JPWO2014002725A1 - 3次元測定方法、装置、及びシステム、並びに画像処理装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1に示すように、3次元測定装置10は、第1撮像部11、第2撮像部12、測定部15、ディスプレイ16等を備える。すなわち、3次元測定装置10は、いわゆるステレオカメラに測定部15を搭載し、撮影した画像から被写体の3次元データを算出できるようにしたものである。また、3次元測定装置10は、簡単に持ち運べる程度(従来の単なるステレオカメラ程度)にコンパクトに形成されている。
第1実施形態では、画像PBR上のエピポーラ線に沿って特徴点を含む部分画像との一致度を求めるが、次に説明するように、対応点を予め求めておき、算出したエピポーラ線と対応点の誤差を評価することにより、真のエピポーラ線を選出しても良い。
なお、第1実施形態では評価部27で算出する一致度が最大になるエピポーラ線を真のエピポーラ線として選出するが、評価部27で算出する一致度が最大になるエピポーラ線が真のエピポーラ線でないことがある。また、第2実施形態では、誤差σが最小のエピポーラ線が真のエピポーラ線でないことがある。こうした不具合が生じるのは、例えば対応点の検出精度が悪く、誤った対応点が検出されてしまった場合や、使用する特徴点の組み合わせが悪く、回転行列R1や並進行列T1、仮想並進距離d2の誤差が大きい場合等に起こり得る。このため、より確実に3次元データの算出を精度良く行えるように、上述のような不具合がないかを検証し、3次元データの算出精度が悪化すると判断される場合には、対応点検出等をやり直すことが好ましい。
なお、第1〜第3実施形態では、仮想並進距離d1を適宜変更することにより、画像PBR上に複数の異なるエピポーラ線を求めることができることを前提としているが、例えば、第1撮影位置Aと第2撮影位置Bとで3次元測定装置10が鉛直方向(φ方向)に全く回転していなかった場合、仮想並進距離d1を変更しても、実質的に各エピポーラ線が全く同じものになる。具体的には、図15に示すように、仮想並進距離d1a〜d1dの違いによらず、全てのエピポーラ線E10[d1a]〜E10[d1d]が水平方向の直線であり、実質的に同じものである。このため、第1〜第3実施形態のように一致度や誤差σによる評価では、どの仮想並進距離d1a〜d1dが真の並進距離D1を表しているかの判別ができない。3次元測定装置10が全く回転せず、平行移動だけをした場合も同様である。
第1〜第4実施形態では、仮想並進距離d1が任意の値であるが、並進距離D1を短時間で算出するためには、仮想並進距離d1は真の並進距離D1に近い値に仮定することが好ましい。
11 第1撮像部
12 第2撮像部
15 測定部
21 特徴点検出部
22 対応点検出部
23 回転行列算出部
24 並進行列算出部
25 並進距離算出部
26 エピポーラ線算出部
27 評価部
28 3次元データ算出部
31 部分画像
32 基線長ベクトル
51 ステレオカメラ
52 画像処理装置
Claims (19)
- 被写体を撮像する第1撮像部と、
前記第1撮像部に対して所定の基線長をおいて配置され、前記第1撮像部が撮像する前記被写体の少なくとも一部を含む範囲を撮像する第2撮像部と、
第1撮影位置において前記第1撮像部及び前記第2撮像部によって前記被写体を撮像して得た2枚の画像のうち少なくともいずれか一方の画像から複数の特徴点を検出する特徴点検出部と、
前記第1撮影位置とは異なる第2撮影位置において前記第1撮像部及び前記第2撮像部によって前記被写体を撮像して得た2枚の画像の少なくともいずれか一方について、前記特徴点に対応する対応点を検出する対応点検出部と、
前記第1撮影位置における前記第1撮像部または前記第2撮像部を基準とした前記第2撮影位置における前記第1撮像部または前記第2撮像部の回転角及び回転方向を表す回転行列を算出する回転行列算出部と、
前記第1撮影位置における前記第1撮像部または前記第2撮像部を基準とした前記第2撮影位置における前記第1撮像部または前記第2撮像部の並進移動方向を表す並進行列を算出する並進行列算出部と、
前記回転行列算出部において前記特徴点及び前記対応点に基づいて算出される第1回転行列と、前記並進行列算出部において前記特徴点及び前記対応点に基づいて算出される第1並進行列と、前記特徴点を検出した画像と前記対応点を検出した画像を撮像した各撮像部間の距離を任意に仮定した第1仮想並進距離とによって定まる前記第1撮影位置及び前記第2撮影位置の各撮像部の相対的位置関係に基づいて、前記第1撮影位置の撮像部から所定の前記特徴点への視線方向を前記第2撮影位置で得た画像に投影したエピポーラ線を算出するエピポーラ線算出部と、
前記第1仮想並進距離を変えながら算出された複数の前記エピポーラ線がそれぞれ前記特徴点に対応する対応点を通っているか否かを評価する評価部と、
前記所定の特徴点を通る前記エピポーラ線の算出のために仮定した前記第1仮想並進距離を用いて前記被写体の3次元データを算出する3次元データ算出部と、
を備える3次元測定装置。 - 前記エピポーラ線算出部は、前記エピポーラ線を算出する画像を撮像した前記第2撮影位置の撮像部の前記特徴点を検出した画像を撮像した前記第1撮影位置の撮像部に対する回転角及び回転方向を表す第2回転行列と、並進方向を表す第2並進行列と、第1仮想並進距離の仮定を含んだ並進距離を表す第2仮想並進距離に基づいて、前記エピポーラ線を算出する請求の範囲第1項記載の3次元測定装置。
- 前記評価部は、複数の前記エピポーラ線に沿って前記特徴点との一致度を算出し、前記一致度に基づいて前記特徴点に対応する対応点を通っているか否かを評価する請求の範囲第1項記載の3次元測定装置。
- 前記3次元データ算出部は、前記一致度が最も高い点を含む前記エピポーラ線の算出のために仮定した前記仮想並進距離を用いて前記被写体の3次元データを算出する請求の範囲第3項記載の3次元測定装置。
- 前記対応点検出部は、前記エピポーラ線を算出する画像において、エピポーラ線が通るべき前記所定の特徴点に対応する対応点を検出し、
前記評価部は、複数の前記エピポーラ線と、前記エピポーラ線が通るべき前記特徴点に対応する前記対応点との距離に基づいて前記エピポーラ線が前記対応点を通っているか否かを評価する請求の範囲第1項記載の3次元測定装置。 - 前記評価部によって複数の前記エピポーラ線が前記所定の特徴点に対応する対応点を通っていないと評価した場合に、条件を変更して前記第1回転行列及び前記第1並進行列を再算出する請求の範囲第1項記載の3次元測定装置。
- 前記対応点を再検出して前記第1回転行列及び前記第1並進行列を再算出する請求の範囲第6項記載の3次元測定装置。
- 前記対応点を再検出する場合、前記対応点を検出するために用いる前記特徴点を含む画像の大きさの変更、拡大縮小率の変更、回転角度の変更、または前記対応点を検出する前記特徴点の組み合わせの変更のいずれかを含む請求の範囲第7項記載の3次元測定装置。
- 前記特徴点を再検出して前記第1回転行列及び前記第1並進行列を再算出する請求の範囲第6項記載の3次元測定装置。
- 前記第1回転行列が前記第1撮影位置と前記第2撮影位置とが回転していないことを表すものであった場合に、前記エピポーラ線を用いない別の方法で前記3次元データを算出する請求の範囲第1項記載の3次元測定装置。
- 前記第1仮想並進距離が表す撮像部間距離とは異なる前記第1,第2撮影位置の撮像部間距離を表し、前記第1仮想並進距離の仮定によって定まる第3仮想並進距離を用いて算出した前記3次元データと、前記第1仮想並進距離を用いて算出した前記3次元データとを比較し、
前記第1仮想並進距離を用いて算出した前記3次元データと前記第3仮想並進距離を用いて算出した前記3次元データの差を所定閾値以下にする前記第1仮想並進距離及び前記3次元データを求める請求の範囲第10項記載の3次元測定装置。 - 前記第1撮影位置及び前記第2撮影位置で得た4枚の画像のうち任意の組み合わせの複数の画像を用いて算出した前記第1回転行列及び前記第1並進行列と、前記複数の画像とは異なる組み合わせの複数の画像を用いて算出した第3回転行列及び第3並進行列を用い、
前記第1回転行列及び前記第3回転行列によって方向が定まり、前記基線長の長さを有する基線長ベクトルの基端及び先端が、前記第1並進行列と前記第3並進行列が表す方向の上にそれぞれ位置する前記基線長ベクトルの位置を探索し、
前記基端及び前記先端が前記第1並進行列と前記第3並進行列が表す方向の上にそれぞれ位置する場合の前記基端及び前記先端の位置に基づいて前記3次元データを算出する請求の範囲第10項記載の3次元測定装置。 - 前記第1撮影位置と前記第2撮影位置の位置情報を検出する撮影位置検出部を備え、
前記撮影位置検出部で検出した位置情報から算出される前記第1撮影位置と前記第2撮影位置の距離に基づいて、前記第1仮想並進距離の初期値、または前記第1仮想並進距離を変更する範囲を決定する請求の範囲第1項記載の3次元測定装置。 - 前記基線長の長さを|BL|、前記第1撮影位置で得た画像と前記第2撮影位置で得た画像の視差をε、前記第1撮影位置で得た2つの画像の視差をγとする場合に、|BL|×ε/γに基づいて、前記第1仮想並進距離の初期値、または前記第1仮想並進距離を変更する範囲を決定する請求の範囲第1項記載の3次元測定装置。
- 前記3次元データは、前記被写体上の2点間の長さ、前記被写体上の2点間の角度、前記被写体の3次元モデルデータのいずれかである請求の範囲第1項記載の3次元測定装置。
- 被写体を撮像する第1撮像部と、前記第1撮像部に対して所定の基線長をおいて配置され、前記第1撮像部が撮像する前記被写体の少なくとも一部を含む範囲を撮像する第2撮像部とを有する1つまたは2つのステレオカメラによって、第1撮影位置と第2撮影位置でそれぞれ撮影した画像を記憶する記憶部と、
第1撮影位置において前記第1撮像部及び前記第2撮像部によって前記被写体を撮像して得た2枚の画像のうち少なくともいずれか一方の画像から複数の特徴点を検出する特徴点検出部と、
前記第1撮影位置とは異なる第2撮影位置において前記第1撮像部及び前記第2撮像部によって前記被写体を撮像して得た2枚の画像の少なくともいずれか一方について、前記特徴点に対応する対応点を検出する対応点検出部と、
前記第1撮影位置における前記第1撮像部または前記第2撮像部を基準とした前記第2撮影位置における前記第1撮像部または前記第2撮像部の回転角及び回転方向を表す回転行列を算出する回転行列算出部と、
前記第1撮影位置における前記第1撮像部または前記第2撮像部を基準とした前記第2撮影位置における前記第1撮像部または前記第2撮像部の並進移動方向を表す並進行列を算出する並進行列算出部と、
前記回転行列算出部において前記特徴点及び前記対応点に基づいて算出される第1回転行列と、前記並進行列算出部において前記特徴点及び前記対応点に基づいて算出される第1並進行列と、前記特徴点を検出した画像と前記対応点を検出した画像を撮像した各撮像部間の距離を任意に仮定した第1仮想並進距離とによって定まる前記第1撮影位置及び前記第2撮影位置の各撮像部の相対的位置関係に基づいて、前記第1撮影位置の撮像部から所定の前記特徴点への視線方向を前記第2撮影位置で得た画像に投影したエピポーラ線を算出するエピポーラ線算出部と、
前記第1仮想並進距離を変えながら算出された複数の前記エピポーラ線がそれぞれ前記特徴点に対応する対応点を通っているか否かを評価する評価部と、
前記所定の特徴点を通る前記エピポーラ線の算出のために仮定した前記第1仮想並進距離を用いて前記被写体の3次元データを算出する3次元データ算出部と、
を備える画像処理装置。 - A.被写体を撮像する第1撮像部と、前記第1撮像部に対して所定の基線長をおいて配置され、前記第1撮像部が撮像する前記被写体の少なくとも一部を含む範囲を撮像する第2撮像部とを有する1つまたは2つのステレオカメラと、
B.前記1つまたは2つのステレオカメラによって、第1撮影位置と第2撮影位置でそれぞれ撮影した画像を記憶する記憶部と、第1撮影位置において前記第1撮像部及び前記第2撮像部によって前記被写体を撮像して得た2枚の画像のうち少なくともいずれか一方の画像から複数の特徴点を検出する特徴点検出部と、前記第1撮影位置とは異なる第2撮影位置において前記第1撮像部及び前記第2撮像部によって前記被写体を撮像して得た2枚の画像の少なくともいずれか一方について、前記特徴点に対応する対応点を検出する対応点検出部と、前記第1撮影位置における前記第1撮像部または前記第2撮像部を基準とした前記第2撮影位置における前記第1撮像部または前記第2撮像部の回転角及び回転方向を表す回転行列を算出する回転行列算出部と、前記第1撮影位置における前記第1撮像部または前記第2撮像部を基準とした前記第2撮影位置における前記第1撮像部または前記第2撮像部の並進移動方向を表す並進行列を算出する並進行列算出部と、前記回転行列算出部において前記特徴点及び前記対応点に基づいて算出される第1回転行列と、前記並進行列算出部において前記特徴点及び前記対応点に基づいて算出される第1並進行列と、前記特徴点を検出した画像と前記対応点を検出した画像を撮像した各撮像部間の距離を任意に仮定した第1仮想並進距離とによって定まる前記第1撮影位置及び前記第2撮影位置の各撮像部の相対的位置関係に基づいて、前記第1撮影位置の撮像部から所定の前記特徴点への視線方向を前記第2撮影位置で得た画像に投影したエピポーラ線を算出するエピポーラ線算出部と、前記第1仮想並進距離を変えながら算出された複数の前記エピポーラ線がそれぞれ前記特徴点に対応する対応点を通っているか否かを評価する評価部と、前記所定の特徴点を通る前記エピポーラ線の算出のために仮定した前記第1仮想並進距離を用いて前記被写体の3次元データを算出する3次元データ算出部とを有する画像処理装置と、
を備える3次元測定システム。 - 前記ステレオカメラが車載カメラである請求の範囲第17項記載の3次元測定システム。
- 被写体を撮像する第1撮像部と、前記第1撮像部に対して所定の基線長をおいて配置され、前記第1撮像部が撮像する前記被写体の少なくとも一部を含む範囲を撮像する第2撮像部とを有する1つまたは2つのステレオカメラによって第1撮影位置で前記被写体を撮像して得た2枚の画像のうち少なくともいずれか一方の画像から複数の特徴点を検出する特徴点検出ステップと、
前記第1撮影位置とは異なる第2撮影位置において前記第1撮像部及び前記第2撮像部によって前記被写体を撮像して得た2枚の画像の少なくともいずれか一方について、前記特徴点に対応する対応点を検出する対応点検出ステップと、
前記第1撮影位置における前記第1撮像部または前記第2撮像部を基準とした前記第2撮影位置における前記第1撮像部または前記第2撮像部の回転角及び回転方向を表す回転行列を算出する回転行列算出ステップと、
前記第1撮影位置における前記第1撮像部または前記第2撮像部を基準とした前記第2撮影位置における前記第1撮像部または前記第2撮像部の並進移動方向を表す並進行列を算出する並進行列算出ステップと、
前記回転行列算出部において前記特徴点及び前記対応点に基づいて算出される第1回転行列と、前記並進行列算出部において前記特徴点及び前記対応点に基づいて算出される第1並進行列と、前記特徴点を検出した画像と前記対応点を検出した画像を撮像した各撮像部間の距離を任意に仮定した第1仮想並進距離とによって定まる前記第1撮影位置及び前記第2撮影位置の各撮像部の相対的位置関係に基づいて、前記第1撮影位置の撮像部から所定の前記特徴点への視線方向を前記第2撮影位置で得た画像に投影したエピポーラ線を算出するエピポーラ線算出ステップと、
前記第1仮想並進距離を変えながら算出された複数の前記エピポーラ線がそれぞれ前記特徴点に対応する対応点を通っているか否かを評価する評価ステップと、
前記所定の特徴点を通る前記エピポーラ線の算出のために仮定した前記第1仮想並進距離を用いて前記被写体の3次元データを算出する3次元データ算出ステップと、
を備える3次元測定方法。
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