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JP7764764B2 - Sensor calibration device and sensor calibration method - Google Patents
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JP7764764B2 - Sensor calibration device and sensor calibration method - Google Patents

Sensor calibration device and sensor calibration method

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JP7764764B2
JP7764764B2 JP2022002088A JP2022002088A JP7764764B2 JP 7764764 B2 JP7764764 B2 JP 7764764B2 JP 2022002088 A JP2022002088 A JP 2022002088A JP 2022002088 A JP2022002088 A JP 2022002088A JP 7764764 B2 JP7764764 B2 JP 7764764B2
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Description

本発明は、センサ較正装置、および、センサ較正方法に関する。 The present invention relates to a sensor calibration device and a sensor calibration method.

従来から、センサの姿勢や位置を較正するセンサ較正装置が知られている(例えば、特許文献1)。センサ較正装置は、センサの検出範囲内に基準を設定し、基準に対する物体の位置を計測することで、センサの位置姿勢パラメータを較正する。 Sensor calibration devices that calibrate the orientation and position of sensors have been known for some time (see, for example, Patent Document 1). Sensor calibration devices set a reference within the detection range of the sensor and measure the position of an object relative to the reference, thereby calibrating the position and orientation parameters of the sensor.

特許5311365号公報Patent No. 5311365

しかしながら、センサの設置環境によっては、基準に対する物体の位置を計測することが困難な場合がある。この場合、センサの位置姿勢パラメータを較正するためには、物体の位置に関する情報を多く取得する必要があり、時間がかかる。 However, depending on the sensor installation environment, it may be difficult to measure the position of an object relative to a reference. In this case, calibrating the sensor's position and orientation parameters requires obtaining a lot of information about the object's position, which takes time.

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、センサ較正装置において、センサの位置と姿勢を簡便に較正することができる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide technology that can easily calibrate the position and orientation of a sensor in a sensor calibration device.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。 The present invention has been made to solve at least some of the above-mentioned problems, and can be realized in the following forms.

(1)本発明の一形態によれば、センサの位置および姿勢を較正するために用いられるセンサ較正装置が提供される。このセンサ較正装置は、基準直線を設定する基準直線設定部と、前記基準直線上に、三次元空間中を移動する物体の滞在の中心となる基準点を設定する基準点設定部と、前記センサの暫定的な位置および姿勢を表すパラメータとして予め設定されている位置姿勢パラメータと、三次元空間中の物体を検出した前記センサからの出力と、を用いて、前記物体の位置を計測する位置計測部と、前記位置計測部による、前記基準直線上を移動した前記物体の各時刻における位置計測結果を計測点集合として記憶する記憶部と、前記計測点集合における計測点の密度分布に基づいて、推定滞在点を算出する滞在点算出部と、前記記憶部に記憶されている前記計測点集合を用いて、前記計測点集合の近似直線を作成する直線近似部と、前記基準直線と、前記基準点と、前記近似直線と、前記推定滞在点とを用いて、前記位置姿勢パラメータを較正するパラメータ較正部と、を備え、前記パラメータ較正部は、前記推定滞在点が前記基準点に近づくように前記近似直線を並進させることで、位置パラメータを較正し、前記近似直線が前記基準直線に近づくように前記近似直線を回転させることで、姿勢パラメータを較正する。 (1) According to one aspect of the present invention, there is provided a sensor calibration device used to calibrate the position and orientation of a sensor. This sensor calibration device includes a reference line setting unit that sets a reference line; a reference point setting unit that sets a reference point on the reference line that will be the center of a position of an object moving in three-dimensional space; a position measurement unit that measures the position of the object using pre-set position and orientation parameters that represent the temporary position and orientation of the sensor and an output from the sensor that detects the object in three-dimensional space; a memory unit that stores, as a set of measurement points, the position measurement results of the object moving on the reference line at each time, measured by the position measurement unit; and a density of measurement points in the set of measurement points. The system includes a stay point calculation unit that calculates estimated stay points based on the distribution; a line approximation unit that creates an approximate line of the set of measurement points using the set of measurement points stored in the storage unit; and a parameter calibration unit that calibrates the position and orientation parameters using the reference line, the reference point, the approximate line, and the estimated stay points, wherein the parameter calibration unit calibrates the position parameters by translating the approximate line so that the estimated stay points approach the reference points, and calibrates the orientation parameters by rotating the approximate line so that the approximate line approaches the reference line.

この構成によれば、基準直線と基準直線上に設定される基準点とのそれぞれに対して、基準直線上を移動した物体の各時刻における位置計測結果から、近似直線を作成し、滞在推定点を算出する。パラメータ較正部は、基準直線に近づくように近似直線を回転させることで、センサの姿勢パラメータを較正することができる。また、滞在推定点は、物体の各時刻における位置計測結果を組み合わせた計測点集合における計測点の密度分布に基づいて算出されており、基準点を目印にして移動する物体の滞在の中心となっている。これにより、パラメータ較正部は、算出される推定滞在点が基準点に近づくように近似直線を並進させることで、位置パラメータを較正することができる。これにより、センサの検出範囲内で、基準点を滞在の中心として物体が基準直線上を移動することで、センサの位置姿勢パラメータを較正することができる。したがって、位置計測部による物体の位置計測結果が少なくてもセンサの位置姿勢パラメータを較正することができるため、短時間で位置姿勢パラメータを較正することができる。 With this configuration, an approximate line is created from the position measurement results at each time of an object moving on the reference line, relative to both the reference line and a reference point set on the reference line, and an estimated stay point is calculated. The parameter calibration unit can calibrate the sensor's orientation parameters by rotating the approximate line so that it approaches the reference line. The estimated stay point is calculated based on the density distribution of measurement points in a measurement point set that combines the object's position measurement results at each time, and serves as the center of stay of the object moving using the reference point as a landmark. The parameter calibration unit can thus calibrate the position parameters by translating the approximate line so that the calculated estimated stay point approaches the reference point. This allows the sensor's position and orientation parameters to be calibrated by the object moving on the reference line within the sensor's detection range, with the reference point as the center of stay. Therefore, the sensor's position and orientation parameters can be calibrated even if the position measurement unit has few object position measurement results, allowing the position and orientation parameters to be calibrated in a short time.

(2)上記形態のセンサ較正装置において、前記基準点設定部は、複数の前記基準点を前記基準直線上に設定し、設定した複数の前記基準点のうち、前記物体が最も滞在する基準点を代表基準点に設定し、前記滞在点算出部は、前記計測点集合における計測点の密度分布に基づいて、複数の前記推定滞在点を算出し、複数の前記滞推定在点のうち、前記計測点集合における計測点の密度分布が最も高い推定滞在点を推定最長滞在点に設定し、前記パラメータ較正部は、前記推定最長滞在点が前記代表基準点に近づくように前記近似直線を並進させることで、位置パラメータを較正してもよい。この構成によれば、基準点設定部は、基準直線上に複数の基準点を設定するとき、物体が最も滞在する基準点を代表基準点に設定する。滞在点算出部は、計測点集合における計測点の密度分布に基づいて複数の推定滞在点を算出するとき、計測点の密度分布が最も高い推定滞在点を推定最長滞在点に設定する。これにより、複数の基準点が設定できる場合でも、代表基準点と推定最長滞在点とを設定することで、代表基準点と推定最長滞在点とが近づくように近似直線を並進させて、センサの位置パラメータを較正することができる。 (2) In the sensor calibration device of the above aspect, the reference point setting unit sets a plurality of the reference points on the reference line and sets the reference point where the object stays the most among the plurality of set reference points as a representative reference point; the stay point calculation unit calculates the plurality of estimated stay points based on the density distribution of the measurement points in the set of measurement points and sets the estimated stay point with the highest density distribution of the measurement points in the set of measurement points as an estimated longest stay point among the plurality of estimated stay points; and the parameter calibration unit may calibrate the position parameters by translating the approximation line so that the estimated longest stay point approaches the representative reference point. According to this configuration, when setting a plurality of reference points on the reference line, the reference point setting unit sets the reference point where the object stays the most as a representative reference point. When calculating a plurality of estimated stay points based on the density distribution of the measurement points in the set of measurement points, the stay point calculation unit sets the estimated stay point with the highest density distribution of the measurement points as an estimated longest stay point. This means that even if multiple reference points can be set, by setting a representative reference point and an estimated longest stay point, the approximate line can be translated so that the representative reference point and the estimated longest stay point approach each other, thereby calibrating the sensor's position parameters.

(3)上記形態のセンサ較正装置において、前記直線近似部は、前記推定最長滞在点に対して主成分分析をおこなうことで、前記計測点集合の近似直線を作成してもよい。この構成によれば、近似直線は、推定最長滞在点に対して行われる主成分分析によって作成される。これにより、近似直線は、推定最長滞在点を通るため、近似直線を並進させることで代表基準点と推定最長滞在点とを重ねることができ、かつ、近似直線を回転させることで近似直線を基準直線に重ねることができる。したがって、センサの位置姿勢パラメータを確実に較正することができる。 (3) In the sensor calibration device of the above aspect, the line approximation unit may create an approximate line for the set of measurement points by performing principal component analysis on the estimated longest stay point. According to this configuration, the approximate line is created by principal component analysis performed on the estimated longest stay point. As a result, the approximate line passes through the estimated longest stay point, so that by translating the approximate line, the representative reference point and the estimated longest stay point can be superimposed, and by rotating the approximate line, the approximate line can be superimposed on the reference line. Therefore, the position and orientation parameters of the sensor can be reliably calibrated.

(4)上記形態のセンサ較正装置において、前記基準点設定部は、複数の前記基準点を前記基準直線上に設定し、前記滞在点算出部は、前記基準点設定部が設定する前記基準点の数と同じ数の前記推定滞在点を算出し、前記パラメータ較正部は、複数の前記推定滞在点のそれぞれが、対応する複数の前記基準点のそれぞれに近づくように前記近似直線を並進させることで、位置パラメータを較正してもよい。この構成によれば、基準点設定部は、基準直線上に複数の基準点を設定する。滞在点算出部は、計測点集合における計測点の密度分布に基づいて複数の推定滞在点を算出する。パラメータ較正部は、複数の推定滞在点のそれぞれが複数の基準点のそれぞれに近くなるように、近似直線を並進させて、位置パラメータを較正する。これにより、1つの基準点に対して1つの推定滞在点を近づけるように近似直線を並進させる場合に比べ、センサの位置姿勢パラメータの較正精度を向上させることができる。 (4) In the sensor calibration device of the above aspect, the reference point setting unit may set a plurality of the reference points on the reference line, the stay point calculation unit may calculate the same number of estimated stay points as the number of the reference points set by the reference point setting unit, and the parameter calibration unit may calibrate the position parameters by translating the approximation line so that each of the plurality of estimated stay points approaches each of the corresponding plurality of reference points. According to this configuration, the reference point setting unit sets a plurality of reference points on the reference line. The stay point calculation unit calculates a plurality of estimated stay points based on the density distribution of the measurement points in the set of measurement points. The parameter calibration unit calibrates the position parameters by translating the approximation line so that each of the plurality of estimated stay points approaches a plurality of reference points. This can improve the calibration accuracy of the position and orientation parameters of the sensor compared to translating the approximation line so that one estimated stay point approaches one reference point.

(5)上記形態のセンサ較正装置において、前記パラメータ較正部は、複数の前記基準点と、複数の前記基準点のそれぞれに対応する複数の前記推定滞在点との間の距離の絶対値の総和が最小となるように前記近似直線を並進させることで、位置パラメータを較正してもよい。この構成によれば、パラメータ較正部は、外れ値の影響を受けにくい最小絶対値法を用いて、位置パラメータを較正する。これにより、センサの位置パラメータの較正精度をさらに向上させることができる。 (5) In the sensor calibration device of the above aspect, the parameter calibration unit may calibrate the position parameters by translating the approximation line so as to minimize the sum of absolute values of distances between the plurality of reference points and the plurality of estimated stay points corresponding to each of the plurality of reference points. According to this configuration, the parameter calibration unit calibrates the position parameters using the least absolute value method, which is less susceptible to the influence of outliers. This can further improve the calibration accuracy of the sensor's position parameters.

(6)上記形態のセンサ較正装置において、前記センサ較正装置は、異なった場所に設置されている2つのセンサのそれぞれに接続されており、前記基準直線設定部は、前記2つのセンサのそれぞれについて、互いに交差する基準直線を設定し、前記基準点設定部は、2つの前記基準直線のそれぞれに基準点を設定し、前記直線近似部は、交差する2つの前記基準直線と2つの前記基準直線の交点とから形成される基準折れ線における前記基準点と前記交点との間の距離に関する情報を取得し、前記基準点と前記交点との間の距離に関する情報を用いて、前記計測点集合の近似直線を作成してもよい。この構成によれば、直線近似部は、2つのセンサのそれぞれについて設定されている2本の基準直線から形成される基準折れ線を設定する。直線近似部は、2本の基準直線のそれぞれについて、2本の基準直線の交点から2本の基準直線上のそれぞれの基準点までの距離を取得し、基準点の位置と、基準点から交点までの距離とを用いて、センサの位置姿勢パラメータを較正する。これにより、近似直線を基準点と交点との2つの点で決定することができるため、近似直線の精度を向上させることができる。したがって、センサの位置姿勢パラメータの較正精度を向上させることができる。 (6) In the sensor calibration device of the above aspect, the sensor calibration device is connected to two sensors installed in different locations, the reference line setting unit sets intersecting reference lines for each of the two sensors, the reference point setting unit sets a reference point on each of the two reference lines, and the line approximation unit acquires information regarding the distance between the reference point and the intersection point on a reference broken line formed by the two intersecting reference lines and the intersection point of the two reference lines, and creates an approximated line for the set of measurement points using the information regarding the distance between the reference point and the intersection point. According to this configuration, the line approximation unit sets a reference broken line formed by the two reference lines set for each of the two sensors. For each of the two reference lines, the line approximation unit acquires the distance from the intersection point of the two reference lines to each reference point on the two reference lines, and calibrates the position and orientation parameters of the sensor using the position of the reference point and the distance from the reference point to the intersection point. This allows the approximate line to be determined using two points, the reference point and the intersection point, improving the accuracy of the approximate line. This in turn improves the accuracy of calibration of the sensor's position and orientation parameters.

