JP2000221391A

JP2000221391A - 魚眼レンズを用いた撮像装置および画像表示装置ならびに情報記録媒体

Info

Publication number: JP2000221391A
Application number: JP11244441A
Authority: JP
Inventors: Noboru Nagaoka; 暢長岡
Original assignee: FITTO KK
Current assignee: FITTO KK
Priority date: 1998-11-25
Filing date: 1999-08-31
Publication date: 2000-08-11

Abstract

(57)【要約】【課題】魚眼レンズを用いて全視野方向の撮影を行い
それを平面画像に変換する際、画像の周辺部ととする
と、魚眼レンズの光軸を中心とした９０度の画角付近の
画像データの欠落が多くなる。【解決手段】ある点における像の像高をｈ、焦点距離
をｆ、画角をθとしたとき、これら像高ｈ、焦点距離
ｆ、画角θが、ｈ＝ｎｆ・ｔａｎ（θ／ｍ）（ここで
ｍ，ｎは、１．６≦ｍ≦３，ｍ−０．４≦ｎ≦ｍ＋０．
４）の関係を有する魚眼レンズ１を用いてカメラ２で撮
像し、このカメラ２にから出力された画像データを画像
データ処理部３で平面画像に変換してモニタ装置４に出
力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、魚眼レンズを用い
て撮像された画像を平面画像に変換する場合に、その変
換画像を高品質とできる魚眼レンズを用いた撮像装置お
よび画像表示装置ならびに情報記録媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、工場内での製品検査や工事現場で
の工事箇所を、遠隔で監視可能なカメラを用いた監視シ
ステムが開発されてきている。このような監視システム
においては、監視内容にもよるが、限られた台数のカメ
ラで広い範囲を監視できることが要求される。これを実
現するために、最近では、光軸を中心とした全視野方向
に、その光軸を基準として少なくとも各方向９０度の画
角での撮影が可能な魚眼レンズを用いた監視システムの
開発が進められている。

【０００３】このような魚眼レンズを用いれば、１台の
カメラで空間内全体の映像を得ることも可能である。す
なわち、空間を１つの球体と考えて、その球体の中心に
カメラを据え付けて、魚眼レンズによって半球画像の撮
像を行ったのち、その位置からカメラを１８０度回動さ
せて、最初に撮影を行った方向と反対方向の半球画像の
撮影を行い、両者の画像を合成することによって、３６
０度の空間上における全視野方向の撮影すなわち球体画
像の撮影が行える。そして、それを平面画像に変換する
ことも行われている。

【０００４】このような魚眼レンズを用いた従来のシス
テムとしては、たとえば、特表平６ー５０１５８５公報
で示されるシステム（以下、従来技術という）がある。
この従来技術は、全視野方向の撮影を可能とするもので
あるが、それに使用しているレンズは、その魚眼レンズ
によって得られる被写体のある点における像の像高を
ｈ、その魚眼レンズの焦点距離をｆ、画角をθとしたと
き、これら像高ｈ、焦点距離ｆ、画角θが、ｈ＝ｆ・θ
の関係を有する魚眼レンズである。これは、上述の特表
平６ー５０１５８５公報において、魚眼レンズとして、
ニコン社製の８mm，Ｆ2.8のものを使用していることか
ら明らかである。従来、魚眼レンズといえばｈ＝ｆ・θ
の関係を有するのが普通であり、ニコン社製の８mm，Ｆ
2.8の魚眼レンズも、そのｈ＝ｆ・θの関係を有するレ
ンズである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このｈ＝ｆ・θの関係
を有する魚眼レンズを用いて撮像し、それを平面画像に
変換する方法は、等距離射影と呼ばれるもので、このよ
うな特性を有する魚眼レンズによって撮影した画像は、
画像の周辺部（魚眼レンズの光軸を基準として画角９０
度の付近）の画像データ量が少なく、その画像を平面画
像として変換すると、画像の周辺部の画像データの欠落
部分が多くなり、その欠落部分を補間しなければならな
いという問題がある。しかも、このような特性を有する
魚眼レンズによって撮影された画像は、画像の周辺部で
歪みが生じるという問題もある。

【０００６】本発明は、魚眼レンズを用いて、光軸を中
心とした全視野方向にその光軸を基準として少なくとも
９０度の画角での撮影を行ったのち、それを平面画像に
変換する場合、光軸を中心とした９０度の画角付近の画
像のデータ量を多く取り出すようにして画像データの欠
落を極力小さく抑え、その欠落部分の補間を少なくする
ことができ、かつ、自然な平面画像が得られる魚眼レン
ズを用いた撮像装置および画像表示装置ならびに情報記
録媒体を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明は、魚眼レンズの光軸を中心とした全視野方
向に、光軸を基準として少なくとも各方向９０度の画角
での撮影を行う魚眼レンズを用いた撮像装置であって、
魚眼レンズは、その魚眼レンズによって得られる被写体
のある点における像の像高をｈ、その魚眼レンズの焦点
距離をｆ、画角をθとしたとき、これら像高ｈ、焦点距
離ｆ、画角θが、ｈ＝２ｆ・ｔａｎ（θ／２）の関係を
有するものとしている。

