JP6682984B2 - 自由視点映像表示装置 - Google Patents
自由視点映像表示装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6682984B2 JP6682984B2 JP2016085214A JP2016085214A JP6682984B2 JP 6682984 B2 JP6682984 B2 JP 6682984B2 JP 2016085214 A JP2016085214 A JP 2016085214A JP 2016085214 A JP2016085214 A JP 2016085214A JP 6682984 B2 JP6682984 B2 JP 6682984B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- point
- viewpoint
- image
- feature point
- omnidirectional image
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 236
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims description 119
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 73
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 60
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 45
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 39
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 30
- 230000010076 replication Effects 0.000 claims description 25
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 13
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 7
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 42
- 238000013213 extrapolation Methods 0.000 description 13
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 11
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 11
- PCTMTFRHKVHKIS-BMFZQQSSSA-N (1s,3r,4e,6e,8e,10e,12e,14e,16e,18s,19r,20r,21s,25r,27r,30r,31r,33s,35r,37s,38r)-3-[(2r,3s,4s,5s,6r)-4-amino-3,5-dihydroxy-6-methyloxan-2-yl]oxy-19,25,27,30,31,33,35,37-octahydroxy-18,20,21-trimethyl-23-oxo-22,39-dioxabicyclo[33.3.1]nonatriaconta-4,6,8,10 Chemical compound C1C=C2C[C@@H](OS(O)(=O)=O)CC[C@]2(C)[C@@H]2[C@@H]1[C@@H]1CC[C@H]([C@H](C)CCCC(C)C)[C@@]1(C)CC2.O[C@H]1[C@@H](N)[C@H](O)[C@@H](C)O[C@H]1O[C@H]1/C=C/C=C/C=C/C=C/C=C/C=C/C=C/[C@H](C)[C@@H](O)[C@@H](C)[C@H](C)OC(=O)C[C@H](O)C[C@H](O)CC[C@@H](O)[C@H](O)C[C@H](O)C[C@](O)(C[C@H](O)[C@H]2C(O)=O)O[C@H]2C1 PCTMTFRHKVHKIS-BMFZQQSSSA-N 0.000 description 9
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- ABXGZTBEQZOCEE-UHFFFAOYSA-N 2-[[2-methyl-4-[9-[3-methyl-4-(oxiran-2-ylmethoxy)phenyl]fluoren-9-yl]phenoxy]methyl]oxirane Chemical compound CC1=CC(C2(C3=CC=CC=C3C3=CC=CC=C32)C=2C=C(C)C(OCC3OC3)=CC=2)=CC=C1OCC1CO1 ABXGZTBEQZOCEE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000032823 cell division Effects 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 1
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 1
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 238000005295 random walk Methods 0.000 description 1
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Processing Or Creating Images (AREA)
- Image Processing (AREA)
- Image Generation (AREA)
- Testing, Inspecting, Measuring Of Stereoscopic Televisions And Televisions (AREA)
Description
実空間上の所定の撮影地点に全方位カメラを配置して被写体を撮像面に投影して撮影することにより得られる全方位画像を、実空間上に定義された単位領域図形の頂点を撮影地点とすることにより、個々の撮影地点のそれぞれについて、当該撮影地点の位置を示す撮影地点位置情報とともに格納する全方位画像格納部と、
単位領域図形の頂点を撮影地点とする複数の全方位画像上に共通して現れている被写体上の特徴点について、各全方位画像上での投影位置を示す特徴点投影位置情報と、各全方位画像が複数のセルの投影像によってメッシュ状に分割されるように、特徴点を頂点とする図形からなる複数のセルを定義するセル定義情報と、を格納した特徴点情報格納部と、
実空間に対応する仮想空間上で、任意の視点と当該視点を基準とした任意の視線方向を指定する位置方向指定部と、
撮影地点位置情報および特徴点投影位置情報に基づいて、視点における全方位画像上に現れるべき特徴点の投影位置を推定する特徴点投影位置推定部と、
セル定義情報に基づいて、特徴点投影位置推定部によって推定された特徴点の投影位置を頂点とする新たなセルを生成し、全方位画像格納部に格納されている全方位画像上の対応するセル内の部分画像に基づいて、新たなセル内に割り付けるべき新たな部分画像を生成する処理を、生成した各セルについて実行することにより、視点における全方位画像を生成する全方位画像生成部と、
位置方向指定部によって指定された視線方向に基づいて、全方位画像生成部が生成した視点における全方位画像から、その一部分を切り出す画像切出部と、
画像切出部によって切り出された画像を表示する画像表示部と、
を設けたものである。
位置方向指定部が、仮想空間上で単位領域図形内の1地点からなる視点と当該視点を基準とした視線方向とを指定するようにしたものである。
位置方向指定部が、仮想空間上で単位領域図形外の1地点からなる視点と当該視点を基準とした視線方向とを指定するようにしたものである。
全方位画像格納部が、互いに隣接して配置されるように定義された複数の単位領域図形の頂点を撮影地点とすることにより、個々の撮影地点のそれぞれについて撮影された全方位画像を、当該撮影地点の位置を示す撮影地点位置情報とともに格納しており、
特徴点情報格納部が、1つの単位領域図形の頂点を撮影地点とする複数の全方位画像上に共通して現れている特徴点の投影位置を示す特徴点投影位置情報と、これらの特徴点を頂点とする図形からなる複数のセルを定義するセル定義情報と、を個々の単位領域図形ごとに格納しており、
位置方向指定部が、複数の単位領域図形のいずれかに包含される視点を指定する機能を有し、
特徴点投影位置推定部が、特定の単位領域図形を参照領域図形として選択し、参照領域図形の頂点についての撮影地点位置情報、および参照領域図形についての特徴点投影位置情報に基づいて、視点における全方位画像上に現れるべき特徴点の投影位置を推定し、
全方位画像生成部が、参照領域図形についてのセル定義情報に基づいて、推定された特徴点の投影位置を頂点とする新たなセルを生成し、参照領域図形の頂点における全方位画像上の対応するセル内の部分画像に基づいて、新たなセル内に割り付けるべき新たな部分画像を生成するようにしたものである。
個々の単位領域図形が、実空間上に定義されたXYZ三次元直交座標系におけるXY平面を分割することにより得られる二次元図形によって構成されているようにしたものである。
個々の単位領域図形を構成する二次元図形が、XY平面をX軸に平行なX軸方向分割直線およびY軸に平行なY軸方向分割直線によって縦横に分割することにより得られる、X軸方向分割直線とY軸方向分割直線との交点を頂点とする四角形によって構成されており、
全方位画像格納部が、個々の交点を撮影地点として撮影された全方位画像を格納しているようにしたものである。
個々の単位領域図形が、実空間上に定義されたXYZ三次元直交座標系における三次元空間を分割することにより得られる三次元図形によって構成されているようにしたものである。
個々の単位領域図形を構成する三次元図形が、XYZ三次元直交座標系からなる座標空間を、XY平面に平行なZ軸方向分割平面、XZ平面に平行なY軸方向分割平面、YZ平面に平行なX軸方向分割平面、によってそれぞれ分割することにより得られる複数の直方体によって構成されており、
全方位画像格納部が、複数の直方体の各頂点を撮影地点として撮影された全方位画像を格納しているようにしたものである。
特徴点投影位置推定部が、参照領域図形の頂点の中から2組の頂点を参照頂点として選択し、当該参照頂点についての撮影地点位置情報および特徴点投影位置情報に基づいて、視点における全方位画像上に現れるべき特徴点の投影位置を推定するようにしたものである。
特徴点投影位置推定部が、参照領域図形の頂点の中から、視点に最も近い頂点を第1の参照頂点Aとして選択し、視点に2番目に近い頂点を第2の参照頂点Bとして選択するようにしたものである。
特徴点投影位置推定部が、第1の参照頂点Aから第i番目の特徴点ξiへ向かう第1の参照ベクトルViaを、第1の参照頂点Aについての撮影地点位置情報および特徴点投影位置情報に基づいて求め、第2の参照頂点Bから第i番目の特徴点ξiへ向かう第2の参照ベクトルVibを、第2の参照頂点Bについての撮影地点位置情報および特徴点投影位置情報に基づいて求め、第1の参照ベクトルViaと第2の参照ベクトルVibとの交点もしくはこれら両参照ベクトルに対して所定の近接位置にある近接点を第i番目の特徴点ξiの三次元位置と推定し、視点Qに配置された全方位カメラによって、推定された三次元位置にある第i番目の特徴点ξiを撮影した場合に全方位画像上に投影される点を、視点Qにおける全方位画像上に現れるべき第i番目の特徴点ξiの投影位置と推定するようにしたものである。
全方位画像格納部が、撮像面上の方位を示す方位角φを横座標軸にとり、撮像面に対する仰角θを縦座標軸にとった全方位画像を格納しており、
特徴点投影位置推定部が、第1の参照頂点Aから第i番目の特徴点ξiへ向かう第1の参照ベクトルViaを求める際に、第1の参照頂点Aを撮影地点とする全方位画像上の第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す第1の参照方位角φiaおよび第1の参照仰角θiaを参照し、第1の参照頂点Aを起点として、第1の参照方位角φiaおよび第1の参照仰角θiaによって示される方向を向いたベクトルを第1の参照ベクトルViaとし、
特徴点投影位置推定部が、第2の参照頂点Bから第i番目の特徴点ξiへ向かう第2の参照ベクトルVibを求める際に、第2の参照頂点Bを撮影地点とする全方位画像上の第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す第2の参照方位角φibおよび第2の参照仰角θibを参照し、第2の参照頂点Bを起点として、第2の参照方位角φibおよび第2の参照仰角θibによって示される方向を向いたベクトルを第2の参照ベクトルVibとし、
特徴点投影位置推定部が、第1の参照ベクトルViaと第2の参照ベクトルVibとの交点もしくはこれら両参照ベクトルに対して所定の近接位置にある近接点を第i番目の特徴点ξiの三次元位置と推定し、視点Qを起点として、推定された三次元位置にある第i番目の特徴点ξiに向かう指示ベクトルの方位角φiqおよび仰角θiqを、視点Qにおける全方位画像上に現れるべき第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標と推定するようにしたものである。
特徴点投影位置推定部が、参照領域図形の頂点の中からn組(n≧3)の頂点を参照頂点として選択し、当該参照頂点についての撮影地点位置情報および特徴点投影位置情報に基づいて、視点における全方位画像上に現れるべき特徴点の投影位置を推定するようにしたものである。
特徴点投影位置推定部が、参照領域図形の頂点の中から、視点に近い順に、第1の参照頂点から第nの参照頂点を選択するようにしたものである。
特徴点投影位置推定部が、第j番目の参照頂点から第i番目の特徴点ξiへ向かう第j番目の参照ベクトルVijを第j番目の参照頂点についての撮影地点位置情報および特徴点投影位置情報に基づいて求める処理を、j=1〜nのそれぞれについて行うことにより第1の参照ベクトルVi1〜第nの参照ベクトルVinを求め、求めたn本の参照ベクトルVi1〜Vinの交点もしくはこれらn本の参照ベクトルVi1〜Vinに対して所定の近接位置にある近接点を第i番目の特徴点ξiの三次元位置と推定し、視点Qに配置された全方位カメラによって、推定された三次元位置にある第i番目の特徴点ξiを撮影した場合に全方位画像上に投影される点を、視点Qにおける全方位画像上に現れるべき第i番目の特徴点ξiの投影位置と推定するようにしたものである。
全方位画像格納部が、撮像面上の方位を示す方位角φを横座標軸にとり、撮像面に対する仰角θを縦座標軸にとった全方位画像を格納しており、
特徴点投影位置推定部が、第j番目の参照頂点から第i番目の特徴点ξiへ向かう第j番目の参照ベクトルVijを求める際に、第j番目の参照頂点を撮影地点とする全方位画像上の第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す第j番目の参照方位角φijおよび第j番目の参照仰角θijを参照し、第j番目の参照頂点を起点として、第j番目の参照方位角φijおよび第j番目の参照仰角θijによって示される方向を向いたベクトルを第j番目の参照ベクトルVijとし、
特徴点投影位置推定部が、第1の参照ベクトルVi1〜第nの参照ベクトルVinの交点もしくはこれらn本の参照ベクトルVi1〜Vinに対して所定の近接位置にある近接点を第i番目の特徴点ξiの三次元位置と推定し、視点Qを起点として、推定された三次元位置にある第i番目の特徴点ξiに向かう指示ベクトルの方位角φiqおよび仰角θiqを、視点Qにおける全方位画像上に現れるべき第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標と推定するようにしたものである。
特徴点投影位置推定部が、参照領域図形の頂点の中からn組(n≧3)の頂点を参照頂点として選択し、各参照頂点を撮影地点とする全方位画像上の第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値を用いた補間演算により、視点Qにおける全方位画像上に現れるべき第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値を算出するようにしたものである。
全方位画像格納部が、撮像面上の方位を示す方位角φを横座標軸にとり、撮像面に対する仰角θを縦座標軸にとった全方位画像を格納しており、
特徴点投影位置推定部が、第j番目の参照頂点を撮影地点とする全方位画像上の第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値(φij,θij)を抽出する処理を、j=1〜nのそれぞれについて行うことにより第1の座標値(φi1,θi1)〜第nの座標値(φin,θin)からなるn組の座標値を抽出し、n組の参照頂点の位置と視点Qの位置との関係に基づいて、参照領域図形に対する視点Qの相対位置を示すパラメータを求め、抽出したn組の座標値と上記パラメータとを用いた補間演算により、視点Qにおける全方位画像上に現れるべき第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値を算出するようにしたものである。
個々の単位領域図形が、実空間上に定義されたXYZ三次元直交座標系におけるXY平面を、X軸に平行なX軸方向分割直線およびY軸に平行なY軸方向分割直線によって縦横に分割することにより得られる、X軸方向分割直線とY軸方向分割直線との交点を頂点とする四角形によって構成されており、
全方位画像格納部が、個々の交点を撮影地点として撮影された全方位画像を格納しており、
参照領域図形を構成する四角形の左上頂点をA,右上頂点をB,左下頂点をC,右下頂点をDとし、視点をQとし、上辺ABおよび下辺CDがX軸に平行、左辺ACおよび右辺BDがY軸に平行となるように座標系を定義したときに、特徴点投影位置推定部が、頂点A,B,C,Dを参照頂点として選択し、
点Qを通りY軸に平行な垂直補助線Lyと上辺ABとの交点を中間点m1、垂直補助線Lyと下辺CDとの交点を中間点m2、点Qを通りX軸に平行な水平補助線Lxと左辺ACとの交点を中間点m3、水平補助線Lxと右辺BDとの交点を中間点m4とし、上辺ABもしくは下辺CDを中間点m1もしくは中間点m2が分割する按分割合をα:1−αとし、左辺ACもしくは右辺BDを中間点m3もしくは中間点m4が分割する按分割合をβ:1−βとして、パラメータα,βを定め、
参照頂点Aを撮影地点とする全方位画像上の第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値を(φia,θia)とし、参照頂点Bを撮影地点とする全方位画像上の第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値を(φib,θib)とし、参照頂点Cを撮影地点とする全方位画像上の第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値を(φic,θic)とし、参照頂点Dを撮影地点とする全方位画像上の第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値を(φid,θid)としたときに、
特徴点投影位置推定部が、
中間点m1における全方位画像上に現れるべき第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値(φim1,θim1)を、
φim1=(1−α)・φia+α・φib
θim1=(1−α)・θia+α・θib
なる演算で求め、
中間点m2における全方位画像上に現れるべき第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値(φim2,θim2)を、
φim2=(1−α)・φic+α・φid
θim2=(1−α)・θic+α・θid
なる演算で求め、
視点を示す点Qにおける全方位画像上に現れるべき第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値(φiq,θiq)を、
φiq=(1−β)・φim1+β・φim2
θiq=(1−β)・θim1+β・θim2
なる演算で求めるようにしたものである。
個々の単位領域図形が、実空間上に定義されたXYZ三次元直交座標系におけるXY平面を、隙間なく分割することにより得られる三角形によって構成されており、
全方位画像格納部が、三角形の各頂点を撮影地点として撮影された全方位画像を格納しており、
参照領域図形を構成する三角形の各頂点をA,B,Cとし、視点を点Qとしたときに、特徴点投影位置推定部が、頂点A,B,Cを参照頂点として選択し、
点A,Qを通る直線と底辺BCとの交点を中間点mとし、底辺BCを中間点mが分割する按分割合をα:1−αとし、点A,mを結ぶ補助線Lを点Qが分割する按分割合をβ:1−βとして、パラメータα,βを定め、
参照頂点Aを撮影地点とする全方位画像上の第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値を(φia,θia)とし、参照頂点Bを撮影地点とする全方位画像上の第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値を(φib,θib)とし、参照頂点Cを撮影地点とする全方位画像上の第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値を(φic,θic)としたときに、
特徴点投影位置推定部が、
中間点mにおける全方位画像上に現れるべき第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値(φim,θim)を、
φim=(1−α)・φib+α・φic
θim=(1−α)・θib+α・θic
なる演算で求め、
視点を示す点Qにおける全方位画像上に現れるべき第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値(φiq,θiq)を、
φiq=(1−β)・φia+β・φim
θiq=(1−β)・θia+β・θim
なる演算で求めるようにしたものである。
特徴点投影位置推定部が、視点を包含する単位領域図形を参照領域図形として選択するようにしたものである。
位置方向指定部が、視線方向として、所定の方位角φeおよび所定の仰角θeを指定し、
画像切出部が、切出対象となる全方位画像上において、位置方向指定部によって指定された方位角φeおよび仰角θeで示される座標値をもつ点を切出中心点として、当該切出中心点の周囲の一部分を切り出すようにしたものである。
特徴点情報格納部が、3つの特徴点を頂点とする三角形からなる複数のセルを定義するセル定義情報を格納しており、全方位画像が、複数のセルの投影像からなる個々のセルによってメッシュ状に分割され、
全方位画像生成部が、セル定義情報に基づいて、推定された特徴点の投影位置を頂点とする新たなセルを生成し、全方位画像格納部に格納されている全方位画像上の対応するセル内の部分画像に基づいて、新たなセル内に割り付けるべき新たな部分画像を生成する処理を、生成した各セルについて実行することにより、視点における全方位画像を生成するようにしたものである。
全方位画像生成部が、参照領域図形の頂点の中の1つの頂点を模写対象頂点として選択し、模写対象頂点についての全方位画像上で対応する対応セル内の部分画像を模写対象部分画像として選択し、この模写対象部分画像に基づいて新たなセル内に割り付けるべき新たな部分画像を生成するようにしたものである。
全方位画像生成部が、新たなセル内に割り付けるべき新たな部分画像を構成する所定画素の画素値を定める際に、所定画素の上記新たなセルに対する相対位置を求め、模写対象部分画像において上記相対位置に対応する位置にある対応画素の画素値を模写対象画素値として抽出し、所定画素の画素値を上記模写対象画素値に基づいて決定するようにしたものである。
全方位画像生成部が、参照領域図形の頂点の中から複数n個(n≧2)の頂点を模写対象頂点として選択し、n個の模写対象頂点についての全方位画像上で対応する対応セル内の部分画像をそれぞれ模写対象部分画像として選択し、選択されたn枚の模写対象部分画像に基づいて新たなセル内に割り付けるべき新たな部分画像を生成するようにしたものである。
全方位画像生成部が、新たなセル内に割り付けるべき新たな部分画像を構成する所定画素の画素値を定める際に、所定画素の上記新たなセルに対する相対位置を求め、n枚の模写対象部分画像において上記相対位置に対応する位置にある対応画素の画素値をそれぞれ模写対象画素値として抽出し、所定画素の画素値を、抽出したn組の模写対象画素値に基づいて決定するようにしたものである。
全方位画像生成部が、新たな部分画像を構成する所定画素の画素値をn組の模写対象画素値に基づいて決定する際に、視点とn個の模写対象頂点との距離をそれぞれ求め、距離のより小さな模写対象頂点についての全方位画像から抽出された模写対象画素値に対してより大きな重みづけを付加してn組の模写対象画素値の加重平均値を算出し、この加重平均値に基づいて所定画素の画素値を決定するようにしたものである。
特徴点情報格納部が、3つの特徴点を頂点とする三角形からなる複数のセルを定義するセル定義情報を格納しており、全方位画像が、複数のセルの投影像からなる個々のセルによってメッシュ状に分割され、
新たなセルを構成する三角形Cqの頂点をξ1q,ξ2q,ξ3qとし、対応セルを構成する三角形Caの対応する頂点をξ1a,ξ2a,ξ3aとし、三角形Cq内の所定画素の位置を点Gqとしたときに、
全方位画像生成部が、
三角形Cqについて、頂点ξ3qと点Gqとを通る直線と、頂点ξ1qと頂点ξ2qとを結ぶ底辺Bqと、の交点を中間点Rqとし、この中間点Rqが底辺Bqを分割する按分割合をa:bとし、点Gqが中間点Rqと頂点ξ3qとを結ぶ中間線分Lqを分割する按分割合をc:dとして、パラメータa,b,c,dを定め、
対応三角形Caについて、頂点ξ1aと頂点ξ2qとを結ぶ底辺Baを按分割合a:bで分割する点として中間点Raを求め、この中間点Raと頂点ξ3aとを結ぶ中間線分Lbをc:dで分割する点として点Gaを求め、点Gaに位置する対応画素の画素値を模写対象画素値として抽出し、
三角形Cq内の点Gqに位置する所定画素の画素値を、模写対象画素値に基づいて決定するようにしたものである。
個々の単位領域図形が、実空間上に定義されたXYZ三次元直交座標系に配置された二次元図形もしくは三次元図形によって構成され、更に、時間軸tを考慮することにより、同一の空間位置に時間の異なる複数通りの単位領域図形が定義されており、
全方位画像格納部には、時間の異なる複数通りの単位領域図形の頂点を撮影地点として、特定の撮影地点において、特定の時間に撮影された全方位画像が格納されており、
位置方向指定部が、任意の視点と当該視点を基準とした任意の視線方向に加えて、更に、任意の観測時間を指定する機能を有し、
特徴点投影位置推定部が、
上記観測時間に、上記視点における全方位画像上に現れるべき特徴点の投影位置を推定し、
全方位画像生成部が、上記観測時間かつ上記視点における全方位画像を生成するようにしたものである。
必要なデータを準備する準備プロセスと、準備したデータを用いてコンピュータが映像表示を行う表示プロセスと、を有し、
準備プロセスは、
実空間上に単位領域図形を定義し、この単位領域図形の頂点位置に撮影地点を定義し、各撮影地点の位置を示す撮影地点位置情報を設定する撮影地点定義段階と、
実空間上の各撮影地点に全方位カメラを配置して被写体を撮像面に投影して撮影し、個々の撮影地点のそれぞれについて、当該撮影地点の位置を示す撮影地点位置情報に対応づけた全方位画像を用意する全方位画像撮影段階と、
単位領域図形の頂点を撮影地点とする複数の全方位画像上に共通して現れている被写体上の特徴点を定め、各特徴点について全方位画像上での投影位置を示す特徴点投影位置情報を求める特徴点設定段階と、
全方位画像が複数のセルの投影像によってメッシュ状に分割されるように、特徴点を頂点とする図形からなる複数のセルを定義するセル定義情報を定めるセル定義段階と、
を有し、
表示プロセスは、
コンピュータが、実空間に対応する仮想空間上で、任意の視点と当該視点を基準とした任意の視線方向を指定する位置方向指定段階と、
コンピュータが、撮影地点位置情報および特徴点投影位置情報に基づいて、視点における全方位画像上に現れるべき特徴点の投影位置を推定する特徴点投影位置推定段階と、
コンピュータが、セル定義情報に基づいて、特徴点投影位置推定段階で推定された特徴点の投影位置を頂点とする新たなセルを生成し、全方位画像上の対応するセル内の部分画像に基づいて、新たなセル内に割り付けるべき新たな部分画像を生成する処理を、生成した各セルについて実行することにより、視点における全方位画像を生成する全方位画像生成段階と、
コンピュータが、位置方向指定段階で指定された視線方向に基づいて、全方位画像生成段階で生成した視点における全方位画像から、その一部分を切り出す画像切出段階と、
コンピュータが、画像切出段階によって切り出された画像を表示する画像表示段階と、
を有するようにしたものである。
撮影地点定義段階で、互いに隣接して配置された複数の単位領域図形を定義し、
全方位画像撮影段階で、各単位領域図形の頂点を撮影地点とする撮影を行うことにより、個々の頂点のそれぞれについての全方位画像を用意し、
特徴点設定段階で、個々の単位領域図形ごとに、当該単位領域図形の頂点を撮影地点とする複数の全方位画像上に共通して現れている特徴点を定め、
セル定義段階で、個々の単位領域図形ごとに、各特徴点を頂点とする図形からなる複数のセルを定義するセル定義情報を定め、
位置方向指定段階で、複数の単位領域図形のいずれかに包含される視点を指定し、
特徴点投影位置推定段階で、特定の単位領域図形を参照領域図形として選択し、参照領域図形の頂点についての撮影地点位置情報および参照領域図形についての特徴点投影位置情報に基づいて、視点における全方位画像上に現れるべき特徴点の投影位置を推定し、
全方位画像生成段階で、参照領域図形についてのセル定義情報に基づいて、推定された特徴点の投影位置を頂点とする新たなセルを生成し、参照領域図形の頂点における全方位画像上の対応するセル内の部分画像に基づいて、新たなセル内に割り付けるべき新たな部分画像を生成するようにしたものである。
本発明は、現実に存在する実空間を対象として、全方位カメラによる撮影を行い、得られた全方位画像を用いて、ユーザに仮想空間上を移動する体験を提供する装置に係るものである。全方位カメラは、魚眼レンズや全方位ミラーを装着したカメラであり、通常、撮影地点の周囲360°の対象物を被写体とするいわゆるパノラマ画像を撮影することができる。このような全方位カメラそれ自身およびそれを用いた撮影によって得られる全方位画像の特徴は公知のものであるが、ここでは、便宜上、図1を用いて、全方位カメラによる撮影原理および全方位画像の特徴を簡単に説明しておく。
図2は、本発明の基本原理を説明する斜視図である。ここでは、説明の便宜上、図示のようなXYZ三次元直交座標系を定義し、視点QをXY平面上の任意の位置に移動させたときに、当該視点Qから見た任意方向の視界を表示させる方法を説明する。
図3は、本発明の基本的実施形態に係る自由視点映像表示装置100の構成を示すブロック図である。この自由視点映像表示装置100は、任意位置の視点から見た任意方向の視界を表示する装置であり、図示のとおり、全方位画像格納部110、特徴点投影位置推定部120、全方位画像生成部130、画像切出部140、画像表示部150、特徴点情報格納部160、位置方向指定部170を有している。もっとも、実際には、これらの各構成要素は、コンピュータに専用のプログラムを組み込むことにより実現される。
§3で述べたとおり、特徴点情報格納部160には、各全方位画像上での特徴点の投影位置を示す特徴点投影位置情報161と、特徴点を頂点とする図形からなる複数のセルを定義するセル定義情報162と、が格納されている。図3では、単純な例として3つの特徴点ξ1〜ξ3を定義した例を示したが、ここでは、より具体的な特徴点の定義方法を述べる。
ここでは、図3に示す特徴点投影位置推定部120によって行われる特徴点投影位置推定処理の具体的な処理手順を説明する。§3で述べたとおり、特徴点投影位置推定部120は、「視点Qを撮影地点とする撮影を行った場合に得られるであろう全方位画像P(Q)」に現れるべき特徴点の投影位置を推定する処理を実行する。図3の特徴点投影位置推定部120のブロック内には、3つの特徴点ξ1〜ξ3の推定投影位置が示されている。また、図4には、図4(a) に示す全方位画像P(A)内の特徴点ξ3の位置と図4(b) に示す全方位画像P(B)内の特徴点ξ3の位置とに基づいて、図4(c) に示すように、準備画像PP(Q)上に特徴点ξ3の位置を推定した例が示されている。ここでは、このような推定を行うための具体的な方法を述べる。
続いて、図3に示す全方位画像生成部130による全方位画像の生成処理の具体的な手順を説明する。§3で述べたとおり、全方位画像生成部130は、準備画像PP(Q)上に得られた各特徴点の投影位置を利用して、「視点Qを撮影地点とする撮影を行った場合に得られるであろう全方位画像P(Q)」を生成する処理を行う。この処理は、特徴点を頂点とする多数のセルによって画像をメッシュ状に分割し、個々のセル単位で部分画像をコピーするという手法によって行われる。そこで、まず、多数のセルによって画像をメッシュ状に分割する具体的な態様を述べる。
これまで、図2に示すように、XYZ三次元直交座標系のXY平面に単一の単位領域図形Fを定義し、この単位領域図形Fの各頂点A,B,C,Dを撮影地点として、4枚の全方位画像P(A)〜P(D)を用意する基本的実施形態を述べてきた。本発明の基本原理は、この基本的実施形態に集約されているが、実用上は、複数の単位領域図形を定義するのが好ましい。これは、撮影対象となる実空間が広くなった場合、単一の単位領域図形Fのみを定義した基本的実施形態では、任意の視点Qにおける全方位画像P(Q)を生成する精度が低下するおそれがあるためである。
図17および図18には、単位領域図形Fのバリエーションとして、様々な形状の図形を例示した。これらの図形はいずれも二次元図形であり、これまで、XYZ三次元直交座標系上のXY平面に配置する例を述べてきた。ここでは、このような単位領域図形Fの次元を拡張した変形例を述べる。
図19は、単位領域図形を三次元図形によって構成した変形例を示す斜視図であり、直方体からなる単位領域図形F10が示されている。この単位領域図形F10は8個の頂点A〜Hを有しており、これらの頂点がそれぞれ撮影地点となる。したがって、図示のように、単一の単位領域図形F10を用いる実施例の場合、各頂点を撮影地点とする撮影によって得られた8枚の全方位画像P(A)〜P(H)が用意されることになる。
続いて、単位領域図形に時間軸を追加した変形例を述べる。上述した§8−1では、単位領域図形を、三次元に拡張して立体図形により構成した例を述べたが、この三次元の単位領域図形に、更に時間軸の概念を追加すれば、四次元に拡張した取り扱いが可能になる。たとえば、三次元空間の座標軸X,Y,Zに、第4の座標軸として時間軸tを加えれば、単位領域図形を四次元図形として把握することができる。
§5では、特徴点投影位置推定部120によって特徴点の投影位置を推定する方法として、図7を参照しながら三角測量法を適用する例を述べた。この三角測量法を適用する方法は、幾何学的な論理に則った方法であり、理論的には正確な推定結果が得られる。しかしながら、この三角測量法に基づく演算を実行するには、多大な演算負荷がかかることになる。たとえば、図7に示す図において、参照ベクトルVia,Vibを求めるためには、方位角φia,φibおよび仰角θia,θibを用いた三角関数演算が必要になる。同様に、指示ベクトルViqについての方位角φiqおよび仰角θiqを求める際にも三角関数演算が必要になる。また、図8や図9に示す第i番目の特徴点ξiの三次元位置を決定する際にも複雑な幾何学演算が必要になる。
φq=(1−α)・φa+α・φb
θq=(1−α)・θa+α・θb
なる演算が実行される。なお、方位角φに関しては、φ=360°とφ=0°とを等価とする取り扱いを行うようにする。この式は、一般にバイリニア補間法という線形補間法に利用される式であり、ここで述べる線形補間法は、正に、このバイリニア補間法を利用した方法ということができる。
φim1=(1−α)・φia+α・φib
θim1=(1−α)・θia+α・θib
なる演算で求め、
中間点m2における全方位画像上に現れるべき第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値(φim2,θim2)を、
φim2=(1−α)・φic+α・φid
θim2=(1−α)・θic+α・θid
なる演算で求め、
視点を示す点Qにおける全方位画像P(Q)上に現れるべき第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値(φiq,θiq)を、
φiq=(1−β)・φim1+β・φim2
θiq=(1−β)・θim1+β・θim2
なる演算で求めればよい。
φim=(1−α)・φib+α・φic
θim=(1−α)・θib+α・θic
なる演算で求め、
視点を示す点Qにおける全方位画像上に現れるべき第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値(φiq,θiq)を、
φiq=(1−β)・φia+β・φim
θiq=(1−β)・θia+β・θim
なる演算で求めればよい。
最後に、本発明を、任意位置の視点Qから見た任意方向Eの視界を表示する自由視点映像表示方法という方法発明として捉えた場合の処理手順を、図25の流れ図を参照しながら述べる。図示のとおり、この方法は必要なデータを準備する準備プロセス(ステップS1〜S4)と、準備したデータを用いてコンピュータが映像表示を行う表示プロセス(S5〜S10)と、を有している。
11:対象点の撮像面上の投影位置(投影点)
100:自由視点映像表示装置
110:全方位画像格納部
120:特徴点投影位置推定部
130:全方位画像生成部
140:画像切出部
150:画像表示部
160:特徴点情報格納部
161:特徴点投影位置情報
162:セル定義情報
170:位置方向指定部
A〜L:単位領域図形の頂点(撮影地点)
a〜d:按分割合を示すパラメータ
A(xa,ya,0):撮影地点A/その位置情報
B(xb,yb,0):撮影地点B/その位置情報
C(xc,yc,0):撮影地点C/その位置情報
D(xd,yd,0):撮影地点D/その位置情報
Ba,Bq:三角形のセルの底辺
C1〜C12:セル
C1′:新たなセル
Ca,C5a:対応セル
Cq,C5q:新たなセル
D(φe,θe):切出画像
E,E(φe,θe):視線方向/視線ベクトル
F,F1〜F23:単位領域図形
F10(t1),F10(t2),F10(t3):各時間における単位領域図形
Ga,Gq:画素の位置を示す点
H,Ha,Hb,Hq:仮想半球
h:仮想半球Hと視線ベクトルE(φe,θe)との交点
L:補助線
La,Lq:中間線分
Lx:水平補助線
Ly:垂直補助線
m,m1〜m4:中間点
Na:参照ベクトルVia上の参照ベクトルVibに対する最近接点
Nb:参照ベクトルVib上の参照ベクトルViaに対する最近接点
O:XYZ三次元座標系の原点
P(A)〜P(F):各頂点(撮影地点)A〜Fで撮影された全方位画像
P(O):原点Oを撮影地点とした撮影で得られる全方位画像
P(Q):視点Qにおける撮影で得られるであろうと推定される全方位画像
PP(Q):全方位画像P(Q)の生成に用いられる準備画像
PP(m),PP(m1),PP(m2):中間点における準備画像
Q,Q(xq,yq,0),Q(xq,yq,zq):視点
Q(xq,yq,zq,tq):時間tqにおける視点
Ra,Rq:中間点
S,Sa,Sb,Sq:撮像面
S1〜S10:流れ図の各ステップ
t:時間軸
U:天頂点
Via:第i番目の特徴点ξiに関する第1の参照ベクトル
Vib:第i番目の特徴点ξiに関する第2の参照ベクトル
Viq:第i番目の特徴点ξiに関する指示ベクトル
X:XYZ三次元直交座標系の座標軸
xa〜xq,xξi:座標軸Xに関する座標値
Y:XYZ三次元直交座標系の座標軸
ya〜yq,yξi:座標軸Yに関する座標値
Z:XYZ三次元直交座標系の座標軸
zξi:座標軸Zに関する座標値
φ,φa,φb,φq:方位角
φia:第i番目の特徴点ξiに関する第1の参照方位角
φib:第i番目の特徴点ξiに関する第2の参照方位角
φiq:第i番目の特徴点ξiに関する指示方位角
φe:視線方向Eの方位角
θ,θa,θb,θq:仰角
θia:第i番目の特徴点ξiに関する第1の参照仰角
θib:第i番目の特徴点ξiに関する第2の参照仰角
θiq:第i番目の特徴点ξiに関する指示仰角
θe:視線方向Eの仰角
α,β:按分割合を示すパラメータ
ξ1〜ξ12:特徴点
ξ1(φ,θ):特徴点ξ1の投影像
ξ2(φ,θ):特徴点ξ2の投影像
ξ3(φ,θ):特徴点ξ3の投影像
ξa(φa,θa):特徴点ξの投影像
ξb(φb,θb):特徴点ξの投影像
ξq(φq,θq):特徴点ξの投影像
ξi,ξi(xξi,yξi,zξi):第i番目の特徴点
ξia,ξia(φia,θia):第i番目の特徴点ξiの画像P(A)上の投影点
ξib,ξib(φib,θib):第i番目の特徴点ξiの画像P(B)上の投影点
ξiq,ξiq(φiq,θiq):第i番目の特徴点ξiの画像P(Q)上の投影点
Claims (33)
- 任意位置の視点から見た任意方向の視界を表示する自由視点映像表示装置であって、
実空間上の所定の撮影地点に全方位カメラを配置して被写体を撮像面に投影して撮影することにより得られる全方位画像を、前記実空間上に定義された単位領域図形の頂点を撮影地点とすることにより、個々の撮影地点のそれぞれについて、当該撮影地点の位置を示す撮影地点位置情報とともに格納する全方位画像格納部と、
前記単位領域図形の頂点を撮影地点とする複数の全方位画像上に共通して現れている被写体上の特徴点について、各全方位画像上での投影位置を示す特徴点投影位置情報と、各全方位画像が複数のセルの投影像によってメッシュ状に分割されるように、前記特徴点を頂点とする図形からなる複数のセルを定義するセル定義情報と、を格納した特徴点情報格納部と、
前記実空間に対応する仮想空間上で、任意の視点と当該視点を基準とした任意の視線方向を指定する位置方向指定部と、
前記撮影地点位置情報および前記特徴点投影位置情報に基づいて、前記視点における全方位画像上に現れるべき前記特徴点の投影位置を推定する特徴点投影位置推定部と、
前記セル定義情報に基づいて、前記特徴点投影位置推定部によって推定された特徴点の投影位置を頂点とする新たなセルを生成し、前記全方位画像格納部に格納されている全方位画像上の対応するセル内の部分画像に基づいて、前記新たなセル内に割り付けるべき新たな部分画像を生成する処理を、生成した各セルについて実行することにより、前記視点における全方位画像を生成する全方位画像生成部と、
前記位置方向指定部によって指定された視線方向に基づいて、前記全方位画像生成部が生成した前記視点における全方位画像から、その一部分を切り出す画像切出部と、
前記画像切出部によって切り出された画像を表示する画像表示部と、
を備えることを特徴とする自由視点映像表示装置。 - 請求項1に記載の自由視点映像表示装置において、
位置方向指定部が、仮想空間上で単位領域図形内の1地点からなる視点と当該視点を基準とした視線方向とを指定することを特徴とする自由視点映像表示装置。 - 請求項1に記載の自由視点映像表示装置において、
位置方向指定部が、仮想空間上で単位領域図形外の1地点からなる視点と当該視点を基準とした視線方向とを指定することを特徴とする自由視点映像表示装置。 - 請求項1に記載の自由視点映像表示装置において、
全方位画像格納部が、互いに隣接して配置されるように定義された複数の単位領域図形の頂点を撮影地点とすることにより、個々の撮影地点のそれぞれについて撮影された全方位画像を、当該撮影地点の位置を示す撮影地点位置情報とともに格納しており、
特徴点情報格納部が、1つの単位領域図形の頂点を撮影地点とする複数の全方位画像上に共通して現れている特徴点の投影位置を示す特徴点投影位置情報と、これらの特徴点を頂点とする図形からなる複数のセルを定義するセル定義情報と、を個々の単位領域図形ごとに格納しており、
位置方向指定部が、前記複数の単位領域図形のいずれかに包含される視点を指定する機能を有し、
特徴点投影位置推定部が、特定の単位領域図形を参照領域図形として選択し、前記参照領域図形の頂点についての撮影地点位置情報、および前記参照領域図形についての特徴点投影位置情報に基づいて、前記視点における全方位画像上に現れるべき特徴点の投影位置を推定し、
全方位画像生成部が、前記参照領域図形についてのセル定義情報に基づいて、推定された特徴点の投影位置を頂点とする新たなセルを生成し、前記参照領域図形の頂点における全方位画像上の対応するセル内の部分画像に基づいて、前記新たなセル内に割り付けるべき新たな部分画像を生成することを特徴とする自由視点映像表示装置。 - 請求項4に記載の自由視点映像表示装置において、
個々の単位領域図形が、実空間上に定義されたXYZ三次元直交座標系におけるXY平面を分割することにより得られる二次元図形によって構成されていることを特徴とする自由視点映像表示装置。 - 請求項5に記載の自由視点映像表示装置において、
個々の単位領域図形を構成する二次元図形が、XY平面をX軸に平行なX軸方向分割直線およびY軸に平行なY軸方向分割直線によって縦横に分割することにより得られる、前記X軸方向分割直線と前記Y軸方向分割直線との交点を頂点とする四角形によって構成されており、
全方位画像格納部が、前記個々の交点を撮影地点として撮影された全方位画像を格納していることを特徴とする自由視点映像表示装置。 - 請求項4に記載の自由視点映像表示装置において、
個々の単位領域図形が、実空間上に定義されたXYZ三次元直交座標系における三次元空間を分割することにより得られる三次元図形によって構成されていることを特徴とする自由視点映像表示装置。 - 請求項7に記載の自由視点映像表示装置において、
個々の単位領域図形を構成する三次元図形が、XYZ三次元直交座標系からなる座標空間を、XY平面に平行なZ軸方向分割平面、XZ平面に平行なY軸方向分割平面、YZ平面に平行なX軸方向分割平面、によってそれぞれ分割することにより得られる複数の直方体によって構成されており、
全方位画像格納部が、前記複数の直方体の各頂点を撮影地点として撮影された全方位画像を格納していることを特徴とする自由視点映像表示装置。 - 請求項4〜8のいずれかに記載の自由視点映像表示装置において、
特徴点投影位置推定部が、参照領域図形の頂点の中から2組の頂点を参照頂点として選択し、当該参照頂点についての撮影地点位置情報および特徴点投影位置情報に基づいて、視点における全方位画像上に現れるべき特徴点の投影位置を推定することを特徴とする自由視点映像表示装置。 - 請求項9に記載の自由視点映像表示装置において、
特徴点投影位置推定部が、参照領域図形の頂点の中から、視点に最も近い頂点を第1の参照頂点Aとして選択し、視点に2番目に近い頂点を第2の参照頂点Bとして選択することを特徴とする自由視点映像表示装置。 - 請求項9または10に記載の自由視点映像表示装置において、
特徴点投影位置推定部が、第1の参照頂点Aから第i番目の特徴点ξiへ向かう第1の参照ベクトルViaを、前記第1の参照頂点Aについての撮影地点位置情報および特徴点投影位置情報に基づいて求め、第2の参照頂点Bから前記第i番目の特徴点ξiへ向かう第2の参照ベクトルVibを、前記第2の参照頂点Bについての撮影地点位置情報および特徴点投影位置情報に基づいて求め、前記第1の参照ベクトルViaと前記第2の参照ベクトルVibとの交点もしくはこれら両参照ベクトルに対して所定の近接位置にある近接点を前記第i番目の特徴点ξiの三次元位置と推定し、視点Qに配置された全方位カメラによって、前記推定された三次元位置にある前記第i番目の特徴点ξiを撮影した場合に全方位画像上に投影される点を、前記視点Qにおける全方位画像上に現れるべき前記第i番目の特徴点ξiの投影位置と推定することを特徴とする自由視点映像表示装置。 - 請求項11に記載の自由視点映像表示装置において、
全方位画像格納部が、撮像面上の方位を示す方位角φを横座標軸にとり、前記撮像面に対する仰角θを縦座標軸にとった全方位画像を格納しており、
特徴点投影位置推定部が、第1の参照頂点Aから第i番目の特徴点ξiへ向かう第1の参照ベクトルViaを求める際に、前記第1の参照頂点Aを撮影地点とする全方位画像上の前記第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す第1の参照方位角φiaおよび第1の参照仰角θiaを参照し、前記第1の参照頂点Aを起点として、前記第1の参照方位角φiaおよび前記第1の参照仰角θiaによって示される方向を向いたベクトルを前記第1の参照ベクトルViaとし、
特徴点投影位置推定部が、第2の参照頂点Bから第i番目の特徴点ξiへ向かう第2の参照ベクトルVibを求める際に、前記第2の参照頂点Bを撮影地点とする全方位画像上の前記第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す第2の参照方位角φibおよび第2の参照仰角θibを参照し、前記第2の参照頂点Bを起点として、前記第2の参照方位角φibおよび前記第2の参照仰角θibによって示される方向を向いたベクトルを前記第2の参照ベクトルVibとし、
特徴点投影位置推定部が、前記第1の参照ベクトルViaと前記第2の参照ベクトルVibとの交点もしくはこれら両参照ベクトルに対して所定の近接位置にある近接点を前記第i番目の特徴点ξiの三次元位置と推定し、視点Qを起点として、前記推定された三次元位置にある前記第i番目の特徴点ξiに向かう指示ベクトルの方位角φiqおよび仰角θiqを、前記視点Qにおける全方位画像上に現れるべき前記第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標と推定することを特徴とする自由視点映像表示装置。 - 請求項4〜8のいずれかに記載の自由視点映像表示装置において、
特徴点投影位置推定部が、参照領域図形の頂点の中からn組(n≧3)の頂点を参照頂点として選択し、当該参照頂点についての撮影地点位置情報および特徴点投影位置情報に基づいて、視点における全方位画像上に現れるべき特徴点の投影位置を推定することを特徴とする自由視点映像表示装置。 - 請求項13に記載の自由視点映像表示装置において、
特徴点投影位置推定部が、参照領域図形の頂点の中から、視点に近い順に、第1の参照頂点から第nの参照頂点を選択することを特徴とする自由視点映像表示装置。 - 請求項13または14に記載の自由視点映像表示装置において、
特徴点投影位置推定部が、第j番目の参照頂点から第i番目の特徴点ξiへ向かう第j番目の参照ベクトルVijを前記第j番目の参照頂点についての撮影地点位置情報および特徴点投影位置情報に基づいて求める処理を、j=1〜nのそれぞれについて行うことにより第1の参照ベクトルVi1〜第nの参照ベクトルVinを求め、求めたn本の参照ベクトルVi1〜Vinの交点もしくはこれらn本の参照ベクトルVi1〜Vinに対して所定の近接位置にある近接点を前記第i番目の特徴点ξiの三次元位置と推定し、視点Qに配置された全方位カメラによって前記推定された三次元位置にある前記第i番目の特徴点ξiを撮影した場合に全方位画像上に投影される点を、前記視点Qにおける全方位画像上に現れるべき前記第i番目の特徴点ξiの投影位置と推定することを特徴とする自由視点映像表示装置。 - 請求項15に記載の自由視点映像表示装置において、
全方位画像格納部が、撮像面上の方位を示す方位角φを横座標軸にとり、前記撮像面に対する仰角θを縦座標軸にとった全方位画像を格納しており、
特徴点投影位置推定部が、第j番目の参照頂点から第i番目の特徴点ξiへ向かう第j番目の参照ベクトルVijを求める際に、前記第j番目の参照頂点を撮影地点とする全方位画像上の前記第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す第j番目の参照方位角φijおよび第j番目の参照仰角θijを参照し、前記第j番目の参照頂点を起点として、前記第j番目の参照方位角φijおよび前記第j番目の参照仰角θijによって示される方向を向いたベクトルを前記第j番目の参照ベクトルVijとし、
特徴点投影位置推定部が、第1の参照ベクトルVi1〜第nの参照ベクトルVinの交点もしくはこれらn本の参照ベクトルVi1〜Vinに対して所定の近接位置にある近接点を前記第i番目の特徴点ξiの三次元位置と推定し、視点Qを起点として、前記推定された三次元位置にある前記第i番目の特徴点ξiに向かう指示ベクトルの方位角φiqおよび仰角θiqを、前記視点Qにおける全方位画像上に現れるべき前記第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標と推定することを特徴とする自由視点映像表示装置。 - 請求項4に記載の自由視点映像表示装置において、
特徴点投影位置推定部が、参照領域図形の頂点の中からn組(n≧3)の頂点を参照頂点として選択し、各参照頂点を撮影地点とする全方位画像上の第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値を用いた補間演算により、視点Qにおける全方位画像上に現れるべき前記第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値を算出することを特徴とする自由視点映像表示装置。 - 請求項17に記載の自由視点映像表示装置において、
全方位画像格納部が、撮像面上の方位を示す方位角φを横座標軸にとり、前記撮像面に対する仰角θを縦座標軸にとった全方位画像を格納しており、
特徴点投影位置推定部が、第j番目の参照頂点を撮影地点とする全方位画像上の第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値(φij,θij)を抽出する処理を、j=1〜nのそれぞれについて行うことにより第1の座標値(φi1,θi1)〜第nの座標値(φin,θin)からなるn組の座標値を抽出し、n組の参照頂点の位置と視点Qの位置との関係に基づいて、参照領域図形に対する前記視点Qの相対位置を示すパラメータを求め、抽出した前記n組の座標値と前記パラメータとを用いた補間演算により、前記視点Qにおける全方位画像上に現れるべき前記第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値を算出することを特徴とする自由視点映像表示装置。 - 請求項18に記載の自由視点映像表示装置において、
個々の単位領域図形が、実空間上に定義されたXYZ三次元直交座標系におけるXY平面を、X軸に平行なX軸方向分割直線およびY軸に平行なY軸方向分割直線によって縦横に分割することにより得られる、前記X軸方向分割直線と前記Y軸方向分割直線との交点を頂点とする四角形によって構成されており、
全方位画像格納部が、前記個々の交点を撮影地点として撮影された全方位画像を格納しており、
参照領域図形を構成する四角形の左上頂点をA,右上頂点をB,左下頂点をC,右下頂点をDとし、視点をQとし、上辺ABおよび下辺CDがX軸に平行、左辺ACおよび右辺BDがY軸に平行となるように座標系を定義したときに、特徴点投影位置推定部が、前記頂点A,B,C,Dを参照頂点として選択し、
点Qを通りY軸に平行な垂直補助線Lyと上辺ABとの交点を中間点m1、前記垂直補助線Lyと下辺CDとの交点を中間点m2、点Qを通りX軸に平行な水平補助線Lxと左辺ACとの交点を中間点m3、前記水平補助線Lxと右辺BDとの交点を中間点m4とし、上辺ABもしくは下辺CDを中間点m1もしくは中間点m2が分割する按分割合をα:1−αとし、左辺ACもしくは右辺BDを中間点m3もしくは中間点m4が分割する按分割合をβ:1−βとして、パラメータα,βを定め、
参照頂点Aを撮影地点とする全方位画像上の第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値を(φia,θia)とし、参照頂点Bを撮影地点とする全方位画像上の第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値を(φib,θib)とし、参照頂点Cを撮影地点とする全方位画像上の第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値を(φic,θic)とし、参照頂点Dを撮影地点とする全方位画像上の第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値を(φid,θid)としたときに、
特徴点投影位置推定部が、
中間点m1における全方位画像上に現れるべき第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値(φim1,θim1)を、
φim1=(1−α)・φia+α・φib
θim1=(1−α)・θia+α・θib
なる演算で求め、
中間点m2における全方位画像上に現れるべき第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値(φim2,θim2)を、
φim2=(1−α)・φic+α・φid
θim2=(1−α)・θic+α・θid
なる演算で求め、
視点を示す点Qにおける全方位画像上に現れるべき第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値(φiq,θiq)を、
φiq=(1−β)・φim1+β・φim2
θiq=(1−β)・θim1+β・θim2
なる演算で求めることを特徴とする自由視点映像表示装置。 - 請求項18に記載の自由視点映像表示装置において、
個々の単位領域図形が、実空間上に定義されたXYZ三次元直交座標系におけるXY平面を、隙間なく分割することにより得られる三角形によって構成されており、
全方位画像格納部が、前記三角形の各頂点を撮影地点として撮影された全方位画像を格納しており、
参照領域図形を構成する三角形の各頂点をA,B,Cとし、視点を点Qとしたときに、特徴点投影位置推定部が、前記頂点A,B,Cを参照頂点として選択し、
点A,Qを通る直線と底辺BCとの交点を中間点mとし、底辺BCを中間点mが分割する按分割合をα:1−αとし、点A,mを結ぶ補助線Lを点Qが分割する按分割合をβ:1−βとして、パラメータα,βを定め、
参照頂点Aを撮影地点とする全方位画像上の第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値を(φia,θia)とし、参照頂点Bを撮影地点とする全方位画像上の第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値を(φib,θib)とし、参照頂点Cを撮影地点とする全方位画像上の第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値を(φic,θic)としたときに、
特徴点投影位置推定部が、
中間点mにおける全方位画像上に現れるべき第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値(φim,θim)を、
φim=(1−α)・φib+α・φic
θim=(1−α)・θib+α・θic
なる演算で求め、
視点を示す点Qにおける全方位画像上に現れるべき第i番目の特徴点ξiの投影位置を示す座標値(φiq,θiq)を、
φiq=(1−β)・φia+β・φim
θiq=(1−β)・θia+β・θim
なる演算で求めることを特徴とする自由視点映像表示装置。 - 請求項4〜20のいずれかに記載の自由視点映像表示装置において、
特徴点投影位置推定部が、視点を包含する単位領域図形を参照領域図形として選択することを特徴とする自由視点映像表示装置。 - 請求項12,16,18〜20のいずれかに記載の自由視点映像表示装置において、
位置方向指定部が、視線方向として、所定の方位角φeおよび所定の仰角θeを指定し、
画像切出部が、切出対象となる全方位画像上において、前記位置方向指定部によって指定された方位角φeおよび仰角θeで示される座標値をもつ点を切出中心点として、当該切出中心点の周囲の一部分を切り出すことを特徴とする自由視点映像表示装置。 - 請求項4〜22のいずれかに記載の自由視点映像表示装置において、
特徴点情報格納部が、3つの特徴点を頂点とする三角形からなる複数のセルを定義するセル定義情報を格納しており、全方位画像が、前記複数のセルの投影像からなる個々のセルによってメッシュ状に分割され、
全方位画像生成部が、前記セル定義情報に基づいて、推定された特徴点の投影位置を頂点とする新たなセルを生成し、全方位画像格納部に格納されている全方位画像上の対応するセル内の部分画像に基づいて、前記新たなセル内に割り付けるべき新たな部分画像を生成する処理を、生成した各セルについて実行することにより、視点における全方位画像を生成することを特徴とする自由視点映像表示装置。 - 請求項4〜22のいずれかに記載の自由視点映像表示装置において、
全方位画像生成部が、参照領域図形の頂点の中の1つの頂点を模写対象頂点として選択し、前記模写対象頂点についての全方位画像上で対応する対応セル内の部分画像を模写対象部分画像として選択し、この模写対象部分画像に基づいて新たなセル内に割り付けるべき新たな部分画像を生成することを特徴とする自由視点映像表示装置。 - 請求項24に記載の自由視点映像表示装置において、
全方位画像生成部が、新たなセル内に割り付けるべき新たな部分画像を構成する所定画素の画素値を定める際に、前記所定画素の前記新たなセルに対する相対位置を求め、模写対象部分画像において前記相対位置に対応する位置にある対応画素の画素値を模写対象画素値として抽出し、前記所定画素の画素値を前記模写対象画素値に基づいて決定することを特徴とする自由視点映像表示装置。 - 請求項4〜22のいずれかに記載の自由視点映像表示装置において、
全方位画像生成部が、参照領域図形の頂点の中から複数n個(n≧2)の頂点を模写対象頂点として選択し、前記n個の模写対象頂点についての全方位画像上で対応する対応セル内の部分画像をそれぞれ模写対象部分画像として選択し、選択されたn枚の模写対象部分画像に基づいて新たなセル内に割り付けるべき新たな部分画像を生成することを特徴とする自由視点映像表示装置。 - 請求項26に記載の自由視点映像表示装置において、
全方位画像生成部が、新たなセル内に割り付けるべき新たな部分画像を構成する所定画素の画素値を定める際に、前記所定画素の前記新たなセルに対する相対位置を求め、n枚の模写対象部分画像において前記相対位置に対応する位置にある対応画素の画素値をそれぞれ模写対象画素値として抽出し、前記所定画素の画素値を、抽出したn組の模写対象画素値に基づいて決定することを特徴とする自由視点映像表示装置。 - 請求項27に記載の自由視点映像表示装置において、
全方位画像生成部が、新たな部分画像を構成する所定画素の画素値をn組の模写対象画素値に基づいて決定する際に、視点とn個の模写対象頂点との距離をそれぞれ求め、距離のより小さな模写対象頂点についての全方位画像から抽出された模写対象画素値に対してより大きな重みづけを付加してn組の模写対象画素値の加重平均値を算出し、この加重平均値に基づいて前記所定画素の画素値を決定することを特徴とする自由視点映像表示装置。 - 請求項25,27,28のいずれかに記載の自由視点映像表示装置において、
特徴点情報格納部が、3つの特徴点を頂点とする三角形からなる複数のセルを定義するセル定義情報を格納しており、全方位画像が、前記複数のセルの投影像からなる個々のセルによってメッシュ状に分割され、
新たなセルを構成する三角形Cqの頂点をξ1q,ξ2q,ξ3qとし、対応セルを構成する三角形Caの対応する頂点をξ1a,ξ2a,ξ3aとし、前記三角形Cq内の所定画素の位置を点Gqとしたときに、
全方位画像生成部が、
前記三角形Cqについて、頂点ξ3qと点Gqとを通る直線と、頂点ξ1qと頂点ξ2qとを結ぶ底辺Bqと、の交点を中間点Rqとし、この中間点Rqが前記底辺Bqを分割する按分割合をa:bとし、点Gqが前記中間点Rqと頂点ξ3qとを結ぶ中間線分Lqを分割する按分割合をc:dとして、パラメータa,b,c,dを定め、
前記対応三角形Caについて、頂点ξ1aと頂点ξ2qとを結ぶ底辺Baを按分割合a:bで分割する点として中間点Raを求め、この中間点Raと頂点ξ3aとを結ぶ中間線分Lbをc:dで分割する点として点Gaを求め、前記点Gaに位置する対応画素の画素値を模写対象画素値として抽出し、
前記三角形Cq内の点Gqに位置する前記所定画素の画素値を、前記模写対象画素値に基づいて決定することを特徴とする自由視点映像表示装置。 - 請求項1〜29のいずれかに記載の自由視点映像表示装置において、
個々の単位領域図形が、実空間上に定義されたXYZ三次元直交座標系に配置された二次元図形もしくは三次元図形によって構成され、更に、時間軸tを考慮することにより、同一の空間位置に時間の異なる複数通りの単位領域図形が定義されており、
全方位画像格納部には、時間の異なる複数通りの単位領域図形の頂点を撮影地点として、特定の撮影地点において、特定の時間に撮影された全方位画像が格納されており、
位置方向指定部が、任意の視点と当該視点を基準とした任意の視線方向に加えて、更に、任意の観測時間を指定する機能を有し、
特徴点投影位置推定部が、
前記観測時間に、前記視点における全方位画像上に現れるべき特徴点の投影位置を推定し、
全方位画像生成部が、前記観測時間かつ前記視点における全方位画像を生成することを特徴とする自由視点映像表示装置。 - 請求項1〜30のいずれかに記載の自由視点映像表示装置としてコンピュータを機能させるプログラム。
- 任意位置の視点から見た任意方向の視界を表示する自由視点映像表示方法であって、
必要なデータを準備する準備プロセスと、準備したデータを用いてコンピュータが映像表示を行う表示プロセスと、を有し、
前記準備プロセスは、
実空間上に単位領域図形を定義し、この単位領域図形の頂点位置に撮影地点を定義し、各撮影地点の位置を示す撮影地点位置情報を設定する撮影地点定義段階と、
実空間上の前記撮影地点に全方位カメラを配置して被写体を撮像面に投影して撮影し、個々の撮影地点のそれぞれについて、当該撮影地点の位置を示す前記撮影地点位置情報に対応づけた全方位画像を用意する全方位画像撮影段階と、
前記単位領域図形の頂点を撮影地点とする複数の全方位画像上に共通して現れている被写体上の特徴点を定め、各特徴点について全方位画像上での投影位置を示す特徴点投影位置情報を求める特徴点設定段階と、
前記全方位画像が複数のセルの投影像によってメッシュ状に分割されるように、前記特徴点を頂点とする図形からなる複数のセルを定義するセル定義情報を定めるセル定義段階と、
を有し、
前記表示プロセスは、
コンピュータが、前記実空間に対応する仮想空間上で、任意の視点と当該視点を基準とした任意の視線方向を指定する位置方向指定段階と、
コンピュータが、前記撮影地点位置情報および前記特徴点投影位置情報に基づいて、前記視点における全方位画像上に現れるべき特徴点の投影位置を推定する特徴点投影位置推定段階と、
コンピュータが、前記セル定義情報に基づいて、前記特徴点投影位置推定段階で推定された特徴点の投影位置を頂点とする新たなセルを生成し、前記全方位画像上の対応するセル内の部分画像に基づいて、前記新たなセル内に割り付けるべき新たな部分画像を生成する処理を、生成した各セルについて実行することにより、前記視点における全方位画像を生成する全方位画像生成段階と、
コンピュータが、前記位置方向指定段階で指定された視線方向に基づいて、前記全方位画像生成段階で生成した前記視点における全方位画像から、その一部分を切り出す画像切出段階と、
コンピュータが、前記画像切出段階によって切り出された画像を表示する画像表示段階と、
を有することを特徴とする自由視点映像表示方法。 - 請求項32に記載の自由視点映像表示方法において、
撮影地点定義段階で、互いに隣接して配置された複数の単位領域図形を定義し、
全方位画像撮影段階で、各単位領域図形の頂点を撮影地点とする撮影を行うことにより、個々の頂点のそれぞれについての全方位画像を用意し、
特徴点設定段階で、個々の単位領域図形ごとに、当該単位領域図形の頂点を撮影地点とする複数の全方位画像上に共通して現れている特徴点を定め、
セル定義段階で、個々の単位領域図形ごとに、前記特徴点を頂点とする図形からなる複数のセルを定義するセル定義情報を定め、
位置方向指定段階で、前記複数の単位領域図形のいずれかに包含される視点を指定し、
特徴点投影位置推定段階で、特定の単位領域図形を参照領域図形として選択し、前記参照領域図形の頂点についての撮影地点位置情報および前記参照領域図形についての特徴点投影位置情報に基づいて、前記視点における全方位画像上に現れるべき特徴点の投影位置を推定し、
全方位画像生成段階で、前記参照領域図形についてのセル定義情報に基づいて、推定された特徴点の投影位置を頂点とする新たなセルを生成し、前記参照領域図形の頂点における全方位画像上の対応するセル内の部分画像に基づいて、前記新たなセル内に割り付けるべき新たな部分画像を生成することを特徴とする自由視点映像表示方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016085214A JP6682984B2 (ja) | 2016-04-21 | 2016-04-21 | 自由視点映像表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016085214A JP6682984B2 (ja) | 2016-04-21 | 2016-04-21 | 自由視点映像表示装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017194857A JP2017194857A (ja) | 2017-10-26 |
JP6682984B2 true JP6682984B2 (ja) | 2020-04-15 |
Family
ID=60155624
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016085214A Active JP6682984B2 (ja) | 2016-04-21 | 2016-04-21 | 自由視点映像表示装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6682984B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3496387A1 (en) * | 2017-12-05 | 2019-06-12 | Koninklijke Philips N.V. | Apparatus and method of image capture |
JP7204511B2 (ja) | 2019-02-12 | 2023-01-16 | キヤノン株式会社 | 電子機器、電子機器の制御方法、プログラム |
JP7439398B2 (ja) * | 2019-06-18 | 2024-02-28 | 大日本印刷株式会社 | 情報処理装置、プログラム及び情報処理システム |
CN117423109A (zh) * | 2023-10-31 | 2024-01-19 | 北京代码空间科技有限公司 | 一种图像关键点标注方法及其相关设备 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002213984A (ja) * | 2001-01-12 | 2002-07-31 | Oojisu Soken:Kk | パノラマ画像による案内システム、中央装置及び端末装置、並びにコンピュータプログラム及び記録媒体 |
-
2016
- 2016-04-21 JP JP2016085214A patent/JP6682984B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2017194857A (ja) | 2017-10-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9626790B1 (en) | View-dependent textures for interactive geographic information system | |
US9754410B2 (en) | System and method for three-dimensional garment mesh deformation and layering for garment fit visualization | |
CN109658365B (zh) | 图像处理方法、装置、系统和存储介质 | |
JP6515985B2 (ja) | 三次元画像結合方法及び三次元画像結合装置 | |
CN106296783B (zh) | 一种结合空间全局3d视图和全景图片的空间展示方法 | |
EP3534336B1 (en) | Panoramic image generating method and apparatus | |
US8390617B1 (en) | Visualizing oblique images | |
JP4392507B2 (ja) | 3次元サーフェス生成方法 | |
US20140218354A1 (en) | View image providing device and method using omnidirectional image and 3-dimensional data | |
JP6682984B2 (ja) | 自由視点映像表示装置 | |
US20020113865A1 (en) | Image processing method and apparatus | |
US20170278293A1 (en) | Processing a Texture Atlas Using Manifold Neighbors | |
JPH0816783A (ja) | 画像処理装置及び方法 | |
US9165397B2 (en) | Texture blending between view-dependent texture and base texture in a geographic information system | |
KR101591427B1 (ko) | 3차원 지형 영상 가시화에서의 적응형 렌더링 방법 | |
KR20200043458A (ko) | 3d 장면의 이미지를 생성 및 수정하기 위한 방법 | |
CN109685879A (zh) | 多视影像纹理分布的确定方法、装置、设备和存储介质 | |
US20180213215A1 (en) | Method and device for displaying a three-dimensional scene on display surface having an arbitrary non-planar shape | |
CN111524230A (zh) | 一种三维模型与展开全景图联动浏览方法及计算机系统 | |
JP2013090257A (ja) | 自由視点映像表示装置 | |
JP2000076488A (ja) | 3次元仮想空間表示装置及びテクスチャオブジェクト設定情報作成装置 | |
US10699372B2 (en) | Image generation apparatus and image display control apparatus | |
CN109461116B (zh) | 一种基于opengl的720全景展开监控方法 | |
US10275939B2 (en) | Determining two-dimensional images using three-dimensional models | |
CN106484850B (zh) | 全景地图显示方法和装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190225 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20190621 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20191030 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200127 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200225 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200309 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6682984 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |