JPH08171627A - キャリブレーションパターンの重心検出方法 - Google Patents

キャリブレーションパターンの重心検出方法

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JPH08171627A
JPH08171627A JP6314683A JP31468394A JPH08171627A JP H08171627 A JPH08171627 A JP H08171627A JP 6314683 A JP6314683 A JP 6314683A JP 31468394 A JP31468394 A JP 31468394A JP H08171627 A JPH08171627 A JP H08171627A
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JP
Japan
Prior art keywords
center
pattern
calibration pattern
gravity
calibration
Prior art date
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Pending
Application number
JP6314683A
Other languages
English (en)
Inventor
Masafumi Yamamoto
雅史 山本
Atsushi Kutami
篤 久田見
Masanori Kobayashi
正典 小林
Hiroyuki Yoshida
博行 吉田
Hiroyuki Takahashi
弘行 高橋
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Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
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Publication date
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Priority to JP6314683A priority Critical patent/JPH08171627A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 カメラキャリブレーションに用いられるキャ
リブレーションパターンを撮像手段により撮像して、入
力画像における上記キャリブレーションパターンの重心
を画素の分解能以上の高精度で検出する。 【構成】 キャリブレーションパターンとして、濃度が
外周から中心に向かって輻方向に変化する円形パターン
を用意し、入力画像中の円形パターンに含まれる複数位
置を通り上記濃度勾配の方向に向かう直線を各位置毎に
求め、各直線との距離の総和が最小となる点を上記円形
パターンの重心とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、画像処理においてカメ
ラキャリブレーションに用いられるキャリブレーション
パターンを撮像手段により撮像して、入力画像における
上記キャリブレーションパターンの重心位置を検出する
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】カメラで撮像した画像を処理して物体の
位置を計測する場合、カメラのキャリブレーション(校
正)が必要不可欠である。カメラキャリブレーションと
は、世界座標系(絶対座標系)に対するカメラの位置と
向き、カメラの焦点距離・画像中心を求めることである
(特開平6−137840号公報参照)。
【0003】三次元空間中の点Pi をカメラで撮像した
とき、画面中の点pi に投影されるものとする。そし
て、例えば図7に示すような、整列した複数の円パター
ン15が描かれているキャリブレーションプレート10
を用いてカメラキャリブレーションを行なう場合、図8
に示すように、点Pi の座標(Xi ,Yi ,Zi )と点
i の座標(xi ,yi )が既知である必要がある。点
i として、例えばキャリブレーションプレート10に
描かれている円パターン15の中心を用い、このキャリ
ブレーションプレート10を距離dずつ正確に移動させ
ることにより、座標が既知である点Pi (Xi ,Yi
i )を用意できる。そして、このキャリブレーション
プレート10をカメラで撮像し、画像を処理して円パタ
ーン15の中心を算出することにより、画面20中の点
i の座標(xi ,yi )を求めることができる。
【0004】円パターン15の中心を算出する一般的な
方法として、入力画像における円パターン15の重心
(=中心)を求めるものがある。
【0005】この従来の方法では、入力画像におけるパ
ターンの重心(xG ,yG )を算出するために、次式が
用いられている。
【0006】
【数1】
【0007】ただし、f(x,y)は座標(x,y)に
おける画像の濃度を表す。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記方法で
は、各画素の濃度に応じた重さが画素の中心にかかって
いると仮定した上で、重心の計算を行っている。
【0009】すなわち、各画素に対してパターン境界が
図9(a)に示すように位置する場合、各画素に入射す
る光の量に応じて各画素の濃度が決定されるため、パタ
ーン部分の面積に応じて濃度が変化し、画像データの濃
度値は図9(b)に示すようになる。このようなパター
ンの重心を求める場合、従来は、図10(a),(b)
に示すように、画素の濃度に応じた重さが各画素の中心
にかかると仮定している。
【0010】しかしながら、パターンの境界付近では、
この仮定は必ずしも成立せず、実際の画素の重心は画素
の中心からずれていると考えられる。このため、上式か
ら算出したパターンの重心は誤差を含むことになる。
【0011】また、入力画像を図11に示すように2値
化した後円パターン15の重心(=中心)を算出する方
法もあるが(特開昭63−19087号公報参照)、こ
の方法では、画像を2値化することによってパターン境
界付近での濃度情報が失われてしまうため、画素の分解
能以上の精度で円パターン15の重心を求めるのは不可
能であった。
【0012】そこで、本発明は、キャリブレーションパ
ターンの重心を画素の分解能以上の高精度で正確に検出
することができる重心検出方法を提供することを目的と
する。
【0013】
【課題を解決するための手段】本願第1番目の発明は、
請求項1に記載されているように、キャリブレーション
パターンとして、濃度が外周から中心に向かって輻方向
に変化するパターンを用意し、入力画像中の上記パター
ンに含まれる複数位置における濃度勾配の算出に基づい
て上記キャリブレーションパターンの重心を検出するこ
とを特徴とする。
【0014】上記パターンは、請求項2に記載されてい
るように、その濃度等高線が同心円を描くように濃度が
中心に向かって一定の割合で増加する濃度変化特性を有
するものとすることができる。
【0015】その場合、請求項3に記載されているよう
に、上記パターンに含まれる複数位置を通り上記濃度勾
配の方向に向かう直線を各位置毎に求め、各直線との距
離の総和が最小となる点を上記キャリブレーションパタ
ーンの重心とすることができる。
【0016】本願第2番目の発明は、請求項4に記載さ
れているように、キャリブレーションパターンとして、
中心位置が同じで大きさが異なる複数の相似のパターン
を用意し、入力画像中の上記複数の各パターン毎にそれ
ぞれ重心位置を算出し、該複数の重心位置の平均位置を
上記キャリブレーションパターンの重心位置とすること
を特徴とする。
【0017】本願第2番目の発明の1つの態様によれ
ば、請求項5に記載されているように、上記キャリブレ
ーションパターンが、順次提示される大きさが異なる複
数の相似のパターンよりなる。
【0018】本願第2番目の発明の他の態様によれば、
請求項6に記載されているように、上記キャリブレーシ
ョンパターンが、キャリブレーションプレート上に同心
的に描かれた大きさが異なる、かつ少なくとも外周形状
が相似形の複数のパターンよりなる。
【0019】
【作用および発明の効果】請求項1〜3に記載された発
明によれば、入力画像中の上記パターンに含まれる各位
置の全てに該パターンの中心方向に関する情報が含まれ
ているため、白黒2値の画像からパターンの中心を推定
する場合に比較して、精度が著しく向上し、画素の分解
能以上の精度でキャリブレーションパターンの重心を検
出することができる。
【0020】請求項4〜6に記載された発明によれば、
順次または同時に提示される、中心位置が同じで大きさ
が異なる複数の相似のパターン毎にそれぞれ重心位置を
算出し、該複数の重心位置の平均位置を上記キャリブレ
ーションパターンの重心としているので、キャリブレー
ションパターンの重心を正確に求めることができる。
【0021】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。
【0022】(実施例1)本実施例は請求項1〜3に対
応するパターンの重心検出方法である。本実施例では、
キャリブレーションパターンの1例として、図1に示す
ように、濃度等高線が同心円を描くように濃度が外周か
ら中心に向かって一定の割合で変化する円形パターン3
0を用いる(図中の濃度は直線A上の濃度を示す)。そ
して、この円形パターン30を撮像して得られる入力画
像において、パターンに含まれる複数位置の1例として
の全ての画素についてその濃度勾配の方向を計算し、こ
れら濃度勾配の方向の集積点を円形パターンの重心(=
中心)と推定している。以下にその方法について述べ
る。
【0023】(1) 図1に示す円形パターン30の画像を
入力する。
【0024】(2) 入力画像中の円形パターンの各画素の
濃度勾配のベクトル(方向および大きさ)を求める。
【0025】すなわち、図2に示すように、座標
(x0 ,y0 )を有する1つの画素p0 の8近傍の画素
の濃度をf1 〜f8 とすると、画素p0 の水平方向の濃
度勾配uおよび垂直方向の濃度勾配vはそれぞれ下式で
表される。
【0026】 u=(f3 +f4 +f5 )−(f1 +f7 +f8 ) v=(f5 +f6 +f7 )−(f1 +f2 +f3 ) また、画素p0 (x0 ,y0 )の濃度勾配のベクトルの
方向を示す直線をy=k×(x−x0 )+y0 とする
と、上記ベクトルの方向を表す係数kおよび上記ベクト
ルの大きさP0 はそれぞれ下記の式で表される。
【0027】k = tan-1(v/u) P0 =√(u2 +v2 ) このような画素の濃度勾配のベクトルの方向および大き
さを求める演算を円形パターンに含まれる全ての各画素
について行なう。図3は各画素の濃度勾配のベクトルを
模式的に示した図である。
【0028】(3) 入力画素のうち濃度勾配の大きさが所
定値以上の値を有するものについて(ノイズ除去のた
め)、各画素を通り濃度勾配の方向に向かう直線を計算
する。図4は、このようにして求めた直線群を模式的に
示した図である。
【0029】(4) 全ての直線との距離誤差が最も小さく
なる点、すなわち、全ての直線との距離の総和が最も小
さくなる点を最小二乗法により求めその点を円形パター
ンの重心とする。
【0030】本実施例によれば、入力画素の全てに円形
パターンの中心方向に関する情報が含まれているため、
画素の分解能以上の精度で円形パターンの重心を推定す
ることができる。なお、本実施例では、画素の濃度勾配
のベクトルの方向および大きさを求める演算を円形パタ
ーンに含まれる全ての各画素について行なっているが、
より少ない数の画素からも円形パターンの重心を推定す
ることが可能である。
【0031】(実施例2)本実施例および次の実施例3
は、請求項4以降の請求項に対応するキャリブレーショ
ンパターンの重心検出方法であり、キャリブレーション
パターンとしての中心位置が同じで大きさが異なる複数
の相似形パターンの1例として、中心位置が同じで半径
が異なる複数の円形パターンを用意し、入力画像中の上
記複数の円形パターンの各円形パターン毎にそれぞれ適
宜の方法で重心位置を算出し、該複数の重心位置の平均
位置を上記キャリブレーションパターンの重心とするこ
とにより、該キャリブレーションパターンの重心を正確
に算出することができる方法である。
【0032】そして、本実施例は請求項5に対応するキ
ャリブレーションパターンの重心検出方法であり、例え
ば液晶パネルとその制御装置とから構成されるキャリブ
レーションパターン提示装置を用い、上記制御装置に対
しコンピュータから指令を送ることにより、図5に示す
ように、互いに半径の異なる円形パターンC1 〜C
それぞれの中心を一致させた状態で液晶パネル上に順次
提示しながら画像を撮像する。次に入力画像を2値化
し、該2値化された各円形パターンCの重心G
k (xk ,yk ),k=1,2,……nを前述した式に
よって計算し、さらにGk (xk ,yk )の平均位置を
下記の式によって求めることによって、上記キャリブレ
ーションパターンの重心を高分解能をもって求めること
ができる。
【0033】
【数2】
【0034】(実施例3)本実施例は請求項6に対応す
るキャリブレーションパターンの重心検出方法であり、
キャリブレーションプレート上に同心的に描かれた大き
さが異なる、かつ少なくとも外周形状が相似形の複数の
パターンからなるキャリブレーションパターンの1例と
して、例えば図6に示すような同心円を形成する複数の
円形パターンC1 〜Cn (図6ではn=3;C2 ,C3
は環状パターン)が描かれたキャリブレーションプレー
トを用意し、このキャリブレーションパターンを撮像し
て2値化し、実施例2と同様の手順で各円形パターンC
k の重心Gk (xk ,yk )を計算し、かつ重心G
k (xk ,yk )の平均位置を求めることによって、上
記キャリブレーションパターンの重心を求めることがで
きる。ただし、環状パターンC2 ,C3 の重心を計算す
るときには、円環の内部がすべて黒であるものとして計
算する。
【0035】本実施例によっても、キャリブレーション
パターンの重心を高分解能をもって求めることができ
る。
【0036】なお、上述の実施例1〜3においては、キ
ャリブレーションパターンがすべて円形パターンの場合
であったが、正多角形のキャリブレーションパターンで
あっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1において用いられるキャリブ
レーションパターンおよびその濃度特性を示す図を示す
【図2】同 画素の濃度勾配を該画素の8近傍の画素の
濃度から求める方法の説明図
【図3】同 各画素の濃度勾配のベクトルを模式的に示
す図
【図4】同 各画素の濃度勾配のベクトルの方向を示す
直線群を模式的に示す図
【図5】同 本発明の実施例2において用いられるキャ
リブレーションパターンを示す図
【図6】同 本発明の実施例3において用いられるキャ
リブレーションパターンを示す図
【図7】従来用いられているキャリブレーションプレー
トの正面図
【図8】カメラキャリブレーションの説明図
【図9】同 各画素の濃度値を示す図
【図10】従来のパターン重心検出方法における画素に
おける重さのかかり方のモデルと各画素の重心位置を示
す説明図
【図11】従来用いられているキャリブレーションパタ
ーンおよびその濃度特性を示す図
【符号の説明】
10 キャリブレーションプレート 15,30 キャリブレーションパターン 20 画面
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G06T 7/60 (72)発明者 吉田 博行 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 高橋 弘行 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ 株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 キャリブレーションプレート上に描かれ
    た所定のキャリブレーションパターンを撮像手段により
    撮像して、入力画像における上記キャリブレーションパ
    ターンの重心位置を検出する方法であって、 上記キャリブレーションパターンとして、濃度が外周か
    ら中心に向かって輻方向に変化するパターンを用意し、
    入力画像中の上記パターンに含まれる複数位置における
    濃度勾配を算出し、該濃度勾配の方向に基づいて上記キ
    ャリブレーションパターンの重心位置を検出することを
    特徴とするキャリブレーションパターンの重心検出方
    法。
  2. 【請求項2】 上記キャリブレーションパターンは、そ
    の濃度等高線が同心円を描くように濃度が中心に向かっ
    て一定の割合で増加する濃度変化特性を有することを特
    徴とする請求項1に記載のキャリブレーションパターン
    の重心検出方法。
  3. 【請求項3】 上記パターンに含まれる複数位置を通り
    上記濃度勾配の方向に向かう直線を上記各位置毎に求
    め、各直線との距離の総和が最小となる点を上記パター
    ンの重心とすることを特徴とする請求項1または2に記
    載のキャリブレーションパターンの重心検出方法。
  4. 【請求項4】 所定のキャリブレーションパターンを撮
    像手段により撮像して、入力画像における上記キャリブ
    レーションパターンの重心位置を検出する方法であっ
    て、 上記キャリブレーションパターンとして、中心位置が同
    じで大きさが異なる複数の相似のパターンを用意し、入
    力画像中の上記複数の各パターン毎にそれぞれ重心位置
    を算出し、該複数の重心位置の平均位置を上記キャリブ
    レーションパターンの重心位置とすることを特徴とする
    キャリブレーションパターンの重心検出方法。
  5. 【請求項5】 上記キャリブレーションパターンが、順
    次提示される大きさが異なる複数の相似のパターンより
    なることを特徴とする請求項4に記載の重心検出方法。
  6. 【請求項6】 上記キャリブレーションパターンが、キ
    ャリブレーションプレート上に同心的に描かれた大きさ
    の異なる、かつ少なくとも外周形状が相似形の複数のパ
    ターンよりなることを特徴とする請求項4に記載の重心
    検出方法。
JP6314683A 1994-12-19 1994-12-19 キャリブレーションパターンの重心検出方法 Pending JPH08171627A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008193188A (ja) * 2007-02-01 2008-08-21 Sanyo Electric Co Ltd カメラ校正装置及び方法並びに車両
JP2014150540A (ja) * 2014-03-06 2014-08-21 Seiko Epson Corp プロジェクター、投射状態調整方法及び投射状態調整プログラム
JP2019029820A (ja) * 2017-07-31 2019-02-21 セイコーエプソン株式会社 カメラの校正方法および校正用具
KR20200058784A (ko) * 2018-11-20 2020-05-28 재단법인대구경북과학기술원 카메라 캘리브레이션 방법 및 이를 이용하는 캘리브레이션 장치

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