【０００８】また、他の発明では、魚眼レンズの光軸を
中心とした全視野方向に、光軸を基準として少なくとも
各方向９０度の画角での撮影を行う魚眼レンズを用いた
撮像装置であって、魚眼レンズは、その魚眼レンズによ
って得られる被写体のある点における像の像高をｈ、そ
の魚眼レンズの焦点距離をｆ、画角をθとしたとき、こ
れら像高ｈ、焦点距離ｆ、画角θが、ｈ＝ｎｆ・ｔａｎ
（θ／ｍ）（ここでｍ，ｎは、１．６≦ｍ≦３，ｍ−
０．４≦ｎ≦ｍ＋０．４）の関係を有することとしてい
る。

【０００９】また、他の発明では、上述の各発明に加
え、魚眼レンズは、既存の撮像装置に設けられたマスタ
ーレンズと、このマスタレンズに取り付けられるアタッ
チメントレンズとによって構成されるようにしている。

【００１０】さらに、本発明の画像表示装置は、請求項
１，２または３記載の撮像装置によって得られた画像か
ら平面画像に変換する画像データ処理部と、変換された
平面画像を表示する表示部とを有している。

【００１１】また、本発明の情報記録媒体は、被写体の
ある点における像の像高をｈ、その魚眼レンズの焦点距
離をｆ、画角をθとしたとき、これら像高ｈ、焦点距離
ｆ、画角θが、ｈ＝ｎｆ・ｔａｎ（θ／ｍ）（ここで
ｍ，ｎは、１．６≦ｍ≦３，ｍ−０．４≦ｎ≦ｍ＋０．
４）の関係を有する魚眼レンズによって得られる画像か
ら平面画像に変換するステップと、変換された平面画像
の所定部分を表示部に表示するステップと、所定部分を
指示手段によって連続的に変更するステップとを少なく
とも有するプログラムを記録している。

【００１２】本発明で用いられる魚眼レンズは、ｈ＝ｎ
ｆ・ｔａｎ（θ／ｍ）（ただし、１．６≦ｍ≦３，ｍ−
０．４≦ｎ≦ｍ＋０．４）の関係を有するものであり、
このような関係を有する魚眼レンズは、ｈ＝ｆ・θであ
る通常の魚眼レンズに比べると、周辺部（魚眼レンズの
光軸を基準とした９０度の画角付近）での画像が拡大さ
れたものとなり、その周辺部分の画像データの欠落を極
力抑えることができる。これによって、撮像された画像
を平面画像に変換する場合に画像データの補間を少なく
することができ、より自然な平面画像を得ることができ
る。

【００１３】また、本発明は、既存のカメラに設けられ
たマスターレンズに対しアタッチメントレンズを取り付
けることにより魚眼レンズを構成するようにすると、既
存の殆どのカメラに取り付けることが可能となり、しか
も、アタッチメントレンズだけを新たに製造すればよい
ことから安価なものとすることができる。

【００１４】さらに、上述の魚眼レンズを有する撮像装
置で撮像された画像から変換された平面画像を表示部に
表示する画像表示装置は、表示される画像が見易いもの
となり、装置の価値が高まる。また、上述のステップを
記録した情報記録媒体をコンピュータで読み取り、その
プログラムを実行させると、より自然な平面画像が表示
部に表示されると共に、その表示部分を撮影された画像
の範囲内で自由に移動させることが可能になる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例を
図１から図１１に基づき説明する。

【００１６】図１は、本発明の魚眼レンズを用いた撮像
装置を利用して構成した画像処理システムを概略的に示
すものである。この画像処理システムは、魚眼レンズ１
を備えた撮像装置となるカメラ（ビデオカメラなど）
２、このカメラ２からの画像データを処理する画像デー
タ処理部３、この画像データ処理部３で処理された画像
を映し出すモニタ装置４から構成されている。なお、画
像データ処理部３は、いわゆるＣＰＵやメモリ手段２等
を有しており、カメラ２から出力される画像データを用
いて、様々な処理を行うが、本発明について考えた場
合、魚眼レンズ１によって取り込まれた画像を平面画像
に変換する動作をも行う。

【００１７】この実施の形態で用いられる魚眼レンズ１
は、図２に示すように、大きく分けると、カメラ２に備
えられているレンズ部（マスターレンズ部という）１０
と、このマスタレンズ部１０に着脱自在に取り付け可能
なレンズ部（アタッチメントレンズ部という）２０とで
構成され、マスターレンズ部１０にアタッチメントレン
ズ部２０を取り付けることで本発明の魚眼レンズ１とし
ての働きをする。

【００１８】アタッチメントレンズ部２０は、第１レン
ズ２１、第２レンズ２２、第３レンズ２３、第４レンズ
２４、平面板２５から構成されている。また、マスター
レンズ部１０は、第５レンズ１１、第６レンズ１２、第
７レンズ１３、第８レンズ１４、第９レンズ１５、さら
に、第６レンズ１２と第７レンズ１３の間に介在された
絞り２６により構成されている。

【００１９】ここで、この実施の形態における各レンズ
の曲率Ｒ（＝レンズの曲面の径）と間隔Ｄ（＝レンズ厚
さまたはレンズ間隔）は、次のとおりとなっている。す
なわち、図２の最も左側の第１レンズ２１の左の曲面の
曲率Ｒ１から順に示すと、第１レンズ２１の曲率Ｒ１、
Ｒ２は、４０．０ｍｍと９．０ｍｍ、第２レンズ２２の
曲率Ｒ３、Ｒ４は、−２６．０ｍｍと８０．０ｍｍとな
っている。第３レンズ２３の曲率Ｒ５、Ｒ６は、−３
６．０ｍｍと−２０．０ｍｍで、第４レンズ２４の曲率
Ｒ７、Ｒ８は、−８１．０ｍｍと−２７．０ｍｍとなっ
ている。

【００２０】さらに、第５レンズ１１の曲率Ｒ９、Ｒ１
０は、１４．０ｍｍと６８．０ｍｍで、第６レンズ１２
の曲率Ｒ１１、Ｒ１２は、９．０ｍｍと３．０ｍｍとな
っている。また、第７レンズ１３の曲率Ｒ１３、Ｒ１４
は、０．０ｍｍと−８．０ｍｍで、第８レンズ１４の曲
率Ｒ１５、Ｒ１６は、１０．０ｍｍと−６．０ｍｍで、
第９レンズ１５の曲率Ｒ１７、Ｒ１８は、１１．０ｍｍ
と−９．０ｍｍとなっている。

【００２１】一方、図２の最も左側の第１レンズ２１の
厚さＤ１は、１．２ｍｍ、第１レンズＲ２１と第２レン
ズ２２との間隔Ｄ２は、１０．０ｍｍ、第２レンズ２２
の厚さＤ３は、１．２ｍｍとなっている。また、第２レ
ンズ２２と第３レンズ２３との間隔Ｄ４は、１４．０ｍ
ｍで、第３レンズ２３の厚さＤ５は、２．０ｍｍで、第
３レンズ２３と第４レンズ２４の間隔Ｄ６は、３．０ｍ
ｍで、第４レンズ２４の厚さＤ７は、５．０ｍｍとなっ
ている。

【００２２】さらに、第４レンズ２４と第５レンズ１１
との間隔Ｄ８は、７．０ｍｍで、第５レンズ１１の厚さ
Ｄ９は、２．０ｍｍで、第５レンズ１１と第６レンズ１
２との間隔Ｄ１０は、０．３ｍｍで、第６レンズ１２の
厚さＤ１１は、０．８ｍｍとなっている。第７レンズ１
３、第８レンズ１４、第９レンズ１５は、倍率を変更す
るため光軸方向に移動可能となっており、以後の各レン
ズの間隔は、最大間隔を示すものとする。絞り２６と第
７レンズ１３の間隔Ｄ１２は、４．０ｍｍで、第７レン
ズ１３の厚さＤ１３は、１．０ｍｍで、第７レンズ１３
と第８レンズ１４の間隔Ｄ１４は、１．０ｍｍで、第８
レンズ１４の厚さＤ１５は、４．０ｍｍとなっている。

【００２３】第８レンズ１４と第９レンズ１５の間隔Ｄ
１６は、２．０ｍｍで、第９レンズ１５の厚さＤ１７
は、４．０ｍｍとなっている。第９レンズ１５の図２で
右方には、平行平面板１６，１７が配置されている。

【００２４】このような構成において、第１レンズ２１
に入力した光は、第１〜第４レンズ２１〜２４を通過
し、さらに、第５〜第９レンズ１１〜１５を通過してカ
メラ２内のＣＣＤ撮像素子３０に入力される。また、こ
のアタッチメントレンズ部２０は、その第１レンズ２１
に入ったそれぞれの平行光は第４レンズ２４からも平行
光として出力される。したがって、このアタッチメント
レンズ部２０は、殆どのカメラに取り付け可能となって
いる。ただし、アタッチメントレンズ部２０の第４レン
ズ２４から出力されるそれぞれの平行光の光束の幅（図
中、ｗで表している）は、取付対象とするカメラのマス
ターレンズ１０の有効径の１／２内に収まるように設定
されている。なお、図２において、第１レンズ２１の前
方にある球面４０は、仮想的な撮像対象面を表してい
る。

【００２５】このように、マスターレンズ部１０とアタ
ッチメントレンズ部２０とで、所望とする魚眼レンズ１
が構成される。そして、本発明は前述したように、その
魚眼レンズ１は、被写体のある位置における像の像高を
ｈ、その魚眼レンズの焦点距離をｆ、画角をθとしたと
き、これら像高ｈ、焦点距離ｆ、画角θが、ｈ＝ｎｆ・
ｔａｎ（θ／ｍ）（１．６≦ｍ≦３，ｍ−０．４≦ｎ≦
ｍ＋０．４）となるもので、特にｈ＝２ｆ．ｔａｎ（θ
／２）の関係を有するときに好ましいものとなる。

【００２６】従来から一般的に用いられている魚眼レン
ズはｈ＝ｆ・θの関係を有していることは前述したが、
これらの関数は、球面画像を極座標変換された画像とし
て写像するために用いられる関数であり、この他に、ｈ
＝２ｆ・ｓｉｎ（θ／２）、ｈ＝２ｆ・ｓｉｎθ、ｈ＝
ｆ・ｔａｎθなども考えられる。

【００２７】図３は、魚眼レンズを、ｈ＝２ｆ・ｔａｎ（θ／２）ｈ＝ｆ・θ ｈ＝２ｆ・ｓｉｎ（θ／２）ｈ＝ｆ・ｓｉｎθ ｈ＝ｆ・ｔａｎθ ｈ＝３ｆ・ｔａｎ（θ／３）ｈ＝２ｆ・ｔａｎ（θ／１．６）の関係を有する魚眼レンズとしたときのそれぞれ画角θ
と像高ｈの関係を示す図である。なお、ここでのθ＝９
０度は光軸（光軸上の画角を０度とする）を基準とした
画角を示している。

【００２８】図３において、曲線Ｃ１は、ｈ＝２ｆ・ｔ
ａｎ（θ／２）の関係を有する上述の実施の形態の魚眼
レンズ１における画角θと像高ｈの関係を示すものであ
り、曲線Ｃ２は、ｈ＝ｆ・θの関係を有する魚眼レンズ
における画角θと像高ｈの関係を示すものである。ま
た、曲線Ｃ３は、ｈ＝２ｆ・ｓｉｎ（θ／２）の関係を
有する魚眼レンズにおける画角θと像高ｈの関係を示す
ものであり、曲線Ｃ４は、ｈ＝ｆ・ｓｉｎθの関係を有
する魚眼レンズにおける画角θと像高ｈの関係を示すも
のである。また、曲線Ｃ５は、ｈ＝ｆ・ｔａｎθの関係
を有する魚眼レンズにおける画角θと像高ｈの関係を示
すものである。

【００２９】また、曲線Ｃ１’は、ｈ＝３ｆ・ｔａｎ
（θ／３）の関係を有するものを示し、曲線Ｃ１”は、
ｈ＝２ｆ・ｔａｎ（θ／１．６）の関係を有するものを
示している。これらの曲線Ｃ１’，Ｃ１”は、本発明の
ｈ＝ｎｆ・ｔａｎ（θ／ｍ）（ただし、１．６≦ｍ≦
３，ｍ−０．４≦ｎ≦ｍ＋０．４）の関係を満足する種
々の例を示すものである。

【００３０】この図３からもわかるように、画角θが９
０度に近い部分での像高ｈの増加の度合いは、ｈ＝ｆ・
ｔａｎθの関係を有する魚眼レンズが最も大きく、ｈ＝
２ｆ・ｔａｎ（θ／１．６）のものが２番目に大きく、
ｈ＝２ｆ・ｔａｎ（θ／２）の関係を有する魚眼レンズ
１が３番目に大きい。また、ｈ＝ｆ・θの関係を有する
魚眼レンズは、画角θの変化に対して像高ｈの変化が直
線的な変化となり、さらに、ｈ＝２ｆ・ｓｉｎ（θ／
２）、ｈ＝ｆ・ｓｉｎθの関係を有する魚眼レンズは、
画角９０度に近くなるにしたがって像高ｈの増加の度合
いが小さくなる傾向にあることがわかる。

【００３１】しかし、ｈ＝ｆ・ｔａｎθの関係を有する
魚眼レンズは、確かに、周辺部（画角９０度）に近くな
ると像高は増加の度合いが大きくなり、より多くの画像
データ量を得ることができるが、θ＝９０度ではｔａｎ
θが無限大となってしまう。魚眼レンズは、光軸を中心
とした全視野方向に、その光軸を基準として少なくとも
９０度の全視野方向の画像を得ることが必要であるの
で、このｈ＝ｆ・ｔａｎθは魚眼レンズとしては適さな
いといえる。

【００３２】そこで、魚眼レンズとしては、ｈ＝２ｆ・
ｔａｎ（θ／１．６）、ｈ＝２ｆ・ｔａｎ（θ／２）、
ｈ＝ｆ・θ、ｈ＝２ｆ・ｓｉｎ（θ／２）、ｈ＝ｆ・ｓ
ｉｎθの関係を有する魚眼レンズということになる。図
４は、この実施の形態の魚眼レンズ（ｈ＝２ｆ・ｔａｎ
（θ／２））とその他の魚眼レンズの光軸を基準にして
画角θを１０度単位で変化させたときの像高ｈを、それ
ぞれの魚眼レンズの光軸を中心とした同心円で表したも
のであり、（Ａ）はｈ＝２ｆ・ｔａｎ（θ／２）の関係
を有する本実施の形態の魚眼レンズ１、（Ｂ）はｈ＝ｆ
・θの関係を有する魚眼レンズ、（Ｃ）はｈ＝２ｆ・ｓ
ｉｎ（θ／２）の関係を有する魚眼レンズ、（Ｄ）はｈ
＝ｆ・ｓｉｎθの関係を有する魚眼レンズについてそれ
ぞれの示すものである。なお、図４において、ｈｏはそ
れぞれの魚眼レンズにおける光軸付近の像Ｍｏの像高、
ｈｅは画角９０度付近の像Ｍｅの像高である。

