JP2019060709A - 三次元形状測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】物体の三次元形状を高精度で、しかも、簡易な構成で測定可能な三次元形状測定装置を提供すること。【解決手段】マーク１３ａを有するベース１０と、ＩＲプロジェクタ５１、ＩＲカメラ５２、ＲＧＢカメラ５３を備えたセンサユニット５０と、センサユニット５０の検出に基づいて三次元形状を測定するコントロールユニット３０と、を備え、コントロールユニット３０は、各センサユニット５０から得られた距離情報およびカラー画像に基づいて、各センサユニット５０が撮像する測定対象物体（足Ｆ）の一部の画像に対応した測定対象物体（足Ｆ）の色付きの距離情報を有する部分点群を複数作成し、複数の部分点群を、基準点を基準として、１つの統合座標上に統合して、測定対象物体（足Ｆ）の全周の外形形状を示す色付きの距離情報を有する１つの統合点群を作成する三次元形状測定装置とした。【選択図】図１

Description

本開示は、三次元形状測定装置に関するものである。

従来、レーザ光などの可視光を照射しながら走査し、これを撮像して三次元形状を測定する三次元形状測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−９８９７８号公報

しかしながら、上記の従来技術では、レーザ光などの可視光を照射しながら走査するため、照射装置や撮像装置を移動させる必要があり、装置が大掛かりとなる。加えて、高精度で撮像するには、暗室環境が必要になり、汎用性に劣る。

本開示は、このような従来の問題に着目して成されたもので、物体の三次元形状を高精度で、しかも、簡易な構成で測定可能な三次元形状測定装置を提供することを目的とするものである。

この目的を達成するため、この開示の三次元形状測定装置は、
基準点を有するベースと、
赤外線を照射するＩＲプロジェクタ、このＩＲプロジェクタから照射された赤外線を撮像するＩＲカメラ、およびカラー画像を撮像するＲＧＢカメラを備え、前記ＩＲプロジェクタおよび前記ＩＲカメラによる距離情報と前記ＲＧＢカメラによるカラー画像とを取得可能なセンサユニットと、
前記センサユニットの作動を制御するとともに、前記センサユニットの検出に基づいて前記ベース上の測定対象物体の三次元形状を測定する制御部と、
を備え、
前記センサユニットは、前記ベース上の測定対象物体の全周を撮像可能に前記ベースを囲んで複数設置され、
前記制御部は、
各センサユニットから得られた前記距離情報および前記カラー画像に基づいて、各センサユニットが撮像する前記測定対象物体の一部の画像に対応した前記測定対象物体の色付きの距離情報を有する部分点群を複数作成し、
前記複数の部分点群を、前記基準点を基準として、１つの統合座標上に統合して、前記測定対象物体の全周の外形形状を示す前記色付きの距離情報を有する１つの統合点群を作成する三次元形状測定装置とした。

本開示の三次元形状測定装置では、ＩＲプロジェクタとＩＲカメラとＲＧＢカメラとを備えたセンサユニットを複数用い、測定対象物体を複数方向から撮像し、色付きの距離情報による点群を取得する。そして、センサユニット毎の点群を、１つの統合座標上の点群とし、物体形状およびその色を示す三次元形状測定データとする。
したがって、レーザなどを走査することが不要であるとともに、暗室環境が不要であり、装置を簡易な構成とすることができる。しかも、複数のセンサユニットにより複数方向から測定対象物体を撮像することから、全体を走査しない構成でありながら、高精度で三次元形状を測定することができる。

本開示の実施の形態１の三次元形状測定装置を示す斜視図である。 実施の形態１の三次元形状測定装置の平面図である。 実施の形態１の三次元形状測定装置の強度部材を示す斜視図である。 実施の形態１の三次元形状測定装置の演算処理系を示すブロック図である。 実施の形態１の三次元形状測定装置により得られた足の三次元画像の一例を示す斜視図である。 実施の形態１の三次元形状測定装置により得られた足の三次元画像の一例を示す平面図である。 実施の形態１の三次元形状測定装置によるキャリブレーション時の処理の流れを示すフローチャートである。 キャリブレーションの前段階のカメラチェック時の表示画像を示す図である。 キャリブレーション時のカメラチェック時の表示画像を示す図である。 実施の形態１の三次元形状測定装置の測定時の一例を示す側面図である。

以下、本開示の実施の形態１の三次元形状測定装置を図面に基づいて説明する。
（実施の形態１）
まず、実施の形態１の三次元形状測定装置の構成について説明する。
図１は、実施の形態１の三次元形状測定装置Ａを示す斜視図である。
この三次元形状測定装置Ａは、測定対象の物体として、主に足の三次元形状測定データを取得することを目的とするもので、ベース１０とセンサ支持枠部材２０とコントロールユニット３０とを備える。

ベース１０は、厚みを有した略円盤状に形成され、下側のベース本体１１と、このベース本体１１の上部に着脱可能に設けられた薄板円盤状の蓋材１２とを備えている。そして、ベース本体１１と蓋材１２との間に、コントロールユニット３０を収容する収容部（不図示）が形成されている。

ベース１０には、蓋材１２の上面に、図２に示すように、後述するキャリブレーション時の基準点となる複数個（本実施の形態１では２４個）のマーク１３ａを備えるマーク群１３が設けられている。このマーク群１３のマーク１３ａは、同一円周上に等間隔で設けられている。

なお、蓋材１２は、ネジ（不図示）を用いてベース本体１１に固定されている。このネジ（不図示）は、蓋材１２を貫通してベース本体１１に締結されているが、このネジ（不図示）は、マーク群１３のマーク１３ａを配置する円周上に配置され、このネジ（不図示）の頭部１３ｂが、マーク１３ａとして用いられている。

センサ支持枠部材２０は、図１に示すように、ベース１０の上方位置に配置され、かつ、図２に示すように、ベース１０の外周を囲む円弧の一部を取り去ったように上方から見て略Ｃ形状に形成されている。なお、センサ支持枠部材２０において、周方向の両端部の間は、ベース１０の上に出入りするのを容易とするための通路用空間部２２とされている。

また、センサ支持枠部材２０は、３本の脚体４２，４２，４２を介してベース１０に支持されている。
これらの脚体４２は、図３に示す、強度保持部材４０により構成されている。
この強度保持部材４０は、三次元形状測定装置Ａの強度を確保するもので、金属製の本体ベース板４１、脚体４２、枠体支持板４３を備える。

本体ベース板４１は、アルミ、ステンレス、鉄などの金属板製で円盤状に形成され、ベース本体１１の底面を構成する。
脚体４２は、本体ベース板４１と同様に金属製で、円筒状に形成され、下端部が、本体ベース板４１の外周部上面に設けられた支持ブラケット４２ａに支持され、上端部が、枠体支持板４３の下面に設けられた支持ブラケット４２ｂに支持されている。
枠体支持板４３は、金属製板により、上方から見て略Ｃ形状に形成されている。

枠体支持板４３は、その外周、すなわち、上面、側面、底面が、図１に示す樹脂製のカバー部材２１により覆われている。また、カバー部材２１の下側面には、センサユニット５０（１）、５０（２）、５０（３）、５０（４）を収容するセンサ収容部２１ａが、周方向に略等間隔の４箇所において下方に膨らむように突出して形成されている。

センサユニット５０（１）〜（４）は、それぞれ、同一の構成であり、符号５０の末尾に付けている符号（１）〜（４）は、設置位置の違いを表しているだけである。したがって、これらの４つのセンサユニット５０（１）〜（４）のうちの特定のものを指さない場合は、カッコ書きの符号（１）〜（４）の表記は省略する。

