JP2004265337A - ランドマーク抽出装置およびランドマーク抽出方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】３次元スキャナーによる人体形状計測により複数のランドマークを自動抽出するランドマーク抽出装置を提供する。
【解決手段】ランドマーク抽出装置は、主要ランドマーク位置をマーキングした被計測人体を３次元スキャナーにより計測して被測定人体の人体形状データと共に前記主要ランドマーク位置データを取得する入力装置と、標準人体形状データと当該標準人体形状データに付与されている全てのランドマーク位置データとを記憶している記憶装置と、前記標準人体形状データとランドマーク位置データとを読み出し、標準人体形状を計測された人体形状に近づけるように変形させる標準人体形状データとランドマーク位置データとのデータ変換処理を行うデータ変換装置と、前記データ変換処理により標準人体形状データに付与されているランドマーク位置が前記主要ランドマーク位置に所定範囲内で対応した場合に、変形させた標準人体形状データのランドマーク位置から被計測人体の主要ランドマーク位置以外の他のランドマーク位置を推定するランドマーク位置推定装置を備える。
【選択図】 図１
【解決手段】ランドマーク抽出装置は、主要ランドマーク位置をマーキングした被計測人体を３次元スキャナーにより計測して被測定人体の人体形状データと共に前記主要ランドマーク位置データを取得する入力装置と、標準人体形状データと当該標準人体形状データに付与されている全てのランドマーク位置データとを記憶している記憶装置と、前記標準人体形状データとランドマーク位置データとを読み出し、標準人体形状を計測された人体形状に近づけるように変形させる標準人体形状データとランドマーク位置データとのデータ変換処理を行うデータ変換装置と、前記データ変換処理により標準人体形状データに付与されているランドマーク位置が前記主要ランドマーク位置に所定範囲内で対応した場合に、変形させた標準人体形状データのランドマーク位置から被計測人体の主要ランドマーク位置以外の他のランドマーク位置を推定するランドマーク位置推定装置を備える。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人体表面の３次元形状データから人体の解剖学的特徴点であるランドマーク位置の情報を抽出することのできるランドマーク抽出装置およびランドマーク抽出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
人体形状に適合させて装着する工業製品を製作する場合には、例えば、衣料品、皮革製品、眼鏡類、補装具、ガスマスク等を設計する際に、人体の骨格構造によって決定される身体特徴量データが必要とされる。この身体特徴量データの主要データとしては、解剖学的特徴点であるランドマーク（Ｌａｎｄｍａｒｋ， Ａｎａｔｏｍｉｃａｌ
ｌａｎｄｍａｒｋ）が用いられる。
【０００３】
すなわち、人体形状に適合させる工業製品の設計においては、人体形状の情報として、表面形状の３次元座標情報の他に、骨格位置等に基づく３次元位置情報の基準情報が必要となる。
【０００４】
しかし、ランドマークは、身体表面を触察して骨格位置を確認することで初めてわかる位置情報であるため、３次元スキャナー等で計測された身体の表面形状の情報からは、これらのランドマークの位置情報を的確に抽出することは困難である。このため、従来においては、専門家が被測定者の身体を触察することでランドマークの位置を同定し抽出していた。
【０００５】
また、このような技術に関係する技術として、ランドマーク（生体内の骨格などによって決定される人体皮膚表面上の点）を、自動的に検出する方法としては、これまでに、次のような３つの方法が提案されている。
【０００６】
第１の方法は、人体形状データの局所的な形状特徴（数学的には曲率）と全身的な人体寸法の関係からランドマークを検出する方法である（非特許文献１、非特許文献２）。
【０００７】
第２の方法は、人体形状データと同時に捉えた写真情報（テクスチャ情報）から画像処理技術によって目や鼻などのパーツを自動検出する方法である（非特許文献３）。第１の方法と第２の方法を融合させた方法についても提案されている（非特許文献４）。
【０００８】
第３の方法は、既存の標準体型モデルを計測した人体形状データにフィットするように変形させる方法である（非特許文献５）。
【０００９】
第１の方法は、曲率に依存するため、太った人など特殊な体型の人に適用するのが難しい。第２の方法は、顔に関しては有効であるが、全身や手、足など、ランドマークとする目立った模様がない部位には適用できない。また、第１の方法と第２の方法を融合させた方法（非特許文献４）では、自動検出の確実性を高めているが、第２の方法と同様で顔にしか適用できない。第３の方法では、標準体型モデルを、個人の輪郭線情報（シルエット）に適合するように変形しているが、ここで用いられているランドマークは、輪郭線から得られる手先や脇の下などに限定されている。
【非特許文献１】
Ｌ． Ｄｅｋｋｅｒ， Ｓ． Ｋｈａｎ， Ｅ． Ｗｅｓｔ， Ｂ． Ｂｕｘｔｏｎ， ａｎｄ Ｐ． Ｔｒｅｌｅａｖｅｎ， “Ｍｏｄｅｌｓ ｆｏｒ Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｔｈｅ ３Ｄ Ｈｕｍａｎ Ｂｏｄｙ Ｆｏｒｍ”， ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｔ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｍｏｄｅｌ−Ｂａｓｅｄ ３Ｄ Ｉｍａｇｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ， Ｍｕｍｂａｉ， Ｉｎｄｉａ， １９９８．
【非特許文献２】
Ｌ． Ｄｅｋｋｅｒ， Ｉ． Ｄｏｕｒｏｓ， Ｂ． Ｂｕｘｔｏｎ， ａｎｄ Ｐ． Ｔｒｅｌｅａｖｅｎ， “Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｓｙｍｂｏｌｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｆｏｒ ３Ｄ Ｈｕｍａｎ Ｂｏｄｙ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｆｒｏｍ Ｒａｎｇｅ Ｄａｔａ”， ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｔ ３ＤＩＭ ９９， Ｏｔｔａｗａ， ＣＡ， １９９９．
【非特許文献３】
Ｔ． Ｙｏｋｏｙａｍａ， ｅｔ ａｌ， “Ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ Ｃｏｎｔｏｕｒｓ ａｎｄ Ｆｅａｔｕｒｅｓ ｆｒｏｍ Ｆｒｏｎｔａｌ Ｆａｃｅ Ｉｍａｇｅｓ”， Ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｉｍａｇｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｔｅｌｅ−Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ， ｖｏｌ． ５３， Ｎｏ． １１， ｐｐ． １６０５−１６１４， １９９９．
【非特許文献４】
小高一慶、青木義満、橋本周司、 「３次元顔画像を用いた特徴抽出とマッチング」、 第５回パターン計測シンポジウム、ｐｐ．７１−７７， ２０００．
【非特許文献５】
今尾公二、亀田能成、美濃導彦、池田克夫、「シルエット画像に基づいて個人体型を反映する３次元形状モデルの変形法−仮想試着室の実現に向けて」、電子情報通信学会論文誌、ｖｏｌ． Ｊ８２−Ｄ−ＩＩ， ｐｐ．１６８４−１６９２， １９９９．
【非特許文献６】
Ｔ． Ｗ． Ｓｅｄｅｒｂｅｒｇ： ”Ｆｒｅｅ−Ｆｏｒｍ Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｏｌｉｄ Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ Ｍｏｄｅｌｓ”， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＡＣＭ ＳＩＧＧＲＡＰＨ’８６， Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ， ２０， ４， ｐｐ．１５１−１６０， １９８６
【特許文献１】
特許第２７２５７３９号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の技術におけるランドマークを抽出する方法では、専門家による処理のため人手がかかり、いつでもどこでも抽出可能という訳ではなく、処理の高速化も困難であるという問題がある。
【００１１】
人体形状に適合させて装着する工業製品においては、製品の高付加価値化と環境保護のためには、製品の身体適合性を高めて、標準サイズばかりでなく、様々な体格の人体形状に合わせた製品群を需要に応じて迅速に設計生産し、提供するシステムへの要求が高まっている。
【００１２】
このためには、店頭などにおいて、高度な技術を持つ専門家が不在でも簡単に人体形状を計測し、かつ、ランドマークを抽出することできるランドマーク抽出装置およびランドマーク抽出方法が提供されることが所望されるが、これまでには、そのような装置および方法は提案されていない。
【００１３】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、３次元スキャナーによる人体形状計測により複数のランドマークを自動抽出することが可能なランドマーク抽出装置およびランドマーク抽出方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するため、本発明の第１の態様として、本発明によるランドマーク抽出装置は、主要ランドマーク位置をマーキングした被計測人体を３次元スキャナーにより計測して被測定人体の人体形状データと共に前記主要ランドマーク位置データを取得する入力装置と、標準人体形状データと当該標準人体形状データに付与されている全てのランドマーク位置データとを記憶している記憶装置と、前記標準人体形状データとランドマーク位置データとを読み出し、標準人体形状を計測された人体形状に近づけるように変形させる標準人体形状データとランドマーク位置データとのデータ変換処理を行うデータ変換装置と、前記データ変換処理により標準人体形状データに付与されているランドマーク位置が前記主要ランドマーク位置に所定範囲内で対応した場合に、変形させた標準人体形状データのランドマーク位置から被計測人体の主要ランドマーク位置以外の他のランドマーク位置を推定するランドマーク位置推定装置とを備えることを特徴とするものである。
【００１５】
第１の態様において、前記標準人体形状データにはテクスチャ情報が付属しており、前記形状データ変換装置は、前記テクスチャ情報を前記被計測人体の人体形状データのテクスチャ情報と比較して対応づけ、標準人体形状を計測された人体形状に近づけるように変形させる標準人体形状データのデータ変換処理を行うようにしてもよい。
【００１６】
また、第１の態様において、前記ランドマーク位置推定装置は、被計測人体の人体形状データから形状特徴点を抽出し、前記データ変換処理により標準人体形状データの形状特徴点と所定範囲内で対応した場合に、変形させた標準人体形状データのランドマーク位置から被計測人体のランドマーク位置を推定するようにしてもよい。
【００１７】
また、本発明の第２の態様として、本発明によるランドマーク抽出方法は、主要ランドマーク位置をマーキングした被計測人体を３次元スキャナーにより計測して被測定人体の人体形状データと共に前記主要ランドマーク位置データを取得し、記憶装置に記憶されている標準人体形状データと当該標準人体形状データに付与されている全てのランドマーク位置データとを読み出し、標準人体形状を計測された人体形状に近づけるように変形させる標準人体形状データとランドマーク位置データとのデータ変換処理を行い、前記データ変換処理により標準人体形状データに付与されているランドマーク位置が前記主要ランドマーク位置に所定範囲内で対応した場合に、変形させた標準人体形状データのランドマーク位置から被計測人体の主要ランドマーク位置以外の他のランドマーク位置を推定することを特徴とするものである。
【００１８】
第２の態様において、前記標準人体形状データにはテクスチャ情報が付属しており、前記データ変換処理は、前記テクスチャ情報を前記被計測人体の人体形状データのテクスチャ情報と比較して対応づけ、標準人体形状を計測された人体形状に近づけるように変形させる標準人体形状データのデータ変換処理を行うようにしてもよい。
【００１９】
また、第２の態様において、前記ランドマーク位置の推定は、被計測人体の人体形状データから形状特徴点を抽出し、前記データ変換処理により標準人体形状データの形状特徴点と所定範囲内で対応した場合に、変形させた標準人体形状データのランドマーク位置から被計測人体のランドマーク位置を推定するようにしてもよい。
【００２０】
また、本発明は、第３の態様として、本発明によるランドマーク抽出処理をコンピュータにより実行するプログラムが、主要ランドマーク位置をマーキングした被計測人体を３次元スキャナーにより計測して被測定人体の人体形状データと共に前記主要ランドマーク位置データを取得するステップと、記憶装置に記憶されている標準人体形状データと当該標準人体形状データに付与されている全てのランドマーク位置データとを読み出すステップと、標準人体形状を計測された人体形状に近づけるように変形させる標準人体形状データとランドマーク位置データとのデータ変換処理を行うステップと、前記データ変換処理により標準人体形状データに付与されているランドマーク位置が前記主要ランドマーク位置に所定範囲内で対応した場合に、変形させた標準人体形状データのランドマーク位置から被計測人体の主要ランドマーク位置以外の他のランドマーク位置を推定するステップとを有すること特徴とするものである。
【００２１】
第３の態様において、前記標準人体形状データにはテクスチャ情報が付属しており、前記データ変換処理を行うステップは、前記テクスチャ情報を前記被計測人体の人体形状データのテクスチャ情報と比較して対応づけ、標準人体形状を計測された人体形状に近づけるように変形させる標準人体形状データのデータ変換処理を行うようにしてもよい。
【００２２】
また、第３の態様において、前記ランドマーク位置を推定するステップは、被計測人体の人体形状データから形状特徴点を抽出し、前記データ変換処理により標準人体形状データの形状特徴点と所定範囲内で対応した場合に、変形させた標準人体形状データのランドマーク位置から被計測人体のランドマーク位置を推定するようにしてもよい。
【００２３】
また、本発明の第４の態様は、本発明のランドマーク抽出処理をコンピュータにより実行するプログラムを記録した記録媒体であり、主要ランドマーク位置をマーキングした被計測人体を３次元スキャナーにより計測して被測定人体の人体形状データと共に前記主要ランドマーク位置データを取得するステップと、記憶装置に記憶されている標準人体形状データと当該標準人体形状データに付与されている全てのランドマーク位置データとを読み出すステップと、標準人体形状を計測された人体形状に近づけるように変形させる標準人体形状データとランドマーク位置データとのデータ変換処理を行うステップと、前記データ変換処理により標準人体形状データに付与されているランドマーク位置が前記主要ランドマーク位置に所定範囲内で対応した場合に、変形させた標準人体形状データのランドマーク位置から被計測人体の主要ランドマーク位置以外の他のランドマーク位置を推定するステップとの処理をコンピュータにより実行するプログラムを記録した記録媒体である。
【００２４】
第４に態様において、前記標準人体形状データにはテクスチャ情報が付属しており、前記データ変換処理を行うステップは、前記テクスチャ情報を前記被計測人体の人体形状データのテクスチャ情報と比較して対応づけ、標準人体形状を計測された人体形状に近づけるように変形させる標準人体形状データのデータ変換処理を行うようにしてもよい。
【００２５】
