JP3557168B2 - レンズ歪み係数算出装置および算出方法、レンズ歪み係数算出プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、レンズ歪み係数算出装置および算出方法、レンズ歪み係数算出プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体、画像合成装置および方法、ならびに画像合成プログラムを記録した記録媒体に関する。
【0002】
【従来の技術】
〔1〕従来のオプティカルフローの算出方法についての説明
【0003】
2枚の画像からオプティカルフローを計算し、得られたオプティカルフローに基づいて、2枚の画像間での位置合わせを行う技術が知られている。従来のオプテカルフローの算出方法について説明する。
【0004】
(1)Lucas−Kanade法
従来から、動画像における運動物体の見かけの速度場(オプティカルフロー)を計算する手法が数多く提案されている。中でも局所勾配法であるLucas−Kanade法は、最も良い手法の一つである。その理由は、処理が高速、実装が容易、結果が信頼度を持つことである。
【0005】
Lucas−Kanade法の詳細については、文献: B.Lucas and T.Kanade,”An Iterative Image Registration Technique with an Application to Stereo Vision,”In Seventh International Joint Conference on Artificial Intelligence(IJCAI−81), pp. 674−979, 1981を参照のこと。
【0006】
以下に、Lucas−Kanade法の概要を述べる。
ある時刻tの画像座標p=(x,y)の濃淡パターンI(x,y,t)が、ある微小時間後(δt)に座標(x+δx,y+δy)に、その濃淡分布を一定に保ったまま移動した時、次のオプティカルフロー拘束式1が成り立つ。
【0007】
【数1】
【0008】
2次元画像でオプティカルフロー{v=(δx/δt,δy/δt)=(u,v)}を計算するには、未知パラメータ数が2個であるので、もう一個拘束式が必要である。Lucas とKanade( 金出) は、同一物体の局所領域では、同一のオプティカルフローを持つと仮定した。
【0009】
例えば、画像上の局所領域ω内で、オプティカルフローが一定であるとすると、最小化したい濃淡パターンの二乗誤差Eは、
I0 (p)=I(x,y,t),
I1 (p+v)=I(x+u,y+v,t+δt)
と書き改めると、次式2で定義できる。
【0010】
【数2】
【0011】
ここで、vが微少な場合には、テーラー展開の2次以上の項を無視できるので、次式3の関係が成り立つ。
【0012】
【数3】
【0013】
ここで、g(p)は、I1 (p)の一次微分である。
【0014】
誤差Eが最小になるのは、Eのvに対する微分値が0の時であるので、次式4の関係が成り立つ。
【0015】
【数4】
【0016】
故にオプティカルフローvは次式5で求められる。
【0017】
【数5】
【0018】
更に、次式6に示すように、ニュートン・ラフソン的な反復演算によって精度良く求めることができる。
【0019】
【数6】
【0020】
(2)階層的推定法
Lucas−Kanade法を含む勾配法の最も大きな問題点は、良好な初期値が必要なために、大きな動きに対しては適用できないことである。そこで、従来からピラミッド階層構造型に数段回の解像度の異なる画像を作成して解決する方法が提案されている。
【0021】
これは、まず、2枚の連続した画像から、予めそれぞれの画像の数段階の解像度の異なる画像を作成する。次に、最も解像度の低い画像間において、おおまかなオプティカルフローを計算する。そして、この結果を参考にして、一段解像度の高い画像間においてより精密なオプティカルフローを計算する。この処理を最も解像度の高い画像間まで順次繰り返す。
【0022】
図4は原画像を、図3は図4の原画像より解像度の低い画像を、図2は図3の低解像度画像より解像度の低い画像を、図1は図2の低解像度画像より解像度の低い画像を、それぞれ示している。図1〜図4において、Sは、1つのパッチを示している。
【0023】
図1の画像(階層1の画像)、図2の画像(階層2の画像)、図3の画像(階層3の画像)および図4の画像(階層4の画像)の順番で段階的にオプティカルフローが求められる。図1〜図4において矢印は、パッチ毎に求められたオプティカルフローベクトルを示している。
【0024】
しかしながら、ここでの問題点は、実画像では、十分な模様(テクスチャ)を含む領域が少なく、信頼性のあるオプティカルフローが得られないことにある。
【0025】
〔2〕本出願人が開発したオプティカルフロー算出方法についての説明。
【0026】
本出願人が開発したオプティカルフロー算出方法は、ピラミッド階層型に数段回の解像度の異なる画像を作成して、オプティカルフローを段階的に計算する階層的推定を前提としている。オプティカルフローの計算方法は、Lucas−Kanade法等の勾配法に従う。つまり、階層構造化した勾配法によるオプティカルフロー推定法を前提としている。ここでは、勾配法としてLucas−Kanade法が用いられている。
