JP2022042408A - 情報処理装置 - Google Patents

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央光 加藤木
Hisamitsu Katogi
岳 古市
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Abstract

【課題】レンズ装置の特性を示すパラメータを、焦点距離毎に算出することが可能となる情報処理装置を提供すること。【解決手段】撮像装置によって撮像された較正用画像と当該較正用画像の撮像に使用されたレンズ装置の焦点距離を示す情報とを複数入力する入力部と、前記較正用画像と前記焦点距離を示す情報とから、前記焦点距離を示す情報毎に、前記レンズ装置の特性を示すパラメータを算出する算出部と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図1

Description

本開示は、情報処理装置に関する。
従来より、カメラ等の撮像装置の特性を補正するための技術が提案されている。例えば、三次元データに基づき、指定された姿勢の基準ボード画像(較正用画像)を生成し、ディスプレイに表示させる技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
国際公開第2010/013289号
カメラ等の撮像装置を用いて、表示システムによって表示された画像等の調整を行う場合、画像全体を撮像する必要があるが、表示システムの設置場所によっては、カメラ撮影のための距離が十分確保できない等の問題が生じる。カメラ設置場所に制約が発生する場合を想定し、効率の点から、画像全体の撮像にズームレンズが使用される場合がある。
ズームレンズを使用した撮像装置の特性を補正するためには、代表的な焦点距離毎に特性を事前に求めておき、表示システムの設置場所に応じて設定された焦点距離に対応する特性に基づき、当該特性を補正する必要がある。しかし、複数の焦点距離に対応する特性を求めるためには、較正用画像が印刷されたボードや較正用画像が表示されたディスプレイと、撮像装置との距離を変えて、較正用画像の撮像を繰り返し行う必要があり、効率的ではないという課題がある。
上述した課題に鑑み、本開示は、レンズ装置の特性を示すパラメータを、焦点距離毎に算出することが可能となる情報処理装置を提供すること目的とする。
上述した課題を解決するために、本開示の情報処理装置は、
撮像装置によって撮像された較正用画像と当該較正用画像の撮像に使用されたレンズ装置の焦点距離を示す情報とを複数入力する入力部と、
前記較正用画像と前記焦点距離を示す情報とから、前記焦点距離を示す情報毎に、前記レンズ装置の特性を示すパラメータを算出する算出部と、を備えたことを特徴とする。
本開示によれば、レンズ装置の特性を示すパラメータを、焦点距離毎に算出することが可能となる。
第1実施形態におけるシステムの全体構成を説明するための図である。 歪曲収差について説明するための図である。 較正用画像について説明するための図である。 第1実施形態における情報処理装置の機能構成を説明するための図である。 第1実施形態における較正用画像を説明するための図である。 第1実施形態における情報処理装置のメイン処理の流れを説明するための図である。 第1実施形態におけるパラメータセット算出処理を説明するための図である。 第1実施形態における動作例を説明するための図である。 第1実施形態における動作例を説明するための図である。 第1実施形態における動作例を説明するための図である。 第1実施形態における動作例を説明するための図である。 第1実施形態における動作例を説明するための図である。 第1実施形態の変形例を説明するための図である。 第1実施形態の変形例における動作例を説明するための図である。 第1実施形態の変形例における動作例を説明するための図である。 第2実施形態における情報処理装置のメイン処理の流れを説明するための図である。 第2実施形態における動作例を説明するための図である。 第2実施形態における動作例を説明するための図である。 第3実施形態におけるパラメータセット算出処理を説明するための図である。 第3実施形態における動作例を説明するための図である。 第3実施形態における動作例を説明するための図である。 第3実施形態における動作例を説明するための図である。
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、一例として、本開示に係る情報処理装置を含むシステムについて説明する。
[1.第1実施形態]
[1.1 全体構成]
本実施形態のシステム1の全体構成を、図1に基づいて説明する。図1に示すように、システム1は、表示装置10と、レンズ装置25を備えた撮像装置20と、情報処理装置30とを含んでいる。情報処理装置30は、表示装置10と撮像装置20と、有線又は無線により接続し、通信可能とする。
表示装置10は、外部から入力された画像信号に基づく画像を表示する装置である。表示装置10は、例えば、液晶素子を用いたLCD(Liquid Crystal Display)、発光素子を用いた有機EL(Organic Light Emitting Diode)ディスプレイ、電気インク等の素子を含んで構成された装置である。なお、表示装置10は、壁面や机上に画像を投影可能な投影装置(例えば、プロジェクタ)であってもよい。
撮像装置20は、レンズ装置25(光学系)を介して入射した光に基づく画像を撮像するための装置で、例えば、デジタルカメラによって構成される。レンズ装置25は、1以上のレンズによって構成され、撮像装置20に外部からの光を入射させるための装置である。レンズ装置25は、撮像装置20に装着可能であってもよいし、撮像装置20と一体に構成されてもよい。また、撮像装置20は、撮像した画像を画像データとして記憶してもよい。
情報処理装置30は、入力された情報に基づき、所定の処理を行う装置である。情報処理装置30は、例えば、PC(Personal Computer)や、サーバ装置によって構成される。
本実施形態の撮像装置20は、例えば、複数台のプロジェクタによって投影される画像を結合させて大画面上に1つの画像として表示するシステム等、他のシステムの調整に用いられる。
例えば、撮像装置20は、左右に並べたプロジェクタを用いて1つの画像(横2台分×縦1台分の画像)を表示するシステムにおいて、表示する画像の調整に用いる。この場合、プロジェクタは、左側のプロジェクタが投影する画像の右側領域の一部と、右側のプロジェクタが投影する画像の左側領域の一部とが重なるように配置される。そして、プロジェクタが表示する画像の重複領域の表示が重なることで、2つの画像がシームレスな表示になるように、ユーザは、プロジェクタの配置を調整する。
