JP2953154B2 - 形状合成方法 - Google Patents
形状合成方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、視差画像間のステレオ
マッチングによる３次元部分形状データを合成する方法
に関する。
マッチングによる３次元部分形状データを合成する方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】光学的な立体計測には、レンジファイン
ダを用いる能動的な方法と、テスレオ法に代表される受
動的な方法がある（尾上他偏「画像処理ハンドブック」
昭晃堂（１９８７））。いずれの方法においても、一回
の測定で得られる形状は対象となる物体の一部分だけで
あり、物体全体の形状を復元するには、部分形状の合成
が必要になる。形状合成には、各測定系間の位置関係を
求めなければならないが、それらをある程度自動的に計
算する方法が開発されている（河井他：“多視点レンジ
データからの３次元形状復元”、信学会パターン認識・
理解研究会技術報告９１−１９（１９９１）、植村、増
田“局所３次元空間統合のための座標系移動量の推
定”、信学会パターン認識・理解研究会技術報告９１−
４０（１９９１））。
ダを用いる能動的な方法と、テスレオ法に代表される受
動的な方法がある（尾上他偏「画像処理ハンドブック」
昭晃堂（１９８７））。いずれの方法においても、一回
の測定で得られる形状は対象となる物体の一部分だけで
あり、物体全体の形状を復元するには、部分形状の合成
が必要になる。形状合成には、各測定系間の位置関係を
求めなければならないが、それらをある程度自動的に計
算する方法が開発されている（河井他：“多視点レンジ
データからの３次元形状復元”、信学会パターン認識・
理解研究会技術報告９１−１９（１９９１）、植村、増
田“局所３次元空間統合のための座標系移動量の推
定”、信学会パターン認識・理解研究会技術報告９１−
４０（１９９１））。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、能動的
な方法は一般に装置が高価であり、測定範囲が限定され
る。一方、受動的な方法では上記の欠点はないが、上述
の文献に記載されている方法では、線分の対応付けに基
づいて座標系移動量を求めているため、曲面で構成され
る物体や、線分が明確に抽出されない物体、複雑なテク
スチャを持つ物体には適用できない。
な方法は一般に装置が高価であり、測定範囲が限定され
る。一方、受動的な方法では上記の欠点はないが、上述
の文献に記載されている方法では、線分の対応付けに基
づいて座標系移動量を求めているため、曲面で構成され
る物体や、線分が明確に抽出されない物体、複雑なテク
スチャを持つ物体には適用できない。
【０００４】本発明の目的は、曲面で構成される物体
や、線分が明確に抽出されない物体、複雑なテクスチャ
を持つ物体に対しても有効な、ステレオ法に基づく形状
合成方法を提供することにある。
や、線分が明確に抽出されない物体、複雑なテクスチャ
を持つ物体に対しても有効な、ステレオ法に基づく形状
合成方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】第１の発明の形状合成方
法は、ステレオカメラを用いて同一平面上の複数の視点
から物体の視差画像を撮影・入力し、該視差画像間のス
テレオマッチングにより得られた複数の部分形状データ
を合成して該物体の３次元形状を復元する形状合成方法
において、各部分形状上のテクスチャを用いて各部分形
状上の重なりを検出する第１のステップと、重なり部分
をつなぎ合わせることにより部分形状を合成し、物体の
３次元形状を復元する第２のステップとから成ることを
特徴とする。
法は、ステレオカメラを用いて同一平面上の複数の視点
から物体の視差画像を撮影・入力し、該視差画像間のス
テレオマッチングにより得られた複数の部分形状データ
を合成して該物体の３次元形状を復元する形状合成方法
において、各部分形状上のテクスチャを用いて各部分形
状上の重なりを検出する第１のステップと、重なり部分
をつなぎ合わせることにより部分形状を合成し、物体の
３次元形状を復元する第２のステップとから成ることを
特徴とする。
【０００６】第２の発明の形状合成方法は、第１の発明
において、第１のステップが、部分形状に沿って一定間
隔ｄ毎にテクスチャの輝度値と形状を表現する座標値を
抽出するステップと、２つの部分形状上のテクスチャの
重なり幅をｄづつ変化させながら重なった部分の前記輝
度値の相互相関値を求め、該相互相関値が最大となる重
なり幅を実際の重なり幅と判定し、２つの部分形状の抽
出点同士の対応を求めるステップとから成ることを特徴
とする。
において、第１のステップが、部分形状に沿って一定間
隔ｄ毎にテクスチャの輝度値と形状を表現する座標値を
抽出するステップと、２つの部分形状上のテクスチャの
重なり幅をｄづつ変化させながら重なった部分の前記輝
度値の相互相関値を求め、該相互相関値が最大となる重
なり幅を実際の重なり幅と判定し、２つの部分形状の抽
出点同士の対応を求めるステップとから成ることを特徴
とする。
【０００７】第３の発明の形状合成方法は、第１の発明
において、第１のステップが、物体とカメラとの距離、
及びカメラレンズの焦点距離に基づいて、実空間での抽
出間隔が一定値ｄになるように、部分形状に沿ってテク
スチャの輝度値と形状を表現する座標値を抽出するステ
ップと、２つの部分形状上のテクスチャの重なり幅をｄ
づつ変化させながら重なった部分の前記輝度値の相互相
関値を求め、該相互相関値が最大となる重なり幅を実際
の重なり幅と判定し、２つの部分形状の抽出点同士の対
応を求めるステップとから成ることを特徴とする。
において、第１のステップが、物体とカメラとの距離、
及びカメラレンズの焦点距離に基づいて、実空間での抽
出間隔が一定値ｄになるように、部分形状に沿ってテク
スチャの輝度値と形状を表現する座標値を抽出するステ
ップと、２つの部分形状上のテクスチャの重なり幅をｄ
づつ変化させながら重なった部分の前記輝度値の相互相
関値を求め、該相互相関値が最大となる重なり幅を実際
の重なり幅と判定し、２つの部分形状の抽出点同士の対
応を求めるステップとから成ることを特徴とする。
【０００８】第４の発明の形状合成方法は、第１の発明
において、第２のステップが、２つの部分形状の対応す
るすべての抽出点について、対応する抽出点における座
標値間の距離の自乗和を最小にするように、座標系移動
パラメータを求めることを特徴とする。
において、第２のステップが、２つの部分形状の対応す
るすべての抽出点について、対応する抽出点における座
標値間の距離の自乗和を最小にするように、座標系移動
パラメータを求めることを特徴とする。
【０００９】
【実施例】図１は、第１、２、４の発明の形状合成方法
の動作フローである。
の動作フローである。
【００１０】まず、ステップ１１では複数の視差画像を
撮影する。視差画像の撮影は、ステレオカメラと物体と
の距離をほぼ同一に保ち、かつカメラを同一水平面（測
定平面と呼ぶ）上に位置させながら行なう。この時、カ
メラの縦揺れ、横揺れは水準器等を用いて防ぐ。さら
に、ステレオカメラを構成する２台のカメラの光軸は平
行とし、２つの光軸で構成される面と測定平面は平行と
する。図３にステレオカメラの配置例（水平断面図）を
示す。
撮影する。視差画像の撮影は、ステレオカメラと物体と
の距離をほぼ同一に保ち、かつカメラを同一水平面（測
定平面と呼ぶ）上に位置させながら行なう。この時、カ
メラの縦揺れ、横揺れは水準器等を用いて防ぐ。さら
に、ステレオカメラを構成する２台のカメラの光軸は平
行とし、２つの光軸で構成される面と測定平面は平行と
する。図３にステレオカメラの配置例（水平断面図）を
示す。
【００１１】ステップ１２で視差画像間の相関法による
ステレオマッチングを行い、部分形状を復元し、かつ物
体表面上のテクスチャをも取得する。図４にステップ１
２で復元される部分形状およびそれを表現する座標系
（ｔ，ｚ）を示す。図４の黒点は、視差画像間の対応点
を示している。すなわち、この点で座標値（ｔ，ｚ）、
輝度値が求まっている。図４のＣ1 は図３の撮影位置１
で得られた部分形状であり、図４のＣ2 は図３の撮影位
値２で得られた部分形状である。
ステレオマッチングを行い、部分形状を復元し、かつ物
体表面上のテクスチャをも取得する。図４にステップ１
２で復元される部分形状およびそれを表現する座標系
（ｔ，ｚ）を示す。図４の黒点は、視差画像間の対応点
を示している。すなわち、この点で座標値（ｔ，ｚ）、
輝度値が求まっている。図４のＣ1 は図３の撮影位置１
で得られた部分形状であり、図４のＣ2 は図３の撮影位
値２で得られた部分形状である。
【００１２】次にステップ１３で部分形状を直線に引き
延ばし、あらかじめ決められた間隔（ｄ）毎に輝度値、
形状を表現する座標値（ｔ，ｚ）を線形補間等により抽
出する。図５にＣ1 、Ｃ2 を処理した結果Ｃ’1 、Ｃ’
2 を示す。
延ばし、あらかじめ決められた間隔（ｄ）毎に輝度値、
形状を表現する座標値（ｔ，ｚ）を線形補間等により抽
出する。図５にＣ1 、Ｃ2 を処理した結果Ｃ’1 、Ｃ’
2 を示す。
【００１３】ステップ１４ではＣ’1 、Ｃ’2 を一定の
幅だけ重ね、重なった部分の輝度値の相互相関値を計算
する。重なり幅をｄづつ変化させながら相互相関値を求
めて、相互相関値が最大となる重なり幅を実際の重なり
幅と判定する。それにより、Ｃ’1 、Ｃ’2 上の抽出点
同士の対応が求まる。
幅だけ重ね、重なった部分の輝度値の相互相関値を計算
する。重なり幅をｄづつ変化させながら相互相関値を求
めて、相互相関値が最大となる重なり幅を実際の重なり
幅と判定する。それにより、Ｃ’1 、Ｃ’2 上の抽出点
同士の対応が求まる。
【００１４】ステップ１５では、対応する抽出点間の距
離の自乗の和（Ｑ）を最小にするように、座標系移動パ
ラメータ（ｐ，ｑ，θ）を定める。Ｃ’1 とＣ’2 の対
応する抽出点をそれぞれａi 、ｂi とすると、Ｑは
離の自乗の和（Ｑ）を最小にするように、座標系移動パ
ラメータ（ｐ，ｑ，θ）を定める。Ｃ’1 とＣ’2 の対
応する抽出点をそれぞれａi 、ｂi とすると、Ｑは
【００１５】
【数１】
【００１６】となる。Ｑを最小にするｐ，ｑ，θを求め
るために、Ｑをｐ，ｑ，θで微分して０とおいた連立方
程式をとき、
るために、Ｑをｐ，ｑ，θで微分して０とおいた連立方
程式をとき、
【００１７】
【数２】
【００１８】ステップ１６では、まず、Ｃ’1 、Ｃ’2
それぞれの抽出点上の座標値（ｔ，ｚ）をもとに、部分
形状Ｃ”1 、Ｃ”2 を生成し、さらにステップ１５で求
めたｐ，ｑ，θを用いてＣ”2 の座標値（ｔ，ｚ）を回
転、平行移動させてのＣ”1 座標系に変換し、Ｃ”1 と
Ｃ”2 を合成する（図６参照）。Ｃ”1 とＣ”2 で重な
っている部分は、両者の抽出点の座標値の平均を用い
る。
それぞれの抽出点上の座標値（ｔ，ｚ）をもとに、部分
形状Ｃ”1 、Ｃ”2 を生成し、さらにステップ１５で求
めたｐ，ｑ，θを用いてＣ”2 の座標値（ｔ，ｚ）を回
転、平行移動させてのＣ”1 座標系に変換し、Ｃ”1 と
Ｃ”2 を合成する（図６参照）。Ｃ”1 とＣ”2 で重な
っている部分は、両者の抽出点の座標値の平均を用い
る。
【００１９】以上で２つの部分形状の合成法に付いて述
べた。３つ以上の部分形状の合成は、まず２つの部分形
状を合成して１つの部分形状とし、さらに合成を積み重
ねていけばよい。
べた。３つ以上の部分形状の合成は、まず２つの部分形
状を合成して１つの部分形状とし、さらに合成を積み重
ねていけばよい。
【００２０】図２は、第１、３、４の発明の形状合成方
法の動作フローである。
法の動作フローである。
【００２１】ステップ１１から１２、ステップ１４から
１６は前述のステップと同様である。ステップ２３で
は、部分形状を直線上に引き延ばすとともに、カメラレ
ンズの焦点距離を用いて、物体とカメラとの絶対距離を
求め、みかけのテクスチャを原寸大に拡大してから、抽
出、補間処理を行なう。
１６は前述のステップと同様である。ステップ２３で
は、部分形状を直線上に引き延ばすとともに、カメラレ
ンズの焦点距離を用いて、物体とカメラとの絶対距離を
求め、みかけのテクスチャを原寸大に拡大してから、抽
出、補間処理を行なう。
【発明の効果】本発明の形状合成方法では、部分形状上
のテクスチャを用いて各部分形状の重なりを検出し、２
つの部分形状の共通な部分を検出する。共通部分の形状
を合わせることにより２つの部分形状を合成する。
のテクスチャを用いて各部分形状の重なりを検出し、２
つの部分形状の共通な部分を検出する。共通部分の形状
を合わせることにより２つの部分形状を合成する。
【００２２】そのため、本発明では線分の抽出を行なう
必要が無く、曲面で構成される物体や、線分が明確に抽
出されない物体、複雑なテクスチャを持つ物体に対して
も有効な、ステレオマッチングに基づく形状合成が行え
る。
必要が無く、曲面で構成される物体や、線分が明確に抽
出されない物体、複雑なテクスチャを持つ物体に対して
も有効な、ステレオマッチングに基づく形状合成が行え
る。
【００２３】さらに、本発明による形状合成において必
要な機材は一組のステレオカメラだけであり、かつカメ
ラ間の平面上の位値関係およびカメラ間の偏揺れ角が自
動的に求まるため撮影時にそれらを測定する必要がな
く、撮影時の手間が大幅に削減される。
要な機材は一組のステレオカメラだけであり、かつカメ
ラ間の平面上の位値関係およびカメラ間の偏揺れ角が自
動的に求まるため撮影時にそれらを測定する必要がな
く、撮影時の手間が大幅に削減される。
【００２４】特に、第３の発明においては、見かけのテ
クスチャを原寸大に変換してからテクスチャ間の重なり
を検出するため、物体とステレオカメラとの距離がかな
り異なった視差画像により求めた部分形状間の形状合成
も可能になる。
クスチャを原寸大に変換してからテクスチャ間の重なり
を検出するため、物体とステレオカメラとの距離がかな
り異なった視差画像により求めた部分形状間の形状合成
も可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１、２、４の発明の一実施例を示す動作フロ
ーである。
ーである。
【図２】第１、３、４の発明の一実施例を示す動作フロ
ーである。
ーである。
【図３】ステレオカメラの配置の一例を示す水平断面図
である。
である。
【図４】視差画像間のステレオマッチングにより求めら
れた部分形状の例を示す図である。
れた部分形状の例を示す図である。
【図５】テクスチャの引き延ばし、分割の説明図であ
る。
る。
【図６】２つの座標系の関係、および合成された形状を
示す図である。
示す図である。
１１ 視差画像入力処理 １２ ステレオマッチング処理 １３ テクスチャ引き延ばし・抽出・補間処理 １４ テクスチャ重なり幅計算処理 １５ 座標系移動パラメータ計算処理 １６ 形状合成処理 ２３ テクスチャ拡大・引き延ばし・抽出・補間処理
Claims (3)
- 【請求項１】 ステレオカメラを用いて同一平面上の複
数の視点から物体の視差画像を撮影・入力し、該視差画
像間のステレオマッチングにより得られた複数の部分形
状データを合成して該物体の３次元形状を復元する形状
合成方法において、 各部分形状上のテクスチャを用いて各部分形状上の重な
りを検出する第１のステップと、重なり部分をつなぎ合
わせることにより部分形状を合成し、物体の３次元形状
を復元する第２のステップとから成り、 前記第１のステップは、部分形状上に沿って一定間隔ｄ
毎にテクスチャの輝度値と形状を表現する座標値を抽出
するステップと、２つの部分形状上のテクスチャの重な
り幅をｄずつ変化させながら重なった部分の前記輝度値
の相互相関値を求め、該相互相関値が最大となる重なり
幅を実際の重なり幅と判定し、２つの部分形状の抽出点
同士の対応を求めるステップとを含む ことを特徴とする
形状合成方法。 - 【請求項２】 ステレオカメラを用いて同一平面上の複
数の視点から物体の視差画像を撮影・入力し、該視差画
像間のステレオマッチングにより得られた複数の部分形
状データを合成して該物体の３次元形状を復元する形状
合成方法において、 各部分形状上のテクスチャを用いて各部分形状上の重な
りを検出する第１のステップと、重なり部分をつなぎ合
わせることにより部分形状を合成し、物体の３次元形状
を復元する第２のステップとから成り、 前記第１のステップは、物体とカメラとの距離、及びカ
メラレンズの焦点距離に基づいて、実空間での抽出間隔
が一定値ｄになるように、部分形状に沿ってテクスチャ
の輝度値と形状を表現する座標値を抽出するステップ
と、２つの部分形状上のテクスチャの重なり幅をｄづつ
変化させながら重なった部分の前記輝度値の相互相関値
を求め、該相互相関値が最大となる重なり幅を実際の重
なり幅と判定し、２つの部分形状の抽出点同士の対応を
求めるステップとを含むことを特徴とする請求項１記載
の形状合成方法。 - 【請求項３】 第２のステップは、２つの部分形状の対
応するすべての抽出点について、対応する抽出点におけ
る座標値間の距離の自乗和を最小にするように、座標系
移動パラメータを求めることを特徴とする請求項１また
は２記載の形状合成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3315874A JP2953154B2 (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | 形状合成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3315874A JP2953154B2 (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | 形状合成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05303629A JPH05303629A (ja) | 1993-11-16 |
| JP2953154B2 true JP2953154B2 (ja) | 1999-09-27 |
Family
ID=18070638
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3315874A Expired - Fee Related JP2953154B2 (ja) | 1991-11-29 | 1991-11-29 | 形状合成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2953154B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011192228A (ja) * | 2010-03-17 | 2011-09-29 | Casio Computer Co Ltd | 三次元モデリング装置、三次元モデリング方法、ならびに、プログラム |
| US8482599B2 (en) | 2010-03-29 | 2013-07-09 | Casio Computer Co., Ltd. | 3D modeling apparatus, 3D modeling method, and computer readable medium |
| US8928736B2 (en) | 2011-04-06 | 2015-01-06 | Casio Computer Co., Ltd. | Three-dimensional modeling apparatus, three-dimensional modeling method and computer-readable recording medium storing three-dimensional modeling program |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3869876B2 (ja) | 1995-12-19 | 2007-01-17 | キヤノン株式会社 | 画像計測方法及び画像計測装置 |
| JP2000339468A (ja) | 1999-05-31 | 2000-12-08 | Minolta Co Ltd | ３次元データの位置合わせ方法及び装置 |
| JP2003042730A (ja) * | 2001-07-30 | 2003-02-13 | Topcon Corp | 表面形状測定装置、及びその方法、並びに表面状態図化装置 |
| JP2003269928A (ja) | 2002-03-12 | 2003-09-25 | Nec Corp | ３次元形状計測方法および装置ならびにプログラム |
| JP2007285704A (ja) * | 2006-04-12 | 2007-11-01 | Penta Ocean Constr Co Ltd | 土砂運搬船の積載土量計測方法 |
| JP5314239B2 (ja) * | 2006-10-05 | 2013-10-16 | 株式会社キーエンス | 光学式変位計、光学式変位測定方法、光学式変位測定プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体並びに記録した機器 |
| JP2009047642A (ja) * | 2007-08-22 | 2009-03-05 | Katsunori Shimomura | ３次元画像データ生成システムおよび生成方法 |
| KR101070591B1 (ko) * | 2009-06-25 | 2011-10-06 | (주)실리콘화일 | 듀얼 스테레오 카메라를 구비한 거리 측정 장치 |
| JP5067477B2 (ja) | 2010-12-28 | 2012-11-07 | カシオ計算機株式会社 | 撮像パラメータ取得装置、撮像パラメータ取得方法、及び、プログラム |
| JP5067476B2 (ja) * | 2010-12-28 | 2012-11-07 | カシオ計算機株式会社 | 三次元モデル作成システム |
| JP2012257282A (ja) * | 2012-07-26 | 2012-12-27 | Casio Comput Co Ltd | 三次元画像生成方法 |
| JP2015045654A (ja) * | 2014-09-30 | 2015-03-12 | 洋彰 宮崎 | 形状認識機 |
| US10085592B1 (en) | 2015-09-10 | 2018-10-02 | Brava Home, Inc. | Sequential broiling |
| US10760794B2 (en) * | 2015-09-10 | 2020-09-01 | Brava Home, Inc. | In-oven camera |
| EP3832601A4 (en) | 2019-03-14 | 2022-03-16 | OMRON Corporation | IMAGE PROCESSING DEVICE AND THREE-DIMENSIONAL MEASUREMENT SYSTEM |
-
1991
- 1991-11-29 JP JP3315874A patent/JP2953154B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011192228A (ja) * | 2010-03-17 | 2011-09-29 | Casio Computer Co Ltd | 三次元モデリング装置、三次元モデリング方法、ならびに、プログラム |
| US8482599B2 (en) | 2010-03-29 | 2013-07-09 | Casio Computer Co., Ltd. | 3D modeling apparatus, 3D modeling method, and computer readable medium |
| US8928736B2 (en) | 2011-04-06 | 2015-01-06 | Casio Computer Co., Ltd. | Three-dimensional modeling apparatus, three-dimensional modeling method and computer-readable recording medium storing three-dimensional modeling program |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05303629A (ja) | 1993-11-16 |
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