【0027】
本出願人が開発したオプティカルフロー推定方法の特徴は、階層構造化したLucas−Kanade法によるオプティカルフロー推定法の各段階において得られたオプティカルフローを、膨張処理によって補完することにある。以下、これについて詳しく説明する。
【0028】
Lucas−Kanade法の長所の一つは、追跡結果が信頼性を持つことである。Tomasiと Kanade とは、ある領域の追跡可能性が、以下のように微分画像から算出できることを示した(C.Tomasi and T.Kanade,”Shape and Motion from Image Streams: a Factorization method−Part 3 Detection and Tracking of Point Features ,”CMU−CS−91−132, Carnegie Mellon University, 1991.) 。
【0029】
ある領域画像ωの垂直・水平方向の微分の2乗を要素に持つ次式7の2×2の係数行列Gから、その固有値を計算することで、その領域の追跡可能性を決定することができる。
【0030】
【数7】
【0031】
この行列Gの固有値が両方とも大きい場合には、その領域は直交方向に変化を持ち、一意の位置決めが可能である。従って、小さい方の固有値λmin と、追跡後の領域間の濃淡残差Eから、追跡結果の信頼度γを次式8によって得ることができる。
【0032】
【数8】
【0033】
本発明者らは、オプティカルフローの同一階層内で信頼度の高い結果を用いて、信頼度の低い領域を補間する方法を開発した。これは、一段階粗い階層での結果を、追跡の初期値だけに用いて、着目している現段階の階層の結果には何も利用しない。代わりに、テクスチャの少ない領域のオプティカルフローはその周囲のオプティカルフローに近い値を持つと仮定し、モルフォロジー処理によりフロー場を補完するものである。
【0034】
図5にフローベクトルの膨張処理の様子を示す。
【0035】
左図は、フローベクトルの信頼度のマップを濃淡で表したものである。ここで、黒ければ黒い程信頼度が高いとする。
【0036】
まず、得られたフローをしきい値処理する。白い部分は、結果の信頼度が低いために、しきい値処理されたものである。
【0037】
次に、2値画像でのモルフォロジー演算による穴埋め処理を模して、フロー場において結果の膨張処理を次のように行う。ある領域i,jのフローベクトルu(i,j)は、その4近傍のフローベクトルから信頼度γに応じて重み付けを行って次式9のように計算できる。
【0038】
【数9】
【0039】
この処理を、しきい値処理されたすべての信頼度の低い領域が埋まるまで、繰り返す。この補完処理を、各階層において行う。なお、ある領域i,jのフローベクトルu(i,j)を、その8近傍のフローベクトルから信頼度γに応じて重み付けを行って算出するようにしてもよい。
【0040】
図6(a)は、ある階層の画像に対してしきい値処理されたオプティカルフローを示し、図6(b)は補完後のオプティカルフローを示している。図6(a)において、矢印はしきい値処理によって信頼度が高いと判定されたオプティカルフローベクトルであり、×印は信頼度が低いとされた部分を示している。
【0041】
〔3〕従来のパノラマ画像の生成方法の説明
本特許出願人らは、複数枚の画像間の幾何学パラメータを算出し、算出した幾何学パラメータに基づいてこれらの画像を合成することにより、パノラマ画像を生成する方法を既に開発している(特開平11−339021号公報参照)。
【0042】
今回、本特許出願人は、より精度の高いパノラマ画像を得るために、レンズ歪み校正方法を提案する。従来のレンズ歪み校正方法では、特別な校正用パターンを用意し、校正用パターンの画像を複数毎撮像し、得られた画像に基づいてレンズ歪み係数を算出していた(文献:Z.Zhang,”Flexible camara calibration by viewing a plane from unknown orientations,”Proc.ICCV99,pp.666−673,1999) 。
【0043】
しかしながら、ユーザが校正用パターンを用いてレンズ歪みを校正することは、困難である。
【0044】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、校正用パターンを用いることなくレンズ歪みを校正できる、レンズ歪み係数算出装置、レンズ歪み係数算出方法およびレンズ歪み係数算出プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを目的とする。
【0045】
また、この発明は、精度の高いパノラマ画像が得られる画像合成装置、画像合成方法、画像合成プログラムを記録した記録媒体を提供することを目的とする。
【0046】
【課題を解決するための手段】
この発明によるレンズ歪み係数算出装置は、レンズを有する撮像手段で撮像された画像に対してレンズ歪み補正を行なうためのレンズ歪み係数算出装置において、撮像手段によって撮像された2枚の画像に基づいて、これらの画像間で対応する複数の対応点の座標を求める第1手段、第1手段で求められた対応点の座標に基づいて、上記2枚の画像間の幾何変換係数を算出する第2手段、および第1手段で求められた対応点の座標と、第2手段で求められた幾何変換係数とに基づいて、レンズ歪み係数を算出する第3手段を備えていることを特徴とする。
【0047】
第1手段は、たとえば、撮像手段によって撮像された2枚の画像の重なり部を抽出する手段、一方の画像における他方の画像との重なり部分から、両画像間のオプティカルフローによる追跡に有効な複数の部分画像を特徴点として抽出する手段、および上記一方の画像上の各特徴点に対応する上記他方の画像上の点を、両画像間のオプティカルフローに基づいて追跡する手段を備えている。
【0048】
この発明によるレンズ歪み係数算出方法は、レンズを有する撮像手段で撮像された画像に対してレンズ歪み補正を行なうためのレンズ歪み係数算出方法において、撮像手段によって撮像された2枚の画像に基づいて、これらの画像間で対応する複数の対応点の座標を求める第1ステップ、第1ステップで求められた対応点の座標に基づいて、上記2枚の画像間の幾何変換係数を算出する第2ステップ、および第1ステップで求められた対応点の座標と、第2ステップで求められた幾何変換係数とに基づいて、レンズ歪み係数を算出する第3ステップを備えていることを特徴とする。
【0049】
第1ステップは、たとえば、撮像手段によって撮像された2枚の画像の重なり部を抽出するステップ、一方の画像における他方の画像との重なり部分から、両画像間のオプティカルフローによる追跡に有効な複数の部分画像を特徴点として抽出するステップ、および上記一方の画像上の各特徴点に対応する上記他方の画像上の点を、両画像間のオプティカルフローに基づいて追跡するステップを備えている。
【0050】
この発明によるレンズ歪み係数算出プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、レンズを有する撮像手段で撮像された画像に対してレンズ歪み補正を行なうためのレンズ歪み係数算出プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、撮像手段によって撮像された2枚の画像に基づいて、これらの画像間で対応する複数の対応点の座標を求める第1ステップ、第1ステップで求められた対応点の座標に基づいて、上記2枚の画像間の幾何変換係数を算出する第2ステップ、および第1ステップで求められた対応点の座標と、第2ステップで求められた幾何変換係数とに基づいて、レンズ歪み係数を算出する第3ステップをコンピュータに実行させるためのレンズ歪み係数算出プログラムを記録していることを特徴とする。
【0051】
第1ステップは、たとえば、撮像手段によって撮像された2枚の画像の重なり部を抽出するステップ、一方の画像における他方の画像との重なり部分から、両画像間のオプティカルフローによる追跡に有効な複数の部分画像を特徴点として抽出するステップ、および上記一方の画像上の各特徴点に対応する上記他方の画像上の点を、両画像間のオプティカルフローに基づいて追跡するステップを備えている。
【0052】
この発明による画像合成装置は、レンズを有する撮像手段によって撮像された第1画像と第2画像とを合成する画像合成装置において、第1画像および第2画像に基づいて、これらの画像間で対応する複数の対応点の座標を求める第1手段、第1手段で求められた対応点の座標に基づいて、第1画像と第2画像との間の幾何変換係数を算出する第2手段、第1手段で求められた対応点の座標と、第2手段で求められた幾何変換係数とに基づいて、レンズ歪み係数を算出する第3手段、第3手段で算出されたレンズ歪み係数に基づいて、第1画像および第2画像に対してレンズ歪み補正を行なう第4手段、ならびに第4手段で得られたレンズ歪み補正後の第1画像および第2画像を、レンズ歪み補正後の第1画像および第2画像との間の幾何変換係数を用いて合成する第5手段を備えていることを特徴とする。
【0053】
第1手段は、たとえば、第1画像と第2画像との重なり部を抽出する手段、一方の画像における他方の画像との重なり部分から、両画像間のオプティカルフローによる追跡に有効な複数の部分画像を特徴点として抽出する手段、および上記一方の画像上の各特徴点に対応する上記他方の画像上の点を、両画像間のオプティカルフローに基づいて追跡する手段を備えている。
【0054】
この発明による画像合成方法は、レンズを有する撮像手段によって撮像された第1画像と第2画像とを合成する画像合成方法において、第1画像および第2画像に基づいて、これらの画像間で対応する複数の対応点の座標を求める第1ステップ、第1ステップで求められた対応点の座標に基づいて、第1画像と第2画像との間の幾何変換係数を算出する第2ステップ、第1ステップで求められた対応点の座標と、第2ステップで求められた幾何変換係数とに基づいて、レンズ歪み係数を算出する第3ステップ、第3ステップで算出されたレンズ歪み係数に基づいて、第1画像および第2画像に対してレンズ歪み補正を行なう第4ステップ、ならびに第4ステップで得られたレンズ歪み補正後の第1画像および第2画像を、レンズ歪み補正後の第1画像および第2画像との間の幾何変換係数を用いて合成する第5ステップを備えていることを特徴とする。
