(57)【要約】【課題】平面度が高く高精度なパターンを有する校正用ボードと、この校正用ボードを備えることにより、光学機器を校正するための画像取得が容易で、高精度な校正が可能な校正用装置を提供する。【解決手段】光学機器の校正用装置１００を、ボード本体１１、このボード本体１１の一面に形成されたチェッカーパターン１２、及び、このチェッカーパターン１２の原点Ｐを挟んで点対称に形成された少なくとも２つ以上の基準部１３を有する校正用ボード１０と、照明装置２０と、校正用ボード１０に対して照明装置２０の反対側に配置する光学機器であるカメラ本体３０を保持し、校正用ボード１０に対してカメラ本体３０を相対移動させる雲台４０と、から構成する。【選択図】図１
2012002612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学機器の校正に用いる校正用ボードであって、
光を透過する平面平板のボード本体と、
前記ボード本体の一方の面に、格子状に分割して得られた複数の四角形の領域を縦横交互に色付けすることにより、有色部及び無色部が交互に形成されたチェッカーパターンと、
前記チェッカーパターンの格子の交点中で、当該チェッカーパターンの原点として定義される交点を挟むように形成された少なくとも２つ以上の基準部と、を有することを特徴とする校正用ボード。
【請求項２】
前記チェッカーパターンの前記有色部は前記光を遮断し、前記無色部は前記光を透過するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の校正用ボード。
【請求項３】
前記基準部は、前記原点として定義される交点を形成する前記有色部及び前記無色部の少なくとも一方に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の校正用ボード。
【請求項４】
前記基準部は、黒丸の点であることを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の校正用ボード。
【請求項５】
前記有色部は、クロムを塗布して形成したことを特徴とする請求項１〜４いずれか一項に記載の校正用ボード。
【請求項６】
前記請求項１〜５のいずれか一項に記載の校正用ボードと、
光源を有し、前記光源から放射された照明光を前記校正用ボードに照射する照明装置と、
前記校正用ボードの前記照明装置の反対側に、前記チェッカーパターンを撮像する光学機器を保持するとともに、当該光学機器を前記校正用ボードに対して相対移動させる雲台と、を有することを特徴とする校正用装置。
【請求項７】
前記光学機器で撮像された画像から、前記チェッカーパターンの前記基準部を検出し、さらに、当該基準部から前記チェッカーパターンの前記原点を検出することにより、当該原点に基づいて前記画像を処理する制御部を有することを特徴とする請求項６に記載の校正用装置。
【請求項８】
前記照明装置は、前記光源と前記校正用ボードとの間に前記照明光を拡散させる拡散部を有することを特徴とする請求項６または７に記載の校正用装置。
【請求項９】
前記照明装置を複数有し、前記校正用ボードに複数方向から照明光を照射するように構成されたことを特徴とする請求項６〜８いずれか一項に記載の校正用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、校正用ボード及びこの校正用ボードを備えた校正用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カメラレンズの歪補正、ステレオカメラの平行化といった光学機器のキャリブレーション（カメラ校正）を行う際には、図４に示すようなキャリブレーション（校正）用のチェッカーパターン（以下、単に「パターン」と呼ぶ）１を撮影し、得られた画像からパターン１の位置を広範囲かつ高精度に計測することが非常に重要となっている。また、一枚の画像の中には、可能な限り多くのパターン１の位置が含まれていることが望ましい。この実現のためには、計測に適した画像を得ることが可能な校正用装置が必要となる。従来は、広い画角をカバーするために大きな校正用ボードを作成し、校正用の画像取得を行っていた（例えば、特許文献１参照）。