(57)【要約】【課題】ＬＩＦ法によるエンジン燃焼実験に用いる複数のカメラの位置調整装置を提供する。【解決手段】複数の透光部を備えるパターンが形成されたプレート１００と、パターンにより生成された光パターンを撮影する位置調整自在に支持された複数のカメラ１５３、１５４と、それぞれのカメラにより撮影された光パターンの映像からそれぞれのカメラ相互間の位置ズレ量を演算する画像処理装置１６０と、画像処理装置によって演算されたそれぞれのカメラ相互間の位置ズレ量からそれぞれのカメラを位置調整するカメラ位置制御装置１９０とを有することを特徴とする。【選択図】図１
2008256414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の透光部を備えるパターンが形成されたプレートと、
前記パターンにより生成された光パターンを撮影する位置調整自在に支持された複数のカメラと、
それぞれのカメラにより撮影された前記光パターンの映像からそれぞれのカメラ相互間の位置ズレ量を演算する画像処理装置と、
前記画像処理装置によって演算されたそれぞれのカメラ相互間の位置ズレ量からそれぞれのカメラを位置調整するカメラ位置制御装置と、
を有することを特徴とする複数のカメラの位置調整装置。
【請求項２】
各透光部は円形であることを特徴とする請求項１に記載の複数のカメラの位置調整装置。
【請求項３】
前記光パターンはレーザーの励起によって発生した蛍光によって生成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の複数のカメラの位置調整装置。
【請求項４】
前記それぞれのカメラ相互間の位置ズレ量は、前記それぞれのカメラがそれぞれ撮影した前記光パターンの各透光部の中心座標の差を求めることにより演算することを特徴とする請求項１に記載の複数のカメラの位置調整装置。
【請求項５】
前記画像処理装置は、
前記複数のカメラにより撮影された前記光パターンの映像をディジタル化する撮像部と、
それぞれのカメラについてディジタル化された前記光パターンの映像をデコードする画像処理部と、
それぞれのカメラについてデコードされた前記映像の光パターンの各透光部の中心座標の差からそれぞれのカメラ相互間の位置ズレ量を演算し、前記位置ズレ量を零にするためのカメラ位置制御データを作成する制御値演算部と、
前記カメラ位置制御データを前記カメラ位置制御装置に送信するデータ送信部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の複数のカメラの位置調整装置。
【請求項６】
前記複数のカメラは、それぞれ直行するＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３自由度にＸ、Ｙ、Ｚ軸を中心とする回転方向３自由度を加えた６自由度で位置調整可能に支持され、前記各透光部の中心座標の差は、前記６自由度のそれぞれの自由度に対応した６つの座標の差で表されていることを特徴とする請求項４または５に記載の複数のカメラの位置調整装置。
【請求項７】
さらに、前記画像処理部によって演算された前記光パターンの各透光部の中心座標と前記制御値演算部によって演算されたカメラ相互間の位置ズレ量とを入力して可視化する画像表示装置を有することを特徴とする請求項５に記載の複数のカメラの位置調整装置。
【請求項８】
さらに、手動でそれぞれのカメラの位置調整を行なうための手動調整量に関するデータまたは、前記制御値演算部で演算されたカメラ位置制御データのいずれか一方を選択的に前記データ送信部が出力するための手動調整部を有することを特徴とする請求項５に記載の複数のカメラの位置調整装置。
【請求項９】
複数の透光部を備えるパターンが形成されたプレートにより生成された光パターンを複数のカメラで撮影する段階と、
前記複数のカメラにより撮影された前記光パターンの映像に基づくデータを演算処理することにより前記複数のカメラ相互間の位置ズレ量を演算する段階と、
前記位置ズレ量を零にするカメラ位置自動制御データを作成する段階と、
前記位置自動制御データに基づいて前記複数のカメラの位置を制御する段階と、
を有することを特徴とする複数のカメラの位置調整方法。
【請求項１０】
各透光部は円形であることを特徴とする請求項９に記載の複数のカメラの位置調整方法。
【請求項１１】
前記光パターンはレーザーによる励起によって発生した蛍光によって生成されることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の複数のカメラの位置調整方法。
【請求項１２】
前記それぞれのカメラ相互間の位置ズレ量は、前記それぞれのカメラがそれぞれ撮影した前記光パターンの各透光部の中心座標の差を求めることにより演算することを特徴とする請求項９に記載の複数のカメラの位置調整方法。
