專利名稱：圖像生成裝置及操作支持系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于安裝在可回轉(zhuǎn)動(dòng)作的被操作體上的攝像機(jī)構(gòu)攝像的輸入圖像來(lái)生成輸出圖像的圖像生成裝置及使用該裝置的操作支持系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
已知有將來(lái)自照相機(jī)的輸入圖像映射到三維空間上的規(guī)定的空間模型中、一邊參照該映射的空間數(shù)據(jù)一邊生成從該三維空間中的任意的假想視點(diǎn)觀察的視點(diǎn)變換圖像并進(jìn)行顯示的圖像生成裝置(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。專利文獻(xiàn)I所公開(kāi)的圖像生成裝置將搭載在車輛上的照相機(jī)攝像的圖像投影到由包圍該車輛的多個(gè)平面或曲面構(gòu)成的立體的空間模型中。圖像生成裝置使用投影在該空間模型中的圖像來(lái)生成視點(diǎn)變換圖像，將所生成的視點(diǎn)變換圖像對(duì)駕駛者進(jìn)行顯示。所謂視點(diǎn)變換圖像，是對(duì)虛擬地呈現(xiàn)從正上方觀察路面的狀態(tài)的路面圖像與呈現(xiàn)水平方向的水平圖像進(jìn)行組合的圖像。由此，當(dāng)駕駛車輛的駕駛者看到該視點(diǎn)變換圖像時(shí)，圖像生成裝置能夠?qū)⒃撘朁c(diǎn)變換圖像中的物體與處于車外的實(shí)際的物體沒(méi)有別扭感地建立對(duì)應(yīng)。以往技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本專利第3286306號(hào)說(shuō)明書

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題專利文獻(xiàn)I所公開(kāi)的圖像生成裝置以搭載在車輛上為前提，沒(méi)有設(shè)想向能夠進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作的建筑機(jī)械等被操作體的搭載。因此，專利文獻(xiàn)I所記載的圖像生成裝置不能生成適合于回轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)的被操作體周邊的監(jiān)視的視點(diǎn)變換圖像。所以，本發(fā)明的目的是提供一種生成適合于回轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)的周邊監(jiān)視的輸出圖像的圖像生成裝置及使用該裝置的操作支持系統(tǒng)。用于解決課題的手段為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一技術(shù)方案，提供一種圖像生成裝置，基于安裝在能夠進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作的被操作體上的攝像部攝像而得到的輸入圖像來(lái)生成輸出圖像，其特征在于，具備坐標(biāo)對(duì)應(yīng)建立部，將具有中心軸的柱狀的空間模型中的坐標(biāo)、與該輸入圖像所處的輸入圖像平面中的坐標(biāo)建立對(duì)應(yīng)，其中，所述空間模型是以包圍該被操作體的方式配置的空間模型；和輸出圖像生成部，經(jīng)由該柱狀的空間模型中的坐標(biāo)，將該輸入圖像平面中的坐標(biāo)的值與該輸出圖像所處的輸出圖像平面中的坐標(biāo)的值建立對(duì)應(yīng)而生成該輸出圖像；該柱狀的空間模型配置為，使該攝像部的光軸與該柱狀的空間模型的中心軸交叉。