JP2001082940A - 立体モデル生成装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ３次元モデリングにおいて、対象物の３次元
形状データと色彩データを同時に取得する。 【解決手段】 対象物１００に対し、パターン照射部１
０からパターン光を照射し、左右のカメラ１４Ｒ、１４
Ｌでパターンを撮影することで、対象物１００の３次元
形状データを取得する。また、カメラ１６で対象物１０
０を撮影し、対象物１００の色彩データを取得する。パ
ターン照射部１０の前部に偏光板１２を設け、カメラ１
６の前部に偏光板１８を設ける。偏光板１２と１８の偏
光方向を互いに垂直とすることで、カメラ１６ではパタ
ーン光の影響を受けずに色彩データを取得することがで
きるので、３次元形状データと色彩データを同時に取得
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は立体モデル生成装置
及び方法、特に対象物のデータ入力を短時間で行う技術
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、実在する３次元物体の３次元
形状をパーソナルコンピュータやワークステーションな
どのコンピュータに入力し、ＣＧ等に応用している。３
次元形状のコンピュータへの入力技術、すなわち３次元
物体の３次元形状データ作成は、一般に３次元モデリン
グと称している。

【０００３】３次元モデリングの方法としては、レーザ
光を用いて三角測量の原理で対象物体の３次元形状を測
定する方法、対象物のシルエット情報を用いて３次元形
状を測定する方法、などがある。

【０００４】これらの方法においては、３次元形状デー
タのみを取得するものや、対象物体の色情報も含めて取
得するものがある。後者に関しては、３次元形状は通常
複数のポリゴン（微小平面）で表現され、これらのポリ
ゴンに対してカメラなどで取得した色彩データを割り当
てる（マッピング）ことで、任意の視点から見た３次元
画像を生成することができる。

【０００５】３次元形状データを取得する方法として
は、接触式と非接触式があり、非接触式はさらに受動法
と能動法に分けることができる。能動法は対象物に対し
て何らかの特殊な光を当て、これを観測することにより
対象物の形状を認識するものであり、上述したレーザ光
を用いる場合の他、能動ステレオ法等がある。能動ステ
レオ法の場合、パターン光（例えばランダムパターン）
を対象物に照射し、これを複数の視点からカメラで撮影
する。そして得られた各画像で対応関係を求め、三角測
量の原理から各点の奥行き情報（３次元情報）を求め
る。また、受動法の一つであるシルエット法では、対象
物体を複数の方向から撮影し、これらの２次元画像のシ
ルエットを求める。そして、得られたシルエットを制約
条件とし、この条件を満たすような３次元物体の存在領
域を求める。なお、シルエット法では、シルエット輪郭
に現れない凹部については正確にモデリングできないと
いう問題点があるため、一般的には能動法の方が品質の
良い形状データが得られる傾向にある。

【０００６】ここで、別途パターン光を照射して３次元
形状データを得る場合、色彩情報にとってはこのような
パターン光は本来不要であるため、従来においてはまず
パターン光を対象物に照射して形状データを取得し、そ
の後パターン光の照射を停止して一般光の下で対象物の
色彩情報を取得していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来にお
いては３次元形状データと色彩情報を同時に取得するこ
とができないため、最終的に３次元形状データと色彩デ
ータを取得するまで時間を要する問題があった。

【０００８】また、対象物体が非静止物体の場合には、
形状データ取得と色彩情報取得に時間差が生じると、そ
れぞれの取得時間において対象物が同一状態にないおそ
れもあり、３次元形状データと色彩データを高精度に対
応させることが困難となる問題もあった。

【０００９】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みなされたものであり、その目的は、３次元形状データ
と色彩データを同時に取得することができる装置及び方
法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、３次元物体の３次元形状データ及び色彩
データを生成する立体モデル生成装置であって、前記３
次元物体に対してパターン光を照射する照射手段と、前
記３次元物体から反射した前記パターン光を受光するこ
とにより前記３次元形状データを取得するパターン光受
光手段と、前記３次元物体を撮影することにより前記色
彩データを取得する撮影手段とを有し、前記パターン光
は、前記撮影手段に対して不感特性を有することを特徴
とする。

【００１１】また、前記照射手段は、第１の偏光方向を
有する第１偏光フィルタを含み、前記撮影手段は、前記
第１の偏光方向と垂直な第２の偏光方向を有する第２偏
光フィルタを含むことを特徴とする。

【００１２】また、前記照射手段は、前記撮影手段の感
度波長以外の波長領域のパターン光を照射することを特
徴とする。ここで、前記照射手段は、光源と、前記光源
からの光のうち、前記撮影手段の感度波長以外の波長領
域の光を選択的に透過するバンドパスフィルタとを有す
ることが好適である。

【００１３】前記パターン光はコード化されたパターン
光とすることもできる。

【００１４】また、本発明は、３次元物体の３次元形状
データを生成する立体モデル生成装置であって、前記３
次元物体に対してパターン光を照射する照射手段と、前
記３次元物体から反射した前記パターン光を受光するこ
とにより前記３次元物体形状データを取得するパターン
光受光手段とを有し、前記照射手段、パターン光受光手
段の組が前記３次元物体の周囲に複数設けられ、少なく
とも隣接する一方の前記パターン光は、他方の組の前記
パターン光受光手段に対して不感特性を有することを特
徴とする。

【００１５】前記照射手段、パターン光受光手段及び撮
影手段の組が前記３次元物体の周囲に複数設けられ、少
なくとも隣接する組の一方の前記パターン光は、他方の
組の前記撮影手段に対して不感特性を有することが好適
である。ここで、前記隣接する組の一方の照射手段は、
第１の偏光方向を有する第１偏光フィルタを有し、前記
隣接する組の他方の照射手段は、前記第１の偏光方向と
垂直な第２の偏光方向を有する第２偏光フィルタを有す
ることが好適である。また、前記照射手段は、前記撮影
手段の感度波長以外の波長領域のパターン光を照射する
ことが好適である。

【００１６】本発明は、３次元物体の３次元形状データ
及び色彩データを生成する立体モデル生成方法も提供す
る。この方法は、前記３次元物体に対してパターン光を
照射する照射ステップと、前記３次元物体から反射した
前記パターン光を受光することにより前記３次元形状デ
ータを取得する形状データ取得ステップと、前記３次元
物体を撮影することにより前記色彩データを取得する撮
影ステップとを有し、前記パターン光は前記撮影ステッ
プにおいて用いられる撮影手段に対して不感特性を有す
ることを特徴とする。

【００１７】また、前記照射ステップでは、前記パター
ン光を第１の偏光方向に偏光し、前記撮影ステップで
は、前記第１の偏光方向と垂直な第２の偏光方向の光を
撮影することを特徴とする。

【００１８】また、前記照射ステップでは、前記撮影手
段の感度波長以外の波長領域のパターン光を照射するこ
とを特徴とする。ここで、前記照射ステップでは、バン
ドパスフィルタにより前記撮影手段の感度波長以外の波
長領域の光を前記パターン光として選択して照射するこ
とが好適である。

【００１９】前記パターン光はコード化されたパターン
光とすることができる。

【００２０】また、本発明は、３次元物体の３次元形状
データを生成する立体モデル生成方法であって、前記３
次元物体に対してパターン光を照射する照射ステップ
と、前記３次元物体から反射した前記パターン光を受光
手段で受光することにより前記３次元物体形状データを
取得する形状データ取得ステップとを有し、前記パター
ン光を前記３次元物体に対して複数方向から照射してそ
れぞれの反射光を受光手段で受光し、少なくとも隣接す
る２方向の前記パターン光は他方の受光手段に対して不
感特性を有することを特徴とする。

【００２１】また、前記パターン光を前記３次元物体に
対して複数方向から照射してそれぞれに反射光を受光手
段で受光し、前記撮影を前記３次元物体に対して前記複
数方向から行い、少なくとも隣接する２方向の前記パタ
ーン光は他方の撮影手段に対して不感特性を有すること
を特徴とする。ここで、前記隣接する２方向のパターン
光の一方は第１の偏光方向の光であり、他方のパターン
光は前記第１の偏光方向と垂直な第２の偏光方向の光で
あることが好適である。また、前記パターン光は、前記
撮影手段の感度波長以外の波長領域の波長であることが
好適である。

【００２２】本発明においては、３次元形状データを取
得するために対象物に照射するパターン光を、色彩デー
タを取得する撮影手段に対して不感特性に設定すること
で、パターン光の影響を受けずに色彩データを取得する
ことを可能とし、３次元形状データと色彩データの同時
取得を可能とする。ここで、不感特性とは、撮影手段の
感光範囲以外にパターン光の特性が存在することを意味
し、特性には波長や偏光方向が含まれる。

【００２３】照射手段に第１偏光フィルタを設け、撮影
手段に第１偏光フィルタと垂直な偏光方向を有する第２
偏光フィルタを設けることで、第１の偏光方向を有する
パターン光は第２の偏光方向を有する光を感光する撮影
手段にとって不感となり、撮影手段はパターン光の影響
を受けることなく対象物の色彩データを取得することが
できる。

【００２４】照射手段から、撮影手段の感度波長（感光
波長）以外の波長を有するパターン光を照射することに
よっても、撮影手段にとってパターン光を不感とし、撮
影手段はパターン光の影響を受けることなく色彩データ
を取得、すなわち３次元形状データと色彩データの同時
取得が可能となる。照射手段から特定波長の光を照射す
るためには、光源にバンドパスフィルタを設け、特定の
波長の光のみを透過すればよい。パターン光にはレーザ
光も含まれる。

【００２５】パターン光としては、ランダムパターンの
他、コード化されたパターン光を用いることもできる。
コード化されたパターン光を用いることで空間をパター
ン数に応じた解像度でコード化し、対象物の３次元形状
データをより容易に取得することができる。対象物の全
周囲について３次元形状データと色彩データを取得する
場合、対象物に対して複数の方向からパターン光を照射
する必要がある。パターン光を複数の方向から照射する
際には隣接する方向からのパターン光が互いに干渉して
しまうと、３次元形状データを取得することが不可能と
なる。そこで、一組の照射手段と撮影手段を不感特性と
するだけでなく、隣接する組の照射手段と撮影手段を不
感特性とすることで、複数方向についての３次元形状デ
ータと色彩データの同時取得を可能とすることができ
る。不感特性は、例えば隣接する計測ユニット組の一方
の照射手段と他方の照射手段の偏光フィルタの偏光方向
を互いに垂直とすることで得られ、隣接するパターン光
の干渉を防止し、隣接する組から同時にパターン光を照
射することができる。偏光フィルタの偏光方向を互いに
垂直とすることに加え、さらに、パターン光の波長を撮
影手段の感度波長（感光波長）以外とすることで、隣接
する方向からのパターン光の干渉を防ぐとともに、撮影
手段にとってパターン光の影響をなくし複数の方向につ
いて３次元形状データと色彩データの同時取得が可能と
なる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態について説明する。

【００２７】図１には、パターン光を照射する能動ステ
レオ法に適用した場合の概念構成図が示されている。パ
ターン照射部１０が設けられ、対象物１００に対して所
定のパターン光を照射する。パターン光は、例えば図２
に示されるようなランダムパターンとすることができ
る。パターン照射部１０には、偏光フィルタ１２が設け
られており、パターン照射部１０から照射されたパター
ン光は偏光フィルタ１２で所定の方向に偏光されて対象
物１００に照射される。図では、偏光フィルタとしては
垂直偏光フィルタとし、垂直偏光のパターン光を対象物
１００に照射している。

【００２８】一方、パターン照射部１０の近傍には、所
定間隔離間した２つのカメラ１４Ｒ、１４Ｌが配置され
ており、対象物１００に照射されたパターンを撮影す
る。カメラ１４Ｒ、１４ＬはＣＣＤカメラで構成するこ
とができる。２つのカメラ１４Ｒ、１４Ｌで得られた画
像はコンピュータ２０に供給され、ステレオ法により対
象物１００の３次元形状データを生成する。

【００２９】図３には、ステレオ法による３次元形状デ
ータの生成概念図が示されている。カメラ１４Ｒとカメ
ラ１４Ｌの相対位置は予め測定し、コンピュータ２０に
供給しておく。コンピュータ２０は、カメラ１４Ｒで得
られた画像（画像Ｒ）とカメラ１４Ｌで得られた画像
（画像Ｌ）で、対応関係を求める。対応関係は、例えば
ブロックマッチングにより求めることができる。すなわ
ち、画像を８×８画素のブロックに分割し、ブロック単
位で画像Ｒと画像Ｌを比較し、その差の絶対値の総和が
最小となる位置を最適な対応部とする。なお、ブロック
での比較は、エピポーラ拘束を用いて限定された範囲内
において行うことが効率的である。ここに、エピポーラ
拘束とは、画像Ｒ上の１つの画素Ｐの、画像Ｌにおける
対応点は、画素Ｐと画像Ｒのカメラ視点を結ぶ３次元直
線を仮定し、この直線がもう一方の画像Ｌに投影された
直線（エピポーラ線）上にのみ存在する拘束をいう。両
画像において、対象物１００のある１点（実際には照射
したパターンのある１点）に対応する点を画像Ｒ及び画
像Ｌで算出した後、２つのカメラ１４Ｒ、１４Ｌの位置
関係から三角測量の原理で、対象物１００のある１点の
３次元位置を算出することができる。以上の処理を対象
物１００の複数の点について行うことで、３次元空間の
点群が得られ、隣接するもの同士を接続することで３次
元の面データを生成することができる。

【００３０】再び図１に戻り、以上のようにして２つの
カメラ１４Ｒ、１４Ｌから対象物１００の３次元形状デ
ータを得ることができるが、さらに本実施形態ではカメ
ラ１４Ｒ、１４Ｌの近傍にカメラ１６が配置され、対象
物１００を撮影する。カメラ１６もＣＣＤカメラで構成
することができるが、カメラ１６にはパターン照射部１
０に設けられている偏光フィルタ（垂直偏光フィルタ）
１２とは偏光方向が垂直なフィルタ（水平偏光フィル
タ）１８が設けられており、水平偏光のみを透過してカ
メラ１６で撮影する。対象物１００に照射されるパター
ン光は垂直偏光であるため、対象物１００に対してパタ
ーン光が照射されていても、カメラ１６ではこのパター
ン光を感知せず、対象物１００からの水平偏光のみを感
知する。カメラ１６で得られた対象物１００の画像、す
なわち対象物１００の色彩を含む画像は同様にコンピュ
ータ２０に供給され、色彩データが抽出される。色彩デ
ータは、２次元座標上のデータとして抽出され、３次元
形状データを構成する面データの座標と対応させること
で、３次元形状データに付随する色彩データとなる。な
お、色彩データを３次元形状データと正確に対応させる
ためには、当然、カメラ１６の、カメラ１４Ｒ及び１４
Ｌに対する相対位置が予め測定されている必要がある。
また、カメラ１４Ｒ、１４Ｌの位置と、カメラ１６との
位置が十分近い方が好ましく（形状データを得る視点と
色彩データを得る視点がほぼ同一であることが必要）、
カメラ１６を２つ用意し、それぞれに偏光フィルタを設
けてカメラ１４Ｒ、１４Ｌの近傍にそれぞれ配置するこ
とが好適である。

【００３１】このように、パターン光の偏光方向と色彩
情報を取得するカメラに入射する光の偏光方向を互いに
垂直とすることで、パターン光をカメラに対して不感光
に設定することができ、３次元形状データと色彩データ
を同時に取得することが可能となる。

【００３２】なお、本実施形態ではパターン照射部１０
に設けられた偏光フィルタ１２を垂直偏光フィルタ、カ
メラ１６に設けられた偏光フィルタ１８を水平偏光フィ
ルタ１８としているが、もちろんこの逆でもよく、両フ
ィルタ１２、１８の偏光方向が互いに垂直であれば、偏
光方向の設定は任意でよい。

【００３３】また、図１において、カメラ１４Ｒ、１４
Ｌにもパターン照射部１０に設けられた偏光フィルタ１
２と同一偏光方向のフィルタを設けることも好適であ
る。

【００３４】また、図１では対象物１００の一部の３次
元形状データ及び色彩データを取得する場合であるが、
対象物１００の全３次元形状データ及び色彩データを取
得する場合には、図１に示されたパターン照射部１０及
び偏光フィルタ１２、２つのカメラ１４Ｒ、１４Ｌ、カ
メラ１６及び偏光フィルタ１８を１組とし、対象物１０
０の周囲に複数組配置することで対象物１００の全体の
３次元形状データ及び色彩データを得ることができる。

【００３５】図４には、対象物１００の周囲に複数組の
装置を配置した例が示されている。１つの組は、パター
ン照射部１０、パターン照射部１０の前に配置された偏
光フィルタ１２、パターン照射部１０の左右に配置され
たカメラ１４Ｒ、１４Ｌ、カメラ１４Ｒ、１４Ｌの近傍
に配置されたカメラ１６、偏光フィルタ１８から構成さ
れており、これらの組が３回対称の位置に合計３組配置
されている。合計３つのパターン照射部１０から対象物
１００に照射されたパターン光は互いに１２０度をなす
が、この場合、照射されたパターン光は一部干渉しあう
ことになる。しかし、ランダムパターンを照射する場
合、パターン自身に重要な意味はもたないため、この干
渉が重大な問題になることはない。一方、後述するよう
に意味のあるパターン光すなわちコード化されたパター
ン光を照射する場合、上記の干渉が問題となるが、この
場合の対処については後述する。

【００３６】また、図１では偏光フィルタ１２、１８を
用いてパターン光をカメラ１６にとり不感光としたが、
パターン照射部１０からカメラ１６の感光波長以外の波
長のパターン光を照射してもよい。

【００３７】図５には、このような場合の構成が示され
ている。パターン照射部１１は、対象物１００を撮影す
ることで色彩データを取得するカメラ１６の感光帯（例
えば可視光帯）以外の波長（例えば赤外線や紫外線）の
パターン光を照射する。カメラ１４Ｒや１４Ｌはこのパ
ターン光の波長に対して感光特性を有するカメラ（赤外
線カメラなど）とすることで３次元形状データを取得
し、カメラ１６はパターンを感知せず対象物１００の色
彩データを取得する。この構成によれば、偏光フィルタ
１２、１８が不要となり、特に図４のように複数の装置
を対象物１００の周囲に配置する場合にはシステム構成
を簡易化することができる。もちろん、パターン照射部
１０、カメラ１４Ｒ、１４Ｌ及びカメラ１６にそれぞれ
バンドパスフィルタを設け、パターン照射部１０内の光
源、例えばハロゲンランプからの光をバンドパスフィル
タで特定の波長λ１のパターン光のみを透過して対象物
１００に照射し、カメラ１４Ｒ、１４Ｌではこの波長λ
１の光を受光し、カメラ１６ではλ１以外の波長の光を
受光する構成とすることもできる。但し、λ１として可
視領域の光を用いると、対象物１００の色彩データをカ
メラ１６で確実に得ることができなくなるので、λ１と
しては可視光の波長以外とすることが好適である。

【００３８】また、上述した実施形態ではパターン照射
部１０からランダムパターンを照射しているが、コード
化されたパターン光を照射することにより３次元形状デ
ータの取得を効率化することも可能である。

【００３９】図６（Ａ）〜（Ｆ）に、コード化されたパ
ターン光の一例が示されている。（Ａ）は明の部分と暗
の部分が半々のパターンで、（Ｂ）、（Ｃ）、・・と順
次パターンのピッチが１／２となっていく。このような
パターン光を順次対象物に照射していく。図７には、パ
ターン光を順次照射した場合のコード例が示されてい
る。各パターンを８ビットのデータとみなすと、マスク
Ａ（図６における（Ａ））の明の部分が（１１１１）、
暗の部分が（００００）となり、８ビットで（１１１１
００００）となる。マスクＢ（図６における（Ｂ））は
同様にして（１１００１１００）となり、マスクＣ（図
６における（Ｃ））は（１０１０１０１０）となる。そ
して、マスクＡをＭＳＢ（最上位ビット）、マスクＣを
ＬＳＢ（最下位ビット）とすると、３ビットの２進コー
ドを各々の分割領域に割り当てることができる。例え
ば、右端の領域に対しては（０００）＝０（１０進）を
割り当て、左端の領域に対しては（１１１）＝７（１０
進）を割り当てることができる。このように、ｎ個のパ
ターンを用いることで、ｎビットの２進コードを空間領
域に割り当てることができ、このコードにより空間を一
意に識別することができる。図６では合計６個のパター
ンを用いているため、６４個の空間領域を一意に識別す
ることができる。対象物に対してこのようなパターン光
を照射して対象物のある点Ｐの空間領域が特定される
と、パターン照射部から点Ｐへの投光角度が算出でき、
カメラで得られたＰ点の位置と組み合わせることで、Ｐ
点の３次元位置を算出することができる。なお、空間コ
ード化による３次元位置計測の詳細に関しては、例えば
「三次元画像計測」（井口征士、佐藤宏介共著：昭晃
堂）を参照されたい。

【００４０】しかしながら、対象物の全体について３次
元形状データを取得すべく、コード化されたパターン光
を照射する計測装置を対象物の周囲に配置する場合、隣
接するパターンが互いに干渉して対象物に特有のパター
ンが発生し、空間を正確にコード化することができなく
なるおそれがあるので、パターン光を方向毎に順次照射
（ａ方向からパターン光を順次照射し、その後ｂ方向か
らパターン光を順次照射）することが考えられるが、こ
の方法では各方向から同時にパターン光を照射すること
ができず、データ取得に時間を要することになる。

【００４１】そこで、このようにコード化されたパター
ン光を用いる場合でも、偏光フィルタを巧みに用いて同
時にパターン光を照射できるようにするのが好適であ
る。

【００４２】図８には、コード化されたパターン光を用
いて対象物１００全体の３次元形状データ及び色彩デー
タを得る場合の構成が示されている。４組の計測ユニッ
ト（Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ４）が対象物１００の周囲に
約９０度毎の角度で配置されている。１つの計測ユニッ
トＵ１に着目すると、計測ユニットは形状情報取得ユニ
ット３０及び色彩情報取得ユニット３２から構成され、
形状情報取得ユニット３０はパターン照射部３０ａ、偏
光板３０ｂ、カメラ３０ｃ、偏光板３０ｄから構成され
ている。偏光板３０ｂ、３０ｄはそれぞれパターン照射
部３０ａ、カメラ３０ｃの前部に設けられており、パタ
ーン照射部３０ａからのパターン光を所定の方向に偏光
して対象物１００に照射し、対象物１００で反射した偏
光をカメラ３０ｃで受光する。偏光板３０ｂと３０ｄの
偏光方向は同一である。パターン照射部３０ａは照射パ
ターン可変機構を有し、図６に示されたコード化された
パターン光を順次照射する。照射パターン可変機構とし
ては、例えば図６に示された複数のパターンを順次表示
する液晶パネルを用いることができ、光源からの光によ
り複数のパターンを対象物１００に照射する。光源の波
長としては、可視光以外の波長領域、例えば赤外線を用
いることができる。可視光以外の波長領域を用いる理由
は、既述の実施形態と同様に、色彩データを取得するカ
メラ３２ａの感光帯以外の波長とすることで、カメラ３
２ａにとってコード化されたパターン光を不感とし、３
次元形状データと色彩データの同時取得を可能とするた
めである。色彩情報取得ユニット３２はカメラ３２ａ及
びバンドパスフィルタ３２ｂから構成されており、バン
ドパスフィルタ３２ｂはカメラ３２ａの前部に設けられ
ている。バンドパスフィルタ３２ｂは可視光のみを通過
するフィルタであり、赤外光をカットする。これによ
り、カメラ３２ａでは、赤外であるパターン光の影響を
受けず、対象物１００の色彩データを確実に取得するこ
とができる。なお、バンドパスフィルタ３２ｂは必須で
はない（図５参照）。他の計測ユニットについても同様
であり、例えば計測ユニットＵ２においてはパターン照
射部３４ａ、カメラ３４ｃの前部にそれぞれ設けられた
偏光板３４ｂ、３４ｄの偏光方向は同一で、カメラ３６
ａの前部には赤外カット用のバンドパスフィルタ３６ｂ
が設けられている。

【００４３】各計測ユニットでは、コード化されたパタ
ーン光を照射して対象物１００の３次元形状データを取
得すると同時に、対象物１００に照射された一般光を受
光して対象物１００の色彩データを取得する。すなわ
ち、パターン照射部３０ａから対象物１００に順次照射
されたコード化パターンを赤外に感光するカメラ３０ｃ
で撮影し、３次元形状データを取得する。同時に、カメ
ラ３２ａで対象物の色彩データを取得する。

【００４４】ところで、互いに１８０度の位置にある２
つの計測ユニット、具体的にはＵ１とＵ３、あるいはＵ
２とＵ４に関しては、パターン照射部３０ａから照射し
たパターン光とパターン照射部３８ａから照射したパタ
ーン光とは互いに干渉しない、言い換えれば、パターン
照射部３０ａからのパターン光とパターン照射部３８ａ
からのパターン光がともに照射される対象物１００の表
面は存在しないので（Ｕ２とＵ４に関しても同様）、パ
ターン光を同時に照射することが可能である。一方、隣
接する計測ユニット、例えばＵ１とＵ２に関しては、パ
ターン照射部３０ａからのパターン光とパターン照射部
３４ａからのパターン光が物理的な位置関係から干渉す
る可能性があるので、仮にパターン照射部３０ａの前部
に設けられた偏光板３０ｂとパターン照射部３４ａの前
部に設けられた偏光板３４ｂの偏光方向が同一である場
合には両パターン光を同時に照射することができず、効
率的にデータを取得することができない。

【００４５】そこで、本実施形態では、複数の計測ユニ
ットから同時にコード化されたパターン光を照射して同
時にデータを取得すべく、偏光板３０ｂ、３４ｂ、３８
ｂ、４２ｂの偏光面を、隣接する偏光板の偏光方向が互
いに垂直となるように設定している。すなわち、例え
ば、以下のように偏光面を設定する。

【００４６】偏光板３０ｂ（偏光板３０ｄも同様）：水
平な偏光面 偏光板３４ｂ（偏光板３４ｄも同様）：垂直（鉛直）な
偏光面 偏光板３８ｂ（偏光板３８ｄも同様）：水平な偏光面 偏光板４２ｂ（偏光板４２ｄも同様）：垂直（鉛直）な
偏光面 このように設定することで、隣接する計測ユニットのコ
ード化されたパターン光は互いにその偏光面が垂直とな
るため、同時にパターン光を照射しても干渉することな
く各々独立に３次元形状データを取得することができ
る。なお、１８０度の位置にある偏光板（例えば偏光板
３０ｂと３８ｂ）はその偏光方向が同一となるが、既述
したようにそもそも位置的に２つのパターン光が干渉す
ることはないので問題はない。したがって、計測ユニッ
トＵ１〜Ｕ４に関して順次コード化されたパターン光を
照射する必要がなく、計測ユニットＵ１〜Ｕ４から同時
にコード化されたパターン光を照射できる。これによ
り、同時に対象物１００の３次元形状データ及び色彩デ
ータを取得することができ、対象物１００の全周囲のデ
ータを短時間で効率的に取得することができる。

【００４７】図９及び図１０には、従来の方法と本実施
形態の方法におけるパターン光照射のタイミングチャー
トが示されている。図９は従来のパターン照射であり、
（ａ）は計測ユニットＵ１、（ｂ）は計測ユニットＵ２
の照射である。隣接する計測ユニットでの干渉を防止す
るために、互いに照射時間をずらせて照射せざるを得
ず、最終的なデータを取得するまでに時間を要すること
になる。これに対し、図１０に示された本実施形態の方
法によれば、偏光方向を調整することで隣接する計測ユ
ニット間での干渉が防止されているため、隣接する計測
ユニットで同時にコード化されたパターン光を照射する
ことが可能となり、効率的にデータを取得することがで
きる。

【００４８】なお、図８においては、コード化されたパ
ターン光を照射して対象物１００の３次元形状データを
取得する場合について示したが、図４に示されるような
通常のパターン光（ランダムパターン光）を照射する場
合でも同様である。また、レーザ光を照射して対象物１
００の３次元形状データを取得することも可能である。
この場合、計測ユニットとしては、パターン照射部３０
ａの代わりにレーザ照射部、カメラ３０ｃの代わりにレ
ーザ受光部を設ければよい。レーザ照射部は、レーザビ
ーム進行方向を制御する回転ミラーを備え、対象物１０
０をスキャンする。回転ミラーとしてそれぞれ互いに直
交する軸を中心に回転する２つのミラーを用いること
で、レーザビームを偏向させ、対象物１００を縦横双方
向にスキャンすることができる。レーザ受光部はＣＣＤ
やＰＳＤを用いることができ、対象物１００から反射さ
れたレーザ光を偏光板３０ｄを介して受光する。３次元
形状データと色彩データの同時取得を可能とするため、
この場合にもレーザ光の波長としては可視光以外の領域
（例えば赤外）を用いることが好適である。そして、隣
接する計測ユニットの偏光板の偏光方向を互いに垂直と
することで、複数のレーザ光を照射しても互いのビーム
の干渉を防ぎ、正確に３次元形状データを取得すること
ができる。また、３次元形状データを取得するために、
ビーム状にレーザ光を照射するのではなく、例えば円筒
レンズを用いてライン状に整形し、ライン状のレーザ光
を対象物１００に照射してもよい。この場合には、対象
物１００を縦横にスキャンするための回転ミラーは１個
で済むことになる。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
３次元形状データと色彩データを同時に取得することが
でき、３次元モデリングの効率を上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施形態の概念構成図である。

【図２】 ランダムパターン光の説明図である。

【図３】 ステレオ法による３次元形状データ取得の原
理説明図である。

【図４】 対象物の全周囲についての３次元形状データ
及び色彩データ取得の概念構成図である。

【図５】 他の実施形態の概念構成図である。

【図６】 コード化されたパターン光の説明図である。

【図７】 コード化されたパターン光を用いた空間コー
ド化の説明図である。

【図８】 他の実施形態の概念構成図である。

【図９】 従来の照射タイミングチャートである。

【図１０】 図８における実施形態の照射タイミングチ
ャートである。

【符号の説明】

１０ パターン照射部、１２ 偏光板、１４Ｒ，１４Ｌ
カメラ、１６ カメラ、１８ 偏光板、２０ コンピ
ュータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA53 BB05 DD06 FF01 FF05 FF09 GG02 GG04 GG21 HH04 HH07 JJ03 JJ05 JJ16 JJ26 LL13 LL22 LL32 LL53 LL62 MM16 QQ13 QQ25 QQ27 5B050 BA04 BA09 DA07 5B057 AA20 BA02 CA13 DA11 5C061 AA25 AB03 AB24

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３次元物体の３次元形状データ及び色彩
   データを生成する立体モデル生成装置であって、 前記３次元物体に対してパターン光を照射する照射手段
   と、 前記３次元物体から反射した前記パターン光を受光する
   ことにより前記３次元形状データを取得するパターン光
   受光手段と、 前記３次元物体を撮影することにより前記色彩データを
   取得する撮影手段と、 を有し、前記パターン光は、前記撮影手段に対して不感
   特性を有することを特徴とする立体モデル生成装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の装置において、 前記照射手段は、第１の偏光方向を有する第１偏光フィ
   ルタを含み、 前記撮影手段は、前記第１の偏光方向と垂直な第２の偏
   光方向を有する第２偏光フィルタを含むことを特徴とす
   る立体モデル生成装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の装置において、 前記照射手段は、前記撮影手段の感度波長以外の波長領
   域のパターン光を照射することを特徴とする立体モデル
   生成装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の装置において、 前記照射手段は、 光源と、 前記光源からの光のうち、前記撮影手段の感度波長以外
   の波長領域の光を選択的に透過するバンドパスフィルタ
   と、 を有することを特徴とする立体モデル生成装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載の装置において、 前記パターン光はコード化されたパターン光であること
   を特徴とする立体モデル生成装置。
6. 【請求項６】 ３次元物体の３次元形状データを生成す
   る立体モデル生成装置であって、 前記３次元物体に対してパターン光を照射する照射手段
   と、 前記３次元物体から反射した前記パターン光を受光する
   ことにより前記３次元物体形状データを取得するパター
   ン光受光手段と、 を有し、前記照射手段、パターン光受光手段の組が前記
   ３次元物体の周囲に複数設けられ、少なくとも隣接する
   一方の前記パターン光は、他方の組の前記パターン光受
   光手段に対して不感特性を有することを特徴とする立体
   モデル生成装置。
7. 【請求項７】 請求項１、５のいずれかに記載の装置に
   おいて、 前記照射手段、パターン光受光手段及び撮影手段の組が
   前記３次元物体の周囲に複数設けられ、 少なくとも隣接する組の一方の前記パターン光は、他方
   の組の前記撮影手段に対して不感特性を有することを特
   徴とする立体モデル生成装置。
8. 【請求項８】 請求項７記載の装置において、 前記隣接する組の一方の照射手段は、第１の偏光方向を
   有する第１偏光フィルタを有し、 前記隣接する組の他方の照射手段は、前記第１の偏光方
   向と垂直な第２の偏光方向を有する第２偏光フィルタを
   有することを特徴とする立体モデル生成装置。
9. 【請求項９】 請求項８記載の装置において、 前記照射手段は、前記撮影手段の感度波長以外の波長領
   域のパターン光を照射することを特徴とする立体モデル
   生成装置。
10. 【請求項１０】 ３次元物体の３次元形状データ及び色
    彩データを生成する立体モデル生成方法であって、 前記３次元物体に対してパターン光を照射する照射ステ
    ップと、 前記３次元物体から反射した前記パターン光を受光する
    ことにより前記３次元形状データを取得する形状データ
    取得ステップと、 前記３次元物体を撮影することにより前記色彩データを
    取得する撮影ステップと、 を有し、前記パターン光は前記撮影ステップにおいて用
    いられる撮影手段に対して不感特性を有することを特徴
    とする立体モデル生成方法。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の方法において、 前記照射ステップでは、前記パターン光を第１の偏光方
    向に偏光し、 前記撮影ステップでは、前記第１の偏光方向と垂直な第
    ２の偏光方向の光を撮影することを特徴とする立体モデ
    ル生成方法。
12. 【請求項１２】 請求項１０記載の方法において、 前記照射ステップでは、前記撮影手段の感度波長以外の
    波長領域のパターン光を照射することを特徴とする立体
    モデル生成方法。
13. 【請求項１３】 請求項１２記載の方法において、 前記照射ステップでは、バンドパスフィルタにより前記
    撮影手段の感度波長以外の波長領域の光を前記パターン
    光として選択して照射することを特徴とする立体モデル
    生成方法。
14. 【請求項１４】 請求項１０記載の方法において、 前記パターン光はコード化されたパターン光であること
    を特徴とする立体モデル生成方法。
15. 【請求項１５】 ３次元物体の３次元形状データを生成
    する立体モデル生成方法であって、 前記３次元物体に対してパターン光を照射する照射ステ
    ップと、 前記３次元物体から反射した前記パターン光を受光手段
    で受光することにより前記３次元物体形状データを取得
    する形状データ取得ステップと、 を有し、前記パターン光を前記３次元物体に対して複数
    方向から照射してそれぞれの反射光を受光手段で受光
    し、少なくとも隣接する２方向の前記パターン光は他方
    の受光手段に対して不感特性を有することを特徴とする
    立体モデル生成方法。
16. 【請求項１６】 請求項１０、１４のいずれかに記載の
    方法において、 前記パターン光を前記３次元物体に対して複数方向から
    照射してそれぞれに反射光を受光手段で受光し、前記撮
    影を前記３次元物体に対して前記複数方向から行い、少
    なくとも隣接する２方向の前記パターン光は他方の撮影
    手段に対して不感特性を有することを特徴とする立体モ
    デル生成方法。
17. 【請求項１７】 請求項１６記載の方法において、 前記隣接する２方向のパターン光の一方は第１の偏光方
    向の光であり、他方のパターン光は前記第１の偏光方向
    と垂直な第２の偏光方向の光であることを特徴とする立
    体モデル生成方法。
18. 【請求項１８】 請求項１７記載の方法において、 前記パターン光は、前記撮影手段の感度波長以外の波長
    領域の波長であることを特徴とする立体モデル生成方
    法。