JP2016218254A - Stereo image imaging device, stereo image imaging method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ステレオ画像を撮影する装置及び方法に関し、特に、被撮影物の３次元形状を測定するステレオ画像解析に用いるステレオ画像を撮影する装置及び方法に関するものである。 The present invention relates to an apparatus and method for capturing a stereo image, and more particularly to an apparatus and method for capturing a stereo image used for stereo image analysis for measuring a three-dimensional shape of a subject.
ステレオ画像解析法は、左右２台のカメラにより撮影された一対の画像（以下、「ステレオ画像」という）に記録された視差を利用する３点測量の原理により、被撮影物までの距離や被撮影物の３次元形状を求める手法である。この手法において求められる距離や３次元形状の精度は、２台のカメラにより撮影されたステレオ画像の品質に大きく影響される。
ステレオ画像解析法において品質の良いステレオ画像とは、通常のカメラで撮影された画像と同様に、焦点が合っており、必要十分な明るさ（照度）で撮影されたものであるが、良好な品質のステレオ画像を得るためには、レンズの焦点と照度（絞り）を適切に調整することに加えて、左右の２台のカメラの光軸の向き（方向角）を適切に調整することが要求される。
そのため、ステレオ画像解析法により被撮影物までの距離や表面形状を精度良く測定するためには、左右２台のカメラ配置を決定した後に、カメラの焦点、絞り及び方向角を変化させて、最良なステレオ画像が得られるようにカメラの配置や光学的特性を調整することが重要である。
The stereo image analysis method is based on the principle of three-point survey using parallax recorded in a pair of images (hereinafter referred to as “stereo images”) taken by two cameras on the left and right. This is a technique for obtaining a three-dimensional shape of a photographed object. The distance and the accuracy of the three-dimensional shape required in this method are greatly affected by the quality of stereo images taken by two cameras.
In a stereo image analysis method, a high-quality stereo image is one that is in focus and photographed with necessary and sufficient brightness (illuminance), similar to an image taken with a normal camera. In order to obtain a quality stereo image, in addition to appropriately adjusting the focal point and illuminance (aperture) of the lens, it is necessary to appropriately adjust the directions (direction angles) of the optical axes of the left and right cameras. Required.
Therefore, in order to accurately measure the distance to the object and the surface shape by the stereo image analysis method, after determining the left and right camera arrangements, the camera focus, aperture, and direction angle are changed and the best It is important to adjust the camera arrangement and optical characteristics so that a correct stereo image can be obtained.
画像解析法を適用した測定の多くは、試験装置に設置された試験片をカメラで撮影して得られた画像を基に実施される。この場合、カメラの光学的特性の調整作業は撮影前の１回で済ませることが可能であり、一旦カメラを配置して調整作業を行った後は、試験片を交換してもカメラの調整作業を行わずに撮影することが可能である。 Many of the measurements to which the image analysis method is applied are performed based on an image obtained by photographing a test piece installed in a test apparatus with a camera. In this case, the adjustment of the optical characteristics of the camera can be completed only once before shooting. Once the camera is placed and adjusted, the camera can be adjusted even if the test piece is replaced. It is possible to shoot without performing.
これに対して、ステレオ画像解析法による測定の場合、例えば車体剛性試験における車体の変形挙動の測定においては、ステレオ画像の撮影範囲に比べて測定対象である車体が大きいため、一連の剛性試験を行うには２台のカメラの配置を何度も変更して車体全体のステレオ画像を撮影することが要求される。
そして、ステレオ画像解析法においては、２台のカメラの配置を変更する度に左右両カメラの調整作業が必要となり、測定工程全体の中に占めるカメラ調整作業の比率が高くなり、作業効率が悪いという問題がある。
さらに２台のカメラの配置を変更する度に、２台のカメラの配置状況（左右２台のカメラ間の距離、相対角度、測定対象までの距離）やカメラ固有の光学的特性値を特定し、形状・寸法やレイアウトが定まった較正板（キャリブレーションプレート）を撮影することによってステレオ画像解析を行うための較正（キャリブレーション）作業を行う必要がある。
On the other hand, in the case of measurement by the stereo image analysis method, for example, in the measurement of the deformation behavior of the vehicle body in the vehicle body rigidity test, since the body to be measured is larger than the shooting range of the stereo image, a series of rigidity tests are performed. To do so, it is required to change the arrangement of the two cameras many times and take a stereo image of the entire vehicle body.
In the stereo image analysis method, adjustment work for both the left and right cameras is required every time the arrangement of the two cameras is changed, and the ratio of the camera adjustment work in the entire measurement process increases, resulting in poor work efficiency. There is a problem.
Furthermore, each time the arrangement of the two cameras is changed, the arrangement status of the two cameras (distance between the left and right cameras, relative angle, distance to the measurement target) and the optical characteristic values specific to the camera are specified. Further, it is necessary to perform a calibration operation for performing stereo image analysis by photographing a calibration plate (calibration plate) having a fixed shape, dimension and layout.
特許文献１には、２台のカメラを備えたステレオカメラを設置したステーの中心位置に旋回軸を設け、駆動モーターによりカメラ系全体を物体に向けて旋回し、ステレオ画像を撮像する技術が開示されている。しかしながら、この技術では、２台のカメラ全体を物体に向けてステレオ画像を撮像するものの、２台のカメラの位置はステー上において固定されたままであり、各カメラの相対角度や測定対象までの距離が異なっている。
そのため、２台のカメラ全体の向きを変える度にステレオ画像解析に必要な較正作業が必要となり、又、最適なステレオ画像を得るためにはカメラの配置状況を変更して撮影する必要があるため、ステレオ画像解析法における作業効率の向上は得られない。
Patent Document 1 discloses a technique for capturing a stereo image by providing a turning shaft at the center position of a stay where a stereo camera having two cameras is installed, turning the entire camera system toward an object by a drive motor. Has been. However, in this technique, although the two cameras are directed toward the object to capture a stereo image, the positions of the two cameras remain fixed on the stay, and the relative angle of each camera and the distance to the measurement target Are different.
Therefore, every time the orientation of the two cameras is changed, calibration work necessary for stereo image analysis is necessary, and in order to obtain an optimal stereo image, it is necessary to change the camera arrangement state and shoot. In this case, the work efficiency in the stereo image analysis method cannot be improved.
本発明は係る課題を解決するためになされたものであり、２台のカメラの配置とカメラレンズの光軸の向きの調整を効率よく行うことができ、又、カメラ配置の変更に伴うステレオ画像解析に必要な較正作業を、較正板を撮影することなく行えるステレオ画像撮影装置及び方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and can efficiently adjust the arrangement of the two cameras and the direction of the optical axis of the camera lens, and can also provide a stereo image that accompanies a change in the camera arrangement. It is an object of the present invention to provide a stereo image photographing apparatus and method capable of performing a calibration work necessary for analysis without photographing a calibration plate.
（１）本発明に係るステレオ画像撮影装置は、被撮影物のステレオ画像を撮影するものであって、前記被撮影物を頂点とする二等辺三角形の底辺の両端に配置されて前記被撮影物を撮影する２台のカメラと、該２台のカメラの向きを、前記二等辺三角形を含む平面内で回動させるカメラ回動機構と、前記被撮影物までの距離を測定する距離計と、該距離計で測定された前記被撮影物までの距離に基づいて前記カメラ回動機構を制御する制御装置とを有し、該制御装置は、前記２台のカメラのカメラ間距離と前記距離計で測定された前記被撮影物までの距離に基づいて、前記被撮影物と前記カメラを結ぶ直線と前記二等辺三角形の底辺とのなす方向角を演算する方向角演算部と、該方向角演算部で演算された方向角に基づいて、前記２台のカメラの光軸上に前記被撮影物が位置するように前記カメラ回動機構の駆動制御を行う駆動制御部とを備えたことを特徴とするものである。 (1) A stereo image capturing apparatus according to the present invention captures a stereo image of a subject, and is disposed at both ends of a base of an isosceles triangle having the subject as a vertex. Two cameras for taking pictures, a camera turning mechanism for turning the directions of the two cameras in a plane including the isosceles triangle, a distance meter for measuring a distance to the subject, A control device that controls the camera rotation mechanism based on the distance to the object measured by the distance meter, and the control device includes a distance between the cameras of the two cameras and the distance meter. A direction angle calculation unit that calculates a direction angle formed by a straight line connecting the object and the camera and a base of the isosceles triangle based on the distance to the object measured in step, and the direction angle calculation Based on the direction angle calculated by the It is characterized in that the object to be photographed object on the optical axis and a drive control unit for controlling the drive of the camera rotation mechanism so as to be located.
（２）上記（１）に記載のものにおいて、前記制御装置は、前記距離計で測定された前記被撮影物までの距離と前記方向角に基づいて前記２台のカメラの焦点距離を演算し、該演算された焦点距離に基づいて前記２台のカメラの焦点を調節する焦点調節手段を有することを特徴とするものである。 (2) In the device described in (1), the control device calculates a focal length of the two cameras based on a distance to the object to be photographed measured by the distance meter and the direction angle. And a focus adjusting means for adjusting the focus of the two cameras based on the calculated focal length.
（３）上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記距離計は、前記二等辺三角形の底辺の中点に配置されていることを特徴とするものである。 (3) In the above (1) or (2), the distance meter is arranged at the midpoint of the base of the isosceles triangle.
（４）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のものにおいて、前記２台のカメラが前記二等辺三角形の底辺の両端に配置されていることを確認するカメラ配置確認手段を有することを特徴とするものである。 (4) In the device according to any one of (1) to (3), camera placement confirmation means for confirming that the two cameras are placed at both ends of the base of the isosceles triangle. It is characterized by.
（５）上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のものにおいて、前記焦点調節手段で演算された前記２台のカメラの焦点距離と、前記方向角演算部で演算された方向角とを前記被撮影物のステレオ画像解析の較正に用いる較正情報として取得する較正情報取得部をさらに備えたことを特徴とするものである。 (5) In any one of the above (1) to (4), the focal length of the two cameras calculated by the focus adjustment unit, and the direction angle calculated by the direction angle calculation unit Is provided as a calibration information used for calibration of stereo image analysis of the object to be photographed.
（６）上記（５）に記載のものにおいて、前記二等辺三角形を含む平面と前記２台のカメラの撮像面の水平軸とのなす回転角を計測する回転角計測器、及び／又は、前記平面と前記カメラの光軸とのなす傾斜角を計測する傾斜角計測器を有し、前記回転角と前記傾斜角を前記被撮影物のステレオ画像解析の補正に用いる補正情報として取得する補正情報取得部をさらに備えたことを特徴とするものである。 (6) In the device described in (5) above, a rotation angle measuring device that measures a rotation angle formed by a plane including the isosceles triangle and the horizontal axis of the imaging surfaces of the two cameras, and / or Correction information having an inclination angle measuring device for measuring an inclination angle formed by a plane and the optical axis of the camera, and acquiring the rotation angle and the inclination angle as correction information used for correcting stereo image analysis of the object to be photographed The information processing apparatus further includes an acquisition unit.
（７）本発明に係るステレオ画像撮影方法は、２台のカメラで被撮影物のステレオ画像を撮影するものであって、被撮影物を頂点とする二等辺三角形の底辺の両端に前記２台のカメラを配置すると共に前記被撮影物との距離を測定する距離計を配置する機器配置工程と、前記距離計によって該距離計と前記被撮影物との距離を測定する距離測定工程と、該距離測定工程で測定された距離と前記距離計と前記２台のカメラの位置関係に基づいて前記被撮影物と前記カメラを結ぶ直線と前記底辺とのなす方向角を演算する方向角演算工程と、該方向角に基づいて前記カメラの光軸上に前記被撮影物が位置するように前記カメラの向きを調整するカメラ向き調整工程とを備えたことを特徴とするものである。 (7) A stereo image photographing method according to the present invention is a method for photographing a stereo image of an object to be photographed by two cameras, wherein the two cameras are provided at both ends of the base of an isosceles triangle having the object to be photographed as vertices. An apparatus disposing step of disposing a camera and disposing a distance meter for measuring a distance to the object to be photographed; a distance measuring step of measuring a distance between the distance meter and the object to be photographed by the distance meter; A direction angle calculating step of calculating a direction angle formed by a straight line connecting the object to be photographed and the camera and the base based on the distance measured in the distance measuring step and the positional relationship between the distance meter and the two cameras; And a camera orientation adjusting step for adjusting the orientation of the camera so that the object to be photographed is positioned on the optical axis of the camera based on the direction angle.
（８）上記（７）に記載のものにおいて、前記距離計で測定された距離から前記被撮影物までの距離と前記方向角に基づいて前記２台のカメラの焦点距離を演算する焦点距離演算工程と、該焦点距離演算工程で演算された焦点距離に基づいて、前記２台のカメラの焦点を調節する焦点調節工程を有し、前記方向角演算工程で演算された方向角と前記焦点距離演算工程で演算された焦点距離を前記被撮影物のステレオ画像解析の較正に用いる較正情報として取得する較正情報取得工程をさらに備えたことを特徴とするものである。
（９）上記（８）に記載のものにおいて、前記回転角計測器により計測された前記二等辺三角形を含む平面と前記２台のカメラの撮像面の水平軸とのなす回転角、及び／又は、前記傾斜角計測器により計測された前記平面と前記カメラの光軸とのなす傾斜角を、前記被撮影物のステレオ画像解析の補正に用いる補正情報として取得する補正情報取得工程をさらに備えたことを特徴とするものである。
(8) The focal length calculation for calculating the focal length of the two cameras based on the distance from the distance measured by the distance meter to the subject and the direction angle in the above-described (7). And a focus adjustment step of adjusting the focal points of the two cameras based on the focal length calculated in the focal length calculation step, the direction angle calculated in the direction angle calculation step and the focal length The method further comprises a calibration information acquisition step of acquiring the focal length calculated in the calculation step as calibration information used for calibration of stereo image analysis of the object to be photographed.
(9) In the device described in (8) above, a rotation angle between a plane including the isosceles triangle measured by the rotation angle measuring instrument and a horizontal axis of the imaging surfaces of the two cameras, and / or A correction information acquisition step of acquiring an inclination angle formed by the plane measured by the inclination angle measuring instrument and the optical axis of the camera as correction information used for correcting stereo image analysis of the object to be photographed. It is characterized by this.
本発明においては、被撮影物を頂点とする二等辺三角形の底辺の両端に配置されて前記被撮影物を撮影する２台のカメラと、前記二等辺三角形を含む平面内で前記２台のカメラの向きを回動させるカメラ回動機構と、前記被撮影物までの距離を測定する距離計と、該距離計で測定された距離に基づいて前記カメラ回動機構を制御する制御装置とを有し、該制御装置は、前記２台のカメラのカメラ間距離と前記距離計で測定された距離に基づいて、前記被撮影物と前記カメラを結ぶ直線と、前記二等辺三角形の底辺とのなす方向角を演算する方向角演算部と、該方向角演算部で演算された方向角に基づいて、前記２台のカメラの光軸上に前記被撮影物が位置するように前記カメラ回動機構の駆動制御を行う駆動制御部とを備えることにより、２台のカメラの配置とカメラレンズの光軸の向きの調整を効率よく行うことができる。 In the present invention, two cameras that are arranged at both ends of the base of an isosceles triangle having the subject as a vertex and photograph the subject to be photographed, and the two cameras in a plane including the isosceles triangle A camera rotation mechanism that rotates the direction of the object, a distance meter that measures the distance to the object to be photographed, and a control device that controls the camera rotation mechanism based on the distance measured by the distance meter. Then, the control device forms a straight line connecting the object and the camera and a base of the isosceles triangle based on a distance between the cameras of the two cameras and a distance measured by the distance meter. A direction angle calculation unit for calculating a direction angle, and the camera rotation mechanism so that the object to be photographed is positioned on the optical axis of the two cameras based on the direction angle calculated by the direction angle calculation unit And a drive control unit that performs drive control of Adjusting the orientation of the optical axis of the camera arrangement and the camera lens can be efficiently performed.
