JP6388806B2 - 射影画像生成装置と射影画像生成プログラムと射影画像生成方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明にかかる射影画像生成装置の実施の形態を示すブロック図である。本発明にかかる射影画像生成装置(以下「本装置」という。)では、本発明にかかる射影画像生成プログラム(以下「本プログラム」という。)が本装置を構成するハードウェアと協働して、本発明にかかる射影画像生成方法(以下「本方法」という。)が実行される。本装置は、例えば、パーソナルコンピュータにより実現される。
図2は、本方法の実施の形態を示すフローチャートである。
図3は、物体Mの3次元座標データの取得の例を示す模式図であって、異なる位置に配置された3つの撮像装置Cam1,Cam2,Cam3で物体Mの表面(外観)を撮像して、物体Mの距離画像を取得する例を示している。符号A1,A2,A3は、それぞれ撮像装置Cam1,Cam2,Cam3で撮像される物体Mの表面上の撮像領域を示している。
次いで、本装置1は、基準方向決定部12を用いて、基準方向を決定する(S2)。基準方向の決定方法には種々考えられるが、例えば、以下に説明する(1)物体Mの表面上の法線の分布を利用する方法(以下「決定方法その1」という。)、(2)評価関数を利用する方法(以下「決定方法その2」という。)、の2つの方法がある。ただし、本発明において基準方向の決定方法は、これら2つの方法に限らない。
本装置1が実行する、基準方向の決定方法その1を説明する。
先ず、本装置1は、記憶部16に記憶されている物体Mの表面上の各点の3次元データに基づいて、各点の法線ベクトルの方向を特定する。
図4は、物体Mの表面上の各点の法線ベクトルの方向を示す模式図である。
図5は、単位球上に分布された物体M上の各点の法線ベクトルを示す模式図である。
図6は、各法線ベクトルの終点の点群に対して、あてはめられた単位球の原点を通る平面(図中、点線で示す)と、その平面の法線(図中、矢印で示す)とを示す模式図である。
次に、本装置1が実行する、基準方向の決定方法その2を説明する。
先ず、本装置1は、記憶部16に記憶されている物体Mの表面上の各点の3次元データの分布に基づいて、初期基本軸の軸方向を算出(特定)する。ここで、初期基本軸の軸方向の算出には、例えば、前述の基準方向の決定方法その1を用いてもよい。すなわち、物体Mの表面上の各点の法線ベクトルを単位球上に分布させ、各法線ベクトルの終点の点群に対して単位球の原点を通る平面をあてはめ、その平面の法線を初期基本軸の軸方向とする。その上で、本装置1は、初期基本軸の軸方向を微小角度ほど偏位させた基本軸候補の軸方向を算出する。この微小角度や基本軸候補の数は、あらかじめ記憶部16に記憶されている。
図7は、本装置1により算出された、初期基本軸の軸方向SPと、1つ目の基本軸候補の軸方向SAと、2つ目の基本軸候補の軸方向SBと、を示す模式図である。
図8は、基本軸候補SAの軸方向に設定された物体Mの断面の位置を示す模式図である。一方、図9は、基本軸候補SBの軸方向に設定された物体Mの断面の位置を示す模式図である。
次いで、本装置1は、先に決定された基準方向に所定のピッチ離れた互いに平行な複数の断面を設定する(S3)。つまり、本装置1が設定する断面に含まれる物体Mの表面の形状は、YZ平面上に表れる。
rjの円(の円弧)が近似曲線として特定されていることを示している。
次いで、本装置1は、断面に含まれる物体Mの表面上の点ごとに、この断面に対して設定された近似曲線上の基準点からの距離に基づいて、物体Mの表面上の点ごとの2次元座標データを算出する(S5)。
図16は、図15に示した近似曲線としての円において、円の中心Ciと円上の基準点(不図示)とを結ぶ線t0と、円の中心Ciと物体Mの表面上の点Pとを結ぶ線tと、がなす角度を示す模式図である。
以上説明した実施の形態によれば、断面ごとに近似曲線を特定して2次元座標データを算出するため、物体Mの広範囲で高密度な3次元形状を射影した射影画像の2次元座標データを簡便に得ることができる。また、設定される複数の断面は、物体Mに対して同一の基準方向に設定するため、断面ごとに得られた2次元座標データは、断面ごとの方向を考慮することなく結合(2次元座標データの集合を生成)して用いることができるため、2次元座標データを簡便に得ることができる。
ここで、断面に含まれる物体Mの表面の形状に近似する近似曲線を、その断面が設定された位置の点の3次元座標データのみでなく、断面が設定された位置の基準方向前後方向に設けたサンプリングウィンドウ内に存在する点の3次元座標データも加えて、断面が設定された位置の物体Mの表面の形状を近似する近似曲線を特定するようにしてもよい。
なお、物体Mの3次元形状を高精度に近似した2次元座標を得るには、設定される断面間のピッチを短くすることが望ましい。しかし、このピッチが短くなると、設定される断面の数が増加し、情報量が膨大となってしまう。
以下、これまで説明した本装置の特徴をまとめて記載しておく。
物体の表面の3次元形状を表す距離画像の3次元座標データから、前記表面を2次元の平面上に射影した射影画像の2次元座標データを生成する射影画像生成装置であって、
前記3次元座標データを取得する取得部と、
前記物体の特定方向に所定のピッチ離れた互いに平行な複数の断面を設定する断面設定部と、
前記断面に含まれる前記表面の形状に近似する近似曲線を、前記3次元座標データを用いて特定する近似曲線特定部と、
前記断面に含まれる前記表面上の点ごとに、前記近似曲線上の基準点からの距離に基づいて前記点の前記2次元座標データを算出する2次元座標データ算出部と、
前記2次元座標データを記憶する記憶部と、
を有してなる、
ことを特徴とする射影画像生成装置。
前記近似曲線特定部は、前記断面に含まれる前記表面の形状に近似する近似曲線を、前記断面が設定される位置を含むサンプリングウィンドウ内の点の前記3次元座標データを用いて特定する、
特徴1記載の射影画像生成装置。
前記断面が設定される位置を含むサンプリングウィンドウは、前記サンプリングウィンドウの前記特定方向の中間の位置が前記断面が設定される位置と一致するように設定される、
特徴2記載の射影画像生成装置。
前記近似曲線は、円の円弧であって、
前記2次元座標データ算出部は、前記断面に含まれる前記表面上の点ごとの2次元座標データを、
前記円の半径と、
前記円の中心と前記基準点とを結ぶ線と、前記円の中心と前記点とを結ぶ線と、がなす角度と、
に基づいて算出する、
特徴1乃至3のいずれかに記載の射影画像生成装置。
前記設定された複数の断面に対応して特定される前記近似曲線としての各円の中心を結ぶ線は、非直線である、
特徴4記載の射影画像生成装置。
前記ピッチの長さを、前記近似曲線としての円の半径に基づいて変更するピッチ変更部を備え、
前記断面設定部は、前記変更されたピッチに基づいて、互いに平行な複数の断面を設定し、
前記近似曲線特定部は、前記変更されたピッチに基づいて設定された新たな断面に含まれる前記表面に近似する新たな近似曲線を特定し、
前記2次元座標データ算出部は、前記新たな断面に含まれる前記表面上の点ごとに、前記新たな近似曲線上の基準点からの距離に基づいて前記点の2次元座標データを算出する、
特徴4または5記載の射影画像生成装置。
前記特定方向を、前記3次元座標データに基づいて決定する特定方向決定部、
を備える、
特徴1乃至6のいずれかに記載の射影画像生成装置。
前記特定方向決定部は、前記3次元座標データから算出される前記物体の表面上の点群の分布に基づいて、前記特定方向を決定する、
特徴7記載の射影画像生成装置。
前記特定方向決定部は、前記物体の表面上の各点の法線ベクトルを単位球上に分布させ、前記各点の法線ベクトルの終点の点群に対して単位球の原点を通る平面をあてはめ、前記平面の法線の方向を、前記特定方向として決定する、
特徴8記載の射影画像生成装置。
前記特定方向決定部は、
前記物体の表面上の各点の法線ベクトルを単位球上に分布させ、前記各点の法線ベクトルの終点の点群に対して単位球の原点を通る平面をあてはめ、前記平面の法線の方向を、初期基本軸の軸方向として特定し、
前記初期基本軸の軸方向を異なる方向に所定角度ほど偏位させた複数の方向のうち、1の方向を前記特定方向として決定する、
特徴8記載の射影画像生成装置。
前記特定方向決定部は、
前記3次元座標データから算出される前記物体の表面上の点群の分布に基づいて、初期基本軸の軸方向を特定し、
前記初期基本軸の軸方向を異なる方向に所定角度ほど偏位させた複数の方向のうち、1の方向を前記特定方向として決定する、
特徴7記載の射影画像生成装置。
Cam 撮像装置
A,Ar 撮像範囲
SP 初期基本軸
SA 基本軸候補その1
SB 基本軸候補その2
p 断面同士の間隔(ピッチ)
CS 断面
C 近似曲線としての円の中心
r 近似曲線としての円の半径
W サンプリングウィンドウ長さ
Claims (13)
- 物体の表面の3次元形状を表す距離画像の3次元座標データから、前記表面を2次元の平面上に射影した射影画像の2次元座標データを生成する射影画像生成装置であって、
前記3次元座標データを取得する取得部と、
前記物体の特定方向に所定のピッチ離れた互いに平行な複数の断面を設定する断面設定部と、
前記断面設定部により設定された断面に含まれる前記表面の形状に近似する近似曲線を、前記3次元座標データを用いて断面ごとに特定する近似曲線特定部と、
前記断面に含まれる前記表面上の点ごとに、前記近似曲線上の基準点からの距離に基づいて前記点の前記2次元座標データを算出する2次元座標データ算出部と、
前記2次元座標データを記憶する記憶部と、
を有してなり、
前記2次元座標データは、前記点ごとの、前記断面が設定された位置の座標値と、前記断面に含まれる物体の表面上の点を近似曲線に射影したときの近似曲線上の測地距離を座標値とするものである、
ことを特徴とする射影画像生成装置。 - 前記近似曲線特定部は、前記断面に含まれる前記表面の形状に近似する近似曲線を、前記断面が設定される位置を含むサンプリングウィンドウ内の点の前記3次元座標データを用いて特定する、
請求項1記載の射影画像生成装置。 - 前記断面が設定される位置を含むサンプリングウィンドウは、前記サンプリングウィンドウの前記特定方向の中間の位置が前記断面が設定される位置と一致するように設定される、
請求項2記載の射影画像生成装置。 - 前記近似曲線は、円の円弧であって、
前記2次元座標データ算出部は、前記断面に含まれる前記表面上の点ごとの2次元座標データを、
前記円の半径と、
前記円の中心と前記基準点とを結ぶ線と、前記円の中心と前記点とを結ぶ線と、がなす角度と、
に基づいて算出する、
請求項1乃至3のいずれかに記載の射影画像生成装置。 - 前記設定された複数の断面に対応して特定される前記近似曲線としての各円の中心を結ぶ線は、非直線である、
請求項4記載の射影画像生成装置。 - 前記ピッチの長さを、前記近似曲線としての円の半径に基づいて変更するピッチ変更部を備え、
前記断面設定部は、前記変更されたピッチに基づいて、互いに平行な複数の断面を設定し、
前記近似曲線特定部は、前記変更されたピッチに基づいて設定された新たな断面に含まれる前記表面に近似する新たな近似曲線を特定し、
前記2次元座標データ算出部は、前記新たな断面に含まれる前記表面上の点ごとに、前記新たな近似曲線上の基準点からの距離に基づいて前記点の2次元座標データを算出する、
請求項4または5記載の射影画像生成装置。 - 前記特定方向を、前記3次元座標データに基づいて決定する特定方向決定部、
を備える、
請求項1乃至6のいずれかに記載の射影画像生成装置。 - 前記特定方向決定部は、前記3次元座標データから算出される前記物体の表面上の点群の分布に基づいて、前記特定方向を決定する、
請求項7記載の射影画像生成装置。 - 前記特定方向決定部は、前記物体の表面上の各点の法線ベクトルを単位球上に分布させ、前記各点の法線ベクトルの終点の点群に対して単位球の原点を通る平面をあてはめ、前記平面の法線の方向を、前記特定方向として決定する、
請求項8記載の射影画像生成装置。 - 物体の表面の3次元形状を表す距離画像の3次元座標データから、前記表面を2次元の平面上に射影した射影画像の2次元座標データを生成する射影画像生成装置であって、
前記3次元座標データを取得する取得部と、
前記3次元座標データから算出される前記物体の表面上の点群の分布に基づいて、特定方向を決定する、特定方向決定部と、
前記物体の特定方向に所定のピッチ離れた互いに平行な複数の断面を設定する断面設定部と、
前記断面に含まれる前記表面の形状に近似する近似曲線を、前記3次元座標データを用いて特定する近似曲線特定部と、
前記断面に含まれる前記表面上の点ごとに、前記近似曲線上の基準点からの距離に基づいて前記点の前記2次元座標データを算出する2次元座標データ算出部と、
前記2次元座標データを記憶する記憶部と、
を有し、
前記特定方向決定部は、
前記物体の表面上の各点の法線ベクトルを単位球上に分布させ、前記各点の法線ベクトルの終点の点群に対して単位球の原点を通る平面をあてはめ、前記平面の法線の方向を、初期基本軸の軸方向として特定し、
前記初期基本軸の軸方向を異なる方向に所定角度ほど偏位させた複数の方向のうち、1の方向を前記特定方向として決定する、
ことを特徴とする射影画像生成装置。 - 物体の表面の3次元形状を表す距離画像の3次元座標データから、前記表面を2次元の平面上に射影した射影画像の2次元座標データを生成する射影画像生成装置であって、
前記3次元座標データを取得する取得部と、
前記3次元座標データに基づいて特定方向を決定する特定方向決定部と、
前記物体の特定方向に所定のピッチ離れた互いに平行な複数の断面を設定する断面設定部と、
前記断面に含まれる前記表面の形状に近似する近似曲線を、前記3次元座標データを用いて特定する近似曲線特定部と、
前記断面に含まれる前記表面上の点ごとに、前記近似曲線上の基準点からの距離に基づいて前記点の前記2次元座標データを算出する2次元座標データ算出部と、
前記2次元座標データを記憶する記憶部と、
を有し、
前記特定方向決定部は、
前記3次元座標データから算出される前記物体の表面上の点群の分布に基づいて、初期基本軸の軸方向を特定し、
前記初期基本軸の軸方向を異なる方向に所定角度ほど偏位させた複数の方向のうち、1の方向を前記特定方向として決定する、
ことを特徴とする射影画像生成装置。 - コンピュータを、請求項1乃至11のいずれかに記載の射影画像生成装置として機能させることを特徴とする射影画像生成プログラム。
- 物体の表面の3次元形状を表す距離画像の3次元座標データから、前記表面を2次元の平面上に射影した射影画像の2次元座標データを生成する装置により実行される射影画像生成方法であって、
前記装置が、
前記3次元座標データを取得するステップと、
前記物体の特定方向に所定のピッチ離れた互いに平行な複数の断面を設定するステップと、
前記断面を設定するステップにより設定された断面に含まれる前記表面の形状に近似する近似曲線を、前記3次元座標データを用いて断面ごとに特定するステップと、
前記断面に含まれる前記表面上の点ごとに、前記近似曲線上の基準点からの距離に基づいて前記点の前記2次元座標データを算出するステップであり、前記2次元座標データは、前記点ごとの、前記断面が設定された位置の座標値と、前記断面に含まれる物体の表面上の点を近似曲線に射影したときの近似曲線上の測地距離を座標値とするものであるステップと、
前記2次元座標データを記憶するステップと、
を有してなる、
ことを特徴とする射影画像生成方法。
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