-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Gebiet der
Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein transparentes Kamerakalibrierungswerkzeug,
das bei der Kamerakalibrierung von Computer-Vision zum Schätzen der
Parameter von sechs Freiheitsgraden (äußerliche Parameter) für die Position
und Orientierung einer Kamera und von Parametern (innere Parameter),
wie z.B. die Bildmittefunktion und die Linsenverzerrungskoeffizienten,
die kameraspezifische Eigenschaften sind, verwendet wird.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft auch ein geometrisches Kalibrierungsverfahren,
bei welchem das transparente Kamerakalibrierungswerkzeug verwendet
wird.
-
Bei
der Computer-Vision ist die Schätzung äußerlicher
Parameter, welche die Beziehung zwischen einem Kamerakoordinatensystem
und einem Weltkoordinatensystem ausdrücken, und innerer Parameter,
welche die Beziehung zwischen einem Bildkoordinatensystem und dem
Kamerakoordinatensystem ausdrücken, unentbehrlich.
Es ist schwierig, die Position und Orientierung einer Kamera auf
der Grundlage von Kameraspezifikationen, Anbringungspositionsinformationen
usw. zu ermitteln und die Brennweite aus der Linsenkalibrierung
usw. zu bestimmen, wenn die Genauigkeit bei einem wirklichen Betrieb
fehlt, und deshalb wird allgemein eine Kamerakalibrierung ausgeführt, welche
die Abbildung eines Kalibrierungswerkzeugs, dessen Größe schon
einmal bekannt ist, und die Schätzung
der Parameter für
die Kameraposition und -orientierung auf der Grundlage dieses Bildes
zur Folge hat. 20 zeigt
schematisch ein Kameraka librierungsverfahren, das ein herkömmliches
Kalibrierungswerkzeug benutzt. Zuerst wird ein Kalibrierungswerkzeug
nahe am Objekt angeordnet und mittels der Kamera als eine Vorbehandlung
zur Bildaufnahme abgebildet, wie oben rechts gezeigt ist, woraufhin
ein Bild des Kalibrierungswerkzeugs, wie in der Mitte rechts gezeigt
ist, erhalten und analysiert wird und die äußerlichen und inneren Parameter
der Kamera berechnet und gespeichert werden. Es wird eine Prozedur
angenommen, bei der das Kalibrierungswerkzeug eine gewisse Zeit
danach zurückgezogen
wird und das Objekt, wie oben links gezeigt, aufgenommen wird, um
ein beobachtetes Bild des Objekts zu erhalten, woraufhin eine dreidimensionale
Analyse des beobachteten Bildes auf der Grundlage der vorherigen äußerlichen und
inneren Kameraparameter ausgeführt
wird. Weil eine Analyse des beobachteten Bildes auf der Grundlage der
aus dem Kalibrierungswerkzeug derart erhaltenen äußerlichen und inneren Kameraparameter
ausgeführt wird,
können
die Position und Orientierung der Kamera und deren Brennweite usw.
im Anschluss an die Kalibrierung nicht geändert werden.
-
Bei
dem Verfahren, das in der offengelegten Japanischen Patentanmeldung
Nr. H8-86613 "Stereo
camera calibration device" (2.
April 1996). offenbart ist, ist ein perforiertes Brett c vorgesehen,
das durch Bildung einer Vielzahl von Löchern b auf der Oberseite einer
Platte a, wie in 19 gezeigt,
entsteht, und Kalibrierungsstangen d aus Stabmaterial sind zufällig in
optionalen Positionen der Menge von Löchern im perforierten Brett
c angebracht. Die Oberseite der Platte a ist schwarz beschichtet,
die Oberseite des perforierten Bretts c ist grau beschichtet und
die Spitzen der Kalibrierungsstangen d sind weiß beschichtet. Außerdem sind
die Längen
der Kalibrierungsstangen d zufällig
festgesetzt. Zwei Kameras (eine linke Kamera und eine rechte Kamera)
e und f sind oben auf einem Kalibrierungstisch schielend angeordnet,
so dass sich die optischen Achsen der linken Kamera e und der rechten
Kamera f grob an einem gewissen Punkt auf dem Kalibrierungstisch schneiden.
Ein Bild der Oberseite des Kalibrierungstisches wird von der linken
Kamera e und der rechten Kamera f aufgenommen. Die von der linken
Kamera e und der rechten Kamera f aufgenommenen Bilder werden einer
Koordinatenschaltung eingegeben, und es werden durch die Koordinatenschaltung
Koordinaten auf der Grundlage der Abschattung der Bilder erstellt.
Die Informationen der Koordinatenschaltung werden dann einer dreidimensionalen
Positionsverarbeitungsschaltung eingegeben und Kalibrierungsparameter,
die durch eine Kalibrierungsparameter-Verarbeitungsschaltung geschätzt werden,
werden der dreidimensionalen Positionsverarbeitungsschaltung zugeführt. Die
dreidimensionale Positionsverarbeitungsschaltung ermittelt eine
dreidimensionale Position eines projizierten Punktes auf der Grundlage
der Informationen der Koordinatenschaltung und der Kalibrierungsparameter.
Dieses Verfahren ist im Fall der Bildaufnahme eines stationären Objekts günstig, erfordert
aber eine Vorrichtung zum genauen Bewegen der Kamera, um ein sich
bewegendes Bild einer Person oder dergleichen mittels einer Kamera
zu verfolgen. Weil das Kalibrierungswerkzeug angebracht und zurückgezogen
wird, gibt es auch das Problem, dass dasselbe für eine Anwendung im Freien
oder dergleichen nicht geeignet ist.
-
Darüber hinaus
ist auch ein Korrekturverfahren für einen Fall, bei dem ein sich
bewegendes Objekt verfolgt wird, in der offengelegten Japanischen
Patentanmeldung Nr. H5-241626 ("Detected
Position Correction method",
veröffentlicht
am 21. September 1993) dargestellt. Wenn die Einzelheiten der offengelegten
Japanischen Patentanmeldung Nr. H5-241626 durchgesehen werden, so
werden die Kalibrierungsdaten (CDA), die mittels Kalibrierung in
einer Position A vor Bewegen der Kamera erhalten werden, und die
Kalibrierungsdaten (CDB) in einer Position B, nachdem die Kamera
mittels einer Berechnung aus Bewegungsbetragsdaten (CM) für die Position
und Orientierung der Kamera bewegt worden ist, mit dem Zweck des
Detektierens der Position des Ziels in jeder Position und des Detektierens
der Position des Ziels über
einen weiten Bereich durch einfaches einmaliges Ausführen einer
Kalibrierung in einer optionalen Position ermittelt. Als nächstes wird
die Position des Ziels aus diesen Kalibrierungsdaten (CDB) und aus
den Abbildungsdaten (CM) für
das Ziel in Position B der Kamera ermittelt. Diese Technik bringt
das Erstellen einer Korrelation der Koordinaten des Ziels und den
Koordinaten der Kamera mit sich, auch wenn die Kamera bewegt wird,
wenn die Kalibrierung einmal ausgeführt worden ist. Jedoch ist
die Genauigkeit dieser Korrelation nur an den Genauigkeitsgrad der Bewegungsbetragsdaten
(CM) für
die Position und Orientierung der Kamera geknüpft. Deswegen muss ein hochgenauer
Antriebsmechanismus vorgesehen werden. Dies bringt auch den grundsätzlichen
Nachteil mit sich, dass sich Fehler mit jeder aufeinanderfolgenden
Bewegung akkumulieren.
-
ABRISS DER
ERFINDUNG
-
Ein
Problem, das die vorliegende Erfindung lösen soll, besteht darin, ein
Kamerakalibrierungsverfahren vorzusehen, das nicht die Arbeit erfordert,
die das Anbringen und Zurückziehen
eines Kalibrierungswerkzeugs als Vorprozess mit sich bringt, und
das, sogar wenn die Position und Orientierung der Kamera und deren Brennweite
geändert
werden, ein Bildaufnehmen erlaubt, das durch genaues Kalibrieren
der Kameraparameter entsprechend den Änderungen in der Position und
Orientierung der Kamera und deren Brennweite ausgeführt werden
soll.
-
Überdies
wird eine Technologie zum Handhaben der betreffenden Kameraparameter
einer Vielzahl von Kameras geschaffen, die getrennt in großen Abständen angeordnet
sind.
-
Das
Kalibrierungswerkzeug nach der vorliegenden Erfindung ist ein durchsichtiges
Kamerakalibrierungswerkzeug, bei dem eine Vielzahl von Indikatorpunkten
räumlich
verteilt und fest ist. Die Indikatorpunkte sind als eine Gruppe
von Schnittpunkten dünner
Drähte
ausgebildet, die dadurch entstehen, dass sich eine Vielzahl von
Gruppen paralleler dünner
Drähte
zu einem Rahmen in verschiedenen Richtungen erstreckt. Die Indikatorgruppen
sind in wenigstens zwei Sätzen
in einer nicht-koplanaren Beziehung angeordnet. Alternativ sind
die Indikatorgruppen durch Verteilen unterscheidbarer, sehr kleiner
Teilchen in einem transparenten Rohmaterial oder durch Markierungen
oder dergleichen in der Oberfläche
des Rohmaterials verkörpert. Überdies können die
Indikatorpunkte mittels einer Kombination einer durchsichtigen Platte,
auf der ein fluoreszierendes Material angeordnet ist, und einer
Lichtquelle, die einen Anregungsstrahl ausstrahlt, verkörpert werden.
Des weiteren wird ein Kalibrierungswerkzeug nach zusammengesetzter
Art vorgeschlagen, bei dem ein transparentes Kalibrierungswerkzeug,
das eine Kombination einer transparenten Platte, auf der fluoreszierendes
Material angeordnet ist, und eine einen Anregungsstrahl ausstrahlende
Lichtquelle umfasst, und ein weiteres transparentes Kalibrierungswerkzeug
in einem Zustand integriert sind, in dem die relativen Positionen
fest sind.
