JPH01269177A - 物体形状の表現装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明は物体形状の表現装置に関し、たとえば、コン
ピュータグラフィクスやロボット工学において３次元物
体の物体形状を計測してデータベース化する際に、その
立体形状を表現するような物体形状の表現装置に関する
。

［従来の技術］ 第７図は従来の光切断法による物体の偏角θ方向の輪郭
線データを計測するための原理図である。

第７図において、回転テーブル１０１の上には入力対象
物体１０２が載置されていて、図示１７ないスリット光
発生装置からスリット光１０３が入力対象物体１０２上
に投影される。すると、入力対象物体１０２上には、変
形スリット像１０５とＬ７てのスリット光投影部分（円
柱座標系（ｒ、　　θ。

２）の偏角θ方向の輪郭線データ）が生成される。

そして、入力対象物体１０２の表面形状に応じて変形さ
れた変形スリット像１０５がテレビカメラ２０１によっ
て撮影される。スリット光１０３とテレビカメラ２０１
の光軸とは一定の角度を有しており、テレビカメラ２０
１で撮影した画像上の変形スリット像１０５の位置から
三角測量の原理を用いて変形スリット像１０５の３次元
位置を計ｉｌｌする。変形スリット像１０５の３次元空
間座標は、物体の偏角θ方向の輪郭線データを表わ１７
ていることは明らかであり、回転テーブル１０１を回転
させて入力対象物体］８０２を回転させることにより、
任意の偏角θ方向の輪郭線データを入力する。

第８図は第７図に示した原理を用いて得られた輪郭線デ
ータに基づいて、立体モデルを作成するデータ処理装置
の概略ブロック図であり、第９図は第８図に示したデー
タ処理装置によって処理される画像データを示す図であ
り、特に、第９図（ａ）は画像上におけるディジタル画
像処理部の出力例を示し、第９図（ｂ）はサンプリング
処理部の動作を説明するための図であり、第９図（ｅ）
は節点接続処理部の動作を説明するための図であって、
第９図（ａ）、　　（ｂ）では、画像上の画素の座標を
（ｕ）、（ｖ）で表現している。

次に、第９図を参照しながら第８図に示したデータ処理
装置の動作について説明する。テレビカメラ２０１によ
って撮影された変形スリット像１０５の並ぶ映像信号は
、ディジタル画像処理部２０２によってサンプリング、
ｉ子化処理されて、図示しない画像メモリに取込まれる
。さらに、ディジタル画像処理部２０２は二値化処理、
細線化処理を行なって、第９図（ａ）に示すように８連
結に細線化された変形スリット像（輪郭線データ）３０
１を出力する。サンプリング処理部２０３は、第９図（
ａ）に示した８連結輪郭線データ３０１を、■座標方向
に一定のピッチｄでサンプリングを行ない、サンプル点
３１１〜３１．６の（ｕ、　　ｖ）の座標値を３次元座
標変換処理部２０４に出力する。

３次元座標変換処理部２０４は、サンプル点３１１〜３
１６の（ｕ、　　ｖ）座標値を２次元空間上（スリット
光平面上）に変換する。この変換は、テレビカメラ２０
１によって画像上の（Ｕ、Ｖ）座標値に写像される３次
元空間上の直線の方程式と、スリット光平面の交点を計
算することにより実行される。さらに、回転座標変換処
理部２０５は、３次元座標変換処理部２０４が出力１．
たスリット光平面上の座標を、回転テーブル１０］を回
転させる前の初期状態における３次元座標値に変換し、
その変換後の座標値を節点として出力する。

第９図（ｃ）に示した節点３２１〜３２６は、第９図（
ｂ）に示したサンプル点３１１〜３１６の座標値を３次
元座標変換処理部２０４と回転座標変換処理部２０５で
座標変換して得られたものである。第９図（Ｃ）に示す
節点３３１〜３３６は、回転テーブル１０１をわずかに
回転させた偏角θ２に対して、計測した輪郭線データを
前述の方法でサンプリングし、そのサンプル点の座標を
座標変換して得られたものである。

節点接続処理部２０６は、まず同一偏角θの節点系列を
接続し、次に、隣接する偏角θの節点系列と接続する。

すなわち、節点接続処理部２０６は偏角θ１に対して、
直線３４１〜３４５で接続し、偏角θ２に対しては直線
３５１〜３５５で接続する。次に、節点接続処理部２０
６は隣接する偏角θ１の節点と偏角θ２の節点相互間に
対１７て、サンプル点のＶ座標値が同じである節点間３
６１゜３６３，３６５，３６７．３６９，３７１および
サンプル点のＶ座標値がｄだけ異なる節点間３６２．３
６４，３６６．３６８，３７０を接続して、三角パッチ
３８１〜３９０を生成する。

サンプル点のＶ座標値がｄだけ異なる節点間の接続は、
対角線距離の短い方、すなわち節点３２１．３２２，３
３１，３３２で囲まれた四角形でいえば、節点３２１と
３３２，３２２と３３１のうち節点間距離の短い方を接
続する。節点接続処理部２０６は計δＩＩＪしたすべて
の偏角θに対して前述の処理を行なうことにより、物体
の全周囲に対して三角パッチを生成し、物体の全体形状
を三角パッチの集合によるサーフェイスモデルで表現す
る。そして、データ蓄積装置２０７は、節点接続処理部
２０６が出力する節点の３次元座標値および三角パッチ
を定義する３節点のリストを蓄積する。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述の第７図ないし第９図に示した従来
の処理方法では、従来の形状にかかわらず、■座標方向
の一定のピッチでサンプリングを行なうようにしている
ため、誤差を少なくするには、ｄを小さくする必要があ
り、その場合、節点数および三角パッチ数などのデータ
量が膨大になってしまうという欠点があった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、節点数および三
角パッチ数等のデータ量を少なくし得て、かつ小さな誤
差で原物体の外形形状を表現できるような物体形状の表
現装置を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 第１請求項に係る発明は、物体の外形形状を計＋１１１
１シ、その立体形状をサーフェイスモデルを用いて表現
する物体形状の表現装置であって、物体の形状を或る方
向から計測する計測手段と、計測された物体の輪郭線デ
ータ上に直線近似を用いて節点を発生する節点発生手段
と、発生された複数の輪郭線データ上の節点相互間を接
続して三角パッチを発生する三角パッチ発生手段を備え
て構成される。

第２請求項に係る発明は、物体形状の表現装置であって
、その物体の形状を或る方向から計測する計測手段と、
計測された物体の輪郭線データに基づいて、始点、折れ
点および終点を検出する検出手段と、検出された折れ点
の点列を圧縮する点列圧縮手段と、検出された始点と終
点との間に点列圧縮手段によって圧縮された点列が滑ら
かな直線で結ばれるように直線近似する直線近似手段と
、直線近似された輪郭線データ上に節点を発生する節点
発生手段と、発生された複数の輪郭線データ上の節点相
互間を接続して三角パッチを発生する三角パッチ発生手
段を備えて構成される。

［作用］ 第１請求項に係る発明は、計測した輪郭線データを直線
系列で近似し、各近似直線の端点から節点を発生するよ
うにしたので、節点は輪郭線データの曲率に応じて発生
させられるため、作成された立体モデルは計測した形状
を少ない節点数、三角パッチ数でかつ小さな誤差で表現
できる。

第２請求項に係る発明は、計測した輪郭線データに基づ
いて、その始点、折れ点および終点を検出し、検出され
た折れ点の点列を圧縮して始点と終点との間に、圧縮さ
れた点列が滑らかな直線で結ばれるように直線近似し、
近似された輪郭線デー・夕上に節点を発生し、各節点相
互間を接続して三角パッチを発生するようにしたので、
少ない節点数および三角パッチ数でかつ小さな誤差で表
現できる。

［発明の実施例］ 第１図はこの発明の第１実施例を示す概略ブロック図で
ある。

まず、第１図を参照して、この発明の第１実施例の構成
について説明する。第１図において、テレビカメラ２０
１とディジタル画像処理部２０２とデータ蓄積装置２０
７は前述の第８図と同様にして構成され、処理部分４１
１が第８図に示した処理部分２１１と異なるように構成
されている。

すなわち、処理部分４１１は、３次元座標変換処理部４
０１と直線近似処理部４０２と回転座標変換処理部４０
３と節点接続処理部４０４とを含んで構成される。

第２図は第１図に示した物体形状の表現装置の動作を説
明するための図であって、特に、第２図（ａ）は第１図
に示したディジタル画像処理部から出力された画像上の
８連結輪郭線データを示し、第２図（ｂ）は同じく３次
元座標変換処理部の出力結果を示す図であり、第２図（
Ｃ）は直線近似処理部の出力結果を示す図であり、第２
図（ｄ）は節点接続処理部の動作を説明するための図で
ある。

次に、第２図を参照しながら第１図に示した物体形状の
表現装置の動作について説明する。３次元座標変換処理
部４０１は第２図（ａ）に示す画像上の８連結輪郭線デ
ータ５０１を構成するすべての画素点の座標をスリット
光平面上に変換する。

第２図（ｂ）に示した点列５１１〜５４５はその変換結
果である。直線近似処理部４０２は、スリット光平面上
に変換された点列５］１〜５４５を第２図（ｃ）に示す
直線系列５６１〜５６４で直線近似する。

この直線近似の方法は、点列５１１〜５４５を端から追
跡しながら最大近似直線を次々と求めることによって行
なわれる。片方の端点５１１を有する最大近似直線とは
、点列５１１と５１２〜５４５のうちの或る点（以下、
Ｐと称する）とを結ぶ直線であり、Ｐは次の２つの条件
を満足する端点５１１に最も近い点であると定義する。

まず、端点５１１とＰの２点の間にある点、たとえばＰ
を５２４とすれば、点５１２〜５２３までの点と端点５
１１とＰ　（５２４）とを結んだ直線との距離がいずれ
もしきい値Ｔｈｌ以下であるという条件、および端点５
１１と点Ｐの次の点（５２５）とを結ぶ直線に対しては
点５１２〜５２４までのいずれかの点からの距離がしき
い値Ｔｂコを越えるという条件である。

第２図（ｂ）において、片方の端点５１１を有する最大
近似直線を求めるには、点Ｐの候補を点５１２から点列
に沿って順番に検査する。今、点Ｐを５２４としたとき
、すべての途中の点５１２〜５２３と、端点５１１とＰ
　（５２４）を結ぶ直線５５］との距離がいずれもしき
い値Ｔｈｌ以下であり、かつ点５２２と、端点５１１と
点５２５を結ぶ直線５５２との距離がしきい値Ｔｈｌを
越えれば、この最大近似直線は５５〕、となる。

次に、点５２４を片方の端点とする最大近似直線を前述
の方法で求める。この方法を繰返すことにより、第２図
（ｃ）に示すような近似直線系列５６１〜５６４が出力
される。

回転座標変換処理部４０３は、近似直線系列の端点５１
１，５２４，５３２，５４０，５４５の座標を回転テー
ブル１０１を回転させる前の初期状態における３次元座
標値に変換し、変換後の座標を節点とする。第２図（ｄ
）に示す節点５７１〜５７５は、第２図（ｃ）に示す端
点５１１．５２４．５３２，５４０，５４５が変換され
た節点である。また、節点５８１〜５８７は偏角θ２に
対する輪郭線データから前述の方法に従って発生された
ものである。節点接続処理部４０４は、まず同一の偏角
θの節点系列を接続し、次に隣接する偏角θの節点系列
と接続する。

第２図（ｄ）は節点接続処理部４０４の動作の結果を示
しており、まず偏角θ１に対して節点５７１〜５７５が
直線５００１〜５００４によって接続され、偏角θ２に
対しては節点５８１〜５８７が直線５０１１〜５０１６
によって接続される。

次に、隣接する偏角θ１の節点と０２の節点相互間に対
して、直線５０２１〜５０３１によって接続される。偏
角θ１と０２の節点相互間の接続方法は、まず節点系列
の始点である５７１と５８１を直線５０２１で接続し、
次に節点５７１と５８２．５８１と５７２の節点間の距
離の短い方、すなわち節点５７１と５８２を直線５０２
２で接続する。

次に、同様にして、節点５７１と５８３，５８２と５７
２の節点間距離の短い方という基準によって、節点系列
の終点相互間である直線５０３１まで順次接続する。こ
の接続を行なうことにより、三角パッチ５０４１〜５０
５０が生成される。節点接続処理部４０４は計測したす
べての偏角θの節点に対して、前述の処理を行なうこと
により、物体の全周囲に対して三角パッチを生成し、物
体の全体形状を三角パッチの集合によるサーフェイスモ
デルで表現する。

第３図はこの発明の第２実施例を示す概略ブロック図で
ある。この第３図に示した第２実施例は、前述の第８図
に示した処理部２１１に代えて処理部６１１を設けて構
成したものである。この処理部６１１は始点、折れ点、
終点検出部６０１と直線パターン圧縮処理部６０２と点
列置換処理部６０３と直線近似処理部６０４と３次元座
標変換処理部６０５と回転座標変換処理部６０６と節点
接続処理部６０７を含む。始点、折れ点、終点検出部６
０１はディジタル画像処理部２０２から出力された画像
上の輪郭線データから始点、折れ点。

終点を検出するものであり、画像パターン圧縮処理部は
始点、折れ点、終点検出部６０１によって検出された折
れ点の点列に対して直線をデジタイズしたときに現われ
るパターンを検出して点列をさらに圧縮するものである
。

点列置換処理部６０３は直線パターン圧縮処理部６０２
から出力された点列を、その始点、すべての連続する２
点間の中点および終点で構成される点列に置換するもの
である。直線近似処理部６０４は前述の第１図に示した
直線近似処理部４０２と同様にして、直線近似を行なう
ものである。

３次元座標変換処理部６０５は近似した直線の端点の座
標を３次元空間上に変換するものであり、回転座標変換
処理部６０６および接点接続処理部６０７は第１図に示
した回転座標変換処理部４０３と節点接続処理部４０４
とそれぞれ同様にして構成される。

第４図は第３図に示した物体形状の表現装置の動作を説
明するための図であって、特に、第４図（ａ）は画像上
の８連結輪郭線データを示し、第４図（ｂ）は始点、折
れ点、終点検出部６０１による処理結果の一例を示す図
であり、第４図（ｃ）は直線パターン圧縮処理部６０２
による処理結果の一例を示す図であり、第４図（ｄ）は
点列置換処理部６０３による処理結果の一例を示す図で
あり、第４図（ｅ）は直線近似処理部６０４の処理結果
の一例を示す図である。第５図は圧縮可能な直線パター
ンの例を示す図であり、第６図は滑らかな曲線をデジタ
イズした例を示す図である。

次に、第４図ないし第６図を参照して、第３図に示した
物体形状の表現装置の動作について説明する。始点、折
れ点、終点検出部６０１は、第４図（ａ）に示すように
ディジタル画像処理部２０２から出力された画像上の輪
郭線データに対して、始点、折れ点、終点を検出する。

その出力結果は第４図（ｂ）に示すように、輪郭線デー
タ７０１に対する始点７１１．折れ点７１２〜７２７お
よび終点７２８が検出されることになる。ここで、折れ
点とは点列を縦、横、斜めの８方向に追跡した場合、そ
の追跡方向が変化する点として定義される。直線パター
ン圧縮処理部６０２は、第４図（ｂ）に示すようにして
得られた点列に対して、直線をデジタイズしたときに現
われるパターンを検出して、点列をさらに圧縮する。

ここで、第５図は直線パターン圧縮処理部６０２によっ
て圧縮可能な直線パターン８０１〜８０３を示したもの
である。第４図（ｂ）に示した点列７１１〜７２８は直
線パターン圧縮処理部６０２によって、第４図（Ｃ）に
示すように圧縮され、点列７１１，７１２，７２１，７
２２，７２３゜７２４．７２５，７２６，７２７，７２
８に圧縮される。

点列置換処理部６０３は直線パターン圧縮処理部６０２
によって出力された点列を、その始点。

すべての連続する２点間の中点および終点で構成される
点列に置換する。但し、直線パターン圧縮処理部６０２
から出力された点列のうち、新しく生成された点列を結
んでできる直線系列からの距離がしきい値Ｔｈ２より大
きくなる点が存在すれば、その点を新しい点列に挿入す
る。第４図（ｄ）は、第４図（ｃ）に示した点列７１１
，７１２゜７２１〜７２８に対する点列置換処理部６０
３の処理結果を示したものであり、始点７３１１点列７
１１と７１２の中点７３２１点７１２が保存された点７
３３が出力される。以下、同様にして、２点間の中点７
３４〜７４１および終点７４２が出力される。ここで、
点７３３は点７３２と７３４とを結んだ直線７５１と７
１２との距離がしきい値Ｔｈ２を越えたために、新しい
点列に挿入されたものである。

点列置換処理部６０３の意義は、滑らかな曲線をデジタ
イズしたとき、直線パターン圧縮処理部６０２から出力
された点列を構成する点は、隣りのピクセル値にデジタ
イズされる境界線に近く、もともと原曲線からの誤差が
大きいので、誤差の少ない中点に置換することにある。

第６図はその情況を説明するための図であって、滑らか
な曲線９０１と、この曲線９０１をデジタイズした点列
９０２が示されている。８連結の点列９０２の折れ点が
原曲線からの大きな誤差を含んでいるのは明らかである
。また、しきい値Ｔｈ２の処理は、傾きが急激に変化す
る部分を保存するために行なわれる。

直線近似処理部６０４は点列７３１〜７４２に対して、
前述の第１実施例の直線近似処理部４０２と同じ方法で
直線近似を行なう。この処理結果は第４図（ｅ）に示す
ようになる。この第４図（ｅ）において、近似された直
線系列７６１〜７６４、近似直線系列の端点７３１，７
３３，７３５．７３９，７４２が表わされている。３次
元座標変換処理部６０５は、端点７３１．７３３，７３
５．７３９，７４２で表わされる近似直線の端点の座標
を３次元窓間上（スリット光平面上）に変換する。さら
に、回転座標変換処理部６０６はスリット光平面上の座
標を回転テーブル１０１を回転させる前の初期状態にお
ける３次元座標値に変換し、変換後の座標を節点として
出力する。節点接続処理部６０７は、この方法で発生さ
せられた節点を前述の第１−の実施例で説明した方法で
接続し、三角パッチを生成する。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、輪郭線データを直線
近似することにより、輪郭線の曲率に応じて節点を発生
させ、節点間を接続して三角パッチを生成することによ
り、原物体の形状を忠実に再現できる。しかも、節点の
数および三角パッチの数を減少させて、立体のサーフェ
イスモデルを生成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例の概略ブロック図である
。第２図はこの発明の第１実施例による節点の発生と接
続方法を説明するための図である。 第３図はこの発明の第２実施例の概略ブロック図である
。第４図はこの発明の第２実施例による節点の発生方法
を説明するための図である。第５図は圧縮可能な直線パ
ターンの一例を示す図である。 第６図は滑らかな曲線をデジタイズした一例を示す図で
ある。第７図は従来の光切断法による物体の偏角θ方向
の輪郭線データの計測原理図である。 第８図は従来の手法によるデータ処理装置の概略ブロッ
ク図である。第９図は従来の手法による節点の発生と接
続方法を説明するための図である。 図において、１０１は回転テーブル、１０２は入力対象
物体、１０３はスリット光、】０５は変形スリット像、
２０１はテレビカメラ、２０２はディジタル画像処理部
、４０１は３次元座標変換処理部、４０２は直線近似処
理部、４０３は回転座標変換処理部、４０４は節点接続
処理部、６０１は始点、折れ点、終点検出部、６０２は
直線パターン圧縮処理部、６０３は点列置換処理部、６
０４は直線近似処理部、６０５は３次元座標変換処理部
、６０６は回転座標変換処理部、６０７は節点接続処理
部を示す。 特許出願人　株式会社　エイ・ティ・アール第５図　　
　　　　　　　萬６図 第７０ 萬４廓 （ｄつ　　　　　　　　　（ｅ） （す

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）物体の外形形状を計測し、その立体形状をサーフ
   ェイスモデルを用いて表現する物体形状の表現装置であ
   って、 前記物体の形状を或る方向から計測する計測手段、 前記計測手段によって計測された前記物体の輪郭線デー
   タ上に直線近似を用いて節点を発生する節点発生手段、
   および 前記節点発生手段から発生された複数の輪郭線データ上
   の節点相互間を接続して、三角パッチを発生する三角パ
   ッチ発生手段を備えた、物体形状の表現装置。
2. （２）物体の外形形状を計測し、その立体形状をサーフ
   ェイスモデルを用いて表現する物体形状の表現装置であ
   って、 前記物体の形状を或る方向から計測する計測手段、 前記計測手段によって計測された前記物体の輪郭線デー
   タに基づいて、始点、折れ点および終点を検出する検出
   手段、 前記検出手段によって検出された折れ点の点列を圧縮す
   る点列圧縮手段、 前記検出手段によって検出された始点と終点との間に、
   前記点列圧縮手段によって圧縮された点列が滑らかな直
   線で結ばれるように直線近似する直線近似手段、 前記直線近似手段によって直線近似された輪郭線データ
   上に節点を発生する節点発生手段、および 前記節点発生手段から発生された複数の輪郭線データ上
   の節点相互間を接続して、三角パッチを発生する三角パ
   ッチ発生手段を備えた、物体形状の表現装置。