JPS635482A - 三次元形状認識方法および装置 - Google Patents

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］ この発明は、いはゆる画像理解システムに用いられて被
測定物体の三次元形状を認識する三次元形状認識方法お
よび装置に関し、特に被測定物体が曲面を含む物体であ
っても正確かつ簡便に認識することのできる方法および
装置の具現化に関する。

［従来の技術］ 「数理科学Ｎｏ、２４６．ＤＥＣＥＭＢＥＲ１９８３１
６頁〜２４頁「両像理解と形状認識」谷内田正彦著］に
も紹介されているように、こうした三次元物体の形状認
識に関しては、Ｈｕｆｆｍａｎの頂点経用を用いた認識
方法や勾配空間法を用いたＨ　Ｒ方法が有名である。た
だし、これらのＱ　ｇ方法はいずれも、線画から成って
いる多面体世界にあってのみ適用し得る方法であって、
曲面体の形状までもＫＹ　識することはできない。実世
界の画像を理解するに、こうした曲面体の形状認識が不
可欠であることはいうまでもない。そこで従来より、こ
うした曲面体を含む実世界を理解するための研究も盛ん
に行なわれ、これまで同著書にも紹介されているような
いくつかの方法も提案されるに至ってはいるが、いずれ
も被測定画像シーンに対していくつかの仮定をおいてこ
れを拘束しなければならないような、単独では側底その
適用範囲も限られざるを得ない方法でしかなく、しかも
曲面体とはいっても、球体や円筒体以外のもっと複雑な
形状を有する物体への拡張についてはいまだ未解決にあ
るのが実情である。

［発明が解決しようとする問題点コ この発明は、曲面体を含む実世界を理解する上で上記未
解決にある諸問題、すなわち現認識方法におけるより複
雑な三次元形状を有する物体への拡張の困難性、並びに
その画像シーンに対していくつかの仮定をおかざるを得
ないといった一般性の欠如等々を解消しようとするもの
である。

［問題点を解決するための手段および作用］この発明で
は、被測定物体を適宜に撮像して、その蔵＠像から各画
素間の照度差に対応した複数のベクトルを作成し、該作
成した複数のベクトル各々の方向および大きさに応じて
同被測定物体の三次元形状を認識するようにする。これ
により、被測定物体がいかなる三次元形状にあろうと、
これに何ら仮定をおくことなくこれを一般的かつ客観的
にル２識することができ、例えば、上記複数のベクトル
が平行であれば同被測定物体の該当する表面は平面であ
り、さらにこれらベクトルの傾きによって同平面の傾き
方向がわかる。しかもこの傾きの大きさは同ベクトルの
大きさによってわかる。また、上記複数のベクトルが１
点に集中するようであれば同被測定物体の該当する表面
は球面若しくは突起面であることがわかる。さらにはま
た、上記複数のベクトルの方向並びに大きさが全て一定
であれば同被測定物体の該当する表面は傾いた平面であ
ることがわかるように、これらベクトルが同一方向でそ
の大きさが変化しておれば同被測定物体の該当する表面
は曲面であることがわかる。

［実施例］ 第１図に、この発明にかかる三次元形状物体認識装置の
一実施例についてその慨略の構成を示す。

同第１図に示すように、この実施例装置は、被測定物体
ＴＧをＥ９してこれを画素毎にその照度レベルに応じた
多値のすなわち数ビット（例えば８ビツト）のディジタ
ル信号（以玉これを照度情報という）に変換して出力す
る例えばＣＣＤ蹟像センサ等からなる光センサ１、該光
センサ１から出力される各画素毎の照度情報を同光セン
サ１による銀＠象の各該当画素位置に対応付けて格納蓄
積する画像メモリ２、該画像メモリ２に蓄積された照度
情報をｎ画素×ｎ画素（ｎ：１以外の自然数）のマトリ
クスを中位とする小面積部分毎に読み出してこれを一特
記憶覆るテンポラリメモリ３、該テンポラリメモリ３に
一時記憶された照度隣報のうちの互いに隣り合う画素に
対応するものの間での照度レベル差に対応する信号レベ
ル差を演算する減篩回路４、該減算回路４による各算出
値に基づいて上記テンポラリメモリ３に一時記憶された
小面積部分毎の各画素間の照度推移（明暗差）の有無並
びに同推移の有る画素間についてその推移方向（明暗方
向）を示すベクトル−＠報を生成するベクトル生成回路
５、そしてこれら生成されたベクトル情報を上記光セン
サ１による撮Ｂｅの全部分について収集してこれら各ベ
クトルの方向（囮＠像各部の明暗方向）や連続する同一
方向ベクトル毎に合成して得られるベクトルの大きさく
搬録録各部の明明差の大きさ）を総合的に評価しつつ全
体として矛盾の生じないように上記被測定物体ＴＧの三
次元形状を認識するコンピュータ等からなるベクトル処
理回路６をそれぞれ具えて構成される。囚みに上記ベク
トル処理回路６では、被測定物体Ｔ　Ｇの囮像像につい
て得られる上記複数のベクトルが平行であれば同被測定
物体Ｔ　Ｇの該当する表面は平面であることをＱ　Ｑす
ることができ、さらにこれらベクトルの傾きによって同
平面の傾き方向をも認識することができる。しかもこの
傾きの大きさは同ベクトルの大きさによって認識される
。また、上記得られる複数のベクトルが１点に集中する
ようであれば同被測定物体の該当する表面は球面若しく
は突起面であることを認識することができる。さらには
また、上記得られる複数のベクトルの方向並びに大きさ
が全て一定であれば同被測定物体ＴＧの該当する表面が
傾いた平面であることがＨｇｌできるように、これらベ
クトルが同一方向でその大ぎさが変化しておれば同被測
定物体ＴＧの該当する表面は曲面であることが認識でき
る。またこの際、こうしたベクトルの大きさの変化態様
から同曲面の曲率をも求めることができる。

以下に、上記テンポラリメモリ３に一時記憶される照度
情報が第２図に示すような３画素×３画素のマトリクス
を中位としているとして、上記テンポラリメモリ３およ
び減算回路４およびベクトル生成回路５の具体構成例、
並びに上述したベクトルの生成手法の一例を第３図を参
照して詳述する。

同第３図において、３１１〜３１３．３２１〜３２３、
および３３１〜３３３は、第２図に示した３画素×３画
素のマトリクスの画素Ｐ１１〜Ｐ１３、画素Ｐ２１〜Ｐ
２３．および画素Ｐ３１〜Ｐ３３にそれぞれ対応してそ
の各照度情報（各８ビツトからなるとする）Ｒ１１〜Ｒ
１３，Ｒ２１〜Ｒ２３，およびＲ３１〜Ｒ３３を一時記
憶する前記テンポラリメモリ３のメモリ要素であり、ま
た４０１〜４１６は、上記照度情報Ｒ１１〜Ｒ１３・Ｒ
２１〜Ｒ２３・Ｒ３１〜Ｒ３３の互いに隣り合う画素に
対応するものの間での照度レベル差を求めるべくそれぞ
れ図示のように配されて前記減算回路４を構成する減算
器である・すなわち、口れら減算器４０１〜４１６の減
算出力をそれぞれＳ　　−３１６（これらは２の補数と
して表現される）とすると、同減算回路４ではこれら減
算器４０１〜４１６を用いてそれぞれ次の演算を実行す
る。

５５−Ｒ３２−Ｒ３１・５６＝Ｒ３３−Ｒ３２・またこ
の例の場合、前記ベクトル生成回路５は同第３図に示す
第１〜第８の８つのベクトル生成回路５１０〜５８０に
よって構成される。これら第１〜第８ベクトル生成回路
５１０〜５８０は、第２図に示した３画素×３画素のマ
トリクスの（Ｐ、Ｐ　　　Ｐａ、（Ｐ、Ｐ　　　Ｐ）。

１１１２″　１３　　　　２１　　２２’　　２３（Ｐ
　　、Ｐ　　　Ｐ　　）、（Ｐ　　、Ｐ　　、Ｐ　　）
。

３１　　３２′３３　　　　１１　　２１　　３１（Ｐ
　　　Ｐ、Ｐ）、（Ｐ　　　Ｐ、Ｐ＞。

１２°　２２　　３２　　　　１３′２３　　３３（Ｐ
　　　Ｐ　　　Ｐ）、（Ｐ、Ｐ、Ｐ）３１・　２２・　
１３　　　　１１　　２２　　３３といった８通りの組
み合せ条件についてそれぞれ画素内の照度推移を示すベ
クトルが存在するか否か、および存在する場合の同ベク
トルの方向を上記各減緯器４０１〜４１６の演算結果に
基づいて検出し、この検出結果をベクトル情報としてそ
れぞれ２ビツトの情報をもって前記ベクトル処理回路６
に転送出力するよう構成された回路であり、このうち例
えば、減算器４０１の演算出力＄１と減算器４０２の演
算出力Ｓ２とを受入して（Ｐｌｌ。

Ｒ１２，Ｒ１３）といった組み合せ条件についての上記
照度推移を示すベクトルの存在の有無およびベクトル方
向を検出する第１ベクトル生成回路５１０を例にとれば
、同第３図に示す如く、２の補数表現された演算出力Ｓ
１を訂蔵するための８ビツトレジスタ５１１、同じく２
の補数表現された演算出力Ｓ２を貯蔵するための８ビツ
トレジスタ５１２、これらレジスタ５１１および５１２
に貯蔵された演算出力Ｓ１およびＳ２の符号ビット（最
上位ビット）の排他的論理和を求めるためのＥＸＯＲ回
路５１３、レジスタ５１１に貯蔵された演算出力Ｓ１の
全ビットについての否定論理和を求めるためのＮＯＲ回
路５１４、レジスタ５１２に貯蔵された演算出力Ｓ２の
全ビットについての否定論理和を求めるためのＮＯＲ回
路５１５、上記演算出力Ｓ　およびＳ２が同一符号であ
る場合のみ当該ベクトル有りと判定するために、さらに
はこれらＰｆ４算出力出力Ｓ１びＳ２の差分内容が「０
」である場合を除去するために上記ＥＸＯＲ回路５１３
ｔ’Ｌ［ＦＮＯＲ回路５１４゜５１５の各出力の論理和
を求めるＯＲ回路５１６、そしてこのＯＲ回路５１６の
出力を上位ビットａに、また上記レジスタ５１２に貯蔵
された演算出力Ｓ２の符号ビット内容を下位ビットｂに
それぞれ貯蔵してこの貯蔵内容を上述したベクトルに関
しての検出結果として前記ベクトル処理回路６に転送出
力する２ビツトレジスタ５１７をそれぞれ具えて構成さ
れる。ここで、この２ビツトレジスタ５１７は、その上
位ごットａの内容”　Ｏ”　／゛１″によって当該組み
合せ条件（Ｐｌｌ、Ｐ１２゜Ｐ１３）におけるベクトル
の（有／無）を示し、下位ビットｂの内容“Ｏ”／“１
゛′によってそのベクトル方向の（正／負）を示す。

すなわちいま、上記３画素×３画素のマトリクスにおい
て例えば第２図中に矢印Ｆ１．Ｆ２．Ｆ３で示すような
照度推移ベクトルが存在するとしくこれは被測定物体Ｔ
Ｇの画素Ｐ１３に相当する部分が同マトリクス中の他の
画素に相当する部分より突出して該画素Ｐ１３の照度が
他より高くなっていることを示す）、この結果、少なく
とも上記画素の組み合せ条件（Ｐ、Ｐ、Ｐ）においては
、上記矢印Ｆ１のベクトルに対応して上記減算器４０１
および４０２の各演算出力ｓ１およびＳ２が第３図に例
示するように、すなわち上記レジスタ５１１および５１
２の内容として例示するようにそれぞれ（００００００
１１）および＜００００００１１　）になったとすると
、これらに基づく上述した論理回路による論理演輝の結
果、上記２ビツトレジスタ５１７の上位ビットａの論理
値は・・０−となり、また下僚ビットｂの論１！！！値
も上記演算出力Ｓ２の符号ビット値“Ｏ”がそのまま貯
蔵されて１１０　ＩＴとなる。この２ビツトレジスタ５
１７の内容は、画素組み合せ条件（Ｐｌｌ。

Ｐ１２．Ｐ１３）においてベクトルが有り、ま、たこの
ベクトル方向が正である上記矢印Ｆ１のベクトルの存在
と一致する。換言すれば、この２ビツトレジスタ５１７
の内容を監視するだけで上記３画素×３画素のマトリク
スにおける照度推移ベクトルの発生態様が把握できる。

勿論、第２図に例示した他のベクトル（矢印Ｆ２および
Ｆ３）については、それぞれ演算出力Ｓ１１．Ｓ１２を
受入する第６ベクトル生成回路（図示省略）および演算
出力Ｓ１３．Ｓ１４を受入する第７ベクトルに生成回路
（図示省略）によってその存在が検知され、その他の第
２．第３．第４．第５．第８ベクトル生成回路において
は該当するベクトルが存在しない旨検知される。

ベクトル処理回路６では、こうして第１〜第８ベクトル
生成回路５１０〜５８０により生成されるベクトル情報
を上記３画素×３画素のマトリクス分色に逐次受入して
これを全体で矛盾の生じないよう適宜に処理しつつ前述
した態様で当該被測定物体ＴＧの三次元形状を認識する
。

なお、第３図に示した例では、３画素×３画素のマトリ
クスを照度推移ベクトル検出単位とする場合のテンポラ
リメモリ３、減算回路４、およびベクトル生成回路５の
具体構成例を示したが、これを２画素×２画素、若しく
は４画素×４画素以上のマトリクスを同単位とした構成
に変更する口とは任意である。

また、上記ベクトル生成回路５としても、第３図に例示
した回路では、例えば第１ベクトル生成回路５１０につ
いていえば、前記演ｑ出力Ｓ１゜Ｓ２が共に所要の値を
示していてしかもその符号ビット内容が一致することを
条件に該当するベクトルが「有る」旨判断する構成とし
たが、他に例えば、これら演算出力のうちの一方の差分
内容が「０」であっても他方が所用の値を有しておれば
該当するベクトルが「有る」と判定し、そのベクトル方
向も該差分値を有している方の演算出力の符号ビットに
応じて決定するような構成としてもよい。

ところで、上述した実施例装置のように、光センサ１に
よる被測定物体ＴＧの陽像像をｎ画素Ｘｎ画素のマトリ
クスをψ位として順次走査するが如く採取してこの採取
単位毎にベクトル情報を生成し、最後にこれらベクトル
情報を合成して被測定物体ＴＧの三次元形状を認識する
装置によれば、より簡便な装置構成をもって本発明にか
かる三次元形状認識方法を実現することはできるが、同
方法の原理によれば、例えば画像メモリ２に貯蔵される
被測定物体撮像像の全画素について各画素間の照度差に
対応した多数のベクトル情報を一括生成するようにしく
これには例えば全画素間に対応して減等器を設ける）、
該−括生成した多数のベクトル情報名々の方向および大
きさに応じて同被測定物体の三次元形状を認識するよう
にしても勿論よい。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、多面体や曲面
体は勿論、いかなる三次元形状にある物体をも、その画
像シーンに何ら仮定等をおくことなく一般的かつ客観的
に、しかも甚だ容易に形状認識することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる三次元形状認識装置の一実施
例構成を示すブロック図、第２図は同実施例装置のテン
ポラリメモリに格納される小面積面０情報の一例を示す
略図、第３図は同実施例装置におけるテンポラリメモリ
および減算回路およびベクトル生成回路の第２図の例に
対応した具体構成例を示すブロック図である。 １・−・光センサ、２・・・画像メモリ、３・・・テン
ポラリメモリ、４・・・減算回路、５・・・ベクトル生
成回路、６・・・ベクトル処理回路、３１１〜３１３，
３２１〜３２３．３３１〜３３３・・・テンポラリメモ
リのメモリ要素、４０１〜４１６・・・減算器、５１１
゜５１２、５１７−ｕシスタ、５１３　・Ｅ　Ｘ　ＯＲ
回路、５１４．５１５・・・ＮＯＲ回路、５１６・・・
ＯＲ回路、ＴＧ・・・被測定物体。 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定物体の撮像像から各画素間の照度差に対応
   した複数のベクトルを作成し、該作成した複数のベクト
   ル各々の方向および大きさに応じて前記被測定物体の三
   次元形状を認識することを特徴とする三次元形状認識方
   法。
2. （２）被測定物体を撮像してこれを画素毎にその照度に
   応じた多値電気信号に変換する撮像手段と、 これら変換された多値電気信号を、前記撮像された像の
   ｎ画素×ｎ画素（ｎ：１以外の自然数）のマトリクスを
   単位とする小面積部分に対応してこれら小面積部分毎に
   順次一時記憶する記憶手段と、 これら一時記憶された多値電気信号の互いに隣り合う画
   素に対応するものの間での信号レベル差を求める減算手
   段と、 これら求められた各信号レベル差に基づいてそれぞれ該
   当する小面積部分内での各画素間の照度推移の有無、お
   よび同推移の有る画素間についてのその推移方向を示す
   情報を生成する照度推移情報生成手段と、 これら生成された複数の照度推移情報を前記撮像された
   像に対応して組み合せてその各照度推移の方向および大
   きさから前記被測定物体の三次元形状を認識する照度推
   移情報処理手段と を具えた三次元形状認識装置。