JP2011529313A - ステレオカメラシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、ボード（３）に固定接続される少なくとも二つの画像検知センサー（１、２）を有するステレオカメラシステムに関する。画像検知センサー（１、２）は、ボード（３）で決まる相互の距離（４）に位置する。

Description

本発明は、各々検知範囲を視覚表示する少なくとも一つの画像を撮りその画像に相応した画像データを発生する少なくとも二つの画像検知センサーを備えたステレオカメラシステムに関するものである。

公知のステレオカメラシステムは、別個に配列されかつ相互に正確に整列（アライメント）されなければならない二つの単一フレームカメラを備えている。単一フレームカメラの相互のアライメントはまたキャリブレーションとも呼ばれている。複数の単一フレームカメラで得た画像データは共通の評価ユニットに伝送され、該共通の評価ユニットは伝送されてきた画像データを処理する。

ステレオカメラシステムの単一フレームカメラにおける種々の環境の影響により、規則的な基盤において単一フレームカメラの相互の位置をチェックし、そして必要ならばステレオカメラシステムをキャリブレーションし直すことが要求される。

特許文献１からは、デジタル写真測量用のステレオカメラは公知であり、かかるステレオカメラは、入力光学系と、入力光学系の焦平面に配列した複数の光学検出器とを備えている。これら検出器を適当に選択することにより、このステレオカメラのステレオ角度（立体角）を変えることができる。

特許文献２からは、二つの完全な電子カメラをターゲットコンタクトの並列接続により電気的に結合したステレオカメラは公知である。

特許文献３からは、二つのレンズを備え、これらレンズが同時に焦点合わせできるステレオカメラは公知である。

特許文献４からは、物体の視覚表示の画像対を発生するため基本長さだけオフセットした二つのレンズを備えたデジタルステレオカメラは公知である。

特許文献５からは、二つの単一カメラ及び一つの共通の評価ユニットを備えたステレオカメラは公知である。

特許文献６からは、ステレオカメラのキャリブレーションパラメータを決定する方法は公知である。

ＥＰ０９１８９７９Ａ１ ＤＥ１９７２７９９９Ａ１ ＥＰ０１７４０９１Ａ１ ＤＥ１９９０５４５２Ｃ２ ＤＥ１００３３３５５Ａ１ ＷＯ２００６／０６９９７８Ａ

本発明の目的は、キャリブレーション費用を軽減するステレオカメラシステムを特定することにある。

この目的は請求項１に記載の特徴を有するステレオカメラシステムによって解決される。本発明の有利な実施形態は従属請求項に特定されている。

請求項１に記載の特徴を有するステレオカメラシステムによれば、画像検知センサーの相互の位置、特に画像検知センサーの感知領域の中心点間の距離は、ボードで予め決められ、画像検知センサーの位置はボードに対する接続で固定される。従って画像検知センサーの画像感知領域の相互の位置はボードで決められ、可変ではない。

同様な又は同一の画像検知センサーを用いる場合には、特に一つの平面に画像検知センサーの画像感知領域を配列することが可能である。このようにしてセットアップしたステレオカメラシステムは、もはやキャリブレーションを行なう必要がないか、或はキャリブレーション中に、単に製造上の許容誤差を補償すればよい。ステレオカメラシステムのかかるキャリブレーションは、例えば、更に処理されることになる画像を選択するために、それぞれの画像検知センサーの画像感知領域の関連部分を決めることで行なうことができる。

画像検知センサーは好ましくは、少なくとも一つの溶着ジョイントによってボードに接合されるか或は各々ボードに固着したソケットに嵌め込まれる。画像検知センサーをボードに固定することによって、画像検知センサーの画像感知領域の相互の位置は空間において特にカメラの座標系において固定される。画像検知センサーの相互のこの相対位置は不変である。共通のボード上に画像検知センサーを設けることによって、単一カメラのキャリブレーションは、ステレオカメラシステムの寿命を通して必要でない。好ましくは、ボードは、画像検知センサーの電気端子及び／又は信号端子を接続するための接続用トラックと共に好ましくは別個の構成要素を接続するための接続用トラックを備えた公知の回路ボードである。画像検知センサーによって、特にカラー画像又は白黒画像を撮ることができる。ボード上に画像検知センサーを設けることにより、画像検知センサーはボードの限界縁部に対して所望の角度でしかもこの限界縁部に対して所望の距離に、特に限界縁部に平行に容易に配列することができる。その結果、かかるステレオカメラシステムのキャリブレーション費用は、公知のステレオカメラシステムに比べて大幅に低減することができる。

ボード及び／又はそれぞれの画像検知センサーに、各画像検知センサーと組合わさった光学系を接続して、それぞれの画像検知センサーの画像感知領域に対する光学系の位置を、ボード及び／又は画像検知センサーに光学系を接続することにより簡単に固定するようにすることは特に有利である。ここで、ステレオカメラシステムの各検知範囲の一つの視覚表示を各画像検知センサーの一つの画像感知領域に画像形成及び／又は焦点合わせするように、ボードに対して二つの光学系を設けるのが有利である。特に、光学系のそれぞれの光学軸線は、画像検知センサーの画像感知領域の中心点を通ることができる。その結果、更なる処理に適した画像の検知を達成することができる。

ボードは好ましくは平面状であり、曲げに対して抵抗性がある。通常のボード及び通常の画像検知センサーを使用する場合、製造上の許容誤差で生じた変位は、画像検知センサーの画像感知領域のｘ、ｙ方向において≧５画素に制限され得る。この場合、二次元ｘ−ｙ座標における画像感知領域の画素感知要素（マトリックス形態に配列される）の配列が仮定される。

本ステレオカメラシステムは、特にステレオカメラシステムと物体との間の≧１００ｍの範囲好ましくは≧３０ｍの範囲の距離を測定するのに適している。その結果、本ステレオカメラシステムは物体や人の計数、物体の検知及び近い範囲における物体の仕分けに特に適している。本ステレオカメラシステムによる物体（目標物）までの距離の測定は公知の仕方で行われる。

光学半導体センサー、ＣＣＤ画像検知センサー及び／又はＣＭＯＳ画像検知センサーは、画像検知センサーとして特に適している。画像検知センサーとしていわゆるアクティブ画素センサー（ＡＰＳ）を用いるのが特に有利である。ボードは特に、各々導電性トラックを備えたフェノール樹脂及び紙、エポキシ樹脂及び紙、或はエポキシ樹脂及びガラス繊維で作ることができる。導電性トラックは、一つの層（一つの平面における）又は特に多層回路ボードと呼ばれるような複数層（複数の平面における）で形成することができる。

画像検知センサーの画像感知領域の中心点間の距離は、好ましくは、８０ｍｍ〜３００ｍｍの範囲、好ましくは８０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲の値である。画像検知センサーに加えて、ボード上に少なくとも一つの評価ユニットの構成要素を設けて、画像検知センサーと評価ユニットとの両方を同一ボード上に設けるようにするのが特に有利である。その結果、構成要素のスペース節約配置及び従ってステレオカメラシステムの小さな物理的寸法が可能となる。さらに画像検知センサーで得た画像データが評価ユニットへボードの導電性トラックを介して伝送する際の配線費用を低減することができる。

第１の画像検知センサーの画像感知領域の第１の境界線及び第２の画像検知センサーの画像感知領域の第１の境界線が第１の直線上に位置することは特に有利である。代わりに又は加えて、第１の画像検知センサーの画像感知領域の第２の境界線及び第２の画像検知センサーの画像感知領域の第２の境界線が第２の直線上に位置することは特に有利である。その結果、画像検知センサーによって撮られた画像が画像検知センサーで同時に感知した画像に含まれた同一物体の視覚表示間の距離を容易に決めるために簡単に重ねることができるので、画像データの特に容易な更なる処理が可能となる。この距離は、ステレオカメラシステムと画像を撮った物体との距離の測定値である。

評価ユニットは、画像検知センサーで得られた画像データを処理する少なくとも一つの画像処理プログラムを実行するのに特に有利である。その結果、評価ユニットによる画像データの容易で融通性のある処理が可能となる。特に、適当な画像処理プログラムを用いることにより、評価ユニットは、ステレオカメラシステムを用いる際に満たすべき要求に適合できる。赤外線照射装置の要素をボードに設けることは特に有利である。特に、赤外線照射装置はボードに設けられ、溶着ジョイントによりボードに接合される。その結果、これらの赤外線発光ダイオードによるステレオカメラシステムの検知範囲の照射が可能であり、それにより、暗くてもステレオカメラシステムで使用可能な画像を撮ることができる。

ステレオカメラシステムはカラー画像及び／又は白黒画像の撮影及び／又は処理が可能である。

本発明の更なる特徴及び利点は、添付図面を参照して実施形態について使用際に説明する以下の記載から明らかとなる。

二つの画像検知センサー及び別の要素を接続したボードを概略的に示す平面図。本発明の実施例の一例の概略図。 図１による該陸的に例示したボードの側面図。 図１及び図２に示すボード及び該ボードに結合できる二つの光学系を示す斜視図。 図１〜図３に示すボードを備えたステレオカメラシステムの構成を概略的に示す図。

図１において、二つの光学的画像検知センサー１、２を設けたボード３を概略的に示し、二つの光学的画像検知センサー１、２はボード３に接続され、またボード３には別の構成要素５、２８が接続されている。ボード３は、ボード３に接続した構成要素１、２、５、２８の電気端子を相互に電気的に接続する導電性接続部を備えた絶縁性材料の基板から成っている。導電性接続部は好ましくは、印刷回路の形態の導電性トラックとして構成される。ボード３は、例えばフェノール樹脂及び紙、エポキシ樹脂及び紙、或はエポキシ樹脂及びガラス繊維で作られ、そして銅製の導電性トラックが形成される。かかるボード３はまた回路ボードとも呼ばれる。構成要素１、２、５、２８の給電用端子及び信号端子の両方はボード３の電気的接続部に接続される。ボード３で行われる電気的接続に加えて、ボード３における構成要素１、２、５、２８の電気的接続用及び／又はボード３を別のユニットに接続するための接続線を介して電気的接続が行われ得る。

ボード３上には、二つの画像検知センサー１、２、好ましくは二つの同一光学半導体センサー１、２が設けられ、これらのセンサー１、２は、印刷回路で予め決められる相互距離４に設けられ、そして適当な接続部を介してボード３の導電性トラックに電気的に接続される。画像検知センサー１、２の画像感知領域１０、１１の中心点間の距離４は好ましくは、８０ｍｍ〜３００ｍｍの範囲の値である。画像検知センサー１、２は、少なくとも一つの溶着ジョイントによってボード３に接合される。代わりに、画像検知センサー１、２は、各々少なくとも一つの溶着ジョイントによってボード３に接合されたそれぞれのソケットに嵌め込まれ得る。画像検知センサー１、２はボード３上に設けられかつボード３に接続されて、小さな製造上の許容誤差を除いて、画像検知センサー１、２の画像感知領域１０、１１は一つの平面に設けられるようにしている。画素感知要素（マトリックス形態で設けられた）によって図１による例で横に形成した画像感知領域１０、１１の境界線は互いに平行に設けられている。図１による例で画素感知要素により形成した画像感知領域１０、１１の上方境界線は第１の直線上に位置している。同様に、画素感知要素により形成した画像感知領域１０、１１の下方境界線は第２の直線上に位置している。本実施形態において、上方境界線は、さらに、ボード３の上方縁部３０に平行でありかつボード３の上方縁部３０から同じ距離に位置している。その他の実施形態では、特に他のボード形態の場合には、画像感知領域１０、１１の境界線はボード３の縁部に平行に整列されない。画像検知センサー１、２の画像感知領域１０、１１は、ボード３から離れた画像検知センサー１、２の側に設けられる。

ボード３に設けた別の構成要素は、評価ユニットの要素５から成り、これらの要素５には、画像検知センサー１、２で発生した画像データが、ボード３に設けた電気的接続部を介して伝送される。評価ユニットは、画像処理プログラムによって実行される画像処理アルゴリズムによって画像データを処理する。この目的で、評価ユニットには少なくとも一つの画像処理プログラムが記録される。画像を処理するために、例えば、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ＡＳＩＣ、ＦＰＡＧ及び／又はベクトルプロセッサを用いることができる。加えて又は代わりに、また画像を処理するために、ＰＬＤのようないわゆる論理アレイを用いることもできる。

図示していないカメラ光学系及び評価ユニットと共に、画像検知センサー１、２はステレオカメラシステムを形成する。使用した画像検知センサー１、２及び評価ユニットで用いた画像処理アルゴリズムに関連して、ステレオカメラシステムはカラー画像及び／又は白黒画像の処理及び／又は形成に使用できる。

ボード３の印刷回路で予め決められた距離でボード３上に画像検知センサー１、２を固定配置することにより、先行技術の他のステレオカメラシステムに比べてキャリブレーション費用（手間）を大幅に低減できる。先行技術のステレオカメラシステムは、二つの別個の単一カメラを備え、これらのカメラはそれぞれの信号線を介して評価ユニットに接続される。ステレオカメラシステムの二つの単一カメラ、或はそれぞれそれらの画像検知センサー１、２は、ステレオカメラで撮った画像の評価における正しい結果を得るために、相互に正確にキャリブレーションされなければならない。公知のステレオカメラシステムの単一カメラの位置は、振動や温度の変動のような動作中の多数の影響のために変化し得る。このため、かかる公知のステレオカメラシステムの単一カメラの位置は、規則的な基準でチェックされなければならず、そして変位した場合には、キャリブレーションをし直さなければならない。

一方、本発明のステレオカメラシステムでは、組立中にただ一回キャリブレーションをすればよい。画像検知センサー１、２をボード３に固定することにより画像検知センサー１、２の相互の相対位置は全寿命を通して不変であるので、ステレオカメラシステムのキャリブレーションし直しは必要でない。さらに、二つの画像検知センサー１、２を単一のボード３に配置したことにより、コンパクトな構造となり、それにより組立作業やそれにかかる費用を軽減することができる。

さらに、ボード３には赤外線照射装置の構成要素２８を設けることができる。特に、赤外線照射装置の少なくとも一つの構成要素２８は赤外線発光ダイオードである。赤外線光を用いることにより、ステレオカメラシステムは、その検知範囲を赤外線照射装置で少なくとも部分的に照射できるので、暗くても画像を検知するのに用いることもできる。

図２には、図１による概略的に示したボード３の側面図が示されている。同じ機能又は構造をもつ要素は同じ参照符号で示す。

図３には、図１及び図２によるボード３の斜視図であり、二つの光学系８、９はボード３に結合したりボード３から外したりできる。二つの光学系８、９は、二つの光学系８、９のそれぞれの光学軸線が画像検知センサー１、２の画像感知領域１０、１１の中心点を通るように、ボード３に結合され得る。光学系８、９は、例えばボード３に接着され、ボード３にネジ止めされ、適当な嵌め込み要素によりボード３に接続され、或は適当なクランプ接続部材によりボード３に接続される。代わりに、光学系８、９は、図示していないハウジングに一体に設けられ得る。画像検知センサー１、２に対する光学系８、９の位置は、ボード３に対するハウジングの位置で固定される。ハウジングは、例えばはねかかる水、低温、雨及び／又は破壊に対してステレオカメラシステムを恒久的に保護する働きをし得る。

光学系８、９は、各々、一つ以上のレンズ及び／又は別の光学要素を備え、そして特に画像検知センサー１、２に視覚表示を焦点合わせする働きをする。光学系８、９を選択することにより、ステレオカメラシステムは、所望の焦点距離、光の強度及び／又は光学開口に適合され得る。

図４には、図１〜図３によるステレオカメラシステムの構成を概略的に示している。かかるステレオカメラシステムは、相互に距離４を置いて設けられた二つの画像検知センサー１、２及び光学系８、９を有している。画像検知センサー１、２によって検知すべき物体６の視覚表示した画像が撮られる。画像検知センサー１、２によって発生しかつ撮られた画像に相当する画像データはその後、実行した画像処理プログラムにより評価ユニットで行なう画像処理アルゴリズムによって処理される。例えば、画像処理プログラムにより評価ユニットで行なう画像処理アルゴリズムによって、物体６が検知され、追跡され及び／又は測定され得る。同様に、ステレオカメラシステムまでの物体６の距離を測定することも可能である。

画像検知センサーとしては例えば、ＣＣＤ画像検知センサー又はＣＭＯＳ画像検知センサーが適当である。

１、２ ：画像検知センサー
３ ：ボード
４ ：距離
５ ：構成要素
６ ：物体
７ ：距離
８、９ ：光学系
１０，１１：画像検知センサー１、２の画像感知領域
２８ ：赤外線照射装置

Claims (17)

1. 少なくとも二つの画像検知センサー（１、２）と、
   ボード（３）と
   を有し、
   画像検知センサー（１、２）の各々がボード（３）に固定接続され、また
   ボード（３）に接続した画像検知センサー（１、２）がボード（３）で決まる相互の距離（４）に位置していること
   を特徴とするステレオカメラシステム。
2. 画像検知センサー（１、２）が相互に固定位置にあることを特徴とする請求項１に記載のステレオカメラシステム。
3. 画像検知センサー（１、２）が、光学半導体センサー、ＣＣＤ画像検知センサー及び／又はＣＭＯＳ画像検知センサーであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のステレオカメラシステム。
4. ボード（３）が回路ボードであることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のステレオカメラシステム。
5. 画像検知センサー（１、２）が各々画像感知領域（１０、１１）を備え、また、画像検知センサー（１、２）の画像感知領域（１０、１１）の中心点間の距離（４）が８０ｍｍ〜３００ｍｍの範囲の値であることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載のステレオカメラシステム。
6. 少なくとも一つの評価ユニットの少なくとも一つの構成要素（５）がボード（３）に接続されることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか一項に記載のステレオカメラシステム。
7. 画像検知センサー（１、２）及び／又は評価ユニットの構成要素（５）が、溶着ジョイント、ムプラグ接続部及び／又はプレス接続部によりボード（３）に接続されることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか一項に記載のステレオカメラシステム。
8. 画像検知センサー（１、２）の画像感知領域（１０、１１）が一つの平面に位置するように、画像検知センサー（１、２）がボード（３）に設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか一項に記載のステレオカメラシステム。
9. 第１の画像検知センサー（１）の画像感知領域（１０）の第１の境界線及び第２の画像検知センサー（２）の画像感知領域（１１）の第１の境界線が第１の直線上に位置し及び／又は第１の画像検知センサー（１）の画像感知領域（１０）の第２の境界線及び第２の画像検知センサー（２）の画像感知領域（１１）の第２の境界線が第２の直線上に位置することを特徴とする請求項１〜請求項８の何れか一項に記載のステレオカメラシステム。
10. 境界線が各々画像感知領域（１０、１１）の画素感知要素で形成されることを特徴とする請求項９に記載のステレオカメラシステム。
11. 評価ユニットが、画像検知センサー（１、２）で発生した画像データを処理するために少なくとも一つの画像処理プログラムを実行することを特徴とする請求項１〜請求項１０の何れか一項に記載のステレオカメラシステム。
12. ボード（３）に少なくとも一つの赤外線照射装置（２８）が接続されることを特徴とする請求項１〜請求項１１の何れか一項に記載のステレオカメラシステム。
13. ステレオカメラシステムがカラー画像及び／又は白黒画像を発生し及び／又は処理することを特徴とする請求項１〜請求項１２の何れか一項に記載のステレオカメラシステム。
14. 光学系（８、９）が、ボード（３）に接続され、及び／又はボード（３）に対して配置され、ステレオカメラシステムの各検知範囲の一つの視覚表示が画像検知センサー（１、２）の一つの画像感知領域（１０、１１）上に画像形成及び／又は焦点合わせされるようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項１３の何れか一項に記載のステレオカメラシステム。
15. 光学系（８、９）のそれぞれの光学軸線が、画像検知センサー（１、２）の画像感知領域（１０、１１）の中心点を通ることを特徴とする請求項１４に記載のステレオカメラシステム。
16. 画像検知センサー（１、２）が同一であり、及び／又は光学系（８、９）が同一であることを特徴とする請求項１〜請求項１５の何れか一項に記載のステレオカメラシステム。
17. ボード（３）に接続した構成要素（１、２、５、２８）及びボード（３）を包囲するハウジングを有することを特徴とする請求項１〜請求項１６の何れか一項に記載のステレオカメラシステム。

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