JPH1075391A - 被写体形状構成装置及び被写体形状構成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被写体の全体形状の誤差を少なくすることが
できる被写体形状構成装置及び被写体形状構成方法を提
供する。 【解決手段】 パッド１５の特徴点１７に基づいて求め
たステレオカメラ１１の位置及び向きに基づいて被写体
１２の複数の部分形状を統合し、被写体１２の一応の全
体形状を求めた（ステップＳ２５）後に、ステレオカメ
ラ１１の焦点距離を変更し（ステップＳ２６）、再び複
数の部分形状を抽出し（ステップＳ２８）、焦点距離変
更前に得られた一応の全体形状と焦点距離変更後に得ら
れた複数の部分形状とを統合し全体形状を得る（ステッ
プＳ３１）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被写体形状構成装
置及び被写体形状構成方法に関し、特に、任意の複数の
地点で被写体の部分形状を撮影し、当該各地点で撮影さ
れた被写体の各部分形状を統合して被写体の全体形状を
構成する被写体形状構成装置及び被写体形状構成方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ステレオカメラにより撮影された
画像間の視差を用いてステレオカメラと被写体との距離
を求める方法が一般に知られている。その一例として、
ステレオカメラを用いて撮影された左右の画像間の視差
を求めて、式（１）に示す三角測量則に基づきステレオ
カメラと被写体との距離を求める方法がある。

【０００３】

【数１】 ここで式（１）中、ｚは距離、ｆは焦点距離、Ｂは基線
長、ｄは視差を示す。

【０００４】そして、被写体上の各地点で上記のように
ステレオカメラと距離を求めることにより、被写体の各
地点で被写体上の部分形状を求めることができる。さら
に、各部分形状の面の傾きや曲率を利用したり、又は画
像の表面特性（以下「テクスチャ」という）を用いるこ
とで、被写体上の各地点で求められた部分形状を統合
し、被写体の全体形状を構成する方法がある。また、既
知の特徴点を有するパッドの上に載せられた被写体をパ
ッドと共に撮影し、そのパッドの特徴点の位置に基づい
てステレオカメラの位置及び向きを求めて被写体上の各
地点で求められた部分形状を統合し、被写体の全体形状
を構成する方法もある。

【０００５】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、被
写体上の各地点で求められた部分形状を統合する際に、
当該部分形状間の重なりの量が少なく、且つ多くの前記
部分形状を統合すると被写体の全体形状の誤差が多く蓄
積されることになる。また、被写体のごく一部を撮影し
た場合には、パッドの特徴点が少ししか写らず求めるカ
メラ位置の精度が悪化するので、前記部分形状を統合す
ると被写体の全体形状の誤差が多く蓄積されることにな
る。

【０００６】さらに、ステレオカメラの焦点距離が短い
場合、又はステレオカメラと被写体との距離が長い場合
に被写体上の各地点で求められる部分形状は粗いので、
当該部分形状を統合すると被写体の全体形状の誤差が多
く蓄積されることになる。

【０００７】よって、本発明の目的は、被写体の全体形
状の誤差を少なくすることができる被写体形状構成装置
及び被写体形状構成方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するために、請求項１の発明は、画像入力装置より入力
された被写体の画像を用いて前記被写体の全体形状を構
成する被写体形状構成装置において、前記被写体の各部
分を粗く撮影し、前記撮影された複数の画像から前記被
写体の粗の部分形状の複数を決定する粗部分形状決定手
段と、前記粗部分形状決定手段により決定された前記被
写体の粗の部分形状の複数を統合し前記被写体の粗の全
体形状を作成する粗全体形状作成手段と、前記被写体の
粗の部分形状の複数から所定の粗の部分形状を選択する
粗部分形状選択手段と、前記粗部分形状選択手段により
選択された被写体の粗の部分形状に対応する前記被写体
の所定の部分を密に撮影し、前記撮影された画像から前
記被写体の密の部分形状を決定する密部分形状決定手段
と、前記粗部分形状選択手段により選択された前記所定
の粗の部分形状を前記密部分形状決定手段により決定さ
れた前記被写体の密の部分形状に交換する部分形状交換
手段と、前記部分形状交換手段により交換された前記被
写体の密の部分形状を前記粗全体形状作成手段により作
成された前記被写体の粗の全体形状に統合する全体形状
統合手段とを備えることを特徴とする。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１記載の被写体
形状構成装置において、前記粗部分形状決定手段が、前
記画像入力装置の焦点距離を短くする第１の焦点距離変
更手段を備え、前記密部分形状決定手段が前記画像入力
装置の焦点距離を長くする第２の焦点距離変更手段を備
えることを特徴とする。

【００１０】請求項３の発明は、請求項１又は２記載の
被写体形状構成装置において、前記粗部分形状決定手段
が、前記画像入力装置と前記被写体との間の距離を長く
する第１の距離変更手段を備え、前記画像入力装置と前
記被写体との間の距離を短くする第２の距離変更手段を
備えることを特徴とする。

【００１１】請求項４の発明は、請求項１乃至３のいず
れか１項記載の被写体形状構成装置において、前記部分
形状交換手段が前記所定の粗の部分形状を決定するのに
使用した前記画像を前記被写体の密の部分形状を決定す
るのに使用した前記画像に一致させるように前記所定の
粗の部分形状を決定するのに使用した前記画像の画像サ
イズを変更する画像サイズ変更手段と、前記所定の粗の
部分形状と前記被写体の密の部分形状とを交換するのに
必要な前記被写体の密の部分形状の平行移動量及び回転
移動量を決定する移動量決定手段とを備えることを特徴
とする。

