三維造型裝置和方法

2023-05-02 22:53:36

專利名稱：三維造型裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種三維造型裝置及其方法以及記錄三維造型程序的媒體，具體來說，涉及製作對象物體立體模型的三維造型裝置及其方法，以及記錄三維造型程序的媒體。
近年以來，為了獲得三維圖形圖像，開發了種種將三維對象物體形狀和紋理(色彩和模樣)輸入計算機的三維掃描儀。
例如，特開平5-135155號公報中揭示了一種通過用單鏡攝像機對放置於轉臺上的對象物體攝像，得到多個輪廓圖像生成該對象物體立體模型的三維造型裝置。該裝置中，根據多個輪廓圖像得到對象物體在多個水平面(與轉臺旋轉軸垂直的面)上的多個剖面形狀。接著，連接相鄰水平面上對象物體形狀輪廓線上的各點，便形成三角補片(パッチ)，由此生成對象物體的立體模型。這種三維模型裝置，由於用轉臺使對象物體旋轉，因而可以固定攝像機的攝像位置。因此，不需要計算攝像機的攝像位置。
但轉臺價格極高，這不利於實現簡易且便宜的三維造型裝置。
對此，金出武雄、康拉德·霍爾馬遜、森田俊彥在電子信息通信學會論文期刊D-II，Vol．J76-D-II，No．8，pp．1497-1505(1993年8月)《利用因子分解法對物體形狀和攝像機運動的還原》一文中，揭示了用所謂的因子分解法對對象物體攝像，由所得到的物體圖像計算攝像機攝像位置的方法。但這種方法有計算誤差逐次累積這種問題，因而不宜製作對象物體整個一周模型。
因而，本發明目的在於提供一種不需要轉臺的簡易且價廉的三維造型裝置及其方法以及記錄三維造型程序的媒體。
按照本發明，三維造型裝置是生成對象物體立體模型的裝置，包括多個參照對象、攝像器材、計算器材和生成器材。多個參照對象配置於規定位置。攝像器材，例如為攝像機，與參照對象一起對對象物體進行攝像，獲得物體圖像。計算器材參照物體圖像中參照對象，計算攝像器材攝像位置。生成器材根據物體圖像和攝像位置生成立體模型。
較好是，上述參照對象不規則、非對稱配置。較好是，參照對象分散配置。具體來說，令某一參照對象至另一參照對象的距離為1，該某一參照對象至另外兩個參照對象的兩個方向向量所成的夾角為θ時，最好將參照對象的配置確定為距離1的參照對象個數分布和具有夾角θ的參照對象個數分布均勻。另外，除了不規則配置的參照對象以外，也可以設有規則配置的參照對象。
較好是，上述多個參照對象具有多個屬性。參照對象具有屬性的場合，最好將參照對象的配置確定為上述距離1的參照對象個數分布和具有夾角θ的參照對象個數分布每一屬性均勻。
較好是，上述屬性為彩色。象這樣，多個參照對象有多個彩色屬性的場合，規定彩色空間中360度色調按多個彩色劃分時，最好選擇這樣多個彩色，以便這樣劃分的色調中相鄰2色間的角度總是較大。
較好是，上述參照對象形成於參照頁上，但也可以形成於比該參照頁厚的片、臺或地板等平面上。上述參照對象形成為具有立體結構的參照物體。這裡，也可以利用立體結構的物體由上述參照頁覆蓋後得到的作為參照物體。
較好是，上述計算器材按霍夫(Hough)變換法計算攝像位置。
較好是，上述攝像位置計算器材包含提取器、選擇器、分配器、後補計算器、評價器和決定器。提取器從物體圖像當中提取所攝取的參照對象。選擇器從所提取的參照對象當中選擇多個參照對象。分配器將所配置的多個參照對象當中的任意一個同所選定的每一參照對象加上對應，將該加上對應的參照對象位置分配為候補位置。候補計算器根據參照對象的候補位置計算攝像器材候補攝像位置。評價器賦予候補攝像位置評價值(為基於準確度的評價值，例如點數)。決定器將計算出的多個候補攝像位置當中評價值最大的候補攝像位置確定為攝像器材的攝像位置。
較好是，上述多個參照對象具有多個屬性。上述攝像位置計算器材包含提取器、選擇器、分配器、後補計算器、評價器和決定器。提取器從物體圖像當中提取所攝取的參照對象。選擇器從所提取的參照對象當中選擇多個參照對象。分配器將所配置的多個參照對象當中具有同一屬性的任意一個同所選定的每一參照對象加上對應，將該加上對應的參照對象位置分配為候補位置。候補計算器根據參照對象的候補位置計算攝像器材候補攝像位置。評價器賦予候補攝像位置評價值(為基於準確度的評價值，例如得分)。決定器將計算出的多個候補攝像位置當中評價值最大的候補攝像位置確定為攝像器材的攝像位置。
較好是，上述參照對象形成為具有立體結構的參照物體。上述攝像位置計算器材包含提取器、選擇器、分配器、後補計算器、判斷器、評價器和決定器。提取器從物體圖像當中提取所攝取的參照對象。選擇器從所提取的參照對象當中選擇多個參照對象。分配器將所配置的多個參照對象當中的任意一個同所選定的每一參照對象加上對應，將該加上對應的參照對象位置分配為候補位置。候補計算器根據參照對象的候補位置計算攝像器材候補攝像位置。判斷器判斷攝像器材是否能夠從候補攝像位置對所分配的參照對象進行攝像。評價器在判斷器判定能夠對所分配的攝像對象進行攝像的場合，賦予候補攝像位置評價值(為基於準確度的評價值，例如點數)。決定器將計算出的多個候補攝像位置當中評價值最大的候補攝像位置確定為攝像器材的攝像位置。
較好是，上述判斷器包含內積計算器和判斷器。內積計算器計算給出攝像器材攝像方向的視線向量和形成有所分配的參照對象的參照物體表面的法線向量的內積。判斷器當內積為負時判定攝像器材能夠對所分配的參照對象進行攝像。
較好是，上述判斷器包含盲區計算器和判斷器。盲區計算器以所配置的多個參照對象其各個規定位置為頂點、從候補攝像位置向遠處方向延伸的錐體狀盲區(從上述候補攝像位置看去，可以推測為參照對象遮住、看不見的區域)。判斷器當所分配的參照對象位於盲區以外時，判定攝像器材能夠對所分配的參照對象進行攝像。
較好是，上述評價器包含投影點計算器、計數器和加權器。投影點計算器根據候補攝像位置分別計算所配置的多個參照對象至物體圖像上的多個投影點位置。計數器對所提取的參照對象當中距投影點在規定距離以內的參照對象的個數進行計數。加權器根據計數得出的參照對象個數賦予候補攝像位置評價值。
較好是，上述攝像位置計算器材還包含投影點計算器、距離計算器和修改器。投影點計算器根據所確定的攝像位置分別計算所配置的多個參照對象至物體圖像上的多個投影點位置。距離計算器計算投影點與所提取的參照對象當中位於其附近的參照對象之間的距離。修改器對所確定的攝像位置進行修改，使得依據距離的評價值較小，也就是說，距離總體來說較短，例如使得距離的平方和或距離的總和為最小。
較好是，上述攝像位置計算器材還包含判斷器。判斷器從所配置的多個參照對象當中判定攝像器材能夠從所確定的攝像位置進行攝像的參照對象，將判定能夠進行這種攝像的參照對象作為投影點計算器的計算對象，而且將判定無法攝像的參照對象排除在投影點計算器的計算之外。
較好是，上述三維造型裝置還具有設定器材。設定器材重新將別的參照對象設定在物體圖像中參照對象位置以外的位置。
較好是，上述設定器材擦除物體圖像中參照對象的有關數據，記錄別的參照對象的有關數據。
較好是，上述設定器材除了記錄物體圖像中參照對象的有關數據以外，還記錄別的參照對象的有關數據。
較好是，上述三維造型裝置還具有存儲器和通知器材。存儲器存儲攝像位置。通知器材將存儲器存儲的攝像位置以外的位置通知攝像器材的攝像人員。這裡，對於存儲器存儲的攝像位置(已攝像視點)以外的位置(下一攝像視點)，較好是選擇距所存儲的攝像位置較遠的位置，更好是選擇最遠的位置。此外，也可以根據對象物體的大致形狀信息，選擇可得到更正確形狀的視點作為新的攝像視點。
綜上所述，按照本發明，連同配置於規定位置的多個參照對象對對象物體進行攝像，根據由此得到的物體圖像中參照對象的位置，計算攝像機攝像位置，因而，不用象以往那樣用轉臺等也能生成立體模型。因而，可以實現簡易且價廉的三維造型裝置。
參照對象不規則且非對稱配置，因而，不需要嚴格考慮與參照對象的位置關係來設置對象物體。因此，對象物體比參照頁或參照物體大的場合也能夠生成其立體模型。此外，對象物體與參照頁或參照物體相比較為龐大時，只要在該龐大對象物體周圍設置多個參照頁或參照物體，就能夠生成其立體模型。
參照對象還具有屬性，因此計算攝像位置時搜索空間小，攝像位置的計算速度較快。此外，屬性為彩色，因此可以很方便地區別這種屬性差異。
而且，總是根據已知的參照對象計算攝像機攝像位置，因此不會累積計算誤差。而且，按霍夫變換法計算攝像機攝像位置，因此可以減少參照對象的提取誤差和物體圖像中噪聲的影響，而且還能夠適當修改計算精度。
還判斷能否對參照對象進行攝像，僅當能夠攝像時賦予候補攝像位置規定點數，因此攝像位置計算精度較高。
還對位於參照對象至物體圖像上的投影點附近的參照對象進行計數，並賦予候補攝像位置與該計數相應的點數，因此攝像位置計算精度較高。
還計算參照對象至物體圖像上的投影點和位於其附近的參照對象之間的距離，並修改所確定的攝像位置，使得該距離的平方和最小，因此攝像位置計算精度較高。此外，還判斷能否對參照對象進行攝像，將能夠攝像的參照對象作為上述投影點計算對象，將不能攝像的參照對象排除在該對象之外，因此攝像位置計算精度更高。
而且，連同參照對象對對象物體攝像後，改為在這樣得到的物體圖像當中參照對象以外位置上設定參照對象，因此還可以生成龐大對象物體的立體模型。
還存儲計算得出的攝像位置，並且將這種存儲的攝像位置以外的位置作為下一攝像位置通知攝像人員，因此可以高效地獲得為了生成立體模型所需的物體圖像。


圖1示出的是本發明實施例1的三維造型裝置的總體構成。
圖2是表示圖1所示計算機主要構成的框圖。
圖3是圖1所示參照頁的平面圖。
圖4A和圖4B是圖3所示參照點配置方法的說明圖。
圖5A-圖5C是圖4所示方法得到的參照點其配置分散度評價方法的說明圖。
圖6示出的是對要作為參照點屬性選擇的彩色進行說明用的HSV空間中的色調平面。
圖7是考慮彩色屬性用圖4所示方法得到的參照點其配置分散度評價方法的說明圖。
圖8是表示用圖1所示三維造型裝置生成對象物體立體模型的方法的流程圖。
圖9A是圖8流程圖中對對象物體攝像的步驟的說明圖，圖9B是用以生成輪廓圖像的步驟的說明圖，圖9C是進行主幹處理步驟的說明圖，圖9D是生成多面體步驟的說明圖，圖9E是進行紋理映像的步驟的說明圖。
圖10與圖9A相同，是連同參照點對對象物體攝像的步驟的說明圖。
圖11是圖8所示參照點記錄處理、攝像和攝像位置計算步驟的具體流程圖。
圖12A-圖12C是表述數字靜物攝像機攝像位置和旋轉角的變量其定義的說明圖。
圖13示出的是圖11所示霍夫變換法所用的霍夫變換表。
圖14是用圖1所示三維造型裝置生成龐大對象物體立體模型的生成方法的說明圖。
圖15是表示參照點屬性其他例子的參照頁的局部平面圖。
圖16是表示替代圖1所示參照頁的參照物體的斜視圖。
圖17是圖16所示參照物體的平面圖。
圖18A-圖18D分別是圖16所示參照物體的主視圖、右視圖、後視圖和左視圖。
圖19是表示另一例代替圖1所示參照頁的參照物體的斜視圖。
圖20是表示本發明實施例2三維造型裝置主要構成的流程圖。
圖21是用以說明圖20所示流程圖中對對象物體的最初攝像的斜視圖。
圖22是用以說明接著圖21所示最初攝像第二次攝像的斜視圖。
圖23是用以說明接著圖22所示第二次攝像第三次攝像的斜視圖。
圖24是表示本發明實施例3三維造型裝置主要構成的流程圖。
圖25是圖24所示流程圖中假定的多個單元組成的圓形穹面的概念圖。
圖26是表示本發明實施例4三維造型裝置主要構成的流程圖。
圖27是用以說明圖26所示流程圖中計算的投影點的斜視圖。
圖28是表示一例包含圖26所示流程圖中計算的投影點和提取的參照點在內的物體圖像的正面圖。
圖29是表示另一例包含圖26所示流程圖中計算的投影點和提取的參照點在內的物體圖像的正面圖。
圖30是表示本發明實施例5三維造型裝置主要構成的流程圖。
圖31是用以說明圖20所示流程圖中所用的攝像機視線向量和參照點法線向量的斜視圖。
圖32是表示本發明實施例6三維造型裝置主要構成的流程圖。
圖33是用以說明圖32所示流程圖中計算的盲區的平面圖。
圖34是表示本發明實施例7三維造型裝置主要構成的流程圖。
圖35是用以說明圖34所示流程圖中所用的攝像機視線向量、參照點法線向量和投影點的斜視圖。
圖36是表示一例包含圖34所示流程圖中計算的投影點和提取的參照點在內的攝取圖像的正面圖。
以下參照附圖詳細說明本發明實施例。另外，圖中相同或相應部分加上相同標號，不再重複說明。圖1示出的是本發明實施例1三維造型裝置的總體構成。參照圖1，本實施例1的三維造型裝置包括參照頁1，數字靜物攝像機2，計算機3和CD-ROM(光碟-只讀存儲器)4。參照頁1上形成有多個參照點5R、5G、5B、5Y，配置於不規則且非對稱的規定位置上。數字靜物攝像機2對要獲得立體模型的對象物體(未圖示)連同參照點5R、5G、5B、5Y一起進行攝像，獲得物體圖像。這裡採用的是可以獲得靜止畫面的靜物攝像機2，但也可以採用能夠獲得活動圖像的電視攝像機來代替它。CD-ROM4記錄有計算機3根據數字靜物攝像機2得到的物體圖像、生成對象物體立體模型用的程序。這裡採用CD-ROM4作為記錄程序的媒體，但也可以用磁碟、CD-R、DVD、存儲卡等來代替。