【００３３】この図４からもわかるように、ｈ＝２ｆ・
ｓｉｎ（θ／２）の関係を有する魚眼レンズやｈ＝ｆ・
ｓｉｎθの関係を有する魚眼レンズでは、画角９０度付
近の像高は光軸付近の像高よりも小さく、少ない画像デ
ータしか得られない。また、従来から一般的に用いられ
るｈ＝ｆ・θの魚眼レンズでも魚眼レンズの周辺部の像
Ｍｅの像高ｈｅは光軸付近の像Ｍｏの像高ｈｏと同じで
あり、しかも、ゆがんだ状態となる。

【００３４】これらのことから、画角９０度あるいはそ
の付近で如何に多くのデータ量を得るかという観点から
見ると、ｈ＝２ｆ・ｓｉｎ（θ／２）、ｈ＝ｆ・ｓｉｎ
θの関係を有する魚眼レンズは好ましくないと言え、従
来から一般的に用いられるｈ＝ｆ・θの魚眼レンズであ
っても十分なものではない。

【００３５】これに対して、本実施の形態のｈ＝２ｆ・
ｔａｎ（θ／２）の関係を有する魚眼レンズ１では、魚
眼レンズ１の周辺部の像Ｍｅの像高ｈｅは光軸付近の像
Ｍｏの像高ｈｏに対し拡大された状態となり、従来のも
のに比べてより多くの画像データを得ることができ、し
かも、像にゆがみは生じない。

【００３６】なお、像高ｈと画角θの他の関係式で示さ
れる例を図５に示す。図５には、図３で示した曲線Ｃ２
（これはｈ＝ｆ・θに対応）と、曲線Ｃ１”（これは２
ｆ・ｔａｎ（θ／１．６）に対応）とが併せて示されて
いる。図５には、本発明の他の例として、曲線Ｃ１０，
Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３が示されている。曲線Ｃ１０
は、ｈ＝１．６ｆ・ｔａｎ（θ／２）を、曲線Ｃ１１
は、ｈ＝１．２ｆ・ｔａｎ（θ／１．６）を、曲線Ｃ１
２は、ｈ＝３．４ｆ・ｔａｎ（θ／３）を、曲線Ｃ１３
は、ｈ＝２．４ｆ・ｔａｎ（θ／２）をそれぞれ示して
いる。

【００３７】ところで、魚眼レンズ１の光軸を中心とし
た全視野方向に、その光軸を基準として９０度の画角で
撮影された２つの半曲面画像を合わせて得られる１つの
球面画像を、画像データ処理部３で平面画像に変換する
際、画像の周辺部（光軸を基準として画角９０度の付
近）において欠落した画像データを補間することが必要
となるが、本発明によれば、周辺部の画像は拡大された
画像となり、その周辺部のデータ量を多く取り出すこと
ができるので、補間する画像データ量を従来の方式に比
べて大幅に少なくすることができる。

【００３８】また、このような光軸を中心とした全視野
方向にその光軸を基準として少なくとも９０度の画角で
の撮影を行ったのち、それを極座標変換された画像とす
る方法は以下にようにして行う。

【００３９】まず、被写体空間に図６に示すようなＸ，
Ｙ，Ｚ座標系を考える。このとき、魚眼レンズ１の光軸
をＺ軸とする。そして、ある点ｐの座標を（Ｘ１，Ｙ
１，Ｚ１）とし、この点ｐを座標の原点Ｏから仰ぐＸＺ
平面に対する角度をθとする。また、Ｚ軸上のＺ１の位
置から点ｐを仰ぐＸＺ平面に対する角度をφとする。

【００４０】次に、図７に示すように、ＣＣＤ撮像素子
３０面上に光軸（Ｚ軸）を原点ｏとするｘｙ座標系を考
え、魚眼レンズ１の焦点距離をｆとすると、点ｐに対す
る結像点（ｐ’とする）は、図７に示すような位置とな
る。なお、図７において、φに＋πされているのは、点
ｐ’に結像される像が被写体面の像（点ｐ）に対して上
下左右反転するためである。また、図７における光軸は
ｘｙ座標の原点ｏから紙面に直交する方向に存在する。

