JPH0694428A - ３次元形状入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 対象物の３次元形状を３次元ＣＡＤ等へ入力
する３次元形状入力装置に関するもので、形状を保存し
たまま効率良くデータ量を削減し、入力先システム内で
の形状の修正が簡易にできるようにすることを目的とす
る。 【構成】 被測定物１０４の三次元座標値を座標演算手
段１１０で計算し、曲線指示手段１１１で主にエッジを
指示し、エッジに沿って各計測点にパラメータを付与
し、パラメトリック曲面近似手段１１３で三次元座標値
データを指定された近似誤差以下の関数を得る迄前回の
近似結果による新しい節点位置の自動決定及び領域の分
割を繰り返してパラメトリック関数に近似し、或は計測
データの特徴点から多角形パッチを作成して形状情報を
圧縮した後、圧縮データをフォーマット変換手段１１４
で入力先のフォーマットに変換することで、形状を保存
したまま効率良くデータ量を削減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は被測定物の３次元形状を
高速かつ高精度に３次元ＣＡＤシステムやコンピュータ
グラフィックスシステム等へ入力する３次元形状入力装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、３次元モデルのデザインを行うツ
ールとして各種産業のデザイン分野に３次元ＣＡＤが導
入されつつある。しかし、３次元ＣＡＤで直接モデリン
グを行うことは、形状入力の困難さからかなりの訓練が
必要である。そこで、粘土や木材を素材とするデザイン
・モデルをデザイナーが作成し、これを計測してＣＡＤ
に入力するという方法が用いられており、デザイン・モ
デルの計測は手計測、あるいは接触式や非接触式の３次
元デジタイザー等によって行われている。従来の３次元
形状入力装置は、例えば、日経コンピュータグラフィッ
クス１９８８年９月号「ＣＡＤデータ入力に変革を起こ
すか、簡易型３次元形状入力装置」記載の構成が知られ
ている。

【０００３】以下、従来の３次元形状入力装置について
説明する。図４８は従来の３次元形状入力装置を示すも
のである。図４８において、４８０１は被測定物に照射
するスリット光を発生させるレーザ光源、４８０２はス
リット光の光路を変更させるミラー、４８０３はスリッ
ト光、４８０４は被測定物、４８０５は被測定物４８０
４を移動させるＸ軸移動機構、４８０６はスリット光４
８０３の散乱光を撮像するカメラ、４８０７はカメラ４
８０６の出力信号をデジタル化した画像信号に変換する
Ａ／Ｄ変換器、４８０８はその画像信号を記憶する画像
メモリ、４８０９はその画像信号によりスリット散乱光
の中心位置を計算するスリット散乱光中心位置検出手
段、４８１０はスリット散乱光の中心位置より３次元座
標値を計算する座標演算手段、４８１１は計測した３次
元座標値データを入力先のシステム用のデータフォーマ
ットに変換するデータフォーマット変換手段、４８１２
は全体系を制御するスキャナ制御手段、４８１３は本装
置で得られる３次元形状データ、４８１４は３次元ＣＡ
Ｄシステムである。

【０００４】以上のように構成された３次元形状入力装
置について、以下その動作について説明する。まず、レ
ーザ光源４８０１からのスリット光４８０３はミラー４
８０２により光路を変更し被測定物４８０４に照射され
る。被測定物４８０４はスリット光４８０３を受けなが
らＸ軸移動機構４８０５により一定ピッチでＸ軸方向に
移動する。カメラ４８０６は移動中の被測定物４８０４
からのスリット散乱光を移動に同期して撮像する。この
場合、撮像されたカメラ４８０６上のスリット散乱光の
像は被測定物４８０４の表面の形状に応じたスリット散
乱光の凹凸を示している。Ａ／Ｄ変換器４８０７はカメ
ラ４８０６の画像アナログ信号をデジタル信号に変換
し、この信号は画像メモリ４８０８に画像信号として一
時的に記憶される。スリット散乱光中心位置検出手段４
８０９は画像信号からカメラの水平走査ライン毎にスリ
ット散乱光の輝度の中心位置を求め、測定点の像とみな
す。座標演算手段４８１０において測定点の像とカメラ
のレンズ中心を結ぶ直線とカメラの光軸のなす角、およ
び基線長（スリット光源からカメラのレンズ中心までの
距離）と、レーザスリット光の投射角度を用いて三角測
量法の原理により測定点の３次元座標値を計算する。こ
のようにして１つのスリット光に対して被測定物の３次
元形状データを取得する。そしてＸ軸移動機構４８０５
の移動ピッチ毎の３次元形状データを取得することで、
最終的に被測定物全体の３次元形状データを取得する。
データフォーマット変換手段４８１１は被測定物４８０
４の全体の３次元座標値の形状データを点列データ、ま
たはメッシュ状のデータとして入力先のシステム用のデ
ータフォーマットに変換し、フォーマット変換された３
次元形状データ４８１３は３次元ＣＡＤシステム４８１
４に入力され表示される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来構成では、計測されるポイント数が多いことからデー
タ量が膨大になるため、３次元ＣＡＤシステムのメモリ
の関係により視点変更による再作図やレンダリング等の
画像生成機能に多くの時間がかかり、操作性が低下する
という問題があった。また、入力される３次元形状デー
タが点列であるため、システム内で形状の変更および修
正を行うことが非常に困難であるという課題を有してい
た。特に丸め部分はデザイン段階から設計段階に移行し
た際に比較的修正の要求が発生しやすい部分であり、こ
のような修正に対応できるデータ形式でＣＡＤシステム
にデータを入力する必要がある。特にデザインクレイモ
ックアップの場合、クレイ上で正確なアール、逆アール
を作成することが困難で作成に時間もかかるため、これ
らの細かい部分はＣＡＤ内で調整できることが望まし
い。また、他のモデルを部分的に使用したい場合、その
部分のデータを取り出し他の部分と結合してニューモデ
ルを作成することができればデザイン工程の効率が上が
るが、実際にはデータの結合部分には丸め変形操作を行
うことが多いため、部分データの境界は丸めをかけるこ
とが容易にできるデータ形式であることが必要である。
しかし、点列データではこれらの丸め変形操作はかなり
困難である。

【０００６】本発明は上記従来技術の課題を解決するも
ので、第一に被測定物の３次元形状を高速かつ高精度に
計測し、計測された形状を保存した効率良いデータ量の
削減とデータの平滑化が施され、第二に入力先システム
内での形状の変更、修正が簡易にできるデータ形式で３
次元ＣＡＤシステムやコンピュータグラフィックスシス
テムへ入力する３次元形状入力装置を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、第１に被測定物に照射するスリット光を発
生させるスリット光源と、被測定物を移動させる移動機
構と、被測定物からのスリット光の散乱光を撮像するカ
メラと、前記カメラからの輝度信号をデジタル化した画
像信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記画像信号を記憶
する画像メモリと、前記画像メモリに記憶された画像信
号よりスリット散乱光の中心位置を検出するスリット散
乱光中心位置検出手段と、スリット散乱光中心位置より
３次元座標値を計算する座標演算手段と、被測定物上の
エッジを指示する曲線指示手段と、パラメトリック曲面
のパラメータをｕ，ｖとすると、連続する前記エッジ上
の計測点のパラメータ値のｕ或はｖの値を揃えるように
各計測点にパラメータを付与するパラメータ設定手段
と、被測定物の全体形状を表す３次元座標値データを指
定された近似誤差以下の関数を得るまで節点の増加及び
移動と制御点数の増加を繰り返し３次元座標値データを
パラメトリック曲面に近似する際に、節点及び制御点の
増加方向と位置を自動的に決定する方法として、節点を
定義する方向をｕ、ｖとすると、パラメータｕの値が等
しい測定点列の集合Ｕ_i、及びパラメータｖの値が等し
い測定点列の集合Ｖ_j毎に、前回の近似と前記３次元座
標値データとの奥行き座標値の差の分散Ｕｖａｒ_i（ｉ
＝１，・・・，ｍ），Ｖｖａｒ_j（ｊ＝１，・・・，
ｎ）を算出し、更に前記分散Ｕｖａｒ_i，Ｖｖａｒ_jの平
均Ｕ，Ｖを得て、その大小を比較し、Ｕが大きければｖ
方向に、Ｖが大きければｕ方向に節点及び制御点を増加
することを決定し、平均の大きい方の分散として例えば
Ｕｖａｒ_i（ｉ＝１，・・・，ｍ）において最も値が大
きい分散値を持つ測定点列の集合Ｕ₀を求め、点列Ｕ₀の
誤差の自乗和を節点間毎に算出して、最も自乗和の値が
大きい節点間の中心に新しい節点を増加するもので、制
御点を増加させても近似誤差の減少する割合が低い場
合、被測定物の表面を誤差の変動が激しい方向において
複数分割しそれぞれ異なる曲面としてパラメトリック関
数近似を行い、制御点を増加させても近似誤差の減少す
る割合がかなり低い場合、計測した３次元座標値データ
の特徴点を用いて多角形パッチを作成して面を構築する
データ圧縮手段と、前記データ圧縮手段により圧縮され
たデータを入力先のシステムのデータフォーマットに変
換するデータフォーマット変換手段との構成を有してい
る。

【０００８】第２に被測定物に照射するスリット光を発
生させるスリット光源と、被測定物を移動させる移動機
構と、被測定物からのスリット光の散乱光を撮像するカ
メラと、前記カメラからの輝度信号をデジタル化した画
像信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記画像信号を記憶
する画像メモリと、前記画像メモリに記憶された画像信
号よりスリット散乱光の中心位置を検出するスリット散
乱光中心位置検出手段と、スリット散乱光中心位置より
３次元座標値を計算する座標演算手段と、被測定物上の
エッジを指示する曲線指示手段と、パラメトリック曲線
のパラメータをｕとすると、連続する前記エッジ上の計
測点のパラメータｕの値を揃えるように各計測点にパラ
メータを付与するパラメータ設定手段と、被測定物の全
体形状を表す３次元座標値データを指定された近似誤差
以下の関数を得るまで節点の増加及び移動と制御点数の
増加を繰り返し３次元座標値データを複数のパラメトリ
ック曲線に近似する際に、節点及び制御点の増加位置を
自動的に決定する方法として、１つのパラメトリック曲
線に近似する点列Ｕの近似誤差の自乗和を節点間毎に算
出して、最も自乗和の値が大きい節点間の中心に新しい
節点を増加するもので、制御点を増加させても近似誤差
の減少する割合が低い場合、曲線を複数に分割し、それ
ぞれ異なる曲線としてパラメトリック曲線近似を行い、
次にこれら複数のパラメトリック曲線を補間して曲面を
作成するデータ圧縮手段と、前記データ圧縮手段により
圧縮されたデータを入力先のシステムのデータフォーマ
ットに変換するデータフォーマット変換手段との構成を
有している。

【０００９】第３に、以上第１、第２の構成要素に加
え、被測定物を複数の領域に分割する曲線を決定する曲
線指示手段と、前記曲線により被測定物を複数の領域に
分割する領域分割手段と、各領域毎に３次元座標値デー
タをパラメトリック関数に近似するデータ圧縮手段との
構成を有している。ただし、パラメータ設定および領域
分割時に使用する曲線指示手段は、スリット光に対する
反射率が被測定物の表面色と異なる色を用いて前記曲線
を被測定物上に指定し画像信号の中で輝度値が異なる部
分を前記曲線として抽出するか、またはスリット光に対
する反射率が被測定物の表面色と異なる色を用いておお
まかな前記曲線を被測定物上に指定し前記画像信号の中
で輝度値が異なる部分およびその周辺部分から前記３次
元座標値データを用いて求めたエッジらしさを基に前記
曲線を抽出するか、または求める前記曲線は被測定物の
エッジ部であるとみなし、人手を介在すること無く自動
的に前記３次元座標値データを用いてエッジを求める
か、またはカメラがスリット散乱光を読み取りまたスリ
ット光を投射していない状態の被測定物の全体を撮像す
るもので、前記カメラがスリット光を撮像するかあるい
はスリット光を投射していない前記被測定物の全体の輝
度情報を撮像するかによって出力を切り換えるメモリ切
替手段と、前記メモリ切替手段の切り替えによりスリッ
ト散乱光の画像信号を記憶する第１の画像メモリと、前
記メモリ切替手段の切り替えによりスリット光を投射し
ていない前記被測定物の全体の輝度画像を記憶する第２
の画像メモリとを別に設け、求める前記曲線は被測定物
のエッジ部であるとみなし、人手を介在すること無く自
動的に前記輝度画像を用いてエッジを求めるか、または
被測定物の表面色と異なる色を用いて前記曲線を被測定
物上に指定しカメラがスリット散乱光を読み取りまたス
リット光を投射していない状態の被測定物の全体を撮像
するカラーカメラで、前記カメラがスリット光を撮像す
るかあるいはスリット光を投射していない前記被測定物
の全体の輝度情報を撮像するかによって出力を切り換え
るメモリ切替手段と、前記メモリ切替手段の切り替えに
よりスリット散乱光の画像信号を記憶する第１の画像メ
モリと、前記メモリ切替手段の切り替えによりスリット
光を投射していない前記被測定物の全体の輝度画像を記
憶する第２の画像メモリとを別に設け、輝度画像から色
の違いを用いて前記曲線を抽出するか、または測定され
た３次元座標値データをコンピュータに表示し、表示さ
れた前記３次元座標値データに対しマウスを用いて人間
が曲線を指示するものである。

【００１０】第４に、以上第３の構成要素に加え、前記
領域分割手段によって分割された領域の境界部分がルー
フエッジか凸曲面のスムーズエッジかあるいは凹曲面の
スムーズエッジかを判別する境界判別手段と、凸曲面及
び凹曲面の丸め半径を推定する丸め半径推定手段と、凸
曲面と凹曲面の際に特別な領域境界を生成しなおす領域
境界生成手段との構成を有している。また、以上の構成
要素に加え、丸め半径推定手段によって推定された丸め
半径に基づき丸め変形操作を行い領域を結合する領域結
合手段との構成を有している。

【００１１】

【作用】本発明は上記構成によって、第１に被測定物の
全体形状を表す３次元座標値データをできる限り少ない
データ量で予め指定された近似誤差以下のパラメトリッ
ク関数に近似することにより、計測された形状を保存し
た効率良いデータ量の削減とデータの平滑化を行うこと
ができる。

【００１２】また第２に被測定物の３次元座標値データ
を主要な領域に分割して関数近似し、更に各領域の境界
形状と丸め半径を推定して特別な境界形状を作成するこ
とにより入力先システム内での形状の変更、修正が容易
にできるデータ形式で３次元ＣＡＤシステムやコンピュ
ータグラフィックスシステムへ入力することができる。

【００１３】第３にパラメトリック関数近似を行う際に
パラメータ値をエッジにそって揃えて設定することによ
り、曲面近似を行う時に通常発生するうねりの形状を軽
減することができる。

【００１４】第４にパラメトリック曲面に近似を行う際
に、節点と制御点の増加を繰り返す逐次近似を行い、前
回の近似誤差の分散を用いて制御点を増加する方向と節
点を増加する位置を決定することにより、従来被測定物
の形状から直接予測することが困難であったより効率的
な近似を得るための制御点数や節点の位置の問題を解決
し、３次元座標値データをできるだけ少ないデータ量で
パラメトリック曲面に近似することができる。

【００１５】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明の第１の実施例について、図
面を参照しながら説明する。

【００１６】図１は本発明の第１の実施例における３次
元形状入力装置のブロック結線図である。

【００１７】図１において、１０１は被測定物に照射す
るスリット光を発生させるレーザ光源、１０２はスリッ
ト光の光路を変更させるミラー、１０３は被測定物に照
射するスリット光、１０４は被測定物、１０５は被測定
物１０４をＸ軸方向に一定ピッチで移動させるＸ軸移動
機構、１０６はスリット光１０３の散乱光を読み取るカ
メラ、１０７はカメラ１０６の出力信号をデジタル化し
た画像信号に変換するＡ／Ｄ変換器、１０８は画像信号
を記憶する画像メモリ、１０９は画像信号によりスリッ
ト散乱光の中心位置を計算するスリット散乱光中心位置
検出手段、１１０はスリット散乱光の中心位置より３次
元座標値を計算する座標演算手段、１１１は被測定物上
の曲線を指示する曲線指示手段、１１２はパラメトリッ
ク曲面のパラメータをｕ，ｖとすると、連続する前記曲
線上の計測点のパラメータ値のｕ或はｖの値を揃えるよ
うに各計測点にパラメータを付与するパラメータ設定手
段、１１３は被測定物の全体形状を表す３次元座標値デ
ータをパラメトリック曲面に近似するパラメトリック曲
面近似手段、１１４はパラメトリック曲面近似手段１１
３により圧縮されたデータを入力先システムのデータフ
ォーマットに変換するデータフォーマット変換手段、１
１５は全体系を制御するスキャナ制御手段、１１６は本
装置で得られる３次元形状データ、１１７は３次元ＣＡ
Ｄシステムである。

【００１８】なお、被測定物１０４を移動させるＸ軸移
動機構１０５の代わりに、スリット光を被測定物１０４
上で走査させるスリット光走査手段としても良い。

【００１９】以上のように構成された３次元形状入力装
置について、その動作を説明する。まず、パラメータ設
定時に使用する曲線を人間が被測定物１０４上にスリッ
ト光に対する反射率が被測定物１０４の表面色よりも高
い色を用いて記入する。なお、使用する色はスリット光
に対する反射率が被測定物１０４の表面色と差別化でき
るものであればよい。この操作は曲面を近似した際に２
つのパラメータ方向に斜めなエッジ付近に通常発生する
うねり形状を軽減する効果を有するため、指示する曲線
は２つのパラメータ方向に斜めのエッジをなぞるように
するとよい。レーザ光源１０１からのスリット光１０３
はミラー１０２により光路を変更し被測定物１０４に照
射される。被測定物１０４はスリット光１０３を受けな
がらＸ軸移動機構１０５によりＸ軸方向に一定ピッチで
移動する。カメラ１０６は移動中の被測定物１０４から
のスリット散乱光を移動に同期して撮像する。この場
合、撮像されたカメラ１０６上のスリット散乱光の像は
被測定物１０４の表面の形状に応じたスリット散乱光の
凹凸を示している。Ａ／Ｄ変換器１０７はカメラ１０６
の信号をデジタル信号に変換し、この信号は画像メモリ
１０８に画像信号として一時的に記憶される。スリット
散乱光中心位置検出手段１０９は画像信号からカメラの
水平走査ライン毎にスリット散乱光の輝度の中心位置を
求め、測定点の像とみなす。座標演算手段１１０におい
て測定点の像とカメラのレンズ中心を結ぶ直線とカメラ
の光軸のなす角、および基線長（スリット光源からカメ
ラのレンズ中心までの距離）と、レーザスリット光の投
射角度を用いて三角測量法の原理により測定点の３次元
座標値を計算する。このようにして１つのスリット光に
対して被測定物の３次元形状データを取得する。そして
移動ピッチ毎の３次元形状データを取得することで、最
終的に被測定物１０４の全体の３次元形状データを取得
する。曲線指示手段１１１は被測定物１０４上に記入さ
れている曲線の位置を認識する。パラメータ設定手段１
１２はパラメトリック曲面のパラメータをｕ，ｖとする
と、連続する前記曲線上の計測点のパラメータ値のｕ或
はｖの値を揃えるように各計測点にパラメータを付与す
る。パラメトリック曲面近似手段１１３は前記３次元座
標値をパラメトリック曲面に近似することにより形状情
報を圧縮する。データフォーマット変換手段１１４はパ
ラメトリック曲面近似手段１１３により近似された被測
定物全体の形状を表す複数のパラメトリック曲面のパラ
メータ値を入力先のＣＡＤシステム用のデータフォーマ
ットに変換し、フォーマット変換された３次元形状デー
タ１１６は３次元ＣＡＤシステム１１７に入力される。

【００２０】以下、上述した曲線指示手段１１１のより
詳細な動作を説明する。まず、画像メモリ１０８に一時
的に記憶される画像においてカメラの水平走査ライン毎
に最大の輝度値を求め、それをその計測点における輝度
値とする。これを各画像において繰り返すことにより各
計測点における輝度値が求められる。前記計測点におけ
る輝度値が予め定められたしきい値よりも大きい計測点
を求める。これらの計測点を追跡することにより被測定
物１０４上に指示した曲線を抽出する。抽出された曲線
に対し、膨張処理、そして細線化処理を施し、幅１点で
連続した曲線を作成する。

【００２１】なお、曲線指示手段は、スリット光に対す
る反射率が被測定物の表面色と異なる色を用いておおま
かな前記曲線を被測定物上に指定し前記画像信号の中で
輝度値が異なる部分およびその周辺部分から前記３次元
座標値データを用いて求めたエッジらしさを基に前記曲
線を抽出する。

【００２２】または求める前記曲線は被測定物のエッジ
部であるとみなし、人手を介在すること無く自動的に前
記３次元座標値データを用いてエッジを求める。

【００２３】またはカメラがスリット散乱光を読み取り
またスリット光を投射していない状態の被測定物の全体
を撮像するもので、前記カメラがスリット光を撮像する
かあるいはスリット光を投射していない前記被測定物の
全体の輝度情報を撮像するかによって出力切り換えるメ
モリ切替手段と、前記メモリ切替手段の切り替えにより
スリット散乱光の画像信号を記憶する第１の画像メモリ
と、前記メモリ切替手段の切り替えによりスリット光を
投射していない前記被測定物の全体の輝度画像を記憶す
る第２の画像メモリとを別に設け、求める前記曲線は被
測定物のエッジ部であるとみなし、人手を介在すること
無く自動的に前記輝度画像を用いてエッジを求める。

【００２４】または被測定物の表面色と異なる色を用い
て前記曲線を被測定物上に指定しカメラがスリット散乱
光を読み取りまたスリット光を投射していない状態の被
測定物の全体を撮像するカラーカメラで、前記カメラが
スリット光を撮像するかあるいはスリット光を投射して
いない前記被測定物の全体の輝度情報を撮像するかによ
って出力切り換えるメモリ切替手段と、前記メモリ切替
手段の切り替えによりスリット散乱光の画像信号を記憶
する第１の画像メモリと、前記メモリ切替手段の切り替
えによりスリット光を投射していない前記被測定物の全
体の輝度画像を記憶する第２の画像メモリとを別に設
け、輝度画像から色の違いを用いて前記曲線を抽出す
る。

【００２５】または測定された３次元座標値データをコ
ンピュータに表示し、表示された前記３次元座標値デー
タに対しマウスを用いて人間が曲線を指示しても良い。

【００２６】以下、上述したパラメータ設定手段１１２
のより詳細な動作を説明する。曲線指示手段１１１で抽
出された幅１点の連続した曲線に対し、まず１本の曲線
の構成点が１本のスリットにつき１点でかつ曲線の両端
点が１番目のスリットと最終のスリットに載るように曲
線を再編成する。図２は１本の曲線の構成点が１本のス
リットにつき１点でかつ曲線の両端点が１番目のスリッ
トと最終のスリットに載る曲線の例である。再編成は次
のように行う。１本の曲線の構成点が１本のスリットに
つき１点でない場合は１本のエッジの構成点が１本のス
リットにつき１点となるように、複数の曲線に分割す
る。図３（ａ）は、１本の曲線の構成点が１本のスリッ
トにつき１点でない場合の例であり、図３（ｂ）は、１
本のエッジの構成点が１本のスリットにつき１点となる
ように、複数の曲線に分割した例である。そして、曲線
の各端点から曲線をスリットの走査方向に平行に延長す
ることにより曲線の両端点が１番目のスリットと最終の
スリットに載るように編成する。曲線の構成点が１本の
スリットにつき１点で曲線の両端点が１番目のスリット
と最終のスリットに載っていない場合も同様の処理を行
う。図４（ａ）は曲線の構成点が１本のスリットにつき
１点で曲線の両端点が１番目のスリットと最終のスリッ
トに載っていない場合の例であり、図４（ｂ）は曲線の
両端点が１番目のスリットと最終スリットに載るように
曲線を編成した例である。次に、スリットの走査方向を
パラメータｕ方向とし、各点のパラメータｕの値を決定
する。各スリットの間隔は一定であるため各点のパラメ
ータｕの値は、パラメータの範囲を０から１とすると、
０から１を第１スリットから最終スリットまでの全スリ
ットで均等割りすればよい。１つのスリット上の全点の
パラメータｕの値は同一である。そして、パラメータｕ
に直交する方向をｖしてパラメータｖの値を求める。パ
ラメータｖの値の範囲も０から１とする。まず、第１ス
リットと最終スリットの中央にあたる１本のスリットを
考える。このスリットを中央スリットと呼ぶ。中央スリ
ットのデータに対し、パラメータｖの値を（数１）を用
いて決定する。

【００２７】

【数１】

【００２８】（数１）においてｄａｔａは計測した３次
元座標値データが格納されている三次元配列であり、ｄ
ａｔａ［ｓｎｕｍ］［ｄｎｕｍ］［３］で定義される。
ｓｎｕｍはスリットの数、ｄｎｕｍは各スリット内の３
次元座標値データの数であり、３はｘ，ｙ，ｚの３次元
座標値を表す。また、Ｍｉｄ＿Ｓｌｉｔは中央スリッ
ト、Ｍｎｕｍは中央スリットにおける３次元座標値デー
タの数を表す。次に、中央スリット以外の残りのスリッ
トのパラメータｖの値を決定する。図５は指示した曲線
によりパラメータｖの値を設定する説明図である。曲線
指示手段１１１で得られた曲線を編成した曲線をパラメ
ータｖの値の０に近いものから順に並べる。まず、中央
スリットにおける１本目の曲線の構成点に当たるデータ
点のパラメータｖの値ｖ_midを取り出す。他のスリット
でのそれぞれ１本目の曲線の構成点にあたるデータ点の
パラメータｖの値を全てｖ_midに設定する。この操作を
全ての曲線において行うことにより、曲線上のデータ点
のパラメータｖの値が決定される。そして、各スリット
では、曲線の間のデータ点のパラメータｖの値をデータ
点のｙ座標値に応じて線形に付与する。図６は各スリッ
トの残りのデータ点にパラメータｖの値を設定する説明
図である。以上の操作により、データ点のパラメータｖ
の値が連続する曲線上で同一の値をもつように設定され
る。このパラメータ設定により曲面近似の際に通常発生
するうねり形状の不良近似が軽減される。

