JP3794199B2 - 画像のマッチング方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像から地図を作成する分野や、撮影画像をもとに画像を加工処理する分野に関する。
【0002】
【従来の技術】
本発明に関する複数の画像から対応点を求める画像マッチング技術の従来技術は、高木幹雄、下田陽久監修「画像解析ハンドブック」、707頁から712頁、(東京大学出版会、平成3年1月発行)に記載されているように、テンプレートマッチング(チップマッチングとも言う、以下チップマッチングと記す)が、一般的によく知られている。チップマッチングは、基準の画像から小領域のチップ画像を切り出し、もう一方の画像中に設定した探索領域(サーチエリア)内で類似度(マッチ度)の大きな所を求め、対応点として算出するものである。マッチ度は、小領域での差の絶対値の平均、あるいは相互相関係数を用いて算出する。
【0003】
チップ画像の切り出しでは、基準となる画像の着目画素I(x,y)を中心としたmxm(mは任意の定数)の領域の画素にて作成する。また、着目画素I(x,y)をx:0〜x軸の最大値、y:0〜y軸の最大値として、順次処理することにより、基準画像の全点に対応するもう一方の画像の対応点を求めることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術では、基準の画像からチップ画像をとり、もう一方の画像の対応点を求めるマッチングを行っていた。このため、基準の画像を換えると得られる対応点が異なる結果になった。
【0005】
例として、左視点から撮影した画像(左画像)と右視点から撮影した画像(右画像)との対応点を求めるマッチングを以下に述べる。
【0006】
左画像を基準としてチップ画像を切り出し、右画像でマッチング度の大きな場所を求めると、仮に、左画像で映っているビルディングの側面が右画像では映ってない場合には、間違った対応点を算出してしまう可能性がある。右画像を基準としたとき、右画像で映っていないビルディングの側面はチップ画像として切り出されることはなく、対応点として算出されることはない。しかし、右画像に映っている場所が左画像では映っていない場合もあり、上記左画像を基準としたときと同様のことが言える。
【0007】
以上、従来技術のマッチングでは、基準画像を中心に対応点を求めていたため、精度よく対応点を探索することができなかった。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、以下の手段を考案した。
【0009】
複数の画像を撮影し、各々画像に映った物体あるいは場所をもとに画像間の対応位置を求めるマッチング処理において、各々の画像を基準画像として基準以外の画像との対応点候補を探索する対応点候補探索処理と、対応点候補から、すべての画像における対応点を決定する対応点決定処理を設け、対応点候補探索処理は、各々基準の画像の小領域と基準以外の画像の探索領域を決定し、小領域および探索領域内での類似度の大きな場所を対応点として求め、対応点決定処理は、各々画像の対応点候補を比較し、一致した対応点候補のみを対応点として決定する。
【0010】
このことにより、精度よく対応点を探索することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
複数の画像の対応位置を求めるマッチングについて、実施の形態を述べる。マッチング処理の構成を図1に示す。本実施の形態では、2枚の画像を入力とした例を示す。以下、図に従い説明する。
【0012】
図に示すマッチング処理100は、左視点の画像L110と右視点の画像R120を入力とし、各々の画像の対応位置を示す対応点150を出力する。マッチング処理100は、対応点候補探索処理101および対応点決定処理102よりなる。本発明の実施の形態1では、マッチング処理100を前記2つの処理で構成したことに特徴がある。
【0013】
以下、マッチング処理100の詳細を(1.1)および(1.2)にて述べる。
【0014】
(1.1)対応点候補探索処理101
入力した画像をもとに、各々の画像に対する対応点候補を求める。本実施の形態では、画像L110および画像R120を入力としたため、対応点候補探索処理101は、画像Lを基準としたチップマッチング103および画像Rを基準としたチップマッチング104よりなる。チップマッチングの詳細は以下に示す文献に記載されており、本発明の実施の形態では省略する。
【0015】
高木幹雄、下田陽久監修「画像解析ハンドブック」、707頁から712頁、(東京大学出版会、平成3年1月発行)
図2に画像Lを基準としたチップマッチング103および画像Rを基準としたチップマッチング104の概要を示す。以下、順に説明する。
【0016】
(1.1.1)画像Lを基準としたチップマッチング103
図2に示すように、画像L110では、チップ画像210を作成する。チップ画像210は、着目点を中心としたmxm(mは定数)近傍の切り出し画像となる。
【0017】
画像R120では、サーチエリア220を設定する。サーチエリア220は、画像L110の着目点の座標をもとに、画像R120上にnxn(nは定数、m<n)の領域として設定される。
【0018】
