JP2003202296A

JP2003202296A - 画像入力装置、三次元測定装置および三次元画像処理システム

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Publication number: JP2003202296A
Application number: JP2002000928A
Authority: JP
Inventors: Michiharu Araya; 道晴荒谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-01-07
Filing date: 2002-01-07
Publication date: 2003-07-18

Abstract

(57)【要約】【課題】従来では、実物体の鏡面反射成分の強度と、
鏡面反射成分の指向性についての計測を行うことができ
ない。【解決手段】実物体９９を照明する照明手段２と、こ
の照明手段により照明された実物体を撮像し、実物体の
三次元画像に適用される表面属性に関するデータを生成
させるための画像データを出力する撮像手段１とを有す
る画像入力装置１０において、装置外部（三次元画像処
理装置１００）からの制御信号に応じて、照明手段の実
物体および撮像手段に対する位置若しくは方向を制御す
る制御手段６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、実物体の三次元画
像を生成するための画像データを取得する画像入力装置
に関し、さらには、この画像データを用いて実物体の表
面属性をリアルに再現した三次元画像を生成する三次元
画像処理システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】物体の三次元形状を測定し、ＣＡＤやコ
ンピュータグラフィクスにおいて三次元モデルとして利
用する用途が、近年のコンピュータの著しい性能向上に
伴い増加している。これらの用途においては、操作が容
易な非接触式の三次元形状測定装置が多く使用されてい
る。

【０００３】また、測定対象である物体の形状のみなら
ず、カメラで物体を撮影することにより、物体表面の色
情報も同時に取得し、色、形状共に実物体と同様な三次
元モデルを作成する手法も提案されている。

【０００４】但し、立体形状を持つ物体をカメラで撮影
する場合、物体の凹凸の関係で、照明に用いている光源
の正反射光（鏡面反射光、ハイライト）が写り込むがし
ばしば発生する。

【０００５】このような条件下で撮影された画像から物
体本来の色を測定することは難しく、作成された三次元
モデルの見栄え、質感が実物体と異なってしまうという
問題がある。

【０００６】これに対し、特開２０００−９４４号公報
においては、物体の表面で拡散される光と、物体表面で
鏡面反射する光とを区別して計測することにより、物体
の色を正確に再現する手法が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、物体からの
反射光の特性は、２色性反射モデルにより精度良く近似
できることが知られている。２色性反射モデルにおいて
は、物体からの反射光は、物体表面で拡散反射される光
線成分（以下、拡散反射成分と称する）と、物体表面で
鏡面反射される光線成分（以下、鏡面反射成分と称す
る）の線形和で表現できる。

【０００８】拡散反射成分の色は、物体を照明するのに
用いた光源色と物体自身の色とによって決まり、拡散反
射成分の強度は、物体表面の反射特性が一般にランバー
ト特性と呼ばれている特性であれば、物体表面の法線方
向と光源とのなす角でほぼ決まる。

【０００９】また、鏡面反射成分の色は、ほぼ光源の色
と一致し、鏡面反射成分の強度は、物体表面の法線方向
と光源の位置と観測（撮像）する位置とによって決ま
る。つまり、鏡面反射成分の強度は、物体表面の法線方
向と光源から入射する光線のなす角に対し正反射の方向
から観測する際に最大となり、観測方向を変えることに
より急激に減少する。

【００１０】また、鏡面反射成分の強度は、鏡のように
光沢の強い物体においては強く、光沢のない物体におい
ては弱くなる。さらに、鏡面反射成分を強度および観測
できる角度範囲は、鏡のように光沢の強い物体おいては
狭く、すなわち強い指向性を持ち、光沢の無い物体にお
いては広くなる傾向がある。

【００１１】前述したように、物体からの拡散反射成分
の色は、光源色と物体の色にて決まるため、光源色が既
知であれば物体の色を計算することが可能である。

【００１２】上述した特開２０００−９４４号公報にて
提案の手法では、拡散反射成分と鏡面反射成分を分離す
ることにより拡散反射成分から物体の色を計測してい
る。

【００１３】しかしながら、この公報提案の手法では、
鏡面反射成分の強度と、鏡面反射成分を観測できる範
囲、すなわち鏡面反射成分の指向性についての計測を行
うことができない。このため、測定値に基づき測定物体
の三次元モデルを作成した場合、形状および物体色は再
現されるものの、物体の光沢感を再現することはでき
ず、質感が実物と異なってしまうという問題がある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本願発明では、実物体を照明する照明手段と、この
照明手段により照明された実物体を撮像し、実物体の三
次元画像に適用される表面属性に関するデータを生成さ
せるための画像データを出力する撮像手段とを有する画
像入力装置において、装置外部からの制御信号に応じ
て、照明手段の実物体および撮像手段に対する位置若し
くは方向を制御する制御手段を設けている。

【００１５】この発明のように照明手段の実物体および
撮像手段に対する位置や方向を制御できるようにするこ
とで、実物体の表面上の各位置に対して適切に照明光を
当てながら実物体の表面属性（特に、反射特性）を正確
に測定することが可能となる。

【００１６】さらに、撮像手段として、複数の波長光に
より撮像を行うマルチスペクトルカメラを用いることに
より、実物体の表面属性の１つである色を正確に測定す
ることが可能となる。

【００１７】なお、照明手段としては、その照明光が線
状、円弧状又は環状の輝度分布を有するものや、この照
明手段の位置の制御方向に対して略直交する平面内に輝
度分布を有するものや、複数の光源のうちいずれかを選
択的に点灯させることができるものを用いることができ
る。これらにより、実物体の様々な位置若しくは特定の
位置を適切に照明することが可能となり、当該位置の表
面属性をより正確に測定することが可能となる。

【００１８】そして、このような画像入力装置ととも
に、実物体の形状を測定する形状測定手段を設け、さら
に三次元画像処理装置により、形状測定手段から出力さ
れた測定データを用いて実物体の三次元形状に関するデ
ータを生成するとともに、画像入力装置から出力された
画像データを用いて三次元形状データに適用する表面属
性に関するデータを生成することにより、実物体の形状
および表面属性をリアルに再現した三次元画像を作成す
ることが可能となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１には、本発
明の第１実施形態である三次元画像処理システムの構成
を示している。この三次元画像処理システムは、三次元
測定装置１０とパーソナルコンピュータ等からなる三次
元画像処理装置１００とを有して構成されている。な
お、図１には三次元測定装置１０の平面図（上面図）を
示している。また、図２には、上記三次元測定装置１０
の側面図を示している。

【００２０】これらの図において、三次元測定装置１０
のうち、１は被測定物（実物体）９９を撮影するデジタ
ルカメラ（撮像手段）であり、２は被測定物９９を照明
する照明ユニットである。

【００２１】３は被測定物９９の立体形状を測定する形
状測定ユニットである。４は被測定物９９を載置し、回
転動作可能な測定ステージである。

【００２２】また、５は照明ユニット２を被測定物９９
の周囲で移動させる照明ステージである。６は照明ユニ
ット２の点灯・消灯、照明ステージ５の動作、デジタル
カメラ１の撮影動作、形状測定ユニット３の測定動作お
よび測定ステージ４の回転作動を制御する制御ユニット
である。

【００２３】また、三次元画像処理装置１００は、制御
ユニット６に対して制御信号を出力し、制御ユニット６
はこの制御信号に応じて上記照明ユニット２、照明ステ
ージ５、デジタルカメラ１、形状測定ユニット３および
測定ステージ４の制御を行う。

【００２４】さらに、三次元画像処理装置１００は、形
状測定ユニット３からの形状実測データに基づいて被測
定物９９の三次元形状モデル（三次元形状データ）を生
成するとともに、デジタルカメラ１からの画像データに
基づいて三次元形状モデルに適用される表面属性データ
を生成する。そして、これら三次元形状モデルと表面属
性データとを統合して被測定物の三次元画像を作成し、
モニタ表示したり印刷出力したりする。

