の補完などの画像処理に要する負荷を軽減することができ、高速に画像処理を行うことができる。
（４）魚眼像５のうち、正像変換領域７に投影されている部分だけ正像変換すれば良いので、撮像素子３に投影された全領域を画像処理する場合に比べて計算負荷を軽減することができ、高速に画像処理を行うことができる。
（５）魚眼像５を撮像素子３の水平方向両端に内接させることにより、水平方向に１８０度の画角を得ることができる。そのため、撮像装置１を車両に搭載した場合、１台の撮像装置１で、１つの側面全体を観察することが可能である。また、撮像装置１を車両の前後、左右側面に１台ずつ装備することにより車両の全周を監視・観察することができる。
（６）撮像素子３上で正像変換領域７の位置を再設定することができるため、撮像素子３上に投影された魚眼像全体から観察対象を指定することができる。
【００６０】
（ｂ）第２の実施形態
第１の実施形態では、観察可能範囲が固定的であったが、第２の実施形態では、魚眼像の中心と撮像素子の中心との位置関係を変更できる位置関係調整機構を撮像装置１に付加することにより、観察可能範囲を変更可能にする。
観察対象が正像変換領域７に投影されていない場合、位置関係調節機構により魚眼像５を移動して観察対象を正像変換領域７に投影することができる。
【００６１】
また、魚眼像５のうち、撮像素子３に投影されていない部分を、位置調節機構で魚眼像５を移動することにより、撮像素子３に投影することができる。
これにより、従来のカメラと同様に魚眼像で投影される被写体の全体を観察可能範囲とすることができる。
しかも、投影される投影像が従来のカメラのものよりも大きいため、従来のカメラよりも画質の良い画像を得ることができる。
【００６２】
図９は、第２の実施形態に係る撮像装置１ａの構成の一例を示したブロック図である。
なお、第１実施形態で説明した撮像装置１と同じ構成要素には同じ符号を付すことにし、その説明を適宜省略する。
【００６３】
位置関係調整機構１１は、魚眼レンズ１０と撮像カメラ１２の位置関係を調節する機構である。
位置関係を調節する方法としては、例えば、サーボ機構やピエゾ素子のような電歪素子を用いて機械的に光学系を変更する方法がある。
より詳細には、例えば、魚眼レンズ１０をモータなどの駆動装置で移動することにより魚眼レンズ１０の光軸をずらす方法や、魚眼レンズ１０と撮像カメラ１２の間にプリズムを設け、このプリズムを駆動装置で移動することにより魚眼レンズ１０の光軸を曲げる方法がある。
【００６４】
又は、光学系は固定したまま、撮像素子３を移動可能な機構に取り付け、撮像素子３を移動することにより撮像素子３に投影されている魚眼像５の位置を変更しても良い。
あるいは、光学系と撮像素子３の位置の両方を変更しても良い。
なお、光学系や撮像素子３を移動させることにより、撮像素子３上で魚眼像５を移動することができるため、位置関係調整機構１１は、移動手段を構成している。
更に、光学系の光軸の角度を変更すると魚眼レンズ１０が投影している被写体の範囲も変更される。このように、位置関係調整機構１１は、変更手段も構成している。
【００６５】
パラメータ入力装置１７は、魚眼像５を移動する移動量を入力する装置である。
パラメータ入力装置１７からは、撮像素子３に投影された魚眼像５を観察しながらユーザが観測対象を指定できるようになっている。
パラメータ入力装置１７は、指定された観測対象と正像変換領域７との位置関係から魚眼像５の移動量を算出し、これをデジタル情報として位置関係制御装置１８に出力する。
【００６６】
位置関係制御装置１８は、パラメータ入力装置１７から入力された魚眼像５の移動量を取得し、この移動量だけ魚眼像５が移動するように位置関係調整機構１１を制御する装置である。
より詳細には、例えば、パラメータ入力装置１７からデジタル情報として取得した移動量をアナログ情報に変換し、これを増幅して位置関係調整機構１１に出力する。
【００６７】
次に、魚眼像５を移動する一例について図１０を用いて説明する。
図１０（ａ）は移動前の状態を示しており、図１０（ｂ）は移動後の状態を表したものである。
図１０（ａ）において、被写体４（観察対象）の投影像は、撮像素子３の上側に投影されている。このため、被写体４の一部しか正像変換領域７に投影されていない。
被写体４を正像変換領域７の中央に投影するためには、点線で示した領域７ａを正像変換領域７に一致させれば良い。
いま、領域７ａが長さＬだけ正像変換領域７の上方にあるとすると、魚眼像５をＬだけ下方に移動すれば図１０（ｂ）に示したように被写体４を正像変換領域７の中央に投影することができる。
なお、図１０（ｂ）では、魚眼像５が元投影されていた箇所を点線で示してある。
【００６８】
そこで、魚眼像５と撮像素子３の位置関係が図１０（ａ）に示した位置関係にある場合、撮像装置１ａで、魚眼像５を下方にＬだけ移動させるようにパラメータを入力し、位置関係制御装置１８が位置関係調整機構１１を動作させ、魚眼像５を下方にＬだけ移動させる。これにより被写体４を正像変換領域７の中央に投影することができる。
【００６９】
以上の例では、被写体４が正像変換領域７の上方にあるため、魚眼像５を下方に移動したが、この他に、被写体４が正像変換領域７の左右方向にある場合、斜め方向にある場合、下方にある場合も同様に魚眼像５を移動して被写体４を正像変換領域７の中央に投影することができる。
【００７０】
以上の操作は、パラメータ入力装置１７に、図５に示した操作部４１と同様な操作部を用いて行うことができる。
ここでは、操作部４１の構成を用いて説明する。
ユーザは、位置決定ボタン４４を操作することにより、マーカ４７を表示装置４７上で移動することができる。
【００７１】
