JP2024049283A - Calibration device and calibration method for stereo camera - Google Patents
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Abstract
【課題】ステレオカメラの光軸を一対のコリメータから出射されるコリメータ光に基づいて校正するに際し、両コリメータの光軸の平行度がずれた場合でも調整を不要とする。
【解決手段】ステレオカメラ校正装置は、カメラ5a,5bを有するステレオカメラユニット5と、コリメータ2a,2bを有するコリメータユニット2と、リファレンスカメラ2a,2bを有するリファレンスカメラユニット2と、制御部4とを備え、制御部4は、コリメータ2a,2bから出射されるコリメート光を受光したリファレンスカメラ3a,3bの撮像面の座標を求め、両座標の差分からコリメータ2a,2bの光軸の変位量を算出し、コリメータ2a,2bから出射されるコリメート光を受光したカメラ5a,5bの撮像面の座標を求め、両座標の差分からカメラ5a,5bの光軸の変位量を算出し、両変位量の差分からカメラ5a,5bの校正値を算出する。
【選択図】図1
When the optical axis of a stereo camera is calibrated based on collimator light emitted from a pair of collimators, no adjustment is required even if the parallelism of the optical axes of both collimators is misaligned.
[Solution] The stereo camera calibration device includes a stereo camera unit 5 having cameras 5a, 5b, a collimator unit 2 having collimators 2a, 2b, a reference camera unit 2 having reference cameras 2a, 2b, and a control unit 4, wherein the control unit 4 determines the coordinates of the imaging planes of the reference cameras 3a, 3b that receive collimated light emitted from the collimators 2a, 2b, calculates the amount of displacement of the optical axes of the collimators 2a, 2b from the difference between both coordinates, determines the coordinates of the imaging planes of the cameras 5a, 5b that receive the collimated light emitted from the collimators 2a, 2b, calculates the amount of displacement of the optical axes of the cameras 5a, 5b from the difference between both coordinates, and calculates the calibration values of the cameras 5a, 5b from the difference between both displacements.
[Selected Figure] Figure 1
Description
本発明は、ステレオカメラユニットを構成する第1カメラと第2カメラ間の光軸の変位量を算出するステレオカメラの校正装置及び校正方法に関する。 The present invention relates to a stereo camera calibration device and calibration method that calculates the amount of displacement of the optical axis between a first camera and a second camera that constitute a stereo camera unit.
従来、空間を3次元的に認識する技術として、いわゆるステレオ法による画像処理が知られている。このステレオ法による画像処理は、所定の基線長を有して配置された2台のカメラを備えるステレオカメラユニットで同一対象物を撮像した際の視差から三角測量の原理を利用して距離を求めるものである。 Conventionally, image processing using the so-called stereo method has been known as a technology for recognizing space three-dimensionally. This image processing using the stereo method uses the principle of triangulation to determine distance from the parallax when the same object is imaged using a stereo camera unit equipped with two cameras arranged with a predetermined baseline length.
ステレオ法による画像処理では、ステレオカメラユニットからの2つの画像信号を順次シフトしながら重ね合わせて2つの画像信号が一致した位置を求めるようにしている。そのため、本来、2つの画像間には、視差から生じる対応位置のズレのみが存在することが望ましい。そのため、ステレオカメラユニットにて対象物の三次元的位置を精度良く算出するには、少なくとも2台のカメラ間の位置関係を示すパラメータ(以下、「外部パラメータ」と称する)の校正(キャリブレーション)を行う必要がある。 In image processing using the stereo method, two image signals from a stereo camera unit are sequentially shifted and overlapped to determine the position where the two image signals match. Therefore, it is desirable that there be only a shift in corresponding positions between the two images caused by parallax. Therefore, to accurately calculate the three-dimensional position of an object using a stereo camera unit, it is necessary to calibrate at least the parameters that indicate the positional relationship between the two cameras (hereinafter referred to as "extrinsic parameters").
左右カメラ間の外部パラメータを校正(「較正」と称する場合もある)するに際しては、図8に示すように、先ず、左右カメラC1,C2に対し、奥行き(z)方向の基準となる距離Lだけ離れた位置の正面にキャリブレーションボードCbを提示する。そして、2台の左右カメラC1,C2にてキャリブレーションボードCbを撮影し、その画像に基づいて左右カメラC1,C2間の外部パラメータ、特に、視差(x)方向に関わるパラメータを校正する。 When calibrating (sometimes called "calibrating") the external parameters between the left and right cameras, as shown in FIG. 8, first, a calibration board Cb is presented in front of the left and right cameras C1, C2 at a distance L that serves as a reference in the depth (z) direction. Then, the two left and right cameras C1, C2 take images of the calibration board Cb, and the external parameters between the left and right cameras C1, C2, particularly the parameters related to the parallax (x) direction, are calibrated based on the images.
左右カメラC1,C2の外部パラメータの校正を精度良く行うには、奥行き(z)方向の距離Lを数~数十[m]確保する必要がある。しかし、カメラの校正(キャリブレーション)工程において、そのような充分なスペースを確保することは困難である。 To accurately calibrate the external parameters of the left and right cameras C1 and C2, it is necessary to ensure a distance L in the depth (z) direction of several to several tens of meters. However, it is difficult to ensure such sufficient space during the camera calibration process.