【００２５】デジタルカメラ１は、ＲＧＢの少なくとも
３色のフィルタを有し、被測定物９９のカラー画像を撮
影可能なものである。

【００２６】照明ユニット２の光源は、照明ステージ５
の駆動方向（位置制御方向）に対して直交する方向、す
なわち上下方向に延びるように配置されており、上下方
向に線状に均一な輝度分布を有する。また、照明ユニッ
ト２は、被測定物９９を均一な照度で照明する放射特性
を有している。この照明ユニット２は、照明ステージ５
上に配置されており、照明ステージ５を制御ユニット６
で駆動制御することによって被測定物９９に対する照明
方向を変えることが可能である。

【００２７】本実施形態では、照明ステージ５はリング
状に構成されており、照明ユニット２を被測定物９９の
周囲で回転移動可能に構成されている。なお、照明ユニ
ット２を回転移動させることにより、照明ユニット２の
被測定物９９およびデジタルカメラ１に対する位置ない
し方向を変えることができる。

【００２８】形状測定ユニット３は、被測定物９９に対
して所定の強度分布を有するパターン光を照射するプロ
ジェクタ等から構成されている。この形状測定ユニット
３は、照明ユニット２と同様に照明ステージ５上に配置
されており、照明ステージ５を制御ユニット６で駆動制
御することにより様々な方向から被測定物９９の形状測
定を行うことが可能である。

【００２９】測定ステージ４は、制御ユニット６により
回転駆動可能に構成されている。測定ステージ４を回転
させることにより、デジタルカメラ１に対して被測定物
９９の向きを変えることが可能である。

【００３０】なお、本実施形態においては、照明ステー
ジ５による照明ユニット２の回転中心と測定ステージ４
の回転中心とは略一致している。

【００３１】次に、本実施形態における被測定物９９の
形状測定方法について説明する。図３は、形状測定方法
を説明するための模式図である。この図において、デジ
タルカメラ１の光学中心を点Ａ、形状測定ユニット３の
中心を点Ｂ、測定ステージ４の回転中心を点Ｏ点で表し
ている。

【００３２】今、被測定物９９上の任意の１点Ｐについ
て考える。図において、角度θはカメラ１と形状測定ユ
ニット３が点Ｏに対してなす角度であり、制御ユニット
６から得られる既知量である。

【００３３】また、線分ＡＯおよびＢＯも、カメラ１、
形状測定ユニット３および測定ステージ４の幾何学的配
置から決まる既知量である。したがって、三角形ＡＯＢ
の幾何学量は既知となる。

【００３４】次に、形状測定ユニット３より角度φ２の
向きに照明ユニット２から線状のスリット光を照射す
る。この場合のスリット光のカメラ１からの見込み角度
φ１を測定する。これらにより、三角形ＡＰＢの幾何学
量が計算できるため、点Ｐの位置、例えばＯ点を基準と
した座標を求めることが可能となる。

【００３５】これらの手法はいわゆる三角測量法として
原理は良く知られており、この手法を被測定物９９上の
全ての測定点に対して行うことにより、被測定物９９の
立体形状を測定することが可能となる。

【００３６】ここで、被測定物９９の立体形状測定にお
いては、形状測定ユニット３から照射されるスリット光
の位置を少しずつずらすことにより被測定物９９全体の
測定を行う、いわゆるスリットスキャンと呼ばれる方式
以外に、形状測定ユニット３から複数の矩形格子パター
ンを照射する方式や、正弦波格子パターンを照射する方
式など様々な方式がある。本発明においては、その方式
を特に限定するものではない。

【００３７】次に、本実施形態における被測定物９９の
反射特性の測定方法について説明する。図４は、反射特
性測定方法を説明するための模式図である。この図にお
いては、デジタルカメラ１の光学中心を点Ａ、照明ユニ
ット２の位置を点Ｃ、測定ステージ４の回転中心を点Ｏ
で表している。