根據(jù)本發(fā)明的另一技術(shù)方案，提供一種圖像生成裝置，基于安裝在能夠進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作的被操作體上的多個(gè)攝像部攝像而得到的輸入圖像生成輸出圖像，其特征在于，具備坐標(biāo)對(duì)應(yīng)建立部，將具有中心軸的柱狀的空間模型中的坐標(biāo)、與該輸入圖像所處的輸入圖像平面中的坐標(biāo)建立對(duì)應(yīng)，其中，所述空間模型是以包圍該被操作體的方式配置的空間模型；和輸出圖像生成部，經(jīng)由該柱狀的空間模型中的坐標(biāo)，將該輸入圖像平面中的坐標(biāo)的值與該輸出圖像所處的輸出圖像平面中的坐標(biāo)的值建立對(duì)應(yīng)而生成該輸出圖像；該柱狀的空間模型配置為，使從該多個(gè)攝像部的各自的光學(xué)中心向該柱狀的空間模型的中心軸引下的垂線分別相互垂直。根據(jù)本發(fā)明的又一技術(shù)方案，提供一種操作支持系統(tǒng)，支持被操作體的移動(dòng)或操作，其特征在于，具備上述圖像生成裝置和將該圖像生成裝置生成的輸出圖像進(jìn)行顯示的顯示部。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種生成適合于進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)的周邊監(jiān)視的輸出圖像的圖像生成裝置及使用該裝置的操作支持系統(tǒng)。


圖I是表示本發(fā)明的一實(shí)施例的圖像生成裝置的概略結(jié)構(gòu)的塊圖。圖2是搭載有圖像生成裝置的挖掘機(jī)的側(cè)視圖。圖3A是將輸入圖像投影的空間模型的側(cè)視圖。圖3B是圖3A所示的空間模型的俯視圖。圖4是表示空間模型與處理對(duì)象圖像平面之間的關(guān)系的立體圖。圖5是用來(lái)說(shuō)明將輸入圖像平面上的坐標(biāo)與空間模型上的坐標(biāo)建立對(duì)應(yīng)的圖。
圖6A是表示采用通常射影的照相機(jī)的輸入圖像平面上的坐標(biāo)與空間模型MD上的坐標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系的圖。圖6B是表示空間模型MD的曲面區(qū)域上的坐標(biāo)與處理對(duì)象圖像平面上的坐標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系的圖。圖6C是表示處理對(duì)象圖像平面上的坐標(biāo)與采用通常射影的假想照相機(jī)的輸出圖像平面上的坐標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系的圖。圖6D是表示照相機(jī)、假想照相機(jī)、空間模型MD的平面區(qū)域及曲面區(qū)域、以及處理對(duì)象圖像平面的相互的位置關(guān)系的圖。圖7A是表示在位于XZ平面上的平行線群與處理對(duì)象圖像平面之間形成角度β的狀態(tài)的圖。圖7Β是表示在位于XZ平面上的平行線群與處理對(duì)象圖像平面之間形成角度β I的狀態(tài)的圖。圖8Α是表示位于XZ平面上的輔助線群的全部從Z軸上的起點(diǎn)朝向處理對(duì)象圖像平面延伸的狀態(tài)的圖。圖SB是表示輔助線群的全部從Z軸上的起點(diǎn)朝向處理對(duì)象圖像平面延伸的狀態(tài)的圖。圖9Α是表示在位于XZ平面上的平行線群與處理對(duì)象圖像平面之間形成了角度β的狀態(tài)的圖。圖9Β是表示在位于XZ平面上的平行線群與處理對(duì)象圖像平面之間形成了角度β2的狀態(tài)的圖。
