JP2018048942A - 三次元計測装置及び三次元計測プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
1. 第1の実施形態
1.1 第1の実施形態に係る三次元計測システム1の構成
1.2 第1の実施形態に係る三次元計測装置30の構成
1.3 第1の実施形態に係る三次元計測部310における処理方法
1.4 第1の実施形態に係る三次元計測システム1の動作
1.5 第1の実施形態の変形例
2. 第2の実施形態
2.1 第2の実施形態に三次元計測の基本的考え方
2.2 第2の実施形態に係る三次元計測装置30aの構成
2.3 第2の実施形態に係る推定部316における推定方法
2.4 第2の実施形態に係る三次元計測システム1の動作
3. 本実施形態に係る三次元計測装置30のハードウェア構成
4. 補足
<1.1 第1の実施形態に係る三次元計測システム1の構成>
本発明の第1の実施形態に係る三次元計測システム1は、先に説明したように、コンビニエンスストアやスーパーマーケット等の店舗内を撮影し、撮影画像を処理することにより様々な情報を取得する画像処理システムの一例である。詳細には、本実施形態に係る三次元計測システム1においては、店舗2内に1台の撮影装置10を設置し、当該撮影装置10を円状に外向きの状態で回転させ、店舗2内を撮影させる。さらに、当該三次元計測システム1は、上記撮影により取得された互いに視差を有する複数の画像を用いて、被写体に対する三次元計測を行い、当該被写体を含む三次元画像を生成する。このような本実施形態に係る三次元計測システム1は、1台の撮影装置10を含む簡単なシステム構成でありながら、店舗2内等の撮影対象である空間内に存在する人物Pについての画像解析の検出精度および追跡精度を向上させることが可能である。
撮影装置10は、撮影対象である空間(例えば、店舗2内)内の画像を撮影する。撮影装置10は、回転部20を有し、当該回転部20の回動により、回転することができ、従って、1台の撮影装置であっても、回転により上記空間を広域に撮影することができる。詳細には、撮影装置10は、店舗2内の被写体としての人物Pの画像を撮影する。より具体的には、撮影装置10は、対象空間から発せられる光を集光して撮像面に光像を形成し、撮像面に形成された光像を電気的な画像信号に変換することにより画像を取得する。撮影装置10は、例えば、被写体から発せられる光を集光する撮影レンズおよびズームレンズなどの撮像光学系、および、CCD(Charge Coupled Device)またはCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の撮像素子を有してもよい。
三次元計測装置30は、撮影装置10により撮影された画像に基づいて、三次元画像を生成したり、生成した三次元画像を用いて人物P(被写体)の検出等の処理を行ったりする。さらに、三次元計測装置30は、上述の撮影装置10の撮影タイミングを制御したり、上述の回転部20の回転を制御したりすることができる。なお、三次元計測装置30は、店舗2内に設置されていてもよく、もしくは、店舗2のバックヤード等に設置されていてもよい。さらに、三次元計測装置30は、店舗2から離れた位置にある場所(例えば、店舗2がコンビニエンスストアである場合には、コンビニエンスストアを統括するフランチャイザー側の事務所等に設けられていてもよい。また、店舗2のセキュリティ管理を行うセキュリティ会社側の監視室に設けられていてもよい。)に設置されていてもよい。なお、三次元計測装置30は、上述の撮影装置10を有する一体の装置として構成されていてもよい。
次に、図3を参照して、上述の三次元計測装置30の機能構成を説明する。図3は、本実施形態に係る三次元計測装置30の機能構成を説明する説明図である。図3に示すように、本実施形態に係る三次元計測装置30は、通信部300と、画像取得部(制御部)302と、回転制御部(制御部)304と、画像記憶部306と、パラメータ記憶部308と、三次元計測部310と、画像処理部312と、出力部314とを主に有する。以下に、三次元計測装置30の各機能ブロックの詳細を説明する。
通信部300は、撮影装置10とのインターフェースであって、これら装置との間で、無線LAN(Local Area Network)等の無線回線や、有線回線を介して通信を行う。
