JP5136703B2

JP5136703B2 - カメラ設置位置評価プログラム、カメラ設置位置評価方法およびカメラ設置位置評価装置

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Publication number: JP5136703B2
Application number: JP2011552604A
Authority: JP
Inventors: 正芳橋間; 真一佐沢; 弘樹小林
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2010-02-02
Filing date: 2010-02-02
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2030-02-02
Also published as: JPWO2011096049A1; WO2011096049A1; US20120293628A1

Description

この発明は、カメラ設置位置評価プログラム、カメラ設置位置評価方法およびカメラ設置位置評価装置に関する。

従来、ロボットなどに搭載する環境計測カメラや建物に設置する監視カメラなど、機器や構造物、移動体などに組み込むカメラの設置位置の決定に関する技術が種々提案されている。

ところで、機器や構造物などにカメラを埋め込んで設置する場合、カメラを隠すために深く埋め込む方が望ましい。しかし、機器や構造物などにカメラを深く埋め込むと、カメラの視野範囲の中に、機器や構造物などが写り込んでしまう。カメラの設置位置を決定する場合には、カメラの視野範囲の中から、機器や構造物などが写り込む範囲をできるだけ少なくしたい。そこで、カメラの設置位置を決定する場合に、例えば、カメラ画像を用いたシミュレーションを行う従来技術１や、カメラの視野範囲が表現された３次元モデルを生成する従来技術２が採用されている。

上述した従来技術１を用いてカメラの設置位置を決定する場合、カメラ設置位置の設計者は、まず、カメラを埋め込む機器や構造物の３次元モデル上でカメラの設置位置を指定する。従来技術１は、設計者から指定された３次元モデル上の位置にカメラが設置されたと仮定した場合に、カメラにより取得される仮想的な画像を、画角やレンズ歪などのカメラ特性を考慮して生成する。そして、従来技術１は、生成した仮想的な画像を表示出力する。設計者は、表示出力された画像を見て、カメラの視野範囲や、カメラが設置される機器や構造物などが視野範囲への写り込む範囲を確認し、カメラの設置位置を調整するという手順でカメラの設置位置を決定する。なお、仮想的なカメラ画像を生成する技術としては、３次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）システムやデジタルモックアップ（Digital Mock-Up）、コンピュータグラフィクス（Computer Graphics）やバーチャルリアリティ（Virtual Reality）などが存在する。

また、上述した従来技術２を用いてカメラの設置位置を決定する場合、カメラ設置位置の設計者は、まず、カメラを埋め込む機器や構造物の３次元モデル上でカメラの設置位置を指定する。従来技術２は、設計者から指定された３次元モデル上の位置にカメラが設置されたと仮定した場合に、この設置位置に応じたカメラの視野範囲を表わす仮想的な視野範囲モデルを生成する。そして、従来技術２は、生成した視野範囲モデルを表示出力する。設計者は、表示出力された視野範囲モデルを見て、カメラの視野範囲を狭める死角領域を確認し、カメラの設置位置を調整するという手順でカメラの設置位置を決定する。

特開２００９−１０５８０２号公報

しかしながら、上述した従来技術１を用いてカメラ設置位置を決定する場合、設計者は、表示出力される画像を確認して、カメラの設置位置の良し悪しを判断するという手順でカメラの設置位置を決定する。同様に、上述した従来技術２を用いてカメラ設置位置の設計を行う場合、設計者は、表示出力される視野範囲モデルを確認してカメラの設置位置の良し悪しを判断するという手順でカメラ設置位置を決定する。従来技術１および従来技術２ともに、カメラ設置位置の設計を行う場合に設計者の試行錯誤を要するという点が問題である。

また、上述した従来技術２を用いてカメラ設置位置を決定する場合、生成される視野範囲モデルには死角となる領域が含まれている。このため、設計者は、カメラの視野範囲を正確に認識することが難しいという点も問題である。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、カメラの設置位置を効率的又は正確に決定することが可能なカメラ設置位置評価プログラム、カメラ設置位置評価方法およびカメラ設置位置評価装置を提供することを目的とする。

本願の開示する技術は、一つの態様において、コンピュータに、カメラ搭載対象物に搭載されるカメラの光軸に直交する仮想面を設定する設定手順を実行させる。さらに、カメラ搭載対象物の３次元モデルのデータ、前記設定手順により設定される仮想面のデータおよび前記カメラのパラメータを用いて、当該カメラにより取得される仮想的なカメラ画像を生成する生成手順を実行させる。さらに、前記生成手順により生成されたカメラ画像上で、前記３次元モデルと前記仮想面との境界を算出する算出手順を実行させる。

本願の開示する技術の一つの態様によれば、カメラの設置位置を決定する場合に設計者による試行錯誤を必要とせず、カメラの設置位置を効率的又は正確に決定できる。

図１は、実施例１に係るカメラ設置位置評価装置を示す図である。図２は、実施例２に係るカメラ設置位置評価装置の構成を示す図である。図３は、実施例２に係るモデルの斜視図である。図４は、実施例２に係るモデルの側面図である。図５は、実施例２に係る背景面の設定の説明に用いる図である。図６は、実施例２に係る背景面の一例を示す図である。図７は、実施例２に係るカメラ画像の一例を示す図である。図８は、実施例２に係る第１視野範囲計算部の説明に用いる図である。図９は、実施例２に係る第１視野範囲計算部の説明に用いる図である。図１０は、実施例２に係る視野モデル生成部の説明に用いる図である。図１１は、実施例２に係る視野モデル生成部の説明に用いる図である。図１２は、実施例２に係る第２視野範囲計算部の説明に用いる図である。図１３は、実施例２に係るカメラ設置位置評価装置の処理の流れを示す図である。図１４は、実施例２に係るカメラ設置位置評価装置の処理の説明に用いる図である。図１５は、実施例２に係るカメラ設置位置評価装置の処理の流れを示す図である。図１６は、カメラ設置位置評価プログラムを実行するコンピュータの一例を示す図である。

以下に、図面を参照しつつ、本願の開示するカメラ設置位置評価プログラム、カメラ設置位置評価方法およびカメラ設置位置評価装置の一実施形態について詳細に説明する。なお、以下では、本願の開示するカメラ設置位置評価プログラム、カメラ設置位置評価方法およびカメラ設置位置評価装置の一実施形態として後述する実施例により、本願が開示する技術が限定されるものではない。

図１は、実施例１に係るカメラ設置位置評価装置を示す図である。図１に示すように、カメラ設置位置評価装置１は、設定部２、生成部３および算出部４を有する。

設定部２は、カメラ搭載対象物に搭載されるカメラの光軸に直交する仮想面を設定する。なお、仮想面とは、カメラの光軸に直交する仮想的な平面である。生成部３は、カメラ搭載対象物の３次元モデルのデータ、設定部２により設定される仮想面のデータおよびカメラのパラメータを用いて、カメラにより取得される仮想的なカメラ画像を生成する。算出部４は、生成部３により生成されたカメラ画像上で、カメラ搭載対象物の３次元モデルと設定部２により設定される仮想面との境界を算出する。

カメラ設置位置評価装置１は、カメラ搭載対象物に搭載されるカメラの光軸方向に、この光軸と直交する仮想的な平面を設定してから、カメラにより撮影が行われたと仮定した場合の仮想的なカメラ画像を生成する。よって、カメラ設置位置評価装置１は、カメラ搭載対象物がカメラの視野範囲にどのように写りこんでいるかを表すデータを得ることができる。そして、カメラ設置位置評価装置１は、この仮想的なカメラ画像上で、カメラ搭載対象物の３次元モデルと設定部２により設定される仮想面との境界を算出するので、この境界を元に、現在のカメラ設置位置におけるカメラの視野範囲を定量的に得られる。このようなことから、実施例１に係るカメラ設置位置評価装置１は、カメラの設置位置を決定する場合に設計者による試行錯誤を必要とせず、カメラの設置位置を効率的かつより正確に決定できる。

［カメラ設置位置評価装置の構成（実施例２）］
図２は、実施例２に係るカメラ設置位置評価装置の構成を示す図である。図２に示すように、実施例２に係るカメラ設置位置評価装置１００は、３次元モデル入力部１０１、カメラ設置位置入力部１０２およびカメラ特性データ入力部１０３を有する。

さらに、カメラ設置位置評価装置１００は、図２に示すように、背景面生成部１０４、３次元モデル管理部１０５および３次元モデル表示部１０６を有する。さらに、カメラ設置位置評価装置１００は、図２に示すように、カメラ画像生成部１０７、カメラ画像表示部１０８、第１視野範囲計算部１０９、視野モデル生成部１１０、第２視野範囲計算部１１１および視野情報出力部１１２を有する。

なお、背景面生成部１０４、カメラ画像生成部１０７、カメラ画像表示部１０８、第１視野範囲計算部１０９、視野モデル生成部１１０、第２視野範囲計算部１１１および視野情報出力部１１２は、例えば、電子回路や集積回路である。電子回路としては、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）があり、集積回路としては、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ (Field Programmable Gate Array)などがある。

３次元モデル入力部１０１は、カメラ搭載対象物の３次元モデルを入力する。３次元モデルは、形状データ、位置データ、色データを含み、例えば、ＶＲＭＬ（Virtual Reality Modeling Language）など、汎用のフォーマット言語を用いて表現される。カメラ搭載対象物とは、例えば、車両、建物などの構造物、ロボットなど、カメラが搭載される物体を意味する。また、３次元モデルは、ワールド座標系における床面の平面位置のデータも含んでいるものとする。ワールド座標系とは、３次元空間にある物体の位置を定義する上で基準となる座標系であり、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸からなる座標軸と原点を有する。Ｘ軸およびＹ軸は床面上で直交する座標軸である。Ｚ軸は、Ｘ軸およびＹ軸の交点から床面に対して鉛直方向にのびる座標軸である。

形状データは３角形ポリゴンの数および３角形ポリゴンのモデル座標系における頂点位置の座標を有する。上述したカメラ搭載対象物の３次元モデルは、複数の３角形ポリゴンを各頂点位置の座標に基づいて組み合わせることで作成される。

モデル座標系とは、３次元モデルごとに定義されるローカル座標系であり、原点および互いに直交する３つの座標軸であるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を有する。ワールド座標系に対して、モデル座標系における位置および姿勢を定義することにより、３次元空間上での３次元モデルの位置および姿勢が決定される。

カメラ設置位置入力部１０２はカメラの設置位置やカメラの姿勢の候補として複数のサンプルを入力する。なお、複数のサンプルとは、例えば、カメラ座標系の位置や姿勢を変化させて作った位置ベクトルや回転ベクトルの組合せである。カメラ座標系とは、カメラごとに定義されるローカル座標系であり、カメラのレンズの中心を原点とし、カメラの光軸方向の軸であるＺ軸、原点を通り撮像面の横軸と並行な方向の軸であるＸ軸、および原点を通りＸ軸に直交する方向の軸であるＹ軸を有する。カメラの設置位置は、カメラ座標系の原点の位置ベクトル値で得られる。また、カメラの姿勢は、カメラ座標系のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の回転ベクトル値で得られる。回転ベクトルは、例えば、ロール角、ピッチ角、ヨー角、オイラー角などに該当する。ロール角は、カメラ搭載対象物に対して水平方向のカメラの傾きを示す角度である。ピッチ角は、カメラ搭載対象物に対して鉛直方向のカメラの傾きを示す角度である。ヨー角は、例えば、Ｚ軸を基準としたカメラの回転角度である。オイラー角は、カメラ座標系における各座標軸の回転角度の組合せである。

カメラ特性データ入力部１０３は、カメラの画角、焦点距離、撮像面サイズなどカメラ画像を生成するために必要なパラメータを入力する。

図３は、実施例２に係るモデルの斜視図である。図４は、実施例２に係るモデルの側面図である。図３の２００はカメラ搭載対象物の３次元モデルを示し、図３の３００はカメラ搭載対象物に搭載されるカメラのモデルを示す。また、図３の３１はカメラ座標系を示し、図３の３２はモデル座標系を示す。また、図４の２００はカメラ搭載対象物の３次元モデルを示し、図４の３００はカメラ搭載対象物に搭載されるカメラのモデルを示す。図４の４１はカメラ搭載対象物が配置される床面を示し、図４の４２はカメラの視野範囲を示し、図４の４３はカメラの光軸を示す。

例えば、３次元モデル入力部１０１は、カメラ搭載対象物の３次元モデルを入力すると、図３に示すようなモデル座標系３２を３次元モデルに動的に定義する。また、例えば、カメラ設置位置入力部１０２は、カメラの設置位置および姿勢の候補として入力する複数のサンプルごとにカメラ座標系３１を動的に定義する。また、カメラ特性データ入力部１０３により入力されるカメラの画角、焦点距離、撮像面サイズなどにより、図４に示すようなカメラの視野範囲４２やカメラの光軸４３のデータが得られる。

背景面生成部１０４は、カメラ搭載対象物に搭載されるカメラの光軸に直交する仮想的な背景面を設定する。図５は、実施例２に係る背景面の設定の説明に用いる図である。図５には、カメラ搭載対象物の３次元モデルと、設置されるカメラの様子を横から見た側面図を示す。図５の２００はカメラ搭載対象物の３次元モデルを示し、図５の３００はカメラのモデルを示し、図５の５１は、バウンディングボックス（Bounding Box）を示し、図５の５２は背景面を示し、図５の５３はカメラの視野範囲を示し、図５の５４はカメラの光軸を示す。図５の５１に示すように、バウンディングボックスとは、３次元モデルを取り囲む境界線で表現された矩形領域である。

例えば、図５に示すように、背景面生成部１０４は、まず、後述する３次元モデル入力部１０１により入力されたカメラ搭載対象物の３次元モデルのデータを用いて、３次元モデルのバウンディングボックス５１を計算する。次に、背景面生成部１０４は、カメラ設置位置入力部１０２により入力されたカメラの設置位置についてのデータおよびカメラ特性データ入力部１０３により入力されたカメラの特性についてのデータを用いて、カメラの設置位置およびカメラの光軸方向を計算する。そして、背景面生成部１０４は、カメラの光軸５４に垂直な平面で、かつバウンディングボックス５１の頂点を通る平面を計算し、計算した平面の中から、カメラの光軸５４の起点から最も遠い平面を背景面５２として設定する。カメラの光軸５４の起点とは、例えば、カメラが有するレンズの中心、いわゆる光学中心である。なお、背景面５２は、平面に限られるものではなく、例えば、魚眼レンズを有するカメラをカメラ搭載対象物に搭載する場合には、背景面を球面にすることもできる。また、背景面５２は、光軸に直交する平面に限られるものではなく、平面のローカル座標を定義した背景面を用いることもできる。

図６は、実施例２に係る背景面の一例を示す図である。図６の６１は背景面を示し、図６の６２はカメラ座標系のＸ軸と平行な軸を示し、図６の６３はカメラ座標系のＹ軸と平行な軸を示し、図６の６４はカメラ座標系のＺ軸との交点を示す。

背景面生成部１０４は、カメラ搭載対象物の３次元モデルに使用される色とは異なる色を用いて、例えば、図６に示すように、背景面６１に等間隔の格子線を有する格子模様を貼り付ける。背景面生成部１０４は、カメラの光軸方向の座標軸をＺ軸、図６に示す格子模様の水平方向をＸ軸６２、格子模様の垂直方向をＹ軸６３とする背景面座標系を背景面６１に設定する。

３次元モデル管理部１０５は、カメラ搭載対象物の３次元モデルのデータ、背景面のデータ、視野範囲モデルのデータを管理する。３次元モデル管理部１０５は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）やフラッシュメモリ(flash memory)などの半導体メモリ素子などの記憶部であり、３次元モデルのデータ、背景面のデータ、視野範囲モデルのデータを記憶する。

３次元モデル表示部１０６は、３次元モデル管理部１０５に管理されているカメラ搭載対象物の３次元モデルのデータ、背景面のデータ、視野範囲モデルのデータをディスプレイやモニタなどに表示出力する。

カメラ画像生成部１０７は、カメラ搭載対象物の３次元モデルのデータ、背景面のデータおよびカメラ搭載対象物に搭載されるカメラのパラメータを用いて、カメラにより取得される仮想的なカメラ画像を生成する。例えば、カメラ画像生成部１０７は、３次元モデル管理部１０５からカメラ搭載対象物の３次元モデルのデータおよび背景面のデータを取得する。さらに、カメラ画像生成部１０７は、カメラ特性データ入力部１０３により入力されたカメラの画角、焦点距離および撮像面サイズなどのパラメータを取得する。そして、カメラ画像生成部１０７は、射影変換などの公知技術を用いて仮想的なカメラ画像を生成する。

図７は、実施例２に係るカメラ画像の一例を示す図である。図７には、中心射影により生成されたカメラ画像を示す。図７の７１はカメラ画像を示し、図７の７２は、カメラ画像における座標系を示し、図７の７３はカメラ画像内に写りこむカメラ搭載対象物の３次元モデルを示し、図７の７４は背景面を示す。なお、以下では、カメラ画像内の背景面７４に対応する領域から、カメラ搭載対象物の３次元モデルが写りこんだ領域を除いた領域を視野領域と表記する。カメラ画像生成部１０７は、図７に示すように、計算したカメラの撮像イメージに対してカメラ画像における座標系７２を設定することにより、カメラ画像の生成を完了する。なお、カメラ画像の生成に関する公知技術については、例えば、特開２００９−１０５８０２号公報を参照されたい。

カメラ画像表示部１０８は、カメラ画像生成部１０７により生成されたカメラ画像をディスプレイやモニタなどに表示出力する。

第１視野範囲計算部１０９は、カメラ画像を元に、仮想的な背景面上におけるカメラの視野範囲を特定するためのデータを計算する。図８は、実施例２に係る第１視野範囲計算部の説明に用いる図である。図８の８１はカメラ画像を示し、図８の８２はカメラ画像上の背景面を示し、図８の８３はカメラ搭載対象物を示し、図８の８４は視野領域の境界線を示し、図８の８５および８６はカメラ画像の座標系の座標軸を示す。また、図８の８７は座標軸８５と同一方向の格子線を示し、図８の８８は境界線８４と格子線８７との交点を示す。

例えば、第１視野範囲計算部１０９は、まず、背景面に設定された色と、カメラ搭載対象物に設定された色との違いに基づいて、カメラ画像上の背景面８２から、カメラ搭載対象物８３の３次元モデルに対応する領域を除外する。その後、第１視野範囲計算部１０９は、カメラ搭載対象物８３の３次元モデルに対応する領域が除外されたカメラ画像のエッジを抽出することにより、カメラ搭載対象物８３の３次元モデルに対応する領域と視野領域との境界線８４を検出する。そして、第１視野範囲計算部１０９は、視野領域の境界線８４と格子線８７との交点８８を検出する。同様にして、第１視野範囲計算部１０９は、背景面に設定された格子線と境界線８４との交点を全て検出する。

続いて、第１視野範囲計算部１０９は、カメラ画像上で検出した全ての交点に対応する背景面上の点を検出する。図９は、実施例２に係る第１視野範囲計算部の説明に用いる図である。図９の９１は背景面を示し、図９の９２はカメラの撮像面を示し、図９の９３はカメラのレンズ中心、いわゆる光学中心を示し、図９の９４は撮像面上の点を示し、図９の９５は背景面上の点を示す。なお、図９に示す撮像面９２は、図８に示すカメラ画像８１が撮影される面である。

例えば、第１視野範囲計算部１０９は、まず、カメラ画像上で検出された交点の位置を撮像面９２上の３次元位置に変換する。次に、第１視野範囲計算部１０９は、撮像面９２上の交点の３次元位置を射影変換することにより、撮像面９２上の３次元位置に対応する背景面上の位置を計算する。例えば、第１視野範囲計算部１０９は、撮像面９２上の点９４の３次元位置を射影変換することにより、点９４に対応する背景面上の点９５の位置を計算する。同様にして、第１視野範囲計算部１０９は、カメラ画像上で検出された全ての交点に対応する背景面上の位置を計算する。例えば、カメラ画像上で検出された全ての交点に対応する背景面上の位置の座標値は、仮想的な背景面上におけるカメラの視野範囲を特定するためのデータとなる。そして、例えば、カメラ画像上で検出された全ての交点に対応する背景面上の位置を接続する滑らかな曲線は、カメラ画像上における背景面と３次元モデルとの境界を表す。

視野モデル生成部１１０は、カメラ画像上で検出された全ての交点に対応する背景面上の位置を用いてカメラの視野領域を示す３次元形状を生成する。図１０および図１１は、実施例２に係る視野モデル生成部の説明に用いる図である。図１０の１０−１は、カメラのレンズの中心を示し、図１０の１０−２は、撮像面上の視野領域の形状を示し、図１０の１０−３は、背景面上の視野領域の形状を示す。また、図１１の１１−１は、カメラのレンズの中心を示し、図１１の１１−２は、背景面上の視野領域の形状を示し、図１１の１１−３は、視野領域の３次元形状を示す。

まず、視野モデル生成部１１０は、カメラ画像上で検出された全ての交点に対応する背景面上の位置と、背景面の各頂点の位置とに基づいて、図１０に示すように、背景面上の視野領域の形状１０−３を求める。例えば、カメラ画像上で検出された全ての交点に対応する背景面上の３次元位置を示す座標と、背景面の各頂点の位置を示す３次元位置の座標とを接続することにより、背景面上における視野領域の形状を求める。そして、視野モデル生成部１１０は、図１１に示すように、カメラのレンズの中心１１−１を頂点とし、背景面上の視野領域の形状１１−２を底面とする３次元形状１１−３を求める。この３次元形状１１−３は、視野範囲モデルともいう。

第２視野範囲計算部１１１は、カメラのレンズの中心を頂点とし、背景面上の視野領域の形状を底面とする３次元形状、つまり視野範囲モデルを用いて床面上の視野領域の形状を計算する。図１２は、実施例２に係る第２視野範囲計算部の説明に用いる図である。図１２の１２−１はカメラのレンズの中心を示し、図１２の１２−２は視野範囲モデルを示し、図１２の１２−３は床面の平面モデルを示し、図１２の１２−４は床面上の視野領域の形状を示す。

まず、第２視野範囲計算部１１１は、カメラ座標系に属する視野範囲モデルの位置を、カメラ搭載対象物の３次元モデルが属するモデル座標系の位置を変換する。さらに、第２視野範囲計算部１１１は、視野範囲モデルの位置を、床面の平面モデルが属するワールド座標系の位置に変換する。また、第２視野範囲計算部１１１は、カメラ座標系に属する視野範囲モデルの位置を、床面の平面モデルが属するワールド座標系の位置に一度に変換することもできる。

次に、第２視野範囲計算部１１１は、入力された床面のデータを用いて床面の平面モデル１２−３を設定する。続いて、第２視野範囲計算部１１１は、カメラのレンズの中心１２−１と背景面上の視野領域の形状の各頂点とを結ぶ直線１２−２をそれぞれ求める。そして、第２視野範囲計算部１１１は、カメラのレンズの中心と背景面上の視野領域の形状の各頂点とを結ぶ直線と、床面との交点を元にして、例えば、図１２に示すように、床面の平面モデル１２−３上の視野領域の形状１２−４を求める。

なお、カメラ設置位置評価装置１００は、カメラ設置位置入力部１０２により入力されるカメラの設置位置および姿勢について複数のサンプルについて、床面の平面モデル上の視野領域の形状をサンプルごとに求める。

視野情報出力部１１２は、床面の平面モデル上に投影されたカメラの視野領域がなす面積に基づいて、カメラの設置位置および姿勢の最適解を出力する。例えば、床面の平面モデル上に投影されたカメラの視野領域がなす面積が最大となるときのカメラの設置位置および姿勢の最適解として出力する。

なお、上述した実施例において「位置」という場合には、対応する座標系における座標値に該当する。

［カメラ設置位置評価装置の処理（実施例２）］
まず、図１３を用いて、カメラ設置位置評価装置１００の全体の処理の流れを説明する。図１３は、実施例２に係るカメラ設置位置評価装置の処理の流れを示す図である。なお、図１３は、カメラの設置位置や姿勢についての複数の候補を入力し、入力された候補についてカメラの撮影範囲を計算し、計算結果に基づいて最適な解を抽出するまでの処理の流れを示す。また、図１３に示すカメラ設置位置評価装置１００による処理は、カメラの設置位置および姿勢の候補として、カメラ設置位置入力部１０２により入力される複数のサンプルごとに実行される。複数のサンプルとは、上述したように、例えば、設置させるカメラごとに入力されるカメラ座標系におけるカメラの設置位置に対応した座標値や、カメラのロール角などに対応したカメラ座標系における各座標軸の回転ベルトル値である。

図１３に示すように、カメラの設置範囲およびシミュレーションを実行するサンプル数の指定を受け付けると（ステップＳ１３０１）、例えば、カメラ設置位置入力部１０２は、サンプル毎にカメラの設置位置および姿勢を計算する（ステップＳ１３０２）。

例えば、カメラのチルト角の最小値「Ｘ１」〜最大値「Ｘ２」までをカメラの設置範囲として指定されたものとする。なお、チルト角とは、カメラの光軸が水平方向から何度下向きに傾いているかを示す角度である。また、シミュレーションのサンプル数として「Ｎ」を指定されたものとする。Ｎは正の整数とし、シミュレーションとはカメラの撮影範囲を計算するシミュレーションを意味するものとする。例えば、ｉ番目のサンプルに対応するカメラのチルト角は、Ｘ１＋（Ｘ２−Ｘ１）／Ｎｉで表される。

次に、背景面生成部１０４は、カメラ搭載対象物の３次元モデルの背後に仮想的な背景面をサンプル毎に設定する（ステップＳ１３０３）。続いて、カメラ画像生成部１０７は、サンプル毎にカメラ画像を生成する（ステップＳ１３０４）。そして、カメラ設置位置評価装置１００は、床面上の視野領域計算処理を実行する（ステップＳ１３０５）。なお、ステップＳ１３０５に対応する視野領域計算処理については、図１５を用いて後述する。

視野情報出力部１１２は、床面における視野領域面積「Ａ」およびカメラ搭載対象物から床面上の視野領域までの最短距離「Ｂ」を計算する（ステップＳ１３０６）。図１４は、実施例２に係るカメラ設置位置評価装置の処理の説明に用いる図である。図１４の１４−１は床面を示し、図１４の１４−２は床面上の視野領域を示し、図１４の１４−３はカメラ搭載対象物の３次元モデルを示し、図１４の１４−４は、床面上の視野領域とカメラ搭載対象物の３次元モデルとの間の最短距離を示す。視野情報出力部１１２が計算する視野領域面積「Ａ」は、図１４に示す１４−２の面積に対応し、視野情報出力部１１２が計算する最短距離「Ｂ」は、図１４に示す１４−４の距離に対応する。

さらに、視野情報出力部１１２は、サンプル毎に「ｕＡ−ｖＢ」を計算する（ステップＳ１３０７）。なお、ｕ，ｖは、任意に設定する重み係数である。そして、視野情報出力部１１２は、「ｕＡ−ｖＢ」が最大となるときのサンプルと特定し、特定したサンプルに対応するカメラの設置位置および姿勢を最適解として抽出し（ステップＳ１３０８）、処理を終了する。

続いて、図１５を用いて、カメラ設置位置評価装置１００による床面上の視野領域計算処理の流れを説明する。図１５は、実施例２に係るカメラ設置位置評価装置の処理の流れを示す図である。

図１５に示すように、第１視野範囲計算部１０９は、カメラ画像から背景面上におけるカメラの視野領域を計算する（ステップＳ１５０１）。次に、第１視野範囲計算部１０９は、背景面上におけるカメラの視野領域の境界線を検出し（ステップＳ１５０２）、検出した境界線と、背景面上の格子線との交点「Ｃ_１〜Ｃ_ｎ」を検出する（ステップＳ１５０３）。なお、ｎは、交点の数に応じた正の整数に該当し、交点の数が１０個であれば「Ｃ_１０」と表記されることとなる。

視野モデル生成部１１０は、カメラ画像上での交点「Ｃ_１〜Ｃ_ｎ」の位置を撮像面上での位置に変換する（ステップＳ１５０４）。そして、視野モデル生成部１１０は、射影変換により、撮像面上の交点「Ｃ_１〜Ｃ_ｎ」の位置に対応する、背景面上の位置を計算する（ステップＳ１５０５）。

第２視野範囲計算部１１１は、背景面上での交点「Ｃ_１〜Ｃ_ｎ」の位置を用いて、背景面上での視野範囲領域を算出する（ステップＳ１５０６）。そして、第２視野範囲算出部１１１は、カメラのレンズの中心位置と背景面上の視野領域形状とに基づいて、床面上の視野領域形状を計算し（ステップＳ１５０７）、床面上の視野領域計算処理を終了する。

［実施例２による効果］
上述してきたように、実施例２によれば、カメラ設置位置評価装置１００は、カメラ搭載対象物に搭載されるカメラの光軸方向に、この光軸と直交する仮想的な平面を設定してから、カメラにより撮影が行われたと仮定した場合の仮想的なカメラ画像を生成する。そして、カメラ設置位置評価装置１００は、カメラ搭載対象物の３次元モデルと設定部２により設定される仮想面との境界を算出するので、この境界を元に、現在のカメラ設置位置におけるカメラの視野範囲を定量的に得ることができる。このようなことから、カメラの設置位置を決定する場合に設計者による試行錯誤を必要とせず、例えば、カメラの視野範囲が最大となるようなカメラの設置位置を効率的かつより正確に決定できる。

また、実施例２によれば、カメラの視野範囲を表す３次元モデルを用いて、カメラ搭載対象物が配置された床面におけるカメラの視野領域を算出するので、カメラで実際に撮影した画像に対応する視野領域を設計者に提供することができる。

また、実施例２によれば、カメラ搭載対象物の３次元モデルの色とは異なる色を背景面に設定するので、生成した仮想的なカメラ画像からカメラの視野領域を効率的に算出できる。

以下、本願の開示するカメラ設置位置評価装置の他の実施形態を説明する。

（１）装置構成等
例えば、図２に示したカメラ設置位置評価装置１００の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、カメラ設置位置評価装置１００の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、例えば、第１視野範囲計算部１０９と第２視野範囲計算部１１１とを機能的または物理的に統合する。このように、カメラ設置位置評価装置１００の全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。

（２）カメラ設置位置評価方法
上述してきた実施例２により以下のようなステップを含むカメラ設置位置評価方法が実現される。すなわち、このカメラ設置位置評価方法は、カメラ搭載対象物に搭載されるカメラの光軸に直交する仮想的な背景面を設定する設定ステップを含む。この設定ステップは、図２の背景面生成部１０４にて実行される処理に対応する。さらに、このカメラ設置位置評価方法は、カメラ搭載対象物の３次元モデルのデータ、設定ステップにより設定される仮想的な背景面のデータおよびカメラのパラメータを用いて、カメラにより取得される仮想的なカメラ画像を生成する生成ステップを含む。この生成ステップは、図２のカメラ画像生成部１０７にて実行される処理に対応する。さらに、このカメラ設置位置評価方法は、生成ステップにより生成されたカメラ画像上で、カメラ搭載対象物の３次元モデルと仮想的な背景面との境界を算出する算出ステップを含む。この算出ステップは、図２の第１視野範囲計算部１０９にて実行される処理に対応する。

（３）カメラ設置位置評価プログラム
また、例えば、実施例１で説明したカメラ設置位置評価装置１００の各種の処理は、あらかじめ用意されたプログラムをパーソナルコンピュータやワークステーションなどのコンピュータシステムで実行することによって実現することもできる。なお、カメラ設置位置評価装置１００の各種の処理については、例えば、図１３等を参照されたい。

そこで、以下では、図１６を用いて、実施例２で説明したカメラ設置位置評価装置１００による処理と同様の機能を実現するカメラ設置位置評価プログラムを実行するコンピュータの一例を説明する。図１６は、カメラ設置位置評価プログラムを実行するコンピュータの一例を示す図である。

図１６に示すように、カメラ設置位置評価装置１００として機能するコンピュータ４００は、入力装置４０１、モニタ４０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）４０３、ＲＯＭ（Read Only Memory）４０４を有する。また、コンピュータ４００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４０５、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）４０６を有する。

なお、入力装置４０１は、例えば、キーボードやマウスなどである。モニタ４０２は、入力装置４０１であるマウスと協働して、ポインティングデバイス機能を実現する。また、モニタ４０２は、各種の情報、例えば三次元モデル画像を表示する表示デバイスであり、ディスプレイやタッチパネルなどで代用が可能である。なお、入力装置４０１であるマウスによってポインティングデバイス機能が実現される場合に限られるものではなく、タッチパッドなどの他の入力デバイスによりポインティングデバイス機能が実現されてもよい。

なお、ＣＰＵ４０５の代わりに、例えば、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）などの電子回路、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ (Field Programmable Gate Array)などの集積回路を用いることもできる。また、ＲＡＭ４０３やＲＯＭ４０４の代わりに、フラッシュメモリ(flash memory)などの半導体メモリ素子を用いることもできる。

そして、コンピュータ４００は、入力装置４０１、モニタ４０２、ＲＡＭ４０３、ＲＯＭ４０４、ＣＰＵ４０５およびＨＤＤ４０６をバス４０７で相互に接続する。

そして、ＨＤＤ４０６には、上述したカメラ設置位置評価装置１００の機能と同様の機能を発揮するカメラ設置位置評価プログラム４０６ａが記憶されている。なお、このカメラ設置位置評価プログラム４０６ａを適宜分散させて、ネットワークを介して通信可能に接続された他のコンピュータの記憶部に記憶させておくこともできる。

そして、ＣＰＵ４０５が、カメラ設置位置評価プログラム４０６ａをＨＤＤ４０６から読み出してＲＡＭ４０３に展開することにより、図１６に示すように、カメラ設置位置評価プログラム４０６ａはカメラ設置位置評価プロセス４０５ａとして機能する。

すなわち、カメラ設置位置評価プロセス４０５ａは、各種データ４０３ａをＲＡＭ４０３において身に割り当てられた領域に展開し、この展開した各種データ４０３ａに基づいて各種処理を実行する。

なお、カメラ設置位置評価プロセス４０５ａは、例えば、図２に示した背景面生成部１０４にて実行される処理に対応する処理を含む。また、カメラ設置位置評価プロセス４０５ａは、例えば、図２に示したカメラ画像生成部１０７にて実行される処理に対応する処理を含む。また、カメラ設置位置評価プロセス４０５ａは、例えば、図２に示したカメラ画像表示部１０８にて実行される処理に対応する処理を含む。また、カメラ設置位置評価プロセス４０５ａは、例えば、図２に示した第１視野範囲計算部１０９にて実行される処理に対応する処理を含む。また、カメラ設置位置評価プロセス４０５ａは、例えば、図２に示した視野モデル生成部１１０にて実行される処理に対応する処理を含む。また、カメラ設置位置評価プロセス４０５ａは、例えば、図２に示した第２視野範囲計算部１１１にて実行される処理に対応する処理を含む。また、カメラ設置位置評価プロセス４０５ａは、例えば、図２に示した視野情報出力部１１２にて実行される処理に対応する処理を含む。

なお、カメラ設置位置評価プログラム４０６ａについては、必ずしも最初からＨＤＤ４０６に記憶させておく必要はない。例えば、コンピュータ４００に挿入されるフレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤディスク、光磁気ディスク、ＩＣカードなどの「可搬用の物理媒体」に各プログラムを記憶させておく。そして、コンピュータ４００がこれらから各プログラムを読み出して実行するようにしてもよい。

さらには、公衆回線、インターネット、ＬＡＮ、ＷＡＮなどを介してコンピュータ４００に接続される「他のコンピュータ（またはサーバ）」などに各プログラムを記憶させておく。そして、コンピュータ４００がこれらから各プログラムを読み出して実行するようにしてもよい。

１カメラ設置位置評価装置
２設定部
３生成部
４算出部
１００カメラ設置位置評価装置
１０１３次元モデル入力部
１０２カメラ設置位置入力部
１０３カメラ特性データ入力部
１０４背景面生成部
１０５３次元モデル管理部
１０６３次元モデル表示部
１０７カメラ画像生成部
１０８カメラ画像表示部
１０９第１視野範囲計算部
１１０視野モデル生成部
１１１第２視野範囲計算部
１１２視野情報出力部
２００カメラ搭載対象物の３次元モデル
３００カメラのモデル
４００コンピュータ
４０１入力装置
４０２モニタ
４０３ＲＡＭ
４０４ＲＯＭ
４０５ＣＰＵ
４０６ＨＤＤ
４０７バス

Claims

コンピュータに、
カメラ搭載対象物に搭載されるカメラの光軸に直交する仮想面を設定する設定手順と、
カメラ搭載対象物の３次元モデルのデータ、前記設定手順により設定される仮想面のデータおよび前記カメラのパラメータを用いて、当該カメラにより取得される仮想的なカメラ画像を生成する生成手順と、
前記生成手順により生成されたカメラ画像上で、前記３次元モデルと前記仮想面との境界を算出する算出手順と
を実行させることを特徴とするカメラ設置位置評価プログラム。
前記コンピュータに、
前記算出手順により算出された前記境界を用いて、前記設定手順により設定された前記仮想面における前記カメラの視野領域を算出する第１の視野領域算出手順と、
前記第１の視野範囲算出手順により算出された前記仮想面上の視野範囲を底面とし、前記カメラの光学中心を頂点とする視野範囲モデルを生成するモデル生成手順と、
前記モデル生成手順により生成された前記視野範囲モデルを用いて、前記３次元モデルが配置されている床面における前記カメラの視野領域を算出する第２の視野領域算出手順と
をさらに実行させることを特徴とする請求項１に記載のカメラ設置位置評価プログラム。
前記設定手順は、前記３次元モデルに使用する色とは異なる色を前記仮想面に設定することを特徴とする請求項２に記載のカメラ設置位置評価プログラム。
カメラの設置位置を評価するカメラ設置位置評価装置が行うカメラ設置位置評価方法であって、
カメラ搭載対象物に搭載されるカメラの光軸に直交する仮想面を設定する設定ステップと、
カメラ搭載対象物の３次元モデルのデータ、前記設定ステップにより設定される仮想面のデータおよび前記カメラのパラメータを用いて、当該カメラにより取得される仮想的なカメラ画像を生成する生成ステップと、
前記生成ステップにより生成されたカメラ画像上で、前記３次元モデルと前記仮想面との境界を算出する算出ステップと
を含んだことを特徴とするカメラ設置位置評価方法。
カメラ搭載対象物に搭載されるカメラの光軸に直交する仮想面を設定する設定部と、
カメラ搭載対象物の３次元モデルのデータ、前記設定部により設定される仮想面のデータおよび前記カメラのパラメータを用いて、当該カメラにより取得される仮想的なカメラ画像を生成する生成部と、
前記生成部により生成されたカメラ画像上で、前記３次元モデルと前記仮想面との境界を算出する算出部と
を有することを特徴とするカメラ設置位置評価装置。