(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転球面上に沿って配置され、撮像素子上にレンチキュラーレンズを有する１次元撮像素子と、
前記１次元撮像素子の走査方向を回転軸として前記１次元撮像素子を回転させる手段と、
を備え、周回パノラマ映像を２次元映像に展開することを特徴とする広視野映像撮像装置。
【請求項２】
回転球面上に沿って配置され、撮像素子の１画素ごとに平行光を集光する微小レンズを有する１次元撮像素子と、
前記１次元撮像素子の走査方向を回転軸として前記１次元撮像素子を回転させる手段と、
を備え、周回パノラマ映像を２次元映像に展開することを特徴とする広視野映像撮像装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の広視野映像撮像装置において、映像入力装置又はモニタ装置等のフレーム周波数に同期して前記撮像素子を回転させる手段を備え、
連続的に周回パノラマ映像を撮像することを特徴とする広視野映像撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広視野撮像装置に係わり、特に、周回パノラマ映像撮像装置の映像品質向上及び簡易化に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術として、以下のものがある。
（１）魚眼レンズのような超広角レンズを用いて撮像し、信号処理によってレンズの歪みを補正するものがある。例えば、Ｉnteractive Ｐictures Ｃorporation社（米国テネシー州）の製品、又はインターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイションの特許（特開平８−５５２１５号公報）。
【０００３】
（２）曲面を持つ２枚の反射鏡を組み合わせて水平全周部を１つのカメラで一度に撮像し、リング状に撮像された映像を信号処理によってパノラマ映像へ展開するものがある。例えば、「３６０度視覚システム（ＯＤＶ）」（三菱電機 先端技術総合研究所１９９７年）。
【０００４】
（３）前記（２）の反射鏡と同様の機能を１つの広視野角レンズで実現したものがある。例えば、「３６０度カメラシステム（ＰＡＬ３６０システム）」(立山科学グループ１９９８年２月２６日、朝日新聞１３面、１９９８年３月１２日、読売新聞夕刊など）。
【０００５】
（４）１台のカメラを全天周に対して回転させ、複数の映像を撮像し、信号処理によって合成するものがある。例えば、カメラ雲台及びパノラマ画像・全天周画像作成装置（ＮＨＫ技研 山内結子）（特願平１０-３２６５０６号）。
【０００６】
（５）多数のカメラを球面上に配置し各カメラから得られた画像を信号処理によって合成するものがある。例えば、「全方向ステレオシステムの開発」（ソフトピアジャパン、棚橋秀掛、第６回画像センシングシンポジウム講演論文集Ｄ−１９）。
【０００７】
（６）ラインセンサとレンズを垂直方向の軸に沿って回転させ周回映像を得るものがある。例えば、ピカー インターナショナル インコーポレイテッドの特許（特開平６-２２２４８１号公報）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来技術（１）では、得られた映像は、レンズによって大幅に歪んでおり、歪み補正処理が必要であるとともに、撮像面積に対する無駄な領域が多く、補正によって特に画像周辺部の解像度が著しく低下する。また、超広角の魚眼レンズなど高価な光学系が必要である。また、映像信号の補正処理が複雑であり高度の信号処理装置が必要である。
【０００９】
前記従来技術（２）（３）では、全天周の映像が得られない(特に天頂部分)。また、得られた映像は反射鏡によって大幅に歪んでおり、歪み補正処理が必要であるとともに、撮像面積に対する無駄な領域が多く、補正によって特に画像周辺部の解像度が著しく低下する。また、反射鏡など特殊な光学系が必要である。また、映像信号の補正処理が複雑であり、高度の信号処理装置が必要である。
【００１０】
前記従来技術（４）（５）（６）では、全天周の映像を得るためには同時又は時系列的な複数の映像を用い、得られた映像の精密なつなぎ目処理が必要である。
【００１１】
本発明の目的は、天頂部分まで歪みのない全天周回パノラマ映像を高解像度で簡易に撮像することが可能な技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明の概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
