JP2006507087A - 局所的独自パターンを使用した能動的ステレオ技術による3次元画像の取得 - Google Patents
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Abstract
Description
1.ベースパターンストリング候補Pを生成する。候補がもう残っていない場合には、それまでに見つけた中で最適のものを返す。
2.Pが周期的パターンとみなされる場合、パターンスコアSを計算する。
3.Sが先行するすべてのスコアより大きい場合、最適な候補としてPを記憶する。
4.1に戻る。
1.mはベースパターンの行数、nはその列数とする。Mは最終的な投影画像の行数、Nはその列数とする。
2.元のベースパターンのシーリング(N/n)コピーを連結させることにより、新しいベースパターンP*を創出する。結果として得られるストリングを切り詰め、m行N列のサイズになるようにする。
3.P*のシーリング(M/m)コピーを積み重ね、その後結果をM番目の行で切り詰める。
このようにして創出されるLUPは“ストレートLUP”として参照される。
1.C1カメラ画像のウィンドウからC2カメラ画像のウィンドウへの整合が、少なくとも5行21列の整合ウィンドウサイズを使用して実行される。相関閾値0.5及び局所分散閾値10−6を下回る整合は廃棄され、それらの相関スコアがゼロにセットされる。
2.任意的に、C2カメラ画像からC1カメラ画像への整合が同じウィンドウサイズを使用して実行される。C1−C2及びC2−C1整合でディスパリティ値が2以内に入らないディスパリティは廃棄され、それらの相関スコアがゼロにセットされる。
1.mはベースパターンの行数、nはその列数とする。Mは最終的な投影画像の行数、Nはその列数とする。
2.元のベースパターンのシーリング(N/n)コピーを連結させることにより、新しいベースパターンP*を創出する。
3.iが1からシーリング(M/m)になるまでの間、a.を繰り返す。
a.投影すべきパターンの(i―1)×m+1乃至i×mの行を(i−1)×mの位置だけ左に循環的にシフトさせたP*にセットする。
4.結果がM行N列のサイズになるよう切り詰める。
1.C1カメラ画像のウィンドウからC2カメラ画像のウィンドウへの整合が、少なくとも1行9列のウィンドウサイズを使用して実行される。相関閾値0.5及び局所分散閾値10−6を下回る整合は廃棄され、それらの相関スコアはゼロにセットされる。
2.任意的に、C2画像からC1カメラ画像への整合は、同じウィンドウサイズを使用して実行される。C1−C2及びC2−C1整合の双方でディスパリティ値が3以内に入らないディスパリティは廃棄され、それらの相関スコアがゼロにセットされる。
3.ステップ1及び2の結果はワイドディスパリティ整合と呼ばれる。
4.C1カメラ画像のウィンドウからC2カメラ画像のウィンドウへの整合が、少なくとも9行1列のウィンドウサイズを使用して実行される。相関閾値0.5及び分散閾値10−6を下回る整合は廃棄され、それらの相関スコアはゼロにセットされる。
5.任意的に、C2カメラ画像からC1カメラ画像への整合は、同じウィンドウサイズを使用して実行される。C1−C2及びC2−C1整合の双方でディスパリティ値が3以内に入らないディスパリティは廃棄され、それらの相関スコアがゼロにセットされる。
6.ステップ4及び5の結果はトールディスパリティ整合と呼ばれる。
7.ワイドディスパリティ整合とトールディスパリティ整合との相関値が比較される。最も高い相関スコアを有するディスパリティ値が保持される。
8.ワイドディスパリティ整合又はトールディスパリティ整合のうちの1つだけがディスパリティを計算できる領域では、そのディスパリティが保持される。
ディスパリティマップを創出するために、ステップ1乃至3だけ、ステップ4乃至6だけ、或いは、ステップ1乃至8のすべてを実行することが可能な点に留意する。
(a)可視光スペクトル
(b)紫外線光スペクトル
(c)赤外線光スペクトル
(d)紫外線から赤外線にまで広がるスペクトル
当業者は、放射エネルギーの他の波長が同等の結果を実現すべく使用され得るが、それは、使用される波長が、採用された投影デバイス、感知デバイス並びに所要の投影及び感知解像度と調和している限りであることを認識する。
(a)従来の白黒カメラ
(b)線走査カメラ
(c)カラーカメラ
(d)赤外線カメラ
(e)紫外線カメラ
(f)マルチスペクトルカメラ
(g)他の同等の空間的感光型デバイス
当業者には当然のことながら、画像としてシーンを感知する際に同等の結果を実現すべく使用され得る他の類似のセンサーが存在する。
(a)当該候補領域間の差の二乗の負の合計
(b)当該候補領域の差の二乗の正規化された負の合計
(c)当該候補領域の相互相関
(d)当該候補領域の正規化された相互相関
(e)当該候補領域の絶対差の合計
(f)当該候補領域の絶対差の正規化された合計
当業者には当然のことながら、整合において同等の結果を実現する距離関数として使用され得る多くの他の類似関数が存在する。
(a)局所平均
(b)ローパスフィルタリング
(c)ハイパスフィルタリングと組み合わされたローパスフィルタリング
(d)中央値フィルタリング
(e)ガウス分布のラプラシアンによるフィルタリング
(f)ランク変換
(g)センサス変換
当業者には当然のことながら、整合プロセスが適用される前に被取得画像に適用される多くの類似する線形及び非線形画像処理操作が存在する。
(a)最大スコアとの整合
(b)整合領域の形状及びサイズのそれぞれの整合値の平均
(c)整合値の加重平均
(d)固定閾値を超える整合値の加重平均
(e)可変閾値を越える整合値の加重平均
(f)比較関数値とディスパリティ値との他の線形又は非線形結合
当業者には当然のことながら、様々なウィンドウの多くの異なる選択及びそれらの結果を組み合わせる多くの異なる手段が存在する。
1.整合スコアの合計
2.整合スコアの積
3.最小整合スコア
4.最大整合スコア
5.平均整合スコア
6.加重平均整合スコア
7.中間整合スコア
8.整合スコアを組み合わせる他の線形又は非線形関数
好適な実施例では、情報が多数のディスパリティマップから組み合わせられる。3つのカメラの場合、これができるように画像レクティフィケーションを用意することが可能である。カメラが3つより多い場合、ディスパリティマップを組み合わせることは不可能或いは不便である。別の実施例では、異なるカメラのグループからの情報がレンジマップとして組み合わされてもよく、また情報が3次元ポイントのセットとして組み合わされてもよく、また情報が三角メッシュとして組み合わされ、また情報が表面として組み合わされ、或いは情報が体積として組み合わされてもよい。当業者には当然のことながら、多数のカメラのグループから計算されるディスパリティ又はレンジ情報を組み合わせる多くの同等の手段が存在する。
Claims (48)
- シーンのディスパリティマップを取得するシステムであって:
(a)前記シーンの少なくとも1つの部分に局所的独自パターンを投影するよう構成される少なくとも1つの投影デバイス;
(b)前記シーンの複数の画像を取得するセンサーであり前記複数の画像のそれぞれが独自の観察位置に関連するところのセンサー;及び、
(c)前記ディスパリティマップを生成するために前記局所的独自パターンを包含する少なくとも2つの前記画像で対応するピクセルを整合させるよう構成されるコンピュータデバイス;
を有することを特徴とするシステム。 - 前記コンピュータデバイスがさらに前記ディスパリティマップを使用して前記シーンのポイントへのレンジを計算するよう構成されることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記局所的独自パターンがバイナリ値を有するパターン値から構成され、
それぞれのパターン値は極値のいずれかである、
ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記局所的独自パターンがグレーレベル値を有するパターン値から構成され、
それぞれのパターン値は複数の起こり得る強度値から選択される強度を有する、
ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記局所的独自パターンがカラー値を有するパターン値から構成され、
それぞれのパターン値は赤、緑及び青のそれぞれに1つの3つの強度値を有する、
ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記局所的独自パターンが多重スペクトル値を有するパターン値から構成され、
それぞれのパターン値は複数のスペクトルバンドでの強度値を有し、
前記スペクトルバンドは紫外線光、可視光及び赤外線光のうちの少なくとも1つを有する、
ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記局所的独自パターンが一時的に符号化した値を有するパターン値から構成され、
それぞれのパターン値は複数の一時的バンドから構成され、
それぞれの一時的バンドは離散時間的に投影される、
ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記局所的独自パターンが人間の観察者にとって視覚的に感知できないことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記局所的独自パターンが1組のバンドを有し、
それぞれの前記バンドは少なくとも1つの連続関数に対応する、
ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記少なくとも1つの連続関数が周期関数であることを特徴とする請求項9に記載のシステム。
- 前記周期関数が正弦関数であることを特徴とする請求項10に記載のシステム。
- 前記1組のバンドが複数のバンドを有し、
それぞれの前記バンドが周期関数に対応し、かつ、
前記複数のバンドのうちの少なくとも2つが異なる位相又は周期を有する、
ことを特徴とする請求項9に記載のシステム。 - 前記局所的独自パターンがベースパターンを複製することから構成されることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記ベースパターンが連続する横線又は縦線で複製されることを特徴とする請求項13に記載のシステム。
- 前記ベースパターンが連続する縦線又は横線に1又は2以上のピクセルだけシフトされることを特徴とする請求項13に記載のシステム。
- 前記ベースパターンが第1、第2及び第3正弦波で構成され、
該第1、第2及び第3正弦波はそれぞれ4.2、9.5及び10.2ピクセルの周波数、並びに、それぞれ0、1、及び5.5ピクセルの位相シフトを有し、かつ、長さ140のベースパターンを生成するためにサンプリングされる、
ことを特徴とする請求項13に記載のシステム。 - 前記局所的独自パターンが個別的な文字のシンボルから構成されるシーケンスであることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記局所的独自パターンが特定サイズの複数のパターンウィンドウを有し、かつ、前記局所的独自パターンは、それぞれのパターンウィンドウが他のすべてのパターンウィンドウとは少なくとも1つの特定ハミング距離だけ異なるという性質を有することを特徴とする請求項17に記載のシステム。
- すべての2行8列のパターンウィンドウが、それを含む任意の所与の2行146列のウィンドウ内にある他のすべての2行8列のパターンウィンドウと、少なくとも3のハミング距離だけ異なる、
という性質を前記局所的独自パターンが有することを特徴とする請求項18に記載のシステム。 - すべての9行2列のパターンウィンドウが、それを含む任意の所与の9行146列のウィンドウ内にある他のすべての9行2列のパターンウィンドウと、少なくとも3のハミング距離だけ異なる、
という性質を前記局所的独自パターンが有することを特徴とする請求項18に記載のシステム。 - 前記局所的独自パターンは、それぞれのパターンウィンドウが擬似画像化スコアリング方法に従って他のそれぞれのパターンウィンドウから区別可能であるという性質を有し、
前記方法は、
(a)パターンウィンドウと、2分の1のピクセルオフセットを考慮に入れたパターンウィンドウとの整合を表す第1整合スコアの最小値を導き出し、
(b)該第1整合スコアの最小値と前記パターンウィンドウの他のパターンウィンドウへの整合を表す第2整合スコアの最大値との比較を行う、
ステップを有することを特徴とする請求項17に記載のシステム。 - 前記局所的独自パターンがパターンスコアを最適化するよう選択され、
前記パターンスコアは:
(a)パターン拡大縮小及び短縮遠近効果;
(b)離散的サンプリング効果;
(c)少なくとも1つの投影デバイスの性質;
(d)少なくとも1つのセンサーの性質;及び
(e)前記シーンの性質;
のうちの少なくとも1つの関数である、
ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記コンピュータデバイスは整合ウィンドウを比較するよう構成され、
前記整合ウィンドウは該整合ウィンドウが局所的独自パターンの画像を確実に有すべく十分大きくなるよう選択される、
ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記コンピュータデバイスは整合ウィンドウを比較するよう構成され、
前記整合ウィンドウが局所的独自パターンの画像を有するよう要求されるものより小さい、
ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記コンピュータデバイスが:
(a)第1のサイズ及び形状を有する整合領域の第1セットを比較するステップ;
(b)前記第1のサイズ及び形状とは異なる第2のサイズ及び形状を有する整合領域の第2セットを比較するステップ;及び、
(c)ステップ(a)及び(b)の結果を組み合わせるステップ;
から構成され、
それぞれの整合領域が局所的に非循環であるパターンウィンドウをカバーする、
ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 整合領域の前記第1セットが横指向の矩形の形状であり、
整合領域の前記第2セットが縦指向の矩形の形状である、
ことを特徴とする請求項25に記載のシステム。 - 前記観察位置が第1観察位置及び第2観察位置を有し、
前記第1観察位置が前記第2観察位置の上に配置され、
前記投影デバイスが前記第1観察位置及び第2観察位置で規定される線に沿って配置される、
ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記センサーが少なくとも3つの画像を取得し、
それぞれの画像が独自の観察位置に関連する、
ことを特徴とする請求項1に記載のシステム。 - 前記ディスパリティマップが前記少なくとも3つの画像のすべてから同時に計算されることを特徴とする請求項28に記載のシステム。
- 複数の2つ1組のディスパリティマップが計算され、
複数の2つ1組のディスパリティマップのそれぞれは独自の画像対から計算され、
前記複数の2つ1組のディスパリティマップは複合ディスパリティマップを形成するよう組み合わされる、
ことを特徴とする請求項28に記載のシステム。 - 単一の局所的独自パターンが投影されることを特徴とする請求項30に記載のシステム。
- 少なくとも2つの局所的独自パターンが投影され、
それぞれの局所的独自パターンは、1対の画像のために計算される前記2つ1組のディスパリティマップを最適化するよう選択される、
ことを特徴とする請求項30に記載のシステム。 - 前記少なくとも1つの投影デバイスが前記観察位置の1つと同一の位置に配置されることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記局所的独自パターンはオンラインで計算され、或いは、少なくとも1つの他の局所的独自パターン候補を使用して取得される画像で計算され事前に構築される少なくとも1つのディスパリティマップの性質に基づく1組のパターン候補から選択されることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- シーンのディスパリティマップを取得する方法であって:
(a)前記シーンの少なくとも1部分に投影すべき局所的独自パターンを生じさせる生成ステップ;
(b)前記シーンで取得される複数の画像であり、該複数の画像のそれぞれが独自の観察位置に関連するところの複数の画像を受信する受信ステップ;及び
(c)前記ディスパリティマップを生成するために前記局所的独自パターンを含む少なくとも2つの前記画像の対応するピクセルを整合させる整合ステップ;
を有することを特徴とする方法。 - 前記ディスパリティマップを使用して前記シーンにあるポイントへのレンジを計算するステップをさらに有することを特徴とする請求項35に記載の方法。
- 前記局所的独自パターンがグレーレベル値を有するパターン値から構成され、
パターン値のそれぞれは、複数の起こり得る強度値から選択される強度を有する、
ことを特徴とする請求項35に記載の方法。 - 前記局所的独自パターンが1組のバンドを有し、
該バンドのそれぞれが少なくとも1つの連続関数に対応する、
ことを特徴とする請求項35に記載の方法。 - 前記1組のバンドは、それぞれが周期関数に対応する複数のバンドを有し、かつ、該複数のバンドのうちの少なくとも2つが異なる位相又は周期を有することを特徴とする請求項38に記載の方法。
- 前記局所的独自パターンが個別的な文字のシンボルから構成されるシーケンスであることを特徴とする請求項35に記載の方法。
- 前記局所的独自パターンが特定サイズの複数のパターンウィンドウを有し、かつ、前記局所的独自パターンは、それぞれのパターンウィンドウが他のすべてのパターンウィンドウと少なくとも1つの特定ハミング距離だけ異なるという性質を有する、
ことを特徴とする請求項40に記載の方法。 - 前記局所的独自パターンは、それぞれのパターンウィンドウが擬似画像化スコアリング方法に従って他のそれぞれのパターンウィンドウから区別可能であるという性質を有し、
前記方法は、
(a)パターンウィンドウと、2分の1のピクセルオフセットを考慮に入れたそれ自身との整合を表す第1整合スコアの最小値を導き出し、
(b)該第1整合スコアの最小値と前記パターンウィンドウの他のパターンウィンドウへの整合を表す第2整合スコアの最大値との比較を行う、
ステップを有することを特徴とする請求項40に記載の方法。 - 前記局所的独自パターンが、パターンスコアを最適化するよう選択され、
前記パターンスコアは:
(a)パターン拡大縮小及び短縮遠近効果;
(b)離散的サンプリング効果;
(c)少なくとも1つの投影デバイスの性質;
(d)少なくとも1つのセンサーの性質;及び
(e)前記シーンの性質;
のうちの少なくとも1つの関数である、
ことを特徴とする請求項35に記載の方法。 - 対応するピクセルを整合させる前記整合ステップが整合ウィンドウを比較する比較ステップを有し、
前記整合ウィンドウは該整合ウィンドウが局所的独自パターンの画像を確実に有すべく十分大きくなるよう選択される、
ことを特徴とする請求項35に記載の方法。 - 対応するピクセルを整合させる前記整合ステップが整合ウィンドウを比較する比較ステップを有し、
前記整合ウィンドウは局所的独自パターンの画像を有するよう要求されるものより小さい、
ことを特徴とする請求項35に記載の方法。 - 対応するピクセルを整合させる前記整合ステップが:
(d)第1のサイズ及び形状を有する整合領域の第1セットを比較するステップ;
(e)前記第1のサイズ及び形状とは異なる第2のサイズ及び形状を有する整合領域の第2セットを比較するステップ;及び、
(f)ステップ(d)及び(e)の結果を組み合わせるステップ;
を有し、
それぞれの整合領域が局所的に非循環であるパターンウィンドウをカバーする、
ことを特徴とする請求項35に記載の方法。 - 前記ピクセルを比較するステップが、
複数の2つ1組のディスパリティマップであって該複数の2つ1組のディスパリティマップのそれぞれは独自の画像対から計算されるところの複数の2つ1組のディスパリティマップを計算する計算ステップ、及び、
複合ディスパリティマップを形成するよう前記複数の2つ1組のディスパリティマップを組み合わせる組み合わせステップ、
を有することを特徴とする請求項46に記載の方法。 - コンピュータ可読媒体であって:
(d)投影デバイスをしてシーンの少なくとも1部分に局所的独自パターンを投影させ;
(e)前記シーンの複数の画像であり該複数の画像のそれぞれが独自の観察位置に関連するところの複数の画像を受信し;かつ、
(f)前記ディスパリティマップを生成するために前記局所的独自パターンを含む少なくとも2つの前記画像の対応するピクセルを整合させる;
ステップを実行するための情報を記憶するコンピュータ可読媒体。
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