JP2002074347A

JP2002074347A - 情報取得システム

Info

Publication number: JP2002074347A
Application number: JP2000262241A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kondo; 尊司近藤; Shigeaki Imai; 重晃今井; Hiroshi Uchino; 浩志内野
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2000-08-31
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2002-03-15

Abstract

(57)【要約】【課題】１つの物体の情報を複数回に分けて取り込む作
業の効率を高めることを目的とする。【解決手段】対象物からそれがもつ形状、模様、温度分
布などの情報を取り込む情報取得システムにおいて、対
象物との相対位置関係を検出するセンサ１４と、センサ
１４の出力Ｄ２に応じて取込み対象範囲の設定を案内す
る設定支援手段２０とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体の形状、模
様、温度分布といった注目部位によって内容の異なる情
報を電気信号に変換し、または記録する情報取得システ
ムに関する。

【０００２】

【従来の技術】物体の立体形状を非接触で測定する光学
式の３次元デジタイザは、ＣＧシステムやＣＡＤシステ
ムへのデータ入力、身体計測などに利用されている。特
に、写真撮影と同様の手軽さで３次元画像が得られる小
型のデジタイザは、３Ｄコンテンツを作成するインター
ネットユーザーに注目されている。測定方法としては、
光切断法、パターンコード化法、ステレオ視法などアク
ティブまたはパッシブの様々な方法がある。

【０００３】物体の全周のモデリングを行うには、少な
くとも前面および背面の３次元測定を行い、２つの形状
データ（３次元モデル）を合成する必要がある。また、
全周でなくても測定対象範囲が測定可能な最大範囲より
大きい場合には、複数回に分けて測定しなければならな
い。なお、このような事情は３次元測定に限るものでは
なく、通常のカメラを用いて行う模様の撮影（２次元画
像情報の取込み）にも当てはまる。

【０００４】全周の３次元測定には回転テーブルが利用
される。物体を置いた回転テーブルから離れた位置に測
定装置を固定し、１回の測定が終わる毎に回転テーブル
を適当な角度だけ回転させる。これにより、複数回の測
定において物体との遠近関係をほぼ均等に保つことがで
きる。しかし、遠近関係の差が小さくなるように物体の
回転中心を決めたり、上面や底面を測定するために置き
換える際に測定条件を側面の測定とほぼ等しくなるよう
に揃えたりするのが面倒である。また、回転テーブルに
置けない大きな物体を測定することができない。

【０００５】一方、大きな物体の測定に関しては、３次
元磁気センサを用いて物体と測定装置との相対位置を検
出する手法がある。測定を行う毎にまたは測定を行いな
がら、相対位置関係が許容範囲から外れないように測定
装置を物体面に沿って適当に移動させる。この手法によ
れば、物体と測定装置との相対位置を操作者が目分量で
設定する手軽でスピーディな“手動の測定”で大きな物
体の情報をデータ化することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来では、１つの物体
に対して複数回の測定を行い、その際に物体と測定装置
との相対位置を操作者が目分量で設定する場合に、操作
者が各回の測定の対象範囲をどのようにずらせばよいか
迷うことがあるという問題があった。測定の抜けを防ぐ
ために対象範囲のオーバーラップを大きくすると測定に
時間がかかってしまう。

【０００７】本発明は、１つの物体の情報を複数回に分
けて取り込む作業の効率を高めることを目的としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明においては、対象
物からの情報の取込みに際して、対象物と取得システム
との相対位置関係をセンサによって検出し、センサの出
力に応じて指示や警告を発して取込み対象範囲の設定を
案内する設定支援を行う。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る測定システム
の構成図である。測定システム１は、可搬型の測定装置
１０、ホストとしてのコンピュータ５、およびテーブル
３０から構成される。図示ではテーブル３０には測定対
象の物体Ｑとして、うさぎの置物が置かれている。

【００１０】測定装置１０は、光学式の３Ｄ測定ユニッ
ト１２を有し、所定画角の撮影を行って画角内の物体ま
での距離分布を測定する。測定法は、光切断法、ステレ
オ視法、パターンコード化法、およびその他の光学測定
法のいずれでもよい。ただし、測定の画角は可変であ
り、そのための画角変更機構（例えば、ズーム機構）１
２５が３Ｄ測定ユニット１２に組み込まれている。ユー
ザーインタフェース１３は画角の指定のための操作スイ
ッチおよび電子ファインダを含む。３Ｄ測定ユニット１
２により得られた測定データＤ１はメインコントローラ
１１を介してコンピュータ２０へ送られる。本例におい
て測定データＤ１は距離値の算出の元となるデータであ
り、距離値の算出はコンピュータ２０によって行われ
る。

【００１１】測定システム１には、物体Ｑと測定装置１
０との相対位置関係を検出するセンサ１４が設けられて
いる。センサ１４はトランスミッタ１４１、レシーバ１
４２、およびセンサコントローラ１４３からなる。セン
サ１４のうち、トランスミッタ１４１はテーブル３０に
固定され、レシーバ１４２およびセンサコントローラ１
４３は測定装置１０に組み込まれている。トランスミッ
タ１４１は、センサコントローラ１４３からの指示を受
けて３次元直交座標の各軸に沿った方向の磁界を順に発
生させる。レシーバ１４２で磁界の方向を検出すること
により、トランスミッタ１４１とレシーバ１４２との位
置関係が判り、物体Ｑに対する測定装置１０の位置およ
び姿勢を把握することができる。検出動作は繰り返し行
われ、その都度、センサコントローラ１４３からメイン
コントローラ１１へ検出データＤ２が出力される。メイ
ンコントローラ１１は、検出データＤ２を画角の設定値
とともに測定条件としてコンピュータ２０へ送る。

【００１２】コンピュータ２０は、測定データＤ１に基
づいて距離値を算出するとともに、検出データＤ２に基
づいて後述のように測定装置１０の配置（位置および姿
勢）が適切か否かを判断し、ユーザーに対して指示や警
告を発する。すなわち、コンピュータ２０は測定対象範
囲の設定を案内するユーザー支援機能をもつ。ディスプ
レイ２１は、測定された距離分布の３次元グラフィック
表示、および案内情報の出力に用いられる。なお、スピ
ーカを用いて音声による案内を行うことも可能である。
距離分布およびそれに対応した測定条件は記憶装置２２
の媒体に記録される。

【００１３】図２は物体に対する測定装置の配置の適否
を示す図である。ここでは、物体Ｑに対して左回りに測
定装置１０を移動させて複数回の測定を行うものとす
る。図２（Ａ）において、１回目の測定を［１］の位置
および方向で行ったとすると、２回目の測定位置として
は［２］の位置が適切である。［１］の位置での右側の
測定境界Ｂ１と［２］の位置での左側の測定境界ａ２と
がほぼ一致するので測定に無駄がない。測定結果の貼り
合わせの精度を確保するには、適度のオーバーラップ領
域を設けるのが望ましい。［３］または［４］に位置で
は、測定境界ａ３，ａ４が測定境界Ｂ１の右側となり、
測定境界Ｂ１と測定境界ａ３，ａ４との間の領域が測定
もれ領域になってしまう。また、図２（Ｂ）のように、
［２］の位置に測定装置１０を配置したとしても、画角
をαからβに変更することにより、測定境界ａ２が測定
境界Ｂ１の右側となって測定もれの生じる場合がある。

【００１４】そこで、測定システム１では、ユーザーが
測定装置１０を移動させて測定対象範囲を変更したと
き、変更後の測定対象範囲が既に測定を終えた測定対象
範囲から外れると、警告が発せられる。

【００１５】図３は測定装置およびホストの動作のフロ
ーチャートである。図中の破線矢印は測定装置１０とコ
ンピュータ２０（ホスト）との交信を示す。コンピュー
タ２０は測定開始許可を測定装置１０に与え（＃２０
１）、測定装置１０からの信号入力を待つ。測定装置１
０は、測定開始許可を受けると、ユーザーが行う操作に
応じて動作設定をする（＃１０１）。画角変更指示があ
れば、画角変更機構１２５を作動させて画角を変更する
（＃１０２、＃１０３）。そして、開始指示に呼応して
３Ｄ測定を行い、距離演算の元となるデータを取得する
（＃１０４、１０５）。測定が終わると、測定結果と測
定条件（位置、姿勢、画角）とをコンピュータ２０へ送
る（＃１０６）。

【００１６】終了操作があれば、その旨をコンピュータ
２０へ伝えて一連の測定勤作を終了する（＃１０７、＃
１１０）。終了操作がなければ、再び開始操作が行われ
るまで配置状態（位置および姿勢）を検出してコンピュ
ータ２０へ測定条件を知らせる動作を繰り返す（＃１０
８、＃１０９）。つまり、ユーザーが行う配置変更の状
況通知を行う。この通知に基づいてコンピュータ２０に
より状況がモニタ表示され、且つ状況の適否が示され
る。ユーザーはコンピュータ２０による案内を参考にし
て測定装置１０の位置を決め、必要に応じて画角を調整
することによって適切な測定対象範囲を設定した後、開
始操作を行う。

【００１７】一方、コンピュータ２０は、測定装置１０
からの入力に応じて所定の処理を行う。測定結果が入力
されると、測定結果および測定条件に基づいて距離値を
算出し、形状データを生成する（＃２０２、＃２０
３）。初回の測定（図２の例における［１］の位置での
測定）であれば貼り合わせ処理を行わずに、形状データ
を表示する（＃２０６）。その際、測定時の位置姿勢で
観察した場合に合わせて表示するので、測定結果を容易
に確認することができる。初回ではない場合は以前に得
られている形状データと今回の形状データとを貼り合わ
せる処理を行い（＃２０５）、処理後の形状データを表
示する（＃２０６）。ユーザーが測定装置１０を移動さ
せている期間には、測定条件が周期的に入力される。測
定条件が入力されると、その都度、警告・指示処理を実
行する（＃２０７、＃２０８）。このルーチンの詳細は
後述する。終了操作のあった旨が通知されると、測定許
可の出力以後の測定で得られた形状データを記録する
（＃２０９、＃２１０）。

【００１８】図４は図３の警告・指示サブルーチンのフ
ローチャートである。既に生成されている形状データか
ら、物体Ｑにおける既に測定を終えた部分と他の部分と
の境界線の座標を取得する（＃３０１）。２回以上の測
定が終わっている場合は、貼り合わせ処理後の形状デー
タにおける境界線の座標を取得する。

【００１９】現在の配置状態および画角に基づいて、設
定しようとしている測定対象範囲を求め、その範囲に上
述の境界線が含まれるか否かをチェックする（＃３０
２）。なお、境界線の全体に対する測定対象範囲に含ま
れる境界線の割合が所定値以上か否かをチャックしても
よい。測定対象範囲に境界線が含まれない場合は、その
旨の警告表示を行う（＃３０３）。

【００２０】続いて、前回の測定での物体Ｑまでの距離
と現在の距離との差が許容値より大きいか否かをチェッ
クする（＃３０４）。距離の差が大きい場合は、その旨
の警告表示を行う（＃３０５）。一般に、物体との距離
に応じて測定精度や測定解像度が変化する。前回の測定
と距離が大きく異なるのは、形状データの精度・解像度
が不均一になるので望ましくない。そこで、このような
警告を行うのである。

【００２１】図５は測定対象範囲の適否チェックの変形
例を示す図である。本例においては、物体面上の境界線
ではなく、物体Ｑを囲む仮想面上の境界線と現在の測定
対象範囲との関係チェックする。例えば仮想面ＶＷとし
て、テーブル３０の外周面を上下に延長した円筒面を設
定する。テーブル３０の外周の形状データはセンサ１４
のトランスミッタ１４１に対する既知のデータとして用
意できる。したがって、測定装置１０の位置・姿勢、お
よび画角の情報があれば、各回の測定の測定対象範囲の
境界Ｂ１，Ａ２を、測定結果に基づく３Ｄ演算（図３の
＃２０３）によらずに取得できる。この境界Ｂ１，Ａ２
の位置関係により現在の測定対象範囲の適否を判断す
る。本変形例では、テーブル３０からはみ出ないように
物体Ｑを置けば、もれのない形状データの得られること
が保証される。

【００２２】以上の例において、測定装置１０を移動さ
せる代わりに、物体Ｑを移動させてもよい。例えば図６
のようにテーブル３０を回転させて測定装置１０と物体
Ｑとの相対位置を変更する。この場合にもセンサ１４に
よって物体Ｑに対する測定装置１０の位置・姿勢を検出
することができ、コンピュータ２０が上述の例と同様に
測定対象範囲の適否を判断することができる。したがっ
て、ユーザーは警告が発せられないようにテーブル３０
を回転させればよい。

【００２３】ユーザーに対する支援の変形例としては次
のものがある。図７はユーザーに対する支援の他の例を
示す図、図８は図７に対応した警告・指示サブルーチン
のフローチャートである。

【００２４】図７の例は既に測定を終えた範囲をユーザ
ーが直観的に認識できるようにするものである。測定装
置１０の電子ファインダ、またはコンピュータ２０のデ
ィスプレイ２１において、測定結果と測定条件（位置・
姿勢）に基づいて生成された形状データＺＤと、その測
定時の配置状態で撮影された物体Ｑの２次元画像ＺＱと
を重ね合わせたモニタ画像ＧＭ１を表示する（＃４０
１）。これによれば、ユーザーは未測定部分を確認しな
がら、測定もれが生じないよう効率的に一連の測定作業
を進めることができる。

【００２５】図９はユーザーに対する支援の他の例を示
す図、図１０は図９に対応した警告・指示サブルーチン
のフローチャート、図１１は図１０における次回測定の
位置・姿勢の演算サブルーチンのフローチャートであ
る。

【００２６】図９の例は次に行うべき測定の撮影方向を
計算してユーザに知らせるものである。次回測定の位置
・姿勢を求める演算を行い（＃５０１）、物体Ｑの２次
元画像ＺＱと測定装置１０の移動すべき方向を示す矢印
とを重ね合わせたモニタ画像ＧＭ２を表示する（＃５０
２）。図８では右方向への移動を促す矢印ＺＲが強調表
示されている。画像表示の他にも、音声、振動、ランプ
発光、またはこれらの組み合わせで移動を案内すること
も可能である。

【００２７】撮影方向（測定方向）の計算には簡単なプ
リミティブを使用する方法がある。［１］物体Ｑを内包する仮想の球面を生成する。［２］生成された形状データを球面に投影し、撮影済み
のマークをつける（＃５１１）。［３］球面上の未撮影領域を探索する（＃５１２）。［４］撮影方向を演算する（＃５１３）。撮影方向は球
の中心から未撮影領域を通る直線上に設定することがで
きる。

【００２８】また、物体Ｑに応じたモデルを使用して撮
影方向を計算する方法もある。［１］初回の測定時に形状データとモデルとの対応点を
指定し、モデルと物体Ｑとのスケール、および配置（位
置、姿勢）を合わせる（＃５２１、＃５２２）。［２］形状データをモデルに投影し、撮影済みのマーク
をつける（＃５２３）。［３］モデル上の未撮影領域を探索する（＃５２４）。［４］撮影方向を演算する（＃５２５）。撮影方向につ
いては、モデルの重心から未撮影領域を通る直線上や未
撮影領域の平均法線を使用することができる。

【００２９】どちらの方法の場合も撮影済みのマークの
ついた球面またはモデルを案内情報として表示すること
で、ユーザが次回の撮影方向を決定するようにしてもよ
い。さらに、貼り合わせや位置合わせに有用な幾何情報
を加味して撮影方向を指示する方法も有用である。これ
によれば、精密な貼り合わせに有利なデータを得ること
ができる。［１］形状データにおける形状的な特徴点（または領
域）を求める（＃５３１）。［２］形状的な特徴点（または領域）が含まれるように
未撮影領域の撮影方向を決定する（＃５３２）。形状的
特徴としては、曲率やその微分値、Ｓｐｉｎ−Ｉｍａｇ
ｅ（ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｎｓｉｏｎｏｎＰａｔ
ｔｅｒｎＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＭａｃｈｉｎｅ
Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ，ＶＯＬ．２１，Ｎｏ．
５，ＭＡＹ１９９９）を使用することができる。〔他の変形例〕複数回の測定で得られた形状データを貼
り合わせずに、それぞれ独立したデータとして記録して
もよい。また、形状データの生成の元となるデータ（測
定結果、位置・姿勢、画角）を記録するようにしてもよ
い。位置・姿勢、および画角を特定するものであれば、
どのようなデータを記録してもよい。トランスミッタ１
４１はテーブル３０に固定する必要はなく、測定の都
度、物体Ｑの近傍に置くだけでもよい。警告を音声出力
で行い、オーバーラップ領域の幅に応じて警告音周期を
変更し、どの程度オーバーラップ領域があるかを確認し
やすくしてもよい。測定装置１０とコンピュータ２０と
を別体とするシステム構成に限らず、コンピュータ２０
がもつユーザー支援機能を測定装置１０に組み込むこと
ができる。

【００３０】測定装置１０またはテーブル３０を移動さ
るアクチュエータを設け、そのアクチュエータをユーザ
ーが手動操作する形態を採用してもよい。センサ１４の
代わりに、測定装置１０とテーブル３０（回転テーブ
ル、シフトテーブル）との位置関係を予め設定してお
き、ユーザーが手動で移動させたときの移動量を検出
し、それによって物体Ｑと測定装置１０との相対位置を
把握するようにしてもよい。

【００３１】本発明は３次元形状の測定に限らず、２次
元の撮影、温度分布の測定にも適用可能である。物体Ｑ
を周回するように測定装置１０を移動させる取込み作業
に限らず、図１２のように大型の物体Ｑｂの前面を分割
するように対象範囲を変更する作業であってもよい。図
１２（Ａ）は物体Ｑｂの前面に沿ってカメラ２を平行移
動させて複数回の撮影を行う作業を示し、図１２（Ｂ）
はカメラ２の向きを変えて複数回の撮影を行う作業を示
している。

【００３２】

【発明の効果】請求項１乃至請求項７の発明によれば、
１つの物体の情報を複数回に分けて取り込む作業を効率
的に進めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る測定システムの構成図である。

【図２】物体に対する測定装置の配置の適否を示す図で
ある。

【図３】測定装置およびホストの動作のフローチャート
である。

【図４】図３の警告・指示サブルーチンのフローチャー
トである。

【図５】測定対象範囲の適否チェックの変形例を示す図
である。

【図６】物体を移動させることによる相対位置関係の変
更を示す図である。

【図７】ユーザーに対する支援の他の例を示す図であ
る。

【図８】図７に対応した警告・指示サブルーチンのフロ
ーチャートである。

【図９】ユーザーに対する支援の他の例を示す図であ
る。

【図１０】図９に対応した警告・指示サブルーチンのフ
ローチャートである。

【図１１】図１０における次回測定の位置・姿勢の演算
サブルーチンのフローチャートである。

【図１２】相対位置関係の変更の他の例を示す図であ
る。

【符号の説明】

Ｑ物体（対象物）１測定システム（情報取得システム）１４センサＤ２検出データ（センサの出力）２０コンピュータ（設定支援手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者内野浩志大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内Ｆターム(参考） 2F065 AA04 BB05 FF05 FF07 FF67 GG10 HH02 JJ03 JJ26 MM23 QQ28 SS13 5B047 AA27 CA14 CB09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物からそれがもつ情報を取り込む情報
取得システムであって、対象物との相対位置関係を検出するセンサと、前記センサの出力に応じて取込み対象範囲の設定を案内
する設定支援手段とを備えたことを特徴とする情報取得
システム。
【請求項２】前記設定支援手段は、前回の取込みにおけ
る取込み対象範囲と現時点の取込み対象範囲との位置関
係を示す請求項１記載の情報取得システム。
【請求項３】前記設定支援手段は、前回の取込みにおけ
る取込み対象範囲に対する現時点の取込み対象範囲の適
否を示す請求項１記載の情報取得システム。
【請求項４】前記設定支援手段は、前回の取込みにおけ
る取込み対象範囲と現時点の取込み対象範囲とのオーバ
ーラップの適否を示す請求項３記載の情報取得システ
ム。
【請求項５】対象物を撮影する光学式測定法により対象
物の立体形状情報を取り込む請求項１記載の情報取得シ
ステム。
【請求項６】対象物の模様情報を取り込む撮影を行う請
求項１記載の情報取得システム。
【請求項７】前記設定支援手段は、前回の取込みにおけ
る撮影距離と現時点の撮影距離との変化量の適否を示す
請求項５又は請求項６記載の情報取得システム。