CN103890541A - 圆柱状物体的直径测定装置及测定方法、测定程序 - Google Patents

Abstract

对圆柱状物体(4)进行拍摄，将一对视点图像(21L、21R)存储在数据存储器17中。在圆柱状物体(4)的直径D的计算中，使用对应于在左视点图像(21L)的轮廓线(24a、24b)上所指定的测定点(26、27)而在右视点图像(21R)的轮廓线(25a、25b)上导出的对应点(28、29)。以能够将一对测定点(26、27)指定为最短距离的2个点的方式，将一个测定点(26)固定在轮廓线(24a)上，使另一个测定点(27)在另一个轮廓线(24b)上进行扫描。对应点(28、29)间的距离也联动地变化，在每一次变化时计算直径D，将其最小值判定为圆柱状物体(4)的直径。

Description

圆柱状物体的直径测定装置及测定方法、测定程序

技术领域

本发明涉及基于从2个视点拍摄得到的视差图像而对圆柱状物体的直径进行测定的测定装置及测定方法、测定程序。

背景技术

如果从隔开一定间隔的2个视点分别拍摄对象物体的视点图像，并能够在各个视点图像中确认出对象物体上的特定点，则能够将上述视点图像作为视差图像使用，基于三角测量原理计算从拍摄位置至对象物体为止的距离。

另外，同样地，能够通过从2个视点拍摄圆柱状物体而获得2张视点图像，将这2张视点图像作为视差图像使用，从而测定圆柱状物体的直径。在专利文献1所记载的方法中，根据视差图像而虚拟地确定与圆柱状物体的中心轴正交的平面，并且，向相当于该平面与物体的圆柱面相交叉所形成交线的圆，在前述平面内作出一对切线，求出各切点的坐标及一对切线的交点的坐标，进而通过考虑2个视点间的间隔或从拍摄位置至圆柱状物体为止的距离等，从而计算圆柱状物体的直径。

另外，如专利文献2公开所示，也能够使用主动方式，即，在向圆柱状物体上的3个点照射光束的状态下，从2个视点拍摄视点图像。该方式的优点在于，能够将投影在圆柱状物体上的光束的光点与视差图像一起使用，即使在圆柱状物体朝向里侧方向倾斜的情况下也能够良好地进行测定。

专利文献1:日本特开平7－139918号公报

专利文献2:日本特开2010－243273号公报

发明内容

在专利文献1所记载的方法中，在各视点图像中，向圆柱状物体的轮廓线图像化而成的各个圆周面上作出切线，在将这些切线算式化的阶段中容易产生误差。而且，在圆柱状物体朝向图像里侧方向倾斜而拍摄的情况下，在设定与圆柱的中心轴正交的平面时也容易包含误差。另外，关于专利文献2的方法，必须将光束照射在对象物体的多个部位，存在装置大型化且初始设定和调整耗费工时等的难点。

本发明的目的在于提供一种即使作为测定对象的圆柱状物体的姿态不恒定，也能够简单地基于拍摄到的视差图像而高精度地测定圆柱状物体的直径的测定装置及测定方法。

本发明的圆柱状物体的直径测定装置具有：视差图像存储部、视差图像显示部、轮廓线检测部、测定点指定部、对应点导出部、测定点更新部、以及直径计算部。视差图像存储部将分别从第1视点和第2视点对圆柱状物体进行拍摄而获得的第1视点图像和第2视点图像作为视差图像存储。视差图像显示部对第1视点图像和第2视点图像进行显示。轮廓线检测部对在第1视点图像中与物体的中心轴平行的第1轮廓线和第2轮廓线进行检测。测定点指定部分别在检测到的第1及第2轮廓线的线上指定第1测定点和第2测定点。对应点导出部在第2视点图像中导出与第1及第2测定点对应的第1对应点和第2对应点。测定点更新部将第1测定点固定，使第2测定点在第2轮廓线上进行扫描，针对对应于扫描位置而被更新的每个第2测定点，对第2对应点进行更新。直径计算部针对第1对应点和通过测定点更新部更新后的每个第2对应点，计算物体的直径，将计算出的直径中的最小值确定为圆柱状物体的直径。为了提高测定精度，优选将第1及第2测定点中的摄影距离较近的一方设定为第1测定点。

优选测定点更新部具有下述功能，即，在第2测定点的扫描时，第2测定点超过针对第1视点图像而预先设定的第1测定框的情况下，或者第2对应点超过针对第2视点图像而预先设定的第2测定框的情况下，以使第2测定点和第2对应点分别落在第1测定框和第2测定框的内侧的方式，将第2测定点固定在第1视差图像的第2轮廓线上，一边使第1测定点在第1轮廓线上进行扫描，一边对第1测定点进行更新，并且，在第2视差图像中依次对第1对应点进行更新。

优选对应点导出部具有下述功能，即，在由测定点指定部在第1视点图像的第1及第2轮廓线的线上指定了第1及第2测定点时，对应点导出部通过立体匹配处理而在第2视点图像中导出分别与第1及第2测定点对应的第1及第2对应点，并且，在将第1及第2对应点连结的线段的各延长方向上设定的一定宽度的直线检测区域内，搜索与第1及第2轮廓线对应的、第2视点图像中的第1对应轮廓线和第2对应轮廓线，在检测到的第1及第2对应轮廓线上对第1及第2对应点的位置进行更新。

另外，还可以使对应点导出部具有下述功能，即，在由测定点指定部在第1视点图像的第1及第2轮廓线的线上指定了第1及第2测定点，且对应点导出部通过立体匹配处理而在第2视点图像中导出分别与第1及第2测定点对应的第1及第2对应点之后，基于将第1测定点和第2测定点连结的线段、或将所述第1对应点和第2对应点连结的线段的相对于视差方向的角度θ，对与第2视点图像中的第1对应点及第2对应点接近地设定的一定宽度的直线检测区域的方向进行变更，然后，在直线检测区域内搜索与第1及第2轮廓线对应的、第2视点图像中的第1对应轮廓线和第2对应轮廓线，在检测到的第1及第2对应轮廓线上对第1及第2对应点的位置进行更新。

优选在上述的角度θ大于或等于45°的情况下，在第1或第2对应点中，针对位于上方的对应点，在其下侧设定直线检测区域，针对位于下方的对应点，在其上侧设定直线检测区域，在角度θ小于45°的情况下，在第1或第2对应点中，针对位于左方的对应点，在其右侧设定直线检测区域，针对位于右方的对应点，在其左侧设定直线检测区域。

本发明的圆柱状物体的直径测定方法具有：视差图像存储步骤、视差图像显示步骤、视差图像显示步骤、轮廓线检测步骤、测定点指定步骤、对应点导出步骤、测定点更新步骤、以及直径计算步骤。在视差图像存储步骤中，将在第1视点和第2视点对圆柱状物体进行拍摄而获得的第1视点图像和第2视点图像作为图像数据而存储在存储器中。在视差图像显示步骤中，优选将第1视点图像和第2视点图像以相同倍率并列显示。在轮廓线检测步骤中，对第1视点图像中与物体的中心轴平行的该物体的第1轮廓线和第2轮廓线进行检测。测定点指定步骤是分别在第1及第2轮廓线的线上指定第1测定点和第2测定点的步骤。在对应点导出步骤中，在第2视点图像中导出与第1及第2测定点对应的第1对应点和第2对应点。在测定点更新步骤中，将第1测定点固定，使第2测定点在第2轮廓线上进行扫描，针对对应于扫描位置而被更新的每个第2测定点，对第2对应点进行更新。在直径计算步骤中，针对第1对应点和更新后的每个第2对应点计算所述物体的直径，将计算出的直径中的最小值确定为所述物体的直径。可以将第1及第2测定点中的摄影距离较近的一方设定为第1测定点。

优选测定点更新步骤具有下述作用，即，在第2测定点的扫描时，第2测定点超过针对第1视点图像而预先设定的第1测定框的情况下，或者第2对应点超过针对第2视点图像而预先设定的第2测定框的情况下，以使第2测定点和第2对应点分别落在第1测定框和第2测定框的内侧的方式，将第2测定点固定在第1视差图像的第2轮廓线上，一边使第1测定点在第1轮廓线上进行扫描，一边对第1测定点进行更新，并且，在第2视差图像中依次对第1对应点进行更新。

对应点导出步骤可以按照下述方式进行动作，即，在测定点指定步骤中在第1视点图像的第1及第2轮廓线的线上指定了第1及第2测定点时，在该步骤中，通过立体匹配处理而在第2视点图像中导出分别与第1及第2测定点对应的第1及第2对应点，并在将第1及第2对应点连结的线段的各延长方向上设定的一定宽度的直线检测区域内，搜索与第1及第2轮廓线对应的、第2视点图像中的第1对应轮廓线和第2对应轮廓线，在检测到的第1及第2对应轮廓线上对第1及第2对应点的位置进行更新。

另外，对应点导出步骤还有效地具有下述作用，即，在测定点指定步骤中在第1视点图像的第1及第2轮廓线的线上指定第1及第2测定点，且在对应点导出步骤中，通过立体匹配处理而在第2视点图像中导出分别与第1及第2测定点对应的第1及第2对应点之后，基于将第1测定点和第2测定点连结的线段或将第1对应点和第2对应点连结的线段的相对于视差方向的角度θ，对与第2视点图像中的第1对应点及第2对应点接近地设定的一定宽度的直线检测区域的方向进行变更，然后，从直线检测区域内搜索与第1及第2轮廓线对应的、第2视点图像中的第1对应轮廓线和第2对应轮廓线，在检测到的第1及第2对应轮廓线上对第1及第2对应点的位置进行更新。可以在角度θ大于或等于45°的情况下，在第1或第2对应点中，针对位于上方的对应点，在其下侧设定直线检测区域，针对位于下方的对应点，在其上侧设定直线检测区域，在角度θ低于45°的情况下，在第1或第2对应点中，针对位于左方的对应点，在其右侧设定所述直线检测区域，针对位于右方的对应点，在其左侧设定所述直线检测区域。

本发明的圆柱状物体的直径测定程序下述步骤构成：视差图像存储步骤、视差图像显示步骤、轮廓线检测步骤、测定点指定步骤、对应点导出步骤、测定点更新步骤、和直径计算步骤构成。在视差图像存储步骤中，将在第1视点和第2视点对圆柱状物体进行拍摄而得到的第1视点图像和第2视点图像存储在存储器等中。在视差图像显示步骤中，将第1视点图像和第2视点图像显示在视差图像显示部上。在轮廓线检测步骤中，对第1视点图像中与物体的中心轴平行的、该物体的第1轮廓线和第2轮廓线进行检测。在测定点指定步骤中，分别在第1及第2轮廓线的线上指定第1测定点和第2测定点。在对应点导出步骤中，在第2视点图像中导出与第1及第2测定点对应的第1对应点和第2对应点。在测定点更新步骤中，将第1测定点固定，使第2测定点在第2轮廓线上进行扫描，针对对应于扫描位置而被更新的每个第2测定点，对第2对应点进行更新。在直径计算步骤中，针对第1对应点和更新后的每个第2对应点计算物体的直径，将计算出的直径中的最小值确定为物体的直径。

发明的效果

根据本发明，通过使测定点进行扫描而测定直径的新的方法，从而能够将3D数字照相机等简单的手持式拍摄装置用于视差图像的摄影，而且，即使作为测定对象的大致圆柱状物体的姿态没有相对于视差方向保持为恒定的关系，也能够高精度地对大致圆柱的直径进行测定。

附图说明

图1是使用了本发明的测定装置的概略图。

图2是表示本发明装置的电气结构的框图。

图3是表示本发明的基本测定处理的一个例子的流程图。

图4是表示圆柱状物体的视差图像的例子的说明图。

图5是表示测定点进行扫描的情况的说明图。

图6是从一对测定点导出圆柱状物体的中心轴坐标时的说明图。

图7是导出圆柱状物体的直径时的说明图。

图8是表示测定点的坐标位置与计算出的直径的相互关系的曲线。

图9是表示圆柱状物体姿态处于倾斜状态下的视差图像的例子的说明图。

图10A是使一个测定点进行普通扫描时的说明图。

图10B是使用测定框对测定点的扫描进行限制时的说明图。

图10C是对作为扫描对象的测定点进行了切换时的说明图。

图11是表示对要进行扫描的测定点进行变更时的处理的例子的流程图。

图12是对误设定在右视点图像中的对应点进行更新的情况的说明图。

图13是表示用于防止对应点在右视点图像中进行误设定的处理的一个例子的流程图。

图14是表示通过背景图案而用于防止对应点被误设定的处理的一个例子的流程图。

图15A是不受背景中的竖线影响而导出对应点时的说明图。

图15B是不受背景中的横线影响而导出对应点时的说明图。

图15C是不受背景中的斜线影响而导出对应点时的说明图。

具体实施方式

在图1中，使用在水平方向上存在视差的双镜头立体照相机1，对圆柱状物体4进行拍摄。经由立体照相机1的各透镜1a、1b而分别拍摄彼此具有视差的左视点图像和右视点图像，上述左视点图像和右视点图像作为构成视差图像的图像数据而记录在立体照相机1的存储器中。立体照相机1在拍摄时自动进行合焦，在合焦时获得的拍摄距离信息与图像数据一起进行保存。

为了对所拍摄的圆柱状物体4的直径进行测定，将视差图像的图像数据从数字照相机1经由通信线缆3而传送至个人计算机2。个人计算机2具有图2的功能模块所示的电气结构，与基于由立体照相机1拍摄到的视差图像而计算圆柱状物体的直径的应用程序一起被使用。此外，作为圆柱状物体，并不限定于严格意义上的圆柱形状，也可以是截面实质上可以视为圆的椭圆柱、上表面和下表面的直径稍微存在差异的圆锥台等。

在图2中，由立体照相机1获得的左视点图像和右视点图像分别作为图像数据而输入至数据输入端口6。所输入的图像数据与针对每个左右视点图像而获得的标签数据一起被存储在数据存储器17中。标签数据中还包含透镜1a、1b的主点间距离信息、拍摄距离信息、拍摄倍率信息等各种拍摄条件。

视点图像坐标读取部7基于视点图像的图像数据，读取在视点图像中所指定的点的坐标。坐标的单位使用拍摄左右视点图像的图像传感器的像素数。轮廓线确定部8对视点图像中包含的圆柱状物体4的图像图案进行评价，对作为一对平行线出现的外周面的轮廓线进行检测。输入操作部9在按照操作者的输入操作而在视点图像的轮廓线上设定测定点时使用。

测定点扫描部10在通过操作者的输入操作而在视点图像的一对轮廓线上设定测定点时，使一个测定点沿着上述轮廓线移动(扫描)。还能够在指定了一对测定点时，由操作者选择决定将哪一个测定点固定及使哪一个进行扫描，但也可以按照指定的顺序或根据后述的其它因素等自动决定。通过使一个测定点进行扫描，而使其与另一个测定点间的距离变化，从而能够以使二者之间的距离最短的方式确定一对测定点的位置。3D坐标运算部12在各个视点图像上对圆柱状物体4的图像进行坐标解析，导出各个轮廓线坐标、中心轴坐标、视差等。中心轴坐标·直径导出部13在通过3D坐标运算部12导出的3D测定空间中，在每次测定点的扫描时，计算圆柱状物体4的中心轴坐标及直径。

上述功能模块经由总线11而与系统控制器18、程序存储器18、工作存储器19连接。在程序存储器18中存储有圆柱状物体4的直径计算用的应用程序，该应用程序包括：判断程序，其基于一对视点图像而导出视差信息，并用于从各个视点图像中识别出圆柱状物体4的图像；以及定序程序等，其使上述各功能模块按照规定的顺序发挥作用。系统控制器14使用工作存储器19，对存储在程序存储器18中的应用程序的执行进行整体地管理和控制。

在图像显示部16上显示由左右视点图像构成的视差图像。另外，该图像显示部16在进行测定点的输入扫描时，将所输入的测定点的位置显示在画面上。此外，在图像显示部16上还能够一起显示测定点的输入位置的坐标、在直径计算过程中虚拟设定的直径位置、其它需要确认的各种数据。另外，如果事先在图像显示部16上安装有触摸面板，则还能够通过手指或触摸笔将测定点直接输入至视差图像的显示画面内。

对于上述结构的基本作用进行说明。为了计算圆柱状物体4的直径，需要视点不同的第1及第2视点图像。第1、第2视点图像间的视差的方向不限定于图1中示出的立体照相机1的水平方向，但以下，作为构成视差图像的第1视点图像、第2视点图像，使用在水平方向上具有视差的左视点图像和右视点图像进行说明。

在图3中示出视点图像的例子。左列的图像表示各种左视点图像21L、22L、23L，将各自对应的右视点图像21R、22R、23R在右列中示出。在视点上下移动时，或者没有正对圆柱状物体4而进行拍摄时，如从各个圆柱状物体4的图像中观察到的那样，左右视点图像21L～23L、21R～23R的形状和轮廓分别发生变化。对于上述任一组视点图像，都能够通过图4中示出的处理步骤计算圆柱状物体4的直径。

在图4中，通过数据输入处理S1，将由立体照相机1拍摄到的圆柱状物体4的左视点图像和右视点图像的图像数据输入至数据存储器17。基于存储在数据存储器17中的图像数据，如图2所示，在图像显示部16中以相同倍率横向排列地显示圆柱状物体4的左视点图像21L和右视点图像21R。

在接下来的轮廓线检测处理S2中，从左视点图像21L和右视点图像21R中提取用于形成圆柱状物体4的外周面的一对轮廓线。在图5所示的例子中，在左视点图像21L中检测到彼此平行的第1轮廓线24a和第2轮廓线24b，在右视点图像21R中分别检测到左右的轮廓线25a、25b。在本例中，由于通过图像数据的处理，判断为圆柱状物体4的图像是垂直立起而没有大的俯角、仰角的状态下的图像，因此，能够分别检测到与中心轴平行的一对轮廓线。此外，在图3中示出的左右视点图像22L、23R、左右视点图像23L、23R的情况下，能够通过图像处理而判断圆柱状物体4的图像的姿态，并以各个中心轴为基准，求出由外周面形成的一对轮廓线。

在测定点输入处理S3中进行下述处理，即，在通过轮廓线检测处理S2而获得的一个视点图像例如左视点图像21L的第1、第2轮廓线24a、24b上，指定第1测定点26和第2测定点27。在该处理中，使用来自输入操作部9的操作，例如，鼠标的光标操作或者对安装在信息显示部16上的触摸面板的触摸操作。此外，按照下述方式设定，即，如果将通过轮廓线检测处理S2而检测到的2条轮廓线附近指定为测定点并输入，则自动地校正为轮廓线上而输入测定点。另外，按照下述方式设定，即，在将与通过轮廓线检测处理S2而检测到的2条轮廓线距离较远的位置指定为测定点的情况下，进行错误显示的输出并促使再次进行测定点的输入扫描。

在对应点导出处理S4中进行下述处理，即，在左视点图像21L中进行了测定点26、27指定时，通过立体匹配处理而在另一个右视点图像21R的轮廓线25a、25b上自动地设定对应点28、29。在后面的视差导出处理S5中，根据从左视点图像21L的测定点26、27导出的中心轴坐标、和同样地从右视点图像21R导出的中心轴坐标，关于圆柱状物体4的中心轴而导出左右视点图像21L、21R之间的视差。

为了导出视差，需要在各个视点图像中导出中心轴坐标。其具体的方法如下。如图6所示，在位于左视点图像21L的投影面31(相当于图像传感器的拍摄面)上的点A及点B是位于由圆柱状物体4的外周面在侧面上形成的轮廓线上的一对测定点的情况下，能够导出通过圆柱中心的中心轴坐标C。

图6中的OD、DA、DB能够根据透镜1a的焦距、像素尺寸及像素数等导出，能够对这些数据使用勾股定理而导出OA和OB。此外，由于OA:OB＝AC:BC，因此，能够使用OA、OB、AB导出C的坐标。对于右视点图像21R也进行相同的处理，能够根据所获得的2个视点图像中的中心轴坐标，导出圆柱状物体4的中心轴位置处的两个视点图像间的视差。

在直径导出处理S6中，根据通过测定点输入处理S3所输入的一对测定点26、27、和通过对应点导出处理S4、视差导出处理S5所导出的一对对应点28、29、及2个视点图像中的中心轴位置处的视差量，导出作为测定对象的大致圆柱的中心轴坐标及直径。

进行圆柱导出时的一个视点图像中的3维系统，能够如图7所示表示。在图7中，根据圆的切线定理，角FHE＝角FGH，而且，由于角EFH＝角HFG＝90度，因此三角形EFH和三角形HFG相似。由此，EF:FH＝HF:FG，可以导出算式1。此外，x及L2是3维距离，P是轮廓上2点间的像素数，α是3维距离为x时根据像素数P求出长度的系数。另外，该α的值能够基于标签数据中的拍摄距离及拍摄倍率计算，其中该标签数据附属于在数据存储器17中存储的各个视差图像数据中。

[算式1]

$x:\frac{\mathrm{\αPx}}{2}=\frac{\mathrm{\αPx}}{2}:L_2-x.....---\left(1\right)$

x：3维距离

L₂：3维距离

P：轮廓上2点间的像素数

α：在3维距离为x时根据像素数P求出长度的系数

对算式(1)进行整理，导出算式(2)。由此可知，3维距离x是能够使用3维距离L2而计算出的物理量，该3维距离L2能够根据在视差导出处理S5中导出的2个视点图像中的中心轴坐标和视差而导出。

[算式2]

$x=\frac{4L_2}{{\mathrm{\α}}^2{P}^2+4}\text{.....---}\left(2\right)$

作为希望求出的测定对象的圆柱状物体4的直径D，能够在三角形HFG中使用勾股定理，由x、L2、P、α表示，可以导出算式(3)

[算式3]

$D=2\sqrt{{(L_2+x)}^2+{\left(\frac{\mathrm{\αPx}}{2}\right)}^2}.....---\left(3\right)$

D：圆柱直径

能够使用该算式(2)及算式(3)，计算作为测定对象的圆柱状物体4的直径D。

但是，在进行直径D的计算处理时，是以在左视点图像21L中进行第1、第2测定点26、27的输入操作为前提的，即使已经将上述测定点设置在轮廓线24a、24b上，它们的上下位置也是不同的。在图5的例子的情况下，原则上希望指定彼此间隔最短的测定点26、27，但实际上很难准确地指定，且在第1、第2测定点26、27的上下位置不同的状态下，即使这样直接计算直径D，误差也很大。

考虑这一点，设置有通过步骤S7～步骤S12进行的测定点更新处理。在该测定点更新处理中，将在左视点图像21L中指定的第1、第2测定点26、27中的一个测定点26固定，使另一个测定点27沿着轮廓线24b进行扫描，对应于每个扫描位置，对测定点27进行更新。这时，与L视点图像21L中的测定点27对应的R视点图像21R中的对应点29，通过立体匹配处理而与测定点27的扫描对应地依次被更新。在测定点27及对应点29的每一次更新时，同样地重复进行直径的计算处理，圆柱的中心轴坐标及直径的计算结果逐次被保存。此外，也可以将测定点27固定，使另一个测定点26沿着轮廓线24a扫描，在这种情况下，在右视点图像21R中，对应点28联动地进行扫描。

步骤7在依次计算直径D的过程中，优先保存较小的值。在步骤S8～步骤S10中，在下一个计算出的直径D相对于初始计算出的直径D是足够大的值时，判断为扫描方向相反，将扫描方向切换为适当的规定方向。另外，在步骤8中，在虽然新计算出的直径D比前一次的计算值大，但增量小于微小量Δ时，判断为刚刚计算出直径D的最小值。在步骤S11、S12中，逐次进行对直径D的最小值更新的处理。

如果在沿着适当的方向进行测定点27的扫描的期间内，通过步骤8中的判断，检测到新的直径D的值与前一次的值相比仅增加了还没有达到微小量Δ的程度，则通过步骤13判定为前一次计算出的直径D是最小值。此外，如果一边在轮廓线24b上进行测定点27扫描一边计算直径D，则能够得到图8的曲线所示的结果。

在图8中示出的相互关系，表示针对圆柱状物体4如何虚拟出用于测定直径的切断面。如果圆柱的中心轴与切断面垂直，则切断面为正圆，能够通过直径导出处理S6导出准确的直径。与此相对，如果中心轴不与切断面垂直，则切断面为椭圆形状，而且，切断面相对于中心轴的倾斜越大，椭圆形状的长轴越长。

在直径导出处理S6中，由于计算这里所说的椭圆的长轴作为圆柱状物体4的直径D，因此，能够采用在通过上述的测定点更新处理使测定点27进行扫描而获得的直径D中的最小值，作为圆柱状物体4的直径D的最佳值。此外，在一连串计算处理结束时，也可以将在每一次进行测定点扫描时所计算出的直径D与每次扫描的测定点的坐标相关联，并在图像显示部16上列表显示。

如从图9中示出的左右视点图像32L、32R看到的那样，在没有正对圆柱状物体4的图像进行拍摄的情况下，在左视点图像32L的轮廓线33、34上指定了各个测定点42、43时，优选将拍摄距离较近的测定点43固定而使较远一个测定点42进行扫描。由于拍摄距离较近的一方在根据视差图像计算三维信息时的精度方面有利，因此，如图示的例子所示，优选使较远一个测定点42朝向拍摄距离接近的方向扫描而进行测定。右视点图像32也同样地，与测定点42的扫描相对应，依次进行对应点44的位置更新。

关于测定点的扫描，以下的改进也是有效的。在使图10A中示出的左视点图像35L中的扫描侧的测定点47a相对于固定侧的测定点48a朝向测定点47b移动时，在预先在显示画面中设定有测定框50的情况下，限制为在该测定框50的外侧不进行测定点的扫描。测定框50是考虑到包括立体照相机1在内的通常的拍摄光学系统的特性，并考虑在画面周边部处图像容易产生畸变的情况而决定的。该测定框50的大小，优选能够对应于测定精度而进行变更。

测定点47a按照通常的处理，朝向直径D成为最小值的扫描位置P1进行扫描。并且，如图10B所示，如果在该扫描中途，测定点47a到达至测定框50的边界，则通过设置在图11的流程图中的测定框检测处理S14进行确认，并执行扫描测定点切换处理S15。在扫描测定点切换处理S15中，在该时刻将测定点47a固定在测定框50的边界线上，在将至此为止计算出的直径D的最小值清零之后，将另一个测定点48a切换至扫描对象侧。测定点48a从初始指定的位置开始在自身的边界线上移动，最终到达计算出直径D的最小值的扫描位置P2。此外，关于右视点图像，省略其图示，但与图10A～图10C中的测定点47a、48a的切换联动地，对于对应点也进行固定侧和移动侧的切换。

另外，对于测定点的固定侧、扫描侧的切换处理，通过以下方法也能够获得同样的效果。在图10A中，使作为扫描对象的测定点47a移动至测定框50的外部。如果测定点47a到达扫描位置P1，则此时计算出的直径D为最小值，对此时的测定点47a的扫描位置进行确认。在扫描位置位于测定框50外侧时，将测定点47a拉回至测定框50的边界线上，设为固定侧的测定点47a。然后可以将另一个测定点48a切换为新的扫描对象，使其在自身的轮廓线上朝向扫描位置P2进行扫描。

下面，对于有效防止对应点的误设定的处理进行说明。相对于右视点图像而指定第1、第2测定点，基于这些测定点，通过立体匹配处理而在右视点图像上自动设定对应点，但此时，根据测定点的设置位置，有时会误设定对应点。例如，在图12所示的例子中，关于在左视点图像36L中作为直径测定对象物体而拍摄到的灭火器，显示下述情况，即，将该灭火器的外周侧面设为轮廓线，进行第1、第2的测定点51a、51b的指定。

另一方面，在该灭火器的右视点图像36R中，表示出通过立体匹配处理而对应于测定点51a、51b导出对应点52a、52b的情况。此时，将测定点52a和与之对应的对应点52b放大观察，测定点51a准确地被设置在轮廓线上，与此相对，有时会将粘贴在灭火器正面上的标签的竖线误认为对应轮廓线53a，而将对应点52b设定在该竖线上。如果在此情况下进行直径D的计算，则会计算出比实际小的直径，无法避免测定精度降低。为了防止这一点，有效地使用图13所示的对应轮廓线检测处理。

在对应轮廓线检测处理中，对于基于测定点51a、51b所设定的对应点52a、52b，以伸出至圆柱状物体的图像外侧的方式，在各个对应点的外侧设定一定宽度的检测区域，在该检测区域内进行直线检测。在图12中，作为一个例子，示出在对应点52b的外侧设定有检测区域55的情况。如果在该检测区域55内检测到直线，则判定是否与设置了测定点51b的轮廓线的对应轮廓线相当。并且，在确认是对应轮廓线53b的情况下，自动地将误设定后的对应点52b更新为移动至对应轮廓线53a上的正确的对应点52c。

此外，如果使检测区域55过宽，则可能反而会误检测到位于背景中的直线(在本例中是垂直线)，因此，在本例中，优选预先将水平方向上检测区域的宽度设为50像素左右等而确定为适当的范围。另外，在垂直方向上，设定为与在左视点图像36L中检测到的轮廓线相当的长度是有效的，容易判断出仅是图案线还是对应轮廓线。

与上述的例子相反，在指定了测定点之后导出对应点时，也可能会将位于背景中的直线误认为对应轮廓线。为了防止这一点，图14中示出的对应轮廓线检测处理是有效的。在该对应轮廓线检测处理中，首先，在通过步骤S20设置出一对测定点时，检查将这一对测定点连结的线段与视差方向所成的角度θ。在之前的例子中，由于视差方向是水平方向，因此，与拍摄面上的像素的水平排列方向一致。此外，此处所说的角度θ没有方向，可以使用将一对测定点连结的线段与水平方向所成的角度中较小的角度(锐角)。

在步骤S21中判定角度θ是否大于或等于45°。与角度θ是否大于或等于45°相对应，分支为步骤S22的处理或步骤S23的处理。步骤22的处理如图15A所示，与在左视点图像38L中指定出测定点57a、57b时对应。在该情况下，在从右视点图像38R中导出了对应点58a、58b时，针对在画面内位于上方的对应点58a，在其下侧设定一定宽度的检测区域55，反之，针对在画面内位于下方的对应点58b，在其上侧设定一定宽度的检测区域55。

通过上述检测区域55的设定，没有在圆柱状物体图像的外侧即背景中设定检测区域。因此，假设即使在右视点图像38R中上下平行显示的线段，由于立体匹配处理的不当而被误认为背景，通过对在检测区域55内检测到的直线进行再次确认，在检测出正规的对应轮廓线时，对应点58a、58b在该对应轮廓线上进行移动处理。

同样地，对于在角度θ小于45°的情况下由步骤S23进行的处理，如图15B所示，与在左视点图像38L中指定出测定点57a、57b时对应。在该情况下，在从右视点图像38R中导出了对应点58a、58b时，针对在画面内位于左方的对应点58a，在其右侧设定一定宽度的检测区域55，反之，针对在画面内位于右方的对应点58b，在其左侧设定一定宽度的检测区域55。通过上述检测区域55的设定，也能够不受背景影响而检测正确的对应轮廓线，在防止对应点58a、58b的误设定方面是有效的。

对于将一对测定点57a、57b连结的线段的角度θ，如图15A或者图15B所示，在大多情况下认为其接近于90°或者0°，但在例如图15C所示的情况下，也能够有效地使用上述处理。在图15C的情况下，将测定点57a、57b连结的线段是30°左右，但在这种情况下，针对位于左方的对应点58a，在右下侧设定检测区域55，而针对位于右方的对应点58，在左上侧设定检测区域55。优选以检测区域55不会从圆柱状物体4的轮廓线伸出的方式，使检测区域55也对应于角度θ而倾斜地设定。检测区域55的倾斜角度能够对应于将测定点57a、57b连结的线段的角度θ而确定。

本发明并不限定于以上说明的实施方式，例如，拍摄视点的数量不仅是2个，也可以在使视差方向恒定的情况下增加至大于或等于3个，能够进一步提高测定精度。另外，如果取代使用具有2个拍摄视点的1台照相机进行拍摄，而同时使用大于或等于2台的单镜头照相机进行拍摄，或者如果使测定对象物体处于静止状态，使一台照相机在视差方向上移动而进行多次拍摄，则也能够得到各个视点图像。另外，在实施方式中主要对于测定装置进行了说明，但本发明作为测定方法或者测定程序也能够有效地使用。

标号的说明

1立体照相机

2个人计算机

4圆柱状物体

7视点图像坐标读取部

8轮廓线确定部

9输入操作部

10测定点扫描部

12视差导出部

13中心轴坐标·直径导出部

14系统控制器

16图像显示部

17数据存储器

18程序存储器

31投影面

50测定框

Claims (13)

1.一种圆柱状物体的直径测定装置，其特征在于，具有：

视差图像存储部，其对分别从第1视点和第2视点拍摄圆柱状物体而获得的第1视点图像和第2视点图像进行存储；

视差图像显示部，其对所述第1视点图像和第2视点图像进行显示；

轮廓线检测部，其对在所述第1视点图像中与所述物体的中心轴平行的所述物体的第1轮廓线和第2轮廓线进行检测；

测定点指定部，其分别在所述第1及第2轮廓线的线上指定第1测定点和第2测定点；

对应点导出部，其在所述第2视点图像中导出与所述第1及第2测定点对应的第1对应点和第2对应点；

测定点更新部，其将所述第1测定点固定，使所述第2测定点在所述第2轮廓线上进行扫描，针对对应于扫描位置而被更新的每个第2测定点，对所述第2对应点进行更新；以及

直径计算部，其针对所述第1对应点和通过所述测定点更新部更新后的每个第2对应点，计算所述物体的直径，将计算出的直径中的最小值设为所述物体的直径。

2.根据权利要求1所述的圆柱状物体的直径测定装置，其中，

将所述第1及第2测定点中的摄影距离较近的一方设定为第1测定点。

3.根据权利要求1或2所述的圆柱状物体的直径测定装置，其中，

所述测定点更新部，在所述第2测定点的扫描时，第2测定点超过针对所述第1视点图像而预先设定的第1测定框的情况下，或者第2对应点超过针对所述第2视点图像而预先设定的第2测定框的情况下，以使第2测定点和第2对应点分别落在第1测定框和第2测定框的内侧的方式，将第2测定点固定在第1视差图像的第2轮廓线上，一边使所述第1测定点在所述第1轮廓线上进行扫描，一边对第1测定点进行更新，并且，在第2视差图像中依次对第1对应点进行更新。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的圆柱状物体的直径测定装置，其中，

所述对应点导出部，在由所述测定点指定部在所述第1视点图像的所述第1及第2轮廓线的线上指定了第1及第2测定点时，通过立体匹配处理而在所述第2视点图像中导出分别与所述第1及第2测定点对应的第1及第2对应点，并在将所述第1及第2对应点连结的线段的各延长方向上设定的一定宽度的直线检测区域内，搜索与所述第1及第2轮廓线对应的、第2视点图像中的第1对应轮廓线和第2对应轮廓线，在检测到的所述第1及第2对应轮廓线上对所述第1及第2对应点的位置进行更新。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的圆柱状物体的直径测定装置，其中，

所述对应点导出部，在由所述测定点指定部在所述第1视点图像的所述第1及第2轮廓线的线上指定了第1及第2测定点，且所述对应点导出部通过立体匹配处理而在所述第2视点图像中导出分别与所述第1及第2测定点对应的第1及第2对应点之后，基于将所述第1测定点和第2测定点连结的线段、或将所述第1对应点和第2对应点连结的线段的相对于视差方向的角度θ，对与所述第2视点图像中的第1对应点及第2对应点接近地设定的一定宽度的直线检测区域的方向进行变更，然后，从所述直线检测区域中搜索与所述第1及第2轮廓线对应的、第2视点图像中的第1对应轮廓线和第2对应轮廓线，在检测到的第1及第2对应轮廓线上对所述第1及第2对应点的位置进行更新。

6.根据权利要求5所述的圆柱状物体的直径测定装置，其中，

在所述角度θ大于或等于45°的情况下，在所述第1或第2对应点中，针对位于上方的对应点，在其下侧设定所述直线检测区域，针对位于下方的对应点，在其上侧设定所述直线检测区域，在所述角度θ小于45°的情况下，在所述第1或第2对应点中，针对位于左方的对应点，在其右侧设定所述直线检测区域，针对位于右方位置的对应点，在其左侧设定所述直线检测区域。

7.一种圆柱状物体的直径测定方法，其特征在于，具有：

视差图像存储步骤，在该步骤中，对分别在第1视点和第2视点处拍摄圆柱状物体而获得的第1视点图像和第2视点图像进行存储；

视差图像显示步骤，在该步骤中，对所述第1视点图像和第2视点图像进行显示；

轮廓线检测步骤，在该步骤中，对在所述第1视点图像中与所述物体的中心轴平行的所述物体的第1轮廓线和第2轮廓线进行检测；

测定点指定步骤，在该步骤中，分别在所述第1及第2轮廓线的线上指定第1测定点和第2测定点；

对应点导出步骤，在该步骤中，在所述第2视点图像中导出与所述第1及第2测定点对应的第1对应点和第2对应点；

测定点更新步骤，在该步骤中，将所述第1测定点固定，使所述第2测定点在所述第2轮廓线上进行扫描，针对对应于扫描位置而被更新的每个第2测定点，对所述第2对应点进行更新；以及

直径计算步骤，在该步骤中，针对所述第1对应点和更新后的每个第2对应点计算所述物体的直径，将计算出的直径中的最小值设为所述物体的直径。

8.根据权利要求7所述的圆柱状物体的直径测定方法，其中，

将所述第1及第2测定点中的摄影距离较近的一方设定为第1测定点。

9.根据权利要求8所述的圆柱状物体的直径测定方法，其中，

在所述测定点更新步骤中，在所述第2测定点的扫描时，第2测定点超过针对所述第1视点图像而预先设定的第1测定框的情况下，或者第2对应点超过针对所述第2视点图像而预先设定的第2测定框的情况下，以使第2测定点和第2对应点分别落在第1测定框和第2测定框的内侧的方式，将第2测定点固定在第1视差图像的第2轮廓线上，一边使所述第1测定点在所述第1轮廓线上进行扫描，一边对第1测定点进行更新，并且，在第2视差图像中依次对第1对应点进行更新。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的圆柱状物体的直径测定方法，其中，

在所述对应点导出步骤中，在利用所述测定点指定步骤在所述第1视点图像的所述第1及第2轮廓线的线上指定了第1及第2测定点时，通过立体匹配处理而在所述第2视点图像中导出分别与所述第1及第2测定点对应的第1及第2对应点，在将所述第1及第2对应点连结的线段的各延长方向上设定的一定宽度的直线检测区域内，搜索与所述第1及第2轮廓线对应的、第2视点图像中的第1对应轮廓线和第2对应轮廓线，在检测到的所述第1及第2对应轮廓线上对所述第1及第2对应点的位置进行更新。

11.根据权利要求7至9中任一项所述的圆柱状物体的直径测定方法，其中，

在所述对应点导出步骤中，在利用所述测定点指定步骤在所述第1视点图像的所述第1及第2轮廓线的线上指定了第1及第2测定点，且通过立体匹配处理而在所述第2视点图像中导出分别与所述第1及第2测定点对应的第1及第2对应点之后，基于将所述第1测定点和第2测定点连结的线段、或将所述第1对应点和第2对应点连结的线段的相对于视差方向的角度θ，对与所述第2视点图像中的第1对应点及第2对应点接近地设定的一定宽度的直线检测区域的方向进行变更，然后，从所述直线检测区域中搜索与所述第1及第2轮廓线对应的、第2视点图像中的第1对应轮廓线和第2对应轮廓线，在检测到的第1及第2对应轮廓线上对所述第1及第2对应点的位置进行更新。

12.根据权利要求11所述的圆柱状物体的直径测定方法，其中，

在所述角度θ大于或等于45°的情况下，在所述第1或第2对应点中，针对位于上方的对应点，在其下侧设定所述直线检测区域，针对位于下方的对应点，在其上侧设定所述直线检测区域，在所述角度θ小于45°的情况下，在所述第1或第2对应点中，针对位于左方的对应点，在其右侧设定所述直线检测区域，针对位于右方位置的对应点，在其左侧设定所述直线检测区域。

13.一种圆柱状物体的直径测定程序，其用于使计算机执行下述步骤：

视差图像存储步骤，在该步骤中，对分别在第1视点和第2视点处拍摄圆柱状物体而获得的第1视点图像和第2视点图像进行存储；

视差图像显示步骤，在该步骤中，对所述第1视点图像和第2视点图像进行显示；

轮廓线检测步骤，在该步骤中，对在所述第1视点图像中与所述物体的中心轴平行的所述物体的第1轮廓线和第2轮廓线进行检测；

测定点指定步骤，在该步骤中，分别在所述第1及第2轮廓线的线上指定第1测定点和第2测定点；

对应点导出步骤，在该步骤中，在所述第2视点图像中导出与所述第1及第2测定点对应的第1对应点和第2对应点；

测定点更新步骤，在该步骤中，将所述第1测定点固定，使所述第2测定点在所述第2轮廓线上进行扫描，针对对应于扫描位置而被更新的每个第2测定点，对所述第2对应点进行更新；以及

直径计算步骤，在该步骤中，针对所述第1对应点和更新后的每个第2对应点计算所述物体的直径，将计算出的直径中的最小值设为所述物体的直径。

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