JPH11190611A - ３次元計測方法およびその方法を用いた３次元計測処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 撮像位置の変位が３次元計測結果に及ぼした
影響を、高精度に補正して、対象物の認識精度を向上す
る。 【解決手段】 各カメラ１ａ，１ｂは、光軸が平行かつ
撮像面が同一平面上に設定される。制御装置２は、各カ
メラ１ａ，１ｂからの画像を取り込んで、それぞれ空間
内の各物点について、所定の空間位置を原点とする観測
領域における３次元座標を算出する。この計測処理に先
立ち、制御装置２は、各入力画像上で、前記観測領域に
おける座標が既知の複数の物点の像点を抽出し、これら
各像点の抽出位置の２次元座標により得られた３次元座
標と前記既知の空間位置とを用いて、撮像位置の変位に
より３次元座標の算出値に生じた誤差を補正するための
パラメータを算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、所定の対象物に対す
る観測処理を実施するための画像処理方法および装置に
関連するもので、特に、ある空間位置を原点とする観測
空間に対し、複数の撮像手段を所定の位置関係をもって
配置して、各撮像手段からの画像を用いて対象物の３次
元認識処理を実施するための画像処理方法および装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】道路を走行する車輌や所定の出入り口を
通過する人間などの対象物を精度良く認識するための方
法として、複数台のテレビカメラを観測領域に向けて配
置し、各カメラにより得られた画像を取り込んで対象物
の３次元形状を認識する装置が開発されている。

【０００３】この種の認識処理を行う場合、あらかじめ
実際の空間において所定の位置を原点とする空間座標系
（ここではこれを「観測空間」という）を設定してお
き、対象物の構成点（以下これを「物点」という）につ
いて、この観測空間における３次元座標を算出するよう
にしている。この３次元座標の算出処理は、具体的に
は、各画像間で、同じ物点を表す像点を対応づけした
後、これら対応する像点の２次元座標を三角測量の原理
にあてはめて、カメラの位置関係により特定される空間
座標系（一般に「ステレオ座標系」と言われる）におけ
る特徴点の３次元座標を算出した後、さらにこのステレ
オ座標を前記空間座標系における３次元座標に変換する
ことにより行われるものである。

【０００４】図１２は、前記観測空間と各カメラの位置
関係を示す。この図示例は、焦点距離の等しい２台のカ
メラを縦並びにして配備したものであり、図中、ＸＹＺ
により表される空間座標系は前記した観測空間を、ｘ_c
ｙ_cｚ_c は下側のカメラの撮像中心点を原点とするカメ
ラ座標系を、それぞれ示す。この場合、各カメラが、撮
像面Ｉ_U ，Ｉ_L を同一平面上に位置させ、かつ各光軸を
平行に配備されているものとすると、各カメラのカメラ
座標系の各軸は図示しないステレオ座標系の各軸に平行
となる。また空間内の所定の特徴点を表す像点は、各画
像上において、ｘ軸に垂直な直線上に出現する。

【０００５】いま各カメラの焦点距離をＦ，カメラ間の
基線長をＢとおき、また所定の特徴点の各撮像面Ｉ_U ，
Ｉ_L における像点の座標を、それぞれ（ｘ，ｙ_U ）
（ｘ，ｙ_L ）とすると、これら像点に対応する特徴点の
カメラ座標（ｘ_c ，ｙ_c ，ｚ_c ）は、つぎの（１）〜
（３）式により与えられる。

【０００６】

【数１】

【０００７】

【数２】

【０００８】

【数３】

【０００９】さらに上記カメラ座標（ｘ_c ，ｙ_c ，
ｚ_c ）はつぎの（４）式により空間座標系の３次元座標
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に変換される。ただし（４）式におい
て、θは各カメラの俯角を、Ｈは下側のカメラの設置高
さを、それぞれ示す。またψは撮像面Ｉ_L のＺ軸に対す
る回転角である。

【００１０】

【数４】

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところがカメラの支持
部材が揺らぐなどして撮像位置が変位すると、前記カメ
ラ座標系にずれが生じ、その結果、最終の（４）式によ
り算出される３次元座標値は、上記のＸＹＺ系とは異な
る空間座標系の座標を表すものとなる。このため３次元
計測値の誤差が大きくなり、対象物の認識精度が悪くな
るという問題がある。

【００１２】このようなカメラの揺れによる誤計測に対
応するための従来の方法としては、特開平７−１１５５
８３号に記載されているように、複数個の特徴点の画像
上の動きを時系列的に追跡して各特徴点の動きベクトル
を検出し、その動きベクトルとは逆の方向に２次元画像
を移動することにより、画像を補正する方法が存在す
る。しかしながら２次元画像上の像点の動きベクトル
は、特徴点の空間位置によって異なるため、このような
方法を上記した３次元計測処理にあてはめても、空間内
のカメラの変位量に応じた補正を行うことは困難であ
る。

【００１３】この発明は上記問題点に着目してなされた
もので、空間位置が既知の複数個の物点を用いて撮像位
置の変位により３次元座標の算出値に生じた誤差を補正
するためのパラメータを算出することにより、撮像位置
の変位が３次元計測結果に及ぼした影響を高精度に補正
して、対象物の認識処理を向上することを技術課題とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１，２の発明は、
ある空間位置を原点とする観測空間に対し、複数の撮像
手段を所定の位置関係をもって配置して、前記観測空間
内に位置する物点の３次元座標を、各撮像手段からの画
像上におけるその物点の像点の２次元座標、および各撮
像手段と観測空間との位置関係を用いて算出する方法に
関する。請求項１の発明は、各画像上でそれぞれ空間位
置が既知の複数個の物点の像点を抽出して、各像点の抽
出位置および前記各撮像手段と観測空間との位置関係を
用いて各物点の３次元座標を算出した後、さらにこの算
出値と前記既知の空間位置とを用いて、撮像位置の変位
により３次元座標の算出値に生じた誤差を補正するため
のパラメータを算出し、前記空間位置が既知の各物点と
は異なる位置にある空間位置が未知の物点について、算
出された３次元座標を、前記パラメータを用いて補正す
ることを特徴とする。

【００１５】請求項２の発明では、前記空間位置が既知
の物点の像点を、各画像上に前記物点およびその近傍位
置の特徴を表すモデル画像を走査して、このモデル画像
に類似する画像領域を抽出することにより抽出するよう
にしている。

【００１６】請求項３以下の発明は、上記３次元計測方
法を実施するための装置に関し、請求項３の発明にかか
る３次元計測処理装置は、空間位置が既知の複数個の物
点について、それぞれ各入力画像上の対応する像点を抽
出する特徴点抽出手段と、前記各画像上の像点の抽出位
置の２次元座標および前記各撮像手段と観測空間との位
置関係を用いて各物点の３次元座標を算出した後、この
算出値と前記既知の空間位置とを用いて、撮像位置の変
位により３次元座標の算出値に生じた誤差を補正するた
めのパラメータを算出するパラメータ算出手段と、前記
空間位置が既知の各物点とは異なる位置にある空間位置
が未知の物点について、算出された３次元座標を、前記
パラメータを用いて補正する補正手段とを備えている。

【００１７】請求項４の発明にかかる３次元計測処理装
置では、前記パラメータ算出手段を、前記空間位置が既
知のいずれかの物点について、前記３次元座標の算出値
の既知の空間位置に対するずれが所定のしきい値を上回
るとき、その物点を前記パラメータの算出処理用から除
外するように構成する。

【００１８】請求項５の発明にかかる３次元計測処理装
置は、空間位置が既知の複数個の物点について、それぞ
れその物点およびその近傍位置の特徴を表すモデル画像
を記憶するモデルメモリと、各入力画像上にそれぞれ物
点毎のモデル画像を順次走査して、各物点の像点を抽出
する特徴点抽出手段とを具備するほか、請求項３と同様
のパラメータ算出手段、補正手段を備えて成るものであ
る。

【００１９】請求項６の発明にかかる３次元計測処理装
置では、前記モデルメモリは、前記空間位置が既知の各
物点について、それぞれ撮像位置が変位していない条件
下で得られる画像上の像点の位置を、前記モデル画像の
基準位置として記憶しており、前記特徴点抽出手段は、
各モデル画像を、それぞれその基準位置の近傍位置より
所定の画像領域の範囲内に走査して、各像点を抽出する
ように構成される。