圖10是表示在位于XZ平面上的平行線群與處理對(duì)象圖像平面之間形成了角度β的狀態(tài)的圖。圖11是處理對(duì)象圖像生成處理及輸出圖像生成處理的流程圖。圖12Α是用來(lái)說(shuō)明在存在一個(gè)棒狀的物體的情況下照相機(jī)與空間模型之間的位置關(guān)系的俯視圖。圖12Β是用來(lái)說(shuō)明在存在一個(gè)棒狀的物體的情況下照相機(jī)與空間模型之間的位置關(guān)系的立體圖。圖12C是用來(lái)說(shuō)明在存在一個(gè)棒狀的物體的情況下生成的處理對(duì)象圖像的俯視圖。圖13Α是用來(lái)說(shuō)明在存在兩個(gè)棒狀的物體的情況下照相機(jī)與空間模型之間的位 置關(guān)系的俯視圖。圖13Β是用來(lái)說(shuō)明在存在兩個(gè)棒狀的物體的情況下照相機(jī)與空間模型之間的位置關(guān)系的立體圖。圖13C是用來(lái)說(shuō)明在存在兩個(gè)棒狀的物體的情況下生成的處理對(duì)象圖像的俯視圖。圖14Α是用來(lái)說(shuō)明在存在兩個(gè)棒狀的物體的另一情況下照相機(jī)與空間模型之間的位置關(guān)系的俯視圖。圖14Β是用來(lái)說(shuō)明在存在兩個(gè)棒狀的物體的另一情況下照相機(jī)與空間模型之間的位置關(guān)系的立體圖。圖14C是用來(lái)說(shuō)明在存在兩個(gè)棒狀的物體的另一情況下生成的處理對(duì)象圖像的俯視圖。圖15是表示輸出圖像的顯示例的圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。圖I是概略地表示本發(fā)明的一實(shí)施方式的圖像生成裝置的概略結(jié)構(gòu)的塊圖。一實(shí)施方式的圖像生成裝置100例如基于搭載在建筑機(jī)械上的照相機(jī)2攝影的輸入圖像來(lái)生成輸出圖像，將該輸出圖像向駕駛者提示。如圖I所示，圖像生成裝置100包括控制部I、照相機(jī)2、輸入部3、存儲(chǔ)部4及顯示部5。圖2是搭載圖像生成裝置100的挖掘機(jī)60的側(cè)視圖。挖掘機(jī)60具有履帶式的下部行駛體61、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)62及上部回轉(zhuǎn)體63。上部回轉(zhuǎn)體63經(jīng)由回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)62繞回轉(zhuǎn)軸PV旋轉(zhuǎn)自如地搭載在下部行駛體61上。在上部回轉(zhuǎn)體63的前方左側(cè)部設(shè)有駕駛艙(駕駛室)64，在前方中央部設(shè)有挖掘配件Ε。在上部回轉(zhuǎn)體63的右側(cè)面及后面上設(shè)有照相機(jī)2 (右側(cè)方照相機(jī)2R、后方照相機(jī)2Β)。在駕駛艙64內(nèi)的駕駛者容易辨識(shí)的位置上設(shè)置有顯示部5。接著，對(duì)圖像生成裝置100的各構(gòu)成單元進(jìn)行說(shuō)明?？刂撇縄 包括具備 CPU (Central Processing Unit)、RAM (Random AccessMemory)> ROM (Read Only Memory)> NVRAM (Non-Volatile Random Access Memory)等的計(jì)算機(jī)。例如，在ROM或NVRAM中保存有分別對(duì)應(yīng)于后述的坐標(biāo)對(duì)應(yīng)建立部10及輸出圖像生成部11的程序。CPU使用RAM作為臨時(shí)存儲(chǔ)區(qū)域，并且執(zhí)行對(duì)應(yīng)于各機(jī)構(gòu)的程序而進(jìn)行處理。照相機(jī)2是用來(lái)取得呈現(xiàn)挖掘機(jī)60的周邊的輸入圖像的裝置，包括右側(cè)方照相機(jī)2R及后方照相機(jī)2B。右側(cè)方照相機(jī)2R及后方照相機(jī)2B例如安裝在上部回轉(zhuǎn)體63的右側(cè)面及后面上，以使其能夠?qū)ψ鳛樘幱隈{駛艙64中的駕駛者的死角的區(qū)域進(jìn)行攝影(參照?qǐng)D2)。右側(cè)方照相機(jī)2R及后方照相機(jī)2B分別具備CCD (Charge Coupled Device)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等攝像元件。