JPS63128215A

JPS63128215A - カメラ光軸の傾き検出方法

Info

Publication number: JPS63128215A
Application number: JP61274311A
Authority: JP
Inventors: Takeo Kakuchi; 武夫覚地; Junichi Ishikawa; 潤一石川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-11-18
Filing date: 1986-11-18
Publication date: 1988-05-31

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、撮像手段としてＩＴＶ（工業用途テレビジョ
ン）カメラ等を用いた画像処理装置等に適用されるカメ
ラ光軸の傾き検出方法に関し、特に、カメラからとらえ
た画像をもとに対象平面に対するカメラ光軸の傾き角を
検出する方法に関する。

（従来の技術）ある対象（対象平面）を２次元の画像としてカメラから
取り込み、ディジタル画像処理装置等でディジタル画像
処理する場合、その対象平面の法線方向に対し、カメラ
光軸が傾くと、その傾き角に応じた認識誤差が発生し、
本来の画像処理により得られる計測結果等に悪影響を及
ぼすことになる。

以下、上述のことを第７図（ａ）、（ｂ）を参照して説
明する。第７図（ａ　）は、カメラ７１のカメラ光軸７
３が対象平面７４の法線７５に対し角度αだけ傾いた場
合の視覚領域を示したものである。なお、この場合は、
レンズ系の歪みがないものとし、レンズ中心７２を頂点
とし画角αでの視覚領域とする。

第７図（ａ　）において、画角αの両縁から光軸７３側
へ微小画角△αをとり、そのΔαに対応する対象平面で
の長さをΔＬ１．ΔＬ２とすると、カメラ光軸７３が対
象平面法線７５に対し角度αだけ傾いているから、△Ｌ
１．△Ｌ２は等しくならず、△Ｌｌ＞ΔＬ２となる。一
方、カメラ７１からとり込んだ画像を図示しないディジ
タル画像処理装置を通して表示系（ディスプレイ）上に
ディジタル表示し、画像上の長さを画素数として表現す
れば、ある一定微小画角Δαは、ある−電画素数に相当
する。

上述によれば、ΔＬ１＞ΔＬ２が表示上で画素数の差と
して表わされるから、ディジタル画像処理装置等である
対象を同一画素数として認識しても、実際の長さは異な
るということが生ずる。この傾向は、レンズ中心７２か
ら隔たるほど顕著となる。

また、第７図（ｂ）は、第７図（ａ＞に対応して、カメ
ラ７１でとらえた対象平面領域を示し、Ｊｌｌ、　Ｊ１
２は同一長さＬの対象を画素数として表示した場合の例
を示す。この場合、同一長さしの対象にもかかわらず、
画素数として認識するとＪＬｓ　＜Ｊ１２となる。

以上のように、カメラ光軸の傾きにより、ディジタル画
像処理装置等で計測、認識した長さく画素数）には誤差
が伴ない、より精度の高い計測、認識を実施するには、
カメラ光軸と対象平面の法線方向を一致させる必要があ
る。

しかし、カメラ光軸と対象平面の法線方向を一致させる
方法としては、これまで目測にたよらざるを得す、カメ
ラ光軸の傾きにもとづく認識誤差を定量的に把握するこ
とは困難であった。逆に、上記認識誤差を考慮に入れ、
単位画素当たりの実寸法長さを減少させる（光学倍率を
高める）等して相対的な精度を高めることにより上記問
題の軽減をはかる等が実際には行なわれている。

しかし、対象の大きさが大きく、しかも認識精度が要求
される場合等、上記方法では制限がともない、認識処理
以前に、カメラ光軸と対象平面の法線方向を一致させて
おく必要性が生じてくる。

（発明が解決しようとする問題点）このように従来の技術にあっては、カメラ、画像処理装
置、表示系を有するシステムでのカメラ光軸の傾き方向
及び傾き量の検出は、目測に頼らざるを得ないものであ
り、カメラ光軸と対象平面の法線とを一致させるには困
難さが伴い、問題であった。

そこで本発明は、目測に頼らずして簡単に且つ定量的に
カメラ光軸の傾き方向及び傾き量の検出が行なえ、カメ
ラ光軸と対象平面の法線とを容易に一致させることを可
能とするカメラ光軸の傾き検出方法を提供することを目
的とする。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明は上記問題点を解決し且つ目的を達成するために
次のような構成としたことを特徴とする。すなわち、本
発明は、撮影対象平面の法線方向に対するカメラ光軸の
傾き方向及び傾き量を検出する方法において、定められ
た同一長さを有する複数のスケールを上記対象平面に配
置し、この各スケールが配置された対象平面をカメラに
より画像入力しディジタル画像処理装置に入力してディ
ジタル画像処理を施すことで各スケール長さを画素数と
して計測し、この各スケール長さを示す画素数データを
上記ディジタル画像処理装置に入力して所定の算出式に
よりカメラ光軸の傾き方向及び傾き量を算出し表示系に
表示することを特徴とする。

（作　用）このように、定められた同一長さを有する複数のスケー
ルを対象平面に配置してカメラに画像入力するだけで、
基準となる対象平面上の複数のスケールと検出対象とな
る表示系に表示された複数のスケールとの相関関係が演
算式により定量的に示されることになり、高精度化及び
方法の容易性が図られることになる。

（実施例）以下本発明にかかるカメラ光軸の傾き検出方法の一実施
例を図面を参照して説明する。第１図に本実施例の主要
構成を示す。ｌａ、ｌｂ、ｌｃ。

１ｄはそれぞれ同一長さのスケールで、これらを対象平
面６上に設置する。上記４本のスケール１ａ、１ｂ、Ｉ
ｃ、ｌｄをレンズ２を通してカメラ３でとらえ、その画
像を画像処理装置４のメモリ上に格納する。

画像処理装置４では、上記メモリ上に記憶した画像から
上記４本のスケール１ａ、Ｉｂ、Ｉｃ。

１ｄの長さをそれぞれ自動的に計測し、それらの値をも
とに、カメラ光軸７の視覚座標系のＸ方向に対する傾き
角（カメラ光軸傾き方向角）θ及びカメラ光軸７と対象
平面法線８とのなす角、カメラ光軸傾き角αに対応した
、カメラ光軸傾き量Ａ（画素数）を演算する。

また、表示装置５は、上記求めたカメラ光軸傾き方向角
θ及びカメラ光軸傾きＭＡ（画素数）を描画・表示する
。

ここで、第２図に本実施例で使用するスケール４１を示
す。第２図に示すように、スケール両端は、その位置を
ｍｌしやすい黒色長方形とし、両端の黒色長方形の重心
間距離をスケール長さしと定義する。なお、第１図の対
象平面６は白色とする。

次に、第３図に示す流れ図を参照して本実施例の作用を
説明する。まず、ステップ２２で表示系５上に、スケー
ルを設定すべき領域としてウィンドウを設定する。すな
わち、第４図に示すように、表示画面３１に、ウィンド
ウａ３２ａ、ウィンドウｂ３２ｂ、ウィンドウｃ３２ｃ
、ウィンドウｄ３２ｄを描画する。

ここで、ステップ２２として、表示画面３１上には、カ
メラ３からとり込んだ画像をも表示し、対象平面６上の
４本のスケール１ａ〜１ｄが上記ウィンドウ３２８〜３
２ｄ内に入るようスケール１８〜１ｄを対象平面６上に
設定する。

次に、ステップ２３で、カメラ３から上記スケール１ａ
〜１ｄの画像をとり込み、あるしきい値レベルで２値化
する。

ステップ２４として、その２値化画像をもとに上記スケ
ール１８〜１ｄの長さＪＩ、ａ−４６を画素数として計
測する。

ステップ２４においては、上記設定したウィンドウミー
ｄ内の画像のみが画素の計測対象とされる。また、スケ
ール長さ１ａ〜Ｊｌｄは、スケール４１の両端の黒色長
方形の重心を計測することにより求める。

次に、ステップ２５において、上記求めたスケール長さ
１ａ−４ｄをもとにカメラ光軸傾き方向角θを求める。

ここで、第１図及び第７図（ｂ）−〇− より、上記スケールｌａ、１ｄの長さＪｌｂ　、　Ｊｌ
ｄの差（Ｊｌｄ−Ｊｌｂ）は、視覚座標Ｘ方向のカメラ
光軸の傾きにもとづく画素数変化分Ａ１に等しい。

すなわち、カメラ光軸の傾きにもとづく画素数変化分を
、カメラ光軸傾きＩＡとして定義すれば、Ａ１＝Ａｃｏ
ｓθ−（、ｌ　−，１，ｂ　）となる。ここでθは上記
カメラ光軸傾き方向角である。同様に、上記スケールｌ
ｃ、１ｄの長さＪＬｃ。

ｆａの差＜Ｊｌｃ　−Ｊｌａ　）は、視覚座標ｙ方向ノ
力メラ光軸の傾きにもとづく画素数変化分Ａ２に等しい
。つまり、上記同様に、Ａ２＝Ａｓｉｎθ＝　（ＪＬｃ　−Ｊｌａ　）となる。

上記Ａ１．Ａ２より、カメラ光軸傾き方向角θは、 θ＝ｊａｎ　’　　（Ａ２　／Ａｔ　）−ｊａｎ　−’
　（ｆｃ　−ｆａ　）　／　（ＩＩ　−Ｊｌｂ　’）　
）として求まる。ここで、θは、Ｊ！、ｄ−１ｂ〉０で
あれば−一くθ〈フ、Ｊｌｄ−Ｊｌｂ＜Ｏであれば、上
記θにπを加えた値を改ためてθと置く。

次に、ステップ２６において、上記求めたスケ−ル長さ
１ａ−４ｄをもとに、上記カメラ光軸傾き量Ａを求める
。カメラ光軸傾き量Ａは、上記視覚座標×方向のカメラ
光軸傾き量Ａ１と、視覚座標ｙ方向のカメラ光軸傾きｍ
Ａ２によりＡ＝ＪＡ＋　”　＋Ａ２２＝Ｊ　（ＪＪ　−Ｊｌｂ　）　２＋（ｆｃ　−Ｊｌａ　
）　２として求まる。ここで、カメラ光軸傾き量Ａは、
上記定義した如く、カメラ光軸の傾きにもとづく画素数
変化分で、カメラ光軸傾き角αに比例する値となる。こ
のカメラ光軸傾き量Ａが、上記４本のスケール１８〜１
ｄで囲まれる領域範囲内において、カメラ光軸傾き角度
αにもとづく認識誤差（画素数）の最大値となる。

そして、ステップ２７で、視覚座標系ｘ−ｙ上で、上記
求めたカメラ光軸傾き方向角θ方向に、カメラ光軸傾き
ｍＡの値を太線で第５図に示す表示画面５１上に描画す
る。この描画例を第５図の結果描画５２として示す。ま
た、上記求めたカメラ光軸傾き方向角θ及びカメラ光軸
傾き最Ａの値を第５図の結果表示５３として表示する。

そしてステップ２７終了後、再びステップ２３に戻り、
その動作を繰り返す。

上述した一連のステップにより傾き方向及び傾き量が求
まったならば、カメラを表示画面５１を見ながら、カメ
ラ光軸傾きｍＡがＯとなる様、再調整しつつ取り付ける
ようにする。あるいは、カメラ取り付は後、カメラ光軸
傾き角αにもとづく認Ｎ誤差がどの程度か把握できる。

以上の如く本実施例により、対象平面法線方向に対する
カメラ光軸の傾き方向及びその傾きに基づく認識誤差を
自動的に検出することができ、上記認識誤差を定量的か
つ直感的に把握できる。また、画面表示をみながら容易
に、カメラ光軸の傾きにもとづく認識誤差が最小となる
ようにカメラを取り付けることができる。

上記実施例では、同一長さの４本の独立したスケールを
用いたが第６図（ａ　）に示すように、２本の長さが相
等しいスケール４本で長方形を形成してもよい。また、
第６図（ｂ）に示すように、黒色長方形の４角を計測す
ることも可能である。

また、上記実施例では、２値化処理によりスケール長さ
を求めたが、濃淡処理でも可能である。

更に、スケール長さを自動計測せず、カーソルを描画し
、カーソルとスケール両端を合せることにより、マニュ
アルでスケール長さを計測する事も可能である。また、
第５図でカメラ光軸傾き量Ａを第３図のステップ２６で
求めた値そのままで描画したが、要求される精度に従っ
てその長さを変化させてもよい。

［発明の効果］以上の如く本発明では、定められた同一長さを有する複
数のスケールを対象平面に配置してカメラに画像入力す
るだけで、基準となる対象平面上の複数のスケールと検
出対象となる表示系に表示された複数のスケールとの相
関関係が演尊式により定量的に示されることになり、対
象平面法線方向に対するカメラ光軸の傾き方向及びその
傾きに基づく認識誤差を定量的かつ直感的に把握でき、
また、画面表示をみながら容易に、カメラ光軸の傾きに
もとづく認識誤差が最小となる様、カメラを取り付ける
事ができる、という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は同実施例
におけるスケールの詳細図、第３図は同実施例の作用を
説明゛する流れ図、第４図は同実施例における表示系の
ウィンドウ設定表示画面の説明図、第５図は同実施例に
おける表示系の結果表示例を示す図、第６図は他の実施
例として異なるスケール例を示す図、第７図は従来の技
術を説明する説明図である。１ａ、・・・、１ｄ・・・スケール、２・・・レンズ、
３・・・カメラ、４・・・ディジタル画像処理装置、５
・・・表示系、６・・・対象平面。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦ウィンドウａ３２ｃウインドウＣ第４図第３図第５図（ａ）　　　　　　（ｂ）第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）撮影対象平面の法線方向に対するカメラ光軸の傾
き方向及び傾き量を検出する方法において、定められた
同一長さを有する複数のスケールを上記対象平面に配置
し、この各スケールが配置された対象平面をカメラによ
り画像入力しディジタル画像処理装置に入力してディジ
タル画像処理を施すことで各スケール長さを画素数とし
て計測し、この各スケール長さを示す画素数データを上
記ディジタル画像処理装置に入力して所定の算出式によ
りカメラ光軸の傾き方向及び傾き量を算出し表示系に表
示することを特徴とするカメラ光軸の傾き検出方法。
（２）各スケール長さの画素数による計測は、表示系に
所定幅のウィンドウを設定し、このウィンドウに上記各
スケールが入るように設定し、ウィンドウの内スケール
の二値化処理或いは濃淡処理により各スケール長さの画
素数を計測することを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載のカメラ光軸の傾き検出方法。
（３）定められた同一長さを有する複数のスケールは、
少なくともその端部が黒色に着色されたものであること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のカメラ光軸の
傾き検出方法。