JP4419570B2 - ３次元画像撮影装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は，例えばカメラを用いて対象物体を異なる視点位置から計測（撮影ともいう）し，これによって得られた複数の３次元形状データを統合して３次元モデルを生成する技術に関する。

従来，対象物体についての視差のある複数の画像（２次元画像）から３次元形状データを生成する技術が知られている。視差のある複数の画像を取得するために，複数のカメラが一体になった多眼カメラがしばしば用いられる。

多眼カメラでは，各カメラの外部パラメータ（カメラの位置姿勢）および内部パラメータ（焦点距離，画素ピッチなど）が予め校正されている。多眼カメラによって，対象物体を撮影し，得られた複数の画像から対応点を検出し，三角測量の原理で３次元再構成を行って３次元形状データを得る。対応点の組をより多く検出するために，対象物体にパターン光を投影して撮影する。

生成された３次元形状データに，対象物体の２次元画像（テクスチャ画像）をマッピングすることにより，対象物体についての忠実な３次元モデルが生成される。マッピングのための画像の撮影には，パターン光は邪魔になるので，３次元形状データを得るための撮影とは別に行う。なお，用途，目的等によっては，３次元形状データ自体を３次元モデルと呼ぶこともある。

特許文献１に開示されている３次元画像撮影装置の様に，対象物体に照射するパターン光を赤外光などの不可視領域において投影し，その分光領域に感度をもつカメラにより三次元形状データを得，同時に可視領域に感度をもつカメラを用いて二次元画像を撮像し３次元モデルを生成する手法も存在する。

さて，一方向から物体を撮影する３次元計測では，計測カメラの撮像範囲以外の面の３次元情報は生じないため，１回の撮影で物体の全体を計測することができない。したがって，対象物体についての３次元モデルを生成するには，対象物体について，その周囲から視点位置を変えて複数回の撮影を行う必要がある。その方法として，距離画像の位置合わせを容易にするために物体を回転台上に置き，回転台を回転させて撮影方向を変更し，回転軸の位置情報を得るために回転台上に基準物体を設けるという３次元計測手法が提案されている（特許文献２）。この手法によれば，回転軸周りに各距離画像を回転台を回転分だけ回転させる座標変換により複数の距離画像の位置合わせを行うことができる。また，回転台の回転機構をモータにより行っており，コンピュータなどのホストで制御可能であるため，任意の角度を入力する事により，複数回の３次元形状の撮影を自動化する事も可能である。

なお，３次元形状データを取得する手法には，上述のように多眼カメラを用いるもののほか，飛行距離差を用いるもの等，種々の方式があり，本発明の適用上いずれの手法を採用可能である。
特許第３３８４３２９号 特開平４−２５９８０９号公報

上記システムにおいて対象物体の３次元モデルを自動で作成するためには，対象物体の撮影する回数と各撮影から次の撮影に移動する回転台の回転角度を，制御装置などに入力し，自動的に計測が可能である。比較的単純な形状の場合は４〜８回の撮影回数で３次元モデルを形成する為に十分である。特に，球や円筒形といった形状であれば，４〜８回を等間隔の角度の撮影によって実現できる。しかし，３次元モデルを作成する対象物体の形状は，任意であり，複雑な形状のものも存在する。複雑な形状であればあるほど，回転角度を小さくし撮影回数を増やせばよい。また，ある面では複雑な形状である面では単純な形状であるといったものは，複雑な形状の部分は撮影回数を増やし，単純な形状の部分は撮影回数を少なくすればよい。自動的に撮影する場合は，撮影者が対象物体の形状から判断し，マニュアルで撮影回数・回転角度を入力する事になる。等間隔の回転角度で撮影を行う場合であれば，撮影者の入力作業は，形状から判断して入れるだけで良いが，オペレータによって入力角度の判断基準のばらつきや必要以上に細かい角度でとってしまうという問題があった。また，全周に渡って，同じ様な形状の物体ではなく複雑な形状と単純な形状の組み合わせの物体では，等間隔で読み込むと単純な形状の部分で必要以上にデータを取得してしまい，撮影時間及びデータ量が大きくなり，更にはモデル形成の計算時間もかかってしまう問題点があった。

また，上記システムの場合，対象物体の上部の形状取得が形状によっては困難である。

本発明は，回転台上に対象物体を設置し，回転させ複数回読み取り，３次元モデルを作成する際に，対象物体の形状に依存する，最適な読み取り角度位置を判別できる３次元画像撮影技術を提供することを目的としている。

本発明によれば，上述の目的を達成するために，特許請求の範囲に記載のとおりの構成を採用している。ここでは，発明を詳細に説明するのに先だって，特許請求の範囲の記載について補充的に説明を行なっておく。

請求項１に係る発明は，１つの回転軸を中心に回転制御される回転台と，前記回転台上に保持された対象物体の３次元形状データを得るために対象物体を非接触で計測する第１の３次元座標取得装置と，前記回転台の回転角位置を選定する回転制御手段とを具備し，前記回転台上に保持された前記対象物体を，前記第１の３次元座標取得装置により，異なる視点位置から計測してそれぞれの視点位置に対する３次元形状データを取得し，これら３次元形状データを合成して前記対象物体の全周囲の３次元モデルを生成する３次元画像撮影装置において，前記回転台上方に配置された第２の３次元座標取得装置と，前記第２の３次元座標取得装置の一部をなすカメラが取得した２次元画像に基づいて前記回転軸に沿って投影した前記対象物体の輪郭データをモニタする外周情報モニタ手段と，前記輪郭データから，前記第１の３次元座標取得装置により計測を行なうときの前記回転台の回転位置を決定する回転位置決定手段とを有し，前記回転位置決定手段は，前記対象物体が設置してある回転台の回転軸と同心で，前記対象物体の輪郭に接する最小の円と，前記回転軸と同心で，前記対象物体の輪郭に接する最大の円との間の半径差から前記輪郭データを数値化し，前記半径差が小さいほど，前後する視点における角度位置の間の角度を大きくして前記第１の３次元座標取得装置に３次元形状データを取得させ，かつ，前記第２の３次元座標取得装置により前記対象物体の上方の３次元形状データを取得することを特徴とする３次元画像撮影装置である。

請求項２に係る発明は、１つの回転軸を中心に回転制御される回転台と，前記回転台上に保持された対象物体の３次元形状データを得るために対象物体を非接触で計測する第１の３次元座標取得装置と，前記回転台の回転角位置を選定する回転制御手段とを具備し，前記回転台上に保持された前記対象物体を，前記第１の３次元座標取得装置により，異なる視点位置から計測してそれぞれの視点位置に対する３次元形状データを取得し，これら３次元形状データを合成して前記対象物体の全周囲の３次元モデルを生成する３次元画像撮影装置において，前記回転台上方に配置された第２の３次元座標取得装置と，前記第２の３次元座標取得装置の一部をなすカメラが取得した２次元画像に基づいて前記回転軸に沿って投影した前記対象物体の輪郭データをモニタする外周情報モニタ手段と，前記外周情報から，前記第１の３次元座標取得装置により計測を行なうときの前記回転台の回転位置を決定する回転位置決定手段とを有し，前記回転位置決定手段は，前記対象物体が設置してある回転台の回転軸と同心で所定間隔で離間する複数の同心円と前記輪郭の交点の数の推移から前記輪郭データを数値化し，前記交点の数が少ない箇所ほど，前後する視点における角度位置の間の角度を大きくして前記第１の３次元座標取得装置に３次元形状データを取得させ，かつ，前記第２の３次元座標取得装置により前記対象物体の上方の３次元形状データを取得することを特徴とする３次元画像撮影装置である。

請求項８の発明は、１つの回転軸を中心に回転制御される回転台と，前記回転台上に保持された対象物体の３次元形状データを得るために対象物体を非接触で計測する第１の３次元座標取得装置と，前記回転台の回転角位置を選定する回転制御手段とを用い，前記回転台上に保持された前記対象物体を，前記第１の３次元座標取得装置により，異なる視点位置から計測してそれぞれの視点位置に対する３次元形状データを取得し，これら３次元形状データを合成して前記対象物体の全周囲の３次元モデルを生成する３次元画像撮影方法において，前記回転台上方に第２の３次元座標取得装置を配置して前記第２の３次元座標取得装置により前記対象物体の上方の３次元形状データを取得し，かつ、前記第２の３次元座標取得装置の一部をなすカメラが取得した２次元画像に基づいて前記回転軸に沿って投影した前記対象物体の輪郭データをモニタし，前記対象物体が設置してある回転台の回転軸と同心で，前記対象物体の輪郭に接する最小の円と，前記回転軸と同心で，前記対象物体の輪郭に接する最大の円との間の半径差から前記輪郭データを数値化し，前記半径差が小さいほど，前後する視点における角度位置の間の角度を大きくして前記第１の３次元座標取得装置により３次元形状データを取得することを特徴とする３次元画像撮影方法である。

請求項９に係る発明は、１つの回転軸を中心に回転制御される回転台と，前記回転台上に保持された対象物体の３次元形状データを得るために対象物体を非接触で計測する第１の３次元座標取得装置と，前記回転台の回転角位置を選定する回転制御手段とを用い，前記回転台上に保持された前記対象物体を，前記第１の３次元座標取得装置により，異なる視点位置から計測してそれぞれの視点位置に対する３次元形状データを取得し，これら３次元形状データを合成して前記対象物体の全周囲の３次元モデルを生成する３次元画像撮影方法において，前記回転台上方に第２の３次元座標取得装置を配置して前記第２の３次元座標取得装置により前記対象物体の上方の３次元形状データを取得し，かつ、前記第２の３次元座標取得装置の一部をなすカメラが取得した２次元画像に基づいて前記回転軸に沿って投影した前記対象物体の輪郭データをモニタし，前記対象物体が設置してある回転台の回転軸と同心で所定間隔で離間する複数の同心円と前記輪郭の交点の数の推移から前記輪郭データを数値化し，前記交点の数が少ない箇所ほど，前後する視点における角度位置の間の角度を大きくして前記第１の３次元座標取得装置により３次元形状データを取得することを特徴とする３次元画像撮影方法である。

なお，本発明は装置またはシステムあるいは方法として実現できるのみでなく，そのような発明の一部をソフトウェアとして構成することができることはもちろんである。またそのようなソフトウェアをコンピュータに実行させるために用いるソフトウェア製品も本発明の技術的な範囲に含まれることも当然である。

本発明の上述の側面および他の側面は特許請求の範囲に記載され以下実施例を用いて詳述される。

本発明によれば，回転台上に対象物体を設置し，回転させ複数回読み取り３次元モデルを作成する際に，対象物体に最適な読み取り角度位置を算出する事が可能になる。

以下，本発明の実施例について説明する。

［前提構成］
本発明の各実施例を説明する前に，その理解を容易にするために前提となる３次元画像撮影装置の構成について説明しておく。

図１は本発明の各実施例の前提となる３次元画像撮影装置を示しており，この図において，３次元画像撮影装置は，回転台１，３次元座標取得装置２，制御装置３等を有して構成されている。回転台１は回転軸を中心にテーブル４を回転させる。３次元座標取得装置２は，固定して取り付けられ，回転台１のテーブル４に載置された対象物体５を回転台１の回転角度位置に応じた視点で撮影し，対象物体５の表面上の複数の点の座標データ（形状データ）を取得する。制御装置３は例えばコンピュータであり，回転台１の回転制御・角度位置制御を行い，また，３次元座標取得装置２から取得した座標データを張り合わせて全周囲の３次元モデルのデータを合成する。表示部３ａは，対象物体のモニタ画像等を表示するものである。

３次元座標取得装置２は，例えば，ステレオ画像法，光切断法，空間コード化法や特許第３３８４３２９号などに記載されている手法により，対象物体の３次元形状を測定する。それと同時に，対象物体の２次元画像（テクスチャ画像）も取得する。特許第３３８４３２９号を例に取れば，投影パターンが可視領域の波長域である場合は，別途２次元画像取得用カメラを用意するか，パターンを点灯時は３次元情報を取得し，パターン消灯時に２次元画像を取得するまた，投影パターンを不可視領域の波長域で投影する場合には，３次元画像取得用カメラと２次元画像取得用カメラを別に用意，もしくは各波長成分に分割する光学素子を用いて，各波長成分に分光感度をもつ撮像素子によって同じカメラで３次元画像と２次元画像を同時に取得する事が可能である。３次元座標取得装置２は，１台もしくは複数台のカメラや投光器との組み合わせのバリエーションにより構成される。たとえば，ステレオ画像法は，二台以上のカメラで構成され，光切断法や空間コード化法は投光器と１台もしくは複数台のカメラとの組み合わせで構成され，特許第３３８４３２９号は，投光器と２台もしくは複数台のカメラとの組み合わせで構成される。そのため，カメラが撮像される範囲や，投光器が投光される範囲の３次元画像しか取得が出来ない。従って，３次元モデルを作成するためには，図１に示すように対象物体５を回転台１の上に設置し，回転台１の複数の回転角位置で複数回測定を行い３次元モデルを作成する。図１に示す例では，画像入力の効率化を図るため，３次元座標取得装置２と回転台１を制御可能な制御装置３（ホストコンピュータ）に接続し，この制御装置３により，回転台１への回転角の移動指示と，３次元座標取得装置２の制御，撮影，画像転送，画像処理などを行っている。

つぎに，３次元座標取得装置２の構成例について説明しておく。

３次元座標取得装置２の構成例を図２に示す。図２において，３次元座標取得装置２は，投影装置（プロジェクタ）１１，モニタ用撮像装置（第１カメラ。ＣＣＤカメラ）１２，三角測量用撮像装置（第２カメラ。ＣＣＤカメラ）１３およびハーフミラー１４を含んで構成されている。投影装置１１は，３次元座標取得を行うためにパターンを測定対象に対して投影する。モニタ用撮像装置１２は，投影装置１１と，ほぼ同一主点，同一光軸に配置されパターンをモニタする。三角測量用撮像装置１３は撮影装置と異なる光軸に配置されている。この点は例えば特開２０００−６５５４２公報に記載のものと同様の構成である。投影装置１１は，プロジェクタもしくはレーザスリット投影系を用いる。この投影装置１１はあらかじめ定められたコードに対応する輝度値によって投影パターンを形成し，投影を行う。投影パターンは，図３に示すような濃淡のあるスリットパターンを用い，例えば，図３の右側に図示されている物体（測定対象）にパターン投影する。投影パターンはハーフミラー１４を介して測定対象に投影され，その反射光がハーフミラー１４で反射されてモニタ用撮像装置１２に入射する。測定対象からの反射光はモニタ用撮像装置１２とは異なる光路を経て三角測量用撮像装置１３に入射する。

図４も用いてパターン投影およびその撮像について詳細に説明する。モニタ用撮像装置（第１カメラ）１２と投影装置（プロジェクタ）１１は，先に述べたようにハーフミラー１４などを用いて，ほぼ同一主点，同一光軸に配置される。三角測量用撮像装置（第２カメラ）１３は，別光軸上に配置される。投影装置（プロジェクタ）１１により図４に示すようなストライプパターンを投影する。ほぼ同主点，同光軸のモニタ用撮像装置（第１カメラ）１２で観測された画像（第１カメラの撮像画像）から再符号化を実施し，さらに，モニタ用撮像装置（第１カメラ）１２で観測された画像（第１カメラの撮像画像）と三角測量用撮像装置（第２カメラ）１３で観測された画像（第２カメラの撮像画像）とから距離画像を算出する。再符号化は高精度の計測に必要であるが，必須なわけではない。

［外周情報取得に特徴がある実施例］
以下，本発明の各実施例を詳細に説明する。まず，外周情報を取得する点に特徴がある実施例１〜６について説明する。

まず本発明の実施例１について説明する。図５は，本発明の実施例１を示しており，図１の構成例の回転台１の上部にカメラ６を設置したものである。上部からカメラ６を設置する事により対象物体５の外周情報（外形形状，輪郭，底面形状）を計測するものである。なお，図５において図１と対応する箇所には対応する符号を付した。図１２にあるような対象物体を回転台１上部からのカメラ６で観測する。カメラ６で取得した画像は図１３の様になる。対象物体の外周情報の算出は，回転台１および回転台１を設置している台（図示しない）から対象物体５を分離して行なう。対象物体の未設置状態の際に，カメラ６で画像を取得し，対象物体を設置した際の画像との差分で対象物体を認識し，外形を算出する事が一般的である。

カメラ６により取得した外周情報（外形，輪郭等）は回転位置等決定部７に送られ，読み取り回数，読み取り位置すなわち読み取りを行なう回転台１の回転位置が決定される。読み取り回数，読み取り位置をどのように決定するかについては実施例７以降で説明する。

実施例１の構成は，回転台１の上部にカメラ６を配置して対象物体（被写体）を認識するという基本的構成である。ただ，回転台１や回転台１をおいてある台の色と対象物体の色が同じ様な色である場合は，カメラ６での撮影において，被写体を分離する事は難しい。その為，対象物体下部を光らせ被写体のシルエットをカメラで撮影し，外形形状を求めるというやり方と，従来のクロマキー方式の様に，ブルーバックの台座にし，テクスチャ分離を容易にしやすくする手法を採用できる。これらについては実施例２および３に示す。対象物体５が回転台１に対して大きな場合には，回転台１を載置する台と対象物体との間でも確実に分離が行なわれるようにする必要がある。ただし，回転台１の大きさを十分な余裕を持って設計すれば，回転台１を載置する台の方に工夫をする必要はない。３次元モデルを自動的に取得するには，通常，３次元座標取得装置２が撮影可能な範囲内に収まる対象物体（被写体）でなければならず，この結果，通常は回転台１と対象物体５との分離のみを考慮すれば十分である。

つぎに本発明の実施例２について説明する。図６は，本発明の実施例２を示しており，図１の構成例の回転台１の上部にカメラ６を設置し，さらに回転台１のテーブル４上に光源８を設けたものである。上部からカメラ６を設置する事により対象物体５の外周情報（外形，輪郭等）を計測する。なお，図６において図１，図５と対応する箇所には対応する符号を付した。この実施例では回転台１のテーブル４を，光源８を内蔵する自発光式にし，対象物体５の外形を明瞭に分離できるようにしている。回転台１の輝度（色）と対象物体５の輝度（色）が近くて分離ができない場合にとくに有効である。この構成の場合，図１２の対象物体は，図１４の様に観測される。また，一般的にクロマキー処理で知られるように，回転台１をある特定の色（背景色）で構成し，その色を鍵として対象物体と分離するという手法もある。本構成の場合，対象物体と回転台との分離を簡単に行う事が可能である。

つぎに本発明の実施例３について説明する。図７は，本発明の実施例３を示しており，図１の構成例の回転台１の上部にカメラ６を設置し，さらに回転台１のテーブル４上ならびに回転台１の載置台（とくに回転台の周囲の位置）に光源８，８ａを設けたものである。上部からカメラ６を設置する事により対象物体５の外周情報（外形，輪郭等）を計測する。なお，図７において図１，図５または図６と対応する箇所には対応する符号を付した。この実施例では，対象物体５が回転台１よりも大きい事を想定し，回転台１及び回転台１を設置している台を自発光式にする。この構成の場合も，図１２の対象物体が，図１４の様に観測される。また，回転台１及び回転台１を設置している台の双方をある特定の色（背景色）で構成し，その色を鍵として対象物体と分離するという手法も採用できる。本構成の場合，対象物体と，回転台および載置台との分離を簡単に行う事が可能である。

つぎに本発明の実施例４について説明する。図８は，本発明の実施例４を示しており，図１の構成例の回転台１の上部に照明装置９を設置し，これに併せて回転台１のテーブル４上に光センサ配列１０を設けたものである。

図８に示すように，照明装置９により上部から対象物体５を投射し，対象物体５から形成される接地面および影を回転台１のテーブル４に設けた光センサ配列１０により検出し，計測している。光センサ配列１０は，二次元マトリックス状に配置する場合と，回転軸から放射状に配置するケースが考えられるがどちらでも構わない。

本実施例のおいても図１２の対象物体は，図１４の様に観測される。

なお，本実施例の光センサ配列１０に代えて図９に示すように圧力センサ配列１０ｂを回転台１のテーブル４上に設け，対象物体５の重力により対象物体５の底面形状を検出して外周情報としてもよい。また，図８の光センサ配列１０に感圧機能を付加し，投影面および底面形状の双方から外周情報を取得するようにしても良い。

つぎに本発明の実施例５について説明する。図１０は，本発明の実施例５を示しており，実施例４の構成に加えて，回転台１を載置する台にも光センサ配列１０ａを配置して成るものである。

図１０に示すように，照明装置９により上部から対象物体５を投射し，対象物体から形成される接地面および影を回転台１のもしくは回転台１を設置している台に配置された光センサ１０，１０ａにより検出し，計測している。本実施例でも，光センサ配列は，二次元マトリックス状に配置する場合と，回転軸から放射状に配置するケースが考えられるが，どちらでも構わない。

つぎに本発明の実施例６について説明する。図１１は，本発明の実施例６を示しており，図１の構成例の回転台１の上部にカメラ６や照明装置９に代えて３次元座標取得装置２ａを設置している。３次元座標取得装置２ａは，上方の視点から対象物体５の表面座標を取得する。また，３次元座標取得装置２ａのカメラを用いてカメラ６と同様に対象物体の外周上方を取得する。

実施例１〜５が採用する，回転台１および３次元座標取得装置２からなる基本構成で３次元モデルを作成する場合に，形状によっては，物体の上面部の形状が取得できないことがある。たとえば，図１６に示すような物体を，回転台１に設置して読み取りを行うと，図１９，図２０に示すように頭頂部のデータが欠落してしまう。図１７，図１８の様なデータを取得するためには，図５のカメラ６の代わり図１１に示すように３次元座標取得装置２ａを配置する。これによって，上方からの対象物体５の形状を計測する事が可能である。

［読み取り位置の決定に特徴がある実施例］
つぎに読み取り位置の決定に特徴がある実施例について説明する。

以下の実施例では，実施例１〜６により取得した外周情報を解析して，最適な読み取り位置・回数を求める。

まず，読み取り位置・回数の決定の基本的な考え方を説明する。たとえば図１２に示すような対象物体を読み取る場合，図１４に示すような外形形状を求める事が出来る。非常に単純な形状の場合，６０°置きもしくは４５°置きに均等に回転させ６方向もしくは８方向から読み取りを行う。８方向（４５°置き）の例を図１５において中太線の線分で示す。しかし，図１２の様な対象物の形状においては，上記設定角度であれば対象物体の影などによりデータが取りきれない部分が生じてしまう。その為，外形形状から，対象物体の形状の複雑さを推定し，最適な読み取り位置を算出する（図１５において太い矢印で示す）。外形形状から，最も小さな読み取り角度で読み込む角度を算出した場合，図１２の対象物体は，均等角度で読み取るならば，おおよそ１６等分（２２．５°おき）の読み取りが必要である。しかし，図１２の対象物体は，前面部と後面部は単純な形状であり，細かい均等角度で読み取りを行う場合，重複するデータが増え，処理時間がかかってしまう。そこで，外形形状から解析し，単純な部分は読み取り回数を少なく，複雑な部分は読み取り回数を多くすればよい。

なお，処理時間が増大することがさほど問題にならない場合には，上述のように最小読み取り角度を算出し，この角度で均等に読み取りを行なうようにしても良い。

図１５に図１２の外形形状から算出した読み取り位置の例を示す。黒い放射状の線の太線部が４５°間隔で，細い線がその中間の角度すなわち２２．５°である。矢印で示す線が最適な読み取り位置を表した線であり，図１２の対象物体においては，８方向からの読み取りで，３次元モデルが作成可能である。すなわち，４５°等間隔おきで画像を読み込んだのとデータ量は等価になると言える。

以下，以下に読み取り角度等の決定方法の実施例を示す。

本発明の実施例７の読み取り角度等の決定方法を説明する。この実施例では，対象物体の設置してある回転台中心を原点とし，外形形状の曲線をｙ＝ｆ（ｘ）とし，外形曲線の各点の傾きｆ’（ｘ）を算出し，傾き量の変化量が少ない場合は，緩やかな曲線と判断し，変化量が大きい場合は，複雑な曲線と判断する。この変化量に基づいて各点の複雑さを判別して必要な読み取り角度位置を決定しても良いし，トータルの読み取り回数を決定しても良い。

つぎに本発明の実施例８について説明する。以下では図２１（ａ）〜（ｃ）に示す外形形状の例を用いて説明する。

この実施例では，図２２に示すように，回転台中心部から，同心円を描き，輪郭（外形形状曲線ともいう）に最初に接する円と最後に接する円を求める。各々の円の半径差ｄを求め，最初に接する円の半径ｒで割った数値ｄ／ｒによって回転角度を決定する。図２２（ｂ）に示すように数値が限りなくゼロに近い場合は，６０°おき６ポイントの計測で，数値が大きくなるにつれ分割する角度を小さくし，読み取りポイントを多くする。他方，図２２（ａ）の様な図形の場合，破線で示すように９０°などの均等角度で分割し，その領域（象限）内で最初に接する円と最後に接する円との半径差を求めて最初に接する円の半径で割った数値によって，分割回数を決定してもよい。先の例（図２２（ｂ）に対応した計測例）の場合は，全周に渡って均等な角度で読み込みを行うが，象限で区切った本手法では，各々の象限ごとに読み取り角度を決めるので象限間の読み取り角度は必ずしも一致していない。

輪郭と同心円との間の交点の個数に応じて輪郭の複雑さを判別しても良い。個数が多いほど複雑となる。この場合も，象限等の部分領域にわけても良い。

つぎに本発明の実施例９について説明する。この実施例でも，実施例８と同様に等間隔の同心円を描く。各々の同心円と輪郭との接点を求め，その接点と円の中心を結ぶ。その様子を図２２（ｃ）に示す。各々の接点と中心を結んだ線の長さを求め，長さの変化により，長さが単調増大，単調減少の変化をしていくが，輪郭の極大点や極小点を境に変曲点を持つ。その変曲点間の線の角度を算出し，角度量が大きい場合は，緩やかな形状と判断が出来，角度が小さい場合はそうでないと判断が出来る。以上により，読み取りの角度を決定する。

つぎに本発明の実施例１０について説明する。この実施例では，図２３に示すように，回転軸を中心として，放射状に線を引く。実施例では，２２．５°間隔で線を引く。放射線と輪郭の接点との面積を求め，図２４に示すように，各面積の変化を見る。図２４（ｂ）の様な，比較的単純な形状の場合は，変化量が少ない。変化の少ない部分の角度を大きく，大きい部分の読み取り角度を小さく読み取る。

つぎに本発明の実施例１１について説明する。この実施例では，実施例１０とと同様の放射状に線を引く。図２５〜図２７に示すように，たとえば４５°，３０°，２２．５°おきの線と輪郭との接点を直線で結び，多角形を形成する。各多角形の頂点の変化および角度の差から読み取り角度を求める。図２５〜図２７で得られるそれぞれの情報を個別に利用しても良いし，統合して利用しても良い。

つぎに本発明の実施例１２について説明する。この実施例においては，回転軸中心を原点とし，最小回転読み取り角度，４５°間隔で線を引き，その線間で形成される極大・極小点をもとめ，極大・極小点の差が小さい場合は，読み取り角度を変化させずに，読み取り，大きい場合は，極大・極小点の数と大きさによって読み取り角度を決定する。

以上で本発明の実施例の説明を終了する。以上の実施例によれば，回転台上に対象物体を設置し，回転させ複数回読み取り３次元モデルを作成する場合に，最適な読み取り角度・回数を算出する事が可能になる。

なお，本発明は上述の実施例に限定されるものではなくその趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。例えば，上述の実施例では，対象物体を設置する回転台の中心を原点とする例を記載したが，輪郭の重心位置を中止としても可能である。また，カメラ等外周情報を取得する装置を回転台の下方に配置して当該外周情報を取得するようにしても良い。回転台のテーブル等を透明とすれば（透明材料を用いる。または，細い支持部材でテーブル等を構成し実質的に光が下方に到来するようにする），テーブル等で外周情報が隠蔽されることなく確実に当該外周情報を取得できる。また，外周情報を取得するために３次元座標取得装置を回転台の下方に配置し，テーブル等を透明にすれば，対象物体の底面形状も取得可能である。

本発明の実施例の前提となる３次元画像撮影装置の構成を説明する図である。 上述３次元画像撮影装置の３次元座標取得装置の構成例を模式的に示す図である。 図２の３次元座標取得装置の動作を説明する図である。 図２の３次元座標取得装置の動作を説明する図である。 本発明の実施例１の構成を説明する図である。 本発明の実施例２の構成を説明する図である。 本発明の実施例３の構成を説明する図である。 本発明の実施例４の構成を説明する図である。 上述実施例４の変形例の構成を説明する図である。 本発明の実施例５の構成を説明する図である。 本発明の実施例６の構成を説明する図である。 本発明の実施例により計測する対象物体であるプリンタの斜めから撮影した図である。 図１２の対象物体を上面から撮影した図である。 図１３の撮影画像から取りだした輪郭の画像である。 図１４の輪郭情報に基づいた読み取り位置を説明する図である。 本発明の実施例６で撮影するのに最適な対象物体である。 上述実施例６により取得された座標データの例を示す図である。 上述実施例６により主に取得された座標データの例を示す図である。 実施例６の回転台上方の３次元座標取得装置を用いない場合の一部欠落がある座標データの例を示す図である。 実施例６の回転台上方の３次元座標取得装置を用いない場合の一部欠落がある座標データの例を示す図である。 本発明の実施例で計測する対象物体の輪郭例を説明する図である。 本発明の実施例８，９による読み取り位置決定を説明する図である。 本発明の実施例１０による読み取り位置決定を説明する図である。 本発明の実施例１０による読み取り位置決定を説明する図である。 本発明の実施例１１による読み取り位置決定を説明する図である。 本発明の実施例１１による読み取り位置決定を説明する図である。 本発明の実施例１１による読み取り位置決定を説明する図である。

符号の説明

１ 回転台
２，２ａ ３次元座標取得装置
３ 制御装置
３ａ 表示部
４ テーブル
５ 対象物体
６ カメラ
６ 表示部
７ 回転位置等決定部
８，８ａ 光源
９ 照明装置
１０，１０ａ 光センサ配列
１０ｂ 圧力センサ配列
１１ 投影装置
１２ モニタ用撮像装置
１３ 三角測量用撮像装置
１４ ハーフミラー

Claims (9)

1. １つの回転軸を中心に回転制御される回転台と，前記回転台上に保持された対象物体の３次元形状データを得るために対象物体を非接触で計測する第１の３次元座標取得装置と，前記回転台の回転角位置を選定する回転制御手段とを具備し，前記回転台上に保持された前記対象物体を，前記第１の３次元座標取得装置により，異なる視点位置から計測してそれぞれの視点位置に対する３次元形状データを取得し，これら３次元形状データを合成して前記対象物体の全周囲の３次元モデルを生成する３次元画像撮影装置において，
   前記回転台上方に配置された第２の３次元座標取得装置と，前記第２の３次元座標取得装置の一部をなすカメラが取得した２次元画像に基づいて前記回転軸に沿って投影した前記対象物体の輪郭データをモニタする外周情報モニタ手段と，前記外周情報から，前記第１の３次元座標取得装置により計測を行なうときの前記回転台の回転位置を決定する回転位置決定手段とを有し，
   前記回転位置決定手段は，前記対象物体が設置してある回転台の回転軸と同心で，前記対象物体の輪郭に接する最小の円と，前記回転軸と同心で，前記対象物体の輪郭に接する最大の円との間の半径差から前記輪郭データを数値化し，前記半径差が小さいほど，前後する視点における角度位置の間の角度を大きくして前記第１の３次元座標取得装置に３次元形状データを取得させ，
   かつ，前記第２の３次元座標取得装置により前記対象物体の上方の３次元形状データを取得することを特徴とする３次元画像撮影装置。
2. １つの回転軸を中心に回転制御される回転台と，前記回転台上に保持された対象物体の３次元形状データを得るために対象物体を非接触で計測する第１の３次元座標取得装置と，前記回転台の回転角位置を選定する回転制御手段とを具備し，前記回転台上に保持された前記対象物体を，前記第１の３次元座標取得装置により，異なる視点位置から計測してそれぞれの視点位置に対する３次元形状データを取得し，これら３次元形状データを合成して前記対象物体の全周囲の３次元モデルを生成する３次元画像撮影装置において，
   前記回転台上方に配置された第２の３次元座標取得装置と，前記第２の３次元座標取得装置の一部をなすカメラが取得した２次元画像に基づいて前記回転軸に沿って投影した前記対象物体の輪郭データをモニタする外周情報モニタ手段と，前記外周情報から，前記第１の３次元座標取得装置により計測を行なうときの前記回転台の回転位置を決定する回転位置決定手段とを有し，
   前記回転位置決定手段は，前記対象物体が設置してある回転台の回転軸と同心で所定間隔で離間する複数の同心円と前記輪郭の交点の数の推移から前記輪郭データを数値化し，前記交点の数が少ない箇所ほど，前後する視点における角度位置の間の角度を大きくして前記第１の３次元座標取得装置に３次元形状データを取得させ，
   かつ，前記第２の３次元座標取得装置により前記対象物体の上方の３次元形状データを取得することを特徴とする３次元画像撮影装置。
3. 前記第１の３次元座標取得装置は，前記対象物体の２次元画像を取得するカメラを含み，当該２次元画像から前記対象物体の３次元形状データを得る請求項１または２記載の３次元画像撮影装置。
4. 前記回転台の表面に発光手段を設けた請求項１、２または３記載の３次元画像撮影装置。
5. 前記回転台表面の色を前記対象物体と異なる色にした請求項１、２または３記載の３次元画像撮影装置。
6. 前記回転台を設置している台の表面に発光手段を設けた請求項１〜５のいずれかに記載の３次元画像撮影装置。
7. 前記回転台を設置している台の表面の色を前記対象物体と異なる色にしたことを特徴とした請求項１〜５のいずれかに記載の３次元画像撮影装置。
8. １つの回転軸を中心に回転制御される回転台と，前記回転台上に保持された対象物体の３次元形状データを得るために対象物体を非接触で計測する第１の３次元座標取得装置と，前記回転台の回転角位置を選定する回転制御手段とを用い，前記回転台上に保持された前記対象物体を，前記第１の３次元座標取得装置により，異なる視点位置から計測してそれぞれの視点位置に対する３次元形状データを取得し，これら３次元形状データを合成して前記対象物体の全周囲の３次元モデルを生成する３次元画像撮影方法において，
   前記回転台上方に第２の３次元座標取得装置を配置して前記第２の３次元座標取得装置により前記対象物体の上方の３次元形状データを取得し，
   かつ、前記第２の３次元座標取得装置の一部をなすカメラが取得した２次元画像に基づいて前記回転軸に沿って投影した前記対象物体の輪郭データをモニタし，
   前記対象物体が設置してある回転台の回転軸と同心で，前記対象物体の輪郭に接する最小の円と，前記回転軸と同心で，前記対象物体の輪郭に接する最大の円との間の半径差から前記輪郭データを数値化し，前記半径差が小さいほど，前後する視点における角度位置の間の角度を大きくして前記第１の３次元座標取得装置により３次元形状データを取得することを特徴とする３次元画像撮影方法。
9. １つの回転軸を中心に回転制御される回転台と，前記回転台上に保持された対象物体の３次元形状データを得るために対象物体を非接触で計測する第１の３次元座標取得装置と，前記回転台の回転角位置を選定する回転制御手段とを用い，前記回転台上に保持された前記対象物体を，前記第１の３次元座標取得装置により，異なる視点位置から計測してそれぞれの視点位置に対する３次元形状データを取得し，これら３次元形状データを合成して前記対象物体の全周囲の３次元モデルを生成する３次元画像撮影方法において，
   前記回転台上方に第２の３次元座標取得装置を配置して前記第２の３次元座標取得装置により前記対象物体の上方の３次元形状データを取得し，
   かつ、前記第２の３次元座標取得装置の一部をなすカメラが取得した２次元画像に基づいて前記回転軸に沿って投影した前記対象物体の輪郭データをモニタし，
   前記対象物体が設置してある回転台の回転軸と同心で所定間隔で離間する複数の同心円と前記輪郭の交点の数の推移から前記輪郭データを数値化し，前記交点の数が少ない箇所ほど，前後する視点における角度位置の間の角度を大きくして前記第１の３次元座標取得装置により３次元形状データを取得することを特徴とする３次元画像撮影方法。