また、第４の態様において、前記ランドマーク位置を推定するステップは、被計測人体の人体形状データから形状特徴点を抽出し、前記データ変換処理により標準人体形状データの形状特徴点と所定範囲内で対応した場合に、変形させた標準人体形状データのランドマーク位置から被計測人体のランドマーク位置を推定するようにしてもよい。
【００２６】
このような本発明によるランドマーク抽出装置およびランドマーク抽出方法によれば、ランドマークの抽出は、被計測人体の主要なランドマークを予めマーキングしておき、３次元スキャナーで人体形状を計測すると同時に主要なランドマーク位置を同時に計測し、記憶装置に記憶されている標準の人体形状と当該人体形状に付与されている全てのランドマークの位置と比較し、標準人体形状を当該計測された人体形状に近づけるように変形させて、変形させた標準人体形状データにより複数のランドマーク位置を同定することにより行う。
【００２７】
その場合に、別の態様では、標準人体形状データに付属しているテクスチャ情報を前記被計測人体のテクスチャ情報と比較し対応づけて、前記標準人体形状を変形させることで、複数のランドマークを同定する。また、人体形状にマーキングをしない場合においては、計測された形状点群から形状特徴量を抽出し、これを利用して標準人体形状データを変形させるデータ変換を行うことで、複数のランドマークを同定するようにする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施する場合の一形態について説明する。図１は、本発明の一実施例のランドマーク抽出装置のシステム構成を示すブロック図である。図１において、１０はマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）と演算プログラムを備えてデータ処理を行うデータ処理装置である。２０は被測定対象を載置するステージおよび光学スキャナーなどを備えた３次元形状計測装置、３０は標準人体形状データなど記憶しているデータ記憶部、４０は主要なランドマーク位置がマーキング（４１ａ〜４１ｃ）された被計測対象の人体形状を表している。
【００２９】
データ処理装置１０には、主要な処理モジュールとして、後述するように、ＦＦＤ（Ｆｒｅｅ Ｆｏｒｍ Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）変形処理を行うデータ処理モジュール１０ａと、ランドマーク推定処理を行うデータ処理モジュール１０ｂとが備えられており、データ記憶部３０には、標準人体形状データ３１ａとランドマーク位置データ３１ｂが備えられている。
【００３０】
３次元形状計測装置２０は、主要ランドマーク位置のマーキング（４１ａ〜４１ｃ）を施した被計測人体形状４０を、３次元スキャナーにより計測し、被測定人体形状の人体形状データと共に前記主要ランドマーク位置データを取得して、データ処理装置１０に送る。
【００３１】
データ処理装置１０は、データ記憶部３０から、標準人体形状データ３１ａと当該標準人体形状データに付与されている全てのランドマーク位置データ３１ｂとを読み出し、データ処理モジュール１０ａにより、ＦＦＤ変形処理を行い、標準人体形状を計測された人体形状に近づけるように変形させる標準人体形状データとランドマーク位置データとのデータ変換処理を行う。
【００３２】
また、データ処理装置１０においては、データ処理モジュール１０ｂにより、データ変換処理により標準人体形状データに付与されているランドマーク位置が前記主要ランドマーク位置に所定範囲内で対応した場合に、変形させた標準人体形状データのランドマーク位置から被計測人体の主要ランドマーク位置以外の他のランドマーク位置を推定する。この推定した結果により、被計測対象の人体形状に基づき、人体表面の３次元形状データから人体の解剖学的特徴点であるランドマーク位置が抽出できることになる。なお、図１に示すシステム構成において、データ処理装置１０、３次元形状計測装置２０、データ記憶部３０などのシステム要素は、物理的または論理的に結合されていれば良いので、同じ場所に設けられている必要はない。したがって、ネットワークにより結合された状態であっても良く、人体形状データの入力装置となる３次元形状計測装置２０は設置する場合に、ある程度の空間的なスペースを有するので、計測室に設けられ、別の場所にあるデータ処理装置１０にネットワークを介して送られるシステム構成であっても良い。
【００３３】
図２および図３は、データ処理装置１０において処理されるランドマーク抽出処理の詳細な処理内容をブロック図として示す図である。図２および図３を参照して説明する。ここでの処理は、データ処理装置１０のデータ処理モジュール１０ａとデータ処理モジュール１０ｂが用いられて、実行される。図２および図３において、それぞれのブロックによる処理の流れにより示されている。
【００３４】
図２には、ランドマーク抽出処理の前処理の流れを示しており、図３には、ランドマーク抽出処理の後処理の流れを示している。後処理では、ランドマーク位置が未知の人体形状の表面形状点群からランドマーク位置を自動推定する手続きが示されている。
【００３５】
ランドマーク抽出処理の前処理では、予めランドマーク位置を専門家が触察により求めて（抽出して）マーキングしておき、その人体形状の複数個から、基準となる代表的なランドマークの標準セットを創成し、もとの人体形状のランドマークから標準セットへの変形を行う格子点を求める手がかりとして、別途形状特徴点を定義する。
【００３６】
そして、ランドマーク抽出の後処理により、ランドマークが未知の人体形状に対して、前処理と同様に形状特徴点を推定し、これより標準セットからの変形のための格子点を求め、標準セットを変形させて、未知のランドマーク位置を推定する。この後処理が、被計測対象の人体形状を取り替えて、それぞれの人体形状に対して、ランドマーク位置の情報を抽出する
【００３７】
順追って説明する。
（１）予め専門家により、全てのランドマーク位置を抽出し、マーキングした状態でスキャナーにより計測した人体形状データ（以降サンプルデータと呼ぶ）を複数個作成して、サンプルモデルセット１１とする。ここでのサンプルモデルセット１１のサンプルデータにはランドマーク、人体表面形状に加えて、テクスチャ情報も付与させておく。
【００３８】
サンプルデータの人体（足）表面形状を表す３次元座標点群の例を、図４に示している。また、この表面形状に重なって位置するランドマークの座標点のみを抽出して、それらを結んで網目状に表現した状態を図５に示している。
【００３９】
（２）このようなランドマークが付与された複数のサンプルデータの対応するランドマーク位置の平均値を基にして創成した平均標準形状データを作成し、これを標準モデル１３とする。この標準モデル１３のデータをデータ記憶部３０に記憶する。標準モデル１３は、設計に必要な全てのランドマークによって構成される。
【００４０】
（３）次に標準モデル１３のランドマーク位置から、サンプルモデルセット１１の各サンプルデータのもつランドマーク位置へ、ＦＦＤ法を用いて変形させる。この変形処理は、ＦＦＤ変形格子１４を用いて行われる。
【００４１】
ＦＦＤ法は「非特許文献６」によって示されている座標系変換方式であり、その原理は、３次元空間内に配置された制御点群のＢｅｒｎｓｔｅｉｎ多項式（ｔを媒介変数としたとき、項ｔと項（１−ｔ）の和のｎ乗を展開した各項）を係数としたアフィン結合において、Ｂｅｒｎｓｔｅｉｎ多項式の媒介変数値を与えることで得られる点を変換後の位置とし、前記多項式の媒介変数値を変換前の座標値とする座標系変換方式である。制御点群の位置を変えることで、ＦＦＤ法による変換（以降ＦＦＤ変換と呼ぶ）後の空間が変形することになる。
【００４２】
これを形状設計時の変形に応用させる。この手法は、例えば、「特許文献１」において詳述されている方法を用いる。変形を行う基になる制御格子点群は、標準モデル１３が包含される格子点群とする。変換前のランドマーク座標値は標準モデル１３におけるものであり、変換後にサンプルデータのランドマーク位置となるような変形を行うための座標変換としてＦＦＤ法を用いる。格子点位置を移動させて内部の空間、および形状を変形させるＦＦＤ変形の概念図を、図６に示している。
【００４３】
