JP2015224909A - Three-dimensional measurement device and three-dimensional measurement method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three-dimensional measurement device and a three-dimensional measurement method that can repair an omission of data while suppressing a decrease in quality of three-dimensional shape data in a limited time.SOLUTION: A three-dimensional measurement device includes: a small noise repair part (23a) which generates first loss repair information by repairing a loss included in three-dimensional information acquired by a stereo camera (11); a mask generation part (23b) which generates mask data such that a region which is not repaired in the first loss repair information is extracted; a large noise repair part (23c) which repairs a loss of the region which is not repaired in the first loss repair information using the first loss repair information and mask data; and a data composition part (23d) which generates composite loss repair information by putting the first loss repair information and second loss repair information together.

Description

本発明は、対象物をステレオカメラ又は3Dセンサにて撮影し、対象物の3次元形状データを取得する3次元計測装置及び3次元計測方法に関するものである。   The present invention relates to a three-dimensional measurement apparatus and a three-dimensional measurement method for capturing an object with a stereo camera or a 3D sensor and acquiring three-dimensional shape data of the object.

近年、ステレオカメラ又は3Dセンサ等を搭載して、対象物の3次元形状データを容易に取得可能な3次元計測装置が開発され、様々な分野で普及が進みつつある。   In recent years, a three-dimensional measuring apparatus equipped with a stereo camera, a 3D sensor, or the like and capable of easily acquiring three-dimensional shape data of an object has been developed, and is becoming popular in various fields.

従来の通常のカメラでは、画素毎の輝度情報及び色情報を2次元画像データ形式で保存できるだけであった。これに対し、3次元計測装置では、撮影対象となる人又は物までの距離を計測し、距離画像データ又は点群データ等の3次元形状データの形式で保存することができる。   A conventional ordinary camera can only store luminance information and color information for each pixel in a two-dimensional image data format. On the other hand, the three-dimensional measuring apparatus can measure the distance to a person or an object to be photographed and save it in the form of three-dimensional shape data such as distance image data or point cloud data.

3次元計測装置では、様々な理由により計測データの一部に欠落が発生することがある。この欠落を補完して3次元形状データの品質を向上させるために、幾つかの手法が提案されている。   In the three-dimensional measurement apparatus, a part of measurement data may be lost for various reasons. In order to compensate for this lack and improve the quality of the three-dimensional shape data, several methods have been proposed.

例えば、特許文献1には、人の頭部を計測する3次元形状計測装置におけるデータ欠落の補完手法が開示されている。具体的には、特許文献1に開示された3次元形状計測装置では、図13に示すように、背景にバックボード101を設置した状態で測定対象102である頭部の3次元形状を計測する。次いで、画素スキャンを行い、バックボード101の距離を有する画素と頭部の距離を有する画素との間に存在するデータ欠落領域を探索し、この画素値を補間する。これにより、頭髪部及び頭部と背景との境界付近で生じるデータの欠落を補完することができる。   For example, Patent Literature 1 discloses a data missing supplement method in a three-dimensional shape measuring apparatus that measures a human head. Specifically, in the three-dimensional shape measuring apparatus disclosed in Patent Document 1, as shown in FIG. 13, the three-dimensional shape of the head, which is the measurement object 102, is measured with the backboard 101 installed in the background. . Next, a pixel scan is performed to search for a data missing region existing between a pixel having a distance on the backboard 101 and a pixel having a head distance, and this pixel value is interpolated. As a result, it is possible to compensate for the lack of data that occurs near the head and the boundary between the head and the background.

また、非特許文献1には、画像中の欠落を修復するインペインティング(inpainting)処理と呼ばれる処理手法が開示されている。   Non-Patent Document 1 discloses a processing method called an inpainting process that repairs a missing portion in an image.

特開平11−108633号公報(1999年4月23日公開)JP 11-108633 A (published on April 23, 1999)

A.Telea, Journal of Graphic Tools 2004年発行,Vol.9, No.1: pp.25-36A.Telea, Journal of Graphic Tools 2004, Vol.9, No.1: pp.25-36 R.Szeliski,”Computer Vision: Algorithms and Applications”,Springer, 2011年発行, Chapter 11R. Szeliski, “Computer Vision: Algorithms and Applications”, Springer, 2011, Chapter 11

ところで、3次元計測装置を用いて対象物の3次元形状データを取得する場合に、ノイズ等による小さな欠落と同時に、照明のテカリやオクルージョン(Occlusion)等による大きな欠落が発生することがある。尚、照明のテカリとは、照明する角度と撮影する角度とを同じにしたときに観察できる鏡面反射による照明光の撮影画像への写り込みをいう。また、オクルージョン(Occlusion)とは、左右カメラの一方からは見えるが他方からは見えない領域をいう。   By the way, when acquiring the three-dimensional shape data of an object using a three-dimensional measuring apparatus, a large omission due to illumination shine, occlusion, or the like may occur simultaneously with a small omission due to noise or the like. Note that the illumination is the reflection of the illumination light in the captured image by specular reflection that can be observed when the illumination angle and the shooting angle are the same. Occlusion is an area that can be seen from one of the left and right cameras but not from the other.

しかしながら、従来の3次元計測装置では、この大きな欠落を、小さな欠落と同じように単純な線形補間や膨張収縮等で処理すると不自然な形状データとなってしまう。一方、大きな欠落を修復できるインペインティング処理等の高度な処理を行うと、処理後の画像の品位は高まるが、処理に要する演算量が多いため、処理時間が膨大になってしまうという問題点を有している。   However, in the conventional three-dimensional measuring apparatus, if this large omission is processed by simple linear interpolation, expansion / contraction, or the like as in the case of the small omission, unnatural shape data is obtained. On the other hand, if advanced processing such as in-painting processing that can repair large omissions is performed, the quality of the image after processing increases, but the amount of computation required for the processing is large, so the processing time becomes enormous. have.

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、限られた処理時間で3次元形状データの品質の低下を抑えながらデータの欠落を修復し得る3次元計測装置及び3次元計測方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a three-dimensional measuring apparatus capable of repairing data loss while suppressing deterioration in quality of three-dimensional shape data in a limited processing time. And providing a three-dimensional measurement method.

本発明の一態様における3次元計測装置は、上記の課題を解決するために、3次元計測情報を取得する3次元計測手段と、上記3次元計測情報に含まれる欠損を修復して第1の欠損修復情報を生成する第1の修復手段と、上記第1の欠損修復情報のうち上記第1の修復手段では修復されなかった部位を抽出したマスクデータを生成するマスクデータ生成手段と、上記第1の欠損修復情報と上記マスクデータとを用いて第1の欠損修復情報のうち上記第1の修復手段では修復されなかった部位の欠損を修復し、上記第1の欠損修復情報よりも単位計測領域当たりのデータ量が少ない第2の欠損修復情報を生成する第2の修復手段と、上記第1の欠損修復情報及び第2の欠損修復情報を合成して合成欠損修復情報を生成する合成欠損修復情報生成手段とを備えていることを特徴としている。   In order to solve the above-described problem, the three-dimensional measurement apparatus according to one aspect of the present invention is configured to restore a defect included in the three-dimensional measurement information and a three-dimensional measurement unit that acquires the three-dimensional measurement information. First repair means for generating defect repair information; mask data generation means for generating mask data in which a portion of the first defect repair information that has not been repaired by the first repair means is extracted; Using the first defect repair information and the mask data, the defect of the portion of the first defect repair information that has not been repaired by the first repair means is repaired, and unit measurement is performed more than the first defect repair information. A second defect repairing unit that generates second defect repair information with a small amount of data per region, and a synthetic defect that generates the combined defect repair information by combining the first defect repair information and the second defect repair information. Repair information generation It is characterized in that it comprises a stage.

本発明の一態様における3次元計測方法は、上記の課題を解決するために、3次元計測情報を取得する3次元計測工程と、上記3次元計測情報に含まれる欠損を修復して第1の欠損修復情報を生成する第1の修復工程と、上記第1の欠損修復情報のうち上記第1の修復工程では修復されなかった部位を抽出したマスクデータを生成するマスクデータ生成工程と、上記第1の欠損修復情報と上記マスクデータとを用いて第1の欠損修復情報のうち上記第1の修復工程では修復されなかった部位の欠損を修復し、上記第1の欠損修復情報よりも単位計測領域当たりのデータ量が少ない第2の欠損修復情報を生成する第2の修復工程と、上記第1の欠損修復情報及び第2の欠損修復情報を合成して合成欠損修復情報を生成する合成欠損修復情報生成工程とを含むことを特徴としている。   In order to solve the above-described problem, the three-dimensional measurement method according to one aspect of the present invention includes a three-dimensional measurement step of acquiring three-dimensional measurement information, and repairing a defect included in the three-dimensional measurement information. A first repair step for generating defect repair information; a mask data generation step for generating mask data in which a portion of the first defect repair information that has not been repaired in the first repair step is extracted; Using the defect repair information of 1 and the mask data, the defect of the part not repaired in the first repair process in the first defect repair information is repaired, and unit measurement is performed more than the first defect repair information. A second defect repairing step for generating second defect repair information with a small amount of data per region, and a synthetic defect for generating synthetic defect repair information by synthesizing the first defect repair information and the second defect repair information. Repair information generation It is characterized in that it comprises a degree.

本発明の一態様によれば、限られた処理時間で3次元形状データの品質の低下を抑えながらデータの欠落を修復し得る3次元計測装置及び3次元計測方法を提供するという効果を奏する。   According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a three-dimensional measurement apparatus and a three-dimensional measurement method capable of repairing data loss while suppressing deterioration in quality of three-dimensional shape data in a limited processing time.

本発明の実施形態1における3次元計測装置としての顔形状計測装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the face shape measuring apparatus as a three-dimensional measuring apparatus in Embodiment 1 of this invention. 上記顔形状計測装置の距離画像生成部での距離画像の生成動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the production | generation operation | movement of the distance image in the distance image generation part of the said face shape measuring apparatus. (a)は上記顔形状計測装置のステレオカメラにて撮影された撮影対象者の顔の左カメラ画像の一例を示す図であり、(b)は上記顔形状計測装置のステレオカメラにて撮影された撮影対象者の顔の右カメラ画像の一例を示す図であり、(c)は上記顔形状計測装置の距離画像生成部にて生成された距離画像を示す図であり、(d)は上記顔形状計測装置の照明装置により投射テクスチャとしてランダムな2次元ドットパターンを付与してステレオカメラにて撮影された撮影対象者の顔の左カメラ画像の一例を示す図であり、(e)は上記顔形状計測装置の照明装置により投射テクスチャとしてランダムな2次元ドットパターンを付与してステレオカメラにて撮影された撮影対象者の顔の右カメラ画像の一例を示す図である。(A) is a figure which shows an example of the left camera image of the to-be-photographed person's face image | photographed with the stereo camera of the said face shape measuring apparatus, (b) is image | photographed with the stereo camera of the said face shape measuring apparatus. It is a figure which shows an example of the right camera image of the image | photographing subject's face, (c) is a figure which shows the distance image produced | generated in the distance image generation part of the said face shape measuring apparatus, (d) is the said It is a figure which shows an example of the left camera image of a to-be-photographed person's face image | photographed with the stereo camera, giving a random two-dimensional dot pattern as a projection texture with the illuminating device of a face shape measuring apparatus, (e) It is a figure which shows an example of the right camera image of a to-be-photographed person's face image | photographed with the stereo camera, providing a random 2-dimensional dot pattern as a projection texture with the illuminating device of a face shape measuring apparatus. 上記顔形状計測装置の修復部における修復動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the restoration operation | movement in the restoration part of the said face shape measuring apparatus. (a)は上記顔形状計測装置の距離画像生成部にて生成された距離画像の一例を示す図であり、(b)は上記顔形状計測装置の修復部における小ノイズ修復部にて修復された小ノイズ修復距離画像の一例を示す図である。(A) is a figure which shows an example of the distance image produced | generated in the distance image generation part of the said face shape measuring apparatus, (b) is restored by the small noise restoration part in the restoration part of the said face shape measuring apparatus. It is a figure which shows an example of the small noise repair distance image. (a)は上記顔形状計測装置の修復部におけるマスク生成部にて生成されたマスク画像の一例を示す図であり、(b)は上記顔形状計測装置の修復部における大ノイズ修復部にて修復された大ノイズ修復距離画像の一例を示す図である。(A) is a figure which shows an example of the mask image produced | generated by the mask production | generation part in the restoration part of the said face shape measurement apparatus, (b) is a large noise restoration part in the restoration part of the said face shape measurement apparatus It is a figure which shows an example of the repaired large noise repair distance image. (a)は上記顔形状計測装置の距離画像から生成したマスク画像の一例を示す図であり、(b)は上記顔形状計測装置の小ノイズ修復距離画像から生成したマスク画像の一例を示す図である。(A) is a figure which shows an example of the mask image produced | generated from the distance image of the said face shape measuring apparatus, (b) is a figure which shows an example of the mask image produced | generated from the small noise repair distance image of the said face shape measuring apparatus. It is. (a)は上記顔形状計測装置のマスク生成部において、膨張処理を省略して生成したマスク画像の一例を示す鼻部拡大図であり、(b)膨張処理を実施して生成したマスク画像の一例を示す鼻部拡大図である。(A) is a nose enlarged view showing an example of a mask image generated by omitting the expansion process in the mask generation unit of the face shape measuring apparatus, and (b) a mask image generated by performing the expansion process. It is a nose part enlarged view which shows an example. (a)は上記顔形状計測装置のマスク画像Aの一例を示す図であり、(b)は上記顔形状計測装置のマスク画像Bの一例を示す図であり、(c)は(a)に示すマスク画像Aを用いて合成処理を行った場合の3次元データを示す図であり、(d)は(b)に示すマスク画像Bを用いて合成処理を行った場合の3次元データを示す図である。(A) is a figure which shows an example of the mask image A of the said face shape measuring apparatus, (b) is a figure which shows an example of the mask image B of the said face shape measuring apparatus, (c) is a figure in (a). It is a figure which shows the three-dimensional data at the time of performing a synthetic | combination process using the shown mask image A, (d) shows the three-dimensional data at the time of performing a synthetic | combination process using the mask image B shown in (b). FIG. (a)は上記顔形状計測装置の距離画像生成部にて生成された距離画像の一例を示す図であり、(b)は上記顔形状計測装置の修復部における小ノイズ修復部にて修復された小ノイズ修復距離画像の一例を示す図であり、(c)は上記顔形状計測装置の修復部におけるデータ合成部にて合成された修復距離画像の一例を示す図であり、(d)は(d)は(a)に示す距離画像を用いて合成処理を行った場合の3次元データを示す図であり、(e)は(b)に示す小ノイズ修復距離画像を用いて合成処理を行った場合の3次元データを示す図であり、(f)は(c)に示す修復距離画像を用いて合成処理を行った場合の3次元データを示す図である。(A) is a figure which shows an example of the distance image produced | generated in the distance image generation part of the said face shape measuring apparatus, (b) is restored by the small noise restoration part in the restoration part of the said face shape measuring apparatus. Is a diagram showing an example of a small noise repair distance image, (c) is a diagram showing an example of a repair distance image synthesized by the data synthesis unit in the repair unit of the face shape measuring device, (d) (D) is a figure which shows the three-dimensional data at the time of performing a synthetic | combination process using the distance image shown to (a), (e) is a figure which performs a synthetic | combination process using the small noise repair distance image shown to (b). It is a figure which shows the three-dimensional data at the time of performing, (f) is a figure which shows the three-dimensional data at the time of performing a synthetic | combination process using the repair distance image shown to (c). 本発明の実施形態2における3次元計測装置としての身体形状計測装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the body shape measuring apparatus as a three-dimensional measuring apparatus in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施形態3における3次元計測装置としての監視カメラ装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the monitoring camera apparatus as a three-dimensional measuring apparatus in Embodiment 3 of this invention. 従来の3次元計測装置を示す図である。It is a figure which shows the conventional three-dimensional measuring apparatus.

