JPH02165283A - 三次元物体の運動検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、画ｉＩ！を用い次認誠通便や、ｆロセス制ａ
ｌ器等に便われる画像認識装置に於いて、対象物体の三
次元的な動きを検出する三次元物体の運動検出方法に関
するものである。

〔従来の技術〕

従来対象物体の動ｌａを画像を用いて認識する方法とし
ては、対象物体をテレビカメラ等によって撮像し、その
時間的に連続する複数枚の画像に対し、対象とする物体
の対応する点の位置座標を求め、それらから解析的に物
体の動ｅｔ推定する方法があり次。

具体的には、複数の対応点の画像上の二次元的な位置の
ずれから元の動き全推定するいわゆるオプティカルフロ
ーを用いる方法や、物体上に予め想定した特徴点の三次
元的位置と１回転角や平行移動量を未知数として解析的
に物体の運動金屑く方法が６つ比。

しかし、これらの方法のうち前者のオプティカル７０−
を用いる方法では、多くの対応点の動きを統計的に処理
する九め、処理が煩雑になったり、多くの対応点がとれ
ない場合には近似誤差が大きくなると言った欠点がめっ
た。

また、後者の解析的に解く方法では、非線形の連立方程
式を解くこととなシ、近似計算に特別な工夫が必要でめ
った。

〔発明が解決しようとするＩｉ＊題〕

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので。

装置構成が簡単で経済的に実現でき、且つ運動の検出処
理を高速に行って実時間での物体の運動検出を可能にで
きる三次元物体の運動検出方法を提供することを目的と
する＠ 〔課題を解決するための手段と作用〕 本発明は、手法的には三次元空間内に置かれた物体の動
きの検出を、特徴点の二次元画面上の移動量から解析的
に解〈従来技術の解析的な方法と類似の方法であるが、
対象物体の形状に関する情報と、回転角に関する近似を
利用することによって、対象とする連立方程式′ｔ−線
形方程式とし、簡易な手法によって運ｖＪ會求めること
を特徴とする。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図で、
ＪＯＯは対象とするｖｌＪ体、１０ノはテレビカメラ等
の画像入力部、１０２は画ｇＩ認識部、１０３は対象物
体に関する形状を蓄えておく画像データベース部、ＩＯ
２は紹織結釆の出力部である。

第２図は本発明の一実施例の原理′ｆｒ：説明する図で
、Ｘ、Ｙ、Ｚは対象物体が置かれる三次元９間座標軸、
Ｅ＃″ｉ視点、Ｐは対象物体上の特徴点、（ｘ＊ｙｍｚ
）は点Ｐの三次元壁間の座標値ｐ／は点Ｐの移動後の点
、（ｘ／、　、／、　、／）は点Ｐ′の座標値である。

また、対象物体の観測面は簡単のため。

Ｘ、Ｙ平面とし、視点Ｅは２軸上にるるものとし、原点
から距離ｅだけ離れているとする。また、視点Ｅから観
測面への点Ｐの投影座標ｋ（ｐ、ｑ）、点Ｐ′の投影座
標′Ｊｋ（ｐ／、　ｑ／）とする。

第３図は本発明による人物顔画像の動き検出の動作の一
例を説明する図で、（ａｌはテレビカメラ等の画像入力
部から取り込まれた一時刻前の人物画像、（ｂｌは現在
の人物画像である。

第１図、第２図を用いて本発明の一実施例の動作につい
て説明する。

第１図に於て、対象物体ｉｏｏの動きはテレビカメラ等
の画像入力部ＪＯＪによりて撮像され、画ｇＲ認識部１
０２に時間経過に従った複数枚の画像として取シ込まれ
る。画像認識部１０２は、ディジタル計算機と同様のハ
ードウェアで構成されており、この取り込まれ次連続す
る時間経通の２枚の画像と、予め計測されｒ−タペース
化され画像データベース部１０３に蓄えられている対象
物体に対する形状データベースとから、後で述べる方式
によって２枚の画像間での物体の三次元的な動ｌ！を計
算する。

ここで、対象物体は剛体とし、物体自身の変形は無いも
のとする。また、その運動は三次元空間内の一点を中心
とし九回転と、それに引き続く平行移動で表わされるも
のとする。

画像認識部１０３で認識されｆｔ−結果は、剛体の回転
角と平行移動量としてデータ出力部１０４へ出力される
。

次に＠２図を用いて本発明の動き検出方式の原理につい
て説明する。

対象物体の動きをｘ、ｙ、ｚ軸回シの回転（ＩＬ。

ｂ、ｃ）とｘ、ｙ、ｚ軸方向の平行移動ｉｉ　（ａｘ。

ｍｙ　、　ａｚ　）とした時、着目点Ｐ及びＰ′の座標
間には次の関係が成立する。

ここで、各軸回りの回転角が微少であるとすると（１）
式は次のようになる。

また、観測点座像値については、対象点の幾何学的投影
位置関係から次式が成立する。

式（３）ヲ式（２）に代入すると次式を得る。

「−一′−−−コ ここで％中は積金表わす。

また、Ｐ　”ｌ　ａ　ｐ’＋　ｑ’は観測点であり、対
象物体の形状及び始めの空間位置が既知であると仮定す
ると、Ｘ、７．Ｌの値も既知である。そこで、式（４）
の中での未知数は回転角ａ、ｂ、ｃ干行移動量１１Ｋ　
＋　１７　＋　ａｍおよび移動後のｚｌ＠成分２′とな
る。

式（４）よりｚ′を消去すると次式（５）を得る。

ここで、虐＊２は２乗を表わす。

すなわち、式（５）は６個の未知数ａ、ｂ、ｃ、ｌ、ｍ
。

ｎｔ含む二組の連立１次方程式である。そこで、対象と
する剛体上に特徴点としてＰＩ、Ｐ２．Ｐ３の３点を採
υ、それらに対するスクリーン上の観測値よシ各係数を
求め、式（５）に代入すると６組の式が出来る。これは
６元連立１次方程式でおるから、上記の６変数に関して
代数的に容易に解ける。

すなわち、剛体上に３つの特徴点をとり、その初期座標
値が分かっていると仮定すると、その恢の回転と平行移
動による運ｗＪは、投影画面である２次子面上の特徴点
の位置出４１１だけから容易に算出できる墨となる。剛
体上の位置ｆｆｌ襟は、対象物体の形状が予め分かつて
いる場合には、三次元のモデルとしてデータベース化し
ておく事が可能であシ、１ｆｉＩ像認識部ではこの１［
′に用いる事ができる。

これらの演算は、ディジタル計算機と同様な演算回路か
らなる構成のｍ像認識部で容易に行えることは明かであ
ろう。

次に第３図を用いて１本発明の３次元物体の運動検出方
法をテレビ電話などの人物偉の動き検出に適用した場合
の動作について説明する。

テレビカメラ等からなる画像入力部１０１から取り込ま
れた画像に対し、ｍ像認識部１０２では、第３図（！Ｌ
ｌ　、　（ｂ）の様にその％微意の２次元座標位置を検
出する。この操作は画像認識技術で良く知られているノ
９ターンマツチング手法を用いｎば容易に行える。

すなわち１例えば第３図の様に人物の目を特徴点に選ん
だ場合は、画像データベース部１０３内に予め蓄えられ
ている対象人物モデルの目のパターン（テンプレート）
ヲ切り出し、対象画面の中からそのノ母ターンと最も良
く合うノやターンの位置を取シ出せば良い。この特徴点
抽出操作を時間的に連続する２つの画像に適用し、切シ
出し几特微意の二次元位置が前記の説明における（ｐ、
ｑ）及び（ｐ’、ｑ’）などに相当する。

この場合、画像データベース部１０３には対象とする人
物の頭部モデルを持っているので、その特徴点の初期位
置の悄＠は既知とできる。

従って、この様な特徴点を５つ用いれば前記の説明の原
理に基づいて、対象人物の頭の運動を、回転と平行移動
として検出できることとなる。

〔発明の効果〕

以上述べ次ように、本発明によれば、三次元物体の運動
を統計処理する事なく、簡単な線形代数式を解くだけで
求められるので、従来の方式に比べ装置構成が簡単で経
済的に実現できると共に、運動の検出処理が高速に行え
るので、実時間での物体の運動検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図。 第２図は本発明のｉ理の一例を説明する図。 第３因は本発明による人物書画像の動き検出の動作の一
例を説明する図である。 １００・・・対象とする物体、１０１・・・画像入力部
、ＪＯ２・・・画像認識部、１０３・・・対象物体に関
する形状を蓄えておく画像データベース部、１０４・・
・認識結果の出力部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 対象物体の動きを画像入力部で撮像し、画像認識部に時
   間の経過に従つた複数枚の画像として取り込み、この画
   像認識部では画像入力部から取り込まれた連続する時間
   経過の複数枚の画像の特徴点座標と、画像データベース
   部に予め計測されデータベース化されて蓄えられている
   対象物体の三次元モデルに於ける対応する特徴点の位置
   座標を用いて座標演算を行い、対象物体の位置の変化量
   を回転と平行移動量として複数枚の画像間での物体の三
   次元的な動きを計算して認識し、この認識結果を出力部
   から出力することを特徴とする三次元物体の運動検出方
   法。