WO2023149515A1 - 立体物イメージスキャナ - Google Patents

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WO2023149515A1
WO2023149515A1 PCT/JP2023/003447 JP2023003447W WO2023149515A1 WO 2023149515 A1 WO2023149515 A1 WO 2023149515A1 JP 2023003447 W JP2023003447 W JP 2023003447W WO 2023149515 A1 WO2023149515 A1 WO 2023149515A1
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WO
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image
subject
dimensional
dimension
scanner
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/003447
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English (en)
French (fr)
Inventor
修一 一ノ瀬
武彦 佐藤
Original Assignee
アイメジャー株式会社
株式会社シン技術コンサル
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Publication date
Application filed by アイメジャー株式会社, 株式会社シン技術コンサル filed Critical アイメジャー株式会社
Priority to JP2023578624A priority Critical patent/JPWO2023149515A1/ja
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/22—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring depth
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
    • G02B21/24—Base structure
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
    • H04N23/698—Control of cameras or camera modules for achieving an enlarged field of view, e.g. panoramic image capture

Definitions

  • the present invention relates to a three-dimensional object image scanner that optically scans the outer surface of a three-dimensional object and creates an external image of the object.
  • Patent Document 1 discloses a method of forming an orthographic projection image of a three-dimensional object.
  • a camera having a telecentric optical system relatively scans a three-dimensional object, selects a predetermined light beam from image light obtained in this scanning, and stores it as image information. This stored information is processed to extract image light that is within the depth of field of the optical system to form an orthographic image of the three-dimensional object.
  • Patent Document 2 discloses an image scanner for obtaining an orthographic projection image of a three-dimensional object.
  • the apparatus comprises a telecentric imaging system arranged between an image sensor and a target planar area located away from the image sensor in a viewing direction to image the target planar area onto the image sensor.
  • the target plane area is moved in the three-dimensional direction in the subject space in which the subject is placed, and the illumination light is adjusted so that the distribution range of the incident angle of the illumination light to the target plane area is constant at all points of the target plane area.
  • the target plane area is irradiated with the illumination light while regulating the direction.
  • the image data that is sequentially output from the image sensor is input, and the pixel data in which the subject is in focus is detected from the input image data.
  • the resulting pixel data are collected to synthesize an orthographic image of the subject.
  • An object of the present invention is to provide a three-dimensional object image scanner capable of creating an all-around image with little distortion suitable for observing the entire circumference of a three-dimensional object.
  • a three-dimensional object image scanner includes a rotary table capable of rotating a subject around a predetermined central axis, a telecentric lens system, and a scanner head that acquires an image of a subject space in front of the telecentric lens system.
  • a moving means for moving the scanner head relative to the object space; and a control device for controlling the rotary table, the scanner head, and the moving means and processing the image data of the object.
  • the control device is With the scanner head arranged so that the central axis is located in front of the telecentric lens system, a plurality of different rotation angles are sequentially output from the scanner head while rotating the subject about the central axis. Get the image data of detecting pixel data focused on the subject from among the plurality of image data, and integrating the detected pixel data to create a rectangular image representing the appearance of a portion of the subject to be photographed; The rectangular image is converted into an annular fan-shaped image based on the top, bottom, and height dimensions of the part of the object to be photographed.
  • the control device may allow the user to set the portion of the subject to be photographed, the top dimension, the bottom dimension, and the height dimension.
  • the dimension ratio of the outer arc dimension, the inner arc dimension, and the radial width dimension is equal to the dimension ratio of the upper surface dimension, the bottom dimension, and the height dimension. may be equally configured.
  • the control device may output the rectangular image and the annular sector image.
  • the rotary table may be movable along the imaging direction of the scanner head.
  • a three-dimensional object image scanner can create an all-around image with little distortion suitable for observing the entire circumference of a three-dimensional object.
  • FIG. 1 is an overall configuration of a three-dimensional object image scanner according to one embodiment of the present invention
  • 2 is a flowchart of scanning processing executed by the three-dimensional object image scanner of FIG. 1
  • FIG. 10 is a diagram showing a scan condition setting screen for scanning processing
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of an operation of scanning an object with a scanner head in rotational scanning
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of image processing in rotational scanning
  • annular fan-shaped image obtained by rotational scanning (a) orthographic projection image obtained by XY scanning the actual pottery by the three-dimensional object image scanner, (b) rectangular image (orthographic projection image) and (c) annular fan-shaped image obtained by rotational scanning.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an example system and method for creating a texture-mapped three-dimensional view of an object using a volumetric image scanner
  • FIG. FIG. 4 is a diagram showing an example of the data structure of a rectangular image data set output from a three-dimensional object image scanner; It is a figure explaining the meaning of the example of the rectangular image data set shown to FIG. 8A.
  • FIG. 8B is a diagram showing three-dimensional cylindrical data implied by the example of the rectangular image data set shown in FIG. 8A;
  • FIG. 8 is a diagram showing a process flow performed by a 3DCG device in the system example shown in FIG. 7;
  • FIG. 1 shows the overall configuration of a three-dimensional object image scanner 1 according to one embodiment of the present invention.
  • a three-dimensional object image scanner 1 has a platform 2 installed on the floor.
  • an orthogonal three-dimensional coordinate system having X, Y, and Z axes as shown in FIG. 1 is defined for the convenience of describing three-dimensional positional relationships.
  • the Y-axis is the vertical direction (height direction)
  • the X-axis and the Z-axis are horizontal directions.
  • a columnar Z track 3 is laid on the platform 2 in parallel with the Z axis.
  • a rotary table 4 is mounted on the Z track 3 .
  • the rotary table 4 has a rotary drive section 4A and a table 4B.
  • the rotary drive unit 4A incorporates an electric self-propelled device (not shown) and can reciprocate in a direction parallel to the Z axis (horizontal direction) within the length of the Z track 3 .
  • the table 4B is fixed to a rotating shaft (not shown) of the rotary drive unit 4A, and is configured to rotate about the central axis 31 together with this rotating shaft.
  • a space in which the subject S is arranged above the table 4B is called a subject space A.
  • the subject S is a three-dimensional subject such as an earthenware vessel, a pot, or a vase, whose horizontal cross section is approximately circular.
  • a columnar X track 5 is laid on the platform 2 in parallel with the X axis.
  • a columnar Y track 6 is mounted on the X track 5 in parallel with the Y axis.
  • a columnar carriage 7 is attached to the Y track 6 in parallel with the Z axis.
  • the Y track 6 incorporates an electric self-propelled device (not shown) and can reciprocate in the direction parallel to the X axis (depth direction) within the length of the X track 5 .
  • the carriage 7 also incorporates an electric self-propelled device (not shown) so that it can reciprocate in the direction parallel to the Y-axis (height direction) within the length of the Y-track 6. It can also reciprocate in a direction (horizontal direction) parallel to the Z-axis within the range of length. As a result, the carriage 7 can move three-dimensionally along the X, Y and Z axes.
  • the scanner head 8 is an optical device for three-dimensionally scanning the subject S placed in the subject space A, and includes a telecentric imaging unit, a variable diaphragm unit, and an image sensor unit arranged in parallel with the Z axis. and The scanner head 8 can capture visible light images and infrared light images.
  • the image sensor unit incorporates a linear (linear) linear image sensor arranged parallel to the Y axis.
  • a linear image sensor has a photoelectric conversion element array with, for example, 3,000 or more pixels arranged in a straight line parallel to the Y-axis at a pitch of, for example, 8 ⁇ m, and converts analog voltage signals output from the photoelectric conversion element array into digital pixel data. and an A/D conversion device.
  • the telecentric imaging unit incorporates a telecentric lens system and is arranged facing the positive direction of the Z axis (imaging direction) so that its optical axis is parallel to the Z axis.
  • a telecentric imaging unit has a linear (i.e., linear) region (hereinafter referred to as a An image of a subject area R) is formed on the linear image sensor in the image sensor unit. That is, the scanner head 8 is in a state in which the subject area R is focused.
  • the object area R is, in detail, an area defined by the length of the objective lens in the Y-axis direction, the working distance, and the depth of field. In this embodiment, the scanner head 8 has a working distance of 288 mm and a depth of field of 10 mm.
  • variable aperture unit is placed inside the telecentric imaging unit and incorporates an aperture stop with a variable opening (hereinafter referred to as variable aperture).
  • a variable aperture unit is used for adjusting the amount of light input to the linear image sensor and for adjusting the depth of field.
  • the above-described scanner head 8 moves three-dimensionally in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions as the carriage 7 moves, and the subject area R moves along with it.
  • the telecentric lens system as an imaging optical system, an orthographic projection image of the subject S can be obtained.
  • the three-dimensional object image scanner 1 has an XY scanning function and a rotation scanning function.
  • the XY scanning function is a function of obtaining a planar image of the subject S on the XY plane by moving the scanner head 8 along the XY plane while the subject S is not rotated by the rotary table 4 .
  • the rotary scan function is a function of rotating the object S by the rotary table 4 and moving the scanner head 8 along the YZ plane to obtain a rectangular image and an annular fan-shaped image (expanded image) of the entire outer peripheral surface of the object S.
  • a control device 9 containing a computer, a power supply circuit, and other electric/electronic circuits is installed on the platform 2 .
  • the control device 9 connects signal cables and power cables to the rotation drive unit 4A, the X track 5, the Y track 6, the electric self-propelled device in the carriage 7, the linear image sensor in the scanner head 8, the illumination device (not shown), and the like. are electrically connected via
  • the control device 9 has a function of rotating the table 4B by driving and controlling the rotation drive section 4A.
  • the control device 9 controls the three-dimensional movement and position of the carriage 7 by driving and controlling the X-track 5, the Y-track 6, and the electric self-propelled device in the carriage 7 (which in turn controls the movement of the object by the scanner head 8). control the scanning of S).
  • control device 9 inputs image data sequentially output from the linear image sensor in the scanner head 8, and processes the image data to It has a function of synthesizing an orthographic projection image of a subject (a rectangular image and an annular fan-shaped image (expanded image)).
  • the three-dimensional object image scanner 1 includes an input device including a keyboard, a mouse, etc. operated by a user to perform scanning processing, which will be described later, an output device including a display for displaying data, and inputting/outputting data to and from these devices. and an external output terminal (not shown) for
  • the control device 9 has the above-described external output terminal 60, and the external output terminal 60 is connected to a terminal 61 such as a personal computer used by the user.
  • the terminal 61 may execute a computer program for using the three-dimensional object image scanner 1 and function as the above-described input device and output device. In that case, the control device 9 receives input of information for performing scanning processing from the terminal 61 and outputs the result of the scanning processing to the terminal 61 .
  • the movable distance (stroke) of the scanner head 8 is, for example, 520 mm in the X-axis direction, 750 mm in the Y-axis direction, and 260 mm in the Z-axis direction. Therefore, the effective capturing range in XY scanning is X: 520*Y: 750*Z: 260 [mm]. That is, in XY scanning, the maximum size of the subject S whose entire image can be scanned is 520 mm in diameter and 750 mm in height.
  • the movable distance (stroke) of the rotary table 4 in the Z-axis direction is 100 mm. Therefore, the effective capture range in rotational scanning is ⁇ : 700 x Y: 750 x Z: 260 [mm]. That is, in rotational scanning, the maximum diameter of the subject S whose entire image can be scanned is 700 mm. Since the turntable 4 can be moved in the Z-axis direction in this manner, it is possible to photograph a subject S having a larger diameter.
  • the rotation direction of the rotary table 4 (that is, the rotation direction of the subject S) may be a specific one direction.
  • the specific one direction is, for example, clockwise when viewed from above, as indicated by an arrow 62 in FIG.
  • Rotating the object S clockwise means that the scanner head 8 scans the surface of the object S from left to right. This is convenient for creating an orthographic image of subject S using a common image format. This is also convenient when performing texture mapping of a three-dimensional model of the subject S using an orthographic projection image of the subject S, as will be described later.
  • FIG. 1 the scanning process executed by the three-dimensional object image scanner 1 will be described with reference to FIGS. 2 to 5.
  • FIG. 1 is a diagrammatic representation of the three-dimensional object image scanner 1
  • FIG. 2 is a flowchart of scanning processing executed by the three-dimensional object image scanner 1 including the terminal 61.
  • FIG. FIG. 3 is a diagram showing a scanning condition setting screen 10 for scanning processing displayed on the display screen of the terminal 61. As shown in FIG.
  • a preview image of the subject S placed on the table 4B is obtained (step 100).
  • the acquisition of the preview image is executed by the user clicking the preview button 11 on the scan condition setting screen 10 (FIG. 3) displayed on the output means (not shown).
  • the scan condition setting screen 10 has a preview button 11, a scan button 12, a scan setting section 20, a visible light image display section 30, and an infrared light image display section 40.
  • the control device 9 executes XY scanning, and displays the visible light image S1 and the infrared light image S2 of the subject S on the visible light image display section 30 and the infrared light image display section 40. indicate.
  • the table 4B is also displayed on the visible light image display section 30 and the infrared light image display section 40 (step 102).
  • the user selects the start position 21, the capture height 22, the bottom position 23, the pottery height 24, the ⁇ bottom 25, the ⁇ top 26, and the Z-axis range. 27.
  • the start position 21 is the height (Y-axis) position at which image capture is started.
  • the capture height 22 is the height (distance in the Y-axis direction) from the height position at which image capture starts to the height position at which image capture ends.
  • the bottom surface position 23 is the height position of the bottom surface of the earthenware (subject S).
  • the earthenware height 24 is the height (distance in the Y-axis direction) from the bottom surface to the upper surface of the earthenware (subject S).
  • the ⁇ bottom surface 25 is the diameter of the bottom surface of the earthenware (subject S).
  • the ⁇ upper surface 26 is the diameter of the upper surface of the earthenware (subject S).
  • the Z-axis range 27 is the displacement range of the object region R in the Z-axis direction when the scanner head 8 acquires an image (the starting Z-axis position and the ending Z-axis position (the rotation center axis 31 is the origin on the Z-axis). )).
  • the start position 21 is 50.0 mm
  • the intake height 22 is 450 mm
  • the bottom position 23 is 75 mm
  • the pottery height 24 is 300 mm
  • the ⁇ bottom surface 25 is 200 mm
  • the ⁇ top surface 26 is 300 mm.
  • the Z-axis range 27 has a starting position of 150 mm and an ending position of 100 mm. That is, the scanner head 8 scans the Z-axis range of the subject S from 150 to 100 mm from the central axis 31 in the Z-axis direction.
  • lines 32 and 33 representing the central axis 31, the start position 21 and the capture height 22, the bottom position 23, Lines 34 representing earthenware height 24, ⁇ bottom 25, and ⁇ top 26 are displayed.
  • the visible light image display section 30 and the infrared light image display section 40 are each divided into a plurality of bands B1 to B5 based on the length (effective length) of the object region R in the Y-axis direction.
  • Boundary lines K are shown at the boundaries of adjacent bands B1 to B5.
  • a line 33 representing the intake height 22 is shown at the boundary between the band B3 and the band B4.
  • the length of the bands B1 to B5 in the Y-axis direction is 150 mm.
  • the length in the Y-axis direction is 750 mm.
  • the user sets the diameter of the subject S, capture resolution [ppi], and exposure time [ms] in scan mode 28 .
  • the diameter of the subject S is ⁇ 300
  • the capture resolution is 400 ppi
  • the exposure time is 2.5 ms.
  • the layer setting 29 divides the range of 150-100 of the Z-axis range 27 into a plurality of layers (layers L1 to L6 in FIG. 4) with different Z coordinates.
  • the thickness of each layer is less than or equal to the depth of field. In the illustrated example, the depth of field is 10 mm and the Z-axis range 27 is 50 mm. Become. Therefore, as shown in FIG. 4, the range Q of 150-100 of the Z-axis range 27 is divided into layers L1-L6.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation of scanning the subject S with the scanner head 8 in rotational scanning.
  • the rotation scan processing will be explained based on FIGS. 2 and 4.
  • Rotational scanning is performed with the scanner head 8 arranged with respect to the subject S so that the central axis 31 is located in front of the scanner head 8 .
  • an unperformed layer is selected (step 106).
  • the control device 9 selects the layer L1, and selects B1, which is an unexecuted band in the layer L1 (step 108).
  • Controller 9 moves scanner head 8 to a position suitable for band B1 and layer L1 (step 110).
  • the control device 9 rotates the object S around the central axis 31 by the rotary table 4, for example, clockwise in plan view, for example, by one turn or more (360 degrees or more), and rotates the object S by the scanner head 8.
  • An image of S is taken all around (step 112).
  • a plurality of image data with different rotation angles sequentially output from the scanner head 8 are stored in the control device 9 .
  • the control device 9 determines whether or not all bands have been photographed on the selected layer L1 (step 114). If it is determined that imaging has not been performed for all bands (step 114: No), the control device 9 returns to step 108, selects a band that has not been performed, and repeats the processing of steps 110 and 112. When it is determined that all bands have been photographed (step 114: Yes), the control device 9 determines whether or not all layers have been photographed (step 116). If it is determined that all layers have been photographed (step 116: No), the control device 9 returns to step 106, selects an unexecuted layer, and repeats the processing of steps 108-114. If it is determined that all layers have been photographed (step 116 : Yes), the control device 9 proceeds to step 118 .
  • the control device 9 detects and integrates in-focus pixel data focused on the outer peripheral surface of the subject S from the stored image data of all the layers L1 to L6 and all the bands B1 to B3, A rectangular image 50 (see FIG. 5) of the surface is formed (step 118).
  • the rectangular image corresponds to the entire outer peripheral surface image (orthographic projection image) of the subject S obtained by the Lambert Equal Area Cylindrical Projection.
  • the control device 9 converts the rectangular image 50 of the entire outer peripheral surface of the object S into an annular fan-shaped image 51 (see FIG. 5) (step 120).
  • the controller 9 stores the rectangular image 50 and the annular fan-shaped image 51 and outputs them to output means (not shown) (step 122).
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of image processing in rotational scanning.
  • a rectangular image 50 of the entire outer peripheral surface of the subject S is created based on the in-focus pixel data obtained for the subject S through the processing of steps 106 to 116 in FIG.
  • the ratio (dimension ratio) of the long side length ⁇ 2 of the rectangular image 50 and the short side length ⁇ 2 of the rectangular image 50 is equal to the ratio (dimension ratio) between the length ⁇ 1 of the circumference of the upper surface of the subject S and the height ⁇ 1 of the subject S. Therefore, in the rectangular image 50, the long side corresponding to the bottom side of the subject S has the same length as the long side of the top side of the subject S.
  • FIG. As a result, for example, when characters A to E are written in order from the upper side on the side surface of the subject S in FIG. widen and distorted.
  • the rectangular image 50 is converted into an annular sector image 51 .
  • the ratio (dimensional ratio) of the outer circular arc length ⁇ 2, the inner circular arc length ⁇ 2, and the radial width ⁇ 2 is equal to the circumference length ⁇ 1 of the upper surface of the subject S.
  • the length ⁇ 1 of the circumference of the bottom surface of the object S and the height ⁇ 1 of the object S are equal to the ratio (dimension ratio). This makes it possible to provide an annular fan-shaped image 51 when the subject S is viewed from the side.
  • the widths of the characters A to E are configured to be substantially the same, and the distortion of the characters A to E is corrected to a lesser extent.
  • the width ⁇ 2 in the radial direction may be associated with the straight line distance ⁇ 3 connecting the top surface and the bottom surface of the subject S. , to the horizontal width ⁇ 4 between the top surface and the bottom surface.
  • FIG. 6 shows (a) an orthographic projection image 52 when an actual earthenware is XY-scanned by the three-dimensional object image scanner 1, and (b) a rectangular image (orthographic projection image) 53 and (c) when rotational scanning is performed. It is an annular fan-shaped image 54 .
  • the pottery is a Jomon pottery with a tapered shape whose diameter decreases toward the bottom.
  • FIG. 6(b) in the rectangular image 52, it can be seen that the shape of the surface pattern expands in the horizontal direction as it goes downward, and is considerably distorted.
  • the annular fan-shaped image 53 of FIG. 6(c) the distortion of the surface pattern in the lower half of the bottom surface side is considerably eliminated, and the overall pattern has a shape close to the real thing and is natural. In this way, the three-dimensional object image scanner 1 can create an all-round image with little distortion suitable for observing the entire circumference of a three-dimensional object.
  • FIG. 7 shows an example of a system and method for creating and displaying a texture-mapped three-dimensional view of a subject using the three-dimensional object image scanner 1 according to the embodiment described above.
  • this three-dimensional view system 80 has the three-dimensional object image scanner 1 according to the above-described embodiment, a three-dimensional object shape measuring device 82, and a three-dimensional computer graphics (3DCG) device 84.
  • a three-dimensional object shape measuring device 82 optically measures the subject S and creates three-dimensional shape data 86 of the subject S.
  • FIG. The three-dimensional object shape measuring device 82 includes, for example, a photogrammetry device having a camera, or a distance measuring device such as LiDAR or radar, and measures the distance from these devices to many points on the outer surface of the subject S. By doing so, three-dimensional shape data 86 (for example, three-dimensional multipoint data or three-dimensional mesh data) of the subject S is created.
  • a specific model of a commercially available mobile phone or personal computer incorporates a three-dimensional object shape measuring device 82 , so that model may be used with this system 80 .
  • the 3DCG device 84 inputs the three-dimensional shape data 86 of the subject S created by the three-dimensional object shape measuring device 82 and the rectangular image data set 90 of the subject S created by the three-dimensional object image scanner 1 .
  • the 3DCG device 84 texture-maps the outer surface of the three-dimensional shape data 86 with the rectangular image data set 90 to create a texture-mapped three-dimensional view 88 of the subject S for display or output. .
  • the 3DCG device 84 can be, for example, a computer with a CPU 130, a storage 132, and a display screen 134, which stores in the storage 132 a computer program 136 for creating a three-dimensional view 88, which computer program 136 can be executed by the CPU 130 to create a three-dimensional view 88 and display the three-dimensional view 88 on the display screen 134 .
  • the computer terminal 61 of the three-dimensional object image scanner 1 shown in FIG. 1 or another computer terminal may be used as the 3DCG device 84.
  • FIG. 8A shows an example of the data structure of the rectangular image data set 90 shown in FIG.
  • a rectangular image data set 90 is a portion of the object S to be photographed (the portion to be photographed is an example of In this example, it is the entire subject S, but it may be a part of the subject S), and scan condition setting data 94 indicating setting values of various condition items applied at the time of photographing.
  • the scan condition setting data 94 includes various condition items set by the user on the scan condition setting screen 10 as shown in FIG. , Z-axis range, scan mode, and layer settings. However, not all setting values of these condition items must be included.
  • the scan condition setting data 94 only needs to include identifiable data (for example, starting position, captured height, bottom position, and pottery height).
  • a rectangular image data set 90 shown in FIG. 8A is an example when the subject S is a coffee cup as shown in FIG.
  • rectangular image 92 includes an orthographic image 96 of body 72 of subject S, which is a coffee cup, and an orthographic image 98 of handle 74 .
  • the rectangular image data set 90 shown in FIG. 8A has the meaning shown in FIG. 8B.
  • the dimension (height) of the short side of the rectangular image 92 is the capture height y2.
  • the dimension (height) of the short side of the orthographic projection images 96 and 98 of the subject S in the rectangular image 92 is the earthenware height y5.
  • the rectangular image 92 includes the entire appearance image of the subject S, but this is not necessarily the case. For example, if the portion of the subject S to be texture-mapped is only a portion of the subject S, the rectangular image 92 may include an appearance image of only that portion.
  • FIG. 9 shows the flow of the process of creating a three-dimensional view of the subject S performed by the 3DCG device 84 shown in FIG.
  • the 3DCG device 84 inputs the three-dimensional shape data 86 of the subject S created by the three-dimensional object shape measuring device 82 in step 200 .
  • the three-dimensional shape data 86 of the subject S expresses the three-dimensional shape of the subject S, and is, for example, multi-point data including three-dimensional coordinate values of multiple points on the outer surface of the subject S, mesh data, or the like. good.
  • the 3DCG device 84 inputs the rectangular image data set 90 of the subject S created by the three-dimensional object image scanner 1.
  • the rectangular image data set 90 is expressed as three-dimensional cylinder data for ease of understanding. is a set.
  • the 3DCG device 84 texture-maps the three-dimensional shape data 86 by a cylindrical mapping method using the rectangular image data set 90 as a texture image.
  • This texture mapping process is actually performed mathematically, but for the sake of clarity, a physical explanation is as follows.
  • step 202 the rectangular image data set (three-dimensional cylinder data) 90 and the three-dimensional shape data 86 are made so that the central axis 31 and starting angle 70 of the former match the central axis and starting angle 70 of the latter, respectively. placed on top of each other.
  • the method of matching the central axis and starting angle of both of them includes, for example, the pattern represented by the images 96 and 98 of the subject S in the rectangular image data set (three-dimensional cylinder data) 90, and the three-dimensional shape data 86.
  • a method of matching between the two by comparing the concave and convex patterns a method in which the user designates the central axis and the starting angle of the three-dimensional shape data 86, and assigns them to the central axis 31 and the starting angle 70 of the three-dimensional cylindrical body data 90. There may be a method for making them match each other.
  • the color value of each pixel 300 of the images 96 and 98 of the subject S in the three-dimensional cylinder data 90 is the most of the three-dimensional shape data 86 that intersects a perpendicular line 302 drawn from each pixel 300 to the central axis 31 .
  • a point 304 located on the outside is given. The process of step 204 is performed for all pixels of images 96 and 98 of subject S. FIG.
  • a three-dimensional view 88 of the subject S is created by cylindrically mapping the images 96 and 98 of the subject S onto the three-dimensional shape data 86 of the subject S.
  • the 3DCG device 84 displays its three-dimensional view 88 on its display screen 134 .
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications.
  • the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations.
  • it is possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment.

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Abstract

立体物の全外周の観察に適した歪みの少ない全周画像を作成することができる立体物イメージスキャナを提供する。　立体物イメージスキャナは、回転テーブルと、テレセントリックレンズ系を有するスキャナヘッドと、スキャナヘッドを移動させる移動手段と、被写体の画像データを処理する制御装置とを備える。制御装置は、中心軸が前記テレセントリックレンズ系の正面に位置するようにスキャナヘッドを配置した状態で、中心軸周りに被写体を回転させながら、スキャナヘッドから逐次に出力される回転角の異なる複数の画像データを取得し、複数の画像データの中から被写体に焦点の合った画素データを検出し、検出された画素データを統合して、被写体の撮影したい部分の外観を表す長方形画像を作成し、長方形画像を、被写体の撮影したい部分の上面寸法と底面寸法と高さ寸法とに基づく環状扇形画像に変換する。

Description

立体物イメージスキャナ
　本発明は、立体物の外表面を光学的にスキャンしてその外観画像を作成する立体物イメージスキャナに関する。
　特許文献１は、３次元物体の正射影画像を形成する方法が開示されている。その方法は、テレセントリック光学系を備えたカメラによって３次元物体を相対走査し、この走査において得られる画像光のうち、所定の光線を選択してこれを画像情報として記憶する。この記憶情報を処理して、光学系の被写界深度内にある画像光を抽出することにより、３次元物体の正射影画像を形成する。
　特許文献２は、立体物の正射投影画像を得るためのイメージスキャナが開示されている。その装置は、イメージセンサとイメージセンサから観察方向に離れた位置にあるターゲット平面領域との間に配置され、ターゲット平面領域の像をイメージセンサ上に結像するテレセントリック結像系を備える。被写体が配置される被写空間中でターゲット平面領域を３次元方向に移動させ、照明光のターゲット平面領域への入射角の分布範囲がターゲット平面領域のあらゆる点で一定になるように照明光の方向を規制しながら、ターゲット平面領域に照明光を照射する。ターゲット平面領域が被写空間中を移動している間にイメージセンサから逐次に出力される画像データを入力し、入力された画像データの中から被写体にピントの合った画素データを検出し、検出された画素データを集めて被写体の正射投影画像を合成する。
特開昭５５－１６４８２３号公報 特開２００６－３８４７６号公報
　考古学、歴史学、美術学などの分野で研究対象とされる器、壺、瓶、碗などの物品は、その側面の３６０度全周に模様や装飾が施されていることが多い。このような物品の模様や装飾の観察に適した３６０度全周の画像を得たいという要求が研究者間に存在する。
　しかし、これらの物品の形状は、すべての高さ位置で径寸法が一定の単純な円筒形であることは滅多になく、径寸法が高さ位置で異なる複雑な立体形状である。そのため、テレセントリック光学系を備えたカメラ（イメージセンサ）を用いて、この種の物品を光学的にスキャンして、その正射投影画像を生成した場合、得らえた正射投影画像上で、模様や装飾の形状が歪んでしまい、それらの観察に不便である。
　本発明の目的は、立体物の全外周の観察に適した歪みの少ない全周画像を作成することができる立体物イメージスキャナを提供することにある。本発明の他の目的は、以下の説明から明らかになるであろう。
　一実施形態に従う立体物イメージスキャナは、被写体を所定の中心軸周りに回転可能な回転テーブルと、テレセントリックレンズ系を有し、前記テレセントリックレンズ系の正面の被写空間のイメージを取得するスキャナヘッドと、前記スキャナヘッドを前記被写空間に対して相対的に移動させる移動手段と、前記回転テーブル、前記スキャナヘッド、及び前記移動手段を制御し、前記被写体の画像データを処理する制御装置と、を備える。
　前記制御装置は、
　　前記中心軸が前記テレセントリックレンズ系の正面に位置するように前記スキャナヘッドを配置した状態で、前記中心軸周りに前記被写体を回転させながら、前記スキャナヘッドから逐次に出力される回転角の異なる複数の画像データを取得し、
　　前記複数の画像データの中から前記被写体に焦点の合った画素データを検出し、検出された前記画素データを統合して、前記被写体の撮影したい部分の外観を表す長方形画像を作成し、
　　前記長方形画像を、前記被写体の撮影したい部分の上面寸法と底面寸法と高さ寸法とに基づく環状扇形画像に変換する。
　前記制御装置は、前記被写体の撮影したい部分と、前記上面寸法、前記底面寸法、及び前記高さ寸法をユーザに設定させてもよい。
　前記環状扇形画像は、その外側の円弧の寸法とその内側の円弧の寸法とその径方向の幅の寸法との寸法比が、前記上面寸法と前記底面寸法と前記高さ寸法との寸法比と等しく構成されていてもよい。
　前記制御装置は、前記長方形画像及び前記環状扇形画像を出力してもよい。
　前記回転テーブルは、前記スキャナヘッドの撮影方向に沿って移動可能であってもよい。
　一実施形態にかかる立体物イメージスキャナは、立体物の全外周の観察に適した歪みの少ない全周画像を作成することができる。
本発明の一実施形態に係る立体物イメージスキャナの全体構成である。 図１の立体物イメージスキャナによって実行されるスキャニング処理のフローチャートである。 スキャニング処理のスキャン条件設定画面を示す図である。 回転スキャンにおいて、被写体をスキャナヘッドによりスキャンする動作の説明図である。 回転スキャンにおける画像処理の説明図である。 立体物イメージスキャナにより実物の土器をＸＹスキャンしたときの（ａ）正射投影画像と、回転スキャンしたときの（ｂ）長方形画像（正射投影画像）及び（ｃ）環状扇形画像である。 立体物イメージスキャナを用いて、テクスチャマップされた被写体の三次元ビューを作成するためのシステムと方法の例を示すブロック線図である。 立体物イメージスキャナから出力される長方形画像データセットのデータ構造の例を示す図である。 図８Ａに示した長方形画像データセットの例の意味を説明する図である。 図８Ａに示した長方形画像データセットの例が意味する三次元円筒データを示す図である。 図７に示されたシステム例において、３ＤＣＧ装置が行うプロセスのフローを示す図である。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
　図１は、本発明の一実施形態に係る立体物イメージスキャナ１の全体構成である。
　図１に示すように、立体物イメージスキャナ１は、床上に設置されるプラットフォーム２を有する。以下の説明では、３次元的な位置関係を説明する都合から、図１に示すようなＸ、Ｙ、Ｚ軸をもつ直交三次元座標系が定義される。ここで、Ｙ軸は鉛直方向（高さ方向）であり、Ｘ軸とＺ軸は水平方向である。
　プラットフォーム２上に、柱状のＺ軌道３がＺ軸と平行に敷設されている。Ｚ軌道３上に、回転テーブル４が取付けられている。回転テーブル４は、回転駆動部４Ａと、テーブル４Ｂとを有する。回転駆動部４Ａは、電動自走装置（図示せず）を内蔵して、Ｚ軌道３の長さの範囲内でＺ軸と平行な方向（横方向）に往復移動することができる。テーブル４Ｂは、回転駆動部４Ａの図示せぬ回転シャフトに固定され、この回転シャフトと共に中心軸３１を中心に回転するように構成されている。テーブル４Ｂの上方の被写体Ｓが配置される空間を、被写空間Ａと呼ぶ。被写体Ｓは、本実施形態では例えば土器、壷、花器のような水平断面が概略円形の立体被写体である。
　プラットフォーム２上に、柱状のＸ軌道５がＸ軸と平行に敷設されている。Ｘ軌道５上に、柱状のＹ軌道６がＹ軸と平行に取付けられている。Ｙ軌道６に、柱状のキャリッジ７がＺ軸に平行に取り付けられる。Ｙ軌道６は、電動自走装置（図示せず）を内蔵して、Ｘ軌道５の長さの範囲内でＸ軸と平行な方向（奥行き方向）に往復移動することができる。キャリッジ７も電動自走装置（図示せず）を内蔵して、Ｙ軌道６の長さの範囲内でＹ軸と平行な方向（高さ方向）に往復移動することができるとともに、それ自身の長さの範囲内でＺ軸と平行な方向（横方向）にも往復移動することができる。結果として、キャリッジ７は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸に沿って三次元的に移動することができる。
　キャリッジ７には、スキャナヘッド８と図示せぬ照明装置が固定される。スキャナヘッド８は、被写空間Ａ内に配置される被写体Ｓを三次元的にスキャンするための光学装置であり、Ｚ軸と平行に配列されたテレセントリック結像ユニットと可変絞りユニットとイメージセンサユニットとを有する。スキャナヘッド８は、可視光画像及び赤外光画像を撮像可能である。
　イメージセンサユニットは、Ｙ軸と平行に配置されたリニアな（直線状の）リニアイメージセンサを内蔵する。リニアイメージセンサは、例えば８μｍピッチでＹ軸と平行に一直線に配列された例えば３０００画素以上の光電変換素子アレイと、光電変換素子アレイから出力されるアナログの電圧信号をデジタルの画素データに変換するＡ／Ｄ変換デバイスとを有する。
　テレセントリック結像ユニットは、テレセントリックレンズ系を内蔵し、その光軸がＺ軸と平行になるようにして、Ｚ軸の正の方向（撮影方向）を向いて配置されている。テレセントリック結像ユニットは、その前端から光軸に沿って撮影方向へ所定距離（ワーキングディスタンス）だけ離れた位置にあるＹ軸と平行な所定長さの直線状の（つまりリニアな）領域（以下、被写領域Ｒという）の像を、イメージセンサユニット内のリニアイメージセンサ上に結像するようになっている。つまり、スキャナヘッド８は、被写領域Ｒにピントが合った状態になっている。被写領域Ｒは、詳細には、対物レンズのＹ軸方向の長さと、ワーキングディスタンスと、被写界深度とにより規定される領域である。本実施形態では、スキャナヘッド８のワーキングディスタンスは２８８ｍｍであり、被写界深度は、１０ｍｍである。
　可変絞りユニットは、テレセントリック結像ユニット内に配置され、開度が可変な開口絞り（以下、可変絞りという）を内蔵する。可変絞りユニットは、上述したリニアイメージセンサへの入力光量の調整や被写界深度の調整に使用される。
  上述したスキャナヘッド８は、キャリッジ７の移動によってＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の方向に三次元的に移動し、それと一緒に被写領域Ｒも移動する。テレセントリックレンズ系を結像光学系として使うことにより、被写体Ｓの正射投影画像を得ることが可能になる。立体物イメージスキャナ１は、ＸＹスキャン機能と、回転スキャン機能とを有する。ＸＹスキャン機能は、被写体Ｓを回転テーブル４により回転させない状態で、スキャナヘッド８をＸＹ平面に沿って移動させて被写体ＳのＸＹ面の平面画像を得る機能である。回転スキャン機能は、被写体Ｓを回転テーブル４により回転させ、スキャナヘッド８をＹＺ平面に沿って移動させて被写体Ｓの全外周面の長方形画像及び環状扇形画像（展開画像）を得る機能である。
　プラットフォーム２上に、コンピュータや電源回路やその他の電気・電子回路を内蔵した制御装置９が設置される。制御装置９は、回転駆動部４Ａ、Ｘ軌道５、Ｙ軌道６とキャリッジ７内の電動自走装置、スキャナヘッド８内のリニアイメージセンサ、及び図示せぬ照明装置などに、信号ケーブル及び電力ケーブルを介して電気的に接続される。制御装置９は、回転駆動部４Ａを駆動し制御することにより、テーブル４Ｂを回転させる機能をもつ。制御装置９は、Ｘ軌道５、Ｙ軌道６とキャリッジ７内の電動自走装置を駆動し制御することにより、キャリッジ７の三次元的な移動と位置を制御する（ひいては、スキャナヘッド８による被写体Ｓのスキャニングを制御する）機能をもつ。制御装置９は、さらに、スキャナヘッド８により被写体Ｓをスキャニングしている間、スキャナヘッド８内のリニアイメージセンサから逐次に出力される画像データを入力し、それらの画像データを処理することにより、被写体の正射投影画像（長方形画像及び環状扇形画像（展開画像））を合成する機能をもつ。
　立体物イメージスキャナ１は、後述のスキャニング処理を行うためにユーザに操作されるキーボードやマウス等を含む入力装置と、データを表示するディスプレイ等を含む出力装置と、データをそれらの装置と入出力するための外部出力端子（図示せず）とを備える。例えば、制御装置９が上述した外部出力端子６０を有し、その外部出力端子６０に、ユーザが使用するパーソナルコンピュータのような端末６１に接続される。端末６１が、立体物イメージスキャナ１を使用するためのコンピュータプログラムを実行して、上述した入力装置と出力装置として機能するようになっていてよい。その場合、制御装置９は、端末６１からスキャニング処理を行うための情報の入力の受け付け、およびその端末６１に対してスキャニング処理の結果を出力する。
　スキャナヘッド８の移動可能距離（ストローク）は、例えばＸ軸方向で５２０ｍｍ、Ｙ軸方向で７５０ｍｍ、Ｚ軸方向で２６０ｍｍである。このため、ＸＹスキャンにおける有効取込範囲は、Ｘ：５２０×Ｙ：７５０×Ｚ：２６０［ｍｍ］である。すなわち、ＸＹスキャンにおいて、その全体像がスキャン可能な被写体Ｓの最大サイズは、その直径が５２０ｍｍで高さが７５０ｍｍである。
　回転テーブル４のＺ軸方向の移動可能距離（ストローク）は、１００ｍｍである。このため、回転スキャンにおける有効取込範囲は、φ：７００×Ｙ：７５０×Ｚ：２６０［ｍｍ］である。すなわち、回転スキャンにおいて、その全体像がスキャン可能な被写体Ｓの最大直径は７００ｍｍである。このように、回転テーブル４のＺ軸方向の移動可能であるので、より大きな直径を有する被写体Ｓの撮影が可能となる。回転テーブル４の回転方向（つまり被写体Ｓの回転方向）は、特定の一方向であってよい。その特定の一方向とは、例えば、図１に矢印６２で示されるように、上から見た平面視で右回りである。被写体Ｓを右回りで回転させることは、スキャナヘッド８が被写体Ｓの表面を左から右へスキャニングすることを意味する。これは、被写体Ｓの正射投影画像を一般的な画像フォーマットを用いて作成するのに都合が良い。これは、また、後述するように、被写体Ｓの正射投影画像を用いて被写体Ｓの三次元モデルのテクスチャマッピングを行なう場合にも都合が良い。
　次に、立体物イメージスキャナ１によって実行されるスキャニング処理について図２～図５に基づき説明する。
　図２は、端末６１を含む立体物イメージスキャナ１によって実行されるスキャニング処理のフローチャートである。
　図３は、端末６１のディスプレイスクリーンに表示されるスキャニング処理のスキャン条件設定画面１０を示す図である。
　まずテーブル４Ｂ上に置かれた被写体Ｓのプレビュー画像を取得する（ステップ１００）。プレビュー画像を取得は、ユーザが、図示せぬ出力手段に表示されたスキャン条件設定画面１０（図３）のプレビューボタン１１をクリックすることにより実行される。
　図３に示すように、スキャン条件設定画面１０は、プレビューボタン１１、スキャンボタン１２、スキャン設定部２０、可視光画像表示部３０、赤外光画像表示部４０を有する。
　プレビューボタン１１をクリックすることにより、制御装置９は、ＸＹスキャンを実行し、可視光画像表示部３０及び赤外光画像表示部４０に、被写体Ｓの可視光画像Ｓ１及び赤外光画像Ｓ２を表示する。テーブル４Ｂも可視光画像表示部３０及び赤外光画像表示部４０に表示される（ステップ１０２）。
　ユーザは、端末６１のディスプレイスクリーン上のスキャン条件設定画面１０のスキャン設定部２０において、開始位置２１、取込高２２、底面位置２３、土器高２４、φ底面２５、φ上面２６、Ｚ軸範囲２７、スキャンモード２８、レイヤ設定２９を設定し、スキャンボタン１２をクリックする（図２のステップ１０４）。開始位置２１は、画像取込を開始する高さ（Ｙ軸）位置である。取込高２２は、画像取込みを開始する高さ位置から終了する高さ位置までの高さ（Ｙ軸方向の距離）である。底面位置２３は、土器（被写体Ｓ）の底面の高さ位置である。土器高２４は、土器（被写体Ｓ）の底面から上面まで高さ（Ｙ軸方向の距離）である。開始位置２１と取込高２２と底面位置２３と土器高２４の設定により、被写体Ｓの高さ（Ｙ軸）方向のどの範囲が撮影したい部分であり、それが出力画像の高さ方向のどの範囲に存在するのか、が定義される。φ底面２５は、土器（被写体Ｓ）の底面の直径である。φ上面２６は、土器（被写体Ｓ）の上面の直径である。Ｚ軸範囲２７は、スキャナヘッド８が画像を取得する時の被写領域ＲのＺ軸方向の変位範囲（開始のＺ軸位置及び終了のＺ軸位置（回転中心軸３１がＺ軸上の原点））である。図示の例では、開始位置２１を５０．０ｍｍ、取込高２２を４５０ｍｍ、底面位置２３を７５ｍｍ、土器高２４を３００ｍｍ、φ底面２５を２００ｍｍ、φ上面２６を３００ｍｍとしている。Ｚ軸範囲２７は開始位置１５０ｍｍ及び終了位置１００ｍｍとしている。すなわち、スキャナヘッド８により、Ｚ軸方向において中心軸３１から１５０－１００ｍｍの被写体ＳのＺ軸範囲がスキャンされる。
　これらの設定により、ディスプレイスクリーン上の可視光画像表示部３０及び赤外光画像表示部４０上に、中心軸３１、開始位置２１及び取込高２２を表す線３２、３３と、底面位置２３、土器高２４、φ底面２５、及びφ上面２６を表す線３４が表示される。可視光画像表示部３０及び赤外光画像表示部４０は、被写領域ＲのＹ軸方向の長さ（有効長）に基づいて、それぞれ複数のバンドＢ１～Ｂ５に分割されている。隣り合うバンドＢ１～Ｂ５の境界には境界線Ｋが示されている。なお、バンドＢ３とバンドＢ４との境界には、取込高２２を表す線３３が示されている。図示の例では、バンドＢ１～Ｂ５のＹ軸方向の長さ（被写領域ＲのＹ軸方向の長さ）は、１５０ｍｍであり、可視光画像表示部３０及び赤外光画像表示部４０のＹ軸方向の長さは、７５０ｍｍである。
　ユーザは、スキャンモード２８において、被写体Ｓの直径、取込解像度［ｐｐｉ］、露光時間［ｍｓ］を設定する。図示の例では、被写体Ｓの直径をφ３００、取込解像度を４００ｐｐｉ、露光時間を２．５ｍｓとしている。これらを設定することによりテーブル４Ｂの回転速度が決定される。
　レイヤ設定２９では、レイヤ数又はレイヤ間隔を設定する。レイヤ設定２９により、Ｚ軸範囲２７の１５０－１００の範囲が、Ｚ座標が異なる複数枚のレイヤ（図４のレイヤＬ１～Ｌ６）に分割される。各レイヤの厚さは、被写界深度以下である。図示の例では、レイヤ数は、被写界深度が１０ｍｍであり、Ｚ軸範囲２７が５０ｍｍであるので、「レイヤ数＝Ｚ軸範囲／被写界深度＋１」の式により、「６」となる。よって、図４に示すように、Ｚ軸範囲２７の１５０－１００の範囲Ｑは、レイヤＬ１～Ｌ６に分割される。
　図４は、回転スキャンにおいて、被写体Ｓをスキャナヘッド８によりスキャンする動作の説明図である。
　回転スキャンの処理について図２、４に基づき説明する。回転スキャンは、中心軸３１がスキャナヘッド８の正面に位置するようにスキャナヘッド８を被写体Ｓに対して配置した状態で実行される。回転スキャンでは、未実施レイヤが選択される（ステップ１０６）。制御装置９は、レイヤＬ１を選択し、レイヤＬ１において未実施バンドであるＢ１を選択する（ステップ１０８）。制御装置９は、バンドＢ１及びレイヤＬ１に適した位置にスキャナヘッド８を移動させる（ステップ１１０）。この状態で、制御装置９は、回転テーブル４により被写体Ｓを、中心軸３１周りに例えば平面視で右回りに、例えば１周以上（３６０度以上）回転させて、スキャナヘッド８により回転する被写体Ｓを全周にわたって撮影する（ステップ１１２）。スキャナヘッド８から逐次に出力される回転角の異なる複数の画像データは、制御装置９に保存される。
　制御装置９は、選択したレイヤＬ１において全バンドの撮影が実行されたか否かを判断する（ステップ１１４）。全バンドの撮影が実行されていないと判断された場合（ステップ１１４：Ｎｏ）、制御装置９は、ステップ１０８に戻って未実施のバンドを選択し、ステップ１１０、１１２の処理を繰り返す。全バンドの撮影が実行されたと判断された場合（ステップ１１４：Ｙｅｓ）、制御装置９は、全レイヤの撮影が実行されたか否かを判断する（ステップ１１６）。全レイヤの撮影が実行されたと判断された場合（ステップ１１６：Ｎｏ）、制御装置９は、ステップ１０６に戻って未実施のレイヤを選択し、ステップ１０８－１１４の処理を繰り返す。全レイヤの撮影が実行されたと判断された場合（ステップ１１６：Ｙｅｓ）、制御装置９は、ステップ１１８へ進む。
　制御装置９は、保存された全レイヤＬ１～Ｌ６及び全バンドＢ１～Ｂ３の画像データから、被写体Ｓの外周面に焦点が合った合焦点画素データを検出し統合して、被写体Ｓの全外周面の長方形画像５０（図５参照）を形成する（ステップ１１８）。当該長方形画像は、ランベルト正積円筒図法により得られた被写体Ｓの全外周面画像（正射投影画像）に相当する。制御装置９は、被写体Ｓの全外周面の長方形画像５０を環状扇形画像５１（図５参照）に変換する（ステップ１２０）。制御装置９は、長方形画像５０及び環状扇形画像５１を記憶し、出力手段（図示せず）に出力する（ステップ１２２）。
　図５は、回転スキャンにおける画像処理の説明図である。
　図５に示すように、被写体Ｓに対する図３のステップ１０６～１１６の処理により得られた合焦点画素データに基づき、被写体Ｓの全外周面の長方形画像５０が作成される。被写体Ｓの寸法を、上面の直径α１、底面の直径β１、高さγ１とした場合、長方形画像５０の長辺の長さα２と長方形画像５０の短辺の長さγ２の比（寸法比）は、被写体Ｓの上面の円周の長さπα１と被写体Ｓの高さγ１の比（寸法比）と等しく構成されている。このため、長方形画像５０において、被写体Ｓの底面側に相当する長辺は、被写体Ｓの上面側の長辺と同じ長さになる。この結果、例えば、図５の被写体Ｓの側面に上側から順にＡ～Ｅの文字が記載されている場合、長方形画像５０のＡ～Ｅの文字は、それらのうち下側の文字ほどその幅が広くなり歪んでしまう。
　ステップ１２０において、長方形画像５０を環状扇形画像５１に変換する。環状扇形画像５１において、その外側の円弧の長さα２とその内側の円弧の長さβ２とその径方向の幅γ２の比（寸法比）は、被写体Ｓの上面の円周の長さπα１と被写体Ｓの底面の円周の長さπβ１と被写体Ｓの高さγ１の比（寸法比）と等しく構成されている。これにより、被写体Ｓを側方から観察したときの環状扇形画像５１を提供することができる。この結果、環状扇形画像５１では、Ａ～Ｅの文字の幅がほぼ同じに構成され、Ａ～Ｅの文字の歪みがより少なく修正される。なお、径方向の幅γ２は、被写体Ｓの上面と底面とを結ぶ直線距離γ３に対応付けてもよいし、鉛直方向に対する上面と底面とを結ぶ線分の角度が４５°以上の場合には、上面と底面との水平方向の幅γ４に対応付けてもよい。
　図６は、立体物イメージスキャナ１により実物の土器をＸＹスキャンしたときの（ａ）正射投影画像５２と、回転スキャンしたときの（ｂ）長方形画像（正射投影画像）５３及び（ｃ）環状扇形画像５４である。
　当該土器は、図６（ａ）の正射投影画像５２に示すように、下方へ行くほど径が縮小するテーパ形状の縄文土器である。図６（ｂ）に示すように、長方形画像５２では、下方へ行くほど表面模様の形が実物より横方向へ拡大しかなり歪んでいるのが分かる。これに対し、図６（ｃ）の環状扇形画像５３では、底面側の下半分の表面模様の歪みがかなり解消され、全体にわたり模様が実物に近い形状で自然である。このように、立体物イメージスキャナ１は、立体物の全外周の観察に適した歪みの少ない全周画像を作成することができる。
　図７は、上述した実施形態にかかる立体物イメージスキャナ１を用いて、テクスチャマップされた被写体の三次元ビューを作成し表示するためのシステムとその方法の例を示す。
　図７に示すように、この三次元ビューシステム８０は、上述した実施形態にかかる立体物イメージスキャナ１と、立体物形状計測装置８２と、三次元コンピュータグラフィックス（３ＤＣＧ）装置８４を有する。立体物形状計測装置８２は、被写体Sを光学的に計測して、被写体Sの三次元形状データ８６を作成する。立体物形状計測装置８２は、例えば、カメラを有する写真測量装置、又は、ＬｉＤＡＲあるいはレーダーなどのような測距装置を備え、それらの装置から被写体Ｓの外表面の多数の個所までの距離を計測することで、被写体Ｓの三次元形状データ８６（例えば、三次元多点データ又は三次元メッシュデータなど）を作成する。市販の携帯電話或いはパーソナルコンピュータの特定の機種は、立体物形状計測装置８２を内蔵しているので、その機種をこのシステム８０で利用して良い。
　３ＤＣＧ装置８４は、立体物形状計測装置８２により作成された被写体Ｓの三次元形状データ８６と、立体物イメージスキャナ１により作成された被写体Ｓの長方形画像データセット９０とを入力する。３ＤＣＧ装置８４は、三次元形状データ８６の外表面に、長方形画像データセット９０を用いたテクスチャマッピングを施して、被写体Ｓのテクスチャマップされた三次元ビュー８８を作成し、それを表示又は出力する。３ＤＣＧ装置８４は、例えば、ＣＰＵ１３０とストレージ１３２とディスプレイスクリーン１３４を備えたコンピュータであってよく、それは、三次元ビューを８８を作成するためのコンピュータプログラム１３６をストレージ１３２に記憶し、そのコンピュータプログラム１３６をＣＰＵ１３０で実行することで三次元ビュー８８を作成し、その三次元ビュー８８をディスプレイスクリーン１３４に表示することができる。３ＤＣＧ装置８４として、図１に示された立体物イメージスキャナ１のコンピュータ端末６１、あるいは別のコンピュータ端末を用いてよい。
　図８Ａは、図７に示された長方形画像データセット９０のデータ構造の例を示す。
　図８Ａに示すように、長方形画像データセット９０は、既に説明した方法で立体物イメージスキャナ１が被写体Ｓを回転スキャンすることにより作成した被写体Ｓの撮影したい部分（撮影したい部分は、図示の例では被写体Ｓの全体であるが、被写体Ｓの一部分であってもよい）の長方形画像９２と、その撮影時に適用された各種の条件項目の設定値を示したスキャン条件設定データ９４を含む。スキャン条件設定データ９４は、図３に示したようなスキャン条件設定画面１０でユーザにより設定された各種の条件項目、例えば、開始位置、取込高、底面位置、土器高、φ底面、φ上面、Ｚ軸範囲、スキャンモード、及びレイヤ設定など、の設定値を含んでいい。しかし、これらの条件項目の全ての設定値が含まれていなければならないわけでない。例えば、後述する三次元形状データへのテクスチャマッピングに長方形画像データセット９０を使用する場合、少なくとも、被写体Ｓの高さ方向のどの範囲が長方形画像９２の高さ方向のどの範囲に写っているかが特定できるデータ（例えば、開始位置、取込高、底面位置、及び土器高）がスキャン条件設定データ９４に含まれていればよい。
　図８Ａに示した長方形画像データセット９０は、被写体Ｓが図７に示すようなコーヒーカップである場合の一例である。この例では、長方形画像９２は、被写体Ｓを中心軸３１を中心にして矢印６２で示す右回りに回転させながらスキャンすることで得られた、回転角θ＝０度（開始角度７０）からθ＝３６０度までの範囲にわたる被写体Ｓの外観（外表面テクスチャ）の正射投影画像である。この例では、長方形画像９２の中に、コーヒーカップである被写体Ｓの本体７２の正射投影画像９６と取っ手７４の正射投影画像９８が含まれている。
　図８Ａに示した長方形画像データセット９０は、図８Ｂに示すような意味をもつ。図８Ｂに示すように、長方形画像９２の短辺の寸法（高さ）は取込高ｙ２である。長方形画像９２の下辺の高さ位置は開始位置ｙ１であり、その上辺の高さ位置はｙ３＝ｙ１＋ｙ２である。長方形画像９２内の被写体Ｓの正射投影画像９６及び９８の短辺の寸法（高さ）は土器高ｙ５である。被写体Ｓの正射投影画像９６及び９８の下辺の高さ位置は底面位置ｙ４であり、その上辺の高さ位置はｙ６＝ｙ４＋ｙ５である。長方形画像９２の左辺は回転角θ＝０度つまり開始角度７０に相当し、右辺は回転角θ＝３６０度（開始角度７０）に相当する。
　図８Ｂに示すような回転角θが０度から３６０度までの範囲にわたる長方形画像９２を仮想的に中心軸３１周りに丸めて左辺（θ＝０度）と右辺（θ＝０度）を繋ぐと、長方形画像９２は図８Ｃに示されるような三次元円筒体になる。したがって、図８Ａに示した長方形画像データセット９０は、被写体Ｓの撮影したい部分（図時の例では被写体Ｓの全体）の外観（外表面テクスチャ）を図８Ｃに示すような三次元円筒体として表した三次元円筒体データ９０でもある。ここで、図示の例では、長方形画像９２に被写体Ｓの全体の外観画像が含まれているが、必ずしもそうでなければならないわけではない。例えば、テクスチャマッピングしたい被写体Ｓの部分が被写体Ｓの一部分にすぎない場合、その一部分だけの外観画像が長方形画像９２に含まれていればよい。
　図９は、図７に示された３ＤＣＧ装置８４により行われる、被写体Ｓの三次元ビューを作成するプロセスのフローを示す。
　図９に示すように、３ＤＣＧ装置８４は、ステップ２００で、立体物形状計測装置８２により作成された被写体Ｓの三次元形状データ８６を入力する。被写体Ｓの三次元形状データ８６は、被写体Ｓの三次元形状を表現しており、例えば、被写体Ｓの外表面の多点の三次元座標値を含んだ多点データ又はメッシュデータなどであってよい。
　３ＤＣＧ装置８４は、ステップ２０２で、立体物イメージスキャナ１により作成された被写体Ｓの長方形画像データセット９０を入力する。図９では、理解しやすいように、長方形画像データセット９０は三次元円筒体データとして表現されているが、実際には、図８Ａに示したような長方形画像９２とスキャン条件設定データ９４とのセットである。
　３ＤＣＧ装置８４は、ステップ２０２と２０４で、長方形画像データセット９０をテクスチャ画像として用いた円筒マッピング法により、三次元形状データ８６にテクスチャマッピングを行う。このテクスチャマッピングのプロセスは、実際には数学的になされるものではあるが、分かりやすいように物理的に説明すれば次の通りである。
　ステップ２０２で、長方形画像データセット（三次元円筒体データ）９０と三次元形状データ８６とが、前者の中心軸３１と開始角度７０に後者の中心軸と開始角度がそれぞれ一致するようにして、相互に配置される。両者の中心軸と開始角度を相互に一致させる方法には、例えば、長方形画像データセット（三次元円筒体データ）９０内の被写体Ｓの画像９６及び９８が表すパターンを、三次元形状データ８６の凹凸パターンに対比して両者間のマッチングを行う方法や、ユーザが立次元形状データ８６の中心軸と開始角度を指定して、それらを三次元円筒体データ９０の中心軸３１と開始角度７０にそれぞれ一致させる方法などがあり得る。
　ステップ２０４で、三次元円筒体データ９０内の被写体Ｓの画像９６及び９８の各画素３００の色値が、各画素３００から中心軸３１へ下ろした垂線３０２と交差する三次元形状データ８６の最も外側に位置する点３０４に、与えられる。ステップ２０４のプロセスが、被写体Ｓの画像９６及び９８の全ての画素についてなされる。
　その結果、ステップ２０８で、被写体Ｓの三次元形状データ８６に被写体Ｓの画像９６及び９８が円筒マッピングされてなる被写体Ｓの三次元ビュー８８が作成される。３ＤＣＧ装置８４は、そのディスプレイスクリーン１３４上に、その三次元ビュー８８を表示する。
　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　また、図示した各構成要素の寸法、形状等は必ずしも正確に図示されているとは限らず、本実施形態の特徴を強調するために適宜修正されていることもありうる。
１：立体物イメージスキャナ、　４：回転テーブル、　７：キャリッジ、　８：スキャナヘッド、　９：制御装置、　３１：中心軸、　５０、５２：長方形画像、　５１、５３：環状扇形画像、　７０：開始角度、　８０：三次元ビューシステム、　８２：立体物形状計測装置、　８４：三次元コンピュータグラフィックス（３ＤＣＧ）装置、　９０：長方形画像データセット（三次元円筒体データ）、　９２：長方形画像、　９４：スキャン条件設定データ、　Ａ：被写空間、　Ｓ：被写体

Claims (8)

  1. 　被写体を所定の中心軸周りに回転可能な回転テーブルと、
    　テレセントリックレンズ系を有し、前記テレセントリックレンズ系の正面の被写空間のイメージを取得するスキャナヘッドと、
    　前記スキャナヘッドを前記被写空間に対して相対的に移動させる移動手段と、
    　前記回転テーブル、前記スキャナヘッド、及び前記移動手段を制御し、前記被写体の画像データを処理する制御装置と、を備えた立体物イメージスキャナにおいて、
    　前記制御装置は、
    　　前記中心軸が前記テレセントリックレンズ系の正面に位置するように前記スキャナヘッドを配置した状態で、前記中心軸周りに前記被写体を回転させながら、前記スキャナヘッドから逐次に出力される回転角の異なる複数の画像データを取得し、
    　　前記複数の画像データの中から前記被写体に焦点の合った画素データを検出し、検出された前記画素データを統合して、前記被写体の撮影したい部分の外観を表す長方形画像を作成し、
    　　前記長方形画像を、前記被写体の撮影したい部分の上面寸法と底面寸法と高さ寸法とに基づく環状扇形画像に変換する、立体物イメージスキャナ。
  2. 　前記制御装置は、前記被写体の撮影したい部分と、前記上面寸法、前記底面寸法、及び前記高さ寸法をユーザに設定させる、請求項１に記載の立体物イメージスキャナ。
  3. 　前記環状扇形画像は、その外側の円弧の寸法とその内側の円弧の寸法とその径方向の幅の寸法との寸法比が、前記上面寸法と前記底面寸法と前記高さ寸法との寸法比と等しく構成されている、請求項１又は請求項２に記載の立体物イメージスキャナ。
  4. 　前記制御装置は、前記長方形画像及び前記環状扇形画像を出力する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の立体物イメージスキャナ。
  5. 　前記回転テーブルは、前記スキャナヘッドの撮影方向に沿って移動可能である、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の立体物イメージスキャナ。
  6. 　請求項１記載の立体物イメージスキャナにより作成された、前記中心軸回りの回転角が０度から３６０度の範囲にわたる前記被写体の前記撮影したい部分の前記外観を表す前記長方形画像と、
    　前記長方形画像に付属し、前記長方形画像における前記被写体の前記撮影したい部分の高さ方向の範囲を定義した付属データと
    を有し、
    　前記被写体の前記撮影したい部分の前記外観を三次元円筒体として表した長方形画像データセットのデータ構造。
  7. 　被写体の三次元ビューを作成する三次元コンピュータグラフィクス装置において、
    　請求項６記載の長方形画像データセットを入力し、
    　前記被写体の三次元形状データを入力し、
    　入力された前記三次元形状データに対して、入力された前記長方形画像データセットを用いて円筒マッピング法によりテクスチャマッピングを行うことにより、前記被写体の三次元ビューを作成するように構成された三次元コンピュータグラフィクス装置。
  8. 　被写体の三次元ビューを作成する方法において、
    　請求項６記載の長方形画像データセットを入力し、
    　前記被写体の三次元形状データを入力し、
    　入力された前記三次元形状データに対して、入力された前記長方形画像データセットを用いて円筒マッピング法によりテクスチャマッピングを行うことにより、前記被写体の三次元ビューを作成する方法。
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