JP2559939B2 - ３次元情報入力装置 - Google Patents
３次元情報入力装置Info
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- JP2559939B2 JP2559939B2 JP4007389A JP738992A JP2559939B2 JP 2559939 B2 JP2559939 B2 JP 2559939B2 JP 4007389 A JP4007389 A JP 4007389A JP 738992 A JP738992 A JP 738992A JP 2559939 B2 JP2559939 B2 JP 2559939B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、撮像装置で入力した複
数枚の画像から、レーザーなどによる参照光を用いず
に、被写体の３次元情報を計測する３次元情報入力装置
に関する。
数枚の画像から、レーザーなどによる参照光を用いず
に、被写体の３次元情報を計測する３次元情報入力装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】複数の撮影位置から画像を撮影し、三角
測量の原理によって被写体の３次元情報を計測する手法
は、ステレオ法と呼ばれる。このステレオ法では、カメ
ラの各撮影点におけるカメラパラメータ（カメラ位置、
姿勢など）を正しく取得することと、各画像間での被写
体上の測定点の対応付けが成されていることとの必要が
ある。
測量の原理によって被写体の３次元情報を計測する手法
は、ステレオ法と呼ばれる。このステレオ法では、カメ
ラの各撮影点におけるカメラパラメータ（カメラ位置、
姿勢など）を正しく取得することと、各画像間での被写
体上の測定点の対応付けが成されていることとの必要が
ある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一般に各画像間での対
応付けが成されていれば、カメラパラメータは計算によ
って求めることができるが、十分な精度を得るためには
通常数百点におよぶ対応付けが必要であり、しかも対応
付けの自動化はノイズや遮蔽などの影響によって非常に
困難である。逆にカメラパラメータが既知である場合
に、画像間での対応付けを行わずに被写体の３次元情報
を計測するボーティング法が提案されている。特願平３
−１８７１５６：３次元形状計測処理方式、および特願
平２−１７４７９７：３次元形状計測装置を参照された
い。
応付けが成されていれば、カメラパラメータは計算によ
って求めることができるが、十分な精度を得るためには
通常数百点におよぶ対応付けが必要であり、しかも対応
付けの自動化はノイズや遮蔽などの影響によって非常に
困難である。逆にカメラパラメータが既知である場合
に、画像間での対応付けを行わずに被写体の３次元情報
を計測するボーティング法が提案されている。特願平３
−１８７１５６：３次元形状計測処理方式、および特願
平２−１７４７９７：３次元形状計測装置を参照された
い。
【０００４】ただし、ボーティング法では、カメラを微
少距離ずつ移動させながら多数の画像を撮影し、しかも
各撮影点におけるカメラの位置と姿勢を求める必要があ
った。このため、各撮影点におけるカメラパラメータを
測定するために、カメラをレールなどに沿って移動させ
たり、ロボットハンドにカメラを固定したりする必要が
あった。したがって、カメラをレールやロボットハンド
に設置できないような場合（カメラを人が手に持って移
動させながら撮影するときなど）、ボーティング法では
被写体の３次元情報を計測することは不可能であった。
少距離ずつ移動させながら多数の画像を撮影し、しかも
各撮影点におけるカメラの位置と姿勢を求める必要があ
った。このため、各撮影点におけるカメラパラメータを
測定するために、カメラをレールなどに沿って移動させ
たり、ロボットハンドにカメラを固定したりする必要が
あった。したがって、カメラをレールやロボットハンド