【請求項１３】
前記複数のカメラは、それぞれ直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３自由度にＸ、Ｙ、Ｚ軸を中心とする回転方向３自由度を加えた６自由度で位置調整可能に支持され、前記各透光部の中心座標の差は、前記６自由度のそれぞれの自由度に対応した６つの座標の差で表されていることを特徴とする請求項１２に記載の複数のカメラの位置調整方法。
【請求項１４】
複数の透光部を備えるパターンが形成されたプレートにより生成された光パターンを、それぞれ直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３自由度にＸ、Ｙ、Ｚ軸を中心とする回転方向３自由度を加えた６自由度で位置調整可能に支持された複数のカメラで撮影する段階Ａと、
前記６自由度に対応する方向のうち位置合わせをするズレ方向を決定し、前記複数のカメラにより撮影された前記光パターンの映像をディジタル化し、前記ディジタル化されたデータを演算可能な形式に処理し、前記演算可能な形式に処理されたデータを演算処理することにより前記複数のカメラ相互間の前記ズレ方向の位置ズレ量を演算し、前記位置ズレ量を零にするカメラ位置自動制御データを作成し、前記カメラ位置自動制御データに基づいて前記複数のカメラの位置を制御する段階Ｂと、
前記段階Ａおよび前記段階Ｂを、前記６自由度のそれぞれの自由度に対して１自由度ずつ順次に６回繰り返す段階Ｃと、
前記段階Ｃにより計算された６つの前記ズレ方向の位置ズレ量がそれぞれ一定の許容値以下であるかどうかを判断し、前記許容値以下であれば前記複数のカメラの位置調整を終了し、前記許容値以下でないときは前記６つの前記ズレ方向の位置ズレ量がそれぞれ一定の許容値以内となるまで前記段階Ｃを繰り返す段階と、
を有することを特徴とする複数のカメラの位置調整方法。
【請求項１５】
前記段階Ｂにおいて、前記位置合わせをするズレ方向は、先に前記６自由度のうち回転に関する３自由度のうちのいずれかが順次に決定され、続いて回転以外に関する３自由度のうちのいずれかが順次に決定されることを特徴とする請求項１４に記載の複数のカメラの位置調整方法。
【請求項１６】
各透光部は円形であることを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載の複数のカメラの位置調整方法。
【請求項１７】
前記光パターンはレーザーによる励起によって発生した蛍光であることを特徴とする請求項１４ないし請求項１６に記載の複数のカメラの位置調整方法。
【請求項１８】
前記それぞれのカメラ相互間の位置ズレ量は、前記それぞれのカメラがそれぞれ撮影した前記光パターンの各透光部の中心座標の差を求めることにより演算することを特徴とする請求項１４に記載の複数のカメラの位置調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のカメラの位置調整装置及び位置調整方法に係り、より詳細には、複数の透光部を備えるパターンが形成されたプレートにより生成された光パターンの映像を利用することにより複数のカメラの位置調整を可能とするＬＩＦ法（レーザー誘起蛍光法）によるエンジンの燃焼実験に用いる複数のカメラの位置調整装置及び位置調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車製造業界では、自動車用エンジンの研究開発においてエンジンシリンダー内の燃料の燃焼挙動を診断するために光学的な解析手法を用いるようになってきている。その中でも、レーザーを照射することで誘起され、蛍光を発する物質（蛍光剤）を測定対象の場に添加することで、場を乱すことなく現象を測定することが可能なＬＩＦ法（Ｌａｓｅｒ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  Ｍｅｔｈｏｄ）が用いられている。ＬＩＦ法によれば、蛍光剤が発する蛍光の強度から、燃料の濃度分布、温度分布の計測が可能となるため、燃料の燃焼挙動を解析することが可能となる。
【０００３】
ＬＩＦ法によるエンジン燃焼解析には１台のカメラ画像を用いる手法と、２台のカメラの同時撮影画像を用いる手法があるが、エンジンシリンダー内の混合気濃度や温度の時間変化に伴う挙動を高精度に計測する場合等、エンジンシリンダー内の燃料の燃焼挙動を幅広く、高精度に解析することが必要な場合には、２台のカメラの同時撮影画像を用いる手法が用いられる。２台のカメラの同時撮影画像を用いる解析は、エンジンの燃焼室を撮影した２台のカメラによる２つの画像をピクセル単位で演算する必要があるため、２台のカメラの画像の位置合わせを高精度に行うことが重要となる。すなわち、カメラの位置調整は、入射光に対して、前後（Ｘ軸）、左右（Ｙ軸）、上下（Ｚ軸）に加えて、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向の回転があり、これら自由度６の位置調整を高精度に行う必要がある。
【０００４】
しかし、従来は、エンジンの燃焼室を写した２台のカメラの画像を合成したものを人間が目で見ながら手動でカメラ位置を合わせているために非常に効率が悪くなっていた。つまり、２台のカメラの位置調整を人間が手動で調整しているために、位置調整に時間を要していた。また、位置調整の手掛かりや基準となるものは２カメラの合成画像内で特徴となりうる部分であり、人間の目では判りにくいため、位置調整に時間を要していた。さらに、位置調整を行う際、画像収録や合成画像の表示等は手動のスイッチにより行うため、調整作業がスムーズでないことから、位置調整に時間を要していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、可視化エンジン内に配置した複数の透光部を備えるパターンが形成されたプレートを通過することにより生成された光パターンを複数のカメラで撮影し、撮影した映像に基づき画像処理装置の演算により複数のカメラ相互間の位置ズレ量を自動的に求め、これをカメラにフィードバックすることにより、自動的かつ短時間に複数のカメラの位置調整を可能とする複数のカメラの位置調整装置及び位置調整方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る複数のカメラの位置調整装置は、複数の透光部を備えるパターンが形成されたプレートと、前記パターンにより生成された光パターンを撮影する位置調整自在に支持された複数のカメラと、それぞれのカメラにより撮影された前記光パターンの映像からそれぞれのカメラ相互間の位置ズレ量を演算する画像処理装置と、前記画像処理装置によって演算されたそれぞれのカメラ相互間の位置ズレ量からそれぞれのカメラを位置調整するカメラ位置制御装置と、を有することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る複数のカメラの位置調整方法は、複数の透光部を備えるパターンが形成されたプレートにより生成された光パターンを複数のカメラで撮影する段階と、前記複数のカメラにより撮影された前記光パターンの映像をディジタル化する段階と、前記ディジタル化されたデータを演算可能な形式に処理する段階と、前記演算可能な形式に処理されたデータを演算処理することにより前記複数のカメラ相互間の位置ズレ量を演算する段階と、前記位置ズレ量を零にするカメラ位置自動制御データを作成する段階と、前記位置自動制御データに基づいて前記複数のカメラの位置を制御する段階と、を有することを特徴とする。
【０００８】
さらに、本発明に係る複数のカメラの位置調整方法は、複数の透光部を備えるパターンが形成されたプレートにより生成された光パターンを、それぞれ直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３自由度にＸ、Ｙ、Ｚ軸を中心とする回転方向３自由度を加えた６自由度で位置調整可能に支持された複数のカメラで撮影する段階Ａと、前記６自由度に対応する方向のうち位置合わせをするズレ方向を決定し、前記複数のカメラにより撮影された前記光パターンの映像をディジタル化し、前記ディジタル化されたデータを演算可能な形式に処理し、前記演算可能な形式に処理されたデータを演算処理することにより前記複数のカメラ相互間の前記ズレ方向の位置ズレ量を演算し、前記位置ズレ量を零にするカメラ位置自動制御データを作成し、前記カメラ位置自動制御データに基づいて前記複数のカメラの位置を制御する段階Ｂと、前記段階Ａおよび前記段階Ｂを、前記段階Ｂにおいて順次異なる前記ズレ方向に決定して順次に６回繰り返す段階Ｃと、前記段階Ｃにより計算された６つの前記ズレ方向の位置ズレ量がそれぞれ一定の許容値以下であるかどうかを判断し、前記許容値以下であれば前記複数のカメラの位置調整を終了し、前記許容値以下でないときは前記６つの前記ズレ方向の位置ズレ量がそれぞれ一定の許容値以内となるまで前記段階Ｃを繰り返す段階と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る複数のカメラの位置調整装置及び位置調整方法によれば複数のカメラを高精度で位置合わせすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を用いて本発明に係る複数のカメラの位置調整装置及び位置調整方法について詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態に係る複数のカメラの位置調整装置を有するＬＩＦ法によるエンジン燃焼実験装置の基本システム構成を示したものである。本実施形態に係る複数のカメラの位置調整装置は、プレート１００、２台のカメラ１５３、１５４、画像処理装置１６０、カメラ位置制御装置１９０により構成される。本実施形態においてはカメラの台数は２台として構成されているが、本発明においてカメラの台数は２台に限定されるものではない。
【００１２】
本実施形態に係る複数のカメラの位置調整装置について、その構成要素および動作を図１により説明する。ＬＩＦ法によるエンジン燃焼実験の観察対象となるのは、外部から内部が観察可能な可視化エンジン１０の燃焼室１１０である。燃焼室１１０内には、本発明の構成要素であって複数の透光部を有するプレート１００が燃焼室の底面に配置される。カメラの位置調整をするために利用する光パターンを発生させるために、燃焼室には蛍光剤を導入し、燃焼室に対し横方向または斜め方向からスリットレーザ光を照射することによって蛍光剤から蛍光を発生させる。発生した蛍光は燃焼室１１０内に配置したプレート１００に照射される。プレート１００には、複数の透光部からなるパターンが形成されているため、照射された蛍光がプレート１００の透光部のみを通過することにより光パターンが形成される。
【００１３】
本実施形態に係る複数のカメラの位置調整装置の構成要素であるプレート１００は、複数の円形の透光部が規則的に配列された正方形の形状を有しもよく、透光部は穴（空洞）であってもよく、光を透過する材料によって構成されてもよい。しかし、プレートの透光部は少なくとも複数形成される必要があるが、その形状、大きさ、数量、配置、材質は限定されない。また、プレートは可視化エンジンの燃焼室１１０に配置できればよく、その形状、大きさ、厚さ、材質は限定されない。
【００１４】
光パターンはミラー１３０、１３２、およびダイクロイックミラー（Ｄｉｃｈｒｏｉｃ  Ｍｉｒｒｏｒ）１３１により反射されて、２台のＩＣＣＤカメラ（Ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｄ  Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｅｉｃｅ  Ｃａｍｅｒａ）１５３、１５４によって撮影される。ここで、ダイクロイックミラーを用いるのは、２台のカメラ双方に光パターンを入射させるためである。なお、実際のＬＩＦ法によるエンジン燃焼実験に際しては、２台のカメラには、それぞれ異なる周波数帯域を有するフィルター１４１、１４２を通して光パターンが入射されるよう、フィルター１４１、１４２を備えることとなるが、本発明に係る複数のカメラの位置調整装置及び位置調整方法においては省略してもよい。
【００１５】
２台のＩＣＣＤカメラによって撮影された光パターンの映像は画像処理装置１６０に入力され、画像処理装置１６０は、２台のそれぞれのカメラにより撮影された光パターンの映像に基づき、それぞれのカメラ相互間の位置ズレ量を演算によって求める。そして、画像処理装置１６０により求められた位置ズレ量のデータはカメラ位置制御装置１９０に送信され、カメラ位置制御装置１９０は、位置調整自在に位置制御用ステージ１５１、１５２によって支持された２台のＩＣＣＤカメラそれぞれを、カメラ相互間の位置ズレ量が零となるように制御する。
【００１６】
このような、本実施形態に係る複数のカメラの位置調整装置の一連の動作が連続的、継続的に行われることによって、２つのカメラの位置の相対的な位置ズレ量が零になるように収束し、最終的にカメラの位置ズレ量を許容値以下に調整することができる。
【００１７】
上述した本発明の構成要素である画像処理装置１６０について、詳細に説明する。画像処理装置１６０は、撮像部１６１、画像処理部１６２、制御値演算部１６３、データ送信部１６４からなる。画像処理装置１６０は一部または全部をＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）およびコンピュータプログラムにより構成することができる。
【００１８】
撮像部１６１は、ＩＣＣＤカメラによって撮影された画像をデータとしてＰＣに取り込む機能を有する。アナログのＩＣＣＤカメラを使用する場合は、撮像部１６１は、アナログの画像信号をディジタルデータに変換する機能を有してもよい。撮像部は、市販されているキャプチャカードにより構成されてもよく、撮像部に用いられるハードの固体差の影響を排除するために、１つのキャプチャカードにより２つのＩＣＣＤカメラによる撮影画像を処理することが望ましい。撮像部１６１によりＰＣに取り込まれた画像データは画像処理部１６２に送信される。
【００１９】
画像処理部１６２は、撮像部１６１により取り込まれた画像データをデコードして演算可能な形式に処理する機能を有する。画像処理部１６２により処理された画像データは、制御値演算部１６３に送信される。
【００２０】
制御値演算部１６３は、画像処理部１６２によって処理されたデータを演算処理することにより、２台のＩＣＣＤカメラ相互間の位置ズレ量を求める機能を有する。カメラ相互間の位置ズレ量は、画像処理部１６２により処理された２つの画像データ（２台のＩＣＣＤカメラにより撮影された光パターンに対応）の透光部に対応した光パターンのエッジを抽出し、そのエッジによるパターンの中心の差分を演算することにより求めることができる。各カメラは、それぞれ直行するＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３自由度にＸ、Ｙ、Ｚ軸を中心とする回転方向３自由度を加えた６自由度で位置調整可能に位置制御用ステージ１５１、１５２によって支持されている。従って、各カメラの位置は６自由度を有する。カメラ相互間の位置ズレ量は、カメラの自由度である６自由度のそれぞれの自由度に対応した６つの座標に関して、前記演算により求めた６つのパラメータにより表現され得る。また、後述するように、カメラ相互間の位置ズレ量は、光パターンのうち、プレートの特定座標に位置する透光部に対応した一部のパターンを用いて演算により求め得る。一方、制御値演算部１６３は、演算によって求めたカメラ相互間の位置ズレ量にもとづき、当該カメラ相互間の位置ズレ量を零にするためのカメラ位置制御データを作成する機能をも有する。カメラ位置制御データは、データ送信部１６４に送信される。
【００２１】
データ送信部はカメラ位置制御装置１９０のインターフェース仕様に対応した電気信号によりカメラ位置制御データをカメラ位置制御装置に対し送信する。ここで、カメラ位置制御装置１９０はデータ送信部１６４から受信したカメラ位置制御データをもとに２台のカメラの位置を個別に制御する機能を有する。
【００２２】
上述したように、カメラ位置制御装置１９０により制御された結果位置が更新された各カメラは、継続して光パターンを撮影し、新たに撮影された光パターンの映像は、撮像部１６１においてＰＣに画像データとして取り込まれ、画像処理部１６２において演算可能な形式に処理され、制御値演算部１６３において演算処理されてカメラ相互間の位置ズレ量が求められるとともにカメラ相互間の位置ズレ量を零にするためのカメラ位置制御データが作成され、カメラ送信部１６４によりカメラ位置制御データがカメラ位置制御装置に送信され、２台のカメラのそれぞれの位置が個別に自動制御される。そして、このようなフィードバックが連続的、継続的に行われることにより、最終的に非常に精度の高い２台のカメラの位置合わせ調整が短時間かつ自動で実現することができることとなる。
【００２３】
本実施形態に係る複数のカメラの位置調整装置においては、画像表示装置１７０をさらに有し得る。画像表示装置１７０は、画像処理装置１６０と接続されて、２台のカメラによって撮影された光パターン画像、光パターンの各透光部のエッジ画像及び中心座標、カメラ相互間の位置ズレ量を表示することができる。具体的には、画像表示装置１７０は画像処理装置１６０の構成要素である画像処理部１６２と接続され、２台のカメラによって撮影されたそれぞれの光パターン画像、２台のカメラによって撮影されたそれぞれの光パターン画像を重ねた画像を表示することができる。さらに、画像表示装置１７０は画像処理装置１６０の構成要素である制御値演算部１６３にも接続され、２台のカメラによって撮影されたそれぞれの光パターン画像データを減算した画像及び平均した画像、２台のカメラそれぞれの光パターンの透光部のエッジ画像及びそれらのエッジ画像を重ねた画像、当該エッジ画像の中心座標及びそれらの中心画像を重ねた画像、カメラ相互間の位置ズレ量を表示することができる。画像表示装置には２台のカメラによって撮影されたそれぞれの光パターン画像を表示することができるため、後述するように、人間によるカメラ位置の手動調整時のモニタとしての機能も有する。
【００２４】
さらに、本実施形態に係る複数のカメラの位置調整装置においては、手動調整部１８０を有し得る。手動調整部１８０は画像処理装置１６０の構成要素であるデータ送信部に接続され、手動で２台のカメラそれぞれの位置調整を行うための調整量を入力することにより、データ送信部１６４からカメラ位置制御装置１９０に調整量のデータが送信され、調整量にもとづくカメラの位置調整を手動で行うことを可能にするものである。また、手動調整部１８０は、手動で入力した手動調整量に関するデータと制御値演算部で演算により作成されたカメラ位置制御データのいずれか一方を、手動で選択することにより、どちらか一方のデータを送信部１６４がカメラ位置制御装置１９０に送信するといった切替えをすることができる機能を有する。すなわち、手動調整と自動調整を手動により切替えることができる。手動調整部はＰＣに接続可能なキーボードまたはマウスにより構成されることができる。
【００２５】
図２は、本実施形態に係る複数のカメラの位置調整装置の構成要素であるプレート１００の概略図を示したものである。プレート１００は、光が照射されることにより光パターンを形成するという機能を有する。すなわち、可視化エンジンの燃焼室で発生した蛍光は前記複数の透光部のみ通過し、透光部以外の部分を通過しないことにより、光パターンが形成される。従って、透光部は穴（空洞）であってもよく、光を透過する材料によって構成されてもよい。また、透光部の形状、大きさ、数量、配置は限定されない。プレート１００は、同一の大きさで、同一の形状（円形）の透光部が規則的に配列された正方形の形状を有してもよい。透光部を円形とすることにより、人間が手動でカメラの位置合わせをする場合においても目安となり易く、効率的で精度が高い調整ができるというメリットがある。また、円形画像は、輝度差により抽出し得るエッジを円形近似できるため、その中心座標を容易に得ることができ、高精度のカメラ位置調整ができるというメリットもある。
【００２６】
次に、カメラの位置ズレ量の算出方法について詳細に説明する。図３は、本実施形態に係るカメラにおける位置ズレ量の算出方法について説明するための図面である。図３のＡとＢは２台のＩＣＣＤカメラにより撮影されたそれぞれの光パターンの画像とプレートの透光部に対応したパターンのエッジ円を示したものである。これらの画像データは制御値演算部において演算された結果得られたものである。同図ＣはＡとＢに表示されている光パターンの画像とエッジ円を制御値演算部にて加算した演算結果を示したものである。同図ＤはＣにおいて表示されたエッジ円のみを制御値演算部にて抽出した演算結果を表示したものである。同図ＥはＤに示した２つのエッジ円の中心座標を演算し、そのズレ量を演算した結果を示したものである。制御値演算部においては、ズレ量にもとづき２つのカメラの位置ズレを零とするためのカメラ位置制御データを演算により求め、これをデータ送信部に送信する。データ送信部はカメラ位置制御データをカメラ位置制御装置に送信する。そうすると、カメラ位置制御装置は、２つのカメラの位置ズレ量が零になるように、すなわち、２台のカメラが撮影する光パターンが一致するように２台のカメラをそれぞれ制御することとなる。
【００２７】
図４、図５、図６は、それぞれカメラ位置の座標系の定義と、カメラ位置ズレ量算出のための特定座標と、カメラ位置ズレモードの態様を示したものである。
【００２８】
図４は、カメラ位置の座標系の定義を示したものである。図４に示すように、カメラの位置の自由度は６である。すなわち、プレート４００を通過する光パターンが入射される方向に対し前後の自由度を有するＸ軸方向、光パターンが入射される方向に対し左右の自由度を有するＹ軸方向、光パターンが入射される方向に対し上下の自由度を有するＺ軸方向、Ｘ軸を中心とした回転の自由度を有するＲｏｌｌ方向、Ｙ軸を中心とした回転の自由度を有するＰｉｔｃｈ方向、Ｚ軸を中心とした回転の自由度を有するＹａｗ方向の６自由度で定義される。従って、制御値演算部によって作成され、データ送信部によってカメラ制御装置に送信されるカメラ位置制御データは、６自由度に対応したデータでありうる。
【００２９】
図５はカメラ位置ズレ量算出のための特定座標を示したものである。図５において黒丸で示した５点の透光部パターンの座標をもとにカメラの自由度である６自由度に対応したカメラ位置ズレ量が演算される。すなわち、全ての透光部パターンのうち特定座標のみに着目することにより、２台のカメラ相互間の位置ズレ量を効率的に演算することができる。カメラ特定座標は光パターンの最外周に位置するいずれか４つの透光部パターンと、光パターンの中心に位置する１の透光部パターンの計５点の透光部パターンの座標であってもよい。
【００３０】
図６は、カメラ位置ズレモードの態様を示したものである。ここで、カメラの位置ズレモードとは、カメラの自由度である６自由度のうちいずれの方向のカメラズレ量かを示す態様をいう。図６には、２つのカメラで撮影された光パターンのうち、カメラ位置ズレ量算出のための特定座標である５点の透光部パターンの座標を、６つのカメラ位置ズレモードごとに示した。５点の特定座標の相対関係は、カメラの６自由度のうちどの方向にカメラの位置がズレているかによって相違する。すなわち、５点の特定座標の相対関係は、いずれのカメラ位置ズレモードにおいてどの程度ズレているかによって相違する。カメラ位置ズレ量が零のときは、２つのカメラによって撮影された５点の特定座標は全てのカメラ位置ズレモードにおいて一致する。そうすると、２つのカメラのカメラ位置ズレモードの特定座標の相対関係から、２つのカメラが相対的にどの方向にどの程度ズレているかが解る。従って、２つのカメラの各位置ズレモードにおける５点の特定座標の相対関係をもとに制御値演算部において２つのカメラの位置ズレ量を演算し、カメラ位置ズレ量を零にするためのカメラ位置制御データをデータ送信部、カメラ位置制御装置を経由してカメラの位置調整ステージにフィードバックすることにより２つのカメラの位置ズレ量が零になるように自動制御することができる。
【００３１】
図７は、本実施形態における複数のカメラの位置調整方法の基本フローを示したものである。各構成機器の設置等の準備を行った後に、まず手動でできる範囲で調整を行い、その後、自動調整機能を働かせて位置合せを行う。手動調整を最初に行うのは、自動調整機能が正常に動作する範囲内に複数のカメラの位置ズレ量が収まるように予めカメラ位置を調整しておく必要があるためである。すなわち、装置の準備をした後（Ｓ７０）、画像表示装置に表示される光パターンを見ながら手動調整部により手動で２台のカメラ位置を調整する（Ｓ７１）。２台のカメラによる光パターンが画像表示装置のディスプレイの中心に適当な大きさで表示されることを目安にそれぞれのカメラの位置を調整し、自動調整機能が正常に動作する範囲内に複数のカメラの位置ズレ量が収まるようにする。その後、手動調整部に自動調整に切り替えるための入力をすることにより自動調整を実施する（Ｓ７２）。
【００３２】
図８は、図７で示した基本フローの要素のうち手動調整についてのフローを示したものである。図のステップ番号Ｓ８０〜Ｓ８３は画像処理装置が実施するフローであり、Ｓ８４〜Ｓ８５は人間が実施するフローである。これらの２つのフローは並行して実施される。まず、画像処理装置が実施するフローについて説明する。２台のカメラのうち一方のカメラ１による収録を開始（Ｓ８０）した後、他方のカメラ２による収録を開始する（Ｓ８１）。そして、画像表示装置にはカメラ１による画像とカメラ２による画像の合成画像を表示する（Ｓ８２）。合成画像は、人間が実施するフロー（Ｓ８４〜Ｓ８５）において、手動でカメラの位置合わせをする際のモニタ用として用いるものであり、画像処理部において処理された２台のカメラによる画像の合成画像であってもよいし、制御値演算部において演算により得られたカメラ位置ズレ量を示す合成画像であってもよい。
【００３３】
次に、人間が実施するフローについて説明する。人間は画像処理装置が実施するフローにおいて合成画像が表示（Ｓ８２）された画像を画像表示装置により参照しながら、手動調整部にカメラ位置調整データを手動で入力することにより２台のカメラの位置を手動で調整する。手動調整により、自動調整で調整可能な一定の範囲にカメラの位置ズレ量が収まったときに、手動によるカメラ位置調整は終了する（Ｓ８５）。
【００３４】
図９は図７で示した基本フローの要素のうち自動調整についてのフローを示したものである。複数のカメラ位置の自動調整は、手動調整が終了した後に開始する。すなわち、複数のカメラ位置の自動調整は、自動調整で調整可能な一定の範囲にカメラの位置ズレ量が収まった後に開始する。まず、画像処理装置に含まれるカウンタ（図示せず。）のカウンタ変数Ｎをインクリメントして１にする（Ｓ９００）。次に、２つのカメラにより光パターンの収録を開始する（Ｓ９０１）。次に、カウンタ変数の値を読み出す（Ｓ９０２）。カウンタ変数は既にインクリメントされて１となっているので、Ｎ＝１であるＲｏｌｌ方向のカメラ位置ズレ検出と、当該Ｒｏｌｌ方向のカメラ位置ズレ量を零にするように２台のカメラの位置調整を行う（Ｓ９０３）。次に、カウンタ変数がインクリメントされ、Ｎ＝２となる（Ｓ９０９）。次に、カウンタ変数が６より大きいかどうか判断する（Ｓ９１０）。Ｎ＝２であり、カウンタ変数は６より大きくないので、再度、２つのカメラにより光パターンの収録を開始する（Ｓ９０１）。このとき、Ｒｏｌｌ方向のカメラ位置ズレが修正されているため２台のカメラが撮影する光パターン画像は更新されていることになる。その後、Ｓ９０１〜Ｓ９１０からなるループの処理が、カウンタ変数が６より大きくなるまで繰り返し実行されることとなる。すなわち、当初カウンタ変数が１であることによりＲｏｌｌ方向のカメラ位置ズレ検出と、当該Ｒｏｌｌ方向のカメラ位置ズレ量を零にするように２台のカメラの位置調整を行われたが（Ｓ９０３）、次のループにおいてはカウンタ変数がインクリメントされてＮ＝２となるため（Ｓ９０２）、Ｐｉｔｃｈ方向のカメラ位置ズレ量を零にするように２台のカメラの位置調整を行われる（Ｓ９０４）。そして、次のループにおいては、カウンタ変数がインクリメントされてＮ＝３となるため（Ｓ９０２）、Ｙａｗ方向のカメラ位置ズレ量を零にするように２台のカメラの位置調整を行われる（Ｓ９０５）。そして、次のループはＮ＝４となるためＹ軸方向（Ｓ９０６）、その次はＮ＝５となるためＺ軸方向（Ｓ９０７）、その次はＮ＝６となるためＸ軸方向のカメラ位置ズレ量を零にするように２台のカメラの位置調整を行われる（Ｓ９０８）。そして、その後、カウンタ変数がインクリメントされてＮ＝７となるため（Ｓ９０９）、Ｎ＞６の条件を満たすこととなり（Ｓ９１０）、ここでカメラ位置ズレモードの全モードにおける位置ズレ量を検出する（Ｓ９１１）。そして、カメラ位置ズレ量が予め設定された許容値以下であれば、カメラの位置調整を終了し、カメラ位置ズレ量が予め設定された許容値以下でないときは、カウンタ変数が１に設定され（Ｓ９００）、再度Ｓ９０１〜Ｓ９１０のループの処理が、カウンタ変数が６より大きくなるまで繰り返し実行されることとなる。そしてこの繰り返しは、カメラ位置ズレ量が予め設定された許容値以下になるまで継続されることとなる。最終的に位置ズレ量が許容値以下になることにより自動的にカメラ位置の調整が達成される。従って、ＬＩＦ法によるエンジン燃焼解析を行うための複数のカメラ位置設定を短時間で、高精度に、効率よく、かつスムーズに実施することができる。
【００３５】
図９に示すように、自動調整についてのフローおいては、６自由度のそれぞれの自由度に対応したカメラの位置ズレ検出およびカメラの位置調整（Ｓ９０３〜Ｓ９０８）の順番をＲｏｌｌ方向、Ｐｉｔｃｈ方向、Ｙａｗ方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、Ｘ軸方向の順とすることができるが、順番はこれに限定されるものではない。
【００３６】
しかし、本発明に係るカメラの位置調整方法においては、６自由度のそれぞれの自由度に対応したカメラの位置ズレ検出およびカメラの位置調整を回転に関する３自由度について先に実施され、回転以外に関する３自由度についてその後に実施するという順番とすることとし得る。
【００３７】
以上、本発明に係る複数のカメラの位置調整装置と複数のカメラの位置調整方法についてＬＩＦ法によるエンジン燃焼解析を行うための複数のカメラ位置設定の用途として説明したが、本発明の利用分野はこれに限定されるものではなく、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更することができるであろう。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係る複数のカメラの位置調整装置と複数のカメラの位置調整方法は、主としてＬＩＦ法によるエンジン燃焼解析を行うための複数のカメラ位置設定の用途として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る複数のカメラの位置調整装置を組込んだＬＩＦ法によるエンジン燃焼実験の基本システム構成を示す図面である。
【図２】本実施形態の構成要素であるプレートの外観を示した図面である。
【図３】本実施形態におけるカメラの位置ズレ量の算出方法について説明するための図面である。
【図４】カメラ位置の座標系の定義を示す図面である。
【図５】カメラ位置ズレ算出のための特定座標を示す図面である。
【図６】カメラ位置ズレモードの態様を示す図面である。
【図７】本実施形態における複数のカメラの位置調整方法の基本フローを示す図面である。
【図８】本実施形態における複数のカメラの位置調整方法の基本フローのうち手動調整についてのフローを示す図面である。
【図９】本実施形態における複数のカメラの位置調整方法の基本フローのうち自動調整についてのフローを示す図面である。
【符号の説明】
【００４０】
１０    可視化エンジン、
１００    プレート、
１１０    燃焼室、
１２０    駆動部、
１３０、１３２    ミラー、
１３１    ダイクロイックミラー、
１３３    光軸、
１４１    第１フィルター、
１４２    第２フィルター、
１５１、１５２    位置制御用ステージ、
１５３、１５４    ＩＣＣＤカメラ、
１６０    画像処理装置、
１６１    撮像部、
１６２    画像処理部、
１６３    制御値演算部、
１６４    データ送信部、
１７０    画像表示装置、
１８０    手動調整部、
１９０    カメラ位置制御装置、
４００    プレート。
【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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