(57)【要約】【課題】  複数の方向から対象物を撮影するカメラを有する位置認識システムにおいて、これらカメラの位置校正等を行うための治具を提供する。【解決手段】  複数のカメラにおける撮影中心付近に、配置される校正用治具として、各々のカメラによって得られる影像から求められた中心が空間的に一致する、例えば真球を撮影対象として配置することとし、これを撮影時の影像において当該撮影対象と影像上分離可能なものによって固定、支持することとする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の方向から対象物を撮影するために個々の方向に対応して配置された各々のカメラに対して、前記カメラ各々の撮影位置を校正するために用いられる治具であって、
前記複数のカメラにおける撮影視野の略中心に固定可能であり、前記複数のカメラによって撮影された影像各々の中心部分が一致する形状からなる部分を有することを特徴とする治具。
【請求項２】
前記形状は球、正多面体、直方体の何れかであることを特徴とする請求項１記載の治具。
【請求項３】
前記治具は、光を透過可能な物質によって固定、支持されていることを特徴とする請求項１或いは２記載の治具。
【請求項４】
前記治具は、前記複数のカメラによって撮影され且つその影像各々の中心部分を求める操作において前記影像から得られる情報を変化させない位置において支持部材によって支持されることを特徴とする請求項１或いは２記載の治具。
【請求項５】
前記治具は磁性体よりなり、磁気によって固定、支持されることを特徴とする請求項１或いは２記載の治具。
【請求項６】
複数のカメラによって異なる方向から対象物を撮影して得られた複数の影像に基づいて前記対象物の位置を認識するシステムにおける、前記複数のカメラの位置校正を行う方法であって、
前記複数のカメラにおける撮影視野の略中心に固定された立体的な治具を前記複数のカメラによって撮影する工程と、
前記複数のカメラによって得られた前記立体的な治具の影像各々の中心部分を求める工程と、
前記複数のカメラ各々の影像における前記中心部分と前記撮影視野とのずれ量と求める工程と、
前記ずれ量に基づいて前記複数のカメラの影像を補正する工程とを有することを特徴とするカメラの校正方法。
【請求項７】
前記治具は球体であることを特徴とする請求項６記載のカメラの校正方法。
【請求項８】
前記治具は、前記複数のカメラの撮影光軸各々に略垂直な複数の平面を有し、前記複数の平面各々の中心を通る垂線が重心と一致する多面体であることを特徴とする請求項６記載のカメラの校正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆる立体カメラ、すなわち複数の方向から対象物を撮影するために個々の方向に対応して配置された各々のカメラに対して、これら個々のカメラの撮影位置を校正するために用いられる治具、およびこれらカメラの校正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、チップ状の電子部品を回路基板に実装する工程においては、電子部品および回路基板各々の保持位置を認識するために、基準位置に保持された各々を別個のカメラ等によって撮影し、それぞれの影像の比較から個々の位置ずれの補正を行っている。その際、個々のカメラについてその撮影中心等の位置関係を予め把握しておかなければ、複数の影像を比較することは不可能となる。
【０００３】
このような画像認識を用いて対象物の位置決めを行う用途においては、ＸＹ平面、すなわち二次元上における位置認識ができれば良い。従って、カメラは、その配置のＸＹ平面における座標が異なる場合があったとしても、対向する方向あるいは同一方向に向けて配置される。このように配置されたカメラの撮影視野の位置合わせに関しては、通常以下のように行われる。
【０００４】
例えば、対向するようにカメラを配置した場合には、特許文献１に示されるように透明基板上に印刷されたマークを対向するカメラ各々で撮影し、個々の影像からカメラの位置関係（視野中心）を求めてその補正を行っている。また、同一方向にカメラを配置した場合には、特許文献２あるいは３に示されるように、平面上において所定の位置関係を有する認識マーク群を予め形成しておき、これらを所定の動作を経た個々のカメラで順次撮影することで、個々のカメラの位置関係（視野中心）を求めてその補正を行っている。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１６２２００号公報
