JP2008250487A - エッジ検出によるモデルマッチングを用いたカメラ校正方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】形状と大きさが既知で直交する3辺を備えた対象物11をステレオカメラ12、13で撮影して入力画像を得る第1工程と、入力画像の平滑化処理を行なって解析対象画像を得る第2工程と、解析対象画像内のエッジを検出する第3工程と、3辺で構成される三次元座標系の原点と各座標軸上の点にそれぞれ対応する4基準点位置を入力画像内に指定する第4工程と、各基準点位置から決まる座標軸モデルと解析対象画像内の3辺が一致するようにモデルマッチングを行なって修正基準点位置を求める第5工程と、各修正基準点位置を用いて対象物モデルを作成し解析対象画像内の対象物11と一致するようにモデルマッチングを行なって最適な透視投影行列を決定する第6工程とを有し、最適な透視投影行列を用いてカメラ校正を行なう。
【選択図】図2
Description
前記入力画像の平滑化処理を行なって解析対象画像を得る第2工程と、
前記解析対象画像内のエッジを検出する第3工程と、
前記直交する3辺で構成される三次元座標系の原点および各座標軸上の点にそれぞれ対応する4つの基準点位置を前記入力画像内に指定する第4工程と、
前記4つの基準点位置から決まる座標軸モデルの各軸と前記解析対象画像内の前記直交する3辺のエッジが一致するようにモデルマッチングを行なって該4つの基準点位置を正確な原点および各座標軸上の点に修正し4つの修正基準点位置を求める第5工程と、
前記各修正基準点位置を用いて透視投影行列の初期値を求めて対象物モデルを作成し、該対象物モデルの各辺と前記解析対象画像内の前記対象物の各エッジが一致するようにモデルマッチングを行なって最適な透視投影行列を決定する第6工程とを有し、
前記最適な透視投影行列を用いてカメラ校正を行なう。
ここで、前記平滑化処理はガウシアンフィルタを用いて行なうことができる。
また、前記エッジの検出にはロバートフィルタを使用することができる。
更に、前記エッジの検出には、前記解析対象画像中の緑色を使用することが好ましい。
請求項3記載のエッジ検出によるモデルマッチングを用いたカメラ校正方法においては、平滑化処理をガウシアンフィルタを用いて行なうことで、対象物が容易に検出されるようになる。
請求項4記載のエッジ検出によるモデルマッチングを用いたカメラ校正方法においては、ロバートフィルタを適用するので、対象物のエッジ成分の強度と方向を求めることができ、エッジ成分の強度と方向の情報を用いてモデルマッチングに用いる目的関数を構成することができる。
請求項5記載のエッジ検出によるモデルマッチングを用いたカメラ校正方法においては、エッジ成分の検出に解析対象画像中の緑色を使用するので、人間の眼に近い検出を行なうことができる。
ここで、図1は本発明の一実施の形態に係るエッジ検出によるモデルマッチングを用いたカメラ校正方法を適用した三次元位置計測装置の説明図、図2は同カメラ校正方法の工程説明図、図3は立方体に設定した三次元座標系および基準点の説明図、図4(A)は多次元滑降シンプレックス法の初期値の説明図、(B)〜(E)は多次元滑降シンプレックス法の基本動作の説明図である。
図2に示すように、本発明のエッジ検出によるモデルマッチングを用いたカメラ校正方法は、形状と大きさが既知の立方体11を左右のカメラ12、13で撮影しコンピュータ14内に取り込んで入力画像を得る第1工程と、入力画像の平滑化処理を行なって解析対象画像を得る第2工程と、解析対象画像内のエッジを検出する第3工程と、直交する3辺で構成される三次元座標系の原点および各座標軸上の点にそれぞれ対応する4つの基準点位置を入力画像内に指定する第4工程と、4つの基準点位置から決まる座標軸モデルの各軸と解析対象画像内の直交する3辺のエッジが一致するようにモデルマッチングを行なって4つの基準点位置を正確な原点および各座標軸上の点に修正し4つの修正基準点位置を求める第5工程と、各修正基準点位置を用いて透視投影行列の初期値を求めて対象物モデルとなる立方体モデルを作成し、立方体モデルの各辺と解析対象画像内の立方体の各エッジが一致するようにモデルマッチングを行なって最適な透視投影行列を決定する第6工程とを有している。以下、詳細に説明する。
O=−d−e・・・・・(1)
式(1)において、dはロバートフィルタで求めたエッジの角度と、重ね合わせた座標軸モデルの各軸の角度の一致数であり、eは座標軸モデルの各軸上のエッジ強度の合計である。
そして、最適な透視投影行列を用いてカメラ校正を行なうことで、実際の立方体11と立方体モデルのずれを最小にすることができる。
ここで、図5は計算で求めた立方体の各頂点位置座標と真の値との二乗誤差の合計値を示すグラフ、図6(A)、(B)はそれぞれ実施例の左、右のカメラにおける入力画像と立方体モデルの画像の重ね合わせを示す説明図、図7は比較例1で立方体に設定した三次元座標系および基準点の説明図、図8(A)、(B)はそれぞれ比較例1の左、右のカメラにおける入力画像と立方体モデルの画像の重ね合わせを示す説明図、図9は比較例2で立方体に設定した三次元座標系および基準点の説明図、図10(A)、(B)はそれぞれ比較例2の左、右のカメラにおける入力画像と立方体モデルの画像の重ね合わせを示す説明図である。
本発明のエッジ検出によるモデルマッチングを用いたカメラ校正方法を適用して、カメラ校正を行った。また、対象物としては、一辺が0.2mの白色棒状部材を組んだ立方体を使用し、この立方体を机の上に置き、背景は乱雑な状態とした。そして、立方体をステレオカメラで撮影して入力画像を求め(第1工程)、ガウシアンフィルタを用いて入力画像の平滑化処理を行なって解析対象画像を作成し(第2工程)、解析対象画像内のエッジをロバートフィルタを使用して検出した(第3工程)。また、図3に示すように、立方体の直交する3辺で構成される三次元座標系を設定し、3辺の交わる点を原点として基準点1に指定し、次いで各座標軸上の点として原点から伸びる各辺の端点をそれぞれ基準点2、3、4として順次指定した(第4工程)。
実施例で使用した立方体において、同一の三次元座標系を設定し、図7に示すように、8つの頂点を基準点1〜8として順次指定した。そして、従来のカメラ校正方法を用いて最適な透視投影行列を求めた。そして、得られた最適透視投影行列を用いて立方体の各頂点位置の座標を計算し真の値との二乗誤差を求め、各頂点毎の二乗誤差の合計値を算出した。その結果を図5に示す。また、実際の立方体と立方体モデルのずれを視覚的に確認するため、計算結果を用いて立方体モデルを作成し、入力画像と比較した。その結果を図8(A)、(B)に示す。
実施例で使用した立方体において、同一の三次元座標系を設定し、図9に示すように、各頂点および各辺の中点を基準点1〜20として順次指定した。そして、従来のカメラ校正方法を用いて最適な透視投影行列を求めた。そして、得られた最適透視投影行列を用いて立方体の各頂点位置の座標を計算し真の値との二乗誤差を求め、各頂点毎の二乗誤差の合計値を算出した。その結果を図5に示す。また、実際の立方体と立方体モデルのずれを視覚的に確認するため、計算結果を用いて立方体モデルを作成し、入力画像と比較した。その結果を図10(A)、(B)に示す。
また、図5で示されるように、実施例の二乗誤差の合計値は、8個の基準点を指定する従来のカメラ校正方法で生じる二乗誤差の合計値よりもかなり小さくなり、20個の基準点を指定する従来のカメラ校正方法で生じる二乗誤差の合計値と同程度の結果となった。20個の基準点を指定するには多くの時間が必要になるので、4個の基準点を入力するだけでよい本発明のカメラ校正方法は非常に実用的であることが判る。
例えば、対象物上で基準点となる位置の色調を予め変えておき、色調変化を検知することで自動的に4つの基準点位置が入力画像内で指定されるようにしてもよい。
Claims (7)
- 形状と大きさが既知で1点で互いに直交する3辺を備えた対象物をステレオカメラで撮影して入力画像を得る第1工程と、
前記入力画像の平滑化処理を行なって解析対象画像を得る第2工程と、
前記解析対象画像内のエッジを検出する第3工程と、
前記直交する3辺で構成される三次元座標系の原点および各座標軸上の点にそれぞれ対応する4つの基準点位置を前記入力画像内に指定する第4工程と、
前記4つの基準点位置から決まる座標軸モデルの各軸と前記解析対象画像内の前記直交する3辺のエッジが一致するようにモデルマッチングを行なって該4つの基準点位置を正確な原点および各座標軸上の点に修正し4つの修正基準点位置を求める第5工程と、
前記各修正基準点位置を用いて透視投影行列の初期値を求めて対象物モデルを作成し、該対象物モデルの各辺と前記解析対象画像内の前記対象物の各エッジが一致するようにモデルマッチングを行なって最適な透視投影行列を決定する第6工程とを有し、
前記最適な透視投影行列を用いてカメラ校正を行なうことを特徴とするエッジ検出によるモデルマッチングを用いたカメラ校正方法。 - 請求項1記載のエッジ検出によるモデルマッチングを用いたカメラ校正方法において、前記入力画像を静止画像として得ることを特徴とするエッジ検出によるモデルマッチングを用いたカメラ校正方法。
- 請求項1および2のいずれか1項に記載のエッジ検出によるモデルマッチングを用いたカメラ校正方法において、前記平滑化処理はガウシアンフィルタを用いて行なうことを特徴とするエッジ検出によるモデルマッチングを用いたカメラ校正方法。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載のエッジ検出によるモデルマッチングを用いたカメラ校正方法において、前記エッジの検出にロバートフィルタを使用することを特徴とするエッジ検出によるモデルマッチングを用いたカメラ校正方法。
- 請求項4記載のエッジ検出によるモデルマッチングを用いたカメラ校正方法において、前記エッジの検出には、前記解析対象画像中の緑色を使用することを特徴とするエッジ検出によるモデルマッチングを用いたカメラ校正方法。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のエッジ検出によるモデルマッチングを用いたカメラ校正方法において、前記4つの修正基準点位置を求めるモデルマッチングには、多次元滑降シンプレックス法を適用することを特徴とするエッジ検出によるモデルマッチングを用いたカメラ校正方法。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載のエッジ検出によるモデルマッチングを用いたカメラ校正方法において、前記透視投影行列を最適化するモデルマッチングには、多次元滑降シンプレックス法を適用することを特徴とするエッジ検出によるモデルマッチングを用いたカメラ校正方法。
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