JP3458486B2 - 全方位撮影装置及び全方位画像合成装置 - Google Patents
全方位撮影装置及び全方位画像合成装置Info
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- JP3458486B2 JP3458486B2 JP26016894A JP26016894A JP3458486B2 JP 3458486 B2 JP3458486 B2 JP 3458486B2 JP 26016894 A JP26016894 A JP 26016894A JP 26016894 A JP26016894 A JP 26016894A JP 3458486 B2 JP3458486 B2 JP 3458486B2
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、全方位を撮影したパノ
ラマ画像の撮影装置に関するものである。
ラマ画像の撮影装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、空間中のある一点を視点としてそ
の周囲のパノラマ画像を一度に撮影する方法としては、
例えばMRIU’94IIpp.151−158に示さ
れているようなものがある。
の周囲のパノラマ画像を一度に撮影する方法としては、
例えばMRIU’94IIpp.151−158に示さ
れているようなものがある。
【0003】図5はこの従来の装置の構成図であり、5
1は撮影カメラ、52は双曲面形の鏡である。双曲面形
の鏡を鉛直下向きに、カメラを鉛直上向きにし、双曲面
の軸とカメラの光軸が一致し、かつカメラのレンズの中
心が双曲面の焦点と双対の位置になるように配置する。
鏡に反射しカメラに入射した画像を撮影することによ
り、側方、及び下方の映像を一度に撮影する。撮影した
画像に補正処理を施し、双曲面の焦点の位置に視点を置
いた時に得られる画像に変換する。
1は撮影カメラ、52は双曲面形の鏡である。双曲面形
の鏡を鉛直下向きに、カメラを鉛直上向きにし、双曲面
の軸とカメラの光軸が一致し、かつカメラのレンズの中
心が双曲面の焦点と双対の位置になるように配置する。
鏡に反射しカメラに入射した画像を撮影することによ
り、側方、及び下方の映像を一度に撮影する。撮影した
画像に補正処理を施し、双曲面の焦点の位置に視点を置
いた時に得られる画像に変換する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな手法では、1枚の画像に周囲の全ての方向の情景を
写すので、一方向を普通にカメラで撮影した画像に比べ
て非常に解像度が落ちるという課題を有していた。
うな手法では、1枚の画像に周囲の全ての方向の情景を
写すので、一方向を普通にカメラで撮影した画像に比べ
て非常に解像度が落ちるという課題を有していた。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、複数台のカメ
ラを円周上に等間隔に並べ、全てのカメラの光軸をカメ
ラを並べた円周面の法線方向に一致させたカメラ部と、
個々のカメラと対をなす複数の平面鏡を外向きに接合し
た正多角錐型の反射鏡を、前記反射鏡は前記カメラ部の
レンズ側にあって、前記カメラ部の円周の中心を通り法
線方向を向いた軸と前記反射鏡の中心軸が一致し、前記
カメラ部の撮影方向と前記反射鏡の頂点方向が逆向きで
あるとともに、対をなす前記カメラと前記平面鏡のそれ
ぞれの組において、前記カメラの光軸と前記反射鏡の中
心軸を通る平面が前記反射鏡の底辺の一つを二等分し、
前記平面鏡による前記カメラのレンズ中心の虚像が前記
反射鏡の中心軸上にあるように配置し、前記平面鏡の反
射像を前記カメラで撮影する全方位撮影装置である。
ラを円周上に等間隔に並べ、全てのカメラの光軸をカメ
ラを並べた円周面の法線方向に一致させたカメラ部と、
個々のカメラと対をなす複数の平面鏡を外向きに接合し
た正多角錐型の反射鏡を、前記反射鏡は前記カメラ部の
レンズ側にあって、前記カメラ部の円周の中心を通り法
線方向を向いた軸と前記反射鏡の中心軸が一致し、前記
カメラ部の撮影方向と前記反射鏡の頂点方向が逆向きで
あるとともに、対をなす前記カメラと前記平面鏡のそれ
ぞれの組において、前記カメラの光軸と前記反射鏡の中
心軸を通る平面が前記反射鏡の底辺の一つを二等分し、
前記平面鏡による前記カメラのレンズ中心の虚像が前記
反射鏡の中心軸上にあるように配置し、前記平面鏡の反
射像を前記カメラで撮影する全方位撮影装置である。
【0006】
【作用】撮影装置の周囲を複数方向に分割してそれぞれ
の方向の画像を平面鏡に反射させ対応するカメラで撮影
することにより、各方向の画像の解像度を通常のカメラ
撮影の画像と同等に保つ。
の方向の画像を平面鏡に反射させ対応するカメラで撮影
することにより、各方向の画像の解像度を通常のカメラ
撮影の画像と同等に保つ。
【0007】また、平面鏡を正多角錐型に配置して各カ
メラのレンズ中心の虚像を空間中の一点で一致させるこ
とにより、視点が一致した全周囲の画像を得る。
メラのレンズ中心の虚像を空間中の一点で一致させるこ
とにより、視点が一致した全周囲の画像を得る。
【0008】また、撮影した画像データを連結すること
により、パノラマ画像データを得る。
により、パノラマ画像データを得る。
【0009】また、複数台のビデオカメラで同時に撮影
することにより、全方位の動画像を得る。
することにより、全方位の動画像を得る。
【0010】また、撮影装置の周囲の一部を複数方向に
分割してそれぞれの方向の画像を平面鏡に反射させ対応
するカメラで撮影することにより、必要なだけの範囲の
パノラマ画像を得る。
分割してそれぞれの方向の画像を平面鏡に反射させ対応
するカメラで撮影することにより、必要なだけの範囲の
パノラマ画像を得る。
【0011】
【実施例】図1は、本発明の第1の実施例における全方
位撮影装置及び全方位画像合成装置の構成図である。図
1において、11はカメラ部、12は反射鏡、13は画
像記録装置である。以下、その動作を説明する。
位撮影装置及び全方位画像合成装置の構成図である。図
1において、11はカメラ部、12は反射鏡、13は画
像記録装置である。以下、その動作を説明する。
【0012】カメラ部11は、複数のカメラを鉛直上向
きに円周上に並べたものである。このカメラは、静止画
が出力できるものであればどのようなものでも良い。反
射鏡12は、カメラ部11のカメラの台数と同じ数の平
面鏡から構成され、1台のカメラと1枚の平面鏡で一つ
の対をなす。カメラ部11を構成するそれぞれのカメラ
は、対応する平面鏡に反射した周囲の情景を撮影する。
撮影された画像は記録装置13に送られ、そこで全画像
の接合を行なってパノラマ画像として記録する。
きに円周上に並べたものである。このカメラは、静止画
が出力できるものであればどのようなものでも良い。反
射鏡12は、カメラ部11のカメラの台数と同じ数の平
面鏡から構成され、1台のカメラと1枚の平面鏡で一つ
の対をなす。カメラ部11を構成するそれぞれのカメラ
は、対応する平面鏡に反射した周囲の情景を撮影する。
撮影された画像は記録装置13に送られ、そこで全画像
の接合を行なってパノラマ画像として記録する。
【0013】図2は、反射鏡とカメラの位置関係を示し
たものである。(a)は、平面鏡を複数組み合わせた反
射鏡全体を鉛直上方から見た図であり、20は1枚の平
面鏡である。(b)は、一組の平面鏡とカメラについ
て、反射鏡の鉛直軸とカメラのレンズ中心を通る平面の
法線方向から見た位置関係を示したものであり、21が
レンズ、22が平面鏡である。(c)は1枚の平面鏡が
正面に来るように、反射鏡を水平方向から見た図であ
る。
たものである。(a)は、平面鏡を複数組み合わせた反
射鏡全体を鉛直上方から見た図であり、20は1枚の平
面鏡である。(b)は、一組の平面鏡とカメラについ
て、反射鏡の鉛直軸とカメラのレンズ中心を通る平面の
法線方向から見た位置関係を示したものであり、21が
レンズ、22が平面鏡である。(c)は1枚の平面鏡が
正面に来るように、反射鏡を水平方向から見た図であ
る。
【0014】(a)についてまず説明する。撮影に使用
するカメラはすべて同種のものであり、その水平方向の
画角をφxとすると、ある鉛直軸を中心とする円周をθ
n<φxである角度θnで等分割するようにカメラを配
置する。この時、それぞれのカメラの光軸を鉛直上向
き、かつ画像面の垂直方向がカメラを並べた円周面の法
線方向に等しいようにカメラを配置する。配置したカメ
ラ群のレンズ中心を結び鉛直軸を中心とする円の半径を
dとする。このように配置したカメラ群の上方に、カメ
ラの台数と同じ数の平面鏡を正多角錐の側面に外向きに
張り合わせた形をした反射鏡を鉛直下向きで、軸がカメ
ラを配置した鉛直軸と等しく、かつそれぞれの平面鏡が
その頂角の二等分線で、対応するカメラの光軸と鉛直軸
を通る平面と交わるように配置する。以下に、この反射
鏡をどのように作成すればよいか、そのパラメータの計
算方法について述べる。
するカメラはすべて同種のものであり、その水平方向の
画角をφxとすると、ある鉛直軸を中心とする円周をθ
n<φxである角度θnで等分割するようにカメラを配
置する。この時、それぞれのカメラの光軸を鉛直上向
き、かつ画像面の垂直方向がカメラを並べた円周面の法
線方向に等しいようにカメラを配置する。配置したカメ
ラ群のレンズ中心を結び鉛直軸を中心とする円の半径を
dとする。このように配置したカメラ群の上方に、カメ
ラの台数と同じ数の平面鏡を正多角錐の側面に外向きに
張り合わせた形をした反射鏡を鉛直下向きで、軸がカメ
ラを配置した鉛直軸と等しく、かつそれぞれの平面鏡が
その頂角の二等分線で、対応するカメラの光軸と鉛直軸
を通る平面と交わるように配置する。以下に、この反射
鏡をどのように作成すればよいか、そのパラメータの計
算方法について述べる。
【0015】次に(b)について説明する。一組のカメ
ラと平面鏡について鉛直軸とカメラの光軸を通る平面の
法線方向から見ると、平面鏡は直線となる。レンズの中
心を点P、点Pを通るカメラの光軸が平面鏡と交差する
点を点Qとするとき、点Pと点Qの距離をh、平面鏡の
鉛直軸に対する傾き角をθm、点Pの平面鏡による虚像
を点P’、カメラの垂直方向の画角をφy、点P’と点
Qを結ぶ線分が水平方向となす角をθyとする光学的関
係から、平面鏡に反射して点Pに入射する光は、点Pの
虚像である点P’に平面鏡がない場合に入射する光に等
しい。このことから、(b)のように配置したカメラで
撮影される映像は、点P’にレンズ中心を持ち、光軸が
P’Qに等しくかつ画像面の垂直方向が鉛直軸とレンズ
中心を通る平面に並行であるように配置した仮想的なカ
メラで撮影した画像に等しい。ただし、鏡による反射の
性質により、水平方向が反転した画像が得られる。
ラと平面鏡について鉛直軸とカメラの光軸を通る平面の
法線方向から見ると、平面鏡は直線となる。レンズの中
心を点P、点Pを通るカメラの光軸が平面鏡と交差する
点を点Qとするとき、点Pと点Qの距離をh、平面鏡の
鉛直軸に対する傾き角をθm、点Pの平面鏡による虚像
を点P’、カメラの垂直方向の画角をφy、点P’と点
Qを結ぶ線分が水平方向となす角をθyとする光学的関
係から、平面鏡に反射して点Pに入射する光は、点Pの
虚像である点P’に平面鏡がない場合に入射する光に等
しい。このことから、(b)のように配置したカメラで
撮影される映像は、点P’にレンズ中心を持ち、光軸が
P’Qに等しくかつ画像面の垂直方向が鉛直軸とレンズ
中心を通る平面に並行であるように配置した仮想的なカ
メラで撮影した画像に等しい。ただし、鏡による反射の
性質により、水平方向が反転した画像が得られる。
【0016】鉛直軸の周囲を水平方向からどれだけの仰
角を持たせて撮影するかはどのような画像が必要とされ
ているかによってあらかじめ決定される事項である。こ
れは点P’にレンズ中心を持つ仮想カメラの仰角θyに
等しい。したがってθyは必要とする画像の状態によっ
てあらかじめ指定する。
角を持たせて撮影するかはどのような画像が必要とされ
ているかによってあらかじめ決定される事項である。こ
れは点P’にレンズ中心を持つ仮想カメラの仰角θyに
等しい。したがってθyは必要とする画像の状態によっ
てあらかじめ指定する。
【0017】ここで、平面鏡の鉛直軸に対する傾き角θ
mは、 θm=(π/2−θy)/2 であり、欲しい画像を撮影するために決められる仰角θ
yから計算する。
mは、 θm=(π/2−θy)/2 であり、欲しい画像を撮影するために決められる仰角θ
yから計算する。
【0018】全てのカメラと平面鏡の組に対して得られ
るレンズ中心の虚像点P’が空間中の一点で一致すれ
ば、あたかもその一点を視点としてその周囲を見回した
画像の一部をそれぞれのカメラに撮影することができ
る。(b)に示すように点P’がカメラを配置した半径
dの円周の鉛直軸上にあれば、装置の対象性から全ての
組に対して空間中の一点で一致させることができる。平
面鏡はカメラの光軸と鉛直軸を含む平面と垂直に交差す
るので、点P’はかならずこの平面上にある。したがっ
てカメラの光軸と点P’の距離がカメラを配置した円周
の半径に等しければ、点P’は必ず鉛直軸上にある。カ
メラの光軸と点P’の距離をd’とおくと、 P’Q=PQ=h,<PQP’=2*θm であるから、 d’=h*sin(2*θm) である。ここで、カメラのレンズ中心と平面鏡の距離h
を円周の半径dを使って h=d/sin(2*θm) とすれば d’=d となり、点P’を鉛直軸上に持ってくることができる。
るレンズ中心の虚像点P’が空間中の一点で一致すれ
ば、あたかもその一点を視点としてその周囲を見回した
画像の一部をそれぞれのカメラに撮影することができ
る。(b)に示すように点P’がカメラを配置した半径
dの円周の鉛直軸上にあれば、装置の対象性から全ての
組に対して空間中の一点で一致させることができる。平
面鏡はカメラの光軸と鉛直軸を含む平面と垂直に交差す
るので、点P’はかならずこの平面上にある。したがっ
てカメラの光軸と点P’の距離がカメラを配置した円周
の半径に等しければ、点P’は必ず鉛直軸上にある。カ
メラの光軸と点P’の距離をd’とおくと、 P’Q=PQ=h,<PQP’=2*θm であるから、 d’=h*sin(2*θm) である。ここで、カメラのレンズ中心と平面鏡の距離h
を円周の半径dを使って h=d/sin(2*θm) とすれば d’=d となり、点P’を鉛直軸上に持ってくることができる。
【0019】従ってレンズ中心と平面鏡の距離hは、カ
メラを配置した円の半径dと、平面鏡の鉛直軸に対する
傾きθmから決定される。
メラを配置した円の半径dと、平面鏡の鉛直軸に対する
傾きθmから決定される。
【0020】ところで、カメラの垂直方向の画角をφy
とすると、平面鏡の縦方向の長さを点Qを基準として上
方向にlu,下方向にldとおけば、それぞれ lu>h*sin(φy/2)/sin(θm−φy/
2) ld>h*sin(φy/2)/sin(θm+φy/
2) の長さを確保することにより、カメラで撮影する垂直方
向の画像を全て平面鏡に反射した画像にすることが可能
となる。
とすると、平面鏡の縦方向の長さを点Qを基準として上
方向にlu,下方向にldとおけば、それぞれ lu>h*sin(φy/2)/sin(θm−φy/
2) ld>h*sin(φy/2)/sin(θm+φy/
2) の長さを確保することにより、カメラで撮影する垂直方
向の画像を全て平面鏡に反射した画像にすることが可能
となる。
【0021】また、(c)は(b)の点P’、点Qを結
ぶ直線の法線方向から見た図であるが、平面鏡の水平方
向の長さは、上辺、底辺がそれぞれ lt=2d*tan(θm/2)+2lu*sin(θ
m)tan(θm/2) lb=2d*tan(θm/2)−2ld*sin(θ
m)tan(θm/2) となる。
ぶ直線の法線方向から見た図であるが、平面鏡の水平方
向の長さは、上辺、底辺がそれぞれ lt=2d*tan(θm/2)+2lu*sin(θ
m)tan(θm/2) lb=2d*tan(θm/2)−2ld*sin(θ
