JP2018044943A - カメラパラメタセット算出装置、カメラパラメタセット算出方法、および、プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
Disc−Read Only Memory)などの不揮発性の記録媒体を含む。
本発明者は、背景技術の欄において記載したカメラ校正に関し、以下の問題が生じることを見出した。
特許文献1には、全方向(球状)の3次元座標の取得を目的として、同一部材上に視野角が180度より狭い複数のカメラを設置し、これを1組のステレオカメラとして、多面体の各面に1組ずつ設置した構成の装置が開示されている(図16A)。
複眼カメラで撮影した画像から、ステレオ視により被写体の3次元座標を取得するためには、各カメラのカメラパラメタセットが必要である。カメラパラメタセットとは、撮影空間内のある点の3次元座標と撮影によって得られた画像上での当該点の2次元座標(画素座標)との関係を表す、カメラのモデルと当該モデルに応じた複数のパラメタである。このカメラパラメタセットを算出することをカメラ校正と呼ぶ。
標と前記複数の第1画素座標とは1対1対応し、前記評価値算出器は、複数の差に基づいて前記評価値を算出し、前記複数の差の各々は、前記複数の3次元座標のうちの1つの3次元座標に対応し、かつ前記複数の第1画素座標に含まれる画素座標における前記第1の画像に含まれる画素値と、前記1つの3次元座標に対応し、かつ前記複数の第2画素座標に含まれる画素座標における前記第2の画像に含まれる画素値との平均値と、前記1つの3次元座標に対応し、かつ前記複数の第3画素座標に含まれる画素座標における前記第3の画像に含まれる画素値との差であってもよい。前記複数の差の各々は、前記画素値の差の絶対値であってもよく、また前記画素値の差の2乗値であってもよい。
以下、本開示の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。実施の形態では、本開示に係るカメラパラメタセット算出装置を用いた、車載用の複眼カメラシステムについて説明する。以下、実施の形態について、図面を用いて説明する。
以下、複眼カメラシステム10における画像生成時の動作を、図4を用いて説明する。
トMi、Mjを(式4)に示す。
C. Zach, T. Pock, and H. Bischof, "A duality based approachfor realtime TV-L1 optical flow," In Proceedings of the 29th DAGM conference on Pattern recognition, pp214-223, 2007
松山隆司、ほか編、"コンピュータビジョン"、株式会社新技術コミュニケーションズ、pp123〜137.
以下、複眼カメラシステム10における自己校正時の動作について、図9、図10を用いて説明する。
自己校正時の動作1では、説明を容易にするため、異常カメラはユーザーによって特定されており、ユーザーのスイッチ押下などの外部入力によって動作が開始するものとする。
以下、上述した画像処理器110のステップS1003〜ステップS1007の動作によって、カメラ101a、101b、101cの3つの画像と初期カメラパラメタを用いて、カメラ101cのより正確なカメラパラメタを算出して更新することが可能であることを、シミュレーションによる実験結果をもとに説明する。
・カメラパラメタが正解値である場合に、評価値も最小であること
・カメラパラメタの正解値の近傍で、評価関数が下に凸であること
以下、カメラ101a、101b、101cで撮影される画像として、図11A、図11B、図11Cの画像が入力された場合を例に、(式7)の評価関数Jが、上述の2つの条件を満たしていることを示す。
自己校正時の動作1では、異常カメラ、すなわち、カメラパラメタの誤差が大きいカメラは、ユーザーによって特定されており、ユーザーのスイッチ押下などの外部入力によって校正動作が開始するものとした。
なお、前述の自己校正時の動作1および2において、画像処理器110の自己校正時の動作で用いる評価関数Jとして、画素値の差の絶対値和に基づく評価値(式7)を用いるとしたが、(式7)に限定するものではなく、3次元座標に対応する2つ以上の画像の画素値の差に基づく式であれば、他の式であってもよい。例えば、2つの画素値差の2乗和に基づく評価値でもよいし、各画素値の算出において3つ以上の画像の差分を用いるとしてもよい。
前述した実施の形態では、図1および図9の、撮像器100、画像処理器110、および、ディスプレイ130は、いずれも車両に搭載されており、画像処理器110を構成する自己校正器111も車両に搭載されているものとしたが、画像処理器110の構成を限定するものではなく、例えば、自己校正器111は、車両とネットワークで接続された別の場所に設置されているコンピュータで構成してもよい。
自己校正時の動作1および自己校正時の動作2では、ステップS1003でN点の3次元座標が算出された場合に、ステップS1004で、算出されたN点の3次元座標を用いて評価値Jを算出する例を示したが、評価値Jの算出にN点全てを用いる必要はない。
100 撮像器
101、101a〜101d カメラ
110 画像処理器
111 自己校正器
112 位置算出器
113 画像生成器
114 カメラパラメタ格納器
130 ディスプレイ
300 コンピュータ
301 CPU
302 ROM
303 RAM
304 HDD
305 ビデオ入力I/F
306 ビデオカード
901 受付器
902 3次元点群算出器
903 評価値算出器
904 カメラパラメタセット決定器
905 カメラパラメタセット出力器
Claims (17)
- 第1のカメラで撮影した第1の画像と、第2のカメラで撮影した第2の画像と、第3のカメラで撮影した第3の画像と、前記第1のカメラの第1カメラパラメタセットと、前記第2のカメラの第2カメラパラメタセットと、前記第3のカメラの第3カメラパラメタセットとを受け付ける受付器と、
前記第1カメラパラメタセットは前記第1のカメラの1または複数のカメラパラメタを含み、前記第2カメラパラメタセットは前記第2のカメラの1または複数のカメラパラメタを含み、前記第3カメラパラメタセットは前記第3のカメラの1または複数のカメラパラメタを含み、
前記第1の画像と、前記第2の画像と、前記第1カメラパラメタセットと、前記第2カメラパラメタセットとに基づいて、複数の3次元座標を算出する3次元点群算出器と、
前記複数の3次元座標と前記第2カメラパラメタセットとに基づいて前記第2の画像における複数の第2画素座標を決定し、前記複数の3次元座標と前記第3カメラパラメタセットとに基づいて前記第3の画像における複数の第3画素座標を決定し、前記複数の第2画素座標における前記第2の画像の複数の画素値と前記第3画素座標における前記第3の画像の複数の画素値とに基づいて評価値を算出する評価値算出器と、
前記複数の3次元座標と前記複数の第2画素座標とは1対1対応し、かつ、前記複数の3次元座標と前記複数の第3画素座標とは1対1対応し、
評価値算出器で算出した評価値に基づいて、前記第3のカメラの第4のカメラパラメタセットを決定する、カメラパラメタセット決定器と、
前記第4のカメラパラメタセットは1または複数のカメラパラメタを含み、
前記第4カメラパラメタセットを出力するカメラパラメタセット出力器と、
を備えるカメラパラメタセット算出装置。 - 前記評価値算出器は、
前記複数の3次元座標を前記第2カメラパラメタセットに含まれる1又は複数のカメラパラメタを用いて座標変換することにより、前記複数の第2画素座標を決定し、
前記複数の3次元座標を前記第3カメラパラメタセットに含まれる1又は複数のカメラパラメタを用いて座標変換することにより、前記複数の第3画素座標を決定する、
請求項1に記載のカメラパラメタセット算出装置。 - 前記評価値算出器は、複数の差に基づいて前記評価値を算出し、
前記複数の差の各々は、
前記複数3次元座標のうちの1つの3次元座標に対応し、かつ前記複数の第2画素座標に含まれる画素座標における前記第2の画像に含まれる画素値と、
前記1つの3次元座標に対応し、かつ前記複数の第3画素座標に含まれる画素座標における前記第3の画像に含まれる画素値と、の差である、
請求項1又は2に記載のカメラパラメタセット算出装置。 - 前記複数の差の各々は、前記画素値の差の絶対値である、
請求項3に記載のカメラパラメタセット算出装置。 - 前記複数の差の各々は、前記画素値の差の2乗値である、
請求項3に記載のカメラパラメタセット算出装置。 - 前記評価値算出器は、
前記複数の3次元座標と前記第1カメラパラメタセットとに基づいて前記第1の画像における複数の第1画素座標を決定し、
前記複数の3次元座標と前記複数の第1画素座標とは1対1対応し、
前記評価値算出器は、複数の差に基づいて前記評価値を算出し、
前記複数の差の各々は、
前記複数の3次元座標のうちの1つの3次元座標に対応し、かつ前記複数の第1画素座標に含まれる画素座標における前記第1の画像に含まれる画素値と、前記1つの3次元座標に対応し、かつ前記複数の第2画素座標に含まれる画素座標における前記第2の画像に含まれる画素値との平均値と、
前記1つの3次元座標に対応し、かつ前記複数の第3画素座標に含まれる画素座標における前記第3の画像に含まれる画素値と、の差である、
請求項1又は2に記載のカメラパラメタセット算出装置。 - 前記複数の差の各々は、前記平均値と前記画素値との差の絶対値である、
請求項6に記載のカメラパラメタセット算出装置。 - 前記複数の差の各々は、前記平均値と前記画素値との差の2乗値である、
請求項6に記載のカメラパラメタセット算出装置。 - 前記評価値算出器は、前記複数の3次元座標と前記第1カメラパラメタセットとに基づいて前記第1の画像における複数の第1画素座標を決定し、
前記複数の3次元座標と前記複数の第1画素座標とは1対1対応し、
前記評価値算出器は、複数の差に基づいて前記評価値を算出し、
前記複数の差の各々は第1の差と第2の差とを含み、
前記第1の差は、
前記複数の3次元座標のうちの1つの3次元座標に対応し、かつ前記複数の第1画素座標に含まれる画素座標における前記第1の画像に含まれる画素値と、
前記1つの3次元座標に対応し、かつ前記複数の第3画素座標に含まれる画素座標における前記第3の画像に含まれる画素値と、の差であり、
前記第2の差は、
前記複数の3次元座標のうちの1つの3次元座標に対応し、かつ前記複数の第2画素座標に含まれる画素座標における前記第2の画像に含まれる画素値と、
前記1つの3次元座標に対応し、かつ前記複数の第3画素座標に含まれる画素座標における前記第3の画像に含まれる画素値と、の差である、
請求項1又は2に記載のカメラパラメタセット算出装置。 - 前記複数の差の各々において、前記第1の差及び前記第2の差はいずれも、前記画素値の差の絶対値である、
請求項9に記載のカメラパラメタセット算出装置。 - 前記複数の差の各々において、前記第1の差及び前記第2の差はいずれも、前記画素値の差の2乗値である、
請求項9に記載のカメラパラメタセット算出装置。 - 前記評価値算出器は、前記複数の3次元座標の各々が、前記第3のカメラの不可視領域にあるか否かを判定し、不可視領域にあると判定された3次元座標に対応する第2画素座標における前記第2の画像の画素値と、不可視領域にあると判定された3次元座標に対応する第3画素座標における前記第3の画像の画素値とを、前記評価値の算出に用いない、
請求項1から11の何れか1項に記載のカメラパラメタセット算出装置。 - 前記評価値算出器は、前記第1カメラパラメタセットに基づいて前記複数の3次元座標のうちの1つの3次元座標に対応する前記第1の画像の画素座標における輝度勾配が所定のしきい値より小さいか、または、前記第2カメラパラメタセットに基づいて前記1つの3次元座標に対応する前記第2の画像の画素座標における輝度勾配が所定のしきい値より小さい場合に、前記1つの3次元座標を、前記評価値の算出に用いない、
請求項1から12の何れか1項に記載のカメラパラメタセット算出装置。 - 前記カメラパラメタセット算出装置は、3以上の複数のカメラで構成される複眼カメラシステムに適用され、
前記受付器は、前記複数のカメラで撮影した複数の画像と、前記複数のカメラの複数のカメラパラメタセットとを受け付け、
前記3次元点群算出器は、
前記複数のカメラのうちの2台のカメラからなる複数のカメラ組の各々について、
当該カメラ組に含まれる一方のカメラで撮影した第4の画像と、他方のカメラで撮影した第5の画像と、当該一方のカメラの第5カメラパラメタセットと、当該他方のカメラの第6カメラパラメタセットとに基づいて複数の3次元座標を算出し、
前記複数の3次元座標と前記第5カメラパラメタセットとに基づいて前記第4の画像における複数の第4画素座標を決定し、前記複数の3次元座標と前記第6カメラパラメタセットとに基づいて前記第5の画像における複数の第5画素座標を決定し、
前記複数の3次元座標と前記複数の第4画素座標とは1対1対応し、かつ、前記複数の3次元座標と前記複数の第5画素座標とは1対1対応し、
前記複数の第4画素座標における前記第4の画像の複数の画素値と前記第5画素座標における前記第5の画像の複数の画素値とに基づいて評価値を算出し、
前記複数のカメラ組の各々について算出された評価値に基づいて、前記複数のカメラ組の中から1つのカメラ組を選択し、
前記評価値算出器は、選択されたカメラ組に含まれる2台のカメラを前記第1のカメラ及び前記第2のカメラとし、その他のカメラのうち1台のカメラを前記第3のカメラとして前記評価値を算出する、
請求項1から13の何れか1項に記載のカメラパラメタセット算出装置。 - 前記3次元点群算出器は、複数の差に基づいて前記評価値を算出し、
前記複数の差の各々は、
前記複数の3次元座標のうちの1つの3次元座標に対応し、かつ前記複数の第4画素座標に含まれる画素座標における前記第4の画像に含まれる画素値と、
前記1つの3次元座標に対応し、かつ前記複数の第5画素座標における前記第5の画像に含まれる画素値と、の差である、
請求項14に記載のカメラパラメタセット算出装置。 - 第1のカメラで撮影した第1の画像と、第2のカメラで撮影した第2の画像と、第3のカメラで撮影した第3の画像と、前記第1のカメラの第1カメラパラメタセットと、前記第2のカメラの第2カメラパラメタセットと、前記第3のカメラの第3カメラパラメタセットとを受け付ける受付ステップと、
前記第1カメラパラメタセットは前記第1のカメラの1または複数のカメラパラメタを含み、前記第2カメラパラメタセットは前記第2のカメラの1または複数のカメラパラメタを含み、前記第3カメラパラメタセットは前記第3のカメラの1または複数のカメラパラメタを含み、
前記第1の画像と、前記第2の画像と、前記第1カメラパラメタセットと、前記第2カメラパラメタセットとに基づいて、複数の3次元座標を算出する3次元点群算出ステップと、
前記複数の3次元座標と前記第2カメラパラメタセットとに基づいて前記第2の画像における複数の第2画素座標を決定し、前記複数の3次元座標と前記第3カメラパラメタセットとに基づいて前記第3の画像における複数の第3画素座標を決定し、前記複数の第2画素座標における前記第2の画像の複数の画素値と前記第3画素座標における前記第3の画像の複数の画素値とに基づいて評価値を算出する評価値算出ステップと、
前記複数の3次元座標と前記複数の第2画素座標とは1対1対応し、かつ、前記複数の3次元座標と前記複数の第3画素座標とは1対1対応し、
評価値算出器で算出した評価値に基づいて、前記第3のカメラの第4のカメラパラメタセットを決定する、カメラパラメタセット決定ステップと、
前記第4のカメラパラメタセットは1または複数のカメラパラメタを含み、
前記第4カメラパラメタセットを出力するカメラパラメタセット出力ステップと、
を含むカメラパラメタセット算出方法。 - 第1のカメラで撮影した第1の画像と、第2のカメラで撮影した第2の画像と、第3のカメラで撮影した第3の画像と、前記第1のカメラの第1カメラパラメタセットと、前記第2のカメラの第2カメラパラメタセットと、前記第3のカメラの第3カメラパラメタセットとを受け付ける受付ステップと、
前記第1カメラパラメタセットは前記第1のカメラの1または複数のカメラパラメタを含み、前記第2カメラパラメタセットは前記第2のカメラの1または複数のカメラパラメタを含み、前記第3カメラパラメタセットは前記第3のカメラの1または複数のカメラパラメタを含み、
前記第1の画像と、前記第2の画像と、前記第1カメラパラメタセットと、前記第2カメラパラメタセットとに基づいて、複数の3次元座標を算出する3次元点群算出ステップと、
前記複数の3次元座標と前記第2カメラパラメタセットとに基づいて前記第2の画像における複数の第2画素座標を決定し、前記複数の3次元座標と前記第3カメラパラメタセットとに基づいて前記第3の画像における複数の第3画素座標を決定し、前記複数の第2画素座標における前記第2の画像の複数の画素値と前記第3画素座標における前記第3の画像の複数の画素値とに基づいて評価値を算出する評価値算出ステップと、
前記複数の3次元座標と前記複数の第2画素座標とは1対1対応し、かつ、前記複数の3次元座標と前記複数の第3画素座標とは1対1対応し、
評価値算出器で算出した評価値に基づいて、前記第3のカメラの第4のカメラパラメタセットを決定する、カメラパラメタセット決定ステップと、
前記第4のカメラパラメタセットは1または複数のカメラパラメタを含み、
前記第4カメラパラメタセットを出力するカメラパラメタセット出力ステップと、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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