JP2013024655A - 画像処理方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】投影装置により観測対象上に投影される、周期パターンからなる投影パターンを撮影装置により撮影し、投影パターンを含む入力画像から形状復元を行う画像処理方法において、投影装置より投影された投影パターンを撮影装置により撮影された入力画像から検出するステップと、検出された投影パターンの相対位相を検出するステップと、検出された投影パターンの絶対位相を、基準位置からの相対的な位相と、基準位置の絶対的な位相との和により表すと、複数の投影パターンの絶対位相により計算した奥行きが一致するという第1条件が検出された投影パターンの各画素について成立することに基づき基準位置の絶対的な位相を計算するステップとを備える。
【選択図】図6
Description
が行われ、実用化が図られてきた(例えば、非特許文献1参照。)。
図1、2に示すように、本発明のシステムは、1台のカメラと、1台あるいは複数のプロジェクターから構成される。カメラおよびプロジェクターは校正済みであり、内部・外部パラメーターは既知であると仮定する。また、本発明の方法は、固定パターンをプロジェクターから投影するため、カメラ−プロジェクター間の同期は不要である。
図6は、本発明の一実施形態にかかる画像処理方法における連続領域抽出処理を示すフローチャートである。
S601について説明する。1台あるいは複数台のプロジェクターから投影されるパターンは複数の平行線集合となる。最初に、ある平行線の集合を他の集合と区別して、カメラ画像中の曲線として検出を行う。本発明では、曲線の方向と色を用いて区別を行う。
S602について説明する。各線は、デブルーイン系列に基づいた周期パターンでコード化されている。この系列は、色数qとコード長nとにより定義され、隣接するn個の曲線の色が決定されれば、周期qnのパターンのうちどの線か決定することができるものである。本明細書において、q=2、n=3を用いる。
S603について説明する。1周期に含まれる線の数はqn=8本であるので、曲線のIDは0から7に割り当てられる。これらは整数値であり、曲線上の画素に割り当てられる。曲線上にない画素の値は、補間によって計算することができ、周期関数の位相であると考えることができる。
S604、S605について説明する。各画素の位相を計算した後、位相が連続する領域を抽出し領域分割する。4近傍において隣接する2つの画素が次の式を満たす場合、それらの画素の位相は連続していると判断する。
グリッドベース3次元形状復元では、カメラ画像中の曲線とプロジェクター画像中の直線との対応を推定する。非特許文献18の従来の方法では、それぞれの曲線についてパラメーターを推定するため、推定すべきパラメーター数は曲線の数に等しい。それに対して本発明では、上述の画像処理によってグリッドパターンを用いて連続領域を抽出しているため、未知数は、各領域に対して、たかだか1つである。以下に、連続領域を用いたパラメーター推定の定式化について説明する。
まず1台のプロジェクターを用いる場合について述べる。この場合、プロジェクター画像の縦、横軸に沿った2種類の平行線集合が投影される。
次に、グリッドベース3次元形状復元のうち、別々のプロジェクターから平行線パターンを投影する非特許文献20の手法の場合を考える。以下では、2台のプロジェクター用いた場合について定式化を行う。
図10は、本発明の一実施形態にかかる隣接フレーム間における領域の対応付けの例を示す図である。連続して撮影された複数のフレーム(画像)を用いて、同時に形状復元する手法について説明する。隣接する2フレームにおいて、それぞれのフレームで検出した領域の相対プロジェクター座標の関係を得ることができれば、同じシフト量を用いて、形状復元を行うことができ、推定するパラメーターの削減と、サンプル点の増加による計算の安定化とを図ることができる。
推定したプロジェクター座標(u+s、v+t)は領域検出によって計算された周期パターンの位相と一致するはずであるが、カメラ校正や画像処理の検出誤差のため、線形方程式で求めた解と検出された位相は必ずしも一致しない。そこで、推定結果と検出された位相が一致した解を得るために、まず変数を下記のように変換する。
実験においては、単一あるいは複数のプロジェクターと1台のカメラからなるシステムに対して、本発明の方法の定性的・定量的な精度評価および動体の形状計測を行った。
(1)グラフカット、ガボールフィルター、デブルーイン系列を用いた周期パターンの位相推定と連続領域検出の実現
(2)幾何制約(エピポーラ拘束)を用いた位相の曖昧性を解決する手法の定式化の提案
(3)求める解を安定化するための整数解法の導入
(4)位相シフトなどで問題となる大域的な位相推定の新たな解法としての意味づけ
本明細書では、グリッドパターンを投影した観測対象の1枚の画像から高密度な形状復元を行う手法について説明した。本発明の方法では、周期的なカラーパターンによってコード化された平行線集合を用い、その密な位相情報を計算することによって、連続な領域を検出する。形状復元に必要なパラメーターは各領域にたかだか1つであるため、パラメーター数を非常に小さくすることができる。カメラ−プロジェクター間の対応を決定する方法は、エピポーラ幾何に基づいた連立方程式に定式化され、整数最小二乗法によって解を求める。
102 プロジェクター
103 観測対象
201 カメラ
202 プロジェクター1
203 プロジェクター2
204 観測対象
Claims (9)
- 投影装置により観測対象上に投影される、周期パターンからなる投影パターンを撮影装置により撮影し、前記投影パターンを含む入力画像から形状復元を行う画像処理方法において、
前記投影装置より投影された投影パターンを前記撮影装置により撮影された入力画像から検出するステップと、
前記検出された投影パターンの相対位相を検出するステップと、
前記検出された投影パターンの絶対位相を、基準位置からの相対的な位相と、前記基準位置の絶対的な位相との和により表すと、複数の投影パターンの絶対位相により計算した奥行きが一致するという第1条件が前記検出された投影パターンの各画素について成立することに基づき前記基準位置の絶対的な位相を計算するステップと
を備えたことを特徴とする画像処理方法。 - 前記基準位置の絶対的な位相は、投影パターンの持つ周期性に基づき離散的な数値集合として表せて、
前記第1条件は、離散的な最小化問題として解かれることを特徴とする請求項1に記載の画像処理方法。 - 前記入力画像から検出するステップは、
前記検出された投影パターンの隣接性を決定するステップと、
前記決定された隣接した投影パターンを補間することにより、前記周期パターンの相対位相を画素の各々について計算するステップと、
近傍画素の位相差が小さい場合、位相が連続する領域として検出するステップと、
前記検出された領域毎に前記絶対的な位相を計算するステップと
を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の画像処理方法。 - 投影装置により観測対象上に投影される、周期パターンからなる投影パターンを撮影装置により撮影し、前記投影パターンを含む入力画像から形状復元を行う画像処理装置において、
前記投影装置より投影された投影パターンを前記撮影装置により撮影された入力画像から検出する手段と、
前記検出された投影パターンの相対位相を検出する手段と、
前記検出された投影パターンの絶対位相を、基準位置からの相対的な位相と、前記基準位置の絶対的な位相との和により表すと、複数の投影パターンの絶対位相により計算した奥行きが一致するという第1条件が前記検出された投影パターンの各画素について成立することに基づき前記基準位置の絶対的な位相を計算する手段と
を備えたことを特徴とする画像処理装置。 - 前記基準位置の絶対的な位相は、投影パターンの持つ周期性に基づき離散的な数値集合として表せて、
前記第1条件は、離散的な最小化問題として解かれることを特徴とする請求項4に記載の画像処理装置。 - 前記入力画像から検出する手段は、
前記検出された投影パターンの隣接性を決定する手段と、
前記決定された隣接した投影パターンを補間することにより、前記周期パターンの相対位相を画素の各々について計算する手段と、
近傍画素の位相差が小さい場合、位相が連続する領域として検出する手段と、
前記検出された領域毎に前記絶対的な位相を計算する手段と
を含むことを特徴とする請求項4または5に記載の画像処理装置。 - 投影装置により観測対象上に投影される、周期パターンからなる投影パターンを撮影装置により撮影し、前記投影パターンを含む入力画像から形状復元を行う画像処理のプログラムにおいて、コンピューターに、
前記投影装置より投影された投影パターンを前記撮影装置により撮影された入力画像から検出する手順と、
前記検出された投影パターンの相対位相を検出する手順と、
前記検出された投影パターンの絶対位相を、基準位置からの相対的な位相と、前記基準位置の絶対的な位相との和により表すと、複数の投影パターンの絶対位相により計算した奥行きが一致するという第1条件が前記検出された投影パターンの各画素について成立することに基づき前記基準位置の絶対的な位相を計算する手順と
を実行させるためのプログラム。 - 前記基準位置の絶対的な位相は、投影パターンの持つ周期性に基づき離散的な数値集合として表せて、
前記第1条件は、離散的な最小化問題として解かれることを特徴とする請求項7に記載のプログラム。 - 前記入力画像から検出する手順は、
前記検出された投影パターンの隣接性を決定する手順と、
前記決定された隣接した投影パターンを補間することにより、前記周期パターンの相対位相を画素の各々について計算する手順と、
近傍画素の位相差が小さい場合、位相が連続する領域として検出する手順と、
前記検出された領域毎に前記絶対的な位相を計算する手順と
を含むことを特徴とする請求項7または8に記載のプログラム。
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