【００２９】以下、上述したパラメトリック曲面近似手
段１１３のより詳細な動作を説明する。図７は、パラメ
トリック曲面近似手段１１３において計測された３次元
座標値データをパラメトリック曲面の１つであるＮｏｎ
−Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅ（ノン・ユニフォ
ーム ビー・スプライン）曲面に指定した近似精度以下
で近似する手法のフローを示している。曲面を表現する
パラメータをｕ、ｖとする。まず、手順７０１で計測さ
れた被測定物の３次元座標値を入力する。手順７０２で
ｕ方向の制御点数（ｎ_u＋１）と階数ｍ_uを指定する。手
順７０３でｕ方向の節点数に制御点数と曲面の階数ｍ_u
を加えた値が代入される。手順７０４でｕ方向の節点位
置を等間隔に設定する。但し、両端において節点はｍ_u
回多重とする。手順７０５でｖ方向の制御点数（ｎ_v＋
１）と階数ｍ_vを指定する。手順７０６でｖ方向の節点
数に制御点数と曲面の階数ｍ_vを加えた値が代入され
る。手順７０７でｖ方向の節点位置を等間隔に設定す
る。但し、両端において節点はｍ _v回多重とする。手順
７０８では手順７０４、手順７０７で求められた節点を
用い、データを（数２）に最小自乗近似することにより
制御点を算出する。（数２）においてＰ_ijは制御点、Ｎ
_i,p、Ｎ_j,qはスプライン基底関数である。

【００３０】

【数２】

【００３１】手順７０９では手順７０８で行った最小自
乗近似の近似誤差を算出する。手順７１０では前記近似
誤差が指定された許容誤差未満か否かを判定する。近似
誤差が指定された許容誤差未満であれば、手順７１１へ
進み、手順７１１では算出されたｕ，ｖ方向の制御点、
及び節点の座標値を形状を表すパラメータとして出力す
る。手順７１０で許容誤差を満たさなかった場合は、手
順７１２で節点数、制御点数をそれぞれ同数増加する。
そして、手順７０７に戻り再び最小自乗近似を行う。以
上の手順を繰り返すことにより指定された許容誤差を満
たす近似曲面を少ないデータ量で実現することができ
る。

【００３２】以上のように本実施例によれば、被測定物
１０４に照射するレーザスリット光を発生するスリット
光源としてのレーザ光源１０１及びミラー１０２と、被
測定物１０４をＸ軸方向へ一定ピッチで移動させるＸ軸
移動機構１０５と、被測定物１０４によるスリット光の
散乱光を撮像するカメラ１０６と、カメラ１０６からの
出力信号をデジタル化した画像信号に変換するＡ／Ｄ変
換器１０７と、上記画像信号を記憶する画像メモリ１０
８と、画像メモリ１０８に記憶された画像信号よりスリ
ット散乱光の中心位置を検出するスリット散乱光中心位
置検出手段１０９と、スリット散乱光中心位置より被測
定物１０４の３次元座標値を計算する座標演算手段１１
０と、被測定物上の曲線を指示する曲線指示手段１１１
と、パラメトリック曲面のパラメータをｕ，ｖとする
と、連続する前記曲線上の計測点のパラメータ値のｕ或
はｖの値を揃えるように各計測点にパラメータを付与す
るパラメータ設定手段１１２と、被測定物の全体形状を
表す３次元座標値データをパラメトリック曲面に近似す
ることにより形状情報を圧縮するパラメトリック曲面近
似手段１１３と、前記パラメトリック曲面近似手段１１
３により近似された被測定物全体の形状を表すパラメト
リック曲面を入力先のＣＡＤシステム１１７用のデータ
フォーマットに変換するデータフォーマット変換手段１
１４と、全体系を制御するスキャナ制御手段１１５を設
けることにより、計測された形状を保存したまま効率良
くデータ量が削減され、曲面を近似する際に２つのパラ
メータの方向に斜めなエッジ付近にしばしば発生するう
ねり形状を軽減し、かつ入力先システム内での形状の変
更、修正が簡易なデータ形式で３次元ＣＡＤやコンピュ
ータグラフィックスシステムへ入力することができる。

【００３３】（実施例２）以下、本発明の第２の実施例
について、図面を参照しながら説明する。

【００３４】図８は本発明の第２の実施例における３次
元形状入力装置の構成図である。図８において、８０１
は被測定物に照射するスリット光を発生させるレーザ光
源、８０２はスリット光の光路を変更させるミラー、８
０３は被測定物に照射するスリット光、８０４は被測定
物、８０５は被測定物８０４をＸ軸方向に一定ピッチで
移動させるＸ軸移動機構、８０６はスリット光８０３の
散乱光を読み取るカメラ、８０７はカメラ８０６の出力
信号をデジタル化した画像信号に変換するＡ／Ｄ変換
器、８０８は画像信号を記憶する画像メモリ、８０９は
画像信号によりスリット散乱光の中心位置を計算するス
リット散乱光中心位置検出手段、８１０はスリット散乱
光の中心位置より３次元座標値を計算する座標演算手
段、８１１は被測定物上の曲線を指示する曲線指示手
段、８１２はパラメトリック曲面のパラメータをｕ，ｖ
とすると、連続する前記曲線上の計測点のパラメータ値
のｕ或はｖの値を揃えるように各計測点にパラメータを
付与するパラメータ設定手段、８１４はパラメトリック
曲面近似手段８１３により圧縮されたデータを入力先シ
ステムのデータフォーマットに変換するデータフォーマ
ット変換手段、８１５は全体系を制御するスキャナ制御
手段、８１６は本装置で得られる３次元形状データ、８
１７は３次元ＣＡＤシステムで、以上は図１の構成と同
様なものである。

【００３５】図１の構成と異なる点は、図１におけるパ
ラメトリック曲面近似手段１１３に対し、図８では被測
定物８０４の全体形状を表す３次元座標値データを節点
の増加及び移動と制御点数の増加を繰り返してパラメト
リック曲面に近似させる際に、節点及び制御点の増加方
向と位置を自動的に決定する方法として、節点を定義す
る方向をｕ、ｖとすると、パラメータｕの値が等しい測
定点列の集合Ｕ_i、及びパラメータｖの値が等しい測定
点列の集合Ｖ_j毎に、前回の近似と前記３次元座標値デ
ータとの奥行き座標値の差の分散Ｕｖａｒ_i（ｉ＝１，
・・・，ｍ），Ｖｖａｒ_j（ｊ＝１，・・・，ｎ）を算
出し、更に前記分散Ｕｖａｒ_i，Ｖｖａｒ _jの平均Ｕ，Ｖ
を得て、その大小を比較し、Ｕが大きければｖ方向に、
Ｖが大きければｕ方向に節点及び制御点を増加すること
を決定し、平均の大きい方の分散として例えばＵｖａｒ
_i（ｉ＝１，・・・，ｍ）において最も値が大きい分散
値を持つ測定点列の集合Ｕ₀を求め、点列Ｕ₀の誤差の自
乗和を節点間毎に算出して、最も自乗和の値が大きい節
点間の中心に新しい節点を増加する節点自動決定手段８
１８を設け、パラメトリック曲面近似手段８１３が節点
自動決定手段８１８によって決定されたノンユニフォー
ムな節点を用いて３次元座標値データをパラメトリック
曲面に最小自乗近似する点である。

【００３６】以上のように構成された３次元形状入力装
置について、その動作を説明する。まず、被測定物８０
４の全体の３次元形状データを取得し、パラメータ設定
手段８１１で測定した各データ点にパラメータを設定す
るまでは、実施例１と同様である。次に、節点自動決定
手段８１８が適切な節点及び制御点の増加方向と位置を
自動的に決定し、パラメトリック曲面近似手段８１３は
決定された節点を用いて前記３次元座標値をパラメトリ
ック曲面に近似する。データフォーマット変換手段８１
４はパラメトリック曲面近似手段８１３により圧縮され
たデータを入力先システムのデータフォーマットに変換
し、フォーマット変換された３次元形状データ８１６は
３次元ＣＡＤシステム８１７に入力される。

【００３７】以下、パラメトリック曲面近似手段８１３
におけるさらに詳細な動作を説明する。曲面を表現する
パラメータをｕ、ｖとする。まず、パラメータ設定手段
８１１で設定したパラメータを持つデータ点の３次元座
標値を、データ点数に見合った適当な制御点数でB-Spli
ne曲面に第一回目の最小自乗近似を行う。このとき、節
点はユニフォームである。パラメトリック曲面近似手段
８１３は曲面近似を繰り返して、比較的少ない制御点数
で計測形状を近似しようというものである。従って、近
似の繰り返しの終了条件を設定する必要がある。終了条
件は次のように設定する。図９は終了条件を説明するフ
ローである。まず、最小自乗近似の結果として得られた
制御点を持つB-Spline曲面にデータ点のパラメータ値を
代入してB-Spline曲面上の点の３次元座標値を算出す
る。評価基準には２つある。基準１では、算出したｘ、
ｙ座標値と計測データ点のｘ、ｙ座標値との残差の自乗
を各点毎にそれぞれ演算する。基準２では、ｚ座標値の
残差の自乗和を算出する。それをデータ数で割り、残差
の自乗平均を求める。以上、基準１と基準２をそれぞれ
算出しておき、以下のようにして評価を行う。基準１に
おける各点のｘ、ｙ座標値残差のどちらか一方が１点で
も予め定められたしきい値Ｅｒｒｏｒｘ,Ｅｒｒｏｒｙ
を越える場合、近似が不良であるとして、９０４で新し
い節点を算出し９０１で次の近似を行う。一方、全ての
点においてｘ、ｙ座標値残差の値が小さい場合は基準２
の判断に任せる。基準２は残差自乗平均の値が今回の近
似結果の値の方が前回の近似結果の値よりも小さい場合
は９０４で新しい節点を算出し９０１で次の近似を行
い、大きい場合は前回の近似が最も良いものとして近似
を終了する。以上のように近似の評価基準を基準１と基
準２に分割して異なる操作を行った理由は、基準１の
ｘ、ｙ方向の残差は近似した形状と、元のデータが作成
する形状との間に視覚的にかなり大きな違いが認められ
るからである。ｚ方向の残差が大きいことは形状の平滑
度が高いことを意味するが、ｘ，ｙ方向の残差は元の形
状と全く異なる形状を思わせる。図１０はｘ，ｙ座標値
の残差とｚ座標値の残差の現れ方の違いを説明する図で
ある。図１０（ａ）を人間の顔を計測した元のデータと
した場合、このデータの近似結果は、ｘ，ｙ座標値の残
差が大きい場合は図１０（ｂ），ｚ座標値の残差が大き
くｘ，ｙ座標値の残差が小さい場合は図１０（ｃ）のよ
うになる。次に２回目以降の近似について説明する。２
回目以降の近似では常に前回の近似の結果を用いて、計
測データとの差から新たな節点を設定する位置を決定
し、再びデータ点の最小自乗近似を行って制御点位置を
演算する。このとき、節点と制御点数との関係式から、
節点を増加した方向に制御点数が同数増える。新たな節
点位置の演算は節点自動決定手段８１８で行う。

【００３８】以下、節点自動決定手段８１８におけるさ
らに詳細な動作を説明する。まず、全スリットのデータ
点数のうち最も少ないスリットを求め、サイズ最小スリ
ットと呼ぶことにする。そして、サイズ最小スリットの
パラメータｖの値をｖ方向の基準パラメータとする。そ
して、ｖ方向の基準パラメータを用いてｕｖ平面に格子
状に作ったパラメータを基準格子パラメータと呼ぶこと
にする。そして、基準格子パラメータにおける近似曲面
上の点の座標値を求める。次に、基準格子パラメータに
おける計測データ点の３次元座標値を仮りに算出する。
各スリットは等間隔に並んでいるからデータ点のパラメ
ータｕはスリット毎に同一であるが、パラメータｖの値
はスリット毎に異なっているため、格子状のパラメータ
位置における計測データ点の仮りの位置は、本来の計測
データ点の位置から（数３）を用いて線形に補間して求
める。

【００３９】

【数３】

【００４０】（数３）はパラメータ値（ｕ，ｖ）におけ
る仮の計測データ点の座標値の求める式であり、parame
ter_v[i][j-1]≦ v ＜parameter_v[i][j]となるような
i,jを求め（数３）を用いて座標値を算出する。すなわ
ちパラメータｕによってｉは決まる。ただし、（数３）
においてｗは、基準格子のパラメータｖの値、ｉはスリ
ットの番号、ｊは各スリット内のデータの番号、parame
ter_w[i][j]はｉ番目のスリットにおけるｊ番目の計測
データ点のパラメータｖの値、ｒａｔｉｏはparameter_
v[i][j-1]の位置を０、parameter_v[i][j]の位置を１と
したときのパラメータｖの位置、data[i][j][1]はｉ番
目のスリットにおけるｊ番目の計測データ点のｙ座標
値、data[i][j][2]はｉ番目のスリットにおけるｊ番目
の計測データ点のｚ座標値、new_data[i][j][1]はｉ番
目のスリットにおけるｊ番目の仮の計測データ点のｙ座
標値、new_data[i][j][2]はｉ番目のスリットにおける
ｊ番目の仮の計測データ点のｚ座標値である。なお、基
準格子の作成にサイズ最小スリットにおけるパラメータ
を用いたのは、計測データ点の多いスリット上ではパラ
メータの数に対しデータが密であるため、計測データ点
の多いスリット上で仮の計測データ点の位置の補間を行
う方が計測データ点の少ないスリット上で補間を行うよ
りも、より良い補間結果が得られるからである。また、
基準格子パラメータでの曲面上の点と仮の計測点の残差
を用いて近似の評価を行っても、数値的に差はあるもの
の評価の結果に差はみられない。近似の終了条件は、節
点を増やす毎に残差自乗平均値は減少していき、残差自
乗平均値が増加した段階で前回の近似を最良近似とみな
すため、どちらの残差を使ったとしても、残差自乗平均
の減少、増加は同じように変動する。図１１は基準格子
パラメータと実際の計測データ点のパラメータの関係を
表す図である。図１１において、１１０１は計測データ
点、１１０２は基準格子パラメータ、１１０３は仮の計
測データ点、１１０４はサイズ最小スリットである。以
上で仮の計測データ点の３次元座標値が求められたの
で、次に基準パラメータに準じた格子状パラメータにお
ける近似曲面上の点と仮の計測データ点との差を求め
る。近似結果と計測したデータ点の差は、正負の符号付
きの残差の自乗を考え、次のように求める。近似曲面上
のｚ座標値から仮の計測データ点のｚ座標値を引き、そ
の正負を記憶しておく。そして、残差の自乗に記憶して
おいた正負の符号をつける。このように符号付きで残差
自乗値を求める理由は残差自乗値が同じでも正負が異な
れば、視覚的に元のデータ形状と大きな差があると感じ
るからである。逆に正負の符号が同じであれば比較的、
差が小さいと感じる。図１２（ａ）は近傍領域で残差の
絶対値が同じだが符号が異なる場合の例、図１２（ｂ）
は近傍領域で残差の絶対値及び符号が同一の場合の例で
ある。図１２において、１２０１は計測データが構成す
る面、１２０２は近似した曲面である。以上のようにし
て算出した基準格子パラメータの各点における符号付き
残差自乗を用いて次のようにして新しい節点を設定する
方向と、位置を決定する。図１３は分散を計算する測定
点列の集合を説明する図である。まず、図１３に示すよ
うにパラメータｕの値が等しい測定点列の集合Ｕ_i（ｉ
＝１，・・・，ｍ）の符号付き残差自乗の分散Ｕｖａｒ
_i（ｉ＝１，・・・，ｍ）、及びパラメータｖの値が等
しい測定点列の集合Ｖ_j（ｊ＝１，・・・，ｎ）の符号
付き残差自乗の分散Ｖｖａｒ_j（ｊ＝１，・・・，ｎ）
を求める。ただし、ｍは全スリットの数、ｎは基準パラ
メータｗの数である。そして、Ｕｖａｒ_i（ｉ＝１，・
・・，ｍ）、Ｖｖａｒ_j（ｊ＝１，・・・，ｎ）の平均
Ｕ，Ｖをそれぞれ算出し、大小を比較する。平均値Ｕの
方が大きければ、ｖ方向に新しい節点を追加する。なぜ
なら、分散が大きければ、そのうち残差の大きい箇所に
節点を追加するべきだからである。図１４は節点を追加
する方向の説明図である。図１４において、１４０１は
分散が大きいスリット、１４０２は分散が小さいスリッ
ト、１４０３は新しい節点の位置、１４０４は計測デー
タが構成する面上の曲線、１４０５は近似した曲面上の
曲線である。また、平均値Ｖの方が大きければ、ｕ方向
に新しい節点を追加する。以上で節点及び制御点を追加
する方向は決定された。次に節点を追加する位置につい
て説明する。説明のため、以後、平均値Ｕの方が大きい
場合のみを説明する。平均値ＶがＵよりも大きい場合も
同様に説明できる。図１５は節点を追加する位置の説明
図である。図１５において、１５０１は最も近似度が低
いスリット、１５０２は現在の節点の位置、１５０３は
新しい節点の位置、１５０４は計測データ点、１５０５
は近似曲面である。まず、分散値Ｕｖａｒ_i（ｉ＝１，
・・・，ｍ）において最も大きい値をもつスリット番号
ｉ₀を求める。この操作により、最も近似度の低いスリ
ット番号が得られる。次に、得られたスリット上の各節
点間において、近似曲面上の点のｚ座標値と仮の計測デ
ータ点のｚ座標値との残差の自乗和を算出する。節点は
複数あるため、１つの節点間につき、１つの残差の自乗
和が得られる。そして、これらの残差の自乗和のうち最
も大きい値を求め、その節点間の中央に新しい節点を追
加する。この新たな節点位置の自動決定手法は、残差の
自乗値が大きい箇所があったとしても、その近傍が同程
度の残差自乗値をもち計測データ点に対し同じ方向にず
れているならば、その部分は視覚的には形状の大きな違
いを感じないため、近似の不良が大きい場所とはみなさ
ないという考え方に基づき符号付き残差自乗の分散を使
用している。

【００４１】以上の操作により得られた新しい節点を追
加したノンユニフォームな節点で、再び計測データをB-
Spline（ビースプライン）曲面に近似する。以上の節点
自動決定手段８１８とパラメトリック曲面近似手段８１
３を繰り返すことで、より少数の制御点で計測データを
Non-Uniform B-Splineに効率良く近似することができ
る。

【００４２】以上のように本実施例によれば、被測定物
に照射するレーザスリット光を発生するスリット光源と
なるレーザ光源８０１及びミラー８０２と、被測定物８
０４をＸ軸方向へ一定ピッチで移動させるＸ軸移動機構
８０５と、被測定物８０４によるスリット光の散乱光を
撮像するカメラ８０６と、カメラ８０６からの出力信号
をデジタル化した画像信号に変換するＡ／Ｄ変換器８０
７と、上記画像信号を記憶する画像メモリ８０８と、画
像メモリ８０８に記憶された画像信号よりスリット散乱
光の中心位置を検出するスリット散乱光中心位置検出手
段８０９と、スリット散乱光中心位置より被測定物８０
４の３次元座標値を計算する座標演算手段８１０と、被
測定物上の曲線を指示する曲線指示手段８１１と、パラ
メトリック曲面のパラメータをｕ，ｖとすると、連続す
る前記曲線上の計測点のパラメータ値のｕ或はｖの値を
揃えるように各計測点にパラメータを付与するパラメー
タ設定手段８１２と、節点と制御点の追加する方向及び
位置を前回の近似誤差の分散を用いて自動的に決定する
節点自動決定手段８１８と、前記節点を用いて３次元座
標値データを逐次パラメトリック曲面に近似するパラメ
トリック曲面近似手段８１３と、パラメトリック曲面近
似手段８１３により圧縮されたデータを入力先システム
のデータフォーマットに変換するデータフォーマット変
換手段８１４と、全体系を制御するスキャナ制御手段８
１５を設けることにより、曲面近似の際にしばしば発生
するうねり形状を軽減して計測された形状を保存したま
ま効率良くデータ量が削減され、従来では被測定物の形
状から直接予測することが困難であったより効率的な近
似を得るための制御点数や節点の位置の挿入の問題を解
決し、かつ入力先システム内での形状の変更、修正が簡
易なデータ形式で３次元ＣＡＤやコンピュータグラフィ
ックスシステム８１７へ入力することができる。

【００４３】（実施例３）以下、本発明の第３の実施例
について、図面を参照しながら説明する。

【００４４】図１６は本発明の第３の実施例における３
次元形状入力装置のブロック結線図である。図１６にお
いて、１６０１は被測定物に照射するスリット光を発生
させるレーザ光源、１６０２はスリット光の光路を変更
させるミラー、１６０３は被測定物に照射するスリット
光、１６０４は被測定物、１６０５は被測定物１６０４
をＸ軸方向に一定ピッチで移動させるＸ軸移動機構、１
６０６はスリット光１６０３の散乱光を読み取るカメ
ラ、１６０７はカメラ１６０６の出力信号をデジタル化
した画像信号に変換するＡ／Ｄ変換器、１６０８は画像
信号を記憶する画像メモリ、１６０９は画像信号により
スリット散乱光の中心位置を計算するスリット散乱光中
心位置検出手段、１６１０はスリット散乱光の中心位置
より３次元座標値を計算する座標演算手段、１６１２は
被測定物上の曲線を指示する曲線指示手段及びパラメト
リック曲面のパラメータをｕ，ｖとすると連続する前記
曲線上の計測点のパラメータ値のｕ或はｖの値を揃える
ように各計測点にパラメータを付与するパラメータ設定
手段及び節点と制御点の追加する方向及び位置を前回の
近似誤差の分散を用いて自動的に決定する節点自動決定
手段とを備えることにより３次元座標値データを逐次パ
ラメトリック曲面に最良近似するパラメトリック曲面最
良近似手段、１６１６は全体系を制御するスキャナ制御
手段、１６１７は本装置で得られる３次元形状データ、
１６１８は３次元ＣＡＤシステムで、以上は図８の構成
と同様なものである。

【００４５】図８の構成と異なる点は、指定精度以下の
曲面を得るまで３次元座標値データをパラメトリック曲
面に繰り返して近似を行う際に、第１回目の近似はユニ
フォームな節点でパラメトリック曲面近似を行い、２回
目以降においては前回迄の近似結果に基づき、３次元座
標値データをそのままパラメトリック曲面に近似する
か、或は３次元座標値データを被測定物１６０４の形状
に関係なく機械的に２分割してからパラメトリック曲面
に近似するか、或は３次元座標値データの点群から特徴
点列を抽出しその特徴点を用いて多角形パッチで面を構
築するかの３通りの処理方法においてどの方法を用いる
かを決定する曲面処理方法決定手段１６１１と、被測定
物１６０４の全体形状を表す３次元座標値データをパラ
メトリック曲面に指定精度以下の曲面を得る迄繰り返し
て近似する際に、制御点の増加に伴う近似誤差の減少す
る割合が低い場合、１つの曲面を分割して２つのそれぞ
れ異なる曲面としてパラメトリック曲面に近似するため
に、３次元座標値データを近似誤差の大きい方向に２分
割する領域機械的分割手段１６１３と、更に近似誤差に
限界が生じて指定された近似精度を達成できない場合に
は計測された３次元座標値データの点群から特徴点列を
抽出しその特徴点を用いて多角形パッチで面を構築する
ものである特徴点パッチ作成手段１６１４を追加した
点、さらに図８に対し図１６では、データフォーマット
変換手段８１４をパラメトリック曲面最良近似手段１６
１２により構築された曲面及び特徴点パッチ作成手段１
６１４により作成されたパッチを入力先システムのデー
タフォーマットに変換するデータフォーマット変換手段
１６１５に変更した点である。

【００４６】以上のように構成された３次元形状入力装
置について、その動作を説明する。まず、被測定物８０
４の全体の３次元形状データを取得し、曲面処理方法決
定手段１６１１は指定精度以下の曲面を得るまで３次元
座標値データを曲面近似する処理方法として、第１回目
の近似はユニフォームな節点でパラメトリック曲面近似
を行い、２回目以降においては前回迄の近似結果に基づ
き、パラメトリック曲面最良近似手段１６１２を行うか
或は領域機械的分割手段１６１３を行ってからパラメト
リック曲面最良近似手段１６１２を行うか或は特徴点パ
ッチ作成手段１６１４を行うかを決定する。曲面処理方
法決定手段１６１１によってパラメトリック曲面最良近
似手段１６１２を行うと決定された場合、パラメトリッ
ク曲面最良近似手段１６１２は被測定物上の曲線を指示
する曲線指示手段及びパラメトリック曲面のパラメータ
をｕ，ｖとすると連続する前記曲線上の計測点のパラメ
ータ値のｕ或はｖの値を揃えるように各計測点にパラメ
ータを付与するパラメータ設定手段及び節点と制御点の
追加する方向及び位置を前回の近似誤差の分散を用いて
自動的に決定する節点自動決定手段とを備えることによ
り前記節点を用いて３次元座標値データを逐次パラメト
リック曲面に最良近似する。次に曲面処理方法決定手段
１６１１によって領域機械的分割手段１６１３を行って
からパラメトリック曲面最良近似手段１６１２を行うと
決定された場合、領域機械的分割手段１６１３は３次元
座標値データを近似誤差の大きい方向に２分割し、パラ
メトリック曲面最良近似手段１６１２は分割された領域
をそれぞれ別の曲面に最良近似を行う。次に曲面処理方
法決定手段１６１１によって特徴点パッチ作成手段１６
１４を行うと決定された場合、計測された３次元座標値
データの点群から特徴点列を抽出しその特徴点を用いて
多角形パッチで面を構築する。データフォーマット変換
手段１６１５はパラメトリック曲面最良近似手段１６１
２により構築された曲面及び特徴点パッチ作成手段１６
１４により作成されたパッチを入力先システムのデータ
フォーマットに変換し、フォーマット変換された３次元
形状データ１６１７は３次元ＣＡＤシステム１６１８に
入力される。

