JP2018156617A - 処理装置および処理システム - Google Patents
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Abstract
Description
(第1実施形態)
まず、第1実施形態について説明する。
図1は、第1実施形態の処理装置の機能ブロックの一例を示す図である。
この処理装置1は、撮像により得た距離マップ(距離画像)2Bから被写体のサイズを算出し、算出した被写体のサイズを出力する。処理装置1は、さらに画像2Aも用いて被写体のサイズを算出してもよい。被写体のサイズは、たとえば画像2Aと同時に表示部3へ表示されてもよい。画像2Aおよび距離マップ2Bの詳細については後述するが、画像2Aおよび距離マップ2Bは、たとえば、画像2Aおよび距離マップ2Bを生成する撮像装置から直接的に取得してもよいし、画像2Aおよび距離マップ2Bを格納する、ネットワークを介して接続されるサーバから取得してもよい。表示部3は、たとえば、液晶ディスプレイや、液晶ディスプレイ上にタッチパネルが配置されるタッチスクリーンディスプレイなどである。
サイズ算出部11は、距離マップ2Bから画像2A上の被写体のサイズを算出する機能を担う処理部である。サイズ算出部11は、さらに画像2Aを用いて被写体のサイズを算出してもよい。出力情報生成部12は、被写体のサイズに基づく出力情報を生成して出力する機能を担う処理部である。出力情報は、たとえば画像2Aと同時に表示部3へ表示するための情報である。
図2に示すように、処理装置1は、CPU101、RAM102、不揮発性メモリ103、入出力部104および通信部105を有し、また、CPU101、RAM102、不揮発性メモリ103、入出力部104および通信部105を相互に接続するバス106を有する。
図3は、画像2Aおよび距離マップ2Bを生成する撮像装置の一構成例を示すブロック図である。
図3に示すように、撮像装置100は、フィルタ110、レンズ120、イメージセンサ130および画像処理部(処理装置)140を有する。図3中、フィルタ110からイメージセンサ130までの矢印は、光の経路を示す。また、イメージセンサ130から画像処理部140までの矢印は、電気信号の経路を示す。画像処理部140は、前述したサイズ算出部11および出力情報生成部12のほか、画像取得部141、距離算出部142および第2出力情報生成部143を有する。
被写体200が合焦距離dfよりも奥にある場合(d>df)、イメージセンサ130によって撮像された画像にはぼけが発生する。この画像のぼけの形状を示すぼけ関数(PSF:Point Spread Function)は、R画像、G画像およびB画像でそれぞれ異なっている。すなわち、R画像のぼけ関数161Rは左側に偏ったぼけの形状を示し、G画像のぼけ関数161Gは偏りのないぼけの形状を示し、B画像のぼけ関数161Bは右側に偏ったぼけの形状を示している。
画像取得部141は、ぼけ関数が偏りのないぼけの形状を示すG画像を基準画像として取得する。また、画像取得部141は、ぼけ関数が偏ったぼけの形状を示すR画像およびB画像の一方または両方を対象画像として取得する。対象画像と基準画像とは、1つの撮像装置により同時刻に撮像された画像である。
図9は、ぼけ補正フィルタの一例を示す図である。なお、図9に示すぼけ補正フィルタは、図4に示したフィルタ110を用いた場合のぼけ補正フィルタである。図9に示すように、ぼけ補正フィルタは、第1のフィルタ領域111と第2のフィルタ領域112の境界の線分の中心点を通り、この線分に直交する直線上(直線付近)に分布する。その分布は、想定する距離毎にピーク点(直線上の位置,高さ)とピーク点からの広がり方とが異なる図9に示すような山状の分布となる。対象画像のぼけ形状は、ぼけ補正フィルタを用いて、任意の距離を想定した様々なぼけ形状に補正することができる。つまり、任意の距離を想定した補正画像を生成することができる。
図10中、(A)が画像2Aの表示例であり、また、(B)が距離マップ2Bの表示例である。各画素の画素値が、合焦位置より手前に位置する程、波長の長い色を示す値となり、合焦位置より奥に位置する程、波長の短い色を示す値となる距離マップは、図10の(B)に示すように、手前に位置する被写体には赤みがかった色が配され、奥に位置する被写体には紫がかった色が配された画像として表示される。
画像2Aを撮影した際の合焦距離が既知であれば、光学中心から画像中心までの距離と光学中心から物体までの距離の比から、撮影画像上での被写体の長さと実際の被写体の長さの比を得ることができる。また、前述したように、距離マップ2Bは、画素値が距離を示すので、各画素を実空間(3次元空間)上に投影(マッピング)することができる。処理装置1、より詳細には、サイズ算出部11は、各画素を実空間(3次元空間)上に投影(マッピング)することで、たとえば画像2A上において指定される2点間に対応する被写体のサイズを取得する。また、出力情報生成部12は、たとえば、取得された被写体のサイズを画像2A上に重ねて表示するための出力情報、つまり被写体のサイズと画像とを同時に表示するための出力情報を生成して、表示部3へ出力する。なお、画像2Aは、被写体のサイズを取得するにあたり、被写体の認識や、被写体上の測定すべき箇所の指定に用いられる。換言すれば、画像2A上の測定すべき2点が与えられたサイズ算出部11は、距離マップ2Bのみで被写体のサイズを取得でき、画像2Aを必要としない。以下では、画像2Aと距離マップ2Bを用いて被写体のサイズを取得する場合を説明する。
まず、撮像装置100による画像の撮像が行われる(ステップA1)。撮像装置100は、画像2Aを生成するとともに(ステップA2)、距離マップ2Bを生成する(ステップA3)。撮像装置100により生成された画像2Aおよび距離マップ2Bは、処理装置1により取得される。
処理装置1は、撮像された画像2Aを表示部3へ順次表示し、たとえば、画像2A上のある位置が指定されたら、その画像2Aを解析して指定された位置を含む被写体を認識するとともに、その画像2Aに対応する距離マップ2Bを用いて、その画像2Aの各画素のうち少なくとも被写体が写る画素を3次元空間上に投影する。指定された位置を含む被写体を認識するための画像2Aの解析については、特定の手法に限られず、既知の様々な手法を適用できる。処理装置1は、たとえば、被写体のあらかじめ定められた方向あるいは指定された二点間のサイズを3次元空間上に投影された画素間の距離から取得してもよい。被写体毎に、定められた方向や指定される二点が異なってもよい。処理装置1は、被写体の最大長または最小長を取得してもよい。サイズは、例えば、画像2Aに重ね合わせて表示部3へ表示してもよい。例えば、サイズは、画像2Aのうち被写体近傍に、表示してもよい。または、被写体の指定時に被写体内の1点が指定される場合、その1点を通過する被写体の一端から他端に至る線分の距離の中で最大の距離を取得するようにしてもよい。さらには、たとえば、被写体が何であるのかを認識し、その種類に応じた二点間の距離をサイズとして決定してもよい。サイズを取得すべき部分を種類ごとに設定できるようにするためのインタフェースが処理装置1に設けられてもよい。被写体のサイズを表示後、たとえば所定の操作が行われた場合、処理装置1は、表示部3による表示を、最新の画像2Aを順次表示する形態に戻す。
このように、この処理装置1によれば、単眼カメラにより取得される画像2Aおよび距離マップ2Bから、たとえば試合中の選手などといった、動く物体のサイズを取得することが可能である。
移動距離を取得すべき被写体(ここでは、ゴルフボールb1)と、その初期位置とが明らかであれば、処理装置1は、たとえば1/30秒ごとに撮像される画像の1フレームごとに画像2Aの各画素、少なくとも被写体が写る画素を距離マップ2Bに基づき3次元空間に投影していくことにより、初期位置と現在の位置との間の距離、つまり被写体の移動距離をリアルタイムに取得することができる。撮像対象とする領域は、被写体を追跡するように移動させて構わない。また、図13においては、ゴルフボールb1が移動する方向とほぼ一致する方向を撮像する画像2Aを例示しているが、これに限らず、被写体を捕捉し続けられる位置から撮像された画像2Aであればよい。
また、被写体の移動距離を取得することができるので、この処理装置1は、モーションキャプチャシステムに適用することができる。
また、この処理装置1の機能は、たとえば(距離マップを生成可能な)カメラ機能を有するスマートフォンにインストールされるアプリケーションの1つである採寸ツールなどとして実現することもできる。たとえば、販売店に陳列されている商品のサイズを知りたい場合、その商品を撮影することで、メジャーを携帯していなくとも、その商品のサイズを取得することができる。なお、スマートフォンのタッチスクリーンディスプレイが、表示部3に相当するものとする。
また、この処理装置1は、監視システムに適用することができる。
また、この処理装置1は、たとえば自動車などの移動体の運転、操縦を支援するサポートシステムに適用することができる。
このような場合、処理装置1は、撮像装置100により生成される画像2Aおよび距離マップ2Bから、その段差f1を測定し、自動車が乗り越えられるか否かを判定し、その判定結果を表示部3により運転者に提示する。乗り越えられない場合、さらに、自動車が備える音声出力部から警告音声を出力してもよい。
たとえば、図19に示すように、回転ドアが定速で回転し続ける自動ドアを想定する。回転ドアの場合、どの程度のサイズまで通過可能かを通行者は把握しづらい。そこで、撮像装置100により生成される画像2Aおよび距離マップ2Bから、たとえば通行者の荷物(被写体)のサイズを取得し、回転ドアを通過できるサイズを超える場合、回転ドアに設けられる音声出力部から警告音声を出力する。この自動ドアシステムに適用される場合などにおいては、この処理装置1は、図20に示すように、図1の表示部3の代わりに音声出力部3−2を備えてもよい。表示部3と音声出力部3−2の両方を備えてもよい。前述した監視システムやサポートシステムにおいても同様である。処理装置1は、被写体の移動を追跡することができるので、被写体が回転ドアに向かって移動している場合に限り、適応的に、サイズの取得および通過可否判定を行うことができる。したがって、通過できるサイズを超える被写体が回転ドアの前を横切っても、誤って警告音声を出力するようなことを防止できる。
また、この処理装置1は、単眼カメラにより取得される画像2Aおよび距離マップ2Bから被写体のサイズを取得することができるので、たとえば複眼カメラと比較して、撮像装置100の軽量化が図られる。また、低コスト化も図られる。軽量化は、最大積載量の小さいたとえばドローンなどの飛翔体に搭載する場合において重要な事項であり、この点において、単眼カメラである撮像装置100は複眼カメラよりも好適である。ドローンなどの飛翔体に撮像装置100を搭載することで、この処理装置1は、たとえば構造物の点検作業などを支援するサポートシステムに適用することができる。なお、複眼カメラとの比較でさらにいえば、単眼カメラである撮像装置100は、複眼カメラでは問題となる視差を生じさせることがないので、サイズの取得精度を高めることができる。なお、複眼カメラにより取得される画像および距離マップを使って、サイズ算出を行うことも可能である。複眼カメラにより取得される画像を基に、被写体の三次元形状を取得することができるので、被写体表面の任意の2点間の距離を求めることが可能である。
次に、第2実施形態について説明する。なお、以下、第1実施形態と同一の構成については同一の符号を使用し、また、同一の構成についての重複した説明は省略する。
図21は、第2実施形態の処理装置の機能ブロックの一例を示す図である。
図21に示すように、処理装置1−2は、サイズ算出部11と、判断部13と、移動体制御部14とを有する。
まず、この処理装置1−2が、たとえば自動車などの移動体の運転、操縦を支援するサポートシステムに適用される場合の処理の一例について説明する。
このような場合、処理装置1−2のサイズ算出部11は、撮像装置100により生成される画像2Aおよび距離マップ2Bから、その段差f1を測定する。判断部13は、その段差f1を自動車が乗り越えられるか否かを判断し、乗り越えられない場合、たとえば自動車を停止させ、または、自動車の進行方向を変更させるための信号を移動体制御部14に送信する。この信号を受信した移動体制御部14は、たとえば自動車を停止させ、または、自動車の進行方向を変更させるように駆動部4の駆動を制御する。
たとえば、第1実施形態で説明した場合と同様、図19に示すように、回転ドアが定速で回転し続ける自動ドアを想定する。サイズ算出部11は、撮像装置100により生成される画像2Aおよび距離マップ2Bから、たとえば通行者の荷物(被写体)のサイズを取得する。判断部13は、そのサイズが回転ドアを通過できるサイズか否かを判断し、回転ドアを通過できるサイズを超える場合、たとえば自動ドアの回転を停止させるための信号を移動体制御部14に送信する。この信号を受信した移動体制御部14は、たとえば自動ドアの回転を停止させるように駆動部4の駆動を制御する。
なお、ロボットは、産業用に限らず、たとえば自律的に移動して床を掃除する掃除ロボットなどの家庭用としても実現され得る。掃除ロボットの場合、この処理装置1−2を適用することで、たとえば、ゴミのサイズが吸い込み口を通過できるか否かを判断し、吸い込むとゴミが吸い込み口に詰まるおそれのあるサイズの場合、吸引を一時停止してその場を通り過ぎたり、移動経路を変更したり、といった制御が可能となる。また、掃除ロボットのように自律的に移動する機器においては、近時、SLAM(Simultaneous localization and mapping)と称される自己位置推定技術が注目されているが、画像2Aおよび距離マップ2Bから被写体までの距離を取得できる処理装置1−2は、このSLAMによる自己位置推定に適用することができる。
次に、第3実施形態について説明する。なお、以下、第1実施形態または第2実施形態と同一の構成については同一の符号を使用し、また、同一の構成についての重複した説明は省略する。
図23は、第3実施形態の処理装置の機能ブロックの一例を示す図である。
図23に示すように、処理装置1−3は、サイズ算出部11と、判断部13と、信号送信部15とを有する。
いま、この処理装置1−2が、たとえば自動車などの移動体の運転、操縦を支援するサポートシステムに適用されており、その進行方向を撮像するように撮像装置100が搭載されているものとする。また、図24に示すように、ある道路を走行中、その道路上に他の自動車(障害物j1)が停車している状況を想定する。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
Claims (11)
- 単一の結像光学系による1度の撮像で画像とともに取得される距離マップであって、前記画像に含まれる被写体までの距離を示す情報が前記画像と対応させてマッッピングされる距離マップに基づき、前記被写体のサイズを算出するサイズ算出部を具備する処理装置。
- 前記距離マップは、前記画像に含まれるぼけのぼけ関数を使って求められる請求項1に記載の処理装置。
- 前記画像および前記距離マップは、ぼけ関数が対称な第1波長成分とぼけ関数が非対称な第2波長成分とを含む画像を生成可能な前記単一の光学系により取得される請求項1または2に記載の処理装置。
- 前記被写体のサイズを表示部において前記画像と同時に表示するための出力情報を生成して出力する出力情報生成部を具備する請求項1〜3のいずれかに記載の処理装置。
- 前記画像上の第1位置と第2位置との指定を受け付け、または、前記第1位置と前記第2位置とに始端と終端とを対応させるバーの操作を受け付ける入力部を具備し、
前記サイズ算出部は、前記第1位置と前記第2位置とに対応する前記被写体の2点間のサイズを算出する、
請求項1〜4のいずれかに記載の処理装置。 - 前記画像上の第3位置の指定を受け付ける入力部を具備し、
前記サイズ算出部は、前記第3位置に対応する前記被写体から算出され得る前記第3位置を通過する前記被写体の一端から他端に至る複数の線分のうちの1つを前記被写体のサイズとして出力する、
請求項1〜4のいずれかに記載の処理装置。 - 前記画像から前記被写体の種類を認識する認識部を具備し、
前記サイズ算出部は、前記被写体の種類に応じてあらかじめ定められる方向のサイズまたはあらかじめ定められる二点間のサイズを算出する、
請求項1〜4のいずれかに記載の処理装置。 - 前記サイズ算出部は、前記被写体の2点間の直線距離または前記被写体の外面に沿った前記2点間の外周距離を算出する、
請求項5記載の処理装置。 - 前記2点間の直線距離を算出する第1モードまたは前記2点間の外周距離を算出する第2モードのいずれかの指定を受け付ける入力部を具備する請求項8記載の処理装置。
- 前記被写体のサイズに基づき、駆動部の駆動方法を判断する判断部を具備する請求項1〜3のいずれかに記載の処理装置。
- 単一の結像光学系を構成する撮像装置と、
前記撮像装置による1度の撮像で画像とともに取得される距離マップであって、前記画像に含まれる被写体までの距離を示す情報が前記画像と対応させてマッッピングされる距離マップに基づき、前記被写体のサイズを算出するサイズ算出部を具備する処理装置と、
を具備する処理システム。
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