JPH11108630A - 三次元形状測定方法及びそれを用いた皮膚表面の歪と応力の解析方法 - Google Patents
三次元形状測定方法及びそれを用いた皮膚表面の歪と応力の解析方法Info
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- JPH11108630A JPH11108630A JP26688197A JP26688197A JPH11108630A JP H11108630 A JPH11108630 A JP H11108630A JP 26688197 A JP26688197 A JP 26688197A JP 26688197 A JP26688197 A JP 26688197A JP H11108630 A JPH11108630 A JP H11108630A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 顔の表情変化に伴う表面形状変化の測定が可
能な三次元形状測定方法を提供する。 【解決手段】 スライドプロジェクタ５２でマルチスリ
ットを投影した測定対象２４を左右のＣＣＤカメラ１
２，１４で撮影して得られた画像を記録し、マルチスリ
ットの影を利用して左右の画像で対応する点を見い出
し、変換行列を用いてそれらの二次元座標から三次元座
標を計算する。変換行列の各要素については予め三次元
座標が既知の物体を撮影したときの二次元座標から計算
する。この方法により得られた所定の時間間隔での変位
のデータからグリーン歪及びキルヒホッフ応力が計算さ
れる。
能な三次元形状測定方法を提供する。 【解決手段】 スライドプロジェクタ５２でマルチスリ
ットを投影した測定対象２４を左右のＣＣＤカメラ１
２，１４で撮影して得られた画像を記録し、マルチスリ
ットの影を利用して左右の画像で対応する点を見い出
し、変換行列を用いてそれらの二次元座標から三次元座
標を計算する。変換行列の各要素については予め三次元
座標が既知の物体を撮影したときの二次元座標から計算
する。この方法により得られた所定の時間間隔での変位
のデータからグリーン歪及びキルヒホッフ応力が計算さ
れる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、物体の三次元形状
の測定方法、特に、人間の顔の表情の変化に伴う顔の表
面形状の変化を動的に追跡するに適した三次元形状測定
方法と、それを用いた皮膚表面の歪と応力の解析方法に
関する。
の測定方法、特に、人間の顔の表情の変化に伴う顔の表
面形状の変化を動的に追跡するに適した三次元形状測定
方法と、それを用いた皮膚表面の歪と応力の解析方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】人間の顔の三次元形状およびその変化の
測定においては次の点を考慮しなければならない。 １）長時間にわたり被験者の自由を拘束する測定方法は
被験者の受ける精神的、肉体的苦痛が大きいので、これ
を避けなければならない。
測定においては次の点を考慮しなければならない。 １）長時間にわたり被験者の自由を拘束する測定方法は
被験者の受ける精神的、肉体的苦痛が大きいので、これ
を避けなければならない。
【０００３】２）人間の皮膚は弾力に富んでおり、接触
式の計測法では形状データを採集することは困難であ
る。 ３）レーザ光などを用いた計測は危険を伴う。 ４）表情変形は大変形過程であり、かつ一般的に１秒内
の動的過程であるので、これに追従できなければならな
い。
式の計測法では形状データを採集することは困難であ
る。 ３）レーザ光などを用いた計測は危険を伴う。 ４）表情変形は大変形過程であり、かつ一般的に１秒内
の動的過程であるので、これに追従できなければならな
い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、上記の点を考慮した、顔の表情変化の追跡が可
能な三次元形状測定方法及びそれを用いた顔の表面の各
点の歪と応力の解析方法を提供することにある。
目的は、上記の点を考慮した、顔の表情変化の追跡が可
能な三次元形状測定方法及びそれを用いた顔の表面の各
点の歪と応力の解析方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、三次元
座標が既知の６点を有する基準物体について、まず左カ
メラおよび右カメラで撮影してそれぞれ左画像および右
画像の二次元座標を得、基準物体の対応点の三次元座標
値との関係から左画像と右画像における二次元座標値か
ら任意の測定対象物の三次元座標値が求められる座標変
換行列をまず求める。次に測定対象物を前記左カメラお
よび右カメラで撮影してそれぞれ左画像および右画像を
得、左画像上の複数の点に対応する右画像上の複数の点
の位置を決定し、該複数の点の左画像および右画像にお
ける座標値、および前記変換マトリクスの各要素の値か
ら、該複数の点の三次元座標を計算するステップを具備
する三次元形状測定方法が提供される。
座標が既知の６点を有する基準物体について、まず左カ
メラおよび右カメラで撮影してそれぞれ左画像および右
画像の二次元座標を得、基準物体の対応点の三次元座標
値との関係から左画像と右画像における二次元座標値か
ら任意の測定対象物の三次元座標値が求められる座標変
換行列をまず求める。次に測定対象物を前記左カメラお
よび右カメラで撮影してそれぞれ左画像および右画像を
得、左画像上の複数の点に対応する右画像上の複数の点
の位置を決定し、該複数の点の左画像および右画像にお
ける座標値、および前記変換マトリクスの各要素の値か
ら、該複数の点の三次元座標を計算するステップを具備
する三次元形状測定方法が提供される。
【０００６】本発明によれば、前記の方法により、時間
とともに変化する皮膚表面上の複数の点の座標を連続的
に決定し、連続的に決定された複数の点の座標から、所
定の時間間隔における座標の差分を複数の点について算
出し、算出された座標の差分から、複数の点における歪
を算出し、算出された歪及び予め与えられた皮膚の物性
値から複数の点における応力を算出するステップを具備
する皮膚表面の歪と応力の解析方法が提供される。
とともに変化する皮膚表面上の複数の点の座標を連続的
に決定し、連続的に決定された複数の点の座標から、所
定の時間間隔における座標の差分を複数の点について算
出し、算出された座標の差分から、複数の点における歪
を算出し、算出された歪及び予め与えられた皮膚の物性
値から複数の点における応力を算出するステップを具備
する皮膚表面の歪と応力の解析方法が提供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】物体表面の各点の三次元座標
（ｘ，ｙ，ｚ）からそれを２つのカメラで撮影して得ら
れる２つの画像の二次元座標（ｘ′，ｙ′）k （ｋ＝
１，２）への変換は同次座標表現を用いて次式のように
表わされる。
（ｘ，ｙ，ｚ）からそれを２つのカメラで撮影して得ら
れる２つの画像の二次元座標（ｘ′，ｙ′）k （ｋ＝
１，２）への変換は同次座標表現を用いて次式のように
表わされる。
【０００８】
【数１】
【０００９】（１）式からｈ1 ，ｈ2 を消去して整理す
ると次式が得られる。
ると次式が得られる。
【００１０】
【数２】
【００１１】（２）式の両辺に〔［Ａ］T ［Ａ］〕
-1［Ａ］T を乗算すると ［Ｘ］＝〔［Ａ］T ［Ａ］〕-1［Ａ］T ［Ｂ］ （３） が得られる。（３）式を用いれば、変換行列［Ｔ］1 ，
［Ｔ］2 が既知のとき２つのカメラで得られる画像間で
対応する点を見い出しこれらの二次元座標（ｘ′，
ｙ′）1 ，（ｘ′，ｙ′）2 からその点の三次元座標を
計算することができる。
-1［Ａ］T を乗算すると ［Ｘ］＝〔［Ａ］T ［Ａ］〕-1［Ａ］T ［Ｂ］ （３） が得られる。（３）式を用いれば、変換行列［Ｔ］1 ，
［Ｔ］2 が既知のとき２つのカメラで得られる画像間で
対応する点を見い出しこれらの二次元座標（ｘ′，
ｙ′）1 ，（ｘ′，ｙ′）2 からその点の三次元座標を
計算することができる。
【００１２】また、６点の三次元座標を（ｘ1 ，ｙ1 ，
ｚ1 ）、（ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）、（ｘ3 ，ｙ3 ，
ｚ3 ）、（ｘ4 ，ｙ4 ，ｚ4 ）、（ｘ5 ，ｙ5 ，
ｚ5 ）、および（ｘ6 ，ｙ6 ，ｚ6 ）とすると、（１）
式からｋ＝１，２のそれぞれについて
ｚ1 ）、（ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）、（ｘ3 ，ｙ3 ，
ｚ3 ）、（ｘ4 ，ｙ4 ，ｚ4 ）、（ｘ5 ，ｙ5 ，
ｚ5 ）、および（ｘ6 ，ｙ6 ，ｚ6 ）とすると、（１）
式からｋ＝１，２のそれぞれについて
【００１３】
【数３】
【００１４】が得られる。式（４）は、同次であるか
ら、任意のスケーリングファクタを含む。したがって、
たとえば、Ｔ44を１と定義することによって、その変換
が正規化される。このことは、方程式の数を１１に減ず
ることになる。もし、変換が正規化されれば、［Ａ′］
における最後の列を右辺側に移項することによって、非
同次行列方程式を解くことができる。
ら、任意のスケーリングファクタを含む。したがって、
たとえば、Ｔ44を１と定義することによって、その変換
が正規化される。このことは、方程式の数を１１に減ず
ることになる。もし、変換が正規化されれば、［Ａ′］
における最後の列を右辺側に移項することによって、非
同次行列方程式を解くことができる。
【００１５】つまり、
【００１６】
【数４】
【００１７】である。（５）式の両辺に〔［Ａ″］
T ［Ａ″］〕-1［Ａ″］T を乗算すれば ［Ｔ″］＝〔［Ａ″］T ［Ａ″］〕-1［Ａ″］T ［Ｃ］ （６） が得られる。（６）式を用いれば、三次元座標が既知の
