JP2812525B2 - 距離計測方法 - Google Patents

距離計測方法

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JP2812525B2
JP2812525B2 JP2039039A JP3903990A JP2812525B2 JP 2812525 B2 JP2812525 B2 JP 2812525B2 JP 2039039 A JP2039039 A JP 2039039A JP 3903990 A JP3903990 A JP 3903990A JP 2812525 B2 JP2812525 B2 JP 2812525B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は,複数の視点から静止剛体を撮影した複数枚
の画像から,自動的に該静止剛体の3次元形状情報を計
測する距離計測方法に関する。
〔従来の技術〕
従来の技術として,以下の2手法があげられる。
2〜3台のカメラを基線長Lだけ離して設置し,静
止剛体の画像を2〜3枚撮影する方法, 1台のカメラの視軸を静止剛体に向けたまま基線長
Lだけ等速並進運動させ,一定時間間隔で該静止剛体の
画像をN枚撮影する方法, どちらの手法においても,撮影された静止剛体の各画
像間での対応点を求め,三角測量の原理で該静止剛体の
形状を計測する。従って計測精度をあげるためには基線
長Lをなるべく大きく取る必要がある。の手法では基
線長Lを大きく取ると,対応点の隠れなどが発生するた
め,対応点探索は困難になる。一方では対応点探索問
題を以下の様な直線抽出問題に置き換えることができる
ため,隠れなどが発生しても対応点付を行うことが可能
である。
第3図(a)に示すように,ワールド座標系O−XYZ
を設定し,視点をX軸上におき,視軸をZ軸の正方向と
する。焦点距離をFとすると,ワールド座標系内の3次
元物体は面Z=F上に中心投影される。投影面座標o−
xyは視軸との交点を原点とし,各座標軸の方向はワール
ド座標系の座標軸と一致させる。視点をX軸上に移動さ
せつつ微少移動ピッチδx毎に投影画像を蓄積する。得
られた画像列を順番に並べると,第3図(b)のような
3次元画像(時空間画像Spatio−temporal image)を得
ることができる。n番目の視点位置のX座標をUとし,U
=nδxとする。このときワールド座標系内の点P(X,
Y,Z)は投影面上の点p(X′,Y′,Z′)に次式で写像
される。
これを投影面座標(x,y)で表すと, 式(2b)は点Pの投影点が描く運動軌跡が水平断面上に
拘束されることを意味し,式(2a)はその軌跡が直線で
あり,この直線の傾きから深さZを求められることを意
味している。従って時空間画像を水平線に沿って切断し
た画像(エピポーラ画像)から直線成分を抽出すること
で,ワールド座標系内の3次元物体の形状を計測するこ
とが可能である。
の手法において,直線成分を抽出する手法として以下
の2手法が存在する。
−1:まずエピポーラ画像中から微分処理などによって
輝度変化が大きいエッジ部分だけを取り出し,このエッ
ジ部分の直線成分抽出を行う。このため,エピポーラ画
像中の輝度変化や緩やかな部分における直線成分を抽出
することは不可能である。輝度変化が緩やかな部分は,
一般的には静止剛体の曲面部分に対応しており,従っ
て,従来方法では曲面部分の形状計測が不可能である。
−2:エピポーラ画像から直線成分を抽出する際に、エ
ピポーラ画像をある輝度レベルVqで一旦,2値化する。こ
の2値化の処理のとき,第4図(a)図示の如く輝度変
化が緩やかな部分については,第4図(b)図示の如く
偽輪郭線が現れる。この偽輪郭線は輝度変化が緩やかな
部分における等輝度線を表している。したがって輝度レ
ベルVqを該エピポーラ画像中の最低輝度レベルVminから
最高輝度レベルVmaxの範囲で,δvずつ変化させなが
ら,該エピポーラ画像の2値化を繰り返し行い,得られ
た各2値画像から偽輪郭線を抽出することで,輝度変化
が緩やかな部分においても距離計測が可能となる。すな
わち, Vqi=i・δv+Vmin ……(3) (i=0,...,(Vmax−Vmin)/δv−1) でエピポーラ画像Eを(Vmax−Vmin)/δv回2値化す
る。得られた(Vmax−Vmin)/δv枚の2値画像Eqiの
各々には,輝度レベルVqiの2値化によって偽輪郭線が
発生する。そこで2値画像Eqiに微分処理などを施し,
偽輪郭線部分を点列として表現した画像E′qiを得るこ
とができる。このE′qiを偽輪郭線画像と呼び,上記の
処理を偽輪郭線画像抽出処理と呼ぶ,各輪郭線画像にHo
ugh変換などの直線抽出手法を適用することで,偽輪郭
線を直線として特定することができる。したがって輝度
変化が緩やかな部分においても,偽輪郭線として直線成
分を抽出することで,距離計測が可能となる。
従来手法−2では,輝度変化が緩やかな部分でも距
離計測が可能であるが,偽輪郭線を構成する点列集合の
バラツキはかなり大きいものとなる。これは撮像素子
(CCDなど)のバラツキ等に起因する。したがって,Houg
h変換における直線抽出の規模が,単に「通過する点列
の数が極大になるものを直線とする。」ことであるか
ら,これだけでは偽輪郭線の正確な傾きを求めること
(すなわち距離を求めること)は出来ない。また,Hough
変換による直線抽出では,パラメータ空間における累積
度数の極大値付近でSidelobeが形成されるため,単純に
閾値で累積度数を区切ると,類似したパラメータを持つ
複数本の直線を検出してしまう可能性がある。
そこで従来手法−2においては,以下の直線情報高
精度化処理を付加することによって,直線検出の高精度
化を行っていた。Hough変換などの直線抽出処理におい
ては,Sidelobeの影響によって偽輪郭線の構成点列集合
C(f)に対して,N本の直線ιi(i=0,...,N−1)
が抽出された場合,もし各直線ιiが実際には同一の偽
輪郭線から抽出されたものならば,通過する点列集合C
(fi)⊆C(f)の大部分はお互いに共有される。そこ
で,以下の手順で抽出された直線情報の高精度化を行っ
ていた。
直線情報高精度化処理 step1(点列集積処理):第5図に示すように,各曲線
ιiに幅dをもたせた帯βiとし,各帯βiに含まれる
点列集合C(βi)を求める。
step2(直線統合処理):各C(βi)間で, ‖c(βi)∩C(βj)‖>T ……(8) であるなら,直線ιiに統合する。ただしTは閾値,‖
・‖は集合濃度を表す。
step3(最小自乗近似処理):統合処理の終了した点列
集合C(βi)を通過する直線Liを最小自乗法で求め
る。
上記step1で,直線ιiに幅dを持たせた帯として通
過点列集合を求めているが,この処理によって偽輪郭線
を構成するバラツキのある点列集合を数え上げることが
出来る。step2では,数え上げた点列が各直線ιi間で
どれだけ共用されるかを調べて,Sidelobeの影響で誤っ
て検出された複数の直線を統合している。そしてstep3
で最小自乗法を用いて最終的な直線を正確に検出してい
た。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし,偽輪郭線のバラツキが非常に大きい場合に
は,たとえ上記直線情報高精度化処理を行ったとして
も,もはや得られる直線の傾き(すなわち距離情報)の
信頼度は非常に低く,誤差の大きいものとなるという欠
点を有していた。
また偽輪郭線に含まれるノイズは各偽輪郭線毎に異な
るから,そのギザギザの度合も,各偽輪郭線毎に様々で
ある。このギザギザの度合はそのまま,該偽輪郭線から
得られる直線成分(距離情報)の精度に影響を与える。
しかし、従来の技術では,エピポーラ画像の偽輪郭線か
ら直線成分を抽出する際に,得られた直線成分の信頼度
をチェックせずに,該直線成分から直接距離情報を算出
していた。このため,最終的に得られた3次元形状情報
は,様々な信頼度の距離情報から構成されることになっ
てしまう。この様に様々な信頼度の距離情報が混在する
と,第6図に示すように,3次元形状情報中に信頼度の高
い距離情報が突起状のノイズとして現れてしまう。
本発明の目的は、時空間画像(Spatio−temporal ima
ge)を用いて静止剛体の3次元形状情報を抽出する手法
において,輝度変化が緩やかな曲面部における形状計測
を行う場合に,信頼度の低い距離情報を棄却し,均質な
信頼度の距離情報からなる3次元形状情報を抽出するこ
とである。
〔課題を解決するための手段〕
第1図は本発明の原理図を示す。図中の符合5は直線
候補であって図示を省略している直線候補抽出処理4に
よって得られたものである。6は信頼度検定処理であっ
て,本発明においてもうけられたものである。7は直線
/距離情報変換処理,8は得られる距離情報である。
本発明においては,図示の信頼度検定処理6が設けら
れている。当該信頼度検定処理6においては,直線Li
(なお今の場合には今だ候補である)に対応して,所定
の幅をもつ帯αiを考慮し,当該帯αiに含まれる点列
の個数を調べるようにしている。
本発明においては,偽輪郭線から抽出された直線成分
の信頼度を検定し,信頼度の低い距離情報は棄却するこ
とで,このような突起状のノイズを除去し,均質な信頼
度の3次元形状情報を抽出することを主な特徴としてい
る。
〔作 用〕
本発明においては,検出された直線Liを中心に所定の
幅をもつ帯を考え当該帯αiに含まれる点列の個数が当
該帯αiの面積と比較して多過ぎる場合には,偽輪郭線
のギザギザの度合が大きすぎ当該直線Liの信頼度が低い
ものとみなしてこれを棄却する。
従来の技術では,この様な信頼度検定を行うことはな
く,従って均質な信頼度を持つ距離情報から3次元形状
情報をつくることは不可能であった。
〔実施例〕
本発明にいう直線成分の信頼度検定処理の一実施例を
示すと次の如きものである。
step1(点列集積処理):まず,従来手法によって検出
された直線Liに幅dをもたせた帯をαiとし,αiに含
まれる点列集合C(αi)を求める。
step2(点列個数抽出処理):点列集合C(αi)に含
まれる点列個数‖C(αi)‖を求める。
step3(帯面積抽出処理):直線Liの傾きθiとエピポ
ーラ画像の時間軸方向の長さT(時空間画像の枚数Mで
決まる)とから帯αiの面積S(αi)を求める(第7
図参照)。
step4(最大点列個数抽出処理):帯面積S(αi)に
含まれ得る点列の最大個数M(S(αi))を, M(S(αi))=S(αi)/p として求める。ただしpはエピポーラ画像における1画
素の面積である。
step5(閾値処理):点列集合C(αi)の集合濃度‖
C(αi)‖が, ‖C(αi)‖>k・M(S(αi)) なら検出された直線Lの信頼性が低すぎるものとみな
し,Liを棄却する。さもなければLiを距離情報に変換す
る。ただし,kは0<k≦1なる定数である。
第2図は本発明の実施例を示す図であって,1はエピポ
ーラ画像,2は偽輪郭線画像抽出処理,3は偽輪郭線画像,4
は直線候補抽出処理,4−1は直線抽出処理,4−2は直線
成分,4−3は直線情報高精度化処理,5は直線候補,6は信
頼度検定処理,6−1は点列集積処理,6−2は点列個数抽
出処理,6−3は帯面積抽出処理,6−4は最大点列個数抽
出処理,6−5は閾値処理,7は直線/距離情報変換処理,8
は距離情報である。
まず静止剛体を等速並進運動する撮影装置で時系列的
に撮影した複数枚の画像から,時空間画像を構成する。
該時空間画像からエピポーラ画像1を一枚取り出す。
該エピポーラ画像1に,偽輪郭線画像抽出処理2を施
すことで,該エピポーラ画像1の偽輪郭線部分を点列と
する(Vmax−Vmin/δv枚の偽輪郭線画像3を抽出す
る。ただしVmaxは該エピポーラ画像1の最高輝度レベ
ル,Vminは最低輝度レベルである。
該輪郭線画像3に直線候補抽出処理4を施すことで,
直線候補5を抽出する。まず該輪郭線画像3にHough変
換などの直線抽出処理4−1を施して,該偽輪郭線画像
3中の直線成分4−2を抽出する。該直線抽出処理4−
1で抽出された直線成分4−2に直線情報高精度化処理
4−3を施して,直線候補5を抽出する。
該直線候補抽出処理4で抽出された直線候補5に信頼
度検定処理6を施して,該直線候補5の信頼度を検定す
る。まず点列集積処理6−1によって,該直線候補5に
含まれる該偽輪郭線画像3の点列を集積する。該点列集
積処理6−1で集積された点列の個数を点列個数抽出処
理6−2によって数える。一方,帯面積抽出処理6−3
によって該直線候補5が形成する帯の面積を抽出し,さ
らに最大点列個数抽出処理6−4によって該帯に含まれ
得る該偽輪郭線画像3の最大の点列個数を抽出する。そ
して,閾値処理6−5によって,点列個数抽出処理6−
2で抽出された点列個数と,最大点列個数抽出処理6−
4で抽出された最大点列個数とを比較し,該直線候補5
のデータが信頼性があるか否かを検定する。もし信頼性
があるなら直線/距離情報変換処理7によって,直線候
補5を距離情報8に変換する。
この様な構成になっているから,たとえ偽輪郭線画像
から抽出された直線候補の信頼性にバラツキがあって
も,信頼度検定処理によって信頼度の低い直線候補を棄
却するので,均質な精度の距離情報を得ることが可能と
なる。
〔発明の効果〕
本発明によれば,静止剛体の曲面形状などの従来の時
空間画像を用いた計測手法では計測不可能であった部分
の形状計測を,均質な計測精度で実現することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理図,第2図は本発明の実施例,第
3図は時空間画像を説明する図,第4図は偽輪郭線を説
明する図,第5図は点列集合を説明する図,第6図は非
所望な突起を説明する図,第7図は帯の面積を得る説明
図を示す。 図中,1はエピポーラ画像,2は偽輪郭線画像抽出処理,3は
偽輪郭線画像,4は直線候補抽出処理,5は直線候補,6は信
頼度検定処理,7は直線/距離情報変換処理,8は距離情報
を表す。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】静止剛体を撮影して得られる時空間画像を
    構成するエピポーラ画像から,輝度レベルの量子化を含
    む処理によって等輝度線を偽輪郭線画像として抽出する
    偽輪郭線画像抽出処理と, 該偽輪郭線画像抽出処理で処理された偽輪郭線画像か
    ら,偽輪郭線を直線候補として抽出する直線候補抽出処
    理と, 該直線候補抽出処理で抽出された直線候補の信頼度を,
    該偽輪郭線画像中の偽輪郭線のギザギザの程度から判定
    し,判定結果を出力する信頼度検定処理と, 該信頼度検定処理が判定した判定結果が,該直線候補の
    信頼度が高いことを示すものであれば,該直線候補を距
    離情報に変換する直線/距離情報変換処理とを実行し, 上記静止剛体の曲面部に相当する該エピポーラ画像中の
    輝度変化が緩やかな部分から均質な信頼度をもつ距離情
    報を検出するようにした ことを特徴とする距離計測方法。
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