JP2014089168A - カメラのキャリブレーション方法及びカメラのキャリブレーション装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】計測対象となる空間31を取り囲んで、カメラ21、22、33が配置されている。また、カメラ21、22、23はキャリブレーション装置4に接続されている。この計測対象となる空間31の中で球体1を移動させることによりキャリブレーションを行う。
【選択図】図1
Description
また、大きさ及び位置が既知の球体を利用したものでは、1台のカメラのキャリブレーションは可能であるが、複数のカメラのキャリブレーションを行うことができなかった。そこで、この発明は、一つの移動可能な球体を用いて、複数のカメラのキャリブレーションを行うことができるキャリブレーション方法及びキャリブレーション装置を提供することを目的とする。
さらに、第6発明の発明によれば、大きさが既知で移動可能な球体を使用することにより、3次元座標におけるカメラの位置を算出することができ、空間座標軸の目盛を算出することができる。
球体1は、既知の直径を有し移動可能である。この球体1をカメラ21、22,23で撮影する。球体1を、位置11から位置12さらに位置13に移動させながらカメラ21、22,23で撮影する。
位置11から位置12、位置13へと球体1を移動させる。位置11においてキャリブレーションを行い、次に球体1が位置12に移動した際にキャリブレーションを行う。同様に球体1が位置13に移動した際にキャリブレーションを行う。このように、計測対象空間31の中の複数の点でキャリブレーションを行うことによって、計測対象空間31の必要な場所のキャリブレーションを正確に行うことができる。そのため、カメラの被写体が移動した結果、計測対象空間31が移動しても、被写体とともに球体を移動させることにより、必要な場所のキャリブレーションを行うことができる。この際、球体1の移動は位置11、12、13を連続的に通過させることができる。つまり、位置11、12、13で静止させる必要はない。また、計測対象空間31とともにカメラ21,22,23が移動する場合にもキャリブレーションを行うことができる。
ここで、球体1の位置はデプスカメラで決めてもよいし、可視光カメラで決めてもよいが、デプスカメラの方が小さい光量で撮影することができ、また、可視光カメラの方が球体1のエッジを正確に撮影できるので、球体1の位置はデプスカメラで決めるのが好ましい。
さらに、球体1を撮影した円形の大きさから、カメラ21,22,23から球体1までの距離を計算することができる。位置11、12、13におけるカメラ21,22,23から球体1までの距離と方向とが判れば、カメラ21,22,23の相対的な位置が計算できる。さらに、球体1の直径はどのカメラ21,22,23から見ても同一であるので、3台のカメラに共通した3次元座標軸の目盛を計算することできる。
また、球体1が位置11から位置12へ、位置12から位置13へ移動する間にカメラ21,22,23によって得られるデータから空間寸法変換係数を計算することがでる。つまり、一定時間毎に計測されたデータで計測対象空間31内の位置で撮影された球体1の直径が実際の寸法を異なっておれば、その場所の座標の目盛の変換を球体1の直径に基づいて行うことができ、空間座標の正確さを確保することができる。
ここで、キャリブレーションを行う位置が3か所の場合で説明をしたが、2ヶ所でもキャリブレーションは可能である。
さらに、キャリブレーションとキャリブレーションとの間の画像データを一定のタイミング毎に保存しておくことが効果的である。例えば、キャリブレーションの結果が好ましくない場合には、キャリブレーション全体のタイミングを一定時間ずらして、再度キャリブレーションを行うことができる。
キャリブレーション装置4は、既知の直径を有する移動可能な球体1の画像を、キャリブレーション対象とするカメラ21,22,23で取得する画像取得手段41と、カメラ21,22,23の位置を算出するカメラ位置算出手段42と、3次元座標軸の目盛を算出する目盛算出手段43と、を有している。
位置11において、カメラ21,22,23それぞれが備えているデプスカメラと可視光カメラにより、球体1の画像データを画像取得手段41により得る。さらに、画像取得手段41では、カメラ21,22,23それぞれが備えているデプスカメラにより球体1の位置を映し出すことができる。その位置にカメラ21,22,23のそれぞれの可視光カメラ画面上の球体1の像(円形)の位置を修正する。さらに、デプスカメラで得られた球体1までの距離と、既知である球体1の直径とから、円形の直径が球体1の直径に正確に対応するようにデータの修正を行う。この際、円形以外の部分を黒くする2値化の処理をすることが好ましい。この処理をすることにより、円形の中に色や明るさの違いがあっても、明確に円形を区画できるようにすることができので、カメラ21,22,23で撮影した球体1を撮影した円の位置と大きさを正確に捉えることができる。
この操作が画像取得手段41により行われることで、カメラ21,22,23で撮影した球体1を撮影した円形の位置と大きさを正確に捉えることができる。
位置12、13においても同様な操作を繰り返す。
このようにすることで、カメラ21,22,23で同じ球1が位置11、12、13にある際の球体1を撮影した円形の位置と大きさが画像取得手段41の画面上に正確に捉えることができる。
ここでは、デプスカメラで得られたカメラ21,22,23と球体1までの距離データを使用してもよい。
球体1の映像である円形の大きさでカメラ21,22,23から球体1までの距離を、カメラ21,22,23の画面上の球体1の位置からカメラ21,22,23から見た球体1の方向を算出することができる。それらの距離と方向とからカメラの相対的な設置位置を算出する機能を有する。その際、3次元座標軸を決めておくとカメラの相対的な位置を算出することが容易である。例えば、カメラに加速度センサーを備えれば、空間の垂直方向の座標軸(Z軸)は容易に決定することができる。また、複数のカメラが有る場合、その内の1台の光軸を水平面に投影した方向をX軸とし、X軸とZ軸に垂直な方向をY軸とすることができる。このような演算機能をカメラ位置算出手段42が有することにより3次元座標軸の中にカメラ21,22,23の相対位置を算出することができる。
さらに、キャリブレーションとキャリブレーションとの間のデータを一定のタイミングで記憶手段に保存しておけば、キャリブレーションの結果が好ましくない場合には、キャリブレーション全体のタイミングをずらして、再度キャリブレーションを行うことができる。
図1の実施形態では、カメラを3台使用した場合を示したが、球体のまわりに水平に3台、上方に1台を設置してもよいし、さらに多くのカメラを使用することも可能である。
さらに、被写体やカメラが移動している状態でもカメラのキャリブレーションができるので、画像の解析が機動的に行える。
つまり、今までの技術では困難であった画像解析が簡単にできるので、例えば、3次元動作解析装置や自動車に搭載される全周囲モニターシステム等を低コストで提供できる。
11,12,13 球体の位置
21,22,23 カメラ
31 計測対象空間
4 キャリブレーション装置
41 画像取得手段
42 カメラ位置算出手段
43 目盛算出手段
Claims (6)
- 既知の直径を有する球体を移動させて複数のカメラのパラメータの調整を行うことを特徴とするカメラのキャリブレーション方法。
- 前記複数のカメラが加速度センサーを備ており、その加速度センサーと1台のカメラの光軸とから3次元空間軸を決め、球体の直径から3次元空間軸の目盛を算出することを特徴とする請求項1記載のキャリブレーション方法。
- ある位置の前記球体を他の位置に移動させる途中の撮影データを用いて空間寸法変換係数を算出することを特徴とする請求項1又は2記載のカメラのキャリブレーション方法。
- 前記複数のカメラがデプスカメラと可視光カメラとを備えており、そのデプスカメラにより映し出された前記球体の位置に、前記可視光カメラで得られた前記球体の位置を修正することを特徴とする請求項1、2又は3記載のカメラのキャリブレーション方法。
- 前記複数のカメラ画面上の円と背景とを2値化することを特徴とする請求項4記載のカメラのキャリブレーション方法。
- 既知の直径を有する移動可能な球体の画像を、キャリブレーション対象とする複数のカメラを用いて取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段で得られた画像内の前記球体の位置から前記複数のカメラから見た前記球体の方向をそれぞれ算出し、前記球体の画像の直径から距離を算出し、前記カメラから前記球体までの距離と方向とから前記複数のカメラの設置位置を算出するカメラ位置算出手段と、
前記球体の直径から3次元座標軸の目盛を算出する目盛算出手段と、
を備えたことを特徴とするカメラのキャリブレーション装置。
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