JP7321947B2 - Image correction device and image correction method - Google Patents
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Description
本発明は、1つ又は複数のカメラによって撮像された画像の歪みを補正する画像補正装置及び画像補正方法に関する。 The present invention relates to an image correction device and an image correction method for correcting distortion of images captured by one or more cameras.
従来、このような技術分野として、例えば特許文献1に記載されるものがある。特許文献1に記載の画像補正装置では、フロントガラスを介した状態と、介さない状態において、所定の格子模様が描かれた平面形状のチャートをステレオカメラでそれぞれ撮像し、撮像した画像上の格子模様の座標を求め、それらの理想座標との差をもとに画像補正データを作成する。更に、作成した画像補正データに基づいて画像の幾何学的歪みを除去する。 Conventionally, as such a technical field, there is one described in Patent Document 1, for example. In the image correction device described in Patent Document 1, a planar chart on which a predetermined grid pattern is drawn is captured by a stereo camera with and without the windshield, and the grid on the captured image is captured. The coordinates of the pattern are obtained, and the image correction data is created based on the difference from the ideal coordinates. Furthermore, the geometric distortion of the image is removed based on the generated image correction data.
しかし、上述の画像補正装置では、以下の問題が生じている。すなわち、カメラの視野が広角である場合、平面形状のチャートのサイズが長くなり、チャートを備える装置の面積が広くなってしまう。これに対し、例えばカメラとチャートの距離を近づけることでチャートのサイズを短くすることが検討されるが、チャートのサイズを短くすると、カメラの設置ずれに起因する画像補正のずれが大きくなるので、高精度に画像を補正するデータが作成できなくなる。このため、カメラで検出した距離の精度が低下する。 However, the image correction apparatus described above has the following problems. That is, when the field of view of the camera is wide-angle, the size of the planar chart becomes long, and the area of the device including the chart becomes large. On the other hand, shortening the size of the chart by, for example, shortening the distance between the camera and the chart has been considered. Data for highly accurate image correction cannot be created. Therefore, the accuracy of the distance detected by the camera is lowered.
本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、カメラで検出する距離に要求される精度を保ちつつ、装置の面積を低減できる画像補正装置及び画像補正方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such technical problems, and provides an image correction device and an image correction method that can reduce the area of the device while maintaining the accuracy required for the distance detected by the camera. intended to
本発明に係る画像補正装置は、複数のマーカが配置されたチャートと、フロントガラスを介して前記マーカを撮像するカメラにより撮像された画像を取得する画像取得部と、前記画像取得部により取得された画像上のマーカ位置を検出するマーカ位置検出部と、前記マーカ位置検出部により検出されたマーカ位置に基づいて、カメラにより撮像された画像の歪みを補正するためのデータを作成する画像補正データ作成部と、を備え、平面視において、カメラの撮像方向から見たときに、前記マーカは、カメラ視野角ごとの検出距離の許容誤差とカメラ設置ずれの許容誤差とが一致するマーカ配置曲線上又は前記マーカ配置曲線の後方に配置されていることを特徴としている。 An image correction device according to the present invention includes a chart on which a plurality of markers are arranged, an image acquisition section that acquires an image captured by a camera that captures an image of the markers through a windshield, and an image acquired by the image acquisition section. and image correction data for creating data for correcting distortion of an image captured by the camera based on the marker positions detected by the marker position detection unit. and a creation unit, wherein the marker is arranged on a marker arrangement curve in which, when viewed from the imaging direction of the camera in a plan view, the allowable error of the detection distance for each camera viewing angle and the allowable error of the camera installation deviation match. Alternatively, it is characterized by being arranged behind the marker arrangement curve.
本発明に係る画像補正装置では、平面視において、カメラの撮像方向から見たときに、マーカは、カメラ視野角ごとの検出距離の許容誤差とカメラ設置ずれの許容誤差とが一致するマーカ配置曲線上又は該マーカ配置曲線の後方に配置されている。これによって、視野角ごとの検出距離を許容誤差以下で検出することができるとともに、マーカを平面的に設ける場合と比べてチャートの面積を小さく抑えることができる。その結果、カメラで検出する距離に要求される精度を保ちつつ、装置の面積を低減することができる。 In the image correction device according to the present invention, when viewed from the imaging direction of the camera in a plan view, the marker has a marker arrangement curve in which the allowable error of the detection distance for each viewing angle of the camera and the allowable error of the misalignment of the camera match. placed above or behind the marker placement curve. As a result, the detection distance for each viewing angle can be detected with an allowable error or less, and the area of the chart can be reduced as compared with the case where the markers are provided on a plane. As a result, the area of the device can be reduced while maintaining the accuracy required for the distance detected by the camera.
本発明によれば、カメラで検出する距離に要求される精度を保ちつつ、装置の面積を低減することができる。 According to the present invention, the area of the device can be reduced while maintaining the accuracy required for the distance detected by the camera.
以下、図面を参照して本発明に係る画像補正装置及び画像補正方法の実施形態について説明する。本発明に係る画像補正装置は、例えば車に搭載されたステレオカメラや単眼カメラについて、出荷前或いは定期点検時にカメラの画像を補正するための装置である。以下の説明では、上下、左右、前後の方向及び位置は、画像を撮像するカメラ側から見たときの方向及び位置である。また、図面の説明において同一の要素には同一符号を付し、その重複説明を省略する。 Embodiments of an image correction apparatus and an image correction method according to the present invention will be described below with reference to the drawings. An image correction device according to the present invention is a device for correcting an image of a stereo camera or a monocular camera mounted on a vehicle, for example, before shipment or during periodic inspection. In the following description, the vertical, horizontal, front and rear directions and positions are the directions and positions when viewed from the side of the camera that captures the image. Also, in the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.
[第1実施形態]
図1は第1実施形態に係る画像補正装置を示す平面図であり、図2はステレオカメラの構成を示す図である。本実施形態に係る画像補正装置10は、主に、複数のマーカ301が配置されたチャート30と、フロントガラス40を介してマーカ301を撮像するステレオカメラ20から撮像された画像を取得する画像取得部215と、画像取得部215により取得された画像上のマーカ位置を検出するマーカ位置検出部221と、マーカ位置検出部221により検出されたマーカ位置に基づいて、ステレオカメラ20により撮像された画像の歪みを補正するためのデータを作成する画像補正データ作成部222と、を備えている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a plan view showing an image correction device according to the first embodiment, and FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a stereo camera. The
マーカ301は、例えば図3に示すように、所定のパターンで配列される複数の黒丸であり、チャート30に描かれている。なお、マーカ301は印刷や貼付等でチャート30に配置されても良い。図1に示すように、平面視において、ステレオカメラ20の撮像方向から見たときに、マーカ301は、マーカ配置曲線302の線上又は該マーカ配置曲線302の後方に配置されている。
The
好ましくは、マーカ301は、マーカ配置曲線302と該マーカ配置曲線302を取り囲む矩形303とにより囲まれた領域(図1中のハッチング部分参照)304内に配置されている。マーカ配置曲線302は、ステレオカメラ20の視野角ごとの検出距離の許容誤差と、ステレオカメラ20の設置ずれの許容誤差とが一致する曲線であり、その詳細については後述する。
Preferably, the
ステレオカメラ20は、所定の距離で離れた状態で配置された左撮像系部200a及び右撮像系部200bと、ステレオカメラ20に関する各演算等を行う演算部210とを備えている。左撮像系部200aは、光学素子部201a及び撮像素子部202aを有する。光学素子部201aは、例えばレンズなどにより構成されており、光を屈折させて撮像素子部202a上に像を結ぶ。撮像素子部202aは、光学素子部201aにより屈折した光の像を受光し、その光の強さに応じた画像を生成する。
The
右撮像系部200bは、光学素子部201b及び撮像素子部202bを有する。左撮像系部200a及び右撮像系部200bの焦点距離の設計値は同じである。左撮像系部200a及び右撮像系部200bの光軸の方向はおおむね同じである。そして、光学素子部201bは、例えばレンズなどにより構成されており、光を屈折させて撮像素子部202b上に像を結ぶ。撮像素子部202bは、光学素子部201bにより屈折した光の像を受光し、その光の強さに応じた画像を生成する。
The right
左撮像系部200aが撮像した画像は、視差画像を作成するときに基準となる画像であるため、基準画像と呼ぶ。右撮像系部200bが撮像した画像は、視差画像を作成するときに基準画像から抽出した領域と一致する領域を探索される画像であり、参照画像と呼ぶ。
The image captured by the left
演算部210は、例えば、演算を実行するCPU(Central Processing Unit)と、演算のためのプログラムを記録した二次記憶装置としてのROM(Read Only Memory)と、演算経過の保存や一時的な制御変数を保存する一時記憶装置としてのRAM(Random Access Memory)とを組み合わせてなるマイクロコンピュータにより構成されている。この演算部210は、撮像画像記憶部211、画像補正情報記憶部212、マーカ情報記憶部213、同期信号発生部214、基準画像取得部215a、参照画像取得部215b、及び作成部220を備えている。
The
撮像画像記憶部211は、左撮像系部200a及び右撮像系部200bから出力される画像を記憶する。
The captured
画像補正情報記憶部212は、左撮像系部200a及び右撮像系部200bから出力される画像について、歪みのない画像上の各画素に対応する歪みのある撮像画像上の2次元座標(すなわち、画像補正データ)を記憶する。この画像補正情報記憶部212は、事前にフロントガラス4を介さない状態(すなわち、フロントガラスがない状態)において求められた左撮像系部200a及び右撮像系部200bの画像補正データを記憶するとともに、フロントガラス4を介した状態において画像補正データ作成部222で作成したフロントガラス越しに歪みのない画像に補正する画像補正データを記憶する。
The image correction
本実施形態において、歪みのない画像とは、ピンホールモデルで透視投影を行った画像である。画像補正情報記憶部212に記憶された画像補正データは、撮像された画像のレンズ歪みや光軸ずれを補正する処理に用いられる。撮像された画像とは、撮像時、すなわちカメラにより撮像されて補正前の画像を指す。
In this embodiment, an image without distortion is an image that has been perspectively projected using a pinhole model. The image correction data stored in the image correction
マーカ情報記憶部213は、マーカ301とステレオカメラ20間の位置及び姿勢に誤差がなく、且つ歪みのない画像上のマーカ位置(言い換えれば、マーカの理想位置)及びマーカ画像を記憶する。
The marker
同期信号発生部214は、同期信号を生成し、発信する。
画像取得部215は、基準画像取得部215aと参照画像取得部215bとを有する。基準画像取得部215aは、同期信号発生部214の同期信号に合わせて、撮像素子部202aに同期信号及び露光時間の情報を送った後に、撮像素子部202aが生成する画像を取得し、取得した画像を撮像画像記憶部211に記憶する。参照画像取得部215bは、同期信号発生部214の同期信号に合わせて、撮像素子部202bに同期信号及び露光時間の情報を送った後に、撮像素子部202bが生成する画像を取得し、取得した画像を撮像画像記憶部211に記憶する。
The
作成部220は、マーカ位置検出部221と画像補正データ作成部222とを有する。マーカ位置検出部221は、まず、左撮像系部200a及び右撮像系部200bの撮像画像に対し、画像補正情報記憶部212に記憶されている画像補正データを用いて補正する。次に、マーカ位置検出部221は、パターン・マッチング処理を行い、補正した画像上のマーカ像(言い換えれば、補正画像上のマーカ像)とマーカ情報記憶部213に記憶されているマーカ画像とを一致させることにより、補正画像上のマーカ位置(検出位置)を検出する。
The
画像補正データ作成部222は、マーカ位置検出部221が検出したマーカ301の検出位置と、マーカ情報記憶部213に記憶されているマーカ301の理想位置及び画像補正データとに基づいて、撮像された基準画像及び参照画像をフロントガラス越しに歪のない基準画像及び参照画像に補正する画像補正データをそれぞれ作成する。本実施形態では、フロントガラス越しに歪のない基準画像及び参照画像に補正する画像補正データは、すなわち、ステレオカメラ20により撮像された基準画像及び参照画像の歪みを補正するためのデータである。基準画像及び参照画像の歪みは、上述した画像のレンズ歪みや光軸ずれなどを含む。
The image correction
なお、画像補正情報記憶部212に予め画像補正データが記憶される場合、画像補正データ作成部222は、作成した画像補正データを新しい画像補正データとして画像補正情報記憶部212に記憶する。すなわち、画像補正データ作成部222は、画像補正情報記憶部212に記憶される画像補正データを更新できるようになっている。
Note that when image correction data is stored in the image correction
そして、演算部210は、距離検出部230、補正画像記憶部216及び視差画像記憶部217を更に備えている。距離検出部230は、画像補正部231と視差算出部232と認識部233とを有する。距離検出部230、補正画像記憶部216及び視差画像記憶部217については後述する。
The
以下、図4を参照して画像補正装置10を用いた画像補正方法を説明する。本実施形態の画像補正方法は、画像取得ステップS101と、マーカ位置検出ステップS102と、画像補正データ作成ステップS103とを含む。
An image correction method using the
画像取得ステップS101では、まず、同期信号発生部214は、同期信号を生成し、基準画像取得部215a及び参照画像取得部215bに出力する。基準画像取得部215aは、同期信号発生部214から出力された同期信号を受け取った後に、撮像素子部202aに同期信号及び露光時間の情報を出力する。撮像素子部202aは、基準画像取得部215aの同期信号及び露光時間の情報を受け取った後に、光学素子部201aにより屈折した光の像を露光時間だけ受光し、その光の強さに応じた画像を生成し、更に生成した画像を基準画像取得部215aに出力する。基準画像取得部215aは、撮像素子部202aから出力された画像を取得し、取得した画像を撮像画像記憶部211に記憶する。
In the image acquisition step S101, first, the synchronization
参照画像取得部215bは、同期信号発生部214から出力された同期信号を受け取った後に、撮像素子部202bに同期信号及び露光時間の情報を出力する。撮像素子部202bは、参照画像取得部215bから出力された同期信号及び露光時間の情報を受け取った後に、光学素子部201bにより屈折した光の像を露光時間だけ受光し、その光の強さに応じた画像を生成し、更に生成した画像を参照画像取得部215bに出力する。参照画像取得部215bは、撮像素子部202bから出力された画像を取得し、取得した画像を撮像画像記憶部211に記憶する。
After receiving the synchronization signal output from the synchronization
マーカ位置検出ステップS102では、マーカ位置検出部221は、撮像画像記憶部211に記憶されている撮像された基準画像及び参照画像と、事前に画像補正情報記憶部212に記憶されている基準画像及び参照画像の画像補正データをそれぞれ読み込む。次に、マーカ位置検出部221は、式1及び式2を用いて、画像補正後の基準画像上の各画素に対応する撮像された画像上の座標(Fx(X2,Y2)、Fy(X2,Y2))(すなわち、画像補正データ)に基づき、画像補正後の基準画像の画素(X2,Y2)に対応する撮像された基準画像の位置(X1,Y1)を算出する。
In the marker position detection step S102, the marker
X1=Fx(X2,Y2) (1)
Y1=Fy(X2,Y2) (2)
X1=Fx(X2, Y2) (1)
Y1=Fy(X2,Y2) (2)
また、マーカ位置検出部221は、基準画像の位置(X1,Y1)の周辺4画素の輝度値について2次元線形補間を実施することにより、画像補正後の基準画像の画素(X2,Y2)の輝度値を算出する。すなわち、マーカ位置検出部221は、画像補正後の基準画像の各画素について上記の手順を実施し、画像補正後の基準画像の輝度値を算出する。更に、マーカ位置検出部221は、参照画像についても上記の手順を実施して、画像補正後の参照画像の輝度値を算出する。
In addition, the marker
次に、マーカ位置検出部221は、マーカ情報記憶部213に記憶されているマーカの理想位置及びマーカ画像を読み込む。続いて、マーカ位置検出部221は、マーカの理想位置の付近における画像補正後の基準画像の輝度値とマーカ画像の輝度値の差の絶対値の和SAD(Sum of Absolute Difference)を算出し、マーカの理想位置の付近でSADが最も小さい位置を求める。
Next, the marker
続いて、マーカ位置検出部221は、SADが最も小さい位置の左右の画素のSADをもとに等角直線フィッティングを行い、画像補正後の基準画像とマーカ画像が最も一致する位置のサブピクセルを算出する。更に、マーカ位置検出部221は、SADが最も小さい水平方向の位置にこのサブピクセルを加算することにより、マーカの水平方向の位置を算出する。
Subsequently, the marker
次に、マーカ位置検出部221は、SADが最も小さい位置の上下の画素のSADをもとに等角直線フィッティングを行い、画像補正後の基準画像とマーカ画像が最も一致する位置のサブピクセルを算出する。更に、SADが最も小さい垂直方向の位置にこのサブピクセルを加算することにより、マーカの垂直方向の位置を算出する。同様に、マーカ位置検出部221は、他のマーカについても同様の処理を行い、画像補正後の基準画像上のマーカの位置を算出する。以上の処理で算出したマーカの位置はマーカの検出位置と呼ぶ。
Next, the marker
また、マーカ位置検出部221は、参照画像についても、以上の画像補正及びマーカ位置算出の処理を行う。
The marker
画像補正データ作成ステップS103では、画像補正データ作成部222は、まず、画像補正情報記憶部212に記憶されている基準画像及び参照画像の画像補正データと、マーカ情報記憶部213に記憶されている歪みのない基準画像及び参照画像上のマーカの理想位置とをそれぞれ読み込む。次に、画像補正データ作成部222は、読み込んだ画像補正データで補正した基準画像、すなわちフロントガラスがない状態で歪みのない画像に変換された基準画像に基づいて、フロントガラス越しに歪みのない基準画像に変換するための画像変換データを作成する。
In the image correction data creation step S103, the image correction
続いて、画像補正データ作成部222は、作成した画像変換データと、撮像された基準画像をフロントガラスがない状態で歪みのない画像に変換する画像補正データとに基づいて、撮像された基準画像をフロントガラス越しに歪みのない基準画像に補正するための画像補正データを作成する。
Subsequently, the image correction
具体的には、図5に示すように、画像補正データ作成部222は、まず、基準画像上のマーカ301のうち、フロントガラス越しに歪みのない基準画像上にある画素305に対して、左上、右上、左下及び右下で最も近いマーカ301a、マーカ301b、マーカ301c及びマーカ301dを探索する。
More specifically, as shown in FIG. 5, the image correction
続いて、画像補正データ作成部222は、式3~10を用いて2次元線形補間を実施することにより、記憶されている画像補正データで補正した基準画像を、フロントガラス越しに歪みのない基準画像に変換し、すなわちある画素305(X,Y)の画像変換データの値(Xb,Yb)を算出する。このような計算を各画素について実施することにより、上記の画像変換データがそれぞれ算出される。
Subsequently, the image correction
Yamu=(Ya1-Ya2)(X-Xa2)/(Xa1-Xa2)+Ya2 (3)
Xbmu=(Xb1-Xb2)(X-Xa2)/(Xa1-Xa2)+Xb2 (4)
Ybmu=(Yb1-Yb2)(X-Xa2)/(Xa1-Xa2)+Yb2 (5)
Yamd=(Ya3-Ya4)(X-Xa4)/(Xa3-Xa4)+Ya4 (6)
Xbmd=(Xb3-Xb4)(X-Xa4)/(Xa3-Xa4)+Xb4 (7)
Ybmd=(Yb3-Yb4)(X-Xa4)/(Xa3-Xa4)+Yb4 (8)
Yb=(Xbmd-Xbmu)(Y-Yamu)/(Yamd-Yamu)+Xbmu (9)
Xb=(Ybmd-Ybmu)(Y-Yamu)/(Yamd-Yamu)+Ybmu (10)
Yamu=(Ya1-Ya2)(X-Xa2)/(Xa1-Xa2)+Ya2 (3)
Xbmu=(Xb1-Xb2)(X-Xa2)/(Xa1-Xa2)+Xb2 (4)
Ybmu=(Yb1-Yb2)(X-Xa2)/(Xa1-Xa2)+Yb2 (5)
Yamd=(Ya3-Ya4)(X-Xa4)/(Xa3-Xa4)+Ya4 (6)
Xbmd=(Xb3-Xb4)(X-Xa4)/(Xa3-Xa4)+Xb4 (7)
Ybmd=(Yb3-Yb4)(X-Xa4)/(Xa3-Xa4)+Yb4 (8)
Yb=(Xbmd-Xbmu)(Y-Yamu)/(Yamd-Yamu)+Xbmu (9)
Xb=(Ybmd-Ybmu)(Y-Yamu)/(Yamd-Yamu)+Ybmu (10)
式3~10において、(Xa1,Ya1)はある画素に対して左上にあるマーカ301aの理想位置、(Xa2,Ya2)はある画素に対して右上にあるマーカ301bの理想位置、(Xa3,Ya3)はある画素に対して左下にあるマーカ301cの理想位置、(Xa4,Ya4)はある画素に対して右下にあるマーカ301dの理想位置をそれぞれ示す。そして、(Xb1,Yb1)はある画素に対して左上にあるマーカ301aの検出位置、(Xb2,Yb2)はある画素に対して右上にあるマーカ301bの検出位置、(Xb3,Yb3)はある画素に対して左下にあるマーカ301cの検出位置、(Xb4,Yb4)はある画素に対して右下にあるマーカ301dの検出位置をそれぞれ示す。
In Equations 3 to 10, (Xa1, Ya1) is the ideal position of the
次に、画像補正データ作成部222は、フロントガラス越しに歪みのない基準画像上のある画素に対して、式11~18を用いて2次元線形補間を実施することにより、撮像された基準画像からフロントガラス越しに歪みのない基準画像に変換する画像補正データの値を算出する。このような計算を各画素について実施することにより、上記の画像補正データがそれぞれ算出される。
Next, the image correction
Ycmu=(Yc1-Yc2)(Xb-Xc2)/(Xc1-Xc2)+Yc2 (11)
Xdmu=(Xd1-Xd2)(Xb-Xc2)/(Xc1-Xc2)+Xd2 (12)
Ydmu=(Yd1-Yb2)(Xb-Xc2)/(Xa1-Xa2)+Yb2 (13)
Ycmd=(Yc3-Yc4)(Xb-Xc4)/(Xc3-Xc4)+Yc4 (14)
Xdmd=(Xd3-Xd4)(Xb-Xc4)/(Xc3-Xc4)+Xd4 (15)
Ydmd=(Yd3-Yd4)(Xb-Xc4)/(Xc3-Xc4)+Yd4 (16)
Yd=(Xdmd-Xdmu)(Yb-Ycmu)/(Ycmd-Ycmu)+Xdmu (17)
Xd=(Ydmd-Ydmu)(Yb-Ycmu)/(Ycmd-Ycmu)+Ydmu (18)
Ycmu=(Yc1-Yc2)(Xb-Xc2)/(Xc1-Xc2)+Yc2 (11)
Xdmu=(Xd1-Xd2)(Xb-Xc2)/(Xc1-Xc2)+Xd2 (12)
Ydmu=(Yd1-Yb2)(Xb-Xc2)/(Xa1-Xa2)+Yb2 (13)
Ycmd=(Yc3-Yc4)(Xb-Xc4)/(Xc3-Xc4)+Yc4 (14)
Xdmd=(Xd3-Xd4)(Xb-Xc4)/(Xc3-Xc4)+Xd4 (15)
Ydmd=(Yd3-Yd4)(Xb-Xc4)/(Xc3-Xc4)+Yd4 (16)
Yd=(Xdmd-Xdmu)(Yb-Ycmu)/(Ycmd-Ycmu)+Xdmu (17)
Xd=(Ydmd-Ydmu)(Yb-Ycmu)/(Ycmd-Ycmu)+Ydmu (18)
式11~18において、(Xc1,Yc1)はある画素(X,Y)の画像変換データの値(Xb,Yb)に対して左上にある画素、(Xc2,Yc2)はある画素(X,Y)の画像変換データの値(Xb,Yb)に対して右上にある画素、(Xc3,Yc3)はある画素(X,Y)の画像変換データの値(Xb,Yb)に対して左下にある画素、(Xc4,Yc4)はある画素(X,Y)の画像変換データの値(Xb,Yb)に対して右下にある画素を示す。(Xd1,Yd1)は左上にある画素(Xc1,Yc1)の画像補正データの値、(Xd2,Yd2)は右上にある画素(Xc2,Yc2)の画像補正データの値、(Xd3,Yd3)は左下にある画素(Xc3,Yc3)の画像補正データの値、(Xd4,Yd4)は右下にある画素(Xc4,Yc4)の画像補正データの値を示す。 In equations 11 to 18, (Xc1, Yc1) is a pixel located on the upper left with respect to the value (Xb, Yb) of image conversion data of a certain pixel (X, Y), (Xc2, Yc2) is a certain pixel (X, Y ), and (Xc3, Yc3) is located at the lower left with respect to the image conversion data value (Xb, Yb) of a certain pixel (X, Y). A pixel (Xc4, Yc4) indicates a pixel on the lower right with respect to the image conversion data value (Xb, Yb) of a certain pixel (X, Y). (Xd1, Yd1) is the value of the image correction data of the upper left pixel (Xc1, Yc1), (Xd2, Yd2) is the value of the image correction data of the upper right pixel (Xc2, Yc2), and (Xd3, Yd3) is The value of the image correction data of the pixel (Xc3, Yc3) on the lower left, and (Xd4, Yd4) indicate the value of the image correction data of the pixel (Xc4, Yc4) on the lower right.
なお、参照画像についても、画像補正データ作成部222は基準画像と同様の上記の処理を行う。
Note that the image correction
そして、画像補正データ作成部222は、撮像された基準画像及び参照画像をフロントガラス越しに歪みのない基準画像及び参照画像に補正する画像補正データを、新しい画像補正データとして画像補正情報記憶部212に記憶する。すなわち、画像補正データ作成部222は、画像補正情報記憶部212に記憶される画像補正データを更新する。
Then, the image correction
次に、演算部210は、図4に示す画像補正方法によって作成された画像補正データを用いて、立体物の距離を検出する。このとき、画像補正処理で使用していない補正画像記憶部216、視差画像記憶部217、距離検出部230が用いられる。具体的には、距離検出部230の画像補正部231は、左撮像系部200aから撮像された基準画像、右撮像系部200bから撮像された参照画像をそれぞれ取得する。次に、画像補正部231は、図4に示す画像補正方法によって作成された画像補正データを用いて、撮像された基準画像及び参照画像を、フロントガラス越しに歪みのない画像にそれぞれ補正する。
Next, the
続いて、視差算出部232は、パターン・マッチング処理を用いて、画像補正後の基準画像における各領域と一致する参照画像上の位置を探索して、視差を算出する。視差算出部232は、各領域の視差を算出して得られた視差画像を視差画像記憶部217に記憶する。
Subsequently, the
続いて、認識部233は、視差画像から距離を算出して、距離の差がある範囲内である領域の面積が閾値以内である場合に立体物と判断して、画像上の立体物の位置及び距離をもとに立体物の3次元位置を算出する。
Subsequently, the
以上のように算出された立体物の3次元位置は、衝突防止などの安全支援システムや自動運転システムに利用される。例えば単路及び交差点における衝突防止のセンシングでは、図6に示すような各視野角における検出距離を要求される精度で検出することが求められる。図6では、横軸はカメラの視野角を示し、縦軸は検出距離を示している。そして、ハッチングで示す領域501は、視野角ごとの衝突防止に要求される検出距離(以下、「衝突防止に要求される検出距離」を単に「要求される検出距離」という場合がある)である。
The three-dimensional positions of three-dimensional objects calculated as described above are used in safety support systems such as collision prevention and automatic driving systems. For example, in collision prevention sensing at single roads and intersections, it is required to detect the detection distance at each viewing angle as shown in FIG. 6 with the required accuracy. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the viewing angle of the camera, and the vertical axis indicates the detection distance. A hatched
図6に示すように、約-30°~30°の視野角では、単路で要求される検出距離を表しており、約-60°~-30°及び約30°~60°の視野角では、交差点で要求される検出距離を表している。ここで、カメラの光軸方向を0°とする。そして、単路に比べて交差点では、車両の旋回半径が小さく、走行速度が遅いため、衝突防止に要求される検出距離が短い。 As shown in FIG. 6, viewing angles of about -30° to 30° represent the required detection distance for a single pass, and viewing angles of about -60° to -30° and about 30° to 60° represents the detection distance required at the intersection. Here, the optical axis direction of the camera is assumed to be 0°. At an intersection, the vehicle has a smaller turning radius and travels at a slower speed than on a single road, so the detection distance required for collision prevention is short.
図7はステレオカメラに求められる視野角における視差の許容誤差を示している。この視差の許容誤差は、式19を用いて、要求される検出距離及び要求される検出精度に基づいて算出することができる。なお、式19において、Bは基線長、fは焦点距離、cは画素ピッチ、Lrは要求される検出距離、Rrは要求される検出精度をそれぞれ示す。
Dr=(B f/c){1/Lr-1/((1+Rr)Lr)} (19)
FIG. 7 shows the permissible error of parallax at the viewing angle required for the stereo camera. This parallax tolerance can be calculated using Equation 19 based on the required detection distance and the required detection accuracy. In Equation 19, B is the baseline length, f is the focal length, c is the pixel pitch, Lr is the required detection distance, and Rr is the required detection accuracy.
Dr=(B f/c) {1/Lr-1/((1+Rr)Lr)} (19)
そして、絶対値が小さい視野角では、絶対値が大きい視野角に比べて要求される検出距離が長いため、視差の許容誤差は小さい。図7において、視差の誤差がハッチングで示す領域601内であれば、図6に示す衝突防止に要求される検出距離(すなわち、領域501)を要求精度で検出できる。
At a viewing angle with a small absolute value, the required detection distance is longer than at a viewing angle with a large absolute value, so the permissible error of parallax is small. In FIG. 7, if the parallax error is within a hatched
一方、ステレオカメラ20を車両に設置する際に、ステレオカメラの設置ずれが発生する場合がある。この設置ずれによって、画像補正の誤差が生じる。画像補正の誤差は、式20を用いて算出することができる。
Dr=(B f/c){1/Lm-1/(Lm+ΔLm)} (20)
On the other hand, when the
Dr=(B f/c) {1/Lm-1/(Lm+ΔLm)} (20)
式20において、Lmはステレオカメラからマーカまでの距離、ΔLmはマーカの設置誤差(設置ずれともいう)をそれぞれ示す。ここでは、ステレオカメラの設置位置とマーカ301の設置位置とが相対関係であるため、マーカの設置誤差がステレオカメラの設置ずれとして考えても良い。
In
そして、式19で算出される衝突防止に要求される視差の許容誤差(すなわち、ステレオカメラに要求される視野角の視差の許容誤差)と、式20で算出されるステレオカメラの設置ずれによる画像補正の誤差(すなわち、ステレオカメラ設置ずれの許容誤差)とが一致するように、ステレオカメラからマーカまでの距離を設定して、画像補正で作成された画像補正データを用いて基準画像及び参照画像を補正すれば、衝突防止に要求される検出距離を要求される精度で検出することが可能になる。
Then, the parallax tolerance required for collision prevention calculated by Equation 19 (that is, the viewing angle parallax tolerance required for the stereo camera), and the image due to the installation misalignment of the stereo camera calculated by
式19及び式20を用いて、ステレオカメラの設置ずれによる画像補正の誤差と、衝突防止に要求される視差の許容誤差とが一致する各視野角におけるステレオカメラとマーカ間距離を算出する式を導出すると、式21となる。
Lm={- c Dr ΔLm±√(c^2 Dr^2 ΔLm^2+4 c Dr B f ΔLm)}/(2 c Dr) (21)
Using
Lm={- c Dr ΔLm±√(c^2 Dr^2 ΔLm^2+4 c Dr B f ΔLm)}/(2 c Dr) (21)
式21を用いて求められたステレオカメラとマーカ間の距離を図8に示す。ステレオカメラとマーカ間の距離曲線701上又は該曲線701よりも遠い距離にマーカを設置すれば、視差誤差が図7における領域601内になるため、図6に示す衝突防止に要求される検出距離の領域501を要求精度で検出できる。好ましくは、ステレオカメラとマーカ間の距離曲線701と該曲線701を取り囲む矩形702とにより囲まれた領域703内にマーカを配置すれば、ステレオカメラで検出する距離に要求される精度を保つことができる。このステレオカメラとマーカ間の距離曲線701は、衝突防止に要求される検出距離及び検出精度を満足する曲線であり、上述のマーカ配置曲線302である。
FIG. 8 shows the distance between the stereo camera and the marker obtained using Equation (21). If the marker is placed on the
図9は第1実施形態に係る画像補正装置と従来との比較を説明する図であり、図9において、一点鎖線で示すのは従来の画像補正装置である。図9に示すように、従来では、マーカが平面形状のチャート上に配置されている。距離範囲を要求精度で検出するには、マーカ配置曲線302よりも遠くに平面形状のチャート801を配置する必要がある。従って、検出範囲の視野角における画像を補正するには、チャート801の長手方向のサイズが長くなり、画像補正装置の面積が広くなるという問題が発生する。
FIG. 9 is a diagram for explaining a comparison between the image correcting apparatus according to the first embodiment and the conventional one. In FIG. 9, the conventional image correcting apparatus is indicated by the one-dot chain line. As shown in FIG. 9, conventionally, markers are arranged on a planar chart. In order to detect the distance range with the required accuracy, it is necessary to arrange the
一方、本実施形態に係る画像補正装置10では、平面視において、ステレオカメラ20の撮像方向から見たときに、マーカ301は、視野角ごとの検出距離の許容誤差とステレオカメラ20設置ずれの許容誤差とが一致するマーカ配置曲線302上又は該マーカ配置曲線302の後方に配置されている。これによって、視野角ごとの検出距離を許容誤差以下で検出することができるとともに、従来と比べてチャート30の面積を小さく抑えることができる。その結果、ステレオカメラ20で検出する距離に要求される精度を保ちつつ、装置の面積を低減することができる。
On the other hand, in the
特に、マーカ配置曲線302と、該マーカ配置曲線302を取り囲む矩形303とにより囲まれた領域304内にマーカ301を配置した場合、衝突防止に要求される検出距離及び検出精度を満たすとともに、画像補正装置10の設置面積を小さくできる。
In particular, when the
また、本実施形態に係る画像補正方法によれば、ステレオカメラ20で検出する距離に要求される精度を保つことができる。
Moreover, according to the image correction method according to the present embodiment, the accuracy required for the distance detected by the
なお、本実施形態の画像補正装置については、様々な変形例が考えられる。以下では、変形例の一部を説明する。なお、各変形例によれば、上述の作用効果も得られる。 It should be noted that various modifications are conceivable for the image correction apparatus of this embodiment. Some of the modifications are described below. In addition, according to each modification, the above-mentioned effect is also obtained.
[変形例1]
図10及び図11に示す変形例1では、図1及び図2に示す画像補正装置に対し、マーカ情報記憶部213及び作成部220を演算部210から外して新たに計算部240とされている。すなわち、マーカ情報記憶部213及び作成部220を有する計算部240は、演算部210とは別体で設けられている。なお、マーカ情報記憶部213、作成部220のマーカ位置検出部221及び画像補正データ作成部222の構造や役割等については、上述した内容と同じである。
[Modification 1]
10 and 11, in the image correction apparatus shown in FIGS. 1 and 2, the marker
このように演算部210からマーカ情報記憶部213及び作成部220を外すことにより、画像補正処理を行う実行ファイルを除去でき、演算部210内で使用するメモリ量を削減できる。また、新たに設けられた計算部240は、ステレオカメラ20を車両に取り付ける工程に専用に設置されて良い。このようにすれば、計算部240の演算処理能力が演算部210よりも速いので、画像補正処理にかかる時間を短縮でき、時間当たりに画像を補正できる台数を増加できる。
By removing the marker
[変形例2]
変形例2では、図1及び図2に示す画像補正装置に対し、マーカ情報記憶部213に歪みのない基準画像及び参照画像上のマーカの理想位置を記憶する代わりに、マーカ301と左撮像系部200a間の位置、マーカ301と右撮像系部200b間の位置、左撮像系部200a及び右撮像系部200bの焦点距離、画素ピッチサイズ及び画像上の光軸位置を記憶する。
[Modification 2]
1 and 2, instead of storing the ideal positions of the markers on the standard image and the reference image without distortion in the marker
このため、画像補正データ作成ステップS103において、画像補正データ作成部222は、マーカ情報記憶部213に記憶された歪みのない基準画像及び参照画像上のマーカの理想位置を読み込む代わりに、マーカ情報記憶部213に記憶されたマーカ301と左撮像系部200a間の位置、マーカ301と右撮像系部200b間の位置、左撮像系部200a及び右撮像系部200bの焦点距離及び画像上の光軸位置を読み込み、これらの情報に基づいて歪みのない基準画像及び参照画像上のマーカの理想位置を算出して、基準画像及び参照画像の画像補正データを作成する。
Therefore, in the image correction data creation step S103, the image correction
[変形例3]
変形例3では、図1及び図2に示す画像補正装置に対し、画像補正情報記憶部212は、フロントガラスがない状態で求められた左撮像系部200a及び右撮像系部200bの画像補正データを記憶する代わりに、マーカ301と左撮像系部200a間の位置の設計値、マーカ301と右撮像系部200b間の位置の設計値、左撮像系部200a及び右撮像系部200bの歪みデータ、焦点距離、画素ピッチサイズ及び画像上の光軸位置の設計値をもとに算出した画像補正データの設計値を記憶する。
[Modification 3]
1 and 2, the image correction
このため、マーカ位置検出ステップS102及び画像補正データ作成ステップS103において、フロントガラスがない状態で求められた左撮像系部200a及び右撮像系部200bの画像補正データの代わりに、事前に算出された左撮像系部200a及び右撮像系部200bの画像補正データの設計値を用いて、撮像された基準画像及び参照画像を補正するとともに、フロントガラス越しに歪みのない画像に補正する左撮像系部200a及び右撮像系部200bの画像補正データを作成する。
Therefore, in the marker position detection step S102 and the image correction data creation step S103, instead of the image correction data of the left
この場合、フロントガラスがない状態で求められた左撮像系部200a及び右撮像系部200bの画像補正データを使用しないため、事前に別途フロントガラスがない状態で撮像して、左撮像系部200a及び右撮像系部200bの画像補正データを求める必要がなくなる。
In this case, since the image correction data of the left
[変形例4]
変形例4では、図1及び図2に示す画像補正装置に対し、マーカ情報記憶部213は、マーカ画像を記憶せず、マーカの理想位置だけを記憶する。このため、マーカ位置検出ステップS102では以下の処理が行われる。
[Modification 4]
In Modified Example 4, the marker
マーカ位置検出ステップS102では、マーカ位置検出部221は、まず、撮像画像記憶部211に記憶されている撮像された基準画像及び参照画像を読み込む。次に、マーカ位置検出部221は、撮像された基準画像及び参照画像において、所定の輝度値以下の画素を1とし、それ以外の画素を0と設定する二値化処理を行う。更に、マーカ位置検出部221は、二値化した画像上の各マーカの重心位置を算出することにより、マーカの位置を検出する。
In the marker position detection step S<b>102 , the marker
[変形例5]
図6で説明したように、単路で要求された約-30°~30°の視野角の検出距離は、交差点で要求される約-60°~-30°及び約30°~60°の視野角の検出距離よりも長い。このため、約-30°~30°の視野角では、約-60°~-30°及び約30°~60°の視野角に比べて視差の許容誤差は小さい(図7参照)。また、約-60°~-30°及び約30°~60°の視野角内のマーカは、約-30°~30°の視野角内のマーカに比べて左撮像系部200a及び右撮像系部200bの近くに設置することができる(図8参照)。
[Modification 5]
As explained in FIG. 6, the detection distance for a viewing angle of about -30° to 30° required for a single pass is less than that for a viewing angle of about -60° to -30° and about 30° to 60° required for an intersection. Longer than the detection distance of the viewing angle. Thus, viewing angles of about -30° to 30° have less parallax tolerance than viewing angles of about -60° to -30° and about 30° to 60° (see Figure 7). In addition, the markers within the viewing angles of about -60° to -30° and about 30° to 60° are more likely to have the left
そこで、変形例5では、図1及び図2に示す画像補正装置のチャート30に対し、検出距離ずれの許容値に対する視差ずれの許容値が小さい約-30°~30°の視野角の領域を第1領域とし、第1領域よりも検出距離ずれの許容値に対する視差ずれの許容値が大きい約-60°~-30°及び約30°~60°の視野角の領域を第2領域とする。そして、第2領域に配置されたマーカは、第1領域に配置されたマーカよりも左撮像系部200a及び右撮像系部200bに近い位置になっている。
Therefore, in Modified Example 5, in the
この場合、マーカ配置曲線302と、このマーカ配置曲線を取り囲む矩形303(図8では矩形702)とにより囲まれた領域304(図8では領域703)にマーカを配置するため、衝突防止に要求される検出距離及び検出精度を満たすとともに、平面形状のチャート上にマーカを配置する従来技術よりも、画像補正装置の設置面積を小さくできる。
In this case, since the marker is placed in an area 304 (
[変形例6]
図12及び図13に示す変形例6では、図1及び図2に示す画像補正装置に対し、チャート30の形態を変更したものである。具体的には、図12に示すように、チャート30は、単路で用いられる約-30°~30°の視野角である第1領域30Aと、第1領域30Aの左右両側に配置され、交差点で用いられる約-60°~-30°及び約30°~60°の視野角である第2領域30Bとが分けられている。第1領域30Aには、左撮像系部200a及び右撮像系部200bの光軸にほぼ垂直に、複数のマーカ306が配置されている。第2領域30Bには、複数のマーカ307が配置されている。
[Modification 6]
In a modification 6 shown in FIGS. 12 and 13, the form of the
ここで、第2領域30Bに配置されたマーカ307は、第1領域30Aに配置されたマーカ306よりも左撮像系部200a及び右撮像系部200bに対して近くに位置する。そして、チャート30は、図13に示す形状である。
Here, the
このため、画像補正データ作成ステップS103では、画像補正データ作成部222は、基準画像上のチャート30の第1領域30A及び第2領域30Bについて、上述した処理と同様に、マーカの検出位置を用いて撮像された基準画像上の第1領域30A及び第2領域30Bから、フロントガラス越しに歪みのない基準画像の第1領域30A及び第2領域30Bに変換する画像補正データをそれぞれ算出する。続いて、画像補正データ作成部222は、スプライン補間を用いて、水平方向に基準画像の画像補正データの第1領域30Aと第2領域30Bの境界の画像補正データを算出する。次に、画像補正データ作成部222は、第1領域30Aの画像補正データ、第2領域30Bの画像補正データ、及びそれらの領域の境界の画像補正データを結合して、基準画像全体の画像補正データを作成する。なお、参照画像についても、画像補正データ作成部222は同様な処理を行う。
Therefore, in the image correction data creation step S103, the image correction
[変形例7]
図14及び図15に示す変形例7では、図1及び図2に示す画像補正装置に対し、チャート30の形態を変更したものである。具体的には、図14に示すように、領域304内において、矩形303の長辺303A及び対向する一対の短辺303B,303Cにはマーカがそれぞれ配置されている。より具体的には、長辺303Aにマーカ308、短辺303Bにマーカ309、短辺303Cにマーカ310がそれぞれ配置されている。そして、チャート30は、図15に示す形状である。
[Modification 7]
In a modification 7 shown in FIGS. 14 and 15, the form of the
このため、画像補正データ作成ステップS103では、画像上のチャート30の長辺303A及び短辺303B,303Cの領域について、画像補正データ作成部222は、上述の処理と同様に、マーカの検出位置を用いて、撮像された基準画像の長辺303A及び短辺303B,303Cの領域から、フロントガラス越しに歪がない基準画像の長辺303A及び短辺303B,303Cの領域に変換する画像補正データをそれぞれ算出して、スプライン補間を用いて、水平方向に基準画像の画像補正データの長辺303Aと短辺303B間、長辺303Aと短辺303C間の各境界を算出する。更に、画像補正データ作成部222は、長辺303A及び短辺303B,303Cの領域及びそれらの領域の境界の画像補正データを合わせて、基準画像全体の画像補正データを作成する。なお、参照画像についても、画像補正データ作成部222は同様な処理を行う。
For this reason, in the image correction data creation step S103, the image correction
[変形例8]
図16に示す変形例8では、図1及び図2に示す画像補正装置に対し、チャート30の形態を変更したものである。具体的には、図16に示すように、チャート30は、単路で用いられる約-30°~30°の視野角である第1領域30Aと、第1領域30Aの左右両側に配置され、交差点で用いられる約-60°~-30°及び約30°~60°の視野角である第2領域30Bとに分けられている。第1領域30Aでは、左撮像系部200a及び右撮像系部200bの基準画像と参照画像が重なっており、すなわちステレオ視となっている。一方、第2領域30Bでは、左撮像系部200a及び右撮像系部200bの基準画像と参照画像が重なっておらず、すなわち単眼視となっている。
[Modification 8]
In a modified example 8 shown in FIG. 16, the form of the
このため、認識部233は、第1領域30Aについては上述したように視差画像から距離を算出し、第2領域30Bについては第2実施形態で述べる方法で距離を算出する。また、この場合のマーカ配置曲線は、第1領域30Aにあるマーカ配置曲線302Aと、第2領域30Bにあるマーカ配置曲線302Bに分けられる。
Therefore, the
マーカ配置曲線302Aは、上述の式19~21を用いて、単路で要求される検出距離及びその許容誤差をもとに算出される。マーカ配置曲線302Bは、後述する式22~25を用いて、交差点で要求される検出距離及びその許容誤差をもとに算出される。そして、マーカ301は、マーカ配置曲線302A,302Bとマーカ配置曲線302A,302Bを取り囲む矩形303とにより囲まれた領域304内に配置されている。
The
この場合、画像補正データ作成ステップS103において、画像補正データ作成部222は、第1領域30Aのステレオ視と第2領域30Bの単眼視とに基づいて、ステレオカメラ20の画像補正データを作成する。
In this case, in the image correction data creation step S103, the image correction
[変形例9]
チャートに配置されるマーカの形状は、上述の黒丸に限らずに、例えば図17に示す格子模様、或いは図18に示す市松模様にしても良い。図17に示す格子模様の場合、マーカ位置検出部221は水平方向の線と垂直方向の線が交わった箇所の位置を検出する。図18に示す市松模様の場合、マーカ位置検出部221は正方形の角の位置を検出する。
[Modification 9]
The shape of the markers arranged on the chart is not limited to the black circles described above, and may be, for example, a lattice pattern as shown in FIG. 17 or a checkerboard pattern as shown in FIG. In the case of the grid pattern shown in FIG. 17, the marker
[第2実施形態]
以下、図19及び図25を参照して画像補正装置及び画像補正方法の第2実施形態を説明する。本実施形態の画像補正装置及び画像補正方法は、単眼カメラにより撮像された画像を補正する点において、上述した第1実施形態と相違している。以下、その相違点を中心に説明する。
[Second embodiment]
A second embodiment of the image correction apparatus and image correction method will be described below with reference to FIGS. 19 and 25. FIG. The image correction apparatus and image correction method of this embodiment are different from those of the above-described first embodiment in that an image captured by a monocular camera is corrected. The difference will be mainly described below.
