JP6827302B2 - Image compositing device and image compositing method - Google Patents
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Description
本発明は、画像合成装置及び画像合成方法に関する。詳しくは、車両の後方及び側方の複数のカメラによって得られる映像を合成する画像合成装置及び画像合成方法に関する。 The present invention relates to an image compositing apparatus and an image compositing method. More specifically, the present invention relates to an image compositing device and an image compositing method for synthesizing images obtained by a plurality of cameras on the rear and side of the vehicle.
従来、車両のバックミラーの代わりに、車両の後方をカメラで撮影して、路面や接近する物体等を画面に表示する後方モニタが種々実用化されている。通常、後方モニタに用いられるカメラは広範囲を撮影するために、撮影される画像が大きく歪み、そのまま表示すると見づらいという問題がある。このため、補正テーブル等を用いて撮影された画像の歪をなくす手法が知られている(例えば、特許文献1を参照)。また、近年では、車両に複数のカメラを備え、各カメラを用いて得られる2次元画像データを1つの3次元投影面形状に合成する方法等を用いて、視認性を高めた画像処理装置が開発されている(例えば、特許文献2を参照)。
複数のカメラで撮影した画像を合成する場合、各画像の境界付近に同じ物体が位置すると、撮影位置が異なるために、合成画像には異なる見え方の物体が混じって表示される等の問題が生じる。このような問題を解消するため、例えば特許文献2に記載されている画像処理装置は、3次元投影面形状として、車両が配置される矩形の配置面から延設された平面と、平面から延設された曲面とからなり、各カメラで撮像して得られた複数の2次元画像データを1つの3次元投影面形状に合成している。
Conventionally, instead of the rear-view mirror of a vehicle, various rear-view monitors have been put into practical use in which the rear view of the vehicle is photographed by a camera and the road surface, an approaching object, or the like is displayed on the screen. Normally, since the camera used for the rear monitor captures a wide range, there is a problem that the captured image is greatly distorted and it is difficult to see it as it is. Therefore, a method of eliminating distortion of an image taken by using a correction table or the like is known (see, for example, Patent Document 1). Further, in recent years, an image processing device having a plurality of cameras in a vehicle and having improved visibility by using a method of synthesizing two-dimensional image data obtained by using each camera into one three-dimensional projection plane shape has been introduced. It has been developed (see, for example, Patent Document 2).
When synthesizing images taken by multiple cameras, if the same object is located near the boundary of each image, the shooting position will be different, so there will be problems such as objects with different appearances being mixed and displayed in the composite image. Occurs. In order to solve such a problem, for example, the image processing apparatus described in Patent Document 2 has a three-dimensional projection surface shape as a plane extending from a rectangular arrangement surface on which a vehicle is arranged and extending from the plane. It is composed of a curved surface provided, and a plurality of two-dimensional image data obtained by imaging with each camera are combined into one three-dimensional projection plane shape.
複数のカメラにより車両の後方を撮影すれば、死角を減らすことができる。しかし、前記のように、複数のカメラにより撮影した画像を合成して表示等する場合に、各カメラで撮影された画像の境界付近に位置する物体の全てを継ぎ目がなく、全体として歪みが少なく自然に見えるように表示することは困難である。例えば、各カメラで撮像して得られた複数の2次元画像を1つの3次元投影面上で合成するとしても、1つの物体の継ぎ目がなくなるように合成すると、カメラとの距離が異なる他の物体に不自然な継ぎ目や歪みが生じたり、物体が投影範囲から外れて表示されなくなったりする問題が生じる。
また、車両後方の映像をバックミラーのように表示等する用途においては、複数のカメラによって撮影された画像を処理して高速に合成することが必要とされる。更に、運転者が注意すべき後方の物体等を含む車両後方の映像を見易く表示することが求められる。
Blind spots can be reduced by photographing the rear of the vehicle with multiple cameras. However, as described above, when images taken by a plurality of cameras are combined and displayed, all the objects located near the boundary of the images taken by each camera are seamless and there is little distortion as a whole. It is difficult to display it so that it looks natural. For example, even if a plurality of 2D images obtained by capturing images with each camera are combined on one 3D projection plane, if the two-dimensional images are combined so that there is no seam of one object, the distance from the camera is different. There are problems such as unnatural seams and distortions in the object, and the object is out of the projection range and disappears.
Further, in an application such as displaying an image behind a vehicle like a rear-view mirror, it is necessary to process images taken by a plurality of cameras and combine them at high speed. Further, it is required to easily display the image behind the vehicle including the objects behind the vehicle that the driver should pay attention to.
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、車両の後方及び側方の複数のカメラによって得られる映像を合成する画像合成装置及び画像合成方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an image synthesizing device and an image synthesizing method for synthesizing images obtained by a plurality of cameras at the rear and sides of a vehicle.
1.車両の後方、右側後方及び左側後方における路面及び路上の映像を合成する画像合成装置であって、
前記車両の後方を撮影する後方カメラ、右側後方を撮影する右側後方カメラ、及び左側後方を撮影する左側後方カメラによって撮影された映像から、それぞれ後方画像、右側後方画像及び左側後方画像を取得する画像取得手段と、
前記後方画像、前記右側後方画像及び前記左側後方画像をそれぞれ所定の投影面に投影した投影後方画像、投影右側後方画像及び投影左側後方画像に変換する座標変換手段と、
前記投影後方画像、前記投影右側後方画像及び前記投影左側後方画像を合成することにより後方合成画像を得る画像合成手段と、
を備え、
前記所定の投影面は、所定の位置を原点とする3次元座標空間において、水平断面形状が所定の仮想視点を中心とする楕円形状である筒状の楕円筒投影面、及び地面に対応する地面投影面からなり、
前記座標変換手段は、前記後方画像、前記右側後方画像及び前記左側後方画像を、それぞれ前記3次元座標空間における前記後方カメラ、前記右側後方カメラ及び前記左側後方カメラの位置から前記楕円筒投影面及び前記地面投影面に投影し、
前記画像合成手段は、それぞれ遷移領域を挟んで前記投影後方画像、前記投影右側後方画像及び前記投影左側後方画像を合成した前記後方合成画像を生成し、
前記座標変換手段は、前記遷移領域において前記楕円筒投影面上の投影座標が前記地面投影面より下に位置する場合には、前記後方カメラと前記右側後方カメラ又は左側後方カメラとを結ぶ線分上に基点を設定し、前記基点と前記楕円筒投影面上の前記投影座標とを結ぶ線分が前記地面投影面と交わる点を前記地面投影面上の投影座標とするように変換することを特徴とする画像合成装置。
2.前記仮想視点は、前記3次元座標空間において前記車両よりも前にあり、
前記楕円筒投影面は、水平断面において前記仮想視点から前記車両の後方を中心として所定角度の範囲内であり、
前記地面投影面は、前記楕円筒投影面に接する範囲内である前記1.記載の画像合成装置。
3.前記座標変換手段は、前記投影後方画像、前記投影右側後方画像及び前記投影左側後方画像における上方領域を前記楕円筒投影面への投影画像から生成し、下方領域を前記地面投影面への投影画像から生成する前記1.又は2.に記載の画像合成装置。
4.前記画像合成手段は、前記後方合成画像における下方領域において、前記投影後方画像が下方に向けて広がるように配する前記1.乃至3.のいずれかに記載の画像合成装置。
5.車両の後方、右側後方及び左側後方における路面及び路上の映像を合成する画像合成方法であって、
前記車両の後方を撮影する後方カメラ、右側後方を撮影する右側後方カメラ、及び左側後方を撮影する左側後方カメラによって撮影された映像から、それぞれ後方画像、右側後方画像及び左側後方画像を取得する画像取得工程と、
前記後方画像、前記右側後方画像及び前記左側後方画像をそれぞれ所定の投影面に投影した投影後方画像、投影右側後方画像及び投影左側後方画像に変換する座標変換工程と、
前記投影後方画像、前記投影右側後方画像及び前記投影左側後方画像を合成することにより後方合成画像を得る画像合成工程と、
を備え、
前記所定の投影面は、所定の位置を原点とする3次元座標空間において、水平断面形状が所定の仮想視点を中心とする楕円形状である筒状の楕円筒投影面、及び地面に対応する地面投影面からなり、
前記座標変換工程は、前記後方画像、前記右側後方画像及び前記左側後方画像を、それぞれ前記3次元座標空間における前記後方カメラ、前記右側後方カメラ及び前記左側後方カメラの位置から前記楕円筒投影面及び前記地面投影面に投影し、
前記画像合成工程は、それぞれ遷移領域を挟んで前記投影後方画像、前記投影右側後方画像及び前記投影左側後方画像を合成した前記後方合成画像を生成し、
前記座標変換工程は、前記遷移領域において前記楕円筒投影面上の投影座標が前記地面投影面より下に位置する場合には、前記後方カメラと前記右側後方カメラ又は左側後方カメラとを結ぶ線分上に基点を設定し、前記基点と前記楕円筒投影面上の前記投影座標とを結ぶ線分が前記地面投影面と交わる点を前記地面投影面上の投影座標とするように変換することを特徴とする画像合成方法。
6.前記仮想視点は、前記3次元座標空間において前記車両よりも前にあり、
前記楕円筒投影面は、水平断面において前記仮想視点から前記車両の後方を中心として所定角度の範囲内であり、
前記地面投影面は、前記楕円筒投影面に接する範囲内である前記5.記載の画像合成方法。
7.前記座標変換工程は、前記投影後方画像、前記投影右側後方画像及び前記投影左側後方画像における上方領域を前記楕円筒投影面への投影画像から生成し、下方領域を前記地面投影面への投影画像から生成する前記5.又は6.に記載の画像合成方法。
8.前記画像合成工程は、前記後方合成画像における下方領域において、前記投影後方画像が下方に向けて広がるように配する前記5.乃至7.のいずれかに記載の画像合成方法。
1. 1. An image synthesizer that synthesizes images on the road surface and on the road behind the vehicle, on the right side, and on the left side.