【００２０】請求項７の発明にかかる３次元計測処理装
置は、請求項５の構成に加え、さらに前記空間位置が既
知の各物点について、前記３次元座標の算出値と既知の
空間位置との距離が所定のしきい値以下であったとき、
各物点の像点の抽出位置の画像データによりモデル画像
を更新するモデル画像更新手段を具備する。

【００２１】

【作用】空間位置が既知の物点について、各撮像手段か
らの画像上の像点の座標および各撮像手段と観測空間と
の位置関係を用いて３次元座標を算出し、その算出結果
を前記既知の空間位置と比較した場合、各撮像手段と観
測空間との関係が変わらなければ、両者は一致するはず
である。一方、撮像位置が初期の配置位置より変位して
カメラ座標にずれが生じている場合には、前記３次元座
標の算出値には、このずれ量に応じた誤差が生じる。し
たがって空間座標が既知の複数個の物点の３次元座標の
算出値と既知の空間位置とを用いて、撮像位置の変位に
より３次元座標の算出値に生じた誤差を補正するための
パラメータを算出し、空間位置が未知の物点について算
出された３次元座標を、このパラメータを用いて補正す
ることにより、撮像位置の変位による誤計測を精度よく
補正することができる。

【００２２】

【実施例】図１は、この発明を適用した駐車場観測装置
の概略構成および設置例を示す。この駐車場観測装置
は、所定大きさの枠毎に区切られた駐車エリア４を観測
して各車輌枠内の車輌の駐車状況を判別するためのもの
で、駐車エリア４の近傍位置に配備された支柱３に、２
台のテレビカメラ１ａ，１ｂと制御装置２とを取り付け
て構成される。

【００２３】各テレビカメラ１ａ，１ｂ（以下単に「カ
メラ１ａ，１ｂ」という）は、等しい焦点距離を有する
もので、前記した図１２に示した関係、すなわち各撮像
面が同一平面上に位置し、かつ各光軸が平行になる関係
をもって、縦並びに配備され、駐車エリア４を斜め上方
から撮像する。

【００２４】なおこの実施例の各カメラ１ａ，１ｂは、
濃淡画像生成用のものであるが、これに限らず、カラー
画像用のカメラが導入された場合も、以下に示すのと同
様の処理を実施することが可能である。

【００２５】図２は、いずれか一方のカメラ（例えば下
側のカメラ１ｂ）により撮像された画像を示すもので、
前記駐車エリア４やその近傍の照明灯５（図１に示す）
の画像が生成されている。

【００２６】制御装置２は、各カメラ１ａ，１ｂからの
画像を取り込んで、各画像上の車輌などを示す特徴点を
抽出した後、画像間で空間内の同じ物点を表す特徴点同
士を対応づけし、対応する各点毎に前記（１）〜（４）
式による３次元座標の算出処理を実施する。こうして各
車輌の物点の３次元座標が算出され、各駐車枠に車輌が
存在するか否かが認識されるもので、認識結果は、図示
しない管理センターなどに適宜伝送される。

【００２７】この実施例では、下側のカメラ１ｂのカメ
ラ座標の原点から地面に下した垂線の足を原点Ｏとする
観測領域を設定しており、前記（１）〜（４）式に示し
た各種パラメータＦ，Ｂ，Ｈ，θ，ψは、既知の値とし
て、制御装置２内部のメモリに記憶されている。したが
って各カメラ１ａ，１ｂの設置位置が初期の配置位置か
らずれていなければ、画像間での特徴点の対応づけに誤
りがない限り、各物点の３次元座標を精度良く算出する
ことができる。

【００２８】しかしながら図３に示すように、風の影響
を受けるなどして支柱３が揺らぐと、各カメラ１ａ，１
ｂの設置位置も変位し、生成される画像は、図４に示す
ように、各特徴点の結像位置にずれが生じたものとな
る。またこの変位によりカメラ座標系と観測空間との位
置関係が変動するため、前記（１）〜（４）式により算
出された３次元座標は、実際の観測空間とは異なる空間
座標系の座標位置を示すものとなる。

