JP4905812B2 - Camera calibration device - Google Patents

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Description

本発明は、平面射影変換の原理を用いてカメラ校正を行うカメラ校正装置に関する。   The present invention relates to a camera calibration apparatus that performs camera calibration using the principle of planar projective transformation.

平面射影変換に基づいてカメラを校正する装置として、少なくとも4点の座標情報を含む平面状の校正指標を第1の平面に配置して、校正指標を含むカメラの撮影画像面を第2の平面として入力し、前記第2の平面上に存在するとともに校正指標の所定の部位に対応する点を特定し、前記第1の平面と前記第2の平面に共通して包含される少なくとも4点の対応関係に基づき、前記第1の平面と前記第2の平面との間のホモグラフィを演算する、カメラ校正装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この装置では、撮影領域内に校正指標を配置し、撮影した校正指標に基づいて、撮影画像の座標(撮影画像系座標位置)と変換画像の座標(平面座標系座標位置)との対応関係を示す変換行列であるホモグラフィを求めるという校正作業を行う。このカメラ校正は、平面射影変換の原理により、カメラ外部パラメータやカメラ内部パラメータを必要とせず、また、実際に撮影された校正指標に基づいて撮影画像と変換画像との間の対応座標が指定されるため、カメラの設置誤差の影響を受けないという利点をもつ。   As a device for calibrating a camera based on planar projective transformation, a planar calibration index including at least four points of coordinate information is arranged on a first plane, and a captured image plane of the camera including the calibration index is set to a second plane. To identify points that are present on the second plane and that correspond to a predetermined portion of the calibration index, and that are at least four points that are commonly included in the first plane and the second plane. There is known a camera calibration device that calculates a homography between the first plane and the second plane based on the correspondence (for example, see Patent Document 1). In this apparatus, a calibration index is arranged in the imaging region, and the correspondence between the coordinates of the captured image (captured image system coordinate position) and the coordinate of the converted image (planar coordinate system coordinate position) is determined based on the captured calibration index. The proofreading work of obtaining the homography which is the transformation matrix shown is performed. This camera calibration does not require camera external parameters or camera internal parameters due to the principle of plane projective transformation, and the corresponding coordinates between the captured image and the converted image are specified based on the actually captured calibration index. Therefore, there is an advantage that it is not affected by the installation error of the camera.

特開2006‐148745号公報(段落番号〔0011〕−、図※)JP 2006-148745 A (paragraph number [0011]-, figure *)

上述した特許文献1によるカメラ校正装置で用いられる、各カメラの撮影画像を路面に射影するためのホモグラフィは、座標位置が既知の少なくとも4以上の校正指標に基づいて算定可能であるが、これらの校正指標の撮影画像系での座標位置を算出するためには撮影画像から画像処理技術を用いて校正指標を検出する必要がある。しかしながら、撮影画像の中から少なくとも4つの校正指標を短時間で検出するためには、画像処理の演算負荷が高く、高性能の演算装置が必要となるためコストが高くなるという問題があった。   The homography for projecting the captured image of each camera onto the road surface used in the above-described camera calibration apparatus according to Patent Document 1 can be calculated based on at least four or more calibration indices whose coordinate positions are known. In order to calculate the coordinate position of the calibration index in the captured image system, it is necessary to detect the calibration index from the captured image using an image processing technique. However, in order to detect at least four calibration indexes from a captured image in a short time, there is a problem that the calculation load of image processing is high and a high-performance calculation device is required, which increases costs.

本発明の目的は、ホモグラフィを用いたカメラ校正において、必要な数の校正指標を撮影画像の中から簡単かつ正確に求める技術を提供することにある。また、本発明の他の目的は、ホモグラフィを用いて複数台のカメラの校正を簡単に校正する技術を提供することである。   An object of the present invention is to provide a technique for easily and accurately obtaining a necessary number of calibration indexes from a photographed image in camera calibration using homography. Another object of the present invention is to provide a technique for easily calibrating a plurality of cameras using homography.

上記目的を達成するために、本発明によるカメラ校正装置は、カメラの撮影視界における第1平面内で規定された特定領域に配置された平面状の優先校正指標と前記特定領域以外の領域に配置された平面状の非優先校正指標とからなる少なくとも4点の座標を表す校正指標を含む撮影画像を取得する画像取得部と、前記優先校正指標と前記非優先校正指標との位置関係を予め設定するとともに、前記第1平面における前記優先校正指標と前記非優先校正指標との座標位置を実座標位置として格納する指標情報格納部と、前記優先校正指標の画像上の座標位置を算定する優先校正指標位置算定部と、前記位置関係及び算定された前記優先校正指標の座標位置を参照して前記非優先校正指標の座標位置を算定する非優先校正指標位置算定部と、前記少なくとも4点の座標を表す校正指標の実座標位置と算定座標位置とから前記撮影画像の撮影画像面と前記第1平面との間のホモグラフィを算定
するホモグラフィ算定部と、前記ホモグラフィを用いて前記カメラの校正を行う校正部とを備え、前記特定領域は前記カメラからの撮影距離が短い近傍領域であり、前記非優先校正指標は前記カメラからの撮影距離が長い共有領域に配置されている。
In order to achieve the above object, a camera calibration apparatus according to the present invention is arranged in a planar priority calibration index arranged in a specific area defined in a first plane in a shooting field of view of the camera and in an area other than the specific area. An image acquisition unit that acquires a captured image including a calibration index representing at least four coordinates including the planar non-priority calibration index, and a positional relationship between the priority calibration index and the non-priority calibration index is preset. And an index information storage unit for storing the coordinate positions of the priority calibration index and the non-priority calibration index on the first plane as actual coordinate positions, and priority calibration for calculating the coordinate position of the priority calibration index on the image. An index position calculation unit; a non-priority calibration index position calculation unit that calculates a coordinate position of the non-priority calibration index with reference to the positional relationship and the calculated coordinate position of the priority calibration index; A homography calculation unit for calculating a homography between a captured image plane of the captured image and the first plane from a real coordinate position and a calculated coordinate position of a calibration index representing at least four coordinates; And a calibration unit that calibrates the camera , wherein the specific area is a near area where the shooting distance from the camera is short, and the non-priority calibration index is arranged in a common area where the shooting distance from the camera is long. It is.

この構成によると、まず、取得された撮影画像から第1平面内の特定領域に配置された優先校正指標の撮影画像系の座標位置を算定する。この特定領域は撮影画像の限定された領域となるので撮影画像全体から校正指標を検出することに比べて処理負担が少ない。少なくとも1つの優先校正指標の座標位置が算定されると、当該優先校正指標の算定座標位置と非優先正指標との予め設定されている位置関係を参照して撮影画像面における残りの校正指標である非優先正指標の存在領域を推定する。この予め設定されている位置関係の情報の例としては、例えば、優先校正指標と光学中心を結ぶ直線の右側領域に非優先正指標が存在しているといった情報や、優先校正指標として描かれているパターンに方向性の情報を含ませ、この方向性によって規定される直線上に非優先正指標が存在しているといった情報が挙げられる。このように、非優先正指標の存在領域が推定されることで、効率よく非優先指標の算定座標位置を求めることができる。このようにして、少なくとも4点の座標を表す校正指標の算定座標位置が得られると、その対応する実座標位置(校正指標の第1平面座標系の座標位置)とともにホモグラフィ算定部に与えられ、そこで撮影画像の撮影画像面と第1平面との間のホモグラフィを算定される。このホモグラフィを用いることで、カメラパラメータを知ることなしにカメラ校正を行うことができる。   According to this configuration, first, the coordinate position of the photographic image system of the priority calibration index arranged in the specific area in the first plane is calculated from the acquired photographic image. Since this specific area is a limited area of the captured image, the processing load is less than when the calibration index is detected from the entire captured image. When the coordinate position of at least one priority calibration index is calculated, the remaining calibration index on the photographed image plane is referred to with reference to a preset positional relationship between the calculated coordinate position of the priority calibration index and the non-priority positive index. Estimate the existence area of a certain non-priority positive indicator. Examples of the positional relationship information set in advance include, for example, information that a non-priority positive index exists in the right region of a straight line connecting the priority calibration index and the optical center, and is drawn as a priority calibration index. Information on directionality is included in a certain pattern, and information indicating that a non-priority positive index exists on a straight line defined by the directionality is included. Thus, by estimating the existence area of the non-priority positive index, the calculated coordinate position of the non-priority index can be obtained efficiently. When the calculated coordinate position of the calibration index representing the coordinates of at least four points is obtained in this way, it is given to the homography calculation unit together with the corresponding actual coordinate position (the coordinate position of the first planar coordinate system of the calibration index). Therefore, the homography between the captured image plane of the captured image and the first plane is calculated. By using this homography, camera calibration can be performed without knowing camera parameters.

さらに、前記特定領域は前記カメラからの撮影距離が短い近傍領域であり、前記非優先校正指標は前記カメラからの撮影距離が長い遠方領域に配置されている。このような校正指標の配置を採用することにより、優先校正指標と非優先校正指標とによって区画される領域が撮影画像の中で広い範囲に分布することができる。カメラに近い位置に配置された優先校正指標の撮影画像での像は高品質のレンズを用いずとも他の領域に配置することに比べその画像精度が高くなり、その検出精度も高くなるだけでなく、その元となる少なくとも4点の座標を表す校正指標ができるだけ撮影画像の広い範囲に分布していることで、最終的に求めるホモグラフィが撮影画像の全範囲で高い精度を有する利点が得られる。 Further, the specific area is a near area where the shooting distance from the camera is short, and the non-priority calibration index is arranged in a far area where the shooting distance from the camera is long. By adopting such an arrangement of the calibration indices, the area defined by the priority calibration indices and the non-priority calibration indices can be distributed over a wide range in the captured image. The image in the captured image of the priority calibration index placed close to the camera is higher in image accuracy and higher in detection accuracy than placing it in other areas without using a high-quality lens. In addition, since the calibration indices representing the coordinates of at least four points that are the origins are distributed over the wide range of the photographed image as much as possible, there is an advantage that the finally obtained homography has high accuracy over the entire range of the photographed image. It is done.

カメラを用いた監視システム等では、複数台のカメラを搭載し、その撮影画像から鳥瞰図や全周囲パノラマ画像を表示し、監視注目領域周辺の状況を把握しやすくなるような試みが行われている。このため、複数のカメラの校正を行い、各カメラの撮影画像を変換して合成された合成画像に継ぎ目や断層が生じないようにすることが要求されている。この要求を満たすため、本発明を複数のカメラの校正に適用した場合でのカメラ校正装置は、各カメラの撮影視界における第1平面内で規定された専有領域に配置された平面状の優先校正指標及び隣り合うカメラの撮影画像の間で前記第1平面において共有している共有領域に配置された平面状の非優先校正指標からなる少なくとも4点の座標を表す校正指標を含む撮影画像を各カメラから取得する画像取得部と、前記第1平面における前記優先校正指標と前記非優先校正指標との座標位置を実座標位置として格納する指標情報格納部と、前記優先校正指標の座標位置を算定する優先校正指標位置算定部と、校正指標の実座標位置と算定された前記優先校正指標の座標位置を参照して前記非優先校正指標の座標位置を算定する非優先校正指標位置算定部と、各カメラからの撮影画像毎に前記少なくとも4点の座標を表す校正指標の実座標位置と算定座標位置とから各カメラの撮影画像面と前記第1平面との間のホモグラフィを算定するホモグラフィ算定部と、前記カメラ毎に算定されたホモグラフィを用いて複数の前記カメラの校正を行う校正部とを備えている。このように構成された複数のカメラの校正装置では、カメラ視界を共有した領域で撮影される校正用指標の平面画像上の座標値は、ホモグラフィの特性から実際値に一致しているので、基準として定めた座標系上で各カメラの画像を上空から見た画像に変換して得られた変換画像を合成した画像には継ぎ目や断層が生じるようなことは起こらない。 In surveillance systems using cameras, attempts are made to install multiple cameras, display bird's-eye views and panoramic panoramic images from the captured images, and make it easier to grasp the situation around the monitored area of interest. . For this reason, it is required to calibrate a plurality of cameras so that a joint image or a tomogram does not occur in a composite image synthesized by converting captured images of the cameras. In order to satisfy this requirement, a camera calibration apparatus in the case where the present invention is applied to calibration of a plurality of cameras is a planar priority calibration arranged in a dedicated area defined in the first plane in the shooting field of view of each camera. Each captured image including a calibration index representing coordinates of at least four points composed of a planar non-priority calibration index arranged in a shared area shared in the first plane between the index and the captured images of adjacent cameras. An image acquisition unit that acquires from a camera, an index information storage unit that stores the coordinate positions of the priority calibration index and the non-priority calibration index on the first plane as actual coordinate positions, and calculates the coordinate position of the priority calibration index non-priority calibration target to calculate a priority calibration target position calculation unit, a coordinate position of the reference to the non-priority calibration target coordinate position before Kieu destination calibration indices were calculated and the actual coordinate position of the calibration target to And a homography between the captured image plane of each camera and the first plane from the actual coordinate position and calculated coordinate position of the calibration index representing the coordinates of at least four points for each captured image from each camera. And a calibration unit that calibrates the plurality of cameras using the homography calculated for each camera. In the calibration apparatus for a plurality of cameras configured in this way, the coordinate value on the planar image of the calibration index imaged in the area sharing the camera view matches the actual value from the homography characteristics, There is no occurrence of a seam or a fault in an image obtained by synthesizing a converted image obtained by converting an image of each camera into an image viewed from above on a coordinate system defined as a reference.

特に、最近の自動車などの移動体には、複数台のカメラを搭載し、その撮影画像から鳥瞰図や全周囲パノラマ画像を表示し、運転者等の操作者が移動体周辺の状況を把握しやすくなるような試みが行われていることを考慮するならば、前記カメラが移動体に取り付けられたカメラであり、前記第1平面は路面であり、前記校正指標を前記路面に描画された模様としてのマーカとすることが好適である。同様に、前記校正指標を前記路面と平行に配置される、平面模様を有するマーカとするこことも好適である。つまり、本発明で扱われる校正指標には、路面に直接ペンキ等で塗られたマーカだけでなく、実質的に路面と同じ高さレベルとみなされるプレート上にペンキ等で塗られたマーカを路面に載置するような形態などホモグラフィ算定に適した種々なものが含まれる。
また、前記カメラが、移動体前方を撮影視界とする前方カメラと、移動体右側方を撮影視界とする右側方カメラと、移動体左側方を撮影視界とする左側方カメラと、移動体後方を撮影視界とする後方カメラとから構成されるとよい。なお、このカメラ校正を工場内で行う場合には、路面は工場の床面となる。
In particular, recent vehicles such as automobiles are equipped with multiple cameras, displaying bird's-eye views and panoramic images from the captured images, making it easier for drivers and other operators to understand the situation around the vehicle. Assuming that such an attempt is made, the camera is a camera attached to a moving body, the first plane is a road surface, and the calibration index is a pattern drawn on the road surface. It is preferable to use the marker. Similarly, it is also preferable here that the calibration index is a marker having a plane pattern arranged in parallel with the road surface. In other words, the calibration index used in the present invention includes not only a marker directly painted on the road surface with paint etc., but also a marker painted with paint etc. on a plate considered to be substantially the same level as the road surface. Various types suitable for homography calculation are included, such as a form that is placed on the screen.
Further, the camera includes a front camera having a shooting field in front of the moving body, a right side camera having a shooting field on the right side of the moving body, a left side camera having a shooting field on the left side of the moving body, and a rear side of the moving body. It is good to comprise from the rear camera made into a photography visual field. When this camera calibration is performed in the factory, the road surface is the floor of the factory.

なお、本発明は、上述したカメラ校正装置だけでなく、そのような装置におけるカメラ校正機能をコンピュータによって実現するカメラ校正プログラムやそのようなプログラムによる制御の流れを規定しているカメラ校正方法も発明対象としている。例えば、上記課題を解決するためのカメラ校正方法の1つは、カメラの撮影視界における第1平面内で規定された特定領域に配置された平面状の優先校正指標と前記特定領域以外の領域に配置された平面状の非優先校正指標とからなる少なくとも4つの校正指標を含む撮影画像を取得する画像取得ステップと、前記優先校正指標の画像上の座標位置を算定する優先校正指標位置算定ステップと、前記優先校正指標と前記非優先校正指標との予め設定された位置関係及び算定された前記優先校正指標の座標位置を参照して前記非優先校正指標の画像上の座標位置を算定する非優先校正指標位置算定ステップと、前記少なくとも4点の座標を表す校正指標の実座標位置と算定座標位置とから前記撮影画像の撮影画像面と前記第1平面との間のホモグラフィを算定するホモグラフィ算定ステップと、前記ホモグラフィを用いて前記カメラの校正を行う校正ステップとからなる。このようなステップからなるカメラ校正方法も、前述したカメラ校正装置で述べられた作用効果を伴うものであり、上述した種々の付加的な特徴を適用することも可能である。これは、実質的に同一なカメラ校正プログラムにおいても同様である。   The present invention is not limited to the camera calibration apparatus described above, but also a camera calibration program that implements a camera calibration function in such an apparatus by a computer and a camera calibration method that regulates the flow of control by such a program. It is targeted. For example, one of the camera calibration methods for solving the above-described problem is that a planar priority calibration index arranged in a specific area defined in the first plane in the camera field of view and an area other than the specific area. An image acquisition step of acquiring a photographed image including at least four calibration indexes composed of arranged planar non-priority calibration indexes; a priority calibration index position calculating step of calculating a coordinate position of the priority calibration index on the image; Non-priority for calculating a coordinate position on the image of the non-priority calibration index with reference to a preset positional relationship between the priority calibration index and the non-priority calibration index and the calculated coordinate position of the priority calibration index From the calibration index position calculation step, the actual coordinate position of the calibration index representing the coordinates of the at least four points, and the calculated coordinate position, a homology between the captured image plane of the captured image and the first plane is obtained. A homography calculating step of calculating the Rafi, and a calibration step for calibrating the camera using the homography. The camera calibration method including such steps is also accompanied by the operational effects described in the above-described camera calibration apparatus, and various additional features described above can also be applied. The same applies to substantially the same camera calibration program.

本発明で利用されている平面射影変換の基本原理を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the basic principle of the planar projective transformation utilized by this invention. 本発明によるカメラ校正装置の基本原理を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the basic principle of the camera calibration apparatus by this invention. 路面に配置された校正指標と車両とカメラ視界との関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the calibration parameter | index arrange | positioned on the road surface, a vehicle, and a camera view. 平面状校正指標を示す平面図である。It is a top view which shows a planar calibration parameter | index. カメラ校正装置のコントローラユニットに構築される機能を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the function constructed | assembled by the controller unit of a camera calibration apparatus. 複数カメラ1の校正処理の流れを例示するフローチャートである。5 is a flowchart illustrating an example of a calibration process flow for a plurality of cameras 1. 別実施形態の平面状校正指標を示す平面図である。It is a top view which shows the planar calibration parameter | index of another embodiment. さらに別な実施形態の平面状校正指標を示す平面図である。It is a top view which shows the planar calibration parameter | index of another embodiment. さらに別な実施形態の平面状校正指標を示す平面図である。It is a top view which shows the planar calibration parameter | index of another embodiment. 図9による平面状校正指標の撮影画像を示す平面図である。It is a top view which shows the picked-up image of the planar calibration parameter | index by FIG. 優先校正指標と非優先正指標との位置関係情報を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the positional relationship information of a priority calibration parameter | index and a non-priority positive parameter | index.

まず、図1を用いて本発明で利用されている平面射影変換の基本原理を説明する。撮影中心(ここでは光学中心でもある)Cを有するカメラの撮影視界に第1平面Πが存在しており、この平面上にカメラ校正のための4点の座標を表す校正指標(図1では点で示されている)M1、M2、M3、M4が配置されている。カメラの撮影画像面πには4つの校正指標M1、M2、M3、M4の像が写される。それらの像の撮影画像座標系(ここではx−y座標系としておく)の点P1、P2、P3、P4の座標位置は画像処理によって算定することができる。また、校正指標は予め設定したとおりに配置されているので、第1平面Πに配置された校正指標(図1では点で示されている)M1、M2、M3、M4の第1平面Πで設定されている平面座標系(ここではX−Y座標系としておく)における座標位置は、既知である。   First, the basic principle of planar projective transformation used in the present invention will be described with reference to FIG. A first plane Π exists in the shooting field of view of a camera having a shooting center C (which is also an optical center in this case), and a calibration index (points in FIG. 1) representing the coordinates of four points for camera calibration on this plane. M1, M2, M3, and M4 are arranged. Images of four calibration indices M1, M2, M3, and M4 are shown on the captured image plane π of the camera. The coordinate positions of the points P1, P2, P3, and P4 in the captured image coordinate system (here, xy coordinate system) of these images can be calculated by image processing. Further, since the calibration indices are arranged as set in advance, the calibration indices (indicated by dots in FIG. 1) M1, M2, M3, and M4 arranged on the first plane Π The coordinate position in the set plane coordinate system (here, XY coordinate system is assumed) is known.

三次元空間における平面上の配置が既知である4点を校正指標として使用すれば、それぞれの校正指標に対応する撮影画像の4点との関係付け、いわゆるホモグラフィ(平面射影変換):Hを算定することができ、カメラの外部パラメータが未知であっても、撮影画像面の4点を、元の三次元空間における平面上の4点として復元することができることは、投影幾何学から知られている。詳しい説明はここでは省略するが、これについては、例えば、特開2006−148745号公報や、佐藤淳著「コンピュータビジョン」、コロナ社、2001年10月10日初版第3刷発行、が参照される。ここでは特筆すべきことは、カメラの高さやチルト角等の三次元空間中のカメラの位置及び姿勢の情報であるカメラの外部パラメータは必要とせず、これらは未知でよいということである。図1に示すように、4つの校正指標の第1平面座標位置:M1(X1,Y1)、M2(X2,Y2) 、M3(X3,Y3)、M4(X4,Y4)と、その撮影画像における4つの校正指標の算定された撮影画像座標位置:P1(x1,y1)、P2(x2,y2)、P3(x3,y3)、P4(x4,y4)との対応付けを行い、ホモグラフィ:Hが算定される。一旦ホモグラフィH が算定されると、撮影画像面:πにおける任意の撮影画像座標位置の点Pn(xn,yn)の第1平面における座標位置Mn(Xn,Yn)への変換が可能となる。   If four points whose arrangement on the plane in the three-dimensional space is known are used as calibration indices, the relationship with the four points of the captured image corresponding to each calibration index, so-called homography (planar projective transformation): H It is known from projection geometry that it is possible to calculate and restore the four points on the captured image plane as four points on the plane in the original three-dimensional space even if the external parameters of the camera are unknown. ing. Although detailed explanation is omitted here, for example, refer to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-148745, “Computer Vision” written by Satoshi Sato, Corona Publishing Co., Ltd., October 10, 2001, first edition 3rd edition. The What should be noted here is that external parameters of the camera, which are information on the position and orientation of the camera in the three-dimensional space, such as the height and tilt angle of the camera, are not necessary, and these may be unknown. As shown in FIG. 1, the first plane coordinate positions of the four calibration indices: M1 (X1, Y1), M2 (X2, Y2), M3 (X3, Y3), M4 (X4, Y4), and their captured images The calculated photographic image coordinate positions of the four calibration indices at P1: x1 (y1, y1), P2 (x2, y2), P3 (x3, y3), P4 (x4, y4) : H is calculated. Once the homography H 1 is calculated, a point Pn (xn, yn) of an arbitrary captured image coordinate position on the captured image plane: π can be converted to a coordinate position Mn (Xn, Yn) on the first plane. .

上述した基本原理を用いた、本発明に係るカメラ校正装置の原理を図2に基づいて説明する。
ここでは、カメラ1の撮影視界における第1平面Πにおいて、カメラ1からの撮影距離が短い領域である特定領域を専有領域Πmとして設定しており、この特定領域以外の領域でカメラ1からの撮影距離が長い一部の領域を共有領域Πcとして設定している。この共有領域Πcは、複数のカメラを用いて第1平面Πの大きなエリアをカバーする際に隣り合うカメラの撮影画像において共有する領域として適している。また、専有領域Πmは、複数のカメラを用いて第1平面Πの大きなエリアをカバーする際に1台のカメラによってのみ最適に写される領域として適している。なお、共有領域Πcは、カメラ光軸の横断方向に大きく間隔をあけた2つの領域に分けられている。ホモグラフィを算定するためには、第1平面Πの内の1つのカメラの視界に入っている平面領域Π1には、少なくとも4つの平面状優先校正指標が必要となる。従って、ここでは、専有領域Πmに2つの優先校正指標(以下単に優先指標と称する)M1、M2が配置され、共有領域Πcに2つの非優先正指標(以下単に非優先指標と称する)M3、M4が配置されている。なお、優先指標と非優先指標を特に区別する必要のない場合では、単に指標という語句を用い、校正指標を総称する図番を9とした。また、第1平面Πの平面座標系における各指標の座標位置は指標の実座標位置として既知値となっている。
The principle of the camera calibration apparatus according to the present invention using the basic principle described above will be described with reference to FIG.
Here, in the first plane に お け る in the shooting field of view of the camera 1, a specific area that is a short shooting distance from the camera 1 is set as the exclusive area 専 m, and shooting from the camera 1 is performed in an area other than the specific area. A part of the area with a long distance is set as the shared area Πc. This shared area Πc is suitable as an area to be shared in captured images of adjacent cameras when a large area of the first plane Π is covered using a plurality of cameras. The exclusive area Πm is suitable as an area that is optimally captured by only one camera when a large area of the first plane Π is covered using a plurality of cameras. Note that the shared area Πc is divided into two areas that are largely spaced in the transverse direction of the camera optical axis. In order to calculate the homography, at least four planar priority calibration indices are required in the plane region Π1 in the field of view of one camera in the first plane Π. Accordingly, here, two priority calibration indices (hereinafter simply referred to as priority indices) M1 and M2 are arranged in the exclusive area Πm, and two non-priority positive indices (hereinafter simply referred to as non-priority indices) M3, M4 is arranged. In the case where it is not necessary to distinguish between the priority index and the non-priority index, the term “index” is simply used, and the figure number that collectively refers to the calibration index is 9. Further, the coordinate position of each index in the plane coordinate system of the first plane surface is a known value as the actual coordinate position of the index.

この部分第1平面Π1をカメラ1で撮影するとその撮影画像は撮影画像面πで得られる。この撮影画像において、まず専有領域Πmに配置されている2つの優先指標M1、M2の撮影画像座標系での座標位置が算定座標位置として画像処理技術を通じて算定される。その際、この2つの優先指標M1、M2は、撮影距離が短く横断方向で中央の領域である特定された領域である専有領域Πmに配置されているので、その撮影像も撮影画像内の特定された領域に位置することになり、その検索処理の演算負担が小さいものとなる。   When this partial first plane Π1 is photographed by the camera 1, the photographed image is obtained on the photographed image plane π. In this captured image, first, the coordinate positions in the captured image coordinate system of the two priority indexes M1 and M2 arranged in the exclusive area Πm are calculated as calculated coordinate positions through image processing technology. At this time, the two priority indicators M1 and M2 are arranged in the exclusive area Πm, which is a specified area that is a central area in the transverse direction with a short imaging distance, so that the captured image is also specified in the captured image. Therefore, the calculation load of the search process is small.

優先指標M1、M2が検出されると、予め設定されている優先校正指標M1、M2の算定座標位置と非優先正指標M3、M4との位置関係を参照して撮影画像面πにおける非優先正指標M3、M4の存在領域を推定する。例えば、優先校正指標M1、M2の垂直二等分線の右側領域に非優先正指標M3が存在しており、その左側領域に非優先正指標M4が存在していると定義されていると、検索領域は半分となる。また、光学中心Cと優先校正指標M1とを結ぶ直線上に非優先正指標M4が存在し、光学中心Cと優先校正指標M2とを結ぶ直線上に非優先正指標M3が存在していると定義されていると、検索領域はさらに狭くなる。このように、まだ検出されていない非優先正指標M3、M4の存在領域が推定されることで、効率よく非優先指標M3、M4の算定座標位置を得ることができる。   When the priority indexes M1 and M2 are detected, the non-priority positive on the photographed image plane π is referred with reference to the positional relationship between the preset coordinate positions of the priority calibration indexes M1 and M2 and the non-priority positive indexes M3 and M4. Presence areas of the indicators M3 and M4 are estimated. For example, if it is defined that the non-priority positive index M3 exists in the right region of the vertical bisector of the priority calibration indexes M1, M2, and the non-priority positive index M4 exists in the left region thereof, The search area is halved. Further, it is assumed that the non-priority positive index M4 exists on the straight line connecting the optical center C and the priority calibration index M1, and the non-priority positive index M3 exists on the straight line connecting the optical center C and the priority calibration index M2. If defined, the search area is even narrower. Thus, the estimated coordinate positions of the non-priority indices M3 and M4 can be obtained efficiently by estimating the existence areas of the non-priority positive indices M3 and M4 that have not yet been detected.

このようにして得られる指標M1、M2、M3、M4は、できるだけ第1平面Π1の大きな領域を規定するように設定しておくと、これに基づいて算定されるホモグラフィの精度も向上する。   If the indexes M1, M2, M3, and M4 obtained in this way are set so as to define a region having the largest first plane Π1 as much as possible, the accuracy of homography calculated based on this is improved.

優先指標M1、M2及び非優先指標M3、M4の撮影画像系での算定座標位置P1(x1,y1)、P2(x2,y2)、P3(x3,y3)、P4(x4,y4)と、その第1平面Π上での実座標位置である平面座標系(または路面座標系)での座標位置:M1(X1,Y1)、M2(X2,Y2) 、M3(X3,Y3)、M4(X4,Y4)とから、このカメラ1の撮影画像面πと第1平面Πとの間のホモグラフィ:H1を算定することができる。 Calculated coordinate positions P1 (x1, y1), P2 (x2, y2), P3 (x3, y3), P4 (x4, y4) in the captured image system of the priority indices M1, M2 and non-priority indices M3, M4, The coordinate position in the plane coordinate system (or road surface coordinate system) which is the actual coordinate position on the first plane plane: M1 (X1, Y1), M2 (X2, Y2), M3 (X3, Y3), M4 ( X4, Y4) and the homography H1 between the captured image plane π of the camera 1 and the first plane Π can be calculated.

図2で模式的に示されているように、4つのカメラ1によって第1平面Πがカバーされている場合は、4つのホモグラフィ:H1、H2、H3、H4が算定される。
このようにして構築されたホモグラフィを用いてカメラ1の校正を行うことで、カメラ1の内部パラメータのみならず外部パラメータに係る情報を必要とすることなく、道路面等の第1平面Πと撮影画像に基づくモニタ等の表示画像との対応が適正となるカメラ校正が実現する。
As schematically shown in FIG. 2, when the first plane plane is covered by four cameras 1, four homography: H1, H2, H3, and H4 are calculated.
By calibrating the camera 1 using the homography constructed in this manner, the first plane plane such as a road surface can be obtained without requiring information on not only the internal parameters of the camera 1 but also the external parameters. Camera calibration that achieves appropriate correspondence with a display image such as a monitor based on the photographed image is realized.

移動体の一例としての車両に搭載された複数の車載カメラ1を校正するために本発明に係るカメラ校正装置が適用された例を実施の形態の1つとして以下に説明する。
図3は、第1平面Πとしての路面の所定の位置に停止した車両と、その路面に描画された校正指標とカメラ視界との関係を示す説明図である。ここでは車載カメラ1として、車両前方をカメラ視界とする第1カメラ11と、車両右側方をカメラ視界とする第2カメラ12と、車両後方をカメラ視界とする第3カメラ13と、車両左側方をカメラ視界とする第4カメラ14とが備えられている。なお、各カメラを特に区別しない場合には共通的にカメラ1と呼ぶことにする。
An example in which the camera calibration apparatus according to the present invention is applied to calibrate a plurality of in-vehicle cameras 1 mounted on a vehicle as an example of a moving body will be described below as one embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between the vehicle stopped at a predetermined position on the road surface as the first plane fence and the calibration index drawn on the road surface and the camera field of view. Here, as the in-vehicle camera 1, a first camera 11 having a camera field of view in front of the vehicle, a second camera 12 having a camera field of view on the right side of the vehicle, a third camera 13 having a camera field of view on the rear side of the vehicle, and a left side of the vehicle. And a fourth camera 14 having a camera field of view. Note that the cameras 1 are commonly referred to as cameras 1 when they are not particularly distinguished.

各カメラ1の視界内に入っている路面は、それぞれ、車両に近い中央に位置する専有領域Πmと、車両から遠い両側の共有領域Πcとを含んでいる。共有領域Πcは隣り合うカメラ1の視界内に入っている路面における共通領域である。専有領域Πmのカメラ1から近い箇所に2つの優先指標M1、M2及び左右両側の共有領域Πcのカメラから遠い箇所には、それぞれ1つの非優先指標M3、M4が配置される。優先指標M1、M2及び非優先指標M3、M4は、いずれも、図4に例示するような、マーカとも呼ばれている白黒の市松模様のパターンからなる図番9で総称される同じ指標である。この指標9は白の矩形2個、黒の矩形2個の計4個の矩形により校正された市松模様パターンであり、そのパターン中央の点Qの座標位置が実際に用いられる指標9の座標位置である。従って、点Qの位置を画像処理的に検出するために、市松模様パターンのエッジ検出を行い、それによって得られた直交する直線の交点を点Qとみなす。なお、指標それ自体は、路面に直接描画してもよいし、プレート体の表面に指標を描画して、このプレート体を任意に移動設置するようにしてもよい。   Each road surface within the field of view of each camera 1 includes a dedicated area Πm located in the center near the vehicle and shared areas Πc on both sides far from the vehicle. The common area Πc is a common area on the road surface that is within the field of view of the adjacent camera 1. Two priority indices M1 and M2 are disposed near the camera 1 in the exclusive area Πm, and one non-priority index M3 and M4 are disposed at positions far from the cameras in the shared area Πc on the left and right sides. The priority indicators M1 and M2 and the non-priority indicators M3 and M4 are all the same indicators collectively referred to as a diagram number 9 composed of a black and white checkered pattern called a marker as illustrated in FIG. . This index 9 is a checkered pattern calibrated by a total of four rectangles, two white rectangles and two black rectangles, and the coordinate position of the point Q at the center of the pattern is the coordinate position of the index 9 actually used. It is. Therefore, in order to detect the position of the point Q in terms of image processing, the edge of the checkerboard pattern is detected, and the intersection of the orthogonal lines obtained thereby is regarded as the point Q. The indicator itself may be drawn directly on the road surface, or the indicator may be drawn on the surface of the plate body and the plate body may be arbitrarily moved and installed.

第1カメラ11による撮影画像には専有領域Πmに配置された優先指標M1、M2及び隣り合う第2カメラ12または第4カメラ14とで共有している共有領域Πcに配置された非優先指標M3とM4の画像が含まれる。同様に第2カメラ12による撮影画像にも優先指標M1、M2及び非優先指標M3、M4の画像が含まれ、第3カメラ13による撮影画像にも優先指標M1、M2及び非優先指標M3、M4の画像が含まれ、第4カメラ14による撮影画像にも優先指標M1、M2及び非優先指標M3、M4の画像が含まれる。   In the captured image by the first camera 11, priority indices M1 and M2 arranged in the exclusive area Πm and a non-priority index M3 arranged in the shared area Πc shared by the adjacent second camera 12 or the fourth camera 14 are used. And M4 images. Similarly, the images taken by the second camera 12 include images of priority indices M1 and M2 and non-priority indices M3 and M4, and the images taken by the third camera 13 also include priority indices M1 and M2 and non-priority indices M3 and M4. The images captured by the fourth camera 14 also include images of priority indices M1 and M2 and non-priority indices M3 and M4.

このような車両と校正指標とカメラ視界との関係において、図2を用いて説明したカメラ校正を実施するため、この車両に搭載されたカメラ校正装置は、図5で模式的に示すような機能部を構築しているコントロールユニット5と、このコントロールユニット5に接続されたモニタ6を備えている。上記4台の車載カメラ1はこのコントロールユニット5にデータ伝送可能に接続されており、各撮影視界の撮影画像をコントロールユニット5に送り込む。   In order to perform the camera calibration described with reference to FIG. 2 in the relationship between the vehicle, the calibration index, and the camera field of view, the camera calibration device mounted on the vehicle has a function as schematically illustrated in FIG. And a monitor 6 connected to the control unit 5. The four in-vehicle cameras 1 are connected to the control unit 5 so as to be able to transmit data, and send captured images of each field of view to the control unit 5.

コントロールユニット5に構築された、本発明に特に関係する機能部は、画像取得部51と、指標情報管理部52と、指標位置算定部53と、ホモグラフィ算定部54と、校正部56と、表示画像生成部57である。画像取得部51は、各カメラ1から送られてくる撮影画像を選択的に取得して、必要な前処理を施してワーキングメモリに展開する。指標情報管理部52は、各カメラ1の視界毎に路面Πに配置された、優先指標M1、M2と非優先指標M3、M4を含む校正指標9の実座標位置である路面座標位置を管理しており、要求に応じて処理対象となっている校正指標9の路面座標位置を機能部に与える。車両の停止位置が決められ、各校正指標9も所定の位置に描画またはセットされている場合には、この路面座標位置は不揮発性メモリ等に記憶しておくとよい。また、校正指標9と車両との路面におけう相対位置が変動する場合には、その都度入力された校正指標9の路面座標位置を指標情報管理部52が管理することになる。   The functional units that are particularly relevant to the present invention built in the control unit 5 are an image acquisition unit 51, an index information management unit 52, an index position calculation unit 53, a homography calculation unit 54, a calibration unit 56, This is a display image generation unit 57. The image acquisition unit 51 selectively acquires a captured image sent from each camera 1, performs necessary preprocessing, and develops it in a working memory. The index information management unit 52 manages the road surface coordinate position, which is the actual coordinate position of the calibration index 9 including the priority indices M1 and M2 and the non-priority indices M3 and M4, arranged on the road surface for each field of view of each camera 1. In response to the request, the road surface coordinate position of the calibration index 9 to be processed is given to the function unit. When the stop position of the vehicle is determined and each calibration index 9 is drawn or set at a predetermined position, the road surface coordinate position may be stored in a nonvolatile memory or the like. Further, when the relative position on the road surface between the calibration index 9 and the vehicle fluctuates, the index information management unit 52 manages the road surface coordinate position of the calibration index 9 input each time.

さらに、この指標情報管理部52は、前述したような、優先指標M1、M2と非優先正指標M3、M4との位置関係を表す情報も格納しており、優先指標M1、M2を検出したのちでの、非優先指標の検出対象となる領域を限定するために、必要に応じて、指標位置算定部53に与えられる。   Further, the index information management unit 52 also stores information representing the positional relationship between the priority indexes M1 and M2 and the non-priority positive indexes M3 and M4 as described above, and after detecting the priority indexes M1 and M2 In order to limit the area that is the detection target of the non-priority index, the index position calculation unit 53 is provided as necessary.

指標位置算定部53は、ワーキングメモリに展開されている撮影画像における校正指標9の撮影画像座標上での座標位置を算定座標位置として求める処理を行う。この処理では、図4における点Qを検出するために、水平線検出及び垂直線検出のためのエッジ検出フィルタをかけ、RANSACを用いて直線を求め、その直線の交点の座標位置を算定座標位置とする。指標位置算定部53は、優先校正指標の座標位置を算定する優先指標位置算定部53aと、指標位置算定部53から与えられる、上述した位置関係情報を参照して非優先校正指標の座標位置を算定する非優先校正指標位置算定部53bとの2つの機能を有する。   The index position calculation unit 53 performs processing for obtaining the coordinate position of the calibration index 9 on the captured image coordinates in the captured image developed in the working memory as the calculated coordinate position. In this process, in order to detect the point Q in FIG. 4, an edge detection filter for horizontal line detection and vertical line detection is applied, a straight line is obtained using RANSAC, and the coordinate position of the intersection of the straight lines is set as the calculated coordinate position. To do. The index position calculation unit 53 refers to the priority index position calculation unit 53a for calculating the coordinate position of the priority calibration index and the coordinate position of the non-priority calibration index with reference to the positional relationship information given from the index position calculation unit 53. It has two functions of the non-priority calibration index position calculation unit 53b to calculate.

ホモグラフィ算定部54は、少なくとも4つの校正指標9の路面座標位置と、当該校正指標9の指標位置算定部53によって算定された算定座標位置とから撮影画像の撮影画像面πと路面Πとの間のホモグラフィを算定する。   The homography calculation unit 54 calculates the photographic image plane π and the road surface と of the photographic image from the road surface coordinate positions of at least four calibration indices 9 and the calculated coordinate positions calculated by the index position calculation section 53 of the calibration indices 9. Calculate homography between.

校正部56は、カメラ1毎にホモグラフィ算定部54で算定された各撮影画像面πと路面Πとの間の精密ホモグラフィ:H1、H2、H3、H4から、各カメラ1の校正データを設定する。表示画像生成部57は、校正部56によって設定された校正データを参照して、各カメラ1からの撮影画像をモニタ6に表示するための表示画像に変換し、各カメラ1の撮影画像間でずれのない表示画像をユーザに提供する。   The calibration unit 56 obtains calibration data of each camera 1 from the precise homography H1, H2, H3, and H4 between each captured image plane π calculated by the homography calculation unit 54 and the road surface for each camera 1. Set. The display image generation unit 57 refers to the calibration data set by the calibration unit 56 and converts the captured image from each camera 1 into a display image for display on the monitor 6, and between the captured images of each camera 1. Providing a display image without any deviation to the user.

上述したように構成されたカメラ校正装置による複数カメラ1の校正処理の流れを図6のフローチャートを用いて説明する。
まず、最初に校正処理するカメラ1を指定して(#01)、指定されたカメラ1の撮影画像をワーキングメモリに取り込む(#02)。指定されたカメラ1の視界に属する専有領域の位置情報を参照して、その専有領域に配置されている優先指標のための注目検索領域を撮影画像に対して設定する(#03)。設定された注目検索領域から2つの優先指標を検出し、その画像座標位置を算定する(#04)。算定された2つの優先指標の路面座標系での座標位置である路面座標位置、及び、当該優先指標と対応非優先指標指との位置関係情報を報標情報管理部52から得て、非優先指標の撮影画像座標系での推定存在位置から非優先指標の注目検索領域を設定する(#05)。設定された注目検索領域から2つの非優先指標を検出し、その画像座標位置を算定する(#09)。算定された2つの非優先指標の路面座標系での座標位置である路面座標位置を指標情報管理部52から読み込む(#10)。このようにして得られた2つの優先指標と非優先指標との算定座標位置と路面座標位置とを利用して、ホモグラフィ:Hn(nはカメラ番号;1、2、3、4)を算定する(#08)。算定されたホモグラフィ:Hnは、指定されたカメラ1のホモグラフィ:H1として登録される(#092)。次に、4台の全てのカメラ1の精密ホモグラフィ:Hnの登録が完了したかどうかチェックされ(#10)、まだ未了のカメラが残っていると(#10No分岐)、再びステップ#01に戻って上述した処理を繰り返す。全てのカメラ1の精密ホモグラフィ:Hnの登録が完了した場合(#10Yes分岐)、全てのカメラ1のホモグラフィ:H1、H2、H3、H4から各カメラ1の校正データをカメラ校正テーブルに登録して、このカメラ校正ルーチンを終了する(#11)。
The flow of the calibration process of the multiple cameras 1 by the camera calibration apparatus configured as described above will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, the camera 1 to be calibrated is first designated (# 01), and the captured image of the designated camera 1 is taken into the working memory (# 02). With reference to the position information of the exclusive area belonging to the field of view of the designated camera 1, the attention search area for the priority index arranged in the exclusive area is set for the captured image (# 03). Two priority indices are detected from the set attention search area, and their image coordinate positions are calculated (# 04). Obtain the road surface coordinate position that is the coordinate position in the road surface coordinate system of the two calculated priority indices and the positional relationship information between the priority index and the corresponding non-priority index finger from the report information management unit 52, and The attention retrieval area of the non-priority index is set from the estimated position of the index in the captured image coordinate system (# 05). Two non-priority indices are detected from the set attention search area, and their image coordinate positions are calculated (# 09). The road surface coordinate position which is the coordinate position in the road surface coordinate system of the two calculated non-priority indices is read from the index information management unit 52 (# 10). Homography: Hn (n is a camera number; 1, 2, 3, 4) is calculated using the calculated coordinate position and road surface coordinate position of the two priority indices and the non-priority index obtained in this way. (# 08). The calculated homography: Hn is registered as the homography: H1 of the designated camera 1 (# 092). Next, the precision homography of all four cameras 1 is checked whether registration of Hn is completed (# 10). If there are still unfinished cameras (# 10 No branch), step # 01 is performed again. The process described above is repeated. Precision homography of all cameras 1: When registration of Hn is completed (# 10 Yes branch), calibration data of each camera 1 is registered in the camera calibration table from all camera 1 homography: H1, H2, H3, and H4 Then, this camera calibration routine is finished (# 11).

〔平面状校正指標の別形態〕
以下に、図4で示された平面状校正指標9以外の模様を有する平面状校正指標を例示する。
(1)図7で示す校正指標9では、優先指標は黒く(周囲と画像処理的に区別できるならその色は黒に限定されない)塗りつぶされた台形であり、非優先指標は黒く塗りつぶされた三角形である。優先指標を規定する台形は、カメラの光学中心位置から同一の放射角度で放射状に伸びる2本の直線と、カメラの光軸(図7においてカメラ位置から上下方向に延びる線)に直交する2本の平行な直線とによって規定される台形である。この台形の4つのコーナ点が4つの校正指標点、q1、q2、q3、q4となる。この台形の境界辺をエッジ検出により検出し、検出された4つの境界線の交点を算定することで4つの校正指標点、q1、q2、q3、q4が得られる。非優先指標を規定する三角形は、カメラの光学中心位置から遠方領域の方に延びた1本の放射直線とカメラの光軸に直交する1本の直線と任意に設定可能な直線によって規定される三角形である。三角形の2つの境界辺を横方向エッジ検出により検出し、検出された2本の境界線の交点を算定することで校正指標点q5またはq6が得られる。
[Another form of flat calibration index]
Hereinafter, a planar calibration index having a pattern other than the planar calibration index 9 shown in FIG. 4 will be exemplified.
(1) In the calibration index 9 shown in FIG. 7, the priority index is a black trapezoid (the color is not limited to black if it can be distinguished from the surroundings in terms of image processing), and the non-priority index is a black triangle It is. The trapezoid defining the priority index has two straight lines extending radially from the optical center position of the camera at the same radiation angle and two orthogonal to the optical axis of the camera (a line extending vertically from the camera position in FIG. 7). It is a trapezoid defined by parallel straight lines. The four corner points of this trapezoid become the four calibration index points, q1, q2, q3, and q4. By detecting the trapezoidal boundary side by edge detection and calculating the intersection of the four detected boundary lines, four calibration index points, q1, q2, q3, and q4 are obtained. The triangle that defines the non-priority index is defined by one radiation straight line extending from the optical center position of the camera toward the far region, one straight line orthogonal to the optical axis of the camera, and a straight line that can be arbitrarily set. It is a triangle. The calibration index point q5 or q6 is obtained by detecting two boundary sides of the triangle by lateral edge detection and calculating the intersection of the two detected boundary lines.

(2)
使用するカメラが高品質でない場合、被写体の輝度によっては像の位置がずれる可能性がある。このような場合は、そのままエッジ検出した後に直線を当てはめても実際とは異なる位置に直線が設定されてしまう恐れがある。この問題を解決するために、図8で示す校正指標は、その濃淡パターンが相補的となっていることで、上記ずれをキャンセルさせるようになっている。つまり、図7による校正指標と比較して、その優先指標のパターン模様は、実質的には2本の放射直線と、2本の平行直線とによって規定される1つの台形と、その台形の各頂点の180°回転位置に規定されるほぼ相似するダミーの4つの台形が黒く塗りつぶされた模様となっている。優先指標のパターン模様は、図7での非優先指標である三角形の対頂角側にもうひとつダミーの三角形が配置された模様となっている。つまり、校正指標としての中央の台形及び三角形の基準線を共有するダミーの台形と三角形が存在することにより、相補的な濃淡パターンが実現されている。
(2)
図9に示されたこの校正指標は、図8に示された校正指標と類似しているが、ダミーを含む台形及び三角形のサイズを、カメラ1より遠方側に位置するものほど大きくすることにより撮影画像上でのそれぞれのサイズがほぼ同一のサイズとなるように設定されている。この校正指標の撮影画像が図10に示されている。この図10から理解できるように、実際の路面上では放射状直線であったものが撮影画像上では垂直線として現れ、水平線であったものはそのまま水平線としてあらわれるので、画像処理におけるエッジ検出が大変処理がシンプルになる。これにより、各パターンのエッジ検出精度が向上、結果的に校正指標点の算定を導く直線検出の精度の向上が期待できる。
(2)
If the camera used is not of high quality, the position of the image may be shifted depending on the brightness of the subject. In such a case, even if the straight line is applied after detecting the edge as it is, the straight line may be set at a position different from the actual position. In order to solve this problem, the calibration index shown in FIG. 8 is designed to cancel the above-described deviation because the shading pattern is complementary. That is, compared with the calibration index according to FIG. 7, the pattern pattern of the priority index is substantially a trapezoid defined by two radiation lines and two parallel lines, and each of the trapezoids. Four similar trapezoidal trapezoids defined at the 180 ° rotation position of the apex are blacked out. The pattern pattern of the priority index is a pattern in which another dummy triangle is arranged on the opposite side of the triangle which is the non-priority index in FIG. In other words, the presence of a central trapezoid as a calibration index and a dummy trapezoid and a triangle that share a triangular reference line provide a complementary shading pattern.
(2)
The calibration index shown in FIG. 9 is similar to the calibration index shown in FIG. 8, but the trapezoidal and triangular sizes including the dummy are made larger as they are located farther from the camera 1. Each size on the photographed image is set to be substantially the same size. A photographed image of this calibration index is shown in FIG. As can be understood from FIG. 10, what is a radial straight line on the actual road surface appears as a vertical line on the photographed image, and what was a horizontal line appears as a horizontal line as it is. Becomes simple. As a result, the edge detection accuracy of each pattern is improved, and as a result, the accuracy of straight line detection leading to the calculation of calibration index points can be expected.

優先校正指標と非優先正指標との位置関係情報の一例を、図11を用いて説明する。ここには、校正指標9として、2つの優先校正指標M1、M2と2つの非優先正指標M3、M4が示されている。各校正指標9は図4で示された白黒の市松模様である。上述したように、一方の優先校正指標M1の指標点Qを算定する際に、市松模様パターンのエッジ検出によって直交する2つの直線が得られる。ここではその内の1つの直線L1上に非優先正指標M4が存在するように予め設定されている。同様に、他方の優先校正指標M2の指標点Qを算定する際に得られる直線L2上に非優先正指標M3が存在するように予め設定されている。これが、この図11の例での優先校正指標と非優先正指標との位置関係情報であり、優先校正指標として描かれている市松模様パターンに方向性の情報である直線情報を含ませている。この位置関係情報により、優先校正指標M1、M2が検出された後は、直線L1上及び直線L2上を探索することで非優先正指標M3、M4を効率よく見つけることができる。   An example of the positional relationship information between the priority calibration index and the non-priority positive index will be described with reference to FIG. Here, as the calibration index 9, two priority calibration indices M1 and M2 and two non-priority positive indices M3 and M4 are shown. Each calibration index 9 is a black and white checkered pattern shown in FIG. As described above, when calculating the index point Q of one of the priority calibration indices M1, two orthogonal straight lines are obtained by edge detection of the checkered pattern. Here, it is set in advance so that the non-priority positive index M4 exists on one of the straight lines L1. Similarly, the non-priority positive index M3 is set in advance so as to exist on the straight line L2 obtained when calculating the index point Q of the other priority calibration index M2. This is the positional relationship information between the priority calibration index and the non-priority positive index in the example of FIG. 11, and the checkerboard pattern drawn as the priority calibration index includes straight line information that is direction information. . After the priority calibration indices M1 and M2 are detected based on the positional relationship information, the non-priority positive indices M3 and M4 can be efficiently found by searching on the straight line L1 and the straight line L2.

本発明によるカメラ校正(カメラの校正)の具体的な目的の1つは、カメラ1により取得された撮像画像をモニタ6に表示するとともに、当該撮像画像に所定の画像情報(例えば、車両駐車スペースに駐車させたり、後退走行をさせたりする際にドライバの運転を支援する公知の駐車支援装置や運転支援装置等における車両の進路を予想した予想進路線等)を重畳する際に、撮影画像と重畳画像との関係を正確にするためである。本発明によるカメラ校正(カメラの校正)により実際の路面位置と撮影画像上での路面位置が正確に対応付けられているので、モニタ6におけるカメラ1により取得された撮像画像と付加的な重畳画像との位置関係が正確となる。すなわち、撮影画像はそのままで、重畳画像を補正して撮影画像と付加的な重畳画像との位置関係が正確になるようにもできるし、重畳画像は固定で撮影画像の方を補正して、撮影画像と付加的な重畳画像との位置関係が正確となるようにもできる。
また、本発明によるカメラ校正(カメラの校正)を通じて実際の路面位置と撮影画像上での路面位置が正確に対応付けられていると、車載カメラで取得された撮像画像に含まれる表示物(例えば、車線や物体等)の実際の位置が撮像画像の画像処理を通じて正確に特定することができる。
One specific purpose of camera calibration (camera calibration) according to the present invention is to display a captured image acquired by the camera 1 on the monitor 6 and to display predetermined image information (for example, a vehicle parking space) on the captured image. When superimposing a well-known parking assistance device or a driving assistance device that predicts the course of a vehicle in a known parking assistance device or driving assistance device that assists the driver when parking or driving backward, This is to make the relationship with the superimposed image accurate. Since the actual road surface position and the road surface position on the photographed image are accurately associated by the camera calibration (camera calibration) according to the present invention, the captured image acquired by the camera 1 in the monitor 6 and the additional superimposed image are added. The positional relationship with is accurate. That is, the captured image is left as it is, and the superimposed image is corrected so that the positional relationship between the captured image and the additional superimposed image is accurate. The superimposed image is fixed and the captured image is corrected, The positional relationship between the captured image and the additional superimposed image can be made accurate.
In addition, when the actual road surface position and the road surface position on the captured image are accurately associated through camera calibration (camera calibration) according to the present invention, a display object (for example, included in the captured image acquired by the in-vehicle camera) The actual position of the lane, object, etc.) can be accurately specified through image processing of the captured image.

〔別実施の形態〕
(1)上述した実施の形態では、ホモグラフィを算定するため、4つの校正指標を用いていたが、もちろん4つ以上の校正指標を用いてもよい。また、専有領域や共有領域に配置される指標の数を多くし、最も検出しやすいものだけを選択して利用するようにしてもよい。
(2)校正指標の形態は、上述した以外種々な変更が可能である。またそのパターン模様の形成はペンキ等を用いた描画に限られず、例えば光学的、照明的な方法によるパターン模様形成を採用してもよい。
(3)優先校正指標と非優先校正指標との位置関係は上述した関係以外の種々の関係を設定可能であり、またその位置関係は必ずしもメモリ等に格納する必要はなく、指標位置算定処理のアルゴリズムとして組み込んでもよい。
[Another embodiment]
(1) In the above-described embodiment, four calibration indices are used to calculate homography, but of course, four or more calibration indices may be used. In addition, the number of indices arranged in the exclusive area or the shared area may be increased, and only those that are most easily detected may be selected and used.
(2) Various modifications other than those described above are possible for the form of the calibration index. The formation of the pattern pattern is not limited to drawing using paint or the like, and for example, pattern pattern formation by an optical or illumination method may be employed.
(3) The positional relationship between the priority calibration index and the non-priority calibration index can be set to various relationships other than those described above, and the positional relationship is not necessarily stored in a memory or the like. It may be incorporated as an algorithm.

