JP2586454B2 - 三次元位置抽出方式 - Google Patents

三次元位置抽出方式

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JP2586454B2 JP61140544A JP14054486A JP2586454B2 JP 2586454 B2 JP2586454 B2 JP 2586454B2 JP 61140544 A JP61140544 A JP 61140544A JP 14054486 A JP14054486 A JP 14054486A JP 2586454 B2 JP2586454 B2 JP 2586454B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明はロボットなどにおいて左右二方向より得ら
れた二次元画像より線図形の三次元位置座標値を抽出す
る三次元位置抽出方法に関する。
(従来の技術) 両眼視による三次元位置を抽出する方法として(1)
安江、白井らの電総研彙報37巻12号、pp49−67に記載さ
れている物体表面の特徴点を左画像において空間微分走
査を施すことで抽出し、右画像において局所窓における
相関値をもとにいき値処理を行う局所相関法を用い対応
点を探索し、第5図に示すような物体座標系2300とカメ
ラの中心位置2100(左方向)、2200(右方向)とカメラ
より得られた線画像2000(左方向)、2010(右方向)に
おいて、特徴点2020と対応点2030の線画像2000、2010で
の二次元座標値に三角測量の原理を適用して実際の点20
40の三次元位置座標値を算出する両眼立体視による三次
元位置計算法と、(2)石川のコンピュータビジョン,
グラフィックスアンドイメージプロセシング28(Comput
er Vision,Graphics and lmage Processing28)のP289
−302(1984)に記載されている2方向で無限遠点より
見た場合を仮定して2方向より得られた2次元画像より
画像上の2つの稜の見かけの傾きの変化に着目して面の
三次元位置を抽出する方法がある。
(発明が解決しようとする問題点) 前記従来の技術(1)では、第4図に示されるように
TVカメラの位置間隔(1100と1110との間隔)が小さい場
合、画像処理によるボケを伴い、誤差範囲1120が拡大す
るという欠点をもつ。また、前記従来の技術(2)では
観測点を無限遠点と仮定しているため、実際の観測との
誤差が問題となる。本発明は視差が小さい場合にも従来
の三次元位置計算法で得られた誤差を少なくするため
に、線図形の傾きにも着目して、より精度のよい、実用
的な三次元位置抽出を目的とする。
(問題点を解決するための手段) 本発明によれば、左右二方向より線画像を入力する両
眼立体視入力装置において、左右それぞれの方向より得
られた前記線画像にエッジ抽出と線分抽出処理を施して
各線分の実傾斜値、各線分の交点の二次元座標値、各交
点の連接関係を抽出する線図形抽出手段と、前記左方向
より得られた前記線画像に前記線図形抽出手段を適用し
て得られる値を記憶する左線図形記憶手段と、前記右方
向より得られた前記線画像に前記線図形抽出手段を適用
して得られる値を記憶する右線図形記憶手段と、前記左
線図形記憶手段より読み出された各交点の二次元座標値
と、前記右線図形記憶手段より読み出された各交点の二
次元座標値との対応検出を局所相関法を用いて行う対応
点検出手段と、対応づけられた交点の二次元座標値より
三次元位置座標値を三角測量の原理を使って算出する初
期値算出手段と、連接する二交点の前記三次元位置座標
値から二次元画像平面上への投影計算を行い、前記二次
元画像平面上の二交点間の線分の傾斜値を算出する傾斜
値算出手段と、前記左線図形記憶手段と前記右線図形記
憶手段より該線分の実傾斜値を読みだし、前記傾斜値算
出手段より得られた傾斜値との傾斜誤差を算出する傾斜
誤差算出手段と、前記傾斜誤差が許容範囲であるかを判
定し、前記傾斜誤差が許容範囲内である場合に三次元位
置座標値を出力する誤差許容判定手段と、前記傾斜誤差
が許容範囲外の場合に、前記三次元位置座標値を前記傾
斜誤差算出手段の出力を最小化するように最適化法を用
いて変更し出力する位置変更手段とを備えた三次元位置
抽出方式が得られる。
(作用) 左右二方向より得られた線画像に従来の技術(1)を
適用し、得られた各点の三次元位置座標値を初期値と
し、該線画像における各二点間の線分の傾斜値を該二点
の三次元位置座標値から投影計算により算出し、次に前
記線画像の実傾斜値との傾斜誤差を算出し、該傾斜誤差
を最適化手法を使って最小化するように前記三次元位置
座標値を変更していくことにより、精度のよい三次元位
置の抽出を可能としている。
(実施例) 以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明する。第
1図は、本発明の三次元位置抽出方式の実施例を示す構
