JP2004280134A

JP2004280134A - 薄板物の３次元モデル化方法

Info

Publication number: JP2004280134A
Application number: JP2003066509A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Aono; 宏青野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-03-12
Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】薄板状の、特に部位によって厚さの異なる薄板状の被測定物について、表面位置にずれのない高精度の３次元モデルが得られる３次元モデル化方法を提供する。
【解決手段】被測定物の一定方向に沿って間隔を置いて得られた複数枚の断面像を用いて３次元モデルを構成する（工程１０３，１０５）方法において、所定値未満の厚さの被測定物の、材質及び厚さ別の断面像の輝度値及び厚さを補正する補正用データをテストピースを用いて予め取得しておく（工程１０１，１０２）。３次元モデル化に当たり、被測定物の断面像に対してその被測定物の材質及び厚さに応じた補正用データによって補正を行い（工程１０４）、その補正後の断面像を用いて３次元モデル化を行う（工程１０５）。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の外板等の薄板状の被測定物について、その複数枚の断面像を用いて３次元モデルを構成する薄板物の３次元モデル化方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
被測定物（３次元物体）の複数枚の断面像を用いて３次元モデルを構成する３次元モデル化方法としては、従来、マーチングキューブ法を用いた補間面形成処理による方法がある（特許文献１参照）。
しかしこの方法では、次のような問題点があった。
すなわちこの方法において、被測定物の複数枚のＸ線ＣＴ像等の断面像から３次元モデルを構成する場合に、断面像の輝度値に対してしきい値を設定し、両者の比較結果によって被測定物の表面（被測定物と空気との境界面）を得る補間面形成処理が施される。このとき、上記しきい値の設定によっては、被測定物の表面位置が実際の位置とは大きくずれてしまう。これは、どんなに均質の物体であっても断面像の輪郭部分においては輝度値の立上がりや立下がりになまり（傾き）が生じるからである。
このような表面位置のずれは、表面の様子を視覚的に観察するだけの３次元モデルにおいては余り問題視されない。しかし、得られた３次元モデル上で寸法測定したい場合のように、被測定物の表面位置そのものに精度が要求される場合には、表面位置のずれは精度の低下を招き、したがって、この点についての改善が要望されていた。
そこで本出願人は、先に、上記しきい値として、被測定物と同材質のテストピースから得られる輝度値を用いて３次元モデル化を行う方法を提案した（特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−３２８４４２号公報
【特許文献２】
特開２００２−９９９０１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記テストピースを用いた従来技術によれば、多くの被測定物について表面位置のずれがなくなり、精度の高い３次元モデルが得られるようになるが、薄板状の被測定物、特に、部位によって厚さが異なるような薄板状の被測定物については、未だ改善の余地があった。
すなわち、薄板状の被測定物については、その厚さが減少するに従って断面像（厚さ方向の断面像）全体としての輝度値が低下して行き、また断面像の厚さも、相対的に薄くなって行く。このことは、断面像の輪郭にボケが生じることも意味する。一方、マーチングキューブ法を用いた補間面形成処理においては、１つのしきい値でしか３次元モデル化できない。
