JPH0727565B2 - Image processing method and apparatus thereof - Google Patents

Image processing method and apparatus thereof

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JPH0727565B2
JPH0727565B2 JP63293039A JP29303988A JPH0727565B2 JP H0727565 B2 JPH0727565 B2 JP H0727565B2 JP 63293039 A JP63293039 A JP 63293039A JP 29303988 A JP29303988 A JP 29303988A JP H0727565 B2 JPH0727565 B2 JP H0727565B2
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image pickup
image
pickup devices
rotation amount
matrix
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文明 富田
裕信 高橋
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はデジタルデータ化された画像情報を処理する方
法及びその装置に関し、更に詳述すれば、三次元空間中
での同一の物体を異なる位置において任意の回転を行っ
ている撮像装置により撮像した画像を処理することによ
り、三次元空間中での撮像装置の回転量及び画像の拡大
率を検出する方法及びその装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and apparatus for processing image information converted into digital data. More specifically, the same object in a three-dimensional space is different. The present invention relates to a method and an apparatus for detecting an amount of rotation of an image pickup device and an image enlargement ratio in a three-dimensional space by processing an image picked up by an image pickup device that rotates arbitrarily at a position.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

三次元空間中の物体の位置あるいは形状の計測などをそ
の物体を撮像した画像により行うためには、撮像を行う
撮像装置の正確な位置と姿勢を得る必要がある。
In order to measure the position or shape of an object in a three-dimensional space using an image of the object, it is necessary to obtain the accurate position and orientation of the image pickup device that performs the image pickup.

従来は、三次元空間中での位置が既知である点の画像を
撮像装置により撮像して得られた画像上における位置か
ら算出する手法が知られている。このような手法として
は例えばO.D.Faugeras.G.Toscaniらによる論文「Camera
Calibration for 3D Domputer Vision Proc.Int.Works
hop on Industrial Applications of Machine Vision a
nd Machine Intelligence」に示されている手法があ
る。
Conventionally, a method is known in which an image of a point whose position in a three-dimensional space is known is calculated from a position on an image obtained by capturing an image with an image capturing device. An example of such a technique is the paper “Camera” by OD Faugeras.G. Toscani et al.
Calibration for 3D Domputer Vision Proc.Int.Works
hop on Industrial Applications of Machine Vision a
nd Machine Intelligence ”.

この手法では特定の位置に点を描いた平板を設置し、こ
れを撮像した画像上での位置から撮像位置の回転量ある
いは拡大率を測定している。
In this method, a flat plate on which dots are drawn is set at a specific position, and the rotation amount or magnification of the image pickup position is measured from the position on the image taken.

ここでは説明を簡略にするために、撮像装置の回転量及
び拡大率のみが不明であり、他の位置などの値は全て既
知であるとする。
Here, in order to simplify the explanation, it is assumed that only the rotation amount and the enlargement ratio of the image pickup apparatus are unknown, and all values such as other positions are known.

三次元空間中でのある点pの座標を(x,y,z)とし、そ
の点pの画像上への投影点をP(X,Y)とする。ここで
簡略化のため撮像装置は三次元空間中での原点(0,0,
0)にあるとする。また撮像装置の焦点距離をf、x軸,
y軸,z軸の各軸まわりの回転量をそれぞれθ,φ,αと
する。このとき、点p及び点Pの各座標値の関係は三次
元空間中での回転に従って拡大により得られる仮の点を
p′(x′,y′,z′)として下記(1)式及び(2)式
で表される。
The coordinates of a point p in the three-dimensional space are set to (x, y, z), and the projection point of the point p on the image is set to P (X, Y). Here, for simplification, the imaging device uses the origin (0,0,
0). In addition, the focal length of the imaging device is f, x axis,
The amounts of rotation around the y-axis and z-axis are θ, φ, and α, respectively. At this time, the relationship between the coordinate values of the point p and the point P is expressed by the following formula (1), where p ′ (x ′, y ′, z ′) is a temporary point obtained by expansion according to the rotation in the three-dimensional space. It is expressed by equation (2).

ここでRx,Ry,Rzは回転を表す行列で下記(3)式にてそ
れぞれ与えられる。
Here, Rx, Ry, and Rz are matrices that represent rotations and are given by the following equation (3).

また、E(f)は画像の拡大率を表す行列であり、下記
(3′)式で与えられる。
Further, E (f) is a matrix representing the enlargement ratio of the image and is given by the following equation (3 ').

