JP3207023B2 - Calibration method of image measurement device - Google Patents

Calibration method of image measurement device

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JP3207023B2
JP3207023B2 JP19544293A JP19544293A JP3207023B2 JP 3207023 B2 JP3207023 B2 JP 3207023B2 JP 19544293 A JP19544293 A JP 19544293A JP 19544293 A JP19544293 A JP 19544293A JP 3207023 B2 JP3207023 B2 JP 3207023B2
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兆 中村
武彦 菊池
武 石橋
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Tokyo Electric Power Co Inc
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Tokyo Electric Power Co Inc
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、複数台のカメラを、
レンズの光軸が互いに平行で、各々の焦点距離が、光軸
に垂直な共通平面上に並ぶように配置して、被写体の三
次元座標を求める画像計測装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION This invention relates to a plurality of cameras,
The present invention relates to an image measuring device that determines three-dimensional coordinates of a subject by arranging lenses such that their optical axes are parallel to each other and their focal lengths are arranged on a common plane perpendicular to the optical axis.

【0002】[0002]

【従来の技術】本発明者らは、例えば特開平4−307
309号に示すような画像計測装置を提案している。こ
れは複数のカメラを光軸が互いに平行になるように、し
かも焦点が光軸に垂直な共通平面に存在するように配置
した装置である。一つの点を複数のカメラで観察し、画
面上での点の位置座標から、その点の三次元座標を求め
る。これは3以上のカメラを用いて、各カメラの画面で
の同一点の座標を求めるものである。
2. Description of the Related Art The present inventors have disclosed, for example, JP-A-4-307.
No. 309 has been proposed. This is an apparatus in which a plurality of cameras are arranged so that their optical axes are parallel to each other, and their focal points are located on a common plane perpendicular to the optical axis. One point is observed with a plurality of cameras, and three-dimensional coordinates of the point are obtained from the position coordinates of the point on the screen. This is to obtain the coordinates of the same point on the screen of each camera using three or more cameras.

【0003】原理を図4によって説明する。3以上のカ
メラを用いるのであるが、説明を簡単にするためにここ
では二つのカメラを用いて、点までの距離を求める原理
的な方法を説明する。右と左のカメラがある。OL は左
のカメラの焦点の位置でカメラの座標の原点である。O
R は右のカメラの焦点の位置でこのカメラの座標の原点
である。O点の前の板が、レンズの広がりである。点P
がこの場合の位置測定の目標になる。カメラの間隔をD
とする。
The principle will be described with reference to FIG. Although three or more cameras are used, for the sake of simplicity, here, a principle method for obtaining the distance to a point using two cameras will be described. There are right and left cameras. OL is the position of the left camera focal point and the origin of the camera coordinates. O
R is the focal point of the right camera and the origin of the coordinates of this camera. The plate before point O is the spread of the lens. Point P
Is the goal of position measurement in this case. D for camera spacing
And

【0004】カメラ光学系では、レンズが中心になり、
焦点の位置に撮像面がある。撮像面が広がりを持ち、レ
ンズは光軸が通過する点である。物体をカメラで撮像す
ると、物体口はレンズで1点に集まり、後方の撮像面
で、再び広がり、倒立の実像を結ぶ。これを忠実に記述
すると、レンズの前と後の座標系で像が反転するように
なる。像は物体と反対側にあるし、座標が全て反転す
る。物体と像の座標は、負の比例定数を持つ正比例の関
係にある。
In a camera optical system, a lens is centered,
There is an imaging surface at the position of the focal point. The imaging surface has a spread, and the lens is a point through which the optical axis passes. When an object is imaged by a camera, the object apertures converge at a single point with a lens, spread again on the rear imaging surface, and form a real inverted image. If this is faithfully described, the image will be inverted in the coordinate system before and after the lens. The image is on the opposite side of the object and all coordinates are inverted. The coordinates of the object and the image are in a direct proportional relationship with a negative proportional constant.

【0005】もちろんこのまま扱えるが、数学的な処理
を簡単にするために、撮像面を一点にし、レンズ面を広
がりのある面とする。すると、撮像中心Oと物体を結ぶ
線と、レンズ面との交点が物体の像ということになり、
正立の像になる。物体と像が、O点から見て同じ側に存
在するので、像の大きさ、座標などが正の比例定数を持
つ正比例の関係になる。そしてカメラの光軸は平行で、
焦点距離も固定してある。左右のカメラの画面中心をC
L 、CR とする。
Of course, the image can be handled as it is, but in order to simplify the mathematical processing, the imaging surface is set to one point and the lens surface is made to be a wide surface. Then, the intersection between the line connecting the imaging center O and the object and the lens surface is an image of the object,
It becomes an erect image. Since the object and the image are on the same side as viewed from the point O, the size, coordinates, and the like of the image have a direct proportional relationship having a positive proportional constant. And the optical axis of the camera is parallel,
The focal length is also fixed. Left and right camera screen center at C
L and C R.

【0006】点Pの像が、左右のカメラの画面上でM
L 、MR 点にできる。ML とMR の画面上での位置のず
れを、視差dと呼ぶ。ML のx座標をXL 、MR のX座
標をXR とすると、視差dはd=|XR −XL |で与え
られ、またカメラの光軸が平行であるので、像までの距
離Lは、
The image of the point P is displayed on the screen of the left and right cameras by M
L and M R points can be set. The deviation of the position on the screen of the M L and M R, called a parallax d. The x-coordinate of M L X L, when the X-coordinate of M R and X R, disparity d is d = | X R -X L | at given, and because the optical axis of the camera are parallel, to the image The distance L is

【0007】 L= fD/d (1)L = fD / d (1)

【0008】によって与えられる。これは点Pがカメラ
の中心OL 、OR 、レンズの中心CL、CR を含む面に
ある場合である。これから離れている場合は少し修正し
なければならない。とにかくこのような方法で、レンズ
面と垂直な方向の距離を求めることができる。これに対
して直交する方向の座標は、画面での像の2次元位置に
より求められる。実際には3以上のカメラを用いるの
で、レンズ面と垂直な方向の距離の精度は高くなる。ま
た、これらのカメラ群の基線OLR と直交する方向に
も複数のカメラを配置することにより、OLR 方向の
座標も精度良く求めることができる。
[0008] This is the case when the point P is on a plane including the centers O L and O R of the camera and the centers C L and C R of the lens. If you're far from it, you'll have to make some corrections. Anyway, the distance in the direction perpendicular to the lens surface can be obtained by such a method. On the other hand, coordinates in a direction orthogonal to the direction are obtained from the two-dimensional position of the image on the screen. Actually, since three or more cameras are used, the accuracy of the distance in the direction perpendicular to the lens surface is increased. Further, by arranging a plurality of cameras in a direction perpendicular to the base line O L O R of these group of cameras, even O L O R direction coordinate can be accurately obtained.

【0009】図5はより実際の装置に近いものを示す。
3台のカメラを光軸を揃えて配置している。レンズの後
方にある画面に同じ測定点Pの像ができる。平面図にお
ける像の中心からのずれをd1 、d2 、d3 としてい
る。これと直角な方向の像のずれは共通の変数Vで表さ
れる。カメラの距離をDとして、前述の方法で、PのX
方向の座標、これと直角な座標Y、さらに面と垂直な方
向の座標Zをも求めることができるのである。
FIG. 5 shows a device closer to an actual device.
Three cameras are arranged with their optical axes aligned. An image of the same measurement point P is formed on a screen behind the lens. The deviation from the center of the image in plan view is set to d 1, d 2, d 3 . The displacement of the image in a direction perpendicular to this is represented by a common variable V. Assuming that the distance of the camera is D, the X of P
The coordinates in the direction, the coordinates Y perpendicular to the direction, and the coordinates Z in the direction perpendicular to the plane can also be obtained.