【0055】
第1ステップは、たとえば、第1画像と第2画像との重なり部を抽出するステップ、一方の画像における他方の画像との重なり部分から、両画像間のオプティカルフローによる追跡に有効な複数の部分画像を特徴点として抽出するステップ、および上記一方の画像上の各特徴点に対応する上記他方の画像上の点を、両画像間のオプティカルフローに基づいて追跡するステップを備えている。
【0056】
この発明による画像合成プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、レンズを有する撮像手段によって撮像された第1画像と第2画像とを合成する画像合成プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、第1画像および第2画像に基づいて、これらの画像間で対応する複数の対応点の座標を求める第1ステップ、第1ステップで求められた対応点の座標に基づいて、第1画像と第2画像との間の幾何変換係数を算出する第2ステップ、第1ステップで求められた対応点の座標と、第2ステップで求められた幾何変換係数とに基づいて、レンズ歪み係数を算出する第3ステップ、第3ステップで算出されたレンズ歪み係数に基づいて、第1画像および第2画像に対してレンズ歪み補正を行なう第4ステップ、ならびに第4ステップで得られたレンズ歪み補正後の第1画像および第2画像を、レンズ歪み補正後の第1画像および第2画像との間の幾何変換係数を用いて合成する第5ステップをコンピュータに実行させるための画像合成プログラムを記録していることを特徴とする。
【0057】
第1ステップは、たとえば、第1画像と第2画像との重なり部を抽出するステップ、一方の画像における他方の画像との重なり部分から、両画像間のオプティカルフローによる追跡に有効な複数の部分画像を特徴点として抽出するステップ、および上記一方の画像上の各特徴点に対応する上記他方の画像上の点を、両画像間のオプティカルフローに基づいて追跡するステップを備えている。
【0058】
【発明の実施の形態】
以下、この発明をパノラマ画像合成装置に適用した場合の実施の形態について説明する。
【0059】
〔2〕パノラマ画像合成装置の説明
【0060】
図7は、パノラマ画像合成装置の構成を示している。
【0061】
パノラマ画像合成装置は、パーソナルコンピュータによって実現される。パーソナルコンピュータ10には、ディスプレイ21、マウス22およびキーボード23が接続されている。パーソナルコンピュータ10は、CPU11、メモリ12、ハードディスク13、CD−ROMのようなリムーバブルディスクのドライブ(ディスクドライブ)14を備えている。
【0062】
ハードディスク13には、OS(オペレーティングシステム)等の他、パノラマ画像合成処理プログラムが格納されている。パノラマ画像合成処理プログラムは、それが格納されたCD−ROM20を用いて、ハードディスク13にインストールされる。また、ハードディスク13には、デジタルカメラによって撮像された複数の画像が予め格納されているものとする。
【0063】
〔2〕パノラマ画像合成プログラムが起動せしめられた場合にCPU11によって行われるパノラマ画像合成処理の説明
【0064】
図8は、CPU11によって行われる全体的な処理手順を示している。
【0065】
ここでは、説明の便宜上の2枚の画像を合成して、パノラマ画像を生成する場合について説明する。
【0066】
まず、合成されるべき2枚の画像をメモリ12に読み込む(ステップ1)。
【0067】
読み込まれた2枚の画像間の幾何変換係数を算出する(ステップ2)。
【0068】
次に、レンズ歪み係数を算出する(ステップ3)。この際、幾何変換パラメータは、レンズ歪み係数に基づいて補正される。
【0069】
算出されたレンズ歪み係数に基づいて、上記2枚の画像に対してレンズ歪み補正処理を行なう(ステップ4)。
【0070】
レンズ歪み補正処理後の2枚の画像と、レンズ歪み係数に基づいて補正された幾何変換パラメータに基づいて、2枚の画像が合成される(ステップ5)。
【0071】
以下、各ステップ2〜5について、さらに詳細に説明する。
【0072】
〔3〕図8のステップ2の処理の説明
【0073】
図9は、図8のステップ2の処理の詳細な手順を示している。
【0074】
説明の便宜上、ここでは、重なり部を有する2枚の画像(第1画像A1及び第2画像A2)を接合する場合について説明する。
【0075】
まず、第1画像A1と第2画像A2との重なり部の抽出処理が行われる(ステップ11)。この重なり部の抽出処理は、たとえば、SSD法(Sum of SquaredDifference)、正規化相互相関法に基づいて行われる。
【0076】
(a)SSD法の説明
SSD法では、まず、重なり部を抽出すべき2枚の画像A1、A2それぞれについて、原画像より解像度の低い画像I1 ,I2 が生成される。2枚の低解像度画像I1 ,I2 の重なり部分ω(サイズ:M×N)が、次式10に示すように画素あたりの2乗誤差Eを用いて求められる。画像間の移動量(d)が可能な範囲で変化せしめられ、Eが最も小さい移動量(d)から、重なり部が抽出される。
【0077】
【数10】
【0078】
(b)正規化相互相関法の説明
