JPH03148775A

JPH03148775A - 立体物画像測定方法

Info

Publication number: JPH03148775A
Application number: JP1287671A
Authority: JP
Inventors: Katsushi Ikeuchi; 克史池内; Kosuke Sato; 宏介佐藤; Hideki Hayakawa; 秀樹早川; Shinji Miyasaka; 宮阪　信次
Original assignee: O G JOHO SYST SOKEN KK; Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: O G JOHO SYST SOKEN KK; Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1989-11-04
Filing date: 1989-11-04
Publication date: 1991-06-25

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】［産業上の利用分野］本発明は、画像認識、コンピュータビジョン、コンピュ
ータグラフィックス、計測、ＦＡ（ファクトリーオート
メーション、ＨＡ（ホームオートメーション）あるいは
ロボットの分野などに用いられる立体物画像測定方法に
間する。

［従来の技術］従来、立体対象物の画像を計測する方法として、コード
化パターン投光式の３次元形状計測方法が知られている
。即ち、空間をパターン光を用いてコード化し、空間に
座標を一意的に設定する方法である。

第４図にその簡単な構成を示す。測定したい立体物ｌに
対して、液晶スリット２付き投光器３を所定距離を於て
配置し、スリットパターン光を、順次液晶スリットを切
り替えながら立体物１に投光する。モニターカメラ４は
そのパターン光が立体物１に投光された様子を順次撮像
する。画像処理装置５は、モニターカメラ４に順次人力
された立体物ｌの複数枚のパターン光投影像を対応づけ
て立体物１の距離画像を演算測定する。画像モニタ６は
、このようにして得られた立体画像を表示するための表
示装置である。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、この様にして計測された立体物画像デー
タは３次元座標値（ｘ、　　ｙ、　　ｚ）データしか得
られず、ま、たその表示された画像もそのような３次元
座標値データを利用しているので、ワイヤフレームモデ
ルあるいはソフトウェア処理したサーフエースモデルで
あった（「交情コード化による距離画像人力」、佐藤宏
介、井口征士、ＵＤ　Ｃ，６９８１−３２，０７２，１
参Ｍ）。従って、立体物として人の顔を計測した場合、
眉毛や、唇など比較的形状の凹凸が少ない部分に付いて
は、３次元形状計測では、その形状は捉えにくく、′さ
らに、はくろなどの模様のようなものに付いては平面で
あるので全く無理であった。

そこで、本発明は、このような従来の立体物の計測技術
の課題に鑑み、３次元形状だけでなく比較的形吠の凹凸
の少ない部分や模様に付いても充分リアルな画像が得ら
れるような立体物画像測定方法を提供することを目的と
する。

［課題を解決するための手段］　一本発明は、測定対象の立体物に対して、所定の位置に配
置されたパターン光投光手段及びモニターカメラを利用
してその立体物の３次元画像（距離画像）を測定すると
ともに、同じ場所の前記モニターカメラ及び所定の位置
に配置された一様光投光手段を利用して同じ立体物の２
次元画像（ａ淡画像）を測定し、これら得られた３次元
画像と２次元画像とを照合組合せることによって、立体
物画像を測定する立体物画像測定方法である。

［作用］本発明においては、３次元画像を測定するためのモニタ
ーカメラを、２次元画像を得るためのモニターカメラと
しても同一場所で用いるので、得られた３次元画像と２
次元画像の座標データが一致しているため、照合組合せ
る作業が非常に楽になり、また正確になる。

［実施例］以下に、本発明を、その実施例を示す図面を参照しなが
ら説明する。

第１図は、本発明に係る立体物画像測定方法の一実施例
に用いられる立体物画像測定システムを示すブロック図
である。

測定対象の立体物ｌから所定方向、距離に液晶スリット
２０を備えたパターン光投光手段の一例としての投光器
３０が配置されている。この投光器３０には、液晶スリ
ット２０が脱着自在に取り付けられている。液晶スリッ
ト２０が取り付けられている場合は、その液晶スリット
２０に依って、パターン光を立体物１に照射するもので
あり、さらに、液晶スリット２０を取り外した場合は、
一様な光を立体物ｌに照射するものである。あるいは、
この液晶スリット２０を完全にオフさせることによって
一様な光を照射させるようにしてもよい。この場合は、
結局液晶スリット２ｏを取り外した場合とみなすことが
出来る。

モニターカメラ４０は、前記立体物１から所定方向、距
離に配置された撮像手段である。投光器３０から立体物
ｌに投影されたパターン光の分布を画像として取り込む
ＣＣＤ（電荷結合素子）等の手段である。

画像処理Ｈ置５０は、投光器３０へどの様なパターン光
を投光させるかを指示し、また液晶スリット２０の脱着
を指示し、さらにモニターカメラ４０で撮像された立体
物ｌの画像を人力して、次に述べるようにして、立体物
画像を作り出す手段であり、通常コンピュータが用いら
れるが、専用のハード回路で実現してもよい。

第２図は、その画像処理の流れを示すフローチャートで
ある。

まず、投光器３０−の液晶スリラ）２０を切り替えて、
パターン光を立体物ｌへ投光させる（ステップＳｌ）。

次に、モニターカメラ４ｏはそのパターン光の立体物１
でのパターン光投影像を人力し、画像処理装置５０へ出
力する。そこで、画像処理装置５０は、公知の３次元形
状演算方法に基づき、３次元形状データＣｘ、５ｔ　　
ｚ）を得る（ステップＳ２）。ここに得られた３次元形
状データは、立体物１の凹凸形状データのみであるため
、立体物表面の模様や陰影は画像データとして得られて
いない。

次に、投光器３０の液晶スリット２０を完全にオフさせ
るか、取り外す。そして、投光器３０から一様な光を立
体物ｌへ投光させる（ステップＳ３）。そして、同じモ
ニターカメラ４０でその一様な晃の立体物１での反射光
を人力し、画像処理装置５０へ出力する。画像処理装置
５０は、その人力データに基づき、２次元画像データ（
Ｘ、３１１）を得る（ステップＳ４）。ここに、Ｉは各
点（Ｘ、　　ｙ）における輝度を示す。ここに得られた
２次元画像データは、立体物１のモニターカメラ４０か
らみた平面的な２次元画像であり、３次元的なデータは
ない。その代わり、模様や、陰影なとは正確に含んでい
る。

次に、画像処理装置５０は、この２次元画像データにつ
いて、物体の切り出しを行う（ステップＳ５）。すなわ
ち、３次元データ中の奥行きデータ（２）を利用しなが
ら、背景（２が大きい）と立体物１（ｚが小さい）を区
別して、物体の切り出しを行う。なお、更に、対象物の
およその領域の大きさや連続性などのデータがあれば、
更に正確に切り出しを行うことが可能となる。

しかるのち、切り出された立体物１に付いて、得られた
２次元画像データと、３次元画像データを照合させて組
合せ、立体物画像データである基準４元データＣ”ｔ　
　ｙｅ　　Ｚｔ　　Ｉ）を得る（ステップＳ６）。すな
わち、双方のデータを得る場合、同一のモニターカメラ
４０を使用しているので、その２次元座標（Ｘ、￥）が
共通であるので、非常に簡単に照合、組合せが可能とな
る。なお、切り出しを行わず、照合、組合せを実現して
もよい。

このようにして得られた立体物画像データを次のような
オイラー角を用いた変換式を用いて、適宜座標変換して
、任意の方向（計測の死角となる部分を除く）からのリ
アルＣＧ（コンピュータグラフィック）モデルを画像モ
ニタ６０で表示する（ステップＳ？）。

ξ＝ｘ（ｃｏｓθｃｏｓφｃｏｓψ−ｓｉｎφｓｉｎψ
）＋ｙ（ｃｏｓθｓｉｎφＣＯＳψ＋ＣＯＳφｓｉｎψ
）−ｚ　ｓｉｎθｃｏｓψ ｙｌ＝−Ｘ（ＣＯＳθｃｏｓφｓｉｎψ＋ｓｉｎφＣＯ
Ｓψ）−ｙ　（ｃｏｓθｓｉｎφｓｉｎψ−ｃｏｓφｃ
ｏｓψ）＋ｚｓｉｎθｓｉｎψ ζ＝　　ｘｓｉｎθｃｏｓφ＋ｙｓｉｎθｓｉｎφ＋ｚ
　ｃｏｓθ第３図は、本発明の他の実施例を示す配置図
であり、投光器３０、モニターカメラ４０などを３セッ
ト、立体物１の周辺に配し、死角を無くした場合である
。なお、本実施例では、液晶スリット２０付き投光器３
０のほかに、一様な光を投光するための一様投光手段の
一例としての点光源７０．７０．７０をそれぞれ配置し
ており、２次元画像を得る場合には、液晶スリット２０
を取り外さず、その点光源７０を利用して一様な光を投
光するようにしてもよい。

また、前記モニターカメラ４０に依って得られた２次元
画像から、、前記立体物１の各部分の輝度（１）測定し
、また、投光器３０から得られた前記立体物１の３次元
画像データ（ｘ、　　３ｔ　　ｚ）から各部分の面の傾
斜角度を得、それらデータから、それら各部分の反射係
数（輝度＝ｆ（面角度、反射係数））を測定することが
できる。この得られた反射係数データを基にすると、得
られた立体物画像を適宜回転させたとき光源の位置及び
観測者の位置が変わったときなど、陰影の変化がある場
合、それを正確に表示することが可能となる。

なお、以上の実施例に於て、２次元画像データと３次元
画像データの得る順番は任意である。

また、２次元画像濃淡データは、２次元カラ一情報（Ｘ
、ｉｙ　　Ｚ？　　Ｉ＊、　　Ｉａｔ　　Ｉｓ）の成分
に置き換えカラ一画像として使用することも可能である
。

その際、カラ一情報を得るためには、通常用いられてい
る従来法を適宜用いればよい。

［発明の効果］以上説明したように、本発明にかかる立体物画像測定方
法は、３次元画像データと２次元画像データを得る場合
のモニターカメラが同一の場所におかれているので、そ
のデータ同士の照合、組合せが極めて容易に実現できる
という長所を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる立体物画像測定方法の一実施
例に用いられる立体物画像測定システムの配置図、第２
図は、同方法を説明するためのフローチャート、第３図
は、立体物画像測定方法の他の実施例に用いられる同実
施例に用いられる立体物画像測定システムの配置図、第
４図は、従来の立体物画像測定システムの配置図である
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）測定対象の立体物に対して、所定の位置に配置さ
れたパターン光投光手段及びモニターカメラを利用して
その立体物の３次元画像（距離画像）を測定すると共に
、同じ場所の前記モニターカメラ及び所定の位置に配置
された一様光投光手段を利用して同じ立体物の２次元画
像（濃淡画像）を測定し、これら得られた３次元画像と
２次元画像とを照合組合せることによって、立体物画像
を測定することを特徴とする立体物画像測定方法。
（２）前記パターン光投光手段と、一様光投光手段とは
、同一の投光手段で実現されていることを特徴とする請
求項１記載の立体物画像測定方法。
（３）前記モニターカメラに依って得られた２次元画像
から、前記立体物の各部分の輝度を測定し、また、前記
パターン投光手段から得られた前記立体物の各部分の面
の傾斜角度とに基づき、それら各部分の反射係数を測定
することを特徴とする請求項１記載の立体物画像測定方
法。