(57)【要約】【課題】熱画像カメラの高精度のキャリブレーションが可能となる校正装置を提供する。【解決手段】熱画像カメラの校正装置は、プレート状の基材１と、基材１に立設された複数の円筒状の支持部材２と、各支持部材２に載置、接合された球状部材３とを備え、基材１及び支持部材２は、ポリカーボネートのように熱伝導性が低く、赤外線の反射率が低い樹脂製とする一方、球状部材３は、アルミニウムのように熱伝導性が高い金属製とする。球状部材３にはアルマイト処理が施されるとともに、表面に赤外線を効率良く放射するように着色が施されている。また、球状部材３には加熱手段として抵抗体４が内蔵されており、抵抗体４に接続するリード線５は、円筒状の支持部材２の内部を通って不図示の電源に接続される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレート状の基材と、
前記基材に立設された複数の支持部材と、
前記各支持部材に設けられた球状部材とを備え、
前記基材及び前記支持部材の材質と、前記球状部材の材質とに熱伝導性の異なるものを用いることを特徴とする熱画像カメラの校正装置。
【請求項２】
前記基材及び前記支持部材は樹脂製で、前記球状部材は金属製であることを特徴とする請求項１に記載の熱画像カメラの校正装置。
【請求項３】
前記球状部材に加熱手段又は冷却手段が内蔵されていることを特徴とする請求項２に記載の熱画像カメラの校正装置。
【請求項４】
前記球状部材に黒色の着色が施されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の熱画像カメラの校正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱画像カメラのキャリブレーションに用いて好適な熱画像カメラの校正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱画像カメラ（赤外線カメラ）を用いて対象物の検出や位置を測定するシステムが各種提案されている。近年では、車載の熱画像カメラでとらえた映像をディスプレイに表示して夜間運転を支援する所謂ナイトビジョンシステムも実用化されている。
【０００３】
カメラ画像には歪みが存在し、歪みにより画像認識が困難になることがある。また、カメラ画像に対して視点変換処理を加えた画像を提示し、周囲状況の認識を容易にさせるようなシステムでは、カメラの内部パラメータや、基準となる世界座標系に対するカメラの外部パラメータを決定することが重要となる。特に複数台のカメラを用いて３次元位置を計測できるステレオカメラシステムの場合には、個々のカメラの内部パラメータや、カメラ間の位置関係を表す外部パラメータを決定することが重要となる。カメラの内部パラメータとしては、焦点距離、画像の縦横比、画像中心、レンズ歪等があり、カメラの外部パラメータとしては、世界座標に対するレンズの中心座標、光軸方向等がある。これら各種パラメータを決定するための一連のプロセスがキャリブレーション（校正）と呼ばれるものである。
【０００４】
図５を参照して、内部パラメータ及び外部パラメータを説明する。ピンホールカメラでは、カメラ座標系と画像座標系との関係は、下式（１）により表される。ｓは任意のスケールファクタである。行列Ａがカメラ固有のパラメータとなっており、これを内部パラメータと呼ぶ。α、βはそれぞれｕ軸、ｖ軸方向の拡大係数である。γはｕ軸、ｖ軸の傾き係数である。ｕ0、ｖ0はそれぞれｕ軸、ｖ軸方向の光軸中心位置である。
【０００５】
【数１】
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【０００６】
実際のカメラには、歪みが存在するため、歪みのない画像座標系（ｕ，ｖ）と現実に得られる歪みのある画像座標（ｕd，ｖd）の関係式を導入する。例えば、放射歪曲で４次の項まで考慮した場合、下式（２）のようになる。ｋ1、ｋ2は歪みパラメータである。
【０００７】
【数２】
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【０００８】
また、基準となる世界座標系（ワールド座標系）とカメラ座標系との関係は、下式（３）により表される。行列Ｄは座標系の位置関係によって決まるパラメータであり、これを外部パラメータと呼ぶ。ｒijは座標系の回転に関するパラメータである。Ｔx、Ｔy、Ｔzは座標系の並進に関するパラメータである。
【０００９】
【数３】
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【００１０】
可視光で撮影するカメラのキャリブレーションに関して、例えば非特許文献１にあるように、平面上に多数の点を配置したキャリブレーションボードに対してカメラを傾けて撮影し、各点の世界座標と画面座標との組からカメラのパラメータを決定する手法が知られている（以下、「Ｚｈｅｎｇｙｏｕ−Ｚｈａｎｇ法」と称する）。
【００１１】
また、赤外線カメラのキャリブレーションに関して、特許文献１には、赤外線の反射材（金属箔）と赤外線の光源となる部材とを組み合わせて模様が形成されたキャリブレーションボードを備え、前記反射材及び前記部材が外界とは異なる温度に設定されたキャリブレーション用のターゲットを用いることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−２０２９７１号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Z. Zhang ,A flexible new technique for camera calibration IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence ,22(11):1330-1334 ,2000
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、Ｚｈｅｎｇｙｏｕ−Ｚｈａｎｇ法はカメラ画像から特徴点を抽出した後のカメラキャリブレーションの計算技術を主に示したものであり、熱画像カメラにおけるキャリブレーションの課題を解決するものではない。
【００１５】
また、特許文献１に記載の手法では、キャリブレーションボードの金属箔及び部材を加熱するとともに、金属箔の表面を鏡面（反射面）として外界の温度を映し出す構成であるため、金属箔及び部材の温度を周辺物体よりも十分に高く（或いは低く）なるように制御する必要がある。また、キャリブレーションボードを大型化する場合、広い面積のキャリブレーションボードに対して温度制御を行う必要があり、消費電力が大きくなってしまう。
【００１６】
本発明は、上記のような点に鑑みてなされたものであり、熱画像カメラの高精度のキャリブレーションが可能となる校正装置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】
【００１７】
本発明の熱画像カメラの校正装置は、プレート状の基材と、前記基材に立設された複数の支持部材と、前記各支持部材に設けられた球状部材とを備え、前記基材及び前記支持部材の材質と、前記球状部材の材質とに熱伝導性の異なるものを用いることを特徴とする。
また、本発明の熱画像カメラの校正装置の他の特徴とするところは、前記基材及び前記支持部材は樹脂製で、前記球状部材は金属製である点にある。
また、本発明の熱画像カメラの校正装置の他の特徴とするところは、前記球状部材に加熱手段又は冷却手段が内蔵されている点にある。
また、本発明の熱画像カメラの校正装置の他の特徴とするところは、前記球状部材に黒色の着色が施されている点にある。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、基材及び支持部材の材質と、球状部材の材質とに熱伝導性の異なるものを用いることにより、コントラストの大きい明暗パターンを得ることができ、熱画像カメラの高精度のキャリブレーションが可能となる校正装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態に係る熱画像カメラの校正装置の斜視図である。
【図２】球状部材の断面を示す図である。
【図３】本実施形態に係る校正装置を用いた熱画像カメラのキャリブレーション方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】校正装置を撮影した画像の例を示す図である。
【図５】各座標系の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る熱画像カメラの校正装置の斜視図である。熱画像カメラの校正装置は、プレート状の基材１と、基材１に立設された複数の円筒状の支持部材２と、各支持部材２に載置、接合された球状部材３とを備える。例えば基材１に複数の穴を形成しておき、それら穴に各支持部材２を嵌め込んで立設させる。
【００２１】
基材１及び支持部材２の材質と、球状部材３の材質とには熱伝導性の異なる材質が用いられる。ここでは、基材１及び支持部材２は、ポリカーボネートのように熱伝導性が低く、赤外線の反射率が低い樹脂製とする。一方、球状部材３は、アルミニウムのように熱伝導性が高い金属製とする。
【００２２】
基材１上において、複数の支持部材２は格子状をなすように配置されている。また、支持部材２の高さを揃えるとともに、球状部材３の大きさを揃え、球状部材３の中心が基材１に平行な同一平面上に位置するようにしている。球状部材３の大きさは、例えば直径２０ｍｍ程度である。
【００２３】
プレート基準座標系を例えば左下隅の球状部材３の中心を基準として、ｘｙ軸をとる。本実施形態では、球状部材３の中心が同一平面上に位置するので、すべての位置座標でｚ＝０となり、球状部材３の位置座標を決めやすい。ｘｙ座標位置は、基材１に形成した支持部材２を嵌め込むための穴の位置と等しくなるので、位置の精度は略工作精度で決定され、精度をだしやすい。球状部材３の中心を同一平面上としない場合も含めて球状部材３の位置座標は、製作した装置を測定して座標を決めるか、十分な精度で装置が製作できているのであれば、設計値から座標を決めても良い。なお、支持部材２は基材１に一体形成されているものでも良い。
【００２４】
球状部材３にはアルマイト処理が施されるとともに、表面に赤外線を効率良く放射するように着色が施されている。赤外線放射能率は黒体で最大になるので、黒体放射に近くなるように、黒色アルマイト処理を施したり、黒色の塗装を施したりする。
【００２５】
図２に示すように、球状部材３には加熱手段として抵抗体４が内蔵されている。球状部材３には穴３ａが形成されており、そこに抵抗体４及び抵抗体４に接続するリード線５が熱収縮チューブ６で覆われた状態で収容され、シリコーン接着剤で球状部材３に接着される。この熱収縮チューブ６により、抵抗体４及びリード線５が球状部材３から絶縁される。抵抗体４に接続するリード線５は、円筒状の支持部材２の内部を通って不図示の電源に接続される。抵抗体４には発熱に強い酸化金属皮膜抵抗を用い、発熱量は直径２０ｍｍ程度の球状部材１個あたり１Ｗ程度とする。
【００２６】
円筒状の支持部材２は、球状部材３からの熱伝導がなるべく小さくなるように、細く、肉薄とするのが望ましい。
【００２７】
次に、図３を参照して、本実施形態に係る校正装置を用いた熱画像カメラのキャリブレーション方法を説明する。まず、熱画像カメラ及び校正装置を設置し（ステップＳ１）、熱画像カメラのピント合わせを行った後（ステップＳ２）、各球状部材３の抵抗体４に通電して各球状部材３を加熱する（ステップＳ３）。
【００２８】
そして、熱画像カメラで撮影した画像で球状部材３と背景となる基材１とが十分なコントラストを持つ程度に各球状部材３が加熱されたならば（ステップＳ４でＹｅｓ）、熱画像カメラで校正装置を撮影し、キャリブレーションを実施する（ステップＳ５）。
【００２９】
本実施形態に係る校正装置を熱画像カメラで撮影すると、図４に示すように、加熱されて多くの赤外線を放射する球状部材３が白く写るが、加熱されない基材１等は黒く写る。すなわち、黒い背景に白い円が格子状に並んだ画像を取得することができる。基材１及び支持部材２の材質と、球状部材３の材質とに熱伝導性の異なるものを用いることにより、コントラストの大きい明暗パターンを得ることができる。
【００３０】
画像処理等によって、画像中の白い円のそれぞれについて中心位置を検出し、世界座標系における球状部材３の中心座標と、検出した円の中心位置とに基づいてキャリブレーションが可能になる。球状部材３を用いることにより、基材１に対して熱画像カメラを傾けたときでも、検出した円の中心位置は各球状部材３の中心位置に対応することになる。
【００３１】
白い円の中心位置は、手動で位置を決定するか、円の中心を検出するアルゴリズムを用いて画像処理によって決定する。なお、リード線５が熱を持って白く写ったり、球状部材３からの熱が支持部材２にわずかであるが伝達し、基材１に対して熱画像カメラを傾けて撮影したときに支持部材２の一部も多少白く写ったりすることもあるが、この部分を除去して円の中心位置を求めれば良い。
【００３２】
ステップＳ５におけるキャリブレーションは、例えば球状部材３をｎ個配置したとき、各球状部材３に対応する画像上の検出位置（ｘ1，ｙ1）、（ｘ2，ｙ2）、・・・（ｘn，ｙn）と対応する球状部材３の３次元座標（Ｘ1，Ｙ1，０）、（Ｘ2，Ｙ2，０）、・・・（Ｘn，Ｙn，０）をｎ個のデータセットとして、上述したＺｈｅｎｇｙｏｕ−Ｚｈａｎｇ法等の方法を用いて行うことができる。すなわち、本実施形態に係る校正装置を傾けて撮影することにより、各点の世界座標と、それらの点に対応する画面座標との組が与えられたときに、外部パラメータとして回転行列とベクトル、内部パラメータとして焦点距離、レンズ歪係数、スケール係数、画像原点を求めることでカメラのパラメータを決定する。
【００３３】
以上述べた本実施形態の校正装置では、アルミニウム製の球状部材３の温度を、外界温度（多くは常温）のポリカーボネートからの放射強度に比較して強い放射強度が得られる程度に加熱すれば良い。すなわち、黒色に着色したアルミニウム球とポリカーボネートのように非反射材を用いることにより、周辺物体が画像中に写り込むことがなくなり、球状部材３に対して設定、制御すべき温度は周辺物体の温度によらず、どのような環境でも確実なキャリブレーションを行うことができる。
【００３４】
また、球状部材３はキャリブレーションに使用するデータ点の数だけ設けておけば良く、例えば校正装置を大型化する場合でも、データ点の数に変更がなければ、すなわち球状部材３の数に変更がなければ、消費電力は変わらず、低い消費電力に抑えることができる。
【００３５】
以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。例えば球状部材３に加熱手段でなく冷却手段を内蔵するようにしても良い。この場合、明暗パターンが反転した画像を取得することができ、その後ソフトウェア処理等により明暗を判定させれば、上記実施形態と同様の画像を取得することができる。
【００３６】
また、上記実施形態とは逆に、基材１及び支持部材２を黒色に着色したアルミニウム製、球状部材３をポリカーボネート製としても良い。ただし、この場合はプレート状の基材１を加熱（或いは冷却）することになるため、上記実施形態で述べたように球状部材３を加熱（或いは冷却）する方が熱制御、消費電力的には有利である。
【符号の説明】
【００３７】
１：基材、２：支持部材、３：球状部材、３ａ：穴、４：抵抗体、５：リード線、６：熱収縮チューブ
【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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