JP2015517238A - 人の頭部外面の３ｄデジタル化のための自動スキャナ及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、特に顔の少なくとも一部を含む人の頭部外面の三次元デジタル化のためのデバイス及び方法に関する。このデバイス及び方法は、対象者の頭部を受けるのに適した開口（２５）を有する中空の不透明なシェル（１８）であって、内部に固定されて前記開口に向かって方向付けられた複数のカメラを内蔵及び支持する写真用チャンバを形成するシェル（１８）と、写真用チャンバ内（１９）に固定されて、前記開口（２５）及び開口内に配置された対象者の頭部外面の少なくとも一部を、均質な制御された光で照明するように適合された照明装置（２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂ）とを備えている。

Description

本発明は、人の頭部外面の少なくとも一部の複数のショットを、特に複数の異なる視点から撮れるように配置された複数のカメラと、前記複数のショットから、前記頭部外面の三次元デジタルモデルを生成できるように適合されたデジタルデータ処理システムとを備える、前記頭部外面の三次元デジタル化のためのデバイス及び方法（スキャナ）に関する。

人の頭部外面は、頭の少なくとも一の外面部分、特に顔の少なくとも一部から形成される身体の部分である。異なる視点、特に異なる撮影角度からデジタルカメラにより撮られた複数の写真のみから、人の頭部外面、例えば人の顔の三次元仮想モデルを生み出すことができることは既知である。これら既知のいわゆる受動的デジタル化技術は、他の、パターンがデジタル化されるオブジェクト上に投射されるいわゆる能動的３Ｄデジタル化技術とは異なる。

特に、刊行物「High-Quality Single-Shot Capture of Facial Geometry」(Beelerら、ACM Transactions on Graphics, SIGGRAPH 2010 vol. 29, no. 3, p.40）は、標準の光源を援用する一のステップにおいて顔の３Ｄ画像を捕えるためのこのような受動的デジタル化技術及び受動的ステレオデバイスについて記載している。この刊行物は、スタンド上の七つのカメラ、又はステレオカメラを含むスタジオを使用する可能性に言及している。それは、四つのカメラ又は任意の数のカメラを援用して写真を撮ることに言及している。同様に、刊行物「3D Face Reconstruction Using A Single or Multiple Views」 (Choiら、IEEE Computer Society, ICPR 2010, pp. 3959-3962）は、単一ビュー又は複数の異なるビューからの顔の３Ｄ再構成方法について記載している。この刊行物は、五つの既定の姿勢（すなわち、正面から見た顔一つ、斜めから見た顔二つ、及び横顔二つ）の使用に言及している。刊行物「Anthropometric Modeling of Faces from Range Scans」（Yu Zhang及びChew Lim Tanら、IJCSNS International Journal of Computer Science and Network Security, Vol. 7, No. 1, January 2007, pp. 9-20）は、頭部の一部の３Ｄデータと、ソフトウェアによって作り出された頭部の共通デジタルモデルから、人の完全な頭部のデジタルモデルを取得する方法について記載している。

人の頭部外面部分、例えば顔の、このような３Ｄ仮想モデルを取得することは無数の応用分野を有し、例えば、眼鏡、化粧品、ヘアスタイルの仮想試着や、立像の三次元印刷、或いはビデオゲームや映画などの擬人化マルチメディア製品の製造に使用可能である。

さらに、顔又は頭の複数の異なるショットを撮るために、自動写真ブースのような種々のデバイスが既に提案されている。

ＷＯ２００５０３３７９３は、壁又は支持容器の上に取り付けることができる犯罪者の証明写真撮影用の持ち運び式写真用デバイスについて記載しており、このデバイスは正面及び真横からの顔の少なくとも三つのデジタル形式の画像を記録することを可能にするものである。このデバイスは、対応する照射ランプを有する少なくとも三つのデジタルビデオカメラ（すなわち、正面のカメラ一つ、側方カメラ二つ）と、対応する背景シートとを備えている。マイクロプロセッサを備える制御装置により、デバイスの動作全体を制御することができる。デバイスは、超音波高さセンサを用いた自動高さ調整システムも備える。

これら既知のデバイスはいずれも、受動的デジタル化技術による三次元仮想モデルの形成を可能にするために適したデジタル画像を撮るために提供されたものではなく、又はそのために特に適合されたものではない。詳細には、それらは不十分である（異なるショットの品質が、受動的三次元デジタル化を可能にするために十分でない）か、又は使用、焦点合わせ、及び調整が複雑すぎる。特に、どのような受動的デジタル化アルゴリズム技術が使用されようとも、撮影される異なるショットから多数の「３Ｄ」点を生成し、これら点の各々について、異なるショットは、比較的均質で、焦点、露光などの観点から正確に調整されなければならない。

加えて、本発明者らは、上述の応用分野において利用可能であるために十分正確な顔の３Ｄ仮想モデルを取得するために、現実には多くの場合、いわゆる「密な」受動的デジタル化方法、すなわち、仮想モデルの各ピクセルが、撮影されたショットのピクセルの三角法によって取得されるデジタル化方法を使用することが必要であることを確認した。とは言え、この場合、実行されるアルゴリズム計算は、ショットの数及びそれらの特徴によっては極端に労力を要し、複雑で、長時間を要しうる。しかしながら、３Ｄ仮想モデルの使用者は、コンピューティング又は写真撮影の専門家ではない例えば業者や職人でありえ、また、これらの応用分野では、顧客の待ち時間として許容可能な時間期間で仮想モデルを取得できることが必要である。