(7)本発明の別の形態によれば、センサの位置および姿勢を較正するために用いられるセンサ較正方法が提供される。センサ較正方法は、基準直線を設定する工程と、前記基準直線上に、三次元空間中を移動する物体の滞在の中心となる基準点を設定する工程と、前記センサの暫定的な位置および姿勢を表すパラメータとして予め設定されている位置姿勢パラメータと、三次元空間中の物体を検出した前記センサからの出力と、を用いて、前記物体の位置を計測する工程と、前記位置計測部による、前記基準直線上を移動した前記物体の各時刻における位置計測結果を計測点集合として記憶する工程と、前記計測点集合における計測点の密度分布に基づいて、推定滞在点を算出する工程と、記憶されている前記計測点集合を用いて、前記計測点集合の近似直線を作成する工程と、前記基準直線と、前記基準点と、前記近似直線と、前記推定滞在点とを用いて、前記位置姿勢パラメータを較正する較正工程と、を備え、前記較正工程では、前記推定滞在点が前記基準点に近づくように前記近似直線を並進させることで、位置パラメータを較正し、前記近似直線が前記基準直線に近づくように前記近似直線を回転させることで、姿勢パラメータを較正する。この構成によれば、センサ較正方法では、基準直線に対して、基準直線上を移動した物体の各時刻における位置計測結果から、近似直線を作成する。センサ較正方法では、基準点に対して、物体の各時刻における位置計測結果を組み合わせた計測点集合における計測点の密度分布に基づく滞在推定点を算出する。これにより、センサの検出範囲内で、基準点を滞在の中心として、物体が基準直線上を移動するだけで、センサの位置姿勢パラメータを較正することができるため、短時間で位置姿勢パラメータを較正することができる。 (7) According to another aspect of the present invention, a sensor calibration method is provided that is used to calibrate the position and orientation of a sensor. a step of calibrating the position and orientation parameters using the reference line, the reference point, the reference point being the center of stay of an object moving in three-dimensional space; a step of measuring the position of the object using position and orientation parameters that are preset as parameters representing the temporary position and orientation of the sensor and an output from the sensor that detects the object in three-dimensional space; a step of storing position measurement results of the object moving on the reference line at each time by the position measurement unit as a measurement point set; a step of calculating an estimated stay point based on a density distribution of measurement points in the measurement point set; a step of creating an approximation line of the measurement point set using the stored measurement point set; and a calibration step of calibrating the position and orientation parameters using the reference line, the reference point, the approximation line, and the estimated stay point. In the calibration step, the position parameters are calibrated by translating the approximation line so that the estimated stay point approaches the reference point, and the orientation parameters are calibrated by rotating the approximation line so that the approximation line approaches the reference line. With this configuration, the sensor calibration method creates an approximate line from the position measurement results at each time of an object moving on a reference line. The sensor calibration method calculates an estimated stay point based on the density distribution of measurement points in a set of measurement points that combines the position measurement results of the object at each time relative to the reference point. This allows the position and orientation parameters of the sensor to be calibrated simply by the object moving on the reference line within the sensor's detection range, with the reference point as the center of stay, thereby enabling the position and orientation parameters to be calibrated in a short time.

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、センサ較正装置を含むシステム、これら装置およびシステムの制御方法、これら装置およびシステムにおいてセンサ較正方法を実行させるコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、そのコンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various forms, such as a system including a sensor calibration device, a control method for these devices and systems, a computer program for executing the sensor calibration method in these devices and systems, a server device for distributing the computer program, and a non-transitory storage medium on which the computer program is stored.

第1実施形態のセンサ較正装置の概略構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a sensor calibration device according to a first embodiment; センサ較正方法を説明するフローチャートである。1 is a flowchart illustrating a sensor calibration method. 基準設定工程を説明する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a reference setting process. 滞在点算出工程を説明する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a stay point calculation process. パラメータ較正工程を説明する第1の図である。FIG. 1 is a first diagram illustrating a parameter calibration process. パラメータ較正工程を説明する第2の図である。FIG. 10 is a second diagram illustrating the parameter calibration process. パラメータ較正工程を説明する第3の図である。FIG. 10 is a third diagram illustrating the parameter calibration process. 基準直線と近似直線との重ね方を説明する図である。10A and 10B are diagrams illustrating how to overlap a reference line and an approximation line. 第1の比較例の近似直線の作成方法を説明する図である。10A and 10B are diagrams illustrating a method for creating an approximate straight line in a first comparative example. 第2の比較例の近似直線の作成方法を説明する第1の図である。FIG. 10 is a first diagram illustrating a method for creating an approximate straight line in a second comparative example. 第2の比較例の近似直線の作成方法を説明する第2の図である。FIG. 10 is a second diagram illustrating a method for creating an approximate straight line in the second comparative example. 第1実施形態の近似直線の作成方法を説明する図である。5A to 5C are diagrams illustrating a method for creating an approximate straight line according to the first embodiment. 第2実施形態のセンサ較正方法を説明する図である。10A and 10B are diagrams illustrating a sensor calibration method according to a second embodiment. 第3実施形態のセンサ較正装置の概略構成を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a sensor calibration device according to a third embodiment. 2つの単眼カメラの位置関係を説明する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the positional relationship between two monocular cameras.

<第1実施形態>
図1は、第1実施形態のセンサ較正装置1の概略構成を示す模式図である。本実施形態のセンサ較正装置1は、1か所に固定されて使用されるセンサを較正する装置である。センサ較正装置1は、例えば、イベントの開設などに伴って臨時的に設置されるセンサの位置を表す位置パラメータと姿勢を表す姿勢パラメータとを、現場において修正するときに用いられる。本実施形態のセンサ較正装置1は、センサとしての単眼カメラ5を1台較正する。単眼カメラ5は、例えば、車両が走行する道路の近傍に設置され、道路上を走行する車両や、道路脇の歩行者6(図1参照)などを連続的に撮像し、撮像した画像(多次元情報)を出力する。センサ較正装置1は、計測器10と、較正処理器20と、を備える。なお、本実施形態では、センサは、単眼カメラ5としたが、センサの種類は、これに限定されず、ステレオカメラ、レーダ、LiDAR(レーザレーダ)、ソナーなどであってもよい。
First Embodiment
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the overall configuration of a sensor calibration device 1 according to a first embodiment. The sensor calibration device 1 according to this embodiment is a device for calibrating a sensor that is fixed in one location. The sensor calibration device 1 is used, for example, when correcting position parameters representing the position and attitude parameters representing the attitude of a sensor that is temporarily installed in conjunction with the establishment of an event. The sensor calibration device 1 according to this embodiment calibrates a single monocular camera 5 as a sensor. The monocular camera 5 is installed, for example, near a road on which vehicles travel, continuously captures images of vehicles traveling on the road and pedestrians 6 (see FIG. 1 ) on the side of the road, and outputs the captured images (multidimensional information). The sensor calibration device 1 includes a measuring instrument 10 and a calibration processor 20. While the sensor according to this embodiment is a monocular camera 5, the type of sensor is not limited thereto and may be a stereo camera, radar, LiDAR (laser radar), sonar, or the like.

計測器10は、位置計測部11と、基準設定部12と、を備える。計測器10は、単眼カメラ5と電気的に接続されており、単眼カメラ5によって撮像される画像が入力される。 The measuring instrument 10 includes a position measurement unit 11 and a reference setting unit 12. The measuring instrument 10 is electrically connected to the monocular camera 5, and receives images captured by the monocular camera 5 as input.

位置計測部11は、単眼カメラ5が撮像する画像に含まれる物体(歩行者6)の位置を計測する。位置計測部11には、単眼カメラ5の暫定的な位置および姿勢を表すパラメータとして予め設定されている位置パラメータと姿勢パラメータとの両方を含む、暫定的な位置姿勢パラメータが入力されている。位置計測部11は、この位置姿勢パラメータと、単眼カメラ5が撮像した画像から、移動している歩行者6の位置を計測する。位置計測部11は、計測結果と、暫定的な位置姿勢パラメータと、を電気的に接続されている較正処理器20に出力する。 The position measurement unit 11 measures the position of an object (pedestrian 6) included in an image captured by the monocular camera 5. Provisional position and orientation parameters, including both position parameters and orientation parameters that are preset as parameters representing the provisional position and orientation of the monocular camera 5, are input to the position measurement unit 11. The position measurement unit 11 measures the position of the moving pedestrian 6 from these position and orientation parameters and the image captured by the monocular camera 5. The position measurement unit 11 outputs the measurement results and the provisional position and orientation parameters to the calibration processor 20, to which it is electrically connected.

基準設定部12は、単眼カメラ5の出力情報である撮像した画像上に、基準直線と基準点を設定する。基準直線は、任意に設定可能な直線であって、具体的には、単眼カメラ5によって撮像された画像に含まれる、歩道上の視覚障害者誘導用ブロックの列や、歩道上を歩行者レーンと自転車レーンとに分ける白線など、直線状に配置されている物体を基準にして、画像上に設定される。基準点は、単眼カメラ5が撮像した画像において基準直線上に設定される点であり、歩行者6の滞在の中心として予め設定された対象物の位置を示す点である。具体的には、単眼カメラ5の画像に含まれる、例えば、バス停の標識が固定されている位置や、視覚障害者誘導用ブロックのうちの警告用のブロックが設置されている位置など、歩行者から見て、外観上認識しやすい物体が設置されている位置に対応する画像上に設定される。なお、基準直線の設定の基準となる対象物や、基準点の設定のために予め設定される対象物は、これらに限定されない。例えば、基準直線の設定の基準となる対象物は、道路上の車線を区別する白線や、車道と歩道とを区別する縁石などであってもよいし、基準点のために予め設定される対象物は、歩道上のベンチやゴミ箱などであってもよい。 The reference setting unit 12 sets a reference line and a reference point on the captured image, which is the output information of the monocular camera 5. The reference line is a line that can be set arbitrarily, and specifically, it is set on the image based on a linear object included in the image captured by the monocular camera 5, such as a row of markers on a sidewalk to guide the visually impaired or a white line dividing a sidewalk into a pedestrian lane and a bicycle lane. The reference point is a point set on the reference line in the image captured by the monocular camera 5, and indicates the position of an object that has been preset as the center of pedestrian 6's location. Specifically, it is set on the image corresponding to a location in the image captured by the monocular camera 5 where an object that is easily recognizable from the pedestrian's perspective is installed, such as a fixed bus stop sign or a warning marker among markers for guiding the visually impaired. Note that the objects that serve as the reference for setting the reference line and the objects that are preset for setting the reference point are not limited to these. For example, the object used as the reference for setting the reference line may be a white line that distinguishes lanes on a road, or a curb that distinguishes the roadway from the sidewalk, and the object set in advance as the reference point may be a bench or trash can on the sidewalk.

較正処理器20は、記憶部21と、CPU22と、を備える。較正処理器20は、位置計測部11によって計測された物体の位置計測結果と、計測における暫定的な位置姿勢パラメータと、基準設定部12によって設定された基準直線とを用いて、単眼カメラ5における位置姿勢パラメータを較正する。較正後の位置姿勢パラメータは、較正処理器20によって、電気的に接続されている計測器10の位置計測部11に出力される。 The calibration processor 20 includes a memory unit 21 and a CPU 22. The calibration processor 20 calibrates the position and orientation parameters of the monocular camera 5 using the object position measurement results measured by the position measurement unit 11, the provisional position and orientation parameters used in the measurement, and the reference line set by the reference setting unit 12. The calibrated position and orientation parameters are output by the calibration processor 20 to the position measurement unit 11 of the measuring device 10, which is electrically connected to the calibration processor 20.

記憶部21は、ハードディスク、フラッシュメモリ、メモリカードなどで構成される。記憶部21は、位置計測部11が計測した、基準直線上を移動した物体の各時刻における位置計測結果を計測点集合として記憶する。また、記憶部21は、CPU22における各種演算結果を記憶する。記憶部21は、これらの記憶した情報をCPU22に適宜出力する。 The memory unit 21 is composed of a hard disk, flash memory, memory card, etc. The memory unit 21 stores the position measurement results at each time of an object moving on a reference line measured by the position measurement unit 11 as a set of measurement points. The memory unit 21 also stores various calculation results from the CPU 22. The memory unit 21 outputs this stored information to the CPU 22 as appropriate.

CPU22は、ROMに格納されているコンピュータプログラムをRAMに展開して実行することにより、計測器10も含むセンサ較正装置1の各部を制御する。そのほか、CPU22は、滞在点算出部22aと、直線近似部22bと、パラメータ較正部22cとして機能し、位置計測部11が計測した移動する物体の位置計測結果から、推定滞在点を算出するとともに近似直線を作成し、推定滞在点と基準点との関係、および、近似直線と基準直線との関係から、位置姿勢パラメータを較正する。 The CPU 22 controls each part of the sensor calibration device 1, including the measuring instrument 10, by loading a computer program stored in ROM into RAM and executing it. In addition, the CPU 22 functions as a stay point calculation unit 22a, a straight line approximation unit 22b, and a parameter calibration unit 22c, and calculates an estimated stay point and creates an approximated line from the position measurement results of a moving object measured by the position measurement unit 11, and calibrates position and orientation parameters from the relationship between the estimated stay point and the reference point, and the relationship between the approximated line and the reference line.

滞在点算出部22aは、記憶部21に記憶されている計測点集合における計測点の密度分布に基づいて、推定滞在点を算出する。具体的には、滞在点算出部22aは、記憶部21に記憶されている計測点集合のうち、計測点の密度分布が比較的高い点を算出し、この点を推定滞在点に設定する。滞在点算出部22aの詳細な機能は、後述する。 The stay point calculation unit 22a calculates an estimated stay point based on the density distribution of measurement points in the set of measurement points stored in the memory unit 21. Specifically, the stay point calculation unit 22a calculates a point in the set of measurement points stored in the memory unit 21 where the density distribution of measurement points is relatively high, and sets this point as the estimated stay point. The detailed function of the stay point calculation unit 22a will be described later.

