(57)【要約】  ピーク検出部３２は、キャリブレーションチャート装置２０において、移動方向の赤外線放射量の分布が単峰分布であるマーカーを第１の方向に順次移動させて、移動位置毎に赤外線カメラＩＲＣで撮像された複数の赤外線撮像画と、マーカーを前記第１の方向と異なる第２の方向に順次移動させて、移動位置毎に赤外線カメラＩＲＣで撮像された複数の赤外線撮像画とから、画素毎に画素値が最大となるマーカーの位置を検出する。キャリブレーション処理部３６は、ピーク検出部３２で画素毎に検出されたマーカーの位置を用いてカメラパラメータを算出する。赤外線カメラのキャリブレーションを容易に行えるようになる。
2019138646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動方向の赤外線放射量の分布が単峰分布であるマーカーを第１の方向に順次移動させて撮像された複数の赤外線撮像画と、前記マーカーを前記第１の方向と異なる第２の方向に順次移動させて撮像された複数の赤外線撮像画とから、画素毎に画素値が最大となる前記マーカーの位置を検出するピーク検出部と、
前記ピーク検出部で画素毎に検出されたマーカーの位置を用いてカメラパラメータを算出するキャリブレーション処理部と
を備えるキャリブレーション装置。
【請求項２】
前記ピーク検出部は、マーカーの位置が異なる複数の赤外線撮像画の画素値を用いて補間処理を行い、前記画素値が最大となる前記マーカーの位置を検出する
請求項１に記載のキャリブレーション装置。
【請求項３】
前記キャリブレーション処理部は、前記画素毎に検出されたマーカーの位置と、前記赤外線撮像画を取得した赤外線カメラから前記マーカーまでの距離を用いて、カメラパラメータを算出する
請求項２に記載のキャリブレーション装置。
【請求項４】
前記マーカーは前記赤外線撮像画を取得した赤外線カメラからの距離が異なる複数のマーカーであり、
前記複数の赤外線撮像画は前記複数のマーカー毎に前記第１の方向に順次移動させて撮像された赤外線撮像画と前記第２の方向に順次移動させて撮像された赤外線撮像画であり、
前記ピーク検出部は、前記複数のマーカー毎に、画素値が最大となる位置を検出して、
前記キャリブレーション処理部は、前記画素毎および前記マーカー毎に検出された前記マーカーの位置とマーカー間の距離を用いてカメラパラメータを算出する
請求項２に記載のキャリブレーション装置。
【請求項５】
前記赤外線撮像画では、前記マーカーが、移動方向において１画素以上の幅で撮像されている
請求項１に記載のキャリブレーション装置。
【請求項６】
前記第１の方向と前記第２の方向は直交する方向である
請求項１に記載のキャリブレーション装置。
【請求項７】
前記第１の方向と前記第２の方向は、前記マーカーを撮像する赤外線カメラの光軸に対して直交する方向である
請求項１に記載のキャリブレーション装置。
【請求項８】
移動方向の赤外線放射量の分布が単峰分布であるマーカーを第１の方向に順次移動させて撮像された複数の赤外線撮像画と、前記マーカーを前記第１の方向と異なる第２の方向に順次移動させて撮像された複数の赤外線撮像画とから、画素毎に画素値が最大となる前記マーカーの位置をピーク検出部で検出することと、
前記ピーク検出部で画素毎に検出されたマーカーの位置を用いてカメラパラメータをキャリブレーション処理部で算出することと
を含むキャリブレーション方法。
【請求項９】
移動方向の赤外線放射量の分布が単峰分布となるように構成されたマーカーと、
前記マーカーを第１方向と前記第１の方向とは異なる第２の方向に個々に移動させる駆動制御部と
を備えるキャリブレーションチャート装置。
【請求項１０】
前記第１の方向と前記第２の方向は直交する方向である
請求項９に記載のキャリブレーションチャート装置。
【請求項１１】
前記マーカーは、前記第１の方向と前記第２の方向に対して直交する方向に所定間隔で複数設けた
請求項９に記載のキャリブレーションチャート装置。
【請求項１２】
前記マーカーは、前記第１の方向に移動するマーカーと前記第２の方向に移動するマーカーで構成した
請求項９に記載のキャリブレーションチャート装置。
【請求項１３】
前記第１の方向と前記第２の方向は、前記マーカーを撮像する赤外線カメラの光軸に対して直交する方向である
請求項９に記載のキャリブレーションチャート装置。
【請求項１４】
前記マーカーは、移動方向が赤外線カメラの１画素以上の幅として撮像される
請求項９に記載のキャリブレーションチャート装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この技術は、キャリブレーション装置とキャリブレーション方法およびキャリブレーションチャート装置に関し、赤外線カメラのキャリブレーションを容易に行えるようにする。
【背景技術】
【０００２】
従来、撮像画を用いて例えば認識やデプス推定等の処理を精度よく行うため、カメラの光学系の特性（例えばレンズ歪みやＦＯＶ（field of view）等）に関する内部パラメータや、カメラの位置や姿勢に関する外部パラメータを算出することが行われている。【０００３】
例えば、非特許文献１では、三次元位置が既知のマーカーを持つチャートを撮像して、得られた撮像画に基づき内部パラメータと外部パラメータを算出することが開示されている。また、非特許文献２では、ぼけているマーカーの位置を正確に求める手法が開示されている。さらに、非特許文献３では、マーカーエッジの位置を、フィッティングした楕円の画素値の内外差が最大になる位置として求めることで、マーカー位置を精度よく検出する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】R.Lenz and R.Tsai, “Techniques for calibration of the scale factor and image center for high accuracy 3-D machine vision metrology,” IEEE Trans. Pattern Anal. Mach. Intell. , vol. 10, no. 5, pp. 713-720, Sep. 1988.
【非特許文献２】Ouellet,Jean-Nicolas, and Patrick Hebert. "A simple operator for very precise estimation of ellipses." Computer and Robot Vision, 2007. CRV'07. Fourth Canadian Conference on. IEEE, 2007.
