JP2004239747A

JP2004239747A - ３次元画像データ生成方法

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Publication number: JP2004239747A
Application number: JP2003029070A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Suzuki; 敏鈴木; Toshihisa Takai; 利久高井
Original assignee: Pulstec Industrial Co Ltd
Current assignee: Pulstec Industrial Co Ltd
Priority date: 2003-02-06
Filing date: 2003-02-06
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2023-02-06
Also published as: JP3944091B2

Abstract

【課題】複数の３次元形状測定装置または複数の測定位置により測定した複数組の立体形状データ群を合成するための座標変換係数を効率よく得る。
【解決手段】球体４１，４２，４３に関する物体パラメータおよび定点パラメータを予め入力しておき、基台１０に置かれた球体４１，４２，４３の３次元立体形状を、異なる位置に配置した３次元形状測定装置２０Ａ、２０Ｂ，２０Ｃによって測定する。３次元形状測定装置２０Ａ、２０Ｂ，２０Ｃによって生成した立体形状データ群から物体パラメータを用いて球体４１，４２，４３に関するデータを抽出し、定点パラメータを用いて球体４１，４２，４３の各定点の座標値を計算する。次に、算出された定点の座標値に基づいて、３次元形状測定装置２０Ａの測定座標を基準座標として、３次元形状測定装置２０Ｂ，２０Ｃの測定座標値を基準座標に変換する座標変換係数を計算する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一つまたは複数の３次元形状測定装置により複数の異なる位置で測定した物体の３次元立体表面形状を用いて、測定対象空間内に位置する物体の３次元画像を任意の方向から見て表示可能な３次元画像データを生成する３次元画像データ生成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、異なる位置に配置した複数の３次元形状測定装置、または測定位置が移動される３次元形状測定装置により、対象物体の３次元立体形状を複数の異なる位置で測定して各測定位置ごとの立体形状データを合成し、対象物体の立体形状を任意の方向から見て表示できるようにした３次元立体形状測定方法はよく知られている。この測定方法においては、立体形状データを高精度に合成するために、測定対象物の立体形状を測定する前に、特徴点を有する基準物体を測定対象空間に配置する。そして、この基準物体の３次元立体形状を測定し、同測定によって得た立体形状データの中から特徴点の座標値を各測定位置ごとに検出し、この検出した座標値を用いて各測定位置における立体形状データを基準座標に変換するための座標変換パラメータを計算し、この座標変換パラメータにより各測定位置の立体形状データを基準座標に変換することが行われている（特許文献１を参照）。
【０００３】
また、測定対象物の立体形状を測定する前に、単純な形状で定まった形状の基準物体を測定対象空間に配置して、この３次元立体形状を測定し、立体形状データを用いて予め基準物体内に設定してある定点の座標値を各測定位置ごとに計算し、この計算した座標値を用いて各測定位置における立体形状データを基準座標に変換するための座標変換パラメータを計算し、この座標変換パラメータにより各測定位置の立体形状データを基準座標に変換することも行われている（特許文献２を参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−５３９１４号公報
【特許文献２】
特開２００２−３２８０１４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１に記載の方法では、定点がある程度の大きさをもつために定点座標値を点として正確に求めることができず、また立体形状データの一つ一つにはノイズが含まれているため、そのデータに基づいて検出した特長点の座標値にもノイズが含まれており、座標変換パラメータを精度よく計算することができないという問題がある。
【０００６】
また、上記特許文献２に記載の方法では、座標変換パラメータを計算するには３つ以上の定点を設定する必要があるため、１つの基準物体に１つの定点を設定した場合、基準物体の位置を変えて３回以上測定しなければならない。また、１つの基準物体に３つの定点を設定した場合、あるいは１つの定点をもつ３つの基準物体を配置した場合、作業者が各定点の座標を計算するために用いる立体形状データをそれぞれ指定する必要があるため、作業効率が悪くなるという問題がある。さらに、基準物体としては、定まった形状のものしか用いることができず、基準物体を破損、紛失した場合には、代替えを早期に用意することができないという問題もある。また、測定対象物が固定されている場合には、測定対象物の物体の測定領域内に基準物体を配置して測定する必要があるが、測定対象物の形状に適した形状の基準物体を選定できないという問題もある。
【０００７】
【発明の概略】
本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、複数の測定位置における立体形状データを合成するための座標変換パラメータを作業効率よくかつ高精度で得ることが可能な３次元画像データ生成方法を提供することにある。また、定点を設定する基準物体として種々の形状を有する物体を選定することが可能な３次元画像データ生成方法を提供することにもある。
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明の特徴は、一つまたは複数の３次元形状測定装置に測定対象空間内に存在する物体の３次元立体表面形状を複数の異なる位置で測定させ、同物体の３次元表面形状を表す複数組の立体形状データ群を生成する立体形状データ群生成ステップと、前記各立体形状データ群ごとに、物体パラメータにより定義される一部の物体または同物体の一部に対応したサブ立体形状データ群を各立体形状データ群の中から抽出するサブ立体形状データ群抽出ステップと、前記各立体形状データ群ごとに抽出した各サブ立体形状データ群を用いて、前記一部の物体または同物体の一部によって特定される定点であって定点パラメータによって定義される定点を表す複数組の３次元データセットを各サブ立体形状データ群ごとに生成する定点データセット生成ステップと、前記生成した複数組の３次元データセットを用いて、前記複数組の立体形状データ群を１つの基準座標によって表現される立体形状データ群にそれぞれ変換するための座標変換パラメータを計算する座標変換パラメータ計算ステップと、前記座標変換パラメータを用いて前記複数組の立体形状データ群を前記基準座標によって表現される立体形状データ群にそれぞれ変換して、同変換された複数組の立体形状データ群を合成する合成ステップとを含むことにある。
【０００９】
