JP4598372B2 - 校正用三次元フィールド、校正用三次元フィールドの撮影方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、カメラの画像歪曲を修正するのに必要とされる内部パラメータ{例えば、レンズの主点位置、画面距離(焦点距離)、歪曲パラメータ等}を正確に測定するための校正用三次元フィールドに関する。また、本発明は、カメラの内部パラメータを測定するためのキャリブレーションチャートを撮影するのに用いられる校正用三次元フィールドの撮影方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、写真測量や写真計測の分野では、収差の少ない画像を得ることが重要である。そこで、特許文献1に記載されているように、写真測量や写真計測の分野では、撮影用カメラのレンズとして収差が少ない高精度のレンズを使用している。さらに、写真測量分野では、精密に計測された三次元上に配置された多数の点を複数方向から計測することにより、カメラの内部パラメータ(主点位置、画面距離、歪曲パラメータ)を解析的に求めている。また、写真計測の分野で用いられる計測用カメラの場合は、製作されたカメラを精密に計測することにより、カメラの内部パラメータを求めている。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−280956号公報 [0014]、図1
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年CCD撮像素子(charge coupled device image sensor)を用いたディジタルカメラが普及してきている。そして、ディジタルカメラでは焦点距離を可変としたズームレンズが搭載された機種が少なくない。ズームレンズは、カメラと測定対象物までの距離を移動することなく、フィルムに映写される画像における測定対象物の被写体画像の大きさを調整できて便利である。そこで、ズームレンズを写真計測で使用できれば、三次元画像計測が簡便に行なえる。ところが、ズームレンズは焦点距離に応じてカメラ内部パラメータが変動するので、キャリブレーション作業が煩雑になるという課題があった。
【0005】
即ち、精密に計測されると共に、三次元上に配置された多数の点(ターゲット)を配置したキャリブレーション体を、校正対象となるカメラにより撮影する場合に、キャリブレーション体がフィルムやCCDに映写される画像一杯に撮影されるのが望ましい。しかし、ズームレンズにおいては、焦点距離に応じて映写画像で撮影される被写体の大きさが変動する。そこで、映写画像一杯にキャリブレーション体を撮影するためには、焦点距離の短い広角の場合はキャリブレーション体とカメラとの間隔を短くし、焦点距離の長い望遠の場合はキャリブレーション体とカメラとの間隔を離す必要がある。すると、望遠状態ではキャリブレーション体とカメラとの間隔を、例えば10m乃至20m程度離す必要がある場合も生じて、キャリブレーション体を設置する場所として広大な空間が必要となり、キャリブレーション体の撮影作業やキャリブレーション作業が可能な空間が限られてしまうという課題があった。
【0006】
また、キャリブレーション体の撮影作業においては、キャリブレーション体のターゲットが明確に認識できる態様で、校正対象となるカメラにより撮影されることが望ましい。他方、キャリブレーション体の近傍には校正に無関係な器具が設置されている場合も多く、撮影されたキャリブレーション体画像に無用の物体が写し込まれていると、ズームレンズの焦点距離毎に行なうキャリブレーション作業にとってノイズになるという課題もあった。
【0007】
本発明は、上述する課題を解決したもので、第1の目的は焦点距離が可変であるズームレンズの場合でも、比較的狭い空間でキャリブレーション体を用いたキャリブレーション体の撮影作業やキャリブレーション作業が可能な校正用三次元フィールドを提供することである。第2の目的は、キャリブレーション体のターゲットが明確に認識できる態様で撮影できる校正用三次元フィールドの撮影方法を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の校正用三次元フィールドは、図1及び図2に示すように、広角用領域110と、広角用領域110と重複する領域中に設けられた望遠用領域120とを有する校正用三次元フィールドであって、望遠用領域120の内部に配置された、望遠用の粗位置合わせ基準マーク122、及び望遠用の精密位置合わせ基準マーク124と、広角用領域110に配置された、広角用の粗位置合わせ基準マーク112、及び広角用の精密位置合わせ基準マーク114とを備えている。
【0009】
このように構成された装置においては、広角用領域110は、ズームレンズの広角側のキャリブレーション画像の撮影に使用されるもので、撮影されたキャリブレーション画像において概括的な位置合わせに利用される広角用の粗位置合わせ基準マーク112と、撮影されたキャリブレーション画像において詳細な位置合わせに利用される広角用の精密位置合わせ基準マーク114が設けられている。望遠用領域120は、ズームレンズの望遠側のキャリブレーション画像の撮影に使用されるもので、撮影されたキャリブレーション画像において概括的な位置合わせに利用される望遠用の粗位置合わせ基準マーク122と、撮影されたキャリブレーション画像において詳細な位置合わせに利用される望遠用の精密位置合わせ基準マーク124が設けられている。望遠用領域120は、広角用領域110と重複する領域の中側の狭い領域に設けられているので、撮影を行うカメラと校正用三次元フィールドとの間隔を充分確保できない場合でも、キャリブレーション画像が撮影できる。
【0010】
上記本発明の校正用三次元フィールドにおいて、好ましくは、基準マーク(112、114、122、124)は、反射ターゲットで構成されていると、カメラで撮影されたキャリブレーション画像には基準マークが高輝度で写り、校正用三次元フィールドの背景面と基準マークとのコントラストが容易に確保できる。
【0011】
上記本発明の校正用三次元フィールドにおいて、好ましくは、広角用の粗位置合わせ基準マーク112の少なくとも一個は、広角用領域110の略中央位置であって、且つ望遠用領域120に配置されており、望遠用の精密位置合わせ基準マーク124は、望遠用領域120の内部に配置されており、広角用の精密位置合わせ基準マーク114の少なくとも一個は、望遠用領域120の外縁に位置する広角用領域110に配置されている構成とすると、広角用領域110と望遠用領域120の整合性が高まり、ズームレンズの広角側と望遠側との境界に相当する中間的な焦点距離においては、広角用領域110と望遠用領域120の何れもがキャリブレーションに利用可能となる。
【0012】
上記本発明の校正用三次元フィールドにおいて、好ましくは、望遠用又は広角用の粗位置合わせ基準マーク(112、122)は、望遠用又は広角用の精密位置合わせ基準マーク(114、124)と識別可能な態様で形成されていると、カメラで撮影されたキャリブレーション画像において概括的な位置合わせと精密な位置合わせに用いる基準マークとの区別が容易に行なえる。ここで、識別可能な態様とは、例えば形態、色彩、模様の少なくとも1種類を用いて識別可能としている態様を言う。
【0013】
上記本発明の校正用三次元フィールドにおいて、好ましくは、望遠用又は広角用の粗位置合わせ基準マーク(112、122)、並びに望遠用又は広角用の精密位置合わせ基準マーク(114、124)のうち少なくとも一個は、他の基準マークと異なる高さを有する構成とすると、カメラで撮影されたキャリブレーション画像において三次元的な校正も行なえる。
【0014】
上記本発明の校正用三次元フィールドにおいて、好ましくは、広角用の粗位置合わせ基準マーク112は、望遠用の粗位置合わせ基準マーク122よりも大きな外形を有し、広角用の精密位置合わせ基準マーク114は、望遠用の精密位置合わせ基準マーク124よりも大きな外形を有する構成とすると、カメラで撮影されたキャリブレーション画像において、広角側で撮影すると望遠用の基準マークが小さく撮影されるので、広角用の基準マークが識別容易となる。また、望遠側で撮影すると、望遠用の基準マークが適切な大きさで写り、識別容易となる。
【0015】
上記本発明の校正用三次元フィールドにおいて、好ましくは、望遠用の粗位置合わせ基準マーク122と、広角用の粗位置合わせ基準マーク112の少なくとも一個が、同一の基準マークを兼用されるように構成されていると、広角用領域110と望遠用領域120の整合性が高まり、ズームレンズの広角側と望遠側との境界に相当する中間的な焦点距離においては、広角用領域110と望遠用領域120の何れもがキャリブレーションに利用可能となる。
【0016】
上記目的を達成する本発明の校正用三次元フィールドの撮影方法は、図5に示すように、請求項1乃至請求項7の何れか1項に記載の校正用三次元フィールド100をキャリブレーションチャート撮影用カメラで撮影して、キャリブレーションチャート画像を取得する校正用三次元フィールドの撮影方法において、キャリブレーションチャート撮影用カメラの露出設定を、校正用三次元フィールド100の基準マークを除く背景領域に対して露出不足であって、校正用三次元フィールド100の基準マークに対して露出オーバーに設定し(S100)、キャリブレーションチャート撮影用カメラのストロボ撮影により、校正用三次元フィールド100を撮影し(S102)、キャリブレーションチャート画像のコントラストが強調されるように現像する(S104)工程を有するものである。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を説明する。図1は本発明の第1の実施の形態を説明する全体図で、明暗の二値画像にて示してある。図2は図1の全体図のうち、望遠用領域を拡大した要部説明図で、明暗の二値画像にて示してある。図において、校正用三次元フィールド100は、広角用領域110と、広角用領域110と重複する領域中に設けられた望遠用領域120とを有している。
【0018】
広角用領域110は、ズームレンズの広角側のキャリブレーション画像の撮影に使用されるもので、撮影されたキャリブレーション画像において概括的な位置合わせに利用される広角用の粗位置合わせ基準マーク112と、撮影されたキャリブレーション画像において詳細な位置合わせに利用される広角用の精密位置合わせ基準マーク114が設けられている。広角用の粗位置合わせ基準マーク112は、望遠用領域120の近傍に7ヶ所設けられており、撮影するズームレンズの画角が小さい場合でも、確実に撮影されるように配慮してある。広角用の精密位置合わせ基準マーク114は、例えば100個乃至200個設けられたもので、撮影されたキャリブレーション画像において満遍なく写るように、均等な密度で配置されている。広角用の粗位置合わせ基準マーク112は、広角用の精密位置合わせ基準マーク114と同一形状(例えば円形『○』であるが、星型『★』や三角印『△』でもよい)の中心点と、この中心点を囲う矩形の枠線にて構成されている。枠線は、矩形に代えて丸型や三角形以上の多角形であればよく、要するに広角用の粗位置合わせ基準マーク112として識別できるものであれば良い。
【0019】
望遠用領域120は、ズームレンズの望遠側のキャリブレーション画像の撮影に使用されるもので、撮影されたキャリブレーション画像において概括的な位置合わせに利用される望遠用の粗位置合わせ基準マーク122と、撮影されたキャリブレーション画像において詳細な位置合わせに利用される望遠用の精密位置合わせ基準マーク124が設けられている。望遠用領域120は、広角用領域110と重複する領域の中側の狭い領域に設けられているので、撮影を行うカメラと校正用三次元フィールドとの間隔を充分確保できない場合でも、画角の小さな望遠側の焦点距離に設定されたズムーレンズによりキャリブレーション画像が撮影できる。
【0020】
望遠用の粗位置合わせ基準マーク122は、望遠用領域120の中心近傍に7ヶ所設けられており、撮影するズームレンズの画角が小さい場合でも、確実に撮影されるように配慮してある。望遠用の精密位置合わせ基準マーク124は、例えば100個乃至200個設けられたもので、撮影されたキャリブレーション画像において満遍なく写るように、均等な密度で配置されている。望遠用の粗位置合わせ基準マーク122は、望遠用の精密位置合わせ基準マーク124と同一形状の中心点と、この中心点を囲う矩形の枠線にて構成されている。枠線は、矩形に代えて丸型や三角形以上の多角形であればよく、要するに望遠用の粗位置合わせ基準マーク122として識別できるものであれば良い。
【0021】
広角用の粗位置合わせ基準マーク112は、望遠用の粗位置合わせ基準マーク122よりも大きな外形を有し、広角用の精密位置合わせ基準マーク114は、望遠用の精密位置合わせ基準マーク124よりも大きな外形を有している。カメラで撮影されたキャリブレーション画像において、ズームレンズの広角側で撮影すると望遠用の基準マーク122、124が小さく撮影されるので、広角用の基準マーク112、114が識別容易となる。また、ズームレンズの望遠側で撮影すると、望遠用の基準マーク122、124は適切な大きさで写り、カメラで撮影されたキャリブレーション画像における望遠用の基準マーク122、124が識別容易となる。
【0022】
