JP2017524920A - レンズ歪みを測定する方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】画像処理の速度を上げると共に、レンズ歪み量の測定の精度を向上させる。【解決手段】Ｋ×Ｎ個（Ｋ及びＮは自然数）の点から構成されたドットマトリックスパターンを有するテストカードを用意するステップと、レンズを介して生じたテストカードのドットマトリックスパターンの歪んだ画像を取得するステップと、歪んだ画像の左上隅の点を座標原点とし、原点から右方向をＸ軸の正方向とし、原点から下方向をＹ軸の正方向として歪んだ画像の平面座標系を確立するステップと、走査及び検索によって、歪んだ画像の中心点及び全ての非中心点を位置決めすると共に、中心点及び全ての非中心点の平面座標系における座標値を定めるステップと、中心点及び全ての非中心点の座標値により、歪んだ画像の歪み量の計算式で、歪んだ画像の歪み量を計算し、さらにレンズの歪み量を得るステップと、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、画像処理の技術分野に関し、特に、レンズ歪みを測定する方法及びシステムに関する。

科学技術レベルの向上に伴って、消費電子製品は、急速に人々の生活に浸透してきている。その内、ヘッドマウントディスプレイは、優れた外観デザイン及び先進的機能により、人々の注目を集めている。ヘッドマウントディスプレイは、視覚技術を完璧に応用した製品であり、高解像度のＬＣＤスクリーンを用いて画像を表示し、レンズで画像を拡大することにより、利用者が鮮明な画像を楽しめるようにすると共に、３Ｄ技術で画像を処理することにより、３Ｄによる視覚的なインパクトを利用者が体感できるようになっている。

しかしながら、レンズは、画像を拡大する一方で、画像に歪みを生じさせてしまう。この歪みは、撮像の幾何学的歪みに属し、焦点面における異なる領域の映像に対する拡大率の違いによって形成された画面上の画像のねじれ変形現象である。このような画像の変形の大きさは、画面中心から画面の縁に向かって次第に増加し、主として画面の縁で顕著となる。このため、この歪み量を測定し、画像処理技術によって、歪んだ画像を正常な画像に復元する必要があるが、従来技術におけるレンズ歪みを測定する方法は、計算速度が遅く、且つ測定の精度が低いため、復元された画像には大きな誤差があり、画像処理に利用者の要求を満たせていない。

本発明は、従来のレンズ歪みの測定方法における計算速度が遅く、且つ測定の精度が低いという問題を解決するために、レンズ歪みを測定する方法及びシステムを提供する。

上記目的を達成するために、本発明の技術的解決手段は、以下により実現される。
本発明は、レンズ歪みを測定する方法を提供しており、当該方法は、Ｋ×Ｎ個（Ｋ及びＮは自然数であり、ＫはＮと同一又は異なる）の点から構成されたドットマトリックスパターンを有するテストカードを用意するステップと、レンズを介して歪みが生じたテストカードのドットマトリックスパターンの歪んだ画像を取得するステップと、歪んだ画像の左上隅の点を座標原点とし、原点から右方向をＸ軸の正方向とし、原点から下方向をＹ軸の正方向として、歪んだ画像の平面座標系を確立するステップと、走査及び検索によって、歪んだ画像の中心点及び全ての非中心点を位置決めすると共に、中心点及び全ての非中心点の平面座標系における座標値を定めるステップと、中心点及び全ての非中心点の座標値により、歪んだ画像の歪み量を計算し、さらにレンズの歪み量を得るステップと、を含む。

この場合、テストカードの中心点の半径は、全ての非中心点の半径よりも大きい。
さらに、走査及び検索によって、歪んだ画像の中心点及び全ての非中心点を位置決めするために、歪んだ画像の中心の座標値を中心とする正方形の検索領域を設定し、該検索領域の半径を中心点の半径の２倍以上とし、上記検索領域の左上隅の点を中心とし、辺長の半分が中心点の半径に等しい正方形の走査領域を設定し、該走査領域の中心を走査の開始点として、当該走査領域を走査すると共に、当該領域内の全ての画素点の平均値を計算し、上記検索領域における全検索領域を走査し終えるまで順番に上記走査領域の中心を移動し、移動する毎に走査領域で得られた画素点の平均値を比較すると共に、全ての画素点の平均値のうち、最小平均値又は最大平均値が存在する走査領域の中心を中心点の中心として定め、さらに中心点の中心の座標値を定めて、中心点の中心の座標値を中心点の座標値として位置決めし、同様な方法で、全ての非中心点の座標値を位置決めする、ことを含む。

さらにまた、順番に走査領域の中心を移動するのは、検索領域における全検索領域を走査し終えるまで、上から下へ、左から右へ順番に走査領域の中心を移動することを含み、全ての非中心点の座標値を位置決めするため、中心点の中心を基準にし、所定のステップ幅で正方形の検索領域内を左に移動して、中心点と同一の行にある左側の全ての非中心点を位置決めすると共に、非中心点の座標値を定め、中心点の中心を基準にし、所定のステップ幅で上記検索領域内を右に移動して、中心点と同一の行にある右側の全ての非中心点を位置決めすると共に、非中心点の座標値を定め、中心点の中心を基準にし、所定のステップ幅で上記検索領域内を下に移動して、中心点が存在する行の次行の全ての非中心点を位置決めすると共に、非中心点の座標値を定め、中心点の中心を基準にし、所定のステップ幅で上記検索領域内を上に移動して、中心点が存在する行の前行の全ての非中心点を位置決めすると共に、非中心点の座標値を定める、ことを含む。