m)tan(θm/2) となる。
【0022】以上述べたように、半径dの円筒上に並べ
た複数のカメラに対し、撮影したい画像の仰角が決まれ
ば、必要な反射鏡の傾きと大きさ、カメラからの距離が
求まり、その反射鏡を用いれば視点が一致した全周囲の
分割画像を得ることができる。
た複数のカメラに対し、撮影したい画像の仰角が決まれ
ば、必要な反射鏡の傾きと大きさ、カメラからの距離が
求まり、その反射鏡を用いれば視点が一致した全周囲の
分割画像を得ることができる。
【0023】カメラ部11の複数台のカメラは同時に撮
影を行ない、撮影された画像のデータは全方位画像合成
装置13に送られる。ここではまず切り出し部14が、
それぞれの画像において左右の端に写っている隣の平面
鏡に反射した不必要な像の部分を除去し、中央に写って
いる鏡像の部分のみを切り出す。次に反転部15がそれ
ぞれの画像に対して水平方向の反転を行ない、鏡像を正
常な像に変換する。次に接合部16は、反転部15が出
力する画像データに対し、ある一つのカメラから得られ
た画像に対してその右方向の画像データとして、光軸方
向からカメラ部を見た時に右まわりに隣接したカメラか
ら得られた画像データを連結する。ある一つのカメラを
基準として、そのカメラの左まわりに隣接したカメラか
ら得られた画像データを連結するまで全てのカメラから
得られた画像データに対して連結を行なう。連結された
データは、記録部17が記録し、出力に備える。
影を行ない、撮影された画像のデータは全方位画像合成
装置13に送られる。ここではまず切り出し部14が、
それぞれの画像において左右の端に写っている隣の平面
鏡に反射した不必要な像の部分を除去し、中央に写って
いる鏡像の部分のみを切り出す。次に反転部15がそれ
ぞれの画像に対して水平方向の反転を行ない、鏡像を正
常な像に変換する。次に接合部16は、反転部15が出
力する画像データに対し、ある一つのカメラから得られ
た画像に対してその右方向の画像データとして、光軸方
向からカメラ部を見た時に右まわりに隣接したカメラか
ら得られた画像データを連結する。ある一つのカメラを
基準として、そのカメラの左まわりに隣接したカメラか
ら得られた画像データを連結するまで全てのカメラから
得られた画像データに対して連結を行なう。連結された
データは、記録部17が記録し、出力に備える。
【0024】以上のように本実施例によれば、上記のよ
うな構成をした撮影装置、及び合成装置を用いることに
より、通常の撮影と同等の解像度を持つ全方位画像を得
ることができる。
うな構成をした撮影装置、及び合成装置を用いることに
より、通常の撮影と同等の解像度を持つ全方位画像を得
ることができる。
【0025】なお、本実施例ではカメラの光軸を鉛直上
向きとして説明したが、本撮影装置はどの方向を向いて
いても良く、その場合カメラの光軸と垂直な方向の全方
位画像が得られる。
向きとして説明したが、本撮影装置はどの方向を向いて
いても良く、その場合カメラの光軸と垂直な方向の全方
位画像が得られる。
【0026】なお、本実施例ではカメラは静止画を出力
するものとしたが、ビデオカメラ、TVカメラ等、動画
が出力できるものを用いても良く、その場合得られる複
数方向の時系列画像に対して同時刻に撮影された画像の
連結を行なうことにより、全周の動画像が得られる。
するものとしたが、ビデオカメラ、TVカメラ等、動画
が出力できるものを用いても良く、その場合得られる複
数方向の時系列画像に対して同時刻に撮影された画像の
連結を行なうことにより、全周の動画像が得られる。
【0027】図3は、本発明の第2の実施例における撮
影装置及び画像合成装置の構成図である。図3におい
て、31はカメラ部、32は反射鏡、33は画像記録装
置である。以下、その動作を説明する。
影装置及び画像合成装置の構成図である。図3におい
て、31はカメラ部、32は反射鏡、33は画像記録装
置である。以下、その動作を説明する。
【0028】カメラ部31は、複数のカメラを円弧上に
鉛直上向きにして並べたものである。このカメラは、静
止画が出力できるものであればどのようなものでも良
い。反射鏡32は、カメラ部31のカメラの台数と同じ
数の平面鏡から構成され、1台のカメラと1枚の平面鏡
で一つの対をなす。カメラ部31を構成するそれぞれの
カメラは、対応する平面鏡に反射した周囲の情景を撮影
する。撮影された画像は記録装置33に送られ、そこで
全画像の接合を行なってパノラマ画像として記録する。
鉛直上向きにして並べたものである。このカメラは、静
止画が出力できるものであればどのようなものでも良
い。反射鏡32は、カメラ部31のカメラの台数と同じ
数の平面鏡から構成され、1台のカメラと1枚の平面鏡
で一つの対をなす。カメラ部31を構成するそれぞれの
カメラは、対応する平面鏡に反射した周囲の情景を撮影
する。撮影された画像は記録装置33に送られ、そこで
全画像の接合を行なってパノラマ画像として記録する。
【0029】図4は、反射鏡とカメラの位置関係を示し
たものである。(a)は、平面鏡を複数組み合わせた反
射鏡全体を鉛直上方から見た図であり、40は1枚の平
面鏡である。(b)は、一組の平面鏡とカメラについ
て、反射鏡の鉛直軸とカメラのレンズ中心を通る平面の
法線方向から見た位置関係を示したものであり、41が
レンズ、40が平面鏡である。(c)は1枚の平面鏡が
正面に来るように、反射鏡を水平方向から見た図であ
る。
たものである。(a)は、平面鏡を複数組み合わせた反
射鏡全体を鉛直上方から見た図であり、40は1枚の平
面鏡である。(b)は、一組の平面鏡とカメラについ
て、反射鏡の鉛直軸とカメラのレンズ中心を通る平面の
法線方向から見た位置関係を示したものであり、41が
レンズ、40が平面鏡である。(c)は1枚の平面鏡が
正面に来るように、反射鏡を水平方向から見た図であ
る。
【0030】(a)についてまず説明する。撮影に使用
するカメラはすべて同種のものであり、その水平方向の
画角をφxとする。撮影したい方向が水平にθhの角度
を持っているとすれば、中心角がθh、半径dである扇
型に対してθn<φxである角度θnで中心角を等分割
してできるそれぞれの扇型の弧の中点上にカメラレンズ
の中心が来るように複数のカメラを配置する。ここでd
は適当な定数である。この時、それぞれのカメラの光軸
を鉛直上向き、かつ画像面の垂直方向がカメラを並べた
円弧の法線方向に等しいようにカメラを配置する。カメ
ラを配置した扇型の中心を通る鉛直軸をカメラ部の中心
軸とする。
するカメラはすべて同種のものであり、その水平方向の
画角をφxとする。撮影したい方向が水平にθhの角度
を持っているとすれば、中心角がθh、半径dである扇
型に対してθn<φxである角度θnで中心角を等分割
してできるそれぞれの扇型の弧の中点上にカメラレンズ
の中心が来るように複数のカメラを配置する。ここでd
は適当な定数である。この時、それぞれのカメラの光軸
を鉛直上向き、かつ画像面の垂直方向がカメラを並べた
円弧の法線方向に等しいようにカメラを配置する。カメ
ラを配置した扇型の中心を通る鉛直軸をカメラ部の中心
軸とする。
【0031】カメラの台数と同じ枚数の合同で左右対象
な台形の形状を持つ平面鏡を斜辺同士順に接合し、仮想
的な円錐の一部の側面上に張り合わせた形をした反射鏡
とする。この時、反射鏡の端は閉じない。また、それぞ
れの平面鏡の鏡面が円錐の外側に来るように接合する。
な台形の形状を持つ平面鏡を斜辺同士順に接合し、仮想
的な円錐の一部の側面上に張り合わせた形をした反射鏡
とする。この時、反射鏡の端は閉じない。また、それぞ
れの平面鏡の鏡面が円錐の外側に来るように接合する。
【0032】この反射鏡を、仮想的円錐の頂点を鉛直下
向きに、中心軸をカメラ部の中心軸と等しくなるように
配置する。この時、それぞれの平面鏡が、対応するカメ
ラの光軸と中心軸を通る平面と各平面鏡の上辺の垂直2
等分線で交わり、かつこの平面と平面鏡が垂直に交差す
るように配置する。
向きに、中心軸をカメラ部の中心軸と等しくなるように
配置する。この時、それぞれの平面鏡が、対応するカメ
ラの光軸と中心軸を通る平面と各平面鏡の上辺の垂直2
等分線で交わり、かつこの平面と平面鏡が垂直に交差す
るように配置する。
【0033】以下に、この反射鏡を具体的にどのように
作成すればよいか、そのパラメータの計算方法について
述べる。
作成すればよいか、そのパラメータの計算方法について
述べる。
【0034】次に(b)について説明する。一組のカメ
ラと平面鏡について鉛直軸とカメラの光軸を通る平面の
法線方向から見ると、平面鏡は直線となる。レンズの中
心を点P、点Pを通るカメラの光軸が平面鏡と交差する
点を点Qとするとき、点Pと点Qの距離をh、平面鏡の
鉛直軸に対する傾き角をθm、点Pの平面鏡による虚像
を点P’、カメラの垂直方向の画角をφy、点P’と点
Qを結ぶ線分が水平方向となす角をθyとする光学的関
係から、平面鏡に反射して点Pに入射する光は、点Pの
虚像である点P’に平面鏡がない場合に入射する光に等
しい。このことから、(b)のように配置したカメラで
撮影される映像は、点P’にレンズ中心を持ち、光軸が
P’Qに等しくかつ画像面の垂直方向が鉛直軸とレンズ
中心を通る平面に並行であるように配置した仮想的なカ
メラで撮影した画像に等しい。ただし、鏡による反射の
性質により、水平方向が反転した画像が得られる。
ラと平面鏡について鉛直軸とカメラの光軸を通る平面の
法線方向から見ると、平面鏡は直線となる。レンズの中
心を点P、点Pを通るカメラの光軸が平面鏡と交差する
点を点Qとするとき、点Pと点Qの距離をh、平面鏡の
鉛直軸に対する傾き角をθm、点Pの平面鏡による虚像
を点P’、カメラの垂直方向の画角をφy、点P’と点
Qを結ぶ線分が水平方向となす角をθyとする光学的関
係から、平面鏡に反射して点Pに入射する光は、点Pの
虚像である点P’に平面鏡がない場合に入射する光に等
しい。このことから、(b)のように配置したカメラで
撮影される映像は、点P’にレンズ中心を持ち、光軸が
P’Qに等しくかつ画像面の垂直方向が鉛直軸とレンズ
中心を通る平面に並行であるように配置した仮想的なカ
メラで撮影した画像に等しい。ただし、鏡による反射の
性質により、水平方向が反転した画像が得られる。
【0035】鉛直軸の周囲を水平方向からどれだけの仰
角を持たせて撮影するかはどのような画像が必要とされ
ているかによってあらかじめ決定される事項である。こ
れは点P’にレンズ中心を持つ仮想カメラの仰角θyに
等しい。したがってθyは必要とする画像の状態によっ
てあらかじめ指定する。
角を持たせて撮影するかはどのような画像が必要とされ
ているかによってあらかじめ決定される事項である。こ
れは点P’にレンズ中心を持つ仮想カメラの仰角θyに
等しい。したがってθyは必要とする画像の状態によっ
てあらかじめ指定する。
【0036】ここで、平面鏡の鉛直軸に対する傾き角θ
mは、 θm=(π/2−θy)/2 であり、欲しい画像を撮影するために指定される仰角θ
yから計算する。
mは、 θm=(π/2−θy)/2 であり、欲しい画像を撮影するために指定される仰角θ
yから計算する。
【0037】全てのカメラと平面鏡の組に対して得られ
るレンズ中心の虚像点P’が空間中の一点で一致すれ
ば、あたかもその一点を視点としてその周囲を見回した
画像の一部をそれぞれのカメラに撮影することができ
る。(b)に示すように点P’がカメラを配置した半径
dの円弧の中心軸上にあれば、装置の対象性から全ての
組に対して空間中の一点で一致させることができる。平
面鏡はカメラの光軸と中心軸を含む平面と垂直に交差す
るので、点P’はかならずこの平面上にある。したがっ
てカメラの光軸と点P’の距離がカメラを配置した円弧
の半径に等しければ、点P’は必ず中心軸上にある。カ
メラの光軸と点P’の距離をd’とおくと、 P’Q=PQ=h,<PQP’=2*θm であるから、 d’=h*sin(2*θm) である。ここで、カメラのレンズ中心と平面鏡の距離h
を円弧の半径dを使って h=d/sin(2*θm) とすれば d’=d となり、点P’を中心軸上に持ってくることができる。
るレンズ中心の虚像点P’が空間中の一点で一致すれ
ば、あたかもその一点を視点としてその周囲を見回した
画像の一部をそれぞれのカメラに撮影することができ
る。(b)に示すように点P’がカメラを配置した半径
dの円弧の中心軸上にあれば、装置の対象性から全ての
組に対して空間中の一点で一致させることができる。平
面鏡はカメラの光軸と中心軸を含む平面と垂直に交差す
るので、点P’はかならずこの平面上にある。したがっ
てカメラの光軸と点P’の距離がカメラを配置した円弧
の半径に等しければ、点P’は必ず中心軸上にある。カ
メラの光軸と点P’の距離をd’とおくと、 P’Q=PQ=h,<PQP’=2*θm であるから、 d’=h*sin(2*θm) である。ここで、カメラのレンズ中心と平面鏡の距離h
を円弧の半径dを使って h=d/sin(2*θm) とすれば d’=d となり、点P’を中心軸上に持ってくることができる。
【0038】従ってレンズ中心と平面鏡の距離hは、カ
メラを配置した円の半径dと、平面鏡の中心軸に対する
傾きθmから決定される。ところで、カメラの垂直方向
の画角をφyとすると、平面鏡の縦方向の長さを点Qを
基準として上方向にlu,下方向にldとおけば、それ
ぞれ lu>h*sin(φy/2)/sin(θm−φy/
2) ld>h*sin(φy/2)/sin(θm+φy/
2) の長さを確保することにより、カメラで撮影する垂直方
向の画像を全て平面鏡に反射した画像にすることが可能
となる。
メラを配置した円の半径dと、平面鏡の中心軸に対する
傾きθmから決定される。ところで、カメラの垂直方向
の画角をφyとすると、平面鏡の縦方向の長さを点Qを
基準として上方向にlu,下方向にldとおけば、それ
ぞれ lu>h*sin(φy/2)/sin(θm−φy/
2) ld>h*sin(φy/2)/sin(θm+φy/
2) の長さを確保することにより、カメラで撮影する垂直方
向の画像を全て平面鏡に反射した画像にすることが可能
となる。
【0039】また、(c)は(b)の点P’、点Qを結
ぶ直線の法線方向から見た図であるが、平面鏡の水平方
向の長さは、上辺、底辺がそれぞれ lt=2d*tan(θm/2)+2lu*sin(θ
m)tan(θm/2) lb=2d*tan(θm/2)−2ld*sin(θ
m)tan(θm/2) となる。
ぶ直線の法線方向から見た図であるが、平面鏡の水平方
向の長さは、上辺、底辺がそれぞれ lt=2d*tan(θm/2)+2lu*sin(θ
m)tan(θm/2) lb=2d*tan(θm/2)−2ld*sin(θ
m)tan(θm/2) となる。
【0040】以上述べたように、半径dの円弧上に並べ
た複数のカメラに対し、撮影したい画像の仰角が決まれ
ば、必要な反射鏡の傾きと大きさ、カメラからの距離が
求まり、その反射鏡を用いれば視点が一致した周囲の分
割画像を得ることができる。
た複数のカメラに対し、撮影したい画像の仰角が決まれ
ば、必要な反射鏡の傾きと大きさ、カメラからの距離が
求まり、その反射鏡を用いれば視点が一致した周囲の分
割画像を得ることができる。
【0041】カメラ部31の複数台のカメラは同時に撮
影を行ない、撮影された画像のデータは画像合成装置3
3に送られる。ここではまず切り出し部34が、それぞ
れの画像において左右の端に写っている隣の平面鏡に反
射した不必要な像の部分を除去し、中央に写っている鏡
像の部分のみを切り出す。次に反転部35がそれぞれの
画像に対して水平方向の反転を行ない、鏡像を正常な像
に変換する。次に接合部36は、反転部35が出力する
画像データに対し、中心軸から見て左端にあるカメラか
ら得られた画像に対してその右方向の画像データとし
て、右まわりに順に隣接したカメラから得られた画像デ
ータを、カメラが配置された順に連結する。連結された
データは、記録部37が記録し、出力に備える。
影を行ない、撮影された画像のデータは画像合成装置3
3に送られる。ここではまず切り出し部34が、それぞ
れの画像において左右の端に写っている隣の平面鏡に反
射した不必要な像の部分を除去し、中央に写っている鏡
像の部分のみを切り出す。次に反転部35がそれぞれの
画像に対して水平方向の反転を行ない、鏡像を正常な像
に変換する。次に接合部36は、反転部35が出力する
画像データに対し、中心軸から見て左端にあるカメラか
ら得られた画像に対してその右方向の画像データとし
て、右まわりに順に隣接したカメラから得られた画像デ
ータを、カメラが配置された順に連結する。連結された
データは、記録部37が記録し、出力に備える。
【0042】以上のように本実施例によれば、上記のよ
うな構成をした撮影装置、及び合成装置を用いることに
より、通常の撮影と同等の解像度を持ち、かつ必要なだ
けの広さの画像を得ることができる。
うな構成をした撮影装置、及び合成装置を用いることに
より、通常の撮影と同等の解像度を持ち、かつ必要なだ
けの広さの画像を得ることができる。
【0043】なお、本実施例ではカメラの光軸を鉛直上
向きとして説明したが、本撮影装置はどの方向を向いて
いても良く、その場合カメラの光軸と垂直な方向の画像
が得られる。
向きとして説明したが、本撮影装置はどの方向を向いて
いても良く、その場合カメラの光軸と垂直な方向の画像
が得られる。
【0044】なお、本実施例ではカメラは静止画を出力
するものとしたが、ビデオカメラ、TVカメラ等、動画
が出力できるものを用いても良く、その場合得られる複
数方向の時系列画像に対して同時刻に撮影された画像の
連結を行なうことにより、動画像が得られる。
するものとしたが、ビデオカメラ、TVカメラ等、動画
が出力できるものを用いても良く、その場合得られる複
数方向の時系列画像に対して同時刻に撮影された画像の
連結を行なうことにより、動画像が得られる。
【0045】
【発明の効果】本発明によれば、複数台のカメラを用い
ることにより解像度が高く視点が一致したパノラマ画像
を得ることができ、利用者に情報量の多い映像を提供す
ることができるので、その実用的効果は大きい。
ることにより解像度が高く視点が一致したパノラマ画像
を得ることができ、利用者に情報量の多い映像を提供す
ることができるので、その実用的効果は大きい。
【0046】また、本発明によれば、複数台のビデオカ
メラを用いることによりパノラマ動画像を得ることがで
きるので、その視覚的効果は大きい。
メラを用いることによりパノラマ動画像を得ることがで
きるので、その視覚的効果は大きい。
【0047】また、本発明によれば、撮影装置の周囲の
必要な範囲だけを選択的に撮影することができるので、
その実用的効果は大きい。
必要な範囲だけを選択的に撮影することができるので、
その実用的効果は大きい。
【図1】本発明の第1の実施例における全方位撮影装置
及び全方位画像合成装置の構成図
及び全方位画像合成装置の構成図
【図2】本発明の第1の実施例における反射鏡とカメラ
の配置図
の配置図
【図3】本発明の第2の実施例における撮影装置及び画
像合成装置の構成図
像合成装置の構成図
【図4】本発明の第2の実施例における反射鏡とカメラ
の配置図
の配置図
【図5】従来の全方位撮影装置の構成図
11 カメラ部
12 反射鏡
13 全方位画像合成装置
14 切り出し部
15 反転部
16 接合部
17 記録部
20 平面鏡
21 カメラレンズ
Claims (6)
- 【請求項1】複数台のカメラを円周上に等間隔に並べ、
全てのカメラの光軸をカメラを並べた円周面の法線方向
に一致させたカメラ部と、 個々のカメラと対をなす複数の平面鏡を外向きに接合し
た正多角錐型の反射鏡を具備し、 前記反射鏡は前記カメラ部のレンズ側にあって、前記カ
メラ部の円周の中心を通り法線方向を向いた軸と前記反
射鏡の中心軸が一致し、前記カメラ部の撮影方向と前記
反射鏡の頂点方向が逆向きであるとともに、対をなす前
記カメラと前記平面鏡のそれぞれの組において、前記カ
メラの光軸と前記反射鏡の中心軸を通る平面が前記反射
鏡の底辺の一つを二等分し、前記平面鏡による前記カメ
ラのレンズ中心の虚像が前記反射鏡の中心軸上にあり、
前記平面鏡の反射像を前記カメラで撮影する全方位撮影
装置。 - 【請求項2】請求項1記載の全方位撮影装置によって撮
影された複数の画像データから中央部に写っている鏡像
部分のデータをそれぞれ切り出す切り出し部と、 前記切り出し部が切り出した鏡像部分のデータから画面
の水平方向を反転した画像のデータを生成する反転部
と、 隣接したカメラで撮影された画像から前記反転部が生成
した反転画像データの接合を行なう接合部と、 接合したデータを記録する記録部とを備えた全方位画像
合成装置。 - 【請求項3】カメラ部を、複数台のビデオカメラを円周
上に等間隔に並べ、全てのビデオカメラの光軸をビデオ
カメラを並べた円周面の法線方向に一致させたカメラ部
で置き換えたことを特徴とする請求項1記載の全方位撮
影装置。 - 【請求項4】請求項3記載の全方位撮影装置によって撮
影された複数の時系列画像データから中央部に写ってい
る鏡像部分のデータをそれぞれ切り出す切り出し部と、 前記切り出し部が切り出した鏡像部分のデータから画面
の水平方向を反転した画像のデータを生成する反転部
と、 同時刻に隣接したカメラで撮影された画像から前記反転
部が生成した反転画像データを接合する接合部と、接合
したデータを記録する記録部とを備えた全方位画像合成
装置。 - 【請求項5】複数台のカメラを円周の一部をなす円弧上
に等間隔に並べ、全てのカメラの光軸をカメラを並べた
円周面の法線方向に一致させたカメラ部と、 個々のカメラと対をなす複数の平面鏡を外向きに接合し
て正多角錐の一部の側面の形状に等しくした反射鏡を具
備し、 前記反射鏡は前記カメラ部のレンズ側にあって、前記カ
メラ部の円弧の中心を通り法線方向を向いた軸と前記反
射鏡の中心軸が一致し、前記反射鏡の鏡面が前記カメラ
部の方を向くとともに、対をなす前記カメラと前記平面
鏡のそれぞれの組において、前記カメラの光軸と前記カ
メラ部の円弧の中心軸をる平面が前記平面鏡と垂直に交
わり、前記平面鏡による前記カメラのレンズ中心の虚像
が前記カメラ部の円弧の中心軸上にあり、前記平面鏡の
反射像を前記カメラで撮影する撮影装置。 - 【請求項6】請求項5記載の撮影装置によって撮影され
た複数の画像データから中央部に写っている鏡像部分の
データをそれぞれ切り出す切り出し部と、 前記切り出し部が切り出した鏡像部分のデータから画面
の水平方向を反転した画像のデータを生成する反転部
と、 隣接したカメラで撮影された画像から前記反転部が生成
した反転画像データの接合を行なう接合部と、 接合したデータを記録する記録部から構成される画像合
成装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26016894A JP3458486B2 (ja) | 1994-10-25 | 1994-10-25 | 全方位撮影装置及び全方位画像合成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26016894A JP3458486B2 (ja) | 1994-10-25 | 1994-10-25 | 全方位撮影装置及び全方位画像合成装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08125835A JPH08125835A (ja) | 1996-05-17 |
JP3458486B2 true JP3458486B2 (ja) | 2003-10-20 |
Family
ID=17344274
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26016894A Expired - Fee Related JP3458486B2 (ja) | 1994-10-25 | 1994-10-25 | 全方位撮影装置及び全方位画像合成装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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US6386719B1 (en) | 2001-03-14 | 2002-05-14 | Enroute, Inc. | Precision mounting of front surface mirrors |
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US7602412B2 (en) | 2002-06-21 | 2009-10-13 | Microsoft Corporation | Temperature compensation in multi-camera photographic devices |
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US7630571B2 (en) | 2005-09-15 | 2009-12-08 | Microsoft Corporation | Automatic detection of panoramic camera position and orientation table parameters |
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JP2011160177A (ja) * | 2010-02-01 | 2011-08-18 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 撮影装置、及びこの撮影装置を搭載した水中ロボット |
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US9374516B2 (en) | 2014-04-04 | 2016-06-21 | Qualcomm Incorporated | Auto-focus in low-profile folded optics multi-camera system |
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CN110213564B (zh) * | 2019-05-06 | 2021-08-27 | 深圳市华芯技研科技有限公司 | 一种全方位立体摄像装置及其系统和方法 |
-
1994
- 1994-10-25 JP JP26016894A patent/JP3458486B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Date | Code | Title | Description |
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