【0010】図2は各カメラの画像処理系を示す。TV
カメラで撮像して、アナログ画像を得るがこれをラスタ
順に読み出して、小領域ごとの光の強度をA/D変換す
る。白黒の2値画像として、特徴点を抽出する。特徴点
というのは白黒の境界線上の点であり、微分などにより
求めることができる。特徴点の連続が輪郭線であるとい
うことができる。特徴点の撮像画面上の座標を画像メモ
リに記憶する。これをCPUによって処理する。
FIG. 2 shows an image processing system of each camera. TV
An image is captured by a camera to obtain an analog image, which is read out in raster order and A / D converted for the light intensity of each small area. Feature points are extracted as a black and white binary image. A feature point is a point on a black-and-white boundary line and can be obtained by differentiation or the like. It can be said that the continuation of the feature points is an outline. The coordinates of the feature points on the imaging screen are stored in the image memory. This is processed by the CPU.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the invention]

(1)のような算出式を用いれば、容易に物体までの距
離を求めることができる。高速に、物体の三次元座標を
求め得る。しかしこの方法には幾つかの前提がある。カ
メラ間の距離が不変で既知であること、カメラの光軸が
平行であることなどである。
By using a calculation formula such as (1), the distance to the object can be easily obtained. At high speed, three-dimensional coordinates of an object can be obtained. However, this method has several assumptions. The distance between the cameras is constant and known, and the optical axes of the cameras are parallel.

【0012】距離Dは式(1)に入っているのでこれが
一定であることが必要なのは当然である。光軸が平行と
いうことはどういうことかというと、もしも光軸が非平
行であると、カメラの画面上での像の座標d1 、d2
…が変化してしまい、距離Lの計算が誤りになる。カメ
ラの光軸が角Θだけ平行からずれていると、距離はLΘ
だけ誤差を含むことになる。カメラの光軸が平行という
ことはこの測定法にとって極めて重要なことである。つ
まりこの測定法では、カメラ距離一定、光軸平行という
2つの条件が成り立っていなければならない。
Since the distance D is included in the equation (1), it is natural that the distance D needs to be constant. What is meant by the parallel optical axes is that if the optical axes are not parallel, the coordinates d 1 , d 2 ,
Are changed, and the calculation of the distance L is erroneous. If the optical axis of the camera deviates from parallel by an angle Θ, the distance is LΘ
Only errors will be included. The fact that the optical axes of the cameras are parallel is very important for this measurement method. In other words, in this measuring method, two conditions, that is, the camera distance is constant and the optical axis is parallel, must be satisfied.

【0013】カメラは一旦固定すると動かさないので、
カメラ間距離が変動するということはない。しかしカメ
ラ光軸平行の条件は常に満たされるとは限らない。カメ
ラの光軸は変動し易いので、カメラ群を移動させた時は
必ず光軸を調整する必要がある。しかしこの調整自体が
人手によるもので、人によるばらつきがあるし、やはり
誤差がある。さらにカメラ群を移動するたびに光軸調整
しなければならないというのも繁雑であり、避けたいも
のである。実システムでは、対象までの距離は10m以
上であることが多いが、位置測定の誤差は1%以下であ
ることが要求される。本発明は複数のカメラの光軸を平
行にするための人手による調整に頼らず、光軸の平行か
らのずれを知って、測定デ−タを自動的に校正する方法
を提供することを目的とする。
Once the camera is fixed, it does not move.
The distance between cameras does not change. However, the condition parallel to the camera optical axis is not always satisfied. Since the optical axis of the camera tends to fluctuate, it is necessary to adjust the optical axis whenever the camera group is moved. However, this adjustment itself is manually performed, there is a variation between people, and there is also an error. Further, it is complicated and necessary to adjust the optical axis every time the camera group moves. In an actual system, the distance to the target is often 10 m or more, but the position measurement error is required to be 1% or less. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method for automatically calibrating measurement data by knowing deviation of optical axes from parallelism without relying on manual adjustment for making optical axes of a plurality of cameras parallel. And

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明の画像計測装置の
校正方法は、複数のカメラを一直線上に並べ全てのカメ
ラの光軸がその直線に対して直角になるように設置し同
一点に対する各カメラの撮像面での像の座標からその点
の三次元座標を求めるようにした画像監視装置の校正方
法であって、全てのカメラの光軸と交わり、各々のカメ
ラの光軸の近傍に少なくとも各2以上の目印を有する標
的を装置前方の定められた位置に設置し、各々のカメラ
によって得られた画像上での目印の座標と、正規方向に
あるカメラにおいて目印の座標として予め与えられてい
る座標とから、カメラの正規位置からの回転角を算出
し、この回転量だけ反対方向にカメラを回転することに
よりカメラ位置を補正し、あるいは補正せずに計算によ
り、前記三次元座標を校正する校正手段とによって構成
される。
According to a method of calibrating an image measuring apparatus according to the present invention, a plurality of cameras are arranged on a straight line, and all cameras are installed so that their optical axes are at right angles to the straight line, and the same point is measured. A method of calibrating an image monitoring apparatus in which the three-dimensional coordinates of the point are obtained from the coordinates of the image on the imaging plane of each camera, wherein the intersections with the optical axes of all the cameras and the vicinity of the optical axes of the respective cameras A target having at least two or more landmarks is set at a predetermined position in front of the apparatus, and the coordinates of the landmarks on the image obtained by each camera and the coordinates of the landmarks in the camera in the normal direction are given in advance. From the coordinates, the rotation angle from the normal position of the camera is calculated, and the camera position is corrected by rotating the camera by the amount of rotation in the opposite direction, or the calculation is performed without correction, thereby calculating the three-dimensional coordinates. Constituted by a calibration means for calibrating.

【0015】[0015]

【作用】正規の方向というのは、カメラの方向が正し
く、基線と直角な方向(Z軸方向)を向いているという
ことである。標的をカメラ群から離れた位置に立てる
が、正規方向にあるカメラの撮像面での目印の座標が予
め分かっているものとしてこの発明が成り立つ。つま
り、カメラの正しい方向が定義され、この延長上に標的
が正しく置かれているという前提がある。以下の計算は
正規方向のカメラでの目印の2次元座標が既知であると
いうことを条件としている。標的が位置合わせをして設
置してあるということである。
The normal direction means that the direction of the camera is correct and points in a direction perpendicular to the base line (Z-axis direction). The target is set at a position distant from the camera group, but the present invention is established assuming that the coordinates of the mark on the imaging plane of the camera in the normal direction are known in advance. That is, it is assumed that the correct orientation of the camera is defined and that the target is correctly positioned on this extension. The following calculation is based on the condition that the two-dimensional coordinates of the mark in the camera in the normal direction are known. That is, the target is aligned and installed.

【0016】複数のカメラの並ぶ基線をX軸とする。カ
メラの撮像面(レンズ面にとる)がXY面に平行である
ようにする。つまりY軸はカメラ基線に直角で撮像面に
平行である。Z軸は撮像面に垂直であるとする。このよ
うにカメラについての三次元座標を規定する。この座標
でP(X,Y,Z)と表される点を考える。カメラがX
軸周りにα、Y軸周りにβ、Z軸周りにγ回転したとす
る。この順で回転するとする。回転順序は可換でない。
同じ点Pが回転後のカメラ座標で(X′,Y′,Z′)
と表現されるとする。X軸周りの角度αの回転による前
後の座標の関係は次の行列式によって与えられる。
A base line on which a plurality of cameras are arranged is defined as an X axis. The imaging surface (taken on the lens surface) of the camera is parallel to the XY plane. That is, the Y axis is perpendicular to the camera baseline and parallel to the imaging plane. It is assumed that the Z axis is perpendicular to the imaging plane. Thus, the three-dimensional coordinates of the camera are defined. Consider a point represented by P (X, Y, Z) at these coordinates. Camera is X
It is assumed that the rotation is α around the axis, β around the Y axis, and γ around the Z axis. It is assumed that the rotation is performed in this order. The rotation order is not commutative.
The same point P is the camera coordinates after rotation (X ', Y', Z ')
Let's say that The relationship between the coordinates before and after the rotation of the angle α about the X axis is given by the following determinant.

【0017】[0017]

【数2】 (Equation 2)

【0018】ただしここでは、寸法の比を表すパラメ−
タを一つ含む4変数の座標を考えている。Y軸周りのβ
の回転は、次のように表される。
However, here, a parameter representing the ratio of dimensions is used.
Consider the coordinates of four variables including one parameter. Β around the Y axis
Is expressed as follows.

【0019】[0019]

【数3】 (Equation 3)

【0020】Z軸周りのγの回転は、次のようになる。The rotation of γ about the Z axis is as follows.

【0021】[0021]

【数4】 (Equation 4)

【0022】これらを掛けて、Z軸周りにγ、Y軸周り
にβ、X軸周りにαの回転をしたカメラに於いて同じ点
Pの座標(X′,Y′,Z′)は行列Wによって与えら
れる。
By multiplying these, the coordinates (X ', Y', Z ') of the same point P in a camera rotated by γ around the Z axis, β around the Y axis, and α around the X axis are represented by a matrix. Given by W.

【0023】[0023]

【数5】 (Equation 5)

【0024】[0024]

【数6】 (Equation 6)

【0025】行列Wの要素を{aij}で表現すると、When the elements of the matrix W are expressed by {a ij },

【0026】[0026]

【数7】 (Equation 7)

【0027】ここで{aij}の定義は、 a11=cos βcos γ (8) a12=−cos βsin γ (9) a13=sin β (10)Here, {a ij } is defined as follows: a 11 = cos βcos γ (8) a 12 = −cos βsin γ (9) a 13 = sin β (10)

【0028】 a21=sin αsin βcos γ+cos αsin γ (11) a22=−sin αsin βsin γ+cos αcos γ (12) a23=−sin αcos β (13)A 21 = sin αsin βcos γ + cos αsin γ (11) a 22 = −sin αsin βsin γ + cos αcos γ (12) a 23 = −sin αcos β (13)

【0029】 a31=−cos αsin βcos γ+sin αsin γ (14) a32=cos αsin βsin γ+sin αcos γ (15) a33=cos αcos β (16)A 31 = −cos αsin βcos γ + sin αsin γ (14) a 32 = cos αsin βsin γ + sin αcos γ (15) a 33 = cos αcos β (16)

【0030】以上でカメラの回転による座標の変換式を
得る。また点P(X,Y,Z)の像がカメラ撮像面上の
二次元座標(x,y)に投影されたとすると、以下の関
係式が成り立つ。
As described above, a coordinate conversion equation based on the rotation of the camera is obtained. Assuming that the image of the point P (X, Y, Z) is projected on the two-dimensional coordinates (x, y) on the camera imaging surface, the following relational expression holds.

【0031】[0031]

【数17】 [Equation 17]

【0032】カメラの撮像面は原点Oからfであり、物
体は原点OからZの距離にあるので、物体の座標X、Y
と、撮像面での二次元座標x、yは正比例の関係にあ
り、比例定数がZ/fである。X=(Z/f)x、Y=
(Z/f)yである。行列式の3行目のZに関する式は
恒等式である。4行目の1に関する式は拡大比を表現す
るために入っている。ここでは恒等式である。カメラの
回転により同じ点Pがこの座標系で(X,Y,Z)とす
る。Z軸方向の長さZ′が基準になるのでこれをまず求
めると、
Since the imaging plane of the camera is located at a distance f from the origin O and the object is at a distance Z from the origin O, the coordinates X, Y of the object
And the two-dimensional coordinates x and y on the imaging surface are in direct proportion, and the proportionality constant is Z / f. X = (Z / f) x, Y =
(Z / f) y. The equation for Z in the third row of the determinant is an identity. The expression for 1 in the fourth row is included to express the enlargement ratio. Here, it is an identity. The same point P is set to (X, Y, Z) in this coordinate system due to the rotation of the camera. Since the length Z ′ in the Z-axis direction is used as a reference, when this is first obtained,

【0033】 X′=a11X+a12Y+a13Z=(a11x+a12y+a13f)(Z/f)(18)X ′ = a 11 X + a 12 Y + a 13 Z = (a 11 x + a 12 y + a 13 f) (Z / f) (18)

【0034】 Y′=a21X+a22Y+a23Z=(a21x+a22y+a23f)(Z/f)(19)Y ′ = a 21 X + a 22 Y + a 23 Z = (a 21 x + a 22 y + a 23 f) (Z / f) (19)

【0035】 Z′=a31X+a32Y+a33Z=(a31x+a32y+a33f)(Z/f)(20)Z ′ = a 31 X + a 32 Y + a 33 Z = (a 31 x + a 32 y + a 33 f) (Z / f) (20)

【0036】以上の関係から、正規のカメラ系のカメラ
上の点Pの像の座標(x,y)とずれたカメラ系の点P
の像の座標(x′,y′)の関係は次のようになる。
X′=(Z′/f)x′、Y′=(Z′/f)y′を用
いて、
From the above relationship, the point P of the camera system shifted from the coordinate (x, y) of the image of the point P on the camera of the regular camera system
The relationship between the coordinates (x ', y') of the image is as follows.
Using X ′ = (Z ′ / f) x ′ and Y ′ = (Z ′ / f) y ′,

【0037】 x′=(a11x+a12y+a13f)f(a31x+a32y+a33f)-1 (21) y′=(a21x+a22y+a23f)f(a31x+a32y+a33f)-1 (22) X ′ = (a 11 x + a 12 y + a 13 f) f (a 31 x + a 32 y + a 33 f) −1 (21) y ′ = (a 21 x + a 22 y + a 23 f) f (a 31 x + a 32 y + a 33 f) -1 (22)

【0038】となる。これはカメラの撮像面における座
標の変換式である。このような式は個々のカメラのそれ
ぞれについて成り立つ。カメラの回転角α、β、γとい
うのもカメラ毎に決定されるべきものである。ここでは
一つのカメラについて述べているが同じ動作を他のカメ
ラについても行う。
## EQU4 ## This is a conversion formula of the coordinates on the imaging plane of the camera. Such an equation holds for each individual camera. The camera rotation angles α, β, and γ should also be determined for each camera. Here, one camera is described, but the same operation is performed for other cameras.

【0039】一つのカメラについて目印を2つとるの
は、3つの回転角を決定するのに2つの点が必要だから
である。ここで、簡単のために、2点の目印のうち1点
1 (X1 ,Y1 ,Z1 )を光軸の延長上に位置するよ
うに設定したとする。これは強い条件で、目印の位置が
確定しているという前提がある。強い条件であるので、
回転角の内2つを求めることができる。するとX1 、Y
1 が0である。これに対応するカメラ撮像面上の座標
(x1 ,y1 )は、x1 =0、y1 =0となる。カメラ
の光軸がX軸周りにα、Y軸周りにβ,Z軸周りにγだ
け回転しているために、同じ物体点Pの像が(x1 ′,
1 ′)となったとする。
The reason for taking two landmarks for one camera is that two points are needed to determine three rotation angles. Here, for simplicity, it is assumed that one of the two marks P 1 (X 1 , Y 1 , Z 1 ) is set to be located on the extension of the optical axis. This is a strong condition, on the premise that the position of the mark is fixed. Because it is a strong condition,
Two of the rotation angles can be determined. Then X 1 , Y
1 is 0. The corresponding coordinates (x 1 , y 1 ) on the camera imaging surface are x 1 = 0 and y 1 = 0. Since the optical axis of the camera is rotated by α around the X axis, β around the Y axis, and γ around the Z axis, the image of the same object point P is (x 1 ′,
y 1 ′).

