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JP7653102B2 - Parameter estimation device, parameter estimation method, and parameter estimation program - Google Patents
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Parameter estimation device, parameter estimation method, and parameter estimation program Download PDF

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Description

本発明は、パラメータ推定装置、パラメータ推定方法及びパラメータ推定プログラムに関する。 The present invention relates to a parameter estimation device, a parameter estimation method, and a parameter estimation program.

複数台のカメラでそれぞれ同一の被写体が撮像された画像から特徴点をそれぞれ検出し、検出された特徴点についてカメラ間(画像間)での対応付けを行った後、カメラパラメータと各特徴点の3次元座標を推定する技術として、Bundle Adjustment(バンドル調整)がある。Bundle Adjustmentは、カメラ間で対応付けられた各特徴点の再投影誤差を最小化するコスト関数を用いて反復計算を行うことにより、最適なカメラパラメータと各特徴点の3次元座標とを推定する。 Bundle Adjustment is a technique that detects feature points from images of the same subject captured by multiple cameras, associates the detected feature points between the cameras (between images), and then estimates the camera parameters and the 3D coordinates of each feature point. Bundle Adjustment estimates optimal camera parameters and the 3D coordinates of each feature point by performing iterative calculations using a cost function that minimizes the reprojection error of each feature point associated between the cameras.

図14は、Bundle Adjustmentの概要を説明するための模式図である。図14は、一例として、互いに異なる位置から2つのカメラ(カメラjとカメラj+1)で同一の被写体を撮像する場合について示したものである。図14に示されるように、まずBundle Adjustmentでは、例えば、カメラjによって撮像された画像とカメラj+1によって撮像された画像とから特徴点がそれぞれ検出される。両画像からそれぞれ検出された特徴点は、被写体の同一箇所の特徴点ごとに互いに対応付けられる。ここで、カメラjによって撮像された画像から検出された特徴点の2次元座標をui,jとし、カメラj+1によって撮像された画像から検出された特徴点の2次元座標をui,j+1とし、ある特徴点の3次元座標をpとする。 FIG. 14 is a schematic diagram for explaining the outline of the bundle adjustment. FIG. 14 shows, as an example, a case where the same subject is captured by two cameras (camera j and camera j+1) from different positions. As shown in FIG. 14, in the bundle adjustment, for example, feature points are detected from an image captured by camera j and an image captured by camera j+1. The feature points detected from both images are associated with each other for each feature point at the same location of the subject. Here, the two-dimensional coordinates of the feature point detected from the image captured by camera j are u i,j , the two-dimensional coordinates of the feature point detected from the image captured by camera j+1 are u i,j+1 , and the three-dimensional coordinates of a certain feature point are p i .

そして、Bundle Adjustmentでは、例えば以下の(1)式で表されるコスト関数によって、カメラjのスクリーンに再投影された特徴点の3次元座標pとカメラjのスクリーンに再投影された特徴点の2次元座標をui,jとの間の再投影誤差、及びカメラj+1のスクリーンに再投影された特徴点の3次元座標pi+1とカメラj+1のスクリーンに再投影された特徴点の2次元座標をui,j+1との間の再投影誤差を最小化するように反復計算が行われる。これにより、特徴点の3次元座標pが推定される。反復計算には、例えばガウス・ニュートン法等が用いられる。 In the bundle adjustment, iterative calculation is performed to minimize the reprojection error between the three-dimensional coordinate p i of the feature point reprojected onto the screen of camera j and the two-dimensional coordinate u i,j of the feature point reprojected onto the screen of camera j, and the reprojection error between the three-dimensional coordinate p i+1 of the feature point reprojected onto the screen of camera j+1 and the two-dimensional coordinate u i,j+1 of the feature point reprojected onto the screen of camera j+1, by a cost function expressed by the following formula (1), for example. As a result, the three-dimensional coordinate p i of the feature point is estimated. For example, the Gauss-Newton method or the like is used for the iterative calculation.

Figure 0007653102000001
Figure 0007653102000001

上記の(1)式において、関数F(p|f,r,d,R,t)は、特徴点の3次元座標pをカメラjのスクリーンに投影する関数である。ここで、f,r,d,R,tは、カメラjのカメラパラメータである。具体的には、fはカメラ焦点距離,rはカメラ解像度,dはカメラ歪み,Rはカメラ回転角,及びtはカメラ位置である。カメラj+1のカメラパラメータの場合には、同様に、fj+1がカメラ焦点距離,rj+1がカメラ解像度,dj+1がカメラ歪み,Rj+1がカメラ回転角,及びtj+1がカメラ位置となる。 In the above formula (1), the function F( pi | fj , rj , dj , Rj , tj ) is a function that projects the three-dimensional coordinates pi of the feature point onto the screen of the camera j. Here, fj , rj , dj , Rj , and tj are the camera parameters of the camera j. Specifically, fj is the camera focal length, rj is the camera resolution, dj is the camera distortion, Rj is the camera rotation angle, and tj is the camera position. In the case of the camera parameters of the camera j+1, similarly, fj +1 is the camera focal length, rj +1 is the camera resolution, dj +1 is the camera distortion, Rj +1 is the camera rotation angle, and tj +1 is the camera position.

一般的に、特徴点の3次元座標の取得対象である物体が建築物等の幾何構造物である場合には、SIFT(Scale-Invariant Feature Transform)特徴量を用いて、特徴点の検出及びカメラ間の対応付けを行う方法が広く用いられている。一方、特徴点の3次元座標の取得対象が人物である場合には、例えばOpenPose(非特許文献1を参照)及びPersonLab(非特許文献2を参照)等に代表される2次元姿勢推定技術が用いられる。これらの技術は、人物の関節や目、鼻、耳等の部位を検出する。そして、例えば、人物の骨格長が不変であるという仮定の下で、検出された人物の部位を特徴点と見なしてBundle Adjustmentによる推定が行われる(非特許文献3を参照)。 In general, when the object for which the 3D coordinates of feature points are to be acquired is a geometric structure such as a building, a method is widely used to detect feature points and match between cameras using SIFT (Scale-Invariant Feature Transform) features. On the other hand, when the object for which the 3D coordinates of feature points are to be acquired is a person, 2D pose estimation techniques such as OpenPose (see Non-Patent Document 1) and PersonLab (see Non-Patent Document 2) are used. These techniques detect parts of a person, such as joints, eyes, nose, and ears. Then, for example, under the assumption that the length of a person's skeleton is invariant, estimation is performed using Bundle Adjustment, regarding the detected parts of the person as feature points (see Non-Patent Document 3).

Z. Cao, G. Hidalgo, T. Simon, S.E. Wei, and Y. Sheikh, “OpenPose: Realtime Multi-Person 2D Pose Estimation using Part Affinity Fields”, arXiv: 1812.08008v2 [cs.CV], pp.1-14, May 2019.Z. Cao, G. Hidalgo, T. Simon, S.E. Wei, and Y. Sheikh, “OpenPose: Realtime Multi-Person 2D Pose Estimation using Part Affinity Fields”, arXiv: 1812.08008v2 [cs.CV], pp.1-14, May 2019. G. Papandreou, T. Zhu, L. C. Chen, S. Gidaris, J. Tompson, and K. Murphy, “PersonLab: Person Pose Estimation and Instance Segmentation with a Bottom-Up, Part-Based, Geometric Embedding Model”, ECCV, 2018.G. Papandreou, T. Zhu, L. C. Chen, S. Gidaris, J. Tompson, and K. Murphy, “PersonLab: Person Pose Estimation and Instance Segmentation with a Bottom-Up, Part-Based, Geometric Embedding Model”, ECCV, 2018. K. Takahashi, D. Mikami, M Isogawa, and H. Kimata, “Human Pose as Calibration Pattern; 3D Human Pose Estimation with Multiple Unsynchronized and Uncalibrated Cameras”, CVPR, pp.1888-1895, 2018.K. Takahashi, D. Mikami, M Isogawa, and H. Kimata, “Human Pose as Calibration Pattern; 3D Human Pose Estimation with Multiple Unsynchronized and Uncalibrated Cameras”, CVPR, pp.1888-1895, 2018. T. Ohashi1, Y. Ikegami, and Y. Nakamura, “Synergetic Reconstruction from 2D Pose and 3D Motion for Wide-Space Multi-Person Video Motion Capture in the Wild”, arXiv: 2001.05613v2 [cs.CV], pp.1-12, Oct 2020.T. Ohashi1, Y. Ikegami, and Y. Nakamura, “Synergetic Reconstruction from 2D Pose and 3D Motion for Wide-Space Multi-Person Video Motion Capture in the Wild”, arXiv: 2001.05613v2 [cs.CV], pp.1-12, Oct 2020.

Bundle Adjustmentでは、各パラメータを最適化する反復計算の過程において、上記の再投影誤差の平均二乗誤差(MSE)を最小化するようにパラメータを更新していく手法が広く用いられている。しかしながら、前述のOpenPose及びPersonLabによって特徴点が検出される過程においても、特徴点の2次元座標に推定誤差が重畳しているため、画像(例えば、動画の各フレーム)における被写体の各特徴点は最大でもカメラの台数分のサンプリング点しかない。そのため、大きなノイズによって特徴点の2次元座標の推定誤差が重畳すると、カメラパラメータ及び各特徴点の3次元座標の推定精度が大きく損なわれることがある。 In Bundle Adjustment, a method is widely used in which parameters are updated to minimize the mean squared error (MSE) of the reprojection error in the process of iterative calculations that optimize each parameter. However, even in the process of feature point detection by the aforementioned OpenPose and PersonLab, estimation errors are superimposed on the two-dimensional coordinates of the feature points, so that each feature point of the subject in an image (e.g., each frame of a video) has at most as many sampling points as there are cameras. Therefore, if estimation errors in the two-dimensional coordinates of feature points are superimposed due to large noise, the estimation accuracy of the camera parameters and the three-dimensional coordinates of each feature point can be significantly impaired.

特に、例えば図15に示されるように、画面内において被写体が小さく映っている場合と大きく映っている場合とでは、特徴点の両者の推定誤差がたとえ同程度(例えば、両者ともに2ピクセルの推定誤差)であったとしても、3次元空間においては両者の推定誤差は異なる。この場合、画面内に小さく映っている被写体であるほど推定誤差はより大きくなり、画面内に大きく映っている被写体であるほど推定誤差はより小さくなる。そのため、画面内に小さく映っている被写体を、画面内に大きく映っている被写体と同様に扱って推定を行う従来手法では、カメラパラメータ及び各特徴点の3次元座標の推定精度が低下する可能性がある。 In particular, as shown in FIG. 15, for example, even if the estimation errors for both feature points are similar (for example, an estimation error of 2 pixels for both) when the subject appears small on the screen and when it appears large on the screen, the estimation errors for both are different in three-dimensional space. In this case, the smaller the subject appears on the screen, the larger the estimation error will be, and the larger the subject appears on the screen, the smaller the estimation error will be. Therefore, in conventional methods that treat a subject that appears small on the screen in the same way as a subject that appears large on the screen and perform estimation, there is a possibility that the estimation accuracy of the camera parameters and the three-dimensional coordinates of each feature point will decrease.

また特に、例えば図16に示されるように、検出対象の特徴点の画像領域が、例えば、被写体である人物の別の部位の画像領域、又は同じ画像に写った他の人物の画像領域等と重なり合うことなどによって遮蔽された画像領域が存在する場合もある。この場合、遮蔽された画像領域が存在する被写体を、遮蔽された画像領域が存在しない被写体と同様に扱って推定を行う従来手法では、カメラパラメータ及び各特徴点の3次元座標の推定精度が低下する可能性がある。 In particular, as shown in FIG. 16, for example, there may be cases where the image area of the feature point to be detected overlaps with, for example, an image area of another part of the human subject, or an image area of another person appearing in the same image, resulting in the presence of an occluded image area. In such cases, the estimation accuracy of the camera parameters and the three-dimensional coordinates of each feature point may decrease in the conventional method that performs estimation by treating a subject with an occluded image area in the same way as a subject with no occluded image area.

このように、複数台のカメラで撮像された画像から被写体の特徴点をそれぞれ検出し、各特徴点の2次元座標の画像間の対応付けを行うことで各特徴点の3次元座標及びカメラパラメータ(以下、これらをまとめて「パラメータ群」という。)を推定する従来のBundle Adjustmentにおいては、特徴点の検出に推定誤差が含まれている場合、パラメータ群の推定精度が大きく損なわれることがあるという課題がある。 In this way, conventional bundle adjustment detects feature points of a subject from images captured by multiple cameras, and estimates the three-dimensional coordinates and camera parameters of each feature point (hereinafter collectively referred to as the "parameter group") by matching the two-dimensional coordinates of each feature point between images. However, there is a problem in that if the detection of feature points contains estimation errors, the accuracy of estimating the parameter group can be significantly impaired.

上記事情に鑑み、複数台のカメラで撮像された画像からそれぞれ検出された特徴点の2次元座標に基づいてパラメータ群を推定する技術において、より推定精度を向上させることができるパラメータ推定装置、パラメータ推定方法及びパラメータ推定プログラムを提供することを目的としている。 In view of the above circumstances, the present invention aims to provide a parameter estimation device, a parameter estimation method, and a parameter estimation program that can improve the estimation accuracy in a technology that estimates a group of parameters based on the two-dimensional coordinates of feature points detected from images captured by multiple cameras.

本発明の一態様は、同一の被写体が互いに異なる位置から複数のカメラで撮像された各々の画像における、前記被写体の同一の特徴点の2次元座標が互いに対応付けられたデータを示す被写体姿勢群データを取得する取得部と、前記取得部によって取得された前記被写体姿勢群データに基づいて、前記特徴点の領域のうち前記特徴点以外の領域によって遮蔽されていない領域の割合を示す視認率を算出し、算出された前記視認率に基づいて重み係数を算出する重み係数算出部と、前記重み係数算出部によって算出された前記重み係数を用いた計算に基づいて、前記特徴点の3次元座標の座標値を含むパラメータの値を推定するパラメータ推定部と、を備えるパラメータ推定装置である。 One aspect of the present invention is a parameter estimation device that includes an acquisition unit that acquires subject posture group data indicating data in which two-dimensional coordinates of the same feature point of the subject are associated with each other in each image of the same subject captured by a plurality of cameras from different positions; a weighting factor calculation unit that calculates a visibility rate indicating the proportion of the area of the feature point that is not occluded by areas other than the feature point based on the subject posture group data acquired by the acquisition unit and calculates a weighting factor based on the calculated visibility rate; and a parameter estimation unit that estimates a parameter value including the three-dimensional coordinate value of the feature point based on a calculation using the weighting factor calculated by the weighting factor calculation unit.

また、本発明の一態様は、同一の被写体が互いに異なる位置から複数のカメラで撮像された各々の画像における、前記被写体の同一の特徴点の2次元座標が互いに対応付けられたデータを示す被写体姿勢群データを取得する取得ステップと、前記取得ステップにおいて取得された前記被写体姿勢群データに基づいて、前記特徴点の領域のうち前記特徴点以外の領域によって遮蔽されていない領域の割合を示す視認率を算出し、算出された前記視認率に基づいて重み係数を算出する重み係数算出ステップと、前記重み係数算出ステップにおいて算出された前記重み係数を用いた計算に基づいて、前記特徴点の3次元座標の座標値を含むパラメータの値を推定するパラメータ推定ステップと、を有するパラメータ推定方法である。 Also, one aspect of the present invention is a parameter estimation method having an acquisition step of acquiring subject posture group data indicating data in which two-dimensional coordinates of the same feature point of the subject are associated with each other in each image of the same subject captured by a plurality of cameras from different positions; a weighting factor calculation step of calculating a visibility rate indicating the proportion of the area of the feature point that is not occluded by areas other than the feature point based on the subject posture group data acquired in the acquisition step, and calculating a weighting factor based on the calculated visibility rate; and a parameter estimation step of estimating a value of a parameter including a coordinate value of the three-dimensional coordinate of the feature point based on a calculation using the weighting factor calculated in the weighting factor calculation step.

また、本発明の一態様は、上記のパラメータ推定装置としてコンピュータを機能させるためのパラメータ推定プログラムである。 Another aspect of the present invention is a parameter estimation program for causing a computer to function as the above-mentioned parameter estimation device.

本発明により、本発明によれば、複数台のカメラで撮像された画像からそれぞれ検出された特徴点の2次元座標に基づいてパラメータ群を推定する技術において、より推定精度を向上させることが可能になる。 The present invention makes it possible to improve the estimation accuracy in a technique for estimating a group of parameters based on the two-dimensional coordinates of feature points detected from images captured by multiple cameras.

本発明の第1の実施形態における被写体3次元再構成装置100の全体構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing the overall configuration of an object 3D reconstruction apparatus 100 according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態における被写体3次元再構成装置100の動作を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing the operation of the object 3D reconstruction apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態における被写体3次元再構成装置100の最適化部102の機能構成を示すブロック図である。2 is a block diagram showing the functional configuration of an optimization unit 102 of the object 3D reconstruction apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 人物の骨格等における特徴点の接続関係の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a connection relationship between feature points in a human skeleton or the like. 画面内占有率に基づいて重み係数を導出する方法を説明するための図である。11 is a diagram for explaining a method of deriving a weighting coefficient based on an occupancy rate within a screen. FIG. 本発明の第1の実施形態における被写体3次元再構成装置100の最適化部102の動作を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing an operation of an optimization unit 102 of the object 3D reconstruction apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態における被写体3次元再構成装置100aの全体構成を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing the overall configuration of an object 3D reconstruction device 100a according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態における被写体3次元再構成装置100aの動作を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing the operation of an object 3D reconstruction device 100a according to the second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態における被写体3次元再構成装置100aの最適化部102aの機能構成を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing the functional configuration of an optimization unit 102a of an object 3D reconstruction device 100a according to a second embodiment of the present invention. 自己遮蔽に対して視認率に基づいて重み係数を導出する方法を説明するための図である。11 is a diagram for explaining a method of deriving a weighting factor based on a visibility rate for self-occlusion. FIG. 他者による遮蔽に対して視認率に基づいて重み係数を導出する方法を説明するための図である。11 is a diagram for explaining a method of deriving a weighting factor based on a visibility rate with respect to occlusion by another person; FIG. 本発明の第2の実施形態における被写体3次元再構成装置100の最適化部102aの動作を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing the operation of an optimization unit 102a of an object 3D reconstruction apparatus 100 according to the second embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態~第3の実施形態における被写体3次元再構成装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an example of a hardware configuration of an object 3D reconstruction device according to the first to third embodiments of the present invention. Bundle Adjustmentの概要を説明するための模式図である。FIG. 13 is a schematic diagram for explaining an overview of Bundle Adjustment. 画面内における被写体の大きさの違いと2次元推定誤差及び3次元推定誤差を説明するための図である。11A and 11B are diagrams for explaining differences in the size of a subject within a screen and two-dimensional estimation errors and three-dimensional estimation errors. 他者による遮蔽による2次元座標の推定精度低下について説明するための図である。11A and 11B are diagrams for explaining a decrease in the estimation accuracy of two-dimensional coordinates due to obstruction by another person;

以下、本発明のパラメータ推定装置、パラメータ推定方法及びパラメータ推定プログラムの実施形態について、図面を参照しながら説明する。 Below, embodiments of the parameter estimation device, parameter estimation method, and parameter estimation program of the present invention will be described with reference to the drawings.

<第1の実施形態>
以下、本発明の第1の実施形態における被写体3次元再構成装置100について説明する。なお、以下に説明する被写体3次元再構成装置100は、本発明のパラメータ推定装置の実施形態の一例であり、本発明は必ずしも以下の被写体3次元再構成装置100の構成に限定されるものではない。
First Embodiment
The following describes an object 3D reconstruction device 100 according to a first embodiment of the present invention. Note that the object 3D reconstruction device 100 described below is one example of an embodiment of a parameter estimation device of the present invention, and the present invention is not necessarily limited to the configuration of the object 3D reconstruction device 100 described below.

[被写体3次元再構成装置の構成]
以下、被写体3次元再構成装置100の全体構成について説明する。図1は、本発明の第1の実施形態における被写体3次元再構成装置100の全体構成を示すブロック図である。図1に示されるように、被写体3次元再構成装置100は、カメラ間対応付け部101と、最適化部102と、を含んで構成される。なお、図1に示される被写体3次元再構成装置100において、最適化部102の構成が、従来の一般的な被写体3次元再構成装置と異なる構成を有しており、その他の構成については、従来の被写体3次元再構成装置の構成と同様である。
[Configuration of the object 3D reconstruction device]
The overall configuration of the object 3D reconstruction device 100 will be described below. FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the object 3D reconstruction device 100 in the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the object 3D reconstruction device 100 includes an inter-camera correspondence unit 101 and an optimization unit 102. Note that in the object 3D reconstruction device 100 shown in FIG. 1, the optimization unit 102 has a different configuration from that of a conventional general object 3D reconstruction device, and the other configurations are the same as those of the conventional object 3D reconstruction device.

カメラ間対応付け部101は、外部の装置(不図示)から出力される被写体姿勢群データの入力を受け付ける。ここでいう被写体姿勢群データとは、被写体である人物が複数のカメラによって互いに異なる位置から同時に撮像されたそれぞれの画像から生成されるデータである。被写体姿勢群データには、例えばOpenPose及びPersonLab等に代表される2次元姿勢推定技術によって検出された、それぞれの画像における、被写体である人物の関節や目、鼻、耳等の位置を示すデータが含まれる。
カメラ間対応付け部101は、入力された被写体姿勢群データに基づく、それぞれの画像における被写体である人物の関節や目、鼻、耳等の位置を、特徴点として認識する。カメラ間対応付け部101は、互いに異なるカメラで同時に撮像された画像における同一人物の同一部位の特徴点どうし(例えば、右肘の位置を示す特徴点どうし、あるいは左膝の位置を示す特徴点どうし等)を対応付ける。以下、これらの特徴点が対応付けられたデータを、「カメラ間対応付け済み被写体姿勢群データ」という。カメラ間対応付け部101は、カメラ間対応付け済み被写体姿勢群データを生成し、最適化部102へ出力する。
The camera correspondence unit 101 accepts input of subject posture group data output from an external device (not shown). The subject posture group data here refers to data generated from images of a person as a subject captured simultaneously from different positions by multiple cameras. The subject posture group data includes data indicating the positions of the joints, eyes, nose, ears, etc. of the person as a subject in each image, detected by a two-dimensional posture estimation technique represented by OpenPose, PersonLab, etc.
The camera correspondence unit 101 recognizes the positions of the joints, eyes, nose, ears, etc. of the person who is the subject in each image as feature points based on the input subject posture group data. The camera correspondence unit 101 associates feature points of the same part of the same person in images captured simultaneously by different cameras (for example, feature points indicating the positions of right elbows, or feature points indicating the positions of left knees, etc.). Hereinafter, data in which these feature points are associated is referred to as "camera-correlated subject posture group data." The camera correspondence unit 101 generates camera-correlated subject posture group data and outputs it to the optimization unit 102.

最適化部102は、カメラ間対応付け部101から出力されたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データの入力を受け付ける。最適化部102は、カメラ間対応付け済み被写体姿勢群データに基づく特徴点を用いてBundle Adjustmentを実行し、パラメータ群を最適化する。ここでいうパラメータ群とは、元の画像を撮像した各カメラのカメラパラメータの値、及び各特徴点の3次元座標である。また、カメラパラメータとは、例えば、カメラの位置、撮像方向、回転角、視野角、焦点距離、解像度、及び歪み等である。 The optimization unit 102 receives input of the camera-matched subject posture group data output from the camera-matching unit 101. The optimization unit 102 executes a bundle adjustment using feature points based on the camera-matched subject posture group data to optimize a parameter group. The parameter group here refers to the camera parameter values of each camera that captured the original image, and the three-dimensional coordinates of each feature point. The camera parameters include, for example, the camera position, imaging direction, rotation angle, field of view, focal length, resolution, and distortion.

最適化部102は、最適化されたパラメータ群を外部の装置(不図示)へ出力する。ここでいう最適化されたパラメータ群とは、特徴点の実際の3次元座標と推定された3次元座標との差(再投影誤差)の平均二乗誤差を最小化するという目的に対して最適化されたパラメータ群である。 The optimization unit 102 outputs the optimized parameter group to an external device (not shown). The optimized parameter group here refers to a parameter group optimized for the purpose of minimizing the mean square error of the difference (reprojection error) between the actual 3D coordinates of the feature points and the estimated 3D coordinates.

なお、カメラ間対応付け部101は、外部の装置に備えられていてもよい。すなわち、カメラ間対応付け済み被写体姿勢群データが外部の装置(不図示)において生成され、被写体3次元再構成装置100は、当該カメラ間対応付け済み被写体姿勢群データを外部の装置から取得する構成であってもよい。 The inter-camera correspondence unit 101 may be provided in an external device. In other words, the inter-camera corresponded subject posture group data may be generated in an external device (not shown), and the subject 3D reconstruction device 100 may be configured to acquire the inter-camera corresponded subject posture group data from the external device.

[被写体3次元再構成装置の動作]
以下、被写体3次元再構成装置100の動作の一例について説明する。図2は、本発明の第1の実施形態における被写体3次元再構成装置100の動作を示すフローチャートである。本フローチャートは、外部の装置から出力された被写体姿勢群データが被写体3次元再構成装置100に入力された際に開始される。
[Operation of the Object 3D Reconstruction Apparatus]
An example of the operation of object 3D reconstruction apparatus 100 will be described below. Fig. 2 is a flowchart showing the operation of object 3D reconstruction apparatus 100 in the first embodiment of the present invention. This flowchart starts when object posture group data output from an external device is input to object 3D reconstruction apparatus 100.

被写体3次元再構成装置100のカメラ間対応付け部101は、外部の装置から出力される被写体姿勢群データの入力を受け付ける。カメラ間対応付け部101は、入力された被写体姿勢群データに基づく、それぞれの画像における被写体である人物の関節や目、鼻、耳等の位置を、特徴点として認識する。カメラ間対応付け部101は、互いに異なるカメラで同時に撮像された画像における同一人物の同一部位の特徴点どうしを対応付ける(ステップS101)。カメラ間対応付け部101は、カメラ間対応付け済み被写体姿勢群データを生成し、最適化部102へ出力する。 The camera-to-camera correspondence unit 101 of the object 3D reconstruction device 100 accepts input of object posture group data output from an external device. The camera-to-camera correspondence unit 101 recognizes the positions of the joints, eyes, nose, ears, etc. of the person who is the object in each image as feature points based on the input object posture group data. The camera-to-camera correspondence unit 101 matches feature points of the same part of the same person in images captured simultaneously by different cameras (step S101). The camera-to-camera correspondence unit 101 generates camera-to-camera corresponded object posture group data and outputs it to the optimization unit 102.

最適化部102は、カメラ間対応付け部101から出力されたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データの入力を受け付ける。最適化部102は、カメラ間対応付け済み被写体姿勢群データに基づく特徴点を用いてBundle Adjustmentを実行し、パラメータ群を最適化する(ステップS102)。最適化部102は、最適化されたパラメータ群を外部の装置へ出力する。以上で、図2のフローチャートが示す被写体3次元再構成装置100の動作が終了する。 The optimization unit 102 receives the inter-camera-correlated subject posture group data output from the inter-camera correspondence unit 101. The optimization unit 102 executes a bundle adjustment using feature points based on the inter-camera-correlated subject posture group data to optimize the parameter group (step S102). The optimization unit 102 outputs the optimized parameter group to an external device. This completes the operation of the object 3D reconstruction device 100 shown in the flowchart of FIG. 2.

[最適化部の構成]
以下、最適化部102の構成について更に詳しく説明する。図3は、本発明の第1の実施形態における被写体3次元再構成装置100の最適化部102の機能構成を示すブロック図である。図3に示されるように、最適化部102は、パラメータ初期化部1021と、重み係数初期化部1022と、パラメータ最適化部1023と、被写体姿勢再投影部1024と、重み係数算出部1025とを含んで構成される。
[Configuration of the optimization unit]
The configuration of the optimization unit 102 will be described in more detail below. Fig. 3 is a block diagram showing the functional configuration of the optimization unit 102 of the object 3D reconstruction device 100 in the first embodiment of the present invention. As shown in Fig. 3, the optimization unit 102 includes a parameter initialization unit 1021, a weighting factor initialization unit 1022, a parameter optimization unit 1023, an object orientation reprojection unit 1024, and a weighting factor calculation unit 1025.

なお、図3に示される最適化部102において、重み係数算出部1025が、カメラ別及び特徴点別に導出された特徴点の、以下に説明する、画面内占有率に基づいて重み係数を算出する構成、及び、パラメータ最適化部1023が、算出された重み係数を用いてBundle Adjustmentのコスト関数に重み付け計算を付与する構成が従来技術と異なる構成であり、その他の構成については従来の被写体3次元再構成装置の最適化部の構成と同様である。 Note that in the optimization unit 102 shown in FIG. 3, the configuration differs from the conventional technology in that the weight coefficient calculation unit 1025 calculates weight coefficients based on the on-screen occupancy rate of the feature points derived for each camera and each feature point, as described below, and the parameter optimization unit 1023 applies weighting calculations to the cost function of the bundle adjustment using the calculated weight coefficients. The other configurations are the same as those of the optimization unit of the conventional object 3D reconstruction device.

パラメータ初期化部1021は、カメラ間対応付け部101から出力されたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データを取得する。パラメータ初期化部1021は、取得されたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データに基づいて、カメラごとの各カメラパラメータ、及び、特徴点ごとの3次元座標を初期化する。すなわち、パラメータ初期化部1021は、「カメラ台数×カメラパラメータ数+特徴点数×3次元座標」のパラメータを初期化する。パラメータ初期化部1021は、初期化されたパラメータ群をパラメータ最適化部1023へ出力する。 The parameter initialization unit 1021 acquires the camera-correlated subject posture group data output from the camera-correlated unit 101. The parameter initialization unit 1021 initializes the camera parameters for each camera and the three-dimensional coordinates for each feature point based on the acquired camera-correlated subject posture group data. That is, the parameter initialization unit 1021 initializes the parameters of "number of cameras x number of camera parameters + number of feature points x three-dimensional coordinates". The parameter initialization unit 1021 outputs the initialized parameter group to the parameter optimization unit 1023.

重み係数初期化部1022は、カメラ間対応付け部101から出力されたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データを取得する。重み係数初期化部1022は、取得されたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データに基づいて、カメラごと及び特徴点ごとの重み係数を初期化する。すなわち、重み係数初期化部1022は、「カメラ台数×特徴点数」の重み係数を初期化する。重み係数初期化部1022は、初期化された重み係数群をパラメータ最適化部1023へ出力する。 The weighting factor initialization unit 1022 acquires the camera-matched subject posture group data output from the camera-matching unit 101. The weighting factor initialization unit 1022 initializes the weighting factor for each camera and each feature point based on the acquired camera-matched subject posture group data. In other words, the weighting factor initialization unit 1022 initializes the weighting factor of "number of cameras x number of feature points". The weighting factor initialization unit 1022 outputs the initialized weighting factor group to the parameter optimization unit 1023.

パラメータ最適化部1023は、カメラ間対応付け部101から出力されたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データ、パラメータ初期化部1021から出力されたパラメータ群、及び、重み係数初期化部1022又は重み係数算出部1025から出力された重み係数群を取得する。パラメータ最適化部1023は、取得されたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データ及び重み係数群に基づいてパラメータ群を更新する。パラメータ最適化部1023は、更新されたパラメータ群を被写体姿勢再投影部1024又は外部の装置(不図示)へ出力する。 The parameter optimization unit 1023 acquires the camera-correlated subject posture group data output from the camera-corresponding unit 101, the parameter group output from the parameter initialization unit 1021, and the weighting coefficient group output from the weighting coefficient initialization unit 1022 or the weighting coefficient calculation unit 1025. The parameter optimization unit 1023 updates the parameter group based on the acquired camera-correlated subject posture group data and weighting coefficient group. The parameter optimization unit 1023 outputs the updated parameter group to the subject posture reprojection unit 1024 or an external device (not shown).

被写体姿勢再投影部1024は、パラメータ最適化部1023から出力された更新されたパラメータ群を取得する。被写体姿勢再投影部1024は、各カメラのスクリーン上に各特徴点の3次元座標を投影する。被写体姿勢再投影部1024は、互いに接続される特徴点間を例えば所定の太さを有する線によって接続し、カメラ別及び被写体別のシルエットを画像生成する。被写体姿勢再投影部1024は、生成されたカメラ及び被写体別シルエット群を重み係数算出部1025へ出力する。 The subject pose reprojection unit 1024 acquires the updated parameter group output from the parameter optimization unit 1023. The subject pose reprojection unit 1024 projects the three-dimensional coordinates of each feature point onto the screen of each camera. The subject pose reprojection unit 1024 connects the mutually connected feature points, for example, with a line having a predetermined thickness, and generates an image of a silhouette for each camera and each subject. The subject pose reprojection unit 1024 outputs the generated camera and subject silhouette group to the weighting coefficient calculation unit 1025.

重み係数算出部1025は、被写体姿勢再投影部1024から出力されたカメラ別及び被写体別シルエット群を取得する。重み係数算出部1025は、取得されたカメラ別及び被写体別シルエット群に基づくシルエットから、各特徴点の画面内占有率を算出し、重み係数を算出する。重み係数算出部1025は、算出されたカメラごと及び特徴点ごとの(すなわち、カメラ台数×特徴点数の個数の重み係数からなる)重み係数群をパラメータ最適化部1023へ出力する。 The weighting coefficient calculation unit 1025 acquires the group of silhouettes for each camera and each subject output from the subject orientation reprojection unit 1024. The weighting coefficient calculation unit 1025 calculates the screen occupancy rate of each feature point from the silhouette based on the acquired group of silhouettes for each camera and each subject, and calculates a weighting coefficient. The weighting coefficient calculation unit 1025 outputs the group of weighting coefficients calculated for each camera and each feature point (i.e., consisting of a weighting coefficient of the number of cameras x the number of feature points) to the parameter optimization unit 1023.

パラメータ最適化部1023は、重み係数算出部1025から出力された重み係数群を取得した場合、当該重み係数群と、カメラ間対応付け部101から出力されたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データとに基づいてパラメータ群を更新する。最適化部102は、上記のパラメータ群を更新させる反復計算を、所定の回数行う。あるいは、最適化部102は、上記のパラメータ群を更新させる反復計算を、当該パラメータ群の値が収束するまで行う。パラメータ最適化部1023は、反復計算が完了すると、更新されたパラメータ群を最適化されたパラメータ群とし、当該パラメータ群を外部の装置(不図示)へ出力する。 When the parameter optimization unit 1023 acquires the weighting coefficient group output from the weighting coefficient calculation unit 1025, it updates the parameter group based on the weighting coefficient group and the inter-camera associated subject posture group data output from the inter-camera association unit 101. The optimization unit 102 performs an iterative calculation to update the above-mentioned parameter group a predetermined number of times. Alternatively, the optimization unit 102 performs an iterative calculation to update the above-mentioned parameter group until the values of the parameter group converge. When the iterative calculation is completed, the parameter optimization unit 1023 sets the updated parameter group as an optimized parameter group, and outputs the parameter group to an external device (not shown).

更に具体的には、例えば、Bundle Adjustmentにおける反復計算時に、被写体姿勢再投影部1024は、反復計算の各ステップにおける最適化過程の各カメラパラメータと各特徴点の3次元座標を用いて、各カメラのスクリーン上に再投影を行う。重み係数算出部1025は、カメラ解像度に対する当該特徴点の画面内占有率(例えば、カメラの画素数に対する特徴点のシルエットの画素数の比率)を算出する。重み係数算出部1025は、画面内占有率に基づく重み係数を導出する。パラメータ最適化部1023は、当該重み係数をコスト関数に組み込んで反復計算を行う。これにより、第1の実施形態における被写体3次元再構成装置100は、画面内に小さく映る被写体に重畳しやすいランダムノイズを抑制することができる。 More specifically, for example, during iterative calculations in the bundle adjustment, the object posture reprojection unit 1024 reprojects onto the screen of each camera using each camera parameter in the optimization process in each step of the iterative calculation and the three-dimensional coordinates of each feature point. The weighting factor calculation unit 1025 calculates the screen occupancy rate of the feature point relative to the camera resolution (for example, the ratio of the number of pixels of the silhouette of the feature point to the number of pixels of the camera). The weighting factor calculation unit 1025 derives a weighting factor based on the screen occupancy rate. The parameter optimization unit 1023 incorporates the weighting factor into a cost function to perform iterative calculations. As a result, the object 3D reconstruction device 100 in the first embodiment can suppress random noise that is likely to be superimposed on an object that appears small on the screen.

被写体姿勢再投影部1024は、各カメラのスクリーン上に再投影を行う際、特徴点を点として投影するだけでなく、例えば図4に示されるような特徴点どうしの接続関係(人物の骨格等)を考慮して、互いに接続される特徴点間の線分を、幅を持つ線分や円等で描画する。被写体姿勢再投影部1024は、幅を持つ線分や円等によって、被写体の特徴点の周辺の形状にフィットするようなシルエットを描画する。 When reprojecting onto the screen of each camera, the subject orientation reprojection unit 1024 does not just project the feature points as points, but also takes into account the connection between the feature points (such as the human skeleton) as shown in FIG. 4, for example, and draws the lines between the connected feature points as line segments with width, circles, etc. The subject orientation reprojection unit 1024 draws a silhouette that fits the shape of the subject's feature points using line segments with width, circles, etc.

重み係数算出部1025は、例えば図5に示されるように、対象とする特徴点と、当該特徴点と接続する他の特徴点とを繋ぐ線分を一定の内分比率で打ち切った図形を部分シルエットとして生成する。例えば図5には、対象とする特徴点と、当該特徴点と接続する他の特徴点とを繋ぐ線分の中央の位置で線分が打ち切られた場合の部分シルエットが示されている。重み係数算出部1025は、カメラの画素数に対する部分シルエットの画素数(あるいは、スクリーン全体に対する部分シルエットの面積比)を算出することにより、特徴点の(シルエットの)画面内占有率を導出する。 The weighting coefficient calculation unit 1025 generates a partial silhouette as a figure in which a line segment connecting a target feature point to another feature point connected to the target feature point is truncated at a certain internal division ratio, as shown in FIG. 5, for example. For example, FIG. 5 shows a partial silhouette in which a line segment connecting a target feature point to another feature point connected to the target feature point is truncated at the center of the line segment. The weighting coefficient calculation unit 1025 derives the screen occupancy rate of the feature point (silhouette) by calculating the number of pixels of the partial silhouette relative to the number of pixels of the camera (or the area ratio of the partial silhouette to the entire screen).

画面内占有率は、画面内に小さく映る被写体の特徴点ほどより小さな値となり、画面内に大きく映る被写体の特徴点ほどより大きな値となる。重み係数算出部1025は、例えば、画面内占有率の値を重み係数として用いる。例えば、画面内占有率vi,jは、以下の(2)式のように表すことができる。 The smaller the feature point of the subject appears on the screen, the smaller the screen occupancy value becomes, and the larger the feature point of the subject appears on the screen, the larger the screen occupancy value becomes. The weighting coefficient calculation unit 1025 uses, for example, the value of the screen occupancy rate as the weighting coefficient. For example, the screen occupancy rate v i,j can be expressed as the following formula (2).

Figure 0007653102000002
Figure 0007653102000002

ここで、si,jは部分シルエットの画素数(又は面積)を表し、Sはカメラの画素数(又はスクリーンの面積)を表す。重み係数wi,jは、以下の(3)式の関数のように表すことができる。 Here, s i,j represents the number of pixels (or area) of the partial silhouette, and S represents the number of pixels of the camera (or the area of the screen). The weighting coefficient w i,j can be expressed as a function of the following equation (3).

Figure 0007653102000003
Figure 0007653102000003

関数w(v)は、以下の(4)式のように表すことができる。 The function w(v) can be expressed as the following equation (4).

Figure 0007653102000004
Figure 0007653102000004

なお、重み係数算出部1025は、画面占有率が所定の値より大きい場合には、重み係数を制限するようにしてもよい。この場合、関数w(v)は、例えば以下の(5)式のように表すことができる。 In addition, the weighting coefficient calculation unit 1025 may limit the weighting coefficient when the screen occupancy rate is greater than a predetermined value. In this case, the function w(v) can be expressed, for example, as in the following equation (5).

Figure 0007653102000005
Figure 0007653102000005

上記の重み係数が組み込まれた、第1の実施形態におけるBundle Adjustmentのコスト関数は、以下の(6)式のように表される。 The cost function for bundle adjustment in the first embodiment, incorporating the above weighting coefficients, is expressed as the following equation (6).

Figure 0007653102000006
Figure 0007653102000006

ここで、Wi,jは重み係数である。なお、(1)式と同様に、(2)式において、関数F(p|f,r,d,R,t)は、特徴点の3次元座標pをカメラjのスクリーンに投影する関数である。ここで、f,r,d,R,tは、カメラjのカメラパラメータである。具体的には、fはカメラ焦点距離,rはカメラ解像度,dはカメラ歪み,Rはカメラ回転角,tはカメラ位置である。 Here, W i,j is a weighting coefficient. As in formula (1), in formula (2), the function F(p i |f j , r j , d j , R j , t j ) is a function for projecting the three-dimensional coordinate p i of the feature point onto the screen of camera j. Here, f j , r j , d j , R j , and t j are camera parameters of camera j. Specifically, f j is the camera focal length, r j is the camera resolution, d j is the camera distortion, R j is the camera rotation angle, and t j is the camera position.

[最適化部の動作]
以下、最適化部102の動作の一例について更に詳しく説明する。図6は、本発明の第1の実施形態における被写体3次元再構成装置100の最適化部102の動作を示すフローチャートである。本フローチャートが示す動作は、カメラ間対応付け部101から出力されたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データが最適化部102に入力された際に開始される。
[Optimization section operation]
An example of the operation of the optimization unit 102 will be described in more detail below. Fig. 6 is a flowchart showing the operation of the optimization unit 102 of the object 3D reconstruction device 100 according to the first embodiment of the present invention. The operation shown in this flowchart is started when the inter-camera associated object posture group data output from the inter-camera association unit 101 is input to the optimization unit 102.

パラメータ初期化部1021は、カメラ間対応付け部101から出力されたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データを取得する。パラメータ初期化部1021は、取得されたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データに基づいて、「カメラ台数×カメラパラメータ数+特徴点数×3次元座標」のパラメータを初期化する(ステップS201)。パラメータ初期化部1021は、初期化されたパラメータ群をパラメータ最適化部1023へ出力する。 The parameter initialization unit 1021 acquires the camera-correlated subject posture group data output from the camera-correlated unit 101. The parameter initialization unit 1021 initializes the parameters of "number of cameras x number of camera parameters + number of feature points x three-dimensional coordinates" based on the acquired camera-correlated subject posture group data (step S201). The parameter initialization unit 1021 outputs the initialized parameter group to the parameter optimization unit 1023.

重み係数初期化部1022は、カメラ間対応付け部101から出力されたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データを取得する。重み係数初期化部1022は、取得されたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データに基づいて、「カメラ台数×特徴点数重み係数」を、例えば1.0の値にすることで初期化する(ステップS202)。なお、この初期化は重み係数群を正規化することを目的としており、初期化される値は、1.0に限られるものではない。重み係数初期化部1022は、初期化された重み係数群をパラメータ最適化部1023へ出力する。 The weighting factor initialization unit 1022 acquires the camera-matched subject posture group data output from the camera-matching unit 101. Based on the acquired camera-matched subject posture group data, the weighting factor initialization unit 1022 initializes the "number of cameras x number of feature points weighting factor" by setting it to a value of, for example, 1.0 (step S202). Note that this initialization is intended to normalize the weighting factor group, and the initialized value is not limited to 1.0. The weighting factor initialization unit 1022 outputs the initialized weighting factor group to the parameter optimization unit 1023.

パラメータ最適化部1023は、カメラ間対応付け部101から出力されたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データ、パラメータ初期化部1021から出力されたパラメータ群、及び、重み係数初期化部1022又は重み係数算出部1025から出力された重み係数群を取得する。パラメータ最適化部1023は、取得されたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データ及び重み係数群に基づいてパラメータ群を更新する。 The parameter optimization unit 1023 acquires the camera-correlated subject posture group data output from the camera-corresponding unit 101, the parameter group output from the parameter initialization unit 1021, and the weighting coefficient group output from the weighting coefficient initialization unit 1022 or the weighting coefficient calculation unit 1025. The parameter optimization unit 1023 updates the parameter group based on the acquired camera-correlated subject posture group data and weighting coefficient group.

ここで、パラメータ最適化部1023は、所定のコスト関数(例えば、前述の(6)式で表されるコスト関数)を用いてコストを計算し、コストを最小化させるようにパラメータ群を更新する。このとき、例えば、パラメータ最適化部1023は、パラメータ群の更新回数をカウントする。又は、例えば、パラメータ最適化部1023は、パラメータ群の更新前後の絶対誤差の最大値を計算する(ステップS203)。 The parameter optimization unit 1023 then calculates the cost using a predetermined cost function (for example, the cost function expressed by the above-mentioned equation (6)) and updates the parameter set so as to minimize the cost. At this time, for example, the parameter optimization unit 1023 counts the number of times the parameter set is updated. Alternatively, for example, the parameter optimization unit 1023 calculates the maximum absolute error before and after updating the parameter set (step S203).

パラメータ群の更新回数が所定の回数に満たない場合、又は、パラメータ群の更新前後の絶対誤差の最大値が所定の値より大きい場合(ステップS204・NO)、パラメータ最適化部1023は、更新されたパラメータ群を被写体姿勢再投影部1024へ出力する。被写体姿勢再投影部1024は、パラメータ最適化部1023から出力された最適化されたパラメータ群を取得する。被写体姿勢再投影部1024は、各カメラの(仮想的な)スクリーン上に各特徴点の3次元座標を投影する。被写体姿勢再投影部1024は、互いに接続された特徴点間を例えば所定の太さを有する線によって接続し、カメラ別及び被写体別のシルエットを生成する(ステップS205)。被写体姿勢再投影部1024は、生成されたカメラ及び被写体別シルエット群を重み係数算出部1025へ出力する。 If the number of times the parameter group is updated is less than the predetermined number, or if the maximum value of the absolute error before and after the parameter group update is greater than the predetermined value (step S204, NO), the parameter optimization unit 1023 outputs the updated parameter group to the subject pose reprojection unit 1024. The subject pose reprojection unit 1024 acquires the optimized parameter group output from the parameter optimization unit 1023. The subject pose reprojection unit 1024 projects the three-dimensional coordinates of each feature point onto the (virtual) screen of each camera. The subject pose reprojection unit 1024 connects the connected feature points with, for example, a line having a predetermined thickness, and generates a silhouette for each camera and each subject (step S205). The subject pose reprojection unit 1024 outputs the generated camera and subject silhouette group to the weight coefficient calculation unit 1025.

重み係数算出部1025は、被写体姿勢再投影部1024から出力されたカメラ別及び被写体別シルエット群を取得する。重み係数算出部1025は、取得されたカメラ別及び被写体別シルエット群に基づくシルエットから、各特徴点の画面内占有率を算出し、当該画面内占有率に基づいて、カメラ別及び特徴点別に重み係数を算出する(ステップS206)。重み係数算出部1025は、算出された、カメラ台数×特徴点数の重み係数からなる重み係数群をパラメータ最適化部1023へ出力する。そして、ステップS203の処理に戻り、パラメータ群の更新を繰り返す。 The weighting coefficient calculation unit 1025 acquires the group of silhouettes by camera and by subject output from the subject orientation reprojection unit 1024. The weighting coefficient calculation unit 1025 calculates the screen occupancy rate of each feature point from a silhouette based on the acquired group of silhouettes by camera and by subject, and calculates a weighting coefficient by camera and by feature point based on the screen occupancy rate (step S206). The weighting coefficient calculation unit 1025 outputs the calculated group of weighting coefficients consisting of the number of cameras x the number of feature points to the parameter optimization unit 1023. Then, the process returns to step S203, and the update of the parameter group is repeated.

一方、パラメータ群の更新回数が所定の回数に達した場合、又は、パラメータ群の更新前後の絶対誤差の最大値が所定の値以下であった場合(ステップS204・YES)、パラメータ最適化部1023は、最適化されたパラメータ群を外部の装置(不図示)へ出力する。以上で図6のフローチャートが示す最適化部102の動作が終了する。 On the other hand, if the number of updates of the parameter group reaches a predetermined number, or if the maximum absolute error before and after the update of the parameter group is equal to or less than a predetermined value (step S204, YES), the parameter optimization unit 1023 outputs the optimized parameter group to an external device (not shown). This completes the operation of the optimization unit 102 shown in the flowchart of FIG. 6.

なお、重み係数算出部1025は、ステップS206の処理において重み係数群を算出する場合、前述のパラメータ群の更新前後の絶対誤差を参照し、当該絶対誤差の値に応じて重み係数を調整するようにしてもよい。例えば、パラメータ群の更新前後の絶対誤差が比較的大きい場合には、各パラメータの最適化が十分でないことが考えられる。このような、不確定要素が高い段階で重み係数を考慮すると、意図しない座標に収束する可能性がある。よって、重み係数算出部1025は、パラメータ群の更新前後の絶対誤差がある程度小さくなってから(例えば、所定の値以上になってから)重み係数群を算出することが望ましい。 When calculating the weighting coefficient group in the process of step S206, the weighting coefficient calculation unit 1025 may refer to the absolute error before and after the update of the parameter group described above and adjust the weighting coefficient according to the value of the absolute error. For example, if the absolute error before and after the update of the parameter group is relatively large, it is possible that the optimization of each parameter is not sufficient. If the weighting coefficient is considered at such a stage where there is a high degree of uncertainty, there is a possibility that the coordinates will converge to unintended coordinates. Therefore, it is desirable for the weighting coefficient calculation unit 1025 to calculate the weighting coefficient group after the absolute error before and after the update of the parameter group has become relatively small (for example, after it has become equal to or greater than a predetermined value).

なお、Bundle Adjustmentは、カメラパラメータ群と特徴点の3次元座標群との双方を同時に最適化することができるが、特徴点の3次元座標群のみを最適化するような構成であってもよい。すなわち、各カメラのカメラパラメータ群の値が既知であり、特徴点の3次元座標群のみを最適化するような構成であってもよい。この場合、被写体3次元再構成装置100は、外部の装置(不図示)からカメラ別のパラメータ群を取得する。そして、パラメータ初期化部1021及びパラメータ最適化部1023は、取得された既知のカメラパラメータ群を用いて処理を行う。 Note that while the bundle adjustment can simultaneously optimize both the camera parameters and the three-dimensional coordinates of the feature points, it may also be configured to optimize only the three-dimensional coordinates of the feature points. In other words, the values of the camera parameters of each camera may be known, and only the three-dimensional coordinates of the feature points may be optimized. In this case, the object 3D reconstruction device 100 acquires a parameter set for each camera from an external device (not shown). Then, the parameter initialization unit 1021 and the parameter optimization unit 1023 perform processing using the acquired known camera parameters.

なお、非特許文献4には、複数の視点方向から重ね合わせたPart Confidence MAP(PCM)の最大値を人物の関節の座標とする手法が提案されている。この手法においても、非特許文献4に記載の以下の(7)式及び(8)式を、それぞれ以下の(9)式及び(10)式のように変更することによって、画面内占有率を考慮した最適化を行う構成とすることができる。なお、前述の各式とは異なり、以下の(9)式においては重み係数を表す変数としてxの文字を用いている。 Non-Patent Document 4 proposes a method of determining the maximum value of Part Confidence MAP (PCM) superimposed from multiple viewpoints as the coordinates of a person's joints. Even with this method, it is possible to configure a configuration that performs optimization taking into account the screen occupancy rate by changing the following equations (7) and (8) described in Non-Patent Document 4 to the following equations (9) and (10), respectively. Note that, unlike the previous equations, the following equation (9) uses the letter x as a variable representing a weighting coefficient.

Figure 0007653102000007
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Figure 0007653102000008
Figure 0007653102000008

Figure 0007653102000009
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Figure 0007653102000010
Figure 0007653102000010

以上説明したように、本発明の第1の実施形態における被写体3次元再構成装置100は、Bundle Adjustmentにおける最適化過程の反復計算時において、反復計算の各ステップにおける各カメラパラメータと各特徴点の3次元座標とを用いて、各カメラのスクリーン上に再投影を行う。被写体3次元再構成装置100は、各カメラのスクリーン上に再投影を行う際には、被写体別に特徴点を点として投影するだけでなく、例えば図4に示されるように特徴点の接続関係を考慮して、幅を持つ線分や円によって被写体の形状にフィットするシルエットを描画する。被写体3次元再構成装置100は、例えば図5に示されるように対象とする特徴点から当該特徴点に接続する他の特徴点までの線分の中央までを対象とした部分シルエットを生成する。被写体3次元再構成装置100は、カメラ画素数に対する部分シルエットの画素数の比率(あるいは、スクリーン全体に対する部分シルエットの面積比)によって画面内占有率を算出する。被写体3次元再構成装置100は、算出された画面内占有率に基づいて重み係数を導出し、所定のコスト関数に組み込んで反復計算を行う。 As described above, the object 3D reconstruction device 100 in the first embodiment of the present invention reprojects onto the screen of each camera using the camera parameters and the 3D coordinates of each feature point at each step of the iterative calculation during the iterative calculation of the optimization process in the bundle adjustment. When reprojecting onto the screen of each camera, the object 3D reconstruction device 100 not only projects the feature points as points for each object, but also draws a silhouette that fits the shape of the object using line segments or circles with width, taking into account the connection relationship of the feature points, as shown in FIG. 4, for example. The object 3D reconstruction device 100 generates a partial silhouette that targets the center of a line segment from a target feature point to another feature point connected to the target feature point, as shown in FIG. 5, for example. The object 3D reconstruction device 100 calculates the screen occupancy rate based on the ratio of the number of pixels of the partial silhouette to the number of pixels of the camera (or the area ratio of the partial silhouette to the entire screen). The object 3D reconstruction device 100 derives a weighting coefficient based on the calculated screen occupancy rate, incorporates it into a predetermined cost function, and performs iterative calculation.

このような構成を備えることで、本発明の第1の実施形態における被写体3次元再構成装置100は、画面内において相対的に小さく写っている被写体に重畳しやすいランダムノイズを抑制することができる。よって、被写体3次元再構成装置100は、複数台のカメラで撮像された画像からそれぞれ検出された特徴点の2次元座標に基づいてパラメータ群を推定する技術において、より推定精度を向上させることができる。 By being equipped with such a configuration, the object 3D reconstruction device 100 in the first embodiment of the present invention can suppress random noise that tends to be superimposed on an object that appears relatively small on the screen. Therefore, the object 3D reconstruction device 100 can further improve the estimation accuracy in the technology that estimates a group of parameters based on the two-dimensional coordinates of feature points detected from images captured by multiple cameras.

<第2の実施形態>
以下、本発明の第2の実施形態における被写体3次元再構成装置100aについて説明する。なお、以下に説明する被写体3次元再構成装置100aは、本発明のパラメータ推定装置の実施形態の一例であり、本発明は必ずしも以下の被写体3次元再構成装置100aの構成に限定されるものではない。
Second Embodiment
The object 3D reconstruction device 100a according to the second embodiment of the present invention will be described below. Note that the object 3D reconstruction device 100a described below is one example of an embodiment of a parameter estimation device of the present invention, and the present invention is not necessarily limited to the configuration of the object 3D reconstruction device 100a described below.

[被写体3次元再構成装置の構成]
以下、被写体3次元再構成装置100aの全体構成について説明する。図7は、本発明の第2の実施形態における被写体3次元再構成装置100aの全体構成を示すブロック図である。図7に示されるように、被写体3次元再構成装置100aは、カメラ間対応付け部101と、最適化部102aと、を含んで構成される。なお、図7に示される被写体3次元再構成装置100aにおいて、最適化部102aの構成が、従来の一般的な被写体3次元再構成装置と異なる構成を有しており、その他の構成については、従来の被写体3次元再構成装置の構成と同様である。
[Configuration of the object 3D reconstruction device]
The overall configuration of the object 3D reconstruction device 100a will be described below. FIG. 7 is a block diagram showing the overall configuration of the object 3D reconstruction device 100a in the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, the object 3D reconstruction device 100a includes an inter-camera correspondence unit 101 and an optimization unit 102a. In the object 3D reconstruction device 100a shown in FIG. 7, the optimization unit 102a has a different configuration from that of a conventional general object 3D reconstruction device, and the other configurations are the same as those of the conventional object 3D reconstruction device.

カメラ間対応付け部101は、外部の装置(不図示)から出力される被写体姿勢群データの入力を受け付ける。ここでいう被写体姿勢群データとは、被写体である人物が複数のカメラによって互いに異なる位置から同時に撮像されたそれぞれの画像から生成されるデータである。被写体姿勢群データには、例えばOpenPose及びPersonLab等に代表される2次元姿勢推定技術によって検出された、それぞれの画像における被写体である人物の関節や目、鼻、耳等の位置を示すデータが含まれる。 The camera correspondence unit 101 accepts input of subject posture group data output from an external device (not shown). The subject posture group data here refers to data generated from images of a human subject captured simultaneously from different positions by multiple cameras. The subject posture group data includes data indicating the positions of the joints, eyes, nose, ears, etc. of the human subject in each image, detected by two-dimensional posture estimation technology such as OpenPose and PersonLab.

カメラ間対応付け部101は、入力された被写体姿勢群データに基づく、それぞれの画像における被写体である人物の関節や目、鼻、耳等の位置を、特徴点として認識する。カメラ間対応付け部101は、互いに異なるカメラで同時に撮像された画像における同一人物の同一部位の特徴点どうし(例えば、右肘の位置を示す特徴点どうし、あるいは左膝の位置を示す特徴点どうし等)を対応付ける。カメラ間対応付け部101は、これらの特徴点が対応付けられたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データを生成し、最適化部102aへ出力する。 The camera correspondence unit 101 recognizes the positions of the joints, eyes, nose, ears, etc. of the human subject in each image as feature points based on the input subject posture group data. The camera correspondence unit 101 matches feature points of the same part of the same person in images captured simultaneously by different cameras (for example, feature points indicating the positions of right elbows, or feature points indicating the positions of left knees, etc.). The camera correspondence unit 101 generates camera-matched subject posture group data in which these feature points are matched, and outputs the data to the optimization unit 102a.

最適化部102aは、カメラ間対応付け部101から出力されたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データの入力を受け付ける。最適化部102aは、カメラ間対応付け済み被写体姿勢群データに基づく特徴点を用いてBundle Adjustmentを実行し、パラメータ群を最適化する。ここでいうパラメータ群とは、元の画像を撮像した各カメラのカメラパラメータの値、及び各特徴点の3次元座標である。また、カメラパラメータとは、例えば、カメラの位置、撮像方向、回転角、視野角、焦点距離、解像度、及び歪み等である。最適化部102aは、最適化されたパラメータ群を外部の装置(不図示)へ出力する。ここでいう最適化されたパラメータ群とは、特徴点の実際の3次元座標と推定された3次元座標との差(再投影誤差)の平均二乗誤差を最小化するという目的に対して最適化されたパラメータ群である。 The optimization unit 102a receives input of the camera-correlated subject posture group data output from the camera-correlated unit 101. The optimization unit 102a executes bundle adjustment using feature points based on the camera-correlated subject posture group data to optimize the parameter group. The parameter group here refers to the camera parameter values of each camera that captured the original image and the three-dimensional coordinates of each feature point. The camera parameters are, for example, the camera position, image capture direction, rotation angle, viewing angle, focal length, resolution, and distortion. The optimization unit 102a outputs the optimized parameter group to an external device (not shown). The optimized parameter group here refers to a parameter group optimized for the purpose of minimizing the mean square error of the difference (reprojection error) between the actual three-dimensional coordinates of the feature points and the estimated three-dimensional coordinates of the feature points.

なお、カメラ間対応付け部101は、外部の装置に備えられていてもよい。すなわち、カメラ間対応付け済み被写体姿勢群データが外部の装置(不図示)において生成され、被写体3次元再構成装置100aは、当該カメラ間対応付け済み被写体姿勢群データを外部の装置から取得する構成であってもよい。 The inter-camera correspondence unit 101 may be provided in an external device. In other words, the inter-camera corresponded subject posture group data may be generated in an external device (not shown), and the subject 3D reconstruction device 100a may be configured to acquire the inter-camera corresponded subject posture group data from the external device.

[被写体3次元再構成装置の動作]
以下、被写体3次元再構成装置100aの動作の一例について説明する。図8は、本発明の第2の実施形態における被写体3次元再構成装置100aの動作を示すフローチャートである。本フローチャートは、外部の装置から出力された被写体姿勢群データが被写体3次元再構成装置100aに入力された際に開始される。
[Operation of the Object 3D Reconstruction Apparatus]
An example of the operation of the object 3D reconstruction device 100a will be described below. Fig. 8 is a flowchart showing the operation of the object 3D reconstruction device 100a in the second embodiment of the present invention. This flowchart starts when object posture group data output from an external device is input to the object 3D reconstruction device 100a.

被写体3次元再構成装置100aのカメラ間対応付け部101は、外部の装置から出力される被写体姿勢群データの入力を受け付ける。カメラ間対応付け部101は、入力された被写体姿勢群データに基づく、それぞれの画像における被写体である人物の関節や目、鼻、耳等の位置を、特徴点として認識する。カメラ間対応付け部101は、互いに異なるカメラで同時に撮像された画像における同一人物の同一部位の特徴点どうしを対応付ける(ステップS301)。カメラ間対応付け部101は、カメラ間対応付け済み被写体姿勢群データを生成し、最適化部102aへ出力する。 The camera-to-camera correspondence unit 101 of the object 3D reconstruction device 100a accepts input of object posture group data output from an external device. The camera-to-camera correspondence unit 101 recognizes the positions of the joints, eyes, nose, ears, etc. of the person who is the object in each image as feature points based on the input object posture group data. The camera-to-camera correspondence unit 101 matches feature points of the same part of the same person in images captured simultaneously by different cameras (step S301). The camera-to-camera correspondence unit 101 generates camera-to-camera-correlated object posture group data and outputs it to the optimization unit 102a.

最適化部102aは、カメラ間対応付け部101から出力されたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データの入力を受け付ける。最適化部102aは、カメラ間対応付け済み被写体姿勢群データに基づく特徴点を用いてBundle Adjustmentを実行し、パラメータ群を最適化する(ステップS302)。最適化部102aは、最適化されたパラメータ群を外部の装置へ出力する。以上で、図8のフローチャートが示す被写体3次元再構成装置100aの動作が終了する。 The optimization unit 102a receives input of the inter-camera-correlated subject posture group data output from the inter-camera correspondence unit 101. The optimization unit 102a executes a bundle adjustment using feature points based on the inter-camera-correlated subject posture group data to optimize the parameter group (step S302). The optimization unit 102a outputs the optimized parameter group to an external device. This completes the operation of the object 3D reconstruction device 100a shown in the flowchart of FIG. 8.

[最適化部の構成]
以下、最適化部102aの構成について更に詳しく説明する。図9は、本発明の第2の実施形態における被写体3次元再構成装置100aの最適化部102aの機能構成を示すブロック図である。図9に示されるように、最適化部102aは、パラメータ初期化部1021と、重み係数初期化部1022と、パラメータ最適化部1023aと、重み係数算出部1025aと、不可視領域包含部分シルエット導出部1026と、可視領域部分シルエット導出部1027とを含んで構成される。
[Configuration of the optimization unit]
The configuration of the optimization unit 102a will be described in more detail below. Fig. 9 is a block diagram showing the functional configuration of the optimization unit 102a of the object 3D reconstruction device 100a in the second embodiment of the present invention. As shown in Fig. 9, the optimization unit 102a includes a parameter initialization unit 1021, a weighting factor initialization unit 1022, a parameter optimization unit 1023a, a weighting factor calculation unit 1025a, an invisible area including partial silhouette derivation unit 1026, and a visible area partial silhouette derivation unit 1027.

なお、図9に示される最適化部102aにおいて、重み係数算出部1025aが、カメラ別及び特徴点別に導出された特徴点の、以下に説明する、視認率に基づいて重み係数を算出する構成、及び、パラメータ最適化部1023aが、算出された重み係数を用いてBundle Adjustmentのコスト関数に重み付け計算を付与する構成が従来技術と異なる構成であり、その他の構成については従来の被写体3次元再構成装置の最適化部の構成と同様である。 Note that the optimization unit 102a shown in FIG. 9 differs from the conventional technology in that the weight coefficient calculation unit 1025a calculates weight coefficients based on the visibility rates of the feature points derived for each camera and each feature point, as described below, and the parameter optimization unit 1023a applies weighting calculations to the cost function of the bundle adjustment using the calculated weight coefficients. The other configurations are the same as those of the optimization unit of the conventional object 3D reconstruction device.

パラメータ初期化部1021は、カメラ間対応付け部101から出力されたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データを取得する。パラメータ初期化部1021は、取得されたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データに基づいて、カメラ台数ごとの各カメラパラメータ、及び、特徴点ごとの3次元座標を初期化する。すなわち、パラメータ初期化部1021は、「カメラ台数×カメラパラメータ数+特徴点数×3次元座標」のパラメータを初期化する。パラメータ初期化部1021は、初期化されたパラメータ群をパラメータ最適化部1023aへ出力する。 The parameter initialization unit 1021 acquires the camera-correlated subject posture group data output from the camera-correlated unit 101. The parameter initialization unit 1021 initializes each camera parameter for each number of cameras and the three-dimensional coordinates for each feature point based on the acquired camera-correlated subject posture group data. In other words, the parameter initialization unit 1021 initializes the parameter "number of cameras x number of camera parameters + number of feature points x three-dimensional coordinates". The parameter initialization unit 1021 outputs the initialized parameter group to the parameter optimization unit 1023a.

重み係数初期化部1022は、カメラ間対応付け部101から出力されたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データを取得する。重み係数初期化部1022は、取得されたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データに基づいて、カメラごと及び特徴点ごとの重み係数を初期化する。すなわち、重み係数初期化部1022は、「カメラ台数×特徴点数」の重み係数を初期化する。重み係数初期化部1022は、初期化された重み係数群をパラメータ最適化部1023へ出力する。 The weighting factor initialization unit 1022 acquires the camera-matched subject posture group data output from the camera-matching unit 101. The weighting factor initialization unit 1022 initializes the weighting factor for each camera and each feature point based on the acquired camera-matched subject posture group data. In other words, the weighting factor initialization unit 1022 initializes the weighting factor of "number of cameras x number of feature points". The weighting factor initialization unit 1022 outputs the initialized weighting factor group to the parameter optimization unit 1023.

パラメータ最適化部1023aは、カメラ間対応付け部101から出力されたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データ、パラメータ初期化部1021から出力されたパラメータ群、及び、重み係数初期化部1022又は重み係数算出部1025aから出力された重み係数群を取得する。パラメータ最適化部1023aは、取得されたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データ及び重み係数群に基づいてパラメータ群を更新する。パラメータ最適化部1023aは、更新されたパラメータ群を不可視領域包含部分シルエット導出部1026及び可視領域部分シルエット導出部1027、又は、外部の装置(不図示)へ出力する。 The parameter optimization unit 1023a acquires the camera-correlated subject posture group data output from the camera-corresponding unit 101, the parameter group output from the parameter initialization unit 1021, and the weighting coefficient group output from the weighting coefficient initialization unit 1022 or the weighting coefficient calculation unit 1025a. The parameter optimization unit 1023a updates the parameter group based on the acquired camera-correlated subject posture group data and weighting coefficient group. The parameter optimization unit 1023a outputs the updated parameter group to the invisible area including partial silhouette derivation unit 1026 and the visible area partial silhouette derivation unit 1027, or to an external device (not shown).

不可視領域包含部分シルエット導出部1026は、パラメータ最適化部1023aから出力された更新されたパラメータ群を取得する。不可視領域包含部分シルエット導出部1026は、各カメラのスクリーン上に各特徴点の3次元座標を投影する。不可視領域包含部分シルエット導出部1026は、互いに接続される特徴点間を例えば所定の太さを有する線によって接続し、カメラ別、被写体別、及び特徴点別のシルエットを画像生成する。 The invisible area including part silhouette derivation unit 1026 acquires the updated parameter group output from the parameter optimization unit 1023a. The invisible area including part silhouette derivation unit 1026 projects the three-dimensional coordinates of each feature point on the screen of each camera. The invisible area including part silhouette derivation unit 1026 connects the mutually connected feature points with, for example, a line having a predetermined thickness, and generates an image of a silhouette for each camera, subject, and feature point.

そして、不可視領域包含部分シルエット導出部1026は、対象とする特徴点と、当該特徴点と接続する他の特徴点とを繋ぐ線分を一定の内分比率で(例えば当該線分の中央の位置で)打ち切った図形を部分シルエットとして生成する。不可視領域包含部分シルエット導出部1026によって生成される部分シルエットには、例えば手前側に写る人物などによる遮蔽によって視認不可能な被写体の部分も含まれる。不可視領域包含部分シルエット導出部1026は、生成された部分シルエットを、「カメラ別、被写体別及び特徴点別の不可視領域包含部分シルエット群」として重み係数算出部1025aへ出力する。 Then, the invisible-area-including partial silhouette derivation unit 1026 generates a partial silhouette, which is a figure obtained by cutting off the line segment connecting the target feature point and another feature point connected to the target feature point at a certain internal division ratio (for example, at the center of the line segment). The partial silhouette generated by the invisible-area-including partial silhouette derivation unit 1026 also includes parts of the subject that cannot be seen due to obstruction by, for example, a person appearing in the foreground. The invisible-area-including partial silhouette derivation unit 1026 outputs the generated partial silhouettes to the weighting coefficient calculation unit 1025a as "a group of invisible-area-including partial silhouettes by camera, subject, and feature point."

可視領域部分シルエット導出部1027は、パラメータ最適化部1023aから出力された最適化されたパラメータ群を取得する。可視領域部分シルエット導出部1027は、各カメラのスクリーン上に各特徴点の3次元座標を再投影する。このとき、可視領域部分シルエット導出部1027は、各カメラのスクリーン上に、奥行きを考慮して遠方の特徴点から順に再投影を行う。そして、可視領域部分シルエット導出部1027は、互いに接続される特徴点間を例えば所定の太さを有する線によって接続し、カメラ別、被写体別及び特徴点別のシルエットを画像生成する。 The visible area partial silhouette derivation unit 1027 acquires the optimized parameter group output from the parameter optimization unit 1023a. The visible area partial silhouette derivation unit 1027 reprojects the three-dimensional coordinates of each feature point onto the screen of each camera. At this time, the visible area partial silhouette derivation unit 1027 reprojects the feature points onto the screen of each camera in order from the most distant feature point, taking into account the depth. The visible area partial silhouette derivation unit 1027 then connects the feature points that are connected to each other with, for example, a line having a predetermined thickness, and generates silhouette images for each camera, subject, and feature point.

そして、可視領域部分シルエット導出部1027は、対象とする特徴点と、当該特徴点と接続する他の特徴点とを繋ぐ線分を一定の内分比率で(例えば当該線分の中央の位置で)打ち切った図形を部分シルエットとして生成する。可視領域部分シルエット導出部1027によって生成される部分シルエットには、例えば手前側に写る人物などによる遮蔽によって視認不可能な被写体の部分は含まれない。可視領域部分シルエット導出部1027は、可視領域のみの部分シルエットを「カメラ別、被写体別及び特徴点別の可視領域部分シルエット群」として重み係数算出部1025aへ出力する。 The visible area partial silhouette derivation unit 1027 then generates a partial silhouette, which is a figure obtained by truncating the line segment connecting the target feature point with another feature point connected to the target feature point at a certain internal division ratio (for example, at the center of the line segment). The partial silhouette generated by the visible area partial silhouette derivation unit 1027 does not include parts of the subject that cannot be seen due to obstruction by, for example, a person appearing in the foreground. The visible area partial silhouette derivation unit 1027 outputs the partial silhouette of only the visible area to the weighting coefficient calculation unit 1025a as a "group of visible area partial silhouettes by camera, subject, and feature point".

重み係数算出部1025aは、不可視領域包含部分シルエット導出部1026から出力されたカメラ別、被写体別及び特徴点別の不可視領域包含部分シルエット群を取得する。また、重み係数算出部1025aは、可視領域部分シルエット導出部1027から出力されたカメラ別、被写体別及び特徴点別の可視領域部分シルエット群を取得する。重み係数算出部1025aは、取得されたカメラ別、被写体別及び特徴点別の不可視領域包含部分シルエット群に基づく部分シルエット、及び、カメラ別、被写体別及び特徴点別の可視領域部分シルエット群に基づく部分シルエットから、各特徴点の視認率を算出し、重み係数を算出する。重み係数算出部1025aは、算出されたカメラごと及び特徴点ごとの(すなわち、カメラ台数×特徴点数の個数の重み係数からなる)重み係数群をパラメータ最適化部1023aへ出力する。 The weighting coefficient calculation unit 1025a acquires the group of invisible area inclusive partial silhouettes by camera, subject, and feature point output from the invisible area inclusive partial silhouette derivation unit 1026. The weighting coefficient calculation unit 1025a also acquires the group of visible area partial silhouettes by camera, subject, and feature point output from the visible area partial silhouette derivation unit 1027. The weighting coefficient calculation unit 1025a calculates the visibility of each feature point from the partial silhouette based on the acquired group of invisible area inclusive partial silhouettes by camera, subject, and feature point, and the partial silhouette based on the group of visible area partial silhouettes by camera, subject, and feature point, and calculates a weighting coefficient. The weighting coefficient calculation unit 1025a outputs the calculated weighting coefficient group for each camera and feature point (i.e., consisting of a weighting coefficient of the number of cameras x the number of feature points) to the parameter optimization unit 1023a.

パラメータ最適化部1023aは、重み係数算出部1025aから出力された重み係数群を取得した場合、当該重み係数群と、カメラ間対応付け部101から出力されたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データとに基づいてパラメータ群を更新する。最適化部102aは、上記のパラメータ群を更新させる反復計算を、所定の回数行う。あるいは、最適化部102aは、上記のパラメータ群を更新させる反復計算を、当該パラメータ群の値が収束するまで行う。パラメータ最適化部1023aは、反復計算が完了すると、更新されたパラメータ群を最適化されたパラメータ群とし、当該パラメータ群を外部の装置(不図示)へ出力する。 When the parameter optimization unit 1023a acquires the weighting coefficient group output from the weighting coefficient calculation unit 1025a, it updates the parameter group based on the weighting coefficient group and the inter-camera associated subject posture group data output from the inter-camera association unit 101. The optimization unit 102a performs an iterative calculation to update the above-mentioned parameter group a predetermined number of times. Alternatively, the optimization unit 102a performs an iterative calculation to update the above-mentioned parameter group until the values of the parameter group converge. When the iterative calculation is completed, the parameter optimization unit 1023a sets the updated parameter group as an optimized parameter group and outputs the parameter group to an external device (not shown).

更に具体的には、例えば、Bundle Adjustmentにおける反復計算時に、不可視領域包含部分シルエット導出部1026及び可視領域部分シルエット導出部1027は、反復計算の各ステップにおける最適化過程の各カメラパラメータと各特徴点の3次元座標を用いて、各カメラのスクリーン上に再投影を行う。重み係数算出部1025aは、特徴点の視認率(すなわち、不可視領域包含部分シルエットに占める可視領域部分シルエットの比率)を算出する。重み係数算出部1025aは、視認率に基づく重み係数を導出する。パラメータ最適化部1023aは、当該重み係数をコスト関数に組み込んで反復計算を行う。これにより、第2の実施形態における被写体3次元再構成装置100aは、自己遮蔽や他者による遮蔽に基づくノイズを抑制することができる。 More specifically, for example, during iterative calculations in the bundle adjustment, the invisible area including partial silhouette derivation unit 1026 and the visible area partial silhouette derivation unit 1027 reproject onto the screen of each camera using each camera parameter of the optimization process in each step of the iterative calculation and the three-dimensional coordinates of each feature point. The weighting coefficient calculation unit 1025a calculates the visibility rate of the feature point (i.e., the ratio of the visible area partial silhouette to the invisible area including partial silhouette). The weighting coefficient calculation unit 1025a derives a weighting coefficient based on the visibility rate. The parameter optimization unit 1023a incorporates the weighting coefficient into a cost function and performs iterative calculations. As a result, the object 3D reconstruction device 100a in the second embodiment can suppress noise due to self-occlusion and occlusion by others.

不可視領域包含部分シルエット導出部1026及び可視領域部分シルエット導出部1027は、各カメラのスクリーン上に再投影を行う際、特徴点を点として投影するだけでなく、例えば図4に示されるような特徴点どうしの接続関係(人物の骨格等)を考慮して、互いに接続される特徴点間の線分を、幅を持つ線分や円等で描画する。不可視領域包含部分シルエット導出部1026及び可視領域部分シルエット導出部1027は、幅を持つ線分や円等によって、被写体の形状にフィットするシルエットを描画する。 When reprojecting onto the screen of each camera, the invisible area including partial silhouette derivation unit 1026 and the visible area partial silhouette derivation unit 1027 do not just project feature points as points, but also take into account the connection between feature points (such as the skeleton of a person) as shown in FIG. 4, for example, and draw the lines between connected feature points as line segments with width, circles, etc. The invisible area including partial silhouette derivation unit 1026 and the visible area partial silhouette derivation unit 1027 draw a silhouette that fits the shape of the subject using line segments with width, circles, etc.

重み係数算出部1025aは、例えば図10及び図11に示されるように、対象とする特徴点と、当該特徴点と接続する他の特徴点とを繋ぐ線分を一定の内分比率で打ち切った図形を部分シルエットとして生成する。例えば図10及び図11には、対象とする特徴点と、当該特徴点と接続する他の特徴点とを繋ぐ線分の中央の位置で線分が打ち切られた場合の部分シルエットが示されている。 The weighting coefficient calculation unit 1025a generates a partial silhouette in the form of a figure in which a line segment connecting a target feature point to another feature point connected to the target feature point is truncated at a certain internal division ratio, as shown in Fig. 10 and Fig. 11, for example. For example, Fig. 10 and Fig. 11 show a partial silhouette in the case where a line segment connecting a target feature point to another feature point connected to the target feature point is truncated at the center of the line segment.

図10は、自己遮蔽が生じる場合について示した図である。図10には、2人の人物が写った画像が例示されている。図10において、画像の左寄りに写った人物の右股関節の位置にあたる特徴点jの部分シルエットの一部は、当該人物の左大腿部の位置にあたる特徴点jの部分シルエットによって遮蔽されている状態である。 Figure 10 is a diagram showing a case where self-occlusion occurs. Figure 10 shows an example of an image showing two people. In Figure 10, part of the partial silhouette of feature point j, which corresponds to the position of the right hip joint of the person appearing on the left side of the image, is occluded by the partial silhouette of feature point j, which corresponds to the position of the left thigh of that person.

図11は、他者による遮蔽が生じる場合について示した図である。図10には、2人の人物が写った画像が例示されている。画像の左寄りに写った人物は、画像の右寄りに写った人物より(撮像したカメラの位置から見て)手前側に位置している。そのため、図10に示されるように、右側の人物の右肘の位置にあたる特徴点jの部分シルエットの一部は、左側の人物の拳の位置にあたる特徴点jの部分シルエットによって遮蔽されている状態である。 Figure 11 is a diagram showing a case where occlusion by another person occurs. Figure 10 shows an example of an image showing two people. The person on the left side of the image is located closer to the viewer (from the position of the camera that captured the image) than the person on the right side of the image. Therefore, as shown in Figure 10, part of the partial silhouette of feature point j, which corresponds to the position of the right elbow of the person on the right, is occluded by the partial silhouette of feature point j, which corresponds to the position of the fist of the person on the left.

重み係数算出部1025aは、各特徴点について、不可視領域を含む部分シルエットの画素数に占める可視領域の部分シルエットの画素数の比率(又は不可視領域を含む部分シルエットに占める可視領域の部分シルエットの面積比)を算出することにより、各特徴点の視認率を導出する。 The weighting coefficient calculation unit 1025a derives the visibility rate of each feature point by calculating the ratio of the number of pixels in the partial silhouette of the visible area to the number of pixels in the partial silhouette including the invisible area (or the area ratio of the partial silhouette of the visible area to the partial silhouette including the invisible area).

視認率は、自己遮蔽又は他者による遮蔽の領域の割合が大きいほどより小さな値となり、自己遮蔽又は他者による遮蔽の領域の割合が小さいほどより大きな値となる。重み係数算出部1025aは、例えば、視認率の値を重み係数として用いる。例えば、視認率vi,jは、以下の(11)式のように表すことができる。 The visibility rate becomes smaller as the ratio of the self-occluded area or the area occluded by another person becomes larger, and becomes larger as the ratio of the self-occluded area or the area occluded by another person becomes smaller. The weighting coefficient calculation unit 1025a uses, for example, the value of the visibility rate as the weighting coefficient. For example, the visibility rate v i,j can be expressed as the following formula (11).

Figure 0007653102000011
Figure 0007653102000011

ここで、si,jは視認可能な部分シルエットの画素数(又は面積)を表し、Sは視認不可能な部分を含む部分シルエット全体の画素数(又は面積)を表す。重み係数wi,jは、以下の(12)式の関数のように表すことができる。 Here, s i,j represents the number of pixels (or area) of the visible partial silhouette, and S represents the number of pixels (or area) of the entire partial silhouette including the invisible part. The weighting coefficient w i,j can be expressed as a function of the following formula (12).

Figure 0007653102000012
Figure 0007653102000012

関数w(v)は、以下の(13)式のように表すことができる。 The function w(v) can be expressed as follows:

Figure 0007653102000013
Figure 0007653102000013

なお、重み係数算出部1025は、視認率が所定の値より大きい場合には、重み係数を制限するようにしてもよい。この場合、関数w(v)は、例えば以下の(14)式のように表すことができる。 In addition, the weighting coefficient calculation unit 1025 may limit the weighting coefficient when the visibility rate is greater than a predetermined value. In this case, the function w(v) can be expressed, for example, as in the following equation (14).

Figure 0007653102000014
Figure 0007653102000014

上記の重み係数が組み込まれた、第2の実施形態におけるBundle Adjustmentのコスト関数は、例えば、以下の(15)式のように表される。 The cost function for bundle adjustment in the second embodiment, incorporating the above weighting coefficients, is expressed, for example, as in the following equation (15).

Figure 0007653102000015
Figure 0007653102000015

ここで、Wi,jは重み係数である。なお、(1)式と同様に、(15)式において、関数F(p|f,r,d,R,t)は、特徴点の3次元座標pをカメラjのスクリーンに投影する関数である。ここで、f,r,d,R,tは、カメラjのカメラパラメータである。具体的には、fはカメラ焦点距離,rはカメラ解像度,dはカメラ歪み,Rはカメラ回転角,tはカメラ位置である。 Here, W i,j is a weighting coefficient. As in equation (1), in equation (15), the function F(p i |f j , r j , d j , R j , t j ) is a function for projecting the three-dimensional coordinate p i of the feature point onto the screen of camera j. Here, f j , r j , d j , R j , and t j are camera parameters of camera j. Specifically, f j is the camera focal length, r j is the camera resolution, d j is the camera distortion, R j is the camera rotation angle, and t j is the camera position.

[最適化部の動作]
以下、最適化部102の動作の一例について更に詳しく説明する。図12は、本発明の第2の実施形態における被写体3次元再構成装置100aの最適化部102aの動作を示すフローチャートである。本フローチャートが示す動作は、カメラ間対応付け部101から出力されたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データが最適化部102aに入力された際に開始される。
[Optimization section operation]
An example of the operation of the optimization unit 102 will be described in more detail below. Fig. 12 is a flowchart showing the operation of the optimization unit 102a of the object 3D reconstruction device 100a in the second embodiment of the present invention. The operation shown in this flowchart is started when the inter-camera associated object posture group data output from the inter-camera association unit 101 is input to the optimization unit 102a.

パラメータ初期化部1021は、カメラ間対応付け部101から出力されたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データを取得する。パラメータ初期化部1021は、取得されたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データに基づいて、「カメラ台数×カメラパラメータ数+特徴点数×3次元座標」のパラメータを初期化する(ステップS401)。パラメータ初期化部1021は、初期化されたパラメータ群をパラメータ最適化部1023aへ出力する。 The parameter initialization unit 1021 acquires the camera-correlated subject posture group data output from the camera-correlated unit 101. The parameter initialization unit 1021 initializes the parameters of "number of cameras x number of camera parameters + number of feature points x three-dimensional coordinates" based on the acquired camera-correlated subject posture group data (step S401). The parameter initialization unit 1021 outputs the initialized parameter group to the parameter optimization unit 1023a.

重み係数初期化部1022は、カメラ間対応付け部101から出力されたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データを取得する。重み係数初期化部1022は、取得されたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データに基づいて、「カメラ台数×特徴点数重み係数」を、例えば1.0の値にすることで初期化する(ステップS402)。なお、この初期化は重み係数群を正規化することを目的としており、初期化される値は、1.0に限られるものではない。重み係数初期化部1022は、初期化された重み係数群をパラメータ最適化部1023aへ出力する。 The weighting factor initialization unit 1022 acquires the camera-matched subject posture group data output from the camera-matching unit 101. Based on the acquired camera-matched subject posture group data, the weighting factor initialization unit 1022 initializes the "number of cameras x number of feature points weighting factor" by setting it to a value of, for example, 1.0 (step S402). Note that this initialization is intended to normalize the weighting factor group, and the initialized value is not limited to 1.0. The weighting factor initialization unit 1022 outputs the initialized weighting factor group to the parameter optimization unit 1023a.

パラメータ最適化部1023aは、カメラ間対応付け部101から出力されたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データ、パラメータ初期化部1021から出力されたパラメータ群、及び、重み係数初期化部1022又は重み係数算出部1025aから出力された重み係数群を取得する。パラメータ最適化部1023aは、取得されたカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データ及び重み係数群に基づいてパラメータ群を更新する。 The parameter optimization unit 1023a acquires the camera-correlated subject posture group data output from the camera-corresponding unit 101, the parameter group output from the parameter initialization unit 1021, and the weighting coefficient group output from the weighting coefficient initialization unit 1022 or the weighting coefficient calculation unit 1025a. The parameter optimization unit 1023a updates the parameter group based on the acquired camera-correlated subject posture group data and weighting coefficient group.

ここで、パラメータ最適化部1023aは、所定のコスト関数(例えば、前述の(15)式で表されるコスト関数)を用いてコストを計算し、コストを最小化させるようにパラメータ群を更新する。このとき、例えば、パラメータ最適化部1023aは、パラメータ群の更新回数をカウントする。又は、例えば、パラメータ最適化部1023aは、パラメータ群の更新前後の絶対誤差の最大値を計算する(ステップS403)。 Here, the parameter optimization unit 1023a calculates the cost using a predetermined cost function (for example, the cost function expressed by the above-mentioned equation (15)) and updates the parameter group so as to minimize the cost. At this time, for example, the parameter optimization unit 1023a counts the number of times the parameter group is updated. Alternatively, for example, the parameter optimization unit 1023a calculates the maximum value of the absolute error before and after updating the parameter group (step S403).

パラメータ群の更新回数が所定の回数に満たない場合、又は、パラメータ群の更新前後の絶対誤差の最大値が所定の値より大きい場合(ステップS404・NO)、パラメータ最適化部1023aは、更新されたパラメータ群を、不可視領域包含部分シルエット導出部1026及び可視領域部分シルエット導出部1027へ出力する。 If the number of times the parameter group has been updated is less than the predetermined number, or if the maximum absolute error before and after the parameter group update is greater than a predetermined value (step S404: NO), the parameter optimization unit 1023a outputs the updated parameter group to the invisible area including partial silhouette derivation unit 1026 and the visible area partial silhouette derivation unit 1027.

不可視領域包含部分シルエット導出部1026は、パラメータ最適化部1023aから出力された更新されたパラメータ群を取得する。不可視領域包含部分シルエット導出部1026は、各カメラに対して、各特徴点を再投影する。不可視領域包含部分シルエット導出部1026は、更新されたパラメータ群に基づいて、各カメラのスクリーン上に各特徴点の3次元座標を投影する。不可視領域包含部分シルエット導出部1026は、互いに接続される特徴点間を例えば所定の太さを有する線によって接続し、カメラ別、被写体別、及び特徴点別のシルエットを画像生成する。そして、不可視領域包含部分シルエット導出部1026は、対象とする特徴点と、当該特徴点と接続する他の特徴点とを繋ぐ線分を一定の内分比率で(例えば当該線分の中央の位置で)打ち切った図形を部分シルエットとして生成する。 The invisible area including part silhouette derivation unit 1026 acquires the updated parameter set output from the parameter optimization unit 1023a. The invisible area including part silhouette derivation unit 1026 reprojects each feature point for each camera. The invisible area including part silhouette derivation unit 1026 projects the three-dimensional coordinates of each feature point on the screen of each camera based on the updated parameter set. The invisible area including part silhouette derivation unit 1026 connects the mutually connected feature points with, for example, a line having a predetermined thickness, and generates an image of a silhouette for each camera, each subject, and each feature point. Then, the invisible area including part silhouette derivation unit 1026 generates a figure as a partial silhouette by cutting off the line segment connecting the target feature point and another feature point connected to the target feature point at a certain internal division ratio (for example, at the center position of the line segment).

可視領域部分シルエット導出部1027は、パラメータ最適化部1023aから出力された更新されたパラメータ群を取得する。可視領域部分シルエット導出部1027は、各カメラに対して、各特徴点を、奥行きを考慮して遠方の特徴点から順に再投影する。可視領域部分シルエット導出部1027は、更新されたパラメータ群に基づいて、各カメラのスクリーン上に各特徴点の3次元座標を投影する。そして、可視領域部分シルエット導出部1027は、互いに接続される特徴点間を例えば所定の太さを有する線によって接続し、カメラ別、被写体別及び特徴点別のシルエットを画像生成する。そして、可視領域部分シルエット導出部1027は、対象とする特徴点と、当該特徴点と接続する他の特徴点とを繋ぐ線分を一定の内分比率で(例えば当該線分の中央の位置で)打ち切った図形を部分シルエットとして生成する(ステップS405)。 The visible area partial silhouette derivation unit 1027 acquires the updated parameter set output from the parameter optimization unit 1023a. The visible area partial silhouette derivation unit 1027 reprojects each feature point for each camera, starting from the most distant feature point, taking into account the depth. The visible area partial silhouette derivation unit 1027 projects the three-dimensional coordinates of each feature point onto the screen of each camera based on the updated parameter set. The visible area partial silhouette derivation unit 1027 then connects the mutually connected feature points with, for example, a line having a predetermined thickness, and generates an image of a silhouette for each camera, subject, and feature point. The visible area partial silhouette derivation unit 1027 then generates a figure as a partial silhouette by truncating the line segment connecting the target feature point and another feature point connected to the target feature point at a certain internal division ratio (for example, at the center position of the line segment) (step S405).

不可視領域包含部分シルエット導出部1026は、生成された不可視領域を含む部分シルエットを、「カメラ別、被写体別及び特徴点別の不可視領域包含部分シルエット群」として重み係数算出部1025aへ出力する。また、可視領域部分シルエット導出部1027は、生成された可視領域のみの部分シルエットを「カメラ別、被写体別及び特徴点別の可視領域部分シルエット群」として重み係数算出部1025aへ出力する。 The invisible area including partial silhouette derivation unit 1026 outputs the generated partial silhouette including the invisible area to the weighting coefficient calculation unit 1025a as a "group of invisible area including partial silhouettes by camera, by subject, and by feature point." The visible area partial silhouette derivation unit 1027 outputs the generated partial silhouette of only the visible area to the weighting coefficient calculation unit 1025a as a "group of visible area including partial silhouettes by camera, by subject, and by feature point."

重み係数算出部1025aは、不可視領域包含部分シルエット導出部1026から出力されたカメラ別、被写体別及び特徴点別の不可視領域包含部分シルエット群を取得する。また、重み係数算出部1025aは、可視領域部分シルエット導出部1027から出力されたカメラ別、被写体別及び特徴点別の可視領域部分シルエット群を取得する。重み係数算出部1025aは、取得されたカメラ別、被写体別及び特徴点別の不可視領域包含部分シルエット群に基づく部分シルエット及びカメラ別、被写体別及び特徴点別の可視領域部分シルエット群に基づく部分シルエットから、各特徴点の視認率を算出し、当該視認率に基づいてカメラ別及び特徴点別に重み係数を算出する(ステップS406)。重み係数算出部1025aは、算出された、カメラ台数×特徴点数の個数の重み係数からなる重み係数群をパラメータ最適化部1023aへ出力する。そして、ステップS403の処理に戻り、パラメータ群の更新を繰り返す。 The weighting coefficient calculation unit 1025a acquires the group of invisible area inclusive partial silhouettes by camera, subject, and feature point output from the invisible area inclusive partial silhouette derivation unit 1026. The weighting coefficient calculation unit 1025a also acquires the group of visible area partial silhouettes by camera, subject, and feature point output from the visible area partial silhouette derivation unit 1027. The weighting coefficient calculation unit 1025a calculates the visibility rate of each feature point from the partial silhouette based on the group of invisible area inclusive partial silhouettes by camera, subject, and feature point acquired and the partial silhouette based on the group of visible area partial silhouettes by camera, subject, and feature point, and calculates the weighting coefficient by camera and feature point based on the visibility rate (step S406). The weighting coefficient calculation unit 1025a outputs the calculated weighting coefficient group consisting of the number of cameras x the number of feature points to the parameter optimization unit 1023a. Then, the process returns to step S403, and the update of the parameter group is repeated.

一方、パラメータ群の更新回数が所定の回数に達した場合、又は、パラメータ群の更新前後の絶対誤差の最大値が所定の値以下であった場合(ステップS404・YES)、パラメータ最適化部1023aは、最適化されたパラメータ群を外部の装置(不図示)へ出力する。以上で図12のフローチャートが示す最適化部102aの動作が終了する。 On the other hand, if the number of updates of the parameter group reaches a predetermined number, or if the maximum absolute error before and after the update of the parameter group is equal to or less than a predetermined value (step S404, YES), the parameter optimization unit 1023a outputs the optimized parameter group to an external device (not shown). This completes the operation of the optimization unit 102a shown in the flowchart of FIG. 12.

なお、重み係数算出部1025aは、ステップS406の処理において重み係数群を算出する場合、前述のパラメータ群の更新前後の絶対誤差を参照し、当該絶対誤差の値に応じて重み係数を調整するようにしてもよい。例えば、パラメータ群の更新前後の絶対誤差が比較的大きい場合には、各パラメータの最適化が十分でないことが考えられる。このような、不確定要素が高い段階で重み係数を考慮すると、意図しない座標に収束する可能性がある。よって、重み係数算出部1025aは、パラメータ群の更新前後の絶対誤差がある程度小さくなってから(例えば、所定の値以上になってから)重み係数群を算出することが望ましい。 When calculating the weighting coefficient group in the process of step S406, the weighting coefficient calculation unit 1025a may refer to the absolute error before and after the update of the parameter group described above and adjust the weighting coefficient according to the value of the absolute error. For example, if the absolute error before and after the update of the parameter group is relatively large, it is possible that the optimization of each parameter is not sufficient. If the weighting coefficient is considered at such a stage where there is a high degree of uncertainty, there is a possibility that the coordinates will converge to unintended coordinates. Therefore, it is desirable for the weighting coefficient calculation unit 1025a to calculate the weighting coefficient group after the absolute error before and after the update of the parameter group has become relatively small (for example, after it has become equal to or greater than a predetermined value).

なお、Bundle Adjustmentは、カメラパラメータ群と特徴点の3次元座標群との双方を同時に最適化することができるが、特徴点の3次元座標群のみを最適化するような構成であってもよい。すなわち、各カメラのカメラパラメータ群の値が既知であり、特徴点の3次元座標群のみを最適化するような構成であってもよい。この場合、被写体3次元再構成装置100aは、外部の装置(不図示)からカメラ別のパラメータ群を取得する。そして、パラメータ初期化部1021及びパラメータ最適化部1023aは、取得された既知のカメラパラメータ群を用いて処理を行う。 Note that while the bundle adjustment can simultaneously optimize both the camera parameters and the three-dimensional coordinates of the feature points, it may also be configured to optimize only the three-dimensional coordinates of the feature points. In other words, the values of the camera parameters of each camera may be known, and only the three-dimensional coordinates of the feature points may be optimized. In this case, the object three-dimensional reconstruction device 100a acquires a parameter set for each camera from an external device (not shown). Then, the parameter initialization unit 1021 and the parameter optimization unit 1023a perform processing using the acquired known camera parameters.

以上説明したように、本発明の第2の実施形態における被写体3次元再構成装置100aは、Bundle Adjustmentにおける最適化過程の反復計算時において、反復計算の各ステップにおける各カメラパラメータと各特徴点の3次元座標とを用いて、各カメラのスクリーン上に、奥行きを考慮してソートした再投影を行う。被写体3次元再構成装置100aは、各カメラのスクリーン上に再投影を行う際には、被写体別に特徴点を点として投影するだけでなく、例えば図4に示されるように特徴点の接続関係を考慮して、幅を持つ線分や円によって被写体の形状にフィットするシルエットを描画する。被写体3次元再構成装置100aは、例えば図10及び図11に示されるように対象とする特徴点から当該特徴点に接続する他の特徴点までの線分の中央までを対象とした部分シルエットを生成する。被写体3次元再構成装置100aは、不可視領域を含む部分シルエット全体の画素数に対する可視領域の部分シルエットの画素数の比率(あるいは、不可視領域を含む部分シルエット全体に対する可視領域の部分シルエットの面積比)によって視認率を算出する。被写体3次元再構成装置100aは、算出された視認率に基づいて重み係数を導出し、所定のコスト関数に組み込んで反復計算を行う。 As described above, the object 3D reconstruction device 100a in the second embodiment of the present invention performs reprojection on the screen of each camera, sorted in consideration of depth, using each camera parameter and the 3D coordinates of each feature point in each step of the iterative calculation during the iterative calculation of the optimization process in the bundle adjustment. When performing reprojection on the screen of each camera, the object 3D reconstruction device 100a not only projects the feature points as points for each object, but also draws a silhouette that fits the shape of the object using a line segment or a circle with width, taking into consideration the connection relationship of the feature points, as shown in FIG. 4, for example. The object 3D reconstruction device 100a generates a partial silhouette that targets the center of a line segment from a target feature point to another feature point connected to the target feature point, as shown in FIG. 10 and FIG. 11, for example. The object 3D reconstruction device 100a calculates the visibility rate by the ratio of the number of pixels of the partial silhouette in the visible area to the number of pixels of the entire partial silhouette including the invisible area (or the area ratio of the partial silhouette in the visible area to the entire partial silhouette including the invisible area). The object 3D reconstruction device 100a derives a weighting factor based on the calculated visibility rate, incorporates it into a specified cost function, and performs an iterative calculation.

このような構成を備えることで、本発明の第2の実施形態における被写体3次元再構成装置100aは、自己遮蔽や他者による遮蔽に基づくノイズを抑制することができる。よって、被写体3次元再構成装置100aは、複数台のカメラで撮像された画像からそれぞれ検出された特徴点の2次元座標に基づいてパラメータ群を推定する技術において、より推定精度を向上させることができる。 By being provided with such a configuration, the object 3D reconstruction device 100a in the second embodiment of the present invention can suppress noise due to self-occlusion and occlusion by others. Therefore, the object 3D reconstruction device 100a can further improve the estimation accuracy in a technique for estimating a group of parameters based on the two-dimensional coordinates of feature points detected from images captured by multiple cameras.

<第3の実施形態>
以下、本発明の第3の実施形態における被写体3次元再構成装置について説明する。
Third Embodiment
An object 3D reconstruction apparatus according to the third embodiment of the present invention will now be described.

前述の第1の実施形態における被写体3次元再構成装置100は、カメラ別及び特徴点別に導出された特徴点の画面内占有率に基づいて算出された重み係数を用いてBundle Adjustmentのコスト関数に重み付け計算を付与する構成であった。また、前述の第2の実施形態における被写体3次元再構成装置100aは、カメラ別及び特徴点別に導出された特徴点の視認率に基づいて算出された重み係数を用いてBundle Adjustmentのコスト関数に重み付け計算を付与する構成であった。被写体3次元再構成装置が、これらの、画面内占有率に基づく重みづけ計算及び視認率に基づく重みづけ計算の双方を行うような構成であってもよい。 The object 3D reconstruction device 100 in the first embodiment described above was configured to apply weighting calculations to the cost function of the bundle adjustment using weighting coefficients calculated based on the on-screen occupancy rate of the feature points derived for each camera and each feature point. The object 3D reconstruction device 100a in the second embodiment described above was configured to apply weighting calculations to the cost function of the bundle adjustment using weighting coefficients calculated based on the visibility rate of the feature points derived for each camera and each feature point. The object 3D reconstruction device may be configured to perform both weighting calculations based on the on-screen occupancy rate and weighting calculations based on the visibility rate.

例えば、被写体3次元再構成装置が、画面内占有率に基づく重みづけ計算を行った後に、視認率に基づく重みづけ計算をさらに行うような構成であってもよい。または、その逆に、被写体3次元再構成装置が、視認率に基づく重みづけ計算を行った後に、画面内占有率に基づく重みづけ計算をさらに行うような構成であってもよい。 For example, the subject 3D reconstruction device may be configured to perform a weighting calculation based on the screen occupancy rate, and then further perform a weighting calculation based on the visibility rate. Or, conversely, the subject 3D reconstruction device may be configured to perform a weighting calculation based on the screen occupancy rate, and then further perform a weighting calculation based on the visibility rate.

または、例えば、被写体3次元再構成装置が、画面内占有率に基づく重みづけ計算と視認率に基づく重みづけ計算とを平行して行い、両者の重みづけ計算の結果に基づいて反復計算を行うような構成であってもよい。例えば、被写体3次元再構成装置が、両者の重みづけ計算によってそれぞれ得られたパラメータ値の平均値を次の反復計算において用いるような構成であってもよい。 Alternatively, for example, the object 3D reconstruction device may be configured to perform a weighting calculation based on the screen occupancy rate and a weighting calculation based on the visibility rate in parallel, and perform an iterative calculation based on the results of both weighting calculations. For example, the object 3D reconstruction device may be configured to use the average value of the parameter values obtained by both weighting calculations in the next iterative calculation.

以上説明したように、本発明の第3の実施形態における被写体3次元再構成装置は、Bundle Adjustmentにおける最適化過程の反復計算時において、反復計算の各ステップにおける各カメラパラメータと各特徴点の3次元座標とを用いて、各カメラのスクリーン上に、奥行きを考慮してソートした再投影を行う。被写体3次元再構成装置は、各カメラのスクリーン上に再投影を行う際には、被写体別に特徴点を点として投影するだけでなく、例えば図4に示されるように特徴点の接続関係を考慮して、幅を持つ線分や円によって被写体の形状にフィットするシルエットを描画する。被写体3次元再構成装置は、例えば図5、図10及び図11に示されるように対象とする特徴点から当該特徴点に接続する他の特徴点までの線分の中央までを対象とした部分シルエットを生成する。被写体3次元再構成装置は、カメラ画素数に対する部分シルエットの画素数の比率(あるいは、スクリーン全体に対する部分シルエットの面積比)によって画面内占有率を算出する。また、被写体3次元再構成装置は、不可視領域を含む部分シルエット全体の画素数に対する可視領域の部分シルエットの画素数の比率(あるいは、不可視領域を含む部分シルエット全体に対する可視領域の部分シルエットの面積比)によって視認率を算出する。被写体3次元再構成装置は、算出された画面内占有率及び視認率に基づいて重み係数を導出し、所定のコスト関数に組み込んで反復計算を行う。 As described above, the object 3D reconstruction device in the third embodiment of the present invention performs reprojection on the screen of each camera, sorted in consideration of depth, using each camera parameter and the 3D coordinates of each feature point in each step of the iterative calculation during the iterative calculation of the optimization process in the bundle adjustment. When reprojecting on the screen of each camera, the object 3D reconstruction device not only projects the feature points as points for each object, but also draws a silhouette that fits the shape of the object using a line segment or a circle with width, taking into consideration the connection relationship of the feature points, as shown in FIG. 4, for example. The object 3D reconstruction device generates a partial silhouette that targets the center of the line segment from the target feature point to another feature point connected to the target feature point, as shown in FIG. 5, FIG. 10, and FIG. 11, for example. The object 3D reconstruction device calculates the screen occupancy rate by the ratio of the number of pixels of the partial silhouette to the number of pixels of the camera (or the area ratio of the partial silhouette to the entire screen). The object 3D reconstruction device also calculates the visibility rate based on the ratio of the number of pixels in the partial silhouette of the visible region to the number of pixels in the entire partial silhouette including the invisible region (or the area ratio of the partial silhouette of the visible region to the entire partial silhouette including the invisible region). The object 3D reconstruction device derives a weighting factor based on the calculated screen occupancy rate and visibility rate, incorporates it into a predetermined cost function, and performs an iterative calculation.

このような構成を備えることで、本発明の第3の実施形態における被写体3次元再構成装置は、画面内において相対的に小さく写っている被写体に重畳しやすいランダムノイズを抑制することができる。また、このような構成を備えることで、本発明の第3の実施形態における被写体3次元再構成装置は、自己遮蔽や他者による遮蔽に基づくノイズを抑制することができる。よって、被写体3次元再構成装置は、複数台のカメラで撮像された画像からそれぞれ検出された特徴点の2次元座標に基づいてパラメータ群を推定する技術において、より推定精度を向上させることができる。 By being provided with such a configuration, the object 3D reconstruction device in the third embodiment of the present invention can suppress random noise that tends to be superimposed on objects that appear relatively small on the screen. Furthermore, by being provided with such a configuration, the object 3D reconstruction device in the third embodiment of the present invention can suppress noise due to self-occlusion and occlusion by others. Therefore, the object 3D reconstruction device can further improve the estimation accuracy in the technology that estimates a group of parameters based on the two-dimensional coordinates of feature points detected from images captured by multiple cameras.

以下に、第1の実施形態~第3の実施形態における被写体3次元再構成装置をコンピュータとソフトウェアプログラムとによって構成する場合のハードウェア構成例を示す。図13は、本発明の第1の実施形態~第3の実施形態における被写体3次元再構成装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図13に示されるように、被写体3次元再構成装置は、CPU(Central Processing Unit)10と、メモリ11と、データ記憶部12と、プログラム記憶装置13と、最適パラメータ群出力部15とがバスで接続された構成になっている。 Below is shown an example of a hardware configuration of the object 3D reconstruction device in the first to third embodiments configured by a computer and a software program. FIG. 13 is a block diagram showing an example of a hardware configuration of the object 3D reconstruction device in the first to third embodiments of the present invention. As shown in FIG. 13, the object 3D reconstruction device is configured with a CPU (Central Processing Unit) 10, memory 11, data storage unit 12, program storage device 13, and optimal parameter group output unit 15 connected by a bus.

CPU10は、プログラムを実行する。メモリ11は、CPU10がアクセスするプログラムやデータが格納されるRAM(Random Access Memory)等の記憶媒体である。データ記憶部12は、各種入力データを記憶する。なお、データ記憶部12は、ディスク装置等による記憶部でもよい。プログラム記憶装置13は、前述の各実施形態における被写体の3次元再構成処理をCPU10に実行させるソフトウェアプログラムである、被写体の3次元再構成プログラム14を格納している。最適パラメータ群出力部15は、メモリ11にロードされた被写体の3次元再構成プログラム14をCPU10が実行することによって生成された最適化されたパラメータ群を、例えばネットワークを介して出力する。なお、最適パラメータ群出力部15は、例えばディスク装置等の、最適化されたパラメータ群を記憶する記憶部であってもよい。 The CPU 10 executes a program. The memory 11 is a storage medium such as a RAM (Random Access Memory) in which programs and data accessed by the CPU 10 are stored. The data storage unit 12 stores various input data. The data storage unit 12 may be a storage unit such as a disk device. The program storage unit 13 stores a three-dimensional reconstruction program 14 of an object, which is a software program that causes the CPU 10 to execute the three-dimensional reconstruction process of the object in each of the above-mentioned embodiments. The optimal parameter group output unit 15 outputs an optimized parameter group generated by the CPU 10 executing the three-dimensional reconstruction program 14 of the object loaded in the memory 11, for example, via a network. The optimal parameter group output unit 15 may be a storage unit that stores the optimized parameter group, such as a disk device.

上述した実施形態によれば、パラメータ推定装置は、取得部と、重み係数算出部と、パラメータ推定部と、を備える。例えば、パラメータ推定装置は、実施形態における被写体3次元再構成装置100であり、取得部は、実施形態におけるパラメータ初期化部1021、重み係数初期化部1022及びパラメータ最適化部1023であり、重み係数算出部は、実施形態における重み係数算出部1025であり、パラメータ推定部は、実施形態におけるパラメータ最適化部1023である。 According to the above-described embodiment, the parameter estimation device includes an acquisition unit, a weighting factor calculation unit, and a parameter estimation unit. For example, the parameter estimation device is the object 3D reconstruction device 100 in the embodiment, the acquisition unit is the parameter initialization unit 1021, the weighting factor initialization unit 1022, and the parameter optimization unit 1023 in the embodiment, the weighting factor calculation unit is the weighting factor calculation unit 1025 in the embodiment, and the parameter estimation unit is the parameter optimization unit 1023 in the embodiment.

上記の取得部は、同一の被写体が互いに異なる位置から複数のカメラで撮像された各々の画像における、被写体の同一の特徴点の2次元座標が互いに対応付けられたデータを示す被写体姿勢群データを取得する。例えば、複数のカメラは、実施形態におけるカメラj及びカメラj+1であり、被写体姿勢群データは、実施形態におけるカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データである。 The acquisition unit acquires subject posture group data indicating data in which two-dimensional coordinates of the same feature points of a subject are associated with each other in each image captured by multiple cameras of the same subject from different positions. For example, the multiple cameras are camera j and camera j+1 in the embodiment, and the subject posture group data is subject posture group data with inter-camera correspondence in the embodiment.

上記の重み係数算出部は、取得部によって取得された被写体姿勢群データに基づいて、画像の領域全体に対して特徴点の領域が占める割合を示す画面内占有率を算出し、算出された画面内占有率に基づいて重み係数を算出する。例えば、画像の領域全体に対して特徴点の領域が占める割合は、実施形態におけるカメラの画素数に対する部分シルエットの画素数(あるいは、スクリーン全体に対する部分シルエットの面積比)である。 The weighting coefficient calculation unit calculates an on-screen occupancy rate indicating the ratio of the feature point area to the entire image area based on the subject posture group data acquired by the acquisition unit, and calculates a weighting coefficient based on the calculated on-screen occupancy rate. For example, the ratio of the feature point area to the entire image area is the number of pixels of the partial silhouette relative to the number of pixels of the camera in the embodiment (or the area ratio of the partial silhouette to the entire screen).

上記のパラメータ推定部は、重み係数算出部によって算出された重み係数を用いた計算に基づいて、特徴点の3次元座標の座標値を含むパラメータの値を推定する。例えば、重み係数を用いた計算は、実施形態における(6)式によって表されるコスト関数を用いた反復計算であり、特徴点の3次元座標の座標値を含むパラメータの値は、実施形態における各カメラのカメラパラメータの値及び各特徴点の3次元座標からなるパラメータ群である。 The parameter estimation unit estimates the values of parameters including the coordinate values of the three-dimensional coordinates of the feature points based on a calculation using the weighting coefficients calculated by the weighting coefficient calculation unit. For example, the calculation using the weighting coefficients is an iterative calculation using a cost function expressed by equation (6) in the embodiment, and the values of parameters including the coordinate values of the three-dimensional coordinates of the feature points are a parameter group consisting of the camera parameter values of each camera and the three-dimensional coordinates of each feature point in the embodiment.

また、上記のパラメータ推定装置において、画面内占有率は、画像の画素数に対する、被写体の第1の特徴点と被写体の第2の特徴点との位置関係に基づいて描画されるシルエット図形の画素数の比率から算出されるものであってもよい。例えば、第1の特徴点は、実施形態における対象とする特徴点であり、第2の特徴点は、実施形態における対象とする特徴点と接続する他の特徴点である。 In the parameter estimation device described above, the screen occupancy rate may be calculated from the ratio of the number of pixels of a silhouette figure drawn based on the positional relationship between a first feature point of a subject and a second feature point of the subject to the number of pixels of the image. For example, the first feature point is a target feature point in the embodiment, and the second feature point is another feature point connected to the target feature point in the embodiment.

また、上記のパラメータ推定装置において、シルエット図形は、第1の特徴点の位置から第1の特徴点と第2の特徴点とを結ぶ線分の所定の内分比率となる位置までの範囲の線分に、幅を持たせることによって生成された図形であってもよい。 In the above parameter estimation device, the silhouette figure may be a figure generated by adding width to a line segment in a range from the position of the first feature point to a position that is a predetermined internal division ratio of the line segment connecting the first feature point and the second feature point.

また、上記のパラメータ推定装置において、重み係数算出部は、特徴点の領域のうち特徴点以外の領域によって遮蔽されていない領域の割合を示す視認率をさらに用いて重み係数を算出するようにしてもよい。例えば、特徴点の領域は、実施形態における部分シルエット全体の領域であり、特徴点以外の領域によって遮蔽されていない領域は、実施形態における部分シルエットから不可視領域を除いた領域(すなわち、可視領域)である。 In the parameter estimation device described above, the weighting coefficient calculation unit may calculate the weighting coefficient by further using a visibility rate indicating the proportion of the area of the feature point that is not obscured by areas other than the feature point. For example, the feature point area is the area of the entire partial silhouette in the embodiment, and the area that is not obscured by areas other than the feature point is the area of the partial silhouette in the embodiment excluding the invisible area (i.e., the visible area).

また、上記のパラメータ推定装置において、パラメータは、カメラの外部パラメータ及びカメラの内部パラメータのうち少なくとも一つをさらに含んでいてもよい。 In the parameter estimation device, the parameters may further include at least one of the external parameters of the camera and the internal parameters of the camera.

また、上述した実施形態によれば、パラメータ推定装置は、取得部と、重み係数算出部と、パラメータ推定部と、を備える。例えば、パラメータ推定装置は、実施形態における被写体3次元再構成装置100aであり、取得部は、実施形態におけるパラメータ初期化部1021、重み係数初期化部1022及びパラメータ最適化部1023aであり、重み係数算出部は、実施形態における重み係数算出部1025aであり、パラメータ推定部は、実施形態におけるパラメータ最適化部1023aである。 Furthermore, according to the above-described embodiment, the parameter estimation device includes an acquisition unit, a weighting factor calculation unit, and a parameter estimation unit. For example, the parameter estimation device is the object 3D reconstruction device 100a in the embodiment, the acquisition unit is the parameter initialization unit 1021, the weighting factor initialization unit 1022, and the parameter optimization unit 1023a in the embodiment, the weighting factor calculation unit is the weighting factor calculation unit 1025a in the embodiment, and the parameter estimation unit is the parameter optimization unit 1023a in the embodiment.

上記の取得部は、同一の被写体が互いに異なる位置から複数のカメラで撮像された各々の画像における、被写体の同一の特徴点の2次元座標が互いに対応付けられたデータを示す被写体姿勢群データを取得する。例えば、複数のカメラは、実施形態におけるカメラj及びカメラj+1であり、被写体姿勢群データは、実施形態におけるカメラ間対応付け済み被写体姿勢群データである。 The acquisition unit acquires subject posture group data indicating data in which two-dimensional coordinates of the same feature points of a subject are associated with each other in each image captured by multiple cameras of the same subject from different positions. For example, the multiple cameras are camera j and camera j+1 in the embodiment, and the subject posture group data is subject posture group data with inter-camera correspondence in the embodiment.

上記の重み係数算出部は、取得部によって取得された被写体姿勢群データに基づいて、特徴点の領域のうち特徴点以外の領域によって遮蔽されていない領域の割合を示す視認率を算出し、算出された視認率に基づいて重み係数を算出する。例えば、特徴点の領域は、実施形態における部分シルエット全体の領域であり、特徴点以外の領域によって遮蔽されていない領域は、実施形態における部分シルエットから不可視領域を除いた領域(すなわち、可視領域)である。 The weighting coefficient calculation unit calculates a visibility rate indicating the proportion of the area of the feature points that is not obscured by areas other than the feature points based on the subject posture group data acquired by the acquisition unit, and calculates a weighting coefficient based on the calculated visibility rate. For example, the area of the feature points is the area of the entire partial silhouette in the embodiment, and the area that is not obscured by areas other than the feature points is the area of the partial silhouette in the embodiment excluding invisible areas (i.e., the visible area).

上記のパラメータ推定部は、重み係数算出部によって算出された重み係数を用いた計算に基づいて、特徴点の3次元座標の座標値を含むパラメータの値を推定する。例えば、重み係数を用いた計算は、実施形態における(15)式によって表されるコスト関数を用いた反復計算であり、特徴点の3次元座標の座標値を含むパラメータの値は、実施形態における各カメラのカメラパラメータの値及び各特徴点の3次元座標からなるパラメータ群である。 The parameter estimation unit estimates the values of parameters including the coordinate values of the three-dimensional coordinates of the feature points based on a calculation using the weighting coefficients calculated by the weighting coefficient calculation unit. For example, the calculation using the weighting coefficients is an iterative calculation using a cost function expressed by equation (15) in the embodiment, and the values of the parameters including the coordinate values of the three-dimensional coordinates of the feature points are a parameter group consisting of the camera parameter values of each camera and the three-dimensional coordinates of each feature point in the embodiment.

また、上記のパラメータ推定装置において、視認率は、被写体の第1の特徴点と被写体の第2の特徴点との位置関係に基づいて描画されるシルエット図形の画素数に対する、シルエット図形内の特徴点以外の領域によって遮蔽されていない領域の画素数の比率から算出されるものであってもよい。例えば、第1の特徴点は、実施形態における対象とする特徴点であり、第2の特徴点は、実施形態における対象とする特徴点と接続する他の特徴点である。 In the above parameter estimation device, the visibility may be calculated from the ratio of the number of pixels in an area of the silhouette figure that is not obscured by areas other than the feature points to the number of pixels in the silhouette figure that is drawn based on the positional relationship between a first feature point of the subject and a second feature point of the subject. For example, the first feature point is a target feature point in the embodiment, and the second feature point is another feature point that is connected to the target feature point in the embodiment.

また、上記のパラメータ推定装置において、シルエット図形は、第1の特徴点の位置から第1の特徴点と第2の特徴点とを結ぶ線分の所定の内分比率となる位置までの範囲の線分に、幅を持たせることによって生成された図形であってもよい。 In the above parameter estimation device, the silhouette figure may be a figure generated by adding width to a line segment in a range from the position of the first feature point to a position that is a predetermined internal division ratio of the line segment connecting the first feature point and the second feature point.

また、上記のパラメータ推定装置において、遮蔽されていない領域は、カメラのスクリーン上に奥行きを考慮して遠方の特徴点から順に再投影されることで、重複する領域が検出されることにより特定されるようにしてもよい。 In addition, in the above parameter estimation device, the unoccluded area may be identified by detecting overlapping areas by reprojecting feature points on the camera screen in order from the most distant feature points, taking into account the depth.

また、上記のパラメータ推定装置において、重み係数算出部は、画像の領域全体に対して特徴点の領域が占める割合を示す画面内占有率をさらに用いて重み係数を算出するようにしてもよい。例えば、画像の領域全体に対して特徴点の領域が占める割合は、実施形態におけるカメラの画素数に対する部分シルエットの画素数(あるいは、スクリーン全体に対する部分シルエットの面積比)である。 In the above parameter estimation device, the weighting coefficient calculation unit may calculate the weighting coefficient by further using a screen occupancy rate indicating the ratio of the area of the feature point to the entire area of the image. For example, the ratio of the area of the feature point to the entire area of the image is the number of pixels of the partial silhouette relative to the number of pixels of the camera in the embodiment (or the area ratio of the partial silhouette to the entire screen).

また、上記のパラメータ推定装置において、パラメータは、カメラの外部パラメータ及びカメラの内部パラメータのうち少なくとも一つをさらに含んでいてもよい。 In the parameter estimation device, the parameters may further include at least one of the external parameters of the camera and the internal parameters of the camera.

上述した各実施形態における被写体3次元再構成装置をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM(Read Only Memory)、CD-ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、FPGA(Field Programmable Gate Array)等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。 The object 3D reconstruction device in each of the above-mentioned embodiments may be realized by a computer. In that case, a program for realizing this function may be recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium may be read into a computer system and executed to realize the function. Note that the term "computer system" here includes hardware such as an OS and peripheral devices. Furthermore, the term "computer-readable recording medium" refers to portable media such as flexible disks, optical magnetic disks, ROMs (Read Only Memory), and CD-ROMs, and storage devices such as hard disks built into a computer system. Furthermore, the term "computer-readable recording medium" may include a medium that dynamically holds a program for a short period of time, such as a communication line when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line, and a medium that holds a program for a certain period of time, such as a volatile memory inside a computer system that is a server or client in such a case. Furthermore, the above-mentioned program may be a program for realizing part of the above-mentioned function, or may be a program that can realize the above-mentioned function in combination with a program already recorded in the computer system, or may be a program that is realized using a programmable logic device such as an FPGA (Field Programmable Gate Array).

以上、図面を参照して本発明の実施形態を説明してきたが、上記の実施形態は本発明の例示に過ぎず、本発明の具体的な構成が上記の実施形態に限定されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の精神及び要旨を逸脱しない技術的範囲での構成要素の追加、省略、置換、その他の設計変更を行ってもよい。 Although an embodiment of the present invention has been described above with reference to the drawings, it is clear that the above embodiment is merely an example of the present invention, and the specific configuration of the present invention is not limited to the above embodiment. Therefore, components may be added, omitted, replaced, or other design changes may be made within the technical scope that does not deviate from the spirit and gist of the present invention.

10…CPU、11…メモリ、12…データ記憶部、13…プログラム記憶装置、14…3次元再構成プログラム、15…最適パラメータ群出力部、100(100a)…被写体3次元再構成装置、101…カメラ間対応付け部、102(102a)…最適化部、1021…パラメータ初期化部、1022…重み係数初期化部、1023(1023a)…パラメータ最適化部、1024…被写体姿勢再投影部、1025(1025a)…重み係数算出部、1026…不可視領域包含部分シルエット導出部、1027…可視領域部分シルエット導出部 10...CPU, 11...memory, 12...data storage unit, 13...program storage device, 14...3D reconstruction program, 15...optimum parameter group output unit, 100 (100a)...object 3D reconstruction device, 101...camera correspondence unit, 102 (102a)...optimization unit, 1021...parameter initialization unit, 1022...weighting coefficient initialization unit, 1023 (1023a)...parameter optimization unit, 1024...object orientation reprojection unit, 1025 (1025a)...weighting coefficient calculation unit, 1026...invisible area including partial silhouette derivation unit, 1027...visible area partial silhouette derivation unit

Claims (8)

同一の被写体が互いに異なる位置から複数のカメラで撮像された各々の画像における、前記被写体の同一の特徴点の2次元座標が互いに対応付けられたデータを示す被写体姿勢群データを取得する取得部と、
前記取得部によって取得された前記被写体姿勢群データに基づいて、前記特徴点の領域のうち前記特徴点以外の領域によって遮蔽されていない領域の割合を示す視認率を算出し、算出された前記視認率に基づいて重み係数を算出する重み係数算出部と、
前記重み係数算出部によって算出された前記重み係数を用いた計算に基づいて、前記特徴点の3次元座標の座標値を含むパラメータの値を推定するパラメータ推定部と、
を備え
前記視認率は、前記被写体の第1の特徴点と前記被写体の第2の特徴点との位置関係に基づいて描画されるシルエット図形の画素数に対する、前記シルエット図形内の前記特徴点以外の領域によって遮蔽されていない領域の画素数の比率から算出される
パラメータ推定装置。
an acquisition unit that acquires subject posture group data indicating data in which two-dimensional coordinates of the same feature point of the same subject are associated with each other in each of images captured by a plurality of cameras from different positions of the same subject;
a weighting coefficient calculation unit that calculates a visibility ratio indicating a ratio of an area of the feature points that is not occluded by an area other than the feature points, based on the subject posture group data acquired by the acquisition unit, and calculates a weighting coefficient based on the calculated visibility ratio;
a parameter estimation unit that estimates values of parameters including coordinate values of three-dimensional coordinates of the feature points based on a calculation using the weighting coefficients calculated by the weighting coefficient calculation unit;
Equipped with
The visibility is calculated from a ratio of the number of pixels of a region in the silhouette figure that is not obscured by a region other than the feature points to the number of pixels of the silhouette figure that is drawn based on a positional relationship between a first feature point of the subject and a second feature point of the subject.
Parameter estimator.
前記シルエット図形は、前記第1の特徴点の位置から前記第1の特徴点と前記第2の特徴点とを結ぶ線分の所定の内分比率となる位置までの範囲の線分に、幅を持たせることによって生成された図形である
請求項に記載のパラメータ推定装置。
2. The parameter estimation device according to claim 1, wherein the silhouette figure is a figure generated by adding width to a line segment in a range from a position of the first feature point to a position at a predetermined internal division ratio of a line segment connecting the first feature point and the second feature point.
同一の被写体が互いに異なる位置から複数のカメラで撮像された各々の画像における、前記被写体の同一の特徴点の2次元座標が互いに対応付けられたデータを示す被写体姿勢群データを取得する取得部と、
前記取得部によって取得された前記被写体姿勢群データに基づいて、前記特徴点の領域のうち前記特徴点以外の領域によって遮蔽されていない領域の割合を示す視認率を算出し、算出された前記視認率に基づいて重み係数を算出する重み係数算出部と、
前記重み係数算出部によって算出された前記重み係数を用いた計算に基づいて、前記特徴点の3次元座標の座標値を含むパラメータの値を推定するパラメータ推定部と、
を備え、
前記遮蔽されていない領域は、前記カメラのスクリーン上に奥行きを考慮して遠方の特徴点から順に再投影されることで、重複する領域が検出されることにより特定され
ラメータ推定装置。
an acquisition unit that acquires subject posture group data indicating data in which two-dimensional coordinates of the same feature point of the same subject are associated with each other in each of images captured by a plurality of cameras from different positions of the same subject;
a weighting coefficient calculation unit that calculates a visibility ratio indicating a ratio of an area of the feature points that is not occluded by an area other than the feature points, based on the subject posture group data acquired by the acquisition unit, and calculates a weighting coefficient based on the calculated visibility ratio;
a parameter estimation unit that estimates values of parameters including coordinate values of three-dimensional coordinates of the feature points based on a calculation using the weighting coefficients calculated by the weighting coefficient calculation unit;
Equipped with
The unoccluded regions are identified by reprojecting the feature points on the screen of the camera in order of depth, starting from the furthest feature point, to detect overlapping regions.
Parameter estimator.
前記重み係数算出部は、前記画像の領域全体に対して前記特徴点の領域が占める割合を示す画面内占有率をさらに用いて前記重み係数を算出する
請求項1からのうちいずれか一項に記載のパラメータ推定装置。
The parameter estimation device according to claim 1 , wherein the weighting coefficient calculation unit calculates the weighting coefficient by further using a screen occupancy rate indicating a ratio of an area of the feature point to an entire area of the image.
前記パラメータは、前記カメラの外部パラメータ及び前記カメラの内部パラメータのうち少なくとも一つをさらに含む
請求項1から請求項のうちいずれか一項に記載のパラメータ推定装置。
The parameter estimation device according to claim 1 , wherein the parameters further include at least one of an external parameter of the camera and an internal parameter of the camera.
同一の被写体が互いに異なる位置から複数のカメラで撮像された各々の画像における、前記被写体の同一の特徴点の2次元座標が互いに対応付けられたデータを示す被写体姿勢群データを取得する取得ステップと、
前記取得ステップにおいて取得された前記被写体姿勢群データに基づいて、前記特徴点の領域のうち前記特徴点以外の領域によって遮蔽されていない領域の割合を示す視認率を算出し、算出された前記視認率に基づいて重み係数を算出する重み係数算出ステップと、
前記重み係数算出ステップにおいて算出された前記重み係数を用いた計算に基づいて、前記特徴点の3次元座標の座標値を含むパラメータの値を推定するパラメータ推定ステップと、
を有し、
前記視認率は、前記被写体の第1の特徴点と前記被写体の第2の特徴点との位置関係に基づいて描画されるシルエット図形の画素数に対する、前記シルエット図形内の前記特徴点以外の領域によって遮蔽されていない領域の画素数の比率から算出される
パラメータ推定方法。
an acquisition step of acquiring subject posture group data indicating data in which two-dimensional coordinates of identical feature points of an identical subject are associated with each other in respective images captured by a plurality of cameras from different positions of the same subject;
a weighting coefficient calculation step of calculating a visibility ratio indicating a ratio of an area of the feature points that is not occluded by an area other than the feature points, based on the subject posture group data acquired in the acquisition step, and calculating a weighting coefficient based on the calculated visibility ratio;
a parameter estimation step of estimating values of parameters including coordinate values of three-dimensional coordinates of the feature points based on a calculation using the weighting coefficients calculated in the weighting coefficient calculation step;
having
The visibility is calculated from a ratio of the number of pixels of a region in the silhouette figure that is not obscured by a region other than the feature points to the number of pixels of the silhouette figure that is drawn based on a positional relationship between a first feature point of the subject and a second feature point of the subject.
Parameter estimation methods.
同一の被写体が互いに異なる位置から複数のカメラで撮像された各々の画像における、前記被写体の同一の特徴点の2次元座標が互いに対応付けられたデータを示す被写体姿勢群データを取得する取得ステップと、an acquisition step of acquiring subject posture group data indicating data in which two-dimensional coordinates of identical feature points of an identical subject are associated with each other in respective images captured by a plurality of cameras from different positions of the same subject;
前記取得ステップにおいて取得された前記被写体姿勢群データに基づいて、前記特徴点の領域のうち前記特徴点以外の領域によって遮蔽されていない領域の割合を示す視認率を算出し、算出された前記視認率に基づいて重み係数を算出する重み係数算出ステップと、a weighting coefficient calculation step of calculating a visibility ratio indicating a ratio of an area of the feature points that is not occluded by an area other than the feature points, based on the subject posture group data acquired in the acquisition step, and calculating a weighting coefficient based on the calculated visibility ratio;
前記重み係数算出ステップにおいて算出された前記重み係数を用いた計算に基づいて、前記特徴点の3次元座標の座標値を含むパラメータの値を推定するパラメータ推定ステップと、a parameter estimation step of estimating values of parameters including coordinate values of three-dimensional coordinates of the feature points based on a calculation using the weighting coefficients calculated in the weighting coefficient calculation step;
を有し、having
前記遮蔽されていない領域は、前記カメラのスクリーン上に奥行きを考慮して遠方の特徴点から順に再投影されることで、重複する領域が検出されることにより特定されるThe unoccluded regions are identified by reprojecting the feature points on the screen of the camera in order of depth, starting from the furthest feature point, to detect overlapping regions.
パラメータ推定方法。Parameter estimation methods.
請求項1からのうちいずれか一項に記載のパラメータ推定装置としてコンピュータを機能させるためのパラメータ推定プログラム。 A parameter estimation program for causing a computer to function as the parameter estimation device according to any one of claims 1 to 5 .
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013187862A (en) 2012-03-09 2013-09-19 Topcon Corp Image data processing device, image data processing method, and program for image data processing
JP2016213578A (en) 2015-04-30 2016-12-15 キヤノン株式会社 Image processing apparatus, imaging apparatus, image processing method, and program
JP2019190974A (en) 2018-04-24 2019-10-31 キヤノン株式会社 Calibration device, calibration method and program

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013187862A (en) 2012-03-09 2013-09-19 Topcon Corp Image data processing device, image data processing method, and program for image data processing
JP2016213578A (en) 2015-04-30 2016-12-15 キヤノン株式会社 Image processing apparatus, imaging apparatus, image processing method, and program
JP2019190974A (en) 2018-04-24 2019-10-31 キヤノン株式会社 Calibration device, calibration method and program

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
松村誠明;秋田健太;森本有紀;鶴野玲治;山本奏;青野裕司,視認率を考慮した人物特徴点の3次元座標推定精度の改善に対する検討,情報処理学会研究報告(IPSJ SIG Technical Report),日本,情報処理学会,2022年02月25日,Vol.2022-AVM-116 No.14

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