JP2018088228A - 交点検出装置、カメラ校正システム、交点検出方法、カメラ校正方法、プログラムおよび記録媒体 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明者は、「背景技術」の欄において記載した特許文献1〜7に関し、以下の問題が生じることを見出した。
[関数モデル]
図1は、実施の形態1における交点検出装置のブロック図である。図1に示すように、本実施の形態における交点検出装置101は、カメラ102、メモリ103、モニター104、初期交点入力部105、交点検出部106、および交点座標格納部107を備える。なお、本実施の形態では、交点検出装置101は、カメラ102、モニター104、初期交点入力部105および交点座標格納部107を備えるが、これらの構成要素を備えていなくてもよい。また、本実施の形態における交点検出部106は、例えば少なくとも1つのプロセッサからなる。
本実施の形態における関数モデルを用いた、CG(computer graphics)データに対す
る交点の検出精度について、以下に説明する。
以上、実施の形態1における交点検出装置101および交点検出方法について説明したが、これらを纏めると、交点検出装置101は、図10Aに示す構成を有し、交点検出方法は、図10Bに示すフローによって表される。
ここで、上記実施の形態1における関数モデルで生じる0.10画素の根二乗平均誤差は、関数モデルと実際の画素値の空間分布との違いによって生じている。この誤差の原因を以下に説明する。
実施の形態2における交点検出装置は、関数モデルではなく、数値モデルを用いることによって、実施の形態1の交点検出装置よりも高精度に交点を検出する。
以上、実施の形態2における交点検出装置1101および交点検出方法について説明したが、これらを纏めると、交点検出装置1101は、図22Aに示す構成を有し、交点検出方法は、図22Bに示すフローによって表される。
[交点検出の粗密探索]
上述のように、関数モデルによって交点を検出する場合には、勾配法が使えるため、計算コストが小さい。一方、数値モデルによって交点を検出する場合には、勾配法が使えないため、計算コストが大きいが、より高精度に交点を検出することができる。
上記実施の形態1〜3では、オペレータによる操作によって初期交点を受け付け、その初期交点の近傍に対し、関数モデルおよび数値モデルのうちの少なくとも一方を使用することにより、半自動的に交点を検出した。一方、本実施の形態では、オペレータによる操作を受け付けることなく、自動的に初期交点を生成して交点を検出する。
本実施の形態におけるカメラ校正システムは、実施の形態1〜4の何れかの交点検出装置によって検出された交点を用いて、チェッカーパタンの撮影に用いられたカメラのカメラパラメータを算出することによって、そのカメラパラメータを校正する。
以上、本開示の幾つかの態様に係る交点検出装置および交点検出方法について、上記各実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を上記各実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれてもよい。
アは、ソフトウエア内の特定の機能を、処理装置(processor)と周辺のデバイスに実行
させる。システム又は装置は、ソフトウエアが記録されている一つ又は一つ以上の非一時的記録媒体、処理装置(processor)、及び必要とされるハードウエアデバイス、例えば
インターフェース、を備えていても良い。
102 カメラ
103 メモリ
104 モニター
105 初期交点入力部
106、1102、2003 交点検出部
107 交点座標格納部
300 カメラ校正システム
302 3次元座標取得部
303 カメラパラメータ算出部
304 カメラパラメータ出力部
2002 初期交点生成部
2004 交点判定部
Claims (24)
- チェッカーパタンの撮影によって得られた撮影画像を保持するメモリと、
前記撮影画像のうちの少なくとも一部の画像を処理対象画像として前記メモリから読み出し、前記処理対象画像に映し出された、前記チェッカーパタンにおける2つの境界線の交点を検出するプロセッサとを備え、
前記2つの境界線はそれぞれ、前記処理対象画像における、第1の画素値を有する複数の画素からなる第1の領域と、前記第1の画素値よりも大きい第2の画素値を有する複数の画素からなる第2の領域との境界線であり、
前記プロセッサは、
2次元画像座標を変数とする関数モデルによって表現される各画素値と、前記処理対象画像の各画素値との差分に基づく評価値を最適化するための、前記関数モデルの複数のパラメータを決定し、
決定された前記複数のパラメータによって表現される2つの直線の交点の位置を算出することによって、前記処理対象画像内にある前記2つの境界線の交点をサブピクセル精度で検出し、
前記関数モデルは、
2次元座標系上において前記第1の領域と前記第2の領域とを表し、かつ、前記第1の領域と前記第2の領域との境界にある前記2次元座標系上の各位置の画素値を、少なくとも1回微分可能な曲面で表す
交点検出装置。 - 前記関数モデルは、2次元に拡張されたロジスティック関数からなる
請求項1に記載の交点検出装置。 - 前記関数モデルの複数のパラメータは、
角度θおよびφと、画素値aおよびdと、距離bおよびcと、像のぼけ具合σとからなり、
前記関数モデルは、
x軸およびy軸からなる前記2次元座標系上の前記2つの直線である、(xcosθ+ysinθ+b)=0および(xsinφ−ycosφ+c)=0を用いて、
前記2次元座標系上の位置(x,y)における画素値M(x,y)を、
請求項2に記載の交点検出装置。 - チェッカーパタンの撮影によって得られた撮影画像を保持するメモリと、
前記撮影画像のうちの少なくとも一部の画像を処理対象画像として前記メモリから読み出し、前記処理対象画像に映し出された、前記チェッカーパタンにおける2つの境界線の交点を検出するプロセッサとを備え、
前記2つの境界線はそれぞれ、前記処理対象画像における、第1の画素値を有する複数の画素からなる第1の領域と、前記第1の画素値よりも大きい第2の画素値を有する複数の画素からなる第2の領域との境界線であり、
前記プロセッサは、
数値モデルによって表現される各画素値と、前記処理対象画像の各画素値との差分に基づく評価値を最適化するための、前記数値モデルの複数のパラメータを決定し、
決定された前記複数のパラメータによって表現される2つの直線の交点の位置を算出することによって、前記処理対象画像内にある前記2つの境界線の交点をサブピクセル精度で検出し、
前記数値モデルは、
直線によって分割される画素内の各領域に画素値を与え、前記画素全体の画素値を決定することによって、ステップエッジ撮影時の画素の積分効果を模擬的に表すモデルである
交点検出装置。 - 前記プロセッサは、
前記数値モデルの複数のパラメータの決定では、
画素に対してオーバーサンプリングを行うことによって複数のサブピクセルを生成し、
前記複数のパラメータによって表現される直線によって前記画素を複数の領域に分割し、
前記複数の領域のそれぞれに含まれる各サブピクセルに対して、前記複数のパラメータによって表現されるサブピクセル値を与え、
前記画素の範囲でサブピクセル値の数値積分を行うことによって、前記数値モデルによって表現される画素値を算出する
請求項4に記載の交点検出装置。 - 前記プロセッサは、さらに、
2次元画像座標を変数とする関数モデルによって表現される各画素値と、前記処理対象画像の各画素値との差分に基づく評価値を最適化するための、前記関数モデルの複数のパラメータを決定し、
決定された前記複数のパラメータによって表現される2つの直線の交点の位置を第1の初期位置として算出し、
前記関数モデルは、
2次元座標系上において前記第1の領域と前記第2の領域とを表し、かつ、前記第1の領域と前記第2の領域との境界にある前記2次元座標系上の各位置の画素値を、少なくとも1回微分可能な曲面で表し、
前記プロセッサは、
前記数値モデルの複数のパラメータの決定では、
前記数値モデルの複数のパラメータによって表現される前記2つ直線の交点の位置を、前記第1の初期位置から変更しながら前記評価値を最適化する
請求項4または5に記載の交点検出装置。 - 前記交点検出装置は、さらに、
前記撮影画像を表示する表示部を備え、
前記プロセッサは、
オペレータによる操作に応じて、表示されている前記撮影画像中の位置を第2の初期位置として取得し、
前記撮影画像のうち、前記第2の初期位置を含む領域を前記処理対象画像として前記メモリから読み出す
請求項1〜6の何れか1項に記載の交点検出装置。 - 前記プロセッサは、さらに、
予め定められた複数の初期交点を生成し、
前記複数の初期交点のうちの1つの初期交点を選択初期交点として順次選択し、
前記処理対象画像の読み出しでは、
前記選択初期交点が選択されるごとに、当該選択初期交点の位置を含む処理対象画像を読み出し、
前記交点のサブピクセル精度での検出では、
最適化された前記評価値が閾値よりも小さい場合に、前記複数のパラメータに基づいて、前記処理対象画像内にある前記2つの境界線の交点をサブピクセル精度で検出する
請求項1〜6の何れか1項に記載の交点検出装置。 - 請求項1または4に記載の交点検出装置と、
前記交点検出装置によって検出された交点を用いて、前記チェッカーパタンの撮影に用いられたカメラのカメラパラメータを算出する算出部とを備える
カメラ校正システム。 - チェッカーパタンの撮影によって得られた撮影画像を保持しているメモリから、前記撮影画像のうちの少なくとも一部の画像を処理対象画像として読み出し、
前記処理対象画像に映し出された、前記チェッカーパタンにおける2つの境界線の交点を検出し、
前記2つの境界線はそれぞれ、前記処理対象画像における、第1の画素値を有する複数の画素からなる第1の領域と、前記第1の画素値よりも大きい第2の画素値を有する複数の画素からなる第2の領域との境界線であり、
前記交点の検出では、
2次元画像座標を変数とする関数モデルによって表現される各画素値と、前記処理対象画像の各画素値との差分に基づく評価値を最適化するための、前記関数モデルの複数のパラメータを決定し、
決定された前記複数のパラメータによって表現される2つの直線の交点の位置を算出することによって、前記処理対象画像内にある前記2つの境界線の交点をサブピクセル精度で検出し、
前記関数モデルは、
2次元座標系上において前記第1の領域と前記第2の領域とを表し、かつ、前記第1の領域と前記第2の領域との境界にある前記2次元座標系上の各位置の画素値を、少なくとも1回微分可能な曲面で表す
交点検出方法。 - 前記関数モデルは、2次元に拡張されたロジスティック関数からなる
請求項10に記載の交点検出方法。 - 前記関数モデルの複数のパラメータは、
角度θおよびφと、画素値aおよびdと、距離bおよびcと、像のぼけ具合σとからなり、
前記関数モデルは、
x軸およびy軸からなる前記2次元座標系上の前記2つの直線である、(xcosθ+ysinθ+b)=0および(xsinφ−ycosφ+c)=0を用いて、
前記2次元座標系上の位置(x,y)における画素値M(x,y)を、
請求項11に記載の交点検出方法。 - チェッカーパタンの撮影によって得られた撮影画像を保持するメモリから、前記撮影画像のうちの少なくとも一部の画像を処理対象画像として読み出し、
前記処理対象画像に映し出された、前記チェッカーパタンにおける2つの境界線の交点を検出し、
前記2つの境界線はそれぞれ、前記処理対象画像における、第1の画素値を有する複数の画素からなる第1の領域と、前記第1の画素値よりも大きい第2の画素値を有する複数の画素からなる第2の領域との境界線であり、
前記交点の検出では、
数値モデルによって表現される各画素値と、前記処理対象画像の各画素値との差分に基づく評価値を最適化するための、前記数値モデルの複数のパラメータを決定し、
決定された前記複数のパラメータによって表現される2つの直線の交点の位置を算出することによって、前記処理対象画像内にある前記2つの境界線の交点をサブピクセル精度で検出し、
前記数値モデルは、
直線によって分割される画素内の各領域に画素値を与え、前記画素全体の画素値を決定することによって、ステップエッジ撮影時の画素の積分効果を模擬的に表すモデルである
交点検出方法。 - 前記数値モデルの複数のパラメータの決定では、
画素に対してオーバーサンプリングを行うことによって複数のサブピクセルを生成し、
前記複数のパラメータによって表現される直線によって前記画素を複数の領域に分割し、
前記複数の領域のそれぞれに含まれる各サブピクセルに対して、前記複数のパラメータによって表現されるサブピクセル値を与え、
前記画素の範囲でサブピクセル値の数値積分を行うことによって、前記数値モデルによって表現される画素値を算出する
請求項13に記載の交点検出方法。 - 前記交点検出方法では、さらに、
2次元画像座標を変数とする関数モデルによって表現される各画素値と、前記処理対象画像の各画素値との差分に基づく評価値を最適化するための、前記関数モデルの複数のパラメータを決定し、
決定された前記複数のパラメータによって表現される2つの直線の交点の位置を第1の初期位置として算出し、
前記関数モデルは、
2次元座標系上において前記第1の領域と前記第2の領域とを表し、かつ、前記第1の領域と前記第2の領域との境界にある前記2次元座標系上の各位置の画素値を、少なくとも1回微分可能な曲面で表し、
前記数値モデルの複数のパラメータの決定では、
前記数値モデルの複数のパラメータによって表現される前記2つ直線の交点の位置を、前記第1の初期位置から変更しながら前記評価値を最適化する
請求項13または14に記載の交点検出方法。 - 前記交点検出方法では、さらに、
前記撮影画像を表示し、
オペレータによる操作に応じて、表示されている前記撮影画像中の位置を第2の初期位置として取得し、
前記撮影画像のうち、前記第2の初期位置を含む領域を前記処理対象画像として前記メモリから読み出す
請求項10〜15の何れか1項に記載の交点検出方法。 - 前記交点検出方法では、さらに、
予め定められた複数の初期交点を生成し、
前記複数の初期交点のうちの1つの初期交点を選択初期交点として順次選択し、
前記処理対象画像の読み出しでは、
前記選択初期交点が選択されるごとに、当該選択初期交点の位置を含む処理対象画像を読み出し、
前記交点のサブピクセル精度での検出では、
最適化された前記評価値が閾値よりも小さい場合に、前記複数のパラメータに基づいて、前記処理対象画像内にある前記2つの境界線の交点をサブピクセル精度で検出する
請求項10〜15の何れか1項に記載の交点検出方法。 - 請求項10または13に記載の交点検出方法によって交点を検出し、
前記交点検出方法によって検出された交点を用いて、前記チェッカーパタンの撮影に用いられたカメラのカメラパラメータを算出する
カメラ校正方法。 - チェッカーパタンの撮影によって得られた撮影画像を保持しているメモリから、前記撮影画像のうちの少なくとも一部の画像を処理対象画像として読み出し、
前記処理対象画像に映し出された、前記チェッカーパタンにおける2つの境界線の交点を検出することを、コンピュータに実行させ、
前記2つの境界線はそれぞれ、前記処理対象画像における、第1の画素値を有する複数の画素からなる第1の領域と、前記第1の画素値よりも大きい第2の画素値を有する複数の画素からなる第2の領域との境界線であり、
前記交点の検出では、
2次元画像座標を変数とする関数モデルによって表現される各画素値と、前記処理対象画像の各画素値との差分に基づく評価値を最適化するための、前記関数モデルの複数のパラメータを決定し、
決定された前記複数のパラメータによって表現される2つの直線の交点の位置を算出することによって、前記処理対象画像内にある前記2つの境界線の交点をサブピクセル精度で検出し、
前記関数モデルは、
2次元座標系上において前記第1の領域と前記第2の領域とを表し、かつ、前記第1の領域と前記第2の領域との境界にある前記2次元座標系上の各位置の画素値を、少なくとも1回微分可能な曲面で表す
プログラム。 - チェッカーパタンの撮影によって得られた撮影画像を保持するメモリから、前記撮影画像のうちの少なくとも一部の画像を処理対象画像として読み出し、
前記処理対象画像に映し出された、前記チェッカーパタンにおける2つの境界線の交点を検出することを、コンピュータに実行させ、
前記2つの境界線はそれぞれ、前記処理対象画像における、第1の画素値を有する複数の画素からなる第1の領域と、前記第1の画素値よりも大きい第2の画素値を有する複数の画素からなる第2の領域との境界線であり、
前記交点の検出では、
数値モデルによって表現される各画素値と、前記処理対象画像の各画素値との差分に基づく評価値を最適化するための、前記数値モデルの複数のパラメータを決定し、
決定された前記複数のパラメータによって表現される2つの直線の交点の位置を算出することによって、前記処理対象画像内にある前記2つの境界線の交点をサブピクセル精度で検出し、
前記数値モデルは、
直線によって分割される画素内の各領域に画素値を与え、前記画素全体の画素値を決定することによって、ステップエッジ撮影時の画素の積分効果を模擬的に表すモデルである
プログラム。 - 前記プログラムは、さらに、
検出された前記交点を用いて、前記チェッカーパタンの撮影に用いられたカメラのカメラパラメータを算出することを、前記コンピュータに実行させる
請求項19または20に記載のプログラム。 - プログラムを記録しているコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体であって、
前記プログラムは、
チェッカーパタンの撮影によって得られた撮影画像を保持しているメモリから、前記撮影画像のうちの少なくとも一部の画像を処理対象画像として読み出し、
前記処理対象画像に映し出された、前記チェッカーパタンにおける2つの境界線の交点を検出することを、コンピュータに実行させ、
前記2つの境界線はそれぞれ、前記処理対象画像における、第1の画素値を有する複数の画素からなる第1の領域と、前記第1の画素値よりも大きい第2の画素値を有する複数の画素からなる第2の領域との境界線であり、
前記交点の検出では、
2次元画像座標を変数とする関数モデルによって表現される各画素値と、前記処理対象画像の各画素値との差分に基づく評価値を最適化するための、前記関数モデルの複数のパラメータを決定し、
決定された前記複数のパラメータによって表現される2つの直線の交点の位置を算出することによって、前記処理対象画像内にある前記2つの境界線の交点をサブピクセル精度で検出し、
前記関数モデルは、
2次元座標系上において前記第1の領域と前記第2の領域とを表し、かつ、前記第1の領域と前記第2の領域との境界にある前記2次元座標系上の各位置の画素値を、少なくとも1回微分可能な曲面で表す
記録媒体。 - プログラムを記録しているコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体であって、
前記プログラムは、
チェッカーパタンの撮影によって得られた撮影画像を保持するメモリから、前記撮影画像のうちの少なくとも一部の画像を処理対象画像として読み出し、
前記処理対象画像に映し出された、前記チェッカーパタンにおける2つの境界線の交点を検出することを、コンピュータに実行させ、
前記2つの境界線はそれぞれ、前記処理対象画像における、第1の画素値を有する複数の画素からなる第1の領域と、前記第1の画素値よりも大きい第2の画素値を有する複数の画素からなる第2の領域との境界線であり、
前記交点の検出では、
数値モデルによって表現される各画素値と、前記処理対象画像の各画素値との差分に基づく評価値を最適化するための、前記数値モデルの複数のパラメータを決定し、
決定された前記複数のパラメータによって表現される2つの直線の交点の位置を算出することによって、前記処理対象画像内にある前記2つの境界線の交点をサブピクセル精度で検出し、
前記数値モデルは、
直線によって分割される画素内の各領域に画素値を与え、前記画素全体の画素値を決定することによって、ステップエッジ撮影時の画素の積分効果を模擬的に表すモデルである
記録媒体。 - 前記プログラムは、さらに、
検出された前記交点を用いて、前記チェッカーパタンの撮影に用いられたカメラのカメラパラメータを算出することを、前記コンピュータに実行させる
請求項22または23に記載の記録媒体。
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