〔実施の形態１〕
本発明の実施の形態に係るステレオ画像撮影装置１は、図１に示すように、２台のカメラ１１及びカメラ１２を用いて被撮影物１００のステレオ画像を撮影するものであって、被撮影物１００を頂点とする二等辺三角形Ｔの底辺の両端に配置された２台のカメラ１１及びカメラ１２と、二等辺三角形Ｔを含む平面Ｐ内でカメラ１１及びカメラ１２をそれぞれ回転させるカメラ回動機構２１と、カメラ１１及びカメラ１２の向きと焦点を制御する制御装置３０を備えている。
以下、図１及び図２に基づいて、ステレオ画像撮影装置１の各構成及び機能について詳細に説明する。
[Embodiment 1]
A stereo image photographing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention photographs a stereo image of an object 100 using two cameras 11 and 12 as shown in FIG. Two cameras 11 and 12 arranged at both ends of the base of the isosceles triangle T having the object 100 as a vertex, and camera rotation for rotating the camera 11 and the camera 12 in a plane P including the isosceles triangle T, respectively. A mechanism 21 and a control device 30 that controls the orientation and focus of the camera 11 and the camera 12 are provided.
Hereinafter, based on FIG.1 and FIG.2, each structure and function of the stereo image imaging device 1 are demonstrated in detail.
＜カメラ＞
カメラ１１及びカメラ１２は、被撮影物１００を頂点とする二等辺三角形Ｔの底辺の両端に配置されて被撮影物１００のステレオ画像を撮影するものであり、CCDセンサー等の撮像素子とカメラレンズを備えたデジタルカメラを用いることができる。
カメラ１１及びカメラ１２によりステレオ画像を撮影するには、カメラ１１とカメラ１２を同期して連続撮影又は動画撮影できる機構を備えたものが好ましい。
<Camera>
The camera 11 and the camera 12 are arranged at both ends of the base of the isosceles triangle T having the subject 100 as an apex, and take a stereo image of the subject 100, and an image sensor such as a CCD sensor and a camera lens. A digital camera equipped with can be used.
In order to capture a stereo image with the camera 11 and the camera 12, it is preferable that the camera 11 and the camera 12 are provided with a mechanism capable of continuously shooting or moving images.
カメラ１１及びカメラ１２に搭載されるカメラレンズは、撮影対象や撮影環境、カメラ１１及びカメラ１２が有する撮像素子の規格によりカメラレンズ自体の口径や焦点距離等が適切に選択されたものであり、焦点距離に基づいて焦点を調節する焦点調節機構を有するものが望ましい。 The camera lens mounted on the camera 11 and the camera 12 is one in which the aperture and focal length of the camera lens itself are appropriately selected according to the subject to be photographed and the photographing environment, and the standard of the image pickup device of the camera 11 and the camera 12. It is desirable to have a focus adjustment mechanism that adjusts the focus based on the focal length.
固定台座１３及び固定台座１４は二等辺三角形Ｔの底辺の両端にカメラ１１及びカメラ１２を配置するためのものであり、固定レール１５上において直線移動可能で指定箇所に固定することができるものである。
固定レール１５は、カメラ１１及びカメラ１２を所定の位置に配置するものであり、固定レール１５全体を被撮影物１００の方に向けて設置する。
又、固定レール１５は、カメラ１１とカメラ１２のカメラ間距離2LCを計測するため、固定台座１３及び固定台座１４の位置情報を検出するエンコーダ等を組み込んだものが好ましい。
The fixed pedestal 13 and the fixed pedestal 14 are for disposing the camera 11 and the camera 12 at both ends of the base of the isosceles triangle T. The fixed pedestal 13 and the fixed pedestal 14 can be linearly moved on the fixed rail 15 and can be fixed at a designated place. is there.
The fixed rail 15 is for arranging the camera 11 and the camera 12 at predetermined positions, and the fixed rail 15 is installed with the entire fixed rail 15 facing the subject 100.
The fixed rail 15 preferably incorporates an encoder that detects positional information of the fixed base 13 and the fixed base 14 in order to measure the distance 2L C between the cameras 11 and 12.
カメラ配置確認手段１７は、被撮影物１００を頂点とする二等辺三角形Ｔの底辺の両端にカメラ１１及びカメラ１２が配置し、カメラ１１とカメラ１２の中点Ｍにて該底辺に直交する直交線上に被撮影物１００が配置していることを確認するものである。
カメラ配置確認手段１７の一例としては、固定レール１５上のカメラ１１とカメラ１２の中点Ｍに配置され、カメラ１１とカメラ１２を結ぶ直線に直交する方向にレーザー光を出射するレーザー光源等がある。
The camera arrangement confirmation means 17 has the camera 11 and the camera 12 arranged at both ends of the base of the isosceles triangle T having the object 100 as a vertex, and is orthogonal to the base 11 at the middle point M of the camera 11 and the camera 12. This confirms that the object to be photographed 100 is arranged on the line.
As an example of the camera arrangement confirmation means 17, there is a laser light source or the like that is arranged at a midpoint M between the camera 11 and the camera 12 on the fixed rail 15 and emits laser light in a direction orthogonal to a straight line connecting the camera 11 and the camera 12. is there.
この場合、該レーザー光源から射出されたレーザー光が被撮影物１００に照射されていれば、カメラ１１とカメラ１２の配置は、被撮影物１００におけるレーザー光の照射点を頂点とする二等辺三角形Ｔの底辺の両端であることが確認される。
又、後述する距離計２３にレーザー距離計を用いた場合、該レーザー距離計に備えられているレーザー光源から出射されるレーザー光によりカメラ１１とカメラ１２の配置を確認しても良い。
In this case, if the object 100 is irradiated with the laser light emitted from the laser light source, the camera 11 and the camera 12 are arranged in an isosceles triangle with the irradiation point of the laser light on the object 100 as a vertex. It is confirmed that they are both ends of the bottom of T.
When a laser distance meter is used for the distance meter 23 described later, the arrangement of the camera 11 and the camera 12 may be confirmed by laser light emitted from a laser light source provided in the laser distance meter.
＜カメラ回動機構＞
カメラ回動機構２１は、被撮影物１００を頂点とする二等辺三角形Ｔの底辺の両端に配置されたカメラ１１及びカメラ１２の光軸が被撮影物１００の表面で交差するように、二等辺三角形Ｔを含む平面Ｐ内でカメラ１１及びカメラ１２を回動させるものである。
<Camera rotation mechanism>
The camera rotation mechanism 21 is isosceles so that the optical axes of the camera 11 and the camera 12 arranged at both ends of the base of the isosceles triangle T having the subject 100 as a vertex intersect at the surface of the subject 100. The camera 11 and the camera 12 are rotated in a plane P including the triangle T.
カメラ１１及びカメラ１２それぞれの光軸が被撮影物１００に向くように回動させるため、カメラ回動機構２１はパルスモーター（ステッピングモーター）又はサーボ機構付きモーターならびに方向角を検出するセンサーを備えることが好ましい。
さらに、カメラ回動機構２１は、カメラ１１、１２をモーターにより回転させる駆動ギア（図示なし）にロック機構を備えることが望ましい。
In order to rotate the optical axis of each of the camera 11 and the camera 12 toward the object 100, the camera rotation mechanism 21 includes a pulse motor (stepping motor) or a motor with a servo mechanism and a sensor for detecting a direction angle. Is preferred.
Furthermore, the camera rotation mechanism 21 preferably includes a lock mechanism on a drive gear (not shown) that rotates the cameras 11 and 12 by a motor.
＜距離計＞
距離計２３は、被撮影物１００との距離LSを測定するものであり、赤外線式や超音波式等の非接触式の測定手段であれば測定方式は問わない。
距離計２３によって測定された距離LSに基づいて、後述の方向角演算部４１がカメラ１１及びカメラ１２の方向角β1、β2を求める。
図１に示すように、距離計２３はカメラ１１とカメラ１２の間の中点Ｍの位置に配置することが望ましい。
ただし、距離計２３と、カメラ１１とカメラ１２の間の中点Ｍとの位置関係（位置ベクトルxi）を予め設定しておけば、距離計２３は任意の位置に配置しても良い。
<Distance meter>
The distance meter 23 measures the distance L S to the object 100, and any measurement method may be used as long as it is a non-contact type measuring means such as an infrared type or an ultrasonic type.
Based on the distance L S measured by the distance meter 23, a direction angle calculation unit 41 described later obtains the direction angles β 1 and β 2 of the camera 11 and the camera 12.
As shown in FIG. 1, it is desirable that the distance meter 23 is disposed at the midpoint M between the camera 11 and the camera 12.
However, if the positional relationship (position vector x i ) between the distance meter 23 and the midpoint M between the camera 11 and the camera 12 is set in advance, the distance meter 23 may be arranged at an arbitrary position.
＜制御装置＞
制御装置３０は、カメラ１１及びカメラ１２それぞれの方向角β1、β2と焦点を統合制御するものであって、カメラ１１及びカメラ１２をそれぞれ被撮影物１００の方向に向ける方向角制御部４０と、カメラ１１及びカメラ１２の焦点を調節する焦点調節手段５０を備えている。
<Control device>
The control device 30 performs integrated control of the direction angles β 1 and β 2 and the focal points of the camera 11 and the camera 12, respectively, and directs the camera 11 and the camera 12 toward the object 100, respectively. And a focus adjusting means 50 for adjusting the focus of the camera 11 and the camera 12.
＜方向角制御部＞
方向角制御部４０は、カメラ１１及びカメラ１２の方向角β1及びβ2を演算する方向角演算部４１と、カメラ回動機構２１の駆動制御を行う駆動制御部４３とを備えている。
<Direction angle control unit>
The direction angle control unit 40 includes a direction angle calculation unit 41 that calculates the direction angles β 1 and β 2 of the camera 11 and the camera 12, and a drive control unit 43 that performs drive control of the camera rotation mechanism 21.
≪方向角演算部≫
方向角演算部４１は、カメラ１１とカメラ１２の中点Ｍから被撮影物１００までの距離LMに基づいて、カメラ１１とカメラ１２の方向角β1、β2を式（１）の関係から演算するものである。
tanβ1＝tanβ2＝LC/LM ・・・（１）
≪Direction angle calculation part≫
The direction angle calculation unit 41 calculates the direction angles β 1 and β 2 of the camera 11 and the camera 12 based on the distance L M from the middle point M of the camera 11 and the camera 12 to the object 100 and the relationship of Expression (1). Is calculated from
tanβ 1 = tanβ 2 = L C / L M (1)
図１に示すように、距離計２３がカメラ１１とカメラ１２の間の中点Ｍに設置されている場合、中点Ｍから被撮影物１００までの距離LMは距離計２３で測定された距離LSである（LS＝LM）。
距離計２３がカメラ１１とカメラ１２の間であって中点Ｍではなく、任意の位置に配置されている場合、当該任意の位置にて距離計２３が測定した距離LSと、距離計２３と中点Ｍとの位置関係（位置ベクトルxi）から、中点Ｍから被撮影物１００までの距離LMを求めれば良い。すなわち、以下の式（２）から求めることができる。
LS＝（LM 2−xi 2）0.5・・・（２）
As shown in FIG. 1, when the distance meter 23 is installed at the midpoint M between the camera 11 and the camera 12, the distance L M from the midpoint M to the subject 100 is measured by the distanceometer 23. The distance L S (L S = L M ).
When the distance meter 23 is located between the camera 11 and the camera 12 and not at the midpoint M but at an arbitrary position, the distance L S measured by the distance meter 23 at the arbitrary position and the distance meter 23 The distance L M from the midpoint M to the subject 100 can be obtained from the positional relationship between the midpoint M and the midpoint M (position vector x i ). That is, it can be obtained from the following equation (2).
L S = (L M 2 −x i 2 ) 0.5 (2)
カメラ１１及びカメラ１２が被撮影物１００を頂点とする二等辺三角形Ｔの底辺の両端に配置されている場合、カメラ１２の方向角β2はカメラ１１の方向角β1と等しい（β2＝β1）。この場合、二等辺三角形Ｔの頂角はβ＝β1＋β2＝2β1である。 When the camera 11 and the camera 12 are arranged at both ends of the base of the isosceles triangle T having the object 100 as a vertex, the direction angle β 2 of the camera 12 is equal to the direction angle β 1 of the camera 11 (β 2 = β 1 ). In this case, the apex angle of the isosceles triangle T is β = β 1 + β 2 = 2β 1 .
≪駆動制御部≫
駆動制御部４３は、方向角演算部４１で演算された方向角β1及びβ2に基づいてカメラ１１及びカメラ１２それぞれの光軸が被撮影物１００に向くようにカメラ回動機構２１の駆動制御を行う。
具体的には、カメラ回動機構２１が検出する角度に基づいて、カメラ１１及びカメラ１２のそれぞれの光軸の向きが方向角演算部４１で演算された方向角β1、β2となるように、フィードバック制御等による自動制御によりカメラ回動機構２１を駆動する。
≪Drive control part≫
The drive control unit 43 drives the camera rotation mechanism 21 so that the optical axes of the camera 11 and the camera 12 face the object 100 based on the direction angles β 1 and β 2 calculated by the direction angle calculation unit 41. Take control.
Specifically, based on the angle detected by the camera rotation mechanism 21, the directions of the optical axes of the camera 11 and the camera 12 become the direction angles β 1 and β 2 calculated by the direction angle calculation unit 41. In addition, the camera rotation mechanism 21 is driven by automatic control such as feedback control.
なお、カメラ１１及びカメラ１２のそれぞれの向きが方向角演算部４１で演算された方向角β1及びβ2に駆動制御されてステレオ画像撮影を行う際、撮影中のハンチングを防止するため、駆動制御部４３はカメラ回動機構２１の自動制御及び駆動は行わないことが望ましい。
さらに、ステレオ画像の撮影中、カメラ回動機構２１が備えるロック機構によりカメラ１１及びカメラ１２は回転しないように固定され、駆動制御部４３は、カメラ回動機構２１により検出されるカメラ１１及びカメラ１２の方向角を出力して監視可能にすることが好ましい。
In order to prevent hunting during shooting when the stereo direction of the camera 11 and the camera 12 is controlled to be driven to the direction angles β 1 and β 2 calculated by the direction angle calculation unit 41, the driving is performed. It is desirable that the control unit 43 does not automatically control and drive the camera rotation mechanism 21.
Furthermore, the camera 11 and the camera 12 are fixed so as not to rotate by the lock mechanism included in the camera rotation mechanism 21 during the shooting of the stereo image, and the drive control unit 43 detects the camera 11 and the camera detected by the camera rotation mechanism 21. It is preferable to output 12 directional angles to enable monitoring.
＜焦点調節手段＞
焦点調節手段５０は、カメラ１１及びカメラ１２と被撮影物１００との焦点距離Lfを演算する焦点距離演算部５１と、カメラ１１及びカメラ１２の焦点を調節する焦点調節機構５３を備える。
<Focus adjustment means>
The focus adjustment unit 50 includes a focal length calculation unit 51 that calculates the focal length L f between the camera 11 and the camera 12 and the subject 100, and a focus adjustment mechanism 53 that adjusts the focus of the camera 11 and the camera 12.
≪焦点距離演算部≫
焦点距離演算部５１は、カメラ１１とカメラ１２の間のカメラ間距離2LCと、二等辺三角形Ｔの底辺の中点Ｍから被撮影物１００までの距離LMから、カメラ１１又はカメラ１２と被撮影物１００の距離Lを求め、距離Lに基づいて焦点距離Lfを演算するものである。
≪Focal distance calculation unit≫
The focal length calculation unit 51 calculates the distance between the camera 11 and the camera 12 from the camera distance 2L C and the distance L M from the midpoint M of the base of the isosceles triangle T to the object 100, The distance L of the subject 100 is obtained, and the focal length L f is calculated based on the distance L.
≪焦点調節機構≫
焦点調節機構５３は、焦点距離演算部５１で演算された焦点距離Lfに基づいてカメラ１１及びカメラ１２に装着されているカメラレンズの焦点を調節するものであり、該カメラレンズ自体が備える焦点調節機構を用いることができる。この場合、焦点距離演算部５１で演算された焦点距離Lfが、前記カメラレンズが備える前記焦点調節機構に外部信号として与えられる。
≪Focus adjustment mechanism≫
The focus adjustment mechanism 53 adjusts the focus of the camera lens mounted on the camera 11 and the camera 12 based on the focal length L f calculated by the focal length calculation unit 51, and the focal point of the camera lens itself. An adjustment mechanism can be used. In this case, the focal length L f calculated by the focal length calculation unit 51 is given as an external signal to the focus adjustment mechanism provided in the camera lens.
市販されているカメラレンズには、超音波又は赤外線を被撮影物に照射し、その反射波が戻るまでの時間や照射角度により被撮影物までの距離L（図１参照）を検出し、焦点合わせを自動化する機構を有するものがある。上記のような焦点合わせ機構を備えるカメラレンズをカメラ１１及びカメラ１２に装着してステレオ画像を撮影する場合、２台のカメラ１１とカメラ１２がそれぞれが異なった焦点距離Lfに調節されてしまう恐れがあり、ステレオ画像解析法により測定対象である被撮影物の３次元形状を求めるためには、カメラ１１とカメラ１２の焦点距離Lfが変更されるたびに較正板を使用した較正作業を行う必要が生じる。 A commercially available camera lens irradiates a subject with ultrasonic waves or infrared rays, detects the distance L (see FIG. 1) to the subject and detects the distance L (see FIG. 1) until the reflected wave returns. Some have a mechanism for automating the alignment. When the camera lens having the focusing mechanism as described above is attached to the camera 11 and the camera 12 to shoot a stereo image, the two cameras 11 and 12 are adjusted to different focal lengths L f. In order to obtain the three-dimensional shape of the object to be measured by the stereo image analysis method, a calibration operation using a calibration plate is required every time the focal length L f of the camera 11 and the camera 12 is changed. There is a need to do it.
これに対し、本実施の形態のように、二等辺三角形Ｔの底辺の両端に配置された２台のカメラ１１及びカメラ１２の焦点を、焦点距離演算部５１で演算された焦点距離Lfに基づいて焦点調節機構５３により調節した場合、カメラ１１とカメラ１２の配置状況は幾何学的な関係から求めることができるため、ステレオ画像解析に必要な較正情報を得る較正板を撮影する作業を省くことが可能となる。 On the other hand, as in the present embodiment, the focal points of the two cameras 11 and 12 arranged at both ends of the base of the isosceles triangle T are set to the focal length L f calculated by the focal length calculation unit 51. On the basis of the adjustment by the focus adjustment mechanism 53, since the arrangement state of the camera 11 and the camera 12 can be obtained from a geometrical relationship, the work of photographing a calibration plate for obtaining calibration information necessary for stereo image analysis is omitted. It becomes possible.
以上より、上記構成を備えたステレオ画像撮影装置１を用いることで、２台のカメラ１１及びカメラ１２の配置に手間を要せず、品質の良いステレオ画像を簡便に撮影することができる。
さらに、ステレオ画像撮影装置１を用いて撮影されたステレオ画像のステレオ画像解析を行う場合においては、図１に示すように、較正情報取得部６０及び補正情報取得部７０をさらに備えることが望ましい。
As described above, by using the stereo image capturing apparatus 1 having the above-described configuration, it is possible to easily capture a high-quality stereo image without requiring time and effort for arranging the two cameras 11 and 12.
Further, when performing stereo image analysis of a stereo image captured using the stereo image capturing device 1, it is desirable to further include a calibration information acquisition unit 60 and a correction information acquisition unit 70 as shown in FIG.
＜較正情報取得部＞
較正情報取得部６０は、ステレオ画像解析を行う際の較正作業に用いる２台のカメラ１１及びカメラ１２の方向角と、被撮影物１００との焦点距離を取得するものである。
較正情報取得部６０で取得するカメラ１１及びカメラ１２の方向角は、方向角演算部４１で演算された方向角β1、β2である。
又、較正情報取得部６０で取得するカメラ１１及びカメラ１２の焦点距離は、焦点距離演算部５１で演算された焦点距離Lfである。
<Calibration information acquisition unit>
The calibration information acquisition unit 60 acquires the directional angles of the two cameras 11 and 12 used for calibration work when performing stereo image analysis, and the focal distance between the object 100 to be captured.
The direction angles of the camera 11 and the camera 12 acquired by the calibration information acquisition unit 60 are the direction angles β 1 and β 2 calculated by the direction angle calculation unit 41.
The focal lengths of the cameras 11 and 12 acquired by the calibration information acquisition unit 60 are the focal lengths L f calculated by the focal length calculation unit 51.
これらの方向角β1、β2及び焦点距離Lfをカメラ１１とカメラ１２の配置を変更した時に較正情報として取得しておけば、２台のカメラ１１とカメラ１２の配置を変更する度に較正板を用いた較正作業を行わなくても、ステレオ画像解析において必要となる較正情報を幾何学的な関係から求めることができる。 If these directional angles β 1 and β 2 and the focal length L f are acquired as calibration information when the arrangement of the camera 11 and the camera 12 is changed, every time the arrangement of the two cameras 11 and the camera 12 is changed. Even if calibration work using a calibration plate is not performed, calibration information necessary for stereo image analysis can be obtained from a geometric relationship.
＜補正情報取得部＞
補正情報取得部７０は、ステレオ画像解析を行う際に、カメラ１１及びカメラ１２を配置した際の傾きに由来する誤差を補正するための情報を取得するものであり、図２に示すように、二等辺三角形Ｔを含む平面Ｐとカメラ１１又はカメラ１２の撮像面の水平軸とのなす回転角αを計測する回転角計測器７１、及び／又は、平面Ｐとカメラ１１又はカメラ１２の光軸とのなす傾斜角γを計測する傾斜角計測器７３を有する。
<Correction information acquisition unit>
The correction information acquisition unit 70 acquires information for correcting an error derived from the tilt when the camera 11 and the camera 12 are arranged when performing stereo image analysis. As shown in FIG. A rotation angle measuring device 71 that measures a rotation angle α between a plane P including an isosceles triangle T and a horizontal axis of an imaging surface of the camera 11 or the camera 12 and / or an optical axis of the plane P and the camera 11 or the camera 12. And an inclination angle measuring device 73 for measuring an inclination angle γ formed by
回転角計測器７１と傾斜角計測器７３には、２軸の傾斜を検出可能な半導体傾斜センサーを用いることができる。当該半導体傾斜センサーは特定用途向け半導体として、サイズ□10mm×厚み4mm程度、分解能0.025度の精度を有するものが市販されており、このような半導体傾斜センサーを用いることで回転角αと傾斜角γを簡便かつ精度良く同時に計測することができる。 As the rotation angle measuring instrument 71 and the inclination angle measuring instrument 73, a semiconductor inclination sensor capable of detecting a biaxial inclination can be used. The semiconductor tilt sensor has a size of □ 10mm x thickness of about 4mm and a resolution of 0.025 degrees as a semiconductor for specific applications. By using such a semiconductor tilt sensor, the rotation angle α and the tilt angle γ Can be measured easily and accurately at the same time.
次に、上記のように構成されたステレオ画像撮影装置１を用いてステレオ画像を撮影するステレオ画像撮影方法について、図１及び図２に基づいて以下に説明する。 Next, a stereo image capturing method for capturing a stereo image using the stereo image capturing apparatus 1 configured as described above will be described below with reference to FIGS.
本実施の形態に係るステレオ画像撮影方法は、２台のカメラ１１及びカメラ１２により被撮影物１００のステレオ画像を撮影するものであって、被撮影物１００を頂点とする二等辺三角形Ｔの底辺の両端にカメラ１１及びカメラ１２を配置すると共に、被撮影物１００との距離LSを求める距離計２３を配置する機器配置工程と、距離計２３によって被撮影物１００との間の距離LSを測定する距離測定工程と、該距離測定工程で測定された距離LSと、距離計２３とカメラ１１及びカメラ１２の位置関係に基づいてカメラ１１又はカメラ１２の方向角β１及びβ２を演算する方向角演算工程と、方向角β1及びβ2に基づいてカメラ１１及びカメラ１２の光軸が被撮影物１００において交差するようにカメラ１１とカメラ１２の向きを調整するカメラ向き調整工程とを備えている。 The stereo image capturing method according to the present embodiment captures a stereo image of the object 100 with the two cameras 11 and 12, and the base of the isosceles triangle T having the object 100 as a vertex. distance L S between the with the camera to be placed 11 and the camera 12 at both ends, and equipment arrangement step of arranging the distance meter 23 for determining the distance L S between the object to be photographed object 100, an object to be photographed object 100 by the distance meter 23 The direction angle β 1 and β 2 of the camera 11 or the camera 12 is determined based on the distance measurement step for measuring the distance L S measured in the distance measurement step, and the positional relationship between the distance meter 23, the camera 11, and the camera 12. turtle adjusting the direction angle calculating step of calculating, the orientation of the camera 11 and the camera 12 so that the optical axis of the camera 11 and the camera 12 based on the direction angle beta 1 and beta 2 intersect at the imaging object 100 And a direction adjusting step.
＜機器配置工程＞
機器配置工程は、２台のカメラ１１及びカメラ１２が被撮影物１００を頂点とする二等辺三角形Ｔの両端に位置するよう配置すると共に、距離計２３を配置する工程である。
<Equipment placement process>
The device arrangement step is a step of arranging the distance meter 23 while arranging the two cameras 11 and 12 so as to be positioned at both ends of the isosceles triangle T having the object 100 as a vertex.
２台のカメラ１１及びカメラ１２は、それぞれ固定台座１３及び固定台座１４を用いて固定レール１５上に固定する。そして、固定レール１５全体を被撮影物１００の方に向けて固定レール１５を設置する。
固定レール１５の位置と向きは、カメラ配置確認手段１７を用いて、カメラ１１及びカメラ１２が被撮影物１００を頂点とする三角形Ｔの底辺の両端に位置する配置となるように調整する。
The two cameras 11 and 12 are fixed on a fixed rail 15 using a fixed base 13 and a fixed base 14, respectively. Then, the fixed rail 15 is installed with the entire fixed rail 15 directed toward the subject 100.
The position and orientation of the fixed rail 15 are adjusted by using the camera arrangement confirmation means 17 so that the camera 11 and the camera 12 are arranged at both ends of the base of the triangle T having the object 100 as a vertex.
カメラ配置確認手段１７としては、例えば、固定レール１５上のカメラ１１とカメラ１２の中間位置に載置したレーザー光源を用いることができ、２台のカメラ１１とカメラ１２を結ぶ直線に直交する方向に前記レーザー光源からレーザー光を出射し、該レーザー光がカメラ１１とカメラ１２による被撮影物１００の撮影中心に照射されるように固定レール１５全体の位置及び向きを調整すれば、カメラ１１とカメラ１２は二等辺三角形Ｔの底辺の両端に配置されたものとなる。 As the camera arrangement confirmation means 17, for example, a laser light source placed at an intermediate position between the camera 11 and the camera 12 on the fixed rail 15 can be used, and a direction orthogonal to a straight line connecting the two cameras 11 and the camera 12. If the position and orientation of the entire fixed rail 15 are adjusted so that the laser light is emitted from the laser light source and the laser light is irradiated to the photographing center of the object 100 to be photographed by the camera 11 and the camera 12, The cameras 12 are arranged at both ends of the base of the isosceles triangle T.
カメラ配置を確認する他の方法としては、カメラ１１とカメラ１２により撮影された画像の撮影範囲を比較するものがある。
カメラ１１とカメラ１２の撮影範囲が同一である場合、カメラ１１とカメラ１２は被撮影物１００を頂点とする二等辺三角形Ｔの底辺の両端に配置され、カメラ１１とカメラ１２の光軸は被撮影物１００の表面で交差しているものと確認できる。
As another method of confirming the camera arrangement, there is a method of comparing shooting ranges of images shot by the camera 11 and the camera 12.
When the shooting ranges of the camera 11 and the camera 12 are the same, the camera 11 and the camera 12 are arranged at both ends of the base of the isosceles triangle T having the subject 100 as a vertex, and the optical axes of the camera 11 and the camera 12 are It can be confirmed that they intersect on the surface of the photographed object 100.
カメラ１１とカメラ１２を配置し、固定レール１５に組み込んだエンコーダ等により得られる固定台座１３及び固定台座１４の位置情報を用いてカメラ１１とカメラ１２のカメラ間距離2LCを計測する。カメラ１１とカメラ１２を固定レール１５上において位置を変更する必要が少ない場合、前記エンコーダ等による位置情報の検出手段は備えずに、カメラ１１とカメラ１２のカメラ間距離2LCを手動で計測しても良く、若しくは、予め定めたカメラ間距離2LCとなるように固定台座１３及び固定台座１４を固定レール１５に固定しても良い。 The camera 11 and the camera 12 are arranged, and the inter-camera distance 2L C between the camera 11 and the camera 12 is measured using positional information of the fixed base 13 and the fixed base 14 obtained by an encoder or the like incorporated in the fixed rail 15. When there is little need to change the positions of the camera 11 and the camera 12 on the fixed rail 15, the camera 2 and the camera distance 2L C between the camera 11 and the camera 12 are manually measured without providing the position information detecting means by the encoder or the like. Alternatively, the fixed base 13 and the fixed base 14 may be fixed to the fixed rail 15 so that the predetermined inter-camera distance 2L C is obtained.
距離計２３は、二等辺三角形Ｔの底辺の中点Ｍに相当する固定レール１５上に配置することが望ましいが、中点Ｍとの位置関係（位置ベクトルxi）が分かるのであれば任意の位置に配置しても良い。 The distance meter 23 is preferably arranged on the fixed rail 15 corresponding to the midpoint M of the base of the isosceles triangle T. However, if the positional relationship with the midpoint M (position vector x i ) is known, any distance meter 23 can be used. You may arrange in a position.
＜距離測定工程＞
距離測定工程は、距離計２３と被撮影物１００との距離LSを測定する工程であり、距離計２３には赤外線式や超音波式等の非接触式の測定方式を用いることができる。
<Distance measurement process>
The distance measuring step is a step of measuring the distance L S between the distance meter 23 and the object 100, and the distance meter 23 can use a non-contact type measurement method such as an infrared type or an ultrasonic type.
＜方向角演算工程＞
方向角演算工程は、カメラ１１とカメラ１２の間の中点Ｍと被撮影物１００との距離LMと、カメラ１１又はカメラ１２と中点Ｍとの間の距離LCを用いて、上記式（１）により、カメラ１１とカメラ１２の光軸が被撮影物１００に向き、双方の光軸が交差する方向角β1、β2を演算する工程である。
前記機器配置工程において、二等辺三角形Ｔの底辺の中点Ｍに対応する固定レール１５上の位置に距離計２３を配置した場合、LS＝LMである。一方、距離計２３を任意の位置に配置した場合、距離計２３で測定された距離LSと、中点Ｍと距離計２３との位置ベクトルxiから、中点Ｍから被撮影物までの距離LMを求める。
<Direction angle calculation process>
Direction angle calculation process, using the distance L M of the middle point M and the object to be photographed object 100 between the camera 11 and the camera 12, the distance L C between the camera 11 or the camera 12 and the midpoint M, the This is a step of calculating the directional angles β 1 and β 2 at which the optical axes of the camera 11 and the camera 12 are directed to the object 100 and the two optical axes intersect, according to the equation (1).
In the device arrangement step, when the distance meter 23 is arranged at a position on the fixed rail 15 corresponding to the midpoint M of the base of the isosceles triangle T, L S = L M. On the other hand, when the distance meter 23 is arranged at an arbitrary position, from the distance L S measured by the distance meter 23 and the position vector x i between the midpoint M and the distanceometer 23, from the midpoint M to the subject. Find the distance L M.
＜カメラ向き調整工程＞
カメラ向き調整工程は、前記方向角演算工程で演算されたカメラ１１とカメラ１２の方向角β1、β2に基づいて、カメラ１１とカメラ１２の光軸が被撮影物１００に向くように、カメラ１１とカメラ１２の向きを調整する工程である。
具体的には、方向角制御部４０に備えられている駆動制御部４３により、カメラ回動機構２１の駆動制御を行う。
そして、カメラ１１とカメラ１２の向きは、それぞれの撮影中心が距離計２３の測定ポイントと一致するように調整する。若しくは、カメラ配置確認手段１７にレーザー光源を使用した際には、レーザー光の照射ポイントとカメラ１１とカメラ１２の撮影中心が一致するように調整してもよい。
<Camera orientation adjustment process>
In the camera orientation adjustment step, based on the direction angles β 1 and β 2 of the camera 11 and the camera 12 calculated in the direction angle calculation step, the optical axes of the camera 11 and the camera 12 are directed toward the object 100. This is a step of adjusting the orientation of the camera 11 and the camera 12.
Specifically, drive control of the camera rotation mechanism 21 is performed by the drive control unit 43 provided in the direction angle control unit 40.
The orientations of the camera 11 and the camera 12 are adjusted so that the respective photographing centers coincide with the measurement points of the distance meter 23. Alternatively, when a laser light source is used for the camera arrangement confirmation unit 17, the laser light irradiation point may be adjusted so that the photographing centers of the camera 11 and the camera 12 coincide.
カメラ１１及びカメラ１２が前記方向角演算工程で演算された方向角に調整され、ステレオ画像の撮影を行う際には、ハンチング防止のため、カメラ１１とカメラ１２の向きが変わらないようにロック機構により固定し、カメラ回動機構２１により検出された方向角の監視のみを行うことが望ましい。 When the camera 11 and the camera 12 are adjusted to the directional angle calculated in the directional angle calculating step and a stereo image is taken, a lock mechanism is provided so that the orientation of the camera 11 and the camera 12 does not change to prevent hunting. It is desirable to monitor only the direction angle detected by the camera rotation mechanism 21.
＜焦点距離演算工程＞
焦点距離演算工程は、前記距離測定工程で測定した被撮影物１００との距離LSに基づいて求められる二等辺三角形Ｔの底辺の中点Ｍから被撮影物１００までの距離LMと、カメラ１１とカメラ１２の間のカメラ間距離2LCとから求められたカメラ１１又はカメラ１２と被撮影物１００の距離Lに基づいて、各カメラに備えられているカメラレンズの焦点距離Lfを演算するものである。
<Focal distance calculation process>
Focal length calculation step includes a distance L M from the middle point M of the base of the distance L S isosceles triangle T obtained based on the object to be photographed object 100 measured by the distance measuring process to the object to be photographed object 100, a camera Based on the distance L between the camera 11 or the camera 12 and the object to be photographed 100 obtained from the inter-camera distance 2L C between the camera 11 and the camera 12, the focal length L f of the camera lens provided in each camera is calculated. To do.
＜焦点調節工程＞
焦点調節工程は、前記焦点距離演算工程で演算されたカメラ１１及びカメラ１２の焦点距離Lfに基づいて各カメラの焦点を調節するものである。
該焦点調節工程としては、カメラレンズ自体が備えている焦点調節機構に前記焦点距離演算工程で演算された焦点距離Lfを入力し、カメラレンズの焦点を調節するものでよい。
<Focus adjustment process>
In the focus adjustment step, the focus of each camera is adjusted based on the focal length L f of the camera 11 and the camera 12 calculated in the focal length calculation step.
As the focus adjustment step, the focal length L f calculated in the focal length calculation step may be input to a focus adjustment mechanism provided in the camera lens itself to adjust the focus of the camera lens.
さらに、本発明に係るステレオ画像撮影方法は、以下に説明する較正情報取得工程と補正情報取得工程をさらに備えることにより、ステレオ画像解析における較正板の撮影に要する作業の省略及びステレオ画像データの補正を行うことが可能となる。 Furthermore, the stereo image photographing method according to the present invention further includes a calibration information acquisition step and a correction information acquisition step described below, thereby omitting the work required for photographing the calibration plate in stereo image analysis and correcting the stereo image data. Can be performed.
＜較正情報取得工程＞
較正情報取得工程は、前記焦点距離演算工程で演算された焦点距離Lfと、前記方向角演算工程で演算された方向角β1及びβ2を、ステレオ画像解析における較正情報として取得する工程である。
<Calibration information acquisition process>
The calibration information acquisition step is a step of acquiring the focal length L f calculated in the focal length calculation step and the direction angles β 1 and β 2 calculated in the direction angle calculation step as calibration information in stereo image analysis. is there.
