JP6305501B2 - キャリブレーション方法、プログラムおよびコンピュータ - Google Patents
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Description
そこで、レーザスキャナやカメラの取り付け位置および姿勢角を容易に高い精度で算出する方法が提案されている(特許文献4参照)。
コンピュータが、
移動体に取り付けられたカメラによって、直線が記された地面を撮像して得られる第一画像と、
前記第一画像の撮像時の前記カメラの座標値である第一のカメラ座標値と、
前記カメラの取付け角度を示すカメラ姿勢角値と、
前記地面の複数地点を示す複数の座標値を含む点群データと、
前記地面を撮像して得られる第二画像と、
前記第二画像の撮像時の前記カメラの座標値である第二のカメラ座標値と
に基づいて、前記カメラ姿勢角値をキャリブレーションする。
モービルマッピングシステム(MMS)の計測車両に取り付けたカメラの姿勢角値をキャリブレーション(算出、修正または調整)する方法について説明する。
但し、実施の形態1で説明する方法は、モービルマッピングシステムの計測車両以外の車両に取り付けられたカメラの姿勢角値をキャリブレーションするために用いても構わない。
実施の形態1におけるモービルマッピングシステムの計測車両100について、図1に基づいて説明する。
計測ユニット110は計測車両100の天板の上に設置され、オドメータ120は計測車両100の車軸に設置されている。
但し、計測ユニット110は、図1と異なる台数の計測機器を異なる配置で備えてもよい。
カメラ111Aは計測車両100の右前方を撮像し、カメラ111Bは計測車両100の左前方を撮像する。
カメラ111Cは計測車両100の右側方を撮像し、カメラ111Dは計測車両100の左側方を撮像する。
カメラ111Eは計測車両100の右後方を撮像し、カメラ111Fは計測車両100の左後方を撮像する。
レーザスキャナ112Aは計測車両100の前側下方を計測し、レーザスキャナ112Bは計測車両100の後ろ側上方を計測する。
レーザスキャナ112Cは計測車両100の前側上方を計測し、レーザスキャナ112Dは計測車両100の後ろ側下方を計測する。
但し、GPSは測位システム(GNSS:Global Navigation Satellite Systems)の一例である。GPS受信機113A−Cは、GPS以外の測位システム(GLONASS:Global Navigation Satellite System、Galileo、準天頂衛星システムなど)を利用する受信機であっても構わない。
また、「φ」はX軸回りの回転角(ロール角)を表し、「θ」はY軸回りの回転角(ヨー角または方位角)を表し、「ψ」はZ軸周りの回転角(ピッチ角または仰角)を表している。
「O」は計測車両100の座標軸の原点を表す。つまり、計測車両100の座標値は原点Oの座標値を意味する。
マッピング装置に設定するカメラ111A−Fの姿勢角値をキャリブレーションする場合、直線が記された路面(地面)を計測車両100で走行し、計測ユニット110に備わる各計測機器によってデータを収集する。
以降で説明するキャリブレーション装置は、計測ユニット110の各計測機器によって収集されるデータを用いて、カメラ111A−Fの姿勢角値をキャリブレーションする。
実施の形態1におけるキャリブレーション装置200の機能構成について、図2に基づいて説明する。
例えば、キャリブレーション記憶部290は、複数の路面画像291、カメラ座標値データ292、三次元点群データ293およびカメラ姿勢角値データ299を記憶する。
カメラ111Aによって得られた複数の路面画像291は、撮像時刻と共にキャリブレーション記憶部290に記憶する。同様に、カメラ111B−Fそれぞれによって得られた複数の路面画像291も撮像時刻と共にキャリブレーション記憶部290に記憶する。
カメラ111A−Fの三次元座標値は、計測車両100の三次元座標値(座標原点の座標値)に座標原点からカメラ111A−Fの取り付け位置までの三次元ベクトル(距離)を加算して得られる値である。例えば、計測車両100の三次元座標値は、GPS受信機113の測位結果およびIMU114またはオドメータ120の計測データを用いた慣性航法(ストラップダウン演算、デッドレコニング演算)によって得られる。
カメラ111A−Fの取り付け位置(xcam,ycam,zcam)は、特許文献4に開示されている方法によって高い精度で容易に算出することができる。
カメラ座標値データ292は予め生成されてキャリブレーション記憶部290に記憶してあるものとする。
各計測地点の三次元座標値は、レーザスキャナ112A−Dの三次元座標値にレーザスキャナ112A−Dの計測値(距離および方位)が表す三次元ベクトルを加算して得られる値である。レーザスキャナ112A−Dの三次元座標値は、カメラ111A−Fの三次元座標値と同様に、計測車両100の三次元座標値に座標原点からレーザスキャナ112A−Dの取り付け位置までの三次元ベクトル(距離)を加算して得られる。
レーザスキャナ112A−Dの取り付け位置(xlrf,ylrf,zlrf)および取り付け角度(φlrf,θlrf,ψlrf)は、特許文献4に開示されている方法によって高い精度で容易に算出することができる。
三次元点群データ293は、予め生成されてキャリブレーション記憶部290に記憶してあるものとする。
例えば、カメラ姿勢角値データ299には、計測ユニット110の設計値(カメラ111A−Fの取り付け角度)をカメラ111A−Fの姿勢角値として設定する。但し、カメラ111A−Fを設計値通りに正確に取り付けることは困難であるため、カメラ姿勢角値データ299に設定されたカメラ111A−Fの姿勢角値はカメラ111A−Fの実際の姿勢角に対して誤差を含む。カメラ姿勢角値データ299に設定されたカメラ111A−Fの姿勢角値は、キャリブレーション装置200によって調整される。
カメラ姿勢角値データ299は、予め生成されてキャリブレーション記憶部290に記憶してあるものとする。但し、カメラ姿勢角値データ299が示すカメラ111A−Fの姿勢角値は正確な値ではなく、誤差を含んでいる。
指定線入力部210の処理の詳細については後述する。
指定線算出部220は、第一の路面画像291aに投影した点群に基づいて指定線の三次元座標値を算出する。
指定線算出部220の処理の詳細については後述する。
参照画像表示部230は、指定線を投影した第二の路面画像291bを参照画像として表示する。
参照画像表示部230の処理の詳細については後述する。
カメラ姿勢角値修正部240は、姿勢角値修正情報に基づいてカメラ111Aの姿勢角値を修正する。
カメラ姿勢角値修正部240の処理の詳細については後述する。
実施の形態1におけるキャリブレーション装置200のキャリブレーション方法の概要について、図3から図5に基づいて説明する。
キャリブレーション装置200は、カメラ111の姿勢角値と第一の路面画像291aを撮像時のカメラ111の三次元座標値と三次元点群データ293とに基づいて横指定線303および縦指定線304の三次元座標値(点群)を算出する。
図4または図5において、キャリブレーション装置200は、計測車両100が横線301および縦線302に対して前進または後退したときの画像(第二の路面画像291b)をディスプレイ911に表示する。また、キャリブレーション装置200は横指定線303および縦指定線304の三次元座標値(点群)に基づいて横指定線303および縦指定線304(後述する複数の参照点311)を第二の路面画像291bに記す。横指定線303および縦指定線304が横線301および縦線302からずれている場合(図4)、利用者はキャリブレーション装置200に対してカメラ111の姿勢角値の修正を指示し、キャリブレーション装置200はカメラ111の姿勢角値を修正する。横指定線303および縦指定線304が横線301および縦線302からずれていない場合(図5)、カメラ111の姿勢角値は正しく調整されている。
カメラ姿勢角値データ299が示すカメラ111Aの姿勢角値をキャリブレーションするキャリブレーション装置200のキャリブレーション方法について、図6に基づいて説明する。但し、キャリブレーション装置200は、他のカメラ111B−Fの姿勢角値も同様にキャリブレーションする。
以下、S110で表示する一つの路面画像291を「第一の路面画像291a」という。但し、第一の路面画像291aは、直線(例えば、白線)が記された路面を映した画像である。
(1)キャリブレーション装置200は計測車両100に搭載され、指定線入力部210はキャリブレーションが実行されるときにカメラ111Aによって最初に得られた路面画像291を第一の路面画像291aとしてディスプレイに表示する。
(2)指定線入力部210は、カメラ111Aによって得られた複数の路面画像291をキャリブレーション記憶部290から取得し、取得した複数の路面画像291をサムネイルでディスプレイ911に表示する。そして、利用者は入力装置を用いて一つの路面画像291を選択し、指定線入力部210は選択された路面画像291を第一の路面画像291aとしてディスプレイ911に表示する。
(3)指定線入力部210は、カメラ111Aによって得られた複数の路面画像291からランダムに一つの路面画像291を選択し、選択した路面画像291を第一の路面画像291aとしてディスプレイに表示する。
指定線入力処理(S110)の続きを図7に基づいて説明する。
指定線入力部210は、指定された横指定線303と縦指定線304とを入力装置から入力する。例えば、横指定線303および縦指定線304は指定された画素の座標値として表される。
S110の後、処理はS120に進む。
指定線算出部220は、キャリブレーション記憶部290から三次元点群データ293を取得する。
指定線算出部220は、取得したカメラ111Aの姿勢角値と三次元座標値と焦点距離fと、取得した三次元点群データ293に含まれる複数の三次元座標値とを用いて、レーザスキャナ112A−Dが計測した複数の計測地点を示す点群を第一の路面画像291aに投影する。
第一の路面画像291aに点群を投影する処理について、図8に基づいて説明する。
指定線算出部220は、カメラ中心点Oから三次元点群データ293の三次元座標値が示す計測地点Mへの視線ベクトルVLを算出し、視線ベクトルVLと画像平面Iとが交差する点M’を計測地点Mの投影点として算出する。
但し、指定線算出部220は、図9のように第一の路面画像291aに投影した点群を表示してもよいし、表示しなくてもよい。
図6に戻り、指定線算出処理(S120)の説明を続ける。
指定線算出部220は、縦指定線304の三次元座標値を横指定線303の三次元座標値と同様に算出する。
指定線算出部220は、横指定線303から複数点を選択する。
指定線算出部220は、第一の路面画像291aに投影した点群から、横指定線303の第一の選択点の近傍に投影された複数の近傍点(例えば、第一の選択点を囲む三つの近傍点)を抽出する。
指定線算出部220は、抽出した複数の近傍点の中間点の三次元座標値を横指定線303の第一の選択点の三次元座標値として算出する。
指定線算出部220は、横指定線303の他の選択点についても同様に三次元座標値を算出する。これら選択点の三次元座標値は横指定線303の三次元座標値を表す。
このため、第一の路面画像291aに投影した点群に基づいて算出した横指定線303および縦指定線304を他の路面画像291に投影した場合、横指定線303および縦指定線304は他の路面画像291に映る横線301および縦線302からずれた部分に投影される。
S120の後、処理はS130に進む。
以下、S130で取得する一つの路面画像291を「第二の路面画像291b」という。但し、第二の路面画像291bは、第一の路面画像291aに映った直線(横線301、縦線302)と同じ直線を映した画像である。
(1)キャリブレーション装置200を搭載した計測車両100を横線301および縦線302に対して前進(または後退)させる。そして、参照画像表示部230は計測車両100が横線301および縦線302に対して前進(または後退)したときにカメラ111Aによって得られた路面画像291を第二の路面画像291bとして取得する。
(2)参照画像表示部230は、各路面画像291の撮像時刻に基づいて第一の路面画像291aの前(例えば、一つ前)に得られた路面画像291または第一の路面画像291aの後(例えば、一つ後)に得られた路面画像291を第二の路面画像291bとして取得する。
(3)S110の(2)と同様に、利用者は路面画像291を選択し、参照画像表示部230は選択された路面画像291を第二の路面画像291bとして取得する。
参照画像表示部230は、取得したカメラ111Aの姿勢角値と三次元座標値と焦点距離fと、S120で複数の参照点311として投影された各計測地点の三次元座標値とを用いて、横指定線303および縦指定線304を第二の路面画像291bに投影する。横指定線303および縦指定線304の投影方法はS120と同様である。
参照画像表示部230は、横指定線303および縦指定線304を投影した第二の路面画像291bをディスプレイ911に表示する。以下、横指定線303および縦指定線304を投影した第二の路面画像291bを「参照画像321」という。
カメラ姿勢角値データ299が示すカメラ111Aのロール角の角度(姿勢角値の一つ)に誤差が含まれている場合、参照画像321の横指定線303および縦指定線304は横線301および縦線302からロール角の方向にずれた部分に表示される(図10、図11参照)。
つまり、横指定線303は参照画像321の右側部分と左側部分とで横線301に対して上下異なる方向にずれる。さらに、縦指定線304は縦線302に対して左右いずれか一方にずれる。
カメラ姿勢角値データ299が示すカメラ111Aのピッチ角の角度(姿勢角値の一つ)に誤差が含まれている場合、参照画像321の横指定線303および縦指定線304は横線301および縦線302からピッチ角の方向にずれた部分に表示される(図12、図13参照)。
つまり、横指定線303および縦指定線304は横線301および縦線302に対して上下いずれか一方にずれる。
カメラ姿勢角値データ299が示すカメラ111Aのヨー角の角度(姿勢角値の一つ)に誤差が含まれている場合、参照画像321の横指定線303は横線301に対してずれずに表示され(または横線301に対するずれが小さく)、参照画像321の縦指定線304は縦線302に対して左右いずれか一方にずれて表示される。
S130の後、処理はS140に進む。
横指定線303および縦指定線304が横線301および縦線302に対してずれていることを示す判定結果が入力された場合(YES)、処理はS150に進む。
横指定線303および縦指定線304が横線301および縦線302に対してずれていないことを示す判定結果が入力された場合(NO)、キャリブレーション方法の処理は終了する。
カメラ姿勢角値修正部240は指定された姿勢角値修正量を入力装置から入力し、入力した姿勢角値修正量をカメラ姿勢角値データ299に含まれるカメラ111Aの姿勢角値に加算(または減算)する。これにより、カメラ111Aの姿勢角値は修正(更新)される。
但し、利用者は修正後のカメラ111Aの姿勢角値(姿勢角値修正情報の一例)を指定し、カメラ姿勢角値修正部240は指定されたカメラ111Aの姿勢角値をカメラ姿勢角値データ299に上書きしてもよい。
例えば、利用者は、姿勢角値(ロール角、ピッチ角またはヨー角)を修正する向きを図16に示す表に従って判断する。また、利用者は、ずれ量が大きいほど大きな修正量を指定する。
但し、図16に示すずれ及び修正の向きは、計測車両100が横線301および縦線302に近づいたときに右前向きのカメラ111Aで第一の路面画像291aを撮像し、計測車両100が横線301および縦線302から遠ざかったときにカメラ111Aで第二の路面画像291b(参照画像321)を撮像した場合のずれ及び修正の向きである。
左前向きのカメラ111Bや後ろ向きのカメラ111E・111Fで第一の路面画像291aおよび第二の路面画像291bを撮像した場合、ずれまたは修正の向きが異なる。
また、計測車両100が横線301および縦線302から遠ざかったときに撮像した画像を第一の路面画像291aとして用い、計測車両100が横線301および縦線302に近づいたときに撮像した画像を第二の路面画像292bとして用いる場合、ずれまたは修正の向きが異なる。例えば、ずれまたは修正の向きが図16に示す向きに対して逆向きになる。
(2)参照画像321の右側で横指定線303が横線301に対して上側にずれ、参照画像321の左側で横指定線303が横線301に対して下側にずれ、縦指定線304が縦線302に対して左側にずれている場合(図11参照)、利用者は、カメラ111Aのロール角の角度を左回転の方向に修正する姿勢角値修正量を指定する。
(4)参照画像321の横指定線303および縦指定線304が横線301および縦線302に対して下側にずれている場合(図13参照)、利用者は、カメラ111Aのピッチ角の角度を下方向に修正するための姿勢角値修正量を指定する。
(6)参照画像321の横指定線303が横線301に対してずれてなく(またはずれが小さく)、縦指定線304が縦線302に対して右側にずれている場合(図15参照)、利用者は、カメラ111Aのヨー角の角度を右方向に修正するための姿勢角値修正量を指定する。
横指定線303の横線301に対するずれと縦指定線304の縦線302に対するずれとが同程度の大きさである場合(図10、図11参照)、利用者は、カメラ111Aのヨー角の角度ではなくロール角の角度を修正するための姿勢角値修正量を指定する。
参照画像321の左右両側で横指定線303が横線301に対して上下いずれか一方にずれている場合(図14、図15参照)、利用者は、カメラ111Aのロール角の角度ではなくヨー角の角度を修正するための姿勢角値修正量を指定する。
S150の後、処理はS160に進む。
参照画像表示部230は、新たに生成した参照画像321をディスプレイに表示する。
S160の後、処理はS140に戻る。
キャリブレーション装置200は、カメラ111Aの姿勢角値と同様にカメラ111B−Fそれぞれの姿勢角値を修正し、カメラ111B−Fそれぞれの正しい姿勢角値を算出する。
図17において、キャリブレーション装置200(コンピュータの一例)は、CPU901(Central Processing Unit)を備えている。CPU901は、バス902を介してROM903、RAM904、通信ボード905(通信装置)、ディスプレイ911(表示装置)、キーボード912、マウス913、ドライブ914、磁気ディスク装置920などのハードウェアデバイスと接続され、これらのハードウェアデバイスを制御する。ドライブ914は、FD(Flexible Disk Drive)、CD(Compact Disc)、DVD(Digital Versatile Disc)などの記憶媒体を読み書きする装置である。
ROM903、RAM904、磁気ディスク装置920およびドライブ914は記憶装置の一例である。キーボード912、マウス913および通信ボード905は入力装置の一例である。ディスプレイ911および通信ボード905は出力装置の一例である。
フローチャートなどに基づいて説明する実施の形態の処理はCPU901、記憶装置、入力装置、出力装置などのハードウェアを用いて実行される。
指定線入力処理(S110)において、利用者は、横指定線303や縦指定線304を指定する代わりに、横線301と縦線302とのそれぞれに沿って複数点を指定してもよい。横線301に沿って複数点を指定するとき、利用者は第一の路面画像291aの右側部分と左側部分とのそれぞれに点を指定する。
この場合、指定線入力部210は、横線301に沿って指定された複数点を含む直線を横指定線303として算出し、縦線302に沿って指定された複数点を含む直線を縦指定線304として算出する。
また、キャリブレーション装置200は、横指定線303と縦指定線304とを横線301に沿って指定された複数点と縦線302に沿って指定された複数点とに置き換えてキャリブレーション方法の処理を実行しても構わない。
指定線入力処理(S110)において、利用者は縦指定線304のみを指定してもよい。カメラ姿勢角値修正処理(S150)において縦指定線304が縦線302からずれている場合、利用者はカメラ111のロール角の値、ピッチ角の値またはヨー角の値を修正するための姿勢角値修正量を指定する。
例えば、指定線入力部210は、第一の路面画像291aを画像処理し、第一の路面画像291aの画素値に基づいて第一の路面画像291aに映った直線(例えば、白線)のエッジ部分を横指定線303および縦指定線304として算出する。
例えば、カメラ姿勢角値修正部240は、参照画像321を画像処理し、参照画像321の画素値に基づいて直線(例えば、白線)が映った部分を横線301および縦線302として算出する。カメラ姿勢角値修正部240は、参照画像321に投影された横指定線303および縦指定線304と参照画像321に映った横線301および縦線302とを比較する。そして、横指定線303および縦指定線304が横線301および縦線302に対して所定のずれ量閾値以上ずれている場合、カメラ姿勢角値修正部240は、横指定線303および縦指定線304が横線301および縦線302に対してずれていると判定する。
例えば、カメラ姿勢角値修正部240は、上記の修正要否判定処理(S140)と同様に、横指定線303および縦指定線304と横線301および縦線302とを比較し、横指定線303および縦指定線304が横線301および縦線302に対してずれている方向およびずれ量を算出する。そして、カメラ姿勢角値修正部240は、図16で説明した修正条件に従って姿勢角値修正量を算出する。カメラ姿勢角値修正部240は、ずれが大きいか否かをずれ量が所定のずれ量閾値より大きいか否かで判定する。
Claims (3)
- コンピュータが、
移動体に取り付けられたカメラによって、直線が記された地面を撮像して得られる第一画像と、
前記第一画像の撮像時の前記カメラの座標値である第一のカメラ座標値と、
前記カメラの取付け角度を示すカメラ姿勢角値と、
前記地面の複数地点を示す複数の座標値を含む点群データとに基づいて、前記直線に沿った複数の指定点それぞれの座標値を算出し、
前記地面を撮像して得られる第二画像と、
前記第二画像の撮像時の前記カメラの座標値である第二のカメラ座標値と、
前記複数の指定点それぞれの座標値とに基づいて、前記複数の指定点を前記第二画像に投影し、
前記第二画像における前記直線と前記複数の指定点とのずれに応じて、前記カメラ姿勢角値をキャリブレーションする
ことを特徴とするキャリブレーション方法。 - 請求項1に記載のキャリブレーション方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
- 移動体に取り付けられたカメラによって、直線が記された地面を撮像して得られる第一画像と、
前記第一画像の撮像時の前記カメラの座標値である第一のカメラ座標値と、
前記カメラの取付け角度を示すカメラ姿勢角値と、
前記地面の複数地点を示す複数の座標値を含む点群データとに基づいて、前記直線に沿った複数の指定点それぞれの座標値を算出する指定点算出部と、
前記地面を撮像して得られる第二画像と、
前記第二画像の撮像時の前記カメラの座標値である第二のカメラ座標値と、
前記複数の指定点それぞれの座標値とに基づいて、前記複数の指定点を前記第二画像に投影する参照画像生成部と、
前記第二画像における前記直線と前記複数の指定点とのずれに応じて、前記カメラ姿勢角値をキャリブレーションするカメラ姿勢角値修正部と
を備えるコンピュータ。
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