JP3512092B2 - Calibration device - Google Patents
Calibration deviceInfo
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- JP3512092B2 JP3512092B2 JP17904594A JP17904594A JP3512092B2 JP 3512092 B2 JP3512092 B2 JP 3512092B2 JP 17904594 A JP17904594 A JP 17904594A JP 17904594 A JP17904594 A JP 17904594A JP 3512092 B2 JP3512092 B2 JP 3512092B2
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- Automatic Focus Adjustment (AREA)
- Holo Graphy (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、カメラのキャリブレー
ションを自動化することが可能なキャリブレーション装
置及びホログラムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、カメラで撮像した画像を処理し、
物体の位置を計測する場合、カメラのキャリブレーショ
ン(世界座標系、カメラ座標系、画面座標系間の相対的
位置関係の校正)を行なわなければならない。このキャ
リブレーションを行なわないと、カメラで撮像している
画面上の物***置が世界座標系(絶対座標系)でどの位
置に対応するのかが正確にわからないため、物体の位置
を正確に測定することができない。したがって、高精度
にカメラキャリブレーションを行なうことは、物体の位
置計測を高精度で行なうためには不可欠である。
【0003】また、このキャリブレーションは、カメラ
の位置の経時変化や、カメラ内部の光学系及び撮像素子
の位置ずれ等によりある程度の時間が経過するとくるっ
てくる可能性がある。そのため、キャリブレーションは
定期的に行なう必要がある。特に、工場での自動組立の
ために画像で部品の位置を計測する場合、キャリブレー
ションを定期的に行なうためには、自動化されたキャリ
ブレーションシステムが必要である。
【0004】従来のカメラのキャリブレーションは、世
界座標系(絶対座標系)での位置が既知な3次元空間中
の複数の点をカメラで撮像することにより、カメラのキ
ャリブレーションパラメータを演算で求めるようにして
いいる。一般的には、格子模様、市松模様や黒丸等を描
いたキャリブレーションプレートを用意して、2元空間
中の点として格子や市松模様の交点や黒丸を用い、さら
に、このプレートをそれと直行する方向に移動させるこ
とにより3次元的に分布した複数の点を得るようにして
いる。従って、キャリブレーションを自動化するために
はキャリブレーションプレートを自動的に動かす装置が
必要となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来のキャリブレーションの手法においては以下のよう
な問題点があった。
(1)キャリブレーションプレートを自動的に且つ正確
に動かす必要があるため、キャリブレーションプレート
を動かす駆動部とそれを制御する制御部が必要となり、
キャリブレーション装置が大掛かりなものとなる。
(2)機械的な可動部があるため、ギヤのバックラッシ
ュ等によりキャリブレーションプレート位置に誤差が生
じ、高精度なカメラキャリブレーションが困難である。
(3)キャリブレーションプレートを動かして、複数枚
の画像を撮像し、画像処理しなければならず、時間と手
間がかかる。
【0006】従って、本発明は上述した課題に鑑見てな
されたものであり、その目的とするところは、可動部を
排除することにより、単純な構成で高精度なキャリブレ
ーションを可能とするキャリブレーション装置を提供す
ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
目的を達成するために、本発明のキャリブレーション装
置は、撮像カメラのキャリブレーションを行なうため
に、該撮像カメラに3次元位置情報を呈示するためのキ
ャリブレーション装置であって、前記撮像カメラの光軸
方向に夫々所定間隔を離間して且つ互いに平行に複数枚
配置され、夫々に所定パターンの模様を表示可能な液晶
パネルと、前記複数の液晶パネルに、交互に前記所定パ
ターンの模様を表示させる駆動装置とを具備することを
特徴としている。
【0008】
【0009】
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】
【作用】以上のようにこの発明に係わるキャリブレーシ
ョン装置は構成されているので、カメラに対してキャリ
ブレーション装置を固定したままの状態で、カメラに一
度に3次元位置情報を入力することができるので、従来
のようにキャリブレーションプレートを移動させるため
の移動機構等を必要とせず、単純な構成で高精度にカメ
ラのキャリブレーションを行なうことが可能となる。
【0014】また、カメラのキャリブレーションに必要
とする画像が1枚だけであるので、処理の高速化を図る
ことができる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例について、添付
図面を参照して詳細に説明する。
(第1の実施例)図1乃至図3は、第1の実施例のキャ
リブレーション装置を示した図である。図1において、
キャリブレーション装置12は四角錐の表面にパターン
を表示したものであり、パターンとしては、例えば図示
したようにドット(黒丸)を用いる。また、図2は、キ
ャリブレーション装置の他の例を示したものであり、図
示したように円錐の表面にドット(黒丸)のパターンを
表示したものである。さらに、図3は、キャリブレーシ
ョン装置のさらに他の例を示したものであり、ピラミッ
ド状のブロックの表面にドットのパターンを表示して構
成されている。
【0016】このように構成されるキャリブレーション
装置は以下のように使用される。
【0017】まず、キャリブレーション装置12の上方
に設置したカメラにより画像を1枚撮像する。次に、2
値化処理などを用いて、入力された画像からドットパタ
ーンを抽出する。抽出されたドットパターンは、例えば
図1及び図2に示したキャリブレーション装置ではドッ
トが斜面上にあるため楕円状になっている。このドット
パターンの重心を求める。ドットパターンの中心と重心
