JP6087224B2 - Designated point display image generator - Google Patents
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Description
本発明は、撮影画像から指定点の三次元座標を算出して当該指定点を他の撮影画像に表示する技術に関する。 The present invention relates to a technique for calculating three-dimensional coordinates of a designated point from a photographed image and displaying the designated point on another photographed image.
東日本大震災以降、天井の耐震改修が着目されている。天井の耐震改修を行う際には、事前に天井裏を撮影し、損傷や被害状況を調査することが行われる(特許文献1参照)。 Since the Great East Japan Earthquake, attention has been paid to seismic repair of the ceiling. When performing earthquake-proof repairs on the ceiling, the back of the ceiling is photographed in advance to investigate damage and damage status (see Patent Document 1).
本発明者らは、天井裏の撮影画像に仮想の補強材等を表示して耐震改修後の状態を提示する技術の開発を進めている。ここで、仮想の補強材を正確に表示するには、補強材の始点及び終点を指定する必要があるが、天井裏には各種設備機器、梁等が存在するため、始点及び終点の一方を指定することができない場合がある。この場合には、補強材の三次元座標や三次元距離を正確に算出することが困難である。 The present inventors are developing a technique for displaying a virtual reinforcing material or the like on a photographed image of the back of the ceiling and presenting the state after the seismic retrofit. Here, in order to accurately display the virtual reinforcement material, it is necessary to specify the start point and end point of the reinforcement material, but since there are various equipment and beams on the back of the ceiling, one of the start point and the end point must be specified. It may not be possible to specify. In this case, it is difficult to accurately calculate the three-dimensional coordinates and the three-dimensional distance of the reinforcing material.
本発明は、前記した事情に鑑みて創案されたものであり、撮影における障害物が存在する環境において、撮影画像における指定点を他の撮影画像に好適に表示させることが可能な指定点表示画像生成装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a designated point display image capable of suitably displaying a designated point in a photographed image on another photographed image in an environment where obstacles in photographing exist. It is an object to provide a generation device.
前記課題を解決するため、本発明の指定点表示画像生成装置は、第一撮影装置によって撮影された第一画像データと、前記第一撮影装置から所定距離離間した第二撮影装置によって撮影された第二画像データと、前記第一撮影装置から所定距離離間した第三撮影装置によって撮影された第三画像データと、が関連付けて記憶される画像データ記憶部と、前記第一画像データに基づいてパノラマ画像データを生成するパノラマ画像データ生成部と、画像データを表示装置へ出力する画像データ出力部と、ユーザによる入力装置の操作に応じて、前記第二画像データ及び前記第三画像データのそれぞれにおける表示用指定点を決定する指定点決定部と、前記表示用指定点に基づいて、前記表示用指定点と当該表示用指定点に対応する撮影装置とを結ぶ2つの直線の交点である指定点の三次元座標を算出する三次元座標算出部と、を備え、前記画像データ記憶部には、一方の前記第一撮影装置、一方の前記第二撮影装置及び一方の前記第三撮影装置によって撮影された一方の前記第一画像データ、一方の前記第二画像データ及び一方の前記第三画像データと、が関連付けて記憶されているとともに、他方の前記第一撮影装置、他方の前記第二撮影装置及び他方の前記第三撮影装置によって撮影された他方の前記第一画像データ、他方の前記第二画像データ及び他方の前記第三画像データと、が関連付けて記憶されており、前記三次元座標算出部は、前記指定点決定部によって決定された一方の前記第二画像データ及び一方の前記第三画像データにおける第一の表示用指定点に基づいて、第一の指定点の三次元座標を算出するとともに、前記画像データ出力部に、前記第一の指定点の三次元座標に基づいて、他方の前記第一画像データにおける第一の表示用指定点を表示するように他方の前記第一画像データに基づくパノラマ画像データを加工して出力させ、前記指定点決定部によって決定された他方の前記第二画像データ及び他方の前記第三画像データにおける第二の表示用指定点に基づいて、第二の指定点の三次元座標を算出するとともに、前記画像データ出力部に、前記第一の指定点の三次元座標及び前記第二の指定点の三次元座標に基づいて、一方の前記第一画像データにおける第一の表示用指定点及び第二の表示用指定点を表示するように一方の前記第一画像データに基づくパノラマ画像データを加工して出力させることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the designated point display image generation device of the present invention is photographed by the first image data photographed by the first photographing device and the second photographing device separated from the first photographing device by a predetermined distance. Based on the first image data, the second image data and the third image data captured by the third image capturing device that is separated from the first image capturing device by a predetermined distance are stored in association with each other. A panorama image data generation unit that generates panorama image data, an image data output unit that outputs image data to a display device, and each of the second image data and the third image data according to an operation of the input device by a user A designated point determining unit for determining a designated point for display, and a designated point for display and an imaging device corresponding to the designated point for display based on the designated point for display A three-dimensional coordinate calculation unit that calculates a three-dimensional coordinate of a specified point that is an intersection of two straight lines, and the image data storage unit includes one of the first imaging device and one of the second imaging device. And one of the first image data, one of the second image data and one of the third image data captured by one of the third imaging devices is stored in association with each other, and the other of the first image data is stored. One imaging device, the other second imaging device, and the other third imaging device, the other first image data, the other second image data, and the other third image data are associated with each other. The three-dimensional coordinate calculation unit is based on one of the second image data determined by the specified point determination unit and the first display specified point in the third image data, First Calculates the three-dimensional coordinates of a specified point of the image data output unit, based on the three-dimensional coordinates of the first designated point, displaying a first display for the specified point in the other of said first image data The panoramic image data based on the other first image data is processed and output, and the second image data of the other determined by the designated point determination unit and the second image data of the other third image data are output. Based on the display designated point, the three-dimensional coordinate of the second designated point is calculated, and the three-dimensional coordinate of the first designated point and the three-dimensional coordinate of the second designated point are input to the image data output unit. And processing and outputting the panoramic image data based on the first image data so as to display the first display designated point and the second display designated point in the one first image data. about It is characterized by.