【００２９】図５は、撮像位置の変位にともなう座標系
の変動例を示す。図中、ＸＹＺで表す空間座標系は本来
の観測空間を示し、ｘ_c ｙ_c ｚ_c で示す空間座標系は、
各カメラ１ａ，１ｂの設置位置が変位していない状態下
でのカメラ１ｂのカメラ座標を示す。さらにｘ_c ´ｙ_c
´ｚ_c ´で表す空間座標系は、支柱３の揺らぎにより各
カメラ１ａ，１ｂの設置位置が変位したときのカメラ１
ｂのカメラ座標系であって、この場合に、変位前と同じ
パラメータ値を用いて３次元座標を算出すると、得られ
た座標は、図中のＸ´Ｙ´Ｚ´で示す空間座標系におけ
る座標を示すものとなる（以下このＸ´Ｙ´Ｚ´による
空間座標系を「疑似観測空間」という）。

【００３０】この実施例の制御装置２は、このような撮
像位置の変位による誤計測を防止するために、各カメラ
１ａ，１ｂから画像を取り込む毎に、本来の観測空間に
対する疑似観測空間のずれを示すパラメータを算出し、
各特徴点の３次元計測結果を、このパラメータの算出値
を用いて補正するようにしている（以下このパラメータ
を「補正用パラメータ」という）。

【００３１】図５に示した各座標系の関係において、撮
像位置の変位による疑似観測空間のＸ´Ｙ´Ｚ´軸が、
本来の観測領域のＸ，Ｙ，Ｚ軸に対し、それぞれ角度
α，β，γだけ回転しており、かつ原点Ｏ´が原点Ｏに
対し、Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸方向にｔ₁ ，ｔ₂ ，ｔ₃ だけ移
動しているものとする。このとき所定の物点について疑
似観測空間内で３次元座標（Ｘ´，Ｙ´，Ｚ´）が算出
されると、この物点の本来の観測空間における３次元座
標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、つぎの（５）式により与えられ
る。

【００３２】

【数５】

【００３３】この（５）式中の９個の未知数ｓｉｎα，
ｃｏｓα，ｓｉｎβ，ｃｏｓβ，ｓｉｎγ，ｃｏｓγ，
ｔ₁ ，ｔ₂ ，ｔ₃ が前記した補正用パラメータにあたる
もので、これらパラメータを求めるには、観測領域、疑
似観測領域の双方の座標系における座標位置が判明して
いる点であって、このうち少なくとも１点は同じ平面上
に位置しない点が、３点以上必要となる。したがって、
本来の観測空間内の座標が判明している３点以上の物点
（うち１点は異なる平面上に位置する必要がある）につ
いて、それぞれ各入力画像上の像点を抽出して疑似観測
空間における３次元座標を求めた後、この算出結果と前
記既知の空間座標とを（５）式に代入することにより、
各パラメータを算出することが可能となるのである。

【００３４】なおこの実施例のように、カメラ１ａ，１
ｂの支持部材として支柱が用いられている場合には、支
柱のねじれまで考慮に入れる必要はないので、Ｙ軸方向
の回転角度βは０と考えられ、実質的なパラメータを７
個とすることができる。

【００３５】図６は、前記制御装置２の構成を示すもの
で、各カメラ１ａ，１ｂに対応する画像入力部６ａ，６
ｂ，特徴点抽出部７ａ，７ｂ，モデルメモリ８ａ，８ｂ
を具備するほか、３次元計測部９，パラメータ算出部１
０，補正処理部１１，出力部１２などを構成として備え
ている。なおこの構成のうち、画像入力部６ａ，６ｂ，
モデルメモリ８ａ，８ｂを除く各部は、実際には、各部
の処理を実施するためのアルゴリズムをコンピュータの
ＣＰＵに与えることにより実現するものである。

【００３６】各画像入力部６ａ，６ｂは、それぞれカメ
ラ１ａ，１ｂから入力されたアナログ量の画像データを
ディジタル量に変換するためのＡ／Ｄ変換回路などを具
備するもので、変換処理後の各画像データは、それぞれ
図示しない画像メモリ内に格納される。特徴点抽出部７
ａ，７ｂは、それぞれの入力画像に対し、前記した補正
パラメータの算出処理や３次元計測処理を行うための特
徴点を抽出するためのものである。

