JP2008250885A - 三次元画像処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物の現状、及び当該対象物の不具合箇所の正確な状態を容易に把握可能な三次元画像処理装置を提供する。
【解決手段】画像処理装置Ｍは、対象物５の三次元モデル５ａを表示するとともに、当該対象物５のひび割れなどの部位を特徴点として表示するようになっている。そして、その表示画面上でユーザによってひび割れ部位が特定されることによって、当該特定された部位に近似する点をそれぞれ結線して線形図５ｂを表示するとともに、その表示画面上に表示されている三次元モデル５ａの面以外の面にもその線形図５ｂが反映されて表示されるようになっている。
【選択図】図３

Description

本願は、デジタルカメラやレーザを利用して３次元形状を取得する計測機(以下、「３次元レーザ形状計測機」と称する。)などの光学的計測装置を用いて得た情報から三次元モデルを作成する三次元画像処理装置に関する。

経年劣化による城の城壁などの文化財建造物の保全・修復工事において、従来は、例えば、当該文化財建造物をカメラなどで撮影し、その写真から得られる情報を現状の状態として扱い、補修個所が必要なひび割れなどの不具合箇所を特定して、当該文化財建造物の保全・修復工事を行なってきた。

また、コンピュータの発達とともに、当該文化財建造物を三次元的に図化処理することは可能であるものの、誰もが容易に現状の当該文化財建造物を図化処理できるものがなかった。

ところで、文化財建造物を保全又は修復する上では、経験豊な文化財担当者と文化財建造物の構造担当者とが意見を交換しながら良好な状態に回復するための保全・修復工事を行なう必要があるものの、写真から得られるデータは文化財建造物の一部の２次元データであるため、文化財建造物全体の現状を確実に把握することは困難であり、また、ひび割れなどの不具合箇所の正確な状態を把握することも困難であった。

本願は上記各問題点の解決を課題の一例として為されたもので、ユーザが、対象物の現状や当該対象物の不具合箇所の正確な状態を容易に把握可能な三次元画像処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の三次元画像処理装置は、三次元の座標情報を含む複数の座標点を有する対象物の形状データを取得する取得手段と、前記形状データに基づいて前記対象物の外観形状を表わす三次元モデルを生成する三次元モデル生成手段と、前記三次元モデルに前記形状データの座標点を対応させて表示する表示手段と、前記座標点上において、線形図を入力するための入力手段と、前記三次元モデルの１又は複数の面に対してユーザによって入力される前記線形図に近似する前記座標点をそれぞれ結線して線形図を新たに生成する線形図生成手段と、前記生成された線形図を、前記ユーザによって入力された面以外の面に反映させる線形図反映手段と、を備えていることを特徴とする。

この発明によれば、三次元画像処理装置は、ひび割れ部位などを含む対象物の三次元モデルが表示された状態において、ユーザによって、線形図が入力されると、当該線形図に近似する座標点をそれぞれ結線して線形化して新たな線形図を生成して表示するとともに、当該線形図をユーザによって入力された面以外の面にも反映させるようになっている。よって、ユーザは、三次元モデルを回転などさせることによって、自分が理解しやすい位置でひび割れ部位を示す線形図を入力するだけで当該線形図を含む三次元モデルを生成できるので当該３次元モデルの作成における作業の効率化が図れる。また、当該生成された三次元モデルにより、ユーザは、対象物に対してひび割れ部位がどのように作用しているかを容易に把握することが可能となる。

また、請求項２に記載の三次元画像処理装置は、請求項１に記載の三次元画像処理において、各座標点が有する座標情報に基づいて、隣り合う座標点間の曲率を考慮したエッジ点を抽出し、前記エッジ点を特徴部として抽出する特徴部抽出手段を更に具備し、前記三次元モデル生成手段は、前記特徴部に基づいて前記三次元モデルを生成し、前記表示手段は、前記三次元モデルに前記特徴部を対応させて表示し、前記線形図生成手段は、前記特徴部上において、前記三次元モデルの１又は複数の面に対してユーザによって入力される線形図に近似する前記特徴部の座標点をそれぞれ結線して線形図を新たに生成することを特徴とする。

この発明によれば、三次元画像処理装置は、形状データの座標点の中から曲率を考慮したエッジ点のみを抽出して、当該エッジ点を三次元モデルに対応させて表示するようになっている。よって、三次元モデルの軽量化を図れるとともに、ユーザは一目でひび割れ部位などを特定することが可能となる。

また、請求項３に記載の三次元画像処理装置は、請求項１に記載の三次元画像処理において、前記座標点は、彩度情報を含んでおり、前記特徴部抽出手段は、各座標点が有する彩度情報に基づいて、隣り合う座標点間の彩度変化を考慮した変化点を抽出し、当該変化点を特徴部として抽出することを特徴とする。

この発明によれば、例えば、起伏の少ない対象物において三次元モデルの生成精度を高めることが可能となっている。

また、請求項４に記載の三次元画像処理装置は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の三次元画像処理において、光学的計測装置を用いて三次元情報を含む複数の座標点を有する対象物の形状データを計測する計測手段を備えていることを特徴とする。

以下、本願を実施するための最良の形態について、図面を用いて説明する。図１は三次元画像処理装置における処理の流れを示す簡易ブロック図、図２は特徴部を含む三次元モデルの表示例を示す図、図３は線形図が入力された三次元モデルの表示例を示す図である。なお、図２及び図３に示す三次元モデルは、例えば、耐火煉瓦で外壁が造られた窯を対象物５として表示したものである。

本実施形態の三次元画像処理装置（以下、「画像処理装置Ｍ」と称する。）は、対象物５（例えば、文化財建造物としての窯など）を保全・補修工事するために用いられるものであり、対象物の保全・修復のための支援装置として機能する。

具体的には、画像処理装置Ｍは、図１乃至図３に示すように、窯の形状データを取得して、その形状データに基づいて三次元モデルを生成するとともに、その三次元モデルに形状データの座標点を対応させて出力する。より具体的には、ひび割れなどの不具合個所を示す特徴部を抽出し、三次元モデル５ａに当該特徴部を対応づけて出力（表示）する（図２参照）。また、段差のある当該不具合個所は、事前に各点群の曲率を考慮したサンプリング処理を行うことで、データを軽量化しかつ段差部分のみが点密度の高いエリアとして表示される。

そして、文化財担当者や文化財建造物の構造担当者（以下、「担当者等」と称する。）が、図２に示すような三次元モデル５ａを見ながら意見を交換し、その表示画面に表示されている点密度の高いエリアとして表示された特徴部上で入力部２５を介して当該担当者等によって、例えば、ひび割れ部位などの不具合個所が特定される（例えば、ひび割れ個所に線形図が描画される）ことにより、当該特定された部位に近似する座標点をそれぞれ結線して新たな線形図５ｂを表示するとともに（図３参照）、当該表示画面上に表示されている三次元モデル５ａの面以外の面にもその線形図５ｂを反映させるようになっている。

これにより、当該担当者等によって特定された個所がひび割れ個所を示す線形図５ｂとして三次元モデル５ａ上に表示され、且つ、三次元モデル５ａを回転させるなどして他の面を表示した際に、当該線形図５ｂが描画された面以外の面にも反映されて表示されるようになっている。

よって、担当者等は、対象物５に対するひび割れの位置などを容易に把握できるので、容易に文化財建造物の現状態を確実に把握し、保全・補修工事を行なうための計画をたてることができるようになっている。

なお、対象物５となる文化財建造物の形状データは、例えば、三次元レーザ形状計測機やデジタルカメラなどの光学的計測装置によって当該文化財建造物の壁面をスキャン又は撮影することにより得られるが、以下の説明において本実施形態では、レーザ式の三次元レーザ形状計測器を用いた画像処理装置について説明する。

対象物５は、レーザ光を照射した位置の三次元データを検出する三次元レーザ形状計測機などの計測装置１０によってスキャンされる。これにより、対象物５の形状が点群データとして計測できる。

−画像処理装置の構成等−
次に、図４を参照して、画像処理装置の構成について説明する。図４は三次元画像処理装置の構成例を示す図である。

図４に示すように、画像処理装置Ｍは、対象物５の形状データを計測する計測装置１０と、前記計測装置１０により計測された形状データに基づいて三次元モデルを生成して表示する端末装置２０と、を含んで構成される。当該形状データとは、ｘ、ｙ、ｚから構成される三次元の座標情報、又は反射強度（intensity）あるいはカラー情報（Ｒ，Ｇ，Ｂ）から特定される彩度情報を含む複数の座標点で構成されたデータであり、当該形状データは計測装置１０によって得られる情報が異なるものである。

計測装置１０は、例えばレーザ式の三次元レーザ形状計測機が用いられる。当該三次元レーザ形状計測機は、レーザ光を対象物５に照射し、その反射光によってレーザ光が照射された位置の座標を計測するものである。よって、レーザ光を対象物５に対して上下方向に照射し、当該対象物５の壁面をスキャンすることによって、当該対象物５の形状を示す座標情報が座標点データとして計測できる。また、当該計測装置１０により計測された座標点データは、端末装置２０に対象物５の形状データとして出力される。また、計測装置１０は、座標情報のほかに彩度情報を計測できる装置を用いても構わない。

端末装置２０は、計測装置１０から出力される形状データを取得する取得部２２と、当該形状データを含む各種データを記憶保存（格納）するための記憶部２３と、所定の情報を表示する表示部２４と、ユーザの操作を受け付ける入力部２５と、各部を制御する制御部２６と、を含んで構成され、各部はバスを介して相互に接続されている。

記憶部２３には、取得部２２によって取得された形状データや制御部２６の処理によって生成される三次元モデルなどの情報が記憶され、制御部２６の指示によって当該情報が読み出されるようになっている。

制御部２６は、コンピュータとして、演算機能を有するＣＰＵ、作業用ＲＡＭ、不揮発性メモリ、及び各種処理プログラムやデータを記憶するＲＯＭ等を備えて構成されている。そして、ＣＰＵが、例えばＲＯＭ等に記憶された三次元モデル生成処理プログラムを実行（三次元モデル生成処理アプリケーションを起動）することにより、コンピュータが本願の三次元画像処理装置として機能するようになっている。この三次元モデル生成処理プログラムは、三次元形状データの入力に基づいて端末装置２０の制御部２６が行なう処理プログラムである。

また、当該制御部２６は、各座標点が有する座標情報に基づいて、隣り合う座標点間の曲率を考慮した抽出解析を行い、抽出された複数の座標点を特徴部として抽出する特徴部抽出手段、前記特徴部に基づいて、前記特徴部の座標点を含む前記対象物の外観形状を表わす三次元モデルを生成する三次元モデル生成手段、前記三次元モデルに前記特徴部を対応させて表示する表示手段、前記特徴部上において、前記三次元モデルの１又は複数の面に対してユーザによって入力される線形図に近似する前記特徴部の座標点をそれぞれ結線して線形図を新たに生成する線形図生成手段、前記線形図を、前記ユーザによって入力された面以外の面に反映させる線形図反映手段として機能するようになっている。

そして、制御部２６は、例えば、取得部２２によって取得された形状データに基づいて、前記形状データに含まれる特徴部を抽出して、前記特徴部の座標点を含む対象物の外観形状を表わす三次元モデルを生成して表示するようになっている。また、その後、入力部２５を介してユーザによって三次元モデルの１又は複数の面に対して入力される線形図に近似する特徴部の座標点をそれぞれ結線して線形図を新たに生成して表示するようになっている。また、当該線形図をユーザによって入力された面以外の面にも反映させるようになっている。

また、制御部２６は、特徴部を抽出する際において、形状データの各座標点が有する座標情報に基づいて、隣り合う座標点間の曲率を考慮したエッジ点を抽出し、前記エッジ点を特徴部として抽出する。また、特徴部は、制御部２６によって、形状データの各座標点が有する彩度情報に基づいて、隣り合う座標点間の彩度の変化を解析し、当該彩度が変化する座標点（変化点）を抽出するようにしても構わない。

また、制御部２６は、ユーザによって入力された線形図に基づいて生成された新たな線形図を滑らかな曲線とするためにスプライン処理するようになっている。

−画像処理装置の動作−
次に、図５を参照して、画像処理装置の動作例について、制御部を主体として説明する。図５は端末装置の動作例を示すフローチャート図である。なお、理解し易いように、図３及び図４に対応する部分に符号を付することとするがこれにより実施形態が限定されるものではない。

はじめに、図５に示す処理は、計測装置１０から形状データを取得した後に当該制御部２６によって実行される処理である。

まず、画像処理装置Ｍの制御部２６は、計測装置１０から形状データを取得する（ステップＳ１０１）。

次いで、制御部２６は、形状データの各座標点が有する三次元の座標情報に基づいて、隣り合う座標点間の曲率を考慮したエッジ点を抽出し、当該抽出した複数の座標点から構成されるエッジ点を特徴部として抽出する（ステップＳ１０２）。

次いで、制御部２６は、特徴部に基づいて、前記対象物５の外観形状を表わす三次元モデル５ａを生成し、当該三次元モデル５ａに前記特徴部を対応させて表示部２４に表示する（ステップＳ１０３）。

ここで、ユーザは、不要な線があれば入力部２５によって、当該不要な線を削除するとともに、補完が必要な線があれば必要な線を新たに入力する。これによって、画像処理装置Ｍの表示部２４には、ひび割れ部位などが座標点として表れた対象物５の三次元モデル５ａが表示部２４に表示されることとなる。

次いで、制御部２６は、入力部２５を介してユーザによって線形図が入力されたか否かを判断し（ステップＳ１０４）、この判断が肯定されれば、次のステップに進み、否定されれば、処理を終了する。

次いで、制御部２６は、ユーザによって入力された線形図に近似する点をそれぞれ結線して線形化処理し（ステップＳ１０５）、当該線形化処理によって生成された線形図５ｂを表示部２４に表示する。ここで、制御部２６は、線形化処理して生成された線形図５ｂが滑らかなラインとなるようにスプライン処理して修正するようになっている。

次いで、制御部２６は、当該線形化処理して生成された線形図５ｂを、前記ユーザによって入力された面以外の面に反映させ、その情報を記憶部２３に記憶し（ステップＳ１０６）、処理を終了する。

なお、本動作例では、特徴部は、各座標点が有する座標情報を用いて、隣接する座標点間の曲率を考慮したエッジ点を抽出するようになっているが、各座標点が有する彩度情報を用いて、隣接する座標点間の彩度変化から変化点を抽出するようにしても構わない。また、エッジ点を抽出できなかった場合に、変化点を抽出するようにしても構わない。

以上に説明したように、上記実施形態によれば、画像処理装置Ｍは、対象物５の三次元モデル５ａを表示するとともに、当該対象物５のひび割れなどの部位を特徴点として表示するようになっている。そして、その表示画面上でユーザによってひび割れ部位が特定されることによって、当該特定された部位に近似する点をそれぞれ結線して線形図５ｂを表示するとともに、その表示画面上に表示されている三次元モデル５ａの面以外の面にもその線形図５ｂが反映されて表示されるようになっている。

よって、画像処理された三次元モデル５ａによって、ユーザは現状の対象物５の状態を確実に把握することが可能となるため、保全・補修工事を行なうための計画を容易にたてることが可能となっている。

なお、本実施形態は一形態であって、この形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、本願の画像処理装置が、計測装置と、端末装置と、を備えた構成となっているが、計測装置と端末装置とを別体として備え、本願の画像処理装置が端末装置のみで構成されるものとしても構わない。

また、本実施形態では三次元モデルに特徴部を表示するようになっているが、単に計測装置１０から取得した形状データに含まれる座標点のみを表示するようにしても構わない。このような場合には、ユーザが当該座標点上で線形図を入力することにより、当該線形図に近似する座標点をそれぞれ結線して線形図５ｂを新たに生成し、当該生成された線形図５ｂが３次元モデル５ａ上に表示される。

三次元画像処理装置における処理の流れを示す簡易ブロック図である。 特徴部を含む三次元モデルの表示例を示す図である。 線形図が入力された三次元モデルの表示例を示す図である。 三次元画像処理装置の構成例を示す図である。 端末装置の動作例を示すフローチャート図である。

符号の説明

Ｍ 画像処理装置
１０ 計測装置
２０ 端末装置
２２ 取得部
２４ 表示部
２５ 入力部
２６ 制御部

Claims (4)

1. 三次元の座標情報を含む複数の座標点を有する対象物の形状データを取得する取得手段と、
   前記形状データに基づいて前記対象物の外観形状を表わす三次元モデルを生成する三次元モデル生成手段と、
   前記三次元モデルに前記形状データの座標点を対応させて表示する表示手段と、
   前記座標点上において、線形図を入力するための入力手段と、
   前記三次元モデルの１又は複数の面に対してユーザによって入力される前記線形図に近似する前記座標点をそれぞれ結線して線形図を新たに生成する線形図生成手段と、
   前記生成された線形図を、前記ユーザによって入力された面以外の面に反映させる線形図反映手段と、
   を備えていることを特徴とする三次元画像処理装置。
2. 各座標点が有する座標情報に基づいて、隣り合う座標点間の曲率を考慮したエッジ点を抽出し、前記エッジ点を特徴部として抽出する特徴部抽出手段を更に具備し、
   前記三次元モデル生成手段は、前記特徴部に基づいて前記三次元モデルを生成し、
   前記表示手段は、前記三次元モデルに前記特徴部を対応させて表示し、
   前記線形図生成手段は、前記特徴部上において、前記三次元モデルの１又は複数の面に対してユーザによって入力される線形図に近似する前記特徴部の座標点をそれぞれ結線して線形図を新たに生成することを特徴とする請求項１に記載の三次元画像処理装置。
3. 前記座標点は、彩度情報を含んでおり、
   前記特徴部抽出手段は、各座標点が有する彩度情報に基づいて、隣り合う座標点間の彩度変化を考慮した変化点を抽出し、当該変化点を特徴部として抽出することを特徴とする請求項１に記載の三次元画像処理装置。
4. 光学的計測装置を用いて三次元の座標情報を含む複数の座標点を有する対象物の形状データを計測する計測手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の三次元画像処理装置。

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