(57)【要約】【課題】カメラによるキャリブレーションシートの撮影が容易に行えるキャリブレーションチャート表示装置を提供すること。【解決手段】所定のキャリブレーション撮影方向から撮影されたキャリブレーションチャート１の画像を記憶する校正画像記憶部５９と、校正画像記憶部５９に記憶されたキャリブレーションチャート画像を、前記キャリブレーション撮影方向と所定の画像回転角度に応じて表示するキャリブレーションチャート画像表示部６１とを備えている。【選択図】  図１
2005003463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のキャリブレーション撮影方向から撮影されたキャリブレーションチャートの画像を記憶する校正画像記憶部と；
前記校正画像記憶部に記憶されたキャリブレーションチャート画像を、前記キャリブレーション撮影方向と所定の画像回転角度に応じて表示するキャリブレーションチャート画像表示部と；
を備えるキャリブレーションチャート画像表示装置。
【請求項２】
前記キャリブレーションチャート画像表示部は、キャリブレーションチャート表示を白黒反転して表示可能に構成されていることを特徴とする請求項１項に記載のキャリブレーションチャート画像表示装置。
【請求項３】
所定のキャリブレーション撮影方向から、かつ所定の回転を施したキャリブレーションチャートを観察した状態の画像を形成する画像形成部と；
該画像形成部で形成されたキャリブレーションチャート画像を表示するキャリブレーションチャート画像表示部と；
を備えるキャリブレーションチャート画像表示装置。
【請求項４】
前記画像形成部は；
特定方向から撮影されたキャリブレーションチャートの画像を記憶する基準画像記憶部と；
前記基準画像記憶部に記憶された画像を用いて、前記特定方向と前記キャリブレーション撮影方向との画像変換関係を適用して、前記キャリブレーション撮影方向のキャリブレーションチャートの画像を形成する画像変換処理部を備える；
請求項３に記載のキャリブレーションチャート画像表示装置。
【請求項５】
さらに、前記キャリブレーションチャート画像表示部に表示されるキャリブレーションチャート画像を、被校正対象となる撮影装置の撮影動作に連動して、順次選択する表示順序制御部を備える；
請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のキャリブレーションチャート画像表示装置。
【請求項６】
前記表示順序制御部は、さらに；
前記キャリブレーションチャート画像表示部が、キャリブレーションチャート画像を表示した後、撮影信号を前記撮影装置に出力する撮影信号出力部と；
前記撮影装置による前記キャリブレーションチャート画像の撮影完了信号を入力して、前記キャリブレーションチャート画像表示部に対して、後続するキャリブレーションチャート画像の表示命令信号を出力する校正画像切換え指示部とを備える；
請求項５に記載のキャリブレーションチャート画像表示装置。
【請求項７】
さらに、キャリブレーション対象となる撮影装置から取得された焦点距離情報に応じて、前記キャリブレーションチャート画像表示部に表示されるキャリブレーションチャート画像の大きさ又は密度の少なくとも一方を変更する焦点距離修正制御部を備える；
請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載のキャリブレーションチャート画像表示装置。
【請求項８】
キャリブレーションチャート画像表示装置に表示されると共に、マークが配置されたキャリブレーションチャートを、被校正撮影装置で撮影した複数のチャート撮影画像を用いて、当該被校正撮影装置のキャリブレーション用データを求めるキャリブレーション装置であって；
前記チャート撮影画像に対して前記マークを抽出する為のテンプレートを作用させて、前記チャート撮影画像に存在する前記マークを認識するマーク認識部と；
前記マーク認識部で認識されたマークの、前記チャート撮影画像での対応位置を探索するマーク位置探索部と；
前記マーク位置探索部で選定されたマーク位置と、前記キャリブレーションチャートでのマーク配置位置とを比較して、前記被校正撮影装置のキャリブレーション用データを演算する内部パラメータ演算部と；
を備えるキャリブレーション装置。
【請求項９】
前記キャリブレーションチャートは、概括的な位置関係を定める概括基準マークと、当該概括基準マークよりも多数配置されると共に詳細な位置関係を定める詳細基準マークとを前記マークとして有し；
前記マーク認識部は、前記概括基準マークのマーク認識と、前記概括基準マークを用いて前記詳細基準マークのマーク認識を行ない；
前記マーク位置探索部は、前記概括基準マークの対応位置の探索と、前記概括基準マークの対応位置を用いて前記詳細基準マークの対応位置を探索し；
内部パラメータ演算部は、前記マーク位置探索部で選定された前記概括基準マークと前記詳細基準マークのマーク位置と、前記キャリブレーションチャートでの概括基準マークと詳細基準マークのマーク配置位置とを比較して、前記被校正撮影装置のキャリブレーション用データを演算する；
請求項８に記載のキャリブレーション装置。
【請求項１０】
さらに前記キャリブレーションチャートの画像回転情報を取得する画像回転情報取得部と；
前記画像回転情報に基づき、前記テンプレート姿勢を回転処理するテンプレート姿勢調整部と；
を備え、前記マーク認識部は、前記テンプレート姿勢調整部で回転処理されたテンプレートを用いて前記チャート撮影画像に存在する前記マークを認識する請求項８又は請求項９に記載のキャリブレーション装置。
【請求項１１】
さらに、前記マーク認識部のテンプレートの作用としてのテンプレート走査方向を複数設定するテンプレート走査方向設定部と；
前記テンプレート走査方向設定部で設定された複数のテンプレート走査方向により前記テンプレートを作用させて、最適なテンプレート走査方向を選択する画像回転適応処理部と；
を備え、前記マーク認識部は、前記画像回転適応処理部で選択されたテンプレート走査方向を用いて前記チャート撮影画像に存在する前記マークを認識する請求項８又は請求項９に記載のキャリブレーション装置。
【請求項１２】
さらに、前記キャリブレーションチャートの画像回転情報を取得する画像回転情報取得部と；
前記画像回転情報に基づき、前記マーク認識部のテンプレートの作用としてのテンプレート走査方向を調整するテンプレート走査方向調整部と；
を備える請求項８又は請求項９に記載のキャリブレーション装置。
【請求項１３】
キャリブレーションチャート画像表示装置に表示されると共に、マークが配置されたキャリブレーションチャートを、被校正撮影装置で撮影した複数のチャート撮影画像を用いて、当該被校正撮影装置のキャリブレーション用データを求めるキャリブレーション装置であって；
前記キャリブレーションチャートの画像回転情報を取得する画像回転情報取得部と；
前記画像回転情報に基づき、前記チャート撮影画像から画像回転の影響を除去する画像回転初期化部と；
前記画像回転初期化部で初期化されたチャート撮影画像に対して、前記マークを抽出する為のテンプレートを作用させて、前記初期化されたチャート撮影画像に存在する前記マークを認識するマーク認識部と；
前記マーク認識部で認識されたマークの、前記初期化されたチャート撮影画像での対応位置を探索するマーク位置探索部と；
前記マーク位置探索部で探索されたマーク位置を、当初チャート撮影画像の画像回転情報に基づいて変換するマーク位置回転処理部と；
前記マーク位置回転処理部で変換されたマーク位置と、前記キャリブレーションチャートでのマーク配置位置とを比較して、前記被校正撮影装置のキャリブレーション用データを演算する内部パラメータ演算部と；
を備えるキャリブレーション装置。
【請求項１４】
キャリブレーションチャート画像表示装置に表示されると共に、マークが配置されたキャリブレーションチャートを、被校正撮影装置で撮影した複数のチャート撮影画像を用いて、当該被校正撮影装置のキャリブレーション用データを求めるキャリブレーション装置であって；
前記チャート撮影画像を前記マークが少なくとも一個含まれる複数の領域に分割する画像領域分割部と；
前記画像領域分割部で分割された個別のチャート撮影画像領域に対して前記マークを抽出する為のテンプレートを作用させて、前記チャート撮影画像領域に存在する前記マークを認識するマーク認識部と；
前記マーク認識部で認識されたマークの、前記チャート撮影画像での対応位置を探索するマーク位置探索部と；
前記マーク位置探索部で選定されたマーク位置と、前記キャリブレーションチャートでのマーク配置位置とを比較して、前記被校正撮影装置のキャリブレーション用データを演算する内部パラメータ演算部と；
を備えるキャリブレーション装置。
【請求項１５】
キャリブレーションチャート画像表示装置に表示されると共に、マークが配置されたキャリブレーションチャートを、被校正撮影装置で撮影した複数のチャート撮影画像を用いて、当該被校正撮影装置のキャリブレーション用データを求めるキャリブレーション装置であって；
前記マークの基準寸法が設定されたマーク基準寸法部と；
前記マーク基準寸法部で設定された基準寸法を前記チャート撮影画像に対して作用させて、前記チャート撮影画像に存在する前記マークを認識するマーク認識部と；
前記マーク認識部で認識されたマークの、前記チャート撮影画像での対応位置を探索するマーク位置探索部と；
前記マーク位置探索部で選定されたマーク位置と、前記キャリブレーションチャートでのマーク配置位置とを比較して、前記被校正撮影装置のキャリブレーション用データを演算する内部パラメータ演算部と；
を備えるキャリブレーション装置。
【請求項１６】
キャリブレーションチャート画像表示装置に表示されると共に、マークが配置されたキャリブレーションチャートを、被校正撮影装置で撮影した複数のチャート撮影画像を取得する工程と；
前記マークを抽出する為のテンプレートを設定する工程と；
前記チャート撮影画像に対して前記テンプレートを作用させて、前記チャート撮影画像に存在する前記マークを認識する工程と；
前記認識されたマークの前記チャート撮影画像での対応位置を探索する工程と；
前記探索されたマーク位置と、前記キャリブレーションチャートでのマーク配置位置とを比較して、前記被校正撮影装置のキャリブレーション用データを演算する工程と；
をコンピュータに実行させるキャリブレーション方法。
【請求項１７】
キャリブレーションチャート画像表示装置に表示されると共に、マークが配置されたキャリブレーションチャートを、被校正撮影装置で撮影した複数のチャート撮影画像を取得する工程と；
前記マークを抽出する為のテンプレートを設定する工程と；
前記キャリブレーションチャートの画像回転情報を取得する工程と；
前記画像回転情報に基づき、前記テンプレートの姿勢を回転処理する工程と；
前記チャート撮影画像に対して前記テンプレートを作用させて、前記チャート撮影画像に存在する前記マークを認識する工程と；
前記認識されたマークの前記チャート撮影画像での対応位置を探索する工程と；
前記探索されたマーク位置と、前記キャリブレーションチャートでのマーク配置位置とを比較して、前記被校正撮影装置のキャリブレーション用データを演算する工程と；
をコンピュータに実行させるキャリブレーション方法。
【請求項１８】
キャリブレーションチャート画像表示装置に表示されると共に、マークが配置されたキャリブレーションチャートを、被校正撮影装置で撮影した複数のチャート撮影画像を取得する工程と；
前記マークを抽出する為のテンプレートを設定すると共に、前記テンプレートのテンプレート走査方向を複数設定する工程と；
前記チャート撮影画像に対して前記複数のテンプレート走査方向により前記テンプレートを作用させて、最適なテンプレート走査方向を選択する工程と；
前記チャート撮影画像に対して前記最適なテンプレート走査方向によりテンプレートを作用させて、前記チャート撮影画像に存在する前記マークを認識する工程と；
前記認識されたマークの前記チャート撮影画像での対応位置を探索する工程と；
前記探索されたマーク位置と、前記キャリブレーションチャートでのマーク配置位置とを比較して、前記被校正撮影装置のキャリブレーション用データを演算する工程と；
をコンピュータに実行させるキャリブレーション方法。
【請求項１９】
キャリブレーションチャート画像表示装置に表示されると共に、マークが配置されたキャリブレーションチャートを、被校正撮影装置で撮影した複数のチャート撮影画像を取得する工程と；
前記マークを抽出する為のテンプレートを設定する工程と；
前記キャリブレーションチャートの画像回転情報を取得する工程と；
前記画像回転情報に基づき、前記テンプレートのテンプレート走査方向を調整する工程と；
前記チャート撮影画像に対して前記テンプレートを作用させて、前記チャート撮影画像に存在する前記マークを認識する工程と；
前記認識されたマークの前記チャート撮影画像での対応位置を探索する工程と；
前記探索されたマーク位置と、前記キャリブレーションチャートでのマーク配置位置とを比較して、前記被校正撮影装置のキャリブレーション用データを演算する工程と；
をコンピュータに実行させるキャリブレーション方法。
【請求項２０】
キャリブレーションチャート画像表示装置に表示されると共に、マークが配置されたキャリブレーションチャートを、被校正撮影装置で撮影した複数のチャート撮影画像を取得する工程と；
前記マークを抽出する為のテンプレートを設定する工程と；
前記キャリブレーションチャートの画像回転情報を取得する工程と；
前記画像回転情報に基づき、前記チャート撮影画像から画像回転の影響を除去する工程と；
前記画像回転の影響を除去されたチャート撮影画像に対して、前記テンプレートを作用させて、前記画像回転の影響を除去されたチャート撮影画像に存在する前記マークを認識する工程と；
前記認識されたマークの、前記画像回転の影響を除去されたチャート撮影画像での対応位置を探索する工程と；
前記探索された対応マーク位置を、当初チャート撮影画像の画像回転情報に基づいて変換する工程と；
前記変換された対応マーク位置と、前記キャリブレーションチャートでのマーク配置位置とを比較して、前記被校正撮影装置のキャリブレーション用データを演算する工程と；
をコンピュータに実行させるキャリブレーション方法。
【請求項２１】
キャリブレーションチャート画像表示装置に表示されると共に、マークが配置されたキャリブレーションチャートを、被校正撮影装置で撮影した複数のチャート撮影画像を取得する工程と；
前記マークを抽出する為のテンプレートを設定する工程と；
前記チャート撮影画像を前記マークが少なくとも一個含まれる複数の領域に分割する工程と；
前記分割された個別のチャート撮影画像領域に対して前記テンプレートを作用させて、前記チャート撮影画像領域に存在する前記マークを認識する工程と；
前記認識されたマークの、前記チャート撮影画像での対応位置を探索する工程と；
前記探索されたマーク位置と、前記キャリブレーションチャートでのマーク配置位置とを比較して、前記被校正撮影装置のキャリブレーション用データを演算する工程と；
をコンピュータに実行させるキャリブレーション方法。
【請求項２２】
キャリブレーションチャート画像表示装置に表示されると共に、マークが配置されたキャリブレーションチャートを、被校正撮影装置で撮影した複数のチャート撮影画像を取得する工程と；
前記マークを抽出する為の前記マークの基準寸法を用いて、前記チャート撮影画像に対して作用させて、前記チャート撮影画像に存在する前記マークを認識する工程と；
前記認識されたマークの前記チャート撮影画像での対応位置を探索する工程と；
前記探索されたマーク位置と、前記キャリブレーションチャートでのマーク配置位置とを比較して、前記被校正撮影装置のキャリブレーション用データを演算する工程と；
をコンピュータに実行させるキャリブレーション方法。
【請求項２３】
キャリブレーションチャート画像表示装置に表示されるキャリブレーションチャートであって、概括的な位置関係を定める概括基準マークと、当該概括基準マークよりも多数配置されると共に詳細な位置関係を定める詳細基準マークが配置された前記キャリブレーションチャートを、被校正撮影装置で撮影した複数のチャート撮影画像を取得する工程と；
前記概括基準マークを抽出する為のテンプレートを設定する工程と；
前記チャート撮影画像に対して前記テンプレートを作用させて、前記チャート撮影画像に存在する前記概括基準マークを認識する工程と；
前記認識された概括基準マークの前記チャート撮影画像での対応位置を探索する工程と；
前記探索された概括基準マークのマーク位置を用いて、前記チャート撮影画像に対して前記詳細基準マークを抽出する工程と；
前記認識された詳細基準マークの前記チャート撮影画像での対応位置を探索する工程と；
前記探索された概括基準マークと概括基準マークのマーク位置と、前記キャリブレーションチャートでの対応する概括基準マークと概括基準マークのマーク配置位置とを比較して、前記被校正撮影装置のキャリブレーション用データを演算する工程と；
をコンピュータに実行させるキャリブレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、カメラの画像歪曲を修正するのに必要とされる内部パラメータ｛例えば、レンズの主点位置、画面距離（焦点距離）、歪曲パラメータ等｝を測定するためのキャリブレーションチャートの表示装置に関する。また、本発明は、キャリブレーションチャート表示装置に表示されるキャリブレーションチャートを用いてカメラのキャリブレーションを行うキャリブレーション装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、写真測量や写真計測の分野では、収差の少ない画像を得ることが重要である。そこで、特許文献１に記載されているように、写真測量や写真計測の分野では、撮影用カメラのレンズとして収差が少ない高精度のレンズを使用している。さらに、写真測量分野では、精密に計測された三次元上に配置された多数の点を複数方向から計測することにより、カメラの内部パラメータ（主点位置、画面距離、歪曲パラメータ）を解析的に求めている。また、写真計測の分野で用いられる計測用カメラの場合は、製作されたカメラを精密に計測することにより、カメラの内部パラメータを求めている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２８０９５６号公報  ［００１４］、図１
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、写真測量分野のように精密に計測された３次元上の測定点を撮影計測して、カメラ内部パラメータを求める方法では、以下の課題がある。
▲１▼３次元上に測定点（ターゲット）が配置されている。そこで、複数方向から撮影すると死角が生じて、画像間でみえないターゲットが生じる。
▲２▼撮影された画像において、３次元上の測定点相互の位置関係に逆転が生じる場合があり、測定点の計測や各画像間の対応付けが困難で、自動化できない。
▲３▼そこで、相当の熟練をした作業員により、測定点の計測や各画像間の対応付けを行っている。すると、カメラの内部パラメータを得るために、高額のコストと長時間の作業が必要となってくる。
また、製作された計測用カメラを精密に計測する方法も、専用の冶工具が必要なだけでなく、熟練を要し特殊な設備のある機関でしか計測できず、計測専用カメラとして高価になるという課題がある。
【０００５】
そこで、近年では、３次元上の測定点に代わるものとして、シートに印刷された２次元の測定点を計ることにより、レンズ収差を計測するキャリブレーション方式が提案されている。しかし、シートに印刷された測定点を計測することによりレンズ収差を求める方法は、測定点が２次元状に配置されているために、レンズ収差を測定するカメラにより、キャリブレーションシートに印刷された測定点を複数の位置や方向（例えば正面・右上・右下・左上・左下のような５方向）から撮影する必要がある。すると、カメラによるキャリブレーションシートの撮影にはノウハウが必要で難しい、という課題がある。
【０００６】
本発明は、上述する課題を解決したもので、第１の目的はカメラによるキャリブレーションシートの撮影が容易に行えるキャリブレーションチャート表示装置を提供することである。第２の目的は、キャリブレーションチャート表示装置に表示されたキャリブレーションチャートを用いて、カメラの画像歪曲を修正するのに必要とされる内部パラメータを容易に算出できるキャリブレーション装置及び方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のキャリブレーションチャート画像表示装置は、第１の目的を達成するもので、図１に示すように、所定のキャリブレーション撮影方向から撮影されたキャリブレーションチャート１の画像を記憶する校正画像記憶部５９と、校正画像記憶部５９に記憶されたキャリブレーションチャート画像を、前記キャリブレーション撮影方向と所定の画像回転角度に応じて表示するキャリブレーションチャート画像表示部６１とを備えている。
【０００８】
好ましくは、前記キャリブレーションチャート画像表示部６１は、キャリブレーションチャート表示を白黒反転して表示可能に構成されているとよい。
【０００９】
本発明のキャリブレーションチャート画像表示装置は、第１の目的を達成するもので、図１に示すように、所定のキャリブレーション撮影方向から、かつ所定の回転を施したキャリブレーションチャートを観察した状態の画像を形成する画像形成部５１と、画像形成部５１で形成されたキャリブレーションチャート画像を表示するキャリブレーションチャート画像表示部６１とを備えている。
【００１０】
好ましくは、画像形成部５１は、特定方向から撮影されたキャリブレーションチャート１の画像を記憶する基準画像記憶部５２と、基準画像記憶部５２に記憶された画像を用いて、前記特定方向と前記キャリブレーション撮影方向との画像変換関係を適用して、前記キャリブレーション撮影方向のキャリブレーションチャート１の画像を形成する画像変換処理部５３を備える構成とするとよい。画像形成部５１は、さらに、基準画像記憶部５２に記憶された画像を所定角度の回転処理して、任意の角度回転したキャリブレーションチャート１の画像を形成する画像回転処理部５４を備えていてもよい。
【００１１】
好ましくは、本発明のキャリブレーションチャート画像表示装置において、さらに、キャリブレーションチャート画像表示部６１に表示されるキャリブレーションチャート画像を、被校正対象となる撮影装置１９の撮影動作に連動して、順次選択する表示順序制御部５５を備える構成とするとよい。
【００１２】
好ましくは、本発明のキャリブレーションチャート画像表示装置において、表示順序制御部５５は、さらに、キャリブレーションチャート画像表示部６１が、キャリブレーションチャート画像を表示した後、撮影信号を撮影装置１９に出力する撮影信号出力部５６と、撮影装置１９による前記キャリブレーションチャート画像の撮影完了信号を入力して、キャリブレーションチャート画像表示部６１に対して、後続するキャリブレーションチャート画像の表示命令信号を出力する校正画像切換え指示部５７とを備える構成とするとよい。
【００１３】
好ましくは、本発明のキャリブレーションチャート画像表示装置において、さらに、キャリブレーション対象となる撮影装置１９から取得された焦点距離情報に応じて、キャリブレーションチャート画像表示部６１に表示されるキャリブレーションチャート画像の大きさ又は密度の少なくとも一方を変更する焦点距離修正制御部５８を備える構成とするとよい。
【００１４】
本発明のキャリブレーション装置は、第２の目的を達成するもので、図１５に示すように、キャリブレーションチャート画像表示装置５０に表示されると共に、マークが配置されたキャリブレーションチャート１を、被校正撮影装置１９で撮影した複数のチャート撮影画像を用いて、被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを求めるキャリブレーション装置であって、次の構成としたものである。即ち、前記チャート撮影画像に対して前記マークを抽出する為のテンプレートを作用させて、前記チャート撮影画像に存在する前記マークを認識するマーク認識部７３と、マーク認識部７３で認識されたマークの、前記チャート撮影画像での対応位置を探索するマーク位置探索部７４と、マーク位置探索部７４で選定されたマーク位置と、キャリブレーションチャート１でのマーク配置位置とを比較して、被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを演算する内部パラメータ演算部７５と備えている。
【００１５】
好ましくは、キャリブレーションチャート１は、概括的な位置関係を定める概括基準マークと、当該概括基準マークよりも多数配置されると共に詳細な位置関係を定める詳細基準マークとを前記マークとして有し、マーク認識部７３は、前記概括基準マークのマーク認識と、前記概括基準マークを用いて前記詳細基準マークのマーク認識を行ない、マーク位置探索部７４は、前記概括基準マークの対応位置の探索と、前記概括基準マークの対応位置を用いて前記詳細基準マークの対応位置を探索し、内部パラメータ演算部７５は、マーク位置探索部７４で選定された前記概括基準マークと前記詳細基準マークのマーク位置と、キャリブレーションチャート１での概括基準マークと詳細基準マークのマーク配置位置とを比較して、被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを演算する構成とするとよい。
【００１６】
好ましくは、本発明のキャリブレーション装置において、さらにキャリブレーションチャート１の画像回転情報を取得する画像回転情報取得部８０と、前記画像回転情報に基づき、前記テンプレート姿勢を回転処理するテンプレート姿勢調整部８１とを備え、マーク認識部７３はテンプレート姿勢調整部８１で回転処理されたテンプレートを用いて前記チャート撮影画像に存在する前記マークを認識する構成とするとよい。
【００１７】
好ましくは、本発明のキャリブレーション装置において、図２２に示すように、さらに、マーク認識部７３のテンプレートの作用としてのテンプレート走査方向を複数設定するテンプレート走査方向設定部８３と、テンプレート走査方向設定部８３で設定された複数のテンプレート走査方向により前記テンプレートを作用させて、最適なテンプレート走査方向を選択する画像回転適応処理部８４とを備え、前記マーク認識部は、画像回転適応処理部８４で選択されたテンプレート走査方向を用いて前記チャート撮影画像に存在する前記マークを認識する構成とするとよい。
【００１８】
好ましくは、本発明のキャリブレーション装置において、図１５に示すように、さらに、キャリブレーションチャート１の画像回転情報を取得する画像回転情報取得部８０と、前記画像回転情報に基づき、マーク認識部７３のテンプレートの作用としてのテンプレート走査方向を調整するテンプレート走査方向調整部８２を備える構成とするとよい。
【００１９】
本発明のキャリブレーション装置は、第２の目的を達成するもので、図２５に示すように、キャリブレーションチャート画像表示装置５０に表示されると共に、マークが配置されたキャリブレーションチャート１を、被校正撮影装置１９で撮影した複数のチャート撮影画像を用いて、被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを求めるキャリブレーション装置であって、次の構成としたものである。即ち、キャリブレーションチャート１の画像回転情報を取得する画像回転情報取得部８０と、前記画像回転情報に基づき、前記チャート撮影画像から画像回転の影響を除去する画像回転初期化部８５と、画像回転初期化部８５で初期化されたチャート撮影画像に対して、前記マークを抽出する為のテンプレートを作用させて、前記初期化されたチャート撮影画像に存在する前記マークを認識するマーク認識部８６と、マーク認識部８６で認識されたマークの、前記初期化されたチャート撮影画像での対応位置を探索するマーク位置探索部８７と、マーク位置探索部８７で探索されたマーク位置を、当初チャート撮影画像の画像回転情報に基づいて変換するマーク位置回転処理部８８と、マーク位置回転処理部８８で変換されたマーク位置と、キャリブレーションチャート１でのマーク配置位置とを比較して、被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを演算する内部パラメータ演算部８９とを備えている。
【００２０】
本発明のキャリブレーション装置は、第２の目的を達成するもので、図２８に示すように、キャリブレーションチャート画像表示装置５０に表示されると共に、マークが配置されたキャリブレーションチャート１を、被校正撮影装置１９で撮影した複数のチャート撮影画像を用いて、被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを求めるキャリブレーション装置であって、次の構成としたものである。即ち、前記チャート撮影画像を前記マークが少なくとも一個含まれる複数の領域に分割する画像領域分割部９１と、画像領域分割部９１で分割された個別のチャート撮影画像領域に対して前記マークを抽出する為のテンプレートを作用させて、前記チャート撮影画像領域に存在する前記マークを認識するマーク認識部９２と、マーク認識部９２で認識されたマークの、前記チャート撮影画像での対応位置を探索するマーク位置探索部９３と、マーク位置探索部９３で選定されたマーク位置と、キャリブレーションチャート１でのマーク配置位置とを比較して、被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを演算する内部パラメータ演算部９４とを備えている。
【００２１】
本発明のキャリブレーション装置は、第２の目的を達成するもので、図３１に示すように、キャリブレーションチャート画像表示装置５０に表示されると共に、マークが配置されたキャリブレーションチャート１を、被校正撮影装置１９で撮影した複数のチャート撮影画像を用いて、被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを求めるキャリブレーション装置であって、次の構成としたものである。即ち、前記マークの基準寸法が設定されたマーク基準寸法部９６と、マーク基準寸法部９６で設定された基準寸法を前記チャート撮影画像に対して作用させて、前記チャート撮影画像に存在する前記マークを認識するマーク認識部９７と、マーク認識部９７で認識されたマークの、前記チャート撮影画像での対応位置を探索するマーク位置探索部７４と、マーク位置探索部７４で選定されたマーク位置と、キャリブレーションチャート１でのマーク配置位置とを比較して、被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを演算する内部パラメータ演算部７５とを備えている。
【００２２】
本発明のキャリブレーション方法は、第２の目的を達成するもので、図１６に示すように、キャリブレーションチャート画像表示装置５０に表示されると共に、マークが配置されたキャリブレーションチャート１を、被校正撮影装置１９で撮影した複数のチャート撮影画像を取得する工程（Ｓ３００、Ｓ３０２）と、前記マークを抽出する為のテンプレートを設定する工程（Ｓ３０４）と、前記チャート撮影画像に対して前記テンプレートを作用させて、前記チャート撮影画像に存在する前記マークを認識する工程（Ｓ３０６）と、前記認識されたマークの前記チャート撮影画像での対応位置を探索する工程（Ｓ３０８）と、前記探索されたマーク位置と、キャリブレーションチャート１でのマーク配置位置とを比較して、被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを演算する工程（Ｓ３１０）とをコンピュータに実行させるものである。
【００２３】
本発明のキャリブレーション方法は、第２の目的を達成するもので、図１９に示すように、キャリブレーションチャート画像表示装置５０に表示されると共に、マークが配置されたキャリブレーションチャート１を、被校正撮影装置１９で撮影した複数のチャート撮影画像を取得する工程（Ｓ３００、Ｓ３０２）と、前記マークを抽出する為のテンプレートを設定する工程（Ｓ３０４）と、キャリブレーションチャート１の画像回転情報を取得する工程（Ｓ３０５）と、前記画像回転情報に基づき、前記テンプレートの姿勢を回転処理する工程（Ｓ３２０）と、前記チャート撮影画像に対して前記テンプレートを作用させて、前記チャート撮影画像に存在する前記マークを認識する工程（Ｓ３２２）と、前記認識されたマークの前記チャート撮影画像での対応位置を探索する工程（Ｓ３２４）と、前記探索されたマーク位置と、キャリブレーションチャート１でのマーク配置位置とを比較して、被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを演算する工程（Ｓ３２６）とをコンピュータに実行させるものである。
【００２４】
本発明のキャリブレーション方法は、第２の目的を達成するもので、図２３に示すように、キャリブレーションチャート画像表示装置５０に表示されると共に、マークが配置されたキャリブレーションチャート１を、被校正撮影装置１９で撮影した複数のチャート撮影画像を取得する工程（Ｓ３００、Ｓ３０２）と、前記マークを抽出する為のテンプレートを設定すると共に、前記テンプレートのテンプレート走査方向を複数設定する工程（Ｓ３４０）と、前記チャート撮影画像に対して前記複数のテンプレート走査方向により前記テンプレートを作用させて、最適なテンプレート走査方向を選択する工程（Ｓ３４４）と、前記チャート撮影画像に対して前記最適なテンプレート走査方向によりテンプレートを作用させて、前記チャート撮影画像に存在する前記マークを認識する工程（Ｓ３４６）と、前記認識されたマークの前記チャート撮影画像での対応位置を探索する工程（Ｓ３４８）と、前記探索されたマーク位置と、キャリブレーションチャート１でのマーク配置位置とを比較して、被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを演算する工程（Ｓ３５０）とをコンピュータに実行させるものである。
【００２５】
本発明のキャリブレーション方法は、第２の目的を達成するもので、図２４に示すように、キャリブレーションチャート画像表示装置５０に表示されると共に、マークが配置されたキャリブレーションチャート１を、被校正撮影装置１９で撮影した複数のチャート撮影画像を取得する工程（Ｓ３００、Ｓ３０２）と、前記マークを抽出する為のテンプレートを設定する工程（Ｓ３０４）と、キャリブレーションチャート１の画像回転情報を取得する工程（Ｓ３０５）と、前記画像回転情報に基づき、前記テンプレートのテンプレート走査方向を調整する工程（Ｓ３６０）と、前記チャート撮影画像に対して前記テンプレートを作用させて、前記チャート撮影画像に存在する前記マークを認識する工程（Ｓ３６２）と、前記認識されたマークの前記チャート撮影画像での対応位置を探索する工程（Ｓ３６４）と、前記探索されたマーク位置と、キャリブレーションチャート１でのマーク配置位置とを比較して、被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを演算する工程（Ｓ３６６）とをコンピュータに実行させるものである。
【００２６】
本発明のキャリブレーション方法は、第２の目的を達成するもので、図２６に示すように、キャリブレーションチャート画像表示装置５０に表示されると共に、マークが配置されたキャリブレーションチャート１を、被校正撮影装置１９で撮影した複数のチャート撮影画像を取得する工程（Ｓ３００、Ｓ３０２）と、前記マークを抽出する為のテンプレートを設定する工程（Ｓ３０４）と、キャリブレーションチャート１の画像回転情報を取得する工程（Ｓ３０５）と、前記画像回転情報に基づき、前記チャート撮影画像から画像回転の影響を除去する工程（Ｓ３８０）と、前記画像回転の影響を除去されたチャート撮影画像に対して、前記テンプレートを作用させて、前記画像回転の影響を除去されたチャート撮影画像に存在する前記マークを認識する工程（Ｓ３８２）と、前記認識されたマークの、前記画像回転の影響を除去されたチャート撮影画像での対応位置を探索する工程（Ｓ３８４）と、前記探索された対応マーク位置を、当初チャート撮影画像の画像回転情報に基づいて変換する工程（Ｓ３８６）と、前記変換された対応マーク位置と、キャリブレーションチャート１でのマーク配置位置とを比較して、被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを演算する工程（Ｓ３８８）とをコンピュータに実行させるものである。
【００２７】
本発明のキャリブレーション方法は、第２の目的を達成するもので、図２９に示すように、キャリブレーションチャート画像表示装置５０に表示されると共に、マークが配置されたキャリブレーションチャート１を、被校正撮影装置１９で撮影した複数のチャート撮影画像を取得する工程（Ｓ３００、Ｓ３０２）と、前記マークを抽出する為のテンプレートを設定する工程（Ｓ３０４）と、前記チャート撮影画像を前記マークが少なくとも一個含まれる複数の領域に分割する工程（Ｓ４００）と、前記分割された個別のチャート撮影画像領域に対して前記テンプレートを作用させて、前記チャート撮影画像領域に存在する前記マークを認識する工程（Ｓ４０２）と、前記認識されたマークの、前記チャート撮影画像での対応位置を探索する工程（Ｓ４０４）と、前記探索されたマーク位置と、キャリブレーションチャート１でのマーク配置位置とを比較して、被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを演算する工程（Ｓ４０６）とをコンピュータに実行させるものである。
【００２８】
本発明のキャリブレーション方法は、第２の目的を達成するもので、図３２に示すように、キャリブレーションチャート画像表示装置５０に表示されると共に、マークが配置されたキャリブレーションチャート１を、被校正撮影装置１９で撮影した複数のチャート撮影画像を取得する工程（Ｓ３００、Ｓ３０２）と、前記マークを抽出する為の前記マークの基準寸法を用いて、前記チャート撮影画像に対して作用させて、前記チャート撮影画像に存在する前記マークを認識する工程（Ｓ４１０）と、前記認識されたマークの前記チャート撮影画像での対応位置を探索する工程（Ｓ４１２）と、前記探索されたマーク位置と、キャリブレーションチャート１でのマーク配置位置とを比較して、被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを演算する工程（Ｓ４１４）とをコンピュータに実行させるものである。
【００２９】
本発明のキャリブレーション方法は、第２の目的を達成するもので、図１８に示すように、キャリブレーションチャート画像表示装置に表示されるキャリブレーションチャート１であって、概括的な位置関係を定める概括基準マークと、当該概括基準マークよりも多数配置されると共に詳細な位置関係を定める詳細基準マークが配置されたキャリブレーションチャート１を、被校正撮影装置で撮影した複数のチャート撮影画像を取得する工程（Ｓ４２０、Ｓ４２１）と、前記概括基準マークを抽出する為のテンプレートを設定する工程（Ｓ４２２）と、前記チャート撮影画像に対して前記テンプレートを作用させて、前記チャート撮影画像に存在する前記概括基準マークを認識する工程（Ｓ４２４）と、前記認識された概括基準マークの前記チャート撮影画像での対応位置を探索する工程（Ｓ４２６）と、前記探索された概括基準マークのマーク位置を用いて、前記チャート撮影画像に対して前記詳細基準マークを抽出する工程（Ｓ４２８）と、前記認識された詳細基準マークの前記チャート撮影画像での対応位置を探索する工程（Ｓ４３０）と、前記探索された概括基準マークと概括基準マークのマーク位置と、キャリブレーションチャート１での対応する概括基準マークと概括基準マークのマーク配置位置とを比較して、被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを演算する工程（Ｓ４３２）とをコンピュータに実行させるものである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態を説明する全体構成ブロック図である。図において、本発明のキャリブレーションチャート画像表示装置５０は、画像形成部５１、表示順序制御部５５、撮影信号出力部５６、校正画像切換え指示部５７、焦点距離修正制御部５８、校正画像記憶部５９、表示画像メモリ６０、キャリブレーションチャート画像表示部６１、表示画像選択部６２を備えている。
【００３１】
画像形成部５１では所定のキャリブレーション撮影方向からキャリブレーションチャート１を観察した状態の画像を形成するもので、基準画像記憶部５２、画像変換処理部５３、画像回転処理部５４を備えている。基準画像記憶部５２は、特定方向から撮影されたキャリブレーションチャート１の画像を記憶するもので、図２に示すような標準となるキャリブレーションチャート１の画像を記憶させておいてもよい。画像変換処理部５３は、基準画像記憶部５２に記憶された画像を用いて、特定方向とキャリブレーション撮影方向との画像変換関係を適用して、任意キャリブレーション撮影方向のキャリブレーションチャート１の画像を形成する。画像回転処理部５４は、基準画像記憶部５２に記憶された画像を所定角度の回転処理して、任意の角度回転したキャリブレーションチャート１の画像を形成するもので、例えばアドビ社から提供される画像編集ソフト”ＰｈｏｔｏＳｈｏｐ”が利用できる。キャリブレーションチャート１の画像を回転処理すると、マークの位置を回転角度に応じて多様に設定でき、レンズ収差の分布状態を把握するのに適している。
【００３２】
表示順序制御部５５は、キャリブレーションチャート画像表示部６１に表示されるキャリブレーションチャート画像を、被校正対象となる撮影装置１９の撮影動作に連動して、順次選択する。撮影信号出力部５６は、キャリブレーションチャート画像表示部６１が、キャリブレーションチャート画像を表示した後、撮影信号を被校正撮影装置１９に出力する。校正画像切換え指示部５７は、被校正撮影装置１９によるキャリブレーションチャート画像の撮影完了信号を入力して、キャリブレーションチャート画像表示部６１に対して、後続するキャリブレーションチャート画像の表示命令信号を出力する。焦点距離修正制御部５８は、キャリブレーション対象となる被校正撮影装置１９から取得された焦点距離情報に応じて、キャリブレーションチャート画像表示部６１に表示されるキャリブレーションチャート画像の大きさ又は密度の少なくとも一方を変更する機能を有する。なお、被校正撮影装置１９としては、例えば可動焦点距離式のズームレンズや固定焦点式レンズを用いたカメラが用いられる。
【００３３】
なお、被校正撮影装置１９が撮影信号出力部５６の撮影信号を受信すると撮影したり、撮影完了信号を出力する構造となっていない場合には、撮影信号出力部５６と校正画像切換え指示部５７を用いることはなく、撮影者がマニュアルで被校正撮影装置１９のシャッターを操作してキャリブレーションチャート１の撮影を行なう。マニュアルで被校正撮影装置１９を操作する場合には、表示順序制御部５５は、キャリブレーション撮影方向毎に一定時間（例えば１０秒間）キャリブレーションチャート画像を表示させる。
【００３４】
校正画像記憶部５９は、所定のキャリブレーション撮影方向から撮影されたキャリブレーションチャート１の画像を記憶する。また、校正画像記憶部５９には画像形成部５１で形成された任意撮影方向や任意回転角度のキャリブレーションチャート画像を記憶しても良い。なお、キャリブレーションチャート１、キャリブレーション撮影方向並びに回転角度の詳細は後で説明する。
【００３５】
表示画像メモリ６０は、キャリブレーションチャート画像表示部６１に表示される画像を記憶するメモリである。キャリブレーションチャート画像表示部６１は、画像形成部５１で形成されたキャリブレーションチャート画像や校正画像記憶部５９に記憶されたキャリブレーションチャート画像を表示するもので、例えばパソコンのＣＲＴや液晶のようなモニター装置が用いられる。表示画像選択部６２は、校正画像記憶部５９に記憶されたキャリブレーションチャート画像を撮影方向や回転角度毎に管理して、キャリブレーションチャート画像表示部６１に表示されるキャリブレーションチャート画像を選択している。
【００３６】
次に、キャリブレーションチャートとしてのチャート１について説明する。ここでは、チャート１として紙やプラスチックシートに所定のマークを印刷してある場合を例に説明するが、平面画面に所定のマークを配列した画像を表示するものでもよい。
【００３７】
図２は、キャリブレーションチャートの一例を示す平面図である。チャート１は、平面的なシート形状であって、表側に視認容易な第１マークと多数の点から構成される第２マークが印刷されている。ここでは、第１マークはチャート１に総計５個配置されるもので、外形菱形で、中心部分に第２マークと共通の図柄が描かれている。第１マーク１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは、チャート１を４象限に区分したとき、各象限に設けられるもので、第１マーク１ａは左上象限、第１マーク１ｂは右上象限、第１マーク１ｃは左下象限、第１マーク１ｄは右下象限に位置している。第１マーク１ｅは、各象限と共通となる原点位置に設けられている。例えば第１マーク１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは、第１マーク１ｅに対して等距離ｄの位置に設けられている。チャート１が矩形であるとして、第１マーク１ａ、１ｂと第１マーク１ｅとの縦方向の間隔をｈ、第１マーク１ｃ、１ｄと第１マーク１ｅとの縦方向の間隔をｌとする。このとき、第１マーク１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄと第１マーク１ｅとの距離ｄは、以下の関係を充足する。
ｄ＝（ｈ２＋ｌ２）１／２                （１）
【００３８】
第１マークと第２マークは、予め所望の寸法で印刷するか、もしくは寸法を計測しておく。第１マークと第２マークの印刷位置の数値は、後で説明するキャリブレーション装置のマーク座標記憶部１０に読込んで、概略マーク位置測定部５において概略位置測定と対応づけのために利用される。なお、チャート１は、コンピュータの記憶装置に画像データとして記憶させておき、キャリブレーションする場所において印刷して使用しても良い。第１マークと第２マークの位置は、予めキャリブレーション装置の中に記憶してあるものを使い、その記憶された座標にてシートに印刷すれば、計測作業は不要になるので作業は簡単なものになる。あるいは、チャート１を精密に計測して、第１マークと第２マークの座標位置を測定し、その座標値をマーク座標記憶部１０に格納して利用する構成としてもよい。
【００３９】
第１マークは、概略マーク位置測定及び対応付けに利用されるだけでなく、撮影方向を決める視標としても利用される。さらに、第１マークの外形菱形の中心部分は第２マークと共通の図柄とすることにより、精密マーク位置測定部６で精密測定する際のテンプレートとして使用される。
【００４０】
図３は第１マークの一例を示す説明図で、（Ａ）は菱形、（Ｂ）は４本の矢印、（Ｃ）は黒塗り矩形を示している。図３（Ａ）、（Ｂ）では、第１マークは第２マークと共通の図柄を囲むように菱形又は４本の矢印を配置し、作業者にとって視認容易になるように配慮してある。このように視認容易な図柄とすることで、第１マークの抽出が容易なものとなると共に、被校正撮影装置１９の撮影方向として広い撮影角度の中から一つの撮影角度を選択しても、撮影された画像から第１マークを見逃すことがない。図３（Ｃ）では、第１マークは黒塗り矩形とし、中心部の図柄は第２マークとは反転した色彩になっているが、このようにしても検出は容易である。また、精密マーク位置測定部５にて測定する際にも、図３（Ｃ）の図柄に対しては、第１マークの階調を反転することにより、第２マークのテンプレートとすることができる。
【００４１】
第２マークは、被校正撮影装置１９によって撮影されたチャート１の画像データの位置を指定するもので、ターゲットとも呼ばれており、好ましくは均等の密度で満遍なくチャート１に配置する。第２マークは、チャート１の３０箇所以上に設けられるのが好ましく、さらに好ましくは１００〜２００箇所程度にするとよい。しかし、第２マークを徒に多く設けると、第２マーク自体が小さくなって見難くなると共に、レンズ収差の測定演算時間も長くなるため、実際上の上限は存在しており、例えば１０００個である。第２マークは、チャート１に満遍なく多数配置されるので、精密位置計測のしやすいものであれば、各種の図柄を採択して良い。例えば、第２マークとしては、黒丸『●』、プラス『＋』、二重丸『◎』、英文字『Ｘ』、星印『★』、黒塗り四角『■』、黒塗り三角形『▲』、黒塗り菱形『◆』等を用いることができる。
【００４２】
続いて、画像形成部５１で取扱う、画像変換処理部５３で形成される任意撮影方向のキャリブレーションチャート画像について説明する。校正画像記憶部５９に記憶される各種撮影方向のキャリブレーションチャート画像についても同様である。ここでは、基準画像記憶部５２に記憶されたキャリブレーションチャート画像を、画像変換処理部５３や画像回転処理部５４で処理して得られるキャリブレーションチャート画像と均等なキャリブレーションチャート画像を、現実にチャート１を撮影して取得する場合を用いて説明する。チャート１を現実に撮影する場合は、レンズ収差の極めて少ないレンズによって、キャリブレーションチャート１を以下の手順で撮影する。
【００４３】
図４はキャリブレーション撮影方向を説明する図で、（Ａ）はキャリブレーション撮影方向のカメラ配置を示した立体図であり、（Ｂ）は一般的に標準レンズ及び望遠レンズを使用したときのキャリブレーション撮影方向に対応するカメラ間隔を示した図である。チャート１を異なる撮影角度から撮影した画像として、所定のキャリブレーション撮影方向に関する２枚以上の画像があれば、キャリブレーション画像として利用可能となる。好ましくは、チャート１としてシートに印刷された平面チャートを用いる場合には、３以上の撮影角度方向から撮影することによって、各キャリブレーション要素、特に焦点距離、の測定値が安定し、かつ信頼性の高いものになる。また、カメラ２は、例えば写真測量や写真計測用の撮影用カメラのように、キャリブレーション画像撮影用のレンズ収差の極度に少ない高性能カメラを用いる。
【００４４】
キャリブレーション画像は、図４（Ａ）に示すような５方向、即ち正面（Ｉ）、左上（ＩＩ）、右上（ＩＩＩ）、左下（ＩＶ）、右下（Ｖ）をキャリブレーション撮影方向として撮影する。カメラ２の光軸と平面チャートとの撮影入射角は、実際の撮影現場での奥行き精度を１ｃｍ程度に設定すると、１０度〜３０度の範囲が好ましく、他方レンズの焦点深度との関係でピントの合う距離も限られていることも考慮すると、１２度〜２０度の範囲がさらに好ましい。典型的には、カメラ２の光軸と平面チャートとの撮影入射角として１５度を採用するとよい。
【００４５】
以下、図５を参照して各キャリブレーション撮影方向によるチャート１の撮影手順を説明する。図５は、（Ａ１）、（Ａ２）、（Ａ３）、（Ａ４）にてカメラの画像を示し、カメラ画像に対応するチャート１とカメラ２の位置関係を（Ｂ１）、（Ｂ２）、（Ｂ３）、（Ｂ４）にて示している。なお、番号（Ｉ）〜（Ｖ）は図４（Ａ）のカメラ位置に対応している。
【００４６】
（Ｉ）：正面から、チャート１の第１マークと第２マーク全てが一杯に入るよう撮影する（図５（Ａ１）、（Ｂ１））。第１マークと第２マークをなるべく一杯に、撮影画像のすみまでいれることにより、レンズ周辺部までのディストーション補正が確実になる。そこで、カメラの焦点距離に応じて、撮影距離Ｈが変化する。
（ＩＩ）：次に、一般的に標準レンズ及び望遠レンズを使用した場合、正面のカメラ位置を中心として、撮影距離Ｈの１／３程度離れた位置にカメラを移動させて、例えば左上象限の第１マーク１ａが撮影中心となるようにカメラ位置を変える（図５（Ａ２）、（Ｂ２））。但し、一般的に広角レンズを使用した際に、撮影距離Ｈが約１ｍ以内の場合は、カメラ位置は目的とする第１マークが正面に来るようにカメラ２を移動させればよい。そして、カメラ２のカメラ位置をそのままにして、中央にある第１マーク１ｅが中心となるようにカメラ２の方向を向ける（図５（Ａ３）、（Ｂ３））。次に、カメラ２をチャート１に近づけるように移動して、カメラ２の撮影画像に対して第１マークと第２マークが一杯に入るようにして撮影する（図５（Ａ４）、（Ｂ４））。
【００４７】
（ＩＩＩ）：右上象限の第１マーク１ｂが撮影中心となるようにカメラ位置を変える。そして、カメラをそのまま中央にある第１マーク１ｅが中心となるようにカメラの方向を向け、第１マークと第２マークが一杯に入るようにして撮影する。
（ＩＶ）：左下象限の第１マーク１ｃが撮影中心となるようにカメラ位置を変える。そして、カメラをそのまま中央にある第１マーク１ｅが中心となるようにカメラの方向を向け、第１マークと第２マークが一杯に入るようにして撮影する。
（Ｖ）：右下象限の第１マーク１ａが撮影中心となるようにカメラ位置を変える。そして、カメラをそのまま中央にある第１マーク１ｅが中心となるようにカメラの方向を向け、第１マークと第２マークが一杯に入るようにして撮影する。
このような手順によって、カメラ２の角度が必要な撮影角度の差として確保できるので、焦点距離が確実に測定できるようになる。
【００４８】
ここで、カメラ２とチャート１の間隔Ｈは、標準レンズや広角レンズの焦点距離ｆから定められる。例えば、焦点距離が３５ｍｍの標準レンズでは、撮影距離Ｈは９０ｃｍ程度になる。チャート１に設けられた第１マークの相互間隔ｄは、例えば２０ｃｍであるから、正面（Ｉ）から左上（ＩＩ）等に撮影方向を傾けるとき、撮影角度として約１０度が確保される。
なお、撮影方向の傾斜角度の上限は焦点深度などによって定まる。即ち、撮影方向の傾斜角度が大きいとカメラ２と第１マーク間の距離が各第１マークによって相違し、画像に写る第１マークの像がボケてしまう。そこで、撮影方向の傾斜角度の上限は、例えば３０度となる。実際の撮影手順は上記（Ｉ）〜（Ｖ）に示した通りで、カメラの画面一杯に第１マークと第２マークが入るように撮影すれば、自ずと上記条件になるので、撮影距離と位置の条件が満足される。
【００４９】
望遠レンズや標準レンズのレンズ収差を計測する場合は、撮影レンズの画角が狭くなり、角度がつかなくなるため、正面（Ｉ）から左上（ＩＩ）等に撮影方向を傾けるとき、撮影角度としての１０度が確保されなくなる。即ち、焦点距離が長い場合にはカメラ２とチャート１の撮影距離Ｈが１ｍ以上であって、第１マークの相互間隔ｄが２０ｃｍ程度に過ぎないためである。そこで、図４（Ｂ）に示すように、正面のカメラ位置を中心として、左側のカメラ位置（ＩＩ）、（ＩＶ）と、右側のカメラ位置（ＩＩＩ）、（Ｖ）を定める。この際に、左右のカメラ位置の間隔を正面（Ｉ）の位置からそれぞれ撮影距離Ｈの１／３程度とった位置にカメラを設置して、上述の左上（ＩＩ）、左下（ＩＶ）及び右上（ＩＩＩ）、右下（Ｖ）での撮影を行えばよい。カメラの光軸は、チャート１の法線方向と一致させればよいが、チャート１方向を向けても良い。
【００５０】
なお、上記の実施の形態においては、撮影位置として正面（Ｉ）、左上（ＩＩ）、右上（ＩＩＩ）、左下（ＩＶ）、右下（Ｖ）の５方向の場合を示したが、撮影位置は最低の場合には左右２方向あればよく、また３方向以上でもよい。左右２方向の場合も、撮影角度として約１０度が確保されるようにしてチャート１の撮影を行う。
【００５１】
また、チャート１は、平面シートに代えて、例えばノートパソコンのような平面的な表示画面を有する機器に、第１マークと第２マークが表示された平面シートの画像表示を用いてもよい。液晶表示画面のようにガラスを用いた画面は、紙やプラスチックに比較して湿度や温度による平面の伸縮が極めて少ないため、チャート１の表示装置として適している。また、液晶表示画面として携帯型パソコンの表示画面を用いると、表示精度がよい点に加えて、可搬性に優れているので、作業現場であっても防水や衝撃に注意すれば、通常の使用に耐える。
【００５２】
図６はキャリブレーションチャート画像表示部６１によって表示されるキャリブレーション画像の一例を説明する図である。キャリブレーション画像は、例えば図４（Ａ）で説明した正面（Ｉ）、左上（ＩＩ）、右上（ＩＩＩ）、左下（ＩＶ）、右下（Ｖ）の５方向をキャリブレーション撮影方向として、図２で示すチャート１を撮影したものである。また、図６に示すキャリブレーション画像は、前述の画像形成部５１で形成されたキャリブレーションチャート画像や校正画像記憶部５９に記憶されたキャリブレーションチャート画像であってもよい。キャリブレーションチャート１の撮影方向に応じたキャリブレーションチャート画像は、画像変換処理部５３によって作成できる。更に、画像回転処理部５４で回転処理したキャリブレーションチャート１の画像を用いても良い。
【００５３】
図７は画像回転処理部で回転処理されたキャリブレーションチャートの一例を示す図で、（Ａ）は回転角度０°、（Ｂ）は回転角度２０°のキャリブレーションチャート画像を示している。回転角度０°のキャリブレーションチャート画像は、例えば基準画像記憶部５２に記憶されている。回転角度２０°のキャリブレーションチャート画像は、例えば基準画像記憶部５２に記憶されたキャリブレーションチャート画像を、画像回転処理部５４により、右上に２０°傾ける画像変換を行なった画像である。
【００５４】
図８は、本発明のキャリブレーション装置の共通構造を説明する全体構成ブロック図である。キャリブレーションチャート画像表示部６１は、キャリブレーション画像をキャリブレーション撮影方向や回転角度が判別できる態様で表示する。被校正撮影装置１９は、キャリブレーションの対象となるカメラで、典型的には汎用の光学式カメラやデジタルカメラのように、レンズ収差が写真測量や写真計測用の撮影用カメラに比較して、大きいものである。被校正撮影装置１９は、広角レンズや標準レンズでもよく、また望遠レンズを備えていても良い。
【００５５】
画像データ記憶部３は、被校正撮影装置１９によって撮影されたキャリブレーション画像データを記憶する記憶装置で、例えば磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭのような電磁気的記憶媒体が用いられる。画像データ記憶部３では、キャリブレーション撮影方向が判別できる態様で、被校正撮影装置１９が撮影したキャリブレーション画像が記憶されているとよい。
【００５６】
キャリブレーション装置は、抽出部４、概略マーク位置測定部５、精密マーク位置測定部６、演算処理部７、画像処理部８、マーク座標記憶部１０並びにレンズ収差補償パラメータ記憶部１１を備えると共に、外部機器として画像データ記憶部３や表示部９を備えている。キャリブレーション装置には、例えばＣＰＵとしてインテル社製のペンティアム（登録商標）やセレロン（登録商標）を搭載したコンピュータを用いるとよい。
【００５７】
抽出部４は、画像データ記憶部３に格納される画像データから第１マークを抽出して、第１マークの画像座標値を求める第１マーク抽出処理を行う。第１マーク抽出処理は、概略マーク位置測定部５による第２マークの概略位置算出と対応付けの前処理として行われる。この第１マークの画像座標値は、マーク座標記憶部１０に記憶される。なお、第１マークが第２マークと共通の図柄を含んでいる場合には、第１マーク内の第２マーク位置によって第１マークの画像座標値とするとよい。抽出部４による第１マーク抽出処理の詳細は、後で説明する。
【００５８】
概略マーク位置測定部５は、抽出部４にて抽出された第１マークの画像座標値から射影変換を行って外部標定要素を求め、単写真標定の定理、並びに共線条件式を用いて、第２マークの概略位置を演算して、校正用写真組の画像相互の対応付けを行う。概略マーク位置測定部５による第２マークの概略位置演算処理の詳細は、後で説明する。
【００５９】
精密マーク位置測定部６は、校正用写真組の画像に対して第２マークの認識を行い、重心位置検出法等によって第２マークの位置を精密に演算する。演算処理部７は、精密マーク位置測定部６にて演算された第２マークの位置が、チャート１の画像データにおける他の第２マークの位置と著しい齟齬が生じていた場合には、齟齬の生じた第２マークの位置を除外する機能を有する。また、演算処理部７は、精密マーク位置測定部６にて演算された第２マークのうち、キャリブレーションに適切な第２マークを抽出して、外部標定要素と対象点座標を同時調整すると共に、被校正撮影装置１９の内部パラメータを演算する。演算された被校正撮影装置１９の内部パラメータは、レンズ収差補償パラメータ記憶部１１に格納すると良い。被校正撮影装置１９の内部パラメータには、主点位置、画面距離、歪曲パラメータがある。なお、ここでは歪曲パラメータのみを求めているが、ザイデルの５収差を構成する球面収差、コマ、非点収差、像面のそりについても、求めても良い。演算処理部７にて求められた内部パラメータは、表示部９にてグラフィック表示される。なお、精密マーク位置測定部６、並びに演算処理部７の被校正撮影装置１９の内部パラメータ演算処理に関しての詳細は、後で説明する。
【００６０】
画像処理部８は、演算処理部７にて求められた内部パラメータを用いて、被校正撮影装置１９によって撮影された画像（特に、チャート１以外の画像）のデータ画像を再配列する。すると、被校正撮影装置１９によって撮影された画像が、レンズ収差の大部分が除去された歪の著しく少ない画像として、表示部９に表示される。表示部９は、ＣＲＴや液晶ディスプレイのような画像表示装置である。マーク座標記憶部１０には、第１マークの画像座標値が記憶されていると共に、第２マークの管理番号並びにその画像座標値が記憶されている。レンズ収差補償パラメータ記憶部１１には、演算処理部７にて演算された被校正撮影装置１９の内部パラメータが記憶されている。
【００６１】
次に、図９を参照して、本発明のキャリブレーションチャート画像表示装置及びキャリブレーション装置を用いたキャリブレーション処理の流れ全体について説明する。図９は、キャリブレーション処理の流れ全体を説明するフローチャートである。まず、レンズ収差の補償対象となる被校正撮影装置１９によって、キャリブレーションチャート画像表示部６１に表示されたキャリブレーション画像を撮影する（Ｓ１０）。ここで、Ｓ１０の詳細を説明する。図１０はＳ１０におけるキャリブレーションチャート画像表示装置を用いたキャリブレーション画像撮影を説明するフローチャートである。
【００６２】
まず最初に、被校正撮影装置１９がズームレンズの場合には、キャリブレーションしたい焦点距離に設定する（Ｓ１１）。焦点距離は、例えば広角側と望遠側のうち、ズームレンズの広角側に設定するのが良いが、望遠側でも差し支えない。なお、被校正撮影装置１９が固定焦点の場合は、ステップＳ１１を省略してよい。
【００６３】
次に、キャリブレーションチャート画像表示部６１に、キャリブレーションチャート画像を表示する（Ｓ１２）。表示するキャリブレーションチャート画像は、キャリブレーションチャート１を撮影したものでも、コンピュータにて生成されたキャリブレーションチャートでもよい。キャリブレーションチャート画像表示部６１は、例えばパソコンのモニタ画面を用いるのが良く、表示するキャリブレーション画像は、モニタ画面いっぱいに第１及び第２のマーク（ターゲット）が表示されるのがよい。キャリブレーション画像のキャリブレーション撮影方向としては、例えば図６（Ｅ）のように、第１画面として被校正撮影装置１９とキャリブレーション画像が正対した画像を選択する。
【００６４】
次に、被校正撮影装置１９の画面に、キャリブレーションチャート画像表示部６１に表示されたキャリブレーション画像がいっぱいに映るようにカメラ位置を設定する（Ｓ１３）。カメラ位置とは、被校正撮影装置１９とキャリブレーションチャート画像表示部６１との距離を含む概念である。そして、被校正撮影装置１９により、キャリブレーションチャート画像表示部６１に表示されたキャリブレーション画像を撮影する（Ｓ１４）。
【００６５】
そして、被校正撮影装置１９がキャリブレーションに必要な画像をすべて撮影したか判断する（Ｓ１５）。例えば、図６に示すような、正面（Ｉ）、左上（ＩＩ）、右上（ＩＩＩ）、左下（ＩＶ）、右下（Ｖ）の５方向をキャリブレーション撮影方向とするキャリブレーション画像に対して、被校正撮影装置１９による撮影がすべて終了したか、判定する。もし終了していなければ、Ｓ１２に戻って、他のキャリブレーション撮影方向から撮影したのと等価なキャリブレーション画像をキャリブレーションチャート画像表示部６１に表示して、被校正撮影装置１９による撮影を必要枚数繰り返す（例えば、図６（Ｅ）以外の残り４方向）。
【００６６】
被校正撮影装置１９について、一つの焦点距離で必要枚数の撮影が終了したのち、被校正撮影装置１９がズームレンズの場合には、必要とする全ての焦点距離で撮影が終了したか判定する（Ｓ１６）。なお、被校正撮影装置１９が固定焦点の場合は、必要とされる焦点距離が一つなので、キャリブレーション画像の撮影作業を終了する。被校正撮影装置１９がズームレンズの場合は、Ｓ１６にて未了と判断されると、必要とされる次の焦点距離に対する撮影処理をＳ１１に戻って繰り返す。例えば、被校正撮影装置１９の焦点距離として、補間したい必要焦点数についてズームレンズを調整して、Ｓ１１〜Ｓ１６の処理を繰り返す。ここで、被校正撮影装置１９のキャリブレーション画像の対象となる焦点距離数はキャリブレーションの必要精度に変えるのが良く、またズームレンズのレンジに応じて変えてもよい。この焦点距離数は、最低値として２焦点距離であるが、３以上の焦点距離でもよい。例えば、被校正撮影装置１９が広角から望遠まで５焦点の場合は５回行う。従って、被校正撮影装置１９について焦点距離変更した場合、キャリブレーション画像を被校正撮影装置１９の画面いっぱいに撮影できるよう、カメラ位置を変更して繰り返す。
【００６７】
被校正撮影装置１９によるキャリブレーション画像の撮影が終了したら、撮影されたキャリブレーション画像を画像データ記憶部３に格納する（Ｓ１７）。キャリブレーション画像の格納は、フレキシブルディスクのような電磁気的記憶媒体でも良く、またインターネット経由にて通信によりキャリブレーション装置に画像データを転送してもよい。そして、Ｓ１７の処理が完了すると戻しとなる。
【００６８】
図９に戻り、画像データ記憶部３に格納されたキャリブレーション画像に関して、画像上に記録されている焦点位置を読み込む（Ｓ２０）。次に、キャリブレーション画像に関して、被校正撮影装置１９の同一焦点距離の画像を一グループとして、各焦点距離ごとのキャリブレーション画像グループを作成する（Ｓ２５）。なお、被校正撮影装置１９が固定焦点式であれば、単一の焦点距離に関してキャリブレーション処理を行なえば良い。
【００６９】
続いて、各焦点距離ごとに形成されたキャリブレーション画像グループから今回の処理対象となる画像が選択される（Ｓ３０）。即ち、キャリブレーション装置は、選択されたキャリブレーション画像グループの画像データを画像データ記憶部３から読込んで、表示部９に表示する。そして、操作者は表示部９に表示された画像から、ターゲットの対応付け及び計測を行う画像を選択する。そして、抽出部４により、選択された画像につき第１マーク抽出処理を行う（Ｓ４０）。
【００７０】
（Ｉ）：第１マーク抽出処理
第１マーク抽出処理では、測定対象面に設定されたチャート１の平面座標とその画像座標（カメラ側）との二次射影変換式を決定するため、平面座標上の第１マークのうち、最低３点以上を画像データ上で計測する。ここでは、第１マークの中に第２マークを含んでいるので、含まれた第２マークの位置を指定することで、正確に第１マークの位置を指定する。第１マーク抽出処理は、次のＩ−▲１▼からＩ−▲４▼までの処理を第１マークの点数分繰り返す。例えば、図２に示すチャート１では、左右各２点の第１マーク１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄについて行う。
【００７１】
Ｉ−▲１▼…操作者は表示部９に表示された全体画像上で、検出したい第１マーク中の第２マークにマウスのカーソル位置を合わせクリックし、第１マークの概略位置を求める。
Ｉ−▲２▼…Ｉ−▲１▼で求められた画像座標を中心として、拡大画像より第２マークを含んだ、局所となる画像を切り出して、表示する。このとき、第２マークを含む画像を第２マーク精密位置測定のテンプレートとして使うことができる。
Ｉ−▲３▼…Ｉ−▲２▼で表示した拡大画像に対して、第２マークの重心位置にマウスのカ−ソル位置を合わせクリックし、この画像座標を第１マークの重心位置とする。なお、後続の処理で概略位置対応付けを行うために、Ｉ−▲３▼での位置あわせは厳密でなくともよい。
Ｉ−▲４▼…次に、マーク座標記憶部１０に記憶された第２マークの管理番号と対応させるために、Ｉ−▲３▼で計測された第１マークの重心位置に対応する第２マークの管理番号を入力する。このとき、入力された第２マークの管理番号には、Ｉ−▲３▼で計測された第１マークの重心位置が基準点座標として記憶される。
【００７２】
なお、第１マーク抽出処理では、例えばチャート１上の第１マークの計測順序を予め決めておけば、第２マークの管理番号を入力せずとも、抽出部４側で自動採番処理が可能である。また、第１マーク抽出処理では、操作者が作業しやすいように、例えば、表示部９に表示されている選択画像を二つに分割し、片側に図２のような全体画像、もう一方側に図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のような拡大画像を表示するようにすれば、位置計測がしやすくなる。
【００７３】
次に、第１マーク抽出処理の他の処理手順として、拡大画像を用いないで図２のような全体画像だけで計測する方式がある。この場合、Ｉ−▲１▼の処理を行うと共に、Ｉ−▲４▼においてＩ−▲１▼で計測された第１マークの重心位置に対応する第２マークの管理番号を入力する。このようにすると、拡大画像を用いないため、Ｉ−▲２▼、Ｉ−▲３▼の処理が省略できる。ただし全体画像表示なので、第１マークが小さく表示されるため、操作者の好みで拡大画像を利用するかしないか判断すればよい。
【００７４】
次に、第１マーク抽出処理を抽出部４により自動処理する場合を説明する。まず、第１マークのうち第２マークを含まない外枠部分をテンプレートとして登録する。この登録は、例えば先に説明した、第１マーク抽出処理における最初の第１マークをテンプレート画像として登録すればよい。すると、テンプレートマッチング処理にて、残りの第１マークを自動で計測することができる。また、第１マークの場合の位置対応付けは、第１マークの位置が画像上から明確であるため容易に行える。例えば図２の第１マーク配置であれば、その検出座標から５点の第１マークの対応付けを行うのは容易である。なお、テンプレートマッチングの処理については、後で説明する第２マーク精密位置測定におけるターゲットの認識処理（Ｓ６２）と同様なので、説明を省略する。
【００７５】
続いて、第１マーク抽出処理を抽出部４によりさらに自動処理する場合を説明する。第１マーク抽出処理における第１マークのテンプレート画像を、予め抽出部４に登録しておく。すると、第１マークのテンプレート画像を用いて、テンプレートマッチングの処理により第１マークが個別に抽出されるので、Ｉ−▲１▼の第１マークを指定する作業は全て省略することも可能である。即ち第１マークが第２マークに対して明確に異なるマークであれば、仮想のテンプレート画像を抽出部４が持つことによっても、自動処理が可能となる。
しかしながら、第１マークは最低３点以上計測すればよいので、マニュアルによる作業でも、簡単な作業である。
【００７６】
図９に戻り、概略マーク位置測定部５により第２マーク概略位置測定と対応付けを行う（Ｓ５０）。第２マーク概略位置測定と対応付けは、外部標定要素を求める工程（ＩＩ−１）と、第２マークの概算位置を演算する工程（ＩＩ−２）を含んでいる。
（ＩＩ−１）：外部標定要素を求める工程
概略マーク位置測定部５では、Ｓ４０で求めた第１マークの画像座標と対応する基準点座標を式（２）に示す二次の射影変換式に代入し、観測方程式をたてパラメ−タ−ｂ１〜ｂ８を求める。
Ｘ＝（ｂ１・ｘ＋ｂ２・ｙ＋ｂ３）／（ｂ７・ｘ＋ｂ８・ｙ＋１）
Ｙ＝（ｂ４・ｘ＋ｂ５・ｙ＋ｂ６）／（ｂ７・ｘ＋ｂ８・ｙ＋１）  （２）
ここで、ＸとＹは基準点座標、ｘとｙは画像座標を示している。
【００７７】
次に、基準点座標と画像座標の関係を説明する。図１２（Ａ）は中心投影における画像座標系と対象座標系の説明図である。中心投影の場合、投影中心点Ｏｃを基準にしてチャート１の置かれる基準点座標系としての対象座標系９９と、被校正撮影装置１９のフィルム又はＣＣＤが置かれる画像座標系９８が図１２（Ａ）のような位置関係にある。対象座標系９９における基準マークのような対象物の座標を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、投影中心点Ｏｃの座標を（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）とする。画像座標系９８における座標を（ｘ，ｙ）、投影中心点Ｏｃから画像座標系９８までの画面距離をＣとする。ω、φ、κは、画像座標系９８の対象座標系９９を構成する３軸Ｘ，Ｙ，Ｚに対するカメラ撮影時の傾きを表すもので、外部標定要素と呼ばれる。
【００７８】
そして、式（２）のパラメ−タ−ｂ１〜ｂ８を用いて、式（３）より次の外部標定要素を求める。
ω＝ｔａｎ−１（Ｃ・ｂ８）
φ＝ｔａｎ−１（−Ｃ・ｂ７・ｃｏｓω）
κ＝ｔａｎ−１（−ｂ４／ｂ１）  （φ＝０のとき）
κ＝ｔａｎ−１（−ｂ２／ｂ５）  （φ≠０、ω＝０のとき）
κ＝ｔａｎ−１｛−（Ａ１・Ａ３−Ａ２・Ａ４）／（Ａ１・Ａ２−Ａ３・Ａ４）｝（φ≠０、ω≠０のとき）
【００７９】
Ｚ０＝Ｃ・ｃｏｓω・｛（Ａ２２＋Ａ３２）／（Ａ１２＋Ａ４２）｝１／２＋Ｚｍ
Ｘ０＝ｂ３−（ｔａｎω・ｓｉｎκ／ｃｏｓφ−ｔａｎφ・ｃｏｓκ）×（Ｚｍ−Ｚ０）
Ｙ０＝ｂ６−（ｔａｎω・ｃｏｓκ／ｃｏｓφ−ｔａｎφ・ｓｉｎκ）×（Ｚｍ−Ｚ０）                （３）
ただし、Ａ１＝１＋ｔａｎ２φ、Ａ２＝Ｂ１＋Ｂ２・ｔａｎφ／ｓｉｎω、Ａ３＝Ｂ４＋Ｂ５・ｔａｎφ／ｓｉｎω、Ａ４＝ｔａｎφ／（ｃｏｓφ・ｔａｎω）とする。また、Ｚｍは第１マーク１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ４点の基準点の平均標高とする。ここでは、第１マーク１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ４点の基準点は平面座標上なので、標高一定の面と仮定できる。Ｃは焦点距離で、前述の画面距離に相当している。
【００８０】
（ＩＩ−２）：第２マークの概算位置を演算する工程
次に、単写真標定の原理から、対象座標系９９で表される地上の対象物（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対する、画像座標系９８で表される傾いたカメラ座標系におけるカメラ座標（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）は、式（４）で与えられる。
【数１】
2005003463.tif 000003
ここで、Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０は、前述したように、図１２（Ａ）に示すような投影中心点Ｏｃの地上座標とする。
【００８１】
ここで、式（３）で求めたカメラの傾き（ω、φ、κ）を、式（４）中に代入し、回転行列の計算をして、回転行列の要素ａ１１〜ａ３３を求める。
【００８２】
次に、求めた回転行列の要素ａ１１〜ａ３３と式（３）で求めたカメラの位置（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）、及びタ−ゲットの基準点座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を共線条件式｛式（５）｝に代入し、タ−ゲットの画像座標（ｘ、ｙ）を求める。ここで、共線条件式とは、投影中心、写真像及び地上の対象物が一直線上にある場合に成立する関係式である。これにより、レンズ収差がない場合の第２マークの位置が算出されるので、レンズ収差のある現実の被校正撮影装置１９で撮影した画像におけるタ−ゲットの概略の画像座標が求める。
2005003463.tif 000004
【００８３】
ところで、式（３）中のｔａｎ−１の演算では解が二つ求めるため、カメラの傾き（ω、φ、κ）はそれぞれ２つ解をもち全通りの計算を行う。そして、第１マーク抽出処理で計測した第１マーク１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ４点の画像座標と、式（５）で求めた対応する４点の画像座標との残差の比較により、正解となるω、φ、κを算出する。
なお、ここでは射影変換式として二次の射影変換式を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、三次の射影変換式等の他の射影変換式を利用しても良い。また、概略マーク位置測定部５では、例えばマーク座標記憶部１０に格納されている基準点座標ファイルに付加してある第２マークの管理番号を、各第１マークのタ−ゲット（第２マーク）に割り振ることにより、第２マークの対応づけを行う。
【００８４】
図９に戻り、精密マーク位置測定部６によって第２マークの精密位置測定を行う（Ｓ６０）。以下、図１１を用いて第２マークの精密位置測定の処理手順を詳細に説明する。まず、精密マーク位置測定部６は、第２マークとしてのタ−ゲットを認識する（Ｓ６２）。このターゲット認識には、例えば正規化相関を用いたテンプレ−トマッチングを用いる。以下、ターゲット認識の詳細について説明する。
【００８５】
（ＩＩＩ）ターゲット認識
図１２（Ｂ）はターゲット認識に用いられる正規化相関のテンプレ−ト画像と対象画像の説明図である。まず、第１マーク抽出処理（Ｓ４０）で計測した第１マーク、例えば第１マーク１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ４点のタ−ゲットの重心位置の中から、任意のタ−ゲットを選ぶ。正規化相関のテンプレ−ト画像は、選ばれたターゲットの重心位置（画像座標）を中心とする、Ｍ×Ｍ画素の画像とする。また、第２マーク概略位置測定（Ｓ５０）で算出したタ−ゲットの概略位置（画像座標）を中心として、Ｎ×Ｎ画素の画像を対象画像とする。
【００８６】
次に、対象画像に対して、式（６）に示す正規化相関によるテンプレ−トマッチングを施し、相関値が最大となる位置を求める。この相関値が最大値となる位置にて重ね合わせが達成され、最大値となる位置にてタ−ゲットが認識されたとみなす。ここでのテンプレ−ト画像の中心座標を等倍画像上の画像座標に換算し、検出点とする。
2005003463.tif 000005
ここで、Ａは相関値、Ｍはテンプレ−ト画像の正方サイズ、Ｘｉは対象画像、Ｔｉはテンプレ−ト画像とする。また、画像の正方サイズＮ、Ｍは可変であるが、処理時間の高速化をはかるため、Ｎ、Ｍはタ−ゲットが十分格納できるのを前提にできるだけ小さくするのがよい。
【００８７】
図１１に戻り、第２マークの精密位置測定を行うために、第２マークのサブピクセルエッジ検出を行う（Ｓ６４）。第２マークのサブピクセルエッジ検出を行う対象画像は、Ｓ６２でタ−ゲットと認識された検出点を中心としてＮ×Ｎ画素の画像とする。対象画像に存在する濃淡波形に、式（７）に示すガウス関数の二次微分であるラプラシアン・ガウシアン・フィルタ（ＬＯＧフィルタ）を施し、演算結果の曲線の２箇所のゼロ交差点、つまりエッジをサブピクセルで検出する。ここで、サブピクセルとは一画素よりも細かい精度で位置検出を行うことを言う。
∇２・Ｇ（ｘ）＝｛（ｘ２−２σ２）／２πσ６｝・ｅｘｐ（−ｘ２／２σ２）  （７）
ここで、σはガウス関数のパラメ−タ−である。
【００８８】
次に、ターゲットの重心位置を検出し（Ｓ６６）、戻しとする（Ｓ６８）。ここでは、式（７）を用いて求めたｘ、ｙ方向のエッジ位置より、その交点をタ−ゲットの重心位置とする。なお、第２マークの精密位置測定は、Ｓ６２〜Ｓ６６に開示した処理に限定されるものではなく、他の重心位置検出法、例えばモーメント法やテンプレートマッチング法をさらに改良して利用するなど、どのような求め方をしても良い。
【００８９】
図９に戻り、全タ−ゲット重心位置の確認をし、一見明白な過誤のないことを確認する（Ｓ７０）。即ち、ターゲット認識されたターゲットの位置検出が適切であるか確認する。操作者による確認の便宜のために、検出されたターゲットの位置を表示部９に表示する。過誤がない場合には、Ｓ８０に行く。過誤があれば、不適切なターゲットの位置を修正する（Ｓ７５）。例えば、Ｓ６２で演算された相関値が低いターゲットや、重心検出位置が概略検出位置とあまりにかけ離れてしまったターゲットは、表示部９上にそのターゲット表示を赤くするなど、操作者に明確にわかるように表示する。すると、過誤のあったターゲットに関しては、操作者によるマニュアルにて計測しなおす（マウスで重心位置を指定する）。なお、ここで過誤のあったターゲット位置を無理に修正しなくとも、あとのキャリブレーションパラメータを求めるためのＳ９０の処理過程によっても、異常点として検出されるので、取り除くことが可能である。
【００９０】
そして、Ｓ３０〜Ｓ７５の処理を、レンズ収差の測定に必要な画像分繰り返す（Ｓ８０）。例えば、撮影された画像が５枚であれば、全ての５枚について繰り返しても良く、またレンズ収差の測定に必要な画像分に到達していれば、撮影された画像の全部を繰り返して処理しなくてもよい。
【００９１】
レンズ収差の測定に必要な画像分の計測処理を終了したら、次に演算処理部７のカメラの内部パラメータ演算処理を用いて、レンズ収差のキャリブレーション要素を求める処理に移る（Ｓ９０）。ここでは、キャリブレーション要素の演算対象として、チャート１上の第２マークについて、概略マーク位置測定部５と精密マーク位置測定部の処理により対応づけがなされ重心位置が求められている全ての第２マークについて行う。
【００９２】
（ＩＶ）：カメラの内部パラメータ演算処理（セルフキャリブレーション付きバンドル調整法）
演算処理部７のカメラの内部パラメータ演算処理としては、例えば写真測量分野で使用されている「セルフキャリブレーション付きバンドル調整法」を用いる。ここで、「バンドル調整」とは、被写体、レンズ、ＣＣＤ面を結ぶ光束（バンドル）は同一直線上になければならないという共線条件に基づき、各画像の光束１本毎に観測方程式をたて、最小２乗法によりカメラの位置と傾き（外部標定要素）と第２マークの座標位置を同時調整する方法である。「セルフキャリブレーション付き」とはさらに、キャリブレーション要素、即ちカメラの内部定位（レンズ収差、主点、焦点距離）を求めることができる方法である。セルフキャリブレーション付きバンドル調整法（以下単に「バンドル調整法」という）の共線条件基本式は、次の式（８）と式（９）である。
【００９３】
【数２】
2005003463.tif 000006
【数３】
2005003463.tif 000007
【００９４】
この式（８）と式（９）は、第１マーク抽出処理で説明した単写真標定の共線条件式（５）を基本式とするものである。即ちバンドル調整法は、式（８）と式（９）を用いて、複数画像から最小二乗近似して、各種解を算出する手法であり、各撮影位置のカメラの外部標定要素を同時に求めることが可能となる。即ち、カメラのキャリブレーション要素を求めることが可能となる。
【００９５】
次に、内部定位の補正モデル（レンズ収差）として、放射方向レンズ歪を有する場合の一例を次の式（１０）に示す。
【数４】
2005003463.tif 000008
補正モデルはこれに限らず、使用レンズにあてはまるものを選択すればよい。これら計算は、基準点を地上座標と画像座標で６点以上あれば、逐次近似解法によって算出される。なお、演算処理部７では、逐次近似解法の閾値によって、閾値以上となった場合の誤差の大きいチャート１上の第２マークを省くことによって、正確なキャリブレーション要素を求めることが可能となる。そこで、ターゲット位置重心位置確認（Ｓ７０）において、誤差の大きい第２マークとして検出されなかった場合でも、Ｓ９０にて過誤のある第２マークを検出して、除去することが可能である。
【００９６】
図９に戻り、演算処理部７によるキャリブレーション要素を求める演算処理結果を判断し（Ｓ１００）、演算処理が収束しなかったり、或いは得られたキャリブレーション要素が適正と思われないものであった場合、Ｓ１１０にて対処する。Ｓ１１０では、過誤のある第２マークを含む画像を選択する。Ｓ９０におけるキャリブレーション終了時点で、演算処理部７によりどの画像のどの第２マークに過誤があるか判明しているので、その各画像における該当ターゲット検出点を表示して、確認する。
【００９７】
そして、操作者はマニュアル操作にて過誤のある第２マークを修正する（Ｓ１２０）。即ち、過誤のある第２マークの重心位置座標がずれて表示されているので、過誤のある第２マークとして表示されているマークを、適性として表示されている重心位置に移動させることで、修正が行われる。そして、過誤のある第２マークの位置修正が完了したか判断し（Ｓ１３０）、完了していればＳ９０のキャリブレーション要素演算に戻り、キャリブレーション要素を演算しなおす。他方、他に修正箇所があれば、Ｓ１１０に戻って、過誤のある第２マークの位置修正操作を繰り返す。
【００９８】
キャリブレーション要素を求める演算処理結果が適性であれば、他の焦点距離のキャリブレーション画像グループが存在するか判断する（Ｓ１３５）。もし、他の焦点距離のキャリブレーション画像グループが存在していれば、Ｓ３０に戻る。全ての焦点距離のキャリブレーション画像グループに関して、キャリブレーション要素を求める演算処理結果が適性であれば、結果を表示部９に表示する（Ｓ１４０）。図１３は、キャリブレーション要素の演算処理結果の一例を示す説明図である。例えば、表示部９への表示には、キャリブレーション要素である焦点距離、主点位置、歪曲パラメータを表示する。レンズ収差を示すディストーションについては、補正前曲線１０２、補正後曲線１０４、理想に補正された場合１０６、についてグラフィック表示するとわかりやすい。
【００９９】
さらに、キャリブレーションした結果に基づいて、ディストーション補正した画像を、画像処理部８にて作成して表示部９に表示することもできる。こうすれば、ディストーションの大きいカメラにて撮影した画像も、ディストーション補正されて表示する画像表示装置を提供することが可能となる。
【０１００】
次に、演算処理部７で算出された内部パラメータを用いて、焦点距離を変数とするキャリブレーション補正係数関数の説明する。図１４は、焦点距離と内部パラメータ関数に用いられる係数の関係を説明する図で、（Ａ）は式（１０）の係数ｋ１、（Ｂ）は式（１０）の係数ｋ２、（Ｃ）は画像座標系ｘでのカメラ主点と画像中心のｘ軸位置ずれ係数ｘ０、（Ｄ）は画像座標系ｙでのカメラ主点と画像中心のｙ軸位置ずれ係数ｙ０を表している。ここでは、被校正撮影装置１９の焦点距離が７．２ｍｍから５０．８ｍｍで調整可能な場合を取り上げる。焦点距離データの測定個数を６個とすると、７．２ｍｍが最広角となり、５２．２ｍｍが最望遠となり、中間の測定点として光学的意味での等間隔で測定をする為に、８．７ｍｍ、１１．６ｍｍ、２４．８ｍｍ、３９．０ｍｍが選択される。
【０１０１】
式（１０）の係数ｋ１、ｋ２は、最広角側で最大値をとり、最望遠側では小さくなっている。画像座標系ｘでのカメラ主点と画像中心のｘ軸位置ずれ係数ｘ０は、被校正撮影装置１９の焦点距離が１１．６ｍｍと５２．２ｍｍで最小値４．４１をとり、２４．８ｍｍで最大値４．５５をとる複雑な変化をしているので、焦点距離の五次曲線で近似している。画像座標系ｙでのカメラ主点と画像中心のｙ軸位置ずれ係数ｙ０は、被校正撮影装置１９の焦点距離に応じて単調に変化している。なお、チャート撮影画像はピントが合った状態で撮影されるので、被校正撮影装置１９の焦点距離ｆと、投影中心点Ｏｃから画像座標系９８までの画面距離Ｃとは、等しくなっている。
【０１０２】
演算処理部７では、焦点距離ｆを入力すると、内部パラメータ関数に用いられる係数ｋ１、ｋ２、ｘ０、ｙ０が得られる構成とするとよい。そして、内部パラメータ関数としての式（８）、式（９）、式（１０）にこれらの係数を代入して、それぞれの観測点に関して観測方程式を立てる。そして、観測方程式を連立して解くと共に、最小２乗法を適用することで、最も確からしい内部パラメータが算出できる。
【０１０３】
図１５は、本発明の第２の実施の形態を説明するキャリブレーション装置の構成ブロック図で、併せてキャリブレーション装置の実施例１と実施例３の構成ブロック図を示してある。図において、本発明のキャリブレーション装置は、画像データ取得部７１、取得画像データ記録部７２、マーク認識部７３、マーク位置探索部７４、内部パラメータ演算部７５、キャリブレーションチャート・マーク配置データベース７６、画像データ修正部７７、画像回転情報取得部８０、テンプレート姿勢調整部８１、テンプレート走査方向調整部８２を備えている。
【０１０４】
取得画像データ記録部７２は、前述の画像データ記憶部３に相当している。画像データ取得部７１は、図２に示すようなマークが配置されたキャリブレーションチャート１を、被校正撮影装置１９で撮影した複数のチャート撮影画像を取得して、画像データ記録部７２に記憶させる為のインターフェイス装置で、例えば各種のＩ／Ｏ機器が用いられる。
【０１０５】
マーク認識部７３は、チャート撮影画像に対してマークを抽出する為のテンプレートを作用させて、チャート撮影画像に存在するマークを認識するもので、例えば前述の抽出部４と精密マーク位置測定部６が対応している。マーク位置探索部７４は、マーク認識部７３で認識されたマークの、チャート撮影画像での対応位置を探索するもので、例えば前述の概略マーク位置測定部５と精密マーク位置測定部６が対応している。ここで、対応位置とは、確率論的な確からしさを表す尤度が所定値以上の場合、または最尤（ｍｏｓｔ  ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ）条件の場合をいう。
【０１０６】
内部パラメータ演算部７５は、マーク位置探索部７４で選定されたマーク位置と、キャリブレーションチャート１でのマーク配置位置とを比較して、被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを演算するもので、例えば前述の演算処理部７が対応している。キャリブレーションチャート・マーク配置データベース７６には、例えば前述のマーク座標記憶部１０が対応している。画像データ修正部７７には、例えば前述の画像処理部８が対応している。
【０１０７】
図２に示すキャリブレーションチャート１では、概括的な位置関係を定める概括基準マークと、当該概括基準マークよりも多数配置されると共に詳細な位置関係を定める詳細基準マークとが存在している。概括基準マークには、例えば図２の第１マーク１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅが相当している。詳細基準マークには、例えば図２の第２マークが相当している。マーク認識部７３は、抽出部４により概括基準マークのマーク認識を行ない、精密マーク位置測定部６により概括基準マークを用いて詳細基準マークのマーク認識を行なう。マーク位置探索部７４は、概略マーク位置測定部５により概括基準マークの対応位置の探索を行ない、精密マーク位置測定部６により概括基準マークの対応位置を用いて詳細基準マークの対応位置の探索を行なう。内部パラメータ演算部７５は、マーク位置探索部７４で選定された概括基準マークと詳細基準マークのマーク位置と、キャリブレーションチャート１での概括基準マークと詳細基準マークのマーク配置位置とを比較して、被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを演算する構成とするとよい。
【０１０８】
画像回転情報取得部８０は、キャリブレーションチャート１の画像回転情報を取得するもので、例えば画像回転処理部５４や校正画像記憶部５９から取得する。テンプレート姿勢調整部８１は、画像回転情報取得部８０の取得した画像回転情報に基づき、マーク認識部７３で利用するテンプレートの姿勢を回転処理する。テンプレート走査方向調整部８２は、画像回転情報取得部８０の取得した画像回転情報に基づき、マーク認識部７３のテンプレートの作用としてのテンプレート走査方向を調整する。
【０１０９】
このように構成された装置の動作を次に説明する。図１６は図１５の装置の動作を説明するフローチャートである。まず、キャリブレーションチャート画像表示装置５０に表示されると共に、マークが配置されたキャリブレーションチャート１を、被校正撮影装置１９で撮影する（Ｓ３００）。次に、被校正撮影装置１９で撮影した複数のチャート撮影画像を、画像データ取得部７１で取得する（Ｓ３０２）。続いて、マーク認識部７３で用いるマークを抽出する為のテンプレートを設定する（Ｓ３０４）。設定されるテンプレートは、キャリブレーションチャート１に配置されたマークを抽出するのに適した画像とする。
【０１１０】
そして、マーク認識部７３はチャート撮影画像に対してテンプレートを作用させて、チャート撮影画像に存在するマークを認識する（Ｓ３０６）。次にマーク位置探索部７４は、Ｓ３０６で認識されたマークのチャート撮影画像での対応位置を探索する（Ｓ３０８）。内部パラメータ演算部７５は、Ｓ３０８で探索されたマーク位置と、キャリブレーションチャート１でのマーク配置位置とを比較して、被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを演算する（Ｓ３１０）。そして、画像データ修正部７７によって、得られた被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを用いて、チャート撮影画像の画像歪みを修正する（Ｓ３１２）。
【０１１１】
図１７は、チャート撮影画像と、マーク認識部によりチャート撮影画像に対して作用させるテンプレートの説明図である。図において、チャート撮影画像としてのキャリブレーションチャート１の略中央部に設けられた第１のマーク１ｆに対応して、概括基準マークを検出する第１のテンプレート１０８と、詳細基準マークを検出する第２のテンプレート１０９が設けられている。ここで、第１のマーク１ｆは四辺形の外枠と菱形の内枠を組合せた形状になっており、中心部には詳細基準マークに相当する第２のマークが形成されている。第１のテンプレート１０８は、第１のマーク１ｆの外枠よりも僅かに大きく形成された矩形形状をしている。第２のテンプレート１０９は、第２のマークよりも僅かに大きく形成された矩形形状をしている。
【０１１２】
なお、マーク認識部７３として、指定エリア濃淡方式を用いることができる。指定エリア濃淡方式を用いる場合には、キャリブレーションチャート１の全領域について概括基準マークに対応するテンプレート１０８を作用させて、次式の平均濃淡値を算出しつつ、テンプレートを走査させる。
Ｄａｖｅ＝ΣＤ／Ｐｎｕｍ    （１１）
ここで、Ｄａｖｅは指定されたテンプレート相当の領域における平均濃淡値、Ｄは各画素の濃淡値、Ｐｎｕｍは指定されたテンプレートの総画素数とする。そして、概括基準マークに相当する数の平均濃淡値の最も低い箇所を、マーク認識部７３が認識したマークとして扱う。マーク認識部７３に指定エリア濃淡方式を用いると、抽出部４において概括基準マークのマーク認識に用いられる残差逐次検定（ＳＳＤＡ）法や正規化相関法によるテンプレートマッチングに比較して、処理速度が早くなると共に、平均濃淡値が既に概括基準マークに相当する数の平均濃淡値の最も低い箇所でのマーク認識濃淡値に比較して大きくなったときは、計算の打切りが可能となり、演算処理が発散する可能性が少ない。
【０１１３】
図１８は、概括基準マークと詳細基準マークとが存在するキャリブレーションチャートに対して、図１５の装置を動作させる場合を説明するフローチャートである。まず、キャリブレーションチャート画像表示装置に表示されるキャリブレーションチャート１を、被校正撮影装置１９で撮影する（Ｓ４２０）。ここで、キャリブレーションチャート１には、概括的な位置関係を定める概括基準マークと、当該概括基準マークよりも多数配置されると共に詳細な位置関係を定める詳細基準マークが配置されている。次に、被校正撮影装置１９で撮影した複数のチャート撮影画像を、画像データ取得部７１で取得する（Ｓ４２１）。続いて、マーク認識部７３に概括基準マークを抽出する為の第１のテンプレート１０８を設定する（Ｓ４２２）。そして、マーク認識部７３は、チャート撮影画像に対して第１のテンプレートを作用させて、チャート撮影画像に存在する概括基準マークを認識する（Ｓ４２４）。次にマーク位置探索部７４は、Ｓ４２４で認識された概括基準マークの前記チャート撮影画像での対応位置を探索する（Ｓ４２６）。
【０１１４】
続いてマーク認識部７３は、探索された概括基準マークのマーク位置を用いて、チャート撮影画像に対して詳細基準マークを抽出する（Ｓ４２８）。そして、マーク位置探索部７４は、認識された詳細基準マークのチャート撮影画像での対応位置を探索する（Ｓ４３０）。内部パラメータ演算部７５は、探索された概括基準マークと概括基準マークのマーク位置と、キャリブレーションチャート１での対応する概括基準マークと概括基準マークのマーク配置位置とを比較して、被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを演算する（Ｓ４３２）。そして、画像データ修正部７７によって、得られた被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを用いて、チャート撮影画像の画像歪みを修正する（Ｓ４３４）。
【０１１５】
次に、キャリブレーションチャート１の画像回転情報が既知の場合に適応させた、キャリブレーション装置の実施例１を説明する。キャリブレーション装置の実施例１では、図１５の装置において、画像回転情報取得部８０とテンプレート姿勢調整部８１が有効に作用する。図１９はキャリブレーション装置の実施例１の動作を説明するフローチャートである。まず、Ｓ３００、Ｓ３０２、Ｓ３０４は、前述した対応箇所の説明と重複するので、図１６の該当箇所の説明を援用する。次に、画像回転情報取得部８０は、キャリブレーションチャート１の画像回転情報を取得する（Ｓ３０５）。テンプレート姿勢調整部８１は、画像回転情報に基づき、テンプレートの姿勢を回転処理する（Ｓ３２０）。
【０１１６】
続いてマーク認識部７３は、チャート撮影画像に対してテンプレートを作用させて、チャート撮影画像に存在するマークを認識する（Ｓ３２２）。そして、マーク位置探索部７４は、認識されたマークのチャート撮影画像での対応位置を探索する（Ｓ３２４）。内部パラメータ演算部７５は、Ｓ３２４で探索されたマーク位置と、キャリブレーションチャート１でのマーク配置位置とを比較して、被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを演算する（Ｓ３２６）。そして、画像データ修正部７７によって、得られた被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを用いて、チャート撮影画像の画像歪みを修正する（Ｓ３２８）。
【０１１７】
図２０はテンプレート姿勢調整部によるテンプレートの姿勢を回転処理する状態の説明図で、（Ａ）は０°でのテンプレート画像例、（Ｂ）は２０°回転したテンプレート画像例を示している。図２１はチャート撮影画像に対してテンプレートを作用させる状態の実施例１と実施例３の説明図で、（Ａ）は０°でのキャリブレーションチャート１（ドットパターン）の表示画像例、（Ｂ）は２０°右上に傾けたドットパターンの表示画像例でテンプレート走査方向が水平な場合、（Ｃ）はテンプレート走査方向が画像回転角相当量傾いている場合を示している。Ｓ３２２では、図２０（Ｂ）に示すような回転処理したテンプレートを用いて、図２１（Ｂ）に示すようにテンプレート走査方向を水平としてチャート撮影画像に対してテンプレートを作用させている。
【０１１８】
次に、キャリブレーションチャート１の画像回転情報が未知の場合に適用させる、キャリブレーション装置の実施例２を説明する。図２２は、キャリブレーション装置の実施例２の構成ブロック図である。なお、図２２において前記図１５と同一作用をするものには同一符号を付して、説明を省略する。図において、実施例２のキャリブレーション装置は、テンプレート走査方向設定部８３と画像回転適応処理部８４を有している。
【０１１９】
テンプレート走査方向設定部８３は、マーク認識部７３のテンプレートの作用としてのテンプレート走査方向を複数設定する。画像回転適応処理部８４は、テンプレート走査方向設定部８３で設定された複数のテンプレート走査方向によりテンプレートを作用させて、最適なテンプレート走査方向を選択する。マーク認識部７３は、画像回転適応処理部８４で選択されたテンプレート走査方向を用いてチャート撮影画像に存在するマークを認識する。テンプレート走査方向の設定は、まず粗い角度（例えば１０°毎）間隔で概略の回転角度を検出し、次に細かな角度（例えば１〜２°毎）間隔で詳細な回転角度を検出する２段階方式とすると、高い精度と迅速処理を両立させることができる。
【０１２０】
図２３はキャリブレーション装置の実施例２の動作を説明するフローチャートである。まず、Ｓ３００、Ｓ３０２は、前述した対応箇所の説明と重複するので、図１６の該当箇所の説明を援用する。次に、テンプレート走査方向設定部８３によって、マークを抽出する為のテンプレートを設定すると共に、テンプレートのテンプレート走査方向を複数設定する（Ｓ３４０）。画像回転適応処理部８４によって、チャート撮影画像に対して複数のテンプレート走査方向によりテンプレートを作用させて、最適なテンプレート走査方向を選択する（Ｓ３４４）。マーク認識部７３は、チャート撮影画像に対して最適なテンプレート走査方向によりテンプレートを作用させて、チャート撮影画像に存在するマークを認識する（Ｓ３４６）。そして、マーク位置探索部７４は、認識されたマークのチャート撮影画像での対応位置を探索する（Ｓ３４８）。内部パラメータ演算部７５は、Ｓ３４８で探索されたマーク位置と、キャリブレーションチャート１でのマーク配置位置とを比較して、被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを演算する（Ｓ３５０）。そして、画像データ修正部７７によって、得られた被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを用いて、チャート撮影画像の画像歪みを修正する（Ｓ３５２）。
【０１２１】
次に、キャリブレーションチャート１の画像回転情報が既知の場合に適用させる、キャリブレーション装置の実施例３を説明する。キャリブレーション装置の実施例３では、図１５の装置において、画像回転情報取得部８０とテンプレート走査方向調整部８２が有効に作用する。また、図２１（Ｃ）に示すように、テンプレート走査方向が画像回転角相当量傾いている。
【０１２２】
図２４はキャリブレーション装置の実施例３の動作を説明するフローチャートである。まず、Ｓ３００、Ｓ３０２、Ｓ３０４は、前述した対応箇所の説明と重複するので、図１６の該当箇所の説明を援用する。次に、画像回転情報取得部８０は、キャリブレーションチャート１の画像回転情報を取得する（Ｓ３０５）。テンプレート走査方向調整部８２は、画像回転情報に基づき、テンプレート走査方向を調整する（Ｓ３６０）。Ｓ３６２、Ｓ３６４、Ｓ３６６、Ｓ３６８に関しては、図１９のＳ３２２、Ｓ３２４、Ｓ３２６、Ｓ３２８と同様なので、説明を省略する。
【０１２３】
次に、キャリブレーションチャート１の画像回転情報が既知の場合に適用させる、キャリブレーション装置の実施例４を説明する。図２５は、キャリブレーション装置の実施例２の構成ブロック図である。図において、実施例４のキャリブレーション装置は、画像データ取得部７１、取得画像データ記録部７２、キャリブレーションチャート・マーク配置データベース７６、画像回転情報取得部８０、画像回転初期化部８５、マーク認識部８６、マーク位置探索部８７、マーク位置回転処理部８８、内部パラメータ演算部８９、画像データ修正部９０を備えている。
【０１２４】
画像回転初期化部８５は、画像回転情報取得部８０で取得した画像回転情報に基づき、チャート撮影画像から画像回転の影響を除去して、例えば０°でのキャリブレーションチャート１の表示画像に初期化する。マーク認識部８６は、画像回転初期化部８５で初期化されたチャート撮影画像に対して、マークを抽出する為のテンプレートを作用させて、初期化されたチャート撮影画像に存在するマークを認識するもので、例えば前述の抽出部４と精密マーク位置測定部６が対応している。マーク位置探索部８７は、マーク認識部８６で認識されたマークの、初期化されたチャート撮影画像での対応位置を探索するもので、例えば前述の概略マーク位置測定部５と精密マーク位置測定部６が対応している。
【０１２５】
マーク位置回転処理部８８は、マーク位置探索部８７で探索されたマーク位置を、当初チャート撮影画像の画像回転情報に基づいて変換する。内部パラメータ演算部８９は、マーク位置回転処理部８８で変換されたマーク位置と、キャリブレーションチャート１でのマーク配置位置とを比較して、被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを演算するもので、例えば前述の演算処理部７が対応している。画像データ修正部９０には、例えば前述の画像処理部８が対応している。
【０１２６】
図２６はキャリブレーション装置の実施例４の動作を説明するフローチャートである。まず、Ｓ３００、Ｓ３０２、Ｓ３０４は、前述した対応箇所の説明と重複するので、図１６の該当箇所の説明を援用する。次に、画像回転情報取得部８０は、キャリブレーションチャート１の画像回転情報を取得する（Ｓ３０５）。画像回転初期化部８５は、画像回転情報取得部８０で取得した画像回転情報に基づき、チャート撮影画像から画像回転の影響を除去する（Ｓ３８０）。なお、初期化されたチャート撮影画像には、被校正撮影装置１９のレンズ歪みの影響が含まれる為、キャリブレーションチャート１の画像と厳密には一致していない。
【０１２７】
続いて、マーク認識部８６は、Ｓ３８０で画像回転の影響を除去されたチャート撮影画像に対して、テンプレートを作用させて、画像回転の影響を除去されたチャート撮影画像に存在する前記マークを認識する（Ｓ３８２）。そして、マーク位置探索部８７は、Ｓ３８２で認識されたマークの、画像回転の影響を除去されたチャート撮影画像での対応位置を探索する（Ｓ３８４）。マーク位置回転処理部８８は、探索された対応マーク位置を、当初チャート撮影画像の画像回転情報に基づいて変換する（Ｓ３８６）。内部パラメータ演算部８９は、Ｓ３８６で変換された対応マーク位置と、キャリブレーションチャート１でのマーク配置位置とを比較して、被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを演算する（Ｓ３８８）。そして、画像データ修正部９０によって、得られた被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを用いて、チャート撮影画像の画像歪みを修正する（Ｓ３９０）。
【０１２８】
図２７は実施例４と実施例６におけるテンプレートとキャリブレーションチャートの画像回転状態を説明する図で、（Ａ）は２０°右上に傾けたキャリブレーションチャート１（ドットパターン）の表示画像例、（Ｂ）は初期化された０°でのドットパターンの表示画像例、（Ｃ）はテンプレートにより探索されたマーク位置を原画像回転状態の画像に戻した状態、（Ｄ）は実施例６におけるマーク認識の説明図である。実施例４では、画像回転初期化部８５が、図２７（Ａ）のような原画像回転状態の画像を初期化して、図２７（Ｂ）のように変換する。次に、マーク位置回転処理部８８が図２７（Ｂ）のような初期化された画像を原画像に復元して、図２７（Ｃ）のように変換する。
【０１２９】
次に、キャリブレーションチャート１の画像回転情報が既知の場合に適用させる、キャリブレーション装置の実施例５を説明する。図２８は、キャリブレーション装置の実施例５の構成ブロック図である。図において、実施例５のキャリブレーション装置は、画像データ取得部７１、取得画像データ記録部７２、キャリブレーションチャート・マーク配置データベース７６、画像回転情報取得部８０、画像領域分割部９１、マーク認識部９２、マーク位置探索部９３、内部パラメータ演算部９４、画像データ修正部９５を備えている。
【０１３０】
画像領域分割部９１は、チャート撮影画像をマークが少なくとも一個含まれる複数の領域に分割する。概括基準マークと詳細基準マークとが存在するキャリブレーションチャートに対しては、画像領域分割部９１の分割基準のマークを概括基準マークとすると、分割数が適切な値となる。マーク認識部９２は、画像領域分割部９１で分割された個別のチャート撮影画像領域に対してマークを抽出する為のテンプレートを作用させて、チャート撮影画像領域に存在するマークを認識するもので、例えば前述の抽出部４と精密マーク位置測定部６の機能を用いている。マーク位置探索部９３は、マーク認識部９２で認識されたマークの、チャート撮影画像での対応位置を探索するもので、例えば前述の概略マーク位置測定部５と精密マーク位置測定部６の機能を用いている。内部パラメータ演算部９４は、マーク位置探索部９３で選定されたマーク位置と、キャリブレーションチャート１でのマーク配置位置とを比較して、被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを演算するもので、例えば前述の演算処理部７の機能を用いている。画像データ修正部９５には、例えば前述の画像処理部８が対応している。
【０１３１】
図２９はキャリブレーション装置の実施例５の動作を説明するフローチャートである。まず、Ｓ３００、Ｓ３０２、Ｓ３０４は、前述した対応箇所の説明と重複するので、図１６の該当箇所の説明を援用する。次に、画像領域分割部９１によって、チャート撮影画像をマークが少なくとも一個含まれる複数の領域に分割する（Ｓ４００）。そして、マーク認識部９２は、Ｓ４００で分割された個別のチャート撮影画像領域に対して、テンプレートを作用させて、チャート撮影画像領域に存在するマークを認識する（Ｓ４０２）。マーク位置探索部９３は、認識されたマークの、チャート撮影画像での対応位置を探索する（Ｓ４０４）。内部パラメータ演算部９４は、探索されたマーク位置と、キャリブレーションチャート１でのマーク配置位置とを比較して、被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを演算する（Ｓ４０６）。そして、画像データ修正部９５によって、得られた被校正撮影装置１９のキャリブレーション用データを用いて、チャート撮影画像の画像歪みを修正する（Ｓ４０８）。
【０１３２】
図３０は、実施例５におけるテンプレートとキャリブレーションチャートの画像回転状態を説明する図である。画像領域分割部９１によって、キャリブレーションチャート１を、概括基準マーク毎に複数の領域に分割している。なお、マーク認識部９２として、指定エリア濃淡方式を用いることができる。指定エリア濃淡方式を用いる場合には、分割された個別のチャート撮影画像領域について概括基準マークに対応するテンプレートを作用させて、前出の式（１１）により平均濃淡値を算出する。そして、平均濃淡値の最も低い箇所を、マーク認識部９２はマークとして認識する。キャリブレーションチャート１を概括基準マーク毎に複数の領域に分割して概括基準マークを認識する場合には、キャリブレーションチャート１の全領域について概括基準マークの数だけマーク認識する場合に比較して、マーク認識された概括基準マークの管理が簡単になる。
【０１３３】
次に、テンプレートを設定することなく、キャリブレーションチャート１のマーク認識を行なう、キャリブレーション装置の実施例６を説明する。図３１は、キャリブレーション装置の実施例６の構成ブロック図である。図において、実施例６のキャリブレーション装置は、画像データ取得部７１、取得画像データ記録部７２、マーク位置探索部７４、内部パラメータ演算部７５、キャリブレーションチャート・マーク配置データベース７６、画像データ修正部７７、マーク基準寸法部９６、マーク認識部９７を備えている。
【０１３４】
マーク基準寸法部９６は、マークの基準寸法が設定されているもので、例えば次のようにして設定される。図１７に示すように、キャリブレーションチャート１と概括基準マークの大きさの比率をＫ、キャリブレーションチャート１全体のピクセルサイズをＰとすると、概括基準マークに対応する基準寸法Ｔは次式で与えられる。
Ｔ＝ＫｘＰ    （１２）
マーク基準寸法部９６に設定される概括基準マークに対応する基準寸法Ｔは、概ね第１のテンプレート１０８の大きさに一致している。
【０１３５】
マーク認識部９７は、マーク基準寸法部９６で設定された基準寸法をチャート撮影画像に対して作用させて、チャート撮影画像に存在するマークを認識する。マーク認識部９７が、前出の指定エリア濃淡方式を適用している場合には、マーク基準寸法部９６で設定された基準寸法Ｔの線分について、前出の式（１１）を適用して、画像データに対して平均濃淡値を算出すると共に、線分をチャート撮影画像全体に対してスキャンを行う。マーク認識部９７は、平均濃淡値が低い（暗い）線分が密集する箇所を、概括基準マークの数だけ探索し、各密集した領域の中心を概括基準マークとして認識する。
【０１３６】
図３２はキャリブレーション装置の実施例６の動作を説明するフローチャートである。まず、Ｓ３００、Ｓ３０２は、前述した対応箇所の説明と重複するので、図１６の該当箇所の説明を援用する。次に、マーク基準寸法部９６で設定されたマークを抽出する為のマーク基準寸法を用いて、マーク認識部９７によりチャート撮影画像に対して作用させて、チャート撮影画像に存在するマークを認識する（Ｓ４１０）。Ｓ４１２、Ｓ４１４、Ｓ４１６に関しては、図１９のＳ３２４、Ｓ３２６、Ｓ３２８と同様なので、説明を省略する。
【０１３７】
なお、上記の実施の形態においては、キャリブレーションチャートとして平面的な画像の場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、立体的なものでも良い。図３３は立体基準チャートの一例を示す構成斜視図である。図において、立体基準チャート２０は、ターゲット２０ａ〜２０ｈの位置が三次元的に正確に測定されているもので、ターゲットの数、高さ、並びに平面的な座標は三次元計測に適するように適宜に定められている。
【０１３８】
図３４はキャリブレーションチャート画像表示部６１によって表示される三次元キャリブレーション画像の一例を説明する図である。キャリブレーション画像は、例えば図４（Ａ）で説明した正面（Ｉ）、左上（ＩＩ）、右上（ＩＩＩ）、左下（ＩＶ）、右下（Ｖ）の５方向をキャリブレーション撮影方向として、図３３で示す立体基準チャート２０を撮影したものである。このような三次元キャリブレーション画像であっても、基準画像記憶部５２に記憶して、画像形成部５１により所定角度の回転処理して、キャリブレーションチャート画像表示部６１により表示できる。また、このような三次元キャリブレーション画像でも、本発明のキャリブレーション装置に表示させて良い。
【０１３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のキャリブレーションチャート画像表示装置によれば、所定のキャリブレーション撮影方向から撮影されたキャリブレーションチャートの画像を記憶する校正画像記憶部と、前記校正画像記憶部に記憶されたキャリブレーションチャート画像を、前記キャリブレーション撮影方向と所定の画像回転角度に応じて表示するキャリブレーションチャート画像表示部とを備えているので、被校正撮影装置側で調整することなくキャリブレーション撮影方向を変えたキャリブレーションチャート画像がキャリブレーションチャート画像表示部に表示される。また、キャリブレーションチャート画像を所定の画像回転角度の変換処理してキャリブレーションチャート画像表示部に表示されるので、キャリブレーションチャートのマークは、被校正撮影装置の撮影に際してレンズ全面に渡って満遍なく配置される。
【０１４０】
また本発明の請求項８に記載のキャリブレーション装置によれば、キャリブレーションチャート画像表示装置に表示されると共に、マークが配置されたキャリブレーションチャートを、被校正撮影装置で撮影した複数のチャート撮影画像を用いて、当該被校正撮影装置のキャリブレーション用データを求めるキャリブレーション装置であって、前記チャート撮影画像に対して前記マークを抽出する為のテンプレートを作用させて、前記チャート撮影画像に存在する前記マークを認識するマーク認識部と前記マーク認識部で認識されたマークの、前記チャート撮影画像での対応位置を探索するマーク位置探索部と、前記マーク位置探索部で選定されたマーク位置と、前記キャリブレーションチャートでのマーク配置位置とを比較して、前記被校正撮影装置のキャリブレーション用データを演算する内部パラメータ演算部を備えているので、キャリブレーションチャート表示装置に表示されたキャリブレーションチャートを用いて、カメラの画像歪曲を修正するのに必要とされる内部パラメータを容易に算出できる。
【０１４１】
また本発明の請求項１０乃至請求項１５に記載のキャリブレーション装置によれば、キャリブレーションチャート画像表示装置に表示される画像回転処理されたキャリブレーションチャートを、被校正撮影装置で撮影して取得したチャート撮影画像をキャリブレーション装置で処理する際に、画像回転処理された内容を反映させているので、被校正撮影装置の撮影に際してレンズ全面に渡って満遍なく配置されるキャリブレーションチャートのマークを用いて、カメラの画像歪曲を修正するのに必要とされる内部パラメータを容易に算出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を説明する全体構成ブロック図である。
【図２】キャリブレーションチャートの一例を示す平面図である。
【図３】第１マークの一例を示す説明図である。
【図４】レンズ収差を計測する場合のカメラ配置を説明する図で、（Ａ）はカメラ配置を示した立体図であり、（Ｂ）は一般的に標準レンズ及び望遠レンズを使用したときのカメラ間隔を示した図である。
【図５】標準レンズや広角レンズのカメラによるチャートの撮影手順の説明図で、（Ａ１）〜（Ａ４）はカメラの画像、（Ｂ１）〜（Ｂ４）はカメラ画像に対応するチャートとカメラの位置関係を示している。
【図６】キャリブレーションチャート画像表示部６１によって表示されるキャリブレーション画像の一例を説明する図である。
【図７】画像回転処理部で回転処理されたキャリブレーションチャートの一例を示す図である。
【図８】本発明のキャリブレーション装置の共通構造を説明する全体構成ブロック図である。
【図９】キャリブレーション装置を用いたキャリブレーション方法を説明するフローチャートである。
【図１０】Ｓ１０におけるキャリブレーションチャート画像表示装置を用いたキャリブレーション画像撮影を説明するフローチャートである。
【図１１】Ｓ６０における第２マーク精密位置計測を説明するフローチャートである。
【図１２】（Ａ）は中心投影における画像座標系と対象座標系の説明図、（Ｂ）はターゲット認識に用いられる正規化相関のテンプレ−ト画像と対象画像の説明図である。
【図１３】キャリブレーション要素の演算処理結果の一例を示す説明図である。
【図１４】焦点距離と内部パラメータ関数に用いられる係数の関係を説明する図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態を説明するキャリブレーション装置の構成ブロック図で、併せてキャリブレーション装置の実施例１と実施例３の構成ブロック図を示してある。
【図１６】図１５の装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１７】チャート撮影画像と、マーク認識部によりチャート撮影画像に対して作用させるテンプレートの説明図である。
【図１８】概括基準マークと詳細基準マークとが存在するキャリブレーションチャートに対して、図１５の装置を動作させる場合を説明するフローチャートである。
【図１９】キャリブレーション装置の実施例１の動作を説明するフローチャートである。
【図２０】テンプレート姿勢調整部によるテンプレートの姿勢を回転処理する状態の説明図である。
【図２１】チャート撮影画像に対してテンプレートを作用させる状態の説明図である。
【図２２】キャリブレーション装置の実施例２の構成ブロック図である。
【図２３】キャリブレーション装置の実施例２の動作を説明するフローチャートである。
【図２４】キャリブレーション装置の実施例３の動作を説明するフローチャートである。
【図２５】キャリブレーション装置の実施例４の構成ブロック図である。
【図２６】キャリブレーション装置の実施例４の動作を説明するフローチャートである。
【図２７】実施例４と実施例６におけるテンプレートとキャリブレーションチャートの画像回転状態を説明する図である。
【図２８】キャリブレーション装置の実施例５の構成ブロック図である。
【図２９】キャリブレーション装置の実施例５の動作を説明するフローチャートである。
【図３０】実施例５におけるテンプレートとキャリブレーションチャートの画像回転状態を説明する図である。
【図３１】キャリブレーション装置の実施例６の構成ブロック図である。
【図３２】キャリブレーション装置の実施例６の動作を説明するフローチャートである。
【図３３】立体基準チャートの一例を示す構成斜視図である。
【図３４】キャリブレーションチャート画像表示部によって表示される三次元キャリブレーション画像の一例を説明する図である。
【符号の説明】
１  キャリブレーションチャート
１９  （被校正）撮影装置
５０  キャリブレーションチャート画像表示装置
５１  画像形成部
５２  基準画像記憶部
５３  画像変換処理部
５４  画像回転処理部
５５  表示順序制御部
５６  撮影信号出力部
５７  校正画像切換え指示部
５８  焦点距離修正制御部
５９  校正画像記憶部
６１  キャリブレーションチャート画像表示部
７０  キャリブレーション装置
７３、８６、９２、９７  マーク認識部
７４、８７、９３  マーク位置探索部
７５、８９、９４  内部パラメータ演算部
８０  画像回転情報取得部
８１  テンプレート姿勢調整部
８２  テンプレート走査方向調整部
８３  テンプレート走査方向設定部
８４  画像回転適応処理部
８５  画像回転初期化部
８８  マーク位置回転処理部
９１  画像領域分割部
９６  マーク基準寸法部
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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