JPH09187038A - ３次元形状抽出装置 - Google Patents
３次元形状抽出装置Info
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- JPH09187038A JPH09187038A JP7341817A JP34181795A JPH09187038A JP H09187038 A JPH09187038 A JP H09187038A JP 7341817 A JP7341817 A JP 7341817A JP 34181795 A JP34181795 A JP 34181795A JP H09187038 A JPH09187038 A JP H09187038A
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- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
- G06T7/50—Depth or shape recovery
- G06T7/55—Depth or shape recovery from multiple images
- G06T7/571—Depth or shape recovery from multiple images from focus
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Image Processing (AREA)
- Testing, Inspecting, Measuring Of Stereoscopic Televisions And Televisions (AREA)
- Image Analysis (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 物体の３次元形状を容易に効率良く求める。
【解決手段】 カメラは複数の視点位置から物体の一部
が重複するように物体を撮像して複数の画像を得、パラ
メータ算出部５３はレンズ位置信号Ｓ２とカメラ位置信
号Ｓ３から撮像パラメータＳＰを得る。距離分布抽出部
５４は各画像データと上記パラメータＳＰとにより、シ
ャッタを押す毎に物体の距離分布を求め、３次元モデル
形成部５５は上記順次出力される距離分布と画像とをカ
メラ位置信号Ｓ３を用いて逐次統合することにより、物
体の３次元モデルを形成する。３Ｄ表示画像生成部５６
は上記３次元モデルから２次元画像を生成して表示させ
る。
が重複するように物体を撮像して複数の画像を得、パラ
メータ算出部５３はレンズ位置信号Ｓ２とカメラ位置信
号Ｓ３から撮像パラメータＳＰを得る。距離分布抽出部
５４は各画像データと上記パラメータＳＰとにより、シ
ャッタを押す毎に物体の距離分布を求め、３次元モデル
形成部５５は上記順次出力される距離分布と画像とをカ
メラ位置信号Ｓ３を用いて逐次統合することにより、物
体の３次元モデルを形成する。３Ｄ表示画像生成部５６
は上記３次元モデルから２次元画像を生成して表示させ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＧやＣＡＤのた
めの立体形状モデルの作成に必要な物体や環境の３次元
の情報を２次元画像から求める３次元形状抽出装置に関
するものである。
めの立体形状モデルの作成に必要な物体や環境の３次元
の情報を２次元画像から求める３次元形状抽出装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、物体の３次元形状を求める技
術として、例えばテレビジョン学会誌、Vol.45, No.4(1
991), pp.453-460に記載されているものがある。上記文
献に記載されているように物体の３次元形状を求める方
法としては大別して受動的手法と能動的手法とがある。
受動的手法の代表的なものがステレオ画像法であり、２
台のカメラを用いて三角測量を行うものである。この方
法では左右の画像から同じものが写っている場所を探索
し、その位置ずれ量から被写体の３次元位置を計測す
る。また、能動的手法の代表的なものとしては、光を投
影して反射して帰ってくるまでの時間を計測して距離を
求める光レーダ型のレンジファインダや、スリット状の
光パターンを投影して被写体に写るパターン形状の変位
から３次元形状を測定するスリット光投影法等がある。
術として、例えばテレビジョン学会誌、Vol.45, No.4(1
991), pp.453-460に記載されているものがある。上記文
献に記載されているように物体の３次元形状を求める方
法としては大別して受動的手法と能動的手法とがある。
受動的手法の代表的なものがステレオ画像法であり、２
台のカメラを用いて三角測量を行うものである。この方
法では左右の画像から同じものが写っている場所を探索
し、その位置ずれ量から被写体の３次元位置を計測す
る。また、能動的手法の代表的なものとしては、光を投
影して反射して帰ってくるまでの時間を計測して距離を
求める光レーダ型のレンジファインダや、スリット状の
光パターンを投影して被写体に写るパターン形状の変位
から３次元形状を測定するスリット光投影法等がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ス
テレオ画像法においては、装置が大がかりになり、２台
のカメラの位置決めの精度が厳しいために設定が困難で
あるという問題があった。しかも例えば物体の背面のよ
うな画像中に写っていない領域については３次元形状を
求められないのでわずらわしい設定を再度行う必要があ
った。従って、物体の３次元形状の必要な部分を得るの
は非常に困難であった。また、上記能動的手法では、光
等なんらかのエネルギーを物体に照射するので、物体ま
での距離が遠い場合にはエネルギーの強度を強くする必
要があり、危険なことがある。
テレオ画像法においては、装置が大がかりになり、２台
のカメラの位置決めの精度が厳しいために設定が困難で
あるという問題があった。しかも例えば物体の背面のよ
うな画像中に写っていない領域については３次元形状を
求められないのでわずらわしい設定を再度行う必要があ
った。従って、物体の３次元形状の必要な部分を得るの
は非常に困難であった。また、上記能動的手法では、光
等なんらかのエネルギーを物体に照射するので、物体ま
での距離が遠い場合にはエネルギーの強度を強くする必
要があり、危険なことがある。
【０００４】そこで、第１の発明の目的は、わずらわし
い設定を行わずに受動的手法によって物体の３次元形状
の必要な部分を効率良く求めることのできる３次元形状
抽出装置を提供することである。第２の発明の目的は、
比較的小さな物体のほぼ全面における３次元形状を得る
のに適した表示を行うことのできる３次元形状抽出装置
を提供することである。第３の発明の目的は、比較的大
きな被写体の表面の３次元分布を広範囲において得るの
に適した表示を行うことのできる３次元形状抽出装置を
提供することである。
い設定を行わずに受動的手法によって物体の３次元形状
の必要な部分を効率良く求めることのできる３次元形状
抽出装置を提供することである。第２の発明の目的は、
比較的小さな物体のほぼ全面における３次元形状を得る
のに適した表示を行うことのできる３次元形状抽出装置
を提供することである。第３の発明の目的は、比較的大
きな被写体の表面の３次元分布を広範囲において得るの
に適した表示を行うことのできる３次元形状抽出装置を
提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、被写体を撮像
する撮像手段と、上記撮像手段の撮像位置を検出する第
１の検出手段と、上記撮像手段のレンズ位置を検出する
第２の検出手段と、上記第１、第２の検出手段の出力に
基づいて所定のパラメータを算出する算出手段と、上記
撮像手段が複数の撮像位置において上記被写体の一部が
重複するようにして撮像した複数の画像と上記算出され
たパラメータとを用いて上記被写体の距離分布を抽出す
る距離分布抽出手段と、上記距離分布抽出手段から得ら
れる距離分布と上記撮像手段から得られる複数の画像と
上記パラメータとを用いて上記被写体の３次元モデルを
形成する３次元モデル形成手段と、上記３次元モデル形
成手段の出力から２次元画像を生成する画像生成手段と
を設けている。
する撮像手段と、上記撮像手段の撮像位置を検出する第
１の検出手段と、上記撮像手段のレンズ位置を検出する
第２の検出手段と、上記第１、第２の検出手段の出力に
基づいて所定のパラメータを算出する算出手段と、上記
撮像手段が複数の撮像位置において上記被写体の一部が
重複するようにして撮像した複数の画像と上記算出され
たパラメータとを用いて上記被写体の距離分布を抽出す
る距離分布抽出手段と、上記距離分布抽出手段から得ら
れる距離分布と上記撮像手段から得られる複数の画像と
上記パラメータとを用いて上記被写体の３次元モデルを
形成する３次元モデル形成手段と、上記３次元モデル形
成手段の出力から２次元画像を生成する画像生成手段と
を設けている。
【０００６】
【作用】本発明によれば、距離分布抽出手段は、被写体
の一部が重複して撮像されるように異る複数の撮像位置
で撮像した複数の画像と各撮像位置を検出した検出位置
とに基づいて被写体の距離分布を求める。３次元モデル
形成手段は、順次求められた距離分布と撮像した画像と
を上記検出位置を用いて逐次統合することにより被写体
の３次元モデルを形成する。この３次元モデルから立体
感のある２次元画像を表示することができる。
の一部が重複して撮像されるように異る複数の撮像位置
で撮像した複数の画像と各撮像位置を検出した検出位置
とに基づいて被写体の距離分布を求める。３次元モデル
形成手段は、順次求められた距離分布と撮像した画像と
を上記検出位置を用いて逐次統合することにより被写体
の３次元モデルを形成する。この３次元モデルから立体
感のある２次元画像を表示することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１に本発明の第１の実施の形態
による３次元形状抽出装置における３次元形状抽出方法
を概念的に示す。同図のように、使用者はグラフィック
スやＣＡＤ等を行うコンピュータ１に接続されたカメラ
２で被計測物体３の周りを矢印ａ方向にスキャンしなが
ら画像入力を行う。図２にその基本構成をブロック図で
示す。コンピュータ１は演算およびグラフィックス処理
を行う処理装置１１、ＣＲＴ等の表示を行う表示装置１
２、キーボード、マウス等のコマンド入力を行う入力装
置１３、ＩＣメモリやハードディスク等の記憶装置１４
より成り、さらにコンピュータ１内にはカメラ２に直結
した処理を行うカメラ専用処理装置５が設置されてい
る。以後、図１、図２に示した構成に基づいて本実施の
形態の説明を行うが、例えばカメラ専用処理装置５はカ
メラ２内に設けてもよいし、処理装置１１がカメラ専用
処理装置５の処理を内部プログラムによって行ってもよ
い。
による３次元形状抽出装置における３次元形状抽出方法
を概念的に示す。同図のように、使用者はグラフィック
スやＣＡＤ等を行うコンピュータ１に接続されたカメラ
２で被計測物体３の周りを矢印ａ方向にスキャンしなが
ら画像入力を行う。図２にその基本構成をブロック図で
示す。コンピュータ１は演算およびグラフィックス処理
を行う処理装置１１、ＣＲＴ等の表示を行う表示装置１
２、キーボード、マウス等のコマンド入力を行う入力装
置１３、ＩＣメモリやハードディスク等の記憶装置１４
より成り、さらにコンピュータ１内にはカメラ２に直結
した処理を行うカメラ専用処理装置５が設置されてい
る。以後、図１、図２に示した構成に基づいて本実施の
形態の説明を行うが、例えばカメラ専用処理装置５はカ
メラ２内に設けてもよいし、処理装置１１がカメラ専用
処理装置５の処理を内部プログラムによって行ってもよ
い。
【０００８】３次元形状の入力はコンピュータ１の画像
入力プログラムを起動することによって行われる。使用
者がコンピュータ１の画像入力プログラムを入力装置１
３からのコマンド入力により起動すると、コンピュータ
１の表示装置１２にカメラのファインダに相当するウイ
ンドウ（以下、ファインダウインドウ又は単にウィンド
ウと称する）が生成される。次にカメラ２のスイッチを
入れると、ウインドウ内にカメラ２で撮像した画像がそ
のまま表示される。使用者はこの表示された画像を見な
がら被計測物体３が画面のほぼ中央にくるようフレーミ
ングを行った後、カメラ２のシャッタを押す。そして、
そのままカメラ２をａ方向に移動させ、その間に複数回
シャッタを押すことにより被計測物体３のスキャンニン
グを行うこれにより被計測物体３の複数の画像データを
取得する。この複数の画像データがカメラ専用処理装置
５と処理装置１１とによって処理されることにより、被
計測物体３の３次元データが得られる。
入力プログラムを起動することによって行われる。使用
者がコンピュータ１の画像入力プログラムを入力装置１
３からのコマンド入力により起動すると、コンピュータ
１の表示装置１２にカメラのファインダに相当するウイ
ンドウ（以下、ファインダウインドウ又は単にウィンド
ウと称する）が生成される。次にカメラ２のスイッチを
入れると、ウインドウ内にカメラ２で撮像した画像がそ
のまま表示される。使用者はこの表示された画像を見な
がら被計測物体３が画面のほぼ中央にくるようフレーミ
ングを行った後、カメラ２のシャッタを押す。そして、
そのままカメラ２をａ方向に移動させ、その間に複数回
シャッタを押すことにより被計測物体３のスキャンニン
グを行うこれにより被計測物体３の複数の画像データを
取得する。この複数の画像データがカメラ専用処理装置
５と処理装置１１とによって処理されることにより、被
計測物体３の３次元データが得られる。
【０００９】上記スキャンニングを行う時は、シャッタ
を押すと同時に被計測物体３の３次元モデルを表示する
ウインドウ（以下、３Ｄ表示ウインドウと称する）が生
成され、この３Ｄ表示ウインドウに被計測物体３の３次
元データが得られた順に時々刻々と被計測物体３の３次
元モデルを表す画像が表示される。図３はコンピュータ
１の表示装置１２のディスプレイ画面の表示例を示す。
使用者はこの３Ｄ表示ウインドウを見て所望の被計測物
体３の３次元モデルが求められたことを確認して入力を
終える。尚、この図３では、３Ｄ表示ウインドウには被
計測物体３の３次元形状が途中まで求められた状態が表
示されている。
を押すと同時に被計測物体３の３次元モデルを表示する
ウインドウ（以下、３Ｄ表示ウインドウと称する）が生
成され、この３Ｄ表示ウインドウに被計測物体３の３次
元データが得られた順に時々刻々と被計測物体３の３次
元モデルを表す画像が表示される。図３はコンピュータ
１の表示装置１２のディスプレイ画面の表示例を示す。
使用者はこの３Ｄ表示ウインドウを見て所望の被計測物
体３の３次元モデルが求められたことを確認して入力を
終える。尚、この図３では、３Ｄ表示ウインドウには被
計測物体３の３次元形状が途中まで求められた状態が表
示されている。
【００１０】次に本実施の形態の構成および動作につい
てさらに詳細に説明する。図４はカメラ２の構成を示す
ブロック図である。２１は被計測物体３を撮像する撮像
レンズ、２２は画像を電気信号として取り込むＣＣＤ等
のイメージセンサ、２３はイメージセンサ２２からの電
気信号を保持し、画像信号Ｓ１として出力するサンプル
ホールド回路である。イメージセンサ２２は検出画像領
域の中心がほぼ撮像レンズ２１の光軸と交わり、イメー
ジセンサ２２の検出面は撮像レンズ２１の光軸とほぼ直
交するように調整されている。２４はカメラのオートフ
ォーカス等に用いられる焦点検出装置で、図示しないＬ
ＥＤから赤外光を被写体に投射し、カメラに戻ってくる
反射光を図示しないラインセンサで受光し、その受光位
置により焦点位置を検出する。
てさらに詳細に説明する。図４はカメラ２の構成を示す
ブロック図である。２１は被計測物体３を撮像する撮像
レンズ、２２は画像を電気信号として取り込むＣＣＤ等
のイメージセンサ、２３はイメージセンサ２２からの電
気信号を保持し、画像信号Ｓ１として出力するサンプル
ホールド回路である。イメージセンサ２２は検出画像領
域の中心がほぼ撮像レンズ２１の光軸と交わり、イメー
ジセンサ２２の検出面は撮像レンズ２１の光軸とほぼ直
交するように調整されている。２４はカメラのオートフ
ォーカス等に用いられる焦点検出装置で、図示しないＬ
ＥＤから赤外光を被写体に投射し、カメラに戻ってくる
反射光を図示しないラインセンサで受光し、その受光位
置により焦点位置を検出する。
【００１１】２５はパルスモータ等のレンズ駆動部であ
り、撮像レンズ２１を光軸と平行な方向に駆動してピン
トを合わせる。２６はレンズ駆動回路であり、焦点検出
装置２４からの焦点位置検出信号に応じてレンズ駆動部
２５の制御を行い、またレンズ位置信号Ｓ２を出力す
る。２７は加速度センサ又は振動ジャイロ等の角速度セ
ンサや積分器等で構成されるカメラ変位検出装置であ
り、カメラの位置および姿勢の変位を検出し、カメラ変
位信号Ｓ３として出力する。カメラ変位検出装置２７の
検出回転角の軸はほぼ撮像レンズ２１の光軸、イメージ
センサ２２の水平、垂直方向の軸に合うように調整され
ている。また、この３つの座標軸の原点はほぼカメラ変
位検出装置２７の中心位置としている。２８はシャッタ
であり、シャッタ信号Ｓ４を出力する。２９はカメラか
らの出力信号Ｓ１〜Ｓ４をパラレルにカメラ専用処理装
置５に送るためのインターフェース部である。
り、撮像レンズ２１を光軸と平行な方向に駆動してピン
トを合わせる。２６はレンズ駆動回路であり、焦点検出
装置２４からの焦点位置検出信号に応じてレンズ駆動部
２５の制御を行い、またレンズ位置信号Ｓ２を出力す
る。２７は加速度センサ又は振動ジャイロ等の角速度セ
ンサや積分器等で構成されるカメラ変位検出装置であ
り、カメラの位置および姿勢の変位を検出し、カメラ変
位信号Ｓ３として出力する。カメラ変位検出装置２７の
検出回転角の軸はほぼ撮像レンズ２１の光軸、イメージ
センサ２２の水平、垂直方向の軸に合うように調整され
ている。また、この３つの座標軸の原点はほぼカメラ変
位検出装置２７の中心位置としている。２８はシャッタ
であり、シャッタ信号Ｓ４を出力する。２９はカメラか
らの出力信号Ｓ１〜Ｓ４をパラレルにカメラ専用処理装
置５に送るためのインターフェース部である。
【００１２】図５はカメラ専用処理装置５の構成を示す
ブロック図である。５１は入力インターフェース部で、
カメラ２から送られてきた画像信号Ｓ１、レンズ位置信
号Ｓ２、カメラ変位信号Ｓ３、シャッタ信号Ｓ４を受け
て各部に入力させる。５２は上記画像信号Ｓ１を処理す
る画像データ構成部であり、オートゲインコントロール
回路、ガンマ補正回路、Ａ／Ｄ変換器より構成されてい
る。そして上記画像信号Ｓ１をオートゲインコントロー
ル回路で自動利得制御を行った後、ガンマ補正回路で出
力信号の階調補正を行う。そして、Ａ／Ｄ変換器でガン
マ補正回路の出力信号をデジタル画像データに変換して
出力する。
ブロック図である。５１は入力インターフェース部で、
カメラ２から送られてきた画像信号Ｓ１、レンズ位置信
号Ｓ２、カメラ変位信号Ｓ３、シャッタ信号Ｓ４を受け
て各部に入力させる。５２は上記画像信号Ｓ１を処理す
る画像データ構成部であり、オートゲインコントロール
回路、ガンマ補正回路、Ａ／Ｄ変換器より構成されてい
る。そして上記画像信号Ｓ１をオートゲインコントロー
ル回路で自動利得制御を行った後、ガンマ補正回路で出
力信号の階調補正を行う。そして、Ａ／Ｄ変換器でガン
マ補正回路の出力信号をデジタル画像データに変換して
出力する。
【００１３】５３はパラメータ算出部であり、カメラ２
からの出力信号であるレンズ位置信号Ｓ２とカメラ変位
信号Ｓ３とから撮像時のパラメータである視点位置〔レ
ンズ位置に応じた撮像レンズ２１の像側主点（以後、視
点と称する）でのイメージセンサ２２から得られるデジ
タル画像の中心からの位置で、撮像レンズ２１とイメー
ジセンサ２２とを含む撮像系の光学的配置を表す〕、視
点移動量、光軸回転量のパラメータＳＰデータを出力す
る。５４は距離分布抽出部であり、画像データ構成部５
２の出力である視点位置の異る２組の画像データとパラ
メータ算出部５３の出力であるパラメータＳＰとから被
写体が重複している部分での距離分布を求める。
からの出力信号であるレンズ位置信号Ｓ２とカメラ変位
信号Ｓ３とから撮像時のパラメータである視点位置〔レ
ンズ位置に応じた撮像レンズ２１の像側主点（以後、視
点と称する）でのイメージセンサ２２から得られるデジ
タル画像の中心からの位置で、撮像レンズ２１とイメー
ジセンサ２２とを含む撮像系の光学的配置を表す〕、視
点移動量、光軸回転量のパラメータＳＰデータを出力す
る。５４は距離分布抽出部であり、画像データ構成部５
２の出力である視点位置の異る２組の画像データとパラ
メータ算出部５３の出力であるパラメータＳＰとから被
写体が重複している部分での距離分布を求める。
【００１４】５５は３次元モデル形成部であり、距離分
布抽出部５４の出力である距離分布と画像データ、パラ
メータ算出部５３の出力であるパラメータＳＰとから、
被計測物体３の３次元モデルを逐次形成していく。５６
は３Ｄ表示画像生成部であり、３次元モデル形成部５５
で求められた被計測物体３の３次元モデルに基づいて３
Ｄ表示ウインドウに表示する画像を生成する。
布抽出部５４の出力である距離分布と画像データ、パラ
メータ算出部５３の出力であるパラメータＳＰとから、
被計測物体３の３次元モデルを逐次形成していく。５６
は３Ｄ表示画像生成部であり、３次元モデル形成部５５
で求められた被計測物体３の３次元モデルに基づいて３
Ｄ表示ウインドウに表示する画像を生成する。
【００１５】図６はパラメータ算出部５３の構成を示
す。５３１はレンズ情報記憶部であり、撮像レンズ２１
固有の情報を記憶している。５３２は視点位置算出回路
であり、上記レンズ位置信号Ｓ２とレンズ情報記憶部５
３１に記憶されているデータとにより視点位置を算出す
る。５３３は視点変位算出回路であり、上記カメラ変位
信号Ｓ３とレンズ情報記憶部５３１に記憶されているデ
ータとにより撮像レンズ２１の視点の移動量と光軸の回
転変位量とを算出する。５３４はパラメータ出力部であ
り、視点位置、視点移動量、光軸回転量のデータをまと
めて撮像時のパラメータＳＰとして出力する。
す。５３１はレンズ情報記憶部であり、撮像レンズ２１
固有の情報を記憶している。５３２は視点位置算出回路
であり、上記レンズ位置信号Ｓ２とレンズ情報記憶部５
３１に記憶されているデータとにより視点位置を算出す
る。５３３は視点変位算出回路であり、上記カメラ変位
信号Ｓ３とレンズ情報記憶部５３１に記憶されているデ
ータとにより撮像レンズ２１の視点の移動量と光軸の回
転変位量とを算出する。５３４はパラメータ出力部であ
り、視点位置、視点移動量、光軸回転量のデータをまと
めて撮像時のパラメータＳＰとして出力する。
【００１６】図７は距離分布抽出部５４の構成を示す。
５４１は被写体領域抽出部であり、画像データ構成部５
２からの入力画像データから撮像画像内にある被写体
（ここでは被計測物体３）の領域を抽出し、その被写体
領域のみの被写体画像を生成する。５４２は画像記憶部
であり、被写体領域抽出部５４１の出力である被写体画
像を一時的に記憶する。５４３はマッチング処理部であ
り、前記２組の画像データから被写体領域抽出部５４１
で現在抽出された被写体画像と記憶された被写体画像と
の間の対応付けを視点位置、視点移動量、光軸回転量の
パラメータＳＰを利用して行う。５４４は距離算出部で
あり、視点位置、視点移動量、光軸回転量のパラメータ
ＳＰとマッチング処理部５４３の出力である対応点対と
により被写体までの距離を算出する。５４５は距離画像
データ出力部であり、画像データと距離算出部５４４の
出力である距離データとをまとめて出力する。
５４１は被写体領域抽出部であり、画像データ構成部５
２からの入力画像データから撮像画像内にある被写体
（ここでは被計測物体３）の領域を抽出し、その被写体
領域のみの被写体画像を生成する。５４２は画像記憶部
であり、被写体領域抽出部５４１の出力である被写体画
像を一時的に記憶する。５４３はマッチング処理部であ
り、前記２組の画像データから被写体領域抽出部５４１
で現在抽出された被写体画像と記憶された被写体画像と
の間の対応付けを視点位置、視点移動量、光軸回転量の
パラメータＳＰを利用して行う。５４４は距離算出部で
あり、視点位置、視点移動量、光軸回転量のパラメータ
ＳＰとマッチング処理部５４３の出力である対応点対と
により被写体までの距離を算出する。５４５は距離画像
データ出力部であり、画像データと距離算出部５４４の
出力である距離データとをまとめて出力する。
【００１７】図８は３次元モデル形成部５５の構成を示
す。５５１は３次元モデル書き込みアドレス算出部であ
り、距離データを視点位置、視点移動量、光軸回転量の
パラメータＳＰを用いて極座標に変換する。５５２は３
次元モデル記憶部であり、３次元モデル書き込みアドレ
ス算出部５５１の出力である極座標の座標値に相当する
アドレスに画像データを書き込み、記憶する。５５３は
３次元モデル書き込み制御部であり、３次元モデル記憶
部５５２に記憶されている被計測物体３の３次元モデル
データを記憶装置１４に書き込む制御を行う。
す。５５１は３次元モデル書き込みアドレス算出部であ
り、距離データを視点位置、視点移動量、光軸回転量の
パラメータＳＰを用いて極座標に変換する。５５２は３
次元モデル記憶部であり、３次元モデル書き込みアドレ
ス算出部５５１の出力である極座標の座標値に相当する
アドレスに画像データを書き込み、記憶する。５５３は
３次元モデル書き込み制御部であり、３次元モデル記憶
部５５２に記憶されている被計測物体３の３次元モデル
データを記憶装置１４に書き込む制御を行う。
【００１８】図９は３Ｄ表示画像生成部５６の構成を示
す。５６１は座標系パラメータ設定部であり、表示する
画像の座標系の座標軸の方向、視点位置、視線方向を設
定する。５６２は画像生成部であり、座標系パラメータ
設定部５６１のパラメータに従い、３次元モデル記憶部
５５２から物体の３次元モデルデータを読み出し、表示
画像を生成する。
す。５６１は座標系パラメータ設定部であり、表示する
画像の座標系の座標軸の方向、視点位置、視線方向を設
定する。５６２は画像生成部であり、座標系パラメータ
設定部５６１のパラメータに従い、３次元モデル記憶部
５５２から物体の３次元モデルデータを読み出し、表示
画像を生成する。
【００１９】次にカメラ２で被計測物体３の周りをスキ
ャンしながら画像入力を行う際のカメラ２およびカメラ
専用処理装置５の動作を説明する。まず、コンピュータ
１の画像入力プログラムを起動すると、コンピュータ１
内の処理装置１１はファインダウインドウを生成し、表
示装置１２に表示する。そして、カメラ２の電源スイッ
チがオンになった状態で撮像レンズ２１で取り込んだ画
像はイメージセンサ２２、サンプルホールド回路２３、
インターフェース部２９を介して画像信号Ｓ１としてカ
メラ専用処理装置５に送られる。そして、カメラ専用処
理装置５の入力インターフェース部５１で受け取られ、
画像データ構成部５２を介してデジタル画像データとし
て出力される。このデジタル画像データはコンピュータ
１内の処理装置１１内のグラフィックメモリに書き込ま
れ、処理装置１１は表示装置１２のファインダウインド
ウにこの画像を表示する。
ャンしながら画像入力を行う際のカメラ２およびカメラ
専用処理装置５の動作を説明する。まず、コンピュータ
１の画像入力プログラムを起動すると、コンピュータ１
内の処理装置１１はファインダウインドウを生成し、表
示装置１２に表示する。そして、カメラ２の電源スイッ
チがオンになった状態で撮像レンズ２１で取り込んだ画
像はイメージセンサ２２、サンプルホールド回路２３、
インターフェース部２９を介して画像信号Ｓ１としてカ
メラ専用処理装置５に送られる。そして、カメラ専用処
理装置５の入力インターフェース部５１で受け取られ、
画像データ構成部５２を介してデジタル画像データとし
て出力される。このデジタル画像データはコンピュータ
１内の処理装置１１内のグラフィックメモリに書き込ま
れ、処理装置１１は表示装置１２のファインダウインド
ウにこの画像を表示する。
【００２０】この間、焦点検出装置２４はイメージセン
サ２２の画面ほぼ中央に相当する領域でのピントずれ量
を常時検出し、レンズ駆動回路２６は焦点検出装置２４
で検出される信号に応じてレンズ駆動部２５を制御し、
レンズ駆動部２５は撮像レンズ２１を駆動してピントを
合わせる。この時、レンズ駆動回路２６はレンズ駆動部
２５を制御する信号をレンズ位置信号Ｓ２としてインタ
ーフェース部２９を介してカメラ専用処理装置５に送
る。この時送られるレンズ位置信号Ｓ２は撮像レンズ２
１の基準位置からの繰出量を表している。以上の動作に
より、撮像レンズ２１で取り込んだ画像がファインダウ
インドウにそのまま表示される。
サ２２の画面ほぼ中央に相当する領域でのピントずれ量
を常時検出し、レンズ駆動回路２６は焦点検出装置２４
で検出される信号に応じてレンズ駆動部２５を制御し、
レンズ駆動部２５は撮像レンズ２１を駆動してピントを
合わせる。この時、レンズ駆動回路２６はレンズ駆動部
２５を制御する信号をレンズ位置信号Ｓ２としてインタ
ーフェース部２９を介してカメラ専用処理装置５に送
る。この時送られるレンズ位置信号Ｓ２は撮像レンズ２
１の基準位置からの繰出量を表している。以上の動作に
より、撮像レンズ２１で取り込んだ画像がファインダウ
インドウにそのまま表示される。
【００２１】次に、使用者はこの表示された画像を見て
フレーミング等を行い、構図が決定したところでシャッ
タ２８を押す。シャッタ２８が押されると、レンズ駆動
回路２６はレンズ駆動部２５が撮像レンズ２１を駆動し
ないよう制御を行い、撮像レンズ２１のピント位置が固
定される。シャッタ２８からのシャッタ信号Ｓ４はまた
インターフェイス部２９を介してカメラ専用処理装置５
に送られる。
フレーミング等を行い、構図が決定したところでシャッ
タ２８を押す。シャッタ２８が押されると、レンズ駆動
回路２６はレンズ駆動部２５が撮像レンズ２１を駆動し
ないよう制御を行い、撮像レンズ２１のピント位置が固
定される。シャッタ２８からのシャッタ信号Ｓ４はまた
インターフェイス部２９を介してカメラ専用処理装置５
に送られる。
【００２２】一方、カメラ変位検出装置２７はカメラ２
の電源スイッチがオンになった状態で、常時カメラ２の
位置および姿勢の変位を検出し、そのカメラ変位信号Ｓ
３がインターフェース部２９を介してカメラ専用処理装
置５に送られる。カメラ専用処理装置５に送られたレン
ズ位置信号Ｓ２は入力インターフェース部５１を介して
パラメータ算出部５３の視点位置算出回路５３２に送ら
れる。視点位置算出回路５３２はレンズ情報記憶部５３
１に記憶されている視点位置補正テーブルをレンズ位置
信号Ｓ２の値に応じて読み出し、視点位置を求める。す
なわち、レンズ情報記憶部５３１に記憶されている視点
位置補正テーブルにはレンズ位置信号Ｓ２の値に応じた
撮像レンズ２１の繰り出し位置でのイメージセンサ２２
で得られるデジタル画像の中心からの視点位置データが
記憶されている。この視点位置データは撮像レンズ２１
の光軸方向成分ｆとそれに直交するイメージセンサ２２
の水平、垂直方向成分（Δｘ，Δｙ）との３つの成分を
持つ。理想的にはｆは撮像レンズ２１の焦点距離にほぼ
等しく、（Δｘ，Δｙ）はほぼ０に等しい。
の電源スイッチがオンになった状態で、常時カメラ２の
位置および姿勢の変位を検出し、そのカメラ変位信号Ｓ
３がインターフェース部２９を介してカメラ専用処理装
置５に送られる。カメラ専用処理装置５に送られたレン
ズ位置信号Ｓ２は入力インターフェース部５１を介して
パラメータ算出部５３の視点位置算出回路５３２に送ら
れる。視点位置算出回路５３２はレンズ情報記憶部５３
１に記憶されている視点位置補正テーブルをレンズ位置
信号Ｓ２の値に応じて読み出し、視点位置を求める。す
なわち、レンズ情報記憶部５３１に記憶されている視点
位置補正テーブルにはレンズ位置信号Ｓ２の値に応じた
撮像レンズ２１の繰り出し位置でのイメージセンサ２２
で得られるデジタル画像の中心からの視点位置データが
記憶されている。この視点位置データは撮像レンズ２１
の光軸方向成分ｆとそれに直交するイメージセンサ２２
の水平、垂直方向成分（Δｘ，Δｙ）との３つの成分を
持つ。理想的にはｆは撮像レンズ２１の焦点距離にほぼ
等しく、（Δｘ，Δｙ）はほぼ０に等しい。
【００２３】また、カメラ専用処理装置５に送られたカ
メラ変位信号Ｓ３は入力インターフェース部５１を介し
てパラメータ算出部５３の視点変位算出部５３３に送ら
れる。カメラ２から送られてくるカメラ変位信号Ｓ３は
カメラ変位検出装置２７の中心を原点とする３つの直交
した座標軸で決定できる座標系での位置変位、角度変位
の情報を表すものである。視点変位算出回路５３３はこ
のカメラ変位信号Ｓ３とレンズ情報記憶部５３１に記憶
されている視点変換データとを用いてマトリックス演算
を行い、イメージセンサ２２の検出面の撮像レンズ２１
の光軸との交点を原点とした撮像レンズ２１の光軸、イ
メージセンサ２２の水平、垂直方向の軸で決定できる座
標系での位置変位Ｔ（以下、視点移動量と称する）およ
び角度変位Ｒ（以下、光軸回転量と称する）を求める。
メラ変位信号Ｓ３は入力インターフェース部５１を介し
てパラメータ算出部５３の視点変位算出部５３３に送ら
れる。カメラ２から送られてくるカメラ変位信号Ｓ３は
カメラ変位検出装置２７の中心を原点とする３つの直交
した座標軸で決定できる座標系での位置変位、角度変位
の情報を表すものである。視点変位算出回路５３３はこ
のカメラ変位信号Ｓ３とレンズ情報記憶部５３１に記憶
されている視点変換データとを用いてマトリックス演算
を行い、イメージセンサ２２の検出面の撮像レンズ２１
の光軸との交点を原点とした撮像レンズ２１の光軸、イ
メージセンサ２２の水平、垂直方向の軸で決定できる座
標系での位置変位Ｔ（以下、視点移動量と称する）およ
び角度変位Ｒ（以下、光軸回転量と称する）を求める。
【００２４】すなわち、この視点変位算出回路５３３の
処理により、カメラ変位検出装置２７と撮像レンズ２１
の原点、座標軸とのずれが補正される。従って、レンズ
情報記憶部５５にはカメラ変位検出装置２７で検出され
るカメラ変位信号Ｓ３を視点移動量および光軸回転量に
変換する変換マトリックスが視点変換データとして記憶
されている。視点位置データ、視点移動量および光軸回
転量データはパラメータ出力部５３４でパラメータ算出
部５３のパラメータＳＰとしてまとめられる。
処理により、カメラ変位検出装置２７と撮像レンズ２１
の原点、座標軸とのずれが補正される。従って、レンズ
情報記憶部５５にはカメラ変位検出装置２７で検出され
るカメラ変位信号Ｓ３を視点移動量および光軸回転量に
変換する変換マトリックスが視点変換データとして記憶
されている。視点位置データ、視点移動量および光軸回
転量データはパラメータ出力部５３４でパラメータ算出
部５３のパラメータＳＰとしてまとめられる。
【００２５】次に、以上述べた処理により異る時刻ｔ＝
ｔ1 とｔ＝ｔ2 で得られた２組のデジタル画像データ、
パラメータＳＰ（視点位置データ、視点移動量および光
軸回転量データ）から被計測物体３の距離分布が距離分
布抽出部５４により抽出される。まず、入力画像データ
は被写体領域抽出部５４１で被写体領域のみの被写体画
像に変換される。被写体領域抽出部５４１では入力画像
データのエッジを検出して画像を小領域に分割した後、
輝度レベル、テクスチャー等の特徴を利用して領域統合
を行い、被写体領域と背景パターン領域とに分割し、被
写体領域のみの被写体画像を得る。この被写体画像デー
タは一時的に画像記憶部５４２に記憶され、次の時刻で
入力された画像データから被写体領域抽出部５４１で被
写体画像が得られると、マッチング処理部５４３におい
て被写体領域抽出部５４１の出力である被写体画像デー
タ（以下、画像＃２と称する）と画像記憶部５４２に記
憶されている被写体画像データ（以下、画像＃１と称す
る）との間の対応付けを視点位置、視点移動量、光軸回
転量のパラメータを利用して行う。
ｔ1 とｔ＝ｔ2 で得られた２組のデジタル画像データ、
パラメータＳＰ（視点位置データ、視点移動量および光
軸回転量データ）から被計測物体３の距離分布が距離分
布抽出部５４により抽出される。まず、入力画像データ
は被写体領域抽出部５４１で被写体領域のみの被写体画
像に変換される。被写体領域抽出部５４１では入力画像
データのエッジを検出して画像を小領域に分割した後、
輝度レベル、テクスチャー等の特徴を利用して領域統合
を行い、被写体領域と背景パターン領域とに分割し、被
写体領域のみの被写体画像を得る。この被写体画像デー
タは一時的に画像記憶部５４２に記憶され、次の時刻で
入力された画像データから被写体領域抽出部５４１で被
写体画像が得られると、マッチング処理部５４３におい
て被写体領域抽出部５４１の出力である被写体画像デー
タ（以下、画像＃２と称する）と画像記憶部５４２に記
憶されている被写体画像データ（以下、画像＃１と称す
る）との間の対応付けを視点位置、視点移動量、光軸回
転量のパラメータを利用して行う。
【００２６】一般に特定のカメラで撮った２組の画像の
特徴点の対応付けは視点位置、視点移動量、光軸回転量
と物体距離によって１対１に対応付けられる。この関係
を図１０を用いて説明する。点ｐに対応する物点Ｐは視
点位置ｆと（Δｘ，Δｙ）、物体距離Ｚｐとによって求
められる。また、物点Ｐは視点移動量Ｔ、光軸回転量Ｒ
で座標変換されて、視点位置ｆと（Δｘ，Δｙ）、物体
距離Ｚｐ′とによって再び別の像点である点ｐ′が求め
られる。
特徴点の対応付けは視点位置、視点移動量、光軸回転量
と物体距離によって１対１に対応付けられる。この関係
を図１０を用いて説明する。点ｐに対応する物点Ｐは視
点位置ｆと（Δｘ，Δｙ）、物体距離Ｚｐとによって求
められる。また、物点Ｐは視点移動量Ｔ、光軸回転量Ｒ
で座標変換されて、視点位置ｆと（Δｘ，Δｙ）、物体
距離Ｚｐ′とによって再び別の像点である点ｐ′が求め
られる。
【００２７】マッチング処理部５４３では物体距離、視
点移動量、光軸回転量としておおよその下限値、上限値
を与えてそれぞれ対応点を計算し、その範囲によって対
応可能領域を決定する。そしてその領域の中でマッチン
グ処理を行う。この時、まず画像＃１の被写体領域の小
領域がテンプレートとして抽出され、テンプレートに位
置オフセットをかけて平行移動させて、画像＃２の対応
可能領域の範囲で画像データとのテンプレートマッチン
グが行われ、画像＃１の座標（ｘ1 ，ｙ1 ）に対応する
画像＃２の座標（ｘ2 ，ｙ2 ）が検出される。このテン
プレートマッチングの処理を画像＃１の被写体領域の画
像データ分だけ行い、被写体領域での対応点として出力
する。
点移動量、光軸回転量としておおよその下限値、上限値
を与えてそれぞれ対応点を計算し、その範囲によって対
応可能領域を決定する。そしてその領域の中でマッチン
グ処理を行う。この時、まず画像＃１の被写体領域の小
領域がテンプレートとして抽出され、テンプレートに位
置オフセットをかけて平行移動させて、画像＃２の対応
可能領域の範囲で画像データとのテンプレートマッチン
グが行われ、画像＃１の座標（ｘ1 ，ｙ1 ）に対応する
画像＃２の座標（ｘ2 ，ｙ2 ）が検出される。このテン
プレートマッチングの処理を画像＃１の被写体領域の画
像データ分だけ行い、被写体領域での対応点として出力
する。
【００２８】そして、距離算出部５４４で視点位置、視
点移動量、光軸回転量のパラメータＳＰとマッチング処
理部５４３の出力である対応点対とにより距離を算出す
る。以下、距離算出の方法について述べる。画像＃１の
像面座標系、空間座標系をそれぞれｘ1 ｙ1 、Ｘ1 Ｙ1
Ｚ1 、画像＃２の像面座標系、空間座標系をそれぞれｘ
2 ｙ2 、Ｘ2 Ｙ2 Ｚ2 とし、視点移動量Ｔ、光軸回転量
Ｒをそれぞれ（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）、（Δα，Δβ，Δ
γ）とする。但し、視点移動量の各成分ΔＸ、ΔＹ、Δ
ＺはそれぞれＸ1 、Ｙ1 、Ｚ1 方向の移動量、光軸回転
量の各成分Δα、Δβ、ΔγはそれぞれＸ1 、Ｙ1 、Ｚ
1 軸中心の回転角を表している。この時、画像＃１の像
面座標系と空間座標系との関係は、
点移動量、光軸回転量のパラメータＳＰとマッチング処
理部５４３の出力である対応点対とにより距離を算出す
る。以下、距離算出の方法について述べる。画像＃１の
像面座標系、空間座標系をそれぞれｘ1 ｙ1 、Ｘ1 Ｙ1
Ｚ1 、画像＃２の像面座標系、空間座標系をそれぞれｘ
2 ｙ2 、Ｘ2 Ｙ2 Ｚ2 とし、視点移動量Ｔ、光軸回転量
Ｒをそれぞれ（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）、（Δα，Δβ，Δ
γ）とする。但し、視点移動量の各成分ΔＸ、ΔＹ、Δ
ＺはそれぞれＸ1 、Ｙ1 、Ｚ1 方向の移動量、光軸回転
量の各成分Δα、Δβ、ΔγはそれぞれＸ1 、Ｙ1 、Ｚ
1 軸中心の回転角を表している。この時、画像＃１の像
面座標系と空間座標系との関係は、
【００２９】
【数１】
【００３０】また画像＃２の像面座標系と空間座標系と
の関係は
の関係は
【００３１】
【数２】
【００３２】であり、空間座標系Ｘ1 Ｙ1 Ｚ1 とＸ2 Ｙ
2 Ｚ2 との関係は
2 Ｚ2 との関係は
【００３３】
【数３】
【００３４】となる。すなわち、画像＃１の被写体領域
の各点での距離Ｚ1 を上記式（１）〜（３）により求め
る。この時、ｘ、ｙそれぞれの関係式から距離を求め
て、ｘの関係式で求めた距離とｙの関係式で求めた距離
を平均する。そして、このＺ1 と式（１）によりＸ1 、
Ｙ1 を求めて、座標（Ｘ1 ，Ｙ1 ，Ｚ1 ）を対応点対の
数だけ出力する。この空間座標データは距離画像データ
出力部５４５で画像＃１の座標（ｘ1 ，ｙ1 ）の画素値
ｇとともに距離分布抽出部５４の出力としてまとめら
れ、（Ｘ1 ，Ｙ1 ，Ｚ1 ，ｇ）の形式で出力される。
の各点での距離Ｚ1 を上記式（１）〜（３）により求め
る。この時、ｘ、ｙそれぞれの関係式から距離を求め
て、ｘの関係式で求めた距離とｙの関係式で求めた距離
を平均する。そして、このＺ1 と式（１）によりＸ1 、
Ｙ1 を求めて、座標（Ｘ1 ，Ｙ1 ，Ｚ1 ）を対応点対の
数だけ出力する。この空間座標データは距離画像データ
出力部５４５で画像＃１の座標（ｘ1 ，ｙ1 ）の画素値
ｇとともに距離分布抽出部５４の出力としてまとめら
れ、（Ｘ1 ，Ｙ1 ，Ｚ1 ，ｇ）の形式で出力される。
【００３５】次に、３次元モデル形成部５５が距離分布
抽出部５４の出力である距離画像データとパラメータＳ
Ｐとを用いて被計測物体３の３次元モデルを形成してい
く。被計測物体３の３次元モデルは図１１に示すよう
に、被測定物体３の表面形状を極座標系の空間座標
（ｒ，θ，φ）で定義し、角度パラメータとしての
（θ，φ）の領域ごとにｒ成分（半径成分）と画素値と
をデータとして持つ。（θ，φ）の領域は３次元形状の
解像度に従い入力装置１３から指定されるメッシュ状の
領域である。また、極座標系（ｒ，θ，φ）の原点の空
間座標も入力装置１３から指定される。距離データは視
点位置、視点移動量、光軸回転量のパラメータＳＰと極
座標系の原点座標とから３次元モデル書き込みアドレス
算出部５５１で極座標に変換され、３次元モデル記憶部
５５２の（θ，φ）の領域に相当するアドレスにｒ成分
と画素値とが書き込まれる。この時、同時に各記憶領域
に対応したカウンタを加算する。
抽出部５４の出力である距離画像データとパラメータＳ
Ｐとを用いて被計測物体３の３次元モデルを形成してい
く。被計測物体３の３次元モデルは図１１に示すよう
に、被測定物体３の表面形状を極座標系の空間座標
（ｒ，θ，φ）で定義し、角度パラメータとしての
（θ，φ）の領域ごとにｒ成分（半径成分）と画素値と
をデータとして持つ。（θ，φ）の領域は３次元形状の
解像度に従い入力装置１３から指定されるメッシュ状の
領域である。また、極座標系（ｒ，θ，φ）の原点の空
間座標も入力装置１３から指定される。距離データは視
点位置、視点移動量、光軸回転量のパラメータＳＰと極
座標系の原点座標とから３次元モデル書き込みアドレス
算出部５５１で極座標に変換され、３次元モデル記憶部
５５２の（θ，φ）の領域に相当するアドレスにｒ成分
と画素値とが書き込まれる。この時、同時に各記憶領域
に対応したカウンタを加算する。
【００３６】次に、距離分布抽出部５４から次の距離画
像データが入力した時、すでに記憶済領域にデータを書
き込む際にはカウンタの値を参考にデータの平均値が被
計測物体３の３次元モデルデータとしてあらためて記憶
される。以上のようにして、カメラ専用処理装置５に入
力インターフェース部５１を介して送られたシャッタ信
号Ｓ４がオンの状態の間に３次元モデル記憶部５５２に
逐次３次元モデルのデータが追加される形で被計測物体
３の３次元モデルが形成されていく。
像データが入力した時、すでに記憶済領域にデータを書
き込む際にはカウンタの値を参考にデータの平均値が被
計測物体３の３次元モデルデータとしてあらためて記憶
される。以上のようにして、カメラ専用処理装置５に入
力インターフェース部５１を介して送られたシャッタ信
号Ｓ４がオンの状態の間に３次元モデル記憶部５５２に
逐次３次元モデルのデータが追加される形で被計測物体
３の３次元モデルが形成されていく。
【００３７】３Ｄ表示画像生成部５６では被計測物体３
の３次元モデルデータを２次元の表示画像に変換する。
座標系パラメータ設定部５６１にあらかじめ設定されて
いる表示画像の座標系の座標軸の方向、視点位置、視線
方向と３次元モデル記憶部５５２のデータである極座標
値（ｒ，θ，φ）、画素値とから図１２に示すような透
視変換を行うことにより、画像生成部５６２が表示画像
を生成する。この時、座標系パラメータ設定部５６１は
表示画像の座標系の座標軸の方向を逐次変えていく。従
って、時系列にあたかも被計測物体３の３次元モデルが
座標軸を中心に回転しているかのような立体感のある画
像が表示される。使用者はこの表示画像を見て、所望の
３次元データが得られたことを確認して入力を終える。
そして、３次元モデル書き込み制御部５５３はシャッタ
信号Ｓ４がオンオフの状態になった時に、３次元モデル
記憶部５５２に形成された被計測物体３の３次元モデル
データをコンピュータ１の記憶装置１４に書き込むよう
制御する。
の３次元モデルデータを２次元の表示画像に変換する。
座標系パラメータ設定部５６１にあらかじめ設定されて
いる表示画像の座標系の座標軸の方向、視点位置、視線
方向と３次元モデル記憶部５５２のデータである極座標
値（ｒ，θ，φ）、画素値とから図１２に示すような透
視変換を行うことにより、画像生成部５６２が表示画像
を生成する。この時、座標系パラメータ設定部５６１は
表示画像の座標系の座標軸の方向を逐次変えていく。従
って、時系列にあたかも被計測物体３の３次元モデルが
座標軸を中心に回転しているかのような立体感のある画
像が表示される。使用者はこの表示画像を見て、所望の
３次元データが得られたことを確認して入力を終える。
そして、３次元モデル書き込み制御部５５３はシャッタ
信号Ｓ４がオンオフの状態になった時に、３次元モデル
記憶部５５２に形成された被計測物体３の３次元モデル
データをコンピュータ１の記憶装置１４に書き込むよう
制御する。
【００３８】以上説明した本発明の第１の実施の形態に
よれば、被計測物体３の３次元形状を逐次モニタしなが
ら画像入力が行え、所望の３次元データを得ることがで
きる。本実施の形態は特に非計測物体３の大きさがテー
ブルの上に置けるような比較的小さい場合に非計測物体
３のほぼ全面の３次元形状を得る目的の場合に有効であ
る。
よれば、被計測物体３の３次元形状を逐次モニタしなが
ら画像入力が行え、所望の３次元データを得ることがで
きる。本実施の形態は特に非計測物体３の大きさがテー
ブルの上に置けるような比較的小さい場合に非計測物体
３のほぼ全面の３次元形状を得る目的の場合に有効であ
る。
【００３９】次に３次元形状を得る対象が室内の環境
等、比較的大きい場合に被写体の表面の３次元形状の分
布を幅広い範囲で得る目的に有効な３次元形状抽出装置
の第２の実施の形態について説明する。本発明の第２の
実施の形態の基本構成は図２に示した第１の実施の形態
のものと実質的に同一に構成されている。また、本実施
の形態のカメラ２およびカメラ専用処理装置５の構成
も、それぞれ図４、図５に示す第１の実施の形態のもの
と実質的に同一に構成されている。
等、比較的大きい場合に被写体の表面の３次元形状の分
布を幅広い範囲で得る目的に有効な３次元形状抽出装置
の第２の実施の形態について説明する。本発明の第２の
実施の形態の基本構成は図２に示した第１の実施の形態
のものと実質的に同一に構成されている。また、本実施
の形態のカメラ２およびカメラ専用処理装置５の構成
も、それぞれ図４、図５に示す第１の実施の形態のもの
と実質的に同一に構成されている。
【００４０】図１３は第２の実施の形態による３次元形
状抽出装置における画像入力の様子を示す。図１３に示
すように、被写体が室内環境のような場合には、カメラ
２で複数の画像を時系列に画像＃１、画像＃２、…、画
像＃Ｎのように撮像していく。（画像＃１は時刻ｔ＝ｔ
1 における画像、画像＃２は時刻ｔ＝ｔ2 における画
像、画像＃Ｎは時刻ｔ＝ｔN における画像とする。）そ
して所望の範囲での３次元データが得られた時点で撮像
を終了する。この画像入力の際にコンピュータ１の表示
装置１２には広視野の画像を表示するウインドウ（以
下、パノラマウインドウと称する）が生成され、図に示
すように時々刻々と求まっていく３次元データの領域に
従い、対応する被写体の画像が表示されていく。
状抽出装置における画像入力の様子を示す。図１３に示
すように、被写体が室内環境のような場合には、カメラ
２で複数の画像を時系列に画像＃１、画像＃２、…、画
像＃Ｎのように撮像していく。（画像＃１は時刻ｔ＝ｔ
1 における画像、画像＃２は時刻ｔ＝ｔ2 における画
像、画像＃Ｎは時刻ｔ＝ｔN における画像とする。）そ
して所望の範囲での３次元データが得られた時点で撮像
を終了する。この画像入力の際にコンピュータ１の表示
装置１２には広視野の画像を表示するウインドウ（以
下、パノラマウインドウと称する）が生成され、図に示
すように時々刻々と求まっていく３次元データの領域に
従い、対応する被写体の画像が表示されていく。
【００４１】以下、本実施の形態の動作について第１の
実施の形態と異なる部分を中心に説明する。まず、第１
の実施の形態と同様にコンピュータ１の画像入力プログ
ラムを起動すると、コンピュータ１内の処理装置１１は
ファインダウインドウを生成し、表示装置１２に表示す
る。そして、カメラ２の電源スイッチがオンになった状
態で、撮像レンズ２１で取り込んだ画像は画像信号Ｓ１
としてカメラ専用処理装置５に送られる。そして、カメ
ラ専用処理装置５の入力インターフェース部５１で受け
取られ、画像データ構成部５２を介してデジタル画像デ
ータとして出力される。このデジタル画像データはコン
ピュータ１内の処理装置１１内のグラフィックメモリに
書き込まれ、処理装置１１は表示装置１２のファインダ
ウインドウにこの画像を表示する。同時に、レンズ位置
信号Ｓ２がカメラ専用処理装置５に送られる。
実施の形態と異なる部分を中心に説明する。まず、第１
の実施の形態と同様にコンピュータ１の画像入力プログ
ラムを起動すると、コンピュータ１内の処理装置１１は
ファインダウインドウを生成し、表示装置１２に表示す
る。そして、カメラ２の電源スイッチがオンになった状
態で、撮像レンズ２１で取り込んだ画像は画像信号Ｓ１
としてカメラ専用処理装置５に送られる。そして、カメ
ラ専用処理装置５の入力インターフェース部５１で受け
取られ、画像データ構成部５２を介してデジタル画像デ
ータとして出力される。このデジタル画像データはコン
ピュータ１内の処理装置１１内のグラフィックメモリに
書き込まれ、処理装置１１は表示装置１２のファインダ
ウインドウにこの画像を表示する。同時に、レンズ位置
信号Ｓ２がカメラ専用処理装置５に送られる。
【００４２】次に、使用者はこの画像を見てフレーミン
グ等を行い、構図が決定したところでシャッタ２８を押
す。シャッタ２８からのシャッタ信号Ｓ４はカメラ専用
処理装置５に送られる。一方、カメラ変位検出装置２７
はカメラ２の電源スイッチがオンになった状態で、常時
カメラの位置および姿勢の変位を検出し、カメラ変位信
号Ｓ３がカメラ専用処理装置５に送られる。レンズ位置
信号Ｓ２はパラメータ算出部５３の視点位置算出回路５
３２に送られ、視点位置算出回路５３２はレンズ情報記
憶部５３１に記憶されている視点位置補正テーブルをレ
ンズ位置信号Ｓ２の値に応じて読み出し、視点位置を求
める。また、カメラ変位信号Ｓ３はパラメータ算出部５
３の視点変位算出回路５３３に送られ、視点変位算出回
路５３３はレンズ情報記憶部５３１に記憶されている視
点変換データを用いてマトリックス演算を行い、視点移
動量および光軸回転量を求める。視点位置データ、視点
移動量および光軸回転量データはパラメータ出力部５３
４でパラメータ算出部５３の出力パラメータＳＰとして
まとめられる。
グ等を行い、構図が決定したところでシャッタ２８を押
す。シャッタ２８からのシャッタ信号Ｓ４はカメラ専用
処理装置５に送られる。一方、カメラ変位検出装置２７
はカメラ２の電源スイッチがオンになった状態で、常時
カメラの位置および姿勢の変位を検出し、カメラ変位信
号Ｓ３がカメラ専用処理装置５に送られる。レンズ位置
信号Ｓ２はパラメータ算出部５３の視点位置算出回路５
３２に送られ、視点位置算出回路５３２はレンズ情報記
憶部５３１に記憶されている視点位置補正テーブルをレ
ンズ位置信号Ｓ２の値に応じて読み出し、視点位置を求
める。また、カメラ変位信号Ｓ３はパラメータ算出部５
３の視点変位算出回路５３３に送られ、視点変位算出回
路５３３はレンズ情報記憶部５３１に記憶されている視
点変換データを用いてマトリックス演算を行い、視点移
動量および光軸回転量を求める。視点位置データ、視点
移動量および光軸回転量データはパラメータ出力部５３
４でパラメータ算出部５３の出力パラメータＳＰとして
まとめられる。
【００４３】次に、以上述べた処理により異なる時刻ｔ
＝ｔ1 とｔ＝ｔ2 で得られたデジタル画像データ、パラ
メータＳＰから距離分布が距離分布抽出部５４により抽
出される。本実施の形態においては、被写体領域抽出部
５４１は処理を行わず、そのまま撮像された画像データ
を出力する。従って、図に示した距離分布抽出部５４の
構成のうち、本実施の形態においては被写体領域抽出部
５４１は不要である。そして、マッチング処理部５４３
において画像データ間の対応付けを視点位置、視点移動
量、光軸回転量のパラメータＳＰを利用して行う。そし
て、距離算出部５４４で視点位置、視点移動量、光軸回
転量のパラメータＳＰとマッチング処理部５４３の出力
である対応点対とにより被計測物体３までの距離を算出
する。距離算出部５４４の出力である空間座標データは
距離画像データ出力部５４５で画像＃１の座標（ｘ1 ，
ｙ1 ）の画素値ｇと共に距離分布抽出部５４の出力とし
てまとめられ、（Ｘ1 ，Ｙ1 ，Ｚ1 ，ｇ）の形式で出力
される。
＝ｔ1 とｔ＝ｔ2 で得られたデジタル画像データ、パラ
メータＳＰから距離分布が距離分布抽出部５４により抽
出される。本実施の形態においては、被写体領域抽出部
５４１は処理を行わず、そのまま撮像された画像データ
を出力する。従って、図に示した距離分布抽出部５４の
構成のうち、本実施の形態においては被写体領域抽出部
５４１は不要である。そして、マッチング処理部５４３
において画像データ間の対応付けを視点位置、視点移動
量、光軸回転量のパラメータＳＰを利用して行う。そし
て、距離算出部５４４で視点位置、視点移動量、光軸回
転量のパラメータＳＰとマッチング処理部５４３の出力
である対応点対とにより被計測物体３までの距離を算出
する。距離算出部５４４の出力である空間座標データは
距離画像データ出力部５４５で画像＃１の座標（ｘ1 ，
ｙ1 ）の画素値ｇと共に距離分布抽出部５４の出力とし
てまとめられ、（Ｘ1 ，Ｙ1 ，Ｚ1 ，ｇ）の形式で出力
される。
【００４４】次に、３次元モデル形成部５５が距離分布
抽出部５４の出力である距離画像データとパラメータＳ
Ｐとを用いて被計測物体３の３次元モデルを形成してい
く。本実施の形態における被計測物体３の３次元モデル
は図１５に示すように、被写体の表面形状を投影面ｐｌ
に投影し、２次元直交座標（ｘ，ｙ）の領域ごとに距離
ｚと画素値とをデータとして持つ。投影面ｐｌは投影面
の視点位置と視点からの距離、方向とによって定義さ
れ、入力装置１３から指定される。また、この投影面ｐ
ｌは撮像レンズ２１の撮像領域よりも広い領域の視野を
カバーできるよう定義されている。
抽出部５４の出力である距離画像データとパラメータＳ
Ｐとを用いて被計測物体３の３次元モデルを形成してい
く。本実施の形態における被計測物体３の３次元モデル
は図１５に示すように、被写体の表面形状を投影面ｐｌ
に投影し、２次元直交座標（ｘ，ｙ）の領域ごとに距離
ｚと画素値とをデータとして持つ。投影面ｐｌは投影面
の視点位置と視点からの距離、方向とによって定義さ
れ、入力装置１３から指定される。また、この投影面ｐ
ｌは撮像レンズ２１の撮像領域よりも広い領域の視野を
カバーできるよう定義されている。
【００４５】まず、距離データは視点位置、視点移動
量、光軸回転量のパラメータＳＰと投影面ｐｌを定義す
る投影面の視点位置と視点からの距離、方向のパラメー
タとから３次元モデル書き込みアドレス算出部５５１で
座標変換され、３次元モデル記憶部５５２の（ｘ，ｙ）
の領域に相当するアドレスに距離と画素値とが書き込ま
れる。この時、同時に各記憶領域に対応したカウンタを
加算する。次に、距離分布抽出部５４から次の距離画像
データが入力した時、すでに記憶済領域にデータを書き
込む際にはカウンタの値を参考にデータの平均値が被計
測物体３の３次元モデルデータとしてあらためて記憶さ
れる。以上のようにして、シャッタ信号Ｓ４がオンの状
態の間に３次元モデル記憶部５５２に逐次３次元モデル
のデータが追加される形で被計測物体３の３次元モデル
が形成されていく。
量、光軸回転量のパラメータＳＰと投影面ｐｌを定義す
る投影面の視点位置と視点からの距離、方向のパラメー
タとから３次元モデル書き込みアドレス算出部５５１で
座標変換され、３次元モデル記憶部５５２の（ｘ，ｙ）
の領域に相当するアドレスに距離と画素値とが書き込ま
れる。この時、同時に各記憶領域に対応したカウンタを
加算する。次に、距離分布抽出部５４から次の距離画像
データが入力した時、すでに記憶済領域にデータを書き
込む際にはカウンタの値を参考にデータの平均値が被計
測物体３の３次元モデルデータとしてあらためて記憶さ
れる。以上のようにして、シャッタ信号Ｓ４がオンの状
態の間に３次元モデル記憶部５５２に逐次３次元モデル
のデータが追加される形で被計測物体３の３次元モデル
が形成されていく。
【００４６】次に、３Ｄ表示画像生成部５６では被計測
物体３の３次元モデルデータを２次元の表示画像に変換
する。本実施の形態においては、３次元モデル記憶部５
５２のデータからそのまま画像生成部５６２が表示画像
を生成する。従って、この３Ｄ表示画像生成部５６は図
９に示すような構成はとらず、図８の３次元モデル記憶
部５５２のデータをコンピュータ１の処理装置１１に送
る制御を行う。投影面ｐｌは撮像レンズ２１の撮像領域
よりも広い領域の視野をカバーできるよう定義されてい
るので、表示装置１２のパノラマウインドウには広い視
野で３次元データを取得した画像が表示される。
物体３の３次元モデルデータを２次元の表示画像に変換
する。本実施の形態においては、３次元モデル記憶部５
５２のデータからそのまま画像生成部５６２が表示画像
を生成する。従って、この３Ｄ表示画像生成部５６は図
９に示すような構成はとらず、図８の３次元モデル記憶
部５５２のデータをコンピュータ１の処理装置１１に送
る制御を行う。投影面ｐｌは撮像レンズ２１の撮像領域
よりも広い領域の視野をカバーできるよう定義されてい
るので、表示装置１２のパノラマウインドウには広い視
野で３次元データを取得した画像が表示される。
【００４７】使用者はこの表示画像を見て、所望の３次
元データが得られたことを確認して入力を終える。そし
て、３次元モデル書き込み制御部５５３はシャッタ信号
Ｓ４がオンからオフの状態になった時に、３次元モデル
記憶部５５２に形成された被計測物体３の３次元モデル
データをコンピュータ１の記憶装置１４に書き込むよう
制御する。
元データが得られたことを確認して入力を終える。そし
て、３次元モデル書き込み制御部５５３はシャッタ信号
Ｓ４がオンからオフの状態になった時に、３次元モデル
記憶部５５２に形成された被計測物体３の３次元モデル
データをコンピュータ１の記憶装置１４に書き込むよう
制御する。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように、第１の発明によれ
ば、複数の撮像位置において被写体の一部が重複するよ
うに撮像された複数の画像と上記各撮像位置の検出位置
とを用いて被写体の距離分布を抽出し、その距離分布と
撮像された画像と上記検出位置とを用いて被写体の３次
元モデルを形成し、この３次元モデルから２次元画像を
生成して表示するように構成したので、わずらわしい設
定を行わずに抽出された被写体の３次元形状を逐次モニ
タしながら画像入力を行うことができ、これにより被写
体の３次元形状の必要な部分を効率良く求めることがで
きる。
ば、複数の撮像位置において被写体の一部が重複するよ
うに撮像された複数の画像と上記各撮像位置の検出位置
とを用いて被写体の距離分布を抽出し、その距離分布と
撮像された画像と上記検出位置とを用いて被写体の３次
元モデルを形成し、この３次元モデルから２次元画像を
生成して表示するように構成したので、わずらわしい設
定を行わずに抽出された被写体の３次元形状を逐次モニ
タしながら画像入力を行うことができ、これにより被写
体の３次元形状の必要な部分を効率良く求めることがで
きる。
【００４９】また、第２の発明によれば、上記３次元モ
デルを３次元極座標系の２つの角度パラメータで指定さ
れるアドレスに、画素値と３次元極座標系の半径成分の
パラメータとで記述するようにしたので、比較的小さな
物体のほぼ全面における３次元形状を得るのに適した表
示を行うことができ、また、画像入力を容易に行うこと
ができる。
デルを３次元極座標系の２つの角度パラメータで指定さ
れるアドレスに、画素値と３次元極座標系の半径成分の
パラメータとで記述するようにしたので、比較的小さな
物体のほぼ全面における３次元形状を得るのに適した表
示を行うことができ、また、画像入力を容易に行うこと
ができる。
【００５０】また、第３の発明によれば、上記３次元モ
デルを上記抽出された上記距離分布から透視変換によっ
て求められる画素値および被写体距離を２次元直交座標
系で指定されるアドレスに記述するようにしたので、比
較的大きな被写体の表面の３次元分布を広範囲において
得るのに適した表示を行うことができ、また、画像入力
を容易に行うことができる。
デルを上記抽出された上記距離分布から透視変換によっ
て求められる画素値および被写体距離を２次元直交座標
系で指定されるアドレスに記述するようにしたので、比
較的大きな被写体の表面の３次元分布を広範囲において
得るのに適した表示を行うことができ、また、画像入力
を容易に行うことができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態による３次元形状抽
出装置を概念的に示す構成図である。
出装置を概念的に示す構成図である。
【図２】３次元形状抽出装置の基本構成を示すブロック
図である。
図である。
【図３】画像入力時の表示例を示す構成図である。
【図４】カメラの構成を示すブロック図である。
【図５】カメラ専用処理装置の構成を示すブロック図で
ある。
ある。
【図６】パラメータ算出部の構成を示すブロック図であ
る。
る。
【図７】距離分布抽出部の構成を示すブロック図であ
る。
る。
【図８】３次元モデル形成部の構成を示すブロック図で
ある。
ある。
【図９】３Ｄ表示画像生成部の構成を示すブロック図で
ある。
ある。
【図１０】パラメータを説明する説明図である。
【図１１】３次元モデル形成部の処理を説明する説明図
である。
である。
【図１２】３Ｄ表示画像生成部の透視変換を説明する説
明図である。
明図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態による画像入力の
様子を示す構成図である。
様子を示す構成図である。
【図１４】画像入力時の表示例を示す構成図である。
【図１５】３次元モデル形成部の処理を説明する説明図
である。
である。
１ コンピュータ ２ カメラ ３ 被計測物体 １２ 表示装置 ２７ カメラ変位検出装置 ５３ パラメータ算出部 ５４ 距離分布抽出部 ５６ ３Ｄ表示画像生成部 Ｓ１ 画像信号 Ｓ２ レンズ位置信号 Ｓ３ カメラ変位信号 Ｓ４ シャッタ信号 ＳＰ パラメータ
Claims (15)
- 【請求項１】 被写体を撮像する撮像手段と、 上記撮像手段の撮像位置を検出する第１の検出手段と、 上記撮像手段のレンズ位置を検出する第２の検出手段
と、 上記第１、第２の検出手段の出力に基づいて所定のパラ
メータを算出する算出手段と、 上記撮像手段が複数の撮像位置において上記被写体の一
部が重複するようにして撮像した複数の画像と上記算出
されたパラメータとを用いて上記被写体の距離分布を抽
出する距離分布抽出手段と、 上記距離分布抽出手段から得られる距離分布と上記撮像
手段から得られる複数の画像と上記パラメータとを用い
て上記被写体の３次元モデルを形成する３次元モデル形
成手段と、 上記３次元モデル形成手段の出力から２次元画像を生成
する画像生成手段とを備えた３次元形状抽出装置。 - 【請求項２】 上記３次元モデルを、３次元極座標系の
２つの角度パラメータで指定されるアドレスに対して画
素値と上記３次元極座標系の半径成分のパラメータとに
より記述することを特徴とする請求項１記載の３次元形
状抽出装置。 - 【請求項３】 上記３次元モデルを、上記距離分布抽出
手段の出力から透視変換によって求められる画素値およ
び被写体距離を２次元直交座標系で指定されるアドレス
に対して記述することを特徴とする請求項１記載の３次
元形状抽出装置。 - 【請求項４】 上記算出手段は、上記第１、第２の検出
手段の検出出力に応じて視点位置データ、視点移動量及
び光軸回転量データとから成るパラメータを算出するこ
とを特徴とする請求項１記載の３次元形状抽出装置。 - 【請求項５】 上記算出手段は、上記第１の検出手段の
検出出力と所定の視点変換データとに基づいて上記視点
移動量及び光軸回転量データを求めることを特徴とする
請求項４記載の３次元形状抽出装置。 - 【請求項６】 上記算出手段は、上記第２の検出手段の
検出出力と所定の視点位置補正テーブルとに基づいて上
記視点位置データを求めることを特徴とする請求項４記
載の３次元形状抽出装置。 - 【請求項７】 上記距離分布抽出手段は、上記複数の画
像から所定の被写体をそれぞれ抽出し、その抽出された
被写体について距離分布を抽出することを特徴とする請
求項１記載の３次元形状抽出装置。 - 【請求項８】 上記２次元画像を表示する表示手段を設
けた請求項１記載の３次元形状抽出装置。 - 【請求項９】 上記３次元モデル画像を表示する表示手
段を設けた請求項１記載の３次元形状抽出装置。 - 【請求項１０】 上記撮像手段が撮像した画像を表示す
る表示手段を設けた請求項１記載の３次元形状抽出装
置。 - 【請求項１１】 上記距離分布抽出手段は、２つの画像
データ間の対応点のマッチング処理を上記パラメータに
基づいて行うことを特徴とする請求項１記載の３次元形
状抽出装置。 - 【請求項１２】 上記距離分布抽出手段は、上記複数の
画像から所定の被写体をそれぞれ抽出し、抽出された２
つの被写体間の対応点のマッチング処理を行うことを特
徴とする請求項１記載の３次元形状抽出装置。 - 【請求項１３】 上記距離分布抽出手段は、上記マッチ
ング処理で得られた対応点の対と上記パラメータとに基
づいて被写体までの距離を算出することを特徴とする請
求項１１又は１２記載の３次元形状抽出装置。 - 【請求項１４】 上記３次元モデル形成手段は、上記距
離分布を上記パラメータに基づいて極座標に変換するこ
とを特徴とする請求項１記載の３次元形状抽出装置。 - 【請求項１５】 上記３次元モデル形成手段は、上記極
座標の座標値をアドレスとして上記距離分布データを記
憶手段に書き込むことを特徴とする請求項１４記載の３
次元形状抽出装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7341817A JPH09187038A (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | ３次元形状抽出装置 |
| US08/770,317 US6031941A (en) | 1995-12-27 | 1996-12-20 | Three-dimensional model data forming apparatus |
| EP96309544A EP0782100B1 (en) | 1995-12-27 | 1996-12-24 | Three-dimensional shape extraction apparatus and method |
| DE69624550T DE69624550T2 (de) | 1995-12-27 | 1996-12-24 | Gerät und Verfahren zur Extraktion von dreidimensionalen Formen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7341817A JPH09187038A (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | ３次元形状抽出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09187038A true JPH09187038A (ja) | 1997-07-15 |
Family
ID=18348992
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7341817A Pending JPH09187038A (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | ３次元形状抽出装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6031941A (ja) |
| EP (1) | EP0782100B1 (ja) |
| JP (1) | JPH09187038A (ja) |
| DE (1) | DE69624550T2 (ja) |
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