JPH10332334A - Position measuring method by image processing and its device - Google Patents

Position measuring method by image processing and its device

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JPH10332334A
JPH10332334A JP9146313A JP14631397A JPH10332334A JP H10332334 A JPH10332334 A JP H10332334A JP 9146313 A JP9146313 A JP 9146313A JP 14631397 A JP14631397 A JP 14631397A JP H10332334 A JPH10332334 A JP H10332334A
Authority
JP
Japan
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image
ground
coordinate system
camera
point
Prior art date
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Pending
Application number
JP9146313A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoichi Takagi
陽市 高木
Toshiji Watanabe
利治 渡辺
Katsuyasu Kato
勝康 加藤
Kunizo Sakai
邦造 酒井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Hitachi Information and Control Systems Inc
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Process Computer Engineering Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd, Hitachi Process Computer Engineering Inc filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPH10332334A publication Critical patent/JPH10332334A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and a device which can detect a position accurately at high speed using a simple geometrical model satisfied with two reference points on an image produced with a camera installed obliquely upward. SOLUTION: A camera 2 is set at a position for photographing an oblique image to a measuring area where reference points P1, P2 are clearly expressed. A position measuring main body 1 is provided with an image memory 13 for storing an inputted image from the camera 2; an image processing means 12 for recognizing an article in the inputted image; a model constructing section 14 which assumes a middle coordinate face 7 to two-dimensionally connect between a world coordinate system for prescribing reference points P1, P2 and an image coordinate system corresponding to the picked up face of the camera 2 and prepares a geometrical model to define positional relation between the world coordinate system and the image coordinate system through the middle coordinate face 7; and a position measuring section 15 for obtaining a ground position from a position on the image of an article using the parameter of the geometrical model.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、カメラ画像を用い
する移動体の位置計測に関し、特に斜め方向の画像から
幾何学モデルを介して求める位置計測方式に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to position measurement of a moving object using a camera image, and more particularly to a position measurement method obtained from a diagonal image through a geometric model.

【0002】[0002]

【従来の技術】道路や水面などの計測エリアにカメラを
設置し、そのカメラ画像を処理して移動体の位置を計測
し、移動体の流れや速度を監視することが行われてい
る。このような画像処理による位置計測は、対象物の移
動するエリアの真上や真横にカメラを設置し、2次元位
置の計測原理によって行われる。
2. Description of the Related Art A camera is installed in a measurement area such as a road or a water surface, and the image of the camera is processed to measure the position of the moving body and monitor the flow and speed of the moving body. Such position measurement by image processing is performed based on a two-dimensional position measurement principle by installing a camera directly above or beside an area where a target object moves.

【0003】しかし、対象によっては計測エリアの真上
や真横にカメラを物理的に設置できない場合がある。ま
た、監視カメラのように監視エリアの斜め上方に設置
し、1台のカメラによる監視エリアを広げて移動体を追
跡した方が有利な場合も多い。
[0003] However, depending on the object, there is a case where the camera cannot be physically installed directly above or beside the measurement area. In many cases, it is advantageous to install the camera obliquely above the surveillance area, such as a surveillance camera, and to extend the surveillance area by one camera to track the moving object.

【0004】対象物を斜め方向から撮影した斜方カメラ
画像には三次元位置による歪が含まれるので、カメラ画
像中の対象物は遠方のものは大きく、近くのものは小さ
く見える。このため、カメラから遠くなるほど移動物体
の真下位置との誤差が大きくなり、画像の全面を同じ縮
尺で扱う2次元計測では正確な位置が求まらない。
[0004] Since an oblique camera image obtained by photographing an object from an oblique direction includes distortion due to a three-dimensional position, the object in the camera image appears to be large for a distant object and small for a nearby object. For this reason, the error from the position directly below the moving object increases as the distance from the camera increases, and an accurate position cannot be obtained by two-dimensional measurement in which the entire image is treated at the same scale.

【0005】斜方カメラ画像による3次元位置の計測方
法として、スポット光、スリット光投影法などが知られ
ている。また、近年、画像から対象の3次元形状や空間
の配置を認識するコンピュータビジョンの研究が盛ん
で、この分野では3次元空間のワールド座標において位
置の分かっている対象を画像に取り込み、その画像面上
での座標を用いて投影モデルを当てはめることで、ワー
ルド座標系とカメラ座標系の相対関係、すなわちカメラ
の位置と姿勢や、光学系パラメータを求めることが一般
に行われている。
As a method of measuring a three-dimensional position using an oblique camera image, a spot light, a slit light projection method and the like are known. In recent years, research on computer vision for recognizing the three-dimensional shape and space arrangement of an object from an image has been actively conducted. In this field, an object whose position is known in world coordinates in a three-dimensional space is taken into an image, and the image plane is acquired. By applying a projection model using the coordinates described above, it is general to obtain the relative relationship between the world coordinate system and the camera coordinate system, that is, the position and orientation of the camera and the optical system parameters.

【0006】さらに、文献「コンピュータビジョンのた
めの幾何学(出口光一郎;情報処理,Vol.37 No.6 '96/
6 p549-p556)」には、空間のワールド座標と画像上の
座標を1つの行列で直接結びづける、12個の成分から
なる透視投影行列が説明されている。
[0006] Further, the literature "Geometry for computer vision (Koichirou Exit; Information Processing, Vol.37 No.6 '96 /
6 p549-p556) ”describes a perspective projection matrix composed of 12 components, which directly connects the world coordinates in space and the coordinates on the image with one matrix.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従来のスポット光、ス
リット光の投影による3次元位置計測は、屋内の狭い空
間のように照明を適切に制御できる環境では良好な結果
が得られる。しかし、路上を走行する車両等の位置計測
には、太陽光を直接受ける屋外環境のため大きな光源容
量が必要となる。また、一つのシーンに対して2台のカ
メラが必要で、設備が大規模となる等の問題があった。
The conventional three-dimensional position measurement by projection of spot light and slit light can provide good results in an environment where illumination can be appropriately controlled, such as in a small indoor space. However, measuring the position of a vehicle or the like traveling on a road requires a large light source capacity because of the outdoor environment that directly receives sunlight. In addition, two cameras are required for one scene, and there is a problem that equipment becomes large-scale.

【0008】また、上記、文献に紹介のある透視投影行
列による方法は、その行列の決定に全てが1平面上にあ
ってはならない最少6点の画像が必要で、精度を上げる
ためにはより多数の画像を必要とする。このため、変換
モデルの作成が簡単には実現できない。また、3次元の
モデルによる演算処理となるため、高速な移動体の場合
にリアルタイムな位置計測が困難になる。
The method using a perspective projection matrix introduced in the above-mentioned literature requires a minimum of six images which must not all be on one plane in determining the matrix. Requires a large number of images. Therefore, creation of a conversion model cannot be easily realized. In addition, since the calculation is performed using a three-dimensional model, real-time position measurement becomes difficult for a high-speed moving object.

【0009】本発明の目的は、従来技術の問題点を克服
し、斜方カメラ画像を基に地表面の移動体の位置を簡単
な変換モデルで精度よく計測できる方法と、装置を提供
することにある。
An object of the present invention is to provide a method and an apparatus which overcome the problems of the prior art and which can accurately measure the position of a moving object on the ground surface with a simple conversion model based on an oblique camera image. It is in.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、地上の計測エリアに対してカメラ視線の傾斜した
画像を取り込み、画像処理によって認識した物体の位置
を計測する方法において、カメラの設置位置に基づく世
界座標系(地上座標系)と前記カメラの撮像面に対応す
る画像座標系の間を2次元的に結び付ける中間座標面を
仮定し、この中間座標面に対する前記世界座標系と前記
画像座標系それぞれの位置的関係を定めた幾何学モデル
を作成し、このモデルを使用して前記物体の画像上の位
置から地上の位置を求めることを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides a method for measuring an object position recognized by image processing by capturing an image with an inclined camera line of sight to a measurement area on the ground. Assuming an intermediate coordinate plane that two-dimensionally connects the world coordinate system (ground coordinate system) based on the installation position and the image coordinate system corresponding to the imaging plane of the camera, the world coordinate system and the world coordinate system for the intermediate coordinate plane are assumed. A geometric model that defines a positional relationship of each image coordinate system is created, and a ground position is obtained from the position of the object on the image using the model.

