JPH03242506A - 距離計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複数の視点から静止剛体を撮影した複数枚の
画像から、自動的に該静止剛体の３次元形状情報を計測
する距離計測方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の技術として、以下の２手法があげられる。

■　２〜３台のカメラを基線長りだけ離して設置し、静
止剛体の画像を２〜３枚撮影する方法■　１台のカメラ
の視軸を静止剛体に向けたまま基線長りだけ等速並進運
動させ、一定時間間隔で該静止剛体の画像をＮ枚撮影す
る方法どちらの手法においても、撮影された静止剛体の
各画像間での対応点を求め、三角測量の原理で該静止剛
体の形状を計測する。従って計測精度をあげるためには
基線長りをなるべく大きく取る必要がある。■の手法で
は基線長りを大きく取ると。

対応点の隠れなどが発生するため、対応点探索は困難に
なる。一方■では対応点探索問題を以下の様な直線抽出
問題に置き換えることができるため隠れなどが発生して
も対応点付を行うことが可能である。

第３図ｉａｌに示すように、ワールド座標系○−ＸＹＺ
を設定し、視点をＸ軸上におき、視軸をＺ軸の正方向と
する。角点距離をＦとすると、ワール１′座標系内の３
次元物体は面Ｚ＝Ｆ上に中心投影される。投影面座標ｏ
−ｘｙは視軸との交点を原点とし、各座標軸の方向はワ
ールド座標系の座標軸と一致させる。視点をＸ軸上に移
動させつつ微少移動ピッチδＸ毎に投影画像を蓄積する
。得られた画像列を順番に並べると、第３図ｆｂｌのよ
うな３次元画像（時空間画像Ｓｐａｔｉｏ−ｔｅｍｐｏ
ｒａｌ　ｉｍａｇｅ）を得ることができる。ｎ番目の視
点位置のＸ座標をＵとし、Ｕ＝ｎδＸとする。このとき
ワールド座標系内の点Ｐ　（Ｘ、Ｙ、Ｚ）は投影面上の
点ｐ（χ’、Ｙ’、Ｚ’）に次式で写像される。

Ｘ”　−ＵＦ これを投影面座標（Ｘ、ｙ）で表すと。

ｘ＝−（Ｘ−ｎδｘ　　）　　　　　−−−−−１２ａ
）ｙ　　＝　　−Ｙ　　　　　　　　　　　　　　−−
−−−−（２ｂ）式（２ｂ）は点Ｐの投影点が描く運動
軌跡が水平断面上に拘束されることを意味し２式（２ａ
）はその軌跡が直線であり、この直線の傾きから深さＺ
を求められることを意味している。従って時空間画像を
水平線に沿って切断した画像（エピポーラ画像）から直
ｗＡ戒分を抽出することで、ワールド座標系内の３次元
物体の形状を計測することが可能である。

■の手法において、直線成分を抽出する手法として以下
の２手法が存在する。

■〜ｌ：まずエピポーラ画像中から微分処理などによっ
て輝度変化が大きいエツジ部分だけを取り出し、このエ
ツジ部分の直線成分抽出を行う。このため、エピポーラ
画像中の輝度変化が緩やかな部分における直線成分を抽
出することは不可能である。輝度変化が緩やかな部分は
、−船釣には静止剛体の曲面部分に対応しており、従っ
て、従来手法では曲面部分の形状計測が不可能である。