次に、校正用三次元フィールド100が設置される現場を、図面を用いて説明する。図3は校正用三次元フィールド100が設置される現場を説明する全体図で、図4は図3の全体図のうち、望遠用領域を拡大した要部説明図である。校正用三次元フィールド100は、例えば地下室のように温度変化の少ない環境に設置されて、広角用の基準マーク112、114及び望遠用の基準マーク122、124の相対的な位置関係が変動しないように配慮されている。広角用の基準マーク112、114及び望遠用の基準マーク122、124は、例えばコンクリート壁のような壁面に、基準マークを示すターゲット板を固定してある。
【0023】
基準マーク112、114、122、124には、高い反射率を有する反射ターゲットを用いると、明暗の二値画像でキャリブレーション画像を撮影することが容易にできる。反射ターゲットには、例えばアルミ蒸着したガラス板のような反射率の高い基準マークを用いると、カメラで撮影されたキャリブレーション画像に基準マークが高輝度で写り、校正用三次元フィールドの背景面と基準マークとのコントラストが容易に確保できる。基準マークの高さは、例えばコンクリート壁面からのターゲット板の高さを違えることで、調整される。多様な高さの基準マークを、キャリブレーション画像に満遍なく均等に配置することによって、キャリブレーション対象となるズームレンズの内部パラメータが正確に算出できる。
【0024】
図5は、キャリブレーション対象となるズームレンズにて校正用三次元フィールドを撮影する手順を説明するフローチャートである。まず、キャリブレーションチャート撮影用カメラの露出設定を、校正用三次元フィールド100の基準マークを除く背景領域に対して露出不足であって、校正用三次元フィールド100の基準マークに対して露出オーバーに設定する(S100)。次に、キャリブレーションチャート撮影用カメラのストロボ撮影により、校正用三次元フィールド100を撮影する(S102)。ズームレンズは絞りを最大限に絞って撮影できるため、被写界深度が深くなり、仮にピントが合っていなくても鮮明な解析画像が得られやすくなる。
【0025】
続いて、撮影されたキャリブレーションチャート画像に対して、コントラストが強調されるように現像する(S104)。このように撮影されたキャリブレーションチャート画像では、コンクリートの壁面のような校正用三次元フィールドの背景画を暗くして、広角用の基準マーク112、114及び望遠用の基準マーク122、124を明るくした2値画像が得られる(S106)。
【0026】
このように撮影されたキャリブレーションチャート画像は、現像された2値画像の三次元計測位置と、予め測定された広角用の基準マーク112、114及び望遠用の基準マーク122、124の三次元座標とを比較演算して、ズームレンズの焦点距離毎にカメラの内部パラメータ(主点位置、画面距離、歪曲パラメータ)を解析的に求めるのに使用される。校正用三次元フィールド100の基準マークを除く背景領域は、均一な暗い領域画像となるので、後工程で行なわれるキャリブレーションチャート画像を用いたキャリブレーション作業において、広角用の基準マーク112、114及び望遠用の基準マーク122、124が正確に検出できる。例えば、本発明者の実験によると、基準マーク(ターゲット)の重心位置検出の精度が、2値画像では1/10画素程度であるのに対して、背景の壁面が写し込まれていると1/4画素程度と2倍〜3倍程度粗くなる。
【0027】
なお、上記の実施の形態においては、広角用の基準マーク及び望遠用の基準マークは共通の壁面に固定して設置されている場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、広角用の基準マークは壁面に固定して設置されるが、望遠用の基準マークは移動式のパネルに固定すると共に、壁面に対して移動式のパネルを適切に位置決めすることにより、広角用の基準マーク及び望遠用の基準マークの位置決めを行なうように構成しても良い。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の校正用三次元フィールドは、撮影を行うカメラと校正用三次元フィールドとの間隔を充分確保できない場合でも、焦点距離が広角側であれば広角用領域を撮影し、望遠側であれば望遠用領域を撮影することで、撮影を行うカメラと校正用三次元フィールドとの間隔を調節することなく焦点距離を調整してキャリブレーション画像が撮影できる。
【0029】
また、本発明の校正用三次元フィールドの撮影方法によれば、キャリブレーションチャート撮影用カメラは絞りを最大限に絞って撮影できるため、被写界深度が深くなり、仮にピントが合っていなくても鮮明なキャリブレーション画像が得られやすくなる。また、実施例のようにキャリブレーション画像を2値画像となるように撮影すると、キャリブレーション作業における基準マーク(ターゲット)の重心位置検出の精度が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態を説明する全体図で、明暗の二値画像にて示してある。