【0011】前記中間座標面は、前記カメラ視線に垂直
で、かつ、前記カメラ視線が地上と交わる地上視点を前
記世界座標系と共有する位置に設定する。
The intermediate coordinate plane is set at a position that is perpendicular to the camera line of sight and that shares a ground viewpoint at which the camera line of sight intersects the ground with the world coordinate system.

【0012】また、本発明は、前記計測エリア内に明示
(目印)して、第1の基準点を前記カメラ視線の地上視
点またはその近傍に、第2の基準点を任意の位置にそれ
ぞれ設定し、前記画像座標系上の前記第1の基準点に対
応する点を始点、前記第2の基準点に対応する点を終点
とする第1のベクトルと、前記中間座標面で前記第1の
基準点を始点、前記第2の基準点を写像した点を終点と
する第2のベクトルとの比から、前記第1及び第2の基
準点の位置関係に対する前記世界座標系と前記画像座標
系の間の距離変換係数と偏差角を求め、幾何学モデルの
パラメータとして予め設定し、一方、物体の位置計測時
に、前記計測エリア内に存在する物体の特定位置を前記
画像座標系上で求め、かつ、前記第1の基準点に対応す
る点を始点、前記特定位置に対応する点を終点とする物
体位置ベクトルを求め、この物体位置ベクトルを前記距
離変換係数と偏差角により座標変換して前記特定位置に
対する前記中間座標面上での位置を求め、この変換され
た位置を前記世界座標系に座標変換して地上での特定位
置を求めることを特徴とする。
Further, according to the present invention, the first reference point is specified (marked) in the measurement area, and the first reference point is set at or near the ground viewpoint of the camera line of sight, and the second reference point is set at an arbitrary position. And a first vector having a point corresponding to the first reference point on the image coordinate system as a start point, a point corresponding to the second reference point as an end point, and the first vector on the intermediate coordinate plane. The world coordinate system and the image coordinate system with respect to the positional relationship between the first and second reference points, based on the ratio of the reference point to the second vector having the start point and the point mapped to the second reference point as the end point. Determine the distance conversion coefficient and the deviation angle between, set in advance as a parameter of the geometric model, on the other hand, when measuring the position of the object, determine the specific position of the object present in the measurement area on the image coordinate system, And a point corresponding to the first reference point as a starting point, Obtain an object position vector having a point corresponding to the fixed position as an end point, obtain a position on the intermediate coordinate plane with respect to the specific position by performing coordinate conversion on the object position vector using the distance conversion coefficient and the deviation angle, and perform the conversion. The specified position is converted into the world coordinate system to obtain a specific position on the ground.

【0013】前記幾何学モデルのパラメータとして、前
記カメラの直下の地上点を原点とする世界座標系上での
方向余弦情報(lx,ly,lz)を含み、前記特定位置が
地上より高い高さ情報を有している場合に、前記世界座
標系に座標変換された位置の真下の地上位置を、前記高
さ情報と前記方向余弦情報による修正演算によって求め
ることを特徴とする。
[0013] The parameters of the geometric model include direction cosine information (lx, ly, lz) on a world coordinate system whose origin is the ground point immediately below the camera, and the specific position is a height higher than the ground. When information is provided, a ground position immediately below the position converted into the world coordinate system is obtained by a correction operation based on the height information and the direction cosine information.

【0014】さらに、本発明は、前記第1の基準点を前
記カメラ視線の仮の地上視点として許容される範囲内の
位置に設定している場合に、前記カメラと前記第1の基
準点を結ぶ直線に垂直で、前記第1の基準点を含む位置
に仮の中間座標面を設定し、上記による第1のベクトル
と第2のベクトルとの比から、前記第1及び第2の基準
点の位置関係に対する前記世界座標系と前記画像座標系
の間の距離変換係数と偏差角を求め、仮の幾何学モデル
のパラメータとして設定し、次に、前記画像座標系上で
前記カメラ視線(光軸)の位置として与えられる画像視
点を終点、前記第1の基準点に対応する点を始点とする
第3のベクトルを求め、この第3のベクトルを前記仮の
幾何学モデルのパラメータを用いて前記中間座標面に写
像して、この中間座標面上での前記視点の対応位置を求
め、さらに、この対応位置を地上座標系に写像して実の
地上視点を取得し、この実の地上視点を基に、前記カメ
ラ視線に垂直、かつ、前記地上視点を含む真の中間座標
面を設定し、前記第1の基準点を前記地上視点で置き換
えて前記距離変換係数と偏差角を再計算して、真の幾何
学モデルを構築することを特徴とする。
[0014] Further, the present invention provides a method wherein, when the first reference point is set at a position within a range allowed as a temporary ground viewpoint of the camera's line of sight, the camera and the first reference point are set. A temporary intermediate coordinate plane is set at a position perpendicular to the connecting straight line and including the first reference point, and based on the ratio between the first vector and the second vector, the first and second reference points are determined. A distance conversion coefficient and a deviation angle between the world coordinate system and the image coordinate system with respect to the positional relationship are obtained, set as parameters of a temporary geometric model, and then the camera line of sight (light A third vector starting from an image viewpoint given as the position of the axis) and a starting point starting from a point corresponding to the first reference point is obtained, and the third vector is calculated using the parameters of the temporary geometric model. Mapping to the intermediate coordinate plane, Obtain the corresponding position of the viewpoint on the reference surface, further map this corresponding position to the ground coordinate system to obtain a real ground viewpoint, based on this real ground viewpoint, perpendicular to the camera line of sight, and Setting a true intermediate coordinate plane including the ground viewpoint, replacing the first reference point with the ground viewpoint, recalculating the distance conversion coefficient and the deviation angle, and constructing a true geometric model. It is characterized by.

【0015】本発明の作用を説明する。監視カメラを移
動物体の斜め上方から撮映するように設置し、監視エリ
アの地上面に画像取り込み可能に明示した基準点を2点
準備し、第1の基準点はカメラ画像の中心近くにとる。
第2の基準点はシーン内の任意の位置でよい。カメラの
中心と第1の基準点を結ぶ直線をカメラ視線と仮定して
位置計測のための幾何学モデルを構築する。
The operation of the present invention will be described. A surveillance camera is installed so as to shoot from a diagonally above the moving object, and two reference points are clearly prepared on the ground surface of the surveillance area so that images can be captured. The first reference point is located near the center of the camera image. .
The second reference point may be at any position in the scene. Assuming that a straight line connecting the center of the camera and the first reference point is a camera line of sight, a geometric model for position measurement is constructed.

【0016】幾何学モデルでは、カメラの撮像面に平行
な面で、かつ、地上の第1の基準点を含む中間座標面を
仮定し、これを世界座標系と画像座標系の間を関系付け
る第3の平面とする。第1及び第2の基準点の位置関係
を、世界座標系と画像座標系のそれぞれから中間座標面
に2次元の座標変換により写像して、これを仲介として
両座標系間の幾何学的パラメータを求めて、画像上の位
置を地上の位置に変換する幾何学モデルが構築できる。
In the geometric model, an intermediate coordinate plane which is a plane parallel to the imaging plane of the camera and includes the first reference point on the ground is assumed, and this is defined as a relation between the world coordinate system and the image coordinate system. This is the third plane to be attached. The positional relationship between the first and second reference points is mapped from the world coordinate system and the image coordinate system to an intermediate coordinate plane by two-dimensional coordinate conversion, and the geometrical parameters between the two coordinate systems are mediated by this. , A geometric model that converts the position on the image to the position on the ground can be constructed.

【0017】上記で、設置後のカメラアングルの自由な
調整ができる場合は、第1の基準点が一般的には画像中
心となるように設定することで、カメラ視線の地上視点
と第1の基準点が一致するので、傾斜画像から物体の真
下の位置を高精度に計測できる。しかも、中間座標面を
介することで、距離変換係数と偏差角による2次元の座
標計算で地上位置が計算できるので、演算処理を高速化
できる。
In the above case, if the camera angle after installation can be freely adjusted, the first reference point is generally set to be at the center of the image, so that the ground viewpoint of the camera line of sight and the first viewpoint are set. Since the reference points coincide with each other, the position directly below the object can be measured with high accuracy from the tilt image. In addition, by using the intermediate coordinate plane, the ground position can be calculated by two-dimensional coordinate calculation using the distance conversion coefficient and the deviation angle, so that the arithmetic processing can be speeded up.

【0018】一方、カメラアングルが自由に調整できな
い場合には、地上視点と第1の基準点にずれを生じるの
でモデルの修正が必要になる。本発明では、第1の基準
点を仮の地上視点とする仮の幾何学モデルを構築後に、
一般には画像中心となるカメラ視線(光軸)の画像座標
系上の位置(画像視点)を基に、この画像視点を仮の幾
何学モデルを使用して地上面に写像して真の地上視点を
求め、この地上視点を用いて真の幾何学モデルを再構築
するので、モデルの精度を向上できると共にシステム構
成が容易で使い勝手がよい。
On the other hand, when the camera angle cannot be adjusted freely, a deviation occurs between the ground viewpoint and the first reference point, so that the model needs to be corrected. In the present invention, after constructing a temporary geometric model using the first reference point as a temporary ground viewpoint,
In general, based on the position (image viewpoint) of the camera's line of sight (optical axis) at the center of the image on the image coordinate system (image viewpoint), this image viewpoint is mapped to the ground surface using a temporary geometric model to provide a true ground viewpoint. Is obtained, and the true geometric model is reconstructed using the ground viewpoint, so that the accuracy of the model can be improved and the system configuration is easy and easy to use.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態1および
実施形態2について、図面を参照しながら詳細に説明す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments 1 and 2 of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0020】〔実施形態1〕図1は、1実施例による移
動体の位置計測システムの構成を示す。本システムは位
置計測装置本体1、カメラ2、移動フィールド3、移動
体4、計測エリア5などから構成されている。
[Embodiment 1] FIG. 1 shows the configuration of a position measuring system for a moving object according to an embodiment. This system includes a position measuring device main body 1, a camera 2, a moving field 3, a moving body 4, a measuring area 5, and the like.

【0021】移動体計測装置本体1は各手段を制御する
制御部11、カメラ画像を取り込んで処理する画像処理
部12、カメラ画像を記憶する画像メモリ13、後述す
る幾何学モデル構築部14、幾何学モデルを使用した位
置計測部15、中間座標面を仲介とする幾何学モデルの
データを格納するモデルテーブル16を備えている。
The main body 1 of the moving object measuring apparatus includes a control unit 11 for controlling each means, an image processing unit 12 for taking in and processing a camera image, an image memory 13 for storing a camera image, a geometric model construction unit 14, which will be described later, And a model table 16 for storing data of a geometric model using an intermediate coordinate plane as an intermediary.

【0022】カメラ2は移動フィールド3側方の斜め上
方(高さH0)に設置され、本実施例ではカメラ2の真
下の地上位置を世界座標系(XYZ)の原点としてい
る。ただし、Z軸は高さ方向である。移動フィールド3
は移動体4が運動する地上のスペースであり、道路、水
面、競技場などを想定できる。計測エリア5は移動フィ
ールド3上に設定され、本実施例ではカメラ視野に相応
する。移動フィールド3及び計測エリア5は、世界座標
系の地上面に相当する2次元空間である。
The camera 2 is installed diagonally above the side of the moving field 3 (height H0). In this embodiment, the ground position immediately below the camera 2 is used as the origin of the world coordinate system (XYZ). However, the Z axis is in the height direction. Moving field 3
Is a space on the ground where the moving object 4 moves, and can be assumed to be a road, a water surface, a stadium, and the like. The measurement area 5 is set on the moving field 3 and corresponds to the field of view of the camera in this embodiment. The moving field 3 and the measurement area 5 are a two-dimensional space corresponding to the ground surface in the world coordinate system.

【0023】この計測エリア5に、幾何学モデルを構築
するための第1の基準点P1、第2の基準点P2を撮影
可能に明示している。第1の基準点P1はカメラ2のカ
メラ視線(光軸)6との交点またはその近傍に、第2の
基準点P2は任意の位置に設定している。カメラ5、第
1の基準点P1及び第2の基準点P2等の位置関係は、
世界座標系(XYZ)によって規定される。
In this measurement area 5, a first reference point P1 and a second reference point P2 for constructing a geometric model are clearly shown so as to be photographable. The first reference point P1 is set at or near the intersection with the camera line of sight (optical axis) 6 of the camera 2, and the second reference point P2 is set at an arbitrary position. The positional relationship between the camera 5, the first reference point P1, the second reference point P2, and the like is as follows.
It is defined by the world coordinate system (XYZ).

【0024】中間座標面7は、本発明に特有な幾何学モ
デル上の概念で、カメラ視線6に垂直で、かつカメラ視
線6と地上面の交わる地上視点、ここでは第1の基準点
P1を通る2次元平面である。後述するように、中間座
標面7は画像メモリ13の画像平面座標系(以下、画像
座標系と呼ぶ)に対して平行である。また、世界座標系
による地上の2次元座標系(以下、地上座標系と呼ぶ)
に対して、第1の基準点P1を共有している。
The intermediate coordinate plane 7 is a concept on a geometric model peculiar to the present invention. The ground coordinate plane 7 is perpendicular to the camera line of sight 6 and intersects the camera line of sight 6 with the ground surface. It is a two-dimensional plane that passes. As described later, the intermediate coordinate plane 7 is parallel to an image plane coordinate system (hereinafter, referred to as an image coordinate system) of the image memory 13. Also, a two-dimensional coordinate system on the ground based on the world coordinate system (hereinafter referred to as a ground coordinate system)
Share the first reference point P1.

【0025】したがって、中間座標面7を規定する中間
座標系は、画像座標系または地上座標系との間でそれぞ
れ2次元の座標変換が可能となり、幾何学モデルの構築
とそれを用いた移動体の位置計測が容易に実現できる。
以下、本実施形態による幾何学モデルの構築について、
図2〜図4を参照して説明する。
Therefore, the intermediate coordinate system that defines the intermediate coordinate plane 7 can perform two-dimensional coordinate conversion between the image coordinate system and the ground coordinate system, respectively. Position measurement can be easily realized.
Hereinafter, regarding the construction of the geometric model according to the present embodiment,
This will be described with reference to FIGS.

【0026】図2は、幾何学モデルの概念図で、地上の
画像に対する画像座標系と中間座標系の幾何学的関係を
示している。地上座標系の計測エリア5に基準点P1、
P2をとり、P1とカメラ2の中心を結ぶカメラ視線6
に垂直に2次元の中間座標面7を設定している。P2と
カメラ中心を結ぶ線8が面7と交わる点が、P2の中間
座標面7への写像点P2’である。ベクトルP1P2’
(R*)は絶対値Rと、中間座標系のXm 軸に対する偏
角Θによって表わすことができる。なお、中間座標系と
画像平面座標系の各軸の向きが一致すると、Xm 軸はx
軸と偏差角が0になる。
FIG. 2 is a conceptual diagram of a geometric model, showing a geometric relationship between an image coordinate system and an intermediate coordinate system with respect to an image on the ground. The reference point P1 is set in the measurement area 5 of the ground coordinate system.
Take P2 and look at camera 6 connecting P1 and the center of camera 2
, A two-dimensional intermediate coordinate plane 7 is set vertically. The point at which the line 8 connecting P2 and the camera center intersects the plane 7 is the mapping point P2 'on the intermediate coordinate plane 7 of P2. Vector P1P2 '
(R *) can be represented by an absolute value R and a declination Θ with respect to the Xm axis of the intermediate coordinate system. If the directions of the axes of the intermediate coordinate system and the image plane coordinate system match, the Xm axis becomes x
The axis and the deviation angle become zero.

【0027】カメラ2のレンズ21の像は焦点距離fの
位置にある撮像板22に結像する。撮像板22上のp
1、p2の画像は地上のP1、P2の実像を反転してい
るので、地上と同じ向きに見える画像メモリ上の像で説
明することにする。画像メモリ上の像は、例えば、レン
ズ21の前方に焦点距離fの位置に撮像板22に平行な
画像座標系23を設定したとすると良く理解できる。図
2(b)に拡大して示すように、この画像座標系23
で、基準点P1、P2に対応する画像p1、p2による
ベクトルp1p2(r*)は、絶対値=rと、画像座標
系23のx軸に対する偏角θによって表わすことができ
る。
The image of the lens 21 of the camera 2 is formed on the image pickup plate 22 at the position of the focal length f. P on the imaging plate 22
The images 1 and p2 are inverted images of the real images of P1 and P2 on the ground, and will be described using images on the image memory that look in the same direction as the ground. The image on the image memory can be understood well if, for example, an image coordinate system 23 parallel to the imaging plate 22 is set at a position of the focal length f in front of the lens 21. As shown in an enlarged manner in FIG.
The vector p1p2 (r *) based on the images p1 and p2 corresponding to the reference points P1 and P2 can be expressed by the absolute value = r and the argument θ of the image coordinate system 23 with respect to the x-axis.

