JP7173133B2 - カメラ較正方法、カメラ較正装置、カメラ較正システムおよびカメラ較正プログラム - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態のカメラ較正システム1の概略の構成を示すブロック図である。カメラ較正システム1は、監視カメラ2を較正する、すなわち、監視カメラ2の較正パラメータを、監視カメラ用較正パラメータとして導出するシステムであり、監視カメラ2と、移動カメラ3と、カメラ較正装置4とを有している。監視カメラ2および移動カメラ3は、カメラ較正装置4と通信回線(有線、無線を問わない)を介して通信可能に接続されている。図1では、複数台の監視カメラ2がカメラ較正装置4と接続される例を示しているが、監視カメラ2は1台のみであってもよい。
次に、本実施形態のカメラ較正方法について説明する。図3は、図1のカメラ較正システム1によるカメラ較正方法の処理の流れを示すフローチャートである。本実施形態のカメラ較正方法は、移動映像取得ステップ(S1)と、移動カメラ用較正パラメータ導出ステップ(S2)と、3次元軌跡取得ステップ(S3)と、2次元軌跡検出ステップ(S4)と、監視カメラ用較正パラメータ導出ステップ(S5)とを含む。以下、より詳細に説明する。
S1では、移動制御部5bにより、監視カメラ2の視野と重なるように移動カメラ3を移動させ、移動カメラ3にて環境を撮影して映像(移動映像)を取得する。移動カメラ3で取得される移動映像のデータは、カメラ較正装置4に出力され、通信部9を介して記憶部6に記憶される。
S2では、移動カメラ用較正パラメータ導出部10aが、移動カメラ3で取得された(記憶部6に記憶された)移動映像に基づき、移動映像の各フレーム(異なる撮影タイミングまたは異なる位置に対応)ごとに、基準座標系における移動カメラ3の位置および姿勢を含む較正パラメータを導出する。なお、移動カメラ3の較正パラメータのことを、ここでは、移動カメラ用較正パラメータと呼ぶ。移動カメラ用較正パラメータの導出は、例えば公知のVisual-SLAM(Simultaneous Localization And Mapping)を利用することによって行うことができる。Visual-SLAMは、カメラの移動映像から、環境や物体の3次元形状と、各フレームでのカメラの絶対または相対位置・姿勢とを推定する技術である。
S3では、3次元軌跡取得部10bが、移動カメラ用較正パラメータ導出部10aによって求めた移動カメラ用較正パラメータを用いて、基準座標系における移動カメラの3次元の移動軌跡を求める。特に、本実施形態では、3次元軌跡取得部10bは、移動カメラ3の移動に伴って移動するマーカーMの、基準座標系における3次元の移動軌跡を、移動カメラ3の3次元の移動軌跡として求める。なお、3次元の移動軌跡とは、移動カメラ3(マーカーM)の各フレームでの、基準座標系における3次元の位置座標(点)の集合を指す。
S4では、2次元軌跡検出部10cが、移動カメラ3の3次元の移動軌跡の少なくとも一部を、監視カメラ2の撮影画像上での2次元の移動軌跡として検出する。特に、本実施形態では、2次元軌跡検出部10cは、マーカーM(特徴点)の3次元の移動軌跡の少なくとも一部を、監視カメラ2の撮影画像上での2次元の移動軌跡として検出する。なお、2次元の移動軌跡とは、監視カメラ2の各フレームの撮影画像上での移動カメラ3またはマーカーMの2次元の位置座標(点)の集合を指す。また、監視カメラ2で取得される撮影画像のデータは、カメラ較正装置4に出力され、通信部9を介して記憶部6に記憶される。これにより、2次元軌跡検出部10cは、記憶部6を参照して、監視カメラ2の撮影画像を把握することができる。
