JP2010102423A - Wide angle image display method and wide angle image display system - Google Patents
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Images
Abstract
Description
本発明は、広角画像表示方法及び広角画像表示システムに関し、特に校正用チャートを利用した広角画像表示方法及び広角画像表示システムに関するものである。 The present invention relates to a wide-angle image display method and a wide-angle image display system, and more particularly to a wide-angle image display method and a wide-angle image display system using a calibration chart.
従来、広角画像表示システムは、広角撮像装置と、画像処理装置と、表示装置とからなり、広角撮像装置より画像を取得し、円形の広角画像における画像中心を画像処理装置によって算出し、更に、画像中心座標に基づいて歪み補正を行い、表示装置によって表示する。画像中心の算出方法としては、広角撮像装置に印刷されたマーカーに基づく方法がある(特許文献1,特許文献2)。
Conventionally, a wide-angle image display system includes a wide-angle imaging device, an image processing device, and a display device, acquires an image from the wide-angle imaging device, calculates an image center in a circular wide-angle image by the image processing device, Distortion correction is performed based on the image center coordinates, and the image is displayed by a display device. As an image center calculation method, there is a method based on a marker printed on a wide-angle imaging device (
また、円形領域の画素値のヒストグラムを利用する方法がある(特許文献3,特許文献4)。また、円形領域の輪郭情報に基づく方法がある(特許文献5)。
更に、広角撮像装置として、ガラスや樹脂等の透明な材料を成型し、一部にアルミ等の金属を蒸着させた反射面を有する広角レンズを利用したものが知られている(特許文献6)。
Further, as a wide-angle imaging device, a device using a wide-angle lens having a reflecting surface formed by molding a transparent material such as glass or resin and partially depositing a metal such as aluminum is known (Patent Document 6). .
しかしながら、広角撮像装置の広角レンズに印刷されたマーカーに基づいて中心位置を算出する方法は、広角撮像装置の製造においてレンズ曲面にマーカーを高精度に印刷する工程が必要であり、製造上のコストが大きくなるという問題がある。
また、画素値のヒストグラムに基づいて画像中心位置を検出する方法と、円形領域の輪郭情報に基づく方法は、算出座標が画像のノイズの影響を受けやすいという問題がある。また、画像上の領域には、製造上で生ずる欠陥のため、完全な円形にはならず、これらの方法の前提条件は成立しない場合が多い。
本発明は、これらの問題に鑑みなされたものであり、広角画像の画像中心を高精度に算出できる広角画像表示方法を提供するものである。
However, the method of calculating the center position based on the marker printed on the wide-angle lens of the wide-angle imaging device requires a step of printing the marker on the curved surface of the lens with high accuracy in the manufacture of the wide-angle imaging device. There is a problem that becomes larger.
In addition, the method of detecting the image center position based on the histogram of pixel values and the method based on the contour information of the circular area have a problem that the calculated coordinates are easily affected by image noise. In addition, the region on the image does not have a perfect circle due to a defect caused in manufacturing, and the preconditions of these methods are often not satisfied.
The present invention has been made in view of these problems, and provides a wide-angle image display method capable of calculating the image center of a wide-angle image with high accuracy.