＜補正情報取得工程＞
補正情報取得工程は、図２に示すように、カメラ１１とカメラ１２が底辺の両端に配置する二等辺三角形Ｔを含む平面Ｐと、カメラ１１及びカメラ１２の撮像面の水平線とのなす角度（回転角α）、及び／又は、平面Ｐとカメラ１１及びカメラ１２の光軸とのなす角度（傾斜角γ）を測定し、該回転角αと該傾斜角γをカメラ１１及びカメラ１２で撮影されたステレオ画像の補正情報として取得する工程である。
前記回転角αと前記傾斜角γの測定には、例えば、カメラ１１及びカメラ１２に２軸傾斜センサーを取り付け、該傾斜センサーの出力を取得すればよい。
<Correction information acquisition process>
As shown in FIG. 2, the correction information acquisition step includes an angle formed by a plane P including an isosceles triangle T arranged at both ends of the bases of the camera 11 and the camera 12 and a horizontal line of the imaging surfaces of the camera 11 and the camera 12 ( Rotation angle α) and / or an angle (inclination angle γ) between the plane P and the optical axis of the camera 11 and the camera 12 is measured, and the rotation angle α and the inclination angle γ are photographed by the camera 11 and the camera 12. This is a step of acquiring the correction information of the stereo image thus obtained.
For the measurement of the rotation angle α and the inclination angle γ, for example, a biaxial inclination sensor may be attached to the camera 11 and the camera 12 and the output of the inclination sensor may be acquired.
以上、本実施の形態に係るステレオ画像解析装置及びステレオ画像解析方法によれば、２台のカメラの配置状況の変更に伴う較正板を用いた較正作業を必要とせず、２台のカメラと被撮影物の配置を容易に調整することができるため、ステレオ画像解析に用いられるステレオ画像の撮影工程を大幅に減らすこととができる。 As described above, according to the stereo image analysis apparatus and the stereo image analysis method according to the present embodiment, the calibration work using the calibration plate accompanying the change in the arrangement state of the two cameras is not required, Since the arrangement of the photographed object can be easily adjusted, it is possible to greatly reduce the photographing process of the stereo image used for stereo image analysis.
１ ステレオ画像撮影装置
１１ カメラ
１２ カメラ
１３ 固定台座
１４ 固定台座
１５ 固定レール
１７ カメラ配置確認手段
２１ カメラ回動機構
２３ 距離計
３０ 制御装置
４０ 方向角制御部
４１ 方向角演算部
４３ 駆動制御部
５０ 焦点調節手段
５１ 焦点距離演算部
５３ 焦点調節機構
６０ 較正情報取得部
７０ 補正情報取得部
７１ 回転角計測器
７３ 傾斜角計測器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stereo image imaging device 11 Camera 12 Camera 13 Fixed base 14 Fixed base 15 Fixed rail 17 Camera arrangement confirmation means 21 Camera rotation mechanism 23 Distance meter 30 Control device 40 Direction angle control part 41 Direction angle calculation part 43 Drive control part 50 Focus Adjustment means 51 Focal length calculation unit 53 Focus adjustment mechanism 60 Calibration information acquisition unit 70 Correction information acquisition unit 71 Rotation angle measurement device 73 Inclination angle measurement device
Claims (9)
前記被撮影物を頂点とする二等辺三角形の底辺の両端に配置されて前記被撮影物を撮影する２台のカメラと、
該２台のカメラの向きを、前記二等辺三角形を含む平面内で回動させるカメラ回動機構と、
前記被撮影物までの距離を測定する距離計と、
該距離計で測定された前記被撮影物までの距離に基づいて前記カメラ回動機構を制御する制御装置とを有し、
該制御装置は、前記２台のカメラのカメラ間距離と前記距離計で測定された前記被撮影物までの距離に基づいて、前記被撮影物と前記カメラを結ぶ直線と前記二等辺三角形の底辺とのなす方向角を演算する方向角演算部と、
該方向角演算部で演算された方向角に基づいて、前記２台のカメラの光軸上に前記被撮影物が位置するように前記カメラ回動機構の駆動制御を行う駆動制御部とを備えたステレオ画像撮影装置。 A stereo image photographing device for photographing a stereo image of a subject,
Two cameras that are arranged at both ends of the base of an isosceles triangle having the object as a vertex, and that images the object;
A camera rotation mechanism for rotating the directions of the two cameras in a plane including the isosceles triangle;
A distance meter that measures the distance to the object;
A control device that controls the camera rotation mechanism based on the distance to the object measured by the distance meter;
The control device is configured such that, based on a distance between the cameras of the two cameras and a distance to the subject to be measured measured by the distance meter, a straight line connecting the subject and the camera and a base of the isosceles triangle A direction angle calculation unit for calculating a direction angle formed by
A drive control unit that performs drive control of the camera rotation mechanism so that the subject is positioned on the optical axis of the two cameras based on the direction angle calculated by the direction angle calculation unit. Stereo image shooting device.
該演算された焦点距離に基づいて前記２台のカメラの焦点を調節する焦点調節手段を有することを特徴とする請求項１に記載のステレオ画像撮影装置。 The control device calculates the focal length of the two cameras based on the distance to the subject and the direction angle measured by the distance meter,
The stereo image photographing apparatus according to claim 1, further comprising a focus adjusting unit that adjusts the focal points of the two cameras based on the calculated focal length.
前記平面と前記カメラの光軸とのなす傾斜角を計測する傾斜角計測器を有し、
前記回転角と前記傾斜角を前記被撮影物のステレオ画像解析の補正に用いる補正情報として取得する補正情報取得部をさらに備えたことを特徴とする請求項５に記載のステレオ画像撮影装置。 A rotation angle measuring device for measuring a rotation angle between a plane including the isosceles triangle and a horizontal axis of the imaging surfaces of the two cameras; and / or
An inclination angle measuring device for measuring an inclination angle formed by the plane and the optical axis of the camera;
The stereo image photographing device according to claim 5, further comprising a correction information acquisition unit that acquires the rotation angle and the tilt angle as correction information used for correcting stereo image analysis of the subject.
被撮影物を頂点とする二等辺三角形の底辺の両端に前記２台のカメラを配置すると共に前記被撮影物との距離を測定する距離計を配置する機器配置工程と、
前記距離計によって該距離計と前記被撮影物との距離を測定する距離測定工程と、
該距離測定工程で測定された距離と前記距離計と前記２台のカメラの位置関係に基づいて前記被撮影物と前記カメラを結ぶ直線と前記底辺とのなす方向角を演算する方向角演算工程と、
該方向角に基づいて前記カメラの光軸上に前記被撮影物が位置するように前記カメラの向きを調整するカメラ向き調整工程とを備えたことを特徴とするステレオ画像撮影方法。 A stereo image capturing method for capturing a stereo image of an object with two cameras,
A device arrangement step of arranging the two cameras at both ends of the base of the isosceles triangle having the object to be vertexed and arranging a distance meter for measuring the distance from the object to be imaged;
A distance measuring step of measuring a distance between the distance meter and the object to be photographed by the distance meter;
Direction angle calculation step of calculating a direction angle formed by a straight line connecting the object to be photographed and the camera and the base based on the distance measured in the distance measurement step and the positional relationship between the distance meter and the two cameras. When,
A stereo image photographing method comprising: a camera orientation adjusting step for adjusting the orientation of the camera so that the subject is positioned on the optical axis of the camera based on the direction angle.
該焦点距離演算工程で演算された焦点距離に基づいて、前記２台のカメラの焦点を調節する焦点調節工程を有し、
前記方向角演算工程で演算された方向角と前記焦点距離演算工程で演算された焦点距離を前記被撮影物のステレオ画像解析の較正に用いる較正情報として取得する較正情報取得工程をさらに備えたことを特徴とする請求項７に記載のステレオ画像撮影方法。 A focal length calculation step of calculating a focal length of the two cameras based on a distance from the distance measured by the distance meter to the subject and the direction angle;
A focus adjustment step of adjusting the focus of the two cameras based on the focal length calculated in the focal length calculation step;
A calibration information acquisition step of acquiring the direction angle calculated in the direction angle calculation step and the focal length calculated in the focal length calculation step as calibration information used for calibration of stereo image analysis of the object to be photographed; The stereo image shooting method according to claim 7.
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|---|---|---|---|---|
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2015
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