JP5768684B2 - ステレオ画像生成装置、ステレオ画像生成方法及びステレオ画像生成用コンピュータプログラム - Google Patents
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Description
上記の一般的な記述及び下記の詳細な記述の何れも、例示的かつ説明的なものであり、請求項のように、本発明を制限するものではないことを理解されたい。
カメラモジュール2−1、2−2は、それぞれ、画像を生成する度に、その生成した画像をステレオ画像生成装置6へ送信する。なお、以下では、便宜上、カメラモジュール2−1で生成された左目用の画像を左画像と呼び、カメラモジュール2−2で生成された右目用の画像を右画像と呼ぶ。
図2に、ステレオ画像生成装置6の構成図を示す。図2に示すように、ステレオ画像生成装置6は、バッファ10と、特徴点抽出部11と、補正パラメータ算出部12と、補正誤差算出部13と、偏在度算出部14と、閾値決定部15と、判定部16と、補正部17とを有する。ステレオ画像生成装置6が有するこれらの各部は、それぞれ、別個の回路としてステレオ画像生成装置6に実装されてもよく、あるいはそれらの各部の機能を実現する一つの集積回路であってもよい。
次に、図3(b)に示すように、左画像300から抽出された複数の第1の候補点のうち、注目する候補点301aを中心とするテンプレート302が設定される。そして右画像310では、テンプレート302とのテンプレートマッチングが行われ、第2の候補点311が抽出される。
その後、図3(c)に示されるように、右画像310に基づいて、第2の候補点311を中心とする再探索用テンプレート312が設定され、左画像300と再探索用テンプレート312とのテンプレートマッチングが行われる。その結果、第3の候補点303が抽出され、この第3の候補点303と第1の候補点301a間の距離が距離閾値以下であれば、第1の候補点301a(あるいは第3の候補点303)と第2の候補点311が特徴点の組となる。
特徴点抽出部11は、得られた特徴点の組ごとに、二つの特徴点の画像上の水平座標値及び垂直座標値を補正パラメータ算出部12及び偏在度算出部14へ通知する。
なお、カメラモジュールの取付機構の構造により、カメラモジュール2−1及び2−2が、互いに対して垂直方向、水平方向または光軸周りの回転方向の何れかにのみずれる場合、補正パラメータ算出部12は、(θ,tx,ty)のうちの何れか一つのみを求めてもよい。
補正パラメータ算出部12は、補正パラメータの組(θ,tx,ty)を補正誤差算出部13及び補正部17へ渡す。
補正誤差算出部13は、補正誤差量を判定部16へ通知する。
偏在度ごとに予め準備された、左画像と右画像の組である複数のサンプルデータに基づいて、偏在度ごとに、複数の補正誤差量ei(i=1,2,...,n)(ただし、nは2以上の整数)のそれぞれに対する補正成功率ri(i=1,2,....,n)が算出される。ただし、各サンプルデータについては、そのサンプルデータから算出された補正パラメータの組を用いて生成されたステレオ画像について、補正に成功したか否が(すなわち、残余誤差平均が許容上限以下となったか否か)が分かっているものとする。そして偏在度ごとに、各係数α、β、γ及びδbを変数として回帰分析を行うことにより、補正誤差量eiを(4)式に入力することにより算出される補正成功率の計算値r'iと補正成功率riとの二乗誤差平均が最小となるときの各係数α、β、γ及びδbが算出される。
α = 1.427
β = -0.004315
γ = 1115.969
δ0 = 0.985
δ1 = 1.587
δ2 = 2.747
これらの係数は、例えば、対応する偏在度と関連付けて予め閾値決定部15が有するメモリ回路に記憶される。
閾値決定部15は、求めた閾値Thを判定部16へ通知する。
なお、補正部17は、左画像の各画素の位置を補正する代わりに、右画像の各画素の位置を補正してもよい。この場合、補正部17は、(1)式において、補正パラメータの組(θ,tx,ty)を、それぞれ、(-θ,-tx,-ty)とすればよい。また補正部17は、左画像の各画素の位置及び右画像の各画素の位置を、それぞれ(1)式に従って補正してもよい。この場合には、左画像に対して適用される補正パラメータの組を、(θ/2,tx/2,ty/2)とし、一方、右画像に対して適用される補正パラメータの組を、(-θ/2,-tx/2,-ty/2)としてもよい。
ステレオ画像生成装置6は、得られたステレオ画像を表示部4に表示させ、あるいは、記憶部5に記憶する。
ステレオ画像生成装置6は、カメラモジュール2−1から左画像を取得し、カメラモジュール2−2から右画像を取得する(ステップS101)。そしてステレオ画像生成装置6は、左画像及び右画像をバッファ10に記憶する。
なお、ステレオ画像生成装置6は、ステップS103〜S104の処理とステップS105〜S106の処理とを、並列に実行してもよく、あるいは、ステップS103〜S104の処理とステップS105〜S106の処理の順序を入れ替えてもよい。
第2の実施形態によるステレオ画像生成装置61は、第1の実施形態によるステレオ画像生成装置6と比較して、補正パラメータ記憶部18に関して相違する。そこで以下では、補正パラメータ記憶部18及びその関連部分について説明する。ステレオ画像生成装置61のその他の構成要素については、第1の実施形態によるステレオ画像生成装置の対応する構成要素についての説明を参照されたい。
第3の実施形態によるステレオ画像生成装置62は、第1の実施形態によるステレオ画像生成装置6と比較して、サンプル記憶部19及び閾値決定部15に関して相違する。そこで以下では、サンプル記憶部19及び閾値決定部15について説明する。ステレオ画像生成装置62のその他の構成要素については、第1の実施形態によるステレオ画像生成装置の対応する構成要素についての説明を参照されたい。
このサンプルデータは、例えば、偏在度ごとの、様々な補正誤差量と各補正誤差量における補正成功率とを含む。
この実施形態では、偏在度は既に求められているので、閾値決定部15は、その偏在度に対応するサンプルデータのみを用いて、その偏在度に対応する補正誤差量と補正成功率の関係式を求めればよい。また、補正誤差量と補正成功率の関係式は、第1の実施形態に関して説明したように、例えば、(4)式〜(6)式の何れかで表される。そしてその関係式で用いられる係数は、上記のように、補正誤差量ごとの補正成功率に対して回帰分析を行うことで決定される。
第4の実施形態によるステレオ画像生成装置63は、第1の実施形態によるステレオ画像生成装置6と比較して、補正誤差調整部20に関して相違する。そこで以下では、補正誤差調整部20について説明する。ステレオ画像生成装置63のその他の構成要素については、第1の実施形態によるステレオ画像生成装置の対応する構成要素についての説明を参照されたい。
ここで、垂直方向についての基準画角がφである場合、画像上の1画素に対応する、カメラモジュールの結像面に対応する物体面(すなわち、カメラモジュールが有する撮像光学系の前側焦点面)上の垂直方向の距離dは次式で表される。
したがって、カメラモジュールが有する撮像光学系の前側主点から物体面までの距離が、補正パラメータの算出時と補正誤差量と補正成功率の関係式を求めるための画像生成時とで等しいと仮定すれば、補正誤差調整部20は、補正誤差量を次式に従って調整できる。
コンピュータ100は、ユーザインターフェース部101と、通信インターフェース部102と、記憶部103と、記憶媒体アクセス装置104と、プロセッサ105とを有する。プロセッサ105は、ユーザインターフェース部101、通信インターフェース部102、記憶部103及び記憶媒体アクセス装置104と、例えば、バスを介して接続される。
さらに、通信インターフェース部102は、イーサネット(登録商標)などの通信規格に従った通信ネットワークに接続するための通信インターフェース及びその制御回路を有してもよい。
この場合には、通信インターフェース部102は、撮像装置、カメラまたは通信ネットワークに接続された他の機器から、左画像と右画像とを取得し、左画像と右画像とをプロセッサ105へ渡す。また通信インターフェース部102は、プロセッサ105から受け取った、ステレオ画像を通信ネットワークを介して他の機器へ出力してもよい。
(付記1)
被写体を撮影することにより第1の画像を生成する第1の撮像部と、
前記第1の撮像部と異なる位置に配置され、かつ前記被写体を撮影することにより第2の画像を生成する第2の撮像部と、
前記第1の画像及び前記第2の画像に基づいてステレオ画像を生成するステレオ画像生成部とを有し、
前記ステレオ画像生成部は、
前記第1の画像と前記第2の画像から、それぞれ、前記被写体上の同一の点に対応する特徴点の組を複数抽出する特徴点抽出部と、
前記複数の特徴点の組に基づいて、前記第1の画像上の前記被写体の位置と前記第2の画像上の被写体の位置のずれを補正する少なくとも一つの補正パラメータを算出する補正パラメータ算出部と、
前記複数の特徴点の組のそれぞれごとに、前記補正パラメータを用いて前記第1の画像及び前記第2の画像のうちの少なくとも一方の前記特徴点の位置を補正して、該補正後の特徴点間の距離を求め、当該距離の統計値を表す補正誤差量を算出する補正誤差算出部と、
前記第1の画像と前記第2の画像のうちの一方における前記特徴点の偏在度合いを求める偏在度算出部と、
前記偏在度が大きいほど、前記補正誤差量に対する閾値を小さくするように該閾値を決定する閾値決定部と、
前記補正誤差量が前記閾値よりも大きい場合、前記補正パラメータを廃棄する判定部と、
前記補正誤差量が前記閾値以下である場合、前記補正パラメータを用いて前記第1の画像上の前記被写体の位置と前記第2の画像上の前記被写体の位置のうちの少なくとも一方を補正することにより前記ステレオ画像を生成する補正部と、
を有するステレオ撮像装置。
2−1、2−2 カメラモジュール
3 操作部
4 表示部
5 記憶部
6、61−63 ステレオ画像生成装置
7 制御部
10 バッファ
11 特徴点抽出部
12 補正パラメータ算出部
13 補正誤差算出部
14 偏在度算出部
15 閾値決定部
16 判定部
17 補正部
18 補正パラメータ記憶部
19 サンプル記憶部
20 補正誤差調整部
100 コンピュータ
101 ユーザインターフェース部
102 通信インターフェース部
103 記憶部
104 記憶媒体アクセス装置
105 プロセッサ
106 記憶媒体
Claims (6)
- 被写体を第1のカメラで撮影することにより生成された第1の画像と当該被写体を第2のカメラで撮影することにより生成された第2の画像から、それぞれ、前記被写体上の同一の点に対応する特徴点の組を複数抽出する特徴点抽出部と、
前記複数の特徴点の組に基づいて、前記第1の画像上の前記被写体の位置と前記第2の画像上の被写体の位置のずれを補正する少なくとも一つの補正パラメータを算出する補正パラメータ算出部と、
前記複数の特徴点の組のそれぞれごとに、前記補正パラメータを用いて前記第1の画像及び前記第2の画像のうちの少なくとも一方の前記特徴点の位置を補正して、該補正後の特徴点間の距離を求め、当該距離の統計値を表す補正誤差量を算出する補正誤差算出部と、
前記第1の画像と前記第2の画像のうちの一方における前記特徴点の偏在度を求める偏在度算出部と、
前記偏在度が大きいほど、前記補正誤差量に対する閾値を小さくするように該閾値を決定する閾値決定部と、
前記補正誤差量が前記閾値よりも大きい場合、前記補正パラメータを廃棄する判定部と、
前記補正誤差量が前記閾値以下である場合、前記補正パラメータを用いて前記第1の画像上の前記被写体の位置と前記第2の画像上の前記被写体の位置のうちの少なくとも一方を補正することによりステレオ画像を生成する補正部と、
を有するステレオ画像生成装置。 - 前記閾値決定部は、前記偏在度ごとに規定される、前記補正パラメータを用いて補正することにより適正なステレオ画像が生成される確率と補正誤差量との関係を表す関係式に基づいて、当該確率が所定値となるときの補正誤差量を前記閾値とする、請求項1に記載のステレオ画像生成装置。
- 前記関係式は前記補正誤差量が大きくなるほど前記確率が単調に減少する関数であり、かつ、前記偏在度が高いほど、前記確率の前記所定値に対応する前記補正誤差量が小さくなる、請求項2に記載のステレオ画像生成装置。
- 前記偏在度算出部は、前記第1の画像と前記第2の画像のうちの一方を複数のブロックに分割し、前記複数のブロックのうち、前記特徴点が存在しないブロックの個数を前記偏在度とする、請求項1〜3の何れか一項に記載のステレオ画像生成装置。
- 被写体を第1のカメラで撮影することにより生成された第1の画像と当該被写体を第2のカメラで撮影することにより生成された第2の画像から、それぞれ、前記被写体上の同一の点に対応する特徴点の組を複数抽出し、
前記複数の特徴点の組に基づいて、前記第1の画像上の前記被写体の位置と前記第2の画像上の被写体の位置のずれを補正する少なくとも一つの補正パラメータを算出し、
前記複数の特徴点の組のそれぞれごとに、前記補正パラメータを用いて前記第1の画像及び前記第2の画像のうちの少なくとも一方の前記特徴点の位置を補正して、該補正後の特徴点間の距離を求め、当該距離の統計値を表す補正誤差量を算出し、
前記第1の画像と前記第2の画像のうちの一方における前記特徴点の偏在度を求め、
前記偏在度が大きいほど、前記補正誤差量に対する閾値を小さくするように該閾値を決定し、
前記補正誤差量が前記閾値よりも大きい場合、前記補正パラメータを廃棄し、
前記補正誤差量が前記閾値以下である場合、前記補正パラメータを用いて前記第1の画像上の前記被写体の位置と前記第2の画像上の前記被写体の位置のうちの少なくとも一方を補正することによりステレオ画像を生成する、
ことを含むステレオ画像生成方法。 - 被写体を第1のカメラで撮影することにより生成された第1の画像と当該被写体を第2のカメラで撮影することにより生成された第2の画像から、それぞれ、前記被写体上の同一の点に対応する特徴点の組を複数抽出し、
前記複数の特徴点の組に基づいて、前記第1の画像上の前記被写体の位置と前記第2の画像上の被写体の位置のずれを補正する少なくとも一つの補正パラメータを算出し、
前記複数の特徴点の組のそれぞれごとに、前記補正パラメータを用いて前記第1の画像及び前記第2の画像のうちの少なくとも一方の前記特徴点の位置を補正して、該補正後の特徴点間の距離を求め、当該距離の統計値を表す補正誤差量を算出し、
前記第1の画像と前記第2の画像のうちの一方における前記特徴点の偏在度を求め、
前記偏在度が大きいほど、前記補正誤差量に対する閾値を小さくするように該閾値を決定し、
前記補正誤差量が前記閾値よりも大きい場合、前記補正パラメータを廃棄し、
前記補正誤差量が前記閾値以下である場合、前記補正パラメータを用いて前記第1の画像上の前記被写体の位置と前記第2の画像上の前記被写体の位置のうちの少なくとも一方を補正することによりステレオ画像を生成する、
ことをコンピュータに実行させるステレオ画像生成用コンピュータプログラム。
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