JPH0981737A - 三次元物体モデル生成方法 - Google Patents

三次元物体モデル生成方法

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JPH0981737A
JPH0981737A JP7232225A JP23222595A JPH0981737A JP H0981737 A JPH0981737 A JP H0981737A JP 7232225 A JP7232225 A JP 7232225A JP 23222595 A JP23222595 A JP 23222595A JP H0981737 A JPH0981737 A JP H0981737A
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JP
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outline
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JP7232225A
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Koji Igura
浩司 井倉
Makoto Niwakawa
誠 庭川
Toshikazu Onda
寿和 恩田
Nobuyuki Fujiwara
伸行 藤原
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 対象物体とモデルとのずれが少なく、特徴マ
ッチングでもCADモデルをそのまま利用でき、またグ
ラフイックツールを用いることがない三次元物体モデル
生成方法を提供する。 【解決手段】 三次元物体を直接ステレオカメラでとら
えた映像をもとにその輪郭線もしくはそれに近似した特
徴にて三次元物体モデルを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、いわゆる三次元物
体認識における三次元物体モデル生成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】二次元平面画像から三次元物体を認識す
る場合、すなわちいわゆる視覚認識装置において三次元
物体の認識を行なう場合、モニタに二次元投影画像を表
示し目視により認識の確かさを確認する方法がある。つ
まり、対象物体の二次元画像と対象物体の三次元物体モ
デル画像とをモニタ上に重ね合わせて表示することで、
対象物体と三次元物体モデルとのずれを目視により簡易
的に確認する方法である。この場合、三次元物体モデル
のモニタとしては、三次元物体モデルを用いて、この三
次元物体モデルを認識姿勢に三次元座標変換し、更にカ
メラ座標に二次元投影してモニタ表示を行なっている。
そして、この三次元物体モデルの生成は、三次元物体モ
デルが物体の外形を表現するものであるため、CADデ
ータから生成したり、グラフィックツールを用いてモニ
タ上にて生成している。また、このために三次元物体モ
デルは、直線や円弧又は楕円などの幾何学的特徴で構成
される。
【0003】他方、コンピュータを用いた機械によって
視覚認識を行なういわゆるコンピュータビジョンも研究
されつつあり、ここにおいて三次元物体認識を行なう方
法のひとつに、モデルベーストマッチング法がある。こ
の方法は、コンピュータの内部に予め三次元物体のモデ
ルを蓄え、このモデルと対象物体画像とを比較して、画
像中から特定物体を探し出したり、物体の三次元位置と
姿勢を検出するものである。かかるモデルベーストマッ
チング法にあっても、三次元物体認識を行なう前には予
め三次元物体モデルを生成する必要があり、CADデー
タからモデルを生成したり、グラフィックツールを用い
てこの三次元物体モデルを生成している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】以上のとおり三次元物
体認識を行なうには、三次元物体モデルを生成する必要
があり、前述のようにCADデータにより、又はグラフ
ィックツールを用いてモデルを生成しているが、次のよ
うな問題が生じている。 (1)三次元CADデータからモデルを生成した場合、
直線や円弧・楕円などでモデルを特徴付けているため、
対象物体が任意の自由曲線の外形や模様を持つ場合、モ
ニタ上にて対象物体と三次元物体モデル画像とを重ね合
わせて表示した場合には、直線や円弧に近似したときの
誤差が表示の誤差となり、細部にて対象物体とモデルと
のずれが生ずる。また、コンピュータビジョンにおける
モデルベーストマッチングにあっては、カメラからの画
像を処理してその物体の特徴を抽出しモデルとの特徴と
マッチングをとる特徴マッチングの場合も、CADモデ
ルの特徴と物体の二次元投影画像を処理した特徴画像と
は一致せず、この特徴マッチングではCADモデルと同
じ物体の特徴が得られにくく、CADモデルをそのまま
では用いることができない。
【0005】(2)グラフィックツールを用いて三次元
物体モデルを作る場合には、物体の奥行き情報が必要で
あり、このため物体の3ディメンションデータをグラフ
ィック手段とは別の手段にて獲得しなければならない。
【0006】本発明は、上述の問題に鑑み、CADによ
る直線や円弧・楕円の近似による三次元物体モデルの生
成や、3ディメンションデータを別途に得る必要がある
グラフィックツールの使用を、行なわないで、三次元物
体モデルを生成する方法の提供を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成する本
発明は次の構成を特徴とする。 (1)ステレオカメラによる三次元物体画像入力からエ
ッジを抽出し、このエッジの座標から三角測量の原理に
て三次元位置を得ることを特徴とする。 (2)ステレオカメラによる三次元物体画像入力からエ
ッジを抽出し、このエッジの座標から直線・円弧に近似
した特徴点を得て、この特徴点の座標から三角測量の原
理にて三次元位置を得ることを特徴とする。 (3)エッジの座標は操作者によりモニタを見つつ選択
するようにしたことを特徴とする。 (4)(1)(2)又は(3)において、アスペクトに
応じて三次元位置を得ることを特徴とする。
【0008】三次元表示モデルは外形,凹凸,模様を直
接カメラでとらえた映像をもとにして輪郭線又は輪郭線
に近似した特徴を用いて構成することになる。
【0009】
【発明の実施の形態】ここで、発明の実施の形態を説明
する。ここでは、物体形状の実際の見え方に注目し、三
次元物体モデルを容易に生成する手段を提供しており、
ステレオカメラで取り込んだ対象物体の二次元投影画像
から三次元物体モデルを生成するものである。三次元物
体をステレオカメラにて取り込むに当っては、三次元物
体モデルは物体の外形,凹凸や模様の三次元情報からな
るので、ステレオカメラの片方の映像から物体の外形、
凹凸あるいは模様のエッジを抽出し、そのエッジの三次
元情報(物体中心からの三次元位置)を他の片方のカメ
ラとのステレオ視による三角測量の原理で得る。この場
合、三次元物体モデルのエッジは、物体の外形,凹凸あ
るいは模様により作業者が任意に選択し生成する。
【0010】ここで、図1を参照して三次元物体モデル
生成方法の一例を説明する。図1において、三次元物体
をステレオカメラ1にて撮影し、このステレオカメラ1
にて左,右各カメラの認識モデル生成用の二次元投影画
像を得る。ついで、画像入力部2ではステレオカメラか
らの二次元投影画像の映像信号を標本化及び量子化す
る。濃淡画像メモリ部3では、画像入力部2からのステ
レオ画像を入力して格納する。同時に画像微分装置4に
て量子化したステレオ画像を入力し、画像の二次微分を
行ない物体の外形や模様などの明るさの変化する箇所を
強調した画像(エッジ画像)を生成する。このエッジ画
像を得る方法は、例えばLaplacian 法とかDOG法と呼
ばれ、二次元画像のX軸方向又はY軸方向のいずれかの
方向に注目して画像データの二次微分を行ない、計算結
果がゼロを交差する点をもとにその方向のエッジ画像を
得るものであり、また空間フィルタを使用したLaplacia
n 法では、二次元画像の画像データに対して空間フィル
タ処理にて二次元微分計算を行ない、計算結果がゼロを
交差する点をもとにその方向のエッジ画像を得るもので
ある。
【0011】輪郭線抽出部5では、微分装置4によるエ
ッジ画像からエッジ連絡部分を取り出して物体の外形や
凹凸,模様などの輪郭線画像を生成する。ついで、輪郭
線選択部6では、抽出した輪郭線画像からモデルとする
輪郭線を選択する。この場合、選択はモニタを見て操作
者が直接輪郭線を指示することにより行なわれる。輪郭
線画像格納メモリ7では輪郭線画像が格納されると共に
選択された輪郭線が格納される。
【0012】更に、この輪郭線から三次元モデルを生成
格納するに当っては、まず、輪郭線画像格納メモリ7か
らモデルとする選択された輪郭線に沿ってエッジ点座標
を順次取り出す。ステレオ対応点抽出部8では、このエ
ッジ座標に対応してステレオ画像の中から計測点画像を
取り出す。対応点位置計算部9では、計測点画像から対
応点位置を抽出する。更に、輪郭線位置計算部10で
は、対応点位置から三角測量の原理を用いて計測点位置
すなわち輪郭線位置を計算する。そして、得られた輪郭
線の三次元位置は順次三次元モデル格納メモリ11に格
納される。
【0013】つぎに、三次元モデルのモデルデータを例
示する。三次元対象物体についてひとつの見え方をアス
ペクトAnとし、このアスペクトにてモデルセグメント
(モデル構成部分):例えば1自由曲線をSnとし、そ
してこの各セグメントSnにおいて各三次元座標値(ポ
イント)をPとする。
【数1】 モデルを表示するに当っては、モデル格納メモリ11か
ら外部から指示するモデルに一致するモデルの三次元位
置データを取り出し、表示姿勢に三次元座標変換し、二
次元投影画像表示装置に表示する。
【0014】図2は、図1に示すブロックを、ソフトウ
ェアにて実現するための処理工程を図示したものであ
る。
【0015】図3は、第2の実施の形態を示しており、
この例では図1,2に示す形態と異なり、輪郭線画像を
処理して輪郭線を直線と円弧に近似させている。図3に
示すステレオカメラ1、画像入力部2、濃淡画像メモリ
部3、画像微分回路4、輪郭線抽出部5、輪郭線画像格
納メモリ7を有し、更にはステレオ対応点抽出部8、対
応点位置計算部9、モデル位置計算部10、及び三次元
モデル格納メモリ11は、図1と同様である。図3にお
いて、直線・円弧特徴抽出部12では、輪郭線画像格納
メモリ7からの輪郭線画像を処理することによりこの輪
郭線を直線と円弧とに近似する。直線・円弧特徴選択部
13では、直線と円弧にて特徴付けられた特徴画像から
モデルとする特徴を選択する。この場合、特徴はモニタ
を見て操作者が直接モデル生成装置に指示する。直線・
円弧特徴格納メモリ14では、直線と円弧とで近似され
選択された特徴画像が格納される。また、ステレオ対応
点抽出部8では、直線・円弧特徴格納メモリ14からの
選択された特徴点の始点と終点のエッジ点座標を順次取
り出した座標に対応してステレオ画像の中から計測点画
像を取り出す。対応点位置計算部9による対応点位置抽
出後モデル位置計算部10にて三角測量の原理を用いて
計測点位置すなわち特徴点位置を計算する。計算した特
徴線の三次元位置は順次モデル格納メモリ11に格納さ
れる。なお、この例においても三次元物体のある方向か
ら見た三次元物体認識モデルを生成する。物体が三次元
姿勢を大きく変化させ物体の見えかたが異なる場合は、
複数の見えかたモデル(アスペクトモデル)を持つ。
【0016】図4は、図3に示すブロックを、ソフトウ
ェアにて実現するための処理工程を図示したものであ
る。
【0017】本モデルを使った認識例 認識頻度の多い、あるアスペクトモデルを選択し、三
次元形状物体の二次元投影画像に対し二次元モデルマッ
チングを行う。 マッチした特徴セグメントの始点終点の三次元位置検
出をステレオカメラなどを使って行う。 得られた複数ポイントの三次元位置と三次元モデル特
徴の三次元位置との誤差が最小となるようマッチしたポ
イントとの最小2乗近似計算などを行い、最終的な物体
位置と姿勢を検出する。 なお、図5によりアスペクト認識モデルの直線,円弧の
例を示している。
【0018】ここで、実施例としては次の様なものがあ
る。鋳物などの成形品の三次元物体認識を行う場合、鋳
物などの成形品は型が容易に複雑にできるため、複雑な
自由形状外形や模様を持つ。この認識結果を表示するよ
うな場合、従来の表示モデルではいかにも不自然であ
る。この三次元表示モデルはその外形を直接カメラでと
らえた映像をもとにその輪郭線を使い構成するのできわ
めてリアルな表示モデルを生成できる。
【0019】
【発明の効果】三次元物体認識モデルはその外形を直接
カメラでとらえた映像をもとにその輪郭線もしくはそれ
に近似した特徴で構成するので、実際の認識時に抽出す
る特徴とよく似た特徴で認識モデルを生成できる。この
結果、従来のような対象物体とモデルとのずれが少なく
なり、グラフィックツールを用いることもなくなり、三
次元物体の認識やコンピュータグラフィックスの三次元
モデルとして使うことができる。更には、 三次元物体をある方向から見たアスペクトの三次元物
体モデルを簡単に生成できる。 三次元物体モデルはカメラでとらえた画像から生成す
るのでCADモデルと異なり実際に人が見るのと同じ外
形モデル又は特徴モデルが生成できる。 モデルの生成は、操作者がモニタを見て、任意に外形
輪郭線を選択して作るので製作者の表現したい外形のみ
選択でき、製作者の意図が反映できる。 あらかじめCADデータが存在しない物体の三次元モ
デルを生成できる。 ソフトウェアにも容易に展開できる。 動物のように三次元CADのような三次元データがな
い三次元物体の三次元データが生成できる。 植物のように三次元CADのような三次元データがな
い三次元物体の三次元データが生成できる。 コンピュータグラフィックスで三次元画像を変換し表
示する場合、コンピュータに三次元モデルを生成するの
が大変な面倒である。本手法を用いれば、きわめて容易
に三次元表示モデルがコンピュータ内に生成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一例のブロック図。
【図2】図1をソフトウェアで現わしたフローチャー
ト。
【図3】本発明の他の例のブロック図。
【図4】図3をソフトウェアで現わしたフローチャー
ト。
【図5】アスペクト認識モデル組立ての説明図。
【符号の説明】
1〜14 処理ブロック
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤原 伸行 東京都品川区大崎二丁目1番17号 株式会 社明電舎内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ステレオカメラによる三次元物体画像入
    力からエッジを抽出し、このエッジの座標から三角測量
    の原理にて三次元位置を得る三次元物体モデル生成方
    法。
  2. 【請求項2】 ステレオカメラによる三次元物体画像入
    力からエッジを抽出し、このエッジの座標から直線・円
    弧に近似した特徴点を得て、この特徴点の座標から三角
    測量の原理にて三次元位置を得る三次元物体モデル生成
    方法。
  3. 【請求項3】 エッジの座標は操作者によりモニタを見
    つつ選択するようにしたことを特徴とする三次元物体モ
    デル生成方法。
  4. 【請求項4】 アスペクトに応じて三次元位置を得る請
    求項1,2又は3記載の三次元物体モデル生成方法。
JP7232225A 1995-09-11 1995-09-11 三次元物体モデル生成方法 Pending JPH0981737A (ja)

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Effective date: 20030128