JP2013192203A

JP2013192203A - 一つの撮像映像による三次元形状復元装置及び方法

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Publication number: JP2013192203A
Application number: JP2012263336A
Authority: JP
Inventors: Jae Won Kim; ジェワン，キム; Ig Jae Kim; チェ，キムイク
Original assignee: Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST; Korea Institute of Science and Technology KIST
Current assignee: Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST; Korea Institute of Science and Technology KIST
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2013-09-26
Anticipated expiration: 2032-11-30
Also published as: KR101288979B1; JP5608210B2

Abstract

【課題】一つの撮像映像による三次元形状復元装置及び方法を提供する。
【解決手段】異なる複数の照明源点を有する光を物体に照明する照明部と、物体を透過した光を、空間的領域で規則的なパターンに変調する光変調素子と、光変調素子で変調された映像を、一枚の二次元映像として撮像する撮像部と、撮像部で獲得された一枚の二次元映像から、照明源点別に単位映像を分離し、分離された単位映像を復元して、物体の三次元形状を復元する信号処理部とを備える三次元形状復元装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、三次元形状復元装置及び方法に係り、特に三次元物体に対して一枚の二次元撮像映像を取得し、物体の三次元形状を復元する装置及びその方法に関する。

一般的に、任意の物体の三次元形状を復元（すなわち、再構成）するためには、イメージングシステムは、複数個の二次元映像を必要とする。

例えば、Ｘ線を利用した医療映像装置は、物体（すなわち、患者の特定の部位）をカバーできる大面積のＸ線検出センサーを備え、前記特定の部位に回転中心を置いて３６０°回転しつつ、前記特定の部位を複数回撮影して、前記特定の部位に対する複数の断層映像を獲得し、それから三次元トモグラフィ映像として復元する。

従来の技術による三次元トモグラフィ映像復元方法は、物体に対して複数回撮影して、三次元形状を復元するので、Ｘ線のような放射線を利用する医療映像装置の場合、被爆量が問題となる。また、位置を移動させつつ複数回撮影するので、位置移動のための機具的装置が必要であるだけでなく、動的物体に対して三次元形状を復元するのには困難がある。

本発明の目的は、前記のような従来の技術による問題点を解決するために提案されたものであって、一枚の取得された映像から、任意の物体の三次元形状を復元する装置及び方法を提供することである。

本発明の一側面による三次元形状復元装置は、異なる複数の照明源点を有する光を物体に照明する照明部と、物体を透過した光を、空間的領域で規則的なパターンに変調する光変調素子と、光変調素子で変調された映像を、一枚の二次元映像として撮像する撮像部と、撮像部で獲得された一枚の二次元映像から、照明源点別に単位映像を分離し、分離された単位映像を復元して、物体の三次元形状を復元する信号処理部と、を備える。

光変調素子は、ピンホールアレイまたはレンズレットアレイであり、この場合、光変調素子は、照明源点を異ならせる光線を空間的に分離してもよい。

信号処理部は、一枚の二次元映像から、ピンホールアレイのピンホール、あるいはレンズレットアレイのレンズレットそれぞれに対応する部分映像を分離し、部分映像で空間的に分離されたタイルを、照明源点別に分離された単位映像として再び組み合わせてもよい。

本発明の他の側面による三次元形状復元装置は、異なる複数の照明源点を有する光を物体に照明する照明部と、物体を透過した光を、周波数領域で規則的なパターンに変調する光変調素子と、光変調素子で変調された映像を、一枚の二次元映像として撮像する撮像部と、撮像部で獲得された一枚の二次元映像から、照明源点別に単位映像を分離し、分離された単位映像を復元して、物体の三次元形状を復元する信号処理部と、を備える。

