(57)【要約】      （修正有）【課題】撮影装置のキャリブレーションの際のターゲットとなるパターン画像の撮影作業を容易にできるようにする。【解決手段】キャリブレーション装置２では、ＬＥＤが発光部１２の底部に固定支持され、拡散板１６にパターン画像１７を形成したパターン部１１は、パターン画像１７側の面を外側にして支持体の開口を塞ぐように、支持体と一体に形成されている。ＬＥＤの明るさは多段階に調整することが可能である。撮影装置で撮影されたパターン画像１７から判断されるＬＥＤの明るさがあらかじめ設定された範囲内にないときは当該範囲内になるように当該明るさを調整した上で、再度撮影装置で撮影を行う制御を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を撮影する撮影装置のキャリブレーション用のパターン画像を備えたキャリブレーション装置において、
１又は複数の光源と、
前記光源を収容して支持する支持体と、
前記支持体の前記光源からの光の照射側で当該支持体と一体に形成された透光性の拡散板と、
を備え、
前記パターン画像は、前記拡散板の光の照射側に形成されている、
ことを特徴とするキャリブレーション装置。
【請求項２】
前記光源の明るさを調節可能としている、ことを特徴とする請求項１に記載のキャリブレーション装置。
【請求項３】
画像を撮影する撮影装置と、
請求項２に記載のキャリブレーション装置と、
前記撮影装置で撮影された前記パターン画像から判断される前記光源の明るさがあらかじめ設定された範囲内にないときは前記範囲内になるように当該明るさを調整した上で、再度前記撮影装置で撮影を行う制御を行う制御手段と、
を備えていることを特徴とするキャリブレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤカメラ等の撮影装置のキャリブレーションに使用するキャリブレーション装置及びキャリブレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物をカメラで撮影し、その画像から対象物の位置、姿勢、形状等を計測する技術が知られている。１台のカメラを用いてモデル形状が既知の物体の位置や姿勢を計測する場合や、複数のカメラを用いたステレオ計測、３次元計測を行う場合には、カメラの物理的な特性を表わす内部パラメータ（レンズの焦点距離、光軸中心、レンズ歪等）と、カメラの取り付け位置や姿勢、複数のカメラ間の対応を表す外部パラメータとをキャリブレーション（calibration：校正）により事前に取得しておく必要がある。
【０００３】
非特許文献１には、キャリブレーションの代表的な技術について開示されている。この手法は、実寸法の３次元座標値が既知である平面上のターゲットを使用し、ターゲットの位置や向きを任意に変えて、そのときの画像を撮影し、この画像から特徴点の２次元座標値を抽出し、これと、対応する既知である３次元座標値との組から、カメラの内部パラメータと外部パラメータとを最小二乗法で推定するものである。このとき、理論上はターゲットの姿勢が３パターンあればパラメータの推定は可能であるが、実用上は１０〜数十パターンの姿勢で画像を取得する必要がある。
特許文献１には、キャリブレーション用のパターンを透明基板の上面に形成し、この透明基板の下方に照明手段を配置したキャリブレーション装置について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０‐１０４０３３号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Zhengyou Zhang,“Flexible Camera Calibration by Viewing a Plane from Unknown Orientations”,International Conference on Computer Vision,1999,pp.666-673
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１の技術では、異なる姿勢のターゲットの画像をすべて鮮明にかつ確実に撮影する必要があるが、ターゲットを様々な向きに変えた場合でも画像が鮮明となるように照明方法に工夫が必要となる。すなわち、照明を容易に設置できない実験施設や屋外、周囲に構造物があるような環境下では、全ての方向から照明をあてることはできないため鮮明な画像を撮影できず、その結果キャリブレーションができなくなってしまう。
【０００７】
これに対して、特許文献１の技術では、キャリブレーション用のパターンを透明基板の上面に形成し、この透明基板の下方に照明手段を配置しているので、ターゲットとなるパターンは、照明を容易に設置できない実験施設や屋外、周囲に構造物があるような環境下にあったとしても、パターンをどのような方向に向けても、当該パターンが照明に良く照らされて鮮明な画像を撮影することができる。
【０００８】
しかしながら、かかる技術では、ターゲットとなるパターン画像の姿勢を変える度に照明の位置も最適となるように調節する必要があり、キャリブレーションの際のターゲットの撮影作業が煩雑であるという不具合がある。
本発明の目的は、撮影装置のキャリブレーションの際のターゲットとなるパターン画像の撮影作業を容易にできるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明の一実施態様は、画像を撮影する撮影装置のキャリブレーション用のパターン画像を備えたキャリブレーション装置において、１又は複数の光源と、前記光源を収容して支持する支持体と、前記支持体の前記光源からの光の照射側で当該支持体と一体に形成された透光性の拡散板と、を備え、前記パターン画像は、前記拡散板の光の照射側に形成されている、ことを特徴とするキャリブレーション装置である。
【００１０】
（２）この場合に、前記光源の明るさを調節可能としているようにしてもよい。
（３）また、本発明の別の実施態様は、画像を撮影する撮影装置と、（２）のキャリブレーション装置と、前記撮影装置で撮影された前記パターン画像から判断される前記光源の明るさがあらかじめ設定された範囲内にないときは前記範囲内になるように当該明るさを調整した上で、再度前記撮影装置で撮影を行う制御を行う制御手段と、を備えることを特徴とするキャリブレーションシステムである。
【発明の効果】
【００１１】
（１）の発明によれば、光源を支持する支持体と拡散板とが一体に形成され、キャリブレーションのターゲット用のパターン画像は拡散板の光の照射側に形成されているので、キャリブレーションの撮影の際にパターン画像を位置決めすれば光源の位置も決まり、パターン画像の撮影作業を容易にできる。
【００１２】
（２）の発明によれば、周囲の明るさに合わせてパターン画像の照明を調整することができる。
（３）の発明によれば、周囲の明るさに合わせた最適な明るさでパターン画像を撮影することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態であるキャリブレーションシステムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態であるキャリブレーションシステムにおけるキャリブレーション装置の斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態であるキャリブレーションシステムにおけるキャリブレーション装置の発光部の縦断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態であるキャリブレーションシステムの電気的な接続を示すブロック図である。
【図５】本発明の一実施の形態であるキャリブレーションシステムにおけるＣＰＵがプログラムに基づいて実行するキャリブレーション処理を説明する機能ブロック図である。
【図６】本発明の一実施の形態であるキャリブレーションシステムにおけるＣＰＵがプログラムに基づいて実行するキャリブレーション処理を説明するフローチャートである。
【図７】本発明の一実施の形態であるキャリブレーションシステムにおいてＬＥＤを消灯した状態でパターン画像の姿勢を様々に変更して撮影した画像の例を示す説明図である。
【図８】本発明の一実施の形態であるキャリブレーションシステムにおいてＬＥＤを点灯した状態でパターン画像の姿勢を様々に変更して撮影した画像の例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態であるキャリブレーションシステム１の全体構成を示すブロック図である。キャリブレーションシステム１は、キャリブレーション装置２と、ＣＣＤカメラ等で構成される撮影装置３と、キャリブレーション装置２及び撮影装置３と接続され、キャリブレーション装置２及び撮影装置３を制御する制御部４と、を備えている。
【００１５】
図２は、キャリブレーション装置２の斜視図である。キャリブレーション装置２は大別してパターン部１１と、発光部１２とからなる。図３は、発光部１２の縦断面図である。発光部１２は、上面が開口した箱体である支持体１３を備えている。支持体１３内の内底部には１又は複数個の光源が設けられている。この例では光源である複数個の発光ダイオード（ＬＥＤ）１４が発光部１２の内底部の一面に並べられて固定支持されている。これにより、ＬＥＤ１４を発光させると、その光は支持体１３の開口１５から外部に照射される。
【００１６】
パターン部１１は、透光性の拡散板１６と、この拡散板１６の一方の面に形成されたパターン画像１７とを備えている。パターン画像１７は撮影装置３のキャリブレーションを行う際に使用されるターゲットとなる画像であり、白と黒の矩形形状が交互に連続的に出現する画像である。パターン画像１７は拡散板１６の一方の面に印刷して形成することができる。また、パターン画像１７を形成した用紙等を拡散板１６の一方の面に貼り付けて形成することもできる。拡散板１６にパターン画像１７を形成したパターン部１１は、パターン画像１７側の面を外側にして支持体１３の開口１５を塞ぐように、支持体１３と一体に形成されている。
【００１７】
図４は、キャリブレーションシステム１の制御系の電気的な接続を示すブロック図である。この制御系は、各種演算を行い、各部を集中的に制御するＣＰＵ２１と、ＣＰＵ２１が実行する各種プログラムや固定データが格納されたＲＯＭ２２と、ＣＰＵ２１の作業エリアとなるＲＡＭ２３とがバス２４で接続されている。さらに、バス２４には、撮影装置３を駆動制御する駆動回路２５を介して撮影装置３が接続されている。また、ＬＥＤ１４を駆動制御する点灯回路２６を介してＬＥＤ１４が接続されている。さらに、バス２４には、所定のインターフェイスを介して磁気記憶装置２７が接続されている。
図５は、ＣＰＵ２１がプログラムに基づいて実行するキャリブレーション処理を説明する機能ブロック図である。図６は、ＣＰＵ２１がプログラムに基づいて実行するキャリブレーション処理を説明するフローチャートである。
【００１８】
撮影装置３のキャリブレーションを行うには、撮影装置３でパターン画像１７を撮影できるように、撮影装置３とキャリブレーション装置２を所定位置に配置する。まず、撮影装置３でパターン画像１７を撮影する(ステップＳ１)。この撮影した画像は、画像記録部３１に記録される。画像記録部３１は磁気記憶装置２７などに用意されている。そして、撮影後の画像データからＬＥＤ１４の輝度が予め定められた範囲内の明るさにあるか否かを判断する(ステップＳ２)。予め定められた範囲内の明るさにないときは(ステップＳ２のＮ)、ＬＥＤ１４の明るさを調整して(ステップＳ３)、ステップＳ１に戻りパターン画像１７を再度撮影する。すなわち、ＬＥＤ１４の明るさは、例えば、多段階に調整することができる。そして、ＬＥＤ１４の輝度が予め定められた範囲の上限値を上回っていれば、現在の明るさより１段階暗くしてステップＳ１に戻る。ＬＥＤ１４の輝度が予め定められた範囲の下限値を下回っていれば、現在の明るさより１段階明るくしてステップＳ１に戻る。このＬＥＤ１４の明るさの調整は照明制御部３２により行う。
【００１９】
ＬＥＤ１４の輝度が予め定められた範囲内の明るさにあるときは(ステップＳ２のＹ)、撮影した画像から特徴点の２次元座標値を抽出する(ステップＳ４)。ここで、特徴点とは、パターン画像１７中の白と黒の矩形形状が連続する画像中で各矩形形状の各交点のことである。この座標値の抽出は画像座標抽出部３３で行う。キャリブレーションのためには、パターン画像１７の向きを様々に変えて複数枚の画像を撮影する必要がある。そこで、その設定枚数の画像数の撮影が全てなされたか否かを判断し(ステップＳ５)、撮影がすべてなされていれば(ステップＳ５のＹ)、ステップＳ６に進む。まだ終了していない撮影があれば(ステップＳ５のＮ)、ステップＳ１に戻って撮影を行う。なお、この撮影の際には、パターン画像１７、すなわちキャリブレーション装置２の姿勢を変更して行う必要がある。
【００２０】
ステップＳ６では、パラメータを計算する。すなわち、パラメータ計算部３４はステップＳ４で抽出した画像の２次元座標値と、予め記憶部３５に記憶されている各特徴点の３次元座標値との組から、最小二乗法によりパラメータを計算する。なお、記憶部３５は磁気記憶装置２７などに用意されている。これらのパラメータのより詳細な計算について周知であるため、詳細な説明は省略する。
【００２１】
以上説明したキャリブレーションシステム１によれば、ＬＥＤ１４によりパターン画像１７が照明される。しかも、拡散板１６を用いているので、パターン画像１７は全体的に均等に照明される。よって、照明を容易に設置できない実験施設や屋外、周囲に構造物があるような環境下であっても、パターン画像１７を、その姿勢の如何に関わらずまんべんなく照明することができ、常にパターン画像１７の鮮明な画像を撮影してキャリブレーションを実行することができる。
【００２２】
図７は、ＬＥＤ１４を消灯した状態でパターン画像１７の姿勢を様々に変更して撮影した画像の例を示す説明図である。パターン画像１７の姿勢によっては撮影した画像が不鮮明になってしまうことがわかる。
図８は、ＬＥＤ１４を点灯した状態でパターン画像１７の姿勢を様々に変更して撮影した画像の例を示す説明図である。パターン画像１７の姿勢にかかわらず撮影した各画像はいずれも鮮明であることがわかる。
【００２３】
また、キャリブレーション装置２では、ＬＥＤ１４が発光部１２の内底部に固定支持され、拡散板１６にパターン画像１７を形成したパターン部１１は、パターン画像１７側の面を外側にして支持体１３の開口１５を塞ぐように、支持体１３と一体に形成されている。よって、パターン画像１７の姿勢を変更したときに、これに合わせてＬＥＤ１４の位置を調整することは必要なく、キャリブレーション装置２ごと移動することでパターン画像１７の姿勢を変更すれば、パターン画像１７とＬＥＤ１４との位置関係も維持される。そのため、パターン画像１７の撮影作業を容易にできる。
【００２４】
また、ＬＥＤ１４の明るさを調整できるので、周囲の明るさに合わせてパターン画像１７の照明を調整することができる。
さらに、撮影後の画像データからＬＥＤ１４の輝度が予め定められた範囲内の明るさにあるか否かを判断し(ステップＳ２)、予め定められた範囲内の明るさにないときは(ステップＳ２のＮ)、ＬＥＤ１４の明るさを調整して(ステップＳ３)、ステップＳ１に戻りパターン画像１７を再度撮影する制御を行うので、周囲の明るさに合わせた最適な明るさでパターン画像１７を撮影することができる。
【符号の説明】
【００２５】
１    キャリブレーションシステム
２    キャリブレーション装置
３    撮影装置
１１  パターン部
１２  発光部
１３  支持体
１４  ＬＥＤ
１５  開口
１６  拡散板
【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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