パラメータ入力装置１７予め正像変換領域７の位置を記憶しており、ユーザが位置決定ボタン４４を押すと、マーカ４７と正像変換領域７の位置関係から魚眼像５の移動量を計算し、その計算結果を位置関係制御装置１８に出力する。
このように、パラメータ入力装置１７は、魚眼像５の移動量を計算する移動量計算プログラムや、このプログラムを実行する中央処理装置、及び、移動量計算プログラムや、その他のデータを記憶する記憶装置などを備えている。
【００７２】
魚眼像５の直径Ｒは、撮像素子３の縦方向の長さｂよりも大きいため、魚眼像５の一部は画面４６に表示されないが、マーカ４７は、表紙されていない部分まで移動することができる。
そのため、魚眼像５の一部しか撮像素子３に投影されていないにもかかわらず、魚眼像５の全体を観察可能範囲とすることができる。
また、位置関係調整機構１１が動作し、魚眼像５が移動するとそれに伴い魚眼画面４６に表示している魚眼像５も移動する。
【００７３】
次に、撮像装置１ａ（図９）が魚眼像５の位置を調節して正像を表示するまでの手順を図１１のフローチャートを用いて説明する。
まず、パラメータ入力装置１７がマーカ４７の位置を取得する（ステップ５）。
これは、ユーザが位置決定ボタン４４を押した際に、画面４６でマーカ４７が表示されている位置を取得するものである。
次に、パラメータ入力装置１７は、記憶してある正像変換領域７の位置と、ステップ５で取得したマーカ４７の位置が一致するか否かを判断する（ステップ１０）。
【００７４】
正像変換領域７の位置とマーカ４７の位置が一致する場合は（ステップ１０；Ｙ）、正像変換装置１４が魚眼像５のうち、正像変換領域７に投影されている部分を正像に変換して画像表示装置１６に出力する（ステップ２５）。
そして、画像表示装置１６が正像変換後の画像を表示デバイスに表示する（ステップ３０）。
【００７５】
一方、正像変換領域７の位置とマーカ４７の位置が一致しない場合（ステップ１０；Ｎ）、パラメータ入力装置１７は、予め記憶してある正像変換領域７の位置と、ステップ５で取得したマーカ４７の位置から魚眼像５の移動量を計算して位置関係制御装置１８に出力する（ステップ１５）。
次に、位置関係制御装置１８は、パラメータ入力装置１７から入力された移動量分だけ位置関係調整機構１１を駆動するための制御信号を生成して位置関係調整機構１１に出力する。
【００７６】
位置関係調整機構１１は、位置関係制御装置１８からの制御信号に基づいて動作し、魚眼像５と撮像素子３の位置関係を調節する（ステップ２０）。
位置関係調整機構１１が位置関係を調節した後、正像変換装置１４が魚眼像５のうち正像変換領域７に投影された部分を正像に変換し（ステップ２５）、これを画像表示装置１６が表示する（ステップ３０）。
【００７７】
以上に説明した第２実施形態では、先に説明した撮像装置１と同様の効果に加えて次のような効果が得られる。
（１）魚眼像５を撮像素子３上で移動させることにより、正像変換領域７に位置していない被写体を正像変換領域７に位置させることができる。
（２）魚眼像５を撮像素子３上で移動させることにより、魚眼像５の一部しか撮像素子３上に投影されていないにもかかわらず、魚眼レンズを用いた従来のカメラと同様に魚眼像５の全体を観察可能範囲とすることができる。しかも、画質は従来のカメラよりも良い。
（３）撮像装置１では観察可能領域が固定的であったが、撮像装置１ａでは、観察可能領域を変更することができる。
【００７８】
以上、第１実施形態と第２実施形態に説明したが、これらを組み合わせることも可能である。
即ち、撮像装置１に撮像装置１ａのパラメータ入力装置１７を備え、正像変換領域７の位置の再設定と魚眼像５の移動を組み合わせて観察対象を指定することかできる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】第１実施形態に係る撮像装置の構成の一例を示したブロック図である。
【図２】第１実施形態において、撮像素子に魚眼像が投影された状態を表した説明図である。
【図３】第１実施形態において、撮像装置の車両への設置例を示した説明図である。
【図４】第１実施形態に係る正像変換領域の再設定についての説明図である。
【図５】第１実施形態に係る操作部の一例を示した説明図である。
【図６】第１実施形態において、画角１８０度に渡る正像変換領域を設定する場合の説明図である。
【図７】第１実施形態において、撮像装置で室内を監視する場合についての説明図である。
【図８】第１実施形態において、撮像素子と魚眼像の位置関係の変形例を説明するための図である。
【図９】第２実施形態に係る撮像装置の構成の一例を示したブロック図である。
【図１０】第２実施形態において、撮像素子上での魚眼像の移動例についての説明図である。
【図１１】第２実施形態において、撮像装置が魚眼像の位置を調節して正像を表示するまでの手順を説明するためのフローチャートである。
【図１２】魚眼レンズを用いた従来のカメラについての説明図である。
【符号の説明】
【００８０】
１  撮像装置
３  撮像素子
５  魚眼像
１０  魚眼レンズ
１１  位置関係調整機構
１２  撮像カメラ
１３  領域指定装置
１４  正像変換装置
１６  画像表示装置
１７  パラメータ入力装置
１８  位置関係制御装置
【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】
2005086279.tif 000011
【図１０】
2005086279.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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