同一平面内にない６点をカメラで撮影して得られた画像
内の位置から変換マトリクス［Ｔ］1 、［Ｔ］2の各要
素を計算することができる。
T ［Ａ″］〕-1［Ａ″］T を乗算すれば ［Ｔ″］＝〔［Ａ″］T ［Ａ″］〕-1［Ａ″］T ［Ｃ］ （６） が得られる。（６）式を用いれば、三次元座標が既知の
同一平面内にない６点をカメラで撮影して得られた画像
内の位置から変換マトリクス［Ｔ］1 、［Ｔ］2の各要
素を計算することができる。
【００１８】以上のことから、三次元座標が既知の物体
をカメラで撮影して得られた画像から変換マトリクスの
各要素を決定すれば、同じカメラ位置で測定対象物を撮
影することによりその三次元形状を測定することができ
る。この手法は次の様な利点を有している。 １）通常の画像を用いるため、ほかの画像技術との併用
が容易である。
をカメラで撮影して得られた画像から変換マトリクスの
各要素を決定すれば、同じカメラ位置で測定対象物を撮
影することによりその三次元形状を測定することができ
る。この手法は次の様な利点を有している。 １）通常の画像を用いるため、ほかの画像技術との併用
が容易である。
【００１９】２）構成が両眼視構成であるため、ほかの
視覚情報処理技術（動画像処理など）との結合は容易で
ある。 ３）撮像距離（航空写真からＳＥＭ画像まで）に柔軟性
がある。 図１は本発明の一実施例に係る三次元形状測定方法を実
施するための画像取り込み装置の構成を示し、図２は画
像処理装置の構成を示す。
視覚情報処理技術（動画像処理など）との結合は容易で
ある。 ３）撮像距離（航空写真からＳＥＭ画像まで）に柔軟性
がある。 図１は本発明の一実施例に係る三次元形状測定方法を実
施するための画像取り込み装置の構成を示し、図２は画
像処理装置の構成を示す。
【００２０】図１の画像取込装置１０は、２つのＣＣＤ
カメラ１２，１４と、８mmビデオカメラ１６，１８とモ
ニタ２０，２２とから構成される。ＣＣＤカメラ１２，
１４は測定対象２４を異なる角度から撮影して電気信号
の形の映像信号を出力する。８mmビデオカメラ１６，１
８はＣＣＤカメラ１２，１４からの３０コマ／秒の動画
像を録画する。
カメラ１２，１４と、８mmビデオカメラ１６，１８とモ
ニタ２０，２２とから構成される。ＣＣＤカメラ１２，
１４は測定対象２４を異なる角度から撮影して電気信号
の形の映像信号を出力する。８mmビデオカメラ１６，１
８はＣＣＤカメラ１２，１４からの３０コマ／秒の動画
像を録画する。
【００２１】図２の画像処理装置２６は、パーソナルコ
ンピュータ２８、パーソナルコンピュータ２８の拡張ス
ロットに挿入される画像処理ボード３０、画像処理ボー
ド３０に接続されるモニタ３２及び８mmビデオデッキ３
４、パーソナルコンピュータ２８に接続されたプリンタ
３６、ハードディスク３８、及びマウス４０から構成さ
れる。画像処理ボード３０は８mmビデオデッキ３４で再
生された映像信号をＡ／Ｄ変換して映像メモリに格納す
るとともにディジタル化された映像信号をＤ／Ａ変換し
てモニタ３２に出力する。モニタ３２に出力された画像
を見ながら時刻ステップ毎の画像の取り込み、画像処理
の実行、マウス４０を使った対応点の抽出などが行なわ
れる。全画像データはハードディスク３８に格納して任
意の画像データの呼び出しを可能にしている。プリンタ
３６は三次元形状の測定結果を例えばワイヤフレームモ
デルの形で出力するために用いられる。
ンピュータ２８、パーソナルコンピュータ２８の拡張ス
ロットに挿入される画像処理ボード３０、画像処理ボー
ド３０に接続されるモニタ３２及び８mmビデオデッキ３
４、パーソナルコンピュータ２８に接続されたプリンタ
３６、ハードディスク３８、及びマウス４０から構成さ
れる。画像処理ボード３０は８mmビデオデッキ３４で再
生された映像信号をＡ／Ｄ変換して映像メモリに格納す
るとともにディジタル化された映像信号をＤ／Ａ変換し
てモニタ３２に出力する。モニタ３２に出力された画像
を見ながら時刻ステップ毎の画像の取り込み、画像処理
の実行、マウス４０を使った対応点の抽出などが行なわ
れる。全画像データはハードディスク３８に格納して任
意の画像データの呼び出しを可能にしている。プリンタ
３６は三次元形状の測定結果を例えばワイヤフレームモ
デルの形で出力するために用いられる。
【００２２】変換行列は、レンズの焦点距離を実測した
り、カメラの位置と姿勢を物差しや傾斜計で測定するこ
とによって求めることもできるが、不正確であり時間も
かかってしまう。三次元形状が既知の基準となる物体を
利用し、それを三次元計測することによって逆にパラメ
ータを決定する方が実用的である。そこで取り込む画像
は、測定対象物の位置・大きさ・方向などを考慮して、
図３のような透明な立方体であり、任意に決定した実空
間座標値として黒い点を６点付けている。これによって
（６）式により変換行列が決定されるので、その後、カ
メラの位置を動かさずに測定対象２４を撮影する。
り、カメラの位置と姿勢を物差しや傾斜計で測定するこ
とによって求めることもできるが、不正確であり時間も
かかってしまう。三次元形状が既知の基準となる物体を
利用し、それを三次元計測することによって逆にパラメ
ータを決定する方が実用的である。そこで取り込む画像
は、測定対象物の位置・大きさ・方向などを考慮して、
図３のような透明な立方体であり、任意に決定した実空
間座標値として黒い点を６点付けている。これによって
（６）式により変換行列が決定されるので、その後、カ
メラの位置を動かさずに測定対象２４を撮影する。
【００２３】動的変形の計測を行う場合、同期画像を取
り出す方法として、例えば時計を一緒に録画する。時計
の秒針のような回転針の位置を基準として左右の画像に
ついて同時刻の画面を決定することができる。取り込ん
だ画像データに対して、左右の画像のノイズの除去を行
い、対応点の抽出を行う。対応点の抽出は、左右の画像
において同じ位置を決定しやすいように図１に示すよう
にあらかじめ測定対象２４に記した点の画像をマウスで
クリックすることにより行う。これにより、同時刻の左
カメラ画像におけるイメージ座標と、右カメラ画像にお
けるイメージ座標を決定できる。
り出す方法として、例えば時計を一緒に録画する。時計
の秒針のような回転針の位置を基準として左右の画像に
ついて同時刻の画面を決定することができる。取り込ん
だ画像データに対して、左右の画像のノイズの除去を行
い、対応点の抽出を行う。対応点の抽出は、左右の画像
において同じ位置を決定しやすいように図１に示すよう
にあらかじめ測定対象２４に記した点の画像をマウスで
クリックすることにより行う。これにより、同時刻の左
カメラ画像におけるイメージ座標と、右カメラ画像にお
けるイメージ座標を決定できる。
【００２４】先に決定した左右の変換行列及び左右のイ
メージ座標から（３）式により、測定対象２４に点を付
したところの三次元座標を決定する事ができる。前述の
第１の実施例では、左右の対応点の決定法として対象物
に点を付し、人間による手作業の処理を行っていたが、
これでは、処理時間がかかってしまうため大変である。
そこで、本発明の第２の実施例では処理の高速化を行う
ために以下の手法を用いる。
メージ座標から（３）式により、測定対象２４に点を付
したところの三次元座標を決定する事ができる。前述の
第１の実施例では、左右の対応点の決定法として対象物
に点を付し、人間による手作業の処理を行っていたが、
これでは、処理時間がかかってしまうため大変である。
そこで、本発明の第２の実施例では処理の高速化を行う
ために以下の手法を用いる。
【００２５】図４は本発明の第２の実施例に係る三次元
形状測定方法を説明する図である。画像取込装置１０の
構成及び変換行列の決定方法は第１の実施例と同じであ
る。測定対象２４の撮影の際には、マルチスリット５０
が差し込まれたスライドプロジェクタ５２から多数のス
リット光が測定部位に投影される。図５に示すように、
左右の画像に映るスリットの影を左右の対応点の集まり
と見なすことで、対応付けを行なう。より詳細には、ま
ず、２値化のしきい値を適切に設定し、値がこのしきい
値以上である画素の値を２５５（白）に、以下である画
素の値を０（黒）に置き換えることにより左右カメラ画
像の２値化を行なう。図５に示すように、計測領域５４
の四隅を示すものとして４つの黒丸が予め計測対象２４
に付けられており、これらを基準として２値化された左
右カメラ画像の計測領域５４をラスタ状に走査すること
によって対応点の座標（ｘ′，ｙ′） 1 及び（ｘ′，
ｙ′）2 を自動的に決定する。例えば１本の走査線上で
０（黒）が連続する部分のうちｎ番目の部分がｎ（ｎ＝
１，２…）番目のスリットの影の部分に相当するから、
この部分に属する画素のｘ座標の平均値を対応点のｘ座
標ｘ′とし、ｙ座標をｙ′とする。このようにして、計
測領域内で多数の対応点の座標が自動的に得られる。対
応点の座標が得られた後の三次元座標の決定方法は第１
の実施例と同じである。
形状測定方法を説明する図である。画像取込装置１０の
構成及び変換行列の決定方法は第１の実施例と同じであ
る。測定対象２４の撮影の際には、マルチスリット５０
が差し込まれたスライドプロジェクタ５２から多数のス
リット光が測定部位に投影される。図５に示すように、
左右の画像に映るスリットの影を左右の対応点の集まり
と見なすことで、対応付けを行なう。より詳細には、ま
ず、２値化のしきい値を適切に設定し、値がこのしきい
値以上である画素の値を２５５（白）に、以下である画
素の値を０（黒）に置き換えることにより左右カメラ画
像の２値化を行なう。図５に示すように、計測領域５４
の四隅を示すものとして４つの黒丸が予め計測対象２４
に付けられており、これらを基準として２値化された左
右カメラ画像の計測領域５４をラスタ状に走査すること