【００４７】以下、曲面処理方法決定手段１６１１にお
けるさらに詳細な動作を説明する。図１７は、曲面処理
方法決定手段１６１１において、領域機械的分割手段１
６１３及びパラメトリック曲面最良近似手段１６１２を
用いて計測された３次元座標値データをパラメトリック
曲面の１つであるＮｏｎ−Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｂ−Ｓｐｌ
ｉｎｅ（ノン・ユニフォーム ビー・スプライン）曲面
に指定した近似精度以下で分割近似するか、或は近似精
度が満たされない場合は特徴点パッチ作成手段１６１４
で３次元座標値データの特徴点を用いてパッチを構築す
るか、以上のどの処理を行うかを決定するフローを示し
ている。なお、曲面を表現するパラメータをｕ、ｖとす
る。

【００４８】まず、手順１７０１で計測された被測定物
の３次元座標値を入力する。手順１７０２でｕ方向の制
御点数（ｎ_u＋１）と階数ｍ_uを指定する。手順１７０３
で節点数に制御点数と曲面の階数ｍ_uを加えた値が代入
される。手順１７０４でｕ方向の節点位置を等間隔に設
定する。但し、両端において節点はｍ_u回多重とする。
手順１７０５でｖ方向の制御点数（ｎ_v＋１）と階数ｍ_v
を指定する。手順１７０６で節点数に制御点数と曲面の
階数ｍ_vを加えた値が代入される。手順１７０７でｖ方
向の節点位置を等間隔に設定する。但し、両端において
節点はｍ_v回多重とする。手順１７０８では手順１７０
４、手順１７０７で求められた節点を用い、データを
（数１）に最小自乗近似することにより制御点を算出す
る。手順１７０９において手順１７０８で行った最小自
乗近似の近似誤差を算出する。手順１７１０では前記近
似誤差が指定された許容誤差未満か否かを判定する。許
容誤差未満であれば、手順１７１１において算出された
ｕ，ｖ両方向の制御点、節点の座標値を形状を表すパラ
メータとして出力する。手順１７１０で許容誤差を満た
さなかった場合は、手順１７１２でｕ，ｖ両方向で残差
の分散を計算する。手順１７１３で許容誤差を満たさな
かった場合の回数Ｃｏｕｎｔを１加算する。手順１７１
４で回数Ｃｏｕｎｔが指定回数Ｃｏｕｎｔ₀以下であれ
ば面を分割しないとして以下手順１７１５の演算を行
う。手順１７１５では、パラメトリック曲面最良近似手
段１６１２の処理として、被測定物上の曲線を指示する
曲線指示手段及びパラメトリック曲面のパラメータを
ｕ，ｖとすると連続する前記曲線上の計測点のパラメー
タ値のｕ或はｖの値を揃えるように各計測点にパラメー
タを付与するパラメータ設定手段及び節点と制御点の追
加する方向及び位置を前回の近似誤差の分散を用いて自
動的に決定する節点自動決定手段処理を行う。そして、
手順１７０８に戻り決定された前記節点位置を用いて再
び最小自乗近似を行う。次に手順１７１４で許容誤差を
満たさなかった場合の回数Ｃｏｕｎｔが指定回数Ｃｏｕ
ｎｔ₀以上のとき、以下の演算を行う。手順１７１６で
はこれまでのＣｏｕｎｔ回数で手順１７１２で算出した
残差の減少する割合の大小により３段階に分岐する。残
差の減少する割合が予め設定されたしきい値より高けれ
ば、手順１７１５の演算を行う。減少する割合が低けれ
ば、手順１７１７で領域機械的分割手段１６１２の処理
を行う。領域機械的分割手段１６１２は３次元座標値デ
ータを残差の分散の大きい方向を２分割する。そして、
以降、各面を異なった面として新たに繰り返し曲面近似
を行うことにする。但し、制御点数は、分割した方向に
おいては前回近似した制御点数の半分に階数を加えたも
のとし、分割しなかった方向においては同数とする。手
順１７１８でＣｏｕｎｔを初期値０に戻す。また、減少
する割合がかなり低くまた、面がこれ以上分割できない
ほど小さければ、手順１７１９で特徴点パッチ作成手段
１６１４の処理を行う。特徴点パッチ作成手段１６１４
はデータ点より抽出した特徴点を用いて多角形パッチを
生成する。以上の手順を繰り返すことにより指定された
許容誤差を満たす近似曲面を極力少ないデータ量で実現
できる。

【００４９】なお、図１７の手順１７１９における特徴
点パッチ作成手段１６１４の動作の詳細を説明する。ま
ず、ある分割された面内の点列の３次元座標値を入力す
る。次に入力された３次元座標値の各スリットにおいて
特徴点を抽出する。そして抽出された各スリット毎の特
徴点を使用して隣合うスリット間に４角形パッチまたは
３角形パッチを作成する。

【００５０】次に、特徴点パッチ作成手段１６１４にお
ける特徴点を抽出する動作の詳細を説明する。図１８は
特徴点抽出の詳細フローを示している。

【００５１】まず、手順１８０１である１本のスリット
上の点の３次元座標値を入力する。手順１８０２では、
手順１８０１で入力された点列の両端を結ぶ直線の方程
式を算出する。手順１８０３で、両端を除く各計測点と
手順１８０１で算出した直線との距離を計算する。手順
１８０４では手順１８０３で得られた各点の直線との距
離のうち最大距離を求め、最大距離をもたらす点を特徴
点とする。手順１８０５では特徴点と両端点を折れ線で
結び、各線分の方程式を求める。図１９は手順１８０５
の動作を表すものである。手順１８０６では、手順１８
０５で算出した各線分上のサンプリング点と測定点との
残差を算出する。手順１８０７で前記残差が予め指定さ
れた近似精度を表すしきい値以下であれば特徴点抽出を
終了する。しきい値以上であれば、手順１８０８で、手
順１８０５で算出した線分と、両端点を除く計測点との
距離を算出し、手順１８０４に戻り最大距離をもたらす
計測点を新たな特徴点とする。以上の動作を繰り返すこ
とにより、点列より特徴点を抽出することができる。

【００５２】次に特徴点パッチ作成手段１６１４におけ
る多角形パッチを作成する動作の詳細を説明する。図２
０は隣合う２本のスリット間での多角形パッチ生成のフ
ローを示している。

【００５３】まず、手順２００１で隣合う２本のスリッ
トにおける特徴点の３次元座標値を入力する。手順２０
０２でスリット上の特徴点において、上方より順に２点
ずつとり仮の４角形を作成する。手順２００３で４角形
の２本の対角線の長さを算出する。手順２００４で２本
の対角線の長さの差がしきい値以上であるか否かを判定
する。しきい値以内であれば手順２００５で前記４点を
用いて４角形パッチを作成する。しきい値以上であれば
手順２００６で長い方の対角線を構成する下方の１点を
除いた３点で３角形パッチを作成する。図２１は３角形
パッチが作成される例を示すものである。２１０１、２
１０２、２１０３、２１０４は手順２００２における４
角形の頂点、２１０５、２１０６は点２１０１、点２１
０２、点２１０３、点２１０４によって構成される４角
形の対角線である。対角線２１０５と対角線２１０６の
長さに大きな差がある為、点２１０４を除いた３点で３
角形パッチが作成される。次に手順２００７でどちらか
１本のスリット上で手順２００２での４角形を作成する
ための２点が残っているか否かを判定する。２点があれ
ば手順２００２に戻り、１点しかなければ、手順２００
８で、残りのパッチはすべてその１点を頂点とした３角
形パッチを作成する。

【００５４】以上のように本実施例によれば、被測定物
に照射するレーザスリット光を発生するスリット光源と
なるレーザ光源１６０１及びミラー１６０２と、被測定
物１６０４をＸ軸方向へ一定ピッチで移動させるＸ軸移
動機構１６０５と、被測定物１６０４によるスリット光
の散乱光を撮像するカメラ１６０６と、カメラ１６０６
からの出力信号をデジタル化した画像信号に変換するＡ
／Ｄ変換器１６０７と、上記画像信号を記憶する画像メ
モリ１６０８と、画像メモリ１６０８に記憶された画像
信号よりスリット散乱光の中心位置を検出するスリット
散乱光中心位置検出手段１６０９と、スリット散乱光中
心位置より被測定物１６０４の３次元座標値を計算する
座標演算手段１６１０と、指定精度以下の曲面を得るま
で３次元座標値データをパラメトリック曲面に繰り返し
て近似を行う際に、第１回目の近似はユニフォームな節
点でパラメトリック曲面近似を行い、２回目以降におい
ては前回迄の近似結果に基づき、３次元座標値データを
そのままパラメトリック曲面に近似するか、或は３次元
座標値データを被測定物１６０４の形状に関係なく機械
的に２分割してからパラメトリック曲面に近似するか、
或は３次元座標値データの点群から特徴点列を抽出しそ
の特徴点を用いて多角形パッチで面を構築するかの３通
りの処理方法においてどの方法を用いるかを決定する曲
面処理方法決定手段１６１１と、被測定物上の曲線を指
示する曲線指示手段及びパラメトリック曲面のパラメー
タをｕ，ｖとすると連続する前記曲線上の計測点のパラ
メータ値のｕ或はｖの値を揃えるように各計測点にパラ
メータを付与するパラメータ設定手段及び節点と制御点
の追加する方向及び位置を前回の近似誤差の分散を用い
て自動的に決定する節点自動決定手段とを備えることに
より前記節点を用いて３次元座標値データを逐次パラメ
トリック曲面に最良近似するパラメトリック曲面最良近
似手段１６１２と、被測定物１６０４の全体形状を表す
３次元座標値データをパラメトリック曲面に指定精度以
下の曲面を得る迄繰り返して近似する際に、制御点の増
加に伴う近似誤差の減少する割合が低い場合、１つの曲
面を分割して２つのそれぞれ異なる曲面としてパラメト
リック曲面に近似するために、３次元座標値データを近
似誤差の大きい方向に２分割する領域機械的分割手段１
６１３と、更に近似誤差に限界が生じて指定された近似
精度を達成できない場合には計測された３次元座標値デ
ータの点群から特徴点列を抽出しその特徴点を用いて多
角形パッチで面を構築するものである特徴点パッチ作成
手段１６１４と、パラメトリック曲面最良近似手段１６
１２により構築された曲面及び特徴点パッチ作成手段１
６１４により作成されたパッチを入力先システムのデー
タフォーマットに変換するデータフォーマット変換手段
１６１５と、全体系を制御するスキャナ制御手段１６１
６と、本装置で得られる３次元形状データ１６１７と、
３次元ＣＡＤシステム１６１８を設けることにより、曲
面近似の際にしばしば発生するうねり形状を軽減して計
測された形状を保存したまま効率良くデータ量が削減さ
れ指定精度以下の曲面を得ることができ、従来では被測
定物の形状から直接予測することが困難であったより効
率的な近似を得るための制御点数や節点の位置の挿入の
問題を解決し、かつ入力先システム内での形状の変更、
修正が簡易なデータ形式で３次元ＣＡＤやコンピュータ
グラフィックスシステム１６１８へ入力することができ
る。

【００５５】（実施例４）以下、本発明の第４の実施例
について、図面を参照しながら説明する。

【００５６】図２２は本発明の第４の実施例における３
次元形状入力装置の構成図である。図２２において、２
２０１は被測定物２２０４に照射するスリット光を発生
させるレーザ光源、２２０２はスリット光の光路を変更
させるミラー、２２０３は被測定物２２０４に照射する
スリット光、２２０５は被測定物２２０４をＸ軸方向に
一定ピッチで移動させるＸ軸移動機構、２２０６はスリ
ット光２２０３の散乱光を読み取るカメラ、２２０７は
カメラ２２０６の出力信号をデジタル化した画像信号に
変換するＡ／Ｄ変換器、２２０８は画像信号を記憶する
画像メモリ、２２０９は画像信号によりスリット散乱光
の中心位置を計算するスリット散乱光中心位置検出手
段、２２１０はスリット散乱光の中心位置より３次元座
標値を計算する座標演算手段、２２１１は被測定物上の
曲線を指示する曲線指示手段、２２１２はパラメトリッ
ク曲面のパラメータをｕ，ｖとすると、連続する前記曲
線上の計測点のパラメータ値のｕ或はｖの値を揃えるよ
うに各計測点にパラメータを付与するパラメータ設定手
段、２２１５は全体系を制御するスキャナ制御手段、２
２１７は本装置で得られる３次元形状データ、２２１８
は３次元ＣＡＤシステムで、以上は図１の構成と同様な
ものである。

【００５７】図１の構成と異なる点は、図１のパラメト
リック曲面近似手段１１３に対し、被測定物の全体形状
を表す３次元座標値データを各スリット毎にパラメトリ
ック曲線に近似するパラメトリック曲線近似手段２２１
３に変更し、各スリットのパラメトリック曲線を補間す
る曲面を作成する補間曲面生成手段２２１４を追加し、
データフォーマット変換手段１１４を補間曲面生成手段
２２１４により圧縮されたデータを入力先システムのデ
ータフォーマットに変換するデータフォーマット変換手
段２２１６に変更した点である。

【００５８】なお、被測定物２２０４を移動させるＸ軸
移動機構２２０５の代わりに、スリット光を被測定物２
２０４上で走査させるスリット光走査手段としても良
い。

【００５９】以上のように構成された３次元形状入力装
置について、その動作を説明する。まず、被測定物２２
０４の全体の３次元形状データを取得するまでは、実施
例１と同様である。

【００６０】次に、パラメトリック曲線近似手段２２１
３は前記３次元座標値を各スリット毎をパラメトリック
曲線に近似する。補間曲面生成手段２２１４はパラメト
リック曲線近似手段２２１３によって得られる各スリッ
トのパラメトリック曲線を補間する曲面を次の手順で作
成する。まず、隣合うスプライン曲線の頂点をつなぐ。
生成する稜線は隣合う曲線の対応する頂点を通過する滑
らかな曲線となるようにする。このようにして生成した
稜線に曲面を内挿することで補間曲面を生成する。デー
タフォーマット変換手段２２１６は補間曲面生成手段２
２１４により圧縮されたデータを入力先システムのデー
タフォーマットに変換し、フォーマット変換された３次
元形状データ２２１７は３次元ＣＡＤシステム２２１８
に入力される。

【００６１】以下、パラメトリック曲線近似手段２２１
３におけるより詳細な動作を説明する。図２３は、パラ
メトリック曲線近似手段２２１３において１つのスリッ
トのデータをパラメトリック曲線の１つであるＮｏｎ−
Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅ（ノン・ユニフォー
ム ビースプライン）曲線に指定した近似精度以下で近
似する手法のフローを示している。

【００６２】まず、手順２３０１で計測された３次元座
標値データのうち１スリットのＹ−Ｚ座標値を入力す
る。手順２３０２では２次差分値を算出する。手順２３
０３で制御点数（ｎ＋１）と階数ｍを指定する。手順２
３０４で前記２次差分値の極大点を節点とする。手順２
３０５で節点数に制御点数と曲線の階数ｍとを加えた値
が代入される。手順２３０６では手順２３０５で求めら
れた節点を用い、データを（数４）に最小自乗近似する
ことにより制御点を算出する。（数４）においてＰ_iは
制御点、Ｎ_i,pはスプライン基底関数、ｔはパラメータ
である。

【００６３】

【数４】

【００６４】手順２３０７で手順２３０６で行った最小
自乗近似の近似誤差を算出する。手順２３０８では前記
近似誤差が指定された許容誤差未満であるか否かを判断
する。もし、近似誤差が指定された許容誤差未満であれ
ば、手順２３０９で得られた節点の座標値と制御点の座
標値をスリットの形状を表すパラメータとして出力す
る。一方、手順２３０８で許容誤差を満たさなかった場
合は手順２３１１で節点移動回数に１を加え、手順２３
１２でデータ点と近似曲線のうち誤差の最も大きい点を
求め、その節点を中心とした左右の誤差の和を比較し、
誤差の大きい方向へ節点を微小距離移動させる。一方、
指定された回数の移動により許容誤差を満たさなけれ
ば、手順２３１３で制御点数を１つ増やす。新しい節点
は誤差の最も大きい位置に追加する。そして手順２３０
５に戻る。

【００６５】以上の動作により指定された許容誤差を満
たす近似曲線を最も少ないデータ量で実現することがで
きる。但し、手順２３０４における節点の算出について
は、２次差分値を折れ線近似し、折れ点を節点とする方
法がある。また、差分値を用いるのではなく、あらかじ
めデータを複数次の関数で近似しておき関数の２次微分
値をとることにより、より正確な極大点を得ることがで
きるがこれらの近似手法は本発明を限定するものではな
い。また、曲線近似は各スリット毎に行うが、被測定物
の形状によっては、それぞれのスリットの第ｎ点目を結
んで１ラインのデータを生成し曲線近似する方が適切な
近似ができる場合がある。この場合も同様の手順でデー
タを近似できることはいうまでもない。また、節点の移
動と制御点数の増加を繰り返すことにより近似誤差を減
少させていく際に、制御点を増加させても近似誤差の減
少する割合が低い場合、曲線を複数に分割し、それぞれ
異なる曲線としてパラメトリック曲線に近似すること
で、指定された近似誤差以下の曲線を得ることができ
る。また、各曲線を並列に近似することによって、近似
にかかる時間を大幅に減少することができる。

【００６６】以上のように本実施例によれば、被測定物
に照射するレーザスリット光を発生するスリット光源と
なるレーザ光源２２０１及びミラー２２０２と、被測定
物２２０４をＸ軸方向へ一定ピッチで移動させるＸ軸移
動機構と、被測定物２２０４によるスリット光の散乱光
を撮像するカメラ２２０６と、カメラ２２０６からの出
力信号をデジタル化した画像信号に変換するＡ／Ｄ変換
器２２０７と、上記画像信号を記憶する画像メモリ２２
０８と、画像メモリ２２０８に記憶された画像信号より
スリット散乱光の中心位置を検出するスリット散乱光中
心位置検出手段２２０９と、スリット散乱光中心位置よ
り被測定物２２０４の３次元座標値を計算する座標演算
手段２２１０と、被測定物上の曲線を指示する曲線指示
手段２２１１と、パラメトリック曲面のパラメータを
ｕ，ｖとすると、連続する前記曲線上の計測点のパラメ
ータ値のｕ或はｖの値を揃えるように各計測点にパラメ
ータを付与するパラメータ設定手段２２１２と、被測定
物の全体形状を表す３次元座標値データを各スリット毎
にパラメトリック曲線に近似するパラメトリック曲線近
似手段２２１３と、各スリットのパラメトリック曲線を
補間する曲面を作成する補間曲面生成手段２２１４と、
全体系を制御するスキャナ制御手段２２１５と、補間曲
面生成手段２２１４により圧縮されたデータを入力先シ
ステムのデータフォーマットに変換するデータフォーマ
ット変換手段２２１６を設けることにより、曲面近似時
にしばしば発生するうねり形状を軽減し計測された形状
を保存したまま効率良くデータ量が削減され、各曲線を
独立に近似するために計算が容易であり並列処理を行う
ことにより計算時間を減少することができ、かつ入力先
システム内での形状の変更、修正が簡易なデータ形式で
３次元ＣＡＤやコンピュータグラフィックスシステム２
２１８へ入力することができる。

【００６７】（実施例５）以下、本発明の第５の実施例
について、図面を参照しながら説明する。

【００６８】図２４は本発明の第５の実施例における３
次元形状入力装置のブロック結線図である。図２４にお
いて、２４０１は被測定物に照射するスリット光を発生
させるレーザ光源、２４０２はスリット光の光路を変更
させるミラー、２４０３は被測定物に照射するスリット
光、２４０４は被測定物、２４０５は被測定物２４０４
をＸ軸方向に一定ピッチで移動させるＸ軸移動機構、２
４０６はスリット光２４０３の散乱光を読み取るカメ
ラ、２４０７はカメラ２４０６の出力信号をデジタル化
した画像信号に変換するＡ／Ｄ変換器、２４０８は画像
信号を記憶する画像メモリ、２４０９は画像信号により
スリット散乱光の中心位置を計算するスリット散乱光中
心位置検出手段、２４１０はスリット散乱光の中心位置
より３次元座標値を計算する座標演算手段、２４１６は
全体系を制御するスキャナ制御手段、２４１８は本装置
で得られる３次元形状データ、２４１９は３次元ＣＡＤ
システムで、以上は図８の構成と同様なものである。

【００６９】図８の構成と異なる点は、図８の被測定物
８０４に対し、スリット光に対する反射率が被測定物の
表面色と異なり更に互いも反射率が異なる２つの色を用
いて、それぞれの色で被測定物２４０４の近似を複数の
領域に分割して行うための領域を分割する曲線及び各領
域を曲面に近似する際のパラメータを設定するための曲
線を人が記入した被測定物２４０４に、図８の曲線指示
手段８１１に対し、被測定物上の異なる反射率をもつ２
つの色で記入された２種類の曲線を指示する曲線指示手
段Ａ２４１１に変更した点と、曲線指示手段Ａ２４１１
によって指示された領域分割のための曲線に従って３次
元座標値データを領域分割する領域分割手段２４１２を
追加した点と、図８のパラメータ設定手段８１２に対
し、分割された領域のそれぞれに於てパラメトリック曲
面のパラメータをｕ，ｖとすると曲線指示手段Ａ２４１
１によって指示されたパラメータ設定のための曲線上に
ある計測点のパラメータｕ或はｖの値を揃えるように各
計測点にパラメータを付与するパラメータ設定手段２４
１３に、図８の節点自動決定手段８１８に対し、分割さ
れた領域のそれぞれに於て節点と制御点の追加する方向
及び位置を前回の近似誤差の分散を用いて自動的に決定
する節点自動決定手段２４１４に、図８のパラメトリッ
ク曲面近似手段８１３に対し、分割された領域のそれぞ
れに於て前記節点を用いて各領域の３次元座標値データ
を逐次パラメトリック曲面に近似するパラメトリック曲
面近似手段２４１５に、図８のデータフォーマット変換
手段８１４に対し、分割された領域のそれぞれがパラメ
トリック曲面近似手段２４１５により圧縮されたデータ
を入力先システムのデータフォーマットに変換するデー
タフォーマット変換手段２４１７に変更した点である。

【００７０】以上のように構成された３次元形状入力装
置について、その動作を説明する。まず、被測定物２４
０４が茶色であるとすると、人がスリット光に対し反射
率が茶色よりも低い色である黒色を用いて被測定物２４
０４上に領域を分割するための曲線を記入し、更にスリ
ット光に対し茶色よりも反射率の高い色である白色を用
いて被測定物２４０４上にパラメータを設定するための
曲線を記入する。領域分割線は、ＣＡＤ入力後に面同志
の接続に関する修正がかかると思われる部分に描く。Ｘ
軸移動機構２４０５上に被測定物２４０４を設置する。
レーザ光源２４０１からのスリット光２４０３はミラー
２４０２により光路を変更しＸ軸移動機構２４０５上の
被測定物２４０４に照射される。以下、被測定物２４０
４の全体の３次元形状データを取得するまでは実施例１
と同様の動作である。曲線指示手段Ａ２４１１は計測さ
れた被測定物の全体形状を表す３次元座標値データより
被測定物２４０４に描かれた領域を分割するための曲線
とパラメータを設定するための曲線をそれぞれの色の反
射輝度の違いにより認識し、領域分割手段２４１２は曲
線指示手段Ａ２４１１によって抽出された曲線により３
次元座標値データを複数の領域に分割する。パラメータ
設定手段２４１３、節点自動決定手段２４１４、パラメ
トリック曲面近似手段２４１５は領域分割手段２４１２
によって抽出された各領域を個別に実施例２と同様にし
てパラメトリック曲面に近似することにより形状情報を
圧縮する。データフォーマット変換手段２４１７はパラ
メトリック曲面近似手段２４１５により近似された被測
定物２４０４全体の形状を表す複数のパラメトリック曲
面のパラメータ値を入力先のＣＡＤシステム用のデータ
フォーマットに変換し、フォーマット変換された３次元
形状データ２４１８は３次元ＣＡＤシステム２４１９に
入力される。

【００７１】曲線指示手段Ａ２４１１におけるさらに詳
細な動作を説明する。まず、画像メモリ２４０８に一時
的に記憶される画像においてカメラの水平走査ライン毎
に最大の輝度値を求め、それをその計測点における輝度
値とする。これを各画像において繰り返すことにより各
計測点における輝度値が求められる。被測定物２４０４
上に記入されている領域分割及びパラメータ設定のため
の曲線はスリット光に対し反射率の異なる色を用いてい
るため、予めしきい値ｄ１、ｄ２を設定し、前記計測点
における輝度値ｄがｄ＞ｄ１である計測点を集合Ｄ１に
属し、ｄ１≧ｄ＞ｄ２である計測点を集合Ｄ２に属し、
ｄ２≧ｄである計測点を集合Ｄ３に属す。そして、集合
Ｄ１に属す計測点を追跡することにより被測定物２４０
４上に指示したパラメータ設定のための曲線を抽出でき
る。抽出された曲線に対し、膨張処理、そして細線化処
理を施し、幅１点で連続した曲線を作成する。また、集
合Ｄ３に属す計測点を追跡することにより被測定物２４
０４上に指示した領域分割のための曲線を抽出できる。
なお、曲線指示手段Ａにおいて、パラメータ設定のため
の曲線を指示する方法は、スリット光に対する反射率が
被測定物の表面色と異なる色を用いておおまかな前記曲
線を被測定物上に指定し前記画像信号の中で輝度値が異
なる部分およびその周辺部分から前記３次元座標値デー
タを用いて求めたエッジらしさを基に前記曲線を抽出す
るか、または求める前記曲線は被測定物のエッジ部であ
るとみなし、人手を介在すること無く自動的に前記３次
元座標値データを用いてエッジを求めるか、またはカメ
ラがスリット散乱光を読み取りまたスリット光を投射し
ていない状態の被測定物の全体を撮像するもので、前記
カメラがスリット光を撮像するかあるいはスリット光を
投射していない前記被測定物の全体の輝度情報を撮像す
るかによって出力切り換えるメモリ切替手段と、前記メ
モリ切替手段の切り替えによりスリット散乱光の画像信
号を記憶する第１の画像メモリと、前記メモリ切替手段
の切り替えによりスリット光を投射していない前記被測
定物の全体の輝度画像を記憶する第２の画像メモリとを
別に設け、求める前記曲線は被測定物のエッジ部である
とみなし、人手を介在すること無く自動的に前記輝度画
像を用いてエッジを求めるか、または被測定物の表面色
と異なる色を用いて前記曲線を被測定物上に指定しカメ
ラがスリット散乱光を読み取りまたスリット光を投射し
ていない状態の被測定物の全体を撮像するカラーカメラ
で、前記カメラがスリット光を撮像するかあるいはスリ
ット光を投射していない前記被測定物の全体の輝度情報
を撮像するかによって出力切り換えるメモリ切替手段
と、前記メモリ切替手段の切り替えによりスリット散乱
光の画像信号を記憶する第１の画像メモリと、前記メモ
リ切替手段の切り替えによりスリット光を投射していな
い前記被測定物の全体の輝度画像を記憶する第２の画像
メモリとを別に設け、輝度画像から色の違いを用いて前
記曲線を抽出するか、または測定された３次元座標値デ
ータをコンピュータに表示し、表示された前記３次元座
標値データに対しマウスを用いて人間が曲線を指示して
も良い。