圖2是表示圖1所示計算機3主要構成的框圖。參照圖2，該計算機3包括中央處理器(CPU)7，只讀存儲器(ROM)8，隨機存取存儲器(RAM)9，輸入輸出接口(I／F)10，以及用以使CPU7、ROM8、RAM9和I／F10互相結合的數據／地址總線11。數字靜物攝像機2和CD-ROM4用的驅動器與I／F10連接，由此數字靜物攝像機2得到的物體圖像和CD-ROM4記錄的三維造型程序通過I／F10存儲於RAM9中。CPU7按照ROM8和RAM9中存儲的程序進行運算處理。
圖3是圖1所示參照頁1的平面圖。參照圖3，參照頁1上的參照點5R、5G、5B、5Y配置於不規則且非對稱的規定位置，而且具有4種彩色屬性。具體來說，參照點5R具有紅色屬性，參照點5G具有綠色屬性，參照點5B具有藍色屬性，參照點5Y具有黃色屬性。這裡，參照點是嚴格地具有規定面積的圓。
圖4A和圖4B是圖3所示參照點5R、5G、5B、5Y配置方法的說明圖。先如圖4A所示規則配置參照點5，接著如圖4B所示憑直覺將該規則配置錯開，由此對參照點5進行不規則且非對稱配置。參照點5的配置不僅要不規則和非對稱，還希望適當的分散。
圖5A-圖5C是如圖4B所示錯開的參照點5其配置分散度評價方法的說明圖。如圖5A所示，令某一參照點5至另一參照點5的距離為1，該某一參照點至另兩個參照點5的兩個方向向量所成的夾角為θ。圖5B和圖5C是表示距離1和該距離為1的參照點5個數的分布圖。對全部參照點5測定距離1的結果是，若配置成參照點5具有種種距離1的話，則如圖5B所示，具有距離1的參照點5其個數分布是均勻的。另一方面，參照點5偏離配置的話，則如圖5C所示，其分布不均勻。夾角θ也可以按與上述距離1相同的方法評價。具體來說，圖5B和圖5C中距離1代之以夾角θ對參照點5計數。因此，配置為參照點5具有種種夾角θ的話，則如圖5B所示具有夾角θ的參照點5其個數分布均勻。因而，不論是距離1的分布還是夾角θ的分布，都希望參照點5的配置確定為如圖5B所示那樣均勻。
這裡，選擇紅色、綠色、藍色、黃色四種彩色作為參照點5的屬性，但為了便於彩色識別，最好選擇色調完全不同的彩色。圖6示出的是HSV(Hue色調；Saturation色飽和；Value亮度)空間中的色調平面。這裡，除了色調互相有120度差異的紅色、綠色、藍色三種彩色以外，還選擇了黃色，但在選擇四種彩色時，也可以採取選擇色調相差90度的四種彩色(圖6中用虛線表示)的方法。
象這樣參照點5具有4色屬性時，最好按每一彩色分散參照點5的配置。圖7是表示採用紅色、黃色、綠色、藍色四種彩色作為參照點5屬性時距離1(或夾角θ)和為該距離1(或夾角θ)的參照點個數的分布圖。如圖7所示，採用彩色作為參照點5屬性時，最好按每一彩色評價參照點5的配置。這時，參照點5配置為參照點5的分布不論哪一彩色都均勻。
這裡，用HSV空間作為色空間，但也可以適當採用其他色空間來代替。
而且，以上說明的是憑直覺錯開參照點5規則的配置來獲得不規則和非對稱配置的方法，但也可以採用這樣一種方法，通過產生隨機數求出參照點5的配置，然後用上述評價方法判定其不規則性和非對稱性，只要判定足以滿足所需的不規則性和非對稱性，就採用該配置。
圖8是表示記錄於圖1所示CD-ROM4的三維造型程序的流程圖。圖9A是圖8中對象物體和參照點的攝像步驟S2的說明圖。圖9B是圖8中輪廓圖像製作步驟S4的說明圖。圖9C是圖8中主幹處理步驟S5的說明圖。圖9D是圖8中多面體製作步驟S6的說明圖。圖9E是圖8中紋理映像步驟S7的說明圖。
參照圖1、圖2、圖8和圖9A-圖9E，首先在步驟S1進行參照點的記錄處理，將參照點5R、5G、5B、5Y的位置記錄於RAM9。
接著在步驟S2，用數字靜物攝像機2從多個位置對對象物體12攝像，得到多幅物體圖像A1-An。這時，由於將對象物體12置於參照頁1上，因而對象物體12與參照頁1上的參照點5R、5G、5B、5Y一同被攝取。另外，不需要攝取全部參照點5R、5G、5B、5Y，只要對其大多數攝像就行。
接著在步驟S3，根據物體圖像A1～An中參照點5R、5G、5B、5Y的位置計算數字靜物攝像機2的攝像位置。這裡是按照圖11流程圖所示的霍夫(Hough)變換法計算攝像位置的。霍夫變換法是自動生產流水線等計算所攝取的圖像中物體三維位置的方法，例如J．Illingworth，J．Kittler，「A survey of the HoughTransform」(「霍夫變換法綜述」)，Computer Vision，Graphics and ImageProcessing(CVGIP；《計算機視頻、圖形和圖像處理》期刊)44，1988，pp．87-116等有所揭示。這裡，儘管採用的是霍夫變換法，但只要可以根據物體圖像A1～An中參照點5R、5G、5B、5Y的位置計算攝像機2的攝像位置，用任何方法代替都行，例如也可以用前述因子分解法。
在步驟S4按照公知的圖像間差分法製作輪廓圖像。具體來說，在物體圖像A1～An和預先攝取的背景圖像之間進行差分處理，如圖9B所示製作多個輪廓圖像B1～Bn。差分處理過程中，按每一像素算出物體圖像色信號電平與背景圖像色信號電平之差。這裡，儘管採用圖像間差分處理法來提取物體圖像A1～An中對象物體的輪廓，但也可以用公知的立體像法來代替圖像間差分處理。立體像法用雙鏡攝像機對對象物體12攝像，根據該圖像中的進深信息將對象物體12與背景相區別。
接著在步驟S5進行公知的主幹(ボ-ティンゲ)處理。具體來說，根據多個輪廓圖像B1～Bn對格子單元空間投票。得票數比預定數高的部分即對象物體12所在區域。由此可以獲得對象物體12的立體形狀。
在步驟S6，根據步驟S5得到的對象物體12的立體形狀製作三角補片(パッチ)組成的多面體14。所以，對象物體12的立體形狀表現為多個多面體14。按多面體14表現的立體形狀存儲於RAM9。
最後在步驟S7，對每一S6製作的多面體14映射相應的紋理。由此可以獲得對象物體12經塑造後的立體模型15。紋理是從物體圖像A1～An得到的彩色信息，存儲於RAM9。
上述步驟S4～S7是根據物體圖像A1～An和攝像機2的攝像位置生成立體模型15的，當然也可以用除此以外的任何公知方法。步驟S3～S7的處理由CPU7按照RAM9存儲的程序執行。
圖9C用的是柱面座標系格子單元空間，也可以採用正交座標系格子單元空間來替代。
以下說明用如上所述構成的三維造型裝置生成對象物體12立體模型15的方法。
首先如圖10所示，將參照頁1鋪設在平整的地方，要製作立體模型15的對象物體12置於其上。
接下來如圖11流程圖所示，在步驟S1按每一彩色(類別)將參照頁1上參照點5R、5G、5B、5Y的位置數據存儲於RAM9中。這裡；將原點設定在例如參照頁1上的任意位置，位置數據採用相對於該原點的相對座標。該位置數據預先記錄於CD-ROM4上，最好將上述三維造型程序安裝到計算機3中時，一同將該位置數據也存儲於RAM9。
在步驟S2，如圖10所示用數字靜物攝像機2對對象物體12攝像。這時，不僅僅是對對象物體12，還一同對參照點5R、5G、5B、5Y攝像。而且，為了製作完整的立體模型，最好從種種錯開的位置對對象物體12攝像。通過從多個位置對對象物體12攝像，數字靜物攝像機2內的存儲器(未圖示)存儲有多個物體圖像數據。該數字靜物攝像機2與計算機3的I／F10連接，數字靜物攝像機2內存儲器存儲的物體圖像數據通過I／F10傳送至RAM9。
接著在步驟S3(圖8)，CPU7按照圖11所示的流程圖(S31～S39)，按每一物體圖像A1～An計算數字靜物攝像機2的攝像位置。
具體來說，首先在步驟S31，從所攝取圖像A1～An中提取參照點5R、5G、5B、5Y。參照點5R、5G、5B、5Y由於不規則且非對稱配置，所以將該提取的參照點5R、5G、5B、5Y的位置與步驟S1預先記錄的參照點5R、5G、5B、5Y的位置比較，就可以確定攝像機2的攝像位置。
因此，首先在步驟S32將所提取的參照點5R、5G、5B、5Y分為紅色、綠色、藍色和黃色四種類別。
接著在步驟S33，從所提取的參照點5R、5G、5B、5Y當中任意選擇3個參照點。這裡，所選定的3個參照點不一定要不同彩色(類別)，而且不一定要相同彩色(類別)。所以，從物體圖像當中提取出例如4n個參照點(每一彩色n個)時，則為C4n3種組合。這裡，分別令所選定的3個參照點為P1、P2和P3，其類別為C(Pi)。
接著在步驟S34，對於各個參照點Pi(i=1～3)依次適當分配參照頁1上表示參照點5R、5G、5B、5Y中任意位置的三維候補座標。具體來說，使參照頁1上多個參照點5R、5G、5B、5Y中相同彩色的任意一個參照點與所選定的3個參照點P1、P2和P3中的每一個加上對應，將該加上對應的參照點位置分配作為候補位置。例如只要所選定的參照點P1為綠色，就可以使參照頁1上綠色參照點5G中任意一個與該參照點P1加上對應。從RAM9中讀出該加上對應的參照點5G的位置數據，作為上述選定的參照點P1的候補位置。
接著在步驟S35，根據所分配的三維候補座標的組合計算攝像機2的位置x，y，z和旋轉角(姿態)α，β，γ。這裡計算得出的位置x，y，z和旋轉角α，β，γ是假定上述所分配的三維候補座標正確時攝像機2的候補攝像位置。這裡，表示攝像機2攝像位置的變量x，y，z和α，β，γ按圖12A-圖12C所示定義。具體來說，如圖12A所示，參照頁1的面為xy平面(z=0)。所以，z為距參照頁1的高度。而且，攝像機2的姿態由x』y』z』座標表示，攝像機2的光軸與y』軸一致。上述攝像機2的旋轉角α，β，γ根據歐拉角定義。具體來說，按圖12B所示定義攝像機2在xyz座標上的基準姿態。使該基準姿態的攝像機2如圖12C所示繞z軸旋轉γ，接著繞x軸旋轉β，再繞z軸旋轉α，便為攝像機2的實際姿態。這時的旋轉角α，β，γ就是歐拉角。
在步驟S35求攝像機2的位置x，y，z和旋轉角α，β，γ，但這由於是將三維候補座標適當分配給3個參照點P1、P2、P3的基礎上求出的，因而不一定正確。因此，在步驟S36，對於這樣求出的x，y，z和α，β，γ為正解的可能性在圖13所示霍夫表的相應位置分別投上1票。圖13表中橫軸表示各變量數值，縱軸表示投票票數。
接著在步驟S37判斷是否對全部座標進行過步驟S34中的候補分配。三維候補座標全部分配完畢時，進行步驟S38的處理。
在步驟S38判斷是否對全部組合進行過步驟S33的3個參照點的選擇。每一類別按全部組合從所提取的參照點當中選擇3個參照點時，進行步驟S39的處理。
在步驟S39，將圖13所示表上得票數最多的數值xp，yp，zp，αp，βp，γp確定為攝像機2的位置和旋轉角。
根據這樣算出的攝像機2的攝像位置和物體圖像A1～An，按照圖8和圖9A-圖9E所示的公知辦法生成立體模型15。
綜上所述，按照本實施例1，對對象物體12連同配置在已知位置的參照點5R、5G、5B、5Y一起攝像，根據這樣攝取的參照點5R、5G、5B、5Y的位置計算攝像機2的攝像位置，所以不必象以往那樣需要轉臺，可以實現一種採用參照頁1的簡易、價廉的三維造型裝置。
而且，參照點5R、5G、5B、5Y不規則且非對稱配置，所以可以相對於參照頁1將對象物體12置於任意位置。也就是說，不需要嚴格考慮同參照點5R、5G、5B、5Y的位置關係來設置對象物體12。因此，即便是對象物體比參照頁1大的場合，也可以通過將參照頁1鋪設在該大型對象物體附近來生成其立體模型。
即便是如圖14所示要製作立體模型的對象物體17與參照頁1相比極大的場合，只要在對象物體17的周圍鋪設多張參照頁1，就可以製作對象物體17的立體模型。這時，參照頁1上參照點的配置最好互相有所不同，當然也可以相同。這是因為，參照點的配置互相相同時，只要不規則鋪設參照頁1，就能夠識別各個參照頁1。而參照頁1上參照點配置相同時，參照頁1通用性提高。
而且，每一圖像的攝取均獨立計算攝像位置，所以計算誤差不會逐次累加，可以製作對象物體整個一周的完整立體模型。而且，只要修改圖13所示的霍夫表的解析度(各變量可以取的數值個數)，還可以適當修改攝像機位置的計算精度。若降低霍夫表解析度，攝像機位置的計算精度便降低，但攝像機位置的計算速度加快。而將霍夫表的解析度提高，攝像機位置的計算速度便減慢，但攝像機位置的計算精度提高。
而且，提供給參照點5R、5G、5B、5Y彩色屬性，因而，與完全不向參照點提供屬性的時候相比，確定位置x，y，z和旋轉角α，β，γ所需的組合計算量少，因此攝像機位置的計算速度較快。
而且，參照點屬性除了彩色以外，還可以採用○、△、□這種形狀。此外，參照點是否與邊緣連接這種線段信息也可以作為屬性信息提供。例如，對象屋子那樣大的對象物體塑造模型時，也可以將屋子外壁角作為參照點。具體來說，通過邊緣檢測來提取屋子外壁的稜線，將該稜線的交點作為參照點，就可以大幅縮短上述組合所需的計算時間。
此外，上述實施例中是將1種彩色作為屬性提供給1個參照點的，但也可以如圖15所示，用分成多個色塊18的參照頁，將這種色塊18邊界線交叉的點作為參照點19。這時，提供給各個參照點19的屬性可能是為某一色塊18的交叉點這種屬性。
上述實施例1中，為了求出攝像機的位置和旋轉角，選擇了3個參照點，但也可以設法選擇4個以上的參照點。
上述實施例1中用的是平面的參照頁1，但也可以採用圖16所示的立體參照物體20。該參照物體20的5個面A0、B1～B4上分別如圖17和圖18A～圖18D所示在不規則和非對稱規定位置上配置有參照點21。圖17和圖18A～圖18D中，標在參照點21附近的例如「1／A」，表明參照點的識別號為「1」，屬性為「A」(例如紅色)。
以下表1示出圖17和圖18A-圖18D中示出的參照點的座標x，y，z。
此外，參照物體不限於圖16所示的長方體，也可以是例如圖19所示的六面體，其形狀沒有任何限定。該參照物體22各面也形成有參照點23。各參照點23附近的數字表示屬性。
另外，上述參照點所代表的參照對象只要是能夠成為位置確定基準的，其形狀等沒有任何限定。此外，上述實施例中提供給參照點幾種屬性，但也可以不提供任何屬性。圖20是表示本發明實施例2三維造型裝置主要構成的流程圖。圖20中，步驟S31～S39、S41～S44是計算機生成對象物體立體模型用的程序，記錄於CD-ROM4。
該三維模型裝置目的在於生成如圖21～圖23所示房屋等龐大對象物體的立體模型。因而，與上述實施例1中參照點固定的情形不同，本實施例2中參照點是逐次更新。
具體來說，該程序除了圖11所示步驟以外，還包括從所攝取的物體圖像當中提取新的候補參照點的步驟S41；計算該新的候補參照點三維座標的步驟S42；將該新的候補參照點作為參照點記錄於RAM9，也就是說用該候補參照點替換以前的參照點的步驟S43；以及判斷步驟S2～步驟S43的處理是否從為了生成完整的立體模型所需的全部視點攝取對象物體完畢的步驟S44。
以下說明用如上所述構成的三維造型裝置生成對象物體立體模型的方法。
首先如圖21所示，在要製作立體模型的房屋內的適當位置放置參照物體24。該參照物體24上的參照點25配置於不規則和非對稱的規定位置，該位置在與圖11所示步驟相同的圖20所示步驟40中預先記錄於RAM9。
接著在步驟S2，連同參照點25一起攝取房屋一部分。從不同的視點包含參照點25在內這樣多次攝取房屋一部分，便可獲得多幅物體圖像26、27。
接下來在步驟S31從所攝取的物體圖像26、27當中提取參照點25。
接著在步驟S32～S39，與上述相同，按照霍夫變換法，根據參照點的位置和作為屬性的彩色，計算攝像機2的位置和旋轉角。
接下來在步驟S41，從所攝取的物體圖像26、27當中將新的參照點28作為下一候補參照點提取。對於新的候補參照點，希望提取例如桌子29的角這樣的特徵點。若是桌子29的角，便可通過邊緣檢測來提取。
接著在步驟S42，按三角測量原理計算作為下一候補參照點舉例的參照點28的三維座標。
接下來在步驟S43，記錄該新參照點28的位置來代替初始參照點25的位置。由此，便可更新參照點位置。
接著在步驟S44，判定是否獲得為了製作房屋立體模型所需的全部物體圖像，但這裡物體圖像尚不夠，故再在步驟S2，如圖22所示包含該新的參照點在內這樣來攝取房屋另一部分。由此，便可獲得包含新的參照點28在內的房屋另一部分的物體圖像30和31。
接下來在步驟S31從物體圖像30、31當中提取參照點28，在步驟S32～S39計算攝像機2的位置和旋轉角。
接著在步驟S41從物體圖像30、31當中進一步提取新的參照點32作為下一候補參照點，在步驟S42計算該新的參照點32的三維座標，記錄該參照點32來替代以前的參照點28。
接下來再在步驟S2～43，包含新的參照點32在內這樣對房屋不同部攝像，得到物體圖像33、34，進一步記錄新的參照點35。
最後在步驟S44，若判定得到了為了製作房屋立體模型所需的全部物體圖像，該程序便結束。
綜上所述，按照本實施例2，通過改為在步驟S41～S43所攝取的物體圖像中參照點位置以外來設定參照點，因而即便是房屋這樣龐大的對象物體，也能夠製作其立體模型。因而，即便是製作龐大對象物體立體模型的場合，也不必準備多個參照物體，或準備龐大的參照物體。
以上說明的是通過用候補參照點替換以前的參照點，即便是龐大的對象物體也能生成其立體模型的方法，但不是用候補參照點去替換以前的參照點，而是將候補參照點加入以前的參照點中也行。因而，也可以擦除物體圖像中參照對象的有關數據，記錄別的參照對象的有關數據，此外，也可以除了物體圖像中參照對象的有關數據以外，還記錄別的參照點的有關數據。圖24是表示本發明實施例3三維造型裝置主要構成的流程圖。上述實施例中從哪一視點對對象物體12攝像是攝像人員隨意決定的。由於錯開攝像視點有可能無法獲得足以製作完整立體模型15的物體圖像。因此，本實施例3的目的在於提供一種能夠確實獲得製作完整立體模型所需的物體圖像的三維造型裝置。
圖24是表示本發明實施例3三維造型裝置主要構成的流程圖。圖24中，步驟S51、S53～S59是計算機3通知攝像人員下一攝像視點用的程序，記錄於CD-ROM4。
這裡，如圖25所示設想多個由單元36、37構成的球狀穹面38。穹面38包圍著對象物體12。單元36、37為與對象物體12攝像用的攝像視點對應設置於RAM9內的存儲區。所以，攝像已結束的視點所對應的存儲區記錄有這種內容。這些單元36、37分配給RAM9的規定地址。總之，本實施例3是對攝像人員指令下一攝像視點，以便已攝像狀態的單元37均勻分布。
另外，這裡設想的是球狀穹面，但在對象物體置於地面等平整部分等場合，顯然無法在下方設定攝像視點時，也可以設想部分球狀、例如半球狀穹面。
此外，這裡是設想對攝像人員指令下一攝像視點以便攝像視點均勻分布的，但也可以在獲得對象物體大致形狀的階段，根據這種形狀算出能獲得正確形狀的下一攝像視點，向攝像人員指令這種攝像視點。
參照圖24，該程序包括將穹面38全部單元初始化為未攝像狀態的步驟S51；與圖11步驟S31～S39相同，根據步驟S52得到的物體圖像計算攝像視點，即攝像機2位置和旋轉角的步驟S53；將該攝像視點對應的單元37設定為已攝像狀態的步驟S53；將已攝取的物體圖像幅數與物體圖像所需幅數比較的步驟S55；已攝取的物體圖像幅數不足物體圖像所需幅數時，計算未攝像狀態的單元36分別至已攝像狀態單元37距離的步驟S56；將步驟S56計算得出的距離當中最大的距離與規定距離比較的步驟S57；該最大距離比規定距離長時，將至已攝像狀態單元37距離最大的未攝像狀態單元36的位置設定為下一攝像視點的步驟S58；將步驟S58設定的下一攝像視點顯示在數字靜物攝像機2取景器內等的步驟S59。已攝像位置存儲於RAM9中。
以下說明採用如上所述構成的三維造型裝置製作對象物體12立體模型的方法。這裡，假定物體圖像指定幅數為20幅。
首先在步驟S51，使穹面38全部單元初始化為未攝像狀態。
接著在步驟S52，從所需攝像視點對對象物體12攝像獲得物體圖像。
接著在步驟S53，根據所得到的物體圖像中的參照點等測定攝像機2的位置，即攝像視點。
接下來在步驟S54，與該攝像視點對應的單元37設定為已攝像狀態。
接著在步驟S55，已攝像的物體圖像幅數與指定幅數(這裡為20幅)比較。
已攝取的物體圖像幅數不足指定幅數時，在步驟S56計算未攝像狀態每一單元36至已攝像狀態單元37的距離。
接下來在步驟S57，將這樣計算得出的距離當中的最大距離與預定的距離比較。最大距離比預定距離短時，即便是已攝取的物體圖像幅數不足指定幅數的場合，該程序仍然結束。所以，攝像幅數指定20幅時，但以比它少例如16幅立體圖像便足以生成立體模型的場合，也可以不進行這麼多幅的攝像。
而最大距離比預定距離長時，便在步驟S58將至這種已攝像狀態的單元37距離最大的未攝像狀態單元36設定為下一攝像視點。
接著在步驟S59中在攝像機2取景器內等顯示該下一攝像視點。這裡，除了在取景器內顯示下一攝像視點以外，計算機3可以設法用聲音通知攝像人員下一攝像視點。因而，攝像人員按照該顯示的下一攝像視點，在步驟S52從該下一攝像視點對象物體12攝像。
根據上述結果得出的多個物體圖像和攝像位置(攝像視點)，按照圖8所示步驟S4～S7生成對象物體2的立體模型15。
綜上所述，按照本實施例3，為了獲得生成完整和立體模型15所需的物體圖像，由於通知攝像人員攝像視點，因而攝像視點不錯開，就能夠有效地獲得生成立體模型15所需的物體圖像。而且，未攝像狀態單元36至已攝像狀態單元37的最大距離比預定距離短時，即便是例如已得到的立體圖像幅數比指定幅數少的場合，該程序仍然結束，因而不會進行多餘的攝像，可以迅速地生成立體模型15。上述實施例1中，對於圖11所示步驟S36求出的攝像機2的候補位置x，y，z和旋轉角α，β，γ為正解的可能性，在圖13所示那種霍夫表的相應位置一律賦予1點。但所求出的候補位置x、y、z和候補旋轉角α，β，γ為正解的可能性不全相同，既有可能性高的候補，也有可能性低的候補。因而，可以根據其可能性按加權的點數投票。
具體來說，本發明實施例4用圖26所示的步驟S361～S363來替代圖11所示的步驟S36。在圖11所示步驟S35計算攝像機2的候補位置x、y、z和候補旋轉角α，β，γ之後，在圖26所示步驟S361根據該候補位置x、y、z和候補旋轉角α，β，γ分別計算參照頁1上全部參照點5R、5G、5B、5Y至每一物體圖像A1～An上的投影點的位置。例如圖27所示，參照點5R的投影點40R位於參照點5R至攝像機2的直線與所攝取圖像Ai(i=1～n)的交叉點。參照點5G的投影點40G位於參照點5G至攝像機2的直線與所攝像圖像Ai的交叉點。參照點5B的投影點40B位於參照點5B至攝像機2的直線與所攝取圖像Ai的交叉點。參照點5Y的投影點40Y位於參照點5Y至攝像機2的直線與所攝取圖像Ai的交叉點。這些投影點是攝像機2在所求出的候補位置x、y、z和候補旋轉角α，β，γ對參照點5R、5G、5B、5Y攝像便能獲得的所攝取圖像Ai上的參照點位置。在實際攝取的圖像Ai上，存在圖11所示步驟S31提取的參照點41。存在與投影點40G完全一致的參照點41，還存在與投影點40B和40Y大致一致的參照點41，但不存在與投影點40B完全或大致一致的參照點。
例如，圖28所示的攝像圖像Ai上，3個投影點40與提取出的參照點41完全一致。其他投影點40與所提取出的參照點41不完全一致，但在7個投影點40附近(用虛線表示)存在提取出的參照點41。餘下一個投影點40的附近不存在所提取的參照點。
此外，圖29所示的攝取圖像Ai上，4個投影點40與所提取出的參照點41完全一致。其他投影點40與所提取出的參照點41不完全一致，而且在其附近也不存在所提取出的參照點。
另外，圖28和圖29中，加在投影點40附近的標號r、g、b、y分別表示與該投影點對應的參照頁1上參照點的彩色(紅色、綠色、藍色、黃色)。而提取出的參照點41附近加上的標點R、G、B、Y分別表示該提取出的參照點的彩色(紅色、綠色、藍色、黃色)。
接下來，如圖26所示，在步驟S362，對投影點40或位於其附近的參照點41計數。具體來說，對所提取的參照點41中距投影點40在規定距離以內的參照點41計數。例如在圖28所示的攝取圖像Ai場合，該計數為10。在圖29所示的攝取圖像Ai場合，該計數為4。該計數越多，所求出的候補位置x、y、z和候補旋轉角α，β，γ為正解的可能性越高，反之，該計數越少，其可能性就越低。但由於將實際參照點的位置分配給圖11所示步驟33所選定的3個參照點，因而至少3個投影點40與提取出的參照點41完全一致。
接著在步驟S363，在圖13所示霍夫表相應位置增加該計數。由此，對於正解可能性越是高的候補x，y，z，α，β，γ進行加權時賦予越高點數。這裡，計數是按原數值賦予的，但也可以賦予與計數對應的點數(例如與計數成正比的點數)。
綜上所述，按照本實施例4，由於賦予正解可能性高的候補x，y，z，α，β，γ越是高的點數，因而攝像機2攝像位置的計算精度進一步提高。在圖11所示的步驟S34～S37中，是分配參照頁1上全部參照點5R、5G、5B、5Y的位置，即全部三維候補座標，對於所求出的攝像機2的候補位置x，y，z和候補旋轉角α，β，γ增加1點的，但採用如圖16或圖19所示的具有立體結構的參照物體20或22時，有時無法從步驟S35求出的位置對步驟S34分配的參照點進行攝像。這種場合，所分配的參照點位置明顯是錯誤的，因此，不應向由此求出的攝像機2的候補位置x，y，z和候補旋轉角α，β，γ賦予點數。因此，最好判斷是否能夠攝取按求出的候補位置x，y，z和候補旋轉角α，β，γ分配的參照點，只有能夠攝取時才在霍夫表相應位置增加點數。
本發明實施例5，在圖11所示步驟S35與步驟S36之間插入圖30所示的步驟S351a和S352a。在圖11步驟S35計算攝像機2候補位置x，y，z和候補旋轉角α，β，γ之後，在圖30步驟S351a計算表示攝像機2攝像方向的姿態向量C與所分配的參照點Pi的法線向量Ri的內積C·Ri。如圖31所示，形成於該參照物體20的各參照各21按屬性給定法線向量R。形成於面A0上的參照點21的法線向量R與面A0正交，形成於面B1上的參照點21的法線向量R與面B1正交。而且形成於面B2上的參照點21的法線向量R與面B2正交。攝像機2的視線向量與圖12所示的攝像機2的y』軸方向一致。這樣，按屬性給定法線向量R的參照點21當中步驟S34分配的參照點Pi其法線向量Ri成為步驟S351a中內積的計算對象。
接著在步驟S352a判斷內積C·Ri是否是負值。內積C·Ri負時表明能夠對所分配的參照點Pi攝像，內積C·Ri正時表明不能夠對所分配的參照點Pi攝像。圖31中，能夠攝取面A0上的參照點21，但不能攝取面B1和面B2上的參照點21。因而，圖11所示的步驟S34分配的3個參照點P1、P2、P3全部能夠攝取時，轉移至步驟S36處理，而參照點P1、P2、P3任意一個不能攝取時，則轉移至步驟S37處理。因而，僅在所分配的參照點Pi能夠攝取時，在霍夫表相應位置上增加1點。
綜上所述，按照本實施例5，計算攝像機2的視線向量C與參照點Pi的法線向Ri的內積，按照該計算結果，僅在參照點Pi能夠攝像時進行投票處理，因而，根據不能夠攝像的參照點Pi計算得出的攝像機2的位置x，y，z和旋轉角α，β，γ從候補當中排除在外，因此，攝像機2位置計算精度進一步提高。
另外，這裡是在內積C·Ri為負的場合轉移至步驟S36處理的，但也可以轉移至圖26所示的步驟S361～S363進行處理來代替步驟S36。本發明實施例6判斷是否能夠按與上述實施例5不同的方法求出的候補位置x，y，z和候補旋轉角α，β，γ對所分配的參照點Pi攝像。圖32所示的步驟S351b和S352b與上述實施例5相同，插入圖11所示步驟S35與步驟S36之間。在圖11步驟S35計算攝像機2的候補位置x，y，z和候補旋轉角α，β，γ之後，在圖32步驟S351b根據該求出的候補x，y，z，α，β，γ計算步驟S34分配的參照點Pi開始延伸的錐狀盲區。如圖33所示，這裡計算的錐狀盲區42以參照點21為頂點，按攝像機2至遠方方向延伸。
接著在步驟S352b判斷所分配的參照點Pi是否在盲區42外面。參照點Pi在盲區42外面時，表明能夠在步驟S35求出的位置x，y，z和旋轉角α，β，γ攝取該參照點Pi，參照點Pi在盲區42以內時，表明不能攝取該參照點Pi。因而，所分配的3個參照點Pi全部在盲區以外時，轉移至步驟S36進行處理，參照點Pi中任意一個在盲區42以內時，轉移至步驟S37進行處理。因此，僅當參照點Pi在盲區42以外時，霍夫表相應位置才增加1點。
圖33中，面B1上參照點21位於面B4上參照點21的盲區42以內，所以該面B1上的參照點21的三維座標分配給步驟S33選定的參照點Pi時，由於該分配是錯誤的，因而由此求出的攝像機2的候補位置x，y，z和候補旋轉角α，β，γ被排除在步驟36投票處理對象之外。
綜上所述，按照該實施例6，僅當步驟34分配的參照點21位於根據攝像機2視線向量C設定的參照點21開始延伸的錐狀盲區42以外時，才進行步驟S36的投票處理，因而在攝像機2位置計算精度進一步提高。
另外，這裡是參照點Pi位於盲區42以外時便轉移至步驟S36進行處理的，但也可以轉移至圖26所示的步驟S361～S363進行處理來代替步驟S36。圖11所示的步驟S39中求的是表示攝像機2攝像位置和姿態的參數x，y，z，α，β，γ，但也可以令該參數x，y，z，α，β，γ為初始值，通過最小二乘法來求出計算精度更高的參數x，y，z，α，β，γ。這時，反覆進行計算以便上述計算上的投影點40與實際從所攝取圖像提取的參照點41之間距離(誤差)較小，但為此需要在投影點40與提取出的參照點41之間加上對應。用具有立體結構的參照物體時，最好按步驟S39求出的攝像機2的位置和姿態預先區別能夠攝像的參照點和不能攝像的參照點，僅對能夠攝像的參照點，與實際從所攝取圖像當中提取出的參照點加上對應。
具體來說，圖11所示的步驟S39之後進行圖34所示步驟S61～S67的處理。該步驟S61～S67也還是計算機生成對象物體立體模型用的程序，並記錄於CD-ROM4。
參照圖34，首先在步驟S61～S64按步驟S39求出的攝像機2位置和姿態判斷能夠攝像的參照點，將能夠攝像的參照點作為後續步驟S65～S67的誤差評價對象，將不能攝像的參照點從誤差評價對象排除在外。例如圖35中參照物體20面A0上參照點21能夠攝像，但面B1和B2上參照點21不能攝像。所以，僅僅是面A0上的參照點21為誤差評價對象。具體來說，在步驟S61計算攝像機2的視線向量C與參照物體20上任意一個參照點i的法線Ri的內積C·Ri。
接著在步驟S62，該內積C·Ri為負，該參照點i便能夠攝取，在步驟S63作為誤差評價對象。而內積C·Ri為正，該參照點i便無法攝像，而無法作為誤差評價對象。在步驟S64判斷是否對全部參照點進行過這種區別處理，對於全部參照點區別處理結束時，轉移至下一步驟S65進行處理。
接下來，在步驟S65根據步驟S39求出的表示攝像機2位置和姿態的參數x，y，z，α，β，γ分別計算參照物體20上參照點21至所攝取圖像Ai上的投影點40的位置。這裡，僅僅計算與步驟S61～S64中作為誤差評價對象的參照點i所對應的投影點40。另外，如後面述及將全部參照點作為誤差評價對象的場合，分別計算全部參照點至所攝取圖像Ai上的投影點的位置。
圖36示出的所攝取圖像Ai上示出了全部參照點21所對應的投影點40，和圖11所示步驟S31提取出的參照點41。投影點40當中，僅對於能夠攝像的參照點21所對應的投影點40，用虛線示出其附近。這裡，僅僅4個投影點40為後面述及的誤差評價對象。
接著在步驟S66中，計算步驟S65計算出的投影點40與所提取的參照點41當中位於其附近的參照點之間的距離di。
接下來在步驟S67，修改步驟S39確定的參數x，y，z，α，β，γ，以便按照非線性最小二乘法距離di的總和為最小。對於非線性最小二乘法，可以採用例如公知的Levenberg-Marquardt法。這種方法在例如W．H．Press「NumericalRecipe in C」(「C的數字方法」)，技術評論社，pp．503～510中有詳細說明。
綜上所述，按照本實施例7，可以用非線性最小二乘法使計算上的投影點40與實際提取出的參照點41之間的誤差為最小，因而最終求出的參數x，y，z，α，β，γ的計算精度進一步提高。此時，由於將參照物體20上參照點21當中無法攝像的參照點排除在誤差評價對象之外，上述計算精度進一步提高。
另外，這裡僅僅將能夠攝像的參照點作為誤差評價對象，但用圖1所示平面上的參照頁1時，也能夠將全部參照點作為誤差評價對象。
權利要求
1．一種三維造型裝置，生成對象物體的立體模型，其特徵在於包括不規則配置的多個參照對象；對所述對象物體連同所述參照對象一起進行攝像以獲得物體圖像的攝像手段；參照所述物體圖像中的參照對象，計算所述攝像手段攝像位置的攝像位置計算手段；以及根據所述物體圖像和所述攝像位置生成所述立體模型的生成手段。
2．如權利要求1所述的三維造型裝置，其特徵在於，所述多個參照對象不規則且非對稱配置。
3．如權利要求1或2所述的三維造型裝置，其特徵在於，所述多個參照對象具有多個屬性。
4．如權利要求1至3中任一項所述的三維造型裝置，其特徵在於，所述參照對象形成為參照頁。
5．如權利要求1至3中任一項所述的三維造型裝置，其特徵在於，所述參照對象形成為具有立體結構的參照物體。
6．如權利要求1至5中任一項所述的三維造型裝置，其特徵在於，所述攝像位置計算手段包括從所述物體圖像當中提取所述攝取的參照對象的提取手段；從所述提取的參照對象當中選擇多個參照對象的選擇手段；將所述配置的多個參照對象中的任意一個同每一所述選定的參照對象加上對應，並將該加上對應的參照對象的位置分配作為候補位置的分配手段；根據所述參照對象的候補位置計算所述攝像手段的候補攝像位置的候補計算手段；賦予所述候補攝像位置評價值的評價手段；以及將所述計算得出的多個候補攝像位置當中評價值最大的候補攝像位置確定為所述攝像手段攝像位置的決定手段。
7．如權利要求1至3中任一項所述的三維造型裝置，其特徵在於，所述參照對象形成為具有立體結構的參照物體，所述攝像位置計算手段包括從所述物體圖像當中提取所述攝取的參照對象的提取手段；從所述提取的參照對象當中選擇多個參照對象的選擇手段；將所述配置的多個參照對象中的任意一個同每一所述選定的參照對象加上對應，並將該加上對應的參照對象的位置分配作為候補位置的分配手段；根據所述參照對象的候補位置計算所述攝像手段的候補攝像位置的候補計算手段；判斷所述攝像手段能否從所述候補攝像位置對所述分配的參照對象攝像的判斷手段；判定所述攝像手段能夠對所述分配的參照對象攝像時，賦予所述候補攝像位置評價值的評價手段；以及將所述計算得出的多個候補攝像位置當中評價值最大的候補攝像位置確定為所述攝像手段攝像位置的決定手段。
8．如權利要求6或7所述的三維造型裝置，其特徵在於，所述評價手段包括根據所述候補攝像位置分別計算所述配置的多個參照對象至所述物體圖像上的多個投影點位置的投影點計算手段；對所述提取的參照對象當中距所述投影點在規定距離以內的參照對象計數的計數手段；以及賦予所述候補攝像位置以與計數得出的參照對象個數相對應的評價值的加權手段。
9．如權利要求6至8中任一項所述的三維造型裝置，其特徵在於，所述攝像位置計算手段還包括根據所述確定的攝像位置分別計算所述配置的多個參照對象至所述物體圖像上的多個投影點位置的投影點計算手段；計算所述投影點和所述提取的參照對象當中位於其附近的參照對象之間距離的距離計算手段；以及修改所述確定的攝像位置使得基於所述距離的評價值較小的修改手段。
10．如權利要求1至9中任一項所述的三維造型裝置，其特徵在於，還包括重新將別的參照對象設定在所述物體圖像中參照對象位置以外的位置的設定手段。
11．如權利要求1至10中任一項所述的三維造型裝置，其特徵在於還包括存儲所述攝像位置的存儲手段；以及通知所述攝像手段的攝像人員所述存儲手段存儲的攝像位置以外的位置的通知手段。
12．一種三維造型方法，生成對象物體的立體模型，其特徵在於包括不規則配置多個參照對象的步驟；用攝像手段對所述對象物體連同所述參照對象一起進行攝像，以獲得物體圖像的步驟；參照所述物體圖像中的參照對象，計算所述攝像手段攝像位置的步驟；以及根據所述物體圖像和所述攝像位置生成所述立體模型的步驟。
13．如權利要求12所述的三維造型方法，其特徵在於，所述參照對象形成為具有立體結構的參照物體。
14．如權利要求12所述的三維造型方法，其特徵在於，所述參照對象形成為具有立體結構的參照物體，所述攝像位置的計算步驟包括從所述物體圖像當中提取所述攝取的參照對象的步驟；從所述提取的參照對象當中選擇多個參照對象的步驟，將所述配置的多個參照對象中的任意一個同每一所述選定的參照對象加上對應，並將該加上對應的參照對象的位置分配作為候補位置的步驟；根據所述參照對象的候補位置計算所述攝像手段的候補攝像位置的步驟；判斷所述攝像手段能否從所述候補攝像位置對所述分配的參照對象攝像的步驟；判定所述攝像手段能夠對所述分配的參照對象攝像時，賦予所述候補攝像位置評價值的步驟；以及將所述計算得出的多個候補攝像位置當中評價值最大的候補攝像位置確定為所述攝像手段攝像位置的步驟。
15．如權利要求12至14中任一項所述的三維造型方法，其特徵在於，還包括重新將別的參照對象設定在所述物體圖像中參照對象位置以外的位置的步驟。
16．如權利要求12至15中任一項所述的三維造型方法，其特徵在於還包括存儲所述攝像位置的步驟；以及通知所述攝像手段的攝像人員所述存儲的攝像位置以外的位置的步驟。
全文摘要
本發明採用一不規則且非對稱配置有參照點的參照頁,將對象物體置於其上,用攝像機對對象物體連同參照點一起進行攝像。按霍夫變換法根據由此得到的物體圖像中參照點的位置計算攝像機攝像位置。根據這樣得到的物體圖像和攝像位置生成立體模型。因此,可以提供一種不需要轉臺,簡易且價廉的三維造型裝置。
文檔編號G01B11/00GK1206159SQ9811670
公開日1999年1月27日 申請日期1998年7月23日 優先權日1997年7月23日
發明者松本幸則, 迪特芮特, 寺崎肇, 杉本和英, 荒川勉 申請人:三洋電機株式會社