(57)【要約】【課題】主光線の入射角ごとに入射瞳中心が移動することにより発生する距離誤差を低減することができるステレオカメラを提供する。【解決手段】撮像系部１００ａは、対象物の基準画像を撮像する。撮像系部１００ｂは、対象物の参照画像を撮像する。幾何補正情報記憶部１１４は、主光線と光軸の交点を示す入射瞳中心が入射角に応じて移動する場合の対象物の基準画像及び参照画像の位置と、入射瞳中心が入射角に応じて移動しないと仮定する場合の対象物の基準画像及び参照画像の位置と、の差だけ誤差をそれぞれ持つ基準画像及び参照画像の幾何補正情報を記憶する。幾何補正部１１９は、幾何補正情報を用いて基準画像及び参照画像を幾何的に補正する。【選択図】図１
2019056606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の第１の画像を撮像する第１の撮像部と、
前記対象物の第２の画像を撮像する第２の撮像部と、
主光線と光軸の交点を示す入射瞳中心が入射角に応じて移動する場合の前記対象物の前記第１の画像の位置と、前記入射瞳中心が前記入射角に応じて移動しないと仮定する場合の前記対象物の前記第１の画像の位置と、の差だけ誤差を持つ前記第１の画像の幾何補正情報を記憶して、
主光線と光軸の交点を示す入射瞳中心が入射角に応じて移動する場合の前記対象物の前記第２の画像の位置と、前記入射瞳中心が前記入射角に応じて移動しないと仮定する場合の前記対象物の前記第２の画像の位置と、の差だけ誤差を持つ前記第２の画像の幾何補正情報を、記憶する幾何補正情報記憶部と、
前記幾何補正情報を用いて前記第１の画像及び前記第２の画像を幾何的に補正する幾何補正部と、
幾何的に補正された前記第１の画像及び前記第２の画像から視差を算出する視差算出部と、
を備えることを特徴とするステレオカメラ。
【請求項２】
請求項１に記載のステレオカメラであって、
前記対象物の前記主光線の前記入射角に応じた前記入射瞳中心の移動量と、前記視差算出部によって算出される視差と、に基づいて、前記入射瞳中心が前記入射角に応じて移動しないと仮定する場合の視差を算出し、補正後の視差とする視差補正部を備える
ことを特徴とするステレオカメラ。
【請求項３】
請求項２に記載のステレオカメラであって、
それぞれの前記入射角とそれに対応する前記入射瞳中心の移動量とを記憶する入射瞳中心移動情報記憶部を備え、
前記視差補正部は、
前記入射瞳中心移動情報記憶部に記憶されるそれぞれの前記入射角とそれに対応する前記入射瞳中心の移動量に基づいて、前記対象物の前記主光線の前記入射角に応じた前記入射瞳中心の移動量を算出する
ことを特徴とするステレオカメラ。
【請求項４】
請求項３に記載のステレオカメラであって、
前記視差補正部は、
前記対象物の前記第１の撮像部の３次元位置と、前記対象物の前記主光線の前記入射角に応じた前記第１の撮像部の前記入射瞳中心の移動量と、に基づいて、入射瞳中心が移動しない場合の前記第１の画像における前記対象物の第１の位置を算出し、
前記対象物の前記第２の撮像部の３次元位置と、前記対象物の前記主光線の前記入射角に応じた前記第２の撮像部の前記入射瞳中心の移動量と、に基づいて、入射瞳中心が移動しないと仮定する場合の前記第２の画像における前記対象物の第２の位置を算出し、
前記第１の位置と前記第２の位置との水平方向の差を補正後の視差とする
ことを特徴とするステレオカメラ。
【請求項５】
請求項２に記載のステレオカメラであって、
前記入射角と前記入射瞳中心の移動量との多項式の係数を記憶する入射瞳中心移動情報記憶部を備え、
前記視差補正部は、
前記多項式を用いて、前記対象物の前記主光線の前記入射角に応じた前記入射瞳中心の移動量を算出する
ことを特徴とするステレオカメラ。
【請求項６】
請求項２に記載のステレオカメラであって、
前記対象物のそれぞれの距離とそれぞれの前記入射角との組合せに対応する前記幾何補正情報の補正量を記憶する入射瞳中心移動情報記憶部を備え、
前記視差補正部は、
前記入射瞳中心移動情報記憶部に記憶される前記対象物のそれぞれの距離とそれぞれの前記入射角との組合せに対応する前記幾何補正情報の補正量に基づいて、入射瞳中心が移動しないと仮定する場合の前記第１の画像における前記対象物の第１の位置と、入射瞳中心が移動しないと仮定する場合の前記第２の画像における前記対象物の第２の位置と、を算出し、
前記第１の位置と前記第２の位置との水平方向の差を補正後の視差とする
ことを特徴とするステレオカメラ。
【請求項７】
請求項１に記載のステレオカメラであって、
画角が４０°以上である
ことを特徴とするステレオカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステレオカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の従来技術は、２つの撮像部の画像の歪を補正する補正情報を記憶しておき、その画像の補正情報を用いて、２つの画像を幾何的に補正して、２つの画像間の視差を算出した後に、距離を算出する。２つの撮像部のうち、認識に用いる画像側の第１の光学素子の透過率が他方の第２の光学素子より高い、第１の光学素子の歪が第２の光学素子に比べて小さい、第１の撮像素子の感度特性が第２の撮像素子に比べて高い、第１の撮像素子のノイズが第２の撮像素子に比べて小さい、の少なくとも１つを満足することにより、認識性能のばらつきを低減する。
【０００３】
特許文献２の従来技術は、特許文献１の従来技術で記憶されている２つの撮像部の画像の補正情報を作成する。ステレオカメラの前にチャートが設置され、そのチャートには複数の特徴点の模様が描かれているチャートを撮影して、その画像上の特徴点位置を検出して、画像の歪を補正する情報を作成する。チャートから異なる距離で画像を撮影し、それらの特徴点位置の違いにより、製造誤差及び設備誤差を推定して、製造誤差及び設備誤差による画像の補正情報のずれを補正して、画像の補正情報の精度を向上させる。
【０００４】
特許文献３の従来技術は、２つの画像の幾何的な補正処理を行い、２つの画像から特徴を抽出して、２つの画像上の同じ特徴を対応させて、これらの特徴及びその対応関係をもとに、カメラパラメータのずれを補正する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2014-72592号公報
【０００６】
【特許文献２】国際公開第2014/181581号
【０００７】
【特許文献３】特開2004-354257号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
画角が約４０°以下と比較的狭いカメラでは、主光線と光軸の交点（入射瞳中心）が主光線の入射角に依存せず、一定の場所に位置する。ステレオカメラでは、このように、主光線の入射角に依存せず、入射瞳中心が移動しないピンホールカメラモデルを前提に、距離を計測する。
【０００９】
しかし、広角カメラでは、主光線と光軸の交点（入射瞳中心）が主光線の入射角によって異なる。具体的には、主光線の入射角が大きくなると、入射瞳中心が前に移動する。このため、同じ対象物からの主光線の入射角がピンホールカメラモデルとは異なり、画像の周辺で位置がピンホールカメラモデルからずれる。この画像周辺のずれは、対象物の距離によって異なるため、ある一定の補正量を与えただけでは、補正できず、算出した距離に誤差が生じる。
【００１０】
特許文献２の従来技術は、カメラから比較的近い場所に設置されたチャート上の特徴点の模様を用いて、画像の補正情報を作成する。特許文献１の従来技術は、この画像の補正情報を用いるため、カメラから近い位置では画像上のずれが小さく、遠くなると、画像上のずれが大きくなる。遠い対象物の視差は小さいため、そこに視差誤差が発生すると、距離誤差が大きくなる。
【００１１】
特許文献３の従来技術は、主光線の入射角ごとの入射瞳中心の移動を考慮しないため、距離によって異なる画像上のずれを補正できず、距離誤差が発生する。
【００１２】
本発明の目的は、主光線の入射角ごとに入射瞳中心が移動することにより発生する距離誤差を低減することができるステレオカメラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明は、対象物の第１の画像を撮像する第１の撮像部と、前記対象物の第２の画像を撮像する第２の撮像部と、主光線と光軸の交点を示す入射瞳中心が入射角に応じて移動する場合の前記対象物の前記第１の画像の位置と、前記入射瞳中心が前記入射角に応じて移動しないと仮定する場合の前記対象物の前記第１の画像の位置と、の差を幾何補正情報として記憶する幾何補正情報記憶部と、前記幾何補正情報を用いて前記第１の画像及び前記第２の画像を幾何的に補正する幾何補正部と、幾何的に補正された前記第１の画像及び前記第２の画像から視差を算出する視差算出部と、を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、主光線の入射角ごとに入射瞳中心が移動することにより発生する距離誤差を低減することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態によるステレオカメラの構成を示す図である。
【図２】図１に示すステレオカメラの動作を示す図である。
【図３】図２に示す入射瞳中心の移動を考慮した視差の補正の動作の一例を示す図である。
【図４】基準画像及び参照画像を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態における距離及び入射角ごとのピンホールカメラモデルとの画像補正情報のずれの一例を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態におけるある距離での画像上のピンホールカメラモデルとの画像補正情報のずれ分布の一例を示す図である。
【図７】近い位置で画像補正情報を作成したときの距離及び入射角ごとのピンホールカメラモデルとの画像補正情報のずれの一例を示す図である。
【図８】近い位置で画像補正情報を作成したときの無限遠での画像上のピンホールカメラモデルとの画像補正情報のずれ分布の一例を示す図である。
【図９】近い位置で画像補正情報を作成したときの距離誤差の一例を示す図である。
【図１０】本発明の画像補正情報を用いたときの距離誤差の一例を示す図である。
【図１１】入射瞳中心が移動するモデルとピンホールカメラモデルの主光線の入射角及び画像ずれを示す図である。
【図１２】図２に示す入射瞳中心の移動を考慮した視差の補正の動作の変形例を示す図である。
【図１３】入射瞳中心移動情報記憶部のテーブルの一例を示す図である。
【図１４】入射瞳中心移動情報記憶部のテーブルの別の例を示す図である。
【図１５】入射瞳中心移動情報記憶部のテーブルの別の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に本発明の一実施形態によるステレオカメラ１の構成を示す。なお、ステレオカメラ１は、画角が４０°以上の広角カメラである。
【００１７】
本発明の一実施形態によるステレオカメラ１は、撮像系部１００ａ、撮像系部１００ｂ、演算部１１０、画面音声出力部１３０、制御部１４０とを備えている。
【００１８】
カメラなどの撮像系部１００ａは、光学素子部１０１ａ、撮像素子部１０２ａとを備えている。
【００１９】
レンズなどの光学素子部１０１ａは、光を屈折させて、撮像素子部１０２ａ上に像を結ぶ。
【００２０】
撮像素子などの撮像素子部１０２ａは、光学素子部１０１ａにより屈折した光の像を受光し、その光の強さに応じた画像を生成する。
【００２１】
カメラなどの撮像系部１００ｂは、光学素子部１０１ｂ、撮像素子部１０２ｂとを備えている。また、撮像系部１００ａと撮像系部１００ｂの焦点距離の設計値は同じである。撮像系部１００ａと撮像系部１００ｂの光軸の方向は、おおむね同じである。
【００２２】
レンズなどの光学素子部１０１ｂは、光を屈折させて、撮像素子部１０２ｂ上に像を結ぶ。
【００２３】
撮像素子などの撮像素子部１０２ｂは、光学素子部１０１ｂにより屈折した光の像を受光し、その光の強さに応じた画像を生成する。
【００２４】
撮像系部１００ａが撮像した画像は、視差画像を作成するときに基準となる画像であるため、基準画像と呼ぶ。換言すれば、撮像系部１００ａ（第１の撮像部）は、対象物の基準画像（第１の画像）を撮像する。また、撮像系部１００ｂが撮像した画像は、視差画像を作成するときに、基準画像から抽出した領域と一致する領域を探索される画像であり、参照画像と呼ぶ。換言すれば、撮像系部１００ｂ（第２の撮像部）は、対象物の参照画像（第２の画像）を撮像する。
【００２５】
ＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｕｎｉｔ、中央演算処理装置）及びメモリなどから構成される演算部１１０は、撮像画像記憶部１１１、幾何補正画像記憶部１１２、視差画像記憶部１１３、幾何補正情報記憶部１１４、幾何補正変更情報記憶部１１５、入射瞳中心移動情報記憶部１１６、同期信号発生部１１７、基準画像取込部１１８ａ、参照画像取込部１１８ｂ、幾何補正部１１９、視差算出部１２０、視差補正部１２１、認識部１２２、幾何校正部１２３を備えている。
【００２６】
メモリなどの撮像画像記憶部１１１は、撮像系部１００ａ及び撮像系部１００ｂから出力される画像を格納する。
【００２７】
メモリなどの幾何補正画像記憶部１１２は、撮像された基準画像（撮像後の基準画像）及び参照画像（撮像後の参照画像）を幾何的に補正した基準画像（幾何補正後の基準画像）及び参照画像（幾何補正後の参照画像）を格納する。
【００２８】
メモリなどの視差画像記憶部１１３は、視差画像を格納する。
【００２９】
メモリなどの幾何補正情報記憶部１１４は、基準画像及び参照画像において、歪がない画像上の各画素に対応する、歪がある撮像後の画像上の２次元座標（幾何補正情報）を格納する。この幾何補正情報は、幾何補正部１１９で撮像後の基準画像及び参照画像のレンズ歪みや光軸ずれを補正する処理に用いられる。すなわち、幾何補正部１１９は、幾何補正情報を用いて基準画像（第１の画像）及び参照画像（第２の画像）を幾何的に補正する。
【００３０】
幾何補正情報は、入射瞳中心が移動する場合としない場合（ピンホールカメラモデル）との間で、ある距離の対象物を投影したときの画像上の位置ずれの値だけ、ピンホールカメラモデルからずれている。
【００３１】
