JPH1151615A - Instrument and method for measuring three-dimensional position of moving object - Google Patents
Instrument and method for measuring three-dimensional position of moving objectInfo
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- JPH1151615A JPH1151615A JP10117359A JP11735998A JPH1151615A JP H1151615 A JPH1151615 A JP H1151615A JP 10117359 A JP10117359 A JP 10117359A JP 11735998 A JP11735998 A JP 11735998A JP H1151615 A JPH1151615 A JP H1151615A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は３次元位置測定装置
及びその方法に係り、更に詳しくは、カラーマーカーの
付いた動く対象物の３次元位置を測定する装置及びその
方法に関する。The present invention relates to an apparatus and a method for measuring a three-dimensional position, and more particularly to an apparatus and a method for measuring a three-dimensional position of a moving object with a color marker.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、仮想現実（バーチャル リアリ
ティ）とは、高度のコンピュータグラフィック技術やシ
ミュレーション機能を用いて、実際には存在しない状況
をあたかも実際に存在するかのように人に感じさせるコ
ンピュータの応用分野を言う。例えば、ある建物を設計
する過程において、人が自ら建物内に入って、歩き回る
ような経験をするようにして、実際に建物に存在する問
題点などを予め見出すことができる。2. Description of the Related Art In general, virtual reality (Virtual Reality) is a type of computer that uses advanced computer graphics technology and simulation functions to make a person feel as if there is a situation that does not actually exist. Refers to the application field. For example, in the process of designing a certain building, it is possible to find out in advance the problems that actually exist in the building by letting a person walk into the building and experience walking.
【０００３】上記した例のような仮想現実プログラム
で、人あるいは物体（以下、対象物と称する）が動く
時、その動きを自然に感じさせるため、対象物の動きを
追跡してその対象物の３次元位置を測定することが必要
である。動く対象物の３次元位置を測定するには、同一
の対象物に関して同一時間に撮られた二つの画像が必要
となるが、従来の二画像を獲得する方法は次の通りであ
る。In a virtual reality program such as the one described above, when a person or an object (hereinafter, referred to as an object) moves, the movement of the object is tracked and the movement of the object is traced to make the movement feel natural. It is necessary to measure the three-dimensional position. Measuring the three-dimensional position of a moving object requires two images of the same object taken at the same time. A conventional method for acquiring two images is as follows.
【０００４】まず、対象物の多数の部位に光を反射でき
る白黒のマーカーを付着した上、多数台のカメラを以て
対象物に対する画像を0.01秒おきに連続して得る。カメ
ラに結ばれたコンピュータを介して、カメラより出力さ
れた各連続画像の全ての画素値がチェックされる。この
際、マーカーは、明暗に関する情報だけを持っているた
めに、チェックされた画素値によってはマーカーか否か
しか判別されず、同一の瞬間に撮られた二画像に表われ
たマーカーが同一マーカーかどうかに関しては判別でき
ない。したがって、同一マーカーの可否への判断は、次
回の画像をチェックして比べることにより得られる。同
じ瞬間に撮られた二画像で同一マーカーと判断されれ
ば、その各マーカーの位置が計算された後に、対象物に
おいてそのマーカーの付いた部位の３次元位置が計算さ
れる。[0004] First, black and white markers capable of reflecting light are attached to a large number of portions of an object, and images of the object are continuously obtained every 0.01 seconds by using a large number of cameras. Through a computer connected to the camera, all pixel values of each continuous image output from the camera are checked. At this time, since the marker has only information on light and darkness, it is determined only whether or not the marker is a marker depending on the checked pixel value, and the marker shown in the two images taken at the same moment is the same marker. Cannot be determined. Therefore, the determination as to whether or not the same marker is possible can be obtained by checking and comparing the next image. If the two images taken at the same moment are determined to be the same marker, the position of each marker is calculated, and then the three-dimensional position of the part with the marker in the object is calculated.
【０００５】しかし乍ら、従来の方法は、マーカーの明
暗に関する情報だけを用いてマーカーか否かを区別して
おり、同じ瞬間に撮られた二画像において同一マーカー
か否かへの識別は、次回に撮った画像を処理した後でし
かできないために、計算量及び時間が大いに必要となる
欠点があった。[0005] However, the conventional method distinguishes whether a marker is a marker or not using only information on the brightness of a marker, and discriminates whether or not the marker is the same in two images taken at the same moment. However, there is a disadvantage that a large amount of calculation and time are required since the processing can be performed only after processing the image taken in a short time.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明が果たそうとす
る技術的課題は、対象物に相異なる色をもったマーカー
を付け、カラー画像よりマーカー色を識別することによ
り、同一マーカーかどうかが決まることから、マーカー
を容易に区分でき、しかも、対象物の３次元位置を得る
ことのできる動く対象物の３次元位置測定装置及びその
方法を提供することにある。The technical problem to be solved by the present invention is to attach markers having different colors to an object and identify the marker colors from a color image to determine whether the markers are the same. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for measuring a three-dimensional position of a moving object, which can easily separate the markers and obtain the three-dimensional position of the object.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】前記技術的課題を達成す
るための、本発明に係る動く対象物の３次元位置測定装
置は、前記動く対象物に付着され、相異なる色の光を放
射または反射する複数のマーカーと、前記マーカーの付
いた対象物の画像を撮るための少なくとも二つのカラー
カメラと、前記カラーカメラによって同一時間に撮られ
た少なくとも二つの画像より相異なる色のマーカーを見
分けると共に、前記少なくとも二つの画像のうち同一色
をもったマーカーの画像位置より前記動く対象物の３次
元位置を計算する画像処理部とを含むことが好ましい。According to the present invention, there is provided a three-dimensional position measuring apparatus for a moving object according to the present invention, which is attached to the moving object and emits light of different colors. A plurality of reflective markers, at least two color cameras for taking an image of the object with the markers, and markers of different colors than at least two images taken at the same time by the color cameras; And an image processing unit for calculating a three-dimensional position of the moving object from an image position of a marker having the same color among the at least two images.
【０００８】前記技術的課題を達成するための、本発明
に係る動く対象物の３次元位置測定装置は、相異なる色
の光を放射または反射する複数のマーカーを動く対象物
に付着する第１段階と、少なくとも二つのカメラを使っ
て、前記マーカーの付いた対象物に対し同一時間にカラ
ー画像を得る第２段階と、前記同一時間に得たカラー画
像よりマーカーを抽出する第３段階と、前記マーカーの
うち同一色をもったマーカーを同一マーカーとして識別
し、前記同一マーカーをもつ少なくとも二つのカラー画
像より前記同一マーカーの位置を獲得する第４段階と、
前記第４段階で得たマーカーの画像位置を用いて、前記
動く対象物の３次元位置を計算する第５段階とを含むこ
とが好ましい。In order to achieve the above technical object, a three-dimensional position measuring apparatus for a moving object according to the present invention has a plurality of markers that emit or reflect light of different colors attached to a moving object. A second step of obtaining a color image of the object with the marker at the same time using at least two cameras, and a third step of extracting a marker from the color image obtained at the same time. Identifying a marker having the same color among the markers as the same marker, and acquiring a position of the same marker from at least two color images having the same marker;
A fifth step of calculating a three-dimensional position of the moving object using the image position of the marker obtained in the fourth step.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づいて本
発明につき更に詳細に説明する。図１に示す本発明に係
る動く対象物の３次元位置測定装置は、マーカー部102
、第１，第２，第３カメラ部104 、106 、108 及び画
像処理部110 からなる。符号100 は動く対象物を示す。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. The apparatus for measuring the three-dimensional position of a moving object according to the present invention shown in FIG.
, First, second, and third camera units 104, 106, and 108 and an image processing unit 110. Reference numeral 100 indicates a moving object.
【００１０】マーカー部102 （マーカー１，マーカー
２，マーカー３）は、複数のカラーマーカーを備えてお
り、動く対象物100 、例えば、人であれば、頭、腕、
手、足など動きが比較的頻繁におこる部位に付着され、
カラーマーカーは、発光ダイオードの如き光を放射した
り、玉類の如き光を反射できる物体である。第１，第
２，第３カメラ部104 、106 、108 は、複数台のカメラ
を備えており、カラーマーカーの付いた動く対象物100
に関して複数の画像を得る。第１，第２，第３カメラ部
104 、106 、108 が複数のカメラからなる理由として
は、第一に平画像から３次元位置を得るには二つの画像
が必要となるからであり、第二に一方向だけではマーカ
ーがカメラに捕えられなくなる恐れがあるからである。The marker section 102 (marker 1, marker 2, marker 3) has a plurality of color markers, and the moving object 100, for example, a head, an arm,
It is attached to parts where movement occurs relatively frequently, such as hands and feet,
The color marker is an object capable of emitting light such as a light emitting diode or reflecting light such as a ball. The first, second, and third camera units 104, 106, and 108 each include a plurality of cameras, and include a moving object 100 with a color marker.
Obtain multiple images for. First, second and third camera units
The reason that 104, 106 and 108 are composed of a plurality of cameras is that firstly two images are required to obtain a three-dimensional position from a flat image, and secondly, a marker is attached to the camera only in one direction. This is because they may not be caught.
【００１１】画像処理部110 は、第１，第２，第３カメ
ラ部104 、106 、108 から入力された画像よりマーカー
を抽出し、マーカー色を識別し、かつ、対象物中マーカ
ーの付いた部分の３次元位置を計算する。図２は、本発
明に係るカラーマーカーを用いた動く対象物の３次元位
置測定方法に関するフローチャートである。図３は、図
２において、同一対象物に対する他の二画像の同一マー
カーの３次元位置を計算する段階に関する図である。The image processing unit 110 extracts markers from the images input from the first, second, and third camera units 104, 106, and 108, identifies the marker color, and adds a marker in the object. Compute the three-dimensional position of the part. FIG. 2 is a flowchart illustrating a method for measuring a three-dimensional position of a moving object using a color marker according to the present invention. FIG. 3 is a diagram related to the step of calculating the three-dimensional position of the same marker in the other two images with respect to the same object in FIG.
【００１２】図２ないし図３を参照して本発明の作用及
び効果を説明する。まず、動く対象物100 の各部位にカ
ラーマーカー102 が付着され（ステップ200)、第１，第
２，第３カメラ104 、106 、108 より対象物に関するカ
ラー画像が画像処理部110 に入力される（ステップ20
2)。画像処理部110 を介してまず、入力された画像のう
ち二画像の各画素値がチェックされるとともに（ステッ
プ204)、画像の各画素がマーカーに該当するかどうかが
チェックされる（ステップ206)。チェック済みの画素値
が100 より大きいならば、マーカーと判定される一方、
そうでなければ、背景と判定されてから、次のマーカー
に対するチェックが始まる。マーカーと判定されれば、
画像が同一マーカーを抽出するため、それぞれ赤、緑、
及び青の強度を調べる。調べ終わった色の同一強度をも
ったマーカーが同一マーカーとして判定され、同一マー
カーをもつ二画像より画像座標上でのマーカーの位置が
決まる（ステップ208)。決まった同一マーカーの位置か
らステレオ整合によって３次元位置が決まる（ステップ
210)。ステレオ整合とは、空間上の一点が左右の二平面
に投影された時、この二点を同一の点に整合することで
あって、ステレオ整合により２次元画像から３次元位置
を得ることができる。図３は、同一対象物に対して相異
なる二画像の同一マーカーをステレオ整合して、３次元
位置を得る図であって、図３に示す第１及び第２のカメ
ラの位置と焦点距離は既に知られていると仮定する。The operation and effect of the present invention will be described with reference to FIGS. First, a color marker 102 is attached to each part of the moving object 100 (step 200), and a color image of the object is input to the image processing unit 110 from the first, second, and third cameras 104, 106, and 108. (Step 20
2). First, each pixel value of two images among the input images is checked via the image processing unit 110 (step 204), and it is checked whether each pixel of the image corresponds to a marker (step 206). . If the checked pixel value is greater than 100, it is determined to be a marker,
Otherwise, the check for the next marker starts after the background is determined. If it is judged as a marker,
Since the images extract the same marker, each of the red, green,
And blue intensity. Markers having the same intensity of the checked color are determined as the same marker, and the position of the marker on the image coordinates is determined from the two images having the same marker (step 208). The three-dimensional position is determined by stereo matching from the determined position of the same marker (step
210). Stereo matching is to match two points to the same point when one point in space is projected on two planes on the left and right, and a three-dimensional position can be obtained from a two-dimensional image by stereo matching. . FIG. 3 is a diagram in which the same marker of two different images is stereo-matched with respect to the same object to obtain a three-dimensional position. The positions and focal lengths of the first and second cameras shown in FIG. Assume it is already known.
【００１３】図３を参照するに、第１カメラ部300 によ
る第１画像304 での対象物Ｗの位置（x1、y1）、第２カ
メラ部302 による第２画像306 での対象物Ｗの位置
（x2、y2）からＷの３次元位置Ｗ（ｘ、ｙ、ｚ）は次の
ように得られる。まず、第１カメラ部300 の焦点距離を
f1とすれば、（x1、y1）は、Referring to FIG. 3, the position (x 1 , y 1 ) of the object W in the first image 304 by the first camera unit 300 and the object W in the second image 306 by the second camera unit 302 From the position (x 2 , y 2 ), the three-dimensional position W (x, y, z) of W is obtained as follows. First, the focal length of the first camera unit 300 is
if f 1, (x 1, y 1) is,
【００１４】[0014]
【数１】 (Equation 1)
【００１５】となる。これより第１カメラ部300 から始
まって、（ｘ、ｙ、ｚ）を通過する直線L1の式が得られ
る。次に、第２カメラ部302 の焦点距離をf2とすれば、
（x2、y2）は、## EQU1 ## From this starting from the first camera unit 300, (x, y, z ) is the formula of the straight line L 1 which passes through the resulting. Then, if the focal length of the second camera unit 302 and f 2,
(X 2 , y 2 )
【００１６】[0016]
【数２】 (Equation 2)
【００１７】となる。これより第２カメラから始まっ
て、（ｘ、ｙ、ｚ）を通過する直線L2の式が得られる。
この二直線L1とL2とが交差する点、つまり、L1=L2 を満
足する（ｘ、ｙ、ｚ）が得ようとした実際の３次元位置
となる。## EQU1 ## Starting from the second camera which, (x, y, z) equation of the straight line L 2 passing through is obtained.
Point where the the two lines L 1 and L 2 cross, that is, satisfies L 1 = L 2 (x, y, z) becomes the actual three-dimensional position to be obtained is.
【００１８】[0018]
【発明の効果】本発明によると、カラー画像により各対
象物に付着されたマーカーの色による各マーカーが識別
されることから、相異なる画像において同一マーカーを
容易かつ迅速に識別することができる。According to the present invention, since each marker is identified by the color of the marker attached to each object by the color image, the same marker can be easily and quickly identified in different images.
【図１】動く対象物と本発明に係る動く対象物の３次元
位置測定装置に関する概略図である。FIG. 1 is a schematic view of a three-dimensional position measuring apparatus for a moving object and a moving object according to the present invention.
【図２】本発明に係る動く対象物の３次元位置測定方法
に関するフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart illustrating a method for measuring a three-dimensional position of a moving object according to the present invention.
【図３】図２において、同一対象物に対して相異なる二
画像の同一マーカーの３次元位置を計算する段階に関す
る図である。FIG. 3 is a diagram related to a step of calculating a three-dimensional position of the same marker in two different images with respect to the same object in FIG. 2;
100 動く対象物 102 マーカー部 104 第１カメラ部 106 第２カメラ部 108 第３カメラ部 110 画像処理部 300 第１カメラ部 302 第２カメラ部 304 第１画像 306 第２画像 100 Moving object 102 Marker section 104 First camera section 106 Second camera section 108 Third camera section 110 Image processing section 300 First camera section 302 Second camera section 304 First image 306 Second image
Claims (3)
ーカーを用い、前記動く対象物の３次元位置を測定する
装置において、 前記動く対象物に付着され、相異なる色の光を放射また
は反射する複数のマーカーと、 前記マーカーの付いた対象物の画像を撮るための少なく
とも二つのカラーカメラと、 前記カラーカメラによって同一時間に撮られた少なくと
も二つの画像より相異なる色のマーカーを見分けると共
に、前記少なくとも二つの画像のうち同一色をもったマ
ーカーの画像位置より前記動く対象物の３次元位置を計
算する画像処理部とを含むことを特徴とする動く対象物
の３次元位置測定装置。1. An apparatus for measuring a three-dimensional position of a moving object using markers attached to a plurality of portions of the moving object, wherein the device emits light of different colors attached to the moving object. A plurality of reflective markers; at least two color cameras for taking images of the object with the markers; and distinguishing markers of different colors from at least two images taken at the same time by the color cameras. An image processing unit for calculating a three-dimensional position of the moving object from an image position of a marker having the same color among the at least two images.
る複数のマーカーを動く対象物に付着する第１段階と、 ｂ）少なくとも二つのカメラを使って、前記マーカーの
付いた対象物に対し同一時間にカラー画像を得る第２段
階と、 ｃ）前記同一時間に得たカラー画像よりマーカーを抽出
する第３段階と、 ｄ）前記マーカーのうち同一色をもったマーカーを同一
マーカーとして識別し、前記同一マーカーをもつ少なく
とも二つのカラー画像より前記同一マーカーの位置を獲
得する第４段階と、 ｅ）前記第４段階で得たマーカーの画像位置を用いて、
前記動く対象物の３次元位置を計算する第５段階とを含
むことを特徴とする動く対象物の３次元位置測定方法。2. a) first step of attaching a plurality of markers emitting or reflecting light of different colors to a moving object; and b) applying at least two cameras to said object with said markers. A second step of obtaining a color image at the same time; c) a third step of extracting a marker from the color image obtained at the same time; and d) identifying the markers having the same color among the markers as the same markers. And a fourth step of obtaining the position of the same marker from at least two color images having the same marker; and e) using the image position of the marker obtained in the fourth step,
Calculating a three-dimensional position of the moving object.
整合を行なうことにより得られることを特徴とする請求
項１に記載の動く対象物の３次元位置測定方法。3. The moving object 3 according to claim 1, wherein the three-dimensional position calculation in the fifth step is obtained by performing stereo matching on the two images having the same marker. Dimensional position measurement method.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|
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Family Applications (1)
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