Images that acquire a rear image, a right rear image, and a left rear image from images taken by a rear camera that captures the rear of the vehicle, a right rear camera that captures the right rear, and a left rear camera that captures the left rear, respectively. Acquisition method and
A coordinate conversion means for converting the rear image, the right rear image, and the left rear image into a projected rear image projected onto a predetermined projection surface, a projected right rear image, and a projected left rear image, respectively.
An image synthesizing means for obtaining a rear composite image by synthesizing the projected rear image, the projected right rear image, and the projected left rear image.
With
The predetermined projection surface is a tubular elliptical cylinder projection surface whose horizontal cross-sectional shape is an ellipse centered on a predetermined virtual viewpoint in a three-dimensional coordinate space whose origin is a predetermined position, and the ground corresponding to the ground. Consists of a projection plane
The coordinate conversion means displays the rear image, the right rear image, and the left rear image from the positions of the rear camera, the right rear camera, and the left rear camera in the three-dimensional coordinate space, respectively. Project on the ground projection surface ,
The image synthesizing means generates the rear composite image obtained by synthesizing the projection rear image, the projection right rear image, and the projection left rear image, respectively, with the transition region in between.
The coordinate conversion means is a line segment connecting the rear camera and the right rear camera or the left rear camera when the projected coordinates on the elliptical cylinder projection surface are located below the ground projection surface in the transition region. A base point is set on the top, and conversion is performed so that the point where the line segment connecting the base point and the projection coordinates on the elliptical cylinder projection plane intersects the ground projection plane is the projection coordinates on the ground projection plane. A featured image synthesizer.
2. 2. The virtual viewpoint is in front of the vehicle in the three-dimensional coordinate space.
The elliptical cylinder projection surface is within a predetermined angle with respect to the rear of the vehicle from the virtual viewpoint in a horizontal cross section.
The ground projection surface is within a range in contact with the elliptical cylinder projection surface. The image synthesizer described.
3. 3. The coordinate conversion means generates an upper region in the projected rear image, the projected right rear image, and the projected left rear image from the projected image on the elliptical cylinder projection plane, and the lower region is a projected image on the ground projection plane. Generated from the above 1. Or 2. The image synthesizer according to.
4. The image synthesizing means arranges the projected rear image so as to spread downward in the lower region of the rear composite image. To 3. The image synthesizer according to any one of .
5 . It is an image composition method that synthesizes images on the road surface and the road surface behind the vehicle, on the right side, and on the left side.
Images that acquire a rear image, a right rear image, and a left rear image from images taken by a rear camera that captures the rear of the vehicle, a right rear camera that captures the right rear, and a left rear camera that captures the left rear, respectively. Acquisition process and
A coordinate conversion step of converting the rear image, the right rear image, and the left rear image into a projected rear image projected onto a predetermined projection surface, a projected right rear image, and a projected left rear image, respectively.
An image synthesizing step of obtaining a rear composite image by synthesizing the projected rear image, the projected right rear image, and the projected left rear image.
With
The predetermined projection surface is a tubular elliptical cylinder projection surface whose horizontal cross-sectional shape is an ellipse centered on a predetermined virtual viewpoint in a three-dimensional coordinate space whose origin is a predetermined position, and the ground corresponding to the ground. Consists of a projection plane
In the coordinate conversion step, the rear image, the right rear image, and the left rear image are converted from the positions of the rear camera, the right rear camera, and the left rear camera in the three-dimensional coordinate space to the elliptical cylinder projection surface and the left rear image, respectively. Project on the ground projection surface ,
In the image synthesizing step, the rearward composite image is generated by synthesizing the projection rear image, the projection right rear image, and the projection left rear image, respectively, with the transition region in between.
In the coordinate conversion step, when the projected coordinates on the elliptical cylinder projection plane are located below the ground projection plane in the transition region, the line segment connecting the rear camera with the right rear camera or the left rear camera. A base point is set on the top, and conversion is performed so that the point where the line segment connecting the base point and the projection coordinates on the elliptical cylinder projection plane intersects the ground projection plane is the projection coordinates on the ground projection plane. Characteristic image composition method.
6 . The virtual viewpoint is in front of the vehicle in the three-dimensional coordinate space.
The elliptical cylinder projection surface is within a predetermined angle with respect to the rear of the vehicle from the virtual viewpoint in a horizontal cross section.
Wherein said ground plane of projection is in the range in contact with the elliptic cylindrical projection surface 5. The described image composition method.
7 . In the coordinate conversion step, the upper region in the projection rear image, the projection right rear image and the projection left rear image is generated from the projection image on the elliptical cylinder projection surface, and the lower region is the projection image on the ground projection surface. Generated from the above 5 . Or 6 . The image composition method described in.
8 . The 5 wherein the image synthesis process, which in the lower region of the rear composite image, the projection rearward image disposed to spread downward. To 7. The image composition method according to any one of .
本発明によれば、前記車両の後方を撮影する後方カメラ、右側後方を撮影する右側後方カメラ、及び左側後方を撮影する左側後方カメラによって撮影された映像から、それぞれ後方画像、右側後方画像及び左側後方画像を取得する画像取得手段と、前記後方画像、前記右側後方画像及び前記左側後方画像をそれぞれ所定の投影面に投影した投影後方画像、投影右側後方画像及び投影左側後方画像に変換する座標変換手段と、前記投影後方画像、前記投影右側後方画像及び前記投影左側後方画像を合成することにより後方合成画像を得る画像合成手段と、を備えるため、3つのカメラで撮影される画像によって車両後方の広い視野を確保し、死角を低減することができる。前記所定の投影面は、3次元座標空間において、水平断面形状が所定の仮想視点を中心とする楕円形状である筒状の楕円筒投影面、及び地面に対応する地面投影面からなり、前記座標変換手段は、前記後方画像、前記右側後方画像及び前記左側後方画像を、それぞれ前記3次元座標空間における前記後方カメラ、前記右側後方カメラ及び前記左側後方カメラの位置から前記楕円筒投影面及び前記地面投影面に投影するため、仮想視点の位置及び楕円筒投影面の形状を適宜設定することにより、最も自然に見える各投影画像を得ることができる。また、各投影画像を合成するため、合成時の各画像の境界部の処理により、違和感のない合成画像を生成することができる。
また、投影面として楕円筒投影面及び地面投影面を備えているため、車両後方の画像が占める広さと、車両左右側後方の画像が占める広さとの比率を楕円筒の楕円の楕円率に従って変えることにより、目的に応じて着目すべき画像の占める広さの割合を大きくするなどして、視認性を高めることが可能になる。
According to the present invention, the rear image, the right rear image and the left side are taken from the images taken by the rear camera for photographing the rear of the vehicle, the right rear camera for photographing the right rear, and the left rear camera for photographing the left rear, respectively. An image acquisition means for acquiring a rear image, and coordinate conversion for converting the rear image, the right rear image, and the left rear image into a projected rear image projected on a predetermined projection surface, a projected right rear image, and a projected left rear image, respectively. A means and an image synthesizing means for obtaining a rear composite image by synthesizing the projected rear image, the projected right rear image, and the projected left rear image are provided, so that images taken by three cameras are used to rearward the vehicle. A wide field of view can be secured and blind spots can be reduced. The predetermined projection plane is composed of a tubular elliptical cylinder projection plane whose horizontal cross-sectional shape is an ellipse centered on a predetermined virtual viewpoint in a three-dimensional coordinate space, and a ground projection plane corresponding to the ground. The conversion means converts the rear image, the right rear image, and the left rear image from the positions of the rear camera, the right rear camera, and the left rear camera in the three-dimensional coordinate space, respectively, to the elliptical cylinder projection surface and the ground. Since the projection is performed on the projection surface, each projected image that looks most natural can be obtained by appropriately setting the position of the virtual viewpoint and the shape of the elliptical cylinder projection surface. Further, since each projected image is combined, it is possible to generate a composite image without a sense of discomfort by processing the boundary portion of each image at the time of composition.
Further, since the projection plane is provided with an elliptical cylinder projection plane and a ground projection plane, the ratio between the area occupied by the image behind the vehicle and the area occupied by the image behind the left and right sides of the vehicle is changed according to the ellipticity of the ellipse of the ellipse cylinder. This makes it possible to improve visibility by increasing the proportion of the area occupied by the image to be focused on according to the purpose.
前記仮想視点は、前記3次元座標空間において前記車両よりも前にあり、前記楕円筒投影面は、水平断面において前記仮想視点から前記車両の後方を中心として所定角度の範囲内であり、前記地面投影面は、前記楕円筒投影面に接する範囲内である場合には、仮想視点が車両の位置又は車両より後ろの位置にあるときよりも各投影画像の歪みを軽減し、視認性に優れた画像を得ることができる。 The virtual viewpoint is in front of the vehicle in the three-dimensional coordinate space, and the elliptical cylinder projection surface is within a predetermined angle from the virtual viewpoint to the rear of the vehicle in a horizontal cross section, and is the ground. When the projection surface is within the range in contact with the elliptical cylinder projection surface, the distortion of each projected image is reduced and the visibility is excellent as compared with the case where the virtual viewpoint is at the position of the vehicle or the position behind the vehicle. You can get the image.
