JP2004280134A - 薄板物の3次元モデル化方法 - Google Patents

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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
105 3次元モデル化工程

Claims (2)

  1. 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。
  2. 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。
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