JP3230292B2 - ３次元物体の形状測定装置、３次元物体の形状復元装置、３次元物体の形状測定方法、および、３次元物体の形状復元方法 - Google Patents
３次元物体の形状測定装置、３次元物体の形状復元装置、３次元物体の形状測定方法、および、３次元物体の形状復元方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、３次元物体の形状測定
装置、３次元物体の形状復元装置、３次元物体の形状測
定方法、および、３次元物体の形状復元方法に係り、特
にカメラなどを相対的に移動させながら３次元物体を撮
影し、そのとき得られる２次元画像を時間軸方向にスラ
イスしながら演算処理を行い３次元形状に復元する３次
元物体の形状測定装置、３次元物体の形状復元装置、３
次元物体の形状測定方法、および、３次元物体の形状復
元方法に関する。
装置、３次元物体の形状復元装置、３次元物体の形状測
定方法、および、３次元物体の形状復元方法に係り、特
にカメラなどを相対的に移動させながら３次元物体を撮
影し、そのとき得られる２次元画像を時間軸方向にスラ
イスしながら演算処理を行い３次元形状に復元する３次
元物体の形状測定装置、３次元物体の形状復元装置、３
次元物体の形状測定方法、および、３次元物体の形状復
元方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】静止している３次元物体をカメラなどを
用いて２地点から撮影し、そのとき得られる２枚の２次
元画像上の対応点から２次元画像上の移動量を求める
と、三角測量の原理から３次元物体の奥行きを求めるこ
とができる。ところが、実際には二枚の２次元画像上に
おける対応点を正しくもとめることは困難で、例えば対
応点を探すときに、明るさを特徴点と考えて同じ明るさ
を持つ所を対応させようとすると、そういった所が無数
に存在してしまうので、最良の特徴を使わないかぎり、
誤対応をおこしてしまう。この誤対応の問題を解決する
ためには、撮影する２地点間の距離を短くして、対応点
を探す範囲を近傍のみに限定する方法があるが、この方
法ではいたずらに距離を短くすると２次元画像上の移動
量から奥行きを求める際に、幾何学的に精度が得られな
くなる。そこで、一般的には、静止している３次元物体
をカメラを微小距離移動させながら多数枚にわたって２
次元画像上における対応点をトレースしていくという方
法が採られてきた。
用いて２地点から撮影し、そのとき得られる２枚の２次
元画像上の対応点から２次元画像上の移動量を求める
と、三角測量の原理から３次元物体の奥行きを求めるこ
とができる。ところが、実際には二枚の２次元画像上に
おける対応点を正しくもとめることは困難で、例えば対
応点を探すときに、明るさを特徴点と考えて同じ明るさ
を持つ所を対応させようとすると、そういった所が無数
に存在してしまうので、最良の特徴を使わないかぎり、
誤対応をおこしてしまう。この誤対応の問題を解決する
ためには、撮影する２地点間の距離を短くして、対応点
を探す範囲を近傍のみに限定する方法があるが、この方
法ではいたずらに距離を短くすると２次元画像上の移動
量から奥行きを求める際に、幾何学的に精度が得られな
くなる。そこで、一般的には、静止している３次元物体
をカメラを微小距離移動させながら多数枚にわたって２
次元画像上における対応点をトレースしていくという方
法が採られてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の３次元形状の奥行き算出方法及びその装置では、多
数の処理データから奥行きを求めるときに、カルマン・
フィルタなどを使い非常に複雑なフィルタリングを行う
必要があった。また、従来のフィルタリング方法に２次
元スライス面の傾きが変化するオクルーディング（occu
luding) の概念を組み入れることが困難なので、オクル
ーディングに対処することが不可能になっていた。
来の３次元形状の奥行き算出方法及びその装置では、多
数の処理データから奥行きを求めるときに、カルマン・
フィルタなどを使い非常に複雑なフィルタリングを行う
必要があった。また、従来のフィルタリング方法に２次
元スライス面の傾きが変化するオクルーディング（occu
luding) の概念を組み入れることが困難なので、オクル
ーディングに対処することが不可能になっていた。
【０００４】本発明は、簡単かつ高精度に３次元物体の
形状を復元することができるとともに２次元画像上のエ
ッジが３次元世界の対応点において実際のエッジである
か、あるいはオクルーディングなのかを決定できる３次
元形状の奥行き算出方法及びその装置を提供することを
目的とする。
形状を復元することができるとともに２次元画像上のエ
ッジが３次元世界の対応点において実際のエッジである
か、あるいはオクルーディングなのかを決定できる３次
元形状の奥行き算出方法及びその装置を提供することを
目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、本発明の第１の観点によれば、３次元物
体を撮像する撮像手段と、上記３次元物体と上記撮像手
段を相対的に所定速度で移動させ、上記撮像手段を用い
て上記３次元物体を異なる位置で撮像し、上記３次元物
体について複数の２次元画像の時系列データを採取する
撮像制御手段と、上記採取された複数の２次元画像の時
系列データを用いて上記３次元物体の対応部分の時間変
化を推測する推測手段であって、上記採取された複数の
２次元画像の時系列データから上記３次元物体の特定部
分に関するデータの時間経過を表した２次元スライス面
を抽出し、該２次元スライス面において対応部分の時間
変化を推測する推測手段と、上記推測手段で推測した上
記３次元物体の対応部分の時間変化を評価して有効なデ
ータを求め、該有効なデータを用いて三角測量原理に基
づいて上記３次元物体の奥行きを算出する奥行き算出手
段と、上記推測手段において推測された上記２次元スラ
イス面における上記３次元物体の対応部分の時間変化量
を用いて、上記３次元物体の特定部分が上記３次元物体
のエッジであるか否かを判断するデータ判断手段とを具
備し、上記データ判断手段において該特定部分がエッジ
であると判断された場合には、上記奥行き算出手段にお
いて３次元物体の奥行きを算出し、該データ判断手段に
おいて該特定部分がエッジではないと判断された場合に
は、上記撮像制御手段により上記撮像手段と上記３次元
物体との相対的な位置を変更して撮影位置を変更する。
の手段として、本発明の第１の観点によれば、３次元物
体を撮像する撮像手段と、上記３次元物体と上記撮像手
段を相対的に所定速度で移動させ、上記撮像手段を用い
て上記３次元物体を異なる位置で撮像し、上記３次元物
体について複数の２次元画像の時系列データを採取する
撮像制御手段と、上記採取された複数の２次元画像の時
系列データを用いて上記３次元物体の対応部分の時間変
化を推測する推測手段であって、上記採取された複数の
２次元画像の時系列データから上記３次元物体の特定部
分に関するデータの時間経過を表した２次元スライス面
を抽出し、該２次元スライス面において対応部分の時間
変化を推測する推測手段と、上記推測手段で推測した上
記３次元物体の対応部分の時間変化を評価して有効なデ
ータを求め、該有効なデータを用いて三角測量原理に基
づいて上記３次元物体の奥行きを算出する奥行き算出手
段と、上記推測手段において推測された上記２次元スラ
イス面における上記３次元物体の対応部分の時間変化量
を用いて、上記３次元物体の特定部分が上記３次元物体
のエッジであるか否かを判断するデータ判断手段とを具
備し、上記データ判断手段において該特定部分がエッジ
であると判断された場合には、上記奥行き算出手段にお
いて３次元物体の奥行きを算出し、該データ判断手段に
おいて該特定部分がエッジではないと判断された場合に
は、上記撮像制御手段により上記撮像手段と上記３次元
物体との相対的な位置を変更して撮影位置を変更する。
【０００６】また本発明の第２の観点によれば、３次元
物体を撮像する撮像手段と、上記３次元物体と上記撮像
手段を相対的に所定速度で移動させ、上記撮像手段を用
いて上記３次元物体を異なる位置で撮像し、上記３次元
物体について複数の２次元画像の時系列データを採取す
る撮像制御手段と、上記採取された複数の２次元画像の
時系列データを用いて上記３次元物体の対応部分の時間
変化を推測する推測手段であって、上記採取された複数
の２次元画像の時系列データから上記３次元物体の特定
部分に関するデータの時間経過を表した２次元スライス
面を抽出し、該２次元スライス面において対応部分の時
間変化を推測する推測手段と、上記推測手段で推測した
上記３次元物体の対応部分の時間変化を評価して有効な
データを求め、該有効なデータを用いて三角測量原理に
基づいて上記３次元物体の奥行きを算出する奥行き算出
手段と、上記推測手段において推測された上記２次元ス
ライス面における上記３次元物体の対応部分の時間変化
量を用いて、上記３次元物体の特定部分が上記３次元物
体のエッジであるか否かを判断するデータ判断手段であ
って、該データ判断手段において該特定部分がエッジで
あると判断された場合には上記奥行き算出手段において
３次元物体の奥行きを算出し、該データ判断手段におい
て該特定部分がエッジではないと判断された場合には上
記撮像制御手段により上記撮像手段と上記３次元物体と
の相対的な位置を変更して撮影位置を変更する、データ
判断手段と、上記奥行き算出手段により算出された奥行
きデータに基づいて上記３次元物体の外形を復元する復
元手段とを有する３次元物体の形状復元装置が提供され
る。
物体を撮像する撮像手段と、上記３次元物体と上記撮像
手段を相対的に所定速度で移動させ、上記撮像手段を用
いて上記３次元物体を異なる位置で撮像し、上記３次元
物体について複数の２次元画像の時系列データを採取す
る撮像制御手段と、上記採取された複数の２次元画像の
時系列データを用いて上記３次元物体の対応部分の時間
変化を推測する推測手段であって、上記採取された複数
の２次元画像の時系列データから上記３次元物体の特定
部分に関するデータの時間経過を表した２次元スライス
面を抽出し、該２次元スライス面において対応部分の時
間変化を推測する推測手段と、上記推測手段で推測した
上記３次元物体の対応部分の時間変化を評価して有効な
データを求め、該有効なデータを用いて三角測量原理に
基づいて上記３次元物体の奥行きを算出する奥行き算出
手段と、上記推測手段において推測された上記２次元ス
ライス面における上記３次元物体の対応部分の時間変化
量を用いて、上記３次元物体の特定部分が上記３次元物
体のエッジであるか否かを判断するデータ判断手段であ
って、該データ判断手段において該特定部分がエッジで
あると判断された場合には上記奥行き算出手段において
３次元物体の奥行きを算出し、該データ判断手段におい
て該特定部分がエッジではないと判断された場合には上
記撮像制御手段により上記撮像手段と上記３次元物体と
の相対的な位置を変更して撮影位置を変更する、データ
判断手段と、上記奥行き算出手段により算出された奥行
きデータに基づいて上記３次元物体の外形を復元する復
元手段とを有する３次元物体の形状復元装置が提供され
る。
【０００７】本発明の第３の観点によれば、撮像手段と
３次元物体とを相対的に所定の速度で移動させながら上
記撮像手段において上記３次元物体を異なる位置で撮像
した複数の二次元画像の時系列データを採取し、上記採
取した複数の二次元画像の時系列データから上記３次元
物体の特定部分に関するデータの時間経過を表した２次
元スライス面を抽出し、該２次元スライス面において対
応部分の時間変化を推測し、上記推測された上記３次元
物体の対応部分の時間変化を評価して有効なデータを求
め、該有効なデータを用いて三角測量原理に基づいて上
記３次元物体の奥行きを算出し、上記推測された上記２
次元スライス面における上記３次元物体の対応部分の時
間変化量を用いて上記３次元物体の特定部分が上記３次
元物体のエッジであるか否かを判断し、該特定部分がエ
ッジであると判断された場合には上記奥行き算出工程に
おいて３次元物体の奥行きを算出し、上記特定部分がエ
ッジではないと判断された場合には上記撮像工程におい
て上記撮像手段と上記３次元物体との相対的な位置を変
更して撮影位置を変更する諸工程を有する、３次元物体
の形状の復元方法が提供される。
３次元物体とを相対的に所定の速度で移動させながら上
記撮像手段において上記３次元物体を異なる位置で撮像
した複数の二次元画像の時系列データを採取し、上記採
取した複数の二次元画像の時系列データから上記３次元
物体の特定部分に関するデータの時間経過を表した２次
元スライス面を抽出し、該２次元スライス面において対
応部分の時間変化を推測し、上記推測された上記３次元
物体の対応部分の時間変化を評価して有効なデータを求
め、該有効なデータを用いて三角測量原理に基づいて上
記３次元物体の奥行きを算出し、上記推測された上記２
次元スライス面における上記３次元物体の対応部分の時
間変化量を用いて上記３次元物体の特定部分が上記３次
元物体のエッジであるか否かを判断し、該特定部分がエ
ッジであると判断された場合には上記奥行き算出工程に
おいて３次元物体の奥行きを算出し、上記特定部分がエ
ッジではないと判断された場合には上記撮像工程におい
て上記撮像手段と上記３次元物体との相対的な位置を変
更して撮影位置を変更する諸工程を有する、３次元物体
の形状の復元方法が提供される。
【０００８】本発明の第４の観点によれば、撮像手段と
３次元物体とを相対的に所定の速度で移動させながら上
記撮像手段において上記３次元物体を異なる位置で撮像
した複数の二次元画像の時系列データを採取し、上記採
取された複数の２次元画像の時系列データを用いて上記
３次元物体の対応部分の時間変化を推測する際、上記採
取された複数の２次元画像の時系列データから上記３次
元物体の特定部分に関するデータの時間経過を表した２
次元スライス面を抽出し、該２次元スライス面において
対応部分の時間変化を推測し、上記推測した上記３次元
物体の対応部分の時間変化を評価して有効なデータを求
め、該有効なデータを用いて三角測量原理に基づいて上
記３次元物体の奥行きを算出し、上記推測された上記２
次元スライス面における上記３次元物体の対応部分の時
間変化量を用いて上記３次元物体の特定部分が上記３次
元物体のエッジであるか否かを判断するデータ判断工程
であって、上記特定部分がエッジであると判断された場
合には上記奥行き算出工程において３次元物体の奥行き
を算出し、上記特定部分がエッジではないと判断された
場合には上記撮像手段と上記３次元物体との相対的な位
置を変更して撮影位置を変更し、上記推定された奥行き
データに応じて上記３次元物体の形状を復元する、諸工
程を有する、３次元物体の形状の復元方法が提供され
る。
３次元物体とを相対的に所定の速度で移動させながら上
記撮像手段において上記３次元物体を異なる位置で撮像
した複数の二次元画像の時系列データを採取し、上記採
取された複数の２次元画像の時系列データを用いて上記
３次元物体の対応部分の時間変化を推測する際、上記採
取された複数の２次元画像の時系列データから上記３次
元物体の特定部分に関するデータの時間経過を表した２
次元スライス面を抽出し、該２次元スライス面において
対応部分の時間変化を推測し、上記推測した上記３次元
物体の対応部分の時間変化を評価して有効なデータを求
め、該有効なデータを用いて三角測量原理に基づいて上
記３次元物体の奥行きを算出し、上記推測された上記２
次元スライス面における上記３次元物体の対応部分の時
間変化量を用いて上記３次元物体の特定部分が上記３次
元物体のエッジであるか否かを判断するデータ判断工程
であって、上記特定部分がエッジであると判断された場
合には上記奥行き算出工程において３次元物体の奥行き
を算出し、上記特定部分がエッジではないと判断された
場合には上記撮像手段と上記３次元物体との相対的な位
置を変更して撮影位置を変更し、上記推定された奥行き
データに応じて上記３次元物体の形状を復元する、諸工
程を有する、３次元物体の形状の復元方法が提供され
る。
【０００９】
【実施例】本発明の実施例について図に基づいて説明す
る。図１は本発明の一実施例を示すブロック図、図２は
本発明の一実施例の制御系を示すブロック図である。こ
れらの図において、１は３次元対象物体の奥行き推測装
置である。
る。図１は本発明の一実施例を示すブロック図、図２は
本発明の一実施例の制御系を示すブロック図である。こ
れらの図において、１は３次元対象物体の奥行き推測装
置である。
【００１０】画像前処理部２は、映像信号が入力するイ
ンターフェースからなる画像入力部８と、入力画像信号
をアナログ信号からディジタル信号に変換するＡＤ変換
部８と、ディジタル信号に変換された画像信号を記憶す
る画像記憶部１０と、カラービデオカメラ５のポジショ
ンをコントロールするカメラ・ポジションニング決定器
１６と、画像前処理部２内の制御を行う制御部１１と、
３次元スライス面上で対応点の傾きを求める傾き検出部
３と、２次元画像をディジタル演算処理するデータ演算
部１２で推測された３次元復元形状を画像記憶部１０よ
り呼出して出力する画像出力部１４とから構成される。
ンターフェースからなる画像入力部８と、入力画像信号
をアナログ信号からディジタル信号に変換するＡＤ変換
部８と、ディジタル信号に変換された画像信号を記憶す
る画像記憶部１０と、カラービデオカメラ５のポジショ
ンをコントロールするカメラ・ポジションニング決定器
１６と、画像前処理部２内の制御を行う制御部１１と、
３次元スライス面上で対応点の傾きを求める傾き検出部
３と、２次元画像をディジタル演算処理するデータ演算
部１２で推測された３次元復元形状を画像記憶部１０よ
り呼出して出力する画像出力部１４とから構成される。
【００１１】上記画像出力部１４と接続されるのは、パ
ーソナル・コンピュータ１５で、対象３次元物体の復元
形状がキーボードの操作によりディスプレイに画像表示
される。上記３次元対象物体の奥行き推測装置１では、
取り込まれた時系列画像を図１に示すデータ演算部１２
で演算することにより、奥行き情報の高精度の推測が可
能になる。
ーソナル・コンピュータ１５で、対象３次元物体の復元
形状がキーボードの操作によりディスプレイに画像表示
