JP2015187834A - 視差値導出装置、機器制御システム、移動体、ロボット、視差値生産方法、及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
まず、図1乃至図6を用いて、SGM(Semi−Global Matching)法を用いた測距方法の概略について説明する。なお、SGM法に関しては、非特許文献(Accurate and Efficient Stereo Processing by Semi−Global Matching and Mutual Information)に開示されているため、以下では概略を説明する。
図1を用いて、ステレオ画像法により、ステレオカメラから物体に対する視差を導き出し、この視差を示す視差値によって、ステレオカメラから物体までの距離を測定する原理について説明する。なお、図1は、撮像装置から物体までの距離を導き出す原理の説明図である。また、以下では、説明を簡略化するため、複数の画素からなる所定領域ではなく、一画素単位で説明する。なお、一画素単位ではなく、複数の画素からなる所定領域単位で処理される場合、基準画素を含む所定領域は基準領域として示され、対応画素を含む所定領域は対応領域として示される。また、この基準領域には基準画素のみの場合も含まれ、対応領域には対応画素のみの場合も含まれる。
まず、図1で示される撮像装置10aおよび撮像装置10bによって撮像された各画像を、それぞれ基準画像Iaおよび比較画像Ibとする。なお、図1では、撮像装置10aおよび撮像装置10bが平行等位に設置されているものとする。図1において、3次元空間内の物体E上の点Sは、撮像装置10aおよび撮像装置10bの同一水平線上の位置に写像される。すなわち、各画像中の点Sは、基準画像Ia中の点Sa(x,y)および比較画像Ib中の点Sb(X,y)において撮像される。このとき、視差値Δは、撮像装置10a上の座標における点Sa(x,y)と撮像装置10b上の座標における点Sb(X,y)とを用いて、(式1)のように表される。
また、視差値Δを用いることで、撮像装置10a、10bと物体Eとの間の距離Zを導き出すことができる。具体的には、距離Zは、撮像レンズ11aの焦点位置と撮像レンズ11bの焦点位置とを含む面から物体E上の特定点Sまでの距離である。図1に示されるように、撮像レンズ11aおよび撮像レンズ11bの焦点距離f、撮像レンズ11aと撮像レンズ11bとの間の長さである基線長B、および視差値Δを用いて、(式2)により、距離Zを算出することができる。
続いて、図2乃至図6を用いて、SGM法を用いた測距方法について説明する。なお、図2(a)は基準画像、図2(b)は(a)に対する高密度視差画像、図2(c)は(a)に対するエッジ視差画像を示す概念図である。ここで、基準画像は、物体が輝度によって示された画像である。高密度視差画像は、SGM法によって、基準画像から導き出された画像であり、基準画像の各座標における視差値を示した画像である。エッジ視差画像は、従来から用いられているブロックマッチング法によって導き出された画像であり、基準画像のエッジ部のような比較的テクスチャの強い部分のみの視差値を示した画像である。
まず、図3および図4を用いて、コスト値C(p,d)の算出方法について説明する。図3(a)は基準画像における基準画素を示す概念図、図3(b)は(a)の基準画素に対して比較画像における対応画素の候補を順次シフトしながら(ずらしながら)コスト値を算出する際の概念図である。図4は、シフト量毎のコスト値を示すグラフである。ここで、対応画素は、基準画像内の基準画素に最も類似する比較画像内の画素である。なお、以降、C(p,d)は、C(x,y,d)を表すものとして説明する。
Line)EL上の複数の対応画素の候補q(x+d,y)との各輝度値に基づいて、基準画素p(x,y)に対する各対応画素の候補q(x+d,y)のコスト値C(p,d)が算出される。dは、基準画素pと対応画素の候補qのシフト量(ずれ量)であり、本実施形態では、画素単位のシフト量が表されている。すなわち、図3では、対応画素の候補q(x+d,y)を予め指定された範囲(例えば、0<d<25)において順次一画素分シフトしながら、対応画素の候補q(x+d,y)と基準画素p(x,y)との輝度値の非類似度であるコスト値C(p,d)が算出される。コスト値Cの算出方法としては、コスト値Cが非類似度を示す場合、SAD(Sum of Absolute Difference)等の公知の方法が適用される。
次に、図5および図6を用いて、合成コスト値Ls(p,d)の算出方法について説明する。図5は、合成コスト値を導き出すための概念図である。図6は、視差値毎の合成コスト値を示す合成コスト曲線のグラフである。
以下、図面を用いて、本実施形態の具体的な説明を行う。ここでは、自動車に搭載される物体認識システム1について説明する。なお、物体認識システム1は、車両の一例としての自動車だけでなく、車両の他の例として、バイク、自転車、車椅子、農業用の耕運機等に搭載されることができてもよい。また、移動体の一例としての車両だけでなく、移動体の他の例として、ロボット等に搭載されることができてもよい。さらに、ロボットは、移動体だけでなく、FA(Factory Automation)において固定設置される工業用ロボット等の装置であってもよい。また、固定設置される装置としては、ロボットだけでなく、防犯用の監視カメラであってもよい。
まず、図7乃至図9を用いて、本実施形態の全体構成について説明する。
図7および図8を用いて、本実施形態の物体認識システム1の外観構成を説明する。なお、図7(a)は本発明の一実施形態に係る物体認識システムを搭載した自動車の側面を表す概略図、図7(b)は自動車の正面を示す概略図である。図8は、物体認識システムの概観図である。
次に、図9を用いて、物体認識システム1の全体のハードウェア構成について説明する。なお、図9は、物体認識システムの全体のハードウェア構成図である。
次に、図10〜図13を用いて、エッジ付近の領域の視差値の算出について説明する。なお、以降においては、(式3)に代えて以下の(式3’)を基本にして説明する。
Lr(p,d)=C(p,d)
+min{(Lr(p−r,d),Lr(p−r,d−1)
+P1,Lr(p−r,d+1)+P1,
Lrmin(p−r)+P2}−Lrmin(p−r) (式3’)
+min{(Lr(p−r,d),Lr(p−r,d−1)
+P1,Lr(p−r,d+1)+P1,
Lrmin(p−r)+P2}−Lrmin(p−r) (e=0)
Lr(p,d)=C(p,d) (e=1) (式5)
次に、実施形態の視差値算出方法について説明する。図16は、実施形態の視差値生産方法を示すフローチャートである。
輝度画像の一例(図17(a)及び(b))に対応する従来のSGM法により得られた視差画像を図17(c)に、本実施形態の視差値導出装置により得られた視差画像を図17(d)および(e)に示す。図17(d)は、検出部312における所定値として100を用いた際の視差画像を示す。また、図17(e)は、検出部312における所定値として50を用いた際の視差画像を示す。図17に示されるように、物体認識装置5が認識する物体の例としての物標60(図17(a)の点線部分、および(b))に対応する領域61は、従来のSGM法に比べて本実施形態のものが小さくなっており、特に検出部312における所定値が小さいほど小さくなる。
本変形例1の経路コスト値算出部313は、基準画素p(x,y)がエッジ画素である場合の経路コスト値Lrを下記(式6)により算出する。
+min{(Lr(p−r,d),Lr(p−r,d−1)
+P1,Lr(p−r,d+1)+P1,
Lrmin(p−r)+P2}−Lrmin(p−r) (e=0)
Lr(p,d)=0 (e=1) (式6)
次に、実施形態の変形例2について説明する。本変形例2の経路コスト値算出部313は、基準画素p(x,y)がエッジ画素である場合の経路コスト値Lrを下記(式7)により算出する。
+min{(Lr(p−r,d),Lr(p−r,d−1)
+P1,Lr(p−r,d+1)+P1,
Lrmin(p−r)+p2}−Lrmin(p−r) (e=0)
Lr(p,d)=C(p,d)
+min{(Lr(p−r,d),Lr(p−r,d−1)
+P1,Lr(p−r,d+1)
+P1,Lrmin(p−r)+P2’}
−Lrmin(p−r) (e=1)
ただし、P2’=P2/2 (式7)
次に、実施形態の変形例3について説明する。本変形例3は、エッジ情報が2値ではなく多値である場合の例である。すなわち検出部312は、エッジ画素のエッジの強さを更に検出し、エッジの強さを多値で示すエッジ情報eを取得する。検出部312は、例えばエッジ情報eを0〜7の数値で示す。すなわちエッジ画素は1〜7の値により表され、値が大きい程、エッジが強いことを示す。本変形例3の経路コスト値算出部313は、基準画素p(x,y)がエッジ画素である場合の経路コスト値Lrを下記(式8)により算出する。
+min{(Lr(p−r,d),Lr(p−r,d−1)
+P1,Lr(p−r,d+1)+P1,
Lrmin(p−r)+p2}−Lrmin(p−r) (e=0)
Lr(p,d)=C(p,d)
+min{(Lr(p−r,d),Lr(p−r,d−1)
+P1,Lr(p−r,d+1)
+P1,Lrmin(p−r)+P2’}
−Lrmin(p−r) (e=1)
ただし、P2’=P2/e (式8)
次に実施形態の変形例4について説明する。実施形態の説明では、経路コスト値算出部313が、コスト値算出部311からコスト値Cを受け付け、検出部312からエッジ情報eを受け付けて、経路コスト値Lrを算出する処理について説明した。本変形例4では、エッジ情報eと、基準画像の画素のコスト値Cと、を組にした画素情報を、経路コスト値算出部313が参照して経路コスト値Lrを算出する例について説明する。本変形例4の説明では、実施形態と異なる箇所について説明する。
上述の実施形態の視差値導出装置を含む機器制御システムについて説明する。
3 視差値導出装置
10a 撮像装置
10b 撮像装置
20a 信号変換装置
20b 信号変換装置
30 画像処理装置
311 コスト値算出部
312 検出部
313 経路コスト値算出部
314 合計コスト値算出部
315 導出部
Claims (16)
- 第1の撮像位置から撮像された基準画像における基準領域と、第2の撮像位置から撮像された比較画像における、前記基準領域に対応する対応領域を含む指定の範囲内の複数の領域各々と、の一致度を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された、前記基準画像における所定の基準領域の周辺の基準領域の一致度と、前記基準画像における前記所定の基準領域の一致度と、を合成する合成手段と、
前記合成手段により合成された一致度に基づいて、前記所定の基準領域において撮像されている対象の視差値を導出する導出手段と、を備え、
前記合成手段は、所定の基準領域に隣接する基準領域の輝度値と前記所定の基準領域の輝度値との変化量に基づいて、前記所定の基準領域の一致度への前記所定の基準領域に隣接する基準領域の一致度の合成を禁止または抑制する
ことを特徴とする視差値導出装置。 - 第1撮像部により撮像された被写体の像を含む基準画像と、第2撮像部により撮像された前記被写体の像を含む比較画像と、から前記被写体の像の視差を示す視差値を導出する視差値導出装置であって、
前記基準画像で基準とする基準画素について、前記基準画素の輝度値と、前記比較画像で比較する比較画素の輝度値との非類似度を示すコスト値を、前記基準画素のエピポーラ線に対応する前記比較画素のエピポーラ線上の画素毎に算出するコスト値算出部と、
前記基準画像のエッジを示すエッジ画素を検出する検出部と、
前記基準画素の経路コスト値を、前記基準画素の周辺の画素から前記基準画素までの経路毎に、前記周辺の画素のコスト値に基づいて算出し、前記基準画素が前記エッジ画素である場合、前記経路コスト値の算出方法を変更する経路コスト値算出部と、
前記基準画素の合成コスト値を、前記経路毎の経路コスト値に基づいて算出する合成コスト値算出部と、
前記基準画素の前記合成コスト値が最小となる前記比較画像の画素と、前記基準画像の前記基準画素と、の差により前記視差値を導出する導出部と、
を備える視差値導出装置。 - 前記経路コスト値算出部は、前記基準画素が前記エッジ画素である場合の前記経路コスト値を、前記基準画素のコスト値にする
請求項2に記載の視差値導出装置。 - 前記経路コスト値算出部は、前記基準画素が前記エッジ画素である場合の前記経路コスト値を0にする
請求項2に記載の視差値導出装置。 - 前記経路コスト値算出部は、前記周辺の画素のコスト値から前記基準画素の前記経路コスト値を算出する算出式により、前記基準画素の前記経路コスト値を算出し、前記基準画素が前記エッジ画素である場合、前記算出式を変更する
請求項2に記載の視差値導出装置。 - 前記検出部は、前記エッジ画素のエッジの強さを更に検出し、
前記経路コスト値算出部は、前記周辺の画素のコスト値から前記基準画素の前記経路コスト値を算出する算出式により、前記基準画素の前記経路コスト値を算出し、前記基準画素が前記エッジ画素である場合、前記エッジ画素のエッジの強さに応じて前記算出式を変更する
請求項2に記載の視差値導出装置。 - 前記コスト値算出部は、前記検出部から前記基準画像の画素が前記エッジ画素であるか否かを示すエッジ情報を受け付け、前記エッジ情報と、前記基準画像の画素の前記コスト値と、を組にした画素情報を、前記基準画像の画素毎に出力する
請求項2乃至6のいずれか1項に記載の視差値導出装置。 - 前記エッジ情報は、エッジの強さを示す多値の情報である
請求項7に記載の視差値導出装置。 - 前記基準画素は、複数の画素を含む所定領域単位で1つ選択され、前記所定領域単位で視差値を導出する
請求項2乃至8のいずれか1項に記載の視差値導出装置。 - 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の視差値導出装置と、
前記視差値導出装置によって導出される前記視差値により求まる前記視差値導出装置から前記被写体までの距離情報によって、制御対象を制御する制御装置と、
を備える機器制御システム。 - 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の視差値導出装置を備える移動体。
- 前記移動体は、車両又はロボットである請求項11に記載の移動体。
- 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の視差値導出装置を備えるロボット。
- 第1撮像部により撮像された被写体の像を含む基準画像と、第2撮像部により撮像された前記被写体の像を含む比較画像と、から前記被写体の像の視差を示す視差値を導出する視差値生産方法であって、
前記基準画像で基準とする基準画素について、前記基準画素の輝度値と、前記比較画像で比較する比較画素の輝度値との非類似度を示すコスト値を、前記基準画素のエピポーラ線に対応する前記比較画素のエピポーラ線上の画素毎に算出するステップと、
前記基準画像のエッジを示すエッジ画素を検出するステップと、
前記基準画素の経路コスト値を、前記基準画素の周辺の画素から前記基準画素までの経路毎に、前記周辺の画素のコスト値に基づいて算出し、前記基準画素が前記エッジ画素である場合、前記経路コスト値の算出方法を変更するステップと、
前記基準画素の合成コスト値を、前記経路毎の経路コスト値に基づいて算出するステップと、
前記基準画素の前記合成コスト値が最小となる前記比較画像の画素と、前記基準画像の前記基準画素と、の差により前記視差値を導出するステップと、
を含む視差値生産方法。 - コンピュータに、請求項14に記載の視差値生産方法を実行させるためのプログラム。
- 第1の撮像位置から撮像された基準画像における基準領域と、第2の撮像位置から撮像された比較画像における、前記基準領域に対応する対応領域を含む指定の範囲内の複数の領域各々と、の一致度を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出された、前記基準画像における所定の基準領域の周辺の基準領域の一致度と、前記基準画像における前記所定の基準領域の一致度とを、所定値との比較結果に応じて合成する合成手段と、
前記合成手段により合成された一致度に基づいて、前記所定の基準領域において撮像されている対象の視差値を導出して、前記基準画像または前記比較画像中の物体の認識を行う前記物体認識装置に出力する導出手段と、を備え、
前記導出手段が導出する視差値で示される前記物体認識装置が認識する物体に対応する領域は、前記所定値が小さいほど小さくなる
ことを特徴とする視差値導出装置。
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