光変調素子は、ＭＵＲＡパターンマスクまたはコサインパターンマスクであり、照明源点を異ならせる光線を周波数領域で分離してもよい。

信号処理部は、一枚の二次元映像を周波数領域に変換し、周波数領域に変換された映像から、照明源点別に分離された単位映像として再び組み合わせてもよい。

照明部は、物体に異なる角度で光を照射する複数の発光源を備えてもよい。この時、複数の発光源は、可視光線源、赤外線源、紫外線源、またはＸ線源であってもよい。

三次元形状復元装置は、コンピュータ映像断層撮影装置であってもよい。

信号処理部は、トモグラフィ法を利用して分離されたそれぞれの単位映像から、物体の三次元形状を復元してもよい。

本発明のさらに他の側面による三次元形状復元方法は、異なる複数の照明源点を有する光を物体に照明するステップと、物体を透過した光を、空間的領域で規則的なパターンに変調するステップと、規則的なパターンに変調された映像を、一枚の二次元映像として撮像するステップと、一枚の二次元映像から、照明源点を異ならせる光それぞれにより生成された単位映像を分離するステップと、分離されたそれぞれの単位映像から、物体の三次元形状を復元するステップと、を含む。

物体を透過した光を、空間的領域で規則的なパターンに変調するステップは、物体を透過した光を、ピンホールアレイまたはレンズレットアレイを透過させて、照明源点を異ならせる光線を空間的に分離してもよい。

単位映像を分離するステップは、一枚の二次元映像から、ピンホールアレイのピンホール、あるいはレンズレットアレイのレンズレットそれぞれに対応する部分映像を分離するステップと、部分映像で空間的に分離されたタイルを、照明源点別に分離された単位映像として再び組み合わせるステップと、を含んでもよい。

本発明のさらに他の側面による三次元形状復元方法は、異なる複数の照明源点を有する光を物体に照明するステップと、物体を透過した光を、周波数領域で規則的なパターンに変調するステップと、規則的なパターンに変調された映像を、一枚の二次元映像として撮像するステップと、一枚の二次元映像から、照明源点を異ならせる光それぞれにより生成された単位映像を分離するステップと、分離されたそれぞれの単位映像から、物体の三次元形状を復元するステップと、を含む。

物体を透過した光を、周波数領域で規則的なパターンに変調するステップは、物体を透過した光を、ＭＵＲＡパターンマスクまたはコサインパターンマスクを透過させて、照明源点を異ならせる光線を周波数領域で分離してもよい。

単位映像を分離するステップは、一枚の二次元映像を周波数領域に変換するステップと、周波数領域に変換された映像から、照明源点別に分離された単位映像として再び組み合わせるステップと、を含んでもよい。

異なる複数の照明源点は、物体に異なる角度で光を照明してもよい。

光を物体に照明する光は、可視光線、赤外線、紫外線、またはＸ線であってもよい。

分離されたそれぞれの単位映像から、物体の三次元形状を復元するステップは、トモグラフィ法を利用してもよい。

本発明によれば、取得された一枚の映像から、任意の物体の三次元形状復元が可能であり、それによって、三次元形状復元にかかる映像獲得時間を画期的に短縮させることができる。病院でよく使われるコンピュータ映像断層撮影(Computerized Tomography: CT)装置に本発明が適用される場合、一枚のＸ線映像を取得して、人体の内部の三次元形状が得られるので、放射線の被爆量とＣＴ撮影にかかる時間を画期的に減らすことができ、心臓のように速く動く臓器のリアルタイム三次元形状取得にも有効に使われる。

本発明の一実施形態による三次元形状復元装置の構成を概略的に示す図面である。図１の三次元形状復元装置に採用されるピンホールアレイタイプの光変調素子の平面図である。本実施形態の三次元形状復元装置における光線を示す図面である。撮像部が撮像したサンプル映像を示す図面である。図４において、Ａ部分の映像を拡大した図面である。図５において、ピンホール部分映像を拡大した図面である。撮像された映像から、照明源点を異ならせる単位映像を分離する過程を示す図面である。撮像された映像から、照明源点を異ならせる単位映像を分離する過程を示す図面である。本発明の一実施形態による三次元形状復元方法を説明するフローチャートである。本発明の一実施形態による三次元形状復元装置を実験的にセッティングした実験例を示す図面である。図１０の実験例において、撮像部で撮像された一枚の映像から、照明源点別に分離された単位映像を示す図面である。図１０の実験例において、照明源点別に分離された単位映像を三次元映像として復元したことを示す図面である。図１０の実験例において、照明源点別に分離された単位映像を三次元映像として復元したことを示す図面である。図１の三次元形状復元装置に採用されるレンズレットアレイタイプの光変調素子を示す図面である。本発明の他の実施形態による三次元形状復元装置の構成を概略的に示す図面である。図１４の三次元形状復元装置に採用される周波数ドメインパターンマスクタイプの光変調素子の平面図である。図１４の三次元形状復元装置に採用される周波数ドメインパターンマスクタイプの光変調素子の平面図である。図１４の三次元形状復元装置における光線を示す図面である。図１４の三次元形状復元装置において、周波数領域に変換された映像の一例を示す図面である。図１４の三次元形状復元装置において、物体を透過した映像が変調された一例を周波数平面で示す図面である。図１４の三次元形状復元装置において、撮像部に撮像された映像の復元を説明する図面である。

以下、添付された図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図面において、同じ参照符号は、同じ構成要素を指し、各構成要素のサイズや厚さは、説明の明瞭性のために誇張される。

図１は、本発明の一実施形態による三次元形状復元装置１００の構成を概略的に示すものである。

図１を参照すれば、本実施形態による三次元形状復元装置１００は、複数の照明源点を有する光を物体１０に照明する照明部１１０と、物体１０を透過した光を変調する光変調素子１２０と、光変調素子１２０で変調された物体１０の映像を撮像する撮像部１３０と、撮像部１３０で撮像された映像を処理する信号処理部１５０とを備える。照明部１１０と光変調素子１２０との間には、物体１０が位置する。

照明部１１０は、離隔して配列された複数個の発光源１１１を備える。発光源１１１の発光位置が、それぞれ照明源点として理解される。これによって、発光源１１１は、異なる照射角度で物体１０を照明する。発光源１１１は、二次元平面あるいは曲面上に配列されても、三次元的に配列されてもよい。発光源１１１の配列間隔は、一定であっても、規則的に変更されてもよい。発光源１１１は、可視光線源、赤外線源、テラヘルツ波源、紫外線源、Ｘ線源などの公知の光源であり、応用分野によって選択される。

図２は、ピンホールアレイタイプの光変調素子１２０の平面図である。図２を参照すれば、ピンホールアレイタイプの光変調素子１２０は、複数のピンホール１２１，１２２，…が二次元平面上に規則的に配列され、ピンホール１２１，１２２，…は、光が通過する開口である。一方、光変調素子１２０において、ピンホール１２１，１２２，…を除いた残りの領域では、光が遮断される。ピンホール１２１，１２２，…の配列間隔Ｄは、後述するように、一つのピンホール１２１を通過して、撮像部１３０で形成される像Ｐ１（図３）が、隣接するピンホール１２２を通過して、撮像部１３０で形成される像と空間的に重ならないように設定される。かかるピンホールアレイタイプの光変調素子１２０は、物体１０を透過した光を、照明部１１０の照明源点によって空間的に規則的なパターンに変調して、照明部１１０の照明源点による映像情報を分離する光学装置の一例である。

撮像部１３０は、光変調素子１２０で変調された映像を、一枚の二次元映像として撮像する装置である。撮像部１３０は、光を検出して、電気的信号に切り替える光電変換素子が二次元配列された構造を有する。撮像部１３０の光電変換素子は、照明部１１０で採択された光源の波長によって適切に選択される。

光変調素子１２０の前方あるいは後方には、撮像部１３０に物体１０の像を結像するための結像光学系（図示せず）がさらに設けられる。結像光学系において、センサーは、照明部１１０で採択された光源の波長によって適切に選択され、例えば、可視光線、赤外線、または紫外線に対しては、屈折レンズが結像光学系として使われ、Ｘ線に対しては、減衰性質の光変調素子が結像光学系として使われる。

信号処理部１５０は、撮像部１３０で撮像された一枚の二次元映像を照明源点別に分離して、複数の単位映像を抽出し、それらの複数の単位映像から、物体１０の三次元形状を復元する。信号処理部１５０での三次元形状復元プロセスは、三次元形状を復元する方法と共に説明する。

図３ないし図８を参照して、物体１０の三次元形状を復元する方法を説明する。図３は、本実施形態の三次元形状復元装置１００における光線を示す。図４は、撮像部１３０が撮像したサンプル映像を示し、図５は、図４において、Ａ部分の映像を拡大したものである。図４及び図５は、三次元形状復元装置１００の照明部１１０が、６行６列に配列された総３６個の発光源１１１を有する場合に撮像された映像である。

図３を参照すれば、照明部１１０の発光源１１１から出発した光線Ｌは、光変調素子１２０のピンホール１２１を通過して、撮像部１３０の撮像面１３１に結像される。一方、光変調素子１２０の一つのピンホール１２１を通過する光の光線は、撮像部１３０の撮像面１３１に、一つのピンホール部分映像Ｐ１として結像される。同様に、前記ピンホール１２１に隣接したピンホール１２２を通過する光は、撮像部１３０の撮像面１３１に、ピンホール部分映像Ｐ２として結像される。この時、ピンホール１２１，１２２，…の配列間隔Ｄは、ピンホール部分映像Ｐ１とピンホール部分映像Ｐ２とが空間的に分離されるように設定される。

図５において、一つの四角形で表示された領域は、光変調素子１２０の一つのピンホール１２１により形成されたピンホール部分映像Ｐ１である。図４及び図５を参照すれば、ピンホール部分映像Ｐ１が、サンプル映像の全域にわたって行と列に配列されている。かかるピンホール部分映像Ｐ１の配列パターンは、光変調素子１２０のピンホール１２１，１２２，…の配列パターンに対応する。

照明部１１０の発光源１１１それぞれは、照明源点を異ならせるので、物体１０に入射される光線は、照明部１１０の発光源１１１別に入射角を異ならせる。したがって、ピンホール部分映像Ｐ１は、図５に示したように、発光源１１１別に空間的に分離されたタイルで形成されている。すなわち、照明部１１０が６行６列に配列された総３６個の発光源１１１を有する場合、ピンホール部分映像Ｐ１は、総３６個の発光源１１１にそれぞれ対応する３６個のタイルで形成される。

前記のように、光変調素子１２０のピンホール１２１から、発光源１１１別に光の光線が分離されるのは、光が空間的に変調されるものと理解される。かかる空間的な変調によって、物体１０の各位置及び方向についての映像情報が、撮像部１３０で撮像された二次元映像に空間的に分離可能に含まれている。

図６は、図５において、ピンホール部分映像Ｐ１を拡大したものである。ここで、ｉ，ｊは、図４に示したサンプル映像の全体で、ピンホール部分映像Ｐ１の位置を示すインデックスである。すなわち、図５において、ピンホール部分映像Ｐ１は、サンプル映像の全体で、ｉ番目の行、ｊ番目の列に位置したものと理解される。

図６において、ピンホール部分映像Ｐ１内で、最初の発光源によるタイルは、Ｉ^１ _ｉｊで表示され、二番目の発光源によるタイルは、Ｉ^２ _ｉｊで表示され、同様な方式によって、３６番目の発光源によるタイルは、Ｉ^３６ _ｉｊで表示される。図６を参照すれば、一つのピンホール部分映像Ｐ１内にある小さいタイルＩ^１ _ｉｊ，Ｉ^２ _ｉｊ，Ｉ^３ _ｉｊ，…，Ｉ^３６ _ｉｊの個数は、照明部１１０で使われた発光源１１１の個数である３６個と同じである。すなわち、一つのピンホール部分映像Ｐ１内に存在するタイルＩ^１ _ｉｊ，Ｉ^２ _ｉｊ，…，Ｉ^３６ _ｉｊは、６（横）×６（縦）の発光源１１１から出発した光線が、一つのピンホール１２１を通過して空間的に分離された状態で、撮像部１３０に撮像されたものである。

図７及び図８は、撮像された映像から、個別的な発光源が照射した光による映像を分離する過程を示すものである。説明の簡略化のために、サンプル映像をなす複数のピンホール部分映像のうち、行インデックスがｉ＝１，２，３であり、複数の四角形領域の列インデックスがｊ＝１，２，３であるもののみを考慮する。

図７を参照すれば、９個のピンホール部分映像それぞれで、最初のタイルＩ^１ _１１，Ｉ^１ _１２，Ｉ^１ _１３，Ｉ^１ _２１，Ｉ^１ _２２，Ｉ^１ _２３，Ｉ^１ _３１，Ｉ^１ _３２，Ｉ^１ _３３は、最初の発光源から出発した光線により形成された像として理解される。同様に、９個のピンホール部分映像それぞれで、二番目のタイルＩ^２ _ｉｊ（図６）は、二番目の発光源から出発した光線により形成された像として理解される。

光変調素子１２０による空間的な変調によって、図８に示したように、これらの最初の発光源から照射された光で形成されたタイルＩ^１ _１１，Ｉ^１ _１２，Ｉ^１ _１３，Ｉ^１ _２１，Ｉ^１ _２２，Ｉ^１ _２３，Ｉ^１ _３１，Ｉ^１ _３２，Ｉ^１ _３３は分離されて、最初の単位映像Ｉ_１として再び組み合わせられ、二番目の発光源から照射された光で形成されたタイルＩ^２ _１１，Ｉ^２ _１２，Ｉ^２ _１３，Ｉ^２ _２１，Ｉ^２ _２２，Ｉ^２ _２３，Ｉ^２ _３１，Ｉ^２ _３２，Ｉ^２ _３３は分離されて、二番目の単位映像Ｉ_２として再び組み合わせられる。かかる単位映像の再び組み合わせは、反復的に行われ、最後に３６番目の発光源から照射された光で形成されたタイルＩ^３６ _１１，Ｉ^３６ _１２，Ｉ^３６ _１３，Ｉ^３６ _２１，Ｉ^３６ _２２，Ｉ^３６ _２３，Ｉ^３６ _３１，Ｉ^３６ _３２，Ｉ^３６ _３３は分離されて、３６番目の単位映像Ｉ_３６として再び組み合わせられる。

かかるプロセスを通じて得られる単位映像Ｉ^１，Ｉ^２，…，Ｉ^３６は、異なる照明源点で照射される光により得られる映像である。このように、異なる照明源点を有する光による映像から、三次元形状を復元することは、公知のトモグラフィ法を通じて行われる。一例として、単位映像Ｉ_１，Ｉ_２，…，Ｉ_３６をＡＲＴ(Algebraic Reconstruction Technique)法により復元することで、三次元形状が得られる。

次いで、本実施形態による三次元形状復元方法を説明する。図９は、本実施形態による三次元形状復元方法を説明するフローチャートである。

図１ないし図９を参照すれば、異なる複数の照明源点を有する光を物体１０に照明する（Ｓ１１０）。次いで、ピンホールアレイのような光変調素子１２０を利用して、物体１０を透過した光を規則的に変調する（Ｓ１２０）。次いで、変調された物体１０の映像を、一枚の二次元映像として撮像する（Ｓ１３０）。次いで、図７及び図８を参照して説明したように、撮像された一つの映像を、光変調素子１２０のレンズレット１２１それぞれに対応する部分映像に分離し、各部分映像で空間的に分離されたタイルを照明源点別に再び組み合わせて、複数の単位映像を抽出する（Ｓ１４０）。最後に抽出された複数の単位映像から、トモグラフィ法を利用して三次元映像を復元する（Ｓ１５０）。

＜実験例＞
図１０は、前述した実施形態による三次元形状復元装置１００を実験的にセッティングした実験例を示す。本実験例において、照明部１１０は、白色発光ダイオード素子（ＬＥＤ）が二次元配列された構成を有し、物体１０に該当するコップを透過した光は、ピンホールアレイの光変調素子１２０を経た後、撮像部１３０で撮像される。図１１は、撮像部１３０で撮像された一枚の映像から、照明源点別に分離された単位映像を示す。図１１を参照すれば、単位映像は、物体１０を多様な角度で撮像されたものに対応する。図１２Ａ及び図１２Ｂは、照明源点別に分離された単位映像を三次元映像として復元したものを示す。

図１３は、前述した実施形態の三次元形状復元装置における光変調素子１２０として採用されるレンズレットアレイタイプの光変調素子を示す。

前述した実施形態において、光変調素子１２０は、ピンホールアレイを例として説明したが、これに限定されるものではない。三次元形状復元装置１００に採用される光変調素子１２０として、ピンホールアレイの代わりに、図１３に示したようなレンズレットアレイが使われてもよい。

レンズレットアレイは、図１３でＢ領域を拡大した図面で見られるように、複数のレンズレット１２５が二次元平面上に配列されたものである。レンズレット１２５の間隔は、レンズレット１２５それぞれにより形成された像が互いに重ならないサイズに設定される。異なる照明源点から出発して、一つのレンズレット１２５に入射した光線は、異なる入射角を有し、したがって、レンズレット１２５で異なる屈折角を有して出射される。したがって、異なる照明源点から出発した光線は、レンズレット１２５で空間的に分離される。すなわち、レンズレット１２５は、図３を参照して説明したピンホール１２１での空間的変調と実質的に同じ効果が得られるということが分かり、図１ないし図９を参照して説明した実施形態で、ピンホールアレイの光変調素子１２０と実質的に同じ機能を行えるということが分かる。

図１４は、本発明の他の実施形態による三次元形状復元装置２００の構成を概略的に示す。図１４を参照すれば、本実施形態による三次元形状復元装置２００は、複数の照明源点を有する光を物体１０に照明する照明部１１０と、物体１０を透過した光を変調する光変調素子２２０と、光変調素子２２０で変調された物体１０の映像を撮像する撮像部１３０と、撮像部１３０で撮像された映像を処理する信号処理部１５０とを備える。

照明部１１０と撮像部１３０とは、図１ないし図９を参照して説明した実施形態と実質的に同じである。

図１５及び図１６は、本実施形態の三次元形状復元装置２００に採用される周波数ドメインパターンマスクタイプの光変調素子２２０の平面図である。周波数ドメインパターンマスクは、周波数領域で物体１０を透過した光を、照明部１１０の照明源点によって分離されるように変調する光学素子である。かかる周波数ドメインパターンマスクは、図１５に示したＭＵＲＡ(Modified Uniformly Redundant Arrays)パターンや、図１６に示したコサインパターンに形成される。

図１７ないし図２０は、本実施形態の三次元形状復元装置１００での物体１０の像が周波数領域で変調及び復調される過程を説明する。

図１７は、本実施形態の三次元形状復元装置２００における光線を示し、図１８は、周波数領域に変換された映像の一例を示し、図１９は、物体１０を透過した映像が変調された一例を周波数平面で示し、図２０は、撮像部１３０に撮像された映像の復元を説明する。図１８及び図１９において、ｆ_Ｘ軸は、空間に対する周波数領域を表し、ｆ_θ軸は、撮像部１３０に入射される光の入射角θに対する周波数領域を表す。図１９及び図２０において、Ｉ_１，Ｉ_２，Ｉ_３，Ｉ_４，Ｉ_５は、照明源点を異ならせる光線Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３，Ｌ_４，Ｌ_５による映像を表す。

図１７を参照すれば、照明部１１０の異なる発光源１１１から出発した光線Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３，Ｌ_４，Ｌ_５は、物体１０を透過した後、光変調素子２２０により周波数領域で変調され、撮像部１３０に一枚の映像として撮像される。

図１８を参照すれば、撮像部１３０に達する光フィールドは、照明源点別に物体１０の位置についての情報と、角度についての情報とをいずれも有しているが、光変調素子２２０の変調がない場合であれば、撮像部１３０により実質的に撮像される映像は、ｆ_θ＝０の領域である。したがって、光変調素子２２０の変調がない場合であれば、撮像部１３０により撮像された映像は、いずれも周波数領域でｆ_θ＝０である領域Ｃにあるので、撮像面１３１に入射される光線の角度についての情報がなくなる。

図１９を参照すれば、異なる照明源点を有する映像Ｉ_１，Ｉ_２，Ｉ_３，Ｉ_４，Ｉ_５は、光変調素子２２０の周波数ドメインパターンによって、周波数領域ｆ_Ｘの所定の区間別に異なるサイズでｆ_θ軸方向に変調される。その結果、ｆ_θ＝０である領域Ｄに置かれた変調された映像Ｉ_１，Ｉ_２，Ｉ_３，Ｉ_４，Ｉ_５は、変調前を基準として、異なるｆ_θでの映像となる。ｆ_θ＝０である領域Ｄに置かれた変調された映像Ｉ_１，Ｉ_２，Ｉ_３，Ｉ_４，Ｉ_５は、撮像部１３０により一枚の映像として撮像される。したがって、光変調素子２２０により変調された後、撮像部１３０により撮像された一枚の映像には、撮像面１３１に入射される光線の角度θについての情報が含まれる。入射角θは、照明部１１０の照明源点によって変わるので、撮像部１３０により撮像された一枚の映像は、照明部１１０の照明源点についての情報を含んでいると理解される。したがって、図２０に示したように、撮像された一枚の映像内に属する映像Ｉ_１，Ｉ_２，Ｉ_３，Ｉ_４，Ｉ_５から、本来のｆ_θ値の位置に再配置することで（すなわち、照明源点別に映像を復元することで）、三次元形状を復元できる。

前記のような本実施形態の三次元形状復元装置１００は、コンピュータ映像断層撮影(Computerized Tomography: CT)装置であってもよい。この場合、照明部１１０の発光源１１１は、Ｘ線チューブのようなＸ線源であり、撮像部１３０は、Ｘ線検出イメージセンサーである。このように、本実施形態の三次元形状復元装置１００をＣＴ装置に適用する場合、一枚のＸ線映像から、人体の内部の動的に動く臓器の三次元形状が得られるので、高速のＣＴ装置を具現できる。従来のＣＴ装置では、人体の内部の動的に動く臓器の撮像が困難であったが、本実施形態の三次元形状復元装置１００は、連続的に撮像された個別的な映像から、個別的に三次元形状を獲得できるので、動的に動く臓器の三次元形状復元が容易である。また、従来のＣＴ装置の場合、三次元形状を復元するために、照射角度を異ならせる写真を複数枚撮像するため、Ｘ線の被爆量が問題となる。一方、本実施形態の三次元形状復元装置１００は、一枚の映像により三次元形状を復元するので、Ｘ線の被爆量を最小化できる。

本実施形態の三次元形状復元装置１００は、可視光三次元カメラシステムに適用されることも可能である。この場合、照明部１１０の発光源１１１は、可視光発光ダイオードのような可視光線源であり、撮像部１３０は、可視光検出イメージセンサーである。

前述した本発明の一つの撮像映像による三次元形状復元装置及び方法は、理解を助けるために図面に示した実施形態を参考にして説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲により決まらねばならない。

本発明は、例えば、医療映像関連の技術分野に適用可能である。

１０物体
１００照明部
１１１発光源
１２０，２２０光変調素子
１３０撮像部
１５０信号処理部

Claims

異なる複数の照明源点を有する光を物体に照明する照明部と、
物体を透過した光を、空間的領域で規則的なパターンに変調する光変調素子と、
前記光変調素子で変調された映像を、一枚の二次元映像として撮像する撮像部と、
撮像部で獲得された一枚の二次元映像から、照明源点別に単位映像を分離し、分離された単位映像を復元して、物体の三次元形状を復元する信号処理部と、を備えることを特徴とする三次元形状復元装置。
前記光変調素子は、ピンホールアレイまたはレンズレットアレイであり、前記照明源点を異ならせる光線を空間的に分離することを特徴とする請求項１に記載の三次元形状復元装置。
前記信号処理部は、前記一枚の二次元映像から、前記ピンホールアレイのピンホール、あるいは前記レンズレットアレイのレンズレットそれぞれに対応する部分映像を分離し、前記部分映像で空間的に分離されたタイルを、照明源点別に分離された単位映像として再び組み合わせることを特徴とする請求項２に記載の三次元形状復元装置。
異なる複数の照明源点を有する光を物体に照明する照明部と、
物体を透過した光を、周波数領域で規則的なパターンに変調する光変調素子と、
前記光変調素子で変調された映像を、一枚の二次元映像として撮像する撮像部と、
撮像部で獲得された一枚の二次元映像から、照明源点別に単位映像を分離し、分離された単位映像を復元して、物体の三次元形状を復元する信号処理部と、を備えることを特徴とする三次元形状復元装置。
前記光変調素子は、ＭＵＲＡ(Modified Uniformly Redundant Arrays)パターンマスクまたはコサインパターンマスクであり、前記照明源点を異ならせる光線を周波数領域で分離することを特徴とする請求項４に記載の三次元形状復元装置。
前記信号処理部は、前記一枚の二次元映像を周波数領域に変換し、前記周波数領域に変換された映像から、照明源点別に分離された単位映像として再び組み合わせることを特徴とする請求項５に記載の三次元形状復元装置。
前記照明部は、物体に異なる角度で光を照射する複数の発光源を備えることを特徴とする請求項１ないし６のうちいずれか一項に記載の三次元形状復元装置。
前記複数の発光源は、可視光線源、赤外線源、紫外線源、またはＸ線源であることを特徴とする請求項７に記載の三次元形状復元装置。
前記三次元形状復元装置は、コンピュータ映像断層撮影装置であることを特徴とする請求項１ないし８のうちいずれか一項に記載の三次元形状復元装置。
前記信号処理部は、トモグラフィ法を利用して、前記分離されたそれぞれの単位映像から、物体の三次元形状を復元することを特徴とする請求項１ないし９のうちいずれか一項に記載の三次元形状復元装置。
異なる複数の照明源点を有する光を物体に照明するステップと、
物体を透過した光を、空間的領域で規則的なパターンに変調するステップと、
前記規則的なパターンに変調された映像を、一枚の二次元映像として撮像するステップと、
前記一枚の二次元映像から、照明源点を異ならせる光それぞれにより生成された単位映像を分離するステップと、
分離されたそれぞれの単位映像から、物体の三次元形状を復元するステップと、を含むことを特徴とする三次元形状復元方法。
前記物体を透過した光を、空間的領域で規則的なパターンに変調するステップは、前記物体を透過した光を、ピンホールアレイまたはレンズレットアレイを透過させて、照明源点を異ならせる光線を空間的に分離することを特徴とする請求項１１に記載の三次元形状復元方法。
前記単位映像を分離するステップは、
前記一枚の二次元映像から、前記ピンホールアレイのピンホール、あるいは前記レンズレットアレイのレンズレットそれぞれに対応する部分映像を分離するステップと、
前記部分映像で空間的に分離されたタイルを、照明源点別に分離された単位映像として再び組み合わせるステップと、を含むことを特徴とする請求項１２に記載の三次元形状復元方法。
異なる複数の照明源点を有する光を物体に照明するステップと、
物体を透過した光を周波数領域で規則的なパターンに変調するステップと、
前記規則的なパターンに変調された映像を、一枚の二次元映像として撮像するステップと、
前記一枚の二次元映像から、照明源点を異ならせる光それぞれにより生成された単位映像を分離するステップと、
分離されたそれぞれの単位映像から、物体の三次元形状を復元するステップと、を含むことを特徴とする三次元形状復元方法。
前記物体を透過した光を、周波数領域で規則的なパターンに変調するステップは、
前記物体を透過した光を、ＭＵＲＡパターンマスクまたはコサインパターンマスクを透過させて、照明源点を異ならせる光線を周波数領域で分離することを特徴とする請求項１４に記載の三次元形状復元方法。
前記単位映像を分離するステップは、
前記一枚の二次元映像を周波数領域に変換するステップと、
前記周波数領域に変換された映像から、照明源点別に分離された単位映像として再び組み合わせるステップと、を含むことを特徴とする請求項１５に記載の三次元形状復元方法。
前記異なる複数の照明源点は、物体に異なる角度で光を照明することを特徴とする請求項１１ないし１６のうちいずれか一項に記載の三次元形状復元方法。
前記光を物体に照明する光は、可視光線、赤外線、紫外線、またはＸ線であることを特徴とする請求項１１ないし１７のうちいずれか一項に記載の三次元形状復元方法。
前記分離されたそれぞれの単位映像から、物体の三次元形状を復元するステップは、トモグラフィ法を利用することを特徴とする請求項１１ないし１８のうちいずれか一項に記載の三次元形状復元方法。