される。上記３次元対象物体の奥行き推測装置１では、
取り込まれた時系列画像を図１に示すデータ演算部１２
で演算することにより、奥行き情報の高精度の推測が可
能になる。
【００１２】次に、図２の本発明の３次元形状の復元方
法とその装置の一実施例の制御ブロック図に基づいて奥
行き情報の復元の方法を説明する。ここでは図１を参照
して説明する。先ず、スライス方向、速度決定部２４で
スライス方向とスライス速度が決定される。制御部１１
とポジション決定部１６とで構成されるポジション・コ
ントローラ手段１６ａでは、スライス方向とスライス速
度がスライス方向、速度決定部２４で決定され、それに
応じたカラービデオカメラ５のポジションが決定され
る。
法とその装置の一実施例の制御ブロック図に基づいて奥
行き情報の復元の方法を説明する。ここでは図１を参照
して説明する。先ず、スライス方向、速度決定部２４で
スライス方向とスライス速度が決定される。制御部１１
とポジション決定部１６とで構成されるポジション・コ
ントローラ手段１６ａでは、スライス方向とスライス速
度がスライス方向、速度決定部２４で決定され、それに
応じたカラービデオカメラ５のポジションが決定され
る。
【００１３】画像入力部８には、カラービデオカメラ１
から画像データ８ａが入力し、ＡＤ変換部９では２次元
離散画像データに変換し、画像記憶部１０に記憶する。
このとき、輝度に応じた２次元離散画像データ１０ａを
順次画像データとして画像記憶部１０に取り込み、３次
元状のイメージ・ボリーム１０ａを取り込む。制御部１
１とデータ演算部１２で構成されるスライスイメージボ
リーム手段１２では画像記憶部１０に取り込まれたイメ
ージ・ボリームのスライスを行い、２次元スライス面を
生成する。
から画像データ８ａが入力し、ＡＤ変換部９では２次元
離散画像データに変換し、画像記憶部１０に記憶する。
このとき、輝度に応じた２次元離散画像データ１０ａを
順次画像データとして画像記憶部１０に取り込み、３次
元状のイメージ・ボリーム１０ａを取り込む。制御部１
１とデータ演算部１２で構成されるスライスイメージボ
リーム手段１２では画像記憶部１０に取り込まれたイメ
ージ・ボリームのスライスを行い、２次元スライス面を
生成する。
【００１４】次に、制御部１１と傾き検出部３で構成さ
れる傾き検出手段３ａでは、２次元スライス上の対応点
のトレースの傾きを検出する。また制御部１１とデータ
判断部１３で構成されるオクルージョン排除手段１３ａ
では、オクルージョンがあるかあるいは実際のエッジで
あるかの判断を行う。データ演算部１２と制御部１１か
ら構成されるデータ演算手段では、以下に説明する式３
により対象３次元物体の奥行きが計算され、さらに３次
元形状シンセサイザ２７により対象３次元物体の３次元
形状が合成される。
れる傾き検出手段３ａでは、２次元スライス上の対応点
のトレースの傾きを検出する。また制御部１１とデータ
判断部１３で構成されるオクルージョン排除手段１３ａ
では、オクルージョンがあるかあるいは実際のエッジで
あるかの判断を行う。データ演算部１２と制御部１１か
ら構成されるデータ演算手段では、以下に説明する式３
により対象３次元物体の奥行きが計算され、さらに３次
元形状シンセサイザ２７により対象３次元物体の３次元
形状が合成される。
【００１５】上記方法では、静止している３次元物体を
カラービデオカメラ５を微小距離ずつ移動させながら多
数枚撮影し、そのとき得られる２次元画像上の対応点を
複数枚にわたりトレースし、対応点の移動速度から３次
元物体の奥行きを求めることができる。
カラービデオカメラ５を微小距離ずつ移動させながら多
数枚撮影し、そのとき得られる２次元画像上の対応点を
複数枚にわたりトレースし、対応点の移動速度から３次
元物体の奥行きを求めることができる。
【００１６】以下にこの方法を図３(A),(B) 〜図５(A),
(B) に基づいて説明する。この説明においては、図１及
び図２を参照する。今、静止した物体３０をカラービデ
オカメラ５を移動させながら撮影する場合の、対象物体
３０とカラービデオカメラ５の位置関係、移動方向と座
標系のとりかたを図３(A) に示す。この図において、カ
ラービデオカメラ５の観察方向はｚ軸方向、移動方向は
Ｘ軸方向に座標系がとられている。
(B) に基づいて説明する。この説明においては、図１及
び図２を参照する。今、静止した物体３０をカラービデ
オカメラ５を移動させながら撮影する場合の、対象物体
３０とカラービデオカメラ５の位置関係、移動方向と座
標系のとりかたを図３(A) に示す。この図において、カ
ラービデオカメラ５の観察方向はｚ軸方向、移動方向は
Ｘ軸方向に座標系がとられている。
【００１７】このときカラービデオカメラ５から撮像
し、画像入力部８、ＡＤ変換部９を介して取り込まれる
２次元画像を時間方向に重ねていくと、時空間の２次元
画像の時系列データ３１が構成される（図３(B) ）。こ
の図３(B) において、ｘｙ平面が２次元画像平面、Ｔ軸
が時間軸方向を示すものである。ここでイメージ・ボリ
ウムを時間方向にスライスすると、図４(A) のようなカ
ラービデオカメラ５で取り込まれた２次元画像のｘ軸方
向、Ｔ軸を時系列方向とする帯状の２次元スライスした
時系列データ３１（図４(B) ）ができる。この時系列デ
ータ３１上の対応点をトレースし、その傾き３ａを求め
ることにより、ある点の物体の奥行きを求めることが可
能になる。
し、画像入力部８、ＡＤ変換部９を介して取り込まれる
２次元画像を時間方向に重ねていくと、時空間の２次元
画像の時系列データ３１が構成される（図３(B) ）。こ
の図３(B) において、ｘｙ平面が２次元画像平面、Ｔ軸
が時間軸方向を示すものである。ここでイメージ・ボリ
ウムを時間方向にスライスすると、図４(A) のようなカ
ラービデオカメラ５で取り込まれた２次元画像のｘ軸方
向、Ｔ軸を時系列方向とする帯状の２次元スライスした
時系列データ３１（図４(B) ）ができる。この時系列デ
ータ３１上の対応点をトレースし、その傾き３ａを求め
ることにより、ある点の物体の奥行きを求めることが可
能になる。
【００１８】次に、この２次元スライス２面上の対応点
のトレースと対象物体３０の奥行きとの関係を考えるた
めに、静止した対象物体３０をカラービデオカメラ５を
移動させながら撮影した場合の３次元対象物体３０を鉛
直方向から観察した様子を図５(A) に示す。図５(A) に
おいてＸa は図３（Ａ）におけるＸ軸、Ｄは３次元対象
物体の奥行き、ｆはカメラ１の焦点距離、ｖはカラービ
デオカメラ５の移動速度、ｘは２次元画像上での中心か
らの距離を表している。図５(A) を参照すると、カラー
ビデオカメラ５の移動にともない、対象物体上の全ての
点がカラービデオカメラ５の投影面４上を移動すること
が判る。従って、２次元スライス３上では、３次元対象
物体３０上の全ての点は、ある曲線３１ａとして記録さ
れ（図５(B) ）、この曲線の傾きを観察することで物体
の奥行きが推測でき、さらに全てのポイントで奥行きを
求めることで、最終的に３次元形状に復元することがで
きる。
のトレースと対象物体３０の奥行きとの関係を考えるた
めに、静止した対象物体３０をカラービデオカメラ５を
移動させながら撮影した場合の３次元対象物体３０を鉛
直方向から観察した様子を図５(A) に示す。図５(A) に
おいてＸa は図３（Ａ）におけるＸ軸、Ｄは３次元対象
物体の奥行き、ｆはカメラ１の焦点距離、ｖはカラービ
デオカメラ５の移動速度、ｘは２次元画像上での中心か
らの距離を表している。図５(A) を参照すると、カラー
ビデオカメラ５の移動にともない、対象物体上の全ての
点がカラービデオカメラ５の投影面４上を移動すること
が判る。従って、２次元スライス３上では、３次元対象
物体３０上の全ての点は、ある曲線３１ａとして記録さ
れ（図５(B) ）、この曲線の傾きを観察することで物体
の奥行きが推測でき、さらに全てのポイントで奥行きを
求めることで、最終的に３次元形状に復元することがで
きる。
【００１９】次に、この二次元スライス面上の対応点の
トレースと３次元対象物体３０の奥行きとの関係を数式
化する。このとき、カラービデオカメラ５の移動速度
ｖ、時間の変分ｄｔ、カラービデオカメラ５のレンズか
ら対象物体までの距離Ｄ、ｘの時間Δｔにおける変分ｄ
ｘ、レンズの焦点距離ｆとすると３角形の相似の関係よ
り、式１が成立する。 ｖ・Δｔ：Ｄ＝Δｘ：ｆ ・・・・（式１）
トレースと３次元対象物体３０の奥行きとの関係を数式
化する。このとき、カラービデオカメラ５の移動速度
ｖ、時間の変分ｄｔ、カラービデオカメラ５のレンズか
ら対象物体までの距離Ｄ、ｘの時間Δｔにおける変分ｄ
ｘ、レンズの焦点距離ｆとすると３角形の相似の関係よ
り、式１が成立する。 ｖ・Δｔ：Ｄ＝Δｘ：ｆ ・・・・（式１）
【００２０】この式１から対象物体までの距離Ｄを求め
ると、 Ｄ＝ｖ・ｆ・Δｔ／Δｘ ・・・・（式２） 従って、この距離Ｄから３次元対象物体の奥行きが判
る。さらに、Δｔを０に近ずけたとき、２次元スライス
面上の対応点のトレースと３次元対象物体の奥行きとの
関係式が式３より定義される。 Ｄ＝ｖ・ｆ・ｄｔ／ｄｘ ・・・・（式３） この式によると、カラービデオカメラ５の移動速度ｖが
一定であれば、２次元スライス面上の曲線の傾きｄｔ／
ｄｘが物体の奥行きに比例し、カラービデオカメラ５の
移動速度ｖとレンズの焦点距離ｆが既知であれば、傾き
かｄｔ／ｄｘから物体の奥行きを推測することができる
ことが判る。
ると、 Ｄ＝ｖ・ｆ・Δｔ／Δｘ ・・・・（式２） 従って、この距離Ｄから３次元対象物体の奥行きが判
る。さらに、Δｔを０に近ずけたとき、２次元スライス
面上の対応点のトレースと３次元対象物体の奥行きとの
関係式が式３より定義される。 Ｄ＝ｖ・ｆ・ｄｔ／ｄｘ ・・・・（式３） この式によると、カラービデオカメラ５の移動速度ｖが
一定であれば、２次元スライス面上の曲線の傾きｄｔ／
ｄｘが物体の奥行きに比例し、カラービデオカメラ５の
移動速度ｖとレンズの焦点距離ｆが既知であれば、傾き
かｄｔ／ｄｘから物体の奥行きを推測することができる
ことが判る。
【００２１】この手法により物体の奥行きを推測する
と、２次元画像のフレーム間での対応点を求める際に誤
対応の問題が生じることがなくなり、スライス面上の曲
線を長い時間、カーブフィットさせることで、高精度な
３次元形状に復元することができる。このカーブフィッ
トの方法には、例えばハフ変換（Hough Transformatio
n）などのアルゴリズムを用いる計算ユニットを用いる
ことにより、高精度でしかも少ない演算で３次元形状に
復元することができる。
と、２次元画像のフレーム間での対応点を求める際に誤
対応の問題が生じることがなくなり、スライス面上の曲
線を長い時間、カーブフィットさせることで、高精度な
３次元形状に復元することができる。このカーブフィッ
トの方法には、例えばハフ変換（Hough Transformatio
n）などのアルゴリズムを用いる計算ユニットを用いる
ことにより、高精度でしかも少ない演算で３次元形状に
復元することができる。
【００２２】ハフ変換を示す式が式４である。 ｘsin(θ)t＋ycos( θ) ＝ρ・・・・（４） この式（４）において、Ｘ及びＹは直線状の座標系、例
えば、３次元直交座標系における所定のライン上の任意
の点の座標であり、θ及びρは極座標系における原点に
最も近いライン上に位置が規定される。
えば、３次元直交座標系における所定のライン上の任意
の点の座標であり、θ及びρは極座標系における原点に
最も近いライン上に位置が規定される。
【００２３】さらに、図５(A) に示すように３次元形状
の物体がオクルーディングを持つ場合、スライス面上で
の物体上の軌跡が移動速度ｖに対して、一定の傾きでな
くなることを図５(B) に示す。この性質を利用すると、
カラービデオカメラ５の移動速度ｖが一定であるのにも
かかわらず、スライス面上での軌跡の傾きが図５(B) に
示すように変化してしまう場合にオクルーディングと判
断して、奥行きを求めないようにする。
の物体がオクルーディングを持つ場合、スライス面上で
の物体上の軌跡が移動速度ｖに対して、一定の傾きでな
くなることを図５(B) に示す。この性質を利用すると、
カラービデオカメラ５の移動速度ｖが一定であるのにも
かかわらず、スライス面上での軌跡の傾きが図５(B) に
示すように変化してしまう場合にオクルーディングと判
断して、奥行きを求めないようにする。
【００２４】次に、本発明の一実施例の奥行き復元装置
の動作について図６のフローチャートに基づいて説明す
る。なお、図１〜図５を参照して説明する。上記ｘ方向
あるいはｙ方向にカラービデオカメラ５を移動しながら
シーケンシャルに図１に示す画像入力部８より画像を取
り込み、画像記憶部１０にイメージ・ボリーム１０ａを
取り込む（ステップ１、以下ＳＴ１という）。画像記憶
部１０にイメージ・ボリーム１０ａを取り込んだ後に
は、ｘ−ｔ面に平行な面でイメージ・ボリームの最上部
を図１に示す制御部１１とデータ演算部１２によりスラ
イス１２する（ＳＴ２）。そして、ｘ−ｔ面に平行な面
でイメージ・ボリームの最上部をスライス１２ａして得
られた２次元スライス面上で、３次元物体に対応する軌
跡の傾きｄｔ／ｄｘ３ａを図１に示す制御部１１と傾き
検出部３で求める（ＳＴ３）。
の動作について図６のフローチャートに基づいて説明す
る。なお、図１〜図５を参照して説明する。上記ｘ方向
あるいはｙ方向にカラービデオカメラ５を移動しながら
シーケンシャルに図１に示す画像入力部８より画像を取
り込み、画像記憶部１０にイメージ・ボリーム１０ａを
取り込む（ステップ１、以下ＳＴ１という）。画像記憶
部１０にイメージ・ボリーム１０ａを取り込んだ後に
は、ｘ−ｔ面に平行な面でイメージ・ボリームの最上部
を図１に示す制御部１１とデータ演算部１２によりスラ
イス１２する（ＳＴ２）。そして、ｘ−ｔ面に平行な面
でイメージ・ボリームの最上部をスライス１２ａして得
られた２次元スライス面上で、３次元物体に対応する軌
跡の傾きｄｔ／ｄｘ３ａを図１に示す制御部１１と傾き
検出部３で求める（ＳＴ３）。
【００２５】３次元物体に対応する軌跡の傾きｄｔ／ｄ
ｘの変化のばらつきからオクルーディングか実際のエッ
ジであるかを図１に示す制御部１１とデータ判断部１３
で判断する（ＳＴ４）。実際のエッジであると判断する
場合には、実際のエッジである部分の傾き３ａをカーブ
フィットさせ３次元物体の奥行きを求める（ＳＴ５）。
次に、イメージボリーム１０ａのスライスする場所を１
ラインさげる（ＳＴ６）。このようにして、ＳＴ３から
ＳＴ６までの処理を繰り返し行うことにより、すべての
ラインについて実際のエッジである部分の傾き３ａをカ
ーブフィットさせ３次元物体の奥行きを求めることがで
きる。次に、各点における奥行きをｘ回繰り返し合成２
７することにより、３次元形状に復元する（ＳＴ７）。
またＳＴ４において、オクルーディングであると判断す
るときには上記ＳＴ１にジャンプしてＳＴ１〜ＳＴ３を
繰り返す。データ演算部１２と制御部１１から構成され
るデータ演算手段では、以下に説明する式３により対象
３次元物体の奥行きが計算され、さらに３次元形状シン
セサイザ２７により対象３次元物体の３次元形状が合成
される（ＳＴ８）。以上のようにして３次元対象物体を
３次元形状にパーソナルコンピュータ１５を用いて復元
することができる。
ｘの変化のばらつきからオクルーディングか実際のエッ
ジであるかを図１に示す制御部１１とデータ判断部１３
で判断する（ＳＴ４）。実際のエッジであると判断する
場合には、実際のエッジである部分の傾き３ａをカーブ
フィットさせ３次元物体の奥行きを求める（ＳＴ５）。
次に、イメージボリーム１０ａのスライスする場所を１
ラインさげる（ＳＴ６）。このようにして、ＳＴ３から
ＳＴ６までの処理を繰り返し行うことにより、すべての
ラインについて実際のエッジである部分の傾き３ａをカ
ーブフィットさせ３次元物体の奥行きを求めることがで
きる。次に、各点における奥行きをｘ回繰り返し合成２
７することにより、３次元形状に復元する（ＳＴ７）。
またＳＴ４において、オクルーディングであると判断す
るときには上記ＳＴ１にジャンプしてＳＴ１〜ＳＴ３を
繰り返す。データ演算部１２と制御部１１から構成され
るデータ演算手段では、以下に説明する式３により対象
３次元物体の奥行きが計算され、さらに３次元形状シン
セサイザ２７により対象３次元物体の３次元形状が合成
される（ＳＴ８）。以上のようにして３次元対象物体を
３次元形状にパーソナルコンピュータ１５を用いて復元
することができる。
【００２６】上記実施例では、カラービデオカメラ５を
相対的に移動させながら３次元対象物体３０を撮像し、
そのとき得られる２次元画像を時間方向にスライスして
演算処理することにより簡単に３次元物体の形状を求め
ることができ、またパーソナルコンピュータ１５などを
用いて対象３次元物体の３次元形状が合成されるので、
高精度に３次元物体形状を求めることができる。また上
記実施例では、２次元画像上のエッジが３次元画像の対
応点において、実際のエッジであるか、あるいはオクル
ーディングであるかを決定し、実際のエッジであるとき
に傾き３ａをカーブフィットさせ３次元物体の奥行きを
求めることができるので、例えば３次元形状を記述して
視点によらない認識学習を行う際に優れた効果を得るこ
とができる。
相対的に移動させながら３次元対象物体３０を撮像し、
そのとき得られる２次元画像を時間方向にスライスして
演算処理することにより簡単に３次元物体の形状を求め
ることができ、またパーソナルコンピュータ１５などを
用いて対象３次元物体の３次元形状が合成されるので、
高精度に３次元物体形状を求めることができる。また上
記実施例では、２次元画像上のエッジが３次元画像の対
応点において、実際のエッジであるか、あるいはオクル
ーディングであるかを決定し、実際のエッジであるとき
に傾き３ａをカーブフィットさせ３次元物体の奥行きを
求めることができるので、例えば３次元形状を記述して
視点によらない認識学習を行う際に優れた効果を得るこ
とができる。
【００２７】
【発明の効果】上記のように本発明によれば、カメラを
移動させながら３次元対象物体を撮影し、そのとき得ら
れる２次元画像を時間方向にスライスして演算処理する
ことにより、簡単に３次元物体の形状を求めることがで
きるだけでなく、高精度に３次元物体形状を求めること
ができる。また本発明によれば、２次元画像上のエッジ
が３次元画像の対応点において、実際のエッジである
か、あるいはオクルーディングであるかを決定し、実際
のエッジであるときに傾きをカーブフィットさせ３次元
物体の奥行きを求めることができる。
移動させながら３次元対象物体を撮影し、そのとき得ら
れる２次元画像を時間方向にスライスして演算処理する
ことにより、簡単に３次元物体の形状を求めることがで
きるだけでなく、高精度に３次元物体形状を求めること
ができる。また本発明によれば、２次元画像上のエッジ
が３次元画像の対応点において、実際のエッジである
か、あるいはオクルーディングであるかを決定し、実際
のエッジであるときに傾きをカーブフィットさせ３次元
物体の奥行きを求めることができる。
【図１】本発明の３次元形状の復元方法とその装置の一
実施例を示すブロック図である。
実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明の３次元形状の復元方法とその装置の一
実施例の制御系を示すブロック
実施例の制御系を示すブロック
【図３】本発明の３次元形状の復元方法とその装置の一
実施例を示す図で、図３(A) は物体とカメラの位置関係
を示す図で、図３(B) は２次元画像を時間方向に重ねて
いくとき、時系列データが構成されることを示す図であ
る。
実施例を示す図で、図３(A) は物体とカメラの位置関係
を示す図で、図３(B) は２次元画像を時間方向に重ねて
いくとき、時系列データが構成されることを示す図であ
る。
【図４】本発明の３次元形状の復元方法とその装置の一
実施例を示す図で、図４(A) は２次元画像のｘ軸方向、
Ｔ軸を時系列方向を示す図で、図４(B) は帯状の２次元
スライスを示す図である。
実施例を示す図で、図４(A) は２次元画像のｘ軸方向、
Ｔ軸を時系列方向を示す図で、図４(B) は帯状の２次元
スライスを示す図である。
【図５】本発明の３次元形状の復元方法とその装置の一
実施例を示す図で、図５(A) はオクルーディングを持つ
場合を示す図、図５(B) は軌跡が移動速度ｖに対して、
一定の傾きでなくなることを示す図である。
実施例を示す図で、図５(A) はオクルーディングを持つ
場合を示す図、図５(B) は軌跡が移動速度ｖに対して、
一定の傾きでなくなることを示す図である。
【図６】本発明の３次元形状の復元方法とその装置の一
実施例の動作を説明するうためのフローチャートであ
る。
実施例の動作を説明するうためのフローチャートであ
る。
１ 奥行き推測装置 ２ 画像前処理部 ３ 傾き検出部 ５ カラービデオカメラ ８ 画像入力部 ９ Ａ−Ｄ変換部 １０ 画像記憶部 １１ 制御部 １２ データ演算部 １３ データ判断部 １４ 画像出力部 １５ パーソナルコンピュータ １６ ポジション決定部 １６ａ ポジションコントロール部 １８ａ ３次元形状シンセサイザ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 102 G01T 1/00 G06T 7/00
Claims (7)
- 【請求項１】３次元物体を撮像する撮像手段と、 上記３次元物体と上記撮像手段を相対的に所定速度で移
動させ、上記撮像手段を用いて上記３次元物体を異なる
位置で撮像し、上記３次元物体について複数の２次元画
像の時系列データを採取する撮像制御手段と、 上記採取された複数の２次元画像の時系列データを用い
て上記３次元物体の対応部分の時間変化を推測する推測
手段であって、上記採取された複数の２次元画像の時系
列データから上記３次元物体の特定部分に関するデータ
の時間経過を表した２次元スライス面を抽出し、該２次
元スライス面において対応部分の時間変化を推測する推
測手段と、 上記推測手段で推測した上記３次元物体の対応部分の時
間変化を評価して有効なデータを求め、該有効なデータ
を用いて三角測量原理に基づいて上記３次元物体の奥行
きを算出する奥行き算出手段と、上記推測手段において推測された上記２次元スライス面
における上記３次元物体の対応部分の時間変化量を用い
て、上記３次元物体の特定部分が上記３次元物体のエッ
ジであるか否かを判断するデータ判断手段と を具備し、 上記データ判断手段において該特定部分がエッジである
と判断された場合には、上記奥行き算出手段において３
次元物体の奥行きを算出し、該データ判断手段において
該特定部分がエッジではないと判断された場合には上記
撮像制御手段により上記撮像手段と上記３次元物体との
相対的な位置を変更して撮影位置を変更する、 ３次元物体の形状測定装置。 - 【請求項２】上記推測手段は、上記２次元スライス面上
の上記３次元物体の対応部分の軌跡を直線と仮定し、該
直線の傾きを算出することにより上記対応部分の時間変
化を推測する、 請求項１記載の３次元物体の形状測定装置。 - 【請求項３】３次元物体を撮像する撮像手段と、 上記３次元物体と上記撮像手段を相対的に所定速度で移
動させ、上記撮像手段を用いて上記３次元物体を異なる
位置で撮像し、上記３次元物体について複数の２次元画
像の時系列データを採取する撮像制御手段と、 上記採取された複数の２次元画像の時系列データを用い
て上記３次元物体の対応部分の時間変化を推測する推測
手段であって、上記採取された複数の２次元画像の時系
列データから上記３次元物体の特定部分に関するデータ
の時間経過を表した２次元スライス面を抽出し、該２次
元スライス面において対応部分の時間変化を推測する推
測手段と、 上記推測手段で推測した上記３次元物体の対応部分の時
間変化を評価して有効なデータを求め、該有効なデータ
を用いて三角測量原理に基づいて上記３次元物体の奥行
きを算出する奥行き算出手段と、上記推測手段において推測された上記２次元スライス面
における上記３次元物体の対応部分の時間変化量を用い
て、上記３次元物体の特定部分が上記３次元物体のエッ
ジであるか否かを判断するデータ判断手段であって、該
データ判断手段において該特定部分がエッジであると判
断された場合には上記奥行き算出手段において３次元物
体の奥行きを算出し、該データ判断手段において該特定
部分がエッジではないと判断された場合には上記撮像制
御手段により上記撮像手段と上記３次元物体との相対的
な位置を変更して撮影位置を変更する、データ判断手段
と、 上記奥行き算出手段により算出された奥行きデータに基
づいて上記３次元物体の外形を復元する復元手段と、 を有する３次元物体の形状復元装置。 - 【請求項４】上記推測手段は、上記２次元スライス面上
の上記３次元物体の対応部分の軌跡を直線と仮定し、該
直線の傾きを算出することにより上記対応部分の時間変
化を推測する、 請求項３記載の３次元物体の形状復元装置。 - 【請求項５】上記推測手段は、上記２次元スライス面上
の上記対応部分の軌跡を示す曲線のデータに対してハフ
変換を当てはめ、当てはめた結果に応じて上記対応部分
の時間変化を推測する、 請求項４記載の３次元物体の形状復元装置。 - 【請求項６】撮像手段と３次元物体とを相対的に所定の
速度で移動させながら上記撮像手段において上記３次元
物体を異なる位置で撮像した複数の二次元画像の時系列
データを採取し、 上記採取した複数の二次元画像の時系列データから上記
３次元物体の特定部分に関するデータの時間経過を表し
た２次元スライス面を抽出し、該２次元スライス面にお
いて対応部分の時間変化を推測し、 上記推測された上記３次元物体の対応部分の時間変化を
評価して有効なデータを求め、該有効なデータを用いて
三角測量原理に基づいて上記３次元物体の奥行きを算出
し、 上記推測された上記２次元スライス面における上記３次
元物体の対応部分の時間変化量を用いて上記３次元物体
の特定部分が上記３次元物体のエッジであるか否かを判
断 し、該特定部分がエッジであると判断された場合には
上記奥行き算出工程において３次元物体の奥行きを算出
し、上記特定部分がエッジではないと判断された場合に
は上記撮像工程において上記撮像手段と上記３次元物体
との相対的な位置を変更して撮影位置を変更する 諸工程
を有する、３次元物体の形状の復元方法。 - 【請求項７】撮像手段と３次元物体とを相対的に所定の
速度で移動させながら上記撮像手段において上記３次元
物体を異なる位置で撮像した複数の二次元画像の時系列
データを採取し、上記採取された複数の２次元画像の時系列データを用い
て上記３次元物体の対応部分の時間変化を推測する際、
上記採取された複数の２次元画像の時系列データから上
記３次元物体の特定部分に関するデータの時間経過を表
した２次元スラ イス面を抽出し、該２次元スライス面に
おいて対応部分の時間変化を推測し、 上記推測した上記３次元物体の対応部分の時間変化を評
価して有効なデータを求め、該有効なデータを用いて三
角測量原理に基づいて上記３次元物体の奥行きを算出
し、 上記推測された上記２次元スライス面における上記３次
元物体の対応部分の時間変化量を用いて上記３次元物体
の特定部分が上記３次元物体のエッジであるか否かを判
断するデータ判断工程であって、上記特定部分がエッジ
であると判断された場合には上記奥行き算出工程におい
て３次元物体の奥行きを算出し、上記特定部分がエッジ
ではないと判断された場合には上記撮像手段と上記３次
元物体との相対的な位置を変更して撮影位置を変更し、 上記推定された奥行きデータに応じて上記３次元物体の
形状を復元する、諸工程を有する 、３次元物体の形状の復元方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24880292A JP3230292B2 (ja) | 1992-08-25 | 1992-08-25 | ３次元物体の形状測定装置、３次元物体の形状復元装置、３次元物体の形状測定方法、および、３次元物体の形状復元方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24880292A JP3230292B2 (ja) | 1992-08-25 | 1992-08-25 | ３次元物体の形状測定装置、３次元物体の形状復元装置、３次元物体の形状測定方法、および、３次元物体の形状復元方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0674731A JPH0674731A (ja) | 1994-03-18 |
| JP3230292B2 true JP3230292B2 (ja) | 2001-11-19 |
Family
ID=17183624
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24880292A Expired - Fee Related JP3230292B2 (ja) | 1992-08-25 | 1992-08-25 | ３次元物体の形状測定装置、３次元物体の形状復元装置、３次元物体の形状測定方法、および、３次元物体の形状復元方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3230292B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4986685B2 (ja) | 2007-03-30 | 2012-07-25 | 本田技研工業株式会社 | 自動２輪車用エンジンの冷却装置 |
| KR101367284B1 (ko) * | 2008-01-28 | 2014-02-26 | 삼성전자주식회사 | 시점 변화에 따른 영상 복원 방법 및 장치 |
| CN116168163B (zh) * | 2023-03-29 | 2023-11-17 | 湖北工业大学 | 三维模型构建方法、装置及存储介质 |
-
1992
- 1992-08-25 JP JP24880292A patent/JP3230292B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0674731A (ja) | 1994-03-18 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |