JPH0739956B2 - Method of detecting target position by camera - Google Patents
Method of detecting target position by cameraInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は例えば陸上の高所に設置されたカメラによる
海上を航行する船舶等の物標の位置検出方法、特にカメ
ラから物標をみた角度が俯角となる場合のカメラによる
物標位置の検出方法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial application] The present invention relates to a method for detecting the position of a target such as a ship navigating at sea by a camera installed at a high place on land, and in particular, an angle when the target is viewed from the camera. The present invention relates to a method for detecting a target position by a camera when is a depression angle.
［従来の技術］ 従来カメラによる物標の位置検出は、三角測量による方
法が多かった。三角測量は周知のように、その間隔が既
知である２地点で得られる物標の方位を測定し、その距
離算出により物標の位置を求めるものであった。[Prior Art] Conventionally, the position detection of a target by a camera has often been performed by triangulation. As is well known, the triangulation is to measure the azimuth of a target obtained at two points whose distances are known and calculate the distance to obtain the position of the target.
第２図は従来の三角測量を説明する図であり、A,Bはそ
の間隔が既知の２地点、Ｃは物標の位置である。いまＡ
点とＢ点との距離をｄ、Ａ点とＢ点を直線で結ぶ方位を
基準方位として、Ａ点からＣ点への方位が基準方位との
間になす角度をα、Ｂ点からＣ点への方位が基準方位と
の間になす角度をβ、Ｂ点からＣ点への距離をＲとし、
特にβ＝90゜の場合はtan α＝R/dとなることを利用
し、Ｒ＝ｄ・tan αが求められる。従って物標Ｃの位置
は基準点A,Bからの方位（即ち基準方位に対する角度）
及び距離の両データにより検出される。FIG. 2 is a diagram for explaining conventional triangulation, where A and B are two points whose intervals are known, and C is the position of the target. Now A
The distance between the point and the point B is d, the azimuth connecting the points A and B with a straight line is the reference azimuth, and the angle between the azimuth from the point A to the point C and the reference azimuth is α, and the point from the point C to the point C. Let β be the angle formed by the azimuth with the reference azimuth and R be the distance from point B to point C.
In particular, when β = 90 °, tan α = R / d is used to obtain R = d · tan α. Therefore, the position of the target C is the direction from the reference points A and B (that is, the angle with respect to the reference direction).
And the distance data are both detected.
［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来のカメラによる物標の位置検出方法
は、その間隔が既知である異なる位置にそれぞれ設置さ
れた２台のカメラから得られる方位信号に基づき物標の
位置を算出する方法であるため、１台のカメラ映像から
物標の位置を得ることができないという問題点があっ
た。[Problems to be Solved by the Invention] The conventional method for detecting the position of a target by a camera as described above is based on an azimuth signal obtained from two cameras respectively installed at different positions whose distances are known. Since this is a method of calculating the position of the target, there is a problem in that the position of the target cannot be obtained from one camera image.
この発明はかかる問題点を解決するためになされたもの
で、１台のカメラ映像から物標の位置を検出する方法を
得ることを目的とする。The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to obtain a method for detecting the position of a target from a single camera image.
［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するために、カメラにより撮影
した海面上の物標の位置を検出する方法において、 カメラの視野中心軸を水平に保持し、その視野内の物標
を見た角度が俯角となるような海面よりの高さが既知と
なる位置に設置された前記カメラの位置、高さ、視野の
中心方位及び視野角、並びに視野内の映像の平面画像及
び該平面画像上での前記物標の座標位置についてのそれ
ぞれの情報をカメラ関連情報入力手段により入力し、前
記カメラからの物標を見た俯角を前記平面画像上での前
記物標の座標位置とカメラの視野角とにより算出する方
法により、物標位置算出手段が前記物標の位置を算出
し、前記物標位置算出手段が算出した物標の位置を物標
位置出力手段が出力するものである。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention provides a method for detecting the position of a target on the sea surface photographed by a camera, in which the central axis of the visual field of the camera is held horizontally and the visual field is The position of the camera installed at a position where the height from the sea surface is known such that the angle of looking at the target inside is the depression angle, the height, the central azimuth and viewing angle of the visual field, and the image within the visual field. The plane image and the respective information about the coordinate position of the target on the plane image are input by the camera-related information input means, and the depression angle at which the target is seen from the camera is the target on the plane image. The target position calculating means calculates the position of the target by the method of calculating the coordinate position of the target and the viewing angle of the camera, and the target position output means calculates the position of the target calculated by the target position calculating means. It is what is output.
［作 用］ この発明においては、例えば陸上の高所に設置されたカ
メラによる海上を航行する船舶等の物標の位置検出方法
として、海面上から既知の高さの位置にカメラを、その
視野中心軸を水平に保持し、方位方向のみ自由に可動す
るように設置し、カメラから指示された物標をみた時の
俯角とカメラの視野角の比が、カメラで撮影した平面画
像上での視野中心軸位置から物標位置までの距離と視野
中心軸位置から視野限界位置までの距離の比にほぼ近似
する関係を用いて前記カメラから物標をみた俯角を算出
し、前記既知のカメラの海面上からの高さと算出された
俯角とにより三角測量の原理を用い物標迄の距離を算出
する。また別にカメラから物標をみた方位を別の方位セ
ンサで検出し、前記物標の方位及び距離データを出力す
ることにより物標位置の検出及び出力をするものであ
る。[Operation] In the present invention, for example, as a method of detecting the position of a target such as a ship navigating at sea by a camera installed at a high place on land, the camera is positioned at a known height from the sea surface. It is installed so that the central axis is kept horizontal and movable only in the azimuth direction, and the ratio of the depression angle when the target pointed to by the camera is viewed and the viewing angle of the camera is on the plane image taken by the camera. Calculating the depression angle of the target viewed from the camera using a relationship that approximates the ratio of the distance from the visual field center axis position to the target position and the distance from the visual field center axis position to the visual field limit position, The distance to the target is calculated using the principle of triangulation from the height above the sea level and the calculated depression angle. In addition, the azimuth of the target viewed from the camera is detected by another azimuth sensor, and the azimuth and distance data of the target is output to detect and output the target position.
［実施例］ 第１図は本発明に係るカメラによる物標位置検出手段の
ブロック図であり、１にカメラ関連情報入力手段、２は
物標位置算出手段、３は物標位置出力手段である。[Embodiment] FIG. 1 is a block diagram of target position detecting means by a camera according to the present invention, in which 1 is camera-related information input means, 2 is target position calculating means, and 3 is target position outputting means. .
第１図の説明を行なう。カメラ関連情報入力手段１は、
例えばビデオカメラ装置及び画像指示器とにより構成さ
れ、物標が俯角をもって撮影されるように例えば山頂に
設置したカメラの設置位置（平面位置及び海面から設置
場所までの高さ）情報、該カメラの視野中心軸の方位情
報、該カメラの光学系により決まる視野角情報、該カメ
ラ視野内の映像の平面画像情報及び該平面画像上におい
て指示された物標の位置情報を入力するものである。物
標の位置情報については、ビデオカメラ装置により撮影
された平面画像情報が画像指示器に指示されたとき、手
動で物標を捕捉する（画面上に捕捉マークを移動させて
物標の位置と一致させる）ことにより、物標の座標位置
情報を検出し入力することができる。またカメラの視野
中心軸の方位情報はカメラに方位センサ（例えばシンク
ロ、レゾルバ、ロータリエンコーダ等）を設けて、該方
位センサからの出力信号を入力すればよい。カメラ関連
情報入力手段１に接続された物標位置算出手段２は、ビ
デオカメラ装置から入力した情報と、画像指示器から上
記画面上における物標映像を捕捉又は指示して得られた
物標の座標位置情報に基づき、上記カメラと物標の位置
関係と、上記画面内における物標の位置関係が対応して
決まることを利用して、指示した物標の位置を算出する
ものである。従って物標位置算出手段２は演算装置（例
えばマイクロプロセッサを含む演算装置等）により構成
される。物標位置算出手段２に接続される物標位置出力
手段３は、例えばデータ表示器により構成され、物標位
置算出手段２により算出された物標の位置を、例えば画
像情報と数値データにより表示するものである。なおビ
デオカメラ装置は夜間に使用する場合は赤外線方式の装
置が使用できる。画像指示器としてはラスタ方式又はラ
ディアル方式（一般にPPIという）の指示器が、またデ
ータ表示器としてはグラフィックディスプレイ又はキャ
ラクタディスプレイがそれぞれ使用可能である。これら
の装置については一般に周知であるので各装置の詳細説
明は省略する。The description of FIG. 1 will be given. The camera-related information input means 1 is
For example, the installation position (planar position and height from the sea surface to the installation position) of a camera, which is configured by a video camera device and an image indicator, is installed on a mountaintop so that a target can be photographed at a depression angle. The azimuth information of the central axis of the visual field, the visual angle information determined by the optical system of the camera, the planar image information of the image in the visual field of the camera, and the positional information of the target pointed on the planar image are input. Regarding the position information of the target, when the planar image information taken by the video camera device is instructed by the image indicator, the target is manually captured (the capture mark is moved on the screen to determine the position of the target. By making them match), the coordinate position information of the target can be detected and input. The direction information about the center axis of the field of view of the camera may be obtained by providing a direction sensor (for example, synchro, resolver, rotary encoder, etc.) on the camera and inputting an output signal from the direction sensor. The target position calculation means 2 connected to the camera-related information input means 1 detects the information input from the video camera device and the target obtained by capturing or pointing the target image on the screen from the image indicator. The position of the instructed target is calculated by utilizing the fact that the positional relationship between the camera and the target and the positional relationship of the target on the screen are determined correspondingly based on the coordinate position information. Therefore, the target position calculating means 2 is composed of an arithmetic unit (for example, an arithmetic unit including a microprocessor). The target position output means 3 connected to the target position calculation means 2 is composed of, for example, a data display, and displays the position of the target calculated by the target position calculation means 2 by, for example, image information and numerical data. To do. If the video camera device is used at night, an infrared type device can be used. A raster type or radial type (generally referred to as PPI) indicator can be used as the image indicator, and a graphic display or a character display can be used as the data display. Since these devices are generally known, detailed description of each device is omitted.
第３図は本発明に係るカメラの視野と視野中心軸を説明
する図であり、同図（ａ）はカメラの設置場所及びその
視野を示す断面図である。図において、ＰＢはカメラの
設置位置、ｄはカメラの海面よりの高さ、ＰＡは高さｄ
を零とした場合（カメラを海面まで下げた場合）のカメ
ラ位置、αはカメラの光学レンズの中心軸に対する視野
角である。従ってカメラの視野角は前記中心軸に対して
角度αの円錐形となる。またカメラの光学レンズの中心
軸は常に水平（即ち海面に対して平行）となるように上
下方向には固定され、方位（即ち左右方向）のみ変えら
れるものとする。同図（ｂ）はカメラ視野内の映像の平
面画像で、その視野範囲を円で示し、その中心Ｂｏに＋
印を付したものである。FIG. 3 is a view for explaining the visual field and the central axis of the visual field of the camera according to the present invention, and FIG. 3 (a) is a sectional view showing the installation location of the camera and the visual field thereof. In the figure, P B is the installation position of the camera, d is the height above the sea level of the camera, and P A is the height d.
Is the camera position when is zero (when the camera is lowered to the sea level), and α is the viewing angle with respect to the central axis of the optical lens of the camera. Therefore, the viewing angle of the camera is a cone having an angle α with respect to the central axis. The central axis of the optical lens of the camera is fixed in the vertical direction so that it is always horizontal (that is, parallel to the sea surface), and only the azimuth (that is, the horizontal direction) can be changed. FIG. 2B is a plane image of an image in the camera visual field, the visual field range is indicated by a circle, and the center Bo is +
It is marked.
第４図は本発明に係る海上の物標Ａの位置とその映像位
置を説明する図であり、同図（ａ）は海上の物標Ａへの
俯角と距離を示す断面図である。図において、Ａは海上
の物標、θはカメラより物標Ａへの俯角、Ｒは高さ零の
カメラ位置ＰＡから物標Ａまでの水平距離、Ｂは物標Ａ
より高さｄの上空の点である。また同図（ｂ）はカメラ
視野内の映像の平面画像で、その視野範囲を示す円と、
その内部に物標Ａの位置Ａｏと、視野中心の位置Ｂｏに
＋印を付して示したものである。FIG. 4 is a view for explaining the position of the target A on the sea and its image position according to the present invention, and FIG. 4A is a sectional view showing the depression angle and the distance to the target A on the sea. In the figure, A is the target on the sea, θ is the depression angle from the camera to the target A, R is the horizontal distance from the camera position P A at zero height to the target A, and B is the target A.
It is a point above the height d. Further, FIG. 2B is a plane image of an image in the field of view of the camera, and a circle showing the field of view,
The position A o of the target A and the position B o at the center of the visual field are shown with a + mark inside them.
第５図は本発明に係る物標への俯角及び距離を説明する
図であり、同図（ａ）は三角測量を行なう場合の物標Ａ
への俯角及び距離を示し、同図（ｂ）は俯角を平面画像
上での物標位置より算出する方法を説明する図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the depression angle and distance to the target according to the present invention, and FIG. 5 (a) is the target A in the case of triangulation.
The depression angle and the distance are shown, and FIG. 11B is a diagram for explaining a method of calculating the depression angle from the target position on the planar image.
いま第５図を用いて物標位置算出方法を説明する。同図
（ａ）において、カメラの海面よりの高さをｄ、カメラ
から物標Ａまでの水平距離をＲ、カメラから物標Ａをみ
た俯角をθとすると、三角測量の場合と同様に次の
（１），（２）式の関係が成立する。Now, the target position calculation method will be described with reference to FIG. In the same figure (a), assuming that the height of the camera from the sea surface is d, the horizontal distance from the camera to the target A is R, and the depression angle when the target A is viewed from the camera is θ, the same as in the case of triangulation (1) and (2) are established.
tan θ＝d/R …（１） Ｒ＝d/tan θ …（２） また同図（ｂ）のカメラ映像の平面画像上で、その視野
範囲を示す円の半径（即ち視野中心Ｂｏより視野限界位
置Ｄｏまでの距離）をｌ、視野中心Ｂｏより物標位置Ａ
ｏまでの距離をｍとすると近似的に次の（３）式が成立
する。tan θ = d / R ... ( 1) on the R = d / tan θ ... ( 2) The camera image plane image of FIG. (b), than the radius of the circle indicating the field of view (i.e. the center of the visual field B o The distance to the visual field limit position D o ) is 1, and the target position A from the visual field center B o
When the distance to o is m, the following equation (3) is approximately established.
θ≒m/l・α …（３） 従って（３）式により算出された俯角θを（２）式に代
入することによりカメラから物標Ａまでの水平距離Ｒが
算出される。また物標の方位はカメラに設けられた方位
センサからの方位信号をカメラ関連情報入力手段１より
入力することにより検出される。このようにして物標位
置算出手段２は物標の距離及び方位を算出し、物標位置
出力手段３に供給し、物標位置出力手段３はデータ表示
器により、指示された物標の位置を画像情報と数値デー
タにより表示する。θ≈m / l · α (3) Therefore, the horizontal distance R from the camera to the target A is calculated by substituting the depression angle θ calculated by the formula (3) into the formula (2). The azimuth of the target is detected by inputting the azimuth signal from the azimuth sensor provided in the camera from the camera-related information input means 1. In this way, the target position calculating means 2 calculates the distance and azimuth of the target and supplies it to the target position outputting means 3, and the target position outputting means 3 uses the data display to indicate the position of the designated target. Is displayed by image information and numerical data.
［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、カメラから海面上の物
標を見た角度が俯角となるように海面よりの高さの既知
の位置にカメラを設置し、前記俯角をカメラ視野内の映
像の平面画像上の物標位置より算出し、物標位置を検出
できるので、従来の三角測量のように異なる場所に２台
のカメラを必要とせず、１台のカメラにより海面上の物
標位置の検出が可能となり、測定時間の短縮等の作業性
向上の効果が得られている。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the camera is installed at a known position above the sea level so that the angle when the target on the sea surface is viewed from the camera is the depression angle, and the depression angle is set to Since the target position can be detected by calculating it from the target position on the planar image of the image within the camera's field of view, it is not necessary to use two cameras at different places like conventional triangulation, and one camera can be used to measure the sea surface. The position of the upper target can be detected, and the effect of improving workability such as shortening the measurement time is obtained.
第１図は本発明に係るカメラによる物標位置検出手段の
ブロック図、第２図は従来の三角測量を説明する図、第
３図は本発明に係るカメラの視野と視野中心軸を説明す
る図、第４図は本発明に係る海上の物標Ａの位置とその
映像位置を説明する図、第５図は本発明に係る物標への
俯角及び距離を説明する図である。 図において、１はカメラ関連情報入力手段、２は物標位
置算出手段、３は物標位置出力手段である。FIG. 1 is a block diagram of target position detecting means by a camera according to the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining conventional triangulation, and FIG. 3 is a view for explaining a visual field and a visual field center axis of the camera according to the present invention. 4 and 5 are views for explaining the position of the target A on the sea and its image position according to the present invention, and FIG. 5 is a view for explaining the depression angle and the distance to the target according to the present invention. In the figure, 1 is camera-related information input means, 2 is a target position calculation means, and 3 is a target position output means.
Claims (1)
を検出する方法において、 カメラの視野中心軸を水平に保持し、その視野内の物標
を見た角度が俯角となるような海面よりの高さが既知と
なる位置に設置された前記カメラの位置、高さ、視野の
中心方位及び視野角、並びに視野内の映像の平面画像及
び該平面画像上での前記物標の座標位置についてのそれ
ぞれの情報をカメラ関連情報入力手段により入力し、前
記カメラからの物標を見た俯角を前記平面画像上での前
記物標の座標位置とカメラの視野角とにより算出する方
法により、物標位置算出手段が前記物標の位置を算出
し、前記物標位置算出手段が算出した物標の位置を物標
位置出力手段が出力することを特徴とするカメラによる
物標の位置の検出方法1. A method for detecting the position of a target on the sea surface photographed by a camera, in which the central axis of the field of view of the camera is held horizontally and the angle of viewing the target within the field of view is a depression angle. The position, height, central direction and viewing angle of the field of view of the camera installed at a position where the height is known, and the plane image of the image in the field of view and the coordinate position of the target on the plane image. By inputting each information about the by the camera-related information input means, by the method of calculating the depression angle of the target viewed from the camera by the coordinate position of the target on the planar image and the viewing angle of the camera, Detecting the position of the target by the camera, characterized in that the target position calculating means calculates the position of the target and the position of the target calculated by the target position calculating means is output by the target position output means. Method
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