これに関して、本発明者らは、使用が極めて単純であり、大部分が自動化されていて、ユーザ自身が複雑なコンピューティング又は撮影用の調整をする必要がなく、安価且つ正確で、迅速に（特に店内の顧客にとって受入可能な待ち時間、特に５分未満、好適には１分未満で）且つ標準装備、特に市販の単純なコンピュータ及びデジタルカメラを援用して、特に仮想試着及び／又は対象を写実的に示す立像の印刷を可能にするために十分に正確で写実的な３Ｄ仮想モデルを取得することができる、人の頭部外面の三次元デジタル化のためのスキャナを有することができると特に有利であることを確認した。

したがって、本発明は、上記のようなデバイスを提案する。また、本発明は、そのようなデバイスを援用した人の頭部外面の三次元デジタル化の方法を提案することを目指す。さらには、本発明は、コンピューティング又は三次元デジタル化の分野の専門家でないユーザ、例えば、単純な理容師、美容師、又は眼鏡技師が実施できる、そのようなデバイス及びそのような方法を提案することを目指す。このために、本発明は、「自動」と呼ばれる、すなわちその写真用動作、アルゴリズム的動作、及びコンピューティング動作が自動化されて、ユーザは単に、頭部デジタル化の対象者の位置決めと、場合によってはデジタル化の起動制御を行えばよいそのようなデバイス及びそのような方法を提案することを目指す。

このために、本発明は、人の頭部外面の三次元デジタル化のためのデバイスに関し、このデバイスは、異なる視点から前記頭部外面の少なくとも一部の複数のショットを撮ることができるように配置された複数のカメラを備え、前記複数のショットは、前記複数のショットから前記頭部外面の三次元デジタルモデルを生成できるように適合され、
前記デバイスは、対象者の頭部を受けるために適切な開口を有する中空の不透明なシェルを備え、前記シェルが写真用チャンバを形成しており、このチャンバに：
−写真用チャンバ内に固定されて前記開口に向かって方向付けられた複数のカメラ、並びに
−写真用チャンバ内に固定されて、前記開口と、その中に配置される対象者の頭部外面とを、制御された均質な光で照明するように適合された照明装置
が内蔵及び支持されていることを特徴とする。

本発明は、異なる視点から前記頭部外面の少なくとも一部の複数のショットを撮ることができるように配置された複数のカメラを備えるデバイスを援用した、人の頭部外面の三次元デジタル化のための方法も含み、前記複数のショットは、前記複数のショットから前記頭部外面の三次元デジタルモデルを生成できるように適合され、
前記方法は、
−本発明によるデバイスのシェルの開口内に対象者の頭部を受けること、
−前記複数のカメラを起動することにより、開口内に受けられた対象者の頭の頭部外面の複数のショットを撮ること、並びに
−前記複数のショットから前記対象者の前記頭部外面の三次元デジタルモデルを生み出すこと
を特徴とする。

したがって、本発明によるこのようなデバイス及びこのような方法により、カメラ又は照明装置は初期設定されてシェルに対して固定され、アセンブリ自体は、全体的に適切なショットを生み出すために製造の間に設計、設定、及び最適化されるため、仮想モデルの取得に必要なショットを撮ることに、カメラ又は照明装置の調整が不要になる。

さらに、本発明によるデバイスは、有利には、カメラに接続されて、前記複数のショットから前記頭部外面の三次元デジタルモデルを生成できるように適合されたデジタルデータ処理ユニットをさらに備える。一変形例では、異なるショットのデータ処理が遅れて実行される、及び／又は遠隔デジタル処理システムに転送されることを前提としてもよく、遠隔デジタル処理システムには、例えばインターネットネットワークなどのコンピュータネットワークを介して異なるショットを転送することができる。

このような処理ユニットが本発明によるデバイスに内蔵されているとき、有利には、及び本発明により、前記デジタルデータ処理ユニットは、カメラの同時起動を制御することができるようにも適合される。この処理ユニットは、照明装置に接続されてその動作を制御することもできる。例えば、有利には、及び本発明により、前記デジタル処理ユニットはマイクロコンピュータ中央処理ユニットにより構成され、各カメラはＣＭＯＳセンサ及び高速ユニバーサルシリアル接続（ＵＳＢ２）を備えたウェブカメラから形成される。

さらに、有利には、本発明によるデバイスは、前記写真用チャンバが前記開口全体を画定しながら前記開口の片側にのみ延びていることにより、前記開口内に対象者の頭が配置されるとき、写真用チャンバの内部に向かって方向付けられたこの頭の片側のみのショットを撮るようにカメラが適合されていることも特徴とする。このとき、前記データ処理ユニットは、有利には、頭の反対側の共通モデルに基づいて仮想再構成を生み出すように適合される。このように、本発明による方法では、対象者の頭部が前記開口を通って配置されるとき、ショットは写真用チャンバの内部に向かって方向付けられた対象者の頭の片側のみについて撮影される。またこのとき、仮想モデル取得のためのデータ処理は、特に前記データ処理ユニットによって実行されるとき、有利には、頭の反対側の共通モデルに基づく仮想再構成のステップを含む。有利には、及び本発明によれば、写真用チャンバの内部に向かって方向付けられた頭の前記片側は対象者の顔とすることができ、これにより、本発明により、対象者の頭の背面部分の仮想再構成を伴う顔の三次元デジタル化が可能になる。

加えて、有利には、及び本発明によれば、各カメラは、１メガピクセルを上回る（特に５メガピクセルのオーダーの）解像度を有する少なくとも一つのセンサを備え、このセンサは、前記処理ユニットに接続されて、前記処理ユニットにより制御されることにより、その解像度を下回る（特に、その解像度の１０分の１のオーダーの）大きさの画像を送達する。このようにして、本発明による方法では、各カメラによって送達される各画像は、カメラの解像度を下回る寸法のデジタル画像である。これにより、このようにして取得される各画像の各ピクセルの精度が向上する。各ショットセンサは、十分な光学的品質及び感度（特に信号対ノイズ比）を持つように選ばれたＣＭＯＳセンサと、高速ユニバーサルシリアル接続、特にＵＳＢ２とを有する単純なウェブカメラとすることができる。一変形例では、ＣＣＤセンサを有するカメラを使用してもよいが、これにはコスト上昇という欠点がある。

本発明によるデジタル化方法では、ショットは個別の画像であり、各カメラは唯一の個別画像を撮り、これを使用して仮想モデル（いわゆる「マルチビュー」式のアルゴリズムにおける）が取得される。本発明によるデジタル化方法の別の変形例では、カメラは、立体画像を撮る二つで一組のカメラにグループ化され、このとき、仮想モデルを生み出すアルゴリズムはいわゆる「多重立体」式である。加えて、好適には、仮想モデルは、前記人の頭部にパターンを投射することなく、ショットに基づいて、すなわち密で受動的な方法を用いて生み出される。とは言え、本発明は、仮想モデルのアルゴリズム作成に使用されるショットの少なくともいくつかを取得するためにパターンの投射が実行されるデジタル化方法にも適用可能であり、これは精度を向上させる。それでも、本発明者らは、本発明による装置によりこのような投影は現実には不要であることを確認している。本発明のフィーチャの組合せにより、現実に、十分に許容可能な時間で、５分未満で、典型的には１分未満で、多くの場合数秒のオーダーで、極めて良質な（考慮される上記応用分野の殆どでの利用についていずれも十分な品質の）仮想モデルの取得が可能になる。

有利には、本発明によるデバイスは、各々が個別のショットを撮るように適合されているときには６〜１２個、例えば７、９、又は１１個の、或いは、立体的ショットを撮るためにカメラが互いに隣接する対にグループ化されているときには６（３対）、８（４対）、又は１０（５対）の、任意の数のカメラを備える。好適には、本発明によるデバイスのカメラのすべては同一であり、すなわち理論的には同一の技術的特徴を持つ（製造公差を別として）。

いずれにせよ、有利には、本発明によるデバイスでは、それぞれのレンズが前記開口から１０ｃｍ〜１００ｃｍの距離に位置するように、複数の異なるカメラが写真用チャンバ内に固定される。前記開口からの各カメラの距離は、好適には（一のカメラから別のカメラまで）少なくとも概ね一定であり、カメラのレンズの開口角に従って選ばれる。

さらに、有利には、及び本発明によれば、それぞれの光軸が同一平面内に位置し、互いに異なる角度で前記開口に向かって収束する方向に向くように、カメラは写真用チャンバ内に固定される。

加えて、本発明による顔のデジタル化のためのデバイスは、前記開口が少なくとも概ね垂直方向に延びるように、前記シェルが支持体に対して支持されることと、カメラが、光軸が前記開口の高さの中程において少なくとも概ね水平面内に位置するように、前記写真用チャンバに固定されることとを特徴とする。シェルは、前記開口を有し且つ前記写真用チャンバを内蔵するコンソールを形成する。この実施形態では、コンソールは少なくとも概ね水平であり、少なくとも概ね垂直な開口を有する。

さらに、有利には、及び本発明によれば、照明装置は、連続的白色光を発する複数の光源から形成され、写真用チャンバは、つや消し白色の内表面を有する。

さらに詳細には、有利な一実施形態において、各光源は前記開口に向かって方向付けられた白色ＬＥＤ、並びにＬＥＤと前記開口との間に挿入された非透過の反射性及び／又は拡散性スクリーンから形成される。このようなスクリーンは、各ＬＥＤから発せられた光を写真用チャンバの内表面に向かって反射するように完全に反射性とすることができ、写真用チャンバの内表面は、前記開口が照明装置によって全体的に間接的で均質な白色照明で照らされるように、前記開口に向かって光を反射及び拡散させる。一変形例では、各スクリーンを少なくとも部分的に半透明にすることにより、各ＬＥＤから到来する拡散白色光を直接照明として前記開口に向かって透過させてもよい。他の可能な変形実施形態では、各光源は、前記開口とは異なる方向に方向付けられて、前記内表面上での反射／拡散により前記開口の間接照明を形成しうる。他の可能な変形実施形態では、前記内表面は、対照的に、吸光性の（特に黒色の）コーティングによりコーティングされてよく、複数の異なる光源が直接前記開口に向かって方向付けられて、（可能であれば半透明の拡散スクリーンを介した）この開口の直接照明を形成しうる。

さらに、有利な一実施形態によれば、前記開口は、横断壁に設けられて人の頭の最大限の寸法に少なくとも概ね対応する切り取り部を含む。この切り取り部は、対象者が自身の頭を前記開口内の最適な位置に自然に配置できるよう対象者を自然に導く。発明者らは、この理由で、現実にはシェルに対して何が何でも対象者の頭部を極端に正確に配置する必要はないということと、さらには、一部の不正確性は、撮られるショットの正確性の観点、及び仮想モデルを取得するためにデジタル画像を処理するためのアルゴリズムの観点から、許容範囲内であることとを、驚きをもって発見した。

有利には、本発明によるデバイスは、カメラを支持するための支持壁を含み、この支持壁は、前記シェル内の一方の側で、前記開口を有する（前額面と呼ばれる）平面から、収束する斜曲面に沿って延びる。加えて、有利には、及び本発明によれば、前記横断壁は、前記前額面に沿って延びる前壁である。したがって、支持壁と、それが支えるシェルとは、前記開口が切り取られた横断前壁から、全体的に収束している。換言すれば、それらの幅と高さとは、一定であるか、又は前額面から減少する。例えば、好適には、及び本発明によれば、複数の異なるカメラが、前記開口の中央の垂直軸を中心とする円の水平弧に沿って（半円に満たない角度の付いたセクターに沿って）配置される。したがって、カメラを支持するための支持壁は、前記開口の前記中央垂直軸を中心として回転対称であり、半円に沿って、又は半円に満たない角度の付いたセクターに沿って延びる。

特に有利な本発明の応用分野では、本発明によるデバイス及び方法は、特に化粧品、ヘアスタイル、眼鏡などの仮想試着のために、人の顔の個別仮想モデルの取得を可能にする、人の顔の三次元デジタル化に使用される。

本発明は、上記又は後述において言及するフィーチャの全部又は一部の組合せを特徴とするデバイス及び方法にも関する。

本発明のさらなる目的、フィーチャ、及び利点は、限定することなく提示される以下の説明を読み、添付図面を参照することにより明らかになるであろう。

本発明によるデバイスの第１の実施形態の概略斜視図である。 図１のデバイスの概略正面図である。 図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った概略断面図である。 図２の線ＩＶ−ＩＶに沿った概略断面図である。 図３の線Ｖ−Ｖに沿った概略断面図である。 図６ａ〜６ｉは、本発明の第１の実施形態によるデバイスによって撮られ、本発明による方法で顔の三次元仮想モデルを生み出すために使用することのできる異なるショットの一実施例をそれぞれ示す概略図である。 本発明によるデバイスの第２の実施形態の概略正面図である。 図７の線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿った概略断面図である。 図７の線ＩＸ−ＩＸに沿った概略断面図である。 図８の線Ｘ−Ｘに沿った概略断面図である。

図１〜５に示す本発明の第１の実施形態によるデバイスは、写真用コンソール１５、基部１６、及び写真用コンソール１５を立位の対象者の頭部の高さに支持するために基部１６を写真用コンソール１５に接続する垂直な支柱１７を備える。好適には、写真用コンソール１５の高さは、コンソールを調節後の位置にロックすることを可能にするクランプ手段を、垂直支柱１７に対してスライドさせることにより調節することができる。

写真用コンソール１５は、中空の不透明で剛性のシェル１８を備え、シェル１８は、対象者の頭を受けるための開口２５以外は外光から隔離された内部空間を画定する中空の写真用チャンバ１９を形成している。この写真用チャンバ１９のシェル１８は、シェル１８に対してしっかりと固定された複数のカメラ２０を内蔵及び支持している。この目的のために、カメラ２０は、剛性の支持壁２１に直接しっかりと固定されており、支持壁自体もシェル１８内部にしっかりと固定されている。支持壁２１は照明装置も支持しているので、照明装置も同様に、写真用チャンバ１９内でシェル１８に対して（支持壁２１を介して）しっかりと固定されており、これによりこのチャンバ内部の可視領域内に均質な光が発せられる。図示の実施例では、照明装置は、（好適には白色の）ＬＥＤ群からなる二つの水平な平行アラインメント２２ａ、２２ｂを含み、各アラインメントの各ＬＥＤは、例えばＬＥＤのアラインメント２２ａ、２２ｂを覆う反射／拡散ストリップ２３ａ、２３ｂの形態の、光反射／拡散スクリーン２３ａ、２３ｂによって覆われる。例えば、Ｙａｎｔｅｃ Ｇｏｎｅｓｓｅ社（フランス国）によりＸＡＮＬＩＴＥ（登録商標）ＬＳＡ−Ｋ１．５という名称で市販されている白色ＬＥＤの柔軟なリボンが使用される。別の実施例によれば、例えばhttp://www.neonflex.com.auで市販されているような拡散器自体を含むＬＥＤの柔軟なストリップを、各アラインメントを形成するために使用することができる。

コンソール１５の外壁を構成するシェル１８は、剛性の複合材料から形成することができ、好適に方向付けられた任意の形状、例えば楕円形の放物体、又は楕円体先端（特に、楕円体を中央の横断平面で切り取った結果得られる半楕円体）、場合によっては多面体の形状を有する。シェル１８は、前面端部の平面３０（シェル１８が半楕円体形状である場合は楕円体の中央横断平面のセクションに対応する）に沿って延びる平坦な垂直前面壁２４と、共に前面壁２４から楕円形放物体又は楕円体先端まで延びる下壁２８及び上壁２９とを有する。シェル１８は、対象者の頭部を受けるのに適した開口２５も有する。この開口は、前面壁２４に設けられて、対象者の前側平面において人の頭部の最大の大きさに少なくとも概ね対応する寸法を有する切り取り部２６から形成される。図示の実施例では切り取り部２６は、１２．５ｃｍ〜２５ｃｍ、例えば１７．５ｃｍのオーダーの半径を有する円の一部である。

開口２５は、対象者が首を通すことができるように、シェル２８の下壁２８に設けられた、前面壁２４から始まる切り取り部２７も含み、この切り取り部２７により、対象者は、頭部外面、例えば顔を、前面壁２４から写真用チャンバ１９の内部へと突き出すように延ばすことにより、自身の頭部を開口２５に挿入及び配置することができる。次いで、カメラ２０でこの頭部外面のショットを撮ることができる。

シェル１８は、前記開口２５の片側だけに延びて開口２５全体を画定し、中央の垂直平面を挟んで全体的に対称である。中央の垂直平面はサジタル平面３１と呼ばれ、前面壁２４の前方平面３０に垂直である。これら二つの平面３０、３１の交差部は、基準軸３２と呼ばれる垂直軸３２を画定し、基準軸は前面壁２４の対称軸及び開口２５を形成する切り取り部２６の対称軸でもある。図示しない一変形例では、シェル１８は、成形された二つのシェル半分体を前記中央垂直平面に沿って組立てたものから形成することができるが、これら半分体は輸送の目的で互いに嵌合させることができる。

支持壁２１は、基準軸３２を中心として１８０°の角度セクターにわたって延びる回転体の表面に沿って全体的に延びている。支持壁２１は、回転円筒形の形状を有する壁とすることができるか、又は好適には開口２５に向かってやや湾曲した凹部であり、これによりこの開口２５の方向に光をよりよく反射及び／又は拡散することができる。シェル１８を形成する半楕円体の中央水平平面３８内における支持壁２１のトレースは好適には半円で、支持壁２１は、前方平面３０内の端部においてシェル１８の接線であり、シェル１８から一定の距離に延びて、シェル１８を形成する半楕円体の頂点側に空間３３を提供している。空間３３は、カメラ２０及び照明装置の制御及び／又はカメラ２０及び照明装置への給電のため、並びにカメラ２０からの写真データの伝送のために、写真用チャンバ１９の外側に延びるケーブル及び／又はコネクタを通すことを可能にしている。図示しない一変形例では、支持壁２１は、上述して図示した形状（中央の水平平面におけるトレースが半円形であるもの）以外に他の形状を有することができ、それらは例えば中央水平平面内のトレースが放物線の一部又は楕円の一部の形状、或いは他の形状を有するものである。とはいえ、支持壁２１は、周囲全体に、且つ基準軸３２から一定の距離に延びる。しかしながら、半円形状であることにより、確実に複数の異なるカメラ２０がすべて基準軸３２から同じ距離にあることが可能で、それにより設計に合わせ易い。

支持壁２１は、シェル１８の上壁２９を覆う上壁３５によって上方に、シェル１８の下壁２８を覆う下壁３４によって下方に、それぞれ連続する。支持壁２１の内表面と、それに連続する上壁３５及び下壁３４の内表面と、さらには前壁２４の内表面とは、前記開口２５全体を画定しつつ前記開口２５の片側にのみ延びる写真用チャンバ１９の内表面を構成している。好適には、これら内表面は、照明装置から到来する光を拡散させながら反射するために、つや消し白色である。このようにして、開口２５は等方性の白色光により均質に照明され、したがって開口２５内に頭部を配置する対象者の写真用チャンバ１９内に延びる頭部外面が同様に照明される。下壁３４及び上壁３５の内表面は、可能な限り均質且つ一様な照明を提供するように適合された凹型の斜曲面の一部である。これを行うために、これら壁の表面の状態は、完全拡散型反射を生成するように選択され、すなわち等方性再拡散を伴う。結果として、影のない中性のテクスチャを生み出すことを可能にする一様な照明が得られ、これは特に相似ピクセルの対応のための、３Ｄ形状を生成するためのアルゴリズムの機能に特に好適である。

各カメラ２０は光軸３６を有する。カメラ２０は、その光軸３６が同一面上に位置して、シェル１８の中央水平平面３８内に延び、互いに異なる角度で前記開口２５に向かって収束するように、支持壁２１に固定される。したがって、カメラ２０の光軸３６は、少なくとも概ね開口２５の高さ中央に位置する。それらは好適には垂直軸３２に向かって方向付けられ、開口２５の周囲に均等に分配される。すなわち、それらは同一の角度セクターだけ、互いに離間している。しかしながら、一変形例では、応用分野に応じて、或いはショットから頭部外面の三次元デジタルモデルを生み出すために後で使用されるアルゴリズムの要件及び／又は特徴に応じて、異なる幾何学的配置を行うことが可能である。例えば、側方に（サジタル平面３１から離れて）位置するカメラ２０は、垂直軸３２ではなく、開口２５の対応する側に向かって方向付けられた光軸を有することができる。

カメラ２０は、少なくとも概ね、中央水平平面において水平に整列して配置され、照明装置は整列したカメラ２０の上方に位置するＬＥＤの水平アラインメント２２ａと、整列したカメラ２０の下方に位置するＬＥＤの水平アラインメント２２ｂとを含む。好適には、ＬＥＤの二つのアラインメント２２ａ、２２ｂは、共に整列したカメラ２０から垂直方向に同じ距離に位置する。

本発明によるデバイスでは、各カメラ２０は、１メガピクセルを上回る（例えば５メガピクセルのオーダーの）解像度を有するＣＭＯＳセンサを備えたウェブカメラから形成することができ、このカメラのレンズは、作動距離での画像の鮮明度を保証する焦点深度を作り出すのに適した最適な光学品質と光学特性を備えている。好適には、各カメラ２０は、その写真特性、すなわち露光時間及び／又はアパーチャ及び／又は集束距離が調節可能となるように選ばれる。しかしながら、照明装置は、カメラ２０の焦点深度が、このカメラから頭部外面を隔てる距離のすべてをカバーするために十分な照明を可能とするように適合されてもよい。さらに、複数の異なるカメラ２０は、開口２５からカメラ２０までの距離を考慮して、各カメラ２０が生み出す画像のすべてが、開口２５と、写真用チャンバ１９の内部に延びる頭部外面とをすべてカバーするような大きさのレンズを有する。例えば、複数の異なるカメラ２０は、１５ｃｍ〜５０ｃｍの鮮明なショットを生み出すように選ばれたレンズを有する。これらレンズは有利には広い視野、特に６０°〜９０°、例えば８０°のオーダーの視野を有する。さらには、複数の異なるカメラ２０のレンズは、好適には、特にコンソール１５の全体の大きさを制限するために、開口２５から１０ｃｍ〜１００ｃｍ、例えば４０ｃｍのオーダーの距離に位置する。前壁２４の内表面が、少なくとも部分的に写真用チャンバ１９のすべてのカメラ２０の背景としての役割を有することに注意されたい。

さらに、各カメラ２０は、十分な感度を持つように選ばれる。好適には、複数の異なるカメラ２０は同一である。例えば、各カメラ２０は、作動距離に適合した固定の焦点、並びに／或いは、手動で又はデータ処理ユニット４０により調整可能な焦点を有するウェブカメラから形成される。

図示の実施例では、デバイスは、デジタル画像の形態の九つの写真を生み出すことができる九つのカメラ２０を備えている。このような写真の一例を、図６ａ〜６ｉに概略的に示す。実際には、本発明のこの第１の実施形態によるデバイスは、異なる数、好適には６〜１２、例えば７、９、又は１１のカメラを備えることができる。

本発明によるデバイスは、基部１６内に収容されて、ケーブルにより好適には支柱１７を通ってカメラ２０及び写真用コンソール１５の照明装置に接続されたデジタルデータ処理ユニット４０、すなわち中央処理ユニットも備える。好適には、カメラ２０は、特にＵＳＢ２タイプの高速ユニバーサルシリアル接続を備えたウェブカメラであり、各カメラ２０はユニット４０のＵＳＢ２ポートに直接接続されている。同様に、照明装置は、好適にはユニット４０を介して制御及び／又は給電される。

データ処理ユニット４０は、オペレータの制御下において、又は自動的に、複数の異なるカメラ２０の同時起動、場合によってはそれに加えて照明装置の同時起動を制御するように適合される。照明装置は、本発明によるデジタル化デバイスが始動するとすぐに始動させて、恒久的に動作させ続けることができる。第１の変形例では、データ処理ユニット４０は、例えばデジタルタブレット４１の形態の、無線周波数リンク（例えばＷｉｆｉ）によりユニット４０に接続されたマン／マシンインターフェースを備える。一変形例では、データ処理ユニット４０は、開口２５内における頭部の存在を（恒久的に作動状態にあるカメラの少なくとも一つにより送達された画像に基づき、適切な画像処理を用いて）検出するように適合させることができ、開口２５内の頭の存在の検出後、所定の期間の遅延時間が経過した後で、自動的にショットを起動することができる。

また、デジタルタブレット４１の使用は、有利には、複数の異なるカメラ２０が生み出す写真の品質をチェックすることを可能にする。また、デジタルタブレット４１は、複数の異なるショットから取得され、この目的のために適合された、すなわち九つのショットから三次元デジタルモデルを生み出すためのアルゴリズム的プログラムを有するデータ処理ユニット４０によって生成された三次元デジタルモデルを視覚化することができる。このようなアルゴリズム的プログラムは周知であり、本発明はこれらプログラムのいずれかと共に使用されて、デバイスの動作を最適化するために生じうる特定の調整の対象となる。好適には、頭の見えない側、すなわち複数の異なるカメラ２０によって撮られたショットには示されない外面部分の仮想再構成のためのモジュールを備えた、密なタイプの受動的デジタル化プログラムが使用される。例えば、ＥＯＳ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｃ．（カナダ国バンクーバー）発行のＰｈｏｔｏＭｏｄｅｌｅｒ（登録商標）プログラムを使用することができる。

図７〜１０に示す第２の実施形態は、基部１６がコンソール１５を直接支持し、且つテーブル上に配置されるように適合されている点で第１の実施形態とは異なり、対象者が椅子に座った状態でその顔のデジタル化が行われる。さらに、第１の実施形態の九つの個別のカメラの代わりに、五対の立体画像を同時に形成するように適合された五対の同一のウェブカメラ２０が使用されている。Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ社（米国サウスカロライナ州コロンビア）発行のプログラムＶＩＣ ３Ｄ（登録商標）により、これら立体写真から仮想モデルを取得することができる。さらに、照明装置は、ＬＥＤを覆うスクリーンなしで、ＬＥＤのアラインメントのみから形成され、写真用チャンバ１９内に挿入されて、開口２５内に頭を入れた対象者の頭部外面を直接照明する。

実施例
本発明の第１の実施形態によるデバイスを、深さ５３０ｍｍの楕円形放物体の形態のシェル１８を有するように製造した。シェル１８の前壁２４は、高さ４００ｍｍ、幅８１０ｍｍであり、半径３８０ｍｍの支持壁は、Ｌｏｇｉｔｅｃｈ社（スイス国Ｒｏｍａｎｅｌ ｓｕｒ Ｍｏｒｇｅ）によりＣ９１０ＨＤという照会番号の下に市販されている九つのＵＳＢ２ウェブカメラ２０を担持し、ウェブカメラ２０は互いに約１００ｍｍだけ離間しており、前壁２４に最も近いウェブカメラ２０は前壁２４から約２００ｍｍの距離にあり、切り取り部２５は、前壁２４内の半径１７５ｍｍの円の一部である。照明装置は、それぞれ半透明のつや消し白色の柔軟なＰＶＣからなる高さ３ｃｍ、厚さ２ｍｍのストリップ２３ａ、２３ｂによって覆われ、スペーサにより支持壁２１から１４ｍｍのところに固定された、白色ＬＥＤの二つのリボン２２ａ、２２ｂにより上述のようにして形成される。写真用チャンバ１９の内表面はつや消しの白色である。

データ処理ユニット４０は、クアドコアのＩｎｔｅｌ Ｃｏｒｅ Ｉ５（登録商標）プロセッサ、４ＧＢ ＲＡＭ、１００ＧＢを上回る容量のハードドライブ、及びＵＳＢ２ポートを備える。データ処理ユニット４０は、テクスチャ点から形成される顔の３Ｄ形状を生み出すアルゴリズム的手順、例えば、この目的のために事前構成されるプログラムＰｈｏｔｏＭｏｄｅｌｅｒ（登録商標）を用いてプログラムされた。頭の後ろ部分は、このような顔の３Ｄ形状に基づいて、且つ３Ｄ顔モデル化ソフトウェアから取得される人の頭部の共通モデルに基づいて、取得される。共通モデルは、３Ｄ顔形状と一致するように変形され、共通モデルの後ろ部分が前記３Ｄ顔形状と融合される。これにより、ソフトウェアコードを最適化せずに、仮想再構成により平均５分未満で、頭の後ろ部分を含め、対象者の顔の仮想三次元モデルが得られる。

本発明は、上述の実施形態の他にも、多数の変形実施形態を有し、それら実施形態のフィーチャを完全に又は部分的に互いに組み合わせることができ、また様々な応用分野を有する。具体的には、顔を含む（耳が含まれる場合と含まれない場合がある）頭部外面の三次元仮想モデルの取得に有利に適用できるが、他の応用分野に適合する他のいずれかの実施形態があってもよく、例えば、特に毛髪に関する三次元デジタル化の応用分野、又は他の応用分野では、対象者の頭を受ける開口を有するコンソールは垂直ではなく、例えば水平、又は斜めでもよい。同様に、支持壁、その内部の被覆材、カメラ、照明装置、対象者の頭などを受けるための開口の正確な形状、分配、及び選択は様々とすることができる。これはデータ処理ユニット４０にも当てはまり、さらに一般的には、例えばインターネットを介してアクセス可能なネットワークサーバに、完全に又は部分的に移すことが可能なデータ処理にも当てはまる。

いずれにせよ、本発明によるデバイスは、製造及び／又は現地インストール中に、完全に事前設定及びプログラムされ、その使用にどのような特定のコンピューティング能力も、どのような調整も、必要としない。

Claims (15)

1. 人の頭部外面の三次元デジタル化のためのデバイスであって、異なる視点から前記頭部外面の少なくとも一部の複数のショットを撮ることができるように配置された複数のカメラを備え、前記複数のショットは、前記複数のショットから前記頭部外面の三次元デジタルモデルを生成できるように適合されており、
   前記デバイスは、対象者の頭を受けるために適切な開口（２５）を有する中空の不透明なシェル（１８）を備え、前記シェル（１８）は写真用チャンバ（１９）を形成しており、写真用チャンバ（１９）に：
   −写真用チャンバ（１９）内に固定されて、前記開口に向かって方向付けられた複数のカメラ（２０）、及び
   −写真用チャンバ（１９）内に固定されて、前記開口（２５）と、その中に配置される対象者の頭の少なくとも一の頭部外面とを、制御された均質な光で照明するように適合された照明装置（２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂ）
   が内蔵及び支持されていることを特徴とするデバイス。
2. カメラ（２０）に接続されて、前記複数のショットから前記頭部外面の三次元デジタルモデルを生成することができるように適合されたデジタルデータ処理ユニット（４０）をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
3. 前記デジタルデータ処理ユニット（４０）がカメラ（２０）の同時起動を制御することができるようにも適合されていることを特徴とする請求項２に記載のデバイス。
4. 前記写真用チャンバ（１９）が前記開口（２５）全体を画定しつつ前記開口（２５）の一方の側だけに延びていることにより、対象者の頭が前記開口（２５）を通って配置されるとき、前記カメラ（２０）が、写真用チャンバ（１９）の内部に向かって方向付けられたこの頭の一方の側のみのショットを撮るように適合されることと、前記データ処理ユニット（４０）が頭の反対側の共通モデルに基づく仮想再構成を生み出すように適合されることとを特徴とする、請求項２又は３に記載のデバイス。
5. 各カメラ（２０）が、１メガピクセルを上回る解像度、特に５メガピクセルのオーダーの解像度を有する少なくとも一のセンサであって、前記処理ユニットに接続されて、その解像度未満の大きさ、特にその解像度の１０分の１のオーダーの大きさの画像を送達するように前記処理ユニットにより制御されるセンサを備えていることを特徴とする請求項４に記載のデバイス。
6. カメラ（２０）の光軸（３６）が同一平面内に位置し且つ互いに異なる角度で前記開口（２５）に向かって収束するように方向付けられるように、カメラ（２０）が写真用チャンバ（１９）内に固定されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のデバイス。
7. 顔のデジタル化のためのデバイスであり、前記シェル（１８）が支持体（１６）に対し、前記開口（２５）が少なくとも概ね垂直に延びるように支持されていることと、カメラ（２０）の光軸（３６）が、前記開口（２５）の高さ中央で少なくとも概ね水平な平面内に位置するように、カメラ（２０）が前記写真用チャンバ（１９）に固定されていることとを特徴とする、請求項６に記載のデバイス。
8. 照明装置が、連続的白色光を発する複数の光源から形成されることと、写真用チャンバ（１９）がつや消し白色の内表面を有することとを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のデバイス。
9. 各光源が、前記開口（２５）に向かって方向付けられた白色ＬＥＤ、及びＬＥＤと前記開口（２５）との間に挿入された非透過性の反射及び／又は拡散スクリーンから形成されることを特徴とする請求項８に記載のデバイス。
10. ６〜１２の任意の数のカメラ（２０）を備えることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載のデバイス。
11. それぞれのレンズが前記開口から１０ｃｍ〜１００ｃｍの距離に位置するように、異なるカメラ（２０）が写真用チャンバ（１９）内に固定されていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載のデバイス。
12. 前記開口（２５）が、横断壁（２４）に設けられて人の頭の最大限の寸法に少なくとも概ね対応する寸法を有する切り取り部（２６）を含むことを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載のデバイス。
13. カメラ（２０）を支持するための支持壁（２１）であって、前記開口（２５）を含む前額面と呼ばれる平面から前記シェル（１８）の一方の側の収束する斜曲面に沿って延びる支持壁（２１）を備えていることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載のデバイス。
14. 前記横断壁（２４）が前記前額面に沿って延びる前壁であることを特徴とする、請求項１２又は１３に記載のデバイス。
15. 異なる視点から人の頭部外面の少なくとも一部の複数のショットを撮ることができるように配置した複数のカメラ（２０）を含むデバイスを援用する前記頭部外面の三次元デジタル化方法であって、前記複数のショットは、前記複数のショットから前記頭部外面の三次元デジタルモデルを生成できるように適合されており、
    −請求項１から１４のいずれか一項に記載のデバイスのシェル（１８）の開口（２５）内に対象者の頭を受け、
    −開口内に受けた対象者の頭の頭部外面の複数のショットを撮るために、前記複数のカメラ（２０）を起動し、
    −前記複数のショットから前記対象者の前記頭部外面の三次元デジタルモデルを生み出す
    ことを特徴とする方法。

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