直線近似部22bは、記憶部21に記憶されている、物体の位置計測結果の計測点集合を用いて、計測点集合の近似直線を作成する。直線近似部22bの詳細な機能は、後述する。 The straight line approximation unit 22b creates an approximate straight line of the set of measurement points using the set of measurement points of the object position measurement results stored in the memory unit 21. The detailed function of the straight line approximation unit 22b will be described later.

パラメータ較正部22cは、直線近似部22bが作成した近似直線と、基準直線と、暫定的な位置姿勢パラメータと、を用いて、単眼カメラ5の位置姿勢パラメータを較正する。パラメータ較正部22cの詳細な機能は、後述する。 The parameter calibration unit 22c calibrates the position and orientation parameters of the monocular camera 5 using the approximate line created by the straight line approximation unit 22b, the reference line, and the provisional position and orientation parameters. The detailed functions of the parameter calibration unit 22c will be described later.

図2は、センサ較正方法を説明するフローチャートである。次に、本実施形態のセンサ較正方法について説明する。本実施形態のセンサ較正方法は、例えば、単眼カメラ5を所定の場所に組み付けた際、単眼カメラ5の組み付け位置や単眼カメラ5の光軸の方向に影響する姿勢を確認し、単眼カメラ5の組み付けにおいてこれらを修正する作業(現地修正作業)として、センサ較正装置1によって行われる。このような現地修正作業は、誤検出(単眼カメラ5の検出可能範囲内に計測対象の物体が存在しないのに「存在する」とすること)や未検出(単眼カメラ5の検出可能範囲内に計測対象の物体が存在するのに「存在しない」とすること)を減らすために行われる。したがって、単眼カメラ5の組み付け作業後に、現場での即応可能な較正が必要となる。なお、単眼カメラ5の位置姿勢そのものの測量や、キャリブレーションボードによる較正では、この現地修正作業に対して即応できない。また、測位衛星受信やジャイロスコープなどの他のセンサによる位置姿勢の推定は、静止時の姿勢推定が適切に行えないことから、単眼カメラ5には適していない。 Figure 2 is a flowchart illustrating a sensor calibration method. Next, the sensor calibration method of this embodiment will be described. The sensor calibration method of this embodiment is performed by the sensor calibration device 1, for example, when the monocular camera 5 is installed in a predetermined location. The sensor calibration method checks the installation position of the monocular camera 5 and the orientation of the monocular camera 5, which affect the direction of the optical axis of the monocular camera 5, and corrects these during installation of the monocular camera 5 (on-site adjustment work). This on-site adjustment work is performed to reduce false detections (determining that a measurement target object is present within the detectable range of the monocular camera 5 when it is not) and non-detections (determining that a measurement target object is not present within the detectable range of the monocular camera 5 when it is). Therefore, on-site calibration is required after installation of the monocular camera 5. However, measuring the position and orientation of the monocular camera 5 itself or performing calibration using a calibration board is not sufficient for on-site adjustment work. Furthermore, position and orientation estimation using other sensors, such as positioning satellite reception or a gyroscope, is not suitable for the monocular camera 5 because it cannot properly estimate the orientation when the camera is stationary.

最初に、基準直線と基準点を設定する(基準設定工程:ステップS1)。ステップS1では、基準設定部12は、現場に直線状に配置されている対象物を位置計測部11の座標系における基準直線として設定し、設定される基準直線上の基準点を設定する。本実施形態では、基準設定部12は、歩道上の視覚障害者誘導用ブロックの列7を基準直線とする(図1参照)。基準設定部12が設定する基準点は、視覚障害者誘導用ブロックの列7に沿って移動する歩行者6にとって目印となるものが望ましい。本実施形態では、基準点は、視覚障害者誘導用ブロックの列7に沿って設置されている標識8が固定されている場所81(図1参照)を含む図示しない複数の点とし、標識8が固定されている場所(以下、「標識の場所」という)81を代表基準点とする。なお、基準直線とする対象、および、基準点とする対象は、これらに限定されない。 First, a reference line and a reference point are set (reference setting process: step S1). In step S1, the reference setting unit 12 sets objects arranged in a straight line at the site as a reference line in the coordinate system of the position measurement unit 11, and sets a reference point on the set reference line. In this embodiment, the reference setting unit 12 sets the row 7 of guiding blocks for visually impaired people on the sidewalk as the reference line (see Figure 1). The reference point set by the reference setting unit 12 is preferably a landmark for pedestrians 6 traveling along the row 7 of guiding blocks for visually impaired people. In this embodiment, the reference points are multiple points (not shown), including the location 81 (see Figure 1) where a sign 8 installed along the row 7 of guiding blocks for visually impaired people is fixed, and the location 81 where the sign 8 is fixed (hereinafter referred to as the "location of the sign") is set as the representative reference point. Note that the objects that serve as the reference line and the reference points are not limited to these.

図3は、基準設定工程を説明する図である。図3には、単眼カメラ5が撮像する画像の一部を示している。基準設定部12は、基準設定工程において、図3に示す画像の座標系のx軸に基準直線Lsを設定し、基準直線Ls上に、標識の場所81に対応する代表基準点Ps0を設定する。 Figure 3 is a diagram illustrating the reference setting process. Figure 3 shows a portion of an image captured by the monocular camera 5. In the reference setting process, the reference setting unit 12 sets a reference line Ls on the x-axis of the coordinate system of the image shown in Figure 3, and sets a representative reference point Ps0 on the reference line Ls that corresponds to the location 81 of the sign.

次に、歩行者6の位置を計測する(位置計測工程:ステップS2)。ステップS2では、位置計測部11は、あらかじめ設定されている単眼カメラ5の暫定的な位置姿勢パラメータと、単眼カメラ5の出力と、を用いて、視覚障害者誘導用ブロックの列7上を移動する歩行者6の位置を計測する。本実施形態では、歩行者6は、視覚障害者誘導用ブロックの列7上を歩くとき、代表基準点となっている標識の場所81での滞在時間が他の位置での滞在時間に比べ長くなるように移動する。 Next, the position of pedestrian 6 is measured (position measurement process: step S2). In step S2, the position measurement unit 11 measures the position of pedestrian 6 moving on row 7 of guiding blocks for visually impaired persons using the preset provisional position and orientation parameters of monocular camera 5 and the output of monocular camera 5. In this embodiment, when pedestrian 6 walks on row 7 of guiding blocks for visually impaired persons, he moves so that the time spent at location 81 of the sign serving as the representative reference point is longer than the time spent at other locations.

ここで、本実施形態のセンサ較正方法における単眼カメラ5の暫定的な位置姿勢パラメータとは、x軸、y軸、z軸のそれぞれの座標値st(ベクトル表記)で表される位置パラメータ、並びに、方位角atおよび仰角etで表される姿勢パラメータを指す。すなわち、位置計測部11は、暫定的な位置パラメータst(ベクトル表記)と、姿勢パラメータet、atとが設定されている状態の単眼カメラ5が出力する歩行者6の位置を計測する。位置計測部11は、歩行者6の位置計測結果を記憶部21に出力する。なお、本文中に示す文字がベクトルである場合、対象文字の後に「(ベクトル表記)」と記載する。 Here, the provisional position and orientation parameters of the monocular camera 5 in the sensor calibration method of this embodiment refer to position parameters expressed by coordinate values s t (vector notation) for each of the x-axis, y-axis, and z-axis, and orientation parameters expressed by azimuth angle a t and elevation angle e t . In other words, the position measurement unit 11 measures the position of the pedestrian 6 output by the monocular camera 5 in a state in which the provisional position parameter s t (vector notation) and orientation parameters e t and a t have been set. The position measurement unit 11 outputs the position measurement results of the pedestrian 6 to the storage unit 21. Note that when characters shown in the text are vectors, "(vector notation)" is written after the target character.

次に、ステップS2において計測された、視覚障害者誘導用ブロックの列7上を移動した歩行者6の各時刻における位置計測結果を計測点集合として記憶させる(記憶工程:ステップS3)。記憶部21は、位置計測部11が出力する歩行者6の位置計測結果を、3次元空間での計測点集合として記憶する。また、記憶部21は、基準設定部12が設定した視覚障害者誘導用ブロックの列7の位置情報を、基準直線の位置情報として記憶する。 Next, the position measurement results at each time of the pedestrian 6 moving on the row 7 of guiding blocks for visually impaired persons, measured in step S2, are stored as a set of measurement points (storage process: step S3). The memory unit 21 stores the position measurement results of the pedestrian 6 output by the position measurement unit 11 as a set of measurement points in three-dimensional space. The memory unit 21 also stores the position information of the row 7 of guiding blocks for visually impaired persons set by the reference setting unit 12 as position information of the reference straight line.

次に、ステップS3において記憶された歩行者6の位置計測結果から、推定滞在点を算出する(滞在点算出工程:ステップS4)。滞在点算出部22aは、記憶部21に記憶されている計測点集合を用いて、歩行者6が比較的長く滞在した位置を推定滞在点として算出する。 Next, an estimated stay point is calculated from the position measurement results of the pedestrian 6 stored in step S3 (stay point calculation process: step S4). The stay point calculation unit 22a uses the set of measurement points stored in the memory unit 21 to calculate a position where the pedestrian 6 stayed for a relatively long time as an estimated stay point.

図4は、滞在点算出工程を説明する図であって、計測点集合の一例を示す図である。図4は、記憶部21に記憶された歩行者6の位置計測結果をプロットした2次元平面(xy平面)を示している。図4に示すxy平面上の複数の丸印のそれぞれは、各時刻における歩行者6の位置計測結果を示しており、所定期間内の一定の時間間隔で計測された歩行者6の位置(計測点M)を示している。すなわち、記憶部21には、歩行者6の各時刻における位置計測結果の集合(計測点集合Gm)が記憶されている。なお、図4には、説明の便宜上、計測点集合を2次元平面で示しており、基準設定工程において設定された基準直線Lsと代表基準点Ps0が示されている。 Figure 4 is a diagram illustrating the stay point calculation process and shows an example of a measurement point set. Figure 4 shows a two-dimensional plane (xy plane) on which the position measurement results of pedestrian 6 stored in memory unit 21 are plotted. Each of the multiple circles on the xy plane shown in Figure 4 represents the position measurement results of pedestrian 6 at each time, and indicates the position (measurement point M) of pedestrian 6 measured at regular time intervals within a specified period. In other words, memory unit 21 stores a set of position measurement results of pedestrian 6 at each time (measurement point set Gm). Note that for ease of explanation, Figure 4 shows the measurement point set on a two-dimensional plane, and also shows the reference line Ls and representative reference point Ps0 set in the reference setting process.

ここで、ステップS4における推定滞在点の算出方法を説明する。本実施形態では、滞在点算出部22aは、計測点集合Gmに含まれる計測点Mを距離が近い順に「クラスタ」と呼ばれるグループに集約する、公知の階層的クラスタリング最短距離法を用いて、推定滞在点を算出する。滞在点算出部22aは、クラスタ内最大距離が位置計測の分散を考慮した閾値、例えば、0.1mに達したときにクラスタリングを打ち切り、クラスタ内点数が多い順に基準点と同数になるまでクラスタを選択する。本実施形態では、各クラスタについて、クラスタ内各点の位置の中央値を推定滞在点Peとし、計測点集合Gmにおいて選択された複数のクラスタのうち、計測点Mの分布密度が最も高い座標点を推定最長滞在点LPeとする。 Now, the method for calculating the estimated stay points in step S4 will be described. In this embodiment, the stay point calculation unit 22a calculates the estimated stay points using a well-known hierarchical clustering shortest distance method, which aggregates the measurement points M included in the measurement point set Gm into groups called "clusters" in order of proximity. The stay point calculation unit 22a terminates clustering when the maximum distance within a cluster reaches a threshold value that takes into account the variance of position measurements, for example, 0.1 m, and selects clusters in order of the number of points within the cluster until the number of points within the cluster becomes the same as the reference point. In this embodiment, for each cluster, the median value of the positions of each point within the cluster is set as the estimated stay point Pe, and the coordinate point with the highest distribution density of measurement points M among the multiple clusters selected in the measurement point set Gm is set as the estimated longest stay point LPe.

次に、ステップS5において記憶部21に記憶された計測点集合を用いて、計測点集合の近似直線を作成する(直線近似工程:ステップS5)。直線近似部22bは、記憶部21に記憶された歩行者6の位置計測結果の計測点集合を用いて、単眼カメラ5の位置パラメータst(ベクトル表記)と、姿勢パラメータet、atを較正するための近似直線を作成する。 Next, in step S5, an approximate straight line of the set of measurement points is created using the set of measurement points stored in memory unit 21 (straight line approximation step: step S5). Line approximation unit 22b creates an approximate straight line for calibrating the position parameter s t (vector notation) and the attitude parameters e t and a t of monocular camera 5 using the set of measurement points of the position measurement results of pedestrian 6 stored in memory unit 21.

直線近似工程では、直線近似部22bは、最初に、主成分分析法とRANSAC法とを組み合わせた方法を用いて、近似直線候補を作成する。本実施形態では、直線近似部22bは、近似直線が必ず推定最長滞在点を通過するように、複数の計測点の座標値の平均を用いる通常の主成分分析の代わりに、推定最長滞在点の座標値を用いて主成分分析を行い、近似直線候補を作成する。具体的には、複数の計測点のそれぞれの座標値行列を行列Pとし、推定最長滞在点の座標値を座標値p0t(ベクトル表記)とし、計測点の数をnとする場合、以下の式(1)を固有値分解して、最大固有値と最大固有値に対応する第1固有ベクトルfev(ベクトル表記)を求める。なお、式(1)に含まれるTは、転置演算子である。
In the straight line approximation step, the straight line approximation unit 22b first generates an approximated line candidate using a method that combines principal component analysis and the RANSAC method. In this embodiment, instead of the usual principal component analysis that uses the average of coordinate values of multiple measurement points, the straight line approximation unit 22b performs principal component analysis using the coordinate values of the estimated longest stay point to generate an approximated line candidate. Specifically, assuming that the coordinate value matrix of each of the multiple measurement points is matrix P, the coordinate value of the estimated longest stay point is coordinate value p0 t (vector notation), and the number of measurement points is n, the following formula (1) is subjected to eigenvalue decomposition to obtain the maximum eigenvalue and the first eigenvector fev (vector notation) corresponding to the maximum eigenvalue. Note that T in formula (1) is a transpose operator.

直線近似工程では、直線近似部22bは、上述の主成分分析によって求めた最大固有値と第1固有ベクトルfev(ベクトル表記)との組み合わせについて、最大固有値の平方根の大きさに基づいて、採用するか否かを判定する。直線近似部22bは、最大固有値の平方根が、基準直線のうちの位置計測可能な範囲に含まれる線分長に基づいて設定する閾値以上である場合、作成した近似直線候補を採用し、閾値未満である場合、作成した近似直線候補を棄却する。具体的には、基準直線のうちの位置計測可能な範囲に含まれる線分長を線分長4mとし、閾値を、検出漏れを考慮した計測可能な範囲3.6mの半分の1.8mとした場合、1.8m以上である場合には作成した近似直線候補を採用し、1.8m未満である場合には作成した近似直線候補を棄却する。直線近似部22bは、棄却されなかった回数が事前に設定した回数となるまで、上述の主成分分析による最大固有値と第1固有ベクトルfev(ベクトル表記)との組み合わせの算出と、最大固有値の平方根の大きさに基づく判定を繰り返し行う。直線近似部22bは、棄却されなかった回数が事前に設定した回数に達すると、棄却されなかった最大固有値と第1固有ベクトルfev(ベクトル表記)との組み合わせのうち、近似誤差が最小となる直線を近似直線に選択する。直線近似部22bは、選択された近似直線の最大固有値と第1固有ベクトルfev(ベクトル表記)と、を記憶部21に記憶させる。 In the linear approximation process, the linear approximation unit 22b determines whether to adopt a combination of the maximum eigenvalue and the first eigenvector fev (vector representation) calculated by the principal component analysis described above, based on the square root of the maximum eigenvalue. The linear approximation unit 22b adopts the created approximated line candidate if the square root of the maximum eigenvalue is equal to or greater than a threshold set based on the length of the line segment included in the position-measurable range of the reference line, and rejects the created approximated line candidate if the square root is less than the threshold. Specifically, assuming that the length of the line segment included in the position-measurable range of the reference line is 4 m and the threshold is 1.8 m, half the measurable range of 3.6 m that takes detection omissions into account, the created approximated line candidate is adopted if the length is 1.8 m or greater, and is rejected if the length is less than 1.8 m. The linear approximation unit 22b repeatedly calculates combinations of the maximum eigenvalue and the first eigenvector fev (vector representation) calculated by the principal component analysis described above and makes decisions based on the square root of the maximum eigenvalue until the number of times that the combination has not been rejected reaches a predetermined number. When the number of times that rejection has reached a preset number, the straight line approximation unit 22b selects, as an approximate straight line, a straight line that has the smallest approximation error from among the combinations of the maximum eigenvalue that was not rejected and the first eigenvector fev (vector notation). The straight line approximation unit 22b stores the maximum eigenvalue and first eigenvector fev (vector notation) of the selected approximate straight line in the memory unit 21.

図2に戻り、ステップS5の次に、ステップS1において設定された基準直線と、ステップS5において選定された近似直線とを用いて、単眼カメラ5の位置パラメータおよび姿勢パラメータを較正する(パラメータ較正工程:ステップS6)。本実施形態では、パラメータ較正部22cは、姿勢パラメータa、eを較正してから、位置パラメータsを較正する。 Returning to FIG. 2, after step S5, the position parameters and attitude parameters of the monocular camera 5 are calibrated using the reference line set in step S1 and the approximate line selected in step S5 (parameter calibration process: step S6). In this embodiment, the parameter calibration unit 22c calibrates the attitude parameters a and e, and then calibrates the position parameter s.

図5は、パラメータ較正工程を説明する第1の図である。ここで、パラメータ較正工程での位置姿勢パラメータの較正方法について、説明する。図5(a)は、3次元空間中のxy平面を示しており、複数の計測点Mのそれぞれをxy平面に投影した投影点Mxyと、近似直線Laをxy平面に投影した投影近似直線Laxyを示している。また、図5(a)には、xy平面における単眼カメラ5の暫定的な位置パラメータst(ベクトル表記)と、暫定的な姿勢を表す方位角atが示されている。ここでは、暫定的な方位角を、例えば、方位角at=15度と仮定する。図5(b)は、3次元空間中のxz平面を示しており、複数の計測点Mのそれぞれをxz平面に投影した投影点Mxzと、近似直線Laをxz平面に投影した投影近似直線Laxzを示している。また、図5(b)には、xz平面における単眼カメラ5の暫定的な位置パラメータst(ベクトル表記)と、暫定的な姿勢を表す仰角etが示されている。ここでは、暫定的な仰角を、例えば、仰角et=0度と仮定する。 FIG. 5 is a first diagram illustrating the parameter calibration process. Here, a method for calibrating the position and orientation parameters in the parameter calibration process will be described. FIG. 5( a) shows an xy plane in a three-dimensional space, and shows projection points Mxy obtained by projecting each of the multiple measurement points M onto the xy plane, and a projected approximate line Laxy obtained by projecting the approximate line La onto the xy plane. FIG. 5( a) also shows a provisional position parameter s t (vector notation) of the monocular camera 5 on the xy plane, and an azimuth angle at representing the provisional attitude. Here, the provisional azimuth angle is assumed to be, for example, azimuth angle at = 15 degrees. FIG. 5( b) shows an xz plane in a three-dimensional space, and shows projection points Mxz obtained by projecting each of the multiple measurement points M onto the xz plane, and a projected approximate line Laxz obtained by projecting the approximate line La onto the xz plane. 5B also shows a provisional position parameter s t (vector notation) of the monocular camera 5 on the xz plane and an elevation angle e t representing a provisional attitude. Here, the provisional elevation angle is assumed to be, for example, e t = 0 degrees.

基準直線Lsは、ステップS1において、x軸に設定されている(図5参照)。このとき、複数の計測点Mのそれぞれは、単眼カメラ5を中心とした座標系(単眼カメラ5が三次元空間の原点にあって、単眼カメラ5の正面の軸をx軸とする座標系であって、x軸は、単眼カメラ5の光軸となる。)における点を、最初に、仰角et、次に、方位角atで回転してから、単眼カメラ5の位置が座標値st(ベクトル表記)となるように並進して、求められているとする。 The reference line Ls is set on the x-axis in step S1 (see FIG. 5). At this time, each of the multiple measurement points M is determined by first rotating a point in a coordinate system centered on the monocular camera 5 (the monocular camera 5 is at the origin of the three-dimensional space, and the front axis of the monocular camera 5 is the x-axis, which is the optical axis of the monocular camera 5) by an elevation angle e t and then an azimuth angle a t , and then translating the point so that the position of the monocular camera 5 has a coordinate value s t (vector notation).

また、ステップS5において、推定最長滞在点の座標値p0t(ベクトル表記)と、近似直線Laの第1固有ベクトルfev(ベクトル表記)は、記憶部21に記憶されている。パラメータ較正部22cは、これらの情報と、図5(a)、(b)のそれぞれに示す2つの座標値p0t(ベクトル表記)と、座標値p1t(ベクトル表記)とを用いて、較正後の仰角ecおよび方位角acを導出する。ここで、座標値p1tは、座標値p0t(ベクトル表記)と近似直線Laの第1固有ベクトルfev(ベクトル表記)を用いて、次の式(2)で表される。
ここで、単眼カメラ5を中心とした座標系において、仰角eに応じて、原点を中心に計測点を回転させる回転行列を求める関数E(e)、および、方位角aに応じて、原点を中心に計測点を回転させる回転行列を求める関数A(a)を導入する。仰角eは、y軸(南から北への軸)を中心として、x軸を南から見て反時計回りに回転させるため、式(3)のように定義される。
Furthermore, in step S5, the coordinate value p0 t (vector notation) of the estimated longest stay point and the first eigenvector fev (vector notation) of the approximation line La are stored in the storage unit 21. The parameter calibration unit 22c derives the elevation angle e c and azimuth angle a c after calibration using this information and the two coordinate values p0 t (vector notation) and p1 t (vector notation) shown in Figures 5(a ) and 5(b ) , respectively. Here, the coordinate value p1 t is expressed by the following equation (2) using the coordinate value p0 t (vector notation) and the first eigenvector fev (vector notation) of the approximation line La.
Here, in a coordinate system centered on the monocular camera 5, a function E(e) is introduced to find a rotation matrix for rotating the measurement point around the origin according to the elevation angle e, and a function A(a) is introduced to find a rotation matrix for rotating the measurement point around the origin according to the azimuth angle a. The elevation angle e is defined as shown in equation (3) because the x-axis is rotated counterclockwise as viewed from the south around the y-axis (axis from south to north).

方位角aは、z軸(下から上への軸)を中心として、x軸を上から見て反時計回りに回転させるため、式(4)のように定義される。
The azimuth angle a is defined as in equation (4) by rotating the x-axis counterclockwise as viewed from above around the z-axis (axis from bottom to top).

導出したい較正後の仰角ecおよび方位角acは、暫定的な位置姿勢パラメータの影響を打ち消したうえで、あらためて、仰角および方位角で回転したときに、投影近似直線Laxy、Laxzが、基準直線Lsであるx軸と平行になる仰角と方位角である。このとき、座標値p0t(ベクトル表記)の姿勢パラメータのみを較正した較正後の座標値p0p(ベクトル表記)と、座標値p1t(ベクトル表記)の姿勢パラメータのみを較正した較正後の座標値p1p(ベクトル表記)との差が、y成分およびz成分について、同時に0となる。較正後の座標値p0p(ベクトル表記)は、式(5)で表され、較正後の座標値p1p(ベクトル表記)は、式(6)で表される。
The post-calibration elevation angle e c and azimuth angle a c to be derived are the elevation angle and azimuth angle at which the projected approximate lines Laxy and Laxz become parallel to the x-axis, which is the reference line Ls, when the influence of the provisional position and attitude parameters is canceled out and the plane is rotated again by the elevation angle and azimuth angle. In this case, the difference between the post-calibration coordinate value p0 p (vector notation) obtained by calibrating only the attitude parameters of the coordinate value p0 t (vector notation) and the post-calibration coordinate value p1 p (vector notation) obtained by calibrating only the attitude parameters of the coordinate value p1 t (vector notation) becomes zero for both the y and z components. The post-calibration coordinate value p0 p (vector notation) is expressed by equation (5), and the post-calibration coordinate value p1 p (vector notation) is expressed by equation (6).

較正後の仰角ecおよび方位角acを導出するには、以下に示す式(7)および式(8)からなる連立方程式を仰角差Δe、および、方位角acについて解く。式(7)は、y成分に関する式であり、式(8)がz成分に関する式である。仰角差Δeは(ec-et)であり、仰角etは、暫定仰角として既知の値であるため、仰角差Δeが求まれば仰角etを求めることができる。
To derive the elevation angle e c and azimuth angle a c after calibration, the simultaneous equations consisting of the following equations (7) and (8) are solved for the elevation angle difference Δe and the azimuth angle a c . Equation (7) is an equation for the y component, and equation (8) is an equation for the z component. The elevation angle difference Δe is (e c - e t ), and since the elevation angle e t is a known value as the provisional elevation angle, the elevation angle e t can be found once the elevation angle difference Δe is found.

式(7)および式(8)からなる連立方程式を解くと、式(9)および式(10)に示すように、方位角ac、および、仰角差Δeの式が導出される。これらの式を用いて、較正後の方位角acおよび仰角ecを算出する。
By solving the simultaneous equations consisting of equations (7) and (8), the azimuth angle a c and the elevation angle difference Δe are derived as shown in equations (9) and (10). Using these equations, the azimuth angle a c and the elevation angle e c after calibration are calculated.

図6は、パラメータ較正工程を説明する第2の図である。図6(a)、(b)に示す図は、図5(a)(b)のそれぞれに対応する図であって、式(9)および式(10)を用いて算出された較正後の方位角acおよび仰角ecを用いて、投影近似直線Laxy、Lxxzを修正したものである。図6に示すように、投影近似直線Laxy、Laxzのそれぞれが、基準直線Lsに平行となっている。具体的な数値で示すと、方位角aは、15度から6.1度となるように較正され、仰角eは、0度からマイナス3度に較正されている。 FIG. 6 is a second diagram illustrating the parameter calibration process. The diagrams shown in FIGS. 6(a) and 6(b) correspond to FIGS. 5(a) and 5(b), respectively, and show the projected approximate lines Laxy and Lxxz corrected using the calibrated azimuth angle a c and elevation angle e c calculated using equations (9) and (10). As shown in FIG. 6, each of the projected approximate lines Laxy and Laxz is parallel to the reference line Ls. Specifically, the azimuth angle a is calibrated to be between 15 degrees and 6.1 degrees, and the elevation angle e is calibrated to be between 0 degrees and minus 3 degrees.

図7は、パラメータ較正工程を説明する第3の図である。次に、パラメータ較正部22cは、位置パラメータを較正する。位置パラメータの較正では、姿勢パラメータのみが較正された較正後の座標値p0pのy成分と、z成分とがそれぞれ0になるように、単眼カメラ5を並進させる。例えば、方位角aのみが較正された図5(a)については、投影近似直線Laxyをy軸のマイナスの方向に移動させて、基準直線Lsと一致させる(図5(a)参照)。また、仰角eのみが構成された図6(b)については、投影近似直線Laxzをz軸のプラスの方向に移動させて、基準直線Lsと一致させる(図7(a)参照)。これにより、近似直線Laは、基準直線Lsであるx軸と一致する。すなわち、並進後の単眼カメラ5の位置scは、式(11)で示すことができる。
FIG. 7 is a third diagram illustrating the parameter calibration process. Next, the parameter calibration unit 22c calibrates the position parameters. In calibrating the position parameters, the monocular camera 5 is translated so that the y-component and z-component of the coordinate value p0 p after calibration, in which only the attitude parameters have been calibrated, are each zero. For example, for FIG. 5(a) in which only the azimuth angle a has been calibrated, the projected approximate line Laxy is moved in the negative direction of the y-axis to coincide with the reference line Ls (see FIG. 5(a)). For FIG. 6(b) in which only the elevation angle e has been configured, the projected approximate line Laxz is moved in the positive direction of the z-axis to coincide with the reference line Ls (see FIG. 7(a)). As a result, the approximate line La coincides with the x-axis, which is the reference line Ls. That is, the position s c of the monocular camera 5 after translation can be expressed by equation (11).

図8は、本実施形態のセンサ較正方法における基準直線と近似直線との重ね方を説明する図である。ここで、上述のセンサ較正方法における位置姿勢パラメータの較正について、基準直線Lsと、代表基準点Ps0と、推定最長滞在点LPeと、近似直線La0との位置関係を用いて説明する。本実施形態のセンサ較正方法では、最初に、直線近似部22bは、推定最長滞在点LPeを通る近似直線La0を作成する。次に、パラメータ較正部22cは、姿勢パラメータet、atを較正することで近似直線La0を回転し(図8に示す矢印R1)、基準直線Lsに平行な仮想直線La1を作成する。次に、パラメータ較正部22cは、仮想直線La1と基準直線Lsとが近づくように、仮想直線La1を並進させて、仮想直線La2を作成する(図8に示す矢印T1)。最後に、パラメータ較正部22cは、仮想直線La2上の推定最長滞在点LPeと代表基準点Ps0とが近づくように、仮想直線La2を並進させる(図8に示す矢印T2)。このように、パラメータ較正部22cは、近似直線La0が基準直線Lsに平行となるように近似直線La0を回転させ、かつ、推定最長滞在点LPeが代表基準点Ps0に近づくように近似直線La0を並進させることで、姿勢パラメータと位置パラメータとを較正する。なお、ここでの「近づける」は、代表基準点Ps0に推定最長滞在点LPeを近づけることで、推定最長滞在点LPeと代表基準点Ps0とを重ねる意味も含まれる。 FIG. 8 is a diagram illustrating how the reference line and the approximate line are superimposed in the sensor calibration method of this embodiment. Here, the calibration of the position and orientation parameters in the above-described sensor calibration method will be described using the positional relationships among the reference line Ls, the representative reference point Ps0, the estimated longest stay point LPe, and the approximate line La0. In the sensor calibration method of this embodiment, the line approximation unit 22b first creates the approximate line La0 that passes through the estimated longest stay point LPe. Next, the parameter calibration unit 22c rotates the approximate line La0 (arrow R1 in FIG. 8 ) by calibrating the orientation parameters e t and a t , thereby creating a virtual line La1 that is parallel to the reference line Ls. Next, the parameter calibration unit 22c translates the virtual line La1 so that the virtual line La1 approaches the reference line Ls, thereby creating a virtual line La2 (arrow T1 in FIG. 8 ). Finally, the parameter calibration unit 22c translates the virtual line La2 so that the estimated longest stay point LPe on the virtual line La2 approaches the representative reference point Ps0 (arrow T2 in FIG. 8 ). In this way, the parameter calibration unit 22c calibrates the attitude parameters and the position parameters by rotating the approximate line La0 so that the approximate line La0 is parallel to the reference line Ls and translating the approximate line La0 so that the estimated longest stay point LPe approaches the representative reference point Ps0. Note that the term "approaching" here also includes the meaning of bringing the estimated longest stay point LPe closer to the representative reference point Ps0, thereby overlapping the estimated longest stay point LPe with the representative reference point Ps0.

パラメータ較正部22cは、上述したように、ステップS6において、姿勢パラメータを較正してから、位置パラメータを較正する。パラメータ較正部22cは、較正した位置姿勢パラメータを、計測器10に向けて出力する。計測器10では、入力された較正後の位置姿勢パラメータを用いて、これ以降の物体の位置測定を行う。 As described above, in step S6, the parameter calibration unit 22c calibrates the orientation parameters and then the position parameters. The parameter calibration unit 22c outputs the calibrated position and orientation parameters to the measuring instrument 10. The measuring instrument 10 uses the input, calibrated position and orientation parameters to perform subsequent object position measurements.

ここで、本実施形態のセンサ較正装置1の効果について、特に、直線近似部において作成される近似直線の精度に関して、複数の比較例との比較によって説明する。第1の比較例は、主成分分析法を用いた近似直線の作成例であり、第2の比較例は、主成分分析法とRANSAC法とを組み合わせた方法を用いた近似直線の作成例である。 Here, the effects of the sensor calibration device 1 of this embodiment, particularly with regard to the accuracy of the approximated line created by the linear approximation unit, will be explained by comparing it with several comparative examples. The first comparative example is an example of creating an approximated line using principal component analysis, and the second comparative example is an example of creating an approximated line using a method that combines principal component analysis and the RANSAC method.

図9は、第1の比較例での近似直線の作成方法を説明する図である。図9に示す丸印は、複数の計測点Mのそれぞれを示している。主成分分析法では、全ての計測点Mを用いて近似直線L01を作成する。このため、近似直線L01は、例えば、楕円R10内の計測点Mxのような外れ値の影響を受けため、傾きが大きくなりやすく、基準直線Lsから乖離しやすい。 Figure 9 is a diagram illustrating a method for creating an approximate line in the first comparative example. The circles in Figure 9 represent multiple measurement points M. In principal component analysis, an approximate line L01 is created using all measurement points M. For this reason, the approximate line L01 is subject to the influence of outliers, such as measurement point Mx within ellipse R10, and is therefore prone to having a large slope and deviating from the reference line Ls.

図10は、第2の比較例での近似直線の作成方法を説明する第1の図である。第2の比較例では、最初に、第1ステップとして、全ての計測点Mのうちの一部をランダムに選択する。例えば、図10に示すように、複数の太線丸印M2を選択する。この選択した計測点M2に対して、主成分分析を用いて暫定の近似直線L02を求める。次に、第2ステップとして、選択されなかった計測点Mのうち、暫定の近似直線L02との距離が閾値を超える点を外れ値とみなして、外れ値以外の点で近似直線と近似誤差を求める。 Figure 10 is the first diagram illustrating a method for creating an approximate line in the second comparative example. In the second comparative example, first, in the first step, a portion of all measurement points M are randomly selected. For example, as shown in Figure 10, multiple thick circles M2 are selected. A provisional approximate line L02 is obtained for these selected measurement points M2 using principal component analysis. Next, in the second step, of the measurement points M that were not selected, points whose distance from the provisional approximate line L02 exceeds a threshold are considered outliers, and the approximate line and approximation error are obtained for points other than the outliers.

図11は、第2の比較例での近似直線の作成方法を説明する第2の図である。第2の比較例では、第3のステップとして、第1のステップと第2のステップとを反復して、近似誤差が最小となる場合の直線を近似直線L12とする。図11に示すプロット点「×」は、第2ステップにおいて外れ値とみなした計測点Mである。近似直線L12は、第1の比較例よりも傾きが大きくなり、基準直線Lsからの乖離も大きくなっている。 Figure 11 is a second diagram illustrating a method for creating an approximate line in the second comparative example. In the second comparative example, the first and second steps are repeated as a third step, and the line resulting in the smallest approximation error is taken as approximate line L12. The plotted point "x" in Figure 11 is the measurement point M that was deemed an outlier in the second step. The approximate line L12 has a greater slope than the first comparative example, and also deviates more from the reference line Ls.

図12は、第1実施形態での近似直線の作成方法を説明する図である。図14は、第1の比較例および第2の比較例で用いた計測点集合と同じ計測点集合を用いて、上述した近似直線の作成方法によって作成した近似直線L03を示している。図12に示すように、本実施形態によって作成した近似直線L03は、第1の比較例の近似直線L01に比べ傾きが小さく、基準直線Lsに近い妥当な結果が得られることが明らかとなった。なお、図9と、図11と、図13とのそれぞれにおいて、符号L01、L12、L03で示す実線は、それぞれの方法によって求められた近似直線の一部を表す線分であり、線分の長さは、各計測点Mを近似直線に正射影した点から求めた標準偏差に比例する。 Figure 12 is a diagram illustrating the method for creating an approximate line in the first embodiment. Figure 14 shows an approximate line L03 created by the above-described method for creating an approximate line using the same set of measurement points as those used in the first and second comparative examples. As shown in Figure 12, it is clear that the approximate line L03 created by this embodiment has a smaller slope than the approximate line L01 of the first comparative example, and produces reasonable results that are closer to the reference line Ls. Note that in Figures 9, 11, and 13, the solid lines indicated by the symbols L01, L12, and L03 are line segments representing portions of the approximate lines obtained by the respective methods, and the lengths of the line segments are proportional to the standard deviation obtained from the orthogonal projection of each measurement point M onto the approximate line.

以上説明した、本実施形態のセンサ較正装置1によれば、基準直線Lsと基準直線Ls上に設定される代表基準点Ps0とのそれぞれに対して、基準直線Ls上を移動した歩行者6の各時刻における位置計測結果から、近似直線Laを作成し、推定最長滞在点LPeを算出する。パラメータ較正部22cは、基準直線Lsに近づくように近似直線Laを回転させることで、単眼カメラ5の姿勢パラメータa、eを較正することができる。また、推定最長滞在点LPeは、歩行者6の各時刻における位置計測結果を組み合わせた計測点集合Gmにおける計測点Mの密度分布に基づいて算出されており、代表基準点Ps0を目印にして移動する歩行者6の滞在の中心となっている。これにより、パラメータ較正部22cは、算出される推定最長滞在点LPeが代表基準点Ps0に近づくように近似直線Laを並進させることで、位置パラメータst(ベクトル表記)を較正することができる。これにより、単眼カメラ5の検出範囲内で、代表基準点Ps0を滞在の中心として、歩行者6が基準直線Ls上を移動することで、単眼カメラ5の位置姿勢パラメータを較正することができる。したがって、位置計測部11による歩行者6の位置計測結果が少なくても単眼カメラ5の位置姿勢パラメータを較正することができるため、短時間で位置姿勢パラメータを較正することができる。 According to the sensor calibration device 1 of the present embodiment described above, an approximate line La is created from the position measurement results at each time of a pedestrian 6 moving on the reference line Ls, with respect to each of the reference line Ls and the representative reference point Ps0 set on the reference line Ls, and an estimated longest stay point LPe is calculated. The parameter calibration unit 22c can calibrate the attitude parameters a and e of the monocular camera 5 by rotating the approximate line La so that it approaches the reference line Ls. Furthermore, the estimated longest stay point LPe is calculated based on the density distribution of the measurement points M in the measurement point set Gm, which combines the position measurement results of the pedestrian 6 at each time, and is the center of stay of the pedestrian 6 moving using the representative reference point Ps0 as a landmark. As a result, the parameter calibration unit 22c can calibrate the position parameter st (vector notation) by translating the approximate line La so that the calculated estimated longest stay point LPe approaches the representative reference point Ps0. This makes it possible to calibrate the position and orientation parameters of the monocular camera 5 by having the pedestrian 6 move on the reference line Ls with the representative reference point Ps0 as the center of movement within the detection range of the monocular camera 5. Therefore, even if there are only a few position measurement results of the pedestrian 6 by the position measurement unit 11, the position and orientation parameters of the monocular camera 5 can be calibrated, and therefore the position and orientation parameters can be calibrated in a short time.

また、本実施形態のセンサ較正装置1によれば、基準設定部12は、基準直線Ls上に複数の基準点を設定するとき、歩行者6が最も滞在する代表基準点Ps0を標識の場所81に設定する。滞在点算出部22aは、計測点集合Gmにおける計測点の密度分布に基づいて複数の推定滞在点Peを算出するとき、計測点の密度分布が最も高い推定滞在点Peを推定最長滞在点LPeに設定する。これにより、複数の基準点が設定できる場合でも、標識の場所81と推定最長滞在点LPeとを設定することで、標識の場所81と推定最長滞在点LPeとが近づくように近似直線Laを並進させて、単眼カメラ5の位置パラメータを較正することができる。 Furthermore, according to the sensor calibration device 1 of this embodiment, when setting multiple reference points on the reference line Ls, the reference setting unit 12 sets the representative reference point Ps0 where the pedestrian 6 stays the most as the sign location 81. When calculating multiple estimated stay points Pe based on the density distribution of measurement points in the measurement point set Gm, the stay point calculation unit 22a sets the estimated stay point Pe with the highest density distribution of measurement points as the estimated longest stay point LPe. As a result, even when multiple reference points can be set, by setting the sign location 81 and the estimated longest stay point LPe, the approximate line La can be translated so that the sign location 81 and the estimated longest stay point LPe approach each other, thereby calibrating the position parameters of the monocular camera 5.

また、本実施形態のセンサ較正装置1によれば、近似直線Laは、推定最長滞在点LPeに対して行われる主成分分析によって作成される。これにより、近似直線Laは、推定最長滞在点LPeを通るため、近似直線Laを並進させることで標識の場所81と推定最長滞在点LPeとを重ねることができ、かつ、近似直線Laを回転させることで近似直線Laを基準直線Lsに重ねることができる。したがって、単眼カメラ5の位置姿勢パラメータを確実に較正することができる。 Furthermore, according to the sensor calibration device 1 of this embodiment, the approximate line La is created by principal component analysis performed on the estimated longest stay point LPe. As a result, the approximate line La passes through the estimated longest stay point LPe, so by translating the approximate line La, the sign location 81 and the estimated longest stay point LPe can be superimposed, and by rotating the approximate line La, the approximate line La can be superimposed on the reference line Ls. Therefore, the position and orientation parameters of the monocular camera 5 can be reliably calibrated.

また、本実施形態のセンサ較正方法によれば、センサ較正方法では、基準直線Lsに対して、基準直線Ls上を移動した歩行者6の各時刻における位置計測結果から、近似直線Laを作成する。センサ較正方法では、代表基準点Ps0に対して、歩行者6の各時刻における位置計測結果を組み合わせた計測点集合Gmにおける計測点の密度分布に基づく推定滞在点Peを算出する。これにより、単眼カメラ5の検出範囲内で、代表基準点Ps0を滞在の中心として、歩行者6が基準直線Ls上を移動するだけで、単眼カメラ5の位置姿勢パラメータを較正することができるため、短時間で位置姿勢パラメータを較正することができる。 Furthermore, according to the sensor calibration method of this embodiment, an approximate line La is created from the position measurement results at each time of the pedestrian 6 moving on the reference line Ls relative to the reference line Ls. The sensor calibration method calculates an estimated stay point Pe based on the density distribution of measurement points in the measurement point set Gm, which combines the position measurement results of the pedestrian 6 at each time relative to the representative reference point Ps0. As a result, the position and orientation parameters of the monocular camera 5 can be calibrated simply by the pedestrian 6 moving on the reference line Ls within the detection range of the monocular camera 5, with the representative reference point Ps0 as the center of stay, thereby enabling the position and orientation parameters to be calibrated in a short time.

<第2実施形態>
図13は、第2実施形態のセンサ較正方法を説明する図である。第2実施形態のセンサ較正装置によるセンサ較正方法は、第1実施形態のセンサ較正方法(図1)と比較すると、滞在点算出工程で選択される複数の推定滞在点を用いて、センサの位置姿勢パラメータを較正する点が異なる。
Second Embodiment
13 is a diagram illustrating a sensor calibration method according to the second embodiment. The sensor calibration method according to the sensor calibration device of the second embodiment differs from the sensor calibration method according to the first embodiment ( FIG. 1 ) in that the position and orientation parameters of the sensor are calibrated using a plurality of estimated stay points selected in the stay point calculation step.

第2実施形態のセンサ較正装置によるセンサ較正方法では、図13に示すように、基準設定工程において、基準直線Ls上に、複数の基準点Ps1,Ps2,Ps3,Ps4を設定する。複数の基準点Ps1,Ps2,Ps3,Ps4は、第1実施形態と同様に、視覚障害者誘導用ブロックの列7に沿って移動する歩行者6にとって目印となるものが望ましく、視覚障害者誘導用ブロックの列7に含まれる警告ブロックや、道路上のマンホールなどであってもよい。位置計測工程では、視覚障害者誘導用ブロックの列7上を移動する歩行者6は、複数の基準点Ps1,Ps2,Ps3,Ps4のそれぞれにおいて、滞在時間が他の位置での滞在時間に比べ長くなるように移動する。 In the sensor calibration method using the sensor calibration device of the second embodiment, as shown in FIG. 13, in the reference setting step, multiple reference points Ps1, Ps2, Ps3, and Ps4 are set on the reference line Ls. As in the first embodiment, the multiple reference points Ps1, Ps2, Ps3, and Ps4 are preferably landmarks for pedestrians 6 moving along the row 7 of guiding blocks for the visually impaired, and may be warning blocks included in the row 7 of guiding blocks for the visually impaired, manholes on the road, etc. In the position measurement step, pedestrians 6 moving along the row 7 of guiding blocks for the visually impaired move so that their stay time at each of the multiple reference points Ps1, Ps2, Ps3, and Ps4 is longer than their stay time at other positions.

位置計測工程の次に、滞在点算出工程では、滞在点算出部22aは、記憶部21に記憶されている計測点集合を用いて、歩行者6が比較的長く滞在した位置を推定滞在点として算出する。本実施形態では、基準設定工程において設定された基準点の数と同じ数のクラスタを、階層的クラスタリング最短距離法によって選択する。本実施形態では、各クラスタについて、クラスタの中央値を推定滞在点Pe1,Pe2,Pe3,Pe4とする。 In the stay point calculation process, which follows the position measurement process, the stay point calculation unit 22a uses the set of measurement points stored in the memory unit 21 to calculate positions where the pedestrian 6 stayed for a relatively long time as estimated stay points. In this embodiment, the same number of clusters as the number of reference points set in the reference setting process are selected using a hierarchical clustering shortest distance method. In this embodiment, for each cluster, the median value of the cluster is set as the estimated stay points Pe1, Pe2, Pe3, and Pe4.

パラメータ較正工程では、第1実施形態と同様に、姿勢パラメータを較正したのち、複数の基準点Ps1,Ps2,Ps3,Ps4のそれぞれに、推定滞在点Pe1,Pe2,Pe3,Pe4のそれぞれが近づくように、近似直線Lpを並進させて、位置パラメータを較正する。本実施形態では、位置パラメータの較正は、最小二乗法よりも外れ値に強い最小絶対値法を用いて行う。具体的には、基準点Ps1,Ps2,Ps3,Ps4のそれぞれに対応する推定滞在点Pe1,Pe2,Pe3,Pe4のそれぞれと、基準点Ps1,Ps2,Ps3,Ps4との間の距離の絶対値の総和が最小となるように、近似直線Lpを並進させる。 In the parameter calibration process, as in the first embodiment, the posture parameters are calibrated, and then the approximate line Lp is translated so that the estimated staying points Pe1, Pe2, Pe3, and Pe4 approach each of the multiple reference points Ps1, Ps2, Ps3, and Ps4, respectively, to calibrate the position parameters. In this embodiment, the position parameters are calibrated using the least absolute value method, which is more resistant to outliers than the least squares method. Specifically, the approximate line Lp is translated so that the sum of the absolute values of the distances between the estimated staying points Pe1, Pe2, Pe3, and Pe4 corresponding to each of the reference points Ps1, Ps2, Ps3, and Ps4 and the reference points Ps1, Ps2, Ps3, and Ps4 is minimized.

以上説明した、本実施形態のセンサ較正装置によれば、基準設定部12は、基準直線Ls上に複数の基準点Ps1,Ps2,Ps3,Ps4を設定する。滞在点算出部22aは、計測点集合Gmにおける計測点Mの密度分布に基づいて複数の推定滞在点Pe1,Pe2,Pe3,Pe4を算出する。パラメータ較正部22cは、複数の推定滞在点Pe1,Pe2,Pe3,Pe4のそれぞれが複数の基準点Ps1,Ps2,Ps3,Ps4のそれぞれに近くなるように、近似直線Laを並進させて、位置パラメータを較正する。これにより、1つの基準点に対して1つの推定滞在点を近づけて重ねるように近似直線を並進させる場合に比べ、単眼カメラ5の位置姿勢パラメータの較正精度を向上させることができる。 In the sensor calibration device of this embodiment described above, the reference setting unit 12 sets multiple reference points Ps1, Ps2, Ps3, and Ps4 on the reference line Ls. The stay point calculation unit 22a calculates multiple estimated stay points Pe1, Pe2, Pe3, and Pe4 based on the density distribution of measurement points M in the measurement point set Gm. The parameter calibration unit 22c calibrates the position parameters by translating the approximate line La so that each of the multiple estimated stay points Pe1, Pe2, Pe3, and Pe4 approaches each of the multiple reference points Ps1, Ps2, Ps3, and Ps4. This improves the calibration accuracy of the position and orientation parameters of the monocular camera 5 compared to translating the approximate line so that one estimated stay point approaches and overlaps with one reference point.

また、本実施形態のセンサ較正装置によれば、パラメータ較正部22cは、外れ値の影響を受けにくい最小絶対値法を用いて、位置パラメータを較正する。これにより、単眼カメラ5の位置パラメータの較正精度をさらに向上させることができる。 Furthermore, according to the sensor calibration device of this embodiment, the parameter calibration unit 22c calibrates the position parameters using the least absolute value method, which is less susceptible to the influence of outliers. This further improves the calibration accuracy of the position parameters of the monocular camera 5.

<第3実施形態>
図14は、第3実施形態のセンサ較正装置の概略構成を示す模式図である。第3実施形態のセンサ較正装置は、第1実施形態のセンサ較正装置(図1)と比較すると、2つの計測器を備えており、2つのセンサの位置姿勢パラメータを較正する点が異なる。
Third Embodiment
14 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a sensor calibration device according to the third embodiment. The sensor calibration device according to the third embodiment differs from the sensor calibration device according to the first embodiment (FIG. 1) in that it includes two measuring instruments and calibrates the position and orientation parameters of two sensors.

本実施形態のセンサ較正装置3は、2つの計測器10a,10bと、較正処理器30と、を備える。本実施形態の2つの計測器10a,10bのそれぞれは、単眼カメラ5a,5bのそれぞれに接続されている。2つの計測器10a,10bと較正処理器30とは、例えば、無線通信によって接続されている。較正処理器30は、2つの計測器10a,10bのそれぞれの計測内容や設定内容を受信するとともに、較正後の位置姿勢パラメータを、2つの計測器10a,10bのそれぞれに出力することができる。 The sensor calibration device 3 of this embodiment includes two measuring instruments 10a and 10b and a calibration processor 30. Each of the two measuring instruments 10a and 10b of this embodiment is connected to a monocular camera 5a and 5b, respectively. The two measuring instruments 10a and 10b are connected to the calibration processor 30, for example, via wireless communication. The calibration processor 30 receives the measurement and setting details of each of the two measuring instruments 10a and 10b, and can output calibrated position and orientation parameters to each of the two measuring instruments 10a and 10b.

計測器10aは、位置計測部11aと、基準設定部12aと、を備える。計測器10aは、単眼カメラ5aと電気的に接続されており、単眼カメラ5aによって撮像される画像が入力される。位置計測部11aは、歩行者6aの位置を計測する。基準設定部12aは、単眼カメラ5aによって撮像された画像上に、基準直線7aと基準直線7a上の基準点81aを設定する。計測器10bは、位置計測部11bと、基準設定部12bと、を備える。計測器10bは、単眼カメラ5bと電気的に接続されており、単眼カメラ5bによって撮像される画像が入力される。位置計測部11bは、歩行者6bの位置を計測する。基準設定部12bは、単眼カメラ5bによって撮像された画像上に、基準直線7bと基準直線7b上の基準点81bを設定する。 Measuring instrument 10a includes a position measurement unit 11a and a reference setting unit 12a. Measuring instrument 10a is electrically connected to monocular camera 5a and receives images captured by monocular camera 5a. The position measurement unit 11a measures the position of pedestrian 6a. The reference setting unit 12a sets a reference line 7a and a reference point 81a on reference line 7a on the image captured by monocular camera 5a. Measuring instrument 10b includes a position measurement unit 11b and a reference setting unit 12b. Measuring instrument 10b is electrically connected to monocular camera 5b and receives images captured by monocular camera 5b. The position measurement unit 11b measures the position of pedestrian 6b. The reference setting unit 12b sets a reference line 7b and a reference point 81b on reference line 7b on the image captured by monocular camera 5b.

図15は、2つの単眼カメラ5a、5bの位置関係を説明する図である。図15には、例として、市街地9の地図を示している。センサ較正装置3によって構成される2つの単眼カメラ5a,5bは、例えば、市街地9の1つのブロック9aにおいて、離れた場所に設置されている。本実施形態では、2つの単眼カメラ5a,5bのそれぞれに対応する2つの基準設定部12a,12bのそれぞれは、交差するように、基準直線7a,7bを設定する。ここで、基準直線7aと基準直線7bとの交点を交点7cとする(図15参照)。 Figure 15 is a diagram illustrating the positional relationship between two monocular cameras 5a and 5b. Figure 15 shows a map of an urban area 9 as an example. The two monocular cameras 5a and 5b configured with the sensor calibration device 3 are installed at separate locations, for example, in one block 9a of the urban area 9. In this embodiment, the two reference setting units 12a and 12b corresponding to the two monocular cameras 5a and 5b respectively set reference lines 7a and 7b so that they intersect. Here, the intersection of the reference lines 7a and 7b is referred to as intersection point 7c (see Figure 15).

較正処理器30は、記憶部31と、CPU32と、を備える。較正処理器30は、計測器10a,10bのそれぞれによる2人の歩行者6a,6bの位置計測結果と、暫定的な位置姿勢パラメータと、基準設定部12によって設定された基準直線7a,7bおよび基準点81a,81bとを用いて、単眼カメラ5a,5bの位置姿勢パラメータを較正する。 The calibration processor 30 includes a memory unit 31 and a CPU 32. The calibration processor 30 calibrates the position and orientation parameters of the monocular cameras 5a and 5b using the position measurement results of the two pedestrians 6a and 6b measured by the measuring devices 10a and 10b, respectively, the provisional position and orientation parameters, and the reference lines 7a and 7b and reference points 81a and 81b set by the reference setting unit 12.

記憶部31は、2つの位置計測部11a,11bのそれぞれが計測した、基準直線7a,7b上を移動した歩行者6a,6bのそれぞれの各時刻における位置計測結果を計測点集合として記憶する。また、記憶部31は、CPU32における各種演算結果を記憶し、これらの記憶した情報をCPU32に適宜出力する。 The memory unit 31 stores, as a set of measurement points, the position measurement results at each time of pedestrians 6a and 6b moving along the reference lines 7a and 7b, measured by the two position measurement units 11a and 11b, respectively. The memory unit 31 also stores various calculation results from the CPU 32 and outputs this stored information to the CPU 32 as appropriate.

CPU32は、滞在点算出部32aと、直線近似部32bと、パラメータ較正部32cとして機能し、2つの計測器10a,10bを含むセンサ較正装置3の各部を制御する。CPU32は、2つの位置計測部11a,11bが計測した歩行者6a,6bのそれぞれの位置計測結果から推定滞在点を算出するとともに近似直線を作成し、推定滞在点と基準点との関係、および、近似直線と基準直線との関係から、位置姿勢パラメータを較正する。 The CPU 32 functions as a stay point calculation unit 32a, a straight line approximation unit 32b, and a parameter calibration unit 32c, and controls each unit of the sensor calibration device 3, including the two measuring devices 10a and 10b. The CPU 32 calculates estimated stay points from the position measurement results of pedestrians 6a and 6b measured by the two position measurement units 11a and 11b, and creates approximate straight lines, and calibrates position and orientation parameters from the relationship between the estimated stay points and the reference point, and the relationship between the approximate straight line and the reference straight line.

滞在点算出部32aは、第1実施形態の滞在点算出部22aと同様の機能を有している。滞在点算出部32aは、2つの位置計測部11a,11bのそれぞれによる位置計測結果である2つの計測点集合を用いて、推定滞在点を算出する。 The stay point calculation unit 32a has the same function as the stay point calculation unit 22a in the first embodiment. The stay point calculation unit 32a calculates estimated stay points using two sets of measurement points that are the position measurement results from the two position measurement units 11a and 11b.

直線近似部32bは、候補作成部321bと、判定部322bと、選択部323bと、を備える。候補作成部321bは、2つの計測点集合のそれぞれについて、それぞれの基準点の座標値を用いて主成分分析を行い、近似直線候補を作成する。判定部322bは、候補作成部321bが作成した近似直線候補の組み合わせを採用するか否かを判定する。選択部323bは、判定部322bの判定によって採用された近似直線候補の組み合わせから、位置姿勢パラメータの較正に用いる近似直線の組み合わせを選択する。直線近似部32bの詳細な機能は、後述する。 The straight line approximation unit 32b includes a candidate creation unit 321b, a determination unit 322b, and a selection unit 323b. The candidate creation unit 321b performs principal component analysis using the coordinate values of the reference points of each of the two sets of measurement points to create approximate straight line candidates. The determination unit 322b determines whether to adopt the combination of approximate straight line candidates created by the candidate creation unit 321b. The selection unit 323b selects a combination of approximate straight lines to be used to calibrate the position and orientation parameters from the combination of approximate straight line candidates adopted by the determination unit 322b. The detailed functions of the straight line approximation unit 32b will be described later.

パラメータ較正部32cは、第1実施形態のパラメータ較正部22cと同様の機能を有している。パラメータ較正部32eは、選択部32dによって選択される近似直線と、基準直線と、暫定的な位置姿勢パラメータと、を用いて、位置姿勢パラメータを較正する。 The parameter calibration unit 32c has the same functions as the parameter calibration unit 22c in the first embodiment. The parameter calibration unit 32e calibrates the position and orientation parameters using the approximate line selected by the selection unit 32d, the reference line, and the provisional position and orientation parameters.

次に、本実施形態のセンサ較正方法について説明する。本実施形態のセンサ較正方法では、最初に、基準設定部12a,12bは、2つの単眼カメラ5a,5bのそれぞれについて、基準直線7a,7bと、基準直線7a上の基準点81aとして標識8aが固定されている場所81aと、基準直線7b上の基準点81bとして標識8bが固定されている場所81bを設定する。本実施形態では、基準直線7aと基準直線7bとは、図15に示すように、交差するように設定される。単眼カメラ5aの暫定的な位置姿勢パラメータは、基準直線7aをx軸とし、基準点81aを原点とする三次元空間内に設定される。単眼カメラ5bの暫定的な位置姿勢パラメータは、基準直線7bをx軸とし、基準点81bを原点とする三次元空間内に設定される。すなわち、基準直線7a,7bと基準点81a,81bは、異なる座標系で設定されている。 Next, the sensor calibration method of this embodiment will be described. In the sensor calibration method of this embodiment, the reference setting units 12a and 12b first set, for each of the two monocular cameras 5a and 5b, reference lines 7a and 7b, a location 81a on the reference line 7a where a marker 8a is fixed as a reference point 81a, and a location 81b on the reference line 7b where a marker 8b is fixed as a reference point 81b. In this embodiment, the reference lines 7a and 7b are set so that they intersect, as shown in FIG. 15. The provisional position and orientation parameters of the monocular camera 5a are set in a three-dimensional space with the reference line 7a as the x-axis and the reference point 81a as the origin. The provisional position and orientation parameters of the monocular camera 5b are set in a three-dimensional space with the reference line 7b as the x-axis and the reference point 81b as the origin. In other words, the reference lines 7a and 7b and the reference points 81a and 81b are set in different coordinate systems.

次に、位置計測部11a,11bは、基準直線7a,7b上を移動する歩行者6a,6bのそれぞれの位置を計測し、記憶部31は、歩行者6a,6bの各時刻における位置計測結果を計測点集合として記憶する。次に、滞在点算出部32aは、記憶部31に記憶された歩行者6a,6bのそれぞれの位置計測結果から、それぞれの推定滞在点を第1実施形態と同様の方法によって算出する。 Next, the position measurement units 11a and 11b measure the positions of the pedestrians 6a and 6b moving on the reference lines 7a and 7b, respectively, and the memory unit 31 stores the position measurement results of the pedestrians 6a and 6b at each time as a set of measurement points. The staying point calculation unit 32a then calculates the estimated staying points of the pedestrians 6a and 6b from the position measurement results stored in the memory unit 31 using a method similar to that used in the first embodiment.

次に、候補作成部321bは、2つの単眼カメラ5a,5bのそれぞれの計測点集合のそれぞれについて、第1実施形態と同様に、基準点の座標値に対する主成分分析法とRANSAC法とを組み合わせた方法を用いて、計測点集合の近似直線候補を作成する。本実施形態では、候補作成部321bは、第1実施形態の直線近似工程と同様に、棄却されなかった回数が事前に設定した回数に達するまで、近似直線候補を算出する。候補作成部321bは、2つの単眼カメラ5a,5bのそれぞれに作成される近似直線候補を組み合わせた、近似直線候補の組み合わせを作成する。 Next, the candidate creation unit 321b creates approximate line candidates for each of the measurement point sets for the two monocular cameras 5a and 5b using a method that combines principal component analysis and the RANSAC method for the coordinate values of the reference points, as in the first embodiment. In this embodiment, the candidate creation unit 321b calculates approximate line candidates until the number of times that they have not been rejected reaches a preset number, as in the line approximation process of the first embodiment. The candidate creation unit 321b creates a combination of approximate line candidates by combining the approximate line candidates created for each of the two monocular cameras 5a and 5b.

次に、判定部322bは、最初に、基準直線7a,7bと基準点81a,81bとを共通の座標系、例えば、国土地理院地図の座標系に変換し、2つの基準直線7a,7bから形成される基準折れ線9cを設定する(図15参照)。判定部322bは、基準折れ線9cを設定する際に、基準折れ線9cにおける2つの基準点81a,81bのそれぞれから基準直線7a,7bの交点7cまでの距離(以下、「計測距離」という)Dma,Dmbに関する情報を取得する(図15参照)。計測距離Dma,Dmbは、例えば、ローラ距離計を用いて実際に計測した距離であってもよいし、地図から算出される距離であってもよい。 Next, the determination unit 322b first converts the reference lines 7a, 7b and the reference points 81a, 81b into a common coordinate system, for example, the coordinate system of the Geospatial Information Authority of Japan map, and sets a reference broken line 9c formed from the two reference lines 7a, 7b (see FIG. 15). When setting the reference broken line 9c, the determination unit 322b acquires information on the distances Dma, Dmb (hereinafter referred to as "measured distances") from each of the two reference points 81a, 81b on the reference broken line 9c to the intersection 7c of the reference lines 7a, 7b (see FIG. 15). The measured distances Dma, Dmb may be distances actually measured using, for example, a roller distance meter, or may be distances calculated from a map.

次に、判定部322bは、候補作成部321bによって作成された2つの単眼カメラ5a,5bのそれぞれの近似直線候補を基準折れ線9cと共通の座標系に変換し、変換後の推定滞在点と2つの近似直線候補の交点までの距離(以下、「推定距離」という)をそれぞれ算出する。判定部322bは、計測距離と推定距離との差の絶対値と、距離計測や基準折れ線を設定する手順を考慮した誤差(以下、「交点棄却閾値」という)とを比較する。判定部322bは、誤差が交点棄却閾値以下の場合、2つの近似直線候補の組み合わせを採用し、誤差が交点棄却閾値より大きい場合、2つの近似直線候補の組み合わせを棄却する。 Next, the determination unit 322b converts the approximate line candidates for each of the two monocular cameras 5a and 5b created by the candidate creation unit 321b into a coordinate system common to the reference broken line 9c, and calculates the distance from the converted estimated stay point to the intersection of the two approximate line candidates (hereinafter referred to as the "estimated distance"). The determination unit 322b compares the absolute value of the difference between the measured distance and the estimated distance with an error (hereinafter referred to as the "intersection rejection threshold") that takes into account the procedures for distance measurement and setting the reference broken line. If the error is less than or equal to the intersection rejection threshold, the determination unit 322b adopts the combination of the two approximate line candidates, and if the error is greater than the intersection rejection threshold, it rejects the combination of the two approximate line candidates.

例えば、候補作成部321bにおいて、単眼カメラ5aにおける近似直線候補Lpa1(推定滞在点Pea1)と、単眼カメラ5bにおける近似直線候補Lpb1(推定滞在点Peb1)との組み合わせが作成されたとする。この近似直線候補の組み合わせ(Lpa1,Lpb1)において、近似直線候補Lpa1と近似直線候補Lpb1との交点から推定滞在点Pea1までの距離を推定距離Deaとし、近似直線候補Lpa1と近似直線候補Lpb1との交点から推定滞在点Peb1までの推定距離を推定距離Debとする。この場合、推定距離Deaと計測距離Dmaとの差と、推定距離Debと計測距離Dmbとの差のいずれもが、交点棄却閾値以下である場合、近似直線候補の組み合わせ(Lpa1,Lpb1)は採用される。一方、推定距離Deaが計測距離Dmaとほぼ一致したとしても、推定距離Debと計測距離Dmbとの差が交点棄却閾値より大きい場合、近似直線候補の組み合わせ(Lap1,Lpb1)は、棄却される。なお、交点棄却閾値は、2つの計測距離がほとんど同じなら一律でもよい。また、交点棄却閾値は、計測距離に対する比率として設定してもよい。判定部322bでは、このようにして、候補作成部321bによって作成される複数の近似直線候補の組み合わせについて、採用または棄却の判定を行う。 For example, suppose the candidate creation unit 321b creates a combination of approximate line candidate Lpa1 (estimated stay point Pea1) for monocular camera 5a and approximate line candidate Lpb1 (estimated stay point Peb1) for monocular camera 5b. For this combination of approximate line candidates (Lpa1, Lpb1), the estimated distance Dea is the distance from the intersection of approximate line candidate Lpa1 and approximate line candidate Lpb1 to estimated stay point Pea1, and the estimated distance Deb is the estimated distance from the intersection of approximate line candidate Lpa1 and approximate line candidate Lpb1 to estimated stay point Peb1. In this case, if both the difference between the estimated distance Dea and the measured distance Dma and the difference between the estimated distance Deb and the measured distance Dmb are less than or equal to the intersection rejection threshold, the combination of approximate line candidates (Lpa1, Lpb1) is adopted. On the other hand, even if the estimated distance Dea nearly matches the measured distance Dma, if the difference between the estimated distance Deb and the measured distance Dmb is greater than the intersection rejection threshold, the combination of approximate line candidates (Lap1, Lpb1) is rejected. Note that the intersection rejection threshold may be set to a uniform value if the two measured distances are nearly the same. The intersection rejection threshold may also be set as a ratio to the measured distance. In this way, the determination unit 322b determines whether to accept or reject the combination of multiple approximate line candidates created by the candidate creation unit 321b.

次に、選択部323bは、判定部322bの判定によって採用された近似直線候補の組み合わせから、1つの組み合わせを選択する。本実施形態では、選択部323bは、採用された近似直線候補の組み合わせのうち、2つの近似直線候補のそれぞれの近似誤差の集約値が最小となる組合せを選択する。近似直線候補の誤差の集約値としては、単純平均を用いてもよいし、計測点数による加重平均を用いてもよい。 Next, the selection unit 323b selects one combination from the combinations of approximate line candidates adopted by the determination unit 322b. In this embodiment, the selection unit 323b selects, from the adopted combinations of approximate line candidates, the combination that minimizes the aggregate value of the approximation errors of the two approximate line candidates. The aggregate value of the errors of the approximate line candidates may be a simple average or a weighted average based on the number of measurement points.

以上説明した、本実施形態のセンサ較正装置3によれば、直線近似部32bは、2つの単眼カメラ5a,5bのそれぞれについて設定されている2本の基準直線7a,7bから形成される基準折れ線9cを設定する。直線近似部32bは、2本の基準直線7a,7bのそれぞれについて、2本の基準直線7a,7bの交点7cから2本の基準直線7a,7b上のそれぞれの基準点81a,81bまでの計測距離を取得する。また、直線近似部32bは、推定滞在点と2つの近似直線候補の交点までの推定距離を取得し、基準点81a,81bの位置と、計測距離と、推定距離と、を用いて、単眼カメラ5a,5bの位置姿勢パラメータを較正する。これにより、基準直線7a,7bを基準点と交点との2つの点で決定することができるため、近似直線の精度を向上させることができる。したがって、センサの位置姿勢パラメータの較正精度を向上させることができる。 According to the sensor calibration device 3 of this embodiment described above, the linear approximation unit 32b sets a reference broken line 9c formed from two reference lines 7a, 7b set for each of the two monocular cameras 5a, 5b. For each of the two reference lines 7a, 7b, the linear approximation unit 32b acquires the measured distance from the intersection 7c of the two reference lines 7a, 7b to the respective reference points 81a, 81b on the two reference lines 7a, 7b. The linear approximation unit 32b also acquires the estimated distance from the estimated stay point to the intersection of the two approximate line candidates, and calibrates the position and orientation parameters of the monocular cameras 5a, 5b using the positions of the reference points 81a, 81b, the measured distance, and the estimated distance. This allows the reference lines 7a, 7b to be determined by two points: the reference point and the intersection, thereby improving the accuracy of the approximate line. This improves the calibration accuracy of the sensor's position and orientation parameters.

<本実施形態の変形例>
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
<Modification of this embodiment>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be embodied in various forms without departing from the spirit of the invention. For example, the following modifications are also possible.

[変形例1]
上述の実施形態では、直線近似工程において、主成分分析法とRANSAC法とを組み合わせた方法を用いて、近似直線候補を作成するとした。しかしながら、近似直線候補の作成方法は、これに限定されない。主成分分析法のみで作成してもよい。
[Modification 1]
In the above-described embodiment, the approximate line candidate is created using a method that combines the principal component analysis method and the RANSAC method in the line approximation process. However, the method for creating the approximate line candidate is not limited to this. The approximate line candidate may be created using only the principal component analysis method.

[変形例2]
第1実施形態では、パラメータ較正部22cは、姿勢パラメータa、eを較正してから、位置パラメータsを較正するとした。しかしながら、単眼カメラ5の位置姿勢パラメータを較正する順番はこれに限定されない。近似直線を並進させて推定最長滞在点LPeと基準点Psとが重ねることで位置パラメータsを較正してから、近似直線を回転させて近似直線Laと基準直線Lsとを重ねることで姿勢パラメータを較正してもよい。
[Modification 2]
In the first embodiment, the parameter calibration unit 22c calibrates the orientation parameters a and e and then the position parameter s. However, the order in which the position and orientation parameters of the monocular camera 5 are calibrated is not limited to this. The orientation parameter may be calibrated by translating the approximate line so that the estimated longest stay point LPe overlaps with the reference point Ps, thereby calibrating the position parameter s, and then by rotating the approximate line so that the approximate line La overlaps with the reference line Ls.

[変形例3]
第1実施形態および第2実施形態では、センサ較正装置1は、1台の単眼カメラ5を較正するとした。しかしながら、「センサ」は、単眼カメラ5でなくてもよく、上述したように、ステレオカメラ、レーダ、LiDAR(レーザレーダ)、ソナーなどであってもよい。2台の単眼カメラ5を構成する第3実施形態についても同様である。
[Modification 3]
In the first and second embodiments, the sensor calibration device 1 calibrates one monocular camera 5. However, the "sensor" does not have to be the monocular camera 5, and as described above, may be a stereo camera, radar, LiDAR (laser radar), sonar, etc. The same applies to the third embodiment in which two monocular cameras 5 are configured.

[変形例4]
第2実施形態では、パラメータ較正部は、外れ値の影響を受けにくい最小絶対値法を用いて、複数の基準点に対して複数の滞在推定点を近づけることで、位置パラメータを較正するとした。パラメータ較正部による位置パラメータの較正方法は、これに限定されない。例えば、最小二乗法を用いて行ってもよい。
[Modification 4]
In the second embodiment, the parameter calibration unit calibrates the location parameters by bringing a plurality of estimated stay points closer to a plurality of reference points using the least absolute value method, which is less susceptible to the influence of outliers. The method of calibrating the location parameters by the parameter calibration unit is not limited to this. For example, the least squares method may be used.

[変形例5]
第3実施形態では、選択部323bは、採用された近似直線候補の組み合わせのうち、2つの近似直線候補のそれぞれの近似誤差の集約値が最小となる組合せを選択するとした。しかしながら、選択部323bによる組み合わせの選択方法は、これに限定されない。例えば、計測点集合ごとに1つの近似直線候補を算出し、棄却されなければそれらの組み合わせを保持する。保持した組み合わせの数が事前に設定した回数に達したところで、近似誤差の集約値が最小となる組合せを選んでもよい。この方法では、棄却の条件によっては、近似直線の精度を向上させることができるため、近似直線候補の算出に必要な手間を少なくすることができる。
[Modification 5]
In the third embodiment, the selector 323b selects, from among the combinations of adopted approximate line candidates, the combination for which the aggregated value of the approximation errors of the two approximate line candidates is the smallest. However, the method for selecting combinations by the selector 323b is not limited to this. For example, one approximate line candidate is calculated for each set of measurement points, and those combinations are retained unless they are rejected. When the number of retained combinations reaches a predetermined number, the combination for which the aggregated value of the approximation errors is the smallest may be selected. This method can improve the accuracy of the approximate line depending on the rejection conditions, thereby reducing the effort required to calculate approximate line candidates.

[変形例6]
第1実施形態および第2実施形態では、センサ較正装置1は、計測器10と、較正処理器20とを備えるとし、2つの機器から構成されるとした。しかしながら、センサ較正装置は、計測器と較正処理器とが一体となっていてもよいし、第3実施形態のように、異なる場所に設置されていてもよい。
[Modification 6]
In the first and second embodiments, the sensor calibration device 1 is configured from two devices, namely, the measuring device 10 and the calibration processor 20. However, the sensor calibration device may be configured such that the measuring device and the calibration processor are integrated into one device, or may be installed in different locations as in the third embodiment.

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。 This aspect has been described above based on embodiments and variations, but the above-described embodiments are intended to facilitate understanding of this aspect and are not intended to limit this aspect. This aspect may be modified or improved without departing from its spirit or the scope of the claims, and equivalents are included in this aspect. Furthermore, if a technical feature is not described as essential in this specification, it may be deleted as appropriate.

1,3…センサ較正装置
5,5a,5b…単眼カメラ
6,6a,6b…歩行者
10,10a,10b…計測器
11,11a,11b…位置計測部
12,12a,12b…基準設定部
20,30…較正処理器
21,31…記憶部
22a,32a…滞在点算出部
22b,32b…直線近似部
22c,32c…パラメータ較正部
La…近似直線
Ls…基準直線
LPe…推定最長滞在点
Ps0…代表基準点
Ps1,Ps2,Ps3,Ps4…基準点
Pe,Pe1,Pe2,Pe3,Pe4,Pea1,Peb1…推定滞在点
a,ac、at…方位角(姿勢パラメータ)
e,ec、et…仰角(姿勢パラメータ)
s,sc、st…座標値(位置パラメータ)
1, 3... Sensor calibration device 5, 5a, 5b... Monocular camera 6, 6a, 6b... Pedestrian 10, 10a, 10b... Measuring instrument 11, 11a, 11b... Position measurement unit 12, 12a, 12b... Reference setting unit 20, 30... Calibration processor 21, 31... Memory unit 22a, 32a... Stay point calculation unit 22b, 32b... Line approximation unit 22c, 32c... Parameter calibration unit La... Approximate line Ls... Reference line LPe... Estimated longest stay point Ps0... Representative reference point Ps1, Ps2, Ps3, Ps4... Reference point Pe, Pe1, Pe2, Pe3, Pe4, Pea1, Peb1... Estimated stay point a, a c , a t ... Azimuth angle (attitude parameter)
e, e c , e t ... elevation angle (attitude parameter)
s, s c , s t ... coordinate values (position parameters)

Claims (7)

センサの位置および姿勢を較正するために用いられるセンサ較正装置であって、
基準直線を設定する基準直線設定部と、
前記基準直線上に、三次元空間中を移動する物体の滞在の中心となる基準点を設定する基準点設定部と、
前記センサの暫定的な位置および姿勢を表すパラメータとして予め設定されている位置姿勢パラメータと、三次元空間中の物体を検出した前記センサからの出力と、を用いて、前記物体の位置を計測する位置計測部と、
前記位置計測部による、前記基準直線上を移動した前記物体の各時刻における位置計測結果を計測点集合として記憶する記憶部と、
前記計測点集合における計測点の密度分布に基づいて、前記物体の推定滞在点を算出する滞在点算出部と、
前記記憶部に記憶されている前記計測点集合を用いて、前記計測点集合の近似直線を作成する直線近似部と、
前記基準直線と、前記基準点と、前記近似直線と、前記推定滞在点とを用いて、前記位置姿勢パラメータを較正するパラメータ較正部と、を備え、
前記パラメータ較正部は、
前記推定滞在点が前記基準点に近づくように前記近似直線を並進させることで、位置パラメータを較正し、
前記近似直線が前記基準直線に近づくように前記近似直線を回転させることで、姿勢パラメータを較正する、
センサ較正装置。
A sensor calibration device used to calibrate the position and orientation of a sensor, comprising:
a reference line setting unit that sets a reference line;
a reference point setting unit that sets a reference point on the reference line that will be the center of a position of an object moving in a three-dimensional space;
a position measurement unit that measures the position of the object using position and orientation parameters that are set in advance as parameters that represent the temporary position and orientation of the sensor and an output from the sensor that detects the object in three-dimensional space;
a storage unit that stores, as a set of measurement points, position measurement results at each time of the object moving on the reference straight line obtained by the position measurement unit;
a stay point calculation unit that calculates an estimated stay point of the object based on a density distribution of the measurement points in the measurement point set;
a straight line approximation unit that creates an approximation straight line of the set of measurement points using the set of measurement points stored in the storage unit;
a parameter calibration unit that calibrates the position and orientation parameters using the reference line, the reference point, the approximate line, and the estimated stay point;
The parameter calibration unit
calibrating position parameters by translating the approximation line so that the estimated stay point approaches the reference point;
calibrating the attitude parameters by rotating the approximated line so that the approximated line approaches the reference line;
Sensor calibration equipment.
請求項1に記載のセンサ較正装置であって、
前記基準点設定部は、
複数の前記基準点を前記基準直線上に設定し、
設定した複数の前記基準点のうち、前記物体が最も滞在する基準点を代表基準点に設定し、
前記滞在点算出部は、
前記計測点集合における計測点の密度分布に基づいて、複数の前記推定滞在点を算出し、
複数の前記推定滞在点のうち、前記計測点集合における計測点の密度分布が最も高い推定滞在点を推定最長滞在点に設定し、
前記パラメータ較正部は、前記推定最長滞在点が前記代表基準点に近づくように前記近似直線を並進させることで、位置パラメータを較正する、
センサ較正装置。
2. The sensor calibration device of claim 1,
The reference point setting unit
A plurality of the reference points are set on the reference line;
Among the plurality of set reference points, the reference point where the object stays most often is set as a representative reference point;
The staying point calculation unit
calculating the plurality of estimated stay points based on a density distribution of the measurement points in the set of measurement points;
Among the plurality of estimated stay points, an estimated stay point having the highest density distribution of measurement points in the set of measurement points is set as an estimated longest stay point;
the parameter calibration unit calibrates the position parameters by translating the approximation line so that the estimated longest stay point approaches the representative reference point;
Sensor calibration equipment.
請求項2に記載のセンサ較正装置であって、
前記直線近似部は、前記推定最長滞在点に対して主成分分析をおこなうことで、前記計測点集合の近似直線を作成する、
センサ較正装置。
3. The sensor calibration device of claim 2,
the straight line approximation unit performs principal component analysis on the estimated longest stay point to create an approximate straight line of the set of measurement points.
Sensor calibration equipment.
請求項1に記載のセンサ較正装置であって、
前記基準点設定部は、複数の前記基準点を前記基準直線上に設定し、
前記滞在点算出部は、前記基準点設定部が設定する前記基準点の数と同じ数の前記推定滞在点を算出し、
前記パラメータ較正部は、複数の前記推定滞在点のそれぞれが、対応する複数の前記基準点のそれぞれに近づくように前記近似直線を並進させることで、位置パラメータを較正する、
センサ較正装置。
2. The sensor calibration device of claim 1,
the reference point setting unit sets a plurality of the reference points on the reference straight line;
the stay point calculation unit calculates the same number of estimated stay points as the number of reference points set by the reference point setting unit,
the parameter calibration unit calibrates the position parameters by translating the approximation line so that each of the plurality of estimated stay points approaches each of the corresponding plurality of reference points;
Sensor calibration equipment.
請求項4の記載のセンサ較正装置であって、
前記パラメータ較正部は、複数の前記基準点と、複数の前記基準点のそれぞれに対応する複数の前記推定滞在点との間の距離の絶対値の総和が最小となるように前記近似直線を並進させることで、位置パラメータを較正する、
センサ較正装置。
5. The sensor calibration device of claim 4,
the parameter calibration unit calibrates the position parameters by translating the approximation line so as to minimize a sum of absolute values of distances between a plurality of the reference points and a plurality of the estimated stay points corresponding to the plurality of the reference points, respectively.
Sensor calibration equipment.
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のセンサ較正装置であって、
前記センサ較正装置は、異なった場所に設置されている2つのセンサのそれぞれに接続されており、
前記基準直線設定部は、前記2つのセンサのそれぞれについて、互いに交差する基準直線を設定し、
前記基準点設定部は、2つの前記基準直線のそれぞれに基準点を設定し、
前記直線近似部は、
交差する2つの前記基準直線と2つの前記基準直線の交点とから形成される基準折れ線における前記基準点と前記交点との間の距離に関する情報を取得し、
前記基準点と前記交点との間の距離に関する情報を用いて、前記計測点集合の近似直線を作成する、
センサ較正装置。
6. A sensor calibration device according to claim 1, comprising:
the sensor calibration device is connected to each of two sensors installed at different locations;
the reference line setting unit sets reference lines that intersect with each other for each of the two sensors;
the reference point setting unit sets a reference point on each of the two reference straight lines;
The linear approximation unit
acquire information about the distance between the reference point and the intersection point on a reference broken line formed by the two intersecting reference straight lines and the intersection point of the two reference straight lines;
creating an approximation line of the set of measurement points using information about the distance between the reference point and the intersection point;
Sensor calibration equipment.
センサ較正装置を用いて、センサの位置および姿勢を較正するセンサ較正方法であって、
基準直線を設定する工程と、
前記基準直線上に、三次元空間中を移動する物体の滞在の中心となる基準点を設定する工程と、
前記センサの暫定的な位置および姿勢を表すパラメータとして予め設定されている位置姿勢パラメータと、三次元空間中の物体を検出した前記センサからの出力と、を用いて、前記物体の位置を計測する工程と、
前記物体の位置を計測する工程おいて計測した、前記基準直線上を移動した前記物体の各時刻における位置計測結果を計測点集合として記憶する工程と、
前記計測点集合における計測点の密度分布に基づいて、前記物体の推定滞在点を算出する工程と、
記憶されている前記計測点集合を用いて、前記計測点集合の近似直線を作成する工程と、
前記基準直線と、前記基準点と、前記近似直線と、前記推定滞在点とを用いて、前記位置姿勢パラメータを較正する較正工程と、を備え、
前記較正工程では、
前記推定滞在点が前記基準点に近づくように前記近似直線を並進させることで、位置パラメータを較正し、
前記近似直線が前記基準直線に近づくように前記近似直線を回転させることで、姿勢パラメータを較正する、
センサ較正方法。
A sensor calibration method for calibrating a position and orientation of a sensor using a sensor calibration device , comprising:
A step of setting a reference line;
setting a reference point on the reference line as a center of stay of an object moving in three-dimensional space;
measuring the position of the object using position and orientation parameters that are preset as parameters representing a temporary position and orientation of the sensor and an output from the sensor that detects the object in three-dimensional space;
a step of storing , as a set of measurement points, position measurement results at each time of the object moving on the reference straight line measured in the step of measuring the position of the object ;
calculating an estimated stay point of the object based on a density distribution of the measurement points in the set of measurement points;
creating an approximation line of the set of measurement points using the set of measurement points stored;
a calibration step of calibrating the position and orientation parameters using the reference line, the reference point, the approximate line, and the estimated stay point,
In the calibration step,
calibrating position parameters by translating the approximation line so that the estimated stay point approaches the reference point;
calibrating the attitude parameters by rotating the approximated line so that the approximated line approaches the reference line;
Sensor calibration methods.
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