次に、三次元空間中で3点以上のn点の位置を定める。
これらのn点の三次元空間中での位置をp1(x1,y1
z1),p2(x2,y2,z2)…pn(xn,yn,zn)とする。ま
た、それらの点を撮像して得られる画像上での座標をそ
れぞれP1(X1,Y1),P2(X2,Y2)…Pn(Xn,Yn)とす
る。
Next, the positions of three or more n points are determined in the three-dimensional space.
The positions of these n points in three-dimensional space are p 1 (x 1 , y 1 ,
Let z 1 ), p 2 (x 2 , y 2 , z 2 ) ... pn (x n , y n , z n ). Further, the coordinates on the image obtained by picking up these points are defined as P 1 (X 1 , Y 1 ), P 2 (X 2 , Y 2 ) ... P n (X n , Y n ), respectively.

ここで(1),(2)式より各回転により変換される点
をそれぞれP1′(X1′,Y1′),P2′(X2′,Y2′)…
Pn′(Xn′,Yn′)とすると下記(4)式が成立する。
Here, the points converted by each rotation according to the equations (1) and (2) are P 1 ′ (X 1 ′, Y 1 ′), P 2 ′ (X 2 ′, Y 2 ′) ...
When P n ′ (X n ′, Y n ′), the following equation (4) is established.

但し、1≦i≦n 各回転量(角)θ,φ,αが正しく求まれば、全てのi
について下記(5)式が成立する。
However, if 1 ≦ i ≦ n each rotation amount (angle) θ, φ, α is correctly obtained, all i
The following equation (5) holds for

しかし測定による誤差などのため完全に一致することは
ないので、下記(6)式のような式を仮定してこの式の
値を最小とするように、最小二乗法によりθ,φ,αを
求める。
However, since they do not completely match due to measurement errors, etc., θ, φ, and α are calculated by the least squares method so that the value of this equation is minimized by assuming the equation (6) below. Ask.

〔発明が解決しようとする課題〕 このような従来の手法では、三次元空間中の既定の点に
実際に対象物を設置しなければならない。しかし、動作
中に移動する装置あるいは注視すべき対象がしばしば変
更される装置では、頻繁に撮像装置を移動する必要があ
る。そこで従来の手法では、撮像装置を移動させた各時
点でその都度既定の位置に対象物を設置して撮像を行う
必要が生じる。
[Problems to be Solved by the Invention] In such a conventional method, it is necessary to actually install an object at a predetermined point in a three-dimensional space. However, in a device that moves during operation or a device in which an object to be watched is often changed, it is necessary to move the image pickup device frequently. Therefore, in the conventional method, it is necessary to set an object at a predetermined position and take an image each time the imaging device is moved.

しかしながら、装置を移動する都度、既定点に対象物を
設置することは頻繁であり、且つ実用上は困難である。
特にロボットなどではそれが用いられる無人の環境ある
いは屋外での高速の移動装置の使用は困難である。
However, it is frequently and practically difficult to set an object at a predetermined point each time the device is moved.
In particular, it is difficult for a robot or the like to use a high-speed moving device in an unmanned environment or outdoors where it is used.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
対象物を既定点に設置する必要がなく、複数の撮像装置
により位置・形状が全く未知の対象物であってもそれを
撮像することのみによって撮像装置の回転量及び焦点距
離(拡大率)を検出し得る画像処理方法及びその装置の
提供を目的とする。
The present invention has been made in view of such circumstances,
It is not necessary to set the target object at a fixed point, and even if the position and shape of the target object are completely unknown by multiple imaging devices, the rotation amount and focal length (magnification ratio) of the imaging device can be determined only by imaging the target object. An object is to provide a detectable image processing method and its apparatus.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

本発明の画像処理方法及び装置では、位置及び形状が全
く未知の物体を、異なる位置にある複数の撮像装置によ
り撮像して得られる画像上で、物体の位置を各画像中で
特定し、その座標値により撮像装置の回転量及び焦点距
離、即ち画像の拡大率を検出している。
In the image processing method and apparatus of the present invention, the position and shape of the object is completely unknown, the position of the object is specified in each image on an image obtained by imaging with a plurality of imaging devices at different positions. The rotation amount and the focal length of the image pickup apparatus, that is, the magnification of the image is detected by the coordinate value.

〔作用〕[Action]

本発明では、基本的には複数の撮像装置により撮像され
た画像のみを用いて撮像装置自身の回転量及び焦点距離
(拡大率)を検出し得るので、従来の手法の如く三次元
空間中での位置または形状が既定である物体などを撮像
する必要がない。
In the present invention, basically, the rotation amount and the focal length (enlargement ratio) of the image pickup device itself can be detected by using only the images picked up by a plurality of image pickup devices. It is not necessary to image an object whose position or shape is default.

