JP3317093B2

JP3317093B2 - ３次元形状データ処理装置

Info

Publication number: JP3317093B2
Application number: JP15645595A
Authority: JP
Inventors: 英郎藤井; 重晃今井; 浩次藤原; 佳子坂川
Original assignee: ミノルタ株式会社
Priority date: 1995-06-22
Filing date: 1995-06-22
Publication date: 2002-08-19
Anticipated expiration: 2017-08-19
Also published as: US5990895A; JPH095051A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は比較的複雑な形状の対象
物から、その対象物の２次元画像データと３次元形状デ
ータを入力しその２次元画像データに基づいて３次元形
状データの貼り合わせを行う３次元形状データ処理装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、物体の３次元形状の認識
を行う手段のうち、最も実用的な手段として光切断法が
よく利用されている。この光切断法を図１を参照しなが
ら説明する。

【０００３】このカメラ２は、半導体レーザ照射部５
と、半導体レーザ照射部５から出力されたレーザ光をス
リット状にして対象物体１に照射するための投光光学系
８からなっている。また、スリット光を水平方向に走査
できるように半導体レーザ照射部５は左右（図中矢印方
向）に動くようになっている。

【０００４】対象物体１にスリット状のレーザ光Ｓを照
射し、スリット光Ｓに対応する対象物体１のスリット像
をカメラの撮像面上に捕える。すると、スリット上のあ
る１点ｐ'に対応する対象物体上の点ｐの空間座標は、
スリット光のなす平面Ｓと、点ｐ'と撮像装置のレンズ
（不図示）の中心点Ｏとを結ぶ直線Ｌとの交点の座標と
して求められる。このように、１枚の画像からスリット
像上の各点に対応した物体表面の点群の空間座標が求め
られ、スリット光の水平方向の移動と画像入力を繰り返
すことで対象物体全体の３次元情報を獲得することがで
きる。

【０００５】ここで、対象物体の全周囲データを得たい
場合、１度の撮影では所定の範囲しか撮影できないた
め、カメラあるいは対象物体の位置を変えて複数回撮影
し、その複数の画像データを貼り合わせて１枚のデータ
にしている。

【０００６】従来は、メカ的に高精度で検知したカメラ
の位置あるいは回転ステージ位置に基づいて算出した変
換パラメータにより上記の方法で得られた複数の画像デ
ータの貼り合わせを行っていた。この貼り合わせについ
ては特願平５−３２０２４７号に詳しく記載されてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の複数の画像デー
タの貼り合わせ方法では、カメラの位置あるいは回転ス
テージ位置をメカ的に高精度で検知する必要があり、貼
り合わせの精度は良くなるが、非常に高価な装置になっ
てしまう。

【０００８】しかも、回転ステージのような機器がなく
ても、物体の全周の３次元データを入力したい場合があ
る。この場合、手動で物体の方向を変えたり３次元入力
カメラの位置を変えることになる。この場合、隣接する
部分を撮影したそれぞれのデータにおいて、対象物体の
同じ点を対応点として探索し、その対応点に基づいてデ
ータ貼り合わせを行うことになる。しかし、２方向から
の３次元データを貼り合わせるときに、２方向からの３
次元データの相対位置関係が全く不明な状態から対応点
を探索することになり、非常に複雑で且つ時間のかかる
演算を行わねばならないという問題があった。

【０００９】そこで、２方向から入力された３次元形状
を表示し、画像上の対応点を手動で入力することが考え
られるが、この場合、３次元形状を２次元の表示装置に
表示するため、その形状を一目で認識することは困難で
あり、容易に画像上の対応点を指定することができな
い。

【００１０】本発明は、多視点から入力した複数の３次
元データの対応点を容易に手動入力できる３次元形状デ
ータ処理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】上記目的を達成するた
め、本発明の３次元形状データ処理装置は、対象物に対
して複数の方向から対象物の３次元形状を示すデータを
入力する３次元データ入力手段と、３次元データ入力手
段による３次元形状を示すデータを入力する際に、３次
元データ入力手段と同一方向から対象物の２次元画像デ
ータを入力する２次元画像データ入力手段と、３次元形
状を示すデータと２次元画像データとを対応づけて記憶
する記憶手段と、対象物に対して第１の方向から入力し
た第１の２次元画像と、対象物に対して第２の方向から
入力した第２の２次元画像とを表示する表示手段と、第
１の２次元画像と第２の２次元画像との画像上の対応点
を指定するための対応点指定手段と、指定された対応点
に基づいて、対象物に対して第１の方向から入力した第
１の３次元形状を示すデータと、対象物に対して第２の
方向から入力した第２の３次元形状を示すデータとを結
合させる貼り合わせ手段と、を有することを特徴とす
る。

【００１２】

【作用】本発明の構成によると、３次元形状を示すデー
タと対応づけられて記憶されている２次元画像データ上
で画像上の対応点を指定する。指定された対応点に基づ
いて、３次元形状を示すデータを結合させる。

【００１３】

【実施例】以下に本発明に係る実施例を図面を参照しな
がら説明する。まず、図２に示すのは本発明に用いられ
る３次元入力カメラの概略ブロック図である。尚、この
３次元入力カメラの詳細な説明は特願平５−３２０２４
５号に記載されているため、ここでは簡単に説明する。

【００１４】本装置を大きく分けると、半導体レーザ５
から出力されたレーザ光をスリット状の光線として対象
物体１に照射する投光光学系２、照射されたレーザ光を
後述の画像用センサ２４、１２へ導く受光光学系３があ
り、これら投光光学系、受光光学系は同じ回転架台４上
に配置されている。光学系以外にはセンサから出力され
る信号を処理して距離画像とカラー画像を生成する信号
処理系と、生成された画像を記録する記録装置から構成
されている。図２に示す実線矢印は画像信号、制御信号
の電気的信号の流れを示し、破線矢印は投光される光の
流れを示している。なお、これら光学系についての詳細
な説明は後述する。

【００１５】信号処理系の概略について説明すると、距
離画像用センサ１２により得られた画像はスリット光投
光時画像１８ａとスリット光非投光時画像１８ｂとの減
算を行い、その画像に対して入射光重心位置算出処理１
９、距離情報算出処理２０、距離画像生成処理２１が行
われる。得られた距離画像はＮＴＳＣ変換処理２７によ
り出力端子５０へ出力したり、或いは、ディジタルのま
まＳＣＳＩ端子４９や内蔵の記録装置２２へ転送したり
して利用される。また、カラー画像用センサ２４により
得られた画像は、アナログ処理２５を介してカラー画像
生成処理２６が行われる。得られたカラー画像はＮＴＳ
Ｃ変換処理２８されて出力端子５１へ出力したり、或い
は、ディジタルのままＳＣＳＩ端子４９や記録装置２２
へ転送したりして利用される。尚、距離画像用センサ１
２は距離画像センサ駆動回路１３により駆動され、カラ
ー画像用センサ２４は、カラー画像センサ駆動回路２３
により駆動される。

【００１６】次に、装置全体の概略構成を示す斜視図を
図３に示す。ＬＣＤモニタ４１はカラー画像センサ２４
により撮像されたカラー画像、或は本装置内外の記録装
置に記録されている３次元データ、或は各種の情報や選
択メニュー等の表示を行う。カーソルキー４２、セレク
トキー４３、キャンセルキー４４は画像の選択やメニュ
ーから各種モードの設定等を行うための操作部材であ
る。４５は投光・受光光学系の焦点距離を変化させるズ
ームボタンで、４６はマニュアルで焦点合わせを行うＭ
Ｆボタンである。４７は距離画像とカラー画像とを取り
込むシャッタボタンである。撮像した画像の記録装置と
しては本装置内蔵の光磁気ディスク（ＭＯ）やミニディ
スク（ＭＤ）等のドライブ装置４８を装備している。端
子４９は画像等の信号をディジタルで入出力する端子で
ＳＣＳＩ等である。距離画像出力端子５０、カラー画像
出力端子５１は画像をアナログ信号として出力する端子
で、例えばＮＴＳＣ等のビデオ信号で出力する。

【００１７】投光光学系は、水平方向に長いスリット光
を上下方向に走査するもので、半導体レーザ５からの光
は、集光レンズ６、投光走査駆動系９により回転制御さ
れるポリゴンミラー７、ｆθレンズ２９、コリメータレ
ンズ３０、シリンドリカルレンズ８、コンデンサレンズ
１０、投光用ズームレンズ１１を経て対象物体へ投影さ
れる（図２参照）。尚、図３には、これらの投光光学系
のうち、一部のみを図示している。

【００１８】受光光学系は受光用ズームレンズ１４、ビ
ームスプリッタ１５等を経て受光撮像面に配置された距
離画像用センサ１２、カラー画像用センサ２４から構成
されている。距離画像とカラー画像とは、同一のレンズ
で撮影されるため、同時に撮像された距離画像とカラー
画像とは全く同一の倍率及び視野を有している。尚、倍
率及び視野が同一であれば、距離画像とカラー画像を別
個に取り込んでもよい。但し、この場合、同一の倍率及
び視野で取り込んだ距離画像とカラー画像を対応付けて
記憶しておく必要がある。

【００１９】また、投光系はズーム機能を備えており、
対象物体１に対し、必要な倍率に調整することが可能に
なる。ズーム機能には、ユーザが任意に画角を選べるパ
ワーズーム（ＰＺ）と、予め設定された画角に自動で合
わすオートズーム（ＡＺ）の２つの機能を備えている。
受光光学系３のズーミングに対し、投光光学系２は常に
画角が一致するようにＡＺ駆動系１６により制御され、
常に光学的倍率が等しくなるようにズーミングを行う。
また、投光用ズームレンズの焦点位置は撮像系に設けら
れたオートフォーカスセンサ３１からの信号に基づいて
ＡＦ駆動系１７により、対象物体面までの距離に応じて
撮像系と同値、同時に制御される。

【００２０】以下、本発明における撮影方法及びデータ
処理の詳しい説明を行う。尚、以下カラー画像を２次元
カラー画像、距離画像データを３次元データと称する。
初めに、この３次元入力カメラにおける分割取り込みに
よる対象物体の全周囲データの取り込みについて説明を
行う。分割取り込みとは、測定対象物を部分ごとに撮影
することであり、このように部分ごとに撮影された画像
を貼り合わせることで対象物体の全周囲データの画像を
再構築する。このような機能を持つことで、データの欠
落のない全周囲データを得られる３次元形状測定装置が
実現できる。

【００２１】以下、具体例を示し、分割取り込みによる
全周囲データの撮影動作を説明する。尚、以下の説明
は、測定対象物を移動させることができない場合を想定
しており、そのため３次元入力装置を対象物のまわりに
移動させ視点位置を変えながら撮影を行い、対象物の全
周囲データを得る場合の説明である。もちろん、測定対
象物を移動させて分割取り込みを行ってもよい。

【００２２】図４を参照して、まず、水平方向のある位
置から撮影を行う（カメラ撮影方向１）。この撮影で
は、測定対象の全体域を捕らえる視野設定（ズーミン
グ）を行ってから、シャッタボタン４７を押すことによ
り撮影を行いデータを保存する。このデータには、カラ
ー画像用センサ２４により撮影された２次元カラー画像
と、距離画像用センサ１２により撮影された３次元デー
タが含まれている。尚、この時、データにファイル名を
付けて保存しておく。

【００２３】次に、測定対象物を中心にして、３次元入
力装置を約９０°回転移動させ、前回と同様に、測定対
象の全体域を捕らえる視野設定を行ってから撮影を行い
データを保存する（カメラ撮影方向２）。以下同様に、
初期位置から約１８０°回転移動させた方向から（カメ
ラ撮影方向３）、初期位置から約２７０°回転移動させ
た方向から（カメラ撮影方向４）、それぞれ対象物を撮
影し、データを保存する。