この場合、各立体形状データ群は、例えば、物体の表面を微小エリアずつに分割した各分割エリア位置をそれぞれ３次元で表現する多数のデータセットの集合からなる。また、定点を、複数の測定位置での各測定結果に基づいて生成される各立体形状データ群に対して３個以上定めるようにするとよい。また、複数の測定位置で各立体形状を測定するために、３台以上の３次元形状測定装置を異なる位置に配置し、または１台の３次元形状測定装置を３箇所以上の異なる位置に移動させるようにするとよい。
【００１０】
このように構成した本発明の特徴においては、物体の特定の形状、大きさなどによって測定対象空間内に存在する一部の物体または同物体の一部を表す物体パラメータを定めておくとともに、一部の物体または同物体の一部内の定点を表す定点パラメータを定めておけば、サブ立体形状データ群注出ステップおよび定点データセット生成ステップにより、複数の異なる位置で測定された物体の３次元立体表面形状を表す複数組の立体形状データ群を用いて、測定対象空間内における定点を表す３次元データセットが同各立体形状データ群ごとに自動的に生成される。そして、座標変換パラメータ計算ステップにより、複数組の３次元データセットを用いて、複数組の立体形状データ群を１つの基準座標によって表現される立体形状データ群にそれぞれ変換するための座標変換パラメータが自動的に計算され、合成ステップにより、座標変換パラメータを用いて複数組の立体形状データ群が基準座標によって表現される立体形状データ群にそれぞれ変換されて、同変換された複数組の立体形状データ群が自動的に合成される。
【００１１】
したがって、この本発明の特徴によれば、作業者は測定対象物の立体形状を測定する操作を行うのみで、測定対象空間内に位置する物体の３次元画像を任意の方向から見て表示可能な３次元画像データが自動的に生成されるので、３次元画像データを作成する作業効率が良好となる。また、大きさを有さない定点を指定でき、定点の座標値を多数の立体形状データを用いて計算するので、高精度な座標変換パラメータが得られ、ひいては測定対象物を任意の方向から見て表示可能な３次元画像データの精度が良好になる。さらに、物体パラメータおよび定点パラメータを指定することで、任意の形状の物体における定点を表す３次元データセットを計算できるので、作業者は定点を設定する一部の物体または同物体の一部の形状を任意に定めることができる。
【００１２】
また、本発明の他の特徴は、基準物体を測定対象空間内に配置して、一つまたは複数の３次元形状測定装置に同基準物体の３次元立体表面形状を複数の異なる位置で測定させ、同基準物体の３次元表面形状を表す複数組の基準立体形状データ群を生成する基準立体形状データ群生成ステップと、前記各基準立体形状データ群ごとに、物体パラメータにより表される基準物体または同基準物体の一部に対応したサブ立体形状データ群を各基準立体形状データ群の中から抽出するサブ立体形状データ群抽出ステップと、前記各基準立体形状データ群ごとに抽出した各サブ立体形状データ群を用いて、前記基準物体または同基準物体の一部によって特定される定点であって定点パラメータによって定義される定点を表す複数の３次元データセットを各サブ立体形状データ群ごとに生成する定点データセット生成ステップと、前記生成した複数組の３次元データセットを用いて、前記一つまたは複数の３次元形状測定装置による複数の異なる位置での各測定に基づいてそれぞれ生成される複数組の立体形状データ群を１つの基準座標によって表現される立体形状データ群にそれぞれ変換するための座標変換パラメータを計算する座標変換パラメータ計算ステップと、前記一つまたは複数の３次元形状測定装置に前記測定対象空間内に配置された測定対象物の３次元立体表面形状を複数の異なる位置で測定させ、同測定対象物の３次元表面形状を表す複数組の測定立体形状データ群を生成する測定立体形状データ群生成ステップと、前記計算された座標変換パラメータを用いて前記複数組の測定立体形状データ群を前記基準座標によって表現される測定立体形状データ群にそれぞれ変換して、同変換された複数組の測定立体形状データ群を合成する合成ステップとを含むことにある。
【００１３】
この場合、例えば、基準物体を球体とし、かつ定点を球体の中心とするとよい。また、この場合も、各立体形状データ群は、例えば、物体の表面を微小エリアずつに分割した各分割エリア位置をそれぞれ３次元で表現する多数のデータセットの集合からなる。また、定点を、複数の測定位置での各測定結果に基づいて生成される各立体形状データ群に対して３個以上定めるようにするとよい。また、複数の測定位置で各立体形状を測定するために、３台以上の３次元形状測定装置を異なる位置に配置し、または１台の３次元形状測定装置を３箇所以上の異なる位置に移動させるようにするとよい。
【００１４】
これによれば、特定の形状、大きさなどによって基準物体または同基準物体の一部を表す物体パラメータを定めておくとともに、同基準物体または同基準物体の一部内の定点を表すパラメータを定めておけば、基準立体形状データ群生成ステップ、定点データセット生成ステップおよび座標変換パラメータ計算ステップの処理により、前記本発明の特徴の場合と同様に、基準物体を用いて各測定値における座標変換パラメータが高精度で自動的に計算される。そして、測定立体形状データ群生成ステップおよび合成ステップにより、前記計算された座標変換パラメータを用いて、測定対象物を任意の方向から見た３次元画像データが生成される。
【００１５】
したがって、この本発明の他の特徴によれば、測定対象物に定点を設定することが困難な場合、および測定対象物に定点を設定可能な物体を加えて測定することが困難な場合にも、測定対象物を測定する前に、測定対象空間内に基準物体を配置して測定すれば、前記本発明の特徴の場合と同様に、高精度な座標変換パラメータを自動的に得ることができ、測定対象物の３次元画像データを作成する作業効率が良好になるとともに、高精度な３次元画像データを得ることができる。
さらに、物体パラメータおよび定点パラメータを指定することで、自動的に生成される任意の形状の基準物体における定点を表す３次元データセットを計算できるので、作業者は定点を設定する物体の形状を任意に定めることができる。
【００１６】
また、前記本発明の他の特徴において、基準立体形状データ群生成ステップ、定点データセット生成ステップおよび座標変換パラメータ計算ステップの処理後、測定立体形状データ群生成ステップおよび合成ステップを繰り返し実行して、測定対象物の３次元画像を任意の方向から見て表示可能な３次元画像データを生成するようにするとよい。これによれば、基準物体を用いて座標変換パラメータを計算した後には、測定対象物を次々に換えることにより、多数の測定対象物を任意の方向から見た立体画像を表示可能となる。特に、測定対象空間を通過する種々の物体の外形を把握する場合などには最適であり、自動的に測定対象空間を通過する物体の形状を作業性よく把握できる。
【００１７】
さらに、本発明の他の特徴は、物体パラメータおよび定点パラメータを、入力装置を用いて任意に入力可能としておくとよい。これによれば、定点の定められる一部の物体または同物体の一部を自由に選択できるようになり、種々の用途への利用可能性が広がる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明の３次元画像データ生成方法に利用される３次元画像装置の基本構成を示す概略図である。
