JP2019219636A - ３ｄ形状生成のための被写体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 博物館や美術館の展示物用３Ｄ形状において、上面、側面、底面が合成された３Ｄ形状を生成したいニーズがある。しかしながら、３Ｄ形状生成ソフトウェア「アギソフトフォトスキャン」は、例えば、被写体の上面と側面を撮影し、次に、被写体を逆さにして底面を撮影するなど、被写体と周辺風景の相対位置を変えて撮影すると、形状の特徴点と各特徴点の色から３Ｄ形状を識別する画像生成アルゴリズムに合致しないため、３Ｄ形状を生成できない。【解決手段】 被写体を単一色の回転体型の被写体台座に乗せ、被写体の後方を遮蔽する単一色のバックスクリーンを用いて後方の風景を遮断することにより、被写体と周辺風景の相対位置を変えて撮影しても、被写体の上面、側面、底面の全面の３Ｄ形状を生成することができる。【選択図】図１１

Description

被写体の３Ｄ形状を生成する方法として、被写体の複数の写真を撮影し、これらの画像から３Ｄ形状を生成するＳｆＭ（Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｒｏｍ Ｍｏｔｉｏｎ）とＭＶＳ（Ｍｕｌｔｉ−Ｖｉｅｗ Ｓｔｅｒｅｏ）と呼ばれる技術が近年開発されている。本発明は、ＳｆＭ技術とＭＶＳ技術のソフトウェアによる３Ｄ形状生成に必要な被写体の画像を提供する撮影装置に関するものである。

博物館や美術館において、展示物の３Ｄ形状を館内やインターネットで提供したいというニーズが高まっている。
例えば、考古学の土器や石器、近代〜現代の食器や調理道具、各種の道具や機械、自然物である化石や隕石など、上面、外面、底面の全面を含む３Ｄ形状を展示したいというニーズがある。

被写体の３Ｄ形状を生成する方法として、被写体の複数の写真を撮影し、これらの画像から３Ｄ形状を生成するソフトウェアにＡｇｉｓｏｆｔ ＬＬＣ（アギソフトエルエルシ−）社製Ａｇｉｓｏｆｔ ＰｈｏｔｏＳｃａｎ（アギソフトフォトスキャン）などがある。
これらソフトは、高価なレーザー測定機やモアレ画像処理機器と異なり、一般のデジタルカメラ画像を用いて３Ｄ形状を生成することができ、安価な３Ｄ形状生成技術として普及してきている。

このアギソフトフォトスキャンは、３Ｄ形状生成の画像処理のアルゴリズムとして、隣同士が７０％以上の重なりを持つ複数の画像から多数の特徴点と各特徴点の色を識別し、これらの特徴点の相対位置から３Ｄ形状を生成する。
この時、アギソフトフォトスキャンの画像処理には、被写体と周辺風景の位置関係を変えずに、撮像手段を移動させて撮影された画像が必要となる。
すなわち、被写体と周辺風景の３次元空間における位置関係が不変であるという条件下において撮影された複数の画像から、多数の特徴点と各特徴点の色を識別して３Ｄ形状を生成する。

例えば、お椀状の器を台の上に置き、撮像手段を器の周りに移動させながら重複撮影した画像を、アギソフトフォトスキャンで処理すると器の３Ｄ形状が生成できる。
詳細には、器を台の上に置き、上方と側方から撮影し、これらを画像処理することにより、器の上面と側面が合成された３Ｄ形状が生成できる。

一方、器を台の上に逆さに設置し、撮像手段を器の周りに移動させながら重複撮影した画像を、アギソフトフォトスキャンで処理すると器の底面の３Ｄ形状が生成できる。

しかしながら、上面と側面の撮影と、底面の撮影では、周辺風景に対し、器の位置が上下逆に変化しているため、アギソフトフォトスキャンの要件である被写体と周辺風景の位置関係を変えずに、撮像手段を移動させて撮影するという処理要件に合致しなくなり、上面と側面に底面を合成して、全面を３Ｄ形状化することはできない。

特許第５９６６２５６号明細書 特開２００３−０３０６３５号公報

前項で述べたように、博物館や美術館では、展示物の全面の３Ｄ形状を求めている。従って、課題は、被写体の全ての表面の３Ｄ形状を生成することであり、そのために、被写体の上面、側面、底面について、撮影した全ての画像を一括処理して、上面、側面、底面を合成した３Ｄ形状を生成することである。

被写体の底面を撮影する場合、被写体を台の上で、上下逆に設置する必要があるため、被写体と周辺風景の位置関係が変わってしまい、この状態で、重複画像を撮影しても、上面、側面の画像と一括して処理することはできない。

そこで、被写体と周辺風景の位置関係が変わることが処理条件の問題であるならば、周辺風景を無くし、被写体のみ画像を撮影できれば、被写体のみの３Ｄ形状を生成することができる。しかしながら、実際の撮影画像では、周辺風景を無くして被写体を撮影することはできない。

ここで、アギソフトフォトスキャンが特徴点と各特徴点の色の両方の情報を処理するという要件を逆に利用すると、周辺風景を単一色にして、各特徴点の色を一様で変化のない色にすることにより、アギソフトフォトスキャンの画像生成アルゴリズムは、周辺風景を３Ｄ形状化することができない。

ここで、周辺風景とは、被写体の背景にある景色であり、又、被写体を載せている台である。
被写体の背景にある景色については、被写体の後方に単一色のバックスクリーンを置いて後方の景色を遮蔽し、かつ、バックスクリーンを単一色にすれば、景色は３Ｄ形状化されない。

被写体を載せている台も単一色にすることにより、３Ｄ形状化されにくくなる。
しかしながら、実際には、直方体などの角形状の台の場合、撮像手段を被写体の周囲に回転すると、光の当たる方向が変化し、台の色合いが若干異なってくるため、色が付いた状態となり、不十分ながら３Ｄ形状ができてしまう。
ここで、更に、台の形状を回転体にすると、被写体の周りを撮像手段が回転した場合、台の形状の特徴点が識別されないため、単一色と相まって、台の３Ｄ形状が生成されなくなる。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明において、被写体を撮影する全面３Ｄ形状生成用撮像装置はベース板と、ベース板の中央に固定され、被写体を載置する被写体台座と、前記被写体台座を載置する被写体テーブルと、前記ベース板に回転可能に取り付けられた回転アームと、回転アームの一方端に取り付けられ、回転アームとともに回転する撮像手段を有する撮像ユニットおよび前記回転アームの他方端に取りつけられ、前記被写体の背景が撮像手段によって撮像されるのを遮るバックスクリーンとを含み、
前記被写体台座が、回転体形状を持ち、かつ、単一色で形成されており、前記バックスクリーンが、板状で、かつ、単一色で形成されていることを特徴とすることである。

請求項２に記載の発明において、前記被写体台座は、円筒形状、直径の異なる円筒形が組み合わさった円筒形状、又は、放物線の軸回転で生成される円錐台形状、又は、前記円筒形状と前記円錐台形状が組合わされた形状を持つことを特徴とすることである。

請求項３に記載の発明において、前記被写体台座は単一色で、かつ、グラデュエーションではない均一な色を持つことを特徴とすることである。

請求項４に記載の発明において、前記バックスクリーンは単一色で、かつ、グラデュエーションではない均一な色を持つことを特徴とすることである。

前記の回転状形状と単一色を持つ被写体台座と、前記の板状の単一色のバックスクリーンを用いて被写体を撮影することにより、被写体のみが特徴点と各特徴点の色を持つことになり、被写体のみが３Ｄ形状化され、周辺風景は３Ｄ形状化されない。周辺風景の画像処理が無視されるため、正立及び倒立で撮影された被写体画像のみが、アギソフトフォトスキャンのアルゴリズムの要件に合致し、被写体の上面、側面、底面の全面を持つ３Ｄ形状が生成される。

３Ｄ画像生成ソフトウェアであるアギソフトフォトスキャンは、被写体と周辺風景の位置関係が変化しない条件で複数の画像を撮影し、これら画像の多数の特徴点と各特徴点の色から３Ｄ画像を生成する。そのため、被写体の上下を変えて撮影すると、アギソフトフォトスキャンの画像生成アルゴリズムに合致しないため、被写体の上面、側面、底面を含む全面の３Ｄ画像を生成することができなかった。
本発明では、被写体を載せる単一色の回転体型台座と、被写体の後方を遮蔽する単一色のバックスクリーンを用いて、被写体の上下を変えて撮影しても、被写体の全面の３Ｄ画像を生成することが可能となった。

図１は、全面３Ｄ形状生成用撮像装置の上面図である。 図２は、全面３Ｄ形状生成用撮像装置の側面図である。 図３は、回転アームユニットの上面図である。 図４は、回転アームユニットの側面図である 図５は、被写体テーブルユニットの図である。 図６は、撮像ユニットの図である。 図７は、各種の被写体台座である。 図８は、被写体の側面を撮影している状態図である。 図９は、撮影された被写体側面の画像（点線内）を示す。 図１０は、被写体の上面を撮影している状態図である。 図１１は、被写体の底面を撮影している状態図である。 図１２は、撮影された被写体底面の画像（点線内）を示す。

図１に示す全面３Ｄ形状生成用撮像装置は、ベース板５に取り付けられ前記ベース板５に対して回転可能に取り付けられた回転アームユニット１と、前記ベース板５の中央に固定された被写体テーブルユニット２と、前記回転アーム１１の一方端に取り付けられ、前記回転アーム１１と共に回転する撮像ユニット３、並びに、前記回転アーム１１の他方端に取りつけられ、前記回転アーム１１と共に回転するバックスクリーン４とから構成される。

図３に示す回転アームユニット１は、ベース板５と、ベアリング７と、被写体テーブル用固定軸８と、回転アーム１１から成り、回転アーム１１は、ベアリング７を介し、かつ、ベアリング７の中空部を通り、且つ、ベース板５に固定された被写体テーブル用固定軸８を中心軸として、回転可能に取り付けられている。
又、回転アーム１１は、ベース板５に貼り付けされた角度表示板６を参照し、一定角度を手動で回転、停止させる。
更に、ベアリング７に角度制御機能付きモーターを付与して、自動で回転、停止させることも可能である。

図５に示す被写体テーブルユニット２は、前記被写体テーブル用固定軸８に固定された被写体テーブル９と、前記被写体テーブル９の上に固定された被写体台座１０から構成されている。
このため、回転アーム１１が回転しても、被写体テーブル９、被写体台座１０と被写体１７は静止している。

図６に示す撮像ユニット３は、撮像手段１２と、撮影手段を前後に移動する前後移動調整手段１３、撮像手段の高さ調整手段１５、方向調節手段１６から構成されている。撮像ユニット３は、回転アーム１１の片方の一端に取り付けられており、回転アーム１１を一定角度回転させ、停止した後、被写体１７を撮影する。撮影手段の前後、高さ、方向を変えながら、撮影を順次繰り返すことにより、被写体１７の上面、側面、底面の全面を撮影する。

図１に示すバックスクリーン４は、回転アーム１１上に、撮像ユニット３から見て被写体１７の後方の位置に取り付けられる。バックスクリーン４は、撮像手段ユニット３と常時同期して回転し、被写体１７以外の、周辺風景の壁や天井などが画像に写り込むのを妨げる。

前記バックスクリーン４は板状で単一色を持つ。単一色であればどの色でも良いが、被写体の色を明るく撮影するためには、背景色を黒などの暗色にすると良い。本単一色は、アギソフトフォトスキャンのアルゴリズムの画像要件と不一致となるため、バックスクリーン４は３Ｄ形状化されない。

図５に示す前記被写体台座１０は、回転体形状を持ち、且つ、単一色を持つ。回転体形状は、図７に示すように各種の形状がある。色は、単一色であればどの色でも良いが、被写体１７の色を明るく撮影するためには、背景色を黒などの暗色にすると良い。
本回転体形状と本単一色は、アギソフトフォトスキャンのアルゴリズムの画像要件を不一致とするため、本被写体台座１０は３Ｄ形状化されない。

図８に示すように、被写体台座１０の上に、お椀形状の被写体１７を、開口部を上に向けた正立状態で設置する。後方のバックスクリーン４は黒色とした。撮像手段１２、例えばカメラで、横から側面を隣同士７０以上の重なりをもって撮影する。この時、被写体１７の後方の風景は、バックスクリーン４に遮られて、写らないように撮影する。
この方法で撮影した被写体１７は、図９で示すバックスクリーン４上の点線で区切られた正立状態の被写体の撮影画角１８の画像となる。被写体１７のみが特徴点と色を持っており、背景は黒色になっている。

図１０で示すように、撮像手段１２で、上方から上面を、隣同士７０％以上の重なりをもって撮影する。この時、被写体１７の後方の風景は、バックスクリーン４に遮られて、写らないように撮影する。

図１１で示すように、被写体台座１０の上で、お椀形状の被写体１７を、開口部を下に向けた倒立状態で設置する。撮像手段１２で上方から底面を、隣同士７０以上の重なりをもって撮影する。この時、倒立状態の被写体１７の後方の風景は、バックスクリーン４に遮られて、写らないように撮影する。
この方法で撮影した倒立状態の被写体１７は、図１２に示すバックスクリーン４上の点線で区切られた倒立状態の被写体の撮影画角１９の画像となる。被写体１７のみが特徴点と色を持っており、背景は黒色になっている。

上記のように撮影した上面、側面、底面の撮影画像を、一括してアギソフトフォトスキャンで処理すると、被写体の全面を含んだ３Ｄ形状を生成することができる。

１：回転アームユニット
２：被写体テーブルユニット
３：撮像ユニット
４：バックスクリーン
５：ベース板
６：回転角度表示板
７：ベアリング
８：被写体テーブル用固定軸
９：被写体テーブル
１０：被写体台座
１１：回転アーム
１２：撮像手段
１３：前後移動調整手段
１４：保持軸
１５：高さ調整手段
１６：方向調整手段
１７：被写体
１８：正立状態の被写体の撮影画角
１９：倒立状態の被写体の撮影画角

Claims (4)

1. 被写体の全面の３Ｄ形状を生成するための撮像装置において、
   ベース板と、
   該ベース板の中央に固定され、被写体を載置する被写体台座と、
   前記被写体台座を載置する被写体テーブルと、
   前記ベース板に回転可能に取り付けられた回転アームと、
   回転アームの一方端に取り付けられ、回転アームとともに回転する撮像手段を有する撮像ユニットおよび
   前記回転アームの他方端に取りつけられ、前記被写体の背景が撮像手段によって撮像されるのを遮るバックスクリーンとからなり、
   前記被写体台座が、回転体形状を持ち、かつ、単一色で形成されており、前記バックスクリーンが、板状で、かつ、単一色で形成されていることを特徴とする全面３Ｄ形状生成用撮像装置。
2. 前記被写体台座は、円筒形状、直径の異なる円筒形が組み合わされた円筒形状、又は、放物線の軸回転で生成される円錐台形状、又は、前記円筒形状と前記円錐台形状が組合わされた形状を持つことを特徴とする請求項１記載の前記全面３Ｄ形状生成用撮像装置。
3. 前記被写体台座は単一色で、かつ、グラデュエーションではない均一な色を持つことを特徴とする請求項１または２記載の前記全面３Ｄ形状生成用撮像装置。
4. 前記バックスクリーンは単一色で、かつ、グラデュエーションではない均一な色を持つことを特徴とする請求項１から３記載の前記全面３Ｄ形状生成用撮像装置。