JPH08105724A - ３次元形状計測装置および３次元形状計測方法 - Google Patents
３次元形状計測装置および３次元形状計測方法Info
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- JPH08105724A JPH08105724A JP6240974A JP24097494A JPH08105724A JP H08105724 A JPH08105724 A JP H08105724A JP 6240974 A JP6240974 A JP 6240974A JP 24097494 A JP24097494 A JP 24097494A JP H08105724 A JPH08105724 A JP H08105724A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 対象物の画像データに基づいて３次元形状を
計測する３次元形状計測装置に関し，立体撮像装置を使
用することなく対象物との距離を自動的に求め，断面の
形状を推定するのに必要な対象物の回転数，回転軸も時
系列の画像データから自動的に求めることを目的とす
る。 【構成】 対象物もしくは対象物を載せる載置台は距離
測定用の印を付けたものであり，形状計測装置は，画像
データから印と対象物の特徴点と画像の輪郭を抽出する
画像処理部と，印に基づいて対象物と視点までの距離を
計算する距離計算部と，求められた距離と回転する対象
物の特徴点の複数時点のデータに基づいて対象物の姿
勢，運動パラメータを算出するパラメータ算出部と，画
像の輪郭と対象物までの距離と姿勢と運動パラメータと
により対象物の３次元形状を計測する形状計測部とを備
えた構成を持つ。
計測する３次元形状計測装置に関し，立体撮像装置を使
用することなく対象物との距離を自動的に求め，断面の
形状を推定するのに必要な対象物の回転数，回転軸も時
系列の画像データから自動的に求めることを目的とす
る。 【構成】 対象物もしくは対象物を載せる載置台は距離
測定用の印を付けたものであり，形状計測装置は，画像
データから印と対象物の特徴点と画像の輪郭を抽出する
画像処理部と，印に基づいて対象物と視点までの距離を
計算する距離計算部と，求められた距離と回転する対象
物の特徴点の複数時点のデータに基づいて対象物の姿
勢，運動パラメータを算出するパラメータ算出部と，画
像の輪郭と対象物までの距離と姿勢と運動パラメータと
により対象物の３次元形状を計測する形状計測部とを備
えた構成を持つ。
Description
【０００１】本発明は，等角速度で回転する対象物の画
像データに基づいて対象物の３次元形状を計測する３次
元形状計測装置に関する。３次元形状計測装置は，ＣＡ
Ｄ（コンピュータ利用設計装置）やＣＧ（コンピュータ
グラフィックス）用の形状データ入力装置として利用さ
れる。３次元形状計測装置は非接触に対象物の３次元形
状を計測できる特徴があり，対象物の曲面形状も復原す
ることができるので応用分野の広いものである。
像データに基づいて対象物の３次元形状を計測する３次
元形状計測装置に関する。３次元形状計測装置は，ＣＡ
Ｄ（コンピュータ利用設計装置）やＣＧ（コンピュータ
グラフィックス）用の形状データ入力装置として利用さ
れる。３次元形状計測装置は非接触に対象物の３次元形
状を計測できる特徴があり，対象物の曲面形状も復原す
ることができるので応用分野の広いものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の３次元形状計測装置は，対象物を
回転機構に載せ，回転機構の回転速度，回転軸および視
点（撮像装置）からの距離が既知であるものとして，複
数時点の対象物のシルエットに基づいて３次元形状を計
測していた。また，シルエットも対象物を中心投影する
方法により得ていた。
回転機構に載せ，回転機構の回転速度，回転軸および視
点（撮像装置）からの距離が既知であるものとして，複
数時点の対象物のシルエットに基づいて３次元形状を計
測していた。また，シルエットも対象物を中心投影する
方法により得ていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の３次元形状計測
装置は，対象物の回転速度を対象物を載置する台の回転
機構の設計値等を使用していたので不正確であり，撮像
装置からの距離も正確に測定したものではなく測定誤差
が大きかった。載置台と撮像装置との位置的関係も変更
することができなかった。また，従来，距離を自動的に
計測する方法もあるが両眼立体視によるものであって，
立体カメラもしくは撮像装置を２台必要とし，画像処理
も複雑であった。
装置は，対象物の回転速度を対象物を載置する台の回転
機構の設計値等を使用していたので不正確であり，撮像
装置からの距離も正確に測定したものではなく測定誤差
が大きかった。載置台と撮像装置との位置的関係も変更
することができなかった。また，従来，距離を自動的に
計測する方法もあるが両眼立体視によるものであって，
