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JP6846640B2 - On-board camera calibration device - Google Patents
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Description

本発明は、カメラにより撮影された時系列連続画像を用いてカメラの校正を行う車載カメラ校正装置に関する。 The present invention relates to an in-vehicle camera calibration device that calibrates a camera using time-series continuous images taken by the camera.

従来から、車載カメラで撮影された車両後方の画像を車載モニタに表示することで、運転者から死角になる車両後方直近の状況を車載モニタに表示された画像として視認し、車両後退時の視認性を向上させることが行われている。 Conventionally, by displaying an image of the rear of the vehicle taken by the in-vehicle camera on the in-vehicle monitor, the situation near the rear of the vehicle, which is a blind spot from the driver, is visually recognized as an image displayed on the in-vehicle monitor, and is visually recognized when the vehicle is reversing. Improving sex is being done.

このような車載カメラの画像を車載モニタに表示するに際しては、車載カメラの車両への取り付け状態を是正するために、車両の後方に校正用のターゲットを設置し、車載モニタに映った校正用ターゲットの像を見ながら、その校正用ターゲットの像が適正に映るように車載カメラの取り付け状態を調整することが行われる。 When displaying such an image of the in-vehicle camera on the in-vehicle monitor, a calibration target is installed at the rear of the vehicle in order to correct the mounting state of the in-vehicle camera on the vehicle, and the calibration target displayed on the in-vehicle monitor. While looking at the image of, the mounting state of the in-vehicle camera is adjusted so that the image of the calibration target is properly reflected.

また、車載カメラで得られた画像に対して、校正用ターゲットの像に基づいた所定の演算処理を施すことで車載モニタに映る画像を適正に校正することが行われている。 Further, the image obtained by the in-vehicle camera is appropriately calibrated by performing a predetermined arithmetic process based on the image of the calibration target to properly calibrate the image displayed on the in-vehicle monitor.

また、車両の全周囲を複数の車載カメラで撮影し、各車載カメラで得られた複数の画像をそれぞれ車両の真上から見下ろしたような画像(俯瞰画像)に変換するとともに、各画像間での位置を調整したマッピングを行うことで、単一の視点変換合成画像を得ることも行われている。このような場合には、隣接する2つの画像間で精度よく位置合わせを行う
必要があるため、高精度の校正が求められる。
In addition, the entire circumference of the vehicle is photographed by a plurality of in-vehicle cameras, and the plurality of images obtained by each in-vehicle camera are converted into an image (overhead image) as if looking down from directly above the vehicle, and between each image. By performing mapping that adjusts the position of, a single viewpoint conversion composite image is also obtained. In such a case, it is necessary to perform accurate alignment between two adjacent images, so that high-precision calibration is required.

そこで従来、幾つかの技術が提案されている。例えば、特許文献1には、車両直進の移動中に校正用ターゲットを複数枚撮像し、オプティカルフローから車両移動量を推測する。車両移動量とオプティカルフローの特徴点の移動量からカメラ校正する手法が提案されている。また、非特許文献1には、連続する画像の特徴点を追跡し、オプティカルフローを算出する方法が提案されている。 Therefore, some techniques have been proposed conventionally. For example, in Patent Document 1, a plurality of calibration targets are imaged while the vehicle is moving straight ahead, and the amount of vehicle movement is estimated from the optical flow. A method of calibrating the camera from the amount of movement of the vehicle and the amount of movement of the feature points of the optical flow has been proposed. Further, Non-Patent Document 1 proposes a method of tracking feature points of continuous images and calculating an optical flow.

特開2017−139612号公報JP-A-2017-139612

Carlo Tomasi, Takeo Kanade、Detection and Tracking of Point Features、Technical Report CMU-CS-91-132、1991年4月Carlo Tomasi, Takeo Kanade, Detection and Tracking of Point Features, Technical Report CMU-CS-91-132, April 1991

しかし、特許文献1に記載の校正方法では、F行列(基礎行列)算出精度不足のため、最終的なカメラ校正精度が低く、さらなる改善の余地があった。また、非特許文献1に記載の校正方法では、車両直進時のみカメラ校正可能であり、車両カーブ時に対応していなかった。 However, in the calibration method described in Patent Document 1, the final camera calibration accuracy is low due to insufficient calculation accuracy of the F matrix (basic matrix), and there is room for further improvement. Further, in the calibration method described in Non-Patent Document 1, the camera can be calibrated only when the vehicle goes straight, and it does not correspond to the vehicle curve.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、高精度なF行列の計算が可能であり、車両直進時だけでなくカーブ時にも対応することのできる車載カメラ校正装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides an in-vehicle camera calibration device capable of calculating an F matrix with high accuracy and capable of handling not only when the vehicle is traveling straight but also when the vehicle is curved. The purpose.

本発明の車載カメラ校正装置は、車両に取り付けられたカメラで撮影された移動前後の路面画像から移動前後の路面特徴点を抽出してオプティカルフローを算出するオプティカルフロー算出部と、前記オプティカルフローから、前記車両が直進していると仮定したときの基礎行列である直進F行列を算出する直進F行列算出部と、前記直進F行列から、車両が直進していると仮定したときの移動前後のカメラ座標間の回転行列である直進R行列と、前記車両が直進していると仮定したときの移動前後のカメラ座標間の並進行列である直進T行列を算出する直進RT行列算出部と、前記直進R行列と前記直進T行列を最適化することによって、前記車両がカーブしていると想定したときの回転行列であるカーブR行列と、前記車両がカーブしていると想定したときの並進行列であるカーブT行列を算出するカーブRT行列算出部と、前記カーブR行列と前記カーブT行列から、前記路面特徴点のカメラ座標を算出する三角測量部と、前記カーブR行列と前記カーブT行列と前記路面特徴点のカメラ座標から、前記カメラの設置角度を算出するカメラ角度算出部と、前記車両の走行中に算出される前記カメラの設置角度を角度情報としてデータベースに記録する角度記録部と、前記データベースに記録された複数の前記角度情報から、前記カメラの設置角度の最適値を求める最適角度算出部と、を備えている。 The in-vehicle camera calibration device of the present invention has an optical flow calculation unit that calculates an optical flow by extracting road surface feature points before and after movement from a road surface image before and after movement taken by a camera mounted on a vehicle, and from the optical flow. , The straight-ahead F matrix calculation unit that calculates the straight-ahead F matrix, which is the basic matrix when the vehicle is assumed to be straight, and before and after the movement when the vehicle is assumed to be straight-ahead from the straight-ahead F matrix. A straight-ahead RT matrix calculation unit that calculates a straight-ahead R matrix that is a rotation matrix between camera coordinates, a straight-ahead T matrix that is a parallel-traveling matrix between camera coordinates before and after movement when the vehicle is assumed to be straight, and the above. By optimizing the straight R matrix and the straight T matrix, the curve R matrix, which is a rotation matrix when the vehicle is assumed to be curved, and the parallel traveling matrix when the vehicle is assumed to be curved. The curve RT matrix calculation unit that calculates the curve T matrix, the triangular survey unit that calculates the camera coordinates of the road surface feature points from the curve R matrix and the curve T matrix, and the curve R matrix and the curve T matrix. A camera angle calculation unit that calculates the installation angle of the camera from the camera coordinates of the road surface feature point, and an angle recording unit that records the installation angle of the camera calculated while the vehicle is running in a database as angle information. It is provided with an optimum angle calculation unit for obtaining an optimum value of the installation angle of the camera from a plurality of the angle information recorded in the database.

この構成によれば、F行列の変数が3個であるため、従来(F行列が8個の場合)に比べてF行列の算出精度が向上する。また、車両直進時だけでなく、カーブ時にもカメラ校正が可能である。 According to this configuration, since the F matrix has three variables, the calculation accuracy of the F matrix is improved as compared with the conventional case (when the F matrix is eight). In addition, the camera can be calibrated not only when the vehicle goes straight, but also when the vehicle is curved.

また、本発明の車載カメラ校正装置では、前記角度記録部は、前記角度情報としてピッチとロールとパンを記録時刻とともに前記データベースに記録し、前記最適角度算出部は、記録時刻が最新のピッチを前記ピッチの最適値とし、記録時刻が最新のロールを前記ロールの最適値とし、車両が直進しているときのパンのうち記録時刻が最新のパンを前記パンの最適値としてもよい。 Further, in the in-vehicle camera calibration device of the present invention, the angle recording unit records pitch, roll, and pan as the angle information in the database together with the recording time, and the optimum angle calculation unit records the latest pitch at the recording time. The roll having the latest recording time as the optimum value of the pitch may be the optimum value of the roll, and the bread having the latest recording time among the pans when the vehicle is traveling straight may be the optimum value of the pan.

