JP2006349443A - Camera calibration device - Google Patents

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Ryuichi Mato
隆一 間藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a camera calibration device capable of accurately estimating the center of an image based on linear feature points of a part of the image. <P>SOLUTION: An image center calculating means 12 sets feature points (feature points arranged linearly in the lateral direction of a marker 20) arranged linearly in the horizontal direction of the image as feature points for determining the linearity, and determines an approximate straight line along these feature points. The calculating means sets the average of distances between the approximate straight line and the feature points as a linearity cost, and classifies the straight lines (parallel straight lines passing through feature points in the vertical direction of the marker 20) passing through feature points arranged in the perpendicular direction of the image into two right and left groups. The calculating means determines vanishing points from a plurality of straight lines in each group, and calculates the distance between two determined vanishing points. The calculating means sets this distance as a vanishing point identity cost, calculates the linearity cost and vanishing point identity cost while changing the image centers C<SB>x</SB>and C<SB>y</SB>within a set range, and determines the image center at which the cost calculated based on the linearity cost and vanishing point identity cost is minimum. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、カメラの撮像方向を校正するカメラ校正装置に関するものである。   The present invention relates to a camera calibration device that calibrates the imaging direction of a camera.

近年、工業分野において、カメラによる監視や物体検出を行うため、カメラから撮像対象物までの距離・方向を求めてカメラの撮像方向を校正するカメラ校正装置が開発されている。   In recent years, in the industrial field, in order to perform monitoring and object detection by a camera, a camera calibration device that calibrates the imaging direction of the camera by obtaining the distance and direction from the camera to the imaging object has been developed.

例えば、カメラを車両に搭載して、車両走行のガイドラインを画像上に描画するとき、路面とカメラの位置関係を正確に求めてカメラの撮像方向を校正するカメラ校正が必要となる。   For example, when a camera is mounted on a vehicle and a vehicle travel guideline is drawn on an image, camera calibration is required to accurately determine the positional relationship between the road surface and the camera and calibrate the imaging direction of the camera.

このようなカメラ校正装置として、車両に設置された後、床面上に配置されたターゲットバーをカメラで撮像し、撮像した画像の中のターゲットバーが所定のウィンドウと略一致するようにロール角、チルト角、パン角を調整し、得られた角度情報をカメラパラメータとしてカメラ校正装置の内部あるいは外部の記憶手段に記憶する構成をとっているものがある(例えば、特許文献1参照)。   As such a camera calibration device, after being installed in a vehicle, a target bar placed on the floor surface is imaged by a camera, and a roll angle is set so that the target bar in the captured image substantially matches a predetermined window. In some cases, the tilt angle and the pan angle are adjusted, and the obtained angle information is stored as camera parameters in a storage unit inside or outside the camera calibration apparatus (for example, see Patent Document 1).

また、カメラ校正用の基準位置およびこの基準位置を特定するための識別情報を有する校正用ボードをカメラで撮像し、撮像した画像の中の基準位置および識別情報に基づいて自動的にカメラ校正パラメータを算出するものもある(例えば、特許文献2参照)。   In addition, a camera calibration image having a camera calibration reference position and identification information for identifying the reference position is captured by the camera, and the camera calibration parameter is automatically set based on the reference position and the identification information in the captured image. There is also one that calculates (for example, see Patent Document 2).

ここで、カメラ校正装置で求める画像中心について説明する。   Here, the image center obtained by the camera calibration device will be described.

図7は、カメラ校正に使用する座標系を説明するための図である。図7(a)は、ピンホールカメラモデルで表現するカメラ座標系(x,y,z)である。   FIG. 7 is a diagram for explaining a coordinate system used for camera calibration. FIG. 7A shows a camera coordinate system (x, y, z) expressed by a pinhole camera model.