-
Das
Kamerakalibrierungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung umfasst
folgende Schritte:
Anbringen eines Kamerakalibrierungswerkzeugs,
bei dem eine Vielzahl von Indikatorpunkten in einer Position nahe
der Vor derseite der Kamera in einem stationären Zustand in einem Weltkoordinatensystem
räumlich
verteilt und fest ist, und, als eine Vorbehandlung zum Abbilden
eines Objekts, Abbilden der Vielzahl der Indikatorpunkte durch Einstellen
des Linsenbrennpunktes im Nahbereich und des Schätzens der äußerlichen und inneren Parameter
der Kamera aus dem entsprechenden Bild.
-
Das
Kamerakalibrierungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung erstellt:
eine Vielzahl von Indikatorpunkten als Markierungen, die mittels
eines spezifizierten Farbfilters unterscheidbar sind, und schätzt die äußerlichen
und inneren Parameter einer Kamera aus einem Bild, das durch Überlagern
eines beobachteten Bildes und der Indikatorpunkte entsteht. Darüber hinaus
umfasst die Kamera des weiteren ein Umschaltfilter, das fähig ist,
eine spezifizierte Farbe der Markierungen zu übertragen oder zu sperren,
wobei die Vielzahl von Indikatorpunkten abgebildet wird und die äußerlichen
und inneren Parameter der Kamera aus dem Bild geschätzt werden.
-
Vorgeschlagene
Kalibrierungsverfahren in Fällen,
bei denen eine Brennpunkteinstellung erforderlich ist, welche das
transparente Kamerakalibrierungswerkzeug nach der vorliegenden Erfindung
verwendet, enthalten eine Ausführung,
bei der das beobachtete Bild und das Bild zur Kalibrierung durch
Einstellen des Brennpunktes einer Kamera erhalten werden, eine Ausführung, bei
der das beobachtete Bild durch eine der beiden Kameras aufgenommen
wird, deren Positionsbeziehung bereits bekannt ist, während das
Bild zur Kalibrierung durch die andere Kamera aufgenommen wird,
und eine Ausführung,
bei der eine Multifokus-Kamera benutzt wird, deren Brennpunkt auf
ein entferntes Objekt und auf ein transparentes Kamerakalibrierungswerkzeug
eingestellt ist, in dem eine Vielzahl von Indikatorpunkten in einer
Nahposition räumlich
verteilt und fest ist, und bei der die Position und Orientierung
der Ka mera durch Erhalten des beobachteten Bildes mittels einer
Kamera und das Bild zur Kalibrierung mittels der anderen Kamera
analysiert werden. Darüber
hinaus wird auch eine Ausführung
vorgestellt, bei der eine Multifokus-Kamera verwendet wird, die
eine Zoom-Funktion hat, und die Brennweite usw. werden aus dem Bild
zur Kalibrierung entsprechend der Änderung im Zoom analysiert.
-
Das
Kamerakalibrierungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung schlägt eine
Ausführung
vor, bei der ein Lichtstrahl auf eine transparente Platte ausgestrahlt
wird und Indikatoren mittels gestreuter Reflexion auf der Oberfläche der
transparenten Platte dargestellt werden oder Indikatoren durch Anordnen
fluoresszierenden Materials auf der transparenten Platte und Betreiben
des Lichtstrahls als Anregungsstrahl dargestellt werden.
-
Das
Stereokamerakalibrierungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
umfasst das Anordnen eines transparenten Kamerakalibrierungswerkzeugs
vor zwei Kameras, die in verschiedenen Positionen in jeweiligen
positionsmäßigen Beziehungen
angeordnet sind, die in einem Weltkoordinatensystem bereits bekannt
sind, und dann das Analysieren der Parameter der beiden Kameras
aus dem Indikatorbild des transparenten Kamerakalibrierungswerkzeugs.
-
Des
weiteren umfasst das Stereokamerakalibrierungsverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung das Anordnen eines zusammengesetzten Kalibrierungswerkzeugs
in einem stationären
Zustand in einem Weltkoordinatensystem. Dieses zusammengesetzte
Kalibrierungswerkzeug wird durch Kombinieren eines transparenten
Kamerakalibrierungswerkzeugs, bei dem eine Vielzahl von räumlich verteilten
und festen Indikatorpunkten mittels einer transparenten Platte,
auf deren Oberfläche
ein fluoreszieren des Material angeordnet ist, und einer einen Anregungsstrahl
ausstrahlenden Lichtquelle gebildet wird, und eines anderen transparenten
Kamerakalibrierungswerkzeugs vor zwei in verschiedenen Positionen
angeordneten Kameras erzeugt. Dieses Stereokamerakalibrierungsverfahren
umfasst dann außerdem
das Analysieren der Parameter der beiden Kameras aus einem aufgenommenen
Bild von Punkten, an denen sich vier oder mehr durch eine Lichtquelle
ausgestrahlte Lichtstrahlen und die transparente Platte schneiden,
und aus einem Indikatorbild des anderen transparenten Kamerakalibrierungswerkzeugs.
-
Das
Kamerakalibrierungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung umfasst
das Anbringen eines transparenten Kamerakalibrierungswerkzeugs,
bei dem eine Vielzahl von Indikatorpunkten räumlich verteilt und fest ist,
in einer Position nahe vor der Vorderseite der Kamera in einem stationären Zustand
in einem Weltkoordinatensystem und das Aufnehmen eines von einem
Objekt erfassten Bildes und eines von Kalibrierungsindikatorpunkten
erfassten Bildes zur Kalibrierung, um die Kamerakalibrierung auszuführen. Weil,
wenn das Bild zur Kalibrierung fotografiert wird, eine geeignete
Nutzung des Brennpunkt- und Farbbandes verwendet wird, bildet das
Vorhandensein des Kalibrierungswerkzeugs keine Art von Hindernis
zum Bild und muss deshalb nicht zurückgezogen werden. Sogar wenn
die Position oder Orientierung der Kamera oder deren Brennweite
geändert
wird, kann das Bild zur Kalibrierung einfach jedes Mal erhalten
werden, wenn solch eine Änderung
auftritt, und die äußerlichen
und inneren Parameter der Kamera können aus einem neu aufgenommenen Bild
zur Kalibrierung genau kalibriert werden. Demgemäß kann sogar im Fall eines
sich bewegenden Objekts eine Bildmessung ausgeführt werden, während die
Bildaufnahme und Kalibrierung wechselweise ausgeführt werden
und während
es der Kamera erlaubt ist, das Objekt zu verfolgen oder zu vergrößern.
-
Des
weiteren wird dies, sogar wenn das Kalibrierungsmuster verblieben
ist, nicht als Problem im Hinblick auf Position des Kalibrierungsmusters
und Benutzungszweck usw. betrachtet. In einem Fall dieser Art werden
ein sechzigstes beobachtetes Bild und Bild zur Kalibrierung nicht
aufgenommen. Dafür
kann die Kalibrierung mittels einer Fotografie beendet werden.
-
Die
Möglichkeit
eines Kalibrierungsverfahrens, das ein herkömmliches, bei Stereovision
und Bildmosaiktechnologien usw. nützliches Kalibrierungswerkzeug
verwendet, dessen zeitverbrauchende Anwendung bei der Kalibrierung
kompliziert ist, nimmt zu.
-
Wenn
des weiteren ein zusammengesetztes Kalibrierungswerkzeug verwendet
wird, das ein transparentes Kalibrierungswerkzeug, das eine Kombination
einer transparenten Platte, auf der ein fluoreszierendes Material
angeordnet ist, und eine einen Anregungsstrahl ausstrahlende Lichtquelle
umfasst, und ein anderes solches Kalibrierungswerkzeug in einem
Zustand integriert, in welchem relative Positionen fest sind, und
die Punkte, an denen sich vier oder mehr durch eine Lichtquelle
ausgestrahlte. Lichtstrahlen und ein Plattenwerkzeug schneiden,
als Indikatoren erstellt werden, können die relative Position
und Orientierung der beiden Seiten der Platte sogar detektiert werden,
wenn der Abstand zwischen den Stereokameras groß ist. Deswegen kann eine Stereovision
eines entfernten Objekts feinfühlig
ausgeführt
werden. Überdies
ermöglichen
die Platzierung einer transparenten Platte, auf der ein fluoreszierendes
Material angeordnet ist, vor einer Vielzahl von in verschiedenen
Positionen angeordneten Kameras, die Kombination und Anordnung von
vier oder mehr von einer Lichtquelle ausgestrahlten Anregungslichtstrahlen,
so dass die Lichtstrahlen wenigstens ein weiteres Plattenwerkzeug
schnei den, und die Analyse der Kameraparameter aus dem aufgenommenen
Bild der Schnittpunkte und dem Indikatorbild des anderen transparenter
Kamerakalibrierungswerkzeugs das Erfassen einer Vielzahl von Kamera-Positions-/Orientierungsbeziehungen
und deswegen kann eine hochgenaue Realisierung einer Mehrfachansicht-Stereovision
eines großen
Raumes, z.B. eines Baseballfeldes, eines Fußballplatzes, eines Flughafens
oder dergleichen äußerst akkurat
ausgeführt
werden.