前記座標変換手段は、前記投影後方画像、前記投影右側後方画像及び前記投影左側後方画像における上方領域を前記楕円筒投影面への投影画像から生成し、下方領域を前記地面投影面への投影画像から生成する場合には、各投影画像における上方領域と下方領域とをそれぞれの変換により形成することができる。 The coordinate conversion means generates an upper region in the projected rear image, the projected right rear image, and the projected left rear image from the projected image on the elliptical cylinder projection plane, and the lower region is a projected image on the ground projection plane. In the case of generating from, the upper region and the lower region in each projected image can be formed by the respective transformations.
前記画像合成手段は、それぞれ遷移領域を挟んで前記投影後方画像、前記投影右側後方画像及び前記投影左側後方画像を合成した前記後方合成画像を生成する場合には、後方合成画像に占める各投影画像の配分を最適にすることができ、各投影画像間の境界部分を滑らかにすることができる。
前記座標変換手段は、前記遷移領域において前記楕円筒投影面上の投影座標が前記地面投影面より下に位置する場合には、前記後方カメラと前記右側後方カメラ又は左側後方カメラとを結ぶ線分上に基点を設定し、前記基点と前記楕円筒投影面上の前記投影座標とを結ぶ線分が前記地面投影面と交わる点を前記地面投影面上の投影座標とするように変換する場合は、遷移領域の地面投影面において後方カメラの投影画像の投影を行う位置と、右側後方カメラ又は左側後方カメラの投影を行う位置と、を揃えることができる。これによって、遷移領域の地面部分の各路上物の位置がずれることなく重なった合成画像を得ることができる。
前記画像合成手段は、前記後方合成画像における下方領域において、前記投影後方画像が下方に向けて広がるように配する場合は、後方合成画像において車両後端付近の地面投影画像が広くなるように合成され、車両後部付近の状況を広く表示することができる。これにより、車両を後退等させるとき等に必要な車両後部付近の識別性を向上させることができる。
When the image synthesizing means generates the rear composite image obtained by synthesizing the projection rear image, the projection right rear image, and the projection left rear image with the transition region interposed therebetween, each projected image occupying the rear composite image. The distribution of the images can be optimized, and the boundary between each projected image can be smoothed.
The coordinate conversion means is a line segment connecting the rear camera and the right rear camera or the left rear camera when the projection coordinates on the elliptical cylinder projection plane are located below the ground projection plane in the transition region. When the base point is set on the top and the point where the line connecting the base point and the projection coordinates on the elliptical cylinder projection plane intersects the ground projection plane is converted to be the projection coordinates on the ground projection plane. , The position where the projected image of the rear camera is projected on the ground projection surface of the transition region and the position where the projected image of the right rear camera or the left rear camera is projected can be aligned. As a result, it is possible to obtain an overlapping composite image without shifting the positions of the objects on the road in the ground portion of the transition region.
When the projected rear image is arranged so as to spread downward in the lower region of the rear composite image, the image compositing means synthesizes the rear composite image so that the ground projection image near the rear end of the vehicle becomes wider. The situation near the rear of the vehicle can be displayed widely. As a result, it is possible to improve the distinctiveness in the vicinity of the rear part of the vehicle, which is necessary when the vehicle is retracted or the like.
以上は、本発明が装置として実現される場合について説明したが、かかる装置を実現する方法やプログラム、当該プログラムを記録した媒体としても発明は実現可能である。また、以上のような画像合成装置は単独で実現される場合もあるし、ある方法に適用され、あるいは同方法が他の機器に組み込まれた状態で利用されることもあるなど、発明の思想としてはこれに限らず、各種の態様を含むものである。したがって、ソフトウェアであったりハードウェアであったりするなど、適宜、変更可能である。 The case where the present invention is realized as an apparatus has been described above, but the invention can also be realized as a method or program for realizing such an apparatus, or as a medium on which the program is recorded. In addition, the image synthesizer as described above may be realized independently, may be applied to a certain method, or the same method may be used in a state of being incorporated in another device. The present invention is not limited to this, and includes various aspects. Therefore, it can be changed as appropriate, such as software or hardware.
ここで示される事項は例示的なもの及び本発明の実施形態を例示的に説明するためのものであり、本発明の原理と概念的な特徴とを最も有効に且つ難なく理解できる説明であると思われるものを提供する目的で述べたものである。この点で、本発明の根本的な理解のために必要である程度以上に本発明の構造的な詳細を示すことを意図してはおらず、図面と合わせた説明によって本発明の幾つかの形態が実際にどのように具現化されるかを当業者に明らかにするものである。 The matters shown here are for exemplifying and exemplifying embodiments of the present invention, and are considered to be the most effective and effortless explanations for understanding the principles and conceptual features of the present invention. It is stated for the purpose of providing what seems to be. In this regard, it is not intended to show structural details of the invention beyond a certain degree necessary for a fundamental understanding of the invention, and some embodiments of the invention are provided by description in conjunction with the drawings. It is intended to clarify to those skilled in the art how it is actually realized.
本実施形態に係る画像合成装置(1)の構成例を図1に示す。画像合成装置(1)は自車両の後方、右側後方及び左側後方における路面及び路上の映像を合成する画像合成装置であって、車両(91)の後方を撮影する後方カメラ(21)、右側後方を撮影する右側後方カメラ(22)、及び左側後方を撮影する左側後方カメラ(23)によって撮影された映像から画像を取得する画像取得手段(3)と、座標変換手段(4)と、画像合成手段(7)と、を備える。
画像合成装置(1)を適用する車両の種類は特に限定されず、例えば、自動車、列車、自転車、自走式ロボット、遠隔操作式のロボット等を挙げることができる。また、車両の走行方法としてタイヤや車輪の他、無限軌道等も含めることができる。
FIG. 1 shows a configuration example of the image synthesizer (1) according to the present embodiment. The image compositing device (1) is an image compositing device that synthesizes images on the road surface and the road surface at the rear, right rear, and left rear of the own vehicle, and is a rear camera (21) for photographing the rear of the vehicle (91) and a right rear. Image acquisition means (3) for acquiring an image from the image taken by the right rear camera (22) for photographing and the left rear camera (23) for photographing the left rear, coordinate conversion means (4), and image composition. The means (7) is provided.
The type of vehicle to which the image synthesizer (1) is applied is not particularly limited, and examples thereof include automobiles, trains, bicycles, self-propelled robots, and remote-controlled robots. In addition to tires and wheels, endless tracks and the like can also be included as the traveling method of the vehicle.
画像取得手段(3)は、後方カメラ(21)、右側後方カメラ(22)及び左側後方カメラ(23)によって撮影された映像(a、b、c)をキャプチャして、それぞれ後方画像(a’)、右側後方画像(b’)及び左側後方画像(c’)を取得する手段である。
座標変換手段(4)は、後方画像(a’)、右側後方画像(b’)及び左側後方画像(c’)をそれぞれ所定の投影面(Q)に投影した投影後方画像(a")、投影右側後方画像(b")及び投影左側後方画像(c")に変換する手段である。
画像合成手段(7)は、投影後方画像(a")、投影右側後方画像(b")及び投影左側後方画像(c")を合成して、1つの後方合成画像を作成する手段である。
後方合成画像は、別途設けられる表示手段(8)により表示装置に表示することができる。
The image acquisition means (3) captures images (a, b, c) taken by the rear camera (21), the right rear camera (22), and the left rear camera (23), and each captures the rear image (a'. ), Right rear image (b') and left rear image (c').
The coordinate conversion means (4) projects a rear image (a'), a right rear image (b'), and a left rear image (c') onto a predetermined projection plane (Q), respectively. It is a means for converting into a projection right rear image (b ") and a projection left rear image (c").
The image synthesizing means (7) is a means for synthesizing a projection rear image (a "), a projection right rear image (b"), and a projection left rear image (c ") to create one rear composite image.
The rear composite image can be displayed on the display device by the display means (8) provided separately.
後方カメラ(21)、右側後方カメラ(22)及び左側後方カメラ(23)は、それぞれ車両(91)の後方、右側後方及び左側後方における路面及び路上の映像を取得することができればよく、その種類や設置位置を問わない。例えば、図2及び3に示すように、後方カメラ(21)は車両(91)の後面に固定して設けられる。また、右側後方カメラ(22)及び左側後方カメラ(23)(以下、側後方カメラと略す)は、車両(91)の右側面及び左側面に固定して配設されている。具体的には、ドアミラー等の車両(91)側方から突出する部位に配設することができる。
また、各カメラ(21、22、23)は、それぞれ撮影する範囲(92a、93a、94a)の一部が、隣のカメラの撮影する範囲の一部と重複するように配設される。それぞれ広範囲の映像を得るために、各カメラ(21、22、23)には魚眼レンズ等が用いられることが好ましい。
The rear camera (21), the right rear camera (22), and the left rear camera (23) need only be able to acquire images of the road surface and the road surface behind the vehicle (91), the right rear, and the left rear, respectively. And installation position does not matter. For example, as shown in FIGS. 2 and 3, the rear camera (21) is fixedly provided on the rear surface of the vehicle (91). Further, the right rear camera (22) and the left rear camera (23) (hereinafter, abbreviated as the side rear camera) are fixedly arranged on the right side surface and the left side surface of the vehicle (91). Specifically, it can be arranged at a portion such as a door mirror that protrudes from the side of the vehicle (91).
