(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カメラにより対象物を撮像して得られた画像データに基づき画面上に画像を表示するシステムにおける前記画面上の位置を規定する画像座標と、前記対象物が存在する実空間における位置を規定する世界座標との間において座標変換を行う座標変換装置において、
前記カメラの高さ情報、前記カメラの焦点情報、前記画面上に表示された画像により構成される仮想画面が前記実空間に存在すると仮定した場合における前記仮想画面の高さ情報、前記仮想画面における無限遠点の世界座標情報に基づき、前記カメラにおける撮像管の中心点と前記仮想画面の中央を通る線分により構成される三角形について三角関数による演算を用いて、前記カメラの画角、俯角、前記カメラにおける撮像管の中心点から前記仮想画面までの距離をそれぞれ求める演算手段と、
前記演算手段による結果と前記カメラにおける撮像管の中心点から前記仮想画面上の対象位置の画像座標とに基づき、前記カメラにおける撮像管の中心点から前記仮想画面上の対象位置を結ぶ線分が、前記カメラから垂直に下ろされた線分及び地面を表す線分と交差して生じる三角形について三角関数による演算を用いて、前記対象位置における前記カメラ直下からの距離と前記対象位置の高さに対応する世界座標を求める第１の変換手段とを
具備することを特徴とする座標変換装置。
【請求項２】
前記演算手段及び前記第１の変換手段により得られた結果に基づき、対象位置の画像座標について前記画面上における前記対象位置の高さに対応する世界座標分を差し引いた画像座標を求め、求めた画像座標における横方向の画素当たりの距離を算出し、当該画素当りの距離を画面上の前記対象位置における横方向のゼロ点からの距離に適用して前記対象位置の横方向に対応する世界座標を求める第２の変換手段を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の座標変換装置。
【請求項３】
カメラにより対象物を撮像して得られた画像データに基づき画面上に画像を表示するシステムにおける前記画面上の位置を規定する画像座標と、前記対象物が存在する実空間における位置を規定する世界座標との間において座標変換を行う座標変換装置において、
前記カメラの高さ情報、前記カメラの焦点情報、前記画面上に表示された画像により構成される仮想画面が前記実空間に存在すると仮定した場合における前記仮想画面の高さ情報、前記仮想画面における無限遠点の世界座標情報に基づき、前記カメラにおける画角を規定する上側線分と、前記カメラにおける撮像管の中心点と前記仮想画面の中央を通る線分と、前記仮想画面の線分により構成される三角形について三角関数による演算を用いて、前記カメラの画角、俯角、前記カメラにおける撮像管の中心点から前記仮想画面までの距離をそれぞれ求める演算手段と、
前記演算手段による結果と対象位置の世界座標とに基づき、前記カメラにおける撮像管の中心点から前記仮想画面上の対象位置を結ぶ線分が、前記カメラから垂直に下ろされた線分及び地面を表す線分と交差して生じる三角形について三角関数による演算を用いて、前記対象位置の高さに対応する画像座標を求める第３の変換手段と
前記演算手段及び前記第３の変換手段により得られた結果に基づき、前記対象位置の高さに対応する世界座標分を差し引いた位置に対応する前記画面上における画像座標を求め、求めた画像座標における横方向の画素当たりの距離を算出し、当該画素当りの距離を世界座標の前記対象位置における横方向のゼロ点からの距離に適用して前記対象位置の前記画面上における横方向の画像座標を求める第４の変換手段を具備することを特徴とする座標変換装置。
【請求項４】
カメラにより対象物を撮像して得られた画像データに基づき画面上に画像を表示するシステムにおける前記画面上の位置を規定する画像座標と、前記対象物が存在する実空間における位置を規定する世界座標との間において座標変換を行うコンピュータにより構成される座標変換装置に適用される座標変換プログラムにおいて、
