JP3524837B2 - 立体表面計測方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば身体のよう
な立体表面形状を高い精度でかつ効率的に計測する方法
および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】人体のような立体の表面形状を測定する
装置については、医療の分野、アパレル業界を中心とし
て、必要な精度で効率的に計測したいという強い要請が
ある。しかしながら、人体のような複雑な形状をデータ
として活用するためには、全身形状をくまなく計測する
とともに、計測中に静止しているのが条件となるために
高速で計測できることが条件となる。静止物体の表面形
状の測定については、数多くの提案があり、人体等の三
次元形状計測装置についても提案がある。特開平１０−
１２２８５０号公報には、ＰＳＤを用いた三次元形状計
測装置についての提案が記載されている。しかしなが
ら、この装置は、計測空間を囲う形に配置された移動枠
とこの移動枠の対抗する２つの側面に向かい合うように
配置され、光を水平方向に操作して人体までの距離を計
測する複数のセンサと、移動枠を移動させる駆動機構を
必要とし装置が複雑である。その上人体の生理的な移動
による変動の影響を避けるだけの計測時間を確保するこ
とは困難であると思われる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、例えば人体
の計測を課題として以下の課題を設定した。 １．計測範囲（高さ）：９００ｍｍ〜２０００ｍｍ ２．計測範囲（径） ：６００ｍｍ〜１５００ｍｍ ３．計測時間（全身）：１秒 ４．計測数値許容範囲（絶対誤差）：１ｍｍ（好ましく
は０．２ｍｍ） ５．計測データ処理時間：３０秒 本発明の目的は、前記課題を解決できる人体のような立
体表面形状を高い精度でかつ効率的に計測する方法およ
び装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、被測定物体に向けて配置される複数の計
測ヘッドと、前記計測ヘッドの計測時間を制御するとと
もに、計測データを処理して蓄積する制御部分とを用い
る非接触立体計測方法であって、前記計測ヘッドは、前
記被測定物体の表面に縞状のパターンを形成する光源
と、前記光源により形成された前記パターンを撮像する
カメラとをそれぞれ備え、前記被測定物体の中心軸が仮
想中心軸と略一致するように配置するステップと、前記
被測定物体を前記仮想中心軸に交わるｎ（≧１）段の平
面の各段に、前記カメラの光軸を前記仮想中心軸に向
け、前記被測定物体の表面の各環状帯状部を、ｍ（≧
３）個の前記計測ヘッドでもって覆うように配置する際
に、前記計測ヘッドのうち、相互に隣接する前記計測ヘ
ッドの前記カメラで、前記光源により前記被測定物体の
表面に形成される前記パターン像を撮像する時に、前記
被測定物体の表面における視野が、相互に重なるように
構成するステップと、前記被測定物体の表面における前
記カメラの視野が、相互に共通の視野を有しない組合せ
を構成する複数の計測ヘッドを動作させる第１ステップ
と、続いて、残りの計測ヘッドの内、前記被測定物体の
表面におけるカメラの視野が、相互に共通の視野を有し
ない組合せを構成する複数の計測ヘッドを動作させる第
２ステップと、前記第２ステップを残りの計測ヘッドの
数がゼロになるまで繰り返すステップと、前記の全ステ
ップで得たｎ×ｍ組の取得データを処理して立体データ
を得るステップと、から構成した。また、本発明は、被
測定物体の中心軸を仮想中心軸と略一致させて配置する
ための空間と、前記被測定物体の表面に縞状のパターン
を形成する光源と、前記光源により形成された前記パタ
ーンを撮像するカメラとをそれぞれ備え、前記仮想中心
軸に交わるｎ（≧１）段の平面の各段に、前記カメラの
光軸を前記仮想中心軸に向け、前記被測定物体の表面の
各環状帯状部を、ｍ（≧３）個の計測ヘッドでもって覆
うように配置され、かつ、前記計測ヘッドのうち、相互
に隣接する前記計測ヘッドの前記カメラで、前記光源に
より前記被測定物体の表面に形成される前記パターン像
を撮像する時に、前記被測定物体の表面における視野
が、相互に重なるように前記空間外に配置される複数の
計測ヘッドと、前記被測定物体の表面における前記カメ
ラの視野が、相互に共通の視野を有しない組合せを構成
する複数の計測ヘッドを動作させる第１ステップと、続
いて、残りの計測ヘッドの内、前記被測定物体の表面に
おけるカメラの視野が相互に共通の視野を有しない組合
せを構成する複数の計測ヘッドを動作させる第２ステッ
プと、前記第２ステップを残りの計測ヘッドの数がゼロ
になるまで繰り返すステップと、前記の全ステップで得
たｎ×ｍ組の取得データを処理して立体データを得る制
御装置とから構成した。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下図面等を参照して本発明によ
る装置の実施の形態を説明する。図１は、本発明による
立体表面計測方法および装置実施例の概念を説明するた
めの略図的斜視図である。図５は、本発明による立体表
面計測方法および装置の実施例における撮影フレームに
対する計測ヘッドの配列を示す斜視図である。図１に示
す略図は、図５に示す撮影フレームの台３に被測定物体
（Ｏｂ）２（例えば人体を起立させたもの）、仮想中心
軸（ＩＡ）１を中心に配置した状態を、任意の段のＣＣ
Ｄカメラとの関係を略図で示したものである。

【０００６】ＣＣＤカメラ４_Ai, ４_Bi, ４_Ci, ４_Diは、
図１に示す仮想中心軸（ＩＡ）１に交わる平面Ｐ_i にそ
の光軸を前記仮想中心軸に向け、前記物体（Ｏｂ）２の
環状帯状部を４個の計測ヘッドの視野で覆うように配置
されている。図２に各カメラ４ _Ai, ４_Bi, ４_Ci, ４_Diの
視野の重なりと被測定物体（Ｏｂ）の関係を示す平面略
図を示す。

【０００７】図３に、計測ヘッドの構成と光学操作の動
作原理を示す。図４は、計測ヘッドの構成と投影パター
ンを示すさらに他の略図である。任意の計測ヘッドＡ_i,
Ｂ_i,Ｃ _i,Ｄ_i はそれぞれ、ＣＣＤカメラ４、ポリゴンミ
ラー５、光源であるレーザ６およびシリンドリカルレン
ズ７を含んでいる。ＣＣＤカメラ４、ポリゴンミラー５
は、一定の距離（基線長）離れて配置され、時系列変調
された光源であるレーザ６からの光はシリンドリカルレ
ンズ７によりポリゴンミラー５上に集光され、ポリゴン
ミラー５の回転により走査され、物体Ｏｂ上に物体Ｏｂ
の表面形状に対応する図４に示すような縞のパターンを
形成する。この像が、ＣＣＤカメラ４により撮像され
る。

【０００８】図６は、本発明による前記実施例装置で使
用するビデオ計測ヘッドの高さ方向の配列と視野の重な
りを説明するための略図である。図６は、図５に示した
計測ヘッドＡ_2,Ａ_3,Ａ₄ を取り出して示してある。例え
ば計測ヘッドＡ₃ は、ポリゴンミラー５_A3により、走査
された物体（図示せず）の表面を撮像する。

【０００９】図７は、本発明による前記立体表面計測装
置の実施例装置のシステムブロック図である。計測ヘッ
ドは４台４列計１６台を用いる。計測ヘッドＡ₁,Ａ₂,Ａ
₃,Ａ₄は、図５に示すように一列に配置されている。他
の計測ヘッドＢ₁ 〜Ｂ₄, Ｃ₁〜Ｃ₄,Ｄ₁ 〜Ｄ₄ も同様
である。制御ＰＣ（Ｉ）１１、制御ＰＣ（II）１２は、
前記Ａ，Ｂ列の制御ヘッド出力の処理を、制御ＰＣ（II
I）１３、制御ＰＣ（IV）１４は、前記Ａ，Ｂ列の制御
ヘッド出力の処理をしている。これらの制御ＰＣ１１〜
１４からのデータは、データ処理パソコン１８でデータ
処理される。処理されたデータはハブ１７を介して外部
のコンピュータに接続される。

【００１０】図８は、前記本発明による立体表面計測装
置の実施例の計測、データ転送、データ処理のシーケン
ス図である。前記実施例に係るシステムは、データの取
得とデータ前処理の計測期間を２．０秒、データ転送に
２．０秒、データの統合処理に６０秒を予定している。
当初の０．５秒内に計測ヘッドＡ_1,Ａ₃ とＣ_1,Ｃ₃ が動
作させられる。このときこれらのいずれかと共通の視野
を有するＡ_2,Ａ₄ とＣ_2,Ｃ₄ とＢ_1,Ｂ_2,Ｂ_3,Ｂ₄ とＤ_1,
Ｄ_2,Ｄ_3,Ｄ₄ は不作動の状態にある。

【００１１】次の０．５秒内（０．５〜１．０秒）に計
測ヘッドＡ_２，Ａ_４とＣ_２，Ｃ_４が動作させられる。こ
のときこれらのいずれかと共通の視野を有するＡ_１，Ａ
_２とＣ _１ ，Ｃ_３とＢ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，Ｂ_４とＤ_１，
Ｄ_２，Ｄ_３，Ｄ_４は不作動の状態にある。次の０．５秒
内（１．０〜１．５秒）に計測ヘッドＢ_１，Ｂ_３と
Ｄ_１，Ｄ_３が動作させられる。このときこれらのいずれ
かと共通の視野を有するＢ_２，Ｂ_４とＤ_２，Ｄ_４と
Ａ_１，Ａ_２，Ａ_３，Ａ_４とＣ_１，Ｃ_２，Ｃ_３，Ｃ_４は不
作動の状態にある。

【００１２】次の０．５秒内（１．５〜２．０秒）に計
測ヘッドＢ_２，Ｂ_４とＤ_２，Ｄ_４が動作させられる。こ
のときこれらいずれかと共通の視野を有するＢ_１，Ｂ_３
とＤ_１，Ｄ_３とＡ_１，Ａ_２，Ａ_３，Ａ_４とＣ_１，Ｃ_２，
Ｃ_３，Ｃ_４は不作動の状態にある。このようにして取得
されたデータは、引き続いて前記制御ＰＣ（Ｉ，ＩＩ，
ＩＩＩ，ＩＶ）１１，１２，１３，１４で、前処理（ノ
イズカット、フィルタリング）が行われ、データ処理パ
ソコン１８に転送される。データ転送は、ＴＣＰ／ＩＰ
プロトコルにより行われる。データ処理パソコン１８で
は、座標の計算およびデータの合成処理が行われる。

【００１３】図９は、前記本発明による立体表面計測装
置の実施例の計測、データ転送、データ処理の流れ図で
ある。この流れ図は計測から、最終出力ファイルが出力
されるまでの流れを示している。 データ処理ＰＣの流れ （ステップ２０）データ処理ＰＣは、制御ＰＣに計測開
始を命令する。 制御ＰＣの流れ （ステップ３０）制御ＰＣは計測ヘッドに計測を開始さ
せる。 （ステップ３１）制御ＰＣは計測ヘッドの取得したデー
タにフィルタリング等の前処理を行う。 （ステップ３１）前処理された結果の出力をデータ処理
ＰＣに出力する。 データ処理ＰＣの流れ （ステップ２１）データ処理ＰＣからの前処理されたデ
ータを受信する。 （ステップ２２）点群データの変換をする。 （ステップ２３）各データの回転・平行移動をする。 （ステップ２４）データの合成処理、平滑化処理を行
う。 （ステップ２５）等高線データファィルを出力する。

【００１４】

【発明の効果】以上、説明したように本発明による立体
表面計測方法および装置によれば、人体の立体データ等
を極めて短時間２．０秒以内に取得することができる。
そしてそのデータを立体表現のデータに変換してただち
に出力が可能となる。前述した実施例は、先に設定した
定量的な課題を完全に解決している。本発明により、得
られたデータを集積して、人体の立体データのデータベ
ースの構築が可能となった。また個人データベースの利
用も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による立体表面計測方法および装置の実
施例の概念を説明するための略図的斜視図である。

【図２】被測定対象物の表面におけるカメラの視野の重
なりと被測定物体の関係を示す平面略図である。

【図３】計測ヘッドの構成と光学操作の動作原理を示す
略図である。

【図４】計測ヘッドの構成と投影パターンを示すさらに
他の略図である。

【図５】本発明による立体表面計測方法および装置の実
施例における撮影フレームに対する計測ヘッドの配列を
示す斜視図である。

【図６】本発明による装置で使用するビデオ計測ヘッド
の高さ方向の配列と被測定対象物の表面におけるカメラ
の視野および投影パターンの重なりを説明するための略
図である。

【図７】本発明による立体表面計測装置の実施例のシス
テムを示すブロック図である。

【図８】本発明による立体表面計測装置の実施例の計
測、データ転送、データ処理のシーケンス図である。

【図９】本発明による立体表面計測装置の実施例の計
測、データ転送、データ処理の流れ図である。

【符号の説明】

１ 仮想中心軸（ＩＡ） ２ 被測定物体（Ｏｂ） ３ 台 Ａ_i,Ｂ_i,Ｃ_i,Ｄ_i 計測ヘッド ４ ＣＣＤカメラ ５ ポリゴンミラー ６ 光源レーザ ７ シリンドリカルレンズ １０ フレーム １１〜１４ 制御ＰＣ（Ｉ〜IV） １５ 制御用モニタ １７ ハブ １８ データ処理パソコン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山岡 嘉剛 埼玉県上尾市緑丘５−10−10 (72)発明者 下村 勝則 東京都多摩市永山３−１−４−203 (56)参考文献 特開 平９−257437（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−267624（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−101623（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−122606（ＪＰ，Ａ) 特開2001−255125（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物体に向けて配置される複数の計
   測ヘッドと、前記計測ヘッドの計測時間を制御するとと
   もに、計測データを処理して蓄積する制御部分とを用い
   る非接触立体計測方法であって、前記計測ヘッドは、前記被測定物体の表面に縞状のパタ
   ーンを形成する光源と、前記光源により形成された前記
   パターンを撮像するカメラとをそれぞれ備え、 前記被測定物体の中心軸が仮想中心軸と略一致するよう
   に配置するステップと、 前記被測定物体を前記仮想中心軸に交わるｎ（≧１）段
   の平面の各段に、前記カメラの光軸を前記仮想中心軸に
   向け、前記被測定物体の表面の各環状帯状部を、ｍ（≧
   ３）個の前記計測ヘッドでもって覆うように配置する際
   に、 前記計測ヘッドのうち、相互に隣接する前記計測ヘッド
   の前記カメラで、前記光源により前記被測定物体の表面
   に形成される前記パターン像を撮像する時に、前記被測
   定物体の表面における視野が相互に重なるように構成す
   る ステップと、 前記被測定物体の表面における前記カメラの視野が相互
   に共通の視野を有しない組合せを構成する複数の計測ヘ
   ッドを動作させる第１ステップと、 続いて、残りの計測ヘッドの内、前記被測定物体の表面
   におけるカメラの視野が相互に共通の視野を有しない組
   合せを構成する複数の計測ヘッドを動作させる第２ステ
   ップと、 前記第２ステップを残りの計測ヘッドの数がゼロになる
   まで繰り返すステップと、 前記の全ステップで得たｎ×ｍ組の取得データを処理し
   て立体データを得るステップと、 から構成した立体表面計測方法。
2. 【請求項２】 被測定物体の中心軸を仮想中心軸と略一
   致させて配置するための空間と、前記被測定物体の表面に縞状のパターンを形成する光源
   と、前記光源により形成された前記パターンを撮像する
   カメラとをそれぞれ備え、 前記仮想中心軸に交わるｎ（≧１）段の平面の各段に、
   前記カメラの光軸を前記仮想中心軸に向け、前記被測定
   物体の表面の各環状帯状部を、ｍ（≧３）個の計測ヘッ
   ドでもって覆うように配置され、 かつ、前記計測ヘッドのうち、相互に隣接する前記計測
   ヘッドの前記カメラで、前記光源により前記被測定物体
   の表面に形成される前記パターン像を撮像する時に、前
   記被測定物体の表面における視野が相互に重なるように
   前記空間外に配置される複数の計測ヘッドと、 前記被測定物体の表面における前記カメラの視野が相互
   に共通の視野を有しない組合せを構成する複数の計測ヘ
   ッドを動作させる第１ステップと、 続いて、残りの計測ヘッドの内、前記被測定物体の表面
   におけるカメラの視野が相互に共通の視野を有しない組
   合せを構成する複数の計測ヘッドを動作させる第２ステ
   ップと、 前記第２ステップを残りの計測ヘッドの数がゼロになる
   まで繰り返すステップと、 前記の全ステップで得たｎ×ｍ組の取得データを処理し
   て立体データを得る制御装置とから構成した立体表面計
   測装置。