Further, each camera (21, 22, 23) is arranged so that a part of the shooting range (92a, 93a, 94a) overlaps with a part of the shooting range of the adjacent camera. It is preferable that a fisheye lens or the like is used for each camera (21, 22, 23) in order to obtain a wide range of images.
図2は、車両に設けられている各カメラの位置及び撮影範囲を模式的に表している。後方カメラ(21)は車両(91)の後面部、側後方カメラ(22、23)は車両(91)のドアミラー部に設けられている。本例では、右側後方カメラ(22)の撮影範囲(93a)と左側後方カメラ(23)の撮影範囲(94a)とは、車両後方で重なるようにされている。しかし、左右の側後方カメラのみを使用する場合には車両後方に死角が生じるため、車両の後方は後方カメラ(21)の撮影範囲(92a)によってカバーされている。尚、3つのカメラ(21、22、23)によって車両の後方及び左右後方がカバーされればよく、右側後方カメラ(22)の撮影範囲(93a)と左側後方カメラ(23)の撮影範囲(94a)とは重ならないようにされていてもよい。 FIG. 2 schematically shows the position and shooting range of each camera provided in the vehicle. The rear camera (21) is provided on the rear surface of the vehicle (91), and the side rear cameras (22, 23) are provided on the door mirror of the vehicle (91). In this example, the shooting range (93a) of the right rear camera (22) and the shooting range (94a) of the left rear camera (23) are configured to overlap at the rear of the vehicle. However, when only the left and right rear rear cameras are used, a blind spot is generated behind the vehicle, so that the rear of the vehicle is covered by the shooting range (92a) of the rear camera (21). It is sufficient that the rear and left / right rear of the vehicle are covered by the three cameras (21, 22, 23), and the shooting range (93a) of the right rear camera (22) and the shooting range (94a) of the left rear camera (23). ) May not overlap.
画像合成装置(1)は自車両の後方、左右側後方の路面及び路上の映像を合成するものであるが、「路面」は実際の道路の路面を意図するものではなく、車両が地面に接している平面上の車両周辺部をいう。各カメラ(21、22、23)により撮影される映像に含まれる路面領域の割合(即ち各カメラの上下方向の向き)は適宜選択されればよい。また、後方合成画像における下方領域(路面領域)の画像は、主として後方カメラ(21)によって得られる画像(a)から抽出するように構成されてもよい。 The image compositing device (1) synthesizes images on the road surface behind the vehicle, on the left and right sides, and on the road, but the "road surface" is not intended to be the actual road surface of the road, and the vehicle touches the ground. Refers to the peripheral part of the vehicle on a flat surface. The ratio of the road surface area included in the image captured by each camera (21, 22, 23) (that is, the vertical orientation of each camera) may be appropriately selected. Further, the image of the lower region (road surface region) in the rear composite image may be configured to be extracted mainly from the image (a) obtained by the rear camera (21).
画像取得手段(3)は、各カメラ(21、22、23)により撮影された映像をキャプチャして、それぞれの画像(a,b,c)を取得する(図4参照)。
レンズによって生じる画像の歪の補正は、その後適宜の段階で行うことができる。例えば、画像取得手段(3)により、画像(a,b,c)を球面画像(a’、b’、c’)に変換するように構成することができる。また、座標変換手段(4)により、各投影画像(a"、b"、c")への変換と合わせて歪を補正するようにすることができる。
The image acquisition means (3) captures images taken by each camera (21, 22, 23) and acquires each image (a, b, c) (see FIG. 4).
Correction of image distortion caused by the lens can then be performed at an appropriate stage. For example, the image acquisition means (3) can be configured to convert an image (a, b, c) into a spherical image (a', b', c'). Further, the coordinate conversion means (4) can be used to correct the distortion together with the conversion to each projected image (a ", b", c ").
座標変換手段(4)は、後方画像(a)、右側後方画像(b)及び左側後方画像(c)を、それぞれ3次元座標空間における後方カメラ(21)、右側後方カメラ(22)及び左側後方カメラ(23)の位置から所定の投影面(Q)に投影するように座標変換を行う。
基準となる3次元座標系は任意に設定することができるが、以下の説明では、車両(91)の左右方向をX軸、高さ方向をY軸、前後方向をZ軸とする3次元直交座標(X,Y,Z)とする(図2、3を参照)。また、3次元座標の原点も任意に設定することができるが、以下の説明では、原点(0,0,0)を後方カメラ(21)の位置とする。
この3次元直交座標において、車両(91)の前方(例えば、側後方カメラの位置よりも前、後方合成画像が表示される位置よりも前等とすることができる。)であって、適宜の高さ(Px,Py,Pz)に、仮想視点(65)を設定する。そして、水平(XZ)断面の形状が仮想視点(65)を中心とする楕円形状である筒状の楕円筒投影面(63)、及び地面に対応する地面投影面(62)を設定する。上記所定の投影面(Q)は、楕円筒投影面(63)及び地面投影面(62)からなる(図5、6を参照)。仮想視点(65)を通るY軸方向の直線を、楕円筒投影面(63)の中心軸(66)と呼ぶ。
The coordinate conversion means (4) uses the rear image (a), the right rear image (b), and the left rear image (c) as the rear camera (21), the right rear camera (22), and the left rear image (c) in the three-dimensional coordinate space, respectively. Coordinate conversion is performed so as to project from the position of the camera (23) onto a predetermined projection surface (Q).
The reference three-dimensional coordinate system can be set arbitrarily, but in the following description, the three-dimensional orthogonality with the left-right direction of the vehicle (91) as the X-axis, the height direction as the Y-axis, and the front-rear direction as the Z-axis. Let the coordinates (X, Y, Z) (see FIGS. 2 and 3). Further, the origin of the three-dimensional coordinates can be set arbitrarily, but in the following description, the origin (0, 0, 0) is set as the position of the rear camera (21).
In these three-dimensional Cartesian coordinates, the vehicle (91) is in front of the vehicle (91) (for example, it can be in front of the position of the side-rear camera, in front of the position where the rear composite image is displayed, etc.). A virtual viewpoint (65) is set in the height (Px, Py, Pz). Then, a tubular elliptical cylinder projection surface (63) whose horizontal (XZ) cross section has an elliptical shape centered on the virtual viewpoint (65) and a ground projection surface (62) corresponding to the ground are set. The predetermined projection plane (Q) is composed of an elliptical cylinder projection plane (63) and a ground projection plane (62) (see FIGS. 5 and 6). The straight line in the Y-axis direction passing through the virtual viewpoint (65) is called the central axis (66) of the elliptical cylinder projection plane (63).
投影面を楕円形状とすることにより、各カメラにより得られる画像中の路面領域以外の物体等が、投影面において滑らかに接合される。投影面(Q)を構成する楕円筒投影面(63)の長軸及び短軸の長さ、並びに筒の高さは、地面投影面(62)との関係や合成する画像の大きさ等に応じて適宜設定される。
また、楕円筒投影面(63)における楕円の長軸は、車両(91)の前後方向とすることができる。そうすれば、自車両の側方の投影面(r)が後方の投影面(t)よりも近いこととなるため、後方から自車両に近づき、自車両の横を追い越していく他車両の軌道に対し適した投影面となる(図6、7を参照)。
By making the projection surface elliptical, objects other than the road surface region in the image obtained by each camera are smoothly joined on the projection surface. The length of the major axis and the minor axis of the elliptical cylinder projection plane (63) constituting the projection plane (Q), and the height of the cylinder depend on the relationship with the ground projection plane (62), the size of the image to be combined, and the like. It is set appropriately according to it.
Further, the long axis of the ellipse on the projection plane (63) of the ellipse cylinder can be in the front-rear direction of the vehicle (91). Then, since the projection plane (r) on the side of the own vehicle is closer than the projection plane (t) on the rear side, the track of another vehicle that approaches the own vehicle from the rear and overtakes the side of the own vehicle. It becomes a projection plane suitable for the above (see FIGS. 6 and 7).
楕円筒投影面(63)は、水平断面において仮想視点(65)から車両(91)の後方を中心として所定角度(φ)の範囲内であり、地面投影面(62)は、楕円筒投影面(63)に接する範囲内であるように構成することができる(図6を参照)。上記所定角度(φ)は、必要な後方合成画像の範囲に応じて適宜決められればよい。また、楕円筒投影面(63)の高さも任意に設定できる。
上記により、投影面(Q)は、図5において実線により表された形状となる。すなわち、投影面(Q)を構成する楕円筒投影面(63)は、地面から一定の高さの範囲で、所定角度(φ)に含まれる楕円筒の範囲とすることができる。また、投影面(Q)を構成する地面投影面(62)は、仮想視点(65)を中心とし所定角度(φ)に含まれる地面が楕円筒投影面(63)に接するまでの区画とすることができる。
The elliptical cylinder projection plane (63) is within a predetermined angle (φ) from the virtual viewpoint (65) to the rear of the vehicle (91) in the horizontal cross section, and the ground projection plane (62) is the elliptical cylinder projection plane. It can be configured to be within the range in contact with (63) (see FIG. 6). The predetermined angle (φ) may be appropriately determined according to the range of the required rear composite image. Further, the height of the elliptical cylinder projection surface (63) can be arbitrarily set.
