JPH1137735A - 画像原点計測法およびその記録媒体 - Google Patents
画像原点計測法およびその記録媒体Info
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- JPH1137735A JPH1137735A JP9198049A JP19804997A JPH1137735A JP H1137735 A JPH1137735 A JP H1137735A JP 9198049 A JP9198049 A JP 9198049A JP 19804997 A JP19804997 A JP 19804997A JP H1137735 A JPH1137735 A JP H1137735A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 画像を用いて３次元計測を行う際に重要とな
る画像原点に関してキャリブレーションを簡便かつ高精
度に行うための計測法を提供する。 【解決手段】 視覚センサの撮像面の一つの検証画素を
横切る任意の二線分の端点を観測点として対応点をディ
スプレイに描画する。この二線分組み合わせを変化させ
ながら、視覚センサによる対応点に関する観測情報と、
対応点の位置情報より当該視覚センサの投影中心を計算
する。次に、視覚センサの撮像面の全ての検証画素につ
いて行う。こうして得られた投影中心の標準偏差分布を
計算する。この標準偏差が最小値となる検証画素の座標
を画像原点として出力する。
る画像原点に関してキャリブレーションを簡便かつ高精
度に行うための計測法を提供する。 【解決手段】 視覚センサの撮像面の一つの検証画素を
横切る任意の二線分の端点を観測点として対応点をディ
スプレイに描画する。この二線分組み合わせを変化させ
ながら、視覚センサによる対応点に関する観測情報と、
対応点の位置情報より当該視覚センサの投影中心を計算
する。次に、視覚センサの撮像面の全ての検証画素につ
いて行う。こうして得られた投影中心の標準偏差分布を
計算する。この標準偏差が最小値となる検証画素の座標
を画像原点として出力する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、視覚センサを入力
手段として得た情報から、３次元計測行う上で重要とな
る当該視覚センサの画像原点を計測する方法に関するも
のである。
手段として得た情報から、３次元計測行う上で重要とな
る当該視覚センサの画像原点を計測する方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】一般にテレビカメラ等の中心投影方式の
視覚センサは、図１０に示すように画像全体にわたり１
点の投影中心ＯPを持つ。ここで、投影中心ＯPから画像
投影面に下ろした垂線の足ＯSを主点（Ｐｒｉｎｃｉｐ
ａｌ ｐｏｉｎｔ）と呼び、画像座標系（Ｕ，Ｖ）にお
ける「画像原点」とする。
視覚センサは、図１０に示すように画像全体にわたり１
点の投影中心ＯPを持つ。ここで、投影中心ＯPから画像
投影面に下ろした垂線の足ＯSを主点（Ｐｒｉｎｃｉｐ
ａｌ ｐｏｉｎｔ）と呼び、画像座標系（Ｕ，Ｖ）にお
ける「画像原点」とする。
【０００３】一般に視覚センサを用いて、３次元計測を
行なう場合、センサキャリブレーションが必要となる。
この時、求めなければならないパラメータは、視覚セン
サの焦点距離、歪、画像中心（画像原点）、および３次
元空間中（Ｘ，Ｙ，Ｚ）でのセンサ自身の位置および姿
勢である。この内、焦点距離、歪、画像中心はセンサ固
有の値であり内部パラメータと呼ぶ。３次元空間中での
センサ自身の位置および姿勢は、センサの設置に関する
値であり外部パラメータと呼ぶ。これまでに提案されて
いるカメラキャリブレーション手法は、一般的に、空間
中に配置された既知の試験対象を撮影し、予め設定した
カメラモデルに従ってカメラパラメータを間接的に推定
するものであった。しかしその場合、初期値の与え方、
特徴点の設定が解に影響し、信頼性を左右する問題が発
生する。また、各パラメータ間の誤差の振る舞いも明確
ではなく、評価関数の設定も注意を要する。よって、各
種パラメータを独立に求める事が望ましい。
行なう場合、センサキャリブレーションが必要となる。
この時、求めなければならないパラメータは、視覚セン
サの焦点距離、歪、画像中心（画像原点）、および３次
元空間中（Ｘ，Ｙ，Ｚ）でのセンサ自身の位置および姿
勢である。この内、焦点距離、歪、画像中心はセンサ固
有の値であり内部パラメータと呼ぶ。３次元空間中での
センサ自身の位置および姿勢は、センサの設置に関する
値であり外部パラメータと呼ぶ。これまでに提案されて
いるカメラキャリブレーション手法は、一般的に、空間
中に配置された既知の試験対象を撮影し、予め設定した
カメラモデルに従ってカメラパラメータを間接的に推定
するものであった。しかしその場合、初期値の与え方、
特徴点の設定が解に影響し、信頼性を左右する問題が発
生する。また、各パラメータ間の誤差の振る舞いも明確
ではなく、評価関数の設定も注意を要する。よって、各
種パラメータを独立に求める事が望ましい。
【０００４】独立に画像原点を求める方法としては、カ
メラに正対しない複数の平面上に存在する平行線の組よ
り、その消失点方向を計測し画像原点を求める方法が一
般的である。
メラに正対しない複数の平面上に存在する平行線の組よ
り、その消失点方向を計測し画像原点を求める方法が一
般的である。
【０００５】これとは別に、カメラに向かってレーザ光
を照射し、その反射を観測して画像原点を求める「ａｕ
ｔｏｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ ｌａｓｅｒ」という方法も
ある。
を照射し、その反射を観測して画像原点を求める「ａｕ
ｔｏｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ ｌａｓｅｒ」という方法も
ある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の一般的なカメラのキャリブレーション方法の場合で
は、初期値の与え方、特徴点の設定が解に影響し、信頼
性を左右する問題が発生する。また、各パラメータ間の
誤差の振る舞いも明確ではなく、評価関数の設定も注意
を要する。よって、各種パラメータを独立に求める事が
望ましいが計測装置に特殊な治具を用意する必要があっ
た。
来の一般的なカメラのキャリブレーション方法の場合で
は、初期値の与え方、特徴点の設定が解に影響し、信頼
性を左右する問題が発生する。また、各パラメータ間の
誤差の振る舞いも明確ではなく、評価関数の設定も注意
を要する。よって、各種パラメータを独立に求める事が
望ましいが計測装置に特殊な治具を用意する必要があっ
た。
【０００７】これに対し、独立に、カメラに正対しない
複数の平面上に存在する平行線の組より、その消失点方
向を計測し画像原点を求める上記従来の方法の場合で
は、画像全体にわたって歪は無視できる、あるいは十分
補正されているという条件が必要である。また、設定し
た平面の傾きは、予め高精度で計測しておく必要があ
り、測定にはある程渡の経験を要する。
複数の平面上に存在する平行線の組より、その消失点方
向を計測し画像原点を求める上記従来の方法の場合で
は、画像全体にわたって歪は無視できる、あるいは十分
補正されているという条件が必要である。また、設定し
た平面の傾きは、予め高精度で計測しておく必要があ
り、測定にはある程渡の経験を要する。
【０００８】また、カメラに向かってレーザ光を照射し
その反射を観測して画像原点を求める「ａｕｔｏｃｏｌ
ｌｉｍａｔｅｄ ｌａｓｅｒ」という方法では、センサ
デバイスそのものにダメージを与える危険性がある。
その反射を観測して画像原点を求める「ａｕｔｏｃｏｌ
ｌｉｍａｔｅｄ ｌａｓｅｒ」という方法では、センサ
デバイスそのものにダメージを与える危険性がある。
【０００９】本発明の課題は、画像を用いて３次元計測
を行う際に重要となる画像原点に関して簡便かつ高精度
なキャリブレーション手法を提供することにある。
を行う際に重要となる画像原点に関して簡便かつ高精度
なキャリブレーション手法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、以下の手段
（１）〜（６）により上記課題を解決する。
（１）〜（６）により上記課題を解決する。
【００１１】（１）空間中の任意の位置に移動可能な試
験対象と該試験対象の該空間中での位置を高精度に計測
可能な治具を設置して、計測対象である視覚センサで撮
影し、該視覚センサによる前記試験対象の観測結果より
前記空間中での該試験対象位置を移動させる第１の段階
と、前記視覚センサの観測情報と前記試験対象の位置情
報より該視覚センサの画像原点を推定計算する第２の段
階と、前記第１の段階と第２の段階とを１回または複数
回繰り返し、前記計算で得られた値の統計処理により画
像原点を決定する第３の段階と、を有することを特徴と
する画像原点計測法。
験対象と該試験対象の該空間中での位置を高精度に計測
可能な治具を設置して、計測対象である視覚センサで撮
影し、該視覚センサによる前記試験対象の観測結果より
前記空間中での該試験対象位置を移動させる第１の段階
と、前記視覚センサの観測情報と前記試験対象の位置情
報より該視覚センサの画像原点を推定計算する第２の段
階と、前記第１の段階と第２の段階とを１回または複数
回繰り返し、前記計算で得られた値の統計処理により画
像原点を決定する第３の段階と、を有することを特徴と
する画像原点計測法。
【００１２】（２）前記第１の段階では、前記視覚セン
サの撮像面の一つの検証画素を横切る任意の二線分の端
点を観測点として該観測点に対応する点に試験対象を移
動する第１の手順を有し、前記第２の段階では、該視覚
センサによる前記観測点に対応する点に関する観測情報
と、該観測点に対応する点の位置情報より該視覚センサ
の投影中心を計算する第２の手順を有し、前記第３の段
階では、該視覚センサの撮像面の全ての検証画素につい
て前記二線分の組み合わせを変化させて前記第１の手順
と第２の手順を１回または複数回繰り返す第３の手順
と、前記第３の手順で計算された投影中心の標準偏差分
布を計算する第４の手順と、前記標準偏差が最小値とな
る検証画素の座標を画像原点として出力する第５の手順
と、を有することを特徴とする画像原点計測法。
サの撮像面の一つの検証画素を横切る任意の二線分の端
点を観測点として該観測点に対応する点に試験対象を移
動する第１の手順を有し、前記第２の段階では、該視覚
センサによる前記観測点に対応する点に関する観測情報
と、該観測点に対応する点の位置情報より該視覚センサ
の投影中心を計算する第２の手順を有し、前記第３の段
階では、該視覚センサの撮像面の全ての検証画素につい
て前記二線分の組み合わせを変化させて前記第１の手順
と第２の手順を１回または複数回繰り返す第３の手順
と、前記第３の手順で計算された投影中心の標準偏差分
布を計算する第４の手順と、前記標準偏差が最小値とな
る検証画素の座標を画像原点として出力する第５の手順
と、を有することを特徴とする画像原点計測法。
【００１３】（３）前記第１の手順では、試験対象とし
て平面上任意座標を明滅可能な表示手段を用いて該観測
点に対応する点を表示し、前記第３の手順では、該観測
点に対応する点の表示を所定のピッチで移動することで
二線分の組み合わせを変化させることを特徴とする画像
原点計測法。
て平面上任意座標を明滅可能な表示手段を用いて該観測
点に対応する点を表示し、前記第３の手順では、該観測
点に対応する点の表示を所定のピッチで移動することで
二線分の組み合わせを変化させることを特徴とする画像
原点計測法。
【００１４】（４）前記第１の手順では、試験対象とし
て平面上任意座標を明滅可能な表示手段を用いて該観測
点に対応する点を表示し、前記第３の手順では、該ディ
スプレイの傾斜角を変化させることで二線分の組み合わ
せを変化させることを特徴とする画像原点計測法。
て平面上任意座標を明滅可能な表示手段を用いて該観測
点に対応する点を表示し、前記第３の手順では、該ディ
スプレイの傾斜角を変化させることで二線分の組み合わ
せを変化させることを特徴とする画像原点計測法。
【００１５】（５）前記第３の手順では、全検証画素に
ついての二線分の組み合わせを自動的に変化させること
を特徴とする画像原点計測法。
ついての二線分の組み合わせを自動的に変化させること
を特徴とする画像原点計測法。
【００１６】（６）上記（２），（３），（４），
（５）のいずれかの画像原点計測法における手順をコン
ピュータに実行させるプログラムを、該コンピュータが
読み取り可能な媒体に記録したことを特徴とする記録媒
体。
（５）のいずれかの画像原点計測法における手順をコン
ピュータに実行させるプログラムを、該コンピュータが
読み取り可能な媒体に記録したことを特徴とする記録媒
体。
【００１７】本発明では、任意位置に移動可能な試験対
象または、平面上任意座標を明滅可能な表示手段を具備
し、試験対象の位置座標と視覚センサの観測情報より試
験対象の位置または、平面上の明滅座標を更新し、画像
面上のあらゆる座標において画像原点を計測および検証
することにより、画像面上任意位置において画像原点の
計測および検証を可能とし、高精度な画像原点の計測を
簡便にできるようにする。また、試験対象の位置更新を
自動で行なえるようにして、予備知識のないユーザーに
も画像原点のキャリブレーションを簡便に行えるように
する。
象または、平面上任意座標を明滅可能な表示手段を具備
し、試験対象の位置座標と視覚センサの観測情報より試
験対象の位置または、平面上の明滅座標を更新し、画像
面上のあらゆる座標において画像原点を計測および検証
することにより、画像面上任意位置において画像原点の
計測および検証を可能とし、高精度な画像原点の計測を
簡便にできるようにする。また、試験対象の位置更新を
自動で行なえるようにして、予備知識のないユーザーに
も画像原点のキャリブレーションを簡便に行えるように
する。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を用いて詳細に説明する。
て図を用いて詳細に説明する。
【００１９】ＣＣＤカメラのキャリブレーションを例と
して、本発明の一実施形態例を示す。本実施形態例で
は、試験対象を液晶ディスプレイとし、計算手法として
本出願人による「特願平６−６０６５８号」を利用す
る。本実施形態例での計算手法は、以下に示す通りであ
る。
して、本発明の一実施形態例を示す。本実施形態例で
は、試験対象を液晶ディスプレイとし、計算手法として
本出願人による「特願平６−６０６５８号」を利用す
る。本実施形態例での計算手法は、以下に示す通りであ
る。
【００２０】図１は、本実施形態例における楕円錐投影
を説明する図である。まず、空間中において、投影中心
を頂点とし光軸を中心軸とする円錐を考える。図１中、
πSは撮像面であり、πLはディスプレイユニットの表示
部である。πSおよびπLは投影中心ＯPを頂点とする円
錐の切断面となり、その軌跡は円および楕円となる。理
想的なピンホールモデルのカメラであれば、撮像面側お
よびディスプレイユニット側での円錐は同一の頂角とな
るが、実際には歪の影響を受けるため必ずしも一致しな
い。よって本発明では、歪の主要因であるレンズ収差お
よびアスペクト差異を考慮するものとする。レンズ収差
は画像原点ＯSに対して半径方向に比例するものであ
り、円錐の頂角の差異となる。また、アスペクト差異の
影響はπLのＵ軸方向の伸縮として現われる。よって、
撮像面側の円錐は、ディスプレイユニット側では楕円錐
に変形する。以上の特性を踏まえて考えると「円錐の中
心軸は光軸である」ことのみが幾何学的な不変特徴であ
る。これは、光軸を含む任意の平面によって切断される
円錐断面で、光舳はＯPを頂点とする角の二等分線とな
ることを意味する。
を説明する図である。まず、空間中において、投影中心
を頂点とし光軸を中心軸とする円錐を考える。図１中、
πSは撮像面であり、πLはディスプレイユニットの表示
部である。πSおよびπLは投影中心ＯPを頂点とする円
錐の切断面となり、その軌跡は円および楕円となる。理
想的なピンホールモデルのカメラであれば、撮像面側お
よびディスプレイユニット側での円錐は同一の頂角とな
るが、実際には歪の影響を受けるため必ずしも一致しな
い。よって本発明では、歪の主要因であるレンズ収差お
よびアスペクト差異を考慮するものとする。レンズ収差
は画像原点ＯSに対して半径方向に比例するものであ
り、円錐の頂角の差異となる。また、アスペクト差異の
影響はπLのＵ軸方向の伸縮として現われる。よって、
撮像面側の円錐は、ディスプレイユニット側では楕円錐
に変形する。以上の特性を踏まえて考えると「円錐の中
心軸は光軸である」ことのみが幾何学的な不変特徴であ
る。これは、光軸を含む任意の平面によって切断される
円錐断面で、光舳はＯPを頂点とする角の二等分線とな
ることを意味する。
【００２１】ここで、何らかの方法により画像原点が定
まった場合を考える。撮像面上で画像原点を二等分点と
する線分の端点を求め、各々に対応するディスプレイユ
ニット上の点をＰL1およびＰL2とする。ＯP，ＰL1，Ｐ
L2を結ぶ三角形を考えると図２となる。ここで、π
Lは、ディスプレイユニット面、πPは光軸を含む任意の
平面、ＯLは光軸とディスプレイユニット面の交点であ
る。上記の幾何学特性より、光軸はＯPの角の二等分線
となる。ＯL，ＰL1，ＰL2は実測可能のパラメータであ
り、ＯPの位置およびπPの傾きは未知である。
まった場合を考える。撮像面上で画像原点を二等分点と
する線分の端点を求め、各々に対応するディスプレイユ
ニット上の点をＰL1およびＰL2とする。ＯP，ＰL1，Ｐ
L2を結ぶ三角形を考えると図２となる。ここで、π
Lは、ディスプレイユニット面、πPは光軸を含む任意の
平面、ＯLは光軸とディスプレイユニット面の交点であ
る。上記の幾何学特性より、光軸はＯPの角の二等分線
となる。ＯL，ＰL1，ＰL2は実測可能のパラメータであ
り、ＯPの位置およびπPの傾きは未知である。
【００２２】図３に示す三角形（ＡＢＣ）において、頂
点Ｃの角の二等分線の性質を考えると、この二等分線と
辺ＡＢの好転をＯとしてＡＣ：ＢＣ＝ＡＯ：ＢＯという
関係が成立するため、Ｃは（ｘaｘb／（ｘa＋ｘb），
０）を中心とし、半径ｒ＝ｘaｘb／（ｘa＋ｘb）のＡｐ
ｏｌｌｏｎｉｕｓ円となる。これを、三次元空間に適用
すると、図４に示すようにＯP位置（Ｃ位置）はＰ
L1（Ａ位置），ＰL2（Ｂ位置）の延長上に中心をもつ球
上に拘束できる。この球をＡｐｏｌｌｏｎｉｕｓ球と呼
ぶこととする。
点Ｃの角の二等分線の性質を考えると、この二等分線と
辺ＡＢの好転をＯとしてＡＣ：ＢＣ＝ＡＯ：ＢＯという
関係が成立するため、Ｃは（ｘaｘb／（ｘa＋ｘb），
０）を中心とし、半径ｒ＝ｘaｘb／（ｘa＋ｘb）のＡｐ
ｏｌｌｏｎｉｕｓ円となる。これを、三次元空間に適用
すると、図４に示すようにＯP位置（Ｃ位置）はＰ
L1（Ａ位置），ＰL2（Ｂ位置）の延長上に中心をもつ球
上に拘束できる。この球をＡｐｏｌｌｏｎｉｕｓ球と呼
ぶこととする。
【００２３】このＡｐｏｌｌｏｎｉｕｓ球はＯLを通る
二線分について求めると各々独立に決まり、図５に示す
二つの球ｇ1，ｇ2が設定できる。よって、ＯPの存在範
囲はｇ1，ｇ2の交線ＣP上となる。また光軸の存在領域
も、ＣPを含みπLに乗直な面をπPに限定できる。
二線分について求めると各々独立に決まり、図５に示す
二つの球ｇ1，ｇ2が設定できる。よって、ＯPの存在範
囲はｇ1，ｇ2の交線ＣP上となる。また光軸の存在領域
も、ＣPを含みπLに乗直な面をπPに限定できる。
【００２４】ｇ1，ｇ2の中心をＯg1（ｘ1，ｙ1），Ｏg2
（ｘ2，ｙ2）とするとＣPの中心ＯC（ｘ3，ｙ3）は以下
となる。
（ｘ2，ｙ2）とするとＣPの中心ＯC（ｘ3，ｙ3）は以下
となる。
【００２５】 ｘ3＝（ｙ2−ｙ1）（ｘ1ｙ2−ｘ2ｙ1）／｛（ｘ1−ｘ2）2＋（ｙ1−ｙ2）2｝ （１） ｙ3＝（ｘ1−ｘ2）（ｘ1ｙ2−ｘ2ｙ1）／｛（ｘ1−ｘ2）2＋（ｙ1−ｙ2）2｝ （２） 図６は、Ａｐｏｌｌｏｎｉｕｓ球を設定した二線分
ｌ1，ｌ2の交角θLと、そのπS上での見かけの角度θS
の関係を示したものである。
ｌ1，ｌ2の交角θLと、そのπS上での見かけの角度θS
の関係を示したものである。
【００２６】ここで、計算の簡略化のために見かけの角
度θSが９０°である場合を考える。πPとπLの交線を
ｌPとしｌ1，ｌPのなす角をθ1、ｌ2，ｌPのなす角をθ
2とすれば、 ｔａｎθ1＝（ｘ1ｙ3−ｘ3ｙ1）／（ｘ1ｘ3＋ｙ1ｙ3） （３） ｔａｎθ2＝（ｘ2ｙ3−ｘ3ｙ2）／（ｘ2ｘ3＋ｙ2ｙ3） （４） である。πP上においてｌPと光軸ｌOのなす角θPは θP＝ｓｉｎ-1（√（ｔａｎθ1ｔａｎθ2）） （５） として、一意に決まる。よってＯPの位置は ｘP＝２ｘ3ｃｏｓ2θP （６） ｙP＝２ｙ3ｃｏｓ2θP （７） ｚP＝２ｃｏｓθPｓｉｎθP√（ｘ3 2＋ｙ3 2） （８） で、与えられる座標となる（図７）。上記計算手法を図
８に示すフローチャートに従い、画像上全ての座標（画
素位置）について検証を行なう。
度θSが９０°である場合を考える。πPとπLの交線を
ｌPとしｌ1，ｌPのなす角をθ1、ｌ2，ｌPのなす角をθ
2とすれば、 ｔａｎθ1＝（ｘ1ｙ3−ｘ3ｙ1）／（ｘ1ｘ3＋ｙ1ｙ3） （３） ｔａｎθ2＝（ｘ2ｙ3−ｘ3ｙ2）／（ｘ2ｘ3＋ｙ2ｙ3） （４） である。πP上においてｌPと光軸ｌOのなす角θPは θP＝ｓｉｎ-1（√（ｔａｎθ1ｔａｎθ2）） （５） として、一意に決まる。よってＯPの位置は ｘP＝２ｘ3ｃｏｓ2θP （６） ｙP＝２ｙ3ｃｏｓ2θP （７） ｚP＝２ｃｏｓθPｓｉｎθP√（ｘ3 2＋ｙ3 2） （８） で、与えられる座標となる（図７）。上記計算手法を図
８に示すフローチャートに従い、画像上全ての座標（画
素位置）について検証を行なう。
【００２７】ここで、図８のフローチャートにより、本
実施形態例の処理の手順を説明する。本実施形態例での
処理は、図中の（１）〜（１０）の手順でなされる。
実施形態例の処理の手順を説明する。本実施形態例での
処理は、図中の（１）〜（１０）の手順でなされる。
【００２８】（１）液晶ディスプレイ上のすべての画素
を点滅等の処理を行い、カメラ視野内の観測エリアを決
定後、（８）の標準偏差分布を求めるための開始座標点
を決定する。
を点滅等の処理を行い、カメラ視野内の観測エリアを決
定後、（８）の標準偏差分布を求めるための開始座標点
を決定する。
【００２９】（２）画像面上の開始座標点（検証画素）
を二等分点とする任意の二線分の端点を観測点とし、そ
の対応点を液晶ディスプレイへ描画する。その描画手法
として、ある観測点の対応点を描画する場合、液晶ディ
スプレイの任意の領域を点滅させたとき、その変化が当
該観測点で観測されればその領域を候補領域とし、次に
候補領域を２分割して同様に候補領域の限定を行い、こ
の処理を複数回繰り返すことで、対応点を決定する。
を二等分点とする任意の二線分の端点を観測点とし、そ
の対応点を液晶ディスプレイへ描画する。その描画手法
として、ある観測点の対応点を描画する場合、液晶ディ
スプレイの任意の領域を点滅させたとき、その変化が当
該観測点で観測されればその領域を候補領域とし、次に
候補領域を２分割して同様に候補領域の限定を行い、こ
の処理を複数回繰り返すことで、対応点を決定する。
【００３０】（３）この二線分の対応点の位置情報と、
カメラによる二線分の観測情報を用いて、上記の計算手
法により投影中心を計算する。
カメラによる二線分の観測情報を用いて、上記の計算手
法により投影中心を計算する。
【００３１】（４）検証画素を二等分点とする二線分組
み合わせを変更し、上記と同様に描画する。ここでは、
検証画素を横切る任意の二線分を用いることとし、検証
画素を中心として一定ピッチ毎に観測点を変化させる。
み合わせを変更し、上記と同様に描画する。ここでは、
検証画素を横切る任意の二線分を用いることとし、検証
画素を中心として一定ピッチ毎に観測点を変化させる。
【００３２】（５）全組み合わせが終了するまで
（３）、（４）の繰り返しを行うようにする。
（３）、（４）の繰り返しを行うようにする。
【００３３】（６）全組み合わせの終了後、検証画素
（画像原点候補）を移動する。
（画像原点候補）を移動する。
【００３４】（７）全検証画素の走査が終了するまで
（３）〜（６）の繰り返しを行うようにする。なお、一
つの二線分について全検証画素を走査し、これを全二線
分組み合わせについて繰り返し行うことも可能である。
（３）〜（６）の繰り返しを行うようにする。なお、一
つの二線分について全検証画素を走査し、これを全二線
分組み合わせについて繰り返し行うことも可能である。
【００３５】（８）（３）〜（６）の処理で得られた結
果の標準偏差分布を計算して、各検証画素毎のカメラ投
影中心位置変化を標準偏差として記述する。
果の標準偏差分布を計算して、各検証画素毎のカメラ投
影中心位置変化を標準偏差として記述する。
【００３６】（９）標準偏差分布が最小値となる座標位
置を探索して出力する。
置を探索して出力する。
【００３７】（１０）画像原点の定義はカメラ投影中心
より撮像面に垂線をおろした時の足の座標であるから、
上記標準偏差最小の座標位置を画像原点として出力す
る。
より撮像面に垂線をおろした時の足の座標であるから、
上記標準偏差最小の座標位置を画像原点として出力す
る。
【００３８】画像原点の設定に誤差がある状態で前述の
手法を適用する場合、軸による頂角の二等分条件を満た
さず、任意の二線分より設定されるＡｐｏｌｌｏｎｉｕ
ｓ球の交線は安定しないことを意味する。よって画像全
領域各点について各々、複数の二線分組み合わせでＡｐ
ｏｌｌｏｎｉｕｓ球を求める。この時導かれるＡｐｏｌ
ｌｏｎｉｕｓ球交線の安定度をグラフにすると図９にな
る。この結果より、投影中心位置の分散値σは画像原点
において最も小さく、画像原点より遠ざかるにつれ大き
くなることが分かる。そこで、何らかの任意の始点を決
め、その周囲８近傍の分散値を探索し、最も分散値が小
さくなる方向へ探索画素を移動する。また、その移動し
た点において、同様に周囲を探索し、同様の走査を繰り
返す。そして、周囲の探索を行っても、探索画素が移動
しなくなった場合を終了条件とする。この場合、最も分
散が小さくなる点が探索されたこととなり、カメラ系の
画像原点が一意に決定される。よって、投影中心位置の
分散値が最も小さくなる点を探索することでカメラ系の
画像原点も探索可能である。
手法を適用する場合、軸による頂角の二等分条件を満た
さず、任意の二線分より設定されるＡｐｏｌｌｏｎｉｕ
ｓ球の交線は安定しないことを意味する。よって画像全
領域各点について各々、複数の二線分組み合わせでＡｐ
ｏｌｌｏｎｉｕｓ球を求める。この時導かれるＡｐｏｌ
ｌｏｎｉｕｓ球交線の安定度をグラフにすると図９にな
る。この結果より、投影中心位置の分散値σは画像原点
において最も小さく、画像原点より遠ざかるにつれ大き
くなることが分かる。そこで、何らかの任意の始点を決
め、その周囲８近傍の分散値を探索し、最も分散値が小
さくなる方向へ探索画素を移動する。また、その移動し
た点において、同様に周囲を探索し、同様の走査を繰り
返す。そして、周囲の探索を行っても、探索画素が移動
しなくなった場合を終了条件とする。この場合、最も分
散が小さくなる点が探索されたこととなり、カメラ系の
画像原点が一意に決定される。よって、投影中心位置の
分散値が最も小さくなる点を探索することでカメラ系の
画像原点も探索可能である。
【００３９】本実施形態例の手法は、液晶ディスプレイ
がカメラ撮像面と並行しないことが前提となる。カメラ
に対する液晶ディスプレイ（試験対象）の傾きと投影中
心位置の推定精度を求めたシミュレーション結果では、
試験対象はカメラに対して２０°〜７０°の傾きであれ
ば精度に影響しないことが判明した。また、投影円錐の
頂角の大きさと投影中心位置の推定精度の関係を検証し
た結果では、円錐の頂角は６０°以下で十分な精度が得
られることが判明した。
がカメラ撮像面と並行しないことが前提となる。カメラ
に対する液晶ディスプレイ（試験対象）の傾きと投影中
心位置の推定精度を求めたシミュレーション結果では、
試験対象はカメラに対して２０°〜７０°の傾きであれ
ば精度に影響しないことが判明した。また、投影円錐の
頂角の大きさと投影中心位置の推定精度の関係を検証し
た結果では、円錐の頂角は６０°以下で十分な精度が得
られることが判明した。
【００４０】なお、上記実施形態例で示した計算手法に
代えて、一般的に利用されている透視投影変換マトリク
スを算出するアルゴリズムなど、他の計算手法を用いて
も、本発明の効果が得られる。
代えて、一般的に利用されている透視投影変換マトリク
スを算出するアルゴリズムなど、他の計算手法を用いて
も、本発明の効果が得られる。
【００４１】上記の実施形態例では、試験対象と、その
画素位置が高精度で特定されるディスプレイユニットを
用いる例を示したが、それに限るものではなく一般的に
は、空間中の任意の位置に移動可能な試験対象と、その
試験対象の空間中での位置を高精度に計測可能な治具と
を配置してもよい。また、所定のピッチで観測点を移動
させて投影中心位置の標準偏差分布を求める例を示した
が、ディスプレイユニットの表示面を２０°〜７０°の
範囲で傾きを変化させることで複数回の観測を行うこと
で、投影中心位置の標準偏差分布を求めてもよい。
画素位置が高精度で特定されるディスプレイユニットを
用いる例を示したが、それに限るものではなく一般的に
は、空間中の任意の位置に移動可能な試験対象と、その
試験対象の空間中での位置を高精度に計測可能な治具と
を配置してもよい。また、所定のピッチで観測点を移動
させて投影中心位置の標準偏差分布を求める例を示した
が、ディスプレイユニットの表示面を２０°〜７０°の
範囲で傾きを変化させることで複数回の観測を行うこと
で、投影中心位置の標準偏差分布を求めてもよい。
【００４２】また、以上の実施形態例で示した方法での
処理手順、例えば図８のフローチャートに示した処理手
順は、適宜にコンピュータで実行することが可能であ
り、その手順をコンピュータに実行させるためのプログ
ラムを、そのコンピュータが読み取り可能な媒体、例え
ばフロッピーディスクやＣＤ−ＲＯＭなどに記録して配
布することが可能である。
処理手順、例えば図８のフローチャートに示した処理手
順は、適宜にコンピュータで実行することが可能であ
り、その手順をコンピュータに実行させるためのプログ
ラムを、そのコンピュータが読み取り可能な媒体、例え
ばフロッピーディスクやＣＤ−ＲＯＭなどに記録して配
布することが可能である。
【００４３】
【発明の効果】以上で述べたとおり、本発明によれば、
任意位置に移動可能な試験対象または、平面上任意座標
を明滅可能な表示手段を具備し、試験対象の位置座標と
視覚センサの観測情報より試験対象の位置または、平面
上の明滅座標を更新し、画像面上のあらゆる座標におい
て画像原点を計測および検証するようにしたので、画像
面上任意位置において画像原点の計測および検証が可能
となるため、高精度な画像原点の計測が可能となる。ま
た、試験対象の位置更新を自動に行なえば、予備知識の
ないユーザーにも簡便に画像原点のキャリブレーション
を行うことが可能となる。
任意位置に移動可能な試験対象または、平面上任意座標
を明滅可能な表示手段を具備し、試験対象の位置座標と
視覚センサの観測情報より試験対象の位置または、平面
上の明滅座標を更新し、画像面上のあらゆる座標におい
て画像原点を計測および検証するようにしたので、画像
面上任意位置において画像原点の計測および検証が可能
となるため、高精度な画像原点の計測が可能となる。ま
た、試験対象の位置更新を自動に行なえば、予備知識の
ないユーザーにも簡便に画像原点のキャリブレーション
を行うことが可能となる。
【図１】本発明の一実施形態例における楕円錐投影を説
明する図である。
明する図である。
【図２】図１での円錐断面を示す図である。
【図３】本実施形態例での角の二等分条件を説明するた
めの図である。
めの図である。
【図４】本実施形態例でのＡｐｏｌｌｏｎｉｕｓ球を説
明するための図である。
明するための図である。
【図５】本実施形態例でのＡｐｏｌｌｏｎｉｕｓ球の交
線を説明するための図である。
線を説明するための図である。
【図６】本実施形態例でのＡｐｏｌｌｏｎｉｕｓ球を設
定した二線分ｌ1，ｌ2の交角θLと、その見かけの角度
θSの関係を示した図である。
定した二線分ｌ1，ｌ2の交角θLと、その見かけの角度
θSの関係を示した図である。
【図７】本実施形態例での投影中心位置の導出結果を説
明するための図である。
明するための図である。
【図８】本実施形態例での処理手順を示したフローチャ
ートである。
ートである。
【図９】本実施形態例でのＡｐｏｌｌｏｎｉｕｓ球交線
の安定度をグラフにした図である。
の安定度をグラフにした図である。
【図１０】画像原点を説明するための図である。
ＯP…投影中心 ＯS…画像原点 πS…撮像面 πL…ディスプレイユニットの表示部（ディスプレイユ
ニット面） πP…光軸を含む任意の平面 ＯL…光軸とディスプレイユニット面の交点
ニット面） πP…光軸を含む任意の平面 ＯL…光軸とディスプレイユニット面の交点
Claims (6)
- 【請求項１】 空間中の任意の位置に移動可能な試験対
象と該試験対象の該空間中での位置を高精度に計測可能
な治具を設置して、計測対象である視覚センサで撮影
し、該視覚センサによる前記試験対象の観測結果より前
記空間中での該試験対象位置を移動させる第１の段階
と、 前記視覚センサの観測情報と前記試験対象の位置情報よ
り該視覚センサの画像原点を推定計算する第２の段階
と、 前記第１の段階と第２の段階とを１回または複数回繰り
返し、前記計算で得られた値の統計処理により画像原点
を決定する第３の段階と、 を有することを特徴とする画像原点計測法。 - 【請求項２】 前記第１の段階では、前記視覚センサの
撮像面の一つの検証画素を横切る任意の二線分の端点を
観測点として該観測点に対応する点に試験対象を移動す
る第１の手順を有し、 前記第２の段階では、該視覚センサによる前記観測点に
対応する点に関する観測情報と、該観測点に対応する点
の位置情報より該視覚センサの投影中心を計算する第２
の手順を有し、 前記第３の段階では、該視覚センサの撮像面の全ての検
証画素について前記二線分の組み合わせを変化させて前
記第１の手順と第２の手順を１回または複数回繰り返す
第３の手順と、前記第３の手順で計算された投影中心の
標準偏差分布を計算する第４の手順と、前記標準偏差が
最小値となる検証画素の座標を画像原点として出力する
第５の手順と、を有する、 ことを特徴とする請求項１に記載の画像原点計測法。 - 【請求項３】 前記第１の手順では、試験対象として平
面上任意座標を明滅可能な表示手段を用いて該観測点に
対応する点を表示し、 前記第３の手順では、該観測点に対応する点の表示を所
定のピッチで移動することで二線分の組み合わせを変化
させる、 ことを特徴とする請求項２に記載の画像原点計測法。 - 【請求項４】 前記第１の手順では、試験対象として平
面上任意座標を明滅可能な表示手段を用いて該観測点に
対応する点を表示し、 前記第３の手順では、該ディスプレイの傾斜角を変化さ
せることで二線分の組み合わせを変化させる、 ことを特徴とする請求項２に記載の画像原点計測法。 - 【請求項５】 前記第３の手順では、全検証画素につい
ての二線分の組み合わせを自動的に変化させる、 ことを特徴とする請求項２，３，４のいずれかに記載の
画像原点計測法。 - 【請求項６】 請求項２，３，４，５のいずれかに記載
の画像原点計測法における手順をコンピュータに実行さ
せるプログラムを、該コンピュータが読み取り可能な媒
体に記録した、 ことを特徴とする記録媒体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19804997A JP3343204B2 (ja) | 1997-07-24 | 1997-07-24 | 画像原点計測法およびその記録媒体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19804997A JP3343204B2 (ja) | 1997-07-24 | 1997-07-24 | 画像原点計測法およびその記録媒体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1137735A true JPH1137735A (ja) | 1999-02-12 |
| JP3343204B2 JP3343204B2 (ja) | 2002-11-11 |
Family
ID=16384689
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19804997A Expired - Fee Related JP3343204B2 (ja) | 1997-07-24 | 1997-07-24 | 画像原点計測法およびその記録媒体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3343204B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002324234A (ja) * | 2001-02-23 | 2002-11-08 | Sharp Corp | 立体画像を偏歪修正する方法および装置 |
| JP2008070347A (ja) * | 2006-08-17 | 2008-03-27 | Univ Of Miyazaki | 自動キャリブレーション装置、及びキャリブレーション方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101635054B (zh) * | 2009-08-27 | 2012-07-04 | 北京水晶石数字科技股份有限公司 | 一种信息点摆放的方法 |
-
1997
- 1997-07-24 JP JP19804997A patent/JP3343204B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002324234A (ja) * | 2001-02-23 | 2002-11-08 | Sharp Corp | 立体画像を偏歪修正する方法および装置 |
| JP2008070347A (ja) * | 2006-08-17 | 2008-03-27 | Univ Of Miyazaki | 自動キャリブレーション装置、及びキャリブレーション方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3343204B2 (ja) | 2002-11-11 |
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