は一致するので、2値化されたドットパターンの重心
を、そのドットの中心位置とする。次に、画面中のパタ
ーンの中心位置と、実際のキャリブレーション装置の3
次元的な中心位置を対応付ける。そして、これらの位置
情報から既に公知の方法によりカメラのパラメータを計
算する。
【0018】このように、図1乃至図3に示したキャリ
ブレーション装置を用いれば、一つのキャリブレーショ
ン装置で、1度に3次元位置情報をカメラに入力するこ
とができ、可動部分をなくすことができるため、カメラ
のキャリブレーション装置の構成を単純化でき、且つ高
精度なキャリブレーションを行なうことが可能となる。
また、入力画像が一枚で済むため、キャリブレーション
の処理を高速化することができる。
(第2の実施例)次に、図4は、第2の実施例のキャリ
ブレーション装置を示す図である。
【0019】図4において、キャリブレーション装置1
4は、色糸を格子状にかつ立体的に張り巡らして構成さ
れている。色糸は、例えば3層に分けて張り巡らされて
おり、各層の糸の色を夫々異なった色とする。これによ
り、1つの層の色糸の交点が2次元的な位置をあらわ
し、各層の糸の色の違いにより、糸の交点の深さ方向の
位置も知ることができる。すなわち、3次元的な位置を
カメラの1画面に取り込むことができる。
【0020】このように構成されるキャリブレーション
装置は以下のように使用される。
【0021】まず、キャリブレーション装置14の上方
に設置したカメラにより画像を1枚撮像する。次に、入
力された画像から同一層にある縦糸と横糸の交点を抽出
する。このとき、糸の色情報を利用して同一層にある糸
を抽出する。次に、画像中の糸の交点の位置と、その交
点の世界座標系(絶対座標系)での位置を対応付ける。
そして、これらの位置情報から既に公知の方法によりカ
メラのパラメータを計算する。
【0022】このように、図4に示したキャリブレーシ
ョン装置を用いれば、一つのキャリブレーション装置
で、1度に3次元位置情報をカメラに入力することがで
き、可動部分をなくすことができるため、カメラのキャ
リブレーション装置の構成を単純化でき、且つ高精度な
キャリブレーションを行なうことが可能となる。また、
入力画像が一枚で済むため、キャリブレーションの処理
を高速化することができる。また、色糸を用いることで
糸の交点の3次元的な配置状態がわかるので、その交点
の画面中の位置と世界座標系上での3次元的な位置との
対応付けを容易に行なうことができる。
(第3の実施例)図5は、第3の実施例のキャリブレー
ション装置の構成を示した図である。
【0023】図5において、キャリブレーション装置1
6は、3次元パターンが記録されたホログラム板から構
成されている。このホログラム板16の斜め前方には参
照光Aとしてのレーザー光を発する第1の光源18と、
参照光Bとしてのレーザー光を発する第2の光源20が
配置されている。ホログラム板16に参照光Aが照射さ
れると、CCD等の撮像素子を用いたカメラ10には、
参照光Aにより形成される画像Aが撮像される。また、
ホログラム板16に参照光Bが照射されると、カメラ1
0には、参照光Bにより形成される画像Bが撮像され
る。画像Aと画像Bとは、図示したように、夫々カメラ
10からの距離が異なる位置に形成されるようになされ
ている。そして、画像Aは、例えば、四角形状のドット
を格子状に配列したものであり、画像Bは、例えば、三
角形状のドットを格子状に配列したものである。ただ
し、画像A、画像Bはこれら四角形状あるいは三角形状
のパターンに限定されるものではなく、その中心位置が
求められる形状のパターンであれば何でもよい。
【0024】このように構成されるキャリブレーション
装置は以下のように使用される。
【0025】まず、ホログラム板16を世界座標系(X
−Y−Z座標系)に対して正確な位置に位置決めする。
次に、未知な位置にカメラ10及び光源18, 20を固
定する。ただし、光源18, 20は、ある程度の誤差内
(参照光により像が現われる範囲内)で固定されればよ
い。
【0026】次に、光源18, 20からの参照光による
3次元画像(すなわち画像Aと画像B)をカメラ10で
撮像する。撮像された3次元画像と、既にわかっている
ホログラム板16の世界座標系上の位置とから、カメラ
10の内部パラメータ(焦点距離、CCDセルの大きさ
等)、外部パラメータ(取付位置等)、及び光源18,
20の取付誤差をキャリブレーションする。なお、カメ
ラのキャリブレーション処理の方法は従来から用いられ
ている手法を用いればよい。また、光源18,20の取
付誤差は像の歪みから逆算することができる。
【0027】また、上記の説明では、2つの画像をホロ
グラム板に記憶させておく場合について説明したが、こ
れに限定されず、3つ以上の画像をホログラム板に記憶
させておき、3つ以上の光源でレーザー光をホログラム
板に照射するようにしてもよい。このようにカメラのキ
ャリブレーションに3つ以上の像を使用するようにすれ
ば、キャリブレーションの精度は更に向上することとな
る。
【0028】次に、図6は上記のようなホログラム板を
用いたキャリブレーション装置を実際の製造ラインに適
用した場合を示した図である。
【0029】図6に示したように、実際にワークの位置
を計測する範囲に、設備の一部、あるいは可動部がある
場合、キャリブレーション基準を設けることが困難であ
る。そのため、設備の余剰スペースにキャリブレーショ
ン用のホログラム板を設置し、実際の計測範囲に基準像
を投影する。
【0030】また、図7はホログラム板を用いたキャリ
ブレーション装置を実際の製造ラインに適用した他の例
を示した図である。
【0031】図7に示すように、ワークとカメラとの間
にハーフミラーを設置し、このハーフミラーで反射され
る範囲にホログラム板を設置する。このようにしても、
図6の場合と同様に、設備の一部や可動部と干渉しない
位置にキャリブレーション装置を配置することが可能と
なる。また、図7の構成によれば、製造ラインの稼働中
に基準像を計測範囲に投影することにより、ラインの稼
働中でもキャリブレーションが可能となる。これによ
り、ワークの位置計測系のメンテナンスフリーが実現さ
れる。
【0032】以上説明したように、上記の第3の実施例
においては、カメラの軸方向に所定距離だけ離間した画
像をホログラム板に記憶させておき、このホログラム板
に複数の光源から参照光を照射することにより、容易に
カメラに3次元画像を入力することができ、1枚の画像
のみでカメラのキャリブレーションを行なうことができ
る。
(第4の実施例)図8及び図9は、第4の実施例のキャ
リブレーション装置の構成を示した図である。