カメラ座標系にある点Pは、カメラ原点から焦点距離fにある投影面に投影される。この投影面を歪みのないセンサー座標系(xu,yu)とすると、カメラ座標系とは(式1)の関係がある。 A point P in the camera coordinate system is projected onto a projection plane at a focal length f from the camera origin. If this projection plane is a sensor coordinate system (x u , yu ) with no distortion, the camera coordinate system has the relationship of (Equation 1).

Figure 2006349443
Figure 2006349443

実際には、レンズは歪みを持っているので、レンズ歪みを考慮した歪みのあるセンサー座標系(xd,yd)と歪みのないセンサー座標系との関係は、(式2)、(式3)の関係がある。
d+Dx=xud+Dy=yu (式2)
Actually, since the lens has distortion, the relationship between the sensor coordinate system (x d , y d ) with distortion and the sensor coordinate system without distortion in consideration of the lens distortion is (Equation 2), (Equation 2) There is a relationship 3).
x d + D x = x u y d + D y = y u ( Equation 2)

Figure 2006349443
Figure 2006349443

ここで、κは歪みの程度を表す定数である。   Here, κ is a constant representing the degree of distortion.

図7(b)は、投影面に投影された画像を示す図である。実イメージ座標系(xf,yf)は、モニター上の画像に対応する座標系で、画像の左上隅を原点とする二次元座標系である。実イメージ座標系と歪みのあるセンサー座標系は、(式4)の関係がある。
f=sxx -1d+Cxf=dy -1d+Cy (式4)
ここで、dx、dyは、xおよびy方向のピクセル間距離である。ピクセル間距離とは、投影面で換算されるピクセル間の実距離である。また、sxはスケールファクターと呼ばれ、画像キャプチャー時に発生するパラメータで定数と見なすことができる。Cx、Cyは画像中心である。
FIG. 7B is a diagram showing an image projected on the projection plane. The real image coordinate system (x f , y f ) is a coordinate system corresponding to the image on the monitor, and is a two-dimensional coordinate system with the upper left corner of the image as the origin. The actual image coordinate system and the sensor coordinate system with distortion have the relationship of (Equation 4).
x f = s x d x -1 x d + C x y f = d y -1 y d + C y (Formula 4)
Here, d x and dy are distances between pixels in the x and y directions. The inter-pixel distance is an actual distance between pixels converted on the projection plane. Further, s x is called a scale factor, and is a parameter generated during image capture and can be regarded as a constant. C x and Cy are image centers.

カメラ校正装置が求める対象となるパラメータは画像中心Cx、Cyである。fとκはカメラ仕様により決まるもので、κは定数として、画像中心からの距離に対応する歪み比率として与えられる。 The parameters to be obtained by the camera calibration device are the image centers C x and C y . f and κ are determined by the camera specification, and κ is given as a constant and a distortion ratio corresponding to the distance from the image center.

図8は、従来のカメラ校正装置を示すブロック図である。図8に示すように、従来のカメラ校正装置は、直線状に並んだ部分を含むマーカー101と、マーカー101を撮像する校正対象であるカメラ102と、カメラ102が撮像するマーカー101の画像から画像中心を算出する画像中心算出手段103とを備えている。   FIG. 8 is a block diagram showing a conventional camera calibration apparatus. As shown in FIG. 8, the conventional camera calibration apparatus is an image obtained from an image of a marker 101 that includes linearly aligned portions, a camera 102 that is a calibration target that images the marker 101, and a marker 101 that the camera 102 captures. Image center calculation means 103 for calculating the center.

図9は、従来のカメラ校正装置におけるマーカー101とカメラ102の位置関係を示す斜視図である。   FIG. 9 is a perspective view showing the positional relationship between the marker 101 and the camera 102 in the conventional camera calibration apparatus.

図10は、歪みのあるセンサー座標系でのマーカー画像と歪みのないセンサー座標系でのマーカー画像を示す図である。   FIG. 10 is a diagram illustrating a marker image in a sensor coordinate system with distortion and a marker image in a sensor coordinate system without distortion.

このような従来のカメラ校正装置は、図10(a)に示すような歪みのあるセンサー座標系でのマーカー画像が、(式2)により図10(b)に示すような歪みのないセンサー座標系のマーカー画像のように変換できることを利用し、マーカー101の正方形の頂点を特徴点とし、実イメージ座標系での特徴点の座標を(式2)から(式4)により歪みのないセンサー座標系での座標に変換し、変換した特徴点の座標が直線状に並ぶような中心Cx、Cyを求める。 In such a conventional camera calibration apparatus, the marker image in the sensor coordinate system with distortion as shown in FIG. 10A is converted into sensor coordinates without distortion as shown in FIG. Using the fact that it can be converted like a marker image of the system, the square vertex of the marker 101 is used as a feature point, and the coordinates of the feature point in the real image coordinate system are converted into sensor coordinates without distortion according to (Equation 2) to (Equation 4). The coordinates C in the system are converted, and the centers C x and C y are obtained so that the coordinates of the converted feature points are arranged in a straight line.

具体的には、画像中心算出手段103は、カメラ102でマーカー101を撮像した画像から、マーカー101の正方形の頂点を特徴点とし、直線状に並ぶn点の特徴点の実イメージ座標を算出する。この実イメージ座標を(Xi,Yi)i=1〜nとすると、初期値の中心Cx、Cyに基づいて(式2)から(式4)により実イメージ座標を歪みのないセンサー座標系の座標(Xui,Yui)i=1〜nに変換する。 Specifically, the image center calculation unit 103 calculates the actual image coordinates of n feature points arranged in a straight line from the image obtained by capturing the marker 101 with the camera 102 with the square vertex of the marker 101 as the feature point. . The actual image coordinates (X i, Y i) When i = 1 to n, not the center C x of the initial value, based on C y from equation (2) the actual image coordinates distortion by (Equation 4) Sensors The coordinates (X ui , Y ui ) i = 1 to n of the coordinate system are converted.

変換した(Xui,Yui)から最小二乗法で近似直線の式を求め、この近似直線と(Xui,Yui)との距離の総和(直線性コスト)を算出する。 From the converted (X ui , Y ui ), an approximate straight line equation is obtained by the least square method, and the sum (linearity cost) of the distance between this approximate straight line and (X ui , Y ui ) is calculated.

この直線性コストをCx、Cyの値を設定された範囲内で変えながら算出し、直線性コストが最小となるような中心を求める。
特開2001−245326号公報 特開2003−194520号公報
The linearity cost is calculated while changing the values of C x and Cy within a set range, and the center that minimizes the linearity cost is obtained.
JP 2001-245326 A JP 2003-194520 A

しかしながら、従来のカメラ校正装置においては、画像全体にマーカーの特徴点が撮像されていないと画像中心の推定誤差が大きくなってしまい、一部分の特徴点の並びの直線性だけでは画像中心を精度よく推定できないという問題があった。   However, in the conventional camera calibration device, if the feature point of the marker is not captured in the entire image, the estimation error of the image center becomes large, and the image center can be accurately determined only by the linearity of a part of the feature points. There was a problem that it could not be estimated.

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、画像の一部分の直線状の特徴点により、画像中心を精度よく推定できるカメラ校正装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the conventional problems, and an object of the present invention is to provide a camera calibration apparatus that can accurately estimate the center of an image from a linear feature point of a part of the image.

本発明のカメラ校正装置は、少なくとも一つの直線状に複数個並ぶ直線部分と、少なくとも4本の平行線上のそれぞれに複数個並ぶ平行線部分とを有する特徴点群を撮像する撮像手段と、前記撮像手段が撮像した画像の、前記直線部分の直線性評価値と、前記平行線部分から求められる複数の消失点の同一性評価値とに基づいて画像中心を求める画像中心算出手段とを備える構成を有している。   The camera calibration apparatus according to the present invention includes an imaging means for imaging a feature point group having at least one linear portion arranged in a straight line and a plurality of parallel line portions arranged on at least four parallel lines, Image center calculating means for obtaining an image center based on a linearity evaluation value of the straight line portion and an identity evaluation value of a plurality of vanishing points obtained from the parallel line portion of an image captured by the image pickup means have.

