JP2013050352A - ステレオカメラの取り付け調整方法及びステレオカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】ステレオカメラを自動車等に取り付ける際に、該ステレオカメラの校正距離方向と目的距離方向の調整を容易に行えるようにする。
【解決手段】ステレオカメラ１０を自動車４０に取り付けて、自動車の直進方向の距離を測定するものとする。ステレオカメラ１０は複数の単眼カメラを筐体内に備え、筐体前面を筐体基準面とし、該筐体基準面は反射面を有している。車外に設置されたレーザ光源５０の出射光軸と自動車４０の直進方向が平行になるように調整した後、レーザ光源５０からの出射光をステレオカメラ１０の筐体基準面で反射させて、反射光が出射光位置に戻るように、ステレオカメラ１０の取り付け姿勢を調整する。
【選択図】図５

Description

本発明は、物体の距離や位置を測定するのに用いられるステレオカメラの取り付け調整方法及びそれに好適なステレオカメラに関する。

ステレオカメラの用途の一つに、複数の位置に設置された単眼カメラからの画像を取得し、各単眼カメラにおける像位置の差（視差）を用いて物体の距離や位置を測定する利用法がある。

近年、環境認識へのニースが高まっており、例えば自動車にステレオカメラを搭載し、運転者に車間距離や周囲の歩行者の有無などの情報を提供して、運転を支援するシステムが実用化しつつある。それに伴い、測定範囲の遠距離化や測定の高精度化への要求が高まっている。

上述のように、ステレオカメラでは、各単眼カメラにおける像位置の差（視差）から距離を求めるが、視差と距離の関係はステレオカメラのパラメータに依存する。ステレオカメラのパラメータには、単眼カメラの画像中心位置や焦点距離などの内部パラメータと、単眼カメラ同士の相対位置・姿勢である外部パラメータがある。高精度な測定を行う為には、ステレオカメラのパラメータを求めるために事前に校正（キャリブレーション）を行う必要がある。通常、校正は、所定の座標系における座標位置が既知の格子状パターンが描かれた校正用ターゲットをステレオカメラのそれぞれの単眼カメラで撮影し、得られた格子状パターンの像位置と理想位置とを対応付けることで行われる。

しかしながら、校正が高精度に行われたとしてもステレオカメラを車などに取り付ける際に、ステレオカメラの校正距離方向（校正後のステレオカメラが距離を算出する方向）と目的距離方向（距離を測ろうとしている方向）がずれると、測距精度が低くなってしまう。校正距離方向と目的距離方向を合わせることは難しいため、取り付け後の校正や、校正距離方向と目的距離方向が一致するように調整を行う必要がある。

例えば、特許文献１では、車などの移動体に取り付けたカメラの位置や向きの校正を簡易に高精度に行うために、校正用ターゲットを移動体に固定する方法を提案している。しかし、これは校正用ターゲットを移動体に取り付けたり取り外したりする作業が余分にかかる。また、移動体と校正用ターゲットとの位置関係を一定に保つ必要があり、校正用ターゲットの取り付け作業が煩雑化する。

本発明の課題は、物体の距離や位置を測定するのに用いられるステレオカメラを移動体などの使用環境に取り付ける際に、ステレオカメラの校正距離方向と目的距離方向の調整を容易にでき、簡易な作業で測距精度が高いステレオカメラの取り付けを可能にすることにある。

本発明は、複数の単眼カメラを一つの筐体内に備え、筐体は筐体基準面を有し、筐体基準面に略直交する方向の距離を測定するステレオカメラを使用環境に取り付ける際に、該ステレオカメラの前方に光源を設置し、該光源の出射光軸とステレオカメラの距離測定方向が平行になるように調整した後、光源からの出射光をステレオカメラの筐体基準面位置で反射させ、反射光が出射光位置に戻るようにステレオカメラの取り付け姿勢を調整することを主要な特徴とする。

本発明によれば、校正距離方向に略直交する筐体基準面を持つステレオカメラを取り付ける際に、目的距離方向と平行な光軸を持つ光束を筐体基準面に入射させ、その反射光を観測することで、校正距離方向と目的距離方向のずれを容易に調整することが可能になる。

本発明の一実施形態のステレオカメラの斜視図である。 ステレオカメラの画像処理系の一実施形態のブロック図である。 ステレオカメラの校正距離方向を示す図である。 ステレオカメラの校正距離方向と目的距離方向のずれを示す図である。 本発明のステレオカメラの取り付け調整方法の第１の実施形態の説明図である。 本発明のステレオカメラの取り付け調整方法の第２の実施形態の説明図である。

図１は、本発明の一実施形態のステレオカメラの斜視図を示したものである。図１において、１と２は単眼カメラ、３は筐体である。単眼カメラ１，２は、それぞれ光軸に直交する筐体前面４を基準面（筐体基準面）として筐体３に取り付けられている。筐体基準面としての筐体前面４の中央部には反射面５が設けられ、さらに＋字マーク６が設けられている。反射面５と＋字マーク６の作用については後述する。なお、筐体前面４に反射面５を設ける代わりに、別途筐体基準面と平行に反射鏡（反射体）を設置することでもよい。例えば、筐体前面４に支柱を設け、該支柱に着脱可能に反射鏡を取り付けるようにする。

図１では示されていないが、単眼カメラ１，２は、それぞれレンズと、該レンズの像を撮像する撮像素子を有している。また、筐体内あるいは筐体外には、単眼カメラ１，２の各撮像素子から出力された撮影画像を処理して被写体までの距離を算出する画像処理ユニットが備えられている。

図２は、画像処理ユニットの一実施形態のブロック図を示したものである。画像処理ユニット２０は、ステレオカメラ１０を構成する単眼カメラ１，２の各撮像素子から出力される撮影画像を補正処理する画像処理部２１と、該画像処理部２１から出力された補正画像から距離を算出する距離算出部２２とからなる。

本実施形態では、筐体基準面と直交する方向を自動車の直進方向となるようにステレオカメラ１０を自動車に取り付け、該自動車の直進方向の被写体までの距離を測定するとする。また、ステレオカメラ１０の校正は公知の方法で、既に行われているとする。

ステレオカメラ１０の単眼カメラ１，２でそれぞれ被写体を撮影する。画像処理ユニット２０の画像処理部２１は、内部パラメータや外部パラメータを基に、各単眼カメラ１，２の撮像素子から出力される撮影画像を補正する（歪み補正等）。距離演算部２２は、画像処理部２１で補正された各単眼カメラ１，２の撮影画像（補正画像）を入力して、公知のパターンマッチング手法等を適用して視差ｄを求め、筐体基準面に直交する方向の被写体までの距離Ｚを算出する。

ここで、距離Ｚは次式で計算される。
Ｚ＝Ｂ＊ｆ／ｄ （１）
Ｂは基線長（単眼カメラの中心間距離）、ｆは焦点距離であり、通常、校正により求められる。

いま、図３に示すように、ステレオカメラ１０は、筐体基準面と略直交する方向の距離Ｚの位置におかれたターゲット３０を利用して校正が行われているとする。つまり、筐体基準面と校正距離方向が略直交するように校正が行われているとする。なお、図３中、１０１と２０１は各単眼カメラ１，２のレンズ、１０２と２０２は撮像素子である。

補正後、ステレオカメラ１０を自動車等の使用環境に取り付ける際に、図４に示すように、ステレオカメラ１０が距離を算出する校正距離方向と距離を測ろうとする目的距離方向とで角度αずれてしまうと、校正距離方向における測定対象までの距離Ｚと目的距離方向における測定対象までの距離Ｚ_０とは、次式の関係が成り立つ。
Ｚ＝Ｚ_０＊ｃｏｓα （２）

このため、高精度に校正に行われたとしても、ステレオカメラの取り付け精度によって、測距精度は低くなってしまう。そこで、ステレオカメラを使用環境に取り付ける際に、校正距離方向と目的距離方向が一致するように調整を行う必要がある。本発明によれば、この調整を容易に行うことができる。

図５は、本発明のステレオカメラ取り付け調整方法の第１の実施形態を説明する図である。先に述べたように、本実施形態では、ステレオカメラの筐体基準面と直交する方向を自動車の直進方向となるようにステレオカメラを自動車に取り付け、該自動車の直進方向の被写体までの距離を測定するとしている。図５において、１０は図１の構成のステレオカメラであり、自動車４０の車内に、筐体基準面と直交する方向が自動車４０の直進方向となるように取り付ける。５０は自動車４０の車外に設置された光源で、ここではレーザ光源とする。

まず、車外に設置されたレーザ光源５０の出射光軸と自動車４０の直進方向が平行になるように調整する。すなわち、レーザ光源５０の出射光軸とステレオカメラ１０の距離測定方向が平行になるように調整する。これは、自動車４０を直進方向に動かした際に、レーザ光源５０の出射光が自動車４０に当たる位置が変化しないように調整すればよい。本実施例ではレーザ光源５０の出射光をステレオカメラ１０の筐体前面（筐体基準面）４上に設けた＋字マーク６の中心に当て、自動車４０を直進方向に動かした際にレーザ光源５０の出射光が＋字マーク６の中心からずれないように調整を行う。自動車４０の直進方向を微小に調整するのは困難であるため、ここではレーザ光源５０の設置角度を調整するようにする。

次に、レーザ光源５０の出射光をステレオカメラ１０の筐体前面（筐体基準面）４上に設けた反射面５（図１）で反射させ、その反射光がレーザ光源５０の出射位置に戻るかどうか確認する。ここで、反射光がレーザ光源５０の出射位置に戻らなければ、ステレオカメラ１０の校正距離方向と目的距離方向がずれていることになる。その場合、反射光が出射位置に戻るように、ステレオカメラ１０の取り付け姿勢を調整する。これにより、目的距離方向と校正距離方向が平行になり、校正時の距離精度を保ったまま、ステレオカメラ１０を自動車５０に設置することができる。なお、図１で述べたように、ステレオカメラ１０の筐体前面（筐体基準面）４上に反射面５を設けるかわりに、別途、筐体基準面と平行に反射鏡（反射体）を設けるようにしてもよい。

本実施形態によれば、ステレオカメラを自動車等に設置する際に、簡単な装置構成、簡単な作業でもって、ステレオカメラの目的距離方向と校正距離方向が一致するように調整することが可能になる。

図６は、本発明のステレオカメラ取り付け調整方法の第２の実施形態を説明する図である。本実施形態は、図５のレーザ光源５０の代りにオートコリメータ（レーザオートコリメータ）６０を使用するものである。オートコリメータ６０は既存のものでよく、詳しい説明は省略する。ここでも、ステレオカメラ１０は図１に示した構成する。

まず、車外に設置されたオートコリメータ６０の出射時光軸と自動車４０の直進方向（ステレオカメラ１０の距離測定方向）が平行になるように調整する。これは、第１の実施形態と同様に、オートコリメータ６０の出射光がステレオカメラ１０の筐体前面（筐体基準面）４上に設けた＋字マーク６（図１）の中心に当て、自動車４０を直進方向に動かした際に、レーザ光源５０の出射光が＋字マーク６からずれないようにオートコリメータ６０の設置角度を調整することで行えばよい。

次に、オートコリメータ６０でステレオカメラ１０の筐体基準面の傾き角度を測定する。すなわち、オートコリメータ６０の出射光をステレオカメラ１０の筐体前面（筐体基準面）４上に設けた反射面５（図１）で反射させ、その反射光をオートコリメータ６０内の位置検出センサで受光することで、ステレオカメラ１０の筐体基準面の傾き角度を測定する。この傾き角度が０°になるように、ステレオカメラ１０の取り付け姿勢を調整する。これにより、目的距離方向と校正距離方向が平行になり、校正時の距離精度を保ったまま、ステレオカメラ１０を自動車に設置することができる。本実施形態でも、ステレオカメラ１０の筐体前面（筐体基準面）４上に反射面５を設けるかわりに、別途、筐体基準面と平行に反射鏡（反射体）を設けるようにしてもよい。

なお、図２の画像処理ユニット２０において、距離演算部２２が、オートコリメータ６０で測定された角度データを保持し、該角度データを用いて（２）式により算出した距離を補正して、対象物までの距離を出力してもよい。この場合、ステレオカメラ１０の取り付け姿勢を調整する作業が不要となる。