（４）一方、サンプルモデルセット１１の各サンプルデータにより、幾何学的特徴量を、形状特徴点１２として、複数個抽出する。この形状特徴点１２は、例えば、サンプルデータにおいて、対応のつく点群の位置座標や、特定方向から見たときに一番突出した点、ガウス曲率の極大となる点、あるいは、適切に選択した断面図の特定方向の幅、断面の周囲長、曲率の極大点など、形状の特徴を表現するものを用いる。また、形状特徴点１２としては、顔の形状を例にとれば、眉、唇など、テクスチャ情報を持つものを利用することもできる。この場合の形状特徴点の例を、図７に示している。図７では、足長を基準に垂直に等分した断面の複数個において、最内点、最外点、最高点を示している。
【００４４】
（５）次に、上記（３）において、変形を行ったときの制御格子点の座標値と、上記（４）において定義した形状特徴点の座標値の値との関連性を統計的に求める。形状特徴点群の座標値を説明変数（独立変数）とし、制御格子点群の座標値を目的変数（従属変数）と見なして、重回帰分析１５を行い、制御格子点群の座標値は、各形状特徴点の座標値の線形結合として表現し、その係数の最尤値を統計的に求める。
【００４５】
（６）重回帰分析１５の結果得られる回帰式を用いることにより、形状特徴点が分かれば、ＦＦＤ変形の制御格子の変形後の位置がわかるため、この変形操作を標準モデル１３に施すことによって、ランドマークも同様に移動して、新しいランドマーク位置が求まることになる。
【００４６】
以上の手続きにより、形状特徴量とＦＦＤ変形による制御格子の変化位置との関係が明らかにされる。次に、ランドマーク抽出処理の後処理では、図３に示すように、被計測対象の未知の人体形状が与えられたとき、以下の手順で行う。
【００４７】
（１） 未知の人体形状の人体形状データを入力する（ステップ２１）。
（２） 人体形状データをから形状特徴点を求める（ステップ２２）。
（３） 前記重回帰分析の結果より、ＦＦＤ変形格子推定の処理を行って、ＦＦＤ変形制御格子の変化位置を求める（ステップ２３）。
（４） 標準モデルを求めたＦＦＤ変形制御格子によって変形させる（ステップ２４）。
（５） 前記変形で移動した標準モデルのランドマークを未知の人体形状の表面形状点上に投影する（ステップ２５）。
（６） 投影したランドマークの位置からランドマークの情報を抽出して出力する（ステップ２６）。
【００４８】
なお、このような処理に用いられる人体形状において、３次元座標系を定めるために、基準点として人体形状の基本的な特徴点は複数点を用いる。説明に使用した足形状の場合、例えば、図７に示すように、形状特徴点の３点を基準点として、予めその位置を既知としている。
【００４９】
本発明にかかるランドマーク抽出装置は、上述した実施形態の他に、次のように変形された形態においても実施できる。すなわち、人体表面の３次元形状データを入力する計測機（入力装置）と、物理的ないしは論理的に接続された計算機（データ処理装置）とを備えた装置において、人体表面の３次元形状データから骨などによって決定される解剖学的特徴点を自動的に抽出し、その解剖学的特徴点の３次元座標値を出力する機能（処理プログラム）を備える。この構成により、例えば、計測時において人体表面上の解剖学的特徴点位置にマーカを貼り付けた箇所だけでなく、マーカが貼られていない解剖学的特徴点位置も同時に自動抽出することができる。
【００５０】
また、計算機（データ処理装置）において、データ記憶部内に記憶された標準的な人体形状の解剖学的特徴点位置を、計測機で取得した人体表面の３次元形状データに一致させるように変形することで、計測した人体形状データ上の解剖学的特徴点位置を決定する。
【００５１】
また、人体表面形状に加えて人体表面上のテクスチャ情報を利用して、予め記憶されている標準的な人体形状を変形させることで、解剖学的特徴点位置を自動抽出することができる。
【００５２】
マーカが貼られていない場合については、人体表面の３次元形状データから形状特徴点を自動抽出し、この形状特徴点を利用して、予め記憶されている標準的な人体形状を変形させることで、解剖学的特徴点の位置を自動抽出することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、人体形状の表面上に少数の既知の基準点を与えるだけで多くのランドマークを自動推定することが可能となる。また、異なる人体形状データの間で特徴点位置の対応がつけることが可能となり、設計上きわめて有効となる。したがって、本発明を用いれば、専門家でなくても少数の基準点を与えた状態で形状を３次元スキャナー等で計測するだけで、設計情報を得ることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のランドマーク抽出装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図２】ランドマーク抽出処理の詳細な処理内容をブロック図として示す第１の図であり、ランドマーク抽出処理の前処理の流れを示す図である。
【図３】ランドマーク抽出処理の詳細な処理内容をブロック図として示す第２の図であり、ランドマーク抽出処理の後処理の流れを示す図である。
【図４】３次元スキャナーで得られた人体表面形状を表す３次元点群の例示図である。
【図５】人体表面上のランドマーク位置を表す３次元点群を結んでできる編み目形状の例示図である。
【図６】ＦＦＤ変形を行う格子状の制御点群と、制御点群を移動させることで変形される形状を説明する図である。
【図７】断面形状上で座標値の極値をとる点群を形状特徴量として抽出した例を示す例示図である。
【符号の説明】
１０…データ処理装置、
２０…３次元形状計測装置、
３０…データ記憶部、
４０…被計測対象の人体形状
【発明の属する技術分野】
本発明は、人体表面の３次元形状データから人体の解剖学的特徴点であるランドマーク位置の情報を抽出することのできるランドマーク抽出装置およびランドマーク抽出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
人体形状に適合させて装着する工業製品を製作する場合には、例えば、衣料品、皮革製品、眼鏡類、補装具、ガスマスク等を設計する際に、人体の骨格構造によって決定される身体特徴量データが必要とされる。この身体特徴量データの主要データとしては、解剖学的特徴点であるランドマーク（Ｌａｎｄｍａｒｋ， Ａｎａｔｏｍｉｃａｌ
ｌａｎｄｍａｒｋ）が用いられる。
【０００３】
すなわち、人体形状に適合させる工業製品の設計においては、人体形状の情報として、表面形状の３次元座標情報の他に、骨格位置等に基づく３次元位置情報の基準情報が必要となる。
【０００４】
しかし、ランドマークは、身体表面を触察して骨格位置を確認することで初めてわかる位置情報であるため、３次元スキャナー等で計測された身体の表面形状の情報からは、これらのランドマークの位置情報を的確に抽出することは困難である。このため、従来においては、専門家が被測定者の身体を触察することでランドマークの位置を同定し抽出していた。
【０００５】
また、このような技術に関係する技術として、ランドマーク（生体内の骨格などによって決定される人体皮膚表面上の点）を、自動的に検出する方法としては、これまでに、次のような３つの方法が提案されている。
【０００６】
第１の方法は、人体形状データの局所的な形状特徴（数学的には曲率）と全身的な人体寸法の関係からランドマークを検出する方法である（非特許文献１、非特許文献２）。
【０００７】
第２の方法は、人体形状データと同時に捉えた写真情報（テクスチャ情報）から画像処理技術によって目や鼻などのパーツを自動検出する方法である（非特許文献３）。第１の方法と第２の方法を融合させた方法についても提案されている（非特許文献４）。
【０００８】
第３の方法は、既存の標準体型モデルを計測した人体形状データにフィットするように変形させる方法である（非特許文献５）。
【０００９】
第１の方法は、曲率に依存するため、太った人など特殊な体型の人に適用するのが難しい。第２の方法は、顔に関しては有効であるが、全身や手、足など、ランドマークとする目立った模様がない部位には適用できない。また、第１の方法と第２の方法を融合させた方法（非特許文献４）では、自動検出の確実性を高めているが、第２の方法と同様で顔にしか適用できない。第３の方法では、標準体型モデルを、個人の輪郭線情報（シルエット）に適合するように変形しているが、ここで用いられているランドマークは、輪郭線から得られる手先や脇の下などに限定されている。
【非特許文献１】
Ｌ． Ｄｅｋｋｅｒ， Ｓ． Ｋｈａｎ， Ｅ． Ｗｅｓｔ， Ｂ． Ｂｕｘｔｏｎ， ａｎｄ Ｐ． Ｔｒｅｌｅａｖｅｎ， “Ｍｏｄｅｌｓ ｆｏｒ Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｔｈｅ ３Ｄ Ｈｕｍａｎ Ｂｏｄｙ Ｆｏｒｍ”， ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｔ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｍｏｄｅｌ−Ｂａｓｅｄ ３Ｄ Ｉｍａｇｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ， Ｍｕｍｂａｉ， Ｉｎｄｉａ， １９９８．
【非特許文献２】
Ｌ． Ｄｅｋｋｅｒ， Ｉ． Ｄｏｕｒｏｓ， Ｂ． Ｂｕｘｔｏｎ， ａｎｄ Ｐ． Ｔｒｅｌｅａｖｅｎ， “Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｓｙｍｂｏｌｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｆｏｒ ３Ｄ Ｈｕｍａｎ Ｂｏｄｙ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｆｒｏｍ Ｒａｎｇｅ Ｄａｔａ”， ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｔ ３ＤＩＭ ９９， Ｏｔｔａｗａ， ＣＡ， １９９９．
【非特許文献３】
Ｔ． Ｙｏｋｏｙａｍａ， ｅｔ ａｌ， “Ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ Ｃｏｎｔｏｕｒｓ ａｎｄ Ｆｅａｔｕｒｅｓ ｆｒｏｍ Ｆｒｏｎｔａｌ Ｆａｃｅ Ｉｍａｇｅｓ”， Ｔｈｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｉｍａｇｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｔｅｌｅ−Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ， ｖｏｌ． ５３， Ｎｏ． １１， ｐｐ． １６０５−１６１４， １９９９．
【非特許文献４】
小高一慶、青木義満、橋本周司、 「３次元顔画像を用いた特徴抽出とマッチング」、 第５回パターン計測シンポジウム、ｐｐ．７１−７７， ２０００．
【非特許文献５】
今尾公二、亀田能成、美濃導彦、池田克夫、「シルエット画像に基づいて個人体型を反映する３次元形状モデルの変形法−仮想試着室の実現に向けて」、電子情報通信学会論文誌、ｖｏｌ． Ｊ８２−Ｄ−ＩＩ， ｐｐ．１６８４−１６９２， １９９９．
【非特許文献６】
Ｔ． Ｗ． Ｓｅｄｅｒｂｅｒｇ： ”Ｆｒｅｅ−Ｆｏｒｍ Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｏｌｉｄ Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ Ｍｏｄｅｌｓ”， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＡＣＭ ＳＩＧＧＲＡＰＨ’８６， Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ， ２０， ４， ｐｐ．１５１−１６０， １９８６
【特許文献１】
特許第２７２５７３９号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の技術におけるランドマークを抽出する方法では、専門家による処理のため人手がかかり、いつでもどこでも抽出可能という訳ではなく、処理の高速化も困難であるという問題がある。
【００１１】
人体形状に適合させて装着する工業製品においては、製品の高付加価値化と環境保護のためには、製品の身体適合性を高めて、標準サイズばかりでなく、様々な体格の人体形状に合わせた製品群を需要に応じて迅速に設計生産し、提供するシステムへの要求が高まっている。
【００１２】
このためには、店頭などにおいて、高度な技術を持つ専門家が不在でも簡単に人体形状を計測し、かつ、ランドマークを抽出することできるランドマーク抽出装置およびランドマーク抽出方法が提供されることが所望されるが、これまでには、そのような装置および方法は提案されていない。
【００１３】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、３次元スキャナーによる人体形状計測により複数のランドマークを自動抽出することが可能なランドマーク抽出装置およびランドマーク抽出方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するため、本発明の第１の態様として、本発明によるランドマーク抽出装置は、主要ランドマーク位置をマーキングした被計測人体を３次元スキャナーにより計測して被測定人体の人体形状データと共に前記主要ランドマーク位置データを取得する入力装置と、標準人体形状データと当該標準人体形状データに付与されている全てのランドマーク位置データとを記憶している記憶装置と、前記標準人体形状データとランドマーク位置データとを読み出し、標準人体形状を計測された人体形状に近づけるように変形させる標準人体形状データとランドマーク位置データとのデータ変換処理を行うデータ変換装置と、前記データ変換処理により標準人体形状データに付与されているランドマーク位置が前記主要ランドマーク位置に所定範囲内で対応した場合に、変形させた標準人体形状データのランドマーク位置から被計測人体の主要ランドマーク位置以外の他のランドマーク位置を推定するランドマーク位置推定装置とを備えることを特徴とするものである。
【００１５】
第１の態様において、前記標準人体形状データにはテクスチャ情報が付属しており、前記形状データ変換装置は、前記テクスチャ情報を前記被計測人体の人体形状データのテクスチャ情報と比較して対応づけ、標準人体形状を計測された人体形状に近づけるように変形させる標準人体形状データのデータ変換処理を行うようにしてもよい。
【００１６】
また、第１の態様において、前記ランドマーク位置推定装置は、被計測人体の人体形状データから形状特徴点を抽出し、前記データ変換処理により標準人体形状データの形状特徴点と所定範囲内で対応した場合に、変形させた標準人体形状データのランドマーク位置から被計測人体のランドマーク位置を推定するようにしてもよい。
【００１７】
また、本発明の第２の態様として、本発明によるランドマーク抽出方法は、主要ランドマーク位置をマーキングした被計測人体を３次元スキャナーにより計測して被測定人体の人体形状データと共に前記主要ランドマーク位置データを取得し、記憶装置に記憶されている標準人体形状データと当該標準人体形状データに付与されている全てのランドマーク位置データとを読み出し、標準人体形状を計測された人体形状に近づけるように変形させる標準人体形状データとランドマーク位置データとのデータ変換処理を行い、前記データ変換処理により標準人体形状データに付与されているランドマーク位置が前記主要ランドマーク位置に所定範囲内で対応した場合に、変形させた標準人体形状データのランドマーク位置から被計測人体の主要ランドマーク位置以外の他のランドマーク位置を推定することを特徴とするものである。
【００１８】
第２の態様において、前記標準人体形状データにはテクスチャ情報が付属しており、前記データ変換処理は、前記テクスチャ情報を前記被計測人体の人体形状データのテクスチャ情報と比較して対応づけ、標準人体形状を計測された人体形状に近づけるように変形させる標準人体形状データのデータ変換処理を行うようにしてもよい。
【００１９】
また、第２の態様において、前記ランドマーク位置の推定は、被計測人体の人体形状データから形状特徴点を抽出し、前記データ変換処理により標準人体形状データの形状特徴点と所定範囲内で対応した場合に、変形させた標準人体形状データのランドマーク位置から被計測人体のランドマーク位置を推定するようにしてもよい。
【００２０】
また、本発明は、第３の態様として、本発明によるランドマーク抽出処理をコンピュータにより実行するプログラムが、主要ランドマーク位置をマーキングした被計測人体を３次元スキャナーにより計測して被測定人体の人体形状データと共に前記主要ランドマーク位置データを取得するステップと、記憶装置に記憶されている標準人体形状データと当該標準人体形状データに付与されている全てのランドマーク位置データとを読み出すステップと、標準人体形状を計測された人体形状に近づけるように変形させる標準人体形状データとランドマーク位置データとのデータ変換処理を行うステップと、前記データ変換処理により標準人体形状データに付与されているランドマーク位置が前記主要ランドマーク位置に所定範囲内で対応した場合に、変形させた標準人体形状データのランドマーク位置から被計測人体の主要ランドマーク位置以外の他のランドマーク位置を推定するステップとを有すること特徴とするものである。
【００２１】
第３の態様において、前記標準人体形状データにはテクスチャ情報が付属しており、前記データ変換処理を行うステップは、前記テクスチャ情報を前記被計測人体の人体形状データのテクスチャ情報と比較して対応づけ、標準人体形状を計測された人体形状に近づけるように変形させる標準人体形状データのデータ変換処理を行うようにしてもよい。
【００２２】
また、第３の態様において、前記ランドマーク位置を推定するステップは、被計測人体の人体形状データから形状特徴点を抽出し、前記データ変換処理により標準人体形状データの形状特徴点と所定範囲内で対応した場合に、変形させた標準人体形状データのランドマーク位置から被計測人体のランドマーク位置を推定するようにしてもよい。
【００２３】
また、本発明の第４の態様は、本発明のランドマーク抽出処理をコンピュータにより実行するプログラムを記録した記録媒体であり、主要ランドマーク位置をマーキングした被計測人体を３次元スキャナーにより計測して被測定人体の人体形状データと共に前記主要ランドマーク位置データを取得するステップと、記憶装置に記憶されている標準人体形状データと当該標準人体形状データに付与されている全てのランドマーク位置データとを読み出すステップと、標準人体形状を計測された人体形状に近づけるように変形させる標準人体形状データとランドマーク位置データとのデータ変換処理を行うステップと、前記データ変換処理により標準人体形状データに付与されているランドマーク位置が前記主要ランドマーク位置に所定範囲内で対応した場合に、変形させた標準人体形状データのランドマーク位置から被計測人体の主要ランドマーク位置以外の他のランドマーク位置を推定するステップとの処理をコンピュータにより実行するプログラムを記録した記録媒体である。
【００２４】
第４に態様において、前記標準人体形状データにはテクスチャ情報が付属しており、前記データ変換処理を行うステップは、前記テクスチャ情報を前記被計測人体の人体形状データのテクスチャ情報と比較して対応づけ、標準人体形状を計測された人体形状に近づけるように変形させる標準人体形状データのデータ変換処理を行うようにしてもよい。
【００２５】
また、第４の態様において、前記ランドマーク位置を推定するステップは、被計測人体の人体形状データから形状特徴点を抽出し、前記データ変換処理により標準人体形状データの形状特徴点と所定範囲内で対応した場合に、変形させた標準人体形状データのランドマーク位置から被計測人体のランドマーク位置を推定するようにしてもよい。
【００２６】
このような本発明によるランドマーク抽出装置およびランドマーク抽出方法によれば、ランドマークの抽出は、被計測人体の主要なランドマークを予めマーキングしておき、３次元スキャナーで人体形状を計測すると同時に主要なランドマーク位置を同時に計測し、記憶装置に記憶されている標準の人体形状と当該人体形状に付与されている全てのランドマークの位置と比較し、標準人体形状を当該計測された人体形状に近づけるように変形させて、変形させた標準人体形状データにより複数のランドマーク位置を同定することにより行う。
【００２７】
その場合に、別の態様では、標準人体形状データに付属しているテクスチャ情報を前記被計測人体のテクスチャ情報と比較し対応づけて、前記標準人体形状を変形させることで、複数のランドマークを同定する。また、人体形状にマーキングをしない場合においては、計測された形状点群から形状特徴量を抽出し、これを利用して標準人体形状データを変形させるデータ変換を行うことで、複数のランドマークを同定するようにする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施する場合の一形態について説明する。図１は、本発明の一実施例のランドマーク抽出装置のシステム構成を示すブロック図である。図１において、１０はマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）と演算プログラムを備えてデータ処理を行うデータ処理装置である。２０は被測定対象を載置するステージおよび光学スキャナーなどを備えた３次元形状計測装置、３０は標準人体形状データなど記憶しているデータ記憶部、４０は主要なランドマーク位置がマーキング（４１ａ〜４１ｃ）された被計測対象の人体形状を表している。
【００２９】
データ処理装置１０には、主要な処理モジュールとして、後述するように、ＦＦＤ（Ｆｒｅｅ Ｆｏｒｍ Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）変形処理を行うデータ処理モジュール１０ａと、ランドマーク推定処理を行うデータ処理モジュール１０ｂとが備えられており、データ記憶部３０には、標準人体形状データ３１ａとランドマーク位置データ３１ｂが備えられている。
【００３０】
３次元形状計測装置２０は、主要ランドマーク位置のマーキング（４１ａ〜４１ｃ）を施した被計測人体形状４０を、３次元スキャナーにより計測し、被測定人体形状の人体形状データと共に前記主要ランドマーク位置データを取得して、データ処理装置１０に送る。
【００３１】
データ処理装置１０は、データ記憶部３０から、標準人体形状データ３１ａと当該標準人体形状データに付与されている全てのランドマーク位置データ３１ｂとを読み出し、データ処理モジュール１０ａにより、ＦＦＤ変形処理を行い、標準人体形状を計測された人体形状に近づけるように変形させる標準人体形状データとランドマーク位置データとのデータ変換処理を行う。
【００３２】
また、データ処理装置１０においては、データ処理モジュール１０ｂにより、データ変換処理により標準人体形状データに付与されているランドマーク位置が前記主要ランドマーク位置に所定範囲内で対応した場合に、変形させた標準人体形状データのランドマーク位置から被計測人体の主要ランドマーク位置以外の他のランドマーク位置を推定する。この推定した結果により、被計測対象の人体形状に基づき、人体表面の３次元形状データから人体の解剖学的特徴点であるランドマーク位置が抽出できることになる。なお、図１に示すシステム構成において、データ処理装置１０、３次元形状計測装置２０、データ記憶部３０などのシステム要素は、物理的または論理的に結合されていれば良いので、同じ場所に設けられている必要はない。したがって、ネットワークにより結合された状態であっても良く、人体形状データの入力装置となる３次元形状計測装置２０は設置する場合に、ある程度の空間的なスペースを有するので、計測室に設けられ、別の場所にあるデータ処理装置１０にネットワークを介して送られるシステム構成であっても良い。
【００３３】
図２および図３は、データ処理装置１０において処理されるランドマーク抽出処理の詳細な処理内容をブロック図として示す図である。図２および図３を参照して説明する。ここでの処理は、データ処理装置１０のデータ処理モジュール１０ａとデータ処理モジュール１０ｂが用いられて、実行される。図２および図３において、それぞれのブロックによる処理の流れにより示されている。
【００３４】
図２には、ランドマーク抽出処理の前処理の流れを示しており、図３には、ランドマーク抽出処理の後処理の流れを示している。後処理では、ランドマーク位置が未知の人体形状の表面形状点群からランドマーク位置を自動推定する手続きが示されている。
【００３５】
ランドマーク抽出処理の前処理では、予めランドマーク位置を専門家が触察により求めて（抽出して）マーキングしておき、その人体形状の複数個から、基準となる代表的なランドマークの標準セットを創成し、もとの人体形状のランドマークから標準セットへの変形を行う格子点を求める手がかりとして、別途形状特徴点を定義する。
【００３６】
そして、ランドマーク抽出の後処理により、ランドマークが未知の人体形状に対して、前処理と同様に形状特徴点を推定し、これより標準セットからの変形のための格子点を求め、標準セットを変形させて、未知のランドマーク位置を推定する。この後処理が、被計測対象の人体形状を取り替えて、それぞれの人体形状に対して、ランドマーク位置の情報を抽出する
【００３７】
順追って説明する。
（１）予め専門家により、全てのランドマーク位置を抽出し、マーキングした状態でスキャナーにより計測した人体形状データ（以降サンプルデータと呼ぶ）を複数個作成して、サンプルモデルセット１１とする。ここでのサンプルモデルセット１１のサンプルデータにはランドマーク、人体表面形状に加えて、テクスチャ情報も付与させておく。
【００３８】
サンプルデータの人体（足）表面形状を表す３次元座標点群の例を、図４に示している。また、この表面形状に重なって位置するランドマークの座標点のみを抽出して、それらを結んで網目状に表現した状態を図５に示している。
【００３９】
（２）このようなランドマークが付与された複数のサンプルデータの対応するランドマーク位置の平均値を基にして創成した平均標準形状データを作成し、これを標準モデル１３とする。この標準モデル１３のデータをデータ記憶部３０に記憶する。標準モデル１３は、設計に必要な全てのランドマークによって構成される。
【００４０】
（３）次に標準モデル１３のランドマーク位置から、サンプルモデルセット１１の各サンプルデータのもつランドマーク位置へ、ＦＦＤ法を用いて変形させる。この変形処理は、ＦＦＤ変形格子１４を用いて行われる。
【００４１】
ＦＦＤ法は「非特許文献６」によって示されている座標系変換方式であり、その原理は、３次元空間内に配置された制御点群のＢｅｒｎｓｔｅｉｎ多項式（ｔを媒介変数としたとき、項ｔと項（１−ｔ）の和のｎ乗を展開した各項）を係数としたアフィン結合において、Ｂｅｒｎｓｔｅｉｎ多項式の媒介変数値を与えることで得られる点を変換後の位置とし、前記多項式の媒介変数値を変換前の座標値とする座標系変換方式である。制御点群の位置を変えることで、ＦＦＤ法による変換（以降ＦＦＤ変換と呼ぶ）後の空間が変形することになる。
【００４２】
これを形状設計時の変形に応用させる。この手法は、例えば、「特許文献１」において詳述されている方法を用いる。変形を行う基になる制御格子点群は、標準モデル１３が包含される格子点群とする。変換前のランドマーク座標値は標準モデル１３におけるものであり、変換後にサンプルデータのランドマーク位置となるような変形を行うための座標変換としてＦＦＤ法を用いる。格子点位置を移動させて内部の空間、および形状を変形させるＦＦＤ変形の概念図を、図６に示している。
【００４３】
（４）一方、サンプルモデルセット１１の各サンプルデータにより、幾何学的特徴量を、形状特徴点１２として、複数個抽出する。この形状特徴点１２は、例えば、サンプルデータにおいて、対応のつく点群の位置座標や、特定方向から見たときに一番突出した点、ガウス曲率の極大となる点、あるいは、適切に選択した断面図の特定方向の幅、断面の周囲長、曲率の極大点など、形状の特徴を表現するものを用いる。また、形状特徴点１２としては、顔の形状を例にとれば、眉、唇など、テクスチャ情報を持つものを利用することもできる。この場合の形状特徴点の例を、図７に示している。図７では、足長を基準に垂直に等分した断面の複数個において、最内点、最外点、最高点を示している。
【００４４】
（５）次に、上記（３）において、変形を行ったときの制御格子点の座標値と、上記（４）において定義した形状特徴点の座標値の値との関連性を統計的に求める。形状特徴点群の座標値を説明変数（独立変数）とし、制御格子点群の座標値を目的変数（従属変数）と見なして、重回帰分析１５を行い、制御格子点群の座標値は、各形状特徴点の座標値の線形結合として表現し、その係数の最尤値を統計的に求める。
【００４５】
（６）重回帰分析１５の結果得られる回帰式を用いることにより、形状特徴点が分かれば、ＦＦＤ変形の制御格子の変形後の位置がわかるため、この変形操作を標準モデル１３に施すことによって、ランドマークも同様に移動して、新しいランドマーク位置が求まることになる。
【００４６】
以上の手続きにより、形状特徴量とＦＦＤ変形による制御格子の変化位置との関係が明らかにされる。次に、ランドマーク抽出処理の後処理では、図３に示すように、被計測対象の未知の人体形状が与えられたとき、以下の手順で行う。
【００４７】
（１） 未知の人体形状の人体形状データを入力する（ステップ２１）。
（２） 人体形状データをから形状特徴点を求める（ステップ２２）。
（３） 前記重回帰分析の結果より、ＦＦＤ変形格子推定の処理を行って、ＦＦＤ変形制御格子の変化位置を求める（ステップ２３）。
（４） 標準モデルを求めたＦＦＤ変形制御格子によって変形させる（ステップ２４）。
（５） 前記変形で移動した標準モデルのランドマークを未知の人体形状の表面形状点上に投影する（ステップ２５）。
（６） 投影したランドマークの位置からランドマークの情報を抽出して出力する（ステップ２６）。
【００４８】
なお、このような処理に用いられる人体形状において、３次元座標系を定めるために、基準点として人体形状の基本的な特徴点は複数点を用いる。説明に使用した足形状の場合、例えば、図７に示すように、形状特徴点の３点を基準点として、予めその位置を既知としている。
【００４９】
本発明にかかるランドマーク抽出装置は、上述した実施形態の他に、次のように変形された形態においても実施できる。すなわち、人体表面の３次元形状データを入力する計測機（入力装置）と、物理的ないしは論理的に接続された計算機（データ処理装置）とを備えた装置において、人体表面の３次元形状データから骨などによって決定される解剖学的特徴点を自動的に抽出し、その解剖学的特徴点の３次元座標値を出力する機能（処理プログラム）を備える。この構成により、例えば、計測時において人体表面上の解剖学的特徴点位置にマーカを貼り付けた箇所だけでなく、マーカが貼られていない解剖学的特徴点位置も同時に自動抽出することができる。
【００５０】
また、計算機（データ処理装置）において、データ記憶部内に記憶された標準的な人体形状の解剖学的特徴点位置を、計測機で取得した人体表面の３次元形状データに一致させるように変形することで、計測した人体形状データ上の解剖学的特徴点位置を決定する。
【００５１】
また、人体表面形状に加えて人体表面上のテクスチャ情報を利用して、予め記憶されている標準的な人体形状を変形させることで、解剖学的特徴点位置を自動抽出することができる。
【００５２】
マーカが貼られていない場合については、人体表面の３次元形状データから形状特徴点を自動抽出し、この形状特徴点を利用して、予め記憶されている標準的な人体形状を変形させることで、解剖学的特徴点の位置を自動抽出することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、人体形状の表面上に少数の既知の基準点を与えるだけで多くのランドマークを自動推定することが可能となる。また、異なる人体形状データの間で特徴点位置の対応がつけることが可能となり、設計上きわめて有効となる。したがって、本発明を用いれば、専門家でなくても少数の基準点を与えた状態で形状を３次元スキャナー等で計測するだけで、設計情報を得ることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のランドマーク抽出装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図２】ランドマーク抽出処理の詳細な処理内容をブロック図として示す第１の図であり、ランドマーク抽出処理の前処理の流れを示す図である。
【図３】ランドマーク抽出処理の詳細な処理内容をブロック図として示す第２の図であり、ランドマーク抽出処理の後処理の流れを示す図である。
【図４】３次元スキャナーで得られた人体表面形状を表す３次元点群の例示図である。
【図５】人体表面上のランドマーク位置を表す３次元点群を結んでできる編み目形状の例示図である。
【図６】ＦＦＤ変形を行う格子状の制御点群と、制御点群を移動させることで変形される形状を説明する図である。
【図７】断面形状上で座標値の極値をとる点群を形状特徴量として抽出した例を示す例示図である。
【符号の説明】
１０…データ処理装置、
２０…３次元形状計測装置、
３０…データ記憶部、
４０…被計測対象の人体形状
Claims (12)
- 主要ランドマーク位置をマーキングした被計測人体を３次元スキャナーにより計測して被測定人体の人体形状データと共に前記主要ランドマーク位置データを取得する入力装置と、
標準人体形状データと当該標準人体形状データに付与されている全てのランドマーク位置データとを記憶している記憶装置と、
前記標準人体形状データとランドマーク位置データとを読み出し、標準人体形状を計測された人体形状に近づけるように変形させる標準人体形状データとランドマーク位置データとのデータ変換処理を行うデータ変換装置と、
前記データ変換処理により標準人体形状データに付与されているランドマーク位置が前記主要ランドマーク位置に所定範囲内で対応した場合に、変形させた標準人体形状データのランドマーク位置から被計測人体の主要ランドマーク位置以外の他のランドマーク位置を推定するランドマーク位置推定装置と
を備えることを特徴とするランドマーク抽出装置。 - 請求項１に記載のランドマーク抽出装置において、
前記標準人体形状データにはテクスチャ情報が付属しており、
前記形状データ変換装置は、前記テクスチャ情報を前記被計測人体の人体形状データのテクスチャ情報と比較して対応づけ、標準人体形状を計測された人体形状に近づけるように変形させる標準人体形状データのデータ変換処理を行う
ことを特徴とするランドマーク抽出装置。 - 請求項１に記載のランドマーク抽出装置において、
前記ランドマーク位置推定装置は、被計測人体の人体形状データから形状特徴点を抽出し、前記データ変換処理により標準人体形状データの形状特徴点と所定範囲内で対応した場合に、変形させた標準人体形状データのランドマーク位置から被計測人体のランドマーク位置を推定する
ことを特徴とするランドマーク抽出装置。 - 主要ランドマーク位置をマーキングした被計測人体を３次元スキャナーにより計測して被測定人体の人体形状データと共に前記主要ランドマーク位置データを取得し、
記憶装置に記憶されている標準人体形状データと当該標準人体形状データに付与されている全てのランドマーク位置データとを読み出し、
標準人体形状を計測された人体形状に近づけるように変形させる標準人体形状データとランドマーク位置データとのデータ変換処理を行い、
前記データ変換処理により標準人体形状データに付与されているランドマーク位置が前記主要ランドマーク位置に所定範囲内で対応した場合に、変形させた標準人体形状データのランドマーク位置から被計測人体の主要ランドマーク位置以外の他のランドマーク位置を推定する
ことを特徴とするランドマーク抽出方法。 - 請求項４に記載のランドマーク抽出方法において、
前記標準人体形状データにはテクスチャ情報が付属しており、
前記データ変換処理は、前記テクスチャ情報を前記被計測人体の人体形状データのテクスチャ情報と比較して対応づけ、標準人体形状を計測された人体形状に近づけるように変形させる標準人体形状データのデータ変換処理を行う
ことを特徴とするランドマーク抽出方法。 - 請求項４に記載のランドマーク抽出方法において、
前記ランドマーク位置の推定は、被計測人体の人体形状データから形状特徴点を抽出し、前記データ変換処理により標準人体形状データの形状特徴点と所定範囲内で対応した場合に、変形させた標準人体形状データのランドマーク位置から被計測人体のランドマーク位置を推定する
ことを特徴とするランドマーク抽出方法。 - 主要ランドマーク位置をマーキングした被計測人体を３次元スキャナーにより計測して被測定人体の人体形状データと共に前記主要ランドマーク位置データを取得するステップと、
記憶装置に記憶されている標準人体形状データと当該標準人体形状データに付与されている全てのランドマーク位置データとを読み出すステップと、
標準人体形状を計測された人体形状に近づけるように変形させる標準人体形状データとランドマーク位置データとのデータ変換処理を行うステップと、
前記データ変換処理により標準人体形状データに付与されているランドマーク位置が前記主要ランドマーク位置に所定範囲内で対応した場合に、変形させた標準人体形状データのランドマーク位置から被計測人体の主要ランドマーク位置以外の他のランドマーク位置を推定するステップと
を有すること特徴とするランドマーク抽出処理をコンピュータにより実行するプログラム。 - 請求項７に記載のランドマーク抽出処理をコンピュータにより実行するプログラムにおいて、
前記標準人体形状データにはテクスチャ情報が付属しており、
前記データ変換処理を行うステップは、前記テクスチャ情報を前記被計測人体の人体形状データのテクスチャ情報と比較して対応づけ、標準人体形状を計測された人体形状に近づけるように変形させる標準人体形状データのデータ変換処理を行う
ことを特徴とするランドマーク抽出処理をコンピュータにより実行するプログラム。 - 請求項８に記載のランドマーク抽出処理をコンピュータにより実行するプログラムにおいて、
前記ランドマーク位置を推定するステップは、被計測人体の人体形状データから形状特徴点を抽出し、前記データ変換処理により標準人体形状データの形状特徴点と所定範囲内で対応した場合に、変形させた標準人体形状データのランドマーク位置から被計測人体のランドマーク位置を推定する
ことを特徴とするランドマーク抽出処理をコンピュータにより実行するプログラム。 - ランドマーク抽出処理をコンピュータにより実行するプログラムを記録した記録媒体であって、
主要ランドマーク位置をマーキングした被計測人体を３次元スキャナーにより計測して被測定人体の人体形状データと共に前記主要ランドマーク位置データを取得するステップと、
記憶装置に記憶されている標準人体形状データと当該標準人体形状データに付与されている全てのランドマーク位置データとを読み出すステップと、
標準人体形状を計測された人体形状に近づけるように変形させる標準人体形状データとランドマーク位置データとのデータ変換処理を行うステップと、
前記データ変換処理により標準人体形状データに付与されているランドマーク位置が前記主要ランドマーク位置に所定範囲内で対応した場合に、変形させた標準人体形状データのランドマーク位置から被計測人体の主要ランドマーク位置以外の他のランドマーク位置を推定するステップと、
の処理をコンピュータにより実行するプログラムを記録した記録媒体。 - 請求項１０に記載のプログラムを記録した記録媒体において、
前記標準人体形状データにはテクスチャ情報が付属しており、
前記データ変換処理を行うステップは、前記テクスチャ情報を前記被計測人体の人体形状データのテクスチャ情報と比較して対応づけ、標準人体形状を計測された人体形状に近づけるように変形させる標準人体形状データのデータ変換処理を行う
ことを特徴とするプログラムを記録した記録媒体。 - 請求項１０に記載のプログラムを記録した記録媒体において、
前記ランドマーク位置を推定するステップは、被計測人体の人体形状データから形状特徴点を抽出し、前記データ変換処理により標準人体形状データの形状特徴点と所定範囲内で対応した場合に、変形させた標準人体形状データのランドマーク位置から被計測人体のランドマーク位置を推定する
ことを特徴とするプログラムを記録した記録媒体。
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