このようなプロジェクタの配置の調整方法は、一般的にエッジブレンディングといわれる。エッジブレンディングを行う場合、ユーザは、撮像装置20を用いて、プロジェクタによって投影された画像全体を撮影(撮像)する。つづいて、ユーザは、エッジブレンディングを行うための装置(例えば、情報処理装置30)に対して、撮像装置20によって撮影された画像(画像データ)を入力する。情報処理装置30は、特徴点の抽出及び幾何学補正を実行し、重複領域を補正することにより所定の調整方法を実行する。ここで、撮像装置20によって撮像された画像にはレンズ装置25の特性が表れてしまう。そのため、レンズ装置25の特性を考慮して補正した画像(レンズの特性が除去された画像)に基づき、エッジブレンディングが行われることが望ましい。
本実施形態におけるレンズ装置25の特性は、レンズ装置25の性質に基づく画像の画質を低下する要因をいう。画質を低下する要因は、例えば、歪曲収差(樽型収差、糸巻型収差)、色収差、周辺輝度低下(周辺減光)等である。これらの特性は、使用するレンズ装置25によって異なる。本実施形態では、情報処理装置30は、撮像装置20によって撮像された画像に基づき、レンズ装置25の特性のうち、レンズの収差によって画像が歪む特性である歪曲収差の特性を示す歪み係数を算出する。
一般的に、物体を広角レンズで撮像した場合、レンズ装置25のレンズ歪みの特性により、撮像装置20によって撮像された画像の四隅には、引っ張られたような歪みが生じる。具体的には、図2(a)に示すような糸巻型歪曲や、図2(b)に示すような樽型歪曲が生じる。広角レンズや、ズームレンズの広角側を使用して物体を撮像した場合、樽型歪曲が起こりやすく、望遠レンズや、ズームレンズの望遠側を使用して物体を撮像した場合、糸巻側歪曲が起こりやすい。
撮像装置20を用いてエッジブレンディング等の他のシステムの調整を行う場合、撮像装置20によって撮像された画像を、歪み係数を用いて補正することで、レンズ装置25のレンズの歪みの影響を解消した画像に基づく調整が可能となる。
レンズ装置25の歪みを補正する手法として、例えば、Zhangの手法を用いることができる。
本実施形態では、Zhangの手法に基づき、情報処理装置30によって、レンズ装置25の特性を示す歪み係数(レンズ歪み補正パラメータセット)と、撮像装置20自体の特性を示す係数(内部パラメータセット)とを算出することとして説明する。
内部パラメータセットは、以下のパラメータを含む。
・f:画像平面上のx軸方向の焦点距離
・f:画像平面上のy軸方向の焦点距離
・C:画像内におけるレンズの中心(x方向)
・C:画像内におけるレンズの中心(y方向)
レンズ歪み補正パラメータセットは、以下のパラメータを含む。
・k,k,k:半径方向歪み
・p,p:円周方向歪み
本実施形態では、内部パラメータセット及びレンズ歪み補正パラメータセットを、パラメータセットという。すなわち、パラメータセットとは、レンズ装置25の歪曲収差の特性を示すパラメータと撮像装置20の特定を示すパラメータとの組である。
具体的には、情報処理装置30は、撮像装置20が撮像されたチェッカーボードを示すパターン(一般的にチェッカーボードパターンと呼ばれる)等の較正用画像から座標(チェッカーボードパターンであればチェッカーボードのコーナーの座標)を検出する。つづいて、情報処理装置30は、2次元ワールド(撮像装置20によって撮像された画像)から検出した座標と、3次元ワールドにおける点の座標と対応付けることで、3次元ワールド座標系から2次元ワールド座標系への変換係数(パラメータセット)を算出する。この変換係数に基づき、情報処理装置30は、レンズ歪みを補正するために用いられる係数(補正パラメータ)を推定する。
較正用画像は、較正用画像を撮像した画像に基づいて、情報処理装置30が較正用画像に表れた模様(パターン)から座標を検出できる画像であればよい。例えば、較正用画像は、異なる2色(例えば、白と黒)の矩形を交互に配したチェッカーボードパターンであってもよいし、所定の大きさの円を格子状に配置したサークルグリッドパターンであってもよい。
なお、本実施形態では、チェッカーボードパターンを用いて、パラメータセットに含まれるパラメータを算出する。パラメータセットを算出するために用いられる、基準となるチェッカーボードパターンは、例えば、図3(a)に示すような、横方向に14マス、縦方向に10マスで構成される矩形状のマス目の背景色を、交互に白又は黒にした画像である。チェッカーボードパターンに含まれるマス目の数や配置は、予め定められている。
撮像装置20は、チェッカーボードパターンを撮像する。なお、図3(a)は、パラメータセットを算出する前の画像であり、撮像したチェッカーボードパターンの画像には歪み(樽型歪曲)が生じている。
図3(b)は、図3(a)において示した撮影したチェッカーボードパターンのうち、交点が含まれる領域E100を示した図である。交点とは、2つの黒い背景のマス目と2つの白い背景のマス目との4つのマス目が隣接している場所(マス目同士が交差する場所)である。領域E100には、横方向に13箇所、縦方向に9箇所の交点があり、合計117箇所の交点が含まれる。また、図3(c)は、領域E100の一部を拡大した図であり、領域P100は、1の交点を含む領域である。
情報処理装置30は、撮像装置20が撮像した画像から、2次元ワールドにおける座標平面上の交点の座標を読み出す。例えば、情報処理装置30は、図3(a)に示したチェッカーボードパターンを撮像した画像から、117箇所の交点の座標を読み出す。
さらに、情報処理装置30は、117箇所の交点それぞれに対して、読み出した座標と、上から何番目左から何番目の交点であるかといった位置関係と対応付けて、座標と位置関係とのから、公知の手法で、パラメータセットを算出する。
図3(d)は、パラメータセットを用いて図3(a)に示したチェッカーボードパターンの補正前の画像を補正した後の画像である。図3(d)に示した補正後の画像は、図3(a)に示した補正前の画像と比べて、樽型歪曲が補正されている。なお、画像の補正は、撮像装置20によって撮像された画像とパラメータセットを用いて情報処理装置30が行ってもよいし、情報処理装置30が出力したパラメータセットを受信した他の装置が行ってもよい。
なお、Zhangの手法では、レンズ装置25の焦点距離を固定した上で、チェッカーボードパターンが印刷されたチェッカーボードを傾け、複数の方向に向けられたチェッカーボードを撮影した画像に基づいてパラメータを算出する。つまり、1の焦点距離に対するパラメータセットを求める場合、複数の角度から撮像されたチェッカーボードの画像が必要となる。
[1.2 機能構成]
図4を参照して、本実施形態における情報処理装置30の機能構成を説明する。図4に示すように、情報処理装置30は、制御部300、画像出力部310、画像入力部320、操作部330、通信部340、記憶部350を備えて構成される。
制御部300は、情報処理装置30の全体を制御するための機能部である。制御部300は、記憶部350に記憶されている各種プログラムを読み出して実行することにより各種機能を実現しており、1又は複数の演算装置(例えば、CPU(Central Processing Unit))により構成されている。
画像出力部310は、外部の表示装置(例えば、表示装置10)に、所定の画像を表示させるための信号(画像信号)を出力する。画像出力部310は、例えば、端子として構成され、HDMI(登録商標)や、ディスプレイポート、USB(Universal Serial Bus) TypeC等の何れかの方式で、外部の表示装置と接続される。
画像入力部320は、外部の装置(例えば、撮像装置20)から画像データを入力する。画像入力部320は、例えば、他の装置と接続(通信)を行うための端子として構成され、USB等の方式で、外部の装置と接続される。なお、画像入力部320は、USB(Universal Serial Bus)メモリや、SDカード等の記憶媒体から画像データを入力してもよい。
操作部330は、ユーザからの操作入力を受け付ける。例えば、操作部330は、キーボード、マウス等といった入力装置によって構成される。また、操作部330は、LCDや有機ELパネル等の表示機器の上に重ねて設けられるタッチパネルによって構成されてもよい。タッチパネルによるタッチの検出は、静電誘導方式であったり、感圧方式であったり、公知の技術によって実現する。
通信部340は、外部の装置と接続し、接続先の装置との通信を行う。通信部340は、例えば、LAN(Local Area Network)やインターネット等の通信ネットワークに接続可能であり、有線/無線LANで利用されるNIC(Network Interface Card)によって構成される。なお、通信部340は、USBの端子等、外部の装置と接続可能なインタフェースであってもよい。
記憶部350は、画像データ等の各種データや各種プログラムを記憶する。例えば、半導体メモリであるSSD(Solid State Drive)や、HDD(Hard Disk Drive)等の記憶装置によって構成される。
記憶部350は、記憶領域として、較正用画像データ記憶領域352と、入力画像データ記憶領域354と、パラメータセット記憶領域356とが確保される。
較正用画像データ記憶領域352は、撮像装置20が撮像した較正用画像の画像データを記憶する領域である。較正用画像データ記憶領域352に記憶される較正用画像は、例えば、図5の(a)~(f)によって示されるように、同一のチェッカーボードパターンの画像を、複数の拡縮率に基づいて拡大又は縮小させた画像である。
入力画像データ記憶領域354は、画像入力部320を介して入力された画像データを記憶する領域である。パラメータセット記憶領域356は、レンズ装置25の焦点距離毎に、焦点距離に対応するパラメータセットを記憶する領域である。
制御部300は、プログラムを実行することにより、較正用画像表示制御部302として機能する。較正用画像表示制御部302は、較正用画像データ記憶領域352に記憶された較正用画像を、画像出力部310を介して、外部の表示装置(例えば、表示装置10)に表示させる。較正用画像表示制御部302は、例えば、操作部330を介してユーザによって選択された較正用画像を表示する制御を行う。
なお、較正用画像表示制御部302は、表示装置10と撮像装置20との距離と、レンズ装置25の焦点距離と、表示装置10の表示可能領域の情報(例えば、表示可能領域の実際のサイズ、ピクセル数、解像度)との情報の入力を受け付け、適切な較正用画像を選択し、外部の表示装置に表示する制御を行ってもよい。なお、表示装置10の表示可能領域の情報は、予め記憶部350に記憶されてもよい。また、較正用画像表示制御部302は、レンズ装置25の焦点距離の情報の入力を受け付ける代わりに、レンズ装置25や撮像装置20の情報(例えば、型番やモデル名等)の入力を受け付け、レンズ装置25の焦点距離を取得してもよい。このようにすることで、較正用画像表示制御部302は、較正用画像の撮像環境に応じて、適切な較正用画像を表示する制御を行うことができる。
本実施形態では、表示装置10と撮像装置20との距離とは、撮像装置20と表示装置10とが正対されたときに、表示装置10の表示可能領域の中心位置から表示装置10と垂直を成す直線をレンズ装置25に伸ばした場合における直線の距離をいう。具体的には、図10のLに示すように、撮像装置20と正対させた表示装置10の表示可能領域の中心位置から、表示装置10と垂直を成す直線をレンズ装置25の中心位置を通るように伸ばした場合における、表示装置10とレンズ装置25の中心との間の距離である。本実施形態では、表示装置10と撮像装置20との距離Lを、基準位置合わせ距離という。
なお、較正用画像表示制御部302は、1の較正用画像データを拡大・縮小(スケーリング)させることで任意の大きさの較正用画像データを表示させてもよいし、プログラムによって任意の較正用画像データを生成して表示させてもよい。また、較正用画像表示制御部302は、白と黒を交互に配置した横方向に2マス×縦方向に2マスの大きさの較正用画像をタイル状に並べた画像を生成して表示させてもよい。
[1.3 処理の流れ]
つづいて、図を参照して、本実施形態における情報処理装置30におけるメイン処理の流れについて説明する。はじめに、制御部300は、画像入力部320を介して、撮像装置20や記憶媒体から、撮像装置20によって撮像された較正用画像の画像データと当該画像データが撮像されたときにおける焦点距離の情報とを入力し、入力画像データ記憶領域354に記憶する(ステップS102)。
ステップS102において入力及び記憶される画像データは、撮像装置20によって撮像された画像であって、表示装置10に表示された較正用画像(チェッカーボードパターン)が写り込んでいる画像の画像データである。
制御部300(較正用画像表示制御部302)は、表示装置10に較正用画像を表示するために、ユーザから表示装置10に表示させるチェッカーボードパターンを選択させる操作を受け付けてもよい。この場合、制御部300は、ユーザによって選択された較正用画像に対応する較正用画像データを較正用画像データ記憶領域352から読み出して、画像出力部310を介して表示装置10に出力する。ユーザは、焦点距離に応じたチェッカーボードパターンとして、基準となるチェッカーボードパターンがファインダー等に収まるチェッカーボードパターンを選択する。
なお、撮像装置20と情報処理装置30とが接続されている場合は、制御部300は、撮像装置20からレンズ装置25の焦点距離の情報を受信して、受信した焦点距離に基づく較正用画像を表示装置10に出力してもよい。
また、ステップS102において入力及び記憶される画像データは、ユーザによって1のレンズ装置25の焦点距離が設定された場合において、複数の方向(角度、姿勢)に向けられた較正用画像を撮像した画像の画像データである。表示装置10は、複数の方向に向けられた較正用画像を撮像可能とするため、表示装置10の表示面が、左右方向や上下方向に回転可能であってもよい。これにより、ユーザは、撮像装置20の位置を固定したまま、表示装置10の表示面の角度を変えることで、複数の方向に向けられた較正用画像を撮像することができる。
また、ステップS102において入力及び記憶される画像データは、複数の画像データであってもよく、また、それぞれの画像データに対応する焦点距離は異なっていてもよい。例えば、制御部300は、レンズ装置25の焦点距離が18mmに設定された場合とレンズ装置25の焦点距離が22mmに設定された場合とにおいて、それぞれ撮像されたチェッカーボードパターンが写り込んだ画像の画像データを入力してもよい。
焦点距離の情報は、例えば、画像データにExif情報として含まれていてもよいし、画像データとは別に取得可能であってもよい。なお、ステップS102において、制御部300は、画像データと焦点距離とを対応付けて記憶する。
つづいて、制御部300は、パラメータセット算出処理を実行する(ステップS102;Yes→ステップS104)。パラメータセット算出処理については、図7を参照して説明する。
はじめに、制御部300は、入力画像データ記憶領域354に記憶されている画像データに対応する焦点距離のうち、1の焦点距離を選択する(ステップS122)。そして、制御部300は、当該選択した焦点距離を示す情報と対応する画像データを入力画像データ記憶領域354から読み出す(ステップS124)。このとき、1の焦点距離に対応した画像データであって、複数の方向に向けられた較正用画像(チェッカーボードパターン)が写り込んだ画像の画像データが選択される。
つづいて、制御部300は、ステップS122において読み出した画像データによって示される画像をグレースケールの画像に変換する処理であるGray変換を実行し、さらに、画像全体を二値化する(ステップS126→ステップS128)。本実施形態では、撮像装置20で撮影した画像から、パラメータセットの生成のために、チェッカーボードパターンの交点を求める。ここで、撮像装置20が高解像度カメラの場合、電子モニターに表示した白黒画面の白パターンにおいて、液晶表示パターンが撮影されてしまうケースがある。そこで、パラメータセット生成用に撮影したチェッカーパターン画像を2値化画像に変換することで、白パターン上におけるテクスチャーを取り除く。二値化する処理として、制御部300は、例えば、判別分析法(大津の二値化法)、画像に含まれる画素の輝度値(階調値)の平均値を閾値とした単純二値化、モード法等の手法を用いる。
つづいて、制御部300は、ステップS128において二値化した画像から、チェッカーボードパターンにおける交点の座標を読み取る(ステップS130)。このとき、制御部300は、ステップS130において読み取った交点の数と、較正用画像データ記憶領域352に記憶されている較正用画像(チェッカーボードパターン)に含まれる交点の数とが一致するか否かを判定してもよい。制御部300は、読み取った交点の数と較正用画像に含まれる交点の数とが一致する場合は、較正用画像が正しく撮像されていることを判定する。一方で、制御部300は、読み取った交点の数と較正用画像に含まれる交点の数とが一致しない場合は較正用画像が正しく撮像されていないことを判定する。制御部300は、正しく撮像されていない較正用画像をパラメータセット算出に用いないようにしてもよいし、画像出力部310を介して表示装置10に正しく撮像されていない較正用画像が入力されたことを示すメッセージを表示してもよい。
つづいて、制御部300は、ステップS128において読み取った交点の座標(2次元ワールド座標系の座標)を、較正用画像データ記憶領域352に記憶されたチェッカーボードパターンの画像に基づき、3次元ワールド座標系の座標と対応させる。そして、制御部300は、2次元ワールド座標系の座標と3次元ワールド座標系の座標とを対応付ける変換係数、すなわち、レンズ装置25の歪曲収差の特性を示すパラメータセットを算出する(ステップS132)。制御部300は、ステップS130において算出したパラメータセットを、ステップS122において選択した焦点距離と対応付けて、パラメータセット記憶領域356に記憶する。
なお、ステップS124において、複数の画像データを読み出しているため、読み出した画像データの数だけ、制御部300は、画像データ毎にステップS126~ステップS130を実行する。また、制御部300は、ステップS132においては、それぞれの画像データから抽出した座標に基づき、パラメータセットを算出する。
制御部300は、入力画像データ記憶領域354に記憶されている画像データに対応する焦点距離のうち、未選択の焦点距離があるか否かを判定する(ステップS134)。未選択の焦点距離がある場合は、制御部300は、ステップS122に戻る(ステップS134;No→ステップS122)。なお、ステップS122を再度実行する場合においては、制御部300は、未選択の焦点距離のうち1の焦点距離を選択する。一方、未選択の焦点距離がない場合は、制御部300は、パラメータセット算出処理を終了する(ステップS134;Yes)。
図6に戻り、つづいて、制御部300は、操作部330を介して、パラメータセットを出力する操作がされた場合は、パラメータセットを出力する(ステップS114;Yes→ステップS116)。制御部300は、パラメータセット記憶領域356に記憶されているパラメータセットを、通信部340を介して、パラメータセットの出力先として指定された装置に出力する。例えば、制御部300は、エッジブレンディングを実現する装置にパラメータセットを出力する。エッジブレンディングを実現する装置は、プロジェクタによって投影された画像全体の画像を、パラメータセットによって補正し、補正後の画像に基づいて、エッジブレンディングを行う。なお、制御部300は、パラメータセットを出力する操作において、焦点距離を指定する操作がされていた場合は、当該焦点距離に対応するパラメータセットのみを出力してもよい。
[1.4 動作例]
つづいて、図を参照して本実施形態における動作例を説明する。図8は、表示装置10と撮像装置20との距離を固定し、表示装置10に較正用画像を表示させた状態で表示装置10と撮像装置20とを正対させた場合に、レンズ装置25の焦点距離を変えたときに、撮像装置20のファインダーに映る画像を示した図である。図8(a)は、レンズ装置25の焦点距離を最も広角側にした場合に撮像装置20のファインダーに映る画像である。レンズ装置25の焦点距離が望遠側にされると、図8(b)、図8(c)、図8(d)、図8(e)、図8(f)の順に、画像が拡大してファインダーに映される。なお、撮像装置20が背面モニターなどの表示機器を備える場合にレンズ装置25の焦点距離を最も広角側にされたときは、撮像装置20が備える背面モニターには図8(a)に示す画像が表示される。また、レンズ装置25の焦点距離が望遠側にされることに伴い、撮像装置20は、背面モニターに、図8(b)、図8(c)、図8(d)、図8(e)、図8(f)の順に、画像を拡大して表示する。
図9は、レンズ装置25の焦点距離が望遠側にされたときにファインダーに映る画像(較正用画像)を示した図である。レンズ装置25の焦点距離を望遠側にされることで、表示装置10に表示された較正用画像は、図9(a)に示すように拡大して映り、ファインダーF100の表示範囲を超えてしまう。この状態で表示装置10が撮像された場合、撮像されたチェッカーボードパターンの画像に含まれる交点の数と、表示装置10に表示されている、基準となるチェッカーボードパターンの画像に含まれる交点の数とが異なってしまう。この結果、2次元ワールド座標系の座標と3次元ワールド座標系の座標との対応付けが正常にできなくなる恐れがある。
そのため、ユーザは、表示装置10に表示される較正用画像の全体が撮像装置20のファインダーに映るように、情報処理装置30に対して較正用画像を表示させるための操作を行い、表示装置10に表示される較正用画像を、レンズ装置25の焦点距離に応じた画像に切り替える。較正用画像が切り替わることにより、例えば、図9(b)に示すように、表示装置10は、較正用画像全体を、撮像装置20のファインダーF102に映す。
つづいて、図10を参照して、本実施形態によるパラメータ算出手順について説明する。はじめに、ユーザは、三脚等を使用して、撮像装置20を表示装置10に対して正対するように固定する。例えば、ユーザは、表示装置10の表示可能領域の中心位置から、表示装置10と垂直を成す直線をレンズ装置25に伸ばした場合、当該直線がレンズ装置25の中心位置を通るように、表示装置10と撮像装置20とを配置する。
つづいて、ユーザは、レンズ装置25の焦点距離を広角側(例えば、18mm)に設定する。また、ユーザは、情報処理装置30を操作して、表示装置10に較正用画像を表示させる。このときユーザは、撮像装置20のファインダーに、較正用画像全体が表示され、かつ、ファインダーの表示可能領域全体に較正用画像が表示されるような較正用画像(全面配置の較正用画像)を表示装置10に表示させる。例えば、ユーザは、情報処理装置30を操作して、適切な較正用画像を選択したり、基準位置合わせ距離Lとレンズ装置25の焦点距離を入力したりして、表示装置10に表示させる。較正用画像がファインダーの全面に配置されることにより、撮像装置20は、画像の縁に近い部分まで、チェッカーボードパターンが配置された画像を撮像することができる。また、情報処理装置30は、画像の縁に近い部分に含まれる交点の座標も抽出可能となるため、画像の縁部に近い領域も歪曲収差が実現できるような、精度の高いパラメータを算出することが可能となる。
つづいて、ユーザは、表示装置10の正面が撮像装置20と正対する角度である図10の(1)の角度に表示装置10を回転させ、正面からの較正用画像を撮像する。つづいて、ユーザは、表示装置10を(2)の左斜、(3)の右斜、(4)の上斜め、(5)の下斜めに向け、それぞれ較正用画像を撮像する。なお、(2)及び(3)に示す方向が、表示装置10の表示面が左右方向に回転された場合の方向であり、(4)及び(5)に示す方向が、表示装置10の表示面が左右方向に回転された場合の方向である。
このとき、撮像装置20は、焦点距離の情報とともに、画像データを記憶する。このように、同じ焦点距離に対して、様々な角度(姿勢)に向いた較正用画像の画像データを撮像し、情報処理装置30に入力されることで、情報処理装置30は、パラメータセット算出処理において、算出するパラメータセットの精度を高めることができる。
つづいて、ユーザは、レンズ装置25の焦点距離を望遠側(例えば、24mm)に変更し、撮像装置20のファインダーに較正用画像全体が表示され、かつ、ファインダーの表示可能領域全体に較正用画像が表示されるような較正用画像を選択し、表示を切り替える。ユーザは、その後同様にして、表示装置10を、正面、左斜、右斜、上斜め、下斜めに向けることで、それぞれの方向の較正用画像を撮像する。
ユーザは、レンズ装置25の焦点距離を変える度に、表示装置10に表示させる較正用画像を選択し、表示装置10を複数の方向に向けた上で、較正用画像を撮像する。例えば、ユーザは、焦点距離を、レンズ装置25における代表焦点距離(例えば、18、22、26、30、34、38、42、46、50mmの10箇所)に変えて、代表焦点距離ごとに、較正用画像を撮像する。
ユーザは、撮像した較正用画像を情報処理装置30に入力し、パラメータセットを算出させる。ユーザは、実使用において、レンズ装置25のレンズ歪みの補正を適用する際に、実使用において設定した焦点距離に応じたパラメータセットを情報処理装置30から取得し、取得したパラメータ及び実使用において撮像装置20によって撮像した画像を補正する。このようにして、ユーザは、歪みを補正した画像を得ることができ、当該歪みを補正した画像を用いて、他のシステムの調整を行うことができる。
図11は、撮像装置20によって撮像される較正用画像の例を示した図である。図11(a)は、撮像装置20が、表示装置10を正面に正対させた状態で表示装置10を撮像したときの較正用画像である。同様にして、図11(b)は、表示装置10を左斜にしたときに撮像装置20が撮像した較正用画像であり、図11(c)は表示装置10を右斜に、図11(d)は表示装置10を上斜めに、図11(e)は表示装置10を下斜めにしたときの較正用画像である。
図12は、レンズ装置25による歪みを補正する前後の画像を示した図である。図12(a)に示す画像は、レンズ装置25による歪みを補正する前の画像であり、図12(b)は、レンズ装置25による歪みを補正した後の画像である。図12(a)に示した画像に比べて、図12(b)に示した画像は、樽型歪曲が補正されている。
[1.5 第1実施形態の変形例]
複数の撮像装置20があるとき、撮像装置20によって、撮像される画像の縦横比(画角)が異なる場合がある。例えば、一般的な一眼レフカメラによって撮像される画像の縦横比(W/H)が1.5であるのに対し、Webカメラによって撮像される画像の縦横比(W/H)が1.77である場合がある。この場合、一眼レフカメラに比べてWebカメラの方が、撮像される画像の画角(アスペクト比)が横に長いこととなる。
しかし、一眼レフカメラ用の較正用画像をWebカメラを用いて撮像された場合、情報処理装置30は、画像の左右の縁部に近い領域から座標を抽出することができず、画像の歪みを修正するのに不十分なパラメータセットを算出する可能性がある。
このような問題を解消するために、較正用画像表示制御部302は、撮像装置20のアスペクト比に応じたチェッカーボードパターンの画像を表示可能なように構成されてもよい。例えば、予め較正用画像データ記憶領域352に記憶させておき、較正用画像表示制御部302は、ユーザに適切な較正用画像を選択させて、選択された較正用画像を表示する制御を行う。なお、較正用画像表示制御部302は、基準位置合わせ距離Lとレンズ装置25の焦点距離の情報と併せてアスペクト比を示す情報を受け付けて、入力されたアスペクト比に応じた較正用画像を表示する制御を行ってもよい。アスペクト比を示す情報は、アスペクト比自体であってもよいし、撮像装置20の情報(例えば、型番やモデル名)であってもよい。撮像装置20の情報が入力された場合、較正用画像表示制御部302は、入力された情報に基づき、撮像装置20のアスペクト比を取得する。
図13(a)は、撮像される画像の縦横比が1.5である撮像装置20に対応する較正用画像を示す図である。図13(a)は、チェッカーボードパターンの内部に存在する交点の数は345箇所(15×23)であり、そのうち、外周の交点は72箇所、四隅の交点は4箇所である。
図13(b)は、撮像される画像の縦横比が1.77である撮像装置20に対応する較正用画像を示す図である。図13(b)に示したチェッカーボードパターンの画像は、図13(a)に示したチェッカーボードパターンの画像を横方向に拡張した画像(拡張チェッカーボードパターン)である。図13(b)に示すチェッカーボードパターンの内部に存在する交点の数は405箇所(15×27)であり、そのうち、外周の交点は80箇所、四隅の交点は4箇所である。
図13(b)に示した較正用画像は、図13(a)に示した較正用画像と比べて横長に配置されており、縦横比が1.77である撮像装置20によって撮像された場合であっても、撮像された画像の四隅の周辺に、チェッカーボードパターンの四隅の交点が現れる。
図13(a)に示した較正用画像が撮像された場合に比べて、図13(b)に示した較正用画像が撮像された場合、図7のパラメータセット算出処理のステップS130において、制御部300によって、画像データの周辺部における交点の座標情報が抽出される(読み取られる)。したがって、制御部300は、ステップS132において、周辺部の座標も3次元ワールド座標系の座標と対応付けることができ、画像の周辺部の歪みを補正することが可能なパラメータセットを生成することが可能となる。
図14は、図13(b)に示した較正用画像が、縦横比が1.77である撮像装置20によって撮像されたときに撮像された画像を示す図である。
図15(a)は、従来の較正用画像(縦横比が1.5である撮像装置20に対応する較正用画像)を用いて算出したパラメータセットを用いて、図14に示した画像を補正した場合の画像である。図15(a)の領域E110に示すように、画像を補正しても、四隅が内側にひっぱられている画像となっている。
図15(b)は、拡張チェッカーボードパターンを用いて算出したパラメータセットを用いて、図14に示した画像を補正した場合の画像である。図15(b)の領域E112に示すように、四隅が内側にひっぱられてはおらず、従来補正より更に精度改善しつつ、四隅が内側に引っ張られるといった課題の解消が実現できている。
ユーザは、画角のサイズが異なる撮像装置20を使用する場合、使用される撮像装置20に応じて、表示装置10に表示する較正用画像(拡張チェッカーボードパターン)を最適な縦横比の画像に切り替えることで、精度の高いパラメータセットを取得できる。
また、上述した実施形態では、レンズ装置25における1の焦点距離に対して、複数の方向に向けた較正用画像を撮像することとして説明したが、1の方向に向けた較正用画像を撮像してもよい。この場合、制御部300は、パラメータセット算出処理において、1の焦点距離に対応するパラメータセットを、当該1の焦点距離に対応する画像データから算出する。
また、本実施形態では、撮像装置20と情報処理装置30とが別体であるとして説明したが、スマートフォンやタブレット装置等一体の装置として構成されてもよい。また、表示装置10と情報処理装置30とが別体であるとして説明したが、表示装置10と情報処理装置30とが一体となっていてもよい。情報処理装置30によって実行される一部の処理は、インターネット上(クラウド上)に設置されるサーバ装置によって実現されてもよい。例えば、ユーザが、焦点距離の情報と画像データとをクラウド上の情報処理装置に送信した場合、当該クラウド上の情報処理装置によってパラメータセットが算出され、ユーザに提供されるといったサービスが実現されてもよい。
本実施形態では、表示装置と撮像装置との位置関係を保ったまま、撮像装置は焦点距離の設定が可能であり、表示装置には焦点距離に応じた較正用画像が表示されるため、撮像装置を移動させることなく、安定させた状態で較正用画像を撮像することができる。
焦点距離を変えた場合、一般的には、撮像装置を後ろに引くか、表示装置を撮像装置から遠くに離す必要があり、このような動作により、最初に求めた焦点距離の撮影状態と異なる撮影状態となることで、パラメータセット生成時にノイズが生じる懸念があった。しかし、本実施形態によれば、焦点距離に応じた較正用画像を表示装置させ、当該較正用画像を撮像した画像データ及び焦点距離の情報と、基準となった較正用画像とを比較することで、焦点距離に応じたパラメータセットが算出される。そのため、ユーザは、表示装置や撮像装置を移動させる必要がなく、撮像装置におけるカメラ装置の焦点距離を設定・変更するだけで容易に複数の焦点距離に応じたパラメータセットを算出することができる。本実施形態によれば、レンズの歪曲収差を較正するための画像を、撮像装置と表示装置との位置関係を維持したまま撮像できる。そのため、ユーザは、従来の方法に比べてパラメータセット生成時のノイズを抑制することができ、また、効率的で安定して撮像することができる。
また、表示システムの調整(例えば、複数のプロジェクタを用いたエッジブレンディング)のために撮像装置を用いる場合において、撮像装置の設置場所に制約が発生する場合を想定してズームレンズが使用されるときであっても、事前に代表的な焦点距離に対応するパラメータセットを算出しておくことで、表示システムが設置された現場に応じて、パラメータセットを使用することができる。
[2.第2実施形態]
つづいて第2実施形態について説明する。第2実施形態はユーザによって指定された焦点距離に対応するパラメータセットが記憶されていない場合に、既に算出されたパラメータセットを補完することで、ユーザによって指定された焦点距離に対応するパラメータセットを出力する実施形態である。第2実施形態は、第1実施形態の図6を図16に置き換えたものであり、同一の機能部及び処理には同一の符号を付し、説明については省略する。
図16を参照して、本実施形態における情報処理装置30のメイン処理の流れについて説明する。本実施形態では、操作部330を介して、パラメータセットを出力する操作がされた場合、制御部300は、パラメータセット記憶領域356に、ユーザによって指定された焦点距離に対応するパラメータセットが記憶されているか否か判定する(ステップS106;Yes→ステップS202)。
ユーザによって指定された焦点距離に対応するパラメータセットが記憶されている場合は、当該焦点距離に対応するパラメータセットを出力する(ステップS202;Yes→ステップS108)。
一方、ユーザによって指定された焦点距離に対応するパラメータセットが記憶されていない場合は、制御部300は、既に算出されたパラメータセットを補完することで算出されたパラメータセットを出力する(ステップS202;No→ステップS204)。
例えば、制御部300は、ステップS204において、線形補間を行う。例えば、焦点距離が18mm及び22mmに対応するパラメータセットが記憶されている場合において、焦点距離が20mmに対応するパラメータセットを出力させる操作がユーザによってされた場合、制御部300は、焦点距離が18mm及び22mmに対応するパラメータセットを用いて線形補間を行う。
本実施形態における動作例を、図17及び図18に示す。図17は、内部パラメータセットを線形補間した場合を示す図であり、図18は、レンズ歪み補正パラメータセットを線形補間した場合を示す図である。図17及び図18に示したグラフは、何れも、横軸に焦点距離を取ったグラフであり、グラフの中の丸は、撮像装置20によって撮像された較正用画像に基づいて生成された実作成パラメータである。実作成パラメータは、例えば、レンズ装置25の焦点距離を代表焦点距離にしたときに撮像された較正用画像に基づいて算出される。
図17(a)は、横軸に焦点距離を、縦軸にfのパラメータの値をとった場合におけるグラフである。丸の間に示した点は、線形補間によって得られたパラメータを示している。このように、線形補間を行うことで、情報処理装置30は、代表焦点距離以外の焦点距離に対するfパラメータの値を算出し、出力することが可能となる。
図17(b)は縦軸にfを、図17(c)は縦軸にCを、図17(d)は縦軸にCをとった場合におけるグラフである。横軸は何れも焦点距離である。f、C、Cに関しても、fと同様に、線形補間によって、代表焦点距離以外の焦点距離に対応するパラメータの値が算出される。
図18(a)は縦軸にkを、図18(b)は縦軸にkを、図18(c)は縦軸にkを、図18(d)は縦軸にpを、図18(e)は縦軸にpをとり、横軸に焦点距離をとった場合のグラフである。k、k、k、p、pに関しても、線形補間によって、代表焦点距離以外の焦点距離に対応するパラメータの値が算出される。
本実施形態によれば、既に算出されたパラメータセットを補完することで、ユーザによって指定された焦点距離に対応するパラメータセットを出力することができる。したがって、ユーザは、撮像装置20を用いて他のシステムの調整を行う際、当該システムが設置された現場に応じたパラメータセットが生成されていない場合であっても、線形補間により補完されたパラメータセットを使用することができる。
[3.第3実施形態]
つづいて第3実施形態について説明する。第3実施形態は、パラメータセット算出処理において、カメラ装置の特性である周辺減光の影響を軽減させた上でパラメータセットを算出する実施形態である。一般的に、ズームレンズは、短焦点レンズと異なり、性能面において撮影画像の周辺輝度低下(周辺減光)が発生しやすい。そのため、画角全体まで配置したチェッカーパターンの四隅近傍の交点座標を正しく読み取ることは難しい。そこで、本実施形態では、撮像画像を二値化する際、周辺減光の影響を軽減させるように二値化する。第3実施形態は、第1実施形態の図7を図19に置き換えたものであり、同一の機能部及び処理には同一の符号を付し、説明については省略する。
図19を参照して、本実施形態における情報処理装置30のパラメータセット算出処理の流れについて説明する。本実施形態では、第1実施形態において説明したステップS126の処理である画像全体を二値化する処理の代わりに、画像を所定のブロックに分割し、ブロックごとに二値化を行う。
はじめに、制御部300は、ステップS124においてGray変換を行った1枚の画像を、所定のブロックに分割する。例えば、制御部300は、画像を縦4ブロック、横4ブロックに分割する(ステップS302)。
つづいて、制御部300は、ステップS302において分割したブロックのうち、四隅に位置するブロックを再度分割する(ステップS304)。例えば、制御部300は、四隅のブロックを縦2ブロック、横2ブロックに分割する。
つづいて、制御部300は、ブロックごとに二値化を行い(ステップS306)、二値化を行ったブロックをマージして、1枚の画像に戻す(ステップS308)。
このような処理を行うことで、制御部300は、ブロックごとにそれぞれ異なる閾値等に基づき二値化を行う。
図を参照して、本実施形態の実施例を説明する。図20は、ブロックについて示した図である。図20(a)は、Gray変換を行った1枚の画像を示す図である。図20(b)は、図20(a)に示した画像を、画像を縦4ブロック、横4ブロックに分割されたときのブロックを示した図である。図20(b)に示したブロックのうち、領域E300、領域E302、領域E304、領域E306は四隅のブロックであり、それぞれ、左上、右上、左下、右下の四隅に位置するブロックである。
図20(c)は、図20(b)に示したブロックのうち、領域E300(左上のブロック)を拡大した図である。四隅のブロックは、図20(c)に示すように、さらに、縦2ブロック、横2ブロックに再分割される。
図21は、ブロック単位で二値化を行った場合の具体例を示す図である。図21(a)は、四隅を再分割しない状態で二値化がされた場合の画像を示す図である。図21(a)に示すように、画像の左上は、背景及び黒いマスが黒い画素となってしまい、チェッカーボードパターンの左上の済のマスの領域が判別できない状態となる。これは、制御部300が画像を二値化する際、画像に含まれる画素の輝度値(階調値)により、二値化を行う際に黒にする画素と白にする画素とを決定するための閾値を輝度値の高い側に設定したためである。制御部300は、輝度値が低い画素が多い隅部の画素を何れも黒い画素に変換してしまうため、背景とチェッカーボードパターンの黒いマスとの区別ができなくなってしまう。
図21(b)は、四隅のブロックを再分割し、それぞれのブロックにおいて二値化がされた場合の画像を示す図である。輝度値が低い画素が多い隅部のブロックは、当該ブロック内において閾値が設定されるため、他のブロックの輝度値の影響を受けることがない。閾値が輝度値の高い側に設定されることが防げるため、輝度値が低い画素が多い隅部であっても、背景は白い画素に、チェッカーボードパターンの黒いマスは黒い画素に変換される。
図21(c)は、四隅以外のブロックにおいて二値化がされた場合の画像を示す図である。四隅以外のブロックは、周辺減光の影響を受けないため、チェッカーボードパターンにおける白いマスと黒いマスとの輝度値の差が明確であり、そのまま二値化しても、適切に二値化を行うことができる。
図22は、ブロック単位で二値化を行った場合の具体例を示す図である。図22(a)は、撮像装置20によって撮像された較正用画像を含む画像(撮像画像)である。レンズ装置の特性により周辺減光が生じており、特に四隅は輝度値が低くなっている。
図22(b)は、図22(a)に示した画像を、判別分析法(大津の二値化法)によって二値化した場合の図である。図22(c)は、図22(a)に示した画像を、画像に含まれる画素の輝度値(階調値)の平均値を閾値として二値化した場合の図である。図22(b)及び図22(c)に示すように、画像の四隅は黒い画素となっている。このような画像では、四隅付近のマス目を識別できず、交点の座標を読み取ることができない。そのため、情報処理装置30は、パラメータセットを算出することができない。
本実施形態によれば、撮像装置によって撮像された較正用画像を含む画像に対して、レンズ装置の特性により周辺減光が生じた場合であっても、適切に二値化を行うことができる。したがって、周辺減光が生じた場合であっても、較正用画像を含む画像の四隅が二値化により黒い画素となり、座標を取得することができなくなり、結果としてパラメータの精度が落ちてしまうことを避けることができる。
なお、本実施形態は第1実施形態に適用することとして説明したが、第2実施形態に適用してもよい。第2実施形態に適用する場合も、制御部300は、パラメータセット算出処理において、図19に示した処理を実行すればよい。
[4.変形例]
本開示は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。すなわち、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施の形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。また、上述した実施形態は、説明の都合上、それぞれ別に説明している部分があるが、技術的に可能な範囲で組み合わせて実行してもよいことは勿論である。
また、実施形態において各装置で動作するプログラムは、上述した実施形態の機能を実現するように、CPU等を制御するプログラム(コンピュータを機能させるプログラム)である。そして、これら装置で取り扱われる情報は、その処理時に一時的に一時記憶装置(例えば、RAM)に蓄積され、その後、各種ROM(Read Only Memory)やHDD等の記憶装置に格納され、必要に応じてCPUによって読み出し、修正・書き込みが行なわれる。
ここで、プログラムを格納する記録媒体としては、半導体媒体(例えば、ROMや、不揮発性のメモリカード等)、光記録媒体・光磁気記録媒体(例えば、DVD(Digital Versatile Disc)、MO(Magneto Optical Disc)、MD(Mini Disc)、CD(Compact Disc)、BD(Blu-ray(登録商標) Disc)等)、磁気記録媒体(例えば、磁気テープ、フレキシブルディスク等)等の何れであってもよい。また、ロードしたプログラムを実行することにより、上述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムの指示に基づき、オペレーティングシステムあるいは他のアプリケーションプログラム等と共同して処理することにより、本開示の機能が実現される場合もある。
また、市場に流通させる場合には、可搬型の記録媒体にプログラムを格納して流通させたり、インターネット等のネットワークを介して接続されたサーバコンピュータに転送したりすることができる。この場合、サーバコンピュータの記憶装置も本開示に含まれるのは勿論である。
1 システム
10 表示装置
20 撮像装置
25 レンズ装置
30 情報処理装置
300 制御部
302 較正用画像表示制御部
310 画像出力部
320 画像入力部
330 操作部
340 通信部
350 記憶部
352 較正用画像データ記憶領域
354 入力画像データ記憶領域
356 パラメータセット記憶領域

Claims (6)

  1. 撮像装置によって撮像された較正用画像と当該較正用画像の撮像に使用されたレンズ装置の焦点距離を示す情報とを複数入力する入力部と、
    前記較正用画像と前記焦点距離を示す情報とから、前記焦点距離を示す情報毎に、前記レンズ装置の特性を示すパラメータを算出する算出部と、
    を備えたことを特徴とする情報処理装置。
  2. 前記特性は、前記撮像装置により撮像される画像の歪曲収差であることを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。
  3. 前記較正用画像を記憶する記憶部と、
    前記較正用画像を表示する制御を行う表示制御部と、
    を更に備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の情報処理装置。
  4. 前記表示制御部は、前記撮像装置のアスペクト比に応じた前記較正用画像を表示する制御を行うことを特徴とする請求項3に記載の情報処理装置。
  5. 前記算出部は、前記較正用画像によって算出したパラメータを補完することで、パラメータを算出することを特徴とする請求項1から4の何れか一項に記載の情報処理装置。
  6. 前記算出部は、前記較正用画像を所定のブロックに分割し、ブロック毎に二値化処理を行った画像に基づきパラメータを生成することを特徴とする請求項1から5の何れか一項に記載の情報処理装置。
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