JP6745495B2

JP6745495B2 - 形状推定装置、スキャニング装置、動作検出装置、形状推定方法、スキャニング方法、動作検出方法、プログラム

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Publication number: JP6745495B2
Application number: JP2016003764A
Authority: JP
Inventors: 吾根武谷
Original assignee: Kitasato Institute
Current assignee: Kitasato Institute
Priority date: 2016-01-12
Filing date: 2016-01-12
Publication date: 2020-08-26
Anticipated expiration: 2036-01-12
Also published as: JP2017123921A

Description

本発明は、形状推定装置、スキャニング装置、動作検出装置、形状推定方法、スキャニング方法、動作検出方法、プログラムに関する。

歪ゲージを用いて体の輪郭形状を推定する技術が特許文献１に開示されている。

国際公開第２０１５／００２２１０号

近年、人体などに着用又は装着することのできる装置で様々な問題を解決する技術が求められている。このような人体などに着用又は装着できる装置はウェアラブル装置と呼ばれる。ウェアラブル装置を用いて、例えば人体などの形状を推定することで様々な技術に応用することが考えられる。特許文献１の技術では人体やその他の対象物の任意の箇所の形状を自由に推定することはできない。

そこでこの発明は、上述の課題を解決する形状推定装置、スキャニング装置、動作検出装置、形状推定方法、スキャニング方法、動作検出方法、プログラムを提供することを目的としている。

本発明の第１の態様によれば、形状推定装置は、所定の間隔毎に曲率センサを設けた基材により構成されたシートの前記曲率センサそれぞれの曲率情報を取得する曲率情報取得部と、前記曲率情報に基づいて前記基材の形状を推定する形状推定部と、を備える。

上述の形状推定装置において、前記形状推定部は、前記シートの形状に基づいてシートで覆われた物体の物体形状を推定する。

上述の形状推定装置において、前記形状推定部は、前記シートを用いて製造された衣服の前記各曲率センサの曲率情報に基づいて前記衣服の形状を推定し、前記衣服の形状に基づいて前記衣服を纏った対象の動作を検出する。

上述の形状推定装置において、前記シートは導電性糸を用いて構成されている。

上述の形状推定装置において、前記導電性糸は互いに絶縁されており、前記曲率センサは前記シートを構成する各導電性糸の交差位置に設けられている。

また本発明の第２の態様によれば、スキャニング装置は、所定の間隔毎に曲率センサを設けた基材の前記曲率センサそれぞれの曲率情報を取得する曲率情報取得部と、前記曲率情報に基づいて前記基材の形状を推定する形状推定部と、前記基材の形状に基づいて三次元スキャンデータを生成するスキャンデータ生成部と、を備える。

また本発明の第３の態様によれば、動作検出装置は、所定の間隔毎に曲率センサを設けた基材を用いて製造された衣服の前記曲率センサそれぞれの曲率情報を取得する曲率情報取得部と、前記曲率情報に基づいて前記衣服の形状を推定する形状推定部と、前記衣服の形状に基づいて前記衣服を纏った対象の動作を検出する動作検出部と、を備える。

また本発明の第４の態様によれば、形状推定方法は、形状推定装置が、所定の間隔毎に曲率センサを設けた基材により構成されたシートの前記曲率センサそれぞれの曲率情報を取得し、前記曲率情報に基づいて前記基材の形状を推定する。

また本発明の第５の態様によれば、スキャニング方法は、スキャニング装置が、所定の間隔毎に曲率センサを設けた基材の前記曲率センサそれぞれの曲率情報を取得し、前記曲率情報に基づいて前記基材の形状を推定し、前記基材の形状に基づいて三次元スキャンデータを生成する。

また本発明の第６の態様によれば、動作検出方法は、動作検出装置が、所定の間隔毎に曲率センサを設けた基材を用いて製造された衣服の前記曲率センサそれぞれの曲率情報を取得し、前記曲率情報に基づいて前記衣服の形状を推定し、前記衣服の形状に基づいて前記衣服を纏った対象の動作を検出する。

また本発明の第６の態様によれば、プログラムは、形状推定装置のコンピュータを、所定の間隔毎に曲率センサを設けた基材により構成されたシートの前記曲率センサそれぞれの曲率情報を取得する曲率情報取得手段、前記曲率情報に基づいて前記基材の形状を推定する形状推定手段、として機能させる。

また本発明の第７の態様によれば、プログラムは、スキャニング装置のコンピュータを、所定の間隔毎に曲率センサを設けた基材の前記曲率センサそれぞれの曲率情報を取得する曲率情報取得手段、前記曲率情報に基づいて前記基材の形状を推定する形状推定手段、前記基材の形状に基づいて三次元スキャンデータを生成するスキャンデータ生成手段、として機能させる。

また本発明の第８の態様によれば、プログラムは、動作検出装置のコンピュータを、所定の間隔毎に曲率センサを設けた基材を用いて製造された衣服の前記曲率センサそれぞれの曲率情報を取得する曲率情報取得手段、前記曲率情報に基づいて前記衣服の形状を推定する形状推定手段、前記衣服の形状に基づいて前記衣服を纏った対象の動作を検出する動作検出手段、として機能させる。

本発明によれば、シートが覆われた物の形状を推定することができる。また人や動物が着用する衣服、ボディスーツの形状の変化によって人や動物の動作を検出することができる。また本発明によれば、人体やその他の対象物の任意の箇所の形状を自由に推定することができる。

本発明の一実施形態による形状推定システムの構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態による形状推定装置のハードウェア構成を示す図である。本発明の一実施形態による形状推定装置の機能ブロック図である。本発明の一実施形態によるシートの拡大図である。本発明の一実施形態によるシートが立体的に波打つ状態を３次元座標系に表示した図である。本発明の一実施形態による形状推定装置の処理フローを示す図である。本発明の一実施形態による動作検出装置の機能ブロック図である。本発明の一実施形態によるシートにより構成された衣服を示す図である。本発明の一実施形態による特定領域がシートで構成された衣服を示す図である。本発明の一実施形態による動作検出装置の処理フローを示す図である。本発明の一実施形態によるスキャニング装置の機能ブロック図である。本発明の一実施形態によるスキャニング装置の処理フローを示す図である。本発明の一実施形態による曲率センサ取り付け基材の例を示す第一の図である。本発明の一実施形態による曲率センサ取り付け基材の例を示す第二の図である。本発明の一実施形態による基材の拡大図である。本発明の一実施形態による形状推定処理を説明する第一の図である。本発明の一実施形態による形状推定処理を説明する第二の図である。本発明の一実施形態による曲率センサとＩＦ（Interface）の詳細を示す図である。本発明の一実施形態による歪ゲージの配置例を示す説明図である。本発明の一実施形態による歪ゲージに接続する線と歪ゲージ内の線との太さの比較例を示す説明図である。本発明の一実施形態によるブリッジとＩＦとを多対一に接続した接続例を示す説明図である。

（第一の実施形態）
以下、本発明の形状推定装置を図面を参照して説明する。
図１は同実施形態による形状推定システムの構成を示すブロック図である。
この図１で示す形状推定システムは形状推定装置１とシート２とを有している。シート２は糸で製造されており曲率センサ３の取り付け基材である導電性糸２１が縦横に巡らされている。各導電性糸２１は絶縁膜によって絶縁されている。導電性糸２１は例えばシート２において間隔を隔てて縦横に巡らされている。例えばシート２が方形であれば縦方向（第一の方向）に所定の間隔を隔てて縫い込まれており、また横方向（第一の方向と角度が９０度回転した第二の方向）にも所定の間隔を隔てて縫い込まれている。本実施形態においては縦方向、横方向との表現を用いて説明しているがシート全体が回転すれば導電性糸２１がシート２においてめぐる方向は縦方向、横方向ではなくなることは明らかである。しかしながら本実施形態においては説明の便宜上、シートの縦方向と横方向に導電性糸２１が巡らされていることとして説明する。第一の方向と第二の方向の導電性糸２１は９０度の角度をもって交差すると限らなくてもよい。

シート２には多数の曲率センサ３が設けられている。曲率センサ３は縦方向に巡らされた導電性糸と横方向に巡らされた導電性糸の交点に設けられている。図１で示すシート２においては曲率センサ３の表記を省略してシート２における導電性糸２１の一部の交点にのみ取り付けられている様子を示しているが、実際には全ての交点に取り付けられていてよい。曲率センサ３は方形のシートにおける曲率センサ３が設けられた位置での縦方向の曲率と横方向の曲率とを検出する。つまり曲率センサ３は内部にｘ軸とｙ軸の二つの軸方向の曲率が検出できるよう２つのセンサ機能が備えられていてよい。曲率センサ３は曲率値をと曲率センサ３のＩＤを含む曲率情報の信号を出力する。

曲率センサ３の検出した曲率情報の信号は縦方向に巡らされた導電性糸２１と横方向に巡らされた導電性糸２１とをそれぞれ導電して形状推定装置１に入力される。つまり形状推定装置１は一つの曲率センサ３の検出した曲率情報を縦方向に巡らされた導電性糸２１と横方向に巡らされた導電性糸２１のそれぞれを介して取得する。形状推定装置１は曲率情報の信号を伝えたそれら２つの導電性糸２１の識別番号（ＩＤ）に基づいて、シートにおけるどの位置に設けられた曲率センサ３の出力した曲率情報かを検出する。または曲率情報に曲率センサ３のＩＤが含まれていて、形状推定装置１がそのＩＤを読み取って曲率センサ３を特定してもよい。形状推定装置１は検出した曲率センサ３の縦方向の曲率と横方向の曲率を曲率情報から検出する。形状推定装置１はシート２に設けられた全ての曲率センサ３の曲率情報に基づいてシートの形状を推定する。シート２が対象物を覆っている状態であれば、形状推定装置１は覆われた対象物の形状を推定することができる。対象物にシート２が覆われている状態においてシート２の異なる領域であって重なっている領域については、下側または上側で重なっている領域に位置する曲率センサ３の情報を削除してもよい。

図２は形状推定装置のハードウェア構成を示す図である。
形状推定装置１はコンピュータであって、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）２０３、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）２０４、ＩＦ（Interface）２０５などのハードウェアにより構成されている。

図３は形状推定装置の機能ブロック図である。
形状推定装置１のＲＯＭ２０２やＨＤＤ２０４には形状推定プログラムが記録されている。形状推定装置１のＣＰＵ２０１はユーザの操作に基づいて、形状推定プログラムを読み込んで実行する。形状推定装置１のＣＰＵ２０１が形状推定プログラムを実行することで、形状推定装置１に、曲率情報取得部１１、形状推定部１２の機能が設けられる。
曲率情報取得部１１は、シート２に設けられた曲率センサ３それぞれの曲率情報を取得する。
形状推定部１２は、曲率情報に基づいてシートの形状を推定する。

図４はシートの拡大図である。
図４で示すシート２の拡大図は、導電性糸２１と曲率センサ３の関係のみを示している。曲率センサ３は例えば縦方向に巡らされた導電性糸と横方向に巡らされた導電性糸の交点に設けられていてよい。導電性ではない木綿や絹などの繊維や他の化学繊維などの糸が導電性糸２１の間に縫い込まれてシート２が構成されていてよい。上記したように曲率センサ３は検出した曲率の値と曲率センサ３のＩＤとを含む曲率情報を、導電性糸２１を介して形状推定装置１へ出力する。曲率センサ３は縦方向の曲率の値を示す曲率情報は縦方向に這う導電性糸２１を介して出力し、横方向の曲率の値を示す曲率情報は横方向に這う導電性糸２１を介して出力するようにしてもよい。曲率センサ３は公知の技術を応用した曲率センサ３であってよい。曲率情報に含まれる曲率の値は曲率センサ３がある位置での縦方向または横方向の曲率である。縦方向の曲率をｃｙ、横方向の曲率をｃｘとする。
図４においては縦と横に巡らされた導電性糸２１の交点に曲率センサ３が配置されていることを説明しているが、曲率センサ３は導電性糸２１の交点以外の箇所に配置されていてもよい。縦方向の導電性糸２１に配置された曲率センサ３は縦方向（第一の方向と同じ方向）の曲率を検出する。横方向の導電性糸２１に配置された曲率センサ３は横方向（第２の方向と同じ方向）の曲率を検出する。曲率センサ３はその大きさが大きい場合には複数の隣接する導電性糸２１に跨ってシート２に取り付けられていてもよい。

図５はシートが立体的に波打つ状態を３次元座標系に表示した図である。
図５で示すようにシート２が立体的に波打つ状態である場合、各曲率センサ３はシート２の縦方向と横方向の曲率を示す曲率情報を出力する。形状推定装置１は各曲率センサ３のシート２における位置と、予め把握しているその相対関係と、各曲率センサ３から得られた曲率情報に基づいて、図５で示すような座標系における形状の推定を行う。

図６は形状推定装置の処理フローを示す図である。
形状推定装置１はユーザ操作に基づいて起動すると、シート２の各曲率センサ３へ導電性糸２１を介して電源を供給する。この状態でユーザはシート２で対象物を覆う。各曲率センサ３は縦方向の曲率ｃｙと横方向の曲率ｃｘとを含む曲率情報を形状推定装置１へ出力する。形状推定装置１の曲率情報取得部１１は曲率情報を取得する（ステップＳ１０１）。曲率情報取得部１１は全ての曲率センサ３から導電性糸２１を介して取得した曲率情報を形状推定部１２へ出力する。形状推定部１２は縦方向の導電性糸２１から取得した曲率情報から曲率センサ３のＩＤと、曲率ｃｘ，ｃｙを検出する。形状推定部１２は曲率センサ３のＩＤと曲率ｃｘ，ｃｙとを対応付けたデータテーブルを生成する（ステップＳ１０２）。形状推定部１２は全ての曲率センサ３についてのＩＤと、曲率ｃｘ，ｃｙをデータテーブルに書き込み、データテーブルの生成を完了する。

形状推定部１２は次にデータテーブルから各曲率センサ３の曲率ｃｘ、ｃｙを取得する。また形状推定部１２は各曲率センサ３の間隔を予め記憶している。形状推定部１２は各曲率センサ３の曲率ｃｘ，ｃｙと、それら曲率センサ３の間隔の値とを用いて、図５で示すような３次元座標系におけるシート２の形状を推定する（ステップＳ１０３）。形状推定部１２はシート２の形状を推定すると、その形状をモニタ等の表示部に出力する（ステップＳ１０４）。

シート２を用いて衣服を構成するようにしてもよい。またシート２が衣服のある特定領域のみの布を構成するようにしてもよい。この場合、形状推定部１２は、衣服を着用した人（衣服をまとった対象）の体の部位などの形状や動作を検出してモニタの表示部に出力することもできる。例えば左または右の腕が上がっているかどうかなどを検出することができる。

（第二の実施形態）
次に本発明である動作検出装置について説明する。
図７は動作検出装置の機能ブロック図である。動作検出装置４のハードウェア構成は図２で示すハードウェア構成と同様である。
動作検出装置４のＲＯＭ２０２やＨＤＤ２０４には動作検出プログラムが記録されている。動作検出装置４のＣＰＵ２０１はユーザの操作に基づいて、動作検出プログラムを読み込んで実行する。動作検出装置４のＣＰＵ２０１が動作検出プログラムを実行することで、動作検出装置４に、曲率情報取得部４１、形状推定部４２、動作検出部４３の機能が設けられる。
曲率情報取得部４１は、シート２で構成された衣服に設けられた曲率センサ３それぞれの曲率情報を取得する。
形状推定部４２は、曲率情報に基づいて衣服の形状を推定する。
動作検出部４３は衣服の形状に基づいて衣服をまとった人などの対象の動作を検出する。

図８はシートにより構成された衣服を示す図である。
図９は特定領域がシートで構成された衣服を示す図である。
図８で示すように衣服５の全体がシート２により構成されている場合には、導電性糸２１が衣服５の全体に張り巡らされている。また図８には図示していないが、導電性糸２１の交点には曲率センサ３が配置されている。導電性糸２１は動作検出装置４と接続されている。この衣服５を人が着て動作した場合、動作検出装置４は衣服５の形状に基づいて人の動作を検出することができる。
また図９で示すように衣服５の特定領域をシート２で構成するようにしてもよい。特定領域においては導電性糸２１が張り巡らされている。図８と同様に図９には図示していないが、導電性糸２１の交点には曲率センサ３が配置されている。導電性糸２１は動作検出装置４と接続されている。この衣服５を人が着て動作した場合、例えばシート２が衣服５の肩付近の領域を構成している場合には、動作検出装置４は肩付近のシート２の形状から人の腕の上げ下げなどを検出することができる。

図１０は動作検出装置の処理フローを示す図である。
動作検出装置４はユーザ操作に基づいて起動すると、衣服５の各曲率センサ３へ導電性糸２１を介して電源を供給する。各曲率センサ３は衣服５を着たユーザの動作に基づいて、縦方向の曲率ｃｙと横方向の曲率ｃｘとを含む曲率情報を動作検出装置４へ出力する。動作検出装置４の曲率情報取得部４１は曲率情報を取得する（ステップＳ２０１）。曲率情報取得部４１は全ての曲率センサ３から導電性糸２１を介して取得した曲率情報を形状推定部４２へ出力する。形状推定部４２は縦方向の導電性糸２１から取得した曲率情報から曲率センサ３のＩＤと、曲率ｃｘ，ｃｙを検出する。形状推定部４２は曲率センサ３のＩＤと曲率ｃｘ，ｃｙとを対応付けたデータテーブルを生成する（ステップＳ２０２）。形状推定部４２は全ての曲率センサ３についてのＩＤと、曲率ｃｘ，ｃｙをデータテーブルに書き込み、データテーブルの生成を完了する。

形状推定部４２は次にデータテーブルから各曲率センサ３の曲率ｃｘ、ｃｙを取得する。また形状推定部４２は各曲率センサ３の間隔を予め記憶している。形状推定部４２は各曲率センサ３の曲率ｃｘ，ｃｙと、それら曲率センサ３の間隔の値とを用いて、３次元座標系における衣服５の形状を推定する（ステップＳ２０３）。形状推定部４２は衣服５の形状を推定するとその形状の情報を生成する（ステップＳ２０４）。形状推定部４２は形状の情報を動作検出部４３に出力する。動作検出部４３の取得する形状の情報は、各曲率センサ３の各曲率から求めた衣服の形状の３Ｄモデリングデータであってもよいし、衣服に配置された各曲率センサ３のＩＤと曲率の値の対応関係を示す情報であってもよい。動作検出部４３は、形状の情報が３Ｄモデリングデータである場合には、例えば、データベースに記録されている異なる人の動作の場合の３Ｄモデリング教師データと比較する（ステップＳ２０５）。動作検出部４３は３Ｄモデリング教師データと比較して、形状の情報がその教師データと一致した場合には、その教師データが示す動作を行ったと判定する（ステップＳ２０６）。動作検出部４３はその判定結果をモニタや他の装置に出力するようにしてよい。動作検出部４３は単に取得した衣服の形状の情報をモニタ等に出力するようにしてもよい。

上述の動作検出装置４によれば、衣服５を着た人の動作情報の蓄積による運動機能の把握などを行うことができる。
また衣服５を着た人が介護者であれば動作検出装置４は、動作検出に基づく介護補助へ応用することができる。例えば介護動作時の問題点などを検出することができる。
また衣服５を着た人が車の運転手であれば、どのような運転操作を行ったかの操作履歴の記録などを行うことができる。
また衣服５を着た人が労働者であれば、機械操作の事故防止などの労働管理を行うことができる。
なお動作検出装置４は、衣服を着た動物の動作を検出するようにしてもよい。これにより動物の行動の情報を蓄積することができる。

（第三の実施形態）
次に本発明であるスキャニング装置について説明する。
図１１はスキャニング装置の機能ブロック図である。スキャニング装置６のハードウェア構成は図２で示すハードウェア構成と同様である。
スキャニング装置６のＲＯＭ２０２やＨＤＤ２０４にはスキャニングプログラムが記録されている。スキャニング装置６のＣＰＵ２０１はユーザの操作に基づいて、スキャニングプログラムを読み込んで実行する。スキャニング装置６のＣＰＵ２０１が動作検出プログラムを実行することで、スキャニング装置６に、曲率情報取得部６１、形状推定部６２、スキャンデータ生成部６３の機能が設けられる。
曲率情報取得部６１は、シート２に配置された曲率センサ３それぞれの曲率情報を取得する。
形状推定部６２は、曲率情報に基づいてシート２の形状を推定する。
スキャンデータ生成部６３は、シート２の形状に基づいて三次元スキャンデータを生成して出力する。
スキャニング装置６は、図１で示す形状推定装置１の代わりにシート２に導電性糸２１を介して接続されている。
図１１で示すようにスキャニング装置６は３Ｄプリンタ７に通信接続されていてもよい。この場合、スキャンデータ生成部６３は３Ｄプリンタ７に生成した三次元スキャンデータを出力する。

図１２はスキャニング装置の処理フローを示す図である。
スキャニング装置６はユーザ操作に基づいて起動すると、シート２の各曲率センサ３へ導電性糸２１を介して電源を供給する。この状態でユーザはシート２で対象物を覆う。各曲率センサ３は縦方向の曲率ｃｙと横方向の曲率ｃｘとを含む曲率情報をスキャニング装置６へ出力する。スキャニング装置６の曲率情報取得部６１は曲率情報を取得する（ステップＳ３０１）。曲率情報取得部６１は全ての曲率センサ３から導電性糸２１を介して取得した曲率情報を形状推定部６２へ出力する。形状推定部６２は縦方向の導電性糸２１から取得した曲率情報から曲率センサ３のＩＤと、曲率ｃｘ，ｃｙを検出する。形状推定部６２は曲率センサ３のＩＤと曲率ｃｘ，ｃｙとを対応付けたデータテーブルを生成する（ステップＳ３０２）。形状推定部６２は全ての曲率センサ３についてのＩＤと、曲率ｃｘ，ｃｙをデータテーブルに書き込み、データテーブルの生成を完了する。

形状推定部６２は次にデータテーブルから各曲率センサ３の曲率ｃｘ、ｃｙを取得する。また形状推定部６２は各曲率センサ３の間隔を予め記憶している。形状推定部６２は各曲率センサ３の曲率ｃｘ，ｃｙと、それら曲率センサ３の間隔の値とを用いて、３次元座標系におけるシート２の形状を推定する（ステップＳ３０３）。形状推定部６２はシート２の形状を推定すると、その形状を示す３Ｄモデリングデータをスキャンデータ生成部６３へ出力する。スキャンデータ生成部６３は３Ｄモデリングデータを３Ｄプリンタ７の扱うことのできるデータ形式のスキャンデータへ変換する（ステップＳ３０４）。スキャンデータ生成部６３はそのスキャンデータを３Ｄプリンタ７へ出力する（ステップＳ３０５）。３Ｄプリンタ７は取得したスキャンデータに基づいてプリント動作を行う。

上記処理によればスキャニング装置６はシート２で対象物を覆うだけで、その覆われた対象物の形状のスキャンデータを生成することができる。シート２により衣服５が構成されている場合には、スキャニング装置６は衣服５を着るユーザの体の動作時のスキャンデータを生成することができる。

図１３は曲率センサ取り付け基材の例を示す第一の図である。
上述の実施形態においてはシート２に曲率センサが配置されている場合の例を示しているが、形状推定装置１や動作検出装置４やスキャニング装置６はシート２の代わりに曲率センサ取り付け基材８を用いて形状推定を行ってもよい。以下、図１３で示す曲率センサ取り付け基材８を単に第一基材８と呼ぶこととする。図１３で示す第一基材８は、例えば塩化ビニールやプラスチックなどの物質で構成されている。第一基材８は矩形状の板材相互が屈曲可能に短辺同士で接続されている。このような構造により第一基材８は板材が連なる方向に伸縮することができる。図１３中の矢印は伸縮方向を示している。接続された板材が形成する稜線の他の隣り合う稜線との間隔Ｌが変動することにより、第一基材８は伸縮する。または第一基材８は異なる間隔Ｌが、異なる長さの伸縮となった場合、直線状から円弧状に変形する。

第一基材８に設けられた各曲率センサ３は板材相互が接続されている位置で板材を跨いで取り付けられており、当該板材の面同士が成す曲率を検出することができる。曲率センサ３はこの曲率を示す曲率情報を出力する。例えば衣服がボディスーツであるような場合には図１３で示すような第一基材８を、形状を判定する位置に取り付ける。第一基材８の取り付け位置は、図５で示したシート２が設けられた領域と同様に、例えば肩から腕までの領域であってよい。または他の領域であってもよい。これにより形状推定装置１や動作検出装置４やスキャニング装置６は、ボディスーツを着る人の体の動作に基づくボディスーツの形状を推定することができる。なお図１３には導電性糸２１が図示されていないが、導電性糸２１は第一基材８を這うように設けられて各曲率センサ３と接続されている。

上述した第一基材８は隣り合う板材が接続位置において角度を持って接続しているが、接続位置が円弧を成し、第一基材８の全体が波形状となっていてもよい。
また上述した第一基材８では、第一基材８の延伸方向の中央に各曲率センサ３が設けられているが、第一基材の延伸方向とは直行する幅方向であって板材の幅方向の左右端近辺の板材相互の接続位置にそれぞれ２つの曲率センサ３が設けられていてもよい。そうすると、第一基材８全体が旋回形状を取るように変形すると、第一基材８の延伸方向の左側の距離ｄ（図１３紙面奥側のｄ）と右側の距離ｄ（図１３紙面手前側のｄ）との差が生じる。そして各曲率センサ３の曲率情報を組み合わせることで第一基材８の三次元方向の変形を測定することができる。

図１４は曲率センサ取り付け基材の例を示す第二の図である。
以下、図１４で示す曲率センサ取り付け基材９を単に第二基材９と呼ぶこととする。図１４で示す第二基材９も塩化ビニールやプラスチックなどの可撓性を有する物質で構成されている。第二基材９は、相対する第一の辺対を他の相対する第二の辺対の長さよりも相当に長くした矩形状のシートが軸線ａを中心にスパイラル状に形成された弦巻形状を成している。図１４中（Ａ）で示す図は軸線ａの横方向から第二基材９を見た場合の図を示している。また図１４中（Ｂ）で示す図は軸線ａを軸方向から第二基材９を見た場合の図を示している。このような構造により第二基材９は軸線方向に伸縮することができる。図１４中の矢印は伸縮方向を示している。螺旋の間隔Ｌが変動することにより、第二基材９は伸縮する。または第二基材９は異なる間隔Ｌが、異なる長さの伸縮となった場合、軸線が直線状から円弧状となるよう変形する。

第二基材９において曲率センサ３は第二基材９が軸線を中心に４５度回転した位置に配置されている。第二基材９の曲率センサ３は曲率を示す曲率情報を出力する。第二基材９の曲率センサ３は軸線を中心とした円の円弧方向の曲率を検出し、その曲率を示す曲率情報を出力してよい。そして、衣服がボディスーツであるような場合には図１４で示すような第二基材９を、形状を判定する位置に取り付ける。第二基材９の取り付け位置は、同様に、図５で示したシート２が設けられた領域と同様に、例えば肩から腕までの領域であってよい。または他の領域であってもよい。これにより形状推定装置１や動作検出装置４やスキャニング装置６は、ボディスーツを着る人の体の動作に基づくボディスーツの形状を推定することができる。なお図１４には導電性糸２１が図示されていないが、導電性糸２１は第二基材９を這うように設けられて各曲率センサ３と接続されている。
第一基材８における説明と同様に、第二基材９に配置されている各曲率センサ３の曲率情報を組み合わせることで第二基材９の三次元方向の変形を測定することができる。
なお第一基材８や第二基材９が十分に細い形状であれば、それら基材を導電性糸２１の代わりに用いてシート２を構成するようにしてもよい。

次に形状推定部の処理の詳細について説明する。
形状推定装置１、動作検出装置４、スキャニング装置６のそれぞれは形状推定部１２，４２，６２の機能を有している。これら形状推定部１２，４２，６２の形状推定の処理は同様である。形状推定装置１の形状推定部１２を例としてその処理の詳細を以下に説明する。

図１５は基材の拡大図である。
この図で示すように、基材である導電性糸２１には複数の曲率センサ３がｄの間隔で配置されている。説明の便宜上、間隔ｄの中心に曲率センサ３が設けられている様子を図１５で示す。図１５では曲率センサ３_１，３_２，３_３の３つの曲率センサを示している。曲率センサ３_１の曲率がＣ_１、曲率センサ３_２の曲率がＣ_２、曲率センサ３_３の曲率がＣ_３であるとする。ある曲率センサを中心とする間隔ｄと隣の曲率センサを中心とする間隔ｄとの接続点をそれぞれＰ_１，Ｐ_２，Ｐ_３・・・Ｐ_ｉとして表す。形状推定部１２は曲率センサ３の曲率に基づいて、隣接して配置される曲率センサ３のうち曲率の値が示す凸方向が同じ曲率センサ３の纏まりを特定する。例えば図１５であれば図面上方向を凸として連続する３つの曲率センサ３_１，３_２，３_３を一つの纏まりと特定する。そして、それら曲率センサ３を用いて以下の処理を進める。

図１６は形状推定処理を説明する第一の図である。
図１６は原点Ｏを基準とする座標系において、曲率センサ３_１と、曲率センサ３_１中心とする間隔ｄの一方の端Ｐ_０、他方の端Ｐ_１を示している。間隔ｄの値は既知の値であり、形状推定部１２は曲率センサ３_１の曲率情報である曲率Ｃ_１を取得する。形状推定部１２は式（１）により曲率半径Ｒ_１を算出する。

曲率半径Ｒ_１と、円弧とみなすことのできる間隔ｄ、曲率センサ３_１の曲率Ｃ_１とすると、形状推定部１２は、その円弧を有する扇形状の角度θ_１は式（２）により算出する。

当該扇形状の中心点をＯ_１と呼ぶ。形状推定部１２は扇形状の中心点Ｏ_１の座標と、点Ｐ_０の座標と、角度θ_１とを用いて式（３）により曲率センサ３_１を中心とする間隔ｄの他点Ｐ_１の座標を算出する。

なお扇形状の中心点Ｏ_１の座標は、座標権の原点Ｏと点Ｐ_０と、曲率半径Ｒ_１の値とから算出することができる。また曲率センサ３_ｉに隣接する曲率センサの３_ｉ＋１についての間隔ｄを円弧とする扇形状の中心点Ｏ_ｉ＋１の座標は、式（４）により算出することができる。

曲率センサ３_ｉに対応する間隔ｄを円弧とする扇形状の当該円弧の一端の点をＰ_ｉとした場合、その円弧の他点Ｐ_ｉ＋１は式（５）により算出することができる。

図１７は形状推定処理を説明する第二の図である。
図１７は図１６で示す処理を繰り返した場合の例を示している。上述したように、形状推定部１２は曲率センサ３の曲率に基づいて、隣接して配置される曲率センサ３のうち曲率の値が示す凸方向が同じ曲率センサ３_１，３_２，３_３を一つの纏まりと特定した場合、図１７で示す点Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３の各座標を算出することができる。なお形状推定の最初の処理において点Ｐ_０は座標系において任意に設定した座標であってよい。形状推定部１２は一つの纏まりと特定した曲率センサ３についての対応する円弧の端点の座標を順に算出する。また凸方向が異なる曲率センサ３の纏まりについても順に曲率センサ３についての対応する円弧の端点の座標を算出する。なお曲率が検出できていない場合にはその曲率センサ３に対応する円弧は直線であるとして各端点の座標を算出する。形状推定部はそれら導電性糸２１に取り付けられた曲率センサ３に対応する円弧の端点の座標により、導電性糸２１の形状を推定する。形状推定部４２や形状推定部６２は、導電性糸２１により構成されたシート２や衣服５の全ての曲率センサ３に対応する円弧の端点の座標を算出して、シート２や衣服５の形状を算出するようにしてよい。

図１８は、曲率センサとＩＦ（Interface）の詳細を示す図である。
同図に示すように、曲率センサ３は、抵抗１５２−１及び１５２−２と歪ゲージ１５３−１及び１５３−２とを組み合わせたブリッジ（ホイートストンブリッジ）１５１と、アンプ１５６とを含んで構成される。ブリッジ１５１は、曲率の測定時に電源部１１１から直流電圧の印加を受ける。電源部１１１からの電流は、ブリッジ１５１を通ってグラウンド（ゼロ電位点）へ流れる。

曲率センサ３の出力は、Ａ／Ｄ変換器（アナログ−デジタル変換器）１５７と、シリアル通信回路１１４とで構成されるＩＦ１００を介して形状推定装置１に送信される。シリアル通信回路１１４は、曲率センサ３の測定結果（曲率情報）を形状推定装置１に送信する。
以下、抵抗１５２−１と１５２−２とを総称して抵抗１５２と表記する。また、歪ゲージ１５３−１と１５３−２とを総称して歪ゲージ１５３と表記する。なお曲率センサ３の内部にＡ／Ｄ変換器１５７と、シリアル通信回路１１４とが含まれていてもよいし、Ａ／Ｄ変換器１５７と、シリアル通信回路１１４とを備えた別のＩＦ１００の回路が各曲率センサ３と並んでシート２に配置されていてもよい。複数の曲率センサ３に対して一つのＩＦ１００が設けられていてもよい。

図１９は歪ゲージの配置例を示す説明図である。
歪ゲージ１５３はいずれも、歪（ひずみ）を検出する方向が導電性糸２１の方向に一致する向きに配置されていてよい。また、図１９に示すように、歪ゲージ１５３−１と１５３−２とはシート２等を挟んで配置されている。
例えば、歪ゲージ１５３−１がシート２の第一面側に配置され、歪ゲージ１５３−２が基材から見てシート２の第一面の裏面である第二面側に配置されている。
なおシート２の場合であってシートを構成する縦方向と横方向の導電性糸２１の交点に二つの曲率センサ３が設けられる場合、シート２には当該交点において、歪ゲージ１５３−１と１５３−２の組み合わせが２つシート２を挟んで配置されていてよい。

この配置により、基材が曲がった際、歪ゲージ１５３−１のインピーダンスと歪ゲージ１５３−２のインピーダンスとに差が生じる。シート２の第一面側が凸、第二面側が凹に曲がった場合、第一面側に配置されている歪ゲージ１５３−１は伸びてインピーダンスが大きくなる。一方、第二面側に配置されている歪ゲージ１５３−２は縮んでインピーダンスが小さくなる。

このインピーダンスの差により、図１８中の点Ｐ１１と点Ｐ１２との間に電圧（電位差）が生じる。点Ｐ１１と点Ｐ１２との間の電圧の大きさは、歪ゲージ１５３の設置点（曲率センサ３の配置位置）におけるシート２の変形の大きさを示している。
アンプ１５６は、点Ｐ１１と点Ｐ１２との間の電圧を、歪ゲージ１５３の設置位置における曲率に変換する。具体的には、点Ｐ１１と点Ｐ１２との間の電圧と曲率との関係を示す較正曲線が予め得られており、アンプ１５６は、点Ｐ１１と点Ｐ１２との間の電圧をこの較正曲線に従って増幅するよう設定されている。

なお、ブリッジ１５１が、歪ゲージ１５３を１つだけ備えるようにしてもよい。具体的には、ブリッジ１５１が、歪ゲージ１５３−１及び１５３−２のうちいずれか一方に代えて抵抗を備えるようにしてもよい。この場合の抵抗として、歪ゲージ１５３が曲げられていないときの抵抗値と同じ抵抗値を示すものを用いる。
一方、図１８のようにブリッジ１５１が１つの歪ゲージ１５３を備えることで、ブリッジ１５１が歪ゲージ１５３を１つだけ備える場合よりも点Ｐ１１と点Ｐ１２との間の電圧差が大きくなり、曲率センサ３の精度が向上する。また、ブリッジ１５１が１つの歪ゲージ１５３を備えることで、ブリッジ１５１が歪ゲージ１５３を１つだけ備える場合よりも温度変化の影響を受けにくい。

なお、歪ゲージ１５３内の配線を細くし、歪ゲージ１５３に接続する配線を太くしておく。これにより、曲率センサ３の精度を向上させることができる。この点について図２０を参照して説明する。

図２０は歪ゲージに接続する線と歪ゲージ内の線との太さの比較例を示す説明図である。同図では、歪ゲージ１５３内の配線Ｗ１１と、歪ゲージ１５３に接続されている配線Ｗ１２とが示されている。

歪ゲージ１５３が曲げられると配線Ｗ１１の長さ又は幅、或いはそれら両方が変化することで、歪ゲージ１５３のインピーダンスが変化する。歪ゲージ１５３は、このインピーダンスの変化で曲げの大きさを示す。
歪ゲージ１５３のインピーダンスが変化し易くするために、配線Ｗ１１の幅を狭くする（配線Ｗ１１を細くする）。これにより、歪ゲージ１５３が曲げられて配線Ｗ１１の幅が変化したときに、元の幅からの変化の割合が大きくなる。

一方、歪ゲージ１５３のインピーダンスを精度よく測定するためには、歪ゲージ１５３とインピーダンスを検出する回路（図１８の例ではアンプ１５６）との間の抵抗が小さいことが好ましい。そこで、配線Ｗ１２の幅を広くする（配線Ｗ１２を太くする）。
このように、歪ゲージ１５３内の配線を細くし、歪ゲージ１５３に接続する配線を太くすることで、曲率センサ３の精度を向上させることができる。

Ａ／Ｄ変換器１５７は、アンプ１５６が出力するアナログ信号（例えば、曲率に比例した電圧値）をデジタル信号に変換する。
シリアル通信回路１１４は、Ａ／Ｄ変換器１５７が出力するデジタル信号をシリアル通信にて形状推定装置１等に出力する。
アンプ１５６は曲率センサ３またはＩＦ１００の何れかに備わっていればよい。

シリアル通信回路１１４の通信方式として、例えばＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）又はＩ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）（Ｉ２Ｃは登録商標）など、いろいろなシリアル通信方式を用いることができる。
シリアル通信回路１１４がシリアル通信を行うことで、曲率センサ３によるセンサ値を、３〜５本程度の少ない本数の配線で通信することができる。多数の配線が不要なことで、シート２の構成を簡易にすることができる。

以下、Ａ／Ｄ変換器１５７と、シリアル通信回路１１４との組み合わせを曲率センサ３側のＩＦ１００と称する。ＩＦ１００は、ブリッジ１５１によるアナログ信号（点Ｐ１１と点Ｐ１２との間の電圧）を、曲率を示すデジタル信号に変換し、さらに、シリアル通信の規格に応じたデジタル信号に変換する。
ここで、複数のＩＦ１００を１つのチップに構成する、あるいは、ＩＦ１００を１つの基板にて構成するなど、ＩＦ１００を１つに纏めた構成にする。これにより、曲率センサ３毎（曲率センサ３のブリッジ１５１）毎にＩＦ１００を設計する必要がない。この点で、輪郭形状推定装置１を設計する際、ＩＦ１００を比較的容易に配置することができる。

なお、１つのＩＦ１００が、複数のブリッジ１５１による曲率を出力するようにしてもよい。
図２１はブリッジ１５１とＩＦ１００とを多対一に接続した接続例を示す説明図である。同図の例では、４つのブリッジ１５１は、マルチプレクサ１８２、アンプ１５６を介してＩＦ１００に接続されている。なお図２１においてはアンプ１５６の図示を省略している。

マルチプレクサ１８２は、ＩＦ１００と接続するブリッジ１５１を時分割で切り替える。ＩＦ１００は、マルチプレクサ１８２を介して接続されているブリッジ１５１の電圧（図１８の点Ｐ１１と点Ｐ１２との間の電圧）を、曲率（曲率情報）を示すデジタル信号に変換してシリアル通信にて形状推定装置１へ出力する。これにより、比較的少ない数のＩＦ１００にて曲率を送信することができる。

一方、ブリッジ１５１とＩＦ１００とを一対一に配置する場合、ＩＦ１００をブリッジ１５１の近くに配置する。これにより、ＩＦ１００が取得する信号（ブリッジ１５１における電圧）のＳ／Ｎ比（Signal To Noise Ratio）の低下を防止することができる。この点で、曲率センサ３は高精度に曲率を測定することができる。

また、ブリッジ１５１とＩＦ１００とを一対一に配置する場合、ブリッジ１５１とＩＦ１００とのいずれの組み合わせでも、ブリッジ１５１とＩＦ１００との間の配線の長さを同じに揃える。これにより、ブリッジ１５１とＩＦ１００との組み合わせ毎の曲率の測定精度のばらつきを低減させることができる。

上述の形状推定装置１、動作検出装置４、スキャニング装置６は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。

上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

１・・・形状推定装置
２・・・シート（曲率センサ取り付け基材）
３・・・曲率センサ
４・・・動作検出装置
５・・・衣服
６・・・スキャニング装置
７・・・３Ｄプリンタ
８・・・第一基材（曲率センサ取り付け基材）
９・・・第二基材（曲率センサ取り付け基材）
２１・・・導電性糸（曲率センサ取り付け基材）
１１，４１，６１・・・曲率情報取得部
１２，４２，６２・・・形状推定部
４３・・・動作検出部
６３・・・スキャンデータ生成部

Claims

所定の間隔毎に曲率センサを設けた基材により構成されたシートの前記曲率センサそれぞれの曲率情報を取得する曲率情報取得部と、
前記曲率情報に基づいて前記基材により構成されたシートの形状を推定する形状推定部と、
を備え、
前記シートは導電性糸を用いて構成されており、
前記導電性糸は互いに絶縁されており、
前記曲率センサは前記シートを構成する各導電性糸の交差位置に設けられている
形状推定装置。
前記形状推定部は、前記シートを用いて製造された衣服の前記各曲率センサの曲率情報に基づいて前記衣服の形状を推定し、
前記衣服の形状に基づいて前記衣服を纏った対象の動作を検出する
請求項１に記載の形状推定装置。
所定の間隔毎に曲率センサを設けた基材により構成されたシートであって、前記シートは導電性糸を用いて構成されており、前記導電性糸は互いに絶縁されており、前記曲率センサは前記シートを構成する各導電性糸の交差位置に設けられている前記シートの前記曲率センサそれぞれの曲率情報を取得する曲率情報取得部と、
前記曲率情報に基づいて前記基材により構成されたシートの形状を推定する形状推定部と、
前記シートの形状に基づいて三次元スキャンデータを生成するスキャンデータ生成部と、
を備えることを特徴とするスキャニング装置。
所定の間隔毎に曲率センサを設けた基材により構成されたシートであって、前記シートは導電性糸を用いて構成されており、前記導電性糸は互いに絶縁されており、前記曲率センサは前記シートを構成する各導電性糸の交差位置に設けられている前記シートを用いて製造された衣服の前記曲率センサそれぞれの曲率情報を取得する曲率情報取得部と、
前記曲率情報に基づいて前記衣服の形状を推定する形状推定部と、
前記衣服の形状に基づいて前記衣服を纏った対象の動作を検出する動作検出部と、
を備えることを特徴とする動作検出装置。
形状推定装置が、
所定の間隔毎に曲率センサを設けた基材により構成されたシートであって、前記シートは導電性糸を用いて構成されており、前記導電性糸は互いに絶縁されており、前記曲率センサは前記シートを構成する各導電性糸の交差位置に設けられている前記シートの前記曲率センサそれぞれの曲率情報を取得し、
前記曲率情報に基づいて前記基材により構成されたシートの形状を推定する
形状推定方法。
スキャニング装置が、
所定の間隔毎に曲率センサを設けた基材により構成されたシートであって、前記シートは導電性糸を用いて構成されており、前記導電性糸は互いに絶縁されており、前記曲率センサは前記シートを構成する各導電性糸の交差位置に設けられている前記シートの前記曲率センサそれぞれの曲率情報を取得し、
前記曲率情報に基づいて前記基材により構成されたシートの形状を推定し、
前記シートの形状に基づいて三次元スキャンデータを生成する
ことを特徴とするスキャニング方法。
動作検出装置が、
所定の間隔毎に曲率センサを設けた基材により構成されたシートであって、前記シートは導電性糸を用いて構成されており、前記導電性糸は互いに絶縁されており、前記曲率センサは前記シートを構成する各導電性糸の交差位置に設けられている前記シートを用いて製造された衣服の前記曲率センサそれぞれの曲率情報を取得し、
前記曲率情報に基づいて前記衣服の形状を推定し、
前記衣服の形状に基づいて前記衣服を纏った対象の動作を検出する
ことを特徴とする動作検出方法。
形状推定装置のコンピュータを、
所定の間隔毎に曲率センサを設けた基材により構成されたシートであって、前記シートは導電性糸を用いて構成されており、前記導電性糸は互いに絶縁されており、前記曲率センサは前記シートを構成する各導電性糸の交差位置に設けられている前記シートの前記曲率センサそれぞれの曲率情報を取得する曲率情報取得手段、
前記曲率情報に基づいて前記基材により構成されたシートの形状を推定する形状推定手段、
として機能させるプログラム。
スキャニング装置のコンピュータを、
所定の間隔毎に曲率センサを設けた基材により構成されたシートであって、前記シートは導電性糸を用いて構成されており、前記導電性糸は互いに絶縁されており、前記曲率センサは前記シートを構成する各導電性糸の交差位置に設けられている前記シートの前記曲率センサそれぞれの曲率情報を取得する曲率情報取得手段、
前記曲率情報に基づいて前記基材により構成されたシートの形状を推定する形状推定手段、
前記シートの形状に基づいて三次元スキャンデータを生成するスキャンデータ生成手段、
として機能させるプログラム。
動作検出装置のコンピュータを、
所定の間隔毎に曲率センサを設けた基材により構成されたシートであって、前記シートは導電性糸を用いて構成されており、前記導電性糸は互いに絶縁されており、前記曲率センサは前記シートを構成する各導電性糸の交差位置に設けられている前記シートを用いて製造された衣服の前記曲率センサそれぞれの曲率情報を取得する曲率情報取得手段、
前記曲率情報に基づいて前記衣服の形状を推定する形状推定手段、
前記衣服の形状に基づいて前記衣服を纏った対象の動作を検出する動作検出手段、
として機能させるプログラム。