また、当該レンズ歪みを測定する方法は、キャッシュにおいて、少なくとも中心点及び全ての非中心点を含むことが可能な長さの二次元配列を定義して、中心点の座標情報を二次元配列の中心の要素に格納し、位置決めされた中心点及び全ての非中心点を、歪んだ画像上の相対的な物理位置に応じて二次元配列に順次に格納し、中心点及び全ての非中心点と二次元配列との索引関係を確立する、ことをさらに含む。

さらに、中心点及び全ての非中心点の座標値により、歪んだ画像の歪み量を計算するために、二次元配列と中心点及び全ての非中心点との索引関係に基づいて、それぞれ歪んだ画像の縁に位置する４つの点Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を見付けると共に、該４つの点Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４は、夫々、隣接する２の点が同一の基準線上に位置するという条件を満たし、４つの点Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４及びそのうち隣接する２つの点が存在する同一の基準線上にある全ての非中心点と中心点との索引関係に基づいて、上記４つの点Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の夫々隣接する２つの点が存在する同一の基準線上の中間点を見付けて、点Ａ１及び点Ａ２が存在する基準線の中間点をＢ１とし、点Ａ２及び点Ａ３が存在する基準線の中間点をＢ２とし、点Ａ３及び点Ａ４が存在する基準線の中間点をＢ３とし、点Ａ１及び点Ａ４が存在する基準線の中間点をＢ４とし、中間点Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４は、点Ｂ１、中心点及び点Ｂ３の３つの点が同一の基準線に位置し、点Ｂ２、中心点及び点Ｂ４の３つの点が同一の基準線に位置し、点Ａ１，Ａ２の点Ｂ１に対する索引値の差は等しく、ｍとし、点Ａ３，Ａ４の点Ｂ３に対する索引値の差は等しく、ｎとし、且つｍ＝ｎであり、点Ａ１，Ａ４の点Ｂ４に対する索引値の差は等しく、ｕとし、点Ａ２，Ａ３の点Ｂ２に対する索引値の差は等しく、ｖとし、且つｖ＝ｕであるという条件を満たす、ことを含む。

さらにまた、中心点及び一部の非中心点の座標値により、歪んだ画像の歪み量を計算するために、次式により、歪んだ画像の垂直方向の歪み量を計算し、
Vertical = 100% * (DisA1A4+ DisA2A3)/（2* DisB1B3）
ここで、DisA1A4が点Ａ１と点Ａ４との間の距離を表し、DisA2A3が点Ａ２と点Ａ３との間の距離を表し、DisB1B3が点Ｂ１と点Ｂ３との間の距離を表し、Verticalが歪んだ画像の垂直方向の歪み量を表す、
さらに、次式により、歪んだ画像の水平方向の歪み量を計算する、
Horizontal = 100% * (DisA1A2+ DisA3A4)/（2* DisB2B4）
ここで、DisA1A2が点Ａ１と点Ａ２との間の距離を表し、DisA3A4が点Ａ３と点Ａ４との間の距離を表し、DisB2B4が点Ｂ２と点Ｂ４との間の距離を表し、Horizontalが歪んだ画像の水平方向の歪み量を表す、ことを含む。

また、レンズを介して歪みが生じたテストカードのドットマトリックスパターンの歪んだ画像を取得するために、高解像度の産業用カメラを用いて、カメラの中心、レンズの中心及びテストカードの中心を重ね合わせて、上記産業用カメラを使って、レンズを介してテストカードを撮影し、歪んだ画像を得る、ことを含む。

そして、中心点及び非中心点が黒点である場合、全ての画素点の平均値のうち、最小平均値が存在する走査領域の中心を黒点の中心として定めると共に、黒点の中心の座標値を定める。

また、本発明は、レンズ歪みを測定するシステムを提供し、上記方法を使用して、レンズの歪みを測定する。当該システムは、Ｋ×Ｎ個（Ｋ及びＮは自然数）の点から構成されたドットマトリックスパターンを有するテストカードと、レンズを介して歪みが生じたテストカードのドットマトリックスパターンの歪んだ画像を取得する撮像装置と、歪んだ画像の左上隅の点を座標原点とし、原点から右方向をＸ軸の正方向とし、原点から下方向をＹ軸の正方向として、歪んだ画像の平面座標系を確立し、走査及び検索によって、歪んだ画像の中心点及び全ての非中心点を位置決めすると共に、中心点及び全ての非中心点の平面座標系における座標値を定め、並びに、中心点及び全ての非中心点の座標値により、歪んだ画像の歪み量を計算して、さらにレンズの歪み量を得る画像処理装置と、を含む。

本発明によるレンズ歪みを測定する方法及びシステムは、テストカード上の全ての点を迅速且つ正確に位置決めすることができ、実際の誤差範囲がサブピクセルレベルまでに達しており、歪んだ画像の歪み量を迅速に計算し、これをレンズの歪みに正確に反映することができる。

本願のその他の特徴及び利点については、以下の明細書において説明される。そして、一部は、明細書において自明になり、或いは本願の実施により理解される。本願の目的及びその他の利点につき、作成した明細書、請求の範囲、及び図面にて特に提示された構造から実現及び取得することができる。

図面は、本発明のさらなる理解のために提供されるものであり、明細書の一部とされ、本発明の実施例とともに本発明を解釈するために用いられるが、本発明に対する制限にならない。

本発明の実施例によるレンズ歪みを測定する方法のフローチャートである。 本発明の実施例によるテストカードの模式図である。 本発明の実施例による歪んだ画像を取得する模式図である。 本発明の実施例によるテストカードのレンズを経て歪んだ画像の模式図である。 本発明の実施例による歪んだ画像の黒点を位置決めするモデル図である。 本発明の実施例による位置決めされた全ての黒点の実物図である。 本発明の実施例による黒点の座標キャッシュの模式図である。 本発明の実施例による歪んだ画像の歪み量の計算について示す説明図である。

本発明の目的、技術的解決手段及び利点がより明白になるように、以下、図面を参照して、本発明の実施形態について更に詳しく説明する。
本発明の主たる技術的特徴としては、ドットマトリクスパターンを形成する黒点が設けられたテストカードを利用し、当該テストカードの歪んだ画像に基づいて座標を位置決めして、迅速に歪んだ画像の全ての黒点の座標を定めると共に、全ての黒点の座標により、歪んだ画像の歪み量を算出することにある。本発明による測定方法は、テストカードの歪んだ画像上の黒点を迅速に見付け出して、歪み量測定の処理速度を上げて、測定の精度を向上させることができる。

図１は、本発明の実施例によるレンズ歪みを測定する方法のフローチャートである。以下、図１を参照して、本発明による方法を説明する。本発明によるレンズ歪みを測定する方法は、
Ｋ×Ｎ個（Ｋ及びＮは自然数であり、ＫはＮと同一又は異なる）の点から構成されたドットマトリックスパターンを有するテストカードを用意するステップＳ１１０と、
レンズを介して歪みが生じたテストカードのドットマトリックスパターンの歪んだ画像を取得するステップＳ１２０と、
ドットマトリックスパターンの歪んだ画像の左上隅の点を座標原点とし、原点から右方向をＸ軸の正方向とし、原点から下方向をＹ軸の正方向として、上記歪んだ画像の平面座標系を確立するステップＳ１３０と、
走査及び検索によって、ドットマトリックスパターンの上記歪んだ画像の中心点及び全ての非中心点を位置決めし、中心点及び全ての非中心点の上記平面座標系における座標値を定めるステップＳ１４０と、
中心点及び全ての非中心点の上記座標値により、歪んだ画像の歪み量を計算し、さらにレンズの歪み量を得るステップＳ１５０と、を含む。

歪んだ画像の平面座標系を確立することで、歪んだ画像における全ての点を迅速に検知し、歪んだ画像における全ての点の座標値を計算することができる。当該測定方法によれば、計算量が少なく、歪んだ画像の測定速度を上げることができると共に、Ｋ×Ｎ個の点で構成されたドットマトリックスパターンのテストカードを採用したことにより、測定精度の向上を図ることができる。

図２は、本発明の実施例によるテストカードの模式図である。詳細には、図２は、本実施例に使用されるテストカードの一部、即ち、２１行と２１列の黒点により構成されたドットマトリックスを示しており、１がマトリックスの中心黒点を表し、中心黒点１は、歪んだ画像を撮影するときにカメラの中心に合致させられるように、半径がその他の非中心黒点の半径よりも大きい。また、中心黒点１の半径をより大きくするのは、画像処理技術による計算処理の際にそれを中心点として検知するためでもある。言うまでもなく、図２には、本実施例におけるレンズを通して撮影されたテストカードの歪んだ画像の中央部分だけが示されている。レンズによって発生するテストカードの歪み画像は、画像の縁の部分で円形に近い形状を呈し、中央部分でドットがマトリックスに近い形に並んだものとなる。

ヘッドマウントディスプレイなどの他の類似のスマートディスプレイ装置は、高解像度のＬＣＤスクリーンを使って画像を表示する際に、利用者がより鮮明な画像を楽しめるように、レンズによる拡大が必要とされる。しかし、レンズは、画像を拡大する一方、画像に歪みを生じさせてしまう。本発明による方法は、歪んだ画像の歪み量を測定するものであり、測定前に歪んだ画像を取得する必要がある。

図３は、本発明の実施例による歪んだ画像を取得するための光学系の模式図である。図３に示すように、高解像度（例えば１０００万画素）の産業用カメラ３１により、レンズ３２を介して、ヘッドマウントディスプレイのＬＣＤスクリーン３３の位置に配置されたテストカードが撮影され、テストカードの画像の中心が上記カメラ３１の中心及びレンズ３２の中心に重ね合わせされる。このときに撮影された歪んだ画像は、レンズによる画像の歪み量を正確に示すものである。

図４は、本発明の実施例によるレンズを経て取得されたテストカードのドットマトリクスパターンの歪んだ画像の模式図であり、レンズ歪みを計算するための適切な領域を最大限に反映したものである。４隅部の点は、できるだけ画像の縁に近い点となるようにすると共に、そのうち隣接する２点は、縁の最も外側で且つ同一の基準線上に位置しており、一般的にＦ×Ｆ（Ｆは奇数）点のマトリックスとなっている。

図４に示すように、テストカードは、レンズを経て拡大されると同時に、その画像に糸巻型の歪みが生じている。この歪みによって、テストカード上の黒点の位置がずれ、且つ、各黒点の位置ずれ量が異なる。特に、歪んだ画像の周縁位置における黒点の歪みの度合いが一番大きい。

本発明は、座標位置決めの方式を用いて歪んだ画像上の全ての黒点の座標値を位置決めするようにしている。レンズを経て生じたテストカードの歪んだ画像上の中心点及びその他の非中心点の相対的な物理位置は変わっておらず、具体的な座標値が変わった可能性がある。そこで、座標位置決め技術により全ての黒点の座標を位置決めし、黒点の相対的な物理位置が変わらないものの、実際の座標値が変わったものとして、変わった全ての黒点の座標値及び歪み量の計算式によって、当該歪んだ画像の歪み量を計算すると共に、レンズの歪み量を得て、歪んだ画像を調整することにより、正常な画像に復元するときの誤差を低減させる。

以下、図５及び図６を参照して、歪んだ画像の全ての黒点の位置決めを具体的に説明する。図５は、本発明の実施例による歪んだ画像の黒点を位置決めする説明図であり、図６は、本発明の実施例による位置決めされた全ての黒点の実物図である。

走査及び検索によって、ドットマトリックスパターンから成るテストカードの歪んだ画像の中心点及び全ての非中心点を位置決めする方法は、具体的には、先ず、歪んだ画像の中心点の座標値を中心とする正方形の検索領域を設定する。この正方形の検索領域の半径は、中心点の半径の２倍以上とする。また、正方形の上記検索領域の左上隅の点を中心とする、半径が上記中心点の半径となる正方形の走査領域を設定する。

そして、走査領域の中心を走査の開始点にして、当該走査領域内の画像を走査すると共に、当該走査領域内の画像の全ての画素値の平均値を計算する。さらに、上記検索領域における全検索領域を走査し終わるまで順番に走査領域の中心を移動しながら、その都度走査領域で得られた画素値の平均値を比較し、全ての画素値の平均値のうち、最小平均値又は最大平均値が存在する走査領域の中心を中心点の中心として定め、さらに中心点の中心の座標値を定めて、これを中心点の座標値として位置決めする。同様にして、全ての非中心点の座標値を位置決めする。

本実施例において、ドットマトリックスパターンから成るテストカード上の中心点及び非中心点は黒点である。図５に示す中心黒点が存在する黒い領域において、黒点の半径５２の２倍以上の半径５１で正方形の検索領域を定義する。また、当該検索領域の左上隅の点を中心とし、上記中心黒点の半径を半径５３とする正方形の走査領域を定義する。

さらに、上記半径がより大きい検索領域内を上から下へ、左から右へという順番で走査領域の中心を順次に移動して走査を行い、１回の走査毎に、当該走査領域内における全ての画素値の平均値を記録する。そして、当該検索領域を走査し終えるまで、毎回、走査領域で取得された画素値の平均値を比較し、そのうちの最小平均値が存在する走査領域の中心を中心黒点の中心として定め、当該中心黒点の位置決めを完了すると共に、当該中心黒点の座標値を計算して格納する。

言うまでもなく、本発明の方法を応用する際に、テストカード上の点の色は黒に限らないので、テストカード上の点に対して位置決めを行うとき、具体的な点の色の画素値に応じて、平均値が最小又は最大となる走査領域を中心点の中心として選択すべきである。

本実施例においては、テストカードの点の色が黒であるので、走査領域に含まれる黒い部分が多ければ多いほど、画素値が小さくなり、完全な黒である場合、画素値がゼロとなる。

本発明の他の実施例において、テストカードの地色を他の色にしても良く、例えば中心点及び非中心点の色を白にした場合、走査領域により位置決めを行う際に、走査領域の画素値の平均値のうちの最大平均値（白の画素値は、２５５）が存在する走査領域の中心を中心点の中心として位置決めする。

中心黒点の位置決めと同様な方法により、全ても非中心黒点を位置決めする。具体的には、中心黒点の中心を基準にし、所定のステップ幅で正方形の検索領域を左へ移動して、中心黒点と同一の行にある左側の全ての非中心黒点を位置決めすると共に、これらの非中心黒点の座標値を定める。また、正方形の検索領域を右へ移動して、中心黒点と同一の行にある右側の全ての非中心黒点を位置決めすると共に、これらの非中心黒点の座標値を定める。さらに、中心黒点の中心を基準にし、所定のステップ幅で正方形の検索領域を下へ移動して、中心黒点が存在する行の次行の全ての非中心黒点を位置決めすると共に、これらの非中心黒点の座標値を定める。そして、中心黒点の中心を基準にし、所定のステップ幅で正方形の検索領域を上へ移動して、中心黒点が存在する行の前行の全ての非中心黒点を位置決めすると共に、これらの非中心黒点の座標値を定める。

非中心黒点を位置決めする際に、選択した正方形の検索領域の半径は、非中心黒点の半径の２倍以上とする。検索領域を移動するときの所定のステップ幅とは、歪んだ画像上における隣接する２つの黒点の中心間の距離を指し、予め設定された経験値である。したがって、毎回、この距離で移動すれば、不要な走査を回避することができ、走査領域への走査の速度と効率が向上する。

図６は、本発明の実施例による位置決めされた全ての黒点の実物図である。図６に示すように、中心黒点及び全ての非中心黒点を位置決めした後に、丸で囲むように標記している。上述したステップによって、中心黒点及び非中心黒点の座標値を定めて格納する。

座標値を格納する際に、本発明の一実施例では、二次元配列の方式を採用して格納を行っており、図７は、本発明の実施例による黒点の座標値キャッシュを示す模式図である。図７に示すように、歪んだ画像上の幾つかの点を例示的に選択し、選択したこれらの点の座標値を、その歪んだ画像における相対的な物理位置に応じて格納するようにしている。

先ず、キャッシュにおいて、少なくとも全ての黒点を含むことが可能な長さの二次元配列を定義する。応用シーンによって、歪んだ画像上の黒点の数量が異なり、異なる長さの二次元配列が用意される。例えば、本実施例においては、長さが４１となる二次元配列array[41][41]を定義している。二次元配列を定義した後、まず中心黒点の座標を格納しておく。格納するとき、二次元配列の最も中心となる要素array[21][21]を見付け、中心黒点の座標をarray[21][21]に入れ、歪んだ画像の中心黒点と同一の行にある左側の黒点の座標をarray[20][21]に入れる。また、同様にして、歪んだ画像上のその他の黒点の座標値を二次元配列に入れ、歪んだ画像の黒点と二次元配列との索引関係を確立する。

図８は、本発明の実施例による歪んだ画像の歪み量の計算について示す説明図である。図８に示すように、全ての黒点の座標値を得た後、歪んだ画像を観察して、歪んだ画像における歪みの度合いを最も良く示す幾つかの重要な点を選択する。図８示すように、キャッシュにおける二次元配列を迅速に探索し、まずレンズ歪みの計算を最大限に反映できる４つの点Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を見付け出す。これらの４つの点は、可能な限り歪んだ画像の縁に近い必要がある。即ち、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の４つの点により定められた領域は、レンズ歪みの計算に適した領域を最大限に反映することができ、Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の４つの点のうち、互いに隣接する２つの点は、縁の最も外側で且つ同一の基準線上に位置し、選択された当該基準線の末端を定義すると共に、以下の条件を同時に満たさなければならない。

Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の４つの点のうち、隣接する２つの点は、同一の基準線上に位置し、点Ａ１と点Ａ２を結ぶ基準線と、Ａ１，Ａ２の中間点で交差する垂直基準線との交点をＢ１とし、点Ａ２と点Ａ３を結ぶ基準線と、Ａ２，Ａ３の中間点で交差する水平基準線との交点をＢ２とし、同様にして、Ｂ３，Ｂ４を定める。点Ａ１，Ａ２の点Ｂ１に対する索引値の差は等しく、ｍとし、点Ａ３，Ａ４の点Ｂ３に対する索引値の差は等しく、ｎとし、且つｍ＝ｎ＝９であり、Ｂ１，Ｏ（中心黒点）、Ｂ３の３つの点は同一の基準線上に位置し、同様に、点Ａ１，Ａ４の点Ｂ４に対する索引値の差は等しく、ｕとし、点Ａ２，Ａ３の点Ｂ２に対する索引値の差は等しく、ｖとし、且つｖ＝ｕ＝９であり、Ｂ２，Ｏ（中心黒点）、Ｂ４の３つの点が同一の基準線上に位置するものとすると、索引値の差が９であることは、中心黒点Ｏが点Ｂ１から黒点の数で９個だけ離れていることを示す。実際上は、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４を、４つの点Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４のうち、隣接する２つの点が存在する同一の基準線上の中間点（或いは中点と称す）と見なしても良い。即ち、点Ａ１及び点Ａ２が位置する基準線上の中間点をＢ１とし、点Ａ２及び点Ａ３が位置する基準線上の中間点をＢ２とし、点Ａ３及び点Ａ４が位置する基準線上の中間点をＢ３とし、点Ａ１及び点Ａ４が位置する基準線上の中間点をＢ４とする。

上記重要な点Ａ１〜Ａ４及びＢ１〜Ｂ４の座標値を得た後、歪み量の計算式に基づいて計算を行う。次式により、歪んだ画像の水平方向の歪み量を算出する。
Horizontal = 100% * (DisA1A2+ DisA3A4)/（2* DisB2B4）
ここで、DisA1A2が点Ａ１と点Ａ２との間の距離を表し、DisA3A4が点Ａ３と点Ａ４との間の距離を表し、DisB2B4が点Ｂ２と点Ｂ４との間の距離を表し、Horizontalが歪んだ画像の水平方向の歪み量を表す。

同様に、次式により、歪んだ画像の垂直方向の歪み量を算出する。
Vertical = 100% * (DisA1A4+ DisA2A3)/（2* DisB1B3）
ここで、DisA1A4が点Ａ１と点Ａ４との間の距離を表し、DisA2A3が点Ａ２と点Ａ３との間の距離を表し、DisB1B3が点Ｂ１と点Ｂ３との間の距離を表し、Verticalが歪んだ画像の垂直方向の歪み量を表す。

歪んだ画像の水平方向の歪み量及び垂直方向の歪み量が算出されると、当該歪んだ画像の歪み量が得られ、さらにレンズの歪み量も得られる。したがって、当該歪んだ画像を調整して、より好適に画像を復元して、誤差を低減することができる。

本発明の実施例は、レンズ歪みを測定するシステムをさらに提供しており、図１に示す方法を使用して、レンズ歪みを測定する。当該システムは、Ｋ×Ｎ個の点から構成されたドットマトリックスパターンを有するテストカードと、レンズを介して歪みが生じたテストカードのドットマトリックスパターンの歪んだ画像を取得する撮像装置と、ドットマトリックスパターンの歪んだ画像の左上隅の点を座標原点とし、原点から右方向をＸ軸の正方向とし、原点から下方向をＹ軸の正方向として、歪んだ画像の平面座標系を確立し、走査及び検索によって、歪んだ画像の中心点及び全ての非中心点を位置決めすると共に、中心点及び全ての非中心点の平面座標系における座標値を定め、並びに、中心点及び全ての非中心点の座標値により、歪んだ画像の歪み量を計算し、さらにレンズの歪み量を得る画像処理装置と、を含む。

以上をまとめると、本発明によるレンズ歪みを測定する方法及びシステムは、歪んだ画像に基づき、新しい平面座標系を定義して座標により位置決めし、テストカード上の点を迅速且つ正確に見付け出して、画像処理の速度及び効率を向上させると共に、誤差範囲をサブピクセルレベルまで抑えることができ、測定の精度を向上させることができるようになった。また、キャッシュ配列で画像上の点の座標情報を格納することにより、迅速に画像点の座標を探索して歪んだ画像の歪み量を計算するための便利性を図ることができ、画像の歪み量をより正確にレンズ歪みの度合いに反映することができるようになった。

以上の説明は、あくまでも本発明の好ましい実施例であり、本発明の保護範囲を限定するものではない。本発明の精神及び原則内でなされた如何なる補正、均等的置換、改善等は、いずれも本発明の保護範囲内に含まれるものとする。

この場合、テストカードの中心点の半径は、全ての非中心点の半径よりも大きい。
さらに、走査及び検索によって、歪んだ画像の中心点を位置決めすると共に、中心点の上記平面座標系における座標値を定めるために、歪んだ画像の中心の座標値を中心とする正方形の検索領域を設定し、該検索領域の辺長の半分を中心点の半径の２倍以上とし、上記検索領域の左上隅の点を中心とし、辺長の半分が中心点の半径に等しい正方形の走査領域を設定し、該走査領域の中心を走査の開始点として、当該走査領域を走査すると共に、当該領域内の全ての画素点の平均値を計算し、上記検索領域における全検索領域を走査し終えるまで、上から下へ、左から右への順番で上記走査領域の中心を移動し、移動する毎に走査領域で得られた画素点の平均値を比較すると共に、全ての画素点の平均値のうち、最小平均値又は最大平均値が存在する走査領域の中心を中心点の中心として定め、さらに中心点の中心の座標値を定めて、中心点の中心の座標値を中心点の座標値として位置決めする、ことを含む。

さらにまた、走査及び検索によって、全ての非中心点の座標値を位置決めすると共に、全ての非中心点の上記平面座標系での座標値を定めるため、中心点の中心を基準にし、所定のステップ幅で正方形の検索領域内を左に移動して、中心点と同一の行にある左側の全ての非中心点を位置決めすると共に、非中心点の座標値を定め、中心点の中心を基準にし、所定のステップ幅で上記検索領域内を右に移動して、中心点と同一の行にある右側の全ての非中心点を位置決めすると共に、非中心点の座標値を定め、中心点の中心を基準にし、所定のステップ幅で上記検索領域内を下に移動して、中心点が存在する行の次行の全ての非中心点を位置決めすると共に、非中心点の座標値を定め、中心点の中心を基準にし、所定のステップ幅で上記検索領域内を上に移動して、中心点が存在する行の前行の全ての非中心点を位置決めすると共に、非中心点の座標値を定め、上記検索領域における全検索領域を走査し終えるまで、上から下へ、左から右への順番で上記走査領域の中心を移動する、ことを含む。

さらにまた、中心点及び全ての非中心点の座標値により、歪んだ画像の歪み量を計算するために、次式により、歪んだ画像の垂直方向の歪み量を計算し、
Vertical = 100% * (DisA1A4+ DisA2A3)/（2* DisB1B3）
ここで、DisA1A4が点Ａ１と点Ａ４との間の距離を表し、DisA2A3が点Ａ２と点Ａ３との間の距離を表し、DisB1B3が点Ｂ１と点Ｂ３との間の距離を表し、Verticalが歪んだ画像の垂直方向の歪み量を表す、
さらに、次式により、歪んだ画像の水平方向の歪み量を計算する、
Horizontal = 100% * (DisA1A2+ DisA3A4)/（2* DisB2B4）
ここで、DisA1A2が点Ａ１と点Ａ２との間の距離を表し、DisA3A4が点Ａ３と点Ａ４との間の距離を表し、DisB2B4が点Ｂ２と点Ｂ４との間の距離を表し、Horizontalが歪んだ画像の水平方向の歪み量を表す、ことを含む。

走査及び検索によって、ドットマトリックスパターンから成るテストカードの歪んだ画像の中心点及び全ての非中心点を位置決めする方法は、具体的には、先ず、歪んだ画像の中心点の座標値を中心とする正方形の検索領域を設定する。この正方形の検索領域の辺長の半分は、中心点の半径の２倍以上とする。また、正方形の上記検索領域の左上隅の点を中心とする、辺長の半分が上記中心点の半径となる正方形の走査領域を設定する。

本実施例において、ドットマトリックスパターンから成るテストカード上の中心点及び非中心点は黒点である。図５に示す中心黒点が存在する黒い領域において、黒点の半径（即ち、辺長の半分）５２の２倍以上の半径５１で正方形の検索領域を定義する。また、当該検索領域の左上隅の点を中心とし、上記中心黒点の半径（即ち、辺長の半分）を半径５３とする正方形の走査領域を定義する。

さらに、上記半径（即ち、辺長の半分）がより大きい検索領域内を上から下へ、左から右へという順番で走査領域の中心を順次に移動して走査を行い、１回の走査毎に、当該走査領域内における全ての画素値の平均値を記録する。そして、当該検索領域を走査し終えるまで、毎回、走査領域で取得された画素値の平均値を比較し、そのうちの最小平均値が存在する走査領域の中心を中心黒点の中心として定め、当該中心黒点の位置決めを完了すると共に、当該中心黒点の座標値を計算して格納する。

非中心黒点を位置決めする際に、選択した正方形の検索領域の辺長の半分は、非中心黒点の半径の２倍以上とする。検索領域を移動するときの所定のステップ幅とは、歪んだ画像上における隣接する２つの黒点の中心間の距離を指し、予め設定された経験値である。したがって、毎回、この距離で移動すれば、不要な走査を回避することができ、走査領域への走査の速度と効率が向上する。

Claims (10)

1. レンズの歪みを測定する方法であって、
   Ｋ×Ｎ個（Ｋ及びＮは自然数であり、ＫはＮと同一又は異なる）の点から構成されたドットマトリックスパターンを有するテストカードを用意するステップと、
   前記レンズを介して生じた前記テストカードの前記ドットマトリックスパターンの歪んだ画像を取得するステップと、
   前記歪んだ画像の左上隅の点を座標原点とし、原点から右方向をＸ軸の正方向とし、原点から下方向をＹ軸の正方向として前記歪んだ画像の平面座標系を確立するステップと、
   走査及び検索によって、前記歪んだ画像の中心点及び全ての非中心点を位置決めすると共に、前記中心点及び全ての前記非中心点の前記平面座標系における座標値を定めるステップと、
   前記中心点及び全ての前記非中心点の前記座標値により、前記歪んだ画像の歪み量を計算し、さらに前記レンズの歪み量を得るステップと、を含むことを特徴とするレンズ歪みを測定する方法。
2. 前記テストカードの前記中心点の半径は、全ての前記非中心点の半径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のレンズ歪みを測定する方法。
3. 前記走査及び検索によって、前記歪んだ画像の中心点及び全ての非中心点を位置決めするために、前記歪んだ画像の中心の座標値を中心とする正方形の検索領域を設定し、該検索領域の半径を前記中心点の半径の２倍以上とし、
   前記検索領域の左上隅の点を中心とし、半径が中心点の半径に等しい正方形の走査領域を設定し、該走査領域の中心を走査の開始点として、前記走査領域を走査すると共に、当該領域内の全ての画素点の平均値を計算し、
   前記検索領域における全検索領域を走査し終えるまで順番に前記走査領域の中心を移動し、移動する毎に前記走査領域で得られた画素点の平均値を比較すると共に、全ての画素点の平均値のうち、最小平均値又は最大平均値が存在する走査領域の中心を前記中心点の中心として定め、さらに前記中心点の中心の座標値を定めて、前記中心点の中心の座標値を前記中心点の座標値として位置決めし、
   同様にして、全ての前記非中心点の座標値を位置決めする、
   ことを含むことを特徴とする請求項１に記載のレンズ歪みを測定する方法。
4. 前記順番に前記操作領域の中心を移動するのは、
   前記検索領域における全検索領域を走査し終えるまで、上から下へ、左から右への順番で前記走査領域の中心を移動することを含み、
   前記と同様な方法で、全ての前記非中心点の中心の座標値を位置決めするために、
   前記中心点の中心を基準にして所定のステップ幅で前記検索領域内を左に移動して、前記中心点と同一の行にある左側の全ての前記非中心点を位置決めすると共に、前記非中心点の座標値を定め、
   前記中心点の中心を基準にし、所定のステップ幅で前記検索領域内を右に移動して、前記中心点と同一の行にある右側の全ての前記非中心点を位置決めすると共に、前記非中心点の座標値を定め、
   前記中心点の中心を基準にし、所定のステップ幅で前記検索領域内を下に移動して、前記中心点が存在する行の次行の全ての前記非中心点を位置決めすると共に、前記非中心点の座標値を定め、
   前記中心点の中心を基準にし、所定のステップ幅で前記検索領域内を上に移動して、前記中心点が存在する行の前行の全ての前記非中心点を位置決めすると共に、前記非中心点の座標値を定める、
   ことを含むことを特徴とする請求項３に記載のレンズ歪みを測定する方法。
5. キャッシュにおいて、少なくとも前記中心点及び全ての前記非中心点を含むことが可能な長さの二次元配列を定義して、前記中心点の座標情報を前記二次元配列の中心の要素に格納し、
   位置決めされた前記中心点及び全ての前記非中心点を、前記歪んだ画像上の相対的な物理位置に応じて前記二次元配列に順次に格納し、前記中心点及び全ての前記非中心点と前記二次元配列との索引関係を確立する、
   ことをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載のレンズ歪みを測定する方法。
6. 前記中心点及び全ての前記非中心点の座標値により、前記歪んだ画像の歪み量を計算するために、
   前記二次元配列と前記中心点及び全ての前記非中心点との索引関係に基づいて、夫々、前記歪んだ画像の縁に位置する４つの点Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を見付けると共に、該４つの点Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４は、夫々、隣接する２の点が前記歪んだ画像の縁における同一の基準線上に位置するという条件を満たし、
   前記４つの点Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４及びそのうち隣接する２つの点が存在する同一の基準線上にある全ての前記非中心点と前記中心点との索引関係に基づいて、前記基準線の中間点を見つけて、点Ａ１及び点Ａ２が存在する基準線上の中間点をＢ１とし、点Ａ２及び点Ａ３が存在する基準線上の中間点をＢ２とし、点Ａ３及び点Ａ４が存在する基準線上の中間点をＢ３とし、点Ａ１及び点Ａ４が存在する基準線上の中間点をＢ４とすると共に、中間点Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４は、
   点Ｂ１、前記中心点及び点Ｂ３の３つの点が同一の基準線上に位置し、
   点Ｂ２、前記中心点及び点Ｂ４の３つの点が同一の基準線上に位置し、
   点Ａ１，Ａ２の点Ｂ１に対する索引値の差は等しく、ｍとし、点Ａ３，Ａ４の点Ｂ３に対する索引値の差は等しく、ｎとし、且つｍ＝ｎであり、
   点Ａ１，Ａ４の点Ｂ４に対する索引値の差は等しく、ｕとし、点Ａ２，Ａ３の点Ｂ２に対する索引値の差は等しく、ｖとし、且つｖ＝ｕであるという条件を満たす、
   ことを含むことを特徴とする請求項５に記載のレンズ歪みを測定する方法。
7. 前記中心点及び全ての前記非中心点の座標値により、前記歪んだ画像の歪み量を計算するために、
   次式により、前記歪んだ画像の垂直方向の歪み量を計算し、
   Vertical = 100% * (DisA1A4+ DisA2A3)/（2* DisB1B3）
   ここで、DisA1A4は点Ａ１と点Ａ４との間の距離を表し、DisA2A3は点Ａ２と点Ａ３との間の距離を表し、DisB1B3は点Ｂ１と点Ｂ３との間の距離を表し、Verticalは歪んだ画像の垂直方向の歪み量を表す、
   さらに、次式により、前記歪んだ画像の水平方向の歪み量を計算する、
   Horizontal = 100% * (DisA1A2+ DisA3A4)/（2* DisB2B4）
   ここで、DisA1A2は点Ａ１と点Ａ２との間の距離を表し、DisA3A4は点Ａ３と点Ａ４との間の距離を表し、DisB2B4は点Ｂ２と点Ｂ４との間の距離を表し、Horizontalは歪んだ画像の水平方向の歪み量を表す、
   ことをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のレンズ歪みを測定する方法。
8. 前記レンズを介して歪みが生じた前記テストカードの前記ドットマトリックスパターンの前記歪んだ画像を取得するために、
   産業用カメラを選択して、前記産業用カメラの中心、レンズの中心及び前記テストカードの中心を重ね合わせた状態で、前記産業用カメラを使って、前記レンズを介して前記テストカードを撮影し、前記歪んだ画像を得ることを含むことを特徴とする請求項１に記載のレンズ歪みを測定する方法。
9. 前記中心点及び前記非中心点が黒点である場合、全ての前記画素点の平均値のうち、最小平均値が存在する前記走査領域の中心を黒点の中心として定めると共に、前記黒点の中心の座標値を定めることを特徴とする請求項３に記載のレンズ歪みを測定する方法。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載のレンズの歪みを測定する方法を使用してレンズ歪みを測定するシステムであって、
    Ｋ×Ｎ個（Ｋ及びＮは自然数）の点から構成されたドットマトリックスパターンを有するテストカードと、
    前記レンズを介して歪みが生じた前記テストカードの前記ドットマトリックスパターンの歪んだ画像を取得する撮像装置と、
    前記歪んだ画像の左上隅の点を座標原点とし、原点から右方向をＸ軸の正方向とし、原点から下方向をＹ軸の正方向として、前記歪んだ画像の平面座標系を確立し、走査及び検索によって、前記歪んだ画像の中心点及び全ての非中心点を位置決めすると共に、前記中心点及び全ての前記非中心点の前記平面座標系における座標値を定め、前記中心点及び全ての前記非中心点の座標値により、前記歪んだ画像の歪み量を計算し、さらに前記レンズの歪み量を得る画像処理装置と、
    を含むことを特徴とするレンズ歪みを測定するシステム。