JP2008288869A - キャリブレーション装置、キャリブレーション方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】撮像手段で撮像された画像が画像水平に対して傾いてしまう場合でも、このような傾きを機構的に補正して、高精度のキャリブレーションを行うことのできるキャリブレーション装置、キャリブレーション方法及びプログラムを提供する。
【解決手段】レンズ２ａを備える撮像手段２によって撮像されたチャート像を取得する画像取得部８と、画像取得部８により取得されたチャート像に基づいて、補正量を算出する演算部１５と、演算部１５による算出結果に基づいて、撮像手段２をレンズ２ａの光軸と平行な軸を中心として回転又は移動させる回動手段２４と、を備え、回動手段２４により撮像手段２を回転又は移動させることにより撮像手段２のキャリブレーションを行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、キャリブレーション装置、キャリブレーション方法及びプログラムに係り、特に撮像手段のキャリブレーションを行うキャリブレーション装置、キャリブレーション方法及びプログラムである。

光学系を用いた撮像手段で対象物を撮像した画像には色収差、歪曲収差等、様々な種類の収差が含まれている。撮像画像のどの部分にどの程度の収差が表れるかが分かれば、撮像画像を収差のない状態に補正することができる。撮像画像から収差を含まない画像を得るためには、このような補正を行うための補正値を求めて撮像手段（カメラ）にキャリブレーション処理を施すことが必要である。

そこで、従来、正方格子模様が描かれた基準物体を撮像装置（撮像手段）で撮像し、基準物体上に描かれた模様の、少なくとも２箇所の設置場所での３次元座標位置と、撮像装置が基準物体上の模様を撮像して得た画像データとに基づいて撮像装置のキャリブレーション処理を行う技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このようなキャリブレーション処理に用いられるキャリブレーション装置は、例えば、図２１に示すように、撮像手段７１を固定する固定部材７２、固定部材７２に固定された撮像手段７１を垂直方向Ｚに導く垂直方向ガイド部材７３、撮像手段７１を水平方向Ｙに導く水平方向ガイド部材７４等を備えており、固定部材７２は、アクチュエータ又はモータ等によって垂直方向Ｚ、水平方向Ｙに移動可能となっている。これにより、所望の撮像領域に対象物を投影することのできる位置に撮像手段７１を移動させて撮像を行うことができる。
特許第３７２８９００号公報

しかしながら、撮像手段（撮像装置）は、１台ごとに製造誤差や設置誤差等があるため、撮像手段が水平面に対して傾いている場合があり、この場合、撮像手段で撮像された画像は画像水平に対して傾いてしまう。このため、このような撮像手段（撮像装置）の傾きを補正するキャリブレーションを行ってからでなければ、収差を補正するためのキャリブレーションを精密に行うことができない。

この点、上記の技術では、キャリブレーション装置は、撮像手段（撮像装置）を垂直方向及び水平方向にしか移動させることができないため、画像水平に対する傾きは、撮影後に画像処理によって画像を回転させることにより行っていた。しかし、このような画像処理的な補正では、高精度の補正をすることは困難であるとの問題がある。また、画像水平に対する傾きを画像処理的手法のみで修正しようとすると、画像処理による補正量が多くなり、補正情報の量も多くなるため、このような多くの情報を保存できるだけの大容量のメモリを装置側に備える必要があるとの問題もあった。

そこで、本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、撮像手段で撮像された画像が画像水平に対して傾いてしまう場合でも、このような傾きを機構的に補正して、高精度のキャリブレーションを行うことのできるキャリブレーション装置、キャリブレーション方法及びプログラムを提供することである。

請求項１に記載の発明におけるキャリブレーション装置は、
光学系を備える撮像手段によって撮像されたキャリブレーション用２次元画像を取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段により取得されたキャリブレーション用２次元画像に基づいて、補正量を算出する補正量算出手段と、
前記補正量算出手段による算出結果に基づいて、前記撮像手段を前記光学系の光軸と平行な軸を中心として回転又は移動させる回動手段と、を備え、
前記回動手段により前記撮像手段を回転又は移動させることにより前記撮像手段のキャリブレーションを行うことを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のキャリブレーション装置において、
前記補正量算出手段は、前記画像取得手段によって取得されたキャリブレーション用２次元画像が画像水平に対してどの程度ずれているかのずれ量を算出する角度算出手段を備え、
前記回動手段は、前記角度算出手段によって算出されたずれ量に応じて、前記キャリブレーション用２次元画像を画像水平に近い角度で撮像できる位置まで、前記撮像手段を回転又は移動させるとともに、当該位置に前記撮像手段を保持することを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のキャリブレーション装置において、
前記撮像手段を前記光軸に対して水平方向に移動可能な水平方向移動手段を備えていることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のキャリブレーション装置において、
前記撮像手段を前記光軸に対して垂直方向に移動可能な垂直方向移動手段を備えていることを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のキャリブレーション装置において、
前記撮像手段を前記光軸に沿う方向に移動可能な光軸方向移動手段を備えていることを特徴としている。

請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のキャリブレーション装置において、
前記撮像手段を前記光軸に対して垂直な軸を回転軸として回動可能な垂直軸回動手段を備えていることを特徴としている。

請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のキャリブレーション装置において、
前記撮像手段を前記光軸に対して水平な軸を回転軸として回動可能な水平軸回動手段を備えていることを特徴としている。

請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のキャリブレーション装置において、
前記画像取得手段は、２以上の前記撮像手段からキャリブレーション用２次元画像を取得するものであり、
前記角度算出手段は、２以上の前記撮像手段によって取得されたキャリブレーション用２次元画像について、それぞれ画像水平に対してどの程度ずれているかのずれ量を算出するものであって、
前記補正量算出手段は、ある任意の前記撮像手段についてキャリブレーション用２次元画像が画像水平となる回転角度まで回転又は移動させたときの他の撮像手段におけるキャリブレーション用２次元画像の画像水平とのずれ量と、前記各撮像手段についてキャリブレーション用２次元画像の画像水平とのずれ量の合計が最も小さくなる回転角度まで回転又は移動させたときの各撮像手段におけるキャリブレーション用２次元画像の画像水平とのずれ量の合計と、の大きさを比較判断するずれ量比較手段をさらに備え、
前記回動手段は、前記ずれ量比較手段による比較の結果、ずれ量が小さいと判断された回転角度まで前記撮像手段を回転又は移動させることを特徴としている。

請求項９に記載の発明は、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のキャリブレーション装置において、
前記画像取得手段は、前記撮像手段によって撮像されたキャリブレーション用２次元画像を２枚以上取得することを特徴としている。

請求項１０に記載の発明におけるキャリブレーション方法は、
光学系を備える撮像手段によって撮像されたキャリブレーション用２次元画像を取得する画像取得工程と、
前記画像取得工程によって取得されたキャリブレーション用２次元画像が画像水平に対してどの程度ずれているかのずれ量を算出する角度算出工程と、
前記撮像手段を前記光学系の光軸と平行な軸を中心として回転又は移動させる回動工程と、を備え、
前記回動工程は、前記角度算出工程において算出されたずれ量に応じて、前記キャリブレーション用２次元画像を画像水平に近い角度で撮像できる位置まで、前記撮像手段を回転又は移動させるとともに、当該位置に前記撮像手段を保持したままキャリブレーションを行うことを特徴としている。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載のキャリブレーション方法において、
前記画像取得工程は、２以上の前記撮像手段からキャリブレーション用２次元画像を取得するものであり、
前記角度算出工程は、２以上の前記撮像手段によって取得されたキャリブレーション用２次元画像について、それぞれ画像水平に対してどの程度ずれているかのずれ量を算出するものであって、
前記補正量算出工程は、ある任意の前記撮像手段についてキャリブレーション用２次元画像が画像水平となる回転角度まで回転又は移動させたときの他の撮像手段におけるキャリブレーション用２次元画像の画像水平とのずれ量と、前記各撮像手段についてキャリブレーション用２次元画像の画像水平とのずれ量の合計が最も小さくなる回転角度まで回転又は移動させたときの各撮像手段におけるキャリブレーション用２次元画像の画像水平とのずれ量の合計と、の大きさを比較判断するずれ量比較工程をさらに備え、
前記回動工程において、前記ずれ量比較工程における比較の結果、ずれ量が小さいと判断された回転角度まで前記撮像手段を回転又は移動させることを特徴としている。

請求項１２に記載の発明は、請求項１０又は請求項１１に記載のキャリブレーション方法において、
前記角度算出工程及び前記ずれ量比較工程は、２枚以上のキャリブレーション用２次元画像に基づいて前記ずれ量の算出及び前記比較判断を行うことを特徴としている。

請求項１３に記載の発明は、請求項１０から請求項１２のいずれか一項に記載のキャリブレーション方法において、
前記回動工程において前記撮像手段を回動させる際の回動中心を算出する回動中心算出工程をさらに備えていることを特徴としている。

請求項１４に記載の発明におけるプログラムは、
光学系を備える撮像手段によって取得されたキャリブレーション用２次元画像が画像水平に対してどの程度ずれているかを算出する角度算出機能と、
前記角度算出機能により算出されたずれ量に応じて、前記キャリブレーション用２次元画像を画像水平に近い角度で撮像できる位置まで、前記撮像手段を前記光学系の光軸と平行な軸を中心として回転又は移動させるとともに、当該位置に前記撮像手段を保持したままキャリブレーションを行うように前記撮像手段の回転又は移動を制御する自動制御機能と、
をコンピュータに実現させることを特徴としている。

請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載のプログラムにおいて、
前記角度算出機能は、２以上の前記撮像手段によって取得されたキャリブレーション用２次元画像について、それぞれ画像水平に対してどの程度ずれているかのずれ量を算出するものであり、
ある任意の前記撮像手段についてキャリブレーション用２次元画像が画像水平となる回転角度まで回転又は移動させたときの他の撮像手段におけるキャリブレーション用２次元画像の画像水平とのずれ量と、前記各撮像手段についてキャリブレーション用２次元画像の画像水平とのずれ量の合計が最も小さくなる回転角度まで回転又は移動させたときの各撮像手段におけるキャリブレーション用２次元画像の画像水平とのずれ量の合計と、の大きさを比較判断するずれ量比較機能をさらにコンピュータに実現させるものであって、
前記回動制御機能は、前記ずれ量比較機能による比較の結果、ずれ量が小さいと判断された回転角度まで前記撮像手段を回転又は移動させるように前記撮像手段の回転又は移動を制御することを特徴としている。

請求項１６に記載の発明は、請求項１４又は請求項１５に記載のプログラムにおいて、
前記角度算出機能及び前記ずれ量比較機能は、２枚以上のキャリブレーション用２次元画像に基づいて前記ずれ量の算出及び前記比較判断を行うことを特徴としている。

請求項１７に記載の発明は、請求項１４から請求項１６のいずれか一項に記載のプログラムにおいて、
前記撮像手段を回動させる際の回動中心を算出する回動中心算出機能をさらに備えていることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、撮像手段を回動させる手段を備えているので、撮像された画像が画像水平に対して傾いてしまう場合でも、このような傾きを機構的に補正することができ、高精度のキャリブレーションを行うことができるという効果を奏する。

請求項２、請求項１０及び請求項１４に記載の発明によれば、キャリブレーション用２次元画像が画像水平に対してどの程度ずれているかのずれ量に応じて、キャリブレーション用２次元画像を画像水平に近い角度で撮像できる位置まで、撮像手段を回転又は移動させるとともに、当該位置に撮像手段を保持したままキャリブレーションを行うので、一旦角度の補正を行うと、補正された状態で高精度のキャリブレーションを行うことができるという効果を奏する。

請求項３に記載の発明によれば、撮像手段を回動させる手段に加えて撮像手段を光軸に対して水平方向に移動可能な水平方向移動手段を備えているので、撮像手段の位置を機構的に補正することができ、高精度のキャリブレーションを行うことができるという効果を奏する。

請求項４に記載の発明によれば、撮像手段を回動させる手段に加えて撮像手段を光軸に対して垂直方向に移動可能な垂直方向移動手段を備えているので、撮像手段の位置を機構的に補正することができ、高精度のキャリブレーションを行うことができるという効果を奏する。

請求項５に記載の発明によれば、撮像手段を回動させる手段に加えて撮像手段を光軸に沿う方向に移動可能な光軸方向移動手段を備えているので、撮像手段の位置を機構的に補正することができ、高精度のキャリブレーションを行うことができるという効果を奏する。

請求項６に記載の発明によれば、撮像手段を回動させる手段に加えて撮像手段を光軸に対して垂直な軸を回転軸として回動可能な垂直軸回動手段を備えているので、対象物を複数枚撮像してキャリブレーションを行う場合に、撮像手段の角度を変化させて撮像を行うことができ、キャリブレーションの精度をより向上させることができるという効果を奏する。

請求項７に記載の発明によれば、撮像手段を回動させる手段に加えて撮像手段を光軸光軸に対して水平な軸を回転軸として回動可能な水平軸回動手段を備えているので、対象物を複数枚撮像してキャリブレーションを行う場合に、撮像手段の角度を変化させて撮像を行うことができ、キャリブレーションの精度をより向上させることができるという効果を奏する。

複数の撮像手段を用いて撮影を行う場合には、いずれかの撮像手段の角度を合わせても他の撮像手段の角度はずれてしまうため、全ての撮像手段について角度を合わせることはできない。したがって、角度を合わせられなかった分は画像処理的に補正することが必要となり、画像処理的に補正するための情報は、撮像手段、キャリブレーション装置等のメモリに一旦保存されることとなる。そして、補正量が多いほど保存すべき補正情報の量も多くなるため、メモリ容量が大きくなり、ひいては撮像手段、キャリブレーション装置等自体が大型化してしまう。
この点、請求項８、請求項１１及び請求項１５に記載の発明によれば、画像処理的に補正しなければならないずれ量の最小のものを採用してキャリブレーションを行うため、画像処理的に補正するための情報を最小限に抑えることができ、上記の問題を最小限に抑えることができるという効果を奏する。

請求項９、請求項１２及び請求項１６に記載の発明によれば、複数枚のキャリブレーション用２次元画像を取得してキャリブレーションを行うので、より高精度のキャリブレーションを行うことができるという効果を奏する。

請求項１３及び請求項１７に記載の発明によれば、回動中心を算出することができるので、複数の撮像手段を備える場合の回動中心が不明な場合でも適切にキャリブレーションを行うことができるという効果を奏する。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施形態及び図示例に限定されるものではない。

［第１の実施形態］
図１から図１０を参照しつつ、キャリブレーション装置の第１の実施形態について説明する。
本実施形態におけるキャリブレーション装置１は、対象物（被写体）Ｐを撮像する撮像手段２によって取得されたキャリブレーション用２次元画像について画像処理を行い、当該撮像手段２についてキャリブレーションを行うものである。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、キャリブレーション装置１は、撮像手段２（図２（ａ）及び図２（ｂ）参照）を固定する撮像手段固定部材３、撮像手段固定部材３を垂直方向Ｚ（図１（ａ）及び図１（ｂ）において上下方向）に案内する垂直方向ガイド部材４、及び撮像手段固定部材３を垂直方向Ｚと直交する水平方向Ｙに案内する水平方向ガイド部材５を備えている。

垂直方向ガイド部材４は、垂直方向Ｚに延在するレール状の部材であり、撮像手段固定部材３の撮像手段２を固定する面とは反対側の面に係止されている。撮像手段固定部材３は、例えば各種アクチュエータ、モータ等で構成される垂直方向移動手段２１（図４参照）により、垂直方向ガイド部材４に沿って垂直方向Ｚに移動可能となっている。
また、水平方向ガイド部材５は、垂直方向ガイド部材４と直交する水平方向Ｙに延在するレール状の部材である。垂直方向ガイド部材４の下方端部には、水平方向ガイド部材５に係止される移動支持部材６が設けられており、垂直方向ガイド部材４は、移動支持部材６によって水平方向ガイド部材５に係止される。移動支持部材６は、例えば各種アクチュエータ、モータ等で構成される水平方向移動手段２２（図４参照）により水平方向ガイド部材５に沿って水平方向Ｙに移動可能となっており、移動支持部材６が水平方向ガイド部材５に沿って移動することにより、垂直方向ガイド部材４上に係止された撮像手段固定部材３は、水平方向Ｙに移動可能となっている。
なお、撮像手段固定部材３を垂直方向Ｚに移動させるための構成及び水平方向Ｙに移動させるための構成は、ここに例示したものに限定されない。

また、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、本実施形態において、撮像手段固定部材３には、撮像手段２を支持するとともに撮像手段２により撮像される対象物に対して直交する軸を中心として回動可能な回動支持部材７が取り付けられている。
回動支持部材７は、例えば各種アクチュエータ、モータ等で構成される回動手段２４（図４参照）により回動可能となっており、回動支持部材７が回動することにより、撮像手段固定部材３上に固定された撮像手段２は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、撮像手段２のレンズ２ａの光軸と平行する軸を中心として回転又は移動（以後「回動」と称する。）するようになっている。
なお、撮像手段固定部材３を回動させるための構成は、ここに例示したものに限定されない。例えば、回動支持部材７が撮像手段固定部材３と一体となった構成でもよい。

さらに、図３に示すように、撮像手段２から対象物（図３では、チャートＴ）に向かう方向は光軸方向Ｘとなっており、キャリブレーション装置１は、後述する光軸方向移動手段２３によって撮像手段２を光軸方向Ｘに方向に移動可能となっている。撮像手段２を光軸方向Ｘに沿って移動させることにより光軸方向Ｘにおける撮像手段２から対象物までの距離を変更することができる。

本実施形態において撮像手段固定部材３上に固定される撮像手段２は、チャートＴを撮像して基準となる画像と補正対象画像とを取得するものである。撮像手段２は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように単眼のカメラであり、撮像素子２ｂ（光電変換素子）とこの撮像素子２ｂの結像面に被写体光像を結像させる光学系としてのレンズ２ａとを備えている（図４参照）。撮像素子２ｂは、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）等のイメージセンサであり、撮像素子２ｂは、レンズ２ａを透過した入射光を電気信号に光電変換して取り込むとともに、被写体光像を画像信号として後述する画像取得部８に出力するようになっている。本実施形態において撮像手段２は、撮像によって取得した画像について画像処理を行う画像処理部（図示せず）を備えており、画像処理後の画像が画像取得部８に出力される。なお、画像処理部は撮像手段２に備えられている場合に限定されない。

次に、図４を参照しつつ、本実施形態におけるキャリブレーション装置１の制御構成について説明する。

図４に示すように、キャリブレーション装置１は、撮像手段２によって撮像された撮像画像を取得する画像取得部８と、装置各部を制御する制御装置１０とを備えている。

ここで撮像画像は、撮像手段２によりチャートＴを撮像することによって得られたキャリブレーション用２次元画像としてのチャート像（対象物像）４１（図５参照）を含む画像である。画像取得部８は、撮像手段２から取得した画像を制御装置１０に出力するようになっている。なお、基準画像は撮像手段２で撮像されるものに限定されず、別の装置で撮影された画像が画像取得部８に転送されることにより画像取得部８が画像を取得するものであってもよい。

制御装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の処理装置（図示せず）と、システムプログラム、後述するキャリブレーション処理を行うためのキャリブレーションプログラム等、各種の制御プログラム等を格納するＲＯＭ１１（Read Only Memory）、各種データを一時記憶するＲＡＭ１２（Random Access Memory）等の記憶部とで構成されており、装置各部を制御して画像の収差を補正するキャリブレーション処理を行うコンピュータである。

制御装置１０は、画像取得部８によって取得された画像に基づいて演算処理を行う演算部１５と、演算部１５による演算結果に基づいて各部の動作制御を行う動作制御部２０とを備えている。
また、制御装置１０は、撮像手段２を回動させる際の回動中心を算出する回動中心算出機能を有している。

演算部１５には、撮像手段２によって撮像された画像から対象物を検出して、この対象物の位置や回転角等に基づいて撮像手段２のキャリブレーション処理を行うための補正量を算出する補正量算出手段として機能する。演算部１５は、各撮像ごとの撮像手段２の垂直方向Ｚ、水平方向Ｙ、光軸方向Ｘの移動量を決定する移動量決定部１８及び１枚目の撮像画像におけるチャート像４１の回転角に基づいて撮像手段２を回動させる回動角度（補正量）を算出する角度算出部１９を備えている。

動作制御部２０は、キャリブレーション装置１各部の動作制御を行うものであり、演算部１５によって算出された補正量に基づいて撮像手段２の垂直方向Ｚの位置、水平方向Ｙの位置及び撮像手段２と対象物との間の光軸方向Ｘにおける距離を調整する移動制御部１６と、演算部１５によって算出された補正量に基づいて撮像手段２を回動させ撮像手段２の角度を調整する回動制御部１７とを備えている。

また、キャリブレーション装置１は、例えば各種アクチュエータ、モータ等で構成され撮像手段２を移動させる垂直方向移動手段２１、水平方向移動手段２２、光軸方向移動手段２３を備えている。
移動制御部１６は、垂直方向移動手段２１を動作させることにより、撮像手段固定部材３を垂直方向ガイド部材４に沿って垂直方向Ｚに移動させる。
また、移動制御部１６は、水平方向移動手段２２を動作させることにより、移動支持部材６を水平方向ガイド部材５に沿って水平方向Ｙに移動させるようになっており、移動支持部材６が水平方向ガイド部材５に沿って移動することにより、垂直方向ガイド部材４上に係止された撮像手段固定部材３は、水平方向Ｙに移動する。
さらに、移動制御部１６は、光軸方向移動手段２３を動作させることによって、撮像手段２を光軸方向Ｘに沿って移動させるようになっている。

また、キャリブレーション装置１は、例えば各種アクチュエータ、モータ等で構成され撮像手段２を回動させて撮像角度を調整する回動手段２４を備えている。
回動制御部１７は、回動手段２４を動作させることにより、撮像手段２のレンズ２ａの光軸と平行する軸を中心として、撮像手段２を後述する角度算出部１９によって算出されたずれ量に応じて、チャート像（キャリブレーション用２次元画像）４１を画像水平に近い角度で撮像できる位置まで回動させるようになっている。
また、回動手段２４は、一旦撮像手段２を回転させて撮像角度を調整すると、キャリブレーヨン処理を行う間、当該位置（角度）に撮像手段２を保持するようになっている。

なお、キャリブレーションの際に、撮像手段２によりチャート像４１を撮像した撮像画像を何枚用いてキャリブレーション処理を行うかは特に限定されないが、撮像領域４０内の様々な位置にチャート像４１を配置（投影）した画像を多く撮像し、多くの撮像画像に基づいてキャリブレーションを行う方がより正確な処理を行うことができる。このため、少なくとも２枚以上の画像を撮像することが好ましい。
また、画像の歪曲収差は撮像領域４０の端部に現れやすく、また、歪曲収差は撮像領域４０内にほぼ左右上下対称に現れる傾向にある。このため、正確なキャリブレーションを行うためには、できるだけ撮像領域４０の端部に対象物であるチャートＴを寄せて撮像を行う必要があり、撮像領域４０の対角上の２つの角部にチャートＴを寄せて撮影した画像を含む２枚（例えば、図５（ａ）と図５（ｉ））以上の撮像画像を取得することが好ましい。本実施形態においては、図５に示すように、撮像領域４０の各角部にチャートＴを寄せて撮影したチャート像４１を含む撮像画像（図５（ａ）、図５（ｃ）、図５（ｇ）、図５（ｉ））を含む９枚の画像を撮像手段２により撮像し、キャリブレーションを行うようになっている。

このため、移動量決定部１８は、各撮影ごとに撮像されたチャート（対象物）Ｔの位置と、次の撮影におけるチャート（対象物）Ｔの適切な位置との差分を算出し、撮像手段２を垂直方向Ｚ、水平方向Ｙ、光軸方向Ｘにおいてどの方向にどの程度移動させるべきかの移動量を決定する。例えば、１枚目の撮像において図５（ａ）に示す位置にチャートＴがある状態を撮像し、２枚目ではチャートＴが図５（ｂ）に示す位置にある状態を撮像する場合には、移動量決定部１８は、チャート像４１が撮像画像中図５（ｂ）に示す位置に映るように、撮像手段２の垂直方向Ｚの位置を決定し、必要な移動量を算出する。また、例えば、３枚目の撮像において図５（ｃ）に示す位置にチャート（対象物）Ｔがある状態を撮像し、４枚目ではチャート（対象物）Ｔが図５（ｆ）に示す位置にある状態を撮像する場合には、移動量決定部１８は、チャート像４１が撮像画像中図５（ｆ）に示す位置に映るように、撮像手段２の水平方向Ｙの位置を決定し、必要な移動量を算出する。なお、本実施形態においては、光軸方向Ｘの位置は固定とし、特に調整を行わない場合を例として説明する。

また、角度算出部１９は撮像手段２によって取得されたキャリブレーション用２次元画像が画像水平に対してどの程度ずれているかのずれ量を算出する角度算出手段であり、１枚目の撮像において得られたチャート像４１の回転角から撮像手段２が適正な設置角度からどの程度ずれているかを算出する。撮像手段２は、その製造段階や設置段階において取り付け角度等が適正位置からずれることがあり得る。このようなずれのある状態で撮像を行うと正確な画像を得ることができない。このため、チャート像（キャリブレーション用２次元画像）４１を画像水平に近い角度で撮像できる位置まで、撮像手段２を回動させる必要があり、角度算出部１９は撮像手段２を回動させる角度を算出するものである。

演算部１５が補正量を算出するのに必要な情報を取得する手法、すなわち、撮像された画像からチャート像（対象物像）４１を検出して撮像されたチャート像４１の位置や回転角等を算出する手法は、撮像された画像からチャート像４１の位置や回転角等を取得することのできる手法であれば特に限定されず、例えば、一般化ハフ変換を用いた手法、パターンマッチングによる手法、ジャイロセンサを用いた手法等、を適用することが可能である。本実施形態においては、以下、一般化ハフ変換を用いた手法によって補正量を算出するのに必要な情報を取得する場合を例として説明する。

ここで、演算部１５が補正量を算出するのに必要な情報を取得する手法である一般化ハフ変換について説明する。
一般化ハフ変換は、ある検出したい物体が画像中のどの位置に、どの大きさで、どの角度を持って存在しているかを検出するアルゴリズムである。一般化ハフ変換は、基準物体像（例えば図６（ａ）の基準物体像３０）を基に当該基準物体像の幾何学情報のテーブルを作成する。

その後、パラメータ空間である拡大縮小率Ｓ、回転角θを設定する。ここでの設定とは各値（拡大縮小率Ｓ、回転角θ、平行移動位置（ｔｘ，ｔｙ））の許容範囲と、許容範囲における分割幅を設定することである。例えば、拡大縮小率Ｓの許容範囲を１．０の±０．１、分割幅を０．１と設定し、回転角θの許容範囲を０度の±１０度、分割幅を５度と設定する。これにより、拡大縮小率Ｓは０．９、１．０、１．１の３通り、回転角θは−１０度、−５度、０度、５度、１０度の５通りとなり、全ての組み合わせは１５通りとなる。平行移動位置（ｔｘ，ｔｙ）は基本的には画像サイズに設定するが、画像サイズから変更したものに設定してもよい。ここでは、３２０×２４０画像サイズに設定する場合を例示する。この場合、３２０×２４０個の投票箇所があるため、総投票数は、１１５２０００個（＝１５通り×３２０×２４０）となる。