【非特許文献３】Xiao,Yijun, and R.B.Fisher. "Accurate feature extraction and control point correction for camera calibration with a mono-plane target." Proc. Int. Conf. on 3D Processing. 2010.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、赤外線カメラは、物体からの赤外線を画像として捉えることから、例えば、夜間又は悪天候時などであっても温度を持った被写体を検出することが可能となる。また、赤外線カメラを認識処理に利用する場合、可視光に感度を有する一般的なカメラ（可視光カメラ）と同様に、キャリブレーションを行う必要がある。【０００６】
赤外線カメラは、解像度が上がるに伴い価格も高価となり、民生用の機器に組み込まれる赤外線カメラでは、可視光カメラに比べて解像度が非常に低い場合が多い。このような低解像度の赤外線装置のキャリブレーションを行う場合、解像度が低いことから非特許文献２や非特許文献３の技術を適用することが困難である。また、解像度が低いことから一枚の画像で撮影可能なマーカーの数は少ないため、キャリブレーション用のチャートや撮像方向のバリエーションを増やして情報量を多くする必要がある。しかし、情報量を増やすと、キャリブレーション処理に要する時間の増加やキャリブレーション処理を行うために必要な検査治具等の大型化等につながることから、キャリブレーションを安価かつ容易に行うことが困難である。【０００７】
そこで、この技術では、赤外線カメラのキャリブレーションを容易に行えるキャリブレーション装置とキャリブレーション方法およびキャリブレーションチャート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】
【０００８】
この技術の第１の側面は、
移動方向の赤外線放射量の分布が単峰分布であるマーカーを第１の方向に順次移動させて撮像された複数の赤外線撮像画と、前記マーカーを前記第１の方向と異なる第２の方向に順次移動させて撮像された複数の赤外線撮像画とから、画素毎に画素値が最大となる前記マーカーの位置を検出するピーク検出部と、
前記ピーク検出部で画素毎に検出されたマーカーの位置を用いてカメラパラメータを算出するキャリブレーション処理部と
を備えるキャリブレーション装置にある。【０００９】
この技術においては、移動方向の赤外線放射量の分布が単峰分布となるように構成されたマーカーを第１の方向（例えば水平方向）に順次移動させて、移動位置毎に撮像された複数の赤外線撮像画と、マーカーを第１の方向と異なる第２の方向（例えば第１の方向に対して直交する垂直方向）に順次移動させて、移動位置毎に撮像された複数の赤外線撮像画とから、画素毎に画素値が最大となるマーカーの位置を検出する。なお、第１の方向と第２の方向は、マーカーを撮像する赤外線カメラの光軸に対して直交する方向とする。赤外線撮像画では、マーカーが移動方向において１画素以上の幅として撮像されており、ピーク検出部では、マーカーの位置が異なる複数の赤外線撮像画の画素値を用いた補間処理によって、画素値が最大となるマーカーの位置をマーカーの移動間隔よりも高精度に検出する。【００１０】
キャリブレーション処理部は、画素毎に検出されたマーカーの位置と、赤外線撮像画を取得した赤外線カメラからマーカーまでの距離を用いて、カメラパラメータを算出する。また、マーカーは赤外線撮像画を取得した赤外線カメラからの距離が異なる複数のマーカーであり、ピーク検出部は、複数のマーカー毎に第１の方向に順次移動させて撮像された赤外線撮像画と第２の方向に順次移動させて撮像された赤外線撮像画を用いて、複数のマーカー毎に、画素値が最大となる位置を検出して、キャリブレーション処理部は、画素毎およびマーカー毎に検出されたマーカーの位置とマーカー間の距離を用いてカメラパラメータを算出する。【００１１】
この技術の第２の側面は、
移動方向の赤外線放射量の分布が単峰分布であるマーカーを第１の方向に順次移動させて撮像された複数の赤外線撮像画と、前記マーカーを前記第１の方向と異なる第２の方向に順次移動させて撮像された複数の赤外線撮像画とから、画素毎に画素値が最大となる前記マーカーの位置をピーク検出部で検出することと、
前記ピーク検出部で画素毎に検出されたマーカーの位置を用いてカメラパラメータをキャリブレーション処理部で算出することと
を含むキャリブレーション方法にある。【００１２】
この技術の第３の側面は、
移動方向の赤外線放射量の分布が単峰分布となるように構成されたマーカーと、
前記マーカーを第１方向と前記第１の方向とは異なる第２の方向に移動させる駆動制御部と
を備えるキャリブレーションチャート装置にある。【００１３】
この技術においては、例えば第１の方向と第２の方向が直交する方向とされており、第１の方向と第２の方向は、マーカーを撮像する赤外線カメラの光軸に対して直交する方向とされている。マーカーは、第１の方向と第２の方向に対して直交する方向に所定間隔で複数設けてもよい。また、マーカーは第１の方向に移動するマーカーと第２の方向に移動するマーカーで構成してもよい。さらに、第１の方向に移動するマーカーと第２の方向に移動するマーカーは、マーカーを撮像する赤外線カメラから異なる距離に複数設けてもよい。マーカーは、移動方向が赤外線カメラの１画素以上の幅として撮像される。
【発明の効果】
【００１４】
この技術によれば、移動方向の赤外線放射量の分布が単峰分布であるマーカーを第１の方向に順次移動させて撮像された複数の赤外線撮像画と、マーカーを第１の方向と異なる第２の方向に順次移動させて撮像された複数の赤外線撮像画とから、画素毎に画素値が最大となるマーカーの位置をピーク検出部で検出して、ピーク検出部で画素毎に検出したマーカーの位置を用いてキャリブレーション処理部でカメラパラメータが算出される。したがって、赤外線カメラのキャリブレーションを容易に行えるようになる。なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また付加的な効果があってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】キャリブレーションシステムの構成を例示した図である。
【図２】キャリブレーションチャート装置の構成を例示した図である。
【図３】水平マーカー２１Ｈを赤外線カメラＩＲＣで撮像した場合を示す図である。
【図４】水平マーカーの構成を例示した図である。
【図５】キャリブレーション装置の構成を例示した図である。
【図６】撮像制御部の動作を例示したフローチャートである。
【図７】ピーク検出部の動作を例示したフローチャートである。
【図８】パラボラフィッティング処理を説明するための図である。
【図９】キャリブレーションチャート装置の構成を例示した図である。
【図１０】キャリブレーション装置の構成を例示した図である。
【図１１】撮像制御部の動作を例示したフローチャートである。
【図１２】カメラパラメータを用いる装置が歪補正装置である場合を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本技術を実施するための形態について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．キャリブレーションシステムの構成
２．第１の実施の形態
２−１．キャリブレーションチャート装置の構成
２−２．キャリブレーション装置の構成
２−３．キャリブレーション装置の動作
３．第２の実施の形態
３−１．キャリブレーションチャート装置の構成
３−２．キャリブレーション装置の構成
３−３．キャリブレーション装置の動作
４．他の実施の形態
５．応用例
【００１７】
＜１．キャリブレーションシステムの構成＞
図１は、キャリブレーションシステムの構成を例示している。キャリブレーションシステム１０は、キャリブレーションチャート装置２０とキャリブレーション装置３０を有している。
【００１８】
キャリブレーションチャート装置２０は、移動方向の赤外線放射量の分布が単峰分布となるように構成されたマーカーと、マーカーを第１方向と前記第１の方向とは異なる第２の方向に個々に移動させる駆動制御部を有している。なお、以下の説明では、第１の方向を水平方向として第２の方向を垂直方向として、二次元方向にマーカーを移動させる。キャリブレーション装置３０は、マーカーを第１の方向に順次移動させて撮像された複数の赤外線撮像画と、マーカーを第２の方向に順次移動させて撮像された複数の赤外線撮像画とから、画素毎に画素値が最大となるマーカーの位置を検出して、画素毎に検出されたマーカーの位置を用いてカメラパラメータ、例えば内部パラメータまたは内部パラメータと外部パラメータを算出する。キャリブレーション装置３０は、算出したカメラパラメータを、赤外線カメラＩＲＣで取得された赤外線画像を用いて認識等の画像処理を行う外部機器等へ出力する。
【００１９】
＜２．第１の実施の形態＞
＜２−１．キャリブレーションチャート装置の構成＞
図２は、第１の実施の形態のキャリブレーションチャート装置の構成を例示している。キャリブレーションチャート装置２０は、例えば水平マーカー２１Ｈ、垂直マーカー２１Ｖ、水平マーカースライダー２２Ｈ、垂直マーカースライダー２２Ｖ、スライダー駆動部２３、フレーム２５を有している。
【００２０】
水平マーカー２１Ｈは、長手方向が水平方向とされており、長手方向の端部が水平マーカースライダー２２Ｈに取り付けられている。水平マーカースライダー２２Ｈは、垂直方向の移動を可能としてフレーム２５に設けられている。したがって、水平マーカー２１Ｈは、垂直方向（矢印ＦＡ方向）に移動可能としてフレーム２５に保持されている。
【００２１】
垂直マーカー２１Ｖは、長手方向が垂直方向とされており、垂直方向の端部が垂直マーカースライダー２２Ｖに取り付けられている。垂直マーカースライダー２２Ｖは、水平方向の移動を可能としてフレーム２５に設けられている。したがって、垂直マーカー２１Ｖは、水平マーカー２１Ｈの移動方向に対して直交する水平方向（矢印ＦＢ方向）に移動可能としてフレーム２５に保持されている。
【００２２】
スライダー駆動部２３は、キャリブレーション装置３０からの制御信号に基づき、水平マーカースライダー２２Ｈまたは垂直マーカースライダー２２Ｖを駆動する。スライダー駆動部２３は、水平マーカースライダー２２Ｈを駆動して、水平マーカー２１Ｈを垂直方向（矢印ＦＡ方向）に移動させる。また、スライダー駆動部２３は、垂直マーカースライダー２２Ｖを駆動して、垂直マーカー２１Ｖを水平方向（矢印ＦＢ方向）に移動させる。
【００２３】
図３は、水平マーカー２１Ｈを水平マーカースライダー２２Ｈによって垂直方向に移動させて、水平マーカー２１Ｈを赤外線カメラＩＲＣで撮像した場合を示している。図３の（ａ）は、水平マーカー２１Ｈが線状の発熱体であり、画素に比べて細い場合を例示している。この場合、マーカーが移動してマーカーの赤外線像ＧＭＫが時点ｔ１で画素Ｐａの位置になると、図３の（ｂ）に示すように画素Ｐａの画素値が増加して、マーカーの赤外線像ＧＭＫが画素内を移動している時点ｔ２までの期間、画素Ｐａの画素値は一定となる。その後、時点ｔ２でマーカーの赤外線像ＧＭＫが画素Ｐａの位置から外れると画素Ｐａの画素値が減少する。このように、マーカーの赤外線像が画素内を移動しているときは画素値が一定となることから、画素の中心となるマーカーの位置を正確に計測することは困難である。
【００２４】
図３の（ｃ）は、水平マーカー２１Ｈが帯状の発熱体であり、画素に比べて太い場合を例示している。なお、説明を簡単とするため、マーカー（帯状の発熱体）からの赤外線放射量は、いずれの位置でも一定とする。この場合、マーカーが移動してマーカーの赤外線像の先端ＧＭＫｆが時点ｔ１１で画素Ｐａの位置となり、その後、先端ＧＭＫｆが時点ｔ１２で画素Ｐａの位置を通過するまでの期間、図３の（ｄ）に示すように、画素Ｐａの画素値はマーカーの移動に伴い増加する。先端ＧＭＫｆが時点ｔ１２で画素Ｐａの位置を通過してから後端ＧＭＫｂが画素Ｐａの位置となる時点ｔ１３までの期間、画素Ｐａの画素値はマーカーが移動しても一定となる。その後、後端ＧＭＫｂが画素Ｐａの位置となる時点ｔ１３から後端ＧＭＫｂが画素Ｐａの位置を通過する時点ｔ１４までの期間、画素Ｐａの画素値はマーカーの移動に伴い減少する。このように、画素がマーカーの赤外線像内の位置である期間中は画素値が一定となることから、画素の中心となるマーカーの位置を正確に計測することは困難である。
【００２５】
そこで、この技術では、水平マーカー２１Ｈの移動方向である垂直方向の赤外線放射量の分布を単峰分布、すなわち、ピーク位置を有してピーク位置から離れるに伴い赤外線放射量が減少する分布とする。なお、説明を簡単とするため、水平マーカー２１Ｈからの赤外線放射量の分布は、ピーク位置を対象軸として上側と下側で対象とする。
【００２６】
図３の（ｅ）は、水平マーカー２１Ｈの垂直方向における赤外線放射量の分布を単峰分布とした場合を例示している。なお、図３の（ｅ）では、マーカーの赤外線像ＧＭＫにおいて、暗い部分は赤外線放射量が少なく、明るい部分は赤外線放射量が多いことを示している。また、マーカーの赤外線像ＧＭＫは、移動方向の幅が赤外線カメラの１画素以上の幅とする。この場合、マーカーが移動してマーカーの赤外線像の先端ＧＭＫｆが時点ｔ２１で画素Ｐａの位置を通過すると、図３の（ｆ）に示すように、画素Ｐａの画素値はマーカーの移動に伴い増加する。その後、画素Ｐａの画素値は、赤外線放射量のピーク位置（破線で示す）が画素の中央となる時点ｔ２２まで増加して、ピーク位置が画素Ｐａの中央を通過すると画素Ｐａの画素値は減少する。また、画素Ｐａの画素値は、マーカーの赤外線像の後端ＧＭＫｂが時点ｔ２３で画素Ｐａの位置を通過するまで、マーカーが移動に伴い減少する。このように、赤外線放射量が最大であるピーク位置が画素の中央となると画素値が最大となる。したがって、マーカーの移動方向における赤外線放射量の分布を単峰分布として、マーカーを赤外線カメラで撮像したときにマーカーを示す赤外線像の移動方向の幅を１画素以上の幅とする。このようにマーカーを構成すれば、画素Ｐａに対してマーカーの所定位置（赤外線放射量が最大であるピーク位置）を正確に計測することが可能となる。
【００２７】
水平マーカー２１Ｈと垂直マーカー２１Ｖは、移動方向の赤外線放射量の分布が、単峰分布となるように構成されている。図４は、水平マーカーの構成を例示している。水平マーカー２１Ｈは、例えば線状発熱体２１１Ｈとディフューザ２１２Ｈを用いて構成されており、線状発熱体２１１Ｈは、長手方向を水平方向としてディフューザ２１２Ｈに固定されている。このように線状発熱体２１１Ｈをディフューザ２１２Ｈに固定した場合、線状発熱体の取り付け面と対向する面（以下「撮像面」という）の温度分布は、フーリエの法則に従い式（１）に示すように温度勾配を生じる。なお、式（１）において「Ｊ」は熱流束、「ｄＴ／ｄｘ」は温度勾配、「λ」は熱伝導度である。また、赤外線放射量は絶対温度の４乗に比例することが知られており、温度勾配に応じて赤外線放射量が変化する。すなわち、垂直方向の赤外線放射量の分布は単峰分布となる。
Ｊ＝  −λ（ｄＴ／ｄｘ）    ・・・（１）
【００２８】
垂直マーカー２１Ｖは、水平マーカー２１Ｈと同様に構成されており、水平マーカー２１Ｈを９０度回転した縦方向の向きとされている。
【００２９】
図２に示すように構成されたキャリブレーションチャート装置２０の水平マーカー２１Ｈと垂直マーカー２１Ｖは、赤外線カメラＩＲＣによって水平マーカー２１Ｈの垂直方向の移動位置毎、および水平マーカー２１Ｈの垂直方向の移動位置毎に撮像される。また、赤外線カメラＩＲＣで得られた複数の赤外線撮像画は、キャリブレーション装置３０へ出力される。また、赤外線カメラＩＲＣは、例えばキャリブレーションチャート装置２０の正面に設けられて、水平マーカー２１Ｈと垂直マーカー２１Ｖの移動方向が赤外線カメラＩＲＣの光軸に対して直交する方向とされている。さらに、赤外線カメラＩＲＣは、水平マーカー２１Ｈを示す赤外線像および垂直マーカー２１Ｖを示す赤外線像の移動方向の幅が、１画素以上の幅となるように、水平マーカー２１Ｈと垂直マーカー２１Ｖの撮像を行う。
【００３０】
＜２−２．キャリブレーション装置の構成＞
図５は、キャリブレーション装置の構成を例示している。キャリブレーション装置は、例えばカウント値と水平マーカー２１Ｈと垂直マーカー２１Ｖの位置を対応させて、カウント値に基づき水平マーカー２１Ｈと垂直マーカー２１Ｖの位置移動制御を行う。
【００３１】
キャリブレーション装置３０は、画像蓄積部３１、ピーク検出部３２、チャート物理情報記憶部３３、変換情報記憶部３４、情報合成部３５、キャリブレーション処理部３６、撮像制御部３７を有している。
【００３２】
画像蓄積部３１は、赤外線カメラＩＲＣで取得された複数の赤外線画像を蓄積できるように構成されている。
【００３３】
ピーク検出部３２は、画像蓄積部３１に蓄積されている赤外線画像群から画素毎に赤外線放射量がピークとなる水平マーカー２１Ｈと垂直マーカー２１Ｖの位置を検出する。ピーク検出部３２は、画素毎に赤外線画像群の対応する画素位置の画素値を用いて例えば補間処理を行い、画素値がピークとなる水平マーカー２１Ｈと垂直マーカー２１Ｖのカウント値を検出する。ピーク検出部３２は、検出したカウント値をピークカウンタマトリクスの対応する画素位置の情報として、画素値がピークとなるカウント値を画素毎に示すピークカウンタマトリクスを生成する。ピーク検出部３２は、生成したピークカウンタマトリクスを情報合成部３５へ出力する。
【００３４】
チャート物理情報記憶部３３は、キャリブレーションチャート装置２０に関する物理情報、例えば赤外線カメラＩＲＣからキャリブレーションチャート装置２０までの距離を示す距離情報が記憶されている。
【００３５】
変換情報記憶部３４は、カウント値を位置に変換する変換情報（例えば変換テーブル）を記憶している。変換情報では、水平マーカー２１Ｈについてのカウント値に対する垂直方向の位置が示されており、垂直マーカー２１Ｖについてのカウント値に対する水平方向の位置が示されている。
【００３６】
情報合成部３５は、変換情報記憶部３４に記憶されている変換デーブルに基づき、ピークカウンタマトリクスで示された画素毎のカウント値をマーカーの位置に変換する。さらに情報合成部３５は、チャート物理情報記憶部３３に記憶されている物理情報を取得して、赤外線放射量がピークとなった水平マーカー２１Ｈと垂直マーカー２１Ｖの位置を画素毎に示すチャート位置情報と物理情報をキャリブレーション処理部３６へ出力する。
【００３７】
キャリブレーション処理部３６は、情報合成部３５から出力されたチャート位置情報と物理情報に基づき、赤外線カメラＩＲＣの内部パラメータを算出する。赤外線画像の画素位置とマーカーの三次元位置との関係は、チャート位置情報と物理情報によって明らかである。したがって、キャリブレーション処理部３６は、特許文献１と同様な処理を行うことで内部パラメータを算出できる。
【００３８】
撮像制御部３７は、キャリブレーションチャート装置２０における水平マーカー２１Ｈと垂直マーカー２１Ｖの移動制御と、赤外線カメラＩＲＣの撮像動作制御を行う。さらに撮像制御部３７は、赤外線カメラＩＲＣまたは画像蓄積部３１を制御して、赤外線撮像画像に、水平マーカー２１Ｈと垂直マーカー２１Ｖのカウント値を関連付ける。さらに、撮像制御部３７は、所定数の赤外線撮像画が画像蓄積部３１に蓄積されるようになったとき、ピーク検出部３２の動作を開始させて、画像毎に画素値が最大となる水平マーカー２１Ｈと垂直マーカー２１Ｖのカウント値を検出させる。
【００３９】
＜２−３．キャリブレーション動作＞
次に、キャリブレーション動作について説明する。図６は、キャリブレーション装置における撮像制御部の動作を例示したフローチャートである。
【００４０】
ステップＳＴ１で撮像制御部は変換情報を取得する。撮像制御部３７は、変換情報記憶部３４からカウント値をマーカーの位置に変換する変換情報（変換テーブル）を取得してステップＳＴ２に進む。
【００４１】
ステップＳＴ２で撮像制御部はマーカー位置の初期化を行う。撮像制御部３７は、例えば水平マーカー２１Ｈと垂直マーカー２１Ｖのカウント値を「０」とする。また、撮像制御部３７は、変換情報に基づきカウント値を位置情報に変換して、水平マーカー２１Ｈの垂直方向の初期位置と垂直マーカー２１Ｖの水平方向の初期位置を設定してステップＳＴ３に進む。
【００４２】
ステップＳＴ３で撮像制御部は垂直マーカー移動処理を行う。撮像制御部３７は、キャリブレーションチャート装置２０を制御して、垂直マーカー２１Ｖを設定された水平方向の位置に移動させてステップＳＴ４に進む。
【００４３】
ステップＳＴ４で撮像制御部は撮像指示を行う。撮像制御部３７は、撮像指示を赤外線カメラＩＲＣへ出力して、キャリブレーションチャート装置２０を撮像した赤外線撮像画を１フレーム取得させてステップＳＴ５に進む。
【００４４】
ステップＳＴ５で撮像制御部は水平方向更新位置を設定する。撮像制御部３７は、垂直マーカー２１Ｖのカウント値に所定量を加算することで、垂直マーカー２１Ｖの水平方向の位置を新たに設定してステップＳＴ６に進む。
【００４５】
ステップＳＴ６で撮像制御部は更新後の位置がリミットを超えるか判別する。撮像制御部３７は、ステップＳＴ５で設定された更新後の位置が垂直マーカー２１Ｖの水平方向移動範囲を超えない場合にステップＳＴ３に戻り、水平方向移動範囲を超える場合にステップＳＴ７に進む。
【００４６】
ステップＳＴ７で撮像制御部は水平マーカー移動処理を行う。撮像制御部３７は、キャリブレーションチャート装置２０を制御して、水平マーカー２１Ｈを設定された垂直方向の位置に移動させてステップＳＴ８に進む。
【００４７】
ステップＳＴ８で撮像制御部は撮像指示を行う。撮像制御部３７は、撮像指示を赤外線カメラＩＲＣへ出力して、キャリブレーションチャート装置２０を撮像した赤外線撮像画を１フレーム取得させてステップＳＴ９に進む。
【００４８】
ステップＳＴ９で撮像制御部は垂直方向更新位置を設定する。撮像制御部３７は、水平マーカー２１Ｈのカウント値に所定量を加算することで、水平マーカー２１Ｈの垂直方向の位置を新たに設定してステップＳＴ１０に進む。
【００４９】
ステップＳＴ１０で撮像制御部は更新後の位置がリミットを超えるか判別する。撮像制御部３７は、ステップＳＴ９で設定された更新後の位置が水平マーカー２１Ｈの垂直方向移動範囲を超えない場合にステップＳＴ７に戻り、垂直方向移動範囲を超える場合にステップＳＴ１１に進む。
【００５０】
ステップＳＴ１１で撮像制御部はピーク検出指示を行う。ステップＳＴ１乃至ステップＳＴ１０の処理を行うと、赤外線カメラＩＲＣでは、垂直マーカー２１Ｖを水平方向移動範囲内で水平方向に順次移動して移動位置毎の赤外線撮像画と、水平マーカー２１Ｈを垂直方向移動範囲内で垂直方向に順次移動して移動位置毎の赤外線撮像画が取得される。したがって、撮像制御部３７は、取得されている赤外線撮像画に基づき各画素位置で画素値がピークとなる水平マーカー２１Ｈと垂直マーカー２１Ｖの位置を、ピーク検出部３２で検出するように動作制御を行う。なお、赤外線撮像画には水平マーカー２１Ｈと垂直マーカー２１Ｖのカウント値が関連付けられている。
【００５１】
次に、ピーク検出部の動作について説明する。図７は、キャリブレーション装置におけるピーク検出部の動作を例示したフローチャートである。
【００５２】
ステップＳＴ２１でピーク検出部はピークカウンタマトリクスを設定する。ピーク検出部３２は、赤外線カメラＩＲＣで取得される赤外線撮像画の水平方向および垂直方向の画素数に対応したサイズのピークカウンタマトリクスを設けてステップＳＴ２２に進む。
【００５３】
ステップＳＴ２２でピーク検出部は画素垂直位置を示す位置パラメータＰｙを初期化する。ピーク検出部３２は、垂直方向の画素位置を示す位置パラメータＰｙを初期位置「０」としてステップＳＴ２３に進む。
【００５４】
ステップＳＴ２３でピーク検出部は画素水平位置を示す位置パラメータＰｘを初期化する。ピーク検出部３２は、水平方向の画素位置を示す位置パラメータＰｘを初期位置「０」としてステップＳＴ２４に進む。
【００５５】
ステップＳＴ２４でピーク検出部は画素位置（Ｐｘ，Ｐｙ）で最大画素値となる画像を検出する。ピーク検出部３２は、垂直マーカー２１Ｖを水平方向に移動して取得された赤外線撮像画から画素位置（Ｐｘ，Ｐｙ）の画素値が最大となる画像ＦＨmaxと、水平マーカー２１Ｈを垂直方向に移動して取得された赤外線撮像画から画素位置（Ｐｘ，Ｐｙ）の画素値が最大となる画像ＦＶmaxを検出してステップＳＴ２５に進む。