-
Das
Kalibrierungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung ist fähig, Änderungen
in der Kameraposition und -orientierung zu erfassen, die sich aus
altersbedingten, durch Vibrationen usw. verursachten Verschlechterungen
ergeben, und kann daher mit einer Zunahme an Zuverlässigkeit
verbunden werden. Weil das Kalibrierungswerkzeug im Anschluss an
die Kalibrierung entfernt wird, ist es darüber hinaus bei einem herkömmlichen
Kalibrierungsverfahren schwierig, die Orientierung und Position
des Ursprungs in einem Weltkoordinatensystem zu spezifizieren, was
ein Hindernis für
eine praktische Anwendung ist. Die Technik der vorliegenden Erfindung
bietet jedoch den Vorteil, dass es in der Lage ist, ein Weltkoordinatensystem,
das durch das transparente Kamerakalibrierungswerkzeug dargestellt
wird, klar zu spezifizieren. Die Technik der vorliegenden Erfindung
kann auch leicht auf die Kalibrierung von Kameraparametern ausgelegt
werden, welche Änderungen
im Zoom begleitet, was herkömmlich
im Fall einer mit einem Zoom-Mechanismus ausgerüsteten Kamera eine Belastung
war.
-
Das
Kalibrierungswerkzeug nach der vorliegenden Erfindung ist ein transparentes
Kamerakalibrierungswerkzeug, das durch Anordnen von Indikatorgruppen
in wenigstens zwei Sätzen
in einer nicht-koplanaren Beziehung entsteht, wobei die Indikatorgruppen
zum einen durch Bilden von Schnittpunkten dünner Drähte, die sich zu einem Rahmen
als eine Gruppe von Schnitt punkten dünner Drähte erstrecken, die dadurch
entstehen, dass sich eine Vielzahl von Gruppen paralleler dünner Drähte in verschiedenen
Richtungen erstrecken, und zum anderen durch räumliches Verteilen und Festlegen
einer Vielzahl von Indikatorpunkten entstehen, die durch Bilden
unterscheidbarer, sehr kleiner Teilchen in einem transparenten Rohmaterial
ausgeführt sind,
usw. Sogar wenn das Kalibrierungswerkzeug direkt vor der Kamera
angeordnet wird, stellt daher das Vorhandensein des Kalibrierungswerkzeugs,
wie auch immer, kein Hindernis dar, wenn das Objekt abgebildet wird,
und die Position der Indikatorpunkte kann auf dem Bild unterschieden
werden.
-
So
ist auch im Fall eines transparenten Kamerakalibrierungswerkzeugs,
bei dem eine Vielzahl von Indikatorpunkten mittels einer Kombination
einer transparenten Platte, die durch Anordnen eines unterscheidbaren
Farbfilters und fluoreszierenden Materials in einem transparenten
Rohmaterial entsteht, und einer Lichtquelle, die einen Anregungsstrahl
ausstrahlt, das transparente Kamerakalibrierungswerkzeug fähig zu arbeiten,
ohne ein Hindernis zum Zeitpunkt der Fotografie eines Objekts zu
sein, sogar wenn das Kalibrierungswerkzeug im Nahbereich angeordnet
ist, was Brennpunktunschärfe
hervorruft.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1 zeigt ein Beispiel des transparenten
Kamerakalibrierungswerkzeugs nach der vorliegenden Erfindung, bei
dem eine Gruppe von Schnittpunkten von sich zu einem Rahmen erstreckenden
Drähten
die Indikatorpunkte sind;
-
2 zeigt ein Beispiel des transparenten
Kamerakalibrierungswerkzeugs nach der vorliegenden Erfindung, bei
dem ein Kalibrierungsmuster einem transparenten Material als ein
Indikator hinzugefügt
wird;
-
3 zeigt
ein Beispiel des transparenten Kamerakalibrierungswerkzeugs nach
der vorliegenden Erfindung, bei dem ein Farbfilterindikator einem
transparenten Material hinzugefügt
wird;
-
4 stellt
ein Beispiel des transparenten Kamerakalibrierungswerkzeugs nach
der vorliegenden Erfindung dar, das in einem Stereo-Kamerasystem
verwendet wird;
-
5 stellt
ein Beispiel des transparenten Kamerakalibrierungswerkzeugs nach
der vorliegenden Erfindung dar, bei dem die Schnittpunkte zweier
transparenter Platten und einer Vielzahl von Lichtstrahlen als Indikatoren
dienen;
-
6 stellt
ein Analyseverfahren dar, das eine Ebenengleichung ableitet, die
vier gerade Linien und deren Schnittpunkte verwendet;
-
7 stellt
ein Verfahren zum Analysieren relativer Positionsbeziehungen jeder
Ebene aus den Positionen von drei oder mehr transparenten Platten
und den Schnittpunkten einer Vielzahl von Lichtstrahlen dar;
-
8 zeigt eine erste Ausführung des
transparenten Kamerakalibrierungswerkzeugs nach der vorliegenden
Erfindung;
-
9 stellt
eine erste Ausführung
des Kalibrierungsverfahrens nach der vorliegenden Erfindung dar, welche
das transparente Kamerakalibrierungswerkzeug und eine Kamera verwendet;
-
10 stellt
eine andere Ausführung
des Kalibrierungsverfahrens nach der vorliegenden Erfindung dar,
welche das transparente Kamerakalibrierungswerkzeug und zwei Kameras
verwendet;
-
11 stellt
noch eine andere Ausführung
des Kalibrierungsverfahrens nach der vorliegenden Erfindung dar,
welche das transparente Kamerakalibrierungswerkzeug und eine Multifokus-Kamera
verwendet;
-
12 stellt
die Analyse von Kameraparametern dar, die sich gemäß Änderungen
im Zoom mittels des Kalibrierungsverfahrens nach der vorliegenden
Erfindung ändern,
das die Multifokus-Kamera von 11 verwendet;
-
13 ist ein Szenenbild, bei dem das transparente
Kamerakalibrierungswerkzeug und ein Objekt angeordnet sind, um eine
Abbildung mittels zweier Kameras auszuführen, die Seite an Seite auf
einer Bühne
mit 6 Freiheitsgraden angeordnet sind;
-
14 ist ein Beispiel zur Abbildung eines
Bildes zur Kalibrierung und eines beobachteten Bildes, die in der
Szene von 13 aufgenommen werden;
-
15 stellt
ein Ausführungsbeispiel
eines Kalibrierungswerkzeugs, das durch Hinzufügen von Indikatoren zu einer
transparenten Platte mittels eines Farbfilters entsteht, sowie dessen
Kalibrierungsverfahren dar;
-
16 stellt einen Vergleich zwischen Bildern
dar, die durch Auswählen
des RGB-Signals der Kamera in einem Ausführungsbeispiel erhalten werden,
welches das Kalibrierungswerkzeug verwendet, das durch Hinzufügen von
In dikatoren zu einer transparenten Platte mittels eines Farbfilters
entsteht;
-
17 stellt
ein Ausführungsbeispiel
eines Stereokamerakalibrierungswerkzeugs, das in einem Flughafen
angebracht ist, sowie dessen Kalibrierungsverfahren dar;
-
18 ist
ein PnP-Problem-Diagramm, das Weltkoordinaten und Kamerakoordinaten
bei der Kamerakalibrierung zeigt;
-
19 zeigt
ein Beispiel eines herkömmlichen
Kalibrierungswerkzeugs; und
-
20 stellt
ein Kalibrierungsverfahren dar, das durch Verwendung eines herkömmlichen
Kalibrierungswerkzeugs ausgeführt
wird.
-
BESCHREIBUNG
BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGEN
-
Der
Kern des Problems bei der herkömmlichen
Kamerakalibrierung kann auf das Kalibrierungswerkzeug zurückgeführt werden.
Wenn das Kalibrierungswerkzeug immer dazu fähig wäre, innerhalb eines Bildes projiziert
zu werden, würden
die Probleme gelöst
werden. Jedoch ist dies infolge der bei einer Anbringung entstehenden
Arbeit und der Störbeeinflussungsprobleme
im Zusammenhang mit einem beobachteten Bild nicht realistisch. Das
grundsätzliche
Konzept nach der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Kalibrierungswerkzeug
vorzusehen, das fähig
ist, jederzeit und ohne störende
Beeinflussung im Zusammenhang mit einem beobachteten Bild projiziert
zu werden, und ein Verfahren zur Verwendung des Kalibrierungswerkzeugs
vorzuschlagen.
-
Die
vorliegende Erfindung versucht dieses Problem zu lösen, indem
ein transparentes Kamerakalibrierungswerkzeug vorgeschlagen wird.
Das transparente Kamerakalibrierungswerkzeug dieser Anmeldung bedeutet
ein Werkzeug, das fähig
ist, mittels der Kamera ein Objekt abzubilden, das gegenüber der
Kamera liegt, sogar wenn ein Kalibrierungswerkzeug zwischen der
Kamera und dem Objekt eingefügt
ist. Die vorliegende Erfindung nutzt die Merkmale eines transparenten
Kamerakalibrierungswerkzeugs und wird direkt vor der Kamera verwendet. Übliche Kameras
sind mit dem Problem der Brennpunkteinstellung konfrontiert. Wenn keine
Fokussierung stattfindet, tritt anstelle eines sich in der Bildebene
bildenden Bildes des Ziels Unschärfe auf.
Das transparente Kamerakalibrierungswerkzeug nach der vorliegenden
Erfindung verwendet die Merkmale der Kamera und, wenn im Nahbereich
eine Fokussierung ausgeführt
wird, ist das transparente Kamerakalibrierungswerkzeug, das direkt
vor der Kamera angebracht ist, fähig,
klare Gestalten aufzunehmen. Andererseits, wenn die Kamera auf ein
Objekt fokussiert, das ein entferntes Ziel ist, kann das Objektbild
aufgenommen werden, nachdem es durch das transparente Kamerakalibrierungswerkzeug übertragen
worden ist. Hier bildet das Kalibrierungswerkzeug kein Bild in der
Abbildungsfläche
infolge der Wirkungen optischer Unschärfe und die Bildqualität wird kaum
beeinträchtigt.
Das transparente Kamerakalibrierungswerkzeug ist deshalb vorteilhaft,
weil dasselbe nicht jedes Mal zurückgezogen werden muss, wenn
ein beobachtetes Bild aufgenommen wird, und erlaubt ein Bild, das
aufgenommen werden kann, ohne das transparente Kamerakalibrierungswerkzeug
zu bewegen. Darüber
hinaus kann, sogar wenn die Position und/oder Orientierung der Kamera
geändert werden,
solange ein durch Fokussierung auf das transparente Kamerakalibrierungswerkzeug
entstandenes Bild erfasst wird, eine Reaktion auf den Änderungsbetrag
zwischen dem Weltkoordinatensystem und dem Kamerakoordinatensystem
durch Analysieren des Bildes ausgeführt werden.
-
Darüber hinaus
offenbart die offengelegte Japanische Patentanmeldung Nr. H8-43026 "Calibration device
and program", veröffentlicht
am 16. Februar 1996, eine Kalibrierungsvorrichtung, bei der sich
ein Farbsystem in Form eines Gitters und in drei Dimensionen erstreckt.
Dieses ist aufbaumäßig ähnlich zum "Werkzeug mit einer
Beschaffenheit, bei der Indikatorpunkte als eine Gruppe von Schnittpunkten
dünner
Drähte
gebildet sind, die entstehen, indem sich eine Vielzahl von Gruppen
paralleler dünner
Drähte
in verschiedenen Richtungen erstreckt, und die Indikatorgruppen
sind in wenigstens zwei Sätzen
in einer nicht-koplanaren Beziehung" nach der vorliegenden Erfindung angeordnet.
Weil jedoch Drahtgruppen in optischen Richtungen entsprechend der
Farbe unterschieden werden, unterscheidet sich das Farbcodierungserfordernis
vom Richtungsänderungserfordernis
nach der vorliegenden Erfindung. Die technologische Bedeutung der "Erstreckung von Gruppen
dünner
Drähte
in verschiedenen Richtungen" nach
der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich nicht nur stark im
Hinblick auf die Beurteilung im Hinblick auf die Position in der
Axialrichtung, sondern auch dadurch, dass der Winkel, der mit den
anderen Gruppen auf dem Bild geformt wird, als Korrekturinformation genommen
wird. Darüber
hinaus gibt die offengelegte Japanische Patentanmeldung Nr. H8-43026
absolut keine Anregung für
eine technologische Idee, die das Abbilden eines Fotografieobjekt-Bildes
und des kalibrierten Bildes durch Ändern des Brennpunktes umfasst,
so dass die Koexistenz dieser Bilder kein Hindernis für das andere
Bild ist.
-
Bei
einem Objektverfolgungsprozess, der in einem Zustand ausgeführt wird,
bei dem die Kameraeinstellungen, wie z.B. eine Zoom-Operation oder
dergleichen, nicht verändert
werden, än dern
sich lediglich die Position und Orientierung (äußerliche Parameter) der Kamera,
wogegen die inneren Parameter, die für die Kamera eigenschaftenspezifisch
sind, als unveränderlich
angesehen werden können.
Demgemäß können die
inneren Parameter verwendet werden, wenn dieselben mittels eines
herkömmlichen
Verfahrens zuvor kalibriert und aufgezeichnet werden. Wenn ein Objektverfolgungsprozess
oder ein anderer Prozess ausgeführt
wird, sind eine Umwandlung des Koordinatensystems und eine Bildmessung
und -analyse durch Verwendung innerer Parameter, die zuvor kalibriert
worden sind, und äußerlicher
Parameter, die nacheinander mittels der vorliegenden Erfindung gemessen
wurden, wirksam.
-
Darüber hinaus
wird eine strenge Brennpunkteinstellung durch eine Erscheinung begleitet,
durch welche sich die optische Mittenposition (Linsenzentrum, Ursprung
von Kamerakoordinaten) geringfügig ändert. Dieses
Problem kann jedoch gelöst
werden, indem der Änderungsbetrag
betrachtet wird, wenn derselbe zuvor gemessen und gespeichert wird.
-
Die
vorliegende Erfindung schlägt überdies
ein transparentes Kamerakalibrierungswerkzeug vor, das ein Bandpassfilter
benutzt und gleichzeitig die Aufnahme eines beobachteten Bildes
und eines Bildes zur Kalibrierung mittels geeigneten Bandgebrauchs
ausführt,
um das Problem des Zurückziehens
und Anbringens des Kalibrierungswerkzeugs zu lösen. Ein Band, das eine Übertragung
ohne Dämpfung
erlaubt, und ein abgeschirmtes Band existieren wegen des Bandpassfilters.
Durch Aufbringen einer Substanz mit einem Bandpasseffekt als ein
Kalibrierungsmuster auf ein transparentes Rohmaterial dient das
abgeschirmte Band als ein kalibriertes Bild und das Bild des Übertragungsbandes
kann als das Bild verwendet werden.
-
Dieses
Verfahren kann bei einer normalen Farbkamera angewendet werden,
indem ein Farbfilter verwendet wird, das ein für den sichtbaren Bereich wirksames
Bandpassfilter bildet. Weil das als Abschirmband benutzte Farbband
das kalibrierte Bild ist, liegt in diesem Fall jedoch das beobachtete
Bild nicht in vollen Farben vor. Weil Computer-Vision jedoch meistens
auf der Grundlage eines Einzelbandes ausgeführt wird, ist die Behinderung
gering, sogar wenn das beobachtete Bild nicht in voller Farbe ist.
-
Die
gleichzeitige Aufnahme eines Bildes zur Kalibrierung und eines beobachteten
Bildes wird als ein Verfahren zum Lösen des Problems des Zurückziehens
und der Anbringung des Kalibrierungswerkzeugs vorgeschlagen. Um
eine durch die Aufnahme des Kalibrierungsmusters des beobachteten
Bildes verursachte Störbeeinflussung
zu verhindern, werden der geeignete Gebrauch von Brennpunkt und
Aufnahmeband verwendet und betreffende transparente Kamerakalibrierungswerkzeuge
und deren Gebrauchsverfahren vorgeschlagen. Darüber hinaus können diese
Verfahren auch, abhängig
von den Bedingungen, effektiv in Kombination verwendet werden.
-
Die
vorliegende Erfindung beruht auf der Kalibrierung von Kameraparametern
für die
dreidimensionalen Positionen von Räumen in einem Kalibrierungsmuster,
das im Bild zur Kalibrierung projiziert wird, und die zweidimensionalen
Positionen auf der Oberfläche
des Bildes. Eine einfache Erläuterung
eines Algorithmus zum Berechnen von Kameraparametern wird hier vorgesehen.
-
Eine
Gesamtheit von elf Parametern wird mittels dieser Kalibrierung gefunden,
nämlich
sechs äußerliche
Parameter, welche die Position und Orientierung der Kamera ausdrücken und
fünf innere
Parameter, die für
die Kamera spezifische Eigenschaf ten ausdrücken. Die sechs äußerlichen
Parameter, welche die Position und Orientierung ausdrücken, werden
mittels einer relativen Beziehung zwischen den Weltkoordinaten und Kamerakoordinaten
zum Ausdruck gebracht und können
mittels einer Rotationsmatrix und Translationsvektoren ausgedrückt werden.
Das Problem der Ermittlung von sechs äußerlichen Parametern aus einem
Bild, das durch Verwendung einer Kamera zum Abbilden einer Vielzahl
von n Punkten entstanden ist, für
welche Informationen über
die Position in Weltkoordinaten bekannt sind, ist als das PnP(perspective
n-point)-Problem bekannt und ist wohlbekannt. Dieser Aspekt ist
in 18 gezeigt. Der Kalibrierungsschritt hat zwei
Stufen, die einen Schritt zum Schätzen einer Projektionsmatrix
P, die eine Projektion zwischen dreidimensionalen Punkten [X, Y,
Z, 1]T auf Basis von Weltkoordinaten und
einem zweidimensionalen Quellenbild [u, v, 1]T auf
Basis von Kamerakoordinaten für
diese Punkte erstellt, und einen Schritt zur Bestimmung eines inneren
Parameters A und äußerlicher
Parameter R und t aus dieser Projektionsmatrix enthalten.
-
Eine
Projektionsgleichung für
eine perspektivische Projektion wird mittels der folgenden Formeln
ausgedrückt:
Diese
Projektionsmatrix P ist eine 3 × 4-Matrix
mit zwölf
Elementen. Zwei lineare Gleichungen (2), die sich auf das Ele ment
P beziehen, können
aus einem Element einer dreidimensionalen Punktinformation und der
zweidimensionalen Bildinformation davon erstellt werden.
pT1 Mi – uipT3 Mi + p14 – uip34 = 0
pT2 Mi – viPT3 Mi + p24 – vip34 = 0 (2) -
Die
Projektionsmatrix P wird durch Verwendung von n Punkten gefunden.
-
Danach
werden ein innerer Parameter A, ein die Orientierung darstellender, äußerlicher
Parameter R und ein die Position darstellender, äußerlicher Parameter t durch
Verwendung der Projektionsmatrix P gefunden.
-
-
Wenn
darüber
hinaus die Anzahl von für
die Spezifizierung von P erforderlichen Punkten sechs oder mehr
ist und die Zahl n groß ist,
kann eine sichtbare Zunahme in der Genauigkeit für das geringste Quadrat erwartet
werden. Es wird allerdings die Bedingung, dass alle Punkte in einer
Ebene sein sollten, entfernt.
-
Die
Linsenverzerrungsöeffizienten
können
hochgenau mittels einer nichtlinearen Berechnung geschätzt werden,
sobald einmal die äußerlichen
und inneren Parameter gefunden worden sind, wie vorher im Einzelnen
angegeben.
-
Das
transparente Kamerakalibrierungswerkzeug nach der vorliegenden Erfindung
wird als nächstes beschrieben
werden. Um je doch ein Fernobjektbild durch Übertragen desselben durch dieses
Kalibrierungswerkzeug abzubilden, erfordert der Aufbau des Kalibrierungswerkzeugs
grundsätzlich,
dass sechs oder mehr Indikatorpunkte in einer dreidimensionalen
Verteilung so angeordnet werden, dass nicht alle Punkte in einer Ebene
in einem Raum sind, für
den eine transparente Form angenommen wird. Darüber hinaus muss diese Vielzahl
von Indikatorpunkten über
eine Fläche
angeordnet werden, die im gleichen Brennpunktzustand wie ein unschärfefreies
Bild abgebildet wird. Deswegen können
grundsätzlich
ein sich räumlich
erstreckender netzartiger Körper,
in einem transparenten Material verteilte Teilchen und auf einem
Rohmaterial aufgebrachte Markierungen usw. betrachtet werden.
-
Der
in 1-A gezeigte Aufbau wird erzeugt, indem sich dünne Drähte 2 zu
einem Rahmen 1 mit einer vorher festgelegten Dicke in verschiedenen
Richtungen erstrecken, so dass dieselben einander schneiden, und
dann Schnittpunktgruppen 3 von zwei Sätzen von Indikatorpunkten an
der Vorder- und Rückseite
des Rahmens 1 verteilt werden. Dies stellt einen einfachen
Aufbau dar, für
den optische Wirkungen, wie z.B. Brechung, nicht betrachtet werden
muss, weil es im Rahmen Räume
gibt, in denen kein transparentes Material verwendet wird. Die Schaffung
eines solchen Aufbaus ist einfach und daher können sogar große Aufbauten
leicht geschaffen werden. In diesem Ausführungsbeispiel erstrecken sich
sieben Drähte 2 in
parallelen und gleichen Abständen
an der Vorderseite des quadratischen Rahmens 1 und sieben
Drähte 2 erstrecken
sich in parallelen und gleichen Abständen senkrecht zu den anderen
sieben Drähten
verlaufend, was bedeutet, dass 7 × 7 = 49 Schnittpunktgruppen 3 die
Indikatorpunkte sind. An der Rückseite
des Rahmens 1 erstrecken sich jeweils zehn Drähte 2 parallel
und in gleichen Abständen
senkrecht zueinander verlaufend in diagonalen Richtungen und deshalb
sind von diesen Schnittpunktgruppen 10 × 10 = 100 Schnittpunktgruppen
die Indikatorpunkte 3. Gemäß der Kalibrierungsvorrichtung
nach der offengelegten Japanischen Patentanmeldung Nr. H8-43026 "Calibration device
and program" können zwei
Sätze von
Indikatorgruppen leicht identifiziert werden, indem die Farbe der
Drähte
variiert wird, usw. Somit erfolgt der Verlauf einer Vielzahl von
Drähten
in parallelen und gleichen Abständen
in der Weise, dass diese Drähte
zueinander senkrecht sind, der Vorteile bei der Analyseverarbeitung
wegen. Die erforderliche Zusammensetzung kann eine solche sein,
bei der sechs oder mehr Indikatorpunkte als Schnittpunkte dünner Drähte 3 gebildet
werden, die sich zum Rahmen 1 erstrecken und so angeordnet
sind, dass nicht alle der Indikatorpunkte in einer Ebene liegen.
-
Der
in 1-B gezeigte Aufbau ist ein transparentes Stereovision-Kalibrierungswerkzeug,
das die auszuführende
Kalibrierung der relativen positionsmäßigen Beziehung zweier Kameras
und Berichtigung der Stereobilder usw. erlaubt. Dieser Aufbau hat
im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung wie derjenige des vorhergehenden
Beispiels, d.h. dies ist ein Aufbau, bei dem sich dünne Drähte 2 zu
einem rechteckigen Rahmen 1 mit einer vorher festgelegten
Dicke in verschiedenen Richtungen erstrecken, um sich untereinander
zu schneiden, und Schnittpunktgruppen 3, die zwei Sätze von
Indikatorpunkten sind, sind entsprechend dem Abstand zwischen zwei
Sätzen
von Kameras Seite an Seite an der Vorder- und Rückseite des Rahmens 1 verteilt. Die
Kalibrierung jeder Kamera eines Stereovisionssystems, bei dem zwei
Kameras seitlich zueinander angeordnet sind, kann auf einfache Weise
ausgeführt
werden. Das Erzeugnis ist einfach und der Verlauf einer Vielzahl
von Drähten,
so dass dieselben der Vorteile bei der Analyseverarbeitung wegen
senkrecht zueinander in parallelen und gleichen Abständen sind,
ist gemäß dem früheren Beispiel.
-
Der
Aufbau in 2-A ist ein Beispiel, bei dem
ein Kalibrierungsmuster auf der Ober- und Rückseite eines transparenten
Materials 4, wie z.B. Glas, Acryl oder dergleichen, gebildet
wird. Dieser Aufbau kann leicht und genau mittels eines Verfahrens
hergestellt werden, bei dem ein transparentes Blatt, auf dem eine
Vielzahl von Indikatorpunkten die Druckmarkierungen 5 sind,
befestigt wird, oder dergleichen. Ein Variieren der Farbe, so dass
die Indikatorpunkte auf der Ober- und Rückseite leicht unterscheidbar
werden, oder dergleichen, ist wirkungsvoll.
-
Der
in 2-B gezeigte Aufbau ist ein transparentes Kamerakalibrierungswerkzeug,
das zum Herstellen einer Panoramasicht benutzt wird. Ein Werkzeug
zum Erhalten von Parametern für
die Position und Orientierung einer Kamera, wenn eine Panoramasicht
während
des Schwenkens und Neigens der Kamera geschaffen wird, kann betrachtet
werden. Dies ist ein Beispiel, bei dem transparentes Material 4 aus
Glas oder Acryl in einem Zustand gleicher Dicke in einer Halbkugel
gebildet wird, so dass der Linseneffekt nicht ohne Rücksicht auf
die Richtung der optischen Achse auftritt, und es wird ein Kalibrierungsmuster 5 auf
der Ober- und Rückseite
gebildet. Dieser Aufbau kann leicht und genau mittels eines Verfahrens
hergestellt werden, wie z.B. mit einem Verfahren, das ein Markieren
der Oberfläche
des Rohmaterials direkt oder durch Befestigen eines Blattes umfasst,
auf dem eine Vielzahl von Indikatorpunkten aufgedruckt ist. Es gibt
auch ein Verfahren, das Indikatorgruppen durch Beimengen und Verteilen
sehr kleiner Teilchen 5 in einem flüssigen transparenten Rohmaterial
bildet, das dann ausgetrocknet wird.
-
Die
vorherige Beschreibung beschrieb eine Ausführung, bei der das Ziel an
einem in Bezug auf die Kamera entfernten Ort existiert, die Kalibrierungsindikatoren
im Nahbereich liegen und beobachtete Bilder durch Änderung
der Brennweite aufgenommen werden können. Es wird nun nachfolgend
jedoch ein Verfahren zum Auswählen
und Erfassen eines beobachteten Bildes, das durch Abbilden eines
fotografischen Bildes entstanden ist, und eines Bildes zur Kalibrierung
beschrieben, bei dem Indikatoren wahrnehmbar sind, die nicht Gegenstand
von Brennpunktunschärfen
sind. Dieses Verfahren verwendet ein transparentes Farbfilter-Kamerakalibrierungswerkzeug
und umfasst eine Platzierung von zwei Indikatoren mittels eines
spezifizierten Farbfilters 5 in transparentem Material 4,
wie in 4 gezeigt, mit einem geringen Abstand zwischen
einer beweglichen Kamera und dem Ziel. Wenn ein normales Abbilden
ausgeführt
wird, werden ein Ziel und ein Bild, in dem Indikatoren wahrnehmbar
sind, erhalten. Findet jedoch eine Abbildung über ein Filter statt, das die
Indikatorfarbe sperrt, so wird das beobachtete Bild ohne Projizieren
der Indikatoren erhalten, und wenn das Abbilden über ein Bandpassfilter ausgeführt wird,
das nur die Indikatorfarbe überträgt, können die
Indikatoren klar abgebildet werden. Die Analyse der Kameraparameter
aus einem Bild zur Kalibrierung, in dem die Indikatoren projiziert
werden, ist die gleiche wie die früher beschriebene.
-
In
einem Fall, bei dem die Kalibrierung von Stereobildern durch Verwendung
eines Kalibrierungswerkzeugs wie demjenigen, das in 1-B gezeigt ist, ausgeführt wird, ist der Abstand zwischen
zwei Kameras begrenzt. Weil die vorherige Kenntnis des Abstandes
zwischen Bereichen, in denen Indikatoren angeordnet werden, eine
Voraussetzung in einer Ausführung
ist, die mittels eines Verbindungsstabes 8 oder dergleichen die
jeweiligen Rahmen 1 der beiden Kalibrierungswerkzeuge verbindet,
in denen Indikatoren, wie in 4 gezeigt,
angeordnet sind, sind die jeweiligen Höhen auf zehn Meter begrenzt
und deshalb ist es nicht leicht, den Aufbau herumzutragen oder zu bewegen.