このため、或る厚さの被測定物について最適な１つのしきい値を求め、このしきい値のみを、厚さの異なる多種類の被測定物についての共通のしきい値として用いると、被測定物が薄くなるほど輝度値が低下し、また、断面像の輪郭位置が実際よりも後退して厚さが薄くなる傾向が強まる。また、厚さが部位によって異なる被測定物については、薄い箇所が暗くかつ薄い断面像となってしまい、更に、一定値以下の厚さの部位では表面形状が抽出できなくなる事態も生じ得、このような断面像を用いて得られる３次元モデルは表面位置にずれのある精度の低いものとなる。したがって、上記テストピースを用いた従来技術では、この点についての改善が要望されていた。
【０００５】
本発明は、上記のような要望に鑑みてなされたもので、薄板状の、特に部位によって厚さの異なる薄板状の被測定物について、表面位置にずれのない高精度の３次元モデルが得られる薄板物の３次元モデル化方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の薄板物の３次元モデル化方法は、被測定物の一定方向に沿って間隔を置いて得られた複数枚の断面像中の隣接する２枚の断面像の対向する各４画素の輝度値を頂点に与えた六面体を得て、その各頂点の輝度値としきい値との比較結果に基づき三角形ポリゴンを生成する補間面形成処理によって３次元モデルを構成する３次元モデル化方法であって、前記しきい値として、前記被測定物と同材質で寸法が既知のテストピースの断面像の輪郭の両端部分における輝度値の立上がり、立下がり特性曲線上の各点から求められる前記輪郭の両端間寸法のうち、前記テストピースの両端間の実寸法と一致する当該特性曲線上の点に対応する輝度値を用いる方法において、順次値を異にした所定値未満の厚さの複数の補正用テストピースを、材質別に複数組作成してなる補正用テストピース群中の各テストピースにつき、厚さ方向の断面像を取得し、得られた各断面像と、該各断面像が得られた補正用テストピースと同材質で所定値以上の厚さの基準値テストピースの厚さ方向の各断面像とを用いて、所定値未満の厚さの被測定物の、材質及び厚さ別の断面像の輝度値及び厚さを補正する補正用データを予め取得しておき、前記六面体を得るに当たり、前記被測定物の断面像に対して、該被測定物の材質及び厚さに応じた前記補正用データによって補正を行い、その補正後の断面像を用いて前記六面体を得ることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の薄板物の３次元モデル化方法は、被測定物の一定方向に沿って間隔を置いて得られた複数枚の断面像から前記被測定物の表面形状を表す輪郭点を抽出し、得られた輪郭点群から３次元モデルを構成する方法において、順次値を異にした所定値未満の厚さの複数の補正用テストピースを、材質別に複数組作成してなる補正用テストピース群中の各テストピースにつき、厚さ方向の断面像を取得し、得られた各断面像と、該各断面像が得られた補正用テストピースと同材質で所定値以上の厚さの基準値テストピースの厚さ方向の各断面像とを用いて、所定値未満の厚さの被測定物の、材質及び厚さ別の断面像の輝度値及び厚さを補正する補正用データを予め取得しておき、前記輪郭点の抽出に当たり、前記被測定物の断面像に対して、該被測定物の材質及び厚さに応じた前記補正用データによって補正を行い、その補正後の断面像を用いて前記輪郭点を抽出することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明するが、それに先立ち、本発明で用いられる３次元モデル化方法の概略について述べる。
本発明（請求項１）は、基本的には先に本出願人が提案した３次元モデル化方法を用いて３次元モデルを構成する方法である。
