画像生成装置
【課題】移動体の移動方向に長大な解像度を持つ画像データを得ることができると共に、対象となる画像における奥行きの情報を得ることのできる画像生成装置を得る。
【解決手段】対象距離設定部3によって、画像センサ1における異なるフォーカス距離を複数の対象距離として設定する。画像センサ1から出力された複数の対象距離毎のデータは記録部2に記録される。データライン抽出部4は、記録部2のデータから複数の対象距離毎の移動体の移動方向に沿った画像を抽出する。レイヤデータ生成部7は、データライン抽出部4から出力される複数の対象距離毎の画像を重畳し、奥行き方向に階層化されたレイヤデータを生成する。
【解決手段】対象距離設定部3によって、画像センサ1における異なるフォーカス距離を複数の対象距離として設定する。画像センサ1から出力された複数の対象距離毎のデータは記録部2に記録される。データライン抽出部4は、記録部2のデータから複数の対象距離毎の移動体の移動方向に沿った画像を抽出する。レイヤデータ生成部7は、データライン抽出部4から出力される複数の対象距離毎の画像を重畳し、奥行き方向に階層化されたレイヤデータを生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、移動体の移動方向に長大な解像度を持つ画像データを生成する画像生成装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、例えば特許文献1に示されるように、移動体にスリットカメラと同様の画像生成システムを装備し、移動体の移動方向に長大な解像度を持つ画像データを生成するシステムがあった。
このような画像生成システムは、ビデオカメラをトラックに載置し、トンネル内を走行する。そして、ビデオカメラで撮影されたトンネル内壁面の画像の画面を構成する走査線の中から所望の走査線を抽出し、この走査線データをデジタルデータとして再構成することにより、トンネル内壁面の全体を表す画像を出力するものである。
【0003】
このような画像生成システムでは、ビデオカメラを用いてスリットカメラを形成したため、従来移動が不可能であったスリットカメラ本体を移動させることが可能になるとともに、長時間の撮影が可能になる。さらに、多種多様なスリットスキャン画像を得られるとともに、得られた画像の補正や保存が容易になり、被写体が移動できない、たとえばトンネルなどのような、長大な構造物のスリットスキャン撮影ができるようになるものであったため、1枚の長大な画像データが得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2000−13664号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記従来の画像生成システムでは、移動体の移動方向に長大な解像度を持つ画像データを生成することができるが、対象となる画像における奥行きの情報が得られないという問題があった。
【0006】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、移動体の移動方向に長大な解像度を持つ画像データを得ることができると共に、対象となる画像における奥行きの情報を得ることのできる画像生成装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
この発明に係る画像生成装置は、移動体に設置され、対象とする被写体の画像を取得する画像センサと、画像センサにおける異なるフォーカス距離を複数の対象距離として設定する対象距離設定部と、画像センサから出力された複数の対象距離毎のデータを連続して記録する記録部と、移動体の速度に合わせて記録部に記録された複数の対象距離毎のデータの拡張または間引きを行い、複数の対象距離毎の移動体の移動方向に沿った画像を抽出するデータライン抽出部と、データライン抽出部から出力される複数の対象距離毎の画像を重畳し、奥行き方向に階層化されたレイヤデータを生成するレイヤデータ生成部を備えたものである。
【発明の効果】
【0008】
この発明の画像生成装置は、画像センサにおける異なるフォーカス距離を複数の対象距離として設定し、複数の対象距離毎の移動体の移動方向に沿った画像を抽出してこれらの画像を重畳し、奥行き方向に階層化されたレイヤデータを生成するようにしたので、移動体の移動方向に長大な解像度を持つ画像データを得ることができると共に、対象となる画像における奥行きの情報を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】この発明の実施の形態1による画像生成装置を示す構成図である。
【図2】この発明の実施の形態1による画像生成装置の設置例を示す説明図である。
【図3】この発明の実施の形態1による画像生成装置の画像センサの設置例を示す説明図である。
【図4】この発明の実施の形態1による画像生成装置の所定の時速での移動時のデータ抽出を示す説明図である。
【図5】この発明の実施の形態1による画像生成装置の異なる時速での移動時のデータ抽出を示す説明図である。
【図6】この発明の実施の形態1による画像生成装置の元画像を示す説明図である。
【図7】この発明の実施の形態1による画像生成装置の所定の対象距離における移動方向に沿った画像を示す説明図である。
【図8】この発明の実施の形態1による画像生成装置の異なる対象距離における移動方向に沿った画像を示す説明図である。
【図9】この発明の実施の形態1による画像生成装置のエッジ抽出結果を示す説明図である。
【図10】この発明の実施の形態1による画像生成装置のレイヤの重畳を示す説明図である。
【図11】この発明の実施の形態1による画像生成装置の視差を持つ立体画像データ取得を行うための複数の画像センサを示す説明図である。
【図12】この発明の実施の形態1による画像生成装置の複数の画像センサの移動を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
実施の形態1.
本発明は水平方向に長大な(理論的に無限)解像度を持つ画像で、かつ、立体画像を生成する装置である。列車、自動車など、移動体に撮像装置を設置する。このとき、撮像装置の撮像方向(レンズの向き)を移動方向に対して真横、90度(水平)に設置し、また、撮像装置の画像センサの走査方向を鉛直方向とする。そして、鉛直ラインの画像データを順次蓄積し、移動体の速度に合わせて、抽出するデータラインの幅を調節し、速度と対象距離によってはレンズ画角を変更する。例えば、移動体の速度を0km/h〜300km/h=秒速0mm/sec〜83333mm/secとした場合、撮像装置のフレームレートが30fpsであれば、時速300kmで2777mm間隔毎にラインデータを生成する。以下、このような画像生成装置について説明する。
【0011】
図1は、この発明の実施の形態1による画像生成装置を示す構成図である。
図1に示す画像生成装置は、画像センサ1、記録部2、対象距離設定部3、データライン抽出部4、速度記録部5、撮像範囲制御部6、レイヤデータ生成部7、長大・立体画像データ出力部8を備えている。画像センサ1は、所定の撮影方向の画像を取得し動画データとして出力する画像センサである。記録部2は画像センサ1から出力された動画データを連続して記録するデータ記録部である。対象距離設定部3は、画像センサ1が取得対象とする被写体への異なるフォーカス距離を複数の対象距離として設定するもので、フォーカス・絞り設定部31を有している。このフォーカス・絞り設定部31は、画像センサ1のフォーカスと絞りを設定して、画像センサ1のフォーカスや取得する画像の被写界深度を設定する機能を有している。
【0012】
データライン抽出部4は、速度記録部5によって得られる移動体の速度に合わせて、記録部2に記録された複数の対象距離毎のデータの拡張または間引きを行い、複数の対象距離毎の移動体の移動方向に沿った画像を抽出するものであり、データライン拡張・間引部41と視差データ生成部42とを備えている。データライン拡張・間引部41は、記録部2に記録された動画データを読み出して、拡張または間引きを行い、移動体の移動方向に沿った画像を抽出する。視差データ生成部42は、画像センサ1が水平方向に複数設けられている場合、これらの画像センサ1の出力を同期させ、視差を持つ立体画像データを取得する。速度記録部5は、移動体の速度情報を記録しこれを出力するものである。また、撮像範囲制御部6は、画像センサ1におけるズームレンズを操作し画角を調整して撮影範囲を制御する。
【0013】
レイヤデータ生成部7は、データライン抽出部4で抽出された複数の対象距離毎の画像を重畳し、奥行き方向に階層化されたレイヤデータを生成するものであり、エッジ抽出部71、背景削除部72、レイヤデータ同期部73、レイヤデータ重畳部74を備えている。エッジ抽出部71は、データライン抽出部4から出力された画像からエッジ抽出を行う。背景削除部72は、エッジ抽出部71でエッジ抽出された画像から背景を削除した画像を出力する。レイヤデータ同期部73は、データライン抽出部4で抽出された複数の対象距離毎の画像の位置を同期させる。レイヤデータ重畳部74は、レイヤデータ同期部73で同期された画像を重畳し奥行き方向に階層化されたレイヤデータを生成する。また、長大・立体画像データ出力部8は、レイヤデータ生成部7で得られたレイヤデータを外部に出力するものである。
【0014】
次に、このように構成された画像生成装置の動作について説明する。
移動体に設置された画像センサ1は動画データを記録部2に記録する。画像センサ1のフォーカスと絞りは対象距離設定部3のフォーカス・絞り設定部31によって撮影毎に固定される。移動体の速度は速度記録部5に記録され、データライン抽出部4に出力される。データライン抽出部4では、データライン拡張・間引部41によって画像センサ1のデータの中央部縦1ライン、もしくは中央部縦3ラインを各フレームから取り出したり、間引く場合には数フレームに一度、画像センサ1のデータの中央部縦1ラインを抽出する。
【0015】
データライン抽出部4においては、画像センサ1を水平方向に複数備えた場合、視差データ生成部42により、再生時に左右の目に対応する視差を持つ立体画像データを生成する。例えば、移動体の速度が高速で、対象距離が近い場合にはデータラインの幅を最大にしても、連続性が得られなくなる。このような場合には撮像範囲制御部6によって画像センサ1のズームレンズを制御し、広角にすることで、画像データの連続性を得る。
【0016】
抽出された画像データはレイヤデータ生成部7に出力され、エッジ抽出部71によってwavelet変換等のエッジ抽出により、背景部を抽出し、背景削除部72で切り出して透明とする。対象距離範囲に属するレイヤデータが生成でき、レイヤデータ同期部73で位置合わせを行い、レイヤデータ重畳部74で重ね合わせることで、奥行き構造をもつ3D画像データが得られる。
以上のようにして生成された画像データは、長大・立体画像データ出力部8に出力される。
【0017】
次に、図2を参照して列車設置例を説明する。図2は、直線走行中の列車を上方から俯瞰した状態を示す図である。撮影方向は列車の進行方向に対して直角とする。また、撮影方向の角度は画像センサ1におけるカメラの画角を示している。
【0018】
次に、図3〜図5によってデータライン抽出部4の動作を説明する。
図3は、HDカメラの撮像素子を縦に設置した例を示している。HDカメラの撮像素子は縦1080dot、横1920dotであり、これを画像センサ1では縦にして使用する。高速で移動する移動体から撮影を行うと、撮像素子の出力信号がライン毎に遅延する。本発明で使用する1ラインのデータが斜め方向にずれてしまうのを防ぐために、縦にして使用する。図3(a)は、1/30sec毎に1ラインのデータを取得する例である。図3(b)は、1/30sec毎に3ラインのデータを取得する例である。データライン抽出部4は、移動体の速度と撮像範囲、また、対象距離に合わせてラインのデータを取得する。
【0019】
次に、図4及び図5に基づいて画像センサ1の移動と撮像範囲の説明を行う。図4において、●(黒丸)は画像センサ1の位置を表し、画像センサ1の位置が1m進む毎に1ラインのデータ生成する場合に、設定した対象距離にある物体の映像が連続する様子を示す。ここで、速度v、時間tの変位はvtであり、画像センサ1のフレームレートが30fpsの場合、t=1/30となる。例えば、時速100kmで進む移動体は1/30秒に926mm移動する。
【0020】
画像センサ1ラインに映る範囲は、画角をθとし、対象距離をdとすると、
d*tanθ
画像センサ1ラインに映る範囲は、センサの水平解像度をhとすると、
(d*tanθ)/h
何フレームに一度データ抽出を行うかは以下の式で表される。
((d*tanθ)/h)/vt=(dtanθ)/hvt
【0021】
例えば、図4を時速100kmとした場合、時速300km時のデータ抽出タイミングは1/3となる。図5に時速300km時のデータ抽出の様子を示す。画像センサ1の位置(●で示す)は図4の3倍の速さで移動するので、設定した対象距離が図4と同じ場合、センサ上のデータを一度に3ライン取り込む。
【0022】
以上のように、設定した対象距離において、撮像範囲が連続するように、撮像範囲(レンズの画角)、センサのライン数を制御する。例えば、動画HDカメラの画像センサ1のデータは1秒間に30フレームであり、速度が遅い場合や対象距離が遠い場合にはフレームを飛ばし、数フレームにつき、1ライン取得する。進行方向に対して真横の画像を1ライン、速度によっては複数ライン、もしくは間引きながらデータを記録していく。図3のセンタ1ライン、速度が速いときは複数ライン、遅いときは時間的にフレームを飛ばし、間引きを行う。
【0023】
次に、図6〜図8によって、レイヤデータ生成部7の動作を説明する。
図6は元画像であり、動画HDカメラの1フレームの画像である。
図7は例えば対象距離20mの設定でデータライン抽出部4が抽出したデータラインを順番に横に並べ、生成した画像である。
図8は例えば対象距離5mの設定でデータライン抽出部4が抽出したデータラインを順番に横に並べ、生成した画像である。
スリットカメラ方式においては、対象とする撮像距離以外が流し撮りのような画像となる。画像センサを使用したデジタル方式の場合は対象とする撮像距離以外が横方向に引き伸ばされたり、圧縮された映像になる。エッジ抽出部71によって、wavelet変換等により、背景部を抽出した例を図9に示す。
【0024】
背景削除部72によって、抽出した背景を透明とすることで、対象距離範囲に属するレイヤデータが生成できる。これをレイヤデータ同期部73で位置を合わせ、レイヤデータ重畳部74で重ね合わせることで、奥行き構造をもつ3D画像データが得られる。
【0025】
鉄道においては同じ線路を複数回撮影可能であり、撮像距離を変更して複数のデータを作成することが可能である。また、複数の機材を備え、対象距離を複数設定することによって、同時に、複数のレイヤデータを作成することもできる。複数回撮影する場合はデータ作成時の位置情報を、同時に複数のレイヤデータを作成する場合はデータ作成時の時間情報を使用して、前記レイヤデータ同期部73はデータの同期を取る。図10にレイヤ重ね合わせの概念図を示す。
【0026】
次に、図11〜図12を用いて、視差データ生成部42による、視差をもつ3D画像データの作成について説明する。
図11は視差をもつ3D画像データの取得のための画像センサ配置例である。画像センサ1を水平に60mm程度(両目間隔に相当する)離して二つ備え(位置を●で示す)、撮像方向(レンズの向き)を対象距離に合わせて回転する機構を備え、目の輻輳角による画像と同様の二つの画像が得られるようにする。視差データ生成部42は二つの画像を関連付けて記録できるようにする。尚、輻輳角を持たず、平行の左右目用データを作成する場合は一つのセンサでも可能であるが、60mm毎にラインデータが必要となるため、時速6.5kmまでの移動という制限がある。
この二つのセンサのセットを複数備え、対象距離を複数設定することで、同時に、視差を持つ複数のレイヤデータを作成することができる。
図12は視差画像センサの移動を説明する図である。図4及び図5と同様に画像センサ1の位置が1m進む毎に1ラインのデータ生成を行う。
以上のように、水平方向に長大な解像度を持つ画像、また立体画像を生成することができる。
【0027】
以上説明したように、実施の形態1の画像生成装置によれば、移動体に設置され、対象とする被写体の画像を取得する画像センサと、画像センサにおける異なるフォーカス距離を複数の対象距離として設定する対象距離設定部と、画像センサから出力された複数の対象距離毎のデータを連続して記録する記録部と、移動体の速度に合わせて記録部に記録された複数の対象距離毎のデータの拡張または間引きを行い、複数の対象距離毎の移動体の移動方向に沿った画像を抽出するデータライン抽出部と、データライン抽出部から出力される複数の対象距離毎の画像を重畳し、奥行き方向に階層化されたレイヤデータを生成するレイヤデータ生成部を備えたので、移動体の移動方向に長大な解像度を持つ画像データを得ることができると共に、対象となる画像における奥行きの情報を得ることができる。
【0028】
また、実施の形態1の画像生成装置によれば、レイヤデータ生成部は、画像のエッジ抽出を行うエッジ抽出部と、エッジ抽出された画像から背景を削除する背景削除部と、複数の対象距離毎の画像の位置を同期させるレイヤデータ同期部と、同期された画像を重畳するレイヤデータ重畳部とを備えたので、奥行きの情報を持った画像をより確実に得ることができる。
【0029】
また、実施の形態1の画像生成装置によれば、画像センサは、水平方向に複数設けられ、データライン抽出部は、複数の画像センサの出力を同期させ、再生時に左右の目に対応する視差を持つ立体画像データを出力するようにしたので、さらに、立体画像データを得ることができる。
【0030】
また、実施の形態1の画像生成装置によれば、画像センサは、移動体の移動方向に対して垂直方向に走査することで1ライン分の画像データを出力するようにしたので、高速で移動中の移動体から撮影しても歪みのない画像を得ることができる。
なお、本願発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変更、省略等することが可能である。
【符号の説明】
【0031】
1 画像センサ、2 記録部、3 対象距離設定部、4 データライン抽出部、5 速度記録部、6 撮像範囲制御部、7 レイヤデータ生成部、8 長大・立体画像データ出力部、31 フォーカス・絞り設定部、41 データライン拡張・間引部、42 視差データ生成部、71 エッジ抽出部、72 背景削除部、73 レイヤデータ同期部、74 レイヤデータ重畳部。
【技術分野】
【0001】
本発明は、移動体の移動方向に長大な解像度を持つ画像データを生成する画像生成装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、例えば特許文献1に示されるように、移動体にスリットカメラと同様の画像生成システムを装備し、移動体の移動方向に長大な解像度を持つ画像データを生成するシステムがあった。
このような画像生成システムは、ビデオカメラをトラックに載置し、トンネル内を走行する。そして、ビデオカメラで撮影されたトンネル内壁面の画像の画面を構成する走査線の中から所望の走査線を抽出し、この走査線データをデジタルデータとして再構成することにより、トンネル内壁面の全体を表す画像を出力するものである。
【0003】
このような画像生成システムでは、ビデオカメラを用いてスリットカメラを形成したため、従来移動が不可能であったスリットカメラ本体を移動させることが可能になるとともに、長時間の撮影が可能になる。さらに、多種多様なスリットスキャン画像を得られるとともに、得られた画像の補正や保存が容易になり、被写体が移動できない、たとえばトンネルなどのような、長大な構造物のスリットスキャン撮影ができるようになるものであったため、1枚の長大な画像データが得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2000−13664号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記従来の画像生成システムでは、移動体の移動方向に長大な解像度を持つ画像データを生成することができるが、対象となる画像における奥行きの情報が得られないという問題があった。
【0006】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、移動体の移動方向に長大な解像度を持つ画像データを得ることができると共に、対象となる画像における奥行きの情報を得ることのできる画像生成装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
この発明に係る画像生成装置は、移動体に設置され、対象とする被写体の画像を取得する画像センサと、画像センサにおける異なるフォーカス距離を複数の対象距離として設定する対象距離設定部と、画像センサから出力された複数の対象距離毎のデータを連続して記録する記録部と、移動体の速度に合わせて記録部に記録された複数の対象距離毎のデータの拡張または間引きを行い、複数の対象距離毎の移動体の移動方向に沿った画像を抽出するデータライン抽出部と、データライン抽出部から出力される複数の対象距離毎の画像を重畳し、奥行き方向に階層化されたレイヤデータを生成するレイヤデータ生成部を備えたものである。
【発明の効果】
【0008】
この発明の画像生成装置は、画像センサにおける異なるフォーカス距離を複数の対象距離として設定し、複数の対象距離毎の移動体の移動方向に沿った画像を抽出してこれらの画像を重畳し、奥行き方向に階層化されたレイヤデータを生成するようにしたので、移動体の移動方向に長大な解像度を持つ画像データを得ることができると共に、対象となる画像における奥行きの情報を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】この発明の実施の形態1による画像生成装置を示す構成図である。
【図2】この発明の実施の形態1による画像生成装置の設置例を示す説明図である。
【図3】この発明の実施の形態1による画像生成装置の画像センサの設置例を示す説明図である。
【図4】この発明の実施の形態1による画像生成装置の所定の時速での移動時のデータ抽出を示す説明図である。
【図5】この発明の実施の形態1による画像生成装置の異なる時速での移動時のデータ抽出を示す説明図である。
【図6】この発明の実施の形態1による画像生成装置の元画像を示す説明図である。
【図7】この発明の実施の形態1による画像生成装置の所定の対象距離における移動方向に沿った画像を示す説明図である。
【図8】この発明の実施の形態1による画像生成装置の異なる対象距離における移動方向に沿った画像を示す説明図である。
【図9】この発明の実施の形態1による画像生成装置のエッジ抽出結果を示す説明図である。
【図10】この発明の実施の形態1による画像生成装置のレイヤの重畳を示す説明図である。
【図11】この発明の実施の形態1による画像生成装置の視差を持つ立体画像データ取得を行うための複数の画像センサを示す説明図である。
【図12】この発明の実施の形態1による画像生成装置の複数の画像センサの移動を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
実施の形態1.
本発明は水平方向に長大な(理論的に無限)解像度を持つ画像で、かつ、立体画像を生成する装置である。列車、自動車など、移動体に撮像装置を設置する。このとき、撮像装置の撮像方向(レンズの向き)を移動方向に対して真横、90度(水平)に設置し、また、撮像装置の画像センサの走査方向を鉛直方向とする。そして、鉛直ラインの画像データを順次蓄積し、移動体の速度に合わせて、抽出するデータラインの幅を調節し、速度と対象距離によってはレンズ画角を変更する。例えば、移動体の速度を0km/h〜300km/h=秒速0mm/sec〜83333mm/secとした場合、撮像装置のフレームレートが30fpsであれば、時速300kmで2777mm間隔毎にラインデータを生成する。以下、このような画像生成装置について説明する。
【0011】
図1は、この発明の実施の形態1による画像生成装置を示す構成図である。
図1に示す画像生成装置は、画像センサ1、記録部2、対象距離設定部3、データライン抽出部4、速度記録部5、撮像範囲制御部6、レイヤデータ生成部7、長大・立体画像データ出力部8を備えている。画像センサ1は、所定の撮影方向の画像を取得し動画データとして出力する画像センサである。記録部2は画像センサ1から出力された動画データを連続して記録するデータ記録部である。対象距離設定部3は、画像センサ1が取得対象とする被写体への異なるフォーカス距離を複数の対象距離として設定するもので、フォーカス・絞り設定部31を有している。このフォーカス・絞り設定部31は、画像センサ1のフォーカスと絞りを設定して、画像センサ1のフォーカスや取得する画像の被写界深度を設定する機能を有している。
【0012】
データライン抽出部4は、速度記録部5によって得られる移動体の速度に合わせて、記録部2に記録された複数の対象距離毎のデータの拡張または間引きを行い、複数の対象距離毎の移動体の移動方向に沿った画像を抽出するものであり、データライン拡張・間引部41と視差データ生成部42とを備えている。データライン拡張・間引部41は、記録部2に記録された動画データを読み出して、拡張または間引きを行い、移動体の移動方向に沿った画像を抽出する。視差データ生成部42は、画像センサ1が水平方向に複数設けられている場合、これらの画像センサ1の出力を同期させ、視差を持つ立体画像データを取得する。速度記録部5は、移動体の速度情報を記録しこれを出力するものである。また、撮像範囲制御部6は、画像センサ1におけるズームレンズを操作し画角を調整して撮影範囲を制御する。
【0013】
レイヤデータ生成部7は、データライン抽出部4で抽出された複数の対象距離毎の画像を重畳し、奥行き方向に階層化されたレイヤデータを生成するものであり、エッジ抽出部71、背景削除部72、レイヤデータ同期部73、レイヤデータ重畳部74を備えている。エッジ抽出部71は、データライン抽出部4から出力された画像からエッジ抽出を行う。背景削除部72は、エッジ抽出部71でエッジ抽出された画像から背景を削除した画像を出力する。レイヤデータ同期部73は、データライン抽出部4で抽出された複数の対象距離毎の画像の位置を同期させる。レイヤデータ重畳部74は、レイヤデータ同期部73で同期された画像を重畳し奥行き方向に階層化されたレイヤデータを生成する。また、長大・立体画像データ出力部8は、レイヤデータ生成部7で得られたレイヤデータを外部に出力するものである。
【0014】
次に、このように構成された画像生成装置の動作について説明する。
移動体に設置された画像センサ1は動画データを記録部2に記録する。画像センサ1のフォーカスと絞りは対象距離設定部3のフォーカス・絞り設定部31によって撮影毎に固定される。移動体の速度は速度記録部5に記録され、データライン抽出部4に出力される。データライン抽出部4では、データライン拡張・間引部41によって画像センサ1のデータの中央部縦1ライン、もしくは中央部縦3ラインを各フレームから取り出したり、間引く場合には数フレームに一度、画像センサ1のデータの中央部縦1ラインを抽出する。
【0015】
データライン抽出部4においては、画像センサ1を水平方向に複数備えた場合、視差データ生成部42により、再生時に左右の目に対応する視差を持つ立体画像データを生成する。例えば、移動体の速度が高速で、対象距離が近い場合にはデータラインの幅を最大にしても、連続性が得られなくなる。このような場合には撮像範囲制御部6によって画像センサ1のズームレンズを制御し、広角にすることで、画像データの連続性を得る。
【0016】
抽出された画像データはレイヤデータ生成部7に出力され、エッジ抽出部71によってwavelet変換等のエッジ抽出により、背景部を抽出し、背景削除部72で切り出して透明とする。対象距離範囲に属するレイヤデータが生成でき、レイヤデータ同期部73で位置合わせを行い、レイヤデータ重畳部74で重ね合わせることで、奥行き構造をもつ3D画像データが得られる。
以上のようにして生成された画像データは、長大・立体画像データ出力部8に出力される。
【0017】
次に、図2を参照して列車設置例を説明する。図2は、直線走行中の列車を上方から俯瞰した状態を示す図である。撮影方向は列車の進行方向に対して直角とする。また、撮影方向の角度は画像センサ1におけるカメラの画角を示している。
【0018】
次に、図3〜図5によってデータライン抽出部4の動作を説明する。
図3は、HDカメラの撮像素子を縦に設置した例を示している。HDカメラの撮像素子は縦1080dot、横1920dotであり、これを画像センサ1では縦にして使用する。高速で移動する移動体から撮影を行うと、撮像素子の出力信号がライン毎に遅延する。本発明で使用する1ラインのデータが斜め方向にずれてしまうのを防ぐために、縦にして使用する。図3(a)は、1/30sec毎に1ラインのデータを取得する例である。図3(b)は、1/30sec毎に3ラインのデータを取得する例である。データライン抽出部4は、移動体の速度と撮像範囲、また、対象距離に合わせてラインのデータを取得する。
【0019】
次に、図4及び図5に基づいて画像センサ1の移動と撮像範囲の説明を行う。図4において、●(黒丸)は画像センサ1の位置を表し、画像センサ1の位置が1m進む毎に1ラインのデータ生成する場合に、設定した対象距離にある物体の映像が連続する様子を示す。ここで、速度v、時間tの変位はvtであり、画像センサ1のフレームレートが30fpsの場合、t=1/30となる。例えば、時速100kmで進む移動体は1/30秒に926mm移動する。
【0020】
画像センサ1ラインに映る範囲は、画角をθとし、対象距離をdとすると、
d*tanθ
画像センサ1ラインに映る範囲は、センサの水平解像度をhとすると、
(d*tanθ)/h
何フレームに一度データ抽出を行うかは以下の式で表される。
((d*tanθ)/h)/vt=(dtanθ)/hvt
【0021】
例えば、図4を時速100kmとした場合、時速300km時のデータ抽出タイミングは1/3となる。図5に時速300km時のデータ抽出の様子を示す。画像センサ1の位置(●で示す)は図4の3倍の速さで移動するので、設定した対象距離が図4と同じ場合、センサ上のデータを一度に3ライン取り込む。
【0022】
以上のように、設定した対象距離において、撮像範囲が連続するように、撮像範囲(レンズの画角)、センサのライン数を制御する。例えば、動画HDカメラの画像センサ1のデータは1秒間に30フレームであり、速度が遅い場合や対象距離が遠い場合にはフレームを飛ばし、数フレームにつき、1ライン取得する。進行方向に対して真横の画像を1ライン、速度によっては複数ライン、もしくは間引きながらデータを記録していく。図3のセンタ1ライン、速度が速いときは複数ライン、遅いときは時間的にフレームを飛ばし、間引きを行う。
【0023】
次に、図6〜図8によって、レイヤデータ生成部7の動作を説明する。
図6は元画像であり、動画HDカメラの1フレームの画像である。
図7は例えば対象距離20mの設定でデータライン抽出部4が抽出したデータラインを順番に横に並べ、生成した画像である。
図8は例えば対象距離5mの設定でデータライン抽出部4が抽出したデータラインを順番に横に並べ、生成した画像である。
スリットカメラ方式においては、対象とする撮像距離以外が流し撮りのような画像となる。画像センサを使用したデジタル方式の場合は対象とする撮像距離以外が横方向に引き伸ばされたり、圧縮された映像になる。エッジ抽出部71によって、wavelet変換等により、背景部を抽出した例を図9に示す。
【0024】
背景削除部72によって、抽出した背景を透明とすることで、対象距離範囲に属するレイヤデータが生成できる。これをレイヤデータ同期部73で位置を合わせ、レイヤデータ重畳部74で重ね合わせることで、奥行き構造をもつ3D画像データが得られる。
【0025】
鉄道においては同じ線路を複数回撮影可能であり、撮像距離を変更して複数のデータを作成することが可能である。また、複数の機材を備え、対象距離を複数設定することによって、同時に、複数のレイヤデータを作成することもできる。複数回撮影する場合はデータ作成時の位置情報を、同時に複数のレイヤデータを作成する場合はデータ作成時の時間情報を使用して、前記レイヤデータ同期部73はデータの同期を取る。図10にレイヤ重ね合わせの概念図を示す。
【0026】
次に、図11〜図12を用いて、視差データ生成部42による、視差をもつ3D画像データの作成について説明する。
図11は視差をもつ3D画像データの取得のための画像センサ配置例である。画像センサ1を水平に60mm程度(両目間隔に相当する)離して二つ備え(位置を●で示す)、撮像方向(レンズの向き)を対象距離に合わせて回転する機構を備え、目の輻輳角による画像と同様の二つの画像が得られるようにする。視差データ生成部42は二つの画像を関連付けて記録できるようにする。尚、輻輳角を持たず、平行の左右目用データを作成する場合は一つのセンサでも可能であるが、60mm毎にラインデータが必要となるため、時速6.5kmまでの移動という制限がある。
この二つのセンサのセットを複数備え、対象距離を複数設定することで、同時に、視差を持つ複数のレイヤデータを作成することができる。
図12は視差画像センサの移動を説明する図である。図4及び図5と同様に画像センサ1の位置が1m進む毎に1ラインのデータ生成を行う。
以上のように、水平方向に長大な解像度を持つ画像、また立体画像を生成することができる。
【0027】
以上説明したように、実施の形態1の画像生成装置によれば、移動体に設置され、対象とする被写体の画像を取得する画像センサと、画像センサにおける異なるフォーカス距離を複数の対象距離として設定する対象距離設定部と、画像センサから出力された複数の対象距離毎のデータを連続して記録する記録部と、移動体の速度に合わせて記録部に記録された複数の対象距離毎のデータの拡張または間引きを行い、複数の対象距離毎の移動体の移動方向に沿った画像を抽出するデータライン抽出部と、データライン抽出部から出力される複数の対象距離毎の画像を重畳し、奥行き方向に階層化されたレイヤデータを生成するレイヤデータ生成部を備えたので、移動体の移動方向に長大な解像度を持つ画像データを得ることができると共に、対象となる画像における奥行きの情報を得ることができる。
【0028】
また、実施の形態1の画像生成装置によれば、レイヤデータ生成部は、画像のエッジ抽出を行うエッジ抽出部と、エッジ抽出された画像から背景を削除する背景削除部と、複数の対象距離毎の画像の位置を同期させるレイヤデータ同期部と、同期された画像を重畳するレイヤデータ重畳部とを備えたので、奥行きの情報を持った画像をより確実に得ることができる。
【0029】
また、実施の形態1の画像生成装置によれば、画像センサは、水平方向に複数設けられ、データライン抽出部は、複数の画像センサの出力を同期させ、再生時に左右の目に対応する視差を持つ立体画像データを出力するようにしたので、さらに、立体画像データを得ることができる。
【0030】
また、実施の形態1の画像生成装置によれば、画像センサは、移動体の移動方向に対して垂直方向に走査することで1ライン分の画像データを出力するようにしたので、高速で移動中の移動体から撮影しても歪みのない画像を得ることができる。
なお、本願発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変更、省略等することが可能である。
【符号の説明】
【0031】
1 画像センサ、2 記録部、3 対象距離設定部、4 データライン抽出部、5 速度記録部、6 撮像範囲制御部、7 レイヤデータ生成部、8 長大・立体画像データ出力部、31 フォーカス・絞り設定部、41 データライン拡張・間引部、42 視差データ生成部、71 エッジ抽出部、72 背景削除部、73 レイヤデータ同期部、74 レイヤデータ重畳部。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
移動体に設置され、対象とする被写体の画像を取得する画像センサと、
前記画像センサにおける異なるフォーカス距離を複数の対象距離として設定する対象距離設定部と、
前記画像センサから出力された複数の対象距離毎のデータを連続して記録する記録部と、
前記移動体の速度に合わせて前記記録部に記録された複数の対象距離毎のデータの拡張または間引きを行い、前記複数の対象距離毎の前記移動体の移動方向に沿った画像を抽出するデータライン抽出部と、
前記データライン抽出部から出力される複数の対象距離毎の画像を重畳し、奥行き方向に階層化されたレイヤデータを生成するレイヤデータ生成部を備えた画像生成装置。
【請求項2】
レイヤデータ生成部は、画像のエッジ抽出を行うエッジ抽出部と、エッジ抽出された画像から背景を削除する背景削除部と、複数の対象距離毎の画像の位置を同期させるレイヤデータ同期部と、同期された画像を重畳するレイヤデータ重畳部とを備えたことを特徴とする請求項1記載の画像生成装置。
【請求項3】
画像センサは、水平方向に複数設けられ、データライン抽出部は、前記複数の画像センサの出力を同期させ、再生時に左右の目に対応する視差を持つ立体画像データを出力することを特徴とする請求項1または請求項2記載の画像生成装置。
【請求項4】
画像センサは、移動体の移動方向に対して垂直方向に走査することで1ライン分の画像データを出力することを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載の画像生成装置。
【請求項1】
移動体に設置され、対象とする被写体の画像を取得する画像センサと、
前記画像センサにおける異なるフォーカス距離を複数の対象距離として設定する対象距離設定部と、
前記画像センサから出力された複数の対象距離毎のデータを連続して記録する記録部と、
前記移動体の速度に合わせて前記記録部に記録された複数の対象距離毎のデータの拡張または間引きを行い、前記複数の対象距離毎の前記移動体の移動方向に沿った画像を抽出するデータライン抽出部と、
前記データライン抽出部から出力される複数の対象距離毎の画像を重畳し、奥行き方向に階層化されたレイヤデータを生成するレイヤデータ生成部を備えた画像生成装置。
【請求項2】
レイヤデータ生成部は、画像のエッジ抽出を行うエッジ抽出部と、エッジ抽出された画像から背景を削除する背景削除部と、複数の対象距離毎の画像の位置を同期させるレイヤデータ同期部と、同期された画像を重畳するレイヤデータ重畳部とを備えたことを特徴とする請求項1記載の画像生成装置。
【請求項3】
画像センサは、水平方向に複数設けられ、データライン抽出部は、前記複数の画像センサの出力を同期させ、再生時に左右の目に対応する視差を持つ立体画像データを出力することを特徴とする請求項1または請求項2記載の画像生成装置。
【請求項4】
画像センサは、移動体の移動方向に対して垂直方向に走査することで1ライン分の画像データを出力することを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載の画像生成装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【公開番号】特開2012−60367(P2012−60367A)
【公開日】平成24年3月22日(2012.3.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−200948(P2010−200948)
【出願日】平成22年9月8日(2010.9.8)
【出願人】(000006013)三菱電機株式会社 (33,312)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年3月22日(2012.3.22)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年9月8日(2010.9.8)
【出願人】(000006013)三菱電機株式会社 (33,312)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]