特許 7409163 定置センサ較正装置、および、定置センサ較正方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-25

(45)【発行日】2024-01-09

(54)【発明の名称】定置センサ較正装置、および、定置センサ較正方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/00 20060101AFI20231226BHJP

   G06T 7/70 20170101ALI20231226BHJP

   G06T 7/80 20170101ALI20231226BHJP

【ＦＩ】

G01B11/00 H

G06T7/70 Z

G06T7/80

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020038981

(22)【出願日】2020-03-06

(65)【公開番号】P2021139809

(43)【公開日】2021-09-16

【審査請求日】2023-01-31

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100160691

【弁理士】

【氏名又は名称】田邊 淳也

(72)【発明者】

【氏名】荒木 円博

【審査官】續山 浩二

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－０６９７９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０６５９９７７６（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０００５４９０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－００１３３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１４９６７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１０６２８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０２２５４５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １１／００

Ｇ０６Ｔ ７／７０

Ｇ０６Ｔ ７／８０

Ｇ０１Ｂ １５／００

Ｇ０１Ｂ １７／００

Ｇ０１Ｓ １３／００

Ｇ０１Ｓ １７／００

Ｇ０１Ｃ ３／００

Ｇ０１Ｃ １５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

定置センサの位置および姿勢を較正するために用いられる定置センサ較正装置であって、
基準直線を設定する基準設定部と、
前記定置センサの暫定的な位置および姿勢を表すパラメータとして予め設定されている位置姿勢パラメータと、三次元空間中の物体を検出した前記定置センサからの出力と、を用いて、前記物体の位置を計測する位置計測部と、
前記位置計測部によって計測される、前記基準直線上を移動した前記物体の位置計測結果を点列として記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶されている前記点列を用いて、前記点列の近似直線を作成する直線近似部と、
前記基準直線と前記近似直線とを用いて、較正後の前記位置姿勢パラメータを算出するパラメータ較正部と、を備える、
定置センサ較正装置。

【請求項2】

請求項１に記載の定置センサ較正装置であって、
前記直線近似部は、前記点列の一部を用いて近似直線候補を作成し、前記点列の一部を前記近似直線候補に正射影した点の標準偏差を用いて、前記近似直線を決定する、
定置センサ較正装置。

【請求項3】

請求項２に記載の定置センサ較正装置であって、
前記直線近似部は、
複数の前記点列の一部のそれぞれを用いて、複数の前記近似直線候補を作成し、
複数の前記近似直線候補のうち、前記標準偏差が所定の標準偏差以上となる近似直線候補の中で、近似誤差が最小となる近似直線候補を、前記近似直線とする、
定置センサ較正装置。

【請求項4】

請求項２または請求項３に記載の定置センサ較正装置であって、
前記直線近似部は、
前記点列から選択された選択点に対して主成分分析をおこなうことで、仮の近似直線を作成し、
前記点列から選択されなかった点のうち、前記仮の近似直線までの距離が所定の距離以内の点と、前記選択点とを、前記点列の一部として用いて、前記近似直線候補を作成する、
定置センサ較正装置。

【請求項5】

定置センサの位置および姿勢を較正するために用いられる定置センサ較正方法であって、
基準直線を設定する基準設定工程と、
前記定置センサの暫定的な位置および姿勢を表すパラメータとして予め設定されている位置姿勢パラメータと、三次元空間中の物体を検出した前記定置センサからの出力と、を用いて、前記物体の位置を計測する位置計測工程と、
前記位置計測工程において計測される、前記基準直線上を移動した前記物体の位置計測結果を点列として記憶する記憶工程と、
前記記憶工程において記憶された前記点列を用いて、前記点列の近似直線を作成する直線近似工程と、
前記基準直線と前記近似直線とを用いて、較正後の前記位置姿勢パラメータを算出するパラメータ較正工程と、を備える、
定置センサ較正方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、定置センサ較正装置、および、定置センサ較正方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、固定されたセンサの姿勢や位置を較正する定置センサ較正装置が知られている。例えば、特許文献１には、複数の定置カメラのそれぞれにおける撮像可能領域内を通る光を利用して、複数の定置カメラのそれぞれの位置および姿勢を較正する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許５３１１１３６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の技術では、複数の定置カメラのそれぞれにおいて撮像された複数の画像を、光が直線状となるように組み合わせることで、それぞれの定置カメラの座標や方位角、仰角の関係が算出され、複数の定置カメラどうしの位置や姿勢を較正することが可能となっている。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、複数の定置カメラのそれぞれの撮像可能領域が重なっている必要があり、定置カメラが１台しか設置されていない場合、その定置カメラの位置や姿勢の較正を行うことができない。

【0005】

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、定置センサ較正装置において、定置センサが１台であっても、位置や姿勢の較正を高精度に行うことができる技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

【0007】

（１）本発明の一形態によれば、定置センサの位置および姿勢を較正するために用いられる定置センサ較正装置が提供される。この定置センサ較正装置では、基準直線を設定する基準設定部と、前記定置センサの暫定的な位置および姿勢を表すパラメータとして予め設定されている位置姿勢パラメータと、三次元空間中の物体を検出した前記定置センサからの出力と、を用いて、前記物体の位置を計測する位置計測部と、前記位置計測部によって計測される、前記基準直線上を移動した前記物体の位置計測結果を点列として記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶されている前記点列を用いて、前記点列の近似直線を作成する直線近似部と、前記基準直線と前記近似直線とを用いて、較正後の前記位置姿勢パラメータを算出するパラメータ較正部と、を備える。

