JPS61138377A

JPS61138377A - ３次元デジタル画像入力方法

Info

Publication number: JPS61138377A
Application number: JP59259909A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Usami; 芳明宇佐美; Miyako Nio; 都仁尾
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-12-11
Filing date: 1984-12-11
Publication date: 1986-06-25
Also published as: JPH0564393B2

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】〔発明の利用分野〕本発明は対象物体の３次元形状を３次元デジタル画像と
して入力する方法に係シ、特にＣＡＤやコンピュータ・
グラフィックス等のシステムにおける３次元形状の入力
に好適な３次元デジタル画像入力方法に関する。

〔発明の背景〕

従来のＣＡＤ　（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｉｄｅｄ　］）
ｅｓｉｇｎ　）やコンピュータ・グラフィックス等のシ
ステムにおいては、対象物体を適当な３次元モデルで近
似し、これをディスプレイに表示して、対象物体の３次
元形状を設計者が検討するということが行われる。この
さい表示結果が設計者の意図に反している場合には、さ
らに３次元モデルを記述している入力データを修正し、
との修正作業を繰シ返すことにより所望の３次元形状を
得ている。しかしこれらのデータ入力および修正作業は
多くの工数を要する煩雑な作業であり、システム全体の
生産性の大きな障害となっている。

このような状況から、例えば（社）情報処理学会コンピ
ュータビジョン研究会資料２６−２（１９８３，９，２
６）ｒ立体形状の多面体近似システム」では対象物体を
テレビカメラで撮影し、３次元形状のモデル化までを自
動的に行うものが報告されている。これによると３次元
形状モデリングの原理は次のようなものである。第１に
、物体のある方向への２次元投影像から、物体が存在す
る３次元領域として、投影中心（視点）を頂点とし投影
像の形状を断面形状とする無限の錐体域、あるいは投影
中心が無限遠方にある無限の柱体域が仮定できる。第２
に、物体は多くの投影像から仮定されるすべての領域の
内部に存在してい々ければならない。第３に、各投影像
の形状を閉多角形で近似すれば、すべての仮定領域の相
貫により得られる立体は多面体となシ、この多面体を物
体の近似多面体とする。なお上記第３における近似多面
体は、＠１における錐体成上のある稜線の接続関係を全
て調べ、すべての錐体成上に含まれる稜線を抽出し、こ
れによりワイヤーフレームモデルとして得られるという
ものである。そして、このワイヤーフレームモデルにお
ける面と稜線の接続関係からサーフェスモデルを作成し
、さらにその多面体個数を算出して最終的にはソリッド
モデムが得られる。

しかしながら、かかる従来の方法においては、ワイヤー
フレームモデルからサーフェスモデルへの変換およびサ
ーフェスモデルからソリッドモデルへの変換という２種
類のデータ構造の変換を行っておシ、その処理が複雑に
なる傾向がある。一方、テレビカメラの画像に対して多
角形近似を行っているため、多角形近似の程度によって
は多面体の精度に問題が生じる可能性がある。

〔発明の目的〕

□　　本発明の目的は上記した従来１支術の問題点を解
決し、処理の簡単化によるデータ修正の作業性向上およ
び多角形近似を不要として精度向上をはかった３次元デ
ジタル画像入力方法を提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明は、入力対象物体を包含する１つの固定された３
次元画素の集合からなる３次元デジタル画像の空間を設
定し、複数の視線方向から做像装置により撮影した２次
元撮影画像にもとづき、各視線方向からみた物体の形状
を反映する物体存在領域を設定窒間内の３次元デジタル
画像の３次元画素の集合として記述し、すべての視線方
向からみた物体存在領域の共通領域内の３次元画素の集
合を３次元デジタル画像における物体の３次元形状とし
て求めるようにした３次元デジタル画像入力方法である
。

〔発明の実施例〕

以下に本発明の実施例を第１図ないし第５図により説明
する。

第１図は本発明による３次元デジタル画像入力方法の一
実施例を示す説明図である。第１図において、入力対象
物体１を撮像装置の２つの視点２ａ、２ｂから撮影して
、それぞれ２次元撮影画像３ａ、３ｂが得られる。なお
これらの画像３ａ。

３ｂは２値化された３次元デジタル画像で、整数ｍＸｎ
個の画素をもち、図中の斜線で示す物体倫の部分には”
１”で、背景部分には′θ″′が代入されている。ここ
において、視点２ａを頂点とし２次元撮影画像３ａの物
体像の形状を底面形状（断面形状）とする錐体状の物体
存在領域４ａが、その領域内部に対象物体１を包含する
領域として決定できる。寸だ視点２ａを頂点とし画像３
ｂの物体像の形状を底面形状とする錐体状の物体存在領
域４ｂが同様に決定できる。そこで本発明によれば、こ
れに対象物体１を周囲から包含する１つの同定された３
次元画素の集合体から々る３次元デジタル画像の空間５
を設定し、これにより視点２ａから２次元撮影画像３ａ
を得たときの上記錐体状の物体存在領域４ａに対応する
当該３次元デジタル画像の空間５における錐台状の物体
存在領域４Ａが求まる。すなわち、かシに図示のような
基準座標系ｘ、ｙ、ｚにおいて視点２ａからの視線方向
をＸ方向とすると、３次元デジタル画像の空間５におい
て視線方向に垂直な平面すなわちｙ−ｚ平面に平行な平
面上に投影される画像は、拡大・縮小または回転処理を
施すアフィン変換を用いて２次元撮影画像３ａを縮小す
ることにより求まり、とれをＸ方向に繰り返して該画像
を積み重ねることにより、それらの物体像の積み重ね集
合体として３次元デジタル画像の空間５における錐台状
の物体存在領域４Ａが求まる。このようにして例えば立
方体形状の３次元デジタル画像の空間５のｙ−ｚ平面に
平行な平面５ａ、５ｂ上に投影される画像５ｃ、５ｄが
それぞれ３次元撮影画像３ａのアフィン変換を用いた縮
小により得られる。

このときの谷平面における画像の縮小率は透視投影の幾
何学的関係から決定される。同様にして視点２ｂから２
・次元撮影画像３ｂを得たときの３次元デジタル画像の
空間５における錐台状の物体存在領域４Ｂが求まる。な
お視線方向が３次元デジタル画１象の空間５の３次元画
素の配列方向と異なる場合には、画像を回転させて補正
することにより、３次元デジタル画像の空間５における
当該錐体状の物体存在領域を求めることができる。この
ようにして得られた複数の視線方向からの３次元デジタ
ル画像の空間５における錐台状の物体存在領域４Ａ、４
Ｂ等が投影画像の物体像の積み重ね集合体として求めら
れるが、これらの錐台状の物体存在領域４Ａ、４Ｂ等の
すべてに共通しだ領域は複数の視線方向からの３次元デ
ジタル画像の空間５の物体像″′１″および背景部分″
０″を含む３次元デジタル画像の３次元画素ごとにＡＮ
Ｄ演算を行うことにより求まり、この共通領域を対象物
体１０３次元形状を表現する３次元デジタル画像とする
ことができる。

第２図は本発明による３次元デジタル画像入力装置の一
実施例を示す概略構成ブロック図である。

第２図において、入力対象物体１は平面上の任意の方向
に載置可能な回転台２１上に置かれ、撮像装置２３によ
って撮影され、各画素ごとの２値化画像信号は撮像制御
装置２４の制御により計算機２５に入力される。一方で
回転台２１は回転装置２２により回転され、その制御は
計算機２５０指令により回転制御装置が行う。なお計算
機２５は撮影画像データの取り出しおよび記録と上記制
御゛　　装置への指令などを司さどるものであり、内部
に格納されたプログラムに従って上記装置の動作を制御
する。

次に第３図は第２図の主に計算機の動作を例示するフロ
ーチャートで、これにより第２図の主として計算機２５
の動作を説明する。まず影像装置２３の結像面と対象物
体１すなわち回転台２１の回転中心軸までの距離および
入力画素数等の撮影条件を設定する（ステップ１０１）
。ついで入力する撮影画像数およびその時の回転台角度
を設定する（１０２）。つぎに撮像装［２３で得られる
べき対象物体１の撮影画像は透視投影変換を受けたもの
であるため、上記撮影条件の設定値からこの変換に関す
るパラメータを決定して、その幾何学的関係を求める。

これとともに対象物体１を包含する３次元画素の集合体
からなる３次元デジタル画像の空間を設定する（１０３
）。入力撮影画像数のカゲンターを初期値として′１″
′にセットする（１０４）。ここで計算機２５の指令で
回転制御装置６の制御により回転装置２２を駆動し、回
転台２１を上記により予め設定された回転台角度まで回
転させる（１０５）。ついで撮像装置２３は撮影制御装
置２４の制御により対象物体を撮影し、その２値化撮影
画像データを計算機２５に入力して記録する（１０６）
。つぎに対象物体１を包含する３次元デジタル画像の空
間をその視線方向に垂直に切った各平面への投影像を撮
影画像のアフィン変換による拡大・縮小によって求め、
これを視線方向に順次繰シ返して物体の存在領域を求め
る。このとき物体存在領域は上記３次元デジタル画像の
′１″が代入されている領域である（１０７）。このと
き入力された撮影画像の視線方向が基準座標系に対して
９０度の整数倍にあるかどうかチェックする（１０８）
。そして９０度の整数倍でないときには、得られた画像
の平面を上記３次元デジタル画像の画素の配列方向と合
わせるために、回転台２１０回転軸を中心としたアフィ
ン変換を施して画像の回転を行う（１０９）。

ついで既に他の視線方向から撮影された撮影画像データ
から得られた上記３次元デジタル画像と今回の３次元デ
ジタル画像を各画素ごとにＡＮＤ演算を行う（１１０）
。これによね各画素ごとに３次元デジタル画像の共通の
物体存在領域が判定できるので、これを元の３次元デジ
タル画像のデータの中へ新たな画像データとして格納す
る（１１１）。

さらに入力撮影画像数のカウンターの内容を１だけ増や
して（１１２）％上記により予め設定された値を超えて
いるか否かチェックしく１１３）、入力撮影画像数が設
定値を越えていない場合には次の回転台角度での撮影を
行って入力撮影画像による処理を繰り返えすが、超えて
いない場合にはそこで処理を終了する。このとき最後の
３次元デジタル画像のデータに共通の物体存在領域とし
て残った１”が代入されている領域が対象物体１の３次
形状を表現している。

上記実施例では、撮像装置により得られた撮影画像は透
視投影変換を受けたものとして処理を行っているが、撮
影装置の視点と入力対象物体の相対的距離が十分に離れ
ている場合には、これを平行投影によるものとして扱う
ことができる。したがってこの場合には、視点を頂点と
する錐体状の物体存在領域は柱体状の物体存在領域とし
て決定できるにともない、上記３次元デジタル画像の空
間における物体存在領域も柱台（柱体）状の物体存在領
域の共通領域として求められ、画像の拡大・縮小操作が
不要となるために演算量が低減される。

また第２図の実施例では入力対象物体を回転させて固定
の撮像装置で撮影しているが、固定の対象物体を撮影装
置を回転させて撮影するか、あるいは対象物体を複数の
撮像装置で順次または同時に撮影するようにしてもよい
。特に入力対象物体の撮影画像を入力するさいに視点の
異なる複数の撮像装置を使用して、複数の撮影画像を同
時に入力する場合には、短時間で計算機に入力できるた
め運動をともなう対象物体の３次元形状の再構成も可能
である。

第４図は本発明による３次元デジタル画像入力方法の他
の実施例を示す部分説明図である。第４図において、撮
影画像４１は撮像装置により得られる入力対象物体１の
原画像である。ついでこの原画儂に対してその輪郭線を
公知の方法により抽出すると輪郭線画像４２が得られる
。さらに上記３次元デジタル画像の空間における物体存
在領域を求めるさい、この輪郭線画１＃４２をアフィン
変換により縮小し、その縮小された輪郭線内の領域の各
画素に“１”を代入すると、３次元デジタル画像の空間
における投影画像４３が得られる。この実施例では２次
元撮影画像デーメがその輪郭線画像データに圧縮されて
いるため、記憶容量の低減をはかることができる。

第５図は本発明による３次元デジタル画像入カ方法のさ
らに他の実施例を示す部分説明図である。

第５図においては、入力対象物体１の輪郭線画像４２を
アフィン変換によらずに、画像内の点０を中心に上記３
次元デジタル画像の空間における投影画像５１の大きさ
まで縮小している。すなわち輪郭線画像４２の輪郭線上
の１点Ｐは、この点Ｐと点０を結ぶ線分ｏＰ上の縮小さ
れた投影画像５１の輪郭線上の対応する内分点Ｐ′に変
換される。この場合の投影画像５１の縮小率は線分σ）
と線分ＯＰ　　の長さの比で決定できるため、線分ＯＰ
上で縮小率に対応して内方点Ｐ′の位置を計算すれば、
輪郭線画像４２を所要の縮小率で縮小した投影画像５１
を得ることができる。この実施例ではアフィン唆換を必
要とし々いため処理の高速化がはかれる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明の３次元デジタル画像入力方法によ
れば、種々のデータ構造の変換をせずに直接にボリュー
ム形データである３次元デジタル画像データとして入力
対象物体の３次元形状が得られるため処理が簡素化され
るうえ、撮像装置から得られる画像に対して多角形近似
の処理が不要のため画像の解像度および画素数の影響の
範囲内の高精度で対象物体の３次元形状を再構成するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による３次元デジタル画像入力方法の一
実施例を示す説明図、第２図は同じく装置構成図、第３
図は第２図の計算機主体の動作を例示するフローチャー
ト、第４図は本発明による他の実施例を示す部分説明図
、第５図は本発明によるさらに他の実施例を示す部分説
明図である。１・・・対象物体、２ａ、２ｂ・・・視点、３ａ、３ｂ
・・・撮影画ｉ７．４ａ＋４ｂ・・・錐体状の物体存在
領域、４ｃ、４ｄ・・・錐台状の物体存在領域、５・・
・３次元デジタル画１象の空間、２１・・・回転台、２
２・・・回転装置、２３・・・撮像装置、２４・・・撮
像制御装置、２５・・・計算機、４１・・・撮影１１Ｉ
像、４２・・・輪郭線画像、４３・・・投影＋ｔｌｉｉ
Ｌ　５１・・・輪郭線投影画像。

Claims

【特許請求の範囲】１、入力対象物体を撮像装置により複数の視線方向から
撮影し、その２次元撮影画像情報を計算機に入力して、
その情報にもとづき物体の３次元形状を計算機内に再構
成するシステムにおいて、３次元画素の集合体として物
体を包含するように固定された３次元デジタル画像の空
間を設定し、各視線方向について２次元撮影画像情報に
もとづき撮像装置の視点を頂点として２次元撮影画像の
２次元物体形状を底面形状とする錐体状領域と上記設定
空間との共通領域内の３次元画素の集合を物体存在領域
として求め、複数の視線方向についての上記物体存在領
域の共通領域内の３次元画素の集合を３次元デジタル画
像における物体の３次元形状として求める３次元デジタ
ル画像入力方法。２、上記物体存在領域の３次元画素の集合は上記錐体状
領域を平行視線による柱体状領域に近似して求める特許
請求の範囲第１項記載の３次元デジタル画像入力方法。３、上記物体存在領域の３次元画素の集合は２次元撮影
画像の２次元物体形状の上記設定空間内の視線方向に垂
直な平面上へ投影される拡大・縮小画像の視線方向への
積み重ねによる３次元画素の集合として求める特許請求
の範囲第１項記載の３次元デジタル画像入力方法。４、上記物体存在領域の３次元画素の集合は視線方向が
設定空間内の３次元画素の配列方向と異なる場合には画
像の回転により補正した３次元画素の集合として求める
特許請求の範囲第３項記載の３次元デジタル画像入力方
法。５、上記物体存在領域の３次元画素の集合は２次元撮影
画像の２次元物体形状の輪郭線画像の上記設定空間内の
視線方向に垂直な平面上へ投影される拡大・縮小画像の
輪郭線領域内画素に一定値を持たせた画像の視線方向へ
の積み重ねによる３次元画素の集合として求める特許請
求の範囲第１項記載の３次元デジタル画像入力方法。