JPH0615973B2

JPH0615973B2 - カメラ位置姿勢校正用マ−クデ−タ収集方法

Info

Publication number: JPH0615973B2
Application number: JP11875585A
Authority: JP
Inventors: 稔伊藤; 明石井
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1985-06-03
Filing date: 1985-06-03
Publication date: 1994-03-02
Anticipated expiration: 2009-03-02
Also published as: JPS61277011A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、カメラ位置姿勢の校正において使用する基
準マークの構成方法とマークの位置データ収集方法に関
するものである。

〔従来の技術〕

カメラ位置姿勢の校正を行う場合には、空間座標系での
位置が既知である複数の点をカメラで観測し、得られた
像を用いて複数の点の位置データを収集し、カメラ位置
姿勢パラメータを校正する。ここで、位置が既知である
点をマークと呼ぶこととする。従来はこのマークとし
て、直方体の頂点や直方体の稜あるいは直方体の上面に
書かれた格子の交点が用いられてきた。

第９図に従来使用されてきた校正用直方体の例を示す。
直方体の頂点１〜７が校正用のマークとなる。

第１０図は他の例であり、第９図の頂点のマーク１〜７
に加え、稜上の特徴点８〜２３が校正用のマークとな
る。

また第１１図は格子を立方体上面に描いた例である。第
９図の頂点１〜７に加え、格子の交点（黒丸印の部分）
が校正用のマークとして利用できる。（稜後・谷内田
「縞状パターンステレオによる３次元位置検出」情報処
理学会コンピュータビジョン研究会３４−４（１９８
５．１．２４）ページ５，図７校正用立方体参照。）〔発明が解決しようとする問題点〕第９図〜第１１図に示した従来のマークの与え方には、
次の共通した欠点がある。

1)カメラの方向によつてマークが見え隠れする。例えば
第９図でマーク５，６，７、第１０図でマーク１６〜２
３がカメラから見えなくなる場合が発生する。カメラ方
向を正確に知るには一平面上にあるマークだけでは不可
能であるので、カメラの位置によつては、カメラ位置姿
勢パラメータを求めることができない。

2)マーク数が限られる。特にカメラから遠い位置にある
マークの数が限られるため、カメラ位置姿勢パラメータ
の精度が悪くなる。

3)カメラの画面に射影されたマークの位置が局在しやす
い。例えば第９図のマーク５，６，７、第１０図のマー
ク１６〜２３は画面の下側に集中し易い。このため、パ
ラメータを求める際カメラ位置によつてパラメータ値が
異常に変動し、精度が低くなることがある。このため、
校正の信頼性が低くなる。

4)マークを識別するのが難しい。マーク識別には、直方
体として認識処理が必要であり、かつ見え隠れする部分
の識別が必要である。従来はこの問題の解決策として、
マークをジョイステイツクを使つて会話的に与えてい
た。また会話的に与えた各マークが実空間のどの位置に
あるかを指示するのも、その度にオペレータが判断して
会話的に行つていた。このため、オペレータの手間がか
かり、パラメータの校正に時間がかかつていた。

以上従来の欠点を列挙したが、上記欠点の1)〜3)は校正
の安定性，精度にとつて重大な欠点であり、また欠点4)
により、校正の自動化が妨げられていた。

この発明の目的は、マークが３次元分布したマーク集合
体を用い、カメラ入力したマーク画像からマークを自動
識別し、識別した各マークを実空間座標が既知なマーク
番号配列の各々に自動的に対応させることにより、カメ
ラ位置姿勢パラメータを安定、かつ高精度に自動的に校
正するために必要なマーク像の位置データの自動収集方
法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るカメラ位置姿勢校正用マークデータ収集
方法は、３次元分布する複数のマークを含み、その中に
他のマークと識別できる大きさ，明るさ，または形状の
マークを有するマーク集合体を用い、上記の他のマーク
と識別できるマークを基準として画像中におけるマーク
像の配列順序を識別して、既知の各配列位置の実空間座
標と各マーク像の画像面上の座標との対応を得るように
したものである。

〔作用〕

この発明によれば、マーク集合体の複数のマークのうち
他のマークと識別できるマークを基準として他のマーク
像の配列順序が識別される。

〔実施例〕

第１図はこの発明に用いるマーク集合体１００の第１の
実施例を真正面から見た図であり、第２図はマーク集合
体１００を斜め横方向から見た図である。円形部分が白
丸のマーク１０１，１０２であり、その他の部分は黒で
ある。白丸のマーク１０１、１０２のサイズは、例えば
奇数番行のマーク１０１で４mmφ，偶数番行のマーク１
０２で６mmφである。ただし、行番号４の左から３番目
のマーク１０２Ａは１０mmφ，行番号５の左から３番目
のマーク１０２Ｂは８mmφとして他のマークと識別でき
るようにする。またマーク間隔は５０mmとしている。偶
数番行のマーク１０２は第２図で示したように、マーク
板面に立てられた黒色円柱の上面に付けられている。こ
の円柱の高さは、実施例では５０mmとした。なお、マー
クを黒にし、その他の部分を白にしても構わない。

第３図は各マークの番号配列を示したものである。１０
mmφのマーク１０２Ａには４５の、８mmφのマーク１０
２Ｂには５５の番号を付してあり、他のマークはマーク
番号４５，５５に基づき図のように番号が付けられてい
る。番号の２桁目（１０の位）は行番号を、１桁目（１
の位）は３から始まる左からの順番を表すようにしてあ
る。

第４図はこの発明に用いるマーク集合体１００の他の実
施例を示すもので、第１図，第２図に示す実施例のマー
クの代わりに光フアイバ先端を用いたものである。これ
によれば暗いところのマーク読取りが可能である。この
図で、１０３は光フアイバを支える黒色筒、１０４は光
フアイバである。

第５図は第４図の断面と光入射装置を示したものであ
る。この図で、１０５はマーク基板であり、黒色塗装し
てある。１０６は光入射装置である。黒色筒１０３の長
さと筒の内径を多種類用意しておく。実施例では、第３
図で示した奇数行のマーク位置には筒が５mm長、偶数行
のマーク位置には５５mm長の筒を取り付けた。筒の内径
は、奇数行のマーク位置には４mm、偶数行のマーク位置
には６mmとし、マーク番号５５と４５にはそれぞれ８m
m，１０mmとした。光入射装置１０６で各光フアイバ１
０４に分配した光は、各光フアイバ先端で放射する。し
たがつて、光フアイバ先端の輝度が高くなり、マークと
して使える。光入射装置１０６において、マーク位置に
よつて個別に光源を用意し、光入射時刻が異なるように
個別に点灯することによつて、マーク番号識別が容易と
なる。例えば奇数行番号のマーク１０１だけを点灯して
マークの画像を入力し、次に偶数行番号のマーク１０２
だけを点灯してマーク画像を入力する。各画像でマーク
番号を識別処理してからマーク番号，マーク像位置（画
像面上の座標），マーク実空間座標を記録したマークテ
ーブルを作成する。

第６図(a)，(b)は第５図に示す実施例で用いた光フアイ
バ１０４の代わりに発光ダイオードを用いたもので、暗
いところの読取りが可能である。この図で、１０７は黒
色の発光ダイオードの支持棒、１０８は発光ダイオー
ド、１０９は電極リード線である。発光面積が異なる複
数の発光ダイオード１０８と、長さの異なる複数の支持
棒１０７を用意し、マーク基板１１０上に配列すること
によりマーク集合体１００を構成する。各発光ダイオー
ド１０８の発光を時間的にずらすことにより、マーク識
別アルコリズムを簡単にすることもできる。

アースは支持棒１０７，マーク基板１１０を経由してい
るので、電極リード線１０９は１本でよい。この電極リ
ード線１０９は支持棒１０７に埋め込んで、電極リード
線１０９がマーク像検出の妨げとなることを防いでい
る。１１１は前記発光ダイオード１０８のドライバ回路
であり、１１２は電源である。なお、発光ダイオード１
０８の代わりに半導体レーザ等の発光素子や小型豆ラン
プを用いることができる。

上記のマーク集合体１００は突起部付き板であたが、第
７図は透光性板を使つてマーク集合体１００を構成した
実施例を示したもので段付き板を用いた例である。この
図で、１１３は透光性板である。ガラスまたは透明プラ
スチツク類を利用する。１１４はマークを示す。このマ
ーク１１４は薄い遮光板からなつている。全体の配列は
第３図で説明したようにする。１１５はランプであり、
螢光灯や白熱ランプ列を使用する。この実施例も暗い場
所でのカメラ位置姿勢パラメータの校正が容易である。

第８図はマーク像からマークを識別する処理手順を示す
流れ図で、(1)〜(12)は各ステツプを示す。以下、第１
図〜第３図の実施例のマークを対象として説明する。

カメラによるマーク画像を入力し(1)、このマーク画像
を２値化し(2)、次いで個々のマーク画像より小さい孤
立点を除去した後(3)、ラベリング処理を行う(4)。次
に、各ラベリング領域の円形度を調べ、円形度の低いラ
ベリング領域をマーク外不要画像として除去する。次
に、入力画像辺縁部にかかるラベリング領域を除去する
(6)。その後、各ラベリング領域の面積を求めるととも
に、最大の面積をもつラベリング領域とその面積を選び
出す(7)。この面積を基準とし、マークの大きさに応じ
た４つの面積区分を選定し、各ラベリング領域を４つの
クラスに分類する(8)。この例では、ａ．最大面積をもつマーク、ｂ．最大面積×(0.64±0.
1)の面積をもつマーク、ｃ．最大面積×(0.36±0.1)の
面積をもつマーク、ｄ．最大面積×(0.16±0.1)の面積
をもつマーク、の４つのクラスにクラス分けした。

ａに該当するマークは第３図の４５、ｂに該当するマー
クは５５が付けられ、また、ａまたはｃに該当するマー
クは偶数行番号のマーク１０２、ｂまたはｄに該当する
マークは奇数行番号のマーク１０１に分類される。

ステツプ(9)では、奇数行番号をもつマーク１０１につ
いて、マーク画像の縦方向座標および確定マーク４５の
座標を利用して行番号の識別を行う。偶数行番号をもつ
各マーク１０２についても同様に行番号の識別を行う。
次に、各行のマークの中からマーク４５および５５を基
準として、１５，２５，３５，６５，７５，８５，９５
を識別する。次に、そのマーク、すなわち１桁目（１の
位）が５のマークを利用して他のマークの番号付けを行
う(10)。ステツプ(11)では、各マーク外接長方形または
重心を用いて各マークの中心座標を求める。最後にステ
ツプ(12)において、マーク番号，マークの画像面上の座
標およびマーク番号と１対１に対応し既知であるマーク
の実空間座標を記録したマークテーブルを作成する。

なお、ここでは第１図〜第３図のマーク配列を例にして
説明したが、他の実施例において、各行または各マーク
を選択発光する場合には、行番号識別またはマーク番号
識別を簡略化できる。

なお、上記実施例では、マーク形状を円形としたが、正
方形であつてもかまわない。また、マークの中の特別な
マーク１０２Ａ，１０２Ｂは、大きさによる区別以外
に、形状，明るさであつてもよく、また、他のマークに
対して配列に特別な意味をもたせ特殊マークであつても
よく、その配列パターンを認識することによりその特殊
マークを選び出す方法をとつてもよい。

さらに、上記実施例で示したように、マークとして黒ま
たは白またはカラーのシールを使うことも、光フアイバ
のように光ガイドを使つて光の放射口を使うことも、ま
た、発光ダイオード等の発光素子を使うことも可能であ
る。また、ランプを使うこと、あるいは透明板に遮光板
を取り付けてマークとすることも可能であり、要は発光
部材であればよい。

また、上記実施例では、細い円柱状の棒を使つて白マー
クシールを３次元分布させたマーク集合体を使つたとき
のマーク番号識別方法を示した。この方法は外部のノイ
ズに対して安定であつた。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明は３次元に分布したマー
クをもつマーク集合体を用い、また、マークの中に他の
マークと識別できる大きさをもつマークを含めて、マー
ク号付け処理を行つているため以下の利点がある。

1)広い範囲にわたつて分布した多数のマークデータを収
集できるので、カメラ位置姿勢パラメータの校正が安定
で、高精度、かつ信頼性が高い。

2)カメラの見え隠れの留意が不要 3)マーク番号識別が容易で、全自動化が可能である。こ
のため、オペレータによる面倒な操作を全く必要としな
い。実施例のマーク識別アルゴリズムでは、市販の汎用
画像処理装置とミニコンピュータを用いて全処理時間４
秒以内でマークデータの収集が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に用いるマーク集合体の正面図、第２
図は第１図の斜視図、第３図はマーク番号の配置例を示
す図、第４図はマーク集合体のマークの他の例を示す斜
視図、第５図は第４図のマークの断面図と光入射装置を
示す図、第６図(a)はマークのさらに他の実施例を示す
斜視図、第６図(b)は同じく第６図(a)のマークと電源と
を示す図、第７図はマークのさらに他の実施例を示す断
面略図、第８図はこの発明による処理手順を示す流れ
図、第９図，第１０図，第１１図はそれぞれ従来の校正
用直方体を示す斜視図である。図中、１００はマーク集合体、１０１，１０２はマーク
である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のマークを突起部付き板または段付き
板の板底部および突起部先端または段上部に配置した構
成を有し、かつ複数のマークの中に他のマークと識別で
きる大きさ、明るさまたは形状をもつ１つまたは複数の
マークを含む３次元分布するマーク集合体の画像をマー
クデータ入力とし、前記他のマークと識別できるマーク
を基準として前記画像中におけるマーク像の配列順序を
識別して、既知の各配列位置の実空間座標と各マーク像
の画像面上の座標との対応を得ることを特徴とするカメ
ラ位置姿勢校正用マークデータ収集方法。
【請求項２】マーク集合体は、複数の発光部材により輝
度の高い複数のマークを３次元に配置した構成を有すこ
とを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載のカメラ位
置姿勢校正用マークデータ収集方法。
【請求項３】マーク集合体は、透光性を有した突起部付
き板または段付き板に、遮光性のマークを３次元に配置
し、後方に発光体を取り付けた構成を有することを特徴
とする特許請求の範囲第(1)項記載のカメラ位置姿勢校
正用マークデータ収集方法。