JPH0755469A - Multi-viewpoint stereoscopic image measuring method - Google Patents

Multi-viewpoint stereoscopic image measuring method

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JPH0755469A
JPH0755469A JP5199641A JP19964193A JPH0755469A JP H0755469 A JPH0755469 A JP H0755469A JP 5199641 A JP5199641 A JP 5199641A JP 19964193 A JP19964193 A JP 19964193A JP H0755469 A JPH0755469 A JP H0755469A
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JP
Japan
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individuals
individual
viewpoint
parameters
probability density
Prior art date
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Pending
Application number
JP5199641A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Nobiki
敦 野引
Hiroshi Naruse
央 成瀬
Tetsuo Yabuta
哲郎 藪田
Mitsuhiro Tatsuta
立田  光廣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication of JPH0755469A publication Critical patent/JPH0755469A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To determine an initial value in a repetitive computation with good accuracy and to determine a relative positional relationship and actual spatial coordinates with a good accuracy in a multi-viewpoint stereoscopic image measuring method wherein stereoscopic image of a plurality of objects are measured from a plurality of viewpoints whose relative positional relationship is unknown and the relative positional relationship between the viewpoints and the actual spatial coordinates of the individual objects are determined on the basis of measured results. CONSTITUTION:A stereoscopic image is measured (Step 101), the probability density distribution of positional measuring errors of individual objects in individual viepoint coordinate systems is found (Step 103), the total product of the probability density distribution is found, and a composite probability density distribution is obtained (Step 104). An adaptable degree on the basis of the composite probability density distribution is defined, and an initial value is found by a hereditary algorithm including a selection process in such a way that a survival probability becomes higher the higher the adaptable degree is (Step 105). A value as a goal is computed finally by a most rapid descent method using the initial value (Step 106).

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ステレオ画像計測法に
関し、特に、相対位置関係が未知である複数の視点から
それぞれ複数の物体のステレオ画像計測を行ない、この
計測結果から視点間の相対位置関係および各物体の実空
間座標を決定する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a stereo image measuring method, and in particular, it performs stereo image measurement of a plurality of objects from a plurality of viewpoints whose relative positional relationship is unknown, and based on this measurement result, the relative position between the viewpoints. It relates to a relationship and a method for determining the real space coordinates of each object.

【0002】[0002]

【従来の技術】本発明の背景技術を説明するに当り、ま
ず、ステレオ画像計測方法の原理について説明し、次い
で、位置関係が未知である複数の視点から得られた計測
結果(ステレオデータ)を統合し、視点間の相対位置関
係および各物体の実空間座標を精度良く決定するための
多視点ステレオ画像計測法について説明する。
2. Description of the Related Art In explaining the background art of the present invention, first, the principle of a stereo image measuring method will be explained, and then the measurement results (stereo data) obtained from a plurality of viewpoints whose positional relationships are unknown. A multi-view stereo image measurement method for integrating and determining the relative positional relationship between viewpoints and the real space coordinates of each object with high accuracy will be described.

【0003】《ステレオ画像計測の原理》ステレオ画像
計測の原理を図1を用いて説明する。ステレオ画像計測
は、視点におかれた左右の2台のカメラによって3次元
空間の像を2次元空間(画像面)に投影し、2台のカメ
ラ間の視差により被計測点の位置を計測する方法であ
る。実空間座標としてx,y,zを用い、水平面内にx軸
とy軸をとり、鉛直方向にz軸をとし、この座標系の原
点を視点Oとする。左右のカメラの主点FL,FRはそれ
ぞれ(-a,0,0),(a,0,0)にある。左画像面2および
右画像面3の原点OL,ORは、それぞれ対応する主点
L,FRからf(焦点距離)だけ離れた位置にある。各画
像面2,3での水平軸であるu軸と垂直軸であるv軸
は、それぞれ、実空間でのx軸,z軸と平行であり、各
カメラの光軸1はy軸と平行である。したがって、各画
像面2,3の原点OL,ORは、実空間座標で表わすとそれ
ぞれ(-a,f,0),(a,f,0)となる。
<< Principle of Stereo Image Measurement >> The principle of stereo image measurement will be described with reference to FIG. Stereo image measurement projects an image of a three-dimensional space onto a two-dimensional space (image surface) by the left and right two cameras placed at the viewpoint, and measures the position of the measured point by the parallax between the two cameras. Is the way. Using x, y, and z as real space coordinates, the x axis and the y axis are set in the horizontal plane, the z axis is set in the vertical direction, and the origin of this coordinate system is the viewpoint O. Principal point F L of the right and left cameras, F R, respectively (-a, 0,0), in (a, 0,0). Origin O L in the left image plane 2 and the right image plane 3, O R, respectively corresponding principal point F L, is spaced apart from F R by f (focal length). The horizontal u-axis and the vertical v-axis on each image plane 2 and 3 are parallel to the x-axis and z-axis in the real space, and the optical axis 1 of each camera is parallel to the y-axis. Is. Therefore, the origins O L and O R of the image planes 2 and 3 are (-a, f, 0) and (a, f, 0), respectively, when expressed in real space coordinates.

【0004】今、実空間内の点P(x,y,z)が、左右の
画像面2,3上の点IL(uL,vL),I R(uR,vR)に投影さ
れたとする。このとき、エピポーラ条件によりvL=vR
となるから、以下ではvLとvRとを区別せずにvと表わ
す。△ILRPと△FLRPとが相似であることから
Now, the point P (x, y, z) in the real space is
Point I on image planes 2 and 3L(uL, vL), I R(uR, vR) Projected on
Suppose At this time, v depending on the epipolar conditionL= VR
Therefore, in the following, vLAnd vRExpressed as v without distinguishing
You △ ILIRP and △ FLFRBecause it is similar to P

【0005】[0005]

【外1】 への変換は、次のように書ける。[Outer 1] The conversion to can be written as:

【0006】[0006]

【数1】 したがって、2枚のステレオ画像において物体の投影点
の画像面座標を求めることにより、式(1)を用いてその
物体の実空間座標を求められることになる。
[Equation 1] Therefore, by obtaining the image plane coordinates of the projection point of the object in the two stereo images, the real space coordinates of the object can be obtained using the equation (1).

【0007】ステレオ画像計測を行なうための装置の構
成の一例が図2に示されている。ステレオ画像計測で
は、2台のテレビカメラ5L,5Rが用いられる。テレビ
カメラ5L,5Rで撮影された画像は、走査線ごとに走査
されながら光電変換が行なわれ、時間的に連続した映像
信号に変換される。この映像信号は、ディジタイザ6内
のサンプラによって1画面当たり数百万個の画素に標本
化され、さらにディジタイザ6内のA/D変換器によっ
て、各画素ごとに、その画素に入射された光強度に対応
した濃度として数百階調に量子化される。このように、
画像はディジタイザ6を介してディジタル化され、画素
の位置を示す座標とそこでの濃度の情報として、画像メ
モリ7に入力されて記憶される。記憶された画像の情報
は、画像メモリ7から計算機(CPU)8に入力され、
エッジなどの特徴を手がかりとして
An example of the configuration of a device for performing stereo image measurement is shown in FIG. In the stereo image measurement, two TV cameras 5 L and 5 R are used. The images captured by the television cameras 5 L and 5 R are photoelectrically converted while being scanned for each scanning line, and are converted into temporally continuous video signals. This video signal is sampled into millions of pixels per screen by the sampler in the digitizer 6, and the A / D converter in the digitizer 6 samples the intensity of light incident on each pixel. Is quantized into several hundred gradations as a density corresponding to. in this way,
The image is digitized via the digitizer 6, and is input and stored in the image memory 7 as information indicating the coordinates indicating the pixel position and the density there. The stored image information is input from the image memory 7 to the computer (CPU) 8,
Using features such as edges as clues

【0008】[0008]

【外2】 が求められる。そしてこれらの値から3次元の座標値が
上述の原理に基づいて求められる。
[Outside 2] Is required. Then, from these values, three-dimensional coordinate values are obtained based on the above-mentioned principle.

【0009】《多視点ステレオ画像計測法》相対位置関
係が未知である複数の視点から得られたステレオデータ
を統合し、視点間の相対位置関係および各物体の実空間
座標を決定する多視点ステレオ画像計測法として、特願
平4−238586号に記載されたものがある。ここで
は、その技術について簡単に説明する。
<Multi-view stereo image measuring method> Multi-view stereo for integrating stereo data obtained from a plurality of viewpoints whose relative positional relationship is unknown to determine relative positional relationship between viewpoints and real space coordinates of each object An image measuring method is disclosed in Japanese Patent Application No. 4-238586. Here, the technique will be briefly described.

【0010】多視点ステレオ画像計測のモデルが図3に
示されている。この例では、視点がm個、物体がn個設
けられている。第i視点座標系(原点がOi、各座標軸
がxi,yi,ziで表わされている)における第j物体の
真の座標を
A model of multi-view stereo image measurement is shown in FIG. In this example, m viewpoints and n objects are provided. Let the true coordinates of the j-th object in the i-th viewpoint coordinate system (origin is O i , and each coordinate axis is represented by x i , y i , z i )

【0011】[0011]

【外3】 この座標系の原点Oiを視点として第j物体を計測した
計測座標を
[Outside 3] The measurement coordinates of the j-th object measured from the origin O i of this coordinate system as the viewpoint

【0012】[0012]

【外4】 で表わす。第1視点座標系(原点がO1で表わされてい
る)を基準座標系とし、第1視点座標系から第i視点座
標系への変換を表わす回転マトリクスを
[Outside 4] Express with. A rotation matrix representing the conversion from the first viewpoint coordinate system to the i-th viewpoint coordinate system, using the first viewpoint coordinate system (origin is represented by O 1 ) as the reference coordinate system.

【0013】[0013]

【外5】 平行移動ベクトルを表わすマトリクスを[Outside 5] The matrix that represents the translation vector

【0014】[0014]

【外6】 とし、これらを以下のように定義する。[Outside 6] And these are defined as follows.

【0015】[0015]

【数2】 回転マトリクス[Equation 2] Rotation matrix

【0016】[0016]

【外7】 は、3×3のマトリクスであって9要素からなっている
が、その中の独立変数は、αiiiの3つである。
そこでこれら3つの回転パラメータを表わすマトリクス
として、以下の
[Outside 7] Is a 3 × 3 matrix and is composed of 9 elements, of which the three independent variables are α i , β i , and γ i .
Therefore, as a matrix showing these three rotation parameters,

【0017】[0017]

【数3】 を定義する。この定義により、[Equation 3] Is defined. By this definition,

【0018】[0018]

【外8】 の関係は、式(2)のように表わされる。[Outside 8] The relation of is expressed as in equation (2).

【0019】[0019]

【数4】 式(1)から明らかなように、物体の実空間における座標
計測精度は、画像面座標での計測誤差に依存する。画像
面における計測誤差を
[Equation 4] As is clear from the equation (1), the coordinate measurement accuracy of the object in the real space depends on the measurement error in the image plane coordinates. The measurement error in the image plane

【0020】[0020]

【数5】 とし、その統計的性質として、独立な標準偏差σの正規
分布を仮定すると、計測誤差
[Equation 5] Assuming that a normal distribution with independent standard deviation σ is assumed as its statistical property,

【0021】[0021]

【外9】 が起こる確率密度分布si,jは、[Outside 9] The probability density distribution s i, j

【0022】[0022]

【数6】 で表わされる。[Equation 6] It is represented by.

【0023】画像面上における計測誤差Measurement error on the image plane

【0024】[0024]

【外10】 が微小であるとすると、画像面上での計測誤差とそれに
伴って発生する実空間での計測誤差
[Outside 10] If is small, the measurement error on the image plane and the measurement error in the real space caused by it

【0025】[0025]

【数7】 との関係は、式(4)のように表わされる。[Equation 7] The relationship with and is expressed by equation (4).

【0026】[0026]

【数8】 ここで、[Equation 8] here,

【0027】[0027]

【数9】 であり、具体的には、[Equation 9] And specifically,

【0028】[0028]

【数10】 である。式(3)で表わされた画像面座標での計測誤差の
確率密度分布si,jは、式(2),(4),(5)により、以下のよ
うに、実空間座標での計測誤差の確率密度分布に変換で
きる。
[Equation 10] Is. The probability density distribution s i, j of the measurement error in the image plane coordinates expressed by the equation (3) is calculated by the equations (2), (4) and (5) as follows in the real space coordinates. It can be converted into probability density distribution of measurement error.

【0029】[0029]

【数11】 第i視点における第j物体の実空間座標での計測誤差の
確率密度分布を式(7)によって求め、この確率密度分布
をm個全ての視点およびn個全ての物体について合成す
ると、その合成確率密度分布Sは、
[Equation 11] The probability density distribution of the measurement error in the real space coordinates of the j-th object at the i-th viewpoint is obtained by equation (7), and this probability density distribution is combined for all m viewpoints and all n objects, the combined probability The density distribution S is

【0030】[0030]

【数12】 と表わされる。ここでEは、[Equation 12] Is represented. Where E is

【0031】[0031]

【数13】 である。[Equation 13] Is.

【0032】式(8)で表わされる合成確率密度分布Sを
最大にする条件は、式(9)で表わされるEを最小にする
条件であり、このEを最小化する
The condition for maximizing the composite probability density distribution S expressed by the formula (8) is a condition for minimizing E expressed by the formula (9), and this E is minimized.

【0033】[0033]

【外11】 が、求めるべき視点の相対位置関係および物体の(第1
視点座標系で表わした)位置である。これらの値を解析
的に算出するには、
[Outside 11] Is the relative position of the viewpoint to be sought and the (first
This is the position (expressed in the viewpoint coordinate system). To calculate these values analytically,

【0034】[0034]

【数14】 を連立して解く必要があるが、その計算は困難であり、
解析的に求める代りに最急降下法が用いられる。
[Equation 14] Must be solved simultaneously, but its calculation is difficult,
The steepest descent method is used instead of the analytical one.

【0035】最急降下法では、関数In the steepest descent method, the function

【0036】[0036]

【数15】 に対し、[Equation 15] As opposed to

【0037】[0037]

【数16】 となる点列[Equation 16] Point sequence

【0038】[0038]

【外12】 を系統的に生成し、この繰り返しによって関数eの最小
点を実際に数値的に求める。この方法では、現在の点
(k番目の点)
[Outside 12] Is systematically generated, and the minimum point of the function e is actually numerically obtained by this repetition. In this method, the current point (kth point)

【0039】[0039]

【外13】 において最急降下方向のベクトル[Outside 13] Vector of steepest descent at

【0040】[0040]

【数17】 を求め、このベクトル[Equation 17] Ask for this vector

【0041】[0041]

【外14】 とあるステップ幅εとを用い、[Outside 14] Using a certain step width ε,

【0042】[0042]

【数18】 によって次の新しい点、すなわちk+1番目の点を生成
する。
[Equation 18] Produces the next new point, the k + 1 th point.

【0043】これにより、繰り返し計算が1つ進むごと
に評価関数eの値を最も大きく減少できる。関数eの最
小点では、
As a result, the value of the evaluation function e can be reduced most each time the iterative calculation progresses by one. At the minimum point of the function e,

【0044】[0044]

【数19】 となるので、この条件を満たすまで、繰り返し計算を行
ない、eの最小点を実際に数値的に算出する。
[Formula 19] Therefore, iterative calculation is performed until this condition is satisfied, and the minimum point of e is actually calculated numerically.

【0045】この最急降下法を用いて、式(9)を最小に
するパラメータベクトルを算出する。求めるべきパラメ
ータベクトルは
Using this steepest descent method, a parameter vector that minimizes equation (9) is calculated. The parameter vector to find is

【0046】[0046]

【外15】 であるので、[Outside 15] Therefore,

【0047】[0047]

【数20】 となる。また、[Equation 20] Becomes Also,

【0048】[0048]

【数21】 とおけばよい。なお、[Equation 21] You should say In addition,

【0049】[0049]

【数22】 である。この繰り返し計算によって収束した[Equation 22] Is. It converged by this iterative calculation

【0050】[0050]

【外16】 を、最も確からしい視点の[Outside 16] Of the most certain point of view

【0051】[0051]

【外17】 とする。[Outside 17] And

【0052】最急降下法を始めとして各種の繰り返し法
では、予め初期値を与える必要がある。多視点ステレオ
画像計測法の場合、例えば、特開平4−118504号
公報に記載された方法によって求めた値を初期値とする
ことができる。特開平4−118504号公報に記載の
ものは、実空間でのずれ量ベクトルのユークリッド・ノ
ルムの2乗の総和を最小にする座標変換パラメータを用
いて、2つの視点間の相対位置関係を求めようとするも
のである。
In various iterative methods including the steepest descent method, it is necessary to give an initial value in advance. In the case of the multi-view stereo image measuring method, for example, the value obtained by the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-118504 can be used as the initial value. The one disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-118504 obtains a relative positional relationship between two viewpoints using a coordinate conversion parameter that minimizes the sum of squares of the Euclidean norm of the shift amount vector in the real space. It is something to try.

【0053】[0053]

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
多視点ステレオ画像計測法では、式(9)を最小にすると
いう条件で、繰り返し計算により、視点間の相対位置関
係および物体の実空間差表を求めている。ここで、この
方法の持つ問題点について検討する。式(9)は多変数の
非線形関数であり、関数の曲面がどのような形状をなし
ているかを類推するのは困難である。ここでは、図4に
示すような形状の関数を仮定し、繰り返し計算における
問題点を説明する。
As described above, in the conventional multi-view stereo image measurement method, the relative positional relationship between the viewpoints and the actual object are calculated by iterative calculation under the condition that the equation (9) is minimized. Seeking a spatial difference table. Here, the problems of this method will be examined. Equation (9) is a multivariable nonlinear function, and it is difficult to infer what shape the curved surface of the function is. Here, assuming a function having a shape as shown in FIG. 4, a problem in iterative calculation will be described.

【0054】例えば図4のp1を初期値とし、ここから
繰り返し計算を開始すると、大域最適解q2ではなく、
局所最適解q1に収束してしまう。初期値をp3とした
場合も同様であり、大域最適解q2に収束させるために
は、図示p2のような位置から繰り返し計算を行なわな
ければならない。すなわち、最急降下法のような繰り返
し計算では、収束値は繰り返し計算の初期値に依存し、
大域最適解でなく局所最適解に陥ることがあるという問
題がある。この問題を解決する方法として、センサデー
タなどを用いて視点位置および方向や物体位置の概略値
を計算し、その概略値を繰り返し計算の初期値とする方
法がある。しかし、この方法では、装置の大型化、高価
格化をまねくという問題点がある。
For example, when p1 in FIG. 4 is set as an initial value and the iterative calculation is started from here, instead of the global optimum solution q2,
It converges to the local optimum solution q1. The same is true when the initial value is p3, and in order to converge to the global optimum solution q2, iterative calculation must be performed from a position such as p2 in the figure. That is, in the iterative calculation such as the steepest descent method, the convergent value depends on the initial value of the iterative calculation,
There is a problem that it may fall into a local optimal solution instead of the global optimal solution. As a method of solving this problem, there is a method of calculating approximate values of a viewpoint position and a direction and an object position using sensor data or the like, and using the approximate values as initial values for repeated calculation. However, this method has a problem in that the size and cost of the device are increased.

【0055】本発明の目的は、多視点ステレオ画像計測
の際に問題となる繰り返し計算の初期値について局所最
適値に陥ることのない初期値を決定し、これを用いて視
点間の相対位置関係および各物体の実空間座標を高精度
に決定できる方法を提供することにある。
An object of the present invention is to determine an initial value that does not fall into a local optimum value for an initial value of repeated calculation which becomes a problem in multi-view stereo image measurement, and use this to determine the relative positional relationship between viewpoints. Another object of the present invention is to provide a method capable of determining the real space coordinates of each object with high accuracy.

【0056】[0056]

【課題を解決するための手段】本発明の多視点ステレオ
画像計測法は、相対位置関係が未知である複数の視点に
おいて複数の物体のステレオ画像を撮影し、前記各ステ
レオ画像を演算処理して前記各視点ごとに当該視点での
座標系によって記述された前記各物体の実空間座標値を
求め、前記各視点での座標系による実空間座標値を用い
て前記各視点間の相対位置関係を決める座標変換パラメ
ータと基準座標系における前記各物体の実空間座標とを
繰り返し法によって決定する多視点ステレオ画像計測法
において、前記繰り返し法に使用する初期値が、前記初
期値に対応する最適化すべき各パラメータを各要素に割
り当てた1次元の配列を個体と呼び、前記各視点ごとに
当該視点を基準とする実空間座標と前記各パラメータと
を用いて値が定まる適応度を定義するとき、前記各要素
に割り当てるべき前記各パラメータの値を乱数によって
与え、第1世代の親となる個体を複数個生成して個体群
とする第1の工程と、前記第1の工程で形成された親と
なる個体群の中から任意の2個体を選び出し、前記各パ
ラメータの中からランダムに選んだパラメータに関して
前記2個体の間で各々の要素の入れ替えを行なって2個
の新しい個体を生成し、前記2個の新しい個体を生成す
るプロセスを繰り返して子供となる個体群を形成する第
2の工程と、前記第2の工程で形成された新たな個体群
に対し、前記各パラメータの中からランダムに選んだパ
ラメータに対して乱数を加え、新たな子供となる個体群
を形成する第3の工程と、前記第2の工程で形成された
子供となる個体群と、前記第3の工程で形成された子供
となる個体群と、前記親である個体群の中から前記適応
度の高い順で選択された個体とに対し、前記適応度の高
いものほど生存確率を高くした淘汰プロセスを実施し
て、前記親となる個体群と同数の個体を残しその他の個
体を消去する第4の工程と、前記第4の工程で残された
個体に対する前記適応度と予め定めた収束条件とによっ
て収束を判定する第5の工程と、前記第5の工程で収束
していないと判断されたときに、前記第4の工程で残さ
れた個体を新たに親となる個体とし、前記第2ないし第
4の工程を繰り返す第6の工程と、からなる遺伝的アル
ゴリズムによって決定され、前記第5の工程で収束して
いると判断された場合における前記第4の工程で残され
た個体に対応するパラメータをもって前記初期値とす
る。
A multi-view stereo image measuring method according to the present invention captures stereo images of a plurality of objects at a plurality of viewpoints whose relative positional relationships are unknown, and arithmetically processes each stereo image. For each of the viewpoints, the real space coordinate values of the objects described by the coordinate system at the viewpoint are obtained, and the relative positional relationship between the viewpoints is determined using the real space coordinate values of the coordinate system at the viewpoint. In a multi-view stereo image measurement method that determines the coordinate transformation parameters to be determined and the real space coordinates of each object in the reference coordinate system by an iterative method, the initial value used for the iterative method should be optimized corresponding to the initial value. A one-dimensional array in which each parameter is assigned to each element is called an individual, and a value is determined for each of the viewpoints by using the real space coordinates based on the viewpoint and the parameters. When defining the fitness, a value of each of the parameters to be assigned to each element is given by a random number, and a first step of generating a plurality of individuals as parents of the first generation to form an individual group; Select any two individuals from the parent population formed in the step of, and replace each element between the two individuals with respect to the parameters randomly selected from the above parameters The second step of generating new individuals and repeating the process of generating the two new individuals to form a child population, and the new population formed in the second step, A third step of adding a random number to a parameter randomly selected from the parameters to form a new child population, the child population formed in the second step, and Third work In the population selected as a child and the individuals selected from the parent population in the descending order of fitness, a selection process in which the higher the fitness is, the higher the survival probability is, By performing a fourth step of leaving the same number of individuals as the parent individual group and deleting other individuals, by the fitness to the individuals left in the fourth step and a predetermined convergence condition. A fifth step of determining convergence, and when it is determined not to converge in the fifth step, the individual left in the fourth step is set as a new parent individual, and the second to It corresponds to the individual left in the fourth step when it is determined by the genetic algorithm consisting of the sixth step of repeating the fourth step and the convergence in the fifth step. The parameter is used as the initial value.

【0057】[0057]

【作用】一般に遺伝的アルゴリズムと呼ばれる方法を初
期値探索問題に適用することによって、大域最適解を与
える初期値が得られるようになり、各視点間の相対位置
関係および物体の実空間座標を高精度に決定できるよう
になる。
By applying a method generally called a genetic algorithm to the initial value search problem, an initial value that gives a global optimum solution can be obtained, and the relative positional relationship between each viewpoint and the real space coordinates of the object are increased. You will be able to determine the accuracy.

【0058】ここで、一般に用いられている遺伝的アル
ゴリズムについて概説する。遺伝的アルゴリズムは、生
物の遺伝と進化とを模倣するモデルとして考えられた手
法である。まず、ある生物種の個体群に相当する集合
Here, the generally used genetic algorithm will be outlined. The genetic algorithm is a method considered as a model that imitates the inheritance and evolution of an organism. First, the set corresponding to the population of a certain species

【0059】[0059]

【外18】 を考える。ここで[Outside 18] think of. here

【0060】[0060]

【外19】 は個体の番号を表している。各個体[Outside 19] Indicates the individual number. Each individual

【0061】[0061]

【外20】 は1次元の配列で構成されており、この配列の各要素
は"0"または"1"、すなわちバイナリ表現でコーディン
グされている。一般に遺伝的アルゴリズムでは、このコ
ーディングが最も困難な問題であり、そのためコーディ
ングにはさまざまな方法が用いられている。アルゴリズ
ムの繰り返し回数を"世代"と呼び、tで表わす。第t世
代の個体群
[Outside 20] Is composed of a one-dimensional array, and each element of this array is coded by "0" or "1", that is, a binary representation. In genetic algorithms, this coding is generally the most difficult problem, and therefore various methods are used for coding. The number of iterations of the algorithm is called "generation" and is represented by t. T generation population

【0062】[0062]

【数23】 が与えられており、各個体[Equation 23] Is given to each individual

【0063】[0063]

【外21】 に対して、これら個体の環境への適応度とみなす関数[Outside 21] , A function that is regarded as the fitness of these individuals to the environment

【0064】[0064]

【外22】 を計算する。このとき、遺伝的アルゴリズムの基本的操
作、すなわち交差、突然変異および淘汰を行ない、第t
+1世代の個体群
[Outside 22] To calculate. At this time, the basic operations of the genetic algorithm are performed, that is, crossing, mutation and selection,
+1 generation population

【0065】[0065]

【数24】 を形成する。[Equation 24] To form.

【0066】次に、遺伝的アルゴリズムにおける基本的
操作について説明する。交差および突然変異の操作内容
が模式的に図5(a),(b)に示されている。この図では、
個体がそれぞれ6要素からなり、斜線を部分的に付した
四角と白抜きで表わした四角とは、それぞれ、
Next, the basic operation of the genetic algorithm will be described. The operation contents of crossover and mutation are schematically shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). In this figure,
Each individual consists of 6 elements, and the shaded squares and the outlined squares are

【0067】[0067]

【外23】 の要素を表わしている。交差とは、個体群の中から2個
体を選び、このもとになる2個体から交差を行なう点を
ランダムに選び、その交差点の前後で記号(要素)を入
れ換える操作である。図5(a)に示したものでは、配列
の中央が交差点であり、この交差点を前後として一方の
個体の要素と他方の個体の要素とが交差すなわち入れ替
わっている。
[Outside 23] Represents the element of. Crossing is an operation in which two individuals are selected from a group of individuals, a point at which the two individuals are to be intersected is randomly selected, and symbols (elements) are exchanged before and after the intersection. In the example shown in FIG. 5 (a), the center of the array is an intersection, and the elements of one individual and the elements of the other intersect with each other with this intersection as the front and rear.

【0068】また、突然変異とは、もとになる個体につ
いて要素をランダムに選び、選ばれた要素の内容をラン
ダムに書き換える操作である。図5(b)ではp3とp5
の要素が選ばれ、それぞれr3とr5に書き換えられて
いる。
Mutation is an operation in which elements are randomly selected for the original individual and the contents of the selected elements are rewritten randomly. In FIG. 5 (b), p3 and p5
Are selected and rewritten as r3 and r5, respectively.

【0069】淘汰とは、上述の関数で表わされる適応度
の高い個体ほど生存確率を高くして、次の世代に残す個
体を選ぶ操作である。この生存確率としては、問題に応
じていろいろなものが使用される。
The selection is an operation in which the higher the fitness of an individual represented by the above-mentioned function is, the higher the survival probability is, and the individual to be left in the next generation is selected. Various survival probabilities are used depending on the problem.

【0070】これらの操作を繰り返すことにより、個体
群を人工的に"進化"させ、全体としての適応度を向上さ
せる。そして、所望の精度など、ある終了条件を満たす
までこの操作を繰り返す。
By repeating these operations, the population is artificially "evolved" and the fitness as a whole is improved. Then, this operation is repeated until a certain end condition such as desired accuracy is satisfied.

【0071】遺伝的アルゴリズムによる方法は、解析解
が得られないような問題、目的関数の勾配が求められな
いような問題などにも適用することができる。このよう
な特徴を有する反面、この方法は収束性の点で効率的で
ないという問題点もある。そこで本発明では、遺伝的ア
ルゴリズムだけで収束させるのではなく、遺伝的アルゴ
リズムを最適化手法の初期値探索に適用し、その結果を
繰り返し法に対して適用し、最終的な収束結果を得るよ
うにしている。また、遺伝的アルゴリズムのコーディン
グ、交差、突然変異の各プロセスについて、新規の手法
を提案した。
The method based on the genetic algorithm can be applied to a problem such that an analytical solution cannot be obtained and a problem where the gradient of the objective function cannot be obtained. On the other hand, this method has a problem that this method is not efficient in terms of convergence. Therefore, in the present invention, instead of converging only by the genetic algorithm, the genetic algorithm is applied to the initial value search of the optimization method, and the result is applied to the iterative method to obtain the final convergence result. I have to. We also proposed a new method for each process of genetic algorithm coding, crossover, and mutation.

【0072】本発明において、視点間の相対位置関係お
よび物体の実空間座標を最終的に決める繰り返し法とし
て、例えば最急降下法を用いることができる。各視点を
基準とする座標系における各物体の位置計測誤差の確率
密度分布に関し、各視点と前記各物体のそれぞれについ
ての確率密度分布の総積を合成確率密度分布とすると
き、最適化すべき各パラメータを陽に含んだ合成確率密
度分布を本発明における適応度とすることができる。
In the present invention, the steepest descent method can be used as an iterative method for finally determining the relative positional relationship between viewpoints and the real space coordinates of the object. Regarding the probability density distribution of the position measurement error of each object in the coordinate system based on each viewpoint, when the total product of the probability density distributions for each viewpoint and each of the objects is the combined probability density distribution, each should be optimized. A composite probability density distribution that explicitly includes a parameter can be the fitness in the present invention.

【0073】[0073]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図6は、本発明の一実施例の多視点ステレ
オ画像計測法の手順を示すフローチャートであり、図7
はこの手順における初期値探索手順を示すフローチャー
トである。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a flowchart showing the procedure of the multi-viewpoint stereo image measuring method according to the embodiment of the present invention.
Is a flowchart showing an initial value searching procedure in this procedure.

【0074】本実施例は、相対位置関係が未知である複
数の視点からそれぞれ複数の物体のステレオ画像計測を
行ない、この計測結果から視点間の相対位置関係および
各物体の実空間座標を決定するものであるが、ステレオ
画像計測の計測結果を得るところまでは上述の従来例と
同様である。すなわち、視点の数をm、物体の数をn個
として、各視点のそれぞれにおいてステレオ画像計測を
行ない(ステップ101)、その視点ごとの座標系で表
わされた物体の実空間座標の計測値を得る。そして、異
なる視点で得られた計測結果のうち、同一の物体に対応
するものを見つけ出す(ステップ102)。視点間での
物体の対応付けの方法としては、例えば特開平5−12
430号公報に記載されたものがある。そして式(7)に
より、第i視点におけるj番目の物体の実空間座標での
計測誤差の確率密度分布si,jを求め(ステップ10
3)、式(8)によってこの確率密度分布をm個全ての視
点およびn個全ての物体について合成し、合成確率密度
分布Sを求める(ステップ104)。
In this embodiment, stereo images of a plurality of objects are measured from a plurality of viewpoints whose relative positional relationship is unknown, and the relative positional relationship between the viewpoints and the real space coordinates of each object are determined from the measurement results. However, up to the point where the measurement result of the stereo image measurement is obtained, it is the same as the above-mentioned conventional example. That is, assuming that the number of viewpoints is m and the number of objects is n, stereo image measurement is performed at each viewpoint (step 101), and the measured value of the real space coordinates of the object represented by the coordinate system for each viewpoint. To get Then, of the measurement results obtained from different viewpoints, the one corresponding to the same object is found (step 102). As a method of associating objects between viewpoints, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-12
There is one described in Japanese Patent No. 430. Then, from the equation (7), the probability density distribution s i, j of the measurement error in the real space coordinates of the j-th object at the i-th viewpoint is obtained (step 10
3) According to equation (8), this probability density distribution is combined for all m viewpoints and all n objects to obtain a combined probability density distribution S (step 104).

【0075】視点間の相対位置関係および(基準座標系
で表わした)各物体の実空間座標を求めることは、合成
確率密度分布Sを最大にするような各パラメータの値を
求めることであり、これは、式(9)で表わされるEを最
小するような各パラメータの値を求めることである。
Obtaining the relative positional relationship between viewpoints and the real space coordinates of each object (represented by the reference coordinate system) is to obtain the value of each parameter that maximizes the composite probability density distribution S. This is to find the value of each parameter that minimizes E expressed by the equation (9).

【0076】第1視点座標系を基準座標系とし、Using the first viewpoint coordinate system as the reference coordinate system,

【0077】[0077]

【外24】 についての極値の条件[Outside 24] Extreme conditions for

【0078】[0078]

【数25】 から、式(9)のEを最小にする物体位置[Equation 25] From, the object position that minimizes E in equation (9)

【0079】[0079]

【外25】 は、未知パラメータ[Outside 25] Is the unknown parameter

【0080】[0080]

【外26】 を含む形で、次式のように与えられる。[Outside 26] Including the form, it is given by the following equation.

【0081】[0081]

【数26】 この式(11)は、視点位置に関する上記の未知のパラメー
タが与えられれば、そのときの物体位置が求められるこ
とを表わしており、この条件を用いることによって、式
(9)におけるパラメータを視点位置に関するパラメータ
だけに減らせることを示している。
[Equation 26] This equation (11) represents that if the above-mentioned unknown parameter relating to the viewpoint position is given, the object position at that time is obtained, and by using this condition,
It is shown that the parameter in (9) can be reduced to only the parameter related to the viewpoint position.

【0082】本実施例では、視点位置に関するパラメー
In this embodiment, the parameters relating to the viewpoint position

【0083】[0083]

【外27】 を対象として、遺伝的アルゴリズムによる初期値探索を
行ない(ステップ105)、その後、上述の従来例と同
様に最急降下法を用いて最終的な値を算出する(ステッ
プ106)。
[Outside 27] A target value is searched for by using a genetic algorithm (step 105), and then a final value is calculated using the steepest descent method as in the above-described conventional example (step 106).

【0084】次に、図7のフローチャートを用い、遺伝
的アルゴリズムによる初期値探索について説明する。
Next, the initial value search by the genetic algorithm will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0085】《コーディング》まず、コーディングを行
なって個体を生成する(ステップ111)。最適化すべ
きパラメータ
<< Coding >> First, coding is performed to generate an individual (step 111). Parameters to optimize

【0086】[0086]

【外28】 を1次元の配列の要素に割り当て、個体を生成する。各
パラメータがとりうる領域(範囲)を設定し、その領域
内に一様乱数を発生させ、第1世代の親となる個体を生
成する。ここでは、従来用いられていた"0"および"1"
によるバイナリ表現で各要素に値を与えるのではなく、
実数によって各要素に値を与えるようにする。このよう
にすることにより、各要素の値とパラメータ値とを一致
させることができ、また交差を行なう際にパラメータご
とに独立に交差させることが可能となる。図8(a)は1
つの個体の配列の模式的な例を示しており、添え字mは
総視点数を表わしている。そして生成した個体の数が所
定数に達したかどうかを判定し(ステップ112)、達
していない場合にはステップ111を繰り返し、最終的
にQ個の個体からなる個体群を形成する。
[Outside 28] Is assigned to an element of a one-dimensional array to generate an individual. An area (range) that each parameter can take is set, and a uniform random number is generated in that area to generate a first-generation parent individual. Here, the previously used "0" and "1"
Instead of giving each element a value in its binary representation by
A value is given to each element by a real number. By doing so, the value of each element and the parameter value can be made to coincide with each other, and at the time of crossing, it is possible to cross each parameter independently. 8 (a) is 1
A schematic example of the arrangement of one individual is shown, and the subscript m represents the total number of viewpoints. Then, it is judged whether or not the number of generated individuals has reached a predetermined number (step 112), and if not, step 111 is repeated to finally form an individual group consisting of Q individuals.

【0087】《交差》次に、個体群を形成するQ個の個
体の中から適当に2個体を選び出し、ランダムに選んだ
パラメータについてその2個体間で要素を入れ替える交
差を行ない(ステップ113)、2個の子供を得る。こ
の処理を繰り返し、Q個の子供の個体からなる個体群を
生成する。ここでは各パラメータはそれぞれ独立なの
で、一般的な遺伝的アルゴリズムにおける交差ではな
く、パラメータごとに入れ替えるか否かをランダムに選
択する手法を用いた。本実施例におけるような各パラメ
ータがそれぞれ独立な多変数関数の最適化を行なう場合
には、上述の一般的な手法による交差よりも、ここで述
べた手法によるものの方が有効であると考えられる。こ
のようにすることにより、パラメータの値を崩すことな
く組み合わせを変更するだけで交差を行なうことができ
る。図8(b)は、この交差の処理を模式的に示すもので
あって、2番目の要素と4番目の要素が交差の対象に選
ばれている。
<< Crossover >> Next, two individuals are appropriately selected from the Q individuals forming the individual group, and intersections are performed to replace the elements between the two individuals with respect to the randomly selected parameters (step 113). Get two children. This process is repeated to generate a population of Q individual children. Here, since each parameter is independent, a method of randomly selecting whether or not to replace each parameter was used instead of the intersection in a general genetic algorithm. When optimizing a multivariable function in which each parameter is independent of each other as in the present embodiment, the method described here is considered to be more effective than the intersection using the general method described above. . By doing so, the intersection can be performed only by changing the combination without breaking the parameter values. FIG. 8B schematically shows the processing of this intersection, and the second element and the fourth element are selected as the objects of the intersection.

【0088】《突然変異》次に、交差によって得られた
全ての子供の個体に対し、ランダムに要素を選び、選ば
れた要素に乱数を加えることで突然変異を行ない、新た
にQ個の子供の個体群を生成する(ステップ114)。
突然変異の方法として、各パラメータの領域の±10%
の大きさを範囲とする乱数を発生させ、その乱数を元の
パラメータ値に加算する方法を用いた。上述した一般的
な遺伝的アルゴリズムにおける新しく書き換える方法に
比べ、もとのパラメータ値に影響を残す効果があり、良
い値をもったパラメータの影響を残す効果がある。その
反面、悪いパラメータの影響も残ることとなるが、ここ
では良いパラメータの影響を残すことに注目し、この手
法を用いた。
<< Mutation >> Next, for all the individual children obtained by crossing, elements are randomly selected, and a random number is added to the selected elements to perform mutation, and Q new children are newly added. The individual population of is generated (step 114).
As a method of mutation, ± 10% of the area of each parameter
The method used is to generate a random number in the range of and to add the random number to the original parameter value. Compared with the new rewriting method in the general genetic algorithm described above, there is an effect of leaving the effect on the original parameter value and an effect of leaving the effect of the parameter having a good value. On the other hand, the effect of bad parameters will remain, but we used this method, paying attention to the effect of good parameters.

【0089】《淘汰》次に、交差および突然変異で得ら
れた合計2Q個の子供の個体と、その親である個体群の
中から選ばれた個体との中から、適応度に応じて生存確
率を変化させた淘汰プロセスによってQ個の個体を残
し、他は消去する(ステップ115)。親である個体群
の中から個体を選ぶ方法としては、評価関数Eの値から
算出された適応度の高い個体から順に所定数の個体を選
ぶ方法を用いる。ここでは、親であるQ個の個体の中か
ら適応度の良いもの10%をこのプロセスに用いた。
<< Selection >> Next, from the total of 2Q individual children obtained by crossing and mutation, and the individual selected from the parent population, survival according to fitness is performed. By the selection process with changed probability, Q individuals are left and the others are deleted (step 115). As a method of selecting individuals from the parent group of individuals, a method of selecting a predetermined number of individuals in descending order of fitness calculated from the value of the evaluation function E is used. Here, 10% of the individuals with good fitness from the parent Q individuals were used for this process.

【0090】適応度について説明する。淘汰の対象とな
るR個の個体からなる個体群中のr番目の個体zrにつ
いて、式(9)によって与えられる評価関数Eの値をE(z
r)とする。このとき、r番目の個体の適応度w(zr)を
次式のように定義する。
The fitness will be described. For the r-th individual z r in the population of R individuals to be selected, the value of the evaluation function E given by equation (9) is E (z
r ). At this time, the fitness w (z r ) of the r-th individual is defined by the following equation.

【0091】[0091]

【数27】 そして、適応度の高いものほど高い確率で生き残るよう
にし、生き残ったQ個の個体を新しい親の個体群とす
る。ここでは、式(11)よりR個の個体の適応度の総和が
1となることに注意し、0から1までの区間を適応度に
比例した幅で各個体に分け、そして0〜1の区間で一様
乱数を発生させ、その乱数値の場所に幅を持った個体を
残す方法を用いた。適応度の高い個体ほど区間[0,
1)内において大きな幅を持つので、次の世代に残る確
率すなわち生存確率が高くなる。また、この手法を用い
ることにより、適応度の低い個体について適応度が低い
からといって無条件で消去するのではなく、良い値をも
ったパラメータを含んでいる可能性もあるので、このよ
うな個体についても次の世代に残る可能性を残してい
る。
[Equation 27] Then, the higher the fitness, the higher the probability of survival, and the surviving Q individuals are set as a new parent population. Here, note that the total sum of the fitness values of the R individuals is 1 from the equation (11), and the section from 0 to 1 is divided into individual individuals with a width proportional to the fitness, and 0 to 1 is divided. We used a method to generate uniform random numbers in the interval and leave individuals with a width at the place of the random number. Individuals with higher fitness have intervals [0,
Since there is a large width within 1), the probability of remaining in the next generation, that is, the survival probability, increases. In addition, by using this method, it is possible that an individual with low fitness is not unconditionally deleted due to low fitness, but rather contains a parameter with a good value. There is a possibility that even such individuals will remain in the next generation.

【0092】淘汰の一例が図8(c)に含まれている。図
8(c)では6個体から4個体を選び出す様子が示されて
いる。0から1の区間で4個の一様乱数を発生させたと
ころ、w(z1)の幅の場所に1個、w(z4)の幅に場所に
2個、w(z6)の幅に場所に1個、それぞれ乱数が発生
したので、次の世代には、z1の個体が1個、z4の個体
が2個、z6の個体が1個生き残り、その他の個体は淘
汰、消去される。
An example of selection is included in FIG. 8 (c). FIG. 8 (c) shows how 4 individuals are selected from 6 individuals. When four uniform random numbers were generated in the interval from 0 to 1, one was generated at the width of w (z 1 ), two at the width of w (z 4 ), and 2 at w (z 6 ). Since one random number was generated in each position in the width, in the next generation, one z 1 individual, 2 z 4 individuals, 1 z 6 individual survived, and other individuals were weeded out. , Erased.

【0093】《収束判定》淘汰の処理が終ったら収束判
定を行ない(ステップ116)、収束条件が満たされて
いれば次にステップに行き、収束条件が満たされていな
ければステップ113に戻って、交差、突然変異、淘汰
の各ステップ113〜115を繰り返す。ここでは、淘
汰で残った個体のうち適応度の高い方から10%のもの
が同じ個体になったら、収束条件が満たされたとした。
<< Convergence Judgment >> When the selection process is completed, a convergence judgment is made (step 116). If the convergence condition is satisfied, the process goes to the next step. If the convergence condition is not satisfied, the process returns to step 113, The steps 113 to 115 of crossing, mutation, and selection are repeated. Here, it is assumed that the convergence condition is satisfied when 10% of the individuals remaining in the selection from the one with the highest fitness become the same individuals.

【0094】収束条件が満たされた場合、そのときの適
応度の最も高い個体から各要素を読み出し、上述したよ
うに、その要素値を初期パラメータとして、最急降下法
などの方法によって最終的な値を求め、各視点間の相対
位置関係と各物体の実空間座標値とを決定する。
When the convergence condition is satisfied, each element is read out from the individual having the highest fitness at that time, and as described above, the element value is used as an initial parameter and the final value is determined by a method such as the steepest descent method. Then, the relative positional relationship between each viewpoint and the real space coordinate value of each object are determined.

【0095】《具体例》次に、本実施例について具体的
に行なった実験例について説明する。カメラ間隔(2a)
を40mm、焦点距離(f)を4mmとし、本実施例に基
づいて2次元多ステレオ画像計測を行なった。本実験で
は、第1および第2の2視点から5つの物体の位置を計
測し、初期値探索のための遺伝的アルゴリズムにおける
総個体数Qを50とした。各視点からのステレオ画像計
測における5つの物体の計測結果を表1に示す。
<< Specific Example >> Next, an example of an experiment specifically carried out on this embodiment will be described. Camera interval (2a)
Was 40 mm and the focal length (f) was 4 mm, and two-dimensional multi-stereo image measurement was performed based on this example. In this experiment, the positions of five objects were measured from the first and second viewpoints, and the total number of individuals Q in the genetic algorithm for initial value search was set to 50. Table 1 shows the measurement results of five objects in the stereo image measurement from each viewpoint.

【0096】[0096]

【表1】 また、遺伝的アルゴリズムによる初期値探索の過程にお
いて、回転マトリクス
[Table 1] Also, in the process of initial value search by the genetic algorithm, the rotation matrix

【0097】[0097]

【外29】 のパラメータγ2の誤差が収束して行く過程が図9に示
されており、平行移動ベクトル
[Outside 29] The process of convergence of the error of the parameter γ 2 of is shown in FIG.

【0098】[0098]

【外30】 の成分であるパラメータtx2とty2の誤差が収束して行
く過程が図10に示されている。これら図9,図10に
おいて、各世代とも最も適応度の高い個体が示されてい
る。表2は、各パラメータの真の値、本実施例において
遺伝的アルゴリズムによって求められた初期値、この初
期値をもとに最急降下法で求めた値をそれぞれ示してい
る。
[Outside 30] FIG. 10 shows a process in which the errors of the parameters t x2 and t y2 , which are the components of, converge. 9 and 10, the individuals with the highest fitness in each generation are shown. Table 2 shows the true value of each parameter, the initial value obtained by the genetic algorithm in this embodiment, and the value obtained by the steepest descent method based on this initial value.

【0099】[0099]

【表2】 表2に示されるように、本実施例のアルゴリズムを用い
ることで各パラメータの初期値が充分な精度で求めら
れ、さらに、最急降下法によって値が一層改善されてい
ることが確認される。
[Table 2] As shown in Table 2, it is confirmed that the initial value of each parameter is obtained with sufficient accuracy by using the algorithm of the present embodiment, and that the value is further improved by the steepest descent method.

【0100】以上、本発明の実施例について説明した
が、本実施例における遺伝的アルゴリズムは、従来の一
般的な遺伝的アルゴリズムに比べ、上述したような各種
の利点を有し、多視点ステレオ画像計測における初期値
探索のほか、一般に解析解が得られず繰り返し計算によ
って評価関数の最適化条件を求める際の初期値探索問題
に広く応用できるものである。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the genetic algorithm in this embodiment has various advantages as described above as compared with the conventional general genetic algorithm, and has a multi-view stereo image. In addition to the initial value search in measurement, it can be widely applied to the initial value search problem when the optimization condition of the evaluation function is obtained by iterative calculation because an analytical solution is not generally obtained.

【0101】[0101]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、多視点ス
テレオ画像計測における最適化手法である繰り返し法に
使用する初期値を遺伝的アルゴリズムによって探索する
ことにより、充分な精度で初期値を得られるようにな
り、視点間の相対位置関係および各物体の実空間座標を
確実かつ高精度に決定できるようになるという効果があ
る。
As described above, the present invention obtains an initial value with sufficient accuracy by searching the initial value used in the iterative method, which is an optimization method in multi-view stereo image measurement, with a genetic algorithm. Thus, there is an effect that the relative positional relationship between viewpoints and the real space coordinates of each object can be determined reliably and with high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】ステレオ画像計測の原理を説明する図である。FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of stereo image measurement.

【図2】ステレオ画像計測に用いられる装置の一例を示
すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of an apparatus used for stereo image measurement.

【図3】多視点ステレオ画像計測法を説明する図であ
る。
FIG. 3 is a diagram illustrating a multi-view stereo image measuring method.

【図4】最急降下法による評価関数の収束値を説明する
図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a convergence value of an evaluation function according to the steepest descent method.

【図5】一般的な遺伝的アルゴリズムにおける基本的操
作を説明する図であって、(a),(b)は、それぞれ、交差
と突然変異とを説明する図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a basic operation in a general genetic algorithm, and FIGS. 5A and 5B are diagrams illustrating crossover and mutation, respectively.

【図6】本発明の一実施例の多視点ステレオ画像計測法
の手順を示すフローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart showing a procedure of a multi-viewpoint stereo image measuring method according to an embodiment of the present invention.

【図7】初期値探索手順を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart showing an initial value search procedure.

【図8】図7の手順における遺伝的アルゴリズムを説明
する図であって、(a),(b),(c)は、それぞれ、コーディ
ング、交差、淘汰を説明する図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining the genetic algorithm in the procedure of FIG. 7, wherein (a), (b), and (c) are diagrams for explaining coding, intersection, and selection, respectively.

【図9】回転パラメータの収束過程を示す特性図であ
る。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing a convergence process of a rotation parameter.

【図10】平行移動パラメータの収束過程を示す特性図
である。
FIG. 10 is a characteristic diagram showing a process of converging a translation parameter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光軸 2 左画像面 3 右画像面 5L,5R カメラ 6 ディジタイザ 7 画像メモリ 8 計算機 101〜106,111〜116 ステップ1 optical axis 2 left image plane 3 right image plane 5 L , 5 R camera 6 digitizer 7 image memory 8 computer 101-106, 111-116 steps

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 立田 光廣 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Mitsuhiro Tachida 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corporation

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 相対位置関係が未知である複数の視点に
おいて複数の物体のステレオ画像を撮影し、前記各ステ
レオ画像を演算処理して前記各視点ごとに当該視点での
座標系によって記述された前記各物体の実空間座標値を
求め、前記各視点での座標系による実空間座標値を用い
て前記各視点間の相対位置関係を決める座標変換パラメ
ータと基準座標系における前記各物体の実空間座標とを
繰り返し法によって決定する多視点ステレオ画像計測法
において、 前記繰り返し法に使用する初期値が、 前記初期値に対応する最適化すべき各パラメータを各要
素に割り当てた1次元の配列を個体と呼び、前記各視点
ごとに当該視点を基準とする実空間座標と前記各パラメ
ータとを用いて値が定まる適応度を定義するとき、 前記各要素に割り当てるべき前記各パラメータの値を乱
数によって与え、第1世代の親となる個体を複数個生成
して個体群とする第1の工程と、 前記第1の工程で形成された親となる個体群の中から任
意の2個体を選び出し、前記各パラメータの中からラン
ダムに選んだパラメータに関して前記2個体の間で各々
の要素の入れ替えを行なって2個の新しい個体を生成
し、前記2個の新しい個体を生成するプロセスを繰り返
して子供となる個体群を形成する第2の工程と、 前記第2の工程で形成された新たな個体群に対し、前記
各パラメータの中からランダムに選んだパラメータに対
して乱数を加え、新たな子供となる個体群を形成する第
3の工程と、 前記第2の工程で形成された子供となる個体群と、前記
第3の工程で形成された子供となる個体群と、前記親で
ある個体群の中から前記適応度の高い順で選択された個
体とに対し、前記適応度の高いものほど生存確率を高く
した淘汰プロセスを実施して、前記親となる個体群と同
数の個体を残しその他の個体を消去する第4の工程と、 前記第4の工程で残された個体に対する前記適応度と予
め定めた収束条件とによって収束を判定する第5の工程
と、 前記第5の工程で収束していないと判断されたときに、
前記第4の工程で残された個体を新たに親となる個体と
し、前記第2ないし第4の工程を繰り返す第6の工程
と、からなる遺伝的アルゴリズムによって決定され、 前記第5の工程で収束していると判断された場合におけ
る前記第4の工程で残された個体に対応するパラメータ
をもって前記初期値とすることを特徴とする多視点ステ
レオ画像計測法。
1. Stereo images of a plurality of objects are photographed at a plurality of viewpoints whose relative positional relations are unknown, and each stereo image is arithmetically processed to describe each viewpoint by a coordinate system at the viewpoint. The real space coordinate value of each of the objects is obtained, and the real space of each object in the reference coordinate system and the coordinate conversion parameter that determines the relative positional relationship between the viewpoints using the real space coordinate value of the coordinate system of each of the viewpoints. In a multi-view stereo image measurement method for determining coordinates and an iterative method, an initial value used for the iterative method is a one-dimensional array in which each parameter to be optimized corresponding to the initial value is assigned to each element as an individual. When defining the fitness whose value is determined using the real space coordinates with respect to the viewpoint and the parameters for each viewpoint, it should be assigned to each element. The first step of generating a plurality of individuals of the first generation parent as an individual group by giving the values of the respective parameters by random numbers, and the parent individual group formed in the first step 2 arbitrary individuals are selected from the parameters, and each element is exchanged between the 2 individuals with respect to the parameters randomly selected from the respective parameters to generate 2 new individuals. A second step of repeating the generation process to form a child population, and a new population formed in the second step with respect to parameters randomly selected from among the parameters A third step of adding a random number to form a new child population, a child population formed in the second step, and a child population formed in the third step And the individual that is the parent For individuals selected from the group in the descending order of fitness, a selection process is performed in which the higher the fitness is, the higher the survival probability is, and the same number of individuals as the parent population is left. A fourth step of erasing other individuals, a fifth step of judging convergence based on the fitness and predetermined convergence conditions for the individuals left in the fourth step, and a fifth step When it is judged that it has not converged,
The individual left in the fourth step is set as a new parent individual, and the sixth step of repeating the second to fourth steps is performed, and the sixth step is determined by a genetic algorithm. A multi-view stereo image measurement method, wherein a parameter corresponding to an individual left in the fourth step when it is determined to be converged is set as the initial value.
【請求項2】 前記繰り返し法が最急降下法であって、 前記各視点を基準とする座標系における前記各物体の位
置計測誤差の確率密度分布に関し、前記各視点と前記各
物体のそれぞれについての前記確率密度分布の総積を合
成確率密度分布とするとき、前記適応度が前記各パラメ
ータを陽に含んだ前記合成確率密度分布に基づくもので
ある請求項1に記載の多視点ステレオ画像計測法。
2. The iterative method is a steepest descent method, and relates to a probability density distribution of position measurement error of each object in a coordinate system based on each viewpoint, with respect to each of the viewpoint and each object. The multi-view stereo image measurement method according to claim 1, wherein when the total product of the probability density distributions is a combined probability density distribution, the fitness is based on the combined probability density distribution explicitly including the parameters. .
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003090714A (en) * 2001-09-18 2003-03-28 Shigenori Tanaka Image processor and image processing program
JP2003216205A (en) * 2002-01-18 2003-07-31 Toshiba Corp Plant operation controller
WO2020100784A1 (en) * 2018-11-13 2020-05-22 国立大学法人東京大学 Road surface profile estimating device, road surface profile estimating system, road surface profile estimating method, and road surface profile estimating program

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