その対策として、例えば特許文献1(特開2019-90755号公報)には、ステレオカメラの奥行き方向に、キャリブレーションボードを無限遠に配置したと同様の光学条件を提供するコリメータを、ステレオカメラに設けた2台のカメラに対応して一対配設した技術が開示されている。この文献に開示されている技術では、各コリメータから出射されるコリメート光(平行光)を、ステレオカメラの各カメラで撮像することで、無限遠に相当する視差を測定し、その測定データに基づき、省スペースで効率的なステレオカメラの校正を行うようにしている。 As a countermeasure, for example, Patent Document 1 (JP 2019-90755 A) discloses a technology in which a pair of collimators that provide optical conditions similar to those when a calibration board is placed at infinity in the depth direction of the stereo camera are arranged corresponding to the two cameras installed in the stereo camera. The technology disclosed in this document measures the parallax equivalent to infinity by capturing the collimated light (parallel light) emitted from each collimator with each camera of the stereo camera, and then calibrates the stereo camera efficiently and in a space-saving manner based on the measurement data.
ところで、上述した特許文献1に開示されている技術は、各コリメータから出射されるコリメート光は常に平行であるということが前提となっている。支持体に支持されている一対のコリメータの平行度は、経時的にずれが生じやすいため、定期的に検査し、調整する必要がある。
Incidentally, the technology disclosed in the above-mentioned
ステレオカメラの校正装置をカメラの校正工程で稼働させようとする場合、支持体に支持されている一対のコリメータの平行度を定期的に検査し、調整するには、連続的にカメラの検査を行つているラインを所定周期毎に一時停止し、一対のコリメータ光軸を調整する作業が必要になる。その結果、生産効率の低下を招くことになる。 When operating a stereo camera calibration device in a camera calibration process, periodically inspecting and adjusting the parallelism of a pair of collimators supported by a support requires pausing the line that continuously inspects the cameras at regular intervals to adjust the optical axes of the pair of collimators. This results in a decrease in production efficiency.
本発明は、ステレオカメラユニットの光軸を一対のコリメータから出射されるコリメータ光に基づいて校正するに際し、一対のコリメータの光軸の平行度が経時的にずれた場合であっても、カメラの検査ラインを一時停止して一対のコリメータの光軸を調整する必要がなく、高い生産効率を得ることのできるステレオカメラの校正装置及び校正方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a stereo camera calibration device and method that can achieve high production efficiency when calibrating the optical axis of a stereo camera unit based on collimator light emitted from a pair of collimators, without the need to temporarily suspend the camera inspection line to adjust the optical axis of the pair of collimators even if the parallelism of the optical axes of the pair of collimators shifts over time.
本発明は、所定の基線長で配置された第1カメラ及び第2カメラを有するステレオカメラユニットと、前記基線長と同一の距離を隔ててアームに固定されている第1コリメータ及び第2コリメータを有するコリメータユニットと、前記第1コリメータと前記第2コリメータとから出射されるコリメート光を受光した前記ステレオカメラユニットの前記第1カメラと前記第2カメラとの撮像面の座標を求め、該両座標の差分から前記第1カメラと前記第2カメラとの光軸の変位量を算出するカメラ変位量算出部を有する制御部とを備えるステレオカメラの校正装置において、前記基線長と同一の基線長で固定されている第1リファレンスカメラ及び第2リファレンスカメラを有するリファレンスカメラユニットを更に備え、前記制御部は、前記第1コリメータと前記第2コリメータとから出射されるコリメート光を受光した前記リファレンスカメラユニットの第1リファレンスカメラ及び第2リファレンスカメラとの撮像面の座標を求め、該両座標の差分から前記第1コリメータと前記第2コリメータとの光軸の変位量を算出するコリメータ変位量算出部と、前記コリメータ変位量算出部で算出した前記変位量と前記カメラ変位量算出部で算出した前記変位量との差分から前記ステレオカメラユニットの前記第1カメラと前記第2カメラとの校正値を算出する校正値算出部とを更に備える。 The present invention relates to a stereo camera calibration device that includes a stereo camera unit having a first camera and a second camera arranged with a predetermined baseline length, a collimator unit having a first collimator and a second collimator fixed to an arm at a distance equal to the baseline length, and a control unit having a camera displacement amount calculation unit that determines the coordinates of the imaging planes of the first camera and the second camera of the stereo camera unit that receive collimated light emitted from the first collimator and the second collimator, and calculates the displacement amount of the optical axis of the first camera and the second camera from the difference between the two coordinates, the stereo camera calibration device including a first reference camera and The control unit further includes a reference camera unit having a second reference camera, and the control unit further includes a collimator displacement amount calculation unit that calculates the coordinates of the imaging plane of the first reference camera and the second reference camera of the reference camera unit that receive the collimated light emitted from the first collimator and the second collimator, and calculates the displacement amount of the optical axis of the first collimator and the second collimator from the difference between the two coordinates, and a calibration value calculation unit that calculates the calibration value of the first camera and the second camera of the stereo camera unit from the difference between the displacement amount calculated by the collimator displacement amount calculation unit and the displacement amount calculated by the camera displacement amount calculation unit.
本発明は、所定の基線長で配置された第1カメラ及び第2カメラを有するステレオカメラユニットと、前記基線長と同一の距離を隔ててアームに固定されている第1コリメータ及び第2コリメータを有するコリメータユニットと、前記第1コリメータと前記第2コリメータとから出射されるコリメート光を受光した前記ステレオカメラユニットの前記第1カメラと前記第2カメラとの撮像面の座標を求め、前記両座標の差分から前記第1カメラと前記第2カメラとの光軸の変位量を算出する制御部とを備えるステレオカメラの校正方法において、前記基線長と同一の基線長で固定されている第1リファレンスカメラ及び第2リファレンスカメラを有するリファレンスカメラユニットを更に備え、前記制御部は、前記第1コリメータと前記第2コリメータとから出射されるコリメート光を受光した前記リファレンスカメラユニットの第1リファレンスカメラ及び第2リファレンスカメラとの撮像面の座標を求め、該両座標の差分から前記第1コリメータと前記第2コリメータとの光軸の変位量を算出し、前記両変位量の差分から前記ステレオカメラユニットの前記第1カメラと前記第2カメラとの校正値を算出する。 The present invention relates to a method for calibrating a stereo camera, the method including a stereo camera unit having a first camera and a second camera arranged with a predetermined baseline length, a collimator unit having a first collimator and a second collimator fixed to an arm at a distance equal to the baseline length, and a control unit that obtains coordinates of the imaging plane of the first camera and the second camera of the stereo camera unit that receives collimated light emitted from the first collimator and the second collimator, and calculates the amount of displacement of the optical axis of the first camera and the second camera from the difference between the two coordinates, the method further including a reference camera unit having a first reference camera and a second reference camera fixed with the same baseline length as the baseline length, the control unit obtains coordinates of the imaging plane of the first reference camera and the second reference camera of the reference camera unit that receives collimated light emitted from the first collimator and the second collimator, calculates the amount of displacement of the optical axis of the first collimator and the second collimator from the difference between the two coordinates, and calculates the calibration value of the first camera and the second camera of the stereo camera unit from the difference between the two displacements.
本発明によれば、コリメータユニットの第1、第2コリメータから出射されるコリメート光を受光したリファレンスカメラユニットの第1、第2リファレンスカメラの撮像面の座標を求め、この両座標の差分から第1、第2コリメータの光軸の変位量を算出し、第1、第2コリメータから出射されるコリメート光を受光したステレオカメラユニットの第1、第2カメラの撮像面の座標を求め、両座標の差分から第1、第2カメラの光軸の変位量を算出し、両変位量の差分からステレオカメラユニットの第1、第2カメラの校正値を算出するようにしたので、第1、第2コリメータの光軸の平行度が経時的にずれた場合であっても、カメラの検査ラインを一時停止して一対のコリメータの光軸を調整する必要がなく、高い生産効率を得ることができる。 According to the present invention, the coordinates of the imaging plane of the first and second reference cameras of the reference camera unit that receive the collimated light emitted from the first and second collimators of the collimator unit are obtained, and the displacement amount of the optical axis of the first and second collimators is calculated from the difference between these two coordinates. The coordinates of the imaging plane of the first and second cameras of the stereo camera unit that receive the collimated light emitted from the first and second collimators are obtained, and the displacement amount of the optical axis of the first and second cameras is calculated from the difference between these coordinates. The calibration values of the first and second cameras of the stereo camera unit are calculated from the difference between these displacement amounts. Therefore, even if the parallelism of the optical axes of the first and second collimators shifts over time, there is no need to temporarily suspend the camera inspection line to adjust the optical axes of the pair of collimators, and high production efficiency can be obtained.
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。図1に示すように、ステレオカメラユニット校正装置1は、コリメータユニット2とリファレンスカメラユニット3と制御部4とを備えている。又、符号5は校正対象ステレオカメラユニットである。尚、本実施形態においては、校正対象ステレオカメラユニット5に設けられている2台の第1、第2カメラ5a,5bの外部パラメータの基準位置に対するズレを計測することを「校正(較正)」と称する。そして、第1、第2カメラ5a,5bで撮像した画像データを校正の結果に基づいて、画像処理により修正することを「補正」と称する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, a stereo camera
図2Aに示すように、コリメータユニット2は、第1コリメータ2a、第2コリメータ2b、駆動部2cを有し、駆動部2cから図の左右に突出したアーム2dの端部に第1、第2コリメータ2a,2bがマウントベース(図示せず)を介して固設されている。各コリメータ2a,2bは、光源とコリメータレンズとを有し、光源から出射された光線を、コリメータレンズを透過させることで平行光に生成して出射するものである。尚、両コリメータ2a,2bは、校正対象ステレオカメラユニット5の第1カメラ5a、第2カメラ5b(図4参照)の基線長と同じ距離を隔てて固設されており、光軸は平行な状態に初期調整されている。
As shown in FIG. 2A, the
駆動部2cは、制御部4からの駆動信号に従い、アーム2dを、図2Aに示す平面視で回転動作、及び左右へ平行移動させる。アーム2dの回転動作は、例えば内蔵するモータ駆動により行う。又、アーム2dの平行移動は、例えばラック・アンド・ピニオン機構を採用し、アーム2dに形成したラックに噛合するピニオンをモータにて駆動させることで行う。
The
リファレンスカメラユニット3は、第1リファレンスカメラ3aと第2リファレンスカメラ3b(図2B参照)、及び画像処理部3cを備えている。各リファレンスカメラ3a,3bは、CCD,CMOS等の撮像素子と対物レンズとを備え、対物レンズの焦点距離の位置に撮像素子が配置されている。又、この両リファレンスカメラ3a,3bは、校正対象ステレオカメラユニット5の第1、第2カメラ5a,5bと同じ基線長を有してアーム(図示せず)に固定されている。尚、図2Bの符号F1は第1カメラ5aに設けられている撮像素子の受光面、F2は第2カメラ5bに設けられている撮像素子の受光面である。画像処理部3cは、第1、第2カメラ5a,5bの撮像素子で受光したアナログ信号をデジタル信号に変換する。
The
制御部4は、CPU、RAM、ROM、書き換え可能な不揮発性メモリ(フラッシュメモリ又はEEPROM)、及び周辺機器を備えるマイクロコントローラで構成されている。ROMにはCPUにおいて各処理を実行させるために必要なプログラムや固定データ等が記憶されている。又、RAMはCPUのワークエリアとして提供され、CPUでの各種データが一時記憶される。尚、CPUはMPU(Microprocessor)、プロセッサとも呼ばれている。又、CPUに代えてGPU(Graphics Processing Unit)やGSP(Graph Streaming Processor)を用いても良い。或いはCPUとGPUとGSPとを選択的に組み合わせて用いても良い。
The
この制御部4の入力側にリファレンスカメラユニット3の画像処理部3cがバスラインを通じて接続されている。又、制御部の4の出力側にコリメータユニット2の駆動部2c、及び校正対象ステレオカメラユニット5の、後述する画像処理/補正部5cが接続されている。尚、制御部4と校正対象ステレオカメラユニット5の画像処理/補正部5cとは無線によりデータ通信可能であっても良い。
The
図3に示すように、リファレンスカメラユニット3の第1、第2リファレンスカメラ3a,3bとは、検査ラインに設定されている校正工程部Pcの天井11に吊下されている。第1、第2リファレンスカメラ3a,3bは、検査ラインに設けたコンベア12の移動方向に指向し、コンベア12に対して、直交し、且つ水平な状態で支持されている。
As shown in FIG. 3, the first and
図3に示すように、コリメータユニット2は、天井11から昇降装置14に支持された状態で吊下されている。同図に一点鎖線で示すように、コリメータユニット2が昇降装置14に支持され、上昇端の待機位置で停止している状態では、第1、第2コリメータ2a,2bが、リファレンスカメラユニット3の第1、第2リファレンスカメラ3a,3bに対し、コンベア12の移動方向(下流)側にて所定間隔を開けて正対されている。
As shown in FIG. 3, the
コンベア12には、生産過程にあるステレオカメラユニット5が順次搬送されている。この校正対象ステレオカメラユニット5の第1、第2カメラ5a,5bは、固定治具や別の製品(以下、「カメラ支持機13」と総称する)に固設されている。第1、第2カメラ5a,5bの撮像素子で受光したアナログ信号は、画像処理/補正部5cでデジタル信号に変換される。尚、この画像処理/補正部5cは、後述するように、校正に応じて画像の補正を行う機能を備えている。
The
図3に一点鎖線で示すように、昇降装置14により上昇端へ移動したコリメータ2は待機状態にある。この待機状態においてコリメータユニット2の第1、第2コリメータ2a,2bは、第1、第2リファレンスカメラ3a,3bに対し、コンベア12の移動方向側から所定間隔を開けて正対される。そして、ステレオカメラユニット5の第1、第2カメラ5a,5bが校正工程部Pcに接近するに従い昇降装置14が動作してコリメータユニット2を下降させ、ステレオカメラユニット5が校正工程部Pcに到達したとき、下降端で停止する。この状態で、第1、第2コリメータ2a,2bの正面に第1、第2カメラ5a,5bが提示される。
As shown by the dashed line in FIG. 3, the
製造検査ラインのコンベア12にパレット15が所定間隔を開けて配置されている。このパレット15にカメラ支持機13が載置されている。制御部4は、カメラ支持機13に固定された状態で移動するステレオカメラユニット5の第1、第2カメラ5a,5bが校正工程部Pcに近接するタイミングに同期して、コリメータユニット2を支持する昇降装置14の昇降動作を制御する。
即ち、制御部4は、ステレオカメラユニット5の第1、第2カメラ5a,5bが校正工程部Pcに達した際には、昇降装置14を作動させてコリメータユニット2を下降端の校正位置へ移動させる。そして、第1、第2コリメータ2a,2bを、校正対象ステレオカメラユニット5に設けられている第1、第2カメラ5a,5bの前方に提示させる。次いで、制御部4は、昇降装置14を作動させてコリメータユニット2を上昇端の待機位置まで移動させて、第1、第2コリメータ2a,2bを、リファレンスカメラユニット3の第1、第2リファレンスカメラ3a,3bに正対させる。
That is, when the first and
制御部4は、コリメータユニット2が上昇端の待機位置で停止している際に、コリメータユニット2の第1、第2コリメータ2a,2bから出射されるコリメータ光をリファレンスカメラユニット3の第1、第2リファレンスカメラ3a,3bの撮像素子で受光させる。そして、そのときの画像処理部3cからの画像信号に基づいて参照収束座標P1,P2を検出する。
When the
又、制御部4は、コリメータユニット2が校正位置まで下降した際に、コリメータユニット2の第1、第2コリメータ2a,2bから出射されるコリメータ光を校正対象ステレオカメラユニット5の第1、第2カメラ5a,5bの撮像素子で受光させる。そして、そのときの画像処理/補正部5cからの画像信号に基づいて校正収束座標P1',P2'を検出する。
When the
ここで、図4A、図4Bを参照して、コリメート光の特性を、それを受光する校正対象ステレオカメラユニット5の第1、第2カメラ5a,5bに設けた対物レンズ5aa,5baとその焦点距離の位置に配設した撮像素子5ab,5bbを用いて簡単に説明する。
Now, with reference to Figures 4A and 4B, the characteristics of collimated light will be briefly explained using the objective lenses 5aa, 5ba provided in the first and
図4Aに示すように、コリメート光(平行光)がカメラの光軸と平行に入射されると、対物レンズ5aa,5baによって、このコリメート光は撮像素子5ab,5bbの光軸上に結像される。従って、校正収束座標P1',P2'は撮像面F1,F2の中心となる。これは、コリメート光を平行に移動させた場合も同様である。 As shown in Figure 4A, when collimated light (parallel light) is incident parallel to the optical axis of the camera, this collimated light is imaged on the optical axis of the image pickup elements 5ab and 5bb by the objective lenses 5aa and 5ba. Therefore, the calibration convergence coordinates P1' and P2' are the centers of the image pickup surfaces F1 and F2. This is also the case when the collimated light is moved in parallel.
一方、図4Bに示すように第1、第2カメラ5a,5b全体を傾斜させた場合、コリメート光の入射角が相対的に変化するため、撮像素子5ab,5bbに対する結像位置は光軸上からずれる。そのため、校正収束座標P1',P2'は撮像面F1,F2の中心とは異なる位置になる。しかし、第1、第2コリメータ2a,2bは常に一定の位置に固定されているとは限らず、連続的な稼働により第1、第2コリメータ2a,2bを支持するマウントベース等の経時的な劣化を原因として傾きが生じ易い。尚、図2A、図2Bでは、第2コリメータ2bにのみ傾きが生じた状態が記載されているが、第1コリメータ2aのみに傾きが生じる場合、或いは第1、第2コリメータ2a,2bの双方に傾きが生じる場合もある。
On the other hand, when the first and
その結果、第1、第2コリメータ2a,2bから出射されるコリメート光の平行度が保証されなくなる。しかし、図3に示すように、検査ライン上においてコリメータユニット2は、コンベア12にて搬送されてくる校正対象ステレオカメラユニット5に対し、外部パラメータの校正を逐次連続的に行っている。そのため、第1、第2コリメータ2a,2bから出射されるコリメート光の平行度を、一定周期で調整するには、検査ラインをその都度停止させる必要があり、生産効率の低下を招くことになる。
As a result, the parallelism of the collimated light emitted from the first and
本実施形態は、コリメータユニット2に設けられている第1、第2コリメータ2a,2bから出射されるコリメート光の平行度が劣化により保証されない状態であっても、修正することなく、校正対象ステレオカメラユニット5に設けられている第1、第2カメラ5a,5bの外部パラメータの校正を行うことができるようにしている。
In this embodiment, even if the parallelism of the collimated light emitted from the first and
制御部4による校正対象ステレオカメラユニット5の校正は、具体的には、図6に示すコリメータ変位量算出ルーチン、図7に示すステレオカメラユニット校正処理ルーチンに従って行われる。尚、図6に示すフローチャートでの処理が、本発明のコリメータ変位量算出部に対応している。
The calibration of the
図6に示すフローチャートは、校正対象ステレオカメラユニット5が検査ライン上の校正工程部Pcを通過する、予め設定した周期(台数)毎に起動される。先ず、ステップS1で、制御部4は、待機位置で停止しているコリメータユニット2の第1、第2コリメータ2a,2bから出射されているコリメータ光を、リファレンスカメラユニット3の第1、第2リファレンスカメラ3a,3bの撮像素子に受光させる。
The flowchart shown in FIG. 6 is started every preset period (number of units) when the
次いで、ステップS2へ進み、制御部4は、撮像素子で受光した画像を処理した画像処理部3cからの画像信号に基づいて、撮像面F1,F2に結像したコリメータ光の参照収束座標P1,P2を検出する。そして、駆動部2cによりアーム2dを回転移動、及び/又は水平移動させて、参照収束座標P1(又はP2)が、撮像面F1(又はF2)の光軸中心に対して所定範囲内に収まるように調整する。これにより、第1コリメータ2a(第2コリメータ2b)からのコリメート光がリファレンスカメラユニット3の第1リファレンスカメラ3a(第2リファレンスカメラ3b)の光軸とほぼ平行になる。
Next, proceeding to step S2, the
その後、ステップS3へ進み、制御部4は、参照収束座標P1、P2を検出し、光軸の変位量dを算出して、ルーチンを終了する。
Then, the process proceeds to step S3, where the
変位量dは、P1とP2との座標(x,y)の差分である。リファレンスカメラユニット3の第1、第2リファレンスカメラ3a,3bの光軸は平行に設定されているため、変位量dが0の場合は、第1、第2コリメータ2a,2bの光軸が平行であることを示している。又、図2Bに示すように、変位量dが0以外の場合は、第1、第2コリメータ2a,2bの光軸がずれていることを示している。
The displacement amount d is the difference between the coordinates (x, y) of P1 and P2. Since the optical axes of the first and
この変位量dは、図7に示すステレオカメラユニット校正処理ルーチンを実行する際に読込まれる。このルーチンは、コンベア12によって搬送されるカメラ支持機13に固定されている校正対象ステレオカメラユニット5が、校正工程部Pcに接近するタイミングに同期して実行される。
This displacement amount d is read when executing the stereo camera unit calibration processing routine shown in FIG. 7. This routine is executed in synchronization with the timing when the
先ず、ステップS11で、制御部4は、校正対象ステレオカメラユニット5の第1、第2カメラ5a,5bが校正工程部Pcに接近するタイミングで、昇降装置14を動作させて、コリメータユニット2を校正位置まで下降させる。そして、コリメータユニット2の第1、第2コリメータ2a,2bを、校正対象ステレオカメラユニット5の第1、第2カメラ5a,5bの正面に提示させる。次いで、コリメータユニット2の第1、第2コリメータ2a,2bから出射されているコリメータ光を、校正対象ステレオカメラユニット5の第1、第2カメラ5a,5bの撮像素子に受光させる。
First, in step S11, the
次いで、ステップS12へ進み、制御部4は、撮像素子で受光した画像を処理した画像処理/補正部5cからの画像信号に基づいて、撮像面F1',F2'に結像したコリメータ光の校正収束座標P1',P2'を検出する。そして、制御部4は、駆動部2cによりアーム2dを回転移動、及び/又は水平移動させて、収束座標P1,P1'(又はP2,P2')が同じ座標となるように調整する。
Then, proceeding to step S12, the
コンベア12によって搬送される校正対象ステレオカメラユニット5とコリメータユニット2との位置関係は常に同じではなく、校正対象ステレオカメラユニット5が固定されているカメラ支持機13の設置誤差によっても位置関係にズレが生じる。そのため、校正対象ステレオカメラユニット5とコリメータユニット2との位置関係が互いに傾斜する場合がある。従って、第1、第2コリメータ2a,2bの双方を傾斜させたままの状態で、校正対象ステレオカメラユニット5の第1、第2カメラ5a,5bに対し、コリメート光を出射すると、第1、第2カメラ5a,5bで撮像した画像に歪みが生じ易い。
The positional relationship between the calibration target
この場合、図4Aに示すように、第1、第2コリメータ2a,2bを校正対象ステレオカメラユニット5の第1、第2カメラ5a,5bに正対させた状態でコリメート光を出射させれば 、コリメート光は第1、第2カメラ5a,5bの光軸と平行になるため画像の歪みを最小限に抑制することができる。しかし、コリメータユニット2の第1、第2コリメータ2a,2bの光軸が平行でない場合、第1、第2コリメータ2a,2bの双方を校正対象ステレオカメラユニット5の第1、第2カメラ5a,5bの光軸と平行に設定することは困難である。
In this case, as shown in FIG. 4A, if collimated light is emitted with the first and
そのため、本実施形態では、先ず、図6に示すフローチャートのステップS2において、参照収束座標P1(又はP2)が光軸中心で受光するように、コリメータユニット2の傾きを調整する。そして、ステップS12において、収束座標P1,P1'(又はP2,P2')が同じ座標となるように調整し、調整した校正収束座標P1'(又はP2')を基準として、後述するステップS13において変位量d'を算出する。これにより、第1、第2コリメータ2a,2bの第1、第2リファレンスカメラ3a,3bに対する光軸の傾きによる画像の歪みを最小限に抑制することができる。
Therefore, in this embodiment, first, in step S2 of the flowchart shown in FIG. 6, the inclination of the
次いで、ステップS13へ進み、制御部4は、校正収束座標P1',P2'を検出し、変位量d'を算出してステップS14へ進む。変位量d'は、P1'とP2'との座標(x,y)の差分である。尚、このステップS13での処理が、本発明のカメラ変位量算出部に対応している。
Next, the process proceeds to step S13, where the
図5に示す校正対象ステレオカメラユニット5に設けた第1、第2カメラ5a,5bの正面に提示されるコリメータユニット2の第1、第2コリメータ2a,2bは、図2Bに示すリファレンスカメラユニット3に設けた第1、第2リファレンスカメラ3a,3bの正面に提示されたものと同一である。そのため、収束座標P1,P1'(又はP2,P2')が同じ座標となるようにコリメータユニット2の傾きを調整した場合、変位量d'は、座標を調整しなかった側の校正収束座標P2'(又はP1')に表れる。
The first and
その後、ステップS14へ進み、変位量dを読込む。次いで、ステップS15へ進み、変位量d,d'を比較する。校正対象ステレオカメラユニット5の第1、第2カメラ5a,5bの光軸が平行であり、且つ、コリメータユニット2の第1、第2コリメータ2a,2bの光軸に変化がない場合、変位量d,d'は一致する(d=d')。又、変位量d,d'が一致していない場合(d≠d')、校正対象ステレオカメラユニット5の第1、第2カメラ5a,5bの光軸はずれていると判定する。
Then, proceed to step S14 and read the displacement amount d. Next, proceed to step S15 and compare the displacement amounts d and d'. If the optical axes of the first and
そして、変位量d,d'が同じ場合(d=d')、ステップS20へジャンプする。又、変位量d,d'が異なる場合(d≠d')、ステップS16へ進む。ステップS16では、変位量d,d'の差分から校正値εを算出する(ε=d-d')。制御部4は、ステップS12において、収束座標P1,P1'(又はP2,P2')が同じ座標となるように調整している。従って、この校正値εは、ステップS12で座標が調整されていない側の校正収束座標P2'(又はP1')を示す第1カメラ5a(又は第2カメラ5b)の参照位置に対する校正値となる。尚、ステップS16での処理が、本発明の校正値算出部に対応している。
If the displacements d and d' are the same (d = d'), jump to step S20. If the displacements d and d' are different (d ≠ d'), proceed to step S16. In step S16, a calibration value ε is calculated from the difference between the displacements d and d' (ε = d - d'). In step S12, the
次いで、ステップS17へ進み、校正値εが0になる画像オフセット量Δεを求め、ステップS18で、この画像オフセット量Δεを、校正対象ステレオカメラユニット5の不揮発性メモリに保存させる。この画像オフセット量Δεが外部パラメータのズレに対応する補正量となる。尚、このステップS17での処理が、本発明の画像オフセット量算出部に対応している。
Next, the process proceeds to step S17, where the image offset amount Δε that makes the calibration value ε zero is calculated, and in step S18, this image offset amount Δε is stored in the non-volatile memory of the
その後、ステップS19へ進み、不揮発性メモリに記憶されている画像オフセット量Δεに基づいて、校正した第1カメラ5a(又は第2カメラ5b)の画像を補正し、ステップS20へ進む。尚、校正対象ステレオカメラユニット5の第1、第2カメラ5a,5bが校正工程部Pcを通過した後におけるステップS19での処理は、校正対象ステレオカメラユニット5の不揮発性メモリに保存されている画像オフセット量Δεに基づき、画像処理/補正部5cが独立して実行する。
Then, proceed to step S19, correct the image of the calibrated
ステップS15、或いはステップS19からステップS20へ進むと、制御部4は、昇降装置14を作動させてコリメータユニット2を待機位置まで上昇させて、ルーチンを終了する。
When the process proceeds from step S15 or step S19 to step S20, the
以上説明したように、本実施形態は、コリメータユニット2とリファレンスカメラユニット3と制御部4と備え、制御部4は、先ず、コリメータユニット2の第1、第2コリメータ2a,2bからのコリメート光をリファレンスカメラユニット3の第1、第2リファレンスカメラ3a,3bで受光させ、その位置座標(参照収束座標)P1,P2の差分から、第1、第2コリメータ2a,2bの位置ずれによって生じるコリメート光の変位量dを算出する。
As described above, this embodiment includes a
次いで、制御部4は、同じコリメータユニット2の第1、第2コリメータ2a,2bからのコリメート光を、カメラ支持機13に固定されている校正対象ステレオカメラユニット5の第1、第2カメラ5a,5bに照射して受光させ、その位置座標(校正収束座標)P1',P2'の差分から変位量d'を算出する。
Next, the
この変位量d'には、第1、第2コリメータ2a,2bの光軸ズレによる因子と、外部パラメータによるズレの因子との双方が含まれている。そのため、変位量d,d'の差分を求めて、第1、第2コリメータ2a,2bの光軸ズレによる因子を除き、校正対象ステレオカメラユニット5の第1、第2カメラ5a,5bの外部パラメータによる校正値εを算出する。
This displacement amount d' includes both factors due to the optical axis misalignment of the first and
従って、コリメータユニット2の第1、第2コリメータ2a,2bに光軸ズレが生じた場合であっても、第1、第2コリメータ2a,2bの光軸を調整する必要が無くなる。その結果、第1、第2コリメータ2a,2bの光軸を調整するために検査ラインを一時停止させること無く、校正対象ステレオカメラユニット5の第1、第2カメラ5a,5bの校正を連続して行える。そのため、高い生産効率を得ることができる。
Therefore, even if the optical axis of the first and
1…ステレオカメラユニット校正装置、
2…コリメータユニット、
2a,2b…第1、第2コリメータ、
2c…駆動部、
2d…アーム、
3…リファレンスカメラユニット、
3a,3b…第1、第2リファレンスカメラ、
3c…画像処理部、
4…制御部、
5…校正対象ステレオカメラユニット、
5aa,5ba…対物レンズ、
5a,5b…第1、第2カメラ、
5ab,5bb…撮像素子、
5c…画像処理/補正部、
11…天井、
12…コンベア、
13…カメラ支持機、
14…昇降装置、
15…パレット、
F1,F2,F1',F2'…撮像面、
L…距離、
P1、P2…参照収束座標、
P1',P2'…校正収束座標、
d,d'…変位量、
Δε…画像オフセット量、
ε…校正値
1...Stereo camera unit calibration device,
2...Collimator unit,
2a, 2b...first and second collimators,
2c...Drive unit,
2d...arm,
3...Reference camera unit,
3a, 3b...first and second reference cameras,
3c...image processing unit,
4...Control unit,
5... Calibration target stereo camera unit,
5aa, 5ba...objective lens,
5a, 5b...first and second cameras,
5a, 5bb...imaging elements,
5c...Image processing/correction unit,
11...Ceiling,
12...Conveyor,
13...Camera support device,
14...Lifting device,
15...Palette,
F1, F2, F1', F2'...imaging surface,
L: distance,
P1, P2...reference convergence coordinates,
P1', P2'...calibration convergence coordinates,
d, d': displacement amount,
Δε: image offset amount,
ε…calibration value
Claims (5)
前記基線長と同一の距離を隔ててアームに固定されている第1コリメータ及び第2コリメータを有するコリメータユニットと、
前記第1コリメータと前記第2コリメータとから出射されるコリメート光を受光した前記ステレオカメラユニットの前記第1カメラと前記第2カメラとの撮像面の座標を求め、該両座標の差分から前記第1カメラと前記第2カメラとの光軸の変位量を算出するカメラ変位量算出部を有する制御部と
を備えるステレオカメラの校正装置において、
前記基線長と同一の基線長で固定されている第1リファレンスカメラ及び第2リファレンスカメラを有するリファレンスカメラユニットを更に備え、
前記制御部は、
前記第1コリメータと前記第2コリメータとから出射されるコリメート光を受光した前記リファレンスカメラユニットの第1リファレンスカメラ及び第2リファレンスカメラとの撮像面の座標を求め、該両座標の差分から前記第1コリメータと前記第2コリメータとの光軸の変位量を算出するコリメータ変位量算出部と、
前記コリメータ変位量算出部で算出した前記変位量と前記カメラ変位量算出部で算出した前記変位量との差分から前記ステレオカメラユニットの前記第1カメラと前記第2カメラとの校正値を算出する校正値算出部と
を更に備えることを特徴とするステレオカメラの校正装置。 a stereo camera unit having a first camera and a second camera arranged with a predetermined baseline length;
a collimator unit having a first collimator and a second collimator fixed to an arm at a distance equal to the base length;
a control unit having a camera displacement amount calculation unit that calculates coordinates of an imaging plane of the first camera and the second camera of the stereo camera unit that receive collimated light emitted from the first collimator and the second collimator, and calculates a displacement amount of an optical axis of the first camera and the second camera from a difference between the coordinates,
a reference camera unit including a first reference camera and a second reference camera fixed with the same baseline length as the baseline length;
The control unit is
a collimator displacement amount calculation unit that calculates coordinates of an imaging plane of a first reference camera and a second reference camera of the reference camera unit that receive collimated light emitted from the first collimator and the second collimator, and calculates a displacement amount of an optical axis of the first collimator and the second collimator from a difference between the two coordinates;
The stereo camera calibration device further comprises a calibration value calculation unit that calculates a calibration value of the first camera and the second camera of the stereo camera unit from a difference between the displacement amount calculated by the collimator displacement amount calculation unit and the displacement amount calculated by the camera displacement amount calculation unit.
前記制御部は、前記駆動部を駆動させて前記コリメータユニットの第1コリメートと第2コリメートとから出射されるコリメート光の一方が、該コリメート光を受光する前記リファレンスカメラユニットの前記第1リファレンスカメラと前記第2リファレンスカメラとの一方の撮像面の予め設定した所定範囲の座標で受光するように調整する
ことを特徴とする請求項1記載のステレオカメラの校正装置。 the collimator unit has a drive unit that displaces the arm,
2. The stereo camera calibration device according to claim 1, wherein the control unit drives the drive unit to adjust the collimated light emitted from the first collimator and the second collimator of the collimator unit so that one of the collimated light beams emitted from the first collimator and the second collimator of the collimator unit is received at coordinates within a preset range of an imaging plane of one of the first reference camera and the second reference camera of the reference camera unit that receives the collimated light.
ことを特徴とする請求項2記載のステレオカメラの校正装置。 3. The stereo camera calibration device according to claim 2, wherein the control unit drives the drive unit to adjust so that one of the collimated lights emitted from the first collimator and the second collimator of the collimator unit is received at coordinates on an imaging surface of one of the first camera and the second camera of the stereo camera unit that receives the collimated light, the coordinates matching the coordinates received on an imaging surface of one of the first reference camera and the second reference camera of the reference camera unit.
前記校正値算出部で算出した前記校正値を0にする画像オフセット量を算出する画像オフセット量算出部を更に有する
ことを特徴とする請求項1~3の何れか1項に記載のステレオカメラの校正装置。 The control unit is
4. The stereo camera calibration device according to claim 1, further comprising an image offset amount calculation unit that calculates an image offset amount that makes the calibration value calculated by the calibration value calculation unit zero.
前記基線長と同一の距離を隔ててアームに固定されている第1コリメータ及び第2コリメータを有するコリメータユニットと、
前記第1コリメータと前記第2コリメータとから出射されるコリメート光を受光した前記ステレオカメラユニットの前記第1カメラと前記第2カメラとの撮像面の座標を求め、前記両座標の差分から前記第1カメラと前記第2カメラとの光軸の変位量を算出する制御部と
を備えるステレオカメラの校正方法において、
前記基線長と同一の基線長で固定されている第1リファレンスカメラ及び第2リファレンスカメラを有するリファレンスカメラユニットを更に備え、
前記制御部は、
前記第1コリメータと前記第2コリメータとから出射されるコリメート光を受光した前記リファレンスカメラユニットの第1リファレンスカメラ及び第2リファレンスカメラとの撮像面の座標を求め、該両座標の差分から前記第1コリメータと前記第2コリメータとの光軸の変位量を算出し、
前記両変位量の差分から前記ステレオカメラユニットの前記第1カメラと前記第2カメラとの校正値を算出する
ことを特徴とするステレオカメラの校正方法。 a stereo camera unit having a first camera and a second camera arranged with a predetermined baseline length;
a collimator unit having a first collimator and a second collimator fixed to an arm at a distance equal to the base length;
a control unit that calculates coordinates of an imaging plane of the first camera and the second camera of the stereo camera unit that receive collimated light emitted from the first collimator and the second collimator, and calculates a displacement amount of an optical axis of the first camera and the second camera from a difference between the two coordinates,
a reference camera unit including a first reference camera and a second reference camera fixed with the same baseline length as the baseline length;
The control unit is
determining coordinates of an imaging plane of a first reference camera and a second reference camera of the reference camera unit which receive collimated light emitted from the first collimator and the second collimator, and calculating a displacement amount of an optical axis of the first collimator and the second collimator from a difference between the two coordinates;
A stereo camera calibration method, comprising: calculating a calibration value of the first camera and the second camera of the stereo camera unit from a difference between the two displacement amounts.
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