成図である。1−1,1−2はTVカメラを使った線画像入
力装置、10は例えば独自の物体座標系O−X−Y−Zで
定義された第2図(A)に例示する視線方向1010より得
られた線画像(第2図(C)に例示)より各線分Lil
(交点i,jを結ぶ線分)の実傾斜値 原点Oを通り視線方向1010に垂直な画像平面上に定義さ
れた座標U−Vにおける交点i,jの二次元座標値(u,v)
(Tは転置行列を表す)、二交点i,jの連接関係を表
す連接行列(連接している場合1、連接していない場合
0)を抽出する線図形抽出回路、20は第2図(A)に例
示する左視線方向1010より得られた線画像から線図形抽
出回路10により抽出した各線分Lijの実傾斜値 二次元画像平面上に定義された座標UL−VLにおける交点
iの二次元座標値(uLi,vLi)、各交点i,jの連接関係
を表す連接行列を記憶する左線図形記憶回路、30は第2
図(A)に例示する左視線方向1020より得られた線画像
から線図形抽出回路10により抽出した各線分L′ijの実
傾斜値 第2図(B)(2)の画像上に定義された座標UR−VR
おける各交点i′の二次元座標値(uRi′,vRi′)
各頂点i′,j′の連結関係を表す連接行列を記憶する右
線図形記憶回路、40は対応点検出回路であり、前記左線
図形記憶回路20より読み出された第2図B(1)で示す
交点iの二次元座標値(uLi,vLi)と、前記右線図形記
憶回路30より読み出された各交点の二次元座標値(u
Ri′,vRi′)との対応検出を前記従来の技術(1)の局
所相関法を用いて行う対応点検出回路、50は対応づけら
れた交点i−i′の二次元座標値(uLi,vLi)、(u
Ri′,vRi′)から前記従来の技術(1)を使って三次
元座標値(x,y,z)を算出する初期位置算出回路、60
は連接する(連接行列で1を有する)二交点i,j(i≠
j)の三次元座標値(xi,yi,zi)、(xj,yj,zj)
前記二次元画像平面UL−VL,UR−VRへの投影計算を行
い、該二次元画像平面上の二交点間の線分の傾斜値 を算出する傾斜値算出回路、70は左線図形記憶回路20と
右線図形記憶回路30より読み出された実傾斜値 と傾斜値算出回路により得られた傾斜値gij,gijとの誤
差を算出する傾斜誤差算出回路、80は傾斜誤差が許容範
囲であるかを判定し、許容範囲内の場合に三次元位置座
標値を出力する誤差許容判定回路、90は傾斜誤差が許容
範囲外の場合に前記三次元位置座標値をコンピュータジ
ャーナル(Computer Journal),vol.6,no.2,pp.163−16
8に記載されている極小値を関数の値と関数のgradient
値から求めるデビドン−フレッチャー−パウエル(Davi
don−Flecher−Powell)法の最適化法を用いて変更する
位置変更回路、100は制御回路である。
画像入力装置1は第2図(A)の原点Oから距離Dの
視点位置1030と1040、視点方向1010と1020で設定されて
いる。制御回路100の指定により左方向の線画像入力装
置1を起動させて線画像を取り込む。入力された線画像
を線図形抽出回路10が微分操作によるエッジ抽出と最小
乗直線近似による線図形抽出方法により各線分の実傾斜
各交点の二次元座標値(uLi,vLi)、連接行列を算出
し、左線図形記憶回路20に格納する。格納が終わると制
御回路100の指令により右方向の線画像入力装置1を起
動させて線画像を取り込む。入力された線画像を線図形
抽出回路10が該線図形抽出方法により各線分の実傾斜値 各交点の二次元座標値(uRi′,vRi′)、連接行列を算
出し、右線図形記憶回路30に格納する。格納がおわると
制御回路100の指令により対応点検出回路40が起動され
る。左線図形記憶回路20より交点iの2次元座標値を読
みだし、右線図形記憶回路30より読み出された各々の交
点の二次元座標値より、前記従来の技術(1)の局所相
関法を使って、交点iに対する対応点i′を検出する。
各交点i,jで対応の取れた順に初期位置算出回路50が2
次元座標値より前記従来の技術(1)の三次元位置抽出
法を使って三次元座標値(xi,yi,zi)、(xj,yi,zj)
を求める。
傾斜値算出回路60が、制御回路100の指令を受けて第
3図に示す頂点i(1050),j(1060)の三次元位置座標
値(xi,yi,zi)(xj,yj,zj)より第(1)式を使っ
て第3図に示す傾斜値 を算出する。
ただし、X,Y,Zは次式(2)を満たし、Tは転置行列
を表し、Uは次式(3)を満たすものである。また、D
は第2図(A)に示す座標系の原点Oから視点までの距
離である。
2つのカメラの視線方向をθ、θとする、ただ
し、θ≠θである。
傾斜値算出回路60の動作が終わると、制御回路100の
指令によって傾斜誤差算出回路70が起動され、左線図形
記憶回路20と右線図形記憶回路30より読み出された傾斜
と傾斜値算出回路60より得られた傾斜値 の誤差を第(4)式を使って計算する。
傾斜誤差算出回路90が終わると、制御回路100の指令
によって誤差許容判定回路80が起動され、eijが許容誤
差範囲内かどうかを決定する。すなわち、第(5)式の
条件を満たすかどうかを調べる。
eij<ε (5) ただし、εはε≪1である。
もし判定条件を満たさなければ、位置変更回路90が制
御回路100の指令により起動され、三次元位置座標値が
第(6)式により変更される。
ただし、(Δxi,Δyi,Δzi)、(Δxj,Δyj,Δzj)
は例えば収束性、安定性が保証されているDavidon−F
lecher−Powellの最適法を使って求めることができる。
変更された三次元位置座標値を使って再び制御回路100
の指令により傾斜算出回路50が起動される。もし、判定
条件の第(5)式を満たせば、制御回路100の指令によ
り左線図形記憶回路20と右線図形記憶回路30より次の交
点について同様の処理を行う。
尚、本発明は上記実施例にのみ限定されるものではな
い。例えば、座標系の設定やパラメータの値は仕様に応
じて定めればよく、最小値決定手法も各種の最適法に応
じて設定すればよい。要するに本発明はその要旨を逸脱
しない範囲で種々に変形して実施することができる。
(効果) 以上の通り、本発明によれば、ロボットなどの両眼立
体視において左右2方向で視差が小さい場合でも精度の
よい実用的な三次元位置を抽出することができる利点が
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の三次元位置抽出方式の実施例を示す構
成図、第2図(A)は物体の位置を表す座標系と観測点
(TVカメラの位置)を示す図、第2図(B)(1),
(2)は二次元画像上に設定した座標系を示す図、第2
図(C)は二次元画像上に設定した座標系を示す図、第
3図は傾斜値算出回路70の動作を説明するための図、第
4図は従来の技術(1)の問題点を説明するための図、
第5図は従来の技術(1)を説明するための図である。 図において、1は線画像入力装置、10は線図形抽出回
路、20は左線図形記憶回路、30は右線図形記憶回路、40
は対応点検出回路、50は初期位置算出回路、60は概傾斜
値算出回路、70は傾斜誤差算出回路、80は誤差許容判定
回路、90は位置変更回路、100は制御回路をそれぞれ示
す。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】左右二方向より線画像を入力する両眼立体
    視入力装置において、左右それぞれの方向より得られた
    前記線画像にエッジ抽出と線分抽出処理を施して各線分
    の傾きである実傾斜値、各線分の交点の二次元座標値、
    各交点の連接関係を抽出する線図形抽出手段と、左方向
    より得られた前記線画像に前記線図形抽出手段を適用し
    て得られる値を記憶する左線図形記憶手段と、右方向よ
    り得られた前記線画像に前記線図形抽出手段を適用して
    得られる値を記憶する右線図形記憶手段と、前記左線図
    形記憶手段より読み出された各交点の二次元座標値と、
    前記右線図形記憶手段より読み出された各交点の二次元
    座標値との対応検出を局所相関法を用いて行う対応点検
    出手段と、対応づけられた交点の二次元座標値より三次
    元位置座標値を三角測量の原理を使って算出する初期位
    置算出手段と、連接する二交点の該三次元位置座標値か
    ら二次元画像平面上への投影計算を行い、該二次元画像
    平面上の二交点間の線分の傾斜値を算出する傾斜値算出
    手段と、前記左線図形記憶手段と前記右線図形記憶手段
    より前記線分の実傾斜値を読みだし、前記傾斜値算出手
    段により得られた傾斜値との誤差である傾斜誤差を算出
    する傾斜誤差算出手段と、前記傾斜誤差が許容範囲であ
    るかを判定し、前記傾斜誤差が許容範囲内である場合に
    三次元位置座標値を出力する誤差許容判定手段と、前記
    傾斜誤差が許容範囲内の場合に、前記三次元位置座標値
    を前記傾斜誤差算出手段の出力を最小化するように最適
    化法を用いて変更し出力する位置変更手段とを備えたこ
    とを特徴とする三次元位置抽出方式。
JP61140544A 1986-06-16 1986-06-16 三次元位置抽出方式 Expired - Lifetime JP2586454B2 (ja)

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Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
COMPUTER VISION,GRAPHICS,AND IMAGE PROCESSING28,(1984),P.289−302
第22回計測制御学会講演会(昭和58年),P.679−680

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