■−２＝エピポーラ画像から直線成分を抽出する際に、
エピポーラ画像をある輝度レベルＶｑで一旦、２値化す
る。この２値化の処理のとき、第４図（ａ）図示の如く
輝度変化が緩やかな部分について二：、第４図ｆｂ１図
示の如く偽輪郭線が現れる。この偽輪郭線は輝度変化が
緩やかな部分↓こおける等輝度線を表５でいる。したが
って輝度レベルＶｑを該エピポーラ画像中の最低輝度レ
ベルＶ１、。から最高輝度レベルｖ１％ＩＩＸの範囲で
、δνずつ変化させｔがら、該エピポーラ画像の２値化
を繰り返し行い、得られ乏各２値画像から偽輪郭線を抽
出することて１輝度変化が緩やかな部分においても距離
計測が可能となる。すなわち Ｖｑｉ＝　ｉ・δＶ　＋Ｖ＋ｍｉ＋＋　　　　　”−一
〜−−（３）（＋　”’　Ｏ＋、、、＋　ＣＶｍ＊ｘ　
　Ｖ□、）／δｖ−１）でエピポーラ画像Ｅを（Ｖｏｌ
、−Ｖ、、、）／δシ回２イ直化する。得られた（Ｖ、
、、−Ｖ、ｉＦ、）　／δＶ枚の２値画像Ｅｑｉの各々
には、輝度レベルＶｑｉの２値化によって偽輪郭線が発
生する。そこで２値画像Ｅｑｉに微分処理などを施し、
偽輪郭線部分を点列とじて表現した画像Ｅ’ｑｉ　を得
ることができる。このＥ’ｑｉを偽輪郭線画像と呼び、
上記の処理を偽輪郭線画像抽出処理と呼ぶ、各偽輪郭線
画像にＨｏｕｇｈ変換などの直線抽出手法を適用するこ
とで、偽輪郭線を直線として特定することができる。し
たがって輝度変化が緩やかな部分においても、偽輪郭線
として直線成分を抽出することで距離計測が可能となる
。

従来手法■−２では、輝度変化が緩やかな部分でも距離
計測が可能であるが、偽輪郭線を構成する点列集合のバ
ラツキはかなり大きいものとなる。

これは撮像素子（ＣＯＤなど）のバラツキ等に起囚する
。したがって、　Ｈｏｕｇｈ変換における直線抽出の規
範が、単に「通過する点列の数が極大になるものを直線
とする。」ことであるから、これだけでは偽輪郭線の正
確な傾きを求めること（すなわち距離を求めること）は
出来ない。またＨｏｕｇｈ変換による直線抽出では、パ
ラメータ空間における累積度数の極大値付近で５ｉｄｅ
ｌｏｂｅが形成されるため、単純に闇値で累積度数を区
切ると類似したパラメータを持つ複数本の直線を検出じ
てしまう可能性がある。

そこで従来手法■−２においては、以下の直線情報高精
度化処理を付加することによって、直線検出の高精度化
を行っていた。Ｈｏｕｇｈ変換などの直線抽出処理にお
いては、５ｉｄｅｌｏｂｅの影響によって偽輪郭線の構
成点列集合Ｃ（ｆ）に対して、Ｎ本の直線ｔ　ｉ　（ｉ
　＝Ｏ，，，，，Ｎ　−１）が抽出された場合、もし各
直線ｔｌが実際には同一の偽輪郭線から抽出されたもの
ならば２通過する点列集合Ｃ（ｆｉ）　ｃ　Ｃ（ｆ）の
大部分はお互いに共有される。

そこて、以下の手順で抽出された直線情報の高精度化を
行っていた。

官　　　官　　ヒ几 ５ｔｅｐｌ　　（点列集積処理）：第５図に示すように
各直線Ｃ１に幅ｄをもたせた帯βｉとし多帯βｉに含ま
れる点列集合Ｃ（β１）を求める。

５ｔｅｐ２　（直線統合処理）：各Ｃ（βｉ）間で１；
Ｃ（β１）ｎＣ（βｊ）　ＩＩ　＞　Ｔ　　−（８）で
あるなら、直線ｔｊをｔｌに統合する。

ただしＴは閾値、１（・１１２よ集合濃度を表す。

５ｔｅｐ３　（最小自乗近似処理）：統合処理の終了し
た点列集合Ｃ（β１）を通過する直線Ｌｉを最小自乗法
で求める。

上記５ｔｅｐｌで、直線Ｃ１に幅ｄを持たせた帯として
ｉｌｌ過点列集合を求めているが５　この処理によって
偽輪郭線を構成するバラツキのある点列集合を数え上げ
ることが出来る。５ｔｅｐ２では、数え上げた点列が各
直線ｔｌ間でどれだけ共有されるかを調べて、　　５ｉ
ｄｅｌｏｂｅの影響で誤って検出された複数の直線を統
合５ている。そして５ｔｅｐ３で最小自乗法を用いて最
終的な直線を正確に検出してい〔発明が解決しようとす
る課題〕 しかし、偽輪郭線のバラツキが非常に大きい場合には、
たとえ上記直線情報高精度化処理を行ったとじても、も
はや得られる直線の傾き（すなわち距離情報）の信頼度
は非常に低く、誤差の大きいちのとなるという欠点を有
していた。

また偽輪郭線に含まれるノイズは各偽輪郭線毎に異なる
から、そのギザギザの度合も、各偽輪郭線毎に様々であ
る。このギザギザの度合はそのまま、該偽輪郭線から得
られる直線成分（距離情報）の精度に影響を与える。し
かし、従来の技術では、エビポーラ画像の偽輪郭線から
直線成分を抽出する際に、得られた直線成分の信頼度を
チエツクせずに１該直線成分から直接距離情報を算出し
ていた。このため、最終的に得られた３次元形状情報÷
：２様々な信＃Ｉ度の距離情報から構成されること二こ
ｔっでしまう。この様に様々な信頼度の距離情報が混在
すると、第６図に示すように、３次元形状情報中に信頼
度の低い距離情報が突起状のノイズとして現れてしまう
。

本発明の目的は９時空間画像（Ｓｐａｔｉｏ−ｔｅｍｐ
ｏｒａｌｉｍａｇｅ）を用いて静止剛体の３次元形状情
報を抽出する手法において、Ｒ度変化が緩やかな曲面部
における形状計測を行う場合に、信頼度の低い距離情報
を棄却し、均質な信頼度の距Ｈ情報からなる３次元形状
情報を抽出することである。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理図を示す。図中の符号５は直線候
補であって図示を省略している直線候補抽出処理４によ
って得られたものである。６は信頼度検定処理であって
９本発明においてもうけられたものである。７は直線／
距離情報変換処理８は得られる距離情報である。

木兄ＢＡにおいては１図示の信頼度検定処理６が設けら
れている。当該信頼度検定処理６において：ま、直線Ｌ
ｉ（なお今の場合には未だ候補である２に対応して、所
定の幅をもつ帯αｌを考慮し、当該帯αｉに含まれる点
列の個数を調べるようにしている。

本発明においては、偽輪郭線から抽出された直線成分の
信頼度を検定し、信頼度の低い距離情報は棄却すること
で、このような突起状のノイズを除去し、均質な信頼度
の３次元形状情報を抽出することを主な特徴としている
。

〔作　用〕

本発明においては、検出された直線Ｌｉを中心に所定の
幅をもつ帯を考え当該帯α１に含まれる点列の個数が当
該帯αｊの面積と比較して多過ぎる場合には、偽輪郭線
のギザギザの度合が大きすぎ当該直線Ｌ１の信頼度が低
いものとみなしてこれを棄却する。

従来の技術では、この様な信頼度検定を行うことはなく
、従って均質な信頼度を持つ距離情報から３次元形状情
報をつくることは不可能であった。

〔実施例〕

本発明にいう直線成分の信頼度検定処理の一実施例を示
すと次の如きものである。

５ｔｅｐｌ　　Ｃ点列集積処理〉　：まず、従来手法に
よって検出された直線Ｌｉに幅ｄをもたせた帯をαｉと
し、αｉに含まれる点列集合Ｃ（αｉ）を求める。

５ｔｅｐ２　（点列個数抽出処理）二点列集合Ｃ〈α１
）に含まれる点列個数１１Ｃ（α１）１１を求める。

５ｔｅｐ３　（帯面積抽出処理）：直線Ｌｉの傾きθ１
とエピポーラ画像の時間軸方向の長さＴ（時空間画像の
枚数Ｍで決まる）とから帯α１の面積Ｓ（αｊ）を求め
る（第７図参照〉。

５ｔｅｐ４　（最大点列個数抽出処理）：帯面積Ｓ（α
ｌ）に含まれ得る点列の最大個数Ｍ（Ｓ（αｉ））を Ｍ　　（Ｓ　　（αｉ））　　＝Ｓ　　（α１）／ｐと
して求める。ただしｐはエピポーラ画像における１画素
の面積である。

ｓｔｅρ５（闇値処理）：点列集合Ｃ（αｉ）の集合濃
度１１Ｃ（αｌ）］１が。

１１ｃ（αｉ）ｉ　＞ｋ−Ｍ　（Ｓ　（αｉ））なら検
出された直ｗＡＬの信頼性が低すぎるものとみなし、Ｌ
Ｉを棄却する。さもなければＬｉを距離情報に変換する
。ただしｋはＱ＜ｋ≦１なる定数である。

第２図は本発明の実施例を示す図であって、ｌはエピポ
ーラ画像、２は偽輪郭線画像抽出処理３は偽輪郭線画像
、４は直線候補抽出処理、４１は直線抽出処理、４−２
は直線成分、４−３は直線情報高精度化処理、５は直線
候補、６は信頼度検定処理、６−１は点列集積処理、６
−２は点列個数抽出処理、６−３は帯面積抽出処理、６
４は最大点列個数抽出処理、６−５は閾値処理７に直線
／距離情報変換処理、８は距離情報である。

まず静止剛体を等速並進運動する撮影装置で時系列的に
撮影した複数枚の画像から９時空間画像を構成する。該
時空間画像からエピポーラ画像ｌを一枚取り出す。

該エピポーラ画像１に、偽輪郭線画像抽出処理２を施す
ことで、該エピポーラ画像１の偽輪郭線部分を点列とす
る（■１１、−■、、わ）７６９枚の偽輪郭線画像３を
抽出する。ただしＶ　ｍｍ、は該エピポーラ画像１の最
高輝度レベル、Ｖ□１は最低輝度レベルである。

該偽輪郭線画像３に直線候補抽出処理４を施すことで、
直線候補５を抽出する。まず該偽輪郭線画像３にＢｏｕ
ｇｈ変換などの直線抽出処理４−１を施して、該偽輪郭
１４１！画像３中の直ｗＡａ分４−２を抽出する。該直
線抽出処理４−１で抽出された直線成分４−２に直線情
報高精度化処理４−３を施して、直線候補５を抽出する
。

該直線候補抽出処理４で抽出された直線候補５に信頼度
検定処理６を施して、該直線候補５の信頼度を検定する
。まず点列集積処理６−１によって、該直線候補５に含
まれる該偽輪郭線画像３の点列を集積する。該点列集積
処理６−１で集積された点列の個数を点列個数抽出処理
６−２によって数える。一方、帯面積抽出処理６−３に
よって該直線候補５が形成する帯の面積を抽出し、さら
に最大点列個数抽出処理６−４によって該帯に含まれ得
る該偽輪郭線画像３の最大の点列個数を抽出する。そし
て、閾値処理６−５によって１点列個数抽出処理６−２
で抽出された点列個数と、！ｌ大点列個数抽出処理６−
４で抽出された最大点列個数とを比較し５該直線候補５
のデータが信頼性があるか否かを検定する。もし信頼性
があるなら直線／距離情報変換処理７によって、直線候
補５を距離情報８に変換する。

この様な構成になっているから、たとえ偽輪郭線画像か
ら抽出された直線候補の信頼性にバラツキがあっても、
信頼度検定処理によって信頼度の低い直線候補を棄却す
るので、均質な精度の距離情報を得ることが可能となる
。

であった部分の形状計測を、均質な計測精度で実現する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図、第２図は本発明の実施例、第
３図は時空間画像を説明する図、第４図は偽輪郭線を説
明する図、第５図は点列集合を説明する図、第６図は非
所望な突起を説明する図第７図は帯の面積を得る説明図
を示す。 図中、ｌはエビポーラ画像、２は偽輪郭線画像抽出処理
、３は偽輪郭線画像、４は直線候補抽出処理、５は直線
候補、６は信頼度検定処理、７は直線／距離情報変換処
理、８は距離情報を表す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 静止剛体を撮影して得られる時空間画像を構成するエピ
   ポーラ画像から、輝度レベルの量子化を含む処理によっ
   て等輝度線を偽輪郭線画像として抽出する偽輪郭線画像
   抽出処理と、 該偽輪郭線画像抽出処理で処理された偽輪郭線画像から
   、偽輪郭線を直線候補として抽出する直線候補抽出処理
   と、 該直線候補抽出処理で抽出された直線候補の信頼度を、
   該偽輪郭線画像中の偽輪郭線のギザギザの程度から判定
   し、判定結果を出力する信頼度検定処理と、 該信頼度検定処理が判定した判定結果が、該直線候補の
   信頼度が高いことを示すものであれば、該直線候補を距
   離情報に変換する直線／距離情報変換処理とを実行し、 上記静止剛体の曲面部に相当する該エピポーラ画像中の
   輝度変化が緩やかな部分から均質な信頼度をもつ距離情
   報を検出するようにした ことを特徴とする距離計測方法。