(57)【要約】【課題】少なくとも一部が可視光域に含まれない所定の帯域の光を選択的に透過させるフィルタが組み込まれた光学装置を適切に校正する。【解決手段】少なくとも一部が可視光域に含まれない所定の帯域の光について高反射性の第１の材料、および所定の帯域の光について低反射性の第２の材料を用いてパターンを表示する校正用チャートを用意するステップと、校正用チャートを所定の帯域の光を選択的に透過させるフィルタが組み込まれた光学装置で撮像して画像を取得するステップと、画像と校正用チャートとを比較することによって光学装置についての校正パラメータを決定するステップとを含む、光学装置の校正方法が提供される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部が可視光域に含まれない所定の帯域の光について高反射性の第１の材料、および前記所定の帯域の光について低反射性の第２の材料を用いてパターンを表示する校正用チャートを用意するステップと、
前記校正用チャートを前記所定の帯域の光を選択的に透過させるフィルタが組み込まれた光学装置で撮像して画像を取得するステップと、
前記画像と前記校正用チャートとを比較することによって前記光学装置についての校正パラメータを決定するステップと
を含む、光学装置の校正方法。
【請求項２】
前記所定の帯域は、波長７５０ｎｍ以上の帯域である、請求項１に記載の光学装置の校正方法。
【請求項３】
前記フィルタの分光透過率を測定することによって前記所定の帯域を特定するステップをさらに含む、請求項１または請求項２に記載の光学装置の校正方法。
【請求項４】
少なくとも一部が可視光域に含まれない所定の帯域の光について高反射性の第１の材料、および前記所定の帯域の光について低反射性の第２の材料を用いてパターンを表示する校正用チャート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置の校正方法および校正用チャートに関する。
【背景技術】
【０００２】
カメラを用いて三次元計測などを実施する場合、使用に先立ってチャートを使用したカメラの校正が行われる。チャートには所定のパターンが印刷などによって表示され、例えばカメラを用いて撮像された画像におけるパターンの形状と、カメラとチャートとの位置関係に基づいて特定される本来のパターンの形状とを比較することによって、カメラの光学系に生じている歪みやずれを検出し、歪みやずれを考慮して画像を補正することによって例えば画像内のオブジェクトの位置や形状を正確に特定することができる。
【０００３】
ここで、カメラには様々な種類があり、それぞれの種類のカメラに合わせた校正方法が提供されている。例えば、特許文献１には、チャートを用いてステレオカメラを校正する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１６／１２９３５５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、例えばカメラを用いた空間内の三次元計測では、赤外線を反射するマーカーが用いられる場合がある。このようなフィルタが組み込まれたカメラを校正する場合、フィルタによって可視光線がカットされるため、通常のカメラと同様のチャートを用いるとパターンを撮像ができないという問題があった。フィルタが着脱可能であればフィルタを外すことによってカメラの校正が可能であるが、フィルタがカメラに組み込まれている場合は校正が困難である。
【０００６】
そこで、本発明は、少なくとも一部が可視光域に含まれない所定の帯域の光を選択的に透過させるフィルタが組み込まれた光学装置を適切に校正することが可能な、光学装置の校正方法および校正用チャートを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある観点によれば、少なくとも一部が可視光域に含まれない所定の帯域の光について高反射性の第１の材料、および所定の帯域の光について低反射性の第２の材料を用いてパターンを表示する校正用チャートを用意するステップと、校正用チャートを所定の帯域の光を選択的に透過させるフィルタが組み込まれた光学装置で撮像して画像を取得するステップと、画像と校正用チャートとを比較することによって光学装置についての校正パラメータを決定するステップとを含む、光学装置の校正方法が提供される。
【０００８】
また、本発明の別の観点によれば、少なくとも一部が可視光域に含まれない所定の帯域の光について高反射性の第１の材料、および所定の帯域の光について低反射性の第２の材料を用いてパターンを表示する校正用チャートが提供される。
【発明の効果】
【０００９】
上記の構成によれば、少なくとも一部が可視光域に含まれない所定の帯域の光を選択的に透過させるフィルタが組み込まれた光学装置を適切に校正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る校正システムを概略的に示す図である。
【図２】図１に示した校正システムにおいて通常の校正用チャートを用いた場合に撮像される画像の例を示す図である。
【図３】一般的な白色材料と黒色材料との帯域ごとの透過率を示すグラフである。
【図４】図１に示した校正システムにおいて本発明の一実施形態に係る校正用チャートを用いた場合に撮像される画像の例を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る校正方法のステップを概略的に示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら、本発明のいくつかの実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係る校正システムを概略的に示す図である。図示された例において、校正システム１０は、校正用チャート１００と、カメラ２００と、演算装置３００と、記憶装置４００とを含む。校正用チャート１００は、後述するようなドットパターン１１０を表示する。校正用チャート１００とカメラ２００との位置関係は既知である。本実施形態における光学装置であるカメラ２００には、フィルタ２１０が組み込まれている。カメラ２００は、校正用チャート１００を含む画像を撮像してデータを演算装置３００に入力する。演算装置３００は、カメラ２００が撮像した画像内のドットパターン１１０の形状、および校正用チャート１００とカメラ２００との位置関係に基づいて特定される本来のドットパターン１１０の形状を比較することによって、カメラ２００の光学系に生じている歪みやずれを検出し、歪みやずれに応じた校正パラメータを決定して記憶装置４００に格納する。校正パラメータは、例えばカメラ２００を用いて三次元計測を実施するときに読み出される。
【００１３】
ここで、カメラ２００に組み込まれたフィルタ２１０は、波長が７５０ｎｍ〜９５０ｎｍの帯域の光を選択的に通過させるバンドパスフィルタである。一般的に可視光域の波長上限は７５０ｎｍ程度であるため、フィルタ２１０は、少なくとも一部が可視光域に含まれない帯域の光（この例の場合、赤外線）を選択的に透過させることになる。例えば空間内のオブジェクトに上記の帯域の赤外線を反射するマーカーを取り付けた場合に、カメラ２００で撮像された画像において、可視光によって観察される背景やオブジェクトのテクスチャの影響を受けずにマーカーの位置および形状を容易に高い精度で特定することができる。これによって、例えば複数のカメラ２００を用いた三次元計測によって空間内でのオブジェクトの移動を正確にトラッキングすることができる。
【００１４】
上記の場合、カメラ２００が撮像した画像（または映像）を、カメラ２００の光学系に生じている歪みやずれを考慮して補正することによって、より正確な三次元計測を実施することができる。しかしながら、以下で説明するように、フィルタ２１０が組み込まれたカメラ２００の場合、通常用いられる校正用のチャートでは適切な校正が困難である。
【００１５】
図２は、図１に示した校正システムにおいて通常の校正用チャートを用いた場合に撮像される画像の例を示す図である。図２に示された例において、校正用チャート１００Ｐは、ドットパターン１１０Ｐを含むパターンを表示する。校正用チャート１００Ｐにおいて、背景１２０Ｐは可視光域の全帯域で高反射性の白色材料によって表示され、ドットパターン１１０Ｐは可視光域の全帯域で低反射性の黒色材料によって表示される。ここで、本明細書において、所定の材料によってパターンを表示することは、チャートの基体を当該材料で形成したり、基体に材料を塗布したり、材料で基体を被覆したり、複数の材料が重なった部分で一部の材料に穴を開けて他の材料を表出させたりすることを含む。
【００１６】
ところが、図２に示されるように、カメラ２００を用いて上記のような校正用チャート１００Ｐを撮像すると、画像ではドットパターン１１０Ｐと背景１２０Ｐとを区別することが困難である。これは、図３のグラフに示すように、一般的な黒色材料は可視光域（波長７５０ｎｍ未満）では低反射性であるが、可視光域に含まれない帯域、より具体的には可視光域よりも波長が長い赤外線の帯域においては必ずしも低反射性ではないためである。上述のように、カメラ２００に組み込まれたフィルタ２１０は波長が７５０ｎｍ〜９５０ｎｍの帯域の光を選択に通過させるバンドパスフィルタであるが、この帯域において一般的な白色材料の反射率と一般的な黒色材料の反射率との差は小さく、従って上記のような校正用チャート１００Ｐを撮像した画像においてドットパターン１１０Ｐと背景１２０Ｐとを区別することは困難である。
【００１７】
図４は、図１に示した校正システムにおいて本発明の一実施形態に係る校正用チャートを用いた場合に撮像される画像の例を示す図である。図４に示された例において、校正用チャート１００は、ドットパターン１１０を含むパターンを表示する。校正用チャート１００において、背景１２０は図２の例と同様の白色材料によって表示され、ドットパターン１１０は波長が７５０ｎｍ〜９５０ｎｍの帯域の光について低反射性の材料によって表示される。図３のグラフに示されるように、一般的な白色材料は、波長が７５０ｎｍ〜９５０ｎｍの帯域の光についても高反射性である。一方、波長が７５０ｎｍ〜９５０ｎｍの帯域の光について低反射性の材料としては、例えば遮光や吸光の用途で用いられるスウェードフィルム（一例として、（株）渋谷光学製の「スーパーブラックＩＲ」）が挙げられるがこの例には限られない。スウェードフィルムを用いる場合、例えば校正用チャート１００の基体をスウェードフィルムで被覆し、その上にドット形に切り抜かれた白色の紙またはフィルムを重ねることによって、ドットパターン１１０および背景１２０を含むパターンを表示することができる。これによって、図４に示されるように、カメラ２００を用いて校正用チャート１００を撮像したときに、画像においてドットパターン１１０と背景１２０とを区別することが可能になる。
【００１８】
図５は、本発明の一実施形態に係る校正方法のステップを概略的に示すフローチャートである。図示された例では、まず、必要に応じて、カメラ２００に組み込まれたフィルタ２１０が選択的に透過させる光の帯域（フィルタ２１０の透過帯域）を特定する（ステップＳ１）。より具体的には、例えば、フィルタ２１０の分光透過率を測定することによって透過帯域を特定してもよい。なお、透過帯域については、必ずしもその上限と下限とを明確に特定しなくてもよく、透過帯域に含まれる波長が１つでも特定されればよい。フィルタ２１０の製品情報として透過帯域の設計値が既知である場合は、透過帯域を特定するステップは省略されてもよい。
【００１９】
次に、上述したような校正用チャート１００を用意し（ステップＳ２）、校正用チャート１００をカメラ２００で撮像して画像を取得する（ステップＳ３）。さらに、取得された画像と校正用チャート１００とを比較することによってカメラ２００についても校正パラメータを決定する（ステップＳ４）。上述のように、校正パラメータは、例えば画像内のドットパターン１１０の形状と、校正用チャート１００とカメラ２００との位置関係に基づいて特定される本来のドットパターン１１０の形状とを比較することによって決定される。以上のような手順によって、カメラ２００の光学系に生じている歪みやずれに応じた校正パラメータを決定することができる。
【００２０】
なお、上述した実施形態の説明では校正用チャート１００がドットパターン１１０を表示する例について説明したが、他の実施形態では、光学装置の校正用チャートとして公知の各種のパターンを表示するチャートを使用することが可能である。また、上記の実施形態ではカメラ２００の校正を実施する例について説明したが、他の実施形態ではカメラ以外の光学装置が校正されてもよい。上記の実施形態では波長が７５０ｎｍ〜９５０ｎｍの帯域の赤外線を選択的に透過させるフィルタ２１０が組み込まれたカメラ２００を校正したが、他の帯域の光を選択的に透過させるフィルタが組み込まれた光学装置が校正されてもよい。ここで、組み込まれたフィルタは、取り外すことが困難であってもよいし、取り外し可能であってもよい。フィルタが取り外し可能である場合であっても、フィルタを取り外すことなく校正が可能であることには利点がある。上記の実施形態では赤外線を選択的に透過させることによって三次元計測において精度よくマーカーを検出するためにフィルタが用いられたが、他の用途のフィルタが組み込まれた光学装置の校正をすることも可能である。
【００２１】
以上、添付図面を参照しながら本発明のいくつかの実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００２２】
１０…校正システム、１００…校正用チャート、１１０…ドットパターン、１２０…背景、２００…カメラ、２１０…フィルタ、３００…演算装置、４００…記憶装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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