S5では、監視カメラ用較正パラメータ導出部10dが、移動カメラ3の3次元の移動軌跡(マーカーMの3次元の移動軌跡T1)の少なくとも一部と、移動カメラ3の2次元の移動軌跡(マーカーMの2次元の移動軌跡T2)とに基づいて、監視カメラ2の較正パラメータである監視カメラ用較正パラメータを導出する。なお、監視カメラ用較正パラメータは、監視カメラ2の外部パラメータ(例えば位置、姿勢)および内部パラメータ(例えばレンズの焦点距離、レンズの歪み)を含む。
以上のように、本実施形態のカメラ補正方法は、1台以上の監視カメラ2の較正パラメータを、監視カメラ用較正パラメータとして導出する方法であって、上述した移動映像取得ステップ(S1)と、移動カメラ用較正パラメータ導出ステップ(S2)と、3次元軌跡取得ステップ(S3)と、2次元軌跡検出ステップ(S4)と、監視カメラ用較正パラメータ導出ステップ(S5)とを含む。
図12は、本実施形態のカメラ較正システム1の他の構成を示すブロック図である。図12のカメラ較正システム1は、カメラ較正装置4の較正処理部10が2次元点群検出部10eをさらに含む点以外は、図1のカメラ較正システム1と同様の構成である。なお、2次元点群検出部10eの詳細については、以下のカメラ較正方法の説明の中で併せて説明する。
図14は、移動カメラ3に取り付けられるマーカーMの他の構成を模式的に示している。マーカーMとして、上記した指標M1の代わりに、光を出射する光源M2を用いてもよい。光源M2としては、例えば異なる色(例えば赤(R)、緑(G)、青(B))を発光する複数の発光ダイオード(LED)の組を用いることができる。光源M2からの光の出射、つまり、光源M2から出射される光の点滅周期(点灯/消灯の各時間)、色(発光させるLEDの選択)、および明るさ(各LEDに流す電流)の制御は、例えば制御部5(例えば主制御部5a)によって行われる。この場合、制御部5(例えば主制御部5a)は、光源M2からの光の出射を制御する光源制御部として機能する。なお、光源M2からの光の出射の制御は、カメラ較正装置4の外部の別の制御装置(図示せず)によって行われてもよい。
上述したS1の移動映像取得ステップでは、カメラ較正装置4の移動制御部5bが、移動カメラ3を、監視カメラ2の視野を通過する際に、少なくとも1回停止させてもよい。このように移動カメラ3の移動を制御することにより、監視カメラ2の時刻が較正されていなくても、監視カメラ2の撮影タイミングと同時刻における移動カメラ3の3次元の位置がわかるため、上記3次元の位置と監視カメラ2の撮影画像2a上で対応する位置を特定することができる。これにより、S5またはS5’の監視カメラ用較正パラメータ導出ステップにおいて、上記2点の情報(3次元および2次元の各位置の座標)を用いてPnP問題を解くことにより、監視カメラ2の位置および姿勢を含む監視カメラ用較正パラメータを導出することが可能となる。つまり、監視カメラ2の時刻が較正されていなくても、監視カメラ2の位置および姿勢を較正することができる。
本実施形態で説明したカメラ較正装置4は、例えば、所定のプログラム(アプリケーションソフトウェア)をインストールしたコンピュータ(PC)で構成することができる。上記プログラムをコンピュータ(例えばCPUとしての制御部5)が読み取って実行することにより、カメラ較正装置4の各部を動作させて上述した各処理(各工程)を実行させることができる。このようなプログラムは、例えばネットワークを介して外部からダウンロードすることによって取得されて記憶部6に記憶される。また、上記プログラムは、例えばCD-ROM(Compact Disk-Read Only Memory)などのコンピュータ読取可能な記録媒体に記録され、この記録媒体から上記プログラムをコンピュータが読み取ってプログラム記憶部12aに記憶する形態であってもよい。
以上で説明した本実施形態のカメラ較正方法、カメラ較正装置、カメラ較正システムおよびカメラ較正プログラムは、以下のように表現されてもよい。また、本実施形態で説明した内容は、以下のように表現される記録媒体も含む。
前記監視カメラの視野と重なるように移動カメラを移動させることにより、移動映像を取得する移動映像取得ステップと、
前記移動映像に基づき、前記移動映像の各フレームごとに、基準座標系における前記移動カメラの位置および姿勢を含む移動カメラ用較正パラメータを導出する移動カメラ用較正パラメータ導出ステップと、
前記移動カメラ用較正パラメータを用いて、前記基準座標系における前記移動カメラの3次元の移動軌跡を求める3次元軌跡取得ステップと、
前記移動カメラの前記3次元の移動軌跡の少なくとも一部を、前記監視カメラの撮影画像上での2次元の移動軌跡として検出する2次元軌跡検出ステップと、
前記3次元の移動軌跡の少なくとも一部と、前記2次元の移動軌跡とに基づいて、前記監視カメラ用較正パラメータを導出する監視カメラ用較正パラメータ導出ステップとを含むことを特徴とするカメラ較正方法。
該カメラ較正方法は、
前記3次元点群の前記監視カメラの撮影画像上での位置を、2次元点群として検出する2次元点群検出ステップをさらに含み、
前記監視カメラ用較正パラメータ導出ステップでは、前記3次元の移動軌跡および前記3次元点群と、前記2次元の移動軌跡および前記2次元点群とを用いて、前記監視カメラ用較正パラメータを導出することを特徴とする前記1に記載のカメラ較正方法。
前記2次元軌跡検出ステップでは、前記マーカーの3次元の移動軌跡の少なくとも一部を、前記監視カメラの撮影画像上での2次元の移動軌跡として検出することを特徴とする前記1または2に記載のカメラ較正方法。
前記移動カメラ用較正パラメータを用いて、前記基準座標系における前記移動カメラの3次元の移動軌跡を求める3次元軌跡取得部と、
前記移動カメラの前記3次元の移動軌跡の少なくとも一部を、前記監視カメラの撮影画像上での2次元の移動軌跡として検出する2次元軌跡検出部と、
前記3次元の移動軌跡の少なくとも一部と、前記2次元の移動軌跡とに基づいて、前記監視カメラの較正パラメータである監視カメラ用較正パラメータを導出する監視カメラ用較正パラメータ導出部とを含むことを特徴とするカメラ較正装置。
該カメラ較正装置は、
前記3次元点群の前記監視カメラの撮影画像上での位置を、2次元点群として検出する2次元点群検出部をさらに含み、
前記監視カメラ用較正パラメータ導出部は、前記3次元の移動軌跡および前記3次元点群と、前記2次元の移動軌跡および前記2次元点群とを用いて、前記監視カメラ用較正パラメータを導出することを特徴とする前記11に記載のカメラ較正装置。
前記2次元軌跡検出部は、前記マーカーの3次元の移動軌跡の少なくとも一部を、前記監視カメラの撮影画像上での2次元の移動軌跡として検出することを特徴とする前記11または12に記載のカメラ較正装置。
前記監視カメラ用較正パラメータ導出部は、前記光源制御部によって前記光源から出射される光を、前記移動カメラの撮影タイミングまたは場所に応じて固有な外観に変化させたときに、前記監視カメラでの撮影によって取得される前記光の外観を示す画像を用いて、前記監視カメラの撮影タイミングまたは場所に関する前記監視カメラ用較正パラメータを導出することを特徴とする前記15に記載のカメラ較正装置。
1台以上の前記固定カメラと、
前記移動カメラとを含むことを特徴とするカメラ較正システム。
2 監視カメラ
2a 撮影画像
3 移動カメラ
4 カメラ較正装置
5a 主制御部(光源制御部)
5b 移動制御部
10a 移動カメラ用較正パラメータ導出部