【００３７】通常の計測処理時には、各入力画像上でエ
ッジなどの特徴点が抽出された後、３次元計測部９にお
いて各特徴点が画像間で対応づけられ、前記（１）〜
（４）式による３次元座標の算出処理が行われる。算出
された３次元座標は、後段の補正処理部１１により補正
された後、出力部１２により外部に出力される。

【００３８】この制御装置２では、前記した計測処理に
先立ち、観測空間内の位置が既知である複数の物点の像
点位置により算出される３次元座標と前記既知の３次元
座標とを用いて、補正用パラメータを算出するようにし
ている。この処理に用いる物点としては、駐車エリアの
枠線の交点など、各入力画像上で特定しやすい点であっ
て、車輌などにより隠される可能性の低い任意の物点
が、複数個（少なくとも３個）採用される。なお前記し
たように、これら物点のうちの少なくとも１個は、他の
物点と異なる平面上に位置する必要がある。なお以下の
説明では、これら補正用パラメータの算出処理用に採用
された各物点を「代表点」と呼び、各画像上での代表点
の像点を「代表特徴点」と呼ぶものとする。

【００３９】前記モデルメモリ８ａ，８ｂは、各代表点
について、その点および近傍位置の特徴を表すモデル画
像を記憶する。このモデル画像は、あらかじめ撮像位置
が変位していない状態下で得られた画像上で、各代表特
徴点毎に、その点を中心とする所定大きさの画像領域内
の画像データを切り出して得られたものである。この切
出し位置を示す座標データは、そのモデル画像の基準位
置として設定されるもので、各モデル画像に対応づけた
形でモデルメモリ８ａ，８ｂ内に記憶される。

【００４０】補正用パラメータを算出する際には、各特
徴点抽出部７ａ，７ｂは、対応する入力画像上に各モデ
ル画像を走査して、各走査位置毎に、例えば正規化相互
相関演算を実施して、画像上でモデル画像に最も類似す
る画像領域を抽出し、その画像領域の中心点を代表特徴
点として特定する。なおこの実施例では、代表特徴点を
短時間で精度良く抽出できるように、各モデル画像を前
記基準位置の近傍位置から所定大きさの画像領域内に走
査するようにしている。

【００４１】図７は、入力画像上で代表特徴点を抽出し
た例を示す。この例は、駐車エリアの枠線のうち、撮像
位置寄りの線上に現れる枠線の交点と、照明灯用ポール
の突出部上の物点が代表点として採用されたもので、各
代表点毎に、設定されたモデル画像に類似する画像領域
（図中、点線の領域で示す）内の中心点（図中●印で示
す）が代表特徴点として抽出されている。

【００４２】なおここでは実際の空間内のある特徴をも
った物点を代表点としているが、これに代えて、あらか
じめ空間内の複数位置に所定形状のキャリブレーション
ワークを設置して、代表点を位置決めしてもよい。

【００４３】また代表特徴点の抽出処理は、必ずしも濃
淡画像上で行う必要はなく、入力画像上のエッジを抽出
して、生成されたエッジ画像上に２値のモデル画像を走
査して相関演算を行うようにしてもよい。この場合、エ
ッジ画像から車輌認識処理のための特徴点を抽出するこ
ともできるので、効率の良い処理が実施できるというメ
リットがある。

【００４４】さらに前記した駐車枠の交点やキャリブレ
ーションワークのように、各代表点近傍の特徴が同様の
パターンをとる場合、各代表点毎に共通のモデル画像を
設定してこれを画像上に走査し、各代表特徴点を順に抽
出するようにしてもよい。

【００４５】図８（１）は、前記駐車枠の交点にかかる
共通のモデル画像を拡大して示し、図８（２）は、この
共通のモデル画像を用いて入力画像上で各代表特徴点を
抽出した例を示す。このように共通のモデル画像を用い
て複数の代表特徴点を抽出することにより、処理速度を
短縮でき、またモデルメモリ８ａ，８ｂの容量を減らす
ことができる。

【００４６】このようにして抽出された代表特徴点の２
次元座標は、３次元計測部９に与えられ、前記（１）〜
（４）式に基づき、各代表点毎の３次元座標が算出され
る。パラメータ算出部１０は、内部メモリより各代表点
に対応する既知の３次元座標を読み出して前記算出値と
比較し、両者が一致していない場合には、各座標を前記
（５）式に代入して各補正用パラメータを算出する。算
出された各パラメータは、補正処理部１１に与えられ、
以下の計測処理時の３次元座標の補正処理に用いられ
る。

【００４７】なお補正用パラメータの算出精度を向上さ
せるためには、空間位置が既知の物点を多数指定し、こ
れらの点について、３次元座標の算出値と既知の空間座
標とを（５）式に代入して、最小二乗法などによりパラ
メータを算出するのが望ましい。

【００４８】また各入力画像上で代表特徴点を抽出する
場合、駐車エリアに車輌が出入りするなどしてある代表
特徴点が消失すると、誤って別の点を代表特徴点として
抽出する虞がある。この問題に対処するには、モデル画
像の走査範囲において所定のしきい値以上の相関値が得
られなかった場合には、その代表点をパラメータ算出処
理の対象からはずすという方法をとるのが、有効であ
る。

【００４９】また代表特徴点の抽出の誤りなどにより、
各画像間で同じ代表点にかかる代表特徴点を対応づけら
れなかった場合、３次元座標の算出値に誤差が生じ、算
出値と既知の座標との間に撮像位置の変位によるずれ以
上の差違が発生することも考えられる。この問題につい
ては、補正パラメータの算出処理に先立ち、つぎの
（６）式を用いて、既知の空間座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対
する３次元座標の算出値（Ｘ´，Ｙ´，Ｚ´）のずれ率
Ｐを求め、所定のしきい値を越えるずれ量が算出された
代表点を、パラメータ算出処理の対象からはずすように
すればよい。

【００５０】

【数６】

【００５１】図９は、前記制御装置２における手順の概
略を示す。まずステップ１では、各カメラ１ａ，１ｂか
らの画像が画像入力部６ａ，６ｂに入力され、Ａ／Ｄ変
換処理された後、画像メモリへと格納される。つぎのス
テップ２で、各特徴点抽出部７ａ，７ｂが、各入力画像
上にモデル画像を走査して代表特徴点を抽出すると、続
くステップ３で、３次元計測部９は、対応する代表特徴
点の組毎に（１）〜（４）式を実行し、各代表点の３次
元座標を算出する。

【００５２】この３次元座標の算出値は補正処理部１１
へと与えられ、各代表点の既知の３次元座標と比較され
る。この結果、両座標間に有意な差がなければ、両者は
等しいものと判定される。この場合は、ステップ４が
「ＹＥＳ」となって内部メモリにフラグがセットされる
などの処理がなされた後、ステップ６の３次元計測処理
へと移行する。

【００５３】一方、各代表点の算出された３次元座標と
既知の３次元座標との間に有意な差があれば、ステップ
４は「ＮＯ」となる。この場合は、ステップ５で、各座
標値が（５）式に代入されて補正用パラメータの算出が
行われた後、ステップ６の３次元計測処理へと移行す
る。

【００５４】ステップ６において、各入力画像上で特徴
点が抽出され、これら特徴点が画像間で対応づけられた
後、対応する特徴点の組毎に３次元座標が算出される。
このとき内部メモリにフラグがセットされていれば、補
正処理は行われずに、算出された３次元座標がそのまま
出力される。他方、フラグがセットされていない場合に
は、撮像位置は変位しているものとみなされ、各３次元
座標の算出値がパラメータ算出部１０により算出された
補正パラメータ値に基づき補正された後、出力される。

【００５５】図１０は、制御装置２の他の構成例を示
す。この実施例の制御装置２は、日照条件などの変化に
より各入力画像の輝度値が変化した場合にも、代表特徴
点を精度良く抽出できるように、前記図６の構成に加
え、モデルメモリ８ａ，８ｂ内のモデル画像を更新する
ためのモデル更新部１３を具備している。

