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JP2656143B2 - Omnidirectional imaging device - Google Patents
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JP2656143B2 - Omnidirectional imaging device - Google Patents

Omnidirectional imaging device

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JP2656143B2
JP2656143B2 JP2224707A JP22470790A JP2656143B2 JP 2656143 B2 JP2656143 B2 JP 2656143B2 JP 2224707 A JP2224707 A JP 2224707A JP 22470790 A JP22470790 A JP 22470790A JP 2656143 B2 JP2656143 B2 JP 2656143B2
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polar coordinate
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、全方向を等しい解像度で撮影可能な全方向
撮影装置に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an omnidirectional photographing apparatus capable of photographing all directions at the same resolution.

[従来の技術] 近年、知能移動ロボットを用いて目的地までの道程を
自律移動する研究が盛んに進められている。
[Related Art] In recent years, research on autonomous travel to a destination using an intelligent mobile robot has been actively conducted.

上記の知能移動ロボットには、道路を認識し、道路か
ら外れることなく移動し、障害物を回避して目的地に到
達するということが要求されている。
The intelligent mobile robot is required to recognize the road, move without departing from the road, avoid obstacles, and reach the destination.

この要求を満足するために知能移動ロボットは、全方
位の画像を同時に入力可能な画像入力装置を備えていな
ければならない。
In order to satisfy this demand, the intelligent mobile robot must be equipped with an image input device capable of simultaneously inputting omnidirectional images.

上述の従来の画像入力装置としては、2つの種類の画
像入力装置が提案されている。
As the above-mentioned conventional image input devices, two types of image input devices have been proposed.

1つの種類の画像入力装置は、魚眼レンズと組み合わ
せたテレビカメラを垂直方向に配置したものであり、例
えば「ガイダンス・オブ・ア・モービル・ロボット・ユ
ージング・アン・オムニダイレクショナル・ヴィジョン
・ナヴィゲーション・システム」(Guidance of a Mobi
le Robot Using an Omnidirectional Vision Navigatio
n System),エス・ジェー・オウ,イー・エル・ホール
(S.J.Oh and E.L.Hall),エス・ピー・アイ・イー(S
PIE)Vol.852,モービル・ロボッツ(Mobile Robots)II
(1987)に記載されている。
One type of image input device is one in which a television camera combined with a fish-eye lens is arranged vertically, for example, "Guidance of a Mobile Robot Using an Omnidirectional Vision Navigation. System ”(Guidance of a Mobi
le Robot Using an Omnidirectional Vision Navigatio
n System), S.J.Oh, SJOh and ELHall, S.P.I.E. (S
PIE) Vol.852, Mobile Robots II
(1987).

この画像入力装置では、魚眼レンズによりカメラが全
方位を撮像することができる。
In this image input device, the camera can capture images in all directions using the fisheye lens.

しかし、観測する必要がない天井や空等をも撮像する
ので、実際に必要な水平方向の画像が不足している。
However, since an image of the ceiling, the sky, or the like that does not need to be observed is taken, there is a shortage of an actually necessary horizontal image.

上述の画像入力装置の欠点を補うものとして、もう1
つの種類の画像入力装置が提案された。
As a supplement to the above-mentioned drawbacks of the image input device, another
Two types of image input devices have been proposed.

この画像入力装置は、円錐ミラー、インダストリアル
・テレヴィジョン・カメラ[(Industrial TV camera)
以後、ITVカメラと称する]及び画像処理装置を組み合
わせたものであり、例えば「八木、川戸:円錐投影によ
る全方位環境認識」,信学技法PRU89−46,(1989)に記
載されている。
The image input device is a conical mirror, an industrial television camera [(Industrial TV camera)
Hereinafter, referred to as an ITV camera] and an image processing device, and are described in, for example, "Yagi, Kawato: Omnidirectional Environment Recognition by Conical Projection", PRU89-46, (1989).

円錐ミラーを用いた従来の画像入力装置の構成を第10
図に示す。
Configuration of conventional image input device using conical mirror
Shown in the figure.

図中、円錐ミラー111は垂直方向に下向きに配置され
ており、円錐ミラー111により反射される視野領域は水
平面において垂直軸の回りに対して360度になる。
In the figure, the conical mirror 111 is disposed vertically downward, and the viewing area reflected by the conical mirror 111 is 360 degrees on the horizontal plane around the vertical axis.

円錐ミラー111により反射された画像は、ITVカメラ11
2により、第12図に示すように、視野領域の水平方向角
度が極座標における角度θ方向に、また視野領域の上下
方向(垂直方向)が半径rにそれぞれ相当するように表
される。
The image reflected by the conical mirror 111 is
According to 2, as shown in FIG. 12, the horizontal angle of the visual field is represented by the angle θ in polar coordinates, and the vertical direction (vertical direction) of the visual field is represented by the radius r.

例えば、第13図に示すように、文字「写」が水平方向
θと垂直方向に配置されている場合、文字「写」の縦
の長さに距離Δrが相当し、文字「写」の横の長さが角
度Δθに相当する。
For example, as shown in FIG. 13, a character when "copy" is arranged horizontally theta 1 and the vertical direction, the character vertical distance Δr corresponds to the length of the "copy", the characters "copy" The horizontal length corresponds to the angle Δθ.

ここで、ITVカメラ112は直交座標系で動作するが、IT
Vカメラ112により撮像された文字「写」の画像は、第14
図に示すように扇形になり、極座標系の画像になる。
Here, the ITV camera 112 operates in a rectangular coordinate system,
The image of the character “sha” captured by the V camera 112 is
As shown in the figure, the image becomes a fan shape, and the image is in a polar coordinate system.

画像処理装置113は、ITVカメラ112により撮像された
画像を第14図に示すような扇形に切り取り、その切り取
った部分に対して座標系を極座標系から直行座標系に変
換して、第13図に示すような画像に補正する。
The image processing device 113 cuts the image captured by the ITV camera 112 into a fan shape as shown in FIG. 14, converts the coordinate system from the polar coordinate system to the orthogonal coordinate system for the cut portion, and The image is corrected as shown in FIG.

上述の方法により、本来観測する必要がない天井や空
等の画像が円錐ミラー111により除去されて、実際に必
要な水平方向の画像のみが全方位で撮影される。
According to the above-described method, the image of the ceiling, the sky, or the like, which is not originally required to be observed, is removed by the conical mirror 111, and only the actually required horizontal image is captured in all directions.

また、極座標式撮影装置を用いた全方向撮影装置とし
ては、例えば「有賀、吉野、小郷、溝手、寺川: 極座
標方式ラインCCDカメラの検討、電気学会論文誌Vol.109
−C、No.5、pp.394−399(May,1989)」が知られてい
る。
Examples of the omnidirectional photographing apparatus using the polar coordinate photographing apparatus include, for example, “Ariga, Yoshino, Kogo, Mizote, Terakawa: Examination of Polar CCD Line CCD Camera, IEEJ Transactions on Electronics Vol.109
-C, No. 5, pp. 394-399 (May, 1989) ".

[発明が解決しようとする課題] しかし、円錐ミラーを用いた上記従来の全方向撮影装
置では、ITVカメラにより撮像された画像を扇形に切り
取るので、角度方向の画素数が外周から中心に向かって
少なくなり、解像度が外周から中心に向かって悪くな
り、角度方向のサンプリングレートが外周から中心に向
かって粗くなるという問題点がある。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the above-described conventional omnidirectional photographing device using a conical mirror, the image captured by the ITV camera is cut into a fan shape, so that the number of pixels in the angular direction increases from the outer periphery toward the center. However, there is a problem in that the resolution becomes worse from the outer periphery toward the center, and the sampling rate in the angular direction becomes coarser from the outer periphery toward the center.

また、外周と中心の画素数が等しくなるように内挿等
により中心側の画素を補間した従来の全方向撮影装置で
は、内挿等の方法が低周波数領域用フィルタ(ローパス
フィルタ)と等価であり、中心側の空間解像度が劣化す
るという問題点がある。
Further, in a conventional omnidirectional imaging apparatus in which the center pixel is interpolated by interpolation or the like so that the number of pixels at the outer periphery and the center is equal, the method of interpolation or the like is equivalent to a filter for a low frequency region (low-pass filter). There is a problem that the spatial resolution on the center side is deteriorated.

更に、従来の全方向撮影装置では、画像処理装置が複
雑な処理を高速で行うので大型化し、ロボットのような
移動体に組み込むことが困難であるという問題点があ
る。
Furthermore, in the conventional omnidirectional photographing apparatus, there is a problem that the image processing apparatus performs complicated processing at a high speed, so that the apparatus becomes large and it is difficult to incorporate the image processing apparatus into a moving body such as a robot.

本発明の目的は、上記従来の全方向撮影装置の問題点
に鑑み、全画素にわたり空間解像度が鮮明であり、画像
処理が不要な小型化された全方向撮影装置を提供するこ
とにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a miniaturized omnidirectional photographing apparatus which has clear spatial resolution over all pixels and does not require image processing, in view of the above-mentioned problems of the conventional omnidirectional photographing apparatus.

[課題を解決するための手段] 本発明の上述した目的は、全方位の画像を所定の方向
に反射する反射手段と、中心軸から外側端部に向かって
漸次配列されており該中心軸から該外側端部に向かって
大きくなるように構成された複数の画素を含む撮像素子
を有し前記反射手段により反射された前記画像を前記撮
像素子により撮像する撮像手段とを備えており、前記撮
像手段は、前記反射手段の中心軸に対して前記撮像素子
を当該中心軸の回転方向及び径方向に、該回転方向と径
方向の解像度が一定になるように走査することを特徴と
する全方向撮影装置によって達成される。
Means for Solving the Problems The above-mentioned object of the present invention is to provide a reflection means for reflecting an omnidirectional image in a predetermined direction, and a reflection means which is gradually arranged from a central axis toward an outer end, and An image pickup device having an image pickup device including a plurality of pixels configured to increase toward the outer end portion, and an image pickup device for picking up the image reflected by the reflection unit with the image pickup device. The means scans the image sensor in the rotational direction and the radial direction of the central axis with respect to the central axis of the reflecting means so that the resolution in the rotational direction and the radial direction is constant. Achieved by the imaging device.

[作用] 反射手段は全方位の画像を、画像が入力された方向と
は異なる所定の方向に反射し、撮像手段は第1の端部か
ら第2の端部に向かって漸次配列された複数の画素を含
む撮像素子を反射手段の中心軸の回転方向及び径方向に
走査して、反射手段により反射された全方位の画像を鮮
明な解像度で撮像する。
[Operation] The reflection unit reflects the omnidirectional image in a predetermined direction different from the direction in which the image was input, and the imaging unit includes a plurality of images arranged gradually from the first end to the second end. Is scanned in the rotational direction and the radial direction of the central axis of the reflection means, and an omnidirectional image reflected by the reflection means is taken at a clear resolution.

[実施例] 以下、本発明の全方向撮影装置における実施例を図面
を参照して説明する。
Hereinafter, embodiments of the omnidirectional photographing apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の第1の実施例における全方向撮影装
置の構成を示す斜視図、第2図は第1図の実施例装置の
構成を示す模式図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an omnidirectional photographing apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of the embodiment apparatus of FIG.

第1図及び第2図に示す全方向撮影装置は、反射手段
としての反射ミラー11、撮像手段としての極座標式撮影
装置12、集光レンズ13、中心軸としての回転軸14を有す
るステッピングモータ15、素子としての扇形撮像素子16
により構成されている。
The omnidirectional photographing device shown in FIGS. 1 and 2 is a stepping motor 15 having a reflecting mirror 11 as a reflecting means, a polar coordinate type photographing device 12 as an imaging means, a condenser lens 13, and a rotating shaft 14 as a central axis. , Fan-shaped image sensor 16 as an element
It consists of.

次に、本実施例の全方向撮影装置の動作を説明する。 Next, the operation of the omnidirectional photographing apparatus according to the present embodiment will be described.

反射ミラー11は円錐形であり、z軸方向を垂直方向と
したときに、垂直方向に下向きに、即ち−z軸方向に配
置されている。
The reflecting mirror 11 has a conical shape and is arranged vertically downward, that is, in the −z-axis direction when the z-axis direction is the vertical direction.

本実施例では、反射ミラー11は円錐形であるが、側面
に反射面を有する多角錐形、または半球形であってもよ
い。
In the present embodiment, the reflecting mirror 11 is conical, but may be a polygonal pyramid having a reflecting surface on the side surface or a hemispherical shape.

反射ミラー11により反射された画像は、極座標系のお
ける半径方向の距離rと水平方向の角度θとにより表示
される(第12図参照)。
The image reflected by the reflection mirror 11 is displayed by a radial distance r and a horizontal angle θ in the polar coordinate system (see FIG. 12).

反射ミラー11により反射される垂直方向の光路には、
極座標式撮影装置12が配置されている。
In the vertical optical path reflected by the reflection mirror 11,
A polar coordinate type imaging device 12 is provided.

極座標式撮影装置12により撮影された画像は、画像処
理装置を介さないで、そのままテレビカメラ等に出力さ
れる。
The image photographed by the polar coordinate photographing device 12 is directly output to a television camera or the like without passing through an image processing device.

第3図に上記の極座標式撮影装置12の構成を示す。 FIG. 3 shows the configuration of the polar coordinate type photographing apparatus 12 described above.

極座標式撮影装置12は、集光レンズ13、回転軸14を有
するステッピングモータ15、回転軸14に半径方向に伸び
て取り付けられた扇形撮像素子16により構成されてい
る。
The polar coordinate type photographing apparatus 12 includes a condenser lens 13, a stepping motor 15 having a rotating shaft 14, and a sector-shaped image pickup device 16 attached to the rotating shaft 14 so as to extend in the radial direction.

また、上記の扇形撮像素子16の構成を第4図に示す。 FIG. 4 shows the configuration of the fan-shaped imaging device 16 described above.

第4図に示すように、扇画撮像素子16はステッピング
モータ15の回転軸14の中心から外側に向かって漸次配列
されている複数の画素を有する。
As shown in FIG. 4, the fan image pickup device 16 has a plurality of pixels that are gradually arranged outward from the center of the rotation shaft 14 of the stepping motor 15.

なお、扇形撮像素子16の第1の端部は回転軸14の中心
側に位置する端部を表わし、第2の端部は中心から半径
方向に延伸した端部を表わすものとする。
The first end of the fan-shaped image sensor 16 represents the end located on the center side of the rotating shaft 14, and the second end represents the end extending radially from the center.

各画素は、回転軸14の中心から半径方向に配置されて
いるほど角度方向(θ方向)の長さが長くなる。
The longer the pixels are arranged in the radial direction from the center of the rotation shaft 14, the longer the length in the angular direction (θ direction).

従って、各画素の面積は、画素が回転軸14の中心から
半径方向に向かって配置されているほど大きくなるよう
に、また半径方向の各画素の幅が一定になるように配列
されている。
Therefore, the area of each pixel is arranged such that the larger the pixel is arranged in the radial direction from the center of the rotation shaft 14, and the width of each pixel in the radial direction is constant.

なお本実施例では、画素として電荷結合素子(以後、
CCDと称する)を用いている。
In this embodiment, as a pixel, a charge-coupled device (hereinafter, referred to as a pixel)
CCD).

次に上述の極座標式撮影装置12の動作を説明する。 Next, the operation of the above-described polar coordinate type photographing apparatus 12 will be described.

扇形撮像素子16がモータ15の回転軸14の半径方向に走
査する毎に、モータ15が扇形撮像素子16を角度方向(θ
方向)に微小回転させる。
Each time the sector image sensor 16 scans in the radial direction of the rotating shaft 14 of the motor 15, the motor 15 moves the sector image sensor 16 in the angular direction (θ
Direction).

第4図に示すように扇形撮像素子16の画素の面積は中
心から外側に向かって大きくなるように構成されている
ので、扇形撮像素子16により撮影された画像は、第5図
に示すように角度方向の解像度と半径方向の解像度が同
一になる。
As shown in FIG. 4, since the area of the pixel of the fan-shaped imaging device 16 is configured to increase from the center to the outside, the image captured by the fan-shaped imaging device 16 is, as shown in FIG. The angular resolution and the radial resolution are the same.

この場合、扇形撮像素子16により撮影された電気信号
をスリップリングやロータリートランス等によって取り
出すことにより、極座標系で表された画像が直交座標系
の画像に変換されるので画像処理装置を用いる必要がな
い。
In this case, an image represented by a polar coordinate system is converted into an image of a rectangular coordinate system by extracting an electric signal captured by the fan-shaped image sensor 16 with a slip ring, a rotary transformer, or the like. Absent.

極座標式撮影装置12により撮影した場合、扇形撮像素
子16の撮影面にサンプル格子が、極座標状に発生する。
When the image is taken by the polar coordinate type photographing device 12, a sample grid is generated in a polar coordinate shape on the photographing surface of the sector image pickup device 16.

以下、発生したサンプル格子が、実際の視野をどのよ
うにサンプルするのか、その動作を説明する。なおサン
プル格子の動作については、サンプルレートとアパーチ
ャ開口率との両面から述べる。
Hereinafter, how the generated sample grid samples the actual field of view will be described. The operation of the sample grating will be described in terms of both the sample rate and the aperture ratio.

まず撮影面の半径方向に関して説明する。 First, the radial direction of the photographing surface will be described.

撮影面の中心(即ちモータ15の回転軸14の中心)から
の距離は、実際の視野では上下方向(垂直方向)の角度
に比例する。
The distance from the center of the photographing plane (that is, the center of the rotating shaft 14 of the motor 15) is proportional to the vertical (vertical) angle in the actual visual field.

従って、視野領域内の上下角度方向のサンプルは、CC
Dの画素の配置によって決まる。
Therefore, the sample in the vertical angle direction in the viewing area is CC
Determined by the arrangement of D pixels.

ところで、CCDの画素の配置は、CCDの機械的な定数に
よって決まり一様である。
By the way, the arrangement of the CCD pixels is determined by the mechanical constants of the CCD and is uniform.

従って、実際の視野に対してサンプル格子が一様にな
るように扇形撮像素子16は動作するので、各場所におい
てサンプルレート及びアパーチャ開口率は同一である。
Therefore, since the fan-shaped image sensor 16 operates so that the sample grid is uniform with respect to the actual visual field, the sample rate and the aperture ratio are the same at each location.

また、角度方向のサンプルレートは、撮影面では、ス
テップモータ15の単位回転角に相当するので一定であ
る。画像も極座標状に投影されているので、実際の視野
に対して水平方向に等しいステップでサンプルするよう
動作するので、各場所において同一である。
The sample rate in the angular direction is constant on the photographing surface because it corresponds to the unit rotation angle of the step motor 15. Since the image is also projected in polar coordinates, it operates so as to sample in equal steps in the horizontal direction with respect to the actual field of view, so that it is the same at each location.

更に、CCDの画素の面積は、中心から外周方向に配置
されている程大きくなるので、各画素からCCDの中心を
見込む角度も一定である。即ち、角度方向のサンプルの
アパーチャ開口率もCCDの中心部からと外周部に向かっ
て同一である。この結果、第5図に示すように、画面の
上下で等しいアパーチャ開口率を有するサンプルパター
ン17を生ずるように、サンプル格子が発生すべく扇形撮
像素子16は動作する。
Furthermore, since the area of a CCD pixel increases as it is arranged from the center toward the outer periphery, the angle from each pixel to the center of the CCD is also constant. That is, the aperture opening ratio of the sample in the angular direction is also the same from the center of the CCD toward the outer periphery. As a result, as shown in FIG. 5, the fan-shaped image sensor 16 operates so as to generate a sample grid so as to generate a sample pattern 17 having the same aperture opening ratio at the top and bottom of the screen.

上述の実施例によれば、極座標式撮影装置12のサンプ
リングレートとアパーチャ開口率とは、撮影面の半径方
向及び角度方向の両方向に対して一定になる。従って、
視野領域の総てにわたって振幅特性[モデュレーション
・トランスファー・ファンクション(Modulation Trans
fer Function)以後、MTFと称する]が一定である。
According to the above-described embodiment, the sampling rate and the aperture ratio of the polar coordinate type imaging device 12 are constant in both the radial direction and the angular direction of the imaging surface. Therefore,
The amplitude characteristics [Modulation Trans Function
fer Function), hereinafter referred to as MTF].

第6図は、本発明の極座標式撮影装置における第2の
実施例の構成を示す。
FIG. 6 shows the configuration of a second embodiment of the polar coordinate type photographing apparatus of the present invention.

第6図において、第1図及び第2図に示す第1の実施
例と同様な反射ミラー11の光路には、空間解像度を補償
するための光学手段としてのフィルタ18及び撮影手段と
しての極座標式撮影装置19が配置されている。
In FIG. 6, the optical path of the reflecting mirror 11 similar to that of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 is provided with a filter 18 as an optical means for compensating for spatial resolution and a polar coordinate type as a photographing means. An imaging device 19 is provided.

フィルタ18は、第7図に示すように中心から離れるに
つれて振幅特性(MTF)が低下するように構成されてい
る。フィルタ18としては、市販の光学フィルタを用いる
ことができる。なお、市販の光学フィルタの代わりに、
ガラス板やプラスチック板等に細かいきず、微小な突
起、へこみ、凹凸等を付けてもよく、また、集光レンズ
13(第3図参照)に同様な処理を施してもよい。
The filter 18 is configured such that the amplitude characteristic (MTF) decreases as the distance from the center increases, as shown in FIG. As the filter 18, a commercially available optical filter can be used. In addition, instead of a commercially available optical filter,
Small projections, dents, irregularities, etc. may be added to the glass plate or plastic plate, etc.
13 (see FIG. 3) may be subjected to the same processing.

第8図に示す極座標式撮影装置19は、第3図に示した
集光レンズ13、中心軸としての回転軸14を有するステッ
ピイングモータ15、そして扇形撮像素子16の代りに回転
軸14の半径方向に伸びて取り付けられたライン式撮像素
子20を有する。
The polar coordinate type photographing apparatus 19 shown in FIG. 8 has a condensing lens 13 shown in FIG. 3, a stepping motor 15 having a rotating shaft 14 as a central axis, and a radius of the rotating shaft 14 instead of the sector image pickup device 16. It has a line-type image sensor 20 extending in the direction.

ライン式撮像素子20は、第4図に示す扇形撮像素子16
と同様に、第1の端部としての回転軸14の中心に近い方
の端部から、第2の端部としての半径方向で最も中心か
ら離れた端部に向かって複数の画素を順次配置してい
る。
The line type image pickup device 20 is a fan type image pickup device 16 shown in FIG.
Similarly, a plurality of pixels are sequentially arranged from the end closer to the center of the rotary shaft 14 as the first end to the end farthest from the center in the radial direction as the second end. doing.

しかし、ライン式撮像素子20では、各画素の面積は、
中心から外側に向かって同一であり、また、半径方向に
おける長さも一定である。
However, in the line-type imaging device 20, the area of each pixel is
It is the same from the center to the outside, and the length in the radial direction is also constant.

ライン式撮像素子20の出力信号は、回転時に画素が重
なる中心領域については無視される。
The output signal of the line-type imaging device 20 is ignored for a central region where pixels overlap during rotation.

極座標式撮影装置19で撮影した場合、ライン式撮像素
子20の撮影面には、第4図に示す扇形撮像素子16と同様
に、極座標状のサンプル格子が発生する。
When the image is captured by the polar imaging device 19, a sample grid in the form of a polar coordinate is generated on the imaging surface of the line imaging device 20, similarly to the sector imaging device 16 shown in FIG.

以下、発生したサンプル格子が、実際の視野をどのよ
うにサンプルするのか、その動作を説明する。なおサン
プル格子の動作については、サンプルレートとアパーチ
ャ開口率との両面から述べる。
Hereinafter, how the generated sample grid samples the actual field of view will be described. The operation of the sample grating will be described in terms of both the sample rate and the aperture ratio.

まず撮影面の半径方向に関して説明する。 First, the radial direction of the photographing surface will be described.

撮影面の中心からの距離は、実際の視野では上下方向
(垂直方向)の角度に比例する。
The distance from the center of the photographing surface is proportional to the vertical angle (vertical direction) in the actual visual field.

従って、視野領域内の上下角度方向のサンプルは、CC
Dの画素の配置によって決まる。
Therefore, the sample in the vertical angle direction in the viewing area is CC
Determined by the arrangement of D pixels.

ところで、CCDの画素の配置は、CCDの機械的な定数に
よって決まり一様なので、サンプルレート、アパーチャ
開口率とも実際の視野に対して一様になるようにサンプ
ル格子が発生すべくライン式撮像素子20は動作する。
By the way, since the arrangement of CCD pixels is determined by the mechanical constants of the CCD and is uniform, a line type image sensor is used to generate a sample grid so that both the sample rate and aperture aperture are uniform with respect to the actual field of view. 20 works.

角度方向のサンプリングレートは、撮影面ではステッ
プモータ15の単位回転角に相当するもので一定である。
The sampling rate in the angular direction is equivalent to the unit rotation angle of the step motor 15 on the photographing surface and is constant.

画像も極座標状に投影されているので、実際の視野に
対しては、水平方向に等ステップでサンプルするように
ライン式撮像素子20は動作する。従ってサンプルは、ど
の場所においても一様でる。
Since the image is also projected in the form of polar coordinates, the line-type imaging device 20 operates so as to sample the actual field of view at equal steps in the horizontal direction. The sample is therefore uniform everywhere.

一方、CCDの画素の大きさは一定であるので、CCDの中
心部と外周部とでは画素から中心を見込む角度が変化す
る。即ち、角度方向のサンプルのアパーチャ開口率は、
CCDの中心部と外周部とでは異なっている。この結果、
第9図に示すように、画面の上下でアパーチャ開口率の
異なるサンプルパターン21,22,23を生ずるように、ライ
ン式撮像素子20は動作する。
On the other hand, since the size of the CCD pixel is constant, the angle from the pixel to the center changes between the center and the outer periphery of the CCD. That is, the aperture opening ratio of the sample in the angular direction is
The central part and the peripheral part of the CCD are different. As a result,
As shown in FIG. 9, the line-type imaging device 20 operates so as to generate sample patterns 21, 22, and 23 having different aperture opening ratios at the top and bottom of the screen.

このことは、極座標式撮影装置19のMTFが画像の部分
毎に異なることを意味する。アパーチャ開口率は、画面
下方ほど上昇するので、画面下方ほどMTFが低下する。
なおサンプルレートは一定である。
This means that the MTF of the polar coordinate type imaging device 19 is different for each part of the image. Since the aperture opening ratio increases toward the bottom of the screen, the MTF decreases toward the bottom of the screen.
Note that the sample rate is constant.

フィルタ18が配置されていない場合、第9図に示すよ
うに、撮影画面の上下でアパーチャ開口率が異なるサン
プルパターンが発生するが、フィルタ18がこの振幅特性
(MTF)を逆補正するので、視野領域の総てにおいて振
幅特性(MTF)が一定になる。
If the filter 18 is not provided, as shown in FIG. 9, sample patterns having different aperture aperture ratios are generated above and below the photographing screen. However, since the filter 18 reversely corrects this amplitude characteristic (MTF), the field of view The amplitude characteristic (MTF) becomes constant in all the regions.

上述の2つの実施例では、扇形撮像素子16またはライ
ン式撮像素子20が、モータ15の回転軸14に、回転軸14か
ら半径方向に伸びて取り付けられている。
In the above two embodiments, the sector-shaped image sensor 16 or the line-type image sensor 20 is attached to the rotating shaft 14 of the motor 15 so as to extend from the rotating shaft 14 in the radial direction.

しかし、扇形撮像素子16またはライン式撮像素子20に
代えて、半径方向に直角に伸びた十字形の撮像素子また
は半径方向に八方に伸びた*形の撮像素子等を用いても
よい。
However, instead of the fan-shaped imaging device 16 or the line-type imaging device 20, a cross-shaped imaging device extending at right angles in the radial direction or an * -shaped imaging device extending in all directions in the radial direction may be used.

また、扇形撮像素子16またはライン式撮像素子20をモ
ータ15の回転軸14から半径方向に直角に配置しなくても
よく、例えば円錐形、多角錐形の反射ミラーと同一の角
度で回転するように配置してもよい。更に、扇形撮像素
子16またはライン式撮像素子20を回転させないで、第10
図に示すように極座標のアドレスを有する二次元の撮影
素子を用いてもよい。
Further, the fan-shaped image sensor 16 or the line-type image sensor 20 may not be disposed at a right angle in the radial direction from the rotation axis 14 of the motor 15, for example, a cone, a polygonal pyramid reflecting mirror may be rotated at the same angle. May be arranged. Further, without rotating the sector image sensor 16 or the line image sensor 20, the tenth
As shown in the figure, a two-dimensional imaging device having a polar coordinate address may be used.

[発明の効果] 本発明の全方向撮影装置は、全方位の画像を所定の方
向に反射する反射手段と、中心軸から外側端部に向かっ
て漸次配列されており該中心軸から該外側端部に向かっ
て大きくなるように構成された複数の画素を含む撮像素
子を有し前記反射手段により反射された前記画像を前記
撮像素子により撮像する撮像手段とを備えており、前記
撮像手段は、前記反射手段の中心軸に対して前記撮像素
子を当該中心軸の回転方向及び径方向に、該回転方向と
径方向の解像度が一定になるように走査する。従って、
回転方向の解像度と径方向の解像度とが同じであり、ま
た、撮影装置のサンプリングレートとアパチャー開口率
を半径方向及び角度方向の両方に対して一定とし、視野
領域の全てにわたって振幅特性を一定にすることができ
る。更に、特定の座標系で撮像された画像を他の座標系
に変換するための画像処理装置が不要であり、装置を小
型化することができる。
[Effects of the Invention] An omnidirectional photographing apparatus according to the present invention is characterized in that a reflecting means for reflecting an omnidirectional image in a predetermined direction is arranged gradually from a central axis toward an outer end, and from the central axis to the outer end. An image pickup unit having an image pickup device including a plurality of pixels configured to increase toward the unit, and an image pickup unit for picking up the image reflected by the reflection unit with the image pickup unit, wherein the image pickup unit includes: The image sensor is scanned with respect to the central axis of the reflection means in the rotational direction and the radial direction of the central axis so that the resolution in the rotational direction and the radial direction is constant. Therefore,
The resolution in the rotation direction and the resolution in the radial direction are the same, and the sampling rate and the aperture ratio of the imaging device are constant in both the radial direction and the angular direction, and the amplitude characteristic is constant over the entire visual field. can do. Further, an image processing device for converting an image captured in a specific coordinate system to another coordinate system is unnecessary, and the device can be downsized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の第1の実施例における全方向撮影装置
の概略構成を示す斜視図、第2図は第1図の実施例装置
の概略構成を示す模式図、第3図は第1の実施例におけ
る極座標式撮影装置の概略構成を示す斜視図、第4図は
第3図の扇形撮像素子の概略構成を示す説明図、第5図
は第1の実施例における極座標式撮影装置の解像度を示
す説明図、第6図は本発明の第2の実施例における全方
向撮影装置の概略構成を示す模式図、第7図は第6図中
のフィルタの特性を示すグラフ、第8図は第6図の極座
標式撮影装置のライン式撮像素子の構成を示す説明図、
第9図は第6図の極座標式撮影装置のフィルタがない場
合の解像度を示す説明図、第10図は二次元撮像素子の画
素を示す説明図、第11図は従来の全方向撮影装置を示す
概略構成図、第12図は極座標式撮影装置における極座標
系の各変数の説明図、第13図は第11図の円錐ミラーの反
射画像を示す説明図、第14図は第11図の画像処理装置の
動作を示す説明図、第15図は第11図の全方向撮影装置の
解像度を示す説明図である。 11……反射ミラー、12,19……極座標式撮影装置、13…
…集光レンズ、14……回転軸、15……ステッピングモー
タ、16……扇形撮像素子、18……フィルタ、20……ライ
ン式撮像素子。
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an omnidirectional photographing apparatus according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the embodiment apparatus of FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a perspective view showing a schematic configuration of a polar coordinate type imaging device in the embodiment of FIG. 4, FIG. 4 is an explanatory view showing a schematic configuration of the sector image pickup device of FIG. 3, and FIG. FIG. 6 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an omnidirectional photographing apparatus according to a second embodiment of the present invention, FIG. 7 is a graph showing characteristics of the filter in FIG. 6, and FIG. Is an explanatory diagram showing the configuration of a line-type image sensor of the polar coordinate type photographing apparatus of FIG. 6,
FIG. 9 is an explanatory view showing the resolution of the polar coordinate type photographing apparatus of FIG. 6 when there is no filter, FIG. 10 is an explanatory view showing the pixels of the two-dimensional image pickup device, and FIG. FIG. 12 is an explanatory diagram of each variable of a polar coordinate system in a polar coordinate type photographing apparatus, FIG. 13 is an explanatory diagram showing a reflection image of a conical mirror of FIG. 11, and FIG. 14 is an image of FIG. FIG. 15 is an explanatory diagram showing the operation of the processing device, and FIG. 15 is an explanatory diagram showing the resolution of the omnidirectional photographing device of FIG. 11… Reflection mirror, 12,19 …… Polar coordinate type imaging device, 13…
... Condenser lens, 14 ... Rotary axis, 15 ... Stepping motor, 16 ... Sectoral image sensor, 18 ... Filter, 20 ... Line type image sensor.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】全方位の画像を所定の方向に反射する反射
手段と、中心軸から外側端部に向かって漸次配列されて
おり該中心軸から該外側端部に向かって大きくなるよう
に構成された複数の画素を含む撮像素子を有し前記反射
手段により反射された前記画像を前記撮像素子により撮
像する撮像手段とを備えており、前記撮像手段は、前記
反射手段の中心軸に対して前記撮像素子を当該中心軸の
回転方向及び径方向に、該回転方向と径方向の解像度が
一定になるように走査することを特徴とする全方向撮影
装置。
1. A reflecting means for reflecting an omnidirectional image in a predetermined direction, and arranged gradually from a central axis toward an outer end, so as to increase from the central axis toward the outer end. And an image pickup means for picking up the image reflected by the reflection means with the image pickup element, the image pickup means having an image pickup element including a plurality of pixels, and the image pickup means is provided with respect to a central axis of the reflection means. An omnidirectional photographing apparatus, wherein the image sensor is scanned in a rotational direction and a radial direction of the central axis so that resolutions in the rotational direction and the radial direction are constant.
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