【0033】図8において、22はキャリブレーション
パターンを呈示する装置であり、この呈示装置22は、
カメラ28の光軸方向に互いに所定距離だけ離間して且
つ互いに平行に精度良く固定された複数枚の液晶パネル
から構成されている。24はそれぞれの液晶パネル22
を駆動するための駆動装置、26は、キャリブレーショ
ン装置全体を制御する制御装置40から画像パターンを
呈示する位置データを受け取り、その位置にパターンを
表示させるように液晶パネル22を交互に駆動するため
の駆動制御装置である。
【0034】また、28は校正の対象となるカメラ、3
0はカメラ28を制御するための制御装置、32はカメ
ラ28からのアナログ出力信号をデジタル信号に変換す
るA/ D変換器、34はデジタル画像データを格納する
画像データ保持装置、36は画像から特徴を抽出し、そ
の特徴の画面中での位置を出力する出力装置、38は、
制御装置40から受け取る特徴の世界座標系での位置デ
ータと出力装置36から受け取る特徴の画面中での位置
データからカメラパラメータを計算する演算装置であ
る。
【0035】上記のキャリブレーション装置では、既に
述べたようにn枚の液晶パネルが互いに平行となるよう
に精度良く設置されている。液晶パネルは、液晶層を透
過する光の量を0%から100%まで変化させることが
できるものを用いる。図9に示すように、カメラ側から
順に液晶パネルをLC1,LC2,…, LCn とする。今、
液晶パネルLC1,LC2,…, LCi-1 (i=2, 3,
…, n)の光の透過率を100%とし、LCi の透過率
を0%とすることによりパターンを表示させると、液晶
パネルの正面に設置したカメラ28でLCi に表示され
たパターンを撮像することができる。
【0036】また、駆動制御装置26で、液晶パネルの
駆動装置24を制御することにより、液晶パネルLCi
(i=1, 2, …, n)に任意のパターンを表示させる
ことができる。つまり、駆動制御装置26にパターンの
形と呈示位置データを与えると、指令された位置に指定
されたパターンを表示することができるわけである。あ
るパターンを1つだけ表示させ、その様子をカメラ28
で撮像すると、そのパターンの世界座標系での位置と画
面座標系での位置との対応付けが容易に行われる。
【0037】図10は、座標系を示したものである。
【0038】図10において、世界座標系O(X, Y,
Z)の原点Oは、液晶パネルLC1の左上にとり、X軸
はカメラから見て水平方向右向き、Y軸は鉛直方向下向
き、Z軸はカメラから見て手前から奥の方向にとる。液
晶パネルLCi のパネル座標系O’(Xi ’, Yi ’)
の原点Oi ’は液晶パネルLCi の左上にとり、Xi ’
軸、Yi ’軸はそれぞれX軸、Y軸に平行にとる。この
とき原点Oi ’の世界座標系での位置を(0, 0, di
)とする(ただしdi =0)。
【0039】また、カメラ座標系o(x, y, z)の原
点はカメラの焦点にとり、x軸は鉛直上向き、y軸は水
平方向右向き、z軸は光軸に沿ってとる。カメラの撮像
面はz=fの位置にz軸に垂直にあるとし、画面座標系
o’(p, q)の原点o’は(0, 0, f)の位置にあ
り、p軸、q軸はそれぞれx軸、y軸と平行にとる。
【0040】以上のように構成されるキャリブレーショ
ン装置の動作を図11に示したフローチャートを参照し
て説明する。
【0041】まず、任意の液晶パネルCLi (i=1,
…, n)の(Pij, Qij)の位置にパターンSijを1つ
だけ表示させる(ステップS2)。このときパターンS
ijの位置を世界座標系で表わすと(Pij, Qij, di )
となる。パターンとして例えば丸を用いると、パターン
の位置は丸の中心で表わされる。次に、カメラ28で画
像を撮影する(ステップS4)。カメラ28で撮像した
画像信号をA/ D変換器32でアナログ信号からデジタ
ル信号に変換(ステップS6)した後、画像データ保持
装置34に画像を格納する(ステップS8)。出力装置
36で画像からパターンを抽出し、画面中におけるパタ
ーンSijの位置(pij, qij)を求める(ステップS1
0)。パターンとして丸を用いた場合、2値化処理など
で丸を抽出し、抽出した丸の重心位置を求めてパターン
の位置とする。そして、j=1〜kについて、すなわち
複数の液晶パネルのそれぞれについて、上記のパターン
の表示からパターンの重心位置を求める一連の処理を繰
り返す(ステップS12)。
【0042】このようにして求められたk組のSij(P
ij, Qij, di )とsij(pij, qij)を演算装置38
に送り、カメラパラメータを計算する(ステップS1
4)。このカメラパラメータの計算は既に公知の方法で
行われる。
【0043】以上説明したように、この第4の実施例の
キャリブレーション装置によれば、制御装置により、カ
メラからの画像の入力とキャリブレーションパターン呈
示装置(液晶パネル)を制御することにより、カメラの
校正を自動的に行なうことができる。
【0044】またキャリブレーションパターン呈示装置
を制御して任意の液晶パネルにパターンを表示すること
により、従来のキャリブレーションプレートを動かすこ
とと等価な機能を得ることができる。
【0045】また、機械的な可動部がないため、高精度
なカメラ構成を行なうことができる。
【0046】また、表示するパターンを制御することに
より、画面中の位置と3次元空間中の位置との対応付け
が容易に行なえる。
【0047】なお、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲
で上記実施例を修正又は変形したものに適用可能であ
る。
【0048】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のキャリブ
レーション装置及びホログラムによれば、カメラに対し
てキャリブレーション装置を固定したままの状態で、カ
メラに一度に3次元位置情報を入力することができるの
で、従来のようにキャリブレーションプレートを移動さ
せるための移動機構等を必要とせず、単純な構成で高精
度にカメラのキャリブレーションを行なうことが可能と
なる。
【0049】また、カメラのキャリブレーションに必要
とする画像が1枚だけであるので、処理の高速化を図る
ことができる。
【0050】Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a calibration apparatus and a hologram capable of automating camera calibration. [0002] Conventionally, an image picked up by a camera is processed,
When measuring the position of an object, camera calibration (calibration of the relative positional relationship between the world coordinate system, the camera coordinate system, and the screen coordinate system) must be performed. If this calibration is not performed, it is not possible to know exactly where the object position on the screen captured by the camera corresponds in the world coordinate system (absolute coordinate system), so the position of the object must be measured accurately. Can not. Therefore, performing camera calibration with high accuracy is indispensable for performing position measurement of an object with high accuracy. In addition, the calibration may come after a certain period of time has elapsed due to a change in the position of the camera with time or a positional shift of the optical system and the image pickup device inside the camera. Therefore, it is necessary to perform calibration periodically. In particular, when measuring the position of a component with an image for automatic assembly in a factory, an automated calibration system is necessary to perform calibration periodically. In the conventional camera calibration, a plurality of points in a three-dimensional space whose positions in a world coordinate system (absolute coordinate system) are known are imaged by the camera, and the calibration parameters of the camera are obtained by calculation. Like that. In general, prepare a calibration plate depicting a lattice pattern, checkerboard pattern, black circles, etc., use intersections or black circles of the lattice or checkerboard pattern as points in the binary space, and further go directly to this plate. By moving in the direction, a plurality of three-dimensionally distributed points are obtained. Therefore, in order to automate the calibration, a device that automatically moves the calibration plate is required. [0005] However, the above-mentioned conventional calibration method has the following problems. (1) Since it is necessary to automatically and accurately move the calibration plate, a driving unit for moving the calibration plate and a control unit for controlling the driving unit are required.
The calibration device becomes large-scale. (2) Since there is a mechanically movable part, an error occurs in the position of the calibration plate due to gear backlash or the like, and it is difficult to perform highly accurate camera calibration. (3) A plurality of images must be taken by moving the calibration plate and subjected to image processing, which takes time and labor. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to eliminate a movable portion, thereby enabling a highly accurate calibration with a simple configuration. It is to provide an application device. [0007] To solve the above-mentioned problems,
In order to achieve the object, a calibration device according to the present invention is a calibration device for presenting three-dimensional position information to an imaging camera in order to perform calibration of the imaging camera , wherein the light of the imaging camera is axis
A plurality of sheets at predetermined intervals in each direction and parallel to each other
Liquid crystal that is arranged and can display a predetermined pattern in each
Panel and the plurality of liquid crystal panels alternately with the predetermined pattern.
And a drive device for displaying a pattern of the turn . Since the calibration device according to the present invention is configured as described above, the calibration device remains fixed to the camera. In this state, three-dimensional position information can be input to the camera at one time, so there is no need for a moving mechanism for moving the calibration plate as in the past, and the camera can be calibrated with high accuracy using a simple configuration. Can be performed. Also, since only one image is required for camera calibration, the processing can be speeded up. Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. (First Embodiment) FIGS. 1 to 3 show a calibration apparatus according to a first embodiment. In FIG.
The calibration device 12 displays a pattern on the surface of a quadrangular pyramid, and uses a dot (black circle) as the pattern, for example, as illustrated. FIG. 2 shows another example of the calibration device, in which a pattern of dots (black circles) is displayed on the surface of a cone as shown. FIG. 3 shows still another example of the calibration device, which is configured by displaying a dot pattern on the surface of a pyramid-shaped block. The calibration device having the above configuration is used as follows. First, one image is captured by a camera installed above the calibration device 12. Next, 2
A dot pattern is extracted from the input image by using a value conversion process or the like. The extracted dot pattern has an elliptical shape, for example, in the calibration device shown in FIGS. 1 and 2 because the dot is on a slope. The center of gravity of this dot pattern is obtained. Since the center of the dot pattern coincides with the center of gravity, the center of gravity of the binarized dot pattern is set as the center position of the dot. Next, the center position of the pattern on the screen and the actual calibration device 3
Associate the dimensional center position. Then, the camera parameters are calculated from the position information by a known method. As described above, if the calibration apparatus shown in FIGS. 1 to 3 is used, three-dimensional position information can be input to the camera at one time with one calibration apparatus, and the movable part can be eliminated. Therefore, the configuration of the camera calibration device can be simplified, and highly accurate calibration can be performed.
Further, since only one input image is required, the speed of the calibration process can be increased. (Second Embodiment) Next, FIG. 4 is a diagram showing a calibration apparatus according to a second embodiment. In FIG. 4, the calibration device 1
Reference numeral 4 denotes a structure in which colored yarns are stretched in a lattice and three-dimensionally. The color yarns are stretched, for example, in three layers, and the colors of the yarns in each layer are different colors. Thereby, the intersection of the color yarns of one layer indicates a two-dimensional position, and the position of the intersection of the yarns in the depth direction can be known from the difference in the color of the yarn of each layer. That is, the three-dimensional position can be captured on one screen of the camera. The calibration device configured as described above is used as follows. First, one image is captured by a camera installed above the calibration device 14. Next, the intersection of the warp and the weft in the same layer is extracted from the input image. At this time, yarns in the same layer are extracted using the color information of the yarns. Next, the position of the intersection of the yarn in the image is associated with the position of the intersection in the world coordinate system (absolute coordinate system).
Then, the camera parameters are calculated from the position information by a known method. As described above, if the calibration device shown in FIG. 4 is used, three-dimensional position information can be input to the camera at one time with one calibration device, and the movable part can be eliminated. In addition, the configuration of the camera calibration device can be simplified, and highly accurate calibration can be performed. Also,
Since only one input image is required, the speed of the calibration process can be increased. In addition, since the three-dimensional arrangement state of the intersections of the yarns can be known by using the colored yarns, it is easy to associate the positions of the intersections on the screen with the three-dimensional positions on the world coordinate system. Can be. (Third Embodiment) FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a calibration device according to a third embodiment. In FIG. 5, the calibration device 1
Reference numeral 6 denotes a hologram plate on which a three-dimensional pattern is recorded. A first light source 18 that emits a laser beam as reference light A is provided diagonally forward of the hologram plate 16.
A second light source 20 that emits laser light as reference light B is arranged. When the hologram plate 16 is irradiated with the reference light A, the camera 10 using an imaging device such as a CCD
An image A formed by the reference light A is captured. Also,
When the hologram plate 16 is irradiated with the reference light B, the camera 1
At 0, an image B formed by the reference light B is captured. The image A and the image B are formed at different positions from the camera 10 as shown in the figure. The image A is, for example, one in which square dots are arranged in a grid, and the image B is, for example, one in which triangular dots are arranged in a lattice. However, the image A and the image B are not limited to these quadrangular or triangular patterns, and any pattern may be used as long as the central position thereof is determined. The calibration device configured as described above is used as follows. First, the hologram plate 16 is moved to the world coordinate system (X
-YZ coordinate system).
Next, the camera 10 and the light sources 18 and 20 are fixed at unknown positions. However, the light sources 18 and 20 may be fixed within a certain error (within a range where an image appears by the reference light). Next, the camera 10 captures a three-dimensional image (ie, image A and image B) using the reference light from the light sources 18 and 20. From the captured three-dimensional image and the known position of the hologram plate 16 on the world coordinate system, the internal parameters of the camera 10 (focal length, CCD cell size, etc.), external parameters (mounting position, etc.), And light source 18,
Calibrate 20 mounting errors. Note that the method of the camera calibration process may use a conventionally used method. Further, the mounting error of the light sources 18 and 20 can be calculated backward from the image distortion. In the above description, the case where two images are stored in the hologram plate is described. However, the present invention is not limited to this, and three or more images are stored in the hologram plate and three or more images are stored. The hologram plate may be irradiated with a laser beam by the light source of (1). If three or more images are used for camera calibration in this way, the accuracy of the calibration will be further improved. Next, FIG. 6 is a diagram showing a case where the calibration apparatus using the hologram plate as described above is applied to an actual production line. As shown in FIG. 6, when a part of the equipment or a movable part is present in the range where the position of the work is actually measured, it is difficult to set a calibration reference. Therefore, a hologram plate for calibration is installed in a surplus space of the equipment, and a reference image is projected on an actual measurement range. FIG. 7 is a diagram showing another example in which a calibration device using a hologram plate is applied to an actual production line. As shown in FIG. 7, a half mirror is provided between the work and the camera, and a hologram plate is provided in a range reflected by the half mirror. Even if you do this,
As in the case of FIG. 6, it is possible to arrange the calibration device at a position that does not interfere with a part of the equipment or the movable part. Further, according to the configuration of FIG. 7, by projecting the reference image onto the measurement range during the operation of the manufacturing line, the calibration can be performed even during the operation of the line. As a result, maintenance-free operation of the work position measurement system is realized. As described above, in the third embodiment, images spaced apart by a predetermined distance in the axial direction of the camera are stored in the hologram plate, and the hologram plate receives reference light from a plurality of light sources. By irradiating, a three-dimensional image can be easily input to the camera, and calibration of the camera can be performed using only one image. (Fourth Embodiment) FIGS. 8 and 9 are diagrams showing a configuration of a calibration device according to a fourth embodiment. In FIG. 8, reference numeral 22 denotes an apparatus for presenting a calibration pattern.
The camera 28 is composed of a plurality of liquid crystal panels that are fixed at a predetermined distance from each other in the optical axis direction of the camera 28 and that are accurately fixed in parallel with each other. 24 is each liquid crystal panel 22
A driving device for driving the liquid crystal panel 26 receives position data indicating an image pattern from the control device 40 that controls the entire calibration device, and alternately drives the liquid crystal panel 22 to display the pattern at that position. Is a drive control device. Reference numeral 28 denotes a camera to be calibrated, 3
0 is a control device for controlling the camera 28, 32 is an A / D converter for converting an analog output signal from the camera 28 into a digital signal, 34 is an image data holding device for storing digital image data, and 36 is an image data holding device. An output device for extracting a feature and outputting the position of the feature on the screen, 38
An arithmetic unit that calculates camera parameters from position data in the world coordinate system of the feature received from the control device 40 and position data in the screen of the feature received from the output device 36. In the above-described calibration apparatus, as described above, the n liquid crystal panels are accurately set so as to be parallel to each other. A liquid crystal panel that can change the amount of light transmitted through the liquid crystal layer from 0% to 100% is used. As shown in FIG. 9, the liquid crystal panels are denoted by LC1, LC2,..., LCn in order from the camera side. now,
LCD panels LC1, LC2,..., LCi-1 (i = 2, 3,
When the pattern is displayed by setting the transmittance of the light of..., N) to 100% and the transmittance of LCi to 0%, the pattern displayed on the LCi is imaged by the camera 28 installed in front of the liquid crystal panel. be able to. The driving control device 26 controls the liquid crystal panel driving device 24 so that the liquid crystal panel LCi
An arbitrary pattern can be displayed at (i = 1, 2,..., N). That is, when the pattern shape and the presentation position data are given to the drive control device 26, the specified pattern can be displayed at the commanded position. Only one pattern is displayed, and the state is
, The position of the pattern in the world coordinate system and the position in the screen coordinate system are easily associated with each other. FIG. 10 shows a coordinate system. In FIG. 10, the world coordinate system O (X, Y,
The origin O of Z) is located at the upper left of the liquid crystal panel LC1, the X axis is directed rightward in the horizontal direction as viewed from the camera, the Y axis is directed downward in the vertical direction, and the Z axis is directed from the front to the back as viewed from the camera. Panel coordinate system O 'of liquid crystal panel LCi (Xi', Yi ')
Is located at the upper left of the liquid crystal panel LCi, and Xi '
The axis and the Yi 'axis are parallel to the X and Y axes, respectively. At this time, the position of the origin Oi 'in the world coordinate system is (0, 0, di
(Where di = 0). The origin of the camera coordinate system o (x, y, z) is at the focal point of the camera, the x-axis is vertically upward, the y-axis is rightward in the horizontal direction, and the z-axis is along the optical axis. The imaging plane of the camera is assumed to be perpendicular to the z-axis at the position of z = f, and the origin o 'of the screen coordinate system o' (p, q) is at the position of (0, 0, f). The axes are parallel to the x-axis and the y-axis, respectively. The operation of the calibration device configured as described above will be described with reference to the flowchart shown in FIG. First, an arbitrary liquid crystal panel CLi (i = 1,
, N), only one pattern Sij is displayed at the position of (Pij, Qij) (step S2). At this time, the pattern S
When the position of ij is represented in the world coordinate system, (Pij, Qij, di)
It becomes. For example, if a circle is used as the pattern, the position of the pattern is represented by the center of the circle. Next, an image is captured by the camera 28 (step S4). After the image signal captured by the camera 28 is converted from an analog signal to a digital signal by the A / D converter 32 (step S6), the image is stored in the image data holding device 34 (step S8). The pattern is extracted from the image by the output device 36, and the position (pij, qij) of the pattern Sij on the screen is obtained (step S1).
0). When a circle is used as a pattern, the circle is extracted by a binarization process or the like, and the position of the center of gravity of the extracted circle is determined as the position of the pattern. Then, for j = 1 to k, that is, for each of the plurality of liquid crystal panels, a series of processes for obtaining the position of the center of gravity of the pattern from the display of the pattern is repeated (step S12). The k sets of Sij (P
ij, Qij, di) and sij (pij, qij) are calculated by the arithmetic unit 38.
To calculate camera parameters (step S1).
4). The calculation of the camera parameters is performed by a known method. As described above, according to the calibration device of the fourth embodiment, the control device controls the input of an image from the camera and the calibration pattern presenting device (liquid crystal panel) to thereby control the camera. Calibration can be performed automatically. By controlling the calibration pattern presenting apparatus and displaying the pattern on an arbitrary liquid crystal panel, a function equivalent to moving a conventional calibration plate can be obtained. Since there is no mechanical movable part, a highly accurate camera configuration can be realized. Further, by controlling the pattern to be displayed, it is possible to easily associate the position on the screen with the position in the three-dimensional space. The present invention can be applied to a modification or modification of the above embodiment without departing from the spirit thereof. As described above, according to the calibration apparatus and the hologram of the present invention, three-dimensional position information can be provided to the camera at one time while the calibration apparatus is fixed to the camera. Since the input can be performed, the camera can be calibrated with high accuracy with a simple configuration without requiring a moving mechanism for moving the calibration plate as in the related art. Further, since only one image is required for the camera calibration, the processing can be speeded up. [0050]
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例のキャリブレーション装置を示し
た図である。
【図2】第1の実施例のキャリブレーション装置を示し
た図である。
【図3】第1の実施例のキャリブレーション装置を示し
た図である。
【図4】第2の実施例のキャリブレーション装置を示す
図である。
【図5】第3の実施例のキャリブレーション装置の構成
を示した図である。
【図6】ホログラム板を用いたキャリブレーション装置
を実際の製造ラインに適用した場合を示した図である。
【図7】ホログラム板を用いたキャリブレーション装置
を実際の製造ラインに適用した他の例を示した図であ
る。
【図8】第4の実施例のキャリブレーション装置の構成
を示した図である。
【図9】第4の実施例のキャリブレーション装置の構成
を示した図である。
【図10】座標系を示した図である。
【図11】キャリブレーション装置の動作を示したフロ
ーチャートである。
【符号の説明】
10 カメラ
12, 14 キャリブレーション装置
16 ホログラム板
18, 20 光源
22 呈示装置
24 駆動装置
26 駆動制御装置
28 カメラ
30 カメラ制御装置
32 A/ D変換器
34 画像データ保持装置
36 出力装置
38 演算装置
40 制御装置BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing a calibration device according to a first embodiment. FIG. 2 is a diagram illustrating a calibration device according to a first embodiment. FIG. 3 is a diagram illustrating a calibration device according to a first embodiment. FIG. 4 is a diagram illustrating a calibration device according to a second embodiment. FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a calibration device according to a third embodiment. FIG. 6 is a diagram showing a case where a calibration device using a hologram plate is applied to an actual production line. FIG. 7 is a diagram showing another example in which a calibration device using a hologram plate is applied to an actual production line. FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a calibration device according to a fourth embodiment. FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a calibration device according to a fourth embodiment. FIG. 10 is a diagram showing a coordinate system. FIG. 11 is a flowchart showing the operation of the calibration device. [Description of Signs] 10 Cameras 12, 14 Calibration device 16 Hologram plate 18, 20 Light source 22 Presentation device 24 Drive device 26 Drive control device 28 Camera 30 Camera control device 32 A / D converter 34 Image data holding device 36 Output device 38 arithmetic unit 40 control unit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−311485(JP,A) 特開 昭64−1078(JP,A) 特開 平7−35644(JP,A) 特開 平1−44805(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-63-311485 (JP, A) JP-A-64-1078 (JP, A) JP-A-7-35644 (JP, A) JP-A-1- 44805 (JP, A) (58) Fields studied (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 11/00-11/30
Claims (1)
うために、該撮像カメラに3次元位置情報を呈示するた
めのキャリブレーション装置であって、前記撮像カメラの光軸方向に 夫々所定間隔を離間して且
つ互いに平行に複数枚配置され、夫々に所定パターンの
模様を表示可能な液晶パネルと、 前記複数の液晶パネルに、交互に前記所定パターンの模
様を表示させる駆動装置とを具備することを特徴とする
キャリブレーション装置。(57) Claims 1. A calibration device for presenting three-dimensional position information to an imaging camera in order to perform calibration of the imaging camera , wherein the optical axis of the imaging camera is provided. 且 apart respectively predetermined intervals in the direction
A plurality of liquid crystal panels arranged in parallel with each other and each capable of displaying a predetermined pattern pattern; and a driving device for alternately displaying the predetermined pattern pattern on the plurality of liquid crystal panels. Calibration device.
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