【００５６】図１１は、制御装置２による処理手順の他
の例を示す。この処理では、各代表点について、各入力
画像上の代表特徴点の位置より求めた３次元座標が代表
点の既知の３次元座標に等しいと判断されたとき（ステ
ップ４が「ＹＥＳ」のとき）、前記モデル更新部１３に
より各入力画像上の代表特徴点が抽出された位置の画像
データを用いて各代表点のモデル画像を更新する（ステ
ップ７）。これにより撮像位置が変位しない間は、各画
像入力毎に直前の画像データから切り出されたモデル画
像を用いて代表特徴点が抽出されるので、外部環境によ
る輝度変化が生じても、代表特徴点を精度良く抽出する
ことができる。なおステップ１〜６の各手順は、図９と
同様であるので、詳細な説明は省略する。

【００５７】

【発明の効果】この発明は上記の如く、空間座標が既知
の複数個の物点の３次元座標の算出値と既知の空間位置
とを用いて、撮像位置の変位により３次元座標の算出値
に生じた誤差を補正するためのパラメータを算出し、空
間位置が未知の特徴点について算出された３次元座標
を、このパラメータを用いて補正するようにしたので、
撮像位置の変位による誤計測を精度よく補正することが
でき、撮像位置の変位にかかわらず、高精度の計測処理
を行うことができる。

【００５８】請求項４の発明では、空間位置が既知のい
ずれかの物点について、３次元座標の算出値の既知の空
間位置に対するずれが大きくなるとき、その物点をパラ
メータの算出処理用から除外するので、各物点の像点の
対応づけを誤るなどして、３次元座標の算出値と既知の
空間位置とのずれが撮像位置の変位分よりも大きくなっ
た場合も、その誤りの影響を受けずに、パラメータを精
度良く算出することができる。

【００５９】請求項２および５の発明では、空間位置が
既知の物点の像点を、各画像上に前記物点およびその近
傍位置の特徴を表すモデル画像を走査することにより抽
出するので、各像点を簡単かつ自動的に抽出することが
できる。

【００６０】請求項６の発明では、撮像位置が変位して
いない条件下での物点の像点の位置を基準として、前記
モデル画像をこの基準位置の近傍から所定の画像領域の
範囲内で走査するので、各像点を、短時間で精度良く抽
出することができる。

【００６１】請求項７の発明では、空間位置が既知の各
物点について、３次元座標の算出値と既知の空間位置と
の距離が所定のしきい値以下であったとき、各特徴点の
像点の抽出位置の画像データを用いてモデル画像を更新
するので、外部環境の変化により画像の輝度が変化した
場合にも、像点の抽出精度を維持することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかる駐車場観測装置の
構成および設置例を示す斜視図である。

【図２】入力画像の一例を示す説明図である。

【図３】図１の駐車場観測装置において、カメラ支持用
の支柱が揺らいだ状態を示す斜視図である。

【図４】図３の状態下で得られた入力画像を示す説明図
である。

【図５】撮像位置の変位にともなう座標系の変動例を示
す説明図である。

【図６】制御装置の構成を示すブロック図である。

【図７】代表特徴点の抽出例を示す説明図である。

【図８】共通のモデル画像、およびそのモデル画像を用
いて代表特徴点を抽出する例を示す説明図である。

【図９】図６の制御装置の処理手順を示すフローチャー
トである。

【図１０】制御装置の他の構成を示すブロック図であ
る。

【図１１】図１０の制御装置の処理手順を示すフローチ
ャートである。

【図１２】観測空間とカメラ座標との関係を示す説明図
である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ カメラ ２ 制御装置 ７ａ，７ｂ 特徴点抽出部 ８ａ，８ｂ モデルメモリ ９ ３次元計測部 １０ パラメータ算出部 １１ 補正処理部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ある空間位置を原点とする観測空間に対
   し、複数の撮像手段を所定の位置関係をもって配置し
   て、前記観測空間内に位置する物点の３次元座標を、各
   撮像手段からの画像上におけるその物点の像点の２次元
   座標、および各撮像手段と観測空間との位置関係を用い
   て算出する方法において、 各画像上でそれぞれ空間位置が既知の複数個の物点の像
   点を抽出して、各像点の抽出位置および前記各撮像手段
   と観測空間との位置関係を用いて各物点の３次元座標を
   算出した後、さらにこの算出値と前記既知の空間位置と
   を用いて、撮像位置の変位により３次元座標の算出値に
   生じた誤差を補正するためのパラメータを算出し、 前記空間位置が既知の各物点とは異なる位置にある空間
   位置が未知の物点について、算出された３次元座標を、
   前記パラメータを用いて補正することを特徴とする３次
   元計測方法。
2. 【請求項２】 前記空間位置が既知の物点の像点は、各
   画像上に前記物点およびその近傍位置の特徴を表すモデ
   ル画像を走査して、このモデル画像に類似する画像領域
   を抽出することにより抽出される請求項１に記載された
   ３次元計測方法。
3. 【請求項３】 ある空間位置を原点とする観測空間に対
   し所定の位置関係をもって配置された複数個の撮像手段
   からの画像を入力して、前記観測空間内に位置する物点
   の３次元座標を、各画像上におけるその物点の像点の２
   次元座標、および各撮像手段と観測空間との位置関係を
   用いて算出する装置において、 空間位置が既知の複数個の物点について、それぞれ各入
   力画像上の対応する像点を抽出する特徴点抽出手段と、 前記各画像上の像点の抽出位置の２次元座標および前記
   各撮像手段と観測空間との位置関係を用いて各物点の３
   次元座標を算出した後、この算出値と前記既知の空間位
   置とを用いて、撮像位置の変位により３次元座標の算出
   値に生じた誤差を補正するためのパラメータを算出する
   パラメータ算出手段と、 前記空間位置が既知の各物点とは異なる位置にある空間
   位置が未知の物点について、算出された３次元座標を、
   前記パラメータを用いて補正する補正手段とを備えて成
   る３次元計測処理装置。
4. 【請求項４】 前記パラメータ算出手段は、前記空間位
   置が既知のいずれかの物点について、前記３次元座標の
   算出値の既知の空間位置に対するずれが所定のしきい値
   を上回るとき、その物点を前記パラメータの算出処理用
   から除外する請求項３に記載された３次元計測処理装
   置。
5. 【請求項５】 ある空間位置を原点とする観測空間に対
   し所定の位置関係をもって配置された複数個の撮像手段
   からの画像を入力して、前記観測空間内に位置する物点
   の３次元座標を、各画像上におけるその物点の像点の２
   次元座標、および各撮像手段と観測空間との位置関係を
   用いて算出する装置において、 空間位置が既知の複数個の物点について、それぞれその
   物点およびその近傍位置の特徴を表すモデル画像を記憶
   するモデルメモリと、 各入力画像上にそれぞれ物点毎のモデル画像を順次走査
   して、各物点の像点を抽出する特徴点抽出手段と、 前記各画像上の像点の抽出位置の２次元座標および前記
   各撮像手段と観測空間との位置関係を用いて各物点の３
   次元座標を算出した後、この算出値と前記既知の空間位
   置とを用いて、撮像位置の変位により３次元座標の算出
   値に生じた誤差を補正するためのパラメータを算出する
   パラメータ算出手段と、 前記空間位置が既知の各物点とは異なる位置にある空間
   位置が未知の特徴点について、算出された３次元座標
   を、前記パラメータを用いて補正する補正手段とを備え
   て成る３次元計測処理装置。
6. 【請求項６】 前記モデルメモリは、前記空間位置が既
   知の各物点について、それぞれ撮像位置が変位していな
   い条件下で得られる画像上の像点の位置を、前記モデル
   画像の基準位置として記憶しており、 前記特徴点抽出手段は、各モデル画像を、それぞれその
   基準位置の近傍位置より所定の画像領域の範囲内に走査
   して、各像点を抽出する請求項５に記載された３次元計
   測処理装置。
7. 【請求項７】 請求項５に記載された３次元計測処理装
   置において、 さらに前記空間位置が既知の各物点について、前記３次
   元座標の算出値と既知の空間位置との距離が所定のしき
   い値以下であったとき、各物点の像点の抽出位置の画像
   データによりモデル画像を更新するモデル画像更新手段
   を具備して成る３次元計測処理装置。