JP2823845B2 - 動的形状解析装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体の形状の計測
を動的、且つ、非接触で行う動的形状解析装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、側わん症等の医療分野におい
て利用される、人体の形状を非接触で計測する装置とし
て、図１５に示すような光スポット式の形状測定装置が
知られている。

【０００３】図１５に示す従来の光スポット式形状測定
装置２００は、土台２０１、踏み台２０２、回転アーム
２０３、カメラ２０４、投光部２０５、握持部２０６、
支柱２０７、パーソナルコンピュータ２０８などにより
構成されていて、投光部２０５から発せられる複数（例
えば、１０個）の光ビームを被験者に投射させると、そ
の光の当たっている輝点と投光部２０５との距離が被験
者の表面形状に応じて変化するので、その輝点を投光部
２０５と別位置でカメラ２０４により撮影することによ
りその表面形状に応じた画像データが得られ、この画像
データをパーソナルコンピュータ２０８で解析する装置
である。

【０００４】そして、この光スポット式形状測定装置２
００には、３６０゜回転する回転アーム２０３、踏み台
２０２に乗った被験者が動かないようにするための握持
部２０６が設けられていて、投光部２０５とカメラ２０
４を回転させることにより人体の外的形状を立体的に計
測することが可能である。この光スポット式形状測定装
置２００は、光（例えば、発光ダイオードなど）を使用
しているため、レントゲン装置のように人体に害を及ぼ
すことがないことが特徴である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の光スポット式形状測定装置２００では、以下に示す
ような問題点があった。

【０００６】（１）人間の立体形状を解析しようとする
場合、静止している状態より動いている状態での解析の
方がより精確であるが、上記従来の光スポット式形状測
定装置２００では動いている状態での計測が出来ないと
いう問題点があった。

【０００７】（２）また、計測中に、腕が邪魔になるた
め、脇の下から上、例えば、首等の部分を計測すること
が出来ないという問題点があった。

【０００８】（３）体の周囲を投光部が回転するという
機構上の問題により、持ち運びにくいという問題点があ
った。

【０００９】（４）測定中は棒に掴まっているものの全
く動かずにいることは難しく、測定上誤差が生じてしま
うという問題点があった。

【００１０】そこで、本発明は上記事情を鑑みてなされ
たものであって、物体の立体形状をより広い範囲で動的
に求めることが出来て、物体の形状解析がより精確に行
える動的形状解析装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、動的形状解析装置におい
て、縞状の光パターンを発生する複数の投光部と、動的
物体に対し投光した前記縞状の光パターン投影像を撮像
してアナログ画像信号を出力する複数のビデオカメラ
と、前記複数のビデオカメラから入力した前記アナログ
画像信号を同期させてデジタル画像データに変換する画
像データ変換手段と、この各デジタル画像データをフレ
ーム単位で所定の圧縮方式で水平方向に所定の倍率で圧
縮し、この圧縮した各デジタル画像データを合成して１
フレームの合成デジタル画像データを生成する画像合成
手段と、この画像合成手段により合成した合成デジタル
画像データを所定の圧縮方式で順次圧縮して取り込む画
像取り込み手段と、この画像取り込み手段により取り込
まれた合成デジタル画像データを順次メモリに蓄積し、
この蓄積した合成デジタル画像データを順次読み出して
分離し、この分離した各デジタル画像データを伸張して
１フレームのデジタル画像データとし、この伸張したデ
ジタル画像データを所定の演算処理によりつなぎ合わせ
て立体的な画像データに合成する立体画像合成手段と、
この立体画像合成手段により合成した立体的な画像デー
タに基づいて前記動的物体の動的な重心線を算出する重
心線算出手段と、 この重心線算出手段による算出結果を
出力する出力手段と、を備えていることを特徴としてい
る。

【００１２】請求項１記載の発明によれば、投光部から
発する縞状の光パターンを投影した動的物体の形状が複
数のビデオカメラよりアナログ画像信号として出力さ
れ、画像データ変換手段によりこのアナログ画像信号が
同期されてデジタル画像データに変換され、画像合成手
段によりこの各デジタル画像データがフレーム単位で所
定の圧縮方式で圧縮され、この圧縮された各デジタル画
像データが１フレームのデジタル画像データに合成さ
れ、画像取り込み手段によりこの合成されたデジタル画
像データが所定の圧縮方式で順次圧縮して取り込まれ、
立体画像合成手段によりこの取り込まれた合成デジタル
画像データが順次メモリに蓄積され、この蓄積された合
成デジタル画像データが順次メモリから読み出されて分
離され、この分離された各デジタル画像データが伸張さ
れ、この伸張されたデジタル画像データが所定の演算処
理により立体的な画像データに合成され、重心線算出手
段により合成した立体的な画像データに基づいて前記動
的物体の動的な重心線が算出され、出力手段によりこの
算出結果が出力される。

【００１３】したがって、物体（例えば、人間）の立体
的な形状が動的に把握出来ることとなって、従来の立体
的な形状を静的にしか捉えることが出来なかった場合に
比べ、種々の解析がより精確に出来る。

