JPH11118425A - キャリブレーション方法及び装置、並びにキャリブレーション用データ生成方法 - Google Patents
キャリブレーション方法及び装置、並びにキャリブレーション用データ生成方法Info
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- JPH11118425A JPH11118425A JP9285896A JP28589697A JPH11118425A JP H11118425 A JPH11118425 A JP H11118425A JP 9285896 A JP9285896 A JP 9285896A JP 28589697 A JP28589697 A JP 28589697A JP H11118425 A JPH11118425 A JP H11118425A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来、キャリブレーションを行うときには、
大きさ４メートル×３メートル程度の正方格子模様を使
用したが、精密に作成することは困難であった。このた
め、ある程度歪んだ正方格子模様しか用意することがで
きず、結果的に、精度の良いキャリブレーションを行う
ことができなかった。 【解決手段】 二つのカメラ１及び２と、セオドライト
４と同一の空間上には、正方格子模様の書かれた平板５
を位置させる。この平板５は、従来の平板とは大きさを
異ならせ、例えば１．５メートル×１メートル程度であ
る。小さい平板なので精密な正方格子模様を描くことが
できる。セオドライト４は、平板５の少なくとも２ヶ所
の設置場所での３次元座標位置を測定する。そして、上
記二つのカメラ１及び２が上記正方格子模様を撮像して
得た画像データと、上記セオドライト４で測定した３次
元座標位置を用いてキャリブレーションを行う。
大きさ４メートル×３メートル程度の正方格子模様を使
用したが、精密に作成することは困難であった。このた
め、ある程度歪んだ正方格子模様しか用意することがで
きず、結果的に、精度の良いキャリブレーションを行う
ことができなかった。 【解決手段】 二つのカメラ１及び２と、セオドライト
４と同一の空間上には、正方格子模様の書かれた平板５
を位置させる。この平板５は、従来の平板とは大きさを
異ならせ、例えば１．５メートル×１メートル程度であ
る。小さい平板なので精密な正方格子模様を描くことが
できる。セオドライト４は、平板５の少なくとも２ヶ所
の設置場所での３次元座標位置を測定する。そして、上
記二つのカメラ１及び２が上記正方格子模様を撮像して
得た画像データと、上記セオドライト４で測定した３次
元座標位置を用いてキャリブレーションを行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、物体を撮像する撮
像装置から得られる２次元画像から、前記物体の３次元
空間における位置情報を求めるための前記撮像装置のキ
ャリブレーションを行うキャリブレーション方法及び装
置、並びに上記撮像装置のキャリブレーション用データ
を生成するキャリブレーション用データ生成方法に関す
る。
像装置から得られる２次元画像から、前記物体の３次元
空間における位置情報を求めるための前記撮像装置のキ
ャリブレーションを行うキャリブレーション方法及び装
置、並びに上記撮像装置のキャリブレーション用データ
を生成するキャリブレーション用データ生成方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ビデオカメラ（以下、適宜、単にカメラ
という）を例えば２台などの複数台用いて、いわゆるス
テレオカメラを構成し、各カメラにより、３次元空間内
の物体を撮像して、その撮像の結果得られる２次元画像
から、物体の３次元空間における位置情報を得る３次元
位置情報検出装置として、ステレオカメラシステムが、
従来より知られている。
という）を例えば２台などの複数台用いて、いわゆるス
テレオカメラを構成し、各カメラにより、３次元空間内
の物体を撮像して、その撮像の結果得られる２次元画像
から、物体の３次元空間における位置情報を得る３次元
位置情報検出装置として、ステレオカメラシステムが、
従来より知られている。
【０００３】ステレオカメラシステムについては、例え
ば、奥富正敏、金出武雄「複数の基線長を利用したステ
レオマッチング」、電子情報通信学会論文誌D-II、Vol.
J75-D-II.NO.8,pp.1317-1327,1992年8月などに、その詳
細が開示されている。
ば、奥富正敏、金出武雄「複数の基線長を利用したステ
レオマッチング」、電子情報通信学会論文誌D-II、Vol.
J75-D-II.NO.8,pp.1317-1327,1992年8月などに、その詳
細が開示されている。
【０００４】ステレオカメラシステムでは、３次元空間
の位置情報を得ようとする対象の物体（対象物体）を、
複数のカメラで撮影した時に、各カメラにおける、例え
ばＣＣＤなどの光電変換素子の受光面（以下、適宜、ス
クリーンという）上に投射される対象物体の位置情報か
ら、その対象物体の３次元空間における位置情報を特定
できる。従って、３次元空間内のある位置に存在する物
体の位置情報と、その位置に対象物体があるときに、そ
の対象物体が各カメラのスクリーン上に投影される位置
情報との対応関係（位置情報対応関係）を、予め求めて
おく必要がある。この位置情報対応関係を求めることを
キャリブレーションといい、キャリブレーション装置に
より求められる。
の位置情報を得ようとする対象の物体（対象物体）を、
複数のカメラで撮影した時に、各カメラにおける、例え
ばＣＣＤなどの光電変換素子の受光面（以下、適宜、ス
クリーンという）上に投射される対象物体の位置情報か
ら、その対象物体の３次元空間における位置情報を特定
できる。従って、３次元空間内のある位置に存在する物
体の位置情報と、その位置に対象物体があるときに、そ
の対象物体が各カメラのスクリーン上に投影される位置
情報との対応関係（位置情報対応関係）を、予め求めて
おく必要がある。この位置情報対応関係を求めることを
キャリブレーションといい、キャリブレーション装置に
より求められる。
【０００５】図８は、従来のキャリブレーションを行う
ためのキャリブレーション装置の外観斜視図である。こ
の図８において、パイプ１０６及び１０７は、３次元空
間において、同一平面に含まれて、かつ平行になるよう
に配置されており、台車１０８は、このパイプ１０６及
び１０７に沿って滑らかに移動することができるように
設置されている。そして、台車１０８には、第１のカメ
ラ１０１と第２のカメラ１０２とが金具１０３により一
体化されたステレオカメラが取り付けられている。
ためのキャリブレーション装置の外観斜視図である。こ
の図８において、パイプ１０６及び１０７は、３次元空
間において、同一平面に含まれて、かつ平行になるよう
に配置されており、台車１０８は、このパイプ１０６及
び１０７に沿って滑らかに移動することができるように
設置されている。そして、台車１０８には、第１のカメ
ラ１０１と第２のカメラ１０２とが金具１０３により一
体化されたステレオカメラが取り付けられている。
【０００６】パイプ１０６及び１０７には目盛が記され
ており、台車１０８がスライドした量が測定できるよう
になっている。台車１０８がスライドする方向と垂直
に、正方格子模様が書かれた平板１０９が設置されてい
る。正方格子の横方向をＸ軸、縦方向をＹ軸とし、スラ
イドする方向、即ち正方格子に対して垂直方向をＺ軸と
する。この平板１０９よりカメラ側が、Ｚ＞０である。
このような、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸よりなる３次元座標を
ワールド座標と定義する。
ており、台車１０８がスライドした量が測定できるよう
になっている。台車１０８がスライドする方向と垂直
に、正方格子模様が書かれた平板１０９が設置されてい
る。正方格子の横方向をＸ軸、縦方向をＹ軸とし、スラ
イドする方向、即ち正方格子に対して垂直方向をＺ軸と
する。この平板１０９よりカメラ側が、Ｚ＞０である。
このような、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸よりなる３次元座標を
ワールド座標と定義する。
【０００７】キャリブレーションの測定は、上記ステレ
オカメラを載せた台車１０８の位置をずらして、平板１
０９を２箇所から撮影して行われる。図９は、２箇所か
ら撮影した場合の説明図であり、図８の装置を真上から
見た図である。
オカメラを載せた台車１０８の位置をずらして、平板１
０９を２箇所から撮影して行われる。図９は、２箇所か
ら撮影した場合の説明図であり、図８の装置を真上から
見た図である。
