JP3225594B2 - 3次元立体視方法 - Google Patents

3次元立体視方法

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JP3225594B2 JP14396492A JP14396492A JP3225594B2 JP 3225594 B2 JP3225594 B2 JP 3225594B2 JP 14396492 A JP14396492 A JP 14396492A JP 14396492 A JP14396492 A JP 14396492A JP 3225594 B2 JP3225594 B2 JP 3225594B2
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  • Testing, Inspecting, Measuring Of Stereoscopic Televisions And Televisions (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、視覚システムに係り、
特に、3次元距離情報抽出機能を有する3次元立体視方
法およびその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の方法は、特開昭61−240376号公報
のように、結像系を複数個用いて、一つの物体に対し複
数の像を得て、それらの像の位置や大きさの相互関係か
ら、物体の3次元情報を算出するというものであった。
しかし、被写体が複数であったり、複雑な形状の場合
は、どの像がどの物体に対応するものか特定するのが困
難であり、処理が複雑で時間がかかった。また、結像系
が複数なので、物体を正確にとらえようとすると、各結
像系の配置に制約条件が多くなり、画像入力装置が大き
くなる必要があるため、装置全体が大きく、複雑になっ
てしまうという問題があった。
【0003】また、結像系は単一であるが、結像系の位
置を動かすことによって、静止物体をとらえる方法や、
光源の位置を動かすことによって、物体の明るさや影の
変化をとらえ、物体の形状を求める方法があった(白石
良明:パターン理解,オーム社,1987)。これらの
方法では、結像系または光源の位置を動かしたり、まわ
りの明るさを一定にする必要があるので、動いている物
体を即時に立体視することは不可能であり、また、装置
が大きく、処理に時間がかかるという問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、自動
車の障害物検知など、高速で、かつ、軽量・省スペース
の3次元認識装置に好適な3次元立体視方法および装置
を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、結像系,画像入力装置をそれぞれ一つ
にし、装置の単純化を図った。また、結像系の位置を動
かすことなく、開口部を変化させるようにし、光源は特
に設けずとも、自然光など、あらゆる光の条件で立体視
が可能であるようにした。これにより、一つの物体(被
写系)に対して一度に検出される像は一つとなって、入
力画像の処理が簡単になり、また、結像系や光源の位置
を動かす必要がなくなるので、より高速に,よりリアル
タイムに処理することができる。
【0006】
【作用】以下、図1を用いて、本発明の原理を説明す
る。図1において、焦点距離FOの結像系,被写系
P′,画像入力装置Sを示す。点Oは結像系と光軸の交
点を示し、FおよびF′は結像系の焦点である。結像系
には開口絞りQRがあり、開口径を変化させることがで
きる。開口部の形状は円形とするが、特に形状に制約は
ない。また、開口径を変化させる代わりに、開口部の形
状を変化させても、同様の処理が可能である。画像入力
装置Sは、光軸方向に動くことができる。いま、画像入
力装置SがA1の位置にあるとする。絞りがQRの状態
では、被写系Pの像はS上ではBCの大きさにぼけた状
態となる。ここで、開口径をQ′R′に狭めると、S上
の像もB′C′と小さくなる。SがA3の位置にあると
きも同様に、口径がQRのときの像DEが、Q′R′の
ときはD′E′と変化する。しかし、SがA2の位置に
あるときは、S上に真の結像点P′があるので像がぼけ
ず、従って結像系の開口径が変化しても、像の大きさや
形には変化がない。
【0007】以上をまとめると、真の結像点がS上にあ
る場合は開口径の影響を受けず、その他のぼけた場合は
開口径が変化すると像も変化する。このような性質を利
用すれば、真の結合点を求めることができる。すなわ
ち、Sの位置を段階的に動かしながら、その各段階で開
口径を変化させて像に変化がなかったところが真の結像
点となる。真の結合点P′の位置と焦点F,F′から、
被写系Pの位置が求められる。結像系の焦点距離をf,
点Pの光軸からの距離をx,結像系からの距離をy,点
P′の光軸からの距離をX,結像系からの距離をYとす
ると、x,yは、次のように表される。
【0008】
【数1】
【0009】
【数2】
【0010】物体の境界線は光の濃淡が大きく変化して
いるとして考えると、光の濃淡が変化しているところ
(特徴点)を上記の方法で求めていけば、物体の境界線
が判別される。特徴点も真の結像点にあれば、開口径の
変化に影響されないので、これにより物体の特徴点の位
置と大きさが求められ、特徴点の集合から物体の境界線
を得ることができる。
【0011】これにより、従来複数あった結像系を一つ
にし、可変開口絞りを加えることにより、真の結像点を
求め、被写系の特徴点の位置を求めるようにしたため、
結像系は単一であり、従って、物体に対し一対一対応で
像が入力され、結像系や光源の位置を動かす必要がなく
なった。このため、従来の方法に比べ、装置・処理共に
単純になり、高速化,小型化が実現できるようになっ
た。
【0012】
【実施例】以下、本発明の1実施例を説明する。図2
は、本実施例の構成図である。結像系10の開口絞り1
1,絞りを操作する手段12,画像入力装置13,入力
装置操作手段14,エッジ検出手段15,エッジ記憶メ
モリ16,アンド比較手段17,位置検出手段18,物
体記録メモリ19からなる。
【0013】以下、各手段の動作を説明する。開口径変
化手段12は、絞り11の径を変える手段である。エッ
ジ検出手段15からのトリガを受け取ると、絞り11の
径を変化させる。この場合、径の値は任意でよく、ま
た、最低2段階の径の変化があればよい。また、絞りの
形態は、カメラのシャッタのような機械的なものや、液
晶のような電磁的なものが考えられる。さらに、開口径
を変化させるかわりに、開口部の形状を変えてもよい。
これは、形状が変わった部分は、径の変化が起こったこ
とと同義にとらえることができるからである。
【0014】入力装置操作手段14は、画像入力装置1
3の位置を動かす手段である。エッジ検出手段15から
画像入力装置13の入力位置データを受け取ると、デー
タの位置に画像入力装置13を動かし、画像入力装置1
3の画像データをエッジ検出手段15に送る。本実施例
では、画像入力装置13は、結像系10の光軸に垂直に
置かれ、光軸方向に動くとする。しかし、画像入力装置
13は、必ずしも光軸に垂直である必要はなく、光軸と
平行にならなければ、いかなる角度でも3次元立体視は
可能である。
【0015】図3は、エッジ検出手段15の動作を説明
するフローチャートである。エッジ検出手段15は、画
像入力装置13の初期位置をXに設定し(ステップ10
1)、画像入力装置を動かす回数Nのループに入る(ス
テップ102)。フラグfに0を設定し(ステップ10
3)、入力装置操作手段14にデータXを送信する(ス
テップ104)。入力装置操作手段14から画像データ
を受信すると(ステップ105)、そのデータからエッ
ジを検出し(ステップ106)、エッジ記録メモリ16
に記録する(ステップ107)。
【0016】開口径変化手段12へトリガをかけて(ス
テップ108)、フラグfが0ならば、fに1を設定し
てステップ104へ戻り、そうでないならば、Xに画像
入力装置13を動かす量ΔXを加算して(ステップ11
1)ループの先頭に戻る。このループをN回繰り返す。
【0017】ΔXの値は、小さいほど精度の高いデータ
が得られるが、ΔXが小さくなりすぎると、具体的には
画像入力装置13の精度よりΔXが小さくなると、エッ
ジが動いたことが検出できなくなる可能性があるので、
誤った結像点を測定してしまうことになる。従って、Δ
Xの下限値は、画像入力装置13の最小可能測定長とな
る。
【0018】Nの値は、大きいほど広範囲のエッジを検
出できるが、これは、立体視する対象物体の大きさと、
装置全体の大きさの制約によって適宜決める。また、
N,ΔXは、メモリ16,19の容量によっても制限さ
れる。つぎに、アンド比較手段17は、エッジ記録メモ
リ16の内容から、絞り11が変化した2種類以上のエ
ッジデータのアンドをとり、その結果を位置検出手段1
8にわたす。このデータが、その時点で画像入力装置1
3上に真の結像点が存在するエッジを表している。
【0019】位置検出手段18は、アンド比較手段17
から受け取ったエッジデータと、結像系10の焦点距離
から、エッジデータに対応する被写系の位置を算出し、
その結果を物体記録メモリ19に記録する。このように
各手段が動作することにより、被写系のエッジの位置を
検出することができる。本実施例では、絞りを変化させ
る前後のエッジデータのアンドをとるようにしたので、
真の結像点を容易に求めることができる。
【0020】次に、本発明の第2の実施例を説明する。
第1の実施例では、絞りの変化を1回ずつとしたが、こ
の回数を増すことによって、結像点抽出の信頼度を上げ
ることができる。これは、1回の絞りの変化では、異な
るエッジが絞りの変化の前後で同位置となることが考え
られるためである。この偶然性を減らすためには、絞り
の変化を数段階に増やし、すべてのデータのアンドをと
る方法が有効であり、ハードウェアの変更が必要ないこ
とから最も容易な方法であるといえる。
【0021】さらに本発明の第3の実施例を説明する。
開口部の径または形状を変化させる代わりに、開口部の
位置を変える方法もある。以下、図4で説明する。図2
の開口絞り11の位置に、遮光板20を置く。遮光板2
0には、開口部21,22があり、それぞれ単独で閉じ
ることができる構造とする。開口径変化手段12は、あ
らかじめ開口部22を閉じておき、エッジ検出手段15
からのトリガを受けると、開口部21を開け、開口部2
2を閉じる。これにより、結像系10の開口部の形状が
変化するので、第1の実施例と同じ原理で3次元立体視
ができる。
【0022】最後に、本発明の第4の実施例を説明す
る。図1において、画像入力装置SがA1の位置にある
とき、線分Q′B′とR′C′の延長線の交点が真の結
像点P′になるため、画像入力装置Sの位置を動かさな
くてもP′を求めることができる。この原理から、開口
部の径や形状を変化させた画像を複数種類とることで、
ぼけのない画像を作り出す。
【0023】図5は、本実施例のブロック図である。画
像入力装置は移動させる必要がないので、図2における
入力操作手段14は省略できる。結像点算出手段30
は、エッジ記録メモリ16内の同じ被写系に対するエッ
ジ位置情報と、開口径,画像入力装置の位置から、真の
結像点の位置を求め、位置検出手段18に結像点の位置
情報を送る。エッジ検出手段15の動作は、第1の実施
例の図3におけるループ102を除いたものとなる。従
って、本実施例では、第1の実施例に対して、高速で処
理できる。また、画像入力装置13を移動させる必要が
ないので、装置全体が小さくなるという利点がある。
【0024】さらに、第1,3,4の実施例の応用とし
て、開口部を移動させたり、回転させて、開口径や形状
を変化させる方法がある。また、開口部を結像系と画像
入力装置の間に置く替わりに、結像系の被写系側に置く
方法もある。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、結像系や画像入力装置
が単一の構造なので、装置全体の簡略化,小型化が実現
された。また、動作が単純なため、高速化が図れた。結
像系の開口径を変化させ、ぼけた画像を消去するように
したため、正確な被写系の位置を測定できるようになっ
た。
【0026】本発明では、光学系を対象としたが、本発
明の原理は、電磁波系,超音波系,電子ビーム系,弾性
派系,音響系などの伝播系に利用できるので、広範囲の
用途に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理説明図。
【図2】第1の実施例のブロック図。
【図3】第1の実施例のエッジ検出手段の動作のフロー
チャート。
【図4】第3の実施例のブロック図。
【図5】第4の実施例のブロック図。
【符号の説明】 10…結合系、11…開口絞り、12…開口径変化手
段、13…画像入力装置、14…入力装置操作手段、1
5…エッジ検出手段、16…エッジ記録メモリ、17…
アンド比較手段、18…位置検出手段、19…物体記録
メモリ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−283608(JP,A) 特開 平6−60186(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】同一の被写系を、光学系の開口径もしくは
    開口形状を変えて撮影し、得られた複数の画像上の各被
    写系のぼけの程度を比較することを特徴とする3次元立
    体視方法。
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