【図2】 図1の全体図のうち、望遠用領域を拡大した要部説明図で、明暗の二値画像にて示してある。
【図3】 校正用三次元フィールド100が設置される現場を説明する全体図である。
【図4】 図3の全体図のうち、望遠用領域を拡大した要部説明図である。
【図5】 キャリブレーション対象となるズームレンズにて校正用三次元フィールドを撮影する手順を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
100 校正用三次元フィールド
110 広角用領域
112 粗位置合わせ基準マーク
114 精密位置合わせ基準マーク
120 望遠用領域
122 粗位置合わせ基準マーク
124 精密位置合わせ基準マーク
Claims (5)
- ズームレンズが搭載された校正対象のカメラにより、前記ズームレンズの広角側キャリブレーション画像の撮影に利用される広角用領域と、当該広角用領域と重複する領域中に設けられた、前記ズームレンズの望遠側キャリブレーション画像の撮影に利用される望遠用領域とを有する校正用三次元フィールドであって;
前記望遠用領域の内部に配置された、撮影された前記望遠側キャリブレーション画像において概括的な位置合わせに利用される望遠用の粗位置合わせ基準マーク、及び前記望遠用粗位置合わせ基準マークよりも詳細な位置合わせに利用される望遠用の精密位置合わせ基準マークと;
前記広角用領域に配置された、撮影された前記広角側キャリブレーション画像において概括的な位置合わせに利用される広角用の粗位置合わせ基準マーク、及び前記広角用粗位置合わせ基準マークよりも詳細な位置合わせに利用される広角用の精密位置合わせ基準マークとを備え;
前記望遠用の粗位置合わせ基準マーク、望遠用の精密位置合わせ基準マーク、広角用の粗位置合わせ基準マーク、広角用の精密位置合わせ基準マークは、それぞれ複数個備えられ、それぞれ複数個のうち少なくとも一個は、他の基準マークと異なる高さを有し;
前記広角用の粗位置合わせ基準マークの少なくとも一個は、前記広角用領域の略中央位置であって、且つ前記望遠用領域に配置されており;
前記広角用の精密位置合わせ基準マークの少なくとも一個は、前記望遠用領域の外縁に位置する広角用領域に配置されており;
前記望遠用の粗位置合わせ基準マークは、前記望遠用の精密位置合わせ基準マークと同一形状の中心点と、前記中心点を囲う枠線にて構成され;
前記広角用の粗位置合わせ基準マークは、前記広角用の精密位置合わせ基準マークと同一形状の中心点と、前記中心点を囲う枠線にて構成され;
前記基準マークは、反射ターゲットで構成され、予め三次元座標が与えられている;
校正用三次元フィールド。 - 前記基準マークは、前記基準マークを除く背景領域に対して露出不足であって前記基準マークに対して露出オーバーに設定された前記カメラのストロボ撮影により、前記キャリブレーション画像のコントラストが強調される反射ターゲットで構成されている請求項1に記載の校正用三次元フィールド。
- 前記広角用の粗位置合わせ基準マークは、前記望遠用の粗位置合わせ基準マークよりも大きな外形を有し;
前記広角用の精密位置合わせ基準マークは、前記望遠用の精密位置合わせ基準マークよりも大きな外形を有する;
請求項1または請求項2に記載の校正用三次元フィールド。 - 前記望遠用の粗位置合わせ基準マークと、前記広角用粗位置合わせ基準マークの少なくとも一個が、同一の基準マークを兼用されるように構成されている請求項1または請求項2に記載の校正用三次元フィールド。
- 請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載の校正用三次元フィールドをキャリブレーションチャート撮影用カメラで撮影して、キャリブレーションチャート画像を取得する校正用三次元フィールドの撮影方法において;
前記キャリブレーションチャート撮影用カメラの露出設定を、前記校正用三次元フィールドの基準マークを除く背景領域に対して露出不足であって、前記校正用三次元フィールドの基準マークに対して露出オーバーに設定し;
前記キャリブレーションチャート撮影用カメラのストロボ撮影により、前記校正用三次元フィールドを撮影し;
前記キャリブレーションチャート画像のコントラストが強調されるように現像する;
前記校正用三次元フィールドの撮影方法。
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