本発明は、請求項1に記載したように、広角レンズを有する撮像手段により校正用チャートを撮影し画像データを取得する撮像ステップと、画像上における校正用チャートの領域を検出する校正用チャート領域検出ステップと、撮像した校正用チャート上の円形ドット領域の中心点を求める円形ドット検出ステップと、画像上の画素と校正用チャート上の点を対応付ける対応付けステップと、校正用チャート上で直線上に並ぶ点群に対しフィッティングした場合に誤差が閾値以下となる複数の直線を選択する直線フィッティングステップと、選択された複数の直線の交点を全方位画像の画像中心とする画像中心算出ステップと、からなる校正処理と、前記撮像手段により撮像することにより画像データを取得する撮像ステップと、前記校正処理によって算出した画像中心を基に歪を補正する歪補正ステップと、歪補正した画像を表示する表示ステップと、からなる表示処理と、を有するものである。 According to the first aspect of the present invention, an imaging step of capturing a calibration chart by an imaging unit having a wide-angle lens to acquire image data, and a calibration chart area for detecting a calibration chart area on the image A detection step, a circular dot detection step for obtaining a center point of a circular dot region on the captured calibration chart, an association step for associating a pixel on the image with a point on the calibration chart, and a straight line on the calibration chart A line fitting step for selecting a plurality of straight lines whose error is equal to or less than a threshold when fitting to a group of points arranged in an image center, and an image center calculating step using the intersection of the selected plurality of straight lines as the image center of the omnidirectional image, A calibration process comprising: an imaging step of acquiring image data by imaging with the imaging means; and the calibration process. Those having a distortion correction step of correcting a distortion based on the image center calculated, and a display step of displaying an image distortion correction, a display processing consisting of the.
また、本発明は、請求項2に記載したように、前記撮像ステップにおいて、前記校正用チャートは、規則的に配置されたパタンが印刷された平面であるものである。
Further, according to the present invention, as described in
また、本発明は、請求項3に記載したように、前記撮像ステップにおいて、前記校正用チャートは、規則的に配置されたパタンが表示された平面ディスプレイであるものである。
According to the present invention, as described in
また、本発明は、請求項4に記載したように、広角レンズを有する撮像手段により校正用チャートを撮影し画像データを取得する撮像ステップと、画像上における校正用チャートの領域を検出する校正用チャート領域検出ステップと、撮像した校正用チャート上の円形ドット領域の中心点を求める円形ドット検出ステップと、画像上の画素と校正用チャート上の点を対応付ける対応付けステップと、校正用チャート上で直線上に並ぶ点群に対しフィッティングした場合に誤差が閾値以下となる複数の直線を選択する直線フィッティングステップと、選択された複数の直線の交点を全方位画像の画像中心とする画像中心算出ステップと、を有する校正モードと、前記撮像手段により撮像することにより画像データを取得する撮像ステップと、前記校正モードにて算出した画像中心を基に歪を補正する歪補正ステップと、歪補正した画像を表示する表示ステップと、を有する表示モードと、を備えたものである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an imaging step for capturing a calibration chart by an imaging means having a wide-angle lens to acquire image data, and a calibration for detecting a calibration chart area on the image. On the calibration chart, a chart area detection step, a circular dot detection step for obtaining a center point of a circular dot area on the captured calibration chart, an association step for associating a pixel on the image with a point on the calibration chart, A straight line fitting step for selecting a plurality of straight lines whose error is equal to or less than a threshold when fitting to a group of points arranged on a straight line, and an image center calculating step using the intersection of the selected plurality of straight lines as the image center of the omnidirectional image A calibration mode, an imaging step of acquiring image data by imaging with the imaging means, A distortion correction step of correcting a distortion based on the image center calculated in the calibration mode, a display step of displaying an image distortion correction, and a display mode having a, but with the.
また、本発明は、請求項5に記載したように、前記撮像ステップにおいて、前記校正用チャートは、規則的に配置されたパタンが印刷された平面であるものである。
According to the present invention, as described in
また、本発明は、請求項6に記載したように、前記撮像ステップにおいて、前記校正用チャートは、規則的に配置されたパタンが表示された平面ディスプレイであるものである。
Further, according to the present invention, as described in
高精度で画像中心を算出することが可能になり、歪みの小さい画像を表示させることができる。 The image center can be calculated with high accuracy, and an image with small distortion can be displayed.
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態を説明する。広角画像表示システムは、広角撮像装置1と、画像処理装置2と、表示装置3と、制御装置4と、から構成される(図1参照)。図2に示すように、広角画像表示システムは、動作モードの判定を行い(ステップS1)、表示モードまたは校正モードに対応して、表示処理(ステップS2)または校正処理(ステップS3)を行い、これらを反復するように動作する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The wide-angle image display system includes a wide-
図3に示すように、表示処理S2では、広角撮像装置1によって撮像した画像データを取得し(ステップS4)、取得した画像に対し画像処理装置2によって歪補正を行い(ステップS5,S6)、表示装置3によって歪補正を行った画像を表示させる(ステップS7)。
As shown in FIG. 3, in the display process S2, image data captured by the wide-
広角撮像装置1は、曲面ミラーを有する広角レンズ1aと、CCDやCMOS等からなる撮像素子1bとを備えている(図4参照)。広角撮像装置1は、広角レンズ1aに入射する光を曲面ミラーによる反射と入射面と出射面による屈折によって、撮像素子1bの撮像面に投影し、撮像素子1bは、撮像した画像データを出力する。
The wide-
曲面ミラーを有する広角レンズ1aを利用した広角撮像装置1では、撮像画像5は一般に符号5aで示すような円形となる(図5参照)。符号5bは、広角撮像装置1で正方形の面を撮影した場合の像であり、正方形の像は各辺が広角レンズ1aによる歪により曲線に変形した像となる。
撮像画像5の歪を補正した歪補正画像6における補正正方形像6aは、画像処理した結果、歪の無い正方形に変換される(図6参照)。
In the wide-
The corrected
図7は、画像処理装置2の構成を示すブロック図である。画像処理装置2は、広角撮像装置1から出力される広角画像を入力し、この広角画像に対して歪補正を行い、広角歪が補正された画像に変換する。画像処理装置2は、所謂マイクロコンピュータからなるものであり、CPU2a,ROM2b,汎用メモリ2c,ビデオメモリ2d及び外部デバイスI/F2eを有している。
FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of the
CPU2aは、ROM2b内に予め記憶された所定プログラムを読み出して実行し、広角撮像装置1からの入力画像,処理画像及び演算結果等を汎用メモリ2cに一時的に記憶させ、表示装置3で表示させるための処理画像をビデオメモリ2dに記憶させるものである。また、広角撮像装置1,表示装置3及び制御装置4は、外部デバイスI/F2eを介して画像処理装置2の各部に接続されている。
The
図8は、歪補正処理のフローチャートである。画像処理装置2は、入力画像における全ての画素について、以下の処理を行う。入力画像は、左上隅を原点とするM行N列の輝度値デジタルデータの並びであり、歪補正画像も同じ形式である。入力画像上の座標(x,y)を、後述する座標変換により、(x’,y’)を算出する(ステップS10)。次に、式1で示すように、画素値を置き換える(ステップS11)。
ここで、I(x,y)とI’(x,y)は、夫々、入力画像と歪補正画像の座標(x、y)における画素の画素値であり、0,1,2・・・Imaxの値をとるものとする。これらをx=0,1,2・・・N−1、y=0,1,2・・・M−1について反復実行する。 Here, I (x, y) and I ′ (x, y) are pixel values of pixels at the coordinates (x, y) of the input image and the distortion-corrected image, respectively. It shall take the value of I max. These are repeatedly executed for x = 0, 1, 2,... N-1, y = 0, 1, 2,.
図9において、入力画像7の画素7aは、座標変換により、画素7bに移される。注目画素7aと7bの座標を、それぞれ、(x,y)と(x’,y’)とすると、それらの関係は式2〜式5のようになる。
ここで、rは、後述する校正処理によって算出される画像中心(x0,y0)から注目画素への距離であり、r’は、rに後述の変換fを行った後の距離であり、θは、画像中心7cから注目点へ引いた線分がx軸となす角度(反時計回りを正方向とする)である。
Here, r is a distance from the image center (x 0 , y 0 ) calculated by a calibration process described later to the target pixel, and r ′ is a distance after performing a conversion f described later on r. , Θ is an angle formed by a line drawn from the
図10は、変換fの一例を示す説明図である。図10において、表の左側と右側は、それそれ、変換前の値と、変換後の値である。例えば、r=2は、変換後、r’=1.98という値となる。 FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating an example of the conversion f. In FIG. 10, the left side and the right side of the table are the value before conversion and the value after conversion, respectively. For example, r = 2 becomes r ′ = 1.98 after conversion.
図11は、キャリブレーションチャート8の模式図である。キャリブレーションチャート8は、正方形の平板上に格子状に円形ドット8aを配置した図を印刷したものである。中心円形ドットと8bと、基準頂点円形ドット8cは、他の円形ドットと識別できるように、異なる色で印刷する。
FIG. 11 is a schematic diagram of the
図12は、校正処理S3を示すフローチャートであり、図13及び図14は、校正処理S3を説明する模式図である。
撮像ステップS14において、広角撮像装置1によりキャリブレーションチャート8を撮影した画像を取得する。チャート領域検出ステップS15において、画像上の校正用チャート領域を検出する。ステップS16では、検出したチャート領域の面積と周囲長の比を算出し、その比が閾値TRより小さい場合は処理を終了し、閾値TRより大きい場合、円形ドット検出ステップS17に進む。
FIG. 12 is a flowchart showing the calibration process S3, and FIGS. 13 and 14 are schematic diagrams for explaining the calibration process S3.
In the imaging step S14, an image obtained by capturing the
円形ドット検出ステップS17において、画像上の円形ドットの中心座標を算出する。ステップS18において、点数が規定の個数か判断し、規定個数でない場合は処理を終了し、規定個数である場合は円形ドット対応付けステップS19に進む。円形ドット対応付けステップS19において、検出した中心座標とキャリブレーションチャート8中の各円形ドットとを対応付ける。
In the circular dot detection step S17, the center coordinates of the circular dots on the image are calculated. In step S18, it is determined whether the number of points is a prescribed number. If the number is not the prescribed number, the process is terminated, and if it is the prescribed number, the process proceeds to a circular dot associating step S19. In the circular dot association step S19, the detected center coordinates are associated with each circular dot in the
直線フィッティングステップS20において、キャリブレーションチャート8上で中心座標が同一直線上にある円形ドットのグループについて、グループ中の各要素に対応する円形ドットの中心座標に対して、直線のフィッティングを行う。フィッティング方法としては、最小二乗法を始めとする周知のアルゴリズムを適用し、最もフィッティング誤差の小さい順に2つのドットのグループを選択する。最後に、各グループに対応する直線の交点を、周知の幾何学的解法により算出する(ステップS21)。算出した交点が、求める画像中心となる。
In the straight line fitting step S20, for a group of circular dots whose center coordinates are on the same straight line on the
次に、図15に基づいて、チャート領域検出ステップS15について詳述する。チャート領域検出ステップS15は、最初に、入力画像を輝度値によって2値化する(ステップS22)。2値化は、周知の技術である閾値処理によって行うことができ、与えられた閾値、例えばImax/2以下の画素値とImax/2より大きい画素値を、夫々、0とImaxの画素値を割り当てる。以降、画素値が0またはImaxの領域を、それぞれ、暗領域と明領域と称する。次に、2値化された画像における明領域の面積(画素数)を算出し、それが予め与えた閾値TS、例えば、M×N/4より大きな領域を検出する(ステップS23)。画像上のチャート領域が画面の1/4以上の大きさになるように撮像されていれば、検出された領域がチャート領域である。 Next, the chart area detection step S15 will be described in detail with reference to FIG. In the chart area detection step S15, first, the input image is binarized by the luminance value (step S22). Binarization can take place by threshold processing is a known technique, given threshold, for example, I max / 2 following pixel values and I max / 2 greater than the pixel value, respectively, 0 and I max Assign pixel values. Hereinafter, regions having pixel values of 0 or I max are referred to as a dark region and a bright region, respectively. Next, the area (number of pixels) of the bright region in the binarized image is calculated, and a region where it is larger than a predetermined threshold T S , for example, M × N / 4 is detected (step S23). If the image is captured so that the chart area on the image is ¼ or more of the screen, the detected area is the chart area.
次に、図16に基づいて、円形ドット検出ステップS17について詳述する。円形ドット検出ステップS17は、最初に、チャート領域内のドット領域を、周知の技術であるラベリング処理によって、個々のドット領域を識別する。また、図11で示されているように、チャート中心8bと基準頂点8cは、他の円形ドットと色が異なるため、色によるそれらの検出も同時に行う(ステップS24)。ここでは、検出された全ての円形ドットの数をK個とする。K個の円形ドット領域について、それぞれ、周知の技術である2値画像における重心座標の算出を行う(ステップS25)。算出された夫々の重心を、検出された中心座標とする。
Next, the circular dot detection step S17 will be described in detail with reference to FIG. In the circular dot detection step S17, first, individual dot areas are identified from the dot areas in the chart area by a labeling process which is a well-known technique. Further, as shown in FIG. 11, since the
次に、図17及び図18に基づいて、円形ドット対応付けステップS19について詳述する。
円形ドッド対応付けステップS19は、最初に、未対応付け点リストを、円形ドット検出ステップS17で検出した全ての中心点となるように初期化する(ステップS27)。図18に示すように、円形ドットはチャート中心を共通の中心とする複数の正方形の辺上に配置する。以下、これらを同心正方形と称する。図18の場合、同心正方形の数は3である。また、同心正方形の数Lだけ、以下の処理を反復実行する。
Next, based on FIG.17 and FIG.18, circular dot matching step S19 is explained in full detail.
In the circular dod association step S19, first, the uncorrelated point list is initialized to be all the center points detected in the circular dot detection step S17 (step S27). As shown in FIG. 18, the circular dots are arranged on a plurality of square sides with the chart center as a common center. These are hereinafter referred to as concentric squares. In the case of FIG. 18, the number of concentric squares is three. Further, the following processing is repeatedly executed for the number L of concentric squares.
先ず、最も外側の点列(図18の場合、同心正方形8d上の点)の対応付けを、後述する外側同心正方形対応付け処理によって行う(ステップS28)。次に、未対応付け点リストから、外側同心正方形対応付け処理S28によって対応付けされた点列を除くことによって、未対応付け点リストを更新する(ステップS29)。これらの反復実行により、全ての中心点をチャート上の円形ドットに対応付ける。 First, the outermost point sequence (points on the concentric square 8d in the case of FIG. 18) is associated by an outer concentric square association process described later (step S28). Next, the uncorrelated point list is updated by removing the point sequence associated by the outer concentric square association processing S28 from the uncorrelated point list (step S29). Through these repeated executions, all center points are associated with circular dots on the chart.
図19は、外側同心正方形対応付け処理S28の処理内容を示すフローチャートである。外側同心正方形対応付け処理S28において、最初に、同心正方形リストを空に初期化する(ステップS31)。次に、チャート領域を示す2値画像を、一時作業領域にコピーして、チャート領域画像を周知の2値画像処理技術である輪郭線抽出を行う(ステップS32)。ステップS33では、ドット領域が検出されたか判断する。そして、輪郭線上に、円形ドット領域に属する画素が検出された場合、その円形ドットの中心を同心正方形リストに追加する(ステップS34,S35)。次に、チャート領域から前記輪郭線を消去する(ステップS36)。これらのステップS32〜S36を外側のドット領域が全て見つかるまで反復実行する(ステップS37)。最後に、前記処理で見つかった中心座標は、不規則に並んでいるため、チャート領域の中心に対して一定方向(例えば、時計方向)にソートする(ステップS38)。 FIG. 19 is a flowchart showing the processing contents of the outer concentric square association processing S28. In the outer concentric square association process S28, first, the concentric square list is initialized to be empty (step S31). Next, a binary image indicating the chart area is copied to the temporary work area, and the chart area image is subjected to contour extraction, which is a well-known binary image processing technique (step S32). In step S33, it is determined whether a dot area has been detected. If a pixel belonging to the circular dot region is detected on the contour line, the center of the circular dot is added to the concentric square list (steps S34 and S35). Next, the contour line is erased from the chart area (step S36). These steps S32 to S36 are repeated until all the outer dot areas are found (step S37). Finally, since the center coordinates found by the above processing are irregularly arranged, they are sorted in a fixed direction (for example, clockwise) with respect to the center of the chart area (step S38).
本実施形態によれば、画像処理装置2によって画像中心を高精度で算出することが可能となり、歪みの小さい広角画像を表示装置3に表示させることができる。
なお、本実施例の校正用チャートは平面に図を印刷したものとしたが、校正用チャートは、例えば液晶ディスプレイ装置に図を表示させたものであっても良い。
According to this embodiment, the image center can be calculated with high accuracy by the
Although the calibration chart of the present embodiment is a figure printed on a plane, the calibration chart may be a chart displayed on a liquid crystal display device, for example.
1 広角撮像装置
1a 広角レンズ
1b 撮像素子
2 画像処理装置
2a CPU
2b ROM
2c 汎用画像メモリ
2d ビデオメモリ
2e 外部デバイスI/F
3 表示装置
4 操作手段
5 入力画像
5a 環状画像
5b 補正前正方形像
6 補正画像
6a 補正後正方形像
7 補正画像座標系
7a 未補正座標
7b 補正済座標
7c 画像中心座標
8 キャリブレーションチャート(校正用チャート)
8a 円形ドット
8b チャート中心円形ドット
8c 基準頂点円形ドット
DESCRIPTION OF
2b ROM
2c General-
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記撮像手段により撮像することにより画像データを取得する撮像ステップと、前記校正処理によって算出した画像中心を基に歪を補正する歪補正ステップと、歪補正した画像を表示する表示ステップと、からなる表示処理と、を有することを特徴とする広角画像表示方法。 An imaging step of capturing a calibration chart by an imaging means having a wide-angle lens and acquiring image data, a calibration chart area detecting step of detecting a calibration chart area on the image, and a circular dot on the captured calibration chart A circular dot detection step for obtaining the center point of the region, an associating step for associating the pixels on the image with the points on the calibration chart, and an error when the fitting is performed on a point group arranged on a straight line on the calibration chart. A calibration process comprising: a straight line fitting step for selecting a plurality of straight lines as described below; and an image center calculating step using the intersection of the selected plurality of straight lines as the image center of the omnidirectional image;
An imaging step of acquiring image data by imaging by the imaging means, a distortion correction step of correcting distortion based on the image center calculated by the calibration process, and a display step of displaying the distortion-corrected image A wide-angle image display method comprising: a display process;
前記撮像手段により撮像することにより画像データを取得する撮像ステップと、前記校正モードにて算出した画像中心を基に歪を補正する歪補正ステップと、歪補正した画像を表示する表示ステップと、を有する表示モードと、を備えたことを特徴とする広角画像表示システム。 An imaging step of capturing a calibration chart by an imaging means having a wide-angle lens and acquiring image data, a calibration chart area detecting step of detecting a calibration chart area on the image, and a circular dot on the captured calibration chart A circular dot detection step for obtaining the center point of the region, an associating step for associating the pixels on the image with the points on the calibration chart, and an error when the fitting is performed on a point group arranged on a straight line on the calibration chart. A calibration mode having a straight line fitting step for selecting a plurality of straight lines, and an image center calculating step in which the intersection of the selected plurality of straight lines is the image center of the omnidirectional image;
An imaging step of acquiring image data by imaging by the imaging means, a distortion correction step of correcting distortion based on the image center calculated in the calibration mode, and a display step of displaying the distortion corrected image A wide-angle image display system.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2015201707A (en) * | 2014-04-07 | 2015-11-12 | 日本放送協会 | Display pattern generation apparatus, and program for the same |
CN106683135A (en) * | 2015-11-09 | 2017-05-17 | 宁波舜宇光电信息有限公司 | Method for searching optic center of lens |
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2008
- 2008-10-22 JP JP2008271760A patent/JP2010102423A/en active Pending
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