As described above, the projection surface (Q) has a shape represented by a solid line in FIG. That is, the elliptical cylinder projection plane (63) constituting the projection plane (Q) can be a range of the elliptical cylinder included in a predetermined angle (φ) within a range of a certain height from the ground. Further, the ground projection surface (62) constituting the projection surface (Q) is a section centered on the virtual viewpoint (65) until the ground included in the predetermined angle (φ) comes into contact with the elliptical cylinder projection surface (63). be able to.
座標変換手段(4)は、後方画像(a)、右側後方画像(b)及び左側後方画像(c)を、それぞれ3次元座標空間における後方カメラ(21)、右側後方カメラ(22)及び左側後方カメラ(23)の位置から投影面(Q)に投影するように座標変換を行う。それにより、投影後方画像(a")、投影右側後方画像(b")及び投影左側後方画像(c")を生成する。この座標変換は、投影と同時にカメラによる画像の歪みを補正するように構成することができる。また、投影と同時に画像の左右反転を行うように構成することができる。
各画像(a、b、c)を各投影面(62、63)に投影する具体的な手段は任意に選択することができ、例えば、予め座標変換の計算を行い、画像の各画素と投影面の各画素の対応表となるルックアップテーブル(41)を参照することにより、画像変換を行うことができる。また、ルックアップテーブル(41)は、座標変換計算、及びカメラによる画像の歪み補正計算が含まれた画像の各画素と投影面の各画素の対応表であってもよい。更に、ルックアップテーブル(41)は、座標変換計算、カメラによる画像の歪み補正計算、及び画像の左右反転計算が含まれた画像の各画素と投影面の各画素の対応表であってもよい。
The coordinate conversion means (4) uses the rear image (a), the right rear image (b), and the left rear image (c) as the rear camera (21), the right rear camera (22), and the left rear image (c) in the three-dimensional coordinate space, respectively. Coordinate conversion is performed so as to project from the position of the camera (23) to the projection surface (Q). As a result, a projected rear image (a "), a projected right rear image (b"), and a projected left rear image (c ") are generated. This coordinate transformation corrects the distortion of the image by the camera at the same time as the projection. It can be configured so that the image is flipped horizontally at the same time as the projection.
The specific means for projecting each image (a, b, c) on each projection plane (62, 63) can be arbitrarily selected. For example, the coordinate conversion is calculated in advance and projected with each pixel of the image. Image conversion can be performed by referring to the lookup table (41) which is a correspondence table of each pixel of the surface. Further, the look-up table (41) may be a correspondence table of each pixel of the image and each pixel of the projection surface including the coordinate conversion calculation and the image distortion correction calculation by the camera. Further, the look-up table (41) may be a correspondence table of each pixel of the image and each pixel of the projection surface including the coordinate conversion calculation, the distortion correction calculation of the image by the camera, and the left-right inversion calculation of the image. ..
上記座標変換においては、楕円筒投影面(63)上の投影座標(U)が地面投影面(62)より下に位置する場合が生じる。この場合には、座標変換手段(4)は、後方カメラ(21)と投影座標(U)とを結ぶ線分(L1、L5)が地面投影面(62)と交わる点の座標(P1、P5)、若しくは右側後方カメラ(22)又は左側後方カメラ(23)と投影座標(U)とを結ぶ線分(L2、L6)が地面投影面(62)と交わる点の座標(P2、P6)に変換するようにすることができる(図3を参照)。
後方画像(a)、右側後方画像(b)及び左側後方画像(c)を、後方カメラ(21)、右側後方カメラ(22)及び左側後方カメラ(23)の配設位置の座標((0,0,0)、(SRx,SRy,SRz)、(SLx,SLy,SLz))から投影することにより、カメラ(21、22、23)間の位置や向きが異なっていても画像(a、b、c)間の縮尺や傾き等のずれが少ない楕円筒投影面(63)及び地面投影面(62)上の投影後方画像(a")、投影右側後方画像(b")及び投影左側後方画像(c")が得られる。
In the above coordinate transformation, the projected coordinates (U) on the elliptical cylinder projection plane (63) may be located below the ground projection plane (62). In this case, the coordinate conversion means (4) uses the coordinates (P1, P5) of the point where the line segment (L1, L5) connecting the rear camera (21) and the projected coordinate (U) intersects the ground projection surface (62). ), Or at the coordinates (P2, P6) of the point where the line segment (L2, L6) connecting the right rear camera (22) or the left rear camera (23) and the projection coordinate (U) intersects the ground projection surface (62). It can be converted (see Figure 3).
The rear image (a), the right rear image (b), and the left rear image (c) are the coordinates of the arrangement positions of the rear camera (21), the right rear camera (22), and the left rear camera (23) ((0,). By projecting from (0,0), (SRx, SRy, SRz), (SLx, SLy, SLz)), the images (a, b) are projected even if the positions and orientations between the cameras (21, 22, 23) are different. , C) Projection rear image (a "), projection right rear image (b") and projection left rear image on elliptical cylinder projection surface (63) and ground projection surface (62) with little deviation such as scale and inclination between (C ") is obtained.
座標変換手段(4)は、投影後方画像(a")、投影右側後方画像(b")及び投影左側後方画像(c")における上方領域を、楕円筒投影面(63)への投影画像から生成し、下方領域を地面投影面(62)への投影画像から生成するようにすることができる。このようにすれば、その後、各投影画像(a"、b"、c")を合成することにより生成される後方合成画像において、上方領域は楕円筒投影面(63)へ投影した画像に相当し、下方領域は地面投影面(62)へ投影した画像に相当することとなる。 The coordinate conversion means (4) transfers the upper regions in the projection rear image (a "), the projection right rear image (b"), and the projection left rear image (c ") from the projected image on the elliptical cylinder projection surface (63). It can be generated so that the lower region is generated from the projected image on the ground projection plane (62). In this way, each projected image (a ", b", c ") is then combined. In the rear composite image generated thereby, the upper region corresponds to the image projected on the elliptical cylinder projection plane (63), and the lower region corresponds to the image projected on the ground projection plane (62).
画像合成手段(7)は、座標変換手段(4)で投影面(Q)に投影された投影後方画像(a")、投影右側後方画像(b")及び投影左側後方画像(c")を合成することにより、1つの後方合成画像を作成する。
具体的には、投影後方画像(a")を中央(t)に配し、その左右(r)に投影右側後方画像(b")及び投影左側後方画像(c")を配する。各投影画像(a"、b"、c")からは、合成に必要な範囲が抽出される。後方合成画像において各投影画像(a"、b"、c")が占める比率は、任意に設定することができる。
画像合成手段(7)は、それぞれ遷移領域(b1、b2)を挟んで、投影後方画像(a")、投影右側後方画像(b")及び投影左側後方画像(c")を合成した前記後方合成画像を生成するようにすることができる(図6(b)を参照)。
The image synthesizing means (7) combines the projected rear image (a "), the projected right rear image (b"), and the projected left rear image (c ") projected on the projection plane (Q) by the coordinate conversion means (4). By compositing, one back composite image is created.
Specifically, the projection rear image (a ") is arranged in the center (t), and the projection right rear image (b") and the projection left rear image (c ") are arranged on the left and right (r) of the center (t). From the images (a ", b", c "), the range required for composition is extracted. The ratio occupied by each projected image (a ", b", c ") in the rear composite image can be arbitrarily set.
The image synthesizing means (7) synthesizes the projection rear image (a "), the projection right rear image (b"), and the projection left rear image (c ") with the transition regions (b1 and b2) in between. A composite image can be generated (see FIG. 6B).
隣り合う画像の境目となる遷移領域は、境目部分の違和感をなくすように差異を低減する処理を施すことができる。例えば、境目を含む一定幅(b1、b2)において、所定の混合比率で各画像を混合することを挙げることができる。また、所定の混合比率は、一様の混合比率であってもよいし、漸次変化させてもよい。 The transition region, which is the boundary between adjacent images, can be subjected to a process of reducing the difference so as to eliminate the discomfort at the boundary portion. For example, it can be mentioned that each image is mixed at a predetermined mixing ratio in a constant width (b1, b2) including a boundary. Further, the predetermined mixing ratio may be a uniform mixing ratio or may be gradually changed.
