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技術 校正用ボード及びこの校正用ボードを備えた校正用装置

出願人 株式会社ニコン
発明者 國米祐司矢野和弘米山幸貴
出願日 2010年6月16日 (10年6ヶ月経過) 出願番号 2010-136730
公開日 2012年1月5日 (9年0ヶ月経過) 公開番号 2012-002612
状態 未査定
技術分野 光学的手段による測長装置
主要キーワード 平面平板 トリミング部分 縦横交互 各四角形 検出波長範囲 クロス位置 校正精度 実座標
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2012年1月5日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

平面度が高く高精度なパターンを有する校正用ボードと、この校正用ボードを備えることにより、光学機器校正するための画像取得が容易で、高精度な校正が可能な校正用装置を提供する。

解決手段

光学機器の校正用装置100を、ボード本体11、このボード本体11の一面に形成されたチェッカーパターン12、及び、このチェッカーパターン12の原点Pを挟んで点対称に形成された少なくとも2つ以上の基準部13を有する校正用ボード10と、照明装置20と、校正用ボード10に対して照明装置20の反対側に配置する光学機器であるカメラ本体30を保持し、校正用ボード10に対してカメラ本体30を相対移動させる雲台40と、から構成する。

概要

背景

カメラレンズ歪補正ステレオカメラ平行化といった光学機器キャリブレーションカメラ校正)を行う際には、図4に示すようなキャリブレーション(校正)用のチェッカーパターン(以下、単に「パターン」と呼ぶ)1を撮影し、得られた画像からパターン1の位置を広範囲かつ高精度に計測することが非常に重要となっている。また、一枚の画像の中には、可能な限り多くのパターン1の位置が含まれていることが望ましい。この実現のためには、計測に適した画像を得ることが可能な校正用装置が必要となる。従来は、広い画角カバーするために大きな校正用ボードを作成し、校正用画像取得を行っていた(例えば、特許文献1参照)。あるいは、液晶ディスプレイにパターン1を表示し、カメラを近づけて画像取得を行っていた。

概要

平面度が高く高精度なパターンを有する校正用ボードと、この校正用ボードを備えることにより、光学機器を校正するための画像取得が容易で、高精度な校正が可能な校正用装置を提供する。光学機器の校正用装置100を、ボード本体11、このボード本体11の一面に形成されたチェッカーパターン12、及び、このチェッカーパターン12の原点Pを挟んで点対称に形成された少なくとも2つ以上の基準部13を有する校正用ボード10と、照明装置20と、校正用ボード10に対して照明装置20の反対側に配置する光学機器であるカメラ本体30を保持し、校正用ボード10に対してカメラ本体30を相対移動させる雲台40と、から構成する。

目的

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、広画角の光学系を有する光学機器(カメラ等)を校正するためのものであって、平面度が高く高精度なパターンを有する校正用ボードと、この校正用ボードを備えることにより、光学機器を校正するための画像取得が容易で、高精度な校正が可能な校正用装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

光学機器校正に用いる校正用ボードであって、光を透過する平面平板のボード本体と、前記ボード本体の一方の面に、格子状に分割して得られた複数の四角形の領域を縦横交互色付けすることにより、有色部及び無色部が交互に形成されたチェッカーパターンと、前記チェッカーパターンの格子の交点中で、当該チェッカーパターンの原点として定義される交点を挟むように形成された少なくとも2つ以上の基準部と、を有することを特徴とする校正用ボード。

請求項2

前記チェッカーパターンの前記有色部は前記光を遮断し、前記無色部は前記光を透過するように構成されたことを特徴とする請求項1に記載の校正用ボード。

請求項3

前記基準部は、前記原点として定義される交点を形成する前記有色部及び前記無色部の少なくとも一方に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の校正用ボード。

請求項4

前記基準部は、黒丸の点であることを特徴とする請求項1〜3いずれか一項に記載の校正用ボード。

請求項5

前記有色部は、クロムを塗布して形成したことを特徴とする請求項1〜4いずれか一項に記載の校正用ボード。

請求項6

前記請求項1〜5のいずれか一項に記載の校正用ボードと、光源を有し、前記光源から放射された照明光を前記校正用ボードに照射する照明装置と、前記校正用ボードの前記照明装置の反対側に、前記チェッカーパターンを撮像する光学機器を保持するとともに、当該光学機器を前記校正用ボードに対して相対移動させる雲台と、を有することを特徴とする校正用装置

請求項7

前記光学機器で撮像された画像から、前記チェッカーパターンの前記基準部を検出し、さらに、当該基準部から前記チェッカーパターンの前記原点を検出することにより、当該原点に基づいて前記画像を処理する制御部を有することを特徴とする請求項6に記載の校正用装置。

請求項8

前記照明装置は、前記光源と前記校正用ボードとの間に前記照明光を拡散させる拡散部を有することを特徴とする請求項6または7に記載の校正用装置。

請求項9

前記照明装置を複数有し、前記校正用ボードに複数方向から照明光を照射するように構成されたことを特徴とする請求項6〜8いずれか一項に記載の校正用装置。

技術分野

0001

本発明は、校正用ボード及びこの校正用ボードを備えた校正用装置に関する。

背景技術

0002

カメラレンズ歪補正ステレオカメラ平行化といった光学機器キャリブレーションカメラ校正)を行う際には、図4に示すようなキャリブレーション(校正)用のチェッカーパターン(以下、単に「パターン」と呼ぶ)1を撮影し、得られた画像からパターン1の位置を広範囲かつ高精度に計測することが非常に重要となっている。また、一枚の画像の中には、可能な限り多くのパターン1の位置が含まれていることが望ましい。この実現のためには、計測に適した画像を得ることが可能な校正用装置が必要となる。従来は、広い画角カバーするために大きな校正用ボードを作成し、校正用画像取得を行っていた(例えば、特許文献1参照)。あるいは、液晶ディスプレイにパターン1を表示し、カメラを近づけて画像取得を行っていた。

先行技術

0003

特開2008−193188号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、従来の大きな校正用ボードは、ボードの平面度を保つことが非常に困難であった。また、校正用装置が巨大化する問題も発生していた。一方、ディスプレイにパターンを表示する場合、このディスプレイの表面にカメラ本体が写り込む不具合を生じていた。また、カメラの検出波長範囲赤外領域のような場合、ディスプレイに表示されたパターンを撮影することはできないという不具合も生じる。また、液晶ディスプレイでは、表面にガラスが入っているため、撮影されるパターンは、この表面のガラスによる屈折の影響を受けたパターンになってしまう問題も発生する。したがって、小型であって、広画角をカバーし、カメラ校正用の画角取得が容易で、より高精度な校正が可能な校正用ボード及び校正用装置が求められている。

0005

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、広画角の光学系を有する光学機器(カメラ等)を校正するためのものであって、平面度が高く高精度なパターンを有する校正用ボードと、この校正用ボードを備えることにより、光学機器を校正するための画像取得が容易で、高精度な校正が可能な校正用装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

前記課題を解決するために、本発明に係る校正用ボードは、光学機器の校正に用いるものであって、光を透過する平面平板のボード本体と、このボード本体の一方の面に、格子状に分割して得られた複数の四角形の領域を縦横交互色付けすることにより、有色部及び無色部が交互に形成されたチェッカーパターンと、このチェッカーパターンの格子の交点中で、当該チェッカーパターンの原点として定義される交点を挟むように形成された少なくとも2つ以上の基準部と、を有することを特徴とする。

0007

また、このような校正用ボードにおいて、チェッカーパターンの有色部は、前記光を遮断し、無色部は前記光を透過するように構成することが好ましい。

0008

また、このような校正用ボードにおいて、基準部は、原点として定義される交点を形成する有色部及び無色部の少なくとも一方に形成されていることが好ましい。

0009

また、このような校正用ボードにおいて、基準部は、黒丸の点とすることができる。

0010

また、このような校正用ボードにおいて、有色部は、クロムを塗布して形成することが好ましい。

0011

また、本発明に係る校正用装置は、上述の校正用ボードのいずれかと、光源を有し、この光源から放射された照明光を校正用ボードに照射する照明装置と、校正用ボードの照明装置の反対側に、チェッカーパターンを撮像する光学機器を保持するとともに、当該光学機器を校正用ボードに対して相対移動させる雲台と、を有することを特徴とする。

0012

このような校正用装置は、光学機器で撮像された画像から、チェッカーパターンの基準部を検出し、さらに、当該基準部からチェッカーパターンの原点を検出することにより、当該原点に基づいて画像を処理する制御部を有することが好ましい。

0013

また、このような校正用装置において、照明装置は、光源と校正用ボードとの間に照明光を拡散させる拡散部を有することが好ましい。

0014

さらに、このような校正用装置は、上記照明装置を複数有し、校正用ボードに複数方向から照明光を照射するように構成されることが好ましい。

発明の効果

0015

本発明を以上のように構成すると、平面度が高く、高精度なチェッカーパターンを有する校正用ボードと、この校正用ボードを備え、裏面から照明光を照射することにより、広画角の光学系を有する光学機器を校正するための画像取得が容易で、高精度な校正が可能な校正用装置を得ることが可能となる。

図面の簡単な説明

0016

本実施形態に係る校正用ボードを備えた校正用装置の構成を示す概略図である。
本実施形態に係る校正用ボードの構成を示す概略図である。
校正方法を示すフローチャートである。
従来の校正用ボードのパターンを説明するための説明図である。

実施例

0017

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図1を用いて、校正用ボードを備え、検出波長範囲が赤外光である光学機器であるカメラ本体30を校正するための校正用装置100の構成を説明する。図1に示すように、本実施形態に係る校正用装置100は、校正用ボード10と、照明装置20と、、カメラ本体30を支持する雲台40と、載置台50と、制御部60と、記憶部70と、を有して構成されている。なお、制御部60は、図示しない測距装置に備えられ、カメラ本体30からの画像データ(テスト画像)を基に被写体までの距離(空間座標)の測定等のための演算や画像の変換を行うものであるが、本実施形態では、雲台40を作動させる後述の雲台移動手段41の制御も行っている。この制御部60は、例えば、測距装置に内蔵されたCPUやROM、RAM等の処理装置と、ハードディスク等の記憶部70を備えるコンピュータにおいて、CPUで実行されるプログラムとして実装することができる。なお、記憶部70には、制御部60で画像変換時に用いるパラメータ情報や、後述の校正用ボード10の各交点14の実座標値などが記憶されている。

0018

校正用ボード10は、フォトマスク基板などで使用されるガラス基板からなるボード本体11を有し、このボート本体11の一方の面を格子状に分割して四角形の領域を作成し、各四角形を縦横交互に色付けして、図2に示すように、黒色部(有色部)12aと白色部(無色部)12bとが交互に配列されたチェッカーパターン12が形成されている。ここで黒色部12aには、例えば、赤外光の波長に対して低反射率のクロムが用いられる。本実施形態に係る校正用ボード10は、フォトマスク用基板に用いるガラス基板製であるため、平面度が非常に高く、また、クロムで作成されるチェッカーパターン12の精度も非常に高くすることができる。以後、チェッカーパターン(以下、単に「パターン」と呼ぶことがある)12が描画されている面を校正用ボード10の表面、描画されていない面を裏面と呼ぶ。また、以降の説明では、図1及び図2に示すように、校正用ボード10を表面側から見たときの水平方向をX軸、鉛直方向をY軸とし、この校正用装置100に取り付けられたカメラ本体30の光軸方向、すなわち、校正用ボード10の表面の法線方向をZ軸として説明する。

0019

従来のように、液晶ディスプレイにパターンを表示した場合には、パターンとカメラ本体との間に屈折率が空気と異なる物質、即ち、液晶ディスプレイのガラスが存在するために、パターン形状を高精度に計測できない不具合があったが、本実施形態の校正用ボード10であれば、表面にあるチェッカーパターン12を直接計測する(撮像する)ことになるので、このような不具合が生じることがない。また、校正用ボード10は、載置台50に略垂直に取り付けられて固定されており、ブレやがたつき、あるいは傾きなどがないよう、安定性が保持されている。

0020

また、チェッカーパターン12の黒色部12aにおいては、クロムで描画したことで低反射率であるため、校正用ボード10とカメラ本体30との位置関係が近い場所でも、カメラ本体30自身が黒色部12aに写り込むのを低減することができる。カメラ本体30の写り込みとは、即ち、校正用ボード10の裏面から白色部12bを通過した照明光が、カメラ本体30の表面に照射されて反射し、さらに校正用ボード10の表面(黒色部12a)でこの反射光が反射することによって発生することを意味する。

0021

校正用ボード10には、更に、チェッカーパターン12の交点(クロス点)14のうちで、ボード本体11の中心となる交点P付近に、チェッカーパターン12の計測の邪魔にならないように描かれた2つの黒丸の点から構成される基準部13が設けられている。この基準部13は、中心Pの位置を検出するために用いられる。本実施形態では、図2に示すように、中心Pを挟んで点対称に配置された2カ所の白色部12bの中心に、小さな黒丸の点を描いて基準部13としている。このように、2つの黒丸の点からなる基準部13で挟まれるチェッカーパターン12のクロス位置を検出することにより、チェッカーパターン12の中心P、即ち、原点を迅速かつ正確に検出することができる。なお、基準部13は、本実施形態のものに限定されることはなく、中心Pを挟んで配置された2カ所の黒色部12aに白丸を描画して基準部13としてもよいし、黒丸に限らず、チェッカーパターン12の計測の邪魔にならない形状であれば、×印や四角などであってもよい。また、チェッカーパターン12の各々の交点(クロス点)14については、中心Pを原点として、座標情報(X,Y)が、記憶部70に記憶されている。

0022

照明装置20は、赤外光を放射する光源21と、光源21から放射された赤外光を集光する集光レンズ22と、集光レンズ22を射出した赤外光を拡散させる拡散部23とを有して構成されている。この照明装置20は、校正用ボード10の裏面側に設置され、例えば光源21に印加される電圧を制御することによりその照明強度(明るさ)を調整可能に構成されている。なお、図1では、照明装置20は1セットしか記載されていないが、実際は複数セットを設置し、校正用ボード10に対する照明強度の分布ができるだけ均一になるように照明位置を調整する。そして、カメラ本体30で取得したテスト画像の輝度値飽和しているか、または、コントラストが低い場合には、照明強度の調整を行い、適切な照明ができるようにする。また、拡散部23は、光源21と校正用ボード10の裏面との間に配置され、照明光である赤外光を拡散することにより、校正用ボード10に照射される照明光(赤外光)の強度を均一にするためのものであり、例えば、模造紙などの赤外光を遮断しない材質のものを設置するのが望ましい。

0023

このように、校正用ボード10の裏面側から照明を行うことにより、カメラ本体30と校正用ボード10との位置が近くても、良好なテスト画像の取得が可能な照明を行うことができる。また、従来のように校正用ボード10の表側から照明した場合は、カメラ本体が邪魔となって、撮影したい領域に良好な照明を行うことが困難であったが、本実施形態のように裏面側から照明することで、このような問題を解消することができる。なお、照明装置20は、上述のような構成に限定されることはなく、従来公知の何れのものを使用してもよい。

0024

カメラ本体30は、結像光学系31と、CCDやCMOSなどからなる撮像素子32と、を有して構成され、三脚33によって雲台40に設置されている。なお、撮像素子32により撮像されたテスト画像は、制御部60に送られ、このテスト画像を基に以降で説明する校正処理が行われる。

0025

また、カメラ本体30を設置する雲台40は、カメラ本体30と校正用ボード10との位置を高精度に制御された位置関係に配置して撮影できるように、上述の校正用ボード10の載置台50上に設置されている。また、雲台40は、雲台移動手段41を有し、制御部60の制御によって、雲台40の位置をX,Y,Z方向に移動することによりカメラ本体30による撮影位置を変えたり、設置位置の微調整を行うことができる。このような構成により、校正精度を出し易い位置関係でのテスト画像の取得を行うことができる利点がある。更に、常時同じ位置関係で撮像できるため、再現性に優れ、カメラ本体30の量産時の校正性能も安定させることができる。なお、本実施形態では、雲台移動手段41による雲台40の移動は、制御部60により自動で行うよう構成しているが、手動で行うよう構成してもよい。また、カメラ本体30を、雲台40から取り外して、他のカメラ本体30と交換し、当該交換後のカメラ本体30の校正を行うことができる。なお、この校正用装置100においては、カメラ本体30と校正用ボード10との相対位置関係を変化させることが必要であるため、上述のように雲台40によりカメラ本体30を移動させるだけでなく、校正用ボード10をカメラ本体30に対して移動させるように構成することも可能である。

0026

以上のような構成の校正装置100を用いて、例えば、このカメラ本体30で撮像された画像から制御部60で被写体の相対座標を取得する(測距する)ためのパラメータ情報の校正を行う場合について説明する。まず、雲台移動手段41により、雲台40を移動させ、カメラ本体30の位置と校正用ボード10の位置とを所定の位置関係に調整する。次に、校正用ボード10の裏面に配置した照明装置20の光源21から、照明光として赤外光を放射させる。この照明光は、集光レンズ22により集光され、拡散部23によって、拡散されて校正用ボード10に照射される。これにより、チェッカーパターン12の像がカメラ本体30の結像光学系31によって撮像素子32に結像され、撮像素子32からテスト画像が出力される。前述したように、チェッカーパターン12は、平面度が非常に高く、クロムを用いることにより、チェッカーパターン12の精度も非常に高いため、撮像素子32では、容易かつ高精度なテスト画像を取得することができる。しかしながら、カメラ本体30によっては、結像光学系31等の収差により取得されたテスト画像に歪みなどが生じることがある。このような歪みを考慮し高精度な測距を行うために、パラメータ情報の校正が行われる。

0027

この撮像素子32で取得したテスト画像を用いて、制御部60により行われる校正方法について、図3のフローチャートを用いて説明する。まず、制御部60は、撮像素子32からのテスト画像を取得すると(ステップS100)、当該テスト画像から校正用ボード10の基準部13である2つの黒丸の点を検出する(ステップS110)。そして、この基準部13を検出したら、画像処理により校正用ボード10の原点を検出する(ステップS120)。例えば、2つの基準部13を結ぶ線を対角線とする仮想の四角の領域を作り、この四角の領域内に含まれるチェッカーパターン12の交点14が、校正用ボード10の中心P、即ち、原点となる。このように、2つの黒丸の点からなる基準部13を有することにより、校正用ボード10の原点を迅速に検出することができる。

0028

次に、制御部60は、テスト画像中の原点Pを中心として、テスト画像を所定の範囲で四角形などにトリミングし、そのトリミング部分のチェッカーパターンの交点の撮像素子32上の座標値(x,y)を検出し、この座標値と上述のパラメータ情報とからこの交点の空間座標値(X,Y,Z)を算出する(ステップS130)。勿論、テスト画像をトリミングすることなく、テスト画像中の全ての交点についての空間座標値を算出して校正用のデータとしてもよい。そして、記憶部70に予め記憶された校正用ボード10の各交点14の実座標値と、これらに対応するテスト画像の各交点の座標値とを比較する(ステップS140)。なお、制御部60は、各交点のZ方向の実座標値、即ち、カメラ本体30と校正用ボード10との距離は、雲台40の位置座標を基に算出することができる。比較の結果、座標値に誤差があるか否か判断し(ステップS150)、歪みなどによる誤差があった場合は、パラメータテーブルのパラメータ情報を補正(校正)する(ステップS160)。または、記憶部70に予め計測データの変換式をパラメータテーブルに記憶しておき、この変換式の変数を補正するよう構成してもよい。一台のカメラ本体30の校正が終了したら、カメラ本体30を交換し、交換毎に上述の一連の作業を行うことにより、校正作業を迅速に行うことができる。

0029

以上、本実施形態に係る校正用ボード10を有する校正用装置100では、平面度が高く、高精度なチェッカーパターン12を有する校正用ボード10を使用し、この校正用ボード10の裏面から照明光を照射するため、カメラ本体30の写り込みや撮像の輝度値のムラを抑制し、テスト画像の取得が容易で、高精度なカメラの校正が可能となる。その結果、校正作業の効率の向上や高精度なカメラの量産化を図ることができる。

0030

10校正用ボード11 ボード本体 12チェッカーパターン
12a黒色部(有色部) 12b 白色部(無色部) 13 基準部
14交点20照明装置21光源23拡散部
30カメラ本体(光学機器) 40雲台60 制御部
100 校正用装置

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