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JP2012002612A - Calibration board and calibration apparatus equipped with this calibration board - Google Patents

Calibration board and calibration apparatus equipped with this calibration board Download PDF

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JP2012002612A
JP2012002612A JP2010136730A JP2010136730A JP2012002612A JP 2012002612 A JP2012002612 A JP 2012002612A JP 2010136730 A JP2010136730 A JP 2010136730A JP 2010136730 A JP2010136730 A JP 2010136730A JP 2012002612 A JP2012002612 A JP 2012002612A
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JP
Japan
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calibration
board
calibration board
checker pattern
illumination
Prior art date
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Pending
Application number
JP2010136730A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuji Kunigome
祐司 國米
Kazuhiro Yano
和弘 矢野
Yukitaka Yoneyama
幸貴 米山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a calibration board excelling in planarity and pattern accuracy, and a calibration apparatus facilitated in picture acquisition for calibrating optical equipment and enabled to accomplish highly accurate calibration by being equipped with this calibration board.SOLUTION: A calibration apparatus 100 for optical equipment comprises a board body 11, a checker pattern 12 formed on one face of this board body 11, a calibration board 10 having at least two reference units 13 formed symmetrically with respect to the origin P of this checker pattern 12, an illumination device 20, and a universal head 40 that holds a camera body 30, which is an optical equipment item arranged on the reverse side to the illumination device 20 with respect to the calibration board 10, and enables the camera body 30 to be shifted relative to the calibration board 10.

Description

本発明は、校正用ボード及びこの校正用ボードを備えた校正用装置に関する。   The present invention relates to a calibration board and a calibration apparatus including the calibration board.

カメラレンズの歪補正、ステレオカメラの平行化といった光学機器のキャリブレーション(カメラ校正)を行う際には、図4に示すようなキャリブレーション(校正)用のチェッカーパターン(以下、単に「パターン」と呼ぶ)1を撮影し、得られた画像からパターン1の位置を広範囲かつ高精度に計測することが非常に重要となっている。また、一枚の画像の中には、可能な限り多くのパターン1の位置が含まれていることが望ましい。この実現のためには、計測に適した画像を得ることが可能な校正用装置が必要となる。従来は、広い画角をカバーするために大きな校正用ボードを作成し、校正用の画像取得を行っていた(例えば、特許文献1参照)。あるいは、液晶ディスプレイにパターン1を表示し、カメラを近づけて画像取得を行っていた。   When performing optical device calibration (camera calibration) such as camera lens distortion correction and stereo camera parallelization, a calibration checker pattern as shown in FIG. It is very important to photograph 1) and measure the position of the pattern 1 in a wide range and with high accuracy from the obtained image. Further, it is desirable that as many patterns 1 as possible be included in one image. In order to realize this, a calibration device capable of obtaining an image suitable for measurement is required. Conventionally, in order to cover a wide angle of view, a large calibration board is created and a calibration image is acquired (see, for example, Patent Document 1). Alternatively, pattern 1 is displayed on the liquid crystal display, and an image is acquired by bringing the camera closer.

特開2008−193188号公報JP 2008-193188 A

しかしながら、従来の大きな校正用ボードは、ボードの平面度を保つことが非常に困難であった。また、校正用装置が巨大化する問題も発生していた。一方、ディスプレイにパターンを表示する場合、このディスプレイの表面にカメラ本体が写り込む不具合を生じていた。また、カメラの検出波長範囲が赤外領域のような場合、ディスプレイに表示されたパターンを撮影することはできないという不具合も生じる。また、液晶ディスプレイでは、表面にガラスが入っているため、撮影されるパターンは、この表面のガラスによる屈折の影響を受けたパターンになってしまう問題も発生する。したがって、小型であって、広画角をカバーし、カメラ校正用の画角取得が容易で、より高精度な校正が可能な校正用ボード及び校正用装置が求められている。   However, it has been very difficult to maintain the flatness of the conventional large calibration board. In addition, there has been a problem that the calibration apparatus is enlarged. On the other hand, when a pattern is displayed on the display, there is a problem that the camera body is reflected on the surface of the display. In addition, when the detection wavelength range of the camera is in the infrared region, there is a problem that the pattern displayed on the display cannot be captured. In addition, since the liquid crystal display has glass on the surface, there is a problem that the pattern to be photographed becomes a pattern affected by refraction by the glass on the surface. Accordingly, there is a need for a calibration board and a calibration apparatus that are small in size, cover a wide angle of view, can easily obtain an angle of view for camera calibration, and can perform more accurate calibration.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、広画角の光学系を有する光学機器(カメラ等)を校正するためのものであって、平面度が高く高精度なパターンを有する校正用ボードと、この校正用ボードを備えることにより、光学機器を校正するための画像取得が容易で、高精度な校正が可能な校正用装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a problem, and is for calibrating an optical apparatus (a camera or the like) having an optical system with a wide angle of view, and has a high flatness and a highly accurate pattern. It is an object of the present invention to provide a calibration board and a calibration apparatus that can easily acquire an image for calibrating an optical device and can perform high-accuracy calibration by providing the calibration board.

前記課題を解決するために、本発明に係る校正用ボードは、光学機器の校正に用いるものであって、光を透過する平面平板のボード本体と、このボード本体の一方の面に、格子状に分割して得られた複数の四角形の領域を縦横交互に色付けすることにより、有色部及び無色部が交互に形成されたチェッカーパターンと、このチェッカーパターンの格子の交点中で、当該チェッカーパターンの原点として定義される交点を挟むように形成された少なくとも2つ以上の基準部と、を有することを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems, a calibration board according to the present invention is used for calibration of optical equipment, and is a flat plate board body that transmits light, and a grid-like structure on one surface of the board body. A plurality of rectangular areas obtained by dividing the checker pattern into vertical and horizontal colors are alternately colored, so that the checker pattern of the checker pattern is formed at the intersection of the checker pattern in which the colored portions and the colorless portions are alternately formed and the checker pattern lattice. And at least two reference portions formed so as to sandwich an intersection defined as an origin.

また、このような校正用ボードにおいて、チェッカーパターンの有色部は、前記光を遮断し、無色部は前記光を透過するように構成することが好ましい。   In such a calibration board, it is preferable that the colored portion of the checker pattern blocks the light and the colorless portion transmits the light.

また、このような校正用ボードにおいて、基準部は、原点として定義される交点を形成する有色部及び無色部の少なくとも一方に形成されていることが好ましい。   In such a calibration board, the reference portion is preferably formed at least one of a colored portion and a colorless portion that form an intersection defined as the origin.

また、このような校正用ボードにおいて、基準部は、黒丸の点とすることができる。   In such a calibration board, the reference portion can be a black dot.

また、このような校正用ボードにおいて、有色部は、クロムを塗布して形成することが好ましい。   In such a calibration board, the colored portion is preferably formed by applying chromium.

また、本発明に係る校正用装置は、上述の校正用ボードのいずれかと、光源を有し、この光源から放射された照明光を校正用ボードに照射する照明装置と、校正用ボードの照明装置の反対側に、チェッカーパターンを撮像する光学機器を保持するとともに、当該光学機器を校正用ボードに対して相対移動させる雲台と、を有することを特徴とする。   Further, a calibration apparatus according to the present invention includes any one of the above-described calibration boards, an illumination apparatus that irradiates the calibration board with illumination light emitted from the light source, and an illumination apparatus for the calibration board. And a pan head for holding the optical device for imaging the checker pattern and moving the optical device relative to the calibration board.

このような校正用装置は、光学機器で撮像された画像から、チェッカーパターンの基準部を検出し、さらに、当該基準部からチェッカーパターンの原点を検出することにより、当該原点に基づいて画像を処理する制御部を有することが好ましい。   Such a calibration apparatus detects a reference part of a checker pattern from an image captured by an optical device, and further processes the image based on the origin by detecting the origin of the checker pattern from the reference part. It is preferable to have a control unit.

また、このような校正用装置において、照明装置は、光源と校正用ボードとの間に照明光を拡散させる拡散部を有することが好ましい。   In such a calibration apparatus, it is preferable that the illumination apparatus has a diffusion unit that diffuses illumination light between the light source and the calibration board.

さらに、このような校正用装置は、上記照明装置を複数有し、校正用ボードに複数方向から照明光を照射するように構成されることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that such a calibration apparatus has a plurality of the above-described illumination apparatuses and is configured to irradiate the calibration board with illumination light from a plurality of directions.

本発明を以上のように構成すると、平面度が高く、高精度なチェッカーパターンを有する校正用ボードと、この校正用ボードを備え、裏面から照明光を照射することにより、広画角の光学系を有する光学機器を校正するための画像取得が容易で、高精度な校正が可能な校正用装置を得ることが可能となる。   When the present invention is configured as described above, a calibration board having a high flatness and a highly accurate checker pattern, and the calibration board, and irradiating illumination light from the back surface, a wide-angle optical system is provided. Therefore, it is possible to obtain a calibration apparatus that can easily acquire an image for calibrating an optical apparatus having a high accuracy and that can perform high-precision calibration.

本実施形態に係る校正用ボードを備えた校正用装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the apparatus for calibration provided with the board for calibration which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る校正用ボードの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the board for a calibration concerning this embodiment. 校正方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calibration method. 従来の校正用ボードのパターンを説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the pattern of the board for conventional calibration.

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図1を用いて、校正用ボードを備え、検出波長範囲が赤外光である光学機器であるカメラ本体30を校正するための校正用装置100の構成を説明する。図1に示すように、本実施形態に係る校正用装置100は、校正用ボード10と、照明装置20と、、カメラ本体30を支持する雲台40と、載置台50と、制御部60と、記憶部70と、を有して構成されている。なお、制御部60は、図示しない測距装置に備えられ、カメラ本体30からの画像データ(テスト画像)を基に被写体までの距離(空間座標)の測定等のための演算や画像の変換を行うものであるが、本実施形態では、雲台40を作動させる後述の雲台移動手段41の制御も行っている。この制御部60は、例えば、測距装置に内蔵されたCPUやROM、RAM等の処理装置と、ハードディスク等の記憶部70を備えるコンピュータにおいて、CPUで実行されるプログラムとして実装することができる。なお、記憶部70には、制御部60で画像変換時に用いるパラメータ情報や、後述の校正用ボード10の各交点14の実座標値などが記憶されている。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the configuration of a calibration apparatus 100 for calibrating a camera body 30 that is an optical device that includes a calibration board and has a detection wavelength range of infrared light will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the calibration device 100 according to the present embodiment includes a calibration board 10, a lighting device 20, a camera platform 40 that supports the camera body 30, a mounting table 50, and a control unit 60. And a storage unit 70. The control unit 60 is provided in a distance measuring device (not shown), and performs calculation and image conversion for measuring the distance (spatial coordinates) to the subject based on the image data (test image) from the camera body 30. In this embodiment, the later-described pan head moving means 41 for operating the pan head 40 is also controlled. The control unit 60 can be implemented as a program executed by a CPU in a computer including a processing unit such as a CPU, ROM, and RAM incorporated in the distance measuring device and a storage unit 70 such as a hard disk. The storage unit 70 stores parameter information used at the time of image conversion by the control unit 60, actual coordinate values of intersections 14 of the calibration board 10 described later, and the like.

校正用ボード10は、フォトマスク基板などで使用されるガラス基板からなるボード本体11を有し、このボート本体11の一方の面を格子状に分割して四角形の領域を作成し、各四角形を縦横交互に色付けして、図2に示すように、黒色部(有色部)12aと白色部(無色部)12bとが交互に配列されたチェッカーパターン12が形成されている。ここで黒色部12aには、例えば、赤外光の波長に対して低反射率のクロムが用いられる。本実施形態に係る校正用ボード10は、フォトマスク用基板に用いるガラス基板製であるため、平面度が非常に高く、また、クロムで作成されるチェッカーパターン12の精度も非常に高くすることができる。以後、チェッカーパターン(以下、単に「パターン」と呼ぶことがある)12が描画されている面を校正用ボード10の表面、描画されていない面を裏面と呼ぶ。また、以降の説明では、図1及び図2に示すように、校正用ボード10を表面側から見たときの水平方向をX軸、鉛直方向をY軸とし、この校正用装置100に取り付けられたカメラ本体30の光軸方向、すなわち、校正用ボード10の表面の法線方向をZ軸として説明する。   The calibration board 10 has a board body 11 made of a glass substrate used for a photomask substrate or the like, and one surface of the boat body 11 is divided into a grid to create a rectangular area. As shown in FIG. 2, the checker pattern 12 in which black portions (colored portions) 12a and white portions (colorless portions) 12b are alternately arranged is formed. Here, for the black portion 12a, for example, chromium having a low reflectance with respect to the wavelength of infrared light is used. Since the calibration board 10 according to the present embodiment is made of a glass substrate used for a photomask substrate, the flatness is very high, and the accuracy of the checker pattern 12 made of chromium may be very high. it can. Hereinafter, the surface on which the checker pattern (hereinafter may be simply referred to as “pattern”) 12 is drawn is called the front surface of the calibration board 10, and the surface on which the checker pattern is not drawn is called the back surface. In the following description, as shown in FIGS. 1 and 2, the horizontal direction when the calibration board 10 is viewed from the front side is defined as the X axis, and the vertical direction is defined as the Y axis. The optical axis direction of the camera body 30, that is, the normal direction of the surface of the calibration board 10, will be described as the Z axis.

従来のように、液晶ディスプレイにパターンを表示した場合には、パターンとカメラ本体との間に屈折率が空気と異なる物質、即ち、液晶ディスプレイのガラスが存在するために、パターン形状を高精度に計測できない不具合があったが、本実施形態の校正用ボード10であれば、表面にあるチェッカーパターン12を直接計測する(撮像する)ことになるので、このような不具合が生じることがない。また、校正用ボード10は、載置台50に略垂直に取り付けられて固定されており、ブレやがたつき、あるいは傾きなどがないよう、安定性が保持されている。   When a pattern is displayed on a liquid crystal display as in the past, a material with a refractive index different from that of air, that is, the glass of the liquid crystal display, exists between the pattern and the camera body. Although there is a problem that cannot be measured, the calibration board 10 according to the present embodiment directly measures (images) the checker pattern 12 on the surface, so that such a problem does not occur. Further, the calibration board 10 is mounted and fixed substantially vertically on the mounting table 50, and stability is maintained so that there is no blurring, rattling or tilting.

また、チェッカーパターン12の黒色部12aにおいては、クロムで描画したことで低反射率であるため、校正用ボード10とカメラ本体30との位置関係が近い場所でも、カメラ本体30自身が黒色部12aに写り込むのを低減することができる。カメラ本体30の写り込みとは、即ち、校正用ボード10の裏面から白色部12bを通過した照明光が、カメラ本体30の表面に照射されて反射し、さらに校正用ボード10の表面(黒色部12a)でこの反射光が反射することによって発生することを意味する。   In addition, since the black portion 12a of the checker pattern 12 has a low reflectance because it is drawn with chrome, the camera body 30 itself has the black portion 12a even in a location where the positional relationship between the calibration board 10 and the camera body 30 is close. Can be reduced. The reflection of the camera body 30 means that the illumination light that has passed through the white portion 12b from the back surface of the calibration board 10 is irradiated and reflected on the surface of the camera body 30, and the surface of the calibration board 10 (the black portion). 12a) means that this reflected light is generated by reflection.

校正用ボード10には、更に、チェッカーパターン12の交点(クロス点)14のうちで、ボード本体11の中心となる交点P付近に、チェッカーパターン12の計測の邪魔にならないように描かれた2つの黒丸の点から構成される基準部13が設けられている。この基準部13は、中心Pの位置を検出するために用いられる。本実施形態では、図2に示すように、中心Pを挟んで点対称に配置された2カ所の白色部12bの中心に、小さな黒丸の点を描いて基準部13としている。このように、2つの黒丸の点からなる基準部13で挟まれるチェッカーパターン12のクロス位置を検出することにより、チェッカーパターン12の中心P、即ち、原点を迅速かつ正確に検出することができる。なお、基準部13は、本実施形態のものに限定されることはなく、中心Pを挟んで配置された2カ所の黒色部12aに白丸を描画して基準部13としてもよいし、黒丸に限らず、チェッカーパターン12の計測の邪魔にならない形状であれば、×印や四角などであってもよい。また、チェッカーパターン12の各々の交点(クロス点)14については、中心Pを原点として、座標情報(X,Y)が、記憶部70に記憶されている。   The calibration board 10 is further drawn in the vicinity of the intersection P, which is the center of the board body 11, among the intersections (cross points) 14 of the checker pattern 12 so as not to interfere with the measurement of the checker pattern 12. A reference portion 13 composed of two black dots is provided. The reference unit 13 is used for detecting the position of the center P. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, a small black dot is drawn at the center of two white portions 12 b that are arranged point-symmetrically with respect to the center P as the reference portion 13. In this way, by detecting the cross position of the checker pattern 12 sandwiched between the reference portions 13 composed of two black circle points, the center P of the checker pattern 12, that is, the origin, can be detected quickly and accurately. The reference portion 13 is not limited to the one in the present embodiment, and a white circle may be drawn on the two black portions 12a arranged with the center P in between, and the reference portion 13 may be drawn. The shape of the checker pattern 12 is not limited as long as it does not interfere with the measurement of the checker pattern 12. Further, for each intersection (cross point) 14 of the checker pattern 12, coordinate information (X, Y) is stored in the storage unit 70 with the center P as the origin.

照明装置20は、赤外光を放射する光源21と、光源21から放射された赤外光を集光する集光レンズ22と、集光レンズ22を射出した赤外光を拡散させる拡散部23とを有して構成されている。この照明装置20は、校正用ボード10の裏面側に設置され、例えば光源21に印加される電圧を制御することによりその照明強度(明るさ)を調整可能に構成されている。なお、図1では、照明装置20は1セットしか記載されていないが、実際は複数セットを設置し、校正用ボード10に対する照明強度の分布ができるだけ均一になるように照明位置を調整する。そして、カメラ本体30で取得したテスト画像の輝度値が飽和しているか、または、コントラストが低い場合には、照明強度の調整を行い、適切な照明ができるようにする。また、拡散部23は、光源21と校正用ボード10の裏面との間に配置され、照明光である赤外光を拡散することにより、校正用ボード10に照射される照明光(赤外光)の強度を均一にするためのものであり、例えば、模造紙などの赤外光を遮断しない材質のものを設置するのが望ましい。   The illumination device 20 includes a light source 21 that emits infrared light, a condensing lens 22 that condenses the infrared light emitted from the light source 21, and a diffusion unit 23 that diffuses the infrared light emitted from the condensing lens 22. And is configured. The illumination device 20 is installed on the back side of the calibration board 10 and is configured to be able to adjust the illumination intensity (brightness) by controlling the voltage applied to the light source 21, for example. In FIG. 1, only one set of the illumination device 20 is illustrated, but actually, a plurality of sets are installed, and the illumination position is adjusted so that the illumination intensity distribution on the calibration board 10 is as uniform as possible. When the luminance value of the test image acquired by the camera body 30 is saturated or the contrast is low, the illumination intensity is adjusted so that appropriate illumination can be performed. The diffusing unit 23 is disposed between the light source 21 and the back surface of the calibration board 10 and diffuses infrared light that is illumination light to irradiate the calibration board 10 with illumination light (infrared light). For example, it is desirable to install a material that does not block infrared light such as imitation paper.

このように、校正用ボード10の裏面側から照明を行うことにより、カメラ本体30と校正用ボード10との位置が近くても、良好なテスト画像の取得が可能な照明を行うことができる。また、従来のように校正用ボード10の表側から照明した場合は、カメラ本体が邪魔となって、撮影したい領域に良好な照明を行うことが困難であったが、本実施形態のように裏面側から照明することで、このような問題を解消することができる。なお、照明装置20は、上述のような構成に限定されることはなく、従来公知の何れのものを使用してもよい。   In this way, by performing illumination from the back side of the calibration board 10, it is possible to perform illumination capable of obtaining a good test image even when the camera body 30 and the calibration board 10 are close to each other. Further, when the illumination is performed from the front side of the calibration board 10 as in the prior art, it is difficult for the camera body to obstruct the area to be photographed, and the back surface as in the present embodiment. Such a problem can be solved by illuminating from the side. The illumination device 20 is not limited to the above-described configuration, and any conventionally known device may be used.

カメラ本体30は、結像光学系31と、CCDやCMOSなどからなる撮像素子32と、を有して構成され、三脚33によって雲台40に設置されている。なお、撮像素子32により撮像されたテスト画像は、制御部60に送られ、このテスト画像を基に以降で説明する校正処理が行われる。   The camera body 30 includes an imaging optical system 31 and an image sensor 32 made of a CCD, a CMOS, or the like, and is installed on the camera platform 40 by a tripod 33. Note that the test image picked up by the image pickup device 32 is sent to the control unit 60, and the calibration processing described below is performed based on the test image.

また、カメラ本体30を設置する雲台40は、カメラ本体30と校正用ボード10との位置を高精度に制御された位置関係に配置して撮影できるように、上述の校正用ボード10の載置台50上に設置されている。また、雲台40は、雲台移動手段41を有し、制御部60の制御によって、雲台40の位置をX,Y,Z方向に移動することによりカメラ本体30による撮影位置を変えたり、設置位置の微調整を行うことができる。このような構成により、校正精度を出し易い位置関係でのテスト画像の取得を行うことができる利点がある。更に、常時同じ位置関係で撮像できるため、再現性に優れ、カメラ本体30の量産時の校正性能も安定させることができる。なお、本実施形態では、雲台移動手段41による雲台40の移動は、制御部60により自動で行うよう構成しているが、手動で行うよう構成してもよい。また、カメラ本体30を、雲台40から取り外して、他のカメラ本体30と交換し、当該交換後のカメラ本体30の校正を行うことができる。なお、この校正用装置100においては、カメラ本体30と校正用ボード10との相対位置関係を変化させることが必要であるため、上述のように雲台40によりカメラ本体30を移動させるだけでなく、校正用ボード10をカメラ本体30に対して移動させるように構成することも可能である。   Further, the pan head 40 on which the camera body 30 is installed mounts the above-described calibration board 10 so that the camera body 30 and the calibration board 10 can be photographed by arranging them in a positional relationship controlled with high accuracy. It is installed on the mounting table 50. The pan head 40 includes a pan head moving means 41, and the position of the pan head 40 is moved in the X, Y, and Z directions under the control of the control unit 60 to change the shooting position of the camera body 30. Fine adjustment of the installation position can be performed. With such a configuration, there is an advantage that a test image can be acquired in a positional relationship that facilitates obtaining calibration accuracy. Furthermore, since images can always be taken with the same positional relationship, the reproducibility is excellent, and the calibration performance during mass production of the camera body 30 can be stabilized. In this embodiment, the movement of the camera platform 40 by the camera platform moving means 41 is configured to be automatically performed by the control unit 60, but may be configured to be performed manually. In addition, the camera body 30 can be removed from the camera platform 40 and replaced with another camera body 30, and the camera body 30 after the replacement can be calibrated. In the calibration apparatus 100, since it is necessary to change the relative positional relationship between the camera body 30 and the calibration board 10, not only the camera body 30 is moved by the camera platform 40 as described above. The calibration board 10 may be configured to move with respect to the camera body 30.

以上のような構成の校正装置100を用いて、例えば、このカメラ本体30で撮像された画像から制御部60で被写体の相対座標を取得する(測距する)ためのパラメータ情報の校正を行う場合について説明する。まず、雲台移動手段41により、雲台40を移動させ、カメラ本体30の位置と校正用ボード10の位置とを所定の位置関係に調整する。次に、校正用ボード10の裏面に配置した照明装置20の光源21から、照明光として赤外光を放射させる。この照明光は、集光レンズ22により集光され、拡散部23によって、拡散されて校正用ボード10に照射される。これにより、チェッカーパターン12の像がカメラ本体30の結像光学系31によって撮像素子32に結像され、撮像素子32からテスト画像が出力される。前述したように、チェッカーパターン12は、平面度が非常に高く、クロムを用いることにより、チェッカーパターン12の精度も非常に高いため、撮像素子32では、容易かつ高精度なテスト画像を取得することができる。しかしながら、カメラ本体30によっては、結像光学系31等の収差により取得されたテスト画像に歪みなどが生じることがある。このような歪みを考慮し高精度な測距を行うために、パラメータ情報の校正が行われる。   For example, when the calibration apparatus 100 configured as described above is used, for example, calibration of parameter information for acquiring (ranging) the relative coordinates of the subject by the control unit 60 from the image captured by the camera body 30 is performed. Will be described. First, the pan head 40 is moved by the pan head moving means 41 to adjust the position of the camera body 30 and the position of the calibration board 10 to a predetermined positional relationship. Next, infrared light is emitted as illumination light from the light source 21 of the illumination device 20 arranged on the back surface of the calibration board 10. The illumination light is condensed by the condenser lens 22, diffused by the diffusion unit 23, and applied to the calibration board 10. As a result, the image of the checker pattern 12 is formed on the image sensor 32 by the imaging optical system 31 of the camera body 30, and a test image is output from the image sensor 32. As described above, the checker pattern 12 has a very high degree of flatness, and the use of chrome makes the checker pattern 12 very accurate. Therefore, the image sensor 32 can easily and accurately obtain a test image. Can do. However, depending on the camera body 30, distortion or the like may occur in the test image acquired due to the aberration of the imaging optical system 31 or the like. In order to perform highly accurate distance measurement in consideration of such distortion, calibration of parameter information is performed.

この撮像素子32で取得したテスト画像を用いて、制御部60により行われる校正方法について、図3のフローチャートを用いて説明する。まず、制御部60は、撮像素子32からのテスト画像を取得すると(ステップS100)、当該テスト画像から校正用ボード10の基準部13である2つの黒丸の点を検出する(ステップS110)。そして、この基準部13を検出したら、画像処理により校正用ボード10の原点を検出する(ステップS120)。例えば、2つの基準部13を結ぶ線を対角線とする仮想の四角の領域を作り、この四角の領域内に含まれるチェッカーパターン12の交点14が、校正用ボード10の中心P、即ち、原点となる。このように、2つの黒丸の点からなる基準部13を有することにより、校正用ボード10の原点を迅速に検出することができる。   A calibration method performed by the control unit 60 using the test image acquired by the imaging element 32 will be described with reference to the flowchart of FIG. First, when acquiring a test image from the image sensor 32 (step S100), the control unit 60 detects two black circle points that are the reference unit 13 of the calibration board 10 from the test image (step S110). And if this reference | standard part 13 is detected, the origin of the board 10 for a calibration will be detected by image processing (step S120). For example, a virtual square region having a diagonal line connecting the two reference portions 13 is formed, and the intersection 14 of the checker pattern 12 included in the square region is the center P of the calibration board 10, that is, the origin. Become. In this way, by having the reference portion 13 composed of two black dots, the origin of the calibration board 10 can be detected quickly.

次に、制御部60は、テスト画像中の原点Pを中心として、テスト画像を所定の範囲で四角形などにトリミングし、そのトリミング部分のチェッカーパターンの交点の撮像素子32上の座標値(x,y)を検出し、この座標値と上述のパラメータ情報とからこの交点の空間座標値(X,Y,Z)を算出する(ステップS130)。勿論、テスト画像をトリミングすることなく、テスト画像中の全ての交点についての空間座標値を算出して校正用のデータとしてもよい。そして、記憶部70に予め記憶された校正用ボード10の各交点14の実座標値と、これらに対応するテスト画像の各交点の座標値とを比較する(ステップS140)。なお、制御部60は、各交点のZ方向の実座標値、即ち、カメラ本体30と校正用ボード10との距離は、雲台40の位置座標を基に算出することができる。比較の結果、座標値に誤差があるか否か判断し(ステップS150)、歪みなどによる誤差があった場合は、パラメータテーブルのパラメータ情報を補正(校正)する(ステップS160)。または、記憶部70に予め計測データの変換式をパラメータテーブルに記憶しておき、この変換式の変数を補正するよう構成してもよい。一台のカメラ本体30の校正が終了したら、カメラ本体30を交換し、交換毎に上述の一連の作業を行うことにより、校正作業を迅速に行うことができる。   Next, the control unit 60 trims the test image into a square or the like within a predetermined range around the origin P in the test image, and the coordinate values (x, y) is detected, and the space coordinate value (X, Y, Z) of this intersection is calculated from this coordinate value and the parameter information described above (step S130). Of course, it is also possible to calculate the spatial coordinate values for all the intersections in the test image without trimming the test image and use it as calibration data. Then, the actual coordinate value of each intersection 14 of the calibration board 10 stored in advance in the storage unit 70 is compared with the coordinate value of each intersection of the test image corresponding thereto (step S140). The control unit 60 can calculate the actual coordinate value of each intersection in the Z direction, that is, the distance between the camera body 30 and the calibration board 10 based on the position coordinates of the camera platform 40. As a result of the comparison, it is determined whether there is an error in the coordinate values (step S150). If there is an error due to distortion or the like, the parameter information in the parameter table is corrected (calibrated) (step S160). Alternatively, the conversion formula of the measurement data may be stored in advance in the parameter table in the storage unit 70, and the variable of the conversion formula may be corrected. When the calibration of one camera body 30 is completed, the camera body 30 is replaced, and the above-described series of operations are performed for each replacement, so that the calibration operation can be quickly performed.

以上、本実施形態に係る校正用ボード10を有する校正用装置100では、平面度が高く、高精度なチェッカーパターン12を有する校正用ボード10を使用し、この校正用ボード10の裏面から照明光を照射するため、カメラ本体30の写り込みや撮像の輝度値のムラを抑制し、テスト画像の取得が容易で、高精度なカメラの校正が可能となる。その結果、校正作業の効率の向上や高精度なカメラの量産化を図ることができる。   As described above, in the calibration apparatus 100 including the calibration board 10 according to the present embodiment, the calibration board 10 having the high flatness and the high-precision checker pattern 12 is used, and illumination light is emitted from the back surface of the calibration board 10. Therefore, it is possible to suppress the reflection of the camera body 30 and the unevenness of the brightness value of the image pickup, to easily obtain a test image, and to calibrate the camera with high accuracy. As a result, it is possible to improve the efficiency of calibration work and to mass-produce highly accurate cameras.

10 校正用ボード 11 ボード本体 12 チェッカーパターン
12a 黒色部(有色部) 12b 白色部(無色部) 13 基準部
14 交点 20 照明装置 21 光源 23 拡散部
30 カメラ本体(光学機器) 40 雲台 60 制御部
100 校正用装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Board for calibration 11 Board body 12 Checker pattern 12a Black part (colored part) 12b White part (colorless part) 13 Reference part 14 Intersection 20 Illumination device 21 Light source 23 Diffusing part 30 Camera body (optical device) 40 Pan head 60 Control part 100 Calibration equipment

Claims (9)

光学機器の校正に用いる校正用ボードであって、
光を透過する平面平板のボード本体と、
前記ボード本体の一方の面に、格子状に分割して得られた複数の四角形の領域を縦横交互に色付けすることにより、有色部及び無色部が交互に形成されたチェッカーパターンと、
前記チェッカーパターンの格子の交点中で、当該チェッカーパターンの原点として定義される交点を挟むように形成された少なくとも2つ以上の基準部と、を有することを特徴とする校正用ボード。
A calibration board used for calibration of optical equipment,
A flat plate board that transmits light;
A checker pattern in which colored portions and colorless portions are alternately formed by coloring a plurality of quadrangular regions obtained by dividing into a lattice shape on one side of the board main body in a vertical and horizontal manner;
A calibration board comprising: at least two reference portions formed so as to sandwich an intersection defined as an origin of the checker pattern among intersections of the checker pattern lattice.
前記チェッカーパターンの前記有色部は前記光を遮断し、前記無色部は前記光を透過するように構成されたことを特徴とする請求項1に記載の校正用ボード。   The calibration board according to claim 1, wherein the colored portion of the checker pattern blocks the light, and the colorless portion transmits the light. 前記基準部は、前記原点として定義される交点を形成する前記有色部及び前記無色部の少なくとも一方に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の校正用ボード。   The calibration board according to claim 1, wherein the reference part is formed in at least one of the colored part and the colorless part that form an intersection defined as the origin. 前記基準部は、黒丸の点であることを特徴とする請求項1〜3いずれか一項に記載の校正用ボード。   The calibration board according to claim 1, wherein the reference portion is a black dot. 前記有色部は、クロムを塗布して形成したことを特徴とする請求項1〜4いずれか一項に記載の校正用ボード。   The calibration board according to claim 1, wherein the colored portion is formed by applying chromium. 前記請求項1〜5のいずれか一項に記載の校正用ボードと、
光源を有し、前記光源から放射された照明光を前記校正用ボードに照射する照明装置と、
前記校正用ボードの前記照明装置の反対側に、前記チェッカーパターンを撮像する光学機器を保持するとともに、当該光学機器を前記校正用ボードに対して相対移動させる雲台と、を有することを特徴とする校正用装置。
The calibration board according to any one of claims 1 to 5,
An illumination device having a light source and irradiating the calibration board with illumination light emitted from the light source;
A pan head for holding an optical device for imaging the checker pattern on the opposite side of the illumination device of the calibration board and moving the optical device relative to the calibration board, Calibration equipment.
前記光学機器で撮像された画像から、前記チェッカーパターンの前記基準部を検出し、さらに、当該基準部から前記チェッカーパターンの前記原点を検出することにより、当該原点に基づいて前記画像を処理する制御部を有することを特徴とする請求項6に記載の校正用装置。   Control for processing the image based on the origin by detecting the reference portion of the checker pattern from the image captured by the optical device and further detecting the origin of the checker pattern from the reference portion. The calibration apparatus according to claim 6, further comprising a section. 前記照明装置は、前記光源と前記校正用ボードとの間に前記照明光を拡散させる拡散部を有することを特徴とする請求項6または7に記載の校正用装置。   The calibration apparatus according to claim 6, wherein the illumination apparatus includes a diffusion unit that diffuses the illumination light between the light source and the calibration board. 前記照明装置を複数有し、前記校正用ボードに複数方向から照明光を照射するように構成されたことを特徴とする請求項6〜8いずれか一項に記載の校正用装置。   The calibration apparatus according to claim 6, wherein the calibration apparatus includes a plurality of the illumination apparatuses, and is configured to irradiate the calibration board with illumination light from a plurality of directions.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014035567A (en) * 2012-08-07 2014-02-24 Chuo Spring Co Ltd Shape measurement apparatus
JP2018179584A (en) * 2017-04-05 2018-11-15 富士通株式会社 Calibration device, calibration method, and calibration program
KR101973294B1 (en) * 2017-12-20 2019-04-29 극동대학교 산학협력단 Apparatus for Inspecting Settled Particles in Clean Room
JP2019190889A (en) * 2018-04-20 2019-10-31 トヨタ自動車株式会社 Calibration method

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