JPH0735644A - カメラキャリブレーション装置 - Google Patents
カメラキャリブレーション装置Info
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- JPH0735644A JPH0735644A JP17691993A JP17691993A JPH0735644A JP H0735644 A JPH0735644 A JP H0735644A JP 17691993 A JP17691993 A JP 17691993A JP 17691993 A JP17691993 A JP 17691993A JP H0735644 A JPH0735644 A JP H0735644A
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- Japan
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- camera
- mirror
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明はカメラキャリブレーション装置に関
し、小型、かつ単純な構造で、高い精度のカメラキャリ
ブレーションが行えるカメラキャリブレーション装置の
提供を目的とする。 【構成】 複数の基準マークと、カメラに結像したそれ
らの像との位置関係に基づいてカメラパラメータのキャ
リブレーションを行うカメラキャリブレーション装置に
おいて、平面に配置した1又は2以上の基準マーク1
と、前記基準マーク1の像をカメラの視野内に導くため
の複数の反射板2であって、それらの反射面を平行又は
所定の角度をもって対向させたものとを備える。これに
より、現実には比較的に狭いスペース(ミラー間スペー
スLM )しか占有していないにも係わらず、対向する鏡
の相互反射を利用することにより、実質的には広い仮想
空間に多数の同一平面上にない測定点Iを展開できる。
し、小型、かつ単純な構造で、高い精度のカメラキャリ
ブレーションが行えるカメラキャリブレーション装置の
提供を目的とする。 【構成】 複数の基準マークと、カメラに結像したそれ
らの像との位置関係に基づいてカメラパラメータのキャ
リブレーションを行うカメラキャリブレーション装置に
おいて、平面に配置した1又は2以上の基準マーク1
と、前記基準マーク1の像をカメラの視野内に導くため
の複数の反射板2であって、それらの反射面を平行又は
所定の角度をもって対向させたものとを備える。これに
より、現実には比較的に狭いスペース(ミラー間スペー
スLM )しか占有していないにも係わらず、対向する鏡
の相互反射を利用することにより、実質的には広い仮想
空間に多数の同一平面上にない測定点Iを展開できる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はカメラキャリブレーショ
ン装置に関し、更に詳しくは複数の基準マークと、カメ
ラに結像したそれらの像との位置関係に基づいてカメラ
パラメータのキャリブレーション(較正)を行うカメラ
キャリブレーション装置に関する。CCDカメラ等を使
用して3次元的な画像計測を行う場合には、光軸中心か
らの視線方向を求める必要が生じるが、通常CCD撮像
素子の中心をレンズの光軸が通るわけではない。経験的
には、所謂画像の中心から20画素程度のずれがあると
されている。そこで、撮像画像を記憶したメモリ上で測
定をしなおす必要があるが、このためには、予め3次元
配置した複数の基準マークとCCDカメラに結像したそ
れらの像との位置関係に基づいてカメラパラメータ(光
軸からのずれ、焦点距離等)のキャリブレーションを行
う必要がある。
ン装置に関し、更に詳しくは複数の基準マークと、カメ
ラに結像したそれらの像との位置関係に基づいてカメラ
パラメータのキャリブレーション(較正)を行うカメラ
キャリブレーション装置に関する。CCDカメラ等を使
用して3次元的な画像計測を行う場合には、光軸中心か
らの視線方向を求める必要が生じるが、通常CCD撮像
素子の中心をレンズの光軸が通るわけではない。経験的
には、所謂画像の中心から20画素程度のずれがあると
されている。そこで、撮像画像を記憶したメモリ上で測
定をしなおす必要があるが、このためには、予め3次元
配置した複数の基準マークとCCDカメラに結像したそ
れらの像との位置関係に基づいてカメラパラメータ(光
軸からのずれ、焦点距離等)のキャリブレーションを行
う必要がある。
【0002】
【従来の技術】図17は従来のカメラキャリブレーショ
ン装置を説明する図で、図において4はCCDカメラ、
41 はCCD素子の仮想結像面、41は1軸(通常は3
軸)のステージ、42は1軸(この例ではZ軸)の駆動
を行うモータ、43は黒地の計測板、44は計測板43
上に碁盤目状に描かれた白点の基準マークである。
ン装置を説明する図で、図において4はCCDカメラ、
41 はCCD素子の仮想結像面、41は1軸(通常は3
軸)のステージ、42は1軸(この例ではZ軸)の駆動
を行うモータ、43は黒地の計測板、44は計測板43
上に碁盤目状に描かれた白点の基準マークである。
【0003】このような構成において、従来のカメラキ
ャリブレーション装置の動作原理を以下に説明する。所
謂ピンホールカメラの原理によれば、カメラ座標系で見
た空間中の一点P(X´,Y´,Z´)を仮想結像面4
1 へ透視した点pの座標(x,y)は数1の透視変換で
与えられる。
ャリブレーション装置の動作原理を以下に説明する。所
謂ピンホールカメラの原理によれば、カメラ座標系で見
た空間中の一点P(X´,Y´,Z´)を仮想結像面4
1 へ透視した点pの座標(x,y)は数1の透視変換で
与えられる。
【0004】
【数1】
【0005】数1の透視変換は除算を含んでおり、従っ
て非線形であるが、3次元の座標を媒介する変数を一つ
加え、1次元高めた表現を用いることで線形化できる。
即ち、3次元の座標(X´,Y´,Z´)を、数2に示
す如く、wh を媒介とする4次元上の点(xh ,yh ,
zh )で表す。
て非線形であるが、3次元の座標を媒介する変数を一つ
加え、1次元高めた表現を用いることで線形化できる。
即ち、3次元の座標(X´,Y´,Z´)を、数2に示
す如く、wh を媒介とする4次元上の点(xh ,yh ,
zh )で表す。
【0006】
【数2】
【0007】これは同時座標系と呼ばれ、この場合の透
視変換は数3で表される。
視変換は数3で表される。
【0008】
【数3】
【0009】実用上は、測定対象である点Pの座標(X
´,Y´,Z´)をカメラ座標系とは独立した他の座標
系(ワールド座標系)の座標(X,Y,Z)で表現した
方が便利なことが多い。そこで、更に2つの座標系を関
係付ける変換T(回転rと平行移動t)を加え、この場
合の透視変換は数4で表される。
´,Y´,Z´)をカメラ座標系とは独立した他の座標
系(ワールド座標系)の座標(X,Y,Z)で表現した
方が便利なことが多い。そこで、更に2つの座標系を関
係付ける変換T(回転rと平行移動t)を加え、この場
合の透視変換は数4で表される。
【0010】
【数4】
【0011】ここで、〔X,Y,Z,1〕T と〔xh ,
yh ,zh ,wh 〕T とは同次座標系の表現による点P
と点pの座標である。更に、カメラ座標系における結像
面4 1 は常にzh =0であるので、結像面上での2次元
座標(x,y)は、これを画像メモリ上の画素位置で簡
略化すると、透視変換は数5で表される。
yh ,zh ,wh 〕T とは同次座標系の表現による点P
と点pの座標である。更に、カメラ座標系における結像
面4 1 は常にzh =0であるので、結像面上での2次元
座標(x,y)は、これを画像メモリ上の画素位置で簡
略化すると、透視変換は数5で表される。
【0012】
【数5】
【0013】この行列Cは所謂カメラパラメータと呼ば
れ、この中にカメラの位置、姿勢(パン,チルト、ロー
ル)、画角等のカメラに関する全てのデータが含まれ
る。ところで、このようなカメラパラメータは、レンズ
の焦点距離を測定したり、カメラの位置、姿勢等を実測
することにより求めることも可能であるが、不正確であ
り、時間もかかる。そこで、図17に示す如く、3次元
形状が既知の基準となる計測板43を利用して、これを
3次元計測することにより、逆にカメラパラメータをキ
ャリブレーションするのが一般的である。
れ、この中にカメラの位置、姿勢(パン,チルト、ロー
ル)、画角等のカメラに関する全てのデータが含まれ
る。ところで、このようなカメラパラメータは、レンズ
の焦点距離を測定したり、カメラの位置、姿勢等を実測
することにより求めることも可能であるが、不正確であ
り、時間もかかる。そこで、図17に示す如く、3次元
形状が既知の基準となる計測板43を利用して、これを
3次元計測することにより、逆にカメラパラメータをキ
ャリブレーションするのが一般的である。
【0014】ワールド座標系での基準となる点P(X,
Y,Z)とこれに対応する結像面4 1 での座標p(x,
y)とが一組分かると、数5より数6の2式が成立す
る。
Y,Z)とこれに対応する結像面4 1 での座標p(x,
y)とが一組分かると、数5より数6の2式が成立す
る。
【0015】
【数6】
【0016】従って、合計12個のカメラパラメータC
