JP2008046687A - 撮影環境校正方法及び情報処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】現実空間を撮像する撮像部により現実空間を撮像することによって、撮像部固体情報もしくは現実空間に関わる幾何情報もしくは撮像部と現実空間との間の関係を校正するにおいて、撮像部を用いて現実空間を撮影し、現実空間の撮像画像から校正の基準となる指標を検出し、検出された指標から撮像部の位置姿勢を算出し、得られたデータを用いて撮像部固体情報もしくは現実空間に関わる幾何情報もしくは撮像部と現実空間との間の関係を校正する。このような校正のための撮像において、校正情報を取得するための撮像部の次の目標位置姿勢を指示する仮想的な3次元オブジェクトが提示される。
【選択図】図13
Description
現実空間を撮像する撮像部により現実空間を撮像することによって、撮像部固体情報もしくは現実空間に関わる幾何情報もしくは撮像部と現実空間との間の関係を校正する方法であって、
前記撮像部を用いて現実空間を撮影する撮像工程と、
現実空間の撮像画像から校正の基準となる指標を検出する検出工程と、
前記検出工程により得られた前記指標から前記撮像部の位置姿勢を算出する撮像位置姿勢算出工程と、
校正情報を取得するための前記撮像部の次の目標位置姿勢を指示する仮想的な3次元オブジェクトを提示する撮像位置姿勢指示工程と、
前記検出工程により得られたデータを用いて撮像部固体情報もしくは現実空間に関わる幾何情報もしくは撮像部と現実空間との間の関係を校正する校正工程とを備える。
現実空間を撮像する撮像部により現実空間を撮像することによって、撮像部固体情報もしくは現実空間に関わる幾何情報もしくは撮像部と現実空間との間の関係を校正する情報処理装置であって、
現実空間を撮影する撮像手段と、
前記撮像手段で撮像された画像から指標となる対象物体を検出する検出手段と、
前記撮像手段の位置姿勢を計測する計測手段と、
前記撮像手段の目標位置姿勢を仮想的な3次元オブジェクトを用いて撮影者に提示する撮像位置姿勢指示手段と、
前記検出装置により得られたデータを用いて校正を実施する校正手段とを備える。
図1は、第1実施形態における校正装置の機能構成を示すブロック図である。また図2は、第1実施形態による撮影環境校正方法の利用時の模式図である。尚、図1と図2とで同じ構成については同じ番号を付けている。
・カメラ初期パラメータのカメラ内部パラメータ及び校正後のカメラ内部パラメータ、
・保存した撮像画像、及び、保存した撮像画像に対応づけた撮影時の撮像位置姿勢、
・位置姿勢提示のために描画する仮想物体の頂点情報(基準座標系上で定義された3次元位置や各頂点の接続情報を含む仮想物体の描画に必要な情報、物体のマテリアル設定等を含む)、
・撮像画像から検出されたパターンの各頂点の2次元位置、
・撮像部の指示位置姿勢の履歴を格納する配列、
・ポインティングデバイスのボタン押下時の設定(例えば左ボタン押下:画像の取得・保存、右ボタン押下:カメラキャリブレーションの開始)等の情報である。
第1実施形態では、現在の撮像部101の位置姿勢を極座標系へ変換し、極座標系上で緯度方向の回転と撮像部の視軸を軸とする回転を加えることにより指示位置姿勢を算出した。しかしながら、本発明はこのような指示位置姿勢の算出方法に限定されるものではなく、様々な方向からパターンを撮像させるように指示位置姿勢を算出できる方法であればいずれの方法も本発明に適用可能である。例えば、記憶部107内に格納されている撮像された画像の消失点方向を解析し、その解析結果に基づいて指示位置姿勢を算出する方法であってもよい。第2実施形態では、この算出方法を本発明の撮影環境校正方法に適用した例を示す。尚、以下では、主として第1実施形態との相違点を説明する。
第1実施形態では、図4のステップS403において撮像部101の初期カメラパラメータを導出したあとにのみ撮像位置姿勢を指示している。しかしながら、本発明は、初期カメラパラメータの導出等の校正手法、校正手順に限定されるものではない。例えば、同型の撮像装置で既にカメラキャリブレーションを済ませてあり、おおまかなキャリブレーション値が存在する場合等には、予め使用する撮像部101の内部パラメータに近い値が求められていることになる。この場合は、キャリブレーションパターンの認識ができた時点で、初期カメラパラメータを導出することなく、すぐにカメラ外部パラメータを導出するようにしてもよい。このように、予め取得されている大まかなカメラ内部パラメータを基にして、最終的なカメラ内部パラメータを校正する処理手順の詳細を図11のフローチャートを用いて説明する。
第1実施形態においては、カメラキャリブレーションにおいて、撮像部の位置姿勢を指示するための3次元ガイドCGを表示し、ユーザに指示した。しかしながら、本発明の適用はカメラキャリブレーションの実行時に限定されるものではない。例えば、撮像部101を用いて現実空間中に配置されたパターンやマーカを撮像し、その画像から空間中の物体の位置姿勢や、物体間の距離などを算出・校正する処理にも適用可能である。第4実施形態では、現実空間に配置したマーカの位置姿勢のキャリブレーション(校正)処理に本発明を適用した例を示す。又、本実施形態では、指示位置姿勢の提示装置としてHMDを用いた場合の例を説明する。
・マーカデータ、マーカ内部のパターン画像、校正後のマーカ位置姿勢、
・保存した撮像画像、
・位置姿勢提示のために描画する仮想物体(HMDの形状モデルや、ガイド用CG)の頂点情報(基準座標系上で定義された3次元位置、各頂点の接続情報を含む仮想物体の描画に必要な情報、物体のマテリアル設定等)、
・撮像画像からマーカの2次元位置、撮像部の指示位置姿勢を格納する指示位置姿勢配列、マウスボタン押下時の設定(左ボタン押下:画像の保存、右ボタン押下:マーカキャリブレーションの開始)、
・校正済みのカメラ内部パラメータ、等の情報である。
(1)マーカ1301と1302と1303が含まれる画像を撮影可能な撮像位置、
(2)マーカ1301と1303と1304が含まれる画像を撮影可能な撮像位置、
(3)マーカ1301と1302と1304が含まれる画像を撮影可能な撮像位置である。
第4実施形態においては、3次元空間中に複合現実感を利用して3次元ガイドCGを重畳表示したが、本発明は、このような3次元ガイドCGの表示方法に限定されるものではない。例えば、図19に示すように撮像画像上の一部に空間を俯瞰するような視点から見た指示位置姿勢を示すHMDオブジェクト2000A、2000B、2000C(2000Cは不図示)を撮像画面上の一部の枠1900内に表示するようにしてもよい。このとき、枠1900内には、俯瞰視点に対応する仮想マーカ1901〜1904と、現在の撮像位置姿勢を示すHMDオブジェクト1905と、座標系を示す座標軸オブジェクト1906が表示される。尚、枠1900に俯瞰視点の画像を表示する場合は、撮像画像中のマーカも同時に視認できるようにするため、枠1900内のオブジェクトは半透明表示にすることが好ましい。
第4実施形態においては、実物のスケールで指示位置姿勢を現実空間中に表示していたが、図20に示すように指示位置姿勢を提示してもよい。即ち、実物のスケールで表示していた指示位置姿勢と、現在の撮像部101の位置姿勢を基に描画した仮想マーカ1901〜1904とを含む仮想オブジェクト群を縮小表示し、空間全体を俯瞰できるように指示位置姿勢を提示してもよい。
第4実施形態では、データ解析部を利用して指示位置姿勢を求めたが、本発明は、このようにデータ解析部を利用して指示位置姿勢を求めることに限定されるものではない。例えば、ユーザ以外のシステム設定者が予め指示位置姿勢を記憶部1204に格納しておき、予め格納された指示位置姿勢を用いて3次元ガイドCGを提示するようにしてもよい。又、このとき、同時に記憶部1204に指示位置姿勢の優先順位を設定し、図22に示すように3次元ガイドCGの一部として撮像の優先順位や順番を示す番号やアルファベット等の記号を表示してもよい。
第4実施形態では、指示部111を利用して画像を保存する指示をユーザから受けたが、現在の撮像位置姿勢が指示位置姿勢十分に近い値であれば自動的に撮像し、記憶部1204に保存してもよい。
第4実施形態においては、マーカキャリブレーションにおいて、現実空間に配置されたマーカの相対位置姿勢を校正するために取得する画像を、撮像部101の位置姿勢を指示するための3次元ガイドCGを表示してユーザに指示した。しかしながら、本発明は、撮像画像上に撮像された対象の幾何情報を求めるマーカキャリブレーションの実行時に限定されるものではない。例えば、特許文献4(特開2003−269913号公報)では、撮像画像に映るランドマークを用いて撮像画像を基にしない別の方法で計測する位置姿勢センサの配置(幾何)情報を算出・校正する処理が開示されている。特許文献4では、撮像部101を用いて現実空間中に配置されたランドマークを撮像すると同時に撮像した時点における撮像部位置姿勢計測部の出力値を格納する。そして、その画像と位置姿勢計測部の情報から位置姿勢センサが独自に定義するセンサ座標系2601(図26)の基準座標系2602における位置姿勢や、撮像部101と位置姿勢センサの測点の位置姿勢などを算出・校正する。本発明は、このような位置姿勢センサの配置(幾何)情報を算出・校正にも適用可能である。
・図21に示すマーカデータ、マーカ内部のパターン画像、
・校正情報MCSとMTW、
・保存した撮像画像、保存したセンサ計測値、
・位置姿勢提示のために描画する仮想物体の頂点情報、
・撮像画像から検出した正方形マーカの画像座標系における各頂点の2次元位置、
・撮像部101の指示位置姿勢を格納する指示位置姿勢配列、
・指示部2309から入力されるデータ取得コマンドと校正情報算出コマンドとを判別するフラグ、
・正方形マーカの画像座標値と基準座標系における座標値を対応付けた対応リスト等の情報である。
Claims (18)
- 現実空間を撮像する撮像部により現実空間を撮像することによって、撮像部固体情報もしくは現実空間に関わる幾何情報もしくは撮像部と現実空間との間の関係を校正する方法であって、
前記撮像部を用いて現実空間を撮影する撮像工程と、
現実空間の撮像画像から校正の基準となる指標を検出する検出工程と、
前記検出工程により得られた前記指標から前記撮像部の位置姿勢を算出する撮像位置姿勢算出工程と、
校正情報を取得するための前記撮像部の次の目標位置姿勢を指示する仮想的な3次元オブジェクトを提示する撮像位置姿勢指示工程と、
前記検出工程により得られた指標を用いて撮像部固体情報もしくは現実空間に関わる幾何情報もしくは撮像部と現実空間との間の関係を校正する校正工程とを備えることを特徴とする撮影環境校正方法。 - 前記校正工程は、撮像部の内部パラメータ情報を校正することを特徴とする請求項1に記載の撮影環境校正方法。
- 前記校正工程は、現実空間に配置された指標の位置姿勢を校正することを特徴とする請求項1に記載の撮影環境校正方法。
- 前記撮像部は当該撮像部の現実空間内での位置または姿勢または位置姿勢を撮像画像を基にしない別の方法で計測する計測部を備え、
前記校正工程は、前記計測部を校正することを特徴とする請求項1に記載の撮影環境校正方法。 - 前記撮像位置姿勢指示工程は、前記3次元オブジェクトを現実空間における前記目標位置姿勢に3次元表示して現実空間の画像に実物大で重畳して表示することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の撮影環境校正方法。
- 前記撮像位置姿勢指示工程は、現実空間における前記指標と前記目標位置姿勢を示すオブジェクトと現在の撮像位置を示すオブジェクトとを俯瞰できる視点を基に構成された3次元画像を現実空間の画像に重畳して表示することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の撮影環境校正方法。
- 前記撮像位置姿勢指示工程は、現実空間に配置された前記指標と前記目標位置姿勢を示すオブジェクトと現在の撮像位置を示すオブジェクトとをそれぞれの配置関係を保ったまま縮小し、現実空間上の予め定められた位置に3次元的に表示することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の撮影環境校正方法。
- 前記撮像位置姿勢指示工程は、前記目標位置姿勢と前記撮像部の現在の位置姿勢とを比較し、両者が予め定められた範囲の外であれば前記目標位置姿勢を第1の表示形態で提示し、両者が予め定められた範囲内であれば前記目標位置姿勢を第2の表示形態で提示することを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の撮影環境校正方法。
- 前記第1の表示形態は、前記撮像部の外形を模倣した物体を表示することを特徴とする請求項8に記載の撮影環境校正方法。
- 前記第2の表示形態は、前記撮像部によって撮影されるべき画像範囲を示す長方形の枠を表示することを特徴とする請求項8に記載の撮影環境校正方法。
- 前記第2の表示形態は、前記長方形の枠の頂点位置を示す仮想物体を当該枠の内側に表示することを特徴とする請求項10に記載の撮影環境校正方法。
- 前記第2の表示形態は、前記目標位置姿勢における撮像位置姿勢の視軸を中心とし、複数の円形オブジェクトを前記視軸に沿って配置して表示することを特徴とする請求項10に記載の撮影環境校正方法。
- 前記撮像位置姿勢指示工程は、前記目標位置姿勢と前記撮像部の現在の位置姿勢とを比較し、両者の相違が予め定められた範囲内の場合は、ユーザに撮影を促すための表示を行うことを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載の撮影環境校正方法。
- 前記撮像位置姿勢指示工程は、前記目標位置姿勢が複数ある場合に順次求められた結果を1つだけ表示し、表示された目標位置姿勢における画像が得られた場合は、次の目標位置姿勢に更新することを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載の撮影環境校正方法。
- 前記撮像位置姿勢指示工程は、前記目標位置姿勢を示す複数のオブジェクト付近に、撮像の順番を示す記号を表示することを特徴とする請求項1乃至14のいずれかに記載の撮影環境校正方法。
- 現実空間を撮像する撮像部により現実空間を撮像することによって、撮像部固体情報もしくは現実空間に関わる幾何情報もしくは撮像部と現実空間との間の関係を校正する情報処理装置であって、
現実空間を撮影する撮像手段と、
前記撮像手段で撮像された画像から指標となる対象物体を検出する検出手段と、
前記撮像手段の位置姿勢を計測する計測手段と、
前記撮像手段の目標位置姿勢を仮想的な3次元オブジェクトを用いて撮影者に提示する撮像位置姿勢指示手段と、
前記検出装置により得られた指標を用いて校正を実施する校正手段とを備えることを特徴とする情報処理装置。 - 請求項1乃至15のいずれかに記載の撮影環境校正方法をコンピュータに実行させるための制御プログラム。
- 請求項17に記載された制御プログラムを格納したことを特徴とするコンピュータ可読媒体。
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