【００４１】ここで、点ｐ’の位置は、原点ｏと点ｐ’
間の長さ（ｈとする）と、ｏｐ’とｘ軸のなす角φ＋π
によって極座標として表される。この極座標をｘｙの直
交座標上で表すと、ｘｙの直交座標上における位置（ｘ
１，ｙ１）は、ｘ１＝ｈ・ｃｏｓ（φ＋π）（１）ｙ１＝ｈ・ｓｉｎ（φ＋π）（２）で表され、点ｐ’の像高ｈは、ｈ＝２ｆ・ｔａｎ（θ／
２）で表されるので、このｈ＝２ｆ・ｔａｎ（θ／２）
を（１）式および（２）式に代入すると、ＣＣＤ撮像素
子３０面上の結像点ｐ’の座標（ｘ１，ｙ１）は、ｘ１＝２ｆ・ｔａｎ（θ／２）・ｃｏｓ（φ＋π）（３）ｙ１＝２ｆ・ｔａｎ（θ／２）・ｓｉｎ（φ＋π）（４）となり、結局、ｘ１＝−２ｆ・ｔａｎ（θ／２）・ｃｏｓφ （５）ｙ１＝−２ｆ・ｔａｎ（θ／２）・ｓｉｎφ （６）で表される。ただし、上式においてθおよびφは、

【数１】である。

【００４２】以上のようにして、被写体面上の点ｐに対
するＣＣＤ撮像素子３０面上の位置ｐ’を求めることが
できる。

【００４３】次に、魚眼レンズ１を使用したカメラ２で
球面（＝全方位）を撮影し、その画像を表示部となるモ
ニタ装置４に表示する場合のステップについて、図８に
基づいて説明する。

【００４４】まず、魚眼レンズ１付きカメラ２で一方向
の半球面を撮影する（ステップＳ１）。これによってＣ
ＣＤ撮像素子３０面上には半球面画像が極座標変換され
た画像として撮影される。次に、カメラ２を１８０度回
転させて反対方向の半球面を撮影する（ステップＳ
２）。これによってＣＣＤ撮像素子３０面上に、残りの
半球面画像が極座標変換された画像として撮影される。

【００４５】次に、画像データ処理部３によって２つの
画像を結合し、さらに平面画像とする（ステップＳ
３）。この際、半球面の結合部分に相当する領域の補正
が必要となるが、この魚眼レンズ１で得られた極座標変
換された画像は、周辺部の情報量が多く結合処理が容易
となる。この後、平面処理化されて得られた平面画像の
所定部分を切り出してモニタ装置４に表示する（ステッ
プＳ４）。

【００４６】使用者は、表示された所定部分を変更した
いとき、マウス等の指示手段によってその画面を移動さ
せる。この移動は、モニタ装置４に表示されている部分
の周囲３６０度の方向のいずれの方向にも連続的に可変
させることができる（ステップＳ５）。

【００４７】以上のステップでは、３６０度全方向の球
面を撮影したときの場合を説明したが、１つの半球面の
みを撮影したときも同様なステップとなる。ただし、ス
テップＳ２が不要となると共にステップＳ３中の２つの
画像の結合処理が不要となる。

【００４８】本実施の形態では、魚眼レンズ１や本発明
の他の魚眼レンズで得られる画像の周辺部の情報量が多
くなり、すなわち周辺部の画像が拡大されるので、製品
の検査などに用いる場合に好都合なものとなる。たとえ
ば、図９に示すような円筒形状物体５１の中心軸上に本
発明による魚眼レンズ１の光軸を一致させた状態で円筒
形状物体５１の内側面５２を撮影した場合、本発明で
は、画像の周辺部が中心部よりも情報量の多い画像とし
て取り出すことができるので、その内側面５２に生じて
いる傷などを発見しやすくできる。したがって、これを
水道管やガス管などパイプ上の物体の検査にも使うこと
ができ、さらに、トンネルなど壁面に生じる亀裂の監視
などにも使うことができる。

【００４９】また、ＩＣ等の小さな部品の接続状況を検
査する場合にも利用できる。すなわち、図１０に示すよ
うに、部品６１がその側面６２，６２で半田６３によっ
て基板２４に固定されている場合、従来では、側方から
その半田付け状態を確認しなければならなかった。とこ
ろが、側方に他の部品６５が存在するような場合、その
部品６５側の半田６３の部分はカメラでは視認できず、
検査の自動化が困難となっている。しかし、本発明の魚
眼レンズ１を使用したカメラ２では、図１０（Ａ）に示
すように、部品６１の真上に魚眼レンズ１を配置したと
きでも、部品６１の側方を十分被撮像でき、カメラ２で
の自動検査が可能となる。

【００５０】なお、上述の各実施の形態は、本発明の好
適な実施の形態の例であるが、これに限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々
変形実施可能である。たとえば、マスターレンズ部１０
を除いたアタッチメントレンズ部２０のみで魚眼レンズ
を構成したり、逆にマスターレンズ部１０とアタッチメ
ントレンズ部２０を一体不可分とした魚眼レンズとして
も良い。また、上述の実施の形態で示した魚眼レンズ１
のレンズ構成および各レンズの数値は、１実施例であ
り、他の構成および数値のものを採用しても良い。

【００５１】さらに、上述の実施の形態の魚眼レンズ１
や本発明の他の魚眼レンズを使用したシステムとして、
図１１に示す画像処理システム７１を採用しても良い。
この画像処理システム７１は、魚眼レンズ１または本発
明の他の魚眼レンズが付いたカメラ２と、このカメラ２
にケーブルで接続される画像データ処理部兼モニタ５と
から主に構成される。画像データ処理部兼モニタ５は、
いわゆるモニタ付きのパーソナルコンピュータとなって
おり、指示手段となるキーボード５ａやマウス５ｂが接
続される。

【００５２】また、この画像データ処理部兼モニタ５
は、図８に示したステップＳ３，Ｓ４，Ｓ５を行わせる
ためのプログラムを記録した情報記録媒体（フロッピー
ディスク）６の内容がインストールされるハードディス
ク（図示省略）を有している。そして、このプログラム
がインストールされることによって、先に示した画像デ
ータ処理部３と同様な機能を果たすこととなる。

【００５３】なお、カメラ２から画像データ処理部兼モ
ニタ５への撮像データの転送は、ケーブル以外にフラッ
シュカード等のメモリカードで行ったり、赤外線通信等
の無線で行うようにしても良い。さらに、フロッピーデ
ィスク６によってプログラムをインストールするのでは
なく、ＣＤ−ＲＯＭ等の他の記録媒体で行ったり、ネッ
トワークを介して他の記憶部からプログラムを転送する
ようにしても良い。ネットワークを介してプログラムを
転送する場合、送信元の記憶部または画像データ処理部
兼モニタ５内のハードディスク（記憶部）が本発明の情
報記録媒体となる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１および２
記載の魚眼レンズを用いた撮像装置では、魚眼レンズ
は、像高ｈ、焦点距離ｆ、画角θとしたとき、ｈ＝ｎｆ
・ｔａｎ（θ／ｍ）（ここでｍ，ｎは、１．６≦ｍ≦
３，ｍ−０．４≦ｎ≦ｍ＋０．４）の関係を有するよう
にしている。これは、像高ｈ、焦点距離ｆ、画角θの関
係がｈ＝ｆ・θである通常の魚眼レンズに比べると、周
辺部（魚眼レンズの光軸を基準とした９０度の画角付
近）での画像が拡大され情報量が多くなるものとなり、
その周辺部分の画像データの欠落を極力抑えることがで
きる。これによって、撮像された画像を平面画像に変換
する場合に画像データの補間を少なくすることができ、
より自然な平面画像を得ることができる。

【００５５】また、請求項３記載の発明は、既存の撮像
装置（カメラ）に設けられたマスターレンズに対しこの
マスタレンズとは異なるアタッチメントレンズを取り付
けることにより、このマスタレンズとアタッチメントレ
ンズとによって魚眼レンズを構成するようにしたので、
既存の殆どの撮像装置（カメラ）に取り付けることが可
能であり、しかも、アタッチメントレンズだけを新たに
製造すればよいことから安価なものとすることができ
る。

【００５６】さらに、請求項４記載の画像表示装置は、
球面画像から平面画像への変換が容易で、かつ、より自
然な平面画像を表示できるものとなる。加えて、請求項
５記載の情報記録媒体では、その内部のプログラムをコ
ンピュータで読み取り実行させると、より自然な平面画
像を生成できることとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の魚眼レンズを用いた撮像装置を利用し
て構成した画像処理システムの概略的な構成図である。

【図２】図１で示した魚眼レンズの構成図と、それに対
応した各レンズ間の幅（レンズ間隔とレンズの厚さ）を
模式的に示す図である。

【図３】ｈ＝ｆ・θ、ｈ＝２ｆ・ｓｉｎ（θ／２）、ｈ
＝ｆ・ｓｉｎθ、ｈ＝ｆ・ｔａｎθの関係を有するそれ
ぞれの魚眼レンズと、ｈ＝２ｆ・ｔａｎ（θ／２）、ｈ
＝３ｆ・ｔａｎ（θ／３）、ｈ＝２ｆ・ｔａｎ（θ／
１．６）の関係を有する本発明の魚眼レンズについて、
それぞれ画角θと像高ｈの関係を示す図である。

【図４】図３で示したそれぞれの魚眼レンズ（本発明の
魚眼レンズはｈ＝２ｆ・ｔａｎ（θ／２）のみ）の光軸
を基準に画角を１０度単位で変化させたときの像高の変
化をそれぞれの魚眼レンズの光軸を中心とした同心円で
表したものである。

【図５】ｈ＝ｆ・θの関係を有する魚眼レンズと、ｈ＝
２ｆ・ｔａｎ（θ／１．６）、ｈ＝１．６ｆ・ｔａｎ
（θ／２）、ｈ＝１．２ｆ・ｔａｎ（θ／１．６）、ｈ
＝３．４ｆ・ｔａｎ（θ／３）、ｈ＝２．４ｆ・ｔａｎ
（θ／２）の関係を有する本発明の各魚眼レンズ（図３
に示す魚眼レンズの一部を併せて示す）について、それ
ぞれ画角θと像高ｈの関係を示す図である。

【図６】魚眼レンズにより得られた半球面画像を極座標
変換する方法を説明する図である。

【図７】図６の極座標変換におけるＣＣＤ撮像素子面の
結像点の位置を求める方法を説明する図である。

【図８】図１で示した画像処理システムを使用して行う
画像処理のステップを説明するためのフローチャートで
ある。

【図９】本発明の撮像装置を利用する他の例を示す図
で、（Ａ）は側面から見た模式図で、（Ｂ）は、（Ａ）
の矢示Ｂ方向から見た図である。

【図１０】本発明の撮像装置を利用するさらに他の例を
示す図で、（Ａ）は側面から見た模式図で、（Ｂ）は、
（Ａ）の矢示Ｂ方向から見た図である。

【図１１】本発明の魚眼レンズを用いた撮像装置を利用
して構成した画像処理システムの他の例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１魚眼レンズ２カメラ（撮像装置）３画像データ処理部（画像表示装置の一部）４モニタ装置（画像表示装置の一部、表示部）１０マスターレンズ部２０アタッチメントレンズ部３０ＣＣＤ撮像素子

【手続補正書】

【提出日】平成１２年５月２日（２０００．５．２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項２

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成する
ため、本発明は、魚眼レンズの光軸を中心とした全視野
方向に、光軸を基準として少なくとも各方向９０度の画
角での撮影を行い、その後その撮影したデータを用いて
平面画像に変換するために用いられる魚眼レンズを用い
た撮像装置であって、魚眼レンズは、その魚眼レンズに
よって得られる被写体のある点における像の像高をｈ、
その魚眼レンズの焦点距離をｆ、画角をθとしたとき、
これら像高ｈ、焦点距離ｆ、画角θが、ｈ＝２ｆ・ｔａ
ｎ（θ／２）の関係を有するものとしている。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】また、他の発明では、魚眼レンズの光軸
を中心とした全視野方向に、光軸を基準として少なくと
も各方向９０度の画角での撮影を行い、その後その撮影
したデータを用いて平面画像に変換するために用いられ
る魚眼レンズを用いた撮像装置であって、魚眼レンズ
は、その魚眼レンズによって得られる被写体のある点に
おける像の像高をｈ、その魚眼レンズの焦点距離をｆ、
画角をθとしたとき、これら像高ｈ、焦点距離ｆ、画角
θが、ｈ＝ｎｆ・ｔａｎ（θ／ｍ）（ここでｍ，ｎは、
１．６≦ｍ≦３，ｍ−０．４≦ｎ≦ｍ＋０．４）の関係
を有することとしている。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】魚眼レンズの光軸を中心とした全視野方
向に、前記光軸を基準として少なくとも各方向９０度の
画角での撮影を行う魚眼レンズを用いた撮像装置であっ
て、上記魚眼レンズは、その魚眼レンズによって得られ
る被写体のある点における像の像高をｈ、その魚眼レン
ズの焦点距離をｆ、画角をθとしたとき、これら像高
ｈ、焦点距離ｆ、画角θが、ｈ＝２ｆ・ｔａｎ（θ／
２）の関係を有することを特徴とする魚眼レンズを用い
た撮像装置。
【請求項２】魚眼レンズの光軸を中心とした全視野方
向に、前記光軸を基準として少なくとも各方向９０度の
画角での撮影を行う魚眼レンズを用いた撮像装置であっ
て、上記魚眼レンズは、その魚眼レンズによって得られ
る被写体のある点における像の像高をｈ、その魚眼レン
ズの焦点距離をｆ、画角をθとしたとき、これら像高
ｈ、焦点距離ｆ、画角θが、ｈ＝ｎｆ・ｔａｎ（θ／
ｍ）（ここでｍ，ｎは、１．６≦ｍ≦３，ｍ−０．４≦
ｎ≦ｍ＋０．４）の関係を有することを特徴とする魚眼
レンズを用いた撮像装置。
【請求項３】前記魚眼レンズは、既存の撮像装置に設
けられたマスターレンズと、このマスタレンズに取り付
けられるアタッチメントレンズとによって構成されるこ
とを特徴とする請求項１または２記載の魚眼レンズを用
いた撮像装置。
【請求項４】請求項１，２または３記載の撮像装置に
よって得られた画像から平面画像に変換する画像データ
処理部と、変換された平面画像を表示する表示部とを有
することを特徴とする画像表示装置。
【請求項５】被写体のある点における像の像高をｈ、
その魚眼レンズの焦点距離をｆ、画角をθとしたとき、
これら像高ｈ、焦点距離ｆ、画角θが、ｈ＝ｎｆ・ｔａ
ｎ（θ／ｍ）（ここでｍ，ｎは、１．６≦ｍ≦３，ｍ−
０．４≦ｎ≦ｍ＋０．４）の関係を有する魚眼レンズに
よって得られる画像から平面画像に変換するステップ
と、変換された平面画像の所定部分を表示部に表示する
ステップと、上記所定部分を指示手段によって連続的に
変更するステップとを少なくとも有するプログラムを記
録した情報記録媒体。