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JP2881530B2 - 画像処理方法 - Google Patents
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JP2881530B2 - 画像処理方法 - Google Patents

画像処理方法

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JP2881530B2
JP2881530B2 JP4241713A JP24171392A JP2881530B2 JP 2881530 B2 JP2881530 B2 JP 2881530B2 JP 4241713 A JP4241713 A JP 4241713A JP 24171392 A JP24171392 A JP 24171392A JP 2881530 B2 JP2881530 B2 JP 2881530B2
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Japan
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area
region
processing
curved surface
plane
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文明 富田
豊 石山
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、対象物体の特徴抽
出、特に領域分割を行う画像処理方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】図9は3次元距離データを用いて対象物
体の記述を行う従来の画像処理方法を示す図で、対象と
なるシーンが処理によって(a)〜(f)のように変換
されていく様子を示している(共立出版株式会社,昭和
51年7月15日発行,bit臨時増刊ロボット,7,
1976のP62〜P64参照)。
【0003】図9の(a)に示す原シーンに対してスリ
ット光を当てて距離を測定すると、(b)に示すような
測定点の3次元位置を求めることができる。ここで、ス
リット光の投影方向を少しずつ変えながら例えば200
回データをとり、各スリット像が240点で構成される
とすれば、全シーンは横200,縦240点から成り、
各点の3次元座標(x,y,z)が得られる。そして、
この点を縦横8×8ずつまとめて一つのユニットにし、
この面素を図10に示すように互いに重なり合うように
設ける。図10の横の番号はスリットの番号であり、縦
の番号はスリット像を構成する点の番号である。
【0004】このような処理を行うことにより、図9の
(c)に示すような画素(実際は図10のように重なり
合っている)の構成が得られるが、はじめに各画素が平
面であるとみなして最小2乗法により面の方程式を求め
ておく。これは、シーンを平面となめらかな曲面で記述
するためであり、そのために、まずほぼ平面とみなされ
る基礎領域を見つける。この処理方法は、まず平面の一
部となる各画素を探し、この核画素のまわりに基礎領域
を広げていくことである。
【0005】上記の処理により、全シーンを図9の
(d)に示すようにR1〜R9の複数の基礎領域で記述
することができる。この手法は、濃淡データを用いた領
域法に対応させることができる。
【0006】次に、上記基礎領域が平面であるかあるい
は曲面の一部であるかを判定する。この時、平面に対応
する基礎領域は、それを構成する面素の傾きがほぼ等し
く、もしある程度大きい曲面に対応する基礎領域であれ
ば、面素の傾きが不揃いで、その分散が大きくなる。ま
た、小さな基礎領域を判定することは困難である。この
基礎領域の大きさを示す量として、ここでは有効径を用
いており、この有効径は、0°,45°,90°,13
5°の方向に対する種類の最大径の中の最小なものとし
て定義する。これは、各方向への広がりのうちで最も小
さな量に対応する。例えば、直線状の細長い領域の有効
径はその幅となる。この有効径と、面素の傾きの分散を
用いて基礎領域を判定する分類基準を図11に示す。こ
こでは、誤って判定しないように、不明という分類も設
けてある。
【0007】シーンは、最終的には平面となめらかな曲
面の連続領域で記述するが、ここでは、まず平面に分類
された基礎領域はそのまま平面の連続領域とする。他の
基礎領域は曲面の一部となる可能性がある。そこで、連
続領域を作るためには、一つのなめらかな曲面を構成す
る基礎領域を求める。この処理手順は、まず曲面の一部
とみなされる基礎領域、つまり核領域を求め、次にそれ
と同じ曲面にある他の基礎領域を求める。これにより、
図9の(e)に示すようなP1,P2(平面)とc1〜
c7(曲面)の各基礎領域に分類された記述が得られ
る。
【0008】上記核領域は、曲面に分類された基礎領域
のなかから選ぶ。この選択は、なるべく大きな領域を優
先して行う。大きさの基準としては、上述の有効径及び
領域を構成する面素の数を用いる。そして、核領域が求
められると、そこに隣接する未決定の基礎領域につい
て、それが同じ連続領域となるかを判定する。この判定
は、その基礎領域に隣接する連続領域内の基礎領域をな
