JP3029508B2 - カメラの傾き角度検出方法 - Google Patents
カメラの傾き角度検出方法Info
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- JP3029508B2 JP3029508B2 JP4216419A JP21641992A JP3029508B2 JP 3029508 B2 JP3029508 B2 JP 3029508B2 JP 4216419 A JP4216419 A JP 4216419A JP 21641992 A JP21641992 A JP 21641992A JP 3029508 B2 JP3029508 B2 JP 3029508B2
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- Japan
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- camera
- coordinate system
- tilt angle
- axis
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、カメラの傾き角度検
出方法に関する。
出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、家電製品の取り扱い性能の向上は
著しく、マンマシンインターフェースおよび制御性能の
進歩により、ユーザの微妙な要求に応え得る洗濯機、炊
飯器等が登場している。しかし、これらはユーザが何ら
かの操作を行わなければ、所望の効果は期待できず、家
電製品側からユーザのニーズを汲み取ってサービスを提
供するような制御は一般に困難であった。
著しく、マンマシンインターフェースおよび制御性能の
進歩により、ユーザの微妙な要求に応え得る洗濯機、炊
飯器等が登場している。しかし、これらはユーザが何ら
かの操作を行わなければ、所望の効果は期待できず、家
電製品側からユーザのニーズを汲み取ってサービスを提
供するような制御は一般に困難であった。
【０００３】このような、家電製品がユーザの状況を把
握するためには、ユーザに関して画像その他の情報を得
る必要がある。例えば、空調機においては、ユーザの活
動状況に応じた室温設定をする必要があるが、そのため
にはユーザの３次元位置検出を要する。この３次元位置
検出に際して、カメラの傾き、位置更正等を精密に行わ
ないと良好な検出精度は得られない。しかし、カメラの
水平、垂直方向の傾きを検出できる別個の検出器を設置
すると空調機本体のコスト上昇につながる。
握するためには、ユーザに関して画像その他の情報を得
る必要がある。例えば、空調機においては、ユーザの活
動状況に応じた室温設定をする必要があるが、そのため
にはユーザの３次元位置検出を要する。この３次元位置
検出に際して、カメラの傾き、位置更正等を精密に行わ
ないと良好な検出精度は得られない。しかし、カメラの
水平、垂直方向の傾きを検出できる別個の検出器を設置
すると空調機本体のコスト上昇につながる。
【０００４】従来、このカメラの傾き角度を検出するた
めには、まずカメラの位置が判明しており、その位置か
ら幾何学的情報を有する特定の対象物、例えば、複数の
直線、格子、円などの画像を取り込み、カメラの水平及
び垂直方向の傾き角度を検出していた。また、この様な
幾何学的情報を確実に取り込む必要性があるため、これ
ら対象物は、カメラから２、３ｍ以内に設置されなけれ
ばならないという制約があった。
めには、まずカメラの位置が判明しており、その位置か
ら幾何学的情報を有する特定の対象物、例えば、複数の
直線、格子、円などの画像を取り込み、カメラの水平及
び垂直方向の傾き角度を検出していた。また、この様な
幾何学的情報を確実に取り込む必要性があるため、これ
ら対象物は、カメラから２、３ｍ以内に設置されなけれ
ばならないという制約があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この発明はこのような
従来の問題点を解消すべく創案されたもので、傾き角度
検出のための対象物が幾何学的情報を有していなくて
も、また、その対象物がカメラから遠く離れていてもカ
メラの水平及び垂直方向の傾き角度を確実に検出する方
法を提供することを目的とする。
従来の問題点を解消すべく創案されたもので、傾き角度
検出のための対象物が幾何学的情報を有していなくて
も、また、その対象物がカメラから遠く離れていてもカ
メラの水平及び垂直方向の傾き角度を確実に検出する方
法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明に係るカメラの
傾き角度検出方法は、世界座標系における特定対象物の
３次元座標を予め求めておき、その対象物をカメラで取
り込み、その対象物のスクリーン座標系の位置を特定
し、前述の３次元座標との関係においてカメラの傾き角
度を検出するものである。
傾き角度検出方法は、世界座標系における特定対象物の
３次元座標を予め求めておき、その対象物をカメラで取
り込み、その対象物のスクリーン座標系の位置を特定
し、前述の３次元座標との関係においてカメラの傾き角
度を検出するものである。
【０００７】
【実施例】次にこの発明に係るカメラの傾き角度検出方
法の１実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明
を用いた斜視図であり、この図において、面ＯＸＺは、
スクリーン座標系である。カメラのレンズから取り込ま
れた対象物等はこの面ＯＸＺの上に像を結び、この面
は、例えばＣＣＤからなり、画像は外部の表示装置（図
略）に表すことが可能である。
法の１実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明
を用いた斜視図であり、この図において、面ＯＸＺは、
スクリーン座標系である。カメラのレンズから取り込ま
れた対象物等はこの面ＯＸＺの上に像を結び、この面
は、例えばＣＣＤからなり、画像は外部の表示装置（図
略）に表すことが可能である。
【０００８】ｏ’ｘ’ｙ’ｚ’は、レンズ座標系であ
り、ｙ’軸はレンズの中心ｏ’を通るレンズ軸であり、
レンズ面を表すｘ’ｚ’と垂直に交差している。ｏ”
ｘ”ｙ”ｚ”は、カメラ座標系であり、面ｏ”ｘ”ｙ”
は水平であり、ｚ”はレンズの中心ｏ’を通り、ｏ”
ｘ”ｙ”と垂直に交差している。
り、ｙ’軸はレンズの中心ｏ’を通るレンズ軸であり、
レンズ面を表すｘ’ｚ’と垂直に交差している。ｏ”
ｘ”ｙ”ｚ”は、カメラ座標系であり、面ｏ”ｘ”ｙ”
は水平であり、ｚ”はレンズの中心ｏ’を通り、ｏ”
ｘ”ｙ”と垂直に交差している。
【０００９】いま、カメラの傾き方向が水平及び垂直方
向のみとし、カメラの中心軸（レンズ軸）の回転方向
（図１中Ｒで示す）の傾きがなく、世界座標系のｚ軸及
びカメラ座標系のｚ”軸が平行であり、スクリーン座標
系のＸ軸、レンズ座標系のｘ’軸及びカメラ座標系の
ｘ”軸はそれぞれ常に平行とする。この場合、カメラの
垂直方向の傾き角度φはカメラ座標系のｙ”軸とレンズ
座標系のｙ’軸との差であり、水平方向の傾き角度θは
世界座標系のｙ軸とカメラ座標系のｙ”軸と差として表
される。
向のみとし、カメラの中心軸（レンズ軸）の回転方向
（図１中Ｒで示す）の傾きがなく、世界座標系のｚ軸及
びカメラ座標系のｚ”軸が平行であり、スクリーン座標
系のＸ軸、レンズ座標系のｘ’軸及びカメラ座標系の
ｘ”軸はそれぞれ常に平行とする。この場合、カメラの
垂直方向の傾き角度φはカメラ座標系のｙ”軸とレンズ
座標系のｙ’軸との差であり、水平方向の傾き角度θは
世界座標系のｙ軸とカメラ座標系のｙ”軸と差として表
される。
【００１０】図２及び図３は図１を垂直上方向（図１中
Ｖで示す）から示した図である。この場合、カメラ座標
系のｙ”軸とレンズ座標系のｙ’軸（レンズ軸）及びカ
メラ座標系のｘ”軸とレンズ座標系のｘ”軸は互いに重
なりあっている。図２においては対象物Ｐがレンズ軸の
右側にある場合、図３は対象物Ｐがレンズ軸の左側にあ
る場合を示す。図２及び図３におけるθは、このカメラ
の水平方向の傾き角度を示している。
Ｖで示す）から示した図である。この場合、カメラ座標
系のｙ”軸とレンズ座標系のｙ’軸（レンズ軸）及びカ
メラ座標系のｘ”軸とレンズ座標系のｘ”軸は互いに重
なりあっている。図２においては対象物Ｐがレンズ軸の
右側にある場合、図３は対象物Ｐがレンズ軸の左側にあ
る場合を示す。図２及び図３におけるθは、このカメラ
の水平方向の傾き角度を示している。
【００１１】図２において、幾何光学に基づき式１が成
り立つ。
り立つ。
【式１】 α＝ａｒｃｔａｎ（（ｘ−ｘc）／（ｙ−ｙc））−θ
【００１２】Ｘ ： 対象物Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）のスク
リーン座標系におけるＸ座標
リーン座標系におけるＸ座標
【外１】 ｆ ： カメラレンズの焦点距離 Ａ ： ＤＰの中間点 ｘc ： 世界座標系におけるカメラのｘ座標 ｙc ： 世界座標系におけるカメラのｙ座標
【００１３】次に、図３において図２と同様下記の式２
が成り立つ。
が成り立つ。
【式２】 α＝θ−ａｒｃｔａｎ（（ｘ−ｘc）／（ｙ−ｙc））
【００１４】更に、次の式が成り立つ。 Ｘ＝（Ｘim−Ｘ0）sx Ｚ＝（Ｚim−Ｚ0）sz （Ｘim，Ｚim）：画像面の上部左側から計測された対象
物Ｐの画像座標 （Ｘ0，Ｚ0） ：スクリーン座標系の中心座標sx ，sz ：ＣＣＤの受光素子の垂直及び水平方向の
サイズ
物Ｐの画像座標 （Ｘ0，Ｚ0） ：スクリーン座標系の中心座標sx ，sz ：ＣＣＤの受光素子の垂直及び水平方向の
サイズ
【００１５】従って、カメラの水平方向の傾き角度は、
次の式に置き換え可能である。 ｆ1（θ）＝（（Ｘim−Ｘ0）ｓx（（ｘ−ｘc）2＋（ｙ−ｙc）2）1/2 （ｃｏｓ（θ−ａｒｃｔａｎ（（ｘ−ｘc）／（ｙ−ｙc）））＋ ｓｉｎ（θ−ａｒｃｔａｎ（（ｘ−ｘc）／（ｙ−ｙc））） ｔａｎ（θ）／２）／ｆ）＋（ｘ−ｘc）ｃｏｓ（θ）− （ｙ−ｙc）ｓｉｎ（θ）＝０
次の式に置き換え可能である。 ｆ1（θ）＝（（Ｘim−Ｘ0）ｓx（（ｘ−ｘc）2＋（ｙ−ｙc）2）1/2 （ｃｏｓ（θ−ａｒｃｔａｎ（（ｘ−ｘc）／（ｙ−ｙc）））＋ ｓｉｎ（θ−ａｒｃｔａｎ（（ｘ−ｘc）／（ｙ−ｙc））） ｔａｎ（θ）／２）／ｆ）＋（ｘ−ｘc）ｃｏｓ（θ）− （ｙ−ｙc）ｓｉｎ（θ）＝０
【００１６】次に、図４及び図５について説明する。図
４及び図５は、図１を水平方向（図１中Ｈで示す）から
示した図である。図４はレンズ軸より対象物Ｐが下にあ
る場合、図５はレンズ軸より対象物Ｐが上にある場合を
示す。図４及び図５におけるφは、カメラの垂直方向の
傾き角度を表す。
４及び図５は、図１を水平方向（図１中Ｈで示す）から
示した図である。図４はレンズ軸より対象物Ｐが下にあ
る場合、図５はレンズ軸より対象物Ｐが上にある場合を
示す。図４及び図５におけるφは、カメラの垂直方向の
傾き角度を表す。
【００１７】図４において、幾何光学より次の式が成り
立つ。 ｜ｙ’｜＝ｆ（１＋｜ｚ’｜／｜Ｚ｜） （１） ｜ｙ”｜＝｜ｙ’｜ｃｏｓ（φ）−｜ｚ’｜ｓｉｎ（φ） （２）
立つ。 ｜ｙ’｜＝ｆ（１＋｜ｚ’｜／｜Ｚ｜） （１） ｜ｙ”｜＝｜ｙ’｜ｃｏｓ（φ）−｜ｚ’｜ｓｉｎ（φ） （２）
【００１８】更に、次の式も成り立つ。 ｜ｚ’｜＝（ｚc−ｚ−｜ｙ’｜ｓｉｎ（φ））／ｃｏｓ（φ） （３） ｚc ： 世界座標系におけるカメラのｚ座標
【００１９】この式（３）を、式（１）及び（２）に代
入すると、次の式が得られる。 ｜ｙ”｜＝｜ｙ’｜／ｃｏｓ（φ）−（ｚc−ｚ）ｔａｎ（φ） （４） ｜ｙ’｜＝ｆ（｜Ｚ｜＋（ｚc−ｚ）／ｃｏｓ（φ））／（｜Ｚ｜ ＋ ｆ ｔａｎ（φ）） （５）
入すると、次の式が得られる。 ｜ｙ”｜＝｜ｙ’｜／ｃｏｓ（φ）−（ｚc−ｚ）ｔａｎ（φ） （４） ｜ｙ’｜＝ｆ（｜Ｚ｜＋（ｚc−ｚ）／ｃｏｓ（φ））／（｜Ｚ｜ ＋ ｆ ｔａｎ（φ）） （５）
【００２０】図５において、幾何光学より次の式が成り
立つ。 ｜ｙ”｜＝｜ｙ’｜／ｃｏｓ（φ）−（ｚc−ｚ）ｔａｎ（φ） （６） ｜ｙ’｜＝ｆ（｜Ｚ｜−（ｚc−ｚ）／ｃｏｓ（φ））／｜Ｚ｜ −ｆ ｔａｎ（φ）） （７）
立つ。 ｜ｙ”｜＝｜ｙ’｜／ｃｏｓ（φ）−（ｚc−ｚ）ｔａｎ（φ） （６） ｜ｙ’｜＝ｆ（｜Ｚ｜−（ｚc−ｚ）／ｃｏｓ（φ））／｜Ｚ｜ −ｆ ｔａｎ（φ）） （７）
【００２１】式（６）及び（７）は次の式に統合可能で
ある。 ｆ2（φ）＝ｆＺ＋（ｆ（ｚc−ｚ）−Ｚｙ”）ｃｏｓ（φ） −（ｆｙ”＋（ｚc−ｚ）Ｚ）ｓｉｎ（φ）＝０ （８）
ある。 ｆ2（φ）＝ｆＺ＋（ｆ（ｚc−ｚ）−Ｚｙ”）ｃｏｓ（φ） −（ｆｙ”＋（ｚc−ｚ）Ｚ）ｓｉｎ（φ）＝０ （８）
【００２２】三角関数に基づき、ｙ”軸と世界座標系の
関係を次の式で表せる。 ｙ”＝（ｙ−ｙc）ｃｏｓ（θ）＋（ｘ−ｘc）ｓｉｎ（θ） （９）
関係を次の式で表せる。 ｙ”＝（ｙ−ｙc）ｃｏｓ（θ）＋（ｘ−ｘc）ｓｉｎ（θ） （９）
【００２３】従って、式（８）は、次のように置き換え
可能である。 ｆ2（φ）＝ｆ（Ｚim−Ｚ0）ｓz＋（ｆ（ｚc−ｚ）−（Ｚim−Ｚ0）ｓz （（ｙ−ｙc）ｃｏｓ（θ）＋（ｘ−ｘc）ｓｉｎ（θ））） ｃｏｓ（φ）−（ｆ（（ｙ−ｙc）ｃｏｓ（θ）＋ （ｘ−ｘc）ｓｉｎ（θ））＋（ｚc−ｚ）（Ｚim−Ｚ0）ｓz ｓｉｎ（φ）＝０
可能である。 ｆ2（φ）＝ｆ（Ｚim−Ｚ0）ｓz＋（ｆ（ｚc−ｚ）−（Ｚim−Ｚ0）ｓz （（ｙ−ｙc）ｃｏｓ（θ）＋（ｘ−ｘc）ｓｉｎ（θ））） ｃｏｓ（φ）−（ｆ（（ｙ−ｙc）ｃｏｓ（θ）＋ （ｘ−ｘc）ｓｉｎ（θ））＋（ｚc−ｚ）（Ｚim−Ｚ0）ｓz ｓｉｎ（φ）＝０
【００２４】以上の処理により、比較的遠距離の測定基
準によりカメラの傾きを測定し得るので、コストの掛か
る傾き検出器等を用いることなく、３次元測定の基礎デ
ータを入手できるので、空調機においてはユーザの活動
状況等のデータを容易に獲得でき、さらに画像を用いて
計測を行なう分野に広く応用可能であることはいうまで
もない。
準によりカメラの傾きを測定し得るので、コストの掛か
る傾き検出器等を用いることなく、３次元測定の基礎デ
ータを入手できるので、空調機においてはユーザの活動
状況等のデータを容易に獲得でき、さらに画像を用いて
計測を行なう分野に広く応用可能であることはいうまで
もない。
【００２５】なお、本発明の実施において、水平方向の
角度検出における最大誤差は４．０２％、垂直方向にお
ける最大誤差は５．５３％であり、極めて高精度に傾き
角度が抽出可能である。
角度検出における最大誤差は４．０２％、垂直方向にお
ける最大誤差は５．５３％であり、極めて高精度に傾き
角度が抽出可能である。
【００２６】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、幾何学的
情報に基づかずとも、高い精度でカメラの傾き角度が検
出可能という効果を有する。
情報に基づかずとも、高い精度でカメラの傾き角度が検
出可能という効果を有する。
【図１】本発明を用いた斜視図である。
【図２】対象物がレンズ軸より右にある場合の図であ
る。
る。
【図３】対象物がレンズ軸より左にある場合の図であ
る。
る。
【図４】対象物がレンズ軸より下にある場合の図であ
る。
る。
【図５】対象物がレンズ軸より上にある場合の図であ
る。
る。
ＯＸＺ スクリーン座標系 ｏ’ｘ’ｙ’ｚ’ レンズ座標系 ｏ”ｘ”ｙ”ｚ” カメラ座標系 ｏｘｙｚ 世界座標系 φ 垂直方向の傾き角度 θ 水平方向の傾き角度 ＸＺ スクリーン面 ｘ’ｚ’ レンズ面 ｏ’ レンズの中心 Ｐ 対象物 Ｃ 対象物とレンズ軸が直角に交差する
点 Ｄ 対象物から世界座標系のｙ軸とを直
角に結ぶ線とレン ズ軸が交差する点 Ａ 対象物とＤ点の中間点
点 Ｄ 対象物から世界座標系のｙ軸とを直
角に結ぶ線とレン ズ軸が交差する点 Ａ 対象物とＤ点の中間点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−52703（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30
Claims (2)
- 【請求項１】 家電製品が置かれた３次元の世界座標系
において、既知の３次元座標で前記家電製品にカメラを
取り付け、３次元座標が予め判明している対象物を家電
製品に前記カメラから取り込み、この対象物のスクリー
ン座標系における中心からの変位と、前記世界座標系の
３次元座標とに基づいて、カメラの垂直方向の傾き角度
φおよび水平方向の傾き角度θを算出することを特徴と
する、カメラの傾き角度検出方法。 - 【請求項２】 カメラの傾き角度φおよびθを、カメラ
および対象物の３次元座標およびスクリーン座標系にお
ける対象物の変位から解析的に算出することを特徴とす
る請求項１記載のカメラの傾き角度検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4216419A JP3029508B2 (ja) | 1992-07-22 | 1992-07-22 | カメラの傾き角度検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4216419A JP3029508B2 (ja) | 1992-07-22 | 1992-07-22 | カメラの傾き角度検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0642943A JPH0642943A (ja) | 1994-02-18 |
| JP3029508B2 true JP3029508B2 (ja) | 2000-04-04 |
Family
ID=16688274
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4216419A Expired - Fee Related JP3029508B2 (ja) | 1992-07-22 | 1992-07-22 | カメラの傾き角度検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3029508B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3350721B2 (ja) * | 1994-10-07 | 2002-11-25 | シャープ株式会社 | 着衣量測定装置および着衣量計測方法 |
| JP2014095624A (ja) * | 2012-11-09 | 2014-05-22 | Casio Comput Co Ltd | 測定装置及び測定方法並びにプログラム |
| CN104751912B (zh) * | 2013-12-30 | 2017-11-28 | 中核武汉核电运行技术股份有限公司 | 一种基于视角修正的视频测量方法 |
| CN111037054B (zh) * | 2019-12-31 | 2020-10-09 | 武汉理工大学 | 一种电弧熔丝曲面增材位姿建模方法及控制方法 |
| CN113390338B (zh) * | 2021-06-04 | 2023-03-24 | 刘前进 | 一种确定拍摄装置在已知坐标系中的坐标值和水平角偏差的方法 |
-
1992
- 1992-07-22 JP JP4216419A patent/JP3029508B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0642943A (ja) | 1994-02-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |