JP4793698B2 - 画像処理システム、3次元形状推定システム、物***置姿勢推定システム及び画像生成システム - Google Patents
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Description
rj=2(njl)nj−l 式(6)
103 顔モデル生成手段
201 照明基底計算手段
202 透視変換手段
203 照明補正手段
204 パラメータ更新手段
300 汎用照明基底モデル生成手段
301 照明基底モデル計算手段
401 画像入力装置
402 処理用コンピュータ
403 記憶装置
404 記憶媒体
2011 法線ベクトル計算手段
2012 調和関数計算手段
3001 サンプルパラメータ設定手段
3002 照明基底計算手段
3003 基底モデル計算手段
以下、本発明の第1の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明による画像処理システムの構成の一例を示すブロック図である。図1に示すように、画像処理システムは、位置姿勢初期値入力手段102と、顔モデル生成手段103と、照明基底計算手段201と、透視変換手段202と、照明補正手段203と、パラメータ更新手段204とを含む。
λj=argmin(|Imodel−Iinput|2) 式(13)
次に、本発明の第2の実施の形態について図面を参照して説明する。図4は、画像処理システムの他の構成例を示すブロック図である。図4に示すように、本実施の形態では、画像処理システムは、汎用照明基底モデル生成手段300と、位置姿勢初期値入力手段102と、顔モデル生成手段103と、照明基底モデル計算手段301と、透視変換手段202と、照明補正手段203と、パラメータ更新手段204とを含む。
次に、本発明の第3の実施の形態について図面を参照して説明する。図8は、画像処理システムのさらに他の構成例を示すブロック図である。図8に示すように、本実施の形態では、画像処理システムは、第2の実施の形態で示した各構成要素のうち、顔モデル生成手段103と、汎用照明基底モデル生成手段300と、照明基底モデル計算手段301とを含む。また、画像処理システムは、ある人物の顔の3次元形状パラメータとテクスチャパラメータとを入力とし、個別3次元形状と個別照明基底群とを出力する。
Claims (28)
- 類似した複数の物体の3次元形状データとテクスチャデータとに基づいて求めた汎用3次元物体モデルを用いて、3次元形状パラメータとテクスチャパラメータとに基づいて、個別の物体の3次元形状を示す個別3次元形状データと、前記個別の物体のテクスチャを示す個別テクスチャデータとを生成する個別データ生成手段と、
前記個別データ生成手段が生成した個別3次元形状データと個別テクスチャデータとに基づいて、複数の異なる照明条件における個別の物体の3次元表面各部位の輝度値の変動を示す個別照明基底をそれぞれ求める第1の照明基底計算手段と、
前記第1の照明基底計算手段が求めた個別照明基底群を用いて、入力画像と同じ照明条件を再現する画像である再現画像を生成する再現画像生成手段と、
前記再現画像生成手段が生成した再現画像と入力画像との誤差のコストを示すコスト関数を計算し、確率的降下法によって当該コスト関数を最小化するように、前記汎用3次元物体モデルに与える3次元形状パラメータ及びテクスチャパラメータを探索して更新し、更新後の各パラメータと更新前の各パラメータとの差が予め定めた閾値より小さくなる収束条件が成立するまで繰り返し更新するパラメータ更新手段とを備えたことを特徴とする画像処理システム。 - 前記第1の照明基底計算手段は、前記個別データ生成手段が生成した個別3次元形状データに基づいて、球面調和関数を用いて前記個別照明基底を求める請求項1記載の画像処理システム。
- 前記第1の照明基底計算手段は、
複数の異なる照明条件を設定する照明条件設定手段と、
前記照明条件設定手段が設定した各照明条件における物体表面各部位の輝度値をそれぞれ求める輝度計算手段と、
前記輝度計算手段が求めた輝度値に基づいて、前記個別照明基底群を求める計算手段とを含む請求項1記載の画像処理システム。 - 類似した複数の物体の3次元形状データとテクスチャデータとに基づいて求めた汎用3次元物体モデルを用いて、3次元形状パラメータとテクスチャパラメータとに基づいて、個別の物体の3次元形状を示す個別3次元形状データと、前記個別の物体のテクスチャを示す個別テクスチャデータとを生成する個別データ生成手段と、
前記汎用3次元物体モデルに対応する、個別の物体にあてられた照明の方向及び強度の違いによる反射の具合の基本的な変動を示すデータである照明基底を生成するための汎用照明基底モデルを生成する汎用照明基底モデル生成手段と、
前記汎用照明基底モデル生成手段が生成した汎用照明基底モデルを用いて、複数の異なる照明条件における個別の物体の3次元表面各部位の輝度値の変動を示す個別照明基底をそれぞれ求める第2の照明基底計算手段とを備えたことを特徴とする画像処理システム。 - 前記個別データ生成手段が生成した個別3次元形状データと、前記第2の照明基底計算手段が生成した個別照明基底とを出力する出力手段をさらに備えた請求項4記載の画像処理システム。
- 前記第2の照明基底計算手段が求めた個別照明基底群を用いて、入力画像と同じ照明条件を再現する画像である再現画像を生成する再現画像生成手段と、
前記再現画像生成手段が生成した再現画像と入力画像との誤差のコストを示すコスト関数を計算し、確率的降下法によって当該コスト関数を最小化するように、前記汎用3次元物体モデルに与える3次元形状パラメータ及びテクスチャパラメータを探索して更新し、更新後の各パラメータと更新前の各パラメータとの差が予め定めた閾値より小さくなる収束条件が成立するまで繰り返し更新するパラメータ更新手段とをさらに備えた請求項4又は請求項5記載の画像処理システム。 - 前記第2の照明基底計算手段は、前記汎用照明基底モデル生成手段が汎用3次元物体モデルを用いて生成する個別3次元形状データに対応する個別照明基底を、前記汎用3次元物体モデルに与える3次元形状パラメータと同一のパラメータを用いて求める請求項6記載の画像処理システム。
- 前記汎用照明基底モデル生成手段は、
前記汎用3次元物体モデルに与えるためのランダムな3次元形状パラメータを設定するパラメータ設定手段と、
前記パラメータ設定手段が設定したパラメータ群を前記汎用3次元物体モデルに与えることによって生成されるサンプル3次元形状群に基づいて、各パラメータそれぞれに対応する照明基底群を求める第3の照明基底計算手段と、
前記第3の照明基底計算手段が求めた照明基底群と、前記汎用3次元物体モデルの基底ベクトル及び固有値とを用いて、前記汎用照明基底モデルの基底ベクトルを求める基底計算手段とを含む請求項7記載の画像処理システム。 - 前記第3の照明基底計算手段は、前記個別3次元形状データに基づいて、球面調和関数を用いて前記個別照明基底を求める請求項8記載の画像処理システム。
- 前記第3の照明基底計算手段は、
複数の異なる照明条件を設定する照明条件設定手段と、
前記照明条件設定手段が設定した各照明条件における物体表面各部位の輝度値をそれぞれ求める輝度計算手段と、
前記輝度計算手段が求めた輝度値に基づいて、主成分分析によって前記個別照明基底群を求める計算手段とを含む請求項8記載の画像処理システム。 - 請求項1又は請求項4記載の画像処理システムを用いた、物体の3次元形状を推定する3次元形状推定システムであって、
前記収束条件が成立すると、前記収束した時点における3次元形状パラメータ及びテクスチャパラメータに基づいて、前記汎用3次元物体モデルによって生成される3次元形状を出力する形状出力手段を備えたことを特徴とする3次元形状推定システム。 - 請求項1又は請求項4記載の画像処理システムを用いた、物体の位置及び姿勢を推定する物***置姿勢推定システムであって、
前記収束条件が成立すると、前記収束した時点における、物体の位置及び姿勢を示す位置姿勢パラメータを出力する位置姿勢出力手段を備えたことを特徴とする物***置姿勢推定システム。 - 請求項1又は請求項4記載の画像処理システムを用いた、入力画像と同じ照明条件を再現する画像である再現画像を生成する画像生成システムであって、
前記収束条件が成立すると、前記収束した時点における再現画像を出力する画像出力手段を備えたことを特徴とする画像生成システム。 - 個別データ生成手段が、類似した複数の物体の3次元形状データとテクスチャデータとに基づいて求めた汎用3次元物体モデルを用いて、3次元形状パラメータとテクスチャパラメータとに基づいて、個別の物体の3次元形状を示す個別3次元形状データと、前記個別の物体のテクスチャを示す個別テクスチャデータとを生成し、
第1の照明基底計算手段が、生成した前記個別3次元形状データと前記個別テクスチャデータとに基づいて、複数の異なる照明条件における個別の物体の3次元表面各部位の輝度値の変動を示す個別照明基底をそれぞれ求め、
再現画像生成手段が、求めた前記個別照明基底群を用いて、入力画像と同じ照明条件を再現する画像である再現画像を生成し、
パラメータ更新手段が、生成した前記再現画像と入力画像との誤差のコストを示すコスト関数を計算し、確率的降下法によって当該コスト関数を最小化するように、前記汎用3次元物体モデルに与える3次元形状パラメータ及びテクスチャパラメータを探索して更新し、更新後の各パラメータと更新前の各パラメータとの差が予め定めた閾値より小さくなる収束条件が成立するまで繰り返し更新することを特徴とする画像処理方法。 - 前記第1の照明基底計算手段が、前記個別データ生成手段で生成した個別3次元形状データに基づいて、球面調和関数を用いて前記個別照明基底を求める請求項14記載の画像処理方法。
- 前記第1の照明基底計算手段が、複数の異なる照明条件を設定し、設定した前記各照明条件における物体表面各部位の輝度値をそれぞれ求め、求めた前記輝度値に基づいて、前記個別照明基底群を求める請求項14記載の画像処理方法。
- 個別データ生成手段が、類似した複数の物体の3次元形状データとテクスチャデータとに基づいて求めた汎用3次元物体モデルを用いて、3次元形状パラメータとテクスチャパラメータとに基づいて、個別の物体の3次元形状を示す個別3次元形状データと、前記個別の物体のテクスチャを示す個別テクスチャデータとを生成し、
汎用照明基底モデル生成手段が、前記汎用3次元物体モデルに対応する、個別の物体にあてられた照明の方向及び強度の違いによる反射の具合の基本的な変動を示すデータである照明基底を生成するための汎用照明基底モデルを生成し、
第2の照明基底計算手段が、生成した前記汎用照明基底モデルを用いて、複数の異なる照明条件における個別の物体の3次元表面各部位の輝度値の変動を示す個別照明基底をそれぞれ求めることを特徴とする画像処理方法。 - 出力手段が、前記個別データ生成手段が生成した個別3次元形状データと、前記第2の照明基底計算手段が生成した個別照明基底とを出力することを特徴とする請求項17記載の画像処理方法。
- 再現画像生成手段が、前記第2の照明基底計算手段が求めた個別照明基底群を用いて、入力画像と同じ照明条件を再現する画像である再現画像を生成し、
パラメータ更新手段が、生成した前記再現画像と入力画像との誤差のコストを示すコスト関数を計算し、確率的降下法によって当該コスト関数を最小化するように、前記汎用3次元物体モデルに与える3次元形状パラメータ及びテクスチャパラメータを探索して更新し、更新後の各パラメータと更新前の各パラメータとの差が予め定めた閾値より小さくなる収束条件が成立するまで繰り返し更新することを特徴とする請求項17又は請求項18記載の画像処理方法。 - 前記第2の照明基底計算手段が、前記汎用照明基底モデル生成手段が汎用3次元物体モデルを用いて生成する個別3次元形状データに対応する個別照明基底を、前記汎用3次元物体モデルに与える3次元形状パラメータと同一のパラメータを用いて求める請求項19記載の画像処理方法。
- パラメータ設定手段が、前記汎用3次元物体モデルに与えるためのランダムな3次元形状パラメータを設定し、
第3の照明基底計算手段が、設定したパラメータ群を前記汎用3次元物体モデルに与えることによって生成されるサンプル3次元形状群に基づいて、各パラメータそれぞれに対応する照明基底群を求め、
基底計算手段が、求めた前記照明基底群と、前記汎用3次元物体モデルの基底ベクトル及び固有値とを用いて、汎用照明基底モデルの基底ベクトルを求めることを特徴とする請求項20記載の画像処理方法。 - 前記第3の照明基底計算手段が、前記個別3次元形状データに基づいて、球面調和関数を用いて前記個別照明基底を求める請求項21記載の画像処理方法。
- 前記第3の照明基底計算手段が、複数の異なる照明条件を設定し、設定した前記各照明条件における物体表面各部位の輝度値をそれぞれ求め、求めた前記輝度値に基づいて、主成分分析によって前記個別照明基底群を求める請求項21記載の画像処理方法。
- 請求項14又は請求項17記載の画像処理方法を用いた、物体の3次元形状を推定する3次元形状推定方法であって、
形状出力手段が、前記収束条件が成立すると、前記収束した時点における3次元形状パラメータ及びテクスチャパラメータに基づいて、前記汎用3次元物体モデルによって生成される3次元形状を出力することを特徴とする3次元形状推定方法。 - 請求項14又は請求項17記載の画像処理方法を用いた、物体の位置及び姿勢を推定する物***置姿勢推定方法であって、
位置姿勢出力手段が、前記収束条件が成立すると、前記収束した時点における、物体の位置及び姿勢を示す位置姿勢パラメータを出力することを特徴とする物***置姿勢推定方法。 - 請求項14又は請求項17記載の画像処理方法を用いた、入力画像と同じ照明条件を再現する画像である再現画像を生成する画像生成方法であって、
画像出力手段が、前記収束条件が成立すると、前記収束した時点における再現画像を出力することを特徴とする画像生成方法。 - コンピュータを、
類似した複数の物体の3次元形状データとテクスチャデータとに基づいて求めた汎用3次元物体モデルを用いて、3次元形状パラメータとテクスチャパラメータとに基づいて、個別の物体の3次元形状を示す個別3次元形状データと、前記個別の物体のテクスチャを示す個別テクスチャデータとを生成する個別データ手段と、
生成した前記個別3次元形状データと前記個別テクスチャデータとに基づいて、複数の異なる照明条件における個別の物体の3次元表面各部位の輝度値の変動を示す個別照明基底をそれぞれ求める第1の照明基底計算手段と、
求めた前記個別照明基底群を用いて、入力画像と同じ照明条件を再現する画像である再現画像を生成する再現画像生成手段と、
生成した前記再現画像と入力画像との誤差のコストを示すコスト関数を計算し、確率的降下法によって当該コスト関数を最小化するように、前記汎用3次元物体モデルに与える3次元形状パラメータ及びテクスチャパラメータを探索して更新し、更新後の各パラメータと更新前の各パラメータとの差が予め定めた閾値より小さくなる収束条件が成立するまで繰り返し更新するパラメータ更新手段として機能させるための画像処理プログラム。 - コンピュータを、
類似した複数の物体の3次元形状データとテクスチャデータとに基づいて求めた汎用3次元物体モデルを用いて、3次元形状パラメータとテクスチャパラメータとに基づいて、個別の物体の3次元形状を示す個別3次元形状データと、前記個別の物体のテクスチャを示す個別テクスチャデータとを生成する個別データ生成手段と、
前記汎用3次元物体モデルに対応する、個別の物体にあてられた照明の方向及び強度の違いによる反射の具合の基本的な変動を示すデータである照明基底を生成するための汎用照明基底モデルを生成する汎用照明基底モデル生成手段と、
生成した前記汎用照明基底モデルを用いて、複数の異なる照明条件における個別の物体の3次元表面各部位の輝度値の変動を示す個別照明基底をそれぞれ求める第2の照明基底計算手段として機能させるための画像処理プログラム。
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