【００１２】請求項５の発明は、画像入力装置より入力
された被写体の画像を用いて前記被写体の全体形状を構
成する被写体形状構成方法において、前記被写体の各部
分を粗く撮影し、前記撮影された複数の画像から前記被
写体の粗の部分形状の複数を決定する粗部分形状決定工
程と、前記粗部分形状決定工程において決定された前記
被写体の粗の部分形状の複数を統合し前記被写体の粗の
全体形状を作成する粗全体形状作成工程と、前記被写体
の粗の部分形状の複数から所定の粗の部分形状を選択す
る粗部分形状選択工程と、前記粗部分形状選択工程にお
いて選択された被写体の粗の部分形状に対応する前記被
写体の所定の部分を密に撮影し、前記撮影された画像か
ら前記被写体の密の部分形状を決定する密部分形状決定
工程と、前記粗部分形状選択工程において選択された前
記所定の粗の部分形状を前記密部分形状決定工程におい
て決定された前記被写体の密の部分形状に交換する部分
形状交換工程と、前記部分形状交換工程において交換さ
れた前記被写体の密の部分形状を前記粗全体形状作成工
程において作成された前記被写体の粗の全体形状に統合
する全体形状統合工程とを含むことを特徴とする。

【００１３】請求項６の発明は、請求項５記載の被写体
形状構成方法において、前記粗部分形状決定工程が、前
記画像入力装置の焦点距離を短くする第１の焦点距離変
更工程を含み、前記密部分形状決定工程が前記画像入力
装置の焦点距離を長くする第２の焦点距離変更工程を含
むことを特徴とする。

【００１４】請求項７の発明は、請求項５又は６記載の
被写体形状構成方法において、前記粗部分形状決定工程
が、前記画像入力装置と前記被写体との間の距離を長く
する第１の距離変更工程を含み、前記画像入力装置と前
記被写体との間の距離を短くする第２の距離変更工程を
含むことを特徴とする。

【００１５】請求項８の発明は、請求項５乃至７のいず
れか１項記載の被写体形状構成方法において、前記部分
形状交換工程が前記所定の粗の部分形状を決定するのに
使用した前記画像を前記被写体の密の部分形状を決定す
るのに使用した前記画像に一致させるように前記所定の
粗の部分形状を決定するのに使用した前記画像の画像サ
イズを変更する画像サイズ変更工程と、前記所定の粗の
部分形状と前記被写体の密の部分形状とを交換するのに
必要な密の部分形状の平行移動量及び回転移動量を決定
する移動量決定工程とを含むことを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１７】（第１の実施の形態）以下、図１を参照し
ながら、本発明の第１の実施の形態に係る被写体形状構
成装置を説明する。ここで、図１は本発明の第１の実施
の形態に係る被写体形状構成装置の構成図である。

【００１８】本被写体形状構成装置は、画像入力装置と
してのステレオカメラ１１と、ステレオカメラ１１を支
持すると共に平面上を移動し得る移動装置１４と、ケー
ブル１６を介してステレオカメラ１１に接続されたステ
レオカメラ１１を制御する制御処理装置１３とからな
る。

【００１９】一方、上記平面上には、格子点状に配列さ
れた特徴点１７を有するパッド１５が置かれており、パ
ッド１５の上には、円筒状の被写体１２が置かれてい
る。

【００２０】画像入力装置１１はズーム機能を有し、被
写体１２及びパッド１５を撮影する。なお、このステレ
オカメラ１１は移動装置１４から切り離して、手で持ち
ながら移動させることもできる。

【００２１】制御処理装置１３は、ケーブル１６を介し
てステレオカメラ１１で撮影された画像を受容し、この
受容した画像から複数の部分形状を求める処理を行うと
ともに、ステレオカメラ１１に焦点距離を変更させる命
令及び移動装置１４に移動させる（図１中の破線）命令
を出力し、またステレオカメラ１１の位置及び向きをパ
ッド１５の特徴点１７の位置に基づいて求め、複数の部
分形状を統合する処理を行う。制御処理装置１３は、粗
部分形状決定手段、密部分形状決定手段、粗全体形状作
成手段、部分形状交換手段、全体形状統合手段、画像サ
イズ変更手段、移動量決定手段、第１の焦点距離変更手
段、第２の焦点距離変更手段、第１の距離変更手段及び
第２の距離変更手段を構成する。

【００２２】以下、図２を参照しながら、本発明の第１
の実施の形態に係る制御処理装置１３の制御処理動作を
説明する。ここで、図２は、本発明の第１の実施の形態
に係る制御処理装置１３の制御処理動作を説明するフロ
ーチャートである。

【００２３】まず、ステップＳ２１において、図３
（Ａ）のようにパッド１５の上に置かれた被写体１２に
所定の距離間隔をあけて対向して配置されており、焦点
距離が短いステレオカメラ１１により、被写体１２の全
体及びパッド１５を数地点で撮影し、当該撮影された左
右画像を制御処理装置１３へ出力する。ここで、図３
（Ａ）は、パッド１５上に置かれた被写体１２とステレ
オカメラ１１との配置関係を説明するための平面図であ
り、ステレオカメラ１１の焦点距離が短い場合である。

【００２４】次に、制御処理装置１３は撮影されたステ
レオカメラ１１の左右画像の左画像と右画像との対応点
をテンプレートマッチング法等の手法で求め、その対応
点の視差より（１）式に基づき部分形状を抽出し、同時
に撮影されたパッド１５の特徴点１７を、予め記憶され
たパッド１５の特徴点１７と比較することにより後述す
る図４の空間座標軸を利用してステレオカメラ１１の位
置及び向きを求める（ステップＳ２２）。このとき抽出
される部分形状の範囲は図３（Ａ）で示される部分形状
３２である。

【００２５】ステップＳ２３では、被写体１２の全体の
概ねの部分形状が得られたか否かを判別し、被写体１２
の全体の概ねの部分形状が得られていない場合は、上記
抽出された部分形状とこれから抽出する部分形状が少し
重なるように移動装置１４を移動させ（ステップＳ２
４）、ステップＳ２１からＳ２３を繰り返し、平面上の
数地点から被写体１２の複数の部分形状を抽出する。

【００２６】ステップＳ２３において、被写体１２全体
の概ねの部分形状が得られている場合は、パッド１５の
特徴点１７を利用して求めたステレオカメラ１１の位置
及び向きを用いて複数の部分形状を統合し、一応の全体
形状を求める（ステップＳ２５）。

【００２７】その後、ステレオカメラ１１の焦点距離を
長くする（ステップＳ２６）。その結果、被写体１２の
一部分だけの範囲で部分形状が抽出される。このとき抽
出される部分形状の範囲は図３（Ｂ）で示される部分形
状３３である。ここで、図３（Ｂ）は、パッド上に置か
れた被写体１２とステレオカメラ１１との配置関係を説
明するための平面図であり、ステレオカメラ１１の焦点
距離が長い場合である。

【００２８】次いで、焦点距離を長くしたステレオカメ
ラ１１により、被写体１２の一部及びパッド１５を数地
点で撮影し、撮影された左右画像を制御処理装置１３へ
出力する（ステップＳ２７）。

【００２９】次に、制御処理装置１３はステレオカメラ
１１により撮影された左右画像の左画像と右画像との対
応点をテンプレートマッチング法等の手法で求め、その
対応点の視差より（１）式に基づき部分形状を抽出する
（ステップＳ２８）。

【００３０】ステップＳ２９では、被写体１２の全体の
部分形状が得られたか否かを判別し、被写体１２の全体
の部分形状が得られていない場合は、上記抽出された部
分形状とこれから抽出する部分形状が少し重なるように
移動装置１４を移動させ（ステップＳ３０）、ステップ
Ｓ２７からＳ２９を繰り返し、平面上の数地点から複数
の部分形状を抽出する。

【００３１】ステップＳ２９において、被写体１２の全
体の部分形状が得られている場合は、後述する図５の処
理により、制御処理装置１３は焦点距離変更前に得られ
た一応の全体形状と焦点距離変更後に得られた複数の部
分形状とを統合し全体形状を得て（ステップＳ３１）、
本動作処理を終了する。この統合では、画像のテクスチ
ャ及び被写体１２の複数の部分形状を利用することによ
り、焦点距離変更前後におけるステレオカメラ１１の位
置及び向きの精度を向上させることができ、又はパッド
１５が十分な広さにわたって撮影されステレオカメラ１
１の位置及び向きが求めることができ、その結果複数の
部分形状が統合される。

【００３２】以下、図４を参照しながら、ステップＳ２
２でステレオカメラ１１の位置及び向きを求める際に使
用する空間座標軸を説明する。図４は、ステップＳ２２
でステレオカメラ１１の位置及び向きを求める際に使用
する空間座標軸の説明図である。

【００３３】全体座標系Ｏ−ＸＹＺ及び左右画像系ｏ−
ｘｙｚは、共にステレオカメラ１１の位置及び向きの変
化を求める際に使用する空間座標軸である。左右画像系
ｏ−ｘｙｚは、ステレオカメラ１１の基長線の中心ｏを
通り、光軸に平行なｚ軸とそれに直交すると共に水平な
ｘ軸と鉛直なｙ軸とからなる。

【００３４】ステレオカメラ１１の左右画像系の原点ｏ
が全体座標系Ｏ−ＸＹＺのどこに位置するのかを確定す
べく、位置移動量（ａ，ｂ，ｃ）、回転角（α、β、
γ）、及び（２）式を用いて左右画像系のｘｙｚを全体
座標系のＸＹＺに変換する。

【００３５】

【数２】 この結果、左右画像系ｏ−ｘｙｚと全体座標系Ｏ−ＸＹ
Ｚとの対応が明確になり、ステレオカメラ１１の位置及
び向きを求めることができる。

【００３６】以下、図５を参照しながら、図２のステッ
プＳ３１における一応の全体形状と焦点距離変更後の複
数の部分形状との統合処理を説明する。ここで、図５
は、図２のステップＳ３１における一応の全体形状と焦
点距離変更後の複数の部分形状との統合処理を説明する
フローチャートである。

【００３７】まず、焦点距離変更前後の画像を制御処理
装置１３に入力する（ステップＳ４１）。次に、ステッ
プ４１で入力した画像の画像サイズを焦点距離変更前の
画像５１（図６（Ａ））、焦点距離変更後の画像５２
（図６（Ｂ））、画像５１を拡大した画像５３（図６
（Ｃ））のように変更する（ステップＳ４２）。図６
（Ａ）は焦点距離変更前の画像５１の説明図であり、図
６（Ｂ）は焦点距離変更後の画像５２の説明図であり、
図６（Ｃ）は画像５１を拡大した画像５３の説明図であ
る。

【００３８】次に、画像５２（図６（Ｂ））の中心点５
６に対応する対応点５４を画像５３（図６（Ｃ））中で
求め、続いて対応点５４に対応する対応点５５を画像５
３（図６（Ｃ））を圧縮した画像５１（図６（Ａ））中
で求める（ステップＳ４３）。

【００３９】次に、画像５２（図６（Ｂ））の一部分５
８をテンプレートとして画像５３の画像５２と一致した
部分５７内でマッチングさせる。これを複数回行い、中
心点５６の移動量よりｘ，ｙ方向への移動量の正接の平
均値を求め、ｚ軸回りの回転角ｄγを求める（ステップ
Ｓ４４）。

【００４０】次いで、焦点距離変更前の複数の部分形状
をＸＹＺ座標系に変換した複数の部分形状と焦点距離変
更後の複数の部分形状とを制御処理装置１３に入力する
（ステップＳ４５）。ステップＳ４５で、制御処理装置
１３に入力した焦点距離変更後の複数の部分形状が焦点
距離が短いために粗く認識されてしまう場合には、再
度、制御装置１３に焦点距離変更後の複数の部分形状を
入力する。

【００４１】次に、ステップ４５で入力した焦点距離変
更前後に求めた複数の部分形状にスムージング処理等の
ローパス処理を行う（ステップＳ４６）。ステップＳ４
６でローパス処理を行うのは、焦点距離変更前後で、焦
点距離が短いときの部分形状６１は粗く認識され、焦点
距離が長いときの部分形状６２は密に認識されるので、
これらの部分形状を一致させるためである。画像５１に
対応する、ステレオカメラ１１の焦点距離が短いときの
部分形状６１は図７（Ａ）に示され、画像５２に対応す
る、ステレオカメラ１１の焦点距離が長いときの部分形
状６２は図７（Ｂ）に示されている。

【００４２】次に、ステップＳ４７で、図８に示すよう
に画像５２の中心点５６に対応するローパス処理後の部
分形状中の対応点７１と画像５１中の対応点５５に対応
するローパス処理後の部分形状中の対応点７２とを重ね
合わせるように焦点距離変更後の部分形状を焦点距離変
更前の部分形状に向かって平行移動させる。ここで、図
８はローパス処理がなされた焦点距離変更前後の部分形
状の統合を示す図である。そして、焦点距離変更後の部
分形状をｘ，ｙ軸回りに回転させ、焦点距離変更前後に
おける部分形状の距離の差がもっとも小さい回転角ｄ
α、ｄβを求める。

【００４３】ステップＳ４７で回転角ｄα、ｄβを求め
た後、焦点距離変更後の部分形状をｚ軸方向に移動量ｄ
ｚで移動させ、焦点距離変更前後の部分形状の距離の差
が最小になる焦点距離変更後の位置を求める（ステップ
Ｓ４８）。

【００４４】ここで、ステップＳ４１からステップＳ４
８までの処理は、ｘｙｚ軸の回転量をｄα、ｄβ、ｄ
γ、焦点距離変更前後の部分形状の対応点の画像のテク
スチャから求められる平行移動量を（ｕ，ｖ，ｗ）とす
るとき、（３）式のような評価式を最小にするｄα、ｄ
β、ｄγ、ｄｚを求めていることになる。例えば、ステ
ップＳ４４で回転角ｄγを求めたときの画像５２（図６
（Ｂ））及び画像５３（図６（Ｃ））の対応点を５点用
いて最小距離を求めるとする。画像５２中の点の座標を
（ｘ’，ｙ’，ｚ’）、画像５３中の対応点の座標を
（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）とするとそれらの点の最小距離を
求める式は、（３）式となり、回転角ｄα、ｄβ、ｄ
γ、移動量ｄｚを少しずづ変化させながら、最小となる
回転角ｄα、ｄβ、ｄγ、移動量ｄｚを求める。

【００４５】

【数３】 その後、図２のステップ２５で得られた一応の全体形状
のうち、ステップＳ４７及びステップＳ４８で求められ
た移動量ｄｚと回転角ｄα、ｄβ、ｄγとを使用して焦
点距離変更前の部分形状を焦点距離変更後の部分形状に
交換し一応の全体形状に統合させ、全体形状を完成させ
る（ステップＳ４９）。

【００４６】ステップ５０では、ステップＳ４１からス
テップＳ４９までの処理を全ての部分形状で行ったか否
かを判別し、全ての部分形状で処理が終わっていない場
合にはステップＳ４１に戻り、全ての部分形状で処理が
終わっている場合には本処理を終了する。

【００４７】尚、本実施の形態では、移動量ｄｚと回転
角ｄα、ｄβを２回に分けて求めたが（３）式を用いて
一度に求めてもよい、また、回転角ｄγは画像のテクス
チャから求めるのではなく、回転角ｄα、ｄβと同様に
部分形状から求めることもできる。

【００４８】また、本実施の形態では、被写体１２を固
定しステレオカメラ１１を移動させたが、ステレオカメ
ラ１１を固定し被写体１２を回転等の移動をさせて撮影
し、部分形状を抽出してもよい。

【００４９】次に、上記ステップＳ４１で入力した画像
の画像サイズの調整について、図６（Ａ）、図６
（Ｂ）、及び図６（Ｃ）を参照しながら説明する。

【００５０】画像５１、画像５２、及び画像５３に表示
されている丸や三角等は被写体１２のテクスチャであ
る。焦点距離変更後の方が変更前と比較すると画角が狭
いため、画像５２は画像５１の一部を拡大したものとな
っている。そのため、このまま画像５２の中心点５６に
対応する対応点を画像５１中に求めても位置精度は低
い。そこで、図６（Ａ）の画像５１を得たときの焦点距
離をｆ１、図６（Ｂ）の画像５２を得たときの焦点距離
をｆ２としたときに、画像５１をｆ２／ｆ１倍に拡大す
る（図６（Ｃ））。もしくは、画像５２をｆ１／ｆ２倍
に縮小する。これで、ステップ４１で入力した画像の画
像サイズの調整を行う。

【００５１】上述したように、第１の実施の形態によれ
ば、パッド１５の特徴点１７に基づいて求めたステレオ
カメラ１１の位置及び向きに基づいて被写体１２の複数
の部分形状を統合し、被写体１２の一応の全体形状を求
めた（ステップＳ２５）後に、ステレオカメラ１１の焦
点距離を変更し（ステップＳ２６）、再び複数の部分形
状を抽出し（ステップＳ２８）、焦点距離変更前に得ら
れた一応の全体形状と焦点距離変更後に得られた複数の
部分形状とを統合し全体形状を得る（ステップＳ３１）
ので、焦点距離変更後にパッドが少ししか写っていなく
てカメラ位置の精度が悪い時やカメラ位置が求まらない
時に何度でも部分形状を統合し直し被写体の全体形状を
得ることができ、被写体の全体形状の形状誤差を少なく
することができる。

【００５２】（第２の実施の形態）以下、図９を参照し
ながら、本発明の第２の実施の形態に係る制御処理装置
１３の制御処理動作を説明する。ここで、図９は、本発
明の第２の実施の形態に係る制御処理装置１３の制御処
理動作を説明するフローチャートである。尚、本発明の
第２の実施の形態に係る被写体形状構成装置の構成は、
第１の実施の形態に係る被写体形状構成装置の構成と同
様である。

【００５３】まず、ステップＳ８１において、図３
（Ａ）のようにパッド１５の上に置かれた被写体１２に
所定の距離間隔をあけて対向して配置されており、焦点
距離が短いステレオカメラ１１により、被写体１２の全
体及びパッド１５を数地点で撮影し、撮影された左右画
像を制御処理装置１３へ出力する。

【００５４】次に、制御処理装置１３はステレオカメラ
１１の左右画像の左画像と右画像との対応点をテンプレ
ートマッチング法等の手法で求め、その対応点の視差よ
り（１）式に基づき部分形状を抽出し、同時に撮影され
たパッド１５の特徴点１７を、予め記憶されたパッド１
５の特徴点１７と比較することにより後述する図４の空
間座標軸を利用してステレオカメラ１１の位置及び向き
を求める（ステップＳ８２）。このとき抽出される部分
形状の範囲は図３（Ａ）で示される部分形状３２であ
る。

【００５５】ステップＳ８３では、被写体１２の全体の
概ねの部分形状が得られたか否かを判別し、被写体１２
の全体の概ねの部分形状が得られていない場合は、上記
抽出された部分形状とこれから抽出する部分形状が少し
重なるように移動装置１４を移動させ（ステップＳ８
４）、ステップＳ８１からＳ８３を繰り返し、平面上の
数地点から複数の部分形状を抽出する。

【００５６】ステップＳ８３において、被写体１２全体
の概ねの部分形状が得られている場合は、パッド１５の
特徴点１７を利用して求めたステレオカメラ１１の位置
及び向きを用いて複数の部分形状を統合し、一応の全体
形状を求める（ステップＳ８５）。

【００５７】次に、ステレオカメラ１１を被写体１２に
近づけるように移動手段１４を移動させる（ステップＳ
８６）。その結果、このとき抽出される部分形状の範囲
は図３（Ｃ）で示される部分形状３４である。ここで、
図３（Ｃ）は、パッド１５上に置かれた被写体１２とス
テレオカメラ１１との配置関係を説明するための平面図
であり、ステレオカメラ１１の焦点距離が短く且つステ
レオカメラ１１を被写体１２に近づけた場合である。

【００５８】次いで、被写体１２に近づけたステレオカ
メラ１１により、被写体１２の一部及びパッド１５を数
地点で撮影し、撮影された左右画像を制御処理装置１３
へ出力する（ステップＳ８７）。

【００５９】次に、制御処理装置１３は撮影された左右
画像の左画像と右画像との対応点をテンプレートマッチ
ング法等の手法で求め、その対応点の視差より（１）式
に基づき部分形状を抽出する（ステップＳ８８）。

【００６０】ステップＳ８９では、被写体１２の全体の
部分形状が得られたか否かを判別し、被写体１２の全体
の部分形状が得られていない場合は、上記抽出された部
分形状とこれから抽出する部分形状が少し重なるように
移動装置１４を移動させ（ステップＳ９０）、ステップ
Ｓ８７からＳ８９を繰り返し、平面上の数地点から複数
の部分形状を抽出する。

【００６１】ステップＳ８９において、被写体１２の全
体の部分形状が得られている場合は、制御処理装置１３
はステレオカメラ１１を被写体１２に近づける前に得ら
れた一応の全体形状とステレオカメラ１１を被写体１２
に近づけた後に得られた複数の部分形状とを統合し全体
形状を得て（ステップＳ９１）、本処理動作を終了す
る。この統合では、画像のテクスチャ及び被写体１２の
複数の部分形状を利用することにより、ステレオカメラ
１１を被写体１２に近づける前後のステレオカメラ１１
の位置及び向きの精度を向上させることができ、又はパ
ッド１５が十分な広さにわたって撮影されステレオカメ
ラ１１の位置及び向きを求めることができ、その結果複
数の部分形状が統合される。

【００６２】以下、図９のステップＳ９１における一応
の全体形状とステレオカメラ１１を被写体１２に近づけ
た後に得られた複数の部分形状との統合処理を説明す
る。

【００６３】ここで、本統合処理が上述した第１の実施
の形態の図５に示したフローチャートと異なるのは、上
記ステップＳ４２において、画像サイズの調整に焦点距
離の比を使用するのではなく、ステレオカメラ１１から
被写体１２までの距離の比を使用するように構成した点
である。それ以外の処理は、図５のフローチャートに示
した処理と同様である。

【００６４】尚、本実施の形態では、被写体１２を固定
しステレオカメラ１１を移動させたが、ステレオカメラ
１１を固定し被写体１２を回転等の移動をさせて撮影
し、部分形状を抽出してもよい。

【００６５】また、本実施の形態では、ステレオカメラ
１１を被写体１２に近づけるのみで、ステレオカメラ１
１の焦点距離を長くすることはしていないが、ステレオ
カメラ１１を被写体１２に近づけること及びステレオカ
メラ１１の焦点距離を長くすることを同時に行うことも
できる。

【００６６】上述したように、第２の実施の形態によれ
ば、パッド１５の特徴点１７に基づいて求めたステレオ
カメラ１１の位置及び向きに基づいて被写体１２の複数
の部分形状を統合し、被写体１２の一応の全体形状を求
めた（ステップＳ８５）後に、ステレオカメラ１１を被
写体１２に近づけ（ステップＳ８６）、再び複数の部分
形状を抽出し（ステップＳ８８）、ステレオカメラ１１
を被写体１２に近づける前に得られた一応の全体形状と
ステレオカメラ１１を被写体１２に近づけた後に得られ
た複数の部分形状とを統合し全体形状を得る（ステップ
Ｓ９１）ので、ステレオカメラ１１を被写体１２に近づ
けた後にパッドが少ししか写っていなくてカメラ位置の
精度が悪い時やカメラ位置が求まらない時に何度でも部
分形状を統合し直し被写体の全体形状を得ることがで
き、被写体の全体形状の形状誤差を少なくすることがで
きる。

【００６７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、請求項１の
発明によれば、画像入力装置より入力された被写体の画
像を用いて被写体の全体形状を構成する被写体形状構成
装置において、被写体の各部分を粗く撮影し、撮影され
た複数の画像から被写体の粗の部分形状の複数を決定す
る粗部分形状決定手段と、粗部分形状決定手段により決
定された被写体の粗の部分形状の複数を統合し被写体の
粗の全体形状を作成する粗全体形状作成手段と、被写体
の粗の部分形状の複数から所定の粗の部分形状を選択す
る粗部分形状選択手段と、粗部分形状選択手段により選
択された被写体の粗の部分形状に対応する被写体の所定
の部分を密に撮影し、撮影された画像から被写体の密の
部分形状を決定する密部分形状決定手段と、粗部分形状
選択手段により選択された所定の粗の部分形状を密部分
形状決定手段により決定された被写体の密の部分形状に
交換する部分形状交換手段と、部分形状交換手段により
交換された被写体の密の部分形状を粗全体形状作成手段
により作成された被写体の粗の全体形状に統合する全体
形状統合手段とを備えるので、カメラ位置の精度が悪い
時やカメラ位置が求まらない時に何度でも被写体の部分
形状を統合し直し被写体の全体形状を得ることができ、
被写体の全体形状の形状誤差を少なくすることができ
る。

【００６８】請求項２の発明によれば、請求項１記載の
被写体形状構成装置において、粗部分形状決定手段が、
画像入力装置の焦点距離を短くする第１の焦点距離変更
手段を備え、密部分形状決定手段が画像入力装置の焦点
距離を長くする第２の焦点距離変更手段を備えるので、
被写体の密の部分形状を得ることができ、被写体の全体
形状の形状誤差を少なくすることができる。

【００６９】請求項３の発明によれば、請求項１又は２
記載の被写体形状構成装置において、粗部分形状決定手
段が、画像入力装置と被写体との間の距離を長くする第
１の距離変更手段を備え、画像入力装置と被写体との間
の距離を短くする第２の距離変更手段を備えるので、被
写体の密の部分形状を得ることができ、被写体の全体形
状の形状誤差を少なくすることができる。

【００７０】請求項４の発明によれば、請求項１乃至３
のいずれか１項記載の被写体形状構成装置において、部
分形状交換手段が所定の粗の部分形状を決定するのに使
用した画像を被写体の密の部分形状を決定するのに使用
した前記画像に一致させるように所定の粗の部分形状を
決定するのに使用した画像の画像サイズを変更する画像
サイズ変更手段と、所定の粗の部分形状と被写体の密の
部分形状とを交換するのに必要な被写体の密の部分形状
の平行移動量及び回転移動量を決定する移動量決定手段
とを備えるので、粗の部分形状を密の部分形状に正確な
大きさ及び正確な位置で交換することができる。

【００７１】請求項５の発明によれば、画像入力装置よ
り入力された被写体の画像を用いて被写体の全体形状を
構成する被写体形状構成方法において、被写体の各部分
を粗く撮影し、撮影された複数の画像から被写体の粗の
部分形状の複数を決定する粗部分形状決定工程と、粗部
分形状決定工程において決定された被写体の粗の部分形
状の複数を統合し被写体の粗の全体形状を作成する粗全
体形状作成工程と、被写体の粗の部分形状の複数から所
定の粗の部分形状を選択する粗部分形状選択工程と、粗
部分形状選択工程において選択された被写体の粗の部分
形状に対応する被写体の所定の部分を密に撮影し、撮影
された画像から被写体の密の部分形状を決定する密部分
形状決定工程と、粗部分形状選択工程において選択され
た所定の粗の部分形状を密部分形状決定工程において決
定された被写体の密の部分形状に交換する部分形状交換
工程と、部分形状交換工程において交換された被写体の
密の部分形状を粗全体形状作成工程において作成された
被写体の粗の全体形状に統合する全体形状統合工程とを
含むので、カメラ位置の精度が悪い時やカメラ位置が求
まらない時に何度でも被写体の部分形状を統合し直し被
写体の全体形状を得ることができ、被写体の全体形状の
形状誤差を少なくすることができる。

【００７２】請求項６の発明によれば、請求項５記載の
被写体形状構成方法において、粗部分形状決定工程が、
画像入力装置の焦点距離を短くする第１の焦点距離変更
工程を含み、密部分形状決定工程が画像入力装置の焦点
距離を長くする第２の焦点距離変更工程を含むので、被
写体の密の部分形状を得ることができ、被写体の全体形
状の形状誤差を少なくすることができる。

【００７３】請求項７の発明によれば、請求項５又は６
記載の被写体形状構成方法において、粗部分形状決定工
程が、画像入力装置と被写体との間の距離を長くする第
１の距離変更工程を含み、画像入力装置と被写体との間
の距離を短くする第２の距離変更工程を含むので、被写
体の密の部分形状を得ることができ、被写体の全体形状
の形状誤差を少なくすることができる。

【００７４】請求項８の発明によれば、請求項５乃至７
のいずれか１項記載の被写体形状構成方法において、部
分形状交換工程が所定の粗の部分形状を決定するのに使
用した画像を被写体の密の部分形状を決定するのに使用
した画像に一致させるように所定の粗の部分形状を決定
するのに使用した画像の画像サイズを変更する画像サイ
ズ変更工程と、所定の粗の部分形状と被写体の密の部分
形状とを交換するのに必要な密の部分形状の平行移動量
及び回転移動量を決定する移動量決定工程とを含むの
で、粗の部分形状を密の部分形状に正確な大きさ及び正
確な位置で交換することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る被写体形状構
成装置の構成図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る制御処理装置
１３の制御処理動作を説明するフローチャートである。

【図３】パッド１５上に置かれた被写体１２とステレオ
カメラ１１との配置関係を説明するための平面図であ
り、（Ａ）はステレオカメラ１１の焦点距離が短い場合
であり、（Ｂ）はステレオカメラ１１の焦点距離が長い
場合であり、（Ｃ）は、ステレオカメラ１１の焦点距離
が短く且つステレオカメラ１１を被写体１２に近づけた
場合である。

【図４】ステップＳ２２でステレオカメラ１１の位置及
び傾きを求める際に使用する空間座標軸の説明図であ
る。

【図５】図２のステップＳ３１における一応の全体形状
と焦点距離変更後の複数の部分形状との統合処理を説明
するフローチャートである。

【図６】（Ａ）は焦点距離変更前の画像５１の説明図で
あり、（Ｂ）は焦点距離変更後の画像５２の説明図であ
り、（Ｃ）は画像５１を拡大した画像５３の説明図であ
る。

【図７】（Ａ）は画像５１に対応する、ステレオカメラ
１１の焦点距離が短いときの部分形状６１の説明図であ
り、（Ｂ）は画像５２に対応する、ステレオカメラ１１
の焦点距離が長いときの部分形状６２の説明図である。

【図８】ローパス処理がなされた焦点距離変更前後の部
分形状の統合を示す図である。

【図９】本発明の第２の実施の形態に係る制御処理装置
１３の制御処理動作を説明するフローチャートである。

【符号の説明】

１１ 画像入力装置 １２ 被写体 １３ 制御処理装置 １４ 移動装置 １５ パッド １６ ケーブル １７ 特徴点 ３２，３３，３４ 部分形状 ５１，５２，５３ 画像 ５４，５５ 対応点 ５６ 中心点

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像入力装置より入力された被写体の画
   像を用いて前記被写体の全体形状を構成する被写体形状
   構成装置において、前記被写体の各部分を粗く撮影し、
   前記撮影された複数の画像から前記被写体の粗の部分形
   状の複数を決定する粗部分形状決定手段と、前記粗部分
   形状決定手段により決定された前記被写体の粗の部分形
   状の複数を統合し前記被写体の粗の全体形状を作成する
   粗全体形状作成手段と、前記被写体の粗の部分形状の複
   数から所定の粗の部分形状を選択する粗部分形状選択手
   段と、前記粗部分形状選択手段により選択された被写体
   の粗の部分形状に対応する前記被写体の所定の部分を密
   に撮影し、前記撮影された画像から前記被写体の密の部
   分形状を決定する密部分形状決定手段と、前記粗部分形
   状選択手段により選択された前記所定の粗の部分形状を
   前記密部分形状決定手段により決定された前記被写体の
   密の部分形状に交換する部分形状交換手段と、前記部分
   形状交換手段により交換された前記被写体の密の部分形
   状を前記粗全体形状作成手段により作成された前記被写
   体の粗の全体形状に統合する全体形状統合手段とを備え
   ることを特徴とする被写体形状構成装置。
2. 【請求項２】 前記粗部分形状決定手段が、前記画像入
   力装置の焦点距離を短くする第１の焦点距離変更手段を
   備え、前記密部分形状決定手段が前記画像入力装置の焦
   点距離を長くする第２の焦点距離変更手段を備えること
   を特徴とする請求項１記載の被写体形状構成装置。
3. 【請求項３】 前記粗部分形状決定手段が、前記画像入
   力装置と前記被写体との間の距離を長くする第１の距離
   変更手段を備え、前記画像入力装置と前記被写体との間
   の距離を短くする第２の距離変更手段を備えることを特
   徴とする請求項１又は２記載の被写体形状構成装置。
4. 【請求項４】 前記部分形状交換手段が前記所定の粗の
   部分形状を決定するのに使用した前記画像を前記被写体
   の密の部分形状を決定するのに使用した前記画像に一致
   させるように前記所定の粗の部分形状を決定するのに使
   用した前記画像の画像サイズを変更する画像サイズ変更
   手段と、前記所定の粗の部分形状と前記被写体の密の部
   分形状とを交換するのに必要な前記被写体の密の部分形
   状の平行移動量及び回転移動量を決定する移動量決定手
   段とを備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれ
   か１項記載の被写体形状構成装置。
5. 【請求項５】 画像入力装置より入力された被写体の画
   像を用いて前記被写体の全体形状を構成する被写体形状
   構成方法において、前記被写体の各部分を粗く撮影し、
   前記撮影された複数の画像から前記被写体の粗の部分形
   状の複数を決定する粗部分形状決定工程と、前記粗部分
   形状決定工程において決定された前記被写体の粗の部分
   形状の複数を統合し前記被写体の粗の全体形状を作成す
   る粗全体形状作成工程と、前記被写体の粗の部分形状の
   複数から所定の粗の部分形状を選択する粗部分形状選択
   工程と、前記粗部分形状選択工程において選択された被
   写体の粗の部分形状に対応する前記被写体の所定の部分
   を密に撮影し、前記撮影された画像から前記被写体の密
   の部分形状を決定する密部分形状決定工程と、前記粗部
   分形状選択工程において選択された前記所定の粗の部分
   形状を前記密部分形状決定工程において決定された前記
   被写体の密の部分形状に交換する部分形状交換工程と、
   前記部分形状交換工程において交換された前記被写体の
   密の部分形状を前記粗全体形状作成工程において作成さ
   れた前記被写体の粗の全体形状に統合する全体形状統合
   工程とを含むことを特徴とする被写体形状構成方法。
6. 【請求項６】 前記粗部分形状決定工程が、前記画像入
   力装置の焦点距離を短くする第１の焦点距離変更工程を
   含み、前記密部分形状決定工程が前記画像入力装置の焦
   点距離を長くする第２の焦点距離変更工程を含むことを
   特徴とする請求項５記載の被写体形状構成方法。
7. 【請求項７】 前記粗部分形状決定工程が、前記画像入
   力装置と前記被写体との間の距離を長くする第１の距離
   変更工程を含み、前記画像入力装置と前記被写体との間
   の距離を短くする第２の距離変更工程を含むことを特徴
   とする請求項５又は６記載の被写体形状構成方法。
8. 【請求項８】 前記部分形状交換工程が前記所定の粗の
   部分形状を決定するのに使用した前記画像を前記被写体
   の密の部分形状を決定するのに使用した前記画像に一致
   させるように前記所定の粗の部分形状を決定するのに使
   用した前記画像の画像サイズを変更する画像サイズ変更
   工程と、前記所定の粗の部分形状と前記被写体の密の部
   分形状とを交換するのに必要な密の部分形状の平行移動
   量及び回転移動量を決定する移動量決定工程とを含むこ
   とを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項記載の被
   写体形状構成方法。