本発明は、そのカメラパラメータが未知である単一のカメラあるは複数のカメラために、撮影画像面とカメラ視界における特定平面との関係を整合させるカメラ校正を行う必要がある全ての分野で適用することができる。   The present invention is applicable to all fields where it is necessary to perform camera calibration for matching a relationship between a captured image plane and a specific plane in a camera view for a single camera or a plurality of cameras whose camera parameters are unknown. can do.

Π:第1平面(路面)
π:撮像画像面
H、H1,H2,H3,H4:ホモグラフィ
5:コントロールユニット
9:校正指標
M1、M2:優先校正指標
M3、M4:非優先校正指標
51:画像取得部
52:指標情報管理部
53:指標位置算定部
53a:優先指標位置算定部
53b:非優先指標位置算定部
54:ホモグラフィ算定部
56:校正部
57:表示画像生成部
Π: First plane (road surface)
π: captured image plane H, H1, H2, H3, H4: homography 5: control unit 9: calibration index M1, M2: priority calibration index M3, M4: non-priority calibration index 51: image acquisition unit 52: index information management Unit 53: Index position calculation unit 53a: Priority index position calculation unit 53b: Non-priority index position calculation unit 54: Homography calculation unit 56: Calibration unit 57: Display image generation unit

Claims (6)

カメラの撮影視界における第1平面内で規定された特定領域に配置された平面状の優先校正指標と前記特定領域以外の領域に配置された平面状の非優先校正指標とからなる少なくとも4つの校正指標を含む撮影画像を取得する画像取得部と、
前記優先校正指標と前記非優先校正指標との位置関係を予め設定するとともに、前記第1平面における前記優先校正指標と前記非優先校正指標との座標位置を実座標位置として格納する指標情報格納部と、
前記優先校正指標の画像上の座標位置を算定する優先校正指標位置算定部と、
前記位置関係及び算定された前記優先校正指標の座標位置を参照して前記非優先校正指標の画像上の座標位置を算定する非優先校正指標位置算定部と、
前記少なくとも4点の座標を表す校正指標の実座標位置と算定座標位置とから前記撮影画像の撮影画像面と前記第1平面との間のホモグラフィを算定するホモグラフィ算定部と、
前記ホモグラフィを用いて前記カメラの校正を行う校正部と、
を備え、
前記特定領域は前記カメラからの撮影距離が短い近傍領域であり、前記非優先校正指標は前記カメラからの撮影距離が長い遠方領域に配置されているカメラ校正装置。
At least four calibrations comprising a planar priority calibration index arranged in a specific area defined within the first plane in the camera field of view and a planar non-priority calibration index arranged in an area other than the specific area. An image acquisition unit for acquiring a captured image including an index;
An index information storage unit that presets the positional relationship between the priority calibration index and the non-priority calibration index, and stores the coordinate position of the priority calibration index and the non-priority calibration index on the first plane as an actual coordinate position. When,
A priority calibration index position calculator for calculating a coordinate position on the image of the priority calibration index;
A non-priority calibration index position calculation unit that calculates a coordinate position on the image of the non-priority calibration index with reference to the positional relationship and the calculated coordinate position of the priority calibration index;
A homography calculating unit that calculates a homography between the captured image plane of the captured image and the first plane from the actual coordinate position and the calculated coordinate position of the calibration index representing the coordinates of the at least four points;
A calibration unit that calibrates the camera using the homography;
With
The specific area is a near area where the shooting distance from the camera is short, and the non-priority calibration index is arranged in a far area where the shooting distance from the camera is long.
前記画像取得部は異なる撮影視界を有する複数のカメラからの撮影画像を取得し、前記各カメラからの撮影画像には隣り合うカメラの撮影画像の間で前記第1平面において共有している共有領域と共有していない専有領域とが含まれており、前記共有領域に前記非優先校正指標が配置されているとともに前記専有領域に前記優先校正指標が配置されており、前記校正部は前記カメラ毎に算定されたホモグラフィを用いて前記複数のカメラの校正を行う請求項1に記載のカメラ校正装置。   The image acquisition unit acquires captured images from a plurality of cameras having different shooting fields of view, and the captured image from each camera is shared in the first plane between the captured images of adjacent cameras. And the non-priority calibration index is arranged in the exclusive area, and the calibration unit is provided for each camera. The camera calibration apparatus according to claim 1, wherein the plurality of cameras are calibrated using the homography calculated in step 1. 前記カメラが車両に取り付けられた車載カメラであり、前記第1平面は路面であり、前記校正指標は前記路面と平行に配置される、平面模様を有するマーカである請求項1または2に記載のカメラ校正装置。   The said camera is a vehicle-mounted camera attached to the vehicle, The said 1st plane is a road surface, The said calibration parameter | index is a marker which has a plane pattern arrange | positioned in parallel with the said road surface. Camera calibration device. 前記カメラが移動体に取り付けられたカメラであり、前記第1平面は路面であり、前記
校正指標は前記路面に描画された模様としてのマーカである請求項1または2に記載のカメラ校正装置。
The camera calibration device according to claim 1, wherein the camera is a camera attached to a moving body, the first plane is a road surface, and the calibration index is a marker as a pattern drawn on the road surface.
前記カメラには、移動体前方を撮影視界とする前方カメラと、移動体右側方を撮影視界とする右側方カメラと、移動体左側方を撮影視界とする左側方カメラと、移動体後方を撮影視界とする後方カメラが含まれている請求項1から4のいずれか一項に記載のカメラ校正装置。   The camera has a front camera with a shooting field in front of the moving body, a right side camera with a shooting field on the right side of the moving body, a left side camera with a shooting field on the left side of the moving body, and a rear image of the moving body. The camera calibration apparatus according to claim 1, wherein a rear camera serving as a field of view is included. 各カメラの撮影視界における第1平面内で規定された専有領域に配置された平面状の優先校正指標及び隣り合うカメラの撮影画像の間で前記第1平面において共有している共有領域に配置された平面状の非優先校正指標からなる少なくとも4点の座標を表す校正指標を含む撮影画像を各カメラから取得する画像取得部と、
前記第1平面における前記優先校正指標と前記非優先校正指標との座標位置を実座標位置として格納する指標情報格納部と、
前記優先校正指標の画像上の座標位置を算定する優先校正指標位置算定部と、
校正指標の実座標位置と算定された前記優先校正指標の座標位置を参照して前記非優先校正指標の画像上の座標位置を算定する非優先校正指標位置算定部と、
各カメラからの撮影画像毎に前記少なくとも4点の座標を表す校正指標の実座標位置と算定座標位置とから各カメラの撮影画像面と前記第1平面との間のホモグラフィを算定するホモグラフィ算定部と、
前記カメラ毎に算定されたホモグラフィを用いて複数の前記カメラの校正を行う校正部と、
を備え、
前記専有領域は前記カメラからの撮影距離が短い近傍領域であり、前記非優先校正指標は前記カメラからの撮影距離が長い共有領域に配置されているカメラ校正装置。
The planar priority calibration index arranged in the exclusive area defined in the first plane in the shooting field of view of each camera and the shared area shared in the first plane between the captured images of the adjacent cameras. An image acquisition unit that acquires, from each camera, a captured image that includes a calibration index representing at least four coordinates of a flat non-priority calibration index;
An index information storage unit that stores the coordinate positions of the priority calibration index and the non-priority calibration index in the first plane as actual coordinate positions;
A priority calibration index position calculator for calculating a coordinate position on the image of the priority calibration index;
And the non-priority calibration target position calculating section for calculating a reference to a coordinate position on the image of the non-priority calibration target coordinate position before Kieu destination calibration indices were calculated and the actual coordinate position of the calibration target,
Homography for calculating homography between the captured image plane of each camera and the first plane from the actual coordinate position and calculated coordinate position of the calibration index representing the coordinates of the at least four points for each captured image from each camera A calculation department;
A calibration unit that calibrates the plurality of cameras using homography calculated for each camera,
With
The exclusive area is a near area where the shooting distance from the camera is short, and the non-priority calibration index is arranged in a common area where the shooting distance from the camera is long.
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