JP2008107085A - Camera position attitude detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カメラ位置姿勢検出装置に関する。 The present invention relates to a camera position and orientation detection apparatus.
三次元計測の対象となる計測対象物を設置する作業台に特別なテーブルを設置し、そのテーブルを撮像した画像を処理することにより、計測対象物を撮像するカメラの位置と姿勢を計測する方法が知られている。この方法は、作業台に特別なテーブルを設置し、そのテーブルを撮像した画像を処理してカメラの位置と姿勢を計測していることから、テーブルを設置してテーブルを含めた計測対象物の画像を撮像するだけで良く、手軽に高精度なカメラの位置と姿勢のデータを得ることができる。このような技術の一例が下記特許文献1に開示されている。
A method of measuring the position and orientation of a camera that captures a measurement object by installing a special table on the work table on which the measurement object that is the target of three-dimensional measurement is installed and processing the image obtained by capturing the table It has been known. In this method, a special table is installed on the work table, and the position and orientation of the camera are measured by processing an image obtained by imaging the table. It is only necessary to capture an image, and highly accurate camera position and orientation data can be obtained easily. An example of such a technique is disclosed in
また、カメラに測量器をジグで固定し、測量器の位置姿勢データとカメラ固定ジグの設計データからカメラの位置と姿勢を検出する方法が知られている。この方法は、カメラに測量器をジグで固定し、測量器の位置姿勢データとカメラ固定ジグの設計データから、撮像場所におけるカメラの位置と姿勢のデータを高精度に得ることができることから、カメラと測量器のセットを持ち運びながら広範囲に亘る計測対象物を撮像する場合に有利である。このような技術の一例が下記非特許文献1に開示されている。
Also, a method is known in which a surveying instrument is fixed to a camera with a jig, and the position and orientation of the camera are detected from the position and orientation data of the surveying instrument and the design data of the camera fixing jig. In this method, the surveying instrument is fixed to the camera with a jig, and the position and orientation data of the camera at the imaging location can be obtained with high accuracy from the position and orientation data of the surveying instrument and the design data of the camera fixing jig. It is advantageous when imaging a measurement object over a wide range while carrying a set of surveying instruments. An example of such a technique is disclosed in Non-Patent
しかしながら、上記特許文献1に開示される方法では、計測対象物は作業台に載置できる程度のサイズでなければならず、広範囲に亘る計測対象物に対応するためには、広範囲にテーブルを設置する必要があるため、現実的な方法とは言えない。また、テーブルを設置するため、一旦計測対象物を計測場所から退避させる必要があるが、それができない場合、テーブルを設置することができないため、カメラの位置と姿勢のデータを得ることができない。
However, in the method disclosed in
また、上記非特許文献1に開示される方法では、複数台のカメラを設置して広範囲に亘る計測対象物を定点観測するような用途においては、カメラと測量器のセットがカメラの設置場所ごとに複数必要となるため、測量器が高価なこともあり大幅なコスト高となってしまう。
Further, in the method disclosed in
これらのことから、本発明は、画像処理による三次元計測の対象となる広範囲に亘る計測対象物の撮像を行うために設置された複数台のカメラについて、それぞれのカメラの位置と姿勢を検出することができるカメラ位置姿勢検出装置を提供することを目的とする。 For these reasons, the present invention detects the position and orientation of each of a plurality of cameras installed in order to image a wide range of measurement objects to be subjected to three-dimensional measurement by image processing. It is an object of the present invention to provide a camera position / orientation detection apparatus capable of performing the above.
上記の課題を解決するための第1の発明(請求項1に対応)に係るカメラ位置姿勢検出装置によれば、
測量対象であるプリズムを3つ以上備えるカメラ位置姿勢検出手段と、
前記カメラ位置姿勢検出手段にカメラを設置することが可能なカメラ固定手段と、
前記カメラ固定手段に設置されるカメラと
を備え、
前記プリズムは、測量器によって位置を計測され、前記プリズムの位置データからカメラの座標系を求めることでカメラの位置と姿勢を検出する
ことを特徴とする。
According to the camera position and orientation detection apparatus according to the first invention (corresponding to claim 1) for solving the above-described problems,
Camera position and orientation detection means comprising three or more prisms to be surveyed;
Camera fixing means capable of installing a camera in the camera position and orientation detection means;
A camera installed on the camera fixing means,
The position of the prism is measured by a surveying instrument, and the position and orientation of the camera are detected by obtaining a coordinate system of the camera from position data of the prism.
上記の課題を解決するための第2の発明(請求項2に対応)に係るカメラ位置姿勢検出装置によれば、第1の発明に係るカメラ位置姿勢検出装置において、
前記カメラ位置姿勢検出手段は、T字型の棒の先端にそれぞれプリズムを設置したT字型ジグとし、
前記カメラ固定手段は、前記T字型ジグのT字の交差部にカメラを設置することが可能なT字型カメラ固定ジグとする
ことを特徴とする。
According to the camera position and orientation detection apparatus according to the second invention (corresponding to claim 2) for solving the above problems, in the camera position and orientation detection apparatus according to the first invention,
The camera position and orientation detection means is a T-shaped jig in which a prism is installed at the tip of a T-shaped bar,
The camera fixing means is a T-shaped camera fixing jig capable of installing a camera at a T-shaped intersection of the T-shaped jig.
上記の課題を解決するための第3の発明(請求項3に対応)に係るカメラ位置姿勢検出装置によれば、第1の発明に係るカメラ位置姿勢検出装置において、
前記カメラ位置姿勢検出手段は、十字型の棒の先端にそれぞれプリズムを設置した十字型ジグとし、
前記カメラ固定手段は、前記十字型ジグの十字の交差部にカメラを設置することが可能な十字型カメラ固定ジグとする
ことを特徴とする。
According to a camera position and orientation detection apparatus according to a third invention (corresponding to claim 3) for solving the above problems, in the camera position and orientation detection apparatus according to the first invention,
The camera position and orientation detection means is a cross-shaped jig in which a prism is installed at the tip of a cross-shaped bar,
The camera fixing means may be a cross-shaped camera fixing jig capable of installing a camera at a cross portion of the cross-shaped jig.
本願発明によれば、広範囲の空間に複数台設置したカメラの位置と姿勢の検出を行うことができる。また、特別なテーブルを計測対象物に設置する必要がないため、カメラの位置と姿勢の検出のために、計測対象物を一旦退避させる必要がない。さらに、カメラの位置と姿勢を検出するため、それぞれのカメラに高価な測量器等を取付ける必要が無く、安価なプリズム付きのジグをカメラごとに用意するだけでよいため、カメラの位置と姿勢を検出するためのコストを低く抑えることができる。 According to the present invention, it is possible to detect the position and orientation of a plurality of cameras installed in a wide space. In addition, since it is not necessary to install a special table on the measurement object, it is not necessary to temporarily retract the measurement object in order to detect the position and orientation of the camera. Furthermore, in order to detect the position and orientation of the camera, it is not necessary to attach an expensive surveying instrument to each camera, and it is only necessary to prepare a jig with an inexpensive prism for each camera. The cost for detection can be kept low.
本発明に係るカメラ位置姿勢検出装置の実施例について、図1から図6を用いて説明する。図1はT字型カメラ固定ジグの斜視図、図2は測量器によりプリズムの位置を計測する図、図3はT字型カメラ固定ジグの位置データとカメラ座標系との関係を表す図、図4は十字型カメラ固定ジグの斜視図、図5は十字型カメラ固定ジグの位置データとカメラ座標系との関係を表す図、図6は複数台のカメラにより広範囲な計測対象物を撮像する図である。 An embodiment of a camera position / orientation detection apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view of a T-shaped camera fixing jig, FIG. 2 is a diagram for measuring the position of a prism by a surveying instrument, and FIG. 3 is a diagram showing a relationship between position data of the T-shaped camera fixing jig and a camera coordinate system. 4 is a perspective view of the cross-shaped camera fixing jig, FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the position data of the cross-shaped camera fixing jig and the camera coordinate system, and FIG. 6 images a wide range of measurement objects using a plurality of cameras. FIG.
本実施例は、図6に示すように、三次元計測の対象となる広範囲に亘る計測対象物10の撮像を行うために設置された複数台のカメラ11について、それぞれのカメラ11の位置と姿勢を検出することが可能なカメラ位置姿勢検出装置1(図1,3参照)を提供することを目的としている。
In this embodiment, as shown in FIG. 6, with respect to a plurality of
図1に示すように、本実施例に係るカメラ位置姿勢検出装置1では、カメラ11の位置と姿勢を検出するため、T字型のジグ(以下、T字型ジグ2という)を用い、T字型ジグ2(カメラ位置姿勢検出手段)の棒の先端にプリズム3を設置し、T字型ジグ2のT字の交差点p0にカメラ11を設置するT字型カメラ固定ジグ4(カメラ固定手段)を設置する。カメラ11はT字型カメラ固定ジグ4に設置する。
As shown in FIG. 1, the camera position /
図2に示すように、測量器12によってT字型ジグ2の棒の先端に設置されたプリズム3の位置を計測する。図3に示すように、測量器12(図2参照)による計測により、各プリズム3の位置がp1、p2、p3として求められ、これらp1、p2、p3とT字型ジグ2の設計データとに基きT字型ジグ2のT字の交差点p0の位置を求める。また、図3中にΣcで示すように、カメラ11の座標系であるカメラ座標系Σcを予め設定してお
く。
As shown in FIG. 2, the position of the
まず、カメラ11の姿勢をカメラ座標系Σcの各座標軸の方向ベクトルを計算すること
により求める。カメラ座標系ΣcのX軸の方向ベクトルは、点p2から点p1への方向ベ
クトルとして求められ、各成分を次式(数1)により計算される。ここで、LXは点p2から点p1までの距離である。
(数1)
[X1−X2 Y1−Y2 Z1−Z2]T/Lx
First, the posture of the
(Equation 1)
[X1-X2 Y1-Y2 Z1-Z2] T / Lx
また、カメラ座標系ΣcのY軸の方向ベクトルは、交差点p0から点p3への方向ベク
トルとして求められ、各成分を次式(数2)により計算される。ここで、Lyは交差点p0から点p3までの距離である。
(数2)
[X3−X0 Y3−Y0 Z3−Z0]T/Ly
Also, the Y-axis direction vector of the camera coordinate system Σc is obtained as a direction vector from the intersection p0 to the point p3, and each component is calculated by the following equation (Equation 2). Here, Ly is the distance from the intersection p0 to the point p3.
(Equation 2)
[X3-X0 Y3-Y0 Z3-Z0] T / Ly
さらに、カメラ座標系ΣcのZ軸の方向ベクトルを、X軸の方向ベクトルからY軸の方
向ベクトルへの外積として求める。
最後に、カメラ11の位置を、カメラ座標系Σcの原点位置Oを計算することで求める
。これは、T字型ジグ2のT字の交差点p0に対して、T字型カメラ固定ジグ4の設計データより得られるT字型ジグ2の交差点p0からカメラ座標系Σcの原点位置Oまでのオ
フセット位置データVOFFを加算することで計算する。
以上の手順により、カメラ11の位置と姿勢を検出する。
Further, the Z-axis direction vector of the camera coordinate system Σc is obtained as an outer product from the X-axis direction vector to the Y-axis direction vector.
Finally, the position of the
The position and posture of the
このように、本実施例に係るカメラ位置姿勢検出装置1によれば、T字型ジグ2にT字型カメラ固定ジグ4と共にカメラ11を設置することにより、カメラ11の位置計測のための測量器12(図2参照)を1台用意するのみで、広範囲に複数台設置されたカメラ11の位置と姿勢の検出を低コストで実現することができる。
As described above, according to the camera position /
図4に示すように、本実施例に係るカメラ位置姿勢検出装置1では、実施例1に示したカメラ位置姿勢検出装置1においてT字型ジグ4(図1参照)を用いる替わりに、十字型のジグ(以下、十字型ジグ5という)の棒の先端にプリズム3を設置する。また、十字型ジグ5(カメラ位置姿勢検出手段)の十字の交差点p0にカメラ11を設置する十字型カメラ固定ジグ6(カメラ固定手段)を用意して、カメラ11をこの十字型カメラ固定ジグ6に設置する。
As shown in FIG. 4, in the camera position /
そして、測量器12(図2参照)により十字型ジグ5の棒の先端に設置されたプリズム3の位置を計測することでカメラ11の位置と姿勢を検出する。なお、本実施例に係るカメラ位置姿勢検出装置1は、十字型ジグ5と十字型カメラ固定ジグ6を用いること以外は、実施例1に示したカメラ位置姿勢検出装置1とほぼ同様である。
Then, the position and orientation of the
図5に示すように、各プリズム3の位置をp1、p2、p3、p4とし、十字型ジグ5の十字の交差点p0とする。また、図5中にΣcで示すように、カメラ座標系Σcを予め
設定しておく。
As shown in FIG. 5, the positions of the
まず、カメラ11の姿勢をカメラ座標系Σcの各座標軸の方向ベクトルを計算すること
で求める。カメラ座標系ΣcのX軸の方向ベクトルは次の3つの組み合わせのいずれかに
より求めることができる。
(1)点p2から点p1への方向ベクトルとして求める。
(2)交差点p0から点p1への方向ベクトルとして求める。
(3)点p2から交差点p0への方向ベクトルとして求める。
First, the posture of the
(1) Obtained as a direction vector from the point p2 to the point p1.
(2) Obtained as a direction vector from the intersection p0 to the point p1.
(3) Obtained as a direction vector from the point p2 to the intersection p0.
また、カメラ座標系ΣcのY軸の方向ベクトルは次の3つの組み合わせのいずれかによ
り求めることができる。
(1)点p4から点p3への方向ベクトルとして求める。
(2)交差点p0から点p3への方向ベクトルとして求める。
(3)点p4から交差点p0への方向ベクトルとして求める。
Also, the Y-axis direction vector of the camera coordinate system Σc can be obtained by any of the following three combinations.
(1) Obtained as a direction vector from the point p4 to the point p3.
(2) Obtained as a direction vector from the intersection p0 to the point p3.
(3) Obtained as a direction vector from the point p4 to the intersection p0.
さらに、カメラ座標系ΣcのZ軸の方向ベクトルを、X軸の方向ベクトルからY軸の方
向ベクトルへの外積として求める。
最後に、カメラ11の位置をカメラ座標系Σcの原点位置Oを計算することで求める。
これは、十字型ジグ5の交差点p0に対して、十字型カメラ固定ジグ6の設計データより得られる十字型ジグ5の交差点p0からカメラ座標系Σcの原点位置Oまでのオフセット
位置データVOFFを加算することで計算する。
以上の手順により、カメラ11の位置と姿勢を検出する。
Further, the Z-axis direction vector of the camera coordinate system Σc is obtained as an outer product from the X-axis direction vector to the Y-axis direction vector.
Finally, the position of the
This is because the offset position data V OFF from the intersection p0 of the
The position and posture of the
このように、本実施例に係るカメラ位置姿勢検出装置1によれば、実施例1に示したカメラ位置姿勢検出装置1の効果に加え、プリズム3の1つが測量器12(図2参照)から計測しにくい場所にあった場合でも、残りの3つのプリズム3を使ってカメラ11の位置と姿勢を検出することができる。すなわち、方向ベクトルを上述したように3つの組み合わせのいずれかにより求めることができるため、十字型カメラ固定ジグ6を含めたカメラ11の設置における自由度を大きくすることができる。また、全てのプリズム3の位置が計測できた場合、方向ベクトルを求める2点間の距離を大きく取ることができるため、より高精度なカメラ11の位置と姿勢を検出することができる。
As described above, according to the camera position /
1 カメラ位置姿勢検出装置
2 T字型ジグ
3 プリズム
4 T字型カメラ固定ジグ
5 十字型ジグ
6 十字型カメラ固定ジグ
10 計測対象物
11 カメラ
12 測量器
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記カメラ位置姿勢検出手段にカメラを設置することが可能なカメラ固定手段と、
前記カメラ固定手段に設置されるカメラと
を備え、
前記プリズムは、測量器によって位置を計測され、前記プリズムの位置データからカメラの座標系を求めることでカメラの位置と姿勢を検出する
ことを特徴とするカメラ位置姿勢検出装置。 Camera position and orientation detection means comprising three or more prisms to be surveyed;
Camera fixing means capable of installing a camera in the camera position and orientation detection means;
A camera installed on the camera fixing means,
The position of the prism is measured by a surveying instrument, and the position and orientation of the camera are detected by obtaining a coordinate system of the camera from the position data of the prism.
前記カメラ位置姿勢検出手段は、T字型の棒の先端にそれぞれプリズムを設置したT字型ジグとし、
前記カメラ固定手段は、前記T字型ジグのT字の交差部にカメラを設置することが可能なT字型カメラ固定ジグとする
ことを特徴とするカメラ位置姿勢検出装置。 In the camera position and orientation detection apparatus according to claim 1,
The camera position and orientation detection means is a T-shaped jig in which a prism is installed at the tip of a T-shaped bar,
The camera position and orientation detection apparatus, wherein the camera fixing means is a T-shaped camera fixing jig capable of installing a camera at a T-shaped intersection of the T-shaped jig.
前記カメラ位置姿勢検出手段は、十字型の棒の先端にそれぞれプリズムを設置した十字型ジグとし、
前記カメラ固定手段は、前記十字型ジグの十字の交差部にカメラを設置することが可能な十字型カメラ固定ジグとする
ことを特徴とするカメラ位置姿勢検出装置。 The camera position and orientation detection apparatus according to claim 1,
The camera position and orientation detection means is a cross-shaped jig in which a prism is installed at the tip of a cross-shaped bar,
The camera position and orientation detection device, wherein the camera fixing means is a cross-shaped camera fixing jig capable of installing a camera at a crossing portion of the cross-shaped jig.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006287125A JP2008107085A (en) | 2006-10-23 | 2006-10-23 | Camera position attitude detector |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN108269286A (en) * | 2016-12-30 | 2018-07-10 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | Polyphaser pose correlating method based on combination dimensional mark |
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2006
- 2006-10-23 JP JP2006287125A patent/JP2008107085A/en active Pending
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