本実施形態によれば、オートコリメータでステレオカメラの筐体基準面の傾き角度を高精度に測定できるため、ステレオカメラのわずかの傾きも調整することができる。また、先の第１の実施形態では、レーザ光源とステレオカメラの間隔を長くする必要があるが（短いと、出射光と反射光のずれ量が小さくなり、微小な傾きを調整できない）、本実施形態によれば、オートコリメータとステレオカメラの間隔は短くてよく、狭い環境で調整作業を行うことが可能になる。

なお、上記した二つの実施形態を適用することも可能である。すなわち、まず、図５の方法によりステレオカメラの取り付け姿勢を粗調整し、次に、図６の方法でもって微調整するようにする。

１，２ 単眼カメラ
３ 筐体
４ 筐体前面（筐体基準面）
５ 反射面
６ ＋字マーク
１０ ステレオカメラ
２０ 画像処理ユニット
２１ 画像処理部
２２ 距離測定部
５０ レーザ光源
６０ オートコリメータ

特開２００１−２８５６８１号公報

Claims (7)

1. 複数の単眼カメラを一つの筐体内に備え、前記筐体は筐体基準面を有し、前記筐体基準面に略直交する方向の距離を測定するステレオカメラの取り付け調整方法であって、
   前記ステレオカメラの前方に光源を設置し、
   前記光源の出射光軸と前記ステレオカメラの距離測定方向が平行になるように調整し、
   前記光源からの出射光を前記ステレオカメラの筐体基準面位置で反射させ、反射光が前記出射光の位置に戻るように前記ステレオカメラの取り付け姿勢を調整する、
   ことを特徴とするステレオカメラの取り付け調整方法。
2. 複数の単眼カメラを一つの筐体内に備え、前記筐体は筐体基準面を有し、前記筐体基準面に略直交する方向の距離を測定するステレオカメラの取り付け調整方法であって、
   前記ステレオカメラの前方にオートコリメータを設置し、
   前記オートコリメータの出射光軸と前記ステレオカメラの距離測定方向が平行になるように調整し、
   前記オートコリメータからの出射光を前記ステレオカメラの筐体基準面位置で反射させ、反射光を前記オートコリメータで受光して、前記筐体基準面の傾き角度を測定し、前記傾き角度がゼロになるように前記ステレオカメラの取り付け姿勢を調整する、
   ことを特徴とするステレオカメラの取り付け調整方法。
3. 前記ステレオカメラの筐体基準面と平行に設置される反射体を有し、
   前記光源あるいは前記オートコリメータからの出射光を前記反射体で反射させることを特徴とする請求項１又は２に記載のステレオカメラの取り付け調整方法。
4. 前記ステレオカメラの筐体基準面は反射面を有し、
   前記光源あるいは前記オートコリメータからの出射光を前記筐体基準面の反射面で反射させることを特徴とする請求項１又は２に記載のステレオカメラの取り付け調整方法。
5. 前記ステレオカメラの筐体基準面は＋字マークを有し、
   前記光源あるいは前記オートコリメータからの出射光が前記筐体基準面の＋字マークに当たるようにすることで、前記光源あるいは前記オートコリメータの出射光軸と前記ステレオカメラの距離測定方向が平行になるように調整することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のステレオカメラの取り付け調整方法。
6. 複数の単眼カメラを一つの筐体内に備え、前記筐体は筐体基準面を有し、前記筐体基準面に略直交する方向の距離を測定するステレオカメラの取り付け調整方法であって、
   前記ステレオカメラの前方にオートコリメータを設置し、
   前記オートコリメータの出射光軸と前記ステレオカメラの距離測定方向が平行になるように調整し、
   前記オートコリメータからの出射光を前記ステレオカメラの筐体基準面位置で反射させ、反射光を前記オートコリメータで受光して、前記筐体基準面の傾き角度を測定し、
   前記測定された傾き角度に基づいて、測距された距離を補正する、
   ことを特徴とするステレオカメラの取り付け調整方法。
7. 複数の単眼カメラを一つの筐体内に備え、前記筐体は筐体基準面を有し、前記筐体基準面に略直交する方向の距離を測定するステレオカメラであって、
   前記筐体基準面は反射面を有し、且つ、前記筐体基準面の中央に＋字マークを有することを特徴とするステレオカメラ。

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