に設置できないような場合（カメラを人が手に持って移
動させながら撮影するときなど）、ボーティング法では
被写体の３次元情報を計測することは不可能であった。
【０００５】本発明は、カメラが移動しながら撮影した
画像列から、対応付けを行わずに、被写体の３次元情報
を計測するようにすることを目的としている。
画像列から、対応付けを行わずに、被写体の３次元情報
を計測するようにすることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理構成
図を示す。図中の符号１０１（１０１′）はカメラ、１
０２（１０２′）は３軸ジヤイロ、１０３（１０３′）
はカメラ撮像面、１０４は被写体上の測定点、１０５は
３次元情報計測装置を表している。
図を示す。図中の符号１０１（１０１′）はカメラ、１
０２（１０２′）は３軸ジヤイロ、１０３（１０３′）
はカメラ撮像面、１０４は被写体上の測定点、１０５は
３次元情報計測装置を表している。
【０００７】本発明ではカメラの撮像面への投影方式
を直交投影（Orthogonal projection)とし、カメラに
３軸ジャイロを固定し、カメラで画像を撮影した時点で
のカメラの姿勢情報を時事刻々と測定し、得られた画
像列間である特定の一点だけを追跡することでカメラの
姿勢だけを求め、ボーティング法によって被写体の３次
元情報を計測することを特徴としている。
を直交投影（Orthogonal projection)とし、カメラに
３軸ジャイロを固定し、カメラで画像を撮影した時点で
のカメラの姿勢情報を時事刻々と測定し、得られた画
像列間である特定の一点だけを追跡することでカメラの
姿勢だけを求め、ボーティング法によって被写体の３次
元情報を計測することを特徴としている。
【０００８】
【作用】被写体上の１点（測定点）Ｓを直交投影にてカ
メラ１０１（１０１′）で撮影し、そのときのカメラ１
０１（１０１′）の姿勢を３軸ジャイロ１０２（１０
２′）で求め、３次元情報計測装置１０５に供給し、ボ
ーティング法によって被写体の３次元情報を計測する。
メラ１０１（１０１′）で撮影し、そのときのカメラ１
０１（１０１′）の姿勢を３軸ジャイロ１０２（１０
２′）で求め、３次元情報計測装置１０５に供給し、ボ
ーティング法によって被写体の３次元情報を計測する。
【０００９】
【実施例】図２に示すように、カメラがある軌跡Ωに沿
って移動しながらＮ枚の画像Ｉｉ（ｉ＝０、・・・、Ｎ
−１）を連続的に撮影したとする。シーン中の特徴点Ｓ
は画像面Ｉｉ上の点ｓｉに投影され、別の画像面Ｉｉ′
上では点ｓｉ′に投影される。特徴点としては画像中の
エッジ点などを用いる。直交投影の場合、画像Ｉｉ上の
投影点ｓｉを通り該画像面Ｉｉに直交する直線（視線）
Ｌｓｉは、必ずシーン中の特徴点Ｓを通過するから、各
画像面Ｉｉ（ｉ＝０、・・・、Ｎ−１）を通過するこの
様な視線Ｌｓｉ（ｉ＝０、・・・、Ｎ−１）は、シーン
中の特徴点Ｓで交差する。したがって世界座標系で視線
Ｌｓｉを求めることができれば、その交点として特徴点
Ｓの３次元座標を求めることができる。視線Ｌｓｉは、
各画像面Ｉｉの世界座標系での位置と姿勢がわかれば、
計算で求めることができる（シーン中に複数の特徴点が
あると、ひとつの画像面からのびる視線も複数本とな
り、実際には特徴点が存在しない点でも視線が交差して
しまう。画像面の位置と姿勢が既知であるならば、ボー
ティング法によって誤対応点以外の真の特徴点の３次元
位置を求めることができる）。
って移動しながらＮ枚の画像Ｉｉ（ｉ＝０、・・・、Ｎ
−１）を連続的に撮影したとする。シーン中の特徴点Ｓ
は画像面Ｉｉ上の点ｓｉに投影され、別の画像面Ｉｉ′
上では点ｓｉ′に投影される。特徴点としては画像中の
エッジ点などを用いる。直交投影の場合、画像Ｉｉ上の
投影点ｓｉを通り該画像面Ｉｉに直交する直線（視線）
Ｌｓｉは、必ずシーン中の特徴点Ｓを通過するから、各
画像面Ｉｉ（ｉ＝０、・・・、Ｎ−１）を通過するこの
様な視線Ｌｓｉ（ｉ＝０、・・・、Ｎ−１）は、シーン
中の特徴点Ｓで交差する。したがって世界座標系で視線
Ｌｓｉを求めることができれば、その交点として特徴点
Ｓの３次元座標を求めることができる。視線Ｌｓｉは、
各画像面Ｉｉの世界座標系での位置と姿勢がわかれば、
計算で求めることができる（シーン中に複数の特徴点が
あると、ひとつの画像面からのびる視線も複数本とな
り、実際には特徴点が存在しない点でも視線が交差して
しまう。画像面の位置と姿勢が既知であるならば、ボー
ティング法によって誤対応点以外の真の特徴点の３次元
位置を求めることができる）。
【００１０】直交投影の場合には、画像面の位置を、該
画像面に垂直な方向に平行移動しても、視線Ｌｓｉは不
変である。たとえば図３において、画像面ＩｉをＩａや
Ｉｂに移動してもＬｓｉは不変である。よって、これら
の視線の交点として求まる特徴点Ｓの位置も不変であ
る。そこで、シーン中の特徴点のうちの一点Ｏと各画像
面との距離がｄになるように、各画像面を画像面に垂直
な方向に平行移動させる。すると、視線の交点である特
徴点ＳのＯに対する相対的な位置を不変に保ったまま、
各画像面をＯを中心とする任意の半径ｄの球面Π上に再
配置することができる（ただし各画像面からＳまでの距
離は不明になる）。
画像面に垂直な方向に平行移動しても、視線Ｌｓｉは不
変である。たとえば図３において、画像面ＩｉをＩａや
Ｉｂに移動してもＬｓｉは不変である。よって、これら
の視線の交点として求まる特徴点Ｓの位置も不変であ
る。そこで、シーン中の特徴点のうちの一点Ｏと各画像
面との距離がｄになるように、各画像面を画像面に垂直
な方向に平行移動させる。すると、視線の交点である特
徴点ＳのＯに対する相対的な位置を不変に保ったまま、
各画像面をＯを中心とする任意の半径ｄの球面Π上に再
配置することができる（ただし各画像面からＳまでの距
離は不明になる）。
【００１１】画像Ｉｉ撮影時のカメラ座標系を、図４に
示すようにＯのＩｉへの投影点ｏｉを原点とし、ｚ軸が
Ｏを通るように設定する。画像Ｉ０撮影時のカメラ座標
系から、画像Ｉｉ撮影時のカメラ座標系への変換は回転
行列Ｒｉと並進ベクトルＴｉとを用いて、 Ｘｉ＝ＲｉＸ０＋Ｔｉ （１） と表すことができる。ただし、Ｘ０、Ｘｉは各々、Ｉ０
撮影時のカメラ座標系とＩｉ撮影時のカメラ座標系で表
したシーン中の任意の点Ｘである。画像面をＯを中心と
する球面Π上に再配置するとき、その半径ｄを０にとる
と、すべての画像面はＯを中心とする回転運動のみを行
っているとみなすことができる。すなわち並進ベクトル
Ｔｉ＝０とできるから、 Ｘｉ＝ＲｉＸ０ （２） となる。各画像撮影時のカメラの姿勢（回転行列Ｒｉ）
と各画像Ｉｉにおいてどの画素がＯの投影点ｏｉである
かがわかれば、半径ｄ＝０なる球面ΠにＩｉを再配置し
たときのＩｉの画像座標は、Ｏを原点としその基底がＲ
ｉとなる。
示すようにＯのＩｉへの投影点ｏｉを原点とし、ｚ軸が
Ｏを通るように設定する。画像Ｉ０撮影時のカメラ座標
系から、画像Ｉｉ撮影時のカメラ座標系への変換は回転
行列Ｒｉと並進ベクトルＴｉとを用いて、 Ｘｉ＝ＲｉＸ０＋Ｔｉ （１） と表すことができる。ただし、Ｘ０、Ｘｉは各々、Ｉ０
撮影時のカメラ座標系とＩｉ撮影時のカメラ座標系で表
したシーン中の任意の点Ｘである。画像面をＯを中心と
する球面Π上に再配置するとき、その半径ｄを０にとる
と、すべての画像面はＯを中心とする回転運動のみを行
っているとみなすことができる。すなわち並進ベクトル
Ｔｉ＝０とできるから、 Ｘｉ＝ＲｉＸ０ （２） となる。各画像撮影時のカメラの姿勢（回転行列Ｒｉ）
と各画像Ｉｉにおいてどの画素がＯの投影点ｏｉである
かがわかれば、半径ｄ＝０なる球面ΠにＩｉを再配置し
たときのＩｉの画像座標は、Ｏを原点としその基底がＲ
ｉとなる。
【００１２】画像ＩｉのΠ上への再配置後の画像座標が
求まれば、Ｏを原点とする視線Ｌｓｉのパラメータを求
めることができるから、ＳのＯに対する相対的位置をボ
ーティング法などによって求めることができる（ボーテ
ィング法はカメラの投影方式に依存しない）。回転行列
Ｒｉはカメラにジャイロを固定することで測定可能であ
り、どの画素が特定の特徴点Ｏであるかは各画像Ｉｉで
ｏｉを追跡することで固定することができる。またボー
ティング法自体は特徴点追跡を全く必要としない。
求まれば、Ｏを原点とする視線Ｌｓｉのパラメータを求
めることができるから、ＳのＯに対する相対的位置をボ
ーティング法などによって求めることができる（ボーテ
ィング法はカメラの投影方式に依存しない）。回転行列
Ｒｉはカメラにジャイロを固定することで測定可能であ
り、どの画素が特定の特徴点Ｏであるかは各画像Ｉｉで
ｏｉを追跡することで固定することができる。またボー
ティング法自体は特徴点追跡を全く必要としない。
【００１３】したがって本発明では、シーン中のある特
定な特徴点を一点だけ追跡し、かつカメラの姿勢だけを
ジャイロなどで測定することで、シーン中のそれ以外の
特徴点の３次元位置をボーティング法によって求めるこ
とができる。
定な特徴点を一点だけ追跡し、かつカメラの姿勢だけを
ジャイロなどで測定することで、シーン中のそれ以外の
特徴点の３次元位置をボーティング法によって求めるこ
とができる。
【００１４】従来手法では、シーン中の特徴点の３次元
位置を求めるために、画像に投影された多数の特徴点
（十分な精度を得るためには通常数百点）の各画像間で
の対応付けを行う必要があった。
位置を求めるために、画像に投影された多数の特徴点
（十分な精度を得るためには通常数百点）の各画像間で
の対応付けを行う必要があった。
【００１５】図５に本発明の実施例構成を示す。１はカ
メラなどの画像入力部、２は３軸ジャイロなどで構成さ
れる姿勢測定部、３は特定特徴点投影位置入力部、４は
特定特徴点追跡部、５は画像面位置抽出部、６はボーテ
ィング法などを用いる３次元情報抽出部、７は出力部で
あり、姿勢測定部２は画像入力部１に固定されている。
メラなどの画像入力部、２は３軸ジャイロなどで構成さ
れる姿勢測定部、３は特定特徴点投影位置入力部、４は
特定特徴点追跡部、５は画像面位置抽出部、６はボーテ
ィング法などを用いる３次元情報抽出部、７は出力部で
あり、姿勢測定部２は画像入力部１に固定されている。
【００１６】本装置を動作させるには、まず画像入力部
１を移動させながらシーンの画像を連続的に入力する。
該画像入力部１は、入力された画像情報列を特定特徴点
追跡部４、および３次元情報抽出部６に出力する。姿勢
測定部２は、３軸ジャイロなどで構成され、移動中のカ
メラの姿勢情報を、画像入力部１が出力する画像情報列
と同期して、画像面位置抽出部５に出力する。特定特徴
点投影位置入力部３は、該画像情報列の第一番目の画像
情報中の特定の特徴点位置を入力されると、該特定特徴
点投影位置を特定特徴点追跡部４に出力する。特定特徴
点追跡部４は、該特定特徴点投影位置および画像情報列
を入力されると、該画像情報列の第一番目の画像情報の
該特定特徴点投影位置の特徴点が第二番目以降の画像情
報中のどの特徴点に対応するかを相関マッチングなどの
手法で追跡し、対応する該特徴点の投影位置を画像面位
置抽出部５に出力する。該画像面位置抽出部５は、該特
定特徴点投影位置と該姿勢情報とを入力されると、該画
像情報撮影時のカメラの画像面を該特定特徴点を原点と
する半径ｄ＝０の球面Π上に再配置した場合の画像面位
置情報を、３次元情報抽出部６に出力する。該３次元情
報抽出部６は、該画像情報と該画像面位置情報を入力さ
れると、ボーティング法などによって該画像情報中の特
徴点の３次元情報を抽出し、出力部７に出力する。
１を移動させながらシーンの画像を連続的に入力する。
該画像入力部１は、入力された画像情報列を特定特徴点
追跡部４、および３次元情報抽出部６に出力する。姿勢
測定部２は、３軸ジャイロなどで構成され、移動中のカ
メラの姿勢情報を、画像入力部１が出力する画像情報列
と同期して、画像面位置抽出部５に出力する。特定特徴
点投影位置入力部３は、該画像情報列の第一番目の画像
情報中の特定の特徴点位置を入力されると、該特定特徴
点投影位置を特定特徴点追跡部４に出力する。特定特徴
点追跡部４は、該特定特徴点投影位置および画像情報列
を入力されると、該画像情報列の第一番目の画像情報の
該特定特徴点投影位置の特徴点が第二番目以降の画像情
報中のどの特徴点に対応するかを相関マッチングなどの
手法で追跡し、対応する該特徴点の投影位置を画像面位
置抽出部５に出力する。該画像面位置抽出部５は、該特
定特徴点投影位置と該姿勢情報とを入力されると、該画
像情報撮影時のカメラの画像面を該特定特徴点を原点と
する半径ｄ＝０の球面Π上に再配置した場合の画像面位
置情報を、３次元情報抽出部６に出力する。該３次元情
報抽出部６は、該画像情報と該画像面位置情報を入力さ
れると、ボーティング法などによって該画像情報中の特
徴点の３次元情報を抽出し、出力部７に出力する。
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、カメラを移動させなが
ら入力した画像列から、画像列間でただ一点の特徴点を
追跡し、かつカメラの姿勢だけを測定することで、他の
特徴点についてはまったく特徴点追跡を行うことなく、
被写体の３次元情報を抽出することが可能となる。
ら入力した画像列から、画像列間でただ一点の特徴点を
追跡し、かつカメラの姿勢だけを測定することで、他の
特徴点についてはまったく特徴点追跡を行うことなく、
被写体の３次元情報を抽出することが可能となる。
【図１】本発明の原理構成図を示す。
【図２】カメラによる撮影状況を説明する図である。
【図３】画像面を再配置する状況を説明する図である。
【図４】カメラの座標系を設定する状況を説明する図で
ある。
ある。
【図５】本発明の実施例構成を示す。
１ 画像入力部 ２ 姿勢測定部 ３ 特定特徴点投影位置入力部 ４ 特定特徴点追跡部 ５ 画像面位置抽出部 ６ ３次元情報抽出部 ７ 出力部
Claims (1)
- 【請求項１】 直交投影のカメラを運動させながら連続
的に被写体を撮影した画像情報列を出力する画像入力部
と、 該画像入力部に固定され該画像入力部の運動に伴う姿勢
情報を出力する姿勢測定部と、 該画像入力部が出力する画像情報列の第一番目の画像情
報中の特定の特徴点の投影位置を入力する特定特徴点投
影位置入力部と、 該画像入力部から出力された画像情報列の第二番目以降
の画像情報から、該特定特徴点投影位置入力部が出力す
る第一番目の画像情報の特定特徴点投影位置に対応する
第二番目以降の画像情報の特定特徴点の投影位置を追跡
し、出力する特定特徴点追跡部と、 該特定特徴点追跡部から出力された特定特徴点投影位置
と、姿勢測定部から出力された姿勢情報とから該画像情
報撮影時の画像面位置情報を出力する画像面位置抽出部
と、 該画像入力部が出力した該画像情報列と該画像面位置抽
出部が出力した該画像面位置情報とから被写体の３次元
情報を抽出する３次元情報抽出部とから構成され、 カメラを任意に運動させながら撮影した画像列から、カ
メラの姿勢だけを測定するだけで、被写体の３次元情報
を求めることを特徴とする３次元情報入力装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4007389A JP2559939B2 (ja) | 1992-01-20 | 1992-01-20 | ３次元情報入力装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4007389A JP2559939B2 (ja) | 1992-01-20 | 1992-01-20 | ３次元情報入力装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05196437A JPH05196437A (ja) | 1993-08-06 |
| JP2559939B2 true JP2559939B2 (ja) | 1996-12-04 |
Family
ID=11664572
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4007389A Expired - Fee Related JP2559939B2 (ja) | 1992-01-20 | 1992-01-20 | ３次元情報入力装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2559939B2 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05314243A (ja) * | 1992-04-03 | 1993-11-26 | Sony Corp | ３次元形状復元方法 |
| JPH0946730A (ja) * | 1995-07-28 | 1997-02-14 | Canon Inc | 立体形状抽出装置 |
| JPH10124681A (ja) * | 1996-10-18 | 1998-05-15 | Ricoh Co Ltd | 携帯型情報処理装置及び情報処理方法 |
| JPH10132562A (ja) * | 1996-10-31 | 1998-05-22 | Nippon Denki Ido Tsushin Kk | 距離測定装置 |
| US6038074A (en) * | 1997-05-20 | 2000-03-14 | Ricoh Company, Ltd. | Three-dimensional measuring apparatus and method, image pickup apparatus, and apparatus and method for inputting image |
| JP3712847B2 (ja) * | 1997-05-20 | 2005-11-02 | 株式会社リコー | ３次元形状計測方法と３次元形状計測装置及び撮像手段の姿勢検出装置 |
| US6094215A (en) * | 1998-01-06 | 2000-07-25 | Intel Corporation | Method of determining relative camera orientation position to create 3-D visual images |
| SG134976A1 (en) * | 2002-11-26 | 2007-09-28 | Sony Corp | Data input to a computer system defining a three-dimensional model |
| SG115546A1 (en) * | 2003-06-23 | 2005-10-28 | Affineon Technologies Pte Ltd | Computer input device tracking six degrees of freedom |
| JP4398430B2 (ja) * | 2003-10-31 | 2010-01-13 | 富士通株式会社 | 距離算出装置および算出プログラム |
| JP4664427B2 (ja) * | 2009-09-16 | 2011-04-06 | 富士通株式会社 | 距離算出装置 |
| DK3367053T3 (da) * | 2017-02-27 | 2021-05-10 | Kulzer & Co Gmbh | 3d-scanner med gyroskopsensor |
-
1992
- 1992-01-20 JP JP4007389A patent/JP2559939B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05196437A (ja) | 1993-08-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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|
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