JPS606812A - 物体の復元法及び展開図作成法 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、対象物体に格子パターンを投影し、変形した
格子パターンから該対象物体の各点の座標をめ、それを
もとにして該対象物体のｉ夏元を行う方法及び展開図を
作成する方法に閏する。

従来、物体の計測を行う方法又は断面パターン測定法は
接触法と非接触法に大別される。接Ｍ（法としては三次
元測定機により物体上の１点１点を探りつつ点の連続と
して断面曲線をｆ４？る方法が知られているが、測定に
長時間を要し煩雑である上、対象物体によっては接触す
ることができないため１ｌｌｔ１１定不能のものもある
いう難点があった。まゾこ、非接触法としてはモアレト
ポグラフィ法が最も多く用いられている。このモアレト
ポグラフィ法は三次元情報を等高線として示し視覚的に
物体形状を把握するのに通しているが、モアレ縞の等高
間隔が縞次数によって違っている、中心投影の補正が必
要である、縞が見える範囲が狭い、急傾斜の部分で縞が
見えない、縞が太い、縞が疎の部分と密の部分とがある
、などの問題点があった。

本発明者は、物体の計測を精密に且つ簡便に行うことが
できる方法について長年研究を重ねた結果、上記モアレ
１−ボグラフイ法の問題点を除去した新規な方法を完成
したものである。

本発明の目的は物体の計測を精密に行いそれにもとづい
て該物体の復元を精密に行うことができ且つ合わせて該
物体の精密な展開図を作成することができるようにした
新規な方法を提供することにある。

本発明の第一の要旨は、 イ）対象物体に格子パターンを投影すること、口）該対
象物体で変形した格子パターンを写真撮影すること、 ハ）該変形した格子バクーンを撮影したフィルムを現像
すること、 二）該フィルム上の各格子点の二次元座標から該対象物
体の三次元座標をめること、 ホ）求められた三次元座標を用いて該対象物体の各層毎
の水平切断面の形状をめること、へ）該水平切断面の形
状と一致する１υｉ面片−をそれぞれ形成すること、 ト）形成された多数の切断片をそれらの中心軸を一致さ
せて順次積層して該対象物体を復元さ・ｌること、 よりなる物体の復元法に存する。

本発明方法の原理について説明すれば、物体に格子パタ
ーンを投影した場合、格子パターンｋｌ物体の形状に応
じて変形する。この変形した格子パターンを撮影し、フ
ィルム」二の格子点の二次元座標から座標変換処理を行
って空間内の物体の座標を算出し、これにより物体の断
面形状をめる。

このめた断面形状に一致する各層毎の断面片を形成し、
この多数の断面片を積層して物体の復元を行うものであ
る。

第１図に示す如く、対象物体２への格子パターンの投影
は、格子状フィルム４をプロジェクタ６で物体２上に結
像させればよい。物体２の両端には座標軸を決定させる
ための指標８があり、指標に投影された破線を結ぶこと
によってＸ軸が決定し、その中心を原点とする。カメラ
１０はその先軸が原点を通るようにセットする。格子パ
ターンの格子間隔には特に限定はないが、人間の体型等
を計測する場合の格子間隔はＩＣ１１又は２ｃｌＩ＋程
度で充分である。歯の型等の小さい形状を計測するとき
にはさらに細かい格子間隔例えば０．１１〜１龍程度の
格子を用いればよく、また大きい像等のそれほど精密な
計測を必要としない場合にはさらに大きい格子間隔を採
用することもできる。

第１図に示した関係を座標系で示せば第２図〜第４図の
如くとなる。これらの図面において、プロジェクタレン
ズがＡ点に、カメラレンズがＢ点に、それぞれの光軸が
原点Ｏで交わるようにセ。

トされている。プロジェクタレンズの光軸をＹ軸とし、
２つの指標の破線を結んでＸ軸とし、その交点Ｏの垂線
をＺ軸とする。０Ａ＝ａ、ＡＢ＝ｂとし、Ｂ点からフィ
ルム上の原点Ｏ”までの水平距離、垂直距離をそれぞれ
ＢＤ＝ｃ、ＤＯ’　＝ｄとする。空間内の物体のある点
Ｐ　（Ｘ、Ｙ、Ｚ）がフィルム上の点ｐ　（ｘ、ｙ）に
撮影されたとすれば次の式で表される。

Ｙ＝Ｙ’　−１２−ｃｏｓθｎ　２） Ｚ−（ａ　Ｙ）　・ｔａｎθｎ　３） 上式中、 ５コ箆千　ｓｉｎψ θｎ：格子線のＹ軸に対する・プロジェクタからの角度 ｎ：格子番号 ψ−角Ｐ’ＥＯ’（第２図、第３図） （点Ｐ°は点ＰのＹ−Ｚ平面への正射影）ψ−θｎ＋α
＋φ十π／２（第２図の場合）ψ＝θｎ＋α＋φ−π／
２（第３図の場合）α：カメラの光軸とＹ軸のなす角度 α＝ｔａｎ（ｂ／ａ） φ−角Ｂｐ’　Ｏｏ、φ＝　ｔ　ａ　ｎ　（、／Ｉｇ’
＋　ｄ’／　ｙ　）（点ｐ″は点ｐのｙ軸上への正射影
） である。

このように点Ｐは点ｐによって決定される。即ぢ、フィ
ルム上の格子点の二次元座標がら空間内の物体の三次元
座標をめられるのである。

また、撮影された変形した格子パターンを印画紙に引伸
し、デジタイデーで計算機に入力するとき、印画紙の座
標軸とデジタイザーの座標軸とを正確に合わせることば
不可能である。そこで、印画紙のｉ’ｆｉきと位置を修
正することが必要である。

対象物体とともにＸ軸上で原点０がら等距離にある２点
Ｊ　（Ｘｉ、Ｙｌ）、Ｋ　（Ｘ２．Ｙ２）が撮影される
よ・うに指標をおいた。デジタイザー上の印画紙が時計
方向にβだけ傾いてセットされたとすると、 １ β−ｔａｎ　（（ＹＩ　Ｙ２）／　（ＸＩ　Ｘ２））と
表せる。また、 ｘ−（ＸＩ　十Ｘ２）／２　４＞ Ｙ−（Ｙ　１−１−Ｙ　２）　’／２　５）とし、引伸
し機により点ｐ　（ｘ、ｙ）は印画紙上の点ｐ’　（ｘ
’　、ｙ’　）に移されるものとし、引伸し機の引伸し
倍率（フィルムから印画紙への拡大率）をＭとすると、 ｘ＝　（（ｘ’−Ｘ）ｃｏｓβ ＋（Ｖ’　Ｙ）ｓｔｎβ）／Ｍ　６） ｙ＝（（ｙ”　−’ｙ’）ｃｏｓβ −（ｘ’　Ｘ）ｓ　ｉｎβ）／Ｍ　７）と表される。こ
れによって、印画紙上の座標系がフィルム上の座標系に
変換される。

次ぎに、本発明方法の具体的手順を示す。

■光学系を七ソ］・シ、距１’３１ｔａ、ｂを測定する
。

■対象物体を原点Ｏ付近に置き、該物体表面に格子状フ
ィルムのＸ−Ｚ軸を示す破線が投影されるように撮影す
る。

■撮影したフィルムを現像し、印画紙に引き伸ばす。

■基準面が撮影されているフィルムと印画紙から、Ｘ軸
の長さを測定し、カメラの縮小率ｍと引伸し倍率Ｍを決
定する。また、水平格子線のＹ軸に対するプロジェクタ
からの角度θを印画紙から測定する。

■測定した各値ａ、ｂ、ｍ、Ｍ、θを計算機に入力する
。

■対象物体の撮影されている印画紙をデジタイザー上に
固定する。

■原点Ｏから等距離にある左右の指標上に投影された２
点Ｊ、Ｋを計算機に入力する。これにより、印画紙の傾
きと位置が修正される。

■求める水平切断面の格子番号ｎを指定し、格子パター
ンの各点の座標を計算機に入力する。

■入力座標は計算機により座標変換処理され、断面がＸ
−Ｙプロッタに描かれる。

計算機プログラムのフローチャートを第５図に示す。ま
ず、光学配置によるａ、ｂ、カメラの縮小率ｍ、引伸し
倍率Ｍ、水平格子線のＹ軸に対するプロジェクタからの
角度θをキーボードから入力する。次ぎに座標軸を決定
するために指標上の点Ｊ、Ｋをデジタイザーより入力し
、印画紙のズレを修正する。