かかる構成によると、2つの撮影画像データに基づいて指定点の三次元座標を算出し、算出された三次元座標に基づいて、当該指定点を表示するように他の撮影画像データを加工するので、撮影における障害物が存在する天井裏等の環境においても、指定点を好適に表示することができる。 According to this configuration, the three-dimensional coordinates of the designated point are calculated based on the two photographed image data, and the other photographed image data is processed so as to display the designated point based on the calculated three-dimensional coordinates. The designated point can be suitably displayed even in an environment such as the back of a ceiling where an obstacle in photographing exists.
前記指定点表示画像生成装置は、前記第一の指定点の三次元座標及び前記第二の指定点の三次元座標に基づいて、前記第一の指定点と前記第二の指定点との三次元距離を算出する三次元距離算出部をさらに備えることが望ましい。 The designated point display image generating device is configured to obtain a cubic of the first designated point and the second designated point based on the three-dimensional coordinate of the first designated point and the three-dimensional coordinate of the second designated point. It is desirable to further include a three-dimensional distance calculation unit that calculates the original distance.
かかる構成によると、2つの視点から複眼撮影を行うので、撮影における障害物が存在する天井裏等の環境においても、2つの指定点間の三次元距離を好適に算出することができる。2つの指定点間に架設された仮想の部材を好適に表示したりすることができる。 According to such a configuration, since compound eye photography is performed from two viewpoints, a three-dimensional distance between two designated points can be suitably calculated even in an environment such as a ceiling where an obstacle exists in photography. For example, a virtual member constructed between two designated points can be suitably displayed.
前記画像データ出力部は、一方の前記第一画像データにおける前記第一の表示用指定点と前記第二の表示用指定点とに架設される仮想の部材を表示するように一方の前記第一画像データに基づくパノラマ画像データを加工して出力することが望ましい。 The image data output unit, one of the first to display a virtual member that is bridged to the a first display for the specified point and the second display specified point in one of the first image data It is desirable to process and output panoramic image data based on the image data.
かかる構成によると、2つの視点から複眼撮影を行うので、撮影における障害物が存在する天井裏等の環境においても、2つの指定点間に架設された仮想の部材を好適に表示することができる。 According to such a configuration, since compound-eye photography is performed from two viewpoints, a virtual member installed between two designated points can be suitably displayed even in an environment such as a ceiling behind an obstacle in photographing. .
本発明によれば、撮影における障害物が存在する環境において、撮影画像から好適に三次元座標を算出したり三次元距離を算出したりすることができる。 According to the present invention, it is possible to suitably calculate a three-dimensional coordinate or a three-dimensional distance from a photographed image in an environment where an obstacle in photographing exists.
以下、本発明の指定点表示画像生成装置を建築物の天井裏のパノラマ画像表示に適用した場合を例にとり、適宜図面を参照しながら説明する。同様の部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, an example in which the designated point display image generation apparatus of the present invention is applied to a panoramic image display of a ceiling of a building will be described with reference to the drawings as appropriate. Similar parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1に示すように、本発明の実施形態に係るパノラマ画像表示システム1は、例えば建築物内部の全方位パノラマ画像を生成して表示するシステムであって、一方の複眼撮影ユニット10Aと、他方の複眼撮影ユニット10Bと、入力装置20と、指定点表示画像生成装置30と、表示装置40と、を備える。
As shown in FIG. 1, a panoramic
<複眼撮影ユニット10A>
一方の複眼撮影ユニット10Aは、第一の点検口から天井裏を撮影するユニットであって、第一撮影装置11a、第二撮影装置11b及び第三撮影装置11cと、各撮影装置11a,11b,11cの撮影方向を変更するための駆動部12と、各撮影装置11a,11b,11c及び駆動部12を駆動制御する制御部13と、を備える。
第一撮影装置11a、第二撮影装置11b及び第三撮影装置11cは、それぞれ単眼のデジタルカメラであって、第二撮影装置11b及び第三撮影装置11cの焦点距離がf、各撮影装置11a,11b,11cの光軸が互いに平行、かつ、隣り合う撮影装置11a〜11cの光軸間の距離が間隔d/2となるように、左から第二撮影装置11b、第一撮影装置11a、第三撮影装置11cの順に配列されており、かつ、この配列を保持した状態でユニット化されている。なお、第一撮影装置11aの焦点距離は、他の第二撮影装置11b及び第三撮影装置11cの焦点距離と異なっていてもよく、同じであってもよい。ここで、第一撮影装置11aによる第一撮影画像データは、単眼パノラマ画像を生成するためのものであり、第二撮影装置11bによる第二撮影画像データ及び第三撮影装置11cによる第三撮影画像データは、指定点の三次元座標を算出するためのものである。
