JP2001082940A - Apparatus and method for generating three-dimensional model - Google Patents

Apparatus and method for generating three-dimensional model

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JP2001082940A
JP2001082940A JP26109999A JP26109999A JP2001082940A JP 2001082940 A JP2001082940 A JP 2001082940A JP 26109999 A JP26109999 A JP 26109999A JP 26109999 A JP26109999 A JP 26109999A JP 2001082940 A JP2001082940 A JP 2001082940A
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JP
Japan
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light
pattern light
dimensional
pattern
irradiating
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JP26109999A
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Japanese (ja)
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Yukinori Matsumoto
幸則 松本
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain three-dimensional shape data and color data on a subject at the same time for three-dimensional modeling. SOLUTION: A subject 100 is irradiated with pattern light from a pattern irradiating part 10 and a pattern is photographed by right and left cameras 14R, 14L to obtain data about the three-dimensional shape of the subject 100. The subject 100 is also photographed by a camera 16 to obtain data about the colors of the subject 100. A polarizing plate 12 is provided at the front of the pattern irradiating part 10 and a polarizing plate 18 is provided at the front of the camera 16. The polarizing directions of the polarizing plates 12, 18 are set at right angles to each other to enable the camera 16 to obtain the color data without being affected by the pattern light, to thereby obtain the three-dimensional shape data and the color data at the same time.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は立体モデル生成装置
及び方法、特に対象物のデータ入力を短時間で行う技術
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and method for generating a three-dimensional model, and more particularly to a technique for inputting data of an object in a short time.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、実在する3次元物体の3次元
形状をパーソナルコンピュータやワークステーションな
どのコンピュータに入力し、CG等に応用している。3
次元形状のコンピュータへの入力技術、すなわち3次元
物体の3次元形状データ作成は、一般に3次元モデリン
グと称している。
2. Description of the Related Art Conventionally, the three-dimensional shape of a real three-dimensional object is input to a computer such as a personal computer or a workstation, and is applied to CG and the like. Three
A technique for inputting a three-dimensional shape into a computer, that is, creating three-dimensional shape data of a three-dimensional object is generally called three-dimensional modeling.

【0003】3次元モデリングの方法としては、レーザ
光を用いて三角測量の原理で対象物体の3次元形状を測
定する方法、対象物のシルエット情報を用いて3次元形
状を測定する方法、などがある。
As a method of three-dimensional modeling, there are a method of measuring a three-dimensional shape of a target object based on the principle of triangulation using a laser beam, a method of measuring a three-dimensional shape using silhouette information of the target object, and the like. is there.

【0004】これらの方法においては、3次元形状デー
タのみを取得するものや、対象物体の色情報も含めて取
得するものがある。後者に関しては、3次元形状は通常
複数のポリゴン(微小平面)で表現され、これらのポリ
ゴンに対してカメラなどで取得した色彩データを割り当
てる(マッピング)ことで、任意の視点から見た3次元
画像を生成することができる。
Some of these methods acquire only three-dimensional shape data, and others acquire color information of a target object. With respect to the latter, a three-dimensional shape is usually represented by a plurality of polygons (small planes), and color data acquired by a camera or the like is assigned to these polygons (mapping), so that a three-dimensional image viewed from an arbitrary viewpoint is obtained. Can be generated.

【0005】3次元形状データを取得する方法として
は、接触式と非接触式があり、非接触式はさらに受動法
と能動法に分けることができる。能動法は対象物に対し
て何らかの特殊な光を当て、これを観測することにより
対象物の形状を認識するものであり、上述したレーザ光
を用いる場合の他、能動ステレオ法等がある。能動ステ
レオ法の場合、パターン光(例えばランダムパターン)
を対象物に照射し、これを複数の視点からカメラで撮影
する。そして得られた各画像で対応関係を求め、三角測
量の原理から各点の奥行き情報(3次元情報)を求め
る。また、受動法の一つであるシルエット法では、対象
物体を複数の方向から撮影し、これらの2次元画像のシ
ルエットを求める。そして、得られたシルエットを制約
条件とし、この条件を満たすような3次元物体の存在領
域を求める。なお、シルエット法では、シルエット輪郭
に現れない凹部については正確にモデリングできないと
いう問題点があるため、一般的には能動法の方が品質の
良い形状データが得られる傾向にある。
There are two methods for acquiring three-dimensional shape data: a contact method and a non-contact method. The non-contact method can be further divided into a passive method and an active method. The active method irradiates the object with some special light and recognizes the shape of the object by observing the light. There is an active stereo method and the like in addition to the above-described case using the laser light. In the case of the active stereo method, pattern light (for example, random pattern)
Is irradiated on the object, and this is photographed by a camera from a plurality of viewpoints. Then, a correspondence is obtained from each of the obtained images, and depth information (three-dimensional information) of each point is obtained from the principle of triangulation. In the silhouette method, which is one of the passive methods, a target object is photographed from a plurality of directions, and silhouettes of these two-dimensional images are obtained. Then, the obtained silhouette is used as a constraint condition, and an existing area of the three-dimensional object that satisfies the condition is obtained. In the silhouette method, there is a problem that a concave portion that does not appear in the silhouette outline cannot be accurately modeled. Therefore, in general, the active method tends to obtain shape data with higher quality.

【0006】ここで、別途パターン光を照射して3次元
形状データを得る場合、色彩情報にとってはこのような
パターン光は本来不要であるため、従来においてはまず
パターン光を対象物に照射して形状データを取得し、そ
の後パターン光の照射を停止して一般光の下で対象物の
色彩情報を取得していた。
Here, when three-dimensional shape data is obtained by separately irradiating pattern light, such pattern light is originally unnecessary for color information. The shape data is acquired, and then the irradiation of the pattern light is stopped to acquire the color information of the object under the general light.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】このように、従来にお
いては3次元形状データと色彩情報を同時に取得するこ
とができないため、最終的に3次元形状データと色彩デ
ータを取得するまで時間を要する問題があった。
As described above, conventionally, three-dimensional shape data and color information cannot be obtained at the same time, so that it takes time to finally obtain three-dimensional shape data and color data. was there.

【0008】また、対象物体が非静止物体の場合には、
形状データ取得と色彩情報取得に時間差が生じると、そ
れぞれの取得時間において対象物が同一状態にないおそ
れもあり、3次元形状データと色彩データを高精度に対
応させることが困難となる問題もあった。
When the target object is a non-stationary object,
If there is a time difference between the acquisition of the shape data and the acquisition of the color information, the objects may not be in the same state at each acquisition time, and there is also a problem that it is difficult to correspond the three-dimensional shape data and the color data with high accuracy. Was.

【0009】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みなされたものであり、その目的は、3次元形状データ
と色彩データを同時に取得することができる装置及び方
法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the related art, and has as its object to provide an apparatus and a method capable of simultaneously obtaining three-dimensional shape data and color data.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、3次元物体の3次元形状データ及び色彩
データを生成する立体モデル生成装置であって、前記3
次元物体に対してパターン光を照射する照射手段と、前
記3次元物体から反射した前記パターン光を受光するこ
とにより前記3次元形状データを取得するパターン光受
光手段と、前記3次元物体を撮影することにより前記色
彩データを取得する撮影手段とを有し、前記パターン光
は、前記撮影手段に対して不感特性を有することを特徴
とする。
According to the present invention, there is provided a three-dimensional model generating apparatus for generating three-dimensional shape data and color data of a three-dimensional object.
Irradiating means for irradiating the three-dimensional object with pattern light, pattern light receiving means for acquiring the three-dimensional shape data by receiving the pattern light reflected from the three-dimensional object, and photographing the three-dimensional object And a photographing unit for acquiring the color data, wherein the pattern light has an insensitive characteristic to the photographing unit.

【0011】また、前記照射手段は、第1の偏光方向を
有する第1偏光フィルタを含み、前記撮影手段は、前記
第1の偏光方向と垂直な第2の偏光方向を有する第2偏
光フィルタを含むことを特徴とする。
The irradiating means includes a first polarizing filter having a first polarizing direction, and the photographing means includes a second polarizing filter having a second polarizing direction perpendicular to the first polarizing direction. It is characterized by including.

【0012】また、前記照射手段は、前記撮影手段の感
度波長以外の波長領域のパターン光を照射することを特
徴とする。ここで、前記照射手段は、光源と、前記光源
からの光のうち、前記撮影手段の感度波長以外の波長領
域の光を選択的に透過するバンドパスフィルタとを有す
ることが好適である。
Further, the irradiating means irradiates pattern light in a wavelength region other than the sensitivity wavelength of the photographing means. Here, it is preferable that the irradiating unit includes a light source, and a bandpass filter that selectively transmits light in a wavelength region other than the sensitivity wavelength of the photographing unit, out of the light from the light source.

【0013】前記パターン光はコード化されたパターン
光とすることもできる。
[0013] The pattern light may be a coded pattern light.

【0014】また、本発明は、3次元物体の3次元形状
データを生成する立体モデル生成装置であって、前記3
次元物体に対してパターン光を照射する照射手段と、前
記3次元物体から反射した前記パターン光を受光するこ
とにより前記3次元物体形状データを取得するパターン
光受光手段とを有し、前記照射手段、パターン光受光手
段の組が前記3次元物体の周囲に複数設けられ、少なく
とも隣接する一方の前記パターン光は、他方の組の前記
パターン光受光手段に対して不感特性を有することを特
徴とする。
The present invention also provides a three-dimensional model generating apparatus for generating three-dimensional shape data of a three-dimensional object,
Irradiating means for irradiating the three-dimensional object with pattern light, and pattern light receiving means for acquiring the three-dimensional object shape data by receiving the pattern light reflected from the three-dimensional object; A plurality of sets of pattern light receiving means are provided around the three-dimensional object, and at least one of the adjacent pattern lights has insensitivity to the other set of pattern light receiving means. .

【0015】前記照射手段、パターン光受光手段及び撮
影手段の組が前記3次元物体の周囲に複数設けられ、少
なくとも隣接する組の一方の前記パターン光は、他方の
組の前記撮影手段に対して不感特性を有することが好適
である。ここで、前記隣接する組の一方の照射手段は、
第1の偏光方向を有する第1偏光フィルタを有し、前記
隣接する組の他方の照射手段は、前記第1の偏光方向と
垂直な第2の偏光方向を有する第2偏光フィルタを有す
ることが好適である。また、前記照射手段は、前記撮影
手段の感度波長以外の波長領域のパターン光を照射する
ことが好適である。
A plurality of sets of the irradiating means, the pattern light receiving means, and the photographing means are provided around the three-dimensional object, and at least one of the pattern lights of the adjacent set is transmitted to the other set of the photographing means. It is preferred to have a dead property. Here, one irradiation unit of the adjacent set includes
It has a first polarization filter having a first polarization direction, and the other irradiation means of the adjacent set has a second polarization filter having a second polarization direction perpendicular to the first polarization direction. It is suitable. Further, it is preferable that the irradiating unit irradiates pattern light in a wavelength region other than the sensitivity wavelength of the photographing unit.

【0016】本発明は、3次元物体の3次元形状データ
及び色彩データを生成する立体モデル生成方法も提供す
る。この方法は、前記3次元物体に対してパターン光を
照射する照射ステップと、前記3次元物体から反射した
前記パターン光を受光することにより前記3次元形状デ
ータを取得する形状データ取得ステップと、前記3次元
物体を撮影することにより前記色彩データを取得する撮
影ステップとを有し、前記パターン光は前記撮影ステッ
プにおいて用いられる撮影手段に対して不感特性を有す
ることを特徴とする。
The present invention also provides a three-dimensional model generation method for generating three-dimensional shape data and color data of a three-dimensional object. An irradiation step of irradiating the three-dimensional object with pattern light; a shape data obtaining step of obtaining the three-dimensional shape data by receiving the pattern light reflected from the three-dimensional object; A photographing step of acquiring the color data by photographing a three-dimensional object, wherein the pattern light has insensitivity to photographing means used in the photographing step.

【0017】また、前記照射ステップでは、前記パター
ン光を第1の偏光方向に偏光し、前記撮影ステップで
は、前記第1の偏光方向と垂直な第2の偏光方向の光を
撮影することを特徴とする。
In the irradiating step, the pattern light is polarized in a first polarization direction, and in the photographing step, light in a second polarization direction perpendicular to the first polarization direction is photographed. And

【0018】また、前記照射ステップでは、前記撮影手
段の感度波長以外の波長領域のパターン光を照射するこ
とを特徴とする。ここで、前記照射ステップでは、バン
ドパスフィルタにより前記撮影手段の感度波長以外の波
長領域の光を前記パターン光として選択して照射するこ
とが好適である。
Further, in the irradiating step, pattern light in a wavelength region other than the sensitivity wavelength of the photographing means is irradiated. Here, in the irradiating step, it is preferable that light in a wavelength region other than the sensitivity wavelength of the imaging unit is selected as the pattern light by a band-pass filter and irradiated.

【0019】前記パターン光はコード化されたパターン
光とすることができる。
The pattern light may be coded pattern light.

【0020】また、本発明は、3次元物体の3次元形状
データを生成する立体モデル生成方法であって、前記3
次元物体に対してパターン光を照射する照射ステップ
と、前記3次元物体から反射した前記パターン光を受光
手段で受光することにより前記3次元物体形状データを
取得する形状データ取得ステップとを有し、前記パター
ン光を前記3次元物体に対して複数方向から照射してそ
れぞれの反射光を受光手段で受光し、少なくとも隣接す
る2方向の前記パターン光は他方の受光手段に対して不
感特性を有することを特徴とする。
The present invention also relates to a three-dimensional model generating method for generating three-dimensional shape data of a three-dimensional object.
An irradiation step of irradiating the three-dimensional object with pattern light, and a shape data obtaining step of obtaining the three-dimensional object shape data by receiving the pattern light reflected from the three-dimensional object by a light receiving unit, The three-dimensional object is irradiated with the pattern light from a plurality of directions, and each reflected light is received by a light receiving means, and the pattern light in at least two adjacent directions has insensitivity to the other light receiving means. It is characterized by.

【0021】また、前記パターン光を前記3次元物体に
対して複数方向から照射してそれぞれに反射光を受光手
段で受光し、前記撮影を前記3次元物体に対して前記複
数方向から行い、少なくとも隣接する2方向の前記パタ
ーン光は他方の撮影手段に対して不感特性を有すること
を特徴とする。ここで、前記隣接する2方向のパターン
光の一方は第1の偏光方向の光であり、他方のパターン
光は前記第1の偏光方向と垂直な第2の偏光方向の光で
あることが好適である。また、前記パターン光は、前記
撮影手段の感度波長以外の波長領域の波長であることが
好適である。
Further, the pattern light is applied to the three-dimensional object from a plurality of directions, and reflected light is received by light receiving means. The photographing is performed on the three-dimensional object from the plurality of directions. The pattern light in two adjacent directions has an insensitive characteristic to the other photographing means. Here, it is preferable that one of the two adjacent pattern lights is light in a first polarization direction, and the other pattern light is light in a second polarization direction perpendicular to the first polarization direction. It is. Preferably, the pattern light has a wavelength in a wavelength region other than the sensitivity wavelength of the photographing unit.

【0022】本発明においては、3次元形状データを取
得するために対象物に照射するパターン光を、色彩デー
タを取得する撮影手段に対して不感特性に設定すること
で、パターン光の影響を受けずに色彩データを取得する
ことを可能とし、3次元形状データと色彩データの同時
取得を可能とする。ここで、不感特性とは、撮影手段の
感光範囲以外にパターン光の特性が存在することを意味
し、特性には波長や偏光方向が含まれる。
In the present invention, the influence of the pattern light is set by setting the pattern light to be irradiated on the object to acquire the three-dimensional shape data to be insensitive to the photographing means for acquiring the color data. It is possible to acquire color data without the need to obtain three-dimensional shape data and color data at the same time. Here, the dead characteristic means that the characteristic of the pattern light exists outside the photosensitive range of the photographing means, and the characteristic includes the wavelength and the polarization direction.

【0023】照射手段に第1偏光フィルタを設け、撮影
手段に第1偏光フィルタと垂直な偏光方向を有する第2
偏光フィルタを設けることで、第1の偏光方向を有する
パターン光は第2の偏光方向を有する光を感光する撮影
手段にとって不感となり、撮影手段はパターン光の影響
を受けることなく対象物の色彩データを取得することが
できる。
The irradiating means is provided with a first polarizing filter, and the photographing means is provided with a second polarizing filter having a polarization direction perpendicular to the first polarizing filter.
By providing a polarizing filter, the pattern light having the first polarization direction becomes insensitive to the photographing means that is sensitive to the light having the second polarization direction, and the photographing means is not affected by the pattern light and the color data of the object is not affected. Can be obtained.

【0024】照射手段から、撮影手段の感度波長(感光
波長)以外の波長を有するパターン光を照射することに
よっても、撮影手段にとってパターン光を不感とし、撮
影手段はパターン光の影響を受けることなく色彩データ
を取得、すなわち3次元形状データと色彩データの同時
取得が可能となる。照射手段から特定波長の光を照射す
るためには、光源にバンドパスフィルタを設け、特定の
波長の光のみを透過すればよい。パターン光にはレーザ
光も含まれる。
By irradiating pattern light having a wavelength other than the sensitivity wavelength (photosensitive wavelength) of the photographing means from the irradiation means, the pattern light is insensitive to the photographing means, and the photographing means is not affected by the pattern light. Acquisition of color data, that is, simultaneous acquisition of three-dimensional shape data and color data becomes possible. In order to irradiate light of a specific wavelength from the irradiating means, it is sufficient to provide a bandpass filter in the light source and transmit only light of a specific wavelength. Pattern light also includes laser light.

【0025】パターン光としては、ランダムパターンの
他、コード化されたパターン光を用いることもできる。
コード化されたパターン光を用いることで空間をパター
ン数に応じた解像度でコード化し、対象物の3次元形状
データをより容易に取得することができる。対象物の全
周囲について3次元形状データと色彩データを取得する
場合、対象物に対して複数の方向からパターン光を照射
する必要がある。パターン光を複数の方向から照射する
際には隣接する方向からのパターン光が互いに干渉して
しまうと、3次元形状データを取得することが不可能と
なる。そこで、一組の照射手段と撮影手段を不感特性と
するだけでなく、隣接する組の照射手段と撮影手段を不
感特性とすることで、複数方向についての3次元形状デ
ータと色彩データの同時取得を可能とすることができ
る。不感特性は、例えば隣接する計測ユニット組の一方
の照射手段と他方の照射手段の偏光フィルタの偏光方向
を互いに垂直とすることで得られ、隣接するパターン光
の干渉を防止し、隣接する組から同時にパターン光を照
射することができる。偏光フィルタの偏光方向を互いに
垂直とすることに加え、さらに、パターン光の波長を撮
影手段の感度波長(感光波長)以外とすることで、隣接
する方向からのパターン光の干渉を防ぐとともに、撮影
手段にとってパターン光の影響をなくし複数の方向につ
いて3次元形状データと色彩データの同時取得が可能と
なる。
As the pattern light, coded pattern light can be used in addition to the random pattern.
By using the coded pattern light, the space can be coded with a resolution corresponding to the number of patterns, and the three-dimensional shape data of the object can be more easily obtained. When acquiring three-dimensional shape data and color data for the entire periphery of an object, it is necessary to irradiate the object with pattern light from a plurality of directions. When irradiating the pattern light from a plurality of directions, if the pattern lights from adjacent directions interfere with each other, it becomes impossible to acquire three-dimensional shape data. Therefore, not only one set of irradiating means and photographing means is made insensitive, but also an adjacent set of irradiating means and photographing means is made insensitive, so that three-dimensional shape data and color data in multiple directions can be simultaneously obtained. Can be made possible. The dead characteristic is obtained, for example, by making the polarization directions of the polarizing filters of the one irradiation unit and the other irradiation unit of the adjacent measurement unit group perpendicular to each other, preventing interference of the adjacent pattern light, and Simultaneously, pattern light can be emitted. In addition to making the polarization directions of the polarizing filters perpendicular to each other, and by setting the wavelength of the pattern light to a wavelength other than the sensitivity wavelength (photosensitive wavelength) of the imaging means, it is possible to prevent interference of the pattern light from adjacent directions and to perform imaging. For the means, it is possible to eliminate the influence of the pattern light and obtain three-dimensional shape data and color data simultaneously in a plurality of directions.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0027】図1には、パターン光を照射する能動ステ
レオ法に適用した場合の概念構成図が示されている。パ
ターン照射部10が設けられ、対象物100に対して所
定のパターン光を照射する。パターン光は、例えば図2
に示されるようなランダムパターンとすることができ
る。パターン照射部10には、偏光フィルタ12が設け
られており、パターン照射部10から照射されたパター
ン光は偏光フィルタ12で所定の方向に偏光されて対象
物100に照射される。図では、偏光フィルタとしては
垂直偏光フィルタとし、垂直偏光のパターン光を対象物
100に照射している。
FIG. 1 shows a conceptual configuration diagram when applied to an active stereo method of irradiating pattern light. A pattern irradiator 10 is provided, and irradiates the target object 100 with predetermined pattern light. The pattern light is, for example, shown in FIG.
Can be a random pattern as shown in FIG. The pattern irradiating section 10 is provided with a polarizing filter 12, and the pattern light emitted from the pattern irradiating section 10 is polarized in a predetermined direction by the polarizing filter 12 and irradiates the object 100. In the figure, a vertical polarization filter is used as the polarization filter, and the target object 100 is irradiated with vertically polarized pattern light.

【0028】一方、パターン照射部10の近傍には、所
定間隔離間した2つのカメラ14R、14Lが配置され
ており、対象物100に照射されたパターンを撮影す
る。カメラ14R、14LはCCDカメラで構成するこ
とができる。2つのカメラ14R、14Lで得られた画
像はコンピュータ20に供給され、ステレオ法により対
象物100の3次元形状データを生成する。
On the other hand, two cameras 14R and 14L separated from each other by a predetermined distance are arranged in the vicinity of the pattern irradiating section 10, and photograph the pattern irradiating the object 100. The cameras 14R and 14L can be constituted by CCD cameras. The images obtained by the two cameras 14R and 14L are supplied to the computer 20, and generate three-dimensional shape data of the object 100 by a stereo method.

【0029】図3には、ステレオ法による3次元形状デ
ータの生成概念図が示されている。カメラ14Rとカメ
ラ14Lの相対位置は予め測定し、コンピュータ20に
供給しておく。コンピュータ20は、カメラ14Rで得
られた画像(画像R)とカメラ14Lで得られた画像
(画像L)で、対応関係を求める。対応関係は、例えば
ブロックマッチングにより求めることができる。すなわ
ち、画像を8×8画素のブロックに分割し、ブロック単
位で画像Rと画像Lを比較し、その差の絶対値の総和が
最小となる位置を最適な対応部とする。なお、ブロック
での比較は、エピポーラ拘束を用いて限定された範囲内
において行うことが効率的である。ここに、エピポーラ
拘束とは、画像R上の1つの画素Pの、画像Lにおける
対応点は、画素Pと画像Rのカメラ視点を結ぶ3次元直
線を仮定し、この直線がもう一方の画像Lに投影された
直線(エピポーラ線)上にのみ存在する拘束をいう。両
画像において、対象物100のある1点(実際には照射
したパターンのある1点)に対応する点を画像R及び画
像Lで算出した後、2つのカメラ14R、14Lの位置
関係から三角測量の原理で、対象物100のある1点の
3次元位置を算出することができる。以上の処理を対象
物100の複数の点について行うことで、3次元空間の
点群が得られ、隣接するもの同士を接続することで3次
元の面データを生成することができる。
FIG. 3 is a conceptual diagram of generating three-dimensional shape data by the stereo method. The relative positions of the cameras 14R and 14L are measured in advance and supplied to the computer 20. The computer 20 obtains a correspondence between the image (image R) obtained by the camera 14R and the image (image L) obtained by the camera 14L. The correspondence can be obtained by, for example, block matching. That is, the image is divided into blocks of 8 × 8 pixels, the image R and the image L are compared in block units, and the position where the sum of the absolute values of the differences is the minimum is determined as the optimal corresponding portion. In addition, it is efficient that the comparison in the block is performed within a limited range using the epipolar constraint. Here, the epipolar constraint means that a corresponding point of one pixel P on the image R in the image L is assumed to be a three-dimensional straight line connecting the pixel P and the camera viewpoint of the image R. Refers to a constraint that exists only on the straight line (epipolar line) projected on In both images, a point corresponding to one point of the object 100 (actually, one point of the irradiated pattern) is calculated using the image R and the image L, and then triangulation is performed based on the positional relationship between the two cameras 14R and 14L. According to the principle, a three-dimensional position of a certain point of the object 100 can be calculated. By performing the above processing for a plurality of points of the object 100, a point group in a three-dimensional space is obtained, and three-dimensional surface data can be generated by connecting adjacent points.

【0030】再び図1に戻り、以上のようにして2つの
カメラ14R、14Lから対象物100の3次元形状デ
ータを得ることができるが、さらに本実施形態ではカメ
ラ14R、14Lの近傍にカメラ16が配置され、対象
物100を撮影する。カメラ16もCCDカメラで構成
することができるが、カメラ16にはパターン照射部1
0に設けられている偏光フィルタ(垂直偏光フィルタ)
12とは偏光方向が垂直なフィルタ(水平偏光フィル
タ)18が設けられており、水平偏光のみを透過してカ
メラ16で撮影する。対象物100に照射されるパター
ン光は垂直偏光であるため、対象物100に対してパタ
ーン光が照射されていても、カメラ16ではこのパター
ン光を感知せず、対象物100からの水平偏光のみを感
知する。カメラ16で得られた対象物100の画像、す
なわち対象物100の色彩を含む画像は同様にコンピュ
ータ20に供給され、色彩データが抽出される。色彩デ
ータは、2次元座標上のデータとして抽出され、3次元
形状データを構成する面データの座標と対応させること
で、3次元形状データに付随する色彩データとなる。な
お、色彩データを3次元形状データと正確に対応させる
ためには、当然、カメラ16の、カメラ14R及び14
Lに対する相対位置が予め測定されている必要がある。
また、カメラ14R、14Lの位置と、カメラ16との
位置が十分近い方が好ましく(形状データを得る視点と
色彩データを得る視点がほぼ同一であることが必要)、
カメラ16を2つ用意し、それぞれに偏光フィルタを設
けてカメラ14R、14Lの近傍にそれぞれ配置するこ
とが好適である。
Referring back to FIG. 1, three-dimensional shape data of the object 100 can be obtained from the two cameras 14R and 14L as described above. In the present embodiment, the camera 16R is located near the cameras 14R and 14L. Are arranged, and the object 100 is photographed. The camera 16 can also be constituted by a CCD camera.
Polarization filter (vertical polarization filter) provided at 0
12 is provided with a filter (horizontal polarization filter) 18 whose polarization direction is vertical, and an image is taken by the camera 16 by transmitting only horizontal polarization. Since the pattern light applied to the object 100 is vertically polarized light, even if the object 100 is irradiated with the pattern light, the camera 16 does not sense the pattern light and only the horizontal polarized light from the object 100 is emitted. To sense. The image of the object 100 obtained by the camera 16, that is, the image including the color of the object 100 is similarly supplied to the computer 20, and the color data is extracted. The color data is extracted as data on two-dimensional coordinates, and becomes color data attached to the three-dimensional shape data by associating the data with the coordinates of surface data forming the three-dimensional shape data. In order to accurately associate the color data with the three-dimensional shape data, the cameras 14R and 14
The relative position to L needs to be measured in advance.
Further, it is preferable that the positions of the cameras 14R and 14L and the position of the camera 16 are sufficiently close (the viewpoint for obtaining the shape data and the viewpoint for obtaining the color data should be substantially the same),
It is preferable that two cameras 16 are prepared, a polarizing filter is provided for each of the cameras 16, and the cameras 16R and 14L are arranged near the cameras 14R and 14L, respectively.

【0031】このように、パターン光の偏光方向と色彩
情報を取得するカメラに入射する光の偏光方向を互いに
垂直とすることで、パターン光をカメラに対して不感光
に設定することができ、3次元形状データと色彩データ
を同時に取得することが可能となる。
As described above, by setting the polarization direction of the pattern light and the polarization direction of the light incident on the camera for acquiring color information to be perpendicular to each other, the pattern light can be set to be insensitive to the camera. It is possible to simultaneously acquire three-dimensional shape data and color data.

【0032】なお、本実施形態ではパターン照射部10
に設けられた偏光フィルタ12を垂直偏光フィルタ、カ
メラ16に設けられた偏光フィルタ18を水平偏光フィ
ルタ18としているが、もちろんこの逆でもよく、両フ
ィルタ12、18の偏光方向が互いに垂直であれば、偏
光方向の設定は任意でよい。
In this embodiment, the pattern irradiation unit 10
The polarization filter 12 provided in the camera 16 is a vertical polarization filter, and the polarization filter 18 provided in the camera 16 is a horizontal polarization filter 18. However, the reverse is also possible, as long as the polarization directions of both filters 12, 18 are perpendicular to each other. The setting of the polarization direction may be arbitrary.

【0033】また、図1において、カメラ14R、14
Lにもパターン照射部10に設けられた偏光フィルタ1
2と同一偏光方向のフィルタを設けることも好適であ
る。
In FIG. 1, cameras 14R, 14
The polarization filter 1 provided in the pattern irradiation unit 10 also in L
It is also preferable to provide a filter having the same polarization direction as 2.

【0034】また、図1では対象物100の一部の3次
元形状データ及び色彩データを取得する場合であるが、
対象物100の全3次元形状データ及び色彩データを取
得する場合には、図1に示されたパターン照射部10及
び偏光フィルタ12、2つのカメラ14R、14L、カ
メラ16及び偏光フィルタ18を1組とし、対象物10
0の周囲に複数組配置することで対象物100の全体の
3次元形状データ及び色彩データを得ることができる。
FIG. 1 shows a case where three-dimensional shape data and color data of a part of the object 100 are acquired.
When acquiring all three-dimensional shape data and color data of the object 100, the pattern irradiation unit 10 and the polarization filter 12, the two cameras 14R and 14L, the camera 16 and the polarization filter 18 shown in FIG. And the object 10
By arranging a plurality of sets around 0, three-dimensional shape data and color data of the entire object 100 can be obtained.

【0035】図4には、対象物100の周囲に複数組の
装置を配置した例が示されている。1つの組は、パター
ン照射部10、パターン照射部10の前に配置された偏
光フィルタ12、パターン照射部10の左右に配置され
たカメラ14R、14L、カメラ14R、14Lの近傍
に配置されたカメラ16、偏光フィルタ18から構成さ
れており、これらの組が3回対称の位置に合計3組配置
されている。合計3つのパターン照射部10から対象物
100に照射されたパターン光は互いに120度をなす
が、この場合、照射されたパターン光は一部干渉しあう
ことになる。しかし、ランダムパターンを照射する場
合、パターン自身に重要な意味はもたないため、この干
渉が重大な問題になることはない。一方、後述するよう
に意味のあるパターン光すなわちコード化されたパター
ン光を照射する場合、上記の干渉が問題となるが、この
場合の対処については後述する。
FIG. 4 shows an example in which a plurality of sets of devices are arranged around the object 100. One set includes a pattern irradiator 10, a polarizing filter 12 disposed in front of the pattern irradiator 10, cameras 14R and 14L disposed on the left and right of the pattern irradiator 10, and cameras disposed near the cameras 14R and 14L. 16, a polarization filter 18, and three sets of these sets are arranged at three-fold symmetrical positions. The pattern lights irradiated on the object 100 from the three pattern irradiation units 10 in total have 120 degrees with each other, but in this case, the irradiated pattern lights partially interfere with each other. However, when irradiating a random pattern, the pattern itself has no significant meaning, so this interference does not become a serious problem. On the other hand, when irradiating a meaningful pattern light, that is, a coded pattern light, as described later, the above-described interference becomes a problem, and a measure in this case will be described later.

【0036】また、図1では偏光フィルタ12、18を
用いてパターン光をカメラ16にとり不感光としたが、
パターン照射部10からカメラ16の感光波長以外の波
長のパターン光を照射してもよい。
In FIG. 1, the pattern light is taken by the camera 16 by using the polarizing filters 12 and 18 and made insensitive.
The pattern irradiating section 10 may irradiate pattern light having a wavelength other than the photosensitive wavelength of the camera 16.

【0037】図5には、このような場合の構成が示され
ている。パターン照射部11は、対象物100を撮影す
ることで色彩データを取得するカメラ16の感光帯(例
えば可視光帯)以外の波長(例えば赤外線や紫外線)の
パターン光を照射する。カメラ14Rや14Lはこのパ
ターン光の波長に対して感光特性を有するカメラ(赤外
線カメラなど)とすることで3次元形状データを取得
し、カメラ16はパターンを感知せず対象物100の色
彩データを取得する。この構成によれば、偏光フィルタ
12、18が不要となり、特に図4のように複数の装置
を対象物100の周囲に配置する場合にはシステム構成
を簡易化することができる。もちろん、パターン照射部
10、カメラ14R、14L及びカメラ16にそれぞれ
バンドパスフィルタを設け、パターン照射部10内の光
源、例えばハロゲンランプからの光をバンドパスフィル
タで特定の波長λ1のパターン光のみを透過して対象物
100に照射し、カメラ14R、14Lではこの波長λ
1の光を受光し、カメラ16ではλ1以外の波長の光を
受光する構成とすることもできる。但し、λ1として可
視領域の光を用いると、対象物100の色彩データをカ
メラ16で確実に得ることができなくなるので、λ1と
しては可視光の波長以外とすることが好適である。
FIG. 5 shows a configuration in such a case. The pattern irradiation unit 11 irradiates pattern light having a wavelength (for example, infrared light or ultraviolet light) other than the photosensitive band (for example, visible light band) of the camera 16 that acquires color data by photographing the object 100. The cameras 14R and 14L obtain three-dimensional shape data by using a camera (such as an infrared camera) having a photosensitive characteristic with respect to the wavelength of the pattern light, and the camera 16 does not detect the pattern and outputs color data of the object 100. get. According to this configuration, the polarizing filters 12 and 18 become unnecessary, and the system configuration can be simplified particularly when a plurality of devices are arranged around the object 100 as shown in FIG. Of course, a band-pass filter is provided for each of the pattern irradiation unit 10, the cameras 14R, 14L, and the camera 16, and light from a light source, for example, a halogen lamp in the pattern irradiation unit 10 is used to filter only the pattern light of a specific wavelength λ1 by the band-pass filter. The light passes through and irradiates the object 100, and the wavelength λ is used by the cameras 14R and 14L.
1 may be received, and the camera 16 may receive light having a wavelength other than λ1. However, if light in the visible region is used as λ1, the color data of the object 100 cannot be reliably obtained by the camera 16, so that λ1 is preferably a wavelength other than the wavelength of visible light.

【0038】また、上述した実施形態ではパターン照射
部10からランダムパターンを照射しているが、コード
化されたパターン光を照射することにより3次元形状デ
ータの取得を効率化することも可能である。
In the above-described embodiment, a random pattern is radiated from the pattern irradiating section 10, but it is also possible to increase the efficiency of acquiring three-dimensional shape data by irradiating coded pattern light. .

【0039】図6(A)〜(F)に、コード化されたパ
ターン光の一例が示されている。(A)は明の部分と暗
の部分が半々のパターンで、(B)、(C)、・・と順
次パターンのピッチが1/2となっていく。このような
パターン光を順次対象物に照射していく。図7には、パ
ターン光を順次照射した場合のコード例が示されてい
る。各パターンを8ビットのデータとみなすと、マスク
A(図6における(A))の明の部分が(1111)、
暗の部分が(0000)となり、8ビットで(1111
0000)となる。マスクB(図6における(B))は
同様にして(11001100)となり、マスクC(図
6における(C))は(10101010)となる。そ
して、マスクAをMSB(最上位ビット)、マスクCを
LSB(最下位ビット)とすると、3ビットの2進コー
ドを各々の分割領域に割り当てることができる。例え
ば、右端の領域に対しては(000)=0(10進)を
割り当て、左端の領域に対しては(111)=7(10
進)を割り当てることができる。このように、n個のパ
ターンを用いることで、nビットの2進コードを空間領
域に割り当てることができ、このコードにより空間を一
意に識別することができる。図6では合計6個のパター
ンを用いているため、64個の空間領域を一意に識別す
ることができる。対象物に対してこのようなパターン光
を照射して対象物のある点Pの空間領域が特定される
と、パターン照射部から点Pへの投光角度が算出でき、
カメラで得られたP点の位置と組み合わせることで、P
点の3次元位置を算出することができる。なお、空間コ
ード化による3次元位置計測の詳細に関しては、例えば
「三次元画像計測」(井口征士、佐藤宏介共著:昭晃
堂)を参照されたい。
FIGS. 6A to 6F show an example of coded pattern light. (A) is a pattern in which a light part and a dark part are halved, and the pitch of the pattern becomes (1 /), (C),. The object is irradiated with such pattern light sequentially. FIG. 7 shows a code example when pattern light is sequentially irradiated. Assuming that each pattern is 8-bit data, the bright portion of the mask A ((A) in FIG. 6) is (1111),
The dark part becomes (0000), and (1111)
0000). Similarly, the mask B ((B) in FIG. 6) becomes (11001100), and the mask C ((C) in FIG. 6) becomes (10101010). When the mask A is MSB (most significant bit) and the mask C is LSB (least significant bit), a 3-bit binary code can be assigned to each divided area. For example, (000) = 0 (decimal) is assigned to the rightmost area, and (111) = 7 (10) to the leftmost area.
Hex) can be assigned. As described above, by using the n patterns, an n-bit binary code can be assigned to the space area, and the space can be uniquely identified by the code. In FIG. 6, since a total of six patterns are used, 64 spatial regions can be uniquely identified. When the target object is irradiated with such pattern light and the spatial region of the point P of the target object is specified, the projection angle from the pattern irradiation unit to the point P can be calculated,
By combining with the position of point P obtained by the camera, P
The three-dimensional position of the point can be calculated. For details of three-dimensional position measurement by spatial coding, refer to, for example, “Three-dimensional image measurement” (by Seiji Iguchi and Kosuke Sato: Shokodo).

【0040】しかしながら、対象物の全体について3次
元形状データを取得すべく、コード化されたパターン光
を照射する計測装置を対象物の周囲に配置する場合、隣
接するパターンが互いに干渉して対象物に特有のパター
ンが発生し、空間を正確にコード化することができなく
なるおそれがあるので、パターン光を方向毎に順次照射
(a方向からパターン光を順次照射し、その後b方向か
らパターン光を順次照射)することが考えられるが、こ
の方法では各方向から同時にパターン光を照射すること
ができず、データ取得に時間を要することになる。
However, when a measuring device for irradiating the coded pattern light is arranged around the object in order to obtain three-dimensional shape data of the entire object, adjacent patterns interfere with each other and the object Pattern may be generated, and the space may not be coded accurately. Therefore, pattern light is sequentially emitted in each direction (pattern light is sequentially emitted from direction a, and then pattern light is emitted from direction b). (Sequential irradiation) can be considered, but this method cannot simultaneously irradiate pattern light from each direction, and it takes time to acquire data.

【0041】そこで、このようにコード化されたパター
ン光を用いる場合でも、偏光フィルタを巧みに用いて同
時にパターン光を照射できるようにするのが好適であ
る。
Therefore, even when the pattern light coded in this way is used, it is preferable that the pattern light can be irradiated simultaneously by skillfully using a polarizing filter.

【0042】図8には、コード化されたパターン光を用
いて対象物100全体の3次元形状データ及び色彩デー
タを得る場合の構成が示されている。4組の計測ユニッ
ト(U1、U2、U3、U4)が対象物100の周囲に
約90度毎の角度で配置されている。1つの計測ユニッ
トU1に着目すると、計測ユニットは形状情報取得ユニ
ット30及び色彩情報取得ユニット32から構成され、
形状情報取得ユニット30はパターン照射部30a、偏
光板30b、カメラ30c、偏光板30dから構成され
ている。偏光板30b、30dはそれぞれパターン照射
部30a、カメラ30cの前部に設けられており、パタ
ーン照射部30aからのパターン光を所定の方向に偏光
して対象物100に照射し、対象物100で反射した偏
光をカメラ30cで受光する。偏光板30bと30dの
偏光方向は同一である。パターン照射部30aは照射パ
ターン可変機構を有し、図6に示されたコード化された
パターン光を順次照射する。照射パターン可変機構とし
ては、例えば図6に示された複数のパターンを順次表示
する液晶パネルを用いることができ、光源からの光によ
り複数のパターンを対象物100に照射する。光源の波
長としては、可視光以外の波長領域、例えば赤外線を用
いることができる。可視光以外の波長領域を用いる理由
は、既述の実施形態と同様に、色彩データを取得するカ
メラ32aの感光帯以外の波長とすることで、カメラ3
2aにとってコード化されたパターン光を不感とし、3
次元形状データと色彩データの同時取得を可能とするた
めである。色彩情報取得ユニット32はカメラ32a及
びバンドパスフィルタ32bから構成されており、バン
ドパスフィルタ32bはカメラ32aの前部に設けられ
ている。バンドパスフィルタ32bは可視光のみを通過
するフィルタであり、赤外光をカットする。これによ
り、カメラ32aでは、赤外であるパターン光の影響を
受けず、対象物100の色彩データを確実に取得するこ
とができる。なお、バンドパスフィルタ32bは必須で
はない(図5参照)。他の計測ユニットについても同様
であり、例えば計測ユニットU2においてはパターン照
射部34a、カメラ34cの前部にそれぞれ設けられた
偏光板34b、34dの偏光方向は同一で、カメラ36
aの前部には赤外カット用のバンドパスフィルタ36b
が設けられている。
FIG. 8 shows a configuration in which three-dimensional shape data and color data of the entire object 100 are obtained by using coded pattern light. Four sets of measurement units (U1, U2, U3, U4) are arranged around the object 100 at an angle of about 90 degrees. Focusing on one measurement unit U1, the measurement unit includes a shape information acquisition unit 30 and a color information acquisition unit 32,
The shape information acquisition unit 30 includes a pattern irradiation unit 30a, a polarizing plate 30b, a camera 30c, and a polarizing plate 30d. The polarizing plates 30b and 30d are provided in front of the pattern irradiating unit 30a and the camera 30c, respectively, and irradiate the pattern light from the pattern irradiating unit 30a in a predetermined direction to irradiate the target 100 with the polarized light. The reflected polarized light is received by the camera 30c. The polarization directions of the polarizing plates 30b and 30d are the same. The pattern irradiation unit 30a has an irradiation pattern variable mechanism and sequentially emits the coded pattern light shown in FIG. As the irradiation pattern variable mechanism, for example, a liquid crystal panel that sequentially displays a plurality of patterns shown in FIG. 6 can be used, and the object 100 is irradiated with the plurality of patterns by light from a light source. As the wavelength of the light source, a wavelength region other than visible light, for example, infrared light can be used. The reason for using the wavelength region other than the visible light is that the wavelength is other than the photosensitive band of the camera 32a for acquiring color data, as in the above-described embodiment.
2a makes the coded pattern light insensitive and 3
This is to enable simultaneous acquisition of dimensional shape data and color data. The color information acquisition unit 32 includes a camera 32a and a bandpass filter 32b, and the bandpass filter 32b is provided in front of the camera 32a. The band-pass filter 32b is a filter that passes only visible light, and cuts infrared light. Accordingly, the camera 32a can reliably acquire the color data of the target object 100 without being affected by the infrared pattern light. Note that the bandpass filter 32b is not essential (see FIG. 5). The same applies to other measurement units. For example, in the measurement unit U2, the polarization directions of the polarizing plates 34b and 34d provided in front of the pattern irradiation unit 34a and the camera 34c are the same, and the camera 36
a band-pass filter 36b for infrared cut in front of a
Is provided.

【0043】各計測ユニットでは、コード化されたパタ
ーン光を照射して対象物100の3次元形状データを取
得すると同時に、対象物100に照射された一般光を受
光して対象物100の色彩データを取得する。すなわ
ち、パターン照射部30aから対象物100に順次照射
されたコード化パターンを赤外に感光するカメラ30c
で撮影し、3次元形状データを取得する。同時に、カメ
ラ32aで対象物の色彩データを取得する。
Each measurement unit irradiates coded pattern light to acquire three-dimensional shape data of the object 100, and at the same time, receives general light applied to the object 100 to obtain color data of the object 100. To get. That is, a camera 30c that exposes the coded pattern sequentially irradiated from the pattern irradiation unit 30a to the object 100 to infrared light.
To obtain three-dimensional shape data. At the same time, color data of the object is acquired by the camera 32a.

【0044】ところで、互いに180度の位置にある2
つの計測ユニット、具体的にはU1とU3、あるいはU
2とU4に関しては、パターン照射部30aから照射し
たパターン光とパターン照射部38aから照射したパタ
ーン光とは互いに干渉しない、言い換えれば、パターン
照射部30aからのパターン光とパターン照射部38a
からのパターン光がともに照射される対象物100の表
面は存在しないので(U2とU4に関しても同様)、パ
ターン光を同時に照射することが可能である。一方、隣
接する計測ユニット、例えばU1とU2に関しては、パ
ターン照射部30aからのパターン光とパターン照射部
34aからのパターン光が物理的な位置関係から干渉す
る可能性があるので、仮にパターン照射部30aの前部
に設けられた偏光板30bとパターン照射部34aの前
部に設けられた偏光板34bの偏光方向が同一である場
合には両パターン光を同時に照射することができず、効
率的にデータを取得することができない。
By the way, 2 which are 180 degrees from each other
One measuring unit, specifically U1 and U3 or U
Regarding 2 and U4, the pattern light emitted from the pattern irradiation unit 30a and the pattern light emitted from the pattern irradiation unit 38a do not interfere with each other, in other words, the pattern light from the pattern irradiation unit 30a and the pattern irradiation unit 38a
Since there is no surface of the target object 100 to which the pattern light is irradiated simultaneously (the same applies to U2 and U4), the pattern light can be irradiated simultaneously. On the other hand, with respect to adjacent measurement units, for example, U1 and U2, there is a possibility that the pattern light from the pattern irradiation unit 30a and the pattern light from the pattern irradiation unit 34a may interfere from a physical positional relationship. When the polarizing direction of the polarizing plate 30b provided in front of the pattern irradiating part 34a is the same as the polarizing direction of the polarizing plate 34b provided in front of the pattern irradiating part 34a, it is not possible to irradiate both pattern lights at the same time. Can not get the data.

【0045】そこで、本実施形態では、複数の計測ユニ
ットから同時にコード化されたパターン光を照射して同
時にデータを取得すべく、偏光板30b、34b、38
b、42bの偏光面を、隣接する偏光板の偏光方向が互
いに垂直となるように設定している。すなわち、例え
ば、以下のように偏光面を設定する。
Therefore, in the present embodiment, the polarizing plates 30b, 34b, and 38 are used in order to simultaneously irradiate coded pattern light from a plurality of measurement units and acquire data at the same time.
The polarization planes b and 42b are set so that the polarization directions of the adjacent polarizing plates are perpendicular to each other. That is, for example, the polarization plane is set as follows.

【0046】偏光板30b(偏光板30dも同様):水
平な偏光面 偏光板34b(偏光板34dも同様):垂直(鉛直)な
偏光面 偏光板38b(偏光板38dも同様):水平な偏光面 偏光板42b(偏光板42dも同様):垂直(鉛直)な
偏光面 このように設定することで、隣接する計測ユニットのコ
ード化されたパターン光は互いにその偏光面が垂直とな
るため、同時にパターン光を照射しても干渉することな
く各々独立に3次元形状データを取得することができ
る。なお、180度の位置にある偏光板(例えば偏光板
30bと38b)はその偏光方向が同一となるが、既述
したようにそもそも位置的に2つのパターン光が干渉す
ることはないので問題はない。したがって、計測ユニッ
トU1〜U4に関して順次コード化されたパターン光を
照射する必要がなく、計測ユニットU1〜U4から同時
にコード化されたパターン光を照射できる。これによ
り、同時に対象物100の3次元形状データ及び色彩デ
ータを取得することができ、対象物100の全周囲のデ
ータを短時間で効率的に取得することができる。
Polarizing plate 30b (same for polarizing plate 30d): horizontal polarizing surface Polarizing plate 34b (same for polarizing plate 34d): vertical (vertical) polarizing surface Polarizing plate 38b (same for polarizing plate 38d): horizontal polarized light Surface Polarizing plate 42b (similarly to polarizing plate 42d): Vertical (vertical) polarizing surface By setting in this way, the coded pattern lights of the adjacent measurement units have their polarizing planes perpendicular to each other, so that Even when pattern light is irradiated, three-dimensional shape data can be acquired independently without interference. The polarizing plates (for example, the polarizing plates 30b and 38b) located at the position of 180 degrees have the same polarization direction. However, as described above, there is no problem since the two pattern lights do not interfere in the first place. Absent. Therefore, it is not necessary to irradiate sequentially coded pattern lights for the measurement units U1 to U4, and the coded pattern lights can be simultaneously irradiated from the measurement units U1 to U4. Thereby, the three-dimensional shape data and the color data of the object 100 can be acquired at the same time, and the data of the entire periphery of the object 100 can be acquired efficiently in a short time.

【0047】図9及び図10には、従来の方法と本実施
形態の方法におけるパターン光照射のタイミングチャー
トが示されている。図9は従来のパターン照射であり、
(a)は計測ユニットU1、(b)は計測ユニットU2
の照射である。隣接する計測ユニットでの干渉を防止す
るために、互いに照射時間をずらせて照射せざるを得
ず、最終的なデータを取得するまでに時間を要すること
になる。これに対し、図10に示された本実施形態の方
法によれば、偏光方向を調整することで隣接する計測ユ
ニット間での干渉が防止されているため、隣接する計測
ユニットで同時にコード化されたパターン光を照射する
ことが可能となり、効率的にデータを取得することがで
きる。
FIGS. 9 and 10 show timing charts of pattern light irradiation in the conventional method and the method of the present embodiment. FIG. 9 shows conventional pattern irradiation.
(A) is a measuring unit U1, (b) is a measuring unit U2
Irradiation. In order to prevent interference between adjacent measurement units, irradiation must be performed with the irradiation times shifted from each other, and it takes time to obtain final data. On the other hand, according to the method of the present embodiment shown in FIG. 10, since the interference between the adjacent measurement units is prevented by adjusting the polarization direction, the encoding is performed simultaneously by the adjacent measurement units. This makes it possible to irradiate the patterned light, and data can be obtained efficiently.

【0048】なお、図8においては、コード化されたパ
ターン光を照射して対象物100の3次元形状データを
取得する場合について示したが、図4に示されるような
通常のパターン光(ランダムパターン光)を照射する場
合でも同様である。また、レーザ光を照射して対象物1
00の3次元形状データを取得することも可能である。
この場合、計測ユニットとしては、パターン照射部30
aの代わりにレーザ照射部、カメラ30cの代わりにレ
ーザ受光部を設ければよい。レーザ照射部は、レーザビ
ーム進行方向を制御する回転ミラーを備え、対象物10
0をスキャンする。回転ミラーとしてそれぞれ互いに直
交する軸を中心に回転する2つのミラーを用いること
で、レーザビームを偏向させ、対象物100を縦横双方
向にスキャンすることができる。レーザ受光部はCCD
やPSDを用いることができ、対象物100から反射さ
れたレーザ光を偏光板30dを介して受光する。3次元
形状データと色彩データの同時取得を可能とするため、
この場合にもレーザ光の波長としては可視光以外の領域
(例えば赤外)を用いることが好適である。そして、隣
接する計測ユニットの偏光板の偏光方向を互いに垂直と
することで、複数のレーザ光を照射しても互いのビーム
の干渉を防ぎ、正確に3次元形状データを取得すること
ができる。また、3次元形状データを取得するために、
ビーム状にレーザ光を照射するのではなく、例えば円筒
レンズを用いてライン状に整形し、ライン状のレーザ光
を対象物100に照射してもよい。この場合には、対象
物100を縦横にスキャンするための回転ミラーは1個
で済むことになる。
Although FIG. 8 shows the case where the coded pattern light is irradiated to obtain the three-dimensional shape data of the object 100, the normal pattern light (random light) as shown in FIG. The same applies when irradiating pattern light. The object 1 is irradiated with a laser beam.
It is also possible to acquire three-dimensional shape data of 00.
In this case, the pattern irradiation unit 30 is used as the measurement unit.
What is necessary is just to provide a laser irradiation part instead of a, and a laser light receiving part instead of the camera 30c. The laser irradiation unit includes a rotating mirror that controls the direction of travel of the laser beam.
Scan 0. By using two mirrors that rotate about axes orthogonal to each other as rotating mirrors, the laser beam is deflected, and the object 100 can be scanned in both vertical and horizontal directions. Laser receiving part is CCD
Or a PSD, and receives the laser light reflected from the object 100 via the polarizing plate 30d. To enable simultaneous acquisition of three-dimensional shape data and color data,
Also in this case, it is preferable to use a region other than visible light (for example, infrared) as the wavelength of the laser light. Then, by making the polarization directions of the polarizing plates of the adjacent measurement units perpendicular to each other, even if a plurality of laser beams are irradiated, interference between the beams is prevented, and three-dimensional shape data can be obtained accurately. Also, in order to obtain three-dimensional shape data,
Instead of irradiating the laser beam in the form of a beam, the object 100 may be shaped into a line by using, for example, a cylindrical lens and irradiating the object 100 with the linear laser beam. In this case, only one rotating mirror is required to scan the object 100 vertically and horizontally.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
3次元形状データと色彩データを同時に取得することが
でき、3次元モデリングの効率を上げることができる。
As described above, according to the present invention,
The three-dimensional shape data and the color data can be acquired simultaneously, and the efficiency of three-dimensional modeling can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 実施形態の概念構成図である。FIG. 1 is a conceptual configuration diagram of an embodiment.

【図2】 ランダムパターン光の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of random pattern light.

【図3】 ステレオ法による3次元形状データ取得の原
理説明図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of acquiring three-dimensional shape data by a stereo method.

【図4】 対象物の全周囲についての3次元形状データ
及び色彩データ取得の概念構成図である。
FIG. 4 is a conceptual configuration diagram of acquiring three-dimensional shape data and color data for the entire circumference of an object.

【図5】 他の実施形態の概念構成図である。FIG. 5 is a conceptual configuration diagram of another embodiment.

【図6】 コード化されたパターン光の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of coded pattern light.

【図7】 コード化されたパターン光を用いた空間コー
ド化の説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of spatial coding using coded pattern light.

【図8】 他の実施形態の概念構成図である。FIG. 8 is a conceptual configuration diagram of another embodiment.

【図9】 従来の照射タイミングチャートである。FIG. 9 is a conventional irradiation timing chart.

【図10】 図8における実施形態の照射タイミングチ
ャートである。
FIG. 10 is an irradiation timing chart of the embodiment in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 パターン照射部、12 偏光板、14R,14L
カメラ、16 カメラ、18 偏光板、20 コンピ
ュータ。
10 pattern irradiation part, 12 polarizing plates, 14R, 14L
Camera, 16 cameras, 18 polarizers, 20 computers.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA04 AA53 BB05 DD06 FF01 FF05 FF09 GG02 GG04 GG21 HH04 HH07 JJ03 JJ05 JJ16 JJ26 LL13 LL22 LL32 LL53 LL62 MM16 QQ13 QQ25 QQ27 5B050 BA04 BA09 DA07 5B057 AA20 BA02 CA13 DA11 5C061 AA25 AB03 AB24  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F-term (reference) 2F065 AA04 AA53 BB05 DD06 FF01 FF05 FF09 GG02 GG04 GG21 HH04 HH07 JJ03 JJ05 JJ16 JJ26 LL13 LL22 LL32 LL53 LL62 MM16 QQ13 QQ25 QQ27 5B10 5A0BA03 AB24