10b 3次元軌跡取得部
10c 2次元軌跡検出部
10d 監視カメラ用較正パラメータ導出部
10e 2次元点群検出部
E 突出部
E1 位置
E1’ 位置
M マーカー
M1 指標
M2 光源
P 特徴点
Claims (20)
- 1台以上の監視カメラの較正パラメータを、監視カメラ用較正パラメータとして導出するカメラ較正方法であって、
前記監視カメラの視野と重なるように移動カメラを移動させることにより、移動映像を取得する移動映像取得ステップと、
前記移動映像に基づき、前記移動映像の各フレームごとに、基準座標系における前記移動カメラの位置および姿勢を含む移動カメラ用較正パラメータを導出する移動カメラ用較正パラメータ導出ステップと、
前記移動カメラ用較正パラメータを用いて、前記基準座標系における前記移動カメラの3次元の移動軌跡を求める3次元軌跡取得ステップと、
前記移動カメラの前記3次元の移動軌跡の少なくとも一部を、前記監視カメラの撮影画像上での2次元の移動軌跡として検出する2次元軌跡検出ステップと、
前記3次元の移動軌跡の少なくとも一部と、前記2次元の移動軌跡とに基づいて、前記監視カメラ用較正パラメータを導出する監視カメラ用較正パラメータ導出ステップとを含む、カメラ較正方法。 - 前記移動カメラ用較正パラメータ導出ステップでは、前記移動映像に基づき、前記移動カメラ用較正パラメータの導出に加えて、前記監視カメラの撮影範囲にある物体または環境の形状を示す3次元点群を推定し、
該カメラ較正方法は、
前記3次元点群の前記監視カメラの撮影画像上での位置を、2次元点群として検出する2次元点群検出ステップをさらに含み、
前記監視カメラ用較正パラメータ導出ステップでは、前記3次元の移動軌跡および前記3次元点群と、前記2次元の移動軌跡および前記2次元点群とを用いて、前記監視カメラ用較正パラメータを導出する、請求項1に記載のカメラ較正方法。 - 前記3次元軌跡取得ステップでは、前記移動カメラの移動に伴って移動する、前記移動カメラに取り付けたマーカーの、前記基準座標系における3次元の移動軌跡を、前記移動カメラの3次元の移動軌跡として求め、
前記2次元軌跡検出ステップでは、前記マーカーの3次元の移動軌跡の少なくとも一部を、前記監視カメラの撮影画像上での2次元の移動軌跡として検出する、請求項1または2に記載のカメラ較正方法。 - 前記マーカーは、前記監視カメラで撮影して得られる画像に基づいて認識可能な特徴点を含む指標である、請求項3に記載のカメラ較正方法。
- 前記マーカーは、光源である、請求項3に記載のカメラ較正方法。
- 前記監視カメラ用較正パラメータ導出ステップでは、前記光源から出射される光を、前記移動カメラの撮影タイミングまたは場所に応じて固有な外観に変化させたときに、前記監視カメラでの撮影によって取得される前記光の外観を示す画像を用いて、前記監視カメラの撮影タイミングまたは場所に関する前記監視カメラ用較正パラメータを導出する、請求項5に記載のカメラ較正方法。
- 前記監視カメラ用較正パラメータ導出ステップでは、前記光源から出射される光の点滅周期、色、または明るさを、前記移動カメラの撮影タイミングまたは場所に応じて変化させることにより、前記光を前記移動カメラの撮影タイミングまたは場所に応じて固有な外観に変化させる、請求項6に記載のカメラ較正方法。
- 前記移動映像取得ステップでは、前記移動カメラを、前記監視カメラの視野を通過する際に、少なくとも1回停止させるか、前記移動カメラの3次元の移動軌跡中の任意の位置と、前記監視カメラの撮影画像上で対応する位置を特定可能な軌跡を描くように移動させる、請求項1から5のいずれかに記載のカメラ較正方法。
- 前記軌跡は、突出部を有する図形形状である、請求項8に記載のカメラ較正方法。
- 請求項1から9のいずれかに記載のカメラ較正方法をコンピュータに実行させるカメラ較正プログラム。
- 1台以上の監視カメラの視野と重なるように移動して移動映像を取得する移動カメラの前記移動映像に基づき、前記移動映像の各フレームごとに、基準座標系における前記移動カメラの位置および姿勢を含む移動カメラ用較正パラメータを導出する移動カメラ用較正パラメータ導出部と、
前記移動カメラ用較正パラメータを用いて、前記基準座標系における前記移動カメラの3次元の移動軌跡を求める3次元軌跡取得部と、
前記移動カメラの前記3次元の移動軌跡の少なくとも一部を、前記監視カメラの撮影画像上での2次元の移動軌跡として検出する2次元軌跡検出部と、
前記3次元の移動軌跡の少なくとも一部と、前記2次元の移動軌跡とに基づいて、前記監視カメラの較正パラメータである監視カメラ用較正パラメータを導出する監視カメラ用較正パラメータ導出部とを含む、カメラ較正装置。 - 前記移動カメラ用較正パラメータ導出部は、前記移動映像に基づき、前記移動カメラ用較正パラメータの導出に加えて、前記監視カメラの撮影範囲にある物体または環境の形状を示す3次元点群を推定し、
該カメラ較正装置は、
前記3次元点群の前記監視カメラの撮影画像上での位置を、2次元点群として検出する2次元点群検出部をさらに含み、
前記監視カメラ用較正パラメータ導出部は、前記3次元の移動軌跡および前記3次元点群と、前記2次元の移動軌跡および前記2次元点群とを用いて、前記監視カメラ用較正パラメータを導出する、請求項11に記載のカメラ較正装置。 - 前記3次元軌跡取得部は、前記移動カメラの移動に伴って移動する、前記移動カメラに取り付けたマーカーの、前記基準座標系における3次元の移動軌跡を、前記移動カメラの3次元の移動軌跡として求め、
前記2次元軌跡検出部は、前記マーカーの3次元の移動軌跡の少なくとも一部を、前記監視カメラの撮影画像上での2次元の移動軌跡として検出する、請求項11または12に記載のカメラ較正装置。 - 前記マーカーは、前記監視カメラで撮影して得られる画像に基づいて認識可能な特徴点を含む指標である、請求項13に記載のカメラ較正装置。
- 前記マーカーは、光源である、請求項13に記載のカメラ較正装置。
- 前記光源からの光の出射を制御する光源制御部をさらに含み、
前記監視カメラ用較正パラメータ導出部は、前記光源制御部によって前記光源から出射される光を、前記移動カメラの撮影タイミングまたは場所に応じて固有な外観に変化させたときに、前記監視カメラでの撮影によって取得される前記光の外観を示す画像を用いて、前記監視カメラの撮影タイミングまたは場所に関する前記監視カメラ用較正パラメータを導出する、請求項15に記載のカメラ較正装置。 - 前記光源制御部は、前記光源から出射される光の点滅周期、色、または明るさを、前記移動カメラの撮影タイミングまたは場所に応じて変化させることにより、前記光を前記移動カメラの撮影タイミングまたは場所に応じて固有な外観に変化させる、請求項16に記載のカメラ較正装置。
- 請求項11から17のいずれかに記載のカメラ較正装置と、
1台以上の前記監視カメラと、
前記移動カメラとを含む、カメラ較正システム。 - 前記カメラ較正装置は、前記移動カメラを、前記監視カメラの視野を通過する際に、少なくとも1回停止させるか、前記移動カメラの3次元の移動軌跡中の任意の位置と、前記監視カメラの撮影画像上で対応する位置を特定可能な軌跡を描くように移動させる移動制御部をさらに含む、請求項18に記載のカメラ較正システム。
- 前記軌跡は、突出部を有する図形形状である、請求項19に記載のカメラ較正システム。
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