〔発明の原理〕[Principle of Invention]

以下、まず本発明に係る画像処理方法、即ち複数の撮像
装置により撮像された画像を用いて各撮像装置の回転量
を検出する方法について説明する。
Hereinafter, first, an image processing method according to the present invention, that is, a method of detecting the rotation amount of each image pickup device using images picked up by a plurality of image pickup devices will be described.

本発明方法は端的には、複数の同一の焦点距離の撮像装
置を平行に設置して撮像した場合、三次元空間中で同一
の点を撮像した点の画像中での座標値が、撮像装置間を
結ぶ軸に対して直交する方向では一致する点を用いてい
る。
In brief, the method of the present invention is such that, when a plurality of image pickup devices having the same focal length are installed in parallel and imaged, the coordinate values in the image of the same point in the three-dimensional space are imaged by the image pickup device. Matching points are used in the direction orthogonal to the axis connecting the two.

本発明は3台以上の撮像装置に適用することが可能であ
るが、ここでは説明の便宜上、左右に配置された2台の
撮像装置を用いる場合について説明する。
The present invention can be applied to three or more imaging devices, but here, for convenience of description, a case of using two imaging devices arranged on the left and right will be described.

まず第2図に示す如く、撮像装置の基準となる状態を定
める。X,Y,Zの直交座標を想定する。そして2台の撮像
装置の光軸はX−Z平面にあり互いに平行でZ軸方向を
向いているとする。そして2台の撮像装置の撮像面がX
−Y平面にあり、拡大率は等しい。また2台の撮像装置
間の距離を2aとする。
First, as shown in FIG. 2, a reference state of the image pickup apparatus is determined. Assume the X, Y, Z Cartesian coordinates. The optical axes of the two image pickup devices are on the XZ plane, are parallel to each other, and are oriented in the Z axis direction. The imaging planes of the two imaging devices are X
-In the Y plane, the magnification is equal. The distance between the two image pickup devices is 2a.

この基準となる状態では、三次元空間中の点p(x,y,
z)を撮像して得られる左右の各画像上の座標値P
L(XL,YL),PR(XR,YR)は焦点距離を1として下記
(6′)式で与えられる。
In this reference state, the point p (x, y,
coordinate value P on each of the left and right images obtained by imaging z)
L (X L , Y L ) and P R (X R , Y R ) are given by the following equation (6 ′), where the focal length is 1.

この(6′)式から、a>0であるので下記(7)式が
得られる。
From this equation (6 '), since a> 0, the following equation (7) is obtained.

次に実際の撮像装置により得られる画像上での座標値を
それぞれPL′(XL′,YL′),PR′(XR′,YR′)とす
る。また基準となる状態に対してそれぞれ左右の撮像装
置の回転量の差をそれぞれのx,y,z軸に対する値として
θ,φ,α及びθ,φ,αとおく。更に、
それぞれの焦点距離をfl,frとおく。(1)式と同様に
して下記(8)式が、また左側に位置する撮像装置に関
して下記(8′)式が得られる。
Next, let the coordinate values on the image obtained by the actual image pickup device be P L ′ (X L ′, Y L ′) and P R ′ (X R ′, Y R ′), respectively. Further, the difference between the rotation amounts of the left and right imaging devices with respect to the reference state is set as θ L , φ L , α L and θ R , φ R , α R as values for the respective x, y, z axes. Furthermore,
Let the focal lengths be f l and f r , respectively. Similar to the equation (1), the following equation (8) is obtained, and the following equation (8 ') is obtained for the image pickup device located on the left side.

上記(8)及び(8′)式から下記(9)式が得られ
る。
From the above equations (8) and (8 '), the following equation (9) is obtained.

この(9)式から両辺をZL′で割って下記(10)式が得
られる。
From this equation (9), both sides are divided by Z L ′ to obtain the following equation (10).

よってy/zはPL′(XL′,YL′)に対する関数、即ち下
記(11)式で表すことができる。
Therefore, y / z can be expressed by a function for P L ′ (X L ′, Y L ′), that is, the following equation (11).

但し、 右側に位置する撮像装置についても同様にして下記(1
1′)式が得られる。
However, The same applies to the image pickup device located on the right side (1
Equation 1 ') is obtained.

ここで、(7)式より であるので、下記(12)式が成立する。 Here, from equation (7) Therefore, the following equation (12) is established.