（１）回転球面上に沿って配置され、撮像素子上にレンチキュラーレンズを有する１次元撮像素子と、前記１次元撮像素子の走査方向を回転軸として前記１次元撮像素子を回転させる手段と、を備え、周回パノラマ映像を２次元映像に展開する広視野映像撮像装置である。
（２）回転球面上に沿って配置され、撮像素子の１画素ごとに平行光を集光する微小レンズを有する１次元撮像素子と、前記１次元撮像素子の走査方向を回転軸として前記１次元撮像素子を回転させる手段と、を備え、周回パノラマ映像を２次元映像に展開する広視野映像撮像装置である。
（３）前記手段（１）または（２）の広視野映像撮像装置において、映像入力装置又はモニタ装置等のフレーム周波数に同期して前記撮像素子を回転させる手段を備え、連続的に周回パノラマ映像を撮像するものである。
【００１４】
本発明のポイントは、１次元撮像素子の走査方向を回転軸として前記１次元撮像素子（ラインセンサ）を回転させ、全方位映像を動画で撮像し、また、前記１次元撮像素子（ラインセンサ）を回転球面上に沿うように配置し、周回パノラマ映像を２次元映像に展開する広視野映像撮像装置である。
【００１５】
以下に、本発明について、本発明による実施形態（実施例）とともに図面を参照して詳細に説明する。
本実施例を説明する全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１の広視野映像撮像装置の概略構成を示す模式図である。図１において、１は支持部、２はラインセンサ、３はラインセンサの受光部、４はレンチキュラーレンズ、５は回転部、６は信号処理部、７はテレビジョンモニタ、Ａは球面中心部の点、Ｂは球面である。
【００１７】
本実施例１の広視野映像撮像装置は、図１に示すように、支持部１の球面中心部のＡ点を中心とした球面Ｂと同じ曲率の面上に対して垂直方向に、一直線上にラインセンサ２を配置する。ラインセンサ２は支持部１により回転部５と連結し、回転部５により球面Ｂに沿って回転する。ラインセンサ２からの読み出し信号は、信号処理部（Ａ／Ｄ変換及びフレームメモリ、Ｄ／Ａ変換など）６を経てテレビジョンモニタ７に表示される。
【００１８】
ラインセンサ２上にはラインセンサ２と同じ曲率でレンチキュラーレンズ４を配置する。図２にラインセンサ２及びレンズの断面図（図１のＣ−Ｃ’における切断面）を示す。被写体からの入射光はレンチキュラーレンズ４によってラインセンサ２の受光部３に集光される。図３に図１の点線で囲んだＤの部分の横手方向の断面拡大図を示す。
【００１９】
ラインセンサ２の時間軸における駆動を行うために、回転軸中心の上方から下方に走査させるとともに、回転部５により一定速度で回転させると、読み出された信号は空間的に異なる位置の受光映像を次々と出力することになる。このラインセンサ２から読み出された信号を入力信号と同期させて、テレビジョンモニタ等の２次元画面上に表示した場合、信号処理を施すことなくパノラマ展開した映像が得られる。このときのパノラマ画像の空間的な配置の様子を図４に示す。上部が天頂部分、中部が地平線部分、下部が地下部分となる。このとき垂直方向の解像度は、ラインセンサ２の画素数により定まり、水平方向の解像度は、回転部５が１回転する間のラインセンサ２の走査回数により定まる。例えば、ラインセンサ２の画素数が１０８０画素であり、１回転する間に１９２０回走査した場合、１周回の画像の垂直解像度は１０８０画素、水平解像度は１９２０画素となる。
【００２０】
図５に信号処理部におけるフレームメモリの書き込み順と読み出し順の例を示す。ラインセンサ２からの読み出し信号をＡＤ変換しフレームメモリ上にＷ１〜Ｗｍの順に書き込み、Ｒ１〜Ｒｎの順に読み出すことにより、テレビジョンモニタ７の走査方向と同様の信号に変換することができる。例えば、回転部を毎秒６０回転させ、ラインセンサ２の画素数を１０８０画素とし、１回転する間のラインセンサ２の走査回数を１９２０回とすると、フレームメモリより出力される信号は、水平１９２０画素、垂直１０８０ライン、６０フレーム／秒のテレビジョン信号となり、動画像としてテレビジョンモニタに表示できる。
【００２１】
（実施例２）
図６は、本発明の実施例２の広視野映像撮像装置の概略構成を示す模式図である。