立体カメラもしくは撮像装置を２台必要とし，画像処理
も複雑であった。
【０００４】また，対象物から視点に向かう光をスクリ
ーンに映し，対象物の影の輪郭により形状推定する中心
投影のシルエット法は画像データが複雑になり，しかも
対象物の平面形状（視点を含む平面で切られた対象物の
断面）の計測に誤差を生じるので正確な形状測定ができ
なかった。
ーンに映し，対象物の影の輪郭により形状推定する中心
投影のシルエット法は画像データが複雑になり，しかも
対象物の平面形状（視点を含む平面で切られた対象物の
断面）の計測に誤差を生じるので正確な形状測定ができ
なかった。
【０００５】従来の中心投影のシルエット法により生じ
る誤差について図９により説明する。図９ (a)は平面
図，図９ (b)は側面図，図９ (c)はＡの平面での対象物
の断面を示す。
る誤差について図９により説明する。図９ (a)は平面
図，図９ (b)は側面図，図９ (c)はＡの平面での対象物
の断面を示す。
【０００６】図９ (a)， (b)， (c)において，１００は
対象物であって，円柱の例である。１０１はスクリーン
であって，対象物を投影するものである。
対象物であって，円柱の例である。１０１はスクリーン
であって，対象物を投影するものである。
【０００７】１０２は撮像装置である。１０２’は視点
である。１０３は画像面である。
である。１０３は画像面である。
【０００８】図９ (a)のように対象物１００の点Ｂ，点
Ｃがスクリーン１０１に映される。撮像装置１０２はス
クリーン１０１に映される対象物のシルエットを撮影
し，画像データとする。図９ (b)に示すように，面Ａで
対象物１００が切られる断面を求め，複数の断面を統合
して（重合わせ）対象物１００の形状を推定する。
Ｃがスクリーン１０１に映される。撮像装置１０２はス
クリーン１０１に映される対象物のシルエットを撮影
し，画像データとする。図９ (b)に示すように，面Ａで
対象物１００が切られる断面を求め，複数の断面を統合
して（重合わせ）対象物１００の形状を推定する。
【０００９】図９ (a)， (b)に示す中心投影の場合に
は，図９ (c)に示すように，平面Ａで切った対象物の断
面が直径ＸＹと直径ＤＥの楕円に表され，正確に対象物
の形状が反映されない。
は，図９ (c)に示すように，平面Ａで切った対象物の断
面が直径ＸＹと直径ＤＥの楕円に表され，正確に対象物
の形状が反映されない。
【００１０】本発明は，立体撮像装置を使用することな
く対象物との距離を自動的に求め，断面の形状を推定す
るのに必要な対象物の回転数，回転軸も時系列の画像デ
ータから自動的に求め，３次元形状を計測できる３次元
形状計測装置および３次元形状計測方法を提供すること
を目的とする。また，シルエット法により３次元形状の
測定を正確に行うことのできる３次元形状計測方法を提
供することを目的とする。
く対象物との距離を自動的に求め，断面の形状を推定す
るのに必要な対象物の回転数，回転軸も時系列の画像デ
ータから自動的に求め，３次元形状を計測できる３次元
形状計測装置および３次元形状計測方法を提供すること
を目的とする。また，シルエット法により３次元形状の
測定を正確に行うことのできる３次元形状計測方法を提
供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は，対象物もしく
は載置台に距離測定用の印（マーク）を付け，単眼の撮
像装置により得られたその印の画像に基づいて対象物ま
での距離を計算する。
は載置台に距離測定用の印（マーク）を付け，単眼の撮
像装置により得られたその印の画像に基づいて対象物ま
での距離を計算する。
【００１２】該３次元形状計測装置は，画像データに基
づいて印と対象物の特徴点と画像の輪郭を抽出し，印に
基づいて視点から対象物までの距離を測定し，対象物ま
での距離と時系列の画像データから抽出した特徴点の時
系列データに基づいて対象物の姿勢および運動パラメー
タを算出し，対象物までの距離と姿勢と運動パラメータ
と画像の輪郭により対象物の３次元形状を計測するよう
にした。
づいて印と対象物の特徴点と画像の輪郭を抽出し，印に
基づいて視点から対象物までの距離を測定し，対象物ま
での距離と時系列の画像データから抽出した特徴点の時
系列データに基づいて対象物の姿勢および運動パラメー
タを算出し，対象物までの距離と姿勢と運動パラメータ
と画像の輪郭により対象物の３次元形状を計測するよう
にした。
【００１３】図１は本発明の基本構成を示す。図１にお
いて，１は対象物であって，対象物もしくはその載置台
に距離測定用の印を持つものである。
いて，１は対象物であって，対象物もしくはその載置台
に距離測定用の印を持つものである。
【００１４】２は３次元形状計測装置である。５は画像
入力装置であって，単眼の撮像装置あるいは単眼の撮像
装置で撮影された対象物の画像データを保持する磁気デ
ィスク装置等を表す。
入力装置であって，単眼の撮像装置あるいは単眼の撮像
装置で撮影された対象物の画像データを保持する磁気デ
ィスク装置等を表す。
【００１５】６は形状計測装置であって，画像データに
基づいて対象物の３次元画像を計測するものである。７
は出力装置であって，形状計測装置６で計測した３次元
形状を復原して表示するディスプレイ，プリンタ，ある
いは求めた形状データを保存する磁気ディスク装置等で
ある。
基づいて対象物の３次元画像を計測するものである。７
は出力装置であって，形状計測装置６で計測した３次元
形状を復原して表示するディスプレイ，プリンタ，ある
いは求めた形状データを保存する磁気ディスク装置等で
ある。
【００１６】形状計測装置６において，１０は画像処理
部であって，距離測定用の印，対象物の特徴点，画像の
輪郭を抽出するものである。
部であって，距離測定用の印，対象物の特徴点，画像の
輪郭を抽出するものである。
【００１７】１１は距離測定用の印と画像の角の点のよ
うな特徴点を抽出する処理である。１２は画像から輪郭
を抽出する処理である。１３は距離計算部であって，抽
出された距離測定用の印により画像面から対象物までの
距離を計算するものである。
うな特徴点を抽出する処理である。１２は画像から輪郭
を抽出する処理である。１３は距離計算部であって，抽
出された距離測定用の印により画像面から対象物までの
距離を計算するものである。
【００１８】１４はパラメータ算出部であって，対象物
の姿勢，回転速度，回転軸等の運動パラメータを計算す
る処理である。１５は形状計測部であって，形状計算を
するものである。
の姿勢，回転速度，回転軸等の運動パラメータを計算す
る処理である。１５は形状計測部であって，形状計算を
するものである。
【００１９】
【作用】図１の本発明の基本構成の動作を説明する。画
像入力装置５は対象物１の画像データを獲得する。画像
処理部１０において，距離測定用の印（間隔が既知の２
点等），対象物の特徴点，輪郭が抽出され保持される。
画像データは，例えば３時刻の時系列データである。
像入力装置５は対象物１の画像データを獲得する。画像
処理部１０において，距離測定用の印（間隔が既知の２
点等），対象物の特徴点，輪郭が抽出され保持される。
画像データは，例えば３時刻の時系列データである。
【００２０】画像上の距離測定用の印に基づいて画像面
から対象物までの距離を計算する。パラメータ算出部１
４は特徴点の時系列データに基づいて対象物１の姿勢，
回転数，回転軸等の運動パラメータを求める。
から対象物までの距離を計算する。パラメータ算出部１
４は特徴点の時系列データに基づいて対象物１の姿勢，
回転数，回転軸等の運動パラメータを求める。
【００２１】そこで，画像処理部１０の求めた画像の輪
郭の時系列データと，距離計算部１３の求めた対象物ま
での距離，パラメータ算出部１４の求めた対象物１の回
転数，回転軸等のデータ等により形状計測部１５’は対
象物の３次元形状を測定する。
郭の時系列データと，距離計算部１３の求めた対象物ま
での距離，パラメータ算出部１４の求めた対象物１の回
転数，回転軸等のデータ等により形状計測部１５’は対
象物の３次元形状を測定する。
【００２２】出力装置７は計算された３次元形状を画像
に復原して出力する。また，出力装置７は出力された３
次元計測データを必要に応じて保存する。図２ (a)を参
照して，時系列の画像データにより３次元の形状を推定
する方法について説明する。
に復原して出力する。また，出力装置７は出力された３
次元計測データを必要に応じて保存する。図２ (a)を参
照して，時系列の画像データにより３次元の形状を推定
する方法について説明する。
【００２３】図２ (a)は回転軸と垂直な平面の断面図で
あり，図２ (b)は回転軸に平行な画像面を示す。図２
(a)は物体２０の周囲を視点Ａ，視点Ｂ，視点Ｃが時間
とともに回転する状態を示す（実際の装置では視点が固
定され，物体２０が回転するのであるが，図２ (a)のよ
うに視点が固定されていて物体２０が回転する場合と相
対的に同じである）。
あり，図２ (b)は回転軸に平行な画像面を示す。図２
(a)は物体２０の周囲を視点Ａ，視点Ｂ，視点Ｃが時間
とともに回転する状態を示す（実際の装置では視点が固
定され，物体２０が回転するのであるが，図２ (a)のよ
うに視点が固定されていて物体２０が回転する場合と相
対的に同じである）。
【００２４】図２ (a)， (b)において，２０は物体であ
る。２１は物体の回転軸である。
る。２１は物体の回転軸である。
【００２５】２２は撮影範囲であって，視点Ａ(24)に撮
影される物体２０の範囲である。２３は画像面であっ
て，時刻ｔ1 における画像面である。２４は視点Ａであ
って，時刻ｔ1 の視点である。
影される物体２０の範囲である。２３は画像面であっ
て，時刻ｔ1 における画像面である。２４は視点Ａであ
って，時刻ｔ1 の視点である。
【００２６】２５は視点Ｂであって，時刻ｔ2 の視点で
ある。２６は視点Ｃであって，時刻ｔ3 の視点である
（時刻はｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 の順番に経過するものとす
る）。
ある。２６は視点Ｃであって，時刻ｔ3 の視点である
（時刻はｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 の順番に経過するものとす
る）。
【００２７】３０は画像面であって，視点Ａ(24)の方向
から見た回転軸に平行な面である。３１は画像であっ
て，画像面３０に映された物体２０の画像である。３２
は輪郭であって，画像３１の輪郭である。
から見た回転軸に平行な面である。３１は画像であっ
て，画像面３０に映された物体２０の画像である。３２
は輪郭であって，画像３１の輪郭である。
【００２８】時刻ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 の輪郭の時系列デー
タと物体２０の姿勢，位置，運動パラメータにより物体
２０の形状を推定できる。形状計測装置６は，画像デー
タを入力し，各時刻ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 における輪郭デー
タを抽出し，パラメータ算出部の求めた物体の姿勢，位
置，運動パラメータとにより物体の形状推定をする。
タと物体２０の姿勢，位置，運動パラメータにより物体
２０の形状を推定できる。形状計測装置６は，画像デー
タを入力し，各時刻ｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 における輪郭デー
タを抽出し，パラメータ算出部の求めた物体の姿勢，位
置，運動パラメータとにより物体の形状推定をする。
【００２９】本発明はさらに対象物１に平行光線を照射
し，スクリーンに映し出される対象物１の正射影像を撮
像装置（画像入力装置）により撮影し，画像データとし
て入力する。そして，その正射影像の画像の時系列デー
タにより対象物の３次元形状を計測するようにしても良
い。この場合には，中心投影に基づく前述（図９の説
明）の誤差を生じることがなく，正確に形状推定を行う
ことができる。
し，スクリーンに映し出される対象物１の正射影像を撮
像装置（画像入力装置）により撮影し，画像データとし
て入力する。そして，その正射影像の画像の時系列デー
タにより対象物の３次元形状を計測するようにしても良
い。この場合には，中心投影に基づく前述（図９の説
明）の誤差を生じることがなく，正確に形状推定を行う
ことができる。
【００３０】図３は本発明の正射影投影によるシルエッ
ト法の説明図である。図３ (a)は平面図，図３ (b)は側
面図，図３ (c)はＡの平面での対象物の断面を示す。
ト法の説明図である。図３ (a)は平面図，図３ (b)は側
面図，図３ (c)はＡの平面での対象物の断面を示す。
【００３１】図３ (a)， (b)， (c)において，１００は
対象物であって，円柱を表す。１０１はスクリーンであ
って，対象物を投影するものである。
対象物であって，円柱を表す。１０１はスクリーンであ
って，対象物を投影するものである。
【００３２】１０２は撮像装置である。１０２’は視点
である。１０３は画像面である。
である。１０３は画像面である。
【００３３】図３ (a)で示すように対象物１００の点
Ｂ，点Ｃがスクリーン１０１に正射影される。撮像装置
１０２により正射影でスクリーン１０１に映された対象
物のシルエットを撮影し，画像データとする。そして，
図３ (b)に示すように，面Ａで対象物１００が切断され
る断面を求め，複数の断面を統合して（重ね合わせ）対
象物１００の形状を推定する。
Ｂ，点Ｃがスクリーン１０１に正射影される。撮像装置
１０２により正射影でスクリーン１０１に映された対象
物のシルエットを撮影し，画像データとする。そして，
図３ (b)に示すように，面Ａで対象物１００が切断され
る断面を求め，複数の断面を統合して（重ね合わせ）対
象物１００の形状を推定する。
【００３４】正射影による投影の場合には，図３ (c)に
示すように，平面Ａで切った対象物の断面が正確に対象
物の断面を表す。そのため，本発明の正射影のシルエッ
トにより対象物の３次元形状を測定する方法では，対象
物の形状を正確に求めることができる。
示すように，平面Ａで切った対象物の断面が正確に対象
物の断面を表す。そのため，本発明の正射影のシルエッ
トにより対象物の３次元形状を測定する方法では，対象
物の形状を正確に求めることができる。
【００３５】本発明によれば，対象物の距離および姿
勢，運動パラメータ等を自動的に計算して，３次元形状
を計算するので，対象物と撮像装置（画像入力装置）と
の距離を計測する必要がなく，能率的に形状推定を行う
ことができる。また，平行光を照射して正射影像により
測定することにより正確に形状推定できる。
勢，運動パラメータ等を自動的に計算して，３次元形状
を計算するので，対象物と撮像装置（画像入力装置）と
の距離を計測する必要がなく，能率的に形状推定を行う
ことができる。また，平行光を照射して正射影像により
測定することにより正確に形状推定できる。
【００３６】
【実施例】図４は本発明の装置構成実施例である。図４
において，１は対象物である。
において，１は対象物である。
【００３７】２は３次元形状計測装置である。５は画像
入力装置であって，撮像装置である。１５はマークであ
って，距離測定用の印である。マークは，マークと撮像
装置の位置関係が既知であれば，２点であれば良いが，
両者の関係が既知でない場合には３点もしくは４点必要
である。本実施例は４点の場合を示す。
入力装置であって，撮像装置である。１５はマークであ
って，距離測定用の印である。マークは，マークと撮像
装置の位置関係が既知であれば，２点であれば良いが，
両者の関係が既知でない場合には３点もしくは４点必要
である。本実施例は４点の場合を示す。
【００３８】２０は回転台（載置台）であって，等角速
度で回転しているものである。３次元形状計測装置２に
おいて，６は形状計測装置である。
度で回転しているものである。３次元形状計測装置２に
おいて，６は形状計測装置である。
【００３９】７は出力装置であって，ディスプレイ，プ
リンタ等である。２１は入出力装置である。２２は入力
装置である。
リンタ等である。２１は入出力装置である。２２は入力
装置である。
【００４０】図５は本発明の形状計測装置のシステム構
成である。図５において，６は形状計測装置である。
成である。図５において，６は形状計測装置である。
【００４１】形状計測装置６において，３０はＣＰＵで
ある。３１は入力インタフェースであって，画像入力装
置とのインタフェースである。
ある。３１は入力インタフェースであって，画像入力装
置とのインタフェースである。
【００４２】３２はメモリである。３７は出力インタフ
ェースであって，姿勢制御装置等の外部装置とのインタ
フェースである。
ェースであって，姿勢制御装置等の外部装置とのインタ
フェースである。
【００４３】メモリ３２において，１０は画像処理部で
あって，距離測定用のマーク，特徴点，画像の輪郭を画
像データから抽出するプログラムである。
あって，距離測定用のマーク，特徴点，画像の輪郭を画
像データから抽出するプログラムである。
【００４４】１３は距離計算部であって，マークに基づ
いて距離計算をするプログラムである。１４はパラメー
タ算出部であって，対象物の１の姿勢，回転速度，回転
軸等を計算するプログラムである。
いて距離計算をするプログラムである。１４はパラメー
タ算出部であって，対象物の１の姿勢，回転速度，回転
軸等を計算するプログラムである。
【００４５】１５’は形状計測部であって，対象物１の
形状を判定するプログラムである。３３は画像データ保
持領域であって，画像入力装置から入力された画像デー
タを保持する領域である。
形状を判定するプログラムである。３３は画像データ保
持領域であって，画像入力装置から入力された画像デー
タを保持する領域である。
【００４６】３４はマークデータ保持であって，画像デ
ータから抽出したマークについてのデータを保持する領
域である。３５は特徴点保持領域であって，画像データ
から抽出した特徴点を保持する領域である。
ータから抽出したマークについてのデータを保持する領
域である。３５は特徴点保持領域であって，画像データ
から抽出した特徴点を保持する領域である。
【００４７】３６は輪郭保持領域であって，画像データ
から抽出した画像の輪郭を保持する領域である。７は出
力装置である。
から抽出した画像の輪郭を保持する領域である。７は出
力装置である。
【００４８】４０はディスプレイである。４１はプリン
タである。４２は入出力装置であって磁気ディスク装置
である。
タである。４２は入出力装置であって磁気ディスク装置
である。
【００４９】２２は入力装置であって，キーボード等で
ある。図４，図５の構成の動作は後述する。図６を参照
して本発明の対象物の姿勢，運動パラメータを計算する
方法について説明する。
ある。図４，図５の構成の動作は後述する。図６を参照
して本発明の対象物の姿勢，運動パラメータを計算する
方法について説明する。
【００５０】図６は本発明の運動同定の計算方法の説明
図である。図６において，３０は画像入力装置の画像面
であり，ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸はカメラ座標系の直交座標
（原点Ｏであり，ｘ軸，ｙ軸は画像面３０にあり，画像
面の各辺に平行である。ｚ軸はｘｙ平面に垂直（光軸方
向）である。
図である。図６において，３０は画像入力装置の画像面
であり，ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸はカメラ座標系の直交座標
（原点Ｏであり，ｘ軸，ｙ軸は画像面３０にあり，画像
面の各辺に平行である。ｚ軸はｘｙ平面に垂直（光軸方
向）である。
【００５１】５０は物体である。物体５０において，
Ａ，Ｂ，Ｃは特徴点である。時刻ｆの特徴点Ａの位置ベ
クトルをＡｖf とし，カメラ座標系での座標をＡｖf ＝
（Ａx ，Ａy ，Ａz ）とする。
Ａ，Ｂ，Ｃは特徴点である。時刻ｆの特徴点Ａの位置ベ
クトルをＡｖf とし，カメラ座標系での座標をＡｖf ＝
（Ａx ，Ａy ，Ａz ）とする。
【００５２】同様に特徴点Ｂの時刻ｆの位置ベクトルを
Ｂｖf ，特徴点Ｃの時刻ｆの位置ベクトルをＣｖf とす
る。対象物の座標系を重心座標系とし，その原点（重
心）Ｇのカメラ座標系の原点Ｏに対するベクトルをｔｖ
f とする。重心座標系の原点を特徴点Ａにとると，ｔｖ
f ＝Ａｖf である。
Ｂｖf ，特徴点Ｃの時刻ｆの位置ベクトルをＣｖf とす
る。対象物の座標系を重心座標系とし，その原点（重
心）Ｇのカメラ座標系の原点Ｏに対するベクトルをｔｖ
f とする。重心座標系の原点を特徴点Ａにとると，ｔｖ
f ＝Ａｖf である。
【００５３】ｔｖf の成分を（ｔx ，ｔy ，ｔz ）とす
る。ｎｖは重心座標系のｘ軸の単位方向ベクトルであ
る。ｍｖは重心座標系のｙ軸の単位方向ベクトルであ
る。ｏｖは重心座標系のｚ軸の単位方向ベクトルであ
る。ｎｖ，ａｖ，ｏｖをカメラ座標系で表し， ｎｖ＝（ｎx ，ｎy ，ｎz ）， ａｖ＝（ａx ，ａy ，ａz ）， ｏｖ＝（ｏx ，ｏy ，ｏz ） とする。
る。ｎｖは重心座標系のｘ軸の単位方向ベクトルであ
る。ｍｖは重心座標系のｙ軸の単位方向ベクトルであ
る。ｏｖは重心座標系のｚ軸の単位方向ベクトルであ
る。ｎｖ，ａｖ，ｏｖをカメラ座標系で表し， ｎｖ＝（ｎx ，ｎy ，ｎz ）， ａｖ＝（ａx ，ａy ，ａz ）， ｏｖ＝（ｏx ，ｏy ，ｏz ） とする。
【００５４】時刻ｆのｎｖ，ａｖ，ｏｖをそれぞれｎｖ
f ，ａｖf ，ｏｖf とすると， ａｖf ＝（Ｂｖf −Ａｖf ）×（Ｃｖf −Ａｖf ） ｏｖf ＝ｎｖf ×ａｖf ｎｖf ＝Ｂｖf −Ａｖf である（ａｖf ，ｏｖf ，ｎｖf は単位ベクトルであっ
て，実際には右辺の計算結果を規格化したものである
が，便宜的に上式で表す）。
f ，ａｖf ，ｏｖf とすると， ａｖf ＝（Ｂｖf −Ａｖf ）×（Ｃｖf −Ａｖf ） ｏｖf ＝ｎｖf ×ａｖf ｎｖf ＝Ｂｖf −Ａｖf である（ａｖf ，ｏｖf ，ｎｖf は単位ベクトルであっ
て，実際には右辺の計算結果を規格化したものである
が，便宜的に上式で表す）。
【００５５】Ｒｖf は物体５０の姿勢を表し，ｎｖ，ａ
ｖ，ｏｖを成分とする次のマトリックスで表されるもの
である。
ｖ，ｏｖを成分とする次のマトリックスで表されるもの
である。
【００５６】
【数１】
【００５７】ものである。ｋｖは角速度ωの回転ベクト
ル，ｄｖは物体５０の並進ベクトルである。ｍｖは回転
中心座標系に対する重心Ｇの位置を表すベクトルであ
る。
ル，ｄｖは物体５０の並進ベクトルである。ｍｖは回転
中心座標系に対する重心Ｇの位置を表すベクトルであ
る。
【００５８】時刻ｆのｔｖ，Ｒｖをそれぞれｔｖf ，Ｒ
ｖf とし，ベクトルｋｖ（角速度ω）の回転変換行列を
Ｒωとすると, Ｒｖf+1 ＝ＲωＲｖf 従って，Ｒω＝Ｒｖf+1 Ｒｖf -1である。
ｖf とし，ベクトルｋｖ（角速度ω）の回転変換行列を
Ｒωとすると, Ｒｖf+1 ＝ＲωＲｖf 従って，Ｒω＝Ｒｖf+1 Ｒｖf -1である。
【００５９】以上の関係から，カメラ座標に対する回転
軸の方向（ｋｖ），位置（ｇｖ），並進速度（ｄｖ），
角速度ωを求める。ｋｖとωは，Ｒω＝Ｒｖf+1 Ｒｖf
-1から求めることができる。
軸の方向（ｋｖ），位置（ｇｖ），並進速度（ｄｖ），
角速度ωを求める。ｋｖとωは，Ｒω＝Ｒｖf+1 Ｒｖf
-1から求めることができる。
【００６０】また， ｇｖf+1 ＝ｇｖf ＋ｄｖ ｔｖf ＝ｇｖf ＋Ｒｖf ・ｍｖ であるので， ｔｖf ＝ｇｖ0 ＋ｄｖ・ｆ＋Ｒｖf ・ｍｖ である。
【００６１】従って， ｔx ＝ｇｖ0x＋ｆ・ｄｖx ＋ｎx ・ｍｖx ＋ｏx ・ｍｖ
y ＋ａx ・ｍｖz ｔy ＝ｇｖ0y＋ｆ・ｄｖy ＋ｎy ・ｍｖx ＋ｏy ・ｍｖ
y ＋ａy ・ｍｖz ｔz ＝ｇｖ0z＋ｆ・ｄｖz ＋ｎz ・ｍｖx ＋ｏz ・ｍｖ
y ＋ａz ・ｍｖz 以上の関係により，３時刻のｔｖf ，Ｒｖf を測定し，
その測定値から得られる連立方程式を解いて，ｇｖ0 ，
ｄｖ，ｍｖが求まる。
y ＋ａx ・ｍｖz ｔy ＝ｇｖ0y＋ｆ・ｄｖy ＋ｎy ・ｍｖx ＋ｏy ・ｍｖ
y ＋ａy ・ｍｖz ｔz ＝ｇｖ0z＋ｆ・ｄｖz ＋ｎz ・ｍｖx ＋ｏz ・ｍｖ
y ＋ａz ・ｍｖz 以上の関係により，３時刻のｔｖf ，Ｒｖf を測定し，
その測定値から得られる連立方程式を解いて，ｇｖ0 ，
ｄｖ，ｍｖが求まる。
【００６２】なお，姿勢，パラメータの計算方法は特願
平５−１４５６３３号に詳述されている。図７は本発明
の形状計測装置のフローチャートである。
平５−１４５６３３号に詳述されている。図７は本発明
の形状計測装置のフローチャートである。
【００６３】Ｓ１ 対象物が回転する。 Ｓ２ 形状計測装置は画像データを入力する。 Ｓ３ 特徴点抽出部は画像データから対象物のシルエッ
トの輪郭を抽出する。
トの輪郭を抽出する。
【００６４】Ｓ４ 画像データに基づいて視点を含む平
面を計算する。 Ｓ５ 輪郭点と視点から物体範囲を計算する。 Ｓ６ 平面上で物体範囲を統合する（平面形状を求め
る）。
面を計算する。 Ｓ５ 輪郭点と視点から物体範囲を計算する。 Ｓ６ 平面上で物体範囲を統合する（平面形状を求め
る）。
【００６５】次の平面についてＳ４，Ｓ５，Ｓ６を繰り
返す。 Ｓ７ 物体の全ての平面形状を重ね合わせ，３次元物体
の範囲を統合する（３次元形状を求める）。
返す。 Ｓ７ 物体の全ての平面形状を重ね合わせ，３次元物体
の範囲を統合する（３次元形状を求める）。
【００６６】Ｓ８ マークを抽出する。 Ｓ９ 距離・姿勢計測をする。 Ｓ１０回転軸の位置測定をする。 Ｓ２以後の処理を繰り返し，次の時系列データに基づく
形状推定を行う。
形状推定を行う。
【００６７】図８は本発明の実施例２である。図８はス
クリーンへの正射影投影により作られる対象物のシルエ
ットを画像入力装置が撮影し，対象物の３次元形状を推
定する場合の実施例である。
クリーンへの正射影投影により作られる対象物のシルエ
ットを画像入力装置が撮影し，対象物の３次元形状を推
定する場合の実施例である。
【００６８】図８において，１は対象物であって，平行
光を照射されているものである。２は３次元形状計測装
置である。
光を照射されているものである。２は３次元形状計測装
置である。
【００６９】１５はマークであって，距離測定用の印で
ある。２０は回転台であって，対象物１を載せて回転す
るものである。４０はスクリーンであって，対象物の正
射影像を映すものである。
ある。２０は回転台であって，対象物１を載せて回転す
るものである。４０はスクリーンであって，対象物の正
射影像を映すものである。
【００７０】３次元計測形状計測装置２において，５は
画像入力装置である。６は形状計測装置である。
画像入力装置である。６は形状計測装置である。
【００７１】７は出力装置であって，ディスプレイ等で
ある。２１は入出力装置であって，磁気ディスク装置等
である。２２は入力装置であって，キーボード等であ
る。
ある。２１は入出力装置であって，磁気ディスク装置等
である。２２は入力装置であって，キーボード等であ
る。
【００７２】図８の構成において，画像入力装置５はス
クリーンに投影される対象物１のシルエットを撮影す
る。マーク１５を撮影することにより対象物と視点との
距離は画像入力装置５で得られるマーク１５の画像デー
タにより予め計測しておく。
クリーンに投影される対象物１のシルエットを撮影す
る。マーク１５を撮影することにより対象物と視点との
距離は画像入力装置５で得られるマーク１５の画像デー
タにより予め計測しておく。
【００７３】形状計測装置６は画像入力装置５で得られ
る画像データの時系列データと対象物までの距離に基づ
いて，対象物の姿勢，運動パラメータ，形状を求める。
形状計測装置６の動作は図７と同様であるので説明は省
略する。
る画像データの時系列データと対象物までの距離に基づ
いて，対象物の姿勢，運動パラメータ，形状を求める。
形状計測装置６の動作は図７と同様であるので説明は省
略する。
【００７４】求められた対象物の姿勢，運動パラメー
タ，形状はディスプレイ等の出力装置７に表示される。
また，磁気ディスク装置等の入出力装置２１に必要に応
じて保存される。
タ，形状はディスプレイ等の出力装置７に表示される。
また，磁気ディスク装置等の入出力装置２１に必要に応
じて保存される。
【００７５】
【発明の効果】本発明によれば，対象物の距離および姿
勢，運動パラメータ等を自動的に計算して，３次元形状
を計算するので，対象物と撮像装置（画像入力装置）と
の距離を計測する必要がなく，能率的に形状推定を行う
ことができる。そのため，回転台と画像入力装置の位置
関係の設定等の処理が必要でなくなり，形状計測を能率
的に行うことができる。また，平行光を照射して正射影
像により測定することにより正確に形状推定できる。
勢，運動パラメータ等を自動的に計算して，３次元形状
を計算するので，対象物と撮像装置（画像入力装置）と
の距離を計測する必要がなく，能率的に形状推定を行う
ことができる。そのため，回転台と画像入力装置の位置
関係の設定等の処理が必要でなくなり，形状計測を能率
的に行うことができる。また，平行光を照射して正射影
像により測定することにより正確に形状推定できる。
【図１】本発明の基本構成を示す図である。
【図２】本発明の形状推定装置の形状推定方法の説明図
である。
である。
【図３】本発明のシルエット法（正射影法）の説明図で
ある。
ある。
【図４】本発明の装置構成実施例を示す図である。
【図５】本発明の形状計測装置のシステム構成を示す図
である。
である。
【図６】本発明のパラメータの計算方法の説明図であ
る。
る。
【図７】本発明の形状計測装置のフローチャートを示す
図である。
図である。
【図８】本発明の実施例２を示す図である。
【図９】従来のシルエット法（中心投影法）の説明図で
ある。
ある。
１：対象物 ２：３次元形状計測装置 ５：画像入力装置 ６：形状計測装置 ７：出力装置 １０：画像処理部 １３：距離計算部 １４：パラメータ算出部 １５’：形状計測部
Claims (3)
- 【請求項１】 対象物の画像を入力する画像入力装置と
対象物の画像データに基づいて回転する対象物の３次元
形状を計測する形状計測装置と計測した形状を復原して
出力する出力装置を備えた３次元形状計測装置におい
て，対象物もしくは対象物を載せる載置台は距離測定用
の印を付けたものであり，該形状計測装置は，画像デー
タから該印と対象物の特徴点と画像の輪郭を抽出する画
像処理部と，該印に基づいて対象物と視点までの距離を
計算する距離計算部と，求められた該距離と回転する対
象物の特徴点の複数時点のデータに基づいて対象物の姿
勢，運動パラメータを算出するパラメータ算出部と，該
画像の輪郭と該対象物までの距離と姿勢と運動パラメー
タとにより対象物の３次元形状を計測する形状計測部と
を備えたことを特徴とする３次元形状計測装置。 - 【請求項２】 対象物の画像を入力する画像入力装置と
対象物の画像データに基づいて回転する対象物の３次元
形状を計測する形状計測装置と計測した形状を復原して
出力する出力装置を備え，対象物の３次元形状を計測す
る３次元形状計測装置における３次元形状計測方法にお
いて，対象物もしくは対象物を載置する載置台に距離測
定用の印を付け，該形状計測装置は，画像データに基づ
いて該印と対象物の特徴点と画像の輪郭を抽出し，該印
に基づいて視点から対象物までの距離を測定し，求めた
該距離と回転する対象物の特徴点の複数時点のデータに
基づいて対象物の姿勢および運動パラメータを算出し，
対象物までの距離と姿勢と運動パラメータと画像の輪郭
により対象物の３次元形状を計測することを特徴とする
３次元形状計測方法。 - 【請求項３】 請求項１において，対象物に平行光を照
射し，スクリーンに映されたその影を画像入力装置で撮
影し，対象物の正射影により対象物の３次元形状を計測
することを特徴とする３次元形状計測方法。 【産業上の利用分野】
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6240974A JPH08105724A (ja) | 1994-10-05 | 1994-10-05 | ３次元形状計測装置および３次元形状計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6240974A JPH08105724A (ja) | 1994-10-05 | 1994-10-05 | ３次元形状計測装置および３次元形状計測方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08105724A true JPH08105724A (ja) | 1996-04-23 |
Family
ID=17067434
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6240974A Withdrawn JPH08105724A (ja) | 1994-10-05 | 1994-10-05 | ３次元形状計測装置および３次元形状計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08105724A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002311523A (ja) * | 2001-04-19 | 2002-10-23 | Shimadzu Corp | ３次元光学カメラ |
| WO2007125794A1 (ja) * | 2006-04-27 | 2007-11-08 | Konica Minolta Holdings, Inc. | データ測定装置及びデータ測定方法 |
| JP2015040856A (ja) * | 2013-08-23 | 2015-03-02 | 三緯國際立體列印科技股▲フン▼有限公司 | ３ｄスキャナ |
-
1994
- 1994-10-05 JP JP6240974A patent/JPH08105724A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002311523A (ja) * | 2001-04-19 | 2002-10-23 | Shimadzu Corp | ３次元光学カメラ |
| WO2007125794A1 (ja) * | 2006-04-27 | 2007-11-08 | Konica Minolta Holdings, Inc. | データ測定装置及びデータ測定方法 |
| JP2015040856A (ja) * | 2013-08-23 | 2015-03-02 | 三緯國際立體列印科技股▲フン▼有限公司 | ３ｄスキャナ |
| US9432655B2 (en) | 2013-08-23 | 2016-08-30 | Xyzprinting, Inc. | Three-dimensional scanner based on contours from shadow images |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020115 |