その結果、左右の画像間の複数の対応点(三次元空間中
で同一の点を表す)についてこの式を満たすように
α,φ,θ,α,φ,θ,fL,fRを定める
ことにより撮像装置の基準の状態に対する回転量を求め
ることができる。ただし、α,αはは撮像装置を結
ぶ軸上の回転であり、互いに独立ではないため何れか一
方の値、またはその差のみを求めることができる。焦点
距離fL,fRも式から明らかな如く独立ではないため、両
者の比F(=fL/fR)を求めることが出来る。
As a result, α L , φ L , θ L , α R , φ R , θ R , f satisfying this equation for a plurality of corresponding points (representing the same point in three-dimensional space) between the left and right images. By determining L and f R , it is possible to obtain the amount of rotation with respect to the reference state of the image pickup device. However, since α L and α R are rotations on the axis connecting the imaging devices and are not independent of each other, either one of the values or only the difference between them can be obtained. Since the focal lengths f L and f R are not independent as is clear from the formula, the ratio F (= f L / f R ) of the two can be obtained.

実際の画像処理に際しては、誤差を排除するために最小
二乗法を用いて最適な値を求める。
In the actual image processing, the least squares method is used to find the optimum value in order to eliminate the error.

なお、上記の説明は2台の撮像装置を用いた場合につい
てであるが、上記の(12)式は3台以上に拡張すること
ができ、本発明が複数の撮像装置にも適用できることは
明らかである。
Although the above description is for the case where two image pickup devices are used, it is clear that the above equation (12) can be expanded to three or more, and the present invention can be applied to a plurality of image pickup devices. Is.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して詳述する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は上述の如き原理の本発明方法の実施に用いられ
る画像処理装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an image processing apparatus used for carrying out the method of the present invention based on the above-described principle.

なお、以下の説明は、撮像装置を2台とした場合である
が、本発明装置は図に示す如く更に多くの撮像装置へも
適用可能である。
In the following description, the number of imaging devices is two, but the device of the present invention can be applied to more imaging devices as shown in the drawing.

図中1は複数の撮像装置にて構成される撮像部であり、
三次元空間中の既定の点に設置されており、対象物を撮
像する。
In the figure, reference numeral 1 denotes an image pickup unit composed of a plurality of image pickup devices,
It is installed at a predetermined point in the three-dimensional space and images the object.

撮像された画像は図中2の画像処理部に送られる。画像
処理部2では与えられた画像を処理し特徴点を抽出し、
図中3の対応点検出部に送る。
The captured image is sent to the image processing unit 2 in the figure. The image processing unit 2 processes the given image to extract feature points,
It is sent to the corresponding point detection unit 3 in the figure.

対応点検出部3では複数の撮像装置により得られた画像
の特徴点を比較し、特徴の類似により対応点を選択し、
各画像中での座標値を図中4の行列計算部に送る。
The corresponding point detection unit 3 compares the characteristic points of the images obtained by the plurality of imaging devices, selects the corresponding points based on the similarity of the characteristics,
The coordinate value in each image is sent to the matrix calculation unit 4 in the figure.

ところで、(12)式に示した方程式は解析的に解くこと
ができないため、行列計算部4では1次近似式を用いた
反復法により解を求める。(12)式の左辺−右辺の1次
近似式は下記(13)式で表される。
By the way, since the equation shown in the equation (12) cannot be analytically solved, the matrix calculation unit 4 obtains the solution by the iterative method using the first-order approximation equation. The first-order approximation formula on the left-hand side of the formula (12) is expressed by the following formula (13).

以下その導出過程を示す。 The derivation process is shown below.

まず左辺の分母にあるRx(−θ)Ry(−φ)Rz(−
α)を例として展開する。
First is the left side of the denominator Rx (-θ L) Ry (-φ L) Rz (-
α L ) will be developed as an example.

(3)式から θφαが十分に0に近ければsinxx,cosx1な
ので sinθθ cosθ1 sinφφ cosφ1 sinαφ cosα1 となる。これを式(12a)に代入すると ここでθφαが十分に0に近ければ次の関係が成
立つ。
From equation (3) θ L φ L α L is close if Sinxx, the cosx1 since sinθ L θ L cosθ L 1 sinφ L φ L cosφ L 1 sinα L φ L cosα L 1 sufficiently 0. Substituting this into equation (12a) Here, if θ L φ L α L is sufficiently close to 0, the following relationship holds.

|α|>>|θφ| 1>>|θφα| |φ|>>|θα| |θ|>>|φα| 1>>|θα| この式からわかるように2つ以上の変数の乗算を行って
得られた項の値は無視できるようになる。そこで式(12
b)は次のように近似できる。
│α L │ >> | θ L φ L | 1 >> | θ L φ L α L | | φ L | >> | θ L α L | | θ L | >> | φ L α L | 1 >> | Θ L α L | As can be seen from this equation, the value of the term obtained by multiplying two or more variables can be ignored. Then the formula (12
b) can be approximated as follows.

そこで(12)式の左辺は次の式で近似される。 Therefore, the left side of equation (12) is approximated by the following equation.

同様にして右辺の近似式は次のようになる。 Similarly, the approximate expression on the right side is as follows.

この(13)式を変形して誤差eを次の如く定める。 This equation (13) is modified to determine the error e as follows.

更に発明の原理の項で述べた理由により本実施例では便
宜上θを0とする。更に、1次以上の項を削除するこ
とにより下記(14)式が得られる。
Further, for the reason described in the section of the principle of the invention, θ R is set to 0 for convenience in this embodiment. Furthermore, the following equation (14) is obtained by deleting terms of the first order and higher.

e′≒−(YL′−YR′+1)θ+XL′YR′φ+XL
α −XR′YL′φ−XR′α+(YL′−YR′)+YL′d…
(14) 但し、d=F−1 行列計算部4では(14)式の項を各点について計算し、
これを行列蓄積部5に送る。行列蓄積部5には各項の値
を6×7の行列の値を表す42個のレジスタがありθ
φ,α,φ,α,dの各項とθ,φ,α
φ,α,d,1(即ち,(14)式中の(YL′−YR′))
の各項との積を求め、各レジスタに加算する。
e '≒-(Y L ′ -Y R ′ +1) θ L + X L ′ Y R ′ φ L + X L
α L −X R ′ Y L ′ φ R −X R ′ α R + (Y L ′ −Y R ′) + Y L ′ d ...
(14) However, the d = F-1 matrix calculation unit 4 calculates the term of Expression (14) for each point,
This is sent to the matrix storage unit 5. The matrix storage unit 5 has 42 registers for representing the value of each term as the value of a 6 × 7 matrix, and θ L ,
φ L , α L , φ R , α R , d terms and θ L , φ L , α L ,
φ R , α R , d, 1 (that is, (Y L ′ −Y R ′) in the equation (14))
Find the product of each term and add it to each register.

全ての対応点について加算が終了した時点でこの値は回
転量・拡大率計算部6に送られ、行列を連立一次方程式
として解が求められる。この結果、撮像装置の回転量
(角)θ,φ,α,φ,α及び拡大率の比d
が得られる。しかし、これは一次近似式の解として得ら
れたものであるため誤差を含んでいる。そこで、得られ
た解を誤差評価部7に送り、回転量の大きさから得られ
た解の精度を求め、誤差が一定値以下であれば、得られ
た解を出力する。
When the addition is completed for all corresponding points, this value is sent to the rotation amount / magnification rate calculation unit 6, and the solution is obtained by using the matrix as simultaneous linear equations. As a result, the rotation amounts (angles) θ L , φ L , α L , φ R , α R of the imaging device and the ratio d of the enlargement ratios.
Is obtained. However, this is an error because it is obtained as a solution of the first-order approximation formula. Therefore, the obtained solution is sent to the error evaluation unit 7, the accuracy of the obtained solution is obtained from the magnitude of the rotation amount, and if the error is equal to or less than a certain value, the obtained solution is output.

誤差が一定値以上であればこの回転量を表す解を画像処
理部2に送り、原画像に対して(10)式の変換を行う。
その結果、見掛け上の画像の回転量が極めて小さくな
る。この画像について再度同様の処理を行って回転量を
求める。解として得られる回転量が一定値以下となるま
でこの処理が反復され、最終的に正しい値が得られる。
If the error is equal to or larger than a certain value, the solution representing the rotation amount is sent to the image processing unit 2 and the original image is converted by the equation (10).
As a result, the apparent rotation amount of the image becomes extremely small. The same processing is performed again on this image to obtain the rotation amount. This process is repeated until the amount of rotation obtained as a solution becomes a certain value or less, and finally a correct value is obtained.

〔本発明装置の能力の検証〕[Verification of the capability of the device of the present invention]

第3図に示す如く、2台の撮像装置から(PL1,PR1),
(PL2,PR2),(PL3,PR3),(PL4,PR4),(PL5,P
R5),(PL6,PR6)のそれぞれ6点が得られている。
As shown in FIG. 3, from two image pickup devices (P L 1, P R 1),
(P L 2, P R 2), (P L 3, P R 3), (P L 4, P R 4), (P L 5, P
6 points for each of R 5) and (P L 6, P R 6) are obtained.

これらの点は三次元空間中の同一の点の画像上の座標で
ある。本装置の能力を検証するため乱数を発生させ、そ
の乱数に比例した角度及び焦点距離だけ撮像装置を移動
した。撮像装置は三次元空間中で各X,Y,Z座標軸方向で
左の装置は(‐20.0,0.0,0.0)cmに、右の装置は(20.
0,0.0,0.0)cmにそれぞれ設置してあり、各点は(‐50,
-50,300),(50,-50,300),(‐50,50,300),(50,5
0,300),(‐50,-50,500),(50,50,500)cmの各座標
位置に配置されている。
These points are the coordinates on the image of the same point in the three-dimensional space. In order to verify the capability of this device, a random number was generated, and the image pickup device was moved by an angle and focal length proportional to the random number. The imaging device is (-20.0,0.0,0.0) cm in the left and the right device is (20.
0,0.0,0.0) cm, and each point is (-50,
-50,300), (50, -50,300), (-50,50,300), (50,5
It is located at each coordinate position of (0,300), (-50, -50,500), (50,50,500) cm.

その結果得られる6点の画像中の座標値を本装置に入力
し、撮像装置の回転量及び焦点距離を検出した。その結
果を第4図に示す。ここで回転角度及び焦点距離(1.0
を中心として)を横軸に示した値の範囲内で変化させ
た。更にそれぞれの焦点距離について1000回の試行を行
った。縦軸は各1000回の試行について正しい値が得られ
なかった回数を示している。第4図から明らかなよう
に、本発明装置では±0.35ラジアンの範囲内での回転で
あれば常に正しい値が得られる。また得られる誤差は10
-6ラジアン以下であった。
The coordinate values in the resulting 6-point image were input to this apparatus, and the rotation amount and focal length of the image pickup apparatus were detected. The results are shown in FIG. Here, the rotation angle and focal length (1.0
Centered on) was varied within the range of values shown on the horizontal axis. Furthermore, 1000 trials were performed for each focal length. The vertical axis shows the number of times that a correct value was not obtained for each 1000 trials. As is clear from FIG. 4, in the device of the present invention, a correct value is always obtained if the rotation is within the range of ± 0.35 radian. The error that can be obtained is 10
-6 radians or less.

次に、本発明装置を積木の環境へ適用した例を示す。Next, an example in which the device of the present invention is applied to the environment of building blocks will be shown.

3個の積木の環境を2台の撮像装置により撮像すること
により第5図に示す如き画像が得られる。従来の手法で
は、撮像装置の回転量が正確に求められないために、こ
のまま処理した場合には、第6図に示す如く、正しい位
置及び形状を求めることは困難である。
An image as shown in FIG. 5 is obtained by picking up an image of the environment of three blocks with two image pickup devices. In the conventional method, the amount of rotation of the image pickup device cannot be accurately obtained. Therefore, when the processing is performed as it is, it is difficult to obtain the correct position and shape as shown in FIG.

なお第6図(a)は俯瞰を、同(b)はその正面を、同
(c)は正面を、同(d)は側面をそれぞれ示してい
る。
6 (a) is a bird's eye view, FIG. 6 (b) is its front surface, FIG. 6 (c) is its front surface, and FIG. 6 (d) is its side surface.

そこで、この画像を本発明装置に入力し、撮像装置の回
転角を求めて画像の補正を行った。
Therefore, this image was input to the device of the present invention, the rotation angle of the image pickup device was obtained, and the image was corrected.

第7図は画像処理部2から出力された画像を示してい
る。対応点検出部3では画像中の線の連結点に着目し、
二つの画像間での同一点を抽出する。その結果、双方の
画像個々の連結点に対して上下方向(Y軸方向)への相
対的なずれが求まる。
FIG. 7 shows an image output from the image processing unit 2. The corresponding point detection unit 3 pays attention to the connecting points of the lines in the image,
Extract the same points between the two images. As a result, a relative shift in the up-down direction (Y-axis direction) is obtained with respect to the connection points of both images.

第8図はこの誤差を示す模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing this error.

この値を行列計算部4に送って3乃至8回の繰り返し処
理により回転量が求められる。この値により画像の補正
を行い、その結果得られた三次元画像を第9図に示し
た。
This value is sent to the matrix calculation unit 4 and the amount of rotation is obtained by repeating the process 3 to 8 times. The image was corrected with this value, and the resulting three-dimensional image is shown in FIG.

なお、第9図(a)は俯瞰を、同(b)はその正面を、
同(c)は正面を、同(d)は側面をそれぞれ示してい
る。
9 (a) is a bird's eye view, and FIG. 9 (b) is a front view thereof.
The same (c) shows the front and the same (d) shows the side.

この図から明らかな如く、本発明装置によれば、補正前
に比べて著しく正確な補正が可能であることが明らかで
ある。
As is clear from this figure, it is clear that the apparatus of the present invention enables remarkably accurate correction as compared with that before the correction.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上に詳述した如く、本発明によれば、撮像装置により
得られた画像のみにて撮像装置の回転量及び拡大率を検
出することが可能となるので、装置を移動する都度、既
定点に対象物を位置させる等の煩雑な処理は不要にな
る。
As described above in detail, according to the present invention, since it is possible to detect the rotation amount and the enlargement ratio of the image pickup device only from the image obtained by the image pickup device, the predetermined point is set every time the device is moved. There is no need for complicated processing such as positioning the object.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明に係る画像処理装置の構成を示すブロッ
ク図、第2図は本発明方法の原理を説明するための模式
図、第3図は第2図の撮像装置により得られた画像を示
す模式図、第4図は本発明装置による実際の回転量及び
拡大率検出結果を示すグラフ、第5図は本発明装置によ
る撮像対称の状況の一例の模式図、第6図はその従来の
手法による画像処理結果を示す模式図、第7図は第5図
に示した状況を2台の撮像装置により撮像した結果を示
す模式図、第8図は第7図に示した二つの画像のY軸方
向のずれの状態を示す模式図、第9図はその本発明装置
による画像処理結果を示す模式図である。 1…撮像部、2…画像処理部、3…対応点検出部、4…
行列計算部 5…行列蓄積部、6…回転量・拡大率計算部
FIG. 1 is a block diagram showing the structure of an image processing apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the principle of the method of the present invention, and FIG. 3 is an image obtained by the image pickup apparatus of FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing an actual rotation amount and a magnifying power detection result by the device of the present invention, FIG. 5 is a schematic diagram of an example of a situation of imaging symmetry by the device of the present invention, and FIG. Fig. 7 is a schematic diagram showing the image processing result by the method of Fig. 7, Fig. 7 is a schematic diagram showing the result of capturing the situation shown in Fig. 5 by two image capturing devices, and Fig. 8 is the two images shown in Fig. 7. FIG. 9 is a schematic diagram showing a state of deviation in the Y-axis direction, and FIG. 9 is a schematic diagram showing an image processing result by the apparatus of the present invention. 1 ... Imaging unit, 2 ... Image processing unit, 3 ... Corresponding point detection unit, 4 ...
Matrix calculation unit 5 ... Matrix storage unit, 6 ... Rotation amount / magnification ratio calculation unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 情報処理学会第37回全国大会講演論文集 ▲III▼P.1523−1524 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Bibliography Proceedings of the 37th National Convention of IPSJ ▲ III ▼ P. 1523-1524

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】三次元空間中に位置する同一の認識対象を
異なる位置にあって直交する3軸回りに回転する複数の
撮像装置により撮像した際の各撮像装置の回転量及び拡
大率を検出する画像処理方法において、 直交座標系X,Y,Zを想定し、任意の2つの撮像装置の光
軸がZ軸方向を向き、且つZ−X平面に位置し、また該
2つの撮像装置の撮像面がX−Y平面に位置し、更に該
2つの撮像装置の拡大率を等しくした基準状態からのX,
Y,Z軸回りの該2つの撮像装置の回転量を夫々θ,φ
,α及びθ,φ,αとし、また該2つの撮像
装置の拡大率を夫々fl,frとし、該2つの撮像装置によ
り撮像された各画像を対応させて前記認識対象の対応す
る各点を抽出して各画像上の座標値を検出して(XL′,
YL′)及び(XR′,YR′)とし、下記関係式 但し、 から回転量θ,φ,α,φ,α及び拡大率を
算出することを特徴とする画像処理方法。
1. A rotation amount and an enlargement ratio of each image pickup device when the same recognition target located in a three-dimensional space is imaged by a plurality of image pickup devices which are located at different positions and rotate around three orthogonal axes. In the image processing method described above, assuming that the orthogonal coordinate system X, Y, Z, the optical axes of any two image pickup devices are oriented in the Z-axis direction and are located in the Z-X plane, and The image pickup plane is located on the XY plane, and X from the reference state in which the enlargement ratios of the two image pickup devices are equal,
The rotation amounts of the two image pickup devices around the Y and Z axes are θ L and φ, respectively.
L , α L and θ R , φ R , α R, and enlargement ratios of the two image pickup devices are f l and f r , respectively, and the images recognized by the two image pickup devices are associated with each other. Each corresponding point of the target is extracted and the coordinate value on each image is detected (X L ′,
Y L ′) and (X R ′, Y R ′) However, An image processing method characterized by calculating a rotation amount θ L , φ L , α L , φ R , α R and a magnification rate from the following.
【請求項2】三次元空間中に位置する同一の認識対象を
異なる位置にあって直交する3軸回りに回転する複数の
撮像装置により撮像した際の各撮像装置の回転量及び拡
大率を検出する画像処理装置において、 任意の2つの撮像装置により撮像された各画像を対応さ
せて前記認識対象の対応する各点を抽出して各画像上の
座標値を(XL′,YL′)及び(XR′,YR′)として検出
する対応点検出部と、直交座標系X,Y,Zを想定し、前記
任意の2つの撮像装置の光軸がZ軸方向を向き、且つZ
−X平面に位置し、また該2つの撮像装置の撮像面がX
−Y平面に位置し、更に該2つの撮像装置の拡大率を等
しくした基準状態からのX,Y,Z軸回りの該2つの撮像装
置の回転量を夫々θ,φ,α及びθ,φ,α
とし、また該2つの撮像装置の拡大率を夫々fl,fr
し、下記関係式 但し、 の(左辺)−(右辺)=e′の近似式 e′≒−(YL′−YR′+1)θ+XL′YR′φ+XL
α −XR′YL′φ−XR′α+(YL′−YR′)+YLd 但し、fl/fr=1+d の各項を演算する行列演算部と、 該行列演算部の演算結果であるθ,φ,α
φ,αの各項とθ,φ,α,φ,α,d,1
の各項との積の行列を蓄積する行列蓄積部と、 該行列蓄積部に蓄積された行列の値を連立一次方程式と
して解くことにより回転量θ,φ,α,φ,α
及び拡大率の比を算出する回転量計算部と、 該回転量計算部により得られた解の誤差を評価し、誤差
が所定値以下となるまで前記演算を反復させる誤差評価
部と を備えたことを特徴とする画像処理装置。
2. A rotation amount and an enlargement ratio of each image pickup device when the same recognition target located in a three-dimensional space is picked up by a plurality of image pickup devices that rotate at different positions and rotate around three orthogonal axes. In the image processing device, the two images picked up by any two image pickup devices are made to correspond to each other, and the corresponding points of the recognition target are extracted to obtain the coordinate values on each image as (X L ′, Y L ′). And (X R ′, Y R ′) and a corresponding coordinate detection unit X, Y and Z, the optical axes of the arbitrary two image pickup devices are oriented in the Z-axis direction, and Z
-Positioned on the X plane, and the imaging planes of the two imaging devices are X
The rotation amounts of the two image pickup devices around the X, Y, and Z axes from the reference state, which are located on the Y plane and have the same enlargement ratio of the two image pickup devices, respectively, θ L , φ L , α L, and θ R , φ R , α
Let R be the enlargement ratios of the two image pickup devices, f l and f r , respectively. However, (Left side) − (right side) = e ′ approximate expression e′≈− (Y L ′ −Y R ′ +1) θ L + X L ′ Y R ′ φ L + X L
α L −X R ′ Y L ′ φ R −X R ′ α R + (Y L ′ −Y R ′) + Y L d However, a matrix calculation unit that calculates each term of f l / f r = 1 + d, Θ L , φ L , α L , which are the calculation results of the matrix calculation unit,
Each term of φ R , α R and θ L , φ L , α L , φ R , α R , d, 1
A matrix accumulator that accumulates a matrix of products with each term of Eq. And a rotation amount θ L , φ L , α L , φ R , α by solving the values of the matrix accumulated in the matrix accumulator as simultaneous linear equations.
A rotation amount calculation unit that calculates the ratio of R and the enlargement ratio, and an error evaluation unit that evaluates the error of the solution obtained by the rotation amount calculation unit and repeats the above calculation until the error becomes a predetermined value or less. An image processing device characterized by the above.
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