画像取得部302は、上述の通信部300を介して、上述の撮影装置10に対して撮影(画像取得)を行うように画像取得タイミング(日時)(フレームレートともいう)等の制御情報を出力することにより、撮影装置10を制御する。この際、画像取得部302により指示される画像取得タイミング等の制御情報は、画像取得部302により後述するパラメータ記憶部308に出力され、パラメータ記憶部308が記憶する。さらに、画像取得部302は、撮影装置10により撮影された画像のデータを、通信部300を介して取得する。この際、画像取得部302は上記画像データを取得すると後述の画像記憶部306に出力し、当該画像記憶部306は当該画像データを記憶する。なお、画像取得部302は、画像の撮影に係る撮影パラメータ(ズーム等)を撮影装置10に対して出力し、撮影装置10による撮影を制御してもよい。この際、出力される上記撮影パラメータも、上述と同様に、画像取得部302によりパラメータ記憶部308に出力され、パラメータ記憶部308が記憶してもよい。
回転制御部304は、上述の通信部300を介して、撮影装置10の有する回転部20の回転を制御する。すなわち、回転制御部304は、撮影装置10の位置を制御する。詳細には、回転制御部304は、回転部20に対して、回転角度、回転速度等の位置パラメータを位置制御情報として出力することにより、回転部20を制御する。この際、回連制御部304から出力される位置パラメータは、回転制御部304により後述するパラメータ記憶部308に出力され、パラメータ記憶部308が記憶する。
画像記憶部306は、画像取得部302から出力された画像のデータを記憶する。また、画像記憶部306は、後述する三次元計測部310からのリクエストに応じて記憶した画像のデータを、当該三次元計測部310へ出力する。
パラメーラ記憶部308は、画像取得部302から出力された画像取得タイミングや撮影パラメータ、回転制御部304から出力された位置パラメータ等を記憶する。さらに、パラメータ記憶部308は、撮影装置10に係るレンズひずみ補正パラメータ、焦点距離等の内部パラメータ、さらに撮影装置10の設置位置等の外部パラメータをあらかじめ記憶していてもよい。この際には、三次元計測装置30の入力部(図示省略)を用いて、ユーザにより入力される。さらに、パラメータ記憶部308は、後述する三次元計測部310からのリクエストに応じて記憶した各種パラメータを、当該三次元計測部310へ出力する。
三次元計測部310は、上述の画像記憶部306から、互いに視差のある2つ以上の画像データを取得し、これら取得した画像データに基づき、画像に含まれる人物P(被写体)の位置を計測する。この際、三次元計測部310は、上述のパラメータ記憶部308から上記画像データに係る位置パラメータを参照して、上記画像を撮影した撮影装置10の位置情報を取得する。三次元計測部310は、取得した位置情報を用いて、上記画像データを処理することにより、画像に含まれる人物Pの位置の三次元計測を行う。さらに、三次元計測部310は、上記計測結果を用いて三次元画像を生成する。そして、三次元計測部310は、得られた計測結果や三次元画像を後述する画像処理部312及び出力部314に出力する。なお、三次元計測部310で行われる処理の詳細については、後述する。
画像処理部312は、上述の三次元計測部310が生成した三次元画像に対して画像処理を行うことにより、当該画像に含まれる人物P(被写体)の検出や、当該人物Pの追跡等を行う。また、画像処理部312は、上述の処理の結果を後述する出力部314に出力する。
出力部314は、画像処理部312等が出力した結果を例えば外部デバイス(例えば、ディスプレイ、HDD(Hard Disk Drive))に出力する。例えば、出力部314は、三次元計測部310により生成された三次元画像に、画像処理部312が検出した人物Pを囲う矩形を重畳した画像をディスプレイに出力する。
次に、本実施形態に係る三次元計測部310において行われる処理、すなわち、互いに視差のある2つ以上の二次元画像から人物P(被写体)の位置の三次元計測を行う方法の一例について、図4から図6を参照して説明する。図4から図6は、本実施形態に係る三次元計測部310における処理を説明する説明図である。
以上、本発明の第1の実施形態に係る三次元計測システム1及び三次元計測装置30の構成、さらに、本実施形態に係る三次元計測部310における処理について説明した。次に、本発明の第1の実施形態に係る三次元計測システム1の動作としての三次元計測について、図7を参照して説明する。図7は、本実施形態に係る三次元計測のシーケンス図である。
三次元計測装置30は、撮影装置10に対して撮影を指示する。また、三次元計測装置30は、上述の撮影の指示の際に、撮影装置10の回転部20に対して回転の指示を行った場合には、回転指示として出力された位置パラメータを記憶する。なお、記憶した位置パラメータは、後述するステップS105で取得した画像と紐づけられることができるように、指示に係る時系列情報(例えば、指示した時刻情報)と紐づけられている。
三次元計測装置30からの制御に従って、撮影装置10は店舗2内の第1の画像を撮影し、当該画像のデータを三次元計測装置30に出力する。なお、ステップS101において三次元計測装置30が回転の指示を行った場合には、回転部20は当該指示に従って第1の位置にまで回転し、その後に撮影装置10は店舗2内の第1の画像を撮影する。
三次元計測装置30は、撮影装置10から取得した第1の画像のデータを時系列情報(例えば、取得した時刻情報)とともに記憶する。この際、第1の画像の撮影に係る位置パラメータも第1の画像のデータに紐づけられて記憶されることが好ましい。
三次元計測装置30は、回転部20に対して回転の指示を行い、指示として出力された位置パラメータを記憶する。さらに、三次元計測装置30は、ステップS101と同様に、回転後に撮影を行うように撮影装置10に対して指示する。
三次元計測装置30からの制御に従って、回転部20は回転し、第2の位置に到達する。そして、撮影装置10は、三次元計測装置30からの制御に従って、店舗2内の第2の画像を撮影し、三次元計測装置30に出力する。
三次元計測装置30は、ステップS105と同様に、撮影装置10から取得した第2の画像のデータを時系列情報とともに記憶する。
三次元計測装置30は、ステップS105及びステップS111において取得した2つの第1及び第2の画像のデータを用いて、ステップS101及びステップS107で記憶した上記画像データに係る位置パラメータ等を参照して、上述したような平行化処理を行う。さらに、処理により得られた処理画像等を用いて、画像に含まれる人物P(被写体)の位置を三次元計測する。さらに、三次元計測装置30は、計測結果を用いて、人物Pが含まれる三次元画像を生成する。
三次元計測装置30は、上述のステップS113で生成した三次元画像に対して画像処理を行う。例えば、三次元計測装置30は、当該三次元画像から人物Pの検出を行うことができる。先に説明したように、三次元画像から人物Pの検出を行うことにより、複数の人物Pが重なっていても人物を検出することができ、さらに、画像に含まれるポスター上の人物を誤って撮影対象である空間内に存在する人物Pとして検出してしまうことを避けることができる。さらに、三次元画像からは人物Pの詳細な位置も把握することができることから、例えば、店舗2内の棚に対してどのような位置に人物Pが存在するのか等を把握することができる。
三次元計測装置30は、上述のステップS115における処理結果を例えば外部デバイスに出力する。例えば、三次元計測装置30は、ステップS113において生成された三次元画像に、ステップS115において検出した人物Pの移動の軌跡を示す線を重畳した画像を外部デバイスであるディスプレイ(図示省略)に出力する。
上述の実施形態においては、回転部20が三次元計測装置30からの制御に従って精度よく回転することができると仮定して、撮影装置10による撮影の際の撮影装置10の位置情報として、三次元計測装置30による制御指示の際に撮影装置10の回転部20に出力される位置パラメータを用いていた。しかしながら、回転部20等の不具合により、回転部20が三次元計測装置30からの制御に従って精度よく回転しないことがある。また、回転部20の回転の精度にも機械的な限界があるために、回転部20は、厳密には三次元計測装置30からの制御に従って回転していないこともある。そこで、以下に説明する変形例においては、位置パラメータを上述とは別の方法によって取得する。詳細には、本変形例においては、撮影装置10により撮影された、撮影対象である店舗2内に設置されたパターン(図示省略)の画像を用いて、撮影装置10の位置情報としての位置パラメータを取得する。
次に、画像上の被写体(例えば人物P)が移動した場合であっても、上述の第1の実施形態と同様に、簡単な構成の三次元計測システム1を用いつつ当該被写体の三次元計測を行うことができる本発明の第2の実施形態を説明する。
まず、本実施形態の三次元計測の基本的考え方について、図8を用いて説明する。図8は、本実施形態に係る三次元計測の基本的考え方を説明する説明図である。
次に、第2の実施形態に係る三次元計測装置30aの機能構成について、図9を参照して説明する。図9は、本実施形態に係る三次元計測装置30aの機能構成を説明する説明図である。本実施形態に係る三次元計測装置30aは、第1の実施形態に係る三次元計測装置30と共通の機能ブロックを有するが、さらに、以下に説明する推定部316を有する。すなわち、図9に示すように、本実施形態に係る三次元計測装置30aは、通信部300と、画像取得部302と、回転制御部304と、画像記憶部306と、パラメータ記憶部308と、三次元計測部310と、画像処理部312と、出力部314と、さらに推定部316を主に有する。したがって、ここでは、推定部316以外の三次元計測装置30a機能ブロックについての説明を省略し、推定部316のみを説明する。
推定部316は、上述の画像記憶部306から2つ以上の画像データを取得し、これらの画像から、当該画像に含まれる同じ人物P(被写体)の動きに関する移動情報を取得し、さらに取得した情報に基づいて、特定の時刻における当該人物Pの画像を推定する。以下に、推定部316のおける推定方法について説明する。
以下に、本実施形態に係る推定部316において行われる処理、すなわち、2つ以上の画像から、被写体である人物Pの動きに関する移動情報を取得し、取得した情報に基づいて、特定の時刻における当該人物Pの画像を推定する方法の一例について説明する。
以上、本発明の第2の実施形態に係る三次元計測システム1の構成について説明した。次に、本発明の第2の実施形態に係る三次元計測システム1の動作としての三次元計測について、図10を参照して説明する。図10は、本実施形態に係る三次元計測のシーケンス図である。
ステップS201からステップS211までについては、上述の図7の第1の実施形態のステップS101からステップS111と同様であり、三次元計測装置30aは、撮影装置10が第1の位置において時刻tで撮影した第1の画像、及び、撮影装置10が第2の位置において時刻t+1で撮影した第2の画像を取得する。従って、ここでは、ステップS201からステップS211についての詳細な説明を省略する。
三次元計測装置30aは、撮影装置10に対して撮影を指示する。本実施形態においては、この際、三次元計測装置30aは、撮影装置10の回転部20に対して回転の指示を行うことはない。
三次元計測装置30aからの制御に従って、時刻t+2において、撮影装置10は店舗2内の第3の画像を撮影し、当該画像のデータを三次元計測装置30aに出力する。なお、第3の画像を撮影する際には、撮影装置10は、ステップS209で第2の画像を撮影した際と同じ第2の位置にある。
三次元計測装置30aは、撮影装置10から取得した第3の画像のデータを時系列情報(例えば、取得した時刻情報)とともに記憶する。この際、第1の実施形態と同様に、第3の画像の撮影に係る位置パラメータも第3の画像のデータに紐づけられて記憶されることが好ましい。なお、本実施形態においては、上述のステップS201からステップS217を複数回繰り返してもよい。
三次元計測装置30aは、先に説明したように、第2の画像と第3の画像とを用いて、移動ベクトルを算出し、第2の画像と算出した移動ベクトルとを用いて、撮影装置10が第2の位置にある際、時刻tにおいて当該人物Pを撮影した場合に得られたであろう人物Pの画像を推定し、推定画像を生成する。
三次元計測装置30aは、ステップS219で取得した推定画像と、ステップS205で取得した第1の画像とを用いて、第1の実施形態と同様に、画像に含まれる人物Pの位置を三次元計測する。さらに、三次元計測装置30aは、計測結果を用いて、三次元画像を生成する。
ステップS223及びステップS225は、図7に示される第1の実施形態のステップS115及びステップS117と同様であるため、ここでは、詳細な説明を省略する。
以上、本発明の実施形態について説明した。次に、本実施形態に係る三次元計測装置30(30a)のハードウェア構成について、図11を参照して説明する。図11は、本発明の実施形態に係る三次元計測装置30のハードウェア構成を示したブロック図である。
CPU950は、マイクロプロセッサなどのプロセッサにより構成され、演算処理装置および制御装置として、各種プログラムに従って三次元計測装置30内の動作全般を制御する。CPU950は、例えば、上述の画像取得部302、回転制御部304、三次元計測部310、画像処理部312等としての機能を実現する。
ROM952は、CPU950が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。また、RAM954は、CPU950の実行において使用するプログラムや、その実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する。ROM952及びRAM954は、上述の画像記憶部306及びパラメータ記憶部308等としての機能を実現する。
内部バス956は、CPUバスなどから構成される。この内部バス956は、CPU950、ROM952、およびRAM954を相互に接続する。
入出力インターフェース958は、HDD964、及びネットワークインターフェース966を、内部バス956と接続する。例えばHDD964は、この入出力インターフェース958および内部バス956を介して、RAM954などとの間でデータをやり取りする。
入力装置960は、三次元計測装置30に各種パラメータ(例えば、撮影装置10の焦点距離等の内部パラメータ)等をあらかじめ入力するための入力部の一例として構成される。入力装置960は、例えばユーザが三次元計測装置30へパラメータをあらかじめ入力するための入力手段と、ユーザによる入力に基づいて入力信号を生成し、CPU950に出力する入力制御回路などから構成されている。
出力装置962は、三次元計測装置30の表示部の一例として構成される。出力装置962は、表示部として、液晶ディスプレイ装置、OLED(Organic Light Emitting Diode)装置などの表示装置を含む。この表示装置は、CPU950により生成された画像等を表示する。
HDD(Hard Disk Drive)964は、上述の画像記憶部306及びパラメータ記憶部308等としての機能を実現する、データ格納用の装置である。このHDD964は、CPU950が実行するプログラムや各種データを格納することもできる。
ネットワークインターフェース966は、撮影装置10と間で通信を行うための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。このネットワークインターフェース966は、上述の通信部300として機能する。
ドライブ970は、磁気ディスク、光ディスク、又は半導体メモリなどのリムーバブル記録媒体972のためのリーダライタであり、三次元計測装置30に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ970は、装着されているリムーバブル記録媒体972に情報を書き込むことができる。また、ドライブ970は、装着されているリムーバブル記録媒体972に記録されている情報を読み出して、RAM954に出力することもできる。
接続ポート974は、外部装置(図示省略)を三次元計測装置30に直接接続するためのポートである。接続ポート974は、例えば、USB(Universal Serial Bus)ポート、IEEE1394ポート、SCSI(Small Computer System Interface)ポート等である。接続ポート974は、接続ポート974に外部装置を接続することにより、三次元計測装置30と外部装置との間で各種のデータが交換されうる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
2 店舗
10 撮影装置
20 回転部
30、30a 三次元計測装置
300 通信部
302 画像取得部
304 回転制御部
306 画像記憶部
308 パラメータ記憶部
310 三次元計測部
312 画像処理部
314 出力部
316 推定部
700l、700r、712a、712b 位置
702l、702r 画像面
704 平面
706l、706r 光軸
708l、708r エピポーラ線
950 CPU
952 ROM
954 RAM
956 内部バス
958 入出力インターフェース
960 入力装置
962 出力装置
964 HDD
966 ネットワークインターフェース
970 ドライブ
972 リムーバブル記録媒体
974 接続ポート
b 距離
f 焦点距離
C 回転軸
P、P1、P2、P3 人物
Q 物点
R 距離
V1、V2 ベクトル
Claims (10)
- 回転可能な撮影装置が撮影した被写体の画像を取得する画像取得部と、
前記撮影装置が第1の位置にあるときの前記被写体の撮影画像である第1の画像と、前記撮影装置が第2の位置にあるときの前記被写体の撮影画像である第2の画像とに基づいて、前記被写体の位置を計測する計測部と、
を備える三次元計測装置。 - 前記撮影装置は、回転部を有し、前記回転部は、回転軸に対して所定の距離だけ離れた円周上で前記撮影装置の撮像面が移動するように回転する、請求項1に記載の三次元計測装置。
- 前記計測部は、前記第1及び第2の位置に係る位置情報を用いて、取得した前記第1の画像及び第2の画像の少なくとも一方に対して、前記第1及び第2の画像に係る光軸が互いに平行になるように処理を行い、当該処理により得られた処理画像を用いて前記被写体の位置を計測する、請求項1又は2に記載の三次元計測装置。
- 前記撮影装置の位置を制御し、前記撮影装置に対して前記第1及び第2の画像を撮影するように制御する制御部をさらに備える、
請求項1から3のいずれか1項に記載の三次元計測装置。 - 前記計測部は、前記撮影装置により撮影された、撮影対象である空間内に設置されたパターンの画像を用いて、前記位置情報を取得する、請求項3に記載の三次元計測装置。
- 前記計測部は、前記制御部により出力された前記撮影装置に対する位置制御情報を参照して、前記撮影装置の位置情報を取得する、請求項4に記載の三次元計測装置。
- 前記撮影装置をさらに備える、請求項1から6のいずれか1項に記載の三次元計測装置。
- 前記被写体の移動を検出し、検出結果に基づいて、推定画像を推定する推定部をさらに備え、
前記画像取得部は、第1の時刻において撮影された前記第1の画像と、第2の時刻において撮影された前記第2の画像と、前記撮影装置が前記第2の位置にあるときの、第3の時刻における前記被写体の撮影画像である第3の画像と、を取得し、
前記推定部は、
前記第2の画像と前記第3の画像とに基づいて前記被写体の移動情報を検出し、
検出した前記移動情報に基づいて、前記撮影装置が前記第2の位置にあるときに、前記第1の時刻において撮影されたであろう前記被写体の撮影画像を推定して、推定画像を生成し、
前記計測部は、前記第1の画像と前記推定画像とに基づいて、前記被写体の位置を計測する、
請求項1に記載の三次元計測装置。 - 前記推定部は、
前記第2の画像と前記第3の画像とに基づいて前記被写体の移動ベクトルを算出し、
算出した前記移動ベクトルを前記第1の時刻から前記第2の時刻までの間の前記被写体の移動ベクトルとして用いて、前記推定画像を生成する、
請求項8に記載の三次元計測装置。 - コンピュータを、
回転可能な撮影装置が撮影した被写体の画像を取得する画像取得部と、
前記撮影装置が第1の位置にあるときの前記被写体の撮影画像である第1の画像と、前記撮影装置が第2の位置にあるときの前記被写体の撮影画像である第2の画像とに基づいて、前記被写体の位置を計測する計測部と、
として機能させる、三次元計測プログラム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016185342A JP2018048942A (ja) | 2016-09-23 | 2016-09-23 | 三次元計測装置及び三次元計測プログラム |
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---|---|---|---|---|
JP2001197521A (ja) * | 2000-01-06 | 2001-07-19 | Toppan Printing Co Ltd | 撮像装置、撮像方法及び撮像条件に係るデータを記録した記録媒体 |
US20160029009A1 (en) * | 2014-07-24 | 2016-01-28 | Etron Technology, Inc. | Attachable three-dimensional scan module |
-
2016
- 2016-09-23 JP JP2016185342A patent/JP2018048942A/ja active Pending
Patent Citations (2)
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