次に投票作業を行う。基準物体像３０が撮影された画像の幾何学情報を取得し、デーブル作成時と同様に、幾何学情報の各点の濃淡勾配ベクトルωを算出する。これを拡大縮小率Ｓ、回転角θの全ての組み合わせに対して行い、濃淡勾配ベクトルω、回転角θに対応するテーブルを参照して、（Ｌ（φ・θ），α（φ・θ））を求める（例えば図７（ｂ））。ここで平行移動ベクトル（平行移動位置ｔｘ，ｔｙ）とし、各点の座標値をＸ，Ｙとすると、以下の式（１），（２）で平行移動ベクトルを求め、その拡大縮小率Ｓ、回転角θ、平行移動位置（ｔｘ，ｔｙ）の投票度数を１増やす。

ｔｘ＝Ｘ＋Ｌ（φ・θ）×Ｓ×ｃｏｓ（α（φ・θ）＋θ）・・・（１）
ｔｙ＝Ｘ＋Ｌ（φ・θ）×Ｓ×ｓｉｎ（α（φ・θ）＋θ）・・・（２）

この投票作業で投票度数が最も極大値を示しているパラメータの組み合わせ（Ｓ，θ，（ｔｘ，ｔｙ））が基準物体像３０の拡大縮小率Ｓ、回転角θ、平行移動位置（ｔｘ、ｔｙ）を示すことになる、一般化ハフ変換によってこれらを同時に算出することができる。

ここで、画像を撮影した際、取得した画像にはレンズにより歪曲収差が影響することになる。歪曲収差には、半径方向の歪みと接線方向の歪みが存在している。具体的に、図７を参照し、同一のレンズを使用したカメラＡとカメラＢの各歪みを比較すると、カメラＡの半径方向の歪曲収差と、カメラＢの半径方向の歪曲収差とでは多少変化はあるものの同一の特性があることが分かる。それに対し、接線方向の歪曲収差には、同一のレンズを使用しているにもかかわらず、明らかに特性に違いがあることが分かる。さらに、半径方向の歪曲収差の方が接線方向の歪曲収差に比べ大きな歪みを持っていることも分かる。

ところで、上記の一般化ハフ変換であると、画像の歪曲収差の影響までも考慮できていないために、拡大縮小率Ｓや回転角θ、平行移動位置（ｔｘ，ｔｙ）を正確に算出できないのが現状であった。そこで、本発明においては暫定歪曲収差補正を施すことで、半径方向の歪みを補正し、歪みの少ない画像を生成する。

ここで、暫定歪曲収差補正には、補正対象画像撮影時の撮影条件（レンズ中心や焦点距離、座標軸の成す角度等）が既知でなければならない。しかし、補正前の時点ではこれらのパラメータが未知であるので、これら未知のパラメータに対しても一般化ハフ変換の原理に基づいて算出することで、誤差の少ない暫定歪曲収差を実現する。
また、例えば暫定的に歪曲収差を補正しても、図８に示すように補正対象画像３１の四隅３２については大きな歪みが残る可能性が非常に高い。四隅３２に大きな歪みが残る場合には当該四隅３２に予めマスク領域（図８中、斜線部）を設定することで、投票に参加させない領域を設定し、投票の精度を高くする。

図９（ａ）は、撮像領域４０内にチャート像４１が存在する状態を示した図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）における太枠内を拡大したものである。
上記のような一般化ハフ変換の手法をキャリブレーション処理における補正量を算出するのに必要な情報を取得するのに用いる場合には、撮像手段２により、例えば、図９（ａ）に示すような既知のチャートＴを撮影し、得られたチャート像４１内の格子点である特徴点４２（図９（ｂ）参照）を抽出することによりチャート像（対象物像）４１が撮像画像中のどの位置に、どの大きさで、どのような角度を持って存在しているかを検出する。なお、ここでいう特徴点４２とは図９中の円弧４３により囲まれた点である。
具体的には、演算部１５において、予めチャート像４１の幾何学情報のテーブルを作成しているとともに、画像取得部８がチャート像４１を含む画像を取得し、これらの画像に基づき、前記一般化ハフ変換の手法を用いてチャート像（対象物像）４１の検出処理を行う。これにより、チャート像４１の位置情報（拡大縮小率、回転角、平行移動位置、レンズ中心）を推定する。

次に、図１０を参照しつつ、本実施形態におけるキャリブレーション方法について説明する。なお、このキャリブレーション方法におけるキャリブレーション処理は、コンピュータである制御装置１０と、キャリブレーションプログラムとが協働することにより実現されるものである。

撮像手段２のキャリブレーション処理を行う場合には、まず、撮像手段２のＹ軸方向の位置、Ｚ軸方向の位置を１枚目の撮像を行うのに適した撮像位置に調整する（ステップＳ１）。例えば、１枚目の撮像において図５のＡの位置にチャート４１（対象物）がある状態を撮像する場合には、チャート４１（対象物）が撮像領域の最も左上角部に寄るように撮像手段２の撮像位置を調整する。また、制御装置１０により撮像手段２を回動させる際の回動中心が算出される。なお、制御装置１０による回動中心の算出は必須の工程ではない。
そして、撮像手段２の位置が適切な撮像位置に調整されると、チャートＴを撮像し、チャート像（キャリブレーション用２次元画像）４１を含む１枚目の撮像画像を取得する（ステップＳ２）。

取得された撮像画像は、演算部１５に送られ、前記一般化ハフ変換の手法を用いることにより撮像画像中のチャート像（キャリブレーション用２次元画像）４１のＹ軸方向（水平方向）の位置、Ｚ軸方向（垂直方向）の位置及び回転角が検出される（ステップＳ３）。

次に、角度算出部１９により、撮像画像中のチャート像（キャリブレーション用２次元画像）４１の回転角が画像水平から何度ずれているか、画像水平に対する撮像角度θ_１（図９（ａ）参照）を算出する（ステップＳ４）。算出された結果は、回動制御部１７に送られ、回動制御部１７が回動手段２４を制御することにより撮像手段２を角度θ_１だけ回動させ（回動制御部１７による撮像手段２の回動の自動制御）、回動手段２４は当該回動させた位置で撮像手段２の角度を維持する（ステップＳ５）。

次に、制御装置１０は、撮像枚数Ｎを８と設定し（ステップＳ６）、撮像手段２のＹ軸方向の位置、Ｚ軸方向の位置を２枚目の撮像を行うのに適した撮像位置に調整する（ステップＳ７）。例えば、２枚目に対象物が図５（ｂ）に示す位置にある状態を撮像する場合には、チャート４１（対象物）が撮像領域の最も左端中央部に寄るように撮像手段２の撮像位置を調整する。
そして、撮像手段２の位置が適切な撮像位置に調整されると、チャートＴを撮像し、チャート像（キャリブレーション用２次元画像）４１を含む２枚目の撮像画像を取得する（ステップＳ８）。

演算部１５は、２枚目の撮像画像についても上記一般化ハフ変換の手法を用いて撮像画像中のチャート像（キャリブレーション用２次元画像）４１のＹ軸方向（水平方向）の位置、Ｚ軸方向（垂直方向）の位置及び回転角を検出する（ステップＳ９）。そして、演算部１５は、検出結果に基づいてチャート像（キャリブレーション用２次元画像）４１が本来あるべき位置及び角度からどの程度ずれているかのずれ量を算出する（ステップＳ１０）。これにより当該撮像領域４０に映った撮像画像の歪曲収差がどの程度であるかが明らかとなるので、制御装置１０は、本来あるべき位置及び撮像角度からのずれ量を当該撮像領域４０の補正量としてＲＡＭ１２等に記憶させる。

制御装置１０は、設定枚数である８枚の撮像が終了したかを判断し（ステップＳ１１）、８枚の撮像が完了したと判断すると（ステップＳ１１；ＹＥＳ）、撮像手段２のキャリブレーション処理を終了する。他方、８枚の撮像が終了していないと判断すると（ステップＳ１１；ＮＯ）、制御装置１０は、ステップＳ７に戻って、撮像手段２が次の撮影位置に位置するように調整し、Ｓ８からＳ１１の処理を繰り返す。

以上のように、本実施形態によれば、１枚目の撮像によって得られた撮像画像中のチャート像（キャリブレーション用２次元画像）４１のＹ軸方向（水平方向）の位置、Ｚ軸方向（垂直方向）の位置及び回転角の情報に基づいて、チャート像（キャリブレーション用２次元画像）４１を画像水平に近い角度で撮像できる位置（角度）まで撮像手段２を回動させ、この位置（角度）を維持したまま以降のキャリブレーション処理を行う。これにより、製造段階や設置段階において撮像手段２の取り付け角度等が適正位置からずれている場合でも、機構的にこれを修正した上でキャリブレーションを行うことができ、単に撮像後画像処理によって画像の角度を調整する場合と比較して高精度のキャリブレーションを行うことができる。

なお、チャートＴを撮像領域のどの位置に寄せるかは本実施形態に例示したものに限定されない。また、本実施形態では、図５（ａ）から図５（ｉ）までの画像を順に撮像する場合を例として説明したが、撮像する順序はこれに限定されない。例えば、１枚目には、比較的歪曲収差の現れにくい中央部分にチャートＴを寄せて撮像を行い、撮像手段２の角度を補正するようにしてもよい。

その他、本発明が上記実施形態に限らず適宜変更可能であるのは勿論である。

［第２の実施形態］
次に、図１１から図１４を参照しつつ、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、以下においては、特に第１の実施形態と異なる点について説明する。

図１１（ａ）は、本実施形態におけるキャリブレーション装置８０を示した斜視図であり、図１１（ｂ）は、キャリブレーション装置８０とこれに取り付けられた撮像手段２を示した斜視図である。

本実施形態においてキャリブレーション装置８０は、図１１に示すように、第１の実施形態と同様、撮像手段２を固定する撮像手段固定部材３、撮像手段固定部材３を垂直方向Ｚに案内する垂直方向ガイド部材４、及び撮像手段固定部材３を垂直方向Ｚと直交する水平方向Ｙに案内する水平方向ガイド部材５を備えている。また、垂直方向移動手段２１、水平方向移動手段２２、（図１２参照）により、撮像手段固定部材３に固定された撮像手段５１を垂直方向Ｚ、水平方向Ｙに移動可能となっている。

また、撮像手段２から図示しない対象物（例えば、第１の実施形態に示したチャート）に向かう方向は光軸方向Ｘとなっており、キャリブレーション装置８０は、光軸方向Ｘに延在する光軸方向ガイド部材８１と、垂直方向ガイド部材４の下端に設けられ光軸方向ガイド部材８１に係止される移動支持部材８２とを備えている。移動支持部材８２は、例えば各種アクチュエータ、モータ等で構成される光軸方向移動手段２３（図１２参照）により光軸方向ガイド部材８１に沿って光軸方向Ｘに移動可能となっており、移動支持部材８２が光軸方向ガイド部材８１に沿って移動することにより、垂直方向ガイド部材４上に係止された撮像手段固定部材３は、光軸方向Ｘに移動可能となっている。これにより撮像手段２を光軸方向Ｘに沿って移動させることにより光軸方向Ｘにおける撮像手段２から対象物までの距離を変更可能となっている。
なお、撮像手段固定部材３を光軸方向Ｘに移動させるための構成は、ここに例示したものに限定されない。

さらに、撮像手段２は、第１の実施形態と同様の回動手段２４（図１２参照）により、撮像手段２のレンズ２ａ（図１２参照）の光軸と平行する軸を中心として回動するようになっている。

また、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、本実施形態において、撮像手段固定部材３には、固定支持部材８３が取り付けられており、固定支持部材８３の上端面には垂直軸回動部材８４が光軸（光軸方向Ｘ）に対して垂直な軸（図１１においてＹａｗ軸）を回転軸として回動可能に取り付けられている。さらに、垂直軸回動部材８４の一側面には、水平軸回動部材８５が光軸（光軸方向Ｘ）に対して水平な軸（図１１においてＰｉｔｃｈ軸）を回転軸として回動可能に取り付けられている。なお、図１１（ｂ）においては、水平軸回動部材８５は垂直軸回動部材８４の右側面に取り付けられているが、水平軸回動部材８５を取り付ける位置はこれに限定されず、例えば垂直軸回動部材８４の左側面に取り付けられてもよい。

垂直軸回動部材８４は、例えば各種アクチュエータ、モータ等で構成される垂直軸回動手段８６（図１２参照）により光軸に対して垂直な軸（Ｙａｗ軸）を回転軸として回動可能となっており、垂直軸回動部材８４が回動することにより、撮像手段固定部材３上に固定された撮像手段２は、図１３に示すように、撮像手段２のレンズ２ａの光軸に対して垂直な軸（Ｙａｗ軸）を回転軸として回動するようになっている。
水平軸回動部材８５は、例えば各種アクチュエータ、モータ等で構成される水平軸回動手段８７（図１２参照）により光軸に対して水平な軸（Ｐｉｔｃｈ軸）を回転軸として回動可能となっており、水平軸回動部材８５が回動することにより、撮像手段固定部材３上に固定された撮像手段２は、図１４に示すように、撮像手段２のレンズ２ａの光軸に対して水平な軸（Ｐｉｔｃｈ軸）を回転軸として回動するようになっている。
なお、撮像手段２を光軸に対して垂直な軸（Ｙａｗ軸）又は光軸に対して水平な軸（Ｐｉｔｃｈ軸）を回転軸として回動させるための構成は、ここに例示したものに限定されない。例えば、固定支持部材８３、垂直軸回動部材８４、水平軸回動部材８５のすべて、又はその一部を撮像手段固定部材３と一体に形成する構成としてもよい。

また、水平軸回動部材８５の対象物に対向する側の面には、撮像手段２を支持するとともに撮像手段２によりレンズ２ａの光軸と平行な軸を中心として回動可能な回動部材８８が設けられている。回動部材８８は、例えば各種アクチュエータ、モータ等で構成される回動手段２４（図１２参照）により回動可能となっており、回動部材８８が回動することにより、撮像手段固定部材３上に固定された撮像手段２は、撮像手段２のレンズ２ａの光軸と平行する軸を中心として回動するようになっている。
なお、撮像手段２を回動させるための構成は、ここに例示したものに限定されない。

なお、その他の構成は、第１の実施形態に示したものとほぼ同様であるため、同一部材には同一の符号を付してその説明を省略する。

次に、本実施形態におけるキャリブレーション方法について説明する。なお、このキャリブレーション方法におけるキャリブレーション処理は、第１の実施形態と同様に、コンピュータである制御装置１０と、キャリブレーションプログラムとが協働することにより実現されるものである。

撮像手段２のキャリブレーション処理を行う場合には、まず、撮像手段２のＹ軸方向の位置、Ｚ軸方向の位置、Ｘ軸方向の位置、及びＹａｗ軸・Ｐｉｔｃｈ軸を回転軸とする撮像角度を１枚目の撮像を行うのに適した撮像位置に調整する。
そして、撮像手段２の位置が適切な撮像位置に調整されると、チャートを撮像し、チャート像（キャリブレーション用２次元画像）を含む１枚目の撮像画像を取得する。

取得された撮像画像は、演算部１５に送られ、前記一般化ハフ変換の手法を用いることにより撮像画像中のチャート像（キャリブレーション用２次元画像）のＹ軸方向（水平方向）の位置、Ｚ軸方向（垂直方向）の位置及び回転角が検出される。

次に、角度算出部１９により、撮像画像中のチャート像（キャリブレーション用２次元画像）の回転角が画像水平から何度ずれているか、画像水平に対する撮像角度が算出される。算出された結果は、回動制御部１７に送られ、回動制御部１７が回動手段２４を制御することにより撮像手段２を角度算出部１９により算出された角度だけ回動させ（回動制御部１７による撮像手段２の回動の自動制御）、回動手段２４は当該回動させた位置で撮像手段２の角度を維持する。

次に、制御装置１０は、撮像枚数Ｎを８と設定し、撮像手段２のＹ軸方向の位置、Ｚ軸方向の位置、Ｘ軸方向の位置、及びＹａｗ軸・Ｐｉｔｃｈ軸を回転軸とする撮像角度を２枚目の撮像を行うのに適した撮像位置に調整する。そして、撮像手段２の位置が適切な撮像位置に調整されると、チャートを撮像し、チャート像（キャリブレーション用２次元画像）を含む２枚目の撮像画像を取得する。

演算部１５は、２枚目の撮像画像についても上記一般化ハフ変換の手法を用いて撮像画像中のチャート像（キャリブレーション用２次元画像）のＹ軸方向（水平方向）の位置、Ｚ軸方向（垂直方向）の位置及び回転角を検出する。そして、演算部１５は、検出結果に基づいてチャート像（キャリブレーション用２次元画像）が本来あるべき位置及び角度からどの程度ずれているかのずれ量を算出する。これにより当該撮像領域に映った撮像画像の歪曲収差がどの程度であるかが明らかとなるので、制御装置１０は、本来あるべき位置及び撮像角度からのずれ量を当該撮像領域の補正量としてＲＡＭ１２等に記憶させる。

制御装置１０は、設定枚数である８枚の撮像が終了したかを判断し、８枚の撮像が完了するまで処理を繰り返す。この際、制御装置１０は、移動制御部１６により垂直軸回動手段８６、水平軸回動主手段８７のうちいずれか又は双方を動作させることにより、８枚のうちのすべて又は一部の撮像において、Ｙａｗ軸を回転軸とする撮像角度、Ｐｉｔｃｈ軸を回転軸とする撮像角度のうちのいずれか又は双方を変更して撮像角度の異なる撮像を行うようにする。

以上のように、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、１枚目の撮像によって得られた撮像画像中のチャート像（キャリブレーション用２次元画像）に関する演算結果に基づいて、チャート像（キャリブレーション用２次元画像）を画像水平に近い角度で撮像できる位置（角度）まで撮像手段２を回動させ、この位置（角度）を維持したまま以降のキャリブレーション処理を行う。これにより、製造段階や設置段階において撮像手段２の取り付け角度等が適正位置からずれている場合でも、機構的にこれを修正した上でキャリブレーションを行うことができ、単に撮像後画像処理によって画像の角度を調整する場合と比較して高精度のキャリブレーションを行うことができる。

また、キャリブレーションに用いる画像を複数枚撮像する場合に、撮像角度がすべて同じであるとキャリブレーションの精度が十分に上がらないとの問題があるが、本実施形態では、複数枚撮像を行う場合に、そのうち少なくとも一部を撮像角度を変えて撮像するので、キャリブレーションの精度を十分に向上させることができる。

なお、本実施形態では、撮像手段２のＹ軸方向の位置、Ｚ軸方向の位置、Ｘ軸方向の位置と、Ｙａｗ軸・Ｐｉｔｃｈ軸を回転軸とする撮像角度、及び光軸と平行な軸を中心とした回転角とを自在に変化させることができるように構成し、撮像において調整可能な自由度を６自由度としたが、これら全ての自由度を備える装置でなくてもよい。例えば、撮像角度は、Ｙａｗ軸を回転軸とする撮像角度、Ｐｉｔｃｈ軸を回転軸とする撮像角度のうちいずれか一方のみを調整可能な構成としてもよい。また、Ｘ軸方向の位置は固定とし、調整のための構成を備えない装置構成としてもよい。

また、本実施形態では、固定支持部材８３、垂直軸回動部材８４、水平軸回動部材８５を組み合わせることにより、Ｙａｗ軸・Ｐｉｔｃｈ軸を回転軸とする撮像角度、及び光軸と平行な軸を中心とした回転角とを自在に変化させることができるように構成したが、撮像角度及び回転角を変化させる構成はここに示したものに限定されない。
また、本実施形態では、Ｙａｗ軸を回転軸とする回転動作を行うための垂直軸回動手段８６、Ｐｉｔｃｈ軸を回転軸とする回転動作を行うための水平軸回動手段８７及び光軸と平行な軸を中心とした回転動作を行う回動手段２４をそれぞれ設けることとしたが、例えば、切替機構、ギアボックス等を設けることにより１つのアクチュエータ又はモータでＹａｗ軸・Ｐｉｔｃｈ軸を回転軸とする回転動作、及び光軸と平行な軸を中心とした回転動作を行う回動手段のうちいずれか２以上を兼用してもよい。

その他、本発明が本実施の形態に限られないことは、第１の実施形態と同様である。

［第３の実施形態］
次に、図１５から図２０を参照しつつ、本発明の第３の実施形態について説明する。なお、第３の実施形態は、撮像手段の構成及び補正量の算出手法が第１の実施形態及び第１の実施形態と異なるものであるため、以下においては、特に第１の実施形態及び第１の実施形態と異なる点について説明する。

図１５は、本実施形態におけるキャリブレーション装置５０及びこれに取り付けられた撮像手段５１を示した斜視図である。
本実施形態において、キャリブレーション装置５０には、レンズ５１ａと撮像素子５１ｂとを備える撮像手段５１が２つ設けられている（図１６参照）。２つの撮像手段５１は一体として１つのカメラ５２を形成している。なお、撮像手段５１は一体として設けられている場合に限定されず、それぞれ単体でキャリブレーション装置５０に搭載されていてもよい。但し、この場合でも２つの撮像手段５１の位置関係は固定されているものとする。

キャリブレーション装置５０は、第１の実施形態と同様の撮像手段固定部材３、垂直方向ガイド部材４、水平方向ガイド部材５等を備えており、また、垂直方向移動手段２１、水平方向移動手段２２、光軸方向移動手段２３（図１６参照）により、撮像手段固定部材３に固定された撮像手段５１を垂直方向Ｚ、水平方向Ｙ、光軸方向Ｘに移動可能となっている。さらに、撮像手段５１は、第１の実施形態と同様の回動手段２４（図１６参照）により、撮像手段５１のレンズ５１ａの光軸と平行する軸を中心として回転又は移動（以後「回動」と称する。）するようになっている。なお、第１の実施形態と同様の部材については同一の符号を付してその説明を省略する。

次に、図１６を参照しつつ、本実施形態におけるキャリブレーション装置５０の制御構成について説明する。

図１６に示すように、キャリブレーション装置１は、撮像手段５１によって撮像されたチャート像（キャリブレーション用２次元画像）を含む撮像画像を取得する画像取得部８を備えている。画像取得部８は、撮像手段２から取得した画像を制御装置６０に出力するようになっている。

制御装置６０は、第１の実施形態と同様に、ＣＰＵ等の処理装置（図示せず）、システムプログラム、後述するキャリブレーション処理を行うためのキャリブレーションプログラム等、各種の制御プログラム等を格納するＲＯＭ６２、各種データを一時記憶するＲＡＭ６３等を備えて構成され、装置各部を制御して画像の収差を補正するキャリブレーション処理を行うコンピュータである。

制御装置６０は、撮像手段２の補正量を算出する補正量算出手段としての演算部６１、演算部６１によって算出された補正量に基づいて装置各部の動作制御を行う動作制御部６９、ＲＯＭ６２、ＲＯＭ６３といった記憶部等を備えて構成されている。動作制御部６９は、撮像手段５１の垂直方向Ｚの位置、水平方向Ｙの位置及び撮像手段２と対象物との間の光軸方向Ｘにおける距離を調整する移動制御部６４と、演算部６１によって算出された補正量に基づいて撮像手段５１を回動させ撮像手段５１の角度を調整する回動制御部６５とを備えている。

また、キャリブレーション装置５０は、第１の実施形態と同様、例えば各種アクチュエータ、モータ等で構成され撮像手段２を移動させる垂直方向移動手段２１、水平方向移動手段２２、光軸方向移動手段２３及び回動手段２４を備えている。

演算部６１は、撮像手段５１によって撮像された画像からキャリブレーション用２次元画像であるチャート像（対象物像）を検出して、このチャート像の位置や回転角等に基づいて撮像手段５１のキャリブレーション処理を行うための補正量を算出するものである。
演算部６１が補正量を算出するのに必要な情報を取得する手法、すなわち、撮像された画像から対象物を検出して撮像された対象物の位置や回転角等を算出する手法は、第１の実施形態と同様、特に限定されず、例えば、一般化ハフ変換を用いた手法、パターンマッチングによる手法、ジャイロセンサを用いた手法等、を適用することが可能である。

演算部６１は、各撮像ごとの撮像手段５１の垂直方向Ｚ、水平方向Ｙ、光軸方向Ｘの移動量を決定する移動量決定部６６、１枚目の撮像画像におけるチャート像の回転角に基づいて後述する２種類の修正手法により撮像手段５１を回動させる回動角度を算出する角度算出部６７、及び角度算出部６７において２種類の手法により算出された結果について、ずれ量の大きさを比較するずれ量比較手段としてのずれ量比較部６８を備えている。

角度算出部６７は、一般化ハフ変換を用いた手法等により算出された撮像画像中のチャート像の回転角に基づいて、チャート像の回転角が画像水平から何度ずれているかを算出し、撮像手段５１をどの程度回転させればチャート像を画像水平に最も近づけることができるか、撮像手段５１を回転させる補正量を算出する角度算出手段である。
本実施形態では、キャリブレーション装置５０に撮像手段５１が２つ搭載されているため、各撮像手段５１によって撮像されたチャート像の回転角の画像水平からのずれ量が異なる場合があり得る。このため、角度算出部６７は、下記の２種類の手法により撮像手段５１を回転させる補正量を算出する。

例えば図１７に示すように、カメラ５２の上方に位置する撮像手段５１を左眼、カメラ５２の下方に位置する撮像手段５１を右眼とし、左眼のレンズ５１ａ（図１６参照）の中心と右眼のレンズ５１ａ（図１６参照）の中心とを結ぶ直線を基線とし、基線の長さを基線長Ｂとしたとき、左眼を座標Ｃ_Ｌｘ、Ｃ_Ｌｚで表すと右眼（座標Ｃ_Ｒｘ、Ｃ_Ｒｚ）は座標Ｃ_Ｌｘ、Ｃ_Ｌｚ−Ｂで表すことができる。
以下においては、左眼の撮像手段５１による撮像によって得られたチャート像の回転角が画像水平からθ_Ｌだけずれており、右眼の撮像手段５１による撮像によって得られたチャート像の回転角が画像水平からθ_Ｒだけずれている場合について説明する。

角度算出部６７による補正量算出の第１の手法は、ある任意の撮像手段５１についてチャート像が画像水平となる回転角まで回動させた場合の補正量（回動量）を算出する手法である。
この手法によれば、左眼の撮像手段５１、右眼の撮像手段５１のうちいずれか一方のみについて補正を行い、他方の撮像手段５１については全く補正を行わない。

図１８（ａ）は回動前の状態を示したものであり、図１８（ｂ）は回動後の状態を示したものである。この手法によれば、図１８（ｂ）に示すように、回転中心（Ｘ_Roll，Ｚ_Roll）を中心として、左眼の撮像手段５１によって得られたチャート像が画像水平となる回転角θ_Ｌだけ、左眼の撮像手段５１、右眼の撮像手段５１をカメラ５２全体として回動させる。この場合、回動後の左眼の撮像手段５１の画像水平からのずれ量θ_Ｌ１は、画像水平と等しくなり、他方、右眼の撮像手段５１の画像水平からのずれ量θ_Ｒ１は、回動前のずれ量であるθ_Ｒに回動した角度θ_Ｌを加算したθ_Ｒ＋θ_Ｌとなる。

次に、角度算出部６７による補正量算出の第２の手法は、各撮像手段５１についてチャート像の画像水平とのずれ量の合計が最も小さくなる回転角まで回動させた場合の補正量（回動量）を算出する手法である。この手法によれば、左眼の撮像手段５１、右眼の撮像手段５１の双方について補正を行い、いわばチャート像の画像水平とのずれ量を平均化することにより最適化を図ることとなる。

図１９（ａ）は回動前の状態を示したものであり、図１９（ｂ）は回動後の状態を示したものである。この手法によれば、図１９（ｂ）に示すように、回転中心（Ｘ_Roll，Ｚ_Roll）を中心として、左眼の撮像手段５１によって得られたチャート像の画像水平とのずれ量と右眼の撮像手段５１によって得られたチャート像の画像水平とのずれ量との合計が最も小さくなる回転角θ_２だけ、カメラ５２全体として回動させる。この場合、回動後の左眼の撮像手段５１の画像水平からのずれ量θ_Ｌ２は、回動前のずれ量であるθ_Ｌに回動した角度θ_２を加算したθ_Ｌ＋θ_２となり、他方、右眼の撮像手段５１の画像水平からのずれ量θ_Ｒ２は、回動前のずれ量であるθ_Ｒに回動した角度θ_２を加算したθ_Ｒ＋θ_２となる。

ずれ量比較部６８は、角度算出部６７によって算出された第１の手法による場合の回動後の右眼の撮像手段５１の画像水平からのずれ量θ_Ｒ１と、第２の手法による場合の回動後の左眼の撮像手段５１の画像水平からのずれ量θ_Ｌ２と右眼の撮像手段５１の画像水平からのずれ量θ_Ｒ２との合計とを比較するものである。

ずれ量比較部６８は、比較の結果、θ_Ｒ１≦（θ_Ｌ２＋θ_Ｒ２）である場合には、角度算出部６７によって算出された第１の手法による補正量（θ_Ｌ）をキャリブレーション処理における補正量として採用する。他方、θ_Ｒ１＞（θ_Ｌ２＋θ_Ｒ２）である場合には、角度算出部６７によって算出された第１の手法による補正量（θ_２）をキャリブレーション処理における補正量として採用する。ずれ量比較部６８によって採用された補正量は、回動制御部６５に送られ、回動制御部６５は当該補正量に応じて回動手段２４を動作させ、撮像手段５１，５１を回動させるようになっている。

なお、その他の構成は、第１の実施形態及び第２の実施形態に示したものとほぼ同様であるため、その説明を省略する。

次に、図２０を参照しつつ、本実施形態におけるキャリブレーション方法について説明する。なお、このキャリブレーション方法におけるキャリブレーション処理は、コンピュータである制御装置６０と、キャリブレーションプログラムとが協働することにより実現されるものである。

撮像手段５１，５１のキャリブレーション処理を行う場合には、第１の実施形態と同様に、まず、撮像手段２のＹ軸方向の位置、Ｚ軸方向の位置を１枚目の撮像を行うのに適した撮像位置に調整し、キャリブレーション用２次元画像であるチャート像（対象物像）を含む１枚目の撮像画像を取得する（ステップＳ３１）。

取得された撮像画像は、制御装置６０に送られ、前記一般化ハフ変換の手法を用いることにより撮像画像中のチャート像のＹ軸方向（水平方向）の位置、Ｚ軸方向（垂直方向）の位置及び回転角が検出される（ステップＳ３２）。

次に、角度算出部６７は、第１の手法により撮像手段５１を回動させる補正量（回動量）を算出する（ステップＳ３３）。本実施形態においては、第１の手法により算出される補正量（回動量）は、θ_Ｌとなる。さらに角度算出部６７は、第２の手法により撮像手段５１を回動させる補正量（回動量）を算出する（ステップＳ３４）。第２の手法により算出される補正量（回動量）は、θ_２となる。

次に、ずれ量比較部６８により、角度算出部６７によって算出された第１の手法による場合の回動後の右眼の撮像手段５１の画像水平からのずれ量θ_Ｒ１と、第２の手法による場合の回動後の左眼の撮像手段５１の画像水平からのずれ量θ_Ｌ２と右眼の撮像手段５１の画像水平からのずれ量θ_Ｒ２との合計との比較を行い、θ_Ｒ１＞（θ_Ｌ２＋θ_Ｒ２）であるか否かを判断する（ステップＳ３５）。
そして、θ_Ｒ１＞（θ_Ｌ２＋θ_Ｒ２）でない場合（ステップＳ３５；ＮＯ）には、ずれ量比較部６８は、第１の手法による補正量（θ_Ｌ）をキャリブレーション処理における補正量として採用し（ステップＳ３６）、回動制御部６５に補正量（θ_Ｌ）を出力する。これにより、回動制御部６５は、当該補正量（θ_Ｌ）に応じて回動手段２４を動作させ、撮像手段５１，５１をθ_Ｌだけ回動させる（ステップＳ３７）。他方、θ_Ｒ１＞（θ_Ｌ２＋θ_Ｒ２）である場合（ステップＳ３５；ＹＥＳ）には、ずれ量比較部６８は、第２の手法による補正量（θ_２）をキャリブレーション処理における補正量として採用し（ステップＳ３８）、回動制御部６５に補正量（θ_２）を出力する。これにより、回動制御部６５は、当該補正量（θ_２）に応じて回動手段２４を動作させ、撮像手段５１，５１をθ_２だけ回動させる（ステップＳ３９）。

そして、撮像手段５１，５１の位置（角度）を回動位置に維持したまま、２枚目から９枚目まで順に画像を撮像し、キャリブレーション処理を実行する（ステップＳ４０）。なお、２枚目以降のキャリブレーション処理は第１の実施形態で説明したものと同様であるため、その説明を省略する。

以上のように、本実施形態によれば、画像処理的に補正しなければならないずれ量の最小のものを採用してキャリブレーションを行う。複数の撮像手段を用いて撮影を行う場合には、いずれかの撮像手段の角度を合わせても他の撮像手段の角度はずれてしまうため、全ての撮像手段について角度を合わせることはできない。したがって、角度を合わせられなかった分は画像処理的に補正することが必要となり、画像処理的に補正するための情報は、撮像手段、キャリブレーション装置等のメモリに一旦保存されることとなる。そして、補正量が多いほど保存すべき補正情報の量も多くなるため、メモリ容量が大きくなる。
この点、本実施形態によれば、画像処理的に補正するための情報を最小限に抑えることができ、上記の問題を最小限に抑えることができる。

なお、本実施形態においても、第２の実施形態に示したように、撮像手段２のＹ軸方向の位置、Ｚ軸方向の位置、Ｘ軸方向の位置と、Ｙａｗ軸・Ｐｉｔｃｈ軸を回転軸とする撮像角度、及び光軸と平行な軸を中心とした回転角とを自在に変化させることができるように構成し、撮像において調整可能な自由度を６自由度としてもよい。

なお、本発明が本実施の形態に限られないことは、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様である。

第１の実施形態に係るキャリブレーション装置の要部構成を示す斜視図であり、（ａ）は回動支持部材を取り外した状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）に示す回動支持部材を取り付けた状態を示す斜視図である。 （ａ）は図１に示すキャリブレーション装置に第１の実施形態における撮像手段を搭載した状態を示す斜視図であり、（ｂ）は撮像手段が回動した状態を示す斜視図である。 図１に示すキャリブレーション装置を背面側から見た斜視図である。 第１の実施形態に係るキャリブレーション装置の制御構成を表す要部ブロック図である。 （ａ）から（ｉ）は本実施形態の撮像領域内のチャート像の位置を示す図である。 一般化ハフ変換のアルゴリズムを説明するための説明図であり、（ａ）は基準物体像の一例を示す概念図、（ｂ）はテーブルの一例を表す図である。 同一のレンズを使用したカメラＡとカメラＢとの半径方向の歪曲収差、接線方向の歪曲収差各歪みを比較した説明図である。 本実施形態の補正対象画像にマスク領域を設定した場合を一例を示す説明図である。 （ａ）は本実施形態のチャート像の一例を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の太枠内の拡大図である。 第１の実施形態に係る対象物体像の検出処理における流れを示すフローチャートである。 第２の実施形態に係るキャリブレーション装置の要部構成を示す斜視図であり、（ａ）は撮像手段を取り外した状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）に示すキャリブレーション装置に撮像手段を搭載した状態を示す斜視図である。 第２の実施形態に係るキャリブレーション装置の制御構成を表す要部ブロック図である。 図１１（ｂ）に示すキャリブレーション装置をＹａｗ軸を回転軸として回動させた状態を示す斜視図である。 図１１（ｂ）に示すキャリブレーション装置をＰｉｔｃｈ軸を回転軸として回動させた状態を示す斜視図である。 （ａ）はキャリブレーション装置に第３の実施形態における撮像手段を搭載した状態を示す斜視図であり、（ｂ）は撮像手段が回動した状態を示す斜視図である。 第３の実施形態に係るキャリブレーション装置の制御構成を表す要部ブロック図である。 第３の実施形態に係るキャリブレーション装置に搭載された撮像手段の正面図である。 図１７に示すキャリブレーション装置において撮像手段を回動させる第１の手法を説明するための説明図であり、（ａ）は回動前の状態を示す説明図、（ｂ）は回動後の状態を示す説明図説明図である。 図１７に示すキャリブレーション装置において撮像手段を回動させる第２の手法を説明するための説明図であり、（ａ）は回動前の状態を示す説明図、（ｂ）は回動後の状態を示す説明図説明図である。 第３の実施形態に係るキャリブレーション処理の流れを示すフローチャートである。 従来のキャリブレーション装置の要部構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ キャリブレーション装置
２ 撮像手段
２ａ レンズ
２ｂ 撮像素子
３ 撮像手段固定部材
４ 垂直方向ガイド部材
５ 水平方向ガイド部材
６ 移動支持部材
７ 回動支持部材
８ 画像取得部
１０ 制御装置
１１ ＲＯＭ
１２ ＲＡＭ
１５ 演算部（補正量算出手段）
１６ 移動制御部
１７ 回動制御部
１８ 移動量決定部
１９ 角度算出部
２０ 動作制御部
２１ 垂直方向移動手段
２２ 水平方向移動手段
２３ 光軸方向移動手段
２４ 回動手段
４１ チャート像（キャリブレーション用２次元画像）
５１ 撮像手段
６７ 角度算出部
６８ ずれ量比較部
Ｂ 基線長
Ｔ チャート
Ｘ 光軸方向
Ｙ 水平方向
Ｚ 垂直方向