すなわち、まず、被測定物の一定方向に沿って間隔を置いて得られた複数枚の断面像（輪郭をもつ平面像）中の、隣接する２枚の断面像の対向する各４画素の輝度値を頂点に与えた六面体を得る。そして、その各頂点の輝度値としきい値との比較結果に基づき三角形ポリゴンを生成する補間面形成処理により３次元モデルを構成する方法（前掲特許文献１参照）において、上記しきい値として以下の輝度値を用いる３次元モデル化方法である。すなわち、初めに、上記被測定物と同材質で寸法が既知のテストピースを用意し、その断面像を得る。そして、その断面像の輪郭の両端部分における輝度値の立上がり、立下がり特性曲線上の各点から求められる上記輪郭の両端間寸法のうち、上記テストピースの両端間の実寸法と一致する特性曲線上の点に対応する輝度値を、上記しきい値とする方法（前掲特許文献２参照）であり、かつ、以下に述べる補正処理を行う方法である。
【０００９】
図１は、本発明（請求項１）による薄板物の３次元モデル化方法の一実施形態の概念図である。
図１中、１０１は補正に用いるテストピースの断面像の取得工程、１０２は補正用データの取得工程を示し、これら両工程１０１，１０２は３次元モデル化の準備工程である。
すなわち、本発明方法においては、初めに、順次値を異にした所定値未満の厚さの複数ｎ個の補正用テストピース２１〜２ｎ（図２参照）を、材質別に複数ｍ組作成してなる補正用テストピース群を用意する。そしてこの補正用テストピース群中の各テストピース２１〜２ｎにつき、厚さ方向の断面像、ここではＸ線ＣＴスキャンによる断面像を取得する（工程１０１）。
図２中、３１〜３ｎは、上記補正用テストピース２１〜２ｎの断面像である。これら断面像３１〜３ｎからも分かるように、薄板状の被測定物（ここでは補正用テストピース２１〜２ｎ）については、その厚さが減少するに従って断面像（厚さ方向の断面像）全体としての輝度値が低下して行く。図２からは明確でないが、補正用テストピース２１〜２ｎの厚さが減少するに従って断面像の厚さも相対的に薄くなって行く。
そして、得られたｍ組の各断面像（データ）３１〜３ｎと、そのｍ組の各断面像３１〜３ｎが得られた補正用テストピース２１〜２ｎ（ｍ組）と同材質で所定値以上の厚さのｍ個の基準値テストピース４１〜４ｍ（４１のみ図２に示す）の厚さ方向の断面像（データ）５１〜５ｍとを用いて、補正用データを取得する（工程１０２）。この補正用データは、所定値未満の厚さの被測定物の、材質及び厚さ別の断面像の輝度値及び厚さを補正するデータ（輝度値・厚さ補正用データ）であり、ここではテーブル（補正用テーブル）として取得する。
【００１０】
工程１０２における補正用データの取得は、例えば以下のように行われる。
まず、工程１０１で得られた各断面像３１〜３ｎ（ｍ組）につき、各々その中央位置を厚さ方向（図２中、左右方向）に横切るライン上の輝度値分布（輝度値変化曲線）を得る。次に、その輝度値分布が得られた補正用テストピース２１〜２ｎ（ｍ組）と同材質で所定値以上の厚さの基準値テストピース４１〜４ｍの厚さ方向の断面像につき、各々その中央位置を厚さ方向に横切るライン上の輝度値分布（輝度値変化曲線）を得る。そして、両輝度値分布（輝度値変化曲線）の相関関係、例えば差分を得る。
また、補正用テストピース２１〜２ｎ（ｍ組）についての上記ライン上の輝度値の配列から求められる厚さ寸法と、その補正用テストピース２１〜２ｎ（ｍ組）の実際の厚さ寸法との相関関係、例えば差分を得る。
そして、両相関関係に基づいて、所定値未満の厚さの被測定物の、材質及び厚さ別の断面像の輝度値及び厚さを補正する輝度値・厚さ補正用データ（補正用テーブル）を取得する。
【００１１】
図３は、各断面像３１〜３ｎ，４１につき、各々上記ライン上の輝度値分布の各点を結んで得られる輝度値変化曲線６１〜６ｎ，７１を示す。
輝度値変化曲線６１〜６ｎ，７１のピーク値に沿う曲線８１から分かるように、薄板状の補正用テストピース２１〜２ｎについて、その厚さが減少するに従って断面像（厚さ方向の断面像）３１〜３ｎの輝度値が低下して行く。また、厚さ寸法が一定値α以上、つまり基準値テストピース４１の厚さ寸法以上になると、ピーク値はほぼ一定になる。
この関係は、鉄（密度：約７．８５）についての上記曲線８１と同様にして得られ、この曲線８１と共に図４中に示す、アルミニウム（密度：約２．６８）についての曲線８２、樹脂（密度：約１．２）についての曲線８３から分かるように、被測定物、テストピースの材質が変わってもほぼ同様に現れる。