【００１９】
この３次元画像装置は、異なる位置に配置されて基台１０上に形成された測定対象空間に向けた３台の３次元形状測定装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを備えている。これらの３次元形状測定装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、基台１０上に置かれた物体の３次元立体表面形状を測定するもので、同測定結果を表す測定情報を出力する。
【００２０】
これらの３次元形状測定装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃとしては、物体の３次元表面形状を測定するとともに同測定した３次元表面形状を表す信号を出力するものであれば、いかなる３次元形状測定装置をも利用できる。本実施形態においては、レーザ光を用いて３角測量法に従って物体の３次元表面形状を測定するものを簡単に紹介しておく。
【００２１】
この３次元形状測定装置においては、レーザ光源から物体に向けて出射されるレーザ光の進行方向にほぼ垂直な仮想平面を想定するとともに、同仮想平面上にて互いに直交するＸ軸方向およびＹ軸方向に沿って分割した多数の微小エリアを想定する。そして、３次元形状測定装置は、前記多数の微小エリアにレーザ光を順次照射し、物体からの反射光によって前記微小エリアが規定する物体表面までの距離をＺ軸方向距離として順次検出して、物体の表面を微小エリアずつに分割した各分割エリア位置を表すＸ，Ｙ，Ｚ座標に関する情報を得て、同３次元形状測定装置に面した物体表面の形状を測定するものである。
【００２２】
したがって、この３次元形状測定装置は、出射レーザ光の向きをＸ軸方向に変化させるＸ軸方向走査器と、出射レーザ光の向きをＹ軸方向に変化させるＹ軸方向走査器と、物体表面にて反射された反射レーザ光を受光して物体表面までの距離を検出する距離検出器とを備えている。Ｘ軸方向走査器およびＹ軸方向走査器としては、レーザ光源からの出射レーザ光の光路をＸ軸方向およびＹ軸方向に独立に変化させ得る機構であればよく、例えばレーザ光源自体をＸ軸方向およびＹ軸方向の軸線回りに電動モータによって回転させたり、出射レーザ光の光路に設けられてその方向を変更するガルバノミラーをＸ軸方向およびＹ軸方向の軸線回りに電動モータによって回転させる機構を利用できる。距離検出器としては、前記出射レーザ光の光路に追従して回転し、物体表面にて反射された反射レーザ光を集光する結像レンズおよび同集光したレーザ光を受光するＣＣＤなどの複数の受光素子を一列に配置させたラインセンサからなり、ラインセンサによる反射レーザ光の受光位置によって物体表面までの距離を検出する機構を利用できる。
【００２３】
したがって、このような３次元形状測定装置は、物体の表面を微小エリアずつに分割した各分割エリア位置を表すＸ，Ｙ，Ｚ座標に関する情報として、Ｘ軸方向走査器による出射レーザ光の基準方向に対するＸ軸方向への傾きθｘ、Ｙ軸方向走査器による出射レーザ光の基準方向に対するＹ軸方向への傾きθｙ、および距離検出器による物体表面までの距離Ｌｚとが、前記仮想したＸ軸方向およびＹ軸方向に沿って分割した多数の微小エリアごとに出力される。より具体的には、Ｘ軸およびＹ軸方向への傾きθｘ，θｙは、電動モータの基準位置からの回転角である。また、物体表面までの距離Ｌｚは、ラインセンサにおける反射レーザ光の受光位置である。
【００２４】
これらの３次元形状測定装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃには、コントローラ３１および画像処理装置３２が接続されている。コントローラ３１は、キーボードからなる入力装置３３からの指示にしたがって、３次元形状測定装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの作動を制御する。また、コントローラ３１は、入力装置３３からの指示にしたがって画像処理装置３２の作動を制御するとともに、同入力装置３３にて入力されたデータを画像処理装置３２に供給する。
【００２５】
画像処理装置３２は、コンピュータ装置によって構成されて図２の座標変換係数演算プログラムおよび図３の合成立体形状表示プログラムの実行により、３次元形状測定装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃからの３次元画像に関する情報を入力して、測定対象空間内に位置する物体の３次元画像を任意の方向から見て表示可能な３次元画像データを生成する。この画像処理装置３２には、表示装置３４が接続されている。表示装置３４は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＣＲＴディスプレイなどを備えており、画像処理装置３２から３次元画像データに基づいて測定対象空間内に位置する物体の３次元画像を表示する。
【００２６】
次に、上記のように構成した３次元画像装置の動作について説明する。ユーザは、基準物体としての球体４１，４２，４３を基台１０の適当な位置に配置した後、入力装置３３を操作して座標変換係数の演算を指示する。なお、球体４１，４２，４３は、予め用意された真球体であって、それらの半径はそれぞれ異なるとともに事前に使用者により認識されている。この座標変換係数の演算の指示は、コントローラ３１を介して画像処理装置３２に伝達され、画像処理装置３２は、図２の座標変換係数演算プログラムの実行をステップＳ１０にて開始して、ステップＳ１２にてユーザによる定点指定用パラメータの入力を待つ。
【００２７】
定点とは、３次元形状測定装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの立体表面形状の測定に基づいてそれぞれ生成される３次元画像データの属する座標を共通の基準座標に変換するために用いられる測定対象区間内の特定の位置であり、定点パラメータは定点を特定するためのものである。この定点としては種々のものが考えられるが、本実施形態の説明では、球体４１，４２，４３の各中心とする。したがって、この定点を特定するために、ユーザは、「球体」を表すパラメータ、球体４１，４２，４３を区別するための「半径」を表すパラメータ、および特定の点を指定するための「中心」を表すパラメータを入力する。すなわち、ユーザは球体、半径および中心を表すパラメータを１組として、球体４１，４２，４３に対応した３組の定点指定用パラメータを入力することになる。この定点指定用パラメータは、定点を含む物体または物体の一部を示す物体パラメータ（前記例では、「球体」および「半径」）と、物体パラメータによって指定された物体によって特定される一つの定点を示す定点パラメータとに分類される。
【００２８】
このようにして入力された３組の定点指定用パラメータは、ステップＳ１２の処理により、コントローラ３１を介して画像処理装置３２に入力される。なお、以前に入力された定点が変更されない場合、または固定の定点が予め決められている場合には、この定点指定用パラメータの入力処理は省略される。このステップＳ１２の処理後、画像処理装置３２は、ステップＳ１４にて３次元形状測定装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃによる測定形状情報の入力を待つ。
【００２９】
一方、３次元形状測定装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、コントローラ３１によって制御され、前記ユーザによる座標変換係数の演算の指示時に測定対象空間内の物体の３次元立体表面形状の測定を開始している。そして、これらの測定が終了すると、３次元形状測定装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、球体４１，４２，４３の各表面形状を表す情報を画像処理装置３２にそれぞれ出力する。すなわち、球体４１，４２，４３の表面を微小エリアずつに分割した各分割エリア位置を表すＸ，Ｙ，Ｚ座標に関する情報（具体的には、傾きθｘ，θｙおよび距離Ｌｚ）をそれぞれ出力する。したがって、画像処理装置３２は、前記ステップＳ１４にて、３次元形状測定装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃから出力された前記Ｘ，Ｙ，Ｚ座標に関する情報を入力する。
【００３０】
次に、画像処理装置３２は、ステップＳ１６にて、前記入力した３次元形状測定装置２０Ａ，２０Ｂ，２０ＣからのＸ，Ｙ，Ｚ座標に関する情報に基づいて、測定対象空間内に位置する物体の３次元表面形状を表す立体形状データ群を３次元形状測定装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃごとにそれぞれ計算する。すなわち、３次元形状測定装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃによって規定される３種類の座標Ａ，Ｂ，Ｃでの、球体４１，４２，４３の表面を微小エリアずつに分割した各分割エリア位置をそれぞれ３次元で表現する多数のデータセットの集合を計算し、３組の立体形状データ群Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃを得る。この３組の立体形状データ群Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃは座標Ａ、Ｂ，Ｃにおける各座標値Ｘ，Ｙ，Ｚで表される。具体的には、立体形状データ群Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃを構成する各データセットは、（ｘ_ａ，ｙ_ａ，ｚ_ａ），（ｘ_ｂ，ｙ_ｂ，ｚ_ｂ），（ｘ_ｃ，ｙ_ｃ，ｚ_ｃ）でそれぞれ表される。
【００３１】
次に、ステップＳ１８にて、座標Ａ，Ｂ，Ｃに対応した立体形状データ群Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃのそれぞれに対して、定点の規定されている球体４１，４２，４３をそれぞれ含む最小空間内の３つのサブ立体形状データ群を抽出する。このサブ立体形状データ群の抽出処理は次のサブステップ１〜５の処理からなり、これらのサブステップ１〜７の処理が立体形状データ群Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃごと、かつ球体４１，４２，４３ごとに繰り返し実行されて、９組のサブ立体形状データ群Ｄａ１，Ｄａ２，Ｄａ３，Ｄｂ１，Ｄｂ２，Ｄｂ３，Ｄｃ１，Ｄｃ２，Ｄｃ３が抽出される。
【００３２】
サブステップ１：立体形状データ群（座標データ群）の中に出射レーザ光の基準方向に平行に１つの平面を定義し、この平面を同平面に垂直な方向に等間隔で順次移動させ、各平面に含まれる立体形状データ群を抽出する。言い換えれば、平面で切断したときの立体形状の切断面を表すデータを抽出する。なお、基準物体が直方体などの多面体や多角錐、円柱、円錐である場合、平面の方向を変化させながらサブステップ１および後述するサブステップ２を繰り返し行い、基準物体の数だけ抽出されるデータ群がある平面の方向を見つける。これは、基準物体の底面と平行になる平面を見つけることである。ただし、基準物体の底面が基台１０と平行になっていれば、上記の処理を行わず、基台１０の表面の立体形状データ群を使って、基台１０の表面を平面として定義すればよい。
【００３３】
サブステップ２：平面に含まれる立体形状データ群の中で連続している立体形状データ群ごとに、データ群が物体パラメータから得られる認識すべき形状の特徴に合致しているものを抽出する。本実施形態の場合、物体パラメータは球体を指定しているので、データ群が円になっているものを抽出する。具体的には、平面に含まれる立体形状データ群を平面の座標によるデータ群に変換し、このデータを円の式（ｘ−ａ）^２＋（ｙ−ｂ）^２−ｄ^２＝０の左辺に当てはめ、最小２乗法により円の中心座標であるａ，ｂの値を算出し、データ群の各データと、座標（ａ，ｂ）よりの距離を検出して、値の偏差が判別以内であれば合致していると判定する。なお、基準物体が円柱、円錐であれば同様にデータ群が円になっているものを抽出し、直方体などの多面体や多角錐であれば、データ群が所定角度（例えば、直方体や４角錐であれば直角）をなす角を構成する２つの直線（２辺）になっているものを抽出すればよい。
【００３４】
サブステップ３：抽出した平面に含まれる立体形状データ群より、基準物体が球体、円柱、円錐であれば円の中心の座標、直方体などの多面体や多角錐であれば、角の座標を３次元座標として計算し、各平面ごとに計算した座標が直線状に並んでいるものを抽出する。
【００３５】
サブステップ４：サブステップ２で抽出した平面に含まれる立体形状データ群において、直線状に並んでいる中心点または角の座標の両端の座標間距離を計算し、この値が、物体パラメータと平面の間隔より算出される値に合致しているものを抽出する。本実施形態の場合、物体パラメータとして半径の値が与えられているので、この２倍の値（すなわち、球体の直径）をＤとし、平面の間隔をＢとすると、Ｄ＞ａ・Ｂ（ａは整数）なる不等式を満たす最も大きな値ａを計算し、同計算値ａと間隔Ｂとの乗算結果ａ・Ｂにほぼ合致している両端の座標間距離のものが抽出される。なお、基準物体が直方体などの多面体や多角錐、円柱、円錐であれば、半径の代わりに物体パラメータとして与えられている高さを上記不等式のＤにすればよく、同不等式を満足する両端の座標間距離が最大のものが抽出される。この場合、多角錐のように角の座標の直線状の並びが平面と直交していないときには、座標間距離は平面と直交する成分のものとする。
【００３６】
サブステップ５：サブステップ４で抽出した平面に含まれる立体形状データ群より、立体形状データ群がすべて含まれる空間を定め、その空間に含まれる立体形状データ群を抽出する。本実施形態の場合、直線状に並んでいる中心点の両端の座標、および円の半径が最も大きな平面の立体形状データ群を含む球状の空間を設定し、この球状の空間内にある立体形状データ群を抽出する。なお、基準物体が直方体などの多面体や多角錐、円柱、円錐であっても、直線状に並んでいる中心点または角の両端の座標、および各平面における立体形状データ群を含む物体の形状に見合った空間を設定すればよい。
【００３７】
このようなサブステップ１〜５からなるステップＳ１８のサブ立体形状データ群（座標データ群）の抽出処理においては、サブステップ１の処理によって、探索する領域を平面に限定し、探索する形状を制限した。そして、サブステップ２〜４の処理により、物体パラメータによって指定された探索物体（物体の部分も含む）に合致するデータ群を、平面における形状に合致するデータ群、立体形状に合致するデータ群、値に合致するデータ群の３段階で抽出するようにしたので、物体の探索を簡単かつ正確にできるとともに、探索処理時間を短縮することができる。そして、サブステップ５の処理により、前記物体の立体形状データ群が含まれる空間が設定され、その空間に含まれる立体形状データ群が抽出されるようにしたので、立体形状データ群の抽出を簡単に行うことができる。
【００３８】
なお、前記ステップＳ１８のサブステップ１〜５の繰り返し処理においても、重複する処理については、適宜省略できる。例えば、サブステップ１〜３の平面の定義と物体パラメータによって指定された探索物体の形状に合致するデータ群の抽出処理は、立体形状データ群Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃに対してそれぞれ行えば足り、球体４１，４２，４３ごとに行う必要がないので、立体形状データ群Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃに対してそれぞれ１回ずつ行われる。
【００３９】
ふたたび、図２のプログラムの説明に戻ると、前記ステップＳ１８の処理後、画像処理装置３２はステップＳ２０にて定点座標の計算処理を実行する。このステップＳ２０の処理は、前記抽出した９組のサブ立体形状データ群Ｄａ１，Ｄａ２，Ｄａ３，Ｄｂ１，Ｄｂ２，Ｄｂ３，Ｄｃ１，Ｄｃ２，Ｄｃ３に対して、次のサブステップ１，２を繰り返し実行することにより、９組の定点を表すデータセットＰａ１，Ｐａ２，Ｐａ３，Ｐｂ１，Ｐｂ２，Ｐｂ３，Ｐｃ１，Ｐｃ２，Ｐｃ３がそれぞれ計算される。これらの９組のデータセットＰａ１，Ｐａ２，Ｐａ３，Ｐｂ１，Ｐｂ２，Ｐｂ３，Ｐｃ１，Ｐｃ２，Ｐｃ３は、３次元形状測定装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃによって規定される３種類の座標Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、球体４１，４２，４３ごとの定点を表すデータセット（Ｘ，Ｙ，Ｚ座標値）である。
【００４０】
サブステップ１：物体パラメータによって指定される物体または物体の部分の存在位置を特定できる位置（以下、物体位置という）を表す座標値を計算する。
具体的には、前記抽出した一組のサブ立体形状データ群に、対応する物体パラメータによって指定される物体の外形を重ね合わせ、各サブ立体形状データ群によって表された各点と物体の外形との偏差の総計が最小となる物体位置を表す座標値を、最小２乗法を用いて計算する。
【００４１】
このサブステップ１の処理を具体例を挙げて説明すると、本実施形態のように基準物体として球体を採用した場合、球体の表面は下記数１によって表され、球体４１，４２，４３の表面に関する点群（各点は、座標値ｘ，ｙ，ｚで表される）は、下記数１を満足するはずである。なお、下記数１において、ａ，ｂ，ｃは球体の中心座標を表す未知数であり、ｄは球体の半径を表す物体パラメータとして入力されている定数である。
【００４２】
【数１】
（ｘ−ａ）^２＋（ｙ−ｂ）^２＋（ｚ−ｃ）^２−ｄ^２＝０
【００４３】
したがって、このサブステップ１の処理では、前記ステップＳ１８の処理によって抽出した９組のサブ立体形状データ群Ｄａ１，Ｄａ２，Ｄａ３，Ｄｂ１，Ｄｂ２，Ｄｂ３，Ｄｃ１，Ｄｃ２，Ｄｃ３に対して、各サブ立体形状データ群ごとに、同サブ立体形状データ群を構成する点群（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）（ｉ＝１〜ｎ）を上記数１の左辺に代入して、その値の２乗値の和が最小となるａ，ｂ，ｃを最小２乗法を用いて計算する。これにより、この場合には球体４１（または球体４２，４３）の中心位置（物体位置）を表す座標値ｘ，ｙ，ｚがａ，ｂ，ｃとして計算される。
【００４４】
また、直方体などの多面体、多角錐などを基準物体として採用した場合、基準物体の表面は下記数２によって表され、基準物体の表面に関する点群（各点は、座標値ｘ，ｙ，ｚで表される）は、下記数２の平面に関する式を満足するはずである。
【００４５】
【数２】
ａ・ｘ＋ｂ・ｙ＋ｃ・ｚ＋ｄ＝０
【００４６】
そして、この場合も、このサブステップ１の処理では、前記ステップＳ１８の処理によって抽出した９組のサブ立体形状データ群Ｄａ１，Ｄａ２，Ｄａ３，Ｄｂ１，Ｄｂ２，Ｄｂ３，Ｄｃ１，Ｄｃ２，Ｄｃ３に対して、各サブ立体形状データ群ごとに、同サブ立体形状データ群を構成する点群（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）（ｉ＝１〜ｎ）を上記数２の左辺に代入して、その値の２乗値の和が最小となるａ，ｂ，ｃ，ｄを最小２乗法を用いて計算する。その後、前記計算された基準物体の各平面を表す値ａ，ｂ，ｃ，ｄを用いて、各平面が交差する直線、すなわち辺を表す式（値）を計算する。さらに、前記平面を表す式（値ａ，ｂ，ｃ，ｄ）と前記辺を表す式（値）とを用いて各頂点の座標値を計算する。この各頂点の座標値が、物体位置を表すことになる。
【００４７】
また、円柱、円錐などを基準物体として採用した場合、円柱の上面は前記数２によって表されるとともに、円柱および円錐の底面と、円柱および円錐の側面（底面に水平に切断したときの表面）は下記数３により表される。この場合、円柱においては下記数３のｄは物体パラメータにより与えられる上面および底面の半径であり、円錐においては底面の半径と円錐の高さと切断高さにより計算される切断面における円の半径である。ただし、前記数２の値ａ，ｂ，ｄと下記数３の値ａ，ｂ，ｄとは異なる値である。
【００４８】
【数３】
（ｘ−ａ）^２＋（ｙ−ｂ）^２−ｄ^２＝０
【００４９】
そして、この場合も、このサブステップ１の処理では、前述した場合と同様に、最小２乗法を用いて前記数２の値ａ，ｂ，ｃ，ｄと下記数３の値ａ，ｂを計算する。また、この場合における側面に関する計算過程においては、底面に垂直な方向に微小間隔ずつ位置をずらしながら同底面に対して平行な面で円柱または円錐を切断して、前記数３を適用する。その後、円柱または円錐の底面に関する前記計算した数３の値ａ，ｂと、円柱または円錐の各切断面に関する前記計算した数３の値ａ，ｂを用いて、各円形の中心座標を計算して底面の中心に垂直な中心線を特定する。そして、円柱の場合には、前記中心線と、上面に関する前記計算した数２の値ａ，ｂ，ｃ，ｄとを用いて、物体位置を表す座標として上面および底面の中心の座標を計算する。また、円錐においては、物体位置を表す座標として底面の中心および頂点の座標を計算する。
【００５０】
サブステップ２：定点パラメータによって特定される物体の定点を定義する。前記のように物体パラメータが球体を表していて、物体位置が球体の中心であれば、前記サブステップ１の処理によって球体の中心位置を表す座標は基準物体の位置を表す座標として既に計算済みであるので、サブステップ２の処理は実質的に不要となる。
【００５１】
また、基準物体として直方体などの多面体、多角錐などを採用している場合には、定点としていずれかの頂点が指定されていれば、サブステップ１の処理によって計算された複数の頂点うちのいずれかの頂点の座標が定点として選択される。また、基準物体が直方体であって、定点として直方体の重心位置が指定されている場合には、サブステップ１の処理によって計算された８つの頂点の座標（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）（ｉ＝１〜８）を用いて、下記数４の演算によって定点の座標ｘｃ，ｙｃ，ｚｃを計算する。
【００５２】
【数４】

【００５３】
さらに、基準物体として円柱が採用されていて、定点として上面または底面の中心点が指定されていれば、サブステップ１の処理によって計算された２つの頂点のうちのいずれか一方の頂点の座標が定点として選択される。また、基準物体として円柱が採用されていて、定点として重心が指定されていれば、前記２つの頂点を結ぶ線の中央位置の座標が定点として計算される。また、基準物体として円錐が採用されていて、定点として頂点または底面の中心点が指定されていれば、サブステップ１の処理によって計算されている頂点および底面の中心点のうちのいずれか一方が定点として選択される。
【００５４】
このようなサブステップ１，２の処理により、少ない量のサブ立体形状データ群に基づき、物体パラメータおよび定点パラメータを用いて定点が計算されるので、計算処理速度を高めることが可能である。
【００５５】
前記ステップＳ２０の処理後、画像処理装置３２は、ステップＳ２２にて座標変換係数（座標変換パラメータ）の計算処理を実行する。この座標変換係数の計算処理は、一つの座標の立体形状データ群を他の座標の立体形状データ群に変換するための変換係数を計算するものである。本実施形態においては、座標Ａ（３次元形状測定装置２０Ａの座標）を基準座標とし、座標Ｂ（３次元形状測定装置２０Ｂの座標）および座標Ｃ（３次元形状測定装置２０Ｃの座標）の各座標値を前記基準座標値に変換する。
【００５６】
このステップＳ２２による座標変換係数の計算処理の説明に先立ち、座標変換について簡単に説明しておく。Ｘ−Ｙ−Ｚ座標からなる第１座標と、同第１座標をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸回りにそれぞれα，β，γだけ回転させるとともに、同第１座標の原点をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向にそれぞれａ，ｂ，ｃだけ移動させた第２座標を想定する。第１座標における一点の座標値を（ｘ，ｙ，ｚ）とし、第２座標における同一点の座標値を（ｘ’，ｙ’，ｚ’）すると、下記数１が成立するとともに、同数１中の行列Ｍは下記数２よって表される。
【００５７】
【数５】

【００５８】
【数６】

【００５９】
前記ステップＳ２２の座標変換係数の計算は、前記数１および数２中の行列値ｇ_１１，ｇ_１２，ｇ_１３，ｇ_２１，ｇ_２２，ｇ_２３，ｇ_３１，ｇ_３２，ｇ_３３および行列値ａ，ｂ，ｃを計算することを意味する。まず、座標Ｂ（３次元形状測定装置２０Ｂの座標）における座標値（ｘ，ｙ，ｚ）を、基準座標である座標Ａ（３次元形状測定装置２０Ａの座標）における座標値（ｘ’，ｙ’，ｚ’）に変換するための座標変換係数を計算する。
基準物体としての球体４１，４２，４３の定点（中心）に対応した座標ＡにおけるデータセットＰａ１，Ｐａ２，Ｐａ３を（ｘ_ａ１，ｙ_ａ１，ｚ_ａ１），（ｘ_ａ２，ｙ_ａ２，ｚ_ａ２），（ｘ_ａ３，ｙ_ａ３，ｚ_ａ３）とし、同球体４１，４２，４３の定点（中心）に対応した座標ＢにおけるデータセットＰｂ１，Ｐｂ２，Ｐｂ３を（ｘ_ｂ１，ｙ_ｂ１，ｚ_ｂ１），（ｘ_ｂ２，ｙ_ｂ２，ｚ_ｂ２），（ｘ_ｂ３，ｙ_ｂ３，ｚ_ｂ３）とすると、下記数３〜５の関係が成立する。
【００６０】
【数７】

【００６１】
【数８】

【００６２】
【数９】

【００６３】
前記数３を変形すると、下記数６の連立方程式が成立する。
【００６４】
【数１０】

【００６５】
この数６の連立方程式を解くことにより、行列値ｇ_１１，ｇ_１２，ｇ_１３を計算することができる。また、前記数４および数５に関しても、前記数６の連立方程式のように変形すれば、行列値ｇ_２１，ｇ_２２，ｇ_２３および行列値ｇ_３１，ｇ_３２，ｇ_３３を計算できる。そして、これらの計算した行列値を前記数３〜５に代入すれば、行列値ａ，ｂ，ｃを計算できる。これにより、座標Ｂにおける座標値（ｘ，ｙ，ｚ）を、基準座標である座標Ａにおける座標値（ｘ’，ｙ’，ｚ’）に変換するための座標変換係数が計算される。
【００６６】
次に、座標Ｃ（３次元形状測定装置２０Ｃの座標）における座標値（ｘ，ｙ，ｚ）を、基準座標である座標Ａ（３次元形状測定装置２０Ａの座標）における座標値（ｘ’，ｙ’，ｚ’）に変換するための座標変換係数を計算する。この場合、基準物体としての球体４１，４２，４３の定点（中心）に対応した座標ＢにおけるデータセットＰｂ１，Ｐｂ２，Ｐｂ３をそれぞれ表す前記座標値（ｘ_ｂ１，ｙ_ｂ１，ｚ_ｂ１），（ｘ_ｂ２，ｙ_ｂ２，ｚ_ｂ２），（ｘ_ｂ３，ｙ_ｂ３，ｚ_ｂ３）に代えて、同球体４１，４２，４３の定点（中心）に対応した座標ＣにおけるデータセットＰｃ１，Ｐｃ２，Ｐｃ３をそれぞれ表す座標値（ｘ_ｃ１，ｙ_ｃ１，ｚ_ｃ１），（ｘ_ｃ２，ｙ_ｃ２，ｚ_ｃ２），（ｘ_ｃ３，ｙ_ｃ３，ｚ_ｃ３）を用いて、前記数３〜６を用いた計算と同様な計算により、座標Ｃにおける座標値（ｘ，ｙ，ｚ）を、基準座標である座標Ａにおける座標値（ｘ’，ｙ’，ｚ’）に変換するための座標変換係数が計算される。そして、ステップＳ２４にてこの座標変換係数演算プログラムの実行が終了される。
【００６７】
この座標変換係数演算プログラムの実行後、ユーザは、球体４１，４２，４３を基台１０上から取り除いて、同基台１０上に測定対象物５０を配置する。そして、入力装置３３を操作して測定対象物５０の立体表示を指示する。これに応答して、画像処理装置３２は、図２の合成立体形状表示プログラムの実行をステップＳ３０にて開始して、ステップＳ３２にて測定対象物５０の３次元立体形状を表す測定情報の入力を待つ。一方、３次元形状測定装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、コントローラ３１によって制御され、測定対象物５０の３次元立体表面形状の測定を開始する。そして、３次元形状測定装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃが測定対象物５０の測定を終了すると、測定結果を表す情報を画像処理装置３２にそれぞれ出力する。
【００６８】
画像処理装置３２は、ステップＳ３２にて、上記ステップＳ１４の処理と同様にして画像処理装置３２からの測定情報を入力する。そして、ステップＳ３４にて、上記ステップＳ１６の処理と同様にして、３次元形状測定装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃごとに、各測定情報に基づいて測定対象物５０に関する３組の立体形状データ群Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃを得る。この３組の立体形状データ群Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃも座標Ａ、Ｂ，Ｃに対して独立したＸ，Ｙ，Ｚ座標値で表されたもので、立体形状データ群Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃを構成する各データセットは、（ｘ_ａ，ｙ_ａ，ｚ_ａ），（ｘ_ｂ，ｙ_ｂ，ｚ_ｂ），（ｘ_ｃ，ｙ_ｃ，ｚ_ｃ）で表される。
【００６９】
次に、ステップＳ３６にて、前記座標変換係数演算プログラムの実行によって計算した座標変換係数（すなわち、２組の行列値ｇ_１１，ｇ_１２，ｇ_１３，ｇ_２１，ｇ_２２，ｇ_２３，ｇ_３１，ｇ_３２，ｇ_３３，ａ，ｂ，ｃ）を用いて、ＢおよびＣ座標の立体形状データ群Ｄｂ，ＤｃをＡ座標の立体形状データ群Ｄｂ’，Ｄｃ’にそれぞれ変換する。この場合、上述した数１の演算の実行によって変換は行われる。
【００７０】
そして、ステップＳ３８にて、３次元形状測定装置２０Ａで測定されたＡ座標の立体形状データ群Ｄａと、３次元形状測定装置２０Ｂ，２０Ｃでそれぞれ測定されるとともにＡ座標に変換された立体形状データ群Ｄｂ’，Ｄｃ’を一組の立体形状データ群に合成する。この合成においては、全て立体形状データ群Ｄａ，Ｄｂ’，Ｄｃ’が同一座標Ａ上の座標値で表されているので、３次元形状測定装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃのそれぞれによって測定されない測定対象物５０の部分（３次元形状測定装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃに対して裏側に位置する測定対象物５０の外表面）を表す立体形状データ群Ｄａ，Ｄｂ’，Ｄｃ’が互いに補われ、一組のデータ群とされる。
【００７１】
次に、画像処理装置３２は、ステップＳ４０にて、前記合成された立体形状データ群を用いて表示装置３４を制御して、測定対象物５０を表示装置３４にて立体表示させる。その後、ステップＳ４２にて合成立体形状表示プログラムの実行を終了する。この測定対象物５０の立体表示においては、ユーザは入力装置３３を操作することにより測定対象物５０の表示方向を指示することができ、コントローラ３１および画像処理装置３２は表示装置３２にて表示される測定対象物５０の表示方向を変更する。これにより、測定対象物５０を任意の方向から見た画像を表示させることができる。
【００７２】
また、新たな測定対象物５０を基台１０上に置いて、前述のように測定対象物５０の表示を指示すれば、前記図３の合成立体形状表示プログラムの実行により、前記場合と同一の座標変換係数を用いて新たな測定対象物５０を任意の方向から見た画像を表示装置３２に表示させることができる。したがって、基準物体としての球体４１，４２，４３を用いて基台１０上の測定対象空間に関する座標変換係数を一度だけ計算しておけば、測定対象物５０を次々に換えて表示装置３２にて立体表示させることが可能である。
【００７３】
上記作動説明からも理解できるとおり、上記実施形態によれば、座標変換係数演算プログラムの実行により、球体４１，４２，４３によって特定される定点が設定され、同定点を用いて３次元形状測定装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ間の座標変換係数（座標変換パラメータ）が計算される。そして、合成立体形状表示プログラムの実行により、前記座標変換係数を用いて測定対象物５０の複数組の立体形状データ群が基準座標によって表現される立体形状データ群にそれぞれ変換されて、同変換された複数組の立体形状データ群が合成される。
【００７４】
したがって、上記実施形態によれば、作業者は基準物体として球体４１，４２，４３および測定対象物５０の立体形状を測定する操作を行うのみで、測定対象物５０の３次元画像を任意の方向から見て表示可能な３次元画像データが自動的に生成されるので、３次元画像データを作成する作業効率が良好となる。また、大きさを有さない定点を指定できるので、高精度な座標変換パラメータが得られ、ひいては測定対象物５０を任意の方向から見て表示可能な３次元画像データの精度が良好になる。さらに、物体パラメータおよび定点パラメータを指定することで、自動的に生成される任意の形状の基準物体における定点を表す３次元データセットを計算できるので、作業者は定点を設定する物体の形状を任意に定めることができる。
【００７５】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変形も可能である。
【００７６】
例えば、上記実施形態においては、球体４１，４２，４３を基準物体として用いて３次元形状測定装置２０Ａ、２０Ｂ，２０Ｃに関する座標変換係数を計算した後、基台１０上の測定対象物５０を次々に置き換えて同対象物５０の立体形状を次々に測定するようにした。しかし、本発明を、生産ライン、検査ラインなどの各種ライン上を次々に移動する物体の立体形状を次々に測定するようにした立体形状測定にも適用できる。この場合、３次元形状測定装置２０Ａ、２０Ｂ，２０Ｃをライン上の測定対象空間に向けて配置した後、同測定対象空間であるライン上に基準物体としての球体４１，４２，４３を置いて座標変換係数を計算し、その後にライン上を移動して来て測定対象空間内に入った測定対象物を３次元形状測定装置２０Ａ、２０Ｂ，２０Ｃにより測定し、この測定結果を前記計算した座標変換係数を用いて座標変換するようにするとよい。
【００７７】
また、上記実施形態では、基準物体（球体４１，４２，４３）の３次元立体形状の測定に基づいて座標変換係数を計算した後、基台１０上に測定対象物５０を置いて、測定対象物５０の３次元立体形状を測定するようにした。しかし、これに代えて、基台１０上に基準物体と測定対象物５０とを同時に置くことが可能であれば、基台１０上に基準物体と測定対象物５０とを同時に置いたまま、基準物体および測定対象物５０の３次元立体形状を測定するようにしてもよい。この場合、画像処理装置３２は図２の座標変換係数演算プログラムをステップＳ２２まで行い、その後に図３の合成立体形状表示プログラムのステップＳ３６以降の処理を実行するようにすればよい。
【００７８】
また、上記実施形態では、定点を測定対象物５０とは異なる基準物体としての球体４１，４２，４３により特定するようにしたが、測定対象物５０の一部に認識し易い形状がある場合には、基準物体を用いることなく、測定対象物５０の特定部分に定点を定義するようにするとよい。例えば、測定対象物５０に球状の部分が存在すれば、同球状部分を物体パラメータによって特定し、同球状部分の中心を定点として定めて、上記実施例と同様な処理をすればよい。この場合も、画像処理装置３２は、図２の座標変換プログラムをステップＳ２２まで行い、その後に図３の合成立体形状表示プログラムのステップＳ３６以降の処理を行うようにすればよい。
【００７９】
また、このような基準物体としての球体４１，４２，４３および測定対象物５０の特定部分による定点の指定においては、球状部分でなくても、円形形状の中心、直方体形状の一辺の一端など、認識し易い形状の中の一点を定点指定用パラメータによって指定すればよい。また、この形状に加えて、種々の色彩の施されたものにあっては、形状の特定に色彩の要素を加えてもよい。さらに、複数の物体間の距離、複数の物体の配置関係などにより、定点を特定するようにしてもよい。これらの場合、定点を特定する物体を探索するために物体パラメータによって定義されるブロック内特徴値としては、円形形状の場合には円の外形線の曲率、直方体の場合には所定長さの直線部分、色彩を付加する場合には特定の色、複数物体による場合には所定長さの距離などを採用するとよい。
【００８０】
また、定点を特定するための物体パラメータと定点パラメータのうち、定点パラメータに関しては、物体パラメータにより指定される定点を予め定めて記憶しておくようにしてもよい。例えば、物体パラメータによって指定される物体が球体および円形状であれば中心点、同物体が直方体であれば最も短い辺の一端などのように、形状と定点との関係を表す予め定めたデータをテーブルなどに記憶しておき、物体パラメータにより指定される形状に対応させてテーブル内の定点を表す定点パラメータを利用するようにすればよい。
【００８１】
また、上記実施形態においては、３台の３次元形状測定装置２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを設置するともに、座標変換係数の演算において３つの定点を設定した。
しかし、３次元形状測定装置の設置台数に関しては４台以上であってもよい。この場合、４台以上の３次元形状測定装置によって測定した４組以上の測定結果のうちで利用し易い３組の測定結果のみを利用してもよいし、立体形状データ群の計算の際に、余分な組（４組目以上の組）の測定結果を最終的な立体形状データ群の補正に利用してもよい。また、定点の数に関しても４つ以上あってもよい。
この場合、４つ以上の定点のうちの利用し易い３つの定点に基づいて座標変換係数を計算してもよいし、座標変換係数の計算の際に、余分な（４つ目以上）の定点に関するデータを最終的な座標変換係数の補正に利用してもよい。
【００８２】
さらに、上記実施形態においては、３台の３次元形状測定装置２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃを設置し、３次元形状測定装置２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃが、それぞれ基準物体（球体４１，４２，４３）および測定対象物５０の３次元立体表面形状を測定するようにした。しかし、これに代えて、１台の３次元形状測定装置の位置を移動させて、複数の位置で基準物体および測定対象物５０をそれぞれ測定するようにしてもよい。この場合、基準物体の測定により座標変換係数を計算した後、測定対象物５０の３次元立体形状を測定する際には、測定位置を予め設定しておき、常に同じ測定位置で測定を行うようにする。また、この場合も、測定定対象物５０内に認識し易い物体または物体の一部が存在して、同物体または物体の一部内に特定の点を定めることが可能であれば、前述のように、基準物体を用いることなく、この特定の点を定点として定め、同定点を物体パラメータおよび定点パラメータを用いて検出するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の３次元画像データ生成方法に利用される３次元画像装置の概略図である。
【図２】図１の画像処理装置によって実行される座標変換係数演算プログラムのフローチャートである。
【図３】図１の画像処理装置によって実行される合成立体形状表示プログラムのフローチャートである。
【符号の説明】
１０…基台、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ…３次元形状測定装置、３１…コントローラ、３２…画像処理装置、３３…入力装置、３４…表示装置、４１〜４３…球体。

Claims

一つまたは複数の３次元形状測定装置により複数の異なる位置で測定した物体の３次元立体表面形状を用いて、測定対象空間内に位置する物体の３次元画像を任意の方向から見て表示可能な３次元画像データを生成する３次元画像データ生成方法において、
前記一つまたは複数の３次元形状測定装置に前記測定対象空間内に存在する物体の３次元立体表面形状を複数の異なる位置で測定させ、同物体の３次元表面形状を表す複数組の立体形状データ群を生成する立体形状データ群生成ステップと、
前記各立体形状データ群ごとに、物体パラメータにより定義される一部の物体または同物体の一部に対応したサブ立体形状データ群を各立体形状データ群の中から抽出するサブ立体形状データ群抽出ステップと、
前記各立体形状データ群ごとに抽出した各サブ立体形状データ群を用いて、前記一部の物体または同物体の一部によって特定される定点であって定点パラメータによって定義される定点を表す複数組の３次元データセットを各サブ立体形状データ群ごとに生成する定点データセット生成ステップと、
前記生成した複数組の３次元データセットを用いて、前記複数組の立体形状データ群を１つの基準座標によって表現される立体形状データ群にそれぞれ変換するための座標変換パラメータを計算する座標変換パラメータ計算ステップと、
前記座標変換パラメータを用いて前記複数組の立体形状データ群を前記基準座標によって表現される立体形状データ群にそれぞれ変換して、同変換された複数組の立体形状データ群を合成する合成ステップとを含むことを特徴とする３次元画像データ生成方法。
一つまたは複数の３次元形状測定装置により複数の異なる位置で測定した物体の３次元立体表面形状を用いて、測定対象空間内に位置する物体の３次元画像を任意の方向から見て表示可能な３次元画像データを生成する３次元画像データ生成方法において、
基準物体を前記測定対象空間内に配置して、前記一つまたは複数の３次元形状測定装置に同基準物体の３次元立体表面形状を複数の異なる位置で測定させ、同基準物体の３次元表面形状を表す複数組の基準立体形状データ群を生成する基準立体形状データ群生成ステップと、
前記各基準立体形状データ群ごとに、物体パラメータにより表される基準物体または同基準物体の一部に対応したサブ立体形状データ群を各基準立体形状データ群の中から抽出するサブ立体形状データ群抽出ステップと、
前記各基準立体形状データ群ごとに抽出した各サブ立体形状データ群を用いて、前記基準物体または同基準物体の一部によって特定される定点であって定点パラメータによって定義される定点を表す複数の３次元データセットを各サブ立体形状データ群ごとに生成する定点データセット生成ステップと、
前記生成した複数組の３次元データセットを用いて、前記一つまたは複数の３次元形状測定装置による複数の異なる位置での各測定に基づいてそれぞれ生成される複数組の立体形状データ群を１つの基準座標によって表現される立体形状データ群にそれぞれ変換するための座標変換パラメータを計算する座標変換パラメータ計算ステップと、
前記一つまたは複数の３次元形状測定装置に前記測定対象空間内に配置された測定対象物の３次元立体表面形状を複数の異なる位置で測定させ、同測定対象物の３次元表面形状を表す複数組の測定立体形状データ群を生成する測定立体形状データ群生成ステップと、
前記計算された座標変換パラメータを用いて前記複数組の測定立体形状データ群を前記基準座標によって表現される測定立体形状データ群にそれぞれ変換して、同変換された複数組の測定立体形状データ群を合成する合成ステップとを含むことを特徴とする３次元画像データ生成方法。
前記物体パラメータおよび定点パラメータは、入力装置を用いて任意に入力可能である前記請求項１または２に記載した３次元画像データ生成方法。