JPWO2015108071A1 - ３次元データ生成装置、造形物製造システム及び３次元データ生成方法 - Google Patents

Abstract

被写体（１０）を複数のカメラ（１１）で互いに異なる方向から撮影する。複数のカメラ（１１）は、被写体（１０）から略等距離に、視線が被写体（１０）の略中心を互いに交差するように配置する。複数のカメラ（１１）のうち被写体（１０）の凹凸等の小さい面を撮影するカメラ（１１）は、被写体（１０）と同時に識別マーク（１４）も撮影する。コンピュータ（２０）は、複数のカメラ（１１）で撮影して得られた静止画像データに基づいて、３次元データを生成する。

Description

本発明は、被写体の３次元データを生成する３次元データ生成装置、３次元データに基づいて造形物を製造する造形物製造システム及び３次元データ生成方法に関する。

従来、被写体を複数の方向から撮影した複数の画像に基づいて３次元データ（立体画像データ）を生成する技術があり、例えば、ＳＦＭ（Structure from Motion）法が知られている。これは、被写体を互いに異なる方向から撮影した複数の画像の中から同じ特徴点を抽出し、その特徴点に係る画像間の対応関係から被写体の３次元座標を推定するというものである。

このような技術で用いる画像は、複数台のカメラで被写体を撮影するか、１台のカメラを移動させて被写体を撮影するか、１台のカメラの前で物体を移動させながら撮影することにより取得する。この中で、１台のカメラで撮影する場合には、撮影のタイミングが画像毎に異なるため、被写体が動く場合には正確な３次元データを生成することができない。一方、複数台のカメラで被写体を撮影する方法は、多方向からの同時撮影が可能となるため、動く被写体であってもある特定の瞬間の３次元データを生成することができる方法として注目されている（例えば、特許文献１）。

特許文献１に記載の簡易撮像装置は、撮影デバイスを被写体に向かう一平面上に配列して同時撮影するものである。撮影デバイスと被写体との間に配置するレンズについて、被写体から遠ざかる位置にある撮影デバイスほどレンズ位置をシフトさせて配置する。これにより、撮影デバイスの性能を十分に生かすことができ、取得した画像から３次元データを取得できると説明されている。

特開２００７−２８６５２１号公報

特許文献１に記載の簡易撮像装置は、撮影デバイスを一平面上に配列しているため、被写体の当該平面に向かう面の３次元データを取得するものである。これに対し、被写体の全表面の３次元データを取得するためには、被写体を取り囲むように撮影デバイスを多方向に配置する必要がある。

多方向に配置した多数の撮影デバイスで撮影した画像に基づいて３次元データを取得する場合、複数の画像間で互いに対応する多くの特徴点の情報を取得する必要がある。しかし、被写体の表面が凹凸や色の変化が小さい箇所を含む場合には、これらの情報を十分に取得することは困難である。このような場合、被写体表面の３次元形状を正確に表現した３次元データを得ることができないという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、被写体表面の３次元形状を正確に表現した３次元データを得ることのできる３次元データ生成装置等を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る３次元データ生成装置は、
互いに異なる方向から被写体を撮影する複数のカメラと、
前記複数のカメラが撮影した画像に基づいて、３次元データを生成する３次元データ生成部と、を備え、
前記複数のカメラの視線が前記被写体の略中心で互いに交差するように、前記複数のカメラを配置する、
ことを特徴とする。

前記複数のカメラは、前記被写体の中心部に中心を有する半球殻上、又は、鉛直方向の前記被写体の中心線を回転軸とする半回転楕円体殻上に配置されてもよい。

前記複数のカメラに対して、一定時間以内に静止画の撮影を行うように指示する撮影指示部を、更に備えてもよい。

前記複数のカメラのうち少なくとも一部のカメラで、前記被写体と同時に撮影可能な位置に配置した識別マーク又は識別模様を、更に備えてもよい。

前記被写体が人を含む動物である場合に、
前記識別マーク又は前記識別模様は、後頭部又は背中を撮影するカメラで前記被写体と同時に撮影可能な位置に配置してもよい。

前記識別マーク又は前記識別模様は、前記被写体の背面に近接した略水平面上に配置してもよい。

前記複数のカメラは、前記被写体を内部に格納するボックスの内壁又は天井に配置してもよい。

前記複数のカメラは、深い被写界深度で撮影するようにしてもよい。

また、本発明の第２の観点に係る造形物製造システムは、
第１の観点に係る３次元データ生成装置と、
前記３次元データ生成装置で生成した３次元データに基づいて、３次元プリントした造形物を生成する造形物製造装置と、
を備えたことを特徴とする。

また、本発明の第３の観点に係る３次元データ生成方法は、
互いに異なる方向から複数のカメラが被写体を撮影した複数の画像に基づいて、３次元データを生成する３次元データ生成方法であって、
前記複数のカメラの視線が前記被写体の略中心で互いに交差するように、前記複数のカメラを配置する、
ことを特徴とする。

本発明によれば、被写体表面の３次元形状を正確に表現した３次元データを得ることができる。

実施の形態１に係る３次元データ生成装置の構成を示す図である。 コンピュータの内部構成を示すブロック図である。 造形物製造システムの構成を示す図である。 実施の形態２に係る３次元データ生成装置の構成を示す図である。 実施の形態２に係る模様板を示す図である。 実施の形態３に係る３次元データ生成装置の構成を示す図である。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１について図面を参照して詳細に説明する。

本実施の形態に係る３次元データ生成装置１は、図１に示すように、複数のカメラ１１、識別マーク１４を付した複数のマーク板１３、コンピュータ２０を備える。複数のカメラ１１と複数のマーク板１３は支持体１２に支持されている。

複数のカメラ１１が撮影する被写体１０は人等の動物であり、カメラ１１で撮影する際には、支持体１２に囲まれた中央部分に被写体１０は配置される。支持体１２は図１に示すように、水平方向に設けた、被写体１０の中心点を中心とする円周リング状の支持体１２ａと、支持体１２ａに固定されたアーチ状の支持体１２ｂとからなる。

支持体１２に支持された複数のカメラ１１は、図１に示すように、床からの高さが同じものが複数台ずつある。図１において、支持体１２ａの円周リングに固定された最も低い高さのカメラ１１が８台と、支持体１２ｂに固定され２番目に低い高さのカメラ１１が４台と、支持体１２ｂに固定され３番目に低い高さのカメラ１１が４台と、が備えられている。同じ高さに備えられた複数のカメラ１１は、被写体１０の中心線から等距離かつ略等間隔に配置される。

また、支持体１２ｂの最頂部にもカメラ１１が１台備えられている。これを含めて複数のカメラ１１を、同一の支持体１２ｂ上の最頂部から床までの間に取り付けている。これらの同一の支持体１２ｂ上のカメラ１１は被写体１０の中心軸を軸とする回転方向において同じ位置に配置されることとなる。

これにより、複数のカメラ１１は、被写体１０の中心部に中心を有する半球殻上、又は、鉛直方向に延びる被写体１０の中心線を回転軸（長軸又は短軸）とする半回転楕円体殻上に配置されることとなる。

支持体１２に支持された複数のカメラ１１は視線方向を被写体１０の略中心に向けて固定されている。より詳細には、複数のカメラ１１の視線が、被写体１０の略中心で互いに交差するように、カメラ１１の配置及び方向を調整している。つまり、複数のカメラ１１の視線は全て、被写体１０の略中心の一定の範囲内を通過することになる。また、全てのカメラ１１は、視野の長辺方向又は短辺方向が水平となるように設置している。被写体１０が人等のように鉛直方向に長い場合には、視野の短辺方向を水平にするのが望ましい。

また、複数のカメラ１１は、深い被写界深度で撮影を実行するのが望ましい。被写体１０に近い距離から深い被写界深度で撮影することにより、それぞれのカメラ１１で撮影した画像から多くの対応する特徴点を取得できるためである。

被写界深度を深くするためには、例えば、焦点距離が短い広角レンズを用いる。あるいは、Ｆ値を大きくして（絞りを絞って）撮影する。あるいは、ズームを使わず、被写体１０に近い距離から撮影を行う。

カメラ１１は、互いに同じ画素数を有するデジタルカメラであって、撮影した静止画像のデータを内蔵する記憶媒体に記憶する。それぞれのカメラ１１は記憶媒体に記憶された静止画像データをコンピュータ２０に送る。

マーク板１３には、多様な識別マーク１４を付している。マークの大きさは被写体の１／３０〜１／２０の大きさが好ましい。複数のカメラ１１による撮影時には、被写体１０は、背面をＡ方向に向けて配置される。このとき、背面に向かうカメラ１１が背面とともに識別マーク１４を撮影することができるように、マーク板１３は配置されている。

コンピュータ２０は、図２に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit；中央処理装置）２１、記憶部２２、操作部２３を備える。

ＣＰＵ２１は、演算処理装置、内部メモリ等から構成され、記憶部２２に記憶されているアプリケーションプログラムを実行することにより、画像取得部２１１、３次元データ生成部２１２、撮影指示部２１３として機能する。

記憶部２２は、ハードディスク、メモリカード、フラッシュメモリ等の記憶装置からなり、画像取得部２１１がカメラ１１から取得した静止画像データや、３次元データ生成部２１２が生成した３次元データを記憶する。また記憶部２２はＣＰＵ２１が実行するアプリケーションプログラムを記憶する。操作部２３は、キーボード、マウス、タッチパネル等からなり、操作者の操作に基づいて操作信号をＣＰＵ２１に出力する。

ＣＰＵ２１の撮影指示部２１３は、操作者が操作部２３に対して撮影を指示する操作をしたときに、全てのカメラ１１に対して撮影を指示する撮影指示信号を出力する。撮影指示部２１３は、撮影指示信号を任意の通信手段を用いて送信してもよく、例えば無線通信又は赤外線通信で送信する。撮影指示信号を受信した全てのカメラ１１は互いに略同時に撮影を実行する。より詳細には、撮影指示部２１３が全てのカメラ１１に対して同時に出力した撮影指示信号を受けてすぐに全てのカメラ１１が撮影を実行することで、一定時間以内に全てのカメラ１１で静止画の撮影を行うようにする。

画像取得部２１１は、複数のカメラ１１で撮影した複数の静止画像データを取得する。画像取得部２１１は、複数のカメラ１１から静止画像データを任意の手段を用いて取得してもよく、例えば無線通信、有線通信を用いて受信する。あるいは、カメラ１１に内蔵された取り外し可能な記憶媒体に静止画像データを記憶している場合には、その記憶媒体をコンピュータに接続して取得するようにしてもよい。画像取得部２１１は取得した複数の静止画像データを３次元データ生成部２１２に入力する。

３次元データ生成部２１２は、画像取得部２１１から入力された複数の静止画像データに基づいて、３次元データを生成する。３次元データの生成は、ＳＦＭ（Structure from Motion）法を用いる。ＳＦＭ法は、被写体１０を互いに異なる方向より撮影した画像から同じ特徴点を抽出し、その特徴点に係る画像間の対応関係から被写体１０の表面の３次元座標を推定するものである。

３次元データ生成部２１２が生成する３次元データは、複数の静止画像データから推定した被写体１０の表面上の特徴点の３次元座標とその点の色情報を含む。３次元データ生成部２１２は生成した３次元データを記憶部２２に記憶する。

より詳細に説明すると、３次元データ生成部２１２は、複数のカメラ１１で撮影した複数の画像に対して、互いに対応する多数の特徴点を検出し、特徴点の各画像における座標に基づいてその特徴点の３次元座標とカメラ１１の位置の情報を導出している。ここで、被写体１０の表面が凹凸や色の変化が小さい箇所を含む場合には、誤って異なる特徴点を対応づけることにより誤った３次元座標を取得する場合がある。

本実施の形態においては、前述のようにカメラの位置と視線方向等を設定することにより、３次元座標の誤検出を低減している。

例えば、各カメラ１１の視線方向を被写体１０の略中心に向けることにより、撮影画像の中心（画角の中心）を互いに合致させている。これにより、カメラ１１の配列方向と、撮影画像の中心に対する特徴点の座標の変化方向と、の対応関係が一様に定まり、異なる特徴点を対応づけることを回避することができる。

また、各カメラ１１の高さや被写体１０の中心軸を軸とする回転方向の位置を揃え、視野の長辺方向又は短辺方向を水平にすることにより、隣り合うカメラの撮影画像は共通する範囲の特徴点を多く検出することができる。より詳細には、高さが同じで互いに隣り合うカメラ１１の撮影画像は、高さ方向において同じ範囲の多くの特徴点を検出することができる。同様に、被写体１０の中心軸を軸とする回転方向における位置が同じで互いに上下に隣り合うカメラ１１の撮影画像は、同回転方向において同じ範囲の多くの特徴点を検出することができる。

このように配置したカメラ１１の撮影画像をカメラ１１の配列に沿って順に取得し、各撮影画像における特徴点の座標の変化を追っていくことにより、３次元座標を正確に検出することができる。

以上のように構成された３次元データ生成装置１について、被写体１０が人である場合の動作について説明する。

被写体１０である人は、図１に示すように支持体１２に囲まれた中央部に備えられた椅子に座る等して位置固定される。この時、被写体１０である人は背面つまり背中をＡ方向に向けている。

操作者がコンピュータ２０の操作部２３に対して撮影を指示する操作をすると、撮影指示部２１３が全てのカメラ１１に対して撮影を指示する撮影指示信号を送信する。全てのカメラ１１は受信した撮影指示信号に基づいて互いに略同時に撮影する。この時フラッシュ光を発するようにしてもよい。

各カメラ１１が撮影した後、画像取得部２１１は各カメラ１１が撮影して得た静止画像データを取得する。画像取得部２１１が取得した静止画像データは、被写体１０である人の上半身を互いに異なる方向から撮影した静止画像データである。全ての静止画像データで上半身の全表面を表している。

３次元データ生成部２１２は、画像取得部２１１が取得した静止画像データから被写体１０の表面に存する特徴点やマーク板１３上の識別マーク１４の特徴点を抽出する。被写体１０が人であるため、被写体１０の表面に存する特徴点として、目、鼻、口、衣服のボタン、ネクタイ等の衣服の柄やしわ等が抽出される。これらの特徴点は、被写体１０の前面や側面に多いため、これらの特徴点に係る画像間の対応関係から被写体１０の前面上及び側面上の点の３次元座標を推定することができる。

一方、被写体１０である人の背面は後頭部や背中からなり、凹凸や色の変化が小さいため、抽出できる特徴点は少ない。しかし、被写体１０の背面を撮影した静止画像データには、マーク板１３上の識別マーク１４の画像を含んでいる。よって、３次元データ生成部２１２は、被写体１０の表面に存する特徴点と識別マーク１４の特徴点を抽出し、これらの特徴点に係る画像間の対応関係から被写体１０の背面上の点の３次元座標をさらに正確に推定することができる。

３次元データ生成部２１２は、ＳＦＭ法を用いて、複数の静止画像データから推定した被写体１０の表面上の点の３次元座標とその点の色情報を含む３次元データを生成する。そして生成した３次元データを記憶部２２に記憶する。

このようにして３次元データ生成装置１が生成した３次元データは、様々な用途で使用することができる。本実施の形態では、生成した３次元データに基づいて、被写体１０を模した造形物を生成する場合について説明する。

本実施の形態にかかる造形物製造システム２は、図３に示すように、複数のカメラ１１とコンピュータ２０を有する３次元データ生成装置１と、３次元プリンタ（3 D-Printer）３０とを備える。３次元プリンタは、３次元データを元に３次元の造形物を製造する造形物製造装置であり、積層造形法、切削造形法等により造形物を製造する。

３次元データ生成装置１で生成した３次元データは、操作者の操作に基づいて３次元プリンタ３０に送信される。３次元プリンタ３０は、受信した３次元データに基づいて造形物を製造する。

このようにして製造した造形物の例について説明する。図３の左下に示した写真Ｐ１は、１つのカメラ１１で被写体１０を撮影したものである。本実施の形態に係る３次元データ生成装置１を用いて、写真Ｐ１に示す被写体１０を全てのカメラ１１で撮影して得た静止画像データに基づいて被写体１０を表す３次元データを生成した。その３次元データを元に３次元プリンタ３０で製造したものを図３の右下の写真Ｐ２に示す。被写体１０を正確に表した造形物が製造できたことがわかる。

以上説明したように、本実施の形態においては、３次元データ生成装置１は、被写体１０の略中心で視線が互いに交差するように視線方向を調整した複数のカメラ１１で互いに異なる方向から被写体１０を撮影した。また、複数のカメラ１１のうち被写体１０の凹凸等が小さい面を撮影するカメラ１１で、被写体１０と同時に識別マーク１４も撮影するようにした。そして、複数のカメラ１１で撮影して得られた静止画像データに基づいて、３次元データを生成することとした。これにより、被写体１０の表面の３次元形状を正確に表現した３次元データを得ることができる。

また、造形物製造システム２は、３次元データ生成装置１で生成した３次元データに基づいて３次元プリンタ３０で造形物を製造することとした。これにより、被写体１０を正確に表した造形物を製造することができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について図面を参照して詳細に説明する。

本実施の形態に係る３次元データ生成装置３は、図４に示すように、複数のカメラ１１、複数の識別マーク１４が付された模様板１５、コンピュータ２０を備える。複数のカメラ１１は支持体１２に支持されている。

複数のカメラ１１が撮影する被写体１０は例えば人であり、カメラ１１で撮影する際には、支持体１２に囲まれた中央部分に被写体１０は配置される。支持体１２及び支持体１２に支持されたカメラ１１の構成は実施の形態１と同様である。

模様板１５は、図４に示すように、脚部１５１に支持されており、識別マーク１４と市松模様が付された面を鉛直方向上向きに向けている。模様番１５の板面は水平又は水平に対して所定の範囲の角度を有する平面上にある。被写体１０が人等である場合、凹凸や色の変化が小さい背面に隣接するように模様板１５を配置する。

模様板１５は、図５に示すように、濃淡２色の市松模様と、市松模様の淡色側に印された複数種類の識別マーク１４と、が付されている。

コンピュータ２０は、実施の形態１と同様の構成を有し、複数のカメラ１１が撮影した静止画像に基づいて３次元データを生成する機能を有する。

以上のように構成された３次元データ生成装置３について、被写体１０が人である場合の動作について説明する。

被写体１０である人は、図４に示すように支持体１２に囲まれた中央部に備えられた椅子に座る等して位置固定される。この時、被写体１０である人は背面つまり背中をＡ方向に向けている。模様板１５は人の背中に隣接するように配置されている。

操作者がコンピュータ２０の操作部２３に対して撮影を指示する操作をすると、撮影指示部２１３が全てのカメラ１１に対して撮影を指示する撮影指示信号を送信する。全てのカメラ１１は受信した撮影指示信号に基づいて略同時に撮影する。この時フラッシュ光を発するようにしてもよい。

各カメラ１１が撮影した後、画像取得部２１１は各カメラ１１が撮影して得た静止画像データを取得する。画像取得部２１１が取得した静止画像データは、被写体１０である人の上半身を互いに異なる方向から撮影した静止画像データであり、全ての静止画像データで上半身の全表面を表している。

コンピュータ２０の３次元データ生成部２１２は、画像取得部２１１が取得した静止画像データから被写体１０の表面に存する特徴点や模様板１５上の識別マーク１４や市松模様の特徴点を抽出する。これらの特徴点に係る画像間の対応関係から被写体１０の表面上の点の３次元座標を推定することができる。

ここで、被写体１０である人の背面は、後頭部と背中からなり凹凸や色の変化が小さいため抽出できる特徴点は少ない。しかし、被写体１０の背面を撮影した静止画像データには、模様板１５上の識別マーク１４及び市松模様の画像を含んでいる。よって、３次元データ生成部２１２は、被写体の表面に存する特徴点と識別マーク１４や市松模様の特徴点を静止画像から抽出することにより背面を含む被写体１０の表面の３次元座標を推定することができる。

３次元データ生成部２１２は、ＳＦＭ法を用いて、複数の静止画像データから推定した被写体１０の表面上の点の３次元座標とその点の色情報を含む３次元データを生成する。そして生成した３次元データを記憶部２２に記憶する。

このようにして３次元データ生成装置３が生成した３次元データの用途は任意であり、実施の形態１と同様に３次元プリンタ３０を用いて被写体１０を模した造形物を製造してもよい。

以上説明したように、本実施の形態においては、３次元データ生成装置３は、識別マーク１４等を付した模様板１５を被写体１０に近接させて略水平に配置するようにした。これにより、被写体１０を複数のカメラ１１で互いに異なる方向から撮影し、複数のカメラ１１のうち被写体１０の凹凸等が小さい背面を撮影するカメラ１１で、被写体１０と同時に識別マーク１４等も撮影するようにした。そして、複数のカメラ１１で撮影して得られた静止画像に基づいて、３次元データを生成することとした。これにより、被写体１０の凹凸や色の変化の小さい部分の近くに識別マーク１４等を備えるため、より正確に被写体１０の表面を表現した３次元データを得ることができる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３について図面を参照して詳細に説明する。

本実施の形態に係る３次元データ生成装置４は、図６に示すように、ボックス４０と、ボックス４０の内壁及び天井に備えられた複数のカメラ１１と、コンピュータ２０を備える。

複数のカメラ１１が撮影する被写体１０は人等の動物であり、カメラ１１で撮影する際には、ボックス４０内部の中央部分に被写体１０は配置される。各カメラ１１は、被写体１０の略中心に視線方向を向け、被写体１０を互いに異なる方向から撮影できるようにボックス４０の内壁及び天井に固定されている。より詳細には、複数のカメラ１１の視線が、被写体１０の略中心で互いに交差するように、カメラ１１の配置及び方向を調整している。つまり、複数のカメラ１１の視線は全て、被写体１０の略中心の一定の範囲内を通過することになる。

ボックスの内壁、天井の少なくとも一部には、図６に示すように濃淡２色の市松模様と、市松模様の淡色側に印された複数種類の識別マーク１４と、が付されている。被写体１０が人等である場合、凹凸や色の変化が小さい背面を撮影するカメラ１１により、同時に写すことができる位置に識別マーク１４及び市松模様が付されている。図６において、被写体１０は背面を紙面手前に向けており、識別マーク１４及び市松模様は、被写体１０の前面に向かう内壁に付されている。

コンピュータ２０は、実施の形態１と同様の構成を有し、複数のカメラ１１が撮影した静止画像に基づいて３次元データを生成する機能を有する。

以上のように構成された３次元データ生成装置４について、被写体１０が人である場合の動作について説明する。

被写体１０である人は、図６に示すようにボックス４０の中央部に備えられた椅子に座る等して位置固定される。この時、被写体１０である人は背面つまり背中を紙面手前に向けている。

操作者がコンピュータ２０の操作部２３に対して撮影を指示する操作をすると、撮影指示部２１３が全てのカメラ１１に対して撮影を指示する撮影指示信号を送信する。全てのカメラ１１は受信した撮影指示信号に基づいて互いに略同時に撮影する。この時フラッシュ光を発するようにしてもよい。

各カメラ１１が撮影した後、画像取得部２１１は各カメラ１１が撮影して得た静止画像データを取得する。画像取得部２１１が取得した静止画像データは、被写体１０である人の上半身を互いに異なる方向から撮影した静止画像データである。全ての静止画像データで上半身の全表面を表している。

コンピュータ２０の３次元データ生成部２１２は、画像取得部２１１が取得した静止画像データから被写体１０の表面に存する特徴点やボックス４０の内壁に付された識別マーク１４や市松模様の特徴点を抽出する。これらの特徴点に係る画像間の対応関係から被写体１０の表面上の３次元座標を推定することができる。

ここで、被写体１０である人の背面は、後頭部と背中からなり凹凸や色の変化が小さいため抽出できる特徴点は少ない。しかし、被写体１０の背面を撮影した静止画像データには、内壁、天井に付された識別マーク１４及び市松模様の画像を含んでいる。よって、３次元データ生成部２１２は、被写体の表面に存する特徴点と識別マーク１４等の特徴点を静止画像から抽出することにより、背面を含む被写体１０の表面上の点の３次元座標を推定することができる。

３次元データ生成部２１２は、ＳＦＭ法を用いて、複数の静止画像データから推定した被写体１０の表面上の点の３次元座標とその点の色情報を含む３次元データを生成する。そして生成した３次元データを記憶部２２に記憶する。

このようにして３次元データ生成装置４が生成した３次元データの用途は任意であり、実施の形態１と同様に３次元プリンタ３０を用いて被写体１０を模した造形物を生成してもよい。

以上説明したように、本実施の形態においては、３次元データ生成装置４は、中央に被写体１０を配置するボックス４０の内壁及び天井に、複数のカメラ１１と、識別マーク１４等を付すようにした。これにより、被写体１０を複数のカメラ１１で互いに異なる方向から撮影し、複数のカメラ１１のうち被写体１０の凹凸等が小さい背面を撮影するカメラ１１で、被写体１０と同時に識別マーク１４等も撮影するようにした。そして、複数のカメラ１１で撮影して得られた静止画像に基づいて、３次元データを生成することとした。これにより、設置が容易なボックス状の簡易的な構成の装置で、被写体１０の凹凸や色の変化の小さい部分も正確に表現した３次元データを得ることができる。

このように本発明は、互いに異なる方向から被写体を撮影する複数のカメラと、複数のカメラが撮影した画像に基づいて、３次元データを生成する３次元データ生成部と、を備える。複数のカメラは、視線が被写体の略中心で互いに交差するように、配置した。これにより、被写体表面の３次元形状を正確に表現した３次元データを得ることができる。

なお、本発明は、本発明の広義の趣旨及び範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。

例えば、３次元データの生成方法としてＳＦＭ法を用いたが、互いに異なる方向から撮影した複数の静止画像から３次元データを生成する方法であれば他の方法でも良い。また、デジタルカメラで撮影した静止画像から３次元データを生成するとしたが、複数のビデオカメラで撮影した動画像のうち同じ時刻に撮影したフレーム画像に基づいて３次元データを生成するようにしても良い。

また、上記実施の形態において、複数のカメラ１１を円周リング状の支持体１２ａ及び支持体１２ａに固定されたアーチ状の支持体１２ｂ、又は、ボックス４０の内壁及び天井で支持するとした。しかし、被写体１０を異なる方向から撮影する複数のカメラ１１を支持するものであれば、他の方法でカメラを支持しても良い。例えば、被写体１０の周囲に組み立てた格子状の支持体でカメラ１１を支持するようにしてもよい。

また、上記実施の形態において人の上半身をカメラ１１で撮影して、上半身の表面の３次元データを生成する例について説明したが、被写体１０は人以外の犬、猫、鳥等の他の動物でもよい。この場合、毛色が一様な部分を撮影するカメラ１１で識別マーク１４を同時に撮影できるような位置に識別マーク１４を配置することにより、毛色が一様な部分も正確に表現した３次元データを得ることができる。また、人の全身をカメラ１１で撮影して全身の表面の３次元データを生成するようにしてもよい。この場合、人の全身を取り囲むような人の中心軸を回転軸とする回転楕円体殻上又は人の中心軸を回転軸とする円筒上にカメラ１１及び識別マーク１４を備えることで、下半身の表面の３次元データも正確に生成することができる。

また、上記実施の形態において識別マーク１４や市松模様を支持体１２、模様板１５、ボックス４０の内壁等の少なくとも一部に付すとした。しかし、少なくとも被写体１０の背面と共にカメラ１１で撮影できる位置に配置できれば、他の方法で付しても良い。例えば、支持体１２を布等で覆い、その布の内面に識別マーク１４や市松模様等を付しても良い。また、全てのカメラ１１で識別マーク１４や市松模様等を撮影できるように識別マーク１４や市松模様等を被写体の周囲に一様に付しても良い。

また、実施の形態２、３において、濃淡の市松模様の淡色の部分に識別マーク１４を付すとしたが、特徴点として識別できる識別模様であれば、他の模様と識別マーク１４を組み合わせてもよい。また、３以上の色を用いた識別模様でもよい。また、識別マーク１４のない識別模様のみで構成してもよい。

本出願は、２０１４年１月２０日に出願された日本国特許出願特願２０１４−７６３８号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願２０１４−７６２８号の明細書、特許請求の範囲、及び図面全体を参照として取り込むものとする。

１、３、４…３次元データ生成装置
２…造形物製造システム
１０…被写体
１１…カメラ
１２、１２ａ、１２ｂ…支持体
１３…マーク板
１４…識別マーク
１５…模様板
１５１…脚部
２０…コンピュータ
２１…ＣＰＵ
２１１…画像取得部
２１２…３次元データ生成部
２１３…撮影指示部
２２…記憶部
２３…操作部
３０…３次元プリンタ
４０…ボックス

Claims (10)

1. 互いに異なる方向から被写体を撮影する複数のカメラと、
   前記複数のカメラが撮影した画像に基づいて、３次元データを生成する３次元データ生成部と、を備え、
   前記複数のカメラの視線が前記被写体の略中心で互いに交差するように、前記複数のカメラを配置する、
   ことを特徴とする３次元データ生成装置。
2. 前記複数のカメラは、前記被写体の中心部に中心を有する半球殻上、又は、鉛直方向の前記被写体の中心線を回転軸とする半回転楕円体殻上に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の３次元データ生成装置。
3. 前記複数のカメラに対して、一定時間以内に静止画の撮影を行うように指示する撮影指示部を、更に備える、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の３次元データ生成装置。
4. 前記複数のカメラのうち少なくとも一部のカメラで、前記被写体と同時に撮影可能な位置に配置した識別マーク又は識別模様を、更に備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の３次元データ生成装置。
5. 前記被写体が人を含む動物である場合に、
   前記識別マーク又は前記識別模様は、後頭部又は背中を撮影するカメラで前記被写体と同時に撮影可能な位置に配置した、
   ことを特徴とする請求項４に記載の３次元データ生成装置。
6. 前記識別マーク又は前記識別模様は、前記被写体の背面に近接した略水平面上に配置した、
   ことを特徴とする請求項５に記載の３次元データ生成装置。
7. 前記複数のカメラは、前記被写体を内部に格納するボックスの内壁又は天井に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の３次元データ生成装置。
8. 前記複数のカメラは、深い被写界深度で撮影する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の３次元データ生成装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の３次元データ生成装置と、
   前記３次元データ生成装置で生成した３次元データに基づいて、３次元プリントした造形物を生成する造形物製造装置と、
   を備えた造形物製造システム。
10. 互いに異なる方向から複数のカメラが被写体を撮影した複数の画像に基づいて、３次元データを生成する３次元データ生成方法であって、
    前記複数のカメラの視線が前記被写体の略中心で互いに交差するように、前記複数のカメラを配置する、
    ことを特徴とする３次元データ生成方法。