この構成により、直線部分の直線性評価値と平行線部分から求められる複数の消失点の同一性評価値とに基づいて画像中心が求められ、直線状に並んだ特徴点が画像の一部分にあれば画像中心を精度よく推定することができる。   With this configuration, the image center is obtained based on the linearity evaluation value of the straight line part and the identity evaluation value of a plurality of vanishing points obtained from the parallel line part, and the feature points arranged in a straight line are included in a part of the image. Thus, the center of the image can be estimated with high accuracy.

ここで、前記画像中心算出手段は、前記直線性評価値として、前記直線部分の特徴点から求めた近似直線と、前記直線部分の特徴点との距離の平均値を用いる構成とした。   Here, the image center calculation means is configured to use an average value of the distance between the approximate straight line obtained from the feature point of the straight line portion and the feature point of the straight line portion as the linearity evaluation value.

この構成により、容易に直線性評価値を求めることができる。   With this configuration, the linearity evaluation value can be easily obtained.

また、前記画像中心算出手段は、前記同一性評価値として、前記複数の消失点の距離の総和を用いる構成とした。   Further, the image center calculating means uses a sum of distances of the plurality of vanishing points as the identity evaluation value.

この構成により、容易に消失点の同一性評価値を求めることができる。   With this configuration, the vanishing point identity evaluation value can be easily obtained.

本発明によれば、直線部分の直線性評価値と平行線部分から求められる複数の消失点の同一性評価値とに基づいて画像中心を求めているので、直線状に並んだ特徴点が画像の一部分にあれば画像中心を精度よく推定することができる。   According to the present invention, since the image center is obtained based on the linearity evaluation value of the straight line portion and the identity evaluation values of a plurality of vanishing points obtained from the parallel line portion, the feature points arranged in a straight line are imaged. If it is in a part of the image center, the image center can be estimated with high accuracy.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
図1は本発明の第1の実施の形態のカメラ校正装置を示すブロック図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a camera calibration apparatus according to a first embodiment of the present invention.

図1において、本実施の形態のカメラ校正装置は、画像を撮像する校正対象であるカメラ11と、カメラ11が撮像したマーカー20の画像から画像中心を算出する画像中心算出手段12とを備えている。   In FIG. 1, the camera calibration apparatus according to the present embodiment includes a camera 11 that is a calibration target for capturing an image, and an image center calculation unit 12 that calculates an image center from an image of a marker 20 captured by the camera 11. Yes.

マーカー20には、少なくとも一つの直線状に並んだ複数の特徴点と、少なくとも4本の平行な直線のそれぞれの上に複数並んだ特徴点とが配置されている。   The marker 20 includes a plurality of feature points arranged in at least one straight line and a plurality of feature points arranged on each of at least four parallel straight lines.

そして、カメラ11をマーカー20の斜め上方に配置し、カメラ11でマーカー20を撮像する。このとき、マーカー20に配置された、複数の特徴点を通る少なくとも4本の平行な直線が消失点を持つように、平行な直線がカメラの手前から正面奥方向に延伸するようにカメラ11とマーカー20を配置する。   Then, the camera 11 is disposed obliquely above the marker 20, and the marker 20 is imaged by the camera 11. At this time, the camera 11 and the camera 11 are arranged such that the parallel straight lines extend from the front of the camera to the back of the front so that at least four parallel straight lines passing through the plurality of feature points disposed on the marker 20 have vanishing points. The marker 20 is arranged.

図2は、本実施の形態におけるカメラ11とマーカー20の位置関係を示す斜視図である。   FIG. 2 is a perspective view showing the positional relationship between the camera 11 and the marker 20 in the present embodiment.

なお、本実施の形態では、横方向に2本、縦方向に3本の格子状の直線のそれぞれの交点の6点が配置されたマーカー20を2枚(第1のマーカー20a、第2のマーカー20bとする)、それぞれの横方向の直線が同一直線状になるように、またそれぞれの縦方向の直線が平行になるように配置し、図2に示すように、マーカー20の横方向の直線が、カメラ11で撮像した画像の水平方向に平行になるように、マーカー20の縦方向の直線がカメラの手前から正面奥方向に延伸するようにカメラ11を配置した。   In the present embodiment, two markers 20 (first marker 20a, second marker 20) each having six intersections of two grid-like straight lines in the horizontal direction and three in the vertical direction are arranged. 2), the horizontal lines of the markers 20b are arranged so that the horizontal lines thereof are the same straight line, and the vertical lines of the respective horizontal lines are parallel to each other, as shown in FIG. The camera 11 was arranged such that the straight line in the vertical direction of the marker 20 extends from the front of the camera to the back of the front so that the straight line is parallel to the horizontal direction of the image captured by the camera 11.

画像中心が正確であれば、実世界における直線は、カメラ座標系においても直線となるので、歪みのないセンサー座標系でも直線となる。また、画像中心が正確であれば、歪みのないセンサー座標系で平行な直線の消失点は同一点となる。   If the center of the image is accurate, a straight line in the real world becomes a straight line in the camera coordinate system, and therefore a straight line even in a sensor coordinate system without distortion. If the image center is accurate, the vanishing points of the straight lines in the sensor coordinate system without distortion are the same point.

図3は、カメラ11で撮像したマーカー20の画像を示す図である。   FIG. 3 is a diagram illustrating an image of the marker 20 captured by the camera 11.

画像中心算出手段12は、画像の水平方向に直線状に並んだ特徴点(マーカー20の横方向に直線状に並んだ特徴点)を直線性を判断する特徴点として、これらの特徴点の実イメージ座標を歪みのないセンサー座標に変換し、各特徴点の歪みのないセンサー座標に基づいて近似直線を求め、歪みのないセンサー座標での近似直線とこれら特徴点との距離の平均を直線性コストとする。   The image center calculation means 12 uses the feature points arranged in a straight line in the horizontal direction of the image (feature points arranged in a straight line in the horizontal direction of the marker 20) as the feature points for determining the linearity. Convert image coordinates to undistorted sensor coordinates, find an approximate line based on the undistorted sensor coordinates of each feature point, and linearize the average of the distance between the approximate line and sensor points without distortion Cost.

また、画像中心算出手段12は、画像の垂直方向に並んだ特徴点を通る直線(マーカー20の縦方向に特徴点を通る平行な直線)を、第1のマーカー20aの特徴点を通るグループと第2のマーカー20bの特徴点を通るグループとにグループ分け(左右にグループ分け)し、これらの特徴点の実イメージ座標を歪みのないセンサー座標に変換し、各特徴点の歪みのないセンサー座標に基づいてそれぞれのグループの複数の直線から消失点を求め、求めた二つの消失点の距離を算出し、この距離を消失点同一性コストとする。なお、グループを3個以上とする場合は、各グループの消失点の距離の総和とすればよい。   Further, the image center calculating unit 12 sets a straight line passing through the feature points arranged in the vertical direction of the image (a parallel straight line passing through the feature points in the vertical direction of the marker 20) as a group passing through the feature points of the first marker 20a. Grouped into groups passing through the feature points of the second marker 20b (grouped to the left and right), converted the actual image coordinates of these feature points into sensor coordinates without distortion, and sensor coordinates without distortion of each feature point The vanishing point is obtained from a plurality of straight lines of each group based on the above, the distance between the obtained two vanishing points is calculated, and this distance is defined as the vanishing point identity cost. In addition, what is necessary is just to make it the sum total of the distance of the vanishing point of each group, when making it into three or more groups.

画像中心算出手段12は、ある画像中心Cx、Cyにおけるコストを(式5)で求める。
コスト=A×直線性コスト+B×消失点同一性コスト (式5)
ここで、AとBはA>0、B>0を満たす定数である。
Image center calculating unit 12 obtains an image center C x, the cost of the C y in (Equation 5).
Cost = A × linearity cost + B × vanishing point identity cost (Formula 5)
Here, A and B are constants satisfying A> 0 and B> 0.

画像中心算出手段12は、画像中心Cx、Cyを設定された範囲内で変えながら(式5)でコストを算出し、コストが最小となる画像中心を求める。 The image center calculation means 12 calculates the cost by (Equation 5) while changing the image centers C x and Cy within the set range, and obtains the image center that minimizes the cost.

図4は、画像中心を算出する処理を説明するフローチャートである。   FIG. 4 is a flowchart for explaining processing for calculating the image center.

図4に示すように、画像中心算出手段12は、Cx、Cyに初期値を設定し(S11)、特徴点の実イメージ座標を歪みのないセンサー座標に変換する(S12)。 As shown in FIG. 4, the image center calculating means 12, C x, set the initial value C y (S11), and converts the sensor coordinate undistorted real image coordinates of the feature points (S12).

そして、直線状に並ぶ特徴点の歪みのないセンサー座標から最小二乗法により近似直線を求める(S13)。求めた近似直線と各特徴点との距離の平均を求め、直線性コストとする(S14)。   Then, an approximate straight line is obtained by the least square method from the sensor coordinates without distortion of the feature points arranged in a straight line (S13). The average of the distance between the obtained approximate straight line and each feature point is obtained to obtain the linearity cost (S14).

次いで、画像の垂直方向に並んだ特徴点を通る平行な直線を複数の直線を含む左右2グループに分け、各グループの直線の消失点を求め(S15)、求めた各グループの消失点の距離を求め、消失点同一コストとする(S16)。   Next, parallel straight lines passing through the feature points arranged in the vertical direction of the image are divided into two left and right groups including a plurality of straight lines, the vanishing points of the straight lines of each group are obtained (S15), and the distances of the vanishing points of the obtained groups are obtained. And the vanishing point has the same cost (S16).

求めた直線性コストと消失点同一性コストから(式5)によりコストを算出し、Cx、Cyの値とともに記憶する(S17)。 From linearity cost and vanishing point identity costs determined to calculate the cost by (Equation 5), C x, it is stored together with the value of C y (S17).

yに探索刻み幅を加算し(S18)、Cyが探索の上限値(Cyの初期値+探索幅)より小さいかを判定する(S19)。 Adding a search step size to C y (S18), C y determines whether less than (initial value + calculation width of C y) upper limit of the search (S19).

加算されたCyが探索の上限値より小さい場合、S12に戻って、探索刻み幅が加算されたCyについて特徴点の実イメージ座標を歪みのないセンサー座標に変換して、その後の処理を行う。 If the added C y is smaller than the upper limit of the search back to S12, and converts the search step size C y obtained by adding the actual image coordinates of the feature points without the sensor coordinate distortion, subsequent processing Do.

加算されたCyが探索の上限値以上の場合、Cxに探索刻み幅を加算し(S20)、Cxが探索の上限値(Cxの初期値+探索幅)より小さいかを判定する(S21)。 If the added C y is greater than or equal to the upper limit value of the search by adding the search step size to C x (S20), (initial value + calculation width of C x) C x is the upper limit of the search determines smaller (S21).

加算されたCxが探索の上限値より小さい場合、S12に戻って、探索刻み幅が加算されたCxについて特徴点の実イメージ座標を歪みのないセンサー座標に変換して、その後の処理を行う。 If the added C x is smaller than the upper limit value of the search, the process returns to S12, and the actual image coordinates of the feature points are converted into sensor coordinates without distortion for C x with the added search step size, and the subsequent processing is performed. Do.

加算されたCxが探索の上限値以上の場合、算出したコストが最小のCx、Cyを画像中心とする(S22)。 If the added C x is equal to or higher than the upper limit of the search, the calculated cost is the lowest C x, and the image around the C y (S22).

図5は、本実施の形態における画像中心のX座標を固定し、Y座標を変化させたときの、Y座標の値と直線性コストとの関係を示すグラフである。   FIG. 5 is a graph showing the relationship between the value of the Y coordinate and the linearity cost when the X coordinate of the image center in the present embodiment is fixed and the Y coordinate is changed.

図5に示すように、X軸に沿った特徴点の直線性コストが最小値となる画像中心のY座標の値は、画像中心のY座標の真値にほぼ等しくなることがわかる。   As shown in FIG. 5, it can be seen that the value of the Y coordinate of the image center where the linearity cost of the feature point along the X axis is the minimum value is substantially equal to the true value of the Y coordinate of the image center.

図6(a)は、本実施の形態における画像中心のY座標を固定し、X座標を変化させたときの、X座標の値と直線性コストの関係を示すグラフである。   FIG. 6A is a graph showing the relationship between the value of the X coordinate and the linearity cost when the Y coordinate of the image center in the present embodiment is fixed and the X coordinate is changed.

図6(b)は、本実施の形態における画像中心のY座標を固定し、X座標を変化させたときの、X座標の値と消失点同一性コストの関係を示すグラフである。   FIG. 6B is a graph showing the relationship between the value of the X coordinate and the vanishing point identity cost when the Y coordinate of the image center is fixed and the X coordinate is changed in the present embodiment.

二つのグラフを比較すると、消失点同一性コストのほうが直線性コストよりも画像中心のX座標と相関が高く、消失点同一性コストが最小となる画像中心のX座標の値が、画像中心のX座標の真値にほぼ等しくなっていることがわかる。   Comparing the two graphs, the vanishing point identity cost is more correlated with the image center X coordinate than the linearity cost, and the image center X coordinate value at which the vanishing point identity cost is minimum is It can be seen that it is almost equal to the true value of the X coordinate.

このように本実施の形態においては、横方向に直線状に並んだ特徴点から直線性コストを算出し、縦方向に平行な直線上に並んだ特徴点を左右にグループ分けし、各グループの特徴点を通る平行な直線から消失点を求め、各グループの消失点から消失点同一性コストを算出し、直線性コストと消失点同一性コストから画像中心のコストを算出し、このコストが最小となるものを画像中心としているので、画像の一部分の直線状に並んだ特徴点から精度よく画像中心を推定することができる。   Thus, in the present embodiment, the linearity cost is calculated from the feature points arranged in a line in the horizontal direction, the feature points arranged on a straight line parallel to the vertical direction are grouped on the left and right, and The vanishing point is calculated from parallel straight lines that pass through the feature points, the vanishing point identity cost is calculated from the vanishing point of each group, the image center cost is calculated from the linearity cost and the vanishing point identity cost, and this cost is minimized. Therefore, the image center can be accurately estimated from the feature points arranged in a straight line in a part of the image.

以上のように、本発明にかかるカメラ校正装置は、直線状に並んだ特徴点が画像の一部分にあれば画像中心を精度よく推定することができるという効果を有し、カメラの撮像方向を校正するカメラ校正装置等として有用である。   As described above, the camera calibration device according to the present invention has an effect that the center of the image can be accurately estimated if the feature points arranged in a straight line are in a part of the image, and the imaging direction of the camera is calibrated. It is useful as a camera calibration device.

本発明の第1の実施の形態におけるカメラ校正装置のブロック図1 is a block diagram of a camera calibration apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態におけるカメラ校正装置のカメラとマーカーの位置関係の例を示す斜視図The perspective view which shows the example of the positional relationship of the camera and marker of the camera calibration apparatus in the 1st Embodiment of this invention 本発明の第1の実施の形態におけるカメラ校正装置のカメラで撮像したマーカーの画像例を示す図The figure which shows the example of an image of the marker imaged with the camera of the camera calibration apparatus in the 1st Embodiment of this invention 本発明の第1の実施の形態におけるカメラ校正装置の動作説明のためのフローチャートThe flowchart for demonstrating operation | movement of the camera calibration apparatus in the 1st Embodiment of this invention 本発明の第1の実施の形態におけるカメラ校正装置の画像中心のX座標を固定しY座標を変化させたときのY座標の値と直線性コストとの関係を示すグラフThe graph which shows the relationship between the value of Y coordinate and linearity cost when X coordinate of the image center of the camera calibration apparatus in the 1st Embodiment of this invention is fixed and Y coordinate is changed. (a)本発明の第1の実施の形態におけるカメラ校正装置の画像中心のY座標を固定しX座標を変化させたときのX座標の値と直線性コストの関係を示すグラフ (b)本発明の第1の実施の形態におけるカメラ校正装置の画像中心のY座標を固定しX座標を変化させたときのX座標の値と消失点同一性コストの関係を示すグラフ(A) A graph showing the relationship between the value of the X coordinate and the linearity cost when the Y coordinate of the image center of the camera calibration apparatus according to the first embodiment of the present invention is fixed and the X coordinate is changed. The graph which shows the relationship between the value of X coordinate and vanishing point identity cost when fixing the Y coordinate of the image center of the camera calibration apparatus in 1st Embodiment of an invention, and changing X coordinate (a)ピンホールカメラモデルで表現するカメラ座標系を示す図 (b)投影面に投影された画像を示す図(A) The figure which shows the camera coordinate system expressed with a pinhole camera model (b) The figure which shows the image projected on the projection surface 従来のカメラ校正装置のブロック図Block diagram of a conventional camera calibration device 従来のカメラ校正装置のカメラとマーカーの位置関係の例を示す斜視図The perspective view which shows the example of the positional relationship of the camera and marker of the conventional camera calibration apparatus (a)歪みのあるセンサー座標系のマーカー画像を示す図 (b)歪みのないセンサー座標系のマーカー画像を示す図(A) The figure which shows the marker image of a sensor coordinate system with distortion (b) The figure which shows the marker image of a sensor coordinate system without distortion

符号の説明Explanation of symbols

11 カメラ
12 画像中心算出手段
20 マーカー
20a 第1のマーカー
20b 第2のマーカー
101 マーカー
102 カメラ
103 画像中心算出手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Camera 12 Image center calculation means 20 Marker 20a 1st marker 20b 2nd marker 101 Marker 102 Camera 103 Image center calculation means

Claims (3)

少なくとも一つの直線状に複数個並ぶ直線部分と、少なくとも4本の平行線上のそれぞれに複数個並ぶ平行線部分とを有する特徴点群を撮像する撮像手段と、前記撮像手段が撮像した画像の、前記直線部分の直線性評価値と、前記平行線部分から求められる複数の消失点の同一性評価値とに基づいて画像中心を求める画像中心算出手段とを備えることを特徴とするカメラ校正装置。 An image pickup means for picking up a feature point group having at least one straight line portion and a plurality of parallel line portions respectively arranged on at least four parallel lines; and an image of the image picked up by the image pickup means, An apparatus for calibrating a camera, comprising: an image center calculating means for determining an image center based on a linearity evaluation value of the straight line portion and an identity evaluation value of a plurality of vanishing points obtained from the parallel line portion. 前記画像中心算出手段は、前記直線性評価値として、前記直線部分の特徴点から求めた近似直線と、前記直線部分の特徴点との距離の平均値を用いることを特徴とする請求項1に記載のカメラ校正装置。 The image center calculation means uses, as the linearity evaluation value, an average value of a distance between an approximate straight line obtained from a feature point of the straight line portion and a feature point of the straight line portion. The camera calibration device described. 前記画像中心算出手段は、前記同一性評価値として、前記複数の消失点の距離の総和を用いることを特徴とする請求項1に記載のカメラ校正装置。 The camera calibration apparatus according to claim 1, wherein the image center calculation unit uses a sum of distances of the plurality of vanishing points as the identity evaluation value.
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