JP2016090333A - 画像処理装置、検査装置、画像処理方法及び画像処理プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】画像処理装置は、取得部10と処理部20とを含む。取得部10は、対象物の像を含む第1撮像画像302と、第1関係と、を含む情報を取得する。第1撮像画像302の第1、第2画像領域r1、r2は、対象物の第1、第2位置p1、p2に対応し、第1、第2画素値を有する。第1関係は、第1画像領域r1の位置と、第1位置p1との間の関係である。処理部20は、画像生成処理と、距離算出処理と、を実施する。画像生成処理では、第1、第2位置にそれぞれ対応する第3、第4画像領域r3、r4を含む画像を生成する。画像生成処理では、第3、第4画像領域の画素値を、情報と第1、第2画素値とに基づいて決定する。距離算出処理では、第3、第4画像領域の実空間での第1、第2距離L1,L2を算出する。第1距離L1は、第2距離L2と異なる。
【選択図】図1
Description
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1は、第1の実施形態に係る画像処理装置を例示するブロック図である。
実施形態の画像処理装置110は、取得部10と、処理部20と、を含む。取得部10には、例えば、入出力端子が用いられる。取得部10は、有線または無線を介して外部と通信する入出力インターフェイスを含む。処理部20には、例えば、CPU(Central Processing Unit)やメモリなどを含む演算装置が用いられる。処理部20の各ブロックの一部、又は全部には、LSI(Large Scale Integration)等の集積回路またはIC(Integrated Circuit)チップセットを用いることができる。各ブロックに個別の回路を用いてもよいし、一部又は全部を集積した回路を用いてもよい。各ブロック同士が一体として設けられてもよいし、一部のブロックが別に設けられてもよい。また、各ブロックのそれぞれにおいて、その一部が別に設けられてもよい。集積化には、LSIに限らず、専用回路又は汎用プロセッサを用いてもよい。
移動体100は、例えば、車両、ロボット、飛行体などの移動体全般が対象とされる。移動体100には、1つ以上の撮像部101が搭載される。撮像部101は、領域102を撮像範囲として観測する。領域102には、対象物103が含まれており、この例では、対象物103は道路面である。対象物103は道路面以外でもよい。対象物103は、建物の壁面、床面、天井面、道路の側壁、トンネルの内壁、橋梁の側面、下面、さらには、エレベータ昇降路の壁面、天井面、床面など、概ね平面または円筒型、直方形状の筒などで形成された構造物でもよい。
取得部10は、移動体100に搭載された撮像部101により撮像された第1撮像画像302を取得する(ステップS1)。
ここでいう位置関係とは、図4に表すように、撮像部101のカメラ座標系200(図4では簡略化のためXcを省略)と、対象物103の対象物座標系201(図4では簡略化のためXrを省略)との間における相対的な位置関係を意味する。具体的には、3行3列の回転行列Rと、3次元の並進ベクトルtと、で構成される。ここでは、対象物103の法線ベクトルをn=(nx、ny、nz)で表現する。カメラ座標系200と対象物座標系201とを結ぶベクトルの長さをdで表現する。撮像部101のカメラ座標系200と、対象物103の対象物座標系201との間の座標変換は、式2を用いて行うことができる。
大きく分けると、(1)移動体100と対象物103との位置関係が変わらない場合と、(2)移動体100と対象物103との位置関係が動的に変わる場合と、が考えられる。(1)の位置関係が変わらない場合は、移動体100が対象物103に沿って滑らかに移動する場合などである。これは、移動体100が低速で運動する場合や、移動体100がレールに沿って運動する場合などである。一方、(2)の位置関係が動的に変わる場合は、自動車のように道路面の起伏や車両の運動によるピッチング、ローリングなど、比較的大きく運動する場合などである。
また、レーザなどの測距装置を用いて、道路面の3次元形状を取得し、3次元形状に特定の道路面を当てはめることで、道路面とカメラとの間の位置関係を求めてもよい。
図5(a)は、撮像部101で撮像された第1撮像画像302を例示する図である。
図5(b)は、画像生成部21で生成された第1生成画像305を例示する図である。
第1撮像画像302は、第1画像領域r1と、第2画像領域r2と、を含む。第1画像領域r1は、第1撮像画像302の位置303に配置された画素の領域である。第2画像領域r2は、第1撮像画像302の位置307に配置された画素の領域である。
式9で求められた距離diffを、第1生成画像305の各画素位置での距離とする。この例では、第3画像領域r3に対して第1距離L1が決定され、第4画像領域r4に対して第2距離L2が決定される。第1生成画像305のその他の画像領域に対しても同様である。
ステップS4によって、第1生成画像305に対応する距離マップ305aが生成される。第1生成画像305の第3画像領域r3に対応する第1距離L1は、距離マップ305aの対応位置に格納される。第4画像領域r4に対応する第2距離L2は、距離マップ305aの対応位置に格納される。以下、同様にして、第1生成画像305の複数の画像領域のそれぞれに対して算出された実空間上での距離を、距離マップ305aに格納する。
図8は、第2の実施形態に係る画像処理装置を例示するブロック図である。
実施形態の画像処理装置111は、取得部10と、処理部20と、を含む。処理部20は、画像生成部21と、距離算出部22と、さらに、画像圧縮部23と、を含む。
実施形態に係るステップS1〜ステップS4は、第1の実施形態で説明したため、ここでの説明は省略する。ステップS3で求めた第1生成画像305及びステップS4で求めた距離マップ305aを画像圧縮部23の入力とする。
図10は、第3の実施形態に係る画像処理装置を例示するブロック図である。
実施形態の画像処理装置112は、取得部10と、処理部20と、を含む。処理部20は、画像生成部21と、距離算出部22と、さらに、運動ベクトル算出部24と、画像更新部25と、を含む。
実施形態に係るステップS11〜ステップS13においては、第1撮像画像302と、第2撮像画像302aと、に基づいて、2枚のオルソ画像(第1生成画像305及び第2生成画像313)が生成される。第2撮像画像302aは、対象物像103fを含み第1撮像画像302とは異なる。ステップS14においては、第1生成画像305の複数の画像領域のそれぞれに対応する実空間での距離と、第2生成画像313の複数の画像領域のそれぞれに対応する実空間での距離と、が算出される。ステップS13で求めた第1生成画像305及び第2生成画像313を運動ベクトル算出部24の入力とする。
この例では、撮像部101は4つの異なる方向を観測しており、前方向きの観測範囲である領域102に加えて、左右向きに領域700及び領域701、後方向きに領域702が設定されている。また、異なる方向でなくても、異なる時刻、異なる場所で撮像してもよい。例えば、異なる時刻で移動体100が移動の前後で撮像した画像でもよい。また、異なる方向、時刻、場所のいずれか複数の組み合わせでもよい。
この例では、領域102で得られた第1生成画像305に対して、移動体100が前方に移動して撮像した第2生成画像313が示されている。移動前後の移動量である2次元の運動ベクトルV1を算出する。例えば、第1生成画像305及び第2生成画像313の2つのオルソ画像の画素値に基づくテンプレートマッチング法を用いて、最も類似度が高くなる2次元の運動ベクトルを算出することができる。また、回転量からなる運動ベクトルを算出してもよい。また、撮像部101から得られる画像に対して、Structure from Motion法を用いて、撮像部101の3次元空間での運動を求めた後に、撮像部101と対象物103との間の位置関係を用いて運動ベクトルに変換してもよい。また、慣性センサやGPS(Global Positioning System)等のGNSS(Global Navigation Satellite System)を用いてもよい。
図14は、第4の実施形態に係る検査装置を例示するブロック図である。
実施形態の検査装置113は、取得部10と、処理部20とを、含む。処理部20は、画像生成部21と、距離算出部22と、さらに、検査部26と、を含む。
実施形態に係るステップS1〜ステップS4は、第1の実施形態で説明したため、ここでの説明は省略する。ステップS3で求めた第1生成画像305及びステップS4で求めた距離マップ305aを検査部26の入力とする。
(5)車両の天井に搭載されたカメラを用いて道路面上のひびや欠損を検出する道路面診断装置として利用する。実施形態の画像処理装置を用いることで、信頼性の高い異常検出が可能となる。道路面の異常のため、対象物は平面形状となる。複数のオルソ画像を統合することにより、解像度の高い道路面のパノラマが生成される。さらに、圧縮サイズが異常検出に影響しないように制御されているため、データサーバでの管理に好適なデータの生成が可能となる。
(6)トンネル内を移動する移動体にカメラを取り付けて、トンネル内壁のひび・欠損、漏水・剥離を診断する装置として利用する。実施形態の画像処理装置を用いることで、トンネル内において信頼性の高い診断が可能となる。トンネルの円筒形状を平面状に展開したオルソ画像が生成される。
(7)車両や飛行体に設置されたカメラから橋梁を撮像して、例えば、橋梁下面のオルソ画像を作成することが可能となる。橋梁のさびや、ひび、変形などの検出を行うことができる。
305…第1生成画像、 305a…距離マップ、 310…大きさ、 311、312…広がり、 313…第2生成画像、 314…第3生成画像、 700〜702…領域、 L1〜L5…第1〜第5距離、 V1…運動ベクトル、 d1〜d5…長さ、 p1〜p4…第1〜第4位置、 r1〜r10…第1〜第10画像領域、 r3a…第3画像領域、 r9a…第9画像領域、 r10a…第10画像領域
Claims (9)
- 実空間に設けられた対象物の第1像を含む第1撮像画像であって、前記第1撮像画像の第1画像領域は、前記対象物の第1部分の第1位置に対応し第1画素値を有し、前記第1撮像画像の第2画像領域は、前記対象物の第2部分の第2位置に対応し第2画素値を有する第1撮像画像と、
前記第1画像領域の位置と、前記第1位置と、の間の第1関係と、
を含む情報を取得する取得部と、
前記第1位置に対応する第3画像領域、及び、前記第2位置に対応する第4画像領域を含み、前記対象物を第1平面に投影した第1生成画像を生成し、前記第3画像領域の第3画素値を、前記情報と前記第1画素値とに基づいて決定し、前記第4画像領域の第4画素値を、前記情報と前記第2画素値とに基づいて決定する第1画像生成処理と、
前記第3画像領域の第1方向の長さに対応する前記実空間での第1距離と、前記第4画像領域の前記第1方向の長さに対応する前記実空間での第2距離と、を算出し、前記第3画像領域の前記第1方向の前記長さは、前記第4画像領域の前記第1方向の前記長さと同じであり、前記第1距離は、前記第2距離と異なる第1距離算出処理と、
を実施する処理部と、
を備えた画像処理装置。 - 前記第1画像領域は、前記第1撮像画像の1つの画素の領域であり、
前記第2画像領域は、前記第1撮像画像の別の1つの画素の領域であり、
前記第3画像領域は、前記第1生成画像の1つの画素の領域であり、
前記第4画像領域は、前記第1生成画像の別の1つの画素の領域である請求項1記載の画像処理装置。 - 前記第1関係に関する前記情報は、前記対象物を撮像した撮像部の撮像パラメータを含み、前記撮像パラメータは、前記撮像部の焦点距離及び前記撮像部の画像中心位置を含み、
前記第1位置は、前記第1画像領域の前記位置を前記撮像パラメータに基づいて座標変換される位置である請求項1または2に記載の画像処理装置。 - 前記処理部は、前記第1生成画像を圧縮する画像圧縮処理をさらに実施し、
前記画像圧縮処理は、前記第1距離が前記第2距離よりも長いときに前記第3画像領域の圧縮率を前記第4画像領域の圧縮率よりも高くし、前記第1距離が前記第2距離よりも短いときに前記第3画像領域の前記圧縮率を前記第4画像領域の前記圧縮率よりも低くすることを含む請求項1〜3のいずれか1つに記載の画像処理装置。 - 前記情報は、
前記対象物の第2像を含み前記第1撮像画像とは異なる第2撮像画像であって、前記第2撮像画像の第5画像領域は、前記対象物の第3部分の第3位置に対応し第5画素値を有し、前記第2撮像画像の第6画像領域は、前記対象物の第4部分の第4位置に対応し第6画素値を有する第2撮像画像と、
前記第5画像領域の位置と、前記第3位置と、の間の第3関係と、
をさらに含み、
前記処理部は、
前記第3位置に対応する第7画像領域、及び、前記第4位置に対応する第8画像領域を含み、前記対象物を第2平面に投影した第2生成画像を生成し、前記第7画像領域の第7画素値を、前記情報と前記第5画像領域の第5画素値とに基づいて決定し、前記第8画像領域の第8画素値を、前記情報と前記第6画素値とに基づいて決定する第2画像生成処理と、
前記第7画像領域の前記第1方向の長さに対応する前記実空間での第3距離と、前記第8画像領域の前記第1方向の長さに対応する前記実空間での第4距離と、を算出し、前記第7画像領域の前記第1方向の前記長さは、前記第8画像領域の前記第1方向の前記長さと同じであり、前記第3距離は、前記第4距離と異なる第2距離算出処理と、
前記第2生成画像中において前記第3画像領域に対応し第9画素値を有する第9画像領域を検出し、前記第3画像領域の位置と前記第9画像領域の位置との差を含む運動ベクトルを算出し、前記第9画像領域の前記第1方向の長さは、前記実空間での第5距離に対応する、運動ベクトル算出処理と、
前記第1生成画像と、前記第2生成画像と、前記運動ベクトルと、に基づいて、前記第1位置に対応する第10画像領域を含み、前記対象物を前記第2平面に投影した第3生成画像を生成する第3画像生成処理と、
をさらに実施し、
前記処理部は、
前記第1距離が前記第5距離未満のときは、前記第10画像領域の画素値を、前記第3画素値とし、
前記第1距離が前記第5距離以上のときは、前記第10画像領域の前記画素値を、前記第9画素値とする、
請求項1〜4のいずれか1つに記載の画像処理装置。 - 実空間に設けられた対象物の第1像を含む第1撮像画像であって、前記第1撮像画像の第1画像領域は、前記対象物の第1部分の第1位置に対応し第1画素値を有し、前記第1撮像画像の第2画像領域は、前記対象物の第2部分の第2位置に対応し第2画素値を有する第1撮像画像と、
前記第1画像領域の位置と、前記第1位置と、の間の第1関係と、
を含む情報を取得する取得部と、
前記第1位置に対応する第3画像領域、及び、前記第2位置に対応する第4画像領域を含み、前記対象物を第1平面に投影した第1生成画像を生成し、前記第3画像領域の第3画素値を、前記情報と前記第1画素値とに基づいて決定し、前記第4画像領域の第4画素値を、前記情報と前記第2画素値とに基づいて決定する第1画像生成処理と、
前記第3画像領域の第1方向の長さに対応する前記実空間での第1距離と、前記第4画像領域の前記第1方向の長さに対応する前記実空間での第2距離と、を算出し、前記第3画像領域の前記第1方向の前記長さは、前記第4画像領域の前記第1方向の前記長さと同じであり、前記第1距離は、前記第2距離と異なる第1距離算出処理と、
前記第1距離が所定値以下のときに、前記対象物の前記第1部分の異常を検査する検査処理と、
を実施する処理部と、
を備えた検査装置。 - 前記検査処理は、前記3画像領域を含む領域の画素値に基づいてパターン解析することにより、前記異常を検出することを含み、
前記異常は、前記第1部分のひび割れ、わだち、欠損、漏水、剥離及びさびの少なくともいずれかを含む請求項6記載の検査装置。 - 実空間に設けられた対象物の第1像を含む第1撮像画像であって、前記第1撮像画像の第1画像領域は、前記対象物の第1部分の第1位置に対応し第1画素値を有し、前記第1撮像画像の第2画像領域は、前記対象物の第2部分の第2位置に対応し第2画素値を有する第1撮像画像と、
前記第1画像領域の位置と、前記第1位置と、の間の第1関係と、
を含む情報を取得し、
前記第1位置に対応する第3画像領域、及び、前記第2位置に対応する第4画像領域を含み、前記対象物を第1平面に投影した第1生成画像を生成し、前記第3画像領域の第3画素値を、前記情報と前記第1画素値とに基づいて決定し、前記第4画像領域の第4画素値を、前記情報と前記第2画素値とに基づいて決定し、
前記第3画像領域の第1方向の長さに対応する前記実空間での第1距離と、前記第4画像領域の前記第1方向の長さに対応する前記実空間での第2距離と、を算出し、前記第3画像領域の前記第1方向の前記長さは、前記第4画像領域の前記第1方向の前記長さと同じであり、前記第1距離は、前記第2距離と異なる、
画像処理方法。 - 実空間に設けられた対象物の第1像を含む第1撮像画像であって、前記第1撮像画像の第1画像領域は、前記対象物の第1部分の第1位置に対応し第1画素値を有し、前記第1撮像画像の第2画像領域は、前記対象物の第2部分の第2位置に対応し第2画素値を有する第1撮像画像と、
前記第1画像領域の位置と、前記第1位置と、の間の第1関係と、
を含む情報を取得する処理と、
前記第1位置に対応する第3画像領域、及び、前記第2位置に対応する第4画像領域を含み、前記対象物を第1平面に投影した第1生成画像を生成し、前記第3画像領域の第3画素値を、前記情報と前記第1画素値とに基づいて決定し、前記第4画像領域の第4画素値を、前記情報と前記第2画素値とに基づいて決定する処理と、
前記第3画像領域の第1方向の長さに対応する前記実空間での第1距離と、前記第4画像領域の前記第1方向の長さに対応する前記実空間での第2距離と、を算出し、前記第3画像領域の前記第1方向の前記長さは、前記第4画像領域の前記第1方向の前記長さと同じであり、前記第1距離は、前記第2距離と異なる処理と、
をコンピュータに実行させる画像処理プログラム。
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