本実施例２の広視野映像撮像装置は、図６に示すように、前記実施例１のラインセンサ２において、レンチキュラーレンズ４の代わりに微小光学レンズ（オンチップレンズ）８をラインセンサ２の各受光部（受光素子）３上に配置する。図６のＥ−Ｅ’における断面図を図７に示し、図８に図６のＥ−Ｅ'部分の横手方向の断面拡大図を示す。このように構成することにより、前記図２及び図３に示したものと同様に被写体からの入射光をラインセンサ２の各受光部（受光素子）３上に集光することができる。オンチップレンズ８を使用することで、センサ受光部の開口率をレンチキュラーレンズよりも高くすることが可能となる。
【００２２】
（実施例３）
図９は、本発明の実施例３の広視野映像撮像装置の概略構成を示す模式図である。
本実施例３の広視野映像撮像装置は、図９に示すように、前記図１の球面Ｂ上に配置するラインセンサ２は１つだけに限る必要はなく、複数のラインセンサ２を図１と同様に球面に沿って垂直方向に配置したものである。
【００２３】
前記図９では４つのラインセンサを配置した場合を天頂部分から観察した様子を示している。ラインセンサＬＳ１〜ＬＳ４は、それぞれ同じ方向に回転する。この場合、４つのラインセンサＬＳ１〜ＬＳ４によって撮像空間は、４分割されるため、全天周映像を得るためには回転部は１／４回転するだけでよい。
【００２４】
各ラインセンサＬＳ１〜ＬＳ４による撮像映像を２次元画面上に表示したときの様子を図１０に示す。本実施例３の場合の撮像映像蓄積時間と前記実施例１の場合の撮像映像蓄積時間との違いは、前記実施例１の場合：１／６０＊１／１９２０であるのに対して、本実施例３の場合：１／６０＊１／４８０である。
【００２５】
以上説明したように、本実施例３によれば、４つのラインセンサＬＳ１〜ＬＳ４によって撮像された空間を合成することにより、１／４回転するだけで１枚の全天周パノラマ映像を得ることができる。
【００２６】
このとき、回転速度が１／４に遅くなるため、ラインセンサが１つのときと同じ解像度を得るためには、各ラインセンサＬＳ１〜ＬＳ４の走査速度も１／４に遅くすることができる。従って各ラインセンサＬＳ１〜ＬＳ４の受光部（受光素子）３の電荷蓄積時間（露光時間）は４倍となり、撮像感度の向上が可能となる。
【００２７】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００２８】
【発明の効果】
本願において開示される発明によって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
（１）高精細センサーを要せず簡易に高精細・広視野映像が得られる。
（２）撮像された映像は既にパノラマ展開されたものなので、パノラマ映像に展開するための画像変換処理が不要である。
（３）パノラマ展開の画像処理による画像周辺部の補間処理などによる画質劣化がない。
（４）使用するレンズは小型で安価で済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の広視野映像撮像装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図１のＣ−Ｃ’線におけるラインセンサ及びレンズの断面図である。
【図３】図１の点線で囲んだＤの部分の横手方向の断面拡大図である。
【図４】本実施例１のラインセンサからの読み出し信号を２次元画面上に表示したときのパノラマ空間的な配置の様子を示す図である。
【図５】本実施例１の信号処理部におけるフレームメモリの書き込み順と読み出し順の例を示す図である。
【図６】本発明の実施例２の広視野映像撮像装置の概略構成を示す模式図である。
【図７】図６のＥ−Ｅ'線における断面図である。
【図８】図６のＥ−Ｅ'部分の横手方向の断面拡大図である。
【図９】本発明の実施例３の広視野映像撮像装置の概略構成を示す模式図である。
【図１０】本実施例３の各ラインセンサによる撮像映像を２次元画面上に表示したときの様子を示す図である。
【符号の説明】
１…支持部                        ２…ラインセンサ
３…ラインセンサの受光部          ４…レンチキュラーレンズ
５…回転部                        ６…信号処理部
７…テレビジョンモニタ            ８…微小光学レンズ（オンチップレンズ）
ＬＳ１〜ＬＳ４…ラインセンサ      Ａ…球面中心部の点
Ｂ…球面
【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】
0003888847.tif 000010
【図１０】
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