JP3343204B2 - Image origin measurement method and its recording medium - Google Patents
Image origin measurement method and its recording mediumInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、視覚センサを入力
手段として得た情報から、3次元計測行う上で重要とな
る当該視覚センサの画像原点を計測する方法に関するも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for measuring an image origin of a visual sensor, which is important in performing three-dimensional measurement, from information obtained using a visual sensor as input means.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般にテレビカメラ等の中心投影方式の
視覚センサは、図10に示すように画像全体にわたり1
点の投影中心OPを持つ。ここで、投影中心OPから画像
投影面に下ろした垂線の足OSを主点(Princip
al point)と呼び、画像座標系(U,V)にお
ける「画像原点」とする。2. Description of the Related Art In general, a center-projection type visual sensor such as a television camera or the like, as shown in FIG.
With a projection center O P of the point. Here, the principal point of the foot O S of perpendicular dropped from the projection center O P to the image projection surface (Princip
al point), which is the “image origin” in the image coordinate system (U, V).
【0003】一般に視覚センサを用いて、3次元計測を
行なう場合、センサキャリブレーションが必要となる。
この時、求めなければならないパラメータは、視覚セン
サの焦点距離、歪、画像中心(画像原点)、および3次
元空間中(X,Y,Z)でのセンサ自身の位置および姿
勢である。この内、焦点距離、歪、画像中心はセンサ固
有の値であり内部パラメータと呼ぶ。3次元空間中での
センサ自身の位置および姿勢は、センサの設置に関する
値であり外部パラメータと呼ぶ。これまでに提案されて
いるカメラキャリブレーション手法は、一般的に、空間
中に配置された既知の試験対象を撮影し、予め設定した
カメラモデルに従ってカメラパラメータを間接的に推定
するものであった。しかしその場合、初期値の与え方、
特徴点の設定が解に影響し、信頼性を左右する問題が発
生する。また、各パラメータ間の誤差の振る舞いも明確
ではなく、評価関数の設定も注意を要する。よって、各
種パラメータを独立に求める事が望ましい。In general, when performing three-dimensional measurement using a visual sensor, sensor calibration is required.
At this time, the parameters that need to be obtained are the focal length of the visual sensor, distortion, the center of the image (image origin), and the position and orientation of the sensor itself in the three-dimensional space (X, Y, Z). Among them, the focal length, distortion, and image center are values unique to the sensor and are called internal parameters. The position and orientation of the sensor itself in the three-dimensional space are values relating to the installation of the sensor and are called external parameters. The camera calibration methods proposed so far generally capture a known test object arranged in a space and indirectly estimate camera parameters according to a preset camera model. But in that case, how to give the initial value,
The setting of the feature points affects the solution, causing a problem that affects the reliability. Further, the behavior of the error between the parameters is not clear, and care must be taken in setting the evaluation function. Therefore, it is desirable to obtain various parameters independently.
【0004】独立に画像原点を求める方法としては、カ
メラに正対しない複数の平面上に存在する平行線の組よ
り、その消失点方向を計測し画像原点を求める方法が一
般的である。As a method of independently obtaining the image origin, a method of measuring the vanishing point direction from a set of parallel lines existing on a plurality of planes not directly facing the camera and obtaining the image origin is generally used.
【0005】これとは別に、カメラに向かってレーザ光
を照射し、その反射を観測して画像原点を求める「au
tocollimated laser」という方法も
ある。[0005] Separately, a laser beam is emitted toward the camera, and its reflection is observed to obtain an image origin "au".
There is also a method called “tocollimated laser”.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の一般的なカメラのキャリブレーション方法の場合で
は、初期値の与え方、特徴点の設定が解に影響し、信頼
性を左右する問題が発生する。また、各パラメータ間の
誤差の振る舞いも明確ではなく、評価関数の設定も注意
を要する。よって、各種パラメータを独立に求める事が
望ましいが計測装置に特殊な治具を用意する必要があっ
た。However, in the case of the above-mentioned conventional general camera calibration method, the method of giving initial values and the setting of feature points affect the solution, and there is a problem that reliability is affected. I do. Further, the behavior of the error between the parameters is not clear, and care must be taken in setting the evaluation function. Therefore, it is desirable to obtain various parameters independently, but it is necessary to prepare a special jig for the measuring device.
【0007】これに対し、独立に、カメラに正対しない
複数の平面上に存在する平行線の組より、その消失点方
向を計測し画像原点を求める上記従来の方法の場合で
は、画像全体にわたって歪は無視できる、あるいは十分
補正されているという条件が必要である。また、設定し
た平面の傾きは、予め高精度で計測しておく必要があ
り、測定にはある程渡の経験を要する。On the other hand, in the case of the above-described conventional method of independently measuring the vanishing point direction from a set of parallel lines existing on a plurality of planes that do not directly face the camera and obtaining the image origin, the entire image is obtained. The condition that the distortion can be ignored or sufficiently corrected is required. Further, it is necessary to measure the inclination of the set plane in advance with high accuracy, and the measurement requires some experience.
