JP5491235B2 - カメラキャリブレーション装置 - Google Patents
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Description
前記特徴点検出部で検出した特徴点と前記直線画像が交差する2方向の情報をもとに、前記複数のカメラで撮影した画像を合成して真上からの視点に変換した俯瞰画像を生成する視点変換部と、前記俯瞰画像から前記車両と前記直線画像との境界位置を判別して車両画像の表示枠を決定し、前記俯瞰画像に対する前記表示枠の割合及び位置が予め指定した値になるように前記俯瞰画像を変更する調整部と、前記変更した俯瞰画像をもとに計算された前記各カメラの特性を示すカメラパラメータを格納するカメラデータ記憶部と、を具備したことを特徴とする。
本実施形態では、先ず複数のカメラ(11〜14)を図2で説明したように車両の前後左右に取り付ける。そしてレンズ歪補正をした後に、ある程度カメラが地面の向きになるように画像を視点変換させた画像にする。そのとき、その画像の面に対する視点の位置も記憶しておく。駐車場の駐車枠は、図3に示すように駐車スペースを示す四角の枠と、横に延びた線とし、画像の取得パターンは3パターンとする。
x’=x
y’=y・cos(α)+z・sin(α)
z’=−y・sin(α)+z・cos(α)
y軸中心回転は、
x’=x・cos(β)+z・sin(β)
y’=y
z’=−x・sin(β)+z・cos(β)
z軸中心回転は、
x’=x・cos(γ)+y・sin(γ)
y’=-x・sin(γ)+y・cos(γ)
z’=z
画像はカメラの向きが、ある程度地面向きになるように、視点変換された画像(−z方向に地面がある)にする。そのため検出する特徴点の交差する2つの方向はある程度直角になっている。カメラの向きを−z方向として画像の配置を図8の点線のように配置する。画像はz軸に対して垂直にする。
x’=x・cos(β)−y・sin(α)・sin(β)+z・cos(α)・sin(β)
y’=y・cos(α)+z・sin(α)
z’=−x・sin(β)−y・sin(α)・cos(β)+z・cos(α)・cos(β)
となる。その座標がカメラ視点から−z方向に見て直角に見えるためには、
X=x/(−z)、Y=y/(−z)
に変換した座標(X,Y)による直線abと直線bcが直角になればよいので、直線abと直線bcの+x方向に対する傾き(2次元の直線の式であるy=ax+bのa)は、
直線ab : (Y(a)−Y(b))/(X(a)−X(b))
直線bc : (Y(c)−Y(b))/(X(c)−X(b))
となり、その2つの傾きを乗算した値が−1となるのが直角である。
図10では、自車1の大きさ、位置、向きが特定されていない状態にあるため、この状態から図11のように、俯瞰画像の表示領域Rに対して自車の表示枠が予め決められた範囲内になるように調整する。図11において、太い枠で示す領域Rは、俯瞰画像の表示領域であり、横幅wと縦幅hで規定される。また自車の表示枠は、縦幅をaとし、横方向の中心位置をx、縦方向の中心位置をyとしている。
xa/(−za) = xb/(−zb)
ya/(−za) = yb/(−zb)
となる。そして、2つの式よりf1(α, β, γ)=0とf2(α, β, γ)=0の式を作成する。非線形連立方程式(ニュートン法)でα, β, γを導き出すためにはもうひとつ式が必要であるため、自車1の右前の特徴点も利用し、もうひとつの式を用意する。その3式を利用し、非線形連立方程式を解いてα, β, γを得る。
また、以下に述べるような各種の変形例も可能である。
(2)左右のカメラ映像に映る前方のタイヤ(もしくは後方のタイヤ)を検出し、その左右のタイヤの位置が表示映像に対して水平になるように自車の向きを決定してもよい。タイヤの検出は映像を地面に対して垂直になるように変換してから検出するとよい。これにより複雑な形の車両にも対応できるようになる。
(3)白線の消失点を検出しやすいように、予め自車に反射しないようなシートを貼り付けておいても良い。白線が自車に反射して映りこんだときにも、正確に白線の消失点を検出することができる。
(4)白線の消失位置がカメラの視野と同じである場合は、車両の位置がカメラに対して分からなくなる。車両の形が分かっているなら、前や後ろのどちらかのカメラに映った車両に対する白線の消失位置に合わせて表示すればよい。また、前と後ろの両方とも車両に対する白線の消失位置がカメラの視野と同じ場合は、左右のカメラに映る車両のタイヤの位置で合わせるとよい。これにより前後のカメラに車両が映っていないときにも対応することができる。
(5)4つのカメラ11〜14を用いる例について説明したが、カメラの数をもっと多くしてもよいし、少なくしてもよい。
(6)トップビュー画像における自車画像の位置など、絶対距離を正確に設定する必要がある場合は、前後のタイヤ間の距離や、車幅、白線の距離などを一つ設定しておき計算してもよい。また、加速度センサや車速パルスを用いて車速を出しておき、直線の移動量から距離を正確に判定してもよい。これにより距離が正確に設定できる。
(7)調整精度をあげるため、より沢山の画像を取得してもよい。
(8)白線の消失位置を、大まかにではなく車両周りすべてを連続的に計測して、車両の形状を決定し、自車周りの映像を表示してもよい。車両の形状で自車周りの映像を表示させることができる。
(9)左右のカメラ画像で、タイヤが白線をまたいだ場合は、自車の横幅が極大となる。極大となった2点をタイヤの位置とし、自車の向きを決定してもよい。
(10)最後に微調整を手動で行ってもよい。これにより微妙なずれや好みに合わせることができる。
(11)車両のハンドルの陀角、加速度センサ、ジャイロなどのパラメータなどを使用しても良い。これにより、調整時間の短縮や精度向上を図ることができる。
(12)調整しやすいように特徴点に補助線を追加してもよい。これにより駐車枠を認識しやすくなる。また計算速度を短縮することができる。また補助線は、シートとして用意してもよいし、地面に書いてもよく、補助線はどんな形態でも良い。
(13)計算誤差を減らすために夫々の特徴点を複数取得し、最小2乗法などの計算によって決め、白線が凹んでいたり薄くなっていたりしても問題ないようにしてもよい。
(14)白線枠が長方形のように角の角度が90度となっていない場合に、角度がわかっていればそれに合わせて計算してもよい。例えば平行四辺形などの角が90度となっていない場合にも対応することができる。
(15)ユーザによって好みが違うため、キャリブレーションの設定(オンオフ、程度など)を夫々ユーザが決められるようにしてもよい。
11…前方カメラ
12…後方カメラ
13…左カメラ
14…右カメラ
20…カメラデータ記憶部
21…特徴点検出部
22…空間再構成部
23…空間データバッファ
24…視点変換部
30…表示パターン記憶部
40…画像合成部
50…表示部
Claims (7)
- 車両に搭載した複数のカメラを有し、前記複数のカメラによって前記車両の周囲を撮影する撮像部と、
前記複数のカメラで撮影した画像から駐車枠を示す直線画像を識別し、前記直線画像が交差する部分を特徴点として、前記複数のカメラで撮影したそれぞれの画像から少なくとも2つの特徴点を検出するとともに、前記検出した特徴点のうち予め設定した特徴点において前記直線画像が交差する2方向を検出する特徴点検出部と、
前記特徴点検出部で検出した特徴点と前記直線画像が交差する2方向の情報をもとに、前記複数のカメラで撮影した画像を合成して真上からの視点に変換した俯瞰画像を生成する視点変換部と、
前記俯瞰画像から前記車両と前記直線画像との境界位置を判別して車両画像の表示枠を決定し、前記俯瞰画像に対する前記表示枠の割合及び位置が予め指定した値になるように前記俯瞰画像を変更する調整部と、
前記変更した俯瞰画像をもとに計算された前記各カメラの特性を示すカメラパラメータを格納するカメラデータ記憶部と、
を具備してなるカメラキャリブレーション装置。 - 前記撮像部は、前記車両の前方、後方、左側、右側を撮影する4つのカメラを搭載したことを特徴とする請求項1記載のカメラキャリブレーション装置。
- 前記撮像部は、前記車両を移動し白線で区分された駐車枠のある場所を異なる位置で撮影し、前記特徴点検出部は、それぞれの位置で前記特徴点を検出することを特徴とする請求項1記載のカメラキャリブレーション装置。
- 前記撮像部は、白線で区分された駐車枠のある場所を撮影し、前記特徴点検出部は、前記白線が交差する2点の特徴点と、前記2点の特徴点において前記白線が交差する2方向を検出することを特徴とする請求項1記載のカメラキャリブレーション装置。
- 前記調整部は、前記車両の4辺と前記直線画像との境界位置をもとに境界線を設定し、前記境界線の交点座標の最小値と最大値で規定される領域を前記車両画像の表示枠として決定することを特徴とする請求項1記載のカメラキャリブレーション装置。
- 前記調整部は、前記車両の移動により前記直線画像が前記車両によって消失する位置又は車両から出現する位置を前記境界位置として判別することを特徴とすることを請求項5記載のカメラキャリブレーション装置。
- 前記調整部は、前記車両が前記直線画像上を通過する際の前記直線画像の太さの変化をもとに前記境界位置を判別することを特徴とする請求項6記載のカメラキャリブレーション装置。
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