【００３８】今、被測定物９９上の任意の１点Ｑについ
て考える。点Ｑにおける被測定物９９の法線方向をｎで
示す。

【００３９】図５は、照明ユニット２の位置である点Ｃ
を照明ステージ５を駆動することによって変化させた際
に、カメラ１の位置である点Ａから観測（撮像）される
被測定物９９の表面上の点Ｑの輝度変化を示したグラフ
である。

【００４０】点Ａにて観測される点Ｑにおける反射光の
鏡面反射成分は、図４に示すように、点Ｃ点から点Ｑ点
に入射する光線ＣＱと被測定物９９の表面上の点Ｑにお
ける法線ｎとのなす角度が、線分ＡＱと法線ｎとがなす
角度と等しい時に最大となる。そしてこの状態から照明
ステージ５を駆動することにより、鏡面反射成分は急激
に減少する。このことを図５に破線Ｎで示す。

【００４１】一方、点Ａにて観測される点Ｑにおける反
射光の拡散反射成分は、照明ユニット２の位置が図４に
おける点Ｄ、つまり点Ｑにおける法線ｎ上の位置となる
ときに最大となる。そしてこの状態から照明ステージ５
を駆動することにより、拡散反射成分は緩やかに減少す
る。このことを図５における一点鎖線Ｓで示す。

【００４２】実際にカメラ１により観測される、照明ユ
ニット２を移動させた際の点Ｑでの輝度変化は、図５に
実線Ｍで示すようになる。

【００４３】通常、鏡面反射成分の輝度値のピークは、
拡散反射成分の輝度値に対して極めて大きいため、図５
の実線Ｍのピーク付近の輝度分布は、鏡面反射成分によ
るものと考えて差し支えない。したがって、照明ステー
ジ５を順次駆動し、被測定物９９上の任意の点Ｑからの
反射光強度変化を観測することにより、そのピークから
鏡面反射成分の強さを、またそのピークの幅から鏡面反
射成分の指向性を測定することが可能となる。

【００４４】さらに、、図５に破線Ｎで示すように、鏡
面反射成分の点Ｑでの輝度はピークを離れると急激に減
少するため、ピークを示す位置から離れた位置に照明ユ
ニット２があるときにカメラ１にて観測される点Ｑから
の反射光は、点Ｑにおける拡散反射光であると考えて差
し支えない。

【００４５】前述したように、拡散反射光の色、すなわ
ち分光特性は、照明光の分光特性と被測定物の分光反射
率で決まる。したがって、照明ユニット２の分光特性を
予め測定しておき、点Ｑにおける拡散反射光を測定する
ことにより、被測定物９９の任意の点Ｑの色、すなわち
分光反射率を求めることが可能となる。

【００４６】このように、照明ユニット２の位置を順次
変えながら点Ｑの輝度変化を観察することにより、点Ｑ
の反射特性、すなわち点Ｑにおける鏡面反射の強さ、鏡
面反射の指向性および分光反射率を測定することができ
る。また、これらの測定を被測定物９９の全面（若しく
は形状測定点）に対して行うことで、被測定物９９全体
の反射特性を測定することが可能となる。

【００４７】なお、図４において、点Ｑにおける法線ｎ
を図の紙面内のものとして説明したが、前述したよう
に、本実施形態においては照明ユニット２は、照明ステ
ージ５の駆動方向に対して直交する方向（上下方向）に
延びて配置されているとともに、線状に均一な輝度分布
を有する。このため、点Ｑにおける法線ｎが図の紙面内
にない場合においても、照明ユニット２のいずれかの一
部の光線の点Ｑにおける鏡面反射成分をカメラ１にて観
測することが可能となる。したがって、上記と同様の測
定により、被測定物９９が複雑な形状を持つ場合におい
ても被測定物９９の表面の反射特性を測定することが可
能となる。

【００４８】次に、本実施形態における測定手順を説明
する。まず、三次元画像処理装置１００から制御信号を
受けた制御ユニット６は、照明ステージ５を所定の位置
へ駆動制御し、形状測定ユニット３によって被測定物９
９の立体形状を測定する。この形状実測データは三次元
画像処理装置１００に送られ、三次元画像処理装置１０
０内のメモリに保存される。