【００１４】また、複数のビデオカメラで同時に撮像さ
れるので、例えば、人間を撮像する場合、全身の立体的
形状を計測することが出来ることとなって、従来のよう
な、限られた部分しか計測出来ないものに比べて、多方
面（例えば、整形外科の分野）への応用が可能となる。

【００１５】また、複数のカメラで同時にある瞬間の立
体的形状を撮像することができるので、例えば、被験者
はある範囲で自由に動くことが出来ることとなって、従
来のような、計測中はじっと動かないで静止しなければ
ならないのに比べて、被験者の負担が軽くなるととも
に、計測の誤差が極めて小さくなる。

【００１６】また、従来のような、計測のため投光部を
回転させる設備等を設ける必要ないので、比較的持ち運
びが便利な装置となる。

【００１７】

【００１８】また、例えば、人間の動的な立体形状を撮
像した場合には、その算出した重心線から背骨の動的な
形状を推定することが出来ることとなって、側わん症等
の診療を更に精確に行うことができる。

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】請求項２記載の発明は、請求項１記載の動
的形状解析装置において、前記投光部で使用される光
は、赤外光であることを特徴としている。

【００２３】請求項２記載の発明によれば、投光部から
発せられる光は、赤外光であるので、例えば、顔面を測
定する場合などは、ハロゲンランプ等を用いるよりも眩
しくないこととなって、通常状態での顔面の動きを計測
することが出来る。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図１４を参照して本
発明に係る動的形状解析装置の実施の形態について詳細
に説明する。

【００２５】［第１の実施の形態］図１は、本発明の第
１の実施の形態に係る動的形状解析装置の要部構成を示
すブロック図である。

【００２６】図１に示す動的形状解析装置１は、撮像装
置２、画像データ編集装置３、パーソナルコンピュータ
４、ＣＲＴ（Cathod Ray Tube）５、カラープリンタ６
等で構成されている。

【００２７】撮像装置２は、更に格子プロジェクター２
１（図２）、ビデオカメラ２２（図２）等で構成され、
第１の実施の形態の動的形状解析装置１においては、３
台の撮像装置２を具備している。

【００２８】格子プロジェクター２１は、図示しない
が、格子スリットと光源発生装置を有し、この光源発生
装置（図示省略）から出力される光（例えば、ハロゲン
光）が格子スリット（図示省略）を通過することによ
り、水平方向の縞状の光パターンを発生する装置であ
る。

【００２９】ビデオカメラ２２は、同期を取るためのケ
ーブルが相互に接続されており、この同期ケーブルを介
して撮影の開始タイミングの同期を図る信号を授受し
て、撮影動作を同期することができるようになってい
る。ビデオカメラ２２は、例えば、撮像素子として所定
解像度のＣＣＤ（Charge Coupled Device ：電荷結合素
子）が搭載されて、撮影中の映像信号を出力する外部端
子を備えたものを使用し、それぞれ測定対象物を撮影す
る所定位置に配置され、その撮影位置での撮影映像を、
ＮＴＳＣ（National Television System Committee）方
式のアナログ映像信号として画像データ編集装置３に出
力する。

【００３０】具体的には、図２に示すように、格子プロ
ジェクター２１から縞状の光パターンを計測対象物に投
影させてこれを投影方向とは異なる点で観察すると、こ
のパターンが計測対象物の表面形状に応じて変形し、こ
の変形画像をビデオカメラ２２により撮影し、その映像
をアナログ映像信号として画像データ編集装置３に出力
する。

【００３１】画像データ編集装置３は、図示しないが、
ビデオカメラ２２から入力されたＮＴＳＣ方式のアナロ
グ映像信号をデジタル画像データに変換するＡ／Ｄ変換
回路と、このデジタル画像データをフレーム単位でそれ
ぞれ記憶するフレーム画像メモリと、このフレーム画像
メモリに記憶した各フレーム画像データを表示画面内の
右１／３画面、中１／３画面、左１／３画面で表示する
ように１／３に圧縮する画像圧縮回路と、この画像圧縮
回路で圧縮した各１／３画像データを１フレームの画像
に合成する画像合成回路と、この画像合成回路で合成し
た１フレームのデジタル画像データを合成ＮＴＳＣアナ
ログ画像信号に変換してパーソナルコンピュータ４に出
力するＤ／Ａ変換回路などで構成されている。

【００３２】パーソナルコンピュータ４は、その内部に
ビデオキャプチャーボード４１、ハードディスク４２、
ＣＰＵ（Central Processing Unit ）４３を備えるとと
もに、図示しないプログラムメモリ及び展開メモリを備
えている。

【００３３】ビデオキャプチャーボード４１は、画像デ
ータ編集装置３から入力される合成ＮＴＳＣアナログ映
像信号をＡ／Ｄ変換してデジタル画像データとし、この
デジタル画像データを所定の圧縮方式（例えば、ＭＰＥ
Ｇ（動画圧縮方式））により圧縮し、この圧縮された画
像データをＡＶＩ（Audio Video Interleaving）データ
に変換して、パーソナルコンピュータ４のハードディス
ク４２に順次書き込ませる制御等の機能を有する。

【００３４】ハードディスク４２は、ビデオキャプチャ
ーボード４１から入力されるＡＶＩデータが順次書き込
まれる。プログラムメモリ（図示省略）は、ＰＲＯＭ等
から構成され、動的形状解析処理に必要な各種制御プロ
グラムを書き換え可能に格納する。展開メモリ（図示省
略）は、ＲＡＭ等で構成され、指定された動的形状解析
モードに応じてプログラムメモリ（図示省略）から対応
する制御プログラムを読み出して展開するとともに処理
中のデータを一時的に格納する。

【００３５】ＣＰＵ４３は、プログラムメモリ（図示省
略）に格納された各種制御プログラムを読み出して展開
メモリ（図示省略）に展開し、記憶装置４２に格納され
ているＡＶＩデータについて各種の動的形状解析処理を
実行して、その処理結果をＣＲＴ５に表示したり、或い
はカラープリンタ６に印字出力させたりする。

【００３６】ＣＲＴ５は、パーソナルコンピュータ４に
より動的形状解析処理された処理結果を表示する。

【００３７】カラープリンタ６は、パーソナルコンピュ
ータ４により動的形状解析処理された処理結果を印字出
力する。

【００３８】次に、第１の実施の形態の動的形状解析装
置１による動的形状解析処理の動作を説明する。

【００３９】まず、画像データ編集装置３において行わ
れる画像信号処理の流れを図３に示すフローチャートに
基づいて説明する。

【００４０】この画像信号処理では、まず、ステップＳ
１で、ビデオカメラ２２で撮像したＮＴＳＣ方式のアナ
ログ画像信号を同期させる処理を行い、同期させたＮＴ
ＳＣ方式のアナログ画像信号をデジタル画像データにＡ
／Ｄ変換して（ステップＳ２）、このデジタル画像デー
タを、フレーム単位のフレーム画像メモリに記憶する処
理（ステップＳ３）を行って、ステップＳ４に移行す
る。

【００４１】ステップＳ４では、フレーム画像メモリに
記憶された各フレーム画像データを表示画面の水平方向
に１／３圧縮する処理を行った後、ステップＳ５に移行
する。

【００４２】ステップＳ５では、圧縮した１／３画像デ
ータを１フレームに合成する画像合成処理を行った後、
この合成したデジタル画像データを合成アナログ信号に
Ｄ／Ａ変換（ステップＳ６）し、ビデオキャプチャーボ
ード４１に出力する処理（ステップＳ７）を行った後、
本画像信号処理を終了する。

【００４３】次に、図３のステップＳ１〜３において、
画像データ編集装置３により行われる画像信号の同期処
理、Ａ／Ｄ変換処理、フレーム画像メモリ記憶処理の流
れを図４を用いて説明する。

【００４４】図４において、３ｃｈ分の画像入力チャン
ネルを有する画像データ編集装置３は、ビデオカメラ２
２から各画像入力チャンネルｃｈ１、ｃｈ２、ｃｈ３に
入力される各ＮＴＳＣアナログ画像信号の奇数フィール
ドの起点を検出し、その起点を検出したＮＴＳＣアナロ
グ映像信号をＡ／Ｄ変換したデジタル画像データとして
チャンネルｃｈ１、ｃｈ２、ｃｈ３別にフレーム画像メ
モリに書き込む。

【００４５】次いで、図３のステップＳ４において、画
像データ編集装置３により行われる画像データの圧縮処
理の流れを図５を用いて説明する。

【００４６】図５において、画像データ編集装置３は、
フレーム画像メモリに書き込んだフレーム単位のデジタ
ル画像データを読み出して、表示画面内の左１／３詰み
と中１／３詰みと右１／３詰みで表示するように、チャ
ンネルｃｈ１側のフレーム画像データを左１／３詰みに
圧縮し、チャンネルｃｈ２側のフレーム画像データを中
１／３詰みに圧縮し、チャンネルｃｈ３側のフレーム画
像データを右１／３詰みに圧縮する。そして、この１／
３に圧縮した各フレーム画像データを左１／３詰み、中
１／３詰み、右１／３詰みで再びフレーム画像メモリに
書き込む。

【００４７】次いで、図３のステップＳ５〜６におい
て、画像データ編集装置３により行われる圧縮した画像
データの合成処理の流れを図６を用いて説明する。

【００４８】図６において、画像データ編集装置３は、
フレーム画像メモリに書き込んだ左詰み、中詰み、右詰
みの各１／３フレームのデジタル画像データを読み出
し、この読み出した各１／３フレームのデジタル画像デ
ータを１フレームに合成処理し、この合成した１フレー
ムの合成デジタル画像データを再度フレーム画像メモリ
に書き込む。そして、フレーム画像メモリに書き込んだ
フレーム単位の合成デジタル画像データを読み出してＤ
／Ａ変換し、合成ＮＴＳＣアナログ映像信号としてパー
ソナルコンピュータ４に出力する。

【００４９】次に、パーソナルコンピュータ４で行われ
る入力した合成ＮＴＳＣアナログ映像信号に基づく画像
データ処理について図７のフローチャートを用いて説明
する。

【００５０】この画像データ処理が行われると、まず、
ステップＳ１０で、ビデオキャプチャーボード４１にお
いて、画像データ編集装置３から入力した合成ＮＴＳＣ
アナログ映像信号をＡ／Ｄ変換して合成デジタル画像デ
ータとし、この合成したデジタル画像データを所定の圧
縮方式で圧縮してＡＶＩデータに変換し（ステップＳ１
１）、このＡＶＩデータをハードディスク４２に記憶す
る処理（ステップＳ１２）を行った後、ステップＳ１３
に移行する。

【００５１】ステップＳ１３では、ＣＰＵ４３により、
ハードディスク４２に書き込まれたＡＶＩデータを順次
読み出して解凍処理して１フレームの合成ビットマップ
データとする処理を行った後、この解凍処理された１フ
レームの合成ビットマップデータを画像分離処理（ステ
ップＳ１４）して、１フレーム内で３分割されたビット
マップデータとし、各々の３分割ビットマップデータを
画像伸張処理（ステップＳ１５）して、それぞれ１フレ
ームのビットマップデータとした後、ステップＳ１６に
移行する。

【００５２】ステップＳ１６では、３つの１フレームの
ビットマップデータをつなぎ合わせる処理（例えば、ス
プライン関数等を用いた演算処理による）を行って立体
的なビットマップデータを合成する処理を行った後、ス
テップＳ１７に移行する。

【００５３】ステップＳ１７では、立体的なビットマッ
プデータに対し、ＰＲＯＭ等に記憶された各種解析処理
を行った後、解析結果をＣＲＴ５或いはカラープリンタ
６への出力処理（ステップＳ１８）を行い、本処理を終
了する。

【００５４】次に、図７のステップＳ１０〜１２におい
て、パーソナルコンピュータ４で行われる画像データの
Ａ／Ｄ変換処理、圧縮処理、記憶処理の流れを図８を用
いて説明する。

【００５５】図８において、パーソナルコンピュータ４
のビデオキャプチャーボード４１は、画像データ編集装
置３から入力される合成ＮＴＳＣアナログ画像信号をＡ
／Ｄ変換してデジタル画像データとし、このデジタル画
像データを所定の圧縮方式（例えば、ＭＰＥＧ（動画圧
縮方式））により圧縮し、この画像データをＡＶＩデー
タに変換して、パーソナルコンピュータ４内のハードデ
ィスク４２に順次書き込む。

【００５６】次に、図７のステップＳ１３〜１５におい
て、パーソナルコンピュータ４で行われる画像データの
解凍処理、分離処理、伸張処理の流れを図９を用いて説
明する。

【００５７】図９において、パーソナルコンピュータ４
のＣＰＵ４３は、ハードディスク４２に書き込まれたＡ
ＶＩデータを順次読み出して解凍処理（ＭＰＥＧに基づ
く複号化処理）して１フレームの合成ビットマップデー
タとし、この１フレームの合成ビットマップデータを画
像分離処理して、１フレーム内で、左１／３詰みビット
マップデータ、中１／３詰みビットマップデータ、右１
／３詰みビットマップデータとする。次いで、これらの
分離したビットマップデータを、それぞれ画像伸張処理
し、各々１フレームのビットマップデータとする。

【００５８】次に、図７のステップＳ１６〜１８におい
て、パーソナルコンピュータ４で行われるビットマップ
データの立体的画像への繋ぎ合わせ処理、解析処理、解
析結果の出力処理の流れを図１０を用いて説明する。

【００５９】図１０において、パーソナルコンピュータ
４のＣＰＵ４３は、プログラムメモリ（図示省略）に格
納した立体的画像の繋ぎ合わせプログラムを読み出して
展開メモリ（図示省略）に展開し、ステップＳ１５で生
成した３つの１フレームのビットマップデータの立体的
画像への繋ぎ合わせ処理を行って、得られた立体的なビ
ットマップデータに対し、プログラムメモリ（図示省
略）に格納した各種の解析プログラムに従って解析処理
し、得られた解析結果をＣＲＴ５或いはカラープリンタ
６に出力する。

【００６０】次に、第１の実施の形態の動的形状解析装
置１により実行される被験者の動的な立体形状の解析処
理について以下に説明する。

【００６１】まず、３台の格子プロジェクター２１とビ
デオカメラ２２を１ユニットとした撮像装置２を被験者
の周囲にほぼ等角度、且つ、同じ高さで３ユニット配置
する。そして、図２に示すように、格子プロジェクター
２１から縞状の光のパターンを計測対象物である被験者
に投影させると、この縞状の光パターンが被験者の表面
形状に応じて変形する。この変形した縞状の光パターン
映像をビデオカメラ２２で撮像して、撮像したＮＴＳＣ
方式のアナログ映像信号を画像データ編集装置３に出力
する。

【００６２】続いて、画像データ編集装置３において、
ビデオカメラ２２から入力したＮＴＳＣ方式のアナログ
映像信号をＡ／Ｄ変換回路（図示省略）で同期を取りな
がらデジタル画像データに変換し、このＡ／Ｄ変換した
デジタル画像データをフレーム単位のフレーム画像メモ
リ（図示省略）にそれぞれ記憶し、この記憶した各フレ
ーム画像データを画像圧縮回路（図示省略）により表示
画面内の右１／３画面、中１／３画面、左１／３画面で
表示するように１／３に圧縮し、この圧縮した１／３画
像データを画像合成回路（図示省略）で１フレームの合
成デジタル画像データに合成し、この合成した合成デジ
タル画像データをＤ／Ａ変換して合成ＮＴＳＣアナログ
画像信号とし、パーソナルコンピュータ４内のビデオキ
ャプチャーボード４１に出力する。

【００６３】そして、ビデオキャプチャーボード４１で
は、取り込んだデジタル画像データを所定の圧縮方式
（例えば、ＭＰＥＧ（動画圧縮方式））により圧縮し、
この画像データをＡＶＩデータに変換して、パーソナル
コンピュータ４内のハードディスク４２に順次記憶させ
る。

【００６４】続いて、パーソナルコンピュータ４内のＣ
ＰＵ４３は、ビデオキャプチャーボード４１によりハー
ドディスク４３に書き込まれたＡＶＩデータを順次呼び
出して解凍処理（例えば、ＭＰＥＧに基づく複合化処
理）してフレーム単位の合成ビットマップデータとし、
この合成ビットマップデータを画像分離処理して、１フ
レーム内で左１／３画面に圧縮された分離ビットマップ
データ、中１／３画面に圧縮された分離ビットマップデ
ータ、右１／３画面に圧縮された分離ビットマップデー
タを、それぞれ画像伸張処理し、それぞれフレーム単位
のビットマップデータを生成する。このビットマップデ
ータに基づくＣＲＴ５画面上の映像の例を図１１に示
す。

【００６５】そして、パーソナルコンピュータ４内のＣ
ＰＵ４３は、画像伸張処理した３つのフレーム単位のビ
ットマップデータを、プログラムメモリ（図示省略）か
ら取り出したプログラムに従い、スプライン関数等を用
いて繋ぎ合わせる処理を行い、１つの立体的なビットマ
ップデータを生成する。このビットマップデータに基づ
くＣＲＴ５画面上の画像の例を図１２に示す。

【００６６】そして、この立体的なビットマップデータ
に対し、プログラムメモリに格納された各種動的形状解
析処理に対応する制御プログラムに従って、１フレーム
ずつデジタイズ処理したり、また、この立体的なビット
マップデータから個々の断面の重心を図１６の（ａ）の
重心を算出する計算式（１）、（２）、又は、図１６の
（ｂ）のＯＴＧ重心を算出する計算式（３）、（４）で
求めて、それを繋いだ重心線を作成したりする。

【００６７】

【数１】

【００６８】そして、個々の断面の重心を別紙の計算式
で計算した結果をつなぎ合わせると図１３に示すような
重心線となる。この重心線から背骨との関係が対応づけ
ることが出来ることとなってコブ角（φ）等が算出でき
る。そして、従来の静止した状態のみの解析だけでな
く、動的な状態での解析が出来ることとなる。

【００６９】以上説明した第１の実施の形態の動的形状
解析では、格子プロジェクター２１（投光部）から発す
る縞状の光パターンを投影した動的物体の形状が複数の
ビデオカメラ２２で撮像され、撮像された画像はアナロ
グ画像信号として出力され、画像データ編集装置３（画
像データ変換手段）により複数のビデオカメラ２２から
出力されるアナログ画像信号が同期されてデジタル画像
データに変換され、画像データ編集装置３（画像合成手
段）によりこの各デジタル画像データがフレーム単位で
所定の圧縮方式で圧縮され、この圧縮された各デジタル
画像データが１フレームのデジタル画像データに合成さ
れ、ビデオキャプチャーボード４１（画像取り込み手
段）によりこの合成されたデジタル画像データが所定の
圧縮方式で順次圧縮して取り込まれ、ＣＰＵ４３（立体
画像合成手段）によりこの取り込まれた合成ビットマッ
プデータが順次メモリに蓄積され、この蓄積された合成
ビットマップデータが順次メモリから読み出されて各ビ
ットマップデータに分離され、この分離された各ビット
マップデータは１フレームの各ビットマップデータに伸
張され、この伸張されたビットマップデータが所定の演
算処理（例えば、スプライン関数を用いた演算処理）に
より立体的なビットマップデータに合成され、解析手段
により動的物体の形状が解析され、出力手段としてのＣ
ＲＴ５或いはカラープリンタ６によりこの解析結果が出
力される。

【００７０】したがって、物体（例えば、人間）の立体
的な形状が動的に把握出来ることとなって、従来の立体
的な形状を静的にしか捉えることが出来なかった場合に
比べ、種々の解析がより精確に出来る。

【００７１】また、複数のビデオカメラ２２で同時に撮
像されるので、例えば、人間の場合、全身の立体的形状
を計測することが出来ることとなって、従来のような、
限られた部分しか計測出来ないものに比べて、多方面で
の応用（例えば、整形外科の分野でも利用できる）が可
能となる。

【００７２】また、複数のビデオカメラ２２で同時にあ
る瞬間の立体的形状を撮像することができるので、例え
ば、被験者はある範囲で自由に動くことが出来ることと
なって、従来のような、計測中はじっと動かないで静止
しなければならないのに比べて、被験者の負担が軽くな
るとともに、計測の誤差が極めて小さくなる。

【００７３】また、従来のような、計測のため格子プロ
ジェクター２１（投光部）を回転させる設備を設ける必
要がないので、比較的持ち運びが便利な装置となる。

【００７４】また、立体的なビットマップデータに基づ
いて動的物体の動的な重心線を算出する重心線算出手段
が含まれているので、例えば、人間の動的な立体形状を
撮像した場合には、その算出した重心線から背骨の動的
な形状を推定することが出来ることとなって、側わん症
等の診療が更に精確に行うことができる。

【００７５】なお、撮像装置２は、上記第１の実施の形
態のように、３台以上が望ましいが、立体画像データを
求めるには、最低２台あればよい。

【００７６】また、上記第１の実施の形態の動的形状解
析装置１においては、ビデオキャプチャーボード４１へ
画像データを取り込む場合、アナログ画像信号とした
が、デジタル画像データでもよいことは無論である。

【００７７】また、上記第１の実施の形態の動的形状解
析装置１においては、ハードディスクの記憶量の負荷を
低減するため、画像データの合成処理或いは圧縮処理等
を行っているが、ハードディスクの記憶容量に余裕があ
る場合には、それらの処理の１部或いは全部を省略して
もよい。

【００７８】［第２の実施の形態］次に、第２の実施の
形態に係る動的形状解析装置について説明する。

【００７９】この第２の実施の形態に係る動的形状解析
装置の基本構成は、第１の実施の形態に係る動的形状解
析装置とほぼ同じであるが、第２の実施の形態の動的形
状解析装置の場合、撮像装置を１台のみ使用し、更に投
光部で使用される光として赤外光を使用する点において
異なる。

【００８０】図１４は、本発明を適用した第２の実施の
形態に係る動的形状解析装置の要部構成を示すブロック
図である。

【００８１】図１４に示す第２の実施の形態に係る動的
形状解析装置１００は、撮像装置１１０、画像変換装置
１２０、パーソナルコンピュータ１３０、ＣＲＴ１４
０、カラープリンター１５０等で構成されている。

【００８２】撮像装置１１０は、更に格子プロジェクタ
ー１１１、ビデオカメラ１１２等で構成され、第２の実
施の形態の動的形状解析装置１００においては、１台の
撮像装置１１０を具備している。

【００８３】格子プロジェクター１１１は、図示しない
が、格子スリットと光源発生装置を有し、この光源発生
装置（図示省略）から出力される光が格子スリット（図
示省略）を通過することにより、水平方向の縞状の光の
パターンを発生する装置である。ここで、光源発生装置
（図示省略）から出力される光として、赤外光を用い
る。

【００８４】ビデオカメラ１１２は、例えば、撮像素子
として所定解像度のＣＣＤが搭載されて、撮影中の映像
信号を出力する外部端子を備えたものを使用し、それぞ
れ測定対象物を撮影する所定位置に配置され、その撮影
位置での撮影映像を、ＮＴＳＣ方式のアナログ映像信号
として画像変換装置１２０に出力する。

【００８５】画像変換装置１２０は、図示しないが、ビ
デオカメラ１１２から入力したＮＴＳＣ方式のアナログ
映像信号をデジタル画像データに変換するＡ／Ｄ変換回
路と、このＡ／Ｄ変換されたデジタル画像データをフレ
ーム単位でそれぞれ記憶するフレーム画像メモリと、フ
レーム単位のデジタル画像データをＮＴＳＣアナログ画
像信号に変換してパーソナルコンピュータ１３０に出力
するＤ／Ａ変換回路などで構成されている。

【００８６】パーソナルコンピュータ１３０は、その内
部にビデオキャプチャーボード１３１、ハードディスク
１３２、ＣＰＵ１３３を備えるとともに、図示しないプ
ログラムメモリ及び展開メモリを備えている。

【００８７】ビデオキャプチャーボード１３１は、画像
変換装置１２０から入力されるＮＴＳＣアナログ映像信
号をＡ／Ｄ変換して１フレーム単位のデジタル画像デー
タとし、このＡ／Ｄ変換されたデジタル画像データを所
定の圧縮方式（例えば、ＭＰＥＧ（動画圧縮方式））に
より圧縮し、この圧縮された画像データをＡＶＩデータ
に変換して、パーソナルコンピュータ１３０のハードデ
ィスク１３２に順次書き込む等の機能を有する。

【００８８】ハードディスク１３２は、ハードディスク
１３２等により構成され、ビデオキャプチャーボード１
３１から入力されるＡＶＩデータが順次書き込まれる。
プログラムメモリ（図示省略）は、ＰＲＯＭ等から構成
され、動的形状解析処理に必要な各種制御プログラムを
書き換え可能で、書き換えたプログラムを格納する。展
開メモリ（図示省略）は、ＲＡＭ等で構成され、指定さ
れた動的形状解析モードに応じてプログラムメモリ（図
示省略）から対応する制御プログラムを読み出して展開
するとともに処理中のデータを一時的に格納する。

【００８９】ＣＰＵ１３３は、プログラムメモリ（図示
省略）に格納された各種制御プログラムを読み出して展
開メモリ（図示省略）に展開し、ハードディスク１３２
に格納されているＡＶＩデータについて各種の動的形状
解析処理を実行して、その処理結果をＣＲＴ１４０に表
示するとともにカラープリンタ１５０に印字出力させ
る。

【００９０】ＣＲＴ１４０は、パーソナルコンピュータ
１３０により動的形状解析処理された解析結果を表示す
る。

【００９１】カラープリンタ１５０は、パーソナルコン
ピュータ１３０により立体動作解析処理された処理結果
を印字出力する。

【００９２】次にこの第２の実施の形態の動的形状解析
装置１００により実行される動的形状解析処理の動作に
ついて説明する。

【００９３】まず、格子プロジェクター１１１とビデオ
カメラ１１２を１ユニットとした撮像装置１１０を配置
し、図１４に示すように、格子プロジェクター１１１か
ら縞状の光のパターンを計測対象物である被験者の顔面
に投影させると、この縞状の光パターンが被験者の顔面
の形状に応じて変形する。この変形した縞状の光パター
ン画像をビデオカメラ１１２で撮像して、撮像したＮＴ
ＳＣ方式のアナログ映像信号を画像変換装置１２０に出
力する。

【００９４】続いて、画像変換装置１２０において、ビ
デオカメラ１１２から入力したＮＴＳＣ方式のアナログ
映像信号をＡ／Ｄ変換回路（図示省略）でデジタル画像
データに変換し、このＡ／Ｄ変換したデジタル画像デー
タをフレーム単位のフレーム画像メモリ（図示省略）に
それぞれ記憶し、このフレーム単位のデジタル画像デー
タをＤ／Ａ変換してＮＴＳＣアナログ画像信号とし、パ
ーソナルコンピュータ１３０内のビデオキャプチャーボ
ード１３１に出力する。

【００９５】そして、ビデオキャプチャーボード１３１
では、取り込んだデジタル画像データを所定の圧縮方式
（例えば、ＭＰＥＧ（動画圧縮方式））により圧縮し、
この画像データをＡＶＩデータに変換して、パーソナル
コンピュータ１３０内のハードディスク１３２に順次記
憶させる。

【００９６】続いて、パーソナルコンピュータ１３０内
のＣＰＵ１３３は、ビデオキャプチャーボード１３１に
よりハードディスク１３２に書き込まれたＡＶＩデータ
を順次呼び出して解凍処理（例えば、ＭＰＥＧに基づく
複合化処理）してフレーム単位のビットマップデータと
する。

【００９７】そして、パーソナルコンピュータ１３０内
のＣＰＵ１３３は、プログラムメモリ（図示省略）に格
納した各種解析プログラムから必要とする解析プログラ
ム（例えば、顔面の左右の対称度を解析するプログラ
ム）を取り出して展開メモリ（図示省略）で展開して、
フレーム単位のビットマップデータの解析を行う。その
解析結果は、ＣＲＴ１４０或いはカラープリンタ１５０
に出力される。

【００９８】以上説明した第２の実施の形態に係る動的
形状解析装置によれば、格子プロジェクター１１１（投
光部）から発する縞状の赤外光パターンを投影した物体
の動的な形状がビデオカメラ１１２により撮像され、画
像変換装置１２０（画像データ変換手段）によりビデオ
カメラ１１２から出力されるアナログ画像信号がデジタ
ル画像データに変換され、ビデオキャプチャーボード１
３１（画像取り込み手段）によりこのデジタル画像デー
タが所定の圧縮方式で順次圧縮されて取り込まれ、この
ビデオキャプチャーボード１３１（画像取り込み手段）
により取り込まれたデジタル画像データが順次メモリに
蓄積され、この蓄積されたデジタル画像データが順次読
み出されて所定の解析手法でＣＰＵ１３３（解析手段）
解析され、出力手段としてのＣＲＴ１４０或いはカラー
プリンタ１５０により解析結果が出力される。

【００９９】したがって、１方向から撮影した物体の動
的な形状を計測することが出来ることとなって、完全な
立体形状を必要としない場合、例えば、顔面の動的な形
状変化を計測したい場合等では、ビデオカメラが１台と
なる他、画像合成手段や立体画像合成手段を設ける必要
がなく更に簡易な設備で計測することができる。

【０１００】また、投光部から発せられる光は、赤外光
であるので、例えば、顔面を測定する場合などは、ハロ
ゲンランプ等を用いるよりも眩しくないこととなって、
通常状態での顔面の動きを計測することが出来る。

【０１０１】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、物体（例
えば、人間）の立体的な形状が動的に把握出来ることと
なって、従来の立体的な形状を静的にしか捉えることが
出来なかった場合に比べ、種々の解析がより精確に出来
る。

【０１０２】また、複数のビデオカメラで同時に撮像さ
れるので、例えば、人間の場合、全身の立体的形状を計
測することが出来ることとなって、従来のような、限ら
れた部分しか計測出来ないものに比べて、多方面での応
用（例えば、整形外科の分野でも利用できる）が可能と
なる。

【０１０３】また、複数のカメラで同時にある瞬間の立
体的形状を撮像することができるので、例えば、被験者
はある範囲で自由に動くことが出来ることとなって、従
来のような、計測中はじっと動かないで静止しなければ
ならないのに比べて、被験者の負担が軽くなるととも
に、計測の誤差が極めて小さくなる。

【０１０４】また、従来のような、計測のため投光部を
回転させる設備を設ける必要がないので、比較的持ち運
びが便利な装置となる。

【０１０５】また、例えば、人間の動的な立体形状を撮
像した場合には、その算出した重心線から背骨の動的な
形状を推定することが出来ることとなって、側わん症等
の診療を更に精確に行うことができる。

【０１０６】

【０１０７】請求項２記載の発明によれば、投光部から
発せられる光は、赤外光であるので、例えば、顔面を測
定する場合などは、ハロゲンランプ等を用いるよりも眩
しくないこととなって、通常状態での顔面の動きを計測
することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る動的形状解析
装置の要部構成を示すブロック図である。

【図２】撮像装置による対象物の撮影の一実施例を示し
た模式図である。

【図３】画像データ編集装置３において行われる画像信
号処理の流れを示すフローチャートである。

【図４】図３のステップＳ１〜３において、画像データ
編集装置３により行われる画像信号の同期、Ａ／Ｄ変
換、フレーム画像メモリ処理の流れを示す図である。

【図５】図３のステップＳ４において、画像データ編集
装置３により行われる画像データの圧縮処理の流れを示
す図である。

【図６】図３のステップＳ５〜６において、画像データ
編集装置３により行われる圧縮した画像データの合成処
理の流れを示す図である。

【図７】パーソナルコンピュータ４で行われる入力した
合成ＮＴＳＣアナログ映像信号に基づく画像データ処理
のフローチャートである。

【図８】図７のステップＳ１０〜１２において、パーソ
ナルコンピュータ４で行われる画像データのＡ／Ｄ変換
処理、圧縮処理、記憶処理の流れを示す図である。

【図９】図７のステップＳ１３〜１５において、パーソ
ナルコンピュータ４で行われる画像データの解凍処理、
分離処理、伸張処理の流れを示す図である。

【図１０】図７のステップＳ１６〜１８において、パー
ソナルコンピュータ４で行われる画像データの立体的画
像への繋ぎ合わせ処理、解析処理、解析結果の出力処理
の流れを示す図である。

【図１１】画像伸張処理されたフレーム単位のデジタル
画像データに基づくＣＲＴ５画面上の映像の一実施例で
ある。

【図１２】３つのフレーム単位のデジタル画像データを
繋ぎ合わせ処理した後の合成デジタル画像データに基づ
くＣＲＴ５画面上の映像の一実施例である。

【図１３】図１２の個々の断面の重心をつなぎ合わせた
重心線のＣＲＴ５画面上の映像の一実施例である。

【図１４】本発明を適用した第２の実施の形態に係る動
的形状解析装置の要部構成を示すブロック図である。

【図１５】従来の光スポット式の形状測定装置の要部構
成を示すブロック図である。

【図１６】任意の平面図形を座標で表した図である。

【符号の説明】

１ 動的形状解析装置 ２ 撮像装置 ３ 画像データ編集装置（画像データ変換手段、画像
合成手段） ４ パーソナルコンピュータ ５ ＣＲＴ（出力手段） ６ カラープリンタ（出力手段） ２１ 格子プロジェクター ２２ ビデオカメラ ４１ ビデオキャプチャーボード（画像取り込み手
段） ４２ ハードディスク ４３ ＣＰＵ（立体画像合成手段） １００ 動的形状解析装置 １１０ 撮像装置 １２０ 画像変換装置（画像データ変換手段） １３０ パーソナルコンピュータ １４０ ＣＲＴ（出力手段） １５０ カラープリンタ（出力手段） １１１ 格子プロジェクター １１２ ビデオカメラ １３１ ビデオキャプチャーボード（画像取り込み手
段） １３２ ハードディスク １３３ ＣＰＵ （解析手段）

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 縞状の光パターンを発生する複数の投光
   部と、 動的物体に対し投光した前記縞状の光パターン投影像を
   撮像してアナログ画像信号を出力する複数のビデオカメ
   ラと、 前記複数のビデオカメラから入力した前記アナログ画像
   信号を同期させてデジタル画像データに変換する画像デ
   ータ変換手段と、 この各デジタル画像データをフレーム単位で所定の圧縮
   方式で水平方向に所定の倍率で圧縮し、この圧縮した各
   デジタル画像データを合成して１フレームの合成デジタ
   ル画像データを生成する画像合成手段と、 この画像合成手段により合成した合成デジタル画像デー
   タを所定の圧縮方式で順次圧縮して取り込む画像取り込
   み手段と、 この画像取り込み手段により取り込まれた合成デジタル
   画像データを順次メモリに蓄積し、この蓄積した合成デ
   ジタル画像データを順次読み出して分離し、この分離し
   た各デジタル画像データを伸張して１フレームのデジタ
   ル画像データとし、この伸張したデジタル画像データを
   所定の演算処理によりつなぎ合わせて立体的な画像デー
   タに合成する立体画像合成手段と、この立体画像合成手段により合成した立体的な画像デー
   タに基づいて前記動的物体の動的な重心線を算出する重
   心線算出手段と、 この重心線算出手段による算出結果を出力する出力手段
   と、 を備えていることを特徴とする動的形状解析装置。
2. 【請求項２】 前記投光部で使用される光は、赤外光で
   あることを特徴とする請求項１記載の動的形状解析装
   置。