(57)【要約】【課題】カメラの位置ズレの検出処理に要する時間を短縮可能なステレオカメラの調整装置を提供する。【解決手段】算出部２１ｂは、カメラ１２によって調整用画像５０を撮像して得られた画像をリファレンス画像とし、カメラ１３によって調整用画像５０を撮像して得られた対象画像をリファレンス画像に対して移動させながら、対照画像の位置毎に、２つの重なり合う調整用パターン５１ａ，５２ａの外形の面積を算出する。位置検出部２１ｂは、各位置の面積値を比較することによって、面積値が最も小さくなる最小位置を検出する。制御部２１は、駆動装置２３を制御して、前記最小位置に、カメラ１３を最小位置に移動させて位置ズレの調整を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステレオカメラによって調整用パターンを撮像させ、この撮像によって得られた２つの画像に基づいて、前記ステレオカメラの取り付け位置のズレを調整するステレオカメラの調整装置において、
一方のカメラによって前記調整用パターンを撮像して得られた画像をリファレンス画像とし、他方のカメラによって前記調整用パターンを撮像して得られた対象画像を前記リファレンス画像に対して移動させながら、前記対照画像の位置毎に、２つの重なり合う前記調整用パターンの外形の面積を算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出された前記面積が最も小さくなる最小位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段によって検出された前記最小位置に、前記他方のカメラを移動させる移動手段とを備えていることを特徴とするステレオカメラの調整装置。
【請求項２】
前記移動手段によって、前記他方のカメラを前記一方のカメラに対して移動させながら、前記算出手段が前記他方のカメラから前記対象画像を逐次取得することによって、前記対象画像を前記リファレンス画像に対して移動させることを特徴とする請求項１記載のステレオカメラの調整装置。
【請求項３】
前記移動手段は、前記他方のカメラの光軸と垂直な平面内で互いに直交する２つの軸に沿って、前記他方のカメラを直進移動させる直進移動手段と、前記光軸を中心として前記他方のカメラを回転させる回転移動手段とを備えていることを特徴とする請求項１または２記載のステレオカメラの調整装置。
【請求項４】
前記直進移動手段によって、前記２つの軸と平行な並進ズレを調整した後、前記回転移動手段によって、前記光軸を中心とする回転方向の回転ズレを調整することを特徴とする請求項３記載のステレオカメラの調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステレオカメラによって調整用パターンを撮像し、この撮像によって得られた２つの画像に基づいて、カメラの取り付け位置のズレを調整するステレオカメラの調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像による三次元計測技術として、２台のカメラ（ステレオカメラ）で対象物を異なる位置から撮像した１対の画像の相関を求め、同一物体に対する視差からステレオカメラの取り付け位置や焦点距離等のカメラパラメータを用いて、三角測量の原理によって物体までの距離を求める技術が知られている。
【０００３】
また、ステレオカメラによって画像を撮像する場合、ステレオカメラには機械的な位置ズレ要素があり、撮像された１対の画像にズレとなって現れる。ステレオカメラでは、撮像された画像間に視差以外のズレがないことが好ましく、視差以外のズレがあると正確な距離を求めることができないという問題がある。
【０００４】
このような問題を解決するために、調整用パターンをステレオカメラで撮像し、この撮像によって得られた１対の画像に基づいてカメラの位置ズレ量を算出して、位置ズレを調整するステレオカメラの調整装置が知られている。（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−１１５５０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載のステレオカメラの調整装置では、シティブロック距離を算出することによって位置ズレを検出しているため、位置ズレの検出処理が複雑となって検出処理に時間がかかるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、位置ズレの検出時間を短縮可能なステレオカメラの調整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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のステレオカメラの調整装置は、ステレオカメラによって調整用パターンを撮像させ、この撮像によって得られた２つの画像に基づいて、前記ステレオカメラの取り付け位置のズレを調整するステレオカメラの調整装置であり、一方のカメラによって前記調整用パターンを撮像して得られた画像をリファレンス画像とし、他方のカメラによって前記調整用パターンを撮像して得られた対象画像を前記リファレンス画像に対して移動させながら、前記対照画像の位置毎に、２つの重なり合う前記調整用パターンの外形の面積を算出する算出手段と、前記算出手段によって算出された前記面積が最も小さくなる最小位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段によって検出された前記最小位置に、前記他方のカメラを移動させる移動手段とを備えていることを特徴とするものである。
【０００８】
また、前記移動手段によって、前記他方のカメラを前記一方のカメラに対して移動させながら、前記算出手段が前記他方のカメラから前記対象画像を逐次取得することによって、前記対象画像を前記リファレンス画像に対して移動させても良い。
【０００９】
さらに、前記移動手段は、前記他方のカメラの光軸と垂直な平面内で互いに直交する２つの軸に沿って、前記他方のカメラを直進移動させる直進移動手段と、前記光軸を中心として前記他方のカメラを回転させる回転移動手段とを備えていることが好ましい。
【００１０】
また、前記直進移動手段によって、前記２つの軸と平行な並進ズレを調整した後、前記回転移動手段によって、前記光軸を中心とする回転方向の回転ズレを調整することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のステレオカメラの調整装置によれば、一方のカメラによって調整用パターンを撮像して得られた画像をリファレンス画像とし、他方のカメラによって調整用パターンを撮像して得られた対象画像をリファレンス画像に対して移動させながら、対照画像の位置毎に、２つの重なり合う調整用パターンの外形の面積を算出し、これらの面積が最も小さくなる最小位置に他方のカメラを移動させることによって、ステレオカメラの位置ズレを調整するので、シティブロック距離等を算出して位置ズレを検出する場合に比べて、位置ズレの検出処理に要する時間を短縮できる。このため、ステレオカメラの調整処理を迅速に行うことが可能である。
【００１２】
また、移動手段によって、他方のカメラを前記一方のカメラに対して移動させながら、算出手段が前記他方のカメラから前記対象画像を逐次取得することによって、対象画像を前記リファレンス画像に対して移動させるので、ステレオカメラの調整処理に要する時間をさらに短縮することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１に示すステレオカメラの調整装置（以下、単に調整装置と称する）１０は、ステレオカメラユニット１１の機械的な取り付け位置のズレを調整するものである。ステレオカメラユニット１１は、左右１対のカメラ１２，１３を備えている。また、各カメラ１２，１３は、ＣＣＤイメージセンサ等の固体撮像装置を備えて構成されており、これらのカメラ１２，１３は、互いの光軸Ｌ１，Ｌ２が略平行となるように所定間隔で配設されている。以下に、カメラ１２，１３の機械的な位置ズレについて説明する。
【００１４】
カメラ１２，１３には、６つの位置ズレ要素がある。図２に示すように、カメラ１２，１３の光軸Ｌ１，Ｌ２方向をＺ軸、カメラ１２，１３の上下方向をＹ軸、カメラ１２，１３の横方向をＸ軸とする。すなわち、Ｘ軸及びＹ軸は、光軸Ｌ１，Ｌ２に対して垂直な平面内で互いに直交するように設定される。このＸＹＺ直交座標系において、カメラ１２，１３が、設定値Ｘ０の間隔で取り付けられている場合、カメラ１２を基準とすると、図２（Ａ）に示すように、各座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに平行な並進ズレΔＸ，ΔＹ，ΔＺと、図２（Ｂ）に示すように、各座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対する回転ズレΔα，Δβ，Δγとの６つの機械的な位置ズレが存在する。
【００１５】
次に、調整装置１０の構成について説明する。調整装置１０は、図１に示すように、画像変換部２０と、制御部２１と、駆動装置２２，２３とを備えて構成されている。画像変換部２０は、Ａ／Ｄ変換器３１，３２と、メモリ３３，３４とで構成されている。
【００１６】
Ａ／Ｄ変換器３１は、カメラ１２と接続されており、カメラ１２によって撮像されたアナログの撮像信号を所定の輝度階調（例えば、２５６階調のグレースケール）を有するデジタル信号の画像データに変換する。また、Ａ／Ｄ変換器３２は、カメラ１３と接続されており、Ａ／Ｄ変換器３１と同様に、カメラ１３によって撮像された撮像信号をデジタル信号の画像データに変換する。
【００１７】
また、Ａ／Ｄ変換器３１は、メモリ３３に接続されており、画像データをメモリ３３に出力する。Ａ／Ｄ変換器３２も同様に、メモリ３４に接続されており、画像データをメモリ３４に出力する。
【００１８】
制御部２１は、メモリ３３，３４に記憶された画像データを取得し、これらの画像データに基づいて、後述するように、カメラ１２，１３の位置ズレを検出する。また、駆動装置２２は、カメラ１２を並進方向（ＸＹの各方向）に移動させる直進駆動部２２ａと、光軸Ｌ１を中心としてγ方向に、カメラ１２を回転させる回転駆動部２２ｂとを備えている。
【００１９】
さらに、駆動装置２３は、駆動装置２２と同様に、直進駆動部２３ａと、回転駆動部２３ｂとを備えている。これらの直進駆動部２２ａ，２２ｂ及び回転駆動部２３ａ，２３ｂは、例えば、アクチュエータによって、スクリューを回転させることによってカメラ１２，１３の各々を各方向に移動させる。制御部２１は、カメラ１２，１３の位置ズレに基づいて、駆動装置２２，２３を制御することによって、カメラ１２，１３の機械的な位置ズレを調整する。
【００２０】
また、前述の制御部２１は、算出部２１ａと、位置検出部２１ｂとを備えている。算出部２１ａは、カメラ１２，１３の一方によって調整用パターンを撮像して得られた画像をリファレンス画像とし、他方によって調整用パターンを撮像して得られた対象画像をリファレンス画像に対して移動させながら、対照画像の位置毎に、２つの重なり合う調整用パターンの外形の面積を算出する。なお、この面積の算出方法としては、外形の各頂点の座標に基づいて算出しても良いし、外形内に含まれる画素をカウントしても良い。また、位置検出部２１ｂは、算出部によって算出された面積が最も小さくなる最小位置を検出する。制御部２１は、この最小位置に対応するカメラ１２，１３の移動方向及び移動量を決定し、この移動方向及び移動量に基づいて駆動装置２２，２３を制御して、カメラ１２，１３を移動させて位置ズレの調整を行う。
【００２１】
次に、このカメラ１２，１３の機械的な位置ズレの調整処理について、カメラ１２を固定し、カメラ１２に対してカメラ１３を移動させて機械的な位置ズレを調整する場合を例に、図３のフローチャートを用いて説明する。
【００２２】
最初に、カメラ１２，１３によって、図４（Ａ）に示すように、調整用パターン５０ａを含む調整用画像５０を撮像する。なお、この調整用パターン５０ａは、円形や、正三角形等の点対象のパターンでは回転ズレを検出することが困難なため、回転ズレを検出し易いように、矩形を組み合わせ、点対象とならない形状にされている。この時、カメラ１２によって撮像された画像データがメモリ３３に記憶され、カメラ１３によって撮像された画像データがメモリ３４に記憶される。
【００２３】
メモリ３３には、例えば、図４（Ｂ）に示す画像５１が記憶され、メモリ３４には、例えば、図４（Ｃ）に示す画像５２が記憶される。制御部２１は、メモリ３３，３４から画像５１，５２を取得する。その後、これらの画像５１，５２に基づいて、並進ズレΔＸ，ΔＹ、及び回転ズレΔγの補正を行う。
【００２４】
最初に、並進ズレΔＸの補正について説明する。算出部２１ａは、画像５１をリファレンス画像とし、対象画像である画像５２を画像５１に対して左右方向（Ｘ軸方向）に１画素単位で移動させながら、Ｘ軸方向の各位置にて、２つの重なり合う調整用パターン５１ａ，５２ａの外形の面積、つまり、図５にて斜線で示す部分の面積を算出し、各位置の面積値が制御部２１の内蔵メモリに記憶される。なお、画像５２の移動範囲は、カメラ１３のＸ軸方向の並進ズレΔＸとして想定される範囲よりも大きくされている。
【００２５】
その後、位置検出部２１ｂは、各位置の面積値を比較することによって、面積値が最も小さくなる最小位置を検出する。つまり、図６に示すように、Ｘ軸方向の位置を横軸、面積値を縦軸とすると、面積値が最小となる最小位置Ｘ１を検出する。
【００２６】
制御部２１は、この最小位置Ｘ１に基づいて、並進ズレΔＸを補正するためのカメラ１３の移動量と移動方向を決定する。その後、制御部２１は、この移動量及び移動方向に基づいて、駆動装置２３を制御して、カメラ１３を移動させて並進ズレΔＸを補正する。
【００２７】
次に、並進ズレΔＹの補正について説明する。この場合、算出部２１ａは、画像５２を画像５１に対して上下方向（Ｙ軸方向）に１画素単位で移動させながら、並進ズレΔＸの場合と同様に、Ｙ軸方向の各位置にて面積値を算出して記憶する。さらに、位置検出部２１ｂは、並進ズレΔＸの場合と同様に、面積値が最も小さくなる最小位置Ｙ１を検出する。制御部２１は、この最小位置Ｙ１に基づいて、並進ズレΔＹを補正するためのカメラ１３の移動量と移動方向を決定し、この移動量及び移動方向に基づいて駆動装置２３を制御して、カメラ１３を移動させて並進ズレΔＹを調整する。なお、この場合も、画像５２の移動範囲は、カメラ１３の並進ズレΔＹとして想定される範囲よりも大きくされている。
【００２８】
並進ズレΔＸ，ΔＹの調整を行った後、回転ズレΔγの調整を行う。以下に、回転ズレΔγの調整について説明する。制御部２１は、駆動装置２３を制御して、カメラ１３をγ方向に回転させながら、画像５２を逐次取得する。算出部２１ａは、γ方向の各回転位置にて、２つの重なり合う調整用パターン５１ａ，５２ａの外形の面積、つまり、図７にて斜線で示す部分の面積を算出し、各位置の面積値が制御部２１の内蔵メモリに記憶される。なお、カメラ１３の回転範囲は、カメラ１３の回転ズレΔγとして想定される範囲よりも大きくされている。
【００２９】
その後、位置検出部２１ｂは、γ方向の各回転位置の面積値を比較することによって、面積値が最も小さくなる回転位置を検出する。つまり、つまり、図８に示すように、γ方向の回転位置を横軸、面積値を縦軸とすると、面積値が最小となる回転位置γ１を検出する。その後、制御部２１は、この回転位置γ１に基づいて、駆動装置２３を制御することによって、この回転位置γ１にカメラ１３を固定して、回転ズレΔγを調整する。なお、カメラ１２，１３には視差があるため、調整パターン５１ａ，５２ａを完全に一致することはないが、視差以外の機械的な位置ズレが調整される。
【００３０】
また、上記調整処理の説明にて、カメラ１２に対するカメラ１３の位置ズレを調整する場合を例に説明したが、カメラ１３に対するカメラ１２の位置ズレも同様に調整できる。この場合も、全く同様の処理で行うことができるので詳しい説明を省略する。
【００３１】
前述したように、調整用パターンを撮像して得られた２つの画像のうち一方の画像をリファレンス画像として、他方の対象画像をリファレンス画像に対して移動させながら、これらの重なり合う２つの調整用パターンの外形の面積を算出し、この面積値が最小となる位置にカメラを移動させるので、シティブロック距離等を算出して位置ズレを検出する場合と比較して、位置ズレの検出処理が簡略化される。このため、カメラの機械的な位置ズレの調整処理を迅速に行うことができる。
【００３２】
なお、上記実施形態において、２つのカメラの各々に移動手段を設ける場合を例に説明したが、これに限るものではなく、一方のカメラに対する他方のカメラの位置ズレの調整のみを行う場合、他方のカメラにのみ移動手段を設ければ良い。
【００３３】
また、上記実施形態において、並進ズレΔＸ，ΔＹのみを調整する場合を例に説明したが、並進ズレΔＺを同様に調整しても良い。また、回転ズレΔγのみを調整する場合を例に説明したが、回転ズレΔα，Δβを同様に調整しても良い。これらの場合、並進ズレΔＺ、及び回転ズレΔα，Δβに対応するアクチュエータを駆動装置に設ければ良い。
【００３４】
さらに、上記実施形態において、並進ズレを調整する際に、カメラを移動させずに、リファレンス画像に対して対象画像を移動させながら、各位置における面積値を算出して、この面積値が最小となる位置にカメラの位置を調整する場合を例に説明を行ったが、これに限るものではなく、回転ズレの調整時と同様に、カメラを移動させることによってリファレンス画像に対して対象画像を移動させても良い。また、逆に、回転ズレの調整時に、カメラを回転させずに、リファレンス画像に対して対象画像を回転させながら面積値に基づいて、カメラの回転ズレを調整するための回転位置を決定しても良い。
【００３５】
また、上記実施形態において、並進ズレを調整した後、回転ズレを調整する場合を例に説明を行ったが、これに限るものではなく、回転ズレを調整した後、並進ズレを調整しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】ステレオカメラの調整装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】ステレオカメラの機械的な位置ズレを示す斜視図である。
【図３】位置ズレの調整処理を説明するフローチャートである。
【図４】調整用画像、及びこの調整用パターンをステレオカメラで撮像した２つの画像を示す説明図である。
【図５】並進方向の画像の移動、及び調整用パターンの外形面積を示す説明図である。
【図６】Ｘ軸方向の位置と面積値との関係を示すグラフである。
【図７】γ方向の画像の回転、及び外形の面積を示す説明図である。
【図８】γ方向の回転位置と面積値との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
１０  ステレオカメラの調整装置
１１  ステレオカメラ
１２，１３  カメラ
２１  制御部
２１ａ  算出部
２１ｂ  位置検出部
２２，２３  駆動装置
２２ａ，２３ａ  直進駆動部
２２ｂ，２３ｂ  回転駆動部
５０  調整用画像
５０ａ  調整用パターン
【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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