【0040】 x1 ′=a13f/a33=fsin β/cos αcos β=ftan β/cos α (23) y1 ′=a23f/a33=−fsin αcos β/cos αcos β=−ftan α (24)X 1 ′ = a 13 f / a 33 = fsin β / cos αcos β = ftan β / cos α (23) y 1 ′ = a 23 f / a 33 = −fsin αcos β / cos αcos β = − ftan α (24)

【0041】これから逆にカメラの方向のずれの角αと
βを求めることができる。
From this, conversely, the angles α and β of the deviation in the direction of the camera can be obtained.

【0042】 α=tan-1 (−y′/f) (25) β=tan-1 (x′cos α/f) (26)Α = tan −1 (−y ′ / f) (25) β = tan −1 (x′cos α / f) (26)

【0043】求めたいのは3つの回転角α、β、γであ
る。この式はこの内αとβを与える。αとβが分かる。
目印1つで2つの回転パラメ−タを決定できる。これは
しかし、目印がカメラの正規の光軸上にある(x1 ,y
1 )=(0,0)という条件を前提にしている。
What is desired is three rotation angles α, β, and γ. This equation gives α and β. You can see α and β.
Two rotation parameters can be determined with one mark. This, however, indicates that the landmark is on the camera's normal optical axis (x 1 , y
1 ) = (0,0).

【0044】目印の位置がアプリオリに分からなければ
このような簡単な式は得られない。各カメラについて独
立に回転角を求めるが、同じようにこの簡単な式によっ
て回転角を求めることができるようにするためには、各
カメラの正規の光軸上に必ず第1の目印がくるようにし
なければならない。このために、例えば図1に示すよう
な市松模様の標識を使うと便利である。ある決まった数
の目の辺の長さがカメラ間隔Dに等しくなるようにす
る。実際に正規のカメラの光軸が初めから分かる訳がな
いので、正規のカメラ光軸上に第1の目印を設定すると
いうことができない。
If the position of the mark is not known a priori, such a simple equation cannot be obtained. The rotation angle is determined independently for each camera, but in order to be able to determine the rotation angle using this simple formula, the first landmark must be on the regular optical axis of each camera. Must be. For this purpose, for example, it is convenient to use a checkered sign as shown in FIG. The length of a predetermined number of eyes is set to be equal to the camera interval D. Since the optical axis of the legitimate camera cannot actually be known from the beginning, it is impossible to set the first landmark on the legitimate camera optical axis.

【0045】しかしこれは差し支えないことである。任
意のカメラがカメラの据付平面(xy面)に直角の光軸
を持つとしてこれを標準のカメラとし、標準カメラの光
軸上にこのカメラの目印1が来るように標識の位置を決
定する。その他のカメラの目印1と光軸がずれるのでこ
のずれの角度α、β、γを求めるということになる。回
転角はカメラごとに決めるものであるが、標準カメラに
ついてはこの動作をしない。
However, this is no problem. Assuming that any camera has an optical axis perpendicular to the mounting plane (xy plane) of the camera, this is set as a standard camera, and the position of the marker is determined so that the mark 1 of this camera comes on the optical axis of the standard camera. Since the optical axis is shifted from the mark 1 of the other camera, the angles α, β, and γ of the shift are obtained. The rotation angle is determined for each camera, but this operation is not performed for a standard camera.

【0046】式(25)、(26)からαとβを求める
ことができる。αが初めに求まるのは、先程の回転の式
が、Z軸周り、Y軸周り、X軸周りの順に回転させてお
り、X軸周りが最後の回転であるので式がα=tan-1
(−y′/f)のように単純な式になる。これは直観で
も分かることである。βはY軸周りの回転で、X軸周り
の回転の影響をかぶるからcos αが入ってくるのであ
る。これも直観で分かることである。
Α and β can be obtained from equations (25) and (26). α is obtained first because the rotation equation described above is rotated around the Z axis, around the Y axis, and then around the X axis. Since the rotation around the X axis is the last rotation, α = tan −1
It becomes a simple expression like (−y ′ / f). This is intuitive. β is the rotation around the Y axis, which is affected by the rotation around the X axis, so that cos α enters. This is also intuitive.

【0047】さてγが残る。光軸上の点を見ている限
り、γは決まらない。光軸はZ軸に平行であるからであ
る。さらにγの決定を複雑にしているのは、先程の座標
回転の順序である。Z軸、Y軸、X軸周りの回転を順に
しているので、最後に回転したZ軸周りの回転はすぐに
分かる。しかしY軸周りの回転はその後にX軸周り回転
をしているので事情が少し複雑になる。しかしZ軸周り
の回転はこの後にY軸、X軸周りの回転をしているので
かなり複雑な式によって表される。第2の目印によりZ
軸周りの回転角γを決定する。αとβは既に分かってい
る。a31〜a33、a11〜a13、a21〜a23、に含まれる
既知の量を次のように置く。
Now, γ remains. As far as looking at a point on the optical axis, γ is not determined. This is because the optical axis is parallel to the Z axis. Further complicating the determination of γ is the order of the coordinate rotation described above. Since the rotation about the Z axis, the Y axis, and the X axis is performed in order, the rotation about the Z axis that has been rotated last can be easily understood. However, since the rotation about the Y axis is performed after that, the situation becomes slightly complicated. However, the rotation about the Z axis is rotated by the Y axis and the X axis after this, so that it is represented by a rather complicated equation. Z by the second landmark
Determine the rotation angle γ about the axis. α and β are already known. The known amounts contained in a 31 to a 33 , a 11 to a 13 , and a 21 to a 23 are set as follows.

【0048】 k=−cos αsin β (27) l=sin α (28) m=cos αcos β (29)K = −cos αsin β (27) 1 = sin α (28) m = cos αcos β (29)

【0049】 q=cos β (30) r=sin β (31) t=sin αsin β (32)Q = cos β (30) r = sin β (31) t = sin αsin β (32)

【0050】 u=cos α (33) v=−sin αcos β (34)U = cos α (33) v = −sin α cos β (34)

【0051】この定義を用いると、係数aは次のように
γだけを未知数として含む。
Using this definition, the coefficient a includes only γ as an unknown as follows.

【0052】 a31=kcos γ+lsin γ (35) a32=−ksin γ+lcos γ (36) a33=m (37)A 31 = k cos γ + I sin γ (35) a 32 = −k sin γ + I cos γ (36) a 33 = m (37)

【0053】 a11=qcos γ (38) a12=−qsin γ (39) a13=r (40)A 11 = q cos γ (38) a 12 = −q sin γ (39) a 13 = r (40)

【0054】 a21=tcos γ+usin γ (41) a22=−tsin γ+ucos γ (42) a23=v (43)A 21 = t cos γ + usin γ (41) a 22 = −tsin γ + ucos γ (42) a 23 = v (43)

【0055】第2の目印P2 の正規のカメラ撮像系での
座標を(x2 ,y2 )とし、カメラの回転のために、こ
れが(x′2 ,y′2 )になっているとする。正規の座
標での撮像面座標(x2 ,y2 )が分かっているとす
る。回転した状態のカメラでの撮像面の座標(x′2
y′2 )は測定できる。これらからγが分かる筈であ
る。(21)、(22)の関係式がこれらの座標の間に
成立する。
It is assumed that the coordinates of the second mark P 2 in the regular camera imaging system are (x 2 , y 2 ), and this is (x ′ 2 , y ′ 2 ) due to the rotation of the camera. I do. It is assumed that the imaging plane coordinates (x 2 , y 2 ) in regular coordinates are known. The coordinates of the imaging plane (x ′ 2 ,
y ′ 2 ) can be measured. From these, γ should be known. The relational expressions (21) and (22) hold between these coordinates.

【0056】 x′2 =f(qcos γx2 −qsin γy2 +rf){(kcos γ+lsin γ)x 2 +(−ksin γ+lcos γ)y2 +mf}-1 (44)X ′Two = F (qcos γxTwo −qsin γyTwo + Rf) {(k cos γ + lsin γ) x Two + (-Ksin γ + lcos γ) yTwo + Mf}-1 (44)

【0057】 y′2 =f{(tcos γ+usin γ)x2 +(−tsin γ+ucos γ)y2 +v f}{(kcos γ+lsin γ)x2 +(−ksin γ+lcos γ)y2 +mf}-1 (45)Y ′ 2 = f {(t cos γ + usin γ) x 2 + (− tsin γ + ucos γ) y 2 + v f} {(k cos γ + lsin γ) x 2 + (− ksin γ + lcos γ) y 2 + mf} −1 ( 45)

【0058】となる。係数ごとにまとめると次の量が括
り出されるのでAとBとする。
Is as follows. When the coefficients are put together, the following quantities are put out, so that they are A and B.

【0059】 A=x2cosγ−y2sinγ (46) B=x2sinγ+y2cosγ (47)A = x 2 cosγ−y 2 sinγ (46) B = x 2 cosγ + y 2 cosγ (47)

【0060】(A,B)というのは、(x2 ,y2 )を
Z軸周りにγだけ回転した点の座標である。先述のよう
にZ、Y、Xの順に回転するので、Z軸周りの回転を独
立して切り出すのが難しい、初めに(x2 ,y2 )をγ
だけ回転した点が(A,B)であり、これをさらにY軸
周りにβ回転しX軸周りに回転したものが(x2 ′,y
2 ′)である。逆に(x2 ′,y2 ′)から(A,B)
を求めようとしているのである。(A,B)を前記の式
に代入して、
(A, B) is the coordinates of a point obtained by rotating (x 2 , y 2 ) around the Z axis by γ. As described above, since the rotation is performed in the order of Z, Y, and X, it is difficult to cut out the rotation around the Z axis independently. First, (x 2 , y 2 ) is converted to γ.
(A, B) is rotated by β around the Y axis and rotated around the X axis by (x 2 ′, y).
2 '). Conversely, from (x 2 ′, y 2 ′) to (A, B)
It is trying to ask for. Substituting (A, B) into the above equation,

【0061】 x′2 =f(qA+rf){(kA+lB+mf}-1 (48) y′2 =f{(tA+uB+vf}{(kA+lB+mf}-1 (49)X ′ 2 = f (qA + rf) {(kA + 1B + mf} −1 (48) y ′ 2 = f {(tA + uB + vf} {(kA + 1B + mf} −1 ) (49)

【0062】これをAとBを未知数とする方程式に書き
換える。
This is rewritten as an equation in which A and B are unknown numbers.

【0063】 (ky2 ′−ft)A+(y2 ′l−uf)B=vf2 −mfy2 (50) (kx2 ′−qf)A+ x2 ′lB =rf2 −mfx2 ′(51)(Ky 2 ′ -ft) A + (y 2 ′ l-uf) B = vf 2 −mfy 2 (50) (kx 2 ′ −qf) A + x 2 ′ 1B = rf 2 −mfx 2 ′ (51 )

【0064】これは既知数を係数とするAとBに関する
2次方程式であるので簡単に解くことができる。
Since this is a quadratic equation for A and B having a known number as a coefficient, it can be easily solved.

【0065】[0065]

【数52】 (Equation 52)

【0066】この式を解いて、AとBを求める。これを
用いると、(46)、(47)から、
By solving this equation, A and B are obtained. Using this, from (46) and (47),

【0067】 sin γ=(−y2 A+x2 B)/(x2 2+y2 2) (53)[0067] sin γ = (- y 2 A + x 2 B) / (x 2 2 + y 2 2) (53)

【0068】が成り立つので、これに代入してγの値を
得る。(46)、(47)の式は回転の式であるが、同
じ長さのベクトルの挟角であるので、sin γはこれらの
外積をベクトルの長さの2乗で割ったものである。直感
的に(53)が意味するところが分かる。γがわかれば
これでα、β、γの全ての回転角が分かったことにな
る。カメラの光軸をX軸周りに−α、Y軸周りに−β、
Z軸周りに−γ回転する。すると、カメラの光軸が正規
の方向を向くことになる。本発明のカメラ方向の補正は
これで終わりである。コンピュ−タで計算するのでこの
ような計算は瞬時に行うことができる。
Since the above holds, the value of γ is obtained by substituting it. Equations (46) and (47) are rotation equations, but since they are included angles of vectors of the same length, sin γ is obtained by dividing these cross products by the square of the vector length. Intuitively, the meaning of (53) is understood. If γ is known, all the rotation angles of α, β, and γ are known. The optical axis of the camera is -α around the X axis, -β around the Y axis,
Rotate −γ about the Z axis. Then, the optical axis of the camera is directed in the normal direction. This is the end of the camera direction correction of the present invention. Since the calculation is performed by a computer, such a calculation can be performed instantaneously.

【0069】しかし解の形を見易くするためにさらにも
う少し説明する。定数項にαやβの表現を代入すると、
However, in order to make the form of the solution easier to understand, a further explanation will be given. Substituting the expressions for α and β into the constant term,

【0070】 A=(x′cos β−y′sin αsin β−fcos αsin β)/(x′sin β−y′ sin αcos β+fcos αcos β) (54) B=(y′cos α+fsin α)/(x′sin β−y′sin αcos β+fcos αco s β) (55)A = (x′cos β−y ′ sin αsin β−fcos αsin β) / (x′sin β−y ′ sin αcos β + fcos αcos β) (54) B = (y′cos α + fsin α) / ( x′sin β−y′sin αcos β + fcos αcos β) (55)

【0071】ここで簡単のためx、yのサフィックスの
2は省いている。
Here, for the sake of simplicity, the x and y suffixes 2 are omitted.

【0072】 sin γ={xy′cos α−x′ycos β+yy′sin αsin β+f(xsin α+ ycos αsin β)}/(x′sin β−y′sin αcos β+fcos αcos β)(x 2 +y2 ) (56)Sin γ = {xy′cos α−x′ycos β + yy′sin αsin β + f (xsin α + ycos αsin β)} / (x′sin β−y′sin αcos β + fcos αcos β) (x Two + YTwo ) (56)

【0073】これは直接にγを与えることができる。α
とβは先に求まっている。カメラが本来あるべきときに
第2の目印が撮像面座標(x2 、y2 )を取り、カメラ
が回転しているために撮像面座標(x2 ′,y2 ′)を
取るのである。いずれも既知の量であるので、γを知る
ことができる。
This can directly give γ. α
And β have been found earlier. The second landmark takes the image plane coordinates (x 2 , y 2 ) when the camera should be, and the image plane coordinates (x 2 ′, y 2 ′) because the camera is rotating. Since both are known amounts, γ can be known.

【0074】特別な点を採用することにより計算をより
簡単にすることができる。例えばx2 =0とする。つま
り正規のカメラ方向にある場合に、y軸上にある点を目
印2として採用すると、これの回転したカメラの撮像面
での座標を(x2 ′,y2 ′)として、sin γの式は、
Calculations can be made simpler by adopting special points. For example, x 2 = 0. That is, when the point on the y-axis is adopted as the mark 2 when the camera is in the normal camera direction, the coordinates of the rotated camera on the imaging surface are (x 2 ′, y 2 ′), and the expression of sin γ is given. Is

【0075】 sin γ=(−x2 ′y2cosβ+y22 ′sin αsin β+fy2cosαsin β)/ (x2 ′sin β−y2 ′sin αcos β+fcos αcos β)y2 2 (57)[0075] sin γ = (- x 2 ' y 2 cosβ + y 2 y 2' sin αsin β + fy 2 cosαsin β) / (x 2 'sin β-y 2' sin αcos β + fcos αcos β) y 2 2 (57)

【0076】となるのである。少し計算が簡略化され
る。あるいは、y2 =0という特別な点を選ぶと、sin
γの式は、
Is as follows. Some calculations are simplified. Or, if we choose a special point, y 2 = 0, sin
The equation for γ is

【0077】 sin γ={x22 ′cos α+fx2sinα}/(x2 ′sin β−y2 ′sin αco s β+fcos αcos β)x2 2 (58)Sin γ = {x 2 y 2 ′ cos α + fx 2 sin α} / (x 2 ′ sin β−y 2 ′ sin αcos β + fcos αcos β) x 2 2 (58)

【0078】となってより単純化される。いずれの式を
用いて計算することもできる。目印1はP1 はx1
0、y1 =0となる点を選び、式のなかにγが入らない
ようにしてαとβを求めている。目印2はより一般の点
2 を選んで残りのγを求めている。さらに目印3、目
印4、…を用いてγを計算してもよい。異なる値のγが
得られる場合は最小二乗法によって最適のγを求める。
いずれにしても本発明ではこれら目印の正規のカメラ方
向に対する撮像面での像の位置が既知であることが必要
である。
This is further simplified. It can be calculated using any of the formulas. Mark 1 is P 1 x 1 =
The points at which 0 and y 1 = 0 are selected, and α and β are determined so that γ is not included in the equation. The mark 2 selects the more general point P 2 and obtains the remaining γ. Further, γ may be calculated using the mark 3, the mark 4,... If different values of γ are obtained, the optimal γ is obtained by the least squares method.
In any case, in the present invention, it is necessary that the positions of the images on the imaging surface of these marks with respect to the normal camera direction are known.

【0079】また目印1の位置は必ずx1 =0、y1
0である必要はない。この条件が成り立たない点を選ぶ
と、目印2の式と同じ式になるので、これらを連立させ
て角度α、β、γを計算できる。ただし線形方程式には
ならないので計算はやや複雑になる。
The position of the mark 1 is always x 1 = 0, y 1 =
It need not be zero. If a point where this condition is not satisfied is selected, the equation becomes the same as that of the mark 2, so that the angles α, β, and γ can be calculated by combining these. However, the calculation becomes slightly complicated because it does not become a linear equation.

【0080】校正方法は二通りある。一つはカメラの方
向を直すものである。順に、X軸周りに−α、Y軸周り
に−β、Z軸周りに−γだけカメラを回転する。全ての
カメラが厳密に平行になり、基線(カメラが並ぶ直線)
に直角になる。もう一つはカメラの方向は直さずに、カ
メラの撮像面座標(x,y)を補正することである。図
5の下段にあるように各下で同一の点Pの像が得られ
る。この座標(x,y)がカメラの傾きのために狂って
いるのである。正しい座標を(x′,y′)とする。こ
の関係は、(21)と(22)から
There are two calibration methods. One is to reorient the camera. In this order, the camera is rotated by −α around the X axis, −β around the Y axis, and −γ around the Z axis. All cameras are strictly parallel, baseline (straight line with cameras)
At right angles to The other is to correct the coordinates (x, y) of the imaging plane of the camera without changing the direction of the camera. As shown in the lower part of FIG. 5, an image of the same point P is obtained below each. The coordinates (x, y) are out of order due to the tilt of the camera. Let the correct coordinates be (x ', y'). This relationship is derived from (21) and (22)

【0081】 x=(a11x′+a12y′+a13f)f(a31x′+a32y′+a33f)-1(59) y=(a21x′+a22y′+a23f)f(a31x′+a32y′+a33f)-1(60)X = (a 11 x '+ a 12 y' + a 13 f) f (a 31 x '+ a 32 y' + a 33 f) -1 (59) y = (a 21 x '+ a 22 y' + a 23 f) f (a 31 x '+ a 32 y' + a 33 f) -1 (60)

【0082】を満足する。これを逆に解けば補正座標
(x′,y′)を得る。ここでは係数が全て既知である
ので、この計算をすることができる。逆変換しても良い
がここではもっと簡単に逆変換式を得ることができる。
行列係数aijにおいてα、β、γの符号を逆にすれば良
いのである。これを行列係数bijで表すと、
Is satisfied. By solving this in reverse, the corrected coordinates (x ', y') are obtained. Here, since all the coefficients are known, this calculation can be performed. The inverse transformation may be performed, but here, the inverse transformation formula can be obtained more easily.
What is necessary is just to reverse the signs of α, β, and γ in the matrix coefficients a ij . Expressing this as matrix coefficients b ij ,

【0083】 x′=(b11x+b12y+b13f)f(b31x+b32y+b33f)-1 (61) y′=(b21x+b22y+b23f)f(b31x+b32y+b33f)-1 (62) X ′ = (b 11 x + b 12 y + b 13 f) f (b 31 x + b 32 y + b 33 f) −1 (61) y ′ = (b 21 x + b 22 y + b 23 f) f (b 31 x + b 32 y + b 33 f) -1 (62)

【0084】 b11=cos βcos γ (63) b12=cos βsin γ (64) b13=−sin β (65)B 11 = cos βcos γ (63) b 12 = cos βsin γ (64) b 13 = −sin β (65)

【0085】 b21=sin αsin βcos γ−cos αsin γ (66) b22=sin αsin βsin γ+cos αcos γ (67) b23=sin αcos β (68)B 21 = sin αsin β cos γ-cos αsin γ (66) b 22 = sin αsin βsin γ + cos αcos γ (67) b 23 = sin αcos β (68)

【0086】 b31=cos αsin βcos γ+sin αsin γ (69) b32=cos αsin βsin γ−sin αcos γ (70) b33=cos αcos β (71)B 31 = cos αsin βcos γ + sin αsin γ (69) b 32 = cos αsin βsin γ-sin αcos γ (70) b 33 = cos αcos β (71)

【0087】このようにしてカメラ方向を補正する代わ
りに撮像面での二次元座標(x,y)を回転角で補正し
て正しい座標(x′,y′)を得る事も出来る。これは
計算だけでできるので、自動的な補正に好適である。
In this manner, instead of correcting the camera direction, the two-dimensional coordinates (x, y) on the imaging surface can be corrected by the rotation angle to obtain the correct coordinates (x ', y'). Since this can be done only by calculation, it is suitable for automatic correction.

【0088】[0088]

【実施例】図1により本発明の校正のための方法を説明
する。 カメラ群よりなる視覚部正面に、カメラ設置間隔に合
わせて印された目印1と、目印1より既知の距離だけず
れている目印2を合わせ持つレンズ光軸調整用の標的を
設置する。目印はカメラ1台につき2点以上標的の上に
設定する。2点というのは最低の数である。回転角が3
つあるので、2点以上必要である。3点以上あれば精度
を高めることができる。目印は例えば市松模様の標的の
交点のような点として与えると便利である。しかしその
ような模様がなければならないということはない。2点
以上の目印が規定できればよいのである。目印点だけが
描かれた標的であっても良い。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 illustrates a method for calibration according to the invention. A target for adjusting the optical axis of the lens is provided in front of the visual section composed of the camera group, having a mark 1 marked in accordance with the camera installation interval and a mark 2 shifted by a known distance from the mark 1. Marks are set on the target at two or more points per camera. Two points is the lowest number. Rotation angle is 3
You need at least two points. With three or more points, the accuracy can be improved. It is convenient to provide the landmark as a point, for example, an intersection of checkered targets. But there is no requirement that such patterns be present. It suffices if two or more marks can be defined. The target in which only the mark points are drawn may be used.

【0089】画像上のそれぞれのカメラレンズの光軸
位置が、タ−ゲット(標的)上のそれぞれのカメラに対
応する目印1の、画像上に写る位置におよそ一致するよ
う、カメラ姿勢を調整する。手動による粗調整である。
この目印1は正規の方向を向くカメラに対しては撮像面
の中心に像を作るように設置してある。 図2に示すように、カメラにより得られたアナログ画
像をA/D変換部においてデジタル化する。 特徴点抽出部にて得られるデジタルデ−タのレベルを
もとに特徴点(カメラ被写体の輪郭に相当する点)を抽
出し、画像メモリに書き込む。
The camera posture is adjusted so that the optical axis position of each camera lens on the image substantially matches the position on the image of the mark 1 corresponding to each camera on the target (target). . This is a manual coarse adjustment.
The mark 1 is provided so as to form an image at the center of the imaging surface for a camera facing a normal direction. As shown in FIG. 2, an analog image obtained by a camera is digitized in an A / D converter. A feature point (a point corresponding to the contour of a camera subject) is extracted based on the level of digital data obtained by the feature point extraction unit, and written into an image memory.

【0090】画像メモリより、目印1、2の写る位置
を計測する。図3によって目印1に市松模様の交点を用
いた場合の処理例を以下に述べる。目印2の写る位置を
測定する時もほぼ同様の処理にて行うことができる。 a.カメラレンズの光軸位置を中心とした小領域の特徴
点についてX軸、Y軸それぞれを横軸に、特徴点数を縦
軸に取ったヒストグラムを作成する。 b.作成された各軸方向のヒストグラムのピ−ク値を得
る。そのヒストグラムのピ−ク値に信頼性があるかどう
かを以下の基準で評価する。 (イ)ヒストグラムの度数の総和が閾値を越えているか
? (ロ)ピ−ク値を中心としたヒストグラムの分布幅dが
規定値以内か? c.上記基準を満たしている場合は、ピ−ク値を取る点
の座標を目印の位置とする。満たしていない場合は、再
度カメラ姿勢を調整する。
The positions where the marks 1 and 2 appear are measured from the image memory. Referring to FIG. 3, a processing example in the case where a checkered intersection is used as the mark 1 will be described below. The measurement of the position where the mark 2 appears can be performed by substantially the same processing. a. A histogram is created in which the X-axis and the Y-axis are plotted on the abscissa and the number of feature points is plotted on the ordinate for feature points in a small area centered on the optical axis position of the camera lens. b. The peak value of the created histogram in each axis direction is obtained. Whether the peak value of the histogram is reliable or not is evaluated according to the following criteria. (A) Does the sum of the histogram frequencies exceed the threshold? (B) Is the distribution width d of the histogram around the peak value within the specified value? c. If the above criterion is satisfied, the coordinates of the point at which the peak value is taken are taken as the position of the mark. If not, adjust the camera posture again.

【0091】目印の写る位置とレンズの光軸位置から
画像上でのズレ量を計算する。ヒストグラムのピ−クに
よって目印iの画面上の位置(xi ′,yi ′)を求め
る。予め設定した目印iの目標位置(xi ,yi )が予
め分かっているものとする。これはカメラが正規に方向
を向いているときのカメラ撮像面での二次元座標であ
る。これら二つの座標を得てこれらからカメラ方向のず
れの値を求める。あるいはこれらの差(Δxi ,Δy
i )を得て計算を進めることもある。つまりズレ量であ
る。図3に示すように、一つのカメラについて目印は2
以上取る。3つの主軸周りの回転角α、β、γを求める
ためである。目印は2つあれば回転角を求められる。3
以上あるときは、回転角の平均値を求めて計算の精度を
上げることができる。ここでは目印1、目印2、目印3
を取っている。これら全ての目印1〜3について上記の
計算をする。
The amount of deviation on the image is calculated from the position where the mark appears and the position of the optical axis of the lens. The position (x i ′, y i ′) of the mark i on the screen is obtained by the peak of the histogram. Target position of the preset landmark i (x i, y i) assumed that is known in advance. This is a two-dimensional coordinate on the camera imaging surface when the camera is facing normally. These two coordinates are obtained, and the deviation value in the camera direction is obtained from these two coordinates. Alternatively, their difference (Δx i , Δy
In some cases, i ) is obtained and the calculation proceeds. That is, it is a shift amount. As shown in FIG. 3, the mark is 2 for one camera.
Take over. This is because the rotation angles α, β, and γ around the three main axes are determined. If there are two marks, the rotation angle can be obtained. 3
In the above case, the average value of the rotation angles can be obtained to improve the calculation accuracy. Here, Mark 1, Mark 2, Mark 3
Is taking. The above calculation is performed for all of these marks 1 to 3.

【0092】正規方向のカメラでの撮像面座標(x
i ,yi )と、実際のカメラでの撮像面座標(xi ′,
i ′)とを用いて、或はズレ量(Δxi ,Δyi )を
用いてカメラ姿勢の、正規の位置に対する軸周りの回転
量α、β、γを計算する。 カメラの軸周りの回転量α、β、γを用いて式(1)
のdL 、dR を補正する。目標点の三次元座標はより複
雑な式になるがα、β、γが分かっているので、式の上
で補正することができる。 あるいは回転量が分かるので、カメラを回転量を打ち
消すように回転させて、カメラの方向を正規の方向に直
す。
The coordinates of the imaging plane (x
i , y i ) and imaging plane coordinates (x i ′,
y i ′) or the amount of rotation (Δx i , Δy i ) of the camera posture, and the rotation amount α, β, γ around the axis with respect to the normal position is calculated. Expression (1) using rotation amounts α, β, and γ around the camera axis
D L and d R are corrected. The three-dimensional coordinates of the target point are more complicated equations, but since α, β, and γ are known, they can be corrected on the equations. Alternatively, since the amount of rotation is known, the camera is rotated to cancel the amount of rotation, and the direction of the camera is corrected to the normal direction.

【0093】[0093]

【発明の効果】本発明により、複数のカメラを一直線上
に並べ全てのカメラの光軸がこの直線に直角になるよう
に設定した監視装置において、カメラの正規の方向から
の回転角を求めることができる。この角度だけカメラを
実際に回転してカメラ位置を校正することができる。こ
れが最も単純な利用法である。全てのカメラの方向を正
しく校正するのである。
According to the present invention, in a monitoring apparatus in which a plurality of cameras are arranged on a straight line and the optical axes of all the cameras are set to be perpendicular to the straight lines, the rotation angles of the cameras from a normal direction are obtained. Can be. The camera position can be calibrated by actually rotating the camera by this angle. This is the simplest usage. It correctly calibrates all camera orientations.

【0094】あるいは実際にカメラを回転して調整する
ことなしに、回転角情報α、β、γを得てこれにより対
象物の観測結果を補正して、正しい座標を計算によって
求めることもできる。これはカメラの方向の狂いをその
ままにして計算により校正するものである。
Alternatively, without actually rotating and adjusting the camera, the rotation angle information α, β, γ can be obtained, and the observation result of the object can be corrected using the information, and the correct coordinates can be obtained by calculation. This is to calibrate by calculation while keeping the camera direction out of order.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のカメラ方向校正のための装置を示す概
略斜視図。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an apparatus for calibrating a camera direction according to the present invention.

【図2】各カメラの画像処理系のブロック図。FIG. 2 is a block diagram of an image processing system of each camera.

【図3】市松模様の標的をカメラ群で観察し目印1、目
印2、目印3を観察し輪郭線のヒストグラムから目印の
位置を検出するようにしたものを示す図。
FIG. 3 is a diagram illustrating a target in which a checkered pattern is observed with a group of cameras, a mark 1, a mark 2, and a mark 3 are observed, and the position of the mark is detected from a histogram of an outline.

【図4】光軸が平行な二つのカメラで同一の点を観察し
て時にカメラ光軸がずれていると、距離測定値が狂って
くることを説明する図。
FIG. 4 is a view for explaining that the distance measurement value is incorrect if the camera optical axis is shifted when observing the same point with two cameras having parallel optical axes.

【図5】平行カメラ群を用いて対象物の三次元的座標を
求める装置の原理の説明図。
FIG. 5 is an explanatory view of the principle of an apparatus for obtaining three-dimensional coordinates of an object using a group of parallel cameras.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊池 武彦 東京都千代田区内幸町一丁目1番3号東 京電力株式会社内 (72)発明者 石橋 武 東京都千代田区内幸町一丁目1番3号東 京電力株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−181106(JP,A) 特開 平5−99622(JP,A) 特開 平5−38688(JP,A) 特開 昭62−56814(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30 102 G01C 3/00 - 3/32 G01C 11/00 - 11/34 G06T 1/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Takehiko Kikuchi 1-3-1 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Tokyo Electric Power Co., Inc. (72) Inventor Takeshi Ishibashi 1-1-3 East Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo (56) References JP-A-4-181106 (JP, A) JP-A-5-99622 (JP, A) JP-A-5-38688 (JP, A) JP-A-62-56814 ( JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 11/00-11/30 102 G01C 3/00-3/32 G01C 11/00-11/34 G06T 1/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 複数のカメラをレンズの光軸が互いに平
行でかつ光軸に垂直な共通平面上に各々の焦点が位置す
るように組み合わせて、被写体の三次元座標を計測する
画像計測装置において、全てのカメラの光軸と交わり、
各々のカメラの光軸の近傍に少なくとも各2点以上の目
印を有する標的を装置前方に設置し、各々のカメラによ
って得られた画像上での目印の座標と、予め記憶されて
いるカメラが正しい方向にある場合の目印の座標とから
各カメラの回転量を算出し、算出されたカメラの回転量
から前記被写体のカメラで撮像した時の像の二次元座標
を校正することを特徴とする画像計測装置の校正方法。
1. An image measuring apparatus for measuring three-dimensional coordinates of a subject by combining a plurality of cameras such that respective focal points are located on a common plane in which optical axes of lenses are parallel to each other and perpendicular to the optical axis. Intersects the optical axis of all cameras,
A target having at least two or more landmarks near the optical axis of each camera is installed in front of the apparatus, and the coordinates of the landmarks on the image obtained by each camera and the camera stored in advance are correct. An image characterized by calculating the amount of rotation of each camera from the coordinates of the landmarks in the direction, and calibrating the two-dimensional coordinates of the image of the subject captured by the camera from the calculated amount of camera rotation. Calibration method for measuring equipment.
【請求項2】 複数のカメラをレンズの光軸が互いに平
行でかつ光軸に垂直な共通平面上に各々の焦点が位置す
るように組み合わせて、被写体の三次元座標を計測する
画像計測装置において、全てのカメラの光軸と交わり、
各々のカメラの光軸の近傍に少なくとも各2点以上の目
印を有する標的を装置前方に設置し、各々のカメラによ
って得られた画像上での目印の座標と、予め記憶されて
いるカメラが正しい方向にある場合の目印の座標とから
各カメラの回転量を算出し、算出されたカメラの回転量
から、カメラを逆に回転量ずつ回転してカメラの方向を
校正することを特徴とする画像計測装置の校正方法。
2. An image measurement apparatus for measuring three-dimensional coordinates of an object by combining a plurality of cameras such that respective focal points are located on a common plane in which optical axes of lenses are parallel to each other and perpendicular to the optical axis. Intersects the optical axis of all cameras,
A target having at least two or more landmarks near the optical axis of each camera is installed in front of the apparatus, and the coordinates of the landmarks on the image obtained by each camera and the camera stored in advance are correct. An image characterized by calculating the amount of rotation of each camera from the coordinates of the landmarks in the direction, and calibrating the direction of the camera by rotating the camera in reverse by the amount of rotation from the calculated amount of camera rotation Calibration method for measuring equipment.
【請求項3】 複数のカメラをレンズの光軸が互いに平
行でかつ光軸に垂直な共通平面上に各々の焦点が位置す
るように組み合わせて、被写体の三次元座標を計測する
画像計測装置において、全てのカメラの光軸と交わり、
各々のカメラが正しい方向を向いたときに撮像面の中心
に像を作るべき第1の目印と、その近傍に少なくとも各
1点以上の目印2…を有する標的を装置前方に設置し、
各々のカメラによって得られた画像上での目印1の座標
から、カメラのX軸周りの回転角αと、Y軸周りの回転
角βを求め、他の目印2、…からZ軸周りの回転角γを
算出し、算出されたカメラの回転量α、β、γから前記
被写体のカメラで撮像した時の像の二次元座標を校正す
ることを特徴とする画像計測装置の校正方法。
3. An image measuring apparatus for measuring three-dimensional coordinates of a subject by combining a plurality of cameras such that respective focal points are located on a common plane in which optical axes of lenses are parallel to each other and perpendicular to the optical axis. Intersects the optical axis of all cameras,
A target having a first landmark to form an image at the center of the imaging surface when each camera is oriented in the right direction, and a target having at least one or more landmarks 2 in the vicinity thereof is installed in front of the apparatus,
The rotation angle α around the X axis and the rotation angle β around the Y axis of the camera are obtained from the coordinates of the mark 1 on the image obtained by each camera, and the rotation around the Z axis is obtained from the other marks 2,. A method for calibrating an image measuring device, comprising: calculating an angle γ; and correcting two-dimensional coordinates of an image of the subject captured by the camera from the calculated camera rotation amounts α, β, and γ.
【請求項4】 複数のカメラをレンズの光軸が互いに平
行でかつ光軸に垂直な共通平面上に各々の焦点が位置す
るように組み合わせて、被写体の三次元座標を計測する
画像計測装置において、全てのカメラの光軸と交わり、
各々のカメラが正しい方向を向いたときに撮像面の中心
に像を作るべき第1の目印と、その近傍に少なくとも各
1点以上の目印2…を有する標的を装置前方に設置し、
各々のカメラによって得られた画像上での目印1の座標
から、カメラのX軸周りの回転角αと、Y軸周りの回転
角βを求め、他の目印2、…からZ軸周りの回転角γを
算出し、算出されたカメラの回転量α、β、γから前記
被写体のカメラで撮像した時の像の二次元座標(x,
y)を正しい値(x′,y′)に校正することとし、両
者の関係を次の式 x′=(b11x+b12y+b13f)f(b31x+b32
+b33f)-1 y′=(b21x+b22y+b23f)f(b31x+b32
+b33f)-111=cos βcos γ b12=cos βsin γ b13=−sin β b21=sin αsin βcos γ−cos αsin γ b22=sin αsin βsin γ+cos αcos γ b23=sin αcos β b31=cos αsin βcos γ+sin αsin γ b32=cos αsin βsin γ−sin αcos γ b33=cos αcos β に従って行う事を特徴とする画像計測装置の校正方法。
4. An image measuring apparatus for measuring three-dimensional coordinates of a subject by combining a plurality of cameras such that respective focal points are located on a common plane in which optical axes of lenses are parallel to each other and perpendicular to the optical axis. Intersects the optical axis of all cameras,
A target having a first landmark to form an image at the center of the imaging surface when each camera is oriented in the right direction, and a target having at least one or more landmarks 2 in the vicinity thereof is installed in front of the apparatus,
The rotation angle α around the X axis and the rotation angle β around the Y axis of the camera are obtained from the coordinates of the mark 1 on the image obtained by each camera, and the rotation around the Z axis is obtained from the other marks 2,. The angle γ is calculated, and the two-dimensional coordinates (x, x, y) of the image of the subject captured by the camera are calculated from the calculated camera rotation amounts α, β, γ.
y) is corrected to a correct value (x ′, y ′), and the relationship between the two is expressed by the following equation: x ′ = (b 11 x + b 12 y + b 13 f) f (b 31 x + b 32 y
+ B 33 f) -1 y '= (b 21 x + b 22 y + b 23 f) f (b 31 x + b 32 y
+ B 33 f) -1 b 11 = cos βcos γ b 12 = cos βsin γ b 13 = -sin β b 21 = sin αsin βcos γ-cos αsin γ b 22 = sin αsin βsin γ + cos αcos γ b 23 = sin αcos β b 31 = cos αsin βcos γ + sin αsin γ b 32 = cos αsin βsin γ-sin αcos γ b 33 = calibrating method of an image measuring apparatus, characterized in that performed according to cos αcos β.
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