JP2005217889A - 映像位置関係補正装置、該映像位置関係補正装置を備えた操舵支援装置、及び映像位置関係補正方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】カメラ2の内部パラメータと取付パラメータを含む座標変換用パラメータを未知数とすると共に算出する座標変換用パラメータの数より多い数の関係式を生成し、カメラ2により実際に撮影され表示された映像基準点Q1〜Q6のモニタ座標とこれに対応する仮想目標点R1〜R6のモニタ座標とのズレに基づいて座標変換用パラメータの値を算出し、算出された座標変換用パラメータの値に基づいて基準点の実座標から導出される仮想目標点のモニタ座標と実際に撮影された映像基準点のモニタ座標との偏差の二乗和が最小になるように座標変換用パラメータを決定し、決定された座標変換用パラメータの値に基づいて実映像及び仮想映像の相対位置関係を補正する。
【選択図】図2
Description
このような場合には、予想軌跡に従って車両を移動させても所望の後退や駐車をすることができなくなる虞がある。そこで、通常は、CCDエリアセンサとレンズとの相対位置関係の調整(光軸の調整)、並びにCCDカメラが車両に基準通りに適正に取り付けられるように車両ごとにCCDカメラの取付状態の調整が行われている。
また、この発明は、このような映像位置関係補正装置を備えた操舵支援装置を提供することも目的としている。
また、認識手段は、実目標及び仮想目標の一方をモニタ画面上で移動させて他方に重ね合わせるコントローラを備える、あるいは画像処理により認識することができる。
なお、実目標は路面上に設定する、あるいは車両後部に取り付けられた平板部材上に設定することができる。
以下、この発明の映像位置関係補正装置を、車両の操舵支援装置における車両後方映像と操舵支援ガイドとの映像位置関係を補正する場合に適用した実施の形態について添付図面を基に説明する。
この実施の形態1に係る映像位置関係補正装置を車両に取り付けた状態を図1に示す。車両1の後部には車両後方映像を撮影するためのCCDカメラ2が取り付けられており、車両1の後部の路面上には、実目標となる基準点P1〜P6がそれぞれ所定の位置に設定され、描かれている。
コントローラ9は、車両1の運転席前方においてモニタ7の近傍に配設され、図3に示されるように、運転者の操作により上下左右方向の補正量を入力可能な十字ボタン10、決定ボタン11及び計算ボタン12を備えている。
理論描画回路8によりこの発明の座標変換手段が構成され、理論描画回路8及びコントローラ9により認識手段及び補正手段が構成されている。
また、CCDカメラ2により撮影されてモニタ7の画面に表示された車両後方映像(鏡像)を図4に示す。映像には、車両1の後部バンパ13が写っており、画面の右方に向かった水平方向をX軸正方向、上方に向かった垂直方向をY軸正方向としたモニタ座標系を想定する。
まず、取付パラメータとしては次のようなパラメータが考えられる。CCDカメラ2が基準通りに車両1に取り付けられた場合には、CCDカメラ2は、路面座標系で表された座標点(x,y,z)の基準取付位置に、伏せ角ω、方向角γ、回転角θの基準取付角度で設置されている。ここで、伏せ角ωはy軸方向から下に向いている角度を表し、方向角γはxy平面に平行な面におけるy軸負方向からの角度を表し、回転角θはCCDカメラ2をレンズ3の光軸周りに回転させて取り付けた角度を表す。
ただし、実際には、CCDカメラ2は基準に対して取付誤差を含んで車両1に取り付けられ、路面座標系で表された座標点(x+Δx,y+Δy,z+Δz)の取付位置に伏せ角ω+Δω、方向角γ+Δγ、回転角θ+Δθの取付角度で設置されているものとする。これらx+Δx,y+Δy,z+Δz、ω+Δω、γ+Δγ、θ+ΔθがCCDカメラ2の取り付けに関する取付パラメータとなる。
なお、歪定数Da、Db、Dcは、歪係数Dを
D=[(r−r0)/r0]×100=Da×r2+Db×r+Dc
と定義したときの定数である。ここで、r0は歪を考慮しないときの像高、rは歪を考慮したときの像高を表し、像高は光軸(レンズ中心の延長線)とCCDエリアセンサ面の交点から対象とするCCDエリアセンサ上の点までの距離で表される。
さらに、これら取付パラメータ及び内部パラメータの他、モニタ7の画面への変換定数としてX軸倍率、X軸方向の位置ずれ、Y軸倍率、Y軸方向の位置ずれも座標変換用パラメータとして挙げることができる。
上述したこれらのパラメータのうち、例えば、直接測定することが困難であったり、他のパラメータによって算出することが困難である、次の9個のパラメータをこの実施の形態で修正することとする。
伏せ角ω+Δω、方向角γ+Δγ、回転角θ+Δθ、歪定数Da及びDb、
X軸倍率、X軸方向の位置ずれ、Y軸倍率、Y軸方向の位置ずれ
まず、実目標となる基準点P1〜P6を含む実映像は、レンズ3を介してCCDエリアセンサ4により取り込まれる。CCDエリアセンサ4に取り込まれた実映像に関する信号は、信号処理IC5に送られ、スーパーインポーズ回路6に出力される。一方、スーパーインポーズ回路6には、理論描画回路8から、仮想目標点R1〜R6に関する信号が入力される。
Xqm=F(Xpm、Ypm、Zpm、Kn、Kj)+DXm
Yqm=G(Xpm、Ypm、Zpm、Kn、Kj)+DYm
で表される。ここで、DXm及びDYmは関数F及びGを用いて算出された仮想目標点のX座標及びY座標と映像基準点Qmの座標値Xqm及びYqmとの偏差である。なお、基準点Pmが路面上に描かれている場合には、Zpm=0となる。
つまり6個の映像基準点QmのX座標及びY座標をそれぞれ表すことにより、9個の座標変換用パラメータKnに対して計12個の関係式が作成される。
そこで、偏差DXm及びDYmの二乗和
S=Σ(DXm2+DYm2)
を最小とするような座標変換用パラメータKnを求める。すなわちSを最小化する最適化問題を解く。公知の最適化法たとえばシンプレックス法や、最急降下法、ニュートン法、準ニュートン法などを用いることができる。反復計算する際の座標変換用パラメータKnの初期値は修正前の座標変換用パラメータの値とする。
これにより、レンズ3の光軸とCCDエリアセンサ4の中心とが合致せず、且つCCDカメラ2が車両1に基準通りに適正に取り付けられない場合等であっても、レンズ3の光軸を物理的に調整することなく、またCCDカメラ2を基準通りに車両1に高精度で取り付けるための調整作業を行うことなく、実映像と仮想映像との位置関係を適正に補正することができる。すなわち、実映像としての車両後方映像と、仮想映像としての操舵支援ガイドとの位置関係を適正にすることができる。
この実施の形態1では、9個の座標変換用パラメータKnに対して6個の映像基準点Qmにより12個の関係式を作成したが、関係式の数は算出しようとする座標変換用パラメータの個数より多ければよく、例えば5個の映像基準点Qmにより10個の関係式を作成してもよく、あるいは7個以上の映像基準点Qmによってより多数の関係式を作成してもよい。
さらに、算出しようとする座標変換用パラメータの数は9個に限るものではなく、自由に設定することができる。
図5に実施の形態2に係る映像位置関係補正装置の構成を示す。この実施の形態2は、図2に示した実施の形態1の映像位置関係補正装置において、スーパーインポーズ回路6の代わりにCCDカメラ2の信号処理IC5とモニタ7との間にA/D変換回路15、画像メモリ16及びD/A変換回路17を順次直列に接続すると共に画像メモリ16に理論描画回路8を接続したものである。
このように、画像データが一旦画像メモリ16内に格納されるタイプの映像表示装置に対してもこの発明に係る映像位置関係補正装置を適用することができる。
図6に実施の形態3に係る映像位置関係補正装置の構成を示す。この実施の形態3は、図5に示した実施の形態2の映像位置関係補正装置において、コントローラ9の代わりに画像処理回路14を理論描画回路8と画像メモリ16とに接続し、画像処理により映像基準点Q1〜Q6の座標を算出するように構成したものである。このようにすれば、運転者がコントローラ9の十字ボタン10を操作して仮想目標点R1〜R6を映像基準点Q1〜Q6に合わせる調整作業が不要となり、より容易に実映像と仮想映像との位置関係の補正を行うことが可能となる。
上記の実施の形態1〜3において、路面上に実目標となる基準点P1〜P6を描く代わりに、図7に示されるように、その上面に基準点P1〜P6が描かれた平板状のテストチャート部材18をCCDカメラ2の被写領域A内に位置するように車両1の後部バンパ13に取り付けることもできる。このようなテストチャート部材18を用いれば、車両1の停車位置に関わらずにCCDカメラ2に対する基準点P1〜P6の位置が正確に決定されるため、
路面上の基準点P1〜P6に合わせて車両1を停車させる必要がなく、また、どこでも実映像と仮想映像との位置関係の補正を行うことができる。
さらに、CCDカメラ2の被写領域に入っている車両1の一部分を実目標と見立てることもできる。
この発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、以下のような改変を施して実施することも可能である。
実目標となる基準点の形状は上記の各実施の形態に示された円形に限定されるものではなく、各種の形状とすることができる。
実施の形態1及び2では、運転者による操作のためにコントローラ9を用いたが、その代わりに、モニタ7に十字ボタン、決定ボタン及び計算ボタンを備えたタッチパネルを配設したり、ジョグスイッチ等を用いることもでき、仮想目標点と映像基準点を重ねるように操作可能な手段であればよい。また、操作手順も上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の手順で実施してもよい。
修正する座標変換用パラメータは上記実施の形態で用いられたパラメータに限るものではない。少なくともカメラの内部パラメータが含まれればよい。
さらに、上記の各実施の形態では、車両の操舵支援装置の特に車両後方における映像の補正に適用した場合について説明したが、これに限るものではなく、この発明の映像位置関係補正装置は実映像と仮想映像とを重畳表示する他の装置における映像補正に適用することも可能である。
Claims (8)
- カメラにより撮影された実映像と仮想映像とをモニタ画面に重畳表示する装置に関し、
カメラの被写領域内の実座標系に設定された実目標と、
カメラ自体の内部パラメータと車両へのカメラの取り付けに関する取付パラメータを含む座標変換用パラメータの基準値に基づいて実座標系における実目標の実座標を座標変換しモニタ画面上のモニタ座標系におけるモニタ座標を理論的に導出する座標変換手段と、
カメラにより実際に撮影された実目標の画像のモニタ座標を認識する認識手段と、
カメラにより実際に撮影された実目標の画像のモニタ座標とこれに対応する座標変換された実目標のモニタ座標系におけるモニタ座標との偏差に基づいて前記座標変換用パラメータのうち少なくともカメラ自体の内部パラメータの値を修正すると共に修正された座標変換用パラメータの値に基づいて実映像及び仮想映像の相対位置関係を補正する補正手段と
を備え、補正手段は、前記実目標の画像のモニタ座標と座標変換された実目標のモニタ座標系におけるモニタ座標から、修正する座標変換用パラメータの数より多い数の関係式を生成し、前記偏差の二乗和が最小になるように座標変換用パラメータを修正し、
前記実目標の数は、前記関係式を修正する座標変換用パラメータの数より多く生成できる数であることを特徴とする映像位置関係補正装置。 - 前記認識手段は、前記座標変換手段によって修正前の座標変換用パラメータに基づいてモニタ画面上のモニタ座標系に仮想目標を提供し、カメラにより実際に撮影された実目標の画像のモニタ座標と前記仮想目標のモニタ座標との差によって認識する請求項1に記載の映像位置関係補正装置。
- 前記認識手段は、実目標及び仮想目標の一方をモニタ画面上で移動させて他方に重ね合わせるコントローラを備える請求項2に記載の映像位置関係補正装置。
- 前記認識手段は、画像処理により認識を行う請求項1に記載の映像位置関係補正装置。
- 実映像及び仮想映像がそれぞれ車両の後方映像及び操舵支援ガイドである請求項1〜4のいずれか一項に記載の映像位置関係補正装置を備えた操舵支援装置。
- 実目標は、路面上に設定された請求項5に記載の操舵支援装置。
- 実目標は、車両後部に取り付けられた平板部材上に設定された請求項5に記載の操舵支援装置。
- カメラにより撮影された実映像と仮想映像とをモニタ画面に重畳表示する方法に関し、
カメラにより実座標系上の実目標を撮影し、
カメラ自体の内部パラメータと車両へのカメラの取り付けに関する取付パラメータを含む座標変換用パラメータの基準値に基づいて実座標系における実目標の実座標を座標変換し、モニタ画面上のモニタ座標系におけるモニタ座標を理論的に導出することにより仮想目標を作成し、
カメラにより実際に撮影された実目標の映像のモニタ座標とこれに対応する仮想目標のモニタ座標とのズレに基づいて実目標の画像のモニタ座標を認識し、
前記実目標の画像のモニタ座標と座標変換された実目標のモニタ座標系におけるモニタ座標と偏差から、前記座標変換用パラメータのうち少なくともカメラ自体の内部パラメータを含んだ修正する座標変換用パラメータの数より多い関係式を生成し、
前記偏差の二乗和が最小になるように座標変換用パラメータを修正し、
修正された座標変換用パラメータの値に基づいて実映像及び仮想映像の相対位置関係を補正する
ことを特徴とする映像位置関係補正方法。
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