この図４中の曲線８１〜８３によれば、被測定物、テストピースの材質が変わると、板厚が同じでも輝度値は変わることが分かる。したがって、上記輝度値・厚さ補正用データは被測定物の材質別に取得すべきことが分かるが、その一方で、曲線８１〜８３により被測定物の材質や板厚を検知し得ることが分かる。したがって、被測定物の材質、厚さ別の輝度値・厚さ補正用データ（補正用テーブル）の取得に当たり、被測定物の材質や板厚を入力する必要がある場合であっても、これを手動によることなく、つまり自動で入力可能となる。
【００１２】
そして、本発明においては、上記補間面形成処理を行うための六面体を得るに当たり、工程１０３において得られた任意の被測定物（薄板物）の断面像、ここではＸ線ＣＴスキャンにより得られた断面像に対して、補正処理を行う（工程１０４）。
補正処理は、被測定物の材質及び厚さに応じた上記輝度値・厚さ補正用データ（補正用テーブル）を用いて行われ、所定値未満の厚さの被測定物の断面像について、これと同材質で所定値以上の厚さの基準値テストピースの断面像と同等の輝度値及び厚さ寸法精度を有した断面像に補正される。
【００１３】
以下、補正処理についてより詳しく述べる。
図４中の曲線８１〜８３によれば、被測定物の材質が変わることにより、また材質が同じでも板厚が変わることにより、所定値未満の厚さの被測定物の断面像の輝度値は異なる値となる。このため、或る厚さの被測定物について最適な１つのしきい値を求め、このしきい値のみを、厚さの異なる多種類の被測定物についての共通のしきい値として用いると、上述したように、被測定物が薄くなるほど輝度値が低下し、また、断面像の輪郭位置が実際よりも後退して厚さが薄くなる傾向が強まる。
一方、マーチングキューブ法を用いた補間面形成処理においては、１つのしきい値でしか３次元モデル化できない。
そこで本発明では、上述したように補正処理をするもので、以下、その一例を図５及び図６を参照して説明する。
図５は、所定値以上の十分な厚さがある被測定物（しきい値設定用テストピース）の断面像の輪郭両端部分における輝度値変化曲線を示す図で、図中、例えばｂｒ３が３次元モデル化工程１０５において、最適なしきい値として設定されているとする。
そして、これと同材質ではあるが、所定値未満の或る厚さの被測定物の断面像を厚さ方向に横切るライン上の輝度値分布（輝度値変化曲線）が、図６中の曲線イに示され、このような被測定物（輝度値変化曲線）については、輝度値ｂｒ４が最適なしきい値であるとする。
この場合、設定されているしきい値はｂｒ３であり、このしきい値ｂｒ３によれば、ｂｒ４が最適なしきい値とされた場合の曲線ロから曲線イを減算した斜線部（差分）ハが誤差となる。
【００１４】
そこで本発明では、所定値未満の厚さの被測定物の断面像（輝度値変化曲線）については上記差分ハを除去する、つまり曲線イを曲線ロにする補正を上記補正用テーブルを参照して補正処理工程１０４で行い、板厚の大小に拘わらず、輝度値が揃い、厚さ寸法精度も同等とされた断面像を得るようにした。
３次元モデル化工程１０５においては、このような補正後の断面像を用いて上記六面体を得、３次元モデル化を行う。したがって本発明によれば、表面位置にずれのない、高精度の３次元モデルが得られる。
【００１５】
なお、図１に例示の発明においては、断面像取得工程１０３からの被測定物の断面像に対して補正処理工程１０４において補正を行い、補正後の断面像を３次元モデル化工程１０５に送って３次元モデルを得たが、被測定物（断面像）の輪郭点群を用いて３次元モデル化を行うようにしてもよい。
図７は、このような輪郭点群を用いて３次元モデル化を行うようにした薄板物の３次元モデル化方法の一実施形態の概念図である。
図示するように、輪郭点群を用いて３次元モデル化を行う場合には、断面像取得工程１０３からの被測定物（薄板物）の断面像は、輪郭点抽出工程１１４において、工程１０２からの補正用データを参照して断面像（輝度値分布）の補正を行い、補正後の断面像から被測定物の表面形状を表す輪郭点を抽出する。３次元モデル化工程１１５では、輪郭点抽出工程１１４からの輪郭点群を用いてＣＡＤ等による公知の方法を適用して３次元モデル化を行う。
このような方法によっても、表面位置にずれのない、高精度の３次元モデルが得られる。
【００１６】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、被測定物の一定方向に沿って間隔を置いて得られた複数枚の断面像を用いて３次元モデルを構成する方法において、所定値未満の厚さの被測定物の、材質及び厚さ別の断面像の輝度値及び厚さを補正する補正用データをテストピースを用いて予め取得しておく。そして３次元モデル化に当たり、被測定物の断面像に対してその被測定物の材質及び厚さに応じた補正用データによって補正を行い、その補正後の断面像を用いて３次元モデル化を行うようにしたので、薄板物について、表面位置にずれのない高精度の３次元モデルが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明（請求項１）による薄板物の３次元モデル化方法の一実施形態の概念図である。
【図２】本発明に用いられるテストピース及びその断面像を示す図である。
【図３】図２に示す断面像の輝度値変化曲線を示す図である。
【図４】順次厚さを異にしたテストピースの輝度値変化曲線のピーク値に沿う曲線を材質別に示す図である。
【図５】しきい値設定用テストピースの断面像の輪郭両端部分における輝度値変化曲線を示す図である。
【図６】所定値未満の厚さの被測定物の断面像の補正前後の輝度値変化曲線を示す図である。
【図７】本発明（請求項２）による薄板物の３次元モデル化方法の一実施形態の概念図である。
【符号の説明】
１０１テストピースの断面像取得工程
１０２補正用データ取得工程
１０３被測定物（薄板物）の断面像取得工程
１０４補正処理工程
１０５３次元モデル化工程

Claims

被測定物の一定方向に沿って間隔を置いて得られた複数枚の断面像中の隣接する２枚の断面像の対向する各４画素の輝度値を頂点に与えた六面体を得て、その各頂点の輝度値としきい値との比較結果に基づき三角形ポリゴンを生成する補間面形成処理によって３次元モデルを構成する３次元モデル化方法であって、前記しきい値として、前記被測定物と同材質で寸法が既知のテストピースの断面像の輪郭の両端部分における輝度値の立上がり、立下がり特性曲線上の各点から求められる前記輪郭の両端間寸法のうち、前記テストピースの両端間の実寸法と一致する当該特性曲線上の点に対応する輝度値を用いる方法において、
順次値を異にした所定値未満の厚さの複数の補正用テストピースを、材質別に複数組作成してなる補正用テストピース群中の各テストピースにつき、厚さ方向の断面像を取得し、得られた各断面像と、該各断面像が得られた補正用テストピースと同材質で所定値以上の厚さの基準値テストピースの厚さ方向の各断面像とを用いて、所定値未満の厚さの被測定物の、材質及び厚さ別の断面像の輝度値及び厚さを補正する補正用データを予め取得しておき、
前記六面体を得るに当たり、前記被測定物の断面像に対して、該被測定物の材質及び厚さに応じた前記補正用データによって補正を行い、その補正後の断面像を用いて前記六面体を得ることを特徴とする薄板物の３次元モデル化方法。
被測定物の一定方向に沿って間隔を置いて得られた複数枚の断面像から前記被測定物の表面形状を表す輪郭点を抽出し、得られた輪郭点群から３次元モデルを構成する方法において、
順次値を異にした所定値未満の厚さの複数の補正用テストピースを、材質別に複数組作成してなる補正用テストピース群中の各テストピースにつき、厚さ方向の断面像を取得し、得られた各断面像と、該各断面像が得られた補正用テストピースと同材質で所定値以上の厚さの基準値テストピースの厚さ方向の各断面像とを用いて、所定値未満の厚さの被測定物の、材質及び厚さ別の断面像の輝度値及び厚さを補正する補正用データを予め取得しておき、
前記輪郭点の抽出に当たり、前記被測定物の断面像に対して、該被測定物の材質及び厚さに応じた前記補正用データによって補正を行い、その補正後の断面像を用いて前記輪郭点を抽出することを特徴とする薄板物の３次元モデル化方法。