(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバー素線が多数束ねられて構成された多芯構造体と、
この多芯構造体の一端に形成された画像を取り込む画像入力部と、
前記多芯構造体を複数組み束ねる手段と、
この手段により複数組み束ねられた多芯構造体の各一端に設けられた前記画像入力部から取り込んだ画像を、多芯構造体によりその他端に導いて光学的手段を介してイメージセンサで読み取る手段と、
を具備し、
前記画像入力部は、正多面体からなる画像取り込み部の各面部に放射状に配置されたことを特徴とする画像入力装置。
【請求項２】
前記正多面体からなる画像取り込み部に配置される画像入力部は、光ファイバー素線を正三角形に束ねて構成したことを特徴とする請求項１に記載の画像入力装置。
【請求項３】
前記多芯構造体の他端は、放射状に配置された前記画像入力部との相互の位置関係を一致させることを特徴とする請求項１に記載の画像入力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバー素線を多数束ねて多芯構造体に構成し、その構造体を用いて構成した複数の画像入力部を放射状に配置して全方位撮影を行うことができるようした画像入力装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
全方位撮影を行う画像入力装置としては、従来から幾つかの手段がある。その中の１つは、図１２（ａ）に示す反射ミラー式パノラマ撮影装置のように、例えば、建物の天井に凸面鏡の反射ミラー部６１を取り付け、その反射ミラー部６１の真下に一定距離を隔てて撮影用のカメラ部６２を配置して、そのカメラ部６２で反射ミラー部６１に映し出された映像を取り込むように構成されたものである。図１２（ｂ）は、カメラ部６２で映し出された映像であるが、この映像は大変歪んだ像となる。
【０００３】
全方位撮影を行う他の１つは、図１３（ａ）に示す超広角レンズ式パノラマ撮影装置のように、超広角レンズ部６３を取り付けたカメラ部６２で撮影するものである。この場合における撮影の映像も同図（ｂ）に示すように大変歪んだ像となる。
【０００４】
上記の他に、図１４（ａ）に示すように、広角レンズが取り付けられたカメラ（図示省略）を、ほぼ立方体形状の箱体６４の内部に収納し、その箱体６４の各側面および上面から広角レンズ６５ａ〜６５ｅ（広角レンズ６５ｄ，６５ｅは図示省略）を望ませて、全方位を撮影可能とするように構成した画像入力装置がある。このように構成した画像入力装置は、上記２つの反射ミラー式や超広角レンズ式に比較して映像の歪みは少ないが、広角レンズを使用している関係上、周辺画像に歪みが発生する。図１４（ｂ）は、水平垂直画角共９０度の正方形画角とした場合の各カメラで撮影した展開画像である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した図１２、図１３に示した全方位撮影の画像入力装置では、全方位の映像を光学的に非常に歪ませた形で撮像部に取り込み、全方位撮影を行う手段を採用している。このため、撮像部に得られる全方位の映像は、非常に歪みのあるものとなってしまうために、通常歪みの無い映像に処理するには、膨大な演算処理を必要とする問題がある。
【０００６】
また、図１４（ａ）に示す画像入力装置では、全方位を複数のカメラでカバーしているために、全体像を見る場合や、任意の方向・任意の画角で映像を切り出す場合、異なったカメラで撮影した映像を繋ぎ合わせる処理が必要である。このとき、一番歪みの大きな周辺画像同士の映像を繋ぐことになり、画像の合わせ（ステッチング）や歪み補正には、やはり膨大な演算処理を必要とする問題がある。
【０００７】
さらに、複数のカメラ画像を結合して全方位映像を構成する場合でも、各カメラでカバーする撮影範囲は広く、例えば８台のカメラを用いた場合でも各カメラでは、３５mm換算で十数ミリと云う超広角レンズに相当する画角となる。このため、各カメラでの画像は、広角レンズ特有の像の歪みを含んだものとなる。このようなシステムで得た全方位画像を合成する場合、周辺の歪みを補正して隣の画像と接続処理する必要がある。このため、その処理には、多大な時間を必要とする。また、これらのイメージ映像から、任意の狭い矩形領域の画像を取り出す場合には、その都度、歪んだ画像に座標変換処理を行った後、歪みを取り去って出力する必要がある。
【０００８】
これらを解決するためには、撮影用カメラを増大してカメラ一台当たりがカバーする画角を狭くする手段がある。しかし、複数の撮影用カメラの映像を記録し、再生する場合の同期を取ることが極めて難しいなどの新た問題点が発生するとともに、全体のシステム規模が大型化する欠点がある。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、反射ミラーや超広角レンズ等を用いることなく、光ファイバー素線を多数束ねて構成した画像入力部を、放射状に配置して、その画像入力部で各正面の狭い範囲の画角から取り込んだ歪みの無い全方位の映像を撮像部に導くことができるようにして撮像部における映像の歪みを補正する演算処理を不要にするとともに、光ファイバー素線を多数束ねて構成した画像入力部と撮像部のみで全方位撮影用の小型カメラを構成することができる画像入力装置を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成するために、本発明による画像入力装置は、光ファイバー素線が多数束ねられて構成された多芯構造体と、
この多芯構造体の一端に形成された画像を取り込む画像入力部と、
前記多芯構造体を複数組み束ねる手段と、
この手段により複数組み束ねられた多芯構造体の各一端に設けられた前記画像入力部から取り込んだ画像を、多芯構造体によりその他端に導いて光学的手段を介してイメージセンサで読み取る手段と、
を具備し、
前記画像入力部は、正多面体からなる画像取り込み部の各面部に放射状に配置されたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
［実施の第１形態］
図１（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施の第１形態を示す概略的な構成図および拡大図で、図１（ａ）〜（ｃ）において、光ファイバー素線１１を多数束ねて一端面から画像が取り込めるように多芯構造体（以下イメージファイバーと称す）１２ａ、１２ｂ、１２ｃ……として構成する。そのイメージファイバー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ……の一端は、図１（ｂ）に示すように、筒体１４の内部に装着されて被覆され、複数の画像入力部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ……に構成される。
【００１３】
イメージファイバー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ……の他端は、後述するように光学的手段を介して撮像素子（ＣＣＤ撮像素子）等のイメージセンサで同時に読み取ることができるように、四角形状に形成されたファイバー束ね部１６に装着される。ファイバー束ね部１６には、図示のように複数の円筒状の孔１７ａ、１７ｂ、１７ｃ……が格子状に整列して穿設されている。それら円筒状の孔１７ａ、１７ｂ、１７ｃ……には、画像入力部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ……を構成するイメージファイバー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ……の端部が挿入されるとともに、イメージファイバー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ……の端面は、全て同一面になるように平坦に揃えられる。
【００１４】
図１（ｃ）は画像入力部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ……の拡大図で、これら画像入力部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ……には、対物レンズ１３若しくは同等の機能を有する機構が組み込まれている。この図１（ｃ）に示すように対物レンズ１３が筒体１４で支持されて設けられている。
【００１５】
前記画像入力部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ……は、全方位の映像を取り込むことができるように、図２（ａ）〜（ｅ）に示す球体状に形成された全方位映像取り込み部２０に、緯度、経度で見て３０度の間隔で放射状に配置される。また、球体状の全方位映像取り込み部２０の赤道面近傍の周囲には、６０度の間隔でマイクロフォン２１が配置されている。このマイクロフォン２１は、後述のように音声をマルチチャンネルで記録して、再生時に見ている映像の方向に応じて再生するように構成される。なお、全方位映像取り込み部２０は、支柱２２により図示しない基台等に支持固定されている。
【００１６】
図３は、図１と図２を用いて構成した実施の第１形態における全体構成を示す概略的な構成図である。この図３において、全方位映像取り込み部２０に配置された画像入力部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ……で取り込んだ映像は、イメージファイバー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ……を介してファイバー束ね部１６に送られ、そのファイバー束ね部１６の端面には、イメージ像が得られる。
【００１７】
図４は、前述したファイバー束ね部１６の端面に得られたイメージ像を、光学的手段２３を介してイメージセンサとして構成される撮像素子２４の素子面に結像させるようにした概略構成図である。
【００１８】
図５は、ファイバー束ね部１６の端面に得られたイメージ像が、撮像素子上で結像している様子を示す説明図で、この図５における撮像素子上の映像では、イメージファイバー１２ａ，１２ｂ、１２ｃ……の端面を図示のように格子状に配列したため、ファイバー束ね部１６の枠部が黒抜きとなって観察される。このため、全方位映像取り込み部２０に配置された画像入力部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ……側のイメージファイバーによる画角（図６に示す円）を、互いに図示のように、オーバーラップするように広く取ることによって死角を無くすことが可能となる。図６において、図示略正方形の部分は使用する画角である。
【００１９】
なお、ファイバー束ね部１６の端面には、イメージ像が得られるので、放射状に配置された画像入力部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ……と、ファイバー束ね部１６のイメージファイバー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ……の端面との相互の位置関係や、天地の並びは、揃えておく方が後のイメージ処理が簡単に済むようになる。
