JP2014021672A - 三次元座標算出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】三次元座標算出装置30は、ユーザによる入力装置20の操作に応じて、第二撮影画像における指定点を取得するとともに、第三撮影画像における指定点を取得する指定点取得部36と、取得された第二撮影画像における指定点及び第三撮影画像における指定点に基づいて、第二の単眼撮影部11b及び第三の単眼撮影部11cの撮影方向を基準とした第一の三次元座標系における第一の三次元座標を算出する第一の三次元座標算出部37と、算出された第一の三次元座標と、撮影時における第二の単眼撮影部11b及び第三の単眼撮影部11cの撮影方向と、に基づいて、全ての撮影方向において共通な第二の三次元座標系における指定点の第二の三次元座標を算出する第二の三次元座標算出部38と、を備える。
【選択図】図1
Description
xR=d(x2+x3)/{2(x2−x3+d)}
yR=d(y2+y3)/{2(y2−y3+d)}
zR=−df/{2(x2−x3+d)}
によって、前記指定点の前記第一の三次元座標を算出し、前記第二の三次元座標系における前記第二撮影装置及び前記第三撮影装置の撮影方向の基準からの前記X軸周りの回転角度をφ、前記Y軸周りの回転角度をθ、前記Z軸周りの回転角度をψとしたとき、前記第二の三次元座標算出部は、
としたとき、前記第一の三次元座標算出部は、
xR=dx1/(x1−x2)
yR=dy1/(x1−x2)
zR=−df/(x1−x2)
によって、前記指定点の前記第一の三次元座標を算出し、前記第二の三次元座標系における前記第二撮影装置及び前記第三撮影装置の撮影方向の基準からの前記X軸周りの回転角度をφ、前記Y軸周りの回転角度をθ、前記Z軸周りの回転角度をψとしたとき、前記第二の三次元座標算出部は、
図1に示すように、本発明の第一の実施形態に係るパノラマ画像表示システム1Aは、例えば建築物内部の全方位パノラマ画像を生成して表示するシステムであって、複眼撮影装置10Aと、入力装置20と、三次元座標算出装置30と、表示装置40と、を備える。
複眼撮影装置10Aは、第一の単眼撮影部(第一撮影装置)11a、第二の単眼撮影部(第二撮影装置)11b及び第三の単眼撮影部(第三撮影装置)11cと、単眼撮影部11a,11b,11cの撮影方向を変更するための駆動部12と、単眼撮影部11a,11b,11c及び駆動部12を駆動制御する制御部13と、を備える。
第一の単眼撮影部11a、第二の単眼撮影部11b及び第三の単眼撮影部11cは、デジタルカメラであって、第二の単眼撮影部11b及び第三の単眼撮影部11cの焦点距離がf、各撮影部11a,11b,11cの光軸が互いに平行、かつ、隣り合う撮影部11a〜11cの光軸間の距離が間隔d/2となるように、左から第二の単眼撮影部11b、第一の単眼撮影部11a、第三の単眼撮影部11cの順に配列されており、かつ、この配列を保持した状態でユニット化されている。なお、第一の単眼撮影部11aの焦点距離は、他の単眼撮影部11b,11cの焦点距離と異なっていてもよく、同じであってもよい。
また、制御部13は、撮影順序(すなわち、撮影方向)に基づくIDを撮影画像データに付与し、IDが付与された撮影画像データを三次元座標算出装置30へ出力する。ここで、第一の単眼撮影部11aによって撮影された第一撮影画像に関する第一撮影画像データ、第二の単眼撮影部11bによって撮影された第二撮影画像に関する第二撮影画像データ、第三の単眼撮影部11cによって撮影された第三撮影画像に関する第三撮影画像データのうち、撮影方向が同じものに関しては同一IDが付与されて関連付けられる。また、第二撮影画像データ及び第三撮影画像データは、各撮影画像内における後記する第一の三次元座標系の座標のうち、X軸及びY軸方向の座標値と対応がとれている。
入力装置20は、キーボード、マウス等からなり、ユーザの操作に応じて、単眼パノラマ画像における画像データ指定指示、第二撮影画像及び第三撮影画像における指定点指示等を三次元座標算出装置30へ出力する。
三次元座標算出装置30は、CPU、ROM、RAM、入出力回路等から構成されており、機能部として、撮影画像データ記憶部31と、マップ記憶部32と、単眼パノラマ画像データ生成部33と、画像データ出力部34と、画像データ指定取得部35と、指定点取得部36と、第一の三次元座標算出部37と、第二の三次元座標算出部38と、三次元距離算出部39と、を備える。
撮影画像データ記憶部31には、制御部13から出力された複数の撮影画像に関する複数の撮影画像データが入力されて記憶される。
マップ記憶部32には、第一の単眼撮影部11aの複数の第一撮影画像(第一撮影画像データ)に基づいて単眼パノラマ画像を生成する際に用いられる単眼パノラママップが予め記憶されている。
単眼パノラマ画像データ生成部33は、撮影画像データ記憶部31から出力された複数の第一撮影画像データを読み出し、読み出された第一撮影画像データに基づいて、単眼パノラマ画像に関する単眼パノラマ画像データを生成する。
具体的には、単眼パノラマ画像データ生成部33は、マップ記憶部32に予め記憶された単眼パノラママップ50(図2参照)を読み出し、第一の単眼撮影部11aによって撮影された第一撮影画像データを単眼パノラママップ50の板モデル51にマッピングすることによって、単眼パノラマ画像データを生成する。
画像データ出力部34は、単眼パノラマ画像データを表示装置40へ出力するものであって、本実施形態では、単眼パノラマ画像データ生成部33から出力された単眼パノラマ画像データを表示装置40へ出力したり、撮影画像データ記憶部31から読み出された第二撮影画像データ及び第三撮影画像データを表示装置40へ出力したりする。
画像データ指定取得部35は、ユーザの操作に応じて、表示装置40に表示された単眼パノラマ画像から一の第一撮影画像データの指定を取得し、かかる指定結果(例えば、指定された第一撮影画像データのID)を画像データ出力部34へ出力する。指定結果を取得すると、画像データ出力部34は、指定結果に応じた第二撮影画像データ及び第三撮影画像データを撮影画像データ記憶部31から読み出し、第二撮影画像データ及び第三撮影画像データを表示装置40へ出力し、指定結果に応じた第二撮影画像及び第三撮影画像を表示装置40に表示させる。
指定点取得部36は、入力装置20から出力された、第二撮影画像における指定点指示と、第三撮影画像における指定点指示と、を取得する。また、指定点取得部35は、取得した指定点指示を用いることによって、撮影画像データ記憶部31に記憶された各撮影画像データにおける指定点の二次元座標(X軸及びY軸の座標値)を取得し、第一の三次元座標算出部37へ出力する。
第一の三次元座標算出部37は、指定点取得部36から出力された指定点の二次元座標と、単眼撮影部11b,11c間の距離dと、単眼撮影部11b,11cの焦点距離fと、に基づいて、指定点の第一の三次元座標を算出し、第二の三次元座標算出部38へ出力する。ここで、第一の三次元座標は、単眼撮影部11a〜11cの撮影方向を基準として撮影方向ごとに固有な第一の三次元座標系における座標であり、第一の三次元座標系は撮影三次元座標系ともいい、第一の三次元座標は撮影三次元座標ともいう。すなわち、第一の三次元座標系は、撮影方向が同一の第二撮影画像及び第三撮影画像においては共通であり、撮影方向が異なる画像間においては異なる。
ここで、図3(a)(b)を参照して、第一の三次元座標算出部37における第一の三次元座標の算出原理について説明する。以下では、単眼撮影部11a,11b,11cの配列方向をX軸、単眼撮影部11a,11b,11cの光軸方向をZ軸、X軸及びZ軸と直交するY軸からなる右手座標系の三次元座標空間について考えるものとする。第一の単眼撮影部11aを第一の三次元座標系における原点に配置し、左側の第二の単眼撮影部11bと右側の第三の単眼撮影部11cとの間隔をdとすると、第一の単眼撮影部11aの第一の三次元座標O1、第二の単眼撮影部11bの第一の三次元座標O2、第三の単眼撮影部11cの第一の三次元座標O3は、以下のようになる。
O1=(0,0,0)
O2=(−d/2,0,0)
O3=(d/2,0,0)
ここで、三角形RO2O3と三角形RN2N3とは相似であるため、以下の関係が成立する。
xR=d(x2+x3)/{2(x2−x3+d)}
yR=d(y2+y3)/{2(y2−y3+d)}
zR=−df/{2(x2−x3+d)}
すなわち、第一の三次元座標算出部37は、予め定められた焦点距離f及び間隔dと、撮影画像の二次元座標の値と、を用いることによって、所望の位置の第一の三次元座標R=(xR,yR,zR)を算出することができる。
第二の三次元座標算出部38は、第一の三次元座標算出部37から出力された指定点の第一の三次元座標と、撮影時における単眼撮影部11b,11cの撮影方向と、に基づいて、指定点の第二の三次元座標を算出し、三次元距離算出部39及び画像データ出力部34へ出力する。このようにすることで、算出された第二の三次元座標が、後記する表示装置40に表示される。ここで、第二の三次元座標は、前記した第一の三次元座標系を統合した、全ての撮影方向において共通な第二の三次元座標系における座標であり、第二の三次元座標系はパノラマ三次元座標系ともいい、第二の三次元座標はパノラマ三次元座標ともいう。すなわち、第二の三次元座標系は、全ての第二撮影画像及び第三撮影画像において共通である。
ここで、第二の三次元座標算出部38における第二の三次元座標の算出原理について説明する。第二の三次元座標算出部38は、第二の三次元座標系における単眼撮影部11b,11cの撮影方向の基準からのY軸周りの回転角度をθ、X軸周りの回転角度をφとしたとき、下記式によって、指定点の第二の三次元座標A=(xA,yA,zA)を算出することができる。
すなわち、第一の三次元座標系における指定点の第一の三次元座標R=(xR,yR,zR)に、Y軸周りの回転(パン方向の回転)変換と、X軸周りの回転(チルト方向の回転)変換と、を施すことによって、指定点の第二の三次元座標A=(xA,yA,zA)が算出される。本実施形態において、第二の三次元座標系における原点と第一の三次元座標系における原点すなわちO1とは同じ位置であり、回転角度θは、第二の三次元座標系のY軸と第一の三次元座標系のY軸とがなす角度であり、回転角度φは、第二の三次元座標系のX軸と第一の三次元座標系のX軸とがなす角度である。また、本実施形態において、相対三次元座標系におけるX軸は、常に水平方向に保たれているので、Z軸周りの回転変換は不要である。
三次元距離算出部39は、第二の三次元座標算出部38から出力された2つの指定点の第二の三次元座標を取得し、取得された第二の三次元座標に基づいて、2つの指定点間の三次元距離を算出し、画像データ出力部34へ出力する。そして、画像データ出力部34は、算出された三次元距離を表示装置40へ出力して表示装置40に表示させることができる。
表示装置40は、三次元座標算出装置30から出力されたパノラマ画像データを用いてパノラマ画像を表示したり、第二撮影画像データ及び第三撮影画像データを用いて第二撮影画像及び第三撮影画像を表示したりするものである。
続いて、本発明の第一の実施形態に係るパノラマ画像表示システム1Aの動作例について、異なる第一撮影画像に含まれる柱における指定点S,Eの第二の三次元座標及び三次元距離を算出する場合を例にとり、図1,5,6を参照して説明する。
指定点取得部36は、2つの指定点指示を取得すると、撮影画像データ記憶部31に記憶された、第二撮影画像112における指定点S1の二次元座標(x11,y11)及び第三撮影画像113における指定点S2の二次元座標(x21,y21)を取得し、第一の三次元座標算出部37へ出力する。
xRS=d(x11+x21)/{2(x11−x21+d)}
yRS=d(y11+y21)/{2(y11−y21+d)}
zRS=−df/{2(x11−x21+d)}
指定点取得部36は、2つの指定点指示を取得すると、撮影画像データ記憶部31に記憶された、第二撮影画像122における指定点E1の二次元座標(x12,y12)及び第三撮影画像123における指定点E2の二次元座標(x22,y22)を取得し、第一の三次元座標算出部37へ出力する。
xRE=d(x12+x22)/{2(x12−x22+d)}
yRE=d(y12+y22)/{2(y12−y22+d)}
zRE=−df/{2(x12−x22+d)}
D={(xAE−xAS)2+(yAE−yAS)2+(zAE−zAS)2}1/2
続いて、本発明の第二の実施形態に係るパノラマ画像表示システムについて、第一の実施形態に係るパノラマ画像表示システム1Aとの相違点を中心に説明する。
O1=(0,0,0)
O2=(d,0,0)
ここで、三角形RO1O2と三角形RN1N2とは相似であるため、以下の関係が成立する。
xR=dx1/(x1−x2)
yR=dy1/(x1−x2)
zR=−df/(x1−x2)
すなわち、第一の三次元座標算出部37は、予め定められた焦点距離f及び間隔dと、撮影画像の二次元座標の値と、を用いることによって、所望の位置の第一の三次元座標R=(xR,yR,zR)を算出することができる。
続いて、本発明の第二の実施形態に係るパノラマ画像表示システム1Bの動作例について、異なる第一撮影画像に含まれる柱における指定点S,Eの第二の三次元座標及び三次元距離を算出する場合を例にとり、図7,9,10を参照して説明する。
指定点取得部36は、2つの指定点指示を取得すると、撮影画像データ記憶部31に記憶された、第一撮影画像111における指定点S1の二次元座標(x11,y11)及び第二撮影画像112における指定点S2の二次元座標(x21,y21)を取得し、第一の三次元座標算出部37へ出力する。
xRS=dx11/(x11−x21)
yRS=dy11/(x11−x21)
zRS=−df/(x11−x21)
指定点取得部36は、2つの指定点指示を取得すると、撮影画像データ記憶部31に記憶された、第一撮影画像121における指定点E1の二次元座標(x12,y12)及び第二撮影画像122における指定点E2の二次元座標(x22,y22)を取得し、第一の三次元座標算出部37へ出力する。
xRE=dx12/(x12−x22)
yRE=dy12/(x12−x22)
zRE=−df/(x12−x22)
D={(xAE−xAS)2+(yAE−yAS)2+(zAE−zAS)2}1/2
30 三次元座標算出装置
31 画像データ記憶部
33 単眼パノラマ画像データ生成部
34 画像データ出力部
35 画像データ指定取得部
36 指定点取得部
37 第一の三次元座標算出部
38 第二の三次元座標算出部
39 三次元距離算出部
Claims (4)
- 第一撮影装置によって撮影された複数の第一画像データと、前記第一撮影装置から所定距離離間した第二撮影装置によって撮影された複数の第二画像データと、前記第一撮影装置から所定距離離間した第三撮影装置によって撮影された複数の第三画像データと、が撮影方向ごとに関連付けて記憶される画像データ記憶部と、
記憶された複数の前記第一画像データを読み出してパノラマ画像データを生成するパノラマ画像データ生成部と、
生成された前記パノラマ画像データを表示装置へ出力する画像データ出力部と、
ユーザによる入力装置の操作に応じて、前記パノラマ画像データにおける一の前記第一画像データの指定を取得する画像データ指定取得部と、
を備え、
前記画像データ出力部は、指定された一の前記第一画像データに関連付けられた前記第二の画像データ及び前記第三の画像データを前記表示装置へ出力し、
ユーザによる入力装置の操作に応じて、前記第二画像データにおける指定点を取得するとともに、前記第三画像データにおける前記指定点を取得する指定点取得部と、
取得された前記第二画像データにおける前記指定点及び前記第三画像データにおける前記指定点に基づいて、前記第一撮影装置、前記第二撮影装置及び前記第三撮影装置の撮影方向を基準として撮影方向ごとに固有な第一の三次元座標系における第一の三次元座標を算出する第一の三次元座標算出部と、
算出された前記第一の三次元座標と、撮影時における前記第二撮影装置及び前記第三撮影装置の撮影方向と、に基づいて、全ての撮影方向において共通な第二の三次元座標系における前記指定点の第二の三次元座標を算出する第二の三次元座標算出部と、
を備えることを特徴とする三次元座標算出装置。 - 前記撮影三次元座標は、前記第一撮影装置、前記第二撮影装置及び前記第三撮影装置の光軸方向であるZ軸と、前記Z軸に直交するX軸と、前記Z軸及び前記X軸に直交するY軸とする右手座標系、によって表現された場合において、
前記第二撮影装置及び前記第三撮影装置の焦点距離をf、
前記第二撮影装置の第一の三次元座標を(−d/2,0,0)、
前記第三撮影装置の第一の三次元座標を(d/2,0,0)、
前記第二画像データにおける前記指定点の第一の三次元座標を(x2,y2,−f)、
前記第三画像データにおける前記指定点の第一の三次元座標を(x3,y3,−f)、
前記指定点の前記第一の三次元座標を(xR,yR,zR)、
としたとき、前記第一の三次元座標算出部は、
xR=d(x2+x3)/{2(x2−x3+d)}
yR=d(y2+y3)/{2(y2−y3+d)}
zR=−df/{2(x2−x3+d)}
によって、前記指定点の前記第一の三次元座標を算出し、
前記第二の三次元座標系における前記第二撮影装置及び前記第三撮影装置の撮影方向の基準からの前記X軸周りの回転角度をφ、前記Y軸周りの回転角度をθ、前記Z軸周りの回転角度をψとしたとき、前記第二の三次元座標算出部は、
ことを特徴とする請求項1に記載の三次元座標算出装置。 - 第一撮影装置によって撮影された複数の第一画像データと、前記第一撮影装置から所定距離離間した第二撮影装置によって撮影された複数の第二画像データと、が撮影方向ごとに関連付けて記憶される画像データ記憶部と、
記憶された複数の前記第一画像データを読み出してパノラマ画像データを生成するパノラマ画像データ生成部と、
生成された前記パノラマ画像データを表示装置へ出力する画像データ出力部と、
ユーザによる入力装置の操作に応じて、前記パノラマ画像データにおける一の前記第一画像データの指定を取得する画像データ指定取得部と、
を備え、
前記画像データ出力部は、指定された一の前記第一画像データ及び当該第一画像データに関連付けられた前記第二の画像データを前記表示装置へ出力し、
ユーザによる入力装置の操作に応じて、前記第一画像データにおける指定点を取得するとともに、前記第二画像データにおける前記指定点を取得する指定点取得部と、
取得された前記第一画像データにおける前記指定点及び前記第二画像データにおける前記指定点に基づいて、前記第一撮影装置及び前記第二撮影装置の撮影方向を基準として撮影方向ごとに固有な第一の三次元座標系における第一の三次元座標を算出する第一の三次元座標算出部と、
算出された前記第一の三次元座標と、撮影時における前記第一撮影装置及び前記第二撮影装置の撮影方向と、に基づいて、全ての撮影方向において共通な第二の三次元座標系における前記指定点の第二の三次元座標を算出する第二の三次元座標算出部と、
を備えることを特徴とする三次元座標算出装置。 - 前記撮影三次元座標は、前記第一撮影装置及び前記第二撮影装置の光軸方向であるZ軸と、前記Z軸に直交するX軸と、前記Z軸及び前記X軸に直交するY軸とする右手座標系、によって表現された場合において、
前記第一撮影装置及び前記第二撮影装置の焦点距離をf、
前記第一撮影装置の第一の三次元座標を(0,0,0)、
前記第二撮影装置の第一の三次元座標を(d,0,0)、
前記第一画像データにおける前記指定点の第一の三次元座標を(x1,y1,−f)、
前記第二画像データにおける前記指定点の第一の三次元座標を(x2,y2,−f)、
前記指定点の前記第一の三次元座標を(xR,yR,zR)、
としたとき、前記第一の三次元座標算出部は、
xR=dx1/(x1−x2)
yR=dy1/(x1−x2)
zR=−df/(x1−x2)
によって、前記指定点の前記第一の三次元座標を算出し、
前記第二の三次元座標系における前記第二撮影装置及び前記第三撮影装置の撮影方向の基準からの前記X軸周りの回転角度をφ、前記Y軸周りの回転角度をθ、前記Z軸周りの回転角度をψとしたとき、前記第二の三次元座標算出部は、
ことを特徴とする請求項3に記載の三次元座標算出装置。
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