11〜C34を求めるには、同一平面上にない6個の基準点
が必要になる。通常は、キャリブレーション精度を高め
るために6個以上の基準点を使用し、最小2乗法によっ
てパラメータを同定する。即ち、n個の基準点のワール
ド座標(Xi ,Yi ,Zi )とそれに対応するカメラ座
標(xi ,yi )とが既知であれば、C34=1と置くこ
とで、数7の関係が得られる。
11〜C34を求めるには、同一平面上にない6個の基準点
が必要になる。通常は、キャリブレーション精度を高め
るために6個以上の基準点を使用し、最小2乗法によっ
てパラメータを同定する。即ち、n個の基準点のワール
ド座標(Xi ,Yi ,Zi )とそれに対応するカメラ座
標(xi ,yi )とが既知であれば、C34=1と置くこ
とで、数7の関係が得られる。
【0017】
【数7】
【0018】これを数8と表せば、
【0019】
【数8】
【0020】最小2乗法により、数9によってカメラパ
ラメータのキャリブレーションを行える。
ラメータのキャリブレーションを行える。
【0021】
【数9】
【0022】上記のような理論的背景の下で、従来は、
図17に示す如く、ステージ41を逐次駆動し、計測板
43をZ軸方向に移動させることにより、同一平面上に
ない6個以上の基準マーク44を得ていた。あるいは、
図示しないが、立法体の表面に碁盤目状に基準マークを
描いたものをその一辺が光軸の方向を向くようにして配
置し、かつ該立法体の対称な両側面の基準マークをカメ
ラで斜めに見るようにして、同一平面上にない6個以上
の基準マークを得ていた。
図17に示す如く、ステージ41を逐次駆動し、計測板
43をZ軸方向に移動させることにより、同一平面上に
ない6個以上の基準マーク44を得ていた。あるいは、
図示しないが、立法体の表面に碁盤目状に基準マークを
描いたものをその一辺が光軸の方向を向くようにして配
置し、かつ該立法体の対称な両側面の基準マークをカメ
ラで斜めに見るようにして、同一平面上にない6個以上
の基準マークを得ていた。
【0023】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の場合は
ステージ41のような精密な駆動設備が必要となり、こ
のために装置が複雑、高価になっていた。また、計測板
43をZ軸方向に移動させるためにかなりの広い空間が
必要であった。更にまた、ステージ41のような動く部
分を含むので、基準マークの位置精度を保つことが困難
となり、これがキャリブレーション誤差の主要な原因と
なっていた。また、後者の場合でも、広い空間が必要で
あり、このような立法体をユニバーサル座標系に正確に
セットするのは極めて困難であった。
ステージ41のような精密な駆動設備が必要となり、こ
のために装置が複雑、高価になっていた。また、計測板
43をZ軸方向に移動させるためにかなりの広い空間が
必要であった。更にまた、ステージ41のような動く部
分を含むので、基準マークの位置精度を保つことが困難
となり、これがキャリブレーション誤差の主要な原因と
なっていた。また、後者の場合でも、広い空間が必要で
あり、このような立法体をユニバーサル座標系に正確に
セットするのは極めて困難であった。
【0024】本発明の目的は、小型、かつ単純な構造
で、高い精度のカメラキャリブレーションが行えるカメ
ラキャリブレーション装置を提供することにある。
で、高い精度のカメラキャリブレーションが行えるカメ
ラキャリブレーション装置を提供することにある。
【0025】
【課題を解決するための手段】上記の課題は図1の構成
により解決される。即ち、本発明のカメラキャリブレー
ション装置は、複数の基準マークと、カメラに結像した
それらの像との位置関係に基づいてカメラパラメータの
キャリブレーションを行うカメラキャリブレーション装
置において、平面に配置した1又は2以上の基準マーク
1と、前記基準マーク1の像をカメラの視野内に導くた
めの複数の反射板2であって、それらの反射面を平行又
は所定の角度をもって対向させたものとを備えるもので
ある。
により解決される。即ち、本発明のカメラキャリブレー
ション装置は、複数の基準マークと、カメラに結像した
それらの像との位置関係に基づいてカメラパラメータの
キャリブレーションを行うカメラキャリブレーション装
置において、平面に配置した1又は2以上の基準マーク
1と、前記基準マーク1の像をカメラの視野内に導くた
めの複数の反射板2であって、それらの反射面を平行又
は所定の角度をもって対向させたものとを備えるもので
ある。
【0026】
【作用】例えば2枚の反射板(鏡)21 ,22 を両反射
面が平行で向かい合うように間隔LM を持って対向さ
せ、この例では両反射面上に夫々複数の基準マーク
11 ,12 が描かれている。図1の(A)は鏡21 の正
面を示しており、ワールド座標系の一平面(X,Y,L
M )上に基準マークM1(11) 〜M1(nm) が碁盤目状に描
かれている。鏡22 の正面も同様であり、これを裏面か
ら透視して見た場合に、ワールド座標系の一平面(X,
Y,0)上の、鏡21 の基準マークM1(11) 〜M 1(nm)
と対向する位置に基準マークM2(11) 〜M2(nm) が碁盤
目状に描かれている。好ましくは各基準マーク11 ,1
2 の表面は乱反射特性を有しており、これらは外部から
の均一な光によって照らされている。
面が平行で向かい合うように間隔LM を持って対向さ
せ、この例では両反射面上に夫々複数の基準マーク
11 ,12 が描かれている。図1の(A)は鏡21 の正
面を示しており、ワールド座標系の一平面(X,Y,L
M )上に基準マークM1(11) 〜M1(nm) が碁盤目状に描
かれている。鏡22 の正面も同様であり、これを裏面か
ら透視して見た場合に、ワールド座標系の一平面(X,
Y,0)上の、鏡21 の基準マークM1(11) 〜M 1(nm)
と対向する位置に基準マークM2(11) 〜M2(nm) が碁盤
目状に描かれている。好ましくは各基準マーク11 ,1
2 の表面は乱反射特性を有しており、これらは外部から
の均一な光によって照らされている。
【0027】次に、鏡21 ,22 による鏡像形成作用を
図示の如く鏡21 ,22 の側面から見た場合で説明す
る。鏡21 上の基準マークM1(1m) (X1 ,Ym ,
LM )で反射する光のうち鏡21 の法線Hより角度θ1
で射出した光線は直接にレンズ42の中心を通り、結像
面41 の点M1 ´に結像する。一方、反対側の鏡22 上
の基準マークM2(1m) (X1 ,Ym ,0)で反射する光
のうち鏡22 の法線Hより角度θ2 で射出した光線は、
鏡21 の法線Hに対して入射角θ2 で入射し、かつ反射
角θ2 で反射し、しかる後レンズ42 の中心を通り、結
像面41 の点I2 ´に結像する。これは、基準マークM
2(1m) (X1 ,Ym ,0)の鏡像I2(1m) (X 1 ,
Ym ,2LM )の結像に他ならない。同様にして、鏡2
1 上の基準マークM 1(n1) (Xn ,Y1 ,LM )で反射
する光のうち鏡22 の法線Hより角度θ3 で射出した光
線は、まず鏡22 の法線Hに対して入射角θ3 で入射
し、かつ反射角θ3 で反射し、次に鏡21 の法線Hに対
して入射角θ3 で入射し、かつ反射角θ 3 で反射し、し
かる後レンズ42 の中心を通り、結像面41 の点I3 ´
に結像する。これは、基準マークM1(n1) (Xn ,
Y1 ,LM )が2度の鏡面反射により形成された鏡像I
3(n1) (Xn ,Y1 ,3LM )の結像に他ならない。鏡
21 ,22 を上面より見た作用も同様である。更に、2
度以上の鏡面反射により形成された鏡像についても同様
である。
図示の如く鏡21 ,22 の側面から見た場合で説明す
る。鏡21 上の基準マークM1(1m) (X1 ,Ym ,
LM )で反射する光のうち鏡21 の法線Hより角度θ1
で射出した光線は直接にレンズ42の中心を通り、結像
面41 の点M1 ´に結像する。一方、反対側の鏡22 上
の基準マークM2(1m) (X1 ,Ym ,0)で反射する光
のうち鏡22 の法線Hより角度θ2 で射出した光線は、
鏡21 の法線Hに対して入射角θ2 で入射し、かつ反射
角θ2 で反射し、しかる後レンズ42 の中心を通り、結
像面41 の点I2 ´に結像する。これは、基準マークM
2(1m) (X1 ,Ym ,0)の鏡像I2(1m) (X 1 ,
Ym ,2LM )の結像に他ならない。同様にして、鏡2
1 上の基準マークM 1(n1) (Xn ,Y1 ,LM )で反射
する光のうち鏡22 の法線Hより角度θ3 で射出した光
線は、まず鏡22 の法線Hに対して入射角θ3 で入射
し、かつ反射角θ3 で反射し、次に鏡21 の法線Hに対
して入射角θ3 で入射し、かつ反射角θ 3 で反射し、し
かる後レンズ42 の中心を通り、結像面41 の点I3 ´
に結像する。これは、基準マークM1(n1) (Xn ,
Y1 ,LM )が2度の鏡面反射により形成された鏡像I
3(n1) (Xn ,Y1 ,3LM )の結像に他ならない。鏡
21 ,22 を上面より見た作用も同様である。更に、2
度以上の鏡面反射により形成された鏡像についても同様
である。
【0028】かくして、本発明によれば、現実にはこの
装置は比較的に狭いスペース(ミラー間スペースLM )
しか占有していないにも係わらず、対向する鏡の相互反
射を利用することにより、実質的には広い仮想空間に多
数の同一平面上にない測定点Iを展開できるものであ
る。しかも、従来のステージ41のような精密な動く部
分を必要としないので、本発明による装置はきわめてシ
ンプル、コンパクト、高精度、高信頼性、かつ廉価に提
供できる。
装置は比較的に狭いスペース(ミラー間スペースLM )
しか占有していないにも係わらず、対向する鏡の相互反
射を利用することにより、実質的には広い仮想空間に多
数の同一平面上にない測定点Iを展開できるものであ
る。しかも、従来のステージ41のような精密な動く部
分を必要としないので、本発明による装置はきわめてシ
ンプル、コンパクト、高精度、高信頼性、かつ廉価に提
供できる。
【0029】好ましくは、少なくとも一つの反射板2は
カメラの光軸に鉛直に設けられている。また好ましく
は、少なくとも一つの反射板2はカメラの光軸に平行に
設けられている。また好ましくは、反射板2の反射面上
に基準マーク1を配置している。
カメラの光軸に鉛直に設けられている。また好ましく
は、少なくとも一つの反射板2はカメラの光軸に平行に
設けられている。また好ましくは、反射板2の反射面上
に基準マーク1を配置している。
【0030】また好ましくは、少なくとも一つの反射板
2はハーフミラーである。また好ましくは、隣接する基
準マーク1間の色、明るさ又は形状が異なるように基準
マーク1を配置している。また好ましくは、基準マーク
1の形状を所定間隔で並ぶ複数の平行線又は交差する線
分により形成している。
2はハーフミラーである。また好ましくは、隣接する基
準マーク1間の色、明るさ又は形状が異なるように基準
マーク1を配置している。また好ましくは、基準マーク
1の形状を所定間隔で並ぶ複数の平行線又は交差する線
分により形成している。
【0031】また好ましくは、基準マーク1を点滅制御
可能な発光体で構成している。また好ましくは、複数の
基準マーク1をカメラの視界の周辺に対応する平面に配
置した。また好ましくは、反射板2の一部がその反射率
を可変に構成されている。上記の各具体的な構成の特徴
は以下の実施例の説明により一層明瞭になる。
可能な発光体で構成している。また好ましくは、複数の
基準マーク1をカメラの視界の周辺に対応する平面に配
置した。また好ましくは、反射板2の一部がその反射率
を可変に構成されている。上記の各具体的な構成の特徴
は以下の実施例の説明により一層明瞭になる。
【0032】
【実施例】以下、添付図面に従って本発明による実施例
を詳細に説明する。なお、全図を通して同一符号は同一
又は相当部分を示すものとする。図2は本発明の第1実
施例を示す図で、図において、11 は基準マーク、
21,22 は鏡、3は支持台、4は例えばCCDによる
カメラ、5はカメラ4のマウント部材、20は画像処理
装置、30はホストコンピュータである。
を詳細に説明する。なお、全図を通して同一符号は同一
又は相当部分を示すものとする。図2は本発明の第1実
施例を示す図で、図において、11 は基準マーク、
21,22 は鏡、3は支持台、4は例えばCCDによる
カメラ、5はカメラ4のマウント部材、20は画像処理
装置、30はホストコンピュータである。
【0033】例えば堅固で精密に寸法仕上げした支持台
3の両内壁面に2枚の鏡21 ,22をその鏡面が互いに
平行で向かい合うようにミラー間隔LM をもって配置す
る。なお、鏡21 ,22 を使用する代わりに支持台3の
対向する面を鏡面仕上げしても良い。一方の鏡22 の中
央部付近には孔(不図示)が設けられており、ここにカ
メラ4を、その光軸が鏡21 ,22 に対して鉛直となる
ように、かつその視野を鏡21 の方向に向けて挿入し、
マウント部材5により固定する。なお、この鏡22 の表
面には基準マークを設けていない。もう一方の鏡21 の
表面には計測用の複数の基準マーク11 を碁盤目状に描
いてある。かかる構成により、2枚の鏡21 ,22 は図
1について述べたと同じ原理によりカメラ4に対して実
質的に広い仮想空間に展開された同一平面上にない多数
の測定点M,Iを提供する。
3の両内壁面に2枚の鏡21 ,22をその鏡面が互いに
平行で向かい合うようにミラー間隔LM をもって配置す
る。なお、鏡21 ,22 を使用する代わりに支持台3の
対向する面を鏡面仕上げしても良い。一方の鏡22 の中
央部付近には孔(不図示)が設けられており、ここにカ
メラ4を、その光軸が鏡21 ,22 に対して鉛直となる
ように、かつその視野を鏡21 の方向に向けて挿入し、
マウント部材5により固定する。なお、この鏡22 の表
面には基準マークを設けていない。もう一方の鏡21 の
表面には計測用の複数の基準マーク11 を碁盤目状に描
いてある。かかる構成により、2枚の鏡21 ,22 は図
1について述べたと同じ原理によりカメラ4に対して実
質的に広い仮想空間に展開された同一平面上にない多数
の測定点M,Iを提供する。
【0034】画像処理装置20は、カメラ4で読み取っ
た画像を画像メモリ(不図示)に記憶すると共に、計測
対象となっている基準マーク11 又はその鏡像Iの抽出
や、、マークの中心位置の割り出し等の必要な画像処理
を行う。そして、ホストコンピュータ30は、図17に
ついて述べたと同様の方法でカメラパラメータのキャリ
ブレーション演算を行う。
た画像を画像メモリ(不図示)に記憶すると共に、計測
対象となっている基準マーク11 又はその鏡像Iの抽出
や、、マークの中心位置の割り出し等の必要な画像処理
を行う。そして、ホストコンピュータ30は、図17に
ついて述べたと同様の方法でカメラパラメータのキャリ
ブレーション演算を行う。
【0035】なお、上記の如く鏡面反射により2重、3
重に鏡像Iを得る構成である場合は、もし最初のミラー
間隔LM に誤差±ΔZがあると、第2,第3の鏡像では
該誤差±ΔZが2倍,4倍に拡大される恐れがある。し
かし、この支持台3には可動部分が無いので、一旦製造
すると実際のミラー間隔(LM ±ΔZ)並びにこれによ
って形成される各鏡像Iの位置は常に一定である。そこ
で、例えばカメラパラメータCijの既知な標準カメラ4
を用意し、得られた〔Hx,Hy,H〕T より数5の関
係に基づいて〔X,Y,Z,1〕T を逆算(計測)す
る。そして、求めた各深さZと公称のミラー間隔LM を
2倍,4倍して得たZとを比較することにより、誤差±
ΔZを割り出す。特に遠点における誤差を計測すれば、
近点の誤差は計算で割り出せる。平面座標(X,Y)の
誤差についても同様である。こうして本装置のユニバー
サル座標は予め高精度にキャリブレーションされ、高い
精度で維持される。
重に鏡像Iを得る構成である場合は、もし最初のミラー
間隔LM に誤差±ΔZがあると、第2,第3の鏡像では
該誤差±ΔZが2倍,4倍に拡大される恐れがある。し
かし、この支持台3には可動部分が無いので、一旦製造
すると実際のミラー間隔(LM ±ΔZ)並びにこれによ
って形成される各鏡像Iの位置は常に一定である。そこ
で、例えばカメラパラメータCijの既知な標準カメラ4
を用意し、得られた〔Hx,Hy,H〕T より数5の関
係に基づいて〔X,Y,Z,1〕T を逆算(計測)す
る。そして、求めた各深さZと公称のミラー間隔LM を
2倍,4倍して得たZとを比較することにより、誤差±
ΔZを割り出す。特に遠点における誤差を計測すれば、
近点の誤差は計算で割り出せる。平面座標(X,Y)の
誤差についても同様である。こうして本装置のユニバー
サル座標は予め高精度にキャリブレーションされ、高い
精度で維持される。
【0036】以下に他の様々な実施例を示すが、それら
の説明においては概念図を使用して構成の特徴的な部分
を説明することとする。図3は本発明の第2実施例を示
す図である。なお、以下の各実施例の説明において特に
断らない場合は鏡22 の表面には基準マークを設けてい
ない。図3の(A)では、一方(又は両方でも良い)の
鏡21 を支持面3に鉛直な方向Vから微小角Δθだけ後
方に傾けている。図1について述べた如く、2枚の鏡2
1 ,22 を平行に対向させる構成であると、基準マーク
11 の1番目、2番目等の各鏡像Ii は一様に比較的細
かいピッチでカメラ4の光軸に向けて集中してくる傾向
がある。この傾向は例えば装置をコンパクトに構成した
ことによりミラー間隔LM が小さい場合等には顕著に現
れる。このため、例えば基準マーク11、その1番目の
鏡像I3 、その2番目の鏡像I5 等は、光軸から基準マ
ーク11に至る視線方向上に比較的細かいピッチで並ぶ
こととなり、画像処理装置20でこれらのうちの必要な
一つを抽出することが困難になる。そこで、一方(又は
両方でも良い)の鏡21 を支持面3に鉛直な方向から微
小角Δθだけ後方に傾けている。
の説明においては概念図を使用して構成の特徴的な部分
を説明することとする。図3は本発明の第2実施例を示
す図である。なお、以下の各実施例の説明において特に
断らない場合は鏡22 の表面には基準マークを設けてい
ない。図3の(A)では、一方(又は両方でも良い)の
鏡21 を支持面3に鉛直な方向Vから微小角Δθだけ後
方に傾けている。図1について述べた如く、2枚の鏡2
1 ,22 を平行に対向させる構成であると、基準マーク
11 の1番目、2番目等の各鏡像Ii は一様に比較的細
かいピッチでカメラ4の光軸に向けて集中してくる傾向
がある。この傾向は例えば装置をコンパクトに構成した
ことによりミラー間隔LM が小さい場合等には顕著に現
れる。このため、例えば基準マーク11、その1番目の
鏡像I3 、その2番目の鏡像I5 等は、光軸から基準マ
ーク11に至る視線方向上に比較的細かいピッチで並ぶ
こととなり、画像処理装置20でこれらのうちの必要な
一つを抽出することが困難になる。そこで、一方(又は
両方でも良い)の鏡21 を支持面3に鉛直な方向から微
小角Δθだけ後方に傾けている。
【0037】図3の(B)において、説明の簡単のため
に基準マークが鏡22 の上に有る場合を説明する。鏡2
2 上の基準マークM2(1m) (X1 ,Ym ,0)で反射す
る光のうち、鏡22 の法線Hより角度θ2 で射出した光
線は、鏡21 の法線に対して入射角(θ2 −Δθ)で入
射し、かつ反射角(θ2 −Δθ)で反射し、しかる後カ
メラ4に結像する。そして、この場合の基準マークM
2(1m) (X1 ,Ym ,0)の1番目の鏡像I2(1m) (X
1 ,Ym ,jLM )は前記の途中の反射角がトータルで
2Δθ部減っただけトータルで2Δθ分遠く(即ち、j
>2)の方向に見えることになる。従って、この場合は
各鏡像Ii が形成されるピッチを長くできる。一方、反
射板22 上の基準マークM2(11) (X1 ,Y1 ,0)の
1番目の鏡像I2(11) (X1 ,Y1 ,kLM )について
は、逆にトータルで2Δθ分近く(即ち、k<2)の方
向に見えることになる。従って、この場合は各鏡像Ii
が形成されるピッチは短くなる。そこで、本実施例のよ
うなピッチの改善の目的では鏡22 の上側の基準マーク
M及びその鏡像Iを基準点として使用する。鏡21 に基
準マーク11 を付した場合も同様の方法で考えられる。
に基準マークが鏡22 の上に有る場合を説明する。鏡2
2 上の基準マークM2(1m) (X1 ,Ym ,0)で反射す
る光のうち、鏡22 の法線Hより角度θ2 で射出した光
線は、鏡21 の法線に対して入射角(θ2 −Δθ)で入
射し、かつ反射角(θ2 −Δθ)で反射し、しかる後カ
メラ4に結像する。そして、この場合の基準マークM
2(1m) (X1 ,Ym ,0)の1番目の鏡像I2(1m) (X
1 ,Ym ,jLM )は前記の途中の反射角がトータルで
2Δθ部減っただけトータルで2Δθ分遠く(即ち、j
>2)の方向に見えることになる。従って、この場合は
各鏡像Ii が形成されるピッチを長くできる。一方、反
射板22 上の基準マークM2(11) (X1 ,Y1 ,0)の
1番目の鏡像I2(11) (X1 ,Y1 ,kLM )について
は、逆にトータルで2Δθ分近く(即ち、k<2)の方
向に見えることになる。従って、この場合は各鏡像Ii
が形成されるピッチは短くなる。そこで、本実施例のよ
うなピッチの改善の目的では鏡22 の上側の基準マーク
M及びその鏡像Iを基準点として使用する。鏡21 に基
準マーク11 を付した場合も同様の方法で考えられる。
【0038】なお、ミラー間隔LM が大きく、且つΔθ
を小さくすれば、基準マークMを鏡22 のみに配置した
場合でも鏡22 の上側と下側の鏡像Iとの間でZ軸の方
向に(j−k)LM 分の差を生じさせることができる。
その結果、少ない反射回数でも異なる平面におけるより
多くの基準マークM,Iを利用できるようになる。ま
た、鏡21 に微小な傾きΔθを生じさせるための構成と
しては、例えば鏡2 1 の背面の支持壁3と鏡21 の背面
との間の4隅にセラミック圧電素子等を挟み、該素子に
加える電圧により上側の2素子又は下側の2素子がその
厚みを微小に変化させるもので良い。
を小さくすれば、基準マークMを鏡22 のみに配置した
場合でも鏡22 の上側と下側の鏡像Iとの間でZ軸の方
向に(j−k)LM 分の差を生じさせることができる。
その結果、少ない反射回数でも異なる平面におけるより
多くの基準マークM,Iを利用できるようになる。ま
た、鏡21 に微小な傾きΔθを生じさせるための構成と
しては、例えば鏡2 1 の背面の支持壁3と鏡21 の背面
との間の4隅にセラミック圧電素子等を挟み、該素子に
加える電圧により上側の2素子又は下側の2素子がその
厚みを微小に変化させるもので良い。
【0039】図4は本発明の第3実施例を示す図であ
る。図4の(A)では、鏡21 の上下の各半面を共にΔ
θだけ反射面の後方に傾けている。従って、鏡21 の上
下にある各基準マーク11 の各鏡像Iのピッチは共に広
くなる。勿論、鏡21 の左右の各半面を共にΔθだけ反
射面の後方に傾けるように構成しても良い。
る。図4の(A)では、鏡21 の上下の各半面を共にΔ
θだけ反射面の後方に傾けている。従って、鏡21 の上
下にある各基準マーク11 の各鏡像Iのピッチは共に広
くなる。勿論、鏡21 の左右の各半面を共にΔθだけ反
射面の後方に傾けるように構成しても良い。
【0040】図4の(B)では、両方の鏡21 ,22 の
各上下の半面を共にΔθだけ反射面の後方に傾けてい
る。勿論、一方の鏡21 の上下の各半面を共にΔθだけ
反射面の後方に傾け、かつ他方の鏡22 の左右の各半面
を共にΔθだけ反射面の後方に傾けるように組み合わせ
ても良い。こうすれば、鏡21 の上下のみならず左右に
ある各基準マーク11 の各鏡像Iのピッチも共に広くな
る。
各上下の半面を共にΔθだけ反射面の後方に傾けてい
る。勿論、一方の鏡21 の上下の各半面を共にΔθだけ
反射面の後方に傾け、かつ他方の鏡22 の左右の各半面
を共にΔθだけ反射面の後方に傾けるように組み合わせ
ても良い。こうすれば、鏡21 の上下のみならず左右に
ある各基準マーク11 の各鏡像Iのピッチも共に広くな
る。
【0041】図5は本発明の第4実施例を示す図であ
る。図5の(A)では、鏡21 を傾けるための回転機構
部6と、鏡21 の回転角を検出する検出部7とを備え
る。ホストコンピュータ30は鏡21 を矢印A方向に任
意に回転させることにより、基準マーク11 又はその鏡
像Iの形成される位置を所望の位置に設定できる。
る。図5の(A)では、鏡21 を傾けるための回転機構
部6と、鏡21 の回転角を検出する検出部7とを備え
る。ホストコンピュータ30は鏡21 を矢印A方向に任
意に回転させることにより、基準マーク11 又はその鏡
像Iの形成される位置を所望の位置に設定できる。
【0042】図5の(B)では、鏡21 ,22 を移動機
構部8上にセットし、例えば鏡21をユニバーサル座標
系のZ軸方向(矢印B方向)に移動可能に支持してい
る。こうすれば、鏡21 を移動し、ミラー間隔LM を変
えることで、ユニバーサル座標系の任意の位置に基準マ
ーク11 とその鏡像Iを設定できる。この場合に、ミラ
ー間隔をΔLM だけ増すと、1回反射した鏡像Iは2Δ
LM だけ遠くなるので、鏡21 の僅かな移動でもZ軸方
向により深く展開した基準点が得られる。この場合に、
図5の(A)の場合と同様にして、移動機構部8と位置
検出部(不図示)とをホストコンピュータ30で制御す
るように構成しても良い。
構部8上にセットし、例えば鏡21をユニバーサル座標
系のZ軸方向(矢印B方向)に移動可能に支持してい
る。こうすれば、鏡21 を移動し、ミラー間隔LM を変
えることで、ユニバーサル座標系の任意の位置に基準マ
ーク11 とその鏡像Iを設定できる。この場合に、ミラ
ー間隔をΔLM だけ増すと、1回反射した鏡像Iは2Δ
LM だけ遠くなるので、鏡21 の僅かな移動でもZ軸方
向により深く展開した基準点が得られる。この場合に、
図5の(A)の場合と同様にして、移動機構部8と位置
検出部(不図示)とをホストコンピュータ30で制御す
るように構成しても良い。
【0043】図6は本発明の第5実施例を示す図であ
る。図6の(A)では、支持台3上に固定された鏡
21 ,22 に対してカメラ4がカメラ座標系のz軸(矢
印C)方向に平行移動できるような移動機構部9を備え
ている。一般に、カメラ4には撮影範囲(画角等)があ
るので、このような構成とすることによりカメラ4をキ
ャリブレーションしたい範囲に容易にセットできる。
る。図6の(A)では、支持台3上に固定された鏡
21 ,22 に対してカメラ4がカメラ座標系のz軸(矢
印C)方向に平行移動できるような移動機構部9を備え
ている。一般に、カメラ4には撮影範囲(画角等)があ
るので、このような構成とすることによりカメラ4をキ
ャリブレーションしたい範囲に容易にセットできる。
【0044】図6の(B)では、単一の基準マーク11
を有する鏡21 が回転機構部10により鏡22 の前面で
該鏡22 の反射面と平行に矢印D方向に回転可能に構成
されている。この場合に、好ましくは、回転機構部10
の回転軸と、カメラ4の光軸とが略一致するように設け
る。まず回転機構部10を図示の位置で止めた状態で、
基準マーク11 とその幾つかの必要な鏡像Iの画像を取
り込む。ここでは、基準マーク11 が一つしかないの
で、その鏡像Iも基準マーク11 によるもののみであ
る。従って、他の基準マークによる鏡像の干渉を受ける
ことが無く、よって必要な鏡像Iの抽出が容易である。
次に回転機構部10を所定角度だけ矢印D方向に回転さ
せ、上記同様にして基準マーク11 とその幾つかの必要
な鏡像Iの画像を取り込む。こうして回転機構部10が
1回転すればカメラキャリブレーションに必要な全情報
が得られる。
を有する鏡21 が回転機構部10により鏡22 の前面で
該鏡22 の反射面と平行に矢印D方向に回転可能に構成
されている。この場合に、好ましくは、回転機構部10
の回転軸と、カメラ4の光軸とが略一致するように設け
る。まず回転機構部10を図示の位置で止めた状態で、
基準マーク11 とその幾つかの必要な鏡像Iの画像を取
り込む。ここでは、基準マーク11 が一つしかないの
で、その鏡像Iも基準マーク11 によるもののみであ
る。従って、他の基準マークによる鏡像の干渉を受ける
ことが無く、よって必要な鏡像Iの抽出が容易である。
次に回転機構部10を所定角度だけ矢印D方向に回転さ
せ、上記同様にして基準マーク11 とその幾つかの必要
な鏡像Iの画像を取り込む。こうして回転機構部10が
1回転すればカメラキャリブレーションに必要な全情報
が得られる。
【0045】図7は本発明の第6実施例を示す図であ
る。図7の(A)では、2枚の鏡21 ,22 を平行に対
向させると共に、これらの反射面がカメラ4の光軸と平
行になるように配置している。こうすれば、基準マーク
11 で反射する光のうち、鏡21 の法線Hと角度θ1 を
もって射出する光線はカメラ4に直接入射する。他の基
準マーク11 についても同様である。従って、この実施
例では各基準マーク11 を直接計測するだけでも異なる
9個の基準点を使用できる。また、基準マーク11 で反
射する光のうち、鏡21 の法線Hと角度θ2 をもって射
出する光線は、鏡22 の法線Hに対して入射角θ2 で入
射し、反射角θ2 で反射し、しかる後にカメラ4に入射
する。即ち、この場合の基準マーク11 の鏡像I1 は鏡
22 の裏側の距離LM の位置に形成される。従って、各
基準マーク11 の一番目の鏡像Iを計測することで更に
異なる9個の基準点を使用できる。
る。図7の(A)では、2枚の鏡21 ,22 を平行に対
向させると共に、これらの反射面がカメラ4の光軸と平
行になるように配置している。こうすれば、基準マーク
11 で反射する光のうち、鏡21 の法線Hと角度θ1 を
もって射出する光線はカメラ4に直接入射する。他の基
準マーク11 についても同様である。従って、この実施
例では各基準マーク11 を直接計測するだけでも異なる
9個の基準点を使用できる。また、基準マーク11 で反
射する光のうち、鏡21 の法線Hと角度θ2 をもって射
出する光線は、鏡22 の法線Hに対して入射角θ2 で入
射し、反射角θ2 で反射し、しかる後にカメラ4に入射
する。即ち、この場合の基準マーク11 の鏡像I1 は鏡
22 の裏側の距離LM の位置に形成される。従って、各
基準マーク11 の一番目の鏡像Iを計測することで更に
異なる9個の基準点を使用できる。
【0046】なお、基準マーク11 の2回反射の鏡像I
については上記の1回反射の鏡像I 1 よりも更に図の上
側に形成されることになる。即ち、カメラ4の視野から
外れる方向である。他の基準マーク11 についても同様
である。従って、この第6実施例による場合は各鏡像I
が光軸より外側に発散する傾向にある。図7の(B)で
は、上記の鏡21 ,22 の構成に加えて、更に2枚の鏡
23 ,24 を平行に対向させると共に、これらの反射面
がカメラ4の光軸と平行になるように配置している。一
般に、カメラキャリブレーションにおいては、光軸の回
りで偏りがないように計測点を選ぶのが好ましいから、
図7の(B)の構成はこの点を十分に満足している。
については上記の1回反射の鏡像I 1 よりも更に図の上
側に形成されることになる。即ち、カメラ4の視野から
外れる方向である。他の基準マーク11 についても同様
である。従って、この第6実施例による場合は各鏡像I
が光軸より外側に発散する傾向にある。図7の(B)で
は、上記の鏡21 ,22 の構成に加えて、更に2枚の鏡
23 ,24 を平行に対向させると共に、これらの反射面
がカメラ4の光軸と平行になるように配置している。一
般に、カメラキャリブレーションにおいては、光軸の回
りで偏りがないように計測点を選ぶのが好ましいから、
図7の(B)の構成はこの点を十分に満足している。
【0047】なお、上記図7の(B)の構成に加え、更
に、カメラ4の光軸と鉛直で、かつその反射面をカメラ
4の方に向けた第5の鏡25 を設けても良い。こうすれ
ば、鏡24 の鏡像は鏡25 の作用によって鏡24 ´の位
置に形成される。即ち、カメラ4はこれをみることによ
ってZ軸方向に展開された更に9個の基準点を使用でき
ることになる。他の鏡21 〜23 についても同様であ
る。この場合に形成される鏡像は所謂万華鏡を覗いてい
る感覚によって理解できる。勿論、各鏡2を3角柱状に
構成しても良い。
に、カメラ4の光軸と鉛直で、かつその反射面をカメラ
4の方に向けた第5の鏡25 を設けても良い。こうすれ
ば、鏡24 の鏡像は鏡25 の作用によって鏡24 ´の位
置に形成される。即ち、カメラ4はこれをみることによ
ってZ軸方向に展開された更に9個の基準点を使用でき
ることになる。他の鏡21 〜23 についても同様であ
る。この場合に形成される鏡像は所謂万華鏡を覗いてい
る感覚によって理解できる。勿論、各鏡2を3角柱状に
構成しても良い。
【0048】かくして、本発明の基本思想は、平面に配
置した1又は2以上の基準マーク1の像を複数の反射板
2によってカメラの視野内に導くものであるから、各反
射面は鏡21 と22 との場合のように平行な関係でも良
く、又は鏡24 と25 との場合のように直角な関係でも
良い。従って、この点に関し更に異なる様々な具体的実
施例を示さなくとも、本発明思想を逸脱しない範囲内で
様々な変形が考えられる。
置した1又は2以上の基準マーク1の像を複数の反射板
2によってカメラの視野内に導くものであるから、各反
射面は鏡21 と22 との場合のように平行な関係でも良
く、又は鏡24 と25 との場合のように直角な関係でも
良い。従って、この点に関し更に異なる様々な具体的実
施例を示さなくとも、本発明思想を逸脱しない範囲内で
様々な変形が考えられる。
【0049】図8は本発明の第7実施例を示す図であ
る。図8の(A)では、一方の鏡をハーフミラー23 に
することで、カメラ4をハーフミラー23 の後方に配置
することを可能にしている。こうすれば、対向する鏡2
1 とハーフミラー23 との間にカメラ4を挿入する必要
が無い。しかも、カメラ4自身が鏡21 に写ることがな
くなり、従って、鏡21 の全基準マーク11及びそれら
の鏡像Iを良好(一様)な光学的条件で計測できる。更
に、ハーフミラー23 の加工及びこれを支持する支持台
3の加工が容易であり、かつ支持台3にカメラ4を取り
付ける作業等が容易になる。
る。図8の(A)では、一方の鏡をハーフミラー23 に
することで、カメラ4をハーフミラー23 の後方に配置
することを可能にしている。こうすれば、対向する鏡2
1 とハーフミラー23 との間にカメラ4を挿入する必要
が無い。しかも、カメラ4自身が鏡21 に写ることがな
くなり、従って、鏡21 の全基準マーク11及びそれら
の鏡像Iを良好(一様)な光学的条件で計測できる。更
に、ハーフミラー23 の加工及びこれを支持する支持台
3の加工が容易であり、かつ支持台3にカメラ4を取り
付ける作業等が容易になる。
【0050】図8の(B)では、2枚の鏡21 ,22 を
向かい合わせ、その両方に基準マーク11 ,12 を設け
ている。こうすれば、図1について説明した如く、基準
マーク11 及びその鏡像Iはミラー間隔LM の奇数倍の
距離にあり、基準マーク12及びその鏡像Iはミラー間
隔LM の偶数倍の距離にある。従って、トータルではミ
ラー間隔LM の整数倍の深さの各計測点を利用できる。
向かい合わせ、その両方に基準マーク11 ,12 を設け
ている。こうすれば、図1について説明した如く、基準
マーク11 及びその鏡像Iはミラー間隔LM の奇数倍の
距離にあり、基準マーク12及びその鏡像Iはミラー間
隔LM の偶数倍の距離にある。従って、トータルではミ
ラー間隔LM の整数倍の深さの各計測点を利用できる。
【0051】図9は本発明の第8実施例を示す図であ
る。図9の(A)では、対向する2枚の鏡21 ,22 の
間に透明のガラス板24 を平行に配置し、このガラス板
24 に複数の基準マーク11 を配置している。こうすれ
ば図8の(B)の構成と同様に計測点の数を増やすこと
ができる。図9の(B)では、鏡22 とハーフミラー2
3 を対向させると共に、ハーフミラー23 の後方に例え
ば不透明なマーク板11を平行に設けている。こうすれ
ば、基準マーク11 の像はハーフミラー23 を通過して
カメラ4に直接読み取られる。また基準マーク11 の像
は鏡22 で反射し、更にハーフミラー23 で反射するこ
とにより、上記の対向する2枚の平行の鏡21 ,22 に
おけると同等の作用により、次々に鏡像Iが形成され
る。
る。図9の(A)では、対向する2枚の鏡21 ,22 の
間に透明のガラス板24 を平行に配置し、このガラス板
24 に複数の基準マーク11 を配置している。こうすれ
ば図8の(B)の構成と同様に計測点の数を増やすこと
ができる。図9の(B)では、鏡22 とハーフミラー2
3 を対向させると共に、ハーフミラー23 の後方に例え
ば不透明なマーク板11を平行に設けている。こうすれ
ば、基準マーク11 の像はハーフミラー23 を通過して
カメラ4に直接読み取られる。また基準マーク11 の像
は鏡22 で反射し、更にハーフミラー23 で反射するこ
とにより、上記の対向する2枚の平行の鏡21 ,22 に
おけると同等の作用により、次々に鏡像Iが形成され
る。
【0052】なお、一例のマーク板11は白地に黒点マ
ーク、又は黒字に白点マークをプリントしたようなもの
で良い。このようなマーク板11は鏡面加工の必要が無
いので、製造容易であり、よって様々なマークパターン
を容易にプリントでき、これらのマーク板11を自由に
交換できるように構成できる。例えば、基準マーク1 1
を一個づつ場所を代えてプリントしたものを次々に交換
して計測を行うことができる。
ーク、又は黒字に白点マークをプリントしたようなもの
で良い。このようなマーク板11は鏡面加工の必要が無
いので、製造容易であり、よって様々なマークパターン
を容易にプリントでき、これらのマーク板11を自由に
交換できるように構成できる。例えば、基準マーク1 1
を一個づつ場所を代えてプリントしたものを次々に交換
して計測を行うことができる。
【0053】図10は本発明の第9実施例を示す図であ
る。図10の(A)では、鏡21 の反射面に設けた基準
マーク11 が反射面上を平行移動できるようになってい
る。例えば反射面上にレールを設け、該レールの溝と嵌
合するように設けた基準マーク11 はレール上を所定の
摩擦を伴って移動できると共に、その位置に固定され
る。又は、鏡21 の裏面に鉄板を設け、磁性を持たせた
基準マーク11 は鏡21 の反射面上で任意の位置にセッ
トできる。カメラ系によっては、様々なマークの配置パ
ターンが要求されるので、図10の(A)の構成はこの
要求を十分に満足する。
る。図10の(A)では、鏡21 の反射面に設けた基準
マーク11 が反射面上を平行移動できるようになってい
る。例えば反射面上にレールを設け、該レールの溝と嵌
合するように設けた基準マーク11 はレール上を所定の
摩擦を伴って移動できると共に、その位置に固定され
る。又は、鏡21 の裏面に鉄板を設け、磁性を持たせた
基準マーク11 は鏡21 の反射面上で任意の位置にセッ
トできる。カメラ系によっては、様々なマークの配置パ
ターンが要求されるので、図10の(A)の構成はこの
要求を十分に満足する。
【0054】図10の(B)では、2枚の向かい合う鏡
21 ,22 によって作られる空間を密閉するよに支持台
3そのものを構成するか、又は支持台3に覆いを付ける
ように構成している。こうすれば、各基準マーク11 以
外の鏡像ができるのを防止でき、各基準マーク11 及び
その各鏡像Iの抽出を容易にする。この場合の基準マー
ク11 は蛍光材で形成するか、又は後述する如く発光体
で形成する。
21 ,22 によって作られる空間を密閉するよに支持台
3そのものを構成するか、又は支持台3に覆いを付ける
ように構成している。こうすれば、各基準マーク11 以
外の鏡像ができるのを防止でき、各基準マーク11 及び
その各鏡像Iの抽出を容易にする。この場合の基準マー
ク11 は蛍光材で形成するか、又は後述する如く発光体
で形成する。
【0055】図11は本発明の第10実施例を示す図で
ある。図11の(A)では、基準マーク11 を内部を塗
りつぶしていない円とすることで、画像処理装置20に
おける基準マーク像の抽出を容易かつ確実にしている。
基準マークが点であると、他のノイズと区別が付かず、
誤認識の恐れがある。この点、内部を塗りつぶしていな
い円は、それ自体がマークとして特徴ある形状であり、
中心(重心)座標の検出も正確に行える。
ある。図11の(A)では、基準マーク11 を内部を塗
りつぶしていない円とすることで、画像処理装置20に
おける基準マーク像の抽出を容易かつ確実にしている。
基準マークが点であると、他のノイズと区別が付かず、
誤認識の恐れがある。この点、内部を塗りつぶしていな
い円は、それ自体がマークとして特徴ある形状であり、
中心(重心)座標の検出も正確に行える。
【0056】図11の(B)では、隣合う基準マーク1
1 の形状や色を変えることで、隣合う基準マーク11 及
びその鏡像Iの区別を容易にしている。上記の如く鏡2
1 ,22 が平行に対向する構成では、各基準マーク11
の鏡像Iが光軸に集中してくる傾向がある。そこで、隣
合う基準マーク11 の形状や色を変えておけば、夫々に
何番目の鏡像Iであるかを認識し易いし、他の基準マー
クの鏡像と取り違える心配も少ない。
1 の形状や色を変えることで、隣合う基準マーク11 及
びその鏡像Iの区別を容易にしている。上記の如く鏡2
1 ,22 が平行に対向する構成では、各基準マーク11
の鏡像Iが光軸に集中してくる傾向がある。そこで、隣
合う基準マーク11 の形状や色を変えておけば、夫々に
何番目の鏡像Iであるかを認識し易いし、他の基準マー
クの鏡像と取り違える心配も少ない。
【0057】図12は本発明の第11実施例を示す図で
ある。図12の(A)では、基準マーク11 を所定間隔
で並ぶ平行な線分により構成している。こうすれば、オ
リジナルの基準マーク11 よりも1番目の鏡像が遠くに
あるので、それだけ線分間隔が短くなり、よってオリジ
ナルの基準マーク11と区別し易い。同様に、1番目の
鏡像よりも2番目の鏡像が遠くにあるので、更に線分間
隔が短くなり、よって1番目の鏡像と区別し易くなる。
所定間隔で並ぶ平行な線分からはこのような長さに関す
る情報を得やすい。
ある。図12の(A)では、基準マーク11 を所定間隔
で並ぶ平行な線分により構成している。こうすれば、オ
リジナルの基準マーク11 よりも1番目の鏡像が遠くに
あるので、それだけ線分間隔が短くなり、よってオリジ
ナルの基準マーク11と区別し易い。同様に、1番目の
鏡像よりも2番目の鏡像が遠くにあるので、更に線分間
隔が短くなり、よって1番目の鏡像と区別し易くなる。
所定間隔で並ぶ平行な線分からはこのような長さに関す
る情報を得やすい。
【0058】図12の(B)では、基準マーク11 を内
部を塗りつぶした黒又は白い円(点よりも大きい)とし
ている。円によるマークは角が欠けたりすることもない
のでそれ自体が丈夫である。また円の重心を求めること
でその中心座標を正確に割り出せる。また、遠くなるほ
ど面積が小さくなるので何番目の鏡像かを容易に区別で
きる。また、鏡面上の像が無い部分は一般に黒いと考え
られるので、マークに白い円を用いれば強いコントラス
トが得られる。
部を塗りつぶした黒又は白い円(点よりも大きい)とし
ている。円によるマークは角が欠けたりすることもない
のでそれ自体が丈夫である。また円の重心を求めること
でその中心座標を正確に割り出せる。また、遠くなるほ
ど面積が小さくなるので何番目の鏡像かを容易に区別で
きる。また、鏡面上の像が無い部分は一般に黒いと考え
られるので、マークに白い円を用いれば強いコントラス
トが得られる。
【0059】図13は本発明の第12実施例を示す図で
ある。図13の(A)では、基準マーク11 を互いに交
差する所定長の線分により構成している。こうすれば、
基準マーク11 の鏡像が遠くにでき、このために像サイ
ズが小さくなっても、マークをノイズと区別し易い。ま
た、その交点から中心座標も正確に検出できる。
ある。図13の(A)では、基準マーク11 を互いに交
差する所定長の線分により構成している。こうすれば、
基準マーク11 の鏡像が遠くにでき、このために像サイ
ズが小さくなっても、マークをノイズと区別し易い。ま
た、その交点から中心座標も正確に検出できる。
【0060】図13の(B)では、基準マーク11 に様
々な色を付けている。カラーカメラのキャリブレーショ
ンを行う場合は、マークの抽出を容易にできる。また、
各マークを色分けすればマーク間の区別も容易である。
図14は本発明の第13実施例を示す図である。図14
の(A)では、基準マーク11 を内部を塗りつぶさない
(又は塗りつぶしても良い)四角形にしている。このよ
うな四角形にも長さの情報が良く含まれているので、マ
ーク間の区別がし易い。
々な色を付けている。カラーカメラのキャリブレーショ
ンを行う場合は、マークの抽出を容易にできる。また、
各マークを色分けすればマーク間の区別も容易である。
図14は本発明の第13実施例を示す図である。図14
の(A)では、基準マーク11 を内部を塗りつぶさない
(又は塗りつぶしても良い)四角形にしている。このよ
うな四角形にも長さの情報が良く含まれているので、マ
ーク間の区別がし易い。
【0061】図14の(B)では、基準マーク11 を発
光ダイオード(LED)により構成している。各マーク
光源の発光輝度を変えることでマーク間を区別し易すく
なる。またコンピュータ30の制御により、LEDドラ
イバ12を介して、所望の計測点のLED11 のみを点
灯制御できる。さらに鏡21 ,22 の回りを遮光物で覆
った状態では、外来光ノイズを遮断した高信頼性の計測
が行える。
光ダイオード(LED)により構成している。各マーク
光源の発光輝度を変えることでマーク間を区別し易すく
なる。またコンピュータ30の制御により、LEDドラ
イバ12を介して、所望の計測点のLED11 のみを点
灯制御できる。さらに鏡21 ,22 の回りを遮光物で覆
った状態では、外来光ノイズを遮断した高信頼性の計測
が行える。
【0062】なお、基準マーク11 をレーザダイオード
で構成しても良い。一例のレーザダイオード(不図示)
のレーザビームは鏡21 の法線Hの方向にのみ直進する
ので、カメラ4はオリジナルの基準マーク11 を直接に
見ることはできない。しかし、基準マーク11 のビーム
の射出角に適当な広がりを与えてやれば鏡像Iを形成で
きる。この実施例では、例えば2回,4回の反射で形成
される鏡像はカメラ4の視野に入らないためにカメラ4
ではこれらの鏡像を見ることはできない。しかし、例え
ば6回以上の反射により形成される鏡像はカメラ4の視
野に入ってくる。従って、この実施例の構成は特に遠点
の基準点を計測する用途に適している。しかも、レーザ
ビームの拡散、及び減衰は少ないので、遠点の基準点を
正確に計測できる。また、レーザビームの射出広がり角
を制御すればカメラ4で計測できる鏡像Iの距離、数等
を制御できる。
で構成しても良い。一例のレーザダイオード(不図示)
のレーザビームは鏡21 の法線Hの方向にのみ直進する
ので、カメラ4はオリジナルの基準マーク11 を直接に
見ることはできない。しかし、基準マーク11 のビーム
の射出角に適当な広がりを与えてやれば鏡像Iを形成で
きる。この実施例では、例えば2回,4回の反射で形成
される鏡像はカメラ4の視野に入らないためにカメラ4
ではこれらの鏡像を見ることはできない。しかし、例え
ば6回以上の反射により形成される鏡像はカメラ4の視
野に入ってくる。従って、この実施例の構成は特に遠点
の基準点を計測する用途に適している。しかも、レーザ
ビームの拡散、及び減衰は少ないので、遠点の基準点を
正確に計測できる。また、レーザビームの射出広がり角
を制御すればカメラ4で計測できる鏡像Iの距離、数等
を制御できる。
【0063】また、更に他の例のレーザダイオード(不
図示)のレーザビームは、鏡21 の法線H方向よりも僅
かにカメラ4の光軸方向に向かって射出され、かつ該ビ
ームは広がりを持たずに直進する。この場合は、カメラ
4は例えば丁度n回反射した鏡像のみを見ることができ
る。そして、例えばその隣のレーザダイオードのレーザ
ビームは同様にして鏡21 の法線方向よりも僅かに(但
し、前者とは少し異なる角度で)カメラ4の光軸方向に
向かって射出され、かつ該ビームは広がりを持たずに直
進する。この場合は、カメラ4は例えば丁度(n+2)
回反射した鏡像のみを見ることができる。かくして、こ
れらの複数のレーザスポッットの各鏡像はカメラ4の位
置から異なる距離に点在する星のように仮想空間中に点
在することになる。
図示)のレーザビームは、鏡21 の法線H方向よりも僅
かにカメラ4の光軸方向に向かって射出され、かつ該ビ
ームは広がりを持たずに直進する。この場合は、カメラ
4は例えば丁度n回反射した鏡像のみを見ることができ
る。そして、例えばその隣のレーザダイオードのレーザ
ビームは同様にして鏡21 の法線方向よりも僅かに(但
し、前者とは少し異なる角度で)カメラ4の光軸方向に
向かって射出され、かつ該ビームは広がりを持たずに直
進する。この場合は、カメラ4は例えば丁度(n+2)
回反射した鏡像のみを見ることができる。かくして、こ
れらの複数のレーザスポッットの各鏡像はカメラ4の位
置から異なる距離に点在する星のように仮想空間中に点
在することになる。
【0064】図15は本発明の第14実施例を示す図で
ある。図15の(A)では、基準マーク11 を鏡21 の
周辺に配置すると共に、画像処理装置20においてウィ
ンドウ領域A,Bを設定し、その中の像を抽出するよう
にしている。鏡、マーク、カメラの配置等が決まれば、
基準マーク11 のn番目の鏡像In が何処の領域に見え
るかはおおよそ検討がつく。図の例では1番目(2回反
射)の鏡像はA領域内に、2番目(4回反射)の鏡像は
B領域内に見える。そこで、例えば画像処理装置20内
においてウィンドウ領域A,Bを設定することで、A領
域内にあるマーク像は1番目の鏡像、B領域内にあるマ
ーク像は2番目の鏡像と区別できる。
ある。図15の(A)では、基準マーク11 を鏡21 の
周辺に配置すると共に、画像処理装置20においてウィ
ンドウ領域A,Bを設定し、その中の像を抽出するよう
にしている。鏡、マーク、カメラの配置等が決まれば、
基準マーク11 のn番目の鏡像In が何処の領域に見え
るかはおおよそ検討がつく。図の例では1番目(2回反
射)の鏡像はA領域内に、2番目(4回反射)の鏡像は
B領域内に見える。そこで、例えば画像処理装置20内
においてウィンドウ領域A,Bを設定することで、A領
域内にあるマーク像は1番目の鏡像、B領域内にあるマ
ーク像は2番目の鏡像と区別できる。
【0065】図15の(B)では、画像処理装置20は
基準マーク11 の各鏡像のコントラストの強弱に従って
何番目の鏡像かを判別している。オリジナルの基準マー
ク1 1 の像はカメラ4に直接入力するのでコントラスト
が強い。一方、その各鏡像は鏡21 ,22 で反射を重ね
る度にコントラストが弱まる。図16は本発明の第15
実施例を示す図である。
基準マーク11 の各鏡像のコントラストの強弱に従って
何番目の鏡像かを判別している。オリジナルの基準マー
ク1 1 の像はカメラ4に直接入力するのでコントラスト
が強い。一方、その各鏡像は鏡21 ,22 で反射を重ね
る度にコントラストが弱まる。図16は本発明の第15
実施例を示す図である。
【0066】図16の(A)では、鏡像におけるコント
ラストの減衰を積極的に起こすように鏡21 及び又は2
2 の反射率を低下させている。図16の(B)では、鏡
21 の表面に例えば液晶板13を設け、コンピュータ3
0よりLCDドライバ14を介して液晶板13の透過率
を制御することにより、鏡21 の反射率を部分的に制御
できるようになっている。例えば、領域Dを透過率
「1」、即ち、透明とし、かつ領域Eを透過率「0」、
即ち、不透明にすることで、領域Dに見える鏡像を領域
Eに見えるはずの鏡像の邪魔無しに計測できる。次いで
領域D及びEを透明にすることで、領域Eに見える鏡像
を計測する。また、液晶の制御パターンを変えること
で、例えば1個の基準マーク11 と、その鏡像Iのみが
見えるように制御することも可能である。勿論、基準マ
ーク11そのものを液晶マークで形成しても良い。
ラストの減衰を積極的に起こすように鏡21 及び又は2
2 の反射率を低下させている。図16の(B)では、鏡
21 の表面に例えば液晶板13を設け、コンピュータ3
0よりLCDドライバ14を介して液晶板13の透過率
を制御することにより、鏡21 の反射率を部分的に制御
できるようになっている。例えば、領域Dを透過率
「1」、即ち、透明とし、かつ領域Eを透過率「0」、
即ち、不透明にすることで、領域Dに見える鏡像を領域
Eに見えるはずの鏡像の邪魔無しに計測できる。次いで
領域D及びEを透明にすることで、領域Eに見える鏡像
を計測する。また、液晶の制御パターンを変えること
で、例えば1個の基準マーク11 と、その鏡像Iのみが
見えるように制御することも可能である。勿論、基準マ
ーク11そのものを液晶マークで形成しても良い。
【0067】なお、上記実施例では本発明による幾つか
の特徴的な構成を示したが、本発明思想を逸脱しない範
囲内で、各構成要素の様々な変更、及び各構成要素の様
々な組合せが可能である。また、上記実施例ではCCD
によるカメラ4を使用したが、本発明によるカメラキャ
リブレーション装置はビジコン等の他の撮像方式による
カメラにも適用できる。
の特徴的な構成を示したが、本発明思想を逸脱しない範
囲内で、各構成要素の様々な変更、及び各構成要素の様
々な組合せが可能である。また、上記実施例ではCCD
によるカメラ4を使用したが、本発明によるカメラキャ
リブレーション装置はビジコン等の他の撮像方式による
カメラにも適用できる。
【0068】
【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、平面に
配置した1又は2以上の基準マーク1と、前記基準マー
ク1の像をカメラの視野内に導くための複数の反射板2
であって、それらの反射面を平行又は所定の角度をもっ
て対向させたものとを備えるので、現実にはこの装置は
比較的に狭いスペース(ミラー間スペースLM )しか占
有していないにも係わらず、対向する鏡の相互反射を利
用することにより、実質的には広い仮想空間に多数の同
一平面上にない測定点Iを展開できる。しかも、動く部
分を必要としない。従って、小型、かつ単純な構造で、
高い精度のカメラキャリブレーションが行えるカメラキ
ャリブレーション装置を提供できる。
配置した1又は2以上の基準マーク1と、前記基準マー
ク1の像をカメラの視野内に導くための複数の反射板2
であって、それらの反射面を平行又は所定の角度をもっ
て対向させたものとを備えるので、現実にはこの装置は
比較的に狭いスペース(ミラー間スペースLM )しか占
有していないにも係わらず、対向する鏡の相互反射を利
用することにより、実質的には広い仮想空間に多数の同
一平面上にない測定点Iを展開できる。しかも、動く部
分を必要としない。従って、小型、かつ単純な構造で、
高い精度のカメラキャリブレーションが行えるカメラキ
ャリブレーション装置を提供できる。
【図1】図1は本発明の原理を説明する図である。
【図2】図2は本発明の第1実施例を示す図である。
【図3】図3は本発明の第2実施例を示す図である。
【図4】図4は本発明の第3実施例を示す図である。
【図5】図5は本発明の第4実施例を示す図である。
【図6】図6は本発明の第5実施例を示す図である。
【図7】図7は本発明の第6実施例を示す図である。
【図8】図8は本発明の第7実施例を示す図である。
【図9】図9は本発明の第8実施例を示す図である。
【図10】図10は本発明の第9実施例を示す図であ
る。
る。
【図11】図11は本発明の第10実施例を示す図であ
る。
る。
【図12】図12は本発明の第11実施例を示す図であ
る。
る。
【図13】図13は本発明の第12実施例を示す図であ
る。
る。
【図14】図14は本発明の第13実施例を示す図であ
る。
る。
【図15】図15は本発明の第14実施例を示す図であ
る。
る。
【図16】図16は本発明の第15実施例を示す図であ
る。
る。
【図17】図17は従来のカメラキャリブレーション装
置を説明する図である。
置を説明する図である。
11 ,12 基準マーク 21 ,22 反射板 23 ハーフミラー 24 ガラス板 3 支持台 4 カメラ 41 仮想結像面 42 レンズ 5 マウント部材 6,10 回転機構部 7 検出部 8,9 移動機構部 11 マーク板 12 LEDドライバ 13 液晶板 14 LCDドライバ 20 画像処理装置 30 ホストコンピュータ 41 ステージ 42 モータ 43 計測板 44 基準マーク
Claims (10)
- 【請求項1】 複数の基準マークと、カメラに結像した
それらの像との位置関係に基づいてカメラパラメータの
キャリブレーションを行うカメラキャリブレーション装
置において、 平面に配置した1又は2以上の基準マーク(1)と、 前記基準マーク(1)の像をカメラの視野内に導くため
の複数の反射板(2)であって、それらの反射面を平行
又は所定の角度をもって対向させたものとを備えること
を特徴とするカメラキャリブレーション装置。 - 【請求項2】 少なくとも一つの反射板(2)はカメラ
の光軸に鉛直に設けられていることを特徴とする請求項
1のカメラキャリブレーション装置。 - 【請求項3】 少なくとも一つの反射板(2)はカメラ
の光軸に平行に設けられていることを特徴とする請求項
1のカメラキャリブレーション装置。 - 【請求項4】 反射板(2)の反射面上に基準マーク
(1)を配置したことを特徴とする請求項1のカメラキ
ャリブレーション装置。 - 【請求項5】 少なくとも一つの反射板(2)はハーフ
ミラーであることを特徴とする請求項1のカメラキャリ
ブレーション装置。 - 【請求項6】 隣接する基準マーク(1)間の色、明る
さ又は形状が異なるように基準マーク(1)を配置した
ことを特徴とする請求項1のカメラキャリブレーション
装置。 - 【請求項7】 基準マーク(1)の形状を所定間隔で並
ぶ複数の平行線又は交差する線分により形成したことを
特徴とする請求項1のカメラキャリブレーション装置。 - 【請求項8】 基準マーク(1)を点滅制御可能な発光
体で構成したことを特徴とする請求項1のカメラキャリ
ブレーション装置。 - 【請求項9】 複数の基準マーク(1)をカメラの視界
の周辺に対応する平面に配置したことを特徴とする請求
項1のカメラキャリブレーション装置。 - 【請求項10】 反射板(2)の一部がその反射率を可
変に構成されていることを特徴とする請求項1のカメラ
キャリブレーション装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17691993A JPH0735644A (ja) | 1993-07-16 | 1993-07-16 | カメラキャリブレーション装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17691993A JPH0735644A (ja) | 1993-07-16 | 1993-07-16 | カメラキャリブレーション装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0735644A true JPH0735644A (ja) | 1995-02-07 |
Family
ID=16022062
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17691993A Withdrawn JPH0735644A (ja) | 1993-07-16 | 1993-07-16 | カメラキャリブレーション装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0735644A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0843026A (ja) * | 1994-07-29 | 1996-02-16 | Mazda Motor Corp | キャリブレーション装置及びホログラム |
EP1003013A1 (fr) * | 1998-11-20 | 2000-05-24 | Compagnie Europeenne d'Equipements de Garage | Détermination de la position de l'axe optique d'une caméra |
JP2003244521A (ja) * | 2002-02-14 | 2003-08-29 | Canon Inc | 情報処理方法、装置および記録媒体 |
JP2010139329A (ja) * | 2008-12-10 | 2010-06-24 | Fanuc Ltd | キャリブレーション用の校正治具および校正治具を備えた画像計測システム |
WO2018077356A1 (de) * | 2016-10-24 | 2018-05-03 | Micro-Epsilon Messtechnik Gmbh & Co. Kg | Referenzplatte und verfahren zur kalibrierung und/oder überprüfung eines deflektometrie-sensorsystems |
CN113074635A (zh) * | 2021-03-29 | 2021-07-06 | 哈尔滨市科佳通用机电股份有限公司 | 一种标定螺栓及利用该标定螺栓检测螺栓松脱的方法 |
-
1993
- 1993-07-16 JP JP17691993A patent/JPH0735644A/ja not_active Withdrawn
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0843026A (ja) * | 1994-07-29 | 1996-02-16 | Mazda Motor Corp | キャリブレーション装置及びホログラム |
EP1003013A1 (fr) * | 1998-11-20 | 2000-05-24 | Compagnie Europeenne d'Equipements de Garage | Détermination de la position de l'axe optique d'une caméra |
FR2786267A1 (fr) * | 1998-11-20 | 2000-05-26 | Europ D Equipements De Garage | Procede et dispositif de determination de la position de l'axe optique d'une camera par rapport a un repere visible |
JP2003244521A (ja) * | 2002-02-14 | 2003-08-29 | Canon Inc | 情報処理方法、装置および記録媒体 |
US7196721B2 (en) | 2002-02-14 | 2007-03-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Information processing method and apparatus, and recording medium |
JP2010139329A (ja) * | 2008-12-10 | 2010-06-24 | Fanuc Ltd | キャリブレーション用の校正治具および校正治具を備えた画像計測システム |
WO2018077356A1 (de) * | 2016-10-24 | 2018-05-03 | Micro-Epsilon Messtechnik Gmbh & Co. Kg | Referenzplatte und verfahren zur kalibrierung und/oder überprüfung eines deflektometrie-sensorsystems |
US11092432B2 (en) | 2016-10-24 | 2021-08-17 | Micro-Epsilon Messtechnik Gmbh & Co. Kg | Reference plate and method for calibrating and/or checking a deflectometry sensor system |
CN113074635A (zh) * | 2021-03-29 | 2021-07-06 | 哈尔滨市科佳通用机电股份有限公司 | 一种标定螺栓及利用该标定螺栓检测螺栓松脱的方法 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20001003 |