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WO2009107365A1 - 複眼測距装置の検査方法及び検査装置並びにそれに用いるチャート - Google Patents

複眼測距装置の検査方法及び検査装置並びにそれに用いるチャート Download PDF

Info

Publication number
WO2009107365A1
WO2009107365A1 PCT/JP2009/000805 JP2009000805W WO2009107365A1 WO 2009107365 A1 WO2009107365 A1 WO 2009107365A1 JP 2009000805 W JP2009000805 W JP 2009000805W WO 2009107365 A1 WO2009107365 A1 WO 2009107365A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
baseline
baseline direction
distance
chart
arrangement
Prior art date
Application number
PCT/JP2009/000805
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
今村典広
Original Assignee
パナソニック株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニック株式会社 filed Critical パナソニック株式会社
Priority to JP2009525807A priority Critical patent/JP4423347B2/ja
Priority to US12/597,095 priority patent/US8102516B2/en
Publication of WO2009107365A1 publication Critical patent/WO2009107365A1/ja

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C3/00Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
    • G01C3/02Details
    • G01C3/06Use of electric means to obtain final indication
    • G01C3/08Use of electric radiation detectors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C3/00Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
    • G01C3/10Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders using a parallactic triangle with variable angles and a base of fixed length in the observation station, e.g. in the instrument
    • G01C3/14Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders using a parallactic triangle with variable angles and a base of fixed length in the observation station, e.g. in the instrument with binocular observation at a single point, e.g. stereoscopic type
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S11/00Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
    • G01S11/12Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using electromagnetic waves other than radio waves

Definitions

  • the present invention relates to an inspection method for a compound-eye distance measuring device, and in particular, the first baseline direction and the second baseline direction that are different from each other and obtained from at least three or more imaging optical systems.
  • the present invention relates to an inspection method and an inspection apparatus for evaluating the distance accuracy of a compound-eye distance measuring apparatus that measures a distance to an object to be measured based on a parallax in a base line direction and a parallax in a second base line direction, and a chart used therefor.
  • a compound-eye distance measuring device that captures a measurement object with an imaging device having a pair of imaging optical systems and obtains two images, a left-right image and an upper-lower image, calculates the distance to the measurement object using the principle of triangulation To do.
  • Such a compound-eye distance measuring apparatus is used for measuring the distance between vehicles, an autofocus system for a camera, and a three-dimensional shape measuring system.
  • FIG. 15 is a diagram for explaining the triangulation of the compound-eye distance measuring apparatus.
  • G1 is an imaging lens of the first imaging optical system
  • N1 is an imaging surface of the first imaging optical system
  • G2 is an imaging lens of the second imaging optical system
  • N2 is an imaging surface of the second imaging optical system.
  • the distance from the imaging lens to the point P is Z
  • the baseline length which is the distance between the optical axes of the two imaging optical systems G1 and G2
  • D the focal length of the imaging lens is the same for both f (G1 and G2).
  • the distance Z to the point P can be obtained by modifying Equation 1 above. It is possible to extract.
  • the correlation degree of pattern matching is the difference (absolute value) of the luminance of each pixel between the small area of the reference image obtained from the first imaging optical system and the small area of the reference image obtained from the second imaging optical system. It is obtained by an evaluation function SAD (Sum of Absolute Difference) which is the sum.
  • SAD Sud of Absolute Difference
  • Equation 2 x and y are the coordinates of the imaging surface, and I0 and I1 are the luminance value of the standard image and the luminance value of the reference image at the coordinates indicated in parentheses, respectively.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining the SAD calculation.
  • the position of the search block area of the reference image is calculated by shifting the position of the search block area of the reference image by dx in the baseline direction as shown in FIG.
  • the amount of parallax is ⁇ . Since SAD can be calculated with arbitrary coordinates, it is possible to acquire distance information of the entire region within the imaging field of view.
  • the distance information acquired due to performance variations, assembly errors, calibration errors, etc. of the imaging optical system and image sensor varies, so the distance measurement accuracy falls within the defined standards.
  • a process for inspecting whether or not it is necessary is required.
  • the SAD search range is obtained when imaging from the longest distance to the shortest distance of the distance measurement object range. It is necessary to set so as to cover the range of parallax to be achieved. On the other hand, in order to increase the surface resolution for distance measurement, it is necessary to make the chart pattern fine. However, in the lattice pattern chart as shown in FIG. If the pattern pitch becomes finer and the SAD search range is wide, there will be a plurality of lattice patterns in the search range. Therefore, a plurality of matching points appear in the SAD search range, and parallax can be detected correctly. Can not.
  • the pitch of the lattice pattern must be set large so that there is one matching portion in the search range.
  • the grid pattern pitch is set to be large
  • the computation block size is set to be smaller than the grid pattern, there will be locations where there is no contrast in the computation block and pattern matching will not be possible. The problem that cannot be done.
  • the calculation block size must be increased, which causes a problem that the surface resolution of the distance measurement is lowered.
  • the object of the present invention is to solve such a problem, to accurately inspect the entire area in the imaging field of view, and to check the distance accuracy of the compound-eye distance measuring device having two baseline directions with one imaging.
  • An inspection method and an inspection apparatus are provided.
  • an inspection method for a compound-eye distance measuring device of the present invention has a first baseline direction and a second baseline direction that are different from each other, and is obtained from at least three imaging optical systems.
  • An inspection method for evaluating distance accuracy of a compound-eye distance measuring device that measures a distance to a measurement object based on the parallax in the first baseline direction and the parallax in the second baseline direction.
  • the measuring step measures a distance to the chart from a shift of each imaging position in each baseline direction of the same geometric pattern imaged on an imaging surface of the at least three imaging optical systems. .
  • the “baseline direction” means a direction in which parallax occurs in the two imaging optical systems, that is, an arrangement direction in which the two imaging optical systems are arranged, more specifically, an imaging center (imaging surface) of the two imaging optical systems. Or the center of the imaging lens).
  • the “geometric pattern” is an individual geometric figure that forms a pattern formed on the chart, for example, one circular figure.
  • a pitch that is a repetition period of arrangement of the geometric pattern in the first baseline direction on the image captured by the imaging optical system is the first baseline direction at the predetermined distance.
  • An angle of the first arrangement direction with respect to the first baseline direction is set to be greater than the parallax of the second and the second of the geometric patterns on the image captured by the imaging optical system
  • a chart in which an angle of the second arrangement direction with respect to the second baseline direction is set so that a pitch, which is a repetition cycle of arrangement in the baseline direction, is larger than a parallax in the second baseline direction at the predetermined distance Is preferably arranged.
  • the arranging step it is preferable to arrange a chart in which the gradation of the geometric pattern periodically changes in the first baseline direction and the second baseline direction.
  • the arranging step it is preferable to arrange a chart in which the shape of the geometric pattern periodically changes in the first baseline direction and the second baseline direction.
  • the arranging step it is preferable to arrange a chart in which the size of the geometric pattern periodically changes in the first baseline direction and the second baseline direction.
  • the difference between the smallest minimum value in the SAD calculation value and the minimum value existing before and after the SAD calculation value can be increased, and the probability of erroneous detection of parallax can be reduced.
  • the processing is repeated for each block obtained by dividing the imaging surface so that there is contrast in the geometric pattern imaged on the imaging surface, and the inspection method further includes the inspection method,
  • the number of the blocks evaluated as good (the difference is within a predetermined value range) in the evaluation step is equal to or greater than a predetermined number
  • the compound-eye distance measuring device is determined to pass the inspection. It is preferable to have a discrimination step.
  • the chart of the present invention is a chart used in the inspection method of the compound-eye distance measuring apparatus, and the chart has a predetermined geometric pattern two-dimensionally in the first arrangement direction and the second arrangement direction.
  • 6 is a chart in which the first arrangement direction and the second arrangement direction are inclined at a predetermined angle with respect to the first base line direction and the second base line direction, respectively.
  • the present invention has a first baseline direction and a second baseline direction that are different from each other, and the parallax in the first baseline direction obtained from at least three or more imaging optical systems and the second baseline direction.
  • An inspection apparatus that evaluates the distance accuracy of a compound-eye distance measuring apparatus that measures a distance to a measurement object by parallax in a baseline direction, and is disposed at a predetermined distance from the imaging optical system on the optical axis of the imaging optical system
  • the present invention can be realized as a program for causing a computer to execute the evaluation process and the discrimination process included in the inspection method for the compound-eye distance measuring apparatus, or a recording medium such as a computer-readable CD-ROM in which the program is recorded.
  • the present invention it is possible to realize a chart, an inspection method, and an inspection apparatus capable of inspecting the entire region in the imaging field of view with high accuracy and inspecting the distance accuracy of the compound eye distance measuring device having two baseline directions by one imaging.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of a distance measurement chart and an inspection method according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an imaging pattern of the distance measurement chart according to the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the SAD calculation when the distance measurement chart according to the present invention is used.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of a method of drawing a distance measurement chart according to the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing a distance measurement chart according to the present invention.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a functional configuration of the inspection apparatus according to the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a processing procedure for evaluating the distance measurement accuracy of the compound eye distance measuring apparatus by the inspection apparatus.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of a distance measurement chart and an inspection method according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an imaging pattern of the distance measurement chart according to the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the SAD calculation when the
  • FIG. 8 is a diagram showing a distance measurement chart according to the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing an imaging pattern of the distance measurement chart according to the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the SAD calculation when the distance measurement chart according to the present invention is used.
  • FIG. 11 is a diagram showing an imaging pattern of the distance measurement chart according to the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram showing an imaging pattern of the distance measurement chart according to the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing an imaging pattern of the distance measurement chart according to the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram showing an imaging pattern of the distance measurement chart according to the present invention.
  • FIG. 15 is a diagram for explaining the triangulation of the compound eye distance measuring device.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating the SAD calculation.
  • FIG. 17 is a diagram showing a conventional lattice pattern chart.
  • FIG. 1A is a diagram illustrating a configuration example of a distance measurement evaluation chart (such a chart is also referred to as “range measurement chart” or “inspection chart”) C1 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the chart C1 includes, for example, a pattern printed on a sheet-like medium, a pattern displayed on an image display monitor, and a pattern projected on a screen by a projector.
  • circular patterns A0 are arranged in a two-dimensional array in two (first and second) arrangement directions as geometric patterns.
  • the geometric pattern is not limited to a circle but may be a geometric pattern such as a triangle, rectangle, or polygon.
  • FIG. 1A is inclined by ⁇ 1 with respect to the first base line direction (here, the long side direction of the chart C1), and the second arrangement direction is the second base line direction (here Then, it is inclined by ⁇ 2 with respect to the short side direction of the chart C1.
  • FIG. 1B is a perspective view showing an inspection method for the compound-eye distance measuring apparatus according to the present embodiment.
  • C1 is a chart, and the first baseline direction and the second baseline direction shown in FIG. 1A correspond to the first of the compound-eye distance measuring device 1 configured by three imaging optical systems shown in FIG.
  • the imaging optical system 2c is installed so as to correspond to the direction in which parallax occurs.
  • 2a, 2b, and 2c are a first imaging optical system, a second imaging optical system, and a third imaging optical system, respectively, and 3a, 3b, and 3c are a first imaging optical system, a second imaging optical system, The first image sensor, the second image sensor, and the third image sensor respectively corresponding to the third image pickup optical system.
  • the chart C1 is arranged on the optical axis of the imaging optical system and separated from each imaging optical system by a predetermined distance.
  • B1 is a repetition period in which the pitch of the circular pattern in the first base line direction, that is, the position of the circular pattern when viewed in the first base line direction coincides, and the center of the circular pattern A0 is B1 can be changed by changing ⁇ 1 as the rotation center.
  • B2 is a repetition period in which the pitch of the circular pattern in the second baseline direction, that is, the position of the circular pattern when viewed in the second baseline direction coincides, and the center of the circle of the circular pattern A0 is the center of rotation. B2 can be changed by changing the ⁇ 2.
  • FIG. 2 shows a part 10a of an image output from the imaging element of the first imaging optical system when the chart of FIG. 1A is imaged by the compound-eye distance measuring device 1 of FIG.
  • a part 10b of an image output from the imaging element of the imaging optical system and a part 10c of an image output from the imaging element of the third imaging optical system are shown. Since the imaging pattern is an inverse image when viewed from the subject side, it is inverted and output when the image is output. Therefore, the images 10a, 10b, and 10c correspond to the imaging pattern viewed from the back side of the imaging surface.
  • a0 is a circular pattern image corresponding to the pattern A0 on the chart of FIG.
  • b1 is a circular pattern in a direction orthogonal to the first baseline direction on the imaging surface.
  • the repetition cycle in the first baseline direction when the positions match, and b2 is the repetition cycle in the second baseline direction when the positions of the circular patterns in the direction orthogonal to the second baseline direction match on the imaging surface It is.
  • the imaging pattern is imaged upside down and horizontally with respect to the chart pattern, and is inverted and output when the image is output as described above. Therefore, ⁇ 1 and ⁇ 2 shown in FIG. 2 are respectively shown in FIG. Is equal to ⁇ 1 and ⁇ 2.
  • FIG. 2 is a block (for example, 8 ⁇ 8 pixels) composed of a plurality of pixels, and SAD calculation is performed for each block. Is called.
  • 10a is a reference image formed by the first image pickup optical system
  • 10b is a reference image formed by the second image pickup optical system. Focusing on the reference block (calculation block) La of the reference image 10a, SAD calculation is performed on La 'of the reference image 10b within the search range indicated by Sh. Accordingly, if the chart cycle B1 in FIG. 1A is set so that the value of the cycle b1 is larger than the search range Sh of the SAD calculation, only one portion of the pattern matches in the search range of the SAD calculation. Become.
  • the angle ⁇ 1 of the first arrangement direction with respect to the first baseline direction is set so as to be larger than the parallax (search range Sh) in the first baseline direction corresponding to the distance (predetermined distance) and imaging
  • the pitch B2 in the second baseline direction of the geometric pattern on the images captured by the optical systems 2a to 2c is larger than the parallax (search range Sv) in the second baseline direction corresponding to the predetermined distance.
  • an angle ⁇ 2 in the second arrangement direction with respect to the second baseline direction is set.
  • FIG. 3A is a graph showing changes in SAD calculation values of the standard image 10a and the reference image 10b in FIG. That is, the search position when the SAD calculation of the block of interest on the base image 10a and the block on the reference image 10b is repeated while shifting the block on the reference image 10b pixel by pixel in the first baseline direction ( It is a graph which shows the relationship between the pixel position of a 1st baseline direction) and SAD (calculation result).
  • B1, Sh, and ⁇ h in FIG. 3A correspond to the reference numerals shown in the reference image 10b in FIG. 2, and the search position where the SAD calculation value is the smallest within the search range Sh is the parallax amount ⁇ h.
  • the minimum value of the SAD calculation value is the search range as shown in FIG. Multiple occurrences within If the search range is not limited, the smallest minimum value repeatedly appears in the period b1 as the SAD calculation value indicated by the broken line in FIG. 3A, but the period b1 becomes larger than the search range Sh. Therefore, there is only one minimum value in the search range, and the amount of parallax is not erroneously detected.
  • FIG. 3B is a graph showing changes in SAD calculation values of the standard image 10a and the reference image 10c in FIG. That is, the search position when the SAD calculation of the block of interest on the base image 10a and the block on the reference image 10c is repeated while shifting the block on the reference image 10c one pixel at a time in the second baseline direction ( It is a graph which shows the relationship between the pixel position of a 2nd base line direction) and SAD (calculation result).
  • B2, Sv, and ⁇ v in FIG. 3B correspond to the reference numerals shown in the reference image 10c in FIG. 2, and the search position where the SAD calculation value is the smallest within the search range Sv is the parallax amount ⁇ v.
  • the minimum value of the SAD calculation value is the search range as shown in FIG. Multiple occurrences within If there is no restriction on the search range, the smallest minimum value such as the SAD calculation value indicated by the broken line in FIG. 3B repeatedly appears in the period b2, but the period b2 becomes larger than the search range Sv. Therefore, there is only one minimum value in the search range, and the amount of parallax is not erroneously detected. As described above, according to the inspection method of the present embodiment, it is possible to inspect the distance accuracy of the compound-eye distance measuring device having two baseline directions with high accuracy by one imaging.
  • FIG. 4 shows that the ratio of the baseline length between the imaging optical systems arranged in the first baseline direction to the baseline length between the imaging optical systems arranged in the second baseline direction is 5: 4, and the focal length of each imaging optical system is It is a figure explaining the drawing method of the test
  • the search range of the SAD calculation needs to have a margin with respect to the parallax range obtained when imaging from the longest distance to the shortest distance of the distance measurement target range.
  • both the parallax search range Sh between the imaging optical systems arranged in the first baseline direction and the parallax search range Sv between the imaging optical systems arranged in the second baseline direction have a margin at the same ratio with respect to the search range.
  • the ratio of Sh and Sv is also preferably about 5: 4, and the repetition period b1 (b1> Sh) of the imaging pattern in the first baseline direction on the imaging surface described in FIG. 2 and the second baseline direction
  • the ratio of the repetition period b2 (b2> Sv) in the baseline direction of the imaging pattern is also preferably about 5: 4. Therefore, it is desirable that the repetition period of the pattern in the first baseline direction and the repetition period of the pattern in the second baseline direction are also about 5: 4 on the chart.
  • the drawing is performed in an xy orthogonal coordinate system in which the first baseline direction is the x direction and the second baseline direction is the y direction.
  • the squares formed by broken lines are virtual lines for drawing. The lower left is the origin (0, 0), the size of one square is 1 in both the x and y directions, and one square corresponds to the size of one computation block (for example, 8 ⁇ 8 pixels). Yes.
  • circular patterns A1, A2, and A3 having the origin (0, 0), coordinates (5, 1), and coordinates (1, 4) as the center of the circle are formed.
  • the condition for the size of the circular pattern will be described later.
  • the angle formed by the line connecting the origin (0,0) and the coordinates (5,1) and the first baseline direction is ⁇ 1
  • the origin (0,0) and the coordinates (1,4) The angle formed by the line segment connecting the two and the second baseline direction is ⁇ 2.
  • a circular pattern is formed at each point that divides the line segment connected by the origin (0, 0) and the coordinates (5, 1) into five equal parts, and the origin (0, 0) And a circular pattern is formed at each point that divides the line segment connected by the coordinates (1, 4) into four equal parts.
  • the line segment direction connecting the origin (0,0) and the coordinates (5,1) and the line segment direction connecting the origin (0,0) and the coordinates (1,4) are patterned.
  • a circular pattern is arranged in an array as the arrangement direction.
  • the y components coincide when viewed in the first baseline direction. 75
  • the ratio of the period B1 to the period B2 is 5: 4.
  • the radius of the circular pattern is half the radius of the circumscribed circle.
  • the image shown in FIG. 2 is formed on the imaging surface, and the same pattern is used in the search range in both the first baseline direction and the second baseline direction. Is not repeated, there is only one minimum value in the search range in the SAD calculation, and the amount of parallax is not erroneously detected.
  • the coordinates of the circular pattern A2 are (5, 1) and the coordinates of A3 are (1, 4).
  • the coordinates of A2 are used. (10, 1) and the coordinates of A3 may be (1, 8).
  • the repetition cycle b1 of the imaging pattern in the first baseline direction and the repetition cycle of the imaging pattern in the second baseline direction The ratio of b2 is also 5: 4.
  • the ranging accuracy of the compound-eye distance measuring device in which the ratio of the baseline length between the imaging optical systems arranged in the first baseline direction and the baseline length between the imaging optical systems arranged in the second baseline direction is m: n.
  • the coordinates of the circular pattern A2 may be (m ⁇ a, 1) and the coordinates of A3 may be (1, n ⁇ a).
  • ⁇ 2 sets the circular pattern arrangement direction in the clockwise direction with respect to the second base line direction.
  • ⁇ 2 is the second base line direction.
  • the arrangement direction of the circular patterns may be set in a counterclockwise direction with respect to the direction.
  • the ratio of the repetition period B1 ′ having the same x component when viewed in the first baseline direction and the repetition period B2 ′ having the same y component when viewed in the second baseline direction is also 5: 4. .
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a functional configuration example of the inspection apparatus 100 according to the present embodiment.
  • the inspection apparatus 100 is an apparatus that evaluates the distance accuracy of the compound-eye distance measuring apparatus 200, and includes a chart C1, an input unit 101, a display unit 102, and a control unit 110 (measurement distance acquisition unit 103, storage unit 104, and evaluation unit 105). It has.
  • the compound-eye distance measuring apparatus 200 has a first baseline direction and a second baseline direction that are different from each other.
  • the parallax and the second baseline in the first baseline direction obtained from at least three or more imaging optical systems. It is a device that measures the distance to the measurement object by the parallax in the direction.
  • the chart C1 is characterized by a pattern as described above.
  • the chart C1 includes a pattern printed on a sheet-like medium, a pattern displayed on an image display monitor, and a pattern projected on a screen by a projector.
  • the chart C1 is arranged at a predetermined distance (for example, 50 cm) from the imaging optical systems on the optical axes of the three imaging optical systems provided in the compound-eye distance measuring device 200.
  • the input unit 101 includes, for example, a keyboard and a mouse, receives an operation from the operator, and notifies the control unit 110 and the like of the operation result.
  • the display unit 102 is composed of, for example, a liquid crystal display, and displays data stored in the storage unit 104, inspection results, and the like.
  • the control unit 110 is connected to the compound eye distance measuring device 200, the input unit 101, and the display unit 102, and controls the compound eye distance measurement device 200 by controlling them and exchanging signals with them.
  • the measurement distance acquisition unit 103, the storage unit 104, and the evaluation unit 105 are provided.
  • the control unit 110 is realized by, for example, a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory) storing a control program, a communication interface, an auxiliary memory (nonvolatile memory such as a hard disk), and the like. Is done.
  • the measurement distance acquisition unit 103 acquires the distance (measurement distance) to the calculation block or the chart for each pixel measured by the compound eye distance measuring device 200.
  • the storage unit 104 includes a readable / writable memory and the like, and holds arrangement distance data 104a indicating distances (predetermined distances) between the three imaging optical systems included in the compound-eye distance measuring apparatus 200 and the chart C1.
  • the evaluation unit 105 calculates the difference between the distance (predetermined distance) indicated by the arrangement distance data 104a and the distance (measurement distance) acquired by the measurement distance acquisition unit 103, and the calculated difference is within a predetermined value range. It is a processing part which evaluates whether it exists in.
  • the inspection method of the compound eye distance measuring apparatus 200 using the inspection apparatus 100 according to the present embodiment configured as described above is as follows.
  • the inspection method includes a first baseline direction and a second baseline direction that are different from each other, and a first baseline direction parallax obtained from at least three or more imaging optical systems and a second baseline direction.
  • This is a method for evaluating the distance accuracy of the compound-eye distance measuring apparatus 200 that measures the distance to the measurement object by the parallax in the baseline direction.
  • the inspection method includes the following steps. In other words, (1) An arrangement step in which the chart C1 is arranged at a predetermined distance from the imaging optical system (here, the compound-eye distance measuring device 200) on the optical axis of the imaging optical system by manpower or a robot. (2) A measuring step of measuring the distance to the chart C1 by the compound eye distance measuring device 200. (3) An evaluation step of calculating a difference between the predetermined distance and the measured distance and evaluating whether the calculated difference is within a predetermined value range.
  • the process is repeated for each block obtained by dividing the imaging surface so that a contrast exists in the geometric pattern formed on the imaging surface. (4) Discrimination for discriminating that the compound-eye distance measuring device 200 is inspected when the number of blocks evaluated that the difference is within a predetermined value range in the evaluation step is equal to or greater than a predetermined number. Process.
  • the chart C1 has a predetermined geometric pattern two-dimensionally arranged in the first arrangement direction and the second arrangement direction, and the first arrangement direction and the second arrangement direction.
  • the arrangement direction is inclined at a predetermined angle with respect to the first baseline direction and the second baseline direction, respectively, and further, in the measurement step, an image is formed on imaging surfaces of at least three imaging optical systems.
  • the distance to the chart is measured from the shift of each imaging position in the baseline direction of the same geometric pattern.
  • FIG. 7 shows a processing procedure for evaluating the accuracy of the measurement distance extracted from between the imaging optical systems of the compound-eye distance measuring apparatus 200 by the inspection apparatus 100 after the arrangement process (that is, the measurement process, the evaluation process, and the discrimination process). It is the flowchart which showed.
  • the inspection apparatus 100 performs the same evaluation for each of the two baseline directions. Here, an evaluation processing procedure for one baseline direction will be described.
  • the measurement distance acquisition unit 103 receives a standard image and a reference image from the compound-eye distance measuring device 200, and selects a calculation block that has not yet been evaluated for those images (S101). Next, the measurement distance acquisition unit 103 acquires the measurement distance by extracting the parallax by the SAD calculation in the selected calculation block and converting the parallax into the measurement distance according to the above equation 2 (S102). Steps S102 to S103 correspond to the measurement process.
  • the measurement distance obtaining unit 103 may obtain the measurement distance calculated by the compound eye distance measuring device 200.
  • the parallax extraction by the SAD calculation is performed by specifying the difference (the number of pixels in the base line direction) between the position of the calculation block of the base image and the position of the calculation block of the reference image where the SAD calculation value is a minimum value.
  • the accuracy of extracting the parallax may be a pixel unit or a sub-pixel unit.
  • a plurality of SAD calculation values including local minimum values are fitted to an approximate curve in the SAD calculation value graph shown in FIG. 3, and a search position (baseline) at the lowest point of the curve is obtained. The pixel position in the direction) may be obtained.
  • the evaluation unit 105 acquires the arrangement distance from the compound eye distance measuring device 200 corresponding to the selected calculation block to the chart C1 from the arrangement distance data 104a stored in the storage unit 104 (S103).
  • the evaluation part 105 calculates the difference of the measurement distance acquired by step S102, and the arrangement
  • the evaluation unit 105 determines that the selected calculation block is good (S106).
  • the evaluation unit 105 determines that the selected calculation block is defective (S107). Steps S104 to S107 correspond to the evaluation process.
  • the evaluation unit 105 determines whether or not the determination has been completed for all the calculation blocks determined (S108). If it is determined that the determination has not been completed for all the calculation blocks (No in S108), the process returns to step S101 again, and the process is repeated from the selection of the calculation block. On the other hand, when it is determined that the determination has been completed for all the calculation blocks (Yes in S108), the evaluation unit 105 calculates the number of calculation blocks (the number of good determination blocks) p determined to be good in Step S106 (S109). ).
  • the evaluation unit 105 determines that the compound-eye distance measuring apparatus 200 to be inspected has passed the inspection (S111), and ends the process.
  • the evaluation unit 105 fails the test on the compound-eye distance measuring device 200 that is the subject of the test. (S112), the process is terminated. Steps S109 to S112 correspond to the determination step.
  • the inspection apparatus 100 performs the evaluation according to the above processing procedure for each of the two baseline directions, and determines whether the inspection is acceptable for each of the two baseline directions. Alternatively, it is determined as a pass as a comprehensive determination only when both of the two baseline directions pass the inspection.
  • distance information can be acquired for each calculation block in the entire area within the imaging field of view. Then, by evaluating the difference between the acquired distance information and the actual distance information, it becomes possible to inspect the distance measuring accuracy of the compound eye distance measuring device with high accuracy.
  • FIG. 8A shows a part of the inspection chart pattern of the compound eye range finder in which the first baseline direction and the second baseline direction are not orthogonal as shown in FIG. 8B.
  • the pattern is drawn in the xy ′ non-orthogonal coordinate system in which the first baseline direction is the x direction and the second baseline direction is the y ′ direction.
  • the squares formed by broken lines are imaginary lines for drawing. The lower left is the origin (0, 0), and the size of one square is 1 in both the x and y ′ directions.
  • This embodiment differs from FIG. 4 only in the second baseline direction, and the drawing method is the same.
  • the pixels of the image sensor are usually arranged orthogonally, when searching for the parallax in the second baseline direction, the image is rotated so that the second baseline direction is orthogonal to the first baseline direction. It is desirable to perform the parallax calculation after performing the processing.
  • FIG. 9 shows the first imaging optical system when the gradation (tone, hue, brightness, saturation, etc.) of the geometric pattern of the chart is periodically changed between the first baseline direction and the second baseline direction. A part of the imaging pattern formed on the imaging surface is shown.
  • P1 and P2 are circular patterns having different gradations
  • the first pattern arrangement direction is inclined by ⁇ with respect to the first base line direction
  • the second pattern arrangement direction is the second base line. Inclined by ⁇ relative to the direction.
  • the gradation of the circular pattern of the chart is alternately repeated as two types, but may be periodically changed by three or more types of gradation.
  • the pattern arranged in an array as in the first embodiment Are all the same gradation, the difference between the minimum value of the smallest SAD calculation value and the adjacent minimum value becomes small, and the amount of parallax may be erroneously detected.
  • FIGS. 10A and 10B are diagrams showing SAD calculation when the angle formed by the pattern arrangement direction and the baseline direction is small, ⁇ h is the amount of parallax, Sh is the search range of the SAD calculation, b1 Is a repetition period in the baseline direction when circular patterns in the orthogonal axis direction orthogonal to the baseline direction coincide on the imaging surface.
  • FIG. 10A is a diagram showing the SAD calculation when patterns are arranged with the same gradation
  • FIG. 10B shows gradations of two types of patterns as in the present embodiment (FIG. 9). It is a figure which shows SAD calculation at the time of arranging alternately.
  • the difference between adjacent local minimum values can be increased as shown in FIG. 10B. Accordingly, the difference between the smallest minimum value and the adjacent minimum values before and after that can be increased as compared with FIG. 10A, and the possibility of erroneously detecting the amount of parallax can be reduced.
  • the smallest minimum value of the SAD calculation can be made one in the search range. Since the difference between the smallest minimum value and the adjacent minimum value can be increased by tilting, and erroneous detection of the amount of parallax can be reduced, it is preferable to tilt the pattern arrangement.
  • FIG. 11 shows an example of an imaging pattern formed on the imaging surface of the first imaging optical system when the shape of the geometric pattern of the chart is periodically changed between the first baseline direction and the second baseline direction. Shows the part.
  • P1 and P3 are patterns having different shapes
  • the first pattern arrangement direction is inclined by ⁇ with respect to the first baseline direction
  • the second pattern arrangement direction is in the second baseline direction. It is tilted by ⁇ .
  • the circular pattern and the square pattern of the chart are alternately repeated, but may be periodically changed by three or more types of shapes.
  • the angle formed by the pattern arrangement direction and the base line direction is small, the difference between the smallest minimum value in the SAD calculation and the neighboring minimum values before and after that is increased. This can reduce the possibility of erroneously detecting the amount of parallax.
  • the smallest minimum value of the SAD calculation can be made one within the search range. It is preferable to incline the arrangement of patterns because the difference between the smallest minimum value and the adjacent minimum value can be increased by tilting, and erroneous detection of the amount of parallax can be reduced.
  • FIG. 12 shows an imaging pattern formed on the imaging surface of the first imaging optical system when the size of the geometric pattern of the chart is periodically changed in the first baseline direction and the second baseline direction. Some are shown.
  • P1 and P4 are patterns having different sizes, the first pattern arrangement direction is inclined by ⁇ with respect to the first baseline direction, and the second pattern arrangement direction is the second baseline direction. Is tilted by ⁇ .
  • the size of the circular pattern of the chart is alternately repeated as two types, but may be periodically changed according to three or more types.
  • the angle formed by the pattern arrangement direction and the base line direction is small, the difference between the smallest minimum value in the SAD calculation and the neighboring minimum values before and after that is increased. This can reduce the possibility of erroneously detecting the amount of parallax.
  • the smallest minimum value of the SAD calculation can be made one in the search range. Since the difference between the smallest minimum value and the adjacent minimum value can be increased by tilting, and erroneous detection of the amount of parallax can be reduced, it is preferable to tilt the pattern arrangement.
  • FIG. 13 shows a case where the orientation of the geometric pattern of the chart (here, the geometric pattern is a square, and the rotation angle of the square itself) is periodically changed between the first baseline direction and the second baseline direction.
  • 2 shows a part of an imaging pattern formed on the imaging surface of the first imaging optical system.
  • P1 and P5 are patterns having different directions
  • the first pattern arrangement direction is inclined by ⁇ with respect to the first base line direction
  • the second pattern arrangement direction is the second base line direction. It is tilted by ⁇ .
  • the chart pattern directions are alternately repeated as two types, but may be periodically changed according to three or more types.
  • the difference between the smallest minimum value in the SAD calculation and the neighboring minimum values before and after that is increased. This can reduce the possibility of erroneously detecting the amount of parallax.
  • the smallest minimum value of the SAD calculation can be made one in the search range. It is preferable to incline the arrangement of patterns because the difference between the smallest minimum value and the adjacent minimum value can be increased by tilting, and erroneous detection of the amount of parallax can be reduced.
  • the inspection methods of the first to sixth embodiments it is possible to acquire distance information of the entire imaging field with an arbitrary block size. Therefore, it is possible to perform an inspection in which a pass / fail standard is set for each region, an inspection in which the pass / fail standard is set in the distribution state of acquired data, and the like.
  • the parallax can be extracted from between the imaging optical systems arranged in the first baseline direction and between the imaging optical systems arranged in the second baseline direction by an image acquired by one imaging, a chart or It is not necessary to change the direction of the compound-eye distance measuring device.
  • the inspection chart, the inspection method, and the inspection apparatus according to the present invention have been described based on the first to sixth embodiments.
  • the present invention is not limited to these embodiments. Modifications obtained by modifying each embodiment without departing from the gist of the present invention and modifications obtained by appropriately combining features of each embodiment are also included in the present invention.
  • the inspection chart according to the invention is not limited to such an arrangement of geometric patterns, and at least two of gradation, shape, size, and orientation periodically change in the first baseline direction and the second baseline direction. You may do it.
  • one of the gradation, shape, size, and orientation of the geometric pattern is cycled in n ( ⁇ 2) stages in the first baseline direction and the second baseline direction.
  • the other one of the gradation, shape, size and orientation of the geometric pattern periodically changes in m ( ⁇ 2) stages in the first baseline direction and the second baseline direction.
  • n and m may be different values.
  • the gradation of the geometric pattern changes in three stages, and the shape of the geometric pattern changes in two stages.
  • the difference between the smallest minimum value in the SAD calculation and the neighboring minimum values before and after the SAD operation is made larger than when only the gradation, shape, size, and orientation of the geometric pattern are changed. And the possibility of erroneous detection of the amount of parallax can be further reduced.
  • the inspection method for a compound eye distance measuring device according to the present invention is useful for inspection of the distance measuring accuracy of a compound eye distance measuring device for in-vehicle use, for a surveillance camera, for a three-dimensional shape measurement system, or the like.

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Abstract

撮像視野内の全領域を精度良く検査し、かつ、2つの基線方向を有する複眼測距装置の距離精度を1回の撮像で検査できる複眼測距装置の検査方法が提供される。その検査方法は、複眼測距装置(200)から所定距離に検査チャート(C1)を配置する配置工程と、複眼測距装置(200)によって検査チャート(C1)までの距離を測定する測定工程と、上記所定距離と測定された距離との差分を算出し、算出した差分が予め定められた値の範囲内にあるかどうかを評価する評価工程とを含み、検査チャート(C1)は、所定の幾何学的パターン(A0)が第1および第2の配列方向に2次元的にアレイ状に配列され、第1の配列方向および第2の配列方向がそれぞれ第1の基線方向および第2の基線方向に対してそれぞれ所定の角度(θ1、θ2)を成すように設定されている。

Description

複眼測距装置の検査方法及び検査装置並びにそれに用いるチャート
 本発明は、複眼測距装置の検査方法に関し、特に、互いに方向が異なる第1の基線方向と第2の基線方向を有し、少なくとも3つ以上の撮像光学系間から得られる前記第1の基線方向の視差と前記第2の基線方向の視差によって測定対象物までの距離を測定する複眼測距装置の距離精度を評価する検査方法および検査装置並びにそれに用いるチャートに関する。
 一対の撮像光学系を有する撮像装置により測定対象物を撮像し、左右画像または上下画像の2つの画像を取得する複眼測距装置は、三角測量の原理を用いて測定対象物までの距離を算出する。このような複眼測距装置は、自動車の車間距離測定や、カメラの自動焦点システム、3次元形状測定システムに用いられている。
 図15は複眼測距装置の三角測量について説明する図である。図15において、G1は第1の撮像光学系の撮像レンズ、N1は第1撮像光学系の撮像面、G2は第2の撮像光学系の撮像レンズ、N2は第2撮像光学系の撮像面である。ここで、測定対象物O上の点Pを測定点とし、この点が第1の撮像光学系の光軸上に位置する場合、点Pは第1の撮像光学系では光軸a1上の撮像面に結像され、第2の撮像光学系では、光軸a2から基線方向にΔだけ離れた撮像面に結像される。ここで、撮像レンズから点Pまでの距離をZとし、2つの撮像光学系G1、G2の光軸間距離である基線長をDとし、撮像レンズの焦点距離をf(G1、G2とも同一とする)とし、視差量をΔとすると、次の式1で示される様な近似式が成立する。
 Δ≒D・f/Z   ・・・式1
 Δは第1の撮像光学系から得られた画像と第2の撮像光学系から得られた画像をパターンマッチングすることで抽出できるので、上記式1を変形する事により点Pまでの距離Zを抽出することが可能である。パターンマッチングの相関度は第1の撮像光学系から得られる基準画像の小領域と第2の撮像光学系から得られる参照画像の小領域との間の各画素の輝度の差分(絶対値)の総和である評価関数SAD(Sum of Absolute Difference)によって求められる。ここで、小領域の演算ブロックサイズをm×n画素とすると、SADは次の式2によって求めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 
  上記式2において、x、yは撮像面の座標であり、I0、I1はそれぞれ括弧内で示した座標における基準画像の輝度値と参照画像の輝度値である。図16はSAD演算について説明する図である。SAD演算では、基準画像の基準ブロック領域に対して参照画像の探索ブロック領域の位置を図16のように基線方向にdxだけずらしながら演算し、SADが極小値となるdxが、上記式1の視差量Δとなる。SADは任意の座標で演算できるので、撮像視野内の全領域の距離情報を取得することができる。
 複眼測距装置では、撮像光学系や撮像素子等の持つ性能ばらつきや組立誤差、校正誤差等に起因して取得した距離情報がばらついてしまうため、測距精度が定められた規格内に入っているかどうかを検査する工程が必要となる。
 複眼測距装置の測距精度を検査するためのチャートとしては、図17に示すような2階調の格子パターンが描かれたチャートC2や、特許文献1のように複数の階調の輝度パターンをランダムに配列して描かれたものが知られている。
特開2001-091247号公報
 複眼測距装置で測定対象物を撮像したときに得られる視差量は、測定対象物までの距離によって変化するため、SADの探索範囲は測距対象範囲の最長距離から最短距離まで撮像したとき得られる視差の範囲をカバーするように設定する必要がある。一方、測距の面分解能を上げるにはチャートのパターンを細かくする必要があるが、図17のような格子パターンのチャートにおいて、格子パターンのピッチを細かく設定すると、撮像面で結像される格子パターンのピッチも細かくなり、SADの探索範囲が広ければ、探索範囲内に格子パターンが複数存在することになるため、SADの探索範囲内にマッチング箇所が複数出現し、正しく視差を検出することができない。よって、視差を正しく検出するためには、探索範囲内におけるマッチング箇所が1つになるように格子パターンのピッチを大きく設定しなければならない。ところが、格子パターンのピッチを大きく設定すると、演算ブロックサイズが格子パターンよりも小さく設定された場合では、演算ブロック内にコントラストが存在しない箇所が発生しパターンマッチングができなくなるため、その箇所では測距ができないという問題が生じる。逆に演算ブロック内に必ずコントラストが存在するようにするには、演算ブロックサイズを大きくしなければならいため、測距の面分解能が下がってしまうという問題がある。
 また、SAD演算において測距対象物のコントラストが高い場合は極小値が鮮鋭に現れるが、対象物のコントラストが低い場合は極小値が鮮鋭に現れないため検出しにくくなる。従って、特許文献1のように輝度パターンがランダムに配列されたチャートでは、隣接する輝度パターンのコントラストが場所によって異なるため、SAD演算によるパターンマッチングの精度がコントラストに応じてばらつく場合や、ランダム配列によって探索範囲内に周期性のある輝度パターンが偶然存在してしまうと、ほぼ等しい極小値が探索範囲内に複数存在してしまい、正しく測距できない箇所が発生するという問題が生じる。
 また、3つ以上の撮像光学系から構成され、例えば上下方向と左右方向に基線方向を有する複眼測距装置において、図17のような格子パターンのチャートを測距すると、左右方向にはコントラストが存在するが上下方向にはコントラストが存在しないため、全ての領域で視差を検出することができない。従って、基線方向が2つある複眼測距装置を検査する場合は、各基線方向毎に検査に適合したチャートを用意し、2回に分けて検査を行わなければならない。
 本発明の目的はこのような問題を解決し、撮像視野内の全領域を精度良く検査し、かつ、2つの基線方向を有する複眼測距装置の距離精度を1回の撮像で検査できるチャートと検査方法及び検査装置を提供することである。
 前記課題を解決するために、本発明の複眼測距装置の検査方法は、互いに方向が異なる第1の基線方向と第2の基線方向を有し、少なくとも3つ以上の撮像光学系間から得られる前記第1の基線方向の視差と前記第2の基線方向の視差によって測定対象物までの距離を測定する複眼測距装置の距離精度を評価する検査方法であって、前記撮像光学系の光軸上で前記撮像光学系から所定距離にチャートを配置する配置工程と、前記複眼測距装置によって前記チャートまでの距離を測定する測定工程と、前記所定距離と前記測定された距離との差分を算出し、算出した差分が予め定められた値の範囲内にあるかどうかを評価する評価工程とを有し、前記チャートは、所定の幾何学的パターンが第1の配列方向および第2の配列方向に2次元的に配列され、かつ、前記第1の配列方向および前記第2の配列方向がそれぞれ前記第1の基線方向および前記第2の基線方向に対してそれぞれ所定の角度で傾いていることを特徴としており、前記測定工程は、前記少なくとも3つ以上の撮像光学系の撮像面に結像された同一の前記幾何学的パターンの各基線方向における各結像位置のずれから、前記チャートまでの距離を測定する。
 ここで、「基線方向」とは、2つの撮像光学系において視差が生じる方向、つまり、2つの撮像光学系が配置される並び方向、より詳しくは、2つの撮像光学系の撮像中心(撮像面の中心、あるいは、撮像レンズの中心)どうしを結ぶ線である。また、「幾何学的パターン」とは、チャート上に形成される模様を構成する個々の幾何学図形、例えば、1個の円形図形である。
 また、前記配置工程では、前記撮像光学系により撮像された画像上における前記幾何学的パターンの前記第1の基線方向における配置の繰り返し周期であるピッチが、前記所定距離における前記第1の基線方向の視差よりも大きくなるように前記第1の基線方向に対する前記第1の配列方向の角度が設定され、かつ、前記撮像光学系により撮像された画像上における前記幾何学的パターンの前記第2の基線方向における配置の繰り返し周期であるピッチが、前記所定距離における前記第2の基線方向の視差よりも大きくなるように前記第2の基線方向に対する前記第2の配列方向の角度が設定されたチャートを配置することが好ましい。
 上記検査方法により、前記幾何学的パターンとその配列ピッチを適正に設定することで、全ての演算ブロックに必ずコントラストが存在するように調節することができ、各基線方向のSAD演算において、SADの探索範囲内では探索ブロックのパターンを基準画像の基準ブロックのパターンに対して常に異ならせることができるため、撮像視野内の全ての領域の距離情報を精度良く取得することが可能となる。
 また、前記配置工程では、前記幾何学的パターンの階調が前記第1の基線方向及び前記第2の基線方向に周期的に変化するチャートを配置することが好ましい。また、前記配置工程では、前記幾何学的パターンの形状が前記第1の基線方向及び前記第2の基線方向に周期的に変化するチャートを配置することが好ましい。また、前記配置工程では、前記幾何学的パターンの大きさが前記第1の基線方向及び前記第2の基線方向に周期的に変化するチャートを配置することが好ましい。また、前記配置工程では、前記幾何学的パターンの向きが前記第1の基線方向及び前記第2の基線方向に周期的に変化するチャートを配置することが好ましい。
 これらにより、SAD演算値において最も小さい極小値とその前後に存在する極小値との差を大きくすることができ、視差を誤検出する確率を減少させることができる。
 また、前記測定工程及び前記評価工程では、前記撮像面に結像した前記幾何学的パターンにおいてコントラストが存在するように前記撮像面を分割したブロック毎に処理を繰り返し、前記検査方法はさらに、前記評価工程において良(前記差分が予め定められた値の範囲内にある)と評価された前記ブロックの数が予め定められた数以上である場合に、前記複眼測距装置を検査合格と判別する判別工程を有すことが好ましい。
 これにより任意のブロックサイズ、つまり任意の面分解能で撮像視野内の全域において測距精度を評価することが可能となる。また、各ブロックの評価結果に基づいて、複眼測距装置の測距精度を検査することで、高精度に検査することが可能となる。
 また、本発明のチャートは、上記複眼測距装置の検査方法に用いるチャートであって、前記チャートは、所定の幾何学的パターンが第1の配列方向および第2の配列方向に2次元的に配列され、かつ、前記第1の配列方向および前記第2の配列方向がそれぞれ前記第1の基線方向および前記第2の基線方向に対してそれぞれ所定の角度で傾いているチャートである。
 また、本発明は、互いに方向が異なる第1の基線方向と第2の基線方向を有し、少なくとも3つ以上の撮像光学系間から得られる前記第1の基線方向の視差と前記第2の基線方向の視差によって測定対象物までの距離を測定する複眼測距装置の距離精度を評価する検査装置であって、前記撮像光学系の光軸上で前記撮像光学系から所定距離に配置されたチャートと、前記所定距離を記憶する記憶手段と、前記複眼測距装置によって測定された前記チャートまでの測定距離を取得する測定距離取得手段と、前記所定距離と前記所定距離との差分が、予め定められた値の範囲内にあるかどうかを評価する評価手段とを備え、前記チャートは、所定の幾何学的パターンが第1の配列方向および第2の配列方向に2次元的に配列され、かつ、前記第1の配列方向および前記第2の配列方向がそれぞれ前記第1の基線方向および前記第2の基線方向に対してそれぞれ所定の角度を成すように配置されている複眼測距装置の検査装置として実現してもよい。
 さらに、上記複眼測距装置の検査方法に含まれる評価工程及び判別工程をコンピュータに実行させるプログラム、あるいは、そのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能なCD-ROM等の記録媒体として実現することもできる。
 本発明により撮像視野内の全領域を精度良く検査し、かつ、2つの基線方向を有する複眼測距装置の距離精度を1回の撮像で検査できるチャートと検査方法及び検査装置を実現できる。
図1は、本発明に係る測距用チャートと検査方法の説明図である。 図2は、本発明に係る測距用チャートの撮像パターンを示す図である。 図3は、本発明に係る測距用チャートを用いた時のSAD演算について説明する図である。 図4は、本発明に係る測距用チャートの作図方法の説明図である。 図5は、本発明に係る測距用チャートを示す図である。 図6は、本発明に係る検査装置の機能構成を示すブロック図である。 図7は、検査装置による複眼測距装置の測距精度を評価する処理手順を示したフローチャートである。 図8は、本発明に係る測距用チャートを示す図である。 図9は、本発明に係る測距用チャートの撮像パターンを示す図である。 図10は、本発明に係る測距用チャートを用いた時のSAD演算について説明する図である。 図11は、本発明に係る測距用チャートの撮像パターンを示す図である。 図12は、本発明に係る測距用チャートの撮像パターンを示す図である。 図13は、本発明に係る測距用チャートの撮像パターンを示す図である。 図14は、本発明に係る測距用チャートの撮像パターンを示す図である。 図15は、複眼測距装置の三角測量について説明する図である。 図16は、SAD演算について説明する図である。 図17は、従来の格子パターンチャートを示す図である。
符号の説明
1    複眼測距装置
2a   第1の撮像光学系
2b   第2の撮像光学系
2c   第3の撮像光学系
3a   第1の撮像素子
3b   第2の撮像素子
3c   第3の撮像素子
100  検査装置
101  入力部
102  表示部
103  測定距離取得部
104  記憶部
104a 配置距離データ
105  評価部
110  制御部
200  複眼測距装置
C1,C2 測距チャート
A0~A5 測距チャート上の幾何学的パターン
B1 チャートの幾何学的パターンの第1の基線方向のピッチ
B2 チャートの幾何学的パターンの第2の基線方向のピッチ
P1~P5 撮像面に結像された幾何学的パターン
θ1,α パターン配列方向の第1の基線方向と成す角
θ2,β パターン配列方向の第2の基線方向と成す角
La 基準画像の演算ブロック
La’ 第1の基線方向の参照画像の演算ブロック
La’’ 第2の基線方向の参照画像の演算ブロック
Sh SAD演算の第1の基線方向の探索範囲
Sv SAD演算の第2の基線方向の探索範囲
b1 撮像面上に結像された幾何学的パターンの第1の基線方向のピッチ
b2 撮像面上に結像された幾何学的パターンの第2の基線方向のピッチ
Δh 第1の基線方向の視差量
Δv 第2の基線方向の視差量
 以下、本発明に係る検査チャート、検査方法および検査装置について、図面を用いて詳細に説明する。
 (実施の形態1)
 図1(a)は本発明の実施の形態1に係る測距評価用のチャート(このようなチャートを「測距チャート」または「検査チャート」ともいう。)C1の構成例を示す図である。チャートC1は、例えばシート状の媒体にパターンを印刷したもの、画像表示モニターによってパターンを表示したもの、投影機によってスクリーン上にパターンを投影したもの等である。図1(a)では、幾何学的パターンとして円形パターンA0を、2つ(第1および第2)の配列方向に2次元的にアレイ状に配列している。幾何学的パターンとしては円形に限らず、三角形、矩形、多角形等の幾何学的パターンとしてもよい。図1(a)における第1の配列方向は第1の基線方向(ここでは、チャートC1の長辺方向)に対してθ1だけ傾けてあり、第2の配列方向は第2の基線方向(ここでは、チャートC1の短辺方向)に対してθ2だけ傾けてある。図1(b)は、本実施の形態に係る複眼測距装置の検査方法を示す斜視図である。C1はチャートであり、図1(a)で示した第1の基線方向と第2の基線方向が、図1(b)に示す3つの撮像光学系から構成される複眼測距装置1の第1の基線方向(ここでは、第1の撮像光学系2aと第2の撮像光学系2bにおいて視差が生じる方向)と第2の基線方向(ここでは、第1の撮像光学系2aと第3の撮像光学系2cにおいて視差が生じる方向)にそれぞれ対応するように設置されている。2a、2b、2cはそれぞれ第1の撮像光学系、第2の撮像光学系、第3の撮像光学系であり、3a、3b、3cは第1の撮像光学系、第2の撮像光学系、第3の撮像光学系にそれぞれ対応する第1の撮像素子、第2の撮像素子、第3の撮像素子である。チャートC1は、撮像光学系の光軸上であって、各撮像光学系から所定距離だけ離して配置している。
 図1(a)において、B1は、円形パターンの第1の基線方向のピッチ、即ち、第1の基線方向にみた時の円形パターンの位置が一致する繰り返し周期であり、円形パターンA0の中心を回転中心として前記θ1を変化させることでB1を変化させることができる。また、B2は、円形パターンの第2の基線方向のピッチ、即ち、第2の基線方向にみた時の円形パターンの位置が一致する繰り返し周期であり、円形パターンA0の円の中心を回転中心として前記θ2を変化させることでB2を変化させることができる。
 図2は、図1(a)のチャートを図1(b)の複眼測距装置1で撮像した時に第1の撮像光学系の撮像素子から出力される画像の一部10aと、第2の撮像光学系の撮像素子から出力される画像の一部10bと、第3の撮像光学系の撮像素子から出力される画像の一部10cを示している。撮像パターンは被写体側から見ると逆像となるので、画像出力時には反転して出力される。従って、画像10a、10b、10cは、撮像面裏面側から見た撮像パターンに対応している。a0は撮像面上に結像された図1(a)のチャート上のパターンA0に対応する円形パターンの画像であり、b1は撮像面上において第1の基線方向と直交する方向の円形パターンの位置が一致するときの第1の基線方向の繰り返し周期であり、b2は撮像面上において第2の基線方向と直交する方向の円形パターンの位置が一致するときの第2の基線方向の繰り返し周期である。なお、撮像パターンはチャートのパターンに対して上下左右反転して結像され、前述した通り画像出力時に反転して出力されるため、図2に示しているθ1とθ2はそれぞれ図1(a)のθ1とθ2に等しくなる。また、図2の結像パターンの一部10aにおいて破線によって形成された各マス目はそれぞれ複数の画素で構成されたブロック(例えば、8×8画素)であり、各ブロック毎にSAD演算が行われる。図1(a)のチャートのパターンの大きさと配列ピッチを適正に設定することで、チャート画像全体の演算ブロックに必ずコントラストが存在するように設定することができる。
 ここで、図2において10aを第1の撮像光学系によって結像された基準画像とし、10bを第2の撮像光学系によって結像された参照画像とする。基準画像10aの基準ブロック(演算ブロック)Laに着目すると、参照画像10bのLa’はShで示した探索範囲でSAD演算が実施される。従って、周期b1の値がSAD演算の探索範囲Shよりも大きくなるように図1(a)のチャート周期B1を設定すれば、SAD演算の探索範囲内ではパターンが一致する箇所は一箇所のみとなる。同様に10cを第3の撮像光学系によって結像された参照画像として、基準画像10aの基準ブロックLaに着目すると、参照画像10cのLa’’はSvで示した探索範囲でSAD演算が実施される。従って、周期b2の値がSAD演算の探索範囲Svよりも大きくなるように図1(a)のチャート周期B2を設定すれば、SAD演算の探索範囲内ではパターンが一致する箇所は一箇所のみとなる。そのために、本実施の形態では、チャートC1では、撮像光学系2a~2cにより撮像された画像上における幾何学的パターンの第1の基線方向のピッチB1が、チャートC1と撮像光学系2a~2cとの距離(所定距離)に対応する第1の基線方向の視差(探索範囲Sh)よりも大きくなるように、第1の基線方向に対する第1の配列方向の角度θ1が設定され、かつ、撮像光学系2a~2cにより撮像された画像上における幾何学的パターンの第2の基線方向のピッチB2が、上記所定距離に対応する第2の基線方向の視差(探索範囲Sv)よりも大きくなるように、第2の基線方向に対する第2の配列方向の角度θ2が設定されている。
 次に前記SAD演算について説明する。図3(a)は図2における基準画像10aと参照画像10bのSAD演算値の変化を示したグラフである。つまり、基準画像10a上の着目するブロックと参照画像10b上のブロックとのSAD演算を、参照画像10b上のブロックを第1の基線方向に1画素ずつずらしながら繰り返していった場合の探索位置(第1の基線方向の画素位置)とSAD(演算結果)との関係を示すグラフである。図3(a)におけるb1、Sh、Δhは、図2の参照画像10bで示した符号に対応しており、探索範囲Sh内でSAD演算値が最も小さくなる探索位置が視差量Δhである。また、図2の基準画像10aの円形パターンは第1の基線方向と直交する方向に少しずつずれて結像されているため、SAD演算値の極小値は図3(a)のように探索範囲内で複数出現する。また、探索範囲に制限がなければ、図3(a)の破線で示したSAD演算値のように最も小さい極小値も周期b1で繰り返し出現するが、探索範囲Shよりも周期b1が大きくなるように設定されているので、探索範囲内で最も小さい極小値は1つしか存在しなくなり、視差量を誤検出することはない。
 同様に、図3(b)は図2における基準画像10aと参照画像10cのSAD演算値の変化を示したグラフである。つまり、基準画像10a上の着目するブロックと参照画像10c上のブロックとのSAD演算を、参照画像10c上のブロックを第2の基線方向に1画素ずつずらしながら繰り返していった場合の探索位置(第2の基線方向の画素位置)とSAD(演算結果)との関係を示すグラフである。図3(b)におけるb2、Sv、Δvは、図2の参照画像10cで示した符号に対応しており、探索範囲Sv内でSAD演算値が最も小さくなる探索位置が視差量Δvである。また、図2の基準画像10aの円形パターンは第2の基線方向と直交する方向に少しずつずれて結像されているため、SAD演算値の極小値は図3(b)のように探索範囲内で複数出現する。また、探索範囲に制限がなければ、図3(b)の破線で示したSAD演算値のように最も小さい極小値も周期b2で繰り返し出現するが、探索範囲Svよりも周期b2が大きくなるように設定されているので、探索範囲内で最も小さい極小値は1つしか存在しなくなり、視差量を誤検出することはない。このように、本実施の形態の検査方法によれば、2つの基線方向を有する複眼測距装置の距離精度を1回の撮像で高精度に検査することが可能となる。
 ここで、SAD演算の第1の基線方向の探索範囲Sh、第2の基線方向の探索範囲Svそれぞれの範囲内でパターンの一致する箇所が一箇所のみとなるように、第1の基線方向からのパターンの配列方向の傾きθ1と、第2の基線方向からのパターンの配列方向の傾きθ2を設定する方法について説明する。
 図4は、第1の基線方向に並ぶ撮像光学系間の基線長と第2の基線方向に並ぶ撮像光学系間の基線長の比が5:4であり、各撮像光学系の焦点距離が等しい複眼測距装置の測距精度を検査するための検査チャートの作図方法について説明する図である。
 第1の基線方向に並ぶ撮像光学系間の基線長と第2の基線方向に並ぶ撮像光学系間の基線長の比が5:4であれば、対象物を撮像したときに得られる視差量の比も、上記式1より、撮像光学系と検査チャートとの距離に係わらず5:4となる。一方、SAD演算の探索範囲は測距対象範囲の最長距離から最短距離まで撮像したとき得られる視差の範囲に対してマージンを持たせる必要がある。ここで、第1の基線方向に並ぶ撮像光学系間の視差探索範囲Shと第2の基線方向に並ぶ撮像光学系間の視差探索範囲Svのいずれも探索範囲に対して同じ比率でマージンを持たせると、ShとSvの比も5:4程度であることが望ましく、図2で説明した撮像面における第1の基線方向の撮像パターンの繰り返し周期b1(b1>Sh)と第2の基線方向の撮像パターンの基線方向の繰り返し周期b2(b2>Sv)の比も5:4程度であることが望ましい。ゆえに、チャート上における第1の基線方向のパターンの繰返し周期と第2の基線方向のパターンの繰返し周期も5:4程度であることが望ましい。図4では第1の基線方向をx方向とし、第2の基線方向をy方向としたxy直交座標系にて作図している。図4において、破線によって形成されたマス目は作図用の仮想線である。また、左下を原点(0,0)としており、1マスの大きさはx方向y方向共に1であり、1マスが1つの演算ブロック(例えば、8×8画素)の大きさに対応している。
 まず、図4(a)のように原点(0,0)と座標(5,1)および座標(1,4)を円の中心とする円形パターンA1、A2、A3をそれぞれ形成する。円形パターンの大きさの条件については後述する。ここで、原点(0,0)と座標(5,1)とを結ぶ線分と第1の基線方向との成す角がθ1であり、原点(0,0)と座標(1,4)とを結ぶ線分と第2の基線方向との成す角がθ2である。次に図4(b)のように原点(0,0)と座標(5,1)とで結ばれた線分を5等分する各点に円形パターンを形成し、原点(0,0)と座標(1,4)とで結ばれた線分を4等分する各点に円形パターンを形成する。最後に図4(c)のように、原点(0,0)と座標(5,1)を結ぶ線分方向と原点(0,0)と座標(1,4)を結ぶ線分方向をパターンの配列方向として円形パターンをアレイ状配列する。このとき、座標(0.25,1)の円形パターンA5と座標(5,1)の円形パターンA2は、第1の基線方向に見た時のy成分の一致する繰り返し周期B1(=4.75)を成し、座標(1,0.2)の円形パターンA4と座標(1,4)の円形パターンA3は、第2の基線方向に見たときのx成分の一致する周期B2(=3.8)を成しており、周期B1と周期B2の比は5:4となる。
 本実施の形態において、円形パターンの大きさを原点(0,0)と座標(0.25,1)と座標(1,0.2)を頂点とする三角形の外接円よりも大きくすると、パターンで完全に埋め尽くされてしまうため、前記外接円よりも小さくする必要がある。本実施の形態では、円形パターンの半径を前記外接円の半径の半分にしている。
 このようなチャートを複眼測距装置で撮像すると、撮像面上には図2で示した像が形成され、第1の基線方向および第2の基線方向のいずれにおいても、探索範囲内では同じパターンが繰り返されないため、SAD演算では索範囲内で最も小さい極小値は1つしか存在しなくなり、視差量を誤検出することはない。
 なお、本実施の形態では、円形パターンA2の座標を(5,1)、A3の座標を(1,4)としているが、探索視差量がさらに大きな複眼測距装置の場合は、A2の座標を(10,1)、A3の座標を(1,8)としてもよく、このような場合においても第1の基線方向の撮像パターンの繰り返し周期b1と第2の基線方向の撮像パターンの繰り返し周期b2の比も5:4となる。一般化すると、第1の基線方向に並ぶ撮像光学系間の基線長と第2の基線方向に並ぶ撮像光学系間の基線長の比がm:nとなる複眼測距装置の測距精度を検査するための検査チャートの作図では、aを整数とすると、円形パターンA2の座標を(m・a,1)、A3の座標を(1,n・a)とすればよい。ただし、mとnの値が大きな数字となる場合は小さな値の比で近似してもよい。例えば、m:n=51:37の場合は、作図の際、m=5、n=4のように近似しても差し支えない。
 なお、図4(a)~(c)においてθ2は第2の基線方向に対して時計回りの方向に円形パターンの配列方向を設定しているが、図5のようにθ2を第2の基線方向に対して反時計回りの方向に円形パターンの配列方向を設定してもよい。このとき、第1の基線方向に見た時のx成分の一致する繰り返し周期B1’と第2の基線方向に見た時のy成分の一致する繰り返し周期B2’の比も5:4となる。
 図6は、本実施の形態に係る検査装置100の機能構成例を示すブロック図である。ここでは、検査の対象となる複眼測距装置200も併せて図示されている。この検査装置100は、複眼測距装置200の距離精度を評価する装置であり、チャートC1、入力部101、表示部102、制御部110(測定距離取得部103、記憶部104、評価部105)を備えている。 複眼測距装置200は、互いに方向が異なる第1の基線方向と第2の基線方向を有し、少なくとも3つ以上の撮像光学系間から得られる第1の基線方向の視差と第2の基線方向の視差によって測定対象物までの距離を測定する装置である。
 チャートC1は、前述の通りパターンに特徴を有しており、例えばシート状の媒体にパターンを印刷したもの、画像表示モニターによってパターンを表示したもの、投影機によってスクリーンに投影したもの等である。チャートC1は、複眼測距装置200が備える3つの撮像光学系の光軸上でそれらの撮像光学系から所定距離(例えば、50cm)に配置されている。
 入力部101は、例えばキーボードやマウス等で構成されており、オペレータからの操作を受け付けて、その操作結果を制御部110等に通知する。
 表示部102は、例えば液晶ディスプレイ等で構成されており、記憶部104等に格納されているデータや検査結果等を表示したりする。
 制御部110は、複眼測距装置200、入力部101および表示部102と接続され、それらを制御したり、それらと信号のやりとりをしたりすることで、複眼測距装置200を検査する処理部であり、測定距離取得部103、記憶部104および評価部105を備える。この制御部110は、例えばCPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、制御プログラムが格納されたROM(Read Only Memory)、通信インターフェース、補助メモリ(ハードディスク等の不揮発性メモリ)等で実現される。
 測定距離取得部103は、複眼測距装置200が測定した演算ブロック又は画素毎のチャートまでの距離(測定距離)を取得する。
 記憶部104は、読み書き可能なメモリなどからなり、複眼測距装置200が備える3つの撮像光学系とチャートC1との距離(所定距離)を示す配置距離データ104aを保持している。
 評価部105は、配置距離データ104aが示す距離(所定距離)と測定距離取得部103によって取得された距離(測定距離)との差分を算出し、算出した差分が予め定められた値の範囲内にあるかどうかを評価する処理部である。
 以上のように構成された本実施の形態における検査装置100を用いた複眼測距装置200の検査方法は、以下の通りである。ここで、検査方法とは、互いに方向が異なる第1の基線方向と第2の基線方向を有し、少なくとも3つ以上の撮像光学系間から得られる第1の基線方向の視差と第2の基線方向の視差によって測定対象物までの距離を測定する複眼測距装置200の距離精度を評価する方法である。
 その検査方法は、以下の工程を含む。つまり、
(1)人手またはロボット等により、撮像光学系の光軸上で撮像光学系(ここでは、複眼測距装置200)から所定距離にチャートC1を配置する配置工程。
(2)複眼測距装置200によってチャートC1までの距離を測定する測定工程。
(3)所定距離と測定された距離との差分を算出し、算出した差分が予め定められた値の範囲内にあるかどうかを評価する評価工程。
 なお、上記測定工程及び評価工程では、撮像面に結像した幾何学的パターンにおいてコントラストが存在するように撮像面を分割したブロック毎に処理を繰り返す。
(4)評価工程において上記差分が予め定められた値の範囲内にあると評価されたブロックの数が予め定められた数以上である場合に、複眼測距装置200を検査合格と判別する判別工程。
 ここで、特徴的なことは、チャートC1が、所定の幾何学的パターンが第1の配列方向および第2の配列方向に2次元的に配列され、かつ、第1の配列方向および第2の配列方向がそれぞれ第1の基線方向および第2の基線方向に対して所定の角度で傾いていることであり、さらに、測定工程では、少なくとも3つ以上の撮像光学系の撮像面に結像された同一の幾何学的パターンの各基線方向における各結像位置のずれから、チャートまでの距離を測定することである。
 次に、本実施の形態における検査装置100の基本的な動作について説明する。
 図7は、上記配置工程の後における、検査装置100による複眼測距装置200の各撮像光学系間から抽出した測定距離の精度を評価する処理手順(つまり、測定工程、評価工程、判別工程)を示したフローチャートである。なお、検査装置100は、2つの基線方向のそれぞれについて、同様の評価を行う。ここでは、1つの基線方向に対する評価の処理手順を説明する。
 まず、測定距離取得部103は、複眼測距装置200から基準画像と参照画像とを受け取り、それらの画像について、以下で行う評価がまだ行われていない演算ブロックを選択する(S101)。次に、測定距離取得部103は、選択した演算ブロックにおいてSAD演算によって視差を抽出し、上記式2より測定距離に変換することで、測定距離を取得する(S102)。ステップS102~S103が上記測定工程に相当する。
 なお、複眼測距装置200が演算ブロックごとの測定距離を算出する機能を有する場合には、測定距離取得部103は、複眼測距装置200で算出された測定距離を取得してもよい。
 また、SAD演算による視差の抽出は、基準画像の演算ブロックの位置とSAD演算値が極小値となる参照画像の演算ブロックの位置との差分(基線方向における画素数)を特定することにより行う。このとき、視差を抽出する精度としては、ピクセル単位であってもよいし、サブピクセル単位であってもよい。サブピクセル単位で視差を抽出するには、図3に示されるSAD演算値のグラフにおいて、極小値を含む複数のSAD演算値を近似曲線にフィッティングさせ、その曲線の最下点における探索位置(基線方向における画素位置)を求めればよい。
 続いて、評価部105は、選択した演算ブロックに対応する複眼測距装置200からチャートC1までの配置距離を、記憶部104に格納された配置距離データ104aから取得する(S103)。
 そして、評価部105は、ステップS102で取得した測定距離とステップS103で取得した配置距離との差分を算出する(S104)。続いて、算出された差分が、予め定められた値の範囲以内、例えば距離Zに対して±5%の範囲以内であるか否かを判定する(S105)。ここで、算出された差分が、予め定められた値の範囲以内である場合(S105でYes)、評価部105は、選択した演算ブロックは良であると判定する(S106)。一方、算出された差分が、予め定められた値の範囲以内でない場合(S105でNo)、評価部105は、選択した演算ブロックは不良であると判定する(S107)。ステップS104~S107が上記評価工程に相当する。
 続いて、評価部105は、判定すべての演算ブロックについて判定が終了したかを判別する(S108)。ここで、全ての演算ブロックについて判定が終了していないと判別された場合は(S108でNo)、再びステップS101に戻り、演算ブロックの選択から処理を繰り返す。一方、全ての演算ブロックについて判定が終了したと判別された場合(S108でYes)、評価部105は、ステップS106で良と判定された演算ブロック数(良判定ブロック数)pを算出する(S109)。ここで、算出された良判定ブロック数pが予め定められた値である良否判定値以上、例えば、評価の対象となる全ての演算ブロックの95%のブロック数以上の場合(S110でYes)、評価部105は、検査の対象となった複眼測距装置200を検査合格として(S111)、処理を終了する。一方、算出された良否判定ブロック数pが予め定められた値である良否判定値未満の場合(S110でNo)、評価部105は、検査の対象となった複眼測距装置200を検査不合格として(S112)、処理を終了する。ステップS109~S112が上記判別工程に相当する。
 なお、検査装置100は、以上の処理手順による評価を2つの基線方向のそれぞれについて行い、2つの基線方向のそれぞれについて、検査合否を判定する。あるいは、2つの基線方向のいずれについても検査合格となった場合にだけ、総合判定として、合格と判定する。
 以上の処理によって、撮像視野内の全域において演算ブロックごとに距離情報を取得することができる。そして、取得した距離情報と実際の距離情報との差分を評価することで、高精度に複眼測距装置の測距精度を検査することが可能となる。
 (実施の形態2)
 次に、本発明の実施の形態2における検査チャートについて説明する。
 図8(a)は、図8(b)に示されるように第1の基線方向と第2の基線方向が直交していない複眼測距装置の検査チャートのパターンの一部を示している。図8(a)では第1の基線方向をx方向とし、第2の基線方向をy’方向としたxy’非直交座標系でパターンを作図している。図8(a)において、破線によって形成されたマス目は作図用の仮想線である。また、左下を原点(0,0)としており、1マスの大きさはx方向y’方向共に1である。本実施の形態は、図4に対して第2の基線方向が異なるのみであり、作図方法は同じである。
 一方、撮像素子の各画素は通常直交して配列されているため、第2の基線方向の視差を探索する場合は、第2の基線方向が第1の基線方向と直交するように画像を回転させる処理を行ってから視差演算をすることが望ましい。
 このようなチャートを、図8(b)に示されるような第1の基線方向と第2の基線方向が直交していない複眼測距装置で撮像すると、第1の基線方向および第2の基線方向のいずれにおいても、探索範囲内で最も小さい極小値は1つしか存在しなくなり、視差量を誤検出することはない。
 (実施の形態3)
 次に、本発明の実施の形態3における検査チャートについて説明する。
 図9はチャートの幾何学的パターンの階調(濃淡、色相、明度、彩度等)を第1の基線方向と第2の基線方向に周期的に変化させた場合の第1の撮像光学系の撮像面で形成される結像パターンの一部を示している。図9において、P1、P2はそれぞれ階調の異なる円形パターンであり、第1のパターン配列方向が第1の基線方向に対してαだけ傾いており、第2のパターン配列方向が第2の基線方向に対してβだけ傾いている。図9では、チャートの円形パターンの階調を2種類として交互に繰り返しているが、3種類以上の階調によって周期的に変化させてもよい。測距範囲の最短距離で得られる視差量が大きく、パターンの配列方向と基線方向とが成す角を小さくしなければならない場合には、前記実施の形態1のようにアレイ状に配列されたパターンが全て同じ階調であると、SAD演算値の最も小さい極小値と隣接する極小値との差が小さくなってしまい、視差量を誤検出してしまう可能性がある。
 図10(a)、図10(b)は、パターンの配列方向と基線方向とが成す角が小さい場合のSAD演算を示す図であり、Δhは視差量、ShはSAD演算の探索範囲、b1は撮像面上において基線方向と直交する直交軸方向の円形パターンが一致するときの基線方向の繰り返し周期である。図10(a)は、同じ階調でパターンを配列した場合のSAD演算を示す図であり、図10(b)は本実施の形態(図9)のように2種類のパターンの階調を交互に配列した場合のSAD演算を示す図である。2種類の諧調の異なるパターンの配列方向を基線方向に交互に繰り返すことにより、SAD演算値は図10(b)のように隣接する極小値の差を大きくすることができる。従って、最も小さい極小値とその前後に隣接する極小値との差も図10(a)と比べて大きくすることができ、視差量を誤検出する可能性を低減することができる。
 なお、傾きαも傾きβも0として、パターンの階調のみを周期的に変化させたチャートにおいても探索範囲内においてSAD演算の最も小さい極小値を1つにすることができるが、パターンの配列を傾けた方が最も小さい極小値と隣接する極小値との差を大きくすることができ、視差量の誤検出を低減できるので、パターンの配列を傾けることが好ましい。
 (実施の形態4)
 次に、本発明の実施の形態4における検査チャートについて説明する。
 図11はチャートの幾何学的パターンの形状を第1の基線方向と第2の基線方向に周期的に変化させた場合の第1の撮像光学系の撮像面で形成される結像パターンの一部を示している。図11において、P1、P3はそれぞれ形状の異なるパターンであり、第1のパターン配列方向が第1の基線方向に対してαだけ傾いており、第2のパターン配列方向が第2の基線方向に対してβだけ傾いている。図11では、チャートの円形パターンと正方形のパターンを交互に繰り返しているが、3種類以上の形状によって周期的に変化させてもよい。本実施の形態も実施の形態3と同様にパターンの配列方向と基線方向とが成す角が小さい場合に、SAD演算における最も小さい極小値とその前後に隣接する極小値との差を大きくすることができ、視差量を誤検出する可能性を低減することができる。
 なお、傾きαも傾きβも0として、パターンの形状のみを周期的に変化させたチャートにおいても探索範囲内においてSAD演算の最も小さい極小値を1つにすることができるが、パターンの配列を傾けた方が最も小さい極小値と隣接する極小値との差を大きくすることができ、視差量の誤検出を低減できるので、パターンの配列を傾けることが好ましい。
 (実施の形態5)
 次に、本発明の実施の形態5における検査チャートについて説明する。
 図12はチャートの幾何学的パターンの大きさを第1の基線方向と第2の基線方向に周期的に変化させた場合の第1の撮像光学系の撮像面で形成される結像パターンの一部を示している。図12において、P1、P4はそれぞれ大きさの異なるパターンであり、第1のパターン配列方向が第1の基線方向に対してαだけ傾いており、第2のパターン配列方向が第2の基線方向に対してβだけ傾いている。図12では、チャートの円形パターンの大きさを2種類として交互に繰り返しているが、3種類以上の大きさによって周期的に変化させてもよい。本実施の形態も実施の形態3と同様にパターンの配列方向と基線方向とが成す角が小さい場合に、SAD演算における最も小さい極小値とその前後に隣接する極小値との差を大きくすることができ、視差量を誤検出する可能性を低減することができる。
 なお、傾きαも傾きβも0として、パターンの大きさのみを周期的に変化させたチャートにおいても探索範囲内においてSAD演算の最も小さい極小値を1つにすることができるが、パターンの配列を傾けた方が最も小さい極小値と隣接する極小値との差を大きくすることができ、視差量の誤検出を低減できるので、パターンの配列を傾けることが好ましい。
 (実施の形態6)
 次に、本発明の実施の形態6における検査チャートについて説明する。
 図13はチャートの幾何学的パターンの向き(ここでは、幾何学的パターンを正方形とし、正方形自体の回転角度)を第1の基線方向と第2の基線方向に周期的に変化させた場合の第1の撮像光学系の撮像面で形成される結像パターンの一部を示している。図13において、P1、P5はそれぞれ向きの異なるパターンであり、第1のパターン配列方向が第1の基線方向に対してαだけ傾いており、第2のパターン配列方向が第2の基線方向に対してβだけ傾いている。図13では、チャートのパターンの向きを2種類として交互に繰り返しているが、3種類以上の向きによって周期的に変化させてもよい。本実施の形態も実施の形態3と同様にパターンの配列方向と基線方向とが成す角が小さい場合に、SAD演算における最も小さい極小値とその前後に隣接する極小値との差を大きくすることができ、視差量を誤検出する可能性を低減することができる。
 なお、傾きαも傾きβも0として、パターンの向きのみを周期的に変化させたチャートにおいても探索範囲内においてSAD演算の最も小さい極小値を1つにすることができるが、パターンの配列を傾けた方が最も小さい極小値と隣接する極小値との差を大きくすることができ、視差量の誤検出を低減できるので、パターンの配列を傾けることが好ましい。
 以上のように、実施の形態1~6の検査方法を用いることにより、任意のブロックサイズで撮像視野内全域の距離情報を取得できる。従って、領域毎に良否規格を設定した検査や、取得データの分布状態に良否規格を設定した検査などが可能となる。
 また、1回の撮像で取得した画像によって第1の基線方向に並ぶ撮像光学系間と第2の基線方向に並ぶ撮像光学系間から視差を抽出することができるため、基線方向毎にチャートや複眼測距装置の向きを変えなくてもよい。
 以上、本発明に係る検査チャート、検査方法および検査装置について、実施の形態1~6に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない範囲で各実施の形態に変形を施して得られる変形例や、各実施の形態の特徴を適宜組み合わせて得られる変形例も本発明に含まれる。
 たとえば、実施の形態3~6では、幾何学的パターンの諧調、形状、大きさおよび向きのいずれかだけが第1の基線方向と第2の基線方向に周期的に変化しているが、本発明に係る検査チャートは、このような幾何学的パターンの配列だけに限定されず、諧調、形状、大きさおよび向きの少なくとも2つが第1の基線方向及び第2の基線方向に周期的に変化していてもよい。このとき、図14に示される撮像パターンのように、幾何学的パターンの諧調、形状、大きさおよび向きの1つが第1の基線方向及び第2の基線方向にn(≧2)段階で周期的に変化し、かつ、当該幾何学的パターンの諧調、形状、大きさおよび向きの他の1つが第1の基線方向及び前記第2の基線方向にm(≧2)段階で周期的に変化しており、かつ、nとmとは異なる値であってもよい。図14に示されるチャートでは、幾何学的パターンの諧調が3段階で変化するとともに、幾何学的パターンの形状が2段階で変化している。これにより、幾何学的パターンの諧調、形状、大きさおよび向きのいずれかだけを変化させる場合よりも、SAD演算における最も小さい極小値とその前後に隣接する極小値との差をより大きくすることができ、視差量を誤検出する可能性をより低減することができる。
 本発明に係る複眼測距装置の検査方法は、車載用、監視カメラ用、3次元形状計測システム用等の複眼測距装置の測距精度の検査に有用である。

Claims (16)

  1.  互いに方向が異なる第1の基線方向と第2の基線方向を有し、少なくとも3つ以上の撮像光学系間から得られる前記第1の基線方向の視差と前記第2の基線方向の視差によって測定対象物までの距離を測定する複眼測距装置の距離精度を評価する検査方法であって、
     前記撮像光学系の光軸上で前記撮像光学系から所定距離にチャートを配置する配置工程と、
     前記複眼測距装置によって前記チャートまでの距離を測定する測定工程と、
     前記所定距離と前記測定された距離との差分を算出し、算出した差分が予め定められた値の範囲内にあるかどうかを評価する評価工程とを有し、
     前記チャートは、所定の幾何学的パターンが第1の配列方向および第2の配列方向に2次元的に配列され、かつ、前記第1の配列方向および前記第2の配列方向がそれぞれ前記第1の基線方向および前記第2の基線方向に対して所定の角度で傾いていることを特徴としており、
     前記測定工程では、前記少なくとも3つ以上の撮像光学系の撮像面に結像された同一の前記幾何学的パターンの各基線方向における各結像位置のずれから、前記チャートまでの距離を測定する複眼測距装置の検査方法。
  2.  前記配置工程では、前記撮像光学系により撮像された画像上における前記幾何学的パターンの前記第1の基線方向における配置の繰り返し周期であるピッチが、前記所定距離における前記第1の基線方向の視差よりも大きくなるように前記第1の基線方向に対する前記第1の配列方向の角度が設定され、かつ、前記撮像光学系により撮像された画像上における前記幾何学的パターンの前記第2の基線方向における配置の繰り返し周期であるピッチが、前記所定距離における前記第2の基線方向の視差よりも大きくなるように前記第2の基線方向に対する前記第2の配列方向の角度が設定されたチャートを配置する請求項1に記載の複眼測距装置の検査方法。
  3.  前記測定工程及び前記評価工程では、前記撮像面に結像した前記幾何学的パターンにおいてコントラストが存在するように前記撮像面を分割したブロック毎に処理を繰り返し、
     前記検査方法はさらに、前記評価工程において前記差分が予め定められた値の範囲内にあると評価された前記ブロックの数が予め定められた数以上である場合に、前記複眼測距装置を検査合格と判別する判別工程を有する請求項1に記載の複眼測距装置の検査方法。
  4.  前記配置工程では、前記幾何学的パターンの階調が前記第1の基線方向及び前記第2の基線方向に周期的に変化するチャートを配置する請求項1に記載の複眼測距装置の検査方法。
  5.  前記配置工程では、前記幾何学的パターンの形状が前記第1の基線方向及び前記第2の基線方向に周期的に変化するチャートを配置する請求項1に記載の複眼測距装置の検査方法。
  6.  前記配置工程では、前記幾何学的パターンの大きさが前記第1の基線方向及び前記第2の基線方向に周期的に変化するチャートを配置する請求項1に記載の複眼測距装置の検査方法。
  7.  前記配置工程では、前記幾何学的パターンの向きが前記第1の基線方向及び前記第2の基線方向に周期的に変化するチャートを配置する請求項1に記載の複眼測距装置の検査方法。
  8.  互いに方向が異なる第1の基線方向と第2の基線方向を有し、少なくとも3つ以上の撮像光学系間から得られる前記第1の基線方向の視差と前記第2の基線方向の視差によって測定対象物までの距離を測定する複眼測距装置の距離精度を評価する検査で用いるチャートであって、
     前記チャートは、所定の幾何学的パターンが第1の配列方向および第2の配列方向に2次元的に配列され、かつ、前記第1の配列方向および前記第2の配列方向がそれぞれ前記第1の基線方向および前記第2の基線方向に対してそれぞれ所定の角度で傾いていることを特徴とする複眼測距装置の検査に用いるチャート。
  9.  前記撮像光学系により撮像された画像上における前記幾何学的パターンの前記第1の基線方向における配置の繰り返し周期であるピッチが、前記所定距離における前記第1の基線方向の視差よりも大きくなるように前記第1の基線方向に対する前記第1の配列方向の角度が設定され、かつ、前記撮像光学系により撮像された画像上における前記幾何学的パターンの前記第2の基線方向における配置の繰り返し周期であるピッチが、前記所定距離における前記第2の基線方向の視差よりも大きくなるように前記第2の基線方向に対する前記第2の配列方向の角度が設定された請求項8に記載の複眼測距装置の検査に用いるチャート。
  10.  前記幾何学的パターンの階調が前記第1の基線方向及び前記第2の基線方向に周期的に変化している請求項8に記載の複眼測距装置の検査に用いるチャート。
  11.  前記幾何学的パターンの形状が前記第1の基線方向及び前記第2の基線方向に周期的に変化している請求項8に記載の複眼測距装置の検査に用いるチャート。
  12.  前記幾何学的パターンの大きさが前記第1の基線方向及び前記第2の基線方向に周期的に変化している請求項8に記載の複眼測距装置の検査に用いるチャート。
  13.  前記幾何学的パターンの向きが前記第1の基線方向及び前記第2の基線方向に周期的に変化している請求項8に記載の複眼測距装置の検査に用いるチャート。
  14.  前記幾何学的パターンの向き、形状、大きさおよび向きの少なくとも2つが前記第1の基線方向及び前記第2の基線方向に周期的に変化している請求項8に記載の複眼測距装置の検査に用いるチャート。
  15.  前記幾何学的パターンの向き、形状、大きさおよび向きの1つが前記第1の基線方向及び前記第2の基線方向にn(≧2)段階で周期的に変化し、かつ、当該幾何学的パターンの向き、形状、大きさおよび向きの他の1つが前記第1の基線方向及び前記第2の基線方向にm(≧2)段階で周期的に変化しており、かつ、前記nと前記mとは異なる値である請求項14に記載の複眼測距装置の検査に用いるチャート。
  16.  互いに方向が異なる第1の基線方向と第2の基線方向を有し、少なくとも3つ以上の撮像光学系間から得られる前記第1の基線方向の視差と前記第2の基線方向の視差によって測定対象物までの距離を測定する複眼測距装置の距離精度を評価する検査装置であって、
     前記撮像光学系の光軸上で前記撮像光学系から所定距離に配置されたチャートと、
     前記所定距離を記憶する記憶手段と、
     前記複眼測距装置によって測定された前記チャートまでの測定距離を取得する測定距離取得手段と、
     前記所定距離と前記測定距離との差分が、予め定められた値の範囲内にあるかどうかを評価する評価手段とを備え、
     前記チャートは、所定の幾何学的パターンが第1の配列方向および第2の配列方向に2次元的に配列され、かつ、前記第1の配列方向および前記第2の配列方向がそれぞれ前記第1の基線方向および前記第2の基線方向に対してそれぞれ所定の角度を成すように配置されている複眼測距装置の検査装置。
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