〔実施の形態1〕
本発明の一実施形態について図1〜図10に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
[Embodiment 1]
One embodiment of the present invention is described below with reference to FIGS.

本実施の形態の3次元計測装置としての顔形状計測装置は、多数の人の顔を撮影し、その3次元形状データを取得するための装置である。   The face shape measuring device as the three-dimensional measuring device of the present embodiment is a device for photographing a large number of human faces and acquiring the three-dimensional shape data.

本実施の形態の3次元計測装置としての顔形状計測装置1の構成について、図1に基づいて説明する。図1は、本実施の形態における顔形状計測装置1の構成を示すブロック図である。   A configuration of a face shape measuring apparatus 1 as a three-dimensional measuring apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a face shape measuring apparatus 1 according to the present embodiment.

本実施の形態の顔形状計測装置1は、図1に示すように、3次元計測手段としてのステレオカメラ11、照明装置12、データ処理回路20、データ表示部13、及びデータ保存部14から構成されている。   As shown in FIG. 1, the face shape measuring apparatus 1 according to the present embodiment includes a stereo camera 11 as a three-dimensional measuring unit, an illumination device 12, a data processing circuit 20, a data display unit 13, and a data storage unit 14. Has been.

ステレオカメラ11は、図示しない左カメラ及び右カメラの2つのカメラを所定の距離(基線長)だけ離して配置したものであり、撮影対象である撮影対象者の顔Fの顔画像データを取得するために、顔形状計測装置1の前方に配置されている。   The stereo camera 11 is a camera in which two cameras, a left camera and a right camera (not shown) are arranged apart from each other by a predetermined distance (base line length), and acquires face image data of the face F of the subject to be photographed. Therefore, it is arranged in front of the face shape measuring apparatus 1.

照明装置12は小型のプロジェクターつまり投光装置であり、撮影時に撮影対象者の顔Fに対して所定の投射パターンを含む照明光を照射することができる。   The illuminating device 12 is a small projector, that is, a light projecting device, and can irradiate illumination light including a predetermined projection pattern onto the face F of the subject to be photographed at the time of photographing.

データ処理回路20は、ステレオカメラ11が取得した3次元画像データを処理して3次元画像情報を取得するための回路基板であり、制御部21、距離画像生成部22、修復部23、及びデータ変換部24の各ブロックから構成される。修復部23は、第1の修復手段としての小ノイズ修復部23a、マスクデータ生成手段としてのマスク生成部23b、第2の修復手段としての大ノイズ修復部23c、合成欠損修復情報生成手段としてのデータ合成部23dの各サブブロックからなっている。これらのブロック及びサブブロックは、回路基板上にそれぞれ独立した専用の処理回路として配置することができる。或いは、共通の演算装置を用いて、それぞれをプログラム上のサブルーチンとして実装することも可能である。   The data processing circuit 20 is a circuit board for processing the 3D image data acquired by the stereo camera 11 to acquire 3D image information, and includes a control unit 21, a distance image generation unit 22, a restoration unit 23, and data Each block of the conversion unit 24 is configured. The repair unit 23 includes a small noise repair unit 23a as a first repair unit, a mask generation unit 23b as a mask data generation unit, a large noise repair unit 23c as a second repair unit, and a combined defect repair information generation unit. It consists of sub-blocks of the data synthesizer 23d. These blocks and sub-blocks can be arranged as independent dedicated processing circuits on the circuit board. Alternatively, each can be implemented as a subroutine on a program using a common arithmetic unit.

本実施の形態の顔形状計測装置1は、取得した距離画像データに含まれる大小の欠損を、修復部23を用いて修復することを特徴としている。この修復部23の動作については後述する。   The face shape measuring apparatus 1 according to the present embodiment is characterized in that large and small defects included in the acquired distance image data are repaired using the repair unit 23. The operation of the restoration unit 23 will be described later.

データ表示部13は、液晶ディスプレイ等の表示装置であり、計測によって得られる撮影対象者の顔Fの3次元形状データを画面に表示することができる。また、データ保存部14は、顔の3次元形状データを保存し、必要に応じてそれらを取り出したり、図示しない通信回線を経由して外部に送信したりすることができる。   The data display unit 13 is a display device such as a liquid crystal display, and can display 3D shape data of the face F of the person to be photographed obtained by measurement on the screen. Further, the data storage unit 14 can store the three-dimensional shape data of the face, and can extract them as needed or transmit them to the outside via a communication line (not shown).

データ処理回路20の制御部21は、ステレオカメラ11、照明装置12、距離画像生成部22、修復部23、データ表示部13及びデータ保存部14に接続されており、これら各部との間で制御信号を送受信すること等によって全体の制御を行う。   The control unit 21 of the data processing circuit 20 is connected to the stereo camera 11, the illumination device 12, the distance image generation unit 22, the restoration unit 23, the data display unit 13, and the data storage unit 14, and controls between these units. The entire control is performed by transmitting and receiving signals.

上記構成を備えた顔形状計測装置1の顔形状計測処理の詳細について、図2及び図3の(a)〜(e)に基づいて説明する。図2は、顔形状計測装置1の距離画像生成部22での距離画像の生成動作を示すフローチャートである。図3の(a)は、顔形状計測装置1のステレオカメラ11にて撮影された撮影対象者の顔Fの左カメラ画像31Lの一例を示す図である。図3の(b)は、顔形状計測装置1のステレオカメラ11にて撮影された撮影対象者の顔Fの右カメラ画像31Rの一例を示す図である。図3の(c)は、顔形状計測装置1の距離画像生成部22にて生成された距離画像34を示す図である。図3の(d)は、照明装置12により投射テクスチャとしてランダムな2次元ドットパターンを付与して撮影された撮影対象者の顔Fの左カメラ画像31Lの一例を示す図である。図3の(e)は、照明装置12により投射テクスチャとしてランダムな2次元ドットパターンを付与して撮影された撮影対象者の顔Fの右カメラ画像31Rの一例を示す図である。   Details of the face shape measurement process of the face shape measuring apparatus 1 having the above-described configuration will be described based on FIGS. 2 and 3A to 3E. FIG. 2 is a flowchart showing a distance image generating operation in the distance image generating unit 22 of the face shape measuring apparatus 1. FIG. 3A is a diagram illustrating an example of the left camera image 31L of the face F of the person to be photographed photographed by the stereo camera 11 of the face shape measuring apparatus 1. FIG. 3B is a diagram illustrating an example of the right camera image 31R of the face F of the person to be photographed, which is photographed by the stereo camera 11 of the face shape measuring apparatus 1. FIG. 3C is a diagram illustrating the distance image 34 generated by the distance image generation unit 22 of the face shape measuring apparatus 1. FIG. 3D is a diagram illustrating an example of the left camera image 31L of the face F of the person to be photographed, which is photographed by the lighting device 12 with a random two-dimensional dot pattern as a projection texture. (E) of FIG. 3 is a figure which shows an example of the right camera image 31R of the to-be-photographed person's face F image | photographed by providing the random two-dimensional dot pattern as a projection texture with the illuminating device 12. FIG.

まず、顔形状計測装置1に撮影対象者の顔Fが正対した状態で、ステレオカメラ11による顔画像の撮影を行う。ステレオカメラ11を構成する図示しない左カメラ及び右カメラは、それぞれ小型のCMOSイメージセンサと集光用のレンズと画像信号処理用のDSP(Digital Signal Processor)が組み合わされたカメラモジュールである。このカメラモジュールは、外部から設定を変更することによって、画素間引き又は画素補間を行い、撮影時よりも低い画素数にて出力することが可能になっている。本実施の形態では、カメラモジュールの総画素数は、例えば、横2592画素×縦1944画素=約500万画素であり、画素の間引きを行うことによって横1280画素×縦960画素の画像サイズで出力している。ただし、必ずしもこのサイズに限定されない。   First, a face image is taken by the stereo camera 11 with the face F of the subject to be photographed facing the face shape measuring apparatus 1. A left camera and a right camera (not shown) constituting the stereo camera 11 are camera modules each combining a small CMOS image sensor, a condensing lens, and a DSP (Digital Signal Processor) for image signal processing. This camera module can perform pixel thinning or pixel interpolation by changing the setting from the outside, and can output with a lower number of pixels than during shooting. In this embodiment, the total number of pixels of the camera module is, for example, horizontal 2592 pixels × vertical 1944 pixels = approximately 5 million pixels, and is output with an image size of horizontal 1280 pixels × vertical 960 pixels by performing pixel thinning. doing. However, it is not necessarily limited to this size.

また、本実施の形態のカメラモジュールには、「静止画モード」と「動画モード」との2つのモードが存在し、外部から切り替え可能となっている。「静止画モード」では、所定のタイミングで1枚だけ画像を撮影し、画像データを出力する。一方、「動画モード」では、所定の周期で連続的に画像を撮影して画像データを出力することが可能になっている。尚、本実施の形態のステレオカメラ11に対しては、キャリブレーションと呼ばれる手順により、カメラの焦点距離等のパラメータ又はレンズの歪みデータ等を含む後述するカメラキャリブレーションデータD0が予め取得されている。このカメラキャリブレーションデータD0は、顔形状計測装置1内部のデータ保存部14に記憶されている。   Further, the camera module of the present embodiment has two modes, “still image mode” and “moving image mode”, which can be switched from the outside. In the “still image mode”, only one image is taken at a predetermined timing, and image data is output. On the other hand, in the “moving image mode”, it is possible to continuously capture images at a predetermined cycle and output image data. For the stereo camera 11 of the present embodiment, camera calibration data D0, which will be described later, including parameters such as camera focal length, lens distortion data, and the like is acquired in advance by a procedure called calibration. . The camera calibration data D0 is stored in the data storage unit 14 inside the face shape measuring apparatus 1.

顔画像の撮影時には、制御部21からステレオカメラ11の図示しない左カメラ及び右カメラ、並びに照明装置12に同期信号が送信される。この同期信号に伴って照明装置12が顔に対し投射光を照射し、ステレオカメラ11の2つのカメラが同一のタイミングで撮影を行う。これにより、図2に示すように、左カメラ画像31L及び右カメラ画像31Rが得られる。左カメラ画像31L及び右カメラ画像31Rの一例を、図3の(a)(b)にそれぞれ示す。尚、本実施の形態の図の画像では、撮影対象者である人の顔Fとしてマネキン頭部を撮影対象とし、画像周辺の不要な領域の一部をトリミングしている。   At the time of photographing a face image, a synchronization signal is transmitted from the control unit 21 to the left camera and right camera (not shown) of the stereo camera 11 and the illumination device 12. Along with this synchronization signal, the illumination device 12 irradiates the face with projection light, and the two cameras of the stereo camera 11 shoot at the same timing. Thereby, as shown in FIG. 2, the left camera image 31L and the right camera image 31R are obtained. An example of the left camera image 31L and the right camera image 31R is shown in FIGS. In the image of the present embodiment, the mannequin head is a subject to be photographed as the face F of the person who is the subject of photographing, and a part of an unnecessary area around the image is trimmed.

ステレオカメラ11が撮影したこれらの画像データは、距離画像生成部22に送られる。   These image data captured by the stereo camera 11 are sent to the distance image generation unit 22.

距離画像生成部22では、まず、ステレオ平行化と呼ばれる処理を行う(S1)。ステレオ平行化は、後の対応点探索を行う場合に都合がよいように、レンズの収差等に起因する画像の歪みを除去し、さらに左カメラ画像31L及び右カメラ画像31Rの縦(上下)方向の位置を揃える処理である。この処理は、顔形状計測装置1内部に予め記憶されているカメラキャリブレーションデータD0から得られる係数を用いて演算することにより行われる。このステレオ平行化処理により、平行化後左カメラ画像32L及び平行化後右カメラ画像32Rが得られる。   The distance image generation unit 22 first performs a process called stereo parallelization (S1). Stereo parallelization removes image distortion caused by lens aberration and the like, and is further convenient in the case of searching for corresponding points later, and further, in the vertical (vertical) direction of the left camera image 31L and the right camera image 31R. This is a process of aligning the positions of. This process is performed by calculating using a coefficient obtained from camera calibration data D0 stored in advance in the face shape measuring apparatus 1. By this stereo parallelization processing, a parallelized left camera image 32L and a parallelized right camera image 32R are obtained.

次に、この2つの画像に対してエッジ強調フィルタ等のプレフィルタが施され、照明の違い等による左右画像間のレベル差が補正される(S2)。その後、左右画像間で対応点探索処理が実施される(S3)。対応点探索処理では、平行化後左カメラ画像32Lを基準として、平行化後左カメラ画像32Lの画素毎に平行化後右カメラ画像32Rの画素から対応する画素を探索する。これにより、対応点同士の画素ずれ量、すなわち視差値を求めることができる。これを平行化後左カメラ画像32Lの全画素について行うことによって、視差値を画素の濃淡(グレースケール)で表した画像が得られる。この画像に、対応点が得られなかった画素を、無効データを表す画素値にて埋める等のポストフィルタ処理が施され(S4)、その結果として、左カメラ基準の視差画像33が得られる。   Next, a pre-filter such as an edge enhancement filter is applied to the two images, and a level difference between the left and right images due to a difference in illumination is corrected (S2). Thereafter, corresponding point search processing is performed between the left and right images (S3). In the corresponding point search process, with reference to the parallelized left camera image 32L, the corresponding pixel is searched for from the pixels of the parallelized right camera image 32R for each pixel of the parallelized left camera image 32L. Thereby, a pixel shift amount between corresponding points, that is, a parallax value can be obtained. By performing this operation for all the pixels of the left camera image 32L after parallelization, an image in which the parallax value is expressed in shades of pixels (grayscale) is obtained. This image is subjected to post-filtering processing such as filling a pixel for which no corresponding point is obtained with a pixel value representing invalid data (S4), and as a result, a parallax image 33 based on the left camera is obtained.

ステレオカメラ11においては、計測対象となる点までの距離が遠い程、左右画像間の視差が大きくなる。このため、予め、カメラキャリブレーションデータD0が分かっていれば、視差値を距離に一意に変換することができる。このような視差−距離変換を行う(S5)ことによって(S5)、左カメラ基準の距離画像34を生成することができる。   In the stereo camera 11, the greater the distance to the point to be measured, the greater the parallax between the left and right images. For this reason, if the camera calibration data D0 is known in advance, the parallax value can be uniquely converted into a distance. By performing such parallax-distance conversion (S5) (S5), the distance image 34 based on the left camera can be generated.

このような距離画像生成部22による距離画像生成処理は、回路基板上のFPGAやASIC等のハードウェアで行うこともできる。或いは、画像処理プログラムとしてソフトウェア的に行うこともできる。上記で説明した距離画像生成手法の詳細については、例えば非特許文献2に解説されている。   Such distance image generation processing by the distance image generation unit 22 can also be performed by hardware such as FPGA or ASIC on the circuit board. Alternatively, it can be performed as software as an image processing program. The details of the distance image generation method described above are described in Non-Patent Document 2, for example.

このようにして、距離画像生成部22にて距離画像34が生成される。実際に生成した距離画像を、図3の(c)に示す。本実施の形態の距離画像34では、短距離程白く、距離が遠い程。黒い画素値で表現されている。また、本実施の形態では、左カメラを基準にして平行化後左カメラ画像32Lに対する平行化後右カメラ画像32Rの視差を求めているため、得られる距離画像34の視野範囲は、平行化後左カメラ画像32Lの視野範囲と同じになる。すなわち、距離画像34内のある画素に対応する平行化後左カメラ画像32Lの画素は、画像上の同じ位置に存在する。   In this way, the distance image 34 is generated by the distance image generator 22. The actually generated distance image is shown in FIG. In the distance image 34 of the present embodiment, the shorter the distance, the whiter the distance, the farther the distance. Expressed with black pixel values. In the present embodiment, since the parallax of the right camera image 32R after parallelization with respect to the left camera image 32L after parallelization is obtained with reference to the left camera, the visual field range of the obtained distance image 34 is after parallelization. It becomes the same as the visual field range of the left camera image 32L. That is, the pixel in the parallelized left camera image 32L corresponding to a certain pixel in the distance image 34 exists at the same position on the image.

尚、顔の表面に濃淡の変化が乏しい場合、上記の単純な対応点探索では左カメラ画像31L及び右カメラ画像31Rの対応点が得られない場合がある。その場合、照明装置12から単純な照明光を投射する代わりに、適当なテクスチャを含む照明光を撮影対象者の顔Fに向けて投射し、対応点探索の手掛かりとなる濃淡の変化を強制的に付与することができる。投射テクスチャとしてランダムな2次元ドットパターンを付与して撮影した左右画像を図3の(d)(e)に示す。被写体の状況に応じて、テクスチャ投射あり/なしを切り替えたり、投射あり/なしで撮影した画像データを併用して距離画像を生成したりすることができる。また、投射光として赤外光を使用し、可視光と赤外光との波長分離により投射あり/なしの画像を同時に取得することも可能である。   Note that when the change in shading is scarce on the face surface, the corresponding points of the left camera image 31L and the right camera image 31R may not be obtained by the above simple corresponding point search. In that case, instead of projecting simple illumination light from the illumination device 12, illumination light including an appropriate texture is projected toward the face F of the subject to be photographed to forcibly change the light and shade as a clue to search for corresponding points. Can be granted. Left and right images taken with a random two-dimensional dot pattern applied as the projection texture are shown in FIGS. Depending on the condition of the subject, it is possible to switch with / without texture projection, or to generate a distance image using image data taken with / without projection. It is also possible to simultaneously acquire images with and without projection by using infrared light as projection light and wavelength separation between visible light and infrared light.

本実施の形態における左カメラ画像31L及び右カメラ画像31Rは、1画素当たり8bitつまり256段階(諧調)のビット深度を有する。対応点探索の結果得られる視差画像33は、通常は1画素単位のずれ量で表わされる。しかし、本実施の形態の対応点探索処理では、対応点の探索後に補間処理を行うことによって、1画素よりも細かいサブピクセル単位で視差を計算している。その結果、視差画像33及びそれを変換して得られる距離画像34は、1画素当たり16bitのビット深度を有する。本実施の形態の距離画像34の距離値は、左カメラのレンズ主点を原点とし、カメラ光軸に沿って奥行き方向を正方向として、0.1mm単位で0(=0mm)から9998(=999.8mm)までの値をとる。   The left camera image 31L and the right camera image 31R in this embodiment have a bit depth of 8 bits per pixel, that is, 256 levels (gradation). The parallax image 33 obtained as a result of the corresponding point search is usually represented by a shift amount in units of one pixel. However, in the corresponding point search process of the present embodiment, the parallax is calculated in units of sub-pixels smaller than one pixel by performing an interpolation process after searching for the corresponding points. As a result, the parallax image 33 and the distance image 34 obtained by converting the parallax image 33 have a bit depth of 16 bits per pixel. The distance value of the distance image 34 according to the present embodiment is set to 0 (= 0 mm) to 9998 (= 0.1 mm units) with the lens principal point of the left camera as the origin and the depth direction along the camera optical axis as the positive direction. Values up to 999.8 mm).

上記の対応点探索の過程において、様々な理由により左右画像の対応点が見出されないことがある。例えば、画像内の散発的なノイズ、或いは偶然に対応点が画素と画素との間に存在する場合等に、1画素から数画素単位の小さな計測不能画素が発生する。これを以下では「小ノイズ(小欠損)」と呼ぶ。これとは別に、照明光の不足による不明瞭、照明光過剰による白飛び、照明光のテカリ、さらにはステレオカメラ11のオクルージョン(Occlusion)等により数画素から数十画素単位のまとまった計測不能画素の集合が発生することがある。この画素の集合を、以下では「大ノイズ(大欠損)」と呼ぶ。尚、照明光のテカリとは、照明する角度と撮影する角度とを同じにしたときに観察できる鏡面反射による照明光の撮影画像への写り込みをいう。また、また、ステレオカメラ11のオクルージョン(Occlusion)とは、左右カメラの一方からは見えるが他方からは見えない領域をいう。   In the process of searching for corresponding points, the corresponding points of the left and right images may not be found for various reasons. For example, small non-measurable pixels of one pixel to several pixels occur when sporadic noise in an image or when a corresponding point happens to exist between pixels. This is hereinafter referred to as “small noise (small defect)”. Apart from this, unclearness due to lack of illumination light, overexposure due to excess illumination light, shine of illumination light, and occlusion of the stereo camera 11, etc., together with non-measurable pixels in units of several to several tens of pixels May occur. Hereinafter, this set of pixels is referred to as “large noise”. Note that the illuminance of illumination light refers to reflection of illumination light in a captured image by specular reflection that can be observed when the illumination angle and the shooting angle are the same. In addition, the occlusion of the stereo camera 11 refers to an area that can be seen from one of the left and right cameras but not from the other.

本実施の形態では、これらの小ノイズ及び大ノイズの画素のうち、明確に計測不能、つまり対応点が見出されない場合は異常値を示す9999の値が割り当てられる。しかし、ノイズ領域であっても、対応点探索において偶然に無関係な画素に対応点が見出されてしまうことがあり、その場合は異常値ではなく有効な距離値(ただし、周囲のノイズでない画素の距離値からは外れた値)が割り当てられることになる。   In the present embodiment, among these small noise and large noise pixels, a value of 9999 indicating an abnormal value is assigned when measurement is clearly impossible, that is, when no corresponding point is found. However, even in a noise region, a corresponding point may be found by chance in an irrelevant pixel in the corresponding point search. In this case, an effective distance value (but not a surrounding noise pixel) is not an abnormal value. A value deviating from the distance value).

このように、距離画像生成部22にて得た距離画像34には大小のノイズ成分が含まれている。このまま距離画像34から3次元形状データを求めると、ノイズのために非常に精度の低いデータが得られてしまう恐れがある。これを防止するため、本実施の形態の顔形状計測装置1では、修復部23によって距離画像34に含まれるノイズの修復処理を施すことを特徴としている。   As described above, the distance image 34 obtained by the distance image generation unit 22 includes large and small noise components. If the three-dimensional shape data is obtained from the distance image 34 as it is, data with very low accuracy may be obtained due to noise. In order to prevent this, the face shape measuring apparatus 1 according to the present embodiment is characterized in that the restoration unit 23 performs a restoration process for noise included in the distance image 34.

上記修復部23での修復処理の詳細について、図1、図4及び図5の(a)(b)に基づいて、説明する。図4は、本実施の形態の顔形状計測装置1における修復部23の修復動作を示すフローチャートである。図5の(a)は、顔形状計測装置1の距離画像生成部22にて生成された距離画像34の一例を示す図である。図5の(b)は、顔形状計測装置1の修復部23における小ノイズ修復部23aにて修復された小ノイズ修復距離画像41の一例を示す図である。   Details of the repair process in the repair unit 23 will be described with reference to FIGS. 1, 4 and 5A and 5B. FIG. 4 is a flowchart showing the repair operation of the repair unit 23 in the face shape measuring apparatus 1 of the present embodiment. FIG. 5A is a diagram illustrating an example of the distance image 34 generated by the distance image generation unit 22 of the face shape measuring apparatus 1. FIG. 5B is a diagram illustrating an example of the small noise repair distance image 41 repaired by the small noise repair unit 23 a in the repair unit 23 of the face shape measuring apparatus 1.

図1に示す修復部23内の小ノイズ修復部23aでは、図4に示すように、距離画像34に対し膨張処理(S11)及び収縮処理(S12)を連続して施す。これらは、本発明の第1の修復手段に相当する。膨張処理及び収縮処理は、画像のモルフォロジー処理の一種である。膨張処理では、注目画素の画素値がそれを囲む周囲画素の中で最大の画素値で置き換えられる。一方、収縮処理では、逆に、注目画素の画素値がそれを囲む周囲画素の中で最小の画素値で置き換えられる。この膨張処理と収縮処理とを連続して適用することによって、周囲よりも大きい画素値又は小さい画素値を有する孤立した画素が周囲の画素値で埋められることになる。その結果、距離画像34内の計測不能値を含む比較的小さなノイズ(以下ではこれを「小ノイズ」と呼ぶ)画素値が除去され、小ノイズ修復距離画像41が得られる。図5の(a)に示す距離画像34に対し小ノイズ修復を行って得られる小ノイズ修復距離画像41を、図5の(b)に示す。   In the small noise restoration unit 23a in the restoration unit 23 shown in FIG. 1, the expansion process (S11) and the contraction process (S12) are successively performed on the distance image 34, as shown in FIG. These correspond to the first repairing means of the present invention. The expansion process and the contraction process are a kind of image morphology process. In the expansion process, the pixel value of the target pixel is replaced with the maximum pixel value among the surrounding pixels surrounding it. On the other hand, in the contraction process, on the contrary, the pixel value of the target pixel is replaced with the minimum pixel value among the surrounding pixels surrounding it. By continuously applying the expansion process and the contraction process, an isolated pixel having a pixel value larger or smaller than that of the surrounding area is filled with the surrounding pixel value. As a result, a relatively small noise (hereinafter referred to as “small noise”) pixel value including an unmeasurable value in the distance image 34 is removed, and a small noise repair distance image 41 is obtained. FIG. 5B shows a small noise repair distance image 41 obtained by performing small noise repair on the distance image 34 shown in FIG.

図5の(b)の小ノイズ修復距離画像41では、図5の(a)の距離画像34に含まれる細かなノイズ成分が修復されていることが分かる。しかし、鼻の両脇等に存在する比較的大きなノイズ部分は、上記の処理では修復されず、残ったままとなっている。   In the small noise repair distance image 41 of FIG. 5B, it can be seen that fine noise components included in the distance image 34 of FIG. 5A are repaired. However, relatively large noise portions present on both sides of the nose are not repaired by the above processing and remain.

尚、小ノイズ修復距離画像41は16bitのビット深度を有するが、図5の(b)では、16bitを8bitに変換した上で諧調をグレースケールで表現したものを表示している。以下で説明する16bitのビット深度の画像についても同様である。   The small noise repair distance image 41 has a bit depth of 16 bits. In FIG. 5B, the tone is expressed in gray scale after converting 16 bits to 8 bits. The same applies to an image having a 16-bit bit depth described below.

また、本実施の形態では、第1の修復手段が行う小ノイズの除去のための画像処理として、膨張処理及び収縮処理を用いた。しかし、膨張処理及び収縮処理と同様の比較的簡便に適用可能な画像処理として、線形補間フィルタやMedianフィルタ等が存在する。このため、必要に応じて膨張収縮処理の代わりにこれらの処理を用いても構わない。また、小ノイズの大きさによっては、膨張処理及び収縮処理を1回だけでなく、例えば膨張−膨張−収縮−収縮のように、2回連続して適用し、2倍の大きさのノイズを除去することも可能である。   In this embodiment, expansion processing and contraction processing are used as image processing for removing small noise performed by the first restoration means. However, there are a linear interpolation filter, a median filter, and the like as image processing that can be applied relatively easily as in the expansion processing and the contraction processing. For this reason, you may use these processes instead of the expansion / contraction process as needed. Also, depending on the magnitude of the small noise, the expansion process and the contraction process are not only applied once, but are applied twice in succession, for example, expansion-expansion-contraction-contraction, and noise twice as large is applied. It is also possible to remove it.

次に、修復部23内のマスク生成部23bでは、小ノイズ修復距離画像41をベースにしてマスク画像を生成する。この場合、まず、小ノイズ修復距離画像41に平滑化フィルタを適用し(S21)、これと適用前の画像との差分を取って差分画像を得る(S22)。この差分画像では、原画像の画素値の局所的な変化の度合いが大きい部分程高い値になっており、小さい程0に近い値となっている。このため、これに平滑化フィルタを適用した後に(S24)、適当な閾値によって2値化する(S25)。これによって、原画像の画素値の変化の度合いが大きいところは白(画素値最高)となり、少ないところは黒(画素値最低)となるような2値化画像が得られる。これを「マスク画像A42a」と呼ぶ。また、この画像に対しさらに再度平滑化フィルタを適用して(S26)、マスク画像B42bを得る。   Next, the mask generation unit 23b in the repair unit 23 generates a mask image based on the small noise repair distance image 41. In this case, first, a smoothing filter is applied to the small noise repair distance image 41 (S21), and a difference image is obtained by taking the difference between this and the image before application (S22). In this difference image, the portion where the degree of local change in the pixel value of the original image is larger is higher, and the smaller the value is, the closer to 0 is. For this reason, after applying a smoothing filter to this (S24), it binarizes with a suitable threshold value (S25). As a result, a binarized image is obtained in which when the degree of change in the pixel value of the original image is large, white (pixel value is the highest), and when the degree of change is black (pixel value is the lowest). This is called “mask image A42a”. Further, a smoothing filter is applied again to this image (S26), and a mask image B42b is obtained.

