JP2008304248A - 車載用ステレオカメラの校正方法、車載用距離画像生成装置及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】校正できる場所が限定されずかつ校正精度の高い車載用ステレオカメラの校正方法、車載用距離検出装置及びプログラムを提供する。
【解決手段】この車載用ステレオカメラの校正方法は、距離画像生成のためにステレオ画像を取得する車載用ステレオカメラを校正するものであり、自動車が停車中であるか走行中であるかを判定する判定ステップと、自動車の停止中にステレオカメラの校正を実行する校正ステップと、を含む。
【選択図】図5
【解決手段】この車載用ステレオカメラの校正方法は、距離画像生成のためにステレオ画像を取得する車載用ステレオカメラを校正するものであり、自動車が停車中であるか走行中であるかを判定する判定ステップと、自動車の停止中にステレオカメラの校正を実行する校正ステップと、を含む。
【選択図】図5
Description
本発明は、距離画像生成のためのステレオ画像を得る車載用ステレオカメラの校正方法、車載用距離画像生成装置及びプログラムに関する。
車載用ステレオカメラが振動・経年変化等でずれを生じると正しい距離値を得られないため、ステレオカメラについて校正する必要がある。特許文献1は、地点での視差dAと、その地点から所定距離Z離れた地点での視差dBを取得し、視差dA、視差dB、走行距離Zからカメラ設置方向のずれ角Δθを求め、これを使って校正するようにした車載ステレオカメラの校正方法を開示する。
特許文献2は、時刻t0及びt1において、静止対象物の視差δd(to),δd(t1)の検出を行い、かつ走行距離を算出し、検出視差δd(t0),δd(t1)及び走行距離に基づいてカメラの光軸間平行度ずれに起因する誤差を視差オフセット量K(φ)として求め、視差オフセット量K(φ)により検出視差δdを補正するようにした距離検出装置を開示する。
また、特許文献3は、静止対象物についてのカメラ座標系におけるN個の時系列位置データQ(j)を算出し、各位置データQ(j)に対応する車両移動量D及びヨー角θrを算出し、ヨー角θrに応じて時系列位置データQ(j)を補正し、補正後のデータに基づいて静止対象物の相対移動軌跡を近似する近似直線を算出し、近似直線の方向からパン角φを算出し、算出したパン角φに応じてカメラ座標系の位置データを補正し、実空間座標系における位置データを算出するようにした位置検出装置を開示する。
特開平10−341458号公報
特開2001−169310号公報
特開2002−5656号公報
車載用距離画像生成装置では、ステレオカメラを取り外して校正するのは手間なので、自動車に設置状態でステレオカメラを校正する方式が好ましい。また、高速道路の車間距離測定用ラインを使った校正の場合など、校正できる場所が高速道路などに限定されると不便である。また、特許文献1乃至3のように、自動車の走行距離に基づいて校正を行う場合には、走行中の画像がぶれたり、正確な走行距離を得ることが難しく、校正精度が低下してしまうといった問題がある。
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、校正できる場所が限定されずかつ校正精度の高い車載用ステレオカメラの校正方法、車載用距離検出装置及びプログラムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明による車載用ステレオカメラの校正方法は、距離画像生成のためにステレオ画像を取得する車載用ステレオカメラの校正方法であって、自動車が停車中であるか走行中であるかを判定する判定ステップと、前記自動車の停止中にステレオカメラの校正を実行する校正ステップと、を含むことを特徴とする。
この車載用ステレオカメラの校正方法によれば、自動車の停止中にステレオカメラの校正を実行し、ステレオカメラが静止した状態で取得した校正用画像(静止画像)は、走行中の画像のぶれといったことがなく高画質化しているので、確度の高い校正用データを得ることができ、校正精度が高くなる。また、停止中に校正を実行するので、信号機や前方に停車中の自動車のナンバープレート等の静止画像を基準に校正でき、校正できる場所が限定されない。
上記車載用ステレオカメラの校正方法において前記校正ステップは前記停車中に前記ステレオカメラのずれの有無を検出するステップを含み、前記ずれが検出されたときに前記ステレオカメラの校正を実行することが好ましい。
また、前記自動車が停車中と判定されたとき、前記距離画像生成を停止し、前記自動車が停車から走行に移行したと判定されたとき、または、前記校正ステップが終了したとき、前記距離画像生成を行うことで、停車を機に校正モードに移行できるとともに、走行に移行または校正終了を機に距離画像生成モードに移行できる。このため、校正と距離画像生成とを時間的に別々に処理できるので、演算ブロック(単位時間当たりの演算量)を削減でき、演算コストを低減できる。
また、前記停車中に取得した複数の画像を使って積分画像を生成し、その積分画像を使用して前記ステレオカメラの校正を実行することで、校正用画像を更に高画質化でき、更に確度の高い校正用データを得ることができる。この場合、前記複数の画像は連続フレーム画像であることが好ましい。
また、前記停車中の判定は、車速が0km/hのときに停車と判定することができる。なお、車速は自動車の速度計により計測したものを利用できる。
また、前記停車中・走行中の判定を信号機の状態によって判定することができ、例えば、走行車線に対応する信号が青のときに走行中と判定する。
本発明による距離画像生成装置は、ステレオ画像を得るためのステレオカメラと、前記ステレオ画像に基づいて距離画像生成を行う手段と、前記自動車が停車中であるか走行中であるかを判定する手段と、前記自動車の停止中に前記ステレオカメラの校正を実行する手段と、を備えることを特徴とする。
この距離画像生成装置によれば、自動車の停止中にステレオカメラの校正を実行でき、ステレオカメラが静止した状態で取得した校正用画像(静止画像)は、走行中の画像のぶれといったことがなく高画質化しているので、確度の高い校正用データを得ることができ、校正精度が高くなる。また、停止中に校正を実行できるので、信号機や前方に停車中の自動車のナンバープレート等の静止画像を基準に校正でき、校正できる場所が限定されない。
上記距離画像生成装置において、前記停車中に前記ステレオカメラのずれの有無を検出する手段を備えることが好ましい。
また、前記自動車が停車中と判定されたとき、前記距離画像生成を停止し、
前記自動車が停車から走行に移行したと判定されたとき、または、前記校正が終了したとき、前記距離画像生成を行うことで、停車を機に校正モードに移行できるとともに、走行に移行または校正終了を機に距離画像生成モードに移行できる。このため、校正と距離画像生成とを時間的に別々に処理できるので、演算ブロック(単位時間当たりの演算量)を削減でき、演算コストを低減できる。
また、前記停車中に取得した複数の画像を使って積分画像を生成する高画質化部を備え、前記積分画像を使用して前記ステレオカメラの校正を実行することで、校正用画像を更に高画質化でき、更に確度の高い校正用データを得ることができる。
また、前記ステレオカメラを駆動する駆動手段を備え、前記校正に適した画像を得ることが好ましい。停車中には距離画像生成を行わないので、ステレオカメラを駆動しても支障がなく、ステレオカメラを動かしながら校正に適した画像を取得でき、このため、確度の高い校正用データを得ることができる。
本発明によるプログラムは、上述の車載用ステレオカメラの校正方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。これによれば、自動車の停止中にステレオカメラの校正を実行し、ステレオカメラが静止した状態で取得した校正用画像(静止画像)は、走行中の画像のぶれといったことがなく高画質化しているので、確度の高い校正用データを得ることができ、校正精度が高くなる。また、停止中に校正を実行するので、信号機や前方に停車中の自動車のナンバープレート等の静止画像を基準に校正でき、校正できる場所が限定されない。
本発明の車載用ステレオカメラの校正方法、車載用距離検出装置及びプログラムによれば、自動車の停止中にステレオカメラの校正を実行することで、確度の高い校正用データを得ることができ、校正精度が高くなるとともに、校正できる場所が限定されない。
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。
〈第1の実施の形態〉
図1は第1の実施の形態による車載用距離画像生成装置の概略的構成を示すブロック図である。図2は図1の車載用距離画像生成装置10における距離検出の原理を説明するための模式図である。
図1に示すように、車載用距離画像生成装置10は、基準(左)カメラ11aと参照(右)カメラ11bとから構成されるステレオカメラ11と、各カメラ11a、11bから基準画像と参照画像の各データが入力する画像入力部12と、基準画像と参照画像のステレオ画像に基づいて距離画像を生成する距離画像生成部13と、自動車の速度計14aによる計測車速に基づいて自動車の停止・走行を検知する自動車の停止・走行検知部14と、キャリブレーションデータ保持部15と、キャリブレーションずれ判定部16と、キャリブレーションデータ演算・生成部17と、距離画像生成部13で生成した距離画像に基づいて先行車両や歩行者等を検知する障害物検知部18と、各部11〜18を制御する制御部19と、を備え、自動車に搭載される。
図1のステレオカメラ11は、図2のように、焦点距離fのレンズEの光学系と撮像素子Aとからなる左(基準)カメラ11aと、焦点距離fのレンズFの光学系と撮像素子Bとからなる右(参照)カメラ11bと、から構成される。撮像素子A,BはCCDやCMOSイメージセンサなどから構成される。撮像素子A,撮像素子Bからそれぞれ撮影した画像データが出力され、左カメラ11aの撮像素子Aから基準画像を得るとともに、右カメラ11bの撮像素子Bから参照画像を得ることができる。
図2のように、撮像素子A,Bは、それらの撮像面C、Dが面g上に配置されている。レンズEとFは、それらのレンズ中心O1,O2を通る光軸aと光軸bとが平行にかつ横方向のレンズ中心間隔Lで配置されるとともに、光軸a,bと直交し各レンズ中心O1,O2を通るレンズ面hに配置されている。撮像面C、Dの面gとレンズ面hとは焦点距離fだけ離れて平行である。また、撮像面C、Dの光軸a,bが直交する基準点C0,D0の横方向間隔がレンズ中心間隔Lと等しい。
図2のように、距離計測対象である被写体Iが左カメラ11aのレンズEの光軸a上にあり、レンズ面hから被写体Iまでの距離をHとする。被写体Iが左カメラ11aのレンズEの中心O1を通過して撮像面C上の基準点C0に結像する一方、被写体Iが右カメラ11bのレンズFの中心O2を通過して撮像面D上の位置D1に結像したとする。撮像面D上の基準点D0から位置D1までの距離xが、左カメラ11aと右カメラ11bが間隔Lで配置されたことに起因するシフト量(視差)である。図2からH/L=f/xが成り立ち、次式(1)を得る。
H=(L・f)/x ・・・(1)
H=(L・f)/x ・・・(1)
上記式(1)から、レンズ中心間隔Lと焦点距離fが一定であるので、シフト量xから被写体Iまでの距離Hを計測できる。このように三角測量の原理によりステレオカメラ11からの画像情報に基づいて被写体Iまでの距離Hを検出できる。
図1の距離画像生成部13は、ステレオカメラ11からの画像データに基づいて視差演算を行い距離画像を生成するが、この視差演算に、差分絶対値和(Sum of Absolute Difference:SAD)による相関法や位相限定相関法(Phase-Only Correlation:POC)を用いる。具体的には、距離画像生成部13は、SAD法やPOC法による演算を集積素子等によりハード的に処理するが、CPU(中央演算処理装置)によりソフト的に処理するようにしてもよい。この場合、CPUは所定のプログラムに従って所定の演算を実行する。
図1のキャリブレーションずれ判定部16は、ステレオカメラ11のずれ検出を行い、ずれの有無を判定する。かかるステレオカメラ11のずれ判定について図3,図4を参照して説明する。
図3は、図2の撮像素子の撮像面における既知物体の光学像と画素との関係を模式的に示す図である。図4は、図3の既知物体の画素数と距離値との変換テーブルの例を示す模式図である。
ここで、ステレオカメラ11におけるずれとは、図2において、カメラ11aとカメラ11bの位置ずれ、光軸a,光軸bの傾き、光軸aと光軸bの平行度、レンズ中心間隔Lのずれ、等に起因して、距離画像生成装置10で検出する距離値が誤差を持つこと、また、画像上のエピポーララインがずれることをいう。
図3のように、図1,図2の撮像素子Aの撮像面Cには縦横方向に多数の画素が格子状に形成されており、横方向の画素をP1,P2,P3,・・・、Px、・・・とする。図4の変換テーブルは、例えば既知物体を信号機とし、その円形状の信号ランプG1の直径が既知であり、信号ランプG1の撮像面Cにおける画素数と信号ランプG1までの距離との関係を予め求めて作成したものであり、例えば、キャリブレーションずれ判定部16内のメモリに画素数−距離値変換情報として記憶されている。
自動車の速度計14aからの車速計測結果に基づいて自動車の停止・走行検知部14が自動車の停止を検知すると、キャリブレーションずれ判定部16は、図3のように、撮像面Cに形成された画像Gを信号機の画像と認識し検出し、画像Gを校正用画像とする。
キャリブレーションずれ判定部16は、図3の撮像面C上の画像Gにおける円形状の信号ランプG1の画像が画素Pxの左端と画素(Px+N)の右端との間に位置するので、信号ランプG1の直径に対応する画素数を、(Px+N)−(Px)=N、と算出し計測し、図4の変換テーブルを参照して、上記計測の画素数Nから距離値Yを算出し、この距離値Yと、距離画像生成部13で生成した距離画像から得た同じ信号ランプまでの距離値Y0とを比較し、ずれの有無を判定する。例えば、両距離値Y,Y0が一致し、または、ずれても所定範囲内であれば、ずれ無しと判定し、それ以外であれば、ずれ有りと判定し、そのずれ判定結果がキャリブレーションデータ演算・生成部17に出力する。
キャリブレーションデータ演算・生成部17は、上記ずれ判定結果に基づいてステレオカメラ11の並行化度等のキャリブレーションデータの演算・生成を行い、かかるキャリブレーションデータをキャリブレーションデータ保持部15が記憶し保持する。
距離画像生成部13では、キャリブレーションデータ保持部15からのキャリブレーションデータに基づいて距離誤差を修正し、また、画像上のエピポーララインを修正するようにして距離画像を生成する。
図1の制御部19は、CPU(中央演算処理装置)と、上述のような距離画像生成及びキャリブレーションのためのプログラムが保存されたROM等の記憶媒体とを有し、記憶媒体から読み出されたプログラムに従ってCPUが後述の各フローチャートのような各制御を実行する。
図1の距離画像生成装置10における距離画像生成及び校正(キャリブレーション)の基本ステップS01〜S04について図5のフローチャートを参照して説明する。
まず、図1,図2のステレオカメラ11によりステレオ画像を取得し(S01)、自動車の停止・走行検知部14が停車中か走行中かを検知する(S02)。自動車が停止と検知されると、上述のような校正を実行するキャリブレーションモードになり(S03)、また、走行中と検知されると、そのステレオ画像を用いて距離画像生成部13で距離画像を生成する距離画像生成モードになる(S04)。
上述のように、距離画像生成モードとなると、ステレオ画像を用いた視差演算により距離画像を生成する。また、停車中でキャリブレーションモードに移行すると、ステレオカメラ11の校正を実行し、また、自動車が発進すると、距離画像生成モードに移行する。
また、停止・走行検知部14は、例えば、速度計14aで計測した車速が0km/hであると、自動車停止と検知し、0km/hを超えると、発進と検知する。なお、信号機のランプの点灯を基準画像や参照画像で検知し、青信号を検知したら、自動車発進と検知するようにしてもよい。
次に、図5のキャリブレーションモードの基本ステップS11〜S13について図6のフローチャートを参照して説明すると、キャリブレーションずれ判定部16がキャリブレーションずれを判定し(S11)、ずれ有りと判定すると(S12)、キャリブレーションを実行する(S13)。ずれ無しと判定すると(S12)、キャリブレーションは実行しない。
次に、図6のキャリブレーションずれ判定のステップS21〜S24について図7のフローチャートを参照して説明する。まず、基準カメラ11aの撮像面Cに形成された画像Gから既知物体、例えば信号機を検知する(S21)。
次に、撮像面Cの画像G上の信号ランプ画像G1のような既知物体の大きさから図3,図4のようにして距離値Yを算出する(S22)。この距離値Yと、ステレオ画像により距離画像生成部13で得られた距離値Y0と、を比較し(S23)、ずれ判定結果をキャリブレーションデータ演算・生成部17に出力する(S24)。
次に、図6のキャリブレーション実行のステップS31〜S33について図8のフローチャートを参照して説明する。
上述のずれ判定結果をキャリブレーションデータ演算・生成部17が取得すると(S31)、画像上の既知物体とキャリブレーションデータ保持部15に保存されたキャリブレーションデータを使ってステレオカメラ11の並行化度などのキャリブレーションデータを再計算する(S32)。
そして、その再計算で得たキャリブレーションデータをキャリブレーションデータ保持部15に保存し更新する(S33)。
以上のように、本実施の形態の車載用ステレオカメラの校正方法によれば、自動車が停止中であることを判断し、停止中に校正(キャリブレーション)を行うので、校正の正確さが向上する。すなわち、自動車の停止中にステレオカメラの校正を実行し、ステレオカメラが静止した状態で取得した校正用画像(静止画像)は、走行中の画像のぶれといったことがなく高画質化しているので、確度の高い校正用データを得ることができ、校正精度が高くなる。また、停止中に校正を実行するので、信号機等の静止画像を基準に校正でき、校正できる場所が限定されない。
また、自動車の速度から停車中か否かを判定し、停車中と判断したときは距離画像生成は行わず、校正ずれの有無検出を行い、校正ずれが確認されれば再校正を行い、停車を機にキャリブレーションモードへ移行し、距離画像生成モードへの移行は、キャリブレーションモードの完了、または、自動車の発進(または、信号機の青)を機に移行し、距離画像生成と校正を同時に処理する必要がないため、演算ブロック(単位時間あたりの演算量)を削減でき、演算コストを低減できる。
また、ハードウェア処理の場合、距離画像生成部13の画像処理回路とキャリブレーションずれ判定部16の校正用画像処理回路と、を同時に動作させる必要がないので、リコンフィギャラブルデバイス(Reconfigurable Device)を使用すると、回路規模の縮少が可能となり、装置コストの削減を図ることができる。
〈第2の実施の形態〉
図9は第2の実施の形態による車載用距離画像生成装置の概略的構成を示すブロック図である。図10は図9の車載用距離画像生成装置20における動作を説明するために画像を示す模式図である。
図9の車載用距離画像生成装置20は、基準カメラ11aのカメラ駆動部11cと、参照カメラ11bのカメラ駆動部11dと、高画質化部(積分画像生成部)21と、を備える以外は、図1の車載用距離画像生成装置10と同様の構成であるので、主にカメラ駆動部11c,11d及び高画質化部21について説明する。
高画質化部21は、自動車の停止中に、例えば基準カメラ11aにより複数のフレーム画像を取得し、積分画像を生成し、キャリブレーションずれ判定部16がその積分画像を校正用画像(図3の画像Gのように)として使用してずれ判定を行い、ステレオカメラ11の校正を実行する。かかる積分画像から得た校正用画像は高画質化しているので、確度の高い校正用データが得られ、校正精度が高くなる。
また、基準カメラ11a及び参照カメラ11bは、各カメラ11a、11bの光軸a,b(図2)を傾けるように回動させるモータ等から構成されたカメラ駆動部11c、11dを備える。
上述のように、車載用距離画像生成装置20では、停車中には距離画像生成を行わないので、ステレオカメラ11の各カメラ11a、11bを駆動しても支障がなく、各カメラ11a、11bを動かしながら校正に適した画像を取得することで、確度の高い校正用データを得ることができる。例えば、カメラ11aをカメラ駆動部11cにより光軸aを傾けるように動かすことで、図10のように、カメラ11aの撮像素子Cにおいて信号機の画像Gや前に停車中の自動車Tのナンバープレート画像Pを校正用画像として取得できる。
以上のように本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、図3では、校正用画像として信号機の画像を用いたが、本発明ではこれに限定されず、大きさの分かっている他の既知物体の画像でもよく、例えば、図10の自動車Tのナンバープレート画像Pであってもよい。
10 車載用距離画像生成装置
11 ステレオカメラ
11a 基準カメラ、左カメラ
11b 参照カメラ、右カメラ
13 距離画像生成部
14 自動車の停止・走行検知部
14a 速度計
15 キャリブレーションデータ保持部
16 キャリブレーションずれ判定部
17 キャリブレーションデータ演算・生成部
19 制御部
20 車載用距離画像生成装置
21 高画質化部
11c,11d カメラ駆動部
G 信号機の画像、校正用画像
P ナンバープレート画像、校正用画像
11 ステレオカメラ
11a 基準カメラ、左カメラ
11b 参照カメラ、右カメラ
13 距離画像生成部
14 自動車の停止・走行検知部
14a 速度計
15 キャリブレーションデータ保持部
16 キャリブレーションずれ判定部
17 キャリブレーションデータ演算・生成部
19 制御部
20 車載用距離画像生成装置
21 高画質化部
11c,11d カメラ駆動部
G 信号機の画像、校正用画像
P ナンバープレート画像、校正用画像
Claims (13)
- 距離画像生成のためにステレオ画像を取得する車載用ステレオカメラの校正方法であって、
自動車が停車中であるか走行中であるかを判定する判定ステップと、
前記自動車の停止中にステレオカメラの校正を実行する校正ステップと、を含むことを特徴とする車載用ステレオカメラの校正方法。 - 前記校正ステップは前記停車中に前記ステレオカメラのずれの有無を検出するステップを含み、
前記ずれが検出されたときに前記ステレオカメラの校正を実行する請求項1に記載の車載用ステレオカメラの校正方法。 - 前記自動車が停車中と判定されたとき、前記距離画像生成を停止し、
前記自動車が停車から走行に移行したと判定されたとき、または、前記校正ステップが終了したとき、前記距離画像生成を行う請求項1または2に記載の車載用ステレオカメラの校正方法。 - 前記停車中に取得した複数の画像を使って積分画像を生成し、その積分画像を使用して前記ステレオカメラの校正を実行する請求項1乃至3のいずれか1項に記載の車載用ステレオカメラの校正方法。
- 前記複数の画像は連続フレーム画像である請求項4に記載の車載用ステレオカメラの校正方法。
- 前記停車中の判定は、車速が0km/hのときに停車と判定する請求項1乃至5のいずれか1項に記載の車載用ステレオカメラの校正方法。
- 前記停車中・走行中の判定を信号機の状態によって判定する請求項1乃至5のいずれか1項に記載の車載用ステレオカメラの校正方法。
- ステレオ画像を得るためのステレオカメラと、
前記ステレオ画像に基づいて距離画像生成を行う手段と、
前記自動車が停車中であるか走行中であるかを判定する手段と、
前記自動車の停止中に前記ステレオカメラの校正を実行する手段と、を備えることを特徴とする距離画像生成装置。 - 前記停車中に前記ステレオカメラのずれの有無を検出する手段を備える請求項8に記載の距離画像生成装置。
- 前記自動車が停車中と判定されたとき、前記距離画像生成を停止し、
前記自動車が停車から走行に移行したと判定されたとき、または、前記校正が終了したとき、前記距離画像生成を行う請求項8または9に記載の距離画像生成装置。 - 前記停車中に取得した複数の画像を使って積分画像を生成する高画質化部を備え、前記積分画像を使用して前記ステレオカメラの校正を実行する請求項8乃至10のいずれか1項に記載の距離画像生成装置。
- 前記ステレオカメラを駆動する駆動手段を備え、前記校正に適した画像を得る請求項8乃至11のいずれか1項に記載の距離画像生成装置。
- 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の車載用ステレオカメラの校正方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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