正規化相互相関法では、まず、重なり部を抽出すべき2枚の画像A1、A2それぞれについて、原画像より解像度の低い画像I1 ,I2 が生成される。2枚の低解像度画像I1 ,I2 の重なり部分ω(サイズ:M×N)が、次式11に示すように正規化相互相関係数Cを用いて求められる。画像間の移動量(d)が可能な範囲で変化せしめられ、Cが最も大きな移動量(d)から、重なり部が抽出される。
【0079】
【数11】
【0080】
式11において、I1  ̄、I2  ̄は、第1画像を固定させ、第2画像をdだけ移動させたときの、両画像の重なり部における各画像それぞれの濃淡値の平均である。また、σ1 、σ2 は、第1画像I1 を固定させ、第2画像I2 をdだけ移動させたときの、両画像の重なり部における各画像それぞれの濃淡値の分散である。
【0081】
次に、特徴点抽出処理が行われる(ステップ12)。つまり、第1画像A1における第2画像A2との重なり部分から、追跡に有効な複数の部分画像(矩形領域)が特徴点として抽出される。ただし、各特徴点は互いに重ならないように抽出される。具体的には、上述した固有値λmin (式8参照)の高い部分が特徴点として抽出される。
【0082】
次に、特徴点追跡処理が行われる(ステップ13)。つまり、抽出された第1画像A1上の特徴点に対する第2画像A2上の位置が追跡される。
【0083】
具体的には、まず、本出願人が開発したオプティカルフロー推定方法(従来技術の説明の欄の〔2〕参照)によって、適当なサイズ(例えば、13×13)のパッチ毎のオプティカルフローベクトルが求められる。第1画像A1上の特徴点に対応する第2画像A2上の位置は、第1画像A1上の特徴点の4近傍のパッチのフローベクトルから線形補間により画素単位以下で求められる。これにより、第1画像A1と第2画像A2との重なり部において、両画像の対応点の座標が得られる。
【0084】
次に、幾何変換行列(幾何変換係数)が算出される(ステップ14)。
【0085】
幾何変換係数としては、ここでは、平面射影変換行列が用いられる。なお、撮像条件によっては、幾何変換として、アフィン変換、2次元剛体変換、2次元並進運動等を用いてもよい。
【0086】
対象としているシーンが遠方にある場合や、近くても建物や壁、黒板などの場合には、それらを単一平面と仮定することができる。図10に示すように3次元空間中の単一平面の点Mを2つの異なる視点C1 、C2 から観察した時、これらの各画像面での座標m1 、m2 の間の変換は、線形であることが射影幾何学において知られており、homography と呼ばれている(O.Faugeras,”Three−DimentionComputer Viaion: a Geometric Viewpoint”,MIT press, 1993.)。
【0087】
すなわち、画像座標を斉次座標で表した第2画像上の点m2 =(x2,y2,1)t は、第1画像上で対応する点m1 =(x1,y1,1)t を持ち、それらの関係は次式12で定義される。
【0088】
【数12】
【0089】
ここで〜は射影的に等しいことを示し、スケール因子を残す。ここでは、そして、この変換行列Hは、次式13のように書き換えることができる。
【0090】
【数13】
【0091】
〔4〕図8のステップ3の処理(レンズ歪み係数の算出処理)の説明
【0092】
レンズ歪みとは、レンズ歪み中心からの距離に応じて幾何学的に歪む現象をいう。画像平面上の座標を画像座標ということにする。(ut ,vt )をレンズ歪みのない真の画像座標とすると、一般にレンズ歪みを含んだ実際に観察された画像座標(ua ,va )は、次式14で表すことができる。
【0093】
【数14】
【0094】
上記式14において、kは歪み係数、(uo ,vo )はレンズ歪みの中心座標である。
【0095】
第1画像A1の各特徴点の座標をPi 、それらに対応する第2画像A2上の座標をP’i 、両画像間の幾何変換行列をHとすると、誤差関数Eを次式15ように定義することができる。
【0096】
【数15】
【0097】
ここで、レンズ歪みの中心座標(uo ,vo )が画像中心に一致すると仮定すると、誤差関数Eは、上記式14の歪み係数kを用いて、次式16のように書き直すことができる。
【0098】
【数16】
【0099】
この誤差Eを最小化するレンズ歪み係数kを、ニュートンラフソン法を用いて算出する。すなわち、係数kの変化分dkが非常に小さい場合、テーラー展開することで、二次以降の項を無視すると次式17を得る。
【0100】
【数17】
【0101】
ただし、E’は、誤差関数Eの一次微分である。Eの最小値を求めたいので、次式18を得る。
【0102】
【数18】
【0103】
上記式18を上記式17に代入すると、次式19によってdkを算出することができる。
【0104】
【数19】
【0105】
また、次式20に示すように、反復的に計算することにより、より精度よくdkを算出することができる。
【0106】
【数20】
【0107】
つまり、起点をk=0として、dk0 、dk1 、dk2 、…dkn を順番に求めていく。dk0 を算出する際には、上記式16における幾何変換行列Hとしては、ステップ2で算出された行列(H0 とする)が用いられる。そして、dk0 が求められると、dk0 =kとして、上記式14に基づいて、幾何変換行列Hを算出するために用いられる第1画像A1と第2画像A2との対応点(特徴点)に対してレンズ歪み補正が行なわれ、レンズ歪み補正後の対応点から幾何変換行列H1 が新たに算出される。
【0108】
dk1 を算出する際には、上記式16における幾何変換行列Hとして、新たに算出されたら幾何変換行列H1 が用いられる。dk2 以降を算出する場合も同様である。そして、最終的に求められたdkn (=k)に基づいて、幾何変換行列Hn を新たに算出する。
【0109】
なお、dk0 、dk1 、dk2 、…dkn を求める際に、上記式16における幾何変換行列Hとして、ステップ2で算出された行列Hを常に用いてもよい。この場合にも、最終的に求められたdkn (=k)に基づいて、幾何変換行列Hn を新たに算出する。
【0110】
〔5〕図8のステップ4の処理(レンズ歪み補正処理)の説明
【0111】
ステップ4のレンズ歪み補正処理では、ステップ3で最終的に求められたレンズ歪み係数dk(=k)と、上記式14とに基づいて、第1画像A1および第2画像A2から、レンズ歪みが補正された画像A1’、A2’を生成する。
【0112】
つまり、真の画像座標の所定位置を(ut ,vt )とし、この所定位置(ut ,vt )に対応するレンズ歪みを含んだ画像座標を、上記数式14から求める。所定位置(ut ,vt )に対応するレンズ歪みを含んだ画像座標の画像データを、上記所定位置(ut ,vt )の画像データとする。
【0113】
〔6〕図8のステップ5の処理(画像合成処理)の説明
【0114】
ステップ5の画像合成処理では、ステップ4で得られたレンズ歪みが補正された第1および第2画像A1’、A2’と、ステップ3で最終的に求められたdkn (=k)に基づいて算出された幾何変換行列Hn とに基づいて、第1画像A1’と第2画像A2’とが合成される。
【0115】
【発明の効果】
この発明によれば、校正用パターンを用いることなく、レンズ歪みを校正できるようになる。また、この発明によれば、精度の高いパノラマ画像が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、階層的推定法を説明するための図であって、階層1の画像を示す模式図である。
【図2】図2は、階層的推定法を説明するための図であって、階層2の画像を示す模式図である。
【図3】図3は、階層的推定法を説明するための図であって、階層3の画像を示す模式図である。
【図4】図4は、階層的推定法を説明するための図であって、階層4の画像を示す模式図である。
【図5】図5は、実施例で採用されたオプティカルフロー推定方法において行われる膨張処理を説明するための模式図である。
【図6】図6(a)は、ある階層の画像に対してしきい値処理されたオプティカルフローの例を示す模式図であり、図6(b)は、補完後のオプティカルフローを示す模式図である。
【図7】図7は、パノラマ画像合成装置の構成を示すブロック図である。
【図8】図8は、パノラマ画像合成処理手順を示すフローチャートである。
【図9】図9は、図8のステップ2の処理の詳細な手順を示すフローチャートである。
【図10】図10は、平面射影行列を説明するための説明図である。
【符号の説明】
10 パーソナルコンピュータ
11 CPU
12 メモリ
13 ハードディスク
14 リムーバブルディスクのドライブ
21 ディスプレイ
22 マウス
23 キーボード
Claims (12)
- レンズを有する撮像手段で撮像された画像に対してレンズ歪み補正を行なうためのレンズ歪み係数算出装置において、
撮像手段によって撮像された2枚の画像に基づいて、これらの画像間で対応する複数の対応点の座標を求める第1手段、
第1手段で求められた対応点の座標に基づいて、上記2枚の画像間の平面射影変換行列を算出する第2手段、および
第1手段で求められた対応点の座標と、第2手段で求められた平面射影変換行列とに基づいて、レンズ歪み係数を算出する第3手段、
を備えていることを特徴とするレンズ歪み係数算出装置。 - レンズを有する撮像手段で撮像された画像に対してレンズ歪み補正を行なうためのレンズ歪み係数算出装置において、
撮像手段によって撮像された2枚の画像に基づいて、これらの画像間で対応する複数の対応点の座標を求める第1手段、
第1手段で求められた対応点の座標に基づいて、上記2枚の画像間の幾何変換係数を算出する第2手段、および
第1手段で求められた対応点の座標と、第2手段で求められた幾何変換係数とに基づいて、レンズ歪み係数を算出する第3手段、を備え
第1手段は、
撮像手段によって撮像された2枚の画像の重なり部を抽出する手段、
一方の画像における他方の画像との重なり部分から、両画像間のオプティカルフローによる追跡に有効な複数の部分画像を特徴点として抽出する手段、および
上記一方の画像上の各特徴点に対応する上記他方の画像上の点を、両画像間のオプティカルフローに基づいて追跡する手段、
を備えていることを特徴とするレンズ歪み係数算出装置。 - レンズを有する撮像手段で撮像された画像に対してレンズ歪み補正を行なうためのレンズ歪み係数算出方法において、
撮像手段によって撮像された2枚の画像に基づいて、これらの画像間で対応する複数の対応点の座標を求める第1ステップ、
第1ステップで求められた対応点の座標に基づいて、上記2枚の画像間の平面射影変換行列を算出する第2ステップ、および
第1ステップで求められた対応点の座標と、第2ステップで求められた平面射影変換行列とに基づいて、レンズ歪み係数を算出する第3ステップ、
を備えていることを特徴とするレンズ歪み係数算出方法。 - レンズを有する撮像手段で撮像された画像に対してレンズ歪み補正を行なうためのレンズ歪み係数算出方法において、
撮像手段によって撮像された2枚の画像に基づいて、これらの画像間で対応する複数の対応点の座標を求める第1ステップ、
第1ステップで求められた対応点の座標に基づいて、上記2枚の画像間の幾何変換係数を算出する第2ステップ、および
第1ステップで求められた対応点の座標と、第2ステップで求められた幾何変換係数とに基づいて、レンズ歪み係数を算出する第3ステップ、を備え
第1ステップは、
撮像手段によって撮像された2枚の画像の重なり部を抽出するステップ、
一方の画像における他方の画像との重なり部分から、両画像間のオプティカルフローによる追跡に有効な複数の部分画像を特徴点として抽出するステップ、および
上記一方の画像上の各特徴点に対応する上記他方の画像上の点を、両画像間のオプティカルフローに基づいて追跡するステップ、
を備えていることを特徴とするレンズ歪み係数算出方法。 - レンズを有する撮像手段で撮像された画像に対してレンズ歪み補正を行なうためのレンズ歪み係数算出プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
撮像手段によって撮像された2枚の画像に基づいて、これらの画像間で対応する複数の対応点の座標を求める第1ステップ、
第1ステップで求められた対応点の座標に基づいて、上記2枚の画像間の平面射影変換行列を算出する第2ステップ、および
第1ステップで求められた対応点の座標と、第2ステップで求められた平面射影変換行列とに基づいて、レンズ歪み係数を算出する第3ステップ、
をコンピュータに実行させるためのレンズ歪み係数算出プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - レンズを有する撮像手段で撮像された画像に対してレンズ歪み補正を行なうためのレンズ歪み係数算出プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
撮像手段によって撮像された2枚の画像に基づいて、これらの画像間で対応する複数の対応点の座標を求める第1ステップ、
第1ステップで求められた対応点の座標に基づいて、上記2枚の画像間の幾何変換係数を算出する第2ステップ、および
第1ステップで求められた対応点の座標と、第2ステップで求められた幾何変換係数とに基づいて、レンズ歪み係数を算出する第3ステップをコンピュータに実行させ、
第1ステップは、
撮像手段によって撮像された2枚の画像の重なり部を抽出するステップ、
一方の画像における他方の画像との重なり部分から、両画像間のオプティカルフローによる追跡に有効な複数の部分画像を特徴点として抽出するステップ、および
上記一方の画像上の各特徴点に対応する上記他方の画像上の点を、両画像間のオプティカルフローに基づいて追跡するステップ、
を備えていることを特徴とするレンズ歪み係数算出プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - レンズを有する撮像手段によって撮像された第1画像と第2画像とを合成する画像合成装置において、
第1画像および第2画像に基づいて、これらの画像間で対応する複数の対応点の座標を求める第1手段、
第1手段で求められた対応点の座標に基づいて、第1画像と第2画像との間の平面射影変換行列を算出する第2手段、
第1手段で求められた対応点の座標と、第2手段で求められた平面射影変換行列とに基づいて、レンズ歪み係数を算出する第3手段、
第3手段で算出されたレンズ歪み係数に基づいて、第1画像および第2画像に対してレンズ歪み補正を行なう第4手段、ならびに
第4手段で得られたレンズ歪み補正後の第1画像および第2画像を、レンズ歪み補正後の第1画像および第2画像との間の平面射影変換行列を用いて合成する第5手段、
を備えていることを特徴とする画像合成装置。 - レンズを有する撮像手段によって撮像された第1画像と第2画像とを合成する画像合成装置において、
第1画像および第2画像に基づいて、これらの画像間で対応する複数の対応点の座標を求める第1手段、
第1手段で求められた対応点の座標に基づいて、第1画像と第2画像との間の幾何変換係数を算出する第2手段、
第1手段で求められた対応点の座標と、第2手段で求められた幾何変換係数とに基づいて、レンズ歪み係数を算出する第3手段、
第3手段で算出されたレンズ歪み係数に基づいて、第1画像および第2画像に対してレンズ歪み補正を行なう第4手段、ならびに
第4手段で得られたレンズ歪み補正後の第1画像および第2画像を、レンズ歪み補正後の第1画像および第2画像との間の幾何変換係数を用いて合成する第5手段、を備え
第1手段は、
第1画像と第2画像との重なり部を抽出する手段、
一方の画像における他方の画像との重なり部分から、両画像間のオプティカルフローによる追跡に有効な複数の部分画像を特徴点として抽出する手段、および
上記一方の画像上の各特徴点に対応する上記他方の画像上の点を、両画像間のオプティカルフローに基づいて追跡する手段、
を備えていることを特徴とする画像合成装置。 - レンズを有する撮像手段によって撮像された第1画像と第2画像とを合成する画像合成方法において、
第1画像および第2画像に基づいて、これらの画像間で対応する複数の対応点の座標を求める第1ステップ、
第1ステップで求められた対応点の座標に基づいて、第1画像と第2画像との間の平面射影変換行列を算出する第2ステップ、
第1ステップで求められた対応点の座標と、第2ステップで求められた平面射影変換行列とに基づいて、レンズ歪み係数を算出する第3ステップ、
第3ステップで算出されたレンズ歪み係数に基づいて、第1画像および第2画像に対してレンズ歪み補正を行なう第4ステップ、ならびに
第4ステップで得られたレンズ歪み補正後の第1画像および第2画像を、レンズ歪み補正後の第1画像および第2画像との間の平面射影変換行列を用いて合成する第5ステップ、
を備えていることを特徴とする画像合成方法。 - レンズを有する撮像手段によって撮像された第1画像と第2画像とを合成する画像合成方法において、
第1画像および第2画像に基づいて、これらの画像間で対応する複数の対応点の座標を求める第1ステップ、
第1ステップで求められた対応点の座標に基づいて、第1画像と第2画像との間の幾何変換係数を算出する第2ステップ、
第1ステップで求められた対応点の座標と、第2ステップで求められた幾何変換係数とに基づいて、レンズ歪み係数を算出する第3ステップ、
第3ステップで算出されたレンズ歪み係数に基づいて、第1画像および第2画像に対してレンズ歪み補正を行なう第4ステップ、ならびに
第4ステップで得られたレンズ歪み補正後の第1画像および第2画像を、レンズ歪み補正後の第1画像および第2画像との間の幾何変換係数を用いて合成する第5ステップ、を備え
第1ステップは、
第1画像と第2画像との重なり部を抽出するステップ、
一方の画像における他方の画像との重なり部分から、両画像間のオプティカルフローによる追跡に有効な複数の部分画像を特徴点として抽出するステップ、および
上記一方の画像上の各特徴点に対応する上記他方の画像上の点を、両画像間のオプティカルフローに基づいて追跡するステップ、
を備えていることを特徴とする画像合成方法。 - レンズを有する撮像手段によって撮像された第1画像と第2画像とを合成する画像合成プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
第1画像および第2画像に基づいて、これらの画像間で対応する複数の対応点の座標を求める第1ステップ、
第1ステップで求められた対応点の座標に基づいて、第1画像と第2画像との間の平面射影変換行列を算出する第2ステップ、
第1ステップで求められた対応点の座標と、第2ステップで求められた平面射影変換行列とに基づいて、レンズ歪み係数を算出する第3ステップ、
第3ステップで算出されたレンズ歪み係数に基づいて、第1画像および第2画像に対してレンズ歪み補正を行なう第4ステップ、ならびに
第4ステップで得られたレンズ歪み補正後の第1画像および第2画像を、レンズ歪み補正後の第1画像および第2画像との間の平面射影変換行列を用いて合成する第5ステップ、
をコンピュータに実行させるための画像合成プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - レンズを有する撮像手段によって撮像された第1画像と第2画像とを合成する画像合成プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
第1画像および第2画像に基づいて、これらの画像間で対応する複数の対応点の座標を求める第1ステップ、
第1ステップで求められた対応点の座標に基づいて、第1画像と第2画像との間の幾何変換係数を算出する第2ステップ、
第1ステップで求められた対応点の座標と、第2ステップで求められた幾何変換係数とに基づいて、レンズ歪み係数を算出する第3ステップ、
第3ステップで算出されたレンズ歪み係数に基づいて、第1画像および第2画像に対してレンズ歪み補正を行なう第4ステップ、ならびに
第4ステップで得られたレンズ歪み補正後の第1画像および第2画像を、レンズ歪み補正後の第1画像および第2画像との間の幾何変換係数を用いて合成する第5ステップをコンピュータに実行させ、
第1ステップは、
第1画像と第2画像との重なり部を抽出するステップ、
一方の画像における他方の画像との重なり部分から、両画像間のオプティカルフローによる追跡に有効な複数の部分画像を特徴点として抽出するステップ、および
上記一方の画像上の各特徴点に対応する上記他方の画像上の点を、両画像間のオプティカルフローに基づいて追跡するステップ、
を備えていることを特徴とする画像合成プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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