【００４９】次いで、制御ユニット６は、照明ステージ
５を所定の位置へ駆動制御し、照明ユニット２により被
測定物９９を照明した状態でデジタルカメラ１により被
測定物９９を撮影する。

【００５０】カメラ１にて撮影された画像のデータと照
明ユニット２の位置のデータとは相互に対応付けられて
三次元画像処理装置１００に送られ、三次元画像処理装
置１００内のメモリに保存される。以降、照明ステージ
５を順次駆動させて照明ユニット２の位置を変化させ、
照明ユニット２の位置データとカメラ１にて撮影された
画像データとを対応付けて三次元画像処理装置１００内
のメモリに保存する。

【００５１】こうして一連の複数回の撮影が終わった
後、三次元画像処理装置１００は前述したような照明ユ
ニット２の位置の変化に伴う輝度変化を撮影画像の各画
素について調べることにより、被測定物９９全体の反射
特性を測定する。

【００５２】測定された被測定物９９の反射特性データ
は、被測定物９９の形状実測データとともに三次元画像
処理装置１００のメモリに保存される。

【００５３】次に、制御ユニット６は、現在の測定ステ
ージ５の回転角度データを三次元画像処理装置１００に
出力し記憶させた後、測定ステージ５を所定角度分、例
えば９０°回転させてカメラ１に対する被測定物９９の
向きを変化させる。

【００５４】この後、上記と同様に形状測定ユニット３
により被測定物９９の立体形状を測定し、さらに照明ユ
ニット２の位置を変えながらデジタルカメラ１で被測定
物９９を撮影して被測定物９９の反射特性を測定する。

【００５５】以降、同様の測定作業を繰り返すことによ
り、被測定物９９の全周囲の立体形状および反射特性を
測定する。

【００５６】次に、三次元画像処理装置１００は、測定
ステージ５の各回転角度において測定された立体形状お
よび反射特性のデータを、測定ステージ５の回転角度デ
ータをもとにつなぎ合わせる。これにより、被測定物９
９の全体の立体形状（三次元形状モデル）および反射特
性を得ることができ、所定の処理を経て被測定物９９の
三次元画像を出力することができる。

【００５７】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、被測定物９９の全体の立体形状が測定可能であると
とともに、被測定物９９全体の反射特性、すなわち分光
反射率と鏡面反射率の強さおよび指向性を測定すること
ができる。このため、本実施形態の三次元測定装置１０
を用いて得られる立体形状および反射特性データに基づ
いて三次元画像処理装置１００としてのＣＡＤ装置等で
三次元画像を作成した場合、被測定物９９の形状を正確
に再現できるのみならず、質感すなわち色や光沢をも正
確に再現することができる。

【００５８】（第２実施形態）図６には、本発明の第２
実施形態である三次元画像処理システムに用いられる三
次元測定装置２０の構成を示している。なお、図６は三
次元測定装置２０の斜視図である。

【００５９】この図において、１は被測定物９９を撮影
するデジタルカメラであり、３は被測定物９９の立体形
状を測定する形状測定ユニットである。これらカメラ１
および形状測定ユニット３は第１実施形態で説明したも
のと同様のものである。

【００６０】７は被測定物９９を照明する照明ユニット
であり、環状に均一な輝度分布を有する光源を備え、被
測定物９９を均一な照度で照明する放射特性を有する。

【００６１】この照明ユニット７は、図示しない照明駆
動機構によってカメラ１の光軸方向と略平行な方向（図
６における矢印方向）に駆動される。なお、照明ユニッ
ト７は、カメラ１の光軸方向に対して直交する平面内に
配置されている。８は被測定物９９を載置し、回転駆動
可能な測定ステージである。また、６は制御ユニットで
あり、第１実施形態と同様に、三次元画像処理装置（図
示せず）からの制御信号に応じて上記照明ユニット２、
照明駆動機構、デジタルカメラ１、形状測定ユニット３
および測定ステージ８の制御を行う。

【００６２】次に、本実施形態における測定手順を説明
する。まず、制御ユニット６は、形状測定ユニット３に
より被測定物９９の立体形状を測定する。

【００６３】次に、制御ユニット６は、照明ユニット７
が所定の位置となるよう照明駆動機構を駆動し、照明ユ
ニット７により被測定物９９を照明した状態でカメラ１
により被測定物９９を撮影する。

【００６４】そして、照明駆動機構を通じて照明ユニッ
ト７の位置を様々に変えることによって、被測定物９９
を様々な方向から照明しながらカメラ１により複数の画
像データを得ることが可能となる。

【００６５】カメラ１にて順次撮影された画像のデータ
と照明ユニット７の位置とは相互に対応付けられて三次
元画像処理装置に保存される。

【００６６】こうして一連の複数回の撮影が終わった
後、第１実施形態で説明したように、照明ユニット７の
位置の変化に伴う輝度変化をカメラ１により撮影された
複数の画像の各画素について調べることにより、被測定
物９９全体の反射特性を測定することができる。

【００６７】そして、一連の測定によって被測定物９９
の立体形状および反射特性を測定することができる。

【００６８】なお、本実施形態においては、照明ユニッ
ト７の光源を環状に均一な輝度分布を有するリング状に
構成したことにより、常に被測定物９９の全周から照明
を行うことが可能である。このため、被測定物９９上の
任意の点の法線方向の如何に関わらず、被測定物９９か
らの鏡面反射光をカメラ１にて観測することが可能とな
る。

【００６９】（第３実施形態）図７には、本発明の第３
実施形態である三次元画像処理システムに用いられる三
次元測定装置３０の構成を示している。なお、図７は三
次元測定装置３０の斜視図である。

【００７０】この図において、１は被測定物９９を撮影
するデジタルカメラであり、３は被測定物９９の立体形
状を測定する形状測定ユニットである。これらカメラ１
および形状測定ユニット３は第１実施形態で説明したも
のと同様のものである。

【００７１】９は被測定物９９を照明する照明ユニット
であり、被測定物９９の中心位置を中心とした曲面状の
パネルに、上下方向に線状の輝度分布を持つ円弧状の照
明セグメント１０−１，１０−２，１０−３，１０−４
・・を保持して構成されている。各照明セグメントは、
多数のＬＥＤ等の小光源１１を備えており、照明ユニッ
ト９は多数の小光源を備えた光源アレイとして構成され
ている。

【００７２】４は被測定物９９を載置し、回転駆動可能
な測定ステージである。６は制御ユニットであり、第１
実施形態と同様に、三次元画像処理装置（図示せず）か
らの制御信号に応じて上記照明ユニット９、デジタルカ
メラ１、形状測定ユニット３および測定ステージ４の制
御を行う。そして、この照明ユニット９は、制御ユニッ
ト６により点灯させる照明セグメントを切り換えること
が可能である。

【００７３】次に、本実施形態における測定手順を説明
する。まず、制御ユニット６は、形状測定ユニット３に
より被測定物９９の立体形状を測定する。

【００７４】次に、制御ユニット６は、照明ユニット９
の所定の照明セグメント、例えばセグメント１０−１を
点灯させ、被測定物９９を照明した状態でカメラ１によ
り被測定物９９を撮影する。

【００７５】続いて、照明ユニット９の異なる照明セグ
メント、例えばセグメント１０−２を点灯させて被測定
物９９をカメラ１により撮影する。こうして複数の照明
セグメントを順次点灯させながら様々な方向から被測定
物９９を照明し、カメラ１により撮影して複数の画像デ
ータを得る。

【００７６】カメラ１により撮影された複数の画像のデ
ータと各画像の撮影の際に点灯された照明セグメントの
位置データとは相互に対応付けられて不図示の三次元画
像処理装置に保存される。

【００７７】こうして一連の複数回の撮影が終わった
後、第１実施形態で説明したように、照明ユニット９の
点灯している照明セグメントの位置データの変化に伴う
輝度変化をカメラ１により撮影された複数の画像の各画
素について調べることにより、被測定物９９の反射特性
を測定する。次に、図示しない制御手段は、試料ステー
ジ４を所定角、例えば９０°回転する事により、カメラ
１に対する被測定物９９の姿勢を変化させる。その後、
前記と同様に形状測定手段３により被測定物９９の立体
形状を測定し、照明手段９の点灯する照明セグメントを
切り変えることにより被測定物９９の反射特性を測定す
る。

【００７８】そして、一連の測定によって被測定物９９
の立体形状および反射特性を測定することができる。

【００７９】本実施形態においては、照明ユニット９を
構成する各照明セグメントを円弧状に構成したことによ
り、常に被測定物９９のほぼ半周を照明することが可能
である。このため、被測定物９９上の任意の点の法線方
向の如何に関わらず、被測定物９９からの鏡面反射光を
カメラ１にて観測することが可能である。

【００８０】また、本実施形態においては、照明ユニッ
ト９を複数の照明セグメントから構成することにより、
被測定物９９に対する照明方向を変える際に照明ユニッ
ト９を機械的に移動させる必要がない。このため、機械
的移動に伴う位置ずれやこれに伴う諸問題を回避するこ
とができる。

【００８１】なお、本発明における照明ユニットの形状
や構成、さらには移動方向等については上記各実施形態
にて説明したものに限られるものではない。

【００８２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
照明手段の実物体および撮像手段に対する位置や方向を
制御できるので、実物体の表面上の各位置に対して適切
に照明光を当てながら実物体の表面属性（特に、反射特
性）を正確に測定することができる。

【００８３】さらに、撮像手段として、複数の波長光に
より撮像を行うマルチスペクトルカメラを用いれば、実
物体の表面属性の１つである色を正確に測定することが
できる。

【００８４】なお、照明手段としては、その照明光が線
状、円弧状又は環状の輝度分布を有するものや、この照
明手段の位置の制御方向に対して略直交する平面内に輝
度分布を有するものや、複数の光源のうちいずれかを選
択的に点灯させることができるものを用いれば、実物体
の様々な位置若しくは特定の位置を適切に照明すること
が可能となり、当該位置の表面属性をより正確に測定す
ることができる。

【００８５】そして、このような画像入力装置ととも
に、実物体の形状を測定する形状測定手段を設け、さら
に三次元画像処理装置により、形状測定手段から出力さ
れた測定データを用いて実物体の三次元形状に関するデ
ータを生成するとともに、画像入力装置から出力された
画像データを用いて三次元形状データに適用する表面属
性に関するデータを生成することにより、実物体の形状
および表面属性をリアルに再現した三次元画像を作成す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態である三次元画像処理シ
ステムの平面図である。

【図２】上記三次元画像処理システムに用いられる三次
元測定装置の側面図である。

【図３】上記三次元測定装置による被測定物の立体形状
の測定方法を説明する図である。

【図４】上記三次元測定装置による被測定物の反射特性
の測定方法を説明する図である。

【図５】上記被測定物の反射特性を説明するグラフ図で
ある。

【図６】本発明の第２実施形態である三次元画像処理シ
ステムに用いられる三次元測定装置の斜視図である。

【図７】本発明の第３実施形態である三次元画像処理シ
ステムに用いられる三次元測定装置の斜視図である。

【符号の説明】

１デジタルカメラ２，７，９照明ユニット３形状測定ユニット４，８測定ステージ５照明ステージ６制御ユニット１０照明セグメント１１小光源

フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA04 AA51 AA53 BB05 FF04 FF09 GG07 GG08 GG16 HH05 HH07 JJ26 LL22 PP12 PP13 QQ03 QQ24 QQ31 SS02 2G051 AB07 AB08 BA01 BA08 BB01 BC02 BC07 CA04 CA07 CB01 CB05 EA11 EA12 EA14 5B047 AA07 AB04 BB04 BC12 BC14 CA19 CB18 5B057 AA20 BA02 DB03 DB06 DB09 DC09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】実物体を照明する照明手段と、この照明
手段により照明された実物体を撮像し、実物体の三次元
画像に適用される表面属性に関するデータを生成させる
ための画像データを出力する撮像手段とを有する画像入
力装置であって、装置外部からの制御信号に応じて、前記照明手段の実物
体および前記撮像手段に対する位置を制御する制御手段
を有することを特徴とする画像入力装置。
【請求項２】前記制御手段は、前記照明手段の実物体
および前記撮像手段に対する位置を変えて前記撮像手段
に複数回の撮像を行わせることを特徴とする請求項１に
記載の画像入力装置。
【請求項３】実物体を照明する照明手段と、この照明
手段により照明された実物体を撮像し、実物体の三次元
画像に適用される表面属性に関するデータを生成させる
ための画像データを出力する撮像手段とを有する画像入
力装置であって、装置外部からの制御信号に応じて、前記照明手段の実物
体および前記撮像手段に対する方向を制御する制御手段
を有することを特徴とする画像入力装置。
【請求項４】前記制御手段は、前記照明手段の実物体
および前記撮像手段に対する方向を変えて前記撮像手段
に複数回の撮像を行わせることを特徴とする請求項３に
記載の画像入力装置。
【請求項５】前記照明手段からの照明光が、線状の輝
度分布を有することを特徴とする請求項１又は３に記載
の画像入力装置。
【請求項６】前記照明手段からの照明光が、円弧状又
は環状の輝度分布を有することを特徴とする請求項１又
は３に記載の画像入力装置。
【請求項７】前記照明手段からの照明光が、この照明
手段の位置の制御方向に対して略直交する平面内に輝度
分布を有することを特徴とする請求項１又は３に記載の
画像入力装置。
【請求項８】前記照明手段は複数の光源を有し、前記制御手段は、装置外部からの制御信号に応じてこれ
ら複数の光源のいずれかを選択的に点灯させることを特
徴とする請求項１又は３に記載の画像入力装置。
【請求項９】前記撮像手段が、複数の波長光により撮
像を行うマルチスペクトルカメラであることを特徴とす
る請求項１又は３に記載の画像入力装置。
【請求項１０】請求項１から９のいずれかに記載の画
像入力装置と、実物体の形状を測定して実物体の三次元
画像に適用される三次元形状に関するデータを生成させ
るための測定データを出力する形状測定手段を有するこ
とを特徴とする三次元測定装置。
【請求項１１】前記形状測定手段は、実物体に対して
強度分布を有するパターン光を照射することを特徴とす
る請求項１０に記載の三次元測定装置。
【請求項１２】実物体が載置され、回転可能なステー
ジを有しており、前記制御手段は、装置外部からの制御信号に応じて前記
回転ステージの回転位置を制御することを特徴とする請
求項１０に記載の三次元測定装置。
【請求項１３】請求項１０から１２のいずれかに記載
の三次元測定装置と、前記形状測定手段から出力された測定データを用いて実
物体の三次元形状に関するデータを生成するとともに前
記画像入力装置から出力された画像データを用いて前記
三次元形状データに適用する表面属性に関するデータを
生成し、これら三次元形状データおよび表面属性データ
に基づいて実物体の三次元画像を作成する三次元画像処
理装置とを有し、前記三次元画像処理装置は、前記三次元測定装置におけ
る前記制御手段に制御信号を入力することを特徴とする
三次元画像処理システム。
【請求項１４】前記三次元画像処理装置は、前記撮像
手段からのデータに基づいて実物体の反射特性に関する
表面属性データを生成することを特徴とする請求項１３
に記載の三次元画像処理システム。
【請求項１５】前記三次元画像処理装置は、前記照明
手段からの照明光のうち実物体の表面において鏡面反射
する光を撮像した前記撮像手段からのデータに基づいて
実物体の反射特性に関する表面属性データを生成するこ
とを特徴とする請求項１３に記載の三次元画像処理シス
テム。