Claims (17)

1. 光学系を備える撮像手段によって撮像されたキャリブレーション用２次元画像を取得する画像取得手段と、
   前記画像取得手段により取得されたキャリブレーション用２次元画像に基づいて、補正量を算出する補正量算出手段と、
   前記補正量算出手段による算出結果に基づいて、前記撮像手段を前記光学系の光軸と平行な軸を中心として回転又は移動させる回動手段と、を備え、
   前記回動手段により前記撮像手段を回転又は移動させることにより前記撮像手段のキャリブレーションを行うことを特徴とするキャリブレーション装置。
2. 前記補正量算出手段は、前記画像取得手段によって取得されたキャリブレーション用２次元画像が画像水平に対してどの程度ずれているかのずれ量を算出する角度算出手段を備え、
   前記回動手段は、前記角度算出手段によって算出されたずれ量に応じて、前記キャリブレーション用２次元画像を画像水平に近い角度で撮像できる位置まで、前記撮像手段を回転又は移動させるとともに、当該位置に前記撮像手段を保持することを特徴する請求項１に記載のキャリブレーション装置。
3. 前記撮像手段を前記光軸に対して水平方向に移動可能な水平方向移動手段を備えていることを特徴する請求項１又は請求項２に記載のキャリブレーション装置。
4. 前記撮像手段を前記光軸に対して垂直方向に移動可能な垂直方向移動手段を備えていることを特徴する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のキャリブレーション装置。
5. 前記撮像手段を前記光軸に沿う方向に移動可能な光軸方向移動手段を備えていることを特徴する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のキャリブレーション装置。
6. 前記撮像手段を前記光軸に対して垂直な軸を回転軸として回動可能な垂直軸回動手段を備えていることを特徴する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のキャリブレーション装置。
7. 前記撮像手段を前記光軸に対して水平な軸を回転軸として回動可能な水平軸回動手段を備えていることを特徴する請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のキャリブレーション装置。
8. 前記画像取得手段は、２以上の前記撮像手段からキャリブレーション用２次元画像を取得するものであり、
   前記角度算出手段は、２以上の前記撮像手段によって取得されたキャリブレーション用２次元画像について、それぞれ画像水平に対してどの程度ずれているかのずれ量を算出するものであって、
   前記補正量算出手段は、ある任意の前記撮像手段についてキャリブレーション用２次元画像が画像水平となる回転角度まで回転又は移動させたときの他の撮像手段におけるキャリブレーション用２次元画像の画像水平とのずれ量と、前記各撮像手段についてキャリブレーション用２次元画像の画像水平とのずれ量の合計が最も小さくなる回転角度まで回転又は移動させたときの各撮像手段におけるキャリブレーション用２次元画像の画像水平とのずれ量の合計と、の大きさを比較判断するずれ量比較手段をさらに備え、
   前記回動手段は、前記ずれ量比較手段による比較の結果、ずれ量が小さいと判断された回転角度まで前記撮像手段を回転又は移動させることを特徴する請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のキャリブレーション装置。
9. 前記画像取得手段は、前記撮像手段によって撮像されたキャリブレーション用２次元画像を２枚以上取得することを特徴する請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のキャリブレーション装置。
10. 光学系を備える撮像手段によって撮像されたキャリブレーション用２次元画像を取得する画像取得工程と、
    前記画像取得工程によって取得されたキャリブレーション用２次元画像が画像水平に対してどの程度ずれているかのずれ量を算出する角度算出工程と、
    前記撮像手段を前記光学系の光軸と平行な軸を中心として回転又は移動させる回動工程と、を備え、
    前記回動工程は、前記角度算出工程において算出されたずれ量に応じて、前記キャリブレーション用２次元画像を画像水平に近い角度で撮像できる位置まで、前記撮像手段を回転又は移動させるとともに、当該位置に前記撮像手段を保持したままキャリブレーションを行うことを特徴するキャリブレーション方法。
11. 前記画像取得工程は、２以上の前記撮像手段からキャリブレーション用２次元画像を取得するものであり、
    前記角度算出工程は、２以上の前記撮像手段によって取得されたキャリブレーション用２次元画像について、それぞれ画像水平に対してどの程度ずれているかのずれ量を算出するものであって、
    前記補正量算出工程は、ある任意の前記撮像手段についてキャリブレーション用２次元画像が画像水平となる回転角度まで回転又は移動させたときの他の撮像手段におけるキャリブレーション用２次元画像の画像水平とのずれ量と、前記各撮像手段についてキャリブレーション用２次元画像の画像水平とのずれ量の合計が最も小さくなる回転角度まで回転又は移動させたときの各撮像手段におけるキャリブレーション用２次元画像の画像水平とのずれ量の合計と、の大きさを比較判断するずれ量比較工程をさらに備え、
    前記回動工程において、前記ずれ量比較工程における比較の結果、ずれ量が小さいと判断された回転角度まで前記撮像手段を回転又は移動させることを特徴する請求項１０に記載のキャリブレーション方法。
12. 前記角度算出工程及び前記ずれ量比較工程は、２枚以上のキャリブレーション用２次元画像に基づいて前記ずれ量の算出及び前記比較判断を行うことを特徴する請求項１０又は請求項１１に記載のキャリブレーション方法。
13. 前記回動工程において前記撮像手段を回動させる際の回動中心を算出する回動中心算出工程をさらに備えていることを特徴する請求項１０から請求項１２のいずれか一項に記載のキャリブレーション方法。
14. 光学系を備える撮像手段によって取得されたキャリブレーション用２次元画像が画像水平に対してどの程度ずれているかを算出する角度算出機能と、
    前記角度算出機能により算出されたずれ量に応じて、前記キャリブレーション用２次元画像を画像水平に近い角度で撮像できる位置まで、前記撮像手段を前記光学系の光軸と平行な軸を中心として回転又は移動させるとともに、当該位置に前記撮像手段を保持したままキャリブレーションを行うように前記撮像手段の回転又は移動を制御する自動制御機能と、
    をコンピュータに実現させることを特徴するコンピュータ読取可能なプログラム。
15. 前記角度算出機能は、２以上の前記撮像手段によって取得されたキャリブレーション用２次元画像について、それぞれ画像水平に対してどの程度ずれているかのずれ量を算出するものであり、
    ある任意の前記撮像手段についてキャリブレーション用２次元画像が画像水平となる回転角度まで回転又は移動させたときの他の撮像手段におけるキャリブレーション用２次元画像の画像水平とのずれ量と、前記各撮像手段についてキャリブレーション用２次元画像の画像水平とのずれ量の合計が最も小さくなる回転角度まで回転又は移動させたときの各撮像手段におけるキャリブレーション用２次元画像の画像水平とのずれ量の合計と、の大きさを比較判断するずれ量比較機能をさらにコンピュータに実現させるものであって、
    前記回動制御機能は、前記ずれ量比較機能による比較の結果、ずれ量が小さいと判断された回転角度まで前記撮像手段を回転又は移動させるように前記撮像手段の回転又は移動を制御することを特徴する請求項１４に記載のコンピュータ読取可能なプログラム。
16. 前記角度算出機能及び前記ずれ量比較機能は、２枚以上のキャリブレーション用２次元画像に基づいて前記ずれ量の算出及び前記比較判断を行うことを特徴する請求項１４又は請求項１５に記載のコンピュータ読取可能なプログラム。
17. 前記撮像手段を回動させる際の回動中心を算出する回動中心算出機能をさらに備えていることを特徴する請求項１４から請求項１６のいずれか一項に記載のコンピュータ読取可能なプログラム。

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