【0008】また、カメラに向かってレーザ光を照射し
その反射を観測して画像原点を求める「autocol
limated laser」という方法では、センサ
デバイスそのものにダメージを与える危険性がある。[0008] In addition, a laser beam is emitted toward a camera, and its reflection is observed to obtain an image origin.
In the "limited laser" method, there is a risk of damaging the sensor device itself.
【0009】本発明の課題は、画像を用いて3次元計測
を行う際に重要となる画像原点に関して簡便かつ高精度
なキャリブレーション手法を提供することにある。An object of the present invention is to provide a simple and highly accurate calibration method with respect to an image origin which is important when performing three-dimensional measurement using an image.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明は、以下の手段
(1)〜(5)により上記課題を解決する。The present invention solves the above-mentioned problems by the following means (1) to ( 5 ).
【0011】[0011]
【0012】(1)空間中の任意の位置に移動可能な試
験対象と該試験対象の該空間中での位置を高精度に計測
可能な治具を設置して、計測対象である視覚センサで撮
影し、該視覚センサによる前記試験対象の観測結果より
前記空間中での該試験対象位置を移動させる第1の段階
と、前記視覚センサの観測情報と前記試験対象の位置情
報より該視覚センサの画像原点を推定計算する第2の段
階と、前記第1の段階と第2の段階とを1回または複数
回繰り返し、前記計算で得られた値の統計処理により画
像原点を決定する第3の段階と、を有する画像原点計測
法であって、前記第1の段階では、前記視覚センサの撮
像面の一つの検証画素を横切る任意の二線分の端点を観
測点として該観測点に対応する点に試験対象を移動する
第1の手順を有し、前記第2の段階では、該視覚センサ
による前記観測点に対応する点に関する観測情報と、該
観測点に対応する点の位置情報より該視覚センサの投影
中心を計算する第2の手順を有し、前記第3の段階で
は、該視覚センサの撮像面の全ての検証画素について前
記二線分の組み合わせを変化させて前記第1の手順と第
2の手順を1回または複数回繰り返す第3の手順と、前
記第3の手順で計算された投影中心の標準偏差分布を計
算する第4の手順と、前記標準偏差が最小値となる検証
画素の座標を画像原点として出力する第5の手順と、を
有することを特徴とする画像原点計測法。( 1 ) Test that can be moved to an arbitrary position in space
Highly accurate measurement of the test object and the position of the test object in the space
Set up a possible jig and take a picture with the visual sensor to be measured.
Shadow, from the observation result of the test object by the visual sensor.
A first step of moving the test object position in the space
And observation information of the visual sensor and positional information of the test object.
Second stage for estimating and calculating the image origin of the visual sensor from the information
Floor and the first stage and the second stage one or more times
Times, and the values obtained by the above calculation are statistically processed.
A third step of determining the image origin;
Method, wherein in the first step, an end point of any two line segments crossing one verification pixel on the imaging surface of the visual sensor is set as an observation point, and the test object is moved to a point corresponding to the observation point. The second step is to calculate the projection center of the visual sensor from the observation information on the point corresponding to the observation point by the visual sensor and the position information of the point corresponding to the observation point. A second procedure, wherein in the third step, the first procedure and the second procedure are performed once by changing a combination of the two line segments for all verification pixels on the imaging surface of the visual sensor. Or a third procedure to be repeated a plurality of times, a fourth procedure for calculating a standard deviation distribution of the projection center calculated in the third procedure, and a coordinate of a verification pixel having the minimum standard deviation as an image origin. And a fifth step of outputting. Image origin measurement method that.
【0013】(2)前記第1の手順では、試験対象とし
て平面上任意座標を明滅可能な表示手段を用いて該観測
点に対応する点を表示し、前記第3の手順では、該観測
点に対応する点の表示を所定のピッチで移動することで
二線分の組み合わせを変化させることを特徴とする画像
原点計測法。( 2 ) In the first procedure, a point corresponding to the observation point is displayed as a test object using display means capable of blinking arbitrary coordinates on a plane, and in the third procedure, the observation point is displayed. An image origin measurement method characterized by changing a combination of two line segments by moving a display of a point corresponding to a predetermined pitch at a predetermined pitch.
【0014】(3)前記第1の手順では、試験対象とし
て平面上任意座標を明滅可能な表示手段を用いて該観測
点に対応する点を表示し、前記第3の手順では、該ディ
スプレイの傾斜角を変化させることで二線分の組み合わ
せを変化させることを特徴とする画像原点計測法。( 3 ) In the first procedure, a point corresponding to the observation point is displayed as a test object by using display means capable of blinking arbitrary coordinates on a plane. In the third procedure, the display of the display is displayed. An image origin measurement method characterized by changing a combination of two line segments by changing an inclination angle.
【0015】(4)前記第3の手順では、全検証画素に
ついての二線分の組み合わせを自動的に変化させること
を特徴とする画像原点計測法。( 4 ) In the third step, an image origin measuring method is characterized in that a combination of two line segments for all verification pixels is automatically changed.
【0016】(5)上記(1),(2),(3),
(4)のいずれかの画像原点計測法における手順をコン
ピュータに実行させるプログラムを、該コンピュータが
読み取り可能な媒体に記録したことを特徴とする記録媒
体。( 5 ) The above (1), (2), (3),
(4 ) A recording medium characterized by recording a program for causing a computer to execute the procedure in any one of the image origin measurement methods according to (4 ) on a computer-readable medium.
【0017】本発明では、任意位置に移動可能な試験対
象または、平面上任意座標を明滅可能な表示手段を具備
し、試験対象の位置座標と視覚センサの観測情報より試
験対象の位置または、平面上の明滅座標を更新し、画像
面上のあらゆる座標において画像原点を計測および検証
することにより、画像面上任意位置において画像原点の
計測および検証を可能とし、高精度な画像原点の計測を
簡便にできるようにする。また、試験対象の位置更新を
自動で行なえるようにして、予備知識のないユーザーに
も画像原点のキャリブレーションを簡便に行えるように
する。According to the present invention, a test object which can be moved to an arbitrary position or display means which can blink arbitrary coordinates on a plane is provided, and the position of the test object or the plane is determined based on the position coordinates of the test object and the observation information of the visual sensor. By updating the blinking coordinates above and measuring and verifying the image origin at all coordinates on the image plane, it is possible to measure and verify the image origin at any position on the image plane, making it easy to measure the image origin with high accuracy To be able to In addition, the position of the test object can be automatically updated, so that a user who has no prior knowledge can easily perform the calibration of the image origin.
【0018】[0018]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図を用いて詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【0019】CCDカメラのキャリブレーションを例と
して、本発明の一実施形態例を示す。本実施形態例で
は、試験対象を液晶ディスプレイとし、計算手法として
本出願人による「特願平6−60658号」を利用す
る。本実施形態例での計算手法は、以下に示す通りであ
る。An embodiment of the present invention will be described by taking calibration of a CCD camera as an example. In the present embodiment, a liquid crystal display is used as a test object, and “Japanese Patent Application No. 6-60658” by the present applicant is used as a calculation method. The calculation method in this embodiment is as follows.
【0020】図1は、本実施形態例における楕円錐投影
を説明する図である。まず、空間中において、投影中心
を頂点とし光軸を中心軸とする円錐を考える。図1中、
πSは撮像面であり、πLはディスプレイユニットの表示
部である。πSおよびπLは投影中心OPを頂点とする円
錐の切断面となり、その軌跡は円および楕円となる。理
想的なピンホールモデルのカメラであれば、撮像面側お
よびディスプレイユニット側での円錐は同一の頂角とな
るが、実際には歪の影響を受けるため必ずしも一致しな
い。よって本発明では、歪の主要因であるレンズ収差お
よびアスペクト差異を考慮するものとする。レンズ収差
は画像原点OSに対して半径方向に比例するものであ
り、円錐の頂角の差異となる。また、アスペクト差異の
影響はπLのU軸方向の伸縮として現われる。よって、
撮像面側の円錐は、ディスプレイユニット側では楕円錐
に変形する。以上の特性を踏まえて考えると「円錐の中
心軸は光軸である」ことのみが幾何学的な不変特徴であ
る。これは、光軸を含む任意の平面によって切断される
円錐断面で、光舳はOPを頂点とする角の二等分線とな
ることを意味する。FIG. 1 is a diagram for explaining the projection of an elliptical cone in this embodiment. First, in a space, a cone having the projection center as the vertex and the optical axis as the central axis is considered. In FIG.
π S is an imaging surface, and π L is a display unit of the display unit. [pi S and [pi L becomes a cut surface of a cone whose apex the projection center O P, the trajectory is a circle and an ellipse. In the case of an ideal pinhole model camera, the cones on the imaging surface side and the display unit side have the same apex angle, but they do not always agree because they are affected by distortion. Therefore, in the present invention, lens aberration and aspect difference, which are main factors of distortion, are taken into consideration. The lens aberration is proportional to the image origin O S in the radial direction, and is a difference in the apex angle of the cone. The effect of the aspect difference appears as expansion and contraction of π L in the U-axis direction. Therefore,
The cone on the imaging surface side is transformed into an elliptical cone on the display unit side. Considering the above characteristics, only the fact that “the central axis of the cone is the optical axis” is the geometrically invariant feature. This is a conic section to be cut by any plane containing the optical axis, Hikarihe means that the bisector of the corner whose vertices O P.
【0021】ここで、何らかの方法により画像原点が定
まった場合を考える。撮像面上で画像原点を二等分点と
する線分の端点を求め、各々に対応するディスプレイユ
ニット上の点をPL1およびPL2とする。OP,PL1,P
L2を結ぶ三角形を考えると図2となる。ここで、π
Lは、ディスプレイユニット面、πPは光軸を含む任意の
平面、OLは光軸とディスプレイユニット面の交点であ
る。上記の幾何学特性より、光軸はOPの角の二等分線
となる。OL,PL1,PL2は実測可能のパラメータであ
り、OPの位置およびπPの傾きは未知である。Here, it is assumed that the image origin is determined by some method. The end points of the line segment having the image origin as the bisecting point on the imaging surface are obtained, and the corresponding points on the display unit are set to P L1 and P L2 . O P , P L1 , P
FIG. 2 shows the triangle connecting L2 . Where π
L is a display unit surface, [pi P is any plane containing the optical axis, the O L is the intersection of the optical axis and the display unit side. From the geometrical characteristics of the optical axis becomes the angle bisectors of O P. O L , P L1 , and P L2 are parameters that can be measured, and the position of O P and the slope of π P are unknown.
【0022】図3に示す三角形(ABC)において、頂
点Cの角の二等分線の性質を考えると、この二等分線と
辺ABの交点をOとしてAC:BC=AO:BOという
関係が成立するため、Cは(xaxb/(xa+xb),
0)を中心とし、半径r=xaxb/(xa+xb)のAp
ollonius円となる。これを、三次元空間に適用
すると、図4に示すようにOP位置(C位置)はP
L1(A位置),PL2(B位置)の延長上に中心をもつ球
上に拘束できる。この球をApollonius球と呼
ぶこととする。In the triangle (ABC) shown in FIG. 3, considering the property of the bisector of the corner of the vertex C, the intersection of the bisector and the side AB is defined as O, and the relationship AC: BC = AO: BO is obtained. order but satisfied, C is (x a x b / (x a + x b),
0) as the center and radius r = x a x b / ( x a + x b) of the Ap
ollonius circle. When this is applied to three-dimensional space, O P position as shown in FIG. 4 (C position) P
It can be constrained on a sphere centered on the extension of L1 (A position) and P L2 (B position). This sphere will be referred to as an Apollonius sphere.
【0023】このApollonius球はOLを通る
二線分について求めると各々独立に決まり、図5に示す
二つの球g1,g2が設定できる。よって、OPの存在範
囲はg1,g2の交線CP上となる。また光軸の存在領域
も、CPを含みπLに乗直な面をπPに限定できる。[0023] The Apollonius spheres is determined each independently When finding the secondary line segment that passes through O L, can two spheres g 1, g 2 is set as shown in FIG. Therefore, the existence range of O P becomes the g 1, g 2 of the line of intersection C P. The presence area of the optical axis is also the NoTadashi plane to [pi L include C P can be limited to [pi P.
【0024】g1,g2の中心をOg1(x1,y1),Og2
(x2,y2)とするとCPの中心OC(x3,y3)は以下
となる。The centers of g 1 and g 2 are defined as O g1 (x 1 , y 1 ) and O g2
(X 2, y 2) to the C P of the center O C (x 3, y 3 ) is as follows.
【0025】 x3=(y2−y1)(x1y2−x2y1)/{(x1−x2)2+(y1−y2)2} (1) y3=(x1−x2)(x1y2−x2y1)/{(x1−x2)2+(y1−y2)2} (2) 図6は、Apollonius球を設定した二線分
l1,l2の交角θLと、そのπS上での見かけの角度θS
の関係を示したものである。X 3 = (y 2 −y 1 ) (x 1 y 2 −x 2 y 1 ) / {(x 1 −x 2 ) 2 + (y 1 −y 2 ) 2 } (1) y 3 = (X 1 −x 2 ) (x 1 y 2 −x 2 y 1 ) / {(x 1 −x 2 ) 2 + (y 1 −y 2 ) 2 } (2) FIG. 6 shows an Apollonius sphere. two line segment l 1, l 2 of the crossing angle theta L, the π angle apparent on S theta S
This shows the relationship.
