JP2015088029A - Radial distortion correction device, road environment recognition device, radial distortion correction method, and program - Google Patents

Radial distortion correction device, road environment recognition device, radial distortion correction method, and program Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To easily and automatically correct radial distortion of a camera without using an especial calibration device such as a checker board.SOLUTION: A radial distortion correction device includes: image input means 11 which inputs a captured image photographed by an imaging device being an object of radial distortion correction; temporary distortion correction means 12 which supposes two or more distortion correction parameters for the input captured image to generate corresponding temporary distortion corrected images; local gradient direction histogram calculation means 13 which calculates a local gradient direction histogram for each of the generated temporary distortion corrected images; bias calculation means 14 which calculates a degree of bias in local gradient directions in each of the temporary distortion corrected images on the basis of the local gradient direction histogram; distortion corrected image selection means 15 which selects one distortion corrected image from the temporary distortion corrected images on the basis of degrees of bias in local gradient directions in respective temporary distortion corrected images.

Description

本発明は、カメラの放射歪みを補正する放射歪み補正装置、放射歪み補正方法、放射歪み補正プログラムおよびそれを用いた道路環境認識装置に関する。   The present invention relates to a radial distortion correction apparatus, a radial distortion correction method, a radial distortion correction program, and a road environment recognition apparatus using the same.

カメラの放射歪みを補正する方法として、例えば非特許文献1に記載された方法がある。非特許文献1に記載された方法は、チェッカーボードなどをカメラの前に設置して画像を撮影し、画像補正プログラムを用いて格子点の座標が定められた幾何学的要件を満たすような歪み補正係数を推定して、推定した歪み補正係数にしたがった画像変換を適用する。   As a method for correcting the radial distortion of the camera, for example, there is a method described in Non-Patent Document 1. The method described in Non-Patent Document 1 is a distortion in which a checkerboard or the like is placed in front of a camera to capture an image and an image correction program is used to satisfy the geometrical requirements in which the coordinates of the lattice points are determined. A correction coefficient is estimated, and image conversion according to the estimated distortion correction coefficient is applied.

また、チェッカーボードのような特殊なキャリブレーションマーカーを用いない方法として、非特許文献2に記載された方法がある。非特許文献2に記載された方法は、柱や棚などの直線形状を含む物体を撮影し、撮影した画像中においてそのような直線形状を含む物体に対応する曲線をsnakesと呼ばれる輪郭追跡法を用いて画像中から抽出し、それら曲線の位置情報から歪み補正係数を推定する。   As a method not using a special calibration marker such as a checkerboard, there is a method described in Non-Patent Document 2. In the method described in Non-Patent Document 2, an object including a linear shape such as a pillar or a shelf is imaged, and a curve corresponding to the object including such a linear shape is captured in a captured image using a contour tracking method called “snakes”. And the distortion correction coefficient is estimated from the position information of the curves.

Z.Zhang, "A flexible new thechnique for camera calibration", IEEE Trans. on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol.22(11), 2000, p.1330-1334.Z. Zhang, "A flexible new thechnique for camera calibration", IEEE Trans. On Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol.22 (11), 2000, p.1330-1334. S.B.Kang, "Radial Distortion Snakes", IAPR Workshop on Machine Vision Applications, 2000.S.B.Kang, "Radial Distortion Snakes", IAPR Workshop on Machine Vision Applications, 2000.

しかしながら、非特許文献1や非特許文献2に記載された方法を車載カメラ等の放射歪みを自動的に補正するために用いようとすると、次のような問題があった。   However, if the method described in Non-Patent Document 1 or Non-Patent Document 2 is used to automatically correct the radiation distortion of an in-vehicle camera or the like, there are the following problems.

すなわち、非特許文献1に記載された方法を用いる場合、カメラが搭載される商品(例えば、車両)の組み立てライン上にチェッカーボードを都度設置するか、または該商品を製造ラインからはずして広いカメラ校正場に移動して歪み補正パラメータを計算するなどして設定しなければならず、いずれの場合も煩雑な作業が必要であった。また、チェッカーボードなどの特別な校正装置を必要とするために、車両走行中など、商品が人手に渡った後に歪み補正パラメータの最適値が変化することがあっても校正が容易でないという問題があった。車両の場合、校正作業を怠ると道路環境認識精度に悪影響がでるため、容易に校正を行える方法が望まれていた。   That is, when using the method described in Non-Patent Document 1, a checker board is installed each time on the assembly line of a product (for example, a vehicle) on which the camera is mounted, or the product is removed from the production line and a wide camera It has to be set by moving to a calibration field and calculating distortion correction parameters. In either case, complicated work is required. Also, since a special calibration device such as a checkerboard is required, there is a problem that calibration is not easy even if the optimal value of the distortion correction parameter may change after the product has been handed over, such as when the vehicle is running. there were. In the case of a vehicle, if the calibration work is neglected, the road environment recognition accuracy is adversely affected. Therefore, a method that allows easy calibration is desired.

また、非特許文献2に記載された方法を用いる場合、初期輪郭を人間が与える必要があり、校正を自動的に行うことができないという問題があった。   Further, when the method described in Non-Patent Document 2 is used, there is a problem that it is necessary for a human to give an initial contour, and calibration cannot be automatically performed.

そこで、本発明は、上述した点に鑑みて、チェッカーボードといった特別な校正装置を用いることなく、容易かつ自動的にカメラの放射歪みを補正することが可能な放射歪み補正装置、放射歪み補正方法、放射歪み補正プログラムを提供することを目的とする。   Therefore, in view of the above points, the present invention provides a radial distortion correction apparatus and a radial distortion correction method that can easily and automatically correct the radial distortion of a camera without using a special calibration device such as a checkerboard. An object of the present invention is to provide a radial distortion correction program.

また、本発明は、車両走行中に歪み補正パラメータの最適値が変化することがあっても道路環境の認識精度を保つことができる道路環境認識装置を提供することを目的とする。   It is another object of the present invention to provide a road environment recognition device that can maintain the recognition accuracy of the road environment even when the optimum value of the distortion correction parameter changes during vehicle travel.

本発明による放射歪み補正装置は、放射歪みの補正対象機器である撮像機器により撮影された撮像画像を入力する画像入力手段と、画像入力手段によって入力された撮像画像に対して、2以上の歪み補正パラメータを仮定して、仮定した各歪み補正パラメータに対応する仮の歪み補正画像を生成する仮の歪み補正手段と、仮の歪み補正手段によって生成された仮の歪み補正画像の各々に対して、画像内の局所的な領域における勾配方向である局所勾配方向の分布を表す局所勾配方向ヒストグラムを計算する局所勾配方向ヒストグラム計算手段と、局所勾配方向ヒストグラム計算手段によって計算された局所勾配方向ヒストグラムに基づいて、仮の歪み補正画像の各々における局所勾配方向の偏りの度合いを計算する偏り計算手段と、偏り計算手段によって計算された仮の歪み補正画像の各々における局所勾配方向の偏りの度合いに基づいて、仮の歪み補正画像の中から1の歪み補正画像を選択する歪み補正画像選択手段とを備えたことを特徴とする。   The radial distortion correction apparatus according to the present invention includes an image input unit that inputs a captured image captured by an imaging device that is a correction target device for radial distortion, and two or more distortions with respect to the captured image input by the image input unit. Assuming correction parameters, a temporary distortion correction unit that generates a temporary distortion correction image corresponding to each assumed distortion correction parameter, and each of the temporary distortion correction images generated by the temporary distortion correction unit A local gradient direction histogram calculating means for calculating a local gradient direction histogram representing a distribution of local gradient directions, which is a gradient direction in a local region in the image, and a local gradient direction histogram calculated by the local gradient direction histogram calculating means. Bias calculation means for calculating the degree of bias in the local gradient direction in each of the temporary distortion correction images, and bias calculation Distortion correction image selection means for selecting one distortion correction image from the temporary distortion correction images based on the degree of bias in the local gradient direction in each of the temporary distortion correction images calculated by the stages. It is characterized by.

本発明による道路環境認識装置は、車両に設置された撮像機器により撮影された撮像画像を入力する画像入力手段と、画像入力手段によって入力された撮像画像に対して、2以上の歪み補正パラメータを仮定して、仮定した各歪み補正パラメータに対応する仮の歪み補正画像を生成する仮の歪み補正手段と、仮の歪み補正手段によって生成された仮の歪み補正画像の各々に対して、画像内の局所的な領域における勾配方向である局所勾配方向の分布を表す局所勾配方向ヒストグラムを計算する局所勾配方向ヒストグラム計算手段と、局所勾配方向ヒストグラム計算手段によって計算された局所勾配方向ヒストグラムに基づいて、仮の歪み補正画像の各々における局所勾配方向の偏りの度合いを計算する偏り計算手段と、偏り計算手段によって計算された仮の歪み補正画像の各々における局所勾配方向の偏りの度合いに基づいて、仮の歪み補正画像の中から1の歪み補正画像を選択する歪み補正画像選択手段と、歪み補正画像選択手段による歪み補正画像の選択結果に基づいて、現時刻以降に入力される撮像画像に対して適用する歪み補正パラメータを決定する歪み補正パラメータ決定手段と、歪み補正パラメータ決定手段によって決定された歪み補正パラメータを、現時刻以降に入力される撮像画像に適用して、歪み補正画像を生成する歪み補正画像生成手段と、歪み補正画像生成手段によって生成された歪み補正画像に対して、画像認識処理を行い、車両周辺の道路環境を認識する画像認識手段とを備えたことを特徴とする。   The road environment recognition apparatus according to the present invention includes an image input unit that inputs a captured image captured by an imaging device installed in a vehicle, and two or more distortion correction parameters for the captured image input by the image input unit. Assuming that a temporary distortion correction unit that generates a temporary distortion correction image corresponding to each assumed distortion correction parameter and a temporary distortion correction image generated by the temporary distortion correction unit Based on the local gradient direction histogram calculation means for calculating the local gradient direction histogram representing the distribution of the local gradient direction, which is the gradient direction in the local region, and the local gradient direction histogram calculated by the local gradient direction histogram calculation means, A bias calculation means for calculating the degree of bias in the local gradient direction in each of the provisional distortion correction images, and a bias calculation means; Distortion correction image selection means for selecting one distortion correction image from the provisional distortion correction images based on the degree of bias in the local gradient direction in each of the calculated temporary distortion correction images, and distortion correction image selection means A distortion correction parameter determining unit that determines a distortion correction parameter to be applied to a captured image input after the current time based on a selection result of the distortion correction image by the distortion correction parameter determined by the distortion correction parameter determination unit Is applied to captured images input after the current time to generate a distortion-corrected image, and a distortion-corrected image generated by the distortion-corrected image generating means is subjected to image recognition processing. And image recognition means for recognizing the road environment around the vehicle.

本発明による放射歪み補正方法は、放射歪みの補正対象機器である撮像機器により撮影された撮像画像を入力し、入力された撮像画像に対して、2以上の歪み補正パラメータを仮定して、仮定した各歪み補正パラメータに対応する仮の歪み補正画像を生成し、生成された仮の歪み補正画像の各々に対して、画像内の局所的な領域における勾配方向である局所勾配方向の分布を表す局所勾配方向ヒストグラムを計算し、計算された局所勾配方向ヒストグラムに基づいて、仮の歪み補正画像の各々における局所勾配方向の偏りの度合いを計算し、計算された仮の歪み補正画像の各々における局所勾配方向の偏りの度合いに基づいて、仮の歪み補正画像の中から1の歪み補正画像を選択することを特徴とする。   The radial distortion correction method according to the present invention inputs a captured image captured by an imaging device that is a target device for correcting radial distortion, assumes two or more distortion correction parameters for the input captured image, and assumes A temporary distortion correction image corresponding to each distortion correction parameter generated is generated, and a distribution of local gradient directions, which are gradient directions in local regions in the image, is represented for each of the generated temporary distortion correction images. A local gradient direction histogram is calculated, and based on the calculated local gradient direction histogram, a degree of bias in the local gradient direction in each of the temporary distortion correction images is calculated, and a local gradient in each of the calculated temporary distortion correction images is calculated. One distortion correction image is selected from provisional distortion correction images based on the degree of bias in the gradient direction.

本発明による放射歪み補正プログラムは、コンピュータに、放射歪みの補正対象機器である撮像機器により撮影された撮像画像を入力する画像入力処理、入力された撮像画像に対して、2以上の歪み補正パラメータを仮定して、仮定した各歪み補正パラメータに対応する仮の歪み補正画像を生成する仮の歪み補正処理、生成された仮の歪み補正画像の各々に対して、画像内の局所的な領域における勾配方向である局所勾配方向の分布を表す局所勾配方向ヒストグラムを計算する局所勾配方向ヒストグラム計算処理、計算された局所勾配方向ヒストグラムに基づいて、仮の歪み補正画像の各々における局所勾配方向の偏りの度合いを計算する偏り計算処理、および計算された仮の歪み補正画像の各々における局所勾配方向の偏りの度合いに基づいて、仮の歪み補正画像の中から1の歪み補正画像を選択する歪み補正画像選択処理を実行させることを特徴とする。   The radial distortion correction program according to the present invention includes an image input process for inputting a captured image captured by an imaging device that is a correction target device for radial distortion to a computer, and two or more distortion correction parameters for the input captured image. And a temporary distortion correction process for generating a temporary distortion correction image corresponding to each of the assumed distortion correction parameters, and for each of the generated temporary distortion correction images, in a local region in the image A local gradient direction histogram calculation process for calculating a local gradient direction histogram representing a distribution of local gradient directions, which is a gradient direction. Based on the calculated local gradient direction histogram, the local gradient direction bias in each of the temporary distortion correction images is calculated. Based on the bias calculation processing for calculating the degree, and the degree of bias in the local gradient direction in each of the calculated temporary distortion correction images. Te, characterized in that to perform the distortion correction image selection processing for selecting one of the distortion correction image from the temporary distortion correction image.

本発明によれば、チェッカーボードといった特別な校正装置を用いることなく、容易かつ自動的にカメラの放射歪みを補正することができる。   According to the present invention, the radial distortion of the camera can be corrected easily and automatically without using a special calibration device such as a checkerboard.

また、本発明によれば、車両走行中に歪み補正パラメータの最適値が変化することがあっても道路環境の認識精度を保つことができる。   Further, according to the present invention, it is possible to maintain the recognition accuracy of the road environment even when the optimum value of the distortion correction parameter changes during vehicle travel.

第1の実施形態の放射歪み補正装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the radial distortion correction apparatus of 1st Embodiment. 撮像画像の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a captured image. 局所勾配方向ヒストグラムの例としてのグラフと、エントロピーの値とを示す図である。It is a figure which shows the graph as an example of a local gradient direction histogram, and the value of entropy. 歪み補正係数k1とエントロピー値の関係の一例を示すグラフである。Is a graph showing an example of the relationship between the distortion correction coefficient k 1 and entropy value. 第1の実施形態の放射歪み補正装置の動作例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation example of the radial distortion correction apparatus of 1st Embodiment. 第1の実施形態の放射歪み補正装置のハードウェア構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the hardware constitutions of the radial distortion correction apparatus of 1st Embodiment. 重みに用いる距離を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the distance used for a weight. 第2の実施形態の放射歪み補正装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the radial distortion correction apparatus of 2nd Embodiment. 第2の実施形態の放射歪み補正装置の動作例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation example of the radial distortion correction apparatus of 2nd Embodiment. 第3の実施形態の放射歪み補正装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the radial distortion correction apparatus of 3rd Embodiment. エントロピーが明確な極小値を持たない場合の、歪み補正パラメータの値とエントロピーの値との関係の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the relationship between the value of a distortion correction parameter, and the value of entropy when entropy does not have a clear minimum value. 第4の実施形態の道路環境認識装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the road environment recognition apparatus of 4th Embodiment. 第4の実施形態の道路環境認識装置の動作例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation example of the road environment recognition apparatus of 4th Embodiment. 第4の実施形態の道路環境認識装置の他の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other structural example of the road environment recognition apparatus of 4th Embodiment. 第4の実施形態の道路環境認識装置の他の動作例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the other operation example of the road environment recognition apparatus of 4th Embodiment. 本発明の概要を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline | summary of this invention.

実施形態1.
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図1は、第1の実施形態の放射歪み補正装置の構成例を示すブロック図である。図1に示す放射歪み補正装置は、一例として、車両に設置された車載カメラの放射歪みを補正する。放射歪み補正装置は、撮像手段101と、仮の歪み補正手段102と、局所勾配方向ヒストグラム計算手段103と、エントロピー計算手段104と、歪み補正画像選択手段105とを備える。
Embodiment 1. FIG.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a radial distortion correction apparatus according to the first embodiment. The radial distortion correction apparatus shown in FIG. 1 corrects the radial distortion of an in-vehicle camera installed in a vehicle as an example. The radial distortion correction apparatus includes an imaging unit 101, a temporary distortion correction unit 102, a local gradient direction histogram calculation unit 103, an entropy calculation unit 104, and a distortion correction image selection unit 105.

撮像手段101は、放射歪みの補正対象機器である車載カメラ等の撮像機器とその撮像機器によって撮影された画像を入力するインタフェース部とを含み、設置された状態で映る景色等を撮影して、得られた画像(以下、撮像画像という)を入力する。撮像手段101は、例えば車両に設置される場合には、道路やその脇の建物等といった時々刻々変化する周辺の景色等を撮影して得られる映像信号に基づく画像を入力してもよい。画像はカラー画像であってもよいし、モノクロ画像であってもよい。また、動画であってもよいし、静止画であってもよい。   The imaging means 101 includes an imaging device such as an in-vehicle camera, which is a device to be corrected for radial distortion, and an interface unit that inputs an image captured by the imaging device. The obtained image (hereinafter referred to as a captured image) is input. For example, when the imaging unit 101 is installed in a vehicle, it may input an image based on a video signal obtained by photographing a surrounding scenery or the like that changes every moment such as a road or a building on its side. The image may be a color image or a monochrome image. Further, it may be a moving image or a still image.

図2は、撮像画像の一例を示す説明図である。図2に示すように、一般にレンズを使って像を結ぶカメラ等の撮像機器では、実世界上で直線形状をなしているものが樽型に湾曲して撮像される「放射歪み」という現象が発生する。これは、レンズの歪みによって直線が歪んで投影されるために生じ、画像周辺になるほどその歪みが顕著になる。なお、図2に示す撮像画像の例は、画像内に写る物体の輪郭を強調するため二値化画像に変換されている。   FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an example of a captured image. As shown in FIG. 2, in general, in an imaging device such as a camera that connects images using a lens, a phenomenon called “radiation distortion” in which a linear shape in the real world is captured in a barrel shape is captured. Occur. This occurs because a straight line is distorted and projected due to the distortion of the lens, and the distortion becomes more prominent as the image becomes more peripheral. Note that the example of the captured image shown in FIG. 2 is converted into a binarized image in order to emphasize the outline of the object shown in the image.

仮の歪み補正手段102は、入力された撮像画像に対して、仮の歪み補正パラメータに基づく歪み補正処理を行い、仮の歪み補正画像を生成する。仮の歪み補正手段102は、仮の歪み補正パラメータを少なくとも2以上生成する。   The temporary distortion correction unit 102 performs distortion correction processing based on the temporary distortion correction parameter on the input captured image, and generates a temporary distortion correction image. The temporary distortion correction unit 102 generates at least two temporary distortion correction parameters.

撮像手段101から入力される撮像画像の画素位置を(x, y)とし、生成される仮の歪み補正画像の画素位置を(x', y')とすると、両者の対応関係は歪み補正パラメータ(k1, k2, k3, k4,..., kD)を用いて以下の式により表される。 If the pixel position of the captured image input from the imaging means 101 is (x, y) and the pixel position of the generated temporary distortion correction image is (x ′, y ′), the correspondence between the two is the distortion correction parameter. Using (k 1 , k 2 , k 3 , k 4 ,..., k D ), the following expression is used.

Figure 2015088029
Figure 2015088029

実際には、D=2として近似しても精度的に問題ないことが広く知られている。すなわち、上記式(1)を以下の式(2)としても問題ない。   In fact, it is widely known that there is no problem in accuracy even if approximation is performed with D = 2. That is, there is no problem even if the above formula (1) is changed to the following formula (2).

Figure 2015088029
Figure 2015088029

仮の歪み補正手段102は、上述した式(1)や式(2)に示される歪み補正モデルに使用される歪み補正パラメータ(k1,..., kD)をさまざまに仮定し、仮定した各歪み補正パラメータをそれぞれ歪み補正モデルに適用することによりさまざまな仮の歪み補正画像を生成する。なお、歪み補正前の画像および補正後の画像は、それぞれカラー画像でもモノクロ画像でも構わない。 The temporary distortion correction means 102 assumes various assumptions of distortion correction parameters (k 1 ,..., K D ) used in the distortion correction models shown in the above-described equations (1) and (2). Various temporary distortion correction images are generated by applying each distortion correction parameter to the distortion correction model. Note that the image before distortion correction and the image after correction may each be a color image or a monochrome image.

局所勾配方向ヒストグラム計算手段103は、仮の歪み補正手段102が生成した仮の歪み補正画像の各々に対して、局所勾配方向ヒストグラムを計算する。局所勾配方向ヒストグラムは、画像内の任意の画素周辺の局所的な部分領域における輝度の変化の方向である勾配方向(以下、局所勾配方向という)を測定値とするヒストグラムである。具体的には、局所勾配方向ヒストグラムは対象画像における局所勾配方向の分布が表現されていればよい。本実施形態では、局所勾配方向ヒストグラムとして、対象画像から求めた各画素周辺の局所勾配方向を所定の階級(bin)に分けたときのその階級ごとの度数(出現数や頻度(確率))を計算する。以下に一例を紹介する。局所勾配方向ヒストグラム計算手段103は、例えば、各画素に対して求めた局所勾配方向θ(x, y)と、その勾配の大きさm(x, y)とを用いて、次のように局所勾配方向ヒストグラムを計算してもよい。なお、勾配の大きさm(x, y)は、階級ごとの度数を求める際に各局所勾配方向θに付与する重みに利用される。   The local gradient direction histogram calculation unit 103 calculates a local gradient direction histogram for each temporary distortion correction image generated by the temporary distortion correction unit 102. The local gradient direction histogram is a histogram whose measurement value is a gradient direction (hereinafter, referred to as a local gradient direction) that is a direction of change in luminance in a local partial region around an arbitrary pixel in an image. Specifically, the local gradient direction histogram only needs to express the distribution of the local gradient direction in the target image. In the present embodiment, as the local gradient direction histogram, the frequency (appearance number and frequency (probability)) for each class when the local gradient direction around each pixel obtained from the target image is divided into a predetermined class (bin). calculate. An example is introduced below. For example, the local gradient direction histogram calculation means 103 uses the local gradient direction θ (x, y) obtained for each pixel and the gradient magnitude m (x, y) as follows. A gradient direction histogram may be calculated. The gradient magnitude m (x, y) is used as a weight to be given to each local gradient direction θ when the frequency for each class is obtained.

局所勾配方向ヒストグラム計算手段103は、仮の歪み補正画像がカラー画像の場合は輝度画像に変換した後、以下の処理を行う。すなわち、輝度画像I中の各画素に対し、局所勾配方向θ(x, y)および勾配の大きさm(x, y )を以下の式(3)により算出する。   When the temporary distortion correction image is a color image, the local gradient direction histogram calculation means 103 performs the following processing after converting it into a luminance image. That is, for each pixel in the luminance image I, the local gradient direction θ (x, y) and the gradient magnitude m (x, y) are calculated by the following equation (3).

Figure 2015088029
Figure 2015088029

ここで、関数Fx (x, y)は、画素位置(x, y)におけるx軸方向(水平方向)の画素値(本例の場合、輝度値)の微分値を返す関数である。また、関数Fy(x, y)は画素位置(x, y)におけるy軸方向(垂直方向)の画素値の微分値を返す関数である。なお、デジタル化された画像の場合、画素値の変化に対する微分演算は、差分演算に置き換えることができる。したがって、関数Fx (x, y)および関数Fy (x, y)は、以下の式(4)、式(5)に示すような差分演算を行う関数であってもよい。なお、差分演算を行う場合には、PrewittフィルタやSobelフィルタ等を用いて雑音の低減およびノイズの除去を行うのが好ましい。 Here, the function F x (x, y) is a function that returns a differential value of a pixel value (in this example, a luminance value) in the x-axis direction (horizontal direction) at the pixel position (x, y). The function F y (x, y) is a function that returns a differential value of the pixel value in the y-axis direction (vertical direction) at the pixel position (x, y). In the case of a digitized image, the differential operation with respect to the change in the pixel value can be replaced with a difference operation. Therefore, the function F x (x, y) and the function F y (x, y) may be functions that perform a difference operation as shown in the following expressions (4) and (5). In addition, when performing a difference calculation, it is preferable to perform noise reduction and noise removal using a Prewitt filter, a Sobel filter, or the like.

例えば、局所勾配方向ヒストグラム計算手段103は、Prewittオペレータを用いて、
Fx(x, y) = I(x+1, y-1)+I(x+1, y)+I(x+1, y+1)-I(x-1, y-1)-I(x-1, y)-I(x-1, y+1)
Fy(x, y) = I(x-1, y+1)+I(x, y+1)+I(x+1, y+1)-I(x-1, y-1)-I(x, y-1)-I(x+1, y-1)
・・・(4)
としてもよいし、より少ない演算量で、
Fx(x, y) = I(x+1, y)-I(x-1, y)
Fy(x, y) = I(x, y+1)-I(x, y-1)
・・・(5)
としてもよい。ここで、I(x, y)は画素位置(x,y)における輝度値を表す。
For example, the local gradient direction histogram calculation means 103 uses the Prewitt operator,
F x (x, y) = I (x + 1, y-1) + I (x + 1, y) + I (x + 1, y + 1) -I (x-1, y-1)- I (x-1, y) -I (x-1, y + 1)
F y (x, y) = I (x-1, y + 1) + I (x, y + 1) + I (x + 1, y + 1) -I (x-1, y-1)- I (x, y-1) -I (x + 1, y-1)
... (4)
Or with less computation,
F x (x, y) = I (x + 1, y) -I (x-1, y)
F y (x, y) = I (x, y + 1) -I (x, y-1)
... (5)
It is good. Here, I (x, y) represents a luminance value at the pixel position (x, y).

次に、局所勾配方向ヒストグラム計算手段103は、各画素に対して求めた局所勾配方向θ(x, y)を、以下の式(6)に示すように所定の方向区分毎に重み付け平均して、局所勾配方向ヒストグラムを算出する。   Next, the local gradient direction histogram calculation means 103 weights and averages the local gradient direction θ (x, y) obtained for each pixel for each predetermined direction section as shown in the following equation (6). Then, a local gradient direction histogram is calculated.

Figure 2015088029
Figure 2015088029

ここで、Nは局所勾配方向の分割数すなわちヒストクラムにおける階級(bin)の数を表している。また、iはbinの番号すなわち局所勾配方向の方向区分の識別子を表している。したがって、h(i)はiで示されるbinのヒストグラム値(本例では、頻度(確率))を表す。またδ(i, j)はクロネッカーのデルタ記号を表している。また、Iは輝度画像全体を表している。また、m(x, y)は重みである。また、[]はガウスの記号を表している。   Here, N represents the number of divisions in the local gradient direction, that is, the number of classes (bins) in the histogram. In addition, i represents the bin number, that is, the identifier of the direction segment in the local gradient direction. Therefore, h (i) represents the bin histogram value (frequency (probability) in this example) indicated by i. Δ (i, j) represents the Kronecker delta symbol. I represents the entire luminance image. M (x, y) is a weight. [] Represents a Gaussian symbol.

エントロピー計算手段104は、局所勾配方向ヒストグラム計算手段103が計算した局所勾配方向ヒストグラムに基づいて、仮の歪み補正手段102が生成した仮の歪み補正画像の各々における局所勾配方向の偏りの度合いを示す指標としてのエントロピーを計算する。エントロピー計算手段104は、例えば、各仮の歪み補正画像について、以下の式(7)を用いて局所勾配方向ヒストグラムのエントロピーEを計算してもよい。   The entropy calculation unit 104 indicates the degree of local gradient direction bias in each of the temporary distortion correction images generated by the temporary distortion correction unit 102 based on the local gradient direction histogram calculated by the local gradient direction histogram calculation unit 103. Calculate entropy as an indicator. For example, the entropy calculating unit 104 may calculate the entropy E of the local gradient direction histogram using the following equation (7) for each temporary distortion correction image.

Figure 2015088029
Figure 2015088029

エントロピーEの値は、対象画像の局所勾配方向ヒストグラムにおいて、各binについて求めたヒストグラム値h(i)が特定のbin(すなわち特定の方向区分)に偏って分布するほど0に近づき、各binに均一に分布するほど大きな値となる。   The value of entropy E approaches 0 as the histogram value h (i) obtained for each bin in the local gradient direction histogram of the target image is distributed toward a specific bin (ie, a specific direction segment). The more uniformly distributed, the larger the value.

一例として、同一風景に対して放射歪みのある画像と放射歪みのない画像とから各々求めた局所勾配方向ヒストグラムの例としてのグラフとそのエントロピー値とを図3に示す。図3に示すグラフの横軸は5度毎に分割した局所勾配方向の方向区分であるbinを示し、縦軸はヒストグラム値すなわち画像内における局所勾配方向の重み付けされた頻度(確率)を示している。また、bin毎に2本記載した棒グラフのうち、左側(黒色の棒)が放射歪みのない画像から求めた局所勾配方向ヒストグラムのヒストグラム値を示し、右側(白色の棒)が放射歪みのある画像から求めた局所勾配方向ヒストグラムのヒストグラム値を示す。   As an example, FIG. 3 shows a graph and an entropy value as an example of a local gradient direction histogram respectively obtained from an image with radial distortion and an image without radial distortion for the same scene. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 3 shows bin, which is a direction segment in the local gradient direction divided every 5 degrees, and the vertical axis shows the histogram value, that is, the weighted frequency (probability) of the local gradient direction in the image. Yes. Of the two bar graphs described for each bin, the left side (black bar) shows the histogram value of the local gradient direction histogram obtained from the image without radial distortion, and the right side (white bar) shows the image with radial distortion. The histogram value of the local gradient direction histogram calculated | required from is shown.

図3に示されるグラフより、放射歪みのない画像は、放射歪みのある画像と比較して、局所勾配方向0度、90度、180度付近に対応するヒストグラム値が特に高く、局所勾配方向に対する偏りが大きいことがわかる。また、図3には、各局所勾配方向ヒストグラムのエントロピー値が示されている。図3に示すように、放射歪みのない画像の局所勾配方向ヒストグラムのエントロピー値は3.803であり、放射歪みのある画像の局所勾配方向ヒストグラムのエントロピー値は3.966であり、放射歪みのない画像の方がエントロピー値が小さいことがわかる。   From the graph shown in FIG. 3, an image without radial distortion has a particularly high histogram value corresponding to the local gradient directions of 0 degrees, 90 degrees, and 180 degrees compared to an image with radial distortion, It can be seen that the bias is large. FIG. 3 also shows the entropy value of each local gradient direction histogram. As shown in FIG. 3, the entropy value of the local gradient direction histogram of the image without radial distortion is 3.803, and the entropy value of the local gradient direction histogram of the image with radial distortion is 3.966. It can be seen that the entropy value is small.

図4は、同じ画像に対して歪み補正の程度をさまざまに変えた場合のエントロピー値の変化を示すグラフである。図4のグラフには、歪み補正パラメータに含まれるパラメータである歪み補正係数k1をさまざまに変えた場合のエントロピー値の変化の様子が示されている。歪み補正係数k1を変えたときの歪み補正画像の歪みの程度とエントロピー値とを見比べると、放射歪みのない画像に対するエントロピー値401が極小値を取ることがわかる。歪み補正パラメータの他の歪み補正係数をさまざまに変えた場合も同様のグラフが得られることから、エントロピー値の極小値を与える画像では放射歪みが良好に補正されることがわかる。 FIG. 4 is a graph showing changes in entropy values when the degree of distortion correction is variously changed for the same image. The graph of FIG. 4 shows how entropy values change when the distortion correction coefficient k 1 , which is a parameter included in the distortion correction parameters, is variously changed. Comparing the degree of distortion of the distortion-corrected image and the entropy value when the distortion correction coefficient k 1 is changed, it can be seen that the entropy value 401 for an image without radial distortion takes a minimum value. Similar graphs can be obtained even when other distortion correction coefficients other than the distortion correction parameters are changed. Thus, it is understood that the radial distortion is corrected well in the image that gives the minimum value of the entropy value.

歪み補正画像選択手段105は、仮の歪み補正手段102が生成した仮の歪み補正画像の各々に対して算出されたエントロピー値を基に、歪み補正画像を1つ選択する。歪み補正画像選択手段105は、具体的には、生成された仮の歪み補正画像のうち極小値のエントロピー値を与える仮の歪み補正画像を、最も放射歪みが補正された歪み補正画像として選択する。なお、これにより、選択された画像の生成に用いた仮の歪み補正パラメータが最も放射歪みを補正する歪み補正パラメータとの推定結果が得られる。放射歪み補正装置は、このようにして推定された歪み補正パラメータを用いて、以後に入力される撮像画像に対して放射歪みの補正を行うことも可能である。   The distortion correction image selection unit 105 selects one distortion correction image based on the entropy value calculated for each of the temporary distortion correction images generated by the temporary distortion correction unit 102. Specifically, the distortion correction image selecting unit 105 selects a temporary distortion correction image that gives a minimum entropy value from among the generated temporary distortion correction images as a distortion correction image with the most radial distortion corrected. . As a result, it is possible to obtain an estimation result that the temporary distortion correction parameter used to generate the selected image is the distortion correction parameter that most corrects the radial distortion. The radial distortion correction apparatus can also correct radial distortion for a captured image input thereafter using the distortion correction parameter estimated in this way.

次に、本実施形態の放射歪み補正装置の動作を説明する。図5は、本実施形態の放射歪み補正装置の動作例を示すフローチャートである。図5に示すように、まず、撮像手段101が、設置された状態で映る景色等を撮像して、撮像画像を取り込む(ステップS101)。   Next, the operation of the radial distortion correction apparatus of this embodiment will be described. FIG. 5 is a flowchart showing an operation example of the radial distortion correction apparatus of this embodiment. As shown in FIG. 5, first, the imaging unit 101 captures a scene or the like reflected in the installed state, and captures a captured image (step S101).

次に、仮の歪み補正手段102は、仮の歪み補正パラメータをさまざまに設定し、設定した仮の歪み補正パラメータの各々を用いて入力された撮像画像に仮の歪み補正を施し、対応する仮の補正後画像を生成する(ステップS102)。   Next, the temporary distortion correction unit 102 sets various temporary distortion correction parameters, performs temporary distortion correction on the captured image input using each of the set temporary distortion correction parameters, and outputs the corresponding temporary distortion correction parameters. The corrected image is generated (step S102).

次に、局所勾配方向ヒストグラム計算手段103は、仮の歪み補正手段102が生成した仮の歪み補正画像の各々に対して、局所勾配方向ヒストグラムを算出する(ステップS103)。   Next, the local gradient direction histogram calculation unit 103 calculates a local gradient direction histogram for each of the temporary distortion correction images generated by the temporary distortion correction unit 102 (step S103).

次に、エントロピー計算手段104は、局所勾配方向ヒストグラム計算手段103が生成した各局所勾配方向ヒストグラムのエントロピーを計算する(ステップS104)。   Next, the entropy calculation unit 104 calculates the entropy of each local gradient direction histogram generated by the local gradient direction histogram calculation unit 103 (step S104).

最後に、歪み補正画像選択手段105は、エントロピー計算手段104が算出した各エントロピーのうち、極小のエントロピーを与える仮の歪み補正画像を、放射歪みが正しく補正された画像として選択する(ステップS105)。   Finally, the distortion-corrected image selection unit 105 selects a temporary distortion-corrected image that gives a minimum entropy among the entropies calculated by the entropy calculation unit 104 as an image in which the radial distortion is correctly corrected (step S105). .

以上のように、本実施形態によれば、組み立てライン上にチェッカーボードを都度設置したり、車両を製造ラインから取り外して移動したりする手間をかけることなく、補正対象の撮像機器である撮像手段101が撮影した撮像画像から自動的に良好な歪み補正パラメータを推定でき、適切な歪み補正画像を得ることができる。   As described above, according to the present embodiment, the imaging means that is the imaging device to be corrected without taking the trouble of installing the checkerboard on the assembly line each time or removing the vehicle from the production line and moving it. A good distortion correction parameter can be automatically estimated from the captured image taken by the image 101, and an appropriate distortion correction image can be obtained.

これは以下の原理による。局所勾配方向ヒストグラムのエントロピーは、各画素に対して定義される局所勾配方向の画像全体での出現頻度が偏っている場合に小さな値をとる。さらに、実世界上に多く存在する直線形状は正しく歪み補正された画像上では直線状をなし、逆に歪んだ画像上では曲線をなす。直線や曲線の局所的な向きは局所勾配方向と直交する関係にあるため、局所勾配方向ヒストグラムのエントロピーの極小値を与える画像は、実世界上の直線形状が正しく直線状に変換された画像、すなわち正しく歪み補正された画像であるといえるからである。   This is based on the following principle. The entropy of the local gradient direction histogram takes a small value when the appearance frequency of the entire image in the local gradient direction defined for each pixel is biased. Further, a large number of straight lines existing in the real world form a straight line on a correctly corrected distortion image, and conversely form a curve on a distorted image. Since the local direction of a straight line or curve is orthogonal to the local gradient direction, the image that gives the local entropy minimum value of the local gradient direction histogram is an image in which the straight line shape in the real world is correctly converted to a straight line, That is, it can be said that the image has been correctly corrected for distortion.

また、本実施形態によれば、車両上等で歪み補正パラメータの最適値が変化するようなカメラであっても、良好に歪み補正パラメータを最適化できる。なぜならば、歪み補正パラメータを組み立てライン上で1度だけ校正するのではなく、車両走行中に動的に歪み補正パラメータを推定して最適化することができるからである。したがって、本実施形態の放射歪み補正装置を車両等に設置すれば、良好に道路環境の認識を行うことが可能である。   Further, according to the present embodiment, the distortion correction parameter can be satisfactorily optimized even with a camera in which the optimum value of the distortion correction parameter changes on the vehicle or the like. This is because the distortion correction parameter is not calibrated only once on the assembly line, but can be dynamically estimated and optimized while the vehicle is running. Therefore, if the radial distortion correction apparatus of this embodiment is installed in a vehicle or the like, it is possible to recognize the road environment satisfactorily.

また、図6は、本実施形態の放射歪み補正装置のハードウェア構成の一例を示す図である。本実施形態の放射歪み補正装置は、例えば図6に示すようなハードウェア構成を有する組み込みシステム(Embedded system)により実現されてもよい。図6に示す組み込みシステムは、ECU(Electronic Control Unit)601と、カメラ602とを備えている。ECU601は、当該組み込みシステム全体の制御を行うものであり、例えばCPU603、RAM604、ROM605、信号処理回路606、電源回路607などから構成される。ECU601のROM605が、上記で説明した放射歪み補正装置の各処理手段に相当するモジュールを搭載し、CPU603がそれらモジュールを読み出して実行することにより、当該組み込みシステムが放射歪み補正装置として動作する。本例において、撮像手段101はカメラ602および信号処理回路606により実現される。また、仮の歪み補正手段102、局所勾配方向ヒストグラム計算手段103、エントロピー計算手段104および歪み補正画像選択手段105は、プログラムに従って動作するCPU603により実現される。また、ECU601で実行される機能をハードウェア化してマイクロコンピュータを構成することも可能である。さらには、一部の機能をハードウェアで実現し、それらのハードウェアとソフトウェア・プログラムの協調動作により同様の機能を実現してもよい。   FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of the radial distortion correction apparatus according to the present embodiment. The radial distortion correction apparatus according to the present embodiment may be realized by an embedded system having a hardware configuration as shown in FIG. 6, for example. The embedded system shown in FIG. 6 includes an ECU (Electronic Control Unit) 601 and a camera 602. The ECU 601 controls the entire embedded system, and includes, for example, a CPU 603, a RAM 604, a ROM 605, a signal processing circuit 606, a power supply circuit 607, and the like. The ROM 605 of the ECU 601 is equipped with modules corresponding to the respective processing means of the radiation distortion correction apparatus described above, and the CPU 603 reads out and executes these modules, whereby the embedded system operates as a radiation distortion correction apparatus. In this example, the imaging unit 101 is realized by a camera 602 and a signal processing circuit 606. The temporary distortion correction unit 102, the local gradient direction histogram calculation unit 103, the entropy calculation unit 104, and the distortion correction image selection unit 105 are realized by a CPU 603 that operates according to a program. It is also possible to configure a microcomputer by implementing the functions executed by the ECU 601 as hardware. Furthermore, some functions may be realized by hardware, and similar functions may be realized by cooperative operation of the hardware and the software program.

また、上記実施形態では、局所勾配方向ヒストグラム計算手段103が輝度画像を用いて局所勾配方向ヒストグラムを計算する例が示されているが、局所勾配方向ヒストグラムの計算に用いる画像は輝度画像に限定されない。例えば、カラー画像の緑成分値や赤成分値や青成分値のみを抽出した画像を用いてもよい。そのような場合、局所勾配方向ヒストグラムは、画像内の任意の画素周辺の局所領域における画素値(緑成分値、赤成分値または青成分値)の変化の方向を表す局所勾配方向θ(x, y)をヒストグラム化したものであってもよい。また、例えば赤成分値と緑成分値と青成分値とを合計した値を画素値とするような画像を用いてもよいし、近赤外線画像を用いてもよい。すなわち、局所勾配方向ヒストグラムの計算に用いる画像は、画素値に明るさの情報を含む画像であればよい。   In the above embodiment, an example in which the local gradient direction histogram calculation unit 103 calculates the local gradient direction histogram using the luminance image is shown, but the image used for calculating the local gradient direction histogram is not limited to the luminance image. . For example, an image obtained by extracting only a green component value, a red component value, or a blue component value of a color image may be used. In such a case, the local gradient direction histogram is a local gradient direction θ (x, x, which represents the direction of change in pixel value (green component value, red component value, or blue component value) in a local region around any pixel in the image. It may be a histogram of y). Further, for example, an image having a pixel value that is a sum of a red component value, a green component value, and a blue component value may be used, or a near infrared image may be used. That is, the image used for the calculation of the local gradient direction histogram may be an image including brightness information in the pixel value.

また、上記実施形態ではD=2、すなわち仮の歪み補正手段102が2つ歪み補正係数からなる歪み補正パラメータ(k1, k2)を用いて放射歪みを補正する例が主に示されているが、より高次の歪み補正パラメータを用いる場合も、演算量は増えるが全く同じ手順でカメラの放射歪みが好適に補正された画像を得ることができる。 In the above embodiment, D = 2, that is, an example in which the temporary distortion correction unit 102 corrects radial distortion using distortion correction parameters (k 1 , k 2 ) including two distortion correction coefficients is mainly shown. However, even when a higher-order distortion correction parameter is used, the amount of calculation increases, but an image in which the camera's radial distortion is suitably corrected can be obtained in exactly the same procedure.

また、上記実施形態では、局所勾配方向ヒストグラム計算手段103が各画素に対して求めた局所勾配方向をヒストグラム化する際に、勾配の大きさm(x, y)を重みとして用いる例が示されているが、重みはこれに限定されない。例えば、勾配の大きさm(x, y)をあらじめ定めた関数gを用いて変換したg(m(x, y))を重みとしてもよい。gは例えばステップ関数であってもよいし、m(x, y)の上限をクリッピングするような関数であってもよい。また、例えば勾配の大きさm(x, y)に、局所勾配方向θ(x, y)に直交する直線と画像中心との距離d(x, y)に応じた値を乗じたものを重みとしてもよい。   Further, in the above embodiment, an example is shown in which the gradient magnitude m (x, y) is used as a weight when the local gradient direction histogram calculation unit 103 forms a histogram of the local gradient direction obtained for each pixel. However, the weight is not limited to this. For example, g (m (x, y)) converted using a function g that preliminarily determines the magnitude m (x, y) of the gradient may be used as the weight. g may be, for example, a step function or a function that clips the upper limit of m (x, y). Also, for example, a weight obtained by multiplying the gradient magnitude m (x, y) by a value corresponding to the distance d (x, y) between the straight line orthogonal to the local gradient direction θ (x, y) and the image center is weighted. It is good.