遷移領域(b1、b2)において、楕円筒投影面(63)上の投影座標(U)が地面投影面(62)より下に位置する領域がある(図3を参照)。この領域において、後方カメラ(21)、右側後方カメラ(22)及び左側後方カメラ(23)の後方画像(a)、右側後方画像(b)及び左側後方画像(c)を、座標変換手段(4)により変換すると、同じ地面の位置の画素が異なる地面投影面(62)上の位置(図3に示すP1、P5、及びP2、P6を参照)に投影された各投影画像(a"、b"、c")となる。そして、各投影画像(a"、b"、c")を画像合成手段(7)により合成すると、異なる地面の位置の画素が重なった合成画像となるため、視認性が低下する。
そこで、座標変換手段(4)は、後方カメラ(21)と右側後方カメラ(22)又は左側後方カメラ(23)とを結ぶ線分(L4、L8)上に基点(P4、P8)を設定し、基点(P4、P8)と楕円筒投影面(63)上の投影座標(U)とを結ぶ線分(L3、L7)が地面投影面(62)と交わる点(U’)を地面投影面(62)上の投影座標とするように変換することができる。このように、後方画像(a)及び右側後方画像(b)の投影座標、並びに後方画像(a)及び左側後方画像(c)の投影座標を所定の点(U’)に揃えることにより、各画像上の各路上物の位置がずれることなく重なって合成された合成画像を得ることができる。
また、基点(P4、P8)を投影座標(U)の楕円筒投影面の周方向(W方向)に対応して漸次変化させることによって、遷移領域(b1、b2)内の合成画像の違和感を抑制することができる。即ち、投影座標(U)が後方画像(a)の右又は左端側に近づくに従い、基点(P4、P8)が右側後方カメラ(22)又は左側後方カメラ(23)側に近づくように漸次変化させる。
尚、前記地面投影面(62)上の点(U’)は、後方カメラ(21)と投影座標(U)とを結ぶ線分(L1、L5)が地面投影面(62)と交わる点(P1、P5)と、右側後方カメラ(22)又は左側後方カメラ(23)と投影座標(U)とを結ぶ線分(L2、L6)が地面投影面(62)と交わる点(P2、P6)と、の2点を結ぶ線分(P1−P2、P5−P6)上の点として求めても同じ点(U’)を求めることができる。
In the transition regions (b1, b2), there is an region in which the projection coordinates (U) on the elliptical cylinder projection plane (63) are located below the ground projection plane (62) (see FIG. 3). In this region, the rear image (a), the right rear image (b) and the left rear image (c) of the rear camera (21), the right rear camera (22) and the left rear camera (23) are converted into the coordinate conversion means (4). ), Each projected image (a ", b" in which pixels at the same ground position are projected onto different positions on the ground projection surface (62) (see P1, P5, and P2, P6 shown in FIG. 3). ", C"). Then, when each projected image (a ", b", c ") is combined by the image combining means (7), it becomes a composite image in which pixels at different ground positions are overlapped, so that it is visually recognized. The sex is reduced.
Therefore, the coordinate conversion means (4) sets a base point (P4, P8) on a line segment (L4, L8) connecting the rear camera (21) and the right rear camera (22) or the left rear camera (23). , The point (U') where the line segment (L3, L7) connecting the base point (P4, P8) and the projection coordinate (U) on the elliptical cylinder projection surface (63) intersects the ground projection surface (62) is the ground projection surface. (62) It can be converted to the above projected coordinates. In this way, by aligning the projected coordinates of the rear image (a) and the right rear image (b) and the projected coordinates of the rear image (a) and the left rear image (c) at predetermined points (U'), each It is possible to obtain a composite image in which the positions of the road objects on the image are overlapped and composited without shifting.
Further, by gradually changing the base points (P4, P8) corresponding to the circumferential direction (W direction) of the elliptical cylinder projection surface of the projection coordinates (U), a sense of discomfort in the composite image in the transition region (b1, b2) can be obtained. It can be suppressed. That is, as the projected coordinates (U) approach the right or left end side of the rear image (a), the base points (P4, P8) are gradually changed so as to approach the right rear camera (22) or the left rear camera (23). ..
The point (U') on the ground projection surface (62) is a point where the line segments (L1, L5) connecting the rear camera (21) and the projection coordinates (U) intersect with the ground projection surface (62). The point (P2, P6) where the line segment (L2, L6) connecting P1, P5) with the right rear camera (22) or the left rear camera (23) and the projection coordinates (U) intersects the ground projection surface (62). The same point (U') can be obtained even if it is obtained as a point on a line segment (P1-P2, P5-P6) connecting the two points.
後方合成画像において各投影画像(a"、b"、c")を配分する形態は、限定されない。例えば、後方合成画像を横方向に適宜の比率で3分割し、それぞれ投影画像(a"、b"、c")を配置することができる。
また、画像合成手段(7)は、後方合成画像を上下方向に適宜の比率で2分割し、その上方領域(71)と下方領域(72)とで各投影画像(a"、b"、c")の配分形態を変更することができる。例えば、後方合成画像の上方領域(71)には適宜の比率により各投影画像(a"、b"、c")の上方領域を配し、後方合成画像の下方領域(72)には、上方領域(71)と画像が連続し、且つ中央の投影後方画像(a")の領域が下方に向けて広がる台形状に配することができる(図6(b)を参照)。これにより、後方合成画像の下方領域(72)においては、左右の投影画像(b"、c")はそれぞれ下方に向けて狭まる台形状に配されることになる。
The form in which each projected image (a ", b", c ") is distributed in the rear composite image is not limited. For example, the rear composite image is divided into three in the horizontal direction at an appropriate ratio, and the projected images (a", respectively. b ", c") can be arranged.
Further, the image compositing means (7) divides the rear composite image into two in the vertical direction at an appropriate ratio, and each projected image (a ", b", c is divided into an upper region (71) and a lower region (72). The distribution form of ") can be changed. For example, in the upper region (71) of the rear composite image, the upper region of each projected image (a", b ", c") is arranged at an appropriate ratio, and the rear region is arranged. In the lower region (72) of the composite image, the upper region (71) and the image are continuous, and the region of the central projection rear image (a ") can be arranged in a trapezoidal shape in which the region extends downward (FIG. 6 (b)). As a result, in the lower region (72) of the rear composite image, the left and right projected images (b ", c") are arranged in a trapezoidal shape that narrows downward. ..
図6(b)に示すように、後方合成画像の下方領域(72)において、投影後方画像(a")を下方に向けて広がる台形状(76)に配するときは、その上底が投影後方画像(a")の上方領域(71)の下辺と同じ長さであり、下底の長さは少なくとも車両(91)の車幅以上に対応させることが好ましい。車幅以上とすることで車両後方の路上物の画像が境界を越えて変形しにくくなり、車両(91)が後進するときの視認性が高まるからである。尚、後方合成画像の下方領域(72)において、投影右側後方画像(b")及び投影左側後方画像(c")は、それぞれ投影後方画像部(76)の右左の残部分(77、78)に配される。
上記後方合成画像は、表示手段(8)により液晶ディスプレイ等の表示装置に表示するように出力される。
As shown in FIG. 6B, when the projected rear image (a ") is arranged in a trapezoidal shape (76) that spreads downward in the lower region (72) of the rear composite image, the upper bottom thereof is projected. It is preferable that the length is the same as the lower side of the upper region (71) of the rear image (a "), and the length of the lower bottom corresponds to at least the vehicle width of the vehicle (91). This is because if the width is made larger than the vehicle width, the image of the road object behind the vehicle is less likely to be deformed beyond the boundary, and the visibility when the vehicle (91) moves backward is improved. In the lower region (72) of the rear composite image, the projected right rear image (b ")" and the projected left rear image (c ") are the left and right remaining portions (77, 78) of the projected rear image portion (76), respectively. It is arranged in.
The rear composite image is output by the display means (8) so as to be displayed on a display device such as a liquid crystal display.
以上の画像取得手段(3)、座標変換手段(4)、画像合成手段(7)は、ハードウェア、ソフトウェアのいずれによって実現されてもよく、具体的な構成は問わない。例えば、図示しないCPU、メモリ(ROM、RAM等)、入出力回路等を備えるマイクロコントローラ(マイクロコンピュータ)を中心に、入出力インターフェース等周辺回路を備えることにより構成することができる。マイクロコントローラとして、画像処理に向いたプロセッサを使用することができる。また、プログラム可能な論理回路、ゲートアレーその他の論理回路を用いて構成されてもよい。 The above image acquisition means (3), coordinate conversion means (4), and image composition means (7) may be realized by any of hardware and software, and the specific configuration does not matter. For example, it can be configured by providing peripheral circuits such as input / output interfaces around a microcontroller (microcomputer) including a CPU, memory (ROM, RAM, etc.), input / output circuits, etc. (not shown). As a microcontroller, a processor suitable for image processing can be used. It may also be configured using a programmable logic circuit, gate array or other logic circuit.
本実施形態に係る画像合成装置1はバックミラーの代わりに用いられる後方モニタであり、図1に示すように、後方カメラ21、2つの側後方カメラ22及び23からそれぞれ後方画像、右側後方画像及び左側後方画像を取得する、画像取得手段3、座標変換手段(4)、画像合成手段(7)等を備えて構成されている。
図2は、各カメラ21〜23とその画角(撮影範囲)の例を示している。各カメラ21〜23は、いずれも魚眼レンズを用いたカメラである。後方カメラ21は、図2、3に示すように、車両91の後端であるバックドアのドアノブ付近に設けられ、車両91の後方の範囲92aを撮影する。側後方カメラ22、23は、それぞれ車両91の側面から延出するドアミラー部に設けられており、車両91の後方を含む左右の範囲93a、94aを撮影する。
The image synthesizer 1 according to the present embodiment is a rear monitor used instead of the rear-view mirror, and as shown in FIG. 1, the rear camera 21, the two side rear cameras 22 and 23, the rear image, the right rear image, and the rear image, respectively. It is configured to include an image acquisition means 3, a coordinate conversion means (4), an image composition means (7), and the like for acquiring a left rear image.
FIG. 2 shows an example of each camera 21 to 23 and its angle of view (shooting range). Each of the cameras 21 to 23 is a camera using a fisheye lens. As shown in FIGS. 2 and 3, the rear camera 21 is provided near the door knob of the back door, which is the rear end of the vehicle 91, and photographs the range 92a behind the vehicle 91. The side-rear cameras 22 and 23 are provided on the door mirrors extending from the side surface of the vehicle 91, respectively, and photograph the left and right ranges 93a and 94a including the rear of the vehicle 91.