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 3次元物体の3次元形状データ及び色彩
データを生成する立体モデル生成装置であって、 前記3次元物体に対してパターン光を照射する照射手段
と、 前記3次元物体から反射した前記パターン光を受光する
ことにより前記3次元形状データを取得するパターン光
受光手段と、 前記3次元物体を撮影することにより前記色彩データを
取得する撮影手段と、 を有し、前記パターン光は、前記撮影手段に対して不感
特性を有することを特徴とする立体モデル生成装置。
1. A three-dimensional model generating apparatus for generating three-dimensional shape data and color data of a three-dimensional object, comprising: an irradiating means for irradiating the three-dimensional object with pattern light; A pattern light receiving unit that acquires the three-dimensional shape data by receiving the pattern light; and a photographing unit that acquires the color data by photographing the three-dimensional object. A three-dimensional model generation device, wherein the three-dimensional model generation device has insensitivity to the photographing means.
【請求項2】 請求項1記載の装置において、 前記照射手段は、第1の偏光方向を有する第1偏光フィ
ルタを含み、 前記撮影手段は、前記第1の偏光方向と垂直な第2の偏
光方向を有する第2偏光フィルタを含むことを特徴とす
る立体モデル生成装置。
2. The apparatus according to claim 1, wherein said irradiating means includes a first polarizing filter having a first polarization direction, and said photographing means includes a second polarization perpendicular to said first polarization direction. An apparatus for generating a three-dimensional model, comprising a second polarizing filter having a direction.
【請求項3】 請求項1記載の装置において、 前記照射手段は、前記撮影手段の感度波長以外の波長領
域のパターン光を照射することを特徴とする立体モデル
生成装置。
3. The three-dimensional model generating apparatus according to claim 1, wherein said irradiating means irradiates pattern light in a wavelength region other than a sensitivity wavelength of said photographing means.
【請求項4】 請求項3記載の装置において、 前記照射手段は、 光源と、 前記光源からの光のうち、前記撮影手段の感度波長以外
の波長領域の光を選択的に透過するバンドパスフィルタ
と、 を有することを特徴とする立体モデル生成装置。
4. The apparatus according to claim 3, wherein said irradiating means comprises: a light source; and a band-pass filter for selectively transmitting light in a wavelength region other than the sensitivity wavelength of said photographing means among light from said light source. A solid model generation device, comprising:
【請求項5】 請求項1記載の装置において、 前記パターン光はコード化されたパターン光であること
を特徴とする立体モデル生成装置。
5. The apparatus according to claim 1, wherein the pattern light is a coded pattern light.
【請求項6】 3次元物体の3次元形状データを生成す
る立体モデル生成装置であって、 前記3次元物体に対してパターン光を照射する照射手段
と、 前記3次元物体から反射した前記パターン光を受光する
ことにより前記3次元物体形状データを取得するパター
ン光受光手段と、 を有し、前記照射手段、パターン光受光手段の組が前記
3次元物体の周囲に複数設けられ、少なくとも隣接する
一方の前記パターン光は、他方の組の前記パターン光受
光手段に対して不感特性を有することを特徴とする立体
モデル生成装置。
6. A three-dimensional model generating apparatus for generating three-dimensional shape data of a three-dimensional object, comprising: an irradiating unit for irradiating the three-dimensional object with pattern light; and the pattern light reflected from the three-dimensional object. And a pattern light receiving means for acquiring the three-dimensional object shape data by receiving the light. The plurality of sets of the irradiating means and the pattern light receiving means are provided around the three-dimensional object, and at least one of the adjacent sets is provided. Wherein the pattern light has a characteristic insensitive to the other set of the pattern light receiving means.
【請求項7】 請求項1、5のいずれかに記載の装置に
おいて、 前記照射手段、パターン光受光手段及び撮影手段の組が
前記3次元物体の周囲に複数設けられ、 少なくとも隣接する組の一方の前記パターン光は、他方
の組の前記撮影手段に対して不感特性を有することを特
徴とする立体モデル生成装置。
7. The apparatus according to claim 1, wherein a plurality of sets of the irradiating unit, the pattern light receiving unit, and the photographing unit are provided around the three-dimensional object, and at least one of adjacent sets is provided. Wherein said pattern light has insensitivity to the other set of said photographing means.
【請求項8】 請求項7記載の装置において、 前記隣接する組の一方の照射手段は、第1の偏光方向を
有する第1偏光フィルタを有し、 前記隣接する組の他方の照射手段は、前記第1の偏光方
向と垂直な第2の偏光方向を有する第2偏光フィルタを
有することを特徴とする立体モデル生成装置。
8. The apparatus of claim 7, wherein one of the irradiating means of the adjacent set has a first polarizing filter having a first polarization direction, and the other irradiating means of the adjacent set is A three-dimensional model generation device comprising a second polarization filter having a second polarization direction perpendicular to the first polarization direction.
【請求項9】 請求項8記載の装置において、 前記照射手段は、前記撮影手段の感度波長以外の波長領
域のパターン光を照射することを特徴とする立体モデル
生成装置。
9. The three-dimensional model generating apparatus according to claim 8, wherein said irradiating means irradiates pattern light in a wavelength region other than the sensitivity wavelength of said photographing means.
【請求項10】 3次元物体の3次元形状データ及び色
彩データを生成する立体モデル生成方法であって、 前記3次元物体に対してパターン光を照射する照射ステ
ップと、 前記3次元物体から反射した前記パターン光を受光する
ことにより前記3次元形状データを取得する形状データ
取得ステップと、 前記3次元物体を撮影することにより前記色彩データを
取得する撮影ステップと、 を有し、前記パターン光は前記撮影ステップにおいて用
いられる撮影手段に対して不感特性を有することを特徴
とする立体モデル生成方法。
10. A three-dimensional model generating method for generating three-dimensional shape data and color data of a three-dimensional object, comprising: an irradiation step of irradiating the three-dimensional object with pattern light; A shape data acquiring step of acquiring the three-dimensional shape data by receiving the pattern light; and a photographing step of acquiring the color data by photographing the three-dimensional object. A method of generating a three-dimensional model, wherein the three-dimensional model has an insensitive characteristic to a photographing unit used in a photographing step.
【請求項11】 請求項10記載の方法において、 前記照射ステップでは、前記パターン光を第1の偏光方
向に偏光し、 前記撮影ステップでは、前記第1の偏光方向と垂直な第
2の偏光方向の光を撮影することを特徴とする立体モデ
ル生成方法。
11. The method according to claim 10, wherein, in the irradiating step, the pattern light is polarized in a first polarization direction, and in the photographing step, a second polarization direction perpendicular to the first polarization direction is provided. A stereo model generation method characterized by taking a picture of light.
【請求項12】 請求項10記載の方法において、 前記照射ステップでは、前記撮影手段の感度波長以外の
波長領域のパターン光を照射することを特徴とする立体
モデル生成方法。
12. The three-dimensional model generation method according to claim 10, wherein, in the irradiating step, pattern light in a wavelength region other than the sensitivity wavelength of the photographing unit is irradiated.
【請求項13】 請求項12記載の方法において、 前記照射ステップでは、バンドパスフィルタにより前記
撮影手段の感度波長以外の波長領域の光を前記パターン
光として選択して照射することを特徴とする立体モデル
生成方法。
13. The method according to claim 12, wherein, in the irradiating step, light in a wavelength region other than the sensitivity wavelength of the photographing means is selected as the pattern light by a band-pass filter and irradiated. Model generation method.
【請求項14】 請求項10記載の方法において、 前記パターン光はコード化されたパターン光であること
を特徴とする立体モデル生成方法。
14. The method according to claim 10, wherein the pattern light is a coded pattern light.
【請求項15】 3次元物体の3次元形状データを生成
する立体モデル生成方法であって、 前記3次元物体に対してパターン光を照射する照射ステ
ップと、 前記3次元物体から反射した前記パターン光を受光手段
で受光することにより前記3次元物体形状データを取得
する形状データ取得ステップと、 を有し、前記パターン光を前記3次元物体に対して複数
方向から照射してそれぞれの反射光を受光手段で受光
し、少なくとも隣接する2方向の前記パターン光は他方
の受光手段に対して不感特性を有することを特徴とする
立体モデル生成方法。
15. A three-dimensional model generating method for generating three-dimensional shape data of a three-dimensional object, comprising: irradiating the three-dimensional object with pattern light; and the pattern light reflected from the three-dimensional object. And a shape data obtaining step of obtaining the three-dimensional object shape data by receiving the three-dimensional object shape data by receiving the reflected light by receiving the reflected light by irradiating the three-dimensional object with the pattern light from plural directions. A three-dimensional model generating method, wherein the pattern light in at least two adjacent directions has insensitivity to the other light-receiving means.
【請求項16】 請求項10、14のいずれかに記載の
方法において、 前記パターン光を前記3次元物体に対して複数方向から
照射してそれぞれに反射光を受光手段で受光し、前記撮
影を前記3次元物体に対して前記複数方向から行い、少
なくとも隣接する2方向の前記パターン光は他方の撮影
手段に対して不感特性を有することを特徴とする立体モ
デル生成方法。
16. The method according to claim 10, wherein the pattern light is applied to the three-dimensional object from a plurality of directions, and reflected light is respectively received by light receiving means, and the imaging is performed. A method of generating a three-dimensional model, wherein the three-dimensional object is performed from the plurality of directions, and the pattern light in at least two adjacent directions has insensitivity to the other photographing means.
【請求項17】 請求項16記載の方法において、 前記隣接する2方向のパターン光の一方は第1の偏光方
向の光であり、他方のパターン光は前記第1の偏光方向
と垂直な第2の偏光方向の光であることを特徴とする立
体モデル生成方法。
17. The method according to claim 16, wherein one of the two adjacent pattern lights is light in a first polarization direction, and the other pattern light is a second light beam perpendicular to the first polarization direction. A three-dimensional model generating method, characterized in that the light has a polarization direction of:
【請求項18】 請求項17記載の方法において、 前記パターン光は、前記撮影手段の感度波長以外の波長
領域の波長であることを特徴とする立体モデル生成方
法。
18. The three-dimensional model generation method according to claim 17, wherein the pattern light is a wavelength in a wavelength region other than a sensitivity wavelength of the photographing unit.
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