JPH08263696A - 3次元オブジェクトモデル作成方法 - Google Patents

3次元オブジェクトモデル作成方法

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JPH08263696A
JPH08263696A JP7041729A JP4172995A JPH08263696A JP H08263696 A JPH08263696 A JP H08263696A JP 7041729 A JP7041729 A JP 7041729A JP 4172995 A JP4172995 A JP 4172995A JP H08263696 A JPH08263696 A JP H08263696A
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JP
Japan
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point
dimensional
camera
cameras
remarked
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP7041729A
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English (en)
Inventor
Mikio Ikuta
幹雄 生田
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
Application filed by Meidensha Corp, Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd filed Critical Meidensha Corp
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数画像のマッチングを行ないしかも少ない
データ量にてモデルを作成できる3次元オブジェクトモ
デル作成方法を提供する。 【構成】 複数カメラc0,c1の各画像とカメラパラ
メータとに基づき注目点の3次元座標を必ず計算し、オ
ブジェクト1の立体形状の指定と共にオブジェクト1の
頂点座標を算出するようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複数の画像から3次元
オブジェクトモデルを作成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、3次元CAD等を用いて3次元オ
ブジェクトモデルを作成するに当っては、与えられた図
面から3次元座標を入力してモデルを作成しているが、
3次元座標入力に手間がかかり、また物体の位置や高さ
などの3次元情報が図面により判明しない場合にはモデ
ルを作成できないという問題を孕んでいる。このため現
在では、複数の画像(映像)から物体の頂点などの3次
元座標を計算し、3次元オブジェクトモデルを作成する
手法も提案されている。IEICETRANS IFS & SYST.,VOL.
E77-D,No.9 SEPTEMBER 1994. P966〜972 ; StructureRe
covery from Multiple Images by Directly Estimating
the Intersectionsin 3−D Space の提案例がある。
【0003】一般的に画像から3次元オブジェクトモデ
ルを作成する手法は、次のような処理による。 (1)異なる視点から撮影した複数の画像を計算機に読
み込む。 (2)撮影したカメラの位置,方向を表すパラメータを
計算機へ入力するか、このパラメータを画像から算出す
る。 (3)複数の画像上においてピクセルの輝度信号をもと
にして、3次元空間中同一点を自動的に算出しマッチン
グをとる。 (4)三角測量の原理を利用して3次元座標を算出す
る。 (5)算出した3次元座標中の点を結び3次元空間での
線や面を作成する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述の手法による3次
元オブジェクトモデルの作成に当っては、図7に示すよ
うに、殊に二つの視点が近い場合、前述のマッチングを
とるステップ(3)にてわずかの誤差の影響が奥行きを
計算する際に大きく影響し、二つの視点が離れている場
合は、画像間の輝度情報に大きな差異が生じてしまい自
動的にマッチングをとることが困難となってしまうとい
う問題がある。そして、この3次元座標の誤差はカメラ
の位置や方向を示すパラメータの誤差に起因しても生じ
得る。
【0005】更に、自動的にマッチングをとるに当って
は、画像処理にて必要な点(例えばオブジェクトの頂
点)と不必要な点(例えば背景)との識別を行なうこと
が非常に困難であるため、必要最小限の3次元座標のみ
を算出することができず、データ量が莫大となる。ま
た、オクルージョン(他のオブジェクトやそのオブジェ
クト自体の陰によって面や頂点が見えなくなること)に
よって必要な点のデータが欠落してしまうということも
生ずる。なお、前述の提案例による手法にあっては、前
者の問題すなわちマッチングをとることは可能である
が、極めて多くの点で3次元座標を算出することにな
り、データ量が莫大となるという後者の問題は、解決し
ていない。なお、提案例では点の情報であり面や線の情
報は含まれていない。
【0006】本発明は、上述の問題に鑑み、離れた位置
から撮影した複数の画像のマッチングをとることがで
き、また、少ない操作とデータ量にて正確なモデルを作
成できる3次元オブジェクトモデル作成方法の提供を目
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)オブジェクトを複数のカメラにて撮影した画像を
上記複数のカメラの位置や向きを示すカメラパラメータ
と共にコンピュータに取り込み、上記複数のカメラでの
画像上の注目点を指定すると共に、この注目点の3次元
座標を計算し、上記オブジェクトの立体形状を指定する
と共にオブジェクトの頂点座標を算出する、ことを特徴
とする。 (2)注目点の3次元座標の計算に際しては、複数のカ
メラによる原点と画像の注目点とを結ぶ直線が最も近接
した位置を注目点としたことを特徴とする。
【0008】
【作用】複数のカメラの画像での注目点は直線の交差に
よらなくても近接位置にて特定することができる。ま
た、画像,カメラパラメータ,立体形状の指定による必
要最小限の頂点の3次元座標のみを求めることになり簡
単かつ少ない作業量にて必要最小限の3次元データを得
ることができる。
【0009】
【実施例】ここで、図1〜図6を参照して本発明の実施
例を説明する。図1に示すように、まずオブジェクト1
に対してカメラc0,c1にて異なる位置からそれぞれ
の画像を撮影する。このとき、カメラc0,c1の3次
元位置と方向(カメラパラメータと称する)を同時に記
録しておく。このそれぞれのカメラパラメータを(x
0,y0,z0,ω0,φ0,κ0)、(x1,y1,
z1,ω1,φ1,κ1)とする。この場合(x0,y
0,z0)(x1,y1,z1)は、それぞれのカメラ
c0,c1の位置を示し、(ω0,φ0,κ0)(ω
1,φ1,κ1)にてカメラの方向,向きを示す。
【0010】ここで、ω,φ,κを若干説明する。図2
はカメラ回転によるパラメータを説明したものであり、
x,y,z軸方向と一致するカメラ座標系をu0,v
0,w0とし、この座標系のu0軸まわりでの回転量を
ωとする。すなわち、v0,w0がωだけ回転して座標
系u1,v1,w1(u0=u1である)を得る。つい
で、u0軸まわりの回転の結果得られた座標系u1,v
1,w1について、今度はv1軸まわりの回転量をφと
すると、u1,w1がφだけ回転して、u2,v2,w
2(v1=v2となる)が得られる。更に、v1軸まわ
りの回転の結果得られた座標系u2,v2,w2につい
て、w2軸まわりの回転量をκとするとu2,v2がκ
だけ回転してu,v,w(w2=wとなる)を得る。こ
うして、基準の座標系x,y,zに対する座標系u,
v,wによって実際に撮影したときのカメラの座標系が
得られる。
【0011】上述の如く得られたカメラの位置と方向と
からなるカメラパラメータとカメラc0,c1による2
枚の画像(例えば図4のp0,p1)は、コンピュータ
に読み込まれる。
【0012】ついで、オブジェクト1のある点の3次元
位置につき、例えば2台の別位置のカメラc0,c1に
て撮影したカメラ画像面上の点(2台のカメラにて3次
元空間中にて一致する点:注目点と称する)を指定す
る。この注目点をカメラc0の画像面上にて(UC0,V
C0)、カメラc1の画像面上にて(UC1,VC1)とす
る。この場合、図3に示すように画像面はカメラ座標系
でのu,v平面に合わせ、画像面中心をカメラ座標系w
軸に合わせており、カメラの焦点距離fをw軸上にとり
カメラ原点Oとする。また、この場合前述したオクルー
ジョンが生ずる場合には画像面上のおおよその位置をオ
ペレータが指定する。以上のデータをもとにしてカメラ
c0,c1それぞれにつき、カメラ原点(中心O)から
画像面上の指定注目点への3次元方向ベクトル(aC0
C0,cC0),(aC1,bC1,cC1)を算出する。この
場合、3次元方向ベクトルは次の式[数1]にて算出で
きる。
【0013】
【数1】 すなわち、図3に示すU,V,fの値と、カメラの方向
を表わす回転パラメータω,φ,κとから計算される行
列式Rにて3次元方向ベクトル(a,b,c)が得られ
る。
【0014】なお、前述の回転パラメータによる行列式
Rは次式[数2]のようにして得られる。
【数2】 この結果、方向を表わす行列式はR=Rω・Rφ・Rκ
となり次式[数3]に示す式となる。
【数3】
【0015】ここにおいて、オブジェクト1の座標系
(図2のXYZとする)と、カメラ座標系(u,v,w
とする)との関係は次式[数4]にて示される。この場
合(x 0 ,y0 ,z0 )はカメラ値を表す。
【数4】 そして、このカメラ座標系(u,v,w)にて2次元の
カメラ画面上の座標系(U,Vとする)に写像する式が
次式[数5]である。
【0016】
【数5】 それぞれのカメラの原点0を通り方向ベクトル(aC0
C0,cC0),(aC1,bC1,cC1)をもつ直線の方程
式は次式[数6]のようになる。
【数6】 したがって、2本の直線の方程式を誤差なく求められれ
ば、この2本の直線が交差する点の3次元位置が注目点
の3次元位置となる。この場合、実際上誤差の影響のた
め2本の直線が必ず交差するとは限らないので、この場
合は2本の直線相互の距離が最小となる点を算出し、こ
れを注目点の3次元座標とする。
【0017】この2本の直線の最小距離を算出するに当
っては、[数6]に示す2直線の距離をDとすると、 D2 =(x0+saC0−x1−tac1)2+(y0+sb
C0−y1−tbc1)2+(z0+scC0−z1−tcc1)2 となる。この式を最小にするs,tを求めるべく∂D2/
∂s=0 ∂D2/∂t=0として連立方程式をとき、求め
たs,tを各方程式を代入して得られる点(x0'y0'
z0')(x1' y1' z1')とすると、2直線からの距離が最小
となる点は(x0'+ x1'/2 ,y0' + y1'/2 ,z0' +
z1'/2)となる。この結果、交差点に最も近似した点を
得ることができる。
【0018】以上、カメラパラメータの特定と、画像面
上の各カメラの注目点の特定、及び注目点の3次元座標
の決定という3次元座標指定法を、図4の如き2枚の直
方体の画像面について行なう場合、図5のような処理と
なる。すなわち、図5にて、2枚の画像p0,p1を撮
影し同時にカメラパラメータを記録する。ついで、コン
ピュータに画像p0,p1とカメラパラメータとを読み
込み、各画像での注目点0,1,2,3(図4参照)を
指定する。そして、注目点の3次元座標を計算し、求め
た注目点の3次元座標から3次元モデルの頂点座標を算
出する。この場合、モデルは直方体であるという情報を
加味して注目点以外の残りの4点の3次元座標を算出す
る。そして、この3次元座標から作成した3次元モデル
のデータを保存する。図6はこうして作成したモデルの
例を示している。なお、上述の例は直方体を示したので
あるが他の多面体,多角錐,多角柱等のモデルも同様に
作成でき、更に複雑なモデルの場合には多面体,多角
錐,多角柱等のモデルの組合せとして作成できる。更
に、本実施例では、2枚の画像面にて説明したが複数枚
の画像面でも同様な処理にてモデルを作成することがで
きる。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、カ
メラのパラメータや複数の画像面上にて注目点に誤差が
あったとしても、注目点での線の交差のみならず、離れ
た線の近似ができて、3次元座標を支障なく算出でき
る。また、オブジェクトモデルは、点の集合でなく、例
えば直方体などの形状、辺の位置や向きとしてデータを
作成し保存することができ、簡単な操作と少ない作業量
にて少ないデータ保存が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法に係るカメラ位置の例を示す配置
図。
【図2】カメラの回転パラメータの説明図。
【図3】注目点の3次元位置の説明図。
【図4】画像面を例示した図。
【図5】処理フローチャート。
【図6】実際のオブジェクトの作成例を示す図。
【図7】誤差の説明図。
【符号の説明】
c0,c1 カメラ u0 ,u1 ,u2 ,u,v0 ,v1 ,v2 ,v,w0
1 ,w2 ,w, カメラ回転パラメータによる座標系 UVW カメラ座標系 XYZ オブジェクトの座標系 X0 0 0 1 1 1 カメラ位置

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 オブジェクトを複数のカメラにて撮影し
    た画像を上記複数のカメラの位置や向きを示すカメラパ
    ラメータと共にコンピュータに取り込み、 上記複数のカメラでの画像上の注目点を指定すると共
    に、この注目点の3次元座標を計算し、 上記オブジェクトの立体形状を指定すると共にオブジェ
    クトの頂点座標を算出する、 ようにした3次元オブジェクトモデル作成方法。
  2. 【請求項2】 注目点の3次元座標の計算に際しては、
    複数のカメラによる原点と画像の注目点とを結ぶ直線が
    最も近接した位置を注目点とした請求項1記載の3次元
    オブジェクトモデル作成方法。
JP7041729A 1995-03-01 1995-03-01 3次元オブジェクトモデル作成方法 Withdrawn JPH08263696A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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CN110874606A (zh) * 2018-08-31 2020-03-10 深圳中科飞测科技有限公司 匹配方法、三维形貌检测方法及其系统、非暂时性计算机可读介质

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CN110874606B (zh) * 2018-08-31 2024-07-19 深圳中科飞测科技股份有限公司 匹配方法、三维形貌检测方法及其系统、非暂时性计算机可读介质

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