JP2008177742A - Camera parameter acquisition device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画角の広いレンズを使用したカメラで撮像した画像の歪補正や射影変換等に使用されるカメラパラメータを取得する技術に関し、特に、駐車支援に供されるトップビュー画像を生成する際にその基となる(デジタル)カメラの撮像画像のレンズ収差を補正するのに有用なカメラパラメータ取得装置に関する。 The present invention relates to a technique for acquiring camera parameters used for distortion correction, projective transformation, and the like of an image captured by a camera using a lens having a wide angle of view, and in particular, generates a top view image used for parking assistance. In particular, the present invention relates to a camera parameter acquisition device useful for correcting lens aberration of a captured image of a (digital) camera that is the basis thereof.
カメラパラメータは、カメラレンズの焦点距離、レンズの歪特性、イメージセンサ上のレンズの光軸座標など、カメラの特性を示すパラメータであり、カメラ内部の要因に関連していることから、「カメラの内部パラメータ」とも呼ばれている。なお、トップビューと同じ称呼の「TOPVIEW」は、アルパイン株式会社の登録商標である。 Camera parameters are parameters that indicate camera characteristics such as camera lens focal length, lens distortion characteristics, optical axis coordinates of the lens on the image sensor, and are related to internal camera factors. Also called “internal parameters”. “TOPVIEW” having the same name as the top view is a registered trademark of Alpine Corporation.
デジタルカメラは、撮影した画像を即時に再生することができ、パーソナルコンピュータ(PC)等の画像入力装置として簡便に利用できる等の利点から、様々な分野で利用されている。例えば、車載用として利用する場合、車両周囲を撮影してその撮像画像をLCDモニタ等の表示装置の画面に表示すれば、パーキングエリアでの駐車や車庫入れ等の際に運転者の便宜(駐車支援)を図ることができる。この場合、車両周囲に配置された車載カメラで取得された画像のデータは車載ECU(電子制御ユニット)等のコンピュータに転送され、コンピュータにおいて適宜歪補正や射影変換等の画像処理が行われた後、表示装置に供給されてその画面に車両周囲画像が表示される。つまり、コンピュータでは、各車載カメラで車両周囲の各方向(前方、後方、左方、右方)を撮影した画像を取得し、その取得した各画像の視点をそれぞれ車両上方からの視点に変換した画像(俯瞰画像)を生成して合成し、さらに自車両の画像を合成してトップビュー画像を生成し、表示装置に供給している。 Digital cameras are used in various fields because they can reproduce a captured image immediately and can be easily used as an image input device such as a personal computer (PC). For example, when used for in-vehicle use, if the vehicle surroundings are photographed and the captured image is displayed on the screen of a display device such as an LCD monitor, the convenience of the driver (parking) Support). In this case, image data acquired by an in-vehicle camera arranged around the vehicle is transferred to a computer such as an in-vehicle ECU (electronic control unit), and image processing such as distortion correction and projective transformation is appropriately performed in the computer. Then, the image is supplied to the display device and the vehicle surrounding image is displayed on the screen. In other words, the computer acquires images obtained by photographing each direction around the vehicle (front, rear, left, right) with each in-vehicle camera, and converts the viewpoint of each acquired image into a viewpoint from above the vehicle. An image (overhead image) is generated and combined, and further, a top view image is generated by combining images of the host vehicle and supplied to the display device.
このようにトップビュー画像を生成する際には、車載カメラで取得した車両周囲の画像に対し高精度の歪補正や射影変換等の画像処理を行う必要があるが、その際に使用されるカメラの内部パラメータ(カメラパラメータ)を正確に取得しておく必要がある。 As described above, when generating the top view image, it is necessary to perform image processing such as high-precision distortion correction and projective transformation on the image around the vehicle acquired by the in-vehicle camera. It is necessary to accurately acquire the internal parameters (camera parameters).
従来のカメラパラメータを取得する方法では、例えば、シート等の平面や3つの平面を互いに直交する方向に組み合わせた立体面等の面構造体の上に所定の配列で描画されたチェッカーパターン(市松模様)等の図形パターン(以下、「校正パターン」ともいう。)をカメラで撮像し、その撮像画像を処理して基準となる特徴点(以下、「校正制御点」ともいう。)を抽出し、その抽出した校正制御点から当該カメラの内部パラメータ(カメラパラメータ)を算出している。 In the conventional method of acquiring camera parameters, for example, a checker pattern (checkered pattern) drawn in a predetermined arrangement on a plane structure such as a solid surface such as a plane such as a sheet or a combination of three planes in a direction orthogonal to each other. ) Or the like (hereinafter also referred to as “calibration pattern”) is captured by a camera, and the captured image is processed to extract a reference feature point (hereinafter also referred to as “calibration control point”). An internal parameter (camera parameter) of the camera is calculated from the extracted calibration control point.
この場合、高精度にカメラパラメータを取得するためには、撮像した校正パターンからできるだけ多くの校正制御点を正確に検出する必要がある。例えば、図1に示す魚眼レンズによる撮像画像の例では、校正パターンとしてチェッカーパターンを撮像しているが、この場合、個々の矩形パターン(白黒の図形パターン)の中心点もしくはコーナー点をそれぞれ当該パターンの特徴点として正確に検出する必要がある。 In this case, in order to acquire camera parameters with high accuracy, it is necessary to accurately detect as many calibration control points as possible from the captured calibration pattern. For example, in the example of the image captured by the fisheye lens shown in FIG. 1, a checker pattern is imaged as a calibration pattern. In this case, the center point or corner point of each rectangular pattern (black and white graphic pattern) is set to the pattern. It is necessary to accurately detect the feature point.
かかる従来技術に関連する技術としては、例えば、特許文献1に記載されるように、キャリブレーション装置においてデジタルカメラ等のレンズ収差を補正するのに必要な内部パラメータを簡便に測定できるようにしたものがある。このキャリブレーション装置は、第1マークと第2マークを有するキャリブレーション用チャートを、キャリブレーションを行うカメラで、少なくとも2方向から撮影したキャリブレーション用画像から第1マークを抽出する抽出部と、この抽出された第1マークを用いた射影変換により第2マークの概略位置を求める概略マーク位置測定部と、第2マークの概略位置近傍で第2マーク位置の撮影されている位置を求める精密マーク位置測定部と、キャリブレーション用チャートにおける第2マークの位置と、この第2マークに対応するキャリブレーション用画像における第2マークの位置から、レンズのキャリブレーション要素を算出する演算処理部とを備えている。
上述したように従来の技術では、シート等の面構造体の上に所定の配列で描画された校正パターン(図1に例示するチェッカーパターン等)をカメラで撮像し、その撮像画像から当該パターンの特徴点(校正制御点)を抽出して当該カメラの内部パラメータ(カメラパラメータ)を算出している。この場合、カメラで撮像した校正パターンの画像を歪みなく取得できれば問題ないが、上述したようなトップビュー画像を生成する際に使用するカメラ等においては画角の広い魚眼レンズもしくは広角レンズが使用されているため、以下の問題があった。 As described above, in the conventional technique, a calibration pattern (such as a checker pattern illustrated in FIG. 1) drawn in a predetermined arrangement on a surface structure such as a sheet is imaged with a camera, and the pattern is extracted from the captured image. A feature point (calibration control point) is extracted to calculate an internal parameter (camera parameter) of the camera. In this case, there is no problem if an image of the calibration pattern captured by the camera can be acquired without distortion, but a fisheye lens or a wide-angle lens with a wide angle of view is used in the camera or the like used when generating the top view image as described above. Therefore, there were the following problems.
すなわち、魚眼レンズ等を使用したカメラで上記のような校正パターンを撮像すると、その撮像画像上では縮小や変形など画像の歪が大きくなり、その歪み量に応じて、検出すべき特徴点(校正制御点)の座標の誤差も拡大するといった不都合があった。例えば、図1に示したようなチェッカーパターンの撮像画像の場合、そのレンズ周辺部分では個々の矩形パターンが相対的に小さく変形し、当該部分の撮像に割り当てられる(イメージセンサの)画素の数も相対的に少なくなるため、当該部分においては校正制御点の座標を正確に取得するのが困難である。 That is, when a calibration pattern as described above is imaged with a camera using a fisheye lens or the like, image distortion such as reduction or deformation increases on the captured image, and a feature point (calibration control) to be detected according to the amount of distortion. There was an inconvenience that the error of the coordinates of point) was enlarged. For example, in the case of a picked-up image of a checker pattern as shown in FIG. 1, the individual rectangular pattern is deformed relatively small in the peripheral portion of the lens, and the number of pixels (of the image sensor) assigned to the image of the portion is also Since the number is relatively small, it is difficult to accurately acquire the coordinates of the calibration control point in the portion.
つまり、撮像した校正パターンの画像から本来検出されるべき多くの校正制御点を正確に検出することができず、その結果、カメラパラメータの取得精度が低下するといった課題があった。 In other words, many calibration control points that should be detected from the captured calibration pattern image cannot be detected accurately, and as a result, there is a problem in that the acquisition accuracy of the camera parameters decreases.
本発明は、かかる従来技術における課題に鑑み創作されたもので、取得するカメラパラメータの精度を向上させることができるカメラパラメータ取得装置を提供することを目的とする。 The present invention has been created in view of the problems in the related art, and an object of the present invention is to provide a camera parameter acquisition apparatus that can improve the accuracy of camera parameters to be acquired.
上述した従来技術の課題を解決するため、本発明では、校正対象のカメラの内部パラメータ(カメラパラメータ)の設計値もしくは基準値(あらかじめ設定した1つ以上の値)と、カメラの撮像対象である校正パターンに対する「相対姿勢」を表した設計値もしくは基準値(あらかじめ設定した1つ以上の値)が既知情報であることを前提とし、これらの情報を用いて、撮像画像上で校正制御点がほぼ期待の通りに分布するような校正パターンを取得するようにしている。このように画像上でほぼ期待の通りに分布(例えば、均一に分布)する校正制御点を、以下の記述では、「期待校正制御点」ともいう。 In order to solve the above-described problems of the related art, in the present invention, the design value or reference value (one or more values set in advance) of the internal parameter (camera parameter) of the camera to be calibrated and the imaging target of the camera Assuming that the design value or reference value (one or more values set in advance) representing the “relative posture” with respect to the calibration pattern is known information, the calibration control point on the captured image can be determined using this information. A calibration pattern that is distributed almost as expected is obtained. The calibration control points that are distributed on the image as expected (for example, uniformly distributed) are also referred to as “expected calibration control points” in the following description.
また、カメラの「相対姿勢」とは、図2に例示するように、当該カメラと校正パターンの基準座標(例えば、校正パターンの中心の座標)との相対的な位置及び傾きの関係を表したものであり、並進(Tx,Ty,Tz)と回転(Rx,Ry,Rz)の6軸の座標情報で表される。このような相対姿勢を表した情報は、カメラ外部の要因に関連していることから、「カメラの外部パラメータ」とも呼ばれている。 The “relative posture” of the camera represents the relationship between the relative position and inclination of the camera and the reference coordinates of the calibration pattern (for example, the coordinates of the center of the calibration pattern) as illustrated in FIG. It is expressed by coordinate information of six axes of translation (Tx, Ty, Tz) and rotation (Rx, Ry, Rz). Such information representing the relative posture is also referred to as “camera external parameter” because it relates to a factor outside the camera.
本発明に係るカメラパラメータ取得装置は、校正対象のカメラと、少なくとも、前記カメラの内部パラメータの設計値もしくは基準値を指示する第1のデータと前記カメラの撮像対象である校正パターンに対する相対姿勢の設計値もしくは基準値を指示する第2のデータとを格納した記憶手段と、前記校正パターンを可変に表示可能な表示装置と、校正パターンを生成して前記表示装置に表示させると共に、前記第1のデータ及び第2のデータを用いて、画像上でほぼ期待の通りに分布するように生成した期待校正制御点の位置と、前記表示装置に表示された校正パターンを前記カメラで撮像した結果から抽出した校正制御点の位置との差が許容範囲内に収まるように当該期待校正制御点の位置を補正し、該補正の結果に応じた校正パターンを再生成して前記表示装置に表示させる制御手段とを備えたことを特徴とする。 The camera parameter acquisition device according to the present invention includes a camera to be calibrated, at least first data indicating a design value or a reference value of an internal parameter of the camera, and a relative posture with respect to a calibration pattern to be imaged by the camera. Storage means storing second data designating design values or reference values, a display device capable of variably displaying the calibration pattern, a calibration pattern generated and displayed on the display device, and the first And the second data, the position of the expected calibration control points generated so as to be distributed almost as expected on the image, and the result of imaging the calibration pattern displayed on the display device with the camera The position of the expected calibration control point is corrected so that the difference from the position of the extracted calibration control point is within the allowable range, and the calibration pattern according to the result of the correction Regenerate characterized by comprising a control means for displaying on said display device.
本発明に係るカメラパラメータ取得装置によれば、制御手段において可変に生成された校正パターンを表示装置に表示させ、この表示された校正パターンをカメラで撮像した結果から抽出した校正制御点の位置と、生成した期待校正制御点の位置との差が許容範囲内に収まるように当該期待校正制御点の位置を補正し、その補正の結果に応じた校正パターンを再生成して表示装置に表示させるようにしているので、最終的に取得される当該カメラの内部パラメータ(カメラパラメータ)の精度を向上させることができる。 According to the camera parameter acquisition device of the present invention, the calibration pattern variably generated by the control means is displayed on the display device, and the position of the calibration control point extracted from the result of imaging the displayed calibration pattern with the camera, The position of the expected calibration control point is corrected so that the difference from the position of the generated expected calibration control point is within the allowable range, and the calibration pattern corresponding to the correction result is regenerated and displayed on the display device. As a result, the accuracy of the internal parameters (camera parameters) of the camera finally obtained can be improved.
また、本発明の他の形態によれば、校正対象のカメラと、前記カメラの内部パラメータの設計値もしくは基準値を指示する第1のデータと前記カメラの撮像対象である校正パターンに対する相対姿勢の設計値もしくは基準値を指示する第2のデータとを格納した記憶手段と、前記校正パターンが描画された面構造体と、前記第1のデータ及び第2のデータを用いて、画像上でほぼ期待の通りに分布するような期待校正制御点を生成し、該生成した画像上の期待校正制御点を前記カメラで撮像した前記校正パターン上へ逆投影して当該制御点の校正パターン上における位置を算出する制御手段とを備えたことを特徴とするカメラパラメータ取得装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, the camera to be calibrated, the first data indicating the design value or the reference value of the internal parameter of the camera, and the relative posture with respect to the calibration pattern to be imaged by the camera. Using the storage means storing the second data designating the design value or the reference value, the surface structure on which the calibration pattern is drawn, the first data and the second data, the image is almost Generate expected calibration control points that are distributed as expected, backproject the expected calibration control points on the generated image onto the calibration pattern imaged by the camera, and position the control points on the calibration pattern There is provided a camera parameter acquisition device characterized by comprising control means for calculating.
本発明に係るカメラパラメータ取得装置の他の構成上の特徴及びそれに基づく具体的な処理態様等については、後述する発明の実施の形態を参照しながら詳細に説明する。 Other structural features of the camera parameter acquisition apparatus according to the present invention and specific processing modes based on the characteristics will be described in detail with reference to embodiments of the invention described later.
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図3は本発明の一実施形態に係るカメラパラメータ取得装置の構成を一部模式的に示したものである。本実施形態では、本発明に係るカメラパラメータ取得装置をパーソナルコンピュータ(PC)で実現する場合を想定している。 FIG. 3 schematically shows a part of the configuration of a camera parameter acquisition apparatus according to an embodiment of the present invention. In the present embodiment, it is assumed that the camera parameter acquisition device according to the present invention is realized by a personal computer (PC).
本実施形態に係るカメラパラメータ取得装置20は、図示のようにカメラパラメータの取得対象(校正対象)であるカメラ1と、このカメラ1の撮像対象である校正パターンを可変に表示するよう適応された表示装置2と、記憶媒体としてのハードディスクドライブ(HDD)3と、ユーザインタフェースとしての操作部4と、スピーカ5と、マイクロコンピュータ等により構成された制御ユニット10とを備えている。制御ユニット10とスピーカ5はPC本体に内蔵されており、カメラ1、表示装置2、HDD3、操作部4及びスピーカ5は、それぞれ制御ユニット10内の各機能ブロックに動作可能に接続されている。
The camera
表示装置2は、図示のように3つの平面表示ユニット(例えば、LCDモニタ)を備えており、各表示ユニットはXYZ座標系の立体画面を構成している。各表示ユニットの画面2a,2b,2cには、後述するように制御ユニット10において動的に(可変に)生成された校正パターンが表示されるようになっている。さらに表示装置2は、本発明に関連する機能として、後述する「校正失敗」を指示する旨のメッセージを表示する際に利用される。
The
カメラ1は、所定の高さのステイ(支柱) などの構造体(図示せず)の頂上部に取り付けられており、そのカメラレンズ(本実施形態では、魚眼レンズ)の向きは、表示装置2の各表示画面2a,2b,2cに表示される校正パターンをそれぞれ均等に(ほぼ1/3ずつの撮像範囲で)取得できるように調整されている。
The camera 1 is attached to the top of a structure (not shown) such as a stay (post) having a predetermined height, and the orientation of the camera lens (fisheye lens in the present embodiment) depends on the
HDD3には、あらかじめ校正対象のカメラ1の内部パラメータ(カメラパラメータ)の設計値もしくは基準値のデータと、当該カメラ1の撮像対象である校正パターンに対する相対姿勢(外部パラメータ)の設計値もしくは基準値のデータとが格納されている。さらにHDD3には、後述する「期待校正制御点パターン」のデータが格納されると共に、校正パターンから算出される校正制御点と期待校正制御点との位置関係(近接の度合い)を判断する際にその参照値(基準値)として用いられる「許容範囲」を指示する情報と、カメラ校正処理(後述するフィードバック処理)を行った「校正回数」を指示する情報が格納されている。この校正回数は、後述するカメラパラメータ取得に係る処理を行う際の初期状態では「0」にリセットされている。また、「許容範囲」は、例えば、校正制御点を均一に配置する場合、校正制御点間の距離の20%以内に設定されている。なお、校正パターン上の制御点は、例えば、円の中心や格子線の交点座標として表現される。
The
操作部4はユーザの指示を入力するための各種操作キーを備えたユニットであり、本実施形態では、PC本体に接続されるキーボードもしくはマウスである。この操作部4は、本発明に関連する機能として、制御ユニット10に対し後述するカメラパラメータ取得に係るカメラ校正処理を実行させるための起動信号を与える。スピーカ5は、本実施形態では、後述する「校正失敗」を指示する旨のメッセージを音声出力する際に利用することができるが、かかるメッセージは表示装置2にも表示されるため、必ずしも利用する必要はない。
The operation unit 4 is a unit that includes various operation keys for inputting user instructions. In this embodiment, the operation unit 4 is a keyboard or a mouse connected to the PC body. As a function related to the present invention, the operation unit 4 gives an activation signal for causing the
制御ユニット10は、本発明に関連する機能ブロックとして、後述するカメラパラメータ取得に係るカメラ校正処理を総括的に制御する主制御部としてのCPU11と、カメラ画像取得部12と、校正制御点検出部13と、校正制御点比較部14と、逆投影校正パターン生成部15と、表示制御部16と、カメラパラメータ算出部17と、メッセージ出力部18とを備えている。12〜18の各機能ブロックは、後述するようにCPU11と協働してそれぞれ所定の処理を実行する。具体的な処理内容については、後で詳述する。
The
以上のように構成された本実施形態のカメラパラメータ取得装置20において、HDD3は「記憶手段」に、制御ユニット10(11〜18)は「制御手段」に、それぞれ対応している。
In the camera
以下、本実施形態のカメラパラメータ取得装置20において行うカメラパラメータ取得に係るカメラ校正処理について、その一例を示す図4を参照しながら説明する。併せて、図5も参照しながら補足説明する。
Hereinafter, camera calibration processing related to camera parameter acquisition performed in the camera
先ず最初のステップS1では、CPU11により、操作部4を介してユーザ指示に基づき入力された起動信号に応答して、HDD3内から、本処理の対象となるカメラ1のカメラパラメータの設計値/基準値と相対姿勢の設計値/基準値の各データ(情報)を取得する。取得した情報は、CPU11内のメモリ(図示せず)にいったん格納される。
In the first step S1, in response to an activation signal input by the
次のステップS2では、CPU11からの制御に基づき逆投影校正パターン生成部15及び表示制御部16により、先ず、任意の校正パターンを撮像した場合にその撮像画像上で当該校正パターンの校正制御点が均一に分布するような仮想の画像(期待校正制御点パターン)を生成し、次に、CPU11内のメモリ(図示せず)にいったん格納した当該カメラ1のカメラパラメータ(設計値/基準値)の情報と相対姿勢(設計値/基準値)の情報を用いて、その生成された画像上の期待校正制御点を校正パターン上に逆投影してその制御点の座標(つまり、期待校正制御点の校正パターン上における位置)を算出し、その算出結果を表示装置2の各表示画面2a,2b,2cに表示する。
In the next step S2, when an arbitrary calibration pattern is first imaged by the back projection calibration
図5(a)は、このステップで生成された期待校正制御点パターン(仮想の画像)の一例を示したものであり、図中、EPで示す個々の点が「期待校正制御点」を表している。また、図5(b)は、このステップで生成された逆投影校正パターンの表示例を示したものである。なお、生成された「期待校正制御点パターン」のデータは、CPU11を介してHDD3内にいったん格納される。
FIG. 5A shows an example of the expected calibration control point pattern (virtual image) generated in this step. In the figure, each point indicated by EP represents an “expected calibration control point”. ing. FIG. 5B shows a display example of the backprojection calibration pattern generated in this step. The generated “expected calibration control point pattern” data is temporarily stored in the
次のステップS3では、CPU11からの制御に基づきカメラ画像取得部12を介してカメラ1により、表示装置2の各表示画面2a,2b,2cに表示された校正パターンを撮像する。
In the next step S3, the calibration patterns displayed on the
次のステップS4では、CPU11からの制御に基づき校正制御点検出部13により、カメラ画像取得部12を介してカメラ1から取得した撮像画像から、校正パターン上の校正制御点を検出してその座標(校正制御点の位置)を算出する。
In the next step S4, the calibration control
次のステップS5では、CPU11からの制御に基づき校正制御点比較部14により、校正制御点検出部13で検出(算出)された校正制御点の位置を期待校正制御点の位置と比較し、両者の差が許容範囲内にある(YES)か否(NO)かを判定する。判定結果がYESの場合にはステップS6に進み、判定結果がNOの場合にはステップS7に進む。例えば、図5(c)に一例として示すように、算出された校正制御点CPの位置と期待校正制御点EPの位置を比較し、両者の差(図中、R1で示す誤差)が許容範囲内にあるかどうかを判断する。図示の例では、誤差R1が許容範囲から外れていて「校正処理」を必要とする場合を示している。
In the next step S5, the calibration control
次のステップS6では(算出された校正制御点と期待校正制御点との差が許容範囲内にある場合)、CPU11からの制御に基づきカメラパラメータ算出部17により、校正制御点検出部13で算出された当該校正制御点の情報を用いて、当該カメラ1の内部パラメータ(カメラパラメータ)を算出する。そして、本処理(カメラ校正処理)は「終了」となる。
In the next step S6 (when the difference between the calculated calibration control point and the expected calibration control point is within the allowable range), the camera
一方、ステップS7では(算出した校正制御点と期待校正制御点との差が許容範囲から外れている場合)、CPU11からの制御に基づき、HDD3内に設定されている校正回数(初期値「0」)をカウントアップ(+1)する。 On the other hand, in step S7 (when the difference between the calculated calibration control point and the expected calibration control point is out of the allowable range), the number of calibrations set in the HDD 3 (initial value “0”) based on the control from the CPU 11. )) Is counted up (+1).
次のステップS8では、CPU11において、HDD3内に設定されている校正回数が所定値に達した(YES)か否(NO)かを判定する。判定結果がYESの場合にはステップS9に進み、判定結果がNOの場合にはステップS10に進む。本実施形態では、この「所定値」を、例えば、「3回」に設定している。
In the next step S8, the
ステップS9では、CPU11からの制御に基づきメッセージ出力部18を介して表示制御部16により、表示装置2の画面(各表示画面2a,2b,2cのうち少なくとも1面)に、校正失敗を指示する旨のメッセージを表示する。すなわち、後述するフィードバック処理に基づいたカメラ校正(期待校正制御点を校正パターン上の各校正制御点の配置に近づけるための逆投影パターンの補正)を所定回数(3回)行ったが、期待校正制御点を許容範囲内に収束させることができなかった旨を報知する情報(メッセージ)を出力する。このメッセージ出力は、上述したようにメッセージ出力部18を介してスピーカ5から音声出力させるようにしてもよい。この場合、画面を介しての表示と併せて、あるいは画面表示に代えて、音声出力を行う。
In step S9, based on the control from the
さらに、校正失敗のメッセージを出力した後、CPU11からの制御に基づきHDD3内に設定された校正回数のカウント値(この時点では「3回」)を「0」にリセットする。そして、本処理(カメラ校正処理)は「終了」となる。
Further, after outputting a calibration failure message, the count value of the number of times of calibration (in this case, “3 times”) set in the
一方、ステップS10では(当該校正制御点と期待校正制御点との差が未だ許容範囲内に収束しておらず、校正回数が3回未満の場合)、CPU11により、当該校正制御点の座標(位置)情報を用いて、当該カメラ1の内部パラメータ(カメラパラメータ)と相対姿勢を算出し、その算出結果に基づいて期待校正制御点の位置を再計算する。そして、ステップS2に戻って上記の処理を繰り返す。
On the other hand, in step S10 (when the difference between the calibration control point and the expected calibration control point has not yet converged within the allowable range and the number of calibrations is less than 3), the
本実施形態では、ステップS2の処理(期待校正制御点の校正パターン上への逆投影)から始まってステップS3の処理(表示された校正パターンの撮像)、ステップS4の処理(撮像画像から校正パターン上の校正制御点の位置の算出)を経て、さらに校正制御点と期待校正制御点との差が許容範囲から外れている場合に、ステップS10の処理(期待校正制御点の位置の再計算)を行ってステップS2に戻るまでの一連の処理を、「フィードバック処理(に基づいたカメラ校正)」と呼んでいる。 In this embodiment, starting from the process of step S2 (back projection of the expected calibration control point onto the calibration pattern), the process of step S3 (imaging the displayed calibration pattern), the process of step S4 (from the captured image to the calibration pattern). If the difference between the calibration control point and the expected calibration control point is out of the allowable range after the above calculation of the calibration control point position), the process of step S10 (recalculation of the position of the expected calibration control point) A series of processing until the process returns to step S2 is called “feedback processing (camera calibration based on)”.
図5(d)は、かかるフィードバック処理に基づいたカメラ校正を何回か(この場合、3回未満)行った後の期待校正制御点EP1の位置と校正制御点CPの位置との差(図中、R2で示す誤差)が、校正を行う前の状態(同図(c)の誤差R1)よりも改善されている(つまり、期待校正制御点を許容範囲内に収束させる方向に改善されている)様子を模式的に示している。 FIG. 5D shows the difference between the position of the expected calibration control point EP1 and the position of the calibration control point CP after performing camera calibration based on such feedback processing several times (in this case, less than 3 times) (FIG. 5D). The error indicated by R2 is improved over the state before the calibration (error R1 in FIG. 5C) (that is, improved in a direction to converge the expected calibration control point within the allowable range). Schematically).
以上説明したように、本実施形態に係るカメラパラメータ取得装置20によれば、制御ユニット10において動的に(可変に)生成された校正パターン(逆投影校正パターン)を表示装置2の立体画面2a,2b,2cに表示し、この表示された校正パターンをカメラ1で撮像した結果から上記のフィードバック処理を行うようにしているので、最終的にカメラパラメータ算出部17において取得される当該カメラ1の内部パラメータ(カメラパラメータ)の精度を高めることができる。つまり、校正パターンの撮像結果に基づいたパラメータ取得誤差が最小となるように(図5参照)フィードバック処理を行い、表示装置2に表示させる逆投影校正パターンを補正している。
As described above, according to the camera
このように、制御ユニット10において校正パターン(逆投影校正パターン)を動的に生成し、その生成したパターンを表示装置2に表示し、その表示されたパターンをカメラ1で撮像した結果を表示装置2側にフィードバックしてパターンを再生成することで、取得するカメラパラメータの精度を向上させることが可能となる。
Thus, the
また、本実施形態では、校正パターンを動的に生成することができるため、様々なパラメータ特性を有するカメラに好適に対応することができる。 Further, in the present embodiment, since the calibration pattern can be dynamically generated, it is possible to suitably cope with a camera having various parameter characteristics.
上述した実施形態では、表示装置2を用いて校正パターンを可変に表示させる場合を例にとって説明したが、本発明の要旨(既知の情報である「カメラパラメータの設計値/基準値」と「カメラの相対姿勢(外部パラメータ)の設計値/基準値」とを用いて、撮像画像上で校正制御点がほぼ期待の通りに分布するような校正パターンを取得すること)からも明らかなように、カメラの撮像対象である校正パターンは必ずしも表示装置の画面に表示させる必要はない。要は、校正対象のカメラで撮像できる所定の位置(範囲内)に校正パターンが配置されていれば十分であり、例えば、シート等の平面やこの平面を3つ組み合わせた立体面等の面構造体の上に、印刷等により、所定形状のパターン(図1に例示するチェッカーパターン等)が所定の配列で描画されていれば十分である。
In the above-described embodiment, the case where the calibration pattern is variably displayed using the
この場合の実施形態、すなわち、表示装置を用いずに、シート等の面構造体の上に描画された校正パターンをカメラで撮像してカメラパラメータを取得する場合の実施形態については、基本的には上述した実施形態の場合と同様であるので、その詳細な説明は省略する。本発明に関連する部分の処理態様を説明すると、以下の通りである。すなわち、この実施形態では、制御ユニット10により、カメラパラメータの設計値/基準値のデータとカメラの相対姿勢(外部パラメータ)の設計値/基準値のデータを参照して、画像上でほぼ期待の通りに分布(例えば、均一に分布)するような期待校正制御点を生成し、この期待校正制御点を、当該カメラ1で撮像した校正パターン上へ逆投影して当該制御点の校正パターン上における位置を算出するようにしている。
Basically, the embodiment in this case, that is, the embodiment in which a camera pattern is acquired by capturing a calibration pattern drawn on a surface structure such as a sheet without using a display device, and a camera parameter is obtained. Since this is the same as in the case of the above-described embodiment, detailed description thereof is omitted. The processing mode of the part related to the present invention will be described as follows. That is, in this embodiment, the
また、上述した実施形態では、3つの表示ユニット(XYZ座標系の立体画面2a,2b,2c)を備えた表示装置2に校正パターンを表示する場合を例にとって説明したが、本発明の要旨からも明らかなように、校正パターンの表示対象は立体画面に限定されないことはもちろんである。特に図示はしないが、1つの平面表示ユニット(XY座標系の平面画面)に校正パターンを動的に表示させることも可能である。
In the above-described embodiment, the case where the calibration pattern is displayed on the
また、校正パターンを画面に表示(もしくは面構造体に描画する)立体的な構造としては、上記の立体画面もしくは立体面以外に、多面体や球面などを適宜使用することも可能である。さらに、図5(a)に示す例では、画像上で校正制御点(期待校正制御点EP)が均一に分布する場合を例にとって説明したが、本発明の要旨からも明らかなように、校正制御点は必ずしも均一の分布態様である必要はなく、校正対象のカメラの使用目的等に応じて、適宜、非均一な分布態様とすることも可能である。 In addition to the above-described three-dimensional screen or three-dimensional surface, a polyhedron, a spherical surface, or the like can be appropriately used as a three-dimensional structure for displaying the calibration pattern on the screen (or drawing on the surface structure). Further, in the example shown in FIG. 5A, the case where the calibration control points (expected calibration control points EP) are uniformly distributed on the image has been described as an example. However, as is clear from the gist of the present invention, the calibration is performed. The control points do not necessarily have a uniform distribution mode, and can be appropriately set to a non-uniform distribution mode according to the purpose of use of the camera to be calibrated.
また、上述した実施形態では、カメラパラメータの設計値/基準値のデータ、カメラの相対姿勢(外部パラメータ)の設計値/基準値のデータ等を格納する記憶媒体としてハードディスクドライブ(HDD)を使用しているが、他の記憶媒体として、DRAMやフラッシュメモリ等を適宜使用することも可能である。 In the above-described embodiment, a hard disk drive (HDD) is used as a storage medium for storing camera parameter design value / reference value data, camera relative orientation (external parameter) design value / reference value data, and the like. However, a DRAM, a flash memory, or the like can be used as appropriate as another storage medium.
1…(校正対象の)カメラ、
2…表示装置、
2a,2b,2c…各表示ユニットの画面、
3…HDD(記憶手段)、
4…操作部、
5…スピーカ、
10(11〜18)…制御ユニット(制御手段)、
20…カメラパラメータ取得装置、
CP…検出(算出)された校正制御点、
EP,EP1…期待校正制御点。
1 ... Camera (to be calibrated)
2 ... display device,
2a, 2b, 2c ... the screen of each display unit,
3. HDD (storage means),
4 ... operation part,
5 ... Speaker,
10 (11-18) ... control unit (control means),
20 ... Camera parameter acquisition device,
CP: Detected (calculated) calibration control point,
EP, EP1 ... Expected calibration control point.
Claims (6)
少なくとも、前記カメラの内部パラメータの設計値もしくは基準値を指示する第1のデータと前記カメラの撮像対象である校正パターンに対する相対姿勢の設計値もしくは基準値を指示する第2のデータとを格納した記憶手段と、
前記校正パターンを可変に表示可能な表示装置と、
校正パターンを生成して前記表示装置に表示させると共に、前記第1のデータ及び第2のデータを用いて、画像上でほぼ期待の通りに分布するように生成した期待校正制御点の位置と、前記表示装置に表示された校正パターンを前記カメラで撮像した結果から抽出した校正制御点の位置との差が許容範囲内に収まるように当該期待校正制御点の位置を補正し、該補正の結果に応じた校正パターンを再生成して前記表示装置に表示させる制御手段とを備えたことを特徴とするカメラパラメータ取得装置。 A camera to be calibrated,
At least first data indicating a design value or reference value of an internal parameter of the camera and second data indicating a design value or reference value of a relative posture with respect to a calibration pattern to be imaged by the camera are stored. Storage means;
A display device capable of variably displaying the calibration pattern;
A calibration pattern is generated and displayed on the display device, and using the first data and the second data, the position of the expected calibration control point generated so as to be distributed almost as expected on the image, The position of the expected calibration control point is corrected so that the difference from the position of the calibration control point extracted from the result of imaging the calibration pattern displayed on the display device with the camera is within an allowable range, and the result of the correction And a control unit that regenerates a calibration pattern according to the display and displays the calibration pattern on the display device.
前記第1のデータ及び第2のデータを用いて、前記生成した期待校正制御点の当該校正パターン上への逆投影校正パターンを生成する手段と、
生成された逆投影校正パターンの前記表示装置に対する表示制御を行う手段と、
前記カメラで撮像された校正パターンの画像を取得する手段と、
取得された校正パターンの画像から校正制御点の位置情報を検出する手段と、
検出された校正制御点の位置と前記期待校正制御点の位置を比較する手段と、
該比較の結果に基づき当該校正制御点と期待校正制御点との差が前記許容範囲内に収まっているときに、当該校正制御点の位置情報を用いて前記カメラのカメラパラメータを算出する手段とを有することを特徴とする請求項1に記載のカメラパラメータ取得装置。 The control means includes
Means for generating a back-projection calibration pattern on the calibration pattern of the generated expected calibration control point using the first data and the second data;
Means for performing display control on the display device of the generated backprojection calibration pattern;
Means for obtaining an image of a calibration pattern imaged by the camera;
Means for detecting position information of the calibration control point from the acquired calibration pattern image;
Means for comparing the position of the detected calibration control point with the position of the expected calibration control point;
Means for calculating camera parameters of the camera using position information of the calibration control point when the difference between the calibration control point and the expected calibration control point is within the allowable range based on the comparison result; The camera parameter acquisition apparatus according to claim 1, wherein:
前記カメラの内部パラメータの設計値もしくは基準値を指示する第1のデータと前記カメラの撮像対象である校正パターンに対する相対姿勢の設計値もしくは基準値を指示する第2のデータとを格納した記憶手段と、
前記校正パターンが描画された面構造体と、
前記第1のデータ及び第2のデータを用いて、画像上でほぼ期待の通りに分布するような期待校正制御点を生成し、該生成した画像上の期待校正制御点を前記カメラで撮像した前記校正パターン上へ逆投影して当該制御点の校正パターン上における位置を算出する制御手段とを備えたことを特徴とするカメラパラメータ取得装置。 A camera to be calibrated,
Storage means storing first data designating a design value or reference value of an internal parameter of the camera and second data designating a design value or reference value of a relative posture with respect to a calibration pattern to be imaged by the camera When,
A surface structure on which the calibration pattern is drawn;
Using the first data and the second data, expected calibration control points that are distributed as expected on the image are generated, and the expected calibration control points on the generated image are captured by the camera. A camera parameter acquisition apparatus comprising: control means for back projecting onto the calibration pattern and calculating a position of the control point on the calibration pattern.
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