JP2500660B2 - 距離・色彩画像取得方法及び装置 - Google Patents

距離・色彩画像取得方法及び装置

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JP2500660B2 JP30825193A JP30825193A JP2500660B2 JP 2500660 B2 JP2500660 B2 JP 2500660B2 JP 30825193 A JP30825193 A JP 30825193A JP 30825193 A JP30825193 A JP 30825193A JP 2500660 B2 JP2500660 B2 JP 2500660B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は物体の距離情報と色彩情
報を対応づけて取得できる方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】テレビカメラの様な画像入力装置の各画
素についてカメラから物体までの距離を求めるレンジ・
ファインダが、特開昭61−75210号公報、特開平
1−39513号公報、特開平4−27813号公報、
及び特開平4−110809号公報に開示されている。
このようなレンジ・ファインダの一例を図6及び図7に
示す。
【0003】図6及び図7に示されるレンジ・ファイン
ダにおいて、光源9からレンズ2を通り平行にされた白
色光線が、回折格子3により赤から青紫のスペクトル光
に分光され物体4に投射される。波長λの光が法線から
θの角度(Z軸方向からαの角度)で物体表面上の点P
(Z軸方向からβの角度の位置にある)に投影される。
この反射光がカメラ5内のレンズ51を通過してハーフ
・ミラー52により2つの経路に分けられ、異る分光感
度を持つように構成されている光電変換器53,54上
に結像し、センサ上の位置xでセンスされる。この信号
はカメラ出力となり量子化回路57,58を経て量子化
され、それぞれ画像メモリ61,62に画像データとし
て蓄えられる。この画像信号を画像演算装置7から読み
取り、演算を行うことで距離画像が求められる。
【0004】画像演算装置7内の処理を、図8を参照し
ながら説明する。点Pの座標を(X,Z)とすると、カ
メラ5から物体4までの距離Zは、距離演算部73で式
1により求められる。
【0005】
【数1】
【0006】但し、X0 は放射の中心のX座標、Z0
放射の中心のZ座標である。
【0007】角度βの値は撮像センサ上の位置xから知
ることができるが、角度αの値はセンスされている光の
波長λを知り、次式2により角度θを求め、回折格子3
とZ軸の角度を知ることにより求めることができる。
【0008】
【数2】
【0009】但し、θ0 は回折格子3に入射する光が法
線と成す角、dは回折格子3の間隔、nは次数で通常は
1である。
【0010】物体の各点が反射している光の波長は、カ
メラ5をカラーカメラと考えると、図9のようなσ1
σ2 の分光特性を持つハーフ・ミラーにより透過σ
1 (λ)および反射σ2 (λ)の2系統の画像信号に分
けられる。点Pで撮像された画素の出力が各々I1 ,I
2 であるとき、出力の比Rについて、
【0011】
【数3】
【0012】が成り立つため、これを比画像演算部71
で算出し、関数
【0013】
【数4】
【0014】がλの単調関数となるようにσ1 (λ),
σ2 (λ)を定めることにより、関数演算部72で出力
の比Rから波長λを求めることができる。
【0015】 λ=f- 1 (R) (5) このようにして得られた波長λが、角度αを得るのに用
いられる。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】以上述べた距離画像入
力方法により、測定対象についての距離画像を取得する
ことで、物体の3次元形状を計算機に高速・高精度入力
することができる。しかし、この方法で入力した様々な
3次元物体形状を元に、現実のモデルを用いたアニメー
ションなど、コンピュータグラフィックスのモデリング
に応用するためには、形状入力した物体に似せた色彩画
像を予め作成しておき、この色彩画像を先に形状入力し
た物体表面にマッピングするなどの処理を別途行わなけ
ればならなかった。本発明の目的は、このようなコンン
ピューターグラフィックスでのモデリングを容易にする
ため、現実の物体表面の色彩情報と物体形状情報を高速
・高精度に取得する距離・色彩画像取得方法及び装置を
提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】第1の発明の距離・色彩
画像取得方法は、スペクトルパターンと白色光を切替え
て物体に照射し、スペクトルパターン投射に同期して画
像入力を行う分光感度特性の異る複数撮像センサと、白
色光投射に同期して物体の画像入力を行う撮像センサと
を含む距離・色彩画像入力装置によって画像入力を行
い、得られた複数の画像間の演算を行い、前記画像入力
装置のセンサから前記物体面までの距離画像と、対応し
た各画素毎の前記物体上の色彩画像を演算することを特
徴とする。
【0018】第2の発明の距離・色彩画像取得装置は、
光源からの光を分光することで得られるスペクトルパタ
ーンを物体面に投射する分光光投光手段と、光源からの
光をそのまま物体面に投射する白色光投光手段と、スペ
クトルパターン投射に同期して物体の情景について撮像
する分光感度特性の異なる複数センサを含む距離画像撮
像手段と、白色光投射に同期して物体の情景について撮
像するセンサを含む色彩画像撮像手段と、前記距離画像
撮像手段により得られた複数の画像間の演算を行い、画
像各画素における前記距離撮像手段内のセンサから前記
物体面までの距離を求める距離画像演算手段と、前記色
彩画像撮像手段により得られた画像と前記距離画像演算
手段により得られた距離画像各画素に対応した物体の色
彩画像を演算する色彩画像演算手段と、を具備してい
る。
【0019】
【作用】本発明の作用を、図2を用いて説明する。
【0020】図2は、一般に3板式カラーカメラと呼ば
れるカメラ光学部の内部を示したものであり、RGBそ
れぞれ3枚の光電変換器に光を分配するために用いられ
るダイクロイック・プリズム502と呼ばれる光学部品
を備えている。一方、一般の家庭用カラーカメラに多く
用いられる単板式カラーカメラと呼ばれるカメラでは、
予めプリズムを用いて入射光をRGBに分配せずに、一
枚の光電変換器上にRGBそれぞれ専用のセンサを配置
し、各画素毎に入力した光に対応したRGB電気信号を
出力する光電変換器を用いるが、解像度の点で当然3板
式の方が1板式カメラより高い。本作用の説明では上記
3板式カラーカメラのプリズムと、1板式カラーカメラ
で用いられるRGB分解型の光電変換器とを利用する事
で、物体の距離画像と色彩画像を取得できることを示
す。
【0021】一般の3板式カラーカメラでは、3つのプ
リズムを組合たダイクロイックプリズムを用い、それぞ
れプリズムの接合面・反射面A,B,C,Dでの光の透
過・反射特性を変えることで、入射光を光の3原色であ
るRGBに分解し、光電変換器によりそれぞれのRGB
電気信号値を得る。本発明では、入射光が従来の技術で
述べたように分光されたスペクトルパターンである場
合、その入射光が波長λの関数でa(λ)であるとする
と、点Aでは、従来の技術で説明した図6及び図7に示
すようなハーフミラーと同様な反射・透過波長特性を持
つと仮定すると例えば、
【0022】
【数5】
【0023】となる。B点では全反射すると、 c(λ)=b(λ) (7) となり入射光量の半分ではあるが、そのままの波長特性
の光が光電変換器505に入力される。一方透過光、
【0024】
【数6】
【0025】はC点で透過光と反射光が図9に示すσ1
(λ),σ2 (λ)の透過・反射特性を持つとすると、
【0026】
【数7】
【0027】となる。またD点では先のB点と同様に全
反射すると、 h(λ)=e(λ) (11) として光電変換器に入力される。ここで、入力した光h
(λ),g(λ)を光電変換し量子化した結果を、それ
ぞれh′(λ),g′(λ)とする。前記従来の技術で
述べたように、カメラへの入射光が回折格子で分光され
た光の場合、光電変換後量子化された値を比R′とする
と、
【0028】
【数8】
【0029】は式3の比Rに対応し、従来の技術で述べ
た方法と同様に点Cの透過・反射波長特性から波長を同
定することが出来、全く同様にして距離画像を得る事が
できる。
【0030】また、入射光a(λ)が白色光である場合
には、c(λ)を量子化した値c′(λ)を各画素毎に
画像メモリに蓄積した画像が物体の色彩画像となる。
【0031】ここで、光電変換器503と504は距離
画像を取得するためのセンサであるためモノクロの光セ
ンサーであるが、光電変換器505が、例えば一枚の光
電変換器により各画素毎に入力した光のRGB電気信号
を出力するカラーの光電変換器であれば、本方式で取得
できる色彩画像は本来の物体色であるRGBの色彩画像
が得られる。また入力した光を分解しないで白黒濃淡値
を出力する光電変換器であれば、白黒濃淡値を持つ画像
を得る事ができる。
【0032】
【実施例】以下に本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0033】この装置は図6に示すような、従来技術で
述べた複数センサにより距離画像を取得する装置におい
て、さらに図1および図2のように、物体の色彩情報を
入力するセンサを加えた距離・色彩画像入力手段500
と、図3に示すように、光源からの光を分光することで
得られるスペクトルパターンを物体面に投射し、測定物
体4の距離画像と色彩画像を交互に入力するためにそれ
ぞれに適した光源に変えることができる光源切替え手段
800と、距離・色彩画像入力手段500と光源切替え
手段800と同期させる同期手段509と、図4に示す
距離画像演算装置7と、距離・色彩画像記憶手段700
から構成された、高速・高精度に物体の形状と色彩情報
を入力する装置である。
【0034】距離・色彩画像入力手段500では図2に
示す様に、光源9からの白色光と、回折格子3により分
光したスペクトルパターンとを、投射された物体4の反
射光について集光する距離・色彩入力レンズ501と、
入射した光をダイクロイックプリズムなどを用い距離画
像取得用の2つの光電変換器503、504と、色彩画
像取得用に例えばRGB独立したセンサを持たせた光電
変換器505に分離し、それぞれの電気信号に変換す
る。さらにこの電気信号は、それぞれ量子化回路50
6、507と、508において、光源切替え手段800
の切替えタイミング信号を同期手段509より受け取
り、距離と色彩のタイミングを測りながら量子化され
る。量子化された物体の距離・色彩画像信号は、各画素
毎に画像メモリ601、602、603に蓄えられる。
【0035】光源切替え手段800は、図5に示す様な
入射光を反射する鏡面部802と、入射光を透過する透
過部803を持つ回転盤801を、アクチュエータ80
4を用いて回転させ、物体に投射する光源であるスペク
トルパターンと、白色光とを高速に切り替えることがで
きる。同期手段509は、距離画像信号の量子化回路5
06、507と、色彩画像信号の量子化回路508が交
互に信号を量子化できるように光源切替え手段800の
回転制御部805と同期を取る。
【0036】図4に示す様に距離画像演算手段7は、距
離・色彩画像入力手段500で得られた3画像の内、光
源を分光したスペクトルパターンを投射した物体につい
ての2画像から比画像を算出する比画像演算部71と、
比画像Rと対応する入射光の波長λを算出する関数演算
部72と、この入射光の波長λと画像座標から物体表面
の距離画像を算出する距離演算部73からなる。
【0037】距離・色彩画像記憶手段700は、距離画
像演算装置7より得られた距離画像と、距離・色彩画像
入力手段500で得られた3画像の内、光源を分光しな
い白色光源を投射した物体画像について蓄えた画像メモ
リ603より得られる色彩画像とを対応づけた距離・色
彩画像を記憶する手段である。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば物
体の距離画像とその各画素毎に対応づけた色彩画像の2
画像について、容易かつ高速・高精度に取得できる効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を説明するための図
【図2】3板式カラーカメラと呼ばれるカメラ光学部内
部を示す図
【図3】本発明の実施例を説明するための図
【図4】本発明の実施例を説明するための図
【図5】本発明の実施例を説明するための図
【図6】レンジ・ファインダの一例
【図7】レンジ・ファインダの一例
【図8】画像演算装置7内のブロック図
【図9】σ1 、σ2 の分光特性を示すグラフ
【符号の説明】
2 レンズ 3 回折格子 4 物体 5 カメラ 51 レンズ 52 ハーフ・ミラー 53,54 光電変換器 57,58 量子化回路 61,62 画像メモリ 7 画像演算手段 71 比画像演算部 72 関数演算部 73 距離演算部 9 光源 500 距離・色彩画像入力手段 501 距離・色彩入力レンズ 502 ダイクロイック・プリズム 503,504,505 光電変換器 506,507,508 量子化回路 509 同期手段 601,602,603 画像メモリ 700 距離・色彩画像記憶手段 800 光源切替え手段 801 回転盤 802 鏡面部 803 透過部 804 アクチュエータ 805 回転制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G06F 15/64 310

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スペクトルパターンと白色光を切替えて
    物体に照射し、スペクトルパターン投射に同期して画像
    入力を行う分光感度特性の異る複数撮像センサと、白色
    光投射に同期して物体の画像入力を行う撮像センサとを
    含む距離・色彩画像入力装置によって画像入力を行い、
    得られた複数の画像間の演算を行い、前記画像入力装置
    のセンサから前記物体面までの距離画像と、対応した各
    画素毎の前記物体上の色彩画像を演算することを特徴と
    する距離・色彩画像取得方法。
  2. 【請求項2】 光源からの光を分光することで得られる
    スペクトルパターンを物体面に投射する分光光投光手段
    と、光源からの光をそのまま物体面に投射する白色光投
    光手段と、スペクトルパターン投射に同期して物体の情
    景について撮像する分光感度特性の異なる複数センサを
    含む距離画像撮像手段と、白色光投射に同期して物体の
    情景について撮像するセンサを含む色彩画像撮像手段
    と、前記距離画像撮像手段により得られた複数の画像間
    の演算を行い、画像各画素における前記距離撮像手段内
    のセンサから前記物体面までの距離を求める距離画像演
    算手段と、前記色彩画像撮像手段により得られた画像と
    前記距離画像演算手段により得られた距離画像各画素に
    対応した物体の色彩画像を演算する色彩画像演算手段
    と、を具備した距離・色彩画像入力装置。
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