(57)【要約】【課題】デジタルカメラの光軸方向の調整を簡便に精度良く行うことを可能とする。【解決手段】カメラ方向調整装置は、光軸方向の調整対象のカメラが逐次撮像した撮像画像を取得する画像取得手段と、光軸方向の目標とする目標方向に対して正対する位置に配置された表示画面及び調整の基準とする基準マークとを有する表示手段と、取得された撮像画像を表示画面に表示出力させる制御手段とを備える。【選択図】図１
2013009202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸方向の調整対象のカメラが逐次撮像した撮像画像を取得する画像取得手段と、
前記光軸方向の目標とする目標方向に対して正対する位置に配置された表示画面及び調整の基準とする基準マークとを有する表示手段と、
前記取得された撮像画像を前記表示画面に表示出力させる制御手段と、
を備えるカメラ方向調整装置。
【請求項２】
前記基準マークは、前記表示画面に表示出力される前記撮像画像の外側に配置される、
請求項１に記載のカメラ方向調整装置。
【請求項３】
前記基準マークは、前記表示画面において前記撮像画像を囲む矩形画像である、
請求項１又は２に記載のカメラ方向調整装置。
【請求項４】
前記撮像画像に含まれる、前記基準マークと、前記撮像画像を表示した表示画面を前記カメラで撮像することにより再帰された基準マークとを検出する検出手段と、
前記基準マークと、前記再帰された基準マークの位置をもとに、前記カメラの位置と姿勢を示すパラメータを算出する算出手段と、
前記算出されたパラメータが所定の値を示すことを報知する報知手段とを更に備える、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のカメラ方向調整装置。
【請求項５】
調整対象のカメラの光軸方向の目標とする目標方向に対して正対する位置に配置された表示画面及び調整の基準とする基準マークとを有する表示手段を有するカメラ方向調整装置のカメラ方向調整方法であって、
前記カメラが逐次撮像した撮像画像を取得するステップと、
前記取得された撮像画像を前記表示画面に表示出力させるステップと、
を含むカメラ方向調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、カメラ方向調整装置及びカメラ方向調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、テレビジョン受信装置や工業用ロボット等の種々の電子機器に設置されたデジタルカメラについては、デジタルカメラが撮像する方向である光軸方向（カメラ方向）の調整を行う場合、デジタルカメラで基準マークを撮像した画像をモニタで確認し、基準マークが所定位置になるようにデジタルカメラの向きを調整している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３３４９９８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、上述した従来技術においては、カメラ方向を精度良く調整しようとする場合、基準マークをデジタルカメラから遠くに置く必要があり、簡便に調整することが困難であった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、デジタルカメラの光軸方向の調整を簡便に精度良く行うことが可能なカメラ方向調整装置及びカメラ方向調整方法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】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、実施形態のカメラ方向調整装置は、光軸方向の調整対象のカメラが逐次撮像した撮像画像を取得する画像取得手段と、前記光軸方向の目標とする目標方向に対して正対する位置に配置された表示画面及び調整の基準とする基準マークとを有する表示手段と、前記取得された撮像画像を前記表示画面に表示出力させる制御手段とを備える。
【０００７】
また、実施形態のカメラ方向調整方法は、調整対象のカメラの光軸方向の目標とする目標方向に対して正対する位置に配置された表示画面及び調整の基準とする基準マークとを有する表示手段を有するカメラ方向調整装置のカメラ方向調整方法であって、前記カメラが逐次撮像した撮像画像を取得するステップと、前記取得された撮像画像を前記表示画面に表示出力させるステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態にかかるカメラ方向調整装置の概略構成の一例を示す外観図である。
【図２】図２は、テレビジョン装置の一例を示す外観斜視図である。
【図３】図３は、実施形態にかかるカメラ方向調整装置のハードウエア構成を例示するブロック図である。
【図４】図４は、表示装置の正面外観を例示する外観図である。
【図５】図５は、デジタルカメラの撮像で生じるループによるカメラビューの表示の一例を示す概念図である。
【図６】図６は、目標方向に対する光軸方向と、カメラビューとの関係を例示する概念図である。
【図７】図７は、基準座標系を例示する概念図である。
【図８】図８は、射影変換を例示する概念図である。
【図９】図９は、キャリブレーションの一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して実施形態のカメラ方向調整装置及びカメラ方向調整方法を詳細に説明する。図１は、実施形態にかかるカメラ方向調整装置１の概略構成の一例を示す外観図である。
【００１０】
図１に示すように、カメラ方向調整装置１は、ＬＣＤ（Liquid  Crystal  Display）等の表示画面１０１を有する表示装置１０と、表示装置１０の制御を行うコントロールボックス１１とを備える。コントロールボックス１１は、テレビジョン装置２と通信ケーブル１２を介して接続され、表示装置１０とは通信ケーブル１３を介して接続される。表示画面１０１の表示面は、テレビジョン装置２に設けられたデジタルカメラ２２（図２参照）の光軸方向Ｄ２の目標とする目標方向Ｄ１に対して正対する位置に予め配置される。具体的には、表示画面１０１の表示面の中心Ｄと、目標方向Ｄ１とが直交する位置に配置される。
【００１１】
図２は、テレビジョン装置２の一例を示す外観斜視図である。図２に示すように、テレビジョン装置２は、筐体２０と、支持部２１と、デジタルカメラ２２と、表示部２３とを備えている。筐体２０は、正面にデジタルカメラ２２、表示部２３を備え、支持部２１に支持されている。デジタルカメラ２２は、表示部２３の上部に設けられ、ＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサなどにより図１に例示した光軸方向Ｄ２を撮像する。デジタルカメラ２２が撮像した画像は、筐体２０の下部（図示しない）に設けられた通信コネクタと接続する通信ケーブル１２を介してコントロールボックス１１へ出力される。表示部２３は、チューナや映像入力部（いずれも図示しない）から入力された映像信号を表示するＬＣＤなどである。なお、実施形態ではテレビジョン装置２に設けられたデジタルカメラ２２の光軸方向Ｄ２を調整する場合を例示するが、調整を行うデジタルカメラ２２は、撮像した画像をコントロールボックス１１へ出力する構成を備えるものであれば、いずれの電子機器に設けられたものであってよい。例えば、デジタルカメラ２２は組み立てロボット等の電子機器に設けられたものであってもよい。
【００１２】
図３は、実施形態にかかるカメラ方向調整装置１のハードウエア構成を例示するブロック図である。図３に示すように、カメラ方向調整装置１は、ＣＰＵ１１１と、ＲＡＭ１１２と、ＲＯＭ１１３と、ＨＤＤ１１４と、通信コントローラ１１５と、表示コントローラ１１７と、通信部１１６と、操作入力コントローラ１１８と、操作入力部１１９とを備えている。
【００１３】
ＣＰＵ１１１は、ＲＯＭ１１３やＨＤＤ１１４等に予めインストールされ記憶された各種プログラムを実行し、カメラ方向調整装置１を構成する各部の動作を制御する。ＲＡＭ１１２は、書き換え可能な揮発性の記憶デバイスであって、ＣＰＵ１１１の作業領域等として機能し、また、各種の処理時において、スタックやバッファ等として機能する。ＲＯＭ１１３は、書き換え不能な不揮発性の記憶デバイスであって、カメラ方向調整装置１の制御にかかるプログラムや各種設定情報等を記憶する。ＨＤＤ１１４は、書き換え可能な不揮発性の記憶デバイスであって、カメラ方向調整装置１の制御にかかるプログラムや各種データ等を記憶する。なお、カメラ方向調整装置１は、書き換え可能な不揮発性の記憶デバイス（記憶部）として、例えば、ＳＳＤ（solid  state  drive）や、半導体メモリ（例えばフラッシュメモリ）等の、記憶デバイスを備えることができる。
【００１４】
通信コントローラ１１５は、ＣＰＵ１１１の制御のもと、通信部１１６におけるデータ通信を制御する。通信部１１６は、通信ケーブル１２を介して接続するテレビジョン装置２などの外部機器と所定の通信プロトコルに従ったデータ通信を行う。具体的には、通信部１１６は、通信コントローラ１１５の制御のもと、テレビジョン装置２のデジタルカメラ２２が逐次撮像した画像を取得する。表示コントローラ１１７は、ＣＰＵ１１１の制御のもとで表示データを生成し、生成した表示データを表示装置１０へ出力することで、通信ケーブル１３を介して接続する表示装置１０の表示画面１０１への表示出力を制御する。具体的には、表示コントローラ１１７は、通信部１１６により取得されたテレビジョン装置２のデジタルカメラ２２で撮像した画像を表示画面１０１へ表示出力させる。操作入力コントローラ１１８は、キーボードや、タッチパネル、クリックボタン、押しボタン、スイッチ等として構成される操作入力部１１９からオペレータの操作に応じて受け取った信号をＣＰＵ１１１へ出力する。例えば、ＣＰＵ１１１では、オペレータの操作により操作入力コントローラ１１８より出力される信号に応じて、通信部１１６により取得されたテレビジョン装置２のデジタルカメラ２２で撮像した画像を表示画面１０１へ表示出力させる処理を開始する。
【００１５】
図４は、表示装置１０の正面外観を例示する外観図である。デジタルカメラ２２と表示装置１０とを互いに向かいあわせにして、テレビジョン装置２のデジタルカメラ２２の光軸方向Ｄ２を目標方向Ｄ１に調整する際には、図４に示すように、ＣＰＵ１１１の制御のもと、調整の基準とする基準マーク画像１０２と、デジタルカメラ２２が逐次撮像した画像であるカメラビュー１０３とを、表示画面１０１に表示する。基準マーク画像１０２は、カメラビュー１０３の外側の所定の位置において表示される所定形状のものであればいずれであってもよく、例えば表示画面１０１の外枠や、表示装置１０のフレームなどであってもよい。図示例では、基準マーク画像１０２は、カメラビュー１０３の外側の表示画面１０１上に、４つの内角が全て９０度の矩形（以後、基本矩形とよぶ）を表示したものである。表示画面１０１に表示された基本矩形の４つの頂点の位置は既知であるものとする。基準マーク画像１０２は、後述する画像処理を容易とするように、所定の色で色付けを行ってもよい。また、基準マーク画像１０２は、コントラストが明確とするように、背景色を変更してもよい。カメラビュー１０３は、表示画面１０１における中心Ｄを基準（カメラビュー１０３の中心）として表示画面１０１に表示される。デジタルカメラ２２の光軸方向Ｄ２を目標方向Ｄ１に調整する際の表示装置１０とデジタルカメラ２２との距離は、デジタルカメラ２２のカメラ視野２２１が基準マーク画像１０２と、カメラビュー１０３とを含むように調整しておくものとする。
【００１６】
図４に例示したように、デジタルカメラ２２と表示装置１０とが互いに向きあってデジタルカメラ２２で逐次撮像した画像をカメラビュー１０３に表示した場合、デジタルカメラ２２で表示装置１０を撮像→撮像した画像をカメラビュー１０３に表示→デジタルカメラ２２で表示装置１０を撮像→…というループ（再帰）が発生する。図５は、デジタルカメラ２２の撮像で生じるループによるカメラビュー１０３の表示の一例を示す概念図である。図５に示すように、カメラビュー１０３には、基準マーク画像１０２が内側に向かってループした画像、再帰された基準マーク画像が表示される。ここで、デジタルカメラ２２の光軸方向Ｄ２が目標方向Ｄ１に一致していない間は、カメラビュー１０３に表示されるループした画像は、基準マーク画像１０２に対して歪んだ形状となる。この歪みは、光軸方向Ｄ２と目標方向Ｄ１とが一致していないことによる誤差がループにより増幅されることから、外側から内側に向かうに従って大きくなる。
【００１７】
また、光軸方向Ｄ２に対する目標方向Ｄ１との間で、位置ずれ、回転ずれのいずれが生じているかで、異なるループ画像がカメラビュー１０３に表示されることとなる。図６は、目標方向Ｄ１に対する光軸方向Ｄ２と、カメラビュー１０３との関係を例示する概念図である。図６に示すように、デジタルカメラ２２の撮像面と表示画面１０１の表示面とが平行であり、かつ、両面の水平・垂直方向も一致して、表示画面１０１の中心Ｄとデジタルカメラ２２の中心から表示画面１０１に下ろした垂線の足が一致する場合、すなわち目標方向Ｄ１と光軸方向Ｄ２とが一致する理想的な場合は、カメラビュー１０３を中心に、基準マーク画像１０２と相似な画像が内側に向かってループして表示される。また、デジタルカメラ２２の撮像面と表示画面１０１の表示面とが平行であり、かつ、両面の水平・垂直方向も一致していたとしても、表示画面１０１の中心Ｄに対してデジタルカメラ２２の中心から表示画面１０１に下ろした垂線の足がずれた位置ずれがある場合は、ずれ位置を中心に、基準マーク画像１０２と相似な画像が内側に向かってループして表示される。また、目標方向Ｄ１周りにデジタルカメラ２２が回転した回転ずれがある場合は、カメラビュー１０３を中心に、基準マーク画像１０２と相似な画像が内側に向かって徐々に回転するようにループして表示される。
【００１８】
したがって、オペレータは、カメラビュー１０３に表示される、外側から内側に向かうループした画像が、図６に例示した理想的な場合となるように調整することで、光軸方向Ｄ２を容易に目標方向Ｄ１に調整できる。また、ループにより歪みが増大することから、デジタルカメラ２２と、表示装置１０との距離を離すことなく、精度の調整を行うことが可能となる。
【００１９】
次に、基本矩形のループ画像からデジタルカメラ２２の位置・姿勢（カメラパラメータ）を算出して、光軸方向Ｄ２を光軸方向Ｄ２に調整する場合について説明する。なお、カメラパラメータの算出については、以後、キャリブレーションと呼ぶものとする。また、デジタルカメラ２２の光学レンズ（図示しない）の焦点距離等の内部パラメータは既知であり、キャリブレーションで求めるカメラパラメータは、外部パラメータ、すなわち基準座標系に対するデジタルカメラ２２の３次元位置と、３本の単位ベクトルで定義される姿勢であるとする。
【００２０】
カメラ方向調整装置１では、ＣＰＵ１１１が撮像した画像の画像処理を行って、撮像した画像に含まれる基準マーク画像１０２や、その基準マーク画像１０２が再帰された画像を検出し、パラメータの算出を行う。具体的には、図４に例示したカメラ視野２２１相当の撮像画像に対して画像処理を行うことで、複数の基本矩形相当の画像（四角画像）を抽出する。抽出される四角画像は、外側から内側に進むに従ってサイズが小さくなり、画像処理による抽出が困難となるので、所定のサイズ以上の大きさの四角画像を例えばＫ個取り出す。なお、四角画像は、撮像画像からエッジを検出後、直線当てはめを各辺について行うなどして抽出する。
【００２１】
なお、Ｋ個の四角画像の抽出方法は任意であるが、以下のような手順で処理を行うと効率的である。まず、表示画面１０１にカメラビュー１０３を表示しない状態でデジタルカメラ２２の撮像画像を取得する。この時点で撮像画像上に存在する四角画像は、基準マーク画像１０２の基本矩形のみであり、その抽出は容易である。後で詳細に説明するが、表示画面１０１から撮像面への変換は、射影変換で表され、４つの頂点の対応関係（４頂点の表示画面１０１上の位置とその画像への投影）から一意に決まる。そこで、基準マーク画像１０２の基本矩形を抽出した四角画像を用いてこの射影変換を求めておく。次に、表示画面１０１にカメラビュー１０３を表示した状態でデジタルカメラ２２の撮像画像を取得し、前述のループ画像を観測する。一番外側の四角画像は既に抽出されているので、二番目以降の四角画像が抽出対象となる。隣り合う２つの四角画像間の変換はいずれも同一であり、表示画面１０１から撮像面への射影変換と、撮像面から表示画面１０１へのスケール（拡大）変換から構成されるが、射影変換は既に求めているため、スケール変換のみを考慮して四角画像を抽出すればよい。
【００２２】
ＣＰＵ１１１は、表示画面１０１に表示した基本矩形と、基本矩形の画像上の当映像（画像処理により抽出したＫ個の四角画像）からカメラパラメータを算出する。図７は、基準座標系を例示する概念図である。カメラパラメータにかかる基準座標系の設定方法は任意であるが、実施形態では基準座標系の原点を表示画面１０１の左端とし、表示画面１０１の表示面をＸＹ平面、表示画面１０１の垂直方向をＺ軸とする。また、デジタルカメラ２２の位置（Ｖ１）をｔ＝（ｔｘ、ｔｙ、ｔｚ）Ｔ（Ｔは転置記号）、デジタルカメラ２２の姿勢（撮像面（Ｖ２）の姿勢）を正規直交基底ｉ、ｊ、ｋで表す。さらに、これらの３本のベクトルからなる行列Ｍ＝（ｉＴ，ｊＴ，ｋＴ）Ｔを定義する。Ｍはデジタルカメラ２２の姿勢を表すことから姿勢行列と呼ぶ。デジタルカメラ２２の位置ｔと姿勢行列Ｍが求めるカメラパラメータである。３次元空間中の点Ｘ＝（Ｘ，Ｙ，Ｚ）Ｔの画像への投影点ｘ＝（ｘ，ｙ）Ｔは次の式（１）により与えられる。
【００２３】
【数１】
2013009202.tif 000003
【００２４】
表示画面１０１の平面はＸＹ平面と一致するのでＺ＝０である。つまり表示画面１０１上の点（Ｘ，Ｙ，０）Ｔの投影点（ｘ，ｙ）Ｔは次の式（２）で与えられる。
【００２５】
【数２】
2013009202.tif 000004
【００２６】
以下では、表現の簡略化のため同次座標表現を用いる。すなわち表示画面１０１上の点（Ｘ，Ｙ）、画像上の点（ｘ，ｙ）を各々Ｘ＝（Ｘ，Ｙ，１）Ｔ、ｘ＝（ｘ，ｙ，１）Ｔによって表す。これを用いると前述した式は、次の式（３）で表現できる。
【００２７】
【数３】
2013009202.tif 000005
【００２８】
ここで、
【数４】
2013009202.tif 000006
ただし、
【数５】
2013009202.tif 000007
【数６】
2013009202.tif 000008
である。
【００２９】
表示画面１０１上の点Ｘ（Ｘ，Ｙ，１）Ｔは、式（３）が示す２次元射影変換を受け、画像の点ｘ＝（ｘ，ｙ，１）Ｔに投影される。
【００３０】
図８は、射影変換を例示する概念図である。図８に示すように、カメラビュー１０３の一番外側の四角画像上の点をｘ（１）とし、以下、２番目、３番目の四角画像上の点をｘ（２）、ｘ（３）のように、外側からｋ番目の四角画像をｘ（ｋ）と表す。同様に、表示画面１０１上の四角画像も外側からＸ（１）、Ｘ（２）、Ｘ（３）と表現する。Ｘ（１）は表示画面１０１上のカメラビュー１０３の外側に表示した基本矩形であり、Ｘ（２）、Ｘ（３）、…は表示画面１０１上のカメラビュー１０３内に表示された四角画像である。表示画面１０１上で外側からｋ番目の四角画像Ｘ（Ｋ）の画像への投影がｘ（ｋ）なので、式（３）より、
【００３１】
【数７】
2013009202.tif 000009
【００３２】
である（式（４））。また、表示画面１０１上で２番目外側の四角画像Ｘ（２）は、カメラビュー１０３で一番外側の四角画像ｘ（１）を表示画面１０１上で拡大表示したものである。一般化すると、表示画面１０１上でｋ番目外側の四角画像Ｘ（ｋ）は、カメラビュー１０３上で（ｋ−１）番目に外側の四角画像ｘ（ｋ−１）を拡大したものなので、
【００３３】
【数８】
2013009202.tif 000010
となる（式（５））。ただし、Ｓは拡大を表す行列であり、係数ｓを用いて次の式（６）で表現される。
【００３４】
【数９】
2013009202.tif 000011
【００３５】
式（４）、式（５）から次の式（７）を得る。
【００３６】
【数１０】
2013009202.tif 000012
【００３７】
ここで、
【数１１】
2013009202.tif 000013
【００３８】
である。Ｐ’もＰと同様に２次元の射影変換を表す。この関係式と、前述の画像処理によって抽出したＫ個の四角画像ｘ（ｋ）（ｋ＝１，２，…Ｋ）からデジタルカメラ２２の姿勢行列Ｍを求める。
【００３９】
ｋ番目の四角画像の４つの頂点をｘ（ｋ）１、ｘ（ｋ）２、ｘ（ｋ）３、ｘ（ｋ）４と表す。ｋ番目の四角画像と、その一つ内側にある（ｋ−１）番目の四角画像の各頂点の対応関係と、式（７）から、
【００４０】
【数１２】
2013009202.tif 000014
【００４１】
を得る。各頂点の対応関係から上述した２本の方程式が得られ、それが４頂点あるので１対の四角画像から８つの方程式を得る。さらに、Ｋ個の四角画像の中には互いに隣接する四角画像の組はＫ−１通りあるので、合計８×（Ｋ−１）本の方程式を得る。これらの方程式を連立させて射影変換行列Ｐ’を求める。ただしＰ’は射影変換であり、その要素には定数倍の不定性がある。すなわち、例えばｗ＝ｔ３として、次の式（８）
【００４２】
【数１３】
2013009202.tif 000015
【００４３】
とおいた時のｈ１１〜ｈ３２が一意に決まる。姿勢行列Ｍの第１列（ｒ１１，ｒ２１，ｒ３１）は単位ベクトルであるから、
【００４４】
【数１４】
2013009202.tif 000016
【００４５】
であり、次の式（９）を得る。
【００４６】
【数１５】
2013009202.tif 000017
【００４７】
この式（９）と、式（８）より、
【００４８】
【数１６】
2013009202.tif 000018
【００４９】
として姿勢行列Ｍの第１列と第２列の要素を求める。ただし、ｗ’＝ｗ／ｓである。Ｍの第３列（ｒ１３，ｒ２３，ｒ３３）は、
【００５０】
【数１７】
2013009202.tif 000019
【００５１】
という関係式から求める。上記関係式の×はベクトルの外積を表す。ｗ’の符号によって２つの姿勢行列が算出されることになるが、物理的な意味から妥当な方を選択する。例えば、デジタルカメラ２２の撮像面の横方向を表すｉ＝（ｒ１１、ｒ１２、ｒ１３）はＸ軸方向にほぼ一致することからｗ’の符号を一意に定めることができる。
【００５２】
デジタルカメラ２２の位置ｔ＝（ｔｘ，ｔｙ，ｔｚ）は式（３）を用いて算出する。表示画面１０１上の基本矩形の頂点Ｘ（１）ｉとその投影点ｘ（１）ｉを式（３）に代入すると、次の式（１０）である。
【００５３】
【数１８】
2013009202.tif 000020
【００５４】
式（１０）は２つの方程式を表す。４つの頂点を用いると８本の方程式を得る。デジタルカメラ２２の姿勢行列Ｍは既に求めているのでこれも用いて８本の連立方程式をｔ＝（ｔＸ，ｔＹ，ｔＺ）Ｔについて解いてデジタルカメラ２２の位置を求める。
【００５５】
上述した手順により、デジタルカメラ２２のキャリブレーション、すなわち表示画面１０１に対するデジタルカメラ２２の位置と姿勢との算出が可能となる。
【００５６】
算出したカメラパラメータの妥当性を以下の方法により評価することも可能である。まず、表示画面１０１上の中心Ｄが算出したデジタルカメラ２２の位置ｔから表示画面１０１の平面に下ろした垂線の足と一致するように、基本矩形の四角画像Ｘ（１）とともにカメラビュー１０３を移動させ、さらに、Ｘ（１）を下記の式（１１）のように変換する。
【００５７】
【数１９】
2013009202.tif 000021
【００５８】
表現の簡略化のため、上付き添字「（１）」は省略している。Ｘ’の画像への投影は次の式（１２）で与えられる。
【００５９】
【数２０】
2013009202.tif 000022
【００６０】
一方、３つの姿勢ベクトルが基準座標系のＸ，Ｙ，Ｚ軸に一致する理想的なデジタルカメラ２２（理想カメラと呼ぶ）の姿勢行列は次の式（１３）のようになる。
【００６１】
【数２１】
2013009202.tif 000023
【００６２】
この式（１３）と、式（３）から基本矩形を理想カメラで撮像した時の投影点ｘ’’は次の式（１４）のようになる。
【００６３】
【数２２】
2013009202.tif 000024
【００６４】
式（１２）と式（１４）からｘ’とｘ’’は算出したカメラパラメータが正しければ一致する。つまり、基本矩形を式（１１）により変換すると、変換後の基本矩形の当映像は、理想カメラで基本矩形を撮像した場合の投影像と同一となり、繰り返しのループ画像は、図６に例示した理想的な場合のようになる。つまり、観測された繰り返しのループ画像の相似性や各辺の方向の不変性から、算出したカメラパラメータの妥当性を評価することができる。
【００６５】
このような理想的な繰り返しのループ画像が観測されるまで再計算を行って精度を改善することも可能である。図９は、キャリブレーションの一例を示すフローチャートである。図９に示すように、カメラ方向調整装置１の前にデジタルカメラ２２を配置した後（Ｓ１）、オペレータの操作により基準マーク画像１０２を表示画面１０１に表示させる（Ｓ２）。次いで、ＣＰＵ１１１は、デジタルカメラ２２が撮像した撮像画像を取得し（Ｓ３）、上述した画像処理（Ｓ４）とカメラパラメータの算出（Ｓ５）とを行う。次いで、ＣＰＵ１１１は、上述したカメラパラメータの妥当性（ｘ’とｘ’’の一致）を判定することで、キャリブレーションの終了判定を行う（Ｓ６）。
【００６６】
終了判定においてカメラパラメータが妥当であると判定された場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１１１は、表示装置１０にデジタルカメラ２２の調整終了を表示するなどして（Ｓ８）、キャリブレーションの終了をオペレータに報知し、処理を終了する。また、終了判定においてカメラパラメータが妥当でないと判定された場合（Ｓ６：ＮＯ）、ＣＰＵ１１１は、基準マーク画像１０２の形状を式（１１）により変形し、変形した基本矩形を表示画面１０１に表示して基本矩形の更新を行う（Ｓ７）。基本矩形の更新の後、ＣＰＵ１１１はＳ３へ処理を戻す。したがって、カメラ方向調整装置１では、変形後の四角画像を用いて計算を行う。このように、基本矩形を更新することで、繰り返しの四角画像が理想的な形状に近づいていくため、四角画像の各辺が水平線、または垂直線となり、画像処理による直線抽出が容易となり、抽出精度を高めることが可能となる。
【００６７】
なお、ＣＰＵ１１１は、算出したカメラパラメータを表示画面１０１に表示するなどして、オペレータに報知してもよい。この場合は、報知されたカメラパラメータからオペレータがデジタルカメラ２２の調整を行うことが可能となる。また、ＣＰＵ１１１は、算出したカメラパラメータをもとに、デジタルカメラ２２の姿勢を調整するためのアクチュエータを制御し、デジタルカメラ２２の調整を行ってもよい。
【００６８】
なお、実施形態のカメラ方向調整装置１で実行されるプログラムは、ＲＯＭ等に予め組み込まれて提供される。実施形態のカメラ方向調整装置１で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。
【００６９】
さらに、実施形態のカメラ方向調整装置１で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、実施形態のカメラ方向調整装置１で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。
【００７０】
実施形態のカメラ方向調整装置１で実行されるプログラムは、上述した機能構成を含むモジュール構成となっており、実際のハードウエアとしてはＣＰＵ（プロセッサ）が上記ＲＯＭからプログラムを読み出して実行することにより上記機能構成が主記憶装置上にロードされ、主記憶装置上に生成されるようになっている。
【００７１】
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。  
【符号の説明】
【００７２】
１…カメラ方向調整装置、２…テレビジョン装置、１０…表示装置、１１…コントロールボックス、１２…通信ケーブル、１３…通信ケーブル、２０…筐体、２１…支持部、２２…デジタルカメラ、２３…表示部、１０１…表示画面、１０２…基準マーク画像、１０３…カメラビュー、１１１…ＣＰＵ、１１２…ＲＡＭ、１１３…ＲＯＭ、１１４…ＨＤＤ、１１５…通信コントローラ、１１６…通信部、１１７…表示コントローラ、１１８…操作入力コントローラ、１１９…操作入力部、２２１…カメラ視野、Ｄ…中心、Ｄ１…目標方向、Ｄ２…光軸方向
【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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