あるいは、液晶ディスプレイにパターン１を表示し、カメラを近づけて画像取得を行っていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１９３１８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の大きな校正用ボードは、ボードの平面度を保つことが非常に困難であった。また、校正用装置が巨大化する問題も発生していた。一方、ディスプレイにパターンを表示する場合、このディスプレイの表面にカメラ本体が写り込む不具合を生じていた。また、カメラの検出波長範囲が赤外領域のような場合、ディスプレイに表示されたパターンを撮影することはできないという不具合も生じる。また、液晶ディスプレイでは、表面にガラスが入っているため、撮影されるパターンは、この表面のガラスによる屈折の影響を受けたパターンになってしまう問題も発生する。したがって、小型であって、広画角をカバーし、カメラ校正用の画角取得が容易で、より高精度な校正が可能な校正用ボード及び校正用装置が求められている。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、広画角の光学系を有する光学機器（カメラ等）を校正するためのものであって、平面度が高く高精度なパターンを有する校正用ボードと、この校正用ボードを備えることにより、光学機器を校正するための画像取得が容易で、高精度な校正が可能な校正用装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明に係る校正用ボードは、光学機器の校正に用いるものであって、光を透過する平面平板のボード本体と、このボード本体の一方の面に、格子状に分割して得られた複数の四角形の領域を縦横交互に色付けすることにより、有色部及び無色部が交互に形成されたチェッカーパターンと、このチェッカーパターンの格子の交点中で、当該チェッカーパターンの原点として定義される交点を挟むように形成された少なくとも２つ以上の基準部と、を有することを特徴とする。
【０００７】
また、このような校正用ボードにおいて、チェッカーパターンの有色部は、前記光を遮断し、無色部は前記光を透過するように構成することが好ましい。
【０００８】
また、このような校正用ボードにおいて、基準部は、原点として定義される交点を形成する有色部及び無色部の少なくとも一方に形成されていることが好ましい。
【０００９】
また、このような校正用ボードにおいて、基準部は、黒丸の点とすることができる。
【００１０】
また、このような校正用ボードにおいて、有色部は、クロムを塗布して形成することが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る校正用装置は、上述の校正用ボードのいずれかと、光源を有し、この光源から放射された照明光を校正用ボードに照射する照明装置と、校正用ボードの照明装置の反対側に、チェッカーパターンを撮像する光学機器を保持するとともに、当該光学機器を校正用ボードに対して相対移動させる雲台と、を有することを特徴とする。
【００１２】
このような校正用装置は、光学機器で撮像された画像から、チェッカーパターンの基準部を検出し、さらに、当該基準部からチェッカーパターンの原点を検出することにより、当該原点に基づいて画像を処理する制御部を有することが好ましい。
【００１３】
また、このような校正用装置において、照明装置は、光源と校正用ボードとの間に照明光を拡散させる拡散部を有することが好ましい。
【００１４】
さらに、このような校正用装置は、上記照明装置を複数有し、校正用ボードに複数方向から照明光を照射するように構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明を以上のように構成すると、平面度が高く、高精度なチェッカーパターンを有する校正用ボードと、この校正用ボードを備え、裏面から照明光を照射することにより、広画角の光学系を有する光学機器を校正するための画像取得が容易で、高精度な校正が可能な校正用装置を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態に係る校正用ボードを備えた校正用装置の構成を示す概略図である。
【図２】本実施形態に係る校正用ボードの構成を示す概略図である。
【図３】校正方法を示すフローチャートである。
【図４】従来の校正用ボードのパターンを説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１を用いて、校正用ボードを備え、検出波長範囲が赤外光である光学機器であるカメラ本体３０を校正するための校正用装置１００の構成を説明する。図１に示すように、本実施形態に係る校正用装置１００は、校正用ボード１０と、照明装置２０と、、カメラ本体３０を支持する雲台４０と、載置台５０と、制御部６０と、記憶部７０と、を有して構成されている。なお、制御部６０は、図示しない測距装置に備えられ、カメラ本体３０からの画像データ（テスト画像）を基に被写体までの距離（空間座標）の測定等のための演算や画像の変換を行うものであるが、本実施形態では、雲台４０を作動させる後述の雲台移動手段４１の制御も行っている。この制御部６０は、例えば、測距装置に内蔵されたＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等の処理装置と、ハードディスク等の記憶部７０を備えるコンピュータにおいて、ＣＰＵで実行されるプログラムとして実装することができる。なお、記憶部７０には、制御部６０で画像変換時に用いるパラメータ情報や、後述の校正用ボード１０の各交点１４の実座標値などが記憶されている。
【００１８】
校正用ボード１０は、フォトマスク基板などで使用されるガラス基板からなるボード本体１１を有し、このボート本体１１の一方の面を格子状に分割して四角形の領域を作成し、各四角形を縦横交互に色付けして、図２に示すように、黒色部（有色部）１２ａと白色部（無色部）１２ｂとが交互に配列されたチェッカーパターン１２が形成されている。ここで黒色部１２ａには、例えば、赤外光の波長に対して低反射率のクロムが用いられる。本実施形態に係る校正用ボード１０は、フォトマスク用基板に用いるガラス基板製であるため、平面度が非常に高く、また、クロムで作成されるチェッカーパターン１２の精度も非常に高くすることができる。以後、チェッカーパターン（以下、単に「パターン」と呼ぶことがある）１２が描画されている面を校正用ボード１０の表面、描画されていない面を裏面と呼ぶ。また、以降の説明では、図１及び図２に示すように、校正用ボード１０を表面側から見たときの水平方向をＸ軸、鉛直方向をＹ軸とし、この校正用装置１００に取り付けられたカメラ本体３０の光軸方向、すなわち、校正用ボード１０の表面の法線方向をＺ軸として説明する。
【００１９】
従来のように、液晶ディスプレイにパターンを表示した場合には、パターンとカメラ本体との間に屈折率が空気と異なる物質、即ち、液晶ディスプレイのガラスが存在するために、パターン形状を高精度に計測できない不具合があったが、本実施形態の校正用ボード１０であれば、表面にあるチェッカーパターン１２を直接計測する（撮像する）ことになるので、このような不具合が生じることがない。また、校正用ボード１０は、載置台５０に略垂直に取り付けられて固定されており、ブレやがたつき、あるいは傾きなどがないよう、安定性が保持されている。
【００２０】
また、チェッカーパターン１２の黒色部１２ａにおいては、クロムで描画したことで低反射率であるため、校正用ボード１０とカメラ本体３０との位置関係が近い場所でも、カメラ本体３０自身が黒色部１２ａに写り込むのを低減することができる。カメラ本体３０の写り込みとは、即ち、校正用ボード１０の裏面から白色部１２ｂを通過した照明光が、カメラ本体３０の表面に照射されて反射し、さらに校正用ボード１０の表面（黒色部１２ａ）でこの反射光が反射することによって発生することを意味する。
【００２１】
校正用ボード１０には、更に、チェッカーパターン１２の交点（クロス点）１４のうちで、ボード本体１１の中心となる交点Ｐ付近に、チェッカーパターン１２の計測の邪魔にならないように描かれた２つの黒丸の点から構成される基準部１３が設けられている。この基準部１３は、中心Ｐの位置を検出するために用いられる。本実施形態では、図２に示すように、中心Ｐを挟んで点対称に配置された２カ所の白色部１２ｂの中心に、小さな黒丸の点を描いて基準部１３としている。このように、２つの黒丸の点からなる基準部１３で挟まれるチェッカーパターン１２のクロス位置を検出することにより、チェッカーパターン１２の中心Ｐ、即ち、原点を迅速かつ正確に検出することができる。なお、基準部１３は、本実施形態のものに限定されることはなく、中心Ｐを挟んで配置された２カ所の黒色部１２ａに白丸を描画して基準部１３としてもよいし、黒丸に限らず、チェッカーパターン１２の計測の邪魔にならない形状であれば、×印や四角などであってもよい。また、チェッカーパターン１２の各々の交点（クロス点）１４については、中心Ｐを原点として、座標情報（Ｘ，Ｙ）が、記憶部７０に記憶されている。
【００２２】
照明装置２０は、赤外光を放射する光源２１と、光源２１から放射された赤外光を集光する集光レンズ２２と、集光レンズ２２を射出した赤外光を拡散させる拡散部２３とを有して構成されている。この照明装置２０は、校正用ボード１０の裏面側に設置され、例えば光源２１に印加される電圧を制御することによりその照明強度（明るさ）を調整可能に構成されている。なお、図１では、照明装置２０は１セットしか記載されていないが、実際は複数セットを設置し、校正用ボード１０に対する照明強度の分布ができるだけ均一になるように照明位置を調整する。そして、カメラ本体３０で取得したテスト画像の輝度値が飽和しているか、または、コントラストが低い場合には、照明強度の調整を行い、適切な照明ができるようにする。また、拡散部２３は、光源２１と校正用ボード１０の裏面との間に配置され、照明光である赤外光を拡散することにより、校正用ボード１０に照射される照明光（赤外光）の強度を均一にするためのものであり、例えば、模造紙などの赤外光を遮断しない材質のものを設置するのが望ましい。
【００２３】
このように、校正用ボード１０の裏面側から照明を行うことにより、カメラ本体３０と校正用ボード１０との位置が近くても、良好なテスト画像の取得が可能な照明を行うことができる。また、従来のように校正用ボード１０の表側から照明した場合は、カメラ本体が邪魔となって、撮影したい領域に良好な照明を行うことが困難であったが、本実施形態のように裏面側から照明することで、このような問題を解消することができる。なお、照明装置２０は、上述のような構成に限定されることはなく、従来公知の何れのものを使用してもよい。
【００２４】
カメラ本体３０は、結像光学系３１と、ＣＣＤやＣＭＯＳなどからなる撮像素子３２と、を有して構成され、三脚３３によって雲台４０に設置されている。なお、撮像素子３２により撮像されたテスト画像は、制御部６０に送られ、このテスト画像を基に以降で説明する校正処理が行われる。
【００２５】
また、カメラ本体３０を設置する雲台４０は、カメラ本体３０と校正用ボード１０との位置を高精度に制御された位置関係に配置して撮影できるように、上述の校正用ボード１０の載置台５０上に設置されている。また、雲台４０は、雲台移動手段４１を有し、制御部６０の制御によって、雲台４０の位置をＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動することによりカメラ本体３０による撮影位置を変えたり、設置位置の微調整を行うことができる。このような構成により、校正精度を出し易い位置関係でのテスト画像の取得を行うことができる利点がある。更に、常時同じ位置関係で撮像できるため、再現性に優れ、カメラ本体３０の量産時の校正性能も安定させることができる。なお、本実施形態では、雲台移動手段４１による雲台４０の移動は、制御部６０により自動で行うよう構成しているが、手動で行うよう構成してもよい。また、カメラ本体３０を、雲台４０から取り外して、他のカメラ本体３０と交換し、当該交換後のカメラ本体３０の校正を行うことができる。なお、この校正用装置１００においては、カメラ本体３０と校正用ボード１０との相対位置関係を変化させることが必要であるため、上述のように雲台４０によりカメラ本体３０を移動させるだけでなく、校正用ボード１０をカメラ本体３０に対して移動させるように構成することも可能である。
【００２６】
以上のような構成の校正装置１００を用いて、例えば、このカメラ本体３０で撮像された画像から制御部６０で被写体の相対座標を取得する（測距する）ためのパラメータ情報の校正を行う場合について説明する。まず、雲台移動手段４１により、雲台４０を移動させ、カメラ本体３０の位置と校正用ボード１０の位置とを所定の位置関係に調整する。次に、校正用ボード１０の裏面に配置した照明装置２０の光源２１から、照明光として赤外光を放射させる。この照明光は、集光レンズ２２により集光され、拡散部２３によって、拡散されて校正用ボード１０に照射される。これにより、チェッカーパターン１２の像がカメラ本体３０の結像光学系３１によって撮像素子３２に結像され、撮像素子３２からテスト画像が出力される。前述したように、チェッカーパターン１２は、平面度が非常に高く、クロムを用いることにより、チェッカーパターン１２の精度も非常に高いため、撮像素子３２では、容易かつ高精度なテスト画像を取得することができる。しかしながら、カメラ本体３０によっては、結像光学系３１等の収差により取得されたテスト画像に歪みなどが生じることがある。このような歪みを考慮し高精度な測距を行うために、パラメータ情報の校正が行われる。
【００２７】
この撮像素子３２で取得したテスト画像を用いて、制御部６０により行われる校正方法について、図３のフローチャートを用いて説明する。まず、制御部６０は、撮像素子３２からのテスト画像を取得すると（ステップＳ１００）、当該テスト画像から校正用ボード１０の基準部１３である２つの黒丸の点を検出する（ステップＳ１１０）。そして、この基準部１３を検出したら、画像処理により校正用ボード１０の原点を検出する（ステップＳ１２０）。例えば、２つの基準部１３を結ぶ線を対角線とする仮想の四角の領域を作り、この四角の領域内に含まれるチェッカーパターン１２の交点１４が、校正用ボード１０の中心Ｐ、即ち、原点となる。このように、２つの黒丸の点からなる基準部１３を有することにより、校正用ボード１０の原点を迅速に検出することができる。
【００２８】
次に、制御部６０は、テスト画像中の原点Ｐを中心として、テスト画像を所定の範囲で四角形などにトリミングし、そのトリミング部分のチェッカーパターンの交点の撮像素子３２上の座標値（ｘ，ｙ）を検出し、この座標値と上述のパラメータ情報とからこの交点の空間座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を算出する（ステップＳ１３０）。勿論、テスト画像をトリミングすることなく、テスト画像中の全ての交点についての空間座標値を算出して校正用のデータとしてもよい。そして、記憶部７０に予め記憶された校正用ボード１０の各交点１４の実座標値と、これらに対応するテスト画像の各交点の座標値とを比較する（ステップＳ１４０）。なお、制御部６０は、各交点のＺ方向の実座標値、即ち、カメラ本体３０と校正用ボード１０との距離は、雲台４０の位置座標を基に算出することができる。比較の結果、座標値に誤差があるか否か判断し（ステップＳ１５０）、歪みなどによる誤差があった場合は、パラメータテーブルのパラメータ情報を補正（校正）する（ステップＳ１６０）。または、記憶部７０に予め計測データの変換式をパラメータテーブルに記憶しておき、この変換式の変数を補正するよう構成してもよい。一台のカメラ本体３０の校正が終了したら、カメラ本体３０を交換し、交換毎に上述の一連の作業を行うことにより、校正作業を迅速に行うことができる。
【００２９】
以上、本実施形態に係る校正用ボード１０を有する校正用装置１００では、平面度が高く、高精度なチェッカーパターン１２を有する校正用ボード１０を使用し、この校正用ボード１０の裏面から照明光を照射するため、カメラ本体３０の写り込みや撮像の輝度値のムラを抑制し、テスト画像の取得が容易で、高精度なカメラの校正が可能となる。その結果、校正作業の効率の向上や高精度なカメラの量産化を図ることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１０  校正用ボード    １１  ボード本体    １２  チェッカーパターン
１２ａ  黒色部（有色部）    １２ｂ  白色部（無色部）    １３  基準部
１４  交点    ２０  照明装置    ２１  光源    ２３  拡散部
３０  カメラ本体（光学機器）    ４０  雲台    ６０  制御部
１００  校正用装置
【図１】
2012002612.tif 000003
【図２】
2012002612.tif 000004
【図３】
2012002612.tif 000005
【図４】
2012002612.tif 000006