JP6702766B2 - 情報処理装置、情報処理方法、およびプログラム - Google Patents
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Description
非特許文献1には、距離を推定できなかった画素の距離を決定するために、各画素の距離情報を用いて、エネルギー関数の最小化問題を解く技術が開示されている。このエネルギー関数では、距離は隣接画素間で滑らかに変化するという仮定と、推定できなかった領域の距離は基準面(地面や床など)までの距離に近い値になるという仮定を利用している。これにより、推定できなかった領域の距離は前述した2つの仮定を満たすように決定される。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、撮像手段から対象物までの距離を示す距離情報において推定できていない領域の距離値を高精度に決定することを目的とする。
本発明の情報処理装置の第2の例は、撮像手段から対象物までの距離を示す距離情報において、少なくとも距離値が与えられていない位置の距離値を決定するための処理を行う情報処理装置であって、前記距離情報に基づいて、当該距離情報において距離値が与えられていない位置の距離値として、1つの位置につき複数の距離値を導出する第1の導出手段と、前記距離値が与えられていない位置の複数の距離値を用いて、当該位置の距離値を決定する決定手段と、を有し、前記第1の導出手段は、前記撮像手段における撮像面と、前記対象物との幾何学的な関係を用いて、前記距離情報において距離値が与えられていない同一の位置の距離値として複数の距離値を導出することを特徴とする。
(第1の実施形態)
<構成>
図1は、情報処理装置100の機能的な構成の一例を示す図である。
情報処理装置100は、距離画像取得部110、複数方向距離推定部120、信頼度判断部130、および距離決定部140を有する。情報処理装置100には、撮像部300が接続されている。
複数方向距離推定部120は、距離画像取得部110から距離画像を受け取り、距離画像内の距離未推定領域の距離を、複数の方向(距離画像上の上下左右方向等)で補間または補外することにより導出する第1の導出処理を行う。以下の説明では、複数方向距離推定部120で推定される距離を必要に応じて推定距離と称する。
CPU201は、ROM202やRAM203に格納されたプログラムに従って命令を実行する。
RAM203は、揮発性メモリであり、フレーム画像データや、被写体の同定の結果などの一時的なデータを記憶する。
入力装置205は、キーボードやマウスなどであり、ユーザからの入力を可能とする。
ネットワークI/F207は、モデムやLANなどであり、インターネットやイントラネットなどのネットワークと接続を行う。
バス208は、前述した情報処理装置100の各要素を相互に通信可能に接続する。情報処理装置100の各要素は、バス208を介して相互にデータの入出力を行う。
以上の構成を有する情報処理装置100には、オペレーティングシステムの上で動作するアプリケーションが実装されている。
図3は、距離未推定領域の距離を決定する際の情報処理装置100の処理の一例を説明するフローチャートである。
ステップS301において、距離画像取得部110は、撮像部300から距離画像を取得する。
次に、ステップS302において、複数方向距離推定部120は、距離画像上の上下左右の各方向で距離を線形補外することによって、距離未推定領域の距離を当該各方向のそれぞれにおいて推定する。
図4では、壁410に絵画420が掛けられており、床430に机440が置かれている環境における各対象物までの距離を、撮像部300の一例であるHMDで推定(測定)する様子を示す。また、図4には、撮像部300で生成される距離画像400を併せて示す。距離画像400において、黒の領域が、撮像部300で距離を推定することができた領域であり、白の領域が、撮像部300で距離を推定することができなかった領域(距離未推定領域)である。
図5において、距離画像取得部110により、距離画像400が得られているとする。また、机440の左上隅の距離が距離画像501のようになるものとする。
また、距離の推定方法は、線形補外に限定されない。例えば、線形補間でもよいし、非線形補間や非線形補外などでもよい。
図6において、距離画像取得部110は、中心部が距離未推定領域である距離画像600を取得したとする。この距離画像600に対して、上下左右の4方向で線形補外を行うと、距離画像601、602、603、604が得られる。距離画像601、602、603、604は、それぞれ、下方向、右方向、上方向、左方向に線形補外した結果を示す。
次に、第2の実施形態を説明する。第1の実施形態では、信頼度判断部130は、複数方向距離推定部120で推定された全ての方向における推定距離を用いて信頼度を判断する場合を例に挙げて説明した。これに対し、本実施形態では、信頼度の判断に全ての方向の推定距離を用いるのではなく、一部の方向における推定距離を選択し、選択した方向における推定距離の信頼度を判断し、その結果に基づいて距離を決定する。このように本実施形態と第1の実施形態とは、複数方向距離推定部120で推定された複数の方向における推定距離の一部を選択することによる構成および処理が主として異なる。従って、本実施形態の説明において、第1の実施形態と同一の部分については、図1〜図8に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。
図9は、情報処理装置900の機能的な構成の一例を示す図である。
本実施形態の情報処理装置900は、第1の実施形態の情報処理装置100の構成に対し、方向選択部160が追加される。
方向選択部160は、距離画像取得部110から距離画像を受け取る。方向選択部160は、距離画像取得部110から受け取った距離画像に基づいて、距離未推定領域の画素に対して信頼度の判断および距離の決定を行う際に、どの方向における推定距離を用いるのかを選択する選択処理を行う。
尚、本実施形態の情報処理装置900のハードウェアは、例えば、図2に示した構成で実現することができる。
図10は、距離未推定領域の距離を決定する際の情報処理装置900の処理の一例を説明するフローチャートである。
ステップS1001、S1002は、それぞれ、図3のステップS301、S302と同じである。即ち、ステップS1001において、距離画像取得部110は、撮像部300から距離画像を取得し、ステップS1002において、複数方向距離推定部120は、距離未推定領域の距離を複数の方向のそれぞれにおいて推定する。
例えば、図11(a)に示す距離画像1100が距離画像取得部110により取得されたとする。また、複数方向距離推定部120は、上下左右の4方向で距離の推定を行うとする。画素位置1101に関して、距離が推定された画素の画素位置までの各方向における最短距離は、上方向に距離を推定する向きでは1画素、左右方向では2画素、下方向では3画素である。例えば、距離を推定する方向として、距離が推定されなかった画素(距離の決定対象の画素)から、距離が推定された画素までの最短距離が近い上位3つの方向を選択するとする。この場合、上方向、左方向、および右方向の3方向が選択される。
例えば、ステップS1002で、上下左右の4方向において推定距離を導出していたとする。また、ステップS1003で、距離未推定領域の或る画素について、上方向、左方向、および右方向の3方向が選択されたとする。また、ステップS1004において、高い信頼度であると判断する際の基準は、選択された方向における推定距離のうち、過半数の推定距離が近い値であることとする。この場合、信頼度判断部130は、上方向、左方向、および右方向の3方向における推定距離のうち、2方向以上における推定距離が近い値となっていれば、当該推定距離の信頼度は高いと判断する。尚、推定距離が近いか否かの判断の手法として、例えば、第1の実施形態のステップS303において説明した手法を用いることができる。
次に、第3の実施形態を説明する。本実施形態では、撮像部300で距離が推定されなかった距離未推定領域に対応する面(平面や曲面)を推定し、その面の値に距離未推定領域の距離を再設定する。これにより、第1または第2の実施形態で、距離が未知のまま残った画素の距離を決定したり、距離が決定された画素の距離を修正したりすることができる。このように、本実施形態は、第1および第2の実施形態に対し、距離未推定領域に対応する面を推定して距離の再設定をする処理が加わることによる構成および処理が主として異なる。従って、本実施形態の説明において、第1および第2の実施形態と同一の部分については、図1〜図11に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。
図12は、情報処理装置1200の機能的な構成の一例を示す図である。
本実施形態の情報処理装置1200は、第1の実施形態の情報処理装置100の構成に対し、領域推定部180、距離決定割合算出部190、および領域補間部200が追加される。
尚、本実施形態の情報処理装置1200のハードウェアは、例えば、図2に示した構成で実現することができる。
図13は、距離未推定領域の距離を決定する際の情報処理装置1200の処理の一例を説明するフローチャートである。
ステップS1301は、図3のステップS301と同じである。即ち、ステップS1301において、距離画像取得部110は、撮像部300から距離画像を取得する。
例えば、撮像部300で距離を推定できなかった画素のラベリングを行うことで距離未推定区画領域を推定することができる。図14は、距離未推定区画領域を推定する方法の一例を説明する図である。例えば、距離画像取得部110が、図4に示した距離画像400を取得した場合には、図14に示すようにしてラベリングされる。
尚、本実施形態では、ステップS1303〜S1306の処理は、ステップS1302で推定された距離未推定区画領域ごとに行われるものとする。
尚、この他にも、前述した距離決定割合を算出する方法であればどのような方法で距離決定割合を算出してもよい。距離決定割合を百分率で表してもよい。
また、距離センサまたはカメラなどの撮像部300の内部パラメータ(焦点距離、主点位置、歪みに関するパラメータなど)が取得できる場合には、距離の値から、撮像部300に対する対象物の3次元座標を計算することができる。この3次元座標を用いて、ステップS1302で推定された距離未推定区画領域に対応する平面または曲面を推定してもよい。
尚、第2の実施形態に対し、本実施形態を適用することもできる。
次に、第4の実施形態を説明する。第1〜第3の実施形態では、複数方向距離推定部120は、距離画像取得部110で取得された距離画像で推定済みの距離を用いた補間や補外を行うことにより、距離が未推定の画素に対し、複数の方向における推定距離を導出する場合を例に挙げて説明した。これに対し、本実施形態では、第1〜第3の実施形態の何れかの手法において、カメラモデルを考慮して、複数の方向における推定距離を導出する。このように本実施形態と第1〜第3の実施形態は、複数方向距離推定部120の処理の内容が異なる。従って、本実施形態の説明において、第1〜第3の実施形態と同一の部分については、図1〜図15に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。
本実施形態の情報処理装置の機能的な構成は、例えば、図1、図9または図12に示した構成で実現することができる。また、本実施形態の情報処理装置のハードウェアは、例えば、図2に示した構成で実現することができる。
本実施形態では、図3のステップS302、図10のステップS1002、図13のステップS1303において、複数方向距離推定部120は、カメラモデルを考慮して、複数方向における推定距離を導出する。カメラモデルは、対象物(被写体)と撮像面に結像される像との幾何学的な関係を数式で表したものである。
図16では、撮像部300をピンホールカメラ1600で近似する場合を例に挙げて示す。撮像面1601上に連続して存在する画素位置x1、x2、x3に対応する平面1602までの距離は順にD1、D2、D3となる。各画素位置x1、x2、x3のうち相互に隣接する画素位置(画素位置x1、x2と画素位置x2、x3)の間の距離の差δD12、δD23について比較すると、以下の(1)式のようになる。
δD12≠δD23 ・・・(1)
図17に示す関係から、以下の(2)式により以下の(3)式のようにt1が計算され、以下の(4)式により以下の(5)式のようにt2が計算される。
δD23=A(t3−t2) ・・・(22)
δD23=A(BD3−t2) ・・・(23)
D3=δD23+D2 ・・・(24)
δD23=ABδD23+ABD2−At2 ・・・(25)
(1−AB)δD23=ABD2−At2 ・・・(26)
また、距離未推定領域が、距離が推定された領域から続く平面以外の面 (曲面や球面など)であるという仮定の下で、カメラモデルを考慮し、複数の方向における推定距離を導出してもよい。
尚、考慮するカメラモデルは、ピンホールカメラモデルに限定されるものではない。例えば、光学歪を含むカメラモデルやその他の任意のカメラモデルを考慮することができる。
本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、まず、以上の実施形態の機能を実現するソフトウェア(コンピュータプログラム)を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給する。そして、そのシステム或いは装置のコンピュータ(又はCPUやMPU等)が当該コンピュータプログラムを読み出して実行する。
Claims (15)
- 撮像手段から対象物までの距離を示す距離情報において、少なくとも距離値が与えられていない位置の距離値を決定するための処理を行う情報処理装置であって、
前記距離情報に基づいて、当該距離情報において距離値が与えられていない位置の距離値として、1つの位置につき複数の距離値を導出する第1の導出手段と、
前記距離値が与えられていない位置の複数の距離値を用いて、当該位置の距離値を決定する決定手段と、を有し、
前記第1の導出手段は、前記距離情報に与えられている距離値であって、前記距離情報において距離値が与えられていない位置を通して同一の方向に並ぶ複数の位置の距離値を用いて、当該位置の距離値を導出することを複数の方向において行うことを特徴とする情報処理装置。 - 前記決定手段は、前記距離情報において距離値が与えられていない位置の距離値として、前記複数の方向において前記第1の導出手段により導出された複数の距離値を用いて、当該位置の距離値を決定することを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。
- 更に、前記距離情報を用いて、前記複数の方向の数よりも少ない数の少なくとも2つの方向を選択する選択手段を有し、
前記決定手段は、前記距離情報において距離値が与えられていない位置の距離値として、前記選択手段により選択された方向において前記第1の導出手段により導出された複数の距離値を用いて、当該位置の距離値を決定することを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。 - 前記第1の導出手段は、前記撮像手段における撮像面と、前記対象物との幾何学的な関係を用いて、前記距離情報において距離値が与えられていない同一の位置の距離値として複数の距離値を導出することを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。
- 撮像手段から対象物までの距離を示す距離情報において、少なくとも距離値が与えられていない位置の距離値を決定するための処理を行う情報処理装置であって、
前記距離情報に基づいて、当該距離情報において距離値が与えられていない位置の距離値として、1つの位置につき複数の距離値を導出する第1の導出手段と、
前記距離値が与えられていない位置の複数の距離値を用いて、当該位置の距離値を決定する決定手段と、を有し、
前記第1の導出手段は、前記撮像手段における撮像面と、前記対象物との幾何学的な関係を用いて、前記距離情報において距離値が与えられていない同一の位置の距離値として複数の距離値を導出することを特徴とする情報処理装置。 - 前記距離情報は、前記対象物を含む画像であって、画素のそれぞれに、当該画素に対応する前記距離値が設定された画像であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の情報処理装置。
- 更に、前記距離値が与えられていない位置の複数の距離値を用いて、当該位置に、前記決定手段により決定される距離値を設定するか否かを判断する第1の判断手段と、
前記第1の判断手段により、前記距離値が与えられていない位置に、前記決定手段により決定される距離値を設定すると判断された場合に、当該位置に、前記決定手段により決定された距離値を設定する設定手段とを有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の情報処理装置。 - 前記第1の判断手段は、前記距離値が与えられていない位置の複数の距離値を用いて、当該位置の距離値の信頼度を導出し、当該信頼度を用いて、当該位置に、前記決定手段により決定される距離値を設定するか否かを判断することを特徴とする請求項7に記載の情報処理装置。
- 更に、前記距離情報を用いて、前記距離情報において距離値が与えられていない位置からなる領域であって、距離値が与えられている位置により区画される領域である第1の領域における距離値を導出する第2の導出手段と、
前記第1の領域に含まれる位置のうち、前記第1の判断手段により前記距離値を設定しないと判断された位置の距離値として、前記第2の導出手段により導出された当該第1の領域の当該位置における距離値を再設定する再設定手段と、を有することを特徴とする請求項7または8に記載の情報処理装置。 - 前記再設定手段は、前記第1の判断手段により前記距離値を設定すると判断された位置に、前記第2の導出手段により導出された当該位置における距離値を更に設定することを特徴とする請求項9に記載の情報処理装置。
- 前記再設定手段は、前記第1の判断手段により前記距離値を設定すると判断された位置の距離値として前記決定手段により決定された距離値と、前記第2の導出手段により導出された当該位置の距離値とを用いて、当該位置に、前記第2の導出手段により導出された当該位置における距離値を設定すると判断した場合に、当該位置に、前記第2の導出手段により導出された当該位置における距離値を設定することを特徴とする請求項10に記載の情報処理装置。
- 前記第2の判断手段は、前記第1の領域の大きさと、前記第1の判断手段により当該第1の領域において前記距離値を設定すると判断された位置からなる第2の領域の大きさとを用いて、前記第2の導出手段により導出された当該第1の領域における距離値を前記設定手段により設定するか否かを判断することを特徴とする請求項9乃至11のいずれか1項に記載の情報処理装置。
- 撮像手段から対象物までの距離を示す距離情報において、少なくとも距離値が与えられていない位置の距離値を決定するための処理を行う情報処理方法であって、
前記距離情報に基づいて、当該距離情報において距離値が与えられていない位置の距離値として、1つの位置につき複数の距離値を導出する第1の導出工程と、
前記距離値が与えられていない位置の複数の距離値を用いて、当該位置の距離値を決定する決定工程と、を有し、
前記第1の導出工程では、前記距離情報に与えられている距離値であって、前記距離情報において距離値が与えられていない位置を通して同一の方向に並ぶ複数の位置の距離値を用いて、当該位置の距離値を導出することを複数の方向において行うことを特徴とする情報処理方法。 - 撮像手段から対象物までの距離を示す距離情報において、少なくとも距離値が与えられていない位置の距離値を決定するための処理を行う情報処理方法であって、
前記距離情報に基づいて、当該距離情報において距離値が与えられていない位置の距離値として、1つの位置につき複数の距離値を導出する第1の導出工程と、
前記距離値が与えられていない位置の複数の距離値を用いて、当該位置の距離値を決定する決定工程と、を有し、
前記第1の導出工程では、前記撮像手段における撮像面と、前記対象物との幾何学的な関係を用いて、前記距離情報において距離値が与えられていない同一の位置の距離値として複数の距離値を導出することを特徴とする情報処理方法。 - 請求項1乃至12のいずれか1項に記載の情報処理装置の各手段としてコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。
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