JP6317611B2 - Display display pattern generating apparatus and program thereof - Google Patents

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本願発明は、カメラキャリブレーション用のディスプレイ表示パターンを生成するディスプレイ表示パターン生成装置及びそのプログラムに関する。   The present invention relates to a display display pattern generation apparatus that generates a display display pattern for camera calibration and a program thereof.

カメラキャリブレーションとは、撮影した画像(撮影画像)から撮影カメラのカメラパラメータ(外部パラメータ、内部パラメータ)を推定することである。従来手法の一つとして、既知のパターン図形を配置したキャリブレーションパターンを撮影してカメラキャリブレーションを行う技術が提案されている(例えば、非特許文献1)。ここで、従来手法では、紙面上に印刷したキャリブレーションパターンを使用している。   Camera calibration is to estimate camera parameters (external parameters, internal parameters) of a photographing camera from a photographed image (captured image). As one of the conventional methods, a technique for performing camera calibration by photographing a calibration pattern in which a known pattern figure is arranged has been proposed (for example, Non-Patent Document 1). Here, in the conventional method, a calibration pattern printed on a paper surface is used.

“A Versatile Camera Calibration Technique for High-Accuracy 3D Machine Vision Metrology Using Off-the-Shelf TV Cameras and Lenses”, R. Y. Tsai, IEEE J. Robotics & Automation, RA-3, No. 4, August 1987, pp. 323-344“A Versatile Camera Calibration Technique for High-Accuracy 3D Machine Vision Metrology Using Off-the-Shelf TV Cameras and Lenses”, RY Tsai, IEEE J. Robotics & Automation, RA-3, No. 4, August 1987, pp. 323 -344

しかし、前記した従来手法では、キャリブレーションパターンが紙面上に印刷されているため、キャリブレーションパターンを変化させることができない。このため、従来手法では、撮影カメラの位置、姿勢や撮影画角によっては、カメラキャリブレーションに適切なキャリブレーションパターンを撮影できないことがある。例えば、従来手法では、撮影カメラがズームアウトした際又はキャリブレーションパターンから離れた際、パターン図形が撮影画像上で潰れて検出できないことがある。この結果、従来手法では、安定したカメラキャリブレーションを行うことができず、カメラキャリブレーションの精度を向上させることができない。   However, in the conventional method described above, the calibration pattern cannot be changed because the calibration pattern is printed on the paper. For this reason, according to the conventional method, a calibration pattern suitable for camera calibration may not be photographed depending on the position, orientation, and photographing angle of view of the photographing camera. For example, in the conventional method, when the photographing camera is zoomed out or separated from the calibration pattern, the pattern figure may be crushed on the photographed image and cannot be detected. As a result, the conventional method cannot perform stable camera calibration and cannot improve the accuracy of camera calibration.

本願発明は、前記した問題を解決し、安定的に高精度なカメラキャリブレーションを可能とするディスプレイ表示パターン生成装置及びそのプログラムを提供することを課題とする。   It is an object of the present invention to provide a display display pattern generation apparatus and program for solving the above-described problems and enabling stable and highly accurate camera calibration.

前記した課題に鑑みて、本願発明に係るディスプレイ表示パターン生成装置は、パターン図形が所定の規則で配置されたディスプレイ表示パターンからなるカメラキャリブレーション用の表示画像を生成して、生成した表示画像をディスプレイに表示するディスプレイ表示パターン生成装置であって、パターン検出部と、カメラキャリブレーション部と、パターン図形位置決定部と、表示画像生成部と、を備えることを特徴とする。   In view of the above problems, the display display pattern generation device according to the present invention generates a display image for camera calibration including a display display pattern in which pattern figures are arranged according to a predetermined rule, and generates the generated display image. A display display pattern generation device for displaying on a display, comprising a pattern detection unit, a camera calibration unit, a pattern figure position determination unit, and a display image generation unit.

かかる構成によれば、ディスプレイ表示パターン生成装置は、パターン検出部によって、ディスプレイに表示された表示画像を撮影カメラで撮影した撮影画像に対してパターン検出処理を施すことで、撮影画像からパターン図形のパターン中心位置を検出する。また、ディスプレイ表示パターン生成装置は、カメラキャリブレーション部によって、撮影画像を撮影したときの撮影カメラのカメラパラメータをカメラキャリブレーションで求める。   According to such a configuration, the display display pattern generation device performs pattern detection processing on the captured image obtained by capturing the display image displayed on the display with the capturing camera by the pattern detection unit, so that the pattern graphic is detected from the captured image. The pattern center position is detected. In addition, the display display pattern generation apparatus obtains camera parameters of the photographing camera when the photographed image is photographed by camera calibration by the camera calibration unit.

また、ディスプレイ表示パターン生成装置は、パターン図形位置決定部によって、撮影画像で隣接するパターン中心位置の距離である中心間距離を算出し、算出した中心間距離の最小値が予め設定された距離基準値となるように撮影画像のパターン中心位置を修正する。そして、ディスプレイ表示パターン生成装置は、パターン図形位置決定部によって、カメラパラメータにより定まる表示画像と撮影画像との座標系の対応関係に基づいて、修正された撮影画像のパターン中心位置から、ディスプレイに表示する新たな表示画像のパターン中心位置を決定する。   Further, the display display pattern generation device calculates a center-to-center distance, which is a distance between adjacent pattern center positions in the captured image, by the pattern figure position determining unit, and a distance reference in which a minimum value of the calculated center-to-center distance is set in advance. The pattern center position of the captured image is corrected so as to be a value. Then, the display display pattern generation device displays, on the display, the pattern center position of the corrected captured image based on the coordinate system correspondence between the display image determined by the camera parameter and the captured image by the pattern figure position determining unit. The pattern center position of the new display image to be determined is determined.

また、ディスプレイ表示パターン生成装置は、表示画像生成部によって、新たな表示画像で隣接するパターン中心位置の距離である中心間距離を算出し、算出した中心間距離に基づいて、新たな表示画像を生成する。
このようにして、ディスプレイ表示パターン生成装置は、撮影カメラの位置、姿勢及び撮影画角に応じて、ディスプレイ表示パターンを適切に変更することができる。
Further, the display display pattern generation device calculates a center-to-center distance that is a distance between adjacent pattern center positions in the new display image by the display image generation unit, and creates a new display image based on the calculated center-to-center distance. Generate.
In this way, the display display pattern generation apparatus can appropriately change the display display pattern according to the position, orientation, and shooting angle of view of the shooting camera.

また、前記した課題に鑑みて、本願発明に係るディスプレイ表示パターン生成装置は、パターン図形が所定の規則で配置されたディスプレイ表示パターンからなるカメラキャリブレーション用の表示画像を生成して、生成した表示画像をディスプレイに表示するディスプレイ表示パターン生成装置であって、パターン検出部と、距離総和値算出部と、パターン図形サイズ決定部と、表示画像生成部と、を備えることを特徴とする。   In view of the above-described problems, the display display pattern generation device according to the present invention generates a display image for camera calibration that includes a display display pattern in which pattern figures are arranged according to a predetermined rule, and generates the generated display. A display display pattern generation device that displays an image on a display, comprising a pattern detection unit, a distance sum value calculation unit, a pattern figure size determination unit, and a display image generation unit.

かかる構成によれば、ディスプレイ表示パターン生成装置は、パターン検出部によって、
ディスプレイに表示された表示画像を撮影カメラで撮影した撮影画像に対してパターン検出処理を施すことで、撮影画像からパターン図形のパターン中心位置を検出する。また、ディスプレイ表示パターン生成装置は、距離総和値算出部によって、撮影画像で隣接するパターン中心位置の距離総和値と、表示画像で隣接するパターン中心位置の距離総和値とを算出する。
According to such a configuration, the display display pattern generation device is configured such that the pattern detection unit
The pattern center position of the pattern figure is detected from the photographed image by performing pattern detection processing on the photographed image obtained by photographing the display image displayed on the display with the photographing camera. In addition, the display display pattern generation device calculates the distance sum value of the pattern center positions adjacent to each other in the captured image and the distance sum value of the pattern center positions adjacent to each other in the display image by the distance sum value calculation unit.

また、ディスプレイ表示パターン生成装置は、パターン図形サイズ決定部によって、表示画像と撮影画像との距離総和値の比に、撮影画像で中央に位置するパターン図形のサイズに基づいて予め設定したサイズ基準値を乗じることで、ディスプレイに表示する新たな表示画像におけるパターン図形のサイズを算出する。そして、ディスプレイ表示パターン生成装置は、表示画像生成部によって、新たな表示画像におけるパターン図形のサイズに基づいて、新たな表示画像を生成する。
このようにして、ディスプレイ表示パターン生成装置は、撮影カメラの位置、姿勢及び撮影画角に応じて、ディスプレイ表示パターンを適切に変更することができる。
In addition, the display display pattern generation device uses a pattern figure size determination unit to set a size reference value that is set in advance based on the size of the pattern figure located in the center of the photographed image in the ratio of the total distance value between the display image and the photographed image. By multiplying by, the size of the pattern figure in the new display image displayed on the display is calculated. And a display display pattern production | generation apparatus produces | generates a new display image by the display image generation part based on the size of the pattern figure in a new display image.
In this way, the display display pattern generation apparatus can appropriately change the display display pattern according to the position, orientation, and shooting angle of view of the shooting camera.

本願発明によれば、以下のような優れた効果を奏する。
本願発明に係るディスプレイ表示パターン生成装置は、撮影カメラの位置、姿勢及び撮影画角に応じて、ディスプレイ表示パターンを適切に変更することができる。これによって、ディスプレイ表示パターン生成装置は、撮影画像において、パターンの図形が潰れて検出できない事態が減少し、安定的に高精度なカメラキャリブレーションを行うことができる。
According to the present invention, the following excellent effects can be obtained.
The display display pattern generation apparatus according to the present invention can appropriately change the display display pattern in accordance with the position, orientation, and shooting angle of view of the shooting camera. As a result, the display display pattern generation device can reduce the situation in which the figure of the pattern is crushed and cannot be detected in the captured image, and can perform highly accurate camera calibration stably.

本願発明の第1実施形態に係るカメラキャリブレーションシステムの全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a camera calibration system according to a first embodiment of the present invention. 本願発明の第1実施形態において、ディスプレイ表示パターンを説明する説明図である。In 1st Embodiment of this invention, it is explanatory drawing explaining a display display pattern. (a)及び(b)は、撮影カメラと、ディスプレイと、ディスプレイ表示パターンとの関係を表す説明図である。(A) And (b) is explanatory drawing showing the relationship between an imaging | photography camera, a display, and a display display pattern. (a)及び(b)は、撮影カメラと、ディスプレイと、ディスプレイ表示パターンとの関係を表す説明図である。(A) And (b) is explanatory drawing showing the relationship between an imaging | photography camera, a display, and a display display pattern. 図1のディスプレイ表示パターン生成装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the display display pattern production | generation apparatus of FIG. 本願発明の第1実施形態において、ディスプレイ表示パターンの回転検出を説明する説明図である。In 1st Embodiment of this invention, it is explanatory drawing explaining the rotation detection of a display display pattern. 本願発明の第1実施形態において、撮影画像の一例を表す説明図である。In 1st Embodiment of this invention, it is explanatory drawing showing an example of a picked-up image. 本願発明の第1実施形態において、撮影画像のパターン中心位置を表す説明図である。In 1st Embodiment of this invention, it is explanatory drawing showing the pattern center position of a picked-up image. 本願発明の第1実施形態において、表示画像のパターン中心位置を表す説明図である。In 1st Embodiment of this invention, it is explanatory drawing showing the pattern center position of a display image. 図5のディスプレイ表示パターン生成装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the display display pattern production | generation apparatus of FIG. 本願発明の第2実施形態に係るディスプレイ表示パターン生成装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the display display pattern production | generation apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本願発明の第2実施形態において、撮影画像のパターン中心位置を表す説明図である。In 2nd Embodiment of this invention, it is explanatory drawing showing the pattern center position of a picked-up image. 本願発明の第2実施形態において、表示画像のパターン中心位置を表す説明図である。In 2nd Embodiment of this invention, it is explanatory drawing showing the pattern center position of a display image. 図11のディスプレイ表示パターン生成装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the display display pattern production | generation apparatus of FIG. 本願発明の変形例において、ディスプレイ表示パターンの第1例を説明する説明図である。In the modification of this invention, it is explanatory drawing explaining the 1st example of a display display pattern. 本願発明の変形例において、ディスプレイ表示パターンの第2例を説明する説明図である。In the modification of this invention, it is explanatory drawing explaining the 2nd example of a display display pattern.

以下、本願発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する手段には同一の符号を付し、説明を省略した。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In each embodiment, means having the same function are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

(第1実施形態)
[カメラキャリブレーションシステムの概略]
図1〜図4を参照し、第1実施形態に係るカメラキャリブレーションシステム1の概略について説明する。
(First embodiment)
[Outline of camera calibration system]
The outline of the camera calibration system 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

図1のように、カメラキャリブレーションシステム1は、撮影カメラ3のカメラキャリブレーションを行うものであり、ディスプレイ表示パターン生成装置2と、撮影カメラ3と、ディスプレイ4とを備える。
また、カメラキャリブレーションシステム1では、カメラキャリブレーションが行える位置に撮影カメラ3及びディスプレイ4が設置され、撮影カメラ3がディスプレイ4の全体を撮影することとする。
As shown in FIG. 1, the camera calibration system 1 performs camera calibration of the photographing camera 3, and includes a display display pattern generation device 2, a photographing camera 3, and a display 4.
In the camera calibration system 1, the photographing camera 3 and the display 4 are installed at a position where camera calibration can be performed, and the photographing camera 3 photographs the entire display 4.

ディスプレイ表示パターン生成装置2は、ディスプレイ表示パターンptからなる表示画像90を生成して、生成した表示画像90をディスプレイ4に表示するものである。このとき、ディスプレイ表示パターン生成装置2は、撮影画像91を用いて、撮影カメラ3のカメラパラメータを求めて、ディスプレイ表示パターンptを適切に変更する。   The display display pattern generation device 2 generates a display image 90 composed of the display display pattern pt and displays the generated display image 90 on the display 4. At this time, the display display pattern generation device 2 obtains camera parameters of the photographing camera 3 using the photographed image 91 and appropriately changes the display display pattern pt.

表示画像90は、ディスプレイ表示パターンptが含まれるカメラキャリブレーション用の画像である。
撮影画像91は、ディスプレイ4に表示された表示画像90を撮影カメラ3が撮影した画像である。このように、撮影画像91は、ディスプレイ4に表示中の表示画像90に対応した画像である。
The display image 90 is a camera calibration image including the display display pattern pt.
The photographed image 91 is an image obtained by photographing the display image 90 displayed on the display 4 by the photographing camera 3. Thus, the captured image 91 is an image corresponding to the display image 90 being displayed on the display 4.

また、ディスプレイ4に表示する予定の表示画像90を「新たな表示画像90」と呼ぶ。つまり、新たな表示画像90は、表示画像90よりも1フレーム以上後の画像であり、表示画像90と比べて、ディスプレイ表示パターンptが異なることがある。   The display image 90 scheduled to be displayed on the display 4 is referred to as a “new display image 90”. That is, the new display image 90 is an image that is one frame or more after the display image 90, and the display display pattern pt may be different from the display image 90.

<ディスプレイ表示パターン>
ここで、ディスプレイ表示パターンptについて説明する。
図2のように、ディスプレイ表示パターンptは、パターン図形が所定の規則で配置されたキャリブレーションパターンである。本実施形態では、ディスプレイ表示パターンptは、丸状のパターン図形が等間隔で縦横に3個ずつ配置された、正方形状のドットパターンである。例えば、ディスプレイ表示パターンptは、パターン図形が黒色であり、背景部分が白色となっている。
<Display pattern>
Here, the display display pattern pt will be described.
As shown in FIG. 2, the display display pattern pt is a calibration pattern in which pattern figures are arranged according to a predetermined rule. In the present embodiment, the display display pattern pt is a square dot pattern in which three circular pattern figures are arranged at equal intervals in the vertical and horizontal directions. For example, in the display display pattern pt, the pattern figure is black and the background portion is white.

図2では、パターン図形の半径をr,r、パターン図形の中心間距離をd,d、パターン図形の外縁間距離をl,l、ディスプレイ表示パターンptの枠内側の長さをw,wで図示した。パターン図形の半径r,rは、パターン図形のサイズを表す。中心間距離d,dは、あるパターン図形の中心位置から隣接するパターン図形の中心位置までの距離である。外縁間距離l,lは、あるパターン図形の外縁から隣接するパターン図形の外縁までの距離である。 In Figure 2, the radius r x of the pattern shapes, r y, the distance between the centers d x pattern shapes, d y, the outer edge distance l x pattern shapes, l y, the frame inner display the display pattern pt length This is indicated by w x and w y . Radius r x, r y of the pattern figure represents the size of the pattern features. The center distances d x and dy are distances from the center position of a certain pattern figure to the center position of an adjacent pattern figure. The distances l x and l y between the outer edges are distances from the outer edge of a certain pattern graphic to the outer edge of the adjacent pattern graphic.

パターン図形の個数をn,nとして記す。図2の例では、パターン図形の個数n,nは‘3’である。また、下付きの添字x,yは、それぞれ、表示画像90の横軸(x軸)、縦軸(y軸)を表す。また、図2では、右上に位置するパターン図形に符号α、パターン図形αの左に位置するパターン図形に符号β、パターン図形αの下に位置するパターン図形に符号γを付した。 It marks the number of pattern shapes n x, as n y. In the example of FIG. 2, the number of pattern figures n x and n y is “3”. The subscripts x and y represent the horizontal axis (x axis) and the vertical axis (y axis) of the display image 90, respectively. In FIG. 2, the pattern figure located at the upper right is designated by the symbol α, the pattern figure located at the left of the pattern figure α is designated by the symbol β, and the pattern figure located below the pattern figure α is designated by the symbol γ.

図2のディスプレイ表示パターンptでは、下記の式(1)〜式(6)で定義されるパターン生成規則が成立する。このパターン生成規則は、ディスプレイ表示パターンptを生成するときの規則であり、中心間距離d,dと、外縁間距離l,lと、パターン図形の半径r,rとの関係を表す。 In the display display pattern pt of FIG. 2, the pattern generation rules defined by the following formulas (1) to (6) are established. The pattern generation rule is a rule when generating a display representation pattern pt, center-to-center distance d x, and d y, the outer edge distance l x, and l y, the pattern shape radius r x, and r y Represents a relationship.

Figure 0006317611
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Figure 0006317611
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式(1)は、ディスプレイ表示パターンptの枠内側の長さwが、n個のパターン図形の直径合計値2r・nと、パターン図形が描かれていない背景部分の長さ合計値l(n+1)との和以上であることを示す。つまり、式(1)は、パターン図形の個数nと、パターン図形の半径rと、外縁間距離lと、ディスプレイ表示パターンptの枠内側の長さwとを関係付けている(式(2)も同様)。
ここで、パターン図形の個数n,nはそれぞれ、カメラキャリブレーションの精度を向上させるため、式(1)、式(2)を満たす中で最大値とすることが好ましい。
Equation (1), the length w x of the frame inside the display the display pattern pt is a n x number of pattern shapes of diameter sum 2r x · n x, the total length of the background part not drawn pattern feature It indicates that the sum is greater than or equal to the value l x (n x +1). That is, the expression (1) relates the number n x of pattern figures, the radius r x of the pattern figures, the distance l x between the outer edges, and the length w x inside the frame of the display display pattern pt ( The same applies to equation (2)).
Here, each of the number n x, n y of pattern features, to improve the accuracy of the camera calibration, equation (1), it is preferable that the maximum value among satisfying the equation (2).

Figure 0006317611
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Figure 0006317611
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式(3)は、外縁間距離lとパターン図形の直径2rとの和が、中心間距離dに等しいことを示す。つまり、式(3)は、外縁間距離lと、パターン図形の半径rと、中心間距離dとを関係付けている(式(4)も同様)。 Expression (3) indicates that the sum of the distance between the outer edges l x and the diameter 2r x of the pattern figure is equal to the center distance d x . In other words, Expression (3) relates the distance l x between the outer edges, the radius r x of the pattern figure, and the center distance d x (the same applies to Expression (4)).

Figure 0006317611
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Figure 0006317611
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式(5)は、外縁間距離lがパターン図形の半径rのa倍であることを示す。つまり、式(5)は、外縁間距離lと、パターン図形の半径rとを関係付けている(式(6)も同様)。 Equation (5) indicates that the distance l x between the outer edges is a x times the radius r x of the pattern figure. In other words, the expression (5) relates the distance l x between the outer edges and the radius r x of the pattern figure (the same applies to the expression (6)).

そして、図2のディスプレイ表示パターンptが正方形のため、w=wとなり、それぞれ定数となる。また、式(5)及び式(6)のa,aは正の実数で任意に設定できる。以上の式(1)〜式(6)のパターン生成規則によれば、中心間距離d,d、外縁間距離l,l、又は、パターン図形の半径r,rの何れかが定まれば、ディスプレイ表示パターンptも定まることになる。 Since the display display pattern pt in FIG. 2 is a square, w x = w y , which are constants. Further, a x and a y in the equations (5) and (6) can be arbitrarily set as positive real numbers. According to the pattern generation rules of the above formulas (1) to (6), any of the center-to-center distances d x and d y , the outer edge distances l x and l y , or the pattern figure radii r x and r y If it is determined, the display display pattern pt is also determined.

図3(a)の撮影画像91は、パターン図形の間隔(中心間距離)が短いのでパターン図形が潰れてしまい、パターン図形の検出が困難である。また、図3(b)の撮影画像91は、図3(a)の撮影画像91に比べて、パターン図形の個数n,nを減らし、パターン図形の間隔を長くしたことで、パターン図形の検出が可能となっている。しかし、図3(b)の撮影画像91は、撮影カメラ3とディスプレイ4とが離れているため、撮影画像91の中でディスプレイ表示パターンptが小さくなり、カメラパラメータの精度が低くなってしまう。 In the photographed image 91 of FIG. 3A, the pattern figure is crushed because the interval (distance between the centers) of the pattern figures is short, and it is difficult to detect the pattern figure. Also, the captured image 91 in FIG. 3 (b), as compared with the captured image 91 in FIG. 3 (a), reducing the number n x, n y of the pattern shapes, that have long intervals between pattern graphic pattern graphic Can be detected. However, in the photographed image 91 of FIG. 3B, since the photographing camera 3 and the display 4 are separated from each other, the display display pattern pt is small in the photographed image 91, and the accuracy of the camera parameter is lowered.

図4(a)の撮影画像91は、撮影カメラ3とディスプレイ4とを近づけたため、図3(b)の撮影画像91に比べて、ディスプレイ表示パターンptが大きくなっている。しかし、図4(a)の撮影画像91は、パターン図形の個数が少ないため、カメラキャリブレーションを行っても、カメラパラメータの精度がさほど向上しない。図4(b)の撮影画像91は、パターン図形の個数を多くしたため、図4(a)の撮影画像91に比べて、より高い精度のカメラパラメータを求めることができる。   The captured image 91 in FIG. 4A has a display display pattern pt larger than the captured image 91 in FIG. 3B because the photographing camera 3 and the display 4 are brought close to each other. However, since the captured image 91 in FIG. 4A has a small number of pattern figures, the accuracy of the camera parameters does not improve so much even if camera calibration is performed. Since the number of pattern figures in the captured image 91 in FIG. 4B is increased, camera parameters with higher accuracy can be obtained compared to the captured image 91 in FIG.

すなわち、カメラキャリブレーションを可能とするには、パターン図形の個数が一定以上であればよい。さらに、カメラキャリブレーションの精度を向上させるには、パターン図形が正確に検出できる範囲内でパターン図形を多くすればよい。   That is, in order to enable camera calibration, the number of pattern figures only needs to be a certain number or more. Furthermore, in order to improve the accuracy of camera calibration, it is only necessary to increase the number of pattern figures within a range where the pattern figures can be detected accurately.

図1に戻り、カメラキャリブレーションシステム1の概略について、説明を続ける。
撮影カメラ3は、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary MOS)を備える一般的なデジタルビデオカメラである。撮影カメラ3は、ディスプレイ表示パターンptが表示されたディスプレイ4を撮影して、撮影画像91をディスプレイ表示パターン生成装置2に出力する。
Returning to FIG. 1, the outline of the camera calibration system 1 will be described.
The photographing camera 3 is a general digital video camera including a CCD (Charge Coupled Device) and a CMOS (Complementary MOS). The photographing camera 3 photographs the display 4 on which the display display pattern pt is displayed, and outputs a photographed image 91 to the display display pattern generation device 2.

ディスプレイ4は、CRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイ、液晶ディスプレイ等の一般的な表示装置である。ディスプレイ4は、ディスプレイ表示パターン生成装置2から入力された表示画像90を表示する。   The display 4 is a general display device such as a CRT (Cathode Ray Tube) display or a liquid crystal display. The display 4 displays the display image 90 input from the display display pattern generation device 2.

以下、カメラキャリブレーションシステム1での処理の概略を説明する。まず、ディスプレイ表示パターン生成装置2は、初期設定されたディスプレイ表示パターンptの表示画像90をディスプレイ4に表示する。次に、撮影カメラ3は、このディスプレイ表示パターンptが表示されたディスプレイ4を撮影し、撮影画像91をディスプレイ表示パターン生成装置2に出力する。続いて、ディスプレイ表示パターン生成装置2は、この撮影画像91を用いて、撮影カメラ3のカメラキャリブレーションを行う。   Hereinafter, an outline of processing in the camera calibration system 1 will be described. First, the display display pattern generation device 2 displays the display image 90 of the initially set display display pattern pt on the display 4. Next, the photographing camera 3 photographs the display 4 on which the display display pattern pt is displayed, and outputs a photographed image 91 to the display display pattern generation device 2. Subsequently, the display display pattern generation device 2 performs camera calibration of the photographing camera 3 using the photographed image 91.

このとき、ディスプレイ表示パターン生成装置2は、より高い精度のカメラパラメータを求められるように、ディスプレイ表示パターンptを適切に変化させて、新たな表示画像90を生成する。そして、ディスプレイ表示パターン生成装置2は、適切なディスプレイ表示パターンptが含まれる、新たな表示画像90をディスプレイ4に表示する。
以後、カメラキャリブレーションシステム1では、前記した手順を繰り返す。
At this time, the display display pattern generation device 2 generates a new display image 90 by appropriately changing the display display pattern pt so that camera parameters with higher accuracy can be obtained. Then, the display display pattern generation device 2 displays a new display image 90 including an appropriate display display pattern pt on the display 4.
Thereafter, the camera calibration system 1 repeats the above-described procedure.

[ディスプレイ表示パターン生成装置の構成]
図5を参照し、ディスプレイ表示パターン生成装置2の構成について説明する。
図5のように、ディスプレイ表示パターン生成装置2は、記憶部21と、パターン検出部22と、カメラキャリブレーション部23と、パターン生成部24とを備える。
[Configuration of Display Display Pattern Generation Device]
With reference to FIG. 5, the structure of the display display pattern generation device 2 will be described.
As shown in FIG. 5, the display display pattern generation device 2 includes a storage unit 21, a pattern detection unit 22, a camera calibration unit 23, and a pattern generation unit 24.

記憶部21は、ディスプレイ情報を予め記憶するメモリ、ハードディスク等の記憶装置である。
ディスプレイ情報とは、ディスプレイ4の画面サイズ、画素数、画素間隔等といったディスプレイ4に関する情報である。
The storage unit 21 is a storage device such as a memory or a hard disk that stores display information in advance.
The display information is information related to the display 4 such as the screen size of the display 4, the number of pixels, the pixel interval, and the like.

パターン検出部22は、撮影カメラ3から撮影画像91が入力され、入力された撮影画像91に対してパターン検出処理を施すことで、撮影画像91からパターン図形の中心位置の画像座標を検出するものである。このとき、パターン検出部22は、パターン生成部24(表示画像生成部26)から入力されたパターン情報と、記憶部21のディスプレイ情報とを利用する。   The pattern detection unit 22 detects the image coordinates of the center position of the pattern figure from the photographed image 91 by inputting the photographed image 91 from the photographing camera 3 and applying pattern detection processing to the inputted photographed image 91. It is. At this time, the pattern detection unit 22 uses the pattern information input from the pattern generation unit 24 (display image generation unit 26) and the display information in the storage unit 21.

パターン情報とは、表示画像90におけるパターン図形の個数n,n、パターン図形の半径r,r、中心間距離d,d、外縁間距離l,l、ディスプレイ表示パターンptの枠内側の長さw,w等といったディスプレイ表示パターンptに関する情報である。さらに、パターン情報には、後記する回転検出基準パターン図形εの中心位置が含まれる。 The pattern information, the number n x of pattern features in the display image 90, n y, radius r x of the pattern shapes, r y, the distance between the centers d x, d y, the outer edge distance l x, l y, display the display pattern pt frame inner length w x, which is information on the display the display pattern pt such w y like. Further, the pattern information includes a center position of a rotation detection reference pattern figure ε described later.

具体的には、パターン検出部22は、パターン検出処理として、撮影画像91に含まれるパターン図形と同一色の領域(例えば、黒色領域)を検出する処理を施す。パターン図形が複数の画素により構成されるため、中心にある1画素を画像座標とする。パターン検出部22は、このパターン図形領域の重心点をパターン中心位置として検出すると、正確なパターン中心位置を素早く求められるので好ましい。
この他、パターン検出部22は、検出したパターン図形領域に外接する四角形を求め、求めた四角形の対角線交点をパターン中心座標として求めてもよい。
Specifically, the pattern detection unit 22 performs a process for detecting an area (for example, a black area) having the same color as the pattern graphic included in the captured image 91 as the pattern detection process. Since the pattern figure is composed of a plurality of pixels, one pixel at the center is set as an image coordinate. It is preferable that the pattern detection unit 22 detect the center of gravity of the pattern graphic area as the pattern center position because an accurate pattern center position can be quickly obtained.
In addition, the pattern detection unit 22 may obtain a quadrilateral circumscribing the detected pattern figure area, and obtain the diagonal intersection of the obtained quadrilateral as the pattern center coordinates.

ここで、ディスプレイ表示パターン生成装置2がパターン情報とディスプレイ情報とを有しているため、パターン図形の中心位置の世界座標が既知となる。例えば、ディスプレイ表示パターンptで中央に位置する基準パターン図形の中心位置を原点(0,0,0)とする世界座標系を考える。また、ディスプレイ情報では、画素間隔が実世界のスケール(単位系)で設定されていることとする。   Here, since the display display pattern generation device 2 has pattern information and display information, the world coordinates of the center position of the pattern figure are known. For example, consider a world coordinate system in which the center position of the reference pattern figure located in the center in the display display pattern pt is the origin (0, 0, 0). In the display information, it is assumed that the pixel interval is set on a real-world scale (unit system).

この場合、パターン図形の中心間距離は、パターン図形同士の間隔(画素数)dと、ディスプレイ4の画素間隔Δとを乗じて算出できる。また、ディスプレイ情報の画素間隔が実世界のスケールで規定されているので、パターン図形の中心間距離を、基準パターン図形の中心位置を原点とした世界座標系(0,dΔ,0)に変換できる。   In this case, the center distance between the pattern figures can be calculated by multiplying the distance (number of pixels) d between the pattern figures and the pixel interval Δ of the display 4. Further, since the pixel interval of the display information is defined on a real world scale, the distance between the centers of the pattern figures can be converted into the world coordinate system (0, dΔ, 0) with the center position of the reference pattern figure as the origin. .

パターン検出部22は、撮影画像91でパターン図形の中心位置を表す画像座標と、表示画像90でパターン図形の中心位置を表す世界座標とを、座標情報として生成する。さらに、パターン検出部22は、生成した座標情報をカメラキャリブレーション部23及びパターン生成部24に出力する。   The pattern detection unit 22 generates, as coordinate information, image coordinates representing the center position of the pattern graphic in the captured image 91 and world coordinates representing the center position of the pattern graphic in the display image 90. Further, the pattern detection unit 22 outputs the generated coordinate information to the camera calibration unit 23 and the pattern generation unit 24.

<ディスプレイ表示パターンの回転検出>
さらに、パターン検出部22は、図6のように、撮影画像91に含まれる回転検出基準パターン図形εの位置変化に基づいて、ディスプレイ表示パターンptの回転を検出することが好ましい。
<Display pattern rotation detection>
Furthermore, it is preferable that the pattern detection unit 22 detects the rotation of the display display pattern pt based on the position change of the rotation detection reference pattern graphic ε included in the captured image 91 as shown in FIG.

回転検出基準パターン図形εとは、ディスプレイ表示パターンptで非対称となる位置のパターン図形(例えば、右下のパターン図形)のことである。また、非対称となる位置のパターン図形とは、ディスプレイ表示パターンptが回転した際に位置が変化しないパターン図形以外のことである。従って、ディスプレイ表示パターンptの中央に位置するパターン図形は、回転した際に位置が変化しないので、回転検出基準パターン図形εとして設定されない。
なお、回転検出基準パターン図形εは、後記する表示画像生成部26によってディスプレイ表示パターンptに設定される。
The rotation detection reference pattern graphic ε is a pattern graphic (for example, a lower right pattern graphic) at a position that is asymmetric in the display display pattern pt. Moreover, the pattern figure of the position which becomes asymmetric is other than the pattern figure whose position does not change when the display display pattern pt is rotated. Accordingly, the pattern figure located at the center of the display display pattern pt is not set as the rotation detection reference pattern figure ε because the position does not change when it is rotated.
The rotation detection reference pattern graphic ε is set to the display display pattern pt by the display image generation unit 26 described later.

回転検出基準パターン図形εの設定手法としては、表示画像90のディスプレイ表示パターンptから回転検出基準パターン図形εを抜く手法があげられる。言い換えるなら、表示画像90のディスプレイ表示パターンptでは、回転検出基準パターン図形εが描かれていない。パターン図形が縦横に3個ずつ配置されたディスプレイ表示パターンptから、回転検出基準パターン図形εとして、右下に位置するパターン図形が抜かれている。
なお、図6では、説明のために、回転検出基準パターン図形εを破線で図示した。
An example of a method for setting the rotation detection reference pattern graphic ε is a method of removing the rotation detection reference pattern graphic ε from the display display pattern pt of the display image 90. In other words, the rotation detection reference pattern graphic ε is not drawn in the display display pattern pt of the display image 90. From the display display pattern pt in which three pattern figures are arranged vertically and horizontally, the pattern figure located at the lower right is extracted as the rotation detection reference pattern figure ε.
In FIG. 6, the rotation detection reference pattern graphic ε is illustrated by a broken line for the sake of explanation.

前記したように、パターン検出部22は、パターン情報から、表示画像90のディスプレイ表示パターンptに設定された回転検出基準パターン図形εの中心位置がわかる。また、パターン検出部22は、パターン中心位置の検出結果から、撮影画像91のディスプレイ表示パターンptで抜けていたパターン図形の中心位置を、回転検出基準パターン図形εとして特定できる。   As described above, the pattern detection unit 22 knows the center position of the rotation detection reference pattern graphic ε set in the display display pattern pt of the display image 90 from the pattern information. Further, the pattern detection unit 22 can specify the center position of the pattern graphic missing from the display display pattern pt of the captured image 91 as the rotation detection reference pattern graphic ε from the detection result of the pattern center position.

そして、パターン検出部22は、表示画像90及び撮影画像91における回転検出基準パターン図形εの中心位置の変化を検出する。例えば、パターン検出部22は、表示画像90で右下に位置する回転検出基準パターン図形εが、撮影画像91で左下に移動したとき、ディスプレイ表示パターンptが時計回りに90°又は撮影カメラ3が反時計回りに90°回転したと検出する。   The pattern detection unit 22 detects a change in the center position of the rotation detection reference pattern graphic ε in the display image 90 and the captured image 91. For example, when the rotation detection reference pattern figure ε located at the lower right in the display image 90 moves to the lower left in the captured image 91, the pattern detection unit 22 displays the display display pattern pt 90 ° clockwise or the photographing camera 3 It is detected that it has rotated 90 ° counterclockwise.

このように、パターン検出部22がディスプレイ表示パターンptの回転を検出することで、表示画像90と撮影画像91との縦軸及び横軸を対応付けて、2軸方向で最適なディスプレイ表示パターンptを求めることができる。   As described above, the pattern detection unit 22 detects the rotation of the display display pattern pt, thereby associating the vertical axis and the horizontal axis of the display image 90 and the captured image 91 with each other so that the optimal display display pattern pt in the biaxial direction is obtained. Can be requested.

なお、回転検出基準パターン図形εは、ディスプレイ表示パターンptから抜く以外、他のパターン図形と異なる回転検出色(例えば、赤色)で描いてもよい。この場合、パターン検出部22は、撮影画像91に対し、回転検出基準パターン図形εと同一色の領域を検出する処理を施す。そして、パターン検出部22は、回転検出基準パターン図形εの領域における重心点を、回転検出基準パターン図形εの中心位置として検出する。   Note that the rotation detection reference pattern graphic ε may be drawn with a rotation detection color (for example, red) different from other pattern graphics, other than removing from the display display pattern pt. In this case, the pattern detection unit 22 performs processing for detecting a region having the same color as the rotation detection reference pattern graphic ε on the captured image 91. Then, the pattern detection unit 22 detects the center of gravity in the region of the rotation detection reference pattern graphic ε as the center position of the rotation detection reference pattern graphic ε.

図5に戻り、ディスプレイ表示パターン生成装置2の構成について説明する。
カメラキャリブレーション部23は、パターン検出部22から座標情報が入力され、入力された座標情報を用いたカメラキャリブレーションによって、撮影画像91を撮影したときの撮影カメラ3のカメラパラメータを求めるものである。
Returning to FIG. 5, the configuration of the display display pattern generation device 2 will be described.
The camera calibration unit 23 receives the coordinate information from the pattern detection unit 22 and obtains camera parameters of the photographing camera 3 when the photographed image 91 is photographed by camera calibration using the inputted coordinate information. .

例えば、カメラキャリブレーション部23は、下記参考文献1に記載のTsaiの手法を用いて、撮影カメラ3のカメラパラメータを求めることができる。
参考文献1:“A Versatile Camera Calibration Technique for High-Accuracy 3D Machine Vision Metrology Using Off-the-Shelf TV Cameras and Lenses”, R. Y. Tsai, IEEE J. Robotics & Automation, RA-3, No. 4, August 1987, pp. 323-344
For example, the camera calibration unit 23 can obtain the camera parameters of the photographing camera 3 using the Tsai method described in Reference Document 1 below.
Reference 1: “A Versatile Camera Calibration Technique for High-Accuracy 3D Machine Vision Metrology Using Off-the-Shelf TV Cameras and Lenses”, RY Tsai, IEEE J. Robotics & Automation, RA-3, No. 4, August 1987 , pp. 323-344

そして、カメラキャリブレーション部23は、求めたカメラパラメータをパターン生成部24に出力する。
なお、カメラキャリブレーション部23は、求めたカメラパラメータを他の装置やアプリケーションで利用するため、このカメラパラメータを外部に出力してもよい。
Then, the camera calibration unit 23 outputs the obtained camera parameters to the pattern generation unit 24.
The camera calibration unit 23 may output the camera parameters to the outside in order to use the obtained camera parameters in another device or application.

パターン生成部24は、ディスプレイ表示パターンptが含まれる撮影画像91を生成するものであり、パターン図形位置決定部25と、表示画像生成部26とを備える。ここで、パターン生成部24は、パターン検出部22から座標情報が入力され、カメラキャリブレーション部23からカメラパラメータが入力される。   The pattern generation unit 24 generates a captured image 91 including the display display pattern pt, and includes a pattern figure position determination unit 25 and a display image generation unit 26. Here, the pattern generation unit 24 receives coordinate information from the pattern detection unit 22 and receives camera parameters from the camera calibration unit 23.

パターン図形位置決定部25は、撮影画像91で隣接するパターン中心位置の距離である中心間距離を算出し、算出した中心間距離の最小値が予め設定された距離基準値となるように、撮影画像91のパターン中心位置を修正するものである。   The pattern figure position determining unit 25 calculates a center-to-center distance that is the distance between adjacent pattern center positions in the captured image 91, and captures the minimum value of the calculated center-to-center distance to a preset distance reference value. The pattern center position of the image 91 is corrected.

<撮影画像におけるパターン中心位置の決定>
図7,図8を参照し、パターン中心位置の決定について説明する(適宜図5参照)。
パターン図形位置決定部25は、パターン検出部22から入力された座標情報を参照して、撮影画像91に含まれる全てのパターン図形について、隣接するパターン図形との中心間距離を算出する。
<Determination of pattern center position in photographed image>
The determination of the pattern center position will be described with reference to FIGS. 7 and 8 (see FIG. 5 as appropriate).
The pattern figure position determination unit 25 refers to the coordinate information input from the pattern detection unit 22 and calculates the center-to-center distances between adjacent pattern figures for all pattern figures included in the captured image 91.

ここで、撮影カメラ3がディスプレイ4の左下側から撮影を行ったこととする。この場合、図7のように、撮影画像91では、左下側が撮影カメラ3に最も近く、右上側が撮影カメラ3から最も遠くなる。このため、隣接するパターン図形の間隔(中心間距離)は、撮影画像91の左下側から右上側になるにつれて短くなる。以下、図8のように、図7のパターン図形α〜γに着目して説明する。   Here, it is assumed that the photographing camera 3 has photographed from the lower left side of the display 4. In this case, as shown in FIG. 7, in the photographed image 91, the lower left side is closest to the photographing camera 3 and the upper right side is farthest from the photographing camera 3. For this reason, the interval (center-to-center distance) between adjacent pattern figures becomes shorter from the lower left side to the upper right side of the captured image 91. Hereinafter, the description will be given focusing on the pattern figures α to γ in FIG. 7 as shown in FIG.

例えば、パターン図形位置決定部25は、パターン図形αの中心位置(uα,vαと、パターン図形βの中心位置(uβ,vβとの中心間距離を求める。また、パターン図形位置決定部25は、パターン図形αの中心位置(uα,vαと、パターン図形γの中心位置(uγ,vγとの中心間距離を求める。 For example, the pattern figure position determining unit 25 obtains the center distance between the center position (u α , v α ) T of the pattern figure α and the center position (u β , v β ) T of the pattern figure β. The pattern figure position determining unit 25 obtains the center distance between the center position (u α , v α ) T of the pattern figure α and the center position (u γ , v γ ) T of the pattern figure γ.

なお、下付きの添字u,vは、それぞれ、撮影画像91における横軸(u軸)、縦軸(v軸)を表す。つまり、撮影画像91のu軸が表示画像90のx軸に対応し、撮影画像91のv軸が表示画像90のy軸に対応する。
また、上付きの添字Tは、転置行列を表す。
また、図8では、説明のために、パターン図形を白抜きで図示し、パターン図形の中心位置を黒色で図示した(図9,図12,図13も同様)。
The subscripts u and v represent the horizontal axis (u axis) and the vertical axis (v axis) in the captured image 91, respectively. That is, the u axis of the captured image 91 corresponds to the x axis of the display image 90, and the v axis of the captured image 91 corresponds to the y axis of the display image 90.
A superscript T represents a transposed matrix.
Further, in FIG. 8, for the sake of explanation, the pattern figure is shown in white and the center position of the pattern figure is shown in black (the same applies to FIGS. 9, 12, and 13).

次に、パターン図形位置決定部25は、全てのパターン図形における中心間距離のうち、最小となる中心間距離を求める。図8の例では、u軸方向でパターン図形α,βの中心間距離duが最小となり、v軸方向でパターン図形α,γの中心間距離dが最小となる。ここで、最小となる中心間距離du,dは、下記の式(7)及び式(8)で表すことができる。 Next, the pattern figure position determining unit 25 obtains the minimum center distance among the center distances in all the pattern figures. In the example of FIG. 8, the pattern shape alpha in u axis direction, the distance between the centers d u of β is minimized, v-axis direction pattern shapes alpha, center-to-center distance d v of γ is minimized. Here, the minimum center-to-center distances d u and d v can be expressed by the following equations (7) and (8).

Figure 0006317611
Figure 0006317611

Figure 0006317611
Figure 0006317611

そして、パターン図形位置決定部25は、最小の中心間距離du,dが予め設定された距離基準値Du,Dとなるように、撮影画像91のパターン中心位置を修正する。パターン図形βで修正後のパターン中心位置を(u´β,v´β、パターン図形γで修正後のパターン中心位置(u´γ,v´γとする。この場合、距離基準値Du,Dと、修正後のパターン中心位置(u´β,v´β,(u´γ,v´γとの間には、下記の式(9)及び式(10)の関係が成立する。 Then, the pattern figure position determination unit 25, between the minimum center distance d u, d v distance preset reference value D u, so that the D v, to correct the pattern center position of the captured image 91. The pattern center position after correction with the pattern figure β is (u ′ β , v ′ β ) T , and the pattern center position after correction with the pattern figure γ is (u ′ γ , v ′ γ ) T. In this case, between the distance reference values D u and D v and the corrected pattern center position (u ′ β , v ′ β ) T , (u ′ γ , v ′ γ ) T , the following formula ( 9) and the relationship of Expression (10) are established.

Figure 0006317611
Figure 0006317611

Figure 0006317611
Figure 0006317611

ここで、修正後のパターン中心位置(u´β,v´βは、パターン図形α,βの中心位置を結んだ直線上にある。また、修正後のパターン中心位置(u´γ,v´γは、パターン図形α,γの中心位置を結んだ直線上にある。このため、相似等の関数によって、u座標とv座標との関係が求められる。これにより、式(9)及び式(10)が1つの数式に対して1つの変数となるので、パターン図形位置決定部25は、修正後のパターン中心位置(u´β,v´β,(u´γ,v´γを求めることができる。 Here, the corrected pattern center position (u ′ β , v ′ β ) T is on a straight line connecting the center positions of the pattern figures α and β. The corrected pattern center position (u ′ γ , v ′ γ ) T is on a straight line connecting the center positions of the pattern figures α and γ. For this reason, the relationship between the u coordinate and the v coordinate is obtained by a function such as similarity. As a result, since the equations (9) and (10) become one variable for one equation, the pattern figure position determining unit 25 determines the corrected pattern center position (u ′ β , v ′ β ) T. , (U ′ γ , v ′ γ ) T can be obtained.

<新たな表示画像におけるパターン中心位置の決定>
図8,図9を参照し、新たな表示画像90におけるパターン中心位置の決定について説明する(適宜図5参照)。
パターン図形位置決定部25は、カメラパラメータにより定まる表示画像90と撮影画像91との座標系の対応関係に基づいて、修正された撮影画像91のパターン中心位置から、ディスプレイ4に表示する新たな表示画像90のパターン中心位置を決定する。
<Determination of pattern center position in new display image>
The determination of the pattern center position in the new display image 90 will be described with reference to FIGS. 8 and 9 (see FIG. 5 as appropriate).
The pattern figure position determination unit 25 performs a new display to be displayed on the display 4 from the pattern center position of the corrected captured image 91 based on the coordinate system correspondence between the display image 90 and the captured image 91 determined by the camera parameters. The pattern center position of the image 90 is determined.

パターン図形位置決定部25に入力されたカメラパラメータは、ディスプレイ4に表示予定の新たな表示画像90に対して、1フレーム以上前のカメラパラメータである。このカメラパラメータを利用して、下記の式(11)のように、表示画像90の座標系(世界座標系)と撮影画像91の画像座標系とを関係付けることができる。   The camera parameters input to the pattern figure position determining unit 25 are camera parameters one frame or more before the new display image 90 scheduled to be displayed on the display 4. Using this camera parameter, the coordinate system (world coordinate system) of the display image 90 and the image coordinate system of the captured image 91 can be related as in the following equation (11).

Figure 0006317611
Figure 0006317611

式(11)では、撮影画像91の画像座標を(u,v)、表示画像90の世界座標を(x,y,z、撮影カメラ3の座標系(カメラ座標系)における奥行き値をzで表す。また、式(11)では、カメラパラメータに含まれる内部パラメータをA、回転行列をR、平行移動ベクトルをTで表す。
式(11)において、P=A(R|T)とすれば、下記の式(12)が成立する。この式(12)は、式(13)のように変形できる。
In Expression (11), the image coordinates of the photographed image 91 are (u, v) T , the world coordinates of the display image 90 are (x w , y w , z w ) T , and the coordinate system of the photographing camera 3 (camera coordinate system). Depth value at is represented by z. In Expression (11), an internal parameter included in the camera parameters is represented by A, a rotation matrix is represented by R, and a translation vector is represented by T.
In the equation (11), if P = A (R | T), the following equation (12) is established. This equation (12) can be transformed into equation (13).

Figure 0006317611
Figure 0006317611

Figure 0006317611
Figure 0006317611

そして、パターン図形位置決定部25は、下記の式(14)及び式(15)のように、修正後のパターン中心位置(u´β,v´β,(u´γ,v´γを式(13)に代入して、世界座標系で新たな表示画像90のパターン中心位置を求める。 The pattern figure position determining unit 25 then corrects the pattern center positions (u ′ β , v ′ β ) T , (u ′ γ , v ′ γ ) after correction as in the following formulas (14) and (15). ) Substituting T into Equation (13), the pattern center position of the new display image 90 is obtained in the world coordinate system.

Figure 0006317611
Figure 0006317611

Figure 0006317611
Figure 0006317611

図9のように、世界座標系では、パターン図形αの中心位置を(xα,yα,zα、パターン図形βの中心位置を(xβ,yβ,zβ、パターン図形γの中心位置を(xγ,yγ,zγで表す。このとき、式(14)より、パターン図形βの中心位置(xβ,yβ,zβ=(xα+d´,yα,0)となる。さらに、式(15)より、パターン図形γの中心位置(xγ,yγ,zγ=(xα,yα+d´,0)となる。 As shown in FIG. 9, in the world coordinate system, the center position of the pattern figure α is (x α , y α , z α ) T , the center position of the pattern figure β is (x β , y β , z β ) T , and the pattern The center position of the figure γ is represented by (x γ , y γ , z γ ) T. At this time, the center position (x β , y β , z β ) T = (x α + d ′ x , y α , 0) T of the pattern figure β is obtained from the equation (14). Further, from the expression (15), the center position (x γ , y γ , z γ ) T = (x α , y α + d ′ y , 0) T of the pattern graphic γ is obtained.

図5に戻り、ディスプレイ表示パターン生成装置2の構成について説明する。
表示画像生成部26は、パターン図形位置決定部25で求めた、新たな表示画像90のパターン中心位置(xα+d´,yα,0),(xα,yα+d´,0)から、新たな表示画像90の中心間距離d,dを算出し、算出した中心間距離d,dに基づいて、新たな表示画像90を生成するものである。
Returning to FIG. 5, the configuration of the display display pattern generation device 2 will be described.
The display image generation unit 26 obtains the pattern center position (x α + d ′ x , y α , 0) T , (x α , y α + d ′ y ) of the new display image 90 obtained by the pattern figure position determination unit 25. from 0) T, calculate the center distance d x, d y for a new display image 90, the calculated center-to-center distance d x, based on the d y, and generates a new display image 90.

式(14)及び式(15)のd´,d´が新たな表示画像90の中心間距離d,dとなる。また、前記した式(1)〜式(6)のパターン生成規則により、中心間距離d,dが定まれば、新たな表示画像90のディスプレイ表示パターンptが定まる。このとき、パターン図形の個数n,nは、整数とする。 Equation (14) and d'x, d'y is the distance between the centers d x of the new display image 90 of the formula (15), and d y. Further, the pattern generation rule of the equations (1) to (6), center-to-center distance d x, if d y is determined, determined the display the display pattern pt of the new display image 90. In this case, the number n x, n y of the pattern feature, an integer.

つまり、表示画像生成部26は、前記した式(1)〜式(6)のパターン生成規則に基づいて、新たな表示画像90の中心間距離d,dから、新たな表示画像90の外縁間距離l,l及びパターン図形の半径r,rを算出する。そして、表示画像生成部26は、算出した中心間距離d,dと、外縁間距離l,lと、パターン図形の半径r,rとに従ってパターン図形が配置されたディスプレイ表示パターンptを求める。さらに、表示画像生成部26は、求めたディスプレイ表示パターンptからなる、新たな表示画像90を生成する。 That is, the display image generation unit 26 calculates the new display image 90 from the center-to-center distances d x and dy of the new display image 90 based on the pattern generation rules of Expressions (1) to (6) described above. The distances l x and l y between the outer edges and the radii r x and r y of the pattern figure are calculated. Then, the display image generating unit 26, calculated center distance d x, and d y, the outer edge distance l x, and l y, the radius r x of the pattern feature, the display displays the pattern figures are arranged according to a r y The pattern pt is obtained. Further, the display image generation unit 26 generates a new display image 90 composed of the obtained display display pattern pt.

なお、表示画像生成部26は、新たな表示画像90のディスプレイ表示パターンptに回転検出基準パターン図形εを設定することが好ましい(図6)。
また、表示画像生成部26は、新たな表示画像90に含まれるディスプレイ表示パターンptのパターン情報をパターン検出部22に出力する。
Note that the display image generation unit 26 preferably sets the rotation detection reference pattern graphic ε to the display display pattern pt of the new display image 90 (FIG. 6).
Further, the display image generation unit 26 outputs the pattern information of the display display pattern pt included in the new display image 90 to the pattern detection unit 22.

[ディスプレイ表示パターン生成装置の動作]
図10を参照し、ディスプレイ表示パターン生成装置2の動作について説明する(適宜図5参照)。
[Operation of display display pattern generator]
The operation of the display display pattern generation device 2 will be described with reference to FIG. 10 (see FIG. 5 as appropriate).

ディスプレイ表示パターン生成装置2は、パターン検出部22によって、撮影画像91からパターン図形の中心位置の画像座標を検出する。また、ディスプレイ表示パターン生成装置2は、パターン検出部22によって、ディスプレイ表示パターンptの回転を検出する(ステップS1)。   In the display display pattern generation device 2, the pattern detection unit 22 detects the image coordinates of the center position of the pattern graphic from the captured image 91. Moreover, the display display pattern generation apparatus 2 detects the rotation of the display display pattern pt by the pattern detection unit 22 (step S1).

ディスプレイ表示パターン生成装置2は、カメラキャリブレーション部23によって、撮影カメラ3のカメラパラメータをカメラキャリブレーションで求める(ステップS2)。   The display display pattern generation device 2 uses the camera calibration unit 23 to obtain the camera parameters of the photographing camera 3 by camera calibration (step S2).

ディスプレイ表示パターン生成装置2は、パターン図形位置決定部25によって、撮影画像91の中心間距離を算出し、算出した中心間距離の最小値が距離基準値となるように、撮影画像91のパターン中心位置を修正する。また、ディスプレイ表示パターン生成装置2は、パターン図形位置決定部25によって、撮影画像91のパターン中心位置から、新たな表示画像90のパターン中心位置を決定する(ステップS3)。   The display display pattern generation device 2 calculates the center-to-center distance of the captured image 91 by the pattern figure position determining unit 25, and sets the pattern center of the captured image 91 so that the minimum value of the calculated center-to-center distance becomes the distance reference value. Correct the position. Moreover, the display display pattern generation apparatus 2 determines the pattern center position of the new display image 90 from the pattern center position of the captured image 91 by the pattern figure position determination unit 25 (step S3).

ディスプレイ表示パターン生成装置2は、表示画像生成部26によって、新たな表示画像90のパターン中心位置から中心間距離を算出する(ステップS4)。
ディスプレイ表示パターン生成装置2は、表示画像生成部26によって、パターン生成規則に基づいて外縁間距離及びパターン図形の半径を算出し、新たな表示画像90を生成する(ステップS5)。
In the display display pattern generation device 2, the display image generation unit 26 calculates the center-to-center distance from the pattern center position of the new display image 90 (step S4).
In the display display pattern generation device 2, the display image generation unit 26 calculates the distance between the outer edges and the radius of the pattern graphic based on the pattern generation rule, and generates a new display image 90 (step S5).

[作用・効果]
ディスプレイ表示パターン生成装置2は、撮影カメラ3の位置、姿勢及び撮影画角に応じて、ディスプレイ表示パターンptを適切に変更することができる。これによって、ディスプレイ表示パターン生成装置2は、撮影画像91において、パターン図形が潰れて検出できない事態が減少し、安定的に高精度なカメラキャリブレーションを行うことができる。
[Action / Effect]
The display display pattern generation device 2 can appropriately change the display display pattern pt according to the position, orientation, and shooting angle of view of the shooting camera 3. Thereby, the display display pattern generation device 2 can reduce the situation in which the pattern figure is crushed and cannot be detected in the captured image 91, and can perform highly accurate camera calibration stably.

さらに、ディスプレイ表示パターン生成装置2は、カメラパラメータを用いて表示画像90を生成するので、撮影カメラ3の位置、姿勢及び撮影画角の推定精度が向上し、カメラキャリブレーションの精度をより向上させることができる。   Furthermore, since the display display pattern generation device 2 generates the display image 90 using the camera parameters, the estimation accuracy of the position, orientation, and shooting angle of view of the shooting camera 3 is improved, and the accuracy of camera calibration is further improved. be able to.

(第2実施形態)
図11を参照し、本願発明の第2実施形態に係るディスプレイ表示パターン生成装置2Bについて、第1実施形態と異なる点を説明する。
ディスプレイ表示パターン生成装置2Bは、新たな表示画像90を生成する際、カメラパラメータではなく、撮影画像91と表示画像90との比による近似演算を行う点が、第1実施形態と異なる。
(Second Embodiment)
With reference to FIG. 11, a display display pattern generation device 2B according to the second embodiment of the present invention will be described while referring to differences from the first embodiment.
The display display pattern generation device 2 </ b> B differs from the first embodiment in that when generating a new display image 90, approximate calculation based on the ratio between the captured image 91 and the display image 90 is performed instead of the camera parameter.

図11のように、ディスプレイ表示パターン生成装置2Bは、記憶部21と、パターン検出部22と、カメラキャリブレーション部23と、パターン生成部24Bとを備える。
パターン生成部24Bは、表示画像生成部26Bと、距離総和値算出部27と、パターン図形サイズ決定部28とを備える。
なお、表示画像生成部26B、距離総和値算出部27及びパターン図形サイズ決定部28以外の各手段は、第1実施形態と同様のため、説明を省略する。
As shown in FIG. 11, the display display pattern generation device 2B includes a storage unit 21, a pattern detection unit 22, a camera calibration unit 23, and a pattern generation unit 24B.
The pattern generation unit 24B includes a display image generation unit 26B, a distance total value calculation unit 27, and a pattern figure size determination unit 28.
The means other than the display image generation unit 26B, the distance total value calculation unit 27, and the pattern figure size determination unit 28 are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted.

距離総和値算出部27は、パターン検出部22から入力された座標情報を用いて、撮影画像91で隣接するパターン中心位置の距離総和値と、表示画像90で隣接するパターン中心位置の距離総和値とを算出するものである。   The distance sum value calculation unit 27 uses the coordinate information input from the pattern detection unit 22, and the distance sum value of the pattern center positions adjacent in the captured image 91 and the distance sum value of the pattern center positions adjacent in the display image 90. Are calculated.

まず、距離総和値算出部27は、表示画像90に含まれる全てのパターン図形について、隣接するパターン図形との中心間距離d,dを算出する。そして、距離総和値算出部27は、下記の式(16)及び式(17)のように、中心間距離d,dの総和である距離総和値s,sを算出する。このとき、距離総和値算出部27は、x軸及びy軸に分けて、距離総和値s,sを算出する。 First, the distance sum calculation unit 27, for all the pattern features contained in the displayed image 90, the distance between the centers d x between adjacent pattern features, to calculate a d y. Then, the distance sum calculation unit 27, as in the following equation (16) and (17), center-to-center distance d x, the sum of d y distance sum s x, calculates the s y. At this time, the distance sum value calculation unit 27 calculates the distance sum values s x and s y separately for the x axis and the y axis.

Figure 0006317611
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また、距離総和値算出部27は、撮影画像91に含まれる全てのパターン図形について、隣接するパターン図形との中心間距離d,dを算出する。そして、距離総和値算出部27は、下記の式(18)及び式(19)のように、中心間距離d,dの総和である距離総和値s,sを算出する。このとき、距離総和値算出部27は、u軸及びv軸に分けて、距離総和値s,sを算出する。 The distance sum calculation unit 27, for all the pattern features contained in the captured image 91, and calculates the center-to-center distance d u, d v between adjacent pattern features. Then, the distance sum calculation unit 27, as in the following formula (18) and (19), center-to-center distance d u, d v sum is the distance sum s u of calculating the s v. At this time, the distance sum value calculation unit 27 calculates the distance sum values s u and s v separately for the u axis and the v axis.

Figure 0006317611
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パターン図形サイズ決定部28は、距離総和値算出部27が算出した距離総和値s,s,s,sから、ディスプレイ4に表示する新たな表示画像90におけるパターン図形の半径r,rを算出するものである。 The pattern figure size determining unit 28 uses the pattern figure radius r x in the new display image 90 displayed on the display 4 from the distance sum values s x , s y , su , and s v calculated by the distance sum value calculating unit 27. , R y are calculated.

図12及び図13のように、撮影画像91及び表示画像90でディスプレイ表示パターンptの中央に位置するパターン図形ηの半径r,rの比と、撮影画像91及び表示画像90の中心間距離d,dの総和である距離総和値s,sの比とが等しくなる。また、撮影画像91及び表示画像90でディスプレイ表示パターンptの中央に位置するパターン図形ηの半径r,rの比と、撮影画像91及び表示画像90の中心間距離d,dの総和である距離総和値s,sの比とが等しくなる。
なお、ディスプレイ表示パターンptの中央にパターン図形ηが存在しない場合(パターン図形の個数が偶数の場合)は、中央に最も近いパターン図形を利用する。
As shown in FIGS. 12 and 13, the ratio of the radii r u and r x of the pattern figure η located in the center of the display display pattern pt in the captured image 91 and the display image 90 and the center between the captured image 91 and the display image 90. The ratio of the distance sum values s u and s x that is the sum of the distances d u and d x becomes equal. Further, the radius r v pattern shape η located in the center of the display the display pattern pt in the captured image 91 and the display image 90, and the ratio of r y, the distance between the centers d v of the captured image 91 and the display image 90, the d y The ratio of the distance sum values s v and s y that is the sum is equal.
When the pattern figure η does not exist at the center of the display display pattern pt (when the number of pattern figures is an even number), the pattern figure closest to the center is used.

すなわち、下記の式(20)及び式(21)が成立する。そして、式(20)及び式(21)は、式(22)及び式(23)のように変形できる。   That is, the following equations (20) and (21) are established. And Formula (20) and Formula (21) can be transformed like Formula (22) and Formula (23).

Figure 0006317611
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この式(22)及び式(23)において、表示画像90でパターン図形ηの半径r,rが予め設定された半径基準値(サイズ基準値)R,Rとなるようにすると、表示画像90におけるパターン図形の半径r,rが求められる。 In the equations (22) and (23), if the radii r u and r v of the pattern figure η in the display image 90 are set to the preset radius reference values (size reference values) R u and R v , The radii r x and r y of the pattern figure in the display image 90 are obtained.

すなわち、パターン図形サイズ決定部28は、下記の式(24)のように、表示画像90の距離総和値sと撮影画像91の距離総和値sとの比に半径基準値Rを乗じることで、新たな表示画像90におけるパターン図形の半径rを算出できる。また、パターン図形サイズ決定部28は、下記の式(25)のように、表示画像90の距離総和値sと撮影画像91の距離総和値sとの比に半径基準値Rを乗じることで、新たな表示画像90におけるパターン図形の半径rを算出できる。 That is, the pattern figure size determination unit 28, as in Equation (24) below, multiplied by the radius reference value R u of the ratio of the distance sum s u of the distance sum s x and the photographed image 91 of the display image 90 Thus, the radius r x of the pattern figure in the new display image 90 can be calculated. Further, the pattern figure size determining unit 28 multiplies the ratio of the total distance value s y of the display image 90 and the total distance value s v of the captured image 91 by the radius reference value R v as shown in the following equation (25). Thus, the radius r y of the pattern figure in the new display image 90 can be calculated.

Figure 0006317611
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Figure 0006317611
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表示画像生成部26Bは、新たな表示画像90におけるパターン図形の半径r,rに基づいて、新たな表示画像90を生成するものである。具体的には、表示画像生成部26Bは、前記した式(1)〜式(6)のパターン生成規則に基づいて、新たな表示画像90の半径r,rから、新たな表示画像90の中心間距離d,d及び外縁間距離l,lを算出する。そして、表示画像生成部26Bは、算出した中心間距離d,dと、外縁間距離l,lと、パターン図形の半径r,rとに従ってパターン図形が配置されたディスプレイ表示パターンptを求める。さらに、表示画像生成部26Bは、求めたディスプレイ表示パターンptからなる、新たな表示画像90を生成する。 Display image generating unit 26B, the radius r x of the pattern feature in the new display image 90, based on the r y, and generates a new display image 90. Specifically, the display image generation unit 26B based on the pattern generation rule of the equations (1) to (6), the radius r x of the new display image 90, the r y, the new display image 90 center distance d x, d y and the outer edge distance l x of calculating the l y. Then, the display image generating unit 26B outputs the calculated center distance d x, and d y, the outer edge distance l x, and l y, the radius r x of the pattern feature, the display displays the pattern figures are arranged according to a r y The pattern pt is obtained. Furthermore, the display image generation unit 26B generates a new display image 90 including the obtained display display pattern pt.

[ディスプレイ表示パターン生成装置の動作]
図14を参照し、ディスプレイ表示パターン生成装置2Bの動作について説明する(適宜図11参照)。
ステップS1,S2の処理は、図10と同様のため、説明を省略する。
[Operation of display display pattern generator]
The operation of the display display pattern generation device 2B will be described with reference to FIG. 14 (see FIG. 11 as appropriate).
Since the process of step S1, S2 is the same as that of FIG. 10, description is abbreviate | omitted.

ディスプレイ表示パターン生成装置2Bは、距離総和値算出部27によって、表示画像で隣接するパターン図形の中心間距離を算出し、算出した中心間距離の距離総和値を求める(ステップS11)。   The display display pattern generation device 2B calculates the distance between the centers of adjacent pattern figures in the display image by the distance total value calculation unit 27, and obtains the distance total value of the calculated center distance (step S11).

ディスプレイ表示パターン生成装置2Bは、パターン図形サイズ決定部28によって、表示画像90と撮影画像91との距離総和値の比に半径基準値を乗じることで、新たな表示画像90におけるパターン図形の半径を算出する(ステップS12)。   The display display pattern generation device 2B uses the pattern figure size determination unit 28 to multiply the ratio of the total distance value between the display image 90 and the captured image 91 by the radius reference value, thereby obtaining the radius of the pattern figure in the new display image 90. Calculate (step S12).

ディスプレイ表示パターン生成装置2Bは、表示画像生成部26Bによって、パターン生成規則に基づいて中心間距離及び外縁間距離を算出し、新たな表示画像90を生成する(ステップS13)。   In the display display pattern generation device 2B, the display image generation unit 26B calculates the distance between the centers and the distance between the outer edges based on the pattern generation rule, and generates a new display image 90 (step S13).

[作用・効果]
ディスプレイ表示パターン生成装置2Bは、第1実施形態と同様、安定的に高精度なカメラキャリブレーションを行うことができる。さらに、ディスプレイ表示パターン生成装置2Bは、簡易な演算処理により、カメラキャリブレーションの実行速度を向上させることができる。
[Action / Effect]
As in the first embodiment, the display display pattern generation device 2B can stably perform highly accurate camera calibration. Furthermore, the display display pattern generation device 2B can improve the execution speed of camera calibration by a simple calculation process.

(変形例)
本願発明に係るディスプレイ表示パターン生成装置2,2Bは、前記した各実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で変形を加えることができる。
(Modification)
The display display pattern generation devices 2 and 2B according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

前記した実施形態では、ディスプレイ表示パターン生成装置2,2Bがディスプレイ表示パターンptの回転を検出することとしたが、ディスプレイ表示パターンptの回転を検出せずともよい。この場合、ディスプレイ表示パターン生成装置2,2Bは、表示画像90と撮影画像91との縦軸及び横軸を対応付けることができないので、1軸方向でパターン図形の半径、中心間距離及び外縁間距離を算出する。   In the above-described embodiment, the display display pattern generation devices 2 and 2B detect the rotation of the display display pattern pt. However, it is not necessary to detect the rotation of the display display pattern pt. In this case, since the display display pattern generation devices 2 and 2B cannot associate the vertical axis and the horizontal axis of the display image 90 and the captured image 91, the radius of the pattern figure, the center distance, and the outer edge distance in one axis direction. Is calculated.

前記した実施形態では、ディスプレイ表示パターンptがドットパターンであることとしたが、これに限定されない。
図15のように、ディスプレイ表示パターンptは、正方形状のパターン図形が等間隔で縦横に3個ずつ配置された、正方形状のスクエアパターンであってもよい。ここで、パターン図形で端点から中点までの長さをr,rと定義する。これにより、図15のディスプレイ表示パターンptでは、式(1)〜式(6)のパターン生成規則をそのまま利用することができる。
さらに、図16のように、ディスプレイ表示パターンptは、市松模様状のパターンであってもよい。
In the above-described embodiment, the display display pattern pt is a dot pattern, but is not limited thereto.
As shown in FIG. 15, the display display pattern pt may be a square square pattern in which three square pattern figures are arranged at equal intervals in the vertical and horizontal directions. We define the length from the end point in the pattern feature to the midpoint r x, and r y. Thereby, in the display display pattern pt of FIG. 15, the pattern generation rule of Formula (1)-Formula (6) can be utilized as it is.
Further, as shown in FIG. 16, the display display pattern pt may be a checkered pattern.

前記した実施形態では、ディスプレイ表示パターン生成装置2,2Bを独立したハードウェアとして説明したが、本願発明は、これに限定されない。例えば、ディスプレイ表示パターン生成装置2,2Bは、コンピュータが備えるCPU、メモリ、ハードディスク等のハードウェア資源を、前記した各手段として協調動作させるディスプレイ表示パターン生成プログラムで実現することもできる。このプログラムは、通信回線を介して配布してもよく、CD−ROMやフラッシュメモリ等の記録媒体に書き込んで配布してもよい。   In the above-described embodiment, the display display pattern generation devices 2 and 2B have been described as independent hardware, but the present invention is not limited to this. For example, the display display pattern generation apparatuses 2 and 2B can also be realized by a display display pattern generation program that causes hardware resources such as a CPU, a memory, and a hard disk included in a computer to operate in cooperation as the above-described units. This program may be distributed through a communication line, or may be distributed by writing in a recording medium such as a CD-ROM or a flash memory.

1 カメラキャリブレーションシステム
2,2B ディスプレイ表示パターン生成装置
3 撮影カメラ
4 ディスプレイ
21 記憶部
22 パターン検出部
23 カメラキャリブレーション部
24,24B パターン生成部
25 パターン図形位置決定部
26,26B 表示画像生成部
27 距離総和値算出部
28 パターン図形サイズ決定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Camera calibration system 2, 2B Display display pattern production | generation apparatus 3 Shooting camera 4 Display 21 Memory | storage part 22 Pattern detection part 23 Camera calibration part 24, 24B Pattern generation part 25 Pattern figure position determination part 26, 26B Display image generation part 27 Distance total value calculation unit 28 Pattern figure size determination unit

Claims (7)

パターン図形が所定の規則で配置されたディスプレイ表示パターンからなるカメラキャリブレーション用の表示画像を生成して、生成した前記表示画像をディスプレイに表示するディスプレイ表示パターン生成装置であって、
前記ディスプレイに表示された表示画像を撮影カメラで撮影した撮影画像に対してパターン検出処理を施すことで、前記撮影画像から前記パターン図形のパターン中心位置を検出するパターン検出部と、
カメラキャリブレーションによって、前記撮影画像を撮影したときの撮影カメラのカメラパラメータを求めるカメラキャリブレーション部と、
前記撮影画像で隣接するパターン中心位置の距離である中心間距離を算出し、算出した当該中心間距離の最小値が予め設定された距離基準値となるように前記撮影画像のパターン中心位置を修正し、前記カメラパラメータにより定まる前記表示画像と前記撮影画像との座標系の対応関係に基づいて、修正された前記撮影画像のパターン中心位置から、前記ディスプレイに表示する新たな表示画像のパターン中心位置を決定するパターン図形位置決定部と、
前記新たな表示画像で隣接するパターン中心位置の距離である中心間距離を算出し、算出した当該中心間距離に基づいて、前記新たな表示画像を生成する表示画像生成部と、
を備えることを特徴とするディスプレイ表示パターン生成装置。
A display display pattern generation device that generates a display image for camera calibration including a display display pattern in which pattern figures are arranged according to a predetermined rule, and displays the generated display image on a display.
A pattern detection unit that detects a pattern center position of the pattern figure from the photographed image by performing pattern detection processing on the photographed image obtained by photographing the display image displayed on the display with a photographing camera;
A camera calibration unit that obtains camera parameters of the photographing camera when the photographed image is photographed by camera calibration;
A center-to-center distance that is a distance between adjacent pattern center positions in the captured image is calculated, and the pattern center position of the captured image is corrected so that the calculated minimum value of the center-to-center distance becomes a preset distance reference value. Then, based on the correspondence relationship of the coordinate system between the display image and the captured image determined by the camera parameter, the pattern center position of a new display image to be displayed on the display from the corrected pattern center position of the captured image A pattern figure position determining unit for determining
A display image generation unit that calculates a center-to-center distance that is a distance between adjacent pattern center positions in the new display image, and generates the new display image based on the calculated center-to-center distance;
A display display pattern generation device comprising:
前記表示画像生成部は、
前記中心間距離と、隣接する前記パターン図形の外縁の距離である外縁間距離と、前記パターン図形のサイズとの関係を表すパターン生成規則が予め設定され、
前記パターン生成規則に基づいて、前記新たな表示画像の中心間距離から、前記新たな表示画像の外縁間距離及びパターン図形のサイズを算出し、
算出した前記中心間距離と、前記外縁間距離と、前記パターン図形のサイズとに従って前記パターン図形を配置することで、前記新たな表示画像を生成することを特徴とする請求項1に記載のディスプレイ表示パターン生成装置。
The display image generation unit
A pattern generation rule representing a relationship between the distance between the centers, the distance between the outer edges that is the distance between the outer edges of the adjacent pattern figures, and the size of the pattern figure is set in advance,
Based on the pattern generation rule, the distance between the outer edges of the new display image and the size of the pattern figure are calculated from the center-to-center distance of the new display image.
The display according to claim 1, wherein the new display image is generated by arranging the pattern graphic in accordance with the calculated distance between the centers, the distance between the outer edges, and the size of the pattern graphic. Display pattern generation device.
パターン図形が所定の規則で配置されたディスプレイ表示パターンからなるカメラキャリブレーション用の表示画像を生成して、生成した前記表示画像をディスプレイに表示するディスプレイ表示パターン生成装置であって、
前記ディスプレイに表示された表示画像を撮影カメラで撮影した撮影画像に対してパターン検出処理を施すことで、前記撮影画像から前記パターン図形のパターン中心位置を検出するパターン検出部と、
前記撮影画像で隣接するパターン中心位置の距離総和値と、前記表示画像で隣接するパターン中心位置の距離総和値とを算出する距離総和値算出部と、
前記表示画像と前記撮影画像との距離総和値の比に、前記撮影画像で中央に位置するパターン図形のサイズに基づいて予め設定したサイズ基準値を乗じることで、前記ディスプレイに表示する新たな表示画像におけるパターン図形のサイズを算出するパターン図形サイズ決定部と、
前記新たな表示画像におけるパターン図形のサイズに基づいて、前記新たな表示画像を生成する表示画像生成部と、
を備えることを特徴とするディスプレイ表示パターン生成装置。
A display display pattern generation device that generates a display image for camera calibration including a display display pattern in which pattern figures are arranged according to a predetermined rule, and displays the generated display image on a display.
A pattern detection unit that detects a pattern center position of the pattern figure from the photographed image by performing pattern detection processing on the photographed image obtained by photographing the display image displayed on the display with a photographing camera;
A distance sum value calculating unit for calculating a distance sum value of adjacent pattern center positions in the captured image and a distance sum value of adjacent pattern center positions in the display image;
A new display to be displayed on the display is obtained by multiplying the ratio of the total distance value between the display image and the captured image by a size reference value set in advance based on the size of the pattern figure located in the center of the captured image. A pattern figure size determining unit for calculating the size of the pattern figure in the image;
A display image generation unit that generates the new display image based on the size of the pattern graphic in the new display image;
A display display pattern generation device comprising:
前記表示画像生成部は、
前記撮影画像で隣接するパターン中心位置の距離である中心間距離と、隣接する前記パターン図形の外縁の距離である外縁間距離と、前記パターン図形のサイズとの関係を表すパターン生成規則が予め設定され、
前記パターン生成規則に基づいて、前記新たな表示画像におけるパターン図形のサイズから、前記新たな表示画像の中心間距離及び外縁間距離を算出し、
算出した前記中心間距離と、前記外縁間距離と、前記パターン図形のサイズとに従って前記パターン図形を配置することで、前記新たな表示画像を生成することを特徴とする請求項3に記載のディスプレイ表示パターン生成装置。
The display image generation unit
A pattern generation rule that represents the relationship between the distance between the centers of adjacent pattern center positions in the captured image, the distance between the outer edges that is the distance between the outer edges of the adjacent pattern figures, and the size of the pattern figure is set in advance. And
Based on the pattern generation rules, from the size of the pattern figure in the new display image, calculate the center distance and the outer edge distance of the new display image,
The display according to claim 3, wherein the new display image is generated by arranging the pattern graphic according to the calculated distance between the centers, the distance between the outer edges, and the size of the pattern graphic. Display pattern generation device.
前記パターン検出部は、前記パターン中心位置として、前記パターン図形の重心点を検出することを特徴とする請求項1から請求項4の何れか一項に記載のディスプレイ表示パターン生成装置。   The display pattern generation apparatus according to claim 1, wherein the pattern detection unit detects a center of gravity of the pattern graphic as the pattern center position. 前記表示画像生成部は、前記表示画像のディスプレイ表示パターンで非対称となる位置のパターン図形を回転検出基準パターン図形として予め設定し、
前記パターン検出部は、前記撮影画像に含まれる回転検出基準パターン図形の位置変化に基づいて、前記ディスプレイ表示パターンの回転を検出することを特徴とする請求項1から請求項5の何れか一項に記載のディスプレイ表示パターン生成装置。
The display image generation unit presets a pattern figure at a position that is asymmetric in the display display pattern of the display image as a rotation detection reference pattern figure,
The said pattern detection part detects the rotation of the said display display pattern based on the positional change of the rotation detection reference pattern figure contained in the said picked-up image, The any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. The display display pattern production | generation apparatus of description.
コンピュータを、請求項1から請求項6の何れか一項に記載のディスプレイ表示パターン生成装置として機能させるためのディスプレイ表示パターン生成プログラム。   A display display pattern generation program for causing a computer to function as the display display pattern generation apparatus according to any one of claims 1 to 6.
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