円錐曲線を用いた全方位視覚センサのキャリブレーション

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  • エンスイ キョクセン オ モチイタ ゼンホウイ シカク センサ ノ キャリブレーション
  • Calibration of HyperOmni Vision Based on Conic Curve

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抄録

本論文では，HyperOmni Vision(1)のような，等方性ミラーと透視投影カメラからなる全方位視覚センサのキャリブレーション手法を提案する．全方位視覚センサのキャリブレーションは，カメラのキャリブレーション，ミラーの姿勢推定，これらの幾何学的関係を用いた光線追跡そしてミラーにおける光線の反射からなる．全方位視覚センサのキャリブレーションにおける主な問題はミラーの姿勢推定にあるが，これまで提案されている手法ではミラー姿勢の自由度が制限されているという問題点や，非線形最適化問題となっていて初期値によっては 正しい推定が得られない場合があるという問題点があった．提案手法では，画像中にあるミラーの縁によってできる円錐曲線を用いた解析的計算により非線形最適化のような初期値問題がなく，6自由度のミラーの姿勢を推定できる．これは，円錐曲線を利用したカメラキャリブレーションの応用である．この手法では解が一意に決まらないが，無限遠にある直線を利用した評価によって候補の中から解を決定することができる．本論文では双曲面ミラーとピンホールカメラモデルからなるHyperOmni Visionのパラメータを用いて実験し，提案手法の精度と有効性について評価する．

In this paper, we propose a calibration method for catadioptric camera systems consisting of a rotation symmetry mirror, like HyperOmni Vision, and an affine camera. The proposed method is based on conventional camera calibration and mirror posture estimation. The main problem with catadioptric camera calibration is mirror posture estimation because the degree of freedom of a mirror posture is limited or the accuracy of the estimated parameters is inadequate, owing to nonlinear optimization. Our method can estimate the six degrees of freedom of mirror posture and can be free from the volatility of nonlinear optimization. Our method uses a conic curve in an image, the borderline between mirror and non-mirror, and is an application of extrinsic parameter calibration based on conic fitting. The mirror posture estimated analytically is not unique, so we propose a selection method for finding the best one. Because of the conic-base analytical method, our method can avoid the initial value problem arising from nonlinear optimization. We conduct experiments on synthesized images to test the performance of our method, and discuss its accuracy.

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