JP2011101265A - Method and device for calculation of calibration information, and wide angle image processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、広角撮像装置により撮像された広角画像の歪みを較正するための較正情報を算出する較正情報算出方法、較正情報算出装置、及びその方法により算出された較正情報に基づいて広角画像を補正する広角画像処理装置に関する。 The present invention provides a calibration information calculation method for calculating calibration information for calibrating distortion of a wide-angle image captured by a wide-angle imaging device, a calibration information calculation device, and a wide-angle image based on the calibration information calculated by the method. The present invention relates to a wide-angle image processing apparatus to be corrected.
従来の広角画像表示装置として、広角画像を取得する広角撮像装置と、取得された広角画像の広角歪みを補正する画像処理装置と、補正された広角画像を表示する表示装置と、から構成されるものがある。この画像処理装置による広角歪みの補正方法として、広角撮像装置の仰角において等角度間隔となるように配置された複数のマーカーから構成されるパターンを撮像し、撮像された画像中のマーカーの位置に基づいて補正条件を取得し、その補正条件に基づいて、環状の広角画像をパノラマ画像へ展開するものがある(例えば、特許文献1参照)。 A conventional wide-angle image display device includes a wide-angle imaging device that acquires a wide-angle image, an image processing device that corrects wide-angle distortion of the acquired wide-angle image, and a display device that displays the corrected wide-angle image. There is something. As a method for correcting wide-angle distortion by this image processing apparatus, a pattern composed of a plurality of markers arranged at equal angular intervals at the elevation angle of the wide-angle imaging apparatus is imaged, and the pattern is positioned at the marker position in the captured image. A correction condition is acquired based on this, and an annular wide-angle image is developed into a panoramic image based on the correction condition (see, for example, Patent Document 1).
しかし、特許文献1に記載されているような広角撮像装置に用いられる広角レンズの実際の製品では、広角レンズに入射する光線が、従来の補正方法で仮定されているようにレンズ光軸と1点で交わらず、レンズ光軸との交点がレンズへの入射角に対して変化する。そのため、従来の広角画像表示装置では、広角撮像装置で取得された広角画像の広角歪みが正しく補正されないといった問題がある。
However, in the actual product of the wide-angle lens used in the wide-angle imaging device as described in
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、広角画像の歪みを高精度に補正することが可能な較正情報算出方法、較正情報算出装置、及びその方法により算出された較正情報に基づいて広角画像を補正する広角画像処理装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and includes a calibration information calculation method, a calibration information calculation device, and calibration information calculated by the method capable of correcting distortion of a wide-angle image with high accuracy. An object of the present invention is to provide a wide-angle image processing apparatus that corrects a wide-angle image based on the image.
上記目的を達成するため、本発明の第1の観点に係る較正情報算出方法は、
広角撮像部が撮像した広角画像の歪みを補正するための較正情報を算出する較正情報算出方法であって、
互いに所定の間隔で配列する複数の格子点を算出するための較正画像を前記広角撮像部を取り囲む表示部に表示させるとともに、前記広角撮像部によって前記較正画像を撮像させた広角画像を取得し、取得した前記広角画像と前記表示部に表示させた前記較正画像とに基づいて、前記複数の格子点の、三次元空間上での位置と前記広角画像上での位置とを対応付けて記憶手段に記憶する格子点検出ステップと、
前記格子点検出ステップにより検出された複数の格子点に基づいて複数の直線を抽出し、該複数の直線の交点に基づいて前記広角撮像部の光軸を検出する光軸検出ステップと、
前記光軸検出ステップにより検出された前記光軸と、前記記憶手段に記憶された前記複数の格子点の、三次元空間上での位置と、前記広角画像上での位置とに基づいて、前記較正情報を算出する較正情報算出ステップと、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a calibration information calculation method according to the first aspect of the present invention includes:
A calibration information calculation method for calculating calibration information for correcting distortion of a wide-angle image captured by a wide-angle imaging unit,
A calibration image for calculating a plurality of grid points arranged at predetermined intervals is displayed on a display unit surrounding the wide-angle imaging unit, and a wide-angle image obtained by capturing the calibration image by the wide-angle imaging unit is acquired. Based on the acquired wide-angle image and the calibration image displayed on the display unit, the storage unit associates the positions of the plurality of lattice points on the three-dimensional space and the positions on the wide-angle image. A grid point detection step stored in
An optical axis detection step of extracting a plurality of straight lines based on a plurality of lattice points detected by the lattice point detection step, and detecting an optical axis of the wide-angle imaging unit based on an intersection of the plurality of straight lines;
Based on the optical axis detected by the optical axis detection step, the position on the three-dimensional space of the plurality of lattice points stored in the storage means, and the position on the wide-angle image, A calibration information calculation step for calculating calibration information;
It is characterized by providing.
上記目的を達成するため、本発明の第2の観点に係る較正情報算出装置は、
互いに所定の間隔で配列する複数の格子点を算出するための較正画像を広角撮像部を取り囲む表示部に表示させるとともに、前記広角撮像部によって前記較正画像を撮像させた広角画像を取得し、取得した前記広角画像と前記表示部に表示させた前記較正画像とに基づいて、前記複数の格子点の、三次元空間上での位置と前記広角画像上での位置とを対応付けて記憶手段に記憶する格子点検出手段と、
前記格子点検出手段により検出された複数の格子点に基づいて複数の直線を抽出し、該複数の直線の交点に基づいて前記広角撮像部の光軸を検出する光軸検出手段と、
前記光軸検出手段により検出された前記光軸と、前記記憶手段に記憶された前記複数の格子点の、三次元空間上での位置と、前記広角画像上での位置とに基づいて、前記広角画像の歪みを補正するための較正情報を算出する較正情報算出手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a calibration information calculating apparatus according to the second aspect of the present invention provides:
A calibration image for calculating a plurality of grid points arranged at predetermined intervals is displayed on a display unit surrounding the wide-angle imaging unit, and a wide-angle image obtained by capturing the calibration image by the wide-angle imaging unit is acquired and acquired. Based on the wide-angle image and the calibration image displayed on the display unit, the position of the plurality of grid points in the three-dimensional space and the position on the wide-angle image are associated with each other in the storage unit. Grid point detection means for storing;
An optical axis detection means for extracting a plurality of straight lines based on a plurality of lattice points detected by the lattice point detection means, and detecting an optical axis of the wide-angle imaging unit based on intersections of the plurality of straight lines;
Based on the optical axis detected by the optical axis detection means, the position on the three-dimensional space of the plurality of lattice points stored in the storage means, and the position on the wide-angle image, Calibration information calculating means for calculating calibration information for correcting distortion of the wide-angle image;
It is characterized by providing.
上記目的を達成するため、本発明の第3の観点に係る広角画像処理装置は、
互いに所定の間隔で配列する複数の格子点を算出するための較正画像を広角撮像部を取り囲む表示部に表示させるとともに、前記広角撮像部によって前記較正画像を撮像させた広角画像を取得し、取得した前記広角画像と前記表示部に表示させた前記較正画像とに基づいて、前記複数の格子点の、三次元空間上での位置と前記広角画像上での位置とを対応付けて記憶手段に記憶する格子点検出手段と、
前記格子点検出手段により検出された複数の格子点に基づいて複数の直線を抽出し、該複数の直線の交点に基づいて前記広角撮像部の光軸を検出する光軸検出手段と、
前記光軸検出手段により検出された前記光軸と、前記記憶手段に記憶された前記複数の格子点の、三次元空間上での位置と、前記広角画像上での位置とに基づいて、前記広角画像の歪みを補正するための較正情報を算出する較正情報算出手段と、
前記広角撮像部に撮像させた広角画像を、前記較正情報算出手段により算出された較正情報に基づいて補正する広角画像補正手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a wide-angle image processing device according to the third aspect of the present invention provides:
A calibration image for calculating a plurality of grid points arranged at predetermined intervals is displayed on a display unit surrounding the wide-angle imaging unit, and a wide-angle image obtained by capturing the calibration image by the wide-angle imaging unit is acquired and acquired. Based on the wide-angle image and the calibration image displayed on the display unit, the position of the plurality of grid points in the three-dimensional space and the position on the wide-angle image are associated with each other in the storage unit. Grid point detection means for storing;
An optical axis detection means for extracting a plurality of straight lines based on a plurality of lattice points detected by the lattice point detection means, and detecting an optical axis of the wide-angle imaging unit based on intersections of the plurality of straight lines;
Based on the optical axis detected by the optical axis detection means, the position on the three-dimensional space of the plurality of lattice points stored in the storage means, and the position on the wide-angle image, Calibration information calculating means for calculating calibration information for correcting distortion of the wide-angle image;
Wide-angle image correction means for correcting a wide-angle image captured by the wide-angle imaging unit based on calibration information calculated by the calibration information calculation means;
It is characterized by providing.
本発明によれば、広角画像の歪みを高精度に補正することが可能な較正情報算出方法、較正情報算出装置、及びその方法により算出された較正情報に基づいて広角画像を補正する広角画像処理装置を提供できる。 According to the present invention, a calibration information calculation method and a calibration information calculation device capable of correcting distortion of a wide-angle image with high accuracy, and a wide-angle image process for correcting a wide-angle image based on the calibration information calculated by the method. Equipment can be provided.
以下に本発明の実施形態を図を参照して説明する。図1は、本実施形態に係る広角画像処理装置1の概略構成を示すブロック図である。本実施形態に係る広角画像処理装置1は、図1に示すように、広角撮像部110と、較正画像表示部120と、広角画像表示部130と、操作部140と、制御部150と、から構成される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a wide-angle
広角撮像部110は、広角な視野の画像である広角画像を撮像するものである。広角撮像部110は、例えば図2に示すように、反射面113(曲面ミラー)を有する広角レンズ111と、CCD(Charged Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の周知の撮像素子112とを含む。広角撮像部110は、広角レンズ111に入射する入射光を、曲面ミラー113による反射と入射面及び出射面における屈折とによって、撮像素子112の撮像面に投影する。撮像素子112は、撮像面に投影された画像を制御部150に出力する。また、後述する較正情報取得処理において、広角撮像部110は、例えば図4に示すように配置された較正画像表示部120の内側に配置され、較正画像表示部120に表示された較正画像を撮像する。
The wide-
図3(a)に、広角撮像部110により撮像された広角画像の一例を示す。一般に、円錐形状等の曲面ミラーを有する広角レンズを利用して撮像された広角画像は、図3(a)に示す広角画像A1のような環状である。また、像a1は、正方形の面を広角撮像装置110により撮像した像であり、正方形の各辺が広角レンズによる歪みにより曲線に変形している。また、図3(b)に示す広角画像A2は、後述する広角画像補正処理により補正された広角画像である。広角画像A2中の像a2では、図3(a)に示す像a1の歪んだ正方形の各辺が、直線に補正されて表示される。以下、広角撮像部110により撮像された補正前の広角画像を「入力画像」、補正後の広角画像を「出力画像」と呼ぶ。
FIG. 3A shows an example of a wide angle image captured by the wide
較正画像表示部120は、制御部150が出力する較正画像を表示するものである。較正画像表示部120は、図4に示すように、例えばLCD(Liquid Crystal Display)から構成される3つの平面ディスプレイ121(121a、121b、121c)が広角撮像部110を取り囲むように三角柱状に組み合わされて構成され、制御部150からの指示により、それぞれ個別に較正画像を表示する。較正画像については後述する。
The calibration
広角画像表示部130は、制御部150が出力する出力画像を表示するものである。広角画像表示部130は、例えばLCD(Liquid Crystal Display)から構成され、制御部150からの指示により、出力画像を表示する。
The wide-angle
操作部140は、ユーザの操作により、動作モード信号を制御部150に出力する。ここで、動作モード信号は、後述する広角画像較正処理において較正情報算出処理を実行するか、または広角画像補正処理を実行するかを判別するための信号であって、広角画像補正処理を実行する広角画像補正モード信号と、較正情報取得処理を実行する較正情報取得モード信号とを含む。
The
制御部150は、広角撮像部110が出力する入力画像に基づいて、広角歪みを補正するための較正情報を取得し、また取得された較正情報に基づいて入力画像を補正するものである。制御部150は、いわゆるマイクロコンピュータから構成され、図1に示すように、CPU(Central Processing Unit)151と、ROM(Read-Only Memory)152と、汎用メモリ153と、ビデオメモリ154と、外部デバイスインターフェイス(I/F)155と、較正情報DB(データベース)156とを備える。CPU151は、ROM152内に予め記憶された後述する広角画像較正処理のための所定プログラムを読み出し、実行する。そしてCPU151は、広角撮像部110から取得した入力画像、広角画像較正処理後の出力画像、及び演算結果等を汎用メモリ153に一時的に記憶する。また、CPU151は、汎用メモリ153に記憶された出力画像をビデオメモリ154に転送し、広角画像表示部130に出力する。また、広角撮像部110、較正画像表示部120、広角画像表示部130、及び操作部140は、外部デバイスI/F155を介して、制御部150の各部と接続されている。
The
較正情報DB156は、ハードディスク等の書き換え可能な記憶装置から構成され、広角撮像部110が撮像した広角画像の歪みを補正するための較正情報を記憶する。較正情報については、後述する。
The
次に本実施形態の広角画像処理装置1の制御部150が機能する処理について説明する。制御部150は、図5に示すように、格子点検出部150aと、画像中心検出部150bと、光軸検出部150cと、較正情報算出部150dと、広角画像補正部150eと、として機能する。
Next, a process in which the
格子点検出部150aは、較正画像表示部120の平面ディスプレイ121に表示させた較正画像を広角撮像部110によって撮像させた広角画像(入力画像)を取得し、入力画像と平面ディスプレイ121に表示させた較正画像とに基づいて、較正画像から算出される複数の格子点の、三次元空間上での位置と前記広角画像上での位置とを対応付けて、例えば汎用メモリ153といった記憶手段に記憶するものとして機能する。ここで、較正画像は、互いに所定の間隔で配列する複数の格子点を算出するための画像である。本実施形態では、格子点検出部150aは、周知の三次元計測技術である空間コード化法の原理を用いて上記の処理を行う(参考文献1;井口正志,佐藤宏介,“3次元画像計測”,昭晃堂,(1990))。
The lattice
具体的には、格子点検出部150aは、複数のパターンを有する較正画像の各パターンについて広角撮像部110によって撮像させた広角画像を取得し、取得した複数のパターンの広角画像に基づいて複数の格子点を算出する。そして、算出された複数の格子点に対応する、平面ディスプレイ121に表示された較正画像の複数のパターンから算出される複数の格子点の3次元空間上における位置を算出する。図6(a)〜(f)に較正画像の例を示す。図6に示すように、本実施形態における較正画像は、所定の明度よりも高い(例えば白い)明領域と所定の明度よりも低い(例えば黒い)暗領域とが垂直方向に交互に並べられる図6(a)〜(c)に示すような水平縞状パターンと、明領域と暗領域とが水平方向に交互に並べられる図6(d)〜(f)に示すような垂直縞状パターンとから構成される。そして、図6(a)〜(c)の水平縞状パターンと、図6(d)〜(f)の垂直縞状パターンにおいて、その明領域と暗領域は、そのピッチが倍々に変化するように配置される。格子点検出部150aは、較正画像を平面ディスプレイ121に表示させる。そして、格子点検出部150aは、周知の画像処理技術であるエッジ検出により、入力画像上の水平縞状パターンと垂直縞状パターンにおける明領域と暗領域の境界交点を格子点として検出する。そして、入力画像上での格子点の位置と、空間コード化法の原理を用いて求められた三次元空間上での格子点の位置とを対応付けて記憶する。
Specifically, the lattice
図5に戻って、画像中心検出部150bは、格子点検出部150aにより検出された複数の格子点に基づいて複数の直線を抽出し、抽出された複数の直線の交点に基づいて、入力画像の画像中心点を検出するものとして機能する。本実施形態では、画像中心検出部150bは、周知のデジタル画像処理技術であるHough変換により、3次元空間上において垂直方向に一直線上に並ぶ格子点の複数の集合から、各集合に対応する複数の直線を入力画像上から抽出する(参考文献2;“ディジタル画像処理”,CG−ARTS協会,(2006))。そして、周知の交点検出方法である最小2乗法により、それらの直線の交点を入力画像の環状領域の中心点として検出する。
Returning to FIG. 5, the image
光軸検出部150cは、画像中心検出部150bにより抽出された複数の直線の交点に基づいて、広角撮像部110の光軸を検出するものとして機能する。具体的には、画像中心検出部150bにより抽出された複数の直線に対応するそれぞれの格子点の集合は、実際の3次元空間上において、平面ディスプレイ121に表示される較正画像と交差する平面上にある。これらの平面から、周知の最小二乗法により、1つの交線を光軸として算出する。このような手法を用いることにより、撮像素子面と光軸とが垂直に交わらない場合においても光軸を算出することができる。なお、撮像素子面と光軸とが垂直に交わることを前提とする場合には、画像中心検出部150bにおいて検出された画像中心点を通り、撮像素子面と垂直な直線を光軸として算出してもよい。
The optical
較正情報算出部150dは、光軸検出部150cにより検出された光軸と、格子点検出部150aにより記憶された複数の格子点の、三次元空間上での位置と、入力画像上での位置と、に基づいて、較正情報を算出するものとして機能する。本実施形態では、較正情報算出部150dは、光軸検出部151cで検出された光軸と、入力画像上の画像中心点から所定の半径の円周上にある格子点の3次元空間上での座標とに基づいて、1つの円錐を抽出し、その円錐から較正情報として該所定の半径に対応する光線の入射角と円錐の頂点の位置を算出する。また、較正情報算出部150dは、算出された較正情報を該所定の半径と対応付けて較正情報DB156に記憶する。
The calibration
広角画像補正部150eは、較正情報DB156に記憶された較正情報に基づいて、広角撮像部110から取得した入力画像を補正し、補正後の入力画像である出力画像を広角画像表示部130に出力するものとして機能する。
The wide-angle
次に、制御部150のCPU151が実行する広角画像較正処理について説明する。
Next, the wide-angle image calibration process executed by the
まず、本実施形態における制御部150のCPU151が実行する広角画像較正処理の概要について説明する。CPU151が補正を行う対象は、広角撮像部110から取得した入力画像であり、この入力画像は、図7に示すようなM行N列の輝度値デジタルデータの配列である。なお、補正後の出力画像も、同様の形式であるとする。広角画像補正処理では、図7に示すように規定されたx−y座標系における補正前の輝度値データI(x、y)を、後述する座標変換により算出された座標(x’、y’)に下記式で示すように置き換えて、補正後の輝度値データI’(x、y)を算出する。ここで、輝度値I及びI’は、0、1、…、Imaxの値を取るものとする。
この置き換えを入力画像の全画素について実行する、すなわちx=0,1,2,…,N−1、y=0,1,2,…,M−1について反復実行することで出力画像を取得することができる。
First, an outline of the wide-angle image calibration process executed by the
This replacement is executed for all the pixels of the input image, that is, the output image is obtained by repeatedly executing x = 0, 1, 2,..., N−1, y = 0, 1, 2,. can do.
次に、具体的な座標変換方法について図7及び図8を用いて説明する。例えば、図7に示すように、入力画像上の画素b1の輝度値が、座標変換後に画素b2の輝度値に置き換えられる場合を考える。ここで、画素b1及びb2の座標をそれぞれ(x、y)及び(x’、y’)とすると、それらの関係は下記式で与えられる。
ここで、r、r’、θは、それぞれ後述する広角画像較正処理において算出される画像中心c(x0、y0)から画素b1までの距離、画像中心c(x0、y0)から画素b2までの距離、画像中心c(x0、y0)から画素b1又はb2へ引いた線分とx軸との成す角度(反時計回りを正方向とする)である。また、変換関数fは、rとr’の関係を表す関数であり、以下に具体的な算出方法を説明する。
図8に示すように、広角撮像部110が、基準面dからzhの高さに設置されたとする。基準面d上の点Bの像が広角画像上で画素b1に対応し、点Bと広角撮像部110の光軸との距離がRである場合、rとr’の関係は下記式で表される。
ここで、α(r)とz0(r)は、それぞれ、広角撮像部110に対して入射する光線の角度と、広角撮像部110の基準点からの高さのオフセット値であり、後述する較正情報取得処理によってrと一対一に対応する値が算出され、較正情報DB156に記憶される。また、kは、長さの単位変換を行う定数である。従って、広角画像較正処理において、較正情報取得処理では、較正情報DB156の仰角α(r)と高さのオフセット値z0(r)とを算出し、広角画像補正処理では、較正情報取得処理で算出されたα(r)とz0(r)に基づいて上記の式からI’(x、y)を算出し、歪補正を実行する。
Next, a specific coordinate conversion method will be described with reference to FIGS. For example, as shown in FIG. 7, consider a case where the luminance value of the pixel b1 on the input image is replaced with the luminance value of the pixel b2 after coordinate conversion. Here, assuming that the coordinates of the pixels b1 and b2 are (x, y) and (x ′, y ′), respectively, their relationship is given by the following equation.
Here, r, r ′, and θ are respectively the distance from the image center c (x 0 , y 0 ) to the
As shown in FIG. 8, the wide-
Here, α (r) and z 0 (r) are the angle of light incident on the wide-
次に、本実施形態における制御部151の広角画像較正処理のフローチャートの一例を図9を用いて説明する。広角画像較正処理は、例えばユーザが広角画像処理装置1の電源をオンする等の操作により、制御部150のCPU151に電源供給されることにより開始する。
Next, an example of a flowchart of the wide-angle image calibration process of the
制御部150は、操作部140から動作モード信号を受信したか否かを判別する(ステップS11)。制御部150は、動作モード信号を受信していないと判別した場合(ステップS11;No)、動作モード信号を受信するまで、待ち状態となる。
The
制御部150は、動作モード信号を受信したと判別した場合(ステップS11;Yes)、受信した動作モード信号が、較正情報取得モード信号か否かを判別する(ステップS12)。
When determining that the operation mode signal has been received (step S11; Yes), the
制御部150は、受信した動作モード信号が較正情報取得モード信号であると判別した場合(ステップS12;Yes)、較正情報取得処理を実行する(ステップS13)。また、制御部150は、受信した動作モード信号が較正情報取得モードを示す信号ではない、すなわち広角画像補正モード信号であると判別した場合(ステップS12;No)、広角画像補正処理を実行する(ステップS14)。
When it is determined that the received operation mode signal is a calibration information acquisition mode signal (step S12; Yes), the
次に、制御部150のCPU151が実行する較正情報取得処理について図10を用いて説明する。
Next, calibration information acquisition processing executed by the
格子点検出部150aは、較正画像表示部120の平面ディスプレイ121に、較正画像である複数の水平縞状パターンを表示させ、各パターンについて広角撮像部110により撮像する(ステップS21)。具体的には、例えば、格子点検出部150aは、図6(a)〜(c)に示すような水平縞状パターンを順に各平面ディスプレイ121に表示する。そして、各パターンについて広角撮像部110により撮像し、汎用メモリ153に記憶する。図11(a)に、広角撮像部110により撮像された水平縞状パターンの入力画像の一例を示す。図11(a)に示す入力画像e1は、図6(b)のように1枚の平面ディスプレイ121に表示された水平縞状パターンを撮像した場合の入力画像である。図に示すように、入力画像e1において、水平縞状パターンの明領域と暗領域は同心円上に交互に並んで位置する。
The lattice
格子点検出部150aは、較正画像表示部120の平面ディスプレイ121に、較正画像である複数の垂直縞状パターンを表示させ、各パターンについて広角撮像部110により撮像する(ステップS22)。具体的には、例えば、格子点検出部150aは、図6(d)〜(f)に示すような垂直縞状パターンを順に各平面ディスプレイ121に表示する。そして、各パターンについて広角撮像部110により撮像し、汎用メモリ153に記憶する。図11(b)に、広角撮像部110により撮像された垂直縞状パターンの入力画像の一例を示す。図11(b)に示す入力画像e2は、図6(e)のように1枚の平面ディスプレイ121に表示された垂直縞状パターンを撮像した場合の入力画像である。図に示すように、入力画像e2において、垂直縞状パターンの明領域と暗領域は円周方向に交互に並んで位置する。
The lattice
次に格子点検出部150aは、周知の画像技術処理であるエッジ検出により、撮像された複数の入力画像の水平縞状パターン像と垂直縞状パターン像における明領域と暗領域の境界交点を格子点として、入力画像上の格子点の座標を算出する(ステップS23)。例えば、図11(a)に示す水平縞状パターンの入力画像e1と、図11(b)に示す垂直縞状パターンの入力画像e2を取得した場合、図11(c)に示す複数の格子点gの座標を算出する。
Next, the grid
そして格子点検出部150aは、周知の三次元計測技術である空間コード化法の原理を用いて、ステップS23で算出された入力画像上の格子点の3次元空間上での座標を算出し、各格子点について入力画像上の座標と3次元空間上の座標とを対応付けて記憶する(ステップS24)。図11(d)に、実験例として、格子点をステップS24で算出された三次元空間上での座標に基づいて三次元表示した図を示す。図11(d)における十字は、抽出された格子点を示す。
The lattice
次に画像中心検出部150bは、ステップS23で算出された入力画像上の格子点に基づいて、入力画像中心点cの座標を算出する(ステップS25)。例えば、図12(a)に示すような格子点が算出された場合、Hough変換により、3次元空間において垂直方向に一直線上に並ぶ格子点の複数の集合から、入力画像上において一直線上に位置する2つの集合h1、h2を抽出する。そして、集合h1、h2の格子点を通る直線hを抽出する。同様にして、2つの集合l1、l2と、集合l1、l2の格子点を通る直線lを抽出する。そして、直線hと直線lから、例えば最小二乗法により直線hと直線lの交点を入力画像の中心点cとしてその座標(x0、y0)を求める。画像中心検出部150bは、算出された画像中心点cの座標を較正情報DB156に記憶する。なお、図12(b)に入力画像から画像中心点を検出する実験例を表す図を示す。図12(b)における十字は、入力画像上において抽出された格子点を示す。図12(b)では、3本の直線が抽出され、それらの交点から画像中心点が検出されることがわかる。
Next, the image
次に、光軸検出部150cは、ステップS25で抽出された直線上にある格子点の集合から、光軸Oを算出する(ステップS26)。具体的には、図12(a)及び図13に示すように、ステップS25で抽出された直線h、lに対応する格子点の集合は、実際の3次元空間上において、較正画像と交差する平面H及びL上にある。これらの平面から最小二乗法により1つの交線を光軸Oとして算出する。
Next, the optical
次に、較正情報算出部150dは、較正情報を算出する。具体的には、例えば図14(a)に示すような入力画像、及びその格子点の座標を算出した場合について説明する。較正情報算出部150dは、r=rmin、…、rmaxにおいて、以下の処理を繰り返す。なお、rは画像中心点cから所定の画素までの距離を表し、rmin及びrmaxは、それぞれ入力画像の環状領域において、歪補正の対象となる最小半径と最大半径である。
Next, the calibration
まず、較正情報算出部150dは、入力画像上の半径r(rmin≦r≦rmax)の円周上に位置する格子点を抽出する(ステップS27)。具体的には、図14(a)に示すように、入力画像上の半径rの円pについて、円pの円周上に位置する格子点を抽出する。
First, the calibration
そして、較正情報算出部150dは、ステップS27において抽出された格子点に対応する3次元空間上での格子点を周面上に含む円錐を抽出する(ステップS28)。具体的には、入力画像上の半径rの円pの円周は、3次元空間において図14(b)に示す3つの放物線P1〜P3に対応する。そして、入力画像上の半径rの円pの円周上にある格子点は、3次元空間における放物線P1〜P3上にある格子点に対応する。従って、放物線P1〜P3が較正画像との交線に対応する1つの仮想的な円錐Qが抽出される。
Then, the calibration
そして、較正情報算出部150dは、ステップS23で算出された入力画像上の半径rの円周上にある格子点の座標に基づいて、周知の幾何学解析により、ステップS28で抽出された円錐Qの頂角、すなわち、図14(b)に示す頂点Q0から見た仰角α(r)と頂点の位置z0(r)を算出する(ステップS29)。較正情報算出部150dは、算出したα(r)とz0(r)を半径rと対応付けて較正情報DB156に記憶する。図15に較正情報DBの一例を示す。そして、この処理をr=rmin、…、rmaxにおいて繰り返して、較正情報取得処理を終了し、図9のステップS11に進む。
Then, the calibration
次に制御部150のCPU151が実行する広角画像補正処理について図16を用いて説明する。
Next, wide-angle image correction processing executed by the
広角画像補正部150eは、広角撮像部110により広角画像を撮像する(ステップS31)。
The wide-angle
次に、広角画像補正部150eは、受信した広角画像(入力画像)の全ての画素について以下の処理を行う。一例として、入力画像は、図7に示すように、M行N列の輝度値デジタルデータの行列である場合について説明する。
Next, the wide-angle
広角画像補正部150eは、入力画像上の座標(x、y)=(i、j)に位置する画素について、式(5)と較正情報DB156に記憶された入力画像の中心点座標(x0、y0)を用いて(r、θ)を算出することにより、座標変換を行う(ステップS32)。ここで、0≦i≦N−1、0≦j≦M−1である。
The wide-angle
次に、広角画像補正部150eは、ステップS32で算出されたrに対応するα(r)とz0(r)を較正情報DB156から取得し、rと入力画像の中心点座標(x0、y0)と、取得されたα(r)とz0(r)を式(6)に代入することにより、r’を算出する(ステップS33)。
Next, the wide-angle
そして、広角画像補正部150eは、ステップS33で算出されたr’から式(2)及び式(3)を用いて(x’、y’)を算出する(ステップS34)。
Then, the wide-angle
そして制御部150は、(x’、y’)の輝度値Iに(x、y)の輝度値を置き換えて記憶する(ステップS35)。
Then, the
以上の処理をi=0,1,2,…,N−1、j=0,1,2,…,M−1について反復実行することで、入力画像中の全ての画素について行う。そして、求められた出力画像をビデオメモリ154に出力し、ビデオメモリ154から広角画像表示部130に出力する。なおステップS33〜S35において、rmin≦r≦rmaxの範囲にない半径rのように、較正情報DB156に較正情報が記憶されていない半径rについては、広角撮像部110からの入力画像の画像情報が無いものとしてステップS33〜S35の処理を無視してもよい。具体的には、ステップS33〜S35において、rmin≦r≦rmaxの範囲にある半径rについてのみ処理を行い、処理が行われなかった画素については画素値を0として出力画像を求めてもよい。
The above processing is repeated for i = 0, 1, 2,..., N−1, j = 0, 1, 2,. Then, the obtained output image is output to the
制御部150のCPU151は、以上の広角画像較正処理を例えばユーザの操作により広角画像処理装置1の電源がオフになるまで繰り返す。
The
以上のように、本実施形態に係る広角画像処理装置1は、較正画像表示部120の平面ディスプレイ121に表示された較正画像を撮像した広角画像に基づいて、較正情報を取得する。このように、立体的に構成された複数の平面ディスプレイ121で、多くの較正画像を表示可能なので、高精度に、かつ、短時間で格子点の計測行うことができる。従って、高精度に、かつ、短時間で較正情報を取得することができる。
As described above, the wide-angle
また、広角撮像部110の広角レンズに入射する光線がレンズ光軸と1点で交わらなくても、高精度に較正情報を取得することができる。
Further, the calibration information can be acquired with high accuracy even if the light beam incident on the wide-angle lens of the wide-
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。例えば、上記の実施形態において、広角撮像部110の一例として、ミラー反射型の広角撮像装置を用いたが、魚眼レンズを利用した広角撮像装置でもよい。
In addition, this invention is not limited to said embodiment, A various deformation | transformation and application are possible. For example, in the above embodiment, a mirror reflection type wide-angle imaging device is used as an example of the wide-
また、上記の実施形態では3枚の平面ディスプレイ121a〜121cを三角柱状に構成したが、さらに多くの平面ディスプレイを用いてもよい。例えば、平面ディスプレイの配置として、図17(a)に示すように多角柱状に構成してもよい。また、図17(b)に示すように多面体を構成するようにしてもよい。このように、多くの平面ディスプレイを用いることで、較正画像の格子点と広角撮像素子の間の距離におけるばらつきが小さくなり、さらにカメラの視野のより広い範囲に格子点を配置できるため、より高精度に較正を行うことができる。
In the above embodiment, the three
また、本実施形態では、広角画像処理装置1は広角画像較正処理として、較正情報取得処理及び広角画像補正処理の両方を実行するが、各処理は異なる装置において行われてもよい。例えば、広角画像処理装置が較正情報取得処理を行い、広角撮像装置が広角画像補正処理を行ってもよい。この場合、広角画像処理装置は、その広角撮像装置について広角画像較正処理を行い、その結果取得された較正情報を、広角撮像装置が備える記憶部に記憶する。そして、広角撮像装置は、記憶部に記憶された較正情報に基づいて、広角画像補正処理により撮像した広角画像を補正する。以上のように構成することで、コンパクトな構成で高精度の画像補正が可能な広角撮像装置を提供することができる。
In the present embodiment, the wide-angle
1 広角画像処理装置
110 広角撮像部
120 較正画像表示部
121(121a〜121c) 平面ディスプレイ
130 広角画像表示部
140 操作部
150 制御部
150a 格子点検出部
150b 画像中心検出部
150c 光軸検出部
150d 較正情報算出部
150e 広角画像補正部
151 CPU
152 ROM
153 汎用メモリ
154 ビデオメモリ
155 外部デバイスI/F
156 較正情報DB
DESCRIPTION OF
152 ROM
153 General-
156 Calibration information DB
Claims (5)
互いに所定の間隔で配列する複数の格子点を算出するための較正画像を前記広角撮像部を取り囲む表示部に表示させるとともに、前記広角撮像部によって前記較正画像を撮像させた広角画像を取得し、取得した前記広角画像と前記表示部に表示させた前記較正画像とに基づいて、前記複数の格子点の、三次元空間上での位置と前記広角画像上での位置とを対応付けて記憶手段に記憶する格子点検出ステップと、
前記格子点検出ステップにより検出された複数の格子点に基づいて複数の直線を抽出し、該複数の直線の交点に基づいて前記広角撮像部の光軸を検出する光軸検出ステップと、
前記光軸検出ステップにより検出された前記光軸と、前記記憶手段に記憶された前記複数の格子点の、三次元空間上での位置と、前記広角画像上での位置とに基づいて、前記較正情報を算出する較正情報算出ステップと、
を備えることを特徴とする較正情報算出方法。 A calibration information calculation method for calculating calibration information for correcting distortion of a wide-angle image captured by a wide-angle imaging unit,
A calibration image for calculating a plurality of grid points arranged at predetermined intervals is displayed on a display unit surrounding the wide-angle imaging unit, and a wide-angle image obtained by capturing the calibration image by the wide-angle imaging unit is acquired. Based on the acquired wide-angle image and the calibration image displayed on the display unit, the storage unit associates the positions of the plurality of lattice points on the three-dimensional space and the positions on the wide-angle image. A grid point detection step stored in
An optical axis detection step of extracting a plurality of straight lines based on a plurality of lattice points detected by the lattice point detection step, and detecting an optical axis of the wide-angle imaging unit based on an intersection of the plurality of straight lines;
Based on the optical axis detected by the optical axis detection step, the position on the three-dimensional space of the plurality of lattice points stored in the storage means, and the position on the wide-angle image, A calibration information calculation step for calculating calibration information;
A calibration information calculation method comprising:
前記格子点検出ステップにより検出された複数の格子点に基づいて複数の直線を抽出し、抽出された前記複数の直線と三次元空間において対応する複数の平面の交線に基づいて、前記広角撮像部の光軸を検出する、
ことを特徴とする請求項1に記載の較正情報算出方法。 The optical axis detection step includes
A plurality of straight lines are extracted based on the plurality of lattice points detected by the lattice point detection step, and the wide-angle imaging is performed based on intersections of the extracted plurality of straight lines and a plurality of planes corresponding in a three-dimensional space. Detect the optical axis of the part,
The calibration information calculation method according to claim 1, wherein:
前記較正情報は、補正後の前記広角画像上での前記複数の格子点と前記画像中心検出ステップにより検出された画像中心点との距離を算出するための所定の情報を含む、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の較正情報算出方法。 The optical axis detecting step extracts a plurality of straight lines based on the plurality of lattice points detected by the lattice point detecting step, and detects an image center point of the wide-angle image based on the intersection of the plurality of straight lines. A center detection step;
The calibration information includes predetermined information for calculating distances between the plurality of lattice points on the corrected wide-angle image and the image center point detected by the image center detection step.
3. The calibration information calculation method according to claim 1, wherein the calibration information is calculated.
前記格子点検出手段により検出された複数の格子点に基づいて複数の直線を抽出し、該複数の直線の交点に基づいて前記広角撮像部の光軸を検出する光軸検出手段と、
前記光軸検出手段により検出された前記光軸と、前記記憶手段に記憶された前記複数の格子点の、三次元空間上での位置と、前記広角画像上での位置とに基づいて、前記広角画像の歪みを補正するための較正情報を算出する較正情報算出手段と、
を備えることを特徴とする較正情報算出装置。 A calibration image for calculating a plurality of grid points arranged at predetermined intervals is displayed on a display unit surrounding the wide-angle imaging unit, and a wide-angle image obtained by capturing the calibration image by the wide-angle imaging unit is acquired and acquired. Based on the wide-angle image and the calibration image displayed on the display unit, the position of the plurality of grid points in the three-dimensional space and the position on the wide-angle image are associated with each other in the storage unit. Grid point detection means for storing;
An optical axis detection means for extracting a plurality of straight lines based on a plurality of lattice points detected by the lattice point detection means, and detecting an optical axis of the wide-angle imaging unit based on intersections of the plurality of straight lines;
Based on the optical axis detected by the optical axis detection means, the position on the three-dimensional space of the plurality of lattice points stored in the storage means, and the position on the wide-angle image, Calibration information calculating means for calculating calibration information for correcting distortion of the wide-angle image;
A calibration information calculation device comprising:
前記格子点検出手段により検出された複数の格子点に基づいて複数の直線を抽出し、該複数の直線の交点に基づいて前記広角撮像部の光軸を検出する光軸検出手段と、
前記光軸検出手段により検出された前記光軸と、前記記憶手段に記憶された前記複数の格子点の、三次元空間上での位置と、前記広角画像上での位置とに基づいて、前記広角画像の歪みを補正するための較正情報を算出する較正情報算出手段と、
前記広角撮像部に撮像させた広角画像を、前記較正情報算出手段により算出された較正情報に基づいて補正する広角画像補正手段と、
を備えることを特徴とする広角画像処理装置。 A calibration image for calculating a plurality of grid points arranged at predetermined intervals is displayed on a display unit surrounding the wide-angle imaging unit, and a wide-angle image obtained by capturing the calibration image by the wide-angle imaging unit is acquired and acquired. Based on the wide-angle image and the calibration image displayed on the display unit, the position of the plurality of grid points in the three-dimensional space and the position on the wide-angle image are associated with each other in the storage unit. Grid point detection means for storing;
An optical axis detection means for extracting a plurality of straight lines based on a plurality of lattice points detected by the lattice point detection means, and detecting an optical axis of the wide-angle imaging unit based on intersections of the plurality of straight lines;
Based on the optical axis detected by the optical axis detection means, the position on the three-dimensional space of the plurality of lattice points stored in the storage means, and the position on the wide-angle image, Calibration information calculating means for calculating calibration information for correcting distortion of the wide-angle image;
Wide-angle image correction means for correcting a wide-angle image captured by the wide-angle imaging unit based on calibration information calculated by the calibration information calculation means;
A wide-angle image processing apparatus comprising:
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