によって対応点の座標（ｘ′，ｙ′） 1 及び（ｘ′，
ｙ′）2 を自動的に決定する。例えば１本の走査線上で
０（黒）が連続する部分のうちｎ番目の部分がｎ（ｎ＝
１，２…）番目のスリットの影の部分に相当するから、
この部分に属する画素のｘ座標の平均値を対応点のｘ座
標ｘ′とし、ｙ座標をｙ′とする。このようにして、計
測領域内で多数の対応点の座標が自動的に得られる。対
応点の座標が得られた後の三次元座標の決定方法は第１
の実施例と同じである。
【００２６】図６に示すような額の部分及び図７に示す
ような目尻の部分をそれぞれ計測領域として、表情変化
に伴う表面形状の変化を記録し０．１秒間隔の画像につ
いて三次元形状を測定した結果をワイヤフレームモデル
で示す。図８〜図１６は額の部分を第１の実施例に係る
方法で測定した結果を示し、図１７〜図２５は目尻の部
分を第１の実施例に係る方法で測定した結果を示し、図
２６〜図３４は額の部分を第２の実施例に係る方法で測
定した結果を示し、図３５〜図４３は目尻の部分を第２
の実施例に係る方法で測定した結果を示す。
ような目尻の部分をそれぞれ計測領域として、表情変化
に伴う表面形状の変化を記録し０．１秒間隔の画像につ
いて三次元形状を測定した結果をワイヤフレームモデル
で示す。図８〜図１６は額の部分を第１の実施例に係る
方法で測定した結果を示し、図１７〜図２５は目尻の部
分を第１の実施例に係る方法で測定した結果を示し、図
２６〜図３４は額の部分を第２の実施例に係る方法で測
定した結果を示し、図３５〜図４３は目尻の部分を第２
の実施例に係る方法で測定した結果を示す。
【００２７】額の部分については、どちらの手法による
結果もほぼ一致している。しかし、目尻の部分について
は、第２の実施例による手法のほうが左右の対応点の情
報をより多く入手できるので細かいしわまで表現できて
いる。次に、上記の測定結果に基づき請求項３に係わ
る、表情変化に伴う皮膚表面の歪と応力の変化を解析す
る手法と実施例について説明する。
結果もほぼ一致している。しかし、目尻の部分について
は、第２の実施例による手法のほうが左右の対応点の情
報をより多く入手できるので細かいしわまで表現できて
いる。次に、上記の測定結果に基づき請求項３に係わ
る、表情変化に伴う皮膚表面の歪と応力の変化を解析す
る手法と実施例について説明する。
【００２８】生体軟組織系の挙動は一般に大ひずみ、有
限変形問題であるから、グリーンひずみＥijによる取扱
いが必要である。すなわち
限変形問題であるから、グリーンひずみＥijによる取扱
いが必要である。すなわち
【００２９】
【数５】
【００３０】ここで、ｕi は変位、Ｘi は変形前の座標
系を表し、総和規約（ｉ，ｊ，ｋ＝１，２，３）を使用
している。変形過程を微少な時間間隔で複数のステップ
に区切って考えると、第ｎステップにおけるグリーンひ
ずみの増分量ΔＥij n の近似値は、（７）式より次式の
ようになる。
系を表し、総和規約（ｉ，ｊ，ｋ＝１，２，３）を使用
している。変形過程を微少な時間間隔で複数のステップ
に区切って考えると、第ｎステップにおけるグリーンひ
ずみの増分量ΔＥij n の近似値は、（７）式より次式の
ようになる。
【００３１】
【数６】
【００３２】ここでΔｕi n ，Δｕj n ，Δｕk n はそ
れぞれ第ｎステップにおけるｕi ，ｕ j ，ｕk の増分で
ある。一方、歪エネルギ関数をＷとすると、キルヒホッ
フ応力Ｓijは一般に Ｓij＝∂Ｗ／∂Ｅij （９） と表される。
れぞれ第ｎステップにおけるｕi ，ｕ j ，ｕk の増分で
ある。一方、歪エネルギ関数をＷとすると、キルヒホッ
フ応力Ｓijは一般に Ｓij＝∂Ｗ／∂Ｅij （９） と表される。
【００３３】皮膚の歪エネルギ関数を、
【００３４】
【数７】
【００３５】で近似すると、（９）式は
【００３６】
【数８】
【００３７】となる。またこの増分形は
【００３８】
【数９】
【００３９】と表わされる。ここで、皮膚の物性値ｃ，
ｄi ，μi は例えば特願平９−５５１９３号に記載され
た方法により決定される。したがって前述の三次元形状
測定方法により得られる、各ステップにおける各点の変
位からステップごとの変位の増分Δｕik * を計算して、
図５４に示すように予めヒフ表面に定義された有限要素
イメージモデルの節点ｉk のデータとして与えれば、各
節点の変位増分Δｕik * から図５５に示すような内部任
意点（ξ，η）の変位増分Δｕ（ξ，η）が Δｕ＝Ｎk Δｕk * ただし Ｎk ＝Ｎk （ξ，η），（ｋ＝１〜８） のように内挿関数Ｎk （ξ，η）を用いて関数表現でき
る。
ｄi ，μi は例えば特願平９−５５１９３号に記載され
た方法により決定される。したがって前述の三次元形状
測定方法により得られる、各ステップにおける各点の変
位からステップごとの変位の増分Δｕik * を計算して、
図５４に示すように予めヒフ表面に定義された有限要素
