JP5224319B2 - 立体撮像装置および立体撮像装置の制御方法並びにプログラム - Google Patents
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Description
前記第1の撮像手段とは異なる位置に配置された前記被写体の明暗を表す2次元画像を表す画像データを取得する第2の撮像手段と、
前記第1および前記第2の撮像手段の駆動を同期させて、前記距離画像用のデータおよび前記2次元画像を表す画像データを前記第1および前記第2の撮像手段に取得させる同期制御手段と、
前記距離画像用のデータに基づいて、前記被写体の立体形状を表す距離画像を生成する距離画像生成手段と、
前記距離画像上における画素と、前記2次元画像上における画素との対応関係を算出する対応関係算出手段と、
前記被写体上において、前記第1の撮像手段からは臨むことができるが前記第2の撮像手段からは臨むことができない隠れ点を検出する隠れ点検出手段と、
前記対応関係に基づいて、前記隠れ点を視認可能に前記2次元画像を前記距離画像にマッピングしてマッピング画像を生成するマッピング手段とを備えたことを特徴とするものである。
前記キャリブレーション手段を、前記第1の撮像手段の動作モードを前記第2の撮像手段と同様の動作モードに変更すると、前記フィルタを前記光軸上から退避させる手段としてもよい。
前記距離画像用のデータに基づいて、前記被写体の立体形状を表す距離画像を生成し、
前記距離画像上における画素と、前記2次元画像上における画素との対応関係を算出し、
前記被写体上において、前記第1の撮像手段からは臨むことができるが前記第2の撮像手段からは臨むことができない隠れ点を検出し、
前記対応関係に基づいて、前記隠れ点を視認可能に前記2次元画像を前記距離画像にマッピングしてマッピング画像を生成することを特徴とするものである。
但し、c:光速、F:変調周波数[Hz]である。
[T2]=x2+x3=(2A・sinφ+π・(A+B))/2πF (3)
[T3]=x3+x4=(−2A・cosφ+π・(A+B))/2πF (4)
これにより、下記の式(5)〜(7)の関係が成立する。
x2−x4=[T2]−[T3]=2√2A・cos(φ−π/4)/2πF (6)
−{(x1−x3)/(x2−x4)}
={([T2]−[T1])/([T2]−[T3])}
=tan(φ−π/4) (7)
したがって、位相差φは下記の式(8)により算出することができる。
距離算出部29は、式(1)および式(8)を用いることにより、CCD13Aの画素毎に立体撮像装置1から被写体までの距離を算出する。そして、算出した距離を用いて被写体の立体形状を表す距離画像を作成する。なお、距離画像の各画素の画素値は、画像上の2次元の位置および距離という3次元の値を有するものとなる。
なお、基線長dおよび焦点距離fは後述するキャリブレーション処理により算出される。実際には、キャリブレーション処理により撮像部2A,2BにおけるCCD13A,13Bの歪み、位置および向き等の情報を正確に知ることができるため、これらの情報を用いて2次元画像上における各画素と、距離画像上における各画素との対応関係を求めることができる。
また、隠れ点検出部31は、注目画素に対する撮像部2Bの視線ベクトルvを算出する。視線ベクトルvは、注目画素の座標Pv[i,j]と、キャリブレーション処理により得られる撮像部2Bの焦点座標とから算出することができる。なお、視線ベクトルも3次元のベクトルとなる。
ここで、内積IPが正の値となる場合、法線ベクトルnと視線ベクトルvとのなす角度は90度未満となるため、法線ベクトルnは視線ベクトルvの方向を向いていることとなる。法線ベクトルnが視線ベクトルvの方向を向く場合、図9に示すように注目画素P0は隠れ点となる。一方、内積が負の値となる場合、法線ベクトルnと視線ベクトルvとのなす角度は90度を超えるため、法線ベクトルは視線ベクトルvとは反対の方向を向いていることとなる。このため、隠れ点検出部31は、内積IPをあらかじめ定めたしきい値Th1(Th1≧0、例えばTh1=0)と比較し、IP≧Th1の場合に注目画素を隠れ点として検出する。
AFE14Aに転送された信号電荷はアナログ処理が施され、さらにA/D変換部15Aによりデジタルの画像データに変換され、フレームメモリ25に転送される。そして、画像データに対して画像処理部23が必要な画像処理を施す。これにより、フレームメモリ25にはキャリブレーションチャートの2次元画像であるチャート画像を表す画像データが保存される。以上、反射光の受光、転送および画像データのフレームメモリ25への保存および画像処理を、第1のチャート画像の生成とする(ステップST24)。なお、撮像部2AのCCD13Aにはカラーフィルタは配設されていないため、第1のチャート画像はグレーの画像となる。
2A,2B 撮像部
3 LED群
7 モニタ
13A,13B CCD
16A 可視光除去フィルタ
16B 赤外光除去フィルタ
17 フィルタ駆動部
18 変調部
29 距離算出部
30 対応関係算出部
31 隠れ点検出部
32 マッピング部
33 キャリブレーション部
34 CPU
Claims (8)
- 測距光を被写体に照射することにより該被写体による前記測距光の反射光を撮像して、前記被写体の立体形状を表す距離画像用のデータを取得する第1の撮像手段と、
前記第1の撮像手段とは異なる位置に配置された前記被写体の明暗を表す2次元画像を表す画像データを取得する第2の撮像手段と、
前記第1および前記第2の撮像手段の駆動を同期させて、前記距離画像用のデータおよび前記2次元画像を表す画像データを前記第1および前記第2の撮像手段に取得させる同期制御手段と、
前記距離画像用のデータに基づいて、前記被写体の立体形状を表す距離画像を生成する距離画像生成手段と、
前記距離画像上における画素と、前記2次元画像上における画素との対応関係を算出する対応関係算出手段と、
前記距離画像上の各画素について外向きの法線ベクトルを算出し、前記第2の撮像手段から前記距離画像上の各画素を見込む視線ベクトルを算出し、前記距離画像上の注目画素について、前記法線ベクトルと前記視線ベクトルとの内積が所定のしきい値以上となる場合に、前記注目画素を、前記被写体上において、前記第1の撮像手段からは臨むことができるが前記第2の撮像手段からは臨むことができない隠れ点として検出する隠れ点検出手段と、
前記対応関係に基づいて、前記2次元画像を前記距離画像にマッピングしてマッピング画像を生成し、該マッピング画像上において前記隠れ点をグレーでマッピングするか、または該隠れ点の明度を下げることにより、該隠れ点を視認可能とするマッピング手段とを備えたことを特徴とする立体撮像装置。 - 測距光を被写体に照射することにより該被写体による前記測距光の反射光を撮像して、前記被写体の立体形状を表す距離画像用のデータを取得する第1の撮像手段と、
前記第1の撮像手段とは異なる位置に配置された前記被写体の明暗を表す2次元画像を表す画像データを取得する第2の撮像手段と、
前記第1および前記第2の撮像手段の駆動を同期させて、前記距離画像用のデータおよび前記2次元画像を表す画像データを前記第1および前記第2の撮像手段に取得させる同期制御手段と、
前記距離画像用のデータに基づいて、前記被写体の立体形状を表す距離画像を生成する距離画像生成手段と、
前記距離画像上における画素と、前記2次元画像上における画素との対応関係を算出する対応関係算出手段と、
前記第2の撮像手段から前記距離画像上の各画素を見込む視線ベクトルを算出し、前記距離画像上の注目画素について、該距離画像に該注目画素を見込む前記視線ベクトルを投影し、該距離画像上における前記投影された視線ベクトルに対応する投影線上において、前記視線ベクトルと前記投影線上における投影線対応画素との3次元空間における前記第2の撮像手段からの距離関係を求め、少なくとも1つの前記投影線対応画素が前記視線ベクトルよりも前記第2の撮像手段側にある場合、前記注目画素を、前記被写体上において、前記第1の撮像手段からは臨むことができるが前記第2の撮像手段からは臨むことができない隠れ点として検出する隠れ点検出手段と、
前記対応関係に基づいて、前記2次元画像を前記距離画像にマッピングしてマッピング画像を生成し、該マッピング画像上において前記隠れ点をグレーでマッピングするか、または該隠れ点の明度を下げることにより、該隠れ点を視認可能とするマッピング手段とを備えたことを特徴とする立体撮像装置。 - 前記第1の撮像手段が前記距離画像用のデータを取得する測距モードと、前記被写体の明暗を表す2次元画像を取得するキャリブレーションモードとを切替可能な手段である場合において、前記第1の撮像手段がキャリブレーションモードに変更された場合、前記第1および前記第2の撮像手段に所定のチャートを撮像させ、該撮像により取得された第1および第2のチャート画像に基づいて、前記第1および前記第2の撮像手段の幾何学的情報を取得するキャリブレーション処理を行うキャリブレーション手段をさらに備えたことを特徴とする請求項1または2記載の立体撮像装置。
- 前記第1の撮像手段が、前記測距光の波長域の光のみを透過するフィルタを、前記第1の撮像手段の光軸上に出し入れ可能に備えてなり、
前記キャリブレーション手段は、前記第1の撮像手段がキャリブレーションモードに変更されると、前記フィルタを前記光軸上から退避させる手段であることを特徴とする請求項3記載の立体撮像装置。 - 第1の撮像手段により、測距光を被写体に照射することにより該被写体による前記測距光の反射光を撮像して、前記被写体の立体形状を表す距離画像用のデータを取得し、前記第1の撮像手段とは異なる位置に配置された第2の撮像手段により前記被写体の明暗を表す2次元画像を表す画像データを取得するに際し、前記第1および前記第2の撮像手段の駆動を同期させて前記距離画像用のデータおよび前記2次元画像を表す画像データを取得し、
前記距離画像用のデータに基づいて、前記被写体の立体形状を表す距離画像を生成し、
前記距離画像上における画素と、前記2次元画像上における画素との対応関係を算出し、
前記距離画像上の各画素について外向きの法線ベクトルを算出し、
前記第2の撮像手段から前記距離画像上の各画素を見込む視線ベクトルを算出し、
前記距離画像上の注目画素について、前記法線ベクトルと前記視線ベクトルとの内積が所定のしきい値以上となる場合に、前記注目画素を、前記被写体上において、前記第1の撮像手段からは臨むことができるが前記第2の撮像手段からは臨むことができない隠れ点として検出し、
前記対応関係に基づいて、前記2次元画像を前記距離画像にマッピングしてマッピング画像を生成し、
該マッピング画像上において前記隠れ点をグレーでマッピングするか、または該隠れ点の明度を下げることにより、該隠れ点を視認可能とすることを特徴とする立体撮像装置の制御方法。 - 第1の撮像手段により、測距光を被写体に照射することにより該被写体による前記測距光の反射光を撮像して、前記被写体の立体形状を表す距離画像用のデータを取得し、前記第1の撮像手段とは異なる位置に配置された第2の撮像手段により前記被写体の明暗を表す2次元画像を表す画像データを取得するに際し、前記第1および前記第2の撮像手段の駆動を同期させて前記距離画像用のデータおよび前記2次元画像を表す画像データを取得し、
前記距離画像用のデータに基づいて、前記被写体の立体形状を表す距離画像を生成し、
前記距離画像上における画素と、前記2次元画像上における画素との対応関係を算出し、
前記第2の撮像手段から前記距離画像上の各画素を見込む視線ベクトルを算出し、
前記距離画像上の注目画素について、該距離画像に該注目画素を見込む前記視線ベクトルを投影し、
該距離画像上における前記投影された視線ベクトルに対応する投影線上において、前記視線ベクトルと前記投影線上における投影線対応画素との3次元空間における前記第2の撮像手段からの距離関係を求め、
少なくとも1つの前記投影線対応画素が前記視線ベクトルよりも前記第2の撮像手段側にある場合、前記注目画素を、前記被写体上において、前記第1の撮像手段からは臨むことができるが前記第2の撮像手段からは臨むことができない隠れ点として検出し、
前記対応関係に基づいて、前記2次元画像を前記距離画像にマッピングしてマッピング画像を生成し、
該マッピング画像上において前記隠れ点をグレーでマッピングするか、または該隠れ点の明度を下げることにより、該隠れ点を視認可能とすることを特徴とする立体撮像装置の制御方法。 - 測距光を被写体に照射することにより該被写体による前記測距光の反射光を撮像して、前記被写体の立体形状を表す距離画像用のデータを取得する第1の撮像手段と、前記第1の撮像手段とは異なる位置に配置された前記被写体の明暗を表す2次元画像を表す画像データを取得する第2の撮像手段とを備えた立体撮像装置の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記第1および前記第2の撮像手段の駆動を同期させて前記距離画像用のデータおよび前記2次元画像を表す画像データを取得する手順と、
前記距離画像用のデータに基づいて、前記被写体の立体形状を表す距離画像を生成する手順と、
前記距離画像上における画素と、前記2次元画像上における画素との対応関係を算出する手順と、
前記距離画像上の各画素について外向きの法線ベクトルを算出する手順と、
前記第2の撮像手段から前記距離画像上の各画素を見込む視線ベクトルを算出する手順と、
前記距離画像上の注目画素について、前記法線ベクトルと前記視線ベクトルとの内積が所定のしきい値以上となる場合に、前記注目画素を、前記被写体上において、前記第1の撮像手段からは臨むことができるが前記第2の撮像手段からは臨むことができない隠れ点として検出する手順と、
前記対応関係に基づいて、前記2次元画像を前記距離画像にマッピングしてマッピング画像を生成する手順と、
該マッピング画像上において前記隠れ点をグレーでマッピングするか、または該隠れ点の明度を下げることにより、該隠れ点を視認可能とする手順とをコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。 - 測距光を被写体に照射することにより該被写体による前記測距光の反射光を撮像して、前記被写体の立体形状を表す距離画像用のデータを取得する第1の撮像手段と、前記第1の撮像手段とは異なる位置に配置された前記被写体の明暗を表す2次元画像を表す画像データを取得する第2の撮像手段とを備えた立体撮像装置の制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記第1および前記第2の撮像手段の駆動を同期させて前記距離画像用のデータおよび前記2次元画像を表す画像データを取得する手順と、
前記距離画像用のデータに基づいて、前記被写体の立体形状を表す距離画像を生成する手順と、
前記距離画像上における画素と、前記2次元画像上における画素との対応関係を算出する手順と、
前記第2の撮像手段から前記距離画像上の各画素を見込む視線ベクトルを算出する手順と、
前記距離画像上の注目画素について、該距離画像に該注目画素を見込む前記視線ベクトルを投影する手順と、
該距離画像上における前記投影された視線ベクトルに対応する投影線上において、前記視線ベクトルと前記投影線上における投影線対応画素との3次元空間における前記第2の撮像手段からの距離関係を求める手順と、
少なくとも1つの前記投影線対応画素が前記視線ベクトルよりも前記第2の撮像手段側にある場合、前記注目画素を、前記被写体上において、前記第1の撮像手段からは臨むことができるが前記第2の撮像手段からは臨むことができない隠れ点として検出する手順と、
前記対応関係に基づいて、前記2次元画像を前記距離画像にマッピングしてマッピング画像を生成する手順と、
該マッピング画像上において前記隠れ点をグレーでマッピングするか、または該隠れ点の明度を下げることにより、該隠れ点を視認可能とする手順とをコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
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