JPH05223547A - 三次元物体データの姿勢制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 三次元物体のデータの姿勢を制御するに際
し、対象物体を固定したり、対象物体にマーキングした
りする必要を無くし、また、形状データの解析を容易に
することにより、高速で安定に処理を実現することを目
的とするものである。 【構成】 物体の三次元形状データだけでなく表面色情
報にも着目し、三次元物体の表面色情報により物体の領
域分割を行い、基準点の候補を抽出し、抽出された候補
領域を物体に対する知識及び、予め用意しておいた物体
の表面特徴を表現する濃淡値などによる基準パターンと
照合することにより、候補領域中から正しい候補を選択
し、基準点を求め、三次元物体データの姿勢制御を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、三次元物体データの姿
勢を制御する装置に関するものである。特に、物体の表
面のテクスチャーが、その物体の属する集団において一
定の法則性を有するパターンを持つ、例えば人物頭部の
ような、三次元物体を対象とするものである。本発明
は、この三次元物体データの姿勢制御を行うことによ
り、三次元物体の表面データの各種処理を容易にするも
のである。

【０００２】

【従来の技術】三次元物体の形状データを得るに際し、
対象とする物体を治具等を用いて一定方向に向けて固定
することができない場合がある。この場合、対象物体の
姿勢が予め判明しないため、物体の形状データを計算機
等に取り込んだ後、各種処理を行うために、形状データ
の姿勢制御を行わなければならない。従来、このような
形状データの姿勢制御を行うために、対象とする物体に
予めマーキングを施し、そのマークを画像処理や各種セ
ンサ等で検出することにより姿勢制御を行ったり、対象
物体の一般的な形状を考慮して物体の三次元データを解
析することなどが行われていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな物体にマーキングをする方法では、対象物体に対し
てマーキングをする必要があったり、マーキングするこ
とができない場合には適用できないという課題があっ
た。また、物体の形状情報を利用する方法では、処理が
複雑になるため時間がかかることや、形状を解析するた
めの始点探索が困難な場合が多く処理の安定性に問題が
あった。

【０００４】本発明は、三次元物体のデータの姿勢を制
御するに際し、対象物体を固定したり、対象物体にマー
キングしたりする必要を無くし、また、形状データの解
析を容易にすることにより、高速で安定に処理を実現す
ることを目的とするものである。

【０００５】本発明の前記ならびにほかの目的と新規な
特徴を、本明細書の記述および添付図面から明らかにす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、物体の三次元形状データだけでなく表面
色情報にも着目し、表面色情報を用いることにより姿勢
制御を行う。すなわち、三次元物体の表面色情報により
物体の領域分割を行い、基準点の候補を抽出する。抽出
された候補領域を物体に対する知識及び、予め用意して
おいた物体の表面特徴を表現する濃淡値などによる基準
パターンと照合することにより、候補領域中から正しい
候補を選択し、基準点を求め、三次元物体データの姿勢
制御を行うものである。

【０００７】

【作用】上記した手段によれば、得られた三次元物体デ
ータを計算機等で取り扱う際に必要な物体の姿勢の補正
を、表面色情報を用いることにより、安定に物体の基準
点を抽出し、その基準点と三次元形状データにより、高
速で安定な三次元物体データの姿勢制御が行える。そし
て、三次元物体データを得る際に、物体を決まった位置
と方向に固定すること或いは、マーキング等を施すこと
が不必要となるものである。

【０００８】以下、本願発明の構成について、三次元物
体として人物頭部を対象とした一実施例と共に説明す
る。

【０００９】

【実施例】図１は、実施例の概略構成を示すブロック図
である。図１において、１は三次元物体である対象人
物、２は対象人物頭部の三次元形状データと表面色情報
を測定する物体表面計測部で、スキャナ２１、駆動部２
２を備えている。３は対象人物頭部の表面色情報を円筒
面に投影することで得られるカラー画像（以下この画像
を「円筒色画像」と呼ぶ。）から基準点を抽出する基準
点抽出部、４は姿勢制御部、５は処理結果の出力部、６
は全体の処理の進行を管理する制御部である。なお、こ
こで、３、４、５、６は同一計算機内に構築することも
可能なものである。

【００１０】まず、物体表面計測部２で対象人物頭部１
の三次元形状データと表面色情報を同時に円筒面上に投
影したデータとしてそれぞれ測定する。

【００１１】この測定は、例えば、レーザにより形状を
ディジタイズするレーザによる三次元ディジタイザと、
該レーザと同期して表面を観察するＣＣＤカメラ等の画
像入力装置により構成される三次元スキャナ２１等によ
り行われる。これは、次の文献に記載された方法を用い
ることができる、 １．末永、渡部、「３Ｄ形状と輝度（色）の同時計測が
可能なスキャナとその顔画像計測への応用」情報処理学
会コンピュータビジョン研究会資料、６７−５、１９９
０年７月１９日 ２．末永「物体表面計測処理システム」特願平２−３０
７９１７号、平成２年１１月２４日出願。

【００１２】図２に三次元スキャナ２１の例を示す。図
において、対象人物１はテーブル８の上の椅子に座り、
対象人物１の頭部の周囲をディジタライザ・ユニット７
が回りながら、三次元形状データと表面色情報を得る。

【００１３】この三次元形状データと表面色情報の概念
を図３と図４に示す。スキャナは、図３に示すように、
対象人物頭部の周囲を、位置１０を測定開始位置として
回り、同じ位置１０を終了位置として三次元形状データ
と表面色情報を得る。このスキャナの場合、測定部が対
象物体の周囲を回って測定するため、表面色情報は、頭
部表面の表面色情報を円筒面９へ投影した後、投影され
た円筒面９を開いた状態で、円筒色画像が得られる。

【００１４】また、三次元形状データは円筒座標系で得
られるが、実際に用いるデータ列は円筒座標系の半径方
向のデータが深さ方向のデータと見なせ、円筒色画像と
同様な開かれた状態で得られる。以下、これを「円筒距
離画像」と呼ぶ。なお、円筒距離画像と円筒色画像は同
期して測定されているため、両データ間の対応付けは容
易に行える。

【００１５】ここで得られた円筒色画像と円筒距離画像
は、物体表面計測部２の駆動部２２で信号を整理した上
で、基準点抽出部３へ送られる。

【００１６】基準点抽出部３では、円筒色画像に対し
て、ＨＶＳ表色系とＹＩＱ表色系においてヒストグラム
等を観察することによって、自動的に得られる閾値の組
合せにより領域分割と人物頭部における目や唇に関する
知識を用いてラベリング処理を施す。これにより、基準
点となる両目と唇領域の候補を抽出する。抽出された領
域候補から、正しく位置決めされた照合パターンの標本
画像の多数から予め求めておいた部分空間との距離が最
小となる照合パターンを与える基準点候補を正しい基準
点とすることにより正しい候補を選択し、３つの基準点
を出力する。

【００１７】この処理は、特願平３−１４４５４０号
（佐々木、赤松、末永「顔基準点抽出方法」平成３年６
月１７日出願）に記載された、顔画像から色情報を用い
て両目と唇といった基準点を抽出する方法をそのまま用
いることができ、容易に実現できる。さらに、得られた
基準点が真に正確な位置なのかを、得られた基準点を始
点にして曲率や対称性を計算し評価することにより最適
な基準点の位置を頭部の形状データである円筒距離画像
に立ち戻って得ることもできる。

【００１８】次に、基準点抽出部３で得られた３つの基
準点は姿勢制御部４へ送られる。送られてきた３つの基
準点は、円筒色画像の二次元上の座標であるため、これ
を同時に計測されている円筒距離画像と重ね合わせて対
応を取ることにより人物頭部上での基準点を得る。その
後、得られた頭部の基準点をに、入力された頭部の姿勢
を計算し、この値を基にユーザーが望む方向へ頭部デー
タの座標値を変換し、頭部の形状データの姿勢を変化さ
せ、出力部５に送る。

【００１９】出力部５では、姿勢制御部４で変化させた
頭部データを受け、出力する。

【００２０】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施例
に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲にお
いて種々変更可能であることはいうまでもない。例え
ば、人物頭部の基準点を両目、唇より得られる重心点と
しているが、他の頭部特徴を基準点として用いて実施す
ることも可能である。また、人物頭部を対象とした場合
について説明したが、これに限定されるものではなく、
三次元物体であれば適用可能なものである。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
対象物体の位置及び方向を拘束すること、あるいはマー
キングを施すことを必要としないで三次元物体表面デー
タを得ることができる。そしてこの三次元物体表面点か
ら基準点を安定に得ることができ、種々の処理に必要な
三次元物体データの姿勢の変換を容易に行うことができ
る。その結果、例えば、三次元頭部データによる個人識
別や、頭部を対象とする医療現場でのシミュレーション
等に用いることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の概略を示すフローチャート。

【図２】 本発明に用いる三次元スキャナの斜視図。

【図３】 本発明の表面色情報を説明する概念図。

【図４】 図３により得られた表面色情報の展開図。

【符号の説明】

１…対象人物、２…物体表面計測部、３…基準点抽出
部、４…姿勢制御部、５…出力部、６…制御部、７…デ
ィジタライザ・ユニット、８…テーブル、９…円筒面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象とする三次元物体の表面の三次元形
   状データと同時に該対象物体の表面色情報を測定する物
   体表面計測部、得られた物体の表面色情報を二次元の画
   像として展開することによってカラー画像を得た後、こ
   の画像を対象物体に関する知識を用いて領域分割して、
   ラベリング処理することにより対象物体の基準点の存在
   する領域候補を抽出し、その候補領域から基準点候補を
   取り出した後、得られた基準点候補を基にそれが正しい
   基準点であるかどうかを表面色情報を用いて検定を行う
   ことにより正しい基準点を抽出する基準点抽出部、抽出
   された基準点と三次元形状データとの対応をとることに
   より対象物体上での基準点を求め、それによって対象物
   体の姿勢を制御する姿勢制御装置、姿勢制御された三次
   元物体データを出力する出力部とからなることを特徴と
   する三次元物体データ姿勢制御装置。