【０００８】先ず、第１のカメラ１０１、第２のカメラ
１０２を、ある位置Ｐ1に固定して、平板１０９を、正
方格子模様が映るように撮影し、その後、第１のカメラ
１０１、第２のカメラ１０２を台車１０８のスライドに
より他の位置Ｐ2に距離Ｍだけ移動し、再度、平板１０
９を撮影する。ここで、最初のステレオカメラの位置
と、正方格子模様までの距離をＬとする。なお、この図
９では、第１のカメラ１０１、第２のカメラ１０２を、
平板１０９から遠ざかる方向にスライドさせているが、
そのスライド方向は、逆であってもよい。
１０２を、ある位置Ｐ1に固定して、平板１０９を、正
方格子模様が映るように撮影し、その後、第１のカメラ
１０１、第２のカメラ１０２を台車１０８のスライドに
より他の位置Ｐ2に距離Ｍだけ移動し、再度、平板１０
９を撮影する。ここで、最初のステレオカメラの位置
と、正方格子模様までの距離をＬとする。なお、この図
９では、第１のカメラ１０１、第２のカメラ１０２を、
平板１０９から遠ざかる方向にスライドさせているが、
そのスライド方向は、逆であってもよい。
【０００９】このように、第１のカメラ１０１、第２の
カメラ１０２よりなるステレオカメラをスライドして平
板１０９を撮影することにより得られた２次元画像は、
図１０に示すように、ステレオカメラを固定して、平板
１０９をスライドしても得ることができる。
カメラ１０２よりなるステレオカメラをスライドして平
板１０９を撮影することにより得られた２次元画像は、
図１０に示すように、ステレオカメラを固定して、平板
１０９をスライドしても得ることができる。
【００１０】すなわち、図１０に示すように、第１のカ
メラ１０１、第２のカメラ１０２を、ある位置Ｐ1に固
定して、平板１０９を、その正方格子模様が映るように
撮影し、その後、平板１０９をＺ軸に沿って、上記カメ
ラ１０１、及び１０２から遠ざかる方向に、距離Ｍだ
け、スライドさせ、その位置で、再度、平板１０９を撮
影することによっても、同様の２次元画像を得ることが
できる。
メラ１０１、第２のカメラ１０２を、ある位置Ｐ1に固
定して、平板１０９を、その正方格子模様が映るように
撮影し、その後、平板１０９をＺ軸に沿って、上記カメ
ラ１０１、及び１０２から遠ざかる方向に、距離Ｍだ
け、スライドさせ、その位置で、再度、平板１０９を撮
影することによっても、同様の２次元画像を得ることが
できる。
【００１１】この図１０において、距離Ｍだけ遠ざける
前の平板１０９上に描かれた正方格子（第１の正方格子
Ｑ1）の左下隅を原点とし、ワールド座標の原点とする
と、この平板１０９の第１の正方格子Ｑ1において、
（ｉ，ｊ）の位置はワールド座標において（ｉ，ｊ、
０）となる。また、長さＭだけスライドさせた後の平板
１０９の正方格子（第２の正方格子Ｑ2）において
（ｉ，ｊ）の位置はワールド座標において（ｉ，ｊ、−
Ｍ）となる。
前の平板１０９上に描かれた正方格子（第１の正方格子
Ｑ1）の左下隅を原点とし、ワールド座標の原点とする
と、この平板１０９の第１の正方格子Ｑ1において、
（ｉ，ｊ）の位置はワールド座標において（ｉ，ｊ、
０）となる。また、長さＭだけスライドさせた後の平板
１０９の正方格子（第２の正方格子Ｑ2）において
（ｉ，ｊ）の位置はワールド座標において（ｉ，ｊ、−
Ｍ）となる。
【００１２】図１１は、第１のカメラ１０１と平板１０
９上の第１の正方格子Ｑ1と第２の正方格子Ｑ2を示した
図である。第１のカメラ１０１の光学中心がＯ1であ
り、例えばＣＣＤ１２２などの受光面となるスクリーン
上に対象物体の位置情報が投影される。例えば、ＣＣＤ
１２２上の座標位置（ｈ，ｋ）には、第１の正方格子Ｑ
1における座標位置（ｐ，ｑ）が写し出され、かつ、第
２の正方格子Ｑ2における座標位置（ｒ，ｓ）が写し出
されたとする。なお、各正方格子の各縦線、横線の交点
以外の場所は、補間により、その座標を求めることが可
能である。
９上の第１の正方格子Ｑ1と第２の正方格子Ｑ2を示した
図である。第１のカメラ１０１の光学中心がＯ1であ
り、例えばＣＣＤ１２２などの受光面となるスクリーン
上に対象物体の位置情報が投影される。例えば、ＣＣＤ
１２２上の座標位置（ｈ，ｋ）には、第１の正方格子Ｑ
1における座標位置（ｐ，ｑ）が写し出され、かつ、第
２の正方格子Ｑ2における座標位置（ｒ，ｓ）が写し出
されたとする。なお、各正方格子の各縦線、横線の交点
以外の場所は、補間により、その座標を求めることが可
能である。
【００１３】これをワールド座標を用いて、説明し直す
と、ＣＣＤ１２２上の座標位置（ｈ，ｋ）には、３次元
上の座標位置（ｐ，ｑ，０）と（ｒ，ｓ，−Ｍ）が写し
出される。すなわち、２次元上の座標位置（ｈ，ｋ）と
３次元上の座標位置（ｐ，ｑ，０）と（ｒ，ｓ，−Ｍ）
とを結ぶ直線をＮとすると、この直線Ｎ上の点は、全
て、ＣＣＤ１２２上の座標位置（ｈ，ｋ）に写し出され
ることが分かる。
と、ＣＣＤ１２２上の座標位置（ｈ，ｋ）には、３次元
上の座標位置（ｐ，ｑ，０）と（ｒ，ｓ，−Ｍ）が写し
出される。すなわち、２次元上の座標位置（ｈ，ｋ）と
３次元上の座標位置（ｐ，ｑ，０）と（ｒ，ｓ，−Ｍ）
とを結ぶ直線をＮとすると、この直線Ｎ上の点は、全
て、ＣＣＤ１２２上の座標位置（ｈ，ｋ）に写し出され
ることが分かる。
【００１４】したがって、直線Ｎは、３次元空間におけ
る物体の位置情報（ここでは、ワールド座標系における
座標）と、その物体を撮像して得られる２次元画像の位
置情報（ここでは、ＣＣＤ１２２上の２次元座標系にお
ける座標）との対応関係（位置情報対応関係）を表すこ
とになる。
る物体の位置情報（ここでは、ワールド座標系における
座標）と、その物体を撮像して得られる２次元画像の位
置情報（ここでは、ＣＣＤ１２２上の２次元座標系にお
ける座標）との対応関係（位置情報対応関係）を表すこ
とになる。
【００１５】この直線Ｎは、 （ｘ−ｒ）／（ｐ−ｒ）＝（ｙ−ｓ）／（ｑ−ｓ）＝
（ｚ＋Ｍ）／Ｍ として求めることができる。
（ｚ＋Ｍ）／Ｍ として求めることができる。
【００１６】直線Ｎを求めるのと同様にして、ＣＣＤ１
２２上の２次元座標系における他の座標位置について
も、そこに投射される３次元空間上の点の集合としての
直線を求める。さらに、同様のことを、第２のカメラ１
０２についても行う。
２２上の２次元座標系における他の座標位置について
も、そこに投射される３次元空間上の点の集合としての
直線を求める。さらに、同様のことを、第２のカメラ１
０２についても行う。
【００１７】以上のようにして、第１のカメラ１０１、
第２のカメラ１０２についての直線すべてを求めること
で、ステレオカメラシステムのキャリブレーションを終
了する。
第２のカメラ１０２についての直線すべてを求めること
で、ステレオカメラシステムのキャリブレーションを終
了する。
【００１８】このようにしてキャリブレーションが行わ
れたステレオカメラシステムでは、次のようにして、３
次元空間にある物体の位置情報を求めることができる。
れたステレオカメラシステムでは、次のようにして、３
次元空間にある物体の位置情報を求めることができる。
【００１９】先ず、ステレオカメラで物体を撮影する。
例えば、図１２に示す物体１２７は、第１のカメラ１０
１のスクリーン１２２の位置（ａ，ｂ）、第２のカメラ
１０２のスクリーン１２８の位置（ｃ，ｄ）に写された
とする。上記キャリブレーション装置におけるキャリブ
レーション（初期設定）において、位置（ａ，ｂ）及び
（ｃ，ｄ）に対応する、ワールド座標系における直線１
３０及び１３１は求まっているので、ワールド座標系に
おけるこれらの直線の交点を求めることは可能である。
この交点の座標が、その物体のワールド座標系における
位置である。このようにして、キャリブレーションされ
たステレオカメラを用いることで、対象物体の３次元上
での位置を求めることが出来る。
例えば、図１２に示す物体１２７は、第１のカメラ１０
１のスクリーン１２２の位置（ａ，ｂ）、第２のカメラ
１０２のスクリーン１２８の位置（ｃ，ｄ）に写された
とする。上記キャリブレーション装置におけるキャリブ
レーション（初期設定）において、位置（ａ，ｂ）及び
（ｃ，ｄ）に対応する、ワールド座標系における直線１
３０及び１３１は求まっているので、ワールド座標系に
おけるこれらの直線の交点を求めることは可能である。
この交点の座標が、その物体のワールド座標系における
位置である。このようにして、キャリブレーションされ
たステレオカメラを用いることで、対象物体の３次元上
での位置を求めることが出来る。
【００２０】これをまとめると、以下のようになる。ま
ず、対象物体１２７が、第１のカメラ１０１及び第２の
カメラ１０２のスクリーン１２２及びスクリーン１２８
上で、どの位置に投影されたかを測定する。次に、各投
影位置に対応する直線１３０及び直線１３１の交点を、
ワールド座標系において計算する。この交点の座標がワ
ールド座標系での、即ち、３次元上での物体の位置であ
る。
ず、対象物体１２７が、第１のカメラ１０１及び第２の
カメラ１０２のスクリーン１２２及びスクリーン１２８
上で、どの位置に投影されたかを測定する。次に、各投
影位置に対応する直線１３０及び直線１３１の交点を、
ワールド座標系において計算する。この交点の座標がワ
ールド座標系での、即ち、３次元上での物体の位置であ
る。
【００２１】ところで、図８に示したキャリブレーショ
ン装置では、第１のカメラ１０１及び第２のカメラ１０
２と、平板１０９までの距離Ｌを数メートルとすると、
平板１０９に書かれている正方格子模様の大きさは４メ
ートル×３メートル程度必要となる。なぜなら、もし正
方格子模様が小さいとカメラで撮影した際に、図１１の
ＣＣＤ（スクリーン）１２２上の周辺部分には正方格子
模様が投影されず、周辺部分の画素に対応する直線Ｎが
求められなくなってしまうからである。
ン装置では、第１のカメラ１０１及び第２のカメラ１０
２と、平板１０９までの距離Ｌを数メートルとすると、
平板１０９に書かれている正方格子模様の大きさは４メ
ートル×３メートル程度必要となる。なぜなら、もし正
方格子模様が小さいとカメラで撮影した際に、図１１の
ＣＣＤ（スクリーン）１２２上の周辺部分には正方格子
模様が投影されず、周辺部分の画素に対応する直線Ｎが
求められなくなってしまうからである。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のような
大きさ４メートル×３メートル程度の正方格子模様を、
精密に作成することは困難であった。このため、ある程
度歪んだ正方格子模様しか用意することができず、結果
的に、精度の良いキャリブレーションを行うことができ
なかった。
大きさ４メートル×３メートル程度の正方格子模様を、
精密に作成することは困難であった。このため、ある程
度歪んだ正方格子模様しか用意することができず、結果
的に、精度の良いキャリブレーションを行うことができ
なかった。
【００２３】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であり、精密作成が可能な程度の大きさの正方格子模様
が描かれた基準物体を用いて、精度の良いキャリブレー
ションを行うことができるキャリブレーション方法及び
装置の提供を目的とする。
であり、精密作成が可能な程度の大きさの正方格子模様
が描かれた基準物体を用いて、精度の良いキャリブレー
ションを行うことができるキャリブレーション方法及び
装置の提供を目的とする。
【００２４】また、本発明は、上記実情に鑑みてなされ
たものであり、精密作成が可能な程度の大きさの正方格
子模様が描かれた基準物体を用いて、精度の良いキャリ
ブレーション用データを生成することのできるキャリブ
レーション用データ生成方法の提供を目的とする。
たものであり、精密作成が可能な程度の大きさの正方格
子模様が描かれた基準物体を用いて、精度の良いキャリ
ブレーション用データを生成することのできるキャリブ
レーション用データ生成方法の提供を目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】本発明に係るキャリブレ
ーション方法は、上記課題を解決するために、撮像装置
が物体を撮像する範囲の３次元空間内で設置替えされる
基準物体上に描かれた模様の、少なくとも２ヶ所の設置
場所での３次元座標位置と、上記撮像装置が上記基準物
体上の上記模様を撮像して得た画像データとに基づい
て、上記撮像装置のキャリブレーションを行う。
ーション方法は、上記課題を解決するために、撮像装置
が物体を撮像する範囲の３次元空間内で設置替えされる
基準物体上に描かれた模様の、少なくとも２ヶ所の設置
場所での３次元座標位置と、上記撮像装置が上記基準物
体上の上記模様を撮像して得た画像データとに基づい
て、上記撮像装置のキャリブレーションを行う。
【００２６】具体的には、上記撮像装置のスクリーン上
の各位置に投影される上記模様の３次元座標位置を求め
ることで、上記撮像装置のスクリーンの各位置に投影さ
れる３次元空間上の点群を算出する。
の各位置に投影される上記模様の３次元座標位置を求め
ることで、上記撮像装置のスクリーンの各位置に投影さ
れる３次元空間上の点群を算出する。
【００２７】この場合、上記基準物体としては、比較的
に小さい、例えば１．５メートル×１メートル程度の正
方格子模様の描かれた平板を使用する。そして、この平
板を移動させて、上記正方格子模様の３次元位置情報を
３次元位置情報測定手段によって測定し、上記撮像装置
で上記正方格子模様を撮影する、という操作を繰り返す
ことにより、上記撮像装置のスクリーンの部分ごとにキ
ャリブレーションを行うことにしたので、従来のように
大きな正方格子模様を不要とした。
に小さい、例えば１．５メートル×１メートル程度の正
方格子模様の描かれた平板を使用する。そして、この平
板を移動させて、上記正方格子模様の３次元位置情報を
３次元位置情報測定手段によって測定し、上記撮像装置
で上記正方格子模様を撮影する、という操作を繰り返す
ことにより、上記撮像装置のスクリーンの部分ごとにキ
ャリブレーションを行うことにしたので、従来のように
大きな正方格子模様を不要とした。
【００２８】本発明に係るキャリブレーション装置は、
上記課題を解決するために、撮像装置が物体を撮像する
範囲の３次元空間内で設置替えされる模様の描かれた基
準物体と、上記基準物体上に描かれた模様の３次元座標
位置を測定する３次元位置情報測定手段とを備え、上記
基準物体が上記３次元空間内で配置替えされる少なくと
も２ヶ所での上記３次元情報測定手段による上記模様の
３次元座標位置と、上記撮像装置が上記基準物体上の上
記模様を撮像して得た画像データとに基づいて、上記撮
像装置のキャリブレーションを行う。
上記課題を解決するために、撮像装置が物体を撮像する
範囲の３次元空間内で設置替えされる模様の描かれた基
準物体と、上記基準物体上に描かれた模様の３次元座標
位置を測定する３次元位置情報測定手段とを備え、上記
基準物体が上記３次元空間内で配置替えされる少なくと
も２ヶ所での上記３次元情報測定手段による上記模様の
３次元座標位置と、上記撮像装置が上記基準物体上の上
記模様を撮像して得た画像データとに基づいて、上記撮
像装置のキャリブレーションを行う。
【００２９】具体的には、上記撮像装置のスクリーン上
の各位置に投影される上記模様の３次元座標位置を求め
ることで、上記撮像装置のスクリーンの各位置に投影さ
れる３次元空間上の点群を算出する。
の各位置に投影される上記模様の３次元座標位置を求め
ることで、上記撮像装置のスクリーンの各位置に投影さ
れる３次元空間上の点群を算出する。
【００３０】また、本発明に係るキャリブレーション用
データ作成方法は、上記課題を解決するために、３次元
位置情報測定機により複数回測定された模様の描かれた
基準物体の３次元位置情報を示すデータを受信し、上記
撮像装置により複数回撮影された上記模様を示す画像デ
ータを受信し、上記両データに基づいて、上記撮像装置
のスクリーンの各位置に投影される３次元空間上のキャ
リブレーション用データを生成する。
データ作成方法は、上記課題を解決するために、３次元
位置情報測定機により複数回測定された模様の描かれた
基準物体の３次元位置情報を示すデータを受信し、上記
撮像装置により複数回撮影された上記模様を示す画像デ
ータを受信し、上記両データに基づいて、上記撮像装置
のスクリーンの各位置に投影される３次元空間上のキャ
リブレーション用データを生成する。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るキャリブレー
ション方法及び装置の実施の形態について図面を参照し
ながら説明する。
ション方法及び装置の実施の形態について図面を参照し
ながら説明する。
【００３２】先ず、上記キャリブレーション方法の実施
の形態について説明する。この実施の形態は、２台のカ
メラにより構成されたステレオカメラのキャリブレーシ
ョンを行うキャリブレーション方法であり、図１に示す
ようなステレオカメラと、３次元位置測定機４と、平板
５とを用いて実現される。
の形態について説明する。この実施の形態は、２台のカ
メラにより構成されたステレオカメラのキャリブレーシ
ョンを行うキャリブレーション方法であり、図１に示す
ようなステレオカメラと、３次元位置測定機４と、平板
５とを用いて実現される。
【００３３】このキャリブレーション方法により、キャ
リブレーションを行うステレオカメラは、第１のカメラ
１と、第２のカメラ２が金具３によって一体化して取り
付けられている。すなわち、二つのカメラの位置関係は
固定されている。
リブレーションを行うステレオカメラは、第１のカメラ
１と、第２のカメラ２が金具３によって一体化して取り
付けられている。すなわち、二つのカメラの位置関係は
固定されている。
【００３４】上記図８に示した従来の装置においては、
上記二つのカメラを移動させてキャリブレーションを行
ったが、上記キャリブレーション方法においては、上記
ステレオカメラを固定しておく。例えば、図示を省略す
る固定された三脚などに上記二つのカメラを取り付けて
おけば良い。
上記二つのカメラを移動させてキャリブレーションを行
ったが、上記キャリブレーション方法においては、上記
ステレオカメラを固定しておく。例えば、図示を省略す
る固定された三脚などに上記二つのカメラを取り付けて
おけば良い。
【００３５】この二つのカメラと同一空間上には、図１
に示すように、３次元位置情報測定機である、セオドラ
イト（theodolite）４を位置させる。このセオドライト
４は、自分自身を原点とした３次元座標系（以下、この
座標系を基準とするので、ワールド座標系と呼ぶことに
する。）を用いて、対象物体の位置を測定する機械であ
る。この機械については後述する。したがって、図１に
は、このセオドライト４を中心として、ワールド座標系
を書き込んである。
に示すように、３次元位置情報測定機である、セオドラ
イト（theodolite）４を位置させる。このセオドライト
４は、自分自身を原点とした３次元座標系（以下、この
座標系を基準とするので、ワールド座標系と呼ぶことに
する。）を用いて、対象物体の位置を測定する機械であ
る。この機械については後述する。したがって、図１に
は、このセオドライト４を中心として、ワールド座標系
を書き込んである。
【００３６】また、二つのカメラ１及び２と、上記セオ
ドライト４と同一の空間上には、正方格子模様の書かれ
た上記平板５も位置させる。この平板５は、従来の平板
とは大きさを異ならせ、例えば１．５メートル×１メー
トル程度である。小さい平板なので、精密な正方格子模
様を描くことができる。しかし、この平板５上の正方格
子模様は小さいため、上記二つのカメラ１及び２で撮影
した場合、各カメラのスクリーン全体に正方格子模様が
写ることはない。
ドライト４と同一の空間上には、正方格子模様の書かれ
た上記平板５も位置させる。この平板５は、従来の平板
とは大きさを異ならせ、例えば１．５メートル×１メー
トル程度である。小さい平板なので、精密な正方格子模
様を描くことができる。しかし、この平板５上の正方格
子模様は小さいため、上記二つのカメラ１及び２で撮影
した場合、各カメラのスクリーン全体に正方格子模様が
写ることはない。
【００３７】図２には図１に示した各構成部を用いて実
行される、キャリブレーション方法の具体例を説明する
ための図を示す。この図２は上記図１に示した各部を真
上から見た図である。この図２中において、破線６及び
破線７で囲まれた領域が、第１のカメラ１及び第２のカ
メラ２とにより撮影される範囲である。ここでは、セオ
ドライト４を省略しているが、図中のワールド座標系の
原点に位置しているものとする。また、ワールド座標系
のＹ軸は、紙面に対して垂直である。
行される、キャリブレーション方法の具体例を説明する
ための図を示す。この図２は上記図１に示した各部を真
上から見た図である。この図２中において、破線６及び
破線７で囲まれた領域が、第１のカメラ１及び第２のカ
メラ２とにより撮影される範囲である。ここでは、セオ
ドライト４を省略しているが、図中のワールド座標系の
原点に位置しているものとする。また、ワールド座標系
のＹ軸は、紙面に対して垂直である。
【００３８】先ず、正方格子模様の平板５を、例えば、
図２の５−１に示す場所に設置する。そして、セオドラ
イト４により、５−１に設置されたときの正方格子模様
の位置を測定する。これにより、５−１に設置されたと
きの正方格子模様内の各点の位置は、ワールド座標系に
おいて、どの位置にあるかが分かる。
図２の５−１に示す場所に設置する。そして、セオドラ
イト４により、５−１に設置されたときの正方格子模様
の位置を測定する。これにより、５−１に設置されたと
きの正方格子模様内の各点の位置は、ワールド座標系に
おいて、どの位置にあるかが分かる。
【００３９】次に、この状態で、第１のカメラ１及び第
２のカメラ２により撮影を行う。そして、各カメラのス
クリーン上で、正方格子模様が投影されている位置につ
いてのみ、以下の処理を行う。
２のカメラ２により撮影を行う。そして、各カメラのス
クリーン上で、正方格子模様が投影されている位置につ
いてのみ、以下の処理を行う。
【００４０】「スクリーン上のある位置」に投影されて
いる「正方格子模様の位置（ワールド座標系における位
置）」を調べ、その「正方格子模様の位置」を、その
「スクリーン上の位置」に対応する３次元上の位置とし
て登録しておく。この登録は、正方格子模様が投影され
ている全ての「スクリーン上の位置」について行う。
いる「正方格子模様の位置（ワールド座標系における位
置）」を調べ、その「正方格子模様の位置」を、その
「スクリーン上の位置」に対応する３次元上の位置とし
て登録しておく。この登録は、正方格子模様が投影され
ている全ての「スクリーン上の位置」について行う。
【００４１】次に、正方格子模様の平板５を、例えば、
図２の５−２に示す場所に設置する。そして、セオドラ
イト４により、５−２に設置されたときの正方格子模様
の位置を測定する。これにより、５−２に設置されたと
きの正方格子模様内の各点の位置は、ワールド座標系に
おいて、どの位置にあるかが分かる。
図２の５−２に示す場所に設置する。そして、セオドラ
イト４により、５−２に設置されたときの正方格子模様
の位置を測定する。これにより、５−２に設置されたと
きの正方格子模様内の各点の位置は、ワールド座標系に
おいて、どの位置にあるかが分かる。
【００４２】次に、この状態で、第１のカメラ１及び第
２のカメラ２により撮影を行う。そして、各カメラのス
クリーン上で、正方格子模様が投影されている位置につ
いてのみ、以下の処理を行う。
２のカメラ２により撮影を行う。そして、各カメラのス
クリーン上で、正方格子模様が投影されている位置につ
いてのみ、以下の処理を行う。
【００４３】「スクリーン上のある位置」に投影されて
いる「正方格子模様の位置（ワールド座標系における位
置）」を調べ、その「正方格子模様の位置」を、その
「スクリーン上の位置」に対応する３次元上の位置とし
て登録しておく。この登録は、正方格子模様が投影され
ている全ての「スクリーン上の位置」について行う。
いる「正方格子模様の位置（ワールド座標系における位
置）」を調べ、その「正方格子模様の位置」を、その
「スクリーン上の位置」に対応する３次元上の位置とし
て登録しておく。この登録は、正方格子模様が投影され
ている全ての「スクリーン上の位置」について行う。
【００４４】同様に、正方格子模様の平板５を、例え
ば、図２の５−３、５−４、５−５に示す場所に設置し
て、それぞれ、正方格子模様の位置を測定して、投影さ
れている「正方格子模様の位置」を各「スクリーン上の
位置」に対応する位置として登録しておく。
ば、図２の５−３、５−４、５−５に示す場所に設置し
て、それぞれ、正方格子模様の位置を測定して、投影さ
れている「正方格子模様の位置」を各「スクリーン上の
位置」に対応する位置として登録しておく。
【００４５】ここで、注意すべきことは、各「スクリー
ン上の位置」には、二つ以上の「正方格子模様の位置」
が登録されていることである。もし、一つしか登録され
ていない、あるいは、なにも登録されていない「スクリ
ーン上の位置」がある場合には、その「スクリーン上の
位置」に正方格子模様が投影されるように、平板を移動
して、正方格子模様の位置を測定して、投影されている
「正方格子模様の位置」を各「スクリーン上の位置」に
対応する位置として登録する操作を、もう一度行う。
ン上の位置」には、二つ以上の「正方格子模様の位置」
が登録されていることである。もし、一つしか登録され
ていない、あるいは、なにも登録されていない「スクリ
ーン上の位置」がある場合には、その「スクリーン上の
位置」に正方格子模様が投影されるように、平板を移動
して、正方格子模様の位置を測定して、投影されている
「正方格子模様の位置」を各「スクリーン上の位置」に
対応する位置として登録する操作を、もう一度行う。
【００４６】さて、キャリブレーションとは、ワールド
座標系のどの直線が、各「スクリーン上の位置」に投影
されるかを調べることである。
座標系のどの直線が、各「スクリーン上の位置」に投影
されるかを調べることである。
【００４７】上述のように、正方格子模様の平板５を移
動させて複数回撮影することで、各「スクリーン上の位
置」には、二つ以上の「正方格子模様の位置（ワールド
座標系における位置）」が登録されている。ここで、図
３に示すように、第１のカメラ１のスクリーン９上のあ
る１つの位置について注目してみる。この点を（ｅ，
ｆ）とする。（ｅ，ｆ）に対応する二つ以上の「正方格
子模様の位置（ワールド座標系における位置）」が登録
されている。これは、上記複数の「正方格子模様の位置
（ワールド座標系における）」にある点は、全て、
（ｅ，ｆ）に投影されることを意味している。したがっ
て、上記複数の「正方格子模様の位置（ワールド座標系
における位置）」を結ぶ直線上の点は、全て、（ｅ，
ｆ）に投影されることになる。そこで、（ｅ，ｆ）に対
応して登録されている上記複数の「正方格子模様の位置
（ワールド座標系における位置）」を結ぶ直線を求め
る。求まった直線が、（ｅ，ｆ）に対応する直線であ
る。
動させて複数回撮影することで、各「スクリーン上の位
置」には、二つ以上の「正方格子模様の位置（ワールド
座標系における位置）」が登録されている。ここで、図
３に示すように、第１のカメラ１のスクリーン９上のあ
る１つの位置について注目してみる。この点を（ｅ，
ｆ）とする。（ｅ，ｆ）に対応する二つ以上の「正方格
子模様の位置（ワールド座標系における位置）」が登録
されている。これは、上記複数の「正方格子模様の位置
（ワールド座標系における）」にある点は、全て、
（ｅ，ｆ）に投影されることを意味している。したがっ
て、上記複数の「正方格子模様の位置（ワールド座標系
における位置）」を結ぶ直線上の点は、全て、（ｅ，
ｆ）に投影されることになる。そこで、（ｅ，ｆ）に対
応して登録されている上記複数の「正方格子模様の位置
（ワールド座標系における位置）」を結ぶ直線を求め
る。求まった直線が、（ｅ，ｆ）に対応する直線であ
る。
【００４８】第１のカメラ１の（ｅ，ｆ）以外のスクリ
ーン９上の全ての位置、及び、第２のカメラ２のスクリ
ーン上の全ての位置に対して、同様に、対応する直線を
求める。これで、キャリブレーションは終了する。
ーン９上の全ての位置、及び、第２のカメラ２のスクリ
ーン上の全ての位置に対して、同様に、対応する直線を
求める。これで、キャリブレーションは終了する。
【００４９】これにより、上記ステレオカメラで対象物
体を撮影して、その対象物体の３次元上での位置を求め
ることができる。具体的な説明は、上記図１２を使用し
て述べたの同じである。
体を撮影して、その対象物体の３次元上での位置を求め
ることができる。具体的な説明は、上記図１２を使用し
て述べたの同じである。
【００５０】さて、ここで、もう一度、上記（ｅ，ｆ）
に対応する直線の求め方について、図３を用いて詳しく
説明しなおす。図３において、第１のカメラ１の光学中
心が８である。例えばＣＣＤ等の受光面となるスクリー
ン９上には対象物体の位置情報が投影される。スクリー
ン９上の位置（ｅ，ｆ）には、例えば、正方格子模様の
平板５を５−１に設置したときと、５−３に設置したと
きに、正方格子模様が投影されていたとする。
に対応する直線の求め方について、図３を用いて詳しく
説明しなおす。図３において、第１のカメラ１の光学中
心が８である。例えばＣＣＤ等の受光面となるスクリー
ン９上には対象物体の位置情報が投影される。スクリー
ン９上の位置（ｅ，ｆ）には、例えば、正方格子模様の
平板５を５−１に設置したときと、５−３に設置したと
きに、正方格子模様が投影されていたとする。
【００５１】平板５を５−１に設置した場合の撮像画像
から、（ｅ，ｆ）に投影された点は、正方格子模様上の
どの位置であるか分かる。これを点Ａとする。ちなみ
に、点Ａが、正方格子の各縦線、横線の交点以外の場所
であっても、補間により、その位置を求めることが可能
である。さて、平板５を５−１に設置したときの、正方
格子模様の位置は、ワールド座標系を基準にして測定さ
れている。したがって、点Ａがワールド座標系におい
て、どの位置にあるか分かっている。例えば、（Ｐ，
Ｑ，Ｒ）とする。
から、（ｅ，ｆ）に投影された点は、正方格子模様上の
どの位置であるか分かる。これを点Ａとする。ちなみ
に、点Ａが、正方格子の各縦線、横線の交点以外の場所
であっても、補間により、その位置を求めることが可能
である。さて、平板５を５−１に設置したときの、正方
格子模様の位置は、ワールド座標系を基準にして測定さ
れている。したがって、点Ａがワールド座標系におい
て、どの位置にあるか分かっている。例えば、（Ｐ，
Ｑ，Ｒ）とする。
【００５２】そして、平板５を５−３に設置した場合の
撮像画像から、（ｅ，ｆ）に投影された点は、正方格子
模様上のどの位置であるか分かる。これを点Ａ’とす
る。ちなみに、点Ａ’が、正方格子の各縦線、横線の交
点以外の場所であっても、補間により、その位置を求め
ることが可能である。さて、平板５を５−３に設置した
ときの、正方格子模様の位置は、ワールド座標系を基準
にして測定されている。したがって、点Ａ’がワールド
座標系において、どの位置にあるか分かっている。例え
ば、（Ｓ，Ｔ，Ｕ）とする。
撮像画像から、（ｅ，ｆ）に投影された点は、正方格子
模様上のどの位置であるか分かる。これを点Ａ’とす
る。ちなみに、点Ａ’が、正方格子の各縦線、横線の交
点以外の場所であっても、補間により、その位置を求め
ることが可能である。さて、平板５を５−３に設置した
ときの、正方格子模様の位置は、ワールド座標系を基準
にして測定されている。したがって、点Ａ’がワールド
座標系において、どの位置にあるか分かっている。例え
ば、（Ｓ，Ｔ，Ｕ）とする。
【００５３】したがって、スクリーン上の位置（ｅ，
ｆ）には、（Ｐ，Ｑ，Ｒ）の点と（Ｓ，Ｔ，Ｕ）の点が
写し出されることが分かる。故に、ワールド座標系の直
線Ｎ（図３の１０）上の点は、全て、スクリーン９上の
（ｅ，ｆ）に写し出されることが分かる。ただし、直線
Ｎは、（Ｘ−Ｓ）／（Ｐ−Ｓ）＝（Ｙ−Ｔ）／（Ｑ−
Ｔ）＝（ＺーＵ）/（Ｒ−Ｕ）である。ここで、図３に
おいても、図２と同じ符号を用いて示しておく。
ｆ）には、（Ｐ，Ｑ，Ｒ）の点と（Ｓ，Ｔ，Ｕ）の点が
写し出されることが分かる。故に、ワールド座標系の直
線Ｎ（図３の１０）上の点は、全て、スクリーン９上の
（ｅ，ｆ）に写し出されることが分かる。ただし、直線
Ｎは、（Ｘ−Ｓ）／（Ｐ−Ｓ）＝（Ｙ−Ｔ）／（Ｑ−
Ｔ）＝（ＺーＵ）/（Ｒ−Ｕ）である。ここで、図３に
おいても、図２と同じ符号を用いて示しておく。
【００５４】このようにして、ワールド座標系における
どのような直線上の点が、第１のカメラ１のスクリーン
９上の位置（ｅ，ｆ）に投影されるかを求めることがで
きる。
どのような直線上の点が、第１のカメラ１のスクリーン
９上の位置（ｅ，ｆ）に投影されるかを求めることがで
きる。
【００５５】以下、３次元位置情報測定機である図１の
セオドライト４について説明する。
セオドライト４について説明する。
【００５６】セオドライトとは、自分自身を中心とし
て、どちらの角度方向に物体があるかを測定できる機械
である。図４は、セオドライト４の説明図である。対象
物体１１にセオドライト４の照準を合わせると、セオド
ライト４を中心とした座標軸（図示してある）に対し
て、ＸＺ平面との角度（図中のθ）と、ＸＺ平面からＹ
軸への仰角（図中のφ）が求めることができる。つま
り、原点から対象物体への単位方向ベクトル（ｓｉｎθ
×ｃｏｓφ，ｓｉｎφ，ｃｏｓθ×ｃｏｓφ）が分か
る。
て、どちらの角度方向に物体があるかを測定できる機械
である。図４は、セオドライト４の説明図である。対象
物体１１にセオドライト４の照準を合わせると、セオド
ライト４を中心とした座標軸（図示してある）に対し
て、ＸＺ平面との角度（図中のθ）と、ＸＺ平面からＹ
軸への仰角（図中のφ）が求めることができる。つま
り、原点から対象物体への単位方向ベクトル（ｓｉｎθ
×ｃｏｓφ，ｓｉｎφ，ｃｏｓθ×ｃｏｓφ）が分か
る。
【００５７】セオドライト４を利用して、図５に示すよ
うに正方格子模様の位置を測定する。図５において、セ
オドライトは図示を省略しているが、座標軸の原点にあ
る。正方格子の各縦線、横線の交点に記号を付ける。す
なわち、図に示すように、左はじをＡ00、Ａ00の右隣り
をＡ10、Ａ00の上をＡ01というように番号付けする。
うに正方格子模様の位置を測定する。図５において、セ
オドライトは図示を省略しているが、座標軸の原点にあ
る。正方格子の各縦線、横線の交点に記号を付ける。す
なわち、図に示すように、左はじをＡ00、Ａ00の右隣り
をＡ10、Ａ00の上をＡ01というように番号付けする。
【００５８】Ａ00からＡ10へのベクトルをＨベクトル
とする。Ａ00からＡ01へのベクトルをＶベクトルとす
る。正方格子の間隔はどこでも一定なので、各交点Ａij
とその右隣りとの交点との位置関係はＨベクトルとな
り、その上方の交点との位置関係はＶベクトルとな
る。ここで、ＨベクトルやＶベクトルは、図中に示
す３次元座標系（セオドライトを中心とした３次元座標
系における３次元ベクトルである。セオドライトを利用
してＡ00に照準を合わせ、原点からＡ00への単位方向ベ
クトル（Ｎ00ベクトル）を求める。他の交点Ａijにつ
いても、照準を合わせ、原点からＡijへの単位方向ベク
トル（Ｎijベクトル）を求める。ここで、原点からＡ
00あるいはＡijまでの距離を、Ｋ00あるいはＫijと置く
と、次の（１）式或いは（２）式が導かれる。
とする。Ａ00からＡ01へのベクトルをＶベクトルとす
る。正方格子の間隔はどこでも一定なので、各交点Ａij
とその右隣りとの交点との位置関係はＨベクトルとな
り、その上方の交点との位置関係はＶベクトルとな
る。ここで、ＨベクトルやＶベクトルは、図中に示
す３次元座標系（セオドライトを中心とした３次元座標
系における３次元ベクトルである。セオドライトを利用
してＡ00に照準を合わせ、原点からＡ00への単位方向ベ
クトル（Ｎ00ベクトル）を求める。他の交点Ａijにつ
いても、照準を合わせ、原点からＡijへの単位方向ベク
トル（Ｎijベクトル）を求める。ここで、原点からＡ
00あるいはＡijまでの距離を、Ｋ00あるいはＫijと置く
と、次の（１）式或いは（２）式が導かれる。
【００５９】 Ａ00の３次元上での位置＝Ｋ00×Ｎ00 ・・・（１） Ａijの３次元上での位置＝Ｋij×Ｎij ・・・（２） Ａ00から右にｉ個、上にｊ個行った交点がＡijであるか
ら、Ａ00とＡijとの位置関係は、ｉ×（Ｈベクトル）
＋ｊ×（Ｖベクトル）となり、次の（３）式が導かれ
る。
ら、Ａ00とＡijとの位置関係は、ｉ×（Ｈベクトル）
＋ｊ×（Ｖベクトル）となり、次の（３）式が導かれ
る。
【００６０】 Ｋij×Ｎij＝Ｋ00×Ｎ00＋ｉ×Ｈ＋ｊ×Ｖ ・・・（３） さらに、正方格子の一辺の長さを、次の（４）式のよう
に、例えば１０ｃｍとする。
に、例えば１０ｃｍとする。
【００６１】 ｜Ｈ｜＝｜Ｖ｜＝１０ｃｍ ・・・（４） この一辺の長さは、正方格子模様を直接、定規などで測
ることにより知ることができる。
ることにより知ることができる。
【００６２】複数の（ｉ，ｊ）の組についての（３）式
と、（４）式より、Ｈベクトルの値、Ｖベクトルの
値、Ｋijの値を計算できる。
と、（４）式より、Ｈベクトルの値、Ｖベクトルの
値、Ｋijの値を計算できる。
【００６３】セオドライトを利用して求まったＮijベ
クトルと、上記計算により求められたＫijを、上記
（２）式に代入して、Ａijの位置を求める。交点
（Ａij）以外の正方格子模様の位置は、交点の位置から
補間して求める。
クトルと、上記計算により求められたＫijを、上記
（２）式に代入して、Ａijの位置を求める。交点
（Ａij）以外の正方格子模様の位置は、交点の位置から
補間して求める。
【００６４】以上のようにして、セオドライトを用いる
ことで、セオドライトを基準とした座標系（ワールド座
標系）における正方格子模様の位置を求めることができ
る。
ことで、セオドライトを基準とした座標系（ワールド座
標系）における正方格子模様の位置を求めることができ
る。
【００６５】次に、上記キャリブレーション方法を適用
した本発明に係るキャリブレーション装置の実施の形態
を図６及び図７を用いて説明する。図６は、本発明に係
るキャリブレーション装置の実施の形態のブロック図で
ある。図７は、図６に構成を示したキャリブレーション
装置の動作を説明するためのフローチャートである。
した本発明に係るキャリブレーション装置の実施の形態
を図６及び図７を用いて説明する。図６は、本発明に係
るキャリブレーション装置の実施の形態のブロック図で
ある。図７は、図６に構成を示したキャリブレーション
装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【００６６】図６において、上記図１と同様の構成部に
ついては同符号を付し説明を省略する。例えばキーボー
トのような入力装置１３は、セオドライト４で得られた
「正方格子模様の位置（ワールド座標系を基準とした３
次元位置）」を入力できる。信号処理装置１４は、第１
のカメラ１及び第２のカメラ２より得られる画像データ
と、入力装置１３より入力される「正方格子模様の位
置」より、ワールド座標系のどの直線が、どの「スクリ
ーン上の位置」に投影されるかを計算する部分である。
メモリ１５は、信号処理装置１４により得られた「スク
リーン上の位置」と「ワールド座標系の直線」との対応
関係を格納しておく記憶部分である。
ついては同符号を付し説明を省略する。例えばキーボー
トのような入力装置１３は、セオドライト４で得られた
「正方格子模様の位置（ワールド座標系を基準とした３
次元位置）」を入力できる。信号処理装置１４は、第１
のカメラ１及び第２のカメラ２より得られる画像データ
と、入力装置１３より入力される「正方格子模様の位
置」より、ワールド座標系のどの直線が、どの「スクリ
ーン上の位置」に投影されるかを計算する部分である。
メモリ１５は、信号処理装置１４により得られた「スク
リーン上の位置」と「ワールド座標系の直線」との対応
関係を格納しておく記憶部分である。
【００６７】先ず、図７のステップＳ１で、図６に示す
ように第１のカメラ１及び第２のカメラ２及びセオドラ
イト４の位置をセットする。さらに、正方格子模様の平
板５を置く。セオドライト４の位置がワールド座標系の
原点となる。
ように第１のカメラ１及び第２のカメラ２及びセオドラ
イト４の位置をセットする。さらに、正方格子模様の平
板５を置く。セオドライト４の位置がワールド座標系の
原点となる。
【００６８】次に、ステップＳ２でセオドライト４によ
り、正方格子模様の位置（ワールド座標を基準とした３
次元位置）を測定する。この測定方法は、図５及び
（１）式〜（４）式を用いて説明したとおりである。こ
の測定結果は、入力装置１３により入力され、信号処理
装置１４へと供給される。
り、正方格子模様の位置（ワールド座標を基準とした３
次元位置）を測定する。この測定方法は、図５及び
（１）式〜（４）式を用いて説明したとおりである。こ
の測定結果は、入力装置１３により入力され、信号処理
装置１４へと供給される。
【００６９】次に、ステップＳ３で、第１のカメラ１及
び第２のカメラ２により撮影を行う。撮影された結果で
ある画像データは、信号処理装置１４に送られる。そし
て、各カメラのスクリーン上で、正方格子模様が投影さ
れている位置についてのみ、信号処理装置１４で、以下
の処理を行う。
び第２のカメラ２により撮影を行う。撮影された結果で
ある画像データは、信号処理装置１４に送られる。そし
て、各カメラのスクリーン上で、正方格子模様が投影さ
れている位置についてのみ、信号処理装置１４で、以下
の処理を行う。
【００７０】すなわち、「スクリーン上のある位置」に
投影されている「正方格子模様の位置（ワールド座標系
における位置）」を調べ、その「正方格子模様の位置」
を、その「スクリーン上の位置」に対応する３次元上の
位置として登録しておく。
投影されている「正方格子模様の位置（ワールド座標系
における位置）」を調べ、その「正方格子模様の位置」
を、その「スクリーン上の位置」に対応する３次元上の
位置として登録しておく。
【００７１】次に、ステップＳ４で各「スクリーン上の
位置」には、二つ以上の「正方格子模様の位置」が登録
されているかを、信号処理装置１４において調べる。も
し、登録されていない場合には、ステップＳ５に進む。
登録されている場合には、ステップＳ６に進む。
位置」には、二つ以上の「正方格子模様の位置」が登録
されているかを、信号処理装置１４において調べる。も
し、登録されていない場合には、ステップＳ５に進む。
登録されている場合には、ステップＳ６に進む。
【００７２】ステップＳ５では、一つしか登録されてい
ない、或いは、何も登録されていない「スクリーン上の
位置」に正方格子模様が投影されるように平板を動か
す。そして、ステップＳ２に戻る。
ない、或いは、何も登録されていない「スクリーン上の
位置」に正方格子模様が投影されるように平板を動か
す。そして、ステップＳ２に戻る。
【００７３】ステップＳ６に進む段階においては、各
「スクリーン上の位置」には、二つ以上の「正方格子模
様の位置（ワールド座標系における位置）」が登録され
ている。ステップＳ６では、登録されている「正方格子
模様の位置（ワールド座標系における位置）」を通る３
次元空間上の直線を、信号処理装置１４において求め
る。そして、この直線を、その「スクリーン上の位置」
に対応する直線として、メモリ１５に記憶させる。
「スクリーン上の位置」には、二つ以上の「正方格子模
様の位置（ワールド座標系における位置）」が登録され
ている。ステップＳ６では、登録されている「正方格子
模様の位置（ワールド座標系における位置）」を通る３
次元空間上の直線を、信号処理装置１４において求め
る。そして、この直線を、その「スクリーン上の位置」
に対応する直線として、メモリ１５に記憶させる。
【００７４】このメモリ１５に記憶された直線は、物体
を撮像する撮像装置から得られる２次元画像から、前記
物体の３次元空間における位置情報を求めるための前記
撮像装置のキャリブレーション用データである。
を撮像する撮像装置から得られる２次元画像から、前記
物体の３次元空間における位置情報を求めるための前記
撮像装置のキャリブレーション用データである。
【００７５】このキャリブレーション用データは、３次
元位置情報測定機により複数回測定された模様の描かれ
た基準物体の３次元位置情報を示すデータを受信し、上
記撮像装置により複数回撮影された上記模様を示す画像
データを受信し、上記両データに基づいたキャリブレー
ション用データ生成方法により生成されると言い換える
こともできる。
元位置情報測定機により複数回測定された模様の描かれ
た基準物体の３次元位置情報を示すデータを受信し、上
記撮像装置により複数回撮影された上記模様を示す画像
データを受信し、上記両データに基づいたキャリブレー
ション用データ生成方法により生成されると言い換える
こともできる。
【００７６】以上で、キャリブレーションは終わる。キ
ャリブレーションが終了した後、実際には、上記ステレ
オカメラで物体を撮影する。撮影された結果である画像
データは、信号処理装置１４に送られる。ある対象物体
が、第１のカメラのスクリーンのある位置と、第２のカ
メラのスクリーンのある位置に投影されたとする。この
とき、信号処理装置１４では、第１のカメラ１のスクリ
ーンのその位置と、第２のカメラ２のスクリーンのその
位置に対応する直線を、メモリ１５より読み出し、この
二つの直線の交点を信号処理装置１４において計算す
る。そして、この計算結果である３次元座標を、その対
象物体のワールド座標（３次元座標系）における位置と
して出力する。このようにして、キャリブレーションが
終了した後、ステレオカメラによる対象物体の立体視は
行われる。
ャリブレーションが終了した後、実際には、上記ステレ
オカメラで物体を撮影する。撮影された結果である画像
データは、信号処理装置１４に送られる。ある対象物体
が、第１のカメラのスクリーンのある位置と、第２のカ
メラのスクリーンのある位置に投影されたとする。この
とき、信号処理装置１４では、第１のカメラ１のスクリ
ーンのその位置と、第２のカメラ２のスクリーンのその
位置に対応する直線を、メモリ１５より読み出し、この
二つの直線の交点を信号処理装置１４において計算す
る。そして、この計算結果である３次元座標を、その対
象物体のワールド座標（３次元座標系）における位置と
して出力する。このようにして、キャリブレーションが
終了した後、ステレオカメラによる対象物体の立体視は
行われる。
【００７７】また、上記説明では、セオドライトを用い
て、正方格子模様の各点の位置を測定したが、別の測定
機としてトータルステーション等を使用して測定しても
よい。トータルステーションは、セオドライトと同様に
ある基準の座標系に対し、どちらの角度方向に物体があ
るかを測定できるだけでなく、その物体までの距離も測
定できる。したがって、正方格子模様上の各点までの方
向と距離が分かるので、各点の３次元上での位置が求ま
る。このようにトータルステーションをしようして、正
方格子模様の各点の位置を測定してもよい。
て、正方格子模様の各点の位置を測定したが、別の測定
機としてトータルステーション等を使用して測定しても
よい。トータルステーションは、セオドライトと同様に
ある基準の座標系に対し、どちらの角度方向に物体があ
るかを測定できるだけでなく、その物体までの距離も測
定できる。したがって、正方格子模様上の各点までの方
向と距離が分かるので、各点の３次元上での位置が求ま
る。このようにトータルステーションをしようして、正
方格子模様の各点の位置を測定してもよい。
【００７８】さらに、単体のカメラのキャリブレーショ
ンも、本発明を適用することで可能である。単体のカメ
ラのキャリブレーションとは、そのカメラのスクリーン
（ＣＣＤ面）上の各位置の映像は、ワールド座標系から
見てどちらの方角から来た光であるかを求めることであ
る。すなわち、ワールド座標系におけるある直線上に存
在する物体は全て、スクリーン上ある一点に投影される
が、このスクリーン上の点と直線との関係を求めること
が、単体のカメラのキャリブレーションである。この場
合、上記キャリブレーションしたい単体のカメラを第１
のカメラと考え、第１のカメラとして本発明のキャリブ
レーション装置に設置し、第２のカメラは設置せずに、
キャリブレーションを行う。これにより、第１のカメラ
のみのキャリブレーションを行うことができる。
ンも、本発明を適用することで可能である。単体のカメ
ラのキャリブレーションとは、そのカメラのスクリーン
（ＣＣＤ面）上の各位置の映像は、ワールド座標系から
見てどちらの方角から来た光であるかを求めることであ
る。すなわち、ワールド座標系におけるある直線上に存
在する物体は全て、スクリーン上ある一点に投影される
が、このスクリーン上の点と直線との関係を求めること
が、単体のカメラのキャリブレーションである。この場
合、上記キャリブレーションしたい単体のカメラを第１
のカメラと考え、第１のカメラとして本発明のキャリブ
レーション装置に設置し、第２のカメラは設置せずに、
キャリブレーションを行う。これにより、第１のカメラ
のみのキャリブレーションを行うことができる。
【００７９】
【発明の効果】本発明に係るキャリブレーション方法及
び装置は、撮像装置が物体を撮像する範囲の３次元空間
内で設置替えされる基準物体上に描かれた模様の、少な
くとも２ヶ所の設置場所での３次元座標位置と、上記撮
像装置が上記基準物体上の上記模様を撮像して得た画像
データとに基づいて、上記撮像装置のキャリブレーショ
ンを行うので、精密作成が可能な程度の大きさの正方格
子模様が描かれた基準物体を用いて、精度の良いキャリ
ブレーションを行うことができる。
び装置は、撮像装置が物体を撮像する範囲の３次元空間
内で設置替えされる基準物体上に描かれた模様の、少な
くとも２ヶ所の設置場所での３次元座標位置と、上記撮
像装置が上記基準物体上の上記模様を撮像して得た画像
データとに基づいて、上記撮像装置のキャリブレーショ
ンを行うので、精密作成が可能な程度の大きさの正方格
子模様が描かれた基準物体を用いて、精度の良いキャリ
ブレーションを行うことができる。
【００８０】また、本発明に係るキャリブレーション用
データ生成方法は、３次元位置情報測定機により複数回
測定された模様の描かれた基準物体の３次元位置情報を
示すデータを受信し、上記撮像装置により複数回撮影さ
れた上記模様を示す画像データを受信し、上記両データ
に基づいて、上記撮像装置のスクリーンの各位置に投影
される３次元空間上のキャリブレーション用データを生
成するので、精密作成が可能な程度の大きさの正方格子
模様が描かれた基準物体を用いて、精度の良いキャリブ
レーション用データを生成できる。
データ生成方法は、３次元位置情報測定機により複数回
測定された模様の描かれた基準物体の３次元位置情報を
示すデータを受信し、上記撮像装置により複数回撮影さ
れた上記模様を示す画像データを受信し、上記両データ
に基づいて、上記撮像装置のスクリーンの各位置に投影
される３次元空間上のキャリブレーション用データを生
成するので、精密作成が可能な程度の大きさの正方格子
模様が描かれた基準物体を用いて、精度の良いキャリブ
レーション用データを生成できる。
【図１】本発明に係るキャリブレーション方法の実施の
形態を説明するための図である。
形態を説明するための図である。
【図２】上記図１に示した各構成部を用いて実行され
る、キャリブレーション方法の具体例を説明するための
図である。
る、キャリブレーション方法の具体例を説明するための
図である。
【図３】上記キャリブレーション方法の原理を説明する
ための図である。
ための図である。
【図４】上記キャリブレーション方法で用いるセオドラ
イトを説明するための図である。
イトを説明するための図である。
【図５】上記キャリブレーション方法においてセオドラ
イトを使用して正方格子模様の位置を測定する原理を説
明するための図である。
イトを使用して正方格子模様の位置を測定する原理を説
明するための図である。
【図６】本発明に係るキャリブレーション装置の実施の
形態のブロック図である。
形態のブロック図である。
【図７】上記図６に示した実施の形態の動作を説明する
ためのフローチャートである。
ためのフローチャートである。
【図８】従来のキャリブレーション装置の構成図であ
る。
る。
【図９】上記図８に示した従来のキャリブレーション装
置にてステレオカメラをスライドさせた様子を示す図で
ある。
置にてステレオカメラをスライドさせた様子を示す図で
ある。
【図１０】上記図９に示した図と等価な図である。
【図１１】従来のキャリブレーション装置におけるキャ
リブレーション方法の説明図である。
リブレーション方法の説明図である。
【図１２】キャリブレーションされたステレオカメラで
のステレオ視に関する説明図である。
のステレオ視に関する説明図である。
１ 第１のカメラ、２ 第２のカメラ、４ セオドライ
ト、５ 正方格子模様の描かれた平板、１３ 入力装
置、１４ 信号処理装置、１５ メモリ
ト、５ 正方格子模様の描かれた平板、１３ 入力装
置、１４ 信号処理装置、１５ メモリ
Claims (16)
- 【請求項１】 物体を撮像する撮像装置から得られる２
次元画像から、前記物体の３次元空間における位置情報
を求めるための前記撮像装置のキャリブレーションを行
うキャリブレーション方法において、 上記撮像装置が上記物体を撮像する範囲の３次元空間内
で設置替えされる基準物体上に描かれた模様の、少なく
とも２ヶ所の設置場所での３次元座標位置と、上記撮像
装置が上記基準物体上の上記模様を撮像して得た画像デ
ータとに基づいて、上記撮像装置のキャリブレーション
を行うことを特徴とするキャリブレーション方法。 - 【請求項２】 上記撮像装置のスクリーン上の各位置に
投影される上記模様の３次元座標位置を求めることで、
上記撮像装置のスクリーンの各位置に投影される３次元
空間上の点群を算出することを特徴とする請求項１記載
のキャリブレーション方法。 - 【請求項３】 上記基準物体には、正方格子模様が描か
れていることを特徴とする請求項１記載のキャリブレー
ション方法。 - 【請求項４】 上記３次元座標位置を測定する位置情報
測定機として、セオドライトを用いることを特徴とする
請求項１記載のキャリブレーション方法。 - 【請求項５】 上記３次元座標位置を測定する位置情報
測定機として、トータルステーションを用いることを特
徴とする請求項１記載のキャリブレーション方法。 - 【請求項６】 上記点群は、直線上の点の集合であるこ
とを特徴とする請求項２記載のキャリブレーション方
法。 - 【請求項７】 物体を撮像する撮像装置から得られる２
次元画像から、前記物体の３次元空間における位置情報
を求めるための前記撮像装置のキャリブレーションを行
うキャリブレーション装置において、 上記撮像装置が上記物体を撮像する範囲の３次元空間内
で設置替えされる模様の描かれた基準物体と、 上記基準物体上に描かれた模様の３次元座標位置を測定
する３次元位置情報測定手段とを備え、 上記基準物体が上記３次元空間内で配置替えされる少な
くとも２ヶ所での上記３次元位置情報測定手段による上
記模様の３次元座標位置と、上記撮像装置が上記基準物
体上の上記模様を撮像して得た画像データとに基づい
て、上記撮像装置のキャリブレーションを行うことを特
徴とするキャリブレーション装置。 - 【請求項８】 上記撮像装置のスクリーン上の各位置に
投影される上記模様の３次元座標位置を求めることで、
上記撮像装置のスクリーンの各位置に投影される３次元
空間上の点群を算出することを特徴とする請求項７記載
のキャリブレーション装置。 - 【請求項９】 上記基準物体には、正方格子模様が描か
れていることを特徴とする請求項７記載のキャリブレー
ション装置。 - 【請求項１０】 上記３次元位置情報測定手段は、セオ
ドライトであることを特徴とする請求項７記載のキャリ
ブレーション装置。 - 【請求項１１】 上記３次元位置情報測定手段は、トー
タルステーションであることを特徴とする請求項７記載
のキャリブレーション装置。 - 【請求項１２】 上記点群は、直線上の点の集合である
ことを特徴とする請求項８記載のキャリブレーション装
置。 - 【請求項１３】 物体を撮像する撮像装置から得られる
２次元画像から、前記物体の３次元空間における位置情
報を求めるための前記撮像装置のキャリブレーション用
データを生成するキャリブレーション用データ生成方法
において、 ３次元位置情報測定機により複数回測定された模様の描
かれた基準物体の３次元位置情報を示すデータを受信
し、上記撮像装置により複数回撮影された上記模様を示
す画像データを受信し、上記両データに基づいて、上記
撮像装置のスクリーンの各位置に投影される３次元空間
上のキャリブレーション用データを生成することを特徴
とするキャリブレーション用データ生成方法。 - 【請求項１４】 上記３次元位置情報測定機は、セオド
ライトであることを特徴とする請求項１３記載のキャリ
ブレーション用データ生成方法。 - 【請求項１５】 上記３次元位置情報測定機は、トータ
ルステーションであることを特徴とする請求項１３記載
のキャリブレーション用データ生成方法。 - 【請求項１６】 上記３次元空間上のキャリブレーショ
ン用データは、上記撮像装置のスクリーンの各位置に投
影される直線上の点の集合であることを特徴とする請求
項１３記載のキャリブレーション用データ生成方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28589697A JP3728900B2 (ja) | 1997-10-17 | 1997-10-17 | キャリブレーション方法及び装置、並びにキャリブレーション用データ生成方法 |
| US09/169,375 US6377701B1 (en) | 1997-10-17 | 1998-10-09 | Calibration method and device, device for generating calibration data and a method thereof, and information providing medium |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28589697A JP3728900B2 (ja) | 1997-10-17 | 1997-10-17 | キャリブレーション方法及び装置、並びにキャリブレーション用データ生成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11118425A true JPH11118425A (ja) | 1999-04-30 |
| JP3728900B2 JP3728900B2 (ja) | 2005-12-21 |
Family
ID=17697431
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28589697A Expired - Fee Related JP3728900B2 (ja) | 1997-10-17 | 1997-10-17 | キャリブレーション方法及び装置、並びにキャリブレーション用データ生成方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6377701B1 (ja) |
| JP (1) | JP3728900B2 (ja) |
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| CN110062152A (zh) * | 2018-01-18 | 2019-07-26 | 钰立微电子股份有限公司 | 校正相机的系统 |
| WO2020105697A1 (ja) * | 2018-11-22 | 2020-05-28 | 国立大学法人東京大学 | モーションキャプチャ・カメラシステム及びキャリブレーション方法 |
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| CN100357702C (zh) * | 2005-07-12 | 2007-12-26 | 北京航空航天大学 | 一种三维视觉现场测量量值传递方法及装置 |
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| CN101799271B (zh) * | 2010-04-01 | 2011-08-17 | 哈尔滨工业大学 | 大视场条件下获得摄像机标定点的方法 |
| DE102012008905A1 (de) | 2012-05-08 | 2013-11-14 | Airbus Operations Gmbh | Optische Messvorrichtung und Verschiebeeinrichtung und optisches Messverfahren |
| CN102779340B (zh) * | 2012-06-12 | 2014-12-10 | 华中科技大学 | 一种基于Delaunay三角剖分的特征点坐标自动对应方法 |
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- 1998-10-09 US US09/169,375 patent/US6377701B1/en not_active Expired - Fee Related
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