イメージモデルの節点ｉk のデータとして与えれば、各
節点の変位増分Δｕik * から図５５に示すような内部任
意点（ξ，η）の変位増分Δｕ（ξ，η）が Δｕ＝Ｎk Δｕk * ただし Ｎk ＝Ｎk （ξ，η），（ｋ＝１〜８） のように内挿関数Ｎk （ξ，η）を用いて関数表現でき
る。
【００４０】これを式（８）に代入すれば、グリーン歪
の増分ΔＥij n が特願平９−５５１９３号に記載された
方法に従って以下の式（１４）（１５）のように計算で
きる。
の増分ΔＥij n が特願平９−５５１９３号に記載された
方法に従って以下の式（１４）（１５）のように計算で
きる。
【００４１】
【数１０】
【００４２】その値から各ステップにおけるグリーン歪
Ｅij n を計算することができる。グリーン歪の増分ΔＥ
ijをさらに式（１３）へ代入すれば各ステップにおける
キルヒホッフ応力の増分ΔＳij n を算出することがで
き、これによりキルヒホッフ応力Ｓij n を算出できる。
計測した額の３次元データより額中央部を図４４に示す
ように筋走行方向に取り出して、その部分における表情
変位・表情ひずみ・表情応力の解析を前述の手法に従っ
て行った。このとき、ひずみおよび応力が発生する方向
は、主に皮膚の圧縮方向であるｙ軸方向なので、ｙ軸方
向において解析した結果を図４５・図４６・図４７・図
４８に示す。
Ｅij n を計算することができる。グリーン歪の増分ΔＥ
ijをさらに式（１３）へ代入すれば各ステップにおける
キルヒホッフ応力の増分ΔＳij n を算出することがで
き、これによりキルヒホッフ応力Ｓij n を算出できる。
計測した額の３次元データより額中央部を図４４に示す
ように筋走行方向に取り出して、その部分における表情
変位・表情ひずみ・表情応力の解析を前述の手法に従っ
て行った。このとき、ひずみおよび応力が発生する方向
は、主に皮膚の圧縮方向であるｙ軸方向なので、ｙ軸方
向において解析した結果を図４５・図４６・図４７・図
４８に示す。
【００４３】また、目尻においても図４９に示すように
目元部分を垂直縦方向に取り出して、同様の解析を行っ
た結果を図５０・図５１・図５２・図５３に示す。しわ
の発生している部分のひずみと応力の関係は、しわの谷
部分ではどちらも圧縮を受けるものと考えられる。この
ことから、図４６・図４７・図５１・図５２を見てみる
と、表情変形がまだ初期の頃は、ひずみも応力もほぼ零
であるが、しわの進行が進むにつれて谷の部分で圧縮さ
れ、ひずみや応力が大きくなっているのがよく分かる。
さらに、時間が進むにつれて徐々に大きくなっていく様
子もみることができる。
目元部分を垂直縦方向に取り出して、同様の解析を行っ
た結果を図５０・図５１・図５２・図５３に示す。しわ
の発生している部分のひずみと応力の関係は、しわの谷
部分ではどちらも圧縮を受けるものと考えられる。この
ことから、図４６・図４７・図５１・図５２を見てみる
と、表情変形がまだ初期の頃は、ひずみも応力もほぼ零
であるが、しわの進行が進むにつれて谷の部分で圧縮さ
れ、ひずみや応力が大きくなっているのがよく分かる。
さらに、時間が進むにつれて徐々に大きくなっていく様
子もみることができる。
【００４４】
【発明の効果】以上述べてきたように本発明によれば、
顔の表情変化に伴う表面形状の変化を測定することが可
能な三次元形状測定方法及びそれを用いた皮膚表面の歪
と応力の解析方法が提供される。
顔の表情変化に伴う表面形状の変化を測定することが可
能な三次元形状測定方法及びそれを用いた皮膚表面の歪
と応力の解析方法が提供される。
【図１】本発明の第１の実施例に係る三次元形状測定方
法を説明する図である。
法を説明する図である。
【図２】本発明の三次元形状測定方法において用いる画
像処理装置のブロック図である。
像処理装置のブロック図である。
【図３】三次元形状が既知の基準となる物体の一例を示
す図である。
す図である。
【図４】本発明の第２の実施例に係る三次元形状測定方
法を説明する図である。
法を説明する図である。
【図５】マルチスリットの影像による対応点の決定方法
を説明する図である。
を説明する図である。
【図６】額の計測領域を示す図である。
【図７】目尻の計測領域を示す図である。
【図８】額の部分を第１の実施例に係る方法で測定した
結果を示す図である。
結果を示す図である。
【図９】額の部分を第１の実施例に係る方法で測定した
結果を示す図である。
結果を示す図である。
【図１０】額の部分を第１の実施例に係る方法で測定し
た結果を示す図である。
た結果を示す図である。
【図１１】額の部分を第１の実施例に係る方法で測定し
た結果を示す図である。
た結果を示す図である。
【図１２】額の部分を第１の実施例に係る方法で測定し
た結果を示す図である。
た結果を示す図である。
【図１３】額の部分を第１の実施例に係る方法で測定し
た結果を示す図である。
た結果を示す図である。
【図１４】額の部分を第１の実施例に係る方法で測定し
た結果を示す図である。
た結果を示す図である。
【図１５】額の部分を第１の実施例に係る方法で測定し
た結果を示す図である。
た結果を示す図である。
【図１６】額の部分を第１の実施例に係る方法で測定し
た結果を示す図である。
た結果を示す図である。
【図１７】目尻の部分を第１の実施例に係る方法で測定
した結果を示す図である。
した結果を示す図である。
【図１８】目尻の部分を第１の実施例に係る方法で測定
した結果を示す図である。
した結果を示す図である。
【図１９】目尻の部分を第１の実施例に係る方法で測定
した結果を示す図である。
した結果を示す図である。
【図２０】目尻の部分を第１の実施例に係る方法で測定
した結果を示す図である。
した結果を示す図である。
【図２１】目尻の部分を第１の実施例に係る方法で測定
した結果を示す図である。
した結果を示す図である。
【図２２】目尻の部分を第１の実施例に係る方法で測定
した結果を示す図である。
した結果を示す図である。
【図２３】目尻の部分を第１の実施例に係る方法で測定
した結果を示す図である。
した結果を示す図である。
【図２４】目尻の部分を第１の実施例に係る方法で測定
した結果を示す図である。
した結果を示す図である。
【図２５】目尻の部分を第１の実施例に係る方法で測定
した結果を示す図である。
した結果を示す図である。
【図２６】額の部分を第２の実施例に係る方法で測定し
た結果を示す図である。
た結果を示す図である。
【図２７】額の部分を第２の実施例に係る方法で測定し
た結果を示す図である。
た結果を示す図である。
【図２８】額の部分を第２の実施例に係る方法で測定し
た結果を示す図である。
た結果を示す図である。
【図２９】額の部分を第２の実施例に係る方法で測定し
た結果を示す図である。
た結果を示す図である。
【図３０】額の部分を第２の実施例に係る方法で測定し
た結果を示す図である。
た結果を示す図である。
【図３１】額の部分を第２の実施例に係る方法で測定し
た結果を示す図である。
た結果を示す図である。
【図３２】額の部分を第２の実施例に係る方法で測定し
た結果を示す図である。
た結果を示す図である。
【図３３】額の部分を第２の実施例に係る方法で測定し
た結果を示す図である。
た結果を示す図である。
【図３４】額の部分を第２の実施例に係る方法で測定し
た結果を示す図である。
た結果を示す図である。
【図３５】目尻の部分を第２の実施例に係る方法で測定
した結果を示す図である。
した結果を示す図である。
【図３６】目尻の部分を第２の実施例に係る方法で測定
した結果を示す図である。
した結果を示す図である。
【図３７】目尻の部分を第２の実施例に係る方法で測定
した結果を示す図である。
した結果を示す図である。
【図３８】目尻の部分を第２の実施例に係る方法で測定
した結果を示す図である。
した結果を示す図である。
【図３９】目尻の部分を第２の実施例に係る方法で測定
した結果を示す図である。
した結果を示す図である。
【図４０】目尻の部分を第２の実施例に係る方法で測定
した結果を示す図である。
した結果を示す図である。
【図４１】目尻の部分を第２の実施例に係る方法で測定
した結果を示す図である。
した結果を示す図である。
【図４２】目尻の部分を第２の実施例に係る方法で測定
した結果を示す図である。
した結果を示す図である。
【図４３】目尻の部分を第２の実施例に係る方法で測定
した結果を示す図である。
した結果を示す図である。
【図４４】解析の対象となった額中央部の三次元データ
を示す図である。
を示す図である。
【図４５】図４４のデータについての変位データを示す
グラフである。
グラフである。
【図４６】図４４のデータについてのグリーン歪の計算
結果を示すグラフである。
結果を示すグラフである。
【図４７】図４４のデータについてのキルヒホッフ応力
の計算結果を示すグラフである。
の計算結果を示すグラフである。
【図４８】図４４のデータについてのグリーン歪とキル
ヒホッフ応力の関係を示すグラフである。
ヒホッフ応力の関係を示すグラフである。
【図４９】解析の対象となった目元部分の三次元データ
を示す図である。
を示す図である。
【図５０】図４９のデータについての変位データを示す
グラフである。
グラフである。
【図５１】図４９のデータについてのグリーン歪の計算
結果を示すグラフである。
結果を示すグラフである。
【図５２】図４９のデータについてのキルヒホッフ応力
の計算結果を示すグラフである。
の計算結果を示すグラフである。
【図５３】図４９のデータについてのグリーン歪とキル
ヒホッフ応力の関係を示すグラフである。
ヒホッフ応力の関係を示すグラフである。
【図５４】有限要素イメージモデルの図である。
【図５５】内挿を説明する図である。
１２，１４…ＣＣＤカメラ １６，１８…８mmビデオカメラ ２０，２２，３２…モニタ ２８…パーソナルコンピュータ ３０…画像処理ボード ３４…８mmビデオデッキ ３６…プリンタ ３８…ハードディスク ４０…マウス ５０…マルチスリット ５２…スライドプロジェクタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河野 哲児郎 広島県東広島市鏡山１丁目４番１号 広島 大学内 (72)発明者 金子 治 東京都品川区西五反田３−９−１ 株式会 社資生堂ビューティーサイエンス研究所内
Claims (3)
- 【請求項１】 同一平面上になく三次元座標が既知の６
点を左カメラおよび右カメラで撮影してそれぞれ左画像
および右画像を得、 三次元座標値から左画像における座標値への変換マトリ
クスの各要素と三次元座標値から右画像における座標値
への変換マトリクスの各要素を、該６点の三次元座標
値、左画像における座標値および右画像における座標値
から計算し、 測定対象物を前記左カメラおよび右カメラで撮影してそ
れぞれ左画像および右画像を得、 左画像上の複数の点に対応する右画像上の複数の点の位
置を決定し、 該複数の点の左画像および右画像における座標値、およ
び前記変換マトリクスの各要素の値から、該複数の点の
三次元座標を計算するステップを具備する三次元形状測
定方法。 - 【請求項２】 前記測定対象物には複数のスリットが投
影され、測定対象物に投影されたスリットの像の左画像
内の位置および右画像内の位置から左画像上の複数の点
に対応する右画像上の複数の点の位置が決定される請求
項１記載の方法。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の方法により、時
間とともに変化する皮膚表面上の複数の点の座標を連続
的に決定し、 連続的に決定された複数の点の座標から、所定の時間間
隔における座標の差分を複数の点について算出し、 算出された座標の差分から、複数の点における歪を算出
し、 算出された歪及び予め与えられた皮膚の物性値から複数
の点における応力を算出するステップを具備する皮膚表
面の歪と応力の解析方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26688197A JPH11108630A (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | 三次元形状測定方法及びそれを用いた皮膚表面の歪と応力の解析方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26688197A JPH11108630A (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | 三次元形状測定方法及びそれを用いた皮膚表面の歪と応力の解析方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11108630A true JPH11108630A (ja) | 1999-04-23 |
Family
ID=17436964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26688197A Pending JPH11108630A (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | 三次元形状測定方法及びそれを用いた皮膚表面の歪と応力の解析方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11108630A (ja) |
Cited By (14)
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-
1997
- 1997-09-30 JP JP26688197A patent/JPH11108630A/ja active Pending
Cited By (19)
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| US7659502B2 (en) | 2004-06-16 | 2010-02-09 | Toudai Tlo, Ltd. | Optical tactile sensor |
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|---|---|---|---|
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
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|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20050510 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |