JP2922503B1 - 3D coordinate detection method - Google Patents
3D coordinate detection methodInfo
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Abstract
【要約】
【課題】 複数のカメラと実世界との間のキャリブレー
ションを不要にして３次元物体の座標を検出できるよう
な３次元座標検出方法を提供する。
【解決手段】 ｘｙ方向に枡目状に格子の形成された壁
３を３次元空間中でｚ0〜ｚw 方向に順次一定間隔で移
動して複数のカメラＣ1 ，Ｃ2 …Ｃn で撮像し、撮像さ
れた各画像に射影された格子にインデックスを与え、壁
３を取り除いた空間中に３次元物体としての人物を配置
し、各カメラＣ1 ，Ｃ2 …Ｃn で３次元物体を撮像し、
撮像した３次元物体上の点の各カメラ画像中におけるイ
ンデックスを求め、そのインデックスが構成する多角形
の面積最小条件から３次元座標を求める。An object of the present invention is to provide a three-dimensional coordinate detection method capable of detecting coordinates of a three-dimensional object without requiring calibration between a plurality of cameras and the real world. A moving sequentially regular intervals z 0 to z w direction wall 3 formed of grid squares shape in the xy direction in the three-dimensional space by a plurality of cameras C 1, C 2 ... C n imaging, giving an index to the grating which is projected on the image captured by placing the person as a three-dimensional object in a space by removing the walls 3, 3-dimensional object in each of the cameras C 1, C 2 ... C n Image,
An index of a point on the captured three-dimensional object in each camera image is obtained, and three-dimensional coordinates are obtained from a minimum condition of a polygonal area formed by the index.
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は３次元座標検出方
法に関し、特に、人物などの３次元物体をカメラで撮像
し、撮像した画像から人物の姿勢などを非接触で３次元
的に推定できるような３次元座標検出方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for detecting three-dimensional coordinates, and more particularly, to a method for capturing a three-dimensional object such as a person with a camera and estimating the posture of the person from the captured image in a three-dimensional manner without contact. A three-dimensional coordinate detection method.
【０００２】[0002]
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】コン
ピュータグラフィックスで３次元の人物モデルを再現す
る方法の一例として、“熱画像を用いた人物全身像の実
時間姿勢推定”，映像情報メディア学会誌，Ｖｏｌ．５
１，Ｎｏ．８，ｐｐ．１２７０−１２７７，１９９７．
８が提案されている。この方法は１台の赤外線カメラを
用いて人物の姿勢を推定するものであり、２次元的であ
るため、３次元座標の情報を復元することは原理的に不
可能である。2. Description of the Related Art As an example of a method of reproducing a three-dimensional human model by computer graphics, "Real-time posture estimation of a whole human image using a thermal image", The Institute of Image Information and Television Engineers Magazine, Vol. 5
1, No. 8, pp. 1270-1277, 1997.
8 have been proposed. This method estimates the posture of a person using a single infrared camera, and since it is two-dimensional, it is impossible in principle to restore three-dimensional coordinate information.
【０００３】また、O. Faugeras,“Three-Dimensional
Computer Vision: A Geometric Viewpoint”, MIT Pres
s, Cambridge, Massachussets, 1996 には、２台のカメ
ラで３次元物体を撮像し、各カメラ間の距離と各カメラ
から対象物体までの距離とに基づいて三角測量の原理で
３次元復元を行なう方法について記載されている。[0003] Also, O. Faugeras, "Three-Dimensional
Computer Vision: A Geometric Viewpoint ”, MIT Pres
s, Cambridge, Massachussets, 1996, two-camera images of a three-dimensional object, and three-dimensional reconstruction based on the principle of triangulation based on the distance between each camera and the distance from each camera to the target object. A method is described.
【０００４】しかし、この方法では、２台のカメラをキ
ャリブレーションし、さらにカメラと観測対象の実世界
とのキャリブレーションを行なわなければならず、その
処理が困難であるという欠点があった。[0004] However, in this method, two cameras must be calibrated, and calibration between the cameras and the real world to be observed has to be performed.
【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、複
数のカメラと実世界との間のキャリブレーションを不要
にして、３次元物体の座標を検出できるような３次元座
標検出方法を提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, a main object of the present invention is to provide a three-dimensional coordinate detection method that can detect the coordinates of a three-dimensional object without requiring calibration between a plurality of cameras and the real world. is there.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
人物などの３次元物体表面上の点の３次元座標を求める
ために、複数のカメラにより物体を撮像することにより
得られる複数の画像中において前記点を対応付ける装置
において、予め大きさが既知の格子を３次元空間中で移
動して複数のカメラにより撮像し、撮像された各画像に
射影された格子にインデックスを与え、座標検出時に対
応付けられた３次元物体の点の各カメラ画像中における
インデックスを求め、そのインデックスが構成する多角
形の面積最小条件から３次元座標を求める。The invention according to claim 1 is
In order to obtain three-dimensional coordinates of a point on the surface of a three-dimensional object such as a person, in a device for associating the point in a plurality of images obtained by imaging the object with a plurality of cameras, a grid having a known size in advance is used. Is moved in a three-dimensional space, imaged by a plurality of cameras, an index is given to a grid projected on each imaged image, and an index in each camera image of a point of a three-dimensional object associated at the time of coordinate detection. Is obtained, and three-dimensional coordinates are obtained from the minimum condition of the area of the polygon formed by the index.
【０００７】[0007]
【発明の実施の形態】図１はこの発明の概要を説明する
ための図である。図１において、３次元物体を撮像する
ために、複数のカメラＣ1 ，Ｃ2 …Ｃn が設けられ、各
カメラＣ1 ，Ｃ2 …Ｃn の画像出力は画像処理装置１に
与えられる。画像処理装置１に関連してディスプレイモ
ニタ２が設けられている。この発明では、カメラＣ1 ，
Ｃ2 …Ｃn で撮像される人物の存在する３次元空間にイ
ンデックスを予め与えておき、カメラＣ1 ，Ｃ2 …Ｃn
で人物を撮像してメモリにストアし、前述のインデック
スを利用して人物の特徴点の３次元座標を求める。FIG. 1 is a diagram for explaining the outline of the present invention. In Figure 1, for imaging a three-dimensional object, a plurality of cameras C 1, C 2 ... C n are provided, the image output of the camera C 1, C 2 ... C n is applied to the image processing apparatus 1. A display monitor 2 is provided in association with the image processing device 1. In the present invention, the cameras C 1 ,
C 2 ... in advance given index in a three-dimensional space in the presence of a person to be imaged by C n, cameras C 1, C 2 ... C n
The image of the person is imaged and stored in the memory, and the three-dimensional coordinates of the characteristic points of the person are obtained using the above-mentioned index.
【０００８】３次元空間内にインデックスを与えるため
に、図１に示すように予めサイズが既知（たとえば２４
０ｃｍ×２４０ｃｍ）で、ｘｙ方向に枡目状にたとえば
４７×４７の格子の形成された壁３が用意される。この
壁３の格子には、ｘ方向にＩ 1x，Ｉ2x…Ｉnx，ｙ方向に
Ｉ1y，Ｉ2y…Ｉnyのインデックスが予め与えられてい
る。そして、壁３はｚ方向の各位置ｚ0 ，ｚ1 ，ｚ2 …
ｚw でカメラＣ1 ，Ｃ2…Ｃn によって撮像される。To provide an index in a three-dimensional space
First, as shown in FIG.
0 cm x 240 cm)
A wall 3 having a 47 × 47 grid is prepared. this
The grid on wall 3 has I in the x direction. 1x, I2x... Inx, In the y direction
I1y, I2y... InyIndex is given in advance
You. The wall 3 is located at each position z in the z direction.0, Z1, ZTwo…
zwWith camera C1, CTwo... CnIs imaged.
【０００９】図２は３台のカメラで各位置ｚ0 …ｚw で
撮像された壁３の画像である。位置ｚ0 では壁３がカメ
ラＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 に近いため、壁３の画像が大きく撮
像されるが、位置ｚw では壁３がカメラＣ1 ，Ｃ2 、Ｃ
3 から離れているため、壁３の画像が小さく見える。ま
た、カメラＣ2 は壁３のほぼ中央部から撮像しているの
に対して、カメラＣ1 は左側から壁３を撮像しているた
め、画像中の壁は右下がりになり、カメラＣ3 は左側か
ら壁３を撮像しているため、右上がりの画像となってい
る。FIG. 2 is an image of the wall 3 taken at each position z 0 ... Z w by three cameras. At the position z 0 , since the wall 3 is close to the cameras C 1 , C 2 , and C 3 , a large image of the wall 3 is captured. At the position z w , the wall 3 is captured by the cameras C 1 , C 2 , and C 3.
Because you are away from the 3, the image of the wall 3 looks smaller. Moreover, while the camera C 2 is picked up from a substantially central portion of the wall 3, since the camera C 1 are imaged wall 3 from the left side wall in the image is right down, the camera C 3 Since the image of the wall 3 is taken from the left side, the image rises to the right.
【００１０】各位置ｚ0 …ｚw で撮像された壁３の画像
の中で各インデックスの位置を画面上でマウスなどによ
りクリックすることにより指定する。すなわち、画像を
構成する画素の画像における座標を（ｕ，ｖ）（たとえ
ばｕは横方向、ｖは縦方向）とすると、画像において各
格子点（Ｉmx，Ｉny）の位置をクリックして指定するこ
とにより、そのクリックした点の画像座標（ｕmx，
ｖny）をディスプレイモニタ２から返す。このようにし
て、画像中のすべての格子点のインデックスとその画像
座標を対応させる形で、画像処理装置１に記憶する。The position of each index in the image of the wall 3 taken at each position z 0 ... Z w is designated by clicking on the screen with a mouse or the like. That is, assuming that the coordinates of the pixels constituting the image in the image are (u, v) (for example, u is the horizontal direction and v is the vertical direction), the position of each grid point (I mx , I ny ) in the image is clicked. By specifying, the image coordinates ( umx ,
v ny ) is returned from the display monitor 2. In this manner, the indices of all the grid points in the image are stored in the image processing device 1 in a manner to correspond to the image coordinates.
【００１１】なお、すべての格子点のインデックスをマ
ウスなどにより手動的にクリックするのは、一般には長
い作業時間を必要とするため格子点の一部のみを手動で
クリックし、他の格子点については、自動的に画像処理
により格子点を見出す方法を用いることにより指定する
ようにしてもよい。It is to be noted that manually clicking the indices of all grid points with a mouse or the like generally requires a long working time, so that only a part of the grid points is manually clicked and the other grid points are manually clicked. May be specified by using a method of automatically finding grid points by image processing.
【００１２】実際に人物の特徴点の３次元座標を求める
際には、カメラＣ1 ，Ｃ2 ，Ｃ3 で人物などの３次元物
体を撮像し、撮像した画像から特徴点の座標を見つけ出
し、この座標に基づいて最も近傍にある格子点のインデ
ックスを求める。この処理は、ｚ0 〜ｚw における壁の
位置（以下スライスと称する）についてすべて行なわれ
る。When actually obtaining the three-dimensional coordinates of a feature point of a person, a camera C 1 , C 2 , C 3 images a three-dimensional object such as a person, and finds the coordinates of the feature point from the captured image. The index of the nearest grid point is obtained based on the coordinates. This process (hereinafter referred to as slice) z 0 to z position of the wall at the w all performed on.
【００１３】図３は３つの位置でのカメラ画像のインデ
ックスの幾何学的関係を説明するための図である。図３
において、３枚の平面ｋ，ｋ＋１，ｋ＋２はｚ方向の連
続したスライスであって、カメラ画像のインデックスを
Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 とする。特徴点が３次元空間中に実際
に存在する点をＸとすると、図３に示すようにＸはｋと
ｋ＋１の面の間に存在する。これは各スライスにおい
て、カメラ画像のインデックスＩ1 ，Ｉ2 、Ｉ3 が構成
する三角形の面積を調べ、面積が最小になるスライス
と、増加に転じるスライスとを求めることにより、ｋと
ｋ＋１を決定できることがわかる。また、最も近傍の
ｘ，ｙ方向のインデックスからｘ，ｙ方向の座標が求め
られる。FIG. 3 is a diagram for explaining the geometric relationship between indices of camera images at three positions. FIG.
, Three planes k, k + 1, and k + 2 are continuous slices in the z direction, and the indices of the camera images are I 1 , I 2 , and I 3 . Assuming that a point at which the feature point actually exists in the three-dimensional space is X, X exists between the k and k + 1 planes as shown in FIG. This means that in each slice, k and k + 1 are determined by examining the area of the triangle formed by the indices I 1 , I 2 , and I 3 of the camera image, and finding the slice having the smallest area and the slice that starts increasing. We can see that we can do it. Further, the coordinates in the x and y directions are obtained from the nearest x and y index.
【００１４】図４は、３台のカメラで人物を撮像してい
る状態を示す図であり、図５および図６はこの発明の一
実施形態の具体的な動作を説明するためのフローチャー
トである。このフローチャートは図１に示した画像処理
装置１によって実行される。FIG. 4 is a view showing a state in which a person is imaged by three cameras, and FIGS. 5 and 6 are flowcharts for explaining a specific operation of one embodiment of the present invention. . This flowchart is executed by the image processing apparatus 1 shown in FIG.
【００１５】まず、図５を参照してインデックスを付与
する動作について説明する。図１に示すように壁３を奥
行き方向ｚi （ｉ＝０，２…ｗ）に移動させる。そし
て、カメラＣ1 ，Ｃ2 …Ｃn で撮像した画像Ｉ1i，
Ｉ2i，…Ｉniを画像処理装置１内のメモリにストアし、
ｉがｗになったか否かを判別し、ｉ≦ｗであれば壁３を
奥行き方向に移動される。この動作を繰返すことによっ
て、メモリには図２に示すようにｚ0 …ｚw の位置にお
ける各カメラＣ1 ，Ｃ2 …Ｃn で撮像した格子の画像Ｉ
1o，Ｉ20，Ｉn0〜Ｉiw，Ｉ2w，Ｉnwがストアされる。First, the operation of assigning an index will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the wall 3 is moved in the depth direction z i (i = 0, 2,... W). The camera C 1, C 2 ... image I 1i captured by C n,
I 2i, stores the ... I ni in the memory of the image processing apparatus 1,
It is determined whether or not i becomes w. If i ≦ w, the wall 3 is moved in the depth direction. By repeating this operation, the memory of the grating imaged by z 0 ... z each camera C 1 at the position of w, C 2 ... C n, as shown in FIG. 2 the image I
1o, I 20, I n0 ~I iw, I 2w, I nw is stored.
【００１６】ストアした画像データをディスプレイモニ
タ２に表示させ、各格子にインデックスを与える。すな
わち、図２に示した画像Ｉ1oを例にとって説明すると、
格子点Ｉ1x，Ｉ1y，Ｉ2x，Ｉ1y…を順次クリックしてイ
ンデックスを付与する。そして、クリックした画像面に
おける格子点の座標をディスプレイモニタ２から得る。
すなわち、ディスプレイモニタ２の画面上における左上
の座標を（０，０）とし、右下の座標を（６４０，４８
０）とすれば、クリックすることにより指定されたイン
デックスの画面上の座標は、前述の左上と右下の座標の
間の座標値としてモニタ２から返される。The stored image data is displayed on the display monitor 2, and an index is given to each grid. That is, taking the image I 1o shown in FIG. 2 as an example,
The grid points I 1x , I 1y , I 2x , I 1y ... Are sequentially clicked to add an index. Then, the coordinates of the grid point on the clicked image plane are obtained from the display monitor 2.
That is, the upper left coordinate on the screen of the display monitor 2 is (0, 0), and the lower right coordinate is (640, 48).
If 0), the coordinates on the screen of the index designated by clicking are returned from the monitor 2 as coordinate values between the above-mentioned upper left and lower right coordinates.
【００１７】次に、３次元画像の座標検出動作について
説明する。図１に示した壁３を取り除き、壁３の配置し
た位置ｚ0 〜ｚw の範囲内に人物が立ち、図４に示すよ
うに、カメラＣ1 ，Ｃ2 ，…，Ｃn で撮像し、画像
Ｉ1 ，Ｉ2 ，…，Ｉn を得る。なお、以下の説明では簡
単のためカメラの台数ｎ＝３とする。次に、人物の手
先、頭頂部等の特徴点の像の位置を各画像中で見出す。
たとえば、図４に示すように、人物の特徴点Ｘの、画像
Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 における像ｘ1 ，ｘ2 ，ｘ3 を得る。
なお、この処理はステレオマッチング等を用いて行なわ
れるが、これに限られるもではない。Next, the operation of detecting the coordinates of a three-dimensional image will be described. Remove the wall 3 shown in FIG. 1, standing a person within range of the position z 0 to z w arranged in the wall 3, as shown in FIG. 4, the camera C 1, C 2, ..., captured by C n , the image I 1, I 2, ..., obtain I n. In the following description, the number of cameras is assumed to be n = 3 for simplicity. Next, the position of the image of the feature point such as the hand, the top of the head, or the like of the person is found in each image.
For example, obtained as shown in FIG. 4, feature point X of a person, the image x 1, x 2, x 3 of the image I 1, I 2, I 3 .
This processing is performed using stereo matching or the like, but is not limited to this.
【００１８】次に、ｘi （ｉ＝１，２，…，ｎ＝３）に
ついて、図２に示した格子撮像画像Ｉij（ｉ＝１，２，
…ｎ＝３；ｊ＝０，…，ｗ）における最近傍のインデッ
クスＩx ，Ｉy を求める。ここで、ｘi のインデックス
は、同じｉの値をもつインデックス画像Ｉim（ｍ＝０，
…，ｗ）において求める。このようにして、ｘi につい
ては、ｚ方向の深さに対応するインデックス画像（スラ
イス）毎にインデックス（Ｉxj，Ｉyj）（ｊ＝０，…
ｗ）が得られる。Next, for x i (i = 1, 2,..., N = 3), the grid image I ij (i = 1, 2, 2) shown in FIG.
... n = 3; j = 0 , ..., the index I x of the nearest neighbor in w), determine the I y. Here, the index of x i is an index image I im (m = 0,
..., w). In this way, for x i , the index (I xj , I yj ) (j = 0,...) For each index image (slice) corresponding to the depth in the z direction.
w) is obtained.
【００１９】前述の図３で説明したように各スライスｍ
（ｍ＝０，…，ｗ）において、Ｉim（ｉ＝１，２，…ｎ
＝３）が構成する三角形（ｎ＞３のとき、多角形）の面
積を調べ、面積が最小となるスライスｍ＝Ｐを見出し、
特徴点Ｘのｚ方向を座標とする。ｘ，ｙ方向について
は、このスライスＰにおけるインデックスを座標とす
る。図４では特徴点１個の場合を示したが、特徴点が複
数ある場合には、本処理を特徴点の数だけ繰り返せばよ
い。なお、特徴点Ｘは実際にはスライダの間や格子点の
間に存在する場合があり、この場合には最近傍のスライ
スまで距離や三角形の最小の面積の値から補間的にｘ，
ｙ，ｚ座標を計算することにより、座標検出精度を向上
させることができる。As described above with reference to FIG.
(M = 0,..., W), I im (i = 1, 2,.
= 3), the area of the triangle (polygon when n> 3) is examined, and a slice m = P having the smallest area is found.
Let the z direction of the feature point X be a coordinate. In the x and y directions, an index in the slice P is set as coordinates. FIG. 4 shows the case of one feature point, but when there are a plurality of feature points, this process may be repeated by the number of feature points. Note that the feature point X may actually exist between the sliders or between the grid points. In this case, x and x are interpolated from the distance to the nearest slice and the value of the minimum area of the triangle.
By calculating the y and z coordinates, the coordinate detection accuracy can be improved.
【００２０】[0020]
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、予め
大きさが既知の格子を３次元空間中で移動して複数のカ
メラにより撮像し、撮像された各画像に射影された格子
にインデックスを与え、座標検出時に対応付けられた３
次元物体上の点の各カメラ画像中におけるインデックス
を求め、そのインデックスが構成する多角形の面積最小
条件から３次元座標を求めるようにしたので、複雑なキ
ャリブレーションを不要にして３次元物体の座標を検出
することができる。As described above, according to the present invention, a grid having a known size is moved in a three-dimensional space, imaged by a plurality of cameras, and the grid projected onto each of the captured images is formed. An index is given, and 3
An index of a point on a three-dimensional object in each camera image is obtained, and three-dimensional coordinates are obtained from a minimum condition of an area of a polygon formed by the index. Can be detected.
【図１】この発明の概要を説明するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining an outline of the present invention.
【図２】３台のカメラで各位置ｚ0 …ｚw で撮像された
壁の画像を示す。Figure 2 shows the image of the imaged wall three cameras at each position z 0 ... z w.
【図３】３つの位置でのカメラ画像のインデックスの幾
何学的関係を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a geometric relationship between indices of a camera image at three positions.
【図４】３台のカメラで人物を撮像している状態を示す
図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a state where a person is imaged by three cameras.
【図５】この発明の一実施形態の具体的な動作を説明す
るためのフローチャートであって、インデックスを付与
する動作を示す。FIG. 5 is a flowchart for explaining a specific operation of the embodiment of the present invention, and shows an operation of adding an index.
【図６】この発明の一実施形態の具体的な動作を説明す
るためのフローチャートであって、３次元座標の座標検
出動作を示す。FIG. 6 is a flowchart for explaining a specific operation of the embodiment of the present invention, showing a coordinate detection operation of three-dimensional coordinates.
１ 画像処理装置 ２ ディスプレイモニタ ３ 壁 Reference Signs List 1 image processing device 2 display monitor 3 wall
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−158977（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G06T 1/00 G06T 7/00 - 7/60 G01B 11/00 - 11/30 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-3-158977 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G06T 1/00 G06T 7/00-7 / 60 G01B 11/00-11/30
Claims (1)
元座標を求めるために、複数のカメラにより物体を撮像
することにより得られる複数の画像中において前記点を
対応付ける装置において、 予め大きさが既知の格子を３次元空間中で移動して前記
複数のカメラにより撮像し、撮像された各画像に射影さ
れた格子にインデックスを与える第１のステップ、およ
び座標検出時に前記対応付けられた３次元物体の点の各
カメラ画像中におけるインデックスを求め、そのインデ
ックスが構成する多角形の面積最小条件から３次元座標
を求める第２のステップを含むことを特徴とする、３次
元座標検出方法。An apparatus for associating a point on a surface of a three-dimensional object such as a person with a plurality of images obtained by imaging the object with a plurality of cameras to obtain three-dimensional coordinates of the point on the surface of the object. A first step of moving a grid having a known size in a three-dimensional space and imaging the plurality of cameras, and giving an index to the grid projected on each of the captured images; and A three-dimensional coordinate detection method, comprising: obtaining an index of a point of a three-dimensional object in each camera image; and obtaining three-dimensional coordinates from a minimum condition of an area of a polygon formed by the index.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2002042714A1 (en) * | 2000-11-24 | 2002-05-30 | I-Ware Laboratory Co., Ltd. | Shape measuring method and apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000030064A (en) | 2000-01-28 |
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