JP3099780B2 - ３次元形状生成方法および装置 - Google Patents
３次元形状生成方法および装置Info
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- JP3099780B2 JP3099780B2 JP09212064A JP21206497A JP3099780B2 JP 3099780 B2 JP3099780 B2 JP 3099780B2 JP 09212064 A JP09212064 A JP 09212064A JP 21206497 A JP21206497 A JP 21206497A JP 3099780 B2 JP3099780 B2 JP 3099780B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は３次元形状生成方法
および装置に関し、特に複数の視点から物体を計測しそ
の立体形状モデルを生成する３次元形状生成方法および
装置に関する。
および装置に関し、特に複数の視点から物体を計測しそ
の立体形状モデルを生成する３次元形状生成方法および
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の形状入力置は、ステレオカメラを
用いたシステムとして、１９９６年第５３回情報処理学
会論文集（４）のｐ．４７−４８に掲載の田中、丸家の
論文「平均法線を利用したポリゴンメッシュ接続法」が
ある。
用いたシステムとして、１９９６年第５３回情報処理学
会論文集（４）のｐ．４７−４８に掲載の田中、丸家の
論文「平均法線を利用したポリゴンメッシュ接続法」が
ある。
【０００３】この方式では、１回の撮影ごとに形状を生
成するため窪み（凹形状）も生成することができるが、
その後、形状を接続する際に、部分形状が平面に近い単
純な形状でないと正しい対応点を求めることができず、
全体形状を得ることが難かしいという問題点があった。
成するため窪み（凹形状）も生成することができるが、
その後、形状を接続する際に、部分形状が平面に近い単
純な形状でないと正しい対応点を求めることができず、
全体形状を得ることが難かしいという問題点があった。
【０００４】３次元形状の表示システムとしては、特開
平６−２５９５７０号公報記載の「形状表現方法」があ
るが、これは表示する際にアルフアブレンデイングで画
素値を混合するもので、３次元形状データ自体を統合す
るものではない。
平６−２５９５７０号公報記載の「形状表現方法」があ
るが、これは表示する際にアルフアブレンデイングで画
素値を混合するもので、３次元形状データ自体を統合す
るものではない。
【０００５】また、特開平６−１４９９４６号公報の
「立体形状生成装置」は、４面体、５面体などの基本立
体形状を変形あるいは結合していくことで、形状生成を
行なう装置であり、自然物の形状生成には適さないとい
う問題がある。
「立体形状生成装置」は、４面体、５面体などの基本立
体形状を変形あるいは結合していくことで、形状生成を
行なう装置であり、自然物の形状生成には適さないとい
う問題がある。
【０００６】また、単眼カメラを用いたシステムとして
は、１９９６年第５３回情報処理学会論文集（２）の
ｐ．２８５−２８６に掲載の松本、寺崎、杉本、荒川の
論文「単眼カメラを用いた３次元スキャナ」がある。
は、１９９６年第５３回情報処理学会論文集（２）の
ｐ．２８５−２８６に掲載の松本、寺崎、杉本、荒川の
論文「単眼カメラを用いた３次元スキャナ」がある。
【０００７】このシステムでは撮影物体を回転台の上に
載せてこれを単眼カメラで複数枚撮影し、そうして得ら
れた画像のシルエットをもとに、ポリゴンメッシュモデ
ルを生成する。具体的には、シルエット画像を円筒座標
系３次元空間に投影しボクセルで物体領域を記述する。
その後、平面での切断面を多角形近似することで、ポリ
ゴン記述を得る。
載せてこれを単眼カメラで複数枚撮影し、そうして得ら
れた画像のシルエットをもとに、ポリゴンメッシュモデ
ルを生成する。具体的には、シルエット画像を円筒座標
系３次元空間に投影しボクセルで物体領域を記述する。
その後、平面での切断面を多角形近似することで、ポリ
ゴン記述を得る。
【０００８】しかしながら、この方法は撮影物体に窪み
（凹形状）があった場合に、その形状がシルエットとし
て現れないために、正確な形状を獲得することができな
いという問題点があった。
（凹形状）があった場合に、その形状がシルエットとし
て現れないために、正確な形状を獲得することができな
いという問題点があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従来のシルエットを用
いた単眼カメラ形状入力装置では、撮影物体に窪み（凹
形状）があった場合に、正確な形状を得ることが難かし
いという欠点がある。
いた単眼カメラ形状入力装置では、撮影物体に窪み（凹
形状）があった場合に、正確な形状を得ることが難かし
いという欠点がある。
【００１０】また、ステレオカメラを用いた装置では、
部分形状としては正確に形状を得ることができるが、そ
れを接続して全体形状を得ようとした場合に、部分形状
が平面に近い単純な形状でないと、正しい対応点を求め
ることができず正しい接続処理を行なうことが難しいと
いう欠点がある。
部分形状としては正確に形状を得ることができるが、そ
れを接続して全体形状を得ようとした場合に、部分形状
が平面に近い単純な形状でないと、正しい対応点を求め
ることができず正しい接続処理を行なうことが難しいと
いう欠点がある。
【００１１】本発明の目的は、部分形状生成の際の画素
と頂点の対応関係を用いて部分形状間の頂点対応を求め
るので、形状の複雑さやノイズの影響を受けずに正しい
頂点間対応付けを行なって、正しい３次元形状を生成で
きる３次元形状生成方法および装置を提供することにあ
る。
と頂点の対応関係を用いて部分形状間の頂点対応を求め
るので、形状の複雑さやノイズの影響を受けずに正しい
頂点間対応付けを行なって、正しい３次元形状を生成で
きる３次元形状生成方法および装置を提供することにあ
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】第１の発明の３次元形状
生成方法は、相隣る３つの視点から撮影した撮影画像は
互いに他の撮影画像と三重に重なり合う部分が存在する
ように３つ以上の異なる視点より物体を単眼カメラで撮
影する撮影工程と、相隣る２つの前記撮影画像の視点の
相違による形状の変化の正規化を行なってマッチングに
より対応画素の検出を行なうマッチング工程と、前記対
応画素により頂点を決定して相隣る２つの前記撮影画像
に対応する部分形状を生成する部分形状生成工程と、相
隣る２つの前記部分形状の対応頂点を検出して前記対応
頂点間の中点にこれを統合して相隣る２つの前記部分形
状を接続する部分形状接続工程とを含んで構成されてい
る。
生成方法は、相隣る３つの視点から撮影した撮影画像は
互いに他の撮影画像と三重に重なり合う部分が存在する
ように３つ以上の異なる視点より物体を単眼カメラで撮
影する撮影工程と、相隣る２つの前記撮影画像の視点の
相違による形状の変化の正規化を行なってマッチングに
より対応画素の検出を行なうマッチング工程と、前記対
応画素により頂点を決定して相隣る２つの前記撮影画像
に対応する部分形状を生成する部分形状生成工程と、相
隣る２つの前記部分形状の対応頂点を検出して前記対応
頂点間の中点にこれを統合して相隣る２つの前記部分形
状を接続する部分形状接続工程とを含んで構成されてい
る。
【００１３】第２の発明の３次元形状生成方法は、相隣
る３つの視点から撮影した撮影画像は互いに他の撮影画
像と三重に重なり合う部分が存在するように３つ以上の
異なる視点より物体を単眼カメラで撮影する撮影工程
と、相隣る２つの前記撮影画像の視点の相違による形状
の変化の正規化を行なってマッチングにより対応画素の
検出を行なうマッチング工程と、前記対応画素により頂
点を決定して相隣る２つの前記撮影画像に対応する部分
形状を生成する部分形状生成工程と、前記部分形状にあ
る頂点の統合位置を制御するパラメータである接続優先
度を設定する接続優先度設定工程と、相隣る２つの前記
部分形状の対応頂点を検出して前記接続優先度に応じて
対応頂点を統合して相隣る２つの前記部分形状を接続す
る部分形状接続工程とを含んで構成されている。
る３つの視点から撮影した撮影画像は互いに他の撮影画
像と三重に重なり合う部分が存在するように３つ以上の
異なる視点より物体を単眼カメラで撮影する撮影工程
と、相隣る２つの前記撮影画像の視点の相違による形状
の変化の正規化を行なってマッチングにより対応画素の
検出を行なうマッチング工程と、前記対応画素により頂
点を決定して相隣る２つの前記撮影画像に対応する部分
形状を生成する部分形状生成工程と、前記部分形状にあ
る頂点の統合位置を制御するパラメータである接続優先
度を設定する接続優先度設定工程と、相隣る２つの前記
部分形状の対応頂点を検出して前記接続優先度に応じて
対応頂点を統合して相隣る２つの前記部分形状を接続す
る部分形状接続工程とを含んで構成されている。
【００１４】第３の発明の３次元形状生成方法は、第２
の発明の３次元形状生成方法において、接続優先度設定
工程における接続優先度は頂点が部分形状の端に行くほ
ど低く、中心に行くにしたがって高く設定することを特
徴としている。
の発明の３次元形状生成方法において、接続優先度設定
工程における接続優先度は頂点が部分形状の端に行くほ
ど低く、中心に行くにしたがって高く設定することを特
徴としている。
【００１５】第４の発明の３次元形状生成方法は、第３
の発明の３次元形状生成方法において、部分形状接続工
程における対応頂点の統合は接続優先度ｍなる頂点Ｍと
接続優先度ｎなる頂点Ｎとを統合するときには、前記頂
点Ｍと前記頂点Ｎとを結ぶ線分をｎ：ｍに内分する内分
点に統合することを特徴としている。
の発明の３次元形状生成方法において、部分形状接続工
程における対応頂点の統合は接続優先度ｍなる頂点Ｍと
接続優先度ｎなる頂点Ｎとを統合するときには、前記頂
点Ｍと前記頂点Ｎとを結ぶ線分をｎ：ｍに内分する内分
点に統合することを特徴としている。
【００１６】第５の発明の３次元形状生成装置は、相隣
る３つの視点から撮影した撮影画像は互いに他の撮影画
像と三重に重なり合う部分が存在するように３つ以上の
異なる視点より物体を単眼カメラで撮影する物体撮影手
段と、前記撮影された撮影画像を記録する画像記録手段
と、前記画像記録手段から相隣る２つの前記撮影画像を
読み出し視点の相違による形状の変化の正規化を行なっ
てマッチングにより対応画素の検出を行なうマッチング
手段と、前記対応画素を記録する画素対応記録手段と、
前記画素対応記録手段から対応画素を読み出してこれよ
り頂点を決定して相隣る２つの前記撮影画像に対応する
部分形状を生成する部分形状生成手段と、前記生成され
た部分形状のデータを記録する部分形状記録手段と、前
記頂点とその決定元となった対応画素との対応を記録す
る画素・頂点対応記録手段と、前記部分形状記録手段か
ら相隣る２つの部分形状のデータを読み出しこの部分形
状に関する画素・頂点対応を前記画素・頂点対応記録手
段から読み出して前記相隣る２つの前記部分形状の対応
頂点を検出する頂点対応付け手段と、前記対応付けされ
た対応頂点を前記対応頂点間の中点に統合して相隣る２
つの前記部分形状を接続する頂点統合手段とを含んで構
成されている。
る３つの視点から撮影した撮影画像は互いに他の撮影画
像と三重に重なり合う部分が存在するように３つ以上の
異なる視点より物体を単眼カメラで撮影する物体撮影手
段と、前記撮影された撮影画像を記録する画像記録手段
と、前記画像記録手段から相隣る２つの前記撮影画像を
読み出し視点の相違による形状の変化の正規化を行なっ
てマッチングにより対応画素の検出を行なうマッチング
手段と、前記対応画素を記録する画素対応記録手段と、
前記画素対応記録手段から対応画素を読み出してこれよ
り頂点を決定して相隣る２つの前記撮影画像に対応する
部分形状を生成する部分形状生成手段と、前記生成され
た部分形状のデータを記録する部分形状記録手段と、前
記頂点とその決定元となった対応画素との対応を記録す
る画素・頂点対応記録手段と、前記部分形状記録手段か
ら相隣る２つの部分形状のデータを読み出しこの部分形
状に関する画素・頂点対応を前記画素・頂点対応記録手
段から読み出して前記相隣る２つの前記部分形状の対応
頂点を検出する頂点対応付け手段と、前記対応付けされ
た対応頂点を前記対応頂点間の中点に統合して相隣る２
つの前記部分形状を接続する頂点統合手段とを含んで構
成されている。
【００１７】第６の発明の３次元形状生成装置は、相隣
る３つの視点から撮影した撮影画像は互いに他の撮影画
像と三重に重なり合う部分が存在するように３つ以上の
異なる視点より物体を単眼カメラで撮影する物体撮影手
段と、前記撮影された撮影画像を記録する画像記録手段
と、前記画像記録手段から相隣る２つの前記撮影画像を
読み出し視点の相違による形状の変化の正規化を行なっ
てマッチングにより対応画素の検出を行なうマッチング
手段と、前記対応画素を記録する画素対応記録手段と、
前記画素対応記録手段から対応画素を読み出してこれよ
り頂点を決定して相隣る２つの前記撮影画像に対応する
部分形状を生成する部分形状生成手段と、前記部分形状
にある頂点の統合位置を制御するパラメータである接続
優先度を設定する接続優先度設定手段と、前記生成され
た部分形状のデータを記録する部分形状記録手段と、前
記頂点とその決定元となった対応画素との対応を記録す
る画素・頂点対応記録手段と、前記部分形状記録手段か
ら相隣る２つの部分形状のデータを読み出しこの部分形
状に関する画素・頂点対応を前記画素・頂点対応記録手
段から読み出して前記相隣る２つの前記部分形状の対応
頂点を検出する頂点対応付け手段と、前記対応付けされ
た対応頂点を前記接続優先度に応じて統合して相隣る２
つの前記部分形状を接続する頂点統合手段とを含んで構
成される。
る３つの視点から撮影した撮影画像は互いに他の撮影画
像と三重に重なり合う部分が存在するように３つ以上の
異なる視点より物体を単眼カメラで撮影する物体撮影手
段と、前記撮影された撮影画像を記録する画像記録手段
と、前記画像記録手段から相隣る２つの前記撮影画像を
読み出し視点の相違による形状の変化の正規化を行なっ
てマッチングにより対応画素の検出を行なうマッチング
手段と、前記対応画素を記録する画素対応記録手段と、
前記画素対応記録手段から対応画素を読み出してこれよ
り頂点を決定して相隣る２つの前記撮影画像に対応する
部分形状を生成する部分形状生成手段と、前記部分形状
にある頂点の統合位置を制御するパラメータである接続
優先度を設定する接続優先度設定手段と、前記生成され
た部分形状のデータを記録する部分形状記録手段と、前
記頂点とその決定元となった対応画素との対応を記録す
る画素・頂点対応記録手段と、前記部分形状記録手段か
ら相隣る２つの部分形状のデータを読み出しこの部分形
状に関する画素・頂点対応を前記画素・頂点対応記録手
段から読み出して前記相隣る２つの前記部分形状の対応
頂点を検出する頂点対応付け手段と、前記対応付けされ
た対応頂点を前記接続優先度に応じて統合して相隣る２
つの前記部分形状を接続する頂点統合手段とを含んで構
成される。
【００１８】第７の発明の３次元形状生成装置は、第６
の発明の３次元形状生成装置において、接続優先度設定
手段における接続優先度は頂点が部分形状の端に行くほ
ど低く、中心に行くにしたがって高く設定することを特
徴としている。
の発明の３次元形状生成装置において、接続優先度設定
手段における接続優先度は頂点が部分形状の端に行くほ
ど低く、中心に行くにしたがって高く設定することを特
徴としている。
【００１９】第８の発明の３次元形状生成装置は、第７
の発明の３次元形状生成装置において、頂点統合手段に
おける対応頂点の統合は接続優先度ｍなる頂点Ｍと接続
優先度ｎなる頂点Ｎとを統合するときには、前記頂点Ｍ
と前記頂点Ｎとを結ぶ線分をｎ：ｍに内分する内分点に
統合することを特徴としている。
の発明の３次元形状生成装置において、頂点統合手段に
おける対応頂点の統合は接続優先度ｍなる頂点Ｍと接続
優先度ｎなる頂点Ｎとを統合するときには、前記頂点Ｍ
と前記頂点Ｎとを結ぶ線分をｎ：ｍに内分する内分点に
統合することを特徴としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
て図面を参照して説明する。
【００２１】図１は本発明の第１の実施の形態の３次元
形状生成方法を示す流れ図である。図５は第１の実施の
形態の方法を解説する模式図である。図１および図５を
参照して本発明の第１の実施の形態の３次元形状生成方
法を説明する。
形状生成方法を示す流れ図である。図５は第１の実施の
形態の方法を解説する模式図である。図１および図５を
参照して本発明の第１の実施の形態の３次元形状生成方
法を説明する。
【００２２】先ず、計測対象物体を異なる３つ以上の視
点から単眼カメラで撮影する（ステップ１０１）（以下
は３つの視点から撮影した場合についてのべる）。異な
る３つの視点にあるカメラＡ、ＢおよびＣから撮影した
画像をそれぞれ画像Ａ、ＢおよびＣとし、図５（ａ）に
示す。
点から単眼カメラで撮影する（ステップ１０１）（以下
は３つの視点から撮影した場合についてのべる）。異な
る３つの視点にあるカメラＡ、ＢおよびＣから撮影した
画像をそれぞれ画像Ａ、ＢおよびＣとし、図５（ａ）に
示す。
【００２３】この場合、後で説明するように、この撮影
画像から部分形状を生成でき、かつこの部分形状が接続
できるように、相隣る３つの視点から撮影した撮影画像
は互いに他の撮影画像と三重に重なり合う部分が存在す
るように、図５（ａ）でいえば、画像Ａの画素ａ1 と、
画像Ｂの画素ｂ1 と、画像Ｃの画素ｃ1 とは３つとも計
測対象物体（実際は計測対象物体のみに限るものではな
く計測対象撮影空間を意味する）の同じ個所の画像であ
るように撮影を行なう。
画像から部分形状を生成でき、かつこの部分形状が接続
できるように、相隣る３つの視点から撮影した撮影画像
は互いに他の撮影画像と三重に重なり合う部分が存在す
るように、図５（ａ）でいえば、画像Ａの画素ａ1 と、
画像Ｂの画素ｂ1 と、画像Ｃの画素ｃ1 とは３つとも計
測対象物体（実際は計測対象物体のみに限るものではな
く計測対象撮影空間を意味する）の同じ個所の画像であ
るように撮影を行なう。
【００２４】次いで、相隣る２つの撮影画像のステレオ
マッチングを行なうために、先ずこの２つの撮影画像の
正規化を行なう（ステップ１０２）。撮影画像Ａおよび
Ｂの正規化について説明する。カメラＡのレンズの中心
をＯA 、カメラＢのレンズの中心をＯB とした場合に、
直線ＯA ＯB に平行な平面Ｐを設定する。撮影画像Ａの
正規化画像Ａ’を求めるには撮影画像Ａの画素ａ1 を選
択しこのａ1 とＯA とを結ぶ直線とＰとの交点ａ1 'を求
め、ａ1 'にａ1 の画素値を設定し、撮影画像Ａのすべて
の画素について上記設定を行ない、その画素の集合とし
て正規化画像Ａ’を得る。撮影画像Ｂについての正規化
画像Ｂ’については、撮影画像Ｂの画素ｂ1 を選択しこ
のｂ1 とＯB とを結ぶ直線とＰとの交点ｂ1'を求め、ｂ
1'にｂ1の画素値を設定し、撮影画像Ｂのすべての画素
について上記設定を行ない、その画素の集合として正規
化画像Ｂ’を得る。相隣る２つの撮影画像ＢおよびＣの
正規化についても上記と同様にしてカメラＢのレンズの
中心をＯB 、カメラＣのレンズの中心をＯC とした場合
に、直線ＯB ＯC に平行な平面Ｑを設定して求められ
る。図５（ｂ）に正規化された画像Ａ’、Ｂ’、Ｂ”、
Ｃ”が図示されている。
マッチングを行なうために、先ずこの２つの撮影画像の
正規化を行なう（ステップ１０２）。撮影画像Ａおよび
Ｂの正規化について説明する。カメラＡのレンズの中心
をＯA 、カメラＢのレンズの中心をＯB とした場合に、
直線ＯA ＯB に平行な平面Ｐを設定する。撮影画像Ａの
正規化画像Ａ’を求めるには撮影画像Ａの画素ａ1 を選
択しこのａ1 とＯA とを結ぶ直線とＰとの交点ａ1 'を求
め、ａ1 'にａ1 の画素値を設定し、撮影画像Ａのすべて
の画素について上記設定を行ない、その画素の集合とし
て正規化画像Ａ’を得る。撮影画像Ｂについての正規化
画像Ｂ’については、撮影画像Ｂの画素ｂ1 を選択しこ
のｂ1 とＯB とを結ぶ直線とＰとの交点ｂ1'を求め、ｂ
1'にｂ1の画素値を設定し、撮影画像Ｂのすべての画素
について上記設定を行ない、その画素の集合として正規
化画像Ｂ’を得る。相隣る２つの撮影画像ＢおよびＣの
正規化についても上記と同様にしてカメラＢのレンズの
中心をＯB 、カメラＣのレンズの中心をＯC とした場合
に、直線ＯB ＯC に平行な平面Ｑを設定して求められ
る。図５（ｂ）に正規化された画像Ａ’、Ｂ’、Ｂ”、
Ｃ”が図示されている。
【００２５】次に、正規化された２つの画像のステレオ
マッチングを行ない、２つの画像の重なり部分の対応画
素を求める（ステップ１０３）。すなわち、Ａ’とＢ’
についていえば、先ず、Ａ’の画素ａ1 'を選択し、Ａ’
におけるａ1 'のｙ座標の値とＢ’におけるｙ座標の同じ
値を有するＢ’の画素（正規化しているので対応画素の
ｙ座標は同じ値となっている）を選択してａ1 'との相関
を求め最も相関の高いｂ1'をａ1'の対応画素として選定
する。このようにして２つの画像の重なり部分の対応画
素をすべて求める。図５（ｂ）に対応画素として
（ａ1'，ｂ1'）および（ｂ1 "，ｃ1 "）が示されている。
対応画素は撮影空間の同じ個所の画像であると想定して
以後取扱われる。
マッチングを行ない、２つの画像の重なり部分の対応画
素を求める（ステップ１０３）。すなわち、Ａ’とＢ’
についていえば、先ず、Ａ’の画素ａ1 'を選択し、Ａ’
におけるａ1 'のｙ座標の値とＢ’におけるｙ座標の同じ
値を有するＢ’の画素（正規化しているので対応画素の
ｙ座標は同じ値となっている）を選択してａ1 'との相関
を求め最も相関の高いｂ1'をａ1'の対応画素として選定
する。このようにして２つの画像の重なり部分の対応画
素をすべて求める。図５（ｂ）に対応画素として
（ａ1'，ｂ1'）および（ｂ1 "，ｃ1 "）が示されている。
対応画素は撮影空間の同じ個所の画像であると想定して
以後取扱われる。
【００２６】次に、対応画素より、部分形状を生成する
（ステップ１０４）。すなわち、平面的な正規化された
画像Ａ’およびＢ’から立体的な３次元の部分形状ＡＢ
（相隣る２つの撮影画像ＡおよびＢから生成される部分
形状であるのでこのように命名する）を生成する。部分
形状は、これを構成する多角形の頂点（立体形状を表現
する際に、形状をたくさんの多角形（ポリゴンといわ
れ、三角形であることが多い）の集合、すなわち、ポリ
ゴンメッシュとして記述するのが一般的である）の３次
元位置データと、その接続関係により表現する。
（ステップ１０４）。すなわち、平面的な正規化された
画像Ａ’およびＢ’から立体的な３次元の部分形状ＡＢ
（相隣る２つの撮影画像ＡおよびＢから生成される部分
形状であるのでこのように命名する）を生成する。部分
形状は、これを構成する多角形の頂点（立体形状を表現
する際に、形状をたくさんの多角形（ポリゴンといわ
れ、三角形であることが多い）の集合、すなわち、ポリ
ゴンメッシュとして記述するのが一般的である）の３次
元位置データと、その接続関係により表現する。
【００２７】頂点の３次元位置データは２つの画像（例
えば画像Ａ’と画像Ｂ’）の対応画素（ａ1'，ｂ1'）よ
り求められる。すなわち、三角測量の原理により、ＯA
とａ1'とを通る直線と、ＯB とｂ1'とを通る直線との交
点として頂点Ｓ1 の３次元位置データが決定される。こ
のようにして２つの画像のすべての対応画素からそれに
よる頂点Ｓn （ｎ＝１〜ｎ）の３次元位置データを求め
る。この際、各頂点がどの画像のどの画素から生成され
たかを記録しておく。すなわち、（Ｓ1 ，Ａ’，ａ1'，
Ｂ’，ｂ1'）というように記述記録する。この記録は、
撮影画像の各画素が部分形状のどの頂点を生成したかも
記録しておく。
えば画像Ａ’と画像Ｂ’）の対応画素（ａ1'，ｂ1'）よ
り求められる。すなわち、三角測量の原理により、ＯA
とａ1'とを通る直線と、ＯB とｂ1'とを通る直線との交
点として頂点Ｓ1 の３次元位置データが決定される。こ
のようにして２つの画像のすべての対応画素からそれに
よる頂点Ｓn （ｎ＝１〜ｎ）の３次元位置データを求め
る。この際、各頂点がどの画像のどの画素から生成され
たかを記録しておく。すなわち、（Ｓ1 ，Ａ’，ａ1'，
Ｂ’，ｂ1'）というように記述記録する。この記録は、
撮影画像の各画素が部分形状のどの頂点を生成したかも
記録しておく。
【００２８】次いで、部分形状ＡＢを構成するそれぞれ
のポリゴンがどの頂点により構成されているかをデータ
として記述し部分形状のデータとする。すなわち、例え
ば、ポリゴンＧn が頂点ＳP 、ＳQ およびＳR より構成
されているときにはＧn （ＳP ，ＳQ ，ＳR ）と記述す
る。
のポリゴンがどの頂点により構成されているかをデータ
として記述し部分形状のデータとする。すなわち、例え
ば、ポリゴンＧn が頂点ＳP 、ＳQ およびＳR より構成
されているときにはＧn （ＳP ，ＳQ ，ＳR ）と記述す
る。
【００２９】同様にして撮影画像ＢおよびＣにより生成
される部分形状ＢＣを、頂点Ｔn およびポリゴンＨn を
求め、記述する。例えば、（Ｔ1 ，Ｂ”，ｂ1 "，Ｃ”，
ｃ1 "）、Ｈn （ＴP ，ＴQ ，ＴR ）と記述する。このよ
うにして、対応画素より、部分形状ＡＢおよびＢＣが生
成される。
される部分形状ＢＣを、頂点Ｔn およびポリゴンＨn を
求め、記述する。例えば、（Ｔ1 ，Ｂ”，ｂ1 "，Ｃ”，
ｃ1 "）、Ｈn （ＴP ，ＴQ ，ＴR ）と記述する。このよ
うにして、対応画素より、部分形状ＡＢおよびＢＣが生
成される。
【００３０】次に、相隣る部分形状の頂点間の対応付け
を行ない部分形状の接続を行なう（ステップ１０５）。
相隣る３つの視点から撮影した撮影画像は互いに他の撮
影画像と三重に重なり合う部分が存在するように撮影さ
れているので、対応付けされる頂点は必ず存在する。例
えば、部分形状ＡＢの頂点Ｓ1 は（Ｓ1 ，Ａ’，ａ1'，
Ｂ’，ｂ1'）であり、部分形状ＢＣの頂点Ｔ1 は（Ｔ
1 ，Ｂ”，ｂ1 "，Ｃ”，ｃ1 "）であるので、撮影画像Ｂ
の画素ｂ1 が頂点Ｓ1 とＴ1 とを生成していることとな
るので、Ｓ1 とＴ1 とは元来同じ頂点であることがわか
る。このような元来同じ頂点であるベきはずの２つの頂
点を対応付けるのである。このために、まず一方の部分
形状ＡＢのある頂点Ｓを生成する際に使われた撮影画像
Ｂの画素を探しその画素が他の部分形状ＢＣの頂点Ｔを
生成していた場合にはこのＳとＴとを対応付ける。
を行ない部分形状の接続を行なう（ステップ１０５）。
相隣る３つの視点から撮影した撮影画像は互いに他の撮
影画像と三重に重なり合う部分が存在するように撮影さ
れているので、対応付けされる頂点は必ず存在する。例
えば、部分形状ＡＢの頂点Ｓ1 は（Ｓ1 ，Ａ’，ａ1'，
Ｂ’，ｂ1'）であり、部分形状ＢＣの頂点Ｔ1 は（Ｔ
1 ，Ｂ”，ｂ1 "，Ｃ”，ｃ1 "）であるので、撮影画像Ｂ
の画素ｂ1 が頂点Ｓ1 とＴ1 とを生成していることとな
るので、Ｓ1 とＴ1 とは元来同じ頂点であることがわか
る。このような元来同じ頂点であるベきはずの２つの頂
点を対応付けるのである。このために、まず一方の部分
形状ＡＢのある頂点Ｓを生成する際に使われた撮影画像
Ｂの画素を探しその画素が他の部分形状ＢＣの頂点Ｔを
生成していた場合にはこのＳとＴとを対応付ける。
【００３１】次に対応付けされた頂点により相隣る２つ
の部分形状を接続し、１つの部分形状を生成する。この
ため、対応付けされた２つの頂点を１つの頂点に統合し
て接続を行なう。すなわち、統合頂点の頂点座標を２つ
の頂点の中点の座標とし、頂点名を同一とし、これによ
り頂点の座標データ、頂点の記述、部分形状を記述する
ポリゴンの記述も変更する。
の部分形状を接続し、１つの部分形状を生成する。この
ため、対応付けされた２つの頂点を１つの頂点に統合し
て接続を行なう。すなわち、統合頂点の頂点座標を２つ
の頂点の中点の座標とし、頂点名を同一とし、これによ
り頂点の座標データ、頂点の記述、部分形状を記述する
ポリゴンの記述も変更する。
【００３２】このようにして相隣る３つの視点から撮影
した撮影画像は互いに他の撮影画像と三重に重なり合う
部分が存在するように撮影して、互いに相隣る２つの撮
影画像からポリゴンの頂点を生成して３次元部分形状を
生成し、相隣る３次元部分形状を対応頂点により順次
（ステップ１０６）接続していくことにより正しい３次
元形状を生成していくのである。
した撮影画像は互いに他の撮影画像と三重に重なり合う
部分が存在するように撮影して、互いに相隣る２つの撮
影画像からポリゴンの頂点を生成して３次元部分形状を
生成し、相隣る３次元部分形状を対応頂点により順次
（ステップ１０６）接続していくことにより正しい３次
元形状を生成していくのである。
【００３３】図２は本発明の第２の実施の形態の３次元
形状生成装置の構成を示すブロック図である。
形状生成装置の構成を示すブロック図である。
【００３４】図２を参照して第２の実施の形態の３次元
形状生成装置の動作について説明する。
形状生成装置の動作について説明する。
【００３５】まず物体撮影手段１において、計測対象物
体を複数の視点から単眼カメラで撮影する。このとき、
後で部分形状を生成できるように相隣る３つの視点から
撮影された撮影画像が互いに他の撮影画像と三重に重な
り合う部分が存在するように撮影を行なう。
体を複数の視点から単眼カメラで撮影する。このとき、
後で部分形状を生成できるように相隣る３つの視点から
撮影された撮影画像が互いに他の撮影画像と三重に重な
り合う部分が存在するように撮影を行なう。
【００３６】撮影画像は、画像記録手段２において、フ
アイルに記録する。ここで、例えば、３台の単眼カメラ
で対象物体を撮影し、画像Ａ、ＢおよびＣを得たとす
る。
アイルに記録する。ここで、例えば、３台の単眼カメラ
で対象物体を撮影し、画像Ａ、ＢおよびＣを得たとす
る。
【００３７】そして、マッチング手段３において、相隣
る２つの撮影画像の正規化を行なって後、この２つの画
像のステレオマッチングを行なう。
る２つの撮影画像の正規化を行なって後、この２つの画
像のステレオマッチングを行なう。
【００３８】その結果得られる画素対応については画素
対応記録手段４で記録しておく。
対応記録手段４で記録しておく。
【００３９】さらに、部分形状生成手段５において、こ
の画素の対応関係から頂点の３次元位置を求め、部分形
状ＡＢ、ＢＣを生成する（図５参照）。
の画素の対応関係から頂点の３次元位置を求め、部分形
状ＡＢ、ＢＣを生成する（図５参照）。
【００４０】こうして得られた部分形状のデータ、すな
わち頂点データとその接続関係（ポリゴンデータ）を部
分形状記録手段７において記録しておく。
わち頂点データとその接続関係（ポリゴンデータ）を部
分形状記録手段７において記録しておく。
【００４１】一方、部分形状生成手段５で部分形状を生
成した際に、頂点がどの画素のマッチングによって生成
されたかを画素／頂点対応記録手段６において記録して
おく。また、カメラ画像の各画素が部分形状のどの頂点
を生成したかも記録しておく。
成した際に、頂点がどの画素のマッチングによって生成
されたかを画素／頂点対応記録手段６において記録して
おく。また、カメラ画像の各画素が部分形状のどの頂点
を生成したかも記録しておく。
【００４２】次に頂点対応付け手段８において、部分形
状ＡＢの、ある頂点Ｓを生成する際に使われたカメラ画
像Ｂの画素を探し、その画素が部分形状ＢＣの頂点Ｔを
生成していた場合、ＳとＴを対応付ける。
状ＡＢの、ある頂点Ｓを生成する際に使われたカメラ画
像Ｂの画素を探し、その画素が部分形状ＢＣの頂点Ｔを
生成していた場合、ＳとＴを対応付ける。
【００４３】対応付けられた部分形状ＡＢの頂点を頂点
統合手段９において移動する。移動先は、部分形状ＢＣ
の対応点との中点とする。全ての対応点について頂点移
動を行なったら、部分形状ＢＣの対応点をすべて削除
し、接続処理を完了する。
統合手段９において移動する。移動先は、部分形状ＢＣ
の対応点との中点とする。全ての対応点について頂点移
動を行なったら、部分形状ＢＣの対応点をすべて削除
し、接続処理を完了する。
【００４４】このようにして、部分形状記録手段７に格
納されている部分形状の数が１つになるまで上記の動作
を継続する。
納されている部分形状の数が１つになるまで上記の動作
を継続する。
【００４５】上述の第１の実施の形態および第２の実施
の形態において、頂点統合の際には対応する頂点の中点
に統合しているが、本発明はこれに限定されるものでは
ない。
の形態において、頂点統合の際には対応する頂点の中点
に統合しているが、本発明はこれに限定されるものでは
ない。
【００４６】部分形状を構成するポリゴンの各頂点には
「接続優先度」なるパラメータを設定する。この接続優
先度は部分形状の端に行くほど低く、中心に行くにした
がって高くなるように、例えば図６に示すように設定す
る。
「接続優先度」なるパラメータを設定する。この接続優
先度は部分形状の端に行くほど低く、中心に行くにした
がって高くなるように、例えば図６に示すように設定す
る。
【００４７】そして、接続優先度ｍなる頂点Ｍと接続優
先度ｎなる頂点Ｎとを統合する際には接続優先度により
重み付けを行なう。たとえば、頂点Ｍと頂点Ｎとを結ぶ
線分をｎ：ｍに内分する内分点に統合する。
先度ｎなる頂点Ｎとを統合する際には接続優先度により
重み付けを行なう。たとえば、頂点Ｍと頂点Ｎとを結ぶ
線分をｎ：ｍに内分する内分点に統合する。
【００４８】このようにすることにより、図７に示すよ
う、移動する頂点と移動しない頂点との段差を少なくし
て２つの部分形状の滑らかな接続を実現することができ
る。
う、移動する頂点と移動しない頂点との段差を少なくし
て２つの部分形状の滑らかな接続を実現することができ
る。
【００４９】図３は本発明の第３の実施の形態の３次元
形状生成方法を示す流れ図である。図１の第１の実施の
形態の３次元形状生成方法を示す流れ図との相違は各頂
点の接続優先度を設定するステップ１０７の挿入と頂点
統合による部分形状の接続を行なうステップをステップ
１０６からステップ１０８に変更したことである。すな
わち、第３の実施の形態の３次元形状生成方法ではステ
ップ１０７で部分形状を構成する各頂点に部分形状の端
に行くほど低く、中心に行くにしたがって高くなるよう
なパラメータを設定し、ステップ１０８において、この
接続優先度に応じて統合すべき頂点を定めて部分形状を
接続するようにしている。
形状生成方法を示す流れ図である。図１の第１の実施の
形態の３次元形状生成方法を示す流れ図との相違は各頂
点の接続優先度を設定するステップ１０７の挿入と頂点
統合による部分形状の接続を行なうステップをステップ
１０６からステップ１０８に変更したことである。すな
わち、第３の実施の形態の３次元形状生成方法ではステ
ップ１０７で部分形状を構成する各頂点に部分形状の端
に行くほど低く、中心に行くにしたがって高くなるよう
なパラメータを設定し、ステップ１０８において、この
接続優先度に応じて統合すべき頂点を定めて部分形状を
接続するようにしている。
【００５０】図４は本発明の第４の実施の形態の３次元
形状生成装置を示す流れ図である。図２の第２の実施の
形態の３次元形状生成装置を示すブロック図との相違は
各頂点の接続優先度を設定する接続優先度設定手段１０
の挿入と頂点統合による部分形状の接続を行なう頂点統
合手段９を頂点統合手段１１に変更したことである。す
なわち、第４の実施の形態の３次元形状生成装置では接
続優先度設定手段１０で部分形状を構成する各頂点に部
分形状の端に行くほど低く、中心に行くにしたがって高
くなるようなパラメータを設定し、頂点統合手段９にお
いて、この接続優先度に応じて統合すべき頂点を定めて
部分形状を接続するようにしている。
形状生成装置を示す流れ図である。図２の第２の実施の
形態の３次元形状生成装置を示すブロック図との相違は
各頂点の接続優先度を設定する接続優先度設定手段１０
の挿入と頂点統合による部分形状の接続を行なう頂点統
合手段９を頂点統合手段１１に変更したことである。す
なわち、第４の実施の形態の３次元形状生成装置では接
続優先度設定手段１０で部分形状を構成する各頂点に部
分形状の端に行くほど低く、中心に行くにしたがって高
くなるようなパラメータを設定し、頂点統合手段９にお
いて、この接続優先度に応じて統合すべき頂点を定めて
部分形状を接続するようにしている。
【００５１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の３次元形
状生成方法および装置は、部分形状生成の際の画素と頂
点の対応関係を用いて部分形状間の頂点対応を求めるの
で、形状の複雑さやノイズの影響を受けずに正しい頂点
間対応付けを行ない、従来よりも格段に正しい３次元形
状を生成できるという効果を有している。
状生成方法および装置は、部分形状生成の際の画素と頂
点の対応関係を用いて部分形状間の頂点対応を求めるの
で、形状の複雑さやノイズの影響を受けずに正しい頂点
間対応付けを行ない、従来よりも格段に正しい３次元形
状を生成できるという効果を有している。
【図１】本発明の第１の実施の形態の３次元形状生成方
法を示す流れ図である。
法を示す流れ図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の３次元形状生成装
置の構成を示すブロック図である。
置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態の３次元形状生成方
法を示す流れ図である。
法を示す流れ図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態の３次元形状生成装
置の構成を示すブロック図である。
置の構成を示すブロック図である。
【図５】第１の実施の形態の動作を説明する模式図であ
る。
る。
【図６】接続優先度設定を説明する模式図である。
【図７】接続優先度に応じて頂点統合を行なうことを説
明する模式図である。
明する模式図である。
１ 物体撮影手段 ２ 画像記録手段 ３ マッチング手段 ４ 画素対応記録手段 ５ 部分形状生成手段 ６ 画素／頂点対応記録手段 ７ 部分形状記録手段 ８ 頂点対応付け手段 ９、１１ 頂点統合手段 １０ 接続優先度設定手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G06T 1/00 G06T 7/00 G01B 11/00
Claims (8)
- 【請求項１】 相隣る３つの視点から撮影した撮影画像
は互いに他の撮影画像と三重に重なり合う部分が存在す
るように３つ以上の異なる視点より物体を単眼カメラで
撮影する撮影工程と、相隣る２つの前記撮影画像の視点
の相違による形状の変化の正規化を行なってマッチング
により対応画素の検出を行なうマッチング工程と、前記
対応画素により頂点を決定して相隣る２つの前記撮影画
像に対応する部分形状を生成する部分形状生成工程と、
相隣る２つの前記部分形状の対応頂点を検出して前記対
応頂点間の中点にこれを統合して相隣る２つの前記部分
形状を接続する部分形状接続工程とを含むことを特徴と
する３次元形状生成方法。 - 【請求項２】 相隣る３つの視点から撮影した撮影画像
は互いに他の撮影画像と三重に重なり合う部分が存在す
るように３つ以上の異なる視点より物体を単眼カメラで
撮影する撮影工程と、相隣る２つの前記撮影画像の視点
の相違による形状の変化の正規化を行なってマッチング
により対応画素の検出を行なうマッチング工程と、前記
対応画素により頂点を決定して相隣る２つの前記撮影画
像に対応する部分形状を生成する部分形状生成工程と、
前記部分形状にある頂点の統合位置を制御するパラメー
タである接続優先度を設定する接続優先度設定工程と、
相隣る２つの前記部分形状の対応頂点を検出して前記接
続優先度に応じて対応頂点を統合して相隣る２つの前記
部分形状を接続する部分形状接続工程とを含むことを特
徴とする３次元形状生成方法。 - 【請求項３】 接続優先度設定工程における接続優先度
は頂点が部分形状の端に行くほど低く、中心に行くにし
たがって高く設定することを特徴とする請求項２記載の
３次元形状生成方法。 - 【請求項４】 部分形状接続工程における対応頂点の統
合は接続優先度ｍなる頂点Ｍと接続優先度ｎなる頂点Ｎ
とを統合するときには、前記頂点Ｍと前記頂点Ｎとを結
ぶ線分をｎ：ｍに内分する内分点に統合することを特徴
とする請求項３記載の３次元形状生成方法。 - 【請求項５】 相隣る３つの視点から撮影した撮影画像
は互いに他の撮影画像と三重に重なり合う部分が存在す
るように３つ以上の異なる視点より物体を単眼カメラで
撮影する物体撮影手段と、前記撮影された撮影画像を記
録する画像記録手段と、前記画像記録手段から相隣る２
つの前記撮影画像を読み出し視点の相違による形状の変
化の正規化を行なってマッチングにより対応画素の検出
を行なうマッチング手段と、前記対応画素を記録する画
素対応記録手段と、前記画素対応記録手段から対応画素
を読み出してこれより頂点を決定して相隣る２つの前記
撮影画像に対応する部分形状を生成する部分形状生成手
段と、前記生成された部分形状のデータを記録する部分
形状記録手段と、前記頂点とその決定元となった対応画
素との対応を記録する画素・頂点対応記録手段と、前記
部分形状記録手段から相隣る２つの部分形状のデータを
読み出しこの部分形状に関する画素・頂点対応を前記画
素・頂点対応記録手段から読み出して前記相隣る２つの
前記部分形状の対応頂点を検出する頂点対応付け手段
と、前記対応付けされた対応頂点を前記対応頂点間の中
点に統合して相隣る２つの前記部分形状を接続する頂点
統合手段とを含むことを特徴とする３次元形状生成装
置。 - 【請求項６】 相隣る３つの視点から撮影した撮影画像
は互いに他の撮影画像と三重に重なり合う部分が存在す
るように３つ以上の異なる視点より物体を単眼カメラで
撮影する物体撮影手段と、前記撮影された撮影画像を記
録する画像記録手段と、前記画像記録手段から相隣る２
つの前記撮影画像を読み出し視点の相違による形状の変
化の正規化を行なってマッチングにより対応画素の検出
を行なうマッチング手段と、前記対応画素を記録する画
素対応記録手段と、前記画素対応記録手段から対応画素
を読み出してこれより頂点を決定して相隣る２つの前記
撮影画像に対応する部分形状を生成する部分形状生成手
段と、前記部分形状にある頂点の統合位置を制御するパ
ラメータである接続優先度を設定する接続優先度設定手
段と、前記生成された部分形状のデータを記録する部分
形状記録手段と、前記頂点とその決定元となった対応画
素との対応を記録する画素・頂点対応記録手段と、前記
部分形状記録手段から相隣る２つの部分形状のデータを
読み出しこの部分形状に関する画素・頂点対応を前記画
素・頂点対応記録手段から読み出して前記相隣る２つの
前記部分形状の対応頂点を検出する頂点対応付け手段
と、前記対応付けされた対応頂点を前記接続優先度に応
じて統合して相隣る２つの前記部分形状を接続する頂点
統合手段とを含むことを特徴とする３次元形状生成装
置。 - 【請求項７】 接続優先度設定手段における接続優先度
は頂点が部分形状の端に行くほど低く、中心に行くにし
たがって高く設定することを特徴とする請求項６記載の
３次元形状生成装置。 - 【請求項８】 頂点統合手段における対応頂点の統合は
接続優先度ｍなる頂点Ｍと接続優先度ｎなる頂点Ｎとを
統合するときには、前記頂点Ｍと前記頂点Ｎとを結ぶ線
分をｎ：ｍに内分する内分点に統合することを特徴とす
る請求項７記載の３次元形状生成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09212064A JP3099780B2 (ja) | 1997-08-06 | 1997-08-06 | ３次元形状生成方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09212064A JP3099780B2 (ja) | 1997-08-06 | 1997-08-06 | ３次元形状生成方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1153554A JPH1153554A (ja) | 1999-02-26 |
| JP3099780B2 true JP3099780B2 (ja) | 2000-10-16 |
Family
ID=16616278
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09212064A Expired - Fee Related JP3099780B2 (ja) | 1997-08-06 | 1997-08-06 | ３次元形状生成方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3099780B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2003275587A1 (en) * | 2002-10-22 | 2004-05-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Image processing method and image processor |
-
1997
- 1997-08-06 JP JP09212064A patent/JP3099780B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1153554A (ja) | 1999-02-26 |
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