次ぎに各列（上下のライン）について」二方の格子交点
からデジタイザーで入力し、６）、７）及び１）、２）
、３）式を用いて物体上の座標をめる。−列を計算し終
えたならば、Ｚ＝１０＋ｕごとのＸＹを補間し、各断面
（各Ｚ）ごとにフロッピーを書き込む。これを各列につ
いて繰り返し、全列を終えたならば、改めて各断面の点
をフロッピーから読み出して断面図を書く。

このようにして得られた水平断面図を合成樹脂、例えば
発泡スチロール等に転写、切断し、それを積層し必要に
応じて適宜のスムージングをおこなって対象物体の復元
を行う。このとき、一方向だけの撮影ではその撮影面だ
けの断面かえられるのみであるから、全体像の復元を行
うには前後の二方向または前後左右の四方向からの撮影
を行うことが必要である。もっとも、三方向またば五方
向以上の撮影を行ってもよいことは言うまでもない。

本発明の第二の要旨は、 イ）対象物体に格子パターンを投影すること口）該対象
物体で変形した格子パターンを写真撮影すること ハ）該変形した格子パターンを撮影したフィルムを現像
すること 二）該フィルム上の各格子点の二次元座標から展開法を
用いて展開図を作成すること よりなる物体の展開図作成法に存する。

イ）〜ハ）については既に説明したので再度の説明は行
わない。展開図は、展開法を用いて作図することができ
る。展開法の一例を示せば次の通りである。

格子の縦線をＩ　ｌ　、Ｉ　２　、−−−−−−とし、
格子の横線をＪ　１　、Ｊ　２　、−−−−−−−とす
る。第６図は、格子パターンを空間的に示したものであ
る。まず、（Ｉｌ、Ｊ）であられされる計測点（１，１
）−（１゜２）、（１，２）−（２，２）、（２，Ｉ）
−（２，２）、（１，１）−（２，１）で四辺形の辺の
長さ及び対角線（１，１）−（２，２）、、（２，１）
−（１，２）の長さを計算する。第７図に示したように
、Ｘ　−Ｙ面」二に（１１）、（２゜１）の２点を決め
、（１，１，）　−（１，２）の辺の長さ及び（２，ｉ
）−（１，２）の対角線の長さより、三角形（１，Ｉ）
（１，，２）（２，］）の頂点（１，２）の平面」−の
位置を決定する。同様に、三角形（１，１）（２，２）
（２，］）の頂点（２，２）の平面上の位置を決定する
。以賎は、同様に（１，Ｊ４−１）、（１−１−］、、
Ｊ→１）の点の平面上の座標をめ作図をすれば展開ＩＲ
＋が作成できる。

本発明によれば、対象物体に触れることなく該物体の復
元を行うことができるから、人体、仏像等の復元の際に
極めて効果的に用いることができ、また歯その他の人体
の部分についても筒中に復元できるから医療の分野に適
用も可能である。さらに、対象物体の展開図を簡単にめ
ることも可能となり、衣服の型紙を容易に作成できるか
らアパレル関係への応用もできるものである。

以下に本発明の実施例を挙げて説明する。

実施例Ｉ Ｘ−Ｚ平面に基準面を置き、格子状フィルムを投影した
。このとき、基準面上で格子が縦、横それぞれ１０ｎと
なるようにセントした。

このときの実験条件は、 ａ　＝　１８７０　ａｍ　ｂ　＝　９３５　鵜ｍ＝０．
０２７１　Ｍ＝１０．８ θ−５，３５ｘｌＯｒａｄ である。

使用器具は、 プロジェクタ：焦点距ｌｉＩｔｔ７５ｍｌａレンズ（３
００Ｗランプ使用） カメラ＝３５１−眼レフカメラ （焦点距１’１ｔ５５鯖レンズ使用） 絞り：Ｆ１１ｉｉ出時間’　１　／　１５ｓｅｃフィル
ム：トライＸ、ＡＳＡ４°０ 計算機二マイクロコンビｊ、−タ ＮＥＣＰＣ−８８００ 水平切断面をＸ軸方向に−５０ｍ１１〜５０−までｌＯ
鶴おきに１１点ブロソトシた。これをＸ軸方向にｉｏｏ
〜−１００ｍｖａまで５０１おきに５１析面測定した。

ｘ、ｙ座標を算出し、Ｚ＝１００．０、−１００の３断
面を同一面上にえかいてみた。

その結果、基準面を正確に図示できることがわかった。

実施例２ ■ブロックを原点０（−Ｊ近に置き、格子状フィルムを
撮影した。このときの実験条件及び使用器具は実施例１
と同様である。■プロ・ツクは水平切断面上で角を６点
プロットし、Ｚ＝１０．Ｏ，−２０Ｔｎ１の３断面を測
定した。その結果、■ブｌ：Ｉ　・７り面の図示を良好
に行えることを確認した。

実施例３ ■ブロックの代わりに球を使い、実施例２と同様の実験
をおこなった。ただし、Ｚ＝０．３０゜５０．６０ｍｍ
の４断面を１０き請おきＱこ浬１１定した。

球面の図示も良好に行えることを確認した。

実施例４ 顔の石膏像に格子状フィルムを投影した。実験条件、使
用器具は実施例１と同じである。水平切断面を１０１お
きになるようにセットし、厚さ■０龍の発泡スチロール
を切り抜いて３０個の断面片を形成し、その中心軸を合
わせて顔の石刊像の複製像を作成した。顔の前面だけの
複製であるが、原形に近い複製を得ることができた。

実施例５ 人体上半身に格子状フィルムを投影した。このときの実
験条件は、 ａ＝１８７０ｕｓ　ｂ＝９７０ｍｍ ｍ＝０．０２６６ｍｍ　Ｍ＝１０．８ θ−５，３５ｘｌＯｒａｄ である。使用器具は実施例１と同じである。

前後２方向から撮影し、得られたそれぞれの断面を予め
測定した人体上半身の数個所の長さを基準にして一つの
断面とし、厚さ１０＋＊ｍの発泡スチロールを用いて４
３１１７ｉ１のｌｌｉ面片を形成し、その中心軸を合わ
せて人体上半身の複製を１乍成した。ｉｌられた複製は
人体に極めて近い形状を有し、表面のスムージングを行
えば大台としてその）Ｌまイ吏バｊ可能なものであった
。

実施例６ 実施例５の人体上半月の測定値をもととし一ζその展開
図を三角展開法によって作成した。この展開図によって
衣服の型紙をつくったところ人体Ｇこ極めてフィツトし
た型紙を得ること力（できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施する装置の配置の一例を示す
説明図、第２図及び第３図は第１図の構成をＹ−Ｚ座標
で示した図面、第４Ｉよ第１図の構成をｘ−ｙ−ｚ座標
で示した図面、第５しする土木発明方法を実施するマイ
コンブ１−１グラムの）［１−チャートを示す図面、第
６図は格子ツマターンの汀１測点を空間的に示した図面
及び第７図は第６し１の計測点から展開図を作成する方
法を説明する図面である。 ２−物体　４−格子状フィルム ロープロジェクタ　８−指標　１０−カメラ特許出願人
　株式会社ひさや 代理人弁理士　石　原　詔　ニ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１） イ）対象物体に格子パターンを投影すること、口）該対
   象物体で変形した格子パターンを写真撮影すること、 ハ）該変形した格子パターンを撮影したフィルムを現像
   すること、 二）該フィルム上の各格子点の二次元座標から該対象物
   体の三次元座標をめること、 ポ）求められた三次元座標を用いて該対象物体の各層毎
   の水平切断面の形状をめること、へ〉該水平切断面の形
   状と一致する断面片をそれぞれ形成すること、 １−）形成された多数の切断片をそれらの中心軸を一致
   させて順次積層して該対象物体を復元させること、 よりなる物体の復元法。
2. （２） イ）対象物体に格子パターンを投影すること、口）該対
   象物体で変形した格子バクーンを為真撮影すること、 ハ）該変形した格子パターンを撮影したフィルムを現像
   すること、 二）該フィルム上の各格子点の二次元座標から展開法を
   用いて展開図を作成すること、 よりなる物体の展開図作成法。