JP5297779B2 - 形状測定装置およびプログラム - Google Patents
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Description
以下、本発明を、第1方式に適用した形状測定装置およびプログラムの一例について、図面を参照して説明する。この第1方式は、最初に校正用被写体により撮影部の位置と姿勢を算出するので、2台以上の撮影部を固定した構成とする。この方法の利点は、動きのあるようなもの(たとえば生体)を計測するときでも、一瞬にして測定対象物をとらえて計測ができることである。また、一度撮影部の位置姿勢を校正用被写体で求めておけば、測定対象物をその空間内に置くことで、三次元計測がいつでも可能である。
図1は、第1方式を採用した形状測定装置の上面図である。形状測定装置1は、撮影部2〜9、特徴投影部10〜13、中継部14、計算処理部15、表示部17、操作部16を備える。形状測定装置1は、撮影部2〜9の中央に配置された測定対象物18の形状を測定する。
以下、形状測定装置の詳細な処理について図3を参照して説明する。図3は、形状測定装置のプログラムのフローチャートである。このフローチャートを実行するプログラムは、CDROMなどの記録媒体に格納して提供が可能である。
(1)未知パラメータ(κ1,φ1,κ2,φ2,ω2)の初期近似値は通常0とする。
(2)数3の共面条件式を近似値のまわりにテーラー展開し、線形化したときの微分係数の値を数4により求め、観測方程式をたてる。
(3)最小二乗法をあてはめ、近似値に対する補正量を求める。
(4)近似値を補正する。
(5)補正された近似値を用いて、(1)〜(4)までの操作を収束するまで繰り返す。
第1の実施形態によれば、左右の重複画像における誤対応点を自動判定することで、ステレオマッチングに用いられるLSMまたは正規化相関法の初期値を自動で取得することができる。
第2の実施形態は、特徴点近傍の基準点の視差に基づき、特徴点の視差を推定または誤対応点を判定するものであり、上述した第1方式を採用した第1実施形態における誤差対応点判定部が行う視差による判定方法の一変形例である。
第2の実施形態によれば、左右画像における特徴点の位置を対応付ける際に、特徴点の推定視差に相当する位置から横方向または縦方向に対応点を探索することができる。また、特徴点近傍の基準点の視差に基づき、誤対応点を判定することができる。
以下、第1の実施形態の変形例について説明する。第3の実施形態は、既知の奥行量に基づいて特徴点の視差を求め、誤対応点を判定するものである。上述した第1方式を採用した第1の実施形態における視差による判定方法の変形例の一つである。
第3の実施形態によれば、奥行量が既知の場合に、誤対応点を判定することができる。
以下、第1の実施形態の変形例について説明する。第4の実施形態は、測定対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出部をさらに備えるものである。
図32は、ステレオ画像の撮影範囲の違いを示す図面代用写真である。図32に示すように、ステレオ画像では、右画像に写らない左画像の撮影範囲40と、左画像に写らない右画像の撮影範囲41が存在する。この撮影領域40,41で抽出される特徴点は、特徴点の対応付けができないため、全て誤対応点となる。しかしながら、第4の実施形態によれば、特徴点の抽出領域が制限されるため、誤対応点が抽出されない。
第5の実施形態は、第1の実施形態において、撮影部の位置と姿勢を求める方法として、水平測角部および鉛直測角部の少なくとも一つにより、撮影部の撮影位置を測定する手段を採用したものである。
第5の実施形態によれば、校正用被写体19を撮影した画像に基づいて撮影部2〜9の撮影位置および姿勢を求める必要がない。すなわち、形状測定装置1は、撮影位置姿勢測定部20を備える必要がない。
第1方式を採用した第1の実施形態において、撮影位置姿勢測定部20が、相互標定法を用いて撮影部の撮影位置や姿勢を求める例を説明した。第6の実施形態では、相互標定法の変わりに、採用しうる具体的処理の例として、単写真標定、およびDLT法について説明する。
図27は、単写真標定を説明する説明図である。単写真標定は、1枚の写真の中に写された基準点に成り立つ共線条件を用いて、写真を撮影したカメラの位置O(X0,Y0,Z0)およびカメラの姿勢(ω,φ,κ)を求める。共線条件とは、投影中心、写真像および地上の対象点(Op1P1,Op2P2,Op3P3)が、一直線上にあるという条件である。また、カメラの位置O(X0,Y0,Z0)とカメラの姿勢(ω,φ,κ)は外部標定要素である。
DLT法は、写真座標と対象空間の三次元座標との関係を3次の射影変換式で近似したものである。DLT法の基本式は以下の数11となる。なお、DLT法の詳細については、「村井俊治:解析写真測量、p46−51、p149−155」等を参照する。
第6の実施形態によれば、単写真標定を採用した場合には、少ない画像からの測定に有利であり、DLTを採用した場合には、単写真標定よりも演算処理が簡易となる優位がある。
第7の実施形態は、撮影部の位置を、測定対象物と一緒に基準尺(校正用被写体)を撮影し、並列的に求める第2方式に基づくものであり、第1の実施形態における撮影位置姿勢測定部20の処理方法の一変形例である。
第7の実施形態によれば、第2方式を採用しており、測定対象物18と校正用被写体を同時に撮影することにより、撮影部の位置姿勢を求め、三次元測定することが可能なので、撮影部は1台から何台でも構成でき、また撮影部を固定する必要がないので簡単な構成にできる。
Claims (17)
- 複数の撮影位置から撮影した重複画像における測定対象物の特徴点の位置を対応付ける特徴点対応付部と、
前記特徴点対応付部で対応付けた特徴点の重複画像における視差を求める視差測定部と、
前記視差測定部で求めた視差に基づき、前記測定対象物の特徴点の三次元座標を求める三次元座標演算部と、
前記三次元座標演算部で求めた三次元座標系における測定対象物の形態に基づいて、誤対応点を判定する誤対応点判定部と、
前記誤対応点判定部で誤対応点と判定された点を除いた特徴点の位置および前記複数の撮影位置に基づき、前記測定対象物の特徴点の三次元座標または前記測定対象物の三次元形状を求める三次元形状測定部と
を備え、
前記誤対応点判定部は、形態判定部を備え、
前記形態判定部は、
前記特徴点対応部で対応付けされた特徴点を初期値として特定のメッシュ間隔の不整三角形網の作成を行う第1の処理と、
前記不整三角形網の中から特定の閾値を超える辺の長さを有する部分の除去を行う第2の処理と、
前記第2の処理の結果、主要な部分と分離した不整三角形網の中から、ラベリングの連結数が特定の閾値以下の塊の除去を行うことで基準形態を作成する第3の処理と、
前記第3の処理が終了した段階で残存する前記特徴点の三次元座標と前記基準形態との間の距離が特定の閾値を超えている場合に、該当する前記特徴点を誤対応点と判定する第4の処理と
を行うことを特徴とする形状測定装置。 - 基準点を設けた校正用被写体と、
前記校正用被写体を撮影した重複画像内の対応する基準点の位置に基づき、前記撮影部の撮影位置および姿勢を求める撮影位置姿勢測定部と
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の形状測定装置。 - 前記撮影部の撮影位置を測定する水平角測部および鉛直角測部の少なくとも一つをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の形状測定装置。
- 所定の位置関係で基準点を設けた校正用被写体と、
前記校正用被写体を撮影した重複画像内の対応する基準点の位置に基づき、前記撮影部の撮影位置および姿勢を求める撮影位置姿勢測定部と
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の形状測定装置。 - 前記特徴点対応付部は、撮影部を所定の基線長だけ離して撮影した少なくとも一対のステレオ画像における特徴点の位置を対応付けることを特徴とする請求項2〜4のいずれかに記載の形状測定装置。
- 前記誤対応点判定部は、視差のヒストグラムを作成し、視差の平均から所定範囲内にない視差に相当する特徴点を誤対応点として判定することを特徴とする請求項2〜4のいずれかに記載の形状測定装置。
- 前記測定対象物に対して特徴を投影する特徴投影部をさらに備えることを特徴とする請求項2〜4のいずれかに記載の形状測定装置。
- 前記視差測定部は、前記特徴点対応付部で対応付けた特徴点の視差を求める際に、前記特徴点近傍の位置が分かっている基準点の視差に基づき、前記特徴点の視差を推定することを特徴とする請求項4に記載の形状測定装置。
- 前記誤対応点判定部は、特徴点近傍の位置が分かっている基準点の視差に基づき、前記特徴点が誤対応点か否かを判定することを特徴とする請求項4に記載の形状測定装置。
- 前記誤対応点判定部は、横視差および縦視差の少なくとも一つに基づき、誤対応点を判定することを特徴とする請求項1に記載の形状測定装置。
- 前記三次元形状測定部は、前記測定対象物の輪郭の内側を処理領域として三次元形状を測定することを特徴とする請求項1に記載の形状測定装置。
- 前記誤対応点判定部が誤対応点であると判定した場合には、前記誤対応点に相当する特徴点の指定が解除されることを特徴とする請求項2〜4のいずれかに記載の形状測定装置。
- 前記特徴点対応付部は、既知の奥行量に基づいて特徴点の視差を推定し、前記視差に基づいて誤対応点を判定することを特徴とする請求項1に記載の形状測定装置。
- 重複画像における測定対象物の輪郭を抽出する輪郭抽出部をさらに備え、前記特徴点対応付部は、前記輪郭抽出部によって抽出された輪郭より内側の領域内で特徴点の位置を対応付けることを特徴とする請求項1に記載の形状測定装置。
- 前記誤対応点判定部は、前記校正用被写体に設けた基準点の重心から前記三次元座標演算部で求めた特徴点の三次元座標までの距離に基づき、前記特徴点を誤対応点と判定することを特徴とする請求項2または4に記載の形状測定装置。
- 前記三次元形状測定部は、前記誤対応点判定部で初期値を求める際に行った誤対応点の除去の処理を、その後に測定値を求める際に行うように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の形状測定装置。
- 複数の撮影位置から撮影した重複画像における測定対象物の特徴点の位置を対応付ける特徴点対応付ステップと、
前記特徴点対応付ステップで対応付けた特徴点の重複画像における視差を求める視差測定ステップと、
前記視差測定ステップで求めた視差に基づき、前記測定対象物の特徴点の三次元座標を求める三次元座標演算ステップと、
前記三次元座標演算ステップで求めた三次元座標系における測定対象物の形態に基づいて、誤対応点を判定する誤対応点判定ステップと、
前記誤対応点判定ステップで誤対応点と判定された点を除いた特徴点の位置および前記複数の撮影位置に基づき、前記測定対象物の特徴点の三次元座標または前記測定対象物の三次元形状を求める三次元形状測定ステップと
を備え、
前記誤対応点判定ステップは、形態判定ステップを備え、
前記形態判定ステップにおいて、
前記特徴点対応ステップで対応付けされた特徴点を初期値として特定のメッシュ間隔の不整三角形網の作成を行う第1の処理と、
前記不整三角形網の中から特定の閾値を超える辺の長さを有する部分の除去を行う第2の処理と、
前記第2の処理の結果、主要な部分と分離した不整三角形網の中から、ラベリングの連結数が特定の閾値以下の塊の除去を行うことで基準形態を作成する第3の処理と、
前記第3の処理が終了した段階で残存する前記特徴点の三次元座標と前記基準形態との間の距離が特定の閾値を超えている場合に、該当する前記特徴点を誤対応点と判定する第4の処理と
を実行させるためのプログラム。
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