【0028】幾何学モデルの作成手順を図3に、その作
成手順に対応した幾何学関係を図4に示す。この作成処
理は幾何学モデル構築手段14によって実行される。
FIG. 3 shows a procedure for creating a geometric model, and FIG. 4 shows a geometric relationship corresponding to the procedure. This creation processing is executed by the geometric model construction means 14.

【0029】まず、計測エリア5上に設定した基準点P
1,P2のカメラ画像を取り込み(s101)、カメラ
視線(光軸)を基準点P1に合わせる(s102)。次
に、カメラ視線の方向余弦(lx0,ly0,lz0
と、このカメラ視線に垂直で基準点P1を通る中間座標
面7の世界座標系(XYZ)表示のデータを取得する
(s103)。
First, the reference point P set on the measurement area 5
The camera images of P1 and P2 are captured (s101), and the camera's line of sight (optical axis) is adjusted to the reference point P1 (s102). Next, the direction cosine of the camera line of sight (lx 0 , ly 0 , lz 0 )
Then, data in the world coordinate system (XYZ) display of the intermediate coordinate plane 7 passing through the reference point P1 perpendicular to the camera line of sight is acquired (s103).

【0030】カメラ2の中心Cと基準点P1を結ぶカメ
ラ視線の方向余弦は、カメラ中心Cの世界座標(Cx=
0,Cy=0,Cz=H0)と基準点P1の世界座標
(P1xx,P1y,P1z=0)及びカメラ中心Cか
らP1までの距離Pc1から、数1により計算する。
The direction cosine of the line of sight of the camera connecting the center C of the camera 2 and the reference point P1 is represented by the world coordinates (Cx =
0, Cy = 0, Cz = H0), the world coordinates (P1xx, P1y, P1z = 0) of the reference point P1 and the distance Pc1 from the camera center C to P1 are calculated by Equation 1.

【0031】[0031]

【数1】lx0=P1x/Pc1 ly0=P1y/Pc1 lz0=P1z/Pc1 ここで、Pc1=√(P1x2+P1y2+H02)であ
る。
Lx 0 = P1x / Pc1 ly 0 = P1y / Pc1 lz 0 = P1z / Pc1 Here, Pc1 = √ (P1x 2 + P1y 2 + H0 2 ).

【0032】また、中間座標面7の任意の点を世界座標
系表示で(XYZ)とすると、中間座標面7に垂直なカ
メラ視線の方向余弦と距離Pc1から、数2により表わ
すことができる。
If an arbitrary point on the intermediate coordinate plane 7 is represented by (XYZ) in the world coordinate system, it can be expressed by Equation 2 from the direction cosine of the camera's line of sight perpendicular to the intermediate coordinate plane 7 and the distance Pc1.

【0033】[0033]

【数2】 lx0*X+ly0*Y+lz0*(Z−H0)=Pc1 この数2により、中間座標面7は世界座標系上で定義さ
れる。カメラ視線の方向余弦や中間座標面の定義式は、
幾何学モデルの一部としてモデルテーブル16に格納さ
れる。
Lx 0 * X + ly 0 * Y + lz 0 * (Z−H0) = Pc1 The intermediate coordinate plane 7 is defined on the world coordinate system by Expression 2. The definition formula of the direction cosine of the camera's line of sight and the intermediate coordinate plane is
It is stored in the model table 16 as a part of the geometric model.

【0034】次に、図4(a)のように、画像メモリ1
3の入力画像131上で、地上の基準点P1、P2に対
応する点p1、p2を画像処理により取得する(s10
4)。そして、始点をp1、終点をp2とするベクトル
p1p2(r*)=(r,θ)を求める(s105)。
Next, as shown in FIG.
3, the points p1 and p2 corresponding to the ground reference points P1 and P2 are acquired by image processing (s10).
4). Then, a vector p1p2 (r *) = (r, θ) having a start point p1 and an end point p2 is obtained (s105).

【0035】また、地上の基準点P2を中間座標面7に
写像した位置P2’を求める(s106)。図4(b)
のように、基準点P2(P2x,P2y,P2z=0)
とカメラ中心Cを結ぶ直線8と中間座標面7の交点P
2’が、地上のP2の中間座標面7への変換結果であ
る。ここで、直線8は数3のように表わすことができ
る。
Further, a position P2 'where the reference point P2 on the ground is mapped on the intermediate coordinate plane 7 is obtained (s106). FIG. 4 (b)
, The reference point P2 (P2x, P2y, P2z = 0)
Of intersection P between the straight line 8 connecting the camera center C and the intermediate coordinate plane 7
2 ′ is the result of conversion of P2 on the ground to the intermediate coordinate plane 7. Here, the straight line 8 can be expressed as in Equation 3.

【0036】[0036]

【数3】Y=(P2y/P2x)*X Z=((P2z−H0)/P2x)*x+H0 したがって、交点P2’は数2と数3から未知数X、
Y、Zを決定し、座標(XYZ)として得られる。
Y = (P2y / P2x) * X Z = ((P2z−H0) / P2x) * x + H0 Therefore, the intersection P2 ′ is obtained from the unknowns X and
Y and Z are determined and obtained as coordinates (XYZ).

【0037】さらに、図4(c)のように、始点をP
1、終点をP2’とするベクトルP1P2'(R,Θ)を
求める(s107)。そして、ベクトルr*とベクトル
R*の比から、距離変換係数εと偏差角△θを数4によ
り求める(s108)。
Further, as shown in FIG.
1. A vector P1P2 ′ (R, Θ) having an end point P2 ′ is obtained (s107). Then, from the ratio between the vector r * and the vector R *, the distance conversion coefficient ε and the deviation angle △ θ are obtained by Expression 4 (s108).

【0038】[0038]

【数4】ε=R/r Δθ=Θ−θ ここで、中間座標面7の向きを画像メモリの座標軸に合
わせると、Δθ=0となる。距離変換係数εと偏差角度
△θは、幾何学モデルのパラメータとして、モデルテー
ブル16に格納する(s109)。以上により、幾何学
モデルの構築が終了する。
Ε = R / r Δθ = Θ−θ Here, when the direction of the intermediate coordinate plane 7 is matched with the coordinate axes of the image memory, Δθ = 0. The distance conversion coefficient ε and the deviation angle △ θ are stored in the model table 16 as parameters of the geometric model (s109). Thus, the construction of the geometric model is completed.

【0039】次に、構築した幾何学モデルを使用して、
移動体の位置計測を説明する。この処理は位置計測処理
部5によって実行される。図5は位置計測処理の流れ
図、図6は計測手順に対応した幾何学関係を示す説明図
である。
Next, using the constructed geometric model,
The position measurement of the moving object will be described. This processing is executed by the position measurement processing unit 5. FIG. 5 is a flowchart of the position measurement process, and FIG. 6 is an explanatory diagram showing a geometric relationship corresponding to the measurement procedure.

【0040】まず、図6(a)のように、計測エリアか
ら位置不明の移動物体(Px)を含むカメラ画像を入力
する(s201)。入力画像から移動物体を画像処理に
よって認識し(s202)、図6(b)のように画像座
標系上の物体位置px を取得する(s203)。
First, as shown in FIG. 6A, a camera image including a moving object (Px) whose position is unknown is input from the measurement area (s201). A moving object is recognized from the input image by image processing (s202), and an object position px on the image coordinate system is acquired as shown in FIG. 6B (s203).

【0041】次に、モデルテーブル16を参照し、第1
の基準点P1に対応する点p1を始点、点px を終点と
するベクトルp1px(rx,θx)を求める(s20
4)。さらに、図6(c)のように点px を中間座標面
7に写像し、点px に対応する中間座標系上の点Px’
を求め、第1の基準点P1を始点、点Px’を終点とす
るベクトルP1Px'(Rx,Θx)を求める(s20
5)。中間座標系上のベクトルP1Px'(Rx,Θ
x)は、ステップs204で求めたrx,θxと、モデル
テーブル16に格納されている距離変換係数ε、偏差角
Δθから、数5により求めることができる。
Next, referring to the model table 16, the first
A vector p1px (rx, θx) having a point p1 corresponding to the reference point P1 as a start point and a point px as an end point is obtained (s20).
4). Further, as shown in FIG. 6C, the point px is mapped onto the intermediate coordinate plane 7, and the point Px 'on the intermediate coordinate system corresponding to the point px is obtained.
, And a vector P1Px ′ (Rx, Θx) having the first reference point P1 as a start point and the point Px ′ as an end point is obtained (s20).
5). Vector P1Px ′ (Rx, Θ
x) can be obtained from Equation 5 from rx and θx obtained in step s204, the distance conversion coefficient ε, and the deviation angle Δθ stored in the model table 16.

【0042】[0042]

【数5】Rx=rx *ε Θx=θx−Δθ これより求まる中間座標面7上の点Px’の座標を(P
3x',P3y',P3z')とする。
Rx = rx * εΘx = θx−Δθ The coordinates of the point Px ′ on the intermediate coordinate plane 7 obtained from this are expressed as (P
3x ′, P3y ′, P3z ′).

【0043】次に、Px'を地上座標系上の位置に変換
し、地上での移動物体の位置Pxを取得する(s20
6)。図6(d)のように、地上座標系上のPxは、カ
メラ中心Cと中間座標面7上の点Px'を結ぶ直線8’
と地上面との交点として求めることができる。直線8’
は数6により表わすことができる。
Next, Px 'is converted into a position on the ground coordinate system, and the position Px of the moving object on the ground is obtained (s20).
6). As shown in FIG. 6D, Px on the ground coordinate system is a straight line 8 ′ connecting the camera center C and a point Px ′ on the intermediate coordinate plane 7.
And the point of intersection with the ground surface. Straight line 8 '
Can be represented by Equation 6.

【0044】[0044]

【数6】Y=(P3y'/P3x')*X Z=((P3z'−H0)/P3x')*X したがって、交点Pxは数2と数6から未知数X、Y、
Zを決定し、座標(XYZ)として得られる。
Y = (P3y '/ P3x') * X Z = ((P3z'-H0) / P3x ') * X Therefore, the intersection Px is obtained from the unknowns X, Y,
Z is determined and obtained as coordinates (XYZ).

【0045】ここで、計測対象物の特徴点が地上から高
い所にある場合で、特徴点の真下の地上点を求める高さ
補正処理について説明する。図7に、高さ補正の説明図
を示す。移動体4の特徴点(例えば、船体のマスト)が
地上hの高さである場合、ステップs206で取得した
点Pxの値を以下のように補正する。
Here, a description will be given of a height correction process for finding a ground point immediately below a feature point when the feature point of the measurement object is located above the ground. FIG. 7 shows an explanatory diagram of the height correction. When the characteristic point of the moving body 4 (for example, the mast of the hull) is at the height of the ground h, the value of the point Px acquired in step s206 is corrected as follows.

【0046】地上標高hのS1のところに特徴点があ
り、カメラ2から見ると地上の点S2にあるように見え
る。計測したいのは、対象物4の特徴点S1の真下の地
上位置S0である。上記のように、S2はPxとして求
まっているので、モデルデータテーブル16の方向余弦
(lx,ly,lz)を参照して、数7により補正量ΔPxを
求めて高さ補正する(s207)。
There is a feature point at S1 at the altitude h above the ground, and as viewed from the camera 2, it looks as if it is at a point S2 on the ground. What is desired to be measured is the ground position S0 immediately below the feature point S1 of the object 4. As described above, since S2 is obtained as Px, the height is corrected by obtaining the correction amount ΔPx by Expression 7 with reference to the direction cosine (lx, ly, lz) of the model data table 16 (s207).

【0047】[0047]

【数7】S0=Px+ΔPx ΔPxのX軸成分=h*lx/lz ΔPxのY軸成分=h*ly/lz なお、高さ情報hは、既知の対象物ではデータベースを
検索して得られるし、直接オペレータが入力してもよ
い。
S0 = Px + ΔPx X-axis component of ΔPx = h * lx / lz Y-axis component of ΔPx = h * ly / lz The height information h is obtained by searching a database for a known object. May be directly input by the operator.

【0048】以上、実施形態1によれば、画像座標系に
対しカメラ視線と垂直に平行移動し、かつ、地面上に設
定した2つの基準点の一方を地上座標系と共有する中間
座標面を想定する。斜角映像となる2つの基準点の位置
関係に対し、この中間座標系を介することで、画像座標
系と地上座標系の相対的関係を簡易な幾何学モデルによ
り結びつけることができる。これによれば、斜角画像に
おける3次元の位置関係を、2つの基準点画像と2次元
変換のみで、精度よくモデル化できる。
As described above, according to the first embodiment, the intermediate coordinate plane which moves in parallel to the image coordinate system in a direction perpendicular to the camera's line of sight and shares one of the two reference points set on the ground with the ground coordinate system is used. Suppose. Through the intermediate coordinate system, the relative relationship between the image coordinate system and the ground coordinate system can be linked by a simple geometric model to the positional relationship between the two reference points that form the oblique image. According to this, the three-dimensional positional relationship in the oblique image can be accurately modeled only by two reference point images and two-dimensional conversion.

【0049】さらに、計測エリア内の移動体の位置を、
このモデルの主要なパラメータである距離変換係数εと
偏差角Δθを用いて、画像座標系上のベクトル値から簡
単に計算できるので、移動体のリアルタイムな位置計測
が可能になる。また、従来のように真上や真横にカメラ
を設置しなくてもよいので、監視システムなどの構成が
容易になる。また、1台のカメラによる監視エリアを広
くとることができるので、システムコストを低減でき
る。
Further, the position of the moving object in the measurement area is
Using the distance conversion coefficient ε and the deviation angle Δθ, which are the main parameters of this model, can be easily calculated from the vector value on the image coordinate system, so that the real-time position measurement of the moving object becomes possible. Further, since it is not necessary to install the camera directly above or beside the device as in the related art, the configuration of the monitoring system and the like is simplified. In addition, since the area monitored by one camera can be widened, the system cost can be reduced.

【0050】〔実施形態2〕次に、本発明の実施形態2
を説明する。上記の実施形態1では、第1の基準点P1
に対してカメラの方向を調整し、基準点P1の画像p1
が画像面の中心となるようにして、カメラ視線(光軸)
を基準点P1またはごく近傍に設定できる場合に適して
いる。しかし、設置後のカメラ方向を自由に調整できな
い、あるいはカメラ方向を切替えながら監視するなどの
ケースがある。このような場合、カメラ視線に合わせて
基準点P1を設定するため、カメラ視線と基準点P1と
の誤差を生じる。本発明の実施形態2では、この誤差を
地上視線点により修正し、正確な幾何学モデルを構築す
る実施例を説明する。なお、システム構成は図1と同様
で、この幾何学モデルもモデル構築部14によって作成
される。
[Embodiment 2] Next, Embodiment 2 of the present invention.
Will be described. In the first embodiment, the first reference point P1
The camera direction is adjusted with respect to
Is the center of the image plane, and the line of sight of the camera (optical axis)
Can be set to the reference point P1 or very close. However, there are cases where the camera direction after installation cannot be freely adjusted, or monitoring is performed while switching the camera direction. In such a case, since the reference point P1 is set according to the camera line of sight, an error occurs between the camera line of sight and the reference point P1. In a second embodiment of the present invention, an example will be described in which this error is corrected by a line-of-sight point and an accurate geometric model is constructed. Note that the system configuration is the same as that of FIG. 1, and this geometric model is also created by the model construction unit 14.

【0051】図8は、実施形態2による幾何学モデルの
構築処理の概略図を示す。まず、地上の2個の基準点を
使用して仮の幾何学モデルを構築する(ボックスA)。
第1の基準点P1がシーン中心で、カメラ視線6上にあ
れば修正の必要はない。しかし、実際はそうはいかない
ので、第1の基準点P1を仮の地上視線点とする仮の幾
何学モデルを構築する。この処理は図3に示した手順と
同様に行われ、距離変換係数εと偏差角△θなどを求
め、モデルデータテーブル16に格納する。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a construction process of a geometric model according to the second embodiment. First, a temporary geometric model is constructed using two reference points on the ground (box A).
If the first reference point P1 is the center of the scene and is on the camera line of sight 6, no correction is necessary. However, this is not the case in practice, so a temporary geometric model is constructed using the first reference point P1 as a temporary ground line-of-sight point. This processing is performed in the same manner as the procedure shown in FIG. 3, and the distance conversion coefficient ε and the deviation angle △ θ are obtained and stored in the model data table 16.

【0052】上記の仮の幾何学モデルは、第1の基準点
をカメラ視線上にあると仮定しているので、計測値には
誤差を含む。本実施形態では、真の視線位置を求めて幾
何学モデルに含め、位置計測時にこの視線位置を利用し
て誤差をとり除く。真のカメラ視線の位置は、カメラを
特定すれば画像メモリの座標系の1点(=p0 )として
与えられる。そこで、仮の幾何学モデルを使用し、後述
のように画像座標系のp0 からのカメラ視線と地上座標
面の交点を求め、真の地上始点P0を決定する(ボック
スB)。さらに、このP0を使用して幾何学モデルを再
構築する(ボックスC)。以下、詳細に説明する。
In the above provisional geometric model, the first reference point is assumed to be on the line of sight of the camera, so that the measured value contains an error. In the present embodiment, the true gaze position is obtained and included in the geometric model, and the error is removed using this gaze position during position measurement. The position of the true camera line of sight is given as one point (= p0) in the coordinate system of the image memory if the camera is specified. Thus, using the temporary geometric model, the intersection of the camera line of sight from the image coordinate system p0 and the ground coordinate plane is determined as described later, and the true ground start point P0 is determined (box B). Further, the geometric model is reconstructed using this P0 (box C). The details will be described below.

【0053】図9に、基準点P1と真の地上視点P0を
含む幾何学モデルの概念図を示す。カメラレンズ21の
中心を通る光軸6が地上面と交叉する点P0が真の地上
視点である。ここでは、レンズ中心と第1の基準点を結
ぶ線6’は仮の視線となる。
FIG. 9 shows a conceptual diagram of a geometric model including the reference point P1 and the true ground viewpoint P0. The point P0 where the optical axis 6 passing through the center of the camera lens 21 intersects the ground surface is a true ground viewpoint. Here, the line 6 'connecting the lens center and the first reference point is a temporary line of sight.

【0054】図10に、地上視点の計算処理の流れ図を
示す。まず、画像座標系23上での視線位置p0 を決定
する(ボックスB−10)。画像座標系23の視線位置
は、光軸6を通過した像が結ぶ点であり、一般には画像
中心と一致する。しかし、カメラやレンズ、あるいは画
像処理のしかた等で、カメラ視線とメモリ上の画像中心
が一致しない場合もあるので、予め光軸を通過した像の
画像座標系23上の結像点を確認し、この座標情報(p0
)を使用する。
FIG. 10 shows a flowchart of the ground viewpoint calculation process. First, the line-of-sight position p0 on the image coordinate system 23 is determined (box B-10). The line-of-sight position of the image coordinate system 23 is a point where the images passing through the optical axis 6 are connected, and generally coincides with the center of the image. However, the camera's line of sight and the center of the image on the memory may not coincide with each other due to the camera, lens, image processing, or the like. , This coordinate information (p0
).

【0055】次に、画像メモリ座標系23上での第1の
基準点位置P1に対応する点p1 と、視線位置p0 間の
ベクトルp1p0(r0,θ0)を作成する。図9(b)に
示すように、このベクトルは始点を点p1 、終点をp0
、絶対値r0、偏角θ0である(B−20)。次に、画
像メモリ座標上のベクトルp1p0(r0,θ0)を中間座
標面7上に写像し、ベクトルP1P0’(R0’,Θ0)を
作成する(B−30)。さらに、中間座標面7上の点P
0’を地上座標系に写像して真の地上始点P0を取得す
る。すなわち、カメラ2の中心とP0’を結ぶ線を地上
面に延長し、その交差する写像点をP0とする(B−4
0)。
Next, a vector p1p0 (r0, θ0) between the point p1 corresponding to the first reference point position P1 on the image memory coordinate system 23 and the line-of-sight position p0 is created. As shown in FIG. 9 (b), this vector has a start point p1 and an end point p0.
, The absolute value r0 and the argument θ0 (B-20). Next, the vector p1p0 (r0, θ0) on the image memory coordinates is mapped on the intermediate coordinate plane 7 to create the vector P1P0 ′ (R0 ′, Θ0) (B-30). Further, a point P on the intermediate coordinate plane 7
0 ′ is mapped to a ground coordinate system to obtain a true ground start point P0. That is, a line connecting the center of the camera 2 and P0 'is extended to the ground surface, and the intersection of the intersection is defined as P0 (B-4).
0).

【0056】次に、幾何学モデルの修正処理について説
明する。図11は、修正された幾何学モデルの概念図を
示す。図中の視線6はレンズ21の光軸に一致し、地上
面と真の地上視点P0で交差している。線8は第2の基
準点P2とレンズ中心を結び、中間座標面7との交点が
P2’となる。
Next, the correction processing of the geometric model will be described. FIG. 11 shows a conceptual diagram of the modified geometric model. The line of sight 6 in the figure coincides with the optical axis of the lens 21 and intersects the ground surface at the true ground viewpoint P0. The line 8 connects the second reference point P2 to the lens center, and the intersection with the intermediate coordinate plane 7 is P2 '.

【0057】図12は、幾何学モデルの修正の処理手順
を示す。まず、地上の視線点P0を通り、かつ、点P0
とカメラ中心を結ぶ直線6に垂直な面を新たに中間座標
面7として再定義する(C−10)。地上のカメラシー
ン内の全ての点は、この中間座標面に写像できる。すな
わち、カメラ中心と地上座標系上のシーン内の任意の点
を直線で結び、中間座標面7との交点を求めると任意点
の写像となる。逆に、中間座標面7から地上座標系への
写像も可能で、カメラ中心と中間座標面7の任意の点を
結ぶ直線を延長し、地上面との交点を求めると任意点の
写像となる。
FIG. 12 shows a processing procedure for modifying the geometric model. First, pass the line-of-sight point P0 on the ground, and
A plane perpendicular to the straight line 6 connecting the camera and the camera center is newly defined as an intermediate coordinate plane 7 (C-10). All points in the camera scene on the ground can be mapped to this intermediate coordinate plane. That is, when the camera center and an arbitrary point in the scene on the ground coordinate system are connected by a straight line, and an intersection with the intermediate coordinate plane 7 is obtained, a mapping of the arbitrary point is obtained. Conversely, mapping from the intermediate coordinate plane 7 to the ground coordinate system is also possible. If a straight line connecting the camera center and an arbitrary point on the intermediate coordinate plane 7 is extended and an intersection with the ground surface is obtained, an arbitrary point is mapped. .

【0058】次に、画像座標系23上の視点p0 から第
2の基準点に対応する点p2 の位置ベクトルp0p2を、
図11(b)のようにrf*とする。書き換えて、rf*=
(rf,θf)と表現する(C−20)。また、地上の第
2の基準点P2を中間座標面7に写像し、P2’とする
(C−30)。次に、中間座標面7で、視点P0を始
点、点P2’を終点とするベクトルRf*を作成する。書
き換えて、Rf*=(Rf、Θf)と表現する(C−4
0)。最後に、2つのベクトルrf*、Rf*のノルムを比
較して、幾何学モデルのデータ(距離変換定数ε、偏差
角Δθ)を数8により再計算し、モデルデータテーブル
16に格納する(C−50)。
Next, the position vector p0p2 of the point p2 corresponding to the second reference point from the viewpoint p0 on the image coordinate system 23 is calculated as follows:
Let it be rf * as shown in FIG. Rewrite, rf * =
(rf, θf) (C-20). Further, the second reference point P2 on the ground is mapped on the intermediate coordinate plane 7, and is set as P2 '(C-30). Next, on the intermediate coordinate plane 7, a vector Rf * having the viewpoint P0 as a start point and the point P2 'as an end point is created. Rewritten and expressed as Rf * = (Rf, Θf) (C-4
0). Finally, the norms of the two vectors rf * and Rf * are compared, and the data of the geometric model (distance conversion constant ε, deviation angle Δθ) is recalculated according to Equation 8, and stored in the model data table 16 (C -50).

【0059】[0059]

【数8】ε=Rf/rf Δθ=Θf−θf 以上、実施形態2によれば、カメラ視線による地上視点
と設定した基準点との間に誤差がある場合に、設定した
基準点を仮の地上視点とし、この基準点を通る中間座標
面を定義して仮の幾何学モデルを構築し、次に、この仮
のモデルに基づいて真の視線位置を求め、真の位置を新
たな地上視点として幾何学モデルを再計算する。
8 = Rf / rf Δθ = Θf−θf As described above, according to the second embodiment, if there is an error between the ground viewpoint based on the camera's line of sight and the set reference point, the set reference point is temporarily determined. A temporary geometric model is constructed by defining an intermediate coordinate plane that passes through this reference point as the ground viewpoint, and then the true gaze position is determined based on the temporary model, and the true position is calculated as a new ground viewpoint. Recalculate the geometric model as

【0060】これによれば、地上に設定する2つの基準
点の一方を地上視点とするモデル構築において、真の地
上視点との間にずれがあっても、カメラの方向や基準点
位置を変更することなく、ソフト処理によって修正でき
るので、簡便で精度の高い位置計測が実現できる。
According to this, in building a model in which one of the two reference points set on the ground is the ground viewpoint, even if there is a deviation from the true ground viewpoint, the camera direction and the reference point position are changed. Since the correction can be performed by software processing without performing, simple and accurate position measurement can be realized.

【0061】[0061]

【発明の効果】本発明によれば、地上の物体の斜角画像
を処理して位置計測するための幾何学モデルを、画像面
と地上面を2次元的に結びつける中間座標面を介して構
築しているので、モデルの作成が簡単で、かつ、地上に
は2つの基準点を設定するのみで済む。
According to the present invention, a geometric model for processing an oblique image of an object on the ground and measuring the position is constructed via an intermediate coordinate plane that connects the image plane and the ground plane two-dimensionally. Therefore, it is easy to create a model, and only two reference points need to be set on the ground.

【0062】また、基準点の一方をカメラの地上視点と
する仮のモデルにより、真の地上視点を求めて正確な幾
何学モデルを再構築できるので、カメラ方向や基準点位
置の変更する必要がなく、使い勝手のよい高精度の位置
計測システムを実現できる。
Further, since a true geometric viewpoint can be obtained and an accurate geometric model can be reconstructed by using a temporary model in which one of the reference points is the camera ground viewpoint, it is necessary to change the camera direction and the reference point position. Therefore, it is possible to realize an easy-to-use high-accuracy position measurement system.

【0063】さらに、2次元変換による簡単なアルゴリ
ズムで位置計算ができるので、移動体のリアルタイムな
計測が可能で、交通流などの監視に好適である。
Further, since the position can be calculated by a simple algorithm based on two-dimensional conversion, real-time measurement of a moving object is possible, which is suitable for monitoring traffic flow and the like.

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

【図1】本発明の一実施例による移動体の位置計測シス
テムの構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram of a position measurement system of a moving object according to an embodiment of the present invention.

【図2】幾何学モデルの概念図。FIG. 2 is a conceptual diagram of a geometric model.

【図3】実施形態1による幾何学モデルの作成手順を示
す流れ図。
FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for creating a geometric model according to the first embodiment.

【図4】幾何学モデルの作成過程における幾何学的関係
を示す説明図。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a geometric relationship in a process of creating a geometric model.

【図5】位置計測処理の手順を示す流れ図。FIG. 5 is a flowchart showing a procedure of a position measurement process.

【図6】計測手順に対応した幾何学的関係を示す説明
図。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a geometric relationship corresponding to a measurement procedure.

【図7】高さ補正の幾何学的関係を示す説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a geometric relationship of height correction.

【図8】実施形態2による幾何学モデルの構築処理の概
略を示す流れ図。
FIG. 8 is a flowchart showing an outline of a construction process of a geometric model according to the second embodiment.

【図9】実施形態2による幾何学モデルの概念図。FIG. 9 is a conceptual diagram of a geometric model according to the second embodiment.

【図10】地上視点の計算処理を示す流れ図。FIG. 10 is a flowchart showing a ground viewpoint calculation process.

【図11】修正された幾何学モデルの概念図。FIG. 11 is a conceptual diagram of a modified geometric model.

【図12】幾何学モデルの修正手順を示す流れ図。FIG. 12 is a flowchart showing a procedure for modifying a geometric model.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…位置計測装置本体、2…カメラ、3…移動フィール
ド、4…移動体、5…計測エリア、6…カメラ視線(光
軸)、7…中間座標面、11…制御部、12…画像処理
部、13…画像メモリ、14…幾何学モデル構築部、1
5…位置計測部、16…モデルデータテーブル、21…
レンズ、22…撮像板、23…画像座標系。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Position measuring device main body, 2 ... Camera, 3 ... Moving field, 4 ... Moving body, 5 ... Measurement area, 6 ... Camera line of sight (optical axis), 7 ... Intermediate coordinate plane, 11 ... Control part, 12 ... Image processing Unit, 13 ... image memory, 14 ... geometric model construction unit, 1
5 position measuring unit 16 model data table 21
Lens 22, 22 imaging plate, 23 image coordinate system.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 利治 茨城県日立市大みか町五丁目2番1号 株 式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 加藤 勝康 茨城県日立市大みか町五丁目2番1号 株 式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 酒井 邦造 茨城県日立市大みか町五丁目2番1号 株 式会社日立製作所大みか工場内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Toshiharu Watanabe 5-2-1 Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside the Omika Plant, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Katsuyasu Kato 5-5-2 Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki No. 1 Hitachi, Ltd. Omika Plant (72) Inventor Kunizo Sakai 5-2-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi, Ltd. Omika Plant

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 地上の計測エリアに対してカメラ視線の
傾斜した画像を取り込み、画像処理によって認識した物
体の位置を計測する方法において、 カメラの設置位置に基づく世界座標系(地上座標系)と
前記カメラの撮像面に対応する画像座標系の間を2次元
的に結び付ける中間座標面を仮定し、この中間座標面に
対する前記世界座標系と前記画像座標系それぞれの位置
的関係を定めた幾何学モデルを作成し、このモデルを使
用して前記物体の画像上の位置から地上の位置を求める
ことを特徴とする画像処理による位置計測方法。
1. A method of capturing an image with an inclined camera line of sight to a measurement area on the ground and measuring the position of an object recognized by image processing, comprising: a world coordinate system (ground coordinate system) based on a camera installation position; Assuming an intermediate coordinate plane that two-dimensionally connects the image coordinate systems corresponding to the imaging planes of the camera, and a geometrical shape that defines the positional relationship between the world coordinate system and the image coordinate system with respect to the intermediate coordinate plane A position measurement method based on image processing, wherein a position on the ground is determined from a position on the image of the object using the model.
【請求項2】 請求項1において、 前記中間座標面は、前記カメラ視線に垂直で、かつ、前
記カメラ視線が地上と交わる地上視点を前記世界座標系
と共有する位置に設定することを特徴とする画像処理に
よる位置計測方法。
2. The method according to claim 1, wherein the intermediate coordinate plane is set at a position that is perpendicular to the camera line of sight and that shares a ground viewpoint with the world coordinate system where the camera line of sight intersects the ground. Position measurement method using image processing.
【請求項3】 地上の計測エリアに対してカメラ視線の
傾斜した画像を取り込み、画像処理によって認識した物
体の位置を計測する方法において、 世界座標系(地上座標系)上の前記計測エリア内に明示
して、第1の基準点を前記カメラ視線の地上視点または
その近傍に、第2の基準点を任意の位置にそれぞれ設定
し、 前記カメラの画像座標系に平行、前記カメラ視線に垂直
及び前記第1の基準点を含む位置に中間座標面を設定
し、 前記画像座標系上の前記第1の基準点に対応する点を始
点、前記第2の基準点に対応する点を終点とする第1の
ベクトルと、前記中間座標面で前記第1の基準点を始
点、前記第2の基準点を写像した点を終点とする第2の
ベクトルとの比から、前記第1及び第2の基準点の位置
関係に対する前記世界座標系と前記画像座標系の間の距
離変換係数と偏差角を求め、幾何学モデルのパラメータ
として予め設定し、 物体の位置計測時に、前記計測エリア内に存在する物体
の特定位置を前記画像座標系上で求め、かつ、前記第1
の基準点に対応する点を始点、前記特定位置に対応する
点を終点とする物体位置ベクトルを求め、この物体位置
ベクトルを前記距離変換係数と偏差角により座標変換し
て前記特定位置に対する前記中間座標面上での位置を求
め、この変換された位置を前記世界座標系に座標変換し
て地上での特定位置を求めることを特徴とする画像処理
による位置計測方法。
3. A method for capturing an image in which a camera's line of sight is tilted with respect to a measurement area on the ground and measuring the position of an object recognized by image processing, wherein the measurement area on the world coordinate system (ground coordinate system) Specifically, a first reference point is set at or near the ground viewpoint of the camera line of sight, and a second reference point is set at an arbitrary position, parallel to the image coordinate system of the camera, perpendicular to the camera line of sight, and An intermediate coordinate plane is set at a position including the first reference point, and a point corresponding to the first reference point on the image coordinate system is set as a start point, and a point corresponding to the second reference point is set as an end point. From the ratio of a first vector and a second vector having the first reference point on the intermediate coordinate plane as a start point and a point on which the second reference point is mapped as an end point, the first and second vectors are obtained. The world coordinate system and the front for the positional relationship of the reference point A distance conversion coefficient and a deviation angle between the image coordinate system are obtained and set in advance as parameters of a geometric model. When the position of the object is measured, a specific position of the object present in the measurement area is determined on the image coordinate system. Sought and said first
An object position vector having a point corresponding to the reference point as a start point and a point corresponding to the specific position as an end point is obtained. A position measuring method by image processing, wherein a position on a coordinate plane is obtained, and the converted position is converted to the world coordinate system to obtain a specific position on the ground.
【請求項4】 請求項3において、 前記幾何学モデルのパラメータとして、前記カメラの直
下の地上点を原点とする世界座標系上での方向余弦情報
(lx,ly,lz)を含み、前記特定位置が地上より高い
高さ情報を有している場合に、前記世界座標系に座標変
換された位置の真下の地上位置を前記高さ情報と前記方
向余弦情報による修正演算により求めることを特徴とす
る画像処理による位置計測方法。
4. The method according to claim 3, wherein the parameters of the geometric model include direction cosine information (lx, ly, lz) on a world coordinate system whose origin is a ground point immediately below the camera. When the position has height information higher than the ground, a ground position immediately below the position converted into the world coordinate system is obtained by a correction operation using the height information and the direction cosine information. Position measurement method using image processing.
【請求項5】 地上の計測エリアに対してカメラ視線の
傾斜した画像を取り込み、画像処理によって認識した物
体の位置を計測する方法において、 世界座標系(地上座標系)上の前記計測エリア内に明示
して、第1の基準点を前記カメラ視線の仮の地上視点と
して許容される範囲内の位置に、第2の基準点を任意の
位置にそれぞれ設定し、 前記カメラと前記第1の基準点を結ぶ直線に垂直で、前
記第1の基準点を含む位置に仮の中間座標面を設定し、 前記画像座標系上の前記第1の基準点に対応する点を始
点、前記第2の基準点に対応する点を終点とする第1の
ベクトルと、前記仮の中間座標面で前記第1の基準点を
始点、前記第2の基準点を写像した点を終点とする第2
のベクトルとの比から、前記第1及び第2の基準点の位
置関係に対する前記世界座標系と前記画像座標系の間の
距離変換係数と偏差角を求め、仮の幾何学モデルのパラ
メータとして設定し、 次に、前記画像座標系上で前記カメラ視線(光軸)の位
置として与えられる画像視点を終点、前記第1の基準点
に対応する点を始点とする第3のベクトルを求め、この
第3のベクトルを前記仮の幾何学モデルのパラメータを
用いて前記中間座標面に写像して、この中間座標面上で
の前記視点の対応位置を求め、さらに、この対応位置を
地上座標系に写像して実の地上視点を取得し、 前記実の地上視点を基に、前記カメラ視線に垂直、か
つ、前記地上視点を含む真の中間座標面を設定し、前記
第1の基準点を前記地上視点で置き換えて前記距離変換
係数と偏差角を再計算して、真の幾何学モデルを構築
し、 物体の位置計測時に、前記計測エリア内に存在する物体
の特定位置を前記画像座標系上で求め、かつ、前記地上
視点に対応する点を始点、前記特定位置に対応する点を
終点とする物体位置ベクトルを求め、この物体位置ベク
トルを再計算した距離変換係数と偏差角により前記中間
座標面上に写像し、さらに前記世界座標系に写像して地
上での特定位置を求めることを特徴とする画像処理によ
る位置計測方法。
5. A method for capturing an image in which a camera's line of sight is inclined with respect to a measurement area on the ground and measuring the position of an object recognized by image processing, wherein the measurement area on the world coordinate system (ground coordinate system) is Specifically, the first reference point is set at a position within a range allowed as a temporary ground viewpoint of the camera line of sight, and the second reference point is set at an arbitrary position. The camera and the first reference point A temporary intermediate coordinate plane is set at a position that is perpendicular to a straight line connecting points and includes the first reference point, and a point corresponding to the first reference point on the image coordinate system is a start point, and the second A first vector whose end point is a point corresponding to the reference point, and a second vector whose start point is the first reference point on the temporary intermediate coordinate plane and whose end point is a point on which the second reference point is mapped.
The distance conversion coefficient and the deviation angle between the world coordinate system and the image coordinate system with respect to the positional relationship between the first and second reference points are determined from the ratio of the first and second reference points, and are set as parameters of a temporary geometric model. Then, a third vector having an image viewpoint given as a position of the camera line of sight (optical axis) on the image coordinate system as an end point and a point corresponding to the first reference point as a start point is obtained. The third vector is mapped to the intermediate coordinate plane using the parameters of the temporary geometric model, a corresponding position of the viewpoint on the intermediate coordinate plane is determined, and the corresponding position is converted to a ground coordinate system. Mapping to obtain a real ground viewpoint, based on the real ground viewpoint, perpendicular to the camera line of sight, and set a true intermediate coordinate plane including the ground viewpoint, the first reference point the Replace the distance conversion coefficient with the ground viewpoint Recalculate the deviation angle to construct a true geometric model, and when measuring the position of the object, determine the specific position of the object existing in the measurement area on the image coordinate system, and correspond to the ground viewpoint. To obtain an object position vector having a point corresponding to the specific position as a start point and an end point corresponding to the point corresponding to the specific position, mapping the object position vector on the intermediate coordinate plane by a recalculated distance conversion coefficient and a deviation angle, and further mapping the world coordinate. A position measuring method by image processing, wherein a specific position on the ground is obtained by mapping to a system.
【請求項6】 地上の計測エリアに対して傾斜画像を撮
映する位置にカメラを設置し、カメラからの入力画像を
記憶する画像メモリと、入力画像中の物体を画像処理に
よって認識する画像処理手段を有して、物体の位置を画
像処理によって計測する装置において、 前記計測エリアに第1及び第2の基準点を明示してお
き、前記基準点を規定する世界座標系と前記カメラの撮
像面に対応する画像座標系の間を2次元的に結び付ける
中間座標面を仮定し、この中間座標面を介して前記世界
座標系と前記画像座標系の位置的関係を定義する幾何学
モデルを作成するモデル構築手段と、作成したモデルの
パラメータを格納するモデルデータ記憶手段と、前記幾
何学モデルのパラメータを使用して前記物体の画像上の
位置から地上位置を求める位置計測手段と、を設けたこ
とを特徴とする画像処理による位置計測装置。
6. An image memory in which a camera is installed at a position where a tilt image is photographed with respect to a measurement area on the ground, and an image memory for storing an input image from the camera, and image processing for recognizing an object in the input image by image processing An apparatus for measuring the position of an object by image processing, comprising: means for specifying first and second reference points in the measurement area, a world coordinate system defining the reference points, and imaging by the camera Assuming an intermediate coordinate plane that two-dimensionally connects the image coordinate systems corresponding to the planes, and creating a geometric model that defines the positional relationship between the world coordinate system and the image coordinate system via the intermediate coordinate plane Model construction means, model data storage means for storing parameters of the created model, and position measurement for obtaining a ground position from a position on the image of the object using the parameters of the geometric model. Position measuring device by image processing, characterized by comprising a stage, a.
【請求項7】 請求項6において、 前記モデル構築手段は、カメラ視線が交差する地上視点
と前記第1の基準点との誤差による前記幾何学モデルの
誤差を修正する機能を有していることを特徴とする画像
処理による位置計測装置。
7. The model construction unit according to claim 6, wherein the model construction means has a function of correcting an error of the geometric model due to an error between a ground viewpoint where a camera line of sight intersects and the first reference point. A position measuring device by image processing characterized by the following.
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