【0026】ここで、計算の簡略化のために見かけの角
度θSが90°である場合を考える。πPとπLの交線を
lPとしl1,lPのなす角をθ1、l2,lPのなす角をθ
2とすれば、 tanθ1=(x1y3−x3y1)/(x1x3+y1y3) (3) tanθ2=(x2y3−x3y2)/(x2x3+y2y3) (4) である。πP上においてlPと光軸lOのなす角θPは θP=sin-1(√(tanθ1tanθ2)) (5) として、一意に決まる。よってOPの位置は xP=2x3cos2θP (6) yP=2y3cos2θP (7) zP=2cosθPsinθP√(x3 2+y3 2) (8) で、与えられる座標となる(図7)。上記計算手法を図
8に示すフローチャートに従い、画像上全ての座標(画
素位置)について検証を行なう。Here, let us consider a case where the apparent angle θ S is 90 ° in order to simplify the calculation. Let the intersection of π P and π L be l P, and the angle between l 1 and l P is θ 1 , and the angle between l 2 and l P is θ
Assuming that 2 , tan θ 1 = (x 1 y 3 −x 3 y 1 ) / (x 1 x 3 + y 1 y 3 ) (3) tan θ 2 = (x 2 y 3 −x 3 y 2 ) / (x 2 x 3 + y 2 y 3 ) a (4). The angle θ P formed by l P and the optical axis l O on π P is uniquely determined as θ P = sin -1 (√ (tan θ 1 tan θ 2 )) (5). Thus the position of the O P at x P = 2x 3 cos 2 θ P (6) y P = 2y 3 cos 2 θ P (7) z P = 2cosθ P sinθ P √ (x 3 2 + y 3 2) (8) , Given coordinates (FIG. 7). The above calculation method is verified for all coordinates (pixel positions) on the image according to the flowchart shown in FIG.
【0027】ここで、図8のフローチャートにより、本
実施形態例の処理の手順を説明する。本実施形態例での
処理は、図中の(1)〜(10)の手順でなされる。Here, the procedure of the processing of this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. The processing in this embodiment is performed according to the procedures (1) to (10) in the figure.
【0028】(1)液晶ディスプレイ上のすべての画素
を点滅等の処理を行い、カメラ視野内の観測エリアを決
定後、(8)の標準偏差分布を求めるための開始座標点
を決定する。(1) All pixels on the liquid crystal display are subjected to processing such as blinking and the observation area in the camera field of view is determined, and then the starting coordinate point for obtaining the standard deviation distribution of (8) is determined.
【0029】(2)画像面上の開始座標点(検証画素)
を二等分点とする任意の二線分の端点を観測点とし、そ
の対応点を液晶ディスプレイへ描画する。その描画手法
として、ある観測点の対応点を描画する場合、液晶ディ
スプレイの任意の領域を点滅させたとき、その変化が当
該観測点で観測されればその領域を候補領域とし、次に
候補領域を2分割して同様に候補領域の限定を行い、こ
の処理を複数回繰り返すことで、対応点を決定する。(2) Starting coordinate point on image plane (verification pixel)
Is set as an observation point, and the corresponding point is drawn on the liquid crystal display. As a drawing method, when drawing a corresponding point of an observation point, when an arbitrary area of the liquid crystal display is blinked, if the change is observed at the observation point, the area is set as a candidate area, and then a candidate area is set. Is divided into two, the candidate regions are similarly limited, and this process is repeated a plurality of times to determine corresponding points.
【0030】(3)この二線分の対応点の位置情報と、
カメラによる二線分の観測情報を用いて、上記の計算手
法により投影中心を計算する。(3) Position information of the corresponding point of the two lines,
The projection center is calculated by the above calculation method using the observation information of two lines by the camera.
【0031】(4)検証画素を二等分点とする二線分組
み合わせを変更し、上記と同様に描画する。ここでは、
検証画素を横切る任意の二線分を用いることとし、検証
画素を中心として一定ピッチ毎に観測点を変化させる。(4) The combination of two line segments with the verification pixel as a bisecting point is changed, and drawing is performed in the same manner as described above. here,
Any two line segments crossing the verification pixel are used, and the observation point is changed at regular intervals around the verification pixel.
【0032】(5)全組み合わせが終了するまで
(3)、(4)の繰り返しを行うようにする。(5) Steps (3) and (4) are repeated until all combinations are completed.
【0033】(6)全組み合わせの終了後、検証画素
(画像原点候補)を移動する。(6) After completion of all combinations, the verification pixel (image origin candidate) is moved.
【0034】(7)全検証画素の走査が終了するまで
(3)〜(6)の繰り返しを行うようにする。なお、一
つの二線分について全検証画素を走査し、これを全二線
分組み合わせについて繰り返し行うことも可能である。(7) Steps (3) to (6) are repeated until scanning of all verification pixels is completed. Note that it is also possible to scan all the verification pixels for one two-segment and repeat this for all two-segment combinations.
【0035】(8)(3)〜(6)の処理で得られた結
果の標準偏差分布を計算して、各検証画素毎のカメラ投
影中心位置変化を標準偏差として記述する。(8) The standard deviation distribution of the results obtained in the processes (3) to (6) is calculated, and the change in the camera projection center position for each verification pixel is described as the standard deviation.
【0036】(9)標準偏差分布が最小値となる座標位
置を探索して出力する。(9) Search for and output a coordinate position at which the standard deviation distribution has the minimum value.
【0037】(10)画像原点の定義はカメラ投影中心
より撮像面に垂線をおろした時の足の座標であるから、
上記標準偏差最小の座標位置を画像原点として出力す
る。(10) Since the definition of the image origin is the coordinates of the foot when a perpendicular is dropped from the camera projection center to the imaging surface,
The coordinate position having the minimum standard deviation is output as the image origin.
【0038】画像原点の設定に誤差がある状態で前述の
手法を適用する場合、軸による頂角の二等分条件を満た
さず、任意の二線分より設定されるApolloniu
s球の交線は安定しないことを意味する。よって画像全
領域各点について各々、複数の二線分組み合わせでAp
ollonius球を求める。この時導かれるApol
lonius球交線の安定度をグラフにすると図9にな
る。この結果より、投影中心位置の分散値σは画像原点
において最も小さく、画像原点より遠ざかるにつれ大き
くなることが分かる。そこで、何らかの任意の始点を決
め、その周囲8近傍の分散値を探索し、最も分散値が小
さくなる方向へ探索画素を移動する。また、その移動し
た点において、同様に周囲を探索し、同様の走査を繰り
返す。そして、周囲の探索を行っても、探索画素が移動
しなくなった場合を終了条件とする。この場合、最も分
散が小さくなる点が探索されたこととなり、カメラ系の
画像原点が一意に決定される。よって、投影中心位置の
分散値が最も小さくなる点を探索することでカメラ系の
画像原点も探索可能である。When the above-described method is applied in a state where there is an error in the setting of the image origin, the Apolloniu which does not satisfy the condition for bisecting the apex angle by the axis and is set from an arbitrary two line segments.
The line of intersection of the s-sphere means not stable. Therefore, for each point in the entire image area, Ap
ollonius sphere. Apol led at this time
FIG. 9 is a graph showing the stability of the Lonius ball intersection. From this result, it can be seen that the variance σ of the projection center position is the smallest at the image origin, and increases as the distance from the image origin increases. Therefore, an arbitrary starting point is determined, and a variance value in the vicinity of the starting point 8 is searched, and the search pixel is moved in a direction in which the variance value becomes smallest. At the moved point, the surrounding area is similarly searched, and the same scanning is repeated. Then, when the search pixel does not move even when the surrounding area is searched, the end condition is set. In this case, a point where the variance is the smallest is found, and the image origin of the camera system is uniquely determined. Therefore, by searching for a point at which the variance value of the projection center position is minimized, the image origin of the camera system can also be searched.
【0039】本実施形態例の手法は、液晶ディスプレイ
がカメラ撮像面と並行しないことが前提となる。カメラ
に対する液晶ディスプレイ(試験対象)の傾きと投影中
心位置の推定精度を求めたシミュレーション結果では、
試験対象はカメラに対して20°〜70°の傾きであれ
ば精度に影響しないことが判明した。また、投影円錐の
頂角の大きさと投影中心位置の推定精度の関係を検証し
た結果では、円錐の頂角は60°以下で十分な精度が得
られることが判明した。The method of this embodiment is based on the premise that the liquid crystal display is not parallel to the camera image plane. The simulation results for the accuracy of estimating the tilt of the liquid crystal display (test target) with respect to the camera and the projection center position indicate
It has been found that the test object does not affect the accuracy if the inclination is 20 ° to 70 ° with respect to the camera. Also, as a result of examining the relationship between the magnitude of the vertex angle of the projection cone and the estimation accuracy of the projection center position, it was found that sufficient accuracy was obtained when the vertex angle of the cone was 60 ° or less.
【0040】なお、上記実施形態例で示した計算手法に
代えて、一般的に利用されている透視投影変換マトリク
スを算出するアルゴリズムなど、他の計算手法を用いて
も、本発明の効果が得られる。It should be noted that the effects of the present invention can be obtained by using other calculation methods such as an algorithm for calculating a generally used perspective projection transformation matrix instead of the calculation method shown in the above embodiment. Can be
【0041】上記の実施形態例では、試験対象と、その
画素位置が高精度で特定されるディスプレイユニットを
用いる例を示したが、それに限るものではなく一般的に
は、空間中の任意の位置に移動可能な試験対象と、その
試験対象の空間中での位置を高精度に計測可能な治具と
を配置してもよい。また、所定のピッチで観測点を移動
させて投影中心位置の標準偏差分布を求める例を示した
が、ディスプレイユニットの表示面を20°〜70°の
範囲で傾きを変化させることで複数回の観測を行うこと
で、投影中心位置の標準偏差分布を求めてもよい。In the above embodiment, an example is shown in which a test object and a display unit whose pixel position is specified with high precision are used. However, the present invention is not limited to this, and in general, any position in space is used. And a jig capable of measuring the position of the test object in the space with high accuracy. In addition, the example in which the observation point is moved at a predetermined pitch to obtain the standard deviation distribution of the projection center position has been described. However, by changing the inclination of the display surface of the display unit in the range of 20 ° to 70 °, a plurality of times can be obtained. The standard deviation distribution of the projection center position may be obtained by performing observation.
【0042】また、以上の実施形態例で示した方法での
処理手順、例えば図8のフローチャートに示した処理手
順は、適宜にコンピュータで実行することが可能であ
り、その手順をコンピュータに実行させるためのプログ
ラムを、そのコンピュータが読み取り可能な媒体、例え
ばフロッピーディスクやCD−ROMなどに記録して配
布することが可能である。The processing procedure in the method described in the above embodiment, for example, the processing procedure shown in the flowchart of FIG. 8 can be appropriately executed by a computer, and the computer is caused to execute the procedure. Can be recorded on a computer-readable medium, such as a floppy disk or a CD-ROM, and distributed.
【0043】[0043]
【発明の効果】以上で述べたとおり、本発明によれば、
任意位置に移動可能な試験対象または、平面上任意座標
を明滅可能な表示手段を具備し、試験対象の位置座標と
視覚センサの観測情報より試験対象の位置または、平面
上の明滅座標を更新し、画像面上のあらゆる座標におい
て画像原点を計測および検証するようにしたので、画像
面上任意位置において画像原点の計測および検証が可能
となるため、高精度な画像原点の計測が可能となる。ま
た、試験対象の位置更新を自動に行なえば、予備知識の
ないユーザーにも簡便に画像原点のキャリブレーション
を行うことが可能となる。As described above, according to the present invention,
A test object movable to an arbitrary position or display means capable of blinking arbitrary coordinates on a plane is provided, and the position of the test object or blinking coordinates on the plane is updated based on the position coordinates of the test object and observation information of the visual sensor. Since the image origin is measured and verified at every coordinate on the image plane, the image origin can be measured and verified at an arbitrary position on the image plane, so that the image origin can be measured with high accuracy. In addition, if the position of the test object is automatically updated, it is possible for a user who has no prior knowledge to easily perform the calibration of the image origin.
【図1】本発明の一実施形態例における楕円錐投影を説
明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating elliptical cone projection according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1での円錐断面を示す図である。FIG. 2 is a view showing a conical cross section in FIG. 1;
【図3】本実施形態例での角の二等分条件を説明するた
めの図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a bisecting condition of a corner in the embodiment.
【図4】本実施形態例でのApollonius球を説
明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining an Apollonius sphere in the embodiment.
【図5】本実施形態例でのApollonius球の交
線を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining an intersection of Apollonius spheres in the embodiment.
【図6】本実施形態例でのApollonius球を設
定した二線分l1,l2の交角θLと、その見かけの角度
θSの関係を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing a relationship between an intersection angle θ L of two line segments l 1 and l 2 in which an Apollonius sphere is set and an apparent angle θ S in the embodiment.
【図7】本実施形態例での投影中心位置の導出結果を説
明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining a result of deriving a projection center position in the embodiment.
【図8】本実施形態例での処理手順を示したフローチャ
ートである。FIG. 8 is a flowchart showing a processing procedure in the embodiment.
【図9】本実施形態例でのApollonius球交線
の安定度をグラフにした図である。FIG. 9 is a graph showing the stability of the Apollonius ball intersection in this embodiment.
【図10】画像原点を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining an image origin.
OP…投影中心 OS…画像原点 πS…撮像面 πL…ディスプレイユニットの表示部(ディスプレイユ
ニット面) πP…光軸を含む任意の平面 OL…光軸とディスプレイユニット面の交点O P ... projection center O S ... image origin [pi S ... imaging plane [pi L ... display unit of the display unit (display unit surface) [pi P ... arbitrary plane O L ... intersection of the optical axis and the display unit plane including the optical axis
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−102013(JP,A) 特開 昭61−277012(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-6-102013 (JP, A) JP-A-61-277012 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 11/00-11/30
Claims (5)
象と該試験対象の該空間中での位置を高精度に計測可能
な治具を設置して、計測対象である視覚センサで撮影
し、該視覚センサによる前記試験対象の観測結果より前
記空間中での該試験対象位置を移動させる第1の段階
と、 前記視覚センサの観測情報と前記試験対象の位置情報よ
り該視覚センサの画像原点を推定計算する第2の段階
と、 前記第1の段階と第2の段階とを1回または複数回繰り
返し、前記計算で得られた値の統計処理により画像原点
を決定する第3の段階と、を有する画像原点計測法であ
って、 前記第1の段階では、前記視覚センサの撮像面の一つの
検証画素を横切る任意の二線分の端点を観測点として該
観測点に対応する点に試験対象を移動する第1の手順を
有し、 前記第2の段階では、該視覚センサによる前記観測点に
対応する点に関する観測情報と、該観測点に対応する点
の位置情報より該視覚センサの投影中心を計算する第2
の手順を有し、 前記第3の段階では、該視覚センサの撮像面の全ての検
証画素について前記二線分の組み合わせを変化させて前
記第1の手順と第2の手順を1回または複数回繰り返す
第3の手順と、前記第3の手順で計算された投影中心の
標準偏差分布を計算する第4の手順と、前記標準偏差が
最小値となる検証画素の座標を画像原点として出力する
第5の手順と、を有する、 ことを特徴とする画像原点計測法。 A test pair movable to an arbitrary position in space.
The position of the elephant and the test object in the space can be measured with high accuracy
Set up a jig and shoot with the visual sensor to be measured
Before the observation result of the test object by the visual sensor.
A first step of moving the position of the test object in the space
From the observation information of the visual sensor and the position information of the test object.
Second step of estimating and calculating the image origin of the visual sensor
And repeating the first step and the second step one or more times.
And calculate the image origin by statistical processing of the values obtained in the above calculation.
Determining the image origin.
Therefore, in the first step, a test object is moved to a point corresponding to the observation point, with an end point of any two line segments crossing one verification pixel on the imaging surface of the visual sensor as an observation point. A step of calculating a projection center of the visual sensor from observation information on the point corresponding to the observation point by the visual sensor and position information of the point corresponding to the observation point in the second step.
In the third step, the combination of the two segments is changed for all the verification pixels on the imaging surface of the visual sensor, and the first procedure and the second procedure are performed one or more times. A third procedure to be repeated twice, a fourth procedure for calculating the standard deviation distribution of the projection center calculated in the third procedure, and outputting, as the image origin, the coordinates of the verification pixel having the minimum standard deviation. It has a fifth procedure, and images origin measurement method you wherein a.
面上任意座標を明滅可能な表示手段を用いて該観測点に
対応する点を表示し、 前記第3の手順では、該観測点に対応する点の表示を所
定のピッチで移動することで二線分の組み合わせを変化
させる、 ことを特徴とする請求項1に記載の画像原点計測法。2. In the first procedure, a point corresponding to the observation point is displayed using a display means capable of blinking arbitrary coordinates on a plane as a test object, and in the third procedure, the observation point is assigned to the observation point. The image origin measuring method according to claim 1 , wherein a combination of two line segments is changed by moving a display of a corresponding point at a predetermined pitch.
面上任意座標を明滅可能な表示手段を用いて該観測点に
対応する点を表示し、 前記第3の手順では、該ディスプレイの傾斜角を変化さ
せることで二線分の組み合わせを変化させる、 ことを特徴とする請求項1に記載の画像原点計測法。3. In the first step, a point corresponding to the observation point is displayed using a display means capable of blinking arbitrary coordinates on a plane as a test object. In the third step, the display tilts. The image origin measuring method according to claim 1 , wherein a combination of two line segments is changed by changing an angle.
ての二線分の組み合わせを自動的に変化させる、 ことを特徴とする請求項1,2,3のいずれかに記載の
画像原点計測法。The method according to claim 4, wherein the third step, the image origin measurement according to all validation automatically changing two segment combination of the pixel, claim 1, 2, 3, characterized in that Law.
の画像原点計測法における手順をコンピュータに実行さ
せるプログラムを、該コンピュータが読み取り可能な媒
体に記録した、 ことを特徴とする記録媒体。5. The method of claim 1, 2, 3, a program for executing the procedure in the image origin measurement method according to the computer in any one of 4, the computer is recorded on a medium readable, characterized in that recoding media.
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JP19804997A JP3343204B2 (en) | 1997-07-24 | 1997-07-24 | Image origin measurement method and its recording medium |
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JPH1137735A JPH1137735A (en) | 1999-02-12 |
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