上記設定したチップ画像210およびサーチエリア220をもとに、チップ画像に対するサーチエリア内の類似度の大きな場所を算出する。算出した場所を画像Lに対する対応点候補130とする。
【0019】
画像Lの着目点を順次移動させることで、画像L上の全画素に対する対応点候補130を求める。対応点候補130は、図3に示すように座標位置を表す表形式で出力する。
【0020】
(1.1.2)画像Rを基準としたチップマッチング104
図2に示すように、画像R120では、チップ画像230を作成する。チップ画像230は、着目点を中心としたmxm(mは定数)近傍の切り出し画像となる。
【0021】
画像L110では、サーチエリア240を設定する。サーチエリア240は、画像R120の着目点の座標をもとに、画像L110上にnxn(nは定数、m<n)の領域として設定される。
【0022】
上記設定したチップ画像230およびサーチエリア240をもとに、チップ画像に対するサーチエリア内の類似度の大きな場所を算出する。算出した場所を画像Rに対する対応点候補140とする。
【0023】
画像Rの着目点を順次移動させることで、画像R上の全画素に対する対応点候補140を求める。対応点候補140は、図3に示すように座標位置を表す表形式で出力する。
【0024】
(1.2)対応点決定処理102
この処理は、画像Lに対する対応点候補130と画像Rに対する対応点候補140から、対応点203を求める。
【0025】
図4のフローチャートに基づき、図番号をステップ番号として、手順を以下に説明する。
【0026】
ステップ401:対応点候補の入力
画像Lに対する対応点候補130および画像Rに対する対応点候補140を入力する。
【0027】
ステップ402:画像Lに対する対応点候補の取り出し
画像Lに対する対応点候補130から1つの対応点候補を順に取り出す。
【0028】
ステップ403:画像Rに対する対応点候補の検索
前記ステップで取り出した対応点候補において画像Rの対応点位置LR(xr,yr)に着目し、この画像Rの対応点位置LR(xr,yr)と同一の点を、画像Rに対する対応点候補から検索する。
【0029】
ここで、画像Lに対する対応点候補をLL(xl,yl)およびLR(xr,yr)、画像Rに対する対応点候補をRR(xr,yr)およびRL(xl,yl)とおく。
【0030】
ステップ404:検索分岐
画像Lに対する対応点候補LR(xr,yr)と同一の位置である画像Rに対する対応点候補RR(xr,yr)が見つかったとき、ステップ405を実行する。見つからなかったときは、ステップ408へ分岐する。
【0031】
ステップ405:両対応点候補の比較
上記ステップで用いた画像Lに対する対応点候補と画像Rに対する対応点候補で、LL(xl,yl)およびRL(xl,yl)の座標が一致するか判断する。
【0032】
ステップ406:一致分岐
上記ステップで一致した場合、ステップ407を実行する。不一致の場合には、ステップ408へ分岐する。
【0033】
ステップ407:対応点の登録
一致した対応点候補を対応点150として登録する。
ステップ408:ループ終了
対応点候補の全てが処理されるまで、ステップ402からステップ407を繰り返し実行する。
【0034】
以上、実施の形態1では、各画像を基準とした対応点候補をあらかじめ探索し、各々画像の対応点候補を比較し、一致した対応点候補のみを対応点として決定する。このことにより、精度よく対応点を探索することができる。
【0035】
(実施の形態1の変更例)
(変更例1)
本実施の形態1では、2枚の入力画像を用いたが、n枚(nは2以上)の画像を入力してもよい。この場合、対応点候補探索処理101では、各画像を基準としたマッチングを行い、対応点決定処理102では、全画像の座標が一致する対応点150のみを選択すればよい。
【0036】
(変更例2)
対応点候補探索処理101では、画像Lを基準としたマッチング103と画像Rを基準としたマッチング104を独立に行っていたが、両処理を同期しながら実行することもできる。この場合、(1.1.2)で述べた、チップ画像230の着目点は、サーチエリア220のマッチング位置とし、サーチエリア240は、チップ画像210の着目点の座標をもとにした領域とする。
【0037】
以後、実施の形態1と同様の処理を実行する。
【0038】
(変更例3)
対応点決定処理102では、複数の対応点候補を処理するものであったが、1組の対応点候補を処理することもできる。この場合、ステップ405からステップ407の手順のみを実行する。
【0039】
以上の変更例により、実施の形態1と同様の効果が得られる。
【0040】
(実施の形態2)
実施の形態1の代替案として、未対応点決定処理を伴うマッチング処理の実施の形態を示す。以下、変更点のみを述べる。
【0041】
図5に実施の形態2の構成を示す。以下、図に従い説明する。
【0042】
(2.1)マッチング処理100
マッチング処理100は、実施の形態1と同様である。画像L110および画像R120を入力し、対応点150を出力する。
【0043】
(2.2)未対応点決定処理500
図6のデータフローに基づき、図番号をステップ番号として、手順を以下に説明する。
【0044】
ステップ601:画像変換
対応点150において、画像Lの座標(xl,yl)に基づき、画像Rの座標(xr、yr)の数値を各々データ値として埋め込み、座標データによる欠損画像610および620として作成する。
【0045】
ステップ602:補間
補間では、上記穴空き画像の欠損データを周囲のデータをもとに復元する。復元の方法は、欠損部分の境界値をもとに距離による加重平均して求める。この方法は、数学的な解釈であるディリクレ問題の解法として一般的に知られている。ディリクレ問題の解法の詳細は以下に示す文献に記載されており、本発明の実施の形態では省略する。
【0046】
黒田成俊、「関数解析」、83頁から88頁、(共立出版株式会社、1985年10月発行)
このステップにて欠損部分が補間され、対応点画像630および640として出力する。
【0047】
ステップ603:表変換
上記ステップにて得られた補間画像から新対応点510へ変換する。画像Lの座標(xl,yl)の位置のデータ値を画像Rの座標(xr,yr)とすることで、新対応点510を作成することができる。
【0048】
以上、実施の形態2では、各画像を基準とした対応点候補をあらかじめ探索し、各々画像の対応点候補を比較し、一致した対応点候補のみを対応点として決定する。未対応点の部分は未対応点決定処理により対応位置を推定する。このことにより、精度よく対応点を探索することができる。
【0049】
(実施の形態2の変更例)
(変更例1)
未対応点決定処理500では、ステップ602の補間にて欠損部分の未対応点を補間して求めたが、欠損部分の未対応点を再度マッチングすることで、対応点として求めることができる。この場合、未対応点による画像Lのチップ画像210の着目画素および画像Rのチップ画像230の着目画素をもとに、サーチエリア220およびサーチエリア240をpxp(pは定数、m<p<n)の領域として設定しマッチングを実行する。
【0050】
(変更例2)
上記変更例では、サーチエリア220およびサーチエリア240を、未対応点による画像Lのチップ画像210の着目画素および画像Rのチップ画像230の着目画素をもとに設定したが、補間画像をもとに設定することもできる。この場合、補間画像の座標(xl,yl)の位置のデータ値を画像Rの着目点(xr, yr)とし、この着目点を中心にpxp(pは定数、m<p<n)の領域として設定しマッチングを実行する。
【0051】
以上の変更例により、実施の形態2と同様の効果が得られる。
【0052】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果がある。
【0053】
複数の画像から各画像を基準とした対応点の候補となる位置を求め、対応点候補から一致した点のみを対応点として決定することにより、確信度の高い対応点のみを決定することができ、また、未対応点を補間あるいは再探索することにより、欠損部分の対応点を求めることができ、対応点探索の精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態1のマッチング処理を示す図である。
【図2】本実施の形態1の対応点候補探索処理の概要を示す図である。
【図3】本実施の形態1の対応点を示す図である。
【図4】本実施の形態1の対応点決定処理のフローチャート示す図である。
【図5】本実施の形態2のマッチング処理および未対応点決定処理を示す図である。
【図6】本実施の形態2の未対応点決定処理のデータフローを示す図である。
【符号の説明】
100…マッチング処理、101…対応点候補探索処理、
102…対応点決定処理、103…画像Lを基準としたマッチング、
104…画像Rを基準としたマッチング、 110…画像L、
120…画像R、 130…画像Lに対する対応点候補、
140…画像Rに対する対応点候補、 150…対応点、
210…画像Lのチップ画像、 220…画像Rのサーチエリア、
230…画像Rのチップ画像、 240…画像Lのサーチエリア、
310…対応点または対応点候補、 401…対応点候補の入力、
402…画像Lに対する対応点候補の取り出し、
403…画像Rに対する対応点候補の検索、 404…検索分岐、
405…両対応点候補の比較、 406…一致分岐、
407…対応点の登録、408…ループ終了、500…未対応点決定処理、
510…新対応点、 601…画像変換、 602…補間、
603…表変換、 610…欠損画像(データ値xr)、
620…欠損画像(データ値yr)、
630…補間画像(データ値xr)、
640…補間画像(データ値yr)。
Claims (1)
- 複数の画像を撮影し、各々画像に映った物体あるいは場所をもとに、画像間の対応位置を求めるマッチング処理において、
各々の画像を基準画像として基準以外の画像との対応点候補を探索する対応点候補探索処理と、
該対応点候補から、すべての画像における対応点を決定する対応点決定処理と、
各々画像中の未対応点を対応点として決定する未対応点決定処理を設け、
該未対応点決定処理は、
各々画像の該未対応点の近傍の該対応点を複数用意し、
該複数の対応点から該未対応点を補間し、
さらに補間した点を中心として基準以外の画像の再探索領域を決め、該未対応点を再探索する
ことを特徴とする画像のマッチング方法。
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