JP6941350B2 - 三次元形状推定システム、三次元形状推定装置、三次元形状推定方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、三次元形状推定システム、三次元形状推定装置、三次元形状推定方法及びプログラムに関する。

物の三次元形状を推定するための幾つかの技術が提案されている。
例えば、非特許文献１に記載のＳＦＳ（Shape From Silhouette）法では、ターンテーブル上に対象物を載せ、ステッピングモータで一定角度毎に回転させならが、光源からの光が対象物で反射した反射光を用いて光学顕微鏡で対象物を撮影し、得られた撮影画像の各々からシルエット画像を生成し、得られたシルエット画像に基づいて対象物の三次元形状を復元する。

Koutarou Atsushi、他３名、"System for reconstruction of three-dimensional micro objects from multiple photographic images"、Computer-Aided Design 43、Elsevier、2011年、p.1045-1055

ＳＦＳ法で、対象物の色と背景の色とが近い場合や、背景に対象物の影ができて画像に映り込んだ場合など、撮影画像から生成するシルエット画像の精度が低下して三次元形状の推定精度が低下する可能性がある。特に、対象物が透明で対象物の表面からの反射光が弱い場合などは、透明な対象物を染色して反射光を増加させることが必要であった。対象物の三次元形状を推定する際に、背景の色の影響や背景における対象物の影の影響を比較的受けにくいことが好ましい。

本発明は、対象物の三次元形状を推定する際に、背景の色の影響や背景における対象物の影の影響を比較的受けにくい三次元形状推定システム、三次元形状推定装置、三次元形状推定方法及びプログラムを提供する。

本発明の第１の態様によれば、三次元形状推定システムは、対象物に光を照射する光源と、前記光源からの光が前記対象物によって遮られる位置に設けられて、前記対象物の回転における複数の回転角度のそれぞれで、前記対象物の回転軸に対して斜めの向きから前記対象物を撮影する撮影部と、前記撮影部が撮影した画像に基づいて前記対象物の三次元形状を推定する形状推定部と、を備える。
ここで、従来のＳＦＳ法では、反射光を用いて対象物の撮影を行う。従って、撮影部を光源からの光が対象物によって遮られる位置に設けることは、従来のＳＦＳ法の常識では考えられないものである。

前記撮影部は、前記対象物の回転角に対して直角から２０度傾いた向きから前記対象物を撮影するようにしてもよい。
前記光源は、前記対象物によって遮られる波長の光を照射するようにしてもよい。

前記撮影部は、前記対象物が置かれていない状態の画像である背景画像を撮影しないようにしてもよい。

前記撮影部は、テレセントリックレンズを用いて前記対象物を撮影するようにしてもよい。

前記光源は、平行光を照射するようにしてもよい。

本発明の第２の態様によれば、三次元形状推定装置は、対象物に光を照射する光源からの光が前記対象物によって遮られる位置に設けられて、前記対象物の回転における複数の回転角度のそれぞれで、前記対象物の回転軸に対して斜めの向きから前記対象物を撮影する撮影部が撮影した画像に基づいて、前記対象物の三次元形状を推定する。

本発明の第３の態様によれば、三次元形状推定方法は、光源から対象物に光を照射し、前記対象物を回転させ、前記光源からの光が前記対象物によって遮られる位置に設けられた撮影部が、前記対象物の回転における複数の回転角度のそれぞれで、前記対象物の回転軸に対して斜めの向きから前記対象物を撮影し、前記撮影部が撮影した画像に基づいて前記対象物の三次元形状を推定することを含む。

本発明の第４の態様によれば、プログラムは、コンピュータに、対象物に光を照射する光源からの光が前記対象物によって遮られる位置に設けられて、前記対象物の回転における複数の回転角度のそれぞれで、前記対象物の回転軸に対して斜めの向きから前記対象物を撮影する撮影部が撮影した画像に基づいて、前記対象物の三次元形状を推定させるためのプログラムである。