換言すれば、幾何補正情報記憶部１１４は、主光線と光軸の交点を示す入射瞳中心が入射角に応じて移動する場合の対象物の基準画像（第１の画像）の位置と、入射瞳中心が入射角に応じて移動しないと仮定する場合の対象物の基準画像の位置と、の差だけ誤差を持つ幾何補正情報を記憶する。また，幾何補正情報記憶部１１４は、主光線と光軸の交点を示す入射瞳中心が入射角に応じて移動する場合の対象物の参照画像（第２の画像）の位置と、入射瞳中心が入射角に応じて移動しないと仮定する場合の対象物の参照画像の位置と、の差だけ誤差を持つ幾何補正情報を記憶する。
【００３２】
つまり、図５に示すように、無限遠の対象物を投影したときには、ピンホールカメラモデルの幾何補正情報の値と一致し、距離が短くなり、主光線の入射角が大きくなると、ピンホールカメラモデルを想定した幾何補正情報の値とずれが生じる。
【００３３】
メモリなどの幾何補正変更情報記憶部１１５は、幾何補正部１１９が画像の幾何補正処理を実施するときに幾何補正情報から更に水平方向及び垂直方向に移動させるための基準画像及び参照画像の水平移動量及び垂直移動量が格納されている。ここで、基準画像及び参照画像の水平移動量及び垂直移動量の初期値はゼロである。基準画像及び参照画像の水平移動量及び垂直移動量は幾何校正部１２３で算出され、経年変化、熱変化や衝撃振動などの機械ずれによって発生した垂直方向及び水平方向のずれを補正するためのものである。
【００３４】
メモリなどの入射瞳中心移動情報記憶部１１６は、撮像系部１００ａ及び撮像系部１００ｂにおける入射角ゼロを基準として各入射角までの入射瞳中心の移動量の値を格納している。換言すれば、入射瞳中心移動情報記憶部１１６は、図１３に示すように、それぞれの入射角（θ１、θ２、・・・）とそれに対応する入射瞳中心の移動量（ΔＬ１、ΔＬ２、・・・）とをテーブルＴ１３０１に記憶する。
【００３５】
同期信号発生部１１７は、同期信号を生成し、発信する。
【００３６】
基準画像取込部１１８ａは、同期信号発生部１１７の同期信号に合わせて、撮像素子部１０２ａに同期信号及び露光時間の情報を送った後に、撮像素子部１０２ａが生成する画像を取得して、画像を撮像画像記憶部１１１に格納する。
【００３７】
参照画像取込部１１８ｂは、同期信号発生部１１７の同期信号に合わせて、撮像素子部１０２ｂに同期信号及び露光時間の情報を送った後に、撮像素子部１０２ｂが生成する画像を取得して、画像を撮像画像記憶部１１１に格納する。
【００３８】
幾何補正部１１９は、幾何補正情報記憶部１１４から幾何補正情報を読み込み、幾何補正変更情報記憶部１１５から基準画像及び参照画像の水平移動量及び垂直移動量を読み込む。幾何補正情報である基準画像及び参照画像における歪のない画像上の各画素に対応する、歪のある画像上の２次元座標（幾何補正情報）にそれぞれ基準画像及び参照画像の水平移動量及び垂直移動量を足し合わせる。撮像後の基準画像及び参照画像、足し合わせた幾何補正情報をもとに、幾何補正処理を行い、歪のない画像を算出する。これらの幾何補正後の基準画像及び参照画像を幾何補正画像記憶部１１２に格納する。
【００３９】
視差算出部１２０は、幾何補正画像記憶部１１２から幾何補正後の基準画像及び参照画像を読み込み、基準画像上から抽出した所定のサイズの領域（テンプレート画像）に対応する参照画像上の同じ高さにある領域を探索する。テンプレート画像と一致する参照画像上の領域の位置と、基準画像上のテンプレート画像の位置の差すなわち視差を算出する。各領域について視差を算出することにより、視差画像を算出する。
【００４０】
換言すれば、視差算出部１２０は、幾何的に補正された基準画像（第１の画像）及び参照画像（第２の画像）から視差を算出する。
【００４１】
視差補正部１２１は、視差画像記憶部１１３から視差画像を、入射瞳中心移動情報記憶部１１６から撮像系部１００ａ及び撮像系部１００ｂにおける入射角ゼロを基準として各入射角までの入射瞳中心の移動量を読み込む。視差補正部１２１は、視差画像、撮像系部１００ａ及び撮像系部１００ｂの焦点距離、画素ピッチ及び基線長を用いて、画像上の各領域の距離を算出する。
【００４２】
各領域の基準画像及び参照画像上の位置は、入射瞳中心が移動した場合の幾何補正後の位置である。そこで、各領域の基準画像上の位置、視差及び距離、光軸位置、視差画像及び入射角ゼロを基準として各入射角までの入射瞳中心の移動量を用いて、入射瞳中心が移動しない場合の幾何補正後の基準画像及び参照画像上の各領域の位置を算出した後、その差を算出し、それらを各領域の補正後の視差とする。
【００４３】
換言すれば、視差補正部１２１は、対象物の主光線の入射角に応じた入射瞳中心の移動量と、視差算出部によって算出される視差（入射瞳中心が入射角に応じて移動する場合の視差）と、に基づいて、入射瞳中心が入射角に応じて移動しないと仮定する場合の視差（ピンホールカメラモデルの視差）を算出し、補正後の視差とする。これにより、入射瞳中心の移動による視差誤差を低減することができる。
【００４４】
視差補正部１２１は、補正後の視差画像を視差画像記憶手段に格納する。視差算出部１２０が算出した視差は、入射瞳中心が移動した場合の視差である。視差補正部１２１は、上記の処理により、入射瞳中心が移動する場合の視差を、ステレオカメラ１の距離測定の前提条件であるピンホールカメラモデル（入射瞳中心が移動しない場合）の視差に補正する。
【００４５】
認識部１２２は、視差画像記憶部１１３から視差画像を読み込み、視差、撮像系部１００ａと撮像系部１００ｂの焦点の距離（基線長）、焦点距離及びの１画素のサイズをもとに、撮像系部１００ａ及び撮像系部１００ｂの光軸方向にステレオカメラ１から画像上の対象物までの距離を算出する。各領域について距離を算出することにより、距離画像を算出する。
【００４６】
次に、認識部１２２は、幾何補正画像記憶部１１２から幾何補正後の基準画像を読み込み、幾何補正後の基準画像及び距離画像を用いて、基準画像に写っている対象物及び基準画像上の対象物の位置を認識し、ステレオカメラ１に対する対象物の３次元の相対位置及び相対速度を算出する。ここで、ステレオカメラ１に対する３次元の相対位置座標系は、撮像系部１００ａの入射瞳中心を原点として、撮像系部１００ａに対して右方向にｘ座標、下方向にｙ座標、光軸方向にｚ座標をとる。また、認識部１２２は、ステレオカメラ１と対象物の相対位置及び相対速度をもとに衝突までに時間を算出して、所定の時間内に衝突するかどうかを判定する。ステレオカメラ１と対象物の相対位置、相対速度、衝突判定結果及び衝突時間を画面音声出力部１３０及び制御部１４０に送る。
【００４７】
幾何校正部１２３は、幾何補正画像記憶部１１２から幾何補正後の基準画像及び参照画像を、視差画像記憶部１１３から視差画像を読み込み、これらの情報をもとに、幾何補正後の基準画像上の光軸（消失点）位置が設計値になるような基準画像の水平移動量及び垂直移動量を算出するとともに、幾何補正後の基準画像上の光軸（消失点）位置で視差がゼロになるような参照画像の水平移動量及び垂直移動量を算出する。それらの結果を幾何補正変更情報記憶部１１５に格納する。
【００４８】
モニタ及びスピーカなどの画面音声出力部１３０は、基準画像、あるいは、視差画像、距離画像を画面に表示する。また、対象物の位置に枠あるいはマーカを表示する。このとき、認識部１２２からの衝突判定結果が衝突するという判定である対象物の枠あるいはマーカの色を、衝突しない対象物と異なるものとする。認識部１２２からの衝突判定結果が衝突するという判定である対象物がある場合、画面音声出力部１３０は、警告音を出力する。
【００４９】
ＣＰＵなどの制御部１４０は、ステレオカメラ１と対象物の相対位置、相対速度、衝突時間及び衝突判定結果をもとに制御信号を生成して、ステレオカメラ１の外部に出力する。
【００５０】
図１に示す本発明の一実施形態によるステレオカメラ１の動作手順を、図２及び図３を用いて説明する。なお、各ステップの主体は、明記しない限り、原則として同じである。
【００５１】
ステップ２０１：
同期信号発生部１１７は、同期信号を生成して、基準画像取込部１１８ａ及び参照画像取込部１１８ｂに送る。基準画像取込部１１８ａは、同期信号発生部１１７からの同期信号を受け取った直後に、撮像素子部１０２ａに同期信号及び露光時間の情報を送る。撮像素子部１０２ａは、基準画像取込部１１８ａからの同期信号及び露光時間の情報を受け取った直後に、光学素子部１０１ａにより屈折した光の像を露光時間だけ受光し、その光の強さに応じた画像を生成して、基準画像取込部１１８ａに画像を送る。基準画像取込部１１８ａは、撮像素子部１０２ａから画像を受け取るとともに、画像を撮像画像記憶部１１１に格納する。
【００５２】
参照画像取込部１１８ｂは、同期信号発生部１１７からの同期信号を受け取った直後に、撮像素子部１０２ｂに同期信号及び露光時間の情報を送る。撮像素子部１０２ｂは、参照画像取込部１１８ｂからの同期信号及び露光時間の情報を受け取った直後に、光学素子部１０１ｂにより屈折した光の像を露光時間だけ受光し、その光の強さに応じた画像を生成して、参照画像取込部１１８ｂに画像を送る。参照画像取込部１１８ｂは、撮像素子部１０２ｂから画像を受け取るとともに、画像を撮像画像記憶部１１１に格納する。
【００５３】
ステップ２０２：
幾何補正部１１９は、撮像画像記憶部１１１から撮像後の基準画像及び参照画像を読み込む。幾何補正情報記憶部１１４から基準画像及び参照画像の幾何補正情報を読み込み、幾何補正変更情報記憶部１１５から基準画像及び参照画像の水平移動量及び垂直移動量を読み込む。
【００５４】
数式（１）及び数式（２）を用いて、幾何補正後の基準画像上の各画素に対応する撮像後の画像上の座標（Ｆｘ（Ｘ２，Ｙ２），Ｆｙ（Ｘ２，Ｙ２））、基準画像の水平移動量ΔＸ２及び垂直移動量ΔＸ２をもとに、幾何補正後の基準画像の画素（Ｘ２，Ｙ２）に対応する撮像前の基準画像の位置（Ｘ１，Ｙ１）を算出する。
【００５５】
【数１】
2019056606.tif 000003
【００５６】
【数２】
2019056606.tif 000004
【００５７】
基準画像の位置（Ｘ１，Ｙ１）の周辺４画素の輝度値を２次元線形補間を実施することにより、幾何補正後の基準画像の画素（Ｘ２，Ｙ２）の輝度値を算出する。幾何補正後の基準画像の各画素について上記の手順を実施して、幾何補正後の基準画像の輝度値を算出する。また、参照画像についても上記の手順を実施して、参照画像の幾何補正画像の輝度値を算出する。幾何補正後の基準画像及び参照画像を幾何補正画像記憶部１１２に格納する。
【００５８】
ステップ２０３：
視差算出部１２０は、幾何補正画像記憶部１１２から基準画像及び参照画像の幾何補正画像を読み込む。図４に示すように、幾何補正後の基準画像４０１の所定のサイズの領域の画像４０３（テンプレート画像）を抽出する。幾何補正後の参照画像４０２でテンプレート画像４０３と同じ対象物が写っている領域の画像を以下のテンプレートマッチングで探索する。
【００５９】
テンプレート画像４０３と同じ高さにある参照画像４０２の所定のサイズの領域の画像４０４（被探索画像）を抽出して、テンプレート画像４０３の輝度値と被探索画像４０４の輝度値の差の絶対値の和（ＳＡＤ，Ｓｕｍ  ｏｆ  Ａｂｓｏｌｕｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）を算出する。テンプレート画像４０３と同じ高さにある参照画像４０２上の各被探索画像４０４についてＳＡＤを算出して、ＳＡＤが最も小さい値の被探索画像４０５を探索する。
【００６０】
被探索画像４０５のＳＡＤ及び被探索画像４０５から１画素の左右隣の被探索画像のＳＡＤを用いて、等角直線フィッティングを行い、テンプレート画像４０３と最も一致する参照画像上の被探索画像４０５のサブピクセルを算出する。テンプレート画像４０３と被探索画像４０５の位置の差にサブピクセルを加算することにより、幾何補正後の基準画像４０１上のテンプレート画像４０３の視差を算出する。
【００６１】
次に、以下の２つの判定方法で視差が有効であるか無効であるかを判定する。テンプレート画像４０３と同じ高さにある参照画像４０２上の各被探索画像４０４を用いて、求めたＳＡＤの最小値が閾値以上である場合、テンプレート４０３と被探索画像４０５が一致していないとして、その領域の視差を無効であると判定し、ＳＡＤの最小値が閾値未満である場合、有効であると判定する。
【００６２】
また、パターンの一致度を表すＳＡＤにおいて、隣とのＳＡＤの差を算出する。これらの差の値が負から正に変化する箇所を検出して、それらの箇所のＳＡＤが最も小さい箇所と、２番目に小さい箇所を検出して、それらのＳＡＤの差が閾値未満である場合、テンプレート画像と似たパターンがあり、ミスマッチングの可能性があるとして、その領域の視差は無効であると判定し、そうでない場合、有効であると判定する。ここで、隣のＳＡＤの差が負から正に変化する箇所が１箇所しかない場合、その視差は有効であると判定する。２つの判定方法でともに有効と判定された領域を有効とし、どちらか一方の判定方法で無効と判定された場合、その領域を無効とする。
【００６３】
このような処理を幾何補正後の基準画像上の全ての領域について実施して、基準画像４０１の全体での視差を算出する。このようにして算出した視差画像を視差画像記憶部１１３に格納する。
【００６４】
ステップ２０４：
視差補正部１２１は、視差画像記憶部１１３から視差画像を、入射瞳中心移動情報記憶部１１６から撮像系部１００ａ及び撮像系部１００ｂにおける入射角ゼロを基準として各入射角までの入射瞳中心の移動量を読み込む。視差補正部１２１は、視差画像、撮像系部１００ａ及び撮像系部１００ｂの焦点距離、画素ピッチ及び基線長を用いて、画像上の各領域の距離を算出する。各領域の基準画像及び参照画像上の位置は、入射瞳中心が移動した場合の幾何補正後の位置である。
【００６５】
そこで、各領域の基準画像上の位置、視差及び距離、光軸位置、視差画像及び入射角ゼロを基準として各入射角までの入射瞳中心の移動量を用いて、入射瞳中心が移動しない場合の幾何補正後の基準画像及び参照画像上の各領域の位置を算出した後、その差を算出し、それらを各領域の補正後の視差とする。補正後の視差画像を視差画像記憶手段に格納する。このステップの動作手順を図３に示す。
【００６６】
ステップ２０５：
認識部１２２は、視差画像記憶部１１３から視差画像を、幾何補正画像記憶部１１２から幾何補正画像を読み込む。
【００６７】
数式（３）を用いて、視差画像上の領域におけるステレオカメラ１との光軸方向の距離Ｌを算出する。ここで、ｆは撮像系部１００ａ及び撮像系部１００ｂの焦点距離の設計値、Ｂは撮像系部１００ａと撮像系部１００ｂの主点間の距離（基線長）、ｄは視差、ｃは撮像素子部１０２ａ及び撮像素子部１０２ｂの画素ピッチである。
【００６８】
【数３】
2019056606.tif 000005
【００６９】
この処理を視差画像の全ての領域について実施して、視差画像全体におけるステレオカメラ１との光軸方向の距離を算出して、距離画像を作成する。
【００７０】
次に、認識部１２２は、基準画像の処理画像上の消失点の位置の算出、自動車や歩行者などの対象物の判定、ステレオカメラ１に対する対象物の相対位置及び相対速度の算出、対象物とステレオカメラ１との衝突判定を行う。
【００７１】
先ず、認識部１２２は、基準画像上の消失点の位置の算出を以下の手順で実施する。基準画像上の車線の境界にある両側の白線を検出して、基準画像上の白線の傾きを算出する。両側の白線が直線であるとして、算出した傾きにより、両側の白線が交わる点の基準画像上の位置を算出する。これが消失点の位置である。
【００７２】
次に、認識部１２２は、自動車や歩行者などの対象物の検出を以下の手順で実施する。距離画像において、距離が所定の範囲内にある画素が連結している領域１を求める。所定の範囲の例として、５〜１０ｍ、７．５〜１２．５ｍ、１０〜１５ｍなどと幅５ｍので２．５ｍごとに範囲が重複する複数の範囲を設定する。距離が所定の範囲内にある画素が連結している各領域１の基準画像上の縦及び横方向の長さを求める。各領域１の基準画像上の縦方向の長さ、距離と画素ピッチをかけた値を焦点距離で割って、各領域１の３次元の縦方向の長さを算出する。同様に、各領域１の基準画像上の横方向の長さ、距離と画素ピッチをかけた値を焦点距離で割って、各領域１の３次元の横方向の長さを算出する。数式（４）を用いて、各領域１の地面に関する基準画像上の縦方向の位置Ｖｇを近似的に算出する。ここで、Ｖｖは消失点の高さ、Ｈｉはステレオカメラ１の取付高さ、Ｌｒは領域１の平均距離である。また、撮像系部１００ａ及び撮像系部１００ｂの光軸はおおむね水平方向であるという仮定を設定したときの計算式である。
【００７３】
【数４】
2019056606.tif 000006
【００７４】
領域１の３次元の縦及び横方向の長さが自動車の所定の範囲内であり、かつ、領域１の下限の基準画像上の縦方向の位置と、数式（２）で算出した領域１の地面の基準画像上の縦方向の位置の差が閾値以内である場合、領域１の対象物は自動車であると判定する。同様に、領域１の３次元の縦及び横方向の長さが歩行者の所定の範囲内であり、かつ、領域１の下限の基準画像上の縦方向の位置と、数式（２）で算出した領域１の地面の基準画像上の縦方向の位置の差が閾値以内である場合、領域１の対象物は歩行者であると判定する。これらの処理を全ての領域１について実施して、自動車、歩行者であるかを判定する。
【００７５】
次に、ステレオカメラ１に対する対象物の相対位置及び相対速度の算出を以下の手順で実施する。自動車あるいは歩行者と判定された領域１について、数式（５）〜数式（７）を用いて、ステレオカメラ１に対する対象物の相対位置（Ｘｏ、Ｙｏ，Ｚｏ）を算出する。ここで、（Ｕｏ，Ｖｏ）は自動車あるいは歩行者と判定された領域１の中央に関する基準画像上の位置である。
【００７６】
【数５】
2019056606.tif 000007
【００７７】
【数６】
2019056606.tif 000008
【００７８】
【数７】
2019056606.tif 000009
【００７９】
ステップ２０２〜２０８の処理は、所定の周期で繰り返し実施される。前回と今回の処理のステップ２０５で検出された領域１の基準画像上の位置の差が閾値以内である場合、同じ対象物であると判定して、今回の処理で算出されたステレオカメラ１に対する対象物の相対位置から、前回の処理のステップ２０５で算出された相対位置を引いた値を、ステップ２０２〜２０８の処理周期の時間間隔で割って、ステレオカメラ１に対する対象物の相対速度（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）を算出する。
【００８０】
最後に、対象物とステレオカメラ１との衝突判定を以下の手順で実施する。ステレオカメラ１に対する対象物の相対速度Ｖｚが０以上である場合、自動車あるいは歩行者と判定された領域１の対象物に衝突しないと判定する。ステレオカメラ１に対する対象物の相対速度Ｖｚが負である場合、今回の処理で算出したステレオカメラ１に対する対象物の相対位置Ｚｏを、ステレオカメラ１に対する対象物の相対速度Ｖｚの絶対値で割り、衝突までの時間（衝突時間）を算出する。また、ステレオカメラ１に対する対象物の相対速度Ｖｘに衝突時間をかけた値に対象物の相対位置Ｘｏを足して、衝突時におけるステレオカメラ１に対する対象物の相対位置Ｘｏを算出する。
【００８１】
そこで、ステレオカメラ１に対する対象物の相対速度Ｖｚが負であり、かつ、衝突時間が閾値以内であり、かつ、衝突時におけるステレオカメラ１に対する対象物の相対位置Ｘｏの絶対値が閾値内である場合、自動車あるいは歩行者と判定された領域１の対象物に衝突すると判定する。それ以外の場合、衝突しないと判定する。認識部１２２は、自動車あるいは歩行者と判定された領域１に関する基準画像上の四隅の位置、ステレオカメラ１に対する対象物の相対位置及び相対速度、衝突判定結果及び衝突時間を画面音声出力部１３０及び制御部１４０に送る。
【００８２】
ステップ２０６：
幾何校正部１２３は、幾何補正画像記憶部１１２から幾何補正後の基準画像及び参照画像を、視差画像記憶部１１３から視差画像を読み込む。幾何補正後の基準画像上の道路上の左右の白線を検出して、左右の白線の近似直線を算出する。左右の白線の近似直線の交点の位置を算出して、この交点の位置が消失点であり、基準画像上の光軸の位置と一致するとして、交点の位置と光軸の位置の設計値の差を算出して、基準画像の水平方向及び垂直方向の補正量とする。これらの補正量を基準画像の水平移動量及び垂直移動量とする。
【００８３】
幾何校正部１２３は、左右の白線の画像上の垂直方向の各位置に対応する視差を抽出して、左右の白線の画像上の垂直方向の位置と視差の近似直線を算出する。この近似直線から、基準画像の光軸の垂直方向の位置の設計値に対応する白線の視差を算出する。本来、基準画像の光軸の垂直方向の位置の設計値に対応する白線の視差はゼロであるため、その白線の視差は参照画像の水平方向の補正量に相当し、この補正量を参照画像の水平移動量とする。
【００８４】
幾何校正部１２３は、参照画像についても同様に、幾何補正後の参照画像上の道路上の左右の白線を検出して、左右の白線の近似直線を算出する。左右の白線の近似直線の交点の位置を算出して、この交点の位置が消失点であり、参照画像上の光軸の位置と一致するとして、交点の位置と光軸の位置の設計値の差を算出して、参照画像の水平方向の補正量とする。これらの補正量を参照画像の垂直移動量とする。
【００８５】
以上の処理で算出した基準画像及び参照画像の水平移動量及び垂直移動量を幾何補正変更情報記憶部１１５に送り、幾何補正変更情報記憶部１１５は基準画像及び参照画像の水平移動量及び垂直移動量を格納する。
【００８６】
ステップ２０７：
画面音声出力部１３０は、認識部１２２から自動車あるいは歩行者と判定された領域１に関する基準画像上の四隅の位置、ステレオカメラ１に対する対象物の相対位置及び相対速度、衝突判定結果及び衝突時間を受け取る。幾何補正画像記憶部１１２から幾何補正後の基準画像を読み込む。画面に基準画像を表示し、自動車あるいは歩行者と判定された領域１を枠として表示する。また、衝突判定結果が衝突するという判定結果である領域１の枠の色を衝突しないという判定結果の対象物の領域１の枠の色と変えて、画面に表示する。領域１の中に、衝突判定結果が衝突するという判定結果がある場合、警告音を出力する。
【００８７】
ステップ２０８：
制御部１４０は、認識部１２２から自動車あるいは歩行者と判定された領域１に関する基準画像上の四隅の位置、ステレオカメラ１に対する対象物の相対位置及び相対速度、衝突判定結果及び衝突時間を受け取る。自動車あるいは歩行者と判定された領域１の中に、衝突判定結果が衝突するという判定結果がある場合、衝突を回避する制御信号を生成して、ステレオカメラ１の外部に出力する。
【００８８】
本発明の一実施形態によるステレオカメラ１の動作手順のステップ２０４の入射瞳中心の移動を考慮した視差の補正の動作手順を、図３を用いて説明する。
【００８９】
ステップ３０１：
視差補正部１２１は、視差画像記憶部１１３から視差画像を、入射瞳中心移動情報記憶部１１６から撮像系部１００ａ及び撮像系部１００ｂにおける入射角ゼロを基準として各入射角（θ１、θ２、・・・）までの入射瞳中心の移動量（ΔＬ１、ΔＬ２、・・・）を読み込む。
【００９０】
ステップ３０２：
視差補正部１２１は、数式（３）を用いて、視差画像、撮像系部１００ａ及び撮像系部１００ｂに共通の焦点距離ｆ、画素ピッチｃ及び基線長Ｂをもとに、基準画像上の各領域の距離Ｌを算出する。
【００９１】
ステップ３０３：
視差補正部１２１は、数式（８）〜数式（１０）を用いて、各領域の基準画像上の位置（Ｕ，Ｖ）及び距離Ｌ、撮像系部１００ａ及び撮像系部１００ｂに共通の焦点距離ｆ、画素ピッチｃをもとに、入射瞳が移動する場合の各領域に対応する撮像系部１００ａの入射瞳中心を原点とした３次元位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を算出する。ここで、（Ｕ０，Ｖ０）は基準画像上の光軸位置である。
【００９２】
【数８】
2019056606.tif 000010
【００９３】
【数９】
2019056606.tif 000011
【００９４】
【数１０】
2019056606.tif 000012
【００９５】
ステップ３０４：
視差補正部１２１は、数式（１１）を用いて、各領域の基準画像上の位置（Ｕ，Ｖ）、撮像系部１００ａ及び撮像系部１００ｂに共通の焦点距離ｆ、画素ピッチｃをもとに、基準画像上の各領域の入射角θを算出する。
【００９６】
【数１１】
2019056606.tif 000013
【００９７】
ステップ３０５：
視差補正部１２１は、撮像系部１００ａにおける入射角ゼロを基準として各入射角（θ１、θ２、・・・）までの入射瞳中心の移動量（ΔＬ１、ΔＬ２、・・・）のうち、ステップ３０４で算出したある領域の入射角θに近い２つの入射角（例えば、θ１、θ２）に対応する入射瞳中心の移動量（例えば、ΔＬ１、ΔＬ２）を抽出して、線形補間を行い、ある領域の入射瞳中心の移動量ΔＬを算出する。以上の処理を各領域について行う。
【００９８】
換言すれば、視差補正部１２１は、入射瞳中心移動情報記憶部１１６に記憶されるそれぞれの入射角とそれに対応する入射瞳中心の移動量に基づいて、対象物の主光線の入射角に応じた入射瞳中心の移動量を算出する。これにより、入射瞳中心の移動量を容易に推定することができる。
【００９９】
ステップ３０６：
視差補正部１２１は、数式（１２）及び数式（１３）を用いて、ステップ３０３で算出した入射瞳中心が移動する場合の各領域の３次元位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、ステップ３０５で算出した入射瞳中心の移動量ΔＬをもとに、入射瞳中心が移動しない場合の各領域の基準画像上の位置（Ｕ’，Ｖ’）を算出する。
【０１００】
換言すれば、視差補正部１２１は、対象物の撮像系部１００ａ（第１の撮像部）の３次元位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と、対象物の主光線の入射角に応じた撮像系部１００ａの入射瞳中心の移動量ΔＬと、に基づいて、入射瞳中心が移動しない場合の基準画像における対象物の位置（Ｕ’，Ｖ’）を算出する。
【０１０１】
【数１２】
2019056606.tif 000014
【０１０２】
【数１３】
2019056606.tif 000015
【０１０３】
ステップ３０７：
視差補正部１２１は、各領域の基準画像上の水平方向の位置Ｕから視差ｄを引き、各領域の参照画像上の水平方向の位置Ｕrefを算出する。数式（８）〜数式（１０）を用いて、各領域の参照画像上の位置（Ｕref，Ｖref）及び距離Ｌ、撮像系部１００ａ及び撮像系部１００ｂに共通の焦点距離ｆ、画素ピッチｃをもとに、入射瞳が移動する場合の各領域に対応する撮像系部１００ｂの入射瞳中心を原点とした３次元位置（Ｘref，Ｙref，Ｚref）を算出する。ここで、各領域の参照画像上の垂直方向の位置は、基準画像と同じである（Ｖref＝Ｖ）。
【０１０４】
ステップ３０８：
視差補正部１２１は、数式（１１）を用いて、各領域の参照画像上の位置（Ｕref，Ｖref）、撮像系部１００ａ及び撮像系部１００ｂに共通の焦点距離ｆ、画素ピッチｃをもとに、参照画像上の各領域の入射角θrefを算出する。
【０１０５】
ステップ３０９：
視差補正部１２１は、撮像系部１００ｂにおける入射角ゼロを基準として各入射角までの入射瞳中心の移動量（θ１、θ２、・・・）のうち、ステップ３０８で算出したある領域の入射角θrefに近い２つの入射角（例えば、θ１、θ２）に対応する入射瞳中心の移動量（例えば、ΔＬ１、ΔＬ２）を抽出して、線形補間を行い、ある領域の入射瞳中心の移動量ΔＬrefを算出する。以上の処理を各領域について行う。
【０１０６】
ステップ３１０：
視差補正部１２１は、数式（１２）及び数式（１３）を用いて、ステップ３０７で算出した入射瞳中心が移動する場合の各領域の３次元位置（Ｘref，Ｙref，Ｚref）、ステップ３０９で算出した入射瞳中心の移動量ΔＬrefをもとに、入射瞳中心が移動しない場合の各領域の参照画像上の位置（Ｕ’ref，Ｖ’ref）を算出する。
【０１０７】
換言すれば、視差補正部１２１は、対象物の撮像系部１００ｂ（第２の撮像部）の３次元位置（Ｘref，Ｙref，Ｚref）と、対象物の主光線の入射角に応じた撮像系部１００ｂの入射瞳中心の移動量ΔＬrefと、に基づいて、入射瞳中心が移動しないと仮定する場合の参照画像（第２の画像）における対象物の位置（Ｕ’ref，Ｖ’ref）を算出する。
【０１０８】
ステップ３１１：
ステップ３０６及びステップ３１０で算出した入射瞳中心が移動しない場合の各領域の基準画像及び参照画像上の水平方向の位置の差（｜Ｕ’−Ｕ’ref｜）を算出して、これらを入射瞳中心が移動しない場合の各領域の視差とする。
【０１０９】
