(57)【要約】【課題】ステレオカメラの位置姿勢を、ステレオカメラの向きにかかわず、画像処理により確実且つ容易に求めることができる校正器及びステレオカメラ位置姿勢校正装置を提供する。【解決手段】校正器を、板１に丸２を描いた丸型ターゲット３を棒４ａ，４ｂ，４ｃで組み立てたラック４に複数枚固定してなる丸型ラック校正器５、球型ターゲットを棒で組み立てたラックに複数個固定してなる球型ラック校正器、丸型ターゲットを一本の棒に複数個固定してなる丸型ポール校正器、球型ターゲットを一本の棒に複数個固定してなる球型ポール校正器、又は、棒を組み合わせて立体の格子状に構成した櫓の各格子点に球型ターゲットを固定してなる球型格子校正器とする。球型ターゲットは棒に串刺状又は貼り付けように固定する。また、丸型ターゲットの丸部分又は球型ターゲットの中心位置は二値化処理及び重心計算、又は、円抽出によって求める。【選択図】        図１
2004271292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステレオカメラの位置姿勢校正に使用される校正器であって、板に丸を描いた丸型ターゲットを、棒で組み立てたラックに複数枚固定してなり、前記ステレオカメラの位置姿勢校正を行うとき、前記丸型ターゲットの丸を水平方向に向けた状態で、直接又は設置台を介して、前記ステレオカメラで撮影するステレオ画像により計測対象物体の三次元計測を行う場所の所定位置に設置される丸型ラック校正器であることを特徴とする校正器。
【請求項２】
ステレオカメラの位置姿勢校正に使用される校正器であって、球型ターゲットを、棒で組み立てたラックに複数個固定してなり、前記ステレオカメラの位置姿勢校正を行うとき、直接又は設置台を介して、前記ステレオカメラで撮影するステレオ画像により計測対象物体の三次元計測を行う場所の所定位置に設置される球型ラック校正器であることを特徴とする校正器。
【請求項３】
ステレオカメラの位置姿勢校正に使用される校正器であって、板に丸を描いた丸型ターゲットを、一本の棒に複数個固定してなり、前記ステレオカメラの位置姿勢校正を行うとき、前記丸型ターゲットの丸を水平方向に向けた状態で、直接又は設置台を介して、前記ステレオカメラで撮影するステレオ画像により計測対象物体の三次元計測を行う場所の所定位置に設置される丸型ポール校正器であることを特徴とする校正器。
【請求項４】
ステレオカメラの位置姿勢校正に使用される校正器であって、球型ターゲットを、一本の棒に複数個固定してなり、前記ステレオカメラの位置姿勢校正を行うとき、直接又は設置台を介して、前記ステレオカメラで撮影するステレオ画像により計測対象物体の三次元計測を行う場所の所定位置に設置される球型ポール校正器であることを特徴とする校正器。
【請求項５】
請求項２又は４に記載の校正器において、前記球型ターゲットを、前記棒に串刺し状に固定したことを特徴とする校正器。
【請求項６】
請求項２又は４に記載の校正器において、前記球型ターゲットを、前記棒に貼り付けるようにして固定することにより、前記球型ターゲット全体を前記ステレオカメラから見える方に露出させたことを特徴とする校正器。
【請求項７】
ステレオカメラの位置姿勢校正に使用される校正器であって、棒を組み合わせて立体の格子状に構成した櫓の各格子点に球型ターゲットを固定してなり、前記ステレオカメラの位置姿勢校正を行うとき、直接又は設置台を介して、前記ステレオカメラで撮影するステレオ画像により計測対象物体の三次元計測を行う場所の所定位置に設置される球型格子校正器であることを特徴とする校正器。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載の校正器と、
前記ステレオカメラで撮影した前記丸型ターゲット又は球型ターゲットのステレオ画像を入力する画像入力手段と、
前記校正器の設置位置データ、又は、前記校正器及び前記設置台の設置位置データを入力する設置位置データ入力手段と、
前記校正器の設計データを入力する設計データ入力手段と、
前記ステレオカメラの基礎データを入力するカメラ基礎データ入力手段と、
前記ステレオカメラのカメラ設置位置データを入力するカメラ設置位置データ入力手段と、
前記ステレオカメラのカメラ設置姿勢データを入力するカメラ設置姿勢データ入力手段と、
前記設置位置データ及び前記設計データに基づいて、前記丸型ターゲット又は前記球型ターゲットの三次元位置であるターゲット三次元位置データを計算するターゲット三次元位置計算手段と、
前記ターゲット三次元位置データ、前記カメラ基礎データ、前記カメラ設置位置データ及び前記カメラ設置姿勢データに基づいて、前記ステレオ画像上での前記丸型ターゲット又は前記球型ターゲットの位置であるターゲット画像上位置データを計算するターゲット画像上位置計算手段と、
前記ターゲット画像上位置データと、予め設定した検索範囲の許容値データとに基づき、前記ステレオ画像上において前記丸型ターゲット又は前記球型ターゲットを探索する範囲であるターゲット探索範囲データを設定するターゲット探索範囲設定手段と、
前記ターゲット探索範囲の中で、前記ステレオ画像を画像処理することにより、前記丸型ターゲットの丸部分又は前記球型ターゲットの中心位置であるターゲット中心位置データを求めるターゲット中心位置計算手段と、
前記カメラ基礎データ、前記カメラ設置位置データ、前記カメラ設置姿勢データ、前記ターゲット三次元位置データ及び前記ターゲット中心位置データに基づいて、前記ステレオカメラの位置と姿勢であるカメラ位置姿勢データを計算するカメラ位置姿勢計算手段と、
前記設置位置データ、設計データ、カメラ基礎データ、カメラ設置位置データ、カメラ設置姿勢データ、前記ターゲット三次元位置データ、前記ターゲット画像上位置データ、前記ターゲット探索範囲データ、前記ターゲット中心位置データ及び前記カメラ位置姿勢データを記憶しておく記憶手段とを備えたことを特徴とするステレオカメラ位置姿勢校正装置。
【請求項９】
請求項８に記載のステレオカメラ位置姿勢校正装置において、前記ターゲット中心位置計算手段では、前記ターゲット探索範囲の中で、二値化処理を行うことにより前記ステレオ画像上での前記丸型ターゲットの丸部分又は前記球型ターゲット部分を抽出し、更に前記ステレオ画像上の前記丸型ターゲットの丸部分又は前記球型ターゲット部分の重心計算をすることによって、前記ステレオ画像上における前記丸型ターゲットの丸部分又は前記球型ターゲットの中心位置であるターゲット中心位置データを求めることを特徴とするステレオカメラ位置姿勢校正装置。
【請求項１０】
請求項８に記載のステレオカメラ位置姿勢校正装置において、前記ターゲット中心位置計算手段では、前記ターゲット探索範囲の中で、エッジ抽出により前記球型ターゲットの前記ステレオ画像上での輪郭線を抽出し、この輪郭線の円近似を行い、この近似した円の中心位置を前記球型ターゲットの中心位置であるターゲット中心位置データとすることを特徴とするステレオカメラ位置姿勢校正装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はステレオ画像による計測対象物体の三次元計測に関するものであり、特にステレオ画像を撮影するステレオカメラの位置姿勢校正に使用される校正器及びステレオカメラ位置姿勢校正装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ステレオ画像を基にしたステレオ視によって計測対象物体の三次元位置計測を行う場合、前記計測対象物体のステレオ画像を撮影するための２台のカメラ（ステレオカメラ）の位置と姿勢が正確に分かっていなければならない。
【０００３】
しかしながら、実際にステレオカメラを設置する際には、カメラを設置する位置や姿勢が装置の設計値としては分かっていても、取り付けの際にカメラの位置や姿勢に微妙なズレが生じることが普通である。特にカメラの角度（姿勢）のズレに関しては、カメラ付近では小さなズレであっても、カメラから離れた計測対象物体の位置では大きなズレとなってしまう。このような状況において、ステレオ画像を撮影した際のステレオカメラの位置姿勢を正確に得る方法としては、カメラを機械的に精度よく設置する方法と、画像処理によってカメラの位置姿勢を求める方法とがある。
【０００４】
前者の機械的にカメラを精度よく設置する方法では、カメラを設置するカメラ台にカメラを移動するための移動機構や、カメラを計測対象物体へ向けるための回転機構を持ち、更にそれぞれのカメラの位置と角度を計測できる機能を持つ特別な装置を用いることで、カメラの位置姿勢を正確に得ることができる。
【０００５】
後者の画像処理によってカメラの位置姿勢を求める方法では、ステレオカメラを設置した後、校正テーブルと呼ばれる板に高さの異なる丸棒を複数本立てた校正用の対象物を、ステレオカメラ正面に設置した後、ステレオカメラで校正テーブルのステレオ画像を撮影して、前記丸棒の先端部の実際の三次元位置と画像上の位置との関係からカメラの位置姿勢を計算することにより、カメラの位置姿勢を正確に得ることができる（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−６２１４５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の機械的にカメラを精度よく設置する方法は、カメラ台を調整してカメラを設置することによりカメラの位置姿勢を得ることができるが、カメラを移動、回転する機構を必要とするため、この機能を持たない装置にカメラを設置する場合には適用できない。また、測量のように計測を行う都度にカメラの位置姿勢を変更するような用途には、カメラを移動、回転する機構を持つことが有利であるが、工場内の位置決め装置や建造物の監視用固定カメラのように一度設置してしまえばカメラの位置姿勢を変更しない用途では、カメラを移動、回転する機構を持つ必要がなく、逆にコスト高となってしまう。
【０００８】
後者の画像処理によってカメラの位置姿勢を求める方法では、校正テーブルを用いるため、その構造上から作業台のような水平な場所へ校正テーブルを設置しカメラが校正テーブルを上方から垂直下方へ見下ろすような場合には適用し易いが、車両の前方監視のようにカメラが水平方向に向いている場合には校正テーブルを立てる必要があり、校正テーブルの設置が容易ではない。カメラが水平方向へ向くように設置される用途は工場内での計測でも存在し、多少斜め上方からではあるが、建造物に設置される監視カメラの設置方法として水平方向付近に視線が向くようにカメラを設置する場合は多く存在する。
【０００９】
また、この校正テーブルを用いる方法では、板の上に丸棒をどのように立てるかは作業者の判断に任されているため、様々な丸棒の配置形態があり、校正テーブルを設置する場所の環境条件に柔軟に対応できる利点は持っているが、その反面、校正テーブル上の丸棒先端部の位置が校正の都度異なるため、校正を行う毎に丸棒先端部の位置データを変更しなければならないという煩雑性がある。
【００１０】
また、校正テーブルを用いる方法では、丸棒先端部の丸型部分の画像上の位置を画像の相関によって求めているため、画像上で自動的に丸棒先端部の位置を検出することができるが、これはカメラが校正テーブル正面付近から垂直に近い傾き角度で見下ろす場合に限られており、カメラの傾きが大きくなると画像上の丸形状が歪んでしまうため、実際には丸型形状を想定した相関計算によって丸棒先端部を検出することは困難になる。
【００１１】
従って、本発明は上記事情に鑑み、ステレオ画像を基に計測対象物体の三次元計測を行うためのステレオカメラの位置姿勢を、ステレオカメラの向きにかかわず、画像処理により確実且つ容易に求めることができる校正器及びステレオカメラ位置姿勢校正装置を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する第１発明の校正器は、ステレオカメラの位置姿勢校正に使用される校正器であって、板に丸を描いた丸型ターゲットを、棒で組み立てたラックに複数枚固定してなり、前記ステレオカメラの位置姿勢校正を行うとき、前記丸型ターゲットの丸を水平方向に向けた状態で、直接又は設置台を介して、前記ステレオカメラで撮影するステレオ画像により計測対象物体の三次元計測を行う場所の所定位置に設置される丸型ラック校正器であることを特徴とする。
【００１３】
また、第２発明の校正器は、ステレオカメラの位置姿勢校正に使用される校正器であって、球型ターゲットを、棒で組み立てたラックに複数個固定してなり、前記ステレオカメラの位置姿勢校正を行うとき、直接又は設置台を介して、前記ステレオカメラで撮影するステレオ画像により計測対象物体の三次元計測を行う場所の所定位置に設置される球型ラック校正器であることを特徴とする。
【００１４】
また、第３発明の校正器は、ステレオカメラの位置姿勢校正に使用される校正器であって、板に丸を描いた丸型ターゲットを、一本の棒に複数個固定してなり、前記ステレオカメラの位置姿勢校正を行うとき、前記丸型ターゲットの丸を水平方向に向けた状態で、直接又は設置台を介して、前記ステレオカメラで撮影するステレオ画像により計測対象物体の三次元計測を行う場所の所定位置に設置される丸型ポール校正器であることを特徴とする。
【００１５】
また、第４発明の校正器は、ステレオカメラの位置姿勢校正に使用される校正器であって、球型ターゲットを、一本の棒に複数個固定してなり、前記ステレオカメラの位置姿勢校正を行うとき、直接又は設置台を介して、前記ステレオカメラで撮影するステレオ画像により計測対象物体の三次元計測を行う場所の所定位置に設置される球型ポール校正器であることを特徴とする。
【００１６】
また、第５発明の校正器は、第２又は第４発明の校正器において、前記球型ターゲットを、前記棒に串刺し状に固定したことを特徴とする。
【００１７】
また、第６発明の校正器は、第２又は第４発明の校正器において、前記球型ターゲットを、前記棒に貼り付けるようにして固定することにより、前記球型ターゲット全体を前記ステレオカメラから見える方に露出させたことを特徴とする。
【００１８】
また、第７発明の校正器は、ステレオカメラの位置姿勢校正に使用される校正器であって、棒を組み合わせて立体の格子状に構成した櫓の各格子点に球型ターゲットを固定してなり、前記ステレオカメラの位置姿勢校正を行うとき、直接又は設置台を介して、前記ステレオカメラで撮影するステレオ画像により計測対象物体の三次元計測を行う場所の所定位置に設置される球型格子校正器であることを特徴とする。
【００１９】
また、第８発明のステレオカメラ位置姿勢校正装置は、第１〜第７発明の何れかの校正器と、
前記ステレオカメラで撮影した前記丸型ターゲット又は球型ターゲットのステレオ画像を入力する画像入力手段と、
前記校正器の設置位置データ、又は、前記校正器及び前記設置台の設置位置データを入力する設置位置データ入力手段と、
前記校正器の設計データを入力する設計データ入力手段と、
前記ステレオカメラの基礎データを入力するカメラ基礎データ入力手段と、
前記ステレオカメラのカメラ設置位置データを入力するカメラ設置位置データ入力手段と、
前記ステレオカメラのカメラ設置姿勢データを入力するカメラ設置姿勢データ入力手段と、
前記設置位置データ及び前記設計データに基づいて、前記丸型ターゲット又は前記球型ターゲットの三次元位置であるターゲット三次元位置データを計算するターゲット三次元位置計算手段と、
前記ターゲット三次元位置データ、前記カメラ基礎データ、前記カメラ設置位置データ及び前記カメラ設置姿勢データに基づいて、前記ステレオ画像上での前記丸型ターゲット又は前記球型ターゲットの位置であるターゲット画像上位置データを計算するターゲット画像上位置計算手段と、
前記ターゲット画像上位置データと、予め設定した検索範囲の許容値データとに基づき、前記ステレオ画像上において前記丸型ターゲット又は前記球型ターゲットを探索する範囲であるターゲット探索範囲データを設定するターゲット探索範囲設定手段と、
前記ターゲット探索範囲の中で、前記ステレオ画像を画像処理することにより、前記丸型ターゲットの丸部分又は前記球型ターゲットの中心位置であるターゲット中心位置データを求めるターゲット中心位置計算手段と、
前記カメラ基礎データ、前記カメラ設置位置データ、前記カメラ設置姿勢データ、前記ターゲット三次元位置データ及び前記ターゲット中心位置データに基づいて、前記ステレオカメラの位置と姿勢であるカメラ位置姿勢データを計算するカメラ位置姿勢計算手段と、
前記設置位置データ、設計データ、カメラ基礎データ、カメラ設置位置データ、カメラ設置姿勢データ、前記ターゲット三次元位置データ、前記ターゲット画像上位置データ、前記ターゲット探索範囲データ、前記ターゲット中心位置データ及び前記カメラ位置姿勢データを記憶しておく記憶手段とを備えたことを特徴とする。
【００２０】
また、第９発明のステレオカメラ位置姿勢校正装置は、第８発明のステレオカメラ位置姿勢校正装置において、前記ターゲット中心位置計算手段では、前記ターゲット探索範囲の中で、二値化処理を行うことにより前記ステレオ画像上での前記丸型ターゲットの丸部分又は前記球型ターゲット部分を抽出し、更に前記ステレオ画像上の前記丸型ターゲットの丸部分又は前記球型ターゲット部分の重心計算をすることによって、前記ステレオ画像上における前記丸型ターゲットの丸部分又は前記球型ターゲットの中心位置であるターゲット中心位置データを求めることを特徴とする。
【００２１】
また、第１０発明のステレオカメラ位置姿勢校正装置は、第８発明のステレオカメラ位置姿勢校正装置において、前記ターゲット中心位置計算手段では、前記ターゲット探索範囲の中で、エッジ抽出により前記球型ターゲットの前記ステレオ画像上での輪郭線を抽出し、この輪郭線の円近似を行い、この近似した円の中心位置を前記球型ターゲットの中心位置であるターゲット中心位置データとすることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づき詳細に説明する。
【００２３】
＜実施の形態１＞
図１は本発明の実施の形態１に係る丸型ラック校正器の丸型ターゲットの構成例を示す図、図２は前記丸型ラック校正器の構成例を示す図、図３は本発明の実施の形態１に係るステレオカメラ位置姿勢校正装置の構成例を示すブロック図、図４は前記ステレオカメラ位置姿勢校正装置によるターゲット検索範囲の設定例を示す図、図５は前記ステレオカメラ位置姿勢校正装置によるステレオカメラ位置姿勢計算のフローチャートである。また、図６及び図７は前記ステレオカメラ位置姿勢校正装置をカメラ校正データ取得装置とカメラ位置姿勢計算装置とに分割した構成例を示すブロック図である。
【００２４】
ステレオカメラの位置姿勢計算のために必要な点（基準点）を示すターゲットとして図１に示すように矩形の板１の中央部に丸２を描いた構成の丸型ターゲット３を用いる。
【００２５】
そして、図２に示すように複数本の棒４ａ，４ｂ，４ｃで組み立てたラック状の構造物（以降、これをラックと称する）４に複数枚の丸型ターゲット３を固定することにより、校正器（以降、これを丸型ラック校正器という）５を構成している。詳述すると、図示例では、１本の水平な棒４ｃに複数本（図示例では３本）の水平な棒４ｂを直交させて固定し、これらの棒４ｂの両端に複数本（図示例では６本）の鉛直に延びた棒４ｃを固定してラック４を構成し、このラック４を構成する棒４ｃのそれぞれに複数枚（図示例では４枚）ずつ丸型ターゲット３を固定することにより、丸型ラック校正器５を構成している。
【００２６】
また、この丸型ラック校正器５を設置するための設置台７を用意する。設置台７としては、図示例のようなスタンド形状のものや三脚形状のものなど（図１１参照）、適宜の形状のものを用いることができる。
【００２７】
ステレオカメラの位置姿勢校正を行う際、屋外や工場内などのステレオカメラで撮影するステレオ画像により計測対象物体の三次元計測を行う場所の所定位置（路面や床面などの所定位置）へ設置台７を置き、この設置台７の所定位置に丸型ラック校正器５を取り付ける。このとき丸型ラック校正器５は各丸型ターゲット３の丸２を水平方向に向けた状態となる。
【００２８】
図３に示すように、ステレオカメラ位置姿勢校正装置１０は、ステレオ画像入力を行う画像入力部１１と、各種データの入力を行うデータ入力部１２と、各種データの計算を行うデータ計算部１３と、各種データを記憶しておくメモリ部１４の大きく４つの部分で構成されている。
【００２９】
ステレオカメラである２台のＣＣＤカメラ１５Ｒ，１５Ｌは、屋外や工場内などのステレオカメラ１５Ｒ，１５Ｌで撮影するステレオ画像により計測対象物体の三次元計測画を行う場所の所定位置（撮影位置）に所定の姿勢で設置される。このときカメラ１５Ｒ，１５Ｌの向き（姿勢）は、水平方向に向けられる場合、斜め上方から見下ろす方向に向けられる場合、斜め下方から見上げる方向に向けられる場合などがある。
【００３０】
画像入力手段としての画像入力部１１では、このように設置されているカメラ１５Ｒ，１５Ｌのそれぞれによって撮影される丸型ターゲット３（丸２）のステレオ画像（図５参照）をカメラ１５Ｒ，１５Ｌから入力し、メモリ部１４へ出力する。
【００３１】
データ入力部１２には、設置位置データ入力手段としての設置位置データ入力部１６と、設計データ入力手段としての設計データ入力部１７と、カメラ基礎データ入力手段としてのカメラ基礎データ入力部１８と、カメラ設置位置データ入力出段としてのカメラ設置位置データ入力部１９と、カメラ設置姿勢データ入力手段としてのカメラ設置姿勢データ入力部２０とが設けられている。
【００３２】
設置位置データ入力部１６では、設置台７の設置位置データ及び丸型ラック校正器５の設置位置データを入力して、メモリ部１４へ出力する。設計データ入力部１７では、丸型ラック校正器５の設計データ（ラック４の寸法データや各丸型ターゲット３の固定位置データなど）を入力して、メモリ部１４へ出力する。カメラ基礎データ１８では、カメラ１５Ｒ，１５ＬのＣＣＤサイズやレンズ焦点距離などのカメラ基礎データを入力して、メモリ部１４へ出力する。カメラ設置位置データ入力部１９では、前記所定位置に設置されたカメラ１５Ｒ，１５Ｌの設置位置データを入力して、メモリ部１４へ出力する。カメラ設置姿勢データ入力部２０では、前記所定位置に前記所定の姿勢で設置されたカメラ１５Ｒ，１５Ｌの設置姿勢データを入力して、メモリ部１４へ出力する。
【００３３】
なお、上記の各入力部１６，１７，１８，１９，２０に対する上記の各種データの入力は、例えば作業者がキーボードなどを操作することによって行う。
【００３４】
記憶手段としてのメモリ部１４では、各入力部１６，１７，１８，１９，２０から出力された前記設置位置データ、前記設計データ、前記カメラ基礎データ、前記カメラ設置位置データ及び前記カメラ設置姿勢データを入力して記憶しておく。
【００３５】
また、データ計算部１３には、ターゲット三次元位置計算手段としてのターゲット三次元位置計算部２１と、ターゲット画像上位置計算手段としてのターゲット画像上位置計算部２２と、ターゲット探索範囲設定手段としてのターゲット探索範囲設定部２３と、ターゲット中心位置計算手段としてのターゲット中心位置計算部２４と、カメラ位置姿勢計算手段としてのカメラ位置姿勢計算部２５とが設けられている。
【００３６】
ターゲット三次元位置計算部２１では、メモリ部１４に記憶された前記設置データ及び前記設計データに基づいて、ラック４に固定された丸型ターゲット３の三次元位置（ターゲット三次元位置データ）を計算し、このターゲット三次元位置データをメモリ部１４へ出力する。メモリ部１４では、前記ターゲット三次元位置データを記憶する。
【００３７】
ターゲット画像上位置計算部２２では、メモリ部１４に記憶されている前記ターゲット三次元位置データ、前記カメラ基礎データ、前記カメラ設置位置データ及び前記カメラ位置姿勢データに基づいて、ステレオ画像上での丸型ターゲット３の位置（ターゲット画像上位置データ）を計算し、このターゲット画像上位置データをメモリ部１４に出力する。メモリ部１４では、前記ターゲット画像上位置データも記憶する。
【００３８】
ターゲット探索範囲設定部２３では、メモリ部１４に記憶されている前記ターゲット画像上位置データと、予め設定してメモリ部１４に記憶させておいた検索範囲の許容値データとに基づき、図５に例示すようなステレオ画像上、即ち、カメラ１５Ｌで撮影された左画像上と、カメラ１５Ｒで撮影された右画像上において、丸型ターゲット３（丸２）を探索する範囲（ターゲット探索範囲）２６を設定し、このターゲット探索範囲のデータをメモリ部１４に出力する。メモリ部１４では、前記ターゲット探索範囲のデータも記憶する。
【００３９】
ターゲット中心位置計算部２４では、メモリ部１４に記憶されている前記ターゲット探索範囲の中で、メモリ部１４に記憶されている前記ステレオ画像に対する画像処理として、二値化処理を行うことにより前記ステレオ画像上での前記丸型ターゲット３の丸２部分を抽出し、更に前記ステレオ画像上の前記丸型ターゲットの丸２部分の重心計算を行うことによって前記ステレオ画像上における前記丸２部分の中心位置（ターゲット中心位置データ）を求め、このターゲット中心位置データをメモリ部１４に出力する。メモリ部１４では、前記ターゲット中心位置データも記憶する。
【００４０】
そして、カメラ位置姿勢計算部２５では、メモリ部１４に記憶されている前記カメラ基礎データ、前記カメラ設置位置データ、前記カメラ設置姿勢データ、前記ターゲット三次元位置データ及び前記ターゲット中心位置データに基づいて、ステレオカメラ１５Ｒ，１５Ｌの位置と姿勢（カメラ位置姿勢データ）を計算し、このカメラ位置姿勢データをメモリ部１４に出力する。メモリ部１４では、前記カメラ位置姿勢データも記憶する。なお、このカメラ位置姿勢データの具体的な計算方法につては、後述する。
【００４１】
次に、このステレオカメラ位置姿勢校正装置１０によるステレオカメラ１５Ｒ，１５Ｌの位置姿勢計算の手順を、図５のフローチャートに基づいて説明する。
【００４２】
図５に示すように、まず、作業者が、設置台７を、ステレオカメラ１５Ｒ，１５Ｌで撮影するステレオ画像により計測対象物体の三次元計測を行う場所の所定位置へ設置し（ステップＳ１）、この設置台７の所定位置に丸型ラック校正器５を取り付けることによって、丸型ラック校正器５を設置する（ステップＳ２）。丸型ラック校正器５を設置後、作業者は、ステレオカメラ１５Ｒ，１５Ｌを操作し、ステレオカメラ１５Ｒ，１５Ｌで丸型ラック校正器５のステレオ画像を撮影して、このステレオ画像中に丸型ラック校正器５の映像が入っているか否かを図示しないモニタで見て確認する（ステップＳ３）。その結果、丸型ラック校正器５の映像が前記ステレオ画像中に入っていなければ（ＯＮの場合）、再度、設置台７を設置し直して丸型ラック校正器５を設置し直した後、ステレオカメラ１５Ｒ，１５Ｌで丸型ラック校正器５のステレオ画像を撮影して、このステレオ画像中に丸型ラック校正器５の映像が入っているか否かをモニタで見て再度確認する（ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３）。
【００４３】
丸型ラック校正器５の映像が前記ステレオ画像中に入っていることを確認したら（ＯＫの場合）、当該ステレオ画像をステレオカメラ１５Ｒ，１５Ｌに保存する（ステップＳ４）。また、このとき、作業者は、設置台７の設置位置データと、丸型ラック校正器５の設置位置データとを記録する（ステップＳ５）。
【００４４】
次に、ステレオカメラ１５Ｒ，１５Ｌに保存されている前記ステレオ画像を、画像入力部１１によりステレオカメラ１５Ｒ，１５Ｌから読み込み（ステップＳ６）、メモリ部１４に記憶する。続いて、設置台７の設置位置データ及び丸型ラック校正器５の設置位置データ、丸型ラック校正器５の設計データ、ステレオカメラ１５Ｒ，１５Ｌのカメラ基礎データ、ステレオカメラ１５Ｒ，１５Ｌのカメラ設置位置データ、及び、ステレオカメラ１５Ｒ，１５Ｌのカメラ設置姿勢データを、設置位置データ入力部１６、設計データ入力部１７、カメラ基礎データ入力部１８、カメラ設置位置データ入力部１９、及び、カメラ設置姿勢データ２０により、それぞれ入力して（ステップＳ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１１）、メモリ部１４に記憶する。
【００４５】
その後、ターゲット三次元位置計算部２１において、前記設置位置データ及び前記設計データに基づき、ターゲット三次元位置データを算出し（ステップＳ１２）、ターゲット画像上位置計算部２２において、前記ターゲット三次元位置データ、前記カメラ基礎データ、前記カメラ設置位置データ及び前記カメラ設置姿勢データに基づき、ターゲット画像上位置データを計算する（ステップＳ１３）。また、ターゲット探索範囲設定部２３において、前記ターゲット画像上位置データ及び前記許容値データに基づき、ターゲット探索範囲データを設定し（ステップＳ１４）、ターゲット中心位置計算部２４において、前記ステレオ画像及び前記ターゲット探索範囲データに基づき、ターゲット中心位置データを計算する（ステップＳ１５）。そして、カメラ位置姿勢計算部２５において、前記カメラ基礎データ、前記カメラ設置位置データ、前記カメラ設置姿勢データ、前記ターゲット三次元位置データ及び前記ターゲット中心位置データに基づき、カメラ位置姿勢データを計算する（ステップＳ１６）。
【００４６】
なお、図３に示すステレオカメラ位置姿勢校正装置１０の各構成部は一体的に設けてもよく、適宜に分割してもよい。ステレオカメラ位置姿勢校正装置１０の分割例としては、例えば、主に丸型ターゲット３のステレオ画像や設置位置データを取得する機能を受け持つ図６のカメラ校正データ取得装置１０Ａと、主にカメラ位置姿勢を計算する機能を受け持つ図７のカメラ位置姿勢計算装置１０Ｂとに分割することができる。
【００４７】
図６に示すように、カメラ校正データ取得装置１０Ａは、画像入力部１１と、データ入力部のうちの設置位置データ入力部１６と、メモリ部１４Ａと、データ送信部２７とを備えている。画像入力部１１で入力したステレオ画像及び設置位置データ入力部１６で入力した設置位置データはメモリ部１４に記憶される。データ送信部２７では、これらの取得したステレオ画像及びデータ計算部をカメラ位置姿勢計算装置１０Ｂへ送信する。
【００４８】
図７に示すように、カメラ位置姿勢計算装置１０Ｂは、データ入力部のうちの設計データ入力部１７、カメラ基礎データ入力部１８、カメラ設置位置データ入力部１９及びカメラ設置位置データ入力部２０と、データ計算部のターゲット三次元位置計算部２１、ターゲット画像上位置計算部２２、ターゲット探索範囲設定部２３、ターゲット中心位置計算手段２４及びカメラ位置姿勢計算部２５と、メモリ部１４Ｂと、データ受信部２８とを備えている。データ受信部２８ではカメラ校正データ取得装置１０Ａのデータ送信部２７から送信された前記ステレオ画像及び設置位置データを受信し、メモリ部１０Ｂに出力して記憶させる。また、メモリ部１０Ｂでは、設計データ入力部１７で入力した設計データ、カメラ基礎データ入力部１８で入力したカメラ基礎データ、カメラ設置位置データ入力部１９で入力したカメラ設置位置データ、カメラ設置姿勢データ入力部２０で入力したカメラ設置姿勢データ、ターゲット三次元位置計算部２１で計算したターゲット三次元位置データ、ターゲット画像上位置計算部２２で計算したターゲット画像上位置データ、ターゲット探索範囲設定部２３で設定したターゲット探索範囲データ、ターゲット中心位置計算部２４で計算したターゲット中心位置データ、及び、カメラ位置姿勢計算部２５で計算したカメラ位置姿勢データも記憶する。
【００４９】
以上のように、本実施の形態１によれば、丸型ラック校正器５をステレオカメラ１５Ｒ，１５Ｌで撮影したステレオ画像に基づいてカメラ位置姿勢データを計算するため、従来の機械的な方法のように移動機構や回転機構によってステレオカメラ１５Ｒ，１５Ｌを精密に設置する必要がなく、また、ステレオカメラ１５Ｒ，１５Ｌを設置するために移動機構や回転機構などの装置を装備する必要もない。
【００５０】
また、本実施の形態１の丸型ラック校正器５は、ステレオカメラ１５Ｒ，１５Ｌが、図２に示す矢印Ａのように水平に向く場合、矢印Ｂのように斜め上方から見下ろす場合、矢印Ｃのように斜め下方から見上げる場合などの広範囲なカメラ設置状態に対応することができる。更に、丸型ラック校正器５はその形状やターゲット位置が丸型ラック校正器５を設計した時点で決まっているためターゲットの配置を自由に選ぶことができない反面、ターゲット配置が決まっていることでラック４上のターゲット位置を計算により求めることができ、実際には設置台７の設置位置及び丸型ラック校正器５の設置位置が分かれば、これらの設置位置データと丸型ラック校正器５の設計データとを合わせて、全ての丸型ターゲット３（丸２）の三次元位置を計算により自動的に求めることができる。
【００５１】
また、本実施の形態１では、丸型ラック校正器５に対してステレオカメラ１５Ｒ，１５Ｌが正面付近に設置されていない（例えば丸型ラック校正器５の斜め上方や斜め下方に設置されている）ために丸型ターゲット３の丸２部分の映像が楕円状に歪んでしまった場合でも、この丸２部分の中心位置を二値化処理と重心計算によって求めるため、問題なく丸２部分の中心位置データを得ることができる。更に、ステレオ画像や各種データを入力してしまえば、その後の丸型ターゲット３（丸２）をステレオ画像で検出してステレオカメラ１５Ｒ，１５Ｌの位置姿勢データを計算するまでの一連の処理を自動的に計算処理によって行うことができ、作業者の負担を軽減することができる。
【００５２】
＜実施の形態２＞
図８は本発明の実施の形態２に係る球型ラック校正器の構成例を一部省略して示す図、図９は本発明の実施の形態２に係る球型ラック校正器の他の構成例を一部省略して示す図である。
【００５３】
図８及び図９に示すように、本実施の形態２の球型ラック校正器３１は、実施の形態１の丸型ターゲット３に代わりに球形状の球型ターゲット３３を用い、この球型ターゲット３３を複数個ラック４に固定した構成となっている。図８及び図９では図示を一部省略しているが、ラック４は図２に示すラック４と同様の構成であり、このラック４を構成する鉛直な棒４ｃのそれぞれに複数個（図示例では４個）ずつ球型ターゲット３３を固定することにより、丸型ラック校正器３１を構成している。
【００５４】
丸型ターゲット３３のラック４への固定方法としては、図８に示すようにラック４を構成する棒４ｃに丸型ターゲット３３を串刺し状に固定するタイプと、図９に示すようにラック４を構成する棒４ｃに球型ターゲット３３を、例えば接着やネジ止めなどの固定手段によって、貼り付けるようにして固定することにより、球型ターゲット３３全体をステレオカメラ１５Ｒ，１５Ｌから見える方（図示例では棒４ｃの図中右側）に露出させるタイプとがある。
【００５５】
なお、校正器を丸型ラック校正器５から球型ラック校正器３１に代える他は、上記実施の形態１と同様の構成である（図３、図６、図７参照）。
【００５６】
即ち、画像入力部１１では、ステレオカメラ１５Ｒ，１５Ｌのそれぞれによって撮影される球型ターゲット３３のステレオ画像をカメラ１５Ｒ，１５Ｌから入力し、メモリ部１４（１４Ａ）へ出力する。設置位置データ入力部１６では、設置台７の設置位置データ及び球型ラック校正器３１の設置位置データを入力して、メモリ部１４（１４Ａ）へ出力する。設計データ入力部１７では、球型ラック校正器の設計データ（ラック４の寸法データや各球型ターゲット３３の固定位置データなど）を入力して、メモリ部１４（１４Ｂ）へ出力する。カメラ基礎データ１８では、カメラ１５Ｒ，１５ＬのＣＣＤサイズやレンズ焦点距離などのカメラ基礎データを入力して、メモリ部１４（１４Ｂ）へ出力する。カメラ設置位置データ入力部１９では、前記所定位置に設置されたカメラ１５Ｒ，１５Ｌの設置位置データを入力して、メモリ部１４（１４Ｂ）へ出力する。カメラ設置姿勢データ入力部２０では、前記所定位置に前記所定の姿勢で設置されたカメラ１５Ｒ，１５Ｌの設置姿勢データを入力して、メモリ部１４（１４Ｂ）へ出力する。
【００５７】
メモリ部１４（１４Ａ、１４Ｂ）では、各入力部１６，１７，１８，１９，２０から出力された前記設置位置データ、前記設計データ、前記カメラ基礎データ、前記カメラ設置位置データ及び前記カメラ設置姿勢データを入力して記憶しておく。
【００５８】
ターゲット三次元位置計算部２１では、メモリ部１４（１４Ｂ）に記憶された前記設置データ及び前記設計データに基づいて、ラック４に固定された球型ターゲット３３の三次元位置（ターゲット三次元位置データ）を計算し、このターゲット三次元位置データをメモリ部１４（１４Ｂ）へ出力する。メモリ部１４（１４Ｂ）では、前記ターゲット三次元位置データを記憶する。
【００５９】
ターゲット画像上位置計算部２２では、メモリ部１４（１４Ｂ）に記憶されている前記ターゲット三次元位置データ、前記カメラ基礎データ、前記カメラ設置位置データ及び前記カメラ位置姿勢データに基づいて、ステレオ画像上での球型ターゲット３３の位置（ターゲット画像上位置データ）を計算し、このターゲット画像上位置データをメモリ部１４（１４Ｂ）に出力する。メモリ部１４（１４Ｂ）では、前記ターゲット画像上位置データも記憶する。
【００６０】
ターゲット探索範囲設定部２３では、メモリ部１４（１４Ｂ）に記憶されている前記ターゲット画像上位置データと、予め設定してメモリ部１４（１４Ｂ）に記憶させておいた検索範囲の許容値データとに基づき、ステレオ画像上、即ち、カメラ１５Ｌで撮影された左画像上と、カメラ１５Ｒで撮影された右画像上において、球型ターゲット３３を探索する範囲（ターゲット探索範囲データ）２６を設定し、このターゲット探索範囲データをメモリ部１４（１４Ｂ）に出力する。メモリ部１４（１４Ｂ）では、前記ターゲット探索範囲データも記憶する。
【００６１】
ターゲット中心位置計算部２４では、メモリ部１４（１４Ｂ）に記憶されている前記ターゲット探索範囲の中で、前記ステレオ画像に対して二値化処理を行うことにより、前記ステレオ画像上での前記球型ターゲット３３部分を抽出し、更に前記ステレオ画像上の重心計算を行うことによって、前記ステレオ画像上における前記球型ターゲット３３部分の中心位置（ターゲット中心位置データ）を求め、このターゲット中心位置データをメモリ部１４（１４Ｂ）に出力する。メモリ部１４（１４Ｂ）では前記ターゲット中心位置データも記憶する。
【００６２】
或いは、どの方向から見ても円形状に見えるという球型ターゲット３３の性質を生かして、ターゲット中心位置計算部２４では上記のような二値化処理と重心計算による方法の代わりに円抽出による方法により、ターゲット中心位置データを求めてもよい。即ち、ターゲット中心位置計算部２４では、まず、前記ターゲット探索範囲の中で、エッジ抽出により球型ターゲット３３の前記ステレオ画像上での輪郭線を抽出する。そして、ターゲット中心位置計算部２４では、球型ターゲット３３はどの方向から見ても円形状にみえるという性質を利用し、前記輪郭線の円近似を行い、この近似した円の中心位置を球型ターゲット３３の中心位置（ターゲット中心位置データ）とする。
【００６３】
カメラ位置姿勢計算部２５では、メモリ部１４（１４Ｂ）に記憶されている前記カメラ基礎データ、前記カメラ設置位置データ、前記カメラ設置姿勢データ、前記ターゲット三次元位置データ及び前記ターゲット中心位置データに基づいて、ステレオカメラ１５Ｒ，１５Ｌの位置と姿勢（カメラ位置姿勢データ）を計算し、このカメラ位置姿勢データをメモリ部１４（１４Ｂ）に出力する。メモリ部１４（１４Ｂ）では、前記カメラ位置姿勢データも記憶する。
【００６４】
ステレオカメラ１５Ｒ，１５Ｌの位置姿勢計算の手順については、上記実施の形態２と同様であり、ここでの説明は省略する（図５参照）。
【００６５】
以上のように、本実施の形態２によれば、球型ラック校正器３１を使用しており、この球型ラック校正器３１の球型ターゲット３３はどの方向からみても円形状に見えるため、球型ラック校正器３１の正面付近にステレオカメラ１５Ｒ，１５Ｌが設置されていない場合（例えば球型ラック校正器３１の斜め上方や斜め下方に設置されている場合）でも、ステレオ画像上での球型ターゲット３３の形状が楕円状に歪むことなく円形状のままである。このため、ステレオ画像上での球型ターゲット３３の中心位置を二値化処理と重心計算によって、より精度よく求めることができる。
【００６６】
また、図８のように球型ターゲット３３を、ラック４を構成する棒４ｃに串刺し状に固定した場合には、構造的に頑丈であり、しかも、ラック４の棒４ｃが球型ターゲット３３の中心軸を通るように球型ターゲット３３を取り付けるため、球型ターゲット３３をラック４（棒４ｃ）に固定する際の球型ターゲット３３の１つ１つの位置のバラツキが少ない。
【００６７】
また、図９のように球型ターゲット３３を、ラック４を構成する棒４ｃに球型ターゲット３３を貼り付けるようにして固定することにより、球型ターゲット３３全体をステレオカメラ１５Ｒ，１５Ｌから見える方に露出させた場合には、球型ターゲット３３がある側にステレオカメラ１５Ｒ，１５Ｌを設置する限り、ステレオカメラ１５Ｒ，１５Ｌから見て、球型ターゲット３３の一部が球型ターゲット３３を固定しているラック４の棒４ｃに隠れることがなく、ステレオ画像上で常に球型ターゲット３３の円形状全体を得ることができるため、画像処理（二値化処理や重心計算、或いは、後述する円抽出など）により球型ターゲット３３の中心位置を求める場合にデータの欠落がなく、より精度よくターゲット中心位置データを求めることができる。
【００６８】
また、円抽出による方法で球型ターゲット３３の中心位置（ターゲット中心位置データ）を求める場合には、球型ターゲット３３の輪郭線をエッジ抽出と円近似により求めるため、背景ノイズに強く、様々な不要物体がステレオ画像内に入った場合でも球型ターゲット３３の中心位置を正確に求めることができるため、屋外や工場内のような煩雑な状況においても適用が可能である。
【００６９】
＜実施の形態３＞
上記実施の形態１，２では丸型ターゲット３もしくは球型ターゲット３３をラック４に固定した丸型ラック校正器５もしくは球型ラック校正器３１を使用し、これらの校正器５又は３１をステレオカメラで撮影したステレオ画像を基にステレオカメラの位置姿勢データを計算したが、かかる計算のために用いる校正器としては、ラックを使用するもの以外にも、例えば図１０、図１１及び図１２に示すような幾つかの構成のものが考えられる。
【００７０】
図１０の（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施の形態３に係る丸型ポール校正器の構成例を示す図、図１１の（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施の形態３に係る球型ポール校正器の構成例を示す図、図１２は本発明の実施の形態３に係る球型格子校正器の構成例を示す図である。
【００７１】
図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように丸型ポール校正器４１は、丸型ターゲット３を、１本の鉛直に延びた棒（ポール）４２に複数枚（図示例では３枚）固定してなるものである。
【００７２】
ステレオカメラの位置姿勢校正を行うためにこの丸型ポール校正器４１を設置する際には、例えば図１０（ａ）示すような三脚形状の設置台４３又は図１０（ｂ）に示すようなスタンド形状の設置台４４を用意し、これらの設置台４３又は４４を、屋外や工場内などのステレオカメラで撮影するステレオ画像により計測対象物体の三次元計測を行う場所の所定位置へ置く。そして、この設置台４３又は４４の所定位置に丸型ポール校正器４１を取り付け、この丸型ポール校正器４１をステレオカメラで撮影して校正用のステレオ画像を取得する。このとき丸型ポール校正器４１は各丸型ターゲット３の丸２を水平方向に向けた状態となる。なお、この場合も、各丸型ポール校正器４１の丸型ターゲット３の三次元位置データは、設置台４３又は４４の設置位置のデータ、設置台４３又は４４上に丸型ポール校正器４１を設置した位置のデータ、丸型ポール校正器４１の設計データ（棒４２の寸法データや各丸型ターゲット３の固定位置データなど）に基づいて計算することができる。
【００７３】
この丸型ポール校正器４１を用いる場合にも、校正器を丸型ラック校正器５から丸型ポール校正器４１に代える他は、上記実施の形態１と同様であり（図３、図５、図６、図７参照）、ここでの説明は省略する。
【００７４】
また、図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように球型ポール校正器５１は、球型ターゲット３３を、１本の鉛直に延びた棒（ポール）４２に複数個（図示例では３個）固定してなるものである。この場合も、球型ターゲット３３の固定方法としては、上記実施の形態２と同様（図８、図９参照）、棒４２に丸型ターゲット３３を串刺し状に固定するタイプと、棒４２に球型ターゲット３３を貼り付けるようにして固定することにより、球型ターゲット３３全体をステレオカメラから見える方に露出させるタイプとがある。
【００７５】
ステレオカメラの位置姿勢校正を行うためにこの球型ポール校正器５１を設置する際には、例えば図１１（ａ）示すような三脚形状の設置台４３又は図１１（ｂ）に示すようなスタンド形状の設置台４４を用意し、これらの設置台４３又は４４を、屋外や工場内などのステレオカメラで撮影するステレオ画像により計測対象物体の三次元計測を行う場所の所定位置へ置く。そして、この設置台４３又は４４の所定位置に球型ポール校正器５１を取り付け、この球型ポール校正器５１をステレオカメラで撮影して校正用のステレオ画像を取得する。なお、この場合も、各丸型ポール校正器５１の球型ターゲット３３の三次元位置データは、設置台４３又は４４の設置位置のデータ、設置台４３又は４４上に球型ラック校正器１を設置した位置のデータ、球型ラック校正器５１の設計データ（棒４２の寸法データや球型ターゲット３３の固定位置データなど）に基づいて計算することができる。
【００７６】
この球型ポール校正器５１を用いる場合にも、校正器を球型ラック校正器３１５から球型ポール校正器５１に代える他は、上記実施の形態２と同様であり（図３、図５、図６、図７参照）、ここでの説明は省略する。
【００７７】
また、図１２に示すように、球型格子校正器６１は、複数の棒６２ａを組み合わせて立体（図示例では立方体）の格子状に構成した立体格子である櫓６２の各格子点に球型ターゲット３３を固定してなるものである。
【００７８】
ステレオカメラの位置姿勢校正を行うためにこの球型格子校正器６１を設置する際には、例えば図示のようなスタンド形状の設置台４４を、屋外や工場内などのステレオカメラで撮影するステレオ画像により計測対象物体の三次元計測を行う場所の所定位置へ置き、この設置台４４の所定位置に球型格子校正器６１を取り付け、この球型格子校正器６１をステレオカメラで撮影して校正用のステレオ画像を取得する。なお、この場合も、球型ラック校正器６１の球型ターゲット３３の三次元位置データは、設置台４４の設置位置のデータ、設置台４４上に球型格子校正器６１を設置した位置のデータ、球型格子校正器６１の設計データ（立体格子６２の寸法データや球型ターゲット３３の固定位置データなど）に基づいて計算することができる。
【００７９】
この球型格子校正器６１を用いる場合にも、校正器を球型ラック校正器３１から球型格子校正器６１に代える他は、上記実施の形態２と同様であり（図３、図５、図５、図６、図７参照）、ここでの説明は省略する。
【００８０】
本実施の形態３によれば、丸型ポール校正器４１を用いる場合には、丸型ポール校正器４１を複数個使用して適宜に設置することができるため、丸型ラック校正器に比べてターゲットの配置形態に自由度がある。
【００８１】
また、球型ラック校正器５１を用いる場合には、上記のような丸型ポール校正器４１の持つ効果に加えて、ステレオカメラの設置場所が球型ポール校正器５１の正面付近でなくてもステレオ画像上の球型ターゲット３３の形状が円形状のまま変化しないため、球型ターゲット３３のステレオ画像上の位置をより精度よく検出することができるという効果がある。
【００８２】
また、球型格子校正器６１を用いる場合には、球型格子校正器６１を設置した路面や床面などからの撮影以外は、どの方向からでも球型ターゲット３３を撮影することができるため、様々なステレオカメラの設置状況に対応できる。
【００８３】
ところで、上記では丸型ラック校正器５、球型ラック校正器３１、丸型ポール校正器４１、球型ポール校正器５１、球型格子校正器６１を、設置台７，４３，４４を介して路面や床面などに設置しているが、これに限定するものではなく、校正器に路面や床面などに設置可能な部分（例えば脚部など）を一体的に形成することなどにより、校正器を直接路面や床面などに設置してもよい。この場合には、設置位置データとして、校正器の設置位置データを入力すればよい。特に、図１２の球型格子校正器６１は設置台４４を用いずにそのまま路面や床面に直接設置することもでき、この場合には設置位置データとして球型ラック校正器６１の設置位置データを入力すればよい。
【００８４】
なお、ここでカメラ位置姿勢データの具体的な計算方法について説明する。
【００８５】
図１３に示すように、カメラをｘ軸まわりにω、ｙ軸まわりにφ、ｚ軸まわりにχ回転させたとする。ここでχ，φ，ωの順に回転させると、カメラの姿勢は次のように表される。
【００８６】
【数１】
2004271292.tif 000003
【００８７】
図１４に示すように、カメラ位置（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）とレンズ焦点距離ｃより、三次元空間上の点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）はＣＣＤ上の点（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）へ写像される。
【００８８】
【数２】
2004271292.tif 000004
【００８９】
カメラ位置、ＣＣＤ上の点、三次元空間上の点は一直線上になければならないので共線条件が成立する。
【００９０】
【数３】
2004271292.tif 000005
【００９１】
これに上の式を代入すると、
【００９２】
【数４】
2004271292.tif 000006
【００９３】
ここまでは基準座標系で考えたが、次にこれをカメラ座標系で考える。カメラ座標における三次元空間上の点を（ｘｐ，ｙｐ，ｚｐ）とすると、
【００９４】
【数５】
2004271292.tif 000007
【００９５】
ここで回転行列Ｒは直交行列なので、その逆行列は転置行列Ｒｔと同じになる。
【００９６】
【数６】
2004271292.tif 000008
【００９７】
カメラ座標系におけるカメラ位置（０，０，０）、ＣＣＤ上の点（ｘ，ｙ，−ｃ）、三次元空間上の点（ｘｐ，ｙｐ，ｚｐ）の共線条件式は、
【００９８】
【数７】
2004271292.tif 000009
【００９９】
これに今までの式を代入すると、
【０１００】
【数８】
2004271292.tif 000010
【０１０１】
これは対象物の三次元空間上の点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）がＣＣＤ上の点（ｘ，ｙ）へうつされる式で計測の基本式になる。この基本式についてカメラ姿勢の係数ａｉｊとカメラ位置（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）を最小二乗法により求める。
【０１０２】
【発明の効果】
以上、発明の実施の形態とともに具体的に説明したように、第１発明の校正器によれば、板に丸を描いた丸型ターゲットを、棒で組み立てたラックに複数枚固定してなり、前記ステレオカメラの位置姿勢校正を行うとき、前記丸型ターゲットの丸を水平方向に向けた状態で、直接又は設置台を介して、前記ステレオカメラで撮影するステレオ画像により計測対象物体の三次元計測を行う場所の所定位置に設置される丸型ラック校正器であるため、ステレオカメラが、水平に向く場合、斜め上方から見下ろす場合、斜め下方から見上げる場合などの広範囲なカメラ設置状態に対応することができる。更に、丸型ラック校正器はその形状やターゲット位置が丸型ラック校正器を設計した時点で決まっているためターゲットの配置を自由に選ぶことができない反面、ターゲット配置が決まっていることでラック４上のターゲット位置を計算により求めることができ、実際には丸型ラック校正器の設置位置、又は、丸型ラック校正器及び設置台の設置位置が分かれば、これらの設置位置データと丸型ラック校正器の設計データとを合わせて、全ての丸型ターゲット（丸）の三次元位置を計算により自動的に求めることができる。
【０１０３】
また、第２発明の校正器によれば、球型ターゲットを棒で組み立てたラックに複数個固定してなり球型ラック校正器であり、この球型ラック校正器の球型ターゲットはどの方向からみても円形状に見えるため、球型ラック校正器の正面付近にステレオカメラが設置されていない場合でも、ステレオ画像上での球型ターゲットの形状が楕円状に歪むことなく円形状のままである。このため、ステレオ画像上での球型ターゲットの中心位置を画像処理によって、より精度よく求めることができる。
【０１０４】
また、第３発明の校正器によれば、板に丸を描いた丸型ターゲットを一本の棒に複数個固定してなる丸型ポール校正器であり、これを複数個使用して適宜に設置することができるため、丸型ラック校正器に比べてターゲットの配置形態に自由度がある。
【０１０５】
また、第４発明の校正器によれば、球型ターゲットを一本の棒に複数個固定してなる球型ポール校正器であるため、上記のような丸型ポール校正器の持つ効果に加えて、ステレオカメラの設置場所が球型ポール校正器の正面付近でなくてもステレオ画像上の球型ターゲットの形状が円形状のまま変化しないため、球型ターゲットのステレオ画像上の位置をより精度よく検出することができるという効果がある。
【０１０６】
また、第５発明の校正器によれば、前記球型ターゲットを前記棒に串刺し状に固定したため、構造的に頑丈であり、しかも、棒が球型ターゲットの中心軸を通るように球型ターゲットを取り付けるため、球型ターゲットを棒に固定する際の球型ターゲットの１つ１つの位置のバラツキが少ない。
【０１０７】
また、第６発明の校正器によれば、球型ターゲットを、棒に球型ターゲットを貼り付けるようにして固定することにより、球型ターゲット全体をステレオカメラから見える方に露出させたため、球型ターゲットがある側にステレオカメラを設置する限り、ステレオカメラから見て、球型ターゲットの一部が球型ターゲットを固定している棒に隠れることがなく、ステレオ画像上で常に球型ターゲットの円形状全体を得ることができるため、画像処理により球型ターゲットの中心位置を求める場合にデータの欠落がなく、より精度よくターゲット中心位置データを求めることができる。
【０１０８】
また、第７発明の校正器によれば、棒を組み合わせて立体の格子状に構成した櫓の各格子点に球型ターゲットを固定してなる球型格子校正器であるため、球型格子校正器を設置した路面や床面などからの撮影以外は、どの方向からでも球型ターゲットを撮影することができ、様々なステレオカメラの設置状況に対応できる。
【０１０９】
また、第８発明のステレオカメラ位置姿勢校正装置によれば、丸型ラック校正器、球型ラック校正器、丸型ポール校正器、球型ポール校正器又は球型格子校正器をステレオカメラで撮影したステレオ画像に基づいてカメラ位置姿勢データを計算するため、従来の機械的な方法のように移動機構や回転機構によってステレオカメラを精密に設置する必要がなく、また、ステレオカメラを設置するために移動機構や回転機構などの装置を装備する必要もない。更に、ステレオ画像や各種データを入力してしまえば、その後の丸型ターゲット（丸）又は球型ターゲットをステレオ画像で検出してステレオカメラの位置姿勢データを計算するまでの一連の処理を自動的に計算処理によって行うことができ、作業者の負担を軽減することができる。
【０１１０】
また、第９発明のステレオカメラ位置姿勢校正装置によれば、丸型ラック校正器や丸型ポール校正器に対してステレオカメラが正面付近に設置されていないために丸型ターゲットの丸部分の映像が楕円状に歪んでしまった場合でも、この丸部分の中心位置を二値化処理と重心計算によって求めるため、問題なく丸部分の中心位置データを得ることができる。
【０１１１】
また、第１０発明のステレオカメラ位置姿勢校正装置によれば、円抽出による方法で球型ターゲットの中心位置（ターゲット中心位置データ）を求めるため、即ち、球型ターゲットの輪郭線をエッジ抽出と円近似により求めるため、背景ノイズに強く、様々な不要物体がステレオ画像内に入った場合でも球型ターゲットの中心位置を正確に求めることができるため、屋外や工場内のような煩雑な状況においても適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る丸型ラック校正器の丸型ターゲットの構成例を示す図である。
【図２】前記丸型ラック校正器の構成例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るステレオカメラ位置姿勢校正装置の構成例を示すブロック図である。
【図４】前記ステレオカメラ位置姿勢校正装置によるターゲット検索範囲の設定例を示す図である。
【図５】前記ステレオカメラ位置姿勢校正装置によるステレオカメラ位置姿勢計算のフローチャートである。
【図６】カメラ校正データ取得装置の構成例を示すブロック図である。
【図７】カメラ位置姿勢計算装置の構成例を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る球型ラック校正器の構成例を一部省略して示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る球型ラック校正器の他の構成例を一部省略して示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る丸型ポール校正器の構成例を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る球型ポール校正器の構成例を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係る球型格子校正器の構成例を示す図である。
【図１３】カメラ位置姿勢データの計算方法を説明するための図である。
【図１４】カメラ位置姿勢データの計算方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１  板
２  丸
３  丸型ターゲット
４  ラック
４ａ，４ｂ，４ｃ  棒
５  丸型ラック校正器
７  設置台
１０  ステレオカメラ位置姿勢校正装置
１０Ａ  カメラ校正データ取得装置
１０Ｂ  カメラ位置姿勢計算装置
１１  画像入力部
１２  データ入力部
１３  データ計算部
１４，１４Ａ，１４Ｂ  メモリ部
１５Ｌ，１５Ｒ  ステレオカメラ
１６  設置位置データ入力部
１７  設計データ入力部
１８  カメラ基礎データ入力部
１９  カメラ設置位置データ入力部
２０  カメラ設置姿勢データ入力部
２１  ターゲット三次元位置計算部
２２  ターゲット画像上位置計算部
２３  ターゲット探索範囲設定部
２４  ターゲット中心位置計算部
２５  カメラ位置姿勢計算部
２６  ターゲット探索範囲
２７  データ送信部
２８  データ受信部
３１  球型ラック校正器
３３  球型ターゲット
４１  丸型ポール校正器
４２  棒
４３，４４  設置台
６１  球型格子校正器
６２  櫓
６２ａ  棒
【図１】
2004271292.tif 000011
【図２】
2004271292.tif 000012
【図３】
2004271292.tif 000013
【図４】
2004271292.tif 000014
【図５】
2004271292.tif 000015
【図６】
2004271292.tif 000016
【図７】
2004271292.tif 000017
【図８】
2004271292.tif 000018
【図９】
2004271292.tif 000019
【図１０】
2004271292.tif 000020
【図１１】
2004271292.tif 000021
【図１２】
2004271292.tif 000022
【図１３】
2004271292.tif 000023
【図１４】
2004271292.tif 000024