センサユニット５０は、図４に示すように、ＩＲプロジェクタ５１、ＩＲカメラ５２、ＲＧＢカメラ５３、演算回路５４を備える。なお、上記のように、各センサユニット５０の構成は、同一であるので、図４ではセンサユニット５０（２）〜（４）におけるＩＲプロジェクタ５１、ＩＲカメラ５２、ＲＧＢカメラ５３、演算回路５４の表示は省略する。

これらＩＲプロジェクタ５１、ＩＲカメラ５２、ＲＧＢカメラ５３は、ＩＲプロジェクタ５１による赤外線の照射方向および両カメラ５２，５３の撮像方向をベース１０の蓋材１２の中央方向に向けて設置されている。すなわち、センサユニット５０は、前記照射方向および撮像方向が、センサ支持枠部材２０の円弧の中心方向を向き、かつ、斜め下方を向くようにして設置されている。したがって、両カメラ５２，５３の撮像範囲には、マーク群１３が含まれる。そして、ＩＲプロジェクタ５１は、前記両カメラ５２，５３の撮像範囲に赤外線パターンを照射する。

したがって、マーク群１３の内側にベース１０の上面に、三次元形状の測定対象の物体を配置し、センサユニット５０を作動させると、複数の赤外線パターンが測定対象の物体に照射されるとともに、この測定対象物体が両カメラ５２，５３により撮像される。

演算回路５４は、ＩＲカメラ５２が撮影した、ＩＲプロジェクタ５１から照射された複数赤外線パターンに基づいて、距離情報を有した画像である深度画像を形成する。また、演算回路５４では、各画像の歪み補正も行われる。

したがって、センサユニット５０をスキャン作動させた場合、ＩＲカメラ５２で撮像したグレースケールの画像と、ＲＧＢカメラ５３で撮像したカラー画像と、前述の演算回路５４で形成した深度画像が出力される。

センサユニット５０は、コントロールユニット３０に接続されている。
このコントロールユニット３０は、いわゆるコンピュータであり、４つのセンサユニット５０のそれぞれから取得したグレー画像、カラー画像、深度画像に基づいて、ベース１０の上に配置された物体の形状の測定を行う。具体的には、物体の形状を示す三次元の点群のデータを作成するとともに、物体の外形形状に応じた画像データを作成する。

以下に、コントロールユニット３０におけるセンサユニット５０から得られた画像に基づく処理について説明する。
コントロールユニット３０では、まず、各センサユニット５０から取得したカラー画像および深度画像に基づいて、色付きの距離情報を有した三次元の点群から成る部分点群を作成する。

この部分点群は、センサユニット５０それぞれにおいて撮像された物体の一部の外表面上に配置された複数の点から成る点群であって、センサユニット５０毎に設定されたローカル座標上に作成される。

さらに、コントロールユニット３０は、各センサユニット５０（１）〜（４）の画像に基づいて作成された４つの部分点群を、１つの統合座標上に統合し、ベース１０上の物体の全周の外形形状を示す、色付きの距離情報を有した三次元の点群から成る統合点群を作成する。
すなわち、センサユニット５０（１）〜（４）は、ベース１０の全周を囲むように配置されているため、各センサユニット５０の画像から作成した点群を１つに統合することで、ベース１０上の物体の全周に亘る三次元の点群を作成することができる。

この部分点群から統合点群への変換は、変換行列を用いて行う。
この変換行列について説明するのにあたり、まず、基準となるマーク１３ａについて説明する。
各センサユニット５０の撮像画像には、複数のマーク１３ａが含まれる。そこで、この複数のマーク１３ａのうち、所定のマーク１３ａを基準としてローカル座標とが対応付けされている。

さらに、基準となるマーク１３ａは、周方向に隣り合うセンサユニット５０の基準となるマーク１３ａと共用されている。
これを詳細に説明すると、例えば、センサユニット５０（１）は、マーク群１３のうち、ベース１０の図２において左下に配置された複数のマーク１３ａを、その画像において手前の位置となるように撮像する。

それに対し、センサユニット５０（１）に対し、周方向で時計回り方向に隣り合うセンサユニット５０（２）は、マーク群１３のうち、ベース１０の図２において左上に配置された複数のマーク１３ａを、その画像において手前の位置となるように撮像する。
したがって、両センサユニット５０（１）、５０（２）の画像には、マーク群１３のうち、ベース１０の図２において左側の上下方向中間に配置されたマーク１３ａが、共通して含まれる。

一方、センサユニット５０（１）に対し、周方向で反時計回り方向に隣り合うセンサユニット５０（４）は、マーク群１３のうち、ベース１０の図２において右下に配置された複数のマーク１３ａを、その画像において手前の位置となるように撮像する。
したがって、両センサユニット５０（１）、５０（４）の画像には、マーク群１３のうち、ベース１０の図２において左右方向中央の下側に配置されたマーク１３ａが、共通して含まれる。

そこで、センサユニット５０（１）では、画像上の右端と左端に撮像されるマーク１３ａを基準点とすることにより、周方向で隣り合って配置されるセンサユニット５０（２）、５０（４）と、それぞれ、基準点を共用することができる。

また、各基準点の相対位置が予め分かっているため、統合座標上に予め基準点を設定するとともに、各ローカル座標から統合座標への変換行列をローカル座標毎に設定することにより、各ローカル軸上の点を、１つの統合軸上の点として統合することができる。

さらに、コントロールユニット３０では、各ローカル座標上の部分点群のデータを、統合座標上の三次元の統合点群のデータと変換する際に、ノイズ成分の除去およびベース１０の蓋材１２の上面（床）を示す点群の除去を行う。これにより、ベース１０上の物体の外形形状を示す、点群（統合点群）のデータとすることができる。

加えて、コントロールユニット３０では、作成した物体の外形形状を示す統合点群を面形状化する処理を行う。これにより、測定対象の物体の外形表面の形状に沿った面形状を有するデータを作成することができる。なお、面形状化するにあたっては、３つの点を結んで面を形成するなどの周知の方法を用いることができる。また、点群補間を行ったり、ＲＧＢ画像データを利用して曲面化を図る補正を行ったりするとより好ましい。

図５および図６は、測定対象物体として、足の三次元形状を測定して得られた統合点群からのノイズ除去、ベース１０の蓋材１２の上面（床）を示す点群の除去を行い、さらに面形状化処理を行った後の画像の一例を示す。

図５は、測定した足の三次元形状を示す斜視図であり、図６は測定した足の三次元形状を示す平面図である。
なお、図５では、右足Ｆ４１と左足Ｆ４２を示す。この右足Ｆ４１と、左足Ｆ４２とは、異なる人の足の測定結果を示しており、左足Ｆ４２は、履いている靴下の模様が表示されている。本実施の形態１では、ＲＧＢカメラ５３によるカラー画像から点群を作成しているため、左足Ｆ４２の靴下の模様は着色して表示される。

また、図６では、右足Ｆ５１と左足Ｆ５２を示す。図５と同様に、右足Ｆ５１と、左足Ｆ５２とは、それぞれ、図５に示した右足Ｆ４１と左足Ｆ４２との面形状化したデータの画像を示しており、それぞれ、着色表示されている。なお、統合座標上では、基準点となるマーク１３ａの相対位置関係は予め分かっているため、統合座標上の長さも、正確に認識することができる。
また、この画像データは、図面上での着色は省略するが、カラー情報に基づいて、着色されている。

このように、本実施の形態１の三次元形状測定装置Ａでは、測定対象の物体の三次元点群のデータを得ることができるとともに、図５、図６に示す、面形状化した画像データを得ることができる。

また、三次元形状測定装置Ａにおいて得られた測定対象の物体の測定データは、入出力部３１を介して外部に出力することができる。すなわち、三次元の点群データおよび面形状化した画像データは、三次元形状測定装置Ａから外部に出力することができる。なお、入出力部３１を介した入出力は、有線で行ってもよいし、無線で行ってもよい。

例えば、図５、図６に示す表示例は、入出力部３１を介してデータ出力を行って、三次元形状測定装置Ａの外部の情報処理機器（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯型情報端末、携帯電話）などの表示画面において表示した例である。

また、上記の測定データは、表示のみならず、例えば、本願出願人による発明である特開２０１７−９７５６３号公報に記載の発明における靴の仮想試着にも用いることができる。すなわち、特開２０１７−９７５６３号公報に記載の発明では、足の三次元測定データと、靴の内側の三次元測定データとを用いる靴の仮想試着方法および靴の仮想試着システムを提案している。したがって、上記の三次元形状測定装置Ａにおいて得られた足の三次元測定データである統合点群のデータを、この仮想試着における足の当たりの強さを求めるのに使用することができる。また、上記の画像データを、上記発明の当たりの強さを表示する画像に使用することができる。

次に、各センサユニット５０に対応するローカル座標と統合座標とのキャリブレーションについて説明する。
すなわち、各センサユニット５０による深度画像と、ローカル座標との関係は、ＩＲカメラ５２と基準となるマーク１３ａとの相対位置で決まる。ところが、センサ支持枠部材２０が外力を受けた場合や、あるいは、温度影響による伸縮により、基準位置に対する各センサユニット５０の位置にずれが生じる場合がある。

あるいは逆に、ベース１０において、ベース本体１１に対する蓋材１２の取付位置にずれが生じ、各センサユニット５０に対してマーク１３ａ（基準位置）がずれる場合もある。
そして、このようにＩＲカメラ５２と基準となるマーク１３ａとの相対位置にずれが生じると、マーク１３ａを基準とする相関関係にある統合座標との関係にもずれが生じる。このため、それを修正するキャリブレーションを行う必要がある。なお、このキャリブレーションは、定期的に行ったり、測定の前に行ったりする。

以下に、このキャリブレーションの手順について説明する。
なお、本実施の形態１では、このキャリブレーションを、コントロールユニット３０の入出力部３１に、情報端末（不図示）を有線あるいは無線で接続して、この情報端末（不図示）とコントロールユニット３０との処理により行う。
以下に、その処理の手順を、図７のフローチャートに基づいて説明する。

このキャリブレーションを行う場合、操作者は、情報端末（不図示）のブラウザを起動させ、キャリブレーション画面を開いて、カメラチェックの開始を指示する。
まず、最初のステップＳ１では、カメラチェックの指示があるか否か判定し、カメラチェックの指示があった場合は、ステップＳ２に進んで、カメラチェックを開始する。

このカメラチェックでは、各センサユニット５０のＩＲカメラ５２の撮影を行い、図８に示すように、情報端末の表示モニタＭＮに、各ＩＲカメラ５２で撮影した画像を表示する（ステップＳ３）。

なお、図８は、各センサユニット５０のＩＲカメラ５２が正常な場合の表示例を示しており、正常時には、４つのセンサユニット５０で撮影された画像Ｉｍ７１〜Ｉｍ７４が、表示モニタＭＮに表示される。また、この場合、その画像Ｉｍ７１〜Ｉｍ７４上に、マーク群１３の画像Ｉｍ１３が写される。

なお、表示モニタＭＮに、表示される画像Ｉｍ７１〜Ｉｍ７４が、４つに満たない場合や、画像Ｉｍ７１〜Ｉｍ７４のいずれかが真っ黒など明らかにおかしい場合は、カメラチェック作業を終了する。そして、各センサユニット５０の接続状態などを確認することで、接続不良を発見した場合、それを修正し、再度、カメラチェック（ステップＳ１からの処理）を行う。

カメラチェックの結果に問題ない場合は、操作者は、キャリブレーションの開始を指示する操作を行う。
ステップＳ４では、キャリブレーションの指示の有無を確認し、指示があった場合、ステップＳ６においてキャリブレーションを実行する。このキャリブレーションでは、各センサユニット５０のＩＲカメラ５２で撮影されている予め設定されているマーク１３ａのローカル座標上の位置と、画像上の位置とのズレの有無を判定し、ズレがある場合には、このズレを無くすように、前述の変換行列を修正する。

また、ズレ量が所定量以上のエラーの有無を判定し（ステップＳ７）、エラー判定の場合は、ステップＳ８に進んで、エアー発生を表示モニタＭＮ上で警告し、キャリブレーションを終了する。

なお、所定量以上のズレ量は、例えば、蓋材１２が正規の位置に固定されずに、ベース本体１１から浮いてしまっている場合などに生じる。このような場合は、蓋材１２を固定し直して、再度キャリブレーションを行う。あるいは、ＩＲカメラ５２のレンズの汚れなどにより画質が悪化した場合に、マーク１３ａの検出を行うことができない場合も、ズレ量が所定量以上と判定する。このような場合は、ＩＲカメラ５２のレンズ部分を拭いて汚れを落として、再度キャリブレーションを行う。

一方、ズレ量が所定未満の正常範囲の場合は、ステップＳ９においてズレの有無を判定し、ズレがある場合には、ステップＳ１０に進んでズレ量を表示する。
本実施の形態では、キャリブレーション時には、図９に示すようにＩＲカメラ５２の画像Ｉｍ８１〜Ｉｍ８４を表示するとともに、キャリブレーション中は、動作表示部８５に現在の動作状態を表示する。図示の「位置を検出中」は、マーク１３ａの中の基準点を検出中であることを表示している状態を示す。
また、検出した予め設定された基準となるマーク１３ａの位置と、ローカル座標中に記録されている最新の基準点の位置とにずれがある場合は、そのずれ量を、画像の下のズレ量表示部８６，８７に表示する。

そして、所定量未満のズレ量が生じている場合には、ステップＳ１１に進んで、各センサユニットのローカル座標の位置を、その時点で検出している基準となるマーク１３ａの位置に基づいて設定し直す。そして、このローカル座標の移動に応じ、各センサユニットが有するローカル座標から統合座標に変換する変換行列も、再設定する。

以上の処理を終了したら、ステップＳ１２に進んで、キャリブレーションの終了の表示を行う。
なお、ズレが無い場合は、変換行列の再設定を行うことなく、ステップＳ１２に進んで、キャリブレーションの終了表示を行う。

次に、実施の形態１の作用を説明する。
なお、作用の説明にあたっては、三次元形状の計測として、計測対象物体を足とした場合を例に挙げて説明する。

本実施の形態１では、コントロールユニット３０の入出力部３１に情報端末（不図示）を接続し、情報端末において測定用のアプリケーションを立ち上げて測定を行うものとする。なお、三次元形状測定装置Ａにおいて、センサ支持枠部材２０あるいは、ベース１０に、起動用のスイッチを設け、スイッチ操作により測定を行うようにしてもよい。

次に、足の形状を測定するのにあたり、図１０に示すように、ベース１０の蓋材１２の上面に足Ｆを乗せる。この場合、測定対象者は、ベース１０の上に立ってもよいし、あるいは、椅子に座った状態で、膝下部分のみをベース１０の上に載せてもよい。

そして、情報端末（不図示）の操作に基づいて、各センサユニット５０をスキャン作動させる。
これにより、コントロールユニット３０は、各センサユニット５０から、グレー画像、カラー画像、深度画像を取得する。

そして、コントロールユニット３０では、まず、各センサユニット５０からの取得した情報に基づいて、各センサユニット５０に応じたローカル座標上に、色付きの距離情報を有する部分点群を作成する。

さらに、コントロールユニット３０では、変換行列を用い、各センサユニット５０から取得したそれぞれのローカル座標上の部分点群を、１つの統合座標に統合して足の全周の外形形状を示す色付きの点群からなる統合点群を作成する。
すなわち、各センサユニット５０は、測定対象の足を囲むように配置されているため、部分点群を統合することで、１つの足の全周の外形形状を示す点群とすることができる。

そして、統合点群の中から、ベース１０の上面を示す点群や、ノイズ成分を除去することで、測定対象の足のみの外形形状を示す統合点群とすることができる。
したがって、この測定後の足の形状を示す統合点群のデータに基づいて、前述したような靴の仮想試着に利用することができる。

また、統合点群を面形状化したデータを用いて、図５、図６に示すような測定した足の外形形状を示す画像を作成することができる。また、上述の仮想試着を行うのにあたり、この面形状化した画像情報を用いて表示することもできる。

以下に、実施の形態１の三次元形状測定装置の効果を列挙する。
１）実施の形態１の三次元形状測定装置は、
基準点となるマーク１３ａを有するベース１０と、
赤外線パターンを照射するＩＲプロジェクタ５１、このＩＲプロジェクタ５１から照射された赤外線パターンを撮像するＩＲカメラ５２、カラー画像を撮像するＲＧＢカメラ５３を備え、ＩＲプロジェクタ５１およびＩＲカメラ５２による距離情報とＲＧＢカメラ５３によるカラー画像とを取得可能なセンサユニット５０と、
センサユニット５０の作動を制御するとともに、センサユニット５０の検出に基づいてベース１０上の測定対象物体（足Ｆ）の三次元形状を測定する制御部としてのコントロールユニット３０と、
を備え、
センサユニット５０は、ベース１０上の測定対象物体（足Ｆ）の全周を撮像可能にベース１０を囲んで複数設置され、
コントロールユニット３０は、
各センサユニット５０から得られた距離情報およびカラー画像に基づいて、各センサユニット５０が撮像する測定対象物体（足Ｆ）の一部の画像に対応した測定対象物体（足Ｆ）の色付きの距離情報を有する部分点群を複数作成し、
複数の部分点群を、基準点を基準として、１つの統合座標上に統合して、測定対象物体（足Ｆ）の全周の外形形状を示す色付きの距離情報を有する１つの統合点群を作成する三次元形状測定装置である。
したがって、レーザなどを走査することが不要であるとともに、暗室環境が不要であり、装置を簡易な構成とすることができる。しかも、複数のセンサユニット５０により複数方向から測定対象物体（足Ｆ）を撮像することから、全体を走査しない構成でありながら、高精度で三次元形状を測定することができる。
しかも、色付きの距離情報を用いることから、グレースケールのような単色の距離情報と比較して、測定対象物体（足Ｆ）の凹凸も、より高精度に測定することが可能である。

２）実施の形態１の三次元形状測定装置は、
コントロールユニット３０は、
センサユニット５０ごとの部分点群を作成するローカル座標を有するとともに、予めキャリブレーションにより基準点を基準としてローカル座標上の点を、統合座標上の点に変換する変換行列を作成し、
変換行列を用いて、部分点群を統合座標上に変換する。
このように、ローカル座標上の部分点群を、統合座標上の統合点群に変換するのにあたり、変換行列を用いて変換するため、情報容量の大きな色付きの距離情報であっても、短時間に変換を行うことができる。

３）実施の形態１の三次元形状測定装置は、
コントロールユニット３０は、外部の情報処理機器としての情報端末と通信可能な入出力部３１を備え、情報端末からの操作により作動するとともに、１つの統合座標に統合した統合点群により形成される三次元形状情報を、情報端末に出力可能である。
したがって、三次元形状測定装置自体に、表示モニタＭＮなどを設ける必要が無く、装置の構成の簡略化を図ることができるとともに、汎用性を向上できる。

４）実施の形態１の三次元形状測定装置は、
コントロールユニット３０は、統合点群を面形状化した画像データを作成する。
測定対象物体（足Ｆ）の形状を示す統合点群のデータを、面形状化することにより、より測定対象物体（足Ｆ）の形状に近いデータとすることができるとともに、画面上での表示にも最適なデータとすることができる。

以上、図面に基づいて実施の形態の三次元形状測定装置について説明してきたが、本発明の具体的な構成については、この実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

例えば、実施の形態の三次元形状測定装置では、三次元形状の測定対象物体を足とした例を示したが、測定対象物体としては、足に限定されるものではなく、ベースの上に載置された形状を有するものであれば、どのようなものを測定してもよい。さらに、足を測定する場合であっても、図示のように、足首近傍までを測定するものに限らず、例えば、膝下付近まで撮影して測定するようにしてもよい。

また、実施の形態では、センサ支持枠部材は、通路用空間部を除いて連続するＣ型形状に形成した例を示したが、その形状は、これに限定されない。例えば、円周環状、多角形環状などの全周で連続した環状に形成してもよいし、あるいは、空間部を複数箇所有して複数に分割された不連続な形状に形成してもよい。

また、実施の形態では、ＩＲプロジェクタとＩＲカメラとに基づく深度画像を、センサユニットに含まれる演算回路において作成する例を示したが、これに限定されず、センサユニットからの信号を入力する演算部としてのコントロールユニット側で作成するようにしてもよい。

さらには、実施の形態では、制御部と接続可能な情報処理機器として、情報端末を示したが、これに限定されず、このような信号処理装置を、センサユニットの外部、例えば、制御部を構成するコントロールユニット内に設けてもよい。あるいは、前記信号処理を、通信ネットワークを介して接続されるサーバやパーソナルコンピュータなどの外部の情報処理機器に設けてもよい。

１０ ベース
１２ 蓋材
１３ マーク群
２０ センサ支持枠部材
３０ コントロールユニット（制御部）
３１ 入出力部
５０ センサユニット
５１ ＩＲプロジェクタ
５２ ＩＲカメラ
５３ ＲＧＢカメラ
５４ 演算回路
Ｉｍ７１-Ｉｍ７４ 画像
Ｉｍ８１-Ｉｍ８４ 画像
ＭＮ 表示モニタ

Claims (4)

1. 基準点を有するベースと、
   赤外線を照射するＩＲプロジェクタ、このＩＲプロジェクタから照射された赤外線を撮像するＩＲカメラ、およびカラー画像を撮像するＲＧＢカメラを備え、前記ＩＲプロジェクタおよび前記ＩＲカメラによる距離情報と前記ＲＧＢカメラによるカラー画像とを取得可能なセンサユニットと、
   前記センサユニットの作動を制御するとともに、前記センサユニットの検出に基づいて前記ベース上の測定対象物体の三次元形状を測定する制御部と、
   を備え、
   前記センサユニットは、前記ベース上の測定対象物体の全周を撮像可能に前記ベースを囲んで複数設置され、
   前記制御部は、
   各センサユニットから得られた前記距離情報および前記カラー画像に基づいて、各センサユニットが撮像する前記測定対象物体の一部の画像に対応した前記測定対象物体の色付きの距離情報を有する部分点群を複数作成し、
   前記複数の部分点群を、前記基準点を基準として、１つの統合座標上に統合して、前記測定対象物体の全周の外形形状を示す前記色付きの距離情報を有する１つの統合点群を作成する三次元形状測定装置。
2. 請求項１に記載の三次元形状測定装置において、
   前記制御部は、
   前記センサユニットごとの前記部分点群を作成するローカル座標を有するとともに、予めキャリブレーションにより前記基準点を基準として前記ローカル座標上の点を、前記統合座標上の点に変換する変換行列を作成し、
   前記変換行列を用いて、前記部分点群を前記統合座標上に変換する三次元形状測定装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の三次元形状測定装置において、
   前記制御部は、外部の情報処理機器と通信可能な入出力部を備え、前記情報処理機器からの操作により作動するとともに、前記１つの統合座標に統合した前記統合点群により形成される三次元形状情報を、前記情報処理機器に出力可能である三次元形状測定装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の三次元形状測定装置において、
   前記制御部は、前記統合点群を面形状化した画像データを作成する三次元形状測定装置。