【００７２】次に、パラメトリック曲面近似手段２４１
５におけるさらに詳細な動作を説明する。まず、領域の
境界を追跡し、３つあるいはそれ以上の曲面が交わる点
を全て抽出する。得られた点で領域の境界を分割し、分
割された境界上の点列をそれぞれ節点自動決定手段２４
１４で決定された節点を用いてスプライン曲線に近似す
る。近似精度が低い場合は境界を更に２分割してそれぞ
れスプライン曲線に近似する。近似方法はパラメトリッ
ク曲線近似手段２２１３と同様である。次に、曲線近似
で得られた制御点を既知として領域内の点列をスプライ
ン曲面に近似する。曲面近似は実施例２に記述した方法
と同様である。このとき、既知とした制御点は曲面の制
御点列の端点とする。領域境界が３つの曲線に分割され
た場合は、曲線の端点のうち、任意の一制御点を重複さ
せて、最小自乗近似を行う。また、５つ以上に分割され
た場合は、まず任意の２つのスプライン曲線に近似した
境界においてそれぞれその両端点を結ぶ直線の垂直２等
分線を算出し、更にその交点を求める。次に、隣合う２
つの曲線の共通の端点と各曲線の中点と、算出した垂直
２等分線の交点の以上４点を頂点として、１つの小領域
とし、各小領域単位にスプライン曲面に近似する。従っ
て、隣あう小領域は共通の境界曲線であるため、曲面の
境界は同一の制御点となる。例えば、５角形であれば、
５つの小領域のスプライン曲面から構成される。なお、
各領域の近似は、実施例３に示したように、第１回目の
近似はユニフォームな節点でパラメトリック曲面近似を
行い、２回目以降においては前回迄の近似結果に基づ
き、３次元座標値データをそのままパラメトリック曲面
に近似するか、或は３次元座標値データを被測定物２４
０４の形状に関係なく機械的に２分割してからパラメト
リック曲面に近似するか、或は３次元座標値データの点
群から特徴点列を抽出しその特徴点を用いて多角形パッ
チで面を構築するかの３通りの処理方法においてどの方
法を用いるかを決定することにより指定精度以下の曲面
を得るまで３次元座標値データをパラメトリック曲面に
繰り返して近似するものでも良い。

【００７３】以上のように本実施例によれば、スリット
光に対する反射率が被測定物の表面色と異なり更に互い
も反射率が異なる２つの色を用いて、それぞれの色で被
測定物の近似を複数の領域に分割して行うための領域を
分割する曲線及び各領域を曲面に近似する際のパラメー
タを設定するための曲線を人が記入した被測定物２４０
４と、被測定物２４０４に照射するレーザスリット光を
発生するスリット光源としてのレーザ光源２４０１及び
ミラー２４０２と、被測定物２４０４をＸ軸方向へ一定
ピッチで移動させるＸ軸移動機構２４０５と、被測定物
２４０４によるスリット光の散乱光を撮像するカメラ２
４０６と、カメラ２４０６からの出力信号をデジタル化
した画像信号に変換するＡ／Ｄ変換器２４０７と、上記
画像信号を記憶する画像メモリ２４０８と、画像メモリ
２４０８に記憶された画像信号よりスリット散乱光の中
心位置を検出するスリット散乱光中心位置検出手段２４
０９と、スリット散乱光中心位置より被測定物２４０４
の３次元座標値を計算する座標演算手段２４１０と、被
測定物上の異なる反射率をもつ２つの色で記入された２
種類の曲線を指示する曲線指示手段Ａ２４１１と、曲線
指示手段Ａ２４１１によって指示された領域分割のため
の曲線に従って３次元座標値データを領域分割する領域
分割手段２４１２と、分割された領域のそれぞれに於て
パラメトリック曲面のパラメータをｕ，ｖとすると曲線
指示手段Ａ２４１１によって指示されたパラメータ設定
のための曲線上にある計測点のパラメータｕ或はｖの値
を揃えるように各計測点にパラメータを付与するパラメ
ータ設定手段２４１３と、分割された領域のそれぞれに
於て節点と制御点の追加する方向及び位置を前回の近似
誤差の分散を用いて自動的に決定する節点自動決定手段
２４１４と、分割された領域のそれぞれに於て前記節点
を用いて各領域の３次元座標値データを逐次パラメトリ
ック曲面に近似するパラメトリック曲面近似手段２４１
５と、分割された領域のそれぞれがパラメトリック曲面
近似手段２４１５により圧縮されたデータを入力先シス
テムのデータフォーマットに変換するデータフォーマッ
ト変換手段２４１７と、全体系を制御するスキャナ制御
手段２４１６を設けることにより、計測された形状を保
存したまま効率良くデータ量が削減され、かつ入力先シ
ステム内での意図した形状の変更、修正が簡易にできる
データ形式で３次元ＣＡＤやコンピュータグラフィック
スシステム２４１９へ入力することができる。

【００７４】（実施例６）以下、本発明の第６の実施例
について、図面を参照しながら説明する。

【００７５】図２５は本発明の第６の実施例における３
次元形状入力装置の構成図である。図２５において、２
５０１は被測定物２５０４に照射するスリット光を発生
させるレーザ光源、２５０２はスリット光の光路を変更
させるミラー、２５０３は被測定物２５０４に照射する
スリット光、２５０５は被測定物２５０４をＸ軸方向に
一定ピッチで移動させるＸ軸移動機構、２５０６はスリ
ット光２５０３の散乱光を読み取るカメラ、２５０７は
カメラ２５０６の出力信号をデジタル化した画像信号に
変換するＡ／Ｄ変換器、２５０８は画像信号を記憶する
画像メモリ、２５０９は画像信号によりスリット散乱光
の中心位置を計算するスリット散乱光中心位置検出手
段、２５１０はスリット散乱光の中心位置より３次元座
標値を計算する座標演算手段、２５１６は全体系を制御
するスキャナ制御手段、２５１８は本装置で得られる３
次元形状データ、２５１９は３次元ＣＡＤシステムで、
以上は図２４の構成と同様なものである。本実施例では
レーザ光源２５０１として波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅ
（ヘリウムーネオン）レーザを用いた。なお、レーザ光
源２５０１として用いるレーザの波長は本発明を限定す
るものではない。

【００７６】図２４の構成と異なる点は、図２４におけ
る被測定物２４０４に対し、スリット光に対する反射率
が被測定物の表面色と異なり更に互いも反射率が異なる
２つの色を用いて、それぞれの色で被測定物の近似を複
数の領域に分割して行うための領域を分割する曲線及び
各領域を曲面に近似する際のパラメータを設定するため
の曲線を人がおおまかに太めに記入した被測定物２５０
４に変更した点、図２４における曲線指示手段Ａ２４１
１に対し、画像信号の輝度値が被測定物２５０４の表面
色と異なる画素とその周辺画素より計測データから求め
たエッジらしさを基に領域分割線を抽出する曲線指示手
段Ｂ２５１１に変更した点、図２４における領域分割手
段２４１２に対し、曲線指示手段Ｂによって指示された
領域分割のための曲線に従って３次元座標値データを領
域分割する領域分割手段２５１２に変更した点と、図２
４におけるパラメータ設定手段２４１３に対し、分割さ
れた領域のそれぞれに於てパラメトリック曲面のパラメ
ータをｕ，ｖとすると曲線指示手段Ｂ２５１１によって
指示されたパラメータ設定のための曲線上にある計測点
のパラメータｕ或はｖの値を揃えるように各計測点にパ
ラメータを付与するパラメータ設定手段２５１３に変更
した点と、図２４における節点自動決定手段２４１４に
対し、分割された領域のそれぞれに於て節点と制御点の
追加する方向及び位置を前回の近似誤差の分散を用いて
自動的に決定する節点自動決定手段２５１４に変更した
点と、図２４におけるパラメトリック曲面近似手段２４
１５に対し、分割された領域のそれぞれに於て前記節点
を用いて各領域の３次元座標値データを逐次パラメトリ
ック曲面に近似するパラメトリック曲面近似手段２５１
５と、図２４におけるデータフォーマット変換手段２４
１７に対し、分割された領域のそれぞれがパラメトリッ
ク曲面近似手段２５１５により圧縮されたデータを入力
先システムのデータフォーマットに変換するデータフォ
ーマット変換手段２５１７に変更した点である。

【００７７】以上のように構成された３次元形状入力装
置について、その動作を説明する。まず、被測定物２４
０４が茶色であるとすると、人がスリット光に対し反射
率が茶色よりも低い色である黒色を用いて被測定物１２
０４上に領域を分割するためのおおまかな曲線を太めに
記入し、更にスリット光に対し茶色よりも反射率の高い
色である白色を用いて被測定物１２０４上にパラメータ
を設定するためのおおまかな曲線を太めに記入する。領
域分割のための曲線は、ＣＡＤ入力後に面同志の接続に
関する修正がかかると思われる部分に描く。主にエッジ
に相当する部分である。Ｘ軸移動機構２５０５上に被測
定物２５０４を設置する。レーザ光源２５０１からのス
リット光２５０３はミラー２５０２により光路を変更し
Ｘ軸移動機構２５０５上の被測定物２５０４に照射され
る。以下、被測定物２５０４の全体の３次元形状データ
を取得するまでは実施例１と同様の動作である。曲線指
示手段Ｂ２５１１は計測された被測定物の全体形状を表
す３次元座標値データより被測定物２５０４に描かれた
領域を分割するための曲線とパラメータを設定するため
の曲線をそれぞれの色の反射輝度の違いにより認識し、
さらに、その反射輝度が異なる画素とその周辺画素より
計測データから求めたエッジらしさを基に領域分割のた
めの曲線及びパラメータ設定をするための曲線を抽出す
る。以下、実施例５と同様にして、領域分割手段２５１
２は曲線指示手段Ｂ２５１１によって抽出された領域分
割のための曲線により３次元座標値データを複数の領域
に分割し、パラメータ設定手段２５１３、節点自動決定
手段２５１４、パラメトリック曲面近似手段２５１５は
領域分割手段２５１２によって抽出された各領域を個別
に実施例２と同様にしてパラメトリック曲面に近似する
ことにより形状情報を圧縮し、データフォーマット変換
手段２５１７はパラメトリック曲面近似手段２５１５に
より近似された被測定物２５０４全体の形状を表す複数
のパラメトリック曲面のパラメータ値を入力先のＣＡＤ
システム用のデータフォーマットに変換し、フォーマッ
ト変換された３次元形状データ２５１８は３次元ＣＡＤ
システム２５１９に入力される。

【００７８】曲線指示手段Ｂ２５１１におけるさらに詳
細な動作を説明する。まず、画像メモリ２５０８に一時
的に記憶される画像においてカメラの水平走査ライン毎
に最大の輝度値を求め、それをその計測点における輝度
値とする。これを各画像において繰り返すことにより各
計測点における輝度値が求められる。被測定物２５０４
上に記入されている領域分割及びパラメータ設定のため
の曲線はスリット光に対し反射率の異なる色を用いてい
るため、予めしきい値ｄ１、ｄ２を設定し、前記計測点
における輝度値ｄがｄ＞ｄ１である計測点を集合Ｄ１に
属し、ｄ１≧ｄ＞ｄ２である計測点を集合Ｄ２に属し、
ｄ２≧ｄである計測点を集合Ｄ３に属す。そして、集合
Ｄ１に属す計測点列は被測定物２５０４上に指示したパ
ラメータ設定のための曲線を含む領域を成す。なぜな
ら、人間が指示した曲線はおおまかで太めに記入された
ものだからである。同様にして、集合Ｄ３に属す計測点
は被測定物２５０４上に指示した領域分割のための曲線
を含む領域を成す。そして、各領域に於て計測データか
ら求めたエッジらしさを基に領域分割するための曲線と
パラメータ設定のための曲線をそれぞれ抽出する。図２
６は輝度値が被測定物表面と異なる２種類の画素及びそ
の周辺画素より計測データから求めたエッジらしさを基
に領域分割するための曲線を集合Ｄ３より抽出する手法
のフローを示している。なお、パラメータ設定のための
曲線も同様にして集合Ｄ１より抽出することができる。

【００７９】まず、手順２６０１で画像メモリ２５０８
に記憶されている画像信号を入力する。手順２６０２で
Ｄ３に含まれる画素を抽出する。手順２６０３では手順
２６０２で抽出された画素に対し８近傍膨張処理を行
う。得られた画像は領域分割指示線を膨張したものであ
るため、真の領域分割線を含む領域を表している。これ
を領域分割線周辺領域と呼ぶ。手順２６０４では領域分
割線周辺領域内の点列の３次元座標値データの奥行きｚ
座標値に対し、エッジ検出オペレータを施す。その結果
得られた値をエッジらしさを表すエッジ強度と呼ぶ。ま
た、エッジ検出オペレータとしてKirsch（キルシュ）オ
ペレータを図２７に示す。手順２６０５で領域分割線周
辺領域内の全画素のうち最もエッジ強度の弱い画素を捜
して注目画素とし、注目画素が削除可能か否かを判断す
る。削除可能性は注目画素の８近傍内に２画素しか存在
せず、更にその２画素が隣接していなければ、注目画素
は削除不可能であるとし、それ以外のときには削除す
る。削除可能性の実施例を図２８に示す。手順２６０５
を削除可能な画素がなくなるまで繰り返す（手順２６０
６）ことにより領域分割線周辺領域を細線化することが
できる。以上の動作により細線化された結果を領域分割
のための曲線或はパラメータ設定のための曲線とする。

【００８０】なお、曲線指示手段Ｂ２５１１において、
パラメータ設定のための曲線を指示する方法は、スリッ
ト光に対する反射率が被測定物の表面色と異なる色を用
いて前記曲線を被測定物上に指定し前記画像信号の中で
輝度値が異なる部分を前記曲線として抽出する曲線指示
手段Ａ２４１１か、または求める前記曲線は被測定物の
エッジ部であるとみなし、人手を介在すること無く自動
的に前記３次元座標値データを用いてエッジを求める
か、またはカメラがスリット散乱光を読み取りまたスリ
ット光を投射していない状態の被測定物の全体を撮像す
るもので、前記カメラがスリット光を撮像するかあるい
はスリット光を投射していない前記被測定物の全体の輝
度情報を撮像するかによって出力切り換えるメモリ切替
手段と、前記メモリ切替手段の切り替えによりスリット
散乱光の画像信号を記憶する第１の画像メモリと、前記
メモリ切替手段の切り替えによりスリット光を投射して
いない前記被測定物の全体の輝度画像を記憶する第２の
画像メモリとを別に設け、求める前記曲線は被測定物の
エッジ部であるとみなし、人手を介在すること無く自動
的に前記輝度画像を用いてエッジを求めるか、または被
測定物の表面色と異なる色を用いて前記曲線を被測定物
上に指定しカメラがスリット散乱光を読み取りまたスリ
ット光を投射していない状態の被測定物の全体を撮像す
るカラーカメラで、前記カメラがスリット光を撮像する
かあるいはスリット光を投射していない前記被測定物の
全体の輝度情報を撮像するかによって出力切り換えるメ
モリ切替手段と、前記メモリ切替手段の切り替えにより
スリット散乱光の画像信号を記憶する第１の画像メモリ
と、前記メモリ切替手段の切り替えによりスリット光を
投射していない前記被測定物の全体の輝度画像を記憶す
る第２の画像メモリとを別に設け、輝度画像から色の違
いを用いて前記曲線を抽出するか、または測定された３
次元座標値データをコンピュータに表示し、表示された
前記３次元座標値データに対しマウスを用いて人間が曲
線を指示しても良い。

【００８１】以上のように本実施例によれば、スリット
光に対する反射率が被測定物の表面色と異なり更に互い
も反射率が異なる２つの色を用いて、それぞれの色で被
測定物の近似を複数の領域に分割して行うための領域を
分割する曲線及び各領域を曲面に近似する際のパラメー
タを設定するための曲線を人がおおまかに太めに記入し
た被測定物２５０４と、被測定物２５０４に照射するレ
ーザスリット光を発生するスリット光源としてのレーザ
光源２５０１及びミラー２５０２と、被測定物２５０４
をＸ軸方向へ一定ピッチで移動させるＸ軸移動機構２５
０５と、被測定物２５０４によるスリット光の散乱光を
撮像するカメラ２５０６と、カメラ２５０６からの出力
信号をデジタル化した画像信号に変換するＡ／Ｄ変換器
２５０７と、上記画像信号を記憶する画像メモリ２５０
８と、画像メモリ２５０８に記憶された画像信号よりス
リット散乱光の中心位置を検出するスリット散乱光中心
位置検出手段２５０９と、スリット散乱光中心位置より
被測定物２５０４の３次元座標値を計算する座標演算手
段２５１０と、画像信号の輝度値が被測定物２５０４の
表面色と異なる画素とその周辺画素より計測データから
求めたエッジらしさを基に領域分割のための曲線及び各
領域を曲面近似する際のパラメータ設定に用いる曲線を
抽出する曲線指示手段Ｂ２５１１と、曲線指示手段Ｂ２
５１１によって指示された領域分割のための曲線に従っ
て３次元座標値データを領域分割する領域分割手段２５
１２と、分割された領域のそれぞれに於てパラメトリッ
ク曲面のパラメータをｕ，ｖとすると曲線指示手段Ｂ２
５１１によって指示されたパラメータ設定のための曲線
上にある計測点のパラメータｕ或はｖの値を揃えるよう
に各計測点にパラメータを付与するパラメータ設定手段
２５１３と、分割された領域のそれぞれに於て節点と制
御点の追加する方向及び位置を前回の近似誤差の分散を
用いて自動的に決定する節点自動決定手段２５１４と、
分割された領域のそれぞれに於て前記節点を用いて各領
域の３次元座標値データを逐次パラメトリック曲面に近
似するパラメトリック曲面近似手段２５１５と、分割さ
れた領域のそれぞれがパラメトリック曲面近似手段２５
１５により圧縮されたデータを入力先システムのデータ
フォーマットに変換するデータフォーマット変換手段２
５１７と、全体系を制御するスキャナ制御手段２５１６
を設けることにより、計測された形状を保存したまま効
率良くデータ量が削減され、かつ入力先システム内での
意図した形状の変更、修正が簡易にできるデータ形式で
３次元ＣＡＤやコンピュータグラフィックスシステム２
５１９へ入力することができる。

【００８２】（実施例７）以下、本発明の第７の実施例
について、図面を参照しながら説明する。

【００８３】図２９は本発明の第７の実施例における３
次元形状入力装置の構成図である。図２９において、２
９０１は被測定物２９０４に照射するスリット光を発生
させるレーザ光源、２９０２はスリット光の光路を変更
させるミラー、２９０３は被測定物２９０４に照射する
スリット光、２９０５は被測定物２９０４をＸ軸方向に
一定ピッチで移動させるＸ軸移動機構、２９０６はスリ
ット光２９０３の散乱光を読み取るカメラ、２９０７は
カメラ２９０６の出力信号をデジタル化した画像信号に
変換するＡ／Ｄ変換器、２９０８は画像信号を記憶する
画像メモリ、２９０９は画像信号によりスリット散乱光
の中心位置を計算するスリット散乱光中心位置検出手
段、２９１０はスリット散乱光の中心位置より３次元座
標値を計算する座標演算手段、２９１６は全体系を制御
するスキャナ制御手段、２９１８は本装置で得られる３
次元形状データ、２９１９は３次元ＣＡＤシステムで、
以上は図２４の構成と同様なものである。

【００８４】図２４の構成と異なる点は、図２４におけ
る被測定物２４０４に対し、人間が曲線を記入しない被
測定物２９０４に変更した点と、図２４における曲線指
示手段Ａ２４１１に対し、計測された被測定物の全体形
状を表す３次元座標値データを用いて被測定物の形状を
領域分割する曲線を自動的に抽出し、更に各領域に対し
てしきい値を緩めて同様の操作を行うことにより各領域
を曲面に近似する際のパラメータを設定するための曲線
を抽出する曲線指示手段Ｃ２９１１に変更した点、図２
４における領域分割手段２４１２に対し、曲線指示手段
Ｃ２９１１によって指示された領域分割のための曲線に
従って３次元座標値データを領域分割する領域分割手段
２９１２に変更した点と、図２４におけるパラメータ設
定手段２４１３に対し、分割された領域のそれぞれに於
てパラメトリック曲面のパラメータをｕ，ｖとすると曲
線指示手段Ｃ２９１１によって指示されたパラメータ設
定のための曲線上にある計測点のパラメータｕ或はｖの
値を揃えるように各計測点にパラメータを付与するパラ
メータ設定手段２９１３に変更した点と、図２４におけ
る節点自動決定手段２４１４に対し、分割された領域の
それぞれに於て節点と制御点の追加する方向及び位置を
前回の近似誤差の分散を用いて自動的に決定する節点自
動決定手段２９１４に変更した点と、図２４におけるパ
ラメトリック曲面近似手段２４１５に対し、分割された
領域のそれぞれに於て前記節点を用いて各領域の３次元
座標値データを逐次パラメトリック曲面に近似するパラ
メトリック曲面近似手段２９１５と、図２４におけるデ
ータフォーマット変換手段２４１７に対し、分割された
領域のそれぞれがパラメトリック曲面近似手段２９１５
により圧縮されたデータを入力先システムのデータフォ
ーマットに変換するデータフォーマット変換手段２９１
７に変更した点である。

【００８５】以上のように構成された３次元形状入力装
置について、その動作を説明する。Ｘ軸移動機構２９０
５上に被測定物２９０４を設置する。レーザ光源２９０
１からのスリット光２９０３はミラー２９０２により光
路を変更しＸ軸移動機構２９０５上の被測定物２９０４
に照射される。以下、被測定物２９０４の全体の３次元
形状データを取得するまでは実施例１と同様の動作であ
る。曲線指示手段Ｃ２９１１は計測された被測定物の全
体形状を表す３次元座標値データを用いて被測定物の形
状を領域分割する曲線を自動的に抽出し、更に各領域に
対してしきい値を緩めて同様の操作を行うことにより各
領域を曲面に近似する際のパラメータを設定するための
曲線を自動的に抽出する。以下、実施例５と同様にし
て、領域分割手段２９１２は曲線指示手段Ｃ２９１１に
よって抽出された領域分割のための曲線により３次元座
標値データを複数の領域に分割し、パラメータ設定手段
２９１３、節点自動決定手段２９１４、パラメトリック
曲面近似手段２９１５は領域分割手段２９１２によって
抽出された各領域を個別に実施例２と同様にしてパラメ
トリック曲面に近似することにより形状情報を圧縮し、
データフォーマット変換手段２９１７はパラメトリック
曲面近似手段２９１５により近似された被測定物２９０
４全体の形状を表す複数のパラメトリック曲面のパラメ
ータ値を入力先のＣＡＤシステム用のデータフォーマッ
トに変換し、フォーマット変換された３次元形状データ
２９１８は３次元ＣＡＤシステム２９１９に入力され
る。

【００８６】曲線指示手段Ｃ２９１１におけるさらに詳
細な動作を説明する。曲線指示手段Ｃ２９１１は計測さ
れた被測定物の全体形状を表す３次元座標値データを用
いて被測定物の形状を領域分割する曲線を自動的に抽出
し、更に各領域に対してしきい値を緩めて同様の操作を
行うことにより各領域を曲面に近似する際のパラメータ
を設定するための曲線を自動的に抽出する。図３０は曲
線指示手段Ｃ２９１１において被測定物の全体形状を表
す３次元座標値データを用いて被測定物を自動的に領域
分割する手法のフローを示している。

【００８７】まず、手順３００１で計測された被測定物
の３次元座標値を入力する。手順３００２で計測点列を
３×３の小領域に分割する。手順３００３で各小領域を
更に１まわり増やした５×５の点列を用いて二次多項式
（数５）に最小自乗近似する。

【００８８】

【数５】

【００８９】手順３００４で各小領域において平均曲率
Ｈおよびガウス曲率Ｋを（数５）を用いて（数６）によ
り求める。

【００９０】

【数６】

【００９１】手順３００５で平均曲率Ｈ及びガウス曲率
Ｋの零、正、負の組合せにより各小領域にラベルをつ
け、ラベルマップを作成する。ラベルは、零に近い値を
零とみなすためのしきい値Ｋ₀，Ｈ₀（Ｋ₀＞０，Ｈ₀＞
０）を設定し、Ｋ＞Ｋ₀，Ｈ＜ーＨ₀のときラベル１、Ｋ
＞Ｋ₀，Ｈ＞Ｈ₀のときラベル２、Ｋ₀＞Ｋ＞ーＫ₀，Ｈ＜
ーＨ ₀のときラベル３、Ｋ₀＞Ｋ＞ーＫ₀，Ｈ＞Ｈ₀のとき
ラベル４、Ｋ₀＞Ｋ＞ーＫ₀，Ｈ₀＞Ｈ＞ーＨ₀のときラベ
ル５、Ｋ＜ーＫ₀，Ｈ₀＞Ｈ＞ーＨ₀のときラベル６、Ｋ
＜ーＫ₀，Ｈ＜ーＨ₀のときラベル７、Ｋ＜ーＫ₀，Ｈ＞
Ｈ₀のときラベル８を与える。各ラベルは図３１に示す
８タイプの曲面の分類を表す。手順３００６ではラベル
マップにおいてある小領域に注目し、その８近傍のラベ
ルのうち最も数の多いラベル番号に注目する小領域のラ
ベル番号を書き換える。同数のラベルがある場合はさら
に１２近傍、１５近傍と、広い近傍において同じラベル
番号の数を数え、注目する小領域のラベルを書き換え
る。次に、手順３００７で各小領域の法線ベクトルを
（数５）を用いて算出する。手順３００８で各３×３小
領域においてその８近傍の小領域とそれぞれ法線ベクト
ルの内積を求める。手順３００９で内積値を２値化し、
ルーフエッジを得る。手順３０１０でルーフエッジを横
切らないように同じラベル番号の小領域を統合し、手順
３０１１で閉領域として抽出する。以上の動作により３
次元データから被測定物の領域分割を自動的に行うこと
ができる。求める曲線は、領域の境界線となる。

【００９２】同様にして、手順３００１で入力する３次
元座標値データを、被測定物全体の３次元座標値データ
に代わって、各領域の３次元座標値データに変更し、更
に手順３００９における２値化でしきい値を緩めること
によりパラメータ設定のための曲線を抽出することがで
きる。

【００９３】なお、曲線指示手段Ｃ２９１１において、
パラメータ設定のための曲線を指示する方法は、スリッ
ト光に対する反射率が被測定物の表面色と異なる色を用
いて前記曲線を被測定物上に指定し前記画像信号の中で
輝度値が異なる部分を前記曲線として抽出する曲線指示
手段Ａ２４１１か、又はスリット光に対する反射率が被
測定物の表面色と異なる色を用いて前記曲線を被測定物
上におおまかで太めに指定し前記画像信号の中で輝度値
が異なる部分及びその周辺部分から３次元座標値データ
を用いて求めたエッジらしさを基に曲線を抽出する曲線
指示手段Ｂ２５１１か、またはカメラがスリット散乱光
を読み取りまたスリット光を投射していない状態の被測
定物の全体を撮像するもので、前記カメラがスリット光
を撮像するかあるいはスリット光を投射していない前記
被測定物の全体の輝度情報を撮像するかによって出力切
り換えるメモリ切替手段と、前記メモリ切替手段の切り
替えによりスリット散乱光の画像信号を記憶する第１の
画像メモリと、前記メモリ切替手段の切り替えによりス
リット光を投射していない前記被測定物の全体の輝度画
像を記憶する第２の画像メモリとを別に設け、求める前
記曲線は被測定物のエッジ部であるとみなし、人手を介
在すること無く自動的に前記輝度画像を用いてエッジを
求めるか、または被測定物の表面色と異なる色を用いて
前記曲線を被測定物上に指定しカメラがスリット散乱光
を読み取りまたスリット光を投射していない状態の被測
定物の全体を撮像するカラーカメラで、前記カメラがス
リット光を撮像するかあるいはスリット光を投射してい
ない前記被測定物の全体の輝度情報を撮像するかによっ
て出力切り換えるメモリ切替手段と、前記メモリ切替手
段の切り替えによりスリット散乱光の画像信号を記憶す
る第１の画像メモリと、前記メモリ切替手段の切り替え
によりスリット光を投射していない前記被測定物の全体
の輝度画像を記憶する第２の画像メモリとを別に設け、
輝度画像から色の違いを用いて前記曲線を抽出するか、
または測定された３次元座標値データをコンピュータに
表示し、表示された前記３次元座標値データに対しマウ
スを用いて人間が曲線を指示しても良い。

【００９４】以上のように本実施例によれば、被測定物
２９０４に照射するレーザスリット光を発生するスリッ
ト光源としてのレーザ光源２９０１及びミラー２９０２
と、被測定物２９０４をＸ軸方向へ一定ピッチで移動さ
せるＸ軸移動機構２９０５と、被測定物２９０４による
スリット光の散乱光を撮像するカメラ２９０６と、カメ
ラ２９０６からの出力信号をデジタル化した画像信号に
変換するＡ／Ｄ変換器２９０７と、上記画像信号を記憶
する画像メモリ２９０８と、画像メモリ２９０８に記憶
された画像信号よりスリット散乱光の中心位置を検出す
るスリット散乱光中心位置検出手段２９０９と、スリッ
ト散乱光中心位置より被測定物２９０４の３次元座標値
を計算する座標演算手段２９１０と、求める曲線は被測
定物のエッジ部であるとみなし自動的に前記３次元座標
値データを用いてエッジを求めることにより領域分割の
ための曲線を抽出し、同様の方法を各領域に対し行うこ
とによりパラメータ設定のための曲線を抽出する曲線指
示手段Ｃ２９１１と、曲線指示手段Ｃ２９１１によって
指示された領域分割のための曲線に従って３次元座標値
データを領域分割する領域分割手段２９１２と、分割さ
れた領域のそれぞれに於てパラメトリック曲面のパラメ
ータをｕ，ｖとすると曲線指示手段Ｃ２９１１によって
指示されたパラメータ設定のための曲線上にある計測点
のパラメータｕ或はｖの値を揃えるように各計測点にパ
ラメータを付与するパラメータ設定手段２９１３と、分
割された領域のそれぞれに於て節点と制御点の追加する
方向及び位置を前回の近似誤差の分散を用いて自動的に
決定する節点自動決定手段２９１４と、分割された領域
のそれぞれに於て前記節点を用いて各領域の３次元座標
値データを逐次パラメトリック曲面に近似するパラメト
リック曲面近似手段２９１５と、分割された領域のそれ
ぞれがパラメトリック曲面近似手段２９１５により圧縮
されたデータを入力先システムのデータフォーマットに
変換するデータフォーマット変換手段２９１７と、全体
系を制御するスキャナ制御手段２９１６を設けることに
より、計測された形状を保存したまま効率良くデータ量
が削減され、かつ入力先システム内での意図した形状の
変更、修正が簡易にできるデータ形式で３次元ＣＡＤや
コンピュータグラフィックスシステム２９１９へ入力す
ることができる。

【００９５】（実施例８）以下、本発明の第８の実施例
について、図面を参照しながら説明する。

【００９６】図３２は本発明の第８の実施例における３
次元形状入力装置の構成図である。図３２において、３
２０１は被測定物３２０４に照射するスリット光を発生
させるレーザ光源、３２０２はスリット光の光路を変更
させるミラー、３２０３は被測定物３２０４に照射する
スリット光、３２０５は被測定物３２０４をＸ軸方向に
一定ピッチで移動させるＸ軸移動機構、３２０６はスリ
ット光３２０３の散乱光を読み取りまたスリット光を投
射していない状態の被測定物３２０４全体を撮像するカ
メラ、３２０７はカメラ３２０６の出力信号をデジタル
化した画像信号に変換するＡ／Ｄ変換器、３２０８はカ
メラ３２０６によってスリット光を撮像したかあるいは
スリット光を投射していない被測定物３２０４全体の輝
度情報を撮像したかにより入力するメモリを切り換える
メモリ切替手段、３２０９はスリット散乱光の画像信号
を記憶する画像メモリ、３２１０はスリット光を投射し
ていない被測定物全体の輝度画像を記憶する画像メモ
リ、３２１１はメモリ切替手段３２０８、画像メモリ３
２０９、３２１０を制御するＣＰＵ、３２１２は画像メ
モリ３２０９からの画像信号によりスリット散乱光の中
心位置を計算するスリット散乱光中心位置検出手段、３
２１３はスリット散乱光の中心位置より３次元座標値を
計算する座標演算手段、３２１４は画像メモリ３２１０
に記憶されている被測定物の輝度画像より自動的に領域
を分割するための曲線及びパラメータ設定手段のための
曲線を抽出する曲線指示手段Ｄ、３２１５は曲線指示手
段Ｄ３２１４によって抽出された領域分割のための曲線
を用いて被測定物の全体形状を複数の領域に分割する領
域分割手段、３２１６はパラメトリック曲面のパラメー
タをｕ，ｖとすると曲線指示手段Ｄ３２１４によって抽
出された連続する前記曲線上の計測点のパラメータ値の
ｕ或はｖの値を揃えるように各計測点にパラメータを付
与するパラメータ設定手段、３２１７は節点と制御点の
追加する方向及び位置を前回の近似誤差の分散を用いて
自動的に決定する節点自動決定手段、３２１８は領域分
割手段３２１５により領域分割された各領域毎に前記節
点を用いて３次元座標値データをパラメトリック曲面に
近似するパラメトリック曲面近似手段、３２２０はパラ
メトリック曲面近似手段３２１８により圧縮されたデー
タを入力先システムのデータフォーマットに変換するデ
ータフォーマット変換手段、３２１９は全体系を制御す
るスキャナ制御手段、３２２１は本装置で得られる３次
元形状データ、３２２２は３次元ＣＡＤシステムであ
る。

【００９７】以上のように構成された３次元形状入力装
置について、その動作を説明する。まず、レーザ光源３
２０１からのスリット光３２０３はミラー３２０２によ
り光路を変更し被測定物３２０４に照射される。被測定
物３２０４はスリット光３２０３を受けながらＸ軸移動
機構３２０５によりＸ軸方向に一定ピッチで移動する。
カメラ３２０６は移動中の被測定物３２０４からのスリ
ット散乱光を移動に同期して撮像する。この場合、撮像
されたカメラ３２０６上のスリット散乱光の像は被測定
物３２０４の表面の形状に応じたスリット散乱光の凹凸
を示している。Ａ／Ｄ変換器３２０７はカメラ３２０６
の信号をデジタル信号に変換し、この信号はメモリ切替
手段３２０８により画像メモリ３２０９に画像信号とし
て一時的に記憶される。スリット散乱光中心位置検出手
段３２１２は画像信号からカメラの水平走査ライン毎に
スリット散乱光の輝度の中心位置を求め、測定点の像と
みなす。座標演算手段３２１３において測定点の像とカ
メラのレンズ中心を結ぶ直線とカメラの光軸のなす角、
および基線長（スリット光源からカメラのレンズ中心ま
での距離）と、レーザスリット光の投射角度を用いて三
角測量法の原理により測定点の３次元座標値を計算す
る。このようにして１つのスリット光に対して被測定物
の３次元形状データを取得する。そして移動ピッチ毎の
３次元形状データを取得することで、最終的に被測定物
３２０４の全体の３次元形状データを取得する。

【００９８】次に被測定物３２０４にスリット光を投射
することを止め、カメラ３２０６は再び被測定物３２０
４を撮像する。この場合、カメラ３２０６上には被測定
物３２０４全体の輝度情報が撮像される。Ａ／Ｄ変換器
３２０７はカメラ３２０６の信号をデジタル信号に変換
し、この信号はメモリ切替手段３２０８により画像メモ
リ３２１０に画像信号として記憶される。曲線指示手段
Ｄ３２１３は画像信号から被測定物３２０４の形状を分
割するための曲線及び各領域を曲面近似する際のパラメ
ータ設定に用いる曲線を自動的に抽出する。以下、実施
例５と同様にして、領域分割手段３２１５は曲線指示手
段Ｄ３２１４によって抽出された領域分割のための曲線
により３次元座標値データを複数の領域に分割し、パラ
メータ設定手段３２１６、節点自動決定手段３２１７、
パラメトリック曲面近似手段３２１８は領域分割手段３
２１５によって抽出された各領域を個別に実施例２と同
様にしてパラメトリック曲面に近似することにより形状
情報を圧縮し、データフォーマット変換手段３２２０は
パラメトリック曲面近似手段３２１８により近似された
被測定物３２０４全体の形状を表す複数のパラメトリッ
ク曲面のパラメータ値を入力先のＣＡＤシステム用のデ
ータフォーマットに変換し、フォーマット変換された３
次元形状データ３２２１は３次元ＣＡＤシステム３２２
２に入力される。

【００９９】以下、曲線指示手段Ｄ３２１４のさらに詳
細な動作を説明する。図３３は、曲線指示手段３２１４
において輝度情報を用いて被測定物を自動的に領域分割
する手法のフローを示している。

【０１００】まず、手順３３０１で被測定物の輝度情報
を入力する。手順３３０２で前記輝度画像に対しKirsch
型オペレーターを施す。図２７にKirsch型オペレーター
を示す。手順３３０３で予め設定されているしきい値に
よりKirsch型オペレーターによる１次差分値を２値化
し、エッジを抽出する。手順３３０４では手順３３０３
で得られたエッジ画像に４連結膨張を施す。手順３３０
５でエッジを細線化する。手順３３０６でエッジを追跡
することによりエッジによって分割された閉領域を抽出
する。手順３３０７で閉領域の統合を行う。統合は隣合
う２つの閉領域においてその共通境界の画素数Ｉと、共
通境界において濃度差があるしきい値よりも小さい画素
数Ｗとから（数７）によりＲを算出し、予め設定されて
いるしきい値Ｒ₀よりもＲが大きければ２つの領域を統
合する。

【０１０１】

【数７】

【０１０２】以上の動作により輝度データから被測定物
の領域分割を自動的に行うことができる。求める領域を
分割する曲線は分割された領域の境界を指す。以上の手
順において手順３３０１で入力する輝度画像を分割され
た各領域内の輝度画像とし、手順３３０３における２値
化のしきい値を緩めることにより、パラメータ設定のた
めの曲線を自動的に抽出することができる。

【０１０３】なお、曲線指示手段Ｄ３２１４において、
パラメータ設定のための曲線を指示する方法は、スリッ
ト光に対する反射率が被測定物の表面色と異なる色を用
いて前記曲線を被測定物上に指定し前記画像信号の中で
輝度値が異なる部分を前記曲線として抽出する曲線指示
手段Ａ２４１１か、スリット光に対する反射率が被測定
物の表面色と異なる色を用いておおまかで太めに前記曲
線を被測定物上に指定し前記画像信号の中で輝度値が異
なる部分及びその周辺部分から３次元座標値データを用
いて求めたエッジらしさを基に前記曲線を抽出する曲線
指示手段Ｂ２５１１か、または求める前記曲線は被測定
物のエッジ部であるとみなし、人手を介在すること無く
自動的に前記３次元座標値データを用いてエッジを求め
る曲線指示手段Ｃ２９１１か、または被測定物の表面色
と異なる色を用いて前記曲線を被測定物上に指定しカメ
ラがスリット散乱光を読み取りまたスリット光を投射し
ていない状態の被測定物の全体を撮像するカラーカメラ
で、前記カメラがスリット光を撮像するかあるいはスリ
ット光を投射していない前記被測定物の全体の輝度情報
を撮像するかによって出力切り換えるメモリ切替手段
と、前記メモリ切替手段の切り替えによりスリット散乱
光の画像信号を記憶する第１の画像メモリと、前記メモ
リ切替手段の切り替えによりスリット光を投射していな
い前記被測定物の全体の輝度画像を記憶する第２の画像
メモリとを別に設け、輝度画像から色の違いを用いて前
記曲線を抽出するか、または測定された３次元座標値デ
ータをコンピュータに表示し、表示された前記３次元座
標値データに対しマウスを用いて人間が曲線を指示して
も良い。

【０１０４】以上のように本実施例によれば、被測定物
３２０４に照射するスリット光を発生させるレーザ光源
としてのレーザ光源３２０１及びミラー３２０２と、被
測定物３２０４をＸ軸方向に一定ピッチで移動させるＸ
軸移動機構３２０５と、スリット光の散乱光を読み取り
またスリット光を投射していない状態の被測定物３２０
４全体を撮像するカメラ３２０６と、カメラ３２０６の
出力信号をデジタル化した画像信号に変換するＡ／Ｄ変
換器３２０７と、カメラ３２０６によってスリット光を
撮像したかあるいはスリット光を投射していない被測定
物３２０４全体の輝度情報を撮像したかにより出力を切
り換えるメモリ切替手段３２０８と、スリット散乱光の
画像信号を記憶する第一の画像メモリ３２０９と、スリ
ット光を投射していない被測定物全体の輝度画像を記憶
する第二の画像メモリ３２１０と、メモリ切替手段３２
０８及び画像メモリ３２０９と３２１０を制御するＣＰ
Ｕ３２１１と、第一の画像メモリ３２０９からの画像信
号によりスリット散乱光の中心位置を計算するスリット
散乱光中心位置検出手段３２１２と、スリット散乱光の
中心位置より３次元座標値を計算する座標演算手段３２
１３と、第二の画像メモリ３２１０に記憶されている被
測定物３２０４の輝度画像より領域分割を行うための曲
線及びパラメータ設定のための曲線を抽出する曲線指示
手段Ｄ３２１４と、曲線指示手段Ｄ３２１４によって指
示された領域分割のための曲線に従って３次元座標値デ
ータを領域分割する領域分割手段３２１５と、分割され
た領域のそれぞれに於てパラメトリック曲面のパラメー
タをｕ，ｖとすると曲線指示手段Ｄ３２１４によって指
示されたパラメータ設定のための曲線上にある計測点の
パラメータｕ或はｖの値を揃えるように各計測点にパラ
メータを付与するパラメータ設定手段３２１６と、分割
された領域のそれぞれに於て節点と制御点の追加する方
向及び位置を前回の近似誤差の分散を用いて自動的に決
定する節点自動決定手段３２１７と、分割された領域の
それぞれに於て前記節点を用いて各領域の３次元座標値
データを逐次パラメトリック曲面に近似するパラメトリ
ック曲面近似手段３２１８と、分割された領域のそれぞ
れがパラメトリック曲面近似手段３２１８により圧縮さ
れたデータを入力先システムのデータフォーマットに変
換するデータフォーマット変換手段３２２０と、全体系
を制御するスキャナ制御手段３２１９を設けることによ
り、計測された形状を保存したまま効率良くデータ量が
削減され、かつ入力先システム内での意図した形状の変
更、修正が簡易にできるデータ形式で３次元ＣＡＤやコ
ンピュータグラフィックスシステム３２２２へ入力する
ことができる。

【０１０５】（実施例９）以下、本発明の第９の実施例
について、図面を参照しながら説明する。

【０１０６】図３４は本発明の第９の実施例における３
次元形状入力装置の構成図である。図３４において、３
４０１は被測定物３４０４に照射するスリット光を発生
させるレーザ光源、３４０２はスリット光の光路を変更
させるミラー、３４０３は被測定物３４０４に照射する
スリット光、３４０５は被測定物３４０４をＸ軸方向に
一定ピッチで移動させるＸ軸移動機構、３４０７はカラ
ーカメラ３４０６の出力信号をデジタル化した画像信号
に変換するＡ／Ｄ変換器、３４０８はカラーカメラ３４
０６によってスリット光を撮像したかあるいはスリット
光を投射していない被測定物３４０４全体の輝度情報を
撮像したかにより入力するメモリを切り換えるメモリ切
替手段、３４０９はスリット散乱光の画像信号を記憶す
る画像メモリ、３４１０はスリット光を投射していない
被測定物全体の輝度画像を記憶する画像メモリ、３４１
１はメモリ切替手段３４０８、画像メモリ３４０９、３
４１０を制御するＣＰＵ、３４１２は画像メモリ３４０
９からの画像信号によりスリット散乱光の中心位置を計
算するスリット散乱光中心位置検出手段、３４１３はス
リット散乱光の中心位置より３次元座標値を計算する座
標演算手段、３４１５は曲線指示手段Ｅ３４１４によっ
て抽出された領域分割のための曲線を用いて被測定物の
全体形状を複数の領域に分割する領域分割手段、３４１
６はパラメトリック曲面のパラメータをｕ，ｖとすると
曲線指示手段Ｅ３４１４によって抽出された連続する前
記曲線上の計測点のパラメータ値のｕ或はｖの値を揃え
るように各計測点にパラメータを付与するパラメータ設
定手段、３４１７は節点と制御点の追加する方向及び位
置を前回の近似誤差の分散を用いて自動的に決定する節
点自動決定手段、３４１８は領域分割手段３４１５によ
り領域分割された各領域毎に前記節点を用いて３次元座
標値データをパラメトリック曲面に近似するパラメトリ
ック曲面近似手段、３４２０はパラメトリック曲面近似
手段３４１８により圧縮されたデータを入力先システム
のデータフォーマットに変換するデータフォーマット変
換手段、３４１９は全体系を制御するスキャナ制御手
段、３４２１は本装置で得られる３次元形状データ、３
４２２は３次元ＣＡＤシステムで、以上は図３２の構成
と同様なものである。

【０１０７】図３２の構成と異なるのは、図３２の被測
定物３２０４に対し、被測定物３４０４の表面色と異な
る色を用いて被測定物の全体形状を分割するための曲線
及び各領域を曲面近似する際のパラメータ設定時に使用
する曲線を人間が記入した被測定物３４０４に変更した
点と、図３２のカメラ３２０６に対し、スリット光３４
０３の散乱光を読み取りまたスリット光を投射していな
い状態の被測定物３４０４全体を撮像するカラーカメラ
３４０６に変更した点と、図３２の曲線指示手段Ｄ３２
１４に対し、画像メモリ３４１０に記憶されている被測
定物のカラー画像より色の違いを用いて自動的に領域を
分割するための曲線及びパラメータ設定手段のための曲
線を抽出する曲線指示手段Ｅ３４１４に変更した点であ
る。

【０１０８】以上のように構成された３次元形状入力装
置について、その動作を説明する。まず、レーザ光源３
４０１からのスリット光３４０３はミラー３４０２によ
り光路を変更し被測定物３４０４に照射する。被測定物
３４０４はスリット光３４０３を受けながらＸ軸移動機
構３４０５によりＸ軸方向に一定ピッチで移動する。カ
ラーカメラ３４０６は移動中の被測定物３４０４からの
スリット散乱光を移動に同期して撮像する。この場合、
撮像されたカラーカメラ３４０６上のスリット散乱光の
像は被測定物３４０４の表面の形状に応じたスリット散
乱光の凹凸を示している。Ａ／Ｄ変換器３４０７はカラ
ーカメラ３４０６の信号をデジタル信号に変換し、この
信号はメモリ切替手段３４０８により画像メモリ３４０
９に画像信号として一時的に記憶される。スリット散乱
光中心位置検出手段３４１２は画像信号からカラーカメ
ラの水平走査ライン毎にスリット散乱光の輝度の中心位
置を求め、測定点の像とみなす。座標演算手段３４１３
において測定点の像とカラーカメラのレンズ中心を結ぶ
直線とカラーカメラの光軸のなす角、および基線長（ス
リット光源からカメラのレンズ中心までの距離）と、レ
ーザスリット光の投射角度を用いて三角測量法の原理に
より測定点の３次元座標値を計算する。このようにして
１つのスリット光に対して被測定物の３次元形状データ
を取得する。そして移動ピッチ毎の３次元形状データを
取得することで、最終的に被測定物３４０４の全体の３
次元形状データを取得する。

【０１０９】次に被測定物３４０４にスリット光を投射
することを止め、カラーカメラ３４０６は再び被測定物
３４０４を撮像する。この場合、カラーカメラ３４０６
上には被測定物３４０４全体の輝度情報が撮像される。
Ａ／Ｄ変換器３４０７はカラーカメラ３４０６の信号を
デジタル信号に変換し、この信号はメモリ切替手段３４
０８により画像メモリ３４１０に画像信号として記憶さ
れる。曲線指示手段Ｅ３４１４は画像信号から被測定物
３４０４の形状を分割するための曲線及び各領域を曲面
近似する際のパラメータ設定に用いる曲線を色の違いを
用いて自動的に抽出する。以下、実施例５と同様にし
て、領域分割手段３４１５は曲線指示手段Ｅ３４１４に
よって抽出された領域分割のための曲線により３次元座
標値データを複数の領域に分割し、パラメータ設定手段
３４１６、節点自動決定手段３４１７、パラメトリック
曲面近似手段３４１８は領域分割手段３４１５によって
抽出された各領域を個別に実施例２と同様にしてパラメ
トリック曲面に近似することにより形状情報を圧縮し、
データフォーマット変換手段３４２０はパラメトリック
曲面近似手段３４１８により近似された被測定物３４０
４全体の形状を表す複数のパラメトリック曲面のパラメ
ータ値を入力先のＣＡＤシステム用のデータフォーマッ
トに変換し、フォーマット変換された３次元形状データ
３４２１は３次元ＣＡＤシステム３４２２に入力され
る。

【０１１０】以下、曲線指示手段Ｅ３４１４のさらに詳
細な動作を説明する。図３５は、曲線指示手段Ｅ３４１
４において輝度情報を用いて被測定物を自動的に領域分
割する手法のフローを示している。

【０１１１】まず、手順３５０１で被測定物のカラー情
報を入力する。手順３５０２で前記カラー画像の各画素
の（Ｒ、Ｇ、Ｂ）値を均等色空間である（Ｈ、Ｖ、Ｃ）
に変換する。手順３５０３で、各画素の（Ｈ、Ｖ、Ｃ）
の値を特徴空間であるＨＶＣマンセル色空間に投票す
る。手順３５０４で色空間のクラスタリングを行う。被
測定物３４０４の表面色と領域分割のための曲線の色と
パラメータ設定のための曲線の色はそれぞれ異なるため
３つのクラスタを考える。まず、３つの任意の代表ベク
トルを取り、それらを各クラスタＣ１、Ｃ２、Ｃ３の標
準パターンとみなす。次に空間内のあるベクトルｐ_iと
クラスタの標準パターンＣ１，Ｃ２，Ｃ３との距離を求
め、距離の値が最も小さいクラスタにベクトルｐ_iを属
させる。以上の操作をすべてのベクトルｐ_i（ｉ＝１，
・・・、ｎ）について施す。次に、各クラスタにおいて
平均ベクトルを新しい標準パターンとし、再び空間内の
あるベクトルｐ_iとクラスタの標準パターンＣ１，Ｃ
２，Ｃ３との距離を求め、距離の値が最も小さいクラス
タにベクトルｐ_iを属させる操作をすべてのベクトルｐ_i
（ｉ＝１，・・・、ｎ）について繰り返す。各クラスタ
の標準パターンが前回の標準パターンと等しくなったと
きのＣ１，Ｃ２，Ｃ３をクラスタリングの結果として得
る。手順３５０５で３つのクラスタにそれぞれラベルｃ
₁，ｃ₂，ｃ₃を与え、ラベルマップを作成する。手順３
５０６で３つのクラスタのうちクラスタに属するベクト
ルの数が最も多いクラスタをｃ₁とすると、ｃ₁が被測定
物３４０４の表面色であると判定する。手順３５０７で
ラベルマップにおいてラベルｃ₂，ｃ₃を持つ画素を追跡
し、ｃ₂，ｃ₃のうち閉じた方を領域分割のための曲線で
あると判定する。例えば領域分割のための曲線はラベル
ｃ₂の画素の集合，パラメータ設定のための曲線はラベ
ルｃ₃を持つ画素の集合として各曲線を抽出することが
できる。なお、どのクラスタがどちらの曲線を表すか
は、予め曲線の色を知っておくことでマンセル色空間内
のクラスタの位置により容易に判別することができる。
また、色による領域分割の為の特徴空間としてマンセル
色空間を用いたが他の色空間でも良く本発明を限定する
ものではない。

【０１１２】なお、曲線指示手段Ｅ３４１４において、
パラメータ設定のための曲線を指示する方法は、スリッ
ト光に対する反射率が被測定物の表面色と異なる色を用
いて前記曲線を被測定物上に指定し前記画像信号の中で
輝度値が異なる部分を前記曲線として抽出する曲線指示
手段Ａ２４１１か、スリット光に対する反射率が被測定
物の表面色と異なる色を用いておおまかで太めに前記曲
線を被測定物上に指定し前記画像信号の中で輝度値が異
なる部分及びその周辺部分から３次元座標値データを用
いて求めたエッジらしさを基に前記曲線を抽出する曲線
指示手段Ｂ２５１１か、または求める前記曲線は被測定
物のエッジ部であるとみなし、人手を介在すること無く
自動的に前記３次元座標値データを用いてエッジを求め
る曲線指示手段Ｃ２９１１か、またはカメラがスリット
散乱光を読み取りまたスリット光を投射していない状態
の被測定物の全体を撮像するカメラで、前記カメラがス
リット光を撮像するかあるいはスリット光を投射してい
ない前記被測定物の全体の輝度情報を撮像するかによっ
て出力切り換えるメモリ切替手段と、前記メモリ切替手
段の切り替えによりスリット散乱光の画像信号を記憶す
る第１の画像メモリと、前記メモリ切替手段の切り替え
によりスリット光を投射していない前記被測定物の全体
の輝度画像を記憶する第２の画像メモリとを別に設け、
輝度画像から自動的に前記曲線を抽出する曲線指示手段
Ｄ３２１４か、または測定された３次元座標値データを
コンピュータに表示し、表示された前記３次元座標値デ
ータに対しマウスを用いて人間が曲線を指示しても良
い。

【０１１３】以上のように本実施例によれば、被測定物
３４０４に照射するスリット光を発生させるレーザ光源
としてのレーザ光源３４０１及びミラー３４０２と、被
測定物３４０４をＸ軸方向に一定ピッチで移動させるＸ
軸移動機構３４０５と、スリット光の散乱光を読み取り
またスリット光を投射していない状態の被測定物３４０
４全体を撮像するカラーカメラ３４０６と、カラーカメ
ラ３４０６の出力信号をデジタル化した画像信号に変換
するＡ／Ｄ変換器３４０７と、カラーカメラ３４０６に
よってスリット光を撮像したかあるいはスリット光を投
射していない被測定物３４０４全体の輝度情報を撮像し
たかにより出力を切り換えるメモリ切替手段３４０８
と、スリット散乱光の画像信号を記憶する第一の画像メ
モリ３４０９と、スリット光を投射していない被測定物
全体の輝度画像を記憶する第二の画像メモリ３４１０
と、メモリ切替手段３４０８及び画像メモリ３４０９と
３４１０を制御するＣＰＵ３４１１と、第一の画像メモ
リ３４０９からの画像信号によりスリット散乱光の中心
位置を計算するスリット散乱光中心位置検出手段３４１
２と、スリット散乱光の中心位置より３次元座標値を計
算する座標演算手段３４１３と、第二の画像メモリ３４
１０に記憶されている被測定物３４０４のカラー画像よ
り領域分割を行うための曲線及びパラメータ設定のため
の曲線を抽出する曲線指示手段Ｅ３４１４と、曲線指示
手段Ｅ３４１４によって指示された領域分割のための曲
線に従って３次元座標値データを領域分割する領域分割
手段３４１５と、分割された領域のそれぞれに於てパラ
メトリック曲面のパラメータをｕ，ｖとすると曲線指示
手段Ｅ３４１４によって指示されたパラメータ設定のた
めの曲線上にある計測点のパラメータｕ或はｖの値を揃
えるように各計測点にパラメータを付与するパラメータ
設定手段３４１６と、分割された領域のそれぞれに於て
節点と制御点の追加する方向及び位置を前回の近似誤差
の分散を用いて自動的に決定する節点自動決定手段３４
１７と、分割された領域のそれぞれに於て前記節点を用
いて各領域の３次元座標値データを逐次パラメトリック
曲面に近似するパラメトリック曲面近似手段３４１８
と、分割された領域のそれぞれがパラメトリック曲面近
似手段３４１８により圧縮されたデータを入力先システ
ムのデータフォーマットに変換するデータフォーマット
変換手段３４２０と、全体系を制御するスキャナ制御手
段３４１９を設けることにより、計測された形状を保存
したまま効率良くデータ量が削減され、かつ入力先シス
テム内での意図した形状の変更、修正が簡易にできるデ
ータ形式で３次元ＣＡＤやコンピュータグラフィックス
システム３４２２へ入力することができる。

【０１１４】（実施例１０）以下、本発明の第１０の実
施例について、図面を参照しながら説明する。図３６は
本発明の第１０の実施例における３次元形状入力装置の
構成図である。

【０１１５】図３６において、３６０１は被測定物３６
０４に照射するスリット光を発生させるレーザ光源、３
６０２はスリット光の光路を変更させるミラー、３６０
３は被測定物３６０４に照射するスリット光、３６０５
は被測定物３６０４をＸ軸方向に一定ピッチで移動させ
るＸ軸移動機構、３６０６はスリット光３６０３の散乱
光を読み取るカメラ、３６０７はカメラ３６０６の出力
信号をデジタル化した画像信号に変換するＡ／Ｄ変換
器、３６０８は画像信号を記憶する画像メモリ、３６０
９は画像信号によりスリット散乱光の中心位置を計算す
るスリット散乱光中心位置検出手段、３６１０はスリッ
ト散乱光の中心位置より３次元座標値を計算する座標演
算手段、３６１６は全体系を制御するスキャナ制御手
段、３６１８は本装置で得られる３次元形状データ、３
６１９は３次元ＣＡＤシステムで、以上は図２４の構成
と同様なものである。

【０１１６】図２４の構成と異なる点は、図２４におけ
る曲線指示手段Ａ２４１１に対し、測定された３次元座
標値データを３次元ＣＡＤシステム３６１９に表示され
た前記３次元座標値データに対し被測定物３６０４の形
状を領域分割するための曲線と各領域を曲面近似する際
のパラメータ設定に用いる曲線をマウス３６２０を用い
て人間が指示する曲線指示手段Ｆ３６１１に変更した
点、曲線を指示する際に使用するマウス３６２０を追加
した点、図２４の３次元ＣＡＤシステム２４１９に対
し、３次元ＣＡＤシステムを単に出力先として使用する
のではなく曲線を指示するために３次元座標値データが
得られた時点でデータを３次元ＣＡＤシステム３６１９
に表示する３次元ＣＡＤシステム３６１９に変更した点
と、図２４における領域分割手段２４１２に対し、曲線
指示手段Ｆによって指示された領域分割のための曲線に
従って３次元座標値データを領域分割する領域分割手段
３６１２に変更した点と、図２４におけるパラメータ設
定手段２４１３に対し、分割された領域のそれぞれに於
てパラメトリック曲面のパラメータをｕ，ｖとすると曲
線指示手段Ｆ３６１１によって指示されたパラメータ設
定のための曲線上にある計測点のパラメータｕ或はｖの
値を揃えるように各計測点にパラメータを付与するパラ
メータ設定手段３６１３に変更した点と、図２４におけ
る節点自動決定手段２４１４に対し、分割された領域の
それぞれに於て節点と制御点の追加する方向及び位置を
前回の近似誤差の分散を用いて自動的に決定する節点自
動決定手段３６１４に変更した点と、図２４におけるパ
ラメトリック曲面近似手段２４１５に対し、分割された
領域のそれぞれに於て前記節点を用いて各領域の３次元
座標値データを逐次パラメトリック曲面に近似するパラ
メトリック曲面近似手段３６１５と、図２４におけるデ
ータフォーマット変換手段２４１７に対し、分割された
領域のそれぞれがパラメトリック曲面近似手段３６１５
により圧縮されたデータを入力先システムのデータフォ
ーマットに変換するデータフォーマット変換手段３６１
７に変更した点である。

【０１１７】以上のように構成された３次元形状入力装
置について、その動作を説明する。まず、Ｘ軸移動機構
３６０５上に被測定物３６０４を設置する。レーザ光源
３６０１からのスリット光３６０３はミラー３６０２に
より光路を変更しＸ軸移動機構３６０５上の被測定物３
６０４に照射される。以下、被測定物３６０４の全体の
３次元形状データを取得するまでは実施例１と同様の動
作である。曲線指示手段Ｆ３６１１は計測された被測定
物の全体形状を表す３次元座標値データを用いて３角形
パッチを作成することにより点列に面を張り３次元ＣＡ
Ｄシステム３６１９上に表示する。そして３次元ＣＡＤ
システム３６１９に表示された被測定物３６０４の測定
形状に対して、被測定物３６０４の形状を分割するため
の曲線の位置をマウス３６２０でクリックすることによ
り人間が指示する。同様にして次に各領域を曲面近似す
る際のパラメータ設定に用いる曲線をマウス３６２０の
別のボタンをクリックすることにより人間が指示する。
以下、実施例５と同様にして、領域分割手段３６１２は
曲線指示手段Ｆ３６１１によって抽出された領域分割の
ための曲線により３次元座標値データを複数の領域に分
割し、パラメータ設定手段３６１３、節点自動決定手段
３６１４、パラメトリック曲面近似手段３６１５は領域
分割手段３６１２によって抽出された各領域を個別に実
施例２と同様にしてパラメトリック曲面に近似すること
により形状情報を圧縮し、データフォーマット変換手段
３６１７はパラメトリック曲面近似手段３６１５により
近似された被測定物３６０４全体の形状を表す複数のパ
ラメトリック曲面のパラメータ値を入力先のＣＡＤシス
テム用のデータフォーマットに変換し、フォーマット変
換された３次元形状データ３６１８は３次元ＣＡＤシス
テム３６１９に入力される。本実施例では３次元ＣＡＤ
システム３６１９で曲線を指示する際にマウス３６２０
を使用したが異なる指示装置を使用しても良い。また、
曲線指示手段Ｆ３６１１は計測された被測定物の全体形
状を表す３次元座標値データを用いてｚ座標値に応じた
階調として３次元ＣＡＤシステム３６１９に表示し、被
測定物３６０４の形状を分割するための曲線の位置をマ
ウス３６２０でクリックすることにより人間が指示し、
同様にして各領域を曲面近似する際のパラメータ設定に
用いる曲線をマウス３６２０の別のボタンをクリックす
ることにより人間が指示するものでも良い。

【０１１８】なお、曲線指示手段Ｆ３６１１において、
パラメータ設定のための曲線を指示する方法は、スリッ
ト光に対する反射率が被測定物の表面色と異なる色を用
いて前記曲線を被測定物上に指定し前記画像信号の中で
輝度値が異なる部分を前記曲線として抽出する曲線指示
手段Ａ２４１１か、スリット光に対する反射率が被測定
物の表面色と異なる色を用いておおまかで太めに前記曲
線を被測定物上に指定し前記画像信号の中で輝度値が異
なる部分及びその周辺部分から３次元座標値データを用
いて求めたエッジらしさを基に前記曲線を抽出する曲線
指示手段Ｂ２５１１か、または求める前記曲線は被測定
物のエッジ部であるとみなし、人手を介在すること無く
自動的に前記３次元座標値データを用いてエッジを求め
る曲線指示手段Ｃ２９１１か、またはカメラがスリット
散乱光を読み取りまたスリット光を投射していない状態
の被測定物の全体を撮像するもので、前記カメラがスリ
ット光を撮像するかあるいはスリット光を投射していな
い前記被測定物の全体の輝度情報を撮像するかによって
出力切り換えるメモリ切替手段と、前記メモリ切替手段
の切り替えによりスリット散乱光の画像信号を記憶する
第１の画像メモリと、前記メモリ切替手段の切り替えに
よりスリット光を投射していない前記被測定物の全体の
輝度画像を記憶する第２の画像メモリとを別に設け、求
める前記曲線は被測定物のエッジ部であるとみなし、人
手を介在すること無く自動的に前記輝度画像を用いてエ
ッジを求める曲線指示手段Ｄ３２１４か、または被測定
物の表面色と異なる色を用いて前記曲線を被測定物上に
指定しカメラがスリット散乱光を読み取りまたスリット
光を投射していない状態の被測定物の全体を撮像するカ
ラーカメラで、前記カメラがスリット光を撮像するかあ
るいはスリット光を投射していない前記被測定物の全体
の輝度情報を撮像するかによって出力切り換えるメモリ
切替手段と、前記メモリ切替手段の切り替えによりスリ
ット散乱光の画像信号を記憶する第１の画像メモリと、
前記メモリ切替手段の切り替えによりスリット光を投射
していない前記被測定物の全体の輝度画像を記憶する第
２の画像メモリとを別に設け、カラー画像から色の違い
を用いて前記曲線を抽出する曲線指示手段Ｅ３４１４と
しても良い。

【０１１９】以上のように本実施例によれば、スリット
光に対する反射率が被測定物の表面色と異なり更に互い
も反射率が異なる２つの色を用いて、それぞれの色で被
測定物の近似を複数の領域に分割して行うための領域を
分割する曲線及び各領域を曲面に近似する際のパラメー
タを設定するための曲線を人がおおまかに太めに記入し
た被測定物３６０４と、被測定物３６０４に照射するレ
ーザスリット光を発生するスリット光源としてのレーザ
光源３６０１及びミラー３６０２と、被測定物３６０４
をＸ軸方向へ一定ピッチで移動させるＸ軸移動機構３６
０５と、被測定物３６０４によるスリット光の散乱光を
撮像するカメラ３６０６と、カメラ３６０６からの出力
信号をデジタル化した画像信号に変換するＡ／Ｄ変換器
３６０７と、上記画像信号を記憶する画像メモリ３６０
８と、画像メモリ３６０８に記憶された画像信号よりス
リット散乱光の中心位置を検出するスリット散乱光中心
位置検出手段３６０９と、スリット散乱光中心位置より
被測定物３６０４の３次元座標値を計算する座標演算手
段３６１０と、測定された３次元座標値データを３次元
ＣＡＤシステム３６１９上に表示し表示された前記３次
元座標値データに対し被測定物３６０４の形状を領域分
割するための曲線と各領域を曲面近似する際のパラメー
タ設定に用いる曲線をマウス３６２０を用いて人間が指
示する曲線指示手段Ｆ３６１１と、曲線を指示する際に
使用するマウス３６２０と、３次元ＣＡＤシステムを単
に出力先として使用するのではなく曲線を指示するため
に３次元座標値データが得られた時点でデータを３次元
ＣＡＤシステム３６１９上に表示する３次元ＣＡＤシス
テム３６１９と、曲線指示手段Ｆ３６１１によって指示
された領域分割のための曲線に従って３次元座標値デー
タを領域分割する領域分割手段３６１２と、分割された
領域のそれぞれに於てパラメトリック曲面のパラメータ
をｕ，ｖとすると曲線指示手段３６１１によって指示さ
れたパラメータ設定のための曲線上にある計測点のパラ
メータｕ或はｖの値を揃えるように各計測点にパラメー
タを付与するパラメータ設定手段３６１３と、分割され
た領域のそれぞれに於て節点と制御点の追加する方向及
び位置を前回の近似誤差の分散を用いて自動的に決定す
る節点自動決定手段３６１４と、分割された領域のそれ
ぞれに於て前記節点を用いて各領域の３次元座標値デー
タを逐次パラメトリック曲面に近似するパラメトリック
曲面近似手段３６１５と、分割された領域のそれぞれが
パラメトリック曲面近似手段３６１５により圧縮された
データを入力先システムのデータフォーマットに変換す
るデータフォーマット変換手段３６１７と、全体系を制
御するスキャナ制御手段３６１６を設けることにより、
計測された形状を保存したまま効率良くデータ量が削減
され、かつ入力先システム内での意図した形状の変更、
修正が簡易にできるデータ形式で３次元ＣＡＤやコンピ
ュータグラフィックスシステム３６１９へ入力すること
ができる。

【０１２０】（実施例１１）以下、本発明の第１１の実
施例について、図面を参照しながら説明する。図３７は
本発明の第１１の実施例における３次元形状入力装置の
構成図である。

【０１２１】図３７において、３７０１は被測定物３７
０４に照射するスリット光を発生させるレーザ光源で、
被測定物３７０４は被測定物の表面色とスリット光に対
する反射率が異なり更に互いも反射率が異なる２つの色
を用いてそれぞれの色で被測定物３７０４の形状を領域
分割する曲線と各領域を曲面近似する際のパラメータ設
定で用いる曲線を人により大まかで太めに記入されてい
る。３７０２はスリット光の光路を変更させるミラー、
３７０３は被測定物３７０４に照射するスリット光、３
７０５は被測定物３７０４をＸ軸方向に一定ピッチで移
動させるＸ軸移動機構、３７０６はスリット光３７０３
の散乱光を読み取るカメラ、３７０７はカメラ３７０６
の出力信号をデジタル化した画像信号に変換するＡ／Ｄ
変換器、３７０８は画像信号を記憶する画像メモリ、３
７０９は画像信号によりスリット散乱光の中心位置を計
算するスリット散乱光中心位置検出手段、３７１０はス
リット散乱光の中心位置より３次元座標値を計算する座
標演算手段、３７１１は被測定物３７０４に記入された
２種類の曲線とその周辺から３次元座標値データから求
めたエッジらしさを基に領域を分割する曲線とパラメー
タ設定で用いる曲線を抽出する曲線抽出手段Ｂ、３７１
２は曲線指示手段３７１１Ｂによって指示された領域分
割のための曲線に従って３次元座標値データを領域分割
する領域分割手段、３７１３は分割された領域それぞれ
に於てパラメトリック曲面のパラメータをｕ，ｖとする
と曲線指示手段Ｂ３７１１によって指示されたパラメー
タ設定のための曲線上にある計測点のパラメータｕ或は
ｖの値を揃えるように各計測点にパラメータを付与する
パラメータ設定手段、３７１４は分割された領域のそれ
ぞれに於て節点と制御点の追加する方向及び位置を前回
の近似誤差の分散を用いて自動的に決定する節点自動決
定手段、３７１５は分割された領域のそれぞれに於て前
記節点を用いて各領域の３次元座標値データを逐次パラ
メトリック曲面に近似するパラメトリック曲面近似手
段、３７１７は分割された領域のそれぞれがパラメトリ
ック曲面近似手段３７１５により圧縮されたデータを入
力先システムのデータフォーマットに変換するデータフ
ォーマット変換手段、３７１６は全体系を制御するスキ
ャナ制御手段、３７１８は本装置で得られる３次元形状
データ、３７１９は３次元ＣＡＤシステムで、以上は図
２５の構成と同様なものである。

【０１２２】図２５の構成と異なる点は、領域の境界が
ルーフエッジか正アール（凸曲面）のスムーズエッジか
あるいは逆アール（凹曲面）のスムーズエッジかを判別
する境界判別手段３７２０と、正アール及び逆アールの
丸め半径を推定する丸め半径推定手段３７２１と、正ア
ール部分では計測されたデータ領域から丸め部分のデー
タを削除して領域間の間隔を開け、逆アール部分では微
分値が連続となるように内部領域の計測データを拡張し
て領域を生成するアールタイプ別領域境界生成手段３７
２２とを新たに設けた点である。

【０１２３】以上のように構成された３次元形状入力装
置について、その動作を説明する。まず、被測定物３７
０４の全体の３次元形状データを取得し、曲線抽出手段
Ｂ３７１１により計測データから求めたエッジらしさを
基に被測定物３７０４に記入された曲線とその周辺から
領域を分割する曲線及びパラメータ設定に用いる曲線を
抽出し、領域分割手段３７１２で曲線指示手段Ｂ３７１
１に於て抽出された曲線に基づき各領域を分割するまで
は実施例６と同様の動作である。

【０１２４】境界判別手段３７２０は領域の境界がルー
フエッジか正アールのスムーズエッジかあるいは逆アー
ルのスムーズエッジかを判別する。丸め半径推定手段３
７２１は境界がスムーズエッジであると判断された場
合、その正アールあるいは逆アールの丸め半径を推定す
る。アールタイプ別領域境界生成手段３７２２は正アー
ル部分では計測データ領域から丸め部分を削除して領域
間の間隔を開け、逆アール部分では微分値が連続となる
ように内部領域の計測データを拡張して領域を生成しな
おす。

【０１２５】図３８（ａ）は正アールの場合の領域の境
界付近の断面図を、（ｂ）は逆アールの場合の領域の境
界付近の断面図をそれぞれ表したものである。このよう
な境界をもつ面でＣＡＤに入力することにより、ＣＡＤ
入力後、ＣＡＤの中でフィレットがかけ易くなる。特に
面と面の結合部ではＣＡＤに入力してからの修正等が生
じ易いため、このような任意の丸め半径に対応できる境
界作成が必要である。

【０１２６】以下、実施例６と同様にして、パラメータ
設定手段３７１３、節点自動決定手段３７１４、パラメ
トリック曲面近似手段３７１５はアールタイプ別領域境
界生成手段３７２２によって再作成された各領域を個別
に実施例２と同様にしてパラメトリック曲面に近似する
ことにより形状情報を圧縮し、データフォーマット変換
手段３７１７はパラメトリック曲面近似手段３７１５に
より近似された被測定物全体の形状を表す複数のパラメ
トリック曲面のパラメータ値を入力先のＣＡＤシステム
用のデータフォーマットに変換し、フォーマット変換さ
れた３次元形状データ３７１８は３次元ＣＡＤシステム
３７１９に入力される。

【０１２７】以下、境界判別手段３７２０におけるさら
に詳細な動作を説明する。図３９は境界判別手段３７２
０において一領域の境界がルーフエッジか正アールのス
ムーズエッジかあるいは逆アールのスムーズエッジかを
判別する手法のフローを示している。

【０１２８】まず、手順３９０１で計測された点列の３
次元座標値データを入力する。手順３９０２で一領域の
境界情報を入力する。手順３９０３で境界上の１計測点
のｚ座標値に１次微分オペレータを施す。図２７に１次
微分オペレータとしてKirschオペレータを示す。手順３
９０４では手順３９０３で選ばれたオペレータを境界内
部の全計測点列のｚ座標値に適用する。手順３９０５で
は手順３９０４で得られた１次差分値に対し、再度、Ki
rschオペレータの前記オペレータを適用することにより
各計測点において領域境界に垂直な方向の２次差分値を
得ることができる。手順３９０６では領域境界に垂直方
向に並ぶ計測点列における手順３９０４で得られた１次
差分値を（数８）に最小自乗近似する。

【０１２９】

【数８】

【０１３０】手順３９０７では領域境界に垂直方向に並
ぶ計測点列における手順３９０５で得られた２次差分値
を（数９）に最小自乗近似する。

【０１３１】

【数９】

【０１３２】手順３９０８はａ₁とａ₂の符号により境界
上の注目する計測点に対し形状別にラベル付けを行う。
ラベル付けにはａ₁とａ₂に対し零にほぼ近いしきい値ａ
₁₀とａ ₂₀を予め設定しておく。但し、ａ₁₀、ａ₂₀はとも
に正の値とする。そして、ａ₁＞ａ₁₀かつａ₂＜ａ₂₀のと
きラベル１、ａ₁＞ａ₁₀かつａ₂＞ａ₂₀のときラベル２、
ａ₁＜ａ₁₀かつａ₂＜ａ₂₀のときラベル３、ａ₁＜ａ₁₀か
つａ₂＞ａ₂₀のときラベル４、ーａ₂₀＜ａ₂＜ａ₂₀のとき
ラベル５とする。ラベル１から４はスムーズエッジの種
類、ラベル５はルーフエッジである。図４０にラベル分
けされた境界形状のタイプを示す。以上の手順３９０３
から手順３９０８の演算を境界上の全計測点について行
う。手順３９０９で境界上の全計測点のラベルの内、最
も多いラベルの数Ｍと、境界の長さＫを用い（数１０）
により最も多いラベルの割合Ｎを算出する。

【０１３３】

【数１０】

【０１３４】手順３９１０でＮが予め設定されているし
きい値より大きければ、手順３９１１で境界の形状を最
も多いラベルのタイプのスムーズエッジと判定し、小さ
ければ手順３９１２でルーフエッジとする。

【０１３５】次に、丸め半径推定手段３７２１における
さらに詳細な動作を説明する。図４１は丸め半径推定手
段３７２１において境界がスムーズエッジであると判断
された場合、その正アールあるいは逆アールの丸め半径
を推定する手法のフローを示している。

【０１３６】まず、手順４１０１で計測された点列の３
次元座標値データを入力する。手順４１０２で一領域の
境界情報を入力する。手順４１０３では手順３９０５で
算出した２次差分値および手順３９０７で算出した直線
のパラメータ値ａ₂、ｂ₂を入力する。次に、手順４１０
４では境界上の１画素に注目する。手順４１０５では手
順３９１０で決定されたラベルをもつ計測点において手
順３９０３で選定されたオペレータにより境界方向に垂
直な方向上の計測点列の２次差分値を順に（数１１）に
代入する。

【０１３７】

【数１１】

【０１３８】手順４１０６で、ｔの値が予め設定されて
いるしきい値ｔ₀（ｔ₀＞０）に対し、ーｔ₀＜ｔ＜ｔ₀な
ら、手順４１０７で、この計測点をスムースエッジの丸
め部分の計測点であると判断し次の計測点に進む。一
方、手順４１０６でｔ₀＜ｔあるいはｔ＜ーｔ₀となった
点を丸め部分が終わるポイントであると判断し、（数１
１）への代入をストップし、手順４１０８でこれまでに
代入した計測点の数を記憶しておく。領域境界からこれ
までに代入した計測点の数だけ内側に入った部分を内部
領域と呼ぶ。内部領域は領域全体より丸め部分を除いた
領域を示している。手順４１０９では手順３９１０で決
定されたラベルをもつ計測点において領域境界と垂直な
方向に手順４１０４で決定された点数の計測点の３次元
座標値データを円に最小自乗近似する。これにより得ら
れた半径が丸め半径である。以上の演算を境界上の全計
測点に対し繰り返す（手順４１１０、４１１１）。

【０１３９】次に、アールタイプ別領域境界生成手段３
７２２におけるさらに詳細な動作を説明する。

【０１４０】アールが正アールの場合、パラメトリック
曲面近似手段３７１５で前記内部領域のみをパラメトリ
ック曲面に近似し特別な境界を作成する必要はない。ア
ールが逆アールの場合に限り、以下の手順により領域境
界を生成する。

【０１４１】アールが逆アールの場合、微分値が連続と
なるように領域から丸め部分を除いた内部領域の計測デ
ータを拡張して領域を生成する手法の詳細を説明する。

【０１４２】まず、内部領域を端点で多重節点としない
スプライン曲面におおまかに近似する。このスプライン
曲面に丸め半径推定手段３７２１で決定された領域境界
から丸め部分を表す計測点列の数の２倍の点数だけ領域
を拡張するために、それらのｘ−ｙ座標値を入力して各
点におけるｚ座標値を得る。この動作により内部領域が
拡張される。そして拡張された点列を含む領域全体を、
パラメトリック曲面近似手段３７１５に渡す。以上の動
作により各領域の境界タイプを考慮にいれ、ＣＡＤ内で
丸め操作の修正がかけ易い領域データを作成することが
できる。

【０１４３】以上のように本実施例によれば、被測定物
の表面色とスリット光に対する反射率が異なり更に互い
も反射率が異なる２つの色を用いてそれぞれの色で被測
定物３７０４の形状を領域分割する曲線と各領域を曲面
近似する際のパラメータ設定で用いる曲線を人が大まか
で太めに記入した被測定物３７０４と、被測定物３７０
４に照射するレーザスリット光を発生するスリット光源
としてのレーザ光源３７０１及びミラー３７０２と、被
測定物３７０４をＸ軸方向へ一定ピッチで移動させるＸ
軸移動機構３７０５と、被測定物３７０４によるスリッ
ト光の散乱光を撮像するカメラ３７０６と、カメラ３７
０６からの出力信号をデジタル化した画像信号に変換す
るＡ／Ｄ変換器３７０７と、上記画像信号を記憶する画
像メモリ３７０８と、画像メモリ３７０８に記憶された
画像信号よりスリット散乱光の中心位置を検出するスリ
ット散乱光中心位置検出手段３７０９と、スリット散乱
光中心位置より被測定物の３次元座標値を計算する座標
演算手段３７１０と、画像信号の輝度値が被測定物３７
０４の表面色と異なる画素とその周辺画素より計測デー
タから求めたエッジらしさを基に領域分割線を抽出する
曲線指示手段Ｂ３７１１と、曲線指示手段Ｂ３７１１に
よって指示された領域分割のための曲線に従って３次元
座標値データを領域分割する領域分割手段３７１２と、
領域の境界がルーフエッジか正アールのスムーズエッジ
かあるいは逆アールのスムーズエッジかを判別する境界
判別手段３７２０と、正アール及び逆アールの丸め半径
を推定する丸め半径推定手段３７２１と、正アール部分
では計測データ領域から丸め部分を削除して領域間の間
隔を開け、逆アール部分では曲率が連続となるように内
部領域の計測データを拡張して領域を生成するアールタ
イプ別領域境界生成手段３７２２と、アールタイプ別領
域境界生成手段３７２２により指定される領域毎に於て
パラメトリック曲面のパラメータをｕ，ｖとすると曲線
指示手段Ｂ３７１１によって指示されたパラメータ設定
のための曲線上にある計測点のパラメータｕ或はｖの値
を揃えるように各計測点にパラメータを付与するパラメ
ータ設定手段３７１３と、分割された領域のそれぞれに
於て節点と制御点の追加する方向及び位置を前回の近似
誤差の分散を用いて自動的に決定する節点自動決定手段
３７１４と、分割された領域のそれぞれに於て前記節点
を用いて各領域の３次元座標値データを逐次、パラメト
リック曲面に近似するパラメトリック曲面近似手段３７
１５と、分割された領域のそれぞれがパラメトリック曲
面近似手段３７１５により圧縮されたデータを入力先シ
ステムのデータフォーマットに変換するデータフォーマ
ット変換手段３７１７と、全体系を制御するスキャナ制
御手段３７１６を設けることにより、計測された形状を
保存したまま効率良くデータ量が削減され、かつ入力先
システム内での意図した形状の変更、修正が簡易にでき
るデータ形式で３次元ＣＡＤやコンピュータグラフィッ
クスシステム３７１９へ入力することができる。

【０１４４】（実施例１２）以下、本発明の第１２の実
施例について、図面を参照しながら説明する。

【０１４５】図４２は本発明の第１２の実施例における
３次元形状入力装置の構成図である。図４２において、
４２０１は被測定物４２０４に照射するスリット光を発
生させるレーザ光源で、被測定物４２０４は被測定物の
表面色とスリット光に対する反射率が異なり更に互いも
反射率が異なる２つの色を用いてそれぞれの色で被測定
物４２０４の形状を領域分割する曲線と各領域を曲面近
似する際のパラメータ設定で用いる曲線を人により大ま
かで太めに記入されている。４２０２はスリット光の光
路を変更させるミラー、４２０３は被測定物４２０４に
照射するスリット光、４２０５は被測定物４２０４をＸ
軸方向に一定ピッチで移動させるＸ軸移動機構、４２０
６はスリット光４２０３の散乱光を読み取るカメラ、４
２０７はカメラ４２０６の出力信号をデジタル化した画
像信号に変換するＡ／Ｄ変換器、４２０８は画像信号を
記憶する画像メモリ、４２０９は画像信号によりスリッ
ト散乱光の中心位置を計算するスリット散乱光中心位置
検出手段、４２１０はスリット散乱光の中心位置より３
次元座標値を計算する座標演算手段、４２１１は被測定
物４２０４に記入された２種類の曲線とその周辺から３
次元座標値データから求めたエッジらしさを基に領域を
分割する曲線とパラメータ設定で用いる曲線を抽出する
曲線抽出手段Ｂ、４２１２は曲線指示手段４２１１Ｂに
よって指示された領域分割のための曲線に従って３次元
座標値データを領域分割する領域分割手段、４２２０は
領域の境界がルーフエッジか正アール（凸曲面）のスム
ーズエッジかあるいは逆アール（凹曲面）のスムーズエ
ッジかを判別する境界判別手段、４２２１は正アール及
び逆アールの丸め半径を推定する丸め半径推定手段、４
２１３は領域それぞれに於てパラメトリック曲面のパラ
メータをｕ，ｖとすると曲線指示手段Ｂ４２１１によっ
て指示されたパラメータ設定のための曲線上にある計測
点のパラメータｕ或はｖの値を揃えるように各計測点に
パラメータを付与するパラメータ設定手段、４２１４は
分割された領域のそれぞれに於て節点と制御点の追加す
る方向及び位置を前回の近似誤差の分散を用いて自動的
に決定する節点自動決定手段、４２１５は分割された領
域のそれぞれに於て前記節点を用いて各領域の３次元座
標値データを逐次パラメトリック曲面に近似するパラメ
トリック曲面近似手段、４２１７は分割された領域のそ
れぞれがパラメトリック曲面近似手段４２１５により圧
縮されたデータを入力先システムのデータフォーマット
に変換するデータフォーマット変換手段、４２１６は全
体系を制御するスキャナ制御手段、４２１８は本装置で
得られる３次元形状データ、４２１９は３次元ＣＡＤシ
ステムで、以上は図３７の構成と同様なものである。

【０１４６】図３７の構成と異なる点は、図３７のアー
ルタイプ別領域境界生成手段３７２２に対し、領域境界
がスムーズエッジであれば正アールでも逆アールでも同
様に微分値が連続となるように内部領域の計測データを
拡張して領域を生成する領域境界生成手段４２２２に変
更した点である。

【０１４７】以上のように構成された３次元形状入力装
置について、その動作を説明する。まず、被測定物４２
０４の全体の３次元形状データを取得し、曲線指示手段
Ｂ４２１１により計測データから求めたエッジらしさを
基に被測定物４２０４に記入された領域分割指示線とそ
の周辺から領域分割線を抽出して各領域の範囲が決定し
更に同様にして各領域を曲面近似する際のパラメータ設
定に使用する曲線を抽出する。境界判別手段４２２０で
領域の境界がルーフエッジか正アールのスムーズエッジ
かあるいは逆アールのスムーズエッジかを判別し、丸め
半径推定手段４２２１で境界がスムーズエッジであると
判断された場合、その正アールあるいは逆アールの丸め
半径を推定するまでは実施例１１と同様の動作である。

【０１４８】次に領域境界生成手段４２２２は境界がス
ムーズエッジと判断された場合、内部領域の微分値が連
続となるように内部領域の計測データを拡張して領域を
生成しなおす。パラメータ設定手段４２１３、節点自動
決定手段４２１４、パラメトリック曲面近似手段４２１
５は領域境界生成手段４２２２によって再作成された各
領域を個別にパラメトリック曲面に近似することにより
形状情報を圧縮する。データフォーマット変換手段４２
１７はパラメトリック曲面近似手段４２１５により近似
された被測定物全体の形状を表す複数のパラメトリック
曲面のパラメータ値を入力先のＣＡＤシステム用のデー
タフォーマットに変換し、フォーマット変換された３次
元形状データ４２１８は３次元ＣＡＤシステム４２１９
に入力される。

【０１４９】以下、領域境界生成手段４２２２のさらに
詳細な動作を説明する。アールが逆アールの場合も正ア
ールの場合も共に微分値が連続となるように内部領域の
計測データを拡張して領域を生成する。まず、内部領域
を端点で多重節点としないスプライン曲面におおまかに
近似する。このスプライン曲面に丸め半径推定手段４２
２１で決定された領域境界から丸め部分を表す計測点列
数の２倍の点数だけ領域を拡張するために、それらのｘ
−ｙ座標値を入力して各点におけるｚ座標値を得る。こ
の動作により内部領域が拡張される。そして拡張された
点列を含む領域全体を、パラメータ設定手段、節点自動
決定手段４２１４、パラメトリック曲面近似手段４２１
５に与える。

【０１５０】以上の動作により各領域の境界タイプを考
慮にいれ、ＣＡＤ内で丸め部分の修正のかけ易い領域デ
ータを作成することができる。図４３に領域境界を生成
した例を示す。４３１、４３２、４３３はそれぞれ異な
る領域である。領域４３１と領域４３２の交線の部分が
逆アール４３４をつける場合の境界、領域４３２と領域
４３３の交線の部分が正アール４３５をつける場合の境
界を表している。

【０１５１】以上のように本実施例によれば、被測定物
の表面色とスリット光に対する反射率が異なり更に互い
も反射率が異なる２つの色を用いてそれぞれの色で被測
定物４２０４の形状を領域分割する曲線と各領域を曲面
近似する際のパラメータ設定で用いる曲線を人が大まか
で太めに記入した被測定物４２０４と、被測定物４２０
４に照射するレーザスリット光を発生するスリット光源
としてのレーザ光源４２０１及びミラー４２０２と、被
測定物４２０４をＸ軸方向へ一定ピッチで移動させるＸ
軸移動機構４２０５と、被測定物４２０４によるスリッ
ト光の散乱光を撮像するカメラ４２０６と、カメラ４２
０６からの出力信号をデジタル化した画像信号に変換す
るＡ／Ｄ変換器４２０７と、上記画像信号を記憶する画
像メモリ４２０８と、画像メモリ４２０８に記憶された
画像信号よりスリット散乱光の中心位置を検出するスリ
ット散乱光中心位置検出手段４２０９と、スリット散乱
光中心位置より被測定物の３次元座標値を計算する座標
演算手段４２１０と、画像信号の輝度値が被測定物４２
０４の表面色と異なる画素とその周辺画素より計測デー
タから求めたエッジらしさを基に領域分割線を抽出する
曲線指示手段Ｂ４２１１と、曲線指示手段Ｂ４２１１に
よって指示された領域分割のための曲線に従って３次元
座標値データを領域分割する領域分割手段４２１２と、
領域の境界がルーフエッジか正アールのスムーズエッジ
かあるいは逆アールのスムーズエッジかを判別する境界
判別手段４２２０と、正アール及び逆アールの丸め半径
を推定する丸め半径推定手段４２２１と、領域境界がス
ムーズエッジであった場合、内部領域から微分値が連続
となるように内部領域の計測データを拡張して領域を生
成する領域境界生成手段４２２２と、前記領域境界生成
手段４２２２により指定される領域毎にパラメトリック
曲面のパラメータをｕ，ｖとすると曲線指示手段Ｂ４２
１１によって指示されたパラメータ設定のための曲線上
にある計測点のパラメータｕ或はｖの値を揃えるように
各計測点にパラメータを付与するパラメータ設定手段４
２１３と、分割された領域のそれぞれに於て節点と制御
点の追加する方向及び位置を前回の近似誤差の分散を用
いて自動的に決定する節点自動決定手段４２１４と、分
割された領域のそれぞれに於て前記節点を用いて各領域
の３次元座標値データを逐次、パラメトリック曲面に近
似するパラメトリック曲面近似手段４２１５と、分割さ
れた領域のそれぞれがパラメトリック曲面近似手段４２
１５により圧縮されたデータを入力先システムのデータ
フォーマットに変換するデータフォーマット変換手段４
２１７と、全体系を制御するスキャナ制御手段４２１６
を設けることにより、計測された形状を保存したまま効
率良くデータ量が削減され、かつ入力先システム内での
意図した形状の変更、修正が簡易で、特に修正のかかる
頻度が多い丸め部分の修正をＣＡＤの内部コマンドを用
いて容易に行うことができるデータ形式で、３次元ＣＡ
Ｄやコンピュータグラフィックスシステム４２１９へ入
力することができる。

【０１５２】（実施例１３）以下、本発明の第１３の実
施例について、図面を参照しながら説明する。

【０１５３】図４４は本発明の第１３の実施例における
３次元形状入力装置の構成図である。図４４において、
４４０１は被測定物４４０４に照射するスリット光を発
生させるレーザ光源で、被測定物４４０４は被測定物の
表面色とスリット光に対する反射率が異なり更に互いも
反射率が異なる２つの色を用いてそれぞれの色で被測定
物４４０４の形状を領域分割する曲線と各領域を曲面近
似する際のパラメータ設定で用いる曲線を人により大ま
かで太めに記入されている。４４０２はスリット光の光
路を変更させるミラー、４４０３は被測定物４４０４に
照射するスリット光、４４０５は被測定物４４０４をＸ
軸方向に一定ピッチで移動させるＸ軸移動機構、４４０
６はスリット光４４０３の散乱光を読み取るカメラ、４
４０７はカメラ４４０６の出力信号をデジタル化した画
像信号に変換するＡ／Ｄ変換器、４４０８は画像信号を
記憶する画像メモリ、４４０９は画像信号によりスリッ
ト散乱光の中心位置を計算するスリット散乱光中心位置
検出手段、４４１０はスリット散乱光の中心位置より３
次元座標値を計算する座標演算手段、４４１１は被測定
物４４０４に記入された２種類の曲線とその周辺から３
次元座標値データから求めたエッジらしさを基に領域を
分割する曲線とパラメータ設定で用いる曲線を抽出する
曲線抽出手段Ｂ、４４１２は曲線指示手段４４１１Ｂに
よって指示された領域分割のための曲線に従って３次元
座標値データを領域分割する領域分割手段、４４２０は
領域の境界がルーフエッジか正アール（凸曲面）のスム
ーズエッジかあるいは逆アール（凹曲面）のスムーズエ
ッジかを判別する境界判別手段、４４２１は正アール及
び逆アールの丸め半径を推定する丸め半径推定手段、４
４２２は領域境界がスムーズエッジであれば正アールで
も逆アールでも同様に微分値が連続となるように内部領
域の計測データを拡張して領域を生成する領域境界生成
手段、４４１３は領域それぞれに於てパラメトリック曲
面のパラメータをｕ，ｖとすると曲線指示手段Ｂ４４１
１によって指示されたパラメータ設定のための曲線上に
ある計測点のパラメータｕ或はｖの値を揃えるように各
計測点にパラメータを付与するパラメータ設定手段、４
４１４は分割された領域のそれぞれに於て節点と制御点
の追加する方向及び位置を前回の近似誤差の分散を用い
て自動的に決定する節点自動決定手段、４４１５は分割
された領域のそれぞれに於て前記節点を用いて各領域の
３次元座標値データを逐次パラメトリック曲面に近似す
るパラメトリック曲面近似手段、４４１７は分割された
領域のそれぞれがパラメトリック曲面近似手段４４１５
により圧縮されたデータを入力先システムのデータフォ
ーマットに変換するデータフォーマット変換手段、４４
１６は全体系を制御するスキャナ制御手段、４４１８は
本装置で得られる３次元形状データ、４４１９は３次元
ＣＡＤシステムで、以上は図４２の構成と同様なもので
ある。

【０１５４】図４２の構成と異なる点は、丸め半径推定
手段４４２１によって推定された丸め半径に基づき丸め
変形操作を行い領域を結合する領域結合手段４２２３を
新たに設けた点である。

【０１５５】以上のように構成された３次元形状入力装
置について、以下その動作を説明する。

【０１５６】まず、被測定物４４０４の全体の３次元形
状データを取得し、曲線指示手段Ｂ４４１１により計測
データから求めたエッジらしさを基に被測定物４４０４
に記入された領域分割指示線とその周辺から領域分割線
を抽出して各領域の範囲が決定し更に同様にして各領域
を曲面近似する際のパラメータ設定に使用する曲線を抽
出する。境界判別手段４４２０で領域の境界がルーフエ
ッジか正アールのスムーズエッジかあるいは逆アールの
スムーズエッジかを判別し、丸め半径推定手段４４２１
で境界がスムーズエッジであると判断された場合、その
正アールあるいは逆アールの丸め半径を推定し、領域境
界生成手段４４２２は境界がスムーズエッジと判断され
た場合、内部領域の微分値が連続となるように内部領域
の計測データを拡張して領域を生成しなおし、パラメー
タ設定手段４４１３、節点自動決定手段４４１４、パラ
メトリック曲面近似手段４４１５は領域境界生成手段４
４２２によって再作成された各領域を個別にパラメトリ
ック曲面に近似することにより形状情報を圧縮するまで
は実施例１２と同様の動作である。

【０１５７】次に領域結合手段４４２３は丸め半径推定
手段４４２１によって推定された丸め半径の最大値で領
域境界のアールを作成して領域を結合する。データフォ
ーマット変換手段４４１７は被測定物全体の形状を表す
複数のパラメトリック曲面のパラメータ値を入力先のＣ
ＡＤシステム用のデータフォーマットに変換し、フォー
マット変換された３次元形状データ４４１８は３次元Ｃ
ＡＤシステム４４１９に入力される。

【０１５８】以下、領域結合手段４４２３のさらに詳細
な動作を説明する。図４５は、丸め半径推定手段４４２
１によって推定された丸め半径に基づき各アールを作成
して領域を結合する手法のフローを示している。

【０１５９】まず、手順４５０１で結合する２つの面の
パラメータ値および丸め半径推定手段４４２１によって
推定されたアールのタイプ及び丸め半径を入力する。手
順４５０２でアールをつける稜線の分割数を設定する。
分割数が多いほど生成されるアールは正確になる。稜線
の片方の端より他方までをパラメータで０．０から１．
０としたとき、まず、パラメータ値ｓを０．０として始
める。また、稜線上のパラメータ値ｓが０．０の点をＰ
０とおく。手順４５０３でパラメータ値ｓが１．０より
大きいか否かを判定する。大きければ、手順４５１１に
進む。小さければ、手順４５０４へ進む。手順４５０４
で、２つのパラメトリック曲面上に幾何的ニュートンラ
プソン法の初期点Ｐ１１（パラメータ（ｕ１１，ｖ１
１）），Ｐ１２（パラメータ（ｕ１２，ｖ１２））を設
定する。手順４５０５でＰ１１，Ｐ１２における接平面
Ｔ１，Ｔ２を計算する。接平面はアールを作成する側に
作成する。手順４５０６で点Ｐ０を通りＴ１，Ｔ２に垂
直な平面Ｔ０を求める。手順４５０７で丸め半径推定手
段４４２１によって推定された丸め半径を半径に持つ球
をＴ１，Ｔ２に接し、かつ球の中心がＴ０上にくるよう
に置き、球とＴ１，Ｔ２との接点Ｐ１１’，Ｐ１２’を
それぞれ計算する。図４６はその球を置いた状態を表す
ものである。手順４５０８でＰ１１とＰ１１’、Ｐ１２
とＰ１２’のそれぞれが同一点であれば、その点が球と
２つのパラメトリック曲面の接点であり手順４５０９に
進む。同一点でなければ、手順４５１６でＰ１１，Ｐ１
２を記憶し、稜線のパラメータｓの次の分割点に移動し
て手順４５０３に戻る。手順４５０９で点Ｐ１１’Ｐ１
２’より２つのパラメトリック曲面上の次の開始点Ｐ２
１（パラメータ（ｕ２１，ｖ２１）），Ｐ２２（パラメ
ータ（ｕ２２，ｖ２２））を求める。（数１２）と（数
１３）、（数１２）と（数１４）の内積をそれぞれとり
２元１次連立方程式より△ｕ１，△ｖ１を求める。そし
て（数１５）、（数１６）によりｕ２１，ｖ２１が得ら
れる。

【０１６０】

【数１２】

【０１６１】

【数１３】

【０１６２】

【数１４】

【０１６３】

【数１５】

【０１６４】

【数１６】

【０１６５】ｕ２２，ｖ２２も同様である。手順４５１
０でｕ２１，ｖ２１の値をｕ１１，ｖ１１に、ｕ２２，
ｖ２２の値をｕ１２，ｖ１２に代入し手順４５０５に戻
る。手順４５１１では手順４５０８でＰ１１として記憶
されている点列を通過する曲線を生成する。Ｐ１２につ
いても同様の曲線を生成する。手順４５１２では手順４
５１１で得られた曲線が元の被測定物の面の稜線と交わ
る点に新しい頂点を作成する。手順４５１３では手順４
５１２で得られた新しい頂点を結ぶ複数の稜線を作成す
る。手順４５１４で曲面の元の交線を削除する。手順４
５１５では手順４５１３で作成した稜線を結ぶ円弧稜線
を生成する。以上の動作により丸め部分の境界が生成さ
れる。この状態を図４７に示す。そして最終的に、丸め
部分を境界より内挿する。なお、丸め作成方法には様々
な方法が存在し、本実施例に記述した丸め作成方法は本
発明を限定するものではない。

【０１６６】以上のように本実施例によれば、被測定物
の表面色とスリット光に対する反射率が異なり更に互い
も反射率が異なる２つの色を用いてそれぞれの色で被測
定物４４０４の形状を領域分割する曲線と各領域を曲面
近似する際のパラメータ設定で用いる曲線を人が大まか
で太めに記入した被測定物４４０４と、被測定物４４０
４に照射するレーザスリット光を発生するスリット光源
としてのレーザ光源４４０１及びミラー４４０２と、被
測定物４４０４をＸ軸方向へ一定ピッチで移動させるＸ
軸移動機構４４０５と、被測定物４４０４によるスリッ
ト光の散乱光を撮像するカメラ４４０６と、カメラ４４
０６からの出力信号をデジタル化した画像信号に変換す
るＡ／Ｄ変換器４４０７と、上記画像信号を記憶する画
像メモリ４４０８と、画像メモリ４４０８に記憶された
画像信号よりスリット散乱光の中心位置を検出するスリ
ット散乱光中心位置検出手段４４０９と、スリット散乱
光中心位置より被測定物の３次元座標値を計算する座標
演算手段４４１０と、画像信号の輝度値が被測定物４４
０４の表面色と異なる画素とその周辺画素より計測デー
タから求めたエッジらしさを基に領域分割線を抽出する
曲線指示手段Ｂ４４１１と、曲線指示手段Ｂ４４１１に
よって指示された領域分割のための曲線に従って３次元
座標値データを領域分割する領域分割手段４４１２と、
領域の境界がルーフエッジか正アールのスムーズエッジ
かあるいは逆アールのスムーズエッジかを判別する境界
判別手段４４２０と、正アール及び逆アールの丸め半径
を推定する丸め半径推定手段４４２１と、領域境界がス
ムーズエッジであった場合、内部領域から微分値が連続
となるように内部領域の計測データを拡張して領域を生
成する領域境界生成手段４４２２と、前記領域境界生成
手段４４２２により指定される領域毎にパラメトリック
曲面のパラメータをｕ，ｖとすると曲線指示手段Ｂ４４
１１によって指示されたパラメータ設定のための曲線上
にある計測点のパラメータｕ或はｖの値を揃えるように
各計測点にパラメータを付与するパラメータ設定手段４
４１３と、分割された領域のそれぞれに於て節点と制御
点の追加する方向及び位置を前回の近似誤差の分散を用
いて自動的に決定する節点自動決定手段４４１４と、分
割された領域のそれぞれに於て前記節点を用いて各領域
の３次元座標値データを逐次、パラメトリック曲面に近
似するパラメトリック曲面近似手段４４１５と、丸め半
径推定手段４４２１によって推定された丸め半径に基づ
き各アールを作成して領域を結合する領域結合手段４４
２３と、パラメトリック曲面近似手段４４１５により圧
縮されたデータを入力先システムのデータフォーマット
に変換するデータフォーマット変換手段４４１７と、全
体系を制御するスキャナ制御手段４４１６を設けること
により、計測された形状を保存したまま効率良くデータ
量が削減され、かつクレイモックアップ等で正確な作成
の難しい丸め部分を作成してＣＡＤに入力することによ
り、ＣＡＤ上で形状を理解し易く、入力先システム内で
の意図した形状の変更、修正が簡易であり、特に修正の
かかる頻度が多い丸め部分の修正をＣＡＤの内部コマン
ドを用いて容易に行うことができる。

【０１６７】

【発明の効果】以上のように本発明は、第１に被測定物
に照射するスリット光を発生させるスリット光源と、被
測定物を移動させる移動機構と、被測定物からのスリッ
ト光の散乱光を撮像するカメラと、前記カメラからの輝
度信号をデジタル化した画像信号に変換するＡ／Ｄ変換
器と、前記画像信号を記憶する画像メモリと、前記画像
メモリに記憶された画像信号よりスリット散乱光の中心
位置を検出するスリット散乱光中心位置検出手段と、ス
リット散乱光中心位置より３次元座標値を計算する座標
演算手段と、被測定物上のエッジを指示する曲線指示手
段と、パラメトリック曲面のパラメータをｕ，ｖとする
と、連続する前記エッジ上の計測点のパラメータ値のｕ
或はｖの値を揃えるように各計測点にパラメータを付与
するパラメータ設定手段と、被測定物の全体形状を表す
３次元座標値データを指定された近似誤差以下の関数を
得るまで節点の増加及び移動と制御点数の増加を繰り返
し３次元座標値データをパラメトリック曲面に近似する
際に、節点及び制御点の増加方向と位置を自動的に決定
する方法として、節点を定義する方向をｕ、ｖとする
と、パラメータｕの値が等しい測定点列の集合Ｕ_i、及
びパラメータｖの値が等しい測定点列の集合Ｖ_j毎に、
前回の近似と前記３次元座標値データとの奥行き座標値
の差の分散Ｕｖａｒ_i（ｉ＝１，・・・，ｍ），Ｖｖａ
ｒ_j（ｊ＝１，・・・，ｎ）を算出し、更に前記分散Ｕ
ｖａｒ_i，Ｖｖａｒ_jの平均Ｕ，Ｖを得て、その大小を比
較し、Ｕが大きければｖ方向に、Ｖが大きければｕ方向
に節点及び制御点を増加することを決定し、平均の大き
い方の分散として例えばＵｖａｒ_i（ｉ＝１，・・・，
ｍ）において最も値が大きい分散値を持つ測定点列の集
合Ｕ₀を求め、点列Ｕ₀の誤差の自乗和を節点間毎に算出
して、最も自乗和の値が大きい節点間の中心に新しい節
点を増加するもので、制御点を増加させても近似誤差の
減少する割合が低い場合、被測定物の表面を誤差の変動
が激しい方向において複数分割しそれぞれ異なる曲面と
してパラメトリック関数近似を行い、制御点を増加させ
ても近似誤差の減少する割合がかなり低い場合、計測し
た３次元座標値データの特徴点を用いて多角形パッチを
作成して面を構築するデータ圧縮手段と、前記データ圧
縮手段により圧縮されたデータを入力先のシステムのデ
ータフォーマットに変換するデータフォーマット変換手
段とを設けることにより、計測された形状を保存した効
率良いデータ量の削減とデータの平滑化を行うことがで
きる。

【０１６８】第２に被測定物に照射するスリット光を発
生させるスリット光源と、被測定物を移動させる移動機
構と、被測定物からのスリット光の散乱光を撮像するカ
メラと、前記カメラからの輝度信号をデジタル化した画
像信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記画像信号を記憶
する画像メモリと、前記画像メモリに記憶された画像信
号よりスリット散乱光の中心位置を検出するスリット散
乱光中心位置検出手段と、スリット散乱光中心位置より
３次元座標値を計算する座標演算手段と、被測定物上の
エッジを指示する曲線指示手段と、パラメトリック曲線
のパラメータをｕとすると、連続する前記エッジ上の計
測点のパラメータｕの値を揃えるように各計測点にパラ
メータを付与するパラメータ設定手段と、被測定物の全
体形状を表す３次元座標値データを指定された近似誤差
以下の関数を得るまで節点の増加及び移動と制御点数の
増加を繰り返し３次元座標値データを複数のパラメトリ
ック曲線に近似する際に、節点及び制御点の増加位置を
自動的に決定する方法として、１つのパラメトリック曲
線に近似する点列Ｕの近似誤差の自乗和を節点間毎に算
出して、最も自乗和の値が大きい節点間の中心に新しい
節点を増加するもので、制御点を増加させても近似誤差
の減少する割合が低い場合、曲線を複数に分割し、それ
ぞれ異なる曲線としてパラメトリック曲線近似を行い、
次にこれら複数のパラメトリック曲線を補間して曲面を
作成するデータ圧縮手段と、前記データ圧縮手段により
圧縮されたデータを入力先のシステムのデータフォーマ
ットに変換するデータフォーマット変換手段とを設ける
ことにより、曲面近似を行う際に通常発生するうねりの
形状を軽減することができ、更に従来被測定物の形状か
ら直接予測することが困難であったより効率的な近似を
得るための制御点数や節点の位置の問題を解決し、３次
元座標値データをできるだけ少ないデータ量でパラメト
リック曲面に近似することができる。

【０１６９】第３に、以上第１、第２の構成要素に加
え、被測定物を複数の領域に分割する曲線を決定する曲
線指示手段と、前記曲線により被測定物を複数の領域に
分割する領域分割手段と、各領域毎に３次元座標値デー
タをパラメトリック関数に近似するデータ圧縮手段との
構成を有している。ただし、パラメータ設定および領域
分割時に使用する曲線指示手段は、スリット光に対する
反射率が被測定物の表面色と異なる色を用いて前記曲線
を被測定物上に指定し画像信号の中で輝度値が異なる部
分を前記曲線として抽出するか、またはスリット光に対
する反射率が被測定物の表面色と異なる色を用いておお
まかな前記曲線を被測定物上に指定し前記画像信号の中
で輝度値が異なる部分およびその周辺部分から前記３次
元座標値データを用いて求めたエッジらしさを基に前記
曲線を抽出するか、または求める前記曲線は被測定物の
エッジ部であるとみなし、人手を介在すること無く自動
的に前記３次元座標値データを用いてエッジを求める
か、またはカメラがスリット散乱光を読み取りまたスリ
ット光を投射していない状態の被測定物の全体を撮像す
るもので、前記カメラがスリット光を撮像するかあるい
はスリット光を投射していない前記被測定物の全体の輝
度情報を撮像するかによって出力切り換えるメモリ切替
手段と、前記メモリ切替手段の切り替えによりスリット
散乱光の画像信号を記憶する第１の画像メモリと、前記
メモリ切替手段の切り替えによりスリット光を投射して
いない前記被測定物の全体の輝度画像を記憶する第２の
画像メモリとを別に設け、求める前記曲線は被測定物の
エッジ部であるとみなし、人手を介在すること無く自動
的に前記輝度画像を用いてエッジを求めるか、または被
測定物の表面色と異なる色を用いて前記曲線を被測定物
上に指定しカメラがスリット散乱光を読み取りまたスリ
ット光を投射していない状態の被測定物の全体を撮像す
るカラーカメラで、前記カメラがスリット光を撮像する
かあるいはスリット光を投射していない前記被測定物の
全体の輝度情報を撮像するかによって出力切り換えるメ
モリ切替手段と、前記メモリ切替手段の切り替えにより
スリット散乱光の画像信号を記憶する第１の画像メモリ
と、前記メモリ切替手段の切り替えによりスリット光を
投射していない前記被測定物の全体の輝度画像を記憶す
る第２の画像メモリとを別に設け、輝度画像から色の違
いを用いて前記曲線を抽出するか、または測定された３
次元座標値データをコンピュータに表示し、表示された
前記３次元座標値データに対しマウスを用いて人間が曲
線を指示するものである。以上の構成を設けることによ
り、被測定物の全体形状を複数領域に分割する曲線と各
領域をパラメトリック曲面に効率良く近似する際のパラ
メータ設定手段において用いる曲線を容易に指示するこ
とができる。

【０１７０】第４に、以上第３の構成要素に加え、前記
領域分割手段によって分割された領域の境界部分がルー
フエッジか凸曲面のスムーズエッジかあるいは凹曲面の
スムーズエッジかを判別する境界判別手段と、凸曲面及
び凹曲面の丸め半径を推定する丸め半径推定手段と、凸
曲面と凹曲面の際に特別な領域境界を生成しなおす領域
境界生成手段との構成を有している。また、以上の構成
要素に加え、丸め半径推定手段によって推定された丸め
半径に基づき丸め変形操作を行い領域を結合する領域結
合手段との構成を設けることにより入力先システム内で
の形状の変更、修正が容易にできるデータ形式で３次元
ＣＡＤシステムやコンピュータグラフィックスシステム
へ入力することができる優れた３次元形状入力装置を実
現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における３次元形状入力
装置のブロック結線図

【図２】同３次元形状入力装置におけるパラメータ設定
に使用する曲線の指示を示した図

【図３】（ａ）同３次元形状入力装置における１本の曲
線の構成点が１フレームにつき１点でない場合を示した
図 （ｂ）同３次元形状入力装置における指示曲線を複数の
曲線に分割した場合を示した図

【図４】（ａ）同３次元形状入力装置における曲線の両
端点が第１フレームと最終フレームに載ってない場合を
示した図 （ｂ）同３次元形状入力装置における両端点が第１フレ
ームと最終フレームに載ってない曲線を再構成した場合
を示した図

【図５】同３次元形状入力装置における指示曲線の位置
に対応したパラメータｖの値を設定する概念図

【図６】同３次元形状入力装置における１スリット上の
データ点のパラメータｖの値を設定する概念図

【図７】同３次元形状入力装置におけるデータをパラメ
トリック曲面に指定精度以下で近似する手法の手順フロ
ー図

【図８】本発明の第２の実施例における３次元形状入力
装置のブロック結線図

【図９】同３次元形状入力装置における逐次近似の終了
条件のフロー図

【図１０】（ａ）同３次元形状入力装置におけるｘ，ｙ
座標値の残差とｚ座標値の残差の現れ方の違いを示す際
の、元のデータの図 （ｂ）同３次元形状入力装置におけるｘ，ｙ座標値の残
差とｚ座標値の残差の現れ方の違いを示す際の、ｘ，ｙ
座標値の残差が大きい場合の近似の図 （ｃ）同３次元形状入力装置におけるｘ，ｙ座標値の残
差とｚ座標値の残差の現れ方の違いを示す際の、ｚ座標
値の残差が大きく、ｘ，ｙ座標値の残差が小さい場合の
近似の図

【図１１】同３次元形状入力装置における計測データ点
のパラメータと基準格子パラメータの関係図

【図１２】（ａ）同３次元形状入力装置における近傍領
域での残差の符号が異なり絶対値が等しい場合を示した
図 （ｂ）同３次元形状入力装置における近傍領域での残差
の符号及び絶対値が等しい場合を示した図

【図１３】同３次元形状入力装置における分散を算出す
る点列の概念図

【図１４】同３次元形状入力装置における節点を追加す
る方向の概念図

【図１５】同３次元形状入力装置における節点を追加す
る位置の概念図

【図１６】本発明の第３の実施例における３次元形状入
力装置のブロック結線図

【図１７】同３次元形状入力装置におけるデータをパラ
メトリック曲面に指定精度以下で分割近似する手法の手
順フロー図

【図１８】同３次元形状入力装置における特徴点抽出手
法の手順フロー図

【図１９】同３次元形状入力装置における特徴点抽出の
概念図

【図２０】同３次元形状入力装置における２本のスリッ
ト上の点列より多角形パッチを生成する手法の手順フロ
ー図

【図２１】同３次元形状入力装置における３角形パッチ
の生成を示す概念図

【図２２】本発明の第４の実施例における３次元形状入
力装置のブロック結線図

【図２３】同３次元形状入力装置における１スリットの
データをパラメトリック曲線に指定精度以下で近似する
手法の手順フロー図

【図２４】本発明の第５の実施例における３次元形状入
力装置のブロック結線図

【図２５】本発明の第６の実施例における３次元形状入
力装置のブロック結線図

【図２６】同３次元形状入力装置における指示曲線の周
辺領域より領域分割線を抽出する手法の手順フロー図

【図２７】同３次元形状入力装置におけるキルシュのオ
ペレータの図

【図２８】同３次元形状入力装置の細線化における削除
可能性の概念図

【図２９】本発明の第７の実施例における３次元形状入
力装置のブロック結線図

【図３０】同３次元形状入力装置における３次元データ
による自動領域分割手法の手順フロー図

【図３１】同３次元形状入力装置における分割領域のラ
ベル分けの概念図

【図３２】本発明の第８の実施例における３次元形状入
力装置のブロック結線図

【図３３】同３次元形状入力装置における輝度データに
よる自動領域分割手法の手順フロー図

【図３４】本発明の第９の実施例における３次元形状入
力装置のブロック結線図

【図３５】同３次元形状入力装置におけるカラー画像に
よる自動曲線抽出手法の手順フロー図

【図３６】本発明の第１０の実施例における３次元形状
入力装置のブロック結線図

【図３７】本発明の第１１の実施例における３次元形状
入力装置のブロック結線図

【図３８】同３次元形状入力装置におけるアール別境界
タイプの概念図

【図３９】同３次元形状入力装置における境界判別手段
の手順フロー図

【図４０】同３次元形状入力装置における領域境界に付
与したラベルの概念図

【図４１】同３次元形状入力装置における丸め半径推定
手段の手順フロー図

【図４２】本発明の第１２の実施例における３次元形状
入力装置のブロック結線図

【図４３】同３次元形状入力装置における領域境界生成
手段による領域境界生成の概念図

【図４４】本発明の第１３の実施例における３次元形状
入力装置のブロック結線図

【図４５】同３次元形状入力装置における領域結合手段
の手順フロー図

【図４６】同３次元形状入力装置における領域結合手段
の処理の概念図

【図４７】同３次元形状入力装置における領域結合手段
による領域結合の概念図

【図４８】従来の３次元形状入力装置のブロック結線図

【符号の説明】

１０１ レーザ光源 １０２ 振動ミラー １０３ スリット光 １０４ 被測定物 １０５ Ｘ軸移動機構 １０６ カメラ １０７ Ａ／Ｄ変換器 １０８ 画像メモリ １０９ スリット散乱光中心位置検出手段 １１０ 座標演算手段 １１１ 座標演算手段 １１２ パラメータ設定手段 １１３ パラメトリック曲面近似手段 １１４ データフォーマット変換手段 １１５ スキャナ制御手段 １１６ 本装置で得られる３次元形状データ １１７ ３次元ＣＡＤシステム

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物に照射するスリット光を発生さ
   せるスリット光源と、前記被測定物を移動させる移動機
   構と、前記被測定物からのスリット光の散乱光を撮像す
   るカメラと、前記カメラからの輝度信号をデジタル化し
   た画像信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記画像信号を
   記憶する画像メモリと、前記画像メモリに記憶された画
   像信号からスリット散乱光の中心位置を検出するスリッ
   ト散乱光中心位置検出手段と、前記スリット散乱光の中
   心位置から３次元座標値を計算する座標演算手段と、前
   記被測定物の３次元座標値データをパラメトリック関数
   に近似するデータ圧縮手段と、前記データ圧縮手段によ
   り圧縮されたデータを入力先システムのデータフォーマ
   ットに変換するデータフォーマット変換手段とを具備す
   る３次元形状入力装置。
2. 【請求項２】 被測定物を移動させる移動機構の代わり
   にスリット光を被測定物上で走査させるスリット光走査
   手段を備えた請求項１記載の３次元形状入力装置。
3. 【請求項３】 データ圧縮手段が、３次元座標値データ
   をパラメトリック曲面に近似させるものである請求項１
   又は２記載の３次元形状入力装置。
4. 【請求項４】 被測定物上の曲線を指示する曲線指示手
   段と、パラメトリック曲面のパラメータをｕ，ｖとする
   と、連続する前記曲線上の計測点のパラメータ値のｕ或
   はｖの値を揃えるように各計測点にパラメータを付与す
   るパラメータ設定手段とを具備する請求項３記載の３次
   元形状入力装置。
5. 【請求項５】 データ圧縮手段が、３次元座標値データ
   をパラメトリック曲面に近似させる際に、双方向の節点
   の増加及び移動と制御点数の増加を指定された近似誤差
   以下の曲面を得るまで繰り返す請求項３又は４記載の３
   次元形状入力装置。
6. 【請求項６】 データ圧縮手段が、３次元座標値データ
   を節点の増加及び移動と制御点数の増加を繰り返してパ
   ラメトリック曲面に近似させる際に、節点及び制御点の
   増加方向と位置を自動的に決定する方法として、節点を
   定義する方向をｕ、ｖとすると、パラメータｕの値が等
   しい測定点列の集合Ｕ_i、及びパラメータｖの値が等し
   い測定点列の集合Ｖ_j毎に、前回の近似と前記３次元座
   標値データとの奥行き座標値の差の分散Ｕｖａｒ_i（ｉ
   ＝１，・・・，ｍ），Ｖｖａｒ_j（ｊ＝１，・・・，
   ｎ）を算出し、更に前記分散Ｕｖａｒ_i，Ｖｖａｒ_jの平
   均Ｕ，Ｖを得て、その大小を比較し、Ｕが大きければｖ
   方向に、Ｖが大きければｕ方向に節点及び制御点を増加
   することを決定し、平均の大きい方の分散として例えば
   Ｕｖａｒ_i（ｉ＝１，・・・，ｍ）において最も値が大
   きい分散値を持つ測定点列の集合Ｕ₀を求め、点列Ｕ₀の
   誤差の自乗和を節点間毎に算出して、最も自乗和の値が
   大きい節点間の中心に新しい節点を増加する請求項３、
   ４又は５記載の３次元形状入力装置。
7. 【請求項７】 データ圧縮手段が、双方向の節点の増加
   及び移動と制御点数の増加を繰り返すことにより近似誤
   差が指定値以下になるまで近似誤差を減少していく際
   に、制御点を増加させても近似誤差の減少する割合が低
   い場合、曲面を誤差の変動が激しい方向において複数分
   割し、それぞれ異なる曲面としてパラメトリック曲面近
   似を行い、この動作を指定された近似精度の曲面を得る
   迄繰り返す請求項５、６記載の３次元形状入力装置。
8. 【請求項８】 データ圧縮手段が、分割領域毎に近似誤
   差が指定値以下の曲面近似を行うために双方向の節点の
   増加及び移動と制御点数の増加を繰り返す際に、制御点
   を増加させても近似誤差の減少する割合が低いかあるい
   は近似誤差に限界が生じ指定された近似精度を達成でき
   ない場合、前記３次元座標値データを用いて多角形パッ
   チを作成して面を構築するものである請求項７記載の３
   次元形状入力装置。
9. 【請求項９】 データ圧縮手段が、分割領域毎に近似誤
   差が指定値以下の曲面近似を行うために双方向の節点の
   増加及び移動と制御点数の増加を繰り返す際に、制御点
   を増加させても近似誤差の減少する割合が低いかあるい
   は近似誤差に限界が生じ指定された近似精度を達成でき
   ない場合、前記３次元座標値データから特徴点を抽出
   し、前記特徴点を用いて多角形パッチを作成して面を構
   築する請求項７記載の３次元形状入力装置。
10. 【請求項１０】 データ圧縮手段が、３次元座標値デー
    タを複数のパラメトリック曲線に近似させ、次にこれら
    複数のパラメトリック曲線を補間する曲面を作成するも
    のである請求項１又は２記載の３次元形状入力装置。
11. 【請求項１１】 データ圧縮手段が、３次元座標値デー
    タを複数のパラメトリック曲線に近似させる際に、パラ
    メトリック曲線の節点の増加及び移動と制御点数の増加
    を指定された近似誤差以下の曲線を得るまで繰り返す請
    求項１０記載の３次元形状入力装置。
12. 【請求項１２】 データ圧縮手段が、近似誤差が指定値
    以下の曲線近似を行うために節点の増加及び移動と制御
    点数の増加を繰り返す際に、制御点を増加させても近似
    誤差の減少する割合が低い場合、曲線を複数分割し、そ
    れぞれ異なる曲線としてパラメトリック曲線近似を行う
    ことを指定された近似精度の曲線を得るまで繰り返す請
    求項１１記載の３次元形状入力装置。
13. 【請求項１３】 被測定物を複数の領域に分割する曲線
    を決定する曲線指示手段と、前記曲線により被測定物を
    複数の領域に分割する領域分割手段を設け、データ圧縮
    手段が各領域毎に３次元座標値データをパラメトリック
    関数に近似させる請求項１、２、３、４、５、６、７、
    ８、９、１０、１１又は１２記載の３次元形状入力装
    置。
14. 【請求項１４】 スリット光に対する反射率が被測定物
    の表面色と異なる色を用いて前記曲線を指定された被測
    定物を設け、曲線指示手段が前記画像信号の中で輝度値
    が異なる部分を前記曲線として抽出する請求項４又は１
    ３記載の３次元形状入力装置。
15. 【請求項１５】 スリット光に対する反射率が被測定物
    の表面色と異なる色を用いておおまかな前記曲線を指定
    された被測定物を設け、曲線指示手段が前記画像信号の
    中で輝度値が異なる部分およびその周辺部分から前記３
    次元座標値データを用いて求めたエッジらしさを基に前
    記曲線を抽出する請求項４又は１３記載の３次元形状入
    力装置。
16. 【請求項１６】 曲線指示手段が、求める前記曲線は被
    測定物のエッジ部であるとみなし、人手を介在すること
    無く自動的に前記３次元座標値データを用いてエッジを
    求める請求項４又は１３記載の３次元形状入力装置。
17. 【請求項１７】 カメラがスリット散乱光を読み取りま
    たスリット光を投射していない状態の被測定物の全体を
    撮像するもので、前記カメラがスリット光を撮像するか
    あるいはスリット光を投射していない前記被測定物の全
    体の輝度情報を撮像するかによって出力切り換えるメモ
    リ切替手段と、前記メモリ切替手段の切り替えによりス
    リット散乱光の画像信号を記憶する第１の画像メモリ
    と、前記メモリ切替手段の切り替えによりスリット光を
    投射していない前記被測定物の全体の輝度画像を記憶す
    る第２の画像メモリとを設け、曲線指示手段が、求める
    前記曲線は被測定物のエッジ部であるとみなし、人手を
    介在すること無く自動的に前記輝度画像を用いてエッジ
    を求める請求項４又は１３記載の３次元形状入力装置。
18. 【請求項１８】 被測定物が前記被測定物の表面色と異
    なる色を用いて前記曲線を指定されたものであり、カメ
    ラがスリット散乱光を読み取りまたスリット光を投射し
    ていない状態の被測定物の全体を撮像するカラーカメラ
    で、前記カメラがスリット光を撮像するかあるいはスリ
    ット光を投射していない前記被測定物の全体の輝度情報
    を撮像するかによって出力切り換えるメモリ切替手段
    と、前記メモリ切替手段の切り替えによりスリット散乱
    光の画像信号を記憶する第１の画像メモリと、前記メモ
    リ切替手段の切り替えによりスリット光を投射していな
    い前記被測定物の全体の輝度画像を記憶する第２の画像
    メモリとを設け、曲線指示手段が前記輝度画像から色の
    違いを用いて前記曲線を抽出する請求項４又は１３記載
    の３次元形状入力装置。
19. 【請求項１９】 曲線指示手段が、測定された３次元座
    標値データをコンピュータに表示し、表示された前記３
    次元座標値データに対しマウスを用いて人間が曲線を指
    示する請求項４又は１３記載の３次元形状入力装置。
20. 【請求項２０】 領域分割手段によって分割された領域
    の境界部分がルーフエッジか凸曲面のスムーズエッジか
    あるいは凹曲面のスムーズエッジかを判別する境界判別
    手段と、凸曲面及び凹曲面の丸め半径を推定する丸め半
    径推定手段と、凸曲面では領域の前記３次元座標値デー
    タから丸め部分を削除して領域間の間隔を設け、凹曲面
    では微分値が連続となるように丸め部分を除いた領域の
    前記３次元座標値データを拡張して領域を生成しなおす
    丸め型別領域境界生成手段とを設けた請求項１３、１
    ４、１５、１６、１７、１８又は１９記載の３次元形状
    入力装置。
21. 【請求項２１】 領域分割手段によって分割された領域
    の境界がルーフエッジか凸曲面のスムーズエッジかある
    いは凹曲面のスムーズエッジかを判別する境界判別手段
    と、凸曲面及び凹曲面の丸め半径を推定する丸め半径推
    定手段と、スムーズエッジでは微分値が連続となるよう
    に丸め部分を除いた領域の前記３次元座標値データを拡
    張して領域を新たに生成しなおす領域境界生成手段とを
    設けた請求項１３、１４、１５、１６、１７、１８又は
    １９記載の３次元形状入力装置。
22. 【請求項２２】 丸め半径推定手段によって推定された
    丸め半径に基づき丸め変形操作を行い領域を結合する領
    域結合手段を設けた請求項２０又は２１記載の３次元形
    状入力装置。