本発明によれば、対象物の三次元形状を推定する際に、背景の色の影響や背景における対象物の影の影響を比較的受けにくい。

本発明の実施形態に係る三次元形状推定システムの機能構成を示す概略ブロック図である。 光硬化性樹脂に光を照射する場合の、照射する光の波長と透過率の関係の例を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る光源と対象物と撮影部との位置関係の例を示す図である。 本発明の実施形態に係るビジュアルコーンの例を示す図である。 本発明の実施形態に係るビジュアルハルの例を示す図である。 本発明の実施形態に係る三次元形状推定システムが行う処理の手順の例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る三次元形状推定システムがキャリブレーションを行う処理手順の例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る三次元形状推定システムが、対象物の三次元形状を推定する処理を行う手順の例を示すフローチャートである。 従来と同様に反射光で対象物を撮影した画像を示す図である。 本発明において紫外光で対象物を撮影した画像を示す図である。 図９のように反射光でいろいろな方向からで撮影し、従来のＳＦＳ法に用いられる解析方法を行って得られた三次元形状を示す斜視図である。 図１０のように紫外光の透過光で撮影した結果からＳＦＳ法を用いて解析した三次元形状を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図１は、本発明の実施形態に係る三次元形状推定システムの機能構成を示す概略ブロック図である。図１に示すように、三次元形状推定システム１は、光源１１０と、回転部１２０と、撮影部１３０と、三次元形状推定装置２００とを備える。三次元形状推定装置２００は、通信部２１０と、表示部２２０と、操作入力部２３０と、記憶部２８０と、制御部２９０とを備える。制御部２９０は、回転制御部２９１と、撮影制御部２９２と、座標決定部２９３と、形状推定部２９４とを備える。

三次元形状推定システム１は、対象物９００の三次元形状を推定するシステムである。ここでいう対象物９００は、三次元形状推定システム１による三次元形状取得の対象となっている物である。
光源１１０は、対象物９００に光を照射する。特に、光源１１０は、対象物９００によって遮られる波長の光を照射する。光源１１０が照射する光は、可視光に限らず紫外光または赤外光であってもよい。例えば、対象物９００が光硬化性樹脂でできている場合、光源１１０として紫外光の光源を用いるようにしてもよい。

図２は、光硬化性樹脂に光を照射する場合の、照射する光の波長と透過率の関係の例を示すグラフである。図２のグラフの横軸は光の波長を示し、縦軸は、光の透過率を示す。 図２は、厚さ１００ミクロンメートル（μｍ）の硬化した光硬化性樹脂薄膜に光を照射した場合の例を示している。図２のグラフでは、波長が２５０ナノメートル（ｎｍ）〜３６５ナノメートルの範囲で、光の透過率が０．１％以下となっている。対象物９００が、この素材（硬化した光硬化性樹脂）で構成されている場合、光源１１０が、波長２５０ナノメートル〜３６５ナノメートルの紫外光を照射するようにしてもよい。光源１１０が照射した光が対象物９００に遮られることで、撮影部１３０は、対象物９００のシルエット画像を撮影することができる。
但し、光源１１０が照射する光は、対象物９００によって完全に遮られる波長の光に限らず、対象物９００のシルエット画像を取得可能な光（対象物９００の輪郭を検出可能な光）であればよい。

例えば、光源１１０が対象物９００に照射した光の一部が対象物９００で吸収され、残りの光が対象物９００を透過して撮影部１３０に到達していてもよい。この場合、光源１１０から対象物９００を透過して撮影部１３０に到達した光と、光源１１０から対象物９００を通らずに直接撮影部１３０に到達した光とでは、光の明るさに差が生じる。三次元形状推定装置２００は、この明るさの差に基づいて対象物９００の輪郭を検出することができる。
また、光源１１０が、平行光を照射するようにしてもよい。

回転部１２０は、対象物９００を回転させる。回転部１２０が対象物９００を回転させることで、撮影部１３０は、対象物９００をいろいろな方向から撮影することができる。
撮影部１３０は、光源１１０からの光が対象物９００によって遮られる位置に設けられて対象物９００を撮影する。

図３は、光源１１０と対象物９００と撮影部１３０との位置関係の例を示す図である。
図３の例では、ブレッドボード９３０上に回転台１２１が設けられている。回転台１２１の上には載置台１２２が設けられ、載置台１２２の上に対象物９００が載置されている。載置台１２２は、光源１１０からの光を透過させる素材で構成されている。
回転台１２１及び載置台１２２の組み合わせは、回転部１２０の例に該当する。

光源１１０は、光源用支持機構９１０によってブレッドボード９３０上に支持されている。光源１１０は、光源用支持機構９１０によって向きを可変に支持されており、対象物９００に向けて設置されている。光源１１０は、矢印Ｂ２１に示される対象物９００へ向けた方向に光を照射する。
また、撮影部１３０は、撮影部用支持機構９２０によってブレッドボード９３０上に支持されている。撮影部１３０は、線Ｌ１１に示されるように、対象物９００から見て光源１１０と反対側に設置されている。線Ｌ１１は、撮影部１３０の光軸を示しており、この光軸は、対象物９００及び光源１１０の方向に向けられている。

図３に示される配置で、光源１１０は、対象物９００に向けて光を照射する。光源１１０が照射する光は、平行光であってもよいし、広がりを持つ光であってもよい。
また、回転台１２１が、三次元形状推定装置２００の制御に従って対象物９００を回転させる。撮影部１３０は、回転台１２１が対象物９００を回転させる毎に、三次元形状推定装置２００の制御に従って撮影を行う。これにより、撮影部１３０は、対象物９００をいろいろな方向から撮影する。例えば、回転台１２１が対象物９００を１０度（°）ずつ回転させる。撮影部１３０は、対象物９００を１０度ずつずれた３６方向の各々から撮影する。

撮影部１３０は、例えば、対象物９００の真横（回転台１２１の上面に平行な向き）に対して５度上側の向きから撮影を行う。以下では、この角度を撮影角度という。
なお、立方体の撮影において、撮影部１３０が、対象物９００の真横に対して２０度上側の向きから撮影を行うなど、比較的上側から撮影を行う方が三次元形状を高精度に推定できるとの結果が得られている。これは、撮影部１３０が比較的上側から撮影を行うことで、得られる画像における立方体の上面の歪が小さくなるためと考えられる。

ここで、撮影部１３０が、背景画像を撮影するようにしてもよいが、これは必須ではない。すなわち、撮影部１３０が背景画像を撮影しないようにしてもよい。ここでいう背景画像は、対象物９００が置かれていない状態の画像である。
撮影部１３０が背景画像を撮影する場合、三次元形状推定装置２００は、撮影部１３０が対象物９００を撮影した画像と背景画像との差分の画像を算出することで、対象物９００の輪郭を検出し得る。ここで、光源１１０が照射した光の対象物９００における透過率が高い場合、撮影部１３０が撮影した画像において、対象物９００の像の領域と背景の領域との画素値の相違（例えば画素値の比）が小さくなり、三次元形状推定装置２００が対象物９００の輪郭を検出する精度が低下してしまう可能性がある。ここでいう背景の領域は、画像のうち対象物９００の像の領域以外の領域である。

この場合、撮影部１３０が対象物９００を撮影した画像と背景画像との差分の画像では、対象物９００の像の領域と背景の領域との画素値の相違（例えば画素値の比）が、撮影部１３０が対象物９００を撮影した画像そのものにおける相違よりも大きいことが期待される。対象物９００の像の領域と背景の領域との画素値の相違が比較的大きいことで、三次元形状推定装置２００が、対象物９００の輪郭を比較的高精度に検出できることが期待される。
一方、光源１１０が照射した光の対象物９００における透過率が低い場合、撮影部１３０が撮影した画像において、対象物９００の像の領域と背景の領域との画素値の相違（例えば画素値の比）が比較的大きくなる。この場合、三次元形状推定装置２００は、撮影部１３０が対象物９００を撮影した画像と背景画像との差分の画像を生成せずとも、撮影部１３０が撮影した画像にて対象物９００の輪郭を検出することができる。この場合、撮影部１３０は背景画像の撮影を行う必要がなく、また、三次元形状推定装置２００は撮影部１３０が対象物９００を撮影した画像と背景画像との差分の画像を生成する必要がない。この点で、三次元形状推定システム１が行う処理の時間を短くすることができ、かつ、三次元形状推定システム１における処理負荷が低くて済む。このように背景画像の撮影を行なわないで三次元形状推定ができることは、従来の反射型のＳＦＳ法ではできなかったことである。

なお、撮影部１３０が、テレセントリックレンズを用いて対象物９００を撮影するようにしてもよい。
ここで、撮影部１３０が一般的なレンズ（テレセントリックレンズでないレンズ）を用いて撮影を行う場合、得られる画像の周辺部分で画像の歪が大きくなることが考えられる。この場合、撮影部１３０が撮影する画像の中心付近に対象物９００の像の全体が写るように配置及び画角を調整することで、対象物９００の像の歪を小さくすることができるが、対象物９００の像の画素数が少なくなってしまう。すなわち、対象物９００の像の解像度が低下してしまう。

一方、撮影部１３０がテレセントリックレンズを用いて対象物９００を撮影することで、得られる画像の周辺部分でも画像の歪が小さいことが期待される。この場合、対象物９００の画角一杯に対象物９００を撮影しても（すなわち、対象物９００の周辺部分まで用いて撮影しても）対象物９００の像の歪が小さく、対象物９００の像の画素数を大きく取ることができる。すなわち、対象物９００の像の解像度を高くすることができる。

三次元形状推定装置２００は、撮影部１３０が撮影した画像に基づいて、対象物９００の三次元形状を推定する。三次元形状推定装置２００は、例えばパソコン（Personal Computer；ＰＣ）又はワークステーション（Work Station；ＷＳ）等のコンピュータを用いて構成される。
通信部２１０は、他の装置と通信を行う。特に、通信部２１０は、回転制御部２９１の制御に従って回転部１２０へ制御信号を送信する。また、通信部２１０は、撮影制御部２９２の制御に従って撮影部１３０へ制御信号を送信し、撮影部１３０が撮影した画像の画像データを受信する。

表示部２２０は、例えば液晶パネル又はＬＥＤ（Light Emitting Diode、発光ダイオード）パネルなどの表示画面を有し、各種画像を表示する。例えば表示部２２０は制御部２９０の制御に従って、形状推定部２９４が推定した対象物９００の三次元形状を斜視図にて表示する。
操作入力部２３０は、例えばキーボード及びマウス等の入力デバイスを備え、ユーザ操作を受ける。

記憶部２８０は、各種データを記憶する。記憶部２８０は、三次元形状推定装置２００が備える記憶デバイスを用いて構成される。
制御部２９０は、三次元形状推定装置２００の各部を制御して各種処理を行う。制御部２９０は、三次元形状推定装置２００が備えるＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置）が、記憶部２８０からプログラムを読み出して実行することで構成される。

回転制御部２９１は、回転部１２０の回転を制御する。例えば回転制御部２９１は、回転部１２０を１０度ずつ回転させる。
撮影制御部２９２は、撮影部１３０による撮影を制御する。具体的には、撮影制御部２９２は、回転制御部２９１と同期して、回転制御部２９１が回転部１２０を回転させる毎に撮影制御部２９２に撮影を行わせる。例えば、回転制御部２９１が回転部１２０を１０度ずつ回転させる場合、撮影制御部２９２は、撮影部１３０に、回転制御部２９１を１０度ずつずれた３６方向から撮影させる。

座標決定部２９３は、対象物９００の位置の基準となる三次元座標系を決定する。特に、座標決定部２９３は、撮影部１３０が撮影を行う全方向に共通の三次元座標系を決定する。
座標決定部２９３が三次元座標系を決定するために、三次元形状推定システム１はキャリブレーションを行う。ここでいうキャリブレーションは、座標決定部２９３が三次元座標系を決定するために、対象物９００の撮影とは別に行われる処理である。キャリブレーションは、例えば対象物９００の撮影の前に行われる。キャリブレーションでは、例えば１辺の長さが１ミリメートル（ｍｍ）の立方体など、三次元形状が既知の物を載置台１２２の上に載置し、対象物９００を撮影する場合と同じ方向から撮影部１３０にて撮影を行う。以下では、キャリブレーションに用いられる物を基準物と称する。
座標決定部２９３は、撮影部１３０が撮影した画像から、基準物における所定の点を検出する。例えば、基準物が立方体である場合、座標決定部２９３は、撮影部１３０が撮影した画像から基準物の頂点を検出する。座標決定部２９３は、基準物における所定の点の座標を既知であり、この座標に基づいて、撮影部１３０が撮影した画像と座標系との対応付けを行う。

形状推定部２９４は、撮影部１３０が撮影した画像に基づいて対象物９００の三次元形状を推定する。形状推定部２９４は、ＳＦＳ（Shape From Silhouette）法で提案されている、ビジュアルコーン（Visual Corn）及びビジュアルハル（Visual Hull）を求める方法を用いて、対象物９００の三次元形状を推定する。

図４は、ビジュアルコーンの例を示す図である。図４の例で、面Ｆ１１は、光源１１０からの光が対象物９００で遮られた影を三次元空間内の平面に投影した面である。面Ｆ１１は、撮影部１３０の撮影画像から得られる対象物９００のシルエット画像に対応付けられる。
ビジュアルコーンＣ１１は、光源１１０の位置を頂点とし、面Ｆ１１を底面とする多角錐である。図４に示すように、対象物９００は、ビジュアルコーンＣ１１の内部に位置する。かつ、対象物９００の幾つかの辺など対象物９００の一部は、ビジュアルコーンＣ１１の側面に接している。
形状推定部２９４は、撮影部１３０が対象物９００を撮影した画像の各々についてビジュアルコーン（の座標）を算出する。
なお、光源１１０が平行光を照射する場合、形状推定部２９４は、ビジュアルコーンに代えて多角柱を算出する。

図５は、ビジュアルハルの例を示す図である。図５の例では、二つのビジュアルコーンＣ１１及びＣ１２が示されている。面Ｆ１１は、ビジュアルコーンＣ１１の底面であり、面Ｆ１２は、ビジュアルコーンＣ１２の底面である。
ビジュアルハルＨ１１は、ビジュアルコーンＣ１１とビジュアルコーンＣ１２とが重なり合っている領域である。ビジュアルハルＨ１１は、多面体の領域を形成する。対象物９００は、ビジュアルコーンＣ１１の内部に位置し、かつ、ビジュアルコーンＣ１２の内部に位置するので、ビジュアルハルＨ１１の内部に位置する。
形状推定部２９４は、得られた全てのビジュアルコーンが重なり合っている領域（の座標）をビジュアルハルとして算出する。対象物９００をいろいろな角度から撮影して得られたビジュアルコーンを重ね合わせることで、ビジュアルコーンのうち対象物９００以外の部分が取り除かれ、得られるビジュアルハルが対象物９００の形状を近似する形状を有する。
なお、光源１１０が平行光を照射する場合、形状推定部２９４は、ビジュアルコーンが重なり合っている領域に代えて、多角柱が重なり合っている領域をビジュアルハルとして算出する。

次に、図６〜図８を参照して、三次元形状推定システム１の動作について説明する。
図６は、三次元形状推定システム１が行う処理の手順の例を示すフローチャートである。図６の処理で、三次元形状推定システム１は、対象物９００の三次元形状を推定する前処理としてキャリブレーションを行って三次元座標系を決定する（ステップＳ１１１）。
その後、三次元形状推定システム１は、対象物９００の三次元形状を推定する処理を行う（ステップＳ１１２）。
ステップＳ１１２の後、図６の処理を終了する。

図７は、三次元形状推定システム１がキャリブレーションを行う処理手順の例を示すフローチャートである。三次元形状推定システム１は、図６のステップＳ１１１で図７の処理を行う。図７では、基準物として立方体の物を用いる場合の例を示している。
図７の処理で、回転部１２０が基準物である立方体を回転させ、撮影部１３０が立方体をいろいろな角度から撮影して画像を取得する（ステップＳ１２１）。

次に、座標決定部２９３は、ステップＳ１２１で得られた画像の各々について、当該画像における立方体の頂点を検出する（ステップＳ１２２）。
そして、座標決定部２９３は、ステップＳ１２２で検出した頂点について三次元座標系で予め定められている座標に基づいて、各画像における画素と三次元座標との対応関係を求める（ステップＳ１２３）。これにより、座標決定部２９３は、ステップＳ１２１で得られた各画像について三次元座標系を決定する。
ステップＳ１２３の後、図７の処理を終了する。

図８は、三次元形状推定システム１が、対象物９００の三次元形状を推定する処理を行う手順の例を示すフローチャートである。三次元形状推定システム１は、図６のステップＳ１１２で図８の処理を行う。
図８の処理では、対象物９００が載置台１２２に載置されており、回転部１２０が対象物９００を回転させ、撮影部１３０が対象物９００をいろいろな角度から撮影して画像を取得する（ステップＳ１３１）。ステップＳ１３１で、回転部１２０は、図７のステップＳ１２１の場合と同じ回転角度で対象物９００を回転させ、撮影部１３０は、ステップＳ１２１の場合と同じ方向から撮影する。
次に、形状推定部２９４は、ステップＳ１３１で得られた各画像から対象物９００のシルエット画像を取得する（ステップＳ１３２）。

その後、ユーザが対象物を裏返して載置台１２２に載置する。回転部１２０は、裏返された対象物９００を回転させ、撮影部１３０が裏返された対象物９００をいろいろな角度から撮影して画像を取得する（ステップＳ１３３）。ステップＳ１３３で、回転部１２０は、図７のステップＳ１２１の場合と同じ回転角度で対象物９００を回転させ、撮影部１３０は、ステップＳ１２１の場合と同じ方向から撮影する。
次に、形状推定部２９４は、ステップＳ１３３で得られた各画像から対象物９００のシルエット画像を取得する（ステップＳ１３４）。
なお、対象物９００の裏側の三次元形状が不要の場合は、ステップＳ１３３及びＳ１３４の処理を行う必要はない。

次に、形状推定部２９４は、得られたシルエット画像に基づいて対象物９００の三次元形状を推定する（ステップＳ１３５）。具体的には、形状推定部２９４は、対象物９００のシルエット画像の各々についてビジュアルコーンを設定し、全てのビジュアルコーンが重なり合っているビジュアルハル（の座標）を算出する。このビジュアルハルは、対象物９００の三次元形状を近似している。
ステップＳ１３５の後、図８の処理を終了する。

以上のように、光源１１０は、対象物９００に光を照射する。撮影部１３０は、光源１１０からの光が対象物９００によって遮られる位置に設けられて対象物９００を撮影する。形状推定部２９４は、撮影部１３０が撮影した画像に基づいて対象物９００の三次元形状を推定する。
このように、撮影部１３０が、対象物９００から見て光源１１０と反対側に位置して対象物９００を撮影することで、得られる画像の背景は、光源１１０からの光が入射した領域、すなわち、光源１１０の一部を撮影した領域となる。反射光を用いて対象物を撮影した場合に背景として回転台または載置台の上面が撮影されることと比較して、三次元形状推定システム１によれば、対象物の三次元形状を推定する際に、背景の色の影響を受けにくい。また、反射光を用いて対象物を撮影した場合に、回転台または載置台の上面にできた対象物の影が背景画像に写り込むことがあるのに対し、三次元形状推定システム１では、背景に対象物９００の影はできない。三次元形状推定システム１によれば、この点で、三次元形状推定システム１によれば、対象物の三次元形状を推定する際に、背景における対象物の影の影響を受けにくい。

また、光源１１０は、対象物９００によって遮られる波長の光を照射する。
これにより、撮影部１３０が撮影する画像において、対象物９００の像（シルエット画像）と、背景領域とを明確に区別し得る。これにより、形状推定部２９４は、撮影部１３０が撮影した画像にて対象物９００の輪郭を高精度に検出することができ、この点で、対象物９００の三次元形状を高精度に推定し得る。

また、撮影部１３０は、対象物９００が置かれていない状態の画像である背景画像を撮影しない。
この場合、撮影部１３０が背景画像を撮影する必要がない点、及び、形状推定部２９４が、撮影部１３０が対象物９００を撮影した画像と背景画像との差分の画像を算出する必要がない点で、処理時間が短くて済み、かつ、三次元形状推定装置２００の処理負荷が軽くて済む。

また、撮影部１３０は、テレセントリックレンズを用いて対象物９００を撮影する。
これにより、撮影部１３０は、画像の周辺部分まで対象物９００の像がかかるように対象物９００を撮影することができる。この点で、撮影部１３０が撮影した画像における対象物９００の解像度が高くなり、形状推定部２９４は、対象物９００の三次元形状を高精度に推定することができる。

また、光源１１０は、平行光を照射する。
この場合、形状推定部２９４は、ビジュアルコーンが重なり合っている領域に代えて、多角柱が重なり合っている領域をビジュアルハルとして算出する。これにより、形状推定部２９４がビジュアルハルを算出する処理負荷が比較的軽くなる可能性がある。

なお、制御部２９０の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。また上記プログラムは、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く、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であっても良い。

（実験例）
ここで、対象物が透明な場合を例に、本願発明について行った実験について説明する。
図９は、従来と同様に可視光の反射光で対象物を撮影した画像から背景画像を除去したシルエット画像を示す図である。実験では、対象物として光造形法を用いて作製した四角い台座の上に直径がそれぞれ３４４μｍ、２４０μｍ、１４５μｍ、９９μｍのピラー（円柱状体）を形成したものを用いた。従来と同様に可視光の反射光で対象物を撮影した場合、背景差分を除去してもシルエット画像における形状が図９のように不明確となる。
一方、図１０は、本発明において紫外光（図２で説明した波長３６５ｎｍのもの）で対象物を透過光で撮影した画像を示す図である。ここでいう透過光は、対象物から見て撮影部と反対側に位置する光源からの光である。本発明によれば、図１０のように、背景差分処理を行う必要なしにコントラストの高いシルエット画像を得られる。
なお、紫外光での反射も考えられるが、反射率が小さいので、やはりコントラストは高くならない。

図１１は図９のように反射光でいろいろな方向からで撮影し（撮影角度２０度）、従来のＳＦＳ法に用いられる解析方法を行って得られた三次元形状を示す斜視図である。このように反射光ではコントラストの高いシルエット画像が取得できていないことから、透明なピラー形状の立体形状の計測が困難であることがわかる。

図１２は、図１０のように紫外光の透過光で撮影した結果からＳＦＳ法を用いて解析した三次元形状を示す斜視図である。図１２の例では、図１１で欠落していた４本の透明なピラーを検出できている。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

１ 三次元形状推定システム
１１０ 光源
１２０ 回転部
１３０ 撮影部
２００ 三次元形状推定装置
２１０ 通信部
２２０ 表示部
２３０ 操作入力部
２８０ 記憶部
２９０ 制御部
２９１ 回転制御部
２９２ 撮影制御部
２９３ 座標決定部
２９４ 形状推定部

Claims (9)

1. 対象物に光を照射する光源と、
   前記対象物を回転させる回転部と、
   前記光源からの光が前記対象物によって遮られる位置に設けられて、前記対象物の回転における複数の回転角度のそれぞれで、前記対象物の回転軸に対して斜めの向きから前記対象物を撮影する撮影部と、
   前記撮影部が撮影した画像に基づいて前記対象物の三次元形状を推定する形状推定部と、
   を備える三次元形状推定システム。
2. 前記撮影部は、前記対象物の回転角に対して直角から２０度傾いた向きから前記対象物を撮影する、
   請求項１に記載の三次元形状推定システム。
3. 前記光源は、前記対象物によって遮られる波長の光を照射する、
   請求項１又は請求項２に記載の三次元形状推定システム。
4. 前記撮影部は、前記対象物が置かれていない状態の画像である背景画像を撮影しない、 請求項１から３の何れか一項に記載の三次元形状推定システム。
5. 前記撮影部は、テレセントリックレンズを用いて前記対象物を撮影する、
   請求項１から４の何れか一項に記載の三次元形状推定システム。
6. 前記光源は、平行光を照射する、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の三次元形状推定システム。
7. 対象物に光を照射する光源からの光が前記対象物によって遮られる位置に設けられて、前記対象物の回転における複数の回転角度のそれぞれで、前記対象物の回転軸に対して斜めの向きから前記対象物を撮影する撮影部が撮影した画像に基づいて、前記対象物の三次元形状を推定する三次元形状推定装置。
8. 光源から対象物に光を照射し、
   前記対象物を回転させ、
   前記光源からの光が前記対象物によって遮られる位置に設けられた撮影部が、前記対象物の回転における複数の回転角度のそれぞれで、前記対象物の回転軸に対して斜めの向きから前記対象物を撮影し、
   前記撮影部が撮影した画像に基づいて前記対象物の三次元形状を推定する、
   ことを含む三次元形状推定方法。
9. コンピュータに、
   対象物に光を照射する光源からの光が前記対象物によって遮られる位置に設けられて、前記対象物の回転における複数の回転角度のそれぞれで、前記対象物の回転軸に対して斜めの向きから前記対象物を撮影する撮影部が撮影した画像に基づいて、前記対象物の三次元形状を推定させる
   ためのプログラム。

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