前記カメラの高さ情報、前記カメラの焦点情報、前記画面上に表示された画像により構成される仮想画面が前記実空間に存在すると仮定した場合における前記仮想画面の高さ情報、前記仮想画面における無限遠点の世界座標情報に基づき、前記カメラにおける撮像管の中心点と前記仮想画面の中央を通る線分により構成される三角形について三角関数による演算を用いて、前記カメラの画角、俯角、前記カメラにおける撮像管の中心点から前記仮想画面までの距離をそれぞれ求める演算ステップと、
前記演算ステップによる結果と前記カメラにおける撮像管の中心点から前記仮想画面上の対象位置の画像座標とに基づき、前記カメラにおける撮像管の中心点から前記仮想画面上の対象位置を結ぶ線分が、前記カメラから垂直に下ろされた線分及び地面を表す線分と交差して生じる三角形について三角関数による演算を用いて、前記対象位置における前記カメラ直下からの距離と前記対象位置の高さに対応する世界座標を求める第１の変換ステップとを
実現することを特徴とする座標変換プログラム。
【請求項５】
前記演算ステップ及び前記第１の変換ステップにより得られた結果に基づき、前記画面上における前記対象位置の高さに対応する世界座標分を差し引いた画像座標を求め、求めた画像座標における横方向の画素当たりの距離を算出し、当該画素当りの距離を画面上の前記対象位置における横方向のゼロ点からの距離に適用して前記対象位置の横方向に対応する世界座標を求める第２の変換ステップを更に具備することを特徴とする請求項４に記載の座標変換プログラム。
【請求項６】
カメラにより対象物を撮像して得られた画像データに基づき画面上に画像を表示するシステムにおける前記画面上の位置を規定する画像座標と、前記対象物が存在する実空間における位置を規定する世界座標との間において座標変換を行うコンピュータからなる座標変換装置に適用される座標変換プログラムにおいて、
前記カメラの高さ情報、前記カメラの焦点情報、前記画面上に表示された画像により構成される仮想画面が前記実空間に存在すると仮定した場合における前記仮想画面の高さ情報、前記仮想画面における無限遠点の世界座標情報に基づき、前記カメラにおける撮像管の中心点と前記仮想画面の中央を通る線分により構成される三角形について三角関数による演算を用いて、前記カメラの画角、俯角、前記カメラにおける撮像管の中心点から前記仮想画面までの距離をそれぞれ求める演算ステップと、
前記演算ステップによる結果と対象位置の世界座標とに基づき、前記カメラにおける撮像管の中心点から前記仮想画面上の対象位置を結ぶ線分が、前記カメラから垂直に下ろされた線分及び地面を表す線分と交差して生じる三角形について三角関数による演算を用いて、前記対象位置の高さに対応する画像座標を求める第３の変換ステップと
前記演算ステップ及び前記第３の変換ステップにより得られた結果に基づき、前記対象位置の高さに対応する世界座標分を差し引いた位置に対応する前記画面上における画像座標を求め、求めた画像座標における横方向の画素当たりの距離を算出し、当該画素当りの距離を世界座標の前記対象位置における横方向のゼロ点からの距離に適用して前記対象位置の前記画面上における横方向の画像座標を求める第４の変換ステップを具備することを特徴とする座標変換プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、カメラにより対象物を撮像して得られた画像データに基づき画面上に画像を表示するシステムに用いられる座標変換装置及びそれに用いられるプログラムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画像処理技術を用いた監視装置にあっては、車両等の監視対象物を検出し追跡を確実に行うためには、上記の画像処理を行うための画像を得る監視カメラと監視対象物の距離を正確に検出する必要がある。そこで、画面に映し出された画像について画面を基準として座標系を規定した画像座標と、実際の監視対象物が存在する実空間における位置を規定する世界座標との間において対応付けがなされる必要がある。
【０００３】
上記の必要から画像座標と世界座標との対応付けを行う座標変換手法( キャリブレーション手法) と称される手法が種々検討されている。
【０００４】
この手法における従来技術としては、数百点のサンプル点を道路上に設定し、カメラによる撮像を行い画面上の上記道路上のサンプル点とを実測に基づき対応付け、透視投影変換行列を求めるなどの手法が一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、既に運用が行なわれている道路において上記の手法を実現しようとすると、サンプル点の設定等のために車両を通行止めにする必要があり大変である。また、多くの地点において監視を行うステムでは、各地点ごとに上記の作業が必要であり、全体として多くの人員と時間を要することになる。
【０００６】
本発明は上記のような従来における画像処理システムにおける座標変換技術の現状に鑑みてなされたもので、その目的は、実測に基づく作業を不要として適切に座標変換を行うことの可能な座標変換装置を提供することである。また、他の目的は、コンピュータにより上記の座標変換を適切に実現可能とする座標変換プログラムを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る座標変換装置は、カメラにより対象物を撮像して得られた画像データに基づき画面上に画像を表示するシステムにおける前記画面上の位置を規定する画像座標と、前記対象物が存在する実空間における位置を規定する世界座標との間において座標変換を行う座標変換装置において、前記カメラの高さ情報、前記カメラの焦点情報、前記画面上に表示された画像により構成される仮想画面が前記実空間に存在すると仮定した場合における前記仮想画面の高さ情報、前記仮想画面における無限遠点の世界座標情報に基づき、前記カメラにおける撮像管の中心点と前記仮想画面の中央を通る線分により構成される三角形について三角関数による演算を用いて、前記カメラの画角、俯角、前記カメラにおける撮像管の中心点から前記仮想画面までの距離をそれぞれ求める演算手段と、前記演算手段による結果と前記カメラにおける撮像管の中心点から前記仮想画面上の対象位置の画像座標とに基づき、前記カメラにおける撮像管の中心点から前記仮想画面上の対象位置を結ぶ線分が、前記カメラから垂直に下ろされた線分及び地面を表す線分と交差して生じる三角形について三角関数による演算を用いて、前記対象位置における前記カメラ直下からの距離と前記対象位置の高さに対応する世界座標を求める第１の変換手段とを具備することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る座標変換装置は、前記演算手段及び前記第１の変換手段により得られた結果に基づき、対象位置の画像座標について前記画面上における前記対象位置の高さに対応する世界座標分を差し引いた画像座標を求め、求めた画像座標における横方向の画素当たりの距離を算出し、当該画素当りの距離を画面上の前記対象位置における横方向のゼロ点からの距離に適用して前記対象位置の横方向に対応する世界座標を求める第２の変換手段を更に具備することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る画像変換装置は、カメラにより対象物を撮像して得られた画像データに基づき画面上に画像を表示するシステムにおける前記画面上の位置を規定する画像座標と、前記対象物が存在する実空間における位置を規定する世界座標との間において座標変換を行う座標変換装置において、前記カメラの高さ情報、前記カメラの焦点情報、前記画面上に表示された画像により構成される仮想画面が前記実空間に存在すると仮定した場合における前記仮想画面の高さ情報、前記仮想画面における無限遠点の世界座標情報に基づき、前記カメラにおける画角を規定する上側線分と、前記カメラにおける撮像管の中心点と前記仮想画面の中央を通る線分と、前記仮想画面の線分により構成される三角形について三角関数による演算を用いて、前記カメラの画角、俯角、前記カメラにおける撮像管の中心点から前記仮想画面までの距離をそれぞれ求める演算手段と、前記演算手段による結果と対象位置の世界座標とに基づき、前記カメラにおける撮像管の中心点から前記仮想画面上の対象位置を結ぶ線分が、前記カメラから垂直に下ろされた線分及び地面を表す線分と交差して生じる三角形について三角関数による演算を用いて、前記対象位置の高さに対応する世界座標を求める第３の変換手段と前記演算手段及び前記第３の変換手段により得られた結果に基づき、前記対象位置の高さに対応する世界座標分を差し引いた位置に対応する前記画面上における画像座標を求め、求めた画像座標における横方向の画素当たりの距離を算出し、当該画素当りの距離を世界座標の前記対象位置における横方向のゼロ点からの距離に適用して前記対象位置の前記画面上における横方向の画像座標を求める第４の変換手段を具備することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る座標変換プログラムは、カメラにより対象物を撮像して得られた画像データに基づき画面上に画像を表示するシステムにおける前記画面上の位置を規定する画像座標と、前記対象物が存在する実空間における位置を規定する世界座標との間において座標変換を行うコンピュータにより構成される座標変換装置に適用される座標変換プログラムにおいて、前記カメラの高さ情報、前記カメラの焦点情報、前記画面上に表示された画像により構成される仮想画面が前記実空間に存在すると仮定した場合における前記仮想画面の高さ情報、前記仮想画面における無限遠点の世界座標情報に基づき、前記カメラにおける撮像管の中心点と前記仮想画面の中央を通る線分により構成される三角形について三角関数による演算を用いて、前記カメラの画角、俯角、前記カメラにおける撮像管の中心点から前記仮想画面までの距離をそれぞれ求める演算ステップと、前記演算ステップによる結果と前記カメラにおける撮像管の中心点から前記仮想画面上の対象位置の画像座標とに基づき、前記カメラにおける撮像管の中心点から前記仮想画面上の対象位置を結ぶ線分が、前記カメラから垂直に下ろされた線分及び地面を表す線分と交差して生じる三角形について三角関数による演算を用いて、前記対象位置における前記カメラ直下からの距離と前記対象位置の高さに対応する世界座標を求める第１の変換ステップとを実現することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る画像変換プログラムは、前記演算ステップ及び前記第１の変換ステップにより得られた結果に基づき、前記画面上における前記対象位置の高さに対応する世界座標分を差し引いた画像座標を求め、求めた画像座標における横方向の画素当たりの距離を算出し、当該画素当りの距離を画面上の前記対象位置における横方向のゼロ点からの距離に適用して前記対象位置の横方向に対応する世界座標を求める第２の変換ステップを更に具備することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る座標変換プログラムは、カメラにより対象物を撮像して得られた画像データに基づき画面上に画像を表示するシステムにおける前記画面上の位置を規定する画像座標と、前記対象物が存在する実空間における位置を規定する世界座標との間において座標変換を行うコンピュータからなる座標変換装置に適用される座標変換プログラムにおいて、前記カメラの高さ情報、前記カメラの焦点情報、前記画面上に表示された画像により構成される仮想画面が前記実空間に存在すると仮定した場合における前記仮想画面の高さ情報、前記仮想画面における無限遠点の世界座標情報に基づき、前記カメラにおける撮像管の中心点と前記仮想画面の中央を通る線分により構成される三角形について三角関数による演算を用いて、前記カメラの画角、俯角、前記カメラにおける撮像管の中心点から前記仮想画面までの距離をそれぞれ求める演算ステップと、前記演算ステップによる結果と対象位置の世界座標とに基づき、前記カメラにおける撮像管の中心点から前記仮想画面上の対象位置を結ぶ線分が、前記カメラから垂直に下ろされた線分及び地面を表す線分と交差して生じる三角形について三角関数による演算を用いて、前記対象位置の高さに対応する世界座標を求める第３の変換ステップと前記演算ステップ及び前記第３の変換ステップにより得られた結果に基づき、前記対象位置の高さに対応する世界座標分を差し引いた位置に対応する前記画面上における画像座標を求め、求めた画像座標における横方向の画素当たりの距離を算出し、当該画素当りの距離を世界座標の前記対象位置における横方向のゼロ点からの距離に適用して前記対象位置の前記画面上における横方向の画像座標を求める第４の変換ステップを具備することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照して、本発明に係る座標変換装置及び座標変換プログラムの実施例を説明する。図１には、本発明に係る座標変換装置の構成図が示されている。同図に示すように座標変換装置は、本体１に入力手段２が接続された構成となっている。本体１はパーソナルコンピュータ等により構成され、入力手段２はキーボードやポインティングディバイスにより構成される。入力手段２からは、カメラにより対象物を撮像して画像データを得るためのカメラと得られる画像とに関し、位置や座標などの情報が入力される。
【００１４】
例えば、カメラ１０により道路Ｒの監視を行い、道路Ｒについて図２に示されるような画像が画面上に映し出されるものとする。そして、カメラ１０の設置位置について、上記道路Ｒの画像等との関係は図３に示すようになっている。カメラ１０は、地面からカメラ高さcamHgtの距離に設けられている。カメラ１０の撮像管面の中心が点Ｏであり、この撮像管面の中心からscrnLen の距離だけ隔てられて仮想画面が存在すると考えられる。つまり、図２に示した画面を側方から見た場合に図４の直線ＵＢとして把握できる。
【００１５】
そして、本体１には、パラメータ保持部１１、演算手段１２、第１の変換手段１３、第２の変換手段１４、第３の変換手段１５、第４の変換手段１６が備えられている。パラメータ保持部１１は、入力手段２から入力されたパラメータを保持しておくものである。この実施の形態では、パラメータとして次に挙げる情報が保持される。カメラ１０の高さcamHgt、焦点距離fclLen、仮想画面の高さcamSz 、無限遠点座標（画面上の点Ｉの座標）unlmtdX,unlmtdY 。更に、本実施の形態では道路Ｒの監視を行うために道路Ｒの幅員roadWdt と、図２における画面に表示された道路Ｒの左右中央点のｘ座標をｙ座標毎に格納したテーブル（図４）が保持される。図４のテーブルにおいては、画面の縦（ｙ）方向を０（最上部）から２３９（最下部であり、maxPosY に対応）までの２４０本の走査線に対応したｙ座標の値として現し、このｙ座標値に対して左点Lx，中央点Mx，右点Rxが格納されている。
【００１６】
以上のようなパラメータがパラメータ保持部１１に保持されていることを前提として、演算手段１２は、上記パラメータ保持部１１に保持されている情報に基づき、上記カメラ１０における画角を規定する上側線分ＯＵと、カメラ１０における撮像管の中心点と仮想画面の中央を通る線分ＯＣと、仮想画面の線分ＵＣにより構成される三角形について三角関数による演算を用いて、カメラ１０の画角camAngle、俯角depres、カメラ１０における撮像管の中心点から仮想画面までの距離scrnLen をそれぞれ求めるものである。
【００１７】
第１の変換手段１３は、演算手段１２による結果とカメラ１０における撮像管の中心点から仮想画面上の対象位置Ｐi の画像座標（ｘ，ｙ）とに基づき、カメラ１０における撮像管の中心点Ｏから仮想画面上の対象位置Ｐｉを結ぶ線分ＯＳが、カメラ１０から垂直に下ろされた線分ＯＤ及び地面を表す線分ＤＳと交差して生じる三角形ＯＳＤについて三角関数による演算を用いて、対象位置Ｐｉにおけるカメラ１０の直下からの距離Ｙｗと対象位置Ｐｉの高さに対応する世界座標Ｚｗを求めるものである。図３において、横方向が世界座標Y 方向であり、縦方向が世界座標Z 方向となっている。
【００１８】
また、第２の変換手段１４は、演算手段１２及び第１の変換手段１３により得られた結果に基づき、対象位置Ｐi の画像座標（ｘ，ｙ）について画面上における対象位置Ｐｉの高さに対応する世界座標分Ｚｗを差し引いた位置が仮想画面に投影した位置Pdの画像座標（ｘ，ｙＤsh）を求め、求めた画像座標における横方向の画素当たりの距離を算出し、当該画素当りの距離を画面上の前記対象位置における横方向のゼロ点からの距離に適用して対象位置Ｐｉの横方向に対応する世界座標Ｘｗを求めるものである。このように、世界座標X 方向は図３における紙面方向となっている。
【００１９】
更に、第３の変換手段１５は、演算手段１２による結果とカメラ１０における撮像管の中心点Ｏから対象位置の世界座標の位置へ延びる線分ＯＳとに基づき、前記カメラ１０における撮像管の中心点Ｏから前記対象位置を結ぶ線分ＯＳが、カメラ１０から垂直に下ろされた線分ＯＤ及び地面を表す線分ＤＳと交差して生じる三角形ＯＳＤについて三角関数による演算を用いて、前記対象位置Ｐｒの高さが仮想画面に投影した位置Ｐｉに対応する画像座標ｙを求めるものである。図２に示される画面において縦方向がy 座標となっている。
【００２０】
また、第４の変換手段１６は、演算手段１１及び第３の変換手段１５により得られた結果に基づき、画面上における対象位置の高さに対応する世界座標分を差し引いた画像座標を求め、求めた画像座標における横方向の画素当たりの距離を算出し、当該画素当りの距離を世界座標の前記対象位置における横方向のゼロ点からの距離に適用して前記対象位置の横方向に対応する画像座標を求めるものである。図２に示される画面において横方向がｘ座標とされている。
【００２１】
上記構成に係る座標変換装置は、実際には図５に示されるような構成に係るワークステーション、パーソナルコンピュータ、その他の計算機として構築される。すなわち、図５の計算機は、装置を統括制御するＣＰＵ５１を有し、このＣＰＵ５１に上記ＣＰＵ５１が用いるプログラム及びデータ等の情報が記憶される主記憶装置５２が接続されている。更に、ＣＰＵ５１には、システムバス５３を介してキーボード制御部５４、表示制御部５５、プリンタ制御部５６、通信インタフェース５７、マウス制御部５８、磁気ディスク制御部５９が接続されている。キーボード制御部５４には各種情報をキー入力可能なキーボード入力装置６０が接続され、表示制御部５５には情報を表示するためのＣＲＴ表示装置６１が接続され、プリンタ制御部５６には情報を印字出力するためのプリンタ装置６２が接続され、通信インタフェース５７には回線を介して画像変換処理部６３が接続され、マウス制御部５８にはポインティングディバイスであるマウス６４が接続され、磁気ディスク制御部５９には補助記憶装置である磁気ディスク装置６５が接続されている。また、必要に応じてフレキシブルディスクドライブ、磁気カード或いはＩＣカードリーダ、ＭＯ（光磁気ディスク）ドライブ等が設けられる。
【００２２】
上記画像変換処理部６３にはカメラ１０が接続されている。カメラ１０により得られたＮＴＳＣ信号等の画像信号は画像変換処理部６３によりコンピュータにて処理可能な画像データに変換されて通信インタフェース５７へ送られる。通信インタフェース５７に到来した画像データは、ＣＰＵ５１により取り込まれて、例えば表示制御部５５へ送られてＣＲＴ表示装置６１の画面に図２に示すような画像として表示される。
【００２３】
そして、上記ＣＲＴ表示装置６１の画面に図２に示すように表示された画像における対象物の対象位置について画像座標から世界座標を求め、或いは現実の対象物の対象位置について世界座標から画像座標を求める処理を、図５に示すＣＰＵ５１が図６〜図８に示すフローチャートに対応するプログラムに基づき動作することにより図１に示した各手段の動作が実現される。このプログラムは、画像変換プログラムであり、例えば主記憶装置５２に格納され処理が実現されるか、磁気ディスク装置６５に格納され主記憶装置５２へ読み出されて処理が実現されるようになされている。
【００２４】
以下フローチャートを参照して動作を説明する。オペレータはキーボード入力装置６０を操作してカメラパラメータの入力を行う。これに対応してＣＰＵ５１はカメラパラメータの取り込み及び保持を行う（Ｓ１）。このパラメータは既述の通り、カメラ１０の高さcamHgt、焦点距離fclLen、仮想画面の高さcamSz 、無限遠点座標（画面上の点Ｉの座標）unlmtdX,unlmtdY 、更に、道路Ｒの幅員roadWdt と、図２における画面に表示された道路Ｒの左右中央点のｘ座標をｙ座標毎に格納したテーブル（図４）である。
【００２５】
次に、ＣＰＵ５１は上記のカメラパラメータを用いて画角、仮想画面距離、俯角を算出する（Ｓ２）。具体的には図３によれば、画角（camAngle）は、三角形ＯＢＵの頂角であり、頂点Ｏから底辺ＵＢへ下した垂線ＯＣにより生じる三角形ＯＣＵについて考察すると、
【数１】
0004097993.tif 000002
【数２】
0004097993.tif 000003
【００２６】
次に、画像座標から世界座標を求めるか、または世界座標から画像座標を求めるかをオペレータが指示することにより図７または図８のフローチャートに基づき動作する。ここでは、画像座標から世界座標を求める指示が与えられ、図７のフローチャートによる処理が行われる場合について説明を行う。ＣＰＵ５１は、次に画像座標ｘ、ｙと世界座標Ｙｗが入力されたのか（Ｓ１１）、または画像座標ｘ、ｙと世界座標Ｚｗが入力されたのか（Ｓ１２）を検出する。画像座標ｘ、ｙは、例えば、画面上の所望のポイント（図３のＰｉ）をマウスによりクリックして入力することができ、世界座標（ＹｗまたはＺｗ）はキーボード入力装置にて入力することができる。
【００２７】
画像座標ｘ、ｙと世界座標Ｚｗが入力された場合には、次のようにしてＹｗの算出が行われる（Ｓ１３）。まず、図３における三角形ＯＰｉＣに注目して、
【数３】
0004097993.tif 000004
であるから、世界座標の位置Ｐｒから直線ＯＤへ垂直な線を引き、その交点をＨとすると、三角形ＯＨＰｒについて、三角関数を用いて世界座標Ｙｗを次の通りに得ることができる。
【数４】
0004097993.tif 000005
【００２８】
一方、画像座標ｘ、ｙと世界座標Ｙｗが入力された場合には、次のようにしてＺｗの算出が行われる（Ｓ１４）。まず、（４）式によりtheta が求められ、（５）式によりalpha が求められる。世界座標の位置Ｐｒから直線ＯＤへ垂直な線を引き、その交点をＨとすると、三角形ＯＨＰｒについて、三角関数を用いて線分ＯＨが得られるから、世界座標Ｚｗは線分ＫＰｒの長さであり、次の通りに得ることができる。
【数５】
0004097993.tif 000006
【００２９】
ステップＳ１３またはステップＳ１４に次いで世界座標Ｘｗの算出が行われる（Ｓ１５）。図３に示された無限遠点unlmtdY より画面上において下方にあるｙ座標値に対して次の手法によりＸｗを求める。なお、Ｘｗの基準は第１車線左端を０ｍとする。まず、対象位置Ｐｒの世界座標系高さＺｗ＝０の点が画像に投影された点yDshを求める。これは、画面上においては遠方の位置を指示するほどｙ座標値が大きな値となり、ｘ方向の距離が縮むため、これを補正するための処理である。
【００３０】
【数６】
0004097993.tif 000007
【００３１】
次に、上記の点Ｐｄ（yDsh）におけるｘ軸方向の１画素当たりの距離（mpd ）を求める。
【数７】
0004097993.tif 000008
【００３２】
【数８】
0004097993.tif 000009
【００３３】
【数９】
0004097993.tif 000010
【００３４】
次に、世界座標（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗ）を入力すると、画像座標（ｘ、ｙ）を算出する機能について説明する。この場合にも、図６に示したフローチャートに対応するプログラムによる既述の処理によりカメラパラメータを取得し、保持すると共に、画角、仮想画面距離、俯角を算出して保持する。
【００３５】
そこで、図８のフローチャートに示すように、対象物の画像座標のうちのｙ座標を次のようにして求める（Ｓ２１）。まず、三角形ＯＳＤに関し三角関数を用いて
【数１０】
0004097993.tif 000011
【数１１】
0004097993.tif 000012
【００３６】
次に、以下のようにしてｘ座標値が求められる（Ｓ２２）。なお、入力された世界座標Ｘｗの基準は第１車線の左端とする。
まず、画像座標ｘを求めた場合と同じ理由により、対象位置の世界座標系における高さＺｗ＝０の画像に投影された点Ｐｄの座標値yDshを求める。三角形ＯＫＤについて三角関数を適用して
【数１２】
0004097993.tif 000013
【００３７】
次に、上記の点Ｐｄ（yDsh）におけるｘ軸方向の１画素当たりの距離（mpd ）を求める。
【数１３】
0004097993.tif 000014
【００３８】
【数１４】
0004097993.tif 000015
【００３９】
【数１５】
0004097993.tif 000016
【００４０】
【数１６】
0004097993.tif 000017
【００４１】
以上のように世界座標（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗ）を入力すると、画像座標（ｘ、ｙ）を算出する処理を図８に示すプログラムに行い、画像座標（ｘ、ｙ）を出力する場合には、例えば、得られた画像座標値の点Ｐｉを図２に示す画面において表示（点滅や特殊カラーによる表示）をＣＰＵ５１の制御において行うようにしてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、カメラにより対象物を撮像して得られた画像データに基づき画面上に画像を表示するシステムにおける上記画面上の位置を規定する画像座標と、上記対象物が存在する実空間における位置を規定する世界座標との間において座標変換を行う場合に、上記カメラの高さ情報、上記カメラの焦点情報、上記画面上に表示された画像により構成される仮想画面が上記実空間に存在すると仮定した場合における上記仮想画面の高さ情報、上記仮想画面における無限遠点の世界座標情報を用いて、三角関数による演算にて座標変換を行うので、多数の地点の実測を必要とした従来の手法に比べて極めて効率が良く、作業効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る座標変換装置の構成を示すブロック図。
【図２】本発明に係る座標変換装置により座標変換を行う画像の表示例を示す図。
【図３】本発明に係る座標変換装置による座標変換の原理を説明するための、カメラと対象物等の位置関係を示す図。
【図４】本発明に係る座標変換装置に備えられる、画面に表示された道路Ｒの左右中央点のｘ座標をｙ座標毎に格納したテーブルの格納内容を示す図。
【図５】本発明に係る座標変換装置を実現するコンピュータの構成例を示す図。
【図６】コンピュータにより実行される本発明に係る画像変換プログラムに対応するフローチャートを示す図。
【図７】コンピュータにより実行される本発明に係る画像変換プログラムに対応するフローチャートを示す図。
【図８】コンピュータにより実行される本発明に係る画像変換プログラムに対応するフローチャートを示す図。
【符号の説明】
１  本体
２  入力手段
１０カメラ
１１  パタメータ保持部
１２  演算手段
１３  第１の変換手段
１４  第２の変換手段
１５  第３の変換手段
１６  第４の変換手段
５１  ＣＰＵ
５２  主記憶装置
５３  バス
５４  キーボード制御部
５５  表示制御部
５６  プリンタ制御部
５７  通信インタフェース
５８  マウス制御部
５９  磁気ディスク制御部
６０  キーボード入力装置
６１  ＣＲＴ表示装置
６２  プリンタ装置
６３  画像変換処理部
６４  マウス
６５  磁気ディスク装置
【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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