画像合成装置1における情報処理方法及び動作を、図11に示すフローチャートに基づき説明する。本発明は、車両の後方、右側後方及び左側後方における路面及び路上の映像を合成する画像合成方法としても実現可能である。本画像合成方法は、前記車両の後方を撮影する後方カメラ、右側後方を撮影する右側後方カメラ、及び左側後方を撮影する左側後方カメラによって撮影された映像から、それぞれ後方画像、右側後方画像及び左側後方画像を取得する画像取得工程と、前記後方画像、前記右側後方画像及び前記左側後方画像をそれぞれ所定の投影面に投影した投影後方画像、投影右側後方画像及び投影左側後方画像に変換する座標変換工程と、前記投影後方画像、前記投影右側後方画像及び前記投影左側後方画像を合成することにより後方合成画像を得る画像合成工程と、を備え、前記所定の投影面は、所定の位置を原点とする3次元座標空間において、水平断面形状が所定の仮想視点を中心とする楕円形状である筒状の楕円筒投影面、及び地面に対応する地面投影面からなり、前記座標変換工程は、前記後方画像、前記右側後方画像及び前記左側後方画像を、それぞれ前記3次元座標空間における前記後方カメラ、前記右側後方カメラ及び前記左側後方カメラの位置から前記楕円筒投影面及び前記地面投影面に投影することを特徴とする。
上記画像取得工程は主として画像取得手段3により行われる。また、上記座標変換工程は主として座標変換手段4により、上記画像合成工程は主として画像合成手段7により行われる。
The information processing method and operation in the image synthesizer 1 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The present invention can also be realized as an image synthesizing method for synthesizing images on a road surface and a road surface behind a vehicle, on the right side, and on the left side. In this image composition method, the rear image, the right rear image, and the left side are taken from the images taken by the rear camera for photographing the rear of the vehicle, the right rear camera for photographing the right rear, and the left rear camera for photographing the left rear, respectively. An image acquisition step of acquiring a rear image, and coordinate conversion for converting the rear image, the right rear image, and the left rear image into a projected rear image, a projected right rear image, and a projected left rear image, respectively, on a predetermined projection plane. A step and an image synthesizing step of obtaining a rear composite image by synthesizing the projected rear image, the projected right rear image, and the projected left rear image are provided, and the predetermined projection surface has a predetermined position as an origin. In the three-dimensional coordinate space, the horizontal cross-sectional shape consists of a tubular elliptical cylinder projection surface having an elliptical shape centered on a predetermined virtual viewpoint and a ground projection surface corresponding to the ground. Projecting the image, the right rear image, and the left rear image from the positions of the rear camera, the right rear camera, and the left rear camera in the three-dimensional coordinate space onto the elliptical cylinder projection plane and the ground projection plane, respectively. It is characterized by.
The image acquisition step is mainly performed by the image acquisition means 3. Further, the coordinate conversion step is mainly performed by the coordinate conversion means 4, and the image composition step is mainly performed by the image composition means 7.
まず、画像取得工程において、後方カメラ21、側後方カメラ22及び23によって撮影される映像をキャプチャすることによって、それぞれ画像(a、b、c)を取得する(ステップS1)。取得される各画像(a、b、c)は、例えば、図4に示すように魚眼レンズによる円形の画像となる。
画像取得工程において、各画像(a、b、c)をそれぞれ球面座標に変換して歪みを補正し、後方画像(a’)、右側後方画像(b’)及び左側後方画像を生成するようにしてもよい。
First, in the image acquisition step, images (a, b, c) are acquired by capturing the images captured by the rear camera 21, the side rear cameras 22 and 23 (step S1). Each of the acquired images (a, b, c) is, for example, a circular image with a fisheye lens as shown in FIG.
In the image acquisition process, each image (a, b, c) is converted into spherical coordinates to correct distortion, and a rear image (a'), a right rear image (b'), and a left rear image are generated. You may.
次に、座標変換工程において、後方画像(a)、右側後方画像(b)及び左側後方画像(c)が、それぞれ図5に示した投影面Qに投影した画像(a"、b"、c")に変換される(ステップS2)。投影面Qは、仮想視点65を基準として設定されており、楕円筒投影面63及び地面投影面62から構成されている。また、後方モニタとして適した向きとなるよう、変換時に各画像の左右反転も同時に行われる。
各投影画像(a"、b"、c")は、それぞれ3次元座標空間における後方カメラ21、右側後方カメラ22及び左側後方カメラ23の位置から、楕円筒投影面63及び地面投影面62に投影される画像である。
投影画像への座標変換においては、図3に示すように、楕円筒投影面63上の投影座標Uが地面投影面62より下に位置する場合が生じる。この場合には、座標変換工程において、後方カメラ21と投影座標Uとを結ぶ線分L1、L5、右側後方カメラ22と投影座標Uとを結ぶ線分L6、及び左側後方カメラ23と投影座標Uとを結ぶ線分L2が地面投影面62と交わる点の地面投影面62上の座標P1、P5、P6、P2に変換する。
また、遷移領域b1、b2において、楕円筒投影面63上の投影座標Uが地面投影面62より下に位置する場合は、後方カメラ21と右側後方カメラ22又は左側後方カメラ23とを結ぶ線分L4、L8上に、遷移領域b1、b2のW方向の位置に比例する基点P4、P8を設定し、その基点P4、P8と楕円筒投影面63上の投影座標Uとを結ぶ線分L3、L7が地面投影面62と交わる点U’を地面投影面62上の投影座標とするように変換する。
Next, in the coordinate conversion step, the rear image (a), the right rear image (b), and the left rear image (c) are projected on the projection surface Q shown in FIG. 5, respectively (a ", b", c. (Step S2). The projection surface Q is set with reference to the virtual viewpoint 65, and is composed of an elliptical cylinder projection surface 63 and a ground projection surface 62. It is also suitable as a rear monitor. The left and right reversals of each image are also performed at the same time during conversion so that the images are oriented.
Each projected image (a ", b", c ") is projected onto the elliptical cylinder projection surface 63 and the ground projection surface 62 from the positions of the rear camera 21, the right rear camera 22, and the left rear camera 23 in the three-dimensional coordinate space, respectively. It is an image to be done.
In the coordinate conversion to the projected image, as shown in FIG. 3, the projected coordinates U on the elliptical cylinder projection surface 63 may be located below the ground projection surface 62. In this case, in the coordinate conversion step, the line segments L1 and L5 connecting the rear camera 21 and the projected coordinate U, the line segment L6 connecting the right rear camera 22 and the projected coordinate U, and the left rear camera 23 and the projected coordinate U It is converted into the coordinates P1, P5, P6, P2 on the ground projection surface 62 at the point where the line segment L2 connecting with and intersects the ground projection surface 62.
Further, in the transition regions b1 and b2, when the projection coordinate U on the elliptical cylinder projection surface 63 is located below the ground projection surface 62, a line segment connecting the rear camera 21 with the right rear camera 22 or the left rear camera 23. On L4 and L8, base points P4 and P8 proportional to the positions of the transition regions b1 and b2 in the W direction are set, and a line segment L3 connecting the base points P4 and P8 and the projection coordinates U on the elliptical cylinder projection surface 63. The point U'where L7 intersects the ground projection surface 62 is converted to be the projection coordinates on the ground projection surface 62.
次に、画像合成工程において、投影後方画像、投影右側後方画像及び投影左側後方画像(a"、b"、c")を合成することにより後方合成画像を生成する(ステップS3)。画像の合成は、図6(b)に例示したように、各投影画像(a"、b"、c")から合成に用いる所定の区画を切り出し、その境界が所定の幅で重なるように配置することによって行う。各投影画像から切り出した画像の境界部(遷移領域b1、b2)は、隣り合う画像の混合比率を幅方向で漸次変化させて各画像を混合することにより、画像間の継ぎ目の不自然さを軽減する。
これによって、図8に示すような後方合成画像が作成される。
Next, in the image composition step, a rear composite image is generated by synthesizing the projection rear image, the projection right rear image, and the projection left rear image (a ", b", c ") (step S3). By cutting out a predetermined section used for composition from each projected image (a ", b", c ") and arranging the boundaries so as to overlap with each other by a predetermined width, as illustrated in FIG. 6 (b). Do. The boundary portions (transition regions b1 and b2) of the images cut out from each projected image gradually change the mixing ratio of adjacent images in the width direction to mix the images, thereby making the seams between the images unnatural. Reduce.
As a result, a rear composite image as shown in FIG. 8 is created.
後方合成画像の作成においては、その上下方向に適宜の比率で上方領域71と下方領域72に区分し、上方と下方とで各投影画像から切り出す割合を変えることができる。すなわち、図6(b)に示したように、後方合成画像の下方領域72においては、投影後方画像a"が下方に向けて広くなる台形状に切り出し、残る左右の領域に投影右側後方画像及び投影左側後方画像(b"、c")から切り出した画像を配置することができる。図9は、このような方法で作成した後方合成画像の例である。一方、図10は、後方合成画像の上下領域で各投影画像から切り出す割合を変えないで、各投影画像(a"、b"、c")を配した例である。図9のように、後方合成画像における下方領域において投影後方画像a"を下方に広がるように配することによって、車両後部付近の路上が広く視認されるようにすることができる。
後方合成画像は、別途設けられる表示装置に出力して表示するようにすることができる(ステップS4、表示工程)。
In the creation of the rear composite image, the upper region 71 and the lower region 72 are divided in the vertical direction at an appropriate ratio, and the ratio of cutting out from each projected image can be changed between the upper region and the lower region. That is, as shown in FIG. 6B, in the lower region 72 of the rear composite image, the projected rear image a "is cut out in a trapezoidal shape that widens downward, and the projected right rear image and the projected right rear image and the remaining left and right regions are used. An image cut out from the projected left rear image (b ", c") can be arranged. FIG. 9 is an example of a rear composite image created by such a method, while FIG. 10 is a rear composite image. This is an example in which each projected image (a ", b", c ") is arranged without changing the ratio of cutting out from each projected image in the upper and lower regions of. As shown in FIG. 9, by arranging the projected rear image a "so as to spread downward in the lower region of the rear composite image, it is possible to make the road near the rear part of the vehicle widely visible.
The rear composite image can be output to a display device provided separately and displayed (step S4, display step).
尚、本発明においては、以上に示した実施形態に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した態様とすることができる。 It should be noted that the present invention is not limited to the embodiments shown above, and various modifications can be made within the scope of the present invention according to the purpose and application.
1;画像合成装置、21;後方カメラ、22;右側後方カメラ、23;左側後方カメラ、3;画像取得手段、4;座標変換手段、62;地面投影面、63;楕円筒投影面、65;仮想視点、66;中心軸、7;画像合成手段、8;表示手段、91;車両。 1; image synthesizer, 21; rear camera, 22; right rear camera, 23; left rear camera, 3; image acquisition means, 4; coordinate conversion means, 62; ground projection surface, 63; elliptical cylinder projection surface, 65; Virtual viewpoint, 66; central axis, 7; image compositing means, 8; display means, 91; vehicle.
Claims (8)
前記車両の後方を撮影する後方カメラ、右側後方を撮影する右側後方カメラ、及び左側後方を撮影する左側後方カメラによって撮影された映像から、それぞれ後方画像、右側後方画像及び左側後方画像を取得する画像取得手段と、
前記後方画像、前記右側後方画像及び前記左側後方画像をそれぞれ所定の投影面に投影した投影後方画像、投影右側後方画像及び投影左側後方画像に変換する座標変換手段と、
前記投影後方画像、前記投影右側後方画像及び前記投影左側後方画像を合成することにより後方合成画像を得る画像合成手段と、
を備え、
前記所定の投影面は、所定の位置を原点とする3次元座標空間において、水平断面形状が所定の仮想視点を中心とする楕円形状である筒状の楕円筒投影面、及び地面に対応する地面投影面からなり、
前記座標変換手段は、前記後方画像、前記右側後方画像及び前記左側後方画像を、それぞれ前記3次元座標空間における前記後方カメラ、前記右側後方カメラ及び前記左側後方カメラの位置から前記楕円筒投影面及び前記地面投影面に投影し、
前記画像合成手段は、それぞれ遷移領域を挟んで前記投影後方画像、前記投影右側後方画像及び前記投影左側後方画像を合成した前記後方合成画像を生成し、
前記座標変換手段は、前記遷移領域において前記楕円筒投影面上の投影座標が前記地面投影面より下に位置する場合には、前記後方カメラと前記右側後方カメラ又は左側後方カメラとを結ぶ線分上に基点を設定し、前記基点と前記楕円筒投影面上の前記投影座標とを結ぶ線分が前記地面投影面と交わる点を前記地面投影面上の投影座標とするように変換することを特徴とする画像合成装置。 An image synthesizer that synthesizes images on the road surface and on the road behind the vehicle, on the right side, and on the left side.
Images that acquire a rear image, a right rear image, and a left rear image from images taken by a rear camera that captures the rear of the vehicle, a right rear camera that captures the right rear, and a left rear camera that captures the left rear, respectively. Acquisition method and
A coordinate conversion means for converting the rear image, the right rear image, and the left rear image into a projected rear image projected onto a predetermined projection surface, a projected right rear image, and a projected left rear image, respectively.
An image synthesizing means for obtaining a rear composite image by synthesizing the projected rear image, the projected right rear image, and the projected left rear image.
With
The predetermined projection surface is a tubular elliptical cylinder projection surface whose horizontal cross-sectional shape is an ellipse centered on a predetermined virtual viewpoint in a three-dimensional coordinate space whose origin is a predetermined position, and the ground corresponding to the ground. Consists of a projection plane
The coordinate conversion means displays the rear image, the right rear image, and the left rear image from the positions of the rear camera, the right rear camera, and the left rear camera in the three-dimensional coordinate space, respectively. Project on the ground projection surface ,
The image synthesizing means generates the rear composite image obtained by synthesizing the projection rear image, the projection right rear image, and the projection left rear image, respectively, with the transition region in between.
The coordinate conversion means is a line segment connecting the rear camera and the right rear camera or the left rear camera when the projected coordinates on the elliptical cylinder projection surface are located below the ground projection surface in the transition region. A base point is set on the top, and conversion is performed so that the point where the line segment connecting the base point and the projection coordinates on the elliptical cylinder projection plane intersects the ground projection plane is the projection coordinates on the ground projection plane. A featured image synthesizer.
前記楕円筒投影面は、水平断面において前記仮想視点から前記車両の後方を中心として所定角度の範囲内であり、
前記地面投影面は、前記楕円筒投影面に接する範囲内である請求項1記載の画像合成装置。 The virtual viewpoint is in front of the vehicle in the three-dimensional coordinate space.
The elliptical cylinder projection surface is within a predetermined angle with respect to the rear of the vehicle from the virtual viewpoint in a horizontal cross section.
The image synthesizer according to claim 1, wherein the ground projection surface is within a range in contact with the elliptical cylinder projection surface.
前記車両の後方を撮影する後方カメラ、右側後方を撮影する右側後方カメラ、及び左側後方を撮影する左側後方カメラによって撮影された映像から、それぞれ後方画像、右側後方画像及び左側後方画像を取得する画像取得工程と、
前記後方画像、前記右側後方画像及び前記左側後方画像をそれぞれ所定の投影面に投影した投影後方画像、投影右側後方画像及び投影左側後方画像に変換する座標変換工程と、
前記投影後方画像、前記投影右側後方画像及び前記投影左側後方画像を合成することにより後方合成画像を得る画像合成工程と、
を備え、
前記所定の投影面は、所定の位置を原点とする3次元座標空間において、水平断面形状が所定の仮想視点を中心とする楕円形状である筒状の楕円筒投影面、及び地面に対応する地面投影面からなり、
前記座標変換工程は、前記後方画像、前記右側後方画像及び前記左側後方画像を、それぞれ前記3次元座標空間における前記後方カメラ、前記右側後方カメラ及び前記左側後方カメラの位置から前記楕円筒投影面及び前記地面投影面に投影し、
前記画像合成工程は、それぞれ遷移領域を挟んで前記投影後方画像、前記投影右側後方画像及び前記投影左側後方画像を合成した前記後方合成画像を生成し、
前記座標変換工程は、前記遷移領域において前記楕円筒投影面上の投影座標が前記地面投影面より下に位置する場合には、前記後方カメラと前記右側後方カメラ又は左側後方カメラとを結ぶ線分上に基点を設定し、前記基点と前記楕円筒投影面上の前記投影座標とを結ぶ線分が前記地面投影面と交わる点を前記地面投影面上の投影座標とするように変換することを特徴とする画像合成方法。 It is an image composition method that synthesizes images on the road surface and the road surface behind the vehicle, on the right side, and on the left side.
Images that acquire a rear image, a right rear image, and a left rear image from images taken by a rear camera that captures the rear of the vehicle, a right rear camera that captures the right rear, and a left rear camera that captures the left rear, respectively. Acquisition process and
A coordinate conversion step of converting the rear image, the right rear image, and the left rear image into a projected rear image projected onto a predetermined projection surface, a projected right rear image, and a projected left rear image, respectively.
An image synthesizing step of obtaining a rear composite image by synthesizing the projected rear image, the projected right rear image, and the projected left rear image.
With
The predetermined projection surface is a tubular elliptical cylinder projection surface whose horizontal cross-sectional shape is an ellipse centered on a predetermined virtual viewpoint in a three-dimensional coordinate space whose origin is a predetermined position, and the ground corresponding to the ground. Consists of a projection plane
In the coordinate conversion step, the rear image, the right rear image, and the left rear image are converted from the positions of the rear camera, the right rear camera, and the left rear camera in the three-dimensional coordinate space to the elliptical cylinder projection surface and the left rear image, respectively. Project on the ground projection surface ,
In the image synthesizing step, the rearward composite image is generated by synthesizing the projection rear image, the projection right rear image, and the projection left rear image, respectively, with the transition region in between.
In the coordinate conversion step, when the projected coordinates on the elliptical cylinder projection plane are located below the ground projection plane in the transition region, the line segment connecting the rear camera with the right rear camera or the left rear camera. A base point is set on the top, and conversion is performed so that the point where the line segment connecting the base point and the projection coordinates on the elliptical cylinder projection plane intersects the ground projection plane is the projection coordinates on the ground projection plane. Characteristic image composition method.
前記楕円筒投影面は、水平断面において前記仮想視点から前記車両の後方を中心として所定角度の範囲内であり、
前記地面投影面は、前記楕円筒投影面に接する範囲内である請求項5記載の画像合成方法。 The virtual viewpoint is in front of the vehicle in the three-dimensional coordinate space.
The elliptical cylinder projection surface is within a predetermined angle with respect to the rear of the vehicle from the virtual viewpoint in a horizontal cross section.
The ground projection plane, the image synthesis method according to claim 5 Symbol mounting in the range in contact with the elliptic cylindrical projection surface.
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