【００５６】
ステップＳＴ２５でピーク検出部は高精度ピーク位置検出処理を行う。ピーク検出部３２は、高精度ピーク位置検出処理を行い、画素値が最大となる水平マーカー２１Ｈのカウント値と垂直マーカー２１Ｖのカウント値を、マーカーの移動単位よりも詳細に検出する。ピーク検出部は高精度ピーク位置検出処理として、補間処理例えばパラボラフィッティング処理を行う。なお、高精度ピーク位置検出処理ではパラボラフィッティング処理に限らず等角直線フィッティング処理等を用いることも可能であるが、赤外線放射量の変化がピーク位置近傍で２次関数に近い場合、パラボラフィッティング処理を用いることが好ましい。
【００５７】
図８は、パラボラフィッティング処理を説明するための図である。ピーク検出部３２は、画素値が最大である画像ＦＨmaxと垂直マーカー２１Ｖが画像ＦＨmaxに対して直前の位置である画像ＦＨmax-1と直後の位置である画像ＦＨmax+1から、画素位置（Ｐｘ，Ｐｙ）の画素値を取得してパラボラフィッティング処理を行う。なお、画素位置（Ｐｘ，Ｐｙ）の画素値は、画像ＦＨmaxの場合に画素値Ｉm、画像ＦＨmax-1の場合に画素値Ｉm-1、画像ＦＨmax+1の場合に画素値Ｉm+1とする。また、画像ＦＨmaxのマーカー位置をカウント値ＭＫm、画像ＦＨmax-1の場合にマーカー位置をカウント値ＭＫm-1、画像ＦＨmax+1の場合のマーカー位置をカウント値ＭＫm+1とする。また、カウント値ＭＫm-1とカウント値ＭＫmとの間隔およびカウント値ＭＫmとカウント値ＭＫm+1との間隔は上述のように所定量とされており、等しい間隔とされている。
【００５８】
ピーク検出部３２は、式（２）の演算を行い、画素値が最大値となるマーカー位置と画像ＦＨmaxのマーカー位置を示すカウント値ＭＫmとの差であるピーク位置誤差δを算出する。
δ＝（Ｉm-1 − Ｉm+1)／(２×Ｉm-1 − ４×Ｉm ＋ ２×Ｉm+1）    ・・・（２）
【００５９】
さらに、ピーク検出部３２は、画像ＦＨmaxのマーカー位置を示すカウント値ＭＫmに対してピーク位置誤差δを生じるマーカー位置のカウント値ＭＫm’を、ピークカウンタマトリクスにおける画素位置（Ｐｘ，Ｐｙ）の対応位置に記憶させる。すなわち、ピークカウンタマトリクスにおける画素位置（Ｐｘ，Ｐｙ）の対応位置には、垂直マーカー２１Ｖを水平方向に移動したときに画素値が最大となるカウント値が記憶される。なお、ピーク位置誤差δを生じるマーカー位置のカウント値ＭＫm’は式（３）に基づいて算出できる。このような処理を画素位置毎に行えば、画素と水平方向の位置との関係が明らかとなる。
ＭＫm’＝  （ＭＫm+1−ＭＫm-1）／２×δ ＋ ＭＫm  ・・・（３）
【００６０】
ピーク検出部３２は、水平マーカー２１Ｈを垂直方向に移動して取得された赤外線撮像画から画素位置（Ｐｘ，Ｐｙ）の画素値が最大となる画像ＦＶmaxを用いて、同様な処理を行う。すなわち、ピーク検出部３２は、画像ＦＶmaxのマーカー位置を示すカウント値ＭＫmに対してピーク位置誤差δを生じるマーカー位置のカウント値ＭＫm’を、ピークカウンタマトリクスにおける画素位置（Ｐｘ，Ｐｙ）の対応位置に記憶させる。したがって、ピークカウンタマトリクスにおける画素位置（Ｐｘ，Ｐｙ）の対応位置には、水平マーカー２１Ｈを垂直方向に移動したときに画素値が最大となるカウント値が記憶される。このような処理を画素位置毎に行えば、画素と垂直方向の位置との関係が明らかとなる。ピーク検出部３２は、画素毎に画素値が最大となる垂直マーカーの水平方向の位置を示すカウント値と水平マーカーの垂直方向の位置を示すカウント値を検出してステップＳＴ２６に進む。
【００６１】
ステップＳＴ２６でピーク検出部は処理結果をピークカウンタマトリクスに記憶する。ピーク検出部３２は、ステップＳＴ２５で検出したカウント値をピークカウンタマトリクスの対応する位置に記憶させてステップＳＴ２７に進む。
【００６２】
ステップＳＴ２７でピーク検出部は画素位置を示す位置パラメータＰｘを更新する。ピーク検出部は、位置パラメータＰｘに「１」を加算して新たな位置パラメータＰｘとしてステップＳＴ２８に進む。
【００６３】
ステップＳＴ２８でピーク検出部は位置パラメータＰｘで示される位置が、画像の水平方向サイズを超えるか判別する。ピーク検出部３２は、位置パラメータＰｘで示される位置が画像の水平方向サイズを超えないと判別した場合にステップＳＴ２４に戻り、水平方向サイズを超える場合にステップＳＴ２９に進む。
【００６４】
ステップＳＴ２９でピーク検出部は画素位置を示す位置パラメータＰｙを更新する。ピーク検出部は、位置パラメータＰｙに「１」を加算して新たな位置パラメータＰｙとしてステップＳＴ３０に進む。
【００６５】
ステップＳＴ３０でピーク検出部は位置パラメータＰｙで示される位置が、画像の垂直方向サイズを超えるか判別する。ピーク検出部３２は、位置パラメータＰｙで示される位置が画像の垂直方向サイズを超えないと判別した場合にステップＳＴ２３に戻り、垂直方向サイズを超える場合にピーク検出処理を終了する。
【００６６】
ピーク検出部３２で上述処理を行うと、ピークカウンタマトリクスでは、画素毎に水平方向における画素値が最大となるカウント値と垂直方向における画素値が最大となるカウント値が示される。
【００６７】
情報合成部３５は、変換情報記憶部３４に記憶されている変換情報を用いて、ピーク検出部３２で生成されたピークカウンタマトリクスで示されたカウント値を位置に変更する。また、情報合成部３５は、各画素が水平マーカー２１Ｈと垂直マーカー２１Ｖのいずれの位置に対応する画素であるかを示すチャート位置情報を生成する。さらに、情報合成部３５は生成したチャート位置情報とチャート物理情報記憶部３３から取得した物理情報をキャリブレーション処理部３６へ出力する。
【００６８】
キャリブレーション処理部３６は、チャート位置情報と物理情報に基づきカメラパラメータを算出する。ここで、チャート位置情報によって赤外線撮像画の画素とキャリブレーションチャート装置２０におけるマーカーの位置との対応関係が画像全体で明らかであり、物理情報によって赤外線カメラＩＲＣとキャリブレーションチャート装置２０との距離も明らかである。すなわち、全ての画素に対して、対応する三次元位置が求まる。したがって、キャリブレーション処理部３６は、上述の非特許文献１と同様な処理を行うことで、赤外線カメラＩＲＣの内部パラメータを算出する。なお、赤外線カメラＩＲＣとキャリブレーションチャート装置２０のと位置関係、すなわち外部パラメータは明らかであるとする。
【００６９】
このような第１の実施の形態によれば、キャリブレーションチャート装置のマーカーを移動させて赤外線撮像画を取得することで、取得した赤外線撮像画に基づいて赤外線カメラのカメラパラメータを算出できる。したがって、キャリブレーション処理を効率よく行うことができる。また、検査治具等を大型化しなくとも、キャリブレーションを安価で容易に行うことができるようになる。
【００７０】
＜３．第２の実施の形態＞
上述の第１の実施の形態では、外部パラメータが明らかである場合について説明したが、第２の実施の形態では、外部パラメータが明らかでない場合について説明する。第２の実施の形態では、赤外線カメラの距離が異なりマーカー間の三次元相対位置が明らかである複数のマーカーを、マーカー毎に第１の方向に順次移動させて撮像された赤外線撮像画と前２の方向に順次移動させて撮像された赤外線撮像画を用いてカメラパラメータを算出する。
【００７１】
＜３−１．キャリブレーションチャート装置の構成＞
第２の実施の形態において、キャリブレーションチャート装置は、赤外線カメラの距離が異なりマーカー間の三次元相対位置が明らかである複数のマーカーが、マーカー毎に第１の方向と第２の方向に移動可能とされている。
【００７２】
図９は、第２の実施の形態のキャリブレーションチャート装置の構成を例示している。例えば、第２の実施の形態では、第１の実施の形態のキャリブレーションチャート装置を赤外線カメラＩＲＣの光軸方向に所定間隔を隔てて２台設けて、赤外線カメラＩＲＣによって個々のキャリブレーションチャート装置のマーカーを撮像できるように構成されている。赤外線カメラＩＲＣからみて手前に位置するキャリブレーションチャート装置２０-1と後方に位置するキャリブレーションチャート装置２０-2は、第１の実施の形態のキャリブレーションチャート装置２０と同様に構成されている。また、キャリブレーションチャート装置２０-1のマーカーは、後方のキャリブレーションチャート装置２０-2でマーカーを移動して赤外線撮像画を取得する際に、赤外線カメラＩＲＣの撮像範囲ＡＲの外側位置まで移動可能に構成されている。
【００７３】
＜３−２．キャリブレーション装置の構成＞
図１０は、キャリブレーション装置の構成を例示している。キャリブレーション装置３０ａは、例えば水平マーカー２１Ｈと垂直マーカー２１Ｖの位置をカウント値と対応させて、カウント値に基づき水平マーカー２１Ｈと垂直マーカー２１Ｖの位置移動制御を、キャリブレーションチャート装置２０-1，２０-2に対して行う。
【００７４】
キャリブレーション装置３０ａは、画像蓄積部３１、ピーク検出部３２、チャート物理情報記憶部３３ａ、変換情報記憶部３４、情報合成部３５、キャリブレーション処理部３６ａ、撮像制御部３７ａを有している。
【００７５】
画像蓄積部３１は、赤外線カメラＩＲＣで取得された複数の赤外線画像を蓄積できるように構成されている。
【００７６】
ピーク検出部３２は、画像蓄積部３１に蓄積されている赤外線画像群から画素毎に赤外線放射量がピークとなる水平マーカー２１Ｈと垂直マーカー２１Ｖの位置を、赤外線カメラかの距離が異なるマーカー毎（キャリブレーションチャート装置毎）に検出する。ピーク検出部３２は、画素毎に赤外線画像群の対応する画素位置の画素値を用いて例えば補間処理を行い、画素値がピークとなる水平マーカー２１Ｈと垂直マーカー２１Ｖのカウント値を検出する。ピーク検出部３２は、検出したカウント値をピークカウンタマトリクスの対応する画素位置の情報として、画素値がピークとなるカウント値を画素毎に示すピークカウンタマトリクスを生成する。ピーク検出部３２は、生成したピークカウンタマトリクスを情報合成部３５へ出力する。
【００７７】
チャート物理情報記憶部３３ａは、キャリブレーションチャート装置に関する物理情報、例えば赤外線カメラＩＲＣからキャリブレーションチャート装置２０-1とキャリブレーションチャート装置２０-2の相対位置関係を示す情報が記憶されている。
【００７８】
変換情報記憶部３４は、カウント値を位置に変換する変換情報（例えば変換テーブル）を記憶している。変換情報では、水平マーカー２１Ｈについてのカウント値に対する垂直方向の位置が示されており、垂直マーカー２１Ｖについてのカウント値に対する水平方向の位置が示されている。
【００７９】
情報合成部３５は、変換情報記憶部３４に記憶されている変換デーブルに基づき、ピークカウンタマトリクスで示された画素毎のカウント値をマーカーの位置に変換する。さらに情報合成部３５は、チャート物理情報記憶部３３ａに記憶されている物理情報を取得する。情報合成部３５は、赤外線放射量がピークとなった水平マーカー２１Ｈと垂直マーカー２１Ｖの位置を画素毎に示すチャート位置情報と取得した物理情報をキャリブレーション処理部３６ａへ出力する。
【００８０】
キャリブレーション処理部３６ａは、情報合成部３５で生成されたチャート位置情報と物理情報に基づき、赤外線カメラＩＲＣの内部パラメータと外部パラメータを算出する。ここで、チャート位置情報と物理情報によって、赤外線画像の画素位置とマーカーの三次元位置とマーカー間の相対位置関係が明らかである。したがって、技術文献「Zhang, Zhengyou. "A flexible new technique for camera calibration." IEEE Transactions on pattern analysis and machine intelligence 22.11 (2000): 1330-1334.」と同様な処理を行うことで、赤外線カメラＩＲＣの内部パラメータと外部パラメータを算出する。
【００８１】
撮像制御部３７ａは、キャリブレーションチャート装置２０-1，２０-2における水平マーカー２１Ｈと垂直マーカー２１Ｖの移動制御と、赤外線カメラＩＲＣの撮像動作制御を行う。さらに撮像制御部３７ａは、赤外線カメラＩＲＣまたは画像蓄積部３１を制御して、赤外線撮像画像に、キャリブレーションチャート装置２０-1，２０-2の水平マーカー２１Ｈと垂直マーカー２１Ｖのカウント値を関連付ける。さらに、撮像制御部３７ａは、所定数の赤外線撮像画が画像蓄積部３１に蓄積されたとき、ピーク検出部３２によって、画像毎に画素値が最大となる水平マーカー２１Ｈと垂直マーカー２１Ｖのカウント値を、キャリブレーションチャート装置毎に検出させる。
【００８２】
＜３−３．キャリブレーション動作＞
次に、キャリブレーション装置の動作について説明する。図１１は、キャリブレーション装置における撮像制御部の動作を例示したフローチャートである。
【００８３】
ステップＳＴ４１で撮像制御部は変換情報を取得する。撮像制御部３７ａは、変換情報記憶部３４からカウント値をマーカーの位置に変換する変換情報を取得する。なお、変換情報記憶部３４は、カウント値とマーカーの位置との対応関係がキャリブレーションチャート装置２０-1とキャリブレーションチャート装置２０-2で異なる場合、キャリブレーションチャート装置毎に変換情報を記憶しておく。撮像制御部３７ａは、変換情報記憶部３４からキャリブレーションチャート装置毎の変換情報を取得してステップＳＴ４２に進む。
【００８４】
ステップＳＴ４２で撮像制御部は装置パラメータＭを初期化する。キャリブレーションシステムで赤外線カメラからの距離が異なる複数のマーカーを用いる場合、例えば上述のように複数のキャリブレーションチャート装置が用いる場合、個々のキャリブレーションチャート装置を区別するための装置パラメータが設定する。例えばキャリブレーションチャート装置２０-1，２０-2が用いる場合、キャリブレーションチャート装置２０-1は装置パラメータ「Ｍ＝１」、キャリブレーションチャート装置２０-2は装置パラメータ「Ｍ＝２」として、装置パラメータＭでキャリブレーションチャート装置を指定することで、赤外線カメラからの距離が異なる複数のマーカーから所望のマーカーを選択可能とする。撮像制御部は装置パラメータＭの初期化を行い、例えば「Ｍ＝１」としてステップＳＴ４３に進む。
【００８５】
ステップＳＴ４３で撮像制御部はマーカー位置の初期化を行う。撮像制御部３７ａは、例えば水平マーカー２１Ｈと垂直マーカー２１Ｖのカウント値を「０」とする。また、撮像制御部３７は、変換情報に基づきカウント値を位置情報に変換して、水平マーカー２１Ｈの垂直方向の初期位置と垂直マーカー２１Ｖの水平方向の初期位置を設定してステップＳＴ４４に進む。
【００８６】
ステップＳＴ４４で撮像制御部は垂直マーカー移動処理を行う。撮像制御部３７ａは、キャリブレーションチャート装置２０-mを制御して、垂直マーカー２１Ｖを設定された水平方向の位置に移動させてステップＳＴ４５に進む。
【００８７】
ステップＳＴ４５で撮像制御部は撮像指示を行う。撮像制御部３７ａは、撮像指示を赤外線カメラＩＲＣへ出力して、キャリブレーションチャート装置２０-mを撮像した赤外線撮像画を１フレーム取得させてステップＳＴ４６に進む。
【００８８】
ステップＳＴ４６で撮像制御部は水平方向更新位置を設定する。撮像制御部３７ａは、垂直マーカー２１Ｖのカウント値に所定量を加算することで、垂直マーカー２１Ｖの水平方向の位置を新たに設定してステップＳＴ４７に進む。
【００８９】
ステップＳＴ４７で撮像制御部は更新後の位置がリミットを超えるか判別する。撮像制御部３７ａは、ステップＳＴ４６で設定された更新後の位置が垂直マーカー２１Ｖの水平方向移動範囲を超えない場合にステップＳＴ４４に戻り、水平方向移動範囲を超える場合にステップＳＴ４８に進む。
【００９０】
ステップＳＴ４８で撮像制御部は水平マーカー移動処理を行う。撮像制御部３７ａは、キャリブレーションチャート装置２０を制御して、水平マーカー２１Ｈを設定された垂直方向の位置に移動させてステップＳＴ４９に進む。
【００９１】
ステップＳＴ４９で撮像制御部は撮像指示を行う。撮像制御部３７ａは、撮像指示を赤外線カメラＩＲＣへ出力して、キャリブレーションチャート装置２０-mを撮像した赤外線撮像画を１フレーム取得させてステップＳＴ５０に進む。
【００９２】
ステップＳＴ５０で撮像制御部は垂直方向更新位置を設定する。撮像制御部３７ａは、水平マーカー２１Ｈのカウント値に所定量を加算することで、水平マーカー２１Ｈの垂直方向の位置を新たに設定してステップＳＴ５１に進む。
【００９３】
ステップＳＴ５１で撮像制御部は更新後の位置がリミットを超えるか判別する。撮像制御部３７ａは、ステップＳＴ５０で設定された更新後の位置が水平マーカー２１Ｈの垂直方向移動範囲を超えない場合にステップＳＴ４８に戻り、垂直方向移動範囲を超える場合にステップＳＴ５２に進む。
【００９４】
ステップＳＴ５２で撮像制御部は装置パラメータＭを更新する。撮像制御部３７ａは、現在の装置パラメータＭに「１」を加算して、加算結果を新たな装置パラメータＭとしてステップＳＴ５３に進む。
【００９５】
ステップＳＴ５３で撮像制御部は装置パラメータＭに対応する装置があるか判別する。撮像制御部３７ａは、ステップＳＴ５１で設定された更新後の装置パラメータＭに対応するキャリブレーションチャート装置がキャリブレーションシステムに設けられている場合はステップＳＴ４３に戻る。また、撮像制御部３７ａは、更新後の装置パラメータＭに対応するキャリブレーションチャート装置がキャリブレーションシステムに設けられていない場合にステップＳＴ５４に進む。
【００９６】
ステップＳＴ５４で撮像制御部はピーク検出指示を行う。ステップＳＴ４３乃至ステップＳＴ５３の処理を行うと、赤外線カメラＩＲＣでは、垂直マーカー２１Ｖを水平方向移動範囲内で水平方向に順次移動して移動位置毎の赤外線撮像画と、水平マーカー２１Ｈを垂直方向移動範囲内で垂直方向に順次移動して移動位置毎の赤外線撮像画が、キャリブレーションチャート装置毎に取得されている。したがって、撮像制御部３７ａは、取得されている赤外線撮像画に基づき各画素位置で画素値がピークとなる水平マーカー２１Ｈと垂直マーカー２１Ｖの位置を、赤外線カメラかの距離が異なるマーカー毎（キャリブレーションチャート装置毎）にピーク検出部３２で検出させる。なお、赤外線撮像画には水平マーカー２１Ｈと垂直マーカー２１Ｖのカウント値が関連付けられている。
【００９７】
ピーク検出部３２は、図７に例示したフローチャートの処理を、赤外線カメラかの距離が異なるマーカー毎（キャリブレーションチャート装置毎）に行う。また、ピーク検出部３２で上述処理を行うと、ピークカウンタマトリクスでは、画素毎に水平方向における画素値が最大となるカウント値と垂直方向における画素値が最大となるカウント値を、赤外線カメラかの距離が異なるマーカー毎に示すようになる。
【００９８】
情報合成部３５は、変換情報記憶部３４に記憶されている変換情報を用いて、ピーク検出部３２で生成されたピークカウンタマトリクスで示されたカウント値を位置に変更して、各画素が水平マーカー２１Ｈと垂直マーカー２１Ｖのいずれの位置に対応する画素であるかを示すチャート位置情報を、赤外線カメラかの距離が異なるマーカー毎に生成する。さらに、情報合成部３５は生成したチャート位置情報とチャート物理情報記憶部３３から取得した物理情報をキャリブレーション処理部３６へ出力する。
【００９９】
キャリブレーション処理部３６は、チャート位置情報で画素とキャリブレーションチャート装置おけるマーカーの位置との対応関係が明らかであり、物理情報によってキャリブレーションチャート装置間の相対位置関係も明らかである。すなわち、二次元の赤外線画像の画素（ｘ，ｙ）に対応するキャリブレーションチャート装置２０-1の三次元位置（ｘ１，ｙ１，ｚ１）とキャリブレーションチャート装置２０-2の三次元位置（ｘ２，ｙ２，ｚ２）が明らかである。したがって、上述した技術文献と同様な処理を行うことで、赤外線カメラＩＲＣからキャリブレーションチャート装置２０-1，２０-2までの距離が不明であっても、赤外線カメラＩＲＣの内部パラメータと外部パラメータを算出できるようになる。
【０１００】
このような第２の実施の形態によれば、赤外線カメラＩＲＣの内部パラメータだけでなく、赤外線カメラＩＲＣとキャリブレーションチャート装置２０-1，２０-2に関する外部パラメータを算出できるようになる。さらに、赤外線カメラかの距離が異なる複数のマーカーを用いることから、第１の実施の形態に比べてカメラパラメータの算出の安定性を高くできる。また、第１の実施の形態と同様に、検査治具等を大型化しなくとも、キャリブレーション処理を効率よく安価かつ容易に行うことができる。
【０１０１】
＜４．他の実施の形態＞
ところで、上述の実施の形態では、カウント値に基づいてマーカーの位置を算出したが、キャリブレーションチャート装置から水平マーカー２１Ｈと垂直マーカー２１Ｖの位置を取得できる構成であれば、変換情報記憶部を設ける必要がない。この場合、キャリブレーション装置は、キャリブレーションチャート装置から取得した位置を用いて、ピーク検出やカメラパラメータの算出を行う。
【０１０２】
また、キャリブレーションチャート装置では、水平マーカー２１Ｈと垂直マーカー２１Ｖを個々に設けて、水平マーカー２１Ｈを垂直方向および垂直マーカー２１Ｖを水平方向に移動させているが、１つのマーカーの向きを替えて移動させてもよい。すなわち、マーカーが水平マーカーの向きであるとき垂直方向の移動を可能として、垂直マーカーの向きであるとき水平方向の移動を可能とする構成としてもよい。さらに、赤外線カメラＩＲＣからマーカーまでの距離を変更可能として、マーカーを異なる複数の距離の位置として、水平方向や垂直方向に移動させてもよい。
【０１０３】
また、ピーク検出部３２は、画像蓄積部３１に画像が蓄積される毎に画素値のピーク検出を行い、ピーク値を検出したときは、ピークを検出した赤外線撮像画に対して直前のマーカー位置と直後のマーカー位置の赤外線撮像画を用いて、マーカーの移動単位よりも高精度に画素値がピークとなる位置を検出してもよい。
また、上述の赤外線カメラＩＲＣの感度領域は、遠赤外線領域から近赤外線領域のいずれの範囲であってもよい。例えば、赤外線カメラＩＲＣの感度が遠赤外線領域である場合、水平マーカー２１Ｈと垂直マーカー２１Ｖは上述のように発熱体とディフューザを用いて構成する。また、赤外線カメラＩＲＣの感度が近赤外線領域である場合、水平マーカー２１Ｈと垂直マーカー２１Ｖは、例えば近赤外線の発光体と近赤外線を散乱する半透明の近赤外線ディフューザを用いて構成して、移動方向の近赤外線放射量の分布を単峰分布とすればよい。
【０１０４】
また、キャリブレーションチャート装置は、算出したカメラパラメータを外部へ出力するだけでなく、算出したカメラパラメータ例えば内部パラメータを赤外線カメラＩＲＣに記憶させてもよい。この場合、赤外線カメラＩＲＣは、記憶されているカメラパラメータを用いることで赤外線カメラに生じるレンズ歪み等が補正された赤外線撮像画を出力できるようになる。
【０１０５】
＜５．応用例＞
次に、応用例として、キャリブレーション装置で算出されたカメラパラメータを用いる装置について説明する。図１２は、カメラパラメータを用いる装置が歪補正装置である場合を示している。
【０１０６】
歪補正装置５０は、補正係数生成部５１と補正処理部５２を有しており、キャリブレーション装置３０（３０ａ）で算出されたカメラパラメータを用いて、赤外線カメラＩＲＣで生成された赤外線撮像画から歪みのない画像を生成する。
【０１０７】
補正係数生成部５１は、赤外線撮像画の座標値と歪みのない画像の座標値との関係を示す補正係数Ｋをカメラパラメータに基づき生成する。補正処理部５２は補正係数生成部５１で生成された補正係数Ｋを歪みのない画像の座標値に乗じて、赤外線撮像画の座標値に対応させて、赤外線撮像画の座標値（ｕ’、ｖ’）の画素を歪みのない画像の座標値（ｕ、ｖ）の画素とする処理を行う。したがって、歪補正装置５０では、赤外線カメラＩＲＣで生成された赤外線撮像画の歪みを除去できる。
【０１０８】
また、自動車や無人飛行体等の移動体装置や医療機器，計測機器等に赤外線カメラを設けて赤外線画像を取得する場合、本技術のようなキャリブレーションチャート装置とキャリブレーション装置を用いて算出したカメラパラメータを用いれば、歪みを高精度に除去した赤外線撮像画等を得られるようになる。
【０１０９】
明細書中において説明した一連の処理はハードウェア、またはソフトウェア、あるいは両者の複合構成によって実行することが可能である。ソフトウェアによる処理を実行する場合は、処理シーケンスを記録したプログラムを、専用のハードウェアに組み込まれたコンピュータ内のメモリにインストールして実行させる。または、各種処理が実行可能な汎用コンピュータにプログラムをインストールして実行させることが可能である。
【０１１０】
例えば、プログラムは記録媒体としてのハードディスクやＳＳＤ（Solid State Drive）、ＲＯＭ（Read Only Memory）に予め記録しておくことができる。あるいは、プログラムはフレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory），ＭＯ（Magneto optical）ディスク，ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＢＤ（Blu-Ray Disc（登録商標））、磁気ディスク、半導体メモリカード等のリムーバブル記録媒体に、一時的または永続的に格納（記録）しておくことができる。このようなリムーバブル記録媒体は、いわゆるパッケージソフトウェアとして提供することができる。
【０１１１】
また、プログラムは、リムーバブル記録媒体からコンピュータにインストールする他、ダウンロードサイトからＬＡＮ（Local Area Network）やインターネット等のネットワークを介して、コンピュータに無線または有線で転送してもよい。コンピュータでは、そのようにして転送されてくるプログラムを受信し、内蔵するハードディスク等の記録媒体にインストールすることができる。
【０１１２】
なお、本明細書に記載した効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、記載されていない付加的な効果があってもよい。また、本技術は、上述した技術の実施の形態に限定して解釈されるべきではない。この技術の実施の形態は、例示という形態で本技術を開示しており、本技術の要旨を逸脱しない範囲で当業者が実施の形態の修正や代用をなし得ることは自明である。すなわち、本技術の要旨を判断するためには、請求の範囲を参酌すべきである。
【０１１３】
また、本技術のキャリブレーション装置は以下のような構成も取ることができる。
（１）  移動方向の赤外線放射量の分布が単峰分布であるマーカーを第１の方向に順次移動させて撮像された複数の赤外線撮像画と、前記マーカーを前記第１の方向と異なる第２の方向に順次移動させて撮像された複数の赤外線撮像画とから、画素毎に画素値が最大となる前記マーカーの位置を検出するピーク検出部と、
前記ピーク検出部で画素毎に検出されたマーカーの位置を用いてカメラパラメータを算出するキャリブレーション処理部と
を備えるキャリブレーション装置。
（２）  前記ピーク検出部は、マーカーの位置が異なる複数の赤外線撮像画の画素値を用いて補間処理を行い、前記画素値が最大となる前記マーカーの位置を検出する（１）に記載のキャリブレーション装置。
（３）  前記キャリブレーション処理部は、前記画素毎に検出されたマーカーの位置と、前記赤外線撮像画を取得した赤外線カメラから前記マーカーまでの距離を用いて、カメラパラメータを算出する（２）に記載のキャリブレーション装置。
（４）  前記マーカーは前記赤外線撮像画を取得した赤外線カメラからの距離が異なる複数のマーカーであり、
前記複数の赤外線撮像画は前記複数のマーカー毎に前記第１の方向に順次移動させて撮像された赤外線撮像画と前記第２の方向に順次移動させて撮像された赤外線撮像画であり、
前記ピーク検出部は、前記複数のマーカー毎に、画素値が最大となる位置を検出して、
前記キャリブレーション処理部は、前記画素毎および前記マーカー毎に検出された前記マーカーの位置とマーカー間の距離を用いてカメラパラメータを算出する（２）に記載のキャリブレーション装置。
（５）  前記赤外線撮像画では、前記マーカーが、移動方向において１画素以上の幅で撮像されている（１）乃至（４）のいずれかに記載のキャリブレーション装置。
（６）  前記第１の方向と前記第２の方向は直交する方向である（１）乃至（５）のいずれかに記載のキャリブレーション装置。
（７）  前記第１の方向と前記第２の方向は、前記マーカーを撮像する赤外線カメラの光軸に対して直交する方向である（１）乃至（６）のいずれかに記載のキャリブレーション装置。
【０１１４】
また、本技術のキャリブレーションチャート装置は以下のような構成も取ることができる。
（１）  移動方向の赤外線放射量の分布が単峰分布となるように構成されたマーカーと、
前記マーカーを第１方向と前記第１の方向とは異なる第２の方向に個々に移動させる駆動制御部と
を備えるキャリブレーションチャート装置。
（２）  前記第１の方向と前記第２の方向は直交する方向である（１）に記載のキャリブレーションチャート装置。
（３）  前記マーカーは、前記第１の方向と前記第２の方向に対して直交する方向に所定間隔で複数設けた（１）または（２）に記載のキャリブレーションチャート装置。
（４）  前記マーカーは、前記第１の方向に移動するマーカーと前記第２の方向に移動するマーカーで構成した（１）乃至（３）のいずれかに記載のキャリブレーションチャート装置。
（５）  前記第１の方向と前記第２の方向は、前記マーカーを撮像する赤外線カメラの光軸に対して直交する方向である（１）乃至（４）のいずれかに記載のキャリブレーションチャート装置。
（６）  前記マーカーは、移動方向が赤外線カメラの１画素以上の幅として撮像される（１）乃至（５）のいずれかに記載のキャリブレーションチャート装置。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
この技術のキャリブレーション装置とキャリブレーション方法およびキャリブレーションチャート装置では、移動方向の赤外線放射量の分布が単峰分布であるマーカーを第１の方向に順次移動させて撮像された複数の赤外線撮像画と、マーカーを第１の方向と異なる第２の方向に順次移動させて撮像された複数の赤外線撮像画とから、画素毎に画素値が最大となるマーカーの位置をピーク検出部で検出して、ピーク検出部で画素毎に検出したマーカーの位置を用いてキャリブレーション処理部でカメラパラメータが算出される。このため、赤外線カメラのキャリブレーションを容易に行えるようになる。したがって、計測機器や輸送機器等に使用される赤外線カメラに利用できる。
【符号の説明】
【０１１６】
１０・・・キャリブレーションシステム
２０，２０-1，２０-2，２０-m・・・キャリブレーションチャート装置
２１Ｈ・・・水平マーカー
２１Ｖ・・・垂直マーカー
２２Ｈ・・・水平マーカースライダー
２２Ｖ・・・垂直マーカースライダー
２３・・・スライダー駆動部
２５・・・フレーム
３０，３０ａ・・・キャリブレーション装置
３１・・・画像蓄積部
３２・・・ピーク検出部
３３，３３ａ・・・チャート物理情報記憶部
３４・・・変換情報記憶部
３５・・・情報合成部
３６，３６ａ・・・キャリブレーション処理部
３７，３７ａ・・・撮像制御部
５０・・・歪補正装置
５１・・・補正係数生成部
５２・・・補正処理部
２１１Ｈ・・・線状発熱体
２１２Ｈ・・・ディフューザ
【図１】
2019138646.tif 000003
【図２】
2019138646.tif 000004
【図３】
2019138646.tif 000005
【図４】
2019138646.tif 000006
【図５】
2019138646.tif 000007
【図６】
2019138646.tif 000008
【図７】
2019138646.tif 000009
【図８】
2019138646.tif 000010
【図９】
2019138646.tif 000011
【図１０】
2019138646.tif 000012
【図１１】
2019138646.tif 000013
【図１２】
2019138646.tif 000014
【国際調査報告】
2019138646.tif 000015
2019138646.tif 000016
2019138646.tif 000017
2019138646.tif 000018