另外，照相機(jī)2也可以安裝在上部回轉(zhuǎn)體63的右側(cè)面及后面以外的位置(例如，前面及左側(cè)面)上，也可以安裝廣角透鏡或魚眼透鏡，以便能夠?qū)⑤^大的范圍攝影。照相機(jī)2根據(jù)來(lái)自控制部I的控制信號(hào)取得輸入圖像，將所取得的輸入圖像向控制部I輸出。另外，照相機(jī)2在使用魚眼透鏡或廣角透鏡取得了輸入圖像的情況下，將通過(guò)使用這些透鏡而產(chǎn)生的外觀上的畸變及歪斜修正后的已修正的輸入圖像向控制部I輸出。 但是，照相機(jī)2也可以不將所取得的輸入圖像修正而原樣向控制部I輸出。在此情況下，控制部I將外觀上的畸變及歪斜修正。輸入部3是用來(lái)使操作者能夠?qū)D像生成裝置100輸入各種信息的裝置，例如包括觸摸面板、按鈕開(kāi)關(guān)、指針設(shè)備、鍵盤等。存儲(chǔ)部4是用來(lái)存儲(chǔ)各種信息的裝置，例如包括硬盤、光盤或半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等。顯示部5是用來(lái)顯示圖像信息的裝置，例如包括設(shè)置在建筑機(jī)械的駕駛艙64 (參照?qǐng)D2)內(nèi)的液晶顯示器或投影儀。顯示部5顯示控制部I輸出的各種圖像。此外，圖像生成裝置100也可以基于輸入圖像生成處理對(duì)象圖像、通過(guò)對(duì)該處理對(duì)象圖像實(shí)施圖像變換處理而生成能夠直觀地掌握與周邊障礙物的位置關(guān)系及距離感的輸出圖像后、將該輸出圖像向駕駛者提示。“處理對(duì)象圖像”是作為基于輸入圖像生成的圖像變換處理(例如，標(biāo)度變換、仿射變換、畸變變換、視點(diǎn)變換處理)的對(duì)象的圖像。例如，有在圖像變換處理中使用由從上方對(duì)地表進(jìn)行攝像的照相機(jī)帶來(lái)的輸入圖像、即通過(guò)其較廣的像角包含水平方向的圖像(例如是空的部分)的輸入圖像的情況。在這樣的情況下，將該輸入圖像投影到規(guī)定的空間模型中，以使該水平方向的圖像不會(huì)被不自然地顯示(例如使得不會(huì)將空的部分作為處于地表的部分處理)。并且，通過(guò)將投影在空間模型中的投影圖像再投影到別的二維平面中，能夠得到適合于圖像變換處理的圖像。另外，處理對(duì)象圖像也可以不實(shí)施圖像變換處理而原樣作為輸出圖像使用。“空間模型”是輸入圖像的投影對(duì)象，至少包括作為處理對(duì)象圖像所處的平面的處理對(duì)象圖像平面以外的平面或曲面(例如與處理對(duì)象圖像平面平行的平面、或與處理對(duì)象圖像平面之間形成角度的平面或曲面)。另外，圖像生成裝置100也可以不生成處理對(duì)象圖像，而通過(guò)對(duì)投影在該空間模型中的投影圖像實(shí)施圖像變換處理來(lái)生成輸出圖像。此外，投影圖像也可以不實(shí)施圖像變換處理而原樣作為輸出圖像使用。圖3A、圖3B是表不將輸入圖像投影的空間模型MD的一例的圖。圖3A表不從側(cè)方觀察挖掘機(jī)60時(shí)的挖掘機(jī)60與空間模型MD之間的關(guān)系，圖3B表示從上方觀察挖掘機(jī)60時(shí)的挖掘機(jī)60與空間模型MD之間的關(guān)系。
如圖3A、圖3B所示，空間模型MD具有半圓筒形狀。半圓筒形狀的底面內(nèi)部包括平面區(qū)域Rl,側(cè)面內(nèi)部包括曲面區(qū)域R2。圖4是表示空間模型MD與處理對(duì)象圖像平面之間的關(guān)系的一例的圖。在圖4中，處理對(duì)象圖像平面R3例如是包括空間模型MD的平面區(qū)域Rl的平面。另外，在圖4中，為了明確化，使空間模型MD與圖3所示那樣的半圓筒形狀不同、用圓筒形狀表示，但空間模型MD是半圓筒形狀及圓筒形狀的哪種都可以。這在以后的圖中也是同樣的。此外，處理對(duì)象圖像平面R3如上述那樣，也可以是包括空間模型MD的平面區(qū)域Rl的圓形區(qū)域，也可以是不包括空間模型MD的平面區(qū)域Rl的環(huán)狀區(qū)域。接著，對(duì)控制部I具有的坐標(biāo)對(duì)應(yīng)建立部10及輸出圖像生成部11進(jìn)行說(shuō)明。坐標(biāo)對(duì)應(yīng)建立部10為了將照相機(jī)2攝像的輸入圖像所處的輸入圖像平面上的坐標(biāo)(也有稱作輸入坐標(biāo)的情況)、空間模型MD上的坐標(biāo)(也有稱作空間坐標(biāo)的情況)和處理對(duì)象圖像平面R3上的坐標(biāo)(也有稱作投影坐標(biāo)的情況)建立對(duì)應(yīng)而設(shè)置。例如，基于預(yù)先設(shè)定 的、或者經(jīng)由輸入部3輸入的照相機(jī)2的光學(xué)中心、焦點(diǎn)距離、CXD尺寸、光軸方向矢量、照相機(jī)水平方向矢量、射影方式等的關(guān)于照相機(jī)2的各種參數(shù)、和預(yù)先決定的輸入圖像平面、空間模型MD及處理對(duì)象圖像平面R3的相互的位置關(guān)系，將輸入圖像平面上的坐標(biāo)、空間模型MD上的坐標(biāo)和處理對(duì)象圖像平面R3上的坐標(biāo)建立對(duì)應(yīng)。將這些對(duì)應(yīng)關(guān)系保存到存儲(chǔ)部4的輸入圖像一空間模型對(duì)應(yīng)映射表40及空間模型一處理對(duì)象圖像對(duì)應(yīng)映射表41中。另外，坐標(biāo)對(duì)應(yīng)建立部10在不生成處理對(duì)象圖像的情況下，將空間模型MD上的坐標(biāo)與處理對(duì)象圖像平面R3上的坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)建立、以及該對(duì)應(yīng)關(guān)系的向空間模型一處理對(duì)象圖像對(duì)應(yīng)映射表41的保存省略。輸出圖像生成部11是用來(lái)生成輸出圖像的機(jī)構(gòu)。輸出圖像生成部11例如通過(guò)對(duì)處理對(duì)象圖像實(shí)施標(biāo)度變換、仿射變換或畸變變換，將處理對(duì)象圖像平面R3上的坐標(biāo)與輸出圖像所處的輸出圖像平面上的坐標(biāo)建立對(duì)應(yīng)。將對(duì)應(yīng)關(guān)系保存到存儲(chǔ)部4的處理對(duì)象圖像一輸出圖像對(duì)應(yīng)映射表42中。輸出圖像生成部11 一邊參照保存在坐標(biāo)對(duì)應(yīng)建立部10中的輸入圖像一空間模型對(duì)應(yīng)映射表40及空間模型一處理對(duì)象圖像對(duì)應(yīng)映射表41，一邊將輸出圖像中的各像素的值(例如亮度值、色調(diào)值、彩度值等)與輸入圖像中的各像素的值建立關(guān)聯(lián)而生成輸出圖像。此外，輸出圖像生成部11基于預(yù)先設(shè)定的、或者經(jīng)由輸入部3輸入的假想照相機(jī)的光學(xué)中心、焦點(diǎn)距離、CCD尺寸、光軸方向矢量、照相機(jī)水平方向矢量、射影方式等各種參數(shù)，將處理對(duì)象圖像平面R3上的坐標(biāo)與輸出圖像所處的輸出圖像平面上的坐標(biāo)建立對(duì)應(yīng)。將對(duì)應(yīng)關(guān)系存儲(chǔ)到存儲(chǔ)部4的處理對(duì)象圖像一輸出圖像對(duì)應(yīng)映射表42中。并且，輸出圖像生成部11 一邊參照保存在坐標(biāo)對(duì)應(yīng)建立部10中的輸入圖像一空間模型對(duì)應(yīng)映射表40及空間模型一處理對(duì)象圖像對(duì)應(yīng)映射表41，一邊將輸出圖像中的各像素的值(例如亮度值、色調(diào)值、彩度值等)與輸入圖像中的各像素的值建立關(guān)聯(lián)而生成輸出圖像。另外，輸出圖像生成部11也可以不使用假想照相機(jī)的概念，而將處理對(duì)象圖像的標(biāo)度變更來(lái)生成輸出圖像。此外，輸出圖像生成部11在不生成處理對(duì)象圖像的情況下，根據(jù)實(shí)施的圖像變換處理將空間模型MD上的坐標(biāo)與輸出圖像平面上的坐標(biāo)建立對(duì)應(yīng)。并且，輸出圖像生成部11一邊參照輸入圖像一空間模型對(duì)應(yīng)映射表40，一邊將輸出圖像中的各像素的值(例如亮度值、色調(diào)值、彩度值等)與輸入圖像中的各像素的值建立關(guān)聯(lián)而生成輸出圖像。在此情況下，輸出圖像生成機(jī)構(gòu)11將處理對(duì)象圖像平面R3上的坐標(biāo)與輸出圖像平面上的坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)建立、以及該對(duì)應(yīng)關(guān)系的向處理對(duì)象圖像一輸出圖像對(duì)應(yīng)映射表42的保存省略。接著，對(duì)由坐標(biāo)對(duì)應(yīng)建立部10及輸出圖像生成部11進(jìn)行的處理的一例進(jìn)行說(shuō)明。坐標(biāo)對(duì)應(yīng)建立部10例如可以使用哈密爾頓的四元數(shù)將輸入圖像平面上的輸入坐標(biāo)與空間模型上的空間坐標(biāo)建立對(duì)應(yīng)。圖5是用來(lái)說(shuō)明將輸入圖像平面上的坐標(biāo)與空間模型上的坐標(biāo)建立對(duì)應(yīng)的圖。將照相機(jī)2的輸入圖像平面表不為以照相機(jī)2的光學(xué)中心C為原點(diǎn)的UVW正交坐標(biāo)系的一平面，將空間模型表示為XYZ正交坐標(biāo)系的立體面。首先，坐標(biāo)對(duì)應(yīng)建立部10為了將空間模型上的坐標(biāo)(XYZ坐標(biāo)系上的坐標(biāo))變換為輸入圖像平面上的坐標(biāo)(UVW坐標(biāo)系上的坐標(biāo))，在使XYZ坐標(biāo)系的原點(diǎn)平移到光學(xué)中心C (UVff坐標(biāo)系的原點(diǎn))后，使XYZ坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)，以使X軸與U軸一致、Y軸與V軸一致、Z軸 與-W軸分別一致。這里，符號(hào)意味著方向相反。這是因?yàn)閁VW坐標(biāo)系將照相機(jī)前方作為+W方向、XYZ坐標(biāo)系將鉛直下方作為-Z方向。在存在多個(gè)照相機(jī)2的情況下，照相機(jī)2分別具有各自的UVW坐標(biāo)系。由此，坐標(biāo)對(duì)應(yīng)建立部10使XYZ坐標(biāo)系相對(duì)于多個(gè)UVW坐標(biāo)系分別平移且旋轉(zhuǎn)。上述變換通過(guò)使XYZ坐標(biāo)系平移以使照相機(jī)2的光學(xué)中心C成為XYZ坐標(biāo)系的原點(diǎn)后、旋轉(zhuǎn)以使Z軸與-W軸一致、再旋轉(zhuǎn)以使X軸與U軸一致來(lái)實(shí)現(xiàn)。因而，坐標(biāo)對(duì)應(yīng)建立部10通過(guò)將該變換用哈密爾頓的四元數(shù)記述，將這兩次的旋轉(zhuǎn)匯總為一次旋轉(zhuǎn)運(yùn)算。用來(lái)使某個(gè)矢量A與別的矢量B —致的旋轉(zhuǎn)相當(dāng)于以矢量A和矢量B展開(kāi)的面的法線為軸、旋轉(zhuǎn)矢量A與矢量B形成的角度的處理。如果設(shè)旋轉(zhuǎn)的角度為Θ，則由矢量A與矢量B的內(nèi)積將角度Θ如以下這樣表示。[數(shù)式I]
/ \ n _/[ A * BV = COS I-
I M ^ y此外，矢量A和矢量B展開(kāi)的面的法線的單位矢量N由矢量A與矢量B的外積如以下這樣表示。[數(shù)式2]
AxBJV=-—
A\B sinu另外，四元數(shù)是在設(shè)i，j，k分別為虛數(shù)單位的情況下、滿足以下的條件的超復(fù)數(shù)。[數(shù)式3]ii=jj=kk=ijk=_l在本實(shí)施例中，四元數(shù)Q設(shè)實(shí)成分為t，設(shè)純虛成分為a，b，C，如以下這樣表示。[數(shù)式4]Q= (t ；a, b, c) =t+ai+bj+ck因而，四元數(shù)Q的共軛四元數(shù)如以下這樣表示。
[數(shù)式5]Q*= (t ;_a, _b, _c) =t-ai_bj_ck四元數(shù)Q可以在設(shè)實(shí)成分t為0 (零)的同時(shí)、用純虛成分a，b，c表現(xiàn)三維矢量(a, b, C)。此外,還可以通過(guò)t, a, b, c的各成分表現(xiàn)以任意的矢量為軸的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。進(jìn)而，四元數(shù)Q可以將連續(xù)的多次的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作綜合而表現(xiàn)為一次的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。例如，使任意的點(diǎn)S (sx, sy, sz) —邊以任意的單位矢量C (I,m,η)為軸一邊旋轉(zhuǎn)角度Θ時(shí)的點(diǎn)D (ex, ey, ez)可以如以下這樣表現(xiàn)。[數(shù)式6]D= (O ；ex, ey, ez) =QSQ*其中，
權(quán)利要求
1.一種圖像生成裝置，基于安裝在能夠進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作的被操作體上的攝像部攝像而得到的輸入圖像來(lái)生成輸出圖像，其特征在于， 具備 坐標(biāo)對(duì)應(yīng)建立部，將具有中心軸的柱狀的空間模型中的坐標(biāo)與上述輸入圖像所處的輸入圖像平面中的坐標(biāo)建立對(duì)應(yīng)，其中，所述空間模型是以包圍上述被操作體的方式配置的空間模型；和 輸出圖像生成部，經(jīng)由上述柱狀的空間模型中的坐標(biāo)，將上述輸入圖像平面中的坐標(biāo)的值與上述輸出圖像所處的輸出圖像平面中的坐標(biāo)的值建立對(duì)應(yīng)而生成上述輸出圖像； 上述柱狀的空間模型配置為，使上述攝像部的光軸與上述柱狀的空間模型的中心軸交叉。
2.如權(quán)利要求I所述的圖像生成裝置，其特征在于， 設(shè)有多個(gè)上述攝像部； 上述柱狀的空間模型配置為，使將上述攝像部的各自的光軸向垂直于上述中心軸的一平面投影的成分分別在上述柱狀的空間模型的中心軸上的一點(diǎn)處交叉。
3.如權(quán)利要求2所述的圖像生成裝置，其特征在于， 上述柱狀的空間模型配置為，使從上述攝像部的各自的光學(xué)中心向上述柱狀的空間模型的中心軸引下的垂線分別相互垂直。
4.如權(quán)利要求I所述的圖像生成裝置，其特征在于， 還具有將通過(guò)上述坐標(biāo)對(duì)應(yīng)建立部的對(duì)應(yīng)建立而得到的對(duì)應(yīng)關(guān)系信息作為映射信息保存的存儲(chǔ)部。
5.如權(quán)利要求I所述的圖像生成裝置，其特征在于， 上述坐標(biāo)對(duì)應(yīng)建立部將作為圖像變換處理的對(duì)象的處理對(duì)象圖像所處的處理對(duì)象圖像平面中的坐標(biāo)、與上述柱狀的空間模型中的坐標(biāo)建立對(duì)應(yīng)； 上述輸出圖像生成部經(jīng)由上述處理對(duì)象圖像平面中的坐標(biāo)和上述柱狀的空間模型中的坐標(biāo)，將上述輸入圖像平面中的坐標(biāo)的值與上述輸出圖像平面中的坐標(biāo)的值建立對(duì)應(yīng)而生成上述輸出圖像。
6.如權(quán)利要求I所述的圖像生成裝置，其特征在于， 將上述輸出圖像修剪為圓形而生成，以使該圓形的中心在上述柱狀的空間模型的中心軸上、并且在上述被操作體的回轉(zhuǎn)軸上。