<
One compound
The
制御部13は、駆動部12を回転させることによって、撮影装置11a,11b,11cを所望の撮影方向に向け、かかる状態で撮影装置11a,11b,11cのシャッタを制御することによって撮影させ、撮影画像に関する撮影画像データを指定点表示画像生成装置30へ出力する。本実施形態において、制御部13は、第一撮影装置11aを回転中心として複眼撮影ユニット10Aを所定角度ずつ回転させて撮影装置11a,11b,11cに撮影させる。
また、制御部13は、撮影順序(すなわち、撮影方向)に基づくIDを撮影画像データに付与し、IDが付与された撮影画像データを指定点表示画像生成装置30へ出力する。ここで、第一撮影装置11aによって撮影された第一撮影画像に関する第一撮影画像データ、第二撮影装置11bによって撮影された第二撮影画像に関する第二撮影画像データ、第三撮影装置11cによって撮影された第三撮影画像に関する第三撮影画像データのうち、撮影方向が同じものに関しては同一IDが付与されて関連付けられる。また、第二撮影装置11b及び第三撮影装置11cによる第二撮影画像データ及び第三撮影画像データは、各撮影画像内における後記する第一の三次元座標系の座標のうち、X軸及びY軸方向の座標値と対応がとれている。
The
In addition, the
<複眼撮影ユニット10B>
他方の複眼撮影ユニット10Bは、第二の点検口から天井裏を撮影する装置であって、複眼撮影ユニット10Aと同様、第一撮影装置11a、第二撮影装置11b及び第三撮影装置11cと、駆動部12と、制御部13と、を備える。
<
The other compound
ここで、各複眼撮影ユニット10A,10Bと後記する指定点表示画像生成装置30とは、SDカード等を用いた無線通信可能に接続されており、指定点表示画像生成装置30は、各複眼撮影ユニット10A,10Bによって撮影された各撮影画像をリアルタイムで受信して表示装置40に表示させることができる。
Here, each compound
<入力装置20>
入力装置20は、キーボード、マウス等からなり、ユーザの操作に応じて、単眼パノラマ画像における画像データ指定指示、第二撮影画像及び第三撮影画像における指定点指示等を指定点表示画像生成装置30へ出力する。
<
The
<指定点表示画像生成装置30>
指定点表示画像生成装置30は、CPU、ROM、RAM、入出力回路等から構成されており、機能部として、撮影画像データ記憶部31と、マップ記憶部32と、単眼パノラマ画像データ生成部33と、画像データ出力部34と、画像データ指定取得部35と、指定点決定部36と、三次元座標算出部37と、三次元距離算出部38と、を備える。
<Specified Point Display
The designated point display
≪撮影画像データ記憶部31≫
撮影画像データ記憶部31には、各複眼撮影装置10A,10Bの制御部13から出力された複数の撮影画像に関する複数の撮影画像データが入力されて記憶される。各撮影画像データには、撮影時点における対応する単眼撮影装置の三次元座標(後記する第二の三次元座標)と、撮影方向と、焦点距離と、当該撮影画像の平面方程式と、平面方程式におけるx,y,zの範囲と、が関連付けられて記憶されている。
<< Photographed Image
In the captured image
≪マップ記憶部32≫
マップ記憶部32には、各複眼撮影ユニット10A,10Bのいずれかの第一撮影装置11aの複数の第一撮影画像(第一撮影画像データ)に基づいて単眼パノラマ画像を生成する際に用いられる単眼パノラママップが予め記憶されている。
≪
The
≪単眼パノラマ画像データ生成部33≫
単眼パノラマ画像データ生成部33は、撮影画像データ記憶部31から出力された複数の第一撮影画像データを読み出し、読み出された撮影画像データに基づいて、単眼パノラマ画像に関する単眼パノラマ画像データを生成する。
複眼ユニット10Aの第一撮影装置11aによって撮影された第一撮影画像データを用いる場合を例にとると、単眼パノラマ画像データ生成部33は、マップ記憶部32に予め記憶された単眼パノラママップ50(図2参照)を読み出し、第一撮影装置11aによって撮影された第一撮影画像データを単眼パノラママップ50の板モデル51にマッピングすることによって、単眼パノラマ画像データを生成する。
≪Monocular panoramic image
The monocular panoramic image
Taking the case of using the first captured image data captured by the
ここで、図2を参照して、パノラママップ50に関して説明する。図2に示すように、パノラママップ50は、複数の板モデル51を球状に配置して構成されている。パノラママップ50(複数の板モデル51によって構成された球)の中心は、第一撮影装置11aの設置位置に対応しており、各板モデル51は、第一撮影装置11aによる各第一撮影画像の撮影範囲に対応している。すなわち、板モデル51は、第一撮影装置11aによる第一撮影画像と同数であり、パノラママップ50の中心と隣り合う板モデル51の各中心とをそれぞれ結んだ二本の線分からなる角の角度は、第一撮影装置11aの設置位置で隣り合う第一撮影画像を撮影したときの第一撮影装置11aによる撮影方向の角度差に対応しており、各板モデル51の縦横比は、第一撮影装置11aによる各第一撮影画像の縦横比に対応しており、複数の板モデル51によって構成された球の中心から板モデル51までの距離及び板モデル51の縦横サイズは、第一撮影装置11aの焦点距離及び撮影画像の縦横サイズに対応している。また、各板モデル51には、第一撮影画像データと同様にIDが付与されており、単眼パノラマ画像データ生成部33は、第一撮影画像データに付与されたIDと板モデル51に付与されたIDとに基づいて、第一撮影画像データを対応する板モデル51にマッピングすることによって、単眼パノラマ画像データを生成し、生成された単眼パノラマ画像データを画像データ出力部34に出力したり、記憶部32に記憶させたりする。ここで、単眼パノラマ画像データ生成部33は、入力部20から出力された視点位置指示に基づいて、当該視点位置を中心とした所定範囲の単眼パノラマ画像データを生成することができる。
Here, the
なお、パノラママップ50における板モデル51の数、縦横サイズ等は、撮影場所に応じて適宜変更可能である。
The number of
≪画像データ出力部34≫
画像データ出力部34は、単眼パノラマ画像データを表示装置40へ出力するものであって、本実施形態では、単眼パノラマ画像データ生成部33から出力された単眼パノラマ画像データを表示装置40へ出力したり、撮影画像データ記憶部31から読み出された一方(複眼撮影ユニット10A側)又は他方(複眼撮影ユニット10B側)の第二撮影画像データ及び第三撮影画像データを表示装置40へ出力したりする。
<< Image
The image
≪画像データ指定取得部35≫
画像データ指定取得部35は、ユーザの操作に応じて、表示装置40に表示された単眼パノラマ画像から一の第一撮影画像データの指定を取得し、かかる指定結果(例えば、指定された第一撮影画像データのID)を画像データ出力部34へ出力する。指定結果を取得すると、画像データ出力部34は、指定結果に応じた第二撮影画像データ及び第三撮影画像データを撮影画像データ記憶部31から読み出し、読み出された撮影画像データを表示装置40へ出力し、指定結果に応じた撮影画像を表示装置40に表示させる。
<< Image Data
The image data
≪指定点決定部36≫
指定点決定部36は、表示用指定点を決定するものであって、入力装置20から出力された、第二撮影画像及び第三撮影画像における指定点指示を取得する。また、指定点決定部36は、取得した指定点指示を用いることによって、撮影画像データ記憶部31に記憶された各撮影画像データにおける表示用指定点の二次元座標(X軸及びY軸の座標値)を取得し、三次元座標算出部37へ出力する。
≪Specified
The designated
≪三次元座標算出部37≫
三次元座標算出部37は、指定点決定部36から出力された表示用指定点の二次元座標と、第二撮影装置11b及び第三撮影装置11c間の距離dと、第二撮影装置11b及び第三撮影装置11cの焦点距離fと、に基づいて、指定点の第一の三次元座標を算出する。ここで、第一の三次元座標は、撮影装置11a〜11cの撮影方向を基準として撮影方向ごとに固有な第一の三次元座標系における座標であり、第一の三次元座標系は撮影三次元座標系ともいい、第一の三次元座標は撮影三次元座標ともいう。すなわち、第一の三次元座標系は、撮影方向が同一の第二撮影画像及び第三撮影画像においては共通であり、撮影方向が異なる画像間においては異なる。
≪Three-dimensional coordinate
The three-dimensional coordinate
(第一の三次元座標の算出原理)
ここで、図3(a)(b)を参照して、三次元座標算出部37における第一の三次元座標の算出原理について説明する。以下では、複眼撮影ユニット10A側についての説明を行い、撮影装置11a,11b,11cの配列方向をX軸、撮影装置11a,11b,11cの光軸方向をZ軸、X軸及びZ軸と直交するY軸からなる右手座標系の三次元座標空間について考えるものとする。第一撮影装置11aを第一の三次元座標系における原点に配置し、左側の第二撮影装置11bと右側の第三撮影装置11cとの間隔をdとすると、第一撮影装置11aの第一の三次元座標O1、第二撮影装置11bの第一の三次元座標O2、第三撮影装置11cの第一の三次元座標O3は、以下のようになる。
O1=(0,0,0)
O2=(−d/2,0,0)
O3=(d/2,0,0)
(First 3D coordinate calculation principle)
Here, the calculation principle of the first three-dimensional coordinate in the three-dimensional coordinate
O 1 = (0, 0, 0)
O 2 = (− d / 2, 0, 0)
O 3 = (d / 2, 0, 0)
相対三次元座標R=(xR,yR,zR)に位置する対象物を第二撮影装置11b及び第三撮影装置11cを用いて撮影し、かかる対象物が第二撮影装置11bによる第二撮影画像の二次元座標N2=(x2,y2)、すなわち第一の三次元座標(x2,y2,−f)に写っており、第三撮影装置11cによる第三撮影画像の二次元座標N3=(x3,y3)、すなわち第一の三次元座標(x3,y3,−f)に写っているとする。
ここで、三角形RO2O3と三角形RN2N3とは相似であるため、以下の関係が成立する。
xR=d(x2+x3)/{2(x2−x3+d)}
yR=d(y2+y3)/{2(y2−y3+d)}
zR=−df/{2(x2−x3+d)}
すなわち、三次元座標算出部37は、予め定められた焦点距離f及び間隔dと、撮影画像の二次元座標の値と、を用いることによって、所望の位置の第一の三次元座標R=(xR,yR,zR)を算出することができる。
An object located at relative three-dimensional coordinates R = (x R , y R , z R ) is imaged using the
Here, since the triangle RO 2 O 3 and the triangle RN 2 N 3 are similar, the following relationship is established.
x R = d (x 2 + x 3) / {2 (x 2 -x 3 + d)}
y R = d (y 2 + y 3) / {2 (y 2 -
z R = −df / {2 (x 2 −x 3 + d)}
That is, the three-dimensional coordinate
さらに、三次元座標算出部37は、第一の三次元座標算出部37から出力された指定点の第一の三次元座標と、撮影時における第二撮影装置11b及び第三撮影装置11cの撮影方向と、に基づいて、指定点の第二の三次元座標を算出し、三次元距離算出部38及び画像データ出力部34へ出力する。このようにすることで、算出された第二の三次元座標が、後記する表示装置40に表示される。ここで、第二の三次元座標は、前記した第一の三次元座標系を統合した、全ての撮影方向において共通な第二の三次元座標系における座標であり、第二の三次元座標系はパノラマ三次元座標系ともいい、第二の三次元座標はパノラマ三次元座標ともいう。すなわち、第二の三次元座標系は、全ての撮影画像において共通である。
Further, the three-dimensional coordinate
(第二の三次元座標の算出原理)
ここで、三次元座標算出部37における第二の三次元座標の算出原理について説明する。三次元座標算出部37は、第二の三次元座標系における第二撮影装置11b及び第三撮影装置11cの撮影方向の基準からのY軸周りの回転角度をθ、X軸周りの回転角度をφとしたとき、下記式によって、指定点の第二の三次元座標A=(xA,yA,zA)を算出することができる。
(Second 3D coordinate calculation principle)
Here, the calculation principle of the second three-dimensional coordinate in the three-dimensional coordinate
ここで、図4(a)(b)に示すように、相対三次元座標のX軸(XR軸)周りの角度φの回転と、相対三次元座標のY軸(YR軸)周りの角度θの回転と、を第一の三次元座標系に施すことによって、相対三次元座標のXR軸、YR軸及びZ軸(ZR軸)が、第二の三次元座標系のX軸(XA軸)、Y軸(YA軸)及びZ軸(ZA軸)とそれぞれ一致する。なお、φは、XA軸の正側から見て反時計回りが正、時計回りが負である。θは、YA軸の正側から見て反時計回りが正、時計回りが負である。
すなわち、第一の三次元座標系における指定点の第一の三次元座標R=(xR,yR,zR)に、Y軸周りの回転(パン方向の回転)変換と、X軸周りの回転(チルト方向の回転)変換と、を施すことによって、指定点の第二の三次元座標A=(xA,yA,zA)が算出される。本実施形態において、第二の三次元座標系における原点と第一の三次元座標系における原点すなわちO1とは同じ位置であり、回転角度θは、第二の三次元座標系のY軸と第一の三次元座標系のY軸とがなす角度であり、回転角度φは、第二の三次元座標系のX軸と第一の三次元座標系のX軸とがなす角度である。また、本実施形態において、相対三次元座標系におけるX軸は、常に水平方向に保たれているので、Z軸周りの回転変換は不要である。
Here, as shown in FIGS. 4A and 4B, the rotation of the angle φ around the X axis (X R axis) of the relative three-dimensional coordinate and the rotation around the Y axis (Y R axis) of the relative three-dimensional coordinate. by applying rotation and an angle theta, to the first three-dimensional coordinate system, X R-axis relative three-dimensional coordinates, Y R and Z axes (Z R axis), X of the second three-dimensional coordinate system axis (X a-axis), Y axis (Y a-axis) and Z-axis and (Z a axis) coincides respectively. Incidentally, phi, when viewed from the positive side of the X A-axis counterclockwise positive, negative clockwise. θ, when viewed from the positive side of Y A-axis counterclockwise positive, negative clockwise.
That is, the rotation around the Y axis (rotation in the pan direction) and the rotation around the X axis are converted into the first three-dimensional coordinates R = (x R , y R , z R ) of the designated point in the first three-dimensional coordinate system. The second three-dimensional coordinates A = (x A , y A , z A ) of the designated point are calculated by performing the rotation (rotation in the tilt direction). In the present embodiment, the origin in the second three-dimensional coordinate system and the origin in the first three-dimensional coordinate system, that is, O 1 are the same position, and the rotation angle θ is equal to the Y-axis of the second three-dimensional coordinate system. The rotation angle φ is an angle formed by the X axis of the second three-dimensional coordinate system and the X axis of the first three-dimensional coordinate system. In the present embodiment, the X-axis in the relative three-dimensional coordinate system is always maintained in the horizontal direction, so that rotation conversion around the Z-axis is not necessary.
なお、三次元座標算出部37は、第二撮影装置11b及び第三撮影装置11cによる撮影画像データにおける表示用指定点の第一の三次元座標と、撮影時点における対応する第二撮影装置11b及び第三撮影装置11cの第二の三次元座標と、撮影方向と、焦点距離と、当該撮影画像の平面方程式と、に基づいて、第二撮影装置11b及び第三撮影装置11cによる撮影画像データにおける表示用指定点の第二の三次元座標を算出し、表示用指定点の第二の三次元座標に基づいて指定点の三次元座標を算出することもできる。
The three-dimensional coordinate
また、複眼ユニット10A及び複眼ユニット10Bの設置位置は予め設定されている。すなわち、複眼ユニット10Bの第二の三次元座標は既知であり、三次元座標算出部37は、複眼ユニット10Bの第二の三次元座標を用いることによって、複眼ユニット10Bにおける第二撮影装置11b及び第三撮影装置11cによる撮影画像データにおける表示用指定点の第二の三次元座標を算出したり、指定点の三次元座標を算出したりすることができる。
The installation positions of the
≪三次元距離算出部38≫
三次元距離算出部38は、三次元座標算出部37から出力された2つの指定点の第二の三次元座標を取得し、取得された第二の三次元座標に基づいて、2つの指定点間の三次元距離を算出し、画像データ出力部34へ出力する。そして、画像データ出力部34は、算出された三次元距離を表示装置40へ出力して表示装置40に表示させることができる。
≪Three-dimensional
The three-dimensional
<表示装置40>
表示装置40は、指定点表示画像生成装置30から出力された単眼パノラマ画像データを用いて単眼パノラマ画像を表示したり、第二撮影画像データ及び第三撮影画像データを用いて第二撮影画像及び第三撮影画像を表示したりするものである。
<
The
<動作例>
続いて、本発明の実施形態に係るパノラマ画像表示システム1の動作例について、図1,5〜11を参照して説明する。
<Operation example>
Subsequently, an operation example of the panoramic
本動作例において、複眼撮影ユニット10Aは、図5及び図6(a)に示すように、第一の点検口101から天井裏100内に配置されて、一方から天井裏100を撮影する。また、複眼撮影ユニット10Bは、図5及び図6(b)に示すように、第二の点検口102から天井裏100内に配置されて、他方から天井裏100を撮影する。本動作例では、野縁103とスラブ104との間に補強材(ブレース)を架設した状態を表示したいが、第一の点検口101側からはブレース104の架設箇所が梁105によって見えない場合を例にとって説明する。なお、図5及び図6(a)(b)では、一方の複眼撮影ユニット10Aの各撮影装置11a〜11cを所定距離離間しているとともに、他方の複眼ユニット10Bの各撮影装置11a〜11cを所定距離離間している。
In this operation example, the compound-
まず、複眼撮影ユニット10Aにおいて、制御部13は、駆動部12を回転させることによって、撮影装置11a,11b,11cを所望の撮影方向に向け、かかる状態で撮影装置11a,11b,11cのシャッタを制御することによって撮影し、撮影画像に関する撮影画像データを指定点表示画像生成装置30へ出力する。また、複眼撮影ユニット10Bにおいて、制御部13は、駆動部12を回転させることによって、撮影装置11a,11b,11cを所望の撮影方向に向け、かかる状態で撮影装置11a,11b,11cのシャッタを制御することによって撮影し、撮影画像に関する撮影画像データを指定点表示画像生成装置30へ出力する。なお、複眼撮影ユニット10A,10Bは、同時に撮影してもよいし別々に撮影してもよい。また、第一の点検口101側での撮影を終えた複眼撮影ユニット10Aを第二の点検口102側に設置し直して複眼撮影ユニット10Bとして用いることも可能である。
First, in the compound
続いて、単眼パノラマ画像データ生成部33は、複眼撮影ユニット10Aの第一撮影装置11aによって撮影された複数の第一撮影画像データを撮影画像データ記憶部31から読み出し、読み出された第一撮影画像データに基づいて単眼パノラマ画像データを生成し、画像データ出力部34へ出力する。画像データ出力部34は、単眼パノラマ画像データを表示装置40へ出力し、表示装置40は、単眼パノラマ画像を表示する(図7参照)。
Subsequently, the monocular panoramic image
かかる状態において、ユーザによる入力装置20の操作に応じて、入力装置20が単眼パノラマ画像内の1枚の第一撮影画像111を指定するための画像データ指定を出力すると、画像データ指定取得部35が画像データ指定を取得して画像データ出力部34へ出力し、画像データ出力部34は、画像データ指定に含まれるIDと同一IDの一対の第二撮影画像データ及び第三撮影画像データを撮影画像データ記憶部31から読み出す。
In this state, when the
画像データ出力部34は、一対の第二撮影画像データ及び第三撮影画像データを表示装置40へ出力し、表示装置40は、第一撮影画像111と同一撮影方向である一対の第二撮影画像112及び第三撮影画像113を同一画面上に表示する(図8(a)(b)参照)。本動作例において、一対の第二撮影画像112及び第三撮影画像113は、左右に並べて配置されている。
The image
かかる状態において、ユーザが入力装置20を操作し、第二撮影画像112における表示用指定点(始点)S1(指定点Sに対応)を指定すると、第二撮影画像112における指定点指示が指定点決定部36に入力される。
In this state, when the user operates the
続いて、ユーザが入力装置20を操作し、第三撮影画像113における表示用指定点(始点)S2(指定点Sに対応)を指定すると、第三撮影画像113における指定点指示が指定点決定部36に入力される。
指定点決定部36は、2つの指定点指示を取得すると、撮影画像データ記憶部31に記憶された、第二撮影画像112における表示用指定点S1の二次元座標(x11,y11)及び第三撮影画像113における表示用指定点S2の二次元座標(x21,y21)を取得し、三次元座標算出部37へ出力する。
Subsequently, when the user operates the
When the designated
続いて、三次元座標算出部37は、前記した手法に基づいて、指定点Sの第二の三次元座標S=(xS,yS,zS)を算出し、三次元距離算出部38へ出力する。指定点Sの三次元座標は、複眼撮影ユニット10Aの第二撮影装置11b及び表示用指定点S1を通る直線と、複眼撮影ユニット10Aの第三撮影装置11c及び表示用指定点S2を通る直線と、の交点の三次元座標である。
Subsequently, the three-dimensional coordinate
続いて、ユーザが入力装置20を操作すると、単眼パノラマ画像データ生成部33は、複眼撮影ユニット10Bの第一撮影装置11aによって撮影された複数の第一撮影画像データを撮影画像データ記憶部31から読み出し、読み出された第一撮影画像データに基づいて単眼パノラマ画像データを生成し、画像データ出力部34へ出力する。画像データ出力部34は、単眼パノラマ画像データを表示装置40へ出力し、表示装置40は、単眼パノラマ画像を表示する(図9参照)。
Subsequently, when the user operates the
<表示用指定点S3の表示手法>
ここで、三次元座標算出部37による、複眼撮影ユニット10Bによる第一撮影画像データにおける表示用指定点S3の表示手法について説明する。
<Display Method of Display Designated Point S3>
Here, a display method of the display designated point S3 in the first captured image data by the compound
複眼撮影ユニット10Bの第一撮影装置11aの撮影位置(第二の三次元座標)をP21(x201,y201,z201)とし、表示用指定点S3を表示すべき複眼撮影ユニット10Bによる第一撮影画像データの平面方程式をax+by+cz+d=0とする。
指定点Sから撮影位置P21へのベクトルVは、
V=(vx,vy,vz)=(x201−xRS,y201−yRS,z201−zRS)
指定点Sと撮影位置P21との距離Lは、
L={(x201−xRS)2+(y201−yRS)2+(z201−zRS)2}1/2
ベクトルVの単位ベクトルEは、
E=(ex,ey,ez)=(vx/L,vy/L,vz/L)
したがって、撮影位置P21から距離Kにある直線状の表示用指定点S3の第二の三次元座標は、式(1)によって表される。
S3=S+k・E=(xS+k・ex,yS+k・ey,zS+k・ez) …式(1)
The imaging position (second three-dimensional coordinates) of the
The vector V from the designated point S to the shooting position P21 is
V = (vx, vy, vz) = (x 201 −x RS , y 201 −y RS , z 201 −z RS )
The distance L between the designated point S and the shooting position P21 is
L = {(x 201 -x RS ) 2 + (y 201 -y RS) 2 + (z 201 -z RS) 2} 1/2
The unit vector E of the vector V is
E = (ex, ey, ez) = (vx / L, vy / L, vz / L)
Therefore, the second three-dimensional coordinates of the linear display designated point S3 located at the distance K from the photographing position P21 are expressed by Expression (1).
S3 = S + k · E = (x S + k · ex, y S + k · ey, z S + k · ez) (1)
ここで、表示用指定点S3が平面ax+by+cz+d=0上にあるとすると、
a(xS+k・ex)+b(yS+k・ey)+c(zS+k・ez)+d=0
したがって、kは、式(2)によって表される。
k=−(a・xS+b・yS+c・zS+d)/(a・ex+b・ey+c・ez) …式(2)
式(2)のkを式(1)に代入することによって、複眼撮影ユニット10Bの第一撮影装置11aによる第一撮影画像データにおける表示用指定点S3の第二の三次元座標が求められる。
画像データ出力部34は、表示用指定点S3の第二の三次元座標に基づいて、表示用指定点S3を表示するように第一撮影画像データを加工して表示装置40へ出力する。
Here, if the display designated point S3 is on the plane ax + by + cz + d = 0,
a (x S + k · ex) + b (y S + k · ey) + c (z S + k · ez) + d = 0
Therefore, k is expressed by equation (2).
k = - (a · x S + b · y S + c · z S + d) / (a · ex + b · ey + c · ez) ... Equation (2)
By substituting k in Equation (2) into Equation (1), the second three-dimensional coordinates of the display designated point S3 in the first photographed image data by the first photographing
The image
続いて、入力装置20が複眼撮影ユニット10Bの第一撮影装置11aによる単眼パノラマ画像内の第一撮影画像121を指定するための画像データ指定を出力すると、画像データ指定取得部35が画像データ指定を取得して画像データ出力部34へ出力し、画像データ出力部34は、画像データ指定に含まれるIDと同一IDの一対の第二撮影画像データ及び第三撮影画像データを撮影画像データ記憶部31から読み出す。
Subsequently, when the
画像データ出力部34は、一対の第二撮影画像データ及び第三撮影画像データを表示装置40へ出力し、表示装置40は、第一撮影画像121と同一撮影方向である一対の第二撮影画像122及び第三撮影画像123を同一画面上に表示する(図10(a)(b)参照)。ここで、第二撮影画像122には、表示用指定点S3と同様の手法によって指定点Sに対応する表示用指定点S4が表示されており、第三撮影画像123にも、表示用指定点S3と同様の手法によって指定点Sに対応する表示用指定点S5が表示されている。
The image
かかる状態において、ユーザが入力装置20を操作し、第二撮影画像122における表示用指定点(終点)E1(終点Eに対応)を指定すると、第二撮影画像122における指定点指示が指定点決定部36に入力される。
In this state, when the user operates the
続いて、ユーザが入力装置20を操作し、第三撮影画像123における指定点(終点)E2(終点Eに対応)を指定すると、第三撮影画像123における指定点指示が指定点決定部36に入力される。
指定点決定部36は、2つの指定点指示を取得すると、撮影画像データ記憶部31に記憶された、第二撮影画像122における表示用指定点E1の二次元座標(x12,y12)及び第三撮影画像123における表示用指定点E2の二次元座標(x22,y22)を取得し、三次元座標算出部37へ出力する。
Subsequently, when the user operates the
When the designated
続いて、三次元座標算出部37は、指定点Eの第二の三次元座標E=(xE,yE,zE)を算出し、三次元距離算出部38へ出力する。指定点Eの三次元座標は、複眼撮影ユニット10Bの第二撮影装置11b及び表示用指定点E1を通る直線と、複眼撮影ユニット10Aの第三撮影装置11c及び表示用指定点E2を通る直線と、の交点の三次元座標である。
Subsequently, the three-dimensional coordinate
続いて、三次元距離算出部38は、下記式に基づいて指定点S,E間の三次元距離Dを算出する。これにより、三次元距離が表示装置40に表示される。
D={(xE−xS)2+(yE−yS)2+(zE−zS)2}1/2
Subsequently, the three-dimensional
D = {(x E -x S ) 2 + (y E -y S) 2 + (z E -z S) 2} 1/2
また、三次元座標算出部37は、複眼撮影ユニット10Aの第一撮影装置11aによる第一撮影画像データにおける表示用指定点(始点)S6及び表示用指定点(終点)E3の第二の三次元座標をそれぞれ算出し、表示用指定点S6及び表示用指定点E3に架設された仮想のブレース材106を表示するように第一撮影画像データを加工して表示装置40へ出力する(図11参照)。図11では、仮想のブレース材106のうち、見えている部分を実線で表示し、梁105に隠れて見えない部分を点線で表示しているが、見えない部分を表示しない構成であってもよい。
In addition, the three-dimensional coordinate
本発明の実施形態に係るパノラマ画像表示システム1は、2つの撮影画像データに基づいて指定点の三次元座標を算出し、算出された三次元座標に基づいて、当該指定点を表示するように他の撮影画像データを加工するので、撮影における障害物が存在する天井裏等の環境においても、指定点を好適に表示することができる。
The panoramic
また、本発明の実施形態に係るパノラマ画像表示システム1は、2つの視点から複眼撮影を行うので、撮影における障害物が存在する天井裏等の環境においても、2つの指定点間の三次元距離を好適に算出したり、2つの指定点間に架設された仮想の部材を好適に表示したりすることができる。
In addition, since the panoramic
また、本発明の実施形態に係るパノラマ画像表示システム1は、パノラマ画像に含まれる全ての画像に共通に使用可能な第二の三次元座標を算出することができる。また、パノラマ画像表示システム1は、2つの指定点間の三次元距離を算出することができる。また、パノラマ画像表示システム1は、一の撮影方向において、単眼パノラマ画像用の1枚の撮影画像に対応する第一撮影画像データよりも指定点取得用の2枚の撮影画像に対応する第二撮影画像データ及び第三撮影画像データのそれぞれの撮影範囲の方を広く設定しておくことで、第一撮影画像データにおける周縁付近を表示用指定点とした場合であっても、かかる表示用指定点が第二撮影画像データ及び第三撮影画像データの撮影範囲内に確実に入ることとなり、第二の三次元座標及び三次元距離を確実に算出することができる。
Moreover, the panoramic
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更可能である。例えば、算出された第二の三次元座標及び三次元距離をユーザに通知する手法は、表示装置40に表示させることに限定されず、通知部としてのスピーカに発話させる構成であってもよい。また、Z軸周りの回転(回転角度ψ)も考慮した場合には、第二の三次元座標は、下記式によって算出可能である。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, A design change is possible suitably in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, the method of notifying the user of the calculated second three-dimensional coordinates and the three-dimensional distance is not limited to being displayed on the
また、本発明では第一の三次元座標系及び第二の三次元座標系として右手座標系を採用したが、左手座標系を採用した場合も本発明の技術的範囲に含まれる。 Further, in the present invention, the right-handed coordinate system is adopted as the first three-dimensional coordinate system and the second three-dimensional coordinate system, but the case where the left-handed coordinate system is adopted is also included in the technical scope of the present invention.
また、第二撮影装置11b及び第三撮影装置11cのいずれかの撮影画像データを用いて単眼パノラマ画像データを生成することによって、第一撮影装置11aを省略することもできる。
また、各撮影装置11a,11b,11cの配列方向は、左右方向に限定されず、例えば上下方向であってもよい。
また、一方の複眼撮影ユニット10Aと他方の複眼撮影ユニット10Bは、各撮影装置11a〜11c間の距離、各撮影装置11a〜11cの焦点距離等が異なるように設定されていてもよい。
また、指定点決定部36は、ユーザによる入力装置20の操作に応じて、第一撮影画像データにおいて指定された表示用指定点を取得するとともに、画像処理によって第一撮影画像データにおける表示用指定点に対応する第二撮影画像データ及び第三撮影画像データにおける表示用指定点を決定する構成であってもよい。
Moreover, the
Further, the arrangement direction of the photographing
Further, the one compound
In addition, the designated
1 パノラマ画像表示システム
30 指定点表示画像生成装置
31 画像データ記憶部
33 単眼パノラマ画像データ生成部
34 画像データ出力部
35 画像データ指定取得部
36 指定点決定部
37 三次元座標算出部
38 三次元距離算出部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記第一画像データに基づいてパノラマ画像データを生成するパノラマ画像データ生成部と、
画像データを表示装置へ出力する画像データ出力部と、
ユーザによる入力装置の操作に応じて、前記第二画像データ及び前記第三画像データのそれぞれにおける表示用指定点を決定する指定点決定部と、
前記表示用指定点に基づいて、前記表示用指定点と当該表示用指定点に対応する撮影装置とを結ぶ2つの直線の交点である指定点の三次元座標を算出する三次元座標算出部と、
を備え、
前記画像データ記憶部には、一方の前記第一撮影装置、一方の前記第二撮影装置及び一方の前記第三撮影装置によって撮影された一方の前記第一画像データ、一方の前記第二画像データ及び一方の前記第三画像データと、が関連付けて記憶されているとともに、他方の前記第一撮影装置、他方の前記第二撮影装置及び他方の前記第三撮影装置によって撮影された他方の前記第一画像データ、他方の前記第二画像データ及び他方の前記第三画像データと、が関連付けて記憶されており、
前記三次元座標算出部は、
前記指定点決定部によって決定された一方の前記第二画像データ及び一方の前記第三画像データにおける第一の表示用指定点に基づいて、第一の指定点の三次元座標を算出するとともに、前記画像データ出力部に、前記第一の指定点の三次元座標に基づいて、他方の前記第一画像データにおける第一の表示用指定点を表示するように他方の前記第一画像データに基づくパノラマ画像データを加工して出力させ、
前記指定点決定部によって決定された他方の前記第二画像データ及び他方の前記第三画像データにおける第二の表示用指定点に基づいて、第二の指定点の三次元座標を算出するとともに、前記画像データ出力部に、前記第一の指定点の三次元座標及び前記第二の指定点の三次元座標に基づいて、一方の前記第一画像データにおける第一の表示用指定点及び第二の表示用指定点を表示するように一方の前記第一画像データに基づくパノラマ画像データを加工して出力させる
ことを特徴とする指定点表示画像生成装置。 First image data photographed by the first photographing device, second image data photographed by the second photographing device separated from the first photographing device by a predetermined distance, and third image separated by a predetermined distance from the first photographing device. An image data storage unit that stores the third image data captured by the imaging device in association with each other;
A panorama image data generation unit that generates panorama image data based on the first image data;
An image data output unit for outputting image data to a display device;
A designated point determining unit that determines a designated point for display in each of the second image data and the third image data in accordance with an operation of the input device by a user;
A three-dimensional coordinate calculation unit that calculates a three-dimensional coordinate of a designated point that is an intersection of two straight lines connecting the designated point for display and the imaging device corresponding to the designated point for display based on the designated point for display; ,
With
The image data storage unit includes one first image data photographed by one of the first photographing devices, one second photographing device, and one third photographing device, and one second image data. And the third image data of one of them is stored in association with each other, and the other of the first images taken by the other first photographing device, the other second photographing device and the other third photographing device. One image data, the other second image data, and the other third image data are stored in association with each other,
The three-dimensional coordinate calculation unit
Based on the first designated point for display in one of the second image data and one of the third image data determined by the designated point determination unit, the three-dimensional coordinates of the first designated point are calculated, Based on the other first image data so that the first designated point for display in the other first image data is displayed on the image data output unit based on the three-dimensional coordinates of the first designated point. Process and output panoramic image data,
Based on the second designated point for display in the other second image data and the other third image data determined by the designated point determination unit, the three-dimensional coordinates of the second designated point are calculated, Based on the three-dimensional coordinate of the first designated point and the three-dimensional coordinate of the second designated point, the first designated point for display and the second in the first image data are output to the image data output unit. A designated point display image generating device, wherein panoramic image data based on one of the first image data is processed and output so as to display a designated point for display.
ことを特徴とする請求項1に記載の指定点表示画像生成装置。 Three-dimensional distance calculation for calculating a three-dimensional distance between the first designated point and the second designated point based on the three-dimensional coordinates of the first designated point and the three-dimensional coordinates of the second designated point. The designated point display image generation device according to claim 1, further comprising a unit.
ことを特徴とする請求項2に記載の指定点表示画像生成装置。 The image data output unit, one of the first to display a virtual member that is bridged to the a first display for the specified point and the second display specified point in one of the first image data The specified point display image generation apparatus according to claim 2, wherein panorama image data based on the image data is processed and output.
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