換言すれば、視差補正部１２１は、入射瞳中心が移動しない場合の基準画像（第１の画像）における対象物の位置（Ｕ’，Ｖ’）と入射瞳中心が移動しないと仮定する場合の参照画像（第２の画像）における対象物の位置（Ｕ’ref，Ｖ’ref）との水平方向の差を補正後の視差とする。
【０１１０】
ここで、図１１を参照しつつ、本実施形態の課題を詳細に説明する。ステレオカメラの距離測定の前提条件のひとつに、主光線（後述する主光線１１０５、１１０８等）の入射角ごとに主光線と光軸１１０１の交点（入射瞳中心）は移動しないこと（ピンホールカメラモデル）がある。しかし、広角カメラでは、主光線の入射角が大きくなると、入射瞳中心の位置が前に移動する。
【０１１１】
例えば、図１１に示すように、対象物１１０２までの距離が短い場合、対象物１１０２から入射瞳中心が移動する場合の入射瞳中心の位置１１０４に入射する主光線１１０６の入射角と、対象物１１０２から入射瞳中心が移動しない場合の入射瞳中心の位置１１０３に入射する主光線１１０５の入射角が大きく異なるため、入射瞳中心が移動する場合と移動しない場合の画像上１１１０上の位置１１１２と位置１１１１が大きくずれる。
【０１１２】
一方、対象物１１０７までの距離が長い場合、対象物１１０７から入射瞳中心が移動する場合の入射瞳中心の位置１１０７に入射する主光線１１０９の入射角と、対象物１１０７から入射瞳中心が移動しない場合の入射瞳中心の位置１１０３に入射する主光線１１０８の入射角の差が小さいため、入射瞳中心が移動する場合と移動しない場合の画像１１１３上の位置１１１４と位置１１１５のずれは小さい。
【０１１３】
このように、入射瞳中心が移動する広角カメラでは、光学系のモデルがピンホールカメラモデルと異なるため、どの距離でも正確に視差を算出できるように、画像を幾何補正することはできない。
【０１１４】
特許文献２の従来技術は、比較的短い距離に設置されたチャートを撮影して、そのチャート上の模様をもとに、画像の幾何補正情報を作成する。このため、図７に示すように、近い距離では、入射角が大きいと、画像の幾何補正情報がピンホールカメラモデルと大きくずれ、図８に示すように、画像の端領域で、無限遠での画像の幾何補正情報のピンホールカメラモデルとのずれが大きくなる。これにより、図９に示すように、短い距離では、正確な距離を算出できるものの、遠い距離では、距離誤差が大きくなる。
【０１１５】
図１に示す本発明の一実施形態によるステレオカメラ１は、図５に示すように、ピンホールカメラモデルを想定した幾何補正情報とのずれが無限遠でゼロになる幾何補正情報を幾何補正情報記憶部１１４に記憶して、動作手順（図２）のステップ２０２で、幾何補正部１１９が、前述の特徴を持つ幾何補正情報を用いて、基準画像及び参照画像の歪を補正するため、無限遠でピンホールカメラモデルとの基準画像及び参照画像上の位置ずれがなく、視差誤差が低減される。近い距離では、ピンホールカメラモデルとの基準画像及び参照画像上の位置ずれが大きくなるものの、視差が大きいため、図１０に示すように、距離誤差は従来技術よりも小さく抑えられる。ここで、無限遠における幾何補正情報とピンホールカメラモデルとのずれを図６に示す。
【０１１６】
図１に示す本発明の一実施形態によるステレオカメラ１の動作手順（図２）のステップ２０４（図３）において、視差補正部１２１が、入射瞳中心が移動した場合の視差を、入射瞳中心が移動しない場合（ピンホールカメラモデル）の視差に補正するため、入射瞳中心の移動による視差誤差を低減する。また、ステップ２０５において、認識部１２２が、補正された視差画像をもとに、距離を算出するとともに、対象物までの衝突時間を正確に算出できるため、衝突防止機能が正常に動作できる。
【０１１７】
図１に示す本発明の一実施形態によるステレオカメラ１の動作手順（図２）のステップ２０６において、ステップ２０４で正確に補正された視差、幾何補正後の基準画像及び参照画像を用いて、幾何校正部１２３によって算出された基準画像及び参照画像の水平移動量（水平方向の補正量）も正確である。また、ステップ２０２において、幾何補正部１１９は、ステップ２０６で正確に求められた基準画像及び参照画像の水平移動量を用いて、画像を幾何的に補正するため、画像歪が正確に補正され、ステップ２０３において、ステップ２０２で正確に幾何補正された基準画像及び参照画像を用いて、視差画像が正確に算出される。
【０１１８】
以上説明したように、本実施形態によれば、主光線の入射角ごとに入射瞳中心が移動することにより発生する距離誤差を低減することができる。
【０１１９】
なお、本発明のステレオカメラ１は、上記で説明したような実施の形態に限定されるものではなく、様々に変形して適用することができる。以下では、本発明のステレオカメラ１の変形例について説明する。
【０１２０】
（変形例１−１）
図１に示す本発明の一実施形態によるステレオカメラ１において、入射瞳中心移動情報記憶部１１６は、撮像系部１００ａ及び撮像系部１００ｂの主光線の入射角θごとに入射瞳中心の移動量ΔＬを記憶する代わりに、図１４に示すように、撮像系部１００ａ及び撮像系部１００ｂの主光線の入射角θと入射瞳中心の移動量ΔＬの多項式の係数（ａｎ、ａｎ−１、・・・、ａ０）をテーブルＴ１４０１に記憶する。
【０１２１】
動作手順（図３）のステップ３０１において、視差補正部１２１は、入射瞳中心移動情報記憶部１１６から主光線の入射角と入射瞳中心の移動量の多項式の係数を読み込み、ステップ３０４及びステップ３０８において、視差補正部１２１は、主光線の入射角と入射瞳中心の移動量の多項式を用いて、各領域の入射角から入射瞳中心の移動量を算出する。換言すれば、視差補正部１２１は、多項式を用いて、対象物の主光線の入射角に応じた入射瞳中心の移動量を算出する。これにより、入射瞳中心の移動量を容易に推定することができる。
【０１２２】
このようにしても、入射瞳中心が移動する場合の視差から、入射瞳中心が移動しない場合の視差に補正できるため、入射瞳中心が移動することによる視差誤差を低減できる。
【０１２３】
（変形例１−２）
図１に示す本発明の一実施形態によるステレオカメラ１において、入射瞳中心移動情報記憶部１１６は、撮像系部１００ａ及び撮像系部１００ｂの主光線の入射角θごとに入射瞳中心の移動量ΔＬを記憶する代わりに、図１５に示すように、所定の距離Ｌごと及び所定の主光線の入射角θごとの入射瞳中心が移動する場合からしない場合への撮像系部１００ａ及び撮像系部１００ｂの幾何補正情報の補正量ＣｘをテーブルＴ１５０１に記憶する。
【０１２４】
換言すれば、入射瞳中心移動情報記憶部１１６は、対象物のそれぞれの距離Ｌとそれぞれの入射角θとの組合せに対応する幾何補正情報の補正量Ｃｘを記憶する。
【０１２５】
図１に示す本発明の一実施形態によるステレオカメラ１の動作手順（図２）のステップ２０４の入射瞳中心の移動を考慮した視差の補正の動作手順を図３の代わりに、図１２を実施しても、入射瞳中心が移動する場合の視差から、入射瞳中心が移動しない場合の視差に補正できるため、入射瞳中心が移動することによる視差誤差を低減できる。
【０１２６】
図１に示す本発明の一実施形態によるステレオカメラ１の動作手順（図２）のステップ２０４の入射瞳中心の移動を考慮した視差の補正の動作手順を図１２を用いて説明する。ここで、既に説明したステップ３０２〜ステップ３０４、ステップ３０７、ステップ３０８、ステップ３１１の記述を省く。
【０１２７】
ステップ１２０１：
視差補正部１２１は、視差画像記憶部１１３から視差画像を、入射瞳中心移動情報記憶部１１６から所定の距離Ｌごと及び所定の主光線の入射角θごとの入射瞳中心が移動する場合からしない場合への撮像系部１００ａ及び撮像系部１００ｂの幾何補正情報の補正量を読み込む。
【０１２８】
ステップ１２０２：
視差補正部１２１は、所定の距離ごと及び所定の主光線の入射角ごとの入射瞳中心が移動する場合からしない場合への撮像系部１００ａの幾何補正情報の補正量のうち、ステップ３０２及びステップ３０４でそれぞれ算出した基準画像上のある領域の距離及び入射角に近い４つの幾何補正情報の補正量を探索し、それらの値を補間することにより、基準画像上のある領域の距離及び入射角における幾何補正情報の補正量を算出する。基準画像上のある領域の位置を光軸方向に補正量だけ変更した位置を算出する。以上の処理を全ての基準画像上の領域について実施する。
【０１２９】
換言すれば、視差補正部１２１は、入射瞳中心移動情報記憶部１１６に記憶される対象物のそれぞれの距離Ｌとそれぞれの入射角θとの組合せに対応する幾何補正情報の補正量Ｃｘに基づいて、入射瞳中心が移動しないと仮定する場合の基準画像（第１の画像）における対象物の位置（第１の位置）を算出する。
【０１３０】
ステップ１２０３：
視差補正部１２１は、所定の距離ごと及び所定の主光線の入射角ごとの入射瞳中心が移動する場合からしない場合への撮像系部１００ｂの幾何補正情報の補正量のうち、ステップ３０２及びステップ３０８でそれぞれ算出した画像上のある領域の距離及び入射角に近い４つの幾何補正情報の補正量を探索し、それらの値を補間することにより、参照画像上のある領域の距離及び入射角における幾何補正情報の補正量を算出する。参照画像上のある領域の位置を光軸方向に補正量だけ変更した位置を算出する。以上の処理を全ての参照画像上の領域について実施する。
【０１３１】
換言すれば、視差補正部１２１は、入射瞳中心移動情報記憶部１１６に記憶される対象物のそれぞれの距離Ｌとそれぞれの入射角θとの組合せに対応する幾何補正情報の補正量Ｃｘに基づいて、入射瞳中心が移動しないと仮定する場合の参照画像（第２の画像）における対象物の位置（第２の位置）を算出する。
【０１３２】
（変形例１−３）
図１に示す本発明の一実施形態によるステレオカメラ１の動作手順（図２）のステップ２０６において、幾何校正部１２３は、幾何補正画像記憶部１１２から幾何補正後の基準画像を、視差画像記憶部１１３から視差画像を読み込み、幾何校正部１２３は、左右の白線の画像上の垂直方向の各位置に対応する視差を抽出して、左右の白線の画像上の垂直方向の位置と視差の近似直線を算出する。この近似直線から、基準画像の光軸の垂直方向の位置の設計値に対応する白線の視差を算出する。
【０１３３】
本来、基準画像の光軸の垂直方向の位置の設計値に対応する白線の視差はゼロであるため、その白線の視差は参照画像の水平方向の補正量に相当し、この補正量を参照画像の水平移動量として、参照画像の水平移動量を幾何補正変更情報記憶部１１５に送り、幾何補正変更情報記憶部１１５は参照画像の水平移動量を格納しても、正確に視差を補正できる。ここで、参照画像の水平移動量の代わりに、補正量の符号を逆にして、基準画像の水平移動量を補正してもよい。
【０１３４】
なお、上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【０１３５】
また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD（Solid State Drive）等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。
【０１３６】
なお、本発明の実施形態は、以下の態様であってもよい。
【０１３７】
（１）基準画像と参照画像とを撮影する２つの撮像部と、入射角ごとに主光線と光軸の交点（入射瞳中心）が移動する場合の前記の基準画像及び前記の参照画像上の位置と、移動しない場合の前記の基準画像及び前記の参照画像上の位置の差だけ誤差を持つ前記の基準画像及び前記の参照画像の幾何補正情報（各画素の補正量）をもつ記憶部と、前記の基準画像と前記の参照画像の幾何補正情報を用いて、前記の基準画像と前記の参照画像を幾何的に補正する画像補正部と、視差画像を生成する視差画像生成部と、を備えるステレオカメラ。
【０１３８】
（２）入射角ごとの入射瞳中心の移動量、前記の視差画像を用いて、入射瞳中心が移動する場合としない場合の画像ずれを算出して、視差画像を補正する視差補正部と、を備える（１）のステレオカメラ。
【０１３９】
（３）前記の基準画像、視差補正部が補正した前記の視差画像を用いて、基準画像あるいは参照画像の水平移動量を補正する幾何校正部と、を備える（２）のステレオカメラ。
【０１４０】
上記（１）〜（３）によれば、無限遠でピンホールカメラモデルの画像上の位置が一致する画像補正情報を用いることにより、主光線の入射角ごとに入射瞳中心の移動することによる画像ずれを無限遠で小さくして、小さな視差誤差でも大きな誤差が発生する遠方での距離誤差を低減する。
【０１４１】
また、主光線の入射角ごとの入射瞳中心の移動量及び視差画像を用いて、距離ごとに視差ずれを算出して、補正することにより、主光線の入射角ごとの入射瞳中心の移動による距離誤差を低減する。
【符号の説明】
【０１４２】
１…ステレオカメラ
１００ａ…撮像系部
１００ｂ…撮像系部
１０１ａ…光学素子部
１０１ｂ…光学素子部
１０２ａ…撮像素子部
１０２ｂ…撮像素子部
１１０…演算部
１１１…撮像画像記憶部
１１２…幾何補正画像記憶部
１１３…視差画像記憶部
１１４…幾何補正情報記憶部
１１５…幾何補正変更情報記憶部
１１６…入射瞳中心移動情報記憶部
１１１７…同期信号発生部
１１８ａ…基準画像取込部
１１８ｂ…参照画像取込部
１１９…幾何補正部
１２０…視差算出部
１２１…視差補正部
１２２…認識部
１２３…幾何校正部
１３０…画面音声出力部
１４０…制御部
４０１…基準画像
４０２…参照画像
４０３…基準画像のテンプレート画像
４０４…参照画像の被探索画像
４０５…テンプレート画像に最も一致する被探索画像
１１０１…光軸
１１０２…対象物
１１０３…移動しない入射瞳中心
１１０４…移動する入射瞳中心
１１０５…入射瞳中心が移動しない場合の対象物から入射瞳中心への主光線
１１０６…入射瞳中心が移動する場合の対象物から入射瞳中心への主光線
１１０７…移動する入射瞳中心
１１０８…入射瞳中心が移動しない場合の対象物から入射瞳中心への主光線
１１０９…入射瞳中心が移動する場合の対象物から入射瞳中心への主光線
１１１０…画像
１１１１…入射瞳中心が移動しない場合の画像上の対象物の位置
１１１２…入射瞳中心が移動する場合の画像上の対象物の位置
１１１３…画像
１１１４…入射瞳中心が移動しない場合の画像上の対象物の位置
１１１５…入射瞳中心が移動する場合の画像上の対象物の位置
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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