【0008】

この構成によれば、直線近似部は、設定された基準直線上を移動した物体の位置計測結果を用いて、近似直線を作成する。パラメータ較正部は、直線近似部において作成された近似直線と、基準直線とを用いて、定置センサの位置および姿勢を表す位置姿勢パラメータを算出する。これにより、定置センサが１台であっても、作成された近似直線と設定された基準直線との対比によって、定置センサに設定されている位置姿勢パラメータを、実際の定置センサの位置および姿勢に近づくように較正することができる。したがって、較正対象の定置センサが１台であっても、位置や姿勢の較正を高精度に行うことができる。

【0009】

（２）上記形態の定置センサ較正装置において、前記直線近似部は、前記点列の一部を用いて近似直線候補を作成し、前記点列の一部を前記近似直線候補に正射影した点の標準偏差を用いて、前記近似直線を決定してもよい。この構成によれば、パラメータ較正部において較正後の位置姿勢パラメータを算出するための近似直線は、点列の一部を用いて作成された近似直線候補に、当該点列の一部を正射影した点の標準偏差を用いて決定される。これにより、決定された近似直線は、実際の点列のばらつきの程度をより反映した近似直線となるため、この近似直線を用いて算出された位置姿勢パラメータは、より実態を反映した位置姿勢パラメータとなる。したがって、定置センサの位置や姿勢の較正をさらに高精度に行うことができる。

【0010】

（３）上記形態の定置センサ較正装置において、前記直線近似部は、複数の前記点列の一部のそれぞれを用いて、複数の前記近似直線候補を作成し、複数の前記近似直線候補のうち、前記標準偏差が所定の標準偏差以上となる近似直線候補の中で、近似誤差が最小となる近似直線候補を、前記近似直線としてもよい。この構成によれば、直線近似部は、複数の近似直線候補の中で、標準偏差が所定の標準偏差以上となり、かつ、近似誤差が最小となる近似直線候補を、近似直線とする。これにより、近似直線は、点列における、標準偏差に関する情報と、近似誤差に関する情報とを含む近似直線となるため、この近似直線を用いて算出された位置姿勢パラメータは、より実態を反映した位置姿勢パラメータとなる。したがって、定置センサの位置や姿勢の較正をさらに高精度に行うことができる。

【0011】

（４）上記形態の定置センサ較正装置において、前記直線近似部は、前記点列から選択された選択点に対して主成分分析をおこなうことで、仮の近似直線を作成し、前記点列から選択されなかった点のうち、前記仮の近似直線までの距離が所定の距離以内の点と、前記選択点とを、前記点列の一部として用いて、前記近似直線候補を作成してもよい。この構成によれば、近似直線候補の作成において、点列からの選択点を用いた仮の近似直線までの距離に所定の距離より長い場合、近似直線候補の作成に用いられずに外される。これにより、近似直線の精度を低下させる外れ値を排除することができるため、この近似直線を用いた位置姿勢パラメータの較正は、より実態を反映したものとなる。したがって、定置センサの位置や姿勢の較正をさらに高精度に行うことができる。

【0012】

（５）本発明の別の形態によれば、定置センサの位置および姿勢を較正するために用いられる定置センサ較正方法が提供される。この定置センサ較正方法は、基準直線を設定する基準設定工程と、前記定置センサの暫定的な位置および姿勢を表すパラメータとして予め設定されている位置姿勢パラメータと、三次元空間中の物体を検出した前記定置センサからの出力と、を用いて、前記物体の位置を計測する位置計測工程と、前記位置計測工程において計測される、前記基準直線上を移動した前記物体の位置計測結果を点列として記憶する記憶工程と、前記記憶工程において記憶された前記点列を用いて、前記点列の近似直線を作成する直線近似工程と、前記基準直線と前記近似直線とを用いて、較正後の前記位置姿勢パラメータを算出するパラメータ較正工程と、を備える。この構成によれば、直線近似工程は、設定された基準直線上を移動した物体の位置計測結果を用いて、近似直線を作成する。パラメータ較正工程は、直線近似部において作成された近似直線と、基準直線とを用いて、定置センサの位置および姿勢を表す位置姿勢パラメータを算出する。これにより、定置センサが１台であっても、作成された近似直線と設定された基準直線との対比によって、定置センサに設定されている位置姿勢パラメータを、実際の定置センサの位置および姿勢に近づくように較正することができる。したがって、較正対象の定置センサが１台であっても、位置や姿勢の較正を高精度に行うことができる。

【0013】

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、定置センサ較正装置を含むシステム、これら装置およびシステムの制御方法、これら装置およびシステムにおいて定置センサ較正方法を実行させるコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、そのコンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１実施形態の定置センサ較正装置の概略構成を示す模式図である。

【図2】定置センサ較正方法のフローチャートである。

【図3】直線近似工程のフローチャートである。

【図4】直線近似工程を説明する第１の図である。

【図5】直線近似工程を説明する第２の図である。

【図6】直線近似工程を説明する第３の図である。

【図7】直線近似工程を説明する第４の図である。

【図8】パラメータ較正工程を説明する第１の図である。

【図9】パラメータ較正工程を説明する第２の図である。

【図10】パラメータ較正工程を説明する第３の図である。

【図11】第１の比較例での近似直線の作成方法で作成した近似直線の図である。

【図12】第２の比較例での近似直線の作成方法を説明する第１の図である。

【図13】第２の比較例での近似直線の作成方法を説明する第２の図である。

【図14】第１実施形態での近似直線の作成方法で作成した近似直線の図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の定置センサ較正装置１の概略構成を示す模式図である。本実施形態の定置センサ較正装置１は、１か所に固定されて使用される定置センサを較正する装置であって、例えば、所定の場所に定置センサを設置するときに、定置センサの位置および姿勢を現場において修正する現地修正作業を行うときに用いられる。本実施形態の定置センサ較正装置１は、定置センサとしての定置式の単眼カメラ５を１台較正する。定置式の単眼カメラ５は、例えば、車両が走行する道路の近傍に定置され、道路上を走行する車両や、道路脇の歩行者６（図１参照）などを連続的に撮像する。定置センサ較正装置１は、計測器１０と、較正処理器２０とを備える。なお、本実施形態では、定置センサは、単眼カメラ５としたが、定置センサの種類は、これに限定されず、ステレオカメラ、レーダ、ＬｉＤＡＲ（レーザレーダ）、ソナーなどであってもよい。

【0016】

計測器１０は、位置計測部１１と、基準設定部１２と、を備える。計測器１０は、単眼カメラ５と電気的に接続されており、単眼カメラ５によって撮像される画像が入力される。

【0017】

位置計測部１１は、単眼カメラ５が撮像する画像に含まれる物体の位置を計測する。位置計測部１１には、単眼カメラ５の暫定的な位置および姿勢を表すパラメータとして予め設定されている単眼カメラ５の暫定的な位置を表す位置パラメータと、姿勢を表す姿勢パラメータとの両方を含む、暫定的な位置姿勢パラメータが入力されている。位置計測部１１は、この位置姿勢パラメータと、単眼カメラ５が撮像した画像から、移動している物体（図１では、歩行者６）の位置を計測する。位置計測部１１は、計測結果と、暫定的な位置姿勢パラメータと、を電気的に接続されている較正処理器２０に出力する。

【0018】

基準設定部１２は、位置計測部１１の座標系における基準直線を設定する。基準直線は、任意に設定される直線であり、例えば、道路上の車線を区別する白線や、車道と歩道とを区別する縁石など、現場において直線状に配置されているものが対象となる。なお、基準直線として設定される対象は、白線や縁石などに限定されない。

【0019】

較正処理器２０は、記憶部２１と、ＣＰＵ２２と、を備える。較正処理器２０は、位置計測部１１によって計測された歩行者６の位置計測結果と、計測における暫定的な位置姿勢パラメータと、基準設定部１２によって設定された基準直線とを用いて、単眼カメラ５における較正後の位置姿勢パラメータを算出する。較正処理器２０は、較正後の位置姿勢パラメータを電気的に接続されている計測器１０の位置計測部１１に出力する。

【0020】

記憶部２１は、ハードディスク、フラッシュメモリ、メモリカードなどで構成される。記憶部２１は、位置計測部１１が計測した、基準直線上を移動した歩行者６の位置計測結果を点列として記憶する。また、記憶部２１は、ＣＰＵ２２における各種演算結果を記憶する。記憶部２１は、これらの記憶した情報をＣＰＵ２２に適宜出力する。

【0021】

ＣＰＵ２２は、ＲＯＭに格納されているコンピュータプログラムをＲＡＭに展開して実行することにより、計測器１０も含む定置センサ較正装置１の各部を制御する。そのほか、ＣＰＵ２２は、直線近似部２３およびパラメータ較正部２４として機能し、位置計測部１１が計測した歩行者６の位置計測結果から近似直線を作成し、その近似直線と基準直線との関係から、位置姿勢パラメータを較正する。

【0022】

直線近似部２３は、記憶部２１に記憶されている、歩行者６の位置計測結果の点列を用いて、点列の近似直線を作成する。直線近似部２３の詳細な機能は、後述する。

【0023】

パラメータ較正部２４は、直線近似部２３が作成した近似直線と、基準直線と、暫定的な位置姿勢パラメータと、を用いて、較正後の位置姿勢パラメータを算出する。パラメータ較正部２４の詳細な機能は、後述する。

【0024】

図２は、定置センサ較正方法のフローチャートである。図３は、直線近似工程のフローチャートである。次に、本実施形態の定置センサ較正方法について説明する。本実施形態の定置センサ較正方法は、例えば、単眼カメラ５を所定の場所に組み付けた際、単眼カメラ５の組み付け位置や、単眼カメラ５の光軸の方向に影響する姿勢を確認し、単眼カメラ５の組み付け現場において修正する現地修正作業において行われる。この現地修正作業は、誤検出（単眼カメラ５の検出可能範囲内に計測対象の物体が存在しないのに「存在する」とすること）や未検出（単眼カメラ５の検出可能範囲内に計測対象の物体が存在するのに「存在しない」とすること）を減らすために行われる。したがって、単眼カメラ５の組み付け作業後に、現場での即応可能な較正が必要となっている。なお、単眼カメラ５の位置姿勢そのものの測量や、キャリブレーションボードによる較正では、この現地修正作業に対して即応できない。また、測位衛星受信やジャイロスコープなどの他のセンサによる位置姿勢の推定は、静止時の姿勢推定が適切に行えないことから、単眼カメラ５には適していない。

【0025】

最初に、基準直線を設定する（ステップＳ１：基準設定工程）。ステップＳ１では、基準設定部１２は、現場に直線状に配置されている対象物を、位置計測部１１の座標系における基準直線として設定する。ここでは、例えば、車道と歩道とを区画する縁石７（図１参照）を座標系のｘ軸として設定する。なお、基準直線とする対象は、これに限定されない。

【0026】

次に、歩行者６の位置を計測する（位置計測工程：ステップＳ２）。ステップＳ２では、位置計測部１１は、あらかじめ設定されている単眼カメラ５の暫定的な位置姿勢パラメータと、単眼カメラ５の出力と、を用いて、縁石７上を移動する歩行者６の位置を計測する。ここで、単眼カメラ５の暫定的な位置姿勢パラメータとは、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸のそれぞれの座標値ｓ_t（ベクトル表記）で表される位置パラメータ、並びに、方位角ａ_tおよび仰角ｅ_tで表される姿勢パラメータを指す。すなわち、位置計測部１１は、暫定的な位置パラメータｓ_t（ベクトル表記）と、姿勢パラメータｅ_t、ａ_tとが設定されている状態の単眼カメラ５が出力する歩行者６の位置を計測する。位置計測部１１は、この歩行者６の位置計測結果を記憶部２１に出力する。なお、本文中に示す文字がベクトルである場合、対象文字の後に「（ベクトル表記）」と記載する。

【0027】

次に、ステップＳ２において計測された、縁石７上を移動した歩行者６の位置計測結果を点列として記憶させる（記憶工程：ステップＳ３）。記憶部２１は、位置計測部１１が出力する歩行者６の位置計測結果を、３次元空間での点列として記憶する。また、記憶部２１は、基準設定部１２が設定した縁石７の位置情報を、基準直線の位置情報として記憶する。

【0028】

次に、ステップＳ３において記憶部２１に記憶された点列を用いて、点列の近似直線を作成する（直線近似工程：ステップＳ４）。直線近似部２３は、記憶部２１に記憶された歩行者６の位置計測結果の点列を用いて、単眼カメラ５の位置パラメータｓ_t（ベクトル表記）と、姿勢パラメータｅ_t、ａ_tを較正するための近似直線を作成する。

【0029】

図４は、直線近似工程を説明する第１の図である。図５は、直線近似工程を説明する第２の図である。図６は、直線近似工程を説明する第３の図である。図７は、直線近似工程を説明する第４の図である。ここで、直線近似工程の詳細について説明する。直線近似工程では、最初に、直線近似部２３は、仮の近似直線を作成する（図３のステップＳ４０１）。直線近似部２３は、記憶部２１に記憶された歩行者６の位置計測結果の点列のうち、複数の点を選択し、選択した点を用いて主成分分析を行うことで、仮の近似直線を作成する。

【0030】

図４に、点列の一例を示す。図４は、記憶部２１に記憶された歩行者６の位置計測結果をプロットした２次元平面（ｘｙ平面）を示している。このｘｙ平面に示されている複数の丸印のそれぞれは、点列における複数の位置計測結果のそれぞれを表す計測点Ｍとなっている。図４には、基準設定工程において設定された基準直線Ｌｓが示されている。なお、図４～７では、説明の便宜上、点列を２次元平面で示している。

【0031】

ステップＳ４０１では、直線近似部２３は、図４に示す点列について、無作為に複数の計測点Ｍを選択する。ここでは、例えば、図５に示すように、複数の計測点Ｍのうち、３点の計測点Ｍを選択点Ｍｓとして選択する（図５に示す太線の丸印Ｍｓ）。直線近似部２３は、選択点Ｍｓに対して、主成分分析を行うことで、仮の近似直線Ｌｐａを作成する（図５参照）。

【0032】

次に、直線近似部２３は、ステップＳ４０１において作成した仮の近似直線Ｌｐａを用いて外れ値を選択する（図３のステップＳ４０２）。ステップＳ４０２では、直線近似部２３は、図６に示すように、仮の近似直線Ｌｐａからの距離が、所定の距離（図６に示す符号Ｄ）より長い計測点（図６では、仮の近似直線Ｌｐａからの距離が距離Ｄとなる境界線Ｌｃ１、Ｌｃ２の外側に位置するバツ印で示す計測点Ｍｘ）を、外れ値として選択する。外れ値Ｍｘを除いた計測点Ｍの点列は、特許請求の範囲の「点列の一部」に相当する。

【0033】

次に、直線近似部２３は、外れ値を除く計測点の数が下限数以上であるか否かを判定する（図３のステップＳ４０３）。ステップＳ４０３では、直線近似部２３は、外れ値Ｍｘを除く計測点Ｍの数が下限数以上である場合、ステップＳ４０４において近似実施フラグをＹＥＳとし、外れ値Ｍｘを除いた近似直線候補を作成する（図３のステップＳ４０６）。一方、直線近似部２３は、外れ値Ｍｘを除く計測点Ｍの数が下限数未満である場合、ステップＳ４０５において近似実施フラグをＮＯとし、後述するステップＳ４１１に進み、近似直線候補の作成などを省略する。これは、外れ値Ｍｘを除く計測点Ｍの数が下限数未満である場合、外れ値を除く計測点が点列を代表していないとみなせるためである。

【0034】

次に、直線近似部２３は、ステップＳ４０６において作成した近似直線候補について、当該近似直線候補の作成に用いた計測点Ｍの標準偏差を算出する（図３のステップＳ４０７）。具体的には、直線近似部２３は、図７に示すように、複数の計測点Ｍのそれぞれを近似直線候補Ｌｐｃに正射影し、近似直線候補Ｌｐｃ上に射影点Ｍｐを作成する。その後、直線近似部２３は、複数の射影点Ｍｐの標準偏差を算出する。

【0035】

次に、直線近似部２３は、ステップＳ４０７において算出した標準偏差が事前に設定している所定の標準偏差以上であるか否かを判定する（図３のステップＳ４０８）。ステップＳ４０７において算出した標準偏差が所定の標準偏差以上である場合、ステップＳ４０９において、当該近似直線候補Ｌｐｃは記憶部２１に記憶される。ステップＳ４０７において算出した標準偏差が所定の標準偏差未満である場合、ステップＳ４１０において、当該近似直線候補Ｌｐｃは廃棄される。

【0036】

次に、直線近似部２３は、記憶部２１に記憶されている点列から複数の計測点Ｍの選択について、ステップＳ４０１からステップＳ４０９またはステップＳ４１０までをあらかじめ決めた回数行ったか否かを判定する（図３のステップＳ４１１）。あらかじめ決めた回数行っている場合、ステップＳ４１２において、直線近似部２３は、記憶部２１に記憶されている複数の近似直線候補Ｌｐｃの中から、近似誤差が最小とする近似直線候補Ｌｐｃを、近似直線Ｌａに選定する。あらかじめ決めた回数行っていない場合、ステップＳ４０１に戻り、上述したステップＳ４０１からステップＳ４０９またはステップＳ４１０までを繰り返す。これにより、直線近似工程において、直線近似部２３によって作成された近似直線Ｌａは、計測点Ｍを正射影した射影点Ｍｐの標準偏差が比較的大きく、かつ、近似誤差は比較的小さくなる。なお、本実施形態では、直線近似工程において、直線近似部２３は、近似直線Ｌａを選定すると、パラメータ較正工程のために、複数の計測点Ｍの平均値ｐ０_t（ベクトル表記）と、当該近似直線Ｌａの第１固有ベクトルｆｅｖ（ベクトル表記）を求める。直線近似部２３は、複数の計測点Ｍの平均値ｐ０_t（ベクトル表記）と、近似直線Ｌａの第１固有ベクトルｆｅｖ（ベクトル表記）と、を記憶部２１に記憶させる。

【0037】

図２に戻り、ステップＳ４の次に、基準直線と、ステップＳ４において選定された近似直線とを用いて、単眼カメラ５の較正後の位置パラメータおよび姿勢パラメータを算出する（ステップＳ５：パラメータ較正工程）。本実施形態では、パラメータ較正部２４は、較正後の姿勢パラメータａ、ｅを算出してから、較正後の位置パラメータｓを算出する。

【0038】

図８は、パラメータ較正工程を説明する第１の図である。ここで、パラメータ較正工程での較正後の位置姿勢パラメータの算出方法について、説明する。図８（ａ）は、３次元空間中のｘｙ平面を示しており、複数の計測点Ｍのそれぞれをｘｙ平面に投影した投影点Ｍｘｙと、近似直線Ｌａをｘｙ平面に投影した投影近似直線Ｌａｘｙを示している。また、図８（ａ）には、ｘｙ平面における単眼カメラ５の暫定的な位置パラメータｓ_t（ベクトル表記）と、暫定的な姿勢を表す方位角ａ_tが示されている。ここでは、暫定的な方位角を、例えば、方位角ａ_t＝１５度と仮定する。図８（ｂ）は、３次元空間中のｘｚ平面を示しており、複数の計測点Ｍのそれぞれをｘｚ平面に投影した投影点Ｍｘｚと、近似直線Ｌａをｘｚ平面に投影した投影近似直線Ｌａｘｚを示している。また、図８（ｂ）には、ｘｚ平面における単眼カメラ５の暫定的な位置パラメータｓ_t（ベクトル表記）と、暫定的な姿勢を表す仰角ｅ_tが示されている。ここでは、暫定的な仰角を、例えば、仰角ｅ_t＝０度と仮定する。

【0039】

ステップＳ５において、パラメータ較正部２４は、最初に、ステップＳ１で設定した基準直線Ｌｓを、ｘ軸に設定する（図８参照）。このとき、複数の計測点Ｍのそれぞれは、単眼カメラ５を中心とした座標系（単眼カメラ５が三次元空間の原点にあって、単眼カメラ５の正面の軸をｘ軸とする座標系であって、ｘ軸は、単眼カメラ５の光軸となる。）における点を、最初に、仰角ｅ_t、次に、方位角ａ_tで回転してから、単眼カメラ５の位置が座標値ｓ_t（ベクトル表記）となるように並進して、求められているとする。

【0040】

また、ステップＳ４において直線近似部２３によって求められた複数の計測点Ｍの平均値ｐ０_t（ベクトル表記）と、近似直線Ｌａの第１固有ベクトルｆｅｖ（ベクトル表記）は、記憶部２１に記憶されている。パラメータ較正部２４は、これらの情報と、図８（ａ）、（ｂ）のぞれぞれに示す２つの座標値ｐ０_t（ベクトル表記）と、座標値ｐ１_t（ベクトル表記）とを用いて、較正後の仰角ｅ_cおよび方位角ａ_cを導出する。ここで、座標値ｐ１_tは、座標値ｐ０_t（ベクトル表記）と近似直線Ｌａの第１固有ベクトルｆｅｖ（ベクトル表記）を用いて、次の式（１）で表される。

【数1】

【0041】

ここで、単眼カメラ５を中心とした座標系において、仰角ｅに応じて、原点を中心に計測点を回転させる回転行列を求める関数Ｅ（ｅ）、および、方位角ａに応じて、原点を中心に計測点を回転させる回転行列を求める関数Ａ（ａ）を導入する。仰角ｅは、ｙ軸（南から北への軸）を中心として、ｘ軸を南から見て反時計回りに回転させるため、式（２）のように定義される。

【数2】

【0042】

方位角ａは、ｚ軸（下から上への軸）を中心として、ｘ軸を上から見て反時計回りに回転させるため、式（３）のように定義される。

【数3】

【0043】

導出したい較正後の仰角ｅ_cおよび方位角ａ_cは、暫定的な位置姿勢パラメータの影響を打ち消したうえで、あらためて、仰角および方位角で回転したときに、投影近似直線Ｌａｘｙ、Ｌａｘｚが、基準直線Ｌｓであるｘ軸と平行になる仰角と方位角である。このとき、複数の計測点Ｍの平均値ｐ０_t（ベクトル表記）の姿勢パラメータのみを較正した較正後の平均値ｐ０_p（ベクトル表記）の座標値と、複数の計測点の平均値ｐ１_t（ベクトル表記）の姿勢パラメータのみを較正した較正後の平均値ｐ１_p（ベクトル表記）の座標値との差が、ｙ成分およびｚ成分について、同時に０となる。較正後の平均値ｐ０_p（ベクトル表記）は、式（４）で表され、較正後の平均値ｐ１_p（ベクトル表記）は、式（５）で表される。

【数4】

【0044】

較正後の仰角ｅ_cおよび方位角ａ_cを導出するには、以下に示す式（６）および式（７）からなる連立方程式を仰角差Δｅ、および、方位角ａ_cについて解く。式（６）は、ｙ成分に関する式であり、式（７）がｚ成分に関する式である。仰角差Δｅは（ｅ_c－ｅ_t）であり、仰角ｅ_tは、暫定仰角として既知の値であるため、仰角差Δｅが求まれば仰角ｅ_tを求めることができる。

【数5】

【0045】

式（６）および式（７）からなる連立方程式を解くと、式（８）および式（９）に示すように、方位角ａ_c、および、仰角差Δｅの式が導出される。これらの式を用いて、較正後の方位角ａ_cおよび仰角ｅ_cを算出する。

【数6】

【0046】

図９は、パラメータ較正工程を説明する第２の図である。図９（ａ）、（ｂ）に示す図は、図８（ａ）（ｂ）のそれぞれに対応する図であって、式（８）および式（９）を用いて算出された較正後の方位角ａ_cおよび仰角ｅ_cを用いて、投影近似直線Ｌａｘｙ、Ｌｘｘｚを修正したものである。図９に示すように、投影近似直線Ｌａｘｙ、Ｌａｘｚのそれぞれが、基準直線Ｌｓに平行となっている。具体的な数値で示すと、方位角ａは、１５度から６．１度となるように較正され、仰角ｅは、０度からマイナス３度に較正されている。

【0047】

図１０は、パラメータ較正工程を説明する第３の図である。次に、位置パラメータを較正する。位置パラメータの較正では、姿勢パラメータのみが較正された較正後の平均値ｐ０_pのｙ成分と、ｚ成分とがそれぞれ０になるように、単眼カメラ５を並進させる。例えば、方位角ａのみが較正された図９（ａ）については、投影近似直線Ｌａｘｙをｙ軸のマイナスの方向に移動させて、基準直線Ｌｓと一致させる（図１０（ａ）参照）。また、仰角ｅのみが構成された図９（ｂ）については、投影近似直線Ｌａｘｚをｚ軸のプラスの方向に移動させて、基準直線Ｌｓと一致させる（図１０（ａ）参照）。これにより、近似直線Ｌａは、基準直線Ｌｓであるｘ軸と一致する。すなわち、並進後の単眼カメラ５の位置ｓ_cは、式（１０）で示すことができる。

【数7】

【0048】

ステップＳ５においては、上述したように、パラメータ較正部２４は、姿勢パラメータを較正してから、位置パラメータを較正する。パラメータ較正部２４は、較正した位置姿勢パラメータを、計測器１０に向けて出力する。計測器１０では、入力された較正後の位置姿勢パラメータを用いて、これ以降の物体の位置測定を行う。

【0049】

ここで、本実施形態の定置センサ較正装置１の効果について、特に、直線近似部において作成される近似直線の精度に関して、複数の比較例との比較によって説明する。第１の比較例は、主成分分析法を用いた近似直線の作成例であり、第２の比較例は、主成分分析法とＲＡＮＳＡＣ法とを組み合わせた方法を用いた近似直線の作成例である。

【0050】

図１１は、第１の比較例での近似直線の作成方法で作成した近似直線の図である。図１１に示す丸印は、複数の計測点Ｍのそれぞれを示している。主成分分析法では、全ての計測点Ｍを用いて近似直線Ｌ０１を作成するため、近似直線Ｌ０１は、例えば、楕円Ｒ１０内の計測点Ｍｘのような外れ値の影響を受ける。このため、傾きが大きくなりやすく、基準直線Ｌｓから乖離しやすい。

【0051】

図１２は、第２の比較例での近似直線の作成方法を説明する第１の図である。第２の比較例では、最初に、第１ステップとして、全ての計測点Ｍのうちの一部をランダムに選択する。例えば、図１２に示すように、複数の太線丸印Ｍ２を選択する。この選択した計測点Ｍ２に対して、主成分分析を用いて暫定の近似直線Ｌ０２を求める。次に、第２ステップとして、選択されなかった計測点Ｍのうち、暫定の近似直線Ｌ０２との距離が閾値を超える点を外れ値とみなして、外れ値以外の点で近似直線と近似誤差を求める。

【0052】

図１３は、第２の比較例での近似直線の作成方法を説明する第２の図である。第２の比較例では、第３のステップとして、第１のステップと第２のステップとを反復して、近似誤差が最小となる場合の直線を近似直線Ｌ１２とする。図１３に示すバツ印は、第２ステップにおいて外れ値とみなした計測点Ｍである。近似直線Ｌ１２は、第１の比較例よりも傾きが大きくなり、基準直線Ｌｓからの乖離も大きくなっている。

【0053】

図１４は、第１実施形態での近似直線の作成方法で作成した近似直線の図である。図１４は、第１の比較例および第２の比較例で用いた点列と同じ点列を用いて、上述した近似直線の作成方法によって作成した近似直線Ｌ０３を示している。図１４に示すように、本実施形態によって作成した近似直線Ｌ０３は、第１の比較例の近似直線Ｌ０１に比べ傾きが小さく、基準直線Ｌｓに近い妥当な結果が得られることが明らかとなった。なお、図１１と、図１３と、図１４とのそれぞれに示す実線Ｌ０１、Ｌ１２、Ｌ０３は、それぞれの方法によって求められた近似直線の一部を表す線分であり、線分の長さは、各計測点Ｍを近似直線に正射影した点から求めた標準偏差に比例する。

【0054】

以上説明した、本実施形態の定置センサ較正装置１によれば、直線近似部２３は、基準直線として設定された縁石７上を移動した歩行者６の位置計測結果を用いて、近似直線Ｌａを作成する。パラメータ較正部２４は、直線近似部２３において作成された近似直線Ｌａと、基準直線Ｌｓとを用いて、単眼カメラ５の位置姿勢パラメータを算出する。これにより、単眼カメラ５が１台であっても、作成された近似直線Ｌａと設定された基準直線Ｌｓとの対比によって、単眼カメラ５に設定されている位置姿勢パラメータを、実際の単眼カメラ５の位置および姿勢に近づくように較正することができる。したがって、較正対象の単眼カメラ５が１台であっても、位置や姿勢の較正を高精度に行うことができる。

【0055】

また、本実施形態の定置センサ較正装置１によれば、単眼カメラ５を組み付けた現場において、１台の単眼カメラ５による撮像結果を用いて、自身の位置姿勢パラメータを較正することができる。これにより、上述したように、単眼カメラ５の組み付け作業後に、現場での状況に応じた較正に即応することができる。

【0056】

また、本実施形態の定置センサ較正装置１によれば、パラメータ較正部２４において較正後の位置姿勢パラメータを算出するための近似直線Ｌａは、点列の一部を用いて作成された近似直線候補Ｌｐｃに、当該点列の一部を正射影した射影点Ｍｐの標準偏差を用いて決定される。これにより、決定された近似直線Ｌａは、実際の点列のばらつきの程度をより反映した近似直線となるため、この近似直線を用いて算出された位置姿勢パラメータは、より実態を反映した位置姿勢パラメータとなる。したがって、単眼カメラ５の位置や姿勢の較正をさらに高精度に行うことができる。

【0057】

また、本実施形態の定置センサ較正装置１によれば、直線近似部２３は、複数の近似直線候補Ｌｐｃの中で、標準偏差が所定の標準偏差以上となり、かつ、近似誤差が最小となる近似直線候補Ｌｐｃを、近似直線Ｌａとする。これにより、近似直線Ｌａは、点列における、標準偏差に関する情報と、近似誤差に関する情報とを含む近似直線となるため、この近似直線を用いて算出された位置姿勢パラメータは、より実態を反映した位置姿勢パラメータとなる。したがって、単眼カメラ５の位置や姿勢の較正をさらに高精度に行うことができる。

【0058】

また、本実施形態の定置センサ較正装置１によれば、近似直線候補Ｌｐｃの作成において、点列からの選択点Ｍｓを用いた仮の近似直線Ｌｐａまでの距離に所定の距離より長い場合、近似直線候補Ｌｐｃの作成に用いられずに外される。これにより、近似直線Ｌａの精度を低下させる外れ値Ｍｘを排除することができるため、この近似直線Ｌａを用いた位置姿勢パラメータの較正は、より実態を反映したものとなる。したがって、単眼カメラ５の位置や姿勢の較正をさらに高精度に行うことができる。

【0059】

また、複数の定置カメラのそれぞれにおける撮像可能領域内を通る光を利用して、複数の定置カメラのそれぞれの位置および姿勢を較正する場合にパラメータ探索の誤差関数を規定している固有値は、カメラが１台の場合には位置姿勢パラメータの変更に対して変化しないため、パラメータ探索ができなくなる。これは、固有値は、並進および回転に対して不変となるように定義されているためであり、位置姿勢パラメータの変更による点列の並進や回転の影響を受けないからである。しかしながら、本実施形態の定置センサ較正装置１では、歩行者６の位置計測結果に基づく近似直線と基準直線との対比によって、１台の単眼カメラ５における位置姿勢パラメータの較正を高精度に行ことができる。

【0060】

また、本実施形態の定置センサ較正方法によれば、直線近似工程では、設定された基準直線Ｌｓ上を移動した歩行者６の位置計測結果を用いて、近似直線Ｌａを作成する。パラメータ較正工程では、直線近似工程において作成された近似直線Ｌａと、基準直線Ｌｓとを用いて、単眼カメラ５の位置姿勢パラメータを算出する。これにより、単眼カメラ５が１台であっても、作成された近似直線Ｌａと設定された基準直線Ｌｓとの対比によって、単眼カメラ５に設定されている位置姿勢パラメータを、実際の単眼カメラ５の位置および姿勢に近づくように較正することができる。したがって、較正対象の単眼カメラ５が１台であっても、位置や姿勢の較正を高精度に行うことができる。

【0061】

＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

【0062】

［変形例１］
上述の実施形態では、定置センサ較正装置１は、１台の単眼カメラ５を較正するとした。しかしながら、「定置センサ」は、単眼カメラ５でなくてもよく、上述したように、ステレオカメラ、レーダ、ＬｉＤＡＲ（レーザレーダ）、ソナーなどであってもよい。

【0063】

［変形例２］
上述の実施形態では、直線近似部２３は、外れ値を除く計測点の数が下限数以上であるか否かを判定するとし、外れ値を除く計測点の数が下限数未満である場合、近似直線候補の作成などを省略するとした。しかしながら、直線近似部２３での外れ値を除く計測点の数による判定はなくてもよい。

【0064】

［変形例３］
上述の実施形態では、直線近似部２３は、点列の一部を用いて近似直線候補Ｌｐｃを作成し、点列の一部を近似直線候補Ｌｐｃに正射影した点の標準偏差を用いて、近似直線Ｌａを決定するとした。しかしながら、近似直線Ｌａの決定方法は、これに限定されない。

【0065】

［変形例４］
上述の実施形態では、直線近似部２３は、点列の一部に関して、、複数の近似直線候補Ｌｐｃをあらかじめ決めた回数作成し、標準偏差が所定の標準偏差以上となり、かつ、近似誤差が最小となる近似直線候補Ｌｐｃを、近似直線Ｌａにするとした。しかしながら、近似直線Ｌａの決定方法は、これに限定されない。回数ではなく近似誤差などの閾値を条件としてもよい。また、点列の総数が少ない場合、全ての組合せを用いてもよい。

【0066】

［変形例５］
上述の実施形態では、直線近似部２３は、点列から選択された選択点Ｍｓに対して主成分分析をおこなうことで、仮の近似直線Ｌｐａを作成し、仮の近似直線Ｌｐａまでの距離が所定の距離以内の点と選択点Ｍｓとを点列の一部として用いて近似直線候補Ｌｐｃを作成するとした。しかしながら、近似直線候補Ｌｐｃの作製方法は、これに限定されない。

【0067】

［変形例６］
上述の実施形態では、定置センサ較正装置１は、計測器１０と、較正処理器２０とを備えるとし、２つの機器から構成されるとした。しかしながら、定置センサ較正装置は、計測器と較正処理器とが一体となっていてもよい。

【0068】

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。

【符号の説明】

【0069】

１…定置センサ較正装置
５…単眼カメラ
６…歩行者
１０…計測器
１１…位置計測部
１２…基準設定部
２０…較正処理器
２１…記憶部
２３…直線近似部
２４…パラメータ較正部
Ｌａ…近似直線
Ｌｐａ…仮の近似直線
Ｌｐｃ…近似直線候補
Ｌｓ…基準直線
ａ，ａ_c、ａ_t…方位角（姿勢パラメータ）
ｅ，ｅ_c、ｅ_t…仰角（姿勢パラメータ）
ｓ，ｓ_c、ｓ_t…座標値（位置パラメータ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】