めらかに連続しているかによる。そのためには、二つの
基礎領域の連続性が問題となるが、この連続性は二つの
領域が接する近傍のなめらかさによる。もしなめらかに
つながっているとみなされる場合には、両者は一つの曲
面であるとみなして統合する。このような手順で、円筒
あるいは球のような曲面や多面体を含むシーンを、図9
の(f)に示すように人間にわかりやすい形で記述する
ことができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の画像処理方法にあっては、スリット光を投
影して得られる各面素毎に面の方程式を求めているの
で、局所的に面の方程式を求めることになり、計算コス
トが多くかかり、またしきい値処理の回数が多く、しき
い値も細かく設定する必要があるという問題点があっ
た。
【0010】この発明は、上記のような問題点に着目し
てなされたもので、局所的に方程式を求める必要がな
く、計算コストが軽減し、またしきい値を設定する箇所
が少なく、しきい値の微調整も必要としない画像処理方
法を提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明の画像処理方法
は、次のa〜eの処理を行うようにしたものである。
【0012】a.対象物体の3次元距離データから仮想
光源による陰影画像を得、その陰影画像の包含関係を調
べることにより領域分割をする。 b.前記仮想光源の方向を複数設定し、各方向の仮想光
源から前記領域分割をする。 c.前記包含関係のある領域間の面積比により、対象面
が平面要素と曲面要素のどちらを含んでいるかを選別す
る。 d.前記領域分割の処理結果と選別の処理結果より平面
方程式または曲面方程式を求め、領域分割処理される領
域を拡張する。 e.前記領域分割処理の結果、複数のなめらかに連続し
ている領域を一つの領域として統合する。
【0013】
【作用】この発明の画像処理方法においては、仮想光源
の方向を複数設定して領域分割を行い、包含関係のある
領域間の面積比により平面要素か曲面要素かを選別し
て、平面方程式あるいは曲面方程式を求めるようにして
おり、局所的に方程式を求める必要がなく、しきい値の
設定箇所も少ない。
【0014】
【実施例】図1ないし図8はこの発明の一実施例を示す
図であり、図1は画像処理装置の基本構成を示すブロッ
ク図、図2はその画像処理の動作を示すフローチャー
ト、また図3〜図8は各処理の動作を示す説明図となっ
ている。
【0015】図1の装置は、コンピュータ1によって構
成されており、これにデータバス2を介して、メモリ
3,ホストコンピュータ4が接続され、またディスプレ
イユニット5,プリンタ6,フロッピーディスク7及び
キーボードターミナル8が接続されている。
【0016】図2は上記コンピュータ1によって行われ
る処理手順を示したものである。まず、ステップS1で
対象物体(シーン)の3次元距離データから仮想的な面
の明るさを求めて陰影画像を得る。その際、仮想光源の
方向をある方向に定め、その仮想光源による陰影画像を
得る。そして、その陰影画像の包含関係を調べることに
より領域分割をする。なお、この時、2次元テレビジョ
ンカメラからの陰影画像に対しても、同様の処理で領域
分割を行うことができる。
【0017】次にステップS2で、上記仮想光源の方向
を複数設定し、各方向の仮想光源から上述の領域分割の
処理を行う。
【0018】次にステップS3で、上記包含関係のある
領域間の面積比により、対象面が平面要素と曲面要素の
どちらを含んでいるかを選別する。
【0019】次にステップS4で、上述の領域分割の処
理結果と選別の処理結果より平面方程式または曲面方程
式を求めて、領域分割処理される領域を拡張する。
【0020】そして、ステップS5で上記領域分割処理
の結果、複数のなめらかに連続している領域を一つの領
域として統合する。
【0021】以上の領域分割、統合の処理により対象物
体の構成を記述することができ、これらの情報が対象物
体を認識する際に使うことができる。その際、従来のよ
うに局所的に方程式を求める必要がないので、計算コス
トが軽減し、またしきい値を設定する箇所が少なく、し
きい値の微調整も不要である。
【0022】次に、上述の処理方法について、図3〜図
8を参照しながら手順を追って詳細に説明する。なお、
以下のA〜Eの処理は、図2の各ステップS1〜S5の
動作に対応するものである。
【0023】A.領域分割処理を行う。
【0024】(1)ステレオカメラやレーザレンジファ
インダなどの3次元計測装置によって得られた対象物体
表面の3次元距離データを図1のメモリ3に書き込む。
【0025】(2)メモリ3上に得られた3次元距離デ
ータから物体表面の各点における法線方向(面の傾き)
を求める。
【0026】(3)仮想的に光源の方向を決め、A−
(2)の処理で求めた法線方向と光源の方向から各点の
計算上の輝度(明るさ)を求める。この時、図3に示す
ように対象面Sfは乱反射面とし、光源光は平行光線と
仮定すると、面の明るさIdはId=IincosαR
dの式で定義することができる。但し、αは対象面Sf
と法線Nとのなす角度であり、Rdはその面Sfの拡散
反射率である。
【0027】(4)上述の処理結果から、ある方向から
仮想的な光源を対象物に照射した時の陰影画像を得る。
【0028】(5)A−(4)で得られた陰影画像に対
し、図4に示すように、輝度値の大きい(明るい)方か
ら輝度しきい値(t1)を設定し、その輝度値による2
値化を行って2値画像を生成し、さらにしきい値(t
2,t3)を下げながら2値画像を生成していく。
【0029】(6)A−(5)で得られた各しきい値
(t1〜t3)の2値画像の包含関係を調べ、図5に示
すように他の包含領域と重ならない領域を抽出し、領域
分割処理を行う。分割結果は図5に示すようになる。
【0030】B.仮想光源の方向を複数設定し、それぞ
れの方向の仮想光源から領域分割処理を行う。
【0031】(1)ある方向の仮想光源を設定し、上述
のAの処理を行って領域分割処理結果を得る。
【0032】(2)次に、図6に示すように仮想光源
(L1,L2,L3)の方向を変えながらB−(1)の
処理を繰り返し、いくつかの方向からの領域分割処理結
果を得る。
【0033】(3)上記のようにして得られた複数個
(図では3個)の領域分割結果の論理積を求める。これ
により、精度の高い領域分割結果を得ることができる。
【0034】C.包含関係のある領域間の面積比によ
り、対象面が平面要素と曲面要素のどちらを含んでいる
かを選別する。
【0035】(1)A−(6)で輝度間の包含関係を調
べる際に、その包含領域の面積比を求める。そして図7
に示すように、その面積比が1に近い時は対象面は平面
要素であり、それ以外の時は曲面要素であると判断す
る。
【0036】D.Bで得られた領域分割処理結果とCで
得られた選別処理結果より平面方程式または曲面方程式
を求め、領域分割処理される領域を拡張する。
【0037】(1)Bで得られた領域分割処理結果か
ら、その分割された領域(S)毎に3次元データを抽出
する。
【0038】(2)D−(1)で得られた3次元データ
をCの選別処理結果に基づき、平面要素の場合は平面の
方程式、曲面要素の場合は曲面の方程式をそれぞれ求
め、その方程式の係数を決定する。
【0039】(3)D−(2)で得られた方程式にA−
(1)で得られた全ての3次元データを代入し、予め設
定しておいた誤差範囲内の点をすべて抽出する。
【0040】(4)D−(3)で得られた点の集合の中
で、領域(S)と包含関係にある領域(T)とD−
(1)で示した領域(S)とを比較し、次の(I),
(II)の場合に分けて処理する。
【0041】(I)領域(T)の面積>領域(S)の面
積の場合、領域(S)におきかえてD−(1)からこの
D−(4)の処理を繰り返す。 (II)領域(T)の面積≦領域(S)の面積の場合、領
域(S)を領域分割結果とする。
【0042】E.領域分割処理の結果、複数のなめらか
に連続している領域を一つの領域として統合させる。
【0043】(1)Bの処理で各仮想光源からの領域分
割が図8に示すようになめらかに連続している場合は、
論理和をとってその領域を一つに統合する。
【0044】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、仮想
光源の方向を複数設定して領域分割を行い、包含関係の
ある領域間の面積比により平面要素が曲面要素かを選別
して方程式を求めるようにしたため、局所的に方程式を
求める必要がなくなり、計算コストが軽減し、またしき
い値を設定する箇所が少なく、しきい値の微調整も不要
になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 画像処理装置の基本構成を示すブロック図
【図2】 一実施例の動作を示すフローチャート
【図3】 平行光線による拡散反射の様子を示す説明図
【図4】 仮想光源による陰影画像の2値化を示す説明
【図5】 2値画像の領域分割の様子を示す説明図
【図6】 仮想光源の方向を変えて領域分割を行う様子
を示す説明図
【図7】 対象面が平面要素か曲面要素かを判断する様
子を示す説明図
【図8】 領域を統合する様子を示す説明図
【図9】 従来例を示す説明図
【図10】 面素の構成を示す説明図
【図11】 基礎領域の分類基準を示す説明図
【符号の説明】
1 コンピュータ 3 メモリ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−134015(JP,A) 特開 平6−18221(JP,A) 特開 平5−266146(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01B 11/00 - 11/24 G06T 7/00 - 7/60

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 次のa〜eの処理を行うことを特徴とす
    る画像処理方法。 a.対象物体の3次元距離データから仮想光源による陰
    影画像を得、その陰影画像の包含関係を調べることによ
    り領域分割をする。 b.前記仮想光源の方向を複数設定し、各方向の仮想光
    源から前記領域分割をする。 c.前記包含関係のある領域間の面積比により、対象面
    が平面要素と曲面要素のどちらを含んでいるかを選別す
    る。 d.前記領域分割の処理結果と選別の処理結果より平面
    方程式または曲面方程式を求め、領域分割処理される領
    域を拡張する。 e.前記領域分割処理の結果、複数のなめらかに連続し
    ている領域を一つの領域として統合する。
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