JPH07225858A - 画像処理装置 - Google Patents

画像処理装置

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JPH07225858A
JPH07225858A JP6016320A JP1632094A JPH07225858A JP H07225858 A JPH07225858 A JP H07225858A JP 6016320 A JP6016320 A JP 6016320A JP 1632094 A JP1632094 A JP 1632094A JP H07225858 A JPH07225858 A JP H07225858A
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JP
Japan
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motion
angle
unit
plane
joint
Prior art date
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Pending
Application number
JP6016320A
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English (en)
Inventor
Kazuhiko Inada
和彦 稲田
Masamichi Nakagawa
雅通 中川
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP6016320A priority Critical patent/JPH07225858A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 多関節物体の動作を関節角と関節間の長さで
表現し、関節角において関節が動作する方向を表す動作
面角度を導入し、その動作面上で関節の曲げ角度を定義
する。動作面角度の導入により、種々の方向の動作を可
能にする。また、正確な曲げ角度を算出する。 【構成】 関節位置記憶部11では、3次元計測などで
得られた各関節位置を記憶しており、その関節位置を用
いて動作面角度算出部12によって動作面角度を算出す
る。動作面角度算出部により動作面が定義されその動作
面上の曲げ角度を曲げ角度算出部13によって算出す
る。各関節の動作面角度と曲げ角度を角度関数化部14
によって関数化し、角度関数記憶部15に記憶する。合
成部において各角度関数と形状データ記憶部16に記憶
された形状データを合成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、人間などの多関節物体
の自然な動作を簡易に生成することを可能にする画像処
理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】人間の歩行動作等をコンピュータグラフ
ィックスで表現する場合、一般的にキーフレーム法が用
いられる。キーフレーム法は、重要なフレームのみ形状
を決定し、その間のフレームの形状は補間法によって補
われる。このキーフレーム法は、形状決定の際にオペレ
ータへの負担が大きく処理時間が膨大であるという問題
がある。
【0003】従来、人間の歩行の動作を取得し表現する
場合、「アニメーションプリミティブの合成による3角
関数近似式動画像」、安居院等、電子通信学会論文誌,'
80/1Vol.J63-D No.1において示されているように側面の
みからビデオカメラで撮影して関節位置を得て、各関節
位置の水平方向、垂直方向の位置X、Yを時間Tの関数
として表している。そして、その関数を三角関数曲線に
より近似している。
【0004】また、特公平4ー71078「多関節物体
の動作表現方法及びコンピュータグラフィックス装置」
鵜沼、武内 において示されているように正面と側面か
ら2台のビデオカメラで撮影して関節位置を得る方法が
取られている。
【0005】この方法では3次元的に関節位置を得てい
るのだが、多関節物体を関節の曲げ角度と関節間の長さ
に分解する時に関節の曲げ角度を1次元で表現してい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術は、
カメラ角度を90度にして、正面と側面からカメラでと
ることにより、各関節の位置情報を取得している。そし
て、側面方向の情報により各関節の曲げ角度を得てい
る。このため、例えば人間の歩行において、カメラ方向
とは異なる方向に手を振ると正確な関節の曲げ角度を得
ることができない。また、各関節の曲げ角を1次元で表
現しているために真に3次元的な動きを取得することが
できない。本発明は、人間等の多関節物体の自然な動作
表現を得るために関節の曲げ角度に加え、動作面角度を
導入する。
【0007】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明は、3次元計測などで得られた各関節位置を
記憶する関節位置記憶部と、前記関節位置記憶部に記憶
している関節位置から各関節が動作する3次元空間内の
平面である動作面の角度を算出する動作面角度算出部
と、動作面上の各関節の曲げ角度を算出する曲げ角度算
出部と、前記動作面角度算出部から算出する動作面角度
と前記曲げ角度算出部から算出する関節の曲げ角度を関
数化する角度関数化部と、前記角度関数化部により関数
化された動作面角度と曲げ角度を記憶する角度関数記憶
部と前記角度関数記憶部が記憶する各角度関数と形状デ
ータ記憶部が記憶する形状データとを用いることにより
多関節物体を合成する合成部とにより構成される。
【0008】
【作用】多関節物体の動作を関節角と関節間の長さで表
現し、関節角において関節が動作する方向を表す動作面
角度を導入し、その動作面上で関節の曲げ角度を定義す
る。動作面角度の導入により、種々の方向の動作を可能
にする。また、正確な曲げ角度を算出することができ
る。
【0009】
【実施例】図1は、本発明の実施例のブロック概略図で
ある。図1において、11は関節位置記憶部、12は動
作面角度算出部、13は曲げ角度算出部、14は角度関
数化部、15は角度関数記憶部、16は形状データ記憶
部、17は合成部である。
【0010】ここで、図2は、関節構造体の例である。
ここでは、人間のスケルトンモデルを例にあげている。
図3は関節構造体の各関節の結合関係を示す木構造であ
る。図3における節点の符号は図2における関節の符号
と一致している。ここで、図3の木構造において、ある
注目関節の上位節点の関節を親関節、下位節点の関節を
子関節とする。
【0011】関節位置記憶部11は、3次元計測装置な
どで計測された関節位置を記憶している。この関節位置
を用いて動作面角度検出部12により、ある注目関節が
動作している平面を定義し、動作面の法線ベクトルから
動作面角度を算出する。このとき、ある世界座標系を予
め決定しておき、その世界座標系において平面の法線ベ
クトルを極座標表示する。図8のように、動作平面の法
線ベクトルがZ軸となす角をθ、法線ベクトルをXーY
平面に投影し投影像とX軸がなす角をφとする。動作面
角度はこれらの角度(θ,φ)である。合成時には、動
作面角度(θ,φ)と注目関節の親関節の位置を指定す
ることによって動作平面を決定することができる。曲げ
角度算出部では動作面上での関節の曲げ角度を算出す
る。角度関数化部14では、1つの動作における各関節
の動作面角度、曲げ角度を時系列データと考え、各動作
面角度、曲げ角度ごとに時間方向に関数化される。角度
関数記憶部15では、角度関数化部から出力される角度
関数を記憶する。合成部では、角度関数記憶部に記憶さ
れている各角度と形状データ記憶部に記憶されている形
状データを組合わせることによりモデルを動作する。同
じ動作ならば、形状データを変化するだけで、簡単にモ
デルの大きさを変化させることができる。
【0012】以上のように構成された画像処理装置の第
1の実施例について、図4を用いて説明する。
【0013】図4(a)は動作面角度算出部12の構成
である。隣接関節位置初期抽出部211は注目関節の位
置とその親関節、注目子関節の位置を検出する。動作平
面構成部212は隣接関節位置初期抽出部211におい
て検出された3つの関節位置により、動作平面を構成す
る。図4(b)はスケルトンモデルの一部と注目関節に
おける動作平面を示している。動作平面45は注目関節
42における動作平面である。親関節41と子関節43
と注目関節42の位置から平面を決定する。その動作平
面45の上で曲げ角度算出部13により注目関節の曲げ
角度を算出する。動作平面46は同様に注目関節43に
おける動作平面である。動作平面角度決定部213で
は、動作平面構成部212において構成された平面の法
線ベクトルを図8のように、予め決めておいた世界座標
において極座標に変換する。法線ベクトルがX軸となす
角をθ、法線ベクトルのXーY平面への投影像とX軸が
なす角をφとする。ここで、極座標の角度情報(θ,
φ)を動作面角度とする。このように動作面角度を決定
すると、前後のフレームを参照することなく動作平面を
決定することができる。動作平面を導入することによ
り、全ての関節が一定の方向に動作するような、不自然
な動作ではなく各関節において自由に動作面が設定でき
るのでより自然な動作表現が可能となる。
【0014】以下、本発明の第2の実施例について図5
を用いて説明する。図5(a)は動作面角度算出部12
の構成である。隣接関節位置連続抽出部221は注目関
節の位置とその親関節、注目子関節の位置を抽出する。
動作平面構成部222は隣接関節位置連続抽出部におい
て抽出された3つの関節位置により、各時刻において動
作平面を構成する。図5(b)において動作平面52、
53、54はそれぞれ、時刻n, n+1, n+2におけ
る注目関節51の動作平面である。動作平面の構成の方
法は各時刻において第1の実施例と同様にする。各時刻
において求めることにより、より忠実な動作平面と関節
の曲げ角度を検出することができる。動作平面角度決定
部223では、動作平面構成部222において構成され
た各時間の平面の角度を決定する。この方式は、各時刻
において、動作平面が定義されているのでデータ数は多
くなるが、より忠実な関節の曲げ角度を算出することが
できる。
【0015】以下、本発明の第3の実施例について図6
を用いて説明する。図6(a)は動作面角度算出部12
の構成である。図6(b)は相対動作位置初期抽出部2
31は注目関節611と注目子関節621の時刻1、2
における位置を抽出し、時刻2における注目関節612
を時刻1の注目関節611に平行移動して一致させる。
その時、注目子関節622も同じ量の平行移動をする。
そして、時刻1の注目関節61と注目子関節62の位置
と時刻2の平行移動後の注目子関節63の位置を出力す
る。動作平面構成部232では、図6(b)における3
点、すなわち、時刻1の注目関節61と注目子関節62
の位置と時刻2の平行移動後の注目子関節63の位置に
よって動作平面64を構成する。動作平面角度決定部2
33では、動作平面構成部232において構成された平
面の角度を決定する。角度決定の方法は第一の実施例と
同様である。時刻2以降はこの動作平面角度を使用す
る。この動作平面64の上で関節の曲げ角度を算出す
る。2枚の画像が必要であるが、動作する方向に平面を
決定するのでより正確に動作平面を算出することができ
る。
【0016】以下、本発明の第4の実施例について図7
を用いて説明する図7(a)は動作面角度算出部12の
構成である。第3の実施例と同様に、相対動作位置連続
抽出部241は注目関節711と注目子関節721の時
刻n、n+1の位置を抽出し、図7(b)のように時刻
n+1における注目関節712を時刻nの注目関節71
1に平行移動して一致させる。その時、注目子関節72
2も同じ量の平行移動をする。そして、時刻nの注目関
節71と注目子関節72の位置と時刻nの平行移動後の
注目子関節73の位置を出力する。後は、第3の実施例
と同様に動作平面74を各時刻において求める。各時刻
において動作平面を求めるために確実に動作平面を求め
ることができる。また、動作に基づいて動作平面を制定
しているためにより正確である。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、動作面角度と関節の曲げ角度により動作を決定して
いるので生成モデルの大きさに依存しない。そのため、
種々の大きさの生成モデルの動作を簡易に生成すること
ができる。また、動作面角度の導入により一定方向の動
作だけでなく種々の方向の動作が可能になり、よりリア
ルな動作を表現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例におけるブロック構成図
【図2】特徴点スケルトンモデルを表す図
【図3】特徴点の結合関係を表す木構造図
【図4】(a)は第1の実施例における動作面角度算出
部のブロック図 (b)は第1の実施例における動作平面を表す図
【図5】(a)は第2の実施例における動作面角度算出
部のブロック図 (b)は第2の実施例における動作平面を表す図
【図6】(a)は第3の実施例における動作面角度算出
部のブロック図 (b)は第3の実施例における動作平面を表す図
【図7】(a)は第4の実施例における動作面角度算出
部のブロック図 (b)は第4の実施例における動作平面を表す図
【図8】法線ベクトルの極座標分解を表す図
【符号の説明】
11 関節位置記憶部 12 動作面角度算出部 13 曲げ角度算出部 14 角度関数化部 15 角度関数記憶部 16 形状データ記憶部 17 合成部 41 隣接関節位置初期抽出部 42 動作平面構成部 43 動作面角度決定部 51 隣接関節位置連続抽出部 52 動作平面構成部 53 動作面角度決定部 61 相対動作位置初期抽出部 62 動作平面構成部 63 動作面角度決定部 71 相対動作位置連続抽出部 72 動作平面構成部 73 動作面角度決定部 81 動作面の法線ベクトル 82 動作平面

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】各関節位置を記憶する関節位置記憶部と、
    前記関節位置記憶部に記憶している関節位置から各関節
    が動作する3次元空間内の平面において動作面の角度を
    算出する動作面角度算出部と、動作面上の各関節の曲げ
    角度を算出する曲げ角度算出部と、前記動作面角度算出
    部から算出する動作面角度と前記曲げ角度算出部から算
    出する関節の曲げ角度を関数化する角度関数化部と、前
    記角度関数化部により関数化された動作面角度と曲げ角
    度を記憶する角度関数記憶部と、前記角度関数記憶部で
    記憶している各角度関数と形状データ記憶部により記憶
    している形状データとを用いることにより多関節物体の
    形状データを合成する合成部とを備えることを特徴とす
    る画像処理装置。
  2. 【請求項2】動作面角度算出部として、初期の隣接関節
    位置を抽出する隣接関節位置初期抽出部と、前記隣接関
    節位置初期抽出部より抽出する隣接関節位置から動作平
    面を構成する動作平面構成部と、前記動作平面構成部よ
    り構成する動作平面から動作面角度を決定する動作面角
    度決定部とを備えることを特徴とする請求項1記載の画
    像処理装置。
  3. 【請求項3】動作面角度算出部として、各時刻における
    隣接関節位置を抽出する隣接関節位置連続抽出部と、前
    記隣接関節位置連続抽出部より抽出する隣接関節位置か
    ら動作平面を構成する動作平面構成部と、前記動作平面
    構成部より構成する動作平面から動作面角度を決定する
    動作面角度決定部とを備えることを特徴とする請求項1
    記載の画像処理装置。
  4. 【請求項4】動作面角度算出部として、初期動作におい
    てのある関節に対して相対的な動作位置を抽出する相対
    動作位置初期抽出部と、前記相対動作位置初期抽出部か
    ら抽出する動作位置から動作平面を構成する動作平面構
    成部と、前記動作平面構成部より構成する動作平面から
    動作面角度を決定する動作面角度決定部とを備えること
    を特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
  5. 【請求項5】動作面角度算出部として、各時刻において
    のある関節に対して相対的な動作位置を抽出する相対動
    作位置連続抽出部と、前記相対動作位置連続抽出部から
    抽出する動作位置から動作平面を構成する動作平面構成
    部と、前記動作平面構成部より構成する動作平面から動
    作面角度を決定する動作面角度決定部とを備えることを
    特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
JP6016320A 1994-02-10 1994-02-10 画像処理装置 Pending JPH07225858A (ja)

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JP6016320A JPH07225858A (ja) 1994-02-10 1994-02-10 画像処理装置

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JP6016320A JPH07225858A (ja) 1994-02-10 1994-02-10 画像処理装置

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JPH07225858A true JPH07225858A (ja) 1995-08-22

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JP6016320A Pending JPH07225858A (ja) 1994-02-10 1994-02-10 画像処理装置

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