このうち、マスク画像A42aは、大ノイズ修復部23cにおいて、インペインティング(inpainting)処理による大ノイズ修復時のマスクとして用いられる。一方、マスク画像B42bは、データ合成部23dにおいて大ノイズ修復画像と小ノイズ修復画像との合成を行う際に、両者の合成比を決定するのに用いられる。   Among these, the mask image A42a is used as a mask at the time of large noise restoration by the inpainting process in the large noise restoration unit 23c. On the other hand, the mask image B42b is used to determine a combination ratio between the large noise repaired image and the small noise repaired image in the data combining unit 23d.

続いて、修復部23内の大ノイズ修復部23cは、小ノイズ修復部23aにて得られる小ノイズ修復距離画像41及びマスク生成部23bにて得られるマスク画像A42aから、膨張処理及び収縮処理では取りきれない大ノイズの修復を行う。   Subsequently, the large noise restoration unit 23c in the restoration unit 23 performs expansion processing and contraction processing from the small noise restoration distance image 41 obtained by the small noise restoration unit 23a and the mask image A42a obtained by the mask generation unit 23b. Repair large noise that cannot be removed.

まず、大ノイズ修復部23cでは、小ノイズ修復距離画像41のビット深度を16bitから8bitに変換する(S31)。そして、8bit精度に変換した画像に対し、インペインティング処理と呼ばれる手法によって大ノイズの修復が行われ(S32)、大ノイズ修復距離画像43が出力される。   First, the large noise restoration unit 23c converts the bit depth of the small noise restoration distance image 41 from 16 bits to 8 bits (S31). Then, the image converted to 8-bit accuracy is repaired with a large noise by a method called inpainting processing (S32), and a large noise repair distance image 43 is output.

ここで、マスク画像A42a一例を図6の(a)に示すと共に、大ノイズ修復距離画像43の一例を図6の(b)に示す。図6の(b)の大ノイズ修復距離画像43では、図5の(b)に示す小ノイズ修復距離画像41では除去しきれず残っていた鼻の両脇等の大きなノイズが、ほぼ修復されていることが分かる。   Here, an example of the mask image A42a is shown in FIG. 6A, and an example of the large noise repair distance image 43 is shown in FIG. 6B. In the large noise repair distance image 43 of FIG. 6B, large noises such as both sides of the nose that could not be removed in the small noise repair distance image 41 shown in FIG. 5B are almost repaired. I understand that.

インペインティング処理は、画像の中に欠損が含まれており、その欠損領域の位置が分かっているときに、欠損領域の周囲の画素情報を用いて欠損領域内部の画素の値を復元する処理である。具体的な処理手順は、非特許文献1等に記載されているが、欠損領域の境界に近い画素から順に、画素値の変化の連続性の条件を用いて、隣接する画素値が滑らかに繋がるように画素値を順に修復することを特徴としている。したがって、例えば人の顔や体、自然物の形状等のように、表面が滑らかであることが分かっている物体の表面形状の修復に適している。   The inpainting process is a process that uses the pixel information around the defect area to restore the pixel values inside the defect area when the image contains a defect and the position of the defect area is known. It is. The specific processing procedure is described in Non-Patent Document 1, etc., but adjacent pixel values are smoothly connected in order from the pixel closest to the boundary of the missing region using the continuity condition of the pixel value change. Thus, the pixel values are restored in order. Therefore, it is suitable for repairing the surface shape of an object whose surface is known to be smooth, such as the shape of a human face, body, or natural object.

大ノイズの修復処理方法として、ここで述べたインペインティング処理の代わりに例えば線形補間処理を用いた場合、修復部分の境界で不連続な画素値の変化が残るため、修復後の画像は不自然な画像となってしまう。インペインティング処理を用いると、前述のように滑らかに修復することができるため、自然な修復距離画像を得ることができる。尚、上記と同様の効果が得られるのであれば、インペインティング処理以外の修復処理方法を適用することも可能である。   If a linear interpolation process is used instead of the in-painting process described here as a method for repairing large noise, discontinuous pixel value changes remain at the boundary of the repaired part, and the repaired image is not correct. It becomes a natural image. When the inpainting process is used, the image can be restored smoothly as described above, so that a natural restoration distance image can be obtained. If the same effect as described above can be obtained, a repair processing method other than the in-painting process can be applied.

インペインティング処理は、先に述べたように。欠損領域の周囲から中央に向け手順に画素値を復元するため、膨張収縮等の小ノイズ除去手法と比較すると演算時間が長くなる。そのため、本実施の形態では、処理の前にビット深度を8bitに低減することによって、処理に要する時間を削減している。   As described above, the inpainting process. Since the pixel values are restored in a procedure from the periphery to the center of the defect area, the calculation time becomes longer compared to a small noise removal method such as expansion and contraction. For this reason, in this embodiment, the time required for processing is reduced by reducing the bit depth to 8 bits before processing.

特に、欠損領域の面積が大きい場合には、インペインティング処理による修復に時間がかかる。そのため、大ノイズ修復に用いるマスク画像としては、確実に大ノイズ部分だけをマスクとして指定する画像である必要がある。そのため、前段のマスク生成部23bでのマスク生成の元となる原画像には、距離画像34ではなく小ノイズ修復距離画像41を用いている。小ノイズ修復前の距離画像34には、画像内に細かなノイズが多数含まれるため、平滑化フィルタとの差分を取って2値化すると、図7の(a)に示すように、大小の欠損部がすべてマスクとして抽出されてしまう。これに対し、小ノイズ修復距離画像41からマスクを生成すると、図7の(b)に示すように、大きな欠損部だけをマスクとして抽出することができる。これにより、後段の大ノイズ修復部23cにて大ノイズだけを修復の対象とすることができるため、修復処理の効率を高めることができる。   In particular, when the area of the defect region is large, it takes time to repair by the inpainting process. For this reason, the mask image used for large noise restoration needs to be an image that reliably specifies only the large noise portion as a mask. For this reason, the small noise repair distance image 41 is used instead of the distance image 34 as the original image from which the mask generation unit 23b in the previous stage generates. Since the distance image 34 before the small noise restoration contains many fine noises in the image, if the difference from the smoothing filter is taken and binarized, as shown in FIG. All missing parts are extracted as a mask. On the other hand, when a mask is generated from the small noise repair distance image 41, only a large defect portion can be extracted as a mask as shown in FIG. As a result, since only the large noise can be targeted for restoration by the large noise restoration unit 23c at the subsequent stage, the efficiency of the restoration process can be increased.

また、マスク生成部23bの処理では、差分処理(S22)と2値化処理(S25)との間に膨張処理(S23)を行い、一旦、マスク領域の拡大を行っている。この膨張処理がない場合、大ノイズの中の細かなランダム成分によりマスクに隙間ができてしまう。膨張処理がある場合とない場合とのマスク画像の違いを、図8の(a)(b)に示す。図8の(a)は、膨張処理を省略した場合のマスク画像の鼻部の拡大図である。また、図8の(b)は、膨張処理を実施した場合のマスク画像A42aの鼻部の拡大図である。   In the process of the mask generation unit 23b, an expansion process (S23) is performed between the difference process (S22) and the binarization process (S25), and the mask area is temporarily expanded. Without this expansion process, a gap is formed in the mask due to fine random components in large noise. Differences in the mask image with and without the expansion process are shown in FIGS. FIG. 8A is an enlarged view of the nose portion of the mask image when the expansion process is omitted. FIG. 8B is an enlarged view of the nose portion of the mask image A42a when the expansion process is performed.

図8の(a)から、マスク画像の大ノイズ部に細かい穴が多数存在することが分かる。   From FIG. 8A, it can be seen that many fine holes exist in the large noise portion of the mask image.

マスクにこのような穴が存在すると、後段の大ノイズ修復部23cにてインペインティング処理を適用する場合に、この穴をノイズでない(正常な)画素と判断し、誤った修復処理が行われてしまう。膨張処理を挟むことによって、マスクの隙間を埋め、大ノイズ部のマスクを正しい形状とすることができる。これにより、インペインティング処理での大ノイズの修復を正しく行うことができる。   If such a hole exists in the mask, when applying the inpainting process in the subsequent large noise repair unit 23c, the hole is determined to be a non-noise (normal) pixel, and an incorrect repair process is performed. End up. By sandwiching the expansion process, the gap between the masks can be filled, and the mask of the large noise part can be made into a correct shape. As a result, it is possible to correct large noise correctly in the inpainting process.

上記のようにして得られた大ノイズ修復距離画像43は、図4に示すように、データ合成部23dに送られる。データ合成部23dでは、大ノイズ修復距離画像43と小ノイズ修復距離画像41との合成を行う。まず、大ノイズ修復距離画像43を16bitのビット深度に戻し(S41)、小ノイズ修復距離画像41との合成処理が行われる(S42)。この合成時に、マスク生成部23bにて生成されたマスク画像B42bを、両画像の画素毎の合成比を決定するのに用いられる。すなわち、マスク画像B42bの画素値が白に近い程、大ノイズ修復距離画像43の比率を高め、黒に近い程、小ノイズ修復距離画像41の比率を高めて両者を合成する。   The large noise repair distance image 43 obtained as described above is sent to the data synthesis unit 23d as shown in FIG. The data synthesis unit 23d synthesizes the large noise repair distance image 43 and the small noise repair distance image 41. First, the large noise repair distance image 43 is returned to the 16-bit bit depth (S41), and the synthesis process with the small noise repair distance image 41 is performed (S42). At the time of synthesis, the mask image B42b generated by the mask generation unit 23b is used to determine a synthesis ratio for each pixel of both images. That is, as the pixel value of the mask image B42b is closer to white, the ratio of the large noise repair distance image 43 is increased, and as it is closer to black, the ratio of the small noise repair distance image 41 is increased to synthesize both.

インペインティング処理にて得られる大ノイズ修復距離画像43は8bitのビット深度であるため、16bitに変換しても実質的なビット深度は8bitのままである。したがって、例えば、本実施の形態とは異なる手順として、小ノイズの修復と大ノイズの修復とを元画像に対し単純に順番に適用するような手順であれば、最終的に得られる修復画像の実質的なビット深度は画像全体に亘って8bitとなってしまう。このことは、修復前の元の距離画像のビット深度16bitに対して距離精度が著しく(1/256に)低下してしまうことを意味する。   Since the large noise repair distance image 43 obtained by the inpainting process has a bit depth of 8 bits, even if converted to 16 bits, the substantial bit depth remains 8 bits. Accordingly, for example, as a procedure different from the present embodiment, if the procedure is such that the small noise repair and the large noise repair are simply applied to the original image in order, the final repaired image The effective bit depth is 8 bits over the entire image. This means that the distance accuracy significantly decreases (to 1/256) with respect to the bit depth of 16 bits of the original distance image before repair.

これに対し、本実施の形態では、小ノイズ修復距離画像41と大ノイズ修復距離画像43とをそれぞれ別々に作成してから合成することによって、大ノイズ部分のみを8bit深度で修復し、残りの部分について16bit深度を保ったまま最終的な修復画像を得ることができる。すなわち、この処理手順によって修復後の距離画像34の距離精度の低下を最小限に抑えることができる。   On the other hand, in the present embodiment, the small noise repair distance image 41 and the large noise repair distance image 43 are separately created and then combined to restore only the large noise portion at the 8-bit depth, and the remaining A final repair image can be obtained while maintaining a 16-bit depth for the portion. That is, this processing procedure can minimize a decrease in distance accuracy of the distance image 34 after repair.

尚、本実施の形態では、インペインティング処理の処理時間を短縮するために、距離画像34のビット深度を低下させてから処理を適用したが、ビット深度を低くする代わりに画像サイズを小さくしても同様の効果が得られる。その場合、マスク画像A42a及びマスク画像B42bもそれに合わせて縮小してから処理を適用し、処理後の合成時に再度拡大して画像サイズを元に戻すという処理が必要になる。   In this embodiment, in order to shorten the processing time of the inpainting process, the process is applied after the bit depth of the distance image 34 is reduced. However, instead of reducing the bit depth, the image size is reduced. However, the same effect can be obtained. In that case, the mask image A42a and the mask image B42b are also reduced in accordance with the processing, and then the process is applied. Then, the image size is restored to the original size by enlarging again at the time of composition after the process.

合成に使用するマスク画像B42bは、マスク生成部23bにおいてマスク画像A42aに平滑化を施して作成されたものであるため、大ノイズとそれ以外の部分の境界で緩やかに画素値が変化している。そのため、この画素値に基づいて大ノイズ修復距離画像43と小ノイズ修復距離画像41とを合成することによって、両者の境界部分の継ぎ目を目立たなくする効果がある。   The mask image B42b used for composition is created by smoothing the mask image A42a in the mask generation unit 23b, so that the pixel value gradually changes at the boundary between the large noise and the other portions. . Therefore, by synthesizing the large noise repair distance image 43 and the small noise repair distance image 41 based on this pixel value, there is an effect of making the joint at the boundary between the two inconspicuous.

図9の(a)に示すマスク画像A42aを用いて合成を行った場合に得られる3次元形状データを3次元表示したものを、図9の(c)に示す。同様に、図9の(b)に示すマスク画像B42bを用いて合成を行った場合に得られる3次元形状データを3次元表示したものを、図9の(d)に示す。   FIG. 9C shows a three-dimensional display of the three-dimensional shape data obtained when combining is performed using the mask image A42a shown in FIG. 9A. Similarly, FIG. 9D shows a three-dimensional display of the three-dimensional shape data obtained when combining is performed using the mask image B42b shown in FIG. 9B.

図9の(c)では、鼻の横の大ノイズ部の境界で継ぎ目が目立っているのに対し、図9の(d)では、境界がぼかされることで目立たなくなっている。これにより、平滑化処理を追加したマスク画像B42bを使用することによって、より自然で滑らかな3次元形状データが得られることが分かる。   In FIG. 9C, the seam is conspicuous at the boundary of the large noise part beside the nose, whereas in FIG. 9D, the boundary is blurred and becomes inconspicuous. Thus, it can be seen that more natural and smooth three-dimensional shape data can be obtained by using the mask image B42b to which the smoothing process is added.

データ合成部23dでは、合成処理後の画像に対しさらに平滑化を施して(S43)、僅かに残っているノイズ成分を消去し、最終的に、修復距離画像44が出力される。   The data synthesizing unit 23d further smoothes the synthesized image (S43), erases a slightly remaining noise component, and finally outputs a repair distance image 44.

以上のようにして、修復されて得られた修復距離画像44は、図4に示すように、データ変換部24に送られる。データ変換部24では、3D再投影(3次元再投影)と呼ばれる処理が施される(S51)。距離画像34は、各画素に対し、その画素に存在する物体のステレオカメラ11から見て奥行き方向(光軸に沿って、被撮影者に向かう向き)の距離の値を数値として保持している。奥行き方向の距離の値とステレオカメラ11のカメラキャリブレーションデータD0が分かれば、奥行き方向以外の上下左右方向の距離の値を求めることができる。その結果、各画素についてその位置に存在する物体のXYZ座標値が得られる。   The repair distance image 44 obtained by repairing as described above is sent to the data converter 24 as shown in FIG. In the data converter 24, a process called 3D reprojection (3D reprojection) is performed (S51). The distance image 34 holds, for each pixel, a numerical value of the distance in the depth direction (direction toward the subject along the optical axis) of the object existing in the pixel as viewed from the stereo camera 11. . If the distance value in the depth direction and the camera calibration data D0 of the stereo camera 11 are known, the distance values in the vertical and horizontal directions other than the depth direction can be obtained. As a result, the XYZ coordinate value of the object existing at that position is obtained for each pixel.

本実施の形態の場合、この座標値データは横1960画素×縦960画素×3次元×16bitのデータ量であり非常に膨大であるため、保存に適した形式にするためデータの圧縮が行われる(S52)。具体的には、縦横画素数を削減し、不要な(顔が存在しない)領域の座標値を削除する等の処理が施される。これにより、最終的に顔形状の3次元座標情報である3次元点群データ45が生成される。   In the case of the present embodiment, the coordinate value data is 1960 pixels wide × 960 pixels long × 3 dimensions × 16 bits, and is very large. Therefore, the data is compressed in a format suitable for storage. (S52). Specifically, processing such as reducing the number of vertical and horizontal pixels and deleting coordinate values of unnecessary (no face) regions is performed. As a result, three-dimensional point group data 45, which is finally the three-dimensional coordinate information of the face shape, is generated.

図10の(a)に示す元の距離画像34、図10の(b)に示す小ノイズ修復距離画像41、図10の(c)に示す修復距離画像44のそれぞれから3次元点群データ45を生成し、それらを3次元表示したものを、図10の(d)(e)(f)に示す。   Three-dimensional point cloud data 45 from the original distance image 34 shown in FIG. 10A, the small noise repair distance image 41 shown in FIG. 10B, and the repair distance image 44 shown in FIG. FIG. 10 (d), (e), and (f) show the three-dimensional display of these.

図10の(f)では、図10の(d)(e)のデータに存在する大きなノイズが修復され、滑らかで品位の高い3次元データが得られていることが分かる。   In FIG. 10 (f), it can be seen that large noise existing in the data of FIGS. 10 (d) and 10 (e) is repaired, and smooth and high-quality three-dimensional data is obtained.

3次元点群データ45は、先に述べたように、データ保存部14に保存され、データ表示部13の画面に表示して確認することができる。また、必要に応じてそれらを取り出したり、図示しない通信回線を経由して外部に送信したりして、様々な用途に活用することができる。   As described above, the three-dimensional point cloud data 45 is stored in the data storage unit 14 and can be displayed on the screen of the data display unit 13 for confirmation. Further, they can be taken out as necessary, or transmitted to the outside via a communication line (not shown) to be used for various purposes.

尚、本実施の形態では、距離画像34の取得のためにステレオカメラ11を用いたが、距離画像34が取得可能なカメラとして、TOF(Time 0f Flight)方式や構造光(Structured Light)照射方式の3次元カメラを使用することも可能である。   In this embodiment, the stereo camera 11 is used to acquire the distance image 34. However, as a camera capable of acquiring the distance image 34, a TOF (Time 0f Flight) method or a structured light irradiation method is used. It is also possible to use a three-dimensional camera.

本実施の形態の顔形状計測装置1にて得た顔の3次元データは、スポーツ、アート、服飾、医療、介護、ゲーム、アミューズメント、広告、その他これらに限定されない様々な用途に利用することができる。   The three-dimensional face data obtained by the face shape measuring apparatus 1 according to the present embodiment can be used for sports, art, clothing, medical care, nursing care, games, amusement, advertising, and various other uses not limited to these. it can.

以上で述べたように、本実施の形態の顔形状計測装置1では、限られた処理時間で顔の3次元形状データの品質の低下を最低限に抑えながらデータの欠落を修復することができる。   As described above, the face shape measuring apparatus 1 according to the present embodiment can repair missing data while minimizing the deterioration of the quality of the three-dimensional face data in a limited processing time. .

このように、本実施の形態の3次元計測装置としての顔形状計測装置1は、3次元計測情報としての距離画像34を取得する3次元計測手段としてのステレオカメラ11と、距離画像34に含まれる欠損を修復して第1の欠損修復情報としての小ノイズ修復距離画像41を生成する第1の修復手段としての小ノイズ修復部23aと、小ノイズ修復距離画像41のうち小ノイズ修復部23aでは修復されなかった部位を抽出したマスクデータとしてのマスク画像A42a又はマスク画像B42bを生成するマスクデータ生成手段としてのマスク生成部23bと、小ノイズ修復距離画像41とマスク画像A42a又はマスク画像B42bとを用いて小ノイズ修復距離画像41のうち小ノイズ修復部23aでは修復されなかった部位の欠損を修復し、小ノイズ修復距離画像41よりも単位計測領域当たりのデータ量が少ない第2の欠損修復情報としての大ノイズ修復距離画像43を生成する第2の修復手段としての大ノイズ修復部23cと、小ノイズ修復距離画像41及び大ノイズ修復距離画像43を合成して合成欠損修復情報としての修復距離画像44を生成する合成欠損修復情報生成手段としてのデータ合成部23dとを備えている。   As described above, the face shape measurement apparatus 1 as the three-dimensional measurement apparatus according to the present embodiment is included in the stereo image 11 as the three-dimensional measurement unit that acquires the distance image 34 as the three-dimensional measurement information, and the distance image 34. A small noise repairing part 23a as a first repairing means for repairing the missing defect and generating a small noise repairing distance image 41 as first defect repairing information, and the small noise repairing part 23a of the small noise repairing distance image 41 Then, a mask generation unit 23b as mask data generation means for generating a mask image A42a or a mask image B42b as mask data obtained by extracting a portion that has not been repaired, a small noise repair distance image 41, a mask image A42a, or a mask image B42b Is used to repair a defect in a portion of the small noise repair distance image 41 that has not been repaired by the small noise repair portion 23a. A large noise restoration unit 23c as a second restoration means for generating a large noise restoration distance image 43 as second defect restoration information having a smaller data amount per unit measurement area than the small noise restoration distance image 41; A data synthesizing unit 23d serving as a synthetic defect repair information generating unit that synthesizes the repair distance image 41 and the large noise repair distance image 43 to generate a repair distance image 44 as composite defect repair information.

また、本実施の形態の3次元計測方法としての顔形状計測方法では、距離画像34を取得する3次元計測工程(S1〜S5)と、距離画像34に含まれる欠損を修復して小ノイズ修復距離画像41を生成する第1の修復工程(S11・S12)と、小ノイズ修復距離画像41のうち第1の修復工程(S11・S12)では修復されなかった部位を抽出したマスク画像A42a又はマスク画像B42bを生成するマスクデータ生成工程(S21〜S26)と、小ノイズ修復距離画像41とマスク画像A42a又はマスク画像B42bとを用いて小ノイズ修復距離画像41のうち第1の修復工程(S11・S12)では修復されなかった部位の欠損を修復し、小ノイズ修復距離画像41よりも単位計測領域当たりのデータ量が少ない大ノイズ修復距離画像43を生成する第2の修復工程(S31・S32)と、小ノイズ修復距離画像41及び大ノイズ修復距離画像43を合成して修復距離画像44を生成する合成欠損修復情報生成工程(S41〜S43)とを含んでいる。   Further, in the face shape measurement method as the three-dimensional measurement method of the present embodiment, a three-dimensional measurement process (S1 to S5) for acquiring the distance image 34, and a defect included in the distance image 34 are repaired to repair small noise. Mask image A42a or mask extracted from the first repairing step (S11 / S12) for generating the distance image 41 and the portion of the small noise repairing distance image 41 that has not been repaired in the first repairing step (S11 / S12) A mask data generation process (S21 to S26) for generating an image B42b, and a first repair process (S11 · S26) of the small noise repair distance image 41 using the small noise repair distance image 41 and the mask image A42a or the mask image B42b. In S12), the defect of the part that has not been repaired is repaired, and the large noise repair is performed with a smaller data amount per unit measurement area than the small noise repair distance image 41. A second restoration step (S31 / S32) for generating the isolated image 43, and a combined defect repair information generation step (S41) for generating the repair distance image 44 by synthesizing the small noise repair distance image 41 and the large noise repair distance image 43. To S43).

上記の構成によれば、本実施の形態では、まず、膨張・収縮処理等の小ノイズ修復部23aにて修復可能な小さな欠損を修復し、膨張・収縮処理等では修復できなかったマスク画像A42a又はマスク画像B42bのマスクデータ部分にのみインペインティング処理等の大ノイズ修復部23cの処理を適用し、最終的にそれらを合成して欠損を修復した3次元計測データとしての修復距離画像44を得る。   According to the above configuration, in the present embodiment, first, a small defect that can be repaired by the small noise restoration unit 23a such as expansion / contraction processing is repaired, and the mask image A42a that cannot be repaired by the expansion / contraction processing or the like. Alternatively, the repair distance image 44 as three-dimensional measurement data obtained by applying the processing of the large noise repairing unit 23c such as inpainting processing only to the mask data portion of the mask image B42b and finally combining them to repair the defect is obtained. obtain.

この結果、インペインティング処理等の大ノイズ修復部23cによる処理を行う箇所を必要最低限のマスクデータ部分に限定し、それ以外の部分では膨張・収縮処理等の小ノイズ修復部23aによる処理を行うので、修復時に全体的に解像度を落とすことによる3次元測定精度の低下を抑制し、かつ演算量の膨大化を防いで高速に3次元計測情報の欠損を修復することができる。   As a result, the processing by the large noise restoration unit 23c such as inpainting processing is limited to the minimum necessary mask data part, and the processing by the small noise restoration unit 23a such as expansion / contraction processing is performed in the other parts. As a result, it is possible to suppress a decrease in the three-dimensional measurement accuracy due to a reduction in resolution as a whole at the time of restoration, and it is possible to repair a deficiency in the three-dimensional measurement information at a high speed by preventing an enormous amount of calculation.

したがって、限られた処理時間で3次元形状データの品質の低下を抑えながらデータの欠落を修復し得る顔形状計測装置1及び顔形状計測方法を提供することができる。   Therefore, it is possible to provide the face shape measuring apparatus 1 and the face shape measuring method capable of repairing the data loss while suppressing the deterioration of the quality of the three-dimensional shape data with a limited processing time.

また、本実施の形態における顔形状計測装置1では、大ノイズ修復部23cによる欠損修復の演算が、小ノイズ修復部23aによる欠損修復の演算よりも、単位データ量当たりの演算量が大きい場合には、大ノイズ修復部23cは、小ノイズ修復距離画像41よりも単位計測領域当たりのデータ量を削減したデータ量削減データを生成した後、データ量削減データに対して欠損修復の演算を行う。   Further, in the face shape measuring apparatus 1 according to the present embodiment, the amount of calculation per unit data amount is larger in the defect repair calculation by the large noise repair unit 23c than in the defect repair calculation by the small noise repair unit 23a. The large noise restoration unit 23c generates data amount reduction data in which the data amount per unit measurement area is reduced as compared with the small noise restoration distance image 41, and then performs a defect repair operation on the data amount reduction data.

これにより、インペインティング処理等の大ノイズ修復部23cによる処理を行うときには、演算量を減らすために、処理を行う前に解像度を落としたデータ量削減データを生成した後、インペインティング処理での欠損修復の演算を行う。   As a result, when processing by the large noise restoration unit 23c such as inpainting processing is performed, in order to reduce the amount of calculation, after generating data amount reduction data with reduced resolution before processing, the inpainting processing Perform defect repair operations.

この結果、大ノイズ修復部23cによる修復処理時間を短縮できるので、限られた処理時間で、3次元形状データの品質の低下を最低限に抑えながらデータの欠落を修復することができる。   As a result, since the restoration processing time by the large noise restoration unit 23c can be shortened, the lack of data can be repaired with the limited processing time while minimizing the deterioration of the quality of the three-dimensional shape data.

また、本実施の形態における顔形状計測装置1では、合成欠損修復情報生成手段としてのデータ合成部23dは、小ノイズ修復距離画像41における、小ノイズ修復部23aでは修復されなかった部位に対して大ノイズ修復距離画像43を合成することにより合成欠損修復情報としての修復距離画像44を生成する。   Further, in the face shape measuring apparatus 1 according to the present embodiment, the data synthesis unit 23d as the synthetic defect repair information generation unit applies to a portion of the small noise repair distance image 41 that has not been repaired by the small noise repair unit 23a. By combining the large noise repair distance image 43, a repair distance image 44 as composite defect repair information is generated.

これにより、解像度を低下させてしまうインペインティング処理等の大ノイズ修復部23cによる処理を行う箇所を必要最低限の部分に限定し、それ以外の部分の解像度を高く維持することができる膨張・収縮処理等の小ノイズ修復部23aによる処理を行う。したがって、修復時に画面全体の解像度を落とすことによる3次元測定精度の低下を抑制することができる。   As a result, expansion / reduction that can limit the portion to be processed by the large noise restoration unit 23c such as in-painting processing that lowers the resolution to the minimum necessary portion and maintain the resolution of the other portions high. Processing by the small noise restoration unit 23a such as contraction processing is performed. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the three-dimensional measurement accuracy due to a reduction in the resolution of the entire screen at the time of restoration.

また、本実施の形態における顔形状計測装置1では、マスクデータ生成手段としてのマスク生成部23bは、小ノイズ修復距離画像41を平滑化した平滑化情報を生成し、さらに小ノイズ修復距離画像41と平滑化情報との差分情報を生成し、差分情報を用いてマスク画像A42a又はマスク画像B42bを生成する。   Further, in the face shape measuring apparatus 1 according to the present embodiment, the mask generation unit 23b as the mask data generation unit generates smoothing information obtained by smoothing the small noise repair distance image 41, and further the small noise repair distance image 41. And the smoothing information are generated, and the mask image A42a or the mask image B42b is generated using the difference information.

すなわち、データが欠損した部分つまりデータに飛びが発生している部分は、周囲に対してデータが非連続的かつ極端に変化する部分つまり極端に急峻な山又は谷のような部分となる。したがって、このような特徴のある部分は平滑化処理を行うと、元のデータに対する変化量が大きくなる。このため、元画像と平滑化画像の差分を採ることにより、小ノイズ修復部23aではデータ修復ができなかった部分を強調することができる。この強調されたデータを用いることによりマスク画像A42a又はマスク画像B42bを作成することができる。したがって、大ノイズ修復部23cによる処理範囲を明確化することができる。   That is, a portion where data is lost, that is, a portion where data jumps is a portion where data is discontinuously and extremely changed relative to the surroundings, that is, a portion such as an extremely steep mountain or valley. Therefore, when a smoothing process is performed on such a characteristic portion, the amount of change with respect to the original data increases. For this reason, by taking the difference between the original image and the smoothed image, it is possible to emphasize the portion that could not be restored by the small noise restoration unit 23a. By using this enhanced data, the mask image A42a or the mask image B42b can be created. Therefore, it is possible to clarify the processing range by the large noise restoration unit 23c.

また、本実施の形態における顔形状計測装置1では、小ノイズ修復部23aは、距離画像34に含まれる欠損を膨張処理及び収縮処理を用いて修復して小ノイズ修復距離画像41を生成すると共に、大ノイズ修復部23cは、小ノイズ修復距離画像41のうち小ノイズ修復部23aでは修復されなかった部位の欠損を、インペインティング処理を用いて修復する。   In the face shape measuring apparatus 1 according to the present embodiment, the small noise repair unit 23a repairs a defect included in the distance image 34 by using expansion processing and contraction processing to generate a small noise repair distance image 41. The large noise restoration unit 23c uses the inpainting process to repair a portion of the small noise restoration distance image 41 that has not been restored by the small noise restoration unit 23a.

これにより、小ノイズ修復部23aによる膨張処理及び収縮処理を用いて小さな欠落を容易に修復することができる。また、インペインティング処理等の大ノイズ修復部23cによる処理を行うときには、演算量を減らすために、範囲を限定して行い、大きな欠損を高度に処理することができる。   Thereby, it is possible to easily repair a small omission using the expansion process and the contraction process by the small noise repair unit 23a. Further, when processing by the large noise restoration unit 23c such as inpainting processing is performed, in order to reduce the amount of calculation, it is possible to limit the range and to process a large defect highly.

また、本実施の形態の顔形状計測装置1では、大ノイズ修復距離画像43は、小ノイズ修復距離画像41よりもビット深度及び画像サイズのいずれか一方が小さい。これにより、大ノイズ修復部23cによるインペインティング処理において、時間の短縮を図ることができる。   Further, in the face shape measuring apparatus 1 according to the present embodiment, the large noise repair distance image 43 has a smaller bit depth or image size than the small noise repair distance image 41. Thereby, time can be shortened in the inpainting process by the large noise restoration part 23c.

また、本実施の形態の顔形状計測装置1では、データ合成部23dは、小ノイズ修復距離画像41と大ノイズ修復距離画像43との合成後に境界部を平滑化する。これにより、合成処理後の画像に対して、ビット深度の異なる画像を合成する場合に、境界部分をぼかすことによって、違和感のない高品質な修復データを得ることができる。   Further, in the face shape measuring apparatus 1 according to the present embodiment, the data synthesis unit 23d smoothes the boundary after the synthesis of the small noise restoration distance image 41 and the large noise restoration distance image 43. As a result, when synthesizing images with different bit depths with respect to the synthesized image, it is possible to obtain high-quality repair data without a sense of incongruity by blurring the boundary.

また、本実施の形態の顔形状計測装置1では、マスク生成部23bは、差分処理(S22)と2値化処理(S25)との間に膨張処理(S23)を行い、マスク領域の拡大を行っている。すなわち、膨張処理がない場合、大ノイズの中の細かなランダム成分によりマスクに隙間ができてしまう。これに対して、膨張処理を行うことによって、マスクの隙間を埋め、大ノイズ部のマスクを正しい形状とすることができる。これにより、インペインティング処理での大ノイズの修復を正しく行うことができる。   In the face shape measuring apparatus 1 according to the present embodiment, the mask generation unit 23b performs an expansion process (S23) between the difference process (S22) and the binarization process (S25) to enlarge the mask area. Is going. That is, when there is no expansion process, a gap is formed in the mask due to fine random components in the large noise. On the other hand, by performing the expansion process, it is possible to fill the gap of the mask and make the mask of the large noise portion into a correct shape. As a result, it is possible to correct large noise correctly in the inpainting process.

また、本実施の形態の顔形状計測装置1では、測定対象物は人の顔であり、人の顔の表面の3次元形状データを計測する。これにより、計測品位の高い人の顔表面の3次元形状データを得ることができる。   In the face shape measuring apparatus 1 according to the present embodiment, the measurement target is a human face, and the three-dimensional shape data of the surface of the human face is measured. Thereby, the three-dimensional shape data of the face surface of a person with high measurement quality can be obtained.

〔実施の形態2〕
本発明の他の実施の形態について図11に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、上記実施の形態1と同じである。また、説明の便宜上、上記の実施の形態1の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIG. Configurations other than those described in the present embodiment are the same as those in the first embodiment. For convenience of explanation, members having the same functions as those shown in the drawings of the first embodiment are given the same reference numerals, and explanation thereof is omitted.

前記実施の形態1の3次元計測装置は、撮影対象が顔Fである顔形状計測装置1に関するものであった。しかし、本実施の形態の3次元計測装置は、撮影対象が身体である身体形状計測装置である点が異なっている。   The three-dimensional measuring apparatus according to the first embodiment relates to the face shape measuring apparatus 1 whose photographing object is the face F. However, the three-dimensional measuring apparatus according to the present embodiment is different in that the imaging target is a body shape measuring apparatus.

本実施の形態の3次元計測装置としての身体形状計測装置2の構成及び動作について、図11に基づいて説明する。図11は、本実施の形態の3次元計測装置としての身体形状計測装置2の構成を示すブロック図である。   The configuration and operation of the body shape measuring apparatus 2 as the three-dimensional measuring apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of the body shape measuring apparatus 2 as the three-dimensional measuring apparatus according to the present embodiment.

本実施の形態の3次元計測装置としての身体形状計測装置2は、図11に示すように、ステレオカメラ11を用いて身体Bの3次元形状データを取得し、衣服のサイズ計測等に利用される。   As shown in FIG. 11, the body shape measuring apparatus 2 as the three-dimensional measuring apparatus of this embodiment acquires 3D shape data of the body B using a stereo camera 11 and is used for measuring the size of clothes. The

身体形状計測装置2は、撮像部としてステレオカメラ11を備え、撮影対象となる人物の身体Bとしての全身像、半身像、又は特定の身体部位を撮影してその前記左カメラ画像31L及び右カメラ画像31Rを取得する。これらの画像から、実施の形態1で述べたものと同様の手法により前記距離画像34を生成する。   The body shape measurement apparatus 2 includes a stereo camera 11 as an imaging unit, and captures a whole body image, a half body image, or a specific body part as a body B of a person to be imaged, and the left camera image 31L and the right camera. An image 31R is acquired. The distance image 34 is generated from these images by the same method as described in the first embodiment.

その際、撮像ノイズ、太陽光や照明光によるテカリ若しくは影、又はオクルージョン等で距離画像34に計測不能領域が発生することがある。この計測不能領域に対し、実施の形態1で述べたものと同様の手法により小ノイズ修復、マスク生成、大ノイズ修復及び合成を行う。これにより、距離画像34の計測不能領域が修復され、撮影対象となる身体Bの3次元形状データを生成することができる。   At that time, an unmeasurable region may occur in the distance image 34 due to imaging noise, shine or shadow caused by sunlight or illumination light, or occlusion. For this non-measurable region, small noise repair, mask generation, large noise repair, and synthesis are performed by the same method as described in the first embodiment. Thereby, the non-measurable region of the distance image 34 is repaired, and the three-dimensional shape data of the body B to be imaged can be generated.

生成した身体Bの3次元形状データは、身体形状計測装置2内にインストールされたプログラムによって、衣服や服飾品、医療器具、スポーツ用具等のサイズ調整やカスタマイズ等の用途に用いることができる。   The generated three-dimensional shape data of the body B can be used for applications such as size adjustment and customization of clothes, clothing, medical equipment, sports equipment, and the like by a program installed in the body shape measuring apparatus 2.

以上のように、本実施の形態の身体形状計測装置2では、限られた処理時間で身体Bの3次元形状データの品質の低下を最低限に抑えながらデータの欠落を修復することができる。   As described above, the body shape measuring apparatus 2 according to the present embodiment can repair missing data while minimizing the deterioration in the quality of the three-dimensional shape data of the body B in a limited processing time.

その他の部分及び動作については実施の形態1と同様であり、説明は省略する。   Other parts and operations are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

〔実施の形態3〕
本発明のさらに他の実施の形態について図12に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、上記実施の形態1及び実施の形態2と同じである。また、説明の便宜上、上記の実施の形態1及び実施の形態2の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 3]
The following will describe still another embodiment of the present invention with reference to FIG. Configurations other than those described in the present embodiment are the same as those in the first and second embodiments. For convenience of explanation, members having the same functions as those shown in the drawings of Embodiment 1 and Embodiment 2 described above are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

前記実施の形態2の3次元計測装置は、撮影対象が身体Bである身体形状計測装置2に関するものであった。しかし、本実施の形態の3次元計測装置は、撮影対象が不特定多数人物Mである監視カメラ装置3である点が異なっている。   The three-dimensional measuring apparatus according to the second embodiment relates to the body shape measuring apparatus 2 whose imaging target is the body B. However, the three-dimensional measuring apparatus according to the present embodiment is different in that it is the monitoring camera apparatus 3 whose photographing object is an unspecified large number of persons M.

本実施の形態の3次元計測装置としての監視カメラ装置3の構成及び動作について、図12に基づいて説明する。図12は、本実施の形態の3次元計測装置としての監視カメラ装置3の構成を示すブロック図である。   The configuration and operation of the monitoring camera device 3 as the three-dimensional measurement device of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration of the monitoring camera device 3 as the three-dimensional measurement device of the present embodiment.

本実施の形態の3次元計測装置としての監視カメラ装置3は、図12に示すように、ステレオカメラ11を用いて不特定多数人物Mの3次元形状データを取得し、不審者の監視を行うことに利用される。   As shown in FIG. 12, the monitoring camera device 3 as the three-dimensional measuring device according to the present embodiment acquires three-dimensional shape data of an unspecified number of persons M using a stereo camera 11 and monitors a suspicious person. It is used for that.

監視カメラ装置3は、撮像部としてステレオカメラ11を備える撮像装置である。ステレオカメラ11は、屋外又は屋内の所定の場所に取り付けられており、ステレオカメラ11の視野範囲に入る不特定多数人物Mを撮影してその前記左カメラ画像31L及び右カメラ画像31Rを連続的に取得する。これらの画像から、実施の形態1で述べたものと同様の手法により前記距離画像34を生成する。   The surveillance camera device 3 is an imaging device including a stereo camera 11 as an imaging unit. The stereo camera 11 is attached to a predetermined place outdoors or indoors. The stereo camera 11 takes an unspecified number of persons M that fall within the field of view of the stereo camera 11 and continuously captures the left camera image 31L and the right camera image 31R. get. The distance image 34 is generated from these images by the same method as described in the first embodiment.

その際、撮像ノイズ、太陽光や照明光によるテカリ若しくは影、又はオクルージョン等で距離画像34に計測不能領域が発生することがある。この計測不能領域に対し、実施の形態1で述べたものと同様の手法により小ノイズ修復、マスク生成、大ノイズ修復及び合成を行う。これにより、距離画像34の計測不能領域が修復され、撮影対象となる不特定多数人物Mの3次元形状データを生成することができる。   At that time, an unmeasurable region may occur in the distance image 34 due to imaging noise, shine or shadow caused by sunlight or illumination light, or occlusion. For this non-measurable region, small noise repair, mask generation, large noise repair, and synthesis are performed by the same method as described in the first embodiment. Thereby, the non-measurable region of the distance image 34 is repaired, and the three-dimensional shape data of the unspecified large number of persons M to be photographed can be generated.

生成した3次元形状データは、監視カメラ装置3内のデータベースと照合される。データが予め登録されている異常パターンに適合するか、又は正常パターンに適合しない場合には、撮影対象となる不特定多数人物Mの一部の人物が不審者であると判断し、異常信号を外部に出力する。   The generated three-dimensional shape data is collated with a database in the monitoring camera device 3. If the data conforms to an abnormal pattern registered in advance or does not conform to a normal pattern, it is determined that some of the unspecified large number of persons M to be imaged are suspicious persons, and an abnormal signal is transmitted. Output to the outside.

本実施の形態の監視カメラ装置3では、距離画像34を連続的に取得するため、そのままではデータ量が膨大になってしまう。そのため、画像サイズを人物の照合に必要な最低限の大きさまで小さくしたり、或いは生成した3次元データについても圧縮を行ったりする等して、データ量を可能な限り削減する工夫を行っている。   In the surveillance camera device 3 according to the present embodiment, the distance image 34 is continuously acquired, so that the data amount becomes enormous as it is. For this reason, the amount of data is reduced as much as possible, for example, by reducing the image size to the minimum required for person verification or by compressing the generated three-dimensional data. .

以上のように、本実施の形態の監視カメラ装置3では、限られた処理時間で不特定多数人物Mにおける一部の人物の3次元形状データの品質の低下を最低限に抑えながらデータの欠落を修復することができる。   As described above, in the monitoring camera device 3 according to the present embodiment, data loss is achieved while minimizing the deterioration in the quality of the three-dimensional shape data of some persons in the unspecified large number of persons M in a limited processing time. Can be repaired.

その他の部分及び動作については実施の形態1と同様であり、説明は省略する。   Other parts and operations are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

〔実施の形態4〕
本発明の3次元計測装置としての実施の形態1における顔形状計測装置1、実施の形態2における身体形状計測装置2及び実施の形態3における監視カメラ装置3の制御ブロック、特に距離画像生成部22及び修復部23は、集積回路(ICチップ)等に形成された論理回路(ハードウェア)によって実現してもよいし、CPU(Central Processing Unit)を用いてソフトウェアによって実現してもよい。
[Embodiment 4]
Control blocks of the face shape measuring device 1 in the first embodiment, the body shape measuring device 2 in the second embodiment, and the monitoring camera device 3 in the third embodiment as the three-dimensional measuring device of the present invention, particularly the distance image generating unit 22. The restoration unit 23 may be realized by a logic circuit (hardware) formed in an integrated circuit (IC chip) or the like, or may be realized by software using a CPU (Central Processing Unit).

後者の場合、3次元計測装置としての顔形状計測装置1、身体形状計測装置2及び監視カメラ装置3は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するCPU、上記プログラム及び各種データがコンピュータ(又はCPU)で読み取り可能に記録されたROM(Read Only Memory)または記憶装置(これらを「記録媒体」と称する)、上記プログラムを展開するRAM(Random Access Memory)などを備えている。そして、コンピュータ(又はCPU)が上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体(通信ネットワークや放送波等)を介して上記コンピュータに供給されてもよい。尚、本発明は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。   In the latter case, the face shape measuring device 1, the body shape measuring device 2, and the surveillance camera device 3 as a three-dimensional measuring device include a CPU that executes instructions of a program that is software that realizes each function, the program, and various data. A ROM (Read Only Memory) or a storage device (these are referred to as “recording media”) recorded so as to be readable by a computer (or CPU), a RAM (Random Access Memory) for developing the program, and the like are provided. And the objective of this invention is achieved when a computer (or CPU) reads the said program from the said recording medium and runs it. As the recording medium, a “non-temporary tangible medium” such as a tape, a disk, a card, a semiconductor memory, a programmable logic circuit, or the like can be used. The program may be supplied to the computer via an arbitrary transmission medium (such as a communication network or a broadcast wave) that can transmit the program. The present invention can also be realized in the form of a data signal embedded in a carrier wave, in which the program is embodied by electronic transmission.

〔まとめ〕
本発明の態様1における3次元計測装置(顔形状計測装置1、身体形状計測装置2、監視カメラ装置3)は、3次元計測情報(距離画像34)を取得する3次元計測手段(ステレオカメラ11)と、上記3次元計測情報(距離画像34)に含まれる欠損を修復して第1の欠損修復情報(小ノイズ修復距離画像41)を生成する第1の修復手段(小ノイズ修復部23a)と、上記第1の欠損修復情報(小ノイズ修復距離画像41)のうち上記第1の修復手段(小ノイズ修復部23a)では修復されなかった部位を抽出したマスクデータ(マスク画像A42a又はマスク画像B42b)を生成するマスクデータ生成手段(マスク生成部23b)と、上記第1の欠損修復情報(小ノイズ修復距離画像41)と上記マスクデータ(マスク画像A42a又はマスク画像B42b)とを用いて第1の欠損修復情報(小ノイズ修復距離画像41)のうち上記第1の修復手段(小ノイズ修復部23a)では修復されなかった部位の欠損を修復し、上記第1の欠損修復情報(小ノイズ修復距離画像41)よりも単位計測領域当たりのデータ量が少ない第2の欠損修復情報(大ノイズ修復距離画像43)を生成する第2の修復手段(大ノイズ修復部23c)と、上記第1の欠損修復情報(小ノイズ修復距離画像41)及び第2の欠損修復情報(大ノイズ修復距離画像43)を合成して合成欠損修復情報(修復距離画像44)を生成する合成欠損修復情報生成手段(データ合成部23d)とを備えていることを特徴としている。
[Summary]
The three-dimensional measuring device (face shape measuring device 1, body shape measuring device 2, monitoring camera device 3) according to aspect 1 of the present invention is a three-dimensional measuring unit (stereo camera 11) that acquires three-dimensional measurement information (distance image 34). ) And first repair means (small noise repair unit 23a) for repairing the defect included in the three-dimensional measurement information (distance image 34) and generating first defect repair information (small noise repair distance image 41). And mask data (mask image A42a or mask image) obtained by extracting a portion of the first defect repair information (small noise repair distance image 41) that has not been repaired by the first repair means (small noise repair unit 23a). B42b) for generating mask data (mask generator 23b), the first defect repair information (small noise repair distance image 41), and the mask data (mask image A42a). Using the mask image B42b) to repair the defect of the first defect repair information (small noise repair distance image 41) that has not been repaired by the first repair means (small noise repair unit 23a), Second repair means (large large repair distance image 43) for generating second defect repair information (large noise repair distance image 43) having a smaller data amount per unit measurement area than the first defect repair information (small noise repair distance image 41). The noise repair unit 23c), the first defect repair information (small noise repair distance image 41), and the second defect repair information (large noise repair distance image 43) are combined to produce composite defect repair information (repair distance image 44). ) And a synthetic deficiency repair information generating means (data synthesizing unit 23d).

上記の発明によれば、3次元計測手段にて例えば人物の顔等の3次元計測情報を取得する。このとき、3次元計測情報に、ノイズ等による小さな欠落と同時に大きな欠落が発生することがある。この場合、大きな欠落を、小さな欠落と同じように単純な膨張・収縮等で処理すると不自然な形状データとなってしまう。一方、大きな欠落を修復できるインペインティング処理等の高度な処理を行うと、処理後の画像の品位は高まるが、処理に要する演算量が多いため、処理時間が膨大になってしまうという問題点を有している。   According to the above invention, the three-dimensional measurement means acquires three-dimensional measurement information such as a human face. At this time, a large gap may occur in the three-dimensional measurement information simultaneously with a small gap due to noise or the like. In this case, if a large omission is processed by simple expansion / contraction as in the case of a small omission, the shape data becomes unnatural. On the other hand, if advanced processing such as in-painting processing that can repair large omissions is performed, the quality of the image after processing increases, but the amount of computation required for the processing is large, so the processing time becomes enormous. have.

そこで、本発明では、例えば膨張・収縮等にて処理する第1の修復手段を用いて小さな欠落を修復する。次に、本発明では、例えばインペインティング処理等の第2の修復手段を用いて大きな欠落を修復する。このように、本発明では、小さな欠落を修復する第1の修復手段と大きな欠落を修復する第2の修復手段とを組み合わせて修復するので、小さな欠落と大きな欠落との両方を修復することができる。   Therefore, in the present invention, for example, a small missing portion is repaired by using the first repairing means that processes by expansion / contraction, for example. Next, in the present invention, a large omission is repaired by using second repairing means such as an inpainting process. Thus, in the present invention, since the first repairing means for repairing a small defect and the second repairing means for repairing a large defect are repaired in combination, both the small defect and the large defect can be repaired. it can.

ここで、例えばインペインティング処理等の第2の修復手段を用いて大きな欠落を修復する場合には、上述したように、処理に要する演算量が多いため、処理時間が膨大になる。したがって、例えば、第1の欠損修復情報の画面全体の解像度を落として第2の修復手段による処理を行うことが考えられるが、それでは、最終的に得られる画像の品質が低下する。   Here, for example, when a large omission is repaired using the second repairing means such as an inpainting process, the processing time is enormous as described above, because the amount of computation required for the process is large. Therefore, for example, it is conceivable to reduce the resolution of the entire screen of the first defect repair information and perform the process by the second repair means. However, the quality of the finally obtained image is deteriorated.

そこで、本発明では、第1の欠損修復情報のうち第1の修復手段では修復されなかった部位を抽出したマスクデータを生成し、第2の修復手段は、第1の欠損修復情報とマスクデータとを用いて第1の欠損修復情報のうち第1の修復手段では修復されなかった部位の欠損を修復して、第2の欠損修復情報を生成する。したがって、第2の修復手段の修復範囲がマスクデータの範囲に限定されるので、修復時間を短縮することができる。   Therefore, in the present invention, mask data is generated by extracting a portion of the first defect repair information that has not been repaired by the first repair unit, and the second repair unit includes the first defect repair information and the mask data. Are used to repair a defect in a portion of the first defect repair information that has not been repaired by the first repair means, thereby generating second defect repair information. Therefore, since the repair range of the second repair means is limited to the mask data range, the repair time can be shortened.

その後、本発明では、合成欠損修復情報生成手段が、第1の欠損修復情報及び第2の欠損修復情報を合成して合成欠損修復情報を生成するので、小さな欠落と大きな欠落との両方が修復された合成欠損修復情報を得ることができる。   Thereafter, in the present invention, the synthetic defect repair information generation means generates the composite defect repair information by synthesizing the first defect repair information and the second defect repair information, so that both the small defect and the large defect are repaired. Can be obtained.

このように、本発明では、まず、例えば膨張・収縮処理等の第1の修復手段にて修復可能な小さな欠損を修復し、膨張・収縮処理等では修復できなかったマスクデータ部分にのみインペインティング処理等の第2の修復手段による処理を適用し、最終的にそれらを合成して欠損を修復した3次元計測データを得る。   As described above, in the present invention, first, a small defect that can be repaired by the first repairing means such as expansion / contraction processing is repaired, and only the mask data portion that cannot be repaired by the expansion / contraction processing is in-painted. The processing by the second repairing means such as the processing is applied, and finally, they are synthesized to obtain the three-dimensional measurement data in which the defect is repaired.

この結果、インペインティング処理等の第2の修復手段による処理を行う箇所を必要最低限のマスクデータ部分に限定し、それ以外の部分では膨張・収縮処理等の第1の修復手段による処理を行うので、修復時に全体的に解像度を落とすことによる3次元測定精度の低下を抑制し、かつ演算量の膨大化を防いで高速に3次元計測情報の欠損を修復することができる。   As a result, the portion to be processed by the second restoration means such as in-painting processing is limited to the minimum necessary mask data portion, and the processing by the first restoration means such as expansion / contraction processing is performed at other portions. As a result, it is possible to suppress a decrease in the three-dimensional measurement accuracy due to a reduction in resolution as a whole at the time of restoration, and it is possible to repair a deficiency in the three-dimensional measurement information at a high speed by preventing an enormous amount of calculation.

したがって、限られた処理時間で3次元形状データの品質の低下を抑えながらデータの欠落を修復し得る3次元計測装置を提供することができる。   Therefore, it is possible to provide a three-dimensional measuring apparatus capable of repairing data loss while suppressing deterioration in quality of three-dimensional shape data with a limited processing time.

本発明の態様2における3次元計測装置(顔形状計測装置1、身体形状計測装置2、監視カメラ装置3)は、態様1における3次元計測装置(顔形状計測装置1、身体形状計測装置2、監視カメラ装置3)において、前記第2の修復手段(大ノイズ修復部23c)による欠損修復の演算が、前記第1の修復手段(小ノイズ修復部23a)による欠損修復の演算よりも、単位データ量当たりの演算量が大きい場合に、上記第2の修復手段(大ノイズ修復部23c)は、前記第1の欠損修復情報(小ノイズ修復距離画像41)よりも単位計測領域当たりのデータ量を削減したデータ量削減データを生成した後、上記データ量削減データに対して欠損修復の演算を行うことが好ましい。   The three-dimensional measuring device (face shape measuring device 1, body shape measuring device 2, monitoring camera device 3) according to aspect 2 of the present invention is the same as the three-dimensional measuring device according to aspect 1 (face shape measuring device 1, body shape measuring device 2, In the monitoring camera device 3), the defect repair calculation by the second repair means (large noise repair section 23c) is more unit data than the defect repair calculation by the first repair means (small noise repair section 23a). When the amount of calculation per unit is large, the second repairing unit (large noise repairing unit 23c) calculates the data amount per unit measurement region more than the first defect repairing information (small noise repairing distance image 41). After generating the reduced data amount reduction data, it is preferable to perform a defect repair operation on the data amount reduction data.

すなわち、例えばインペインティング処理等の第2の修復手段による欠損修復の演算は、例えば膨張・収縮等にて処理する第1の修復手段による欠損修復の演算よりも、単位データ量当たりの演算量が大きい。このため、本発明では、第2の修復手段は、第1の欠損修復情報よりも単位計測領域当たりのデータ量を削減したデータ量削減データを生成した後、上記データ量削減データに対して欠損修復の演算を行う。   That is, for example, the calculation of the defect repair by the second repairing unit such as the inpainting process has a calculation amount per unit data amount rather than the calculation of the defect repairing by the first repairing unit processed by, for example, expansion / contraction Is big. For this reason, in the present invention, the second repair means generates the data amount reduction data in which the data amount per unit measurement area is reduced as compared with the first loss repair information, and then the data is reduced with respect to the data amount reduction data. Perform repair operations.

これにより、インペインティング処理等の第2の修復手段により処理を行うときには、演算量を減らすために、処理を行う前に解像度を落としたデータ量削減データを生成した後、インペインティング処理での欠損修復の演算を行う。   As a result, when processing is performed by the second restoration means such as inpainting processing, in order to reduce the amount of computation, after generating data amount reduction data with reduced resolution before processing, the inpainting processing Perform defect repair operations.

この結果、第2の欠損修復手段による修復処理時間を短縮できるので、限られた処理時間で、3次元形状データの品質の低下を最低限に抑えながらデータの欠落を修復することができる。   As a result, the repair processing time by the second defect repairing means can be shortened, so that the data loss can be repaired with the limited processing time while minimizing the deterioration of the quality of the three-dimensional shape data.

本発明の態様3における3次元計測装置(顔形状計測装置1、身体形状計測装置2、監視カメラ装置3)は、態様1又は2における3次元計測装置(顔形状計測装置1、身体形状計測装置2、監視カメラ装置3)において、前記合成欠損修復情報生成手段(データ合成部23d)は、前記第1の欠損修復情報(小ノイズ修復距離画像41)における、前記第1の修復手段(小ノイズ修復部23a)では修復されなかった部位に対して前記第2の欠損修復情報(大ノイズ修復距離画像43)を合成することにより合成欠損修復情報(修復距離画像44)を生成することが好ましい。   The three-dimensional measuring device (face shape measuring device 1, body shape measuring device 2, monitoring camera device 3) in aspect 3 of the present invention is the same as the three-dimensional measuring device (face shape measuring device 1, body shape measuring device in aspect 1 or 2). 2. In the monitoring camera device 3), the combined defect repair information generating means (data synthesizing unit 23d) includes the first repair means (small noise) in the first defect repair information (small noise repair distance image 41). It is preferable that the combined defect repair information (repair distance image 44) is generated by synthesizing the second defect repair information (large noise repair distance image 43) with the portion that has not been repaired by the repair unit 23a).

すなわち、本発明では、第1の修復手段にて欠損を修復できた部分については第1の欠損修復情報を用い、第1の修復手段では欠損を修復できなかった部分については第2の修復手段による第2の欠損修復情報を用いるように合成することによって、合成欠損修復情報を生成する。   In other words, in the present invention, the first defect repair information is used for the portion where the defect can be repaired by the first repair means, and the second repair means for the portion where the defect cannot be repaired by the first repair means. The synthesis defect repair information is generated by synthesizing so as to use the second defect repair information.

これにより、解像度を低下させてしまうインペインティング処理等の第2の修復手段による処理を行う箇所を必要最低限の部分に限定し、それ以外の部分の解像度を高く維持することができる膨張・収縮処理等の第1の修復手段による処理を行う。したがって、修復時に画面全体の解像度を落とすことによる3次元測定精度の低下を抑制することができる。   As a result, the location where the processing by the second restoration means such as the inpainting processing that lowers the resolution is limited to the minimum necessary portion, and the other portions can be maintained at a high resolution. Processing by the first restoration means such as contraction processing is performed. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the three-dimensional measurement accuracy due to a reduction in the resolution of the entire screen at the time of restoration.

本発明の態様4における3次元計測装置(顔形状計測装置1、身体形状計測装置2、監視カメラ装置3)は、態様1、2又は3における3次元計測装置(顔形状計測装置1、身体形状計測装置2、監視カメラ装置3)において、前記マスクデータ生成手段(マスク生成部23b)は、前記第1の欠損修復情報(小ノイズ修復距離画像41)を平滑化した平滑化情報を生成し、さらに上記第1の欠損修復情報(小ノイズ修復距離画像41)と平滑化情報との差分情報を生成し、上記差分情報を用いて前記マスクデータ(マスク画像A42a又はマスク画像B42b)を生成することが好ましい。   The three-dimensional measuring device (face shape measuring device 1, body shape measuring device 2, monitoring camera device 3) in aspect 4 of the present invention is the same as the three-dimensional measuring device (face shape measuring device 1, body shape in aspect 1, 2, or 3). In the measurement device 2 and the monitoring camera device 3), the mask data generation unit (mask generation unit 23b) generates smoothing information obtained by smoothing the first defect repair information (small noise repair distance image 41), Further, difference information between the first defect repair information (small noise repair distance image 41) and smoothing information is generated, and the mask data (mask image A42a or mask image B42b) is generated using the difference information. Is preferred.

すなわち、データが欠損した部分つまりデータに飛びが発生している部分は、周囲に対してデータが非連続的かつ極端に変化する部分つまり極端に急峻な山又は谷のような部分となる。したがって、このような特徴のある部分は平滑化処理を行うと、元のデータに対する変化量が大きくなる。このため、元画像と平滑化画像の差分を採ることにより、第1の修復手段ではデータ修復ができなかった部分を強調することができる。この強調されたデータを用いることによりマスクデータを作成することができる。したがって、第2の修復手段による処理範囲を明確化することができる。   That is, a portion where data is lost, that is, a portion where data jumps is a portion where data is discontinuously and extremely changed relative to the surroundings, that is, a portion such as an extremely steep mountain or valley. Therefore, when a smoothing process is performed on such a characteristic portion, the amount of change with respect to the original data increases. For this reason, by taking the difference between the original image and the smoothed image, it is possible to emphasize the portion that could not be restored by the first restoration means. Mask data can be created by using this emphasized data. Therefore, it is possible to clarify the processing range by the second restoration means.

本発明の態様5における3次元計測装置(顔形状計測装置1、身体形状計測装置2、監視カメラ装置3)は、態様1〜4のいずれか1における3次元計測装置(顔形状計測装置1、身体形状計測装置2、監視カメラ装置3)において、前記第1の修復手段(小ノイズ修復部23a)は、前記3次元計測情報(距離画像34)に含まれる欠損を膨張処理及び収縮処理を用いて修復して前記第1の欠損修復情報(小ノイズ修復距離画像41)を生成すると共に、前記第2の修復手段(大ノイズ修復部23c)は、上記第1の欠損修復情報(小ノイズ修復距離画像41)のうち上記第1の修復手段(小ノイズ修復部23a)では修復されなかった部位の欠損を、インペインティング処理を用いて修復することが好ましい。   The three-dimensional measuring device (face shape measuring device 1, body shape measuring device 2, monitoring camera device 3) according to aspect 5 of the present invention is the three-dimensional measuring device according to any one of aspects 1 to 4 (face shape measuring device 1, In the body shape measuring device 2 and the monitoring camera device 3), the first restoration means (small noise restoration unit 23a) uses expansion processing and contraction processing for defects included in the three-dimensional measurement information (distance image 34). The first defect repair information (small noise repair distance image 41) is generated by repairing, and the second repair unit (large noise repair unit 23c) is configured to restore the first defect repair information (small noise repair). In the distance image 41), it is preferable to repair a defect of a portion that has not been repaired by the first repairing means (small noise repairing portion 23a) using an inpainting process.

これにより、第1の修復手段は、3次元計測情報に含まれる欠損を膨張処理及び収縮処理を用いて修復して第1の欠損修復情報を生成するので、小さな欠落を容易に修復することができる。また、第2の修復手段は、第1の欠損修復情報のうち第1の修復手段では修復されなかった部位の欠損を、インペインティング処理を用いて修復する。これにより、インペインティング処理等の第2の修復手段による処理を行うときには、演算量を減らすために、範囲を限定して行い、大きな欠損を高度に処理することができる。   As a result, the first repair means repairs the defect included in the three-dimensional measurement information using the expansion process and the contraction process to generate the first defect repair information, so that the small defect can be easily repaired. it can. In addition, the second repairing unit repairs a defect in a portion of the first defect repairing information that has not been repaired by the first repairing unit using an inpainting process. Thereby, when processing by the second repairing means such as inpainting processing is performed, the range is limited in order to reduce the amount of calculation, and a large defect can be processed at a high level.

本発明の態様6における3次元計測方法は、3次元計測情報(距離画像34)を取得する3次元計測工程(S1〜S5)と、上記3次元計測情報(距離画像34)に含まれる欠損を修復して第1の欠損修復情報(小ノイズ修復距離画像41)を生成する第1の修復工程(S11・S12)と、上記第1の欠損修復情報(小ノイズ修復距離画像41)のうち上記第1の修復工程(S11・S12)では修復されなかった部位を抽出したマスクデータ(マスク画像A42a又はマスク画像B42b)を生成するマスクデータ生成工程(S21〜S26)と、上記第1の欠損修復情報(小ノイズ修復距離画像41)と上記マスクデータ(マスク画像A42a又はマスク画像B42b)とを用いて第1の欠損修復情報(小ノイズ修復距離画像41)のうち上記第1の修復工程(S11・S12)では修復されなかった部位の欠損を修復し、上記第1の欠損修復情報(小ノイズ修復距離画像41)よりも単位計測領域当たりのデータ量が少ない第2の欠損修復情報(大ノイズ修復距離画像43)を生成する第2の修復工程(S31・S32)と、上記第1の欠損修復情報(小ノイズ修復距離画像41)及び第2の欠損修復情報(大ノイズ修復距離画像43)を合成して合成欠損修復情報(修復距離画像44)を生成する合成欠損修復情報生成工程(S41〜S43)とを含むことを特徴としている。   The three-dimensional measurement method according to the sixth aspect of the present invention includes a three-dimensional measurement step (S1 to S5) for acquiring three-dimensional measurement information (distance image 34), and a defect included in the three-dimensional measurement information (distance image 34). Of the first defect repair information (small noise repair distance image 41), the first repair process (S11 / S12) for repairing and generating first defect repair information (small noise repair distance image 41), and the first defect repair information (small noise repair distance image 41) A mask data generation step (S21 to S26) for generating mask data (mask image A42a or mask image B42b) obtained by extracting a portion that has not been repaired in the first repair step (S11 / S12); and the first defect repair described above. Using the information (small noise repair distance image 41) and the mask data (mask image A42a or mask image B42b), the first defect repair information (small noise repair distance image 41) That is, the defect of the part that was not repaired in the first repair process (S11 / S12) is repaired, and the amount of data per unit measurement area is smaller than that of the first defect repair information (small noise repair distance image 41). A second repair process (S31 / S32) for generating second defect repair information (large noise repair distance image 43), the first defect repair information (small noise repair distance image 41), and a second defect repair. And a combined defect repair information generation step (S41 to S43) for combining information (large noise repair distance image 43) to generate composite defect repair information (repair distance image 44).

上記の発明によれば、限られた処理時間で3次元形状データの品質の低下を抑えながらデータの欠落を修復し得る3次元計測方法を提供することができる。   According to the above invention, it is possible to provide a three-dimensional measurement method capable of repairing data loss while suppressing deterioration in quality of three-dimensional shape data in a limited processing time.

尚、本発明は、上述した各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope shown in the claims, and technical means disclosed in different embodiments are appropriately combined. Embodiments obtained in this manner are also included in the technical scope of the present invention.

本発明は、対象物の3次元形状を計測する3次元計測装置及び3次元計測方法に関するものであり、独立した装置として清掃、監視、自動搬送を始めとする産業用、民生用その他用途に用いる他、他の装置の一部に組み込んで利用したり、装置の一部又は全部を集積回路(IC)化して利用したりすることも可能である。   The present invention relates to a three-dimensional measurement apparatus and a three-dimensional measurement method for measuring a three-dimensional shape of an object, and is used as an independent apparatus for industrial, consumer, and other uses including cleaning, monitoring, and automatic conveyance. In addition, it may be used by being incorporated in a part of another device, or part or all of the device may be used as an integrated circuit (IC).

1 顔形状計測装置(3次元計測装置)
2 身体形状計測装置(3次元計測装置)
3 監視カメラ装置(3次元計測装置)
11 ステレオカメラ(3次元計測手段)
12 照明装置
13 データ表示部
14 データ保存部
20 データ処理回路
21 制御部
22 距離画像生成部
23 修復部
23a 小ノイズ修復部(第1の修復手段)
23b マスク生成部(マスクデータ生成手段)
23c 大ノイズ修復部(第2の修復手段)
23d データ合成部(合成欠損修復情報生成手段)
24 データ変換部
31L 左カメラ画像
31R 右カメラ画像
32L 平行化後左カメラ画像
32R 平行化後右カメラ画像
33 視差画像
34 距離画像(3次元計測情報)
41 小ノイズ修復距離画像(第1の欠損修復情報)
42a マスク画像A(マスクデータ)
42b マスク画像B(マスクデータ)
43 大ノイズ修復距離画像(第2の欠損修復情報)
44 修復距離画像(合成欠損修復情報)
45 3次元点群データ
B 身体
D0 カメラキャリブレーションデータ
F 顔
M 不特定多数人物
1 Face shape measuring device (3D measuring device)
2 Body shape measuring device (3D measuring device)
3. Surveillance camera device (3D measuring device)
11 Stereo camera (three-dimensional measuring means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Illuminating device 13 Data display part 14 Data storage part 20 Data processing circuit 21 Control part 22 Distance image generation part 23 Restoration part 23a Small noise restoration part (1st restoration means)
23b Mask generator (mask data generator)
23c Large noise restoration section (second restoration means)
23d Data synthesizing unit (synthesis defect repair information generating means)
24 Data converter 31L Left camera image 31R Right camera image 32L Parallelized left camera image 32R Parallelized right camera image 33 Parallax image 34 Distance image (three-dimensional measurement information)
41 Small noise repair distance image (first defect repair information)
42a Mask image A (mask data)
42b Mask image B (mask data)
43 Large noise repair distance image (second defect repair information)
44 Repair distance image (composite defect repair information)
45 3D point cloud data B Body D0 Camera calibration data F Face M Unspecified number of people

Claims (6)

3次元計測情報を取得する3次元計測手段と、
上記3次元計測情報に含まれる欠損を修復して第1の欠損修復情報を生成する第1の修復手段と、
上記第1の欠損修復情報のうち上記第1の修復手段では修復されなかった部位を抽出したマスクデータを生成するマスクデータ生成手段と、
上記第1の欠損修復情報と上記マスクデータとを用いて第1の欠損修復情報のうち上記第1の修復手段では修復されなかった部位の欠損を修復し、上記第1の欠損修復情報よりも単位計測領域当たりのデータ量が少ない第2の欠損修復情報を生成する第2の修復手段と、
上記第1の欠損修復情報及び第2の欠損修復情報を合成して合成欠損修復情報を生成する合成欠損修復情報生成手段とを備えていることを特徴とする3次元計測装置。
3D measurement means for acquiring 3D measurement information;
First repair means for repairing a defect included in the three-dimensional measurement information and generating first defect repair information;
Mask data generating means for generating mask data obtained by extracting a portion of the first defect repair information that has not been repaired by the first repair means;
Using the first defect repair information and the mask data, the defect of the portion that has not been repaired by the first repair means in the first defect repair information is repaired, and more than the first defect repair information. A second repair means for generating second defect repair information with a small amount of data per unit measurement area;
3. A three-dimensional measuring apparatus comprising: synthetic defect repair information generating means for generating synthesized defect repair information by synthesizing the first defect repair information and the second defect repair information.
前記第2の修復手段による欠損修復の演算が、前記第1の修復手段による欠損修復の演算よりも、単位データ量当たりの演算量が大きい場合に、
上記第2の修復手段は、前記第1の欠損修復情報よりも単位計測領域当たりのデータ量を削減したデータ量削減データを生成した後、上記データ量削減データに対して欠損修復の演算を行うことを特徴とする請求項1記載の3次元計測装置。
When the amount of calculation per unit data amount is larger than the operation of defect repair by the first repair unit, the operation of defect repair by the second repair unit,
The second repair means generates data amount reduction data in which the data amount per unit measurement area is reduced as compared with the first defect repair information, and then performs a defect repair operation on the data amount reduction data. The three-dimensional measuring apparatus according to claim 1.
前記合成欠損修復情報生成手段は、
前記第1の欠損修復情報における、前記第1の修復手段では修復されなかった部位に対して前記第2の欠損修復情報を合成することにより合成欠損修復情報を生成することを特徴とする請求項1又は2記載の3次元計測装置。
The synthetic defect repair information generating means includes
The synthetic defect repair information is generated by synthesizing the second defect repair information with respect to a portion of the first defect repair information that has not been repaired by the first repair means. The three-dimensional measuring apparatus according to 1 or 2.
前記マスクデータ生成手段は、
前記第1の欠損修復情報を平滑化した平滑化情報を生成し、さらに上記第1の欠損修復情報と上記平滑化情報との差分情報を生成し、上記差分情報を用いて前記マスクデータを生成することを特徴とする請求項1、2又は3記載の3次元計測装置。
The mask data generating means
Smoothing information obtained by smoothing the first defect repair information is generated, further difference information between the first defect repair information and the smoothing information is generated, and the mask data is generated using the difference information. The three-dimensional measuring apparatus according to claim 1, 2, or 3.
前記第1の修復手段は、前記3次元計測情報に含まれる欠損を膨張処理及び収縮処理を用いて修復して前記第1の欠損修復情報を生成すると共に、
前記第2の修復手段は、上記第1の欠損修復情報のうち上記第1の修復手段では修復されなかった部位の欠損を、インペインティング処理を用いて修復することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の3次元計測装置。
The first repair means repairs a defect included in the three-dimensional measurement information using an expansion process and a contraction process to generate the first defect repair information,
2. The second repairing unit repairs a defect in a portion of the first defect repair information that has not been repaired by the first repairing unit using an inpainting process. The three-dimensional measuring apparatus of any one of -4.
3次元計測情報を取得する3次元計測工程と、
上記3次元計測情報に含まれる欠損を修復して第1の欠損修復情報を生成する第1の修復工程と、
上記第1の欠損修復情報のうち上記第1の修復工程では修復されなかった部位を抽出したマスクデータを生成するマスクデータ生成工程と、
上記第1の欠損修復情報と上記マスクデータとを用いて第1の欠損修復情報のうち上記第1の修復工程では修復されなかった部位の欠損を修復し、上記第1の欠損修復情報よりも単位計測領域当たりのデータ量が少ない第2の欠損修復情報を生成する第2の修復工程と、
上記第1の欠損修復情報及び第2の欠損修復情報を合成して合成欠損修復情報を生成する合成欠損修復情報生成工程とを含むことを特徴とする3次元計測方法。
A 3D measurement process for obtaining 3D measurement information;
A first repairing step of repairing a defect included in the three-dimensional measurement information to generate first defect repair information;
A mask data generation step for generating mask data obtained by extracting a portion of the first defect repair information that has not been repaired in the first repair step;
Using the first defect repair information and the mask data, the defect of the portion of the first defect repair information that has not been repaired in the first repair process is repaired. A second repair step for generating second defect repair information with a small amount of data per unit measurement area;
A three-dimensional measurement method comprising: a synthetic defect repair information generation step of generating synthetic defect repair information by synthesizing the first defect repair information and the second defect repair information.
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