図19及び図20に示すように、本実施形態に係る画像補正装置100は、複数のマーカ301が配置されたチャート30と、フロントガラス40を介してマーカ301を撮像する単眼カメラ120から撮像された画像を取得する画像取得部1214と、画像取得部1214により取得された画像上のマーカ位置を検出するマーカ位置検出部1221と、マーカ位置検出部1221により検出されたマーカ位置に基づいて、単眼カメラ120により撮像された画像の歪みを補正するためのデータを作成する画像補正データ作成部1222と、を備えている。
As shown in FIGS. 19 and 20 , the
マーカ301は、第1実施形態で述べたように、所定のパターンで配列される複数の黒丸であり、チャート30に配置されている。図19に示すように、平面視において、単眼カメラ120の撮像方向から見たときに、マーカ301は、マーカ配置曲線311の線上又は該マーカ配置曲線311の後方に配置されている。
The
好ましくは、マーカ301は、マーカ配置曲線311と該マーカ配置曲線311を取り囲む矩形303とにより囲まれた領域304内に配置されている。マーカ配置曲線311は、単眼カメラ120の視野角ごとの検出距離の許容誤差と、単眼カメラ120の設置ずれの許容誤差とが一致する曲線であり、その詳細については後述する。
Preferably,
単眼カメラ120は、撮像系部1200と、単眼カメラ120に関する各演算等を行う演算部1210とを備えている。撮像系部1200は、光学素子部1201及び撮像素子部1202を有する。光学素子部1201は、例えばレンズなどにより構成されており、光を屈折させて撮像素子部1202上に像を結ぶ。撮像素子部1202は、光学素子部1201により屈折した光の像を受光し、その光の強さに応じた画像を生成する。
The
演算部1210は、例えば、演算を実行するCPU(Central Processing Unit)と、演算のためのプログラムを記録した二次記憶装置としてのROM(Read Only Memory)と、演算経過の保存や一時的な制御変数を保存する一時記憶装置としてのRAM(Random Access Memory)とを組み合わせてなるマイクロコンピュータにより構成されている。この演算部1210は、撮像画像記憶部1211、画像補正情報記憶部1212、マーカ情報記憶部1213、画像取得部1214、及び作成部1220を備えている。
The
撮像画像記憶部1211は、撮像系部1200から出力される画像を記憶する。
The captured
画像補正情報記憶部1212は、撮像系部1200から出力される画像について、歪みのない画像上の各画素に対応する歪みのある撮像画像上の2次元座標(すなわち、画像補正データ)を記憶する。この画像補正情報記憶部1212は、事前にフロントガラス4を介さない状態(すなわち、フロントガラスがない状態)において求められた撮像系部1200の画像補正データを記憶するとともに、フロントガラス4を介した状態において画像補正データ作成部1222で作成したフロントガラス越しに歪みのない画像に補正する画像補正データを記憶する。
The image correction
本実施形態において、歪みのない画像とは、ピンホールモデルで透視投影を行った画像である。画像補正情報記憶部1212に記憶された画像補正データは、撮像された画像のレンズ歪みや光軸ずれを補正する処理に用いられる。撮像された画像とは、撮像時、すなわちカメラにより撮像されて補正前の画像を指す。
In this embodiment, an image without distortion is an image that has been perspectively projected using a pinhole model. The image correction data stored in the image correction
マーカ情報記憶部1213は、マーカ301と単眼カメラ120間の位置及び姿勢に誤差がなく、且つ歪みのない画像上のマーカ位置(言い換えれば、マーカの理想位置)及びマーカ画像を記憶する。
The marker
画像取得部1214は、撮像素子部1202に撮像信号及び露光時間の情報を送った後に、撮像素子部1202が生成する画像を取得し、取得した画像を撮像画像記憶部1211に記憶する。
The
作成部1220は、マーカ位置検出部1221と画像補正データ作成部1222とを有する。マーカ位置検出部1221は、まず、撮像系部1200の撮像画像に対し、画像補正情報記憶部1212に記憶されている画像補正データを用いて補正する。次に、マーカ位置検出部1221は、パターン・マッチング処理を行い、補正した画像上のマーカ像(言い換えれば、補正画像上のマーカ像)とマーカ情報記憶部1213に記憶されているマーカ画像とを一致させることにより、補正画像上のマーカ位置(検出位置)を検出する。
画像補正データ作成部1222は、マーカ位置検出部1221が検出したマーカ301の検出位置と、マーカ情報記憶部1213に記憶されているマーカ301の理想位置及び画像補正データとに基づいて、撮像された画像をフロントガラス越しに歪のない画像に補正する画像補正データをそれぞれ作成する。本実施形態では、フロントガラス越しに歪のない画像に補正する画像補正データは、すなわち、単眼カメラ120により撮像された画像の歪みを補正するためのデータである。画像の歪みは、上述した画像のレンズ歪みや光軸ずれなどを含む。
The image correction
なお、画像補正情報記憶部1212に予め画像補正データが記憶される場合、画像補正データ作成部1222は、作成した画像補正データを新しい画像補正データとして画像補正情報記憶部1212に記憶する。すなわち、画像補正データ作成部1222は、画像補正情報記憶部1212に記憶される画像補正データを更新できるようになっている。
Note that when image correction data is stored in advance in the image correction
そして、演算部1210は、距離検出部1230及び補正画像記憶部1215を更に備えている。距離検出部1230は、画像補正部1231、認識部1232及び立体物距離検出部1233を有する。画像補正部1231、認識部1232及び立体物距離検出部1233については後述する。
The
以下、図21を参照して画像補正装置100を用いた画像補正方法を説明する。本実施形態の画像補正方法は、画像取得ステップS1101と、マーカ位置検出ステップS1102と、画像補正データ作成ステップS1103とを含む。
An image correction method using the
画像取得ステップS1101では、まず、画像取得部1214は、撮像素子部1202に撮像信号及び露光時間の情報を出力する。撮像素子部1202は、画像取得部1214からの撮像信号及び露光時間の情報を受け取った後に、光学素子部1201により屈折した光の像を露光時間だけ受光し、その光の強さに応じた画像を生成し、更に生成した画像を画像取得部1214に出力する。画像取得部1214は、撮像素子部1202から出力された画像を取得し、取得した画像を撮像画像記憶部1211に記憶する。
In image acquisition step S<b>1101 , first, the
マーカ位置検出ステップS1102では、マーカ位置検出部1221は、撮像画像記憶部1211に記憶されている撮像された画像と、事前に画像補正情報記憶部1212に記憶されている画像補正データをそれぞれ読み込む。次に、マーカ位置検出部1221は、上述の式1及び式2を用いて、画像補正後の画像上の各画素に対応する撮像された画像上の座標(Fx(X2,Y2)、Fy(X2,Y2))(すなわち、画像補正データ)に基づき、画像補正後の画像の画素(X2,Y2)に対応する撮像された画像の位置(X1,Y1)を算出する。
In marker position detection step S1102, the marker
また、マーカ位置検出部1221は、画像の位置(X1,Y1)の周辺4画素の輝度値について2次元線形補間を実施することにより、画像補正後の画像の画素(X2,Y2)の輝度値を算出する。すなわち、マーカ位置検出部1221は、画像補正後の画像の各画素について上記の手順を実施し、画像補正後の画像の輝度値を算出する。
In addition, the marker
次に、マーカ位置検出部1221は、マーカ情報記憶部1213に記憶されているマーカの理想位置及びマーカ画像を読み込む。続いて、マーカ位置検出部1221は、マーカの理想位置の付近における画像補正後の画像の輝度値とマーカ画像の輝度値の差の絶対値の和SAD(Sum of Absolute Difference)を算出し、マーカの理想位置の付近でSADが最も小さい位置を求める。
Next, the marker
続いて、マーカ位置検出部1221は、SADが最も小さい位置の左右の画素のSADをもとに等角直線フィッティングを行い、画像補正後の画像とマーカ画像が最も一致する位置のサブピクセルを算出する。更に、マーカ位置検出部1221は、SADが最も小さい水平方向の位置にこのサブピクセルを加算することにより、マーカの水平方向の位置を算出する。
Subsequently, the marker
次に、マーカ位置検出部1221は、SADが最も小さい位置の上下の画素のSADをもとに等角直線フィッティングを行い、画像補正後の画像とマーカ画像が最も一致する位置のサブピクセルを算出する。更に、SADが最も小さい垂直方向の位置にこのサブピクセルを加算することにより、マーカの垂直方向の位置を算出する。同様に、マーカ位置検出部1221は、他のマーカについても同様の処理を行い、画像補正後の画像上のマーカの位置を算出する。以上の処理で算出したマーカの位置はマーカの検出位置と呼ぶ。
Next, the marker
画像補正データ作成ステップS1103では、画像補正データ作成部1222は、まず、画像補正情報記憶部1212に記憶されている画像の画像補正データと、マーカ情報記憶部1213に記憶されている歪みのない画像上のマーカの理想位置とをそれぞれ読み込む。次に、画像補正データ作成部1222は、読み込んだ画像補正データで補正した画像、すなわちフロントガラスがない状態で歪みのない画像に変換された画像に基づいて、フロントガラス越しに歪みのない画像に変換するための画像変換データを作成する。
In image correction data generation step S1103, the image correction
続いて、画像補正データ作成部1222は、作成した画像変換データと、撮像された画像をフロントガラスがない状態で歪みのない画像に変換する画像補正データとに基づいて、撮像された画像をフロントガラス越しに歪みのない画像に補正するための画像補正データを作成する。
Subsequently, the image correction
具体的には、上記図5に示すように、画像補正データ作成部1222は、まず、画像上のマーカ301のうち、フロントガラス越しに歪みのない画像上にある画素305に対して、左上、右上、左下及び右下で最も近いマーカ301a、マーカ301b、マーカ301c及びマーカ301dを探索する。
Specifically, as shown in FIG. 5 above, the image correction
続いて、画像補正データ作成部1222は、上述の式3~10を用いて2次元線形補間を実施することにより、記憶されている画像補正データで補正した画像を、フロントガラス越しに歪みのない画像に変換し、すなわちある画素305(X,Y)の画像変換データの値(Xb,Yb)を算出する。このような計算を各画素について実施することにより、上記の画像変換データがそれぞれ算出される。
Subsequently, the image correction
次に、画像補正データ作成部1222は、フロントガラス越しに歪みのない画像上のある画素に対して、上述の式11~18を用いて2次元線形補間を実施することにより、撮像された画像からフロントガラス越しに歪みのない画像に変換する画像補正データの値を算出する。このような計算を各画素について実施することにより、上記の画像補正データがそれぞれ算出される。
Next, the image correction
更に、画像補正データ作成部1222は、撮像された画像をフロントガラス越しに歪みのない画像に補正する画像補正データを、新しい画像補正データとして画像補正情報記憶部1212に記憶する。すなわち、画像補正データ作成部1222は、画像補正情報記憶部1212に記憶される画像補正データを更新する。
Furthermore, the image correction
次に、演算部1210は、図21に示す画像補正方法によって作成された画像補正データを用いて、立体物の距離を検出する。このとき、画像補正処理で使用していない補正画像記憶部1215及び距離検出部1230が用いられる。具体的には、距離検出部1230の画像補正部1231は、撮像系部1200から撮像された画像を取得し、図21に示す画像補正方法によって作成された画像補正データを用いて、撮像された画像をフロントガラス越しに歪みのない画像に補正する。
Next, the
続いて、認識部1232は、例えば図22に示すように、画像1401上の各領域で車両の特徴量を算出し、車両の特徴と一致する領域1402を検出する。また、認識部1232は、画像1401上で各領域の歩行者の特徴量を算出して、歩行者の特徴と一致する領域1403を検出する。立体物距離検出部1233は、車両の領域1402及び歩行者の領域1403の下部の位置を路面と接する位置として、路面と接する位置をもとに車両及び歩行者の距離を算出する。
Subsequently, as shown in FIG. 22, the
以上のように算出された立体物の3次元位置は、衝突防止などの安全支援システムや自動運転システムに利用される。例えば単路及び交差点における衝突防止のセンシングでは、上記図6に示すような各視野角における検出距離を要求される精度で検出することが求められる。 The three-dimensional positions of three-dimensional objects calculated as described above are used in safety support systems such as collision prevention and automatic driving systems. For example, in collision prevention sensing at single roads and intersections, it is required to detect the detection distance at each viewing angle as shown in FIG. 6 with the required accuracy.
図23は単眼カメラに求められる視野角における垂直方向の位置の許容誤差を示している。この垂直方向の位置の許容誤差は、式22を用いて、要求される検出距離及び要求される検出精度に基づいて算出することができる。なお、式22において、Hは単眼カメラの設置高さ、fは焦点距離、cは画素ピッチ、Lrは要求される検出距離、Rrは要求される検出精度をそれぞれ示す。
Gr=(H f/c)(1/Lr-1/(Rr Lr)) (22)
FIG. 23 shows the vertical positional tolerance for viewing angles required for a monocular camera. This vertical position tolerance can be calculated using Equation 22 based on the required sensing distance and required sensing accuracy. In Expression 22, H is the installation height of the monocular camera, f is the focal length, c is the pixel pitch, Lr is the required detection distance, and Rr is the required detection accuracy.
Gr=(Hf/c)(1/Lr-1/(RrLr)) (22)
そして、絶対値が小さい視野角では、絶対値が大きい視野角に比べて要求される検出距離が長いため、垂直方向の位置の許容誤差は小さい。図23において、垂直方向の位置の誤差がハッチングで示す領域1501内であれば、上記図6に示す衝突防止に要求される検出距離(すなわち、領域501)を要求精度で検出できる。
At a viewing angle with a small absolute value, the required detection distance is longer than at a viewing angle with a large absolute value, so the vertical positional tolerance is small. In FIG. 23, if the vertical positional error is within a hatched
一方、単眼カメラ120を車両に設置する際に、単眼カメラ120の設置ずれが発生する場合がある。この設置ずれによって、画像補正の誤差が生じる。画像補正の誤差は、式23を用いて算出することができる。
Gr-(f ΔYm/(c(Lm+ΔLm))=(f Hm/c)(1/Lm-1/(Lm+ΔLm)) (23)
Hm=H Lm/L (24)
On the other hand, when the
Gr-(fΔYm/(c(Lm+ΔLm))=(fHm/c)(1/Lm-1/(Lm+ΔLm)) (23)
Hm=H Lm/L (24)
式23と式24において、Lmは単眼カメラからマーカまでの距離、ΔLmはマーカ設置の距離誤差、ΔYmはマーカ設置の位置誤差、Hmはマーカ高さをそれぞれ示す。 In Equations 23 and 24, Lm is the distance from the monocular camera to the marker, ΔLm is the distance error in setting the marker, ΔYm is the positional error in setting the marker, and Hm is the height of the marker.
そして、式22で算出される衝突防止に求められる垂直方向の位置の許容誤差(すなわち、単眼カメラに要求される視野角の垂直方向の位置の許容誤差)と、式23で算出される単眼カメラの設置ずれによる画像補正の誤差(すなわち、単眼カメラ設置ずれの許容誤差)とが一致するように、単眼カメラからマーカまでの距離を設定して、画像補正で作成された画像補正データを用いて画像を補正すれば、衝突防止に要求される検出距離を要求される精度で検出することが可能になる。 Then, the vertical position tolerance required for collision prevention calculated by Equation 22 (that is, the vertical position tolerance of the viewing angle required for the monocular camera) and the monocular camera calculated by Equation 23 Set the distance from the monocular camera to the marker so that the error in image correction due to installation misalignment (that is, the tolerance for monocular camera installation misalignment) matches, and use the image correction data created by image correction By correcting the image, it becomes possible to detect the detection distance required for collision prevention with the required accuracy.
式22及び式23を用いて、単眼カメラの設置ずれによる画像補正の誤差と、衝突防止に要求される垂直方向の位置の許容誤差とが一致する各視野角における単眼カメラとマーカ間距離を算出する式を導出すると、式25となる。
Lm=f(H ΔLm+ΔYm L)/(c Gr L) (25)
Using Equations 22 and 23, calculate the distance between the monocular camera and the marker at each viewing angle where the image correction error due to misalignment of the monocular camera and the vertical position tolerance required for collision prevention match. Equation 25 is obtained by deriving an equation for
Lm=f(HΔLm+ΔYmL)/(cGrL) (25)
式25を用いて求められた単眼カメラとマーカ間の距離を図24に示す。単眼カメラとマーカ間の距離曲線1601上又は該曲線1601よりも遠い距離にマーカを設置すれば、垂直方向の位置誤差が図23における領域1501内になるため、図6に示す衝突防止に要求される検出距離の領域501を要求精度で検出できる。好ましくは、単眼カメラとマーカ間の距離曲線1601と該曲線1601を取り囲む矩形1602とにより囲まれた領域1603内にマーカを配置すれば、単眼カメラで検出する距離に要求される精度を保つことができる。この単眼カメラとマーカ間の距離曲線1601は、衝突防止に要求される検出距離及び検出精度を満足する曲線であり、上述のマーカ配置曲線311である。
FIG. 24 shows the distance between the monocular camera and the marker obtained using Equation 25. In FIG. If the marker is placed on the
図25は第2実施形態に係る画像補正装置と従来との比較を説明する図であり、図25において、一点鎖線で示すのは従来の画像補正装置である。従来では、マーカが平面形状のチャート上に配置されている。距離範囲を要求精度で検出するには、マーカ配置曲線311よりも遠くに平面形状のチャート1701を配置する必要がある。従って、検出範囲の視野角における画像を補正するには、チャート1701の長手方向のサイズが長くなり、画像補正装置の面積が広くなるという問題が発生する。
FIG. 25 is a diagram for explaining a comparison between the image correcting apparatus according to the second embodiment and the conventional one. In FIG. 25, the conventional image correcting apparatus is indicated by a dashed line. Conventionally, markers are arranged on a planar chart. In order to detect the distance range with the required accuracy, it is necessary to arrange the
一方、本実施形態に係る画像補正装置100では、平面視において、単眼カメラ120の撮像方向から見たときに、マーカ301は、視野角ごとの検出距離の許容誤差と単眼カメラ120設置ずれの許容誤差とが一致するマーカ配置曲線311上又は該マーカ配置曲線311の後方に配置されている。これによって、視野角ごとの検出距離を許容誤差以下で検出することができるとともに、従来と比べてチャート30の面積を小さく抑えることができる。その結果、単眼カメラ120で検出する距離に要求される精度を保ちつつ、装置の面積を低減することができる。
On the other hand, in the
特に、マーカ配置曲線311と、該マーカ配置曲線311を取り囲む矩形303とにより囲まれた領域304内にマーカ301を配置した場合、衝突防止に要求される検出距離及び検出精度を満たすとともに、画像補正装置100の設置面積を小さくできる。
In particular, when the
また、本実施形態に係る画像補正方法によれば、単眼カメラ120で検出する距離に要求される精度を保つことができる。
Further, according to the image correction method according to the present embodiment, the accuracy required for the distance detected by the
なお、本実施形態の画像補正装置100について、第1実施形態と同様に様々な変形例が考えられる。例えば上述の変形例1~7、9は、本実施形態の画像補正装置100にも適用される。ここではその詳細説明を省略する。
As with the first embodiment, various modifications can be considered for the
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various designs can be made without departing from the spirit of the invention described in the claims. Changes can be made.
1,100 画像補正装置
20 ステレオカメラ
30 チャート
30A 第1領域
30B 第2領域
40 フロントガラス
120 単眼カメラ
200a 左撮像系部
200b 右撮像系部
210,1210 演算部
211,1211 撮像画像記憶部
212,1212 画像補正情報記憶部
213,1213 マーカ情報記憶部
214 同期信号発生部
215,1214 画像取得部
215a 基準画像取得部
215b 参照画像取得部
216,1215 補正画像記憶部
217 視差画像記憶部
220,1220 作成部
221,1221 マーカ位置検出部
222,1222 画像補正データ作成部
230,1230 距離検出部
231,1231 画像補正部
232 視差算出部
233,1232 認識部
240 計算部
301,306,307,308,309,310 マーカ
302,302A,302B,311 マーカ配置曲線
303 矩形
304 領域
1233 立体物距離検出部
1,100
Claims (10)
フロントガラスを介して前記マーカを撮像するカメラにより撮像された画像を取得する画像取得部と、
前記画像取得部により取得された画像上のマーカ位置を検出するマーカ位置検出部と、
前記マーカ位置検出部により検出されたマーカ位置に基づいて、カメラにより撮像された画像の歪みを補正するためのデータを作成する画像補正データ作成部と、
を備え、
平面視において、カメラの撮像方向から見たときに、前記マーカは、カメラ視野角ごとの検出距離の許容誤差とカメラ設置ずれの許容誤差とが一致するマーカ配置曲線上又は前記マーカ配置曲線の後方に配置されていることを特徴とする画像補正装置。 a chart on which a plurality of markers are arranged;
an image acquisition unit that acquires an image captured by a camera that captures an image of the marker through the windshield;
a marker position detection unit that detects a marker position on the image acquired by the image acquisition unit;
an image correction data creation unit that creates data for correcting distortion of an image captured by a camera based on the marker position detected by the marker position detection unit;
with
In a plan view, when viewed from the imaging direction of the camera, the marker is located on or behind the marker arrangement curve where the allowable error of the detection distance for each camera viewing angle and the allowable error of the camera installation deviation match. An image correction device, characterized in that it is arranged in a
前記マーカ位置検出部は、予め前記画像補正情報記憶部に記憶されている画像補正データを用いて画像を補正し、補正画像上のマーカ位置を検出し、
前記画像補正データ作成部は、前記マーカ位置検出部により検出された補正画像上のマーカ位置と、歪みを補正した画像上のマーカの理想位置とのずれに基づいて画像補正データを作成し、作成した画像補正データを新しい画像補正データとして前記画像補正情報記憶部に記憶する請求項1~4のいずれか一項に記載の画像補正装置。 further comprising an image correction information storage unit for storing image correction data,
The marker position detection unit corrects the image using image correction data stored in advance in the image correction information storage unit, detects the marker position on the corrected image,
The image correction data creation unit creates image correction data based on the deviation between the marker position on the corrected image detected by the marker position detection unit and the ideal position of the marker on the distortion-corrected image. 5. The image correction apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the corrected image correction data is stored as new image correction data in said image correction information storage unit.
前記第2領域に配置されたマーカは、前記第1領域に配置されたマーカよりもカメラに近い請求項1~5のいずれか一項に記載の画像補正装置。 The chart has a first region with a relatively small tolerance of detection distance for each camera viewing angle and a second region with a relatively large tolerance of detection distance for each camera viewing angle,
The image correction device according to any one of claims 1 to 5, wherein the markers arranged in the second area are closer to the camera than the markers arranged in the first area.
前記第1領域は、2つのカメラの撮像領域が重なる領域であり、
前記第2領域は、2つのカメラの撮像領域が重ならない領域である請求項6又は7に記載の画像補正装置。 The image acquisition unit acquires an image from a stereo camera having two cameras,
The first area is an area where the imaging areas of the two cameras overlap,
8. The image correcting device according to claim 6, wherein the second area is an area where imaging areas of two cameras do not overlap.
前記画像取得ステップで取得した画像上のマーカ位置を検出するマーカ位置検出ステップと、
前記マーカ位置検出ステップで検出したマーカ位置に基づいて、カメラにより撮像された画像の歪みを補正するためのデータを作成する画像補正データ作成ステップと、
を含むことを特徴とする画像補正方法。 Through the windshield, a camera was used to capture an image of a marker placed on or behind the marker arrangement curve where the allowable error of the detection distance for each camera viewing angle and the allowable error of the camera installation deviation match. an image acquisition step of acquiring an image;
a marker position detection step of detecting marker positions on the image acquired in the image acquisition step;
an image correction data creating step of creating data for correcting distortion of an image captured by a camera based on the marker positions detected in the marker position detecting step;
An image correction method comprising:
前記画像補正データ作成ステップにおいて、前記マーカ位置検出ステップで検出した補正画像上のマーカ位置と、歪みを補正した画像上のマーカの理想位置とのずれに基づいて画像補正データを作成し、作成した画像補正データを新しい画像補正データとする請求項9に記載の画像補正方法。
in the marker position detection step, correcting the image using pre-stored image correction data to detect the marker position on the corrected image;
In the image correction data creation step, image correction data is created based on the deviation between the marker position on the corrected image detected in the marker position detection step and the ideal position of the marker on the distortion-corrected image. 10. The image correction method according to claim 9, wherein the image correction data is new image correction data.
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