この構成によれば、データベースに記録された角度情報から適切にピッチとロールとパンの最適値を算出することができる。 According to this configuration, the optimum pitch, roll, and pan values can be appropriately calculated from the angle information recorded in the database.

また、本発明の車載カメラ校正装置では、前記角度記録部は、前記角度情報としてピッチとロールとパンを記録時刻とともに前記データベースに記録し、前記最適角度算出部は、記録時刻が新しい複数のピッチの平均値を前記ピッチの最適値とし、記録時刻が新しい複数のロールの平均値を前記ロールの最適値とし、車両が直進しているときのパンのうち記録時刻が新しい複数のパンの平均値を前記パンの最適値としてもよい。 Further, in the in-vehicle camera calibration device of the present invention, the angle recording unit records pitch, roll, and pan as the angle information in the database together with the recording time, and the optimum angle calculation unit records a plurality of pitches having a new recording time. The average value of the pitch is the optimum value of the pitch, the average value of a plurality of rolls having a new recording time is the optimum value of the roll, and the average value of a plurality of breads having a new recording time among the pans when the vehicle is traveling straight. May be the optimum value for the bread.

この構成によれば、データベースに記録された角度情報から適切にピッチとロールとパンの最適値を算出することができる。 According to this configuration, the optimum pitch, roll, and pan values can be appropriately calculated from the angle information recorded in the database.

本発明の車載カメラ校正装置は、車両に取り付けられたカメラで撮影された移動前後の路面画像から移動前後の路面特徴点を抽出してオプティカルフローを算出するオプティカルフロー算出部と、前記車両に取り付けられた舵角センサーから得られる舵角情報と、前記車両に取り付けられた車速センサーから得られる車速情報とから、車両が直進していると仮定したときの移動前後のカメラ座標間の回転行列である直進R行列と、前記車両が直進していると仮定したときの移動前後のカメラ座標間の並進行列である直進T行列を算出する直進RT行列算出部と、前記直進R行列と前記直進T行列を最適化することによって、前記車両がカーブしていると想定したときの回転行列であるカーブR行列と、前記車両がカーブしていると想定したときの並進行列であるカーブT行列を算出するカーブRT行列算出部と、前記カーブR行列と前記カーブT行列から、前記路面特徴点のカメラ座標を算出する三角測量部と、前記カーブR行列と前記カーブT行列と前記路面特徴点のカメラ座標から、前記カメラの設置角度を算出するカメラ角度算出部と、前記車両の走行中に算出される前記カメラの設置角度を角度情報としてデータベースに記録する角度記録部と、前記データベースに記録された複数の前記角度情報から、前記カメラの設置角度の最適値を求める最適角度算出部と、を備えている。 The in-vehicle camera calibration device of the present invention includes an optical flow calculation unit that calculates an optical flow by extracting road surface feature points before and after movement from road surface images before and after movement taken by a camera attached to the vehicle, and an optical flow calculation unit attached to the vehicle. From the steering angle information obtained from the steering angle sensor and the vehicle speed information obtained from the vehicle speed sensor attached to the vehicle, it is a rotation matrix between the camera coordinates before and after the movement when the vehicle is assumed to be traveling straight. A straight-ahead R matrix, a straight-ahead RT matrix calculation unit that calculates a straight-ahead T matrix that is a parallel-traveling sequence between camera coordinates before and after movement when the vehicle is assumed to be straight, a straight-ahead R matrix, and the straight-ahead T. By optimizing the matrix, a curve R matrix, which is a rotation matrix when the vehicle is assumed to be curved, and a curve T matrix, which is a parallel traveling matrix when the vehicle is assumed to be curved, are calculated. A curve RT matrix calculation unit, a triangular survey unit that calculates camera coordinates of the road surface feature point from the curve R matrix and the curve T matrix, and a camera of the curve R matrix, the curve T matrix, and the road surface feature point. A camera angle calculation unit that calculates the installation angle of the camera from the coordinates, an angle recording unit that records the installation angle of the camera calculated while the vehicle is running in a database as angle information, and an angle recording unit recorded in the database. It is provided with an optimum angle calculation unit for obtaining an optimum value of the installation angle of the camera from the plurality of the angle information.

この構成によれば、センサー誤差と車両の旋回特性誤差を補正することが可能になる。これにより、高精度なカメラ校正装置を提供することができる。 According to this configuration, it is possible to correct the sensor error and the turning characteristic error of the vehicle. This makes it possible to provide a highly accurate camera calibration device.

また、本発明の車載カメラ校正装置は、前記車両に取り付けられた舵角センサーから得られる舵角情報に基づいて、前記車両が直進しているか否かを判定する直進判定部を備え、前記オプティカルフロー算出部は、前記直進判定部により前記車両が直進していると判定されたときに前記オプティカルフローの算出を行い、前記直進判定部により前記車両が直進していないと判定されたときに前記オプティカルフローの算出を行わなくてもよい。 Further, the in-vehicle camera calibration device of the present invention includes a straight-ahead determination unit that determines whether or not the vehicle is traveling straight based on the steering angle information obtained from the steering angle sensor attached to the vehicle, and the optical The flow calculation unit calculates the optical flow when the straight-ahead determination unit determines that the vehicle is traveling straight, and when the straight-ahead determination unit determines that the vehicle is not traveling straight, the flow calculation unit calculates the optical flow. It is not necessary to calculate the optical flow.

この構成によれば、車両直進時のデータのみを利用して、F行列を高精度に算出することができる。これにより、カメラ校正精度が高いカメラ校正装置を提供することができる。 According to this configuration, the F matrix can be calculated with high accuracy by using only the data when the vehicle goes straight. This makes it possible to provide a camera calibration device having high camera calibration accuracy.

本発明によれば、高精度なF行列の計算が可能であり、車両直進時だけでなくカーブ時にも対応することができる。 According to the present invention, it is possible to calculate the F matrix with high accuracy, and it is possible to handle not only when the vehicle is traveling straight but also when the vehicle is curved.

本発明の第1の実施の形態の車載カメラ校正装置の説明図Explanatory drawing of in-vehicle camera calibration apparatus of 1st Embodiment of this invention 本発明の第1の実施の形態の車載カメラ校正装置の構成を示すブロック図A block diagram showing a configuration of an in-vehicle camera calibration device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態におけるオプティカルフローの説明図Explanatory drawing of optical flow in 1st Embodiment of this invention 本発明の第1の実施の形態における移動前後のカメラ座標系と世界座標系の説明図Explanatory drawing of camera coordinate system and world coordinate system before and after movement in 1st Embodiment of this invention 本発明の第1の実施の形態における進行ベクトルと世界座標系の説明図Explanatory drawing of travel vector and world coordinate system in 1st Embodiment of this invention 本発明の第1の実施の形態の車載カメラ校正装置の動作を説明するフロー図The flow diagram explaining the operation of the vehicle-mounted camera calibration apparatus of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態の車載カメラ校正装置の構成を示すブロック図A block diagram showing a configuration of an in-vehicle camera calibration device according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施の形態の車載カメラ校正装置の動作を説明するフロー図The flow diagram explaining the operation of the vehicle-mounted camera calibration apparatus of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態の車載カメラ校正装置の構成を示すブロック図A block diagram showing a configuration of an in-vehicle camera calibration device according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施の形態の車載カメラ校正装置の動作を説明するフロー図The flow diagram explaining the operation of the vehicle-mounted camera calibration apparatus of the 3rd Embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態の車載カメラ校正装置について、図面を用いて説明する。本実施の形態では、車両用のナビゲーションシステム等に用いられる車載カメラ校正装置の場合を例示する。 Hereinafter, the in-vehicle camera calibration device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, the case of an in-vehicle camera calibration device used for a vehicle navigation system or the like will be illustrated.

(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態の車載カメラ校正装置10の構成を、図面を参照して説明する。図1は、本実施の形態の車載カメラ校正装置10の説明図である。図1に示すように、車両1は路面2の上を進行方向に進行する。カメラ3は車両1の後方に設置されており、カメラ3の光軸は路面方向に設定されている。カメラ3は、車両1が路面2の上を進行するとき、時間差をもって2枚の路面画像(移動前画像と移動後画像。後述する)を撮像する。図1では図示を省略しているが、車載カメラ校正装置10は車両1に搭載されている。
(First Embodiment)
The configuration of the vehicle-mounted camera calibration device 10 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram of the vehicle-mounted camera calibration device 10 of the present embodiment. As shown in FIG. 1, the vehicle 1 travels on the road surface 2 in the traveling direction. The camera 3 is installed behind the vehicle 1, and the optical axis of the camera 3 is set in the road surface direction. When the vehicle 1 travels on the road surface 2, the camera 3 captures two road surface images (pre-movement image and post-movement image, which will be described later) with a time lag. Although not shown in FIG. 1, the in-vehicle camera calibration device 10 is mounted on the vehicle 1.

図2は、車載カメラ校正装置10の構成を示すブロック図である。図2に示すように、車載カメラ校正装置10は、オプティカルフロー算出部11、直進F行列算出部12、直進RT行列算出部13、カーブRT行列算出部14、三角測量部15、角度算出部16、角度記録部17、最適角度算出部18を備えている。 FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the vehicle-mounted camera calibration device 10. As shown in FIG. 2, the in-vehicle camera calibration device 10 includes an optical flow calculation unit 11, a straight F matrix calculation unit 12, a straight RT matrix calculation unit 13, a curve RT matrix calculation unit 14, a triangulation unit 15, and an angle calculation unit 16. The angle recording unit 17 and the optimum angle calculation unit 18 are provided.

オプティカルフロー算出部11は、カメラ3で撮影された2枚の路面画像(移動前後の路面画像)から、移動前後の路面特徴点を抽出してオプティカルフローを算出する。図3には、時間差をもってカメラ3で撮影された2枚の路面画像が示されている。時系列的に前に撮影された路面画像を移動前画像と呼び、時系列的に後に撮影された路面画像を移動後画像と呼ぶことができる。また、移動前画像と移動後画像をあわせて時系列2画像と呼ぶこともできる。 The optical flow calculation unit 11 calculates the optical flow by extracting the road surface feature points before and after the movement from the two road surface images (road surface images before and after the movement) taken by the camera 3. FIG. 3 shows two road surface images taken by the camera 3 with a time lag. The road surface image taken before in chronological order can be called a pre-movement image, and the road surface image taken after in chronological order can be called a post-movement image. Further, the image before movement and the image after movement can be collectively referred to as a time series 2 image.

オプティカルフロー算出部11には、移動前画像と移動後画像が入力される。オプティカルフロー算出部11は、移動前画像の路面上の特徴点(路面特徴点)を抽出し、それに対応する移動後画像の路面上の特徴点(路面特徴点)を算出する。特徴点の算出には、公知の技術を利用することができる。移動前画像の路面上の特徴点と移動後画像の路面上の特徴点はイメージ座標で表現することができる。イメージ座標は、図3に示すように、画像左上を原点とし、原点から右にX方向をとり、原点から下にY方向をとる。路面上の特徴点がN個ある場合、移動元イメージ座標と移動先イメージ座標は、以下のように表記することができる。

Figure 0006846640
An image before movement and an image after movement are input to the optical flow calculation unit 11. The optical flow calculation unit 11 extracts the feature points (road surface feature points) on the road surface of the pre-movement image, and calculates the feature points (road surface feature points) on the road surface of the corresponding post-movement image. A known technique can be used to calculate the feature points. The feature points on the road surface of the image before movement and the feature points on the road surface of the image after movement can be expressed by image coordinates. As shown in FIG. 3, the image coordinates have the origin at the upper left of the image, the X direction to the right from the origin, and the Y direction from the origin to the bottom. When there are N feature points on the road surface, the movement source image coordinates and the movement destination image coordinates can be expressed as follows.
Figure 0006846640

直進F行列算出部12は、オプティカルフローから、車両1が直進していると仮定したときの基礎行列である直進F行列を算出する。より具体的には、直進F行列算出部12は、車両1が直進し、移動前後で路面2からの高さが一定であることを仮定して、以下の方法で直進F行列を算出する。 The straight-ahead F matrix calculation unit 12 calculates a straight-ahead F matrix, which is a basic matrix when the vehicle 1 is assumed to be straight-ahead, from the optical flow. More specifically, the straight-ahead F matrix calculation unit 12 calculates the straight-ahead F-matrix by the following method on the assumption that the vehicle 1 goes straight and the height from the road surface 2 is constant before and after the movement.

まず、特徴点のイメージ座標をイメージセンサー上のセンサー座標に変換する。

Figure 0006846640
First, the image coordinates of the feature points are converted into the sensor coordinates on the image sensor.
Figure 0006846640

つぎに、イメージセンサー上のセンサー座標を歪のないセンサー座標に変換する。

Figure 0006846640
なお、レンズ歪係数は、必要に応じてより高次の係数を使用する。 Next, the sensor coordinates on the image sensor are converted into distortion-free sensor coordinates.
Figure 0006846640
As the lens distortion coefficient, a higher-order coefficient is used as needed.

上記のような変換を行うことによって、移動元イメージ座標と移動先イメージ座標を、歪のないセンサー座標で表記することができる。

Figure 0006846640
By performing the above conversion, the movement source image coordinates and the movement destination image coordinates can be expressed in sensor coordinates without distortion.
Figure 0006846640

移動前後のカメラ間の関係は、以下の式Aで表現することができる。

Figure 0006846640
The relationship between the cameras before and after the movement can be expressed by the following equation A.
Figure 0006846640

基本行列(E行列)は、回転行列(R行列)と並進行列(T行列)を使用して、以下の式Bで表すことができる。

Figure 0006846640
The elementary matrix (E matrix) can be expressed by the following equation B using a rotation matrix (R matrix) and a parallel traveling matrix (T matrix).
Figure 0006846640

車両1が直進する場合、R行列は単位行列となるので、基本行列は、以下の式Cで表すことができる。

Figure 0006846640
When the vehicle 1 goes straight, the R matrix becomes an identity matrix, so the basic matrix can be expressed by the following equation C.
Figure 0006846640

カメラ座標系と歪のないイメージ座標系は、以下の式Dで表すことができる。

Figure 0006846640
The camera coordinate system and the image coordinate system without distortion can be expressed by the following equation D.
Figure 0006846640

したがって、車両1が直進する場合の基礎行列(F行列)は、以下の式Eで表される。

Figure 0006846640
Therefore, the basic matrix (F matrix) when the vehicle 1 goes straight is represented by the following equation E.
Figure 0006846640

ここで、基礎行列(F行列)の性質から、すべての特徴点に対して、以下の式Fが成立する。

Figure 0006846640
Here, due to the nature of the basic matrix (F matrix), the following equation F holds for all the feature points.
Figure 0006846640

上記の式Eと式Fを比較すると、以下の関係が得られる。

Figure 0006846640
Comparing the above equations E and F, the following relationship can be obtained.
Figure 0006846640

上記の関係を式Fに代入して展開すると、以下の式Gが導かれる。

Figure 0006846640
By substituting the above relationship into equation F and expanding it, the following equation G is derived.
Figure 0006846640

直進F行列算出部12は、上記の式Gを満たす最小の固有値に対する固有ベクトルを求め、直進F行列を求める。 The straight-ahead F matrix calculation unit 12 obtains an eigenvector for the minimum eigenvalue satisfying the above equation G, and obtains a straight-ahead F matrix.

直進RT行列算出部13は、直進F行列から、車両1が直進していると仮定したときの移動前後のカメラ座標間の回転行列である直進R行列と、車両1が直進していると仮定したときの移動前後のカメラ座標間の並進行列である直進T行列を算出する。より具体的には、直進RT行列算出部13は、以下の方法で直進R行列と直進T行列を算出する。 From the straight F matrix, the straight RT matrix calculation unit 13 assumes that the straight R matrix, which is a rotation matrix between the camera coordinates before and after the movement when the vehicle 1 is straight, and the vehicle 1 are straight. A straight-ahead T matrix, which is a parallel traveling matrix between the camera coordinates before and after the movement at the time of movement, is calculated. More specifically, the straight RT matrix calculation unit 13 calculates the straight R matrix and the straight T matrix by the following method.

まず、以下の式Hにより、F行列からE行列を算出する。

Figure 0006846640
First, the E matrix is calculated from the F matrix by the following equation H.
Figure 0006846640

つぎに、Wの最小固有値に対する最小固有ベクトルを求める。それが並進ベクトルTとなる。さらに、車両1の移動方向を考慮して並進ベクトルの方向を決定する。回転ベクトルRは単位ベクトルとする。そして、並進ベクトルTから直進T行列が算出され、回転ベクトルRから直進R行列が算出される。 Next, the minimum eigenvector for the minimum eigenvalue of W is obtained. That is the translation vector T. Further, the direction of the translation vector is determined in consideration of the moving direction of the vehicle 1. The rotation vector R is a unit vector. Then, the straight T matrix is calculated from the translation vector T, and the straight R matrix is calculated from the rotation vector R.

カーブRT行列算出部14は、直進R行列と直進T行列を最適化することによって、車両1がカーブしていると想定したときの回転行列であるカーブR行列と、車両1がカーブしていると想定したときの並進行列であるカーブT行列を算出する。 The curve RT matrix calculation unit 14 optimizes the straight R matrix and the straight T matrix, so that the curve R matrix, which is a rotation matrix when the vehicle 1 is assumed to be curved, and the vehicle 1 are curved. The curve T matrix, which is a parallel traveling matrix when assuming that, is calculated.

移動前カメラと移動後カメラの画像の時間差は短時間であり、車両1のハンドルを操作しても直進時のT行列とR行列のズレとして算出できる。以下、カーブRT行列算出部14のカーブR行列とカーブT行列の算出方法を説明する。 The time difference between the images of the pre-movement camera and the post-movement camera is short, and even if the steering wheel of the vehicle 1 is operated, it can be calculated as a deviation between the T matrix and the R matrix when traveling straight. Hereinafter, a method of calculating the curve R matrix and the curve T matrix of the curve RT matrix calculation unit 14 will be described.

(ステップ1)
直進F行列算出部12が算出した直進T行列をカーブT行列の初期値とする。カーブR行列はチルト(T)とロール(R)とパン(P)で表現する。カーブR行列の初期値は単位行列とする(T=0、R=0、P=0となる)。
(Step 1)
The straight T matrix calculated by the straight F matrix calculation unit 12 is used as the initial value of the curve T matrix. The curve R matrix is represented by tilt (T), roll (R), and pan (P). The initial value of the curve R matrix is an identity matrix (T = 0, R = 0, P = 0).

(ステップ2)
チルト(T)とロール(R)とパン(P)から、R行列を計算する。
(Step 2)
The R matrix is calculated from the tilt (T), roll (R), and pan (P).

(ステップ3)
式Bを使用して、R行列とT行列からE行列を計算する。
(Step 3)
Equation B is used to calculate the E matrix from the R and T matrices.

(ステップ4)
式Eを使用して、E行列からF行列を計算する。
(Step 4)
The formula E is used to calculate the F matrix from the E matrix.

(ステップ5)
以下の式Iを用いて、Costを求める。

Figure 0006846640
(Step 5)
Cost is calculated using the following formula I.
Figure 0006846640

(ステップ6)
Costが閾値以下であれば終了し、その時点のR行列とT行列が最適化値となる。
(Step 6)
If Cost is equal to or less than the threshold value, the process ends, and the R matrix and T matrix at that time become the optimized values.

(ステップ7)
例えば、ニュートン・ラフソン法などの非線形最適化方法を利用して、T、R、PとT行列を微小変形させて、新しい値とする(以下の式J)。

Figure 0006846640
(Step 7)
For example, using a nonlinear optimization method such as Newton-Raphson's method, the T, R, P and T matrices are slightly deformed to obtain new values (the following equation J).
Figure 0006846640

(ステップ8)
微小変形量が閾値未満であれば終了し、その時点のR行列とT行列が最適化値となる。そうでないならば、ステップ2に戻る。
(Step 8)
If the amount of minute deformation is less than the threshold value, the process ends, and the R matrix and the T matrix at that time become the optimized values. If not, return to step 2.

上記のようにR行列とT行列を最適化することによって、カーブR行列(R行列の最適化値)とカーブT行列(T行列の最適価値)が算出される。 By optimizing the R matrix and the T matrix as described above, the curve R matrix (optimized value of the R matrix) and the curve T matrix (optimal value of the T matrix) are calculated.

三角測量部15は、路面特徴点のカメラ座標を算出する。より具体的には、以下のようにして、カーブR行列とカーブT行列から、路面特徴点のカメラ座標を算出する。 The triangulation unit 15 calculates the camera coordinates of the road surface feature points. More specifically, the camera coordinates of the road surface feature points are calculated from the curve R matrix and the curve T matrix as follows.

まず、式Dから、移動前カメラ座標と移動前センサー座標の関係が得られる(以下の式K)。

Figure 0006846640
First, the relationship between the pre-movement camera coordinates and the pre-movement sensor coordinates can be obtained from the equation D (the following equation K).
Figure 0006846640

同様に、移動後カメラ座標と移動後センサー座標の関係が得られる(以下の式L)。

Figure 0006846640
Similarly, the relationship between the post-movement camera coordinates and the post-movement sensor coordinates can be obtained (the following equation L).
Figure 0006846640

移動前カメラ座標と移動後カメラ座標の関係は、式Aで表される。式Aを変形すると、以下の式Mが得られる。

Figure 0006846640
The relationship between the pre-movement camera coordinates and the post-movement camera coordinates is expressed by Equation A. By transforming the formula A, the following formula M is obtained.
Figure 0006846640

式Mを式Lに代入すると、以下の式Nが得られる。

Figure 0006846640
Substituting Equation M into Equation L gives Equation N:
Figure 0006846640

また、式Dを変形すると、以下の式Oが得られる。

Figure 0006846640
Further, by modifying the formula D, the following formula O is obtained.
Figure 0006846640

移動前後カメラがあるので、以下の式Pとなる。

Figure 0006846640
Since there are cameras before and after movement, the following formula P is used.
Figure 0006846640

式Pを最小二乗法で解くことにより、移動前カメラの特徴点のカメラ座標が求められる。 By solving the equation P by the least squares method, the camera coordinates of the feature points of the pre-movement camera can be obtained.

角度算出部16は、カーブR行列とカーブT行列と路面特徴点のカメラ座標から、カメラ3の設置角度を算出する。以下、図4を参照しながら、カメラ3の設置角度の算出方法を説明する。 The angle calculation unit 16 calculates the installation angle of the camera 3 from the camera coordinates of the curve R matrix, the curve T matrix, and the road surface feature points. Hereinafter, a method of calculating the installation angle of the camera 3 will be described with reference to FIG.

図4は、移動前後のカメラ座標系と世界座標系の説明図である。図4において、路面上に移動前カメラの座標系(移動前カメラ座標系)がある。車両1が直進すると、移動後カメラの座標系(移動後カメラ座標系)となる。移動前カメラ座標系の真下が世界座標系となる。各座標系のXYZ方向は、図4に示すとおりである。また、図4に示すように、路面2の法線方向のベクトルを「法線ベクトル」とする。移動前カメラ座標系原点から移動後カメラ座標系原点に向かうベクトルを「進行ベクトル」とする。 FIG. 4 is an explanatory diagram of the camera coordinate system and the world coordinate system before and after the movement. In FIG. 4, there is a coordinate system of the pre-movement camera (pre-movement camera coordinate system) on the road surface. When the vehicle 1 goes straight, it becomes the coordinate system of the camera after movement (camera coordinate system after movement). The world coordinate system is directly below the camera coordinate system before movement. The XYZ directions of each coordinate system are as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 4, the vector in the normal direction of the road surface 2 is referred to as a “normal vector”. The vector from the origin of the camera coordinate system before movement to the origin of the camera coordinate system after movement is defined as the "advance vector".

路面上の特徴点の移動前カメラ座標系でのカメラ座標は、三角測量部15で算出されている。この特徴点のカメラ座標から、以下の式Qの係数を最小二乗法で算出する。

Figure 0006846640
The camera coordinates in the pre-movement camera coordinate system of the feature points on the road surface are calculated by the triangulation unit 15. From the camera coordinates of this feature point, the coefficient of the following equation Q is calculated by the least squares method.
Figure 0006846640

式Qに、以下の比率を乗算して正規化する。

Figure 0006846640
Equation Q is normalized by multiplying it by the following ratio.
Figure 0006846640

路面2からカメラ3までの距離Hが既知であれば、上記の比率を並進行列に乗算して実際のサイズとする。

Figure 0006846640
If the distance H from the road surface 2 to the camera 3 is known, the above ratio is multiplied by the parallel traveling matrix to obtain the actual size.
Figure 0006846640

図4の右上の枠内は、移動前カメラ座標系の原点と法線上を移動して世界座標系の原点を一致させた図である。 The upper right frame of FIG. 4 is a diagram in which the origin of the camera coordinate system before movement and the origin of the world coordinate system are matched by moving on the normal line.

カメラ座標系から世界座標系に回転移動する回転行列を求める。

Figure 0006846640
Find the rotation matrix that rotates from the camera coordinate system to the world coordinate system.
Figure 0006846640

式Qの係数(a,b,c)は法線ベクトルである。法線ベクトルは世界座標のY軸と逆方向に等しい。よって、以下の関係が成立する。

Figure 0006846640
The coefficients (a, b, c) in equation Q are normal vectors. The normal vector is equal to the Y-axis of world coordinates. Therefore, the following relationship is established.
Figure 0006846640

車両1が直進するとき、進行ベクトルは、式Aにおける並進行列の各要素を負にして得られる。車両1が直進するとき、世界座標のZ軸と逆方向に等しくなる。よって、以下の関係が成立する。

Figure 0006846640
When the vehicle 1 goes straight, the traveling vector is obtained by making each element of the parallel traveling matrix in the equation A negative. When the vehicle 1 goes straight, it becomes equal to the Z axis of the world coordinates in the opposite direction. Therefore, the following relationship is established.
Figure 0006846640

世界座標のX軸は、世界座標のY軸とZ軸の外積として求めることができる。よって、以下の関係が成立する。

Figure 0006846640
The X-axis of the world coordinates can be obtained as the outer product of the Y-axis and the Z-axis of the world coordinates. Therefore, the following relationship is established.
Figure 0006846640

世界座標系からカメラ座標系に変換する。

Figure 0006846640
Convert from the world coordinate system to the camera coordinate system.
Figure 0006846640

以下の式Rから、ピッチ、ロール、パンを求めることができる。

Figure 0006846640
The pitch, roll, and bread can be obtained from the following formula R.
Figure 0006846640

車両1の走行中、時系列2画像を連続して取得できるため、角度算出部16は、複数の角度情報を算出することができる。 Since two time-series images can be continuously acquired while the vehicle 1 is traveling, the angle calculation unit 16 can calculate a plurality of angle information.

角度記録部17は、車両1の走行中に算出されるカメラ3の設置角度を角度情報としてデータベース19に記録する。より具体的には、角度記録部17は、ピッチ、ロール、パンの角度情報をデータベース19に記録する。以下、図5を参照しながら、角度情報の記録方法を説明する。 The angle recording unit 17 records the installation angle of the camera 3 calculated while the vehicle 1 is traveling in the database 19 as angle information. More specifically, the angle recording unit 17 records pitch, roll, and pan angle information in the database 19. Hereinafter, a method of recording angle information will be described with reference to FIG.

図5は、進行ベクトルと世界座標系の説明図である。図5(a)は、車両1が直進する場合の図であり、図5(b)は、車両1がカーブする場合の図である。図5(a)に示すように、車両1が直進する場合は、世界座標系のZ軸と進行ベクトルが一致するため、パンを正確に算出できる。一方、図5(b)に示すように、車両1がカーブする場合は、世界座標系と進行ベクトルが一致しないため、パンを正確に求めることができない。 FIG. 5 is an explanatory diagram of the traveling vector and the world coordinate system. FIG. 5A is a diagram when the vehicle 1 travels straight, and FIG. 5B is a diagram when the vehicle 1 curves. As shown in FIG. 5A, when the vehicle 1 travels straight, the pan can be calculated accurately because the Z axis of the world coordinate system and the traveling vector coincide with each other. On the other hand, as shown in FIG. 5B, when the vehicle 1 curves, the pan cannot be accurately obtained because the world coordinate system and the traveling vector do not match.

カーブRT行列算出部14が算出するカーブR行列は、単位行列のとき直進であり、単位行列でないときカーブとなる。角度記録部17は、表1に示すように、記録時刻および直進/カーブの情報とともに、角度情報(チルト、ロール、パン)をデータベース19に記録する。

Figure 0006846640
The curve R matrix calculated by the curve RT matrix calculation unit 14 is straight when it is an identity matrix, and is a curve when it is not an identity matrix. As shown in Table 1, the angle recording unit 17 records angle information (tilt, roll, pan) in the database 19 together with recording time and straight / curve information.
Figure 0006846640

最適角度算出部18は、データベース19に記録された複数の角度情報から、カメラ3の設置角度の最適値を求める。 The optimum angle calculation unit 18 obtains the optimum value of the installation angle of the camera 3 from the plurality of angle information recorded in the database 19.

例えば、最適角度算出部18は、記録時刻が最新のピッチをピッチの最適値とし、記録時刻が最新のロールをロールの最適値とし、車両1が直進しているときのパンのうち記録時刻が最新のパンをパンの最適値とする。 For example, the optimum angle calculation unit 18 sets the pitch with the latest recording time as the optimum pitch value, sets the roll with the latest recording time as the optimum value for the roll, and sets the recording time in the pan when the vehicle 1 is traveling straight. Set the latest bread as the optimum value for bread.

あるいは、最適角度算出部18は、記録時刻が新しい複数のピッチの平均値をピッチの最適値とし、記録時刻が新しい複数のロールの平均値をロールの最適値とし、車両1が直進しているときのパンのうち記録時刻が新しい複数のパンの平均値をパンの最適値とする。 Alternatively, the optimum angle calculation unit 18 sets the average value of a plurality of pitches having a new recording time as the optimum value of the pitch, sets the average value of the plurality of rolls having a new recording time as the optimum value of the roll, and the vehicle 1 is traveling straight. The optimum value of pans is the average value of a plurality of pans having a new recording time among the pans of the time.

以上のように構成された車載カメラ校正装置10について、図6のフロー図を参照してその動作を説明する。 The operation of the in-vehicle camera calibration device 10 configured as described above will be described with reference to the flow chart of FIG.

図6に示すように、第1の実施の形態の車載カメラ校正装置10では、まず、車両1に取り付けられたカメラ3で撮影された移動前後の路面画像(時系列2画像)を取得し(S1)、移動前後の路面画像から移動前後の路面特徴点を抽出してオプティカルフローを算出する(S2)。 As shown in FIG. 6, in the in-vehicle camera calibration device 10 of the first embodiment, first, the road surface images (time series 2 images) before and after the movement taken by the camera 3 attached to the vehicle 1 are acquired (2 images in time series). S1), the optical flow is calculated by extracting the road surface feature points before and after the movement from the road surface images before and after the movement (S2).

つぎに、オプティカルフローから、車両1が直進していると仮定したときの基礎行列(直進F行列)を算出し(S3)、算出した直進F行列から、車両1が直進していると仮定したときの移動前後のカメラ座標間の回転行列(直進R行列)と並進行列(直進T行列)を算出する(S4)。 Next, from the optical flow, the basic matrix (straight F matrix) when the vehicle 1 is assumed to be traveling straight is calculated (S3), and from the calculated straight F matrix, it is assumed that the vehicle 1 is traveling straight. The rotation matrix (straight R matrix) and the parallel traveling matrix (straight T matrix) between the camera coordinates before and after the movement of time are calculated (S4).

つぎに、直進R行列と直進T行列を最適化することによって、車両1がカーブしていると想定したときの回転行列(カーブR行列)と並進行列(カーブT行列)を算出し(S5)、算出したカーブR行列とカーブT行列から、路面特徴点のカメラ座標を算出し(S6)、カーブR行列とカーブT行列と路面特徴点のカメラ座標から、カメラ3の設置角度を算出する(S7)。 Next, by optimizing the straight R matrix and the straight T matrix, the rotation matrix (curve R matrix) and the parallel traveling matrix (curve T matrix) when the vehicle 1 is assumed to be curved are calculated (S5). , The camera coordinates of the road surface feature points are calculated from the calculated curve R matrix and the curve T matrix (S6), and the installation angle of the camera 3 is calculated from the camera coordinates of the curve R matrix, the curve T matrix and the road surface feature points (S6). S7).

そして、車両1の走行中に算出されるカメラ3の設置角度を角度情報としてデータベース19に記録し(S8)、データベース19に記録された複数の角度情報から、カメラ3の設置角度の最適値を求める(S9)。 Then, the installation angle of the camera 3 calculated while the vehicle 1 is traveling is recorded in the database 19 as angle information (S8), and the optimum value of the installation angle of the camera 3 is obtained from the plurality of angle information recorded in the database 19. Find (S9).

このような第1の実施の形態の車載カメラ校正装置10によれば、式Dに示すように、F行列の変数が3個であるため、従来(F行列が8個の場合)に比べてF行列の算出精度が向上する。また、車両1の直進時だけでなく、カーブ時にもカメラ校正が可能である。さらに、本実施の形態によれば、舵角センサーなどの外部センサーを使用せずにカメラ校正が可能である。 According to the in-vehicle camera calibration device 10 of the first embodiment as described above, as shown in Equation D, since the F matrix has three variables, it is compared with the conventional case (when the F matrix is eight). The calculation accuracy of the F matrix is improved. Further, the camera can be calibrated not only when the vehicle 1 goes straight, but also when the vehicle 1 is curved. Further, according to the present embodiment, the camera can be calibrated without using an external sensor such as a steering angle sensor.

また、本実施の形態では、記録時刻が最新のピッチをピッチの最適値とし、記録時刻が最新のロールをロールの最適値とし、車両1が直進しているときのパンのうち記録時刻が最新のパンをパンの最適値とする。これにより、データベース19に記録された角度情報から適切にピッチとロールとパンの最適値を算出することができる。 Further, in the present embodiment, the pitch with the latest recording time is set as the optimum pitch value, the roll with the latest recording time is set as the optimum value for the roll, and the recording time is the latest among the pans when the vehicle 1 is traveling straight. Bread is the optimum value for bread. As a result, the optimum pitch, roll, and pan values can be appropriately calculated from the angle information recorded in the database 19.

あるいは、記録時刻が新しい複数のピッチの平均値をピッチの最適値とし、記録時刻が新しい複数のロールの平均値をロールの最適値とし、車両1が直進しているときのパンのうち記録時刻が新しい複数のパンの平均値をパンの最適値とす。これにより、データベース19に記録された角度情報から適切にピッチとロールとパンの最適値を算出することができる。 Alternatively, the average value of a plurality of pitches having a new recording time is set as the optimum value of the pitch, the average value of a plurality of rolls having a new recording time is set as the optimum value of the roll, and the recording time in the pan when the vehicle 1 is traveling straight. Lets the average value of multiple new breads be the optimum value for breads. As a result, the optimum pitch, roll, and pan values can be appropriately calculated from the angle information recorded in the database 19.

(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態の車載カメラ校正装置10について説明する。ここでは、第2の実施の形態の車載カメラ校正装置10が、第1の実施の形態と相違する点を中心に説明する。ここで特に言及しない限り、本実施の形態の構成および動作は、第1の実施の形態と同様である。
(Second Embodiment)
Next, the vehicle-mounted camera calibration device 10 according to the second embodiment of the present invention will be described. Here, the in-vehicle camera calibration device 10 of the second embodiment will be mainly described as being different from the first embodiment. Unless otherwise specified here, the configuration and operation of this embodiment are the same as those of the first embodiment.

図7は、第2の実施の形態の車載カメラ校正装置10の構成を示すブロック図である。図7に示すように、車載カメラ校正装置10には、車両1に取り付けられた舵角センサー4から得られる舵角情報と、車両1に取り付けられた車速センサー5から得られる車速情報が入力される。 FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the vehicle-mounted camera calibration device 10 of the second embodiment. As shown in FIG. 7, the vehicle-mounted camera calibration device 10 is input with steering angle information obtained from the steering angle sensor 4 attached to the vehicle 1 and vehicle speed information obtained from the vehicle speed sensor 5 attached to the vehicle 1. To.

そして、本実施の形態の直進RT行列算出部13は、舵角センサー4から得られる舵角情報と、車速センサー5から得られる車速情報とから、車両1が直進していると仮定したときの移動前後のカメラ座標間の回転行列(直進R行列)と並進行列(直進T行列)を算出する。 Then, the straight-ahead RT matrix calculation unit 13 of the present embodiment assumes that the vehicle 1 is traveling straight from the steering angle information obtained from the steering angle sensor 4 and the vehicle speed information obtained from the vehicle speed sensor 5. The rotation matrix (straight R matrix) and the parallel traveling matrix (straight T matrix) between the camera coordinates before and after the movement are calculated.

より具体的には、直進RT行列算出部13は、舵角情報と車速情報(車速パルス)、車両1の旋回特性(例えばアッカーマンモデル)とカメラ3の車両取付位置から、移動前カメラと移動後カメラの位置関係を示す式AのR行列(直進R行列)とT行列(直進T行列)を算出する。 More specifically, the straight-ahead RT matrix calculation unit 13 uses the steering angle information and the vehicle speed information (vehicle speed pulse), the turning characteristics of the vehicle 1 (for example, the Ackerman model), and the vehicle mounting position of the camera 3 to determine the camera before movement and the camera after movement. The R matrix (straight R matrix) and the T matrix (straight T matrix) of the formula A showing the positional relationship of the cameras are calculated.

以上のように構成された車載カメラ校正装置10について、図8のフロー図を参照してその動作を説明する。 The operation of the in-vehicle camera calibration device 10 configured as described above will be described with reference to the flow chart of FIG.

図8に示すように、第2の実施の形態の車載カメラ校正装置10では、まず、車両1に取り付けられたカメラ3で撮影された移動前後の路面画像(時系列2画像)を取得し(S1)、移動前後の路面画像から移動前後の路面特徴点を抽出してオプティカルフローを算出する(S2)。 As shown in FIG. 8, in the in-vehicle camera calibration device 10 of the second embodiment, first, road surface images (time series 2 images) before and after movement taken by the camera 3 attached to the vehicle 1 are acquired (time series 2 images). S1), the optical flow is calculated by extracting the road surface feature points before and after the movement from the road surface images before and after the movement (S2).

つぎに、車両1に取り付けられた舵角センサー4舵角情報と車速センサー5から舵角情報と車速情報を取得し(S10)、取得した舵角情報と車速情報とから、車両1が直進していると仮定したときの基礎行列(直進F行列)を算出し(S11)、算出した直進F行列から、車両1が直進していると仮定したときの移動前後のカメラ座標間の回転行列(直進R行列)と並進行列(直進T行列)を算出する(S4)。 Next, the steering angle information and the vehicle speed information are acquired from the steering angle sensor 4 steering angle information and the vehicle speed sensor 5 attached to the vehicle 1 (S10), and the vehicle 1 goes straight from the acquired steering angle information and the vehicle speed information. The basic matrix (straight F matrix) is calculated (S11), and the rotation matrix between the camera coordinates before and after the movement when the vehicle 1 is assumed to be straight is calculated from the calculated straight F matrix (S11). A straight R matrix) and a parallel traveling matrix (straight T matrix) are calculated (S4).

つぎに、直進R行列と直進T行列を最適化することによって、車両1がカーブしていると想定したときの回転行列(カーブR行列)と並進行列(カーブT行列)を算出し(S5)、算出したカーブR行列とカーブT行列から、路面特徴点のカメラ座標を算出し(S6)、カーブR行列とカーブT行列と路面特徴点のカメラ座標から、カメラ3の設置角度を算出する(S7)。 Next, by optimizing the straight R matrix and the straight T matrix, the rotation matrix (curve R matrix) and the parallel traveling matrix (curve T matrix) when the vehicle 1 is assumed to be curved are calculated (S5). , The camera coordinates of the road surface feature points are calculated from the calculated curve R matrix and the curve T matrix (S6), and the installation angle of the camera 3 is calculated from the camera coordinates of the curve R matrix, the curve T matrix and the road surface feature points (S6). S7).

そして、車両1の走行中に算出されるカメラ3の設置角度を角度情報としてデータベース19に記録し(S8)、データベース19に記録された複数の角度情報から、カメラ3の設置角度の最適値を求める(S9)。 Then, the installation angle of the camera 3 calculated while the vehicle 1 is traveling is recorded in the database 19 as angle information (S8), and the optimum value of the installation angle of the camera 3 is obtained from the plurality of angle information recorded in the database 19. Find (S9).

このような第2の実施の形態の車載カメラ校正装置10によっても、式Dに示すように、F行列の変数が3個であるため、従来(F行列が8個の場合)に比べてF行列の算出精度が向上する。また、車両1の直進時だけでなく、カーブ時にもカメラ校正が可能である。 Even with the in-vehicle camera calibration device 10 of the second embodiment as described above, as shown in Equation D, since the F matrix has three variables, F is compared with the conventional case (when the F matrix is eight). Matrix calculation accuracy is improved. Further, the camera can be calibrated not only when the vehicle 1 goes straight, but also when the vehicle 1 is curved.

そのうえ、本実施の形態の車載カメラ校正装置10によれば、センサー誤差と車両1の旋回特性誤差を補正することが可能になる。これにより、高精度なカメラ校正装置を提供することができる。 Moreover, according to the in-vehicle camera calibration device 10 of the present embodiment, it is possible to correct the sensor error and the turning characteristic error of the vehicle 1. This makes it possible to provide a highly accurate camera calibration device.

(第3の実施の形態)
次に、本発明の第3の実施の形態の車載カメラ校正装置10について説明する。ここでは、第3の実施の形態の車載カメラ校正装置10が、第1の実施の形態と相違する点を中心に説明する。ここで特に言及しない限り、本実施の形態の構成および動作は、第1の実施の形態と同様である。
(Third Embodiment)
Next, the vehicle-mounted camera calibration device 10 according to the third embodiment of the present invention will be described. Here, the in-vehicle camera calibration device 10 of the third embodiment will be mainly described as being different from the first embodiment. Unless otherwise specified here, the configuration and operation of this embodiment are the same as those of the first embodiment.

図9は、第3の実施の形態の車載カメラ校正装置10の構成を示すブロック図である。図9に示すように、車載カメラ校正装置10には、車両1に取り付けられた舵角センサー4から得られる舵角情報が入力される。また、本実施の形態の車載カメラ校正装置10は、舵角センサー4から得られる舵角情報に基づいて、車両1が直進しているか否かを判定する直進判定部20を備えている。そして、オプティカルフロー算出部11は、直進判定部20により車両1が直進していると判定されたときにオプティカルフローの算出を行う。一方、オプティカルフロー算出部11は、直進判定部20により車両1が直進していないと判定されたときにオプティカルフローの算出を行わない。 FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the vehicle-mounted camera calibration device 10 according to the third embodiment. As shown in FIG. 9, the steering angle information obtained from the steering angle sensor 4 attached to the vehicle 1 is input to the vehicle-mounted camera calibration device 10. Further, the in-vehicle camera calibration device 10 of the present embodiment includes a straight-ahead determination unit 20 that determines whether or not the vehicle 1 is traveling straight based on the steering angle information obtained from the steering angle sensor 4. Then, the optical flow calculation unit 11 calculates the optical flow when the straight-ahead determination unit 20 determines that the vehicle 1 is traveling straight. On the other hand, the optical flow calculation unit 11 does not calculate the optical flow when the straight-ahead determination unit 20 determines that the vehicle 1 is not traveling straight.

以上のように構成された車載カメラ校正装置10について、図10のフロー図を参照してその動作を説明する。 The operation of the in-vehicle camera calibration device 10 configured as described above will be described with reference to the flow chart of FIG.

図10に示すように、第3の実施の形態の車載カメラ校正装置10では、まず、車両1に取り付けられたカメラ3で撮影された移動前後の路面画像(時系列2画像)を取得する(S1)。そして、舵角センサー4から得られる舵角情報に基づいて、車両1が直進しているか否かを判定する(S12)。車両1が直進していると判定された場合には、移動前後の路面画像から移動前後の路面特徴点を抽出してオプティカルフローを算出する(S2)。なお、車両1が直進していないと判定された場合には、オプティカルフローを算出しない。 As shown in FIG. 10, the in-vehicle camera calibration device 10 of the third embodiment first acquires road surface images (time series 2 images) before and after movement taken by the camera 3 attached to the vehicle 1 (time series 2 images). S1). Then, based on the steering angle information obtained from the steering angle sensor 4, it is determined whether or not the vehicle 1 is traveling straight (S12). When it is determined that the vehicle 1 is traveling straight, the optical flow is calculated by extracting the road surface feature points before and after the movement from the road surface images before and after the movement (S2). If it is determined that the vehicle 1 is not traveling straight, the optical flow is not calculated.

つぎに、オプティカルフローから、車両1が直進していると仮定したときの基礎行列(直進F行列)を算出し(S3)、算出した直進F行列から、車両1が直進していると仮定したときの移動前後のカメラ座標間の回転行列(直進R行列)と並進行列(直進T行列)を算出する(S4)。 Next, from the optical flow, the basic matrix (straight F matrix) when the vehicle 1 is assumed to be traveling straight is calculated (S3), and from the calculated straight F matrix, it is assumed that the vehicle 1 is traveling straight. The rotation matrix (straight R matrix) and the parallel traveling matrix (straight T matrix) between the camera coordinates before and after the movement of time are calculated (S4).

つぎに、直進R行列と直進T行列を最適化することによって、車両1がカーブしていると想定したときの回転行列(カーブR行列)と並進行列(カーブT行列)を算出し(S5)、算出したカーブR行列とカーブT行列から、路面特徴点のカメラ座標を算出し(S6)、カーブR行列とカーブT行列と路面特徴点のカメラ座標から、カメラ3の設置角度を算出する(S7)。 Next, by optimizing the straight R matrix and the straight T matrix, the rotation matrix (curve R matrix) and the parallel traveling matrix (curve T matrix) when the vehicle 1 is assumed to be curved are calculated (S5). , The camera coordinates of the road surface feature points are calculated from the calculated curve R matrix and the curve T matrix (S6), and the installation angle of the camera 3 is calculated from the camera coordinates of the curve R matrix, the curve T matrix and the road surface feature points (S6). S7).

そして、車両1の走行中に算出されるカメラ3の設置角度を角度情報としてデータベース19に記録し(S8)、データベース19に記録された複数の角度情報から、カメラ3の設置角度の最適値を求める(S9)。 Then, the installation angle of the camera 3 calculated while the vehicle 1 is traveling is recorded in the database 19 as angle information (S8), and the optimum value of the installation angle of the camera 3 is obtained from the plurality of angle information recorded in the database 19. Find (S9).

このような第3の実施の形態の車載カメラ校正装置10によっても、式Dに示すように、F行列の変数が3個であるため、従来(F行列が8個の場合)に比べてF行列の算出精度が向上する。また、車両1の直進時だけでなく、カーブ時にもカメラ校正が可能である。 Even with the in-vehicle camera calibration device 10 of the third embodiment as described above, as shown in Equation D, since the F matrix has three variables, F is compared with the conventional case (when the F matrix is eight). Matrix calculation accuracy is improved. Further, the camera can be calibrated not only when the vehicle 1 goes straight, but also when the vehicle 1 is curved.

そのうえ、本実施の形態の車載カメラ校正装置10によれば、車両1の直進時のデータのみを利用して、F行列を高精度に算出することができる。これにより、カメラ校正精度が高いカメラ校正装置を提供することができる。 Moreover, according to the in-vehicle camera calibration device 10 of the present embodiment, the F matrix can be calculated with high accuracy by using only the data when the vehicle 1 travels straight. This makes it possible to provide a camera calibration device having high camera calibration accuracy.

以上、本発明の実施の形態を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above by way of illustration, the scope of the present invention is not limited to these, and can be changed or modified according to an object within the scope described in the claims. is there.

以上のように、本発明にかかる車載カメラ校正装置は、高精度なF行列の計算が可能であり、車両直進時だけでなくカーブ時にも対応することができるという効果を有し、車両用のナビゲーションシステム等に適用され、有用である。 As described above, the in-vehicle camera calibration device according to the present invention has the effect of being able to calculate the F matrix with high accuracy and being able to handle not only when the vehicle is going straight but also when the vehicle is curved, and is used for vehicles. It is applied to navigation systems and is useful.

1 車両
2 路面
3 カメラ
4 舵角センサー
5 車速センサー
10 車載カメラ校正装置
11 オプティカルフロー算出部
12 直進F行列算出部
13 直進RT行列算出部
14 カーブRT行列算出部
15 三角測量部
16 角度算出部
17 角度記録部
18 最適角度算出部
19 データベース
20 直進判定部
1 Vehicle 2 Road surface 3 Camera 4 Steering angle sensor 5 Vehicle speed sensor 10 In-vehicle camera Calibration device 11 Optical flow calculation unit 12 Straight F matrix calculation unit 13 Straight RT matrix calculation unit 14 Curve RT matrix calculation unit 15 Triangulation unit 16 Angle calculation unit 17 Angle recording unit 18 Optimal angle calculation unit 19 Database 20 Straight-ahead judgment unit

Claims (5)

車両に取り付けられたカメラで撮影された移動前後の路面画像から移動前後の路面特徴点を抽出してオプティカルフローを算出するオプティカルフロー算出部と、
前記オプティカルフローから、前記車両が直進していると仮定したときの基礎行列である直進F行列を算出する直進F行列算出部と、
前記直進F行列から、車両が直進していると仮定したときの移動前後のカメラ座標間の回転行列である直進R行列と、前記車両が直進していると仮定したときの移動前後のカメラ座標間の並進行列である直進T行列を算出する直進RT行列算出部と、
前記直進R行列と前記直進T行列を最適化することによって、前記車両がカーブしていると想定したときの回転行列であるカーブR行列と、前記車両がカーブしていると想定したときの並進行列であるカーブT行列を算出するカーブRT行列算出部と、
前記カーブR行列と前記カーブT行列から、前記路面特徴点のカメラ座標を算出する三角測量部と、
前記カーブR行列と前記カーブT行列と前記路面特徴点のカメラ座標から、前記カメラの設置角度を算出するカメラ角度算出部と、
前記車両の走行中に算出される前記カメラの設置角度を角度情報としてデータベースに記録する角度記録部と、
前記データベースに記録された複数の前記角度情報から、前記カメラの設置角度の最適値を求める最適角度算出部と、
を備えることを特徴とする車載カメラ校正装置。
An optical flow calculation unit that calculates the optical flow by extracting the road surface feature points before and after the movement from the road surface images before and after the movement taken by the camera attached to the vehicle.
From the optical flow, a straight-ahead F matrix calculation unit that calculates a straight-ahead F matrix, which is a basic matrix when the vehicle is assumed to be straight-ahead,
From the straight F matrix, the straight R matrix, which is a rotation matrix between the camera coordinates before and after the movement when the vehicle is assumed to be straight, and the camera coordinates before and after the movement when the vehicle is assumed to be straight. A straight RT matrix calculation unit that calculates a straight T matrix that is a parallel traveling matrix between
By optimizing the straight R matrix and the straight T matrix, the curve R matrix, which is a rotation matrix when the vehicle is assumed to be curved, and the translation when the vehicle is assumed to be curved. The curve RT matrix calculation unit that calculates the curve T matrix, which is a matrix,
A triangulation unit that calculates camera coordinates of the road surface feature points from the curve R matrix and the curve T matrix, and
A camera angle calculation unit that calculates the installation angle of the camera from the camera coordinates of the curve R matrix, the curve T matrix, and the road surface feature point.
An angle recording unit that records the installation angle of the camera calculated while the vehicle is running in a database as angle information, and
An optimum angle calculation unit for obtaining an optimum value of the installation angle of the camera from a plurality of the angle information recorded in the database.
An in-vehicle camera calibration device characterized by being equipped with.
前記角度記録部は、前記角度情報としてピッチとロールとパンを記録時刻とともに前記データベースに記録し、
前記最適角度算出部は、記録時刻が最新のピッチを前記ピッチの最適値とし、記録時刻が最新のロールを前記ロールの最適値とし、車両が直進しているときのパンのうち記録時刻が最新のパンを前記パンの最適値とする、請求項1に記載の車載カメラ校正装置。
The angle recording unit records pitch, roll, and pan as the angle information in the database together with the recording time.
The optimum angle calculation unit sets the pitch with the latest recording time as the optimum value for the pitch, sets the roll with the latest recording time as the optimum value for the roll, and sets the latest recording time in the pan when the vehicle is traveling straight. The vehicle-mounted camera calibration device according to claim 1, wherein the pan is set to the optimum value of the pan.
前記角度記録部は、前記角度情報としてピッチとロールとパンを記録時刻とともに前記データベースに記録し、
前記最適角度算出部は、記録時刻が新しい複数のピッチの平均値を前記ピッチの最適値とし、記録時刻が新しい複数のロールの平均値を前記ロールの最適値とし、車両が直進しているときのパンのうち記録時刻が新しい複数のパンの平均値を前記パンの最適値とする、請求項1に記載の車載カメラ校正装置。
The angle recording unit records pitch, roll, and pan as the angle information in the database together with the recording time.
When the vehicle is traveling straight, the optimum angle calculation unit sets the average value of a plurality of pitches having a new recording time as the optimum value of the pitch, and sets the average value of a plurality of rolls having a new recording time as the optimum value of the roll. The vehicle-mounted camera calibration device according to claim 1, wherein the average value of a plurality of pans having a new recording time is set as the optimum value of the pans.
車両に取り付けられたカメラで撮影された移動前後の路面画像から移動前後の路面特徴点を抽出してオプティカルフローを算出するオプティカルフロー算出部と、
前記車両に取り付けられた舵角センサーから得られる舵角情報と、前記車両に取り付けられた車速センサーから得られる車速情報とから、車両が直進していると仮定したときの移動前後のカメラ座標間の回転行列である直進R行列と、前記車両が直進していると仮定したときの移動前後のカメラ座標間の並進行列である直進T行列を算出する直進RT行列算出部と、
前記直進R行列と前記直進T行列を最適化することによって、前記車両がカーブしていると想定したときの回転行列であるカーブR行列と、前記車両がカーブしていると想定したときの並進行列であるカーブT行列を算出するカーブRT行列算出部と、
前記カーブR行列と前記カーブT行列から、前記路面特徴点のカメラ座標を算出する三角測量部と、
前記カーブR行列と前記カーブT行列と前記路面特徴点のカメラ座標から、前記カメラの設置角度を算出するカメラ角度算出部と、
前記車両の走行中に算出される前記カメラの設置角度を角度情報としてデータベースに記録する角度記録部と、
前記データベースに記録された複数の前記角度情報から、前記カメラの設置角度の最適値を求める最適角度算出部と、
を備えることを特徴とする車載カメラ校正装置。
An optical flow calculation unit that calculates the optical flow by extracting the road surface feature points before and after the movement from the road surface images before and after the movement taken by the camera attached to the vehicle.
From the steering angle information obtained from the steering angle sensor attached to the vehicle and the vehicle speed information obtained from the vehicle speed sensor attached to the vehicle, the distance between the camera coordinates before and after the movement when the vehicle is assumed to be traveling straight. A straight R matrix that is a rotation matrix of the above, a straight RT matrix calculation unit that calculates a straight T matrix that is a parallel traveling matrix between camera coordinates before and after the movement when the vehicle is assumed to be straight, and a straight RT matrix calculation unit.
By optimizing the straight R matrix and the straight T matrix, the curve R matrix, which is a rotation matrix when the vehicle is assumed to be curved, and the translation when the vehicle is assumed to be curved. The curve RT matrix calculation unit that calculates the curve T matrix, which is a matrix,
A triangulation unit that calculates camera coordinates of the road surface feature points from the curve R matrix and the curve T matrix, and
A camera angle calculation unit that calculates the installation angle of the camera from the camera coordinates of the curve R matrix, the curve T matrix, and the road surface feature point.
An angle recording unit that records the installation angle of the camera calculated while the vehicle is running in a database as angle information, and
An optimum angle calculation unit for obtaining an optimum value of the installation angle of the camera from a plurality of the angle information recorded in the database.
An in-vehicle camera calibration device characterized by being equipped with.
前記車両に取り付けられた舵角センサーから得られる舵角情報に基づいて、前記車両が直進しているか否かを判定する直進判定部を備え、
前記オプティカルフロー算出部は、前記直進判定部により前記車両が直進していると判定されたときに前記オプティカルフローの算出を行い、前記直進判定部により前記車両が直進していないと判定されたときに前記オプティカルフローの算出を行わない、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の車載カメラ校正装置。
A straight-ahead determination unit for determining whether or not the vehicle is traveling straight based on the steering angle information obtained from the steering angle sensor attached to the vehicle is provided.
The optical flow calculation unit calculates the optical flow when the straight-ahead determination unit determines that the vehicle is going straight, and when the straight-ahead determination unit determines that the vehicle is not going straight. The vehicle-mounted camera calibration device according to any one of claims 1 to 3, which does not calculate the optical flow.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP3986360B2 (en) * 2002-05-14 2007-10-03 松下電器産業株式会社 Camera calibration device
JP5434608B2 (en) * 2010-01-08 2014-03-05 トヨタ自動車株式会社 Positioning device and positioning method
JP2011217233A (en) * 2010-04-01 2011-10-27 Alpine Electronics Inc On-vehicle camera calibration system, and computer program
JP5570902B2 (en) * 2010-07-28 2014-08-13 本田技研工業株式会社 Vehicle pitch angle estimation device
KR102001659B1 (en) * 2012-11-19 2019-07-19 한국전자통신연구원 Method and apparatus for providing camera calibration for vehicles
JP2017139612A (en) * 2016-02-03 2017-08-10 パナソニックIpマネジメント株式会社 On-vehicle camera calibration system

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