図7は、重みに用いる距離d(x, y)の例を示す説明図である。なお、図7(a)は撮像画像の一例を示す説明図であり、図7(b)は図7(a)に示す撮像画像の輪郭強調画像であり、図7(c)は図7(b)に示す画像に説明用に付されたピンや線を切り出して示す説明図である。   FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of the distance d (x, y) used for the weight. 7A is an explanatory diagram showing an example of the captured image, FIG. 7B is an outline-enhanced image of the captured image shown in FIG. 7A, and FIG. 7C is FIG. It is explanatory drawing which cuts out and shows the pin and line which were attached | subjected for description to the image shown to b).

今、図7(b)に示すように、画像901中の着目画素902における局所勾配方向θ(x, y)は、方向903のように路面上の白線に直交する方向となっている。この場合において、方向903に直交する直線904と画像中心905との間の距離906(図7(c)参照)が、距離d(x, y)に相当する。   Now, as shown in FIG. 7B, the local gradient direction θ (x, y) in the pixel of interest 902 in the image 901 is a direction orthogonal to the white line on the road surface as in the direction 903. In this case, a distance 906 (see FIG. 7C) between the straight line 904 orthogonal to the direction 903 and the image center 905 corresponds to the distance d (x, y).

距離d(x, y)が比較的小さい場合(例えば、全体平均以下など)、歪み補正パラメータをどのように変更しても、対応するbinの値の変化は小さい。換言すると、このような距離d(x, y)が比較的小さい画素の局所勾配方向はエントロピー値の増減にあまり寄与しない。そこで、このような画素(すなわち、画像中心付近に通る方向のエッジを有するような画素)における局所勾配方向に対する重みを相対的に小さくし、画像周辺の重要な画素(エントロピーの増減への寄与が大きい画素)から得た局所勾配の重みを相対的に大きくすることにより、歪み補正パラメータをより正確に求めることができる。   When the distance d (x, y) is relatively small (for example, less than the overall average), the change in the corresponding bin value is small no matter how the distortion correction parameter is changed. In other words, such a local gradient direction of a pixel having a relatively small distance d (x, y) does not contribute much to increase or decrease of the entropy value. Therefore, the weight for the local gradient direction in such a pixel (that is, a pixel having an edge passing in the vicinity of the center of the image) is made relatively small, and an important pixel around the image (contribution to increase / decrease in entropy) By relatively increasing the weight of the local gradient obtained from a large pixel), the distortion correction parameter can be obtained more accurately.

例えば、局所勾配方向ヒストグラム計算手段103は、上述した式(6)に代えて以下の式(8)を用いて所定の方向区分毎に各画素の局所勾配方向θ(x,y)を重み付け平均して、局所勾配方向ヒストグラムを算出してもよい。なお、式(8)では、勾配の大きさm(x, y)に距離d(x, y)を乗じた値が、測定値(画素ごとの局所勾配方向)に対する重みとして用いられているが、距離d(x,y)をそのまま用いずに距離d(x,y)に応じた値を勾配の大きさm(x, y)に乗じた値を重みとして用いてもよい。   For example, the local gradient direction histogram calculation means 103 uses the following equation (8) instead of the above-described equation (6) to weight the average of the local gradient direction θ (x, y) of each pixel for each predetermined direction segment. Then, a local gradient direction histogram may be calculated. In Equation (8), a value obtained by multiplying the gradient magnitude m (x, y) by the distance d (x, y) is used as a weight for the measured value (local gradient direction for each pixel). Instead of using the distance d (x, y) as it is, a value obtained by multiplying the magnitude m (x, y) of the gradient by a value corresponding to the distance d (x, y) may be used as the weight.

Figure 2015088029
Figure 2015088029

また、距離d(x,y)の計算を省略するため、予め画像内の小領域ごとに、所定の方向区分の各々に対応した距離由来の重み値として、当該小領域における所定の方向区分ごとの距離d(x,y)または距離d(x,y)に応じた値を保持する重みテーブルを用意してもよい。局所勾配方向ヒストグラム計算手段103は、局所勾配方向ヒストグラムを計算する際に、この重みテーブルを参照して各測定値に対応する距離由来の重み値を得てもよい。このようにすれば平方根の計算等を行わずに、テーブルルックアップ処理のみで重みを決定できる。   Further, in order to omit the calculation of the distance d (x, y), for each small area in the image, as a weight value derived from the distance corresponding to each predetermined direction section, for each predetermined direction section in the small area A weight table that holds values corresponding to the distance d (x, y) or the distance d (x, y) may be prepared. When calculating the local gradient direction histogram, the local gradient direction histogram calculation means 103 may obtain a weight value derived from a distance corresponding to each measurement value with reference to this weight table. In this way, the weight can be determined only by the table lookup process without calculating the square root.

また、上記実施形態では、画像内における局所勾配方向の偏りの度合いを表す指標(以下、偏り指標という)として、エントロピーを用いる例が示されているが、偏り指標はエントロピーに限定されない。例えば、局所勾配方向ヒストグラムから求まる他の統計量(標準偏差や分散や二乗和等)であってもよい。偏り指標として標準偏差や分散や二乗和を用いる場合、仮の歪み補正画像の各々における局所勾配方向の偏りの度合いを計算する偏り計算手段として、エントロピー計算手段に代えて標準偏差や分散や二乗和を計算する手段を備えればよい。また、歪み補正画像選択手段105は、各仮の歪み補正画像について求めた統計量(標準偏差、分散または二乗和)の中から最大値を与える仮の歪み補正画像を最も放射歪みが補正された画像に選択すればよい。分散や標準偏差、二乗和の値は偏りが大きいほど大きな値をとるため、極大値をとる場合が実世界上の直線形状が正しく直線状に変換された画像、すなわち正しく歪み補正された画像であるといえるからである。   In the above-described embodiment, an example in which entropy is used as an index indicating the degree of bias in the local gradient direction in the image (hereinafter referred to as bias index) is shown, but the bias index is not limited to entropy. For example, other statistics (standard deviation, variance, sum of squares, etc.) obtained from the local gradient direction histogram may be used. When standard deviation, variance, or sum of squares is used as the bias index, standard deviation, variance, or sum of squares is used instead of entropy calculation means as a bias calculation means for calculating the degree of bias in the local gradient direction in each temporary distortion correction image. It is sufficient to provide means for calculating Further, the distortion corrected image selecting means 105 has the radial distortion corrected most for the temporary distortion corrected image that gives the maximum value among the statistics (standard deviation, variance, or sum of squares) obtained for each temporary distortion corrected image. Select an image. The values of variance, standard deviation, and sum of squares increase as the bias increases, so the maximum value can be obtained when the real-world straight line shape is converted into a straight line, that is, an image with correct distortion correction. Because it can be said.

なお、偏り計算手段は、偏り指標として、画像内における局所勾配方向の分布や頻度の偏りをスカラー値で示す指標であれば、エントロピーや標準偏差などに代えて用いることができることはいうまでもない。   It should be noted that the bias calculation means can be used instead of entropy or standard deviation as long as it is an index indicating the distribution in the local gradient direction in the image and the frequency bias as a scalar value as the bias index. .

また、上記実施形態では、局所勾配方向ヒストグラムをPrewittオペレータや左右および上下の画素値の差に基づき計算する例が示されているが、局所勾配方向ヒストグラムの計算方法はこれに限定されるものではなく、対象画像内の任意の画素周辺の局所的な部分領域における勾配方向の分布を求める手法であればよい。   In the above embodiment, an example is shown in which the local gradient direction histogram is calculated based on the Prewitt operator and the difference between the left and right and upper and lower pixel values, but the method of calculating the local gradient direction histogram is not limited to this. Instead, any method may be used as long as it obtains a gradient direction distribution in a local partial region around an arbitrary pixel in the target image.

実施形態2.
次に、本発明の第2の実施形態を説明する。図8は、本実施形態の放射歪み補正装置の構成例を示すブロック図である。図8に示す照射歪み補正装置は、撮像手段201と、仮の歪み補正手段202と、局所勾配方向ヒストグラム計算手段203と、エントロピー計算手段204と、パラメータ逐次決定手段205と、歪み補正画像生成手段206とを備える。
Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration example of the radial distortion correction apparatus according to the present embodiment. The irradiation distortion correction apparatus shown in FIG. 8 includes an imaging unit 201, a temporary distortion correction unit 202, a local gradient direction histogram calculation unit 203, an entropy calculation unit 204, a parameter sequential determination unit 205, and a distortion correction image generation unit. 206.

撮像手段201、局所勾配方向ヒストグラム計算手段203およびエントロピー計算手段204は、図1に示される第1の実施形態の放射歪み装置における撮像手段101、局所勾配方向ヒストグラム計算手段103およびエントロピー計算手段104の機能と同一の機能を有する。   The imaging unit 201, local gradient direction histogram calculation unit 203, and entropy calculation unit 204 are the same as the imaging unit 101, local gradient direction histogram calculation unit 103, and entropy calculation unit 104 in the radial distortion apparatus of the first embodiment shown in FIG. It has the same function as the function.

本実施形態の仮の歪み補正手段202は、歪み補正モデルに使用される歪み補正パラメータのうちの未知のパラメータ(歪み補正係数)の1つについて複数通りの値を仮定して、対応する仮の歪み補正画像を生成する。本実施形態において、仮の歪み補正手段202は少なくとも未知のパラメータの数だけ呼び出される。仮の歪み補正手段202は、例えば、呼び出される度にrの次数が小さい項に対応するパラメータから順に1つ選択し、選択した歪み補正係数について複数通りの値を設定して、対応する仮の歪み補正画像を生成してもよい。本例の場合、歪み補正係数k1, k2, k3, k4,... kDの順に1つずつ選択される。 The temporary distortion correction unit 202 of the present embodiment assumes a plurality of different values for one of the unknown parameters (distortion correction coefficients) among the distortion correction parameters used in the distortion correction model. A distortion corrected image is generated. In the present embodiment, the temporary distortion correction means 202 is called at least for the number of unknown parameters. For example, each time the temporary distortion correction unit 202 is called, the temporary distortion correction unit 202 selects one of the parameters corresponding to the term having a smaller order of r, sets a plurality of values for the selected distortion correction coefficient, and sets the corresponding temporary A distortion corrected image may be generated. In this example, the distortion correction coefficient k 1, k 2, k 3 , k 4, are selected one by one in the order of ... k D.

このとき、例えば歪み補正係数k1を選択した段階では、高次の項に対応する未知のパラメータである歪み補正係数k2, k3, k4,..., kDには固定値、例えば0を設定してもよい。さらに、後述するパラメータ逐次決定手段205によって現在選択中の歪み補正係数k1の値が決定された後に、次の呼び出しにより歪み補正係数k2を選択した段階では、低次の項に対応するパラメータである歪み補正係数k1についてはパラメータ逐次決定手段205が決定した値とし、高次の項に対応する未知のパラメータである歪み補正係数k3, k4,..., kDについては固定値、例えば0を設定する。その上で、現在選択中の未知のパラメータである歪み補正係数k2の値をいろいろに設定し、対応する仮の歪み補正画像を生成する。 At this time, for example, when the distortion correction coefficient k 1 is selected, the distortion correction coefficients k 2 , k 3 , k 4 ,..., K D that are unknown parameters corresponding to higher-order terms are fixed values, For example, 0 may be set. Further, after the value of the currently selected distortion correction coefficient k 1 is determined by the parameter sequential determination unit 205 described later, the parameter corresponding to the low-order term is selected at the stage where the distortion correction coefficient k 2 is selected by the next call. The distortion correction coefficient k 1 is a value determined by the parameter sequential determination means 205, and the distortion correction coefficients k 3 , k 4 ,..., K D that are unknown parameters corresponding to higher-order terms are fixed. Set a value, for example 0. On top of that, variously setting the current value of the distortion correction coefficient k 2 is an unknown parameter of the selected, to generate a distortion correction image corresponding formal.

パラメータ逐次決定手段205は、エントロピー計算手段204が算出した各仮の歪み補正画像に対するエントロピーに基づいて、極小のエントロピーを与える仮の歪み補正画像を選択し、その仮の歪み補正画像の生成に用いた仮の歪み補正パラメータに設定した値を、現在選択中の1つの未知のパラメータ(歪み補正係数)に対する推定結果として決定する。また、パラメータ逐次決定手段205は、まだ未知のパラメータがある場合は再び仮の歪み補正手段202を呼び出して、次の未知のパラメータに対応するさまざまな仮の歪み補正画像を生成させる。このようにして、逐次的に未知のパラメータの値を決定していき、最後の未知のパラメータの値を決定すると、これらの値からなる歪み補正パラメータを、最も放射歪みが補正される歪み補正パラメータの推定結果とする。なお、最後の段階すなわち最後の未知のパラメータを決定する段階で選択される仮の歪み補正パラメータは、それまでの段階で決定された値を全て有していることから、パラメータ逐次決定手段205は、最後の段階で選択された仮の歪み補正パラメータをそのまま、最も放射歪みが補正される歪み補正パラメータの推定結果としてもよい。   The parameter sequential determination unit 205 selects a temporary distortion correction image that gives a minimum entropy based on the entropy for each temporary distortion correction image calculated by the entropy calculation unit 204, and is used to generate the temporary distortion correction image. A value set for the temporary distortion correction parameter that has been set is determined as an estimation result for one unknown parameter (distortion correction coefficient) that is currently selected. The parameter sequential determination unit 205 calls the temporary distortion correction unit 202 again when there are still unknown parameters, and generates various temporary distortion correction images corresponding to the next unknown parameters. In this way, the value of the unknown parameter is sequentially determined, and when the value of the last unknown parameter is determined, the distortion correction parameter composed of these values is changed to the distortion correction parameter for correcting the most radial distortion. It is assumed that Since the temporary distortion correction parameters selected in the final stage, that is, the final unknown parameter determination stage, have all the values determined in the previous stages, the parameter sequential determination means 205 The temporary distortion correction parameter selected in the last stage may be used as it is as the estimation result of the distortion correction parameter for correcting the most radial distortion.

歪み補正画像生成手段206は、パラメータ逐次決定手段205によって決定された最も放射歪みが補正される歪み補正パラメータを用いて、入力された撮像画像に対して放射歪みの補正を行って、放射歪みが正しく補正された歪み補正画像を生成する。   The distortion correction image generation unit 206 corrects the radial distortion of the input captured image using the distortion correction parameter for correcting the most radial distortion determined by the parameter sequential determination unit 205, and the radial distortion is detected. A correctly corrected distortion corrected image is generated.

次に、本実施形態の動作を説明する。図9は、本実施形態の放射歪み補正装置の動作例を示すフローチャートである。図9に示すように、まず、撮像手段201が、設置された状態で映る景色等を撮像して、撮像画像を取り込む(ステップS201)。   Next, the operation of this embodiment will be described. FIG. 9 is a flowchart showing an operation example of the radial distortion correction apparatus of the present embodiment. As shown in FIG. 9, first, the imaging unit 201 captures a captured image by capturing a scene or the like reflected in the installed state (step S <b> 201).

次に、仮の歪み補正手段202は、歪み補正パラメータのうちの未知のパラメータの1つを選択し、選択した未知のパラメータについて値をさまざまに設定して、対応する仮の補正後画像を生成する(ステップS202)。ステップS202では、仮の歪み補正手段202は、未知のパラメータのうちより低次の項に対応するパラメータから順に選択する。   Next, the temporary distortion correction unit 202 selects one of the unknown parameters among the distortion correction parameters, sets various values for the selected unknown parameter, and generates a corresponding temporary corrected image. (Step S202). In step S <b> 202, the temporary distortion correction unit 202 selects, in order, parameters corresponding to lower-order terms among unknown parameters.

次に、局所勾配方向ヒストグラム計算手段203は、ステップS202で生成された仮の歪み補正画像の各々に対して、局所勾配方向ヒストグラムを算出する(ステップS203)。   Next, the local gradient direction histogram calculation unit 203 calculates a local gradient direction histogram for each of the temporary distortion correction images generated in step S202 (step S203).

次に、エントロピー計算手段204は、ステップS203で計算された各仮の歪み補正画像の局所勾配方向ヒストグラムから、エントロピーを計算する(ステップS204)。   Next, the entropy calculation unit 204 calculates entropy from the local gradient direction histogram of each temporary distortion correction image calculated in step S203 (step S204).

次に、パラメータ逐次決定手段205は、ステップS204で計算された各エントロピーのうち、極小のエントロピーを与える仮の歪み補正画像を選び、その仮の歪み補正画像を生成するのに用いた仮の歪み補正パラメータに設定した値を、ステップS202で選択された未知のパラメータの1つに対する推定結果として決定する(ステップS205)。   Next, the parameter sequential determination unit 205 selects a temporary distortion correction image that gives a minimum entropy among the entropies calculated in step S204, and uses the temporary distortion correction image used to generate the temporary distortion correction image. The value set for the correction parameter is determined as an estimation result for one of the unknown parameters selected in step S202 (step S205).

次いで、まだ未知のパラメータがある場合には(ステップS206のYes)、ステップS202に戻る。一方、未知のパラメータがなくなった場合には(ステップS206のNo)、ステップS207に進む。   Next, when there are still unknown parameters (Yes in step S206), the process returns to step S202. On the other hand, if there are no unknown parameters (No in step S206), the process proceeds to step S207.

ステップS207では、歪み補正画像生成手段206が、パラメータ逐次決定手段205により決定されたすべてのパラメータ値からなる歪み補正パラメータを用いて、入力された撮像画像に対して変換処理を行い、歪みが正しく補正された歪み補正画像を生成する(ステップS207)。なお、歪み補正パラメータを決定する際に用いた撮像画像に対しては、歪み補正画像が既に選択されているので、改めて歪み補正画像を生成する必要はない。歪み補正画像生成手段206は、歪み補正パラメータ決定後に入力される撮像画像に対して、歪み補正画像を生成すればよい。   In step S207, the distortion correction image generation unit 206 performs a conversion process on the input captured image using the distortion correction parameters including all the parameter values determined by the parameter sequential determination unit 205, so that the distortion is correct. A corrected distortion corrected image is generated (step S207). Note that since the distortion corrected image has already been selected for the captured image used when determining the distortion correction parameter, it is not necessary to generate a distortion corrected image again. The distortion correction image generation unit 206 may generate a distortion correction image for the captured image input after the distortion correction parameter is determined.

以上のように、本実施形態によれば、より高速に歪み補正パラメータを最適化できる。例えば、歪み補正パラメータ(k1,..., kD)の各パラメータに対してM通りの値を設定して最小のエントロピーを与える組合せを求める場合を考えると、第1の実施形態の構成ではMD通りの仮の歪み補正パラメータを設定して最小値を探索する必要があるが、本実施形態の構成によれば、M×D通りの探索で済む。また、一般に低次の項ほど放射歪みへの影響が大きいため、低次の項に対応するパラメータから逐次決定する方法によって、最終的に求められたすべてのパラメータを用いて良好な歪み補正パラメータを得ることができる。 As described above, according to the present embodiment, the distortion correction parameter can be optimized at a higher speed. For example, when considering a case in which M values are set for each parameter of the distortion correction parameters (k 1 ,..., K D ) to obtain a combination that gives the minimum entropy, the configuration of the first embodiment in it it is necessary to search for the minimum value by setting the distortion correction parameters of the temporary street M D, according to the configuration of the present embodiment, requires only search for M × D Street. In general, since the lower-order terms have a greater influence on the radiation distortion, a good distortion correction parameter can be obtained using all the finally determined parameters by the method of sequentially determining the parameters corresponding to the lower-order terms. Can be obtained.

実施形態3.
次に、本発明の第3の実施形態を説明する。図10は、本実施形態の放射歪み補正装置の構成例を示すブロック図である。図10に示すように、本実施形態の放射歪み補正装置は、図8に示した第2の実施形態の放射歪み補正装置におけるパラメータ逐次決定手段205に代えて、歪み補正パラメータ決定手段305が設けられている点が異なる。
Embodiment 3. FIG.
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration example of the radial distortion correction apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 10, the radial distortion correction apparatus of this embodiment includes a distortion correction parameter determination means 305 instead of the parameter sequential determination means 205 in the radial distortion correction apparatus of the second embodiment shown in FIG. Is different.

歪み補正パラメータ決定手段305は、上述したパラメータ逐次決定手段205に加えて、さらに歪み補正パラメータ記憶手段3051と時系列判定手段3052とを含む。   The distortion correction parameter determination unit 305 further includes a distortion correction parameter storage unit 3051 and a time series determination unit 3052 in addition to the parameter sequential determination unit 205 described above.

歪み補正パラメータ記憶手段3051は、撮像手段201から時々刻々入力される撮像画像に対して推定された歪み補正パラメータの値、より具体的には歪み補正画像に選択された仮の歪み補正画像の生成に用いた歪み補正パラメータの値を記憶する。歪み補正パラメータ記憶手段3051は、例えば、第1または第2の実施形態で示した方法によって推定結果として決定された歪み補正パラメータの値、または後述する本実施形態の方法によって最終的に決定された歪み補正パラメータの値を、時間情報とともに記憶してもよい。   The distortion correction parameter storage unit 3051 generates a distortion correction parameter value estimated for the captured image input from the imaging unit 201 every moment, more specifically, a temporary distortion correction image selected as the distortion correction image. The value of the distortion correction parameter used in is stored. The distortion correction parameter storage unit 3051 is finally determined by, for example, the value of the distortion correction parameter determined as the estimation result by the method described in the first or second embodiment, or the method of the present embodiment described later. The value of the distortion correction parameter may be stored together with the time information.

時系列判定手段3052は、歪み補正パラメータ記憶手段3051に記憶されている直近の所定数分の時刻の撮像画像に対して推定された歪み補正パラメータ群から、歪み補正パラメータの中央値を算出し、算出された値からなる歪み補正パラメータを、最終的な推定結果とする。時系列判定手段3052は、例えば、歪み補正パラメータをD個の要素をもつベクトルまたは行列とみなして、そのようなベクトルまたは行列の値の中央値を算出してもよいし、歪み補正係数ごとに中央値を算出してもよい。なお、直近の時刻には現時刻が含まれていてもよい。   The time series determination unit 3052 calculates the median of the distortion correction parameters from the distortion correction parameter group estimated for the captured images at the most recent predetermined number of times stored in the distortion correction parameter storage unit 3051, A distortion correction parameter composed of the calculated values is used as a final estimation result. For example, the time-series determination unit 3052 may regard the distortion correction parameter as a vector or matrix having D elements, and calculate the median of the values of such vectors or matrices, or for each distortion correction coefficient. The median value may be calculated. Note that the latest time may include the current time.

時系列的に得られるパラメータの中央値を選択することにより、より安定的に歪み補正パラメータを求めることができる。   By selecting the median of parameters obtained in time series, the distortion correction parameter can be obtained more stably.

時系列処理を行わない場合、推定される歪み補正パラメータは、入力された一瞬の映像の性質に大きく依存する。例えば、推定の対象とされた撮像画像が歪み補正パラメータの推定に不向きな場合には、時系列処理を行わないと安定したパラメータ値を得ることは難しくなる。歪み補正パラメータの推定に不向きな場合とは、画像中に直線的な構造を持つ物体を含まない場合である。したがって、そのような一瞬の映像の性質による影響を小さくすることにより、安定した歪み補正パラメータを得ることができる。   When time series processing is not performed, the estimated distortion correction parameter greatly depends on the properties of the input instantaneous video. For example, when a captured image that is an estimation target is unsuitable for estimating a distortion correction parameter, it is difficult to obtain a stable parameter value unless time series processing is performed. The case where the distortion correction parameter is not suitable is a case where an object having a linear structure is not included in the image. Therefore, a stable distortion correction parameter can be obtained by reducing the influence of the instantaneous video property.

また、歪み補正パラメータの推定に不向きな画像に対して推定された歪み補正パラメータを除外するための仕組みとして、歪み補正パラメータ記憶手段3051は、図11に示すようにエントロピーが明確な極小値をとらなかった場合はそのときに推定された歪み補正パラメータを記憶しないようにしてもよい。図11(a)〜図11(c)は、エントロピーが明確な極小値を持たない場合の、歪み補正パラメータのある歪み補正係数値とエントロピー値との関係の例を示すグラフである。図11(a)に示す例は、歪み補正係数値の変化に対してエントロピーが単調増加する例である。また、図11(b)に示す例は、歪み補正係数値の変化に対してエントロピーが単調減少する例である。また、図11(c)に示す例は、歪み補正係数値の変化に対してエントロピーの極小値がはっきり表れない例である。このように、生成した仮の歪み補正画像群においてエントロピーが極小値をとらない場合や極小値がはっきりと表れない場合の推定結果を記憶対象から除外することにより、より安定的に歪み補正パラメータを推定することが可能となる。   As a mechanism for excluding the distortion correction parameter estimated for the image unsuitable for the estimation of the distortion correction parameter, the distortion correction parameter storage unit 3051 takes a local minimum value with clear entropy as shown in FIG. If not, the distortion correction parameter estimated at that time may not be stored. FIG. 11A to FIG. 11C are graphs showing examples of the relationship between the distortion correction coefficient value having the distortion correction parameter and the entropy value when the entropy does not have a clear minimum value. The example shown in FIG. 11A is an example in which entropy increases monotonously with respect to a change in distortion correction coefficient value. Further, the example shown in FIG. 11B is an example in which the entropy decreases monotonously with respect to the change in the distortion correction coefficient value. Further, the example shown in FIG. 11C is an example in which the minimum value of entropy does not appear clearly with respect to the change in the distortion correction coefficient value. In this way, by excluding estimation results when the entropy does not take a minimum value or when the minimum value does not appear clearly in the generated temporary distortion correction image group, the distortion correction parameter can be more stably set. It is possible to estimate.

なお、歪み補正パラメータ記憶手段3051に記憶される歪み補正パラメータ群の数の最大値は事前に定められる。時系列判定手段3052は、例えば歪み補正パラメータ記憶手段3051に記憶された歪み補正パラメータ群の数が最大値に達した際に得られた中央値による歪み補正パラメータを最終的に選択して、歪み補正パラメータ推定処理を終了してもよいし、歪み補正パラメータ記憶手段3051をFIFO構造にしておき、移動中央値法に基づいて時々刻々と中央値を求めて、歪み補正パラメータを更新し続けてもよい。   Note that the maximum value of the number of distortion correction parameter groups stored in the distortion correction parameter storage unit 3051 is determined in advance. The time series determination unit 3052 finally selects, for example, the distortion correction parameter based on the median value obtained when the number of distortion correction parameter groups stored in the distortion correction parameter storage unit 3051 reaches the maximum value, The correction parameter estimation process may be terminated, or the distortion correction parameter storage unit 3051 may be configured as a FIFO structure, and the median value may be obtained every moment based on the moving median method to continuously update the distortion correction parameter. Good.

また、上記実施形態では、第2の実施形態の構成に対して、歪み補正パラメータ記憶手段3051および時系列判定手段3052とを追加して、時系列処理を行う例が示されているが、第1の実施形態の構成に対して同様の追加を行うことも可能である。そのような場合には、歪み補正画像選択手段105を歪み補正パラメータ決定手段305に代え、その歪み補正パラメータ決定手段305が、歪み補正画像選択手段105と歪み補正パラメータ記憶手段3051と時系列判定手段3052とを含むようにすればよい。   In the above embodiment, an example is shown in which the distortion correction parameter storage unit 3051 and the time series determination unit 3052 are added to the configuration of the second embodiment to perform time series processing. Similar additions can be made to the configuration of one embodiment. In such a case, the distortion correction image selection unit 105 is replaced with the distortion correction parameter determination unit 305, and the distortion correction parameter determination unit 305 includes the distortion correction image selection unit 105, the distortion correction parameter storage unit 3051, and the time series determination unit. 3052 may be included.

実施形態4.
次に、本発明の第4の実施形態を説明する。図12は、本実施形態の周辺環境認識装置の構成例を示すブロック図である。図12に示す周辺環境認識装置は、図10に示した第3の実施形態の放射歪み補正装置の構成に加えて、画像認識手段401と、表示手段402とをさらに備える。
Embodiment 4 FIG.
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration example of the surrounding environment recognition apparatus of the present embodiment. The surrounding environment recognition apparatus shown in FIG. 12 further includes image recognition means 401 and display means 402 in addition to the configuration of the radial distortion correction apparatus of the third embodiment shown in FIG.

画像認識手段401は、画像認識技術を利用して、歪み補正画像生成手段206から出力される画像から所定の対象物を認識する。例えば、本実施形態の周辺環境認識装置が、車載に搭載されて道路環境を認識するために用いられる道路環境認識装置である場合には、画像認識手段401は、指定された画像から、歩行者や障害物や車両や道路標識といった所定の対象物を認識して、障害物検知、車両検知、道路標識認識などの安全運転支援を行うものであってもよい。例えば、画像認識手段401は、画像内から所定の対象物を認識して、その種類を特定したり、当該車両とその対象物との距離を算出してもよい。   The image recognition unit 401 recognizes a predetermined object from the image output from the distortion correction image generation unit 206 using an image recognition technique. For example, when the surrounding environment recognition device according to the present embodiment is a road environment recognition device that is mounted on a vehicle and used to recognize the road environment, the image recognition unit 401 uses the specified image as a pedestrian. Or a predetermined object such as an obstacle, a vehicle, or a road sign, and safe driving support such as obstacle detection, vehicle detection, road sign recognition, or the like may be performed. For example, the image recognition unit 401 may recognize a predetermined object from the image, specify the type of the object, or calculate the distance between the vehicle and the object.

本実施形態において画像認識手段401は、歪み補正画像生成手段206から出力される、放射歪みが補正された歪み補正画像に対して画像認識処理を行う。   In the present embodiment, the image recognition unit 401 performs image recognition processing on the distortion corrected image output from the distortion corrected image generation unit 206 and corrected for radial distortion.

表示手段402は、画像認識手段401が認識した対象物の種類や距離など、得られた対象物に関する情報を出力する。表示手段402は、例えば、対象物が認識された画像に対して当該対象物を強調する加工を行ったり、距離を示す情報を追加するなどして得られた対象物に関する情報を画面に表示したり、音声にしてユーザに通知してもよい。   The display unit 402 outputs information about the obtained object such as the type and distance of the object recognized by the image recognition unit 401. The display unit 402 displays, for example, information on the object obtained by performing processing for emphasizing the object on an image in which the object is recognized or adding information indicating the distance on the screen. Alternatively, the user may be notified by voice.

撮像画像に放射歪みが生じていると、歩行者や障害物や車両や道路標識といった所定の対象物を認識することが難しい場合があるが、歪み補正画像生成手段206から出力される画像は放射歪みが補正されているので、本来の認識性能を実現することができる。   If the captured image has a radial distortion, it may be difficult to recognize a predetermined object such as a pedestrian, an obstacle, a vehicle, or a road sign. Since the distortion is corrected, the original recognition performance can be realized.

図13は、本実施形態の周辺環境認識装置の動作の一例を示すフローチャートである。なお、ステップS301〜S307の処理は上述したステップS201〜S207の処理と同様であるので、説明を省略する。なお、図示省略しているが、ステップS307の前に、時系列判定手段3052が、歪み補正パラメータ記憶手段3051に記憶されている歪み補正パラメータ群から中央値を求め、最終的な歪み補正パラメータを決定してもよい。   FIG. 13 is a flowchart showing an example of the operation of the surrounding environment recognition apparatus of the present embodiment. In addition, since the process of step S301-S307 is the same as the process of step S201-S207 mentioned above, description is abbreviate | omitted. Although not shown in the figure, before step S307, the time series determination unit 3052 obtains the median from the distortion correction parameter group stored in the distortion correction parameter storage unit 3051, and determines the final distortion correction parameter. You may decide.

ステップS307で歪み補正画像が生成されると、画像認識手段401は、歪み補正画像に対して画像認識を行い、対象物が認識されるとそれら認識された対象物の情報を画像から得る(ステップS308)。   When the distortion-corrected image is generated in step S307, the image recognition unit 401 performs image recognition on the distortion-corrected image, and when the target object is recognized, obtains information on the recognized target object from the image (step S307). S308).

次に、表示手段402が、画像認識処理の結果、得られた情報を出力する(ステップS309)。   Next, the display unit 402 outputs information obtained as a result of the image recognition process (step S309).

上記動作を指定のタイミングでまたは撮像手段201が起動している間繰り返し行うことにより、常に最新の歪み補正パラメータを求めつつ、求めた補正パラメータ値により歪み補正された画像に対して画像認識を行うことができる。   By repeating the above operation at a specified timing or while the imaging unit 201 is activated, image recognition is performed on an image whose distortion has been corrected by the calculated correction parameter value while always obtaining the latest distortion correction parameter. be able to.

また、図14は本実施形態の周辺環境認識装置の他の構成例を示すブロック図である。もし歪み補正パラメータが一定期間変化しないと考えられる場合は、図14に示すように、周辺環境認識装置の駆動系を、歪み補正パラメータを推定する処理系と、推定された歪み補正パラメータによる歪み補正が施された画像に対する画像認識を行う処理系とに分離し、1つの時刻においてはどちらかの処理系のみを駆動させる構成としてもよい。図14に示す周辺環境認識装置は、図12に示した構成と比べて、さらに制御切替手段403を有している。   FIG. 14 is a block diagram showing another configuration example of the surrounding environment recognition apparatus of this embodiment. If it is considered that the distortion correction parameter does not change for a certain period, as shown in FIG. 14, the driving system of the surrounding environment recognition apparatus, the processing system for estimating the distortion correction parameter, and the distortion correction by the estimated distortion correction parameter are performed. It is also possible to adopt a configuration in which only one of the processing systems is driven at a single time, separated from the processing system that performs image recognition on the image subjected to. The surrounding environment recognition apparatus illustrated in FIG. 14 further includes a control switching unit 403 as compared with the configuration illustrated in FIG.

すなわち、図14に示した構成では、撮像手段201の後段に、歪み補正パラメータを推定するための処理系(仮の歪み補正手段202、局所勾配方向ヒストグラム計算手段203、エントロピー計算手段204および歪み補正パラメータ決定手段305を含む系。以下、第1の系という。)と、推定された歪み補正パラメータを用いて画像認識を行う処理系(歪み補正画像生成手段206、画像認識手段401および表示手段402を含む系。以下、第2の系という。)とが制御切替手段403を介して別々に接続されている。なお、本例では、時系列処理のための歪み補正パラメータ記憶手段3051とは別に、現時点で有効とされている歪み補正パラメータ(確定歪み補正パラメータという。)を記憶する確定歪み補正パラメータ記憶手段(不図示)を備えている。   That is, in the configuration shown in FIG. 14, a processing system for estimating distortion correction parameters (temporary distortion correction means 202, local gradient direction histogram calculation means 203, entropy calculation means 204, and distortion correction is provided after the imaging means 201. A system including the parameter determination unit 305 (hereinafter referred to as a first system) and a processing system that performs image recognition using the estimated distortion correction parameters (distortion correction image generation unit 206, image recognition unit 401, and display unit 402). (Hereinafter referred to as a second system) is separately connected via the control switching means 403. In this example, apart from the distortion correction parameter storage means 3051 for time series processing, a fixed distortion correction parameter storage means (which stores a distortion correction parameter that is currently valid (referred to as a fixed distortion correction parameter)). (Not shown).

制御切替手段403は、歪み補正パラメータの確定状況に応じて、稼働させる系を切り替える。   The control switching unit 403 switches the system to be operated in accordance with the determination status of the distortion correction parameter.

本実施形態において、歪み補正画像生成手段206は、撮像手段201から入力される撮像画像に対して、上述した確定歪み補正パラメータ記憶手段に記憶されている確定歪み補正パラメータを用いて、歪み補正画像を生成する。   In the present embodiment, the distortion correction image generation unit 206 uses the deterministic distortion correction parameter stored in the deterministic distortion correction parameter storage unit described above with respect to the captured image input from the imaging unit 201. Is generated.

図15は、図14に示された構成の周辺環境認識装置の他の動作例を示すフローチャートである。   FIG. 15 is a flowchart showing another example of the operation of the surrounding environment recognition apparatus having the configuration shown in FIG.

図15に示す例では、まず撮像手段201が、設置された状態で映る景色等を撮像して、撮像画像を取り込む(ステップS401)。   In the example illustrated in FIG. 15, first, the imaging unit 201 captures a captured image and captures a scene or the like reflected in the installed state (step S401).

次に、制御切替手段403は、歪み補正パラメータが確定済みか否かを判定し、判定結果に応じて稼働させる処理系を切り替える(ステップS402)。制御切替手段403は、例えば、確定歪み補正パラメータ記憶手段に有効な値もしくは有効である旨が記憶されている場合には歪み補正パラメータが確定済みとし、無効な値もしくは無効である旨が記憶されている場合には未確定と判定してもよい。   Next, the control switching unit 403 determines whether or not the distortion correction parameter has been confirmed, and switches the processing system to be operated according to the determination result (step S402). The control switching unit 403, for example, determines that the distortion correction parameter has been determined when the valid distortion correction parameter storage unit stores a valid value or that it is valid, and stores an invalid value or invalidity. If it is, it may be determined as indeterminate.

制御切替手段403は、歪み補正パラメータが未確定の場合、稼働させる系を第1の系に切り替えてステップS403に処理を進める(ステップS402のNo)。   If the distortion correction parameter has not been determined, the control switching unit 403 switches the operating system to the first system and advances the process to step S403 (No in step S402).

ステップS403では、仮の歪み補正手段202、局所勾配方向ヒストグラム計算手段203、エントロピー計算手段204および歪み補正パラメータ決定手段305が、ステップS401で入力された撮像画像に対して、歪み補正パラメータの推定処理を行う。具体的には、上述したステップS302〜S306の処理を未知のパラメータがなくなるまで繰り返し行い、現時刻の撮像画像に対して最も歪みが補正される歪み補正パラメータを推定する。   In step S403, the temporary distortion correction unit 202, the local gradient direction histogram calculation unit 203, the entropy calculation unit 204, and the distortion correction parameter determination unit 305 perform distortion correction parameter estimation processing on the captured image input in step S401. I do. Specifically, the processes in steps S302 to S306 described above are repeated until there is no unknown parameter, and the distortion correction parameter that most corrects the distortion for the captured image at the current time is estimated.

次いで、歪み補正パラメータ決定手段305の時系列判定手段3051が、過去の歪み補正パラメータの推定結果を利用して、歪み補正パラメータの時系列推定を試みる(ステップS404)。時系列判定手段3051は、時系列推定に十分な数の過去の歪み補正パラメータの推定結果が揃っており、かつ妥当と推測される推定結果が得られた場合は、得られた推定結果を確定歪み補正パラメータ記憶手段に記憶し、歪み補正パラメータを確定済みとする(ステップS405のYes、ステップS406)。それ以外の場合は、歪み補正パラメータは未確定のままとする(ステップS405のNo)。そして、ステップS401に戻る。   Next, the time series determination unit 3051 of the distortion correction parameter determination unit 305 attempts to estimate the time series of the distortion correction parameter using the past distortion correction parameter estimation result (step S404). The time series determination unit 3051 determines the estimation result obtained when the estimation results of the past sufficient number of distortion correction parameters are sufficient for the time series estimation and the estimation result is estimated to be valid. The distortion correction parameter is stored in the distortion correction parameter storage means, and the distortion correction parameter is determined to be confirmed (Yes in step S405, step S406). In other cases, the distortion correction parameter remains unconfirmed (No in step S405). Then, the process returns to step S401.

一方、ステップS402で歪み補正パラメータが確定済みの場合、制御切替手段403は、稼働させる系を第2の系に切り替えてステップS407に処理を進める(ステップS402のYes)。   On the other hand, when the distortion correction parameter has been determined in step S402, the control switching unit 403 switches the system to be operated to the second system and advances the process to step S407 (Yes in step S402).

ステップS407では、歪み補正画像生成手段206が、確定歪み補正パラメータを用いて、入力された撮像画像に対して変換処理を行い、歪み補正画像を生成する。   In step S407, the distortion correction image generation unit 206 performs conversion processing on the input captured image using the definite distortion correction parameter, and generates a distortion correction image.

次に、画像認識手段401が、生成された歪み補正画像に対して画像認識処理を行う(ステップS408)。   Next, the image recognition unit 401 performs image recognition processing on the generated distortion-corrected image (step S408).

次に、表示手段402が、認識結果の表示、通知を行う(ステップS409)。   Next, the display unit 402 displays and notifies the recognition result (step S409).

最後に、制御切替手段403が、歪み補正パラメータの更新タイミングか否かを判定し、更新タイミングであれば(ステップS410のYes)、確定歪み補正パラメータ記憶手段に記憶されている確定歪み補正パラメータを無効にしてステップS401に戻る(ステップS411)。更新タイミングでなければそのままステップS401に戻り、次の画像が入力されるのを待つ。更新タイミングは特に限定されないが、制御切替手段403は、例えば画像1フレーム分の処理が完了する毎に、歪み補正パラメータを無効にしてもよい。   Finally, the control switching unit 403 determines whether or not it is the update timing of the distortion correction parameter, and if it is the update timing (Yes in step S410), the definite distortion correction parameter stored in the definite distortion correction parameter storage unit is set. Invalidate and return to step S401 (step S411). If it is not the update timing, the process directly returns to step S401 and waits for the next image to be input. The update timing is not particularly limited. For example, the control switching unit 403 may invalidate the distortion correction parameter every time processing for one frame of the image is completed.

以上のように、本実施の形態によれば、一旦歪み補正パラメータが確定した後は再び無効になるまで第2の系(画像認識を行う処理系)だけを実行すればよく、歪み補正パラメータの推定処理を行わない分、演算量を削減できる。   As described above, according to this embodiment, after the distortion correction parameter is once determined, only the second system (processing system for performing image recognition) needs to be executed until it becomes invalid again. Since the estimation process is not performed, the calculation amount can be reduced.

なお、図12および図14には、第3の実施形態で示した放射歪み補正装置の構成を用いて、歪み補正パラメータを推定する例が示されているが、歪み補正パラメータの推定処理の具体的な方法は第3の実施形態の放射歪み補正装置による方法に限られない。すなわち、上記各実施形態で示した放射歪み補正装置による方法を利用することができる。   FIGS. 12 and 14 show examples of estimating distortion correction parameters using the configuration of the radial distortion correction apparatus shown in the third embodiment. Specific examples of distortion correction parameter estimation processing are shown in FIGS. The typical method is not limited to the method using the radial distortion correction apparatus of the third embodiment. That is, the method using the radial distortion correction apparatus described in each of the above embodiments can be used.

次に、本発明の概要を説明する。図16は、本発明の放射歪み補正装置の概要を示すブロック図である。図16に示す放射歪み補正装置は、画像入力手段11と、仮の歪み補正手段12と、局所勾配方向ヒストグラム計算手段13と、偏り計算手段14と、歪み補正画像選択手段15とを備えている。   Next, the outline of the present invention will be described. FIG. 16 is a block diagram showing an outline of the radial distortion correction apparatus of the present invention. The radial distortion correction apparatus shown in FIG. 16 includes an image input unit 11, a temporary distortion correction unit 12, a local gradient direction histogram calculation unit 13, a bias calculation unit 14, and a distortion correction image selection unit 15. .

画像入力手段11(例えば、撮像手段101のインタフェース部)は、放射歪みの補正対象機器である撮像機器により撮影された撮像画像を入力する。   The image input unit 11 (for example, the interface unit of the imaging unit 101) inputs a captured image taken by an imaging device that is a device for correcting radial distortion.

仮の歪み補正手段12(例えば、仮の歪み補正手段102、仮の歪み補正手段202)は、画像入力手段11によって入力された撮像画像に対して、2以上の歪み補正パラメータを仮定して、仮定した各歪み補正パラメータに対応する仮の歪み補正画像を生成する。   The temporary distortion correction unit 12 (for example, the temporary distortion correction unit 102 and the temporary distortion correction unit 202) assumes two or more distortion correction parameters for the captured image input by the image input unit 11, and A temporary distortion correction image corresponding to each assumed distortion correction parameter is generated.

局所勾配方向ヒストグラム計算手段13(例えば、局所勾配方向ヒストグラム計算手段103、局所勾配方向ヒストグラム計算手段203)は、仮の歪み補正手段12によって生成された仮の歪み補正画像の各々に対して、画像内の局所的な領域における勾配方向である局所勾配方向の分布を表す局所勾配方向ヒストグラムを計算する。   The local gradient direction histogram calculation unit 13 (for example, the local gradient direction histogram calculation unit 103 and the local gradient direction histogram calculation unit 203) performs image processing on each of the temporary distortion correction images generated by the temporary distortion correction unit 12. A local gradient direction histogram representing a distribution of local gradient directions, which is a gradient direction in a local region, is calculated.

偏り計算手段14(例えば、エントロピー計算手段104、エントロピー計算手段204)は、局所勾配方向ヒストグラム計算手段13によって計算された局所勾配方向ヒストグラムに基づいて、仮の歪み補正画像の各々における局所勾配方向の偏りの度合いを計算する。   The bias calculation means 14 (for example, the entropy calculation means 104 and the entropy calculation means 204), based on the local gradient direction histogram calculated by the local gradient direction histogram calculation means 13, determines the local gradient direction in each temporary distortion correction image. Calculate the degree of bias.

歪み補正画像選択手段15(例えば、歪み補正画像選択手段105、パラメータ逐次決定手段205)は、偏り計算手段14によって計算された仮の歪み補正画像の各々における局所勾配方向の偏りの度合いに基づいて、仮の歪み補正画像の中から1の歪み補正画像を選択する。   The distortion correction image selection means 15 (for example, the distortion correction image selection means 105, the parameter sequential determination means 205) is based on the degree of bias in the local gradient direction in each of the temporary distortion correction images calculated by the bias calculation means 14. Then, one distortion correction image is selected from the temporary distortion correction images.

このような構成によれば、チェッカーボードのように格子点が規則正しく並べられた特殊な校正装置を使わなくても、入力された撮像画像から自動的に歪み補正パラメータを最適化できるので、容易かつ自動的にカメラの放射歪みが好適に補正された画像を得ることができる。   According to such a configuration, distortion correction parameters can be automatically optimized from an input captured image without using a special calibration device in which lattice points are regularly arranged like a checkerboard. An image in which the radial distortion of the camera is suitably corrected can be automatically obtained.

また、歪み補正画像選択手段15は、局所勾配方向の偏りの度合いが最も大きい仮の歪み補正画像を、歪み補正画像として選択してもよい。   Further, the distortion correction image selection unit 15 may select a temporary distortion correction image having the largest degree of bias in the local gradient direction as the distortion correction image.

また、放射歪み補正装置は、歪み補正画像選択手段による歪み補正画像の選択結果に基づいて、現時刻以降に入力される撮像画像に対して適用する歪み補正パラメータを決定する歪み補正パラメータ決定手段(例えば、歪み補正パラメータ決定手段305)を備えていてもよい。   Further, the radial distortion correction device is a distortion correction parameter determination unit that determines a distortion correction parameter to be applied to a captured image input after the current time, based on a selection result of the distortion correction image by the distortion correction image selection unit. For example, a distortion correction parameter determination unit 305) may be provided.

また、仮の歪み補正手段12は、歪み補正パラメータに含まれる未知のパラメータを1つ選択し、選択した未知のパラメータの値を複数通り設定して、2以上の歪み補正パラメータを仮定してもよい。そのような場合に、歪み補正パラメータ決定手段は、歪み補正画像選択手段の選択結果に基づいて、仮の歪み補正手段12によって選択された未知のパラメータの値を決定する処理を、歪み補正パラメータに含まれるすべての未知のパラメータの値が決定されるまで逐次的に行ってもよい。   Further, the provisional distortion correction unit 12 selects one unknown parameter included in the distortion correction parameter, sets a plurality of values of the selected unknown parameter, and assumes two or more distortion correction parameters. Good. In such a case, the distortion correction parameter determination unit uses, as the distortion correction parameter, processing for determining the value of the unknown parameter selected by the temporary distortion correction unit 12 based on the selection result of the distortion correction image selection unit. This may be done sequentially until the values of all the unknown parameters involved are determined.

また、仮の歪み補正手段12は、多項式で表現される歪み補正モデル式中の歪み補正パラメータに含まれる未知のパラメータのうち、より低次の項に対応するパラメータから順に選択してもよい。   Further, the temporary distortion correction unit 12 may sequentially select parameters corresponding to lower-order terms among unknown parameters included in the distortion correction parameters in the distortion correction model expression expressed by a polynomial.

また、放射歪み補正装置は、時々刻々入力される撮像画像に対して、歪み補正画像に選択された仮の歪み補正画像の生成に用いた歪み補正パラメータを、推定された歪み補正パラメータとして記憶する歪み補正パラメータ記憶手段を備え、歪み補正パラメータ決定手段は、歪み補正パラメータ記憶手段に記憶されている、直近の所定数分の撮像画像に対して推定された歪み補正パラメータ群から中央値を算出し、算出された歪み補正パラメータの中央値を現時刻以降に入力される画像に対して適用する歪み補正パラメータとしてもよい。   Further, the radial distortion correction apparatus stores, as an estimated distortion correction parameter, a distortion correction parameter used to generate a temporary distortion correction image selected as the distortion correction image for a captured image that is input every moment. Distortion correction parameter storage means is provided, and the distortion correction parameter determination means calculates a median from the distortion correction parameter group estimated for the most recent predetermined number of captured images stored in the distortion correction parameter storage means. The median value of the calculated distortion correction parameters may be used as a distortion correction parameter to be applied to images input after the current time.

また、局所勾配方向ヒストグラム計算手段13は、画像内の任意の画素周辺の領域から求めた局所勾配方向に対して、勾配の大きさと、当該局所勾配方向を求めた領域における当該局所勾配方向に直交する直線と画像中心との間の距離とに応じた値を重みに用いて、局所勾配方向ヒストグラムを計算してもよい。   Further, the local gradient direction histogram calculation means 13 is orthogonal to the local gradient direction obtained from the area around any pixel in the image and the magnitude of the gradient and the local gradient direction in the area for which the local gradient direction is obtained. The local gradient direction histogram may be calculated using a value corresponding to the distance between the straight line and the center of the image as a weight.

以上、実施形態及び実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。   Although the present invention has been described with reference to the exemplary embodiments and examples, the present invention is not limited to the above exemplary embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention.

また、上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。   Moreover, although a part or all of said embodiment can be described also as the following additional remarks, it is not restricted to the following.

(付記1)
放射歪みの補正対象機器である撮像機器により撮影された撮像画像を入力する画像入力手段と、画像入力手段によって入力された撮像画像に対して、2以上の歪み補正パラメータを仮定して、仮定した各歪み補正パラメータに対応する仮の歪み補正画像を生成する仮の歪み補正手段と、仮の歪み補正手段によって生成された仮の歪み補正画像の各々に対して、画像内の局所的な領域における勾配方向である局所勾配方向の分布を表す局所勾配方向ヒストグラムを計算する局所勾配方向ヒストグラム計算手段と、局所勾配方向ヒストグラム計算手段によって計算された局所勾配方向ヒストグラムに基づいて、仮の歪み補正画像の各々における局所勾配方向の偏りの度合いを計算する偏り計算手段と、偏り計算手段によって計算された仮の歪み補正画像の各々における局所勾配方向の偏りの度合いに基づいて、仮の歪み補正画像の中から1の歪み補正画像を選択する歪み補正画像選択手段とを備えたことを特徴とする放射歪み補正装置。
(Appendix 1)
Assuming that an image input unit that inputs a captured image captured by an imaging device that is a correction target device for radial distortion and two or more distortion correction parameters are assumed for the captured image input by the image input unit. A temporary distortion correction unit that generates a temporary distortion correction image corresponding to each distortion correction parameter, and a temporary distortion correction image generated by the temporary distortion correction unit, in a local region in the image. A local gradient direction histogram calculating means for calculating a local gradient direction histogram representing the distribution of the local gradient direction, which is a gradient direction, and a local gradient direction histogram calculated by the local gradient direction histogram calculating means, Bias calculation means for calculating the degree of bias in the local gradient direction in each, and provisional distortion compensation calculated by the bias calculation means Based on the degree of local gradient direction of bias in each image, the radiation distortion correction apparatus characterized by comprising a distortion correction image selection means for selecting one of the distortion correction image from the temporary distortion correction image.

(付記2)
偏り計算手段は、局所勾配方向の偏りの度合いを示す指標として、仮の歪み補正画像の各々に対して局所勾配方向ヒストグラムのエントロピーを計算し、歪み補正画像選択手段は、エントロピーの最小値を与える仮の歪み補正画像を、歪み補正画像として選択する付記1に記載の放射歪み補正装置。
(Appendix 2)
The bias calculation means calculates the entropy of the local gradient direction histogram for each temporary distortion correction image as an index indicating the degree of bias in the local gradient direction, and the distortion correction image selection means gives the minimum value of entropy. The radial distortion correction apparatus according to appendix 1, wherein a temporary distortion correction image is selected as a distortion correction image.

(付記3)
偏り計算手段は、局所勾配方向の偏りの度合いを示す指標として、仮の歪み補正画像の各々に対して局所勾配方向ヒストグラムの分散、標準偏差または二乗和を計算し、歪み補正画像選択手段は、分散、標準偏差または二乗和の最大値を与える仮の歪み補正画像を、歪み補正画像として選択する付記1に記載の放射歪み補正装置。
(Appendix 3)
The bias calculation means calculates the variance, standard deviation or sum of squares of the local gradient direction histogram for each of the temporary distortion correction images as an index indicating the degree of bias in the local gradient direction, and the distortion correction image selection means The radial distortion correction apparatus according to appendix 1, wherein a temporary distortion correction image that gives a maximum value of variance, standard deviation, or sum of squares is selected as a distortion correction image.

(付記4)
時々刻々入力される撮像画像に対して、歪み補正画像に選択された仮の歪み補正画像の生成に用いた仮の歪み補正パラメータを、推定結果の歪み補正パラメータとして所定数分記憶する歪み補正パラメータ記憶手段を備え、歪み補正パラメータ決定手段は、歪み補正パラメータ記憶手段に記憶されている推定結果の歪み補正パラメータに、現時刻の撮像画像に対して求めた推定結果の歪み補正パラメータを加えた直近の推定結果の歪み補正パラメータ群から中央値を算出し、算出された中央値を現時刻以降に入力される画像に対して適用する歪み補正パラメータとし、歪み補正パラメータ記憶手段は、仮の歪み補正画像群において偏りの度合いを示す指標が極値をとらなかった場合、または極値が明確でなかった場合には、歪み補正画像の選択結果とされた仮の歪み補正画像の生成に用いた歪み補正パラメータを記憶対象から除外する付記1に記載の放射歪み補正装置。
(Appendix 4)
A distortion correction parameter for storing a predetermined number of temporary distortion correction parameters used to generate a temporary distortion correction image selected as a distortion correction image as a distortion correction parameter of an estimation result for a captured image input every moment Storage means, and the distortion correction parameter determination means is the latest obtained by adding the distortion correction parameter of the estimation result obtained for the captured image at the current time to the distortion correction parameter of the estimation result stored in the distortion correction parameter storage means. The median value is calculated from the distortion correction parameter group of the estimation results, and the calculated median value is used as a distortion correction parameter to be applied to images input after the current time. If the index indicating the degree of bias in the image group does not take an extreme value, or if the extreme value is not clear, a distortion-corrected image is selected. Results have been provisionally radiation distortion correction apparatus according to the distortion correction parameter to be excluded note from the storage object 1 used to generate the distortion correction image.

(付記5)
車両に設置された撮像機器により撮影された撮像画像を入力する画像入力手段と、画像入力手段によって入力された撮像画像に対して、2以上の歪み補正パラメータを仮定して、仮定した各歪み補正パラメータに対応する仮の歪み補正画像を生成する仮の歪み補正手段と、仮の歪み補正手段によって生成された仮の歪み補正画像の各々に対して、画像内の局所的な領域における勾配方向である局所勾配方向の分布を表す局所勾配方向ヒストグラムを計算する局所勾配方向ヒストグラム計算手段と、局所勾配方向ヒストグラム計算手段によって計算された局所勾配方向ヒストグラムに基づいて、仮の歪み補正画像の各々における局所勾配方向の偏りの度合いを計算する偏り計算手段と、偏り計算手段によって計算された仮の歪み補正画像の各々における局所勾配方向の偏りの度合いに基づいて、仮の歪み補正画像の中から1の歪み補正画像を選択する歪み補正画像選択手段と、歪み補正画像選択手段による歪み補正画像の選択結果に基づいて、現時刻以降に入力される撮像画像に対して適用する歪み補正パラメータを決定する歪み補正パラメータ決定手段と、歪み補正パラメータ決定手段によって決定された歪み補正パラメータを、現時刻以降に入力される撮像画像に適用して、歪み補正画像を生成する歪み補正画像生成手段と、歪み補正画像生成手段によって生成された歪み補正画像に対して、画像認識処理を行い、車両周辺の道路環境を認識する画像認識手段とを備えことを特徴とする道路環境認識装置。
(Appendix 5)
An image input unit that inputs a captured image captured by an imaging device installed in a vehicle, and two or more distortion correction parameters are assumed for the captured image input by the image input unit, and each distortion correction is assumed. A temporary distortion correction unit that generates a temporary distortion correction image corresponding to the parameter, and a temporary distortion correction image generated by the temporary distortion correction unit, in a gradient direction in a local region in the image. A local gradient direction histogram calculating means for calculating a local gradient direction histogram representing a distribution of a certain local gradient direction, and a local gradient direction histogram in each of the provisional distortion correction images based on the local gradient direction histogram calculated by the local gradient direction histogram calculation means; Each of bias calculation means for calculating the degree of bias in the gradient direction, and provisional distortion correction images calculated by the bias calculation means Based on the degree of bias in the local gradient direction, distortion correction image selection means for selecting one distortion correction image from the temporary distortion correction images, and distortion correction image selection results by the distortion correction image selection means. A distortion correction parameter determining unit that determines a distortion correction parameter to be applied to a captured image that is input after the current time, and an image that is input with the distortion correction parameter determined by the distortion correction parameter determining unit being input after the current time. An image that is applied to an image to generate a distortion-corrected image and an image that recognizes a road environment around the vehicle by performing image recognition processing on the distortion-corrected image generated by the distortion-corrected image generating unit. A road environment recognition apparatus comprising: a recognition means.

(付記6)
画像認識手段は、画像認識技術を用いて、少なくとも歩行者検知、障害物検知、道路標識認識、車両検知のうちのいずれか1つ以上を実行する付記5に記載の道路環境認識装置。
(Appendix 6)
The road environment recognition apparatus according to appendix 5, wherein the image recognition means executes at least one of pedestrian detection, obstacle detection, road sign recognition, and vehicle detection using an image recognition technique.

(付記7)
画像認識手段による画像認識結果を表示する表示手段を備えた付記5または付記6に記載の道路環境認識装置。
(Appendix 7)
The road environment recognition apparatus according to appendix 5 or appendix 6, comprising display means for displaying an image recognition result by the image recognition means.

本発明は、車載カメラの放射歪みの補正用途に限らず、放射歪みが発生しうる撮像機器により撮影された撮像画像を利用する装置、システム、方法およびプログラムであれば好適に適用可能である。   The present invention is not limited to the application for correcting the radial distortion of the in-vehicle camera, and can be suitably applied as long as it is an apparatus, system, method, and program that use a captured image captured by an imaging device that may generate radial distortion.

11 画像入力手段
101、201 撮像手段
12、102、202 仮の歪み補正手段
13、103、203 局所勾配方向ヒストグラム計算手段
14 偏り計算手段
104、204 エントロピー計算手段
15、105 歪み補正画像選択手段
205 パラメータ逐次決定手段
206 歪み補正画像生成手段
305 歪み補正パラメータ決定手段
3051 歪み補正パラメータ記憶手段
3052 時系列判定手段
401 画像認識手段
402 表示手段
403 制御切替手段
601 ECU
602 カメラ
603 CPU
604 RAM
605 ROM
606 信号処理回路
607 電源回路
11 Image input means 101, 201 Imaging means 12, 102, 202 Temporary distortion correction means 13, 103, 203 Local gradient direction histogram calculation means 14 Bias calculation means 104, 204 Entropy calculation means 15, 105 Distortion correction image selection means 205 Parameters Sequential determination means 206 Distortion correction image generation means 305 Distortion correction parameter determination means 3051 Distortion correction parameter storage means 3052 Time series determination means 401 Image recognition means 402 Display means 403 Control switching means 601 ECU
602 Camera 603 CPU
604 RAM
605 ROM
606 Signal processing circuit 607 Power supply circuit

Claims (10)

放射歪みの補正対象機器である撮像機器により撮影された撮像画像を入力する画像入力手段と、
前記画像入力手段によって入力された撮像画像に対して、2以上の歪み補正パラメータを仮定して、仮定した各歪み補正パラメータに対応する仮の歪み補正画像を生成する仮の歪み補正手段と、
前記仮の歪み補正手段によって生成された仮の歪み補正画像の各々に対して、画像内の局所的な領域における勾配方向である局所勾配方向の分布を表す局所勾配方向ヒストグラムを計算する局所勾配方向ヒストグラム計算手段と、
前記局所勾配方向ヒストグラム計算手段によって計算された局所勾配方向ヒストグラムに基づいて、前記仮の歪み補正画像の各々における局所勾配方向の偏りの度合いを計算する偏り計算手段と、
前記偏り計算手段によって計算された仮の歪み補正画像の各々における局所勾配方向の偏りの度合いに基づいて、前記仮の歪み補正画像の中から1の歪み補正画像を選択する歪み補正画像選択手段とを備えた
ことを特徴とする放射歪み補正装置。
Image input means for inputting a captured image taken by an imaging device which is a device to be corrected for radial distortion;
Temporary distortion correction means for generating a temporary distortion correction image corresponding to each assumed distortion correction parameter assuming two or more distortion correction parameters for the captured image input by the image input means;
For each of the temporary distortion correction images generated by the temporary distortion correction means, a local gradient direction that calculates a local gradient direction histogram representing a distribution of local gradient directions that are gradient directions in local regions in the image. Histogram calculation means;
Bias calculation means for calculating the degree of bias in the local gradient direction in each of the temporary distortion correction images based on the local gradient direction histogram calculated by the local gradient direction histogram calculation means;
Distortion correction image selection means for selecting one distortion correction image from the temporary distortion correction images based on the degree of bias in the local gradient direction in each of the temporary distortion correction images calculated by the bias calculation means; A radial distortion correction apparatus comprising:
歪み補正画像選択手段は、局所勾配方向の偏りの度合いが最も大きい仮の歪み補正画像を、歪み補正画像として選択する
請求項1に記載の放射歪み補正装置。
The radial distortion correction apparatus according to claim 1, wherein the distortion correction image selection unit selects a temporary distortion correction image having the largest degree of bias in the local gradient direction as a distortion correction image.
歪み補正画像選択手段による歪み補正画像の選択結果に基づいて、現時刻以降に入力される撮像画像に対して適用する歪み補正パラメータを決定する歪み補正パラメータ決定手段を備えた
請求項1または請求項2に記載の放射歪み補正装置。
The distortion correction parameter determination unit that determines a distortion correction parameter to be applied to a captured image input after the current time based on a selection result of the distortion correction image by the distortion correction image selection unit. The radial distortion correction apparatus according to 2.
仮の歪み補正手段は、歪み補正パラメータに含まれる未知のパラメータを1つ選択し、選択した未知のパラメータの値を複数通り設定して、2以上の歪み補正パラメータを仮定し、
歪み補正パラメータ決定手段は、歪み補正画像選択手段の選択結果に基づいて、前記仮の歪み補正手段によって選択された未知のパラメータの値を決定する処理を、歪み補正パラメータに含まれるすべての未知のパラメータの値が決定されるまで逐次的に行う
請求項3に記載の放射歪み補正装置。
The temporary distortion correction means selects one unknown parameter included in the distortion correction parameter, sets a plurality of values of the selected unknown parameter, assumes two or more distortion correction parameters,
The distortion correction parameter determination unit performs a process of determining the value of the unknown parameter selected by the temporary distortion correction unit based on the selection result of the distortion correction image selection unit. The radial distortion correction apparatus according to claim 3, which is sequentially performed until a parameter value is determined.
仮の歪み補正手段は、多項式で表現される歪み補正モデル式中の歪み補正パラメータに含まれる未知のパラメータのうち、より低次の項に対応するパラメータから順に選択する
請求項4に記載の放射歪み補正装置。
5. The radiation according to claim 4, wherein the temporary distortion correction means selects in order from a parameter corresponding to a lower-order term among unknown parameters included in a distortion correction parameter in a distortion correction model expression expressed by a polynomial. Distortion correction device.
時々刻々入力される撮像画像に対して、歪み補正画像に選択された仮の歪み補正画像の生成に用いた歪み補正パラメータを、推定された歪み補正パラメータとして記憶する歪み補正パラメータ記憶手段を備え、
歪み補正パラメータ決定手段は、前記歪み補正パラメータ記憶手段に記憶されている、直近の所定数分の撮像画像に対して推定された歪み補正パラメータ群から中央値を算出し、算出された歪み補正パラメータの中央値を現時刻以降に入力される画像に対して適用する歪み補正パラメータとする
請求項3から請求項4のうちのいずれか1項に記載の放射歪み補正装置。
Distortion correction parameter storage means for storing, as an estimated distortion correction parameter, a distortion correction parameter used to generate a temporary distortion correction image selected as a distortion correction image for a captured image input every moment.
The distortion correction parameter determination unit calculates a median from the distortion correction parameter group estimated for the most recent predetermined number of captured images stored in the distortion correction parameter storage unit, and calculates the calculated distortion correction parameter. The radial distortion correction apparatus according to any one of claims 3 to 4, wherein a median value of is used as a distortion correction parameter to be applied to an image input after the current time.
局所勾配方向ヒストグラム計算手段は、画像内の任意の画素周辺の領域から求めた局所勾配方向に対して、勾配の大きさと、当該局所勾配方向を求めた領域における当該局所勾配方向に直交する直線と画像中心との間の距離とに応じた値を重みに用いて、局所勾配方向ヒストグラムを計算する
請求項1から請求項6のうちのいずれか1項に記載の放射歪み補正装置。
The local gradient direction histogram calculation means calculates the magnitude of the gradient with respect to the local gradient direction obtained from an area around any pixel in the image, and a straight line orthogonal to the local gradient direction in the area for which the local gradient direction is obtained. The radial distortion correction apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein a local gradient direction histogram is calculated using a value according to a distance between the image center and a distance as a weight.
車両に設置された撮像機器により撮影された撮像画像を入力する画像入力手段と、
前記画像入力手段によって入力された撮像画像に対して、2以上の歪み補正パラメータを仮定して、仮定した各歪み補正パラメータに対応する仮の歪み補正画像像を生成する仮の歪み補正手段と、
前記仮の歪み補正手段によって生成された仮の歪み補正画像の各々に対して、画像内の局所的な領域における勾配方向である局所勾配方向の分布を表す局所勾配方向ヒストグラムを計算する局所勾配方向ヒストグラム計算手段と、
前記局所勾配方向ヒストグラム計算手段によって計算された局所勾配方向ヒストグラムに基づいて、前記仮の歪み補正画像の各々における局所勾配方向の偏りの度合いを計算する偏り計算手段と、
前記偏り計算手段によって計算された仮の歪み補正画像の各々における局所勾配方向の偏りの度合いに基づいて、前記仮の歪み補正画像の中から1の歪み補正画像を選択する歪み補正画像選択手段と、
前記歪み補正画像選択手段による歪み補正画像の選択結果に基づいて、現時刻以降に入力される撮像画像に対して適用する歪み補正パラメータを決定する歪み補正パラメータ決定手段と、
前記歪み補正パラメータ決定手段によって決定された歪み補正パラメータを、現時刻以降に入力される撮像画像に適用して、歪み補正画像を生成する歪み補正画像生成手段と、
前記歪み補正画像生成手段によって生成された歪み補正画像に対して、画像認識処理を行い、前記車両周辺の道路環境を認識する画像認識手段とを備えた
ことを特徴とする道路環境認識装置。
An image input means for inputting a captured image captured by an imaging device installed in the vehicle;
Temporary distortion correction means for generating a temporary distortion correction image corresponding to each assumed distortion correction parameter assuming two or more distortion correction parameters for the captured image input by the image input means;
For each of the temporary distortion correction images generated by the temporary distortion correction means, a local gradient direction that calculates a local gradient direction histogram representing a distribution of local gradient directions that are gradient directions in local regions in the image. Histogram calculation means;
Bias calculation means for calculating the degree of bias in the local gradient direction in each of the temporary distortion correction images based on the local gradient direction histogram calculated by the local gradient direction histogram calculation means;
Distortion correction image selection means for selecting one distortion correction image from the temporary distortion correction images based on the degree of bias in the local gradient direction in each of the temporary distortion correction images calculated by the bias calculation means; ,
Distortion correction parameter determination means for determining a distortion correction parameter to be applied to a captured image input after the current time based on a distortion correction image selection result by the distortion correction image selection means;
Applying a distortion correction parameter determined by the distortion correction parameter determination unit to a captured image input after the current time to generate a distortion correction image generation unit;
A road environment recognition apparatus comprising: an image recognition unit that performs image recognition processing on the distortion correction image generated by the distortion correction image generation unit and recognizes a road environment around the vehicle.
放射歪みの補正対象機器である撮像機器により撮影された撮像画像を入力し、
入力された撮像画像に対して、2以上の歪み補正パラメータを仮定して、仮定した各歪み補正パラメータに対応する仮の歪み補正画像を生成し、
生成された仮の歪み補正画像の各々に対して、画像内の局所的な領域における勾配方向である局所勾配方向の分布を表す局所勾配方向ヒストグラムを計算し、
計算された前記局所勾配方向ヒストグラムに基づいて、前記仮の歪み補正画像の各々における局所勾配方向の偏りの度合いを計算し、
計算された前記仮の歪み補正画像の各々における局所勾配方向の偏りの度合いに基づいて、前記仮の歪み補正画像の中から1の歪み補正画像を選択する
ことを特徴とする放射歪み補正方法。
Input a captured image taken by an imaging device that is a device for correcting radial distortion,
Assuming two or more distortion correction parameters for the input captured image, a temporary distortion correction image corresponding to each assumed distortion correction parameter is generated,
For each generated temporary distortion corrected image, calculate a local gradient direction histogram representing the distribution of the local gradient direction, which is the gradient direction in a local region in the image,
Based on the calculated local gradient direction histogram, calculate the degree of local gradient direction bias in each of the provisional distortion correction image,
A radial distortion correction method, wherein one distortion correction image is selected from the temporary distortion correction images based on a degree of local gradient direction bias in each of the calculated temporary distortion correction images.
コンピュータに、
放射歪みの補正対象機器である撮像機器により撮影された撮像画像を入力する画像入力処理、
入力された撮像画像に対して、2以上の歪み補正パラメータを仮定して、仮定した各歪み補正パラメータに対応する仮の歪み補正画像を生成する仮の歪み補正処理、
生成された仮の歪み補正画像の各々に対して、画像内の局所的な領域における勾配方向である局所勾配方向の分布を表す局所勾配方向ヒストグラムを計算する局所勾配方向ヒストグラム計算処理、
計算された前記局所勾配方向ヒストグラムに基づいて、前記仮の歪み補正画像の各々における局所勾配方向の偏りの度合いを計算する偏り計算処理、および
計算された前記仮の歪み補正画像の各々における局所勾配方向の偏りの度合いに基づいて、前記仮の歪み補正画像の中から1の歪み補正画像を選択する歪み補正画像選択処理
を実行させるための放射歪み補正プログラム。
On the computer,
An image input process for inputting a captured image taken by an imaging device that is a target device for correcting radial distortion,
Temporary distortion correction processing for generating a temporary distortion correction image corresponding to each assumed distortion correction parameter assuming two or more distortion correction parameters for the input captured image;
A local gradient direction histogram calculation process for calculating a local gradient direction histogram representing a distribution of local gradient directions, which is a gradient direction in a local region in the image, for each of the generated temporary distortion correction images;
A bias calculation process for calculating a degree of bias in the local gradient direction in each of the temporary distortion correction images based on the calculated local gradient direction histogram, and a local gradient in each of the calculated temporary distortion correction images A radial distortion correction program for executing distortion correction image selection processing for selecting one distortion correction image from the temporary distortion correction images based on the degree of direction bias.
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