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JP3735248B2 - Spatial data processing method, spatial data processing apparatus, and recording medium recording program describing spatial data processing method - Google Patents
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JP3735248B2 - Spatial data processing method, spatial data processing apparatus, and recording medium recording program describing spatial data processing method - Google Patents

Spatial data processing method, spatial data processing apparatus, and recording medium recording program describing spatial data processing method Download PDF

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JP3735248B2 JP2000380071A JP2000380071A JP3735248B2 JP 3735248 B2 JP3735248 B2 JP 3735248B2 JP 2000380071 A JP2000380071 A JP 2000380071A JP 2000380071 A JP2000380071 A JP 2000380071A JP 3735248 B2 JP3735248 B2 JP 3735248B2
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  • Two-Way Televisions, Distribution Of Moving Picture Or The Like (AREA)
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像入力装置等により取得した時系列画像データから、実空間での例えば建物の形状または構造を獲得するに当たって、獲得した空間データと実空間とを正しく対応づけ得るようにした空間データ処理方法および空間データ処理装置および空間データ処理方法を記述したプログラムを記録した記録媒体に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、固定の画角を有するカメラを使用した場合、空撮画像の場合には、十分な高度を考慮すれば、対象の物体を一度に、1つの画像として撮影可能だが、車載撮影などのカメラアングルでは、所望する撮影対象物がフレーム上でフレームイン並びにフレームアウトされることが生じるなど、全体の概観を撮影することが困難であった。
【0003】
また全方位または全周囲カメラが開発され景観全体を一度に取得することが可能となり、2.5次元的な空間としての仮想空間獲得というアプリケーションに多く利用されている。
【0004】
また、従来から、空間データを画像上に投影し、最適化アルゴリズムにより内部パラメータ、外部パラメータを調整し、空間データから、カメラ視点の位置座標、カメラ姿勢情報等を校正、補正するようにして、保有している空間データと実空間とのすり合わせを行うことが行われている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、種々の空間データと実際の景観中の空間形状との差異を、全方位画像の中から位相差という指標で検出し、全方位画像と空間データとが整合するように、その空間データを構成する3次元座標値を補正、校正し、より精度を向上させることを主な目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、景観全体を投影するという特徴のある全方位カメラを使用して、カメラ自体の位置情報(外部パラメータ)、並びに、全方位カメラ特有の内部パラメータと、全方位カメラの光学的投影性とを考慮し、種々の空間データを全方位画像上に投影したときの位相とそれに対応する画像中の対象点との位相差を検出し、時系列画像に合わせて、その位相差を低減させることで、その空間データを校正、補正し、より精度の高い空間データを構築することを特徴とする。
【0007】
本発明の方法を利用することにより、全方位カメラを搭載し、移動しながら、都市空間、景観の中を撮影することにより、保有した空間データを実空間上とすり合せて、より現実世界に近い空間データを獲得、更新、構築することが可能となる。
【0008】
【発明の実施の形態】
(実施例1)
特許請求第1項に関する実施例について説明する。以下では、説明上、空間中の構造または形状を直方体と仮定し、全方位カメラは、魚眼レンズを搭載したカメラとし、このカメラを車両にマウントして移動しながら、全方位画像を取得するものとする。尚、空間中の物体の形状は、任意の形状であっても、この発明は成立する。
【0009】
図1は、本発明の装置構成図である。本装置は、魚眼レンズ部1、光学調整部からなる光学系2、この光学系2から撮像されて得られる画像生成部3、位置情報をセンシングする位置情報取得部6、保有した空間データを全方位画像上に投影したり、各位置での投影点の軌跡を予測する軌跡予測部11、さらに、全方位画像中の対象物体の対象点の検出と空間データとの位相差を検出する位相差検出部7、これらの位相差を低減させて空間データを校正・補正するデータ補正処理部8、並びに、補正した空間データについて更新された空間データとして保有する補正データ更新処理部9から構成されている。なお図示の4は同期信号発生器、5は対象点探索部、10は空間データ保有部、12は投影処理部を表している。
なお、上記10,11,5,12が本発明にいう位相角φ p(i) 探索手段としての働きを行い、上記4,3,5,6が位相角φ q(i) 探索手段としての働きを行い、上記7,8,9が位置座標獲得手段としての働きを行っている。
【0010】
本発明を説明する準備として、図2に示す座標系を設定する。
なお図2は説明のために設定した座標系を示す図である。
【0011】
図2においては3次元座標において、対象物体(実空間の)に対して保有されている空間データが獲得時の計測誤差などによって多少位置ずれした状態で獲得されている。なお、本発明においては、この両者をすり合わせて、この位置ずれを補正するようにしている。
【0012】
図2においては、今、全方位カメラが位置A(Xa ,Ya ,Za )に存在していて図示の進行軸の方向に移動しつつあるものとしている。進行軸の方向はX軸に対して角度φF の方向である。そして、全方位カメラの視野に対して、図示の座標系(i,j)が定義されている。また、全方位カメラが半球状の表面をもつ魚眼レンズをもっているものとして、(i)空間データを代表する点P(Xp ,Yp ,Zp )を観測した際の視線と魚眼レンズの半球状の表面との交点を座標系(i,j)平面に投影した位置を(Iap,Jap)とし、(ii)対象物体を代表する点Q(Xq ,Yq ,Zq )を観測した際の視線と魚眼レンズの半球状の表面との交点を座標系(i,j)平面に投影した位置を(Iaq,Jaq)とし、(iii) 点Pを観測した視線の方向が図示の進行軸に対して角度φAPであり、(iv)点Qを観測した視線の方向が図示の進行軸に対して角度φAQであるとしている。
【0013】
なお座標系(i,j)平面への投影に当たっては、投影式
(i2 +j2 1/2 =f・θ ─────(1)
(但し、fは焦点距離;θは上記の視線と光軸とのなす角度)
を用いる。
【0014】
即ち、位置Aでの全方位カメラの位置情報(全方位画像のカメラ視点の3次元座標値または空間中の点が集光する点)をA(Xa ,Ya ,Za )とする。このとき、点Pをもつものが保有する空間データであり、その内の点をP(Xp ,Yp ,Zp )とする。また、実際の都市景観中の空間座標が点Qをもつものとし、その内の点をQ(Xq ,Yq ,Zq )とする。また、このP点やQ点が全方位画像上に投影される2次元座標値(投影点)を、それぞれ(Iap,Jap)、(Iaq,Jaq)とし、進行軸と投影点から画像中心まで引いた直線との為す角を、それぞれφAP、φAQとする。また、進行軸と世界座標系(図2では、X軸)と為す角をφF としている。
【0015】
本発明では、P点とQ点とのXY座標値の不一致を全方位画像上の位相差から自動検出し、P点とQ点とが一致するようにP点のXY座標値を補正して、Q点になるようにするための処理フローを説明する(空間データの高さ情報については位置ずれがなく正しいものとする、すなわち、Zp =Zq とする)。
【0016】
まず全方位カメラの位置情報が与えられた場合または取得された場合、所有しまたは蓄積している空間データの中から、ある範囲(例えば、位置Aでの3次元座標A(Xa ,Ya ,Za )を中心とした半径R内)に存在する全空間データをデータロードする。この中で、より対象を絞り込むため、全方位画像中において、進行軸からみて半円の領域を対象とするようにする。図2では、左側の半円の領域を対象としている。
【0017】
絞り込まれた範囲での空間データP点は、全方位カメラの内部パラメータや外部パラメータ等のカメラパラメータによって、全方位画像へ投影され、2次元座標値(Iap,Jap)、並びに、進行軸と2次元座標値(Iap,Jap)から画像中心まで引いた直線との為す角φAPを計測する。(Iap,Jap)は、以下の式にて算出される。
ap=[f{π/2−tan -1 ((Zp −Za )/((Xp −Xa 2
+(Yp −Ya 2 1/2 )}cos φAP]/M+I (2)
ap=[f{π/2−tan -1 ((Zp −Za )/((Xp −Xa 2
+(Yp −Ya 2 1/2 )}sin φAP]/M+J (3)
φAP= tan-1((Yp −Ya )/(Xp −Xa ))−φF (4)
但し、M[m]:1画素に対応する空間中の物理的長さ
(I,J):画像中心の座標値
f[m]:焦点距離
また、P点は、任意の時刻tiでの位置情報が与えられるとまたはそれを取得すると、そのときの全方位画像中への投影が以下の式(5)に従って一意に決定し、それは、ある曲線として予測することができる。これは、全方位画像中の極座標表示(Lx ,φx )とした場合、画像中心までの長さLx と、画像中心から投影点までの直線と進行軸と為す位相φx を予測する。
x (φx )=f tan-1(tan{π/2− tan -1 ((Zp −Za )/((Xp −Xa 2
+(Yp −Ya 2 1/2 )}sin φAP) (5)
一方、空間データの対象となる実際の対象物体は、Q点として投影される。この全方位座標値は、P点の近傍の領域に対して、φx =φAPのとき、投影点は、(Iap,Jap)となることを利用し、位置座標が与えられたとき、点(Iap,Jap)を通過する対象点の軌跡を、式(6),(7),(8)に従って計算する(この軌跡群を、R−h曲線と称する)。
【0018】
L=((I−Iap)2+(J−Jap)21/2 (6)
φA = tan-1 ((I−Iap)2/(J−Jap)2 1/2 (7)
x (φx )=f× tan-1((tan (L/f)sin φA )/sin φx
0<φx <π (8)
位置座標が与えられたとき、(Lx ,φx )の変数を、このR−h曲線(式(8)のLx (φx ))から全方位軌跡予測による探索範囲の絞り込みを行い、画像中心から伸ばした直線上にエッジ検出等の画像処理を行い、2次元座標値(Iaq,Jaq)を、高速、かつ、正確に検出する。同時に、進行方向と、画像中心から2次元座標値(Iaq,Jaq)までの直線との為す角(位相)φAQを取得する。
【0019】
この位相獲得処理において、空間データと対象物体との位置が異なれば(図4では、P点とQ点が異なっているものとしている)、時系列において、位相差
φAP−φAQ
が検出できる。この位相差は、一様ではなく、全方位カメラの位置情報により変化する。
【0020】
各位置情報に従った位相差φpq(i) を以下の式に従って検出する。
Φq(i)=π/2− tan-1 {(I−I q(i) )/(J−J q(i) )} (9)
Φp(i)= tan-1((Yp −Yp(i))/(Xp −Xp(i) )) −φFi (10)
φFi= tan-1((Yp (i) −Yp (i -1) ))/(Xp(i)−Xp(i- 1) )) (11)
Φpq(i) =|Φp(i)− Φq(i)| (12)
Q点の全方位座標値、並びに位相、並びに位相差φpq(i) は、カメラの位置情報が変化するに従い、逐次獲得する。
【0021】
図4はカメラの各位置での空間データと対象物体との位相差を示す図である。全方位カメラが進行軸に沿って位置Aから位置Sをへて位置Tへと移動するにつれ、点Pと点Qとは、順に
(Ip(1),Jp(1)),(Iq(1),Jq(1)
(Ip(i),Jp(i)),(Iq(i),Jq(i)
(Ip(j),Jp(j)),(Iq(j),Jq(j)
のように観測される。
【0022】
空間データの補正に当たっては、図1に示すデータ補正処理部8において、P点のXY座標値を変化させて、上記A,S,Tでの時系列における全位相差φpq(i) を全体的で最小にするような差分(dX,dY)を求める。すなわち、P点に対して(Xp +dX,Yp +dY,Zp )≒(Xq ,Yq ,Zq )となるような差分(dX,dY)を求める。
【0023】
図3は実施例の処理フローである。
(S1):処理が開始される。
(S2):カメラの移動に対応して最初に時刻tを設定し以後dtを加算してゆく。
(S3):カメラの位置情報を取得する。
(S4):空間データのデータベースをアクセスする。
(S5):カメラの位置から所定の(設定した)半径R内に存在する空間データを抽出する。
(S6):カメラの位置からの全方位投影を得る。
(S7):処理の対象としている半円範囲内に投影されているか否かを調べる。
YESの場合ステップ(S8)に向かうが、NOの場合には次の全方位投影を得る処理に向かう。
(S8):P点の座標(Iap,Jap)を計測する。
(S9):P点に対応するφp (t)を計測する。
(S10):次にQ点を探索すべく位相φx を微小変化させる。
(S11):Q点を探索すべくP点の軌跡(R−h曲線)を予測する。
(S12):軌跡を考慮して対象であるQ点を探索する。
(S13):対象点を検出したか否かをチェックする。NOの場合にはステップ(S10)に戻り、位相φx をdφだけ変化させ、ステップ(S12)に向かう。
(S14):実空間の対象物体に対応するQ点の位相φQ (t)を計測する。
【0024】
この状態において、あるカメラ位置(例えば図4における位置A)の下で得られた
φQ (t)− φP (t)
が求まる。以下、カメラの移動に対応するようにステップ(S2)における時刻を(t+dt)として、ステップ(S3)にて新しく(移動した──例えば図4において位置Aから位置Sに移動した)カメラ位置の下で、上記と同様にステップ(S6)(S7)(S8)(S9)(S10)(S11)(S12)(S13)(S14)を行ない、上記新しいカメラ位置の下で得られた
φQ (t+dt)− φP (t+dt)
を得る。勿論、以下同様にして、図4における位置Tのカメラ位置でも
φQ (t+2dt)− φP (t+2dt)
を得る。
【0025】
このようにして、空間データに対応する位置PがP(Xp ,Yp ,Zp )にある場合において、カメラが図4におけるように位置Aから位置Sをへて位置Tに進んだ際に得られる所の位相差
φQ (t)− φP (t)
φQ (t+dt)− φP (t+dt)
φQ (t+2dt)− φP (t+2dt)

が求まり、これらの例えば2乗平均をとることによって、『位置PがP(Xp ,Yp ,Zp )存在するとした状態の下での2乗平均位相差』が得られる。次に位置PをP(Xp +dx,Yp +dy,Zp )に移動させてみて(なお上述の如く、Zp =Zq としている)、同様の2乗平均位相差を得るようにしてゆく。即ち、
(S15):位置PをP(Xp +dx,Yp +dy,Zp )に移動する。そして上述の『2乗平均位相差』を得る。
(S16):得られた2乗平均位相差を、それ以前に得られている『最小値をもつ2乗平均位相差』と比較する。
(S17):位置Pを上述の如く移動させて行った際に、最も小さい値の『2乗平均位相差』を求める。
(S18):当該『最も小さい値の2乗平均位相差』を得たときの位置Pに対する補正量(dx,dy)を獲得する。そして、空間データベース上で位置Pの座標を変更する。
(S19):上述の如くして得られた補正を加味した獲得結果を出力する。
【0026】
なお、上記において、実空間上での景観とそれから獲得されている空間データとの間のずれを補正するための方法と装置とを説明したが、当該方法はプログラムの形で記述した上で記録媒体に記録しておくことができる。したがって、本発明は当該記録媒体をも発明の対象とするものである。
【0027】
【発明の効果】
以上説明した如く、本発明によれば、空間データが実際の対象物体の位置座標と異なる場合にも、自動補正を行い、空間データ更新することができる。また、P点、Q点以外の複数の座標値に対して適用し、空間データの座標値を補正することができる。
【0028】
このように、データ補正を行うことで、実際の対象物体(又はその形状)が変化した場合でも、データ更新を行うことができ、また空間データに誤りがある場合には、データ修正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の装置構成図である。
【図2】実施例を説明のために設定した座標系を示す図である。
【図3】実施例の処理フローである。
【図4】カメラの各位置での空間データと対象物体との位相差を示す図である。
【符号の説明】
1:魚眼レンズ部(全方位カメラ)
2:光学調整部(光学系)
3:画像生成部
4:同期信号発生部
5:対象点探索部
6:位置情報取得部
7:位相差検出部
8:データ補正処理部
9:補正データ更新処理部
10:空間データ保有部
11:軌跡予測部
12:投影処理部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides spatial data that can correctly associate acquired spatial data and real space when acquiring, for example, the shape or structure of a building in real space from time-series image data acquired by an image input device or the like. The present invention relates to a processing method, a spatial data processing apparatus, and a recording medium on which a program describing the spatial data processing method is recorded.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when a camera with a fixed angle of view is used, in the case of aerial images , if sufficient altitude is taken into consideration, the target object can be photographed as one image at a time. In the angle, it is difficult to capture the entire overview, for example, a desired object to be photographed may be framed in and out of the frame.
[0003]
In addition, an omnidirectional or all-around camera has been developed, and the entire landscape can be acquired at once, and is often used for an application of acquiring a virtual space as a 2.5-dimensional space.
[0004]
In addition, conventionally, spatial data is projected onto an image, internal parameters and external parameters are adjusted by an optimization algorithm, and the position coordinates of the camera viewpoint, camera posture information, etc. are calibrated and corrected from the spatial data, Reconciling spatial data with real space is carried out.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the present invention, the difference between the spatial shape in the actual landscape with various spatial data, detected by the indication that the phase difference from the omnidirectional image, so that the omnidirectional image and spatial data are aligned, the space The main purpose is to correct and calibrate the three-dimensional coordinate values constituting the data to improve the accuracy.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention uses an omnidirectional camera characterized by projecting the entire landscape, and provides positional information (external parameters) of the camera itself, internal parameters specific to the omnidirectional camera, and optical projectivity of the omnidirectional camera. In consideration of the above, the phase difference between the phase when various spatial data are projected on the omnidirectional image and the corresponding target point in the image is detected, and the phase difference is reduced according to the time-series image. Thus, the spatial data is calibrated and corrected, and more accurate spatial data is constructed.
[0007]
By using the method of the present invention, an omnidirectional camera is mounted and moving while shooting in the city space and landscape, the stored spatial data is combined with the real space to make it more realistic. It is possible to acquire, update, and construct near spatial data.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Example 1
An embodiment relating to the first claim will be described. In the following, for the sake of explanation, it is assumed that the structure or shape in the space is a rectangular parallelepiped, and the omnidirectional camera is a camera equipped with a fisheye lens, and an omnidirectional image is acquired while the camera is mounted on a vehicle and moved. To do. Note that the present invention is valid even if the shape of the object in the space is an arbitrary shape.
[0009]
FIG. 1 is an apparatus configuration diagram of the present invention. The apparatus includes a fisheye lens unit 1, an optical system 2 including an optical adjustment unit, an image generation unit 3 obtained by imaging from the optical system 2, a position information acquisition unit 6 that senses position information, and stored spatial data in all directions. A trajectory prediction unit 11 that projects on an image or predicts a trajectory of a projection point at each position, and further detects a phase difference between a target point of a target object in an omnidirectional image and a spatial data. Unit 7, a data correction processing unit 8 that calibrates and corrects the spatial data by reducing these phase differences, and a correction data update processing unit 9 that holds the corrected spatial data as updated spatial data. . In the figure, 4 represents a synchronization signal generator, 5 represents a target point search unit, 10 represents a spatial data holding unit, and 12 represents a projection processing unit.
The above-mentioned 10, 11, 5, 12 function as the phase angle φ p (i) searching means in the present invention, and the above 4, 3, 5, 6 as the phase angle φ q (i) searching means. The above 7, 8, and 9 serve as position coordinate acquisition means.
[0010]
In preparation for explaining the present invention, the coordinate system shown in FIG. 2 is set.
FIG. 2 is a diagram showing a coordinate system set for explanation.
[0011]
In FIG. 2, in the three-dimensional coordinates, the spatial data held for the target object (in real space) is acquired in a state that is slightly displaced due to a measurement error at the time of acquisition. In the present invention, both of these are slid together to correct this misalignment.
[0012]
In FIG. 2, it is assumed that the omnidirectional camera is present at the position A (X a , Y a , Z a ) and is moving in the direction of the traveling axis shown in the figure. The direction of the traveling axis is an angle φ F with respect to the X axis. The illustrated coordinate system (i, j) is defined for the field of view of the omnidirectional camera. Further, assuming that the omnidirectional camera has a fisheye lens having a hemispherical surface, (i) P that represents spatial data (X p, Y p, Z p) of the line of sight and fisheye lens when observed hemispherical The position where the intersection with the surface is projected onto the coordinate system (i, j) plane is defined as (I ap , J ap ), and (ii) a point Q (X q , Y q , Z q ) representing the target object is observed. (I aq , J aq ) is the position where the intersection of the line of sight and the hemispherical surface of the fisheye lens is projected on the coordinate system (i, j) plane, and (iii) the direction of the line of sight when the point P is observed is shown in the figure It is assumed that the angle φ AP with respect to the traveling axis and (iv) the direction of the line of sight when the point Q is observed is the angle φ AQ with respect to the illustrated traveling axis.
[0013]
In the projection onto the coordinate system (i, j) plane, the projection formula (i 2 + j 2 ) 1/2 = f · θ ────── (1)
(Where f is the focal length; θ is the angle between the line of sight and the optical axis)
Is used.
[0014]
That is, the position information of the omnidirectional camera at the position A (the three-dimensional coordinate value of the camera viewpoint of the omnidirectional image or the point where the point in the space is condensed) is A (X a , Y a , Z a ). At this time, the data having the point P is the spatial data held, and the point in the data is P (X p , Y p , Z p ). Further, it is assumed that the spatial coordinates in the actual cityscape have a point Q, and that point is Q ( Xq , Yq , Zq ). Also, the two-dimensional coordinate values (projection points) on which the P and Q points are projected on the omnidirectional image are (I ap , J ap ) and (I aq , J aq ), respectively, and the progression axis and the projection point The angles formed by a straight line drawn from the center of the image to the center of the image are φ AP and φ AQ , respectively. Further, the angle between the traveling axis and the world coordinate system (X axis in FIG. 2) is φ F.
[0015]
In the present invention, the XY coordinate value mismatch between the P point and the Q point is automatically detected from the phase difference on the omnidirectional image, and the XY coordinate value of the P point is corrected so that the P point and the Q point match. The processing flow for achieving the Q point will be described (the height information of the spatial data is correct with no positional deviation, that is, Z p = Z q ).
[0016]
First, when position information of an omnidirectional camera is given or acquired, a certain range (for example, three-dimensional coordinates A (X a , Y a at position A) is selected from the spatial data that is owned or accumulated. , Z a ) is loaded into the entire spatial data existing in the radius R). Among these, in order to narrow down the target, the semi-circular region as viewed from the advancing axis in the omnidirectional image is targeted. In FIG. 2, the left semicircle region is the target.
[0017]
The spatial data P point in the narrowed range is projected onto an omnidirectional image by camera parameters such as internal parameters and external parameters of the omnidirectional camera, and two-dimensional coordinate values (I ap , J ap ) as well as the traveling axis And the angle φ AP formed by a straight line drawn from the two-dimensional coordinate values (I ap , J ap ) to the image center. (I ap , J ap ) is calculated by the following equation.
I ap = [f {π / 2−tan −1 ((Z p −Z a ) / ((X p −X a ) 2
+ (Y p −Y a ) 2 ) 1/2 )} cos φ AP ] / M + I (2)
J ap = [f {π / 2−tan −1 ((Z p −Z a ) / ((X p −X a ) 2
+ (Y p −Y a ) 2 ) 1/2 )} sin φ AP ] / M + J (3)
φ AP = tan −1 ((Y p −Y a ) / (X p −X a )) − φ F (4)
However, M [m]: physical length in the space corresponding to one pixel
(I, J): Coordinate value of the image center
f [m]: Focal length Further, when position information at an arbitrary time ti is given or acquired, the projection onto the omnidirectional image at that time is unique according to the following equation (5). It can be predicted as a curve. In the case of polar coordinate display (L x , φ x ) in an omnidirectional image, the length L x to the image center and the phase φ x formed by the straight line from the image center to the projection point and the traveling axis are predicted. .
L xx ) = f tan −1 (tan {π / 2−tan −1 ((Z p −Z a ) / ((X p −X a ) 2
+ (Y p −Y a ) 2 ) 1/2 )} sin φ AP ) (5)
On the other hand, the actual target object that is the target of the spatial data is projected as a Q point. This omnidirectional coordinate value is obtained by using the fact that the projection point becomes (I ap , J ap ) when φ x = φ AP with respect to the area in the vicinity of the point P, and when the position coordinates are given. The trajectory of the target point passing through the point (I ap , J ap ) is calculated according to the equations (6), (7), (8) (this trajectory group is referred to as an Rh curve).
[0018]
L = ((I−I ap ) 2 + (J−J ap ) 2 ) 1/2 (6)
φ A = tan −1 { ((I−I ap ) 2 / (J−J ap ) 2 ) 1/2 } (7)
L xx ) = f × tan −1 ((tan (L / f) sin φ A ) / sin φ x )
0 <φ x <π (8)
When the position coordinates are given, the search range is narrowed down based on the omnidirectional trajectory prediction from the Rh curve (L xx ) in the equation (8)) using the variable of (L x , φ x ), Image processing such as edge detection is performed on a straight line extending from the center of the image, and two-dimensional coordinate values (I aq , J aq ) are detected accurately at high speed. At the same time, an angle (phase) φ AQ formed by the traveling direction and the straight line from the image center to the two-dimensional coordinate value (I aq , J aq ) is acquired.
[0019]
In this phase acquisition process, if the position of the spatial data and the target object are different (in FIG. 4, the point P and the point Q are different), the phase difference φ AP −φ AQ in the time series.
Can be detected. This phase difference is not uniform and changes depending on the position information of the omnidirectional camera.
[0020]
The phase difference φ pq (i) according to each position information is detected according to the following equation.
Φ q (i) = π / 2−tan −1 {(I−I q (i) ) / (J−J q (i) )} (9)
Φ p (i) = tan −1 ((Y p −Y p (i) ) / (X p −X p (i) )) −φ Fi (10)
φ Fi = tan -1 ((Yp (i) -Yp (i- 1) )) / ( Xp (i) -Xp ( i- 1) )) (11)
Φ pq (i) = | Φ p (i) − Φ q (i) | (12)
The omnidirectional coordinate value of Q point, the phase, and the phase difference φ pq (i) are sequentially acquired as the position information of the camera changes.
[0021]
FIG. 4 is a diagram showing the phase difference between the spatial data and the target object at each position of the camera. As the omnidirectional camera moves from position A to position T along position along the axis of travel, point P and point Q are (I p (1) , J p (1) ), (I q (1) , J q (1) )
( Ip (i) , Jp (i) ), ( Iq (i) , Jq (i) )
(I p (j) , J p (j) ), (I q (j) , J q (j) )
It is observed as follows.
[0022]
In the correction of the spatial data, the whole in a data correction processing unit 8 shown in FIG. 1, by changing the XY coordinates of the point P, the A, S, the total phase difference phi pq in time series in T a (i) Find the difference (dX, dY) that minimizes the target. That is, a difference (dX, dY) is obtained such that (X p + dX, Y p + dY, Z p ) ≈ (X q , Y q , Z q ) for point P.
[0023]
FIG. 3 is a processing flow of the embodiment.
(S1): Processing is started.
(S2): Time t is first set corresponding to the movement of the camera, and dt is added thereafter.
(S3): Camera position information is acquired.
(S4): A spatial data database is accessed.
(S5): Extract spatial data existing within a predetermined (set) radius R from the position of the camera.
(S6): An omnidirectional projection from the camera position is obtained.
(S7): It is checked whether or not the projection is within the semicircle range to be processed.
If yes, go to step (S8), but if no, go to the process to get the next omnidirectional projection.
(S8): The coordinates (I ap , J ap ) of point P are measured.
(S9): φ p (t) corresponding to point P is measured.
(S10): causing the phase phi x so as to then search for the point Q is slightly changed.
(S11): The trajectory of the point P (Rh curve) is predicted to search for the point Q.
(S12): The target Q point is searched in consideration of the trajectory.
(S13): It is checked whether or not the target point has been detected. In the case of NO returns to step (S10), by changing the phase phi x only d.phi, towards the step (S12).
(S14): The phase φ Q (t) of the Q point corresponding to the target object in the real space is measured.
[0024]
In this state, φ Q (t) −φ P (t) obtained under a certain camera position (for example, position A in FIG. 4).
Is obtained. Hereinafter, the time in step (S2) is set to (t + dt) so as to correspond to the movement of the camera, and in step (S3), the camera position is newly (moved—for example, moved from position A to position S in FIG. 4). The steps (S6), (S7), (S8), (S9), (S10), (S11), (S12), (S13), and (S14) are performed in the same manner as described above, and φ Q obtained under the new camera position is obtained. (T + dt) −φ P (t + dt)
Get. Of course, in the same manner, φ Q (t + 2dt) −φ P (t + 2dt) at the camera position T in FIG.
Get.
[0025]
In this way, when the position P corresponding to the spatial data is at P (X p , Y p , Z p ), when the camera advances from position A to position T as shown in FIG. Phase difference φ Q (t) −φ P (t)
φ Q (t + dt) − φ P (t + dt)
φ Q (t + 2dt) − φ P (t + 2dt)
...
By obtaining, for example, the root mean square of these, “the mean square phase difference under the condition that the position P exists P (X p , Y p , Z p )” is obtained. Next, the position P is moved to P (X p + dx, Y p + dy, Z p ) (note that Z p = Z q as described above), and a similar mean square phase difference is obtained. go. That is,
(S15): moving the position P P (X p + dx, Y p + dy, Z p) in. Then, the above-mentioned “square average phase difference” is obtained.
(S16): The obtained mean square phase difference is compared with the previously obtained “mean square phase difference with minimum value”.
(S17): When the position P is moved as described above, the “root mean square phase difference” having the smallest value is obtained.
(S18): A correction amount (dx, dy) for the position P when the “smallest mean square phase difference” is obtained is acquired. Then, the coordinates of the position P are changed on the spatial database.
(S19): An acquisition result that includes the correction obtained as described above is output.
[0026]
In the above description, the method and apparatus for correcting the deviation between the landscape in the real space and the spatial data acquired from the real space have been described. The method is recorded in the form of a program. It can be recorded on a medium. Therefore, the present invention also covers the recording medium.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even when the spatial data is different from the actual position coordinates of the target object, automatic correction can be performed and the spatial data can be updated. Moreover, it can apply with respect to several coordinate values other than P point and Q point, and can correct the coordinate value of spatial data.
[0028]
Thus, by performing data correction, data can be updated even when the actual target object (or its shape) changes, and if there is an error in the spatial data, the data can be corrected. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an apparatus configuration diagram of an embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating a coordinate system in which an example is set for explanation.
FIG. 3 is a processing flow of the embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating a phase difference between spatial data and a target object at each position of the camera.
[Explanation of symbols]
1: Fisheye lens (omnidirectional camera)
2: Optical adjustment unit (optical system)
3: Image generation unit 4: Synchronization signal generation unit 5: Target point search unit 6: Position information acquisition unit 7: Phase difference detection unit 8: Data correction processing unit 9: Correction data update processing unit 10: Spatial data holding unit 11: Trajectory prediction unit 12: projection processing unit

Claims (3)

移動車両に搭載され、全方角を一度に撮像して全方位画像を得る画像入力装置を用いて、移動しつつ実空間を撮影して取得した時系列画像から、実空間における対象点の位置座標を獲得する空間データ処理装置において、
前記画像入力装置の固有の投影式を利用して、空間データに保有された対象点の位置座標Pの撮影画像上における投影座標の軌跡を求め、この軌跡により探索範囲を絞り込み、時刻iにおける撮影画像上での対象点の極座標の位相角φ q(i) を求める位相角φq(i)探索手段と、
前記位置座標Pに対して時刻iにおける撮影画像上での対象点の極座標の位相角φp(i)を、前記投影式と時刻iの画像入力装置の位置座標とを利用して求める位相角φp(i)探索手段と、
位置座標Pを移動させてみて、複数の時刻において求められるφp(i)とφq(i)について、φp(i)とφq(i)の差が全体で最小となる位置座標Pを求める位置座標獲得手段とを有する
ことを特徴とする空間データ処理装置。
The position coordinates of the target point in the real space from the time-series image acquired by photographing the real space while moving , using an image input device that is mounted on a moving vehicle and captures all directions at once to obtain an omnidirectional image In the spatial data processing device that acquires
Using the unique projection formula of the image input device, the locus of the projected coordinates on the photographed image of the position coordinate P of the target point held in the spatial data is obtained, and the search range is narrowed down by this locus, and photographing at time i is performed. and phase angle φ q (i) searching means for obtaining the polar phase angle φ q (i) of the target point on the image,
Phase angle determined by the phase angle of the polar coordinate phi p (i) of the target point on the photographed image at time i with respect to the position coordinate P, using the position coordinates of the image input apparatus of the projection type and time i φ p (i) search means;
By moving the position coordinate P, for φ p (i) and φ q (i) obtained at a plurality of times, the position coordinate P at which the difference between φ p (i) and φ q (i) is minimized as a whole. A spatial data processing device characterized by comprising: a position coordinate acquisition means for obtaining.
移動車両に搭載され、全方角を一度に撮像して全方位画像を得る画像入力装置を用いて、移動しつつ実空間を撮影して取得した時系列画像から、
前記画像入力装置の固有の投影式を利用して、空間データに保有された対象点の位置座標Pの撮影画像上における投影座標の軌跡を求め、この軌跡により探索範囲を絞り込み、時刻iにおける撮影画像上での対象点の極座標の位相角φq(i)を求める位相角φq(i)探索手段と、
前記位置座標Pに対して時刻iにおける撮影画像上での対象点の極座標の位相角φp(i)、前記投影式と時刻iの画像入力装置の位置座標とを利用して求める位相角φp(i)探索手段と、
位置座標Pを移動させてみて、複数の時刻において求められるφp(i)とφq(i) について、φ p(i) とφ q(i) の差が全体で最小となる位置座標Pを求める位置座標獲得手段と
を有し、実空間における対象点の位置座標を獲得する
データ処理装置が用いられ、
前記位相角φq(i)探索手段が、前記画像入力装置の固有の投影式を利用して、空間データに保有された対象点の位置座標Pの撮影画像上における投影座標の軌跡を求め、この軌跡により探索範囲を絞り込み、時刻iにおける撮影画像上での対象点の極座標の位相角φ q(i) を求め
前記位相角φp(i)探索手段が、前記位置座標Pに対して時刻iにおける撮影画像上での対象点の極座標の位相角φp(i)を、前記投影式と時刻iの画像入力装置の位置座標とを利用して求め、
前記位置座標獲得手段が、位置座標Pを移動させてみて、複数の時刻において求められるφp(i)とφq(i)について、φp(i)とφq(i)の差が全体で最小となる位置座標Pを求める
ようにしたことを特徴とする空間データ処理方法。
From a time-series image acquired by shooting a real space while moving , using an image input device that is mounted on a moving vehicle and captures all directions at once to obtain an omnidirectional image,
Using the unique projection formula of the image input device, the locus of the projected coordinates on the photographed image of the position coordinate P of the target point held in the spatial data is obtained, and the search range is narrowed down by this locus, and photographing at time i is performed. and phase angle φ q (i) searching means for obtaining the polar phase angle φ q (i) of the target point on the image,
Phase angle determined by the phase angle of the polar coordinate phi p (i) of the target point on the photographed image at time i with respect to the position coordinate P, using the position coordinates of the image input apparatus of the projection type and time i φ p (i) search means;
By moving the position coordinate P, for φ p (i) and φ q (i) obtained at a plurality of times, the position coordinate P at which the difference between φ p (i) and φ q (i) is minimized as a whole. And a data processing device for acquiring the position coordinates of the target point in the real space.
The phase angle φ q (i) searching means obtains the locus of the projected coordinates on the captured image of the position coordinates P of the target point held in the spatial data using the unique projection formula of the image input device, The search range is narrowed down by this trajectory, and the polar angle phase φ q (i) of the target point on the captured image at time i is obtained ,
The phase angle phi p (i) searching means, the phase angle of the polar coordinate of the target point phi p (i) on the captured image at the time i to the position coordinate P, an image input of the projection type and time i Using the position coordinates of the device,
Entire position coordinate acquisition means, try to move the position coordinate P, the determined at a plurality of time φ p (i) and φ q (i), the difference between φ p (i) and φ q (i) is A spatial data processing method characterized in that the minimum position coordinate P is obtained.
移動車両に搭載され、全方角を一度に撮像して全方位画像を得る画像入力装置を用いて、移動しつつ実空間を撮影して取得した時系列画像から、
前記画像入力装置の固有の投影式を利用して、空間データに保有された対象点の位置座標Pの撮影画像上における投影座標の軌跡を求め、この軌跡により探索範囲を絞り込み、時刻iにおける撮影画像上での対象点の極座標の位相角φq(i)を求める位相角φq(i)探索手段と、
前記位置座標Pに対して時刻iにおける撮影画像上での対象点の極座標の位相角φp(i)、前記投影式と時刻iの画像入力装置の位置座標とを利用して求める位相角φp(i)探索手段と、
位置座標Pを移動させてみて、複数の時刻において求められるφp(i)とφq(i) について、φ p(i) とφ q(i) の差が全体で最小となる位置座標Pを求める位置座標獲得手段と
を有し、実空間における対象点の位置座標を獲得する
データ処理装置を用いて空間データを獲得する空間データ処理方法について、当該処理方法を記述したプログラムを記録した記録媒体において、
当該処理方法が
前記位相角φq(i)探索手段において、前記画像入力装置の固有の投影式を利用して、空間データに保有された対象点の位置座標Pの撮影画像上における投影座標の軌跡を求め、この軌跡により探索範囲を絞り込み、時刻iにおける撮影画像上での対象点の極座標の位相角φ q(i) を求め
前記位相角φp(i)探索手段において、前記位置座標Pに対して時刻iにおける撮影画像上での対象点の極座標の位相角φp(i)を、前記投影式と時刻iの画像入力装置の位置座標とを利用して求め
前記位置座標獲得手段において、位置座標Pを移動させてみて、複数の時刻において求められるφp(i)とφq(i)について、φp(i)とφq(i)の差が全体で最小となる位置座標Pを求めるようにした
ことを特徴とする空間データ処理方法を記述したプログラムを記録した記録媒体。
From a time-series image acquired by shooting a real space while moving , using an image input device that is mounted on a moving vehicle and captures all directions at once to obtain an omnidirectional image,
Using the unique projection formula of the image input device, the locus of the projected coordinates on the photographed image of the position coordinate P of the target point held in the spatial data is obtained, and the search range is narrowed down by this locus, and photographing at time i is performed. and phase angle φ q (i) searching means for obtaining the polar phase angle φ q (i) of the target point on the image,
Phase angle determined by the phase angle of the polar coordinate phi p (i) of the target point on the photographed image at time i with respect to the position coordinate P, using the position coordinates of the image input apparatus of the projection type and time i φ p (i) search means;
By moving the position coordinate P, for φ p (i) and φ q (i) obtained at a plurality of times, the position coordinate P at which the difference between φ p (i) and φ q (i) is minimized as a whole. A spatial data processing method for acquiring spatial data using a data processing device for acquiring the positional coordinates of a target point in real space, and recording a program describing the processing method In the medium,
In this processing method, in the phase angle φ q (i) search means, the projection coordinate of the position coordinate P of the target point held in the spatial data on the photographed image is obtained by using a unique projection formula of the image input device. The trajectory is obtained, the search range is narrowed down by this trajectory, and the polar angle phase φ q (i) of the target point on the captured image at time i is obtained ,
In the phase angle phi p (i) searching means, the position coordinates P polar phase angle of the point of interest on the photographed image at time i phi relative to p (i), the image input projection type and time i Using the position coordinates of the device ,
In said position coordinate acquisition means, try to move the position coordinate P, the determined at a plurality of time φ p (i) and φ q (i), the difference between φ p (i) and φ q (i) the entire A recording medium on which is recorded a program describing a spatial data processing method characterized in that a minimum position coordinate P is obtained.
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