Deshalb ist als ein Verfahren zum Anpassen an die Erfordernisse der
Stereoabbildung eines entfernten Objekts ein Verfahren vorgeschlagen
worden, welches das Vorsehen eines angemessenen Abstandes zwischen
den beiden Kameras und das Entstehen eines Kalibrierungswerkzeugs
aus zwei transparenten Platten 9 und einem Lichtstrahl
umfasst, der die beiden transparenten Platten 9, wie in 5 gezeigt,
durchdringt, was es möglich
macht, Informationen über
die Position und Orientierung jeder Kamera aufeinanderfolgend zu
erfassen. Es ist zweckmäßig, einen
Laserstrahl als den Lichtstrahl zu verwenden, da derselbe ein Richtstrahl
ist, fokussiert werden kann und eine Strahlstärke hat, die nicht dämpfungsanfällig ist.
Wenn der Strahl durch eine Lichtquelle ausgestrahlt wird, entsteht
eine leicht gestreute Reflexion an der Oberfläche der transparenten Platten 9,
wenn der Strahl dieselbe durchdringt, was bedeutet, dass die Schnittpunkte
beobachtet werden können.
Um die Schnittpunkte klarer anzuzeigen, kann eine Ausführung realisiert
werden, bei der ein fluoreszierendes Farbmaterial auf die transparenten
Platten aufgebracht wird (oder mittels eines anderen Prozesses zugeführt wird)
und Fluoreszenzlichtausstrahlung durch Anregung unter Verwendung
eines Lichtstrahls hervorgerufen wird. Wenn eine Vielzahl von Lichtstrahlen
die transparenten Platten 9 durchdringt, können die
Schnittpunkte veranlasst werden, Indikatoren dieser Menge anzuzeigen
und, wenn die Strahlausstrahlung angehalten wird, werden die Indikatoren
beseitigt und sind kein Hindernis zum Objektbild, das zu den transparenten
Platten 9 zurückkommt.
Der Abstand zwischen den beiden transparenten Platten 9 kann
durch Anbringen zweier transparenter Platten 9 einzeln
zwischen den beiden Kameras und Abbilden des Ziels und dann Ausführen der
Indikatorabbildung und Analysieren der beiden Bilder detektiert
werden.
-
Als
Grundlage für
dieses Analyseverfahren wird nun die Beziehung zwischen der Ebene
und den Schnittpunkten gerader Linien unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
Die Ebenengleichungen werden unter Benutzung zweier Paare von vier
geraden Linien (LA, LB,
LC und LD) abgeleitet,
die durch den Ursprung O in den x-z- und y-z-Ebenen gehen und einen
gleichen Neigungswinkel k gegenüber
der z-Achse und den Schnittpunkten mit der Ebene Π (PA, PB, PC und
PD) haben.
-
Wenn
für die
Ebene Π die
Gleichung z = ax + by + c (c > 0)
gilt, haben die vier geraden Linien folgende Gleichungen: LA:
kx = z, y = 0 LB: ky = z, x = 0
LC: –kx
= z, y=0 LD: –ky = z, x = 0,) (4)wobei k > 0.
-
Der
Schnittpunkt Q des Linienteils P
AP
C und Linienteils P
BP
D in der Ebene Π ist der Schnittpunkt der Ebene Π und der
z-Achse. Die Längen
von P
AQ, P
BQ, P
CQ und P
DQ sind A,
B, C bzw. D. Die Gleichung (a, b, c) der Ebene Π wird durch Verwendung von A,
B, C, D und k gefunden. Die Koordinaten der Schnittpunkte P
A, P
B, P
C und
P
D sind folgendermaßen:
-
Die
Koordinaten von Punkt Q sind darüber
hinaus (0, 0, c).
-
Wenn
der Brennpunkt zu den Linienteilen PAQ und
PCQ hin in der x-z-Ebene gerichtet ist,
werden die folgenden Beziehungen aus dem Dreikant-Theorem erhalten: (k – a)2A2 = c2(1 + a2) (6) (k + a)2C2 = c2 (1 + a2). (7)
-
Weil
die rechten Seiten der Formeln (6) und (7) gleich sind, sind auch
die linken Seiten gleich, so dass das Lösen einer Gleichung zweiten
Grades für
a ergibt:
-
Es
werden hier zwei a erhalten. Auf der Grundlage der positionsmäßigen Beziehung
in der x-z-Ebene kann a als 1 aus der Bedingung spezifiziert werden,
dass die Summe der x-Koordinaten der Schnittpunkte PA und
PC negativ sein sollte.
-
-
Formel
(10) wird dann in Formel (6) substituiert, um c zu finden. Weil
c positiv ist, gilt:
-
Ähnlich wird,
wenn der Brennpunkt zu den Linienteilen PBQ
und PDQ in der y-z-Ebene hin gerichtet ist, b
gefunden.
-
-
Ähnlich zum
Fall der x-z-Ebene wird c aus k, B und D gefunden.
-
-
Wie
früher
beschrieben, kann die Gleichung der Ebene Π aus der Größe k der Neigungen der vier
geraden Linien und den Abständen
(A, B, C, D) zwischen den Schnittpunkten der geraden Linien und
der Ebene abgeleitet werden.
-
Darüber hinaus
besitzt die Ebene Π im
Raum nur eine projektive Verzerrung infolge der planaren projektiven
Transformation nach Projektion auf eine Bildebene. Die gesuchten
Abstände
A, B, C und D im Raum können
daher nicht in der Ableitung der Ebenengleichung aus den Punkten
PA, PB, PC, PD gefunden werden, die
auf ein beobachtbares Bild projiziert werden. Wenn jedoch eine Homografie-Matrix
zwischen der Ebene Π im
Raum und der Bildebene bekannt ist, können A, B, C, und D gefunden
werden. Mit der Projektionsumwandlungsmatrix können die Positionen von vier
oder mehr Punkten in der Ebene Π (d.h.
die transparente Platte 9) auf einfache Weise durch Verwendung
von Punkten gefunden werden, die bereits bekannt sind. Überdies
kann in Fällen,
in denen die transparente Platte 9 und der Rahmen 1 mittels
eines stützenden
Stabes 11 befestigt sind (gemäß 17, die
nachfolgend beschrieben wird), die Homografie-Matrix durch Verwendung
der positions mäßigen Beziehung
zwischen den transparenten Platten 9 und dem Anbringungswinkel
usw. des Rahmens 1 gefunden werden.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden vier gerade Linien, die durch diesen einen Punkt
verlaufen, mittels eines Lichtstrahls aus einer Lichtquelle geschaffen
und eine Ebene, die diese geraden Linien durchdringt, wird durch
eine transparente Platte gebildet. Wenn ein Lichtstrahl abgestrahlt
wird, ist eine Beobachtung der Schnittpunkte, die als Indikatoren
dienen können,
möglich
und, wenn der Lichtstrahl angehalten wird, werden die Indikatoren
nicht angezeigt und es kann nur die transparente Platte beobachtet
werden. Eine Ausführung,
welche die Funktion eines transparenten Kamerakalibrierungswerkzeugs
bietet, kann daher zuerst allein durch diese Mittel realisiert werden.
Um dies auf die Abstandsmessung zwischen den Kameras eines Stereokamerasystems
anzuwenden, werden zwei transparente Platten fest zwischen den Kameras
und dem Ziel angeordnet und, wenn vier Lichtstrahlen, die unter
einem gleichen Winkel durch dieselbe Lichtquelle abgestrahlt werden,
durch die beiden parallelen Platten durchlaufen, wird eine Gleichung
für die
Ebenen der transparenten Platten mittels der im vorhergehenden Absatz
beschriebenen Lösung
aus den Bildinformationen für
die Schnittpunkte der Lichtstrahlen und der transparenten Platten
abgeleitet. Die Folge ist, dass die relativen Positionen und Richtungen
von zwei Ebenen bekannt sind.
-
Eine
Kalibrierung, welche die Techniken nach der vorliegenden Erfindung
benutzt, kann durch ein Mehrfachsicht-Stereo-Kamerasystem verwirklicht
werden, das über
eine Vielzahl von Kameras an einem Baseball-Feld, Fußballplatz
oder dergleichen verfügt,
um die Position entsprechend der Ballbewegung zu ändern. Das
bedeutet, dass die Realisierung das Platzieren der vorher erwähnten transparenten
Platten 9 in einem stationären Zustand in einem Weltkoordinatensystem
vor der Vielzahl von in verschiedenen Positionen angeordneten Kameras,
wie in 7 gezeigt, und das Anordnen der transparenten
Platten 9 in Kombination umfasst, so dass vier oder mehr
durch eine Lichtquelle abgestrahlte Lichtstrahlen wenigstens eine
weitere transparente Platte schneiden. Die transparenten Platten 9 sind
so zusammengestellt, dass vier oder mehr von einer Lichtquelle abgestrahlte
Lichtstrahlen A zusammen die andere transparente Platte 9 ganz
bestimmt durchdringen und deshalb sind als Folge der im vorherigen
Absatz dargestellten Lösung
die relative Position und Richtung zwischen zwei Ebenen bekannt.
Die eine Ebene hat Schnittpunkte mit vier oder mehr Lichtstrahlen
B, die mit noch einer anderen Ebene gemeinsam sind, und daher sind
die relativen Positionen und Richtungen zwischen diesen beiden Ebenen
bekannt. Die Positionen und Richtungen aller transparenter Platten können analysiert
werden, um die positionsmäßigen Beziehungen
davon aufeinanderfolgend zu spezifizieren. Um die Schnittpunkte
des Lichtstrahls A und des Lichtstrahls B auf einer transparenten
Platte 9 zu unterscheiden, sind die Wellenlängen der
Lichtstrahlen, die verwendet werden, erwünscht verschieden. Dies bedeutet, dass
die Lichtstrahlen mittels Lichtstrahlen verschiedener. Farben unterschieden
werden oder eine Vielzahl fluoreszierender Materialien verwendet
wird, um Fluoreszenzlicht verschiedener Farben mittels des Unterschiedes
in der Wellenlänge
des Anregungslichtes zu erzeugen.
-
Ausführungsbeispiel 1
-
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines transparenten
Stereovision-Kamerakalibrierungswerkzeugs. Ein rechteckiger Rahmen
wird durch Integrieren zweier Aluminiumplatten mit einer Breitenabmessung von
29 cm, einer Vertikalabmessung von 12 cm und einer Dicke von 0,5
cm geschaffen, so dass dieselben sich mit einem Abstand von 2 cm
zwischen der Vorderfläche
und der Rückfläche überlappen.
Darauf sind Stahldrähte
mit einem Durchmesser von 0,083 mm an einer Seite mit Abständen von
3 cm und zwar sieben zugleich unter Verwendung von Klebstoff befestigt,
so dass die Stahldrähte
einander senkrecht und waagrecht schneiden, während die gleichen Drähte auf
der anderen Seite mit Abständen
von 3,54 cm und zwar elf zugleich unter Verwendung von Klebstoff
befestigt sind, so dass die Drähte
diagonal orthogonal sind.
-
Ausführungsbeispiel 2
-
Als
nächstes
wird eine Ausführung
eines Kamerakalibrierungssystems beschrieben, welches das transparente
Kamerakalibrierungswerkzeug nach der vorliegenden Erfindung verwendet.
Die einfachste ausstattungsmäßige Ausführung ist
ein Fall, bei dem eine Kamera verwendet wird. Wie in 9 schematisch
gezeigt ist, wird bei dieser Ausführung ein transparentes Kalibrierungswerkzeug
zuerst in einer Position direkt vor der Kamera wie bei einem Aufnahmevorgang
angebracht, wie oben rechts in 9 gezeigt
ist, woraufhin ein transparentes Nahbereich-Kalibrierungswerkzeug
durch die Kamera abgebildet wird, das Bild des in der Mitte rechts
gezeigten Kalibrierungswerkzeugs erhalten wird und das Bild analysiert
wird, wodurch die Parameter für
die Kameraposition und -Orientierung berechnet und gespeichert werden.
Es wird eine Prozedur angenommen, bei der eine kurze Weile danach
die Kamera zum Fokussieren auf ein Objekt in einem entfernten Abstand davon
gebracht wird und das Objekt, wie oben links gezeigt, fotografiert,
um ein beobachtetes Bild des Objekts zu erhalten, wie in der Mitte
links gezeigt ist, woraufhin eine dreidimensionale Analyse des beobachteten
Bildes auf der Grundlage der vorherigen Kamerapositions- und -Orientierungsparameter
ausgeführt
wird. Wenn das beobachtete Bild aufge nommen wird, besteht der Vorteil,
dass infolge der Tatsache, dass es keine Notwendigkeit zum Zurückziehen
des Kalibrierungswerkzeugs gibt, die Betriebseffizienz beträchtlich
höher als
diejenige ist, welche durch die herkömmlichen Kalibrierungsverfahren
geboten wurde. Weil jedoch die Analyse des beobachteten Bildes auf
der Grundlage der Parameter für
die Kameraposition und -orientierung erfolgt, die dann, wie früher bereits
erwähnt,
aus dem Bild zur Kalibrierung erhalten werden, muss das Kalibrierungswerkzeug aufgenommen
werden und der Kalibrierungsarbeit durch Änderung des Brennpunkts jedes
Mal, wenn die Kameraposition und -orientierung geändert werden,
unterworfen werden.
-
Ausführungsbeispiel 3
-
Wenn
zwei Kameras verwendet werden, kann, wie schematisch in 10 gezeigt
ist, ein geeigneter Gebrauch genutzt werden, der die Zuteilung einer
Kamera speziell zum Abbilden für
die Kalibrierungserfassung und die Zuteilung der anderen Kamera
speziell zum beobachteten Bild umfasst. In diesem Fall ist die Wiedereinstellung
des Brennpunktes unnötig
und deshalb können
sogar im Fall eines Szenenbildes, bei dem ein sich bewegender Körper. verfolgt
wird, ein beobachtetes Bild, wie z.B. dasjenige, das in der Mitte
links dargestellt ist, und ein Bild des Kalibrierungswerkzeugs,
wie z.B. dasjenige, das in der Mitte rechts dargestellt ist, aufeinander
folgend parallel durch die Kamera für das beobachtete Bild bzw.
die Kamera für
das Bild zur Kalibrierungserfassung erhalten werden, woraufhin die
Bilder analysiert werden können
und die Kalibrierung der zeitveränderlichen
Kamerapositionen und -orientierungen zur gleichen Zeit wie das beobachtete
Bild durch Berechnen der Parameter der Kameraposition und -orientierung
ausgeführt
werden kann. Bei dieser Ausführung müssen allerdings
zwei Kameras gemeinsam befestigt sein, so dass sich dieselben nicht
getrennt bewegen, wie oben gezeigt ist, und die relative Positions-
und Orientierungsbeziehung zwischen der Kalibrierungskamera und
der Beobachtungskamera muss zuvor kalibriert werden. Dies zieht
das Berechnen der Position und Orientierung der Beobachtungskamera
auf der Grundlage der relativen Positions- und Orientierungsbeziehung zwischen
den Kameras nach sich, die im voraus aus dem Bild des transparenten
Kalibrierungswerkzeugs bekannt ist, das durch die Kalibrierungskamera
aufgenommen wurde.
-
Ausführungsbeispiel 4
-
11 zeigt
darüber
hinaus eine Ausführung,
die eine Multifokus-Kamera verwendet, deren Brennpunkt auf eine
entfernte Position und eine nahe Position eingestellt ist. Diese
Multifokus-Kamera hat ein optisches System, das in zwei Systeme
innerhalb einer einzigen Kamera aufgeteilt ist, wobei auf einer
Bildebene davon ein Fernobjektbild gebildet wird und auf der anderen
Bildebene davon ein Nahpositionskalibrierungsmuster gebildet wird.
In diesem Fall können
das beobachtete Bild, das in der Mitte links dargestellt ist, und
das Kalibrierungswerkzeugbild, das in der Mitte rechts dargestellt
ist, aufeinanderfolgend parallel erhalten werden. Durch Analysieren
dieser Bilder können
daher Parameter für
die Position und Orientierung der Kamera berechnet werden und die
Kalibrierung der zeitveränderlichen
Kameraposition und -orientierung kann zur gleichen Zeit wie das
Bild der beobachteten Szene gemäß dem Ausführungsbeispiel
3 vorgenommen werden. Weil jedoch ein gleichzeitiges Bild zur Kalibrierung
und ein beobachtetes Bild mittels einer einfachen Kamera möglich ist,
ist es nicht nötig,
die relative Positions- und Orientierungsbeziehung zwischen Kameras
in Fällen
zu kennen, in denen zwei Kameras benutzt werden. Sogar wenn die
Verfolgung eines Bildes auf ein sich abrupt bewegendes Objekt ausgeführt wird, ist
diese Ausführung
fähig,
für eine
Echtzeit-Reaktion mit einer geringen Verarbeitungsbelastung zu sorgen.
-
Obwohl
es effektiv ist, eine Kamera mit einer Zoom-Funktion zu verwenden,
um das Abbilden durch Zoomen auszuführen, gibt es bei Computer-Vision,
wenn das Zoom eingestellt wird, die Belastung der Kalibrierung der
Kameraparameter. Wenn die Zoom-Kamera eine Multifokus-Kamera ist,
deren Brennpunkt auf das vorher erwähnte entfernte Objekt und auf
ein transparentes Kamerakalibrierungswerkzeug in einer Nahposition
eingestellt ist, das eine Vielzahl von Indikatoren aufweist, die
räumlich
verteilt und fest ist, wie in 12 gezeigt
ist, dann werden Bilder zur Kalibrierung gleichzeitig parallel sogar
erhalten, wenn eine Zoom-Einstellung vorgenommen wird. Daher können die
Kameraparameter aufeinanderfolgend analysiert werden.
-
Nachfolgend
wird ein unter Verwendung des transparenten Kamerakalibrierungswerkzeugs
gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgeführtes,
im Ausführungsbeispiel
1 gezeigtes Beispiel zum Abbilden eines Bildes zur Kalibrierung
und eines beobachteten Bildes dargestellt. Wie in 13-A gezeigt ist, ist das transparente Kamerakalibrierungswerkzeug.
des Ausführungsbeispiels
1 unter einem Winkel und 20 cm vor zwei Kameras (Handelsname: SONY
DFW-SX900) befestigt, die Seite an Seite auf einer Bühne mit
sechs Freiheitsgraden befestigt sind, d.h. Antrieb in x-, y-, und
z-Richtung und deren jeweilige Antriebsdrehmechanismen. Darüber hinaus
wird ein Objekt (hier eine herkömmliche
Kalibrierungsvorrichtung) in einem Abstand von 1,5 Meter vor der
Vorderseite der Kameras angeordnet und aufgenommen, wie in 13-B gezeigt ist. Es kann bestätigt werden, dass, während das
Bild in 14-A dasjenige eines klar abgebildeten
Objekts ist, welches die linksseitige Kamera bei etwa 1,5 Meter
fokussiert, das transparente Kamera kalibrierungswerkzeug nicht völlig in
das Bild reflektiert wird. Das Bild, das durch Fokussieren der linksseitigen
Kamera auf das transparente Kamerakalibrierungswerkzeug entsteht,
ist das Bild in 14-B. Es kann bestätigt werden,
dass, während
das Objekt in einen unscharfen Zustand reflektiert wird, die Drähte des
transparenten Kamerakalibrierungswerkzeugs klar in das Bild reflektiert
werden. Der Kalibrierungszustand des Ausführungsbeispiels 2 kann aus
zwei aufgenommenen Bildern durch Umschalten des Brennpunkts einer
Kamera ausgeführt
werden. Darüber
hinaus ist in 14-C ein Bild gezeigt, das durch
Fokussieren der rechtsseitigen Kamera auf das transparente Kamerakalibrierungswerkzeug
abgebildet wird. Die Tatsache, dass, während das Objekt in einem unscharfen Zustand
reflektiert ist, die Drähte
des transparenten Kamerakalibrierungswerkzeugs klar im Bild reflektiert
sind, ist gemäß 14-B, aber es kann bestätigt werden, dass die Position
des Objekts und der wahrgenommene Sichtwinkel verschieden ist. Die
Form der Kalibrierung des Ausführungsbeispiels
3 kann durch Kombinieren dieses Bildes mit 14-A ausgeführt werden.
-
Ausführungsbeispiel 5
-
Ein
Kalibrierungsverfahren, das durch Verwenden eines farbfilterartigen
transparenten Kamerakalibrierungswerkzeugs wie desjenigen, das in 3 gezeigt
ist, ausgeführt
wird, wird nun unter Bezugnahme auf 15 beschrieben.
Ein Farbfilm mit einer Bandpassfunktion ist auf der Oberfläche einer
transparenten Acrylplatte befestigt, um ein farbfilterartiges transparentes
Kamerakalibrierungswerkzeug zu erzeugen. Es wird eine Farbkamera
bereitgestellt und angebracht, die zum Ziel hin schaut, und es werden
zwei der vorherigen transparenten Kamerakalibrierungswerkzeuge zwischen
dem Ziel und der Kamera eher in einer im wesentlichen dazwischen
liegenden Position als mit kurzem Abstand von der Kamera mit einem
geringen Abstand zwischen den transparenten Kamerakalibrierungswerkzeugen
angebracht. Wenn in diesem Zustand normalerweise ein Farbabbilden
vorgenommen wird, nimmt die Kamera das Ziel über die transparenten Kamerakalibrierungswerkzeuge
in einer keine Brennpunktunschärfen
verursachenden Position auf. Daher findet ein Abbilden mit dem Bild
und Indikatoren übereinander
statt, wie in 16-A gezeigt ist. Wenn ein Bild
erhalten wird, das durch Herausziehen nur der B(Blau)-Komponente
des RGB-3-Systems der Farbkamera aus dem Bild entsteht, wird ein
Bild erhalten, in dem die Indikatoren klar projiziert werden, wie
in 16-B gezeigt ist. Wenn ein Bild, das
durch Herausziehen nur der RG(Rot und Grün)-Komponenten erhalten wird,
wird ein Bild, aus dem die Indikatoren entfernt sind, erhalten,
wie in 16-C gezeigt ist. Wenn es absolut
keine Blau-Komponente
im Objekt gibt und es absolut keine anderen Komponenten als die
blauen Komponenten in den Indikatoren gibt, ist zu erwarten, dass
nur die Indikatoren und nicht das Objektbild im Bild von 16-B abgebildet werden und dass nur ein Bild des
Objekts und nicht die Indikatoren im Bild von 16-C projiziert werden. Bei dieser Ausführung werden
jedoch die Indikatoren im Fall des Bildes in 16-B stark
projiziert, aber sie sind blass im Fall des Bildes in 16-C, und das Bild des Objekts wird in beiden
Bildern projiziert. Dies geschieht deswegen, weil das benutzte blaue
Filter einen lichtabschirmenden Automobil-Film verwendet, und es
wird angenommen, dass ein Bild erhalten wird, das weiter verbessert
ist, wenn die gleiche Zusammensetzung wie diejenige eines für optische
Experimente verwendeten Gelatine-Farbfilters
durch Auflösen
einer organischen, als Farbfilter arbeitenden Farbe in Gelatine-Rohmaterial,
Beschichten eines transparenten Substrats mit dieser die organische
Farbe enthaltenden Gelatine und anschließendes Trocknen derselben angenommen
wird. Für
das Messbild werden jedoch das Objektbild und Indikatoren im Bild
A übereinandergelegt,
das eine normale Farbfotografie ist. In Fällen, in denen die Indikatoren
kein besonderes Hindernis sind, kann daher der kombinierte Gebrauch
eines Bildes zur Kalibrierung und eines beobachteten Bildes auch
ausgeführt
werden.
-
Das
kalibrierte Muster in 16 ist darüber hinaus
kreisförmig,
aber es kann eine Vielfalt von kalibrierten Mustern verwendet werden,
um der Anwendung usw. zu entsprechen, wie z.B. ein quadratisches
Kalibrierungsmuster oder ein Kalibrierungsmuster mit kleinen Punkten
oder Schnittpunkte zwischen Gruppen von geraden Drähten.
-
Ausführungsbeispiel 6
-
Schließlich wird
unter Bezugnahme auf 17 ein Ausführungsbeispiel eines Stereokamerasystem-Kalibrierungsverfahrens
beschrieben, das ein transparentes Kamerakalibrierungswerkzeug benutzt,
das durch zwei transparente Platten und vier Laserstrahlen gebildet
wird, welche die in 5 gezeigten transparenten Platten
durchdringen, und das auf einem Flughafen, Baseball-Feld, Fußballplatz
usw. verwendet werden kann. Es werden transparente Platten, deren
obere Oberfläche
mit einem fluoreszierenden Beschichtungsmaterial beschichtet ist,
eine Laser-Lichtquelle mit einer Wellenlänge, die einer Anregung des
fluoreszierenden Materials angepasst ist, und ein Beugungsgitter
bereitgestellt. Wie in 17 gezeigt ist, sind eine Seite eines
transparenten Kamerakalibrierungswerkzeugs, auf dem die in 1 gezeigten Indikatorpunkte als Gruppen
von Schnittpunkten dünner
Drähte
gebildet sind, die durch Verlaufen einer Vielzahl von Gruppen paralleler dünner Drähte in verschiedenen
Richtungen zur Vordere und Rückseite
eines rechteckigen Rahmens 1 entstehen, und eine Seite
der rechteckigen transparenten Platten 9 ausgeführt, um
einander zu berühren,
wobei gegenseitig gegenüberliegende
Seiten mittels des stützenden
Stiftes 11 verbunden sind und als Ganzes unter einem vorher
festgelegten Winkel Θ aufgebaut
sind. Diese Kombination ist nicht auf die vorherige Zusammensetzung
beschränkt,
für die
es eine notwendige Bedingung ist, dass die relative positionsmäßige Beziehung zwischen
dem Rahmen 1, der als eine Gruppe von Schnittpunkten dünner Drähte gebildet
ist, und den transparenten Platten 9 festgelegt werden
sollte. Darüber
hinaus schafft das Licht aus der Laser-Lichtquelle 10 vier Lichtstrahlen,
die unter einem gleichen Winkel vom gleichen Ursprung mittels des
Beugungsgitters abgestrahlt werden. Das montierte Kalibrierungswerkzeug
ist so angeordnet, dass der Rahmen 1, der als eine Gruppe
von Schnittpunkten dünner
Drähte
vor den jeweiligen Kameras ausgebildet ist, im Nahbereich ist und
die Position der Lichtquelle so bestimmt ist, dass eine Durchdringung
der transparenten Platten 9 der beiden montierten Kalibrierungswerkzeuge
infolge der Beziehung zwischen den durch die vier Lichtstrahlen
aus der Laser-Lichtquelle gebildeten Winkeln stattfindet.
-
Es
wird in diesem Beispiel eine Flughafen-Stereovision angenommen und
die beiden montierten Kalibrierungswerkzeuge sind nicht verbunden,
obwohl der Abstand zum Ziel groß ist
und der Abstand zwischen zwei Kameras im Bereich von einigen zehn
Metern sein muss. Der Abstand zwischen den beiden montierten Kalibrierungswerkzeugen
und deren Orientierung sind eine unbekannte Eigenschaft. Demgemäß werden durch
Verwendung einer Kamera zum Beobachten der Punkte, an denen sich
die vier Lichtstrahlen und die transparenten Platten 9 schneiden,
und der Positionen, an denen Fluoreszenzlicht ausgestrahlt wird,
die relativen positionsmäßigen Beziehungen
zwischen den beiden transparenten Platten mittels der vorher erwähnten Lösung ermittelt.
Die Folge ist, dass der Abstand zwischen den beiden montierten Kalibrierungswerkzeugen, die
getrennte Aufbau ten sind, und deren Orientierung in einem Weltkoordinatensystem
gezeigt werden können.
Danach kann die Kalibrierung mittels des im Ausführungsbeispiel 1 dargestellten
Stereovision-Kalibrierungsverfahrens
ausgeführt
werden. Wenn empfunden wird, dass die Anzeige von Indikatoren auf
dem Bild unangenehm ist, müssen
die Fluoreszenzlicht ausstrahlenden Indikatoren auf den transparenten
Platten nicht regelmäßig Licht
ausstrahlen, sondern können
anstelle davon veranlasst werden, intermittierend entsprechend der
Kamerabewegung Licht durch Abstrahlen eines Anregungsstrahls auszustrahlen.
-
Die
diesbezüglichen
Erfinder kamen auf die Idee der vorliegenden Erfindung beim Vorgang
der Durchführung
von Forschungen zur Computer-Vision. Die Erfindung umfasst jedoch
die Analyse auf der Grundlage von Bildern (zweidimensionale Bilder),
stellt z.B. dreidimensionale Informationen (Weltkoordinateninformationen)
wieder her, setzt ein natürliches
großes
Bild aus einer Vielzahl von Bildern mit verschiedenen Bedingungen
zusammen und nimmt z.B. einen sich bewegenden Körper, wie z.B. ein Automobil,
als fortlaufende Bilder wahr. Die Erfindung stellt daher eine Technologie
dar, für
die ein weiter Bereich von Anwendungen bei Technologien gefunden
werden kann, die eine Roboter-Vision-Funktion usw. unterstützen.