【特許文献２】特開２０００−２５８１２１号公報
【特許文献３】特表２０００−５０２４４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電子機器の小型化、高性能化に伴って、これに内蔵される回路基板の小型化し、且つ当該回路基板に実装されるチップあるいは個々のチップ間の間隔も小さくなってきている。このため、例えば周囲のチップあるいはそのバンプ、あるいは回路基板上のバンプ等の凹凸の頂点等を把握してこれを避けることが必要となり、これまでの位置決めによっては適切な実装状態を得ることが困難となる場合も考えられる。すなわち、チップを回路基板に実装する際に、従来は問題とならなかったチップの形状、具体的には端部電極により生じる凹凸等を考慮してその実装位置を決める必要が生じる可能性がある。この場合、従来の構成からなる同一のあるいは対向する方向に設置されたカメラのみでは、チップ形状等を正確に把握することは不可能である。従って、従来とは異なった方向から対象物を撮影するカメラを新たに配置する必要がある。
【０００７】
このような新たに設置されたカメラは、単に対象物の形状の把握のみに使用される場合にはその視野中心をそれほど厳密に規定しなくとも使用可能かと思われる。しかしながら、実際に対象物の形状等を認識することを要する場合には、視野中心を厳密に規定し且つこれと他のカメラの視野中心との相関を得る必要がある。この場合、従来用いられていた治具等は、あくまで平面上での位置合わせを前提としたものであり、これをそのまま用いることは不可能である。
【０００８】
本発明は、上記状況に鑑みて為されてものであり、複数の方向から対象物を撮影するために個々の方向に対応して配置された各々のカメラに対して、これら個々のカメラの撮影位置を校正するために用いられる治具、およびこれらカメラの校正方法の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係るカメラ撮影位置の校正用治具は、複数の方向から対象物を撮影するために個々の方向に対応して配置された各々のカメラに対して、カメラ各々の撮影位置を校正するために用いられる治具であって、複数のカメラにおける撮影視野の略中心に固定可能であり、複数のカメラによって撮影された影像各々の中心部分が一致する形状をからなる部分を有することを特徴としている。当該部分は、複数のカメラの撮影対象として、本発明に係る治具の主要部を構成する。
【００１０】
なお、上述の治具の具体的形状としては球、正多面体、直方体の何れかであることが好ましい。また、これら治具は、光を透過可能な物質によって固定、支持されていることが好ましい。あるいは、これら治具は、複数のカメラによって撮影され且つその影像各々の中心部分を求める操作において前記影像から得られる情報を変化させない位置において支持部材によって支持されることとしても良い。あるいは、治具が磁性体よりなり、磁気によって固定、支持されることとしても良い。なお、これら治具においては、例えば主要な撮影対象に不備が生じた場合を考慮して、予めダミーとしての予備的な撮影対象を付加しておいても良い。
【００１１】
また、上記課題を解決するために、本発明にかかるカメラの校正方法は、複数のカメラによって異なる方向から対象物を撮影して得られた複数の影像に基づいて対象物の位置を認識するシステムにおける複数のカメラの位置校正を行う方法であって、複数のカメラにおける撮影視野の略中心に固定された立体的な治具を複数のカメラによって撮影する工程と、複数のカメラによって得られた立体的な治具の影像各々の中心部分を求める工程と、複数のカメラ各々の影像における中心部分と撮影視野とのずれ量と求める工程と、ずれ量に基づいて複数のカメラの影像を補正する工程とを有することを特徴としている。なお、この補正する工程は、カメラ自体を駆動することによって行うこととしても良く、影像データを補正することによって行うこととしても良い。
【００１２】
なお、上述の校正方法においては、治具は球体であることが好ましい。あるいは、治具は、複数のカメラの撮影光軸各々に略垂直な複数の平面を有し、複数の平面各々の中心を通る垂線が重心と一致する多面体であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数の方向から対象物を撮影するために個々の方向に対応して配置された各々のカメラに対して、単一の治具を撮影することによって、これら個々のカメラの配置あるいはその撮影位置を容易且つ簡単に校正することが可能となる。また、本発明で用いる治具は、その構成が簡略であることから、複数のカメラを用いて対象物の位置確認を行う検査装置等に対して付加することも容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明によれば、複数のカメラの撮影視野における略中心に配置された治具を各々のカメラで撮影し得られた治具の影像の中心を求めることとしている。例えば治具が球体である場合、複数のカメラ各々で得られるその影像は円形となり、その中心は球体の治具の中心と常に一致する。従って、カメラ各々で撮影した円形の中心と撮影視野の中心とのずれ量を求めることで、カメラ各々の撮影視野中心と、複数のカメラで撮影しようとする空間的な中心とのずれ量を求めることができる。このずれ量に基づいてカメラの位置あるいは撮影影像の校正を行うことによって、撮影対象物の空間的な配置を正確に把握することが可能となる。
【００１５】
なお、治具の形状は、各々のカメラで得られる影像の中心が空間的に一致するものであれば、上述の各操作を行うことが可能である。従って、配置されるカメラに応じて、例えば正多面体、直方体等を治具として用いることが可能である。これら形状は、複数のカメラの撮影光軸各々に略垂直な複数の平面を有し、複数の平面各々の中心を通る垂線が重心と一致する構成とすることが容易であり、複数の影像の中心を容易に空間的に一致させることが可能である。また、これら形状等は、実際にカメラによって撮影、認識等される対象物の形状、姿勢、配置等に応じて適宜選択されることが望ましい。
【００１６】
また、治具の固定方法としては、その治具の影像の中心を求める際に、当該操作に影響を及ぼさない方法であれば、その具体的方法は特に限定されない。例えば、樹脂、ガラス、水等の透明体によって治具を支持することで、治具の影像のみを容易に撮影することが可能となり、最も良好な効果が得られる。また、例えば治具を磁性体とすると共に適当な磁力を当該治具に及ぼさせることとする、あるいは気体によって治具の浮上状態を維持させることとしても、同様の効果が得られる。あるいは、極細いピアノ線、棒状の支持部材を用い、これを影像中心を求める際に影響のない位置、例えば治具が正多面体の場合であればカメラが配置されていない面に対してこれら支持部材を作用させることとしても良い。
【００１７】
このように構成された本発明に係る治具は、その構成が簡単なものであり且つ大きさ、重量等を抑えてこれを構築することも可能である。従って、これを現存する検査装置等に対して付加することも容易であり、且つ個々のカメラ、特に対象物を側方等から撮影するカメラの校正精度を格段に向上させる効果が得られる。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の実施例１に係る治具、およびこれを用いて複数のカメラ（この場合は４個）の位置校正を行う場合を概略的に示す図である。本実施例においては、対象物を上、下、正面、および側面から撮影する撮影システムにおける校正方法の要部を示している。当該撮影システムは、上カメラ１１、下カメラ１２、正面カメラ１３、および側面カメラ１４とから構成されている。本実施例に係る治具１は、光の透過率の低い例えば鉄からなる治具中心である真球５と、これを略中央に固定支持する透明なアクリル樹脂部３とにより構成され、これらカメラの撮影視野各々の略中心となる位置に設置されている。
【００１９】
個々のカメラにて当該治具を撮影した場合、得られる影像は上カメラ１１、下カメラ１２、正面カメラ１３および側面カメラ１４各々に対応して、像１１ａ、像１２ａ、像１３ａおよび像１４ａとなる。アクリル樹脂部３は光を透過するために、実際には影像としては撮影されず、治具中心である真球５のみが影像として撮影される。真球は何れの方向からこれを見ても、図１に示すようにその形状が円形となり、その中心は容易に把握することができる。また、得られた複数の円形像の中心は真球５の中心（重心）と一致している。従って、個々のカメラの撮影視野中心とこの円形状の中心との位置ずれを求めることで、個々のカメラの位置校正、あるいは撮影視野の構成を行うことができる。
【００２０】
なお、本実施例においては、真球５をアクリル樹脂によって固定、支持することとしている。しかし、本発明に係る治具において真球５を固定する構成は、このアクリル樹脂には限定されず、ガラス等、光の透過率が高いものであればこれらに限定されない。また、例えば図４に示すように、真球５をピアノ線等からなる棒状の支持部材７によって支持することも可能である。このように、例えば真球の影像に関して、複数のカメラにより得られる各影像において円形状の中心を求める際にその処理に影響を与えない程度の像としてしか撮影されない形状の部材であれば、これらによって真球５を固定、支持することも可能である。
【実施例２】
【００２１】
図２に、本実施例２に係る治具、およびこれを用いて複数のカメラ（この場合は４個）の位置校正を行う場合を概略的に示す。なお、本実施例におけるカメラシステムは実施例１で述べたものと同じであることから、図１と同じ参照符号を用いてその構成を示すこととし、ここでの説明は省略することとする。本実施例においては、図１における治具中心であった真球５を正六面体（立方体）１５とした治具２１を用いている。正六面体１５は、その個々の面と複数のカメラの撮影光軸各々に略垂直となるように配置した場合、複数の平面各々の中心を通る垂線が重心と一致させることが容易であり、複数の影像の中心を容易に空間的に一致させることが可能である。従って、実施例１と同様の効果が得られる。
【００２２】
なお、本実施例においても、例えば図５に示すように、正六面体１５をピアノ線等からなる棒状の支持部材７によって支持することも可能である。この場合、例えば支持部材７の影像は正六面体１５の影像に対して画像処理上無視することは容易であり、例えばカメラの配置されていない裏面側に当該支持部材を接続してこれを支持することが可能である。また、当該支持部材７は、複数のカメラにより得られる各影像において正六面体の中心を求める際にその処理に影響を与えない程度の像としてしか撮影されない形状の部材であれば、これらを用いることも可能である。
【００２３】
なお、実施例２においては治具１の中心として正六面体１５を用いる場合を例示したが、本実施例はこの形状に限定されない。即ち、個々のカメラによって得られる影像の中心部分を求めることが容易であり、且つ複数のカメラによって認識される各影像の中心が空間的に一致する形状であれば本発明の治具中心として用いることが可能である。具体的には、図３Ａに示す正四面体１６等の正多面体、あるいは図３Ｂに示す直方体１７といった形状からなるものと用いることが可能である。
【００２４】
カメラの数、および各々の配置は撮影対象によって適宜選択されるが、例えばカメラが任意の三方向から対象物を撮影する構成の場合は、上述した正六面体の他に、図３Ａに示す正四面体１６を治具中心とし、且つその重心を通り且つ各面の垂線となる方向上にカメラを配置することによって、実施例１あるいは２において述べた効果が得られる。同様に、カメラの数が増加した場合には、その重心と各面との関係が正四面体、正六面体と同様の関係となる正多面体とすることで対応することも可能である。また、その重心と各面との関係が正四面体、正六面体と同様の関係となる、図３Ｂに示す直方体１７も治具中心として用いることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
前述したように、本発明に係る校正治具および当該治具を用いた校正方法は、二方向以上の異なる方向から対象物を撮影してその位置を認識する装置において、その撮影に用いられるカメラ等の校正を行う際に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例１に係る校正治具およびその使用時におけるカメラ等の位置関係を説明する図である。
【図２】本発明の実施例２に係る校正治具およびその使用時におけるカメラ等の位置関係を説明する図である。
【図３Ａ】治具中心として使用可能な形状の例を示す図である。
【図３Ｂ】治具中心として使用可能な形状の例を示す図である。
【図４】治具中心を支持する構成の他の例を示す図である。
【図５】治具中心を支持する構成の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１：治具
３：アクリル樹脂部
５：真球
７：支持部材
１１：上カメラ
１２：下カメラ
１３：正面カメラ
１４：側面カメラ
１５：正六面体
１６：正四面体
１７：直方体
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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