【００２０】
上記のように構成された画像入力部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ……に取り込まれた全方位の映像は、イメージファイバー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ……を介して撮像素子２４に結像される。撮像素子２４は、これら像を電気信号に変換して次に示す図７の信号処理部４１に入力される。
【００２１】
図７は、画像入力部で得られた映像を撮像素子で電気信号に変換し処理する回路装置のブロック構成図で、撮像素子２４からの電気信号は信号処理部４１で処理され、その処理信号は、デバイスインターフェース部４２を介して記録デバイス４３に記録されるとともに、外部インターフェース部４４を介して図示しない外部処理装置に供給される。
【００２２】
なお、信号処理部４１以降の電気回路は、通常のデジタル映像記録装置とほぼ同様な装置を使用することができるが、必要に応じて圧縮処理等を併用し、データ量を少なくすることも可能である。
【００２３】
また、音声記録についても、無指向性マイクロフォンによる全方位記録や一般のステレオ記録の他、多数のマイクロフォンを使用してマルチチャンネルで記録しておき、再生時に見ている映像の方向に応じて再生する音のチャンネルを切り替える音声信号を信号処理部４１にて処理するようにしても良い。なお、信号処理部４１他各部に電力を供給するために、電源部４６が設けられている。
【００２４】
上記説明では、全方位映像取り込み部２０が球形の場合について述べて来たが、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は全方位映像取り込み部２０を正八面体に構成した場合の平面図、正面図および側面図である。この正八面体の各面部２０ａ〜２０ｈ（面部２０ｈは図示せず）を構成する正三角形の中心には、画像入力部１５ａ〜１５ｈを全方位の映像が撮影できるように配置する。なお、この正八面体の全方位映像取り込み部２０を使用した場合、８個の画像入力部１５ａ〜１５ｈで全方位をカバーすることになるので、１個の画像入力部がカバーする範囲は、水平面で９０度となり、半球の１／４の画角となる。
【００２５】
図９は上記正八面体の全方位映像取り込み部２０を用いた場合におけるファイバー束ね部１６ａの概略構成図で、このファイバー束ね部１６ａでは、円筒状の孔１７ａ、１７ｂ、……を２列２段に形成したものである。
【００２６】
なお、ファイバー束ね部１６ａに形成される円筒状の孔は、イメージファイバーの束ね方により、自由に選択できるが、格子状に構成した方が、後のイメージ処理が簡単になる。
【００２７】
上記のように構成した実施の第１形態では、全天を緯度、経度で３０度の間隔で切り分けた例について述べて来たが、この間隔は、任意に設定可能である。撮影画角を上記のように狭く設定した場合は、通常の３５ｍｍカメラにおける標準レンズ（５０ｍｍ近辺）のやや望遠側よりの画角となり、撮影した映像の歪み等が少ないと言う利点がある。このことは、複数のイメージファイバーを用い、各正面の狭い範囲の画角から取り込んだ映像のみを利用しているため、各々の画像の歪みが殆ど無いからである。
【００２８】
また、総てのイメージファイバーを束ねて１つの撮像素子で画像化しているため、複数のカメラを使用して撮影した場合のように、複数のカメラ映像の同期をとる必要がないという利点がある。さらに、撮像素子上では、水平に配置したイメージファイバーの画像は、水平同一ライン上に撮像するように配置している。従って、撮像素子上の映像を取り出す場合、切り出す位置に基づいて、水平方向と垂直方向から必要な画素（ピクセル）分のデータを読み出してくることで、必要な範囲の映像が合成できる。すなわち、映像の合成が従来の方式に比べて非常に簡単になる。
【００２９】
この為、複数のイメージファイバーからの映像を繋げて見る場合に、映像の繋ぎ合わせが非常に容易になる。これは、撮影した全方位映像の中から、任意の向きで任意の画角の映像を切り出す場合に、次に示すような処理が簡単で速度が早いと言う大きな利点が得られる。
【００３０】
処理が簡単になると、各々の画像の歪み補正が不要となり、また、複数の映像の同期をとる必要がなくなり、さらに撮影対象の縦横の関係が、撮像素子上でも縦横に保持されているため、矩形領域を切り出す場合にも、複雑な座標変換がいらないなどにより、処理時間が短くなる。
【００３１】
また、画像入力部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ……の内、水平面上同一緯度に配置されている画像入力部のイメージファイバ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ……をファイバ束ね部１６で格子状に配置する場合、水平同一ライン上に配置する。
【００３２】
次に、同一経度上の画像入力部を同じ縦の列に配置して、球面を展開した形で撮像素子に映像を取り込むと、全方位映像を世界地図の様に見ることができるようになる。従って、上記映像から任意の画角で任意の方角の映像を切り出すことは、映像相互の位置関係から明確であるので、非常に簡単に行うことができる利点がある。
【００３３】
上記のように、本発明の実施の第１形態による画像入力装置では、全方位映像を簡単にかつ映像を歪み無く取り込むことが可能になっており、取り込み映像のモニタリング時においても、全方位映像の視認性が高いだけで無く、部分映像の切り出し時においても、画像処理の手間を大幅に簡略化できる利点もある。
【００３４】
また、演算能力の非常に高いコンピュータ等を用いた場合で、座標変換などの信号処理能力に余裕がある場合には、画像入力部の配置を、より撮像素子の解像度を有効活用する方向にすることにより、システム全体の柔軟性が高くなる。このような全方位映像取り込み部の実施の形態を図１０により説明する。
【００３５】
図１０（ａ）、（ｂ）は、正２０面体に構成した全方位映像取り込み部２０の概略構成図で、正２０面体の各面部の中央には、正三角形に光ファイバー素線を束ねた画像入力部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ……を配置する。
【００３６】
一方、撮像素子側では、図１１に示すように、撮像素子（ＣＣＤ撮像素子）の解像度を有効に利用できるように、画像入力部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ……の空間配置にこだわらずに撮像素子を並べた。この場合、撮影画角が空間を隙間なくカバーできるように、画像入力部やレンズを適正に選択する。このように構成した場合には、撮像素子の利用効率が良くなる。なお、この正２０面体の場合には、画像入力部を正三角形で構成したが、それ以外の形状でも同様の効果を得ることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、全方位映像の歪みが非常に少なく、同時にモニタリングの映像の視認性が非常に高くなる。また照明による影が出来にくいので、同時モニタリングの映像の視認性がさらに向上する。
【００３８】
光ファイバー素線が多数束ねられて構成された多芯構造体を通して取り込む映像の歪みが少なく、且つ互いに位置関係が単純で分かりやすい為に、任意の画角・方角での映像の切り出しが簡単になる。また、映像取り込み部の多芯構造体レイアウトを変更することで、取り込み映像のパターンや範囲などの変更に柔軟に対応することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の第１形態を示す概略的な構成図および拡大図。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は、全方位映像取り込み部の正面図、右側面図、平面図、断面図および左側面図。
【図３】第１形態の概略的な全体構成図。
【図４】ファイバー束ね部の端面に得られたイメージ像を、撮像素子に結像させるときの概略構成図。
【図５】ファイバー束ね部の端面に得られたイメージ像が、撮像素子上で結像している様子を示す説明図。
【図６】イメージファイバーの画角と使用する画角の説明図。
【図７】画像入力部で得られた映像を撮像素子で電気信号に変換し処理する回路装置のブロック構成図。
【図８】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、全方位映像取り込み部を正八面体に構成した場合の平面図、正面図および側面図。
【図９】ファイバー束ね部の斜視図。
【図１０】（ａ）、（ｂ）は、正２０面体に構成した全方位映像取り込み部の概略構成図。
【図１１】撮像素子（ＣＣＤ撮像素子）上のイメージ配置を示す概略構成図。
【図１２】従来の全方位撮影を行う画像入力装置である反射ミラー式パノラマ撮影装置の概略構成図。
【図１３】従来の全方位撮影を行う画像入力装置である超広角レンズ式パノラマ撮影装置の概略構成図。
【図１４】広角レンズを複数個用いて全方位撮影を行う画像入力装置の概略構成図。
【符号の説明】
１１…光ファイバー素線
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ……多芯構造体
１３…対物レンズ
１４…筒体
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ……画像入力部
１６…ファイバー束ね部
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ……円筒状の孔
２０…全方位映像取り込み部
２１…マイクロフォン
２２…支柱
２３…光学的手段
２４…撮像素子
４１…信号処理部
４２…デバイスインターフェース部
４３…記録デバイス
４４…外部インターフェース部
４５…マルチマイクロフォン部
４６…電源部
【図１】
0004158344.tif 000002
【図２】
0004158344.tif 000003
【図３】
0004158344.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004158344.tif 000006
【図６】
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【図７】
0004158344.tif 000008
【図８】
0004158344.tif 000009
【図９】
0004158344.tif 000010
【図１０】
0004158344.tif 000011
【図１１】
0004158344.tif 000012
【図１２】
0004158344.tif 000013
【図１３】
0004158344.tif 000014
【図１４】
0004158344.tif 000015