7.一種圖像生成裝置，基于安裝在能夠進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作的被操作體上的多個(gè)攝像部攝像而得到的輸入圖像來(lái)生成輸出圖像，其特征在于， 具備 坐標(biāo)對(duì)應(yīng)建立部，將具有中心軸的柱狀的空間模型中的坐標(biāo)與上述輸入圖像所處的輸入圖像平面中的坐標(biāo)建立對(duì)應(yīng)，其中，所述空間模型是以包圍上述被操作體的方式配置的空間模型；和 輸出圖像生成部，經(jīng)由上述柱狀的空間模型中的坐標(biāo)，將上述輸入圖像平面中的坐標(biāo)的值與上述輸出圖像所處的輸出圖像平面中的坐標(biāo)的值建立對(duì)應(yīng)而生成上述輸出圖像； 上述柱狀的空間模型配置為，使從上述多個(gè)攝像部的各自的光學(xué)中心向上述柱狀的空間模型的中心軸引下的垂線分別相互垂直。
8.如權(quán)利要求7所述的圖像生成裝置，其特征在于， 上述坐標(biāo)對(duì)應(yīng)建立部將作為圖像變換處理的對(duì)象的處理對(duì)象圖像所處的處理對(duì)象圖像平面中的坐標(biāo)、與上述柱狀的空間模型中的坐標(biāo)建立對(duì)應(yīng)； 上述輸出圖像生成部經(jīng)由上述處理對(duì)象圖像平面中的坐標(biāo)和上述柱狀的空間模型中的坐標(biāo)，將上述輸入圖像平面中的坐標(biāo)的值與上述輸出圖像平面中的坐標(biāo)的值建立對(duì)應(yīng)而生成上述輸出圖像。
9.如權(quán)利要求7所述的圖像生成裝置，其特征在于， 將上述輸出圖像修剪為圓形而生成，以使該圓形的中心在上述柱狀的空間模型的中心軸上、并且在上述被操作體的回轉(zhuǎn)軸上。
10.如權(quán)利要求7所述的圖像生成裝置，其特征在于， 還具有將通過(guò)上述坐標(biāo)對(duì)應(yīng)建立部的對(duì)應(yīng)建立而得到的對(duì)應(yīng)關(guān)系信息作為映射信息保存的存儲(chǔ)部。
11.一種操作支持系統(tǒng)，支持被操作體的移動(dòng)或操作，其特征在于，具備 權(quán)利要求I所述的圖像生成裝置；和 將該圖像生成裝置生成的輸出圖像進(jìn)行顯示的顯示部。
12.如權(quán)利要求11所述的操作支持系統(tǒng)，其特征在于， 上述顯示部設(shè)置在用來(lái)移動(dòng)或操作上述被操作體的操作室中。
13.一種操作支持系統(tǒng)，支持被操作體的移動(dòng)或操作，其特征在于，具備 權(quán)利要求7所述的圖像生成裝置；和 將該圖像生成裝置生成的輸出圖像進(jìn)行顯示的顯示部。
14.如權(quán)利要求13所述的操作支持系統(tǒng)，其特征在于， 上述顯示部設(shè)置在用來(lái)移動(dòng)或操作上述被操作體的操作室中。
全文摘要
圖像生成裝置(100)基于安裝在能夠進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作的被操作體(60)上的攝像部(2)攝像而得到的輸入圖像來(lái)生成輸出圖像。坐標(biāo)對(duì)應(yīng)建立部(10)以包圍被操作體的方式配置，將具有中心軸的柱狀的空間模型(MD)中的坐標(biāo)、與輸入圖像所處的輸入圖像平面(R4)中的坐標(biāo)建立對(duì)應(yīng)。輸出圖像生成部(11)經(jīng)由柱狀的空間模型中的坐標(biāo)，將輸入圖像平面(R4)中的坐標(biāo)的值與輸出圖像所處的輸出圖像平面(R5)中的坐標(biāo)的值建立對(duì)應(yīng)，生成輸出圖像。柱狀的空間模型(MD)配置為，使攝像部(2)的光軸與柱狀的空間模型(MD)的中心軸交叉。
文檔編號(hào)B60R1/00GK102792686SQ20118001340
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月12日
發(fā)明者清田芳永 申請(qǐng)人:住友重機(jī)械工業(yè)株式會(huì)社