【００２４】次に、３次元入力装置に三脚を取り付ける
等して、測定対象物の上方から撮影を行う。この場合も
水平方向からの撮影と同様に、測定対象の全体域を捕ら
える視野設定を行ったうえで、３次元入力装置を約９０
°ずつ回転移動させながら４方向から撮影を行う（カメ
ラ撮影方向５〜８）。

【００２５】このようにして、図４に示すように、水平
位置での４方向からの撮影と、斜め上４方向からの撮影
により、合計８方向から撮影した対象物の部分データを
取得する。尚、各部分の撮影においては、隣接する部分
との境界でデータが重複するように撮影する。このよう
にすることで、対象物の底面を除く全ての表面データが
８つの部分データに含まれることになる。

【００２６】次に、３次元画像データ処理装置を使っ
て、これらの保存された部分データを貼り合わせて１つ
の全周囲データにする。本実施例では３次元画像データ
処理装置として、カメラに接続したパーソナルコンピュ
ータ（以下、パソコンと称す）を用いているが、カメラ
内で行ってもよい。

【００２７】図５は、この３次元画像データ処理装置に
よる、部分ごとに撮影された画像を貼り合わせる動作を
表すフローチャートである。

【００２８】また、図６は、パソコン１００のブロック
図である。このパソコン１００は、ＣＰＵ１０１、ＣＰ
Ｕ１０１に２次元カラー画像と３次元データ（距離画
像）を入力するデータ入力手段、入力された２次元カラ
ー画像と３次元データを記憶するメモリ１０２、２次元
カラー画像と３次元データを表示するディスプレイ１０
３、及びファイル選択や対応点選択（詳しくは後述す
る）用の指示装置１０４（本実施例ではマウスを使用）
から成っている。カメラ内で行う場合はＬＣＤモニタ４
１がディスプレイに相当する。

【００２９】まず、３次元入力カメラの記憶装置４８に
記憶されている各方向から撮影された２次元カラー画像
と３次元データをパソコン１００に取り込む（ステップ
＃１）。具体的には、３次元入力カメラの記憶装置４８
に記憶されている各方向から撮影された２次元カラー画
像と３次元データをファイル名と共にパソコン１００に
入力する。入力されたデータはメモリ１０２に記憶され
る。

【００３０】次に、隣接する部分データの２次元カラー
画像または３次元データを比較し対応点を選びだす（ス
テップ＃２）。この対応点の抽出方法を図７のフローチ
ャートを参照しながら説明する。

【００３１】まず、メモリ１０２に記憶されているデー
タのファイル名をディスプレイ１０３に表示する（ステ
ップ＃３１）。ユーザは、表示されたファイル名から、
貼り合わせを行いたいデータのファイル名を選択する
（ステップ＃３２）。尚、撮影時に対象物に対応して識
別コード（同じ、対象物を撮影したデータには同じ識別
コードが付加されている）を付けておき、同じ識別コー
ドのデータが自動的に選択される様にしてもよい。

【００３２】次に、ステップ＃３２で選択されたデータ
の画像を表示する（ステップ＃３３）。この表示は図８
に示すように、２つのデータ（２方向から撮影されたデ
ータ）の、２次元カラー画像と３次元データを並列して
表示するものである。ステップ＃３２で２個以上のデー
タ（ファイル名）が選択されている場合は、まず任意の
２個のデータが表示され、指示装置１０４の操作で表示
されるデータが切り換わる。ユーザは、隣接する部分デ
ータの２次元カラー画像と３次元データが、それぞれ並
列して表示されるまでこの操作を繰り返す。

【００３３】この状態で、ユーザは隣接する部分データ
の対応点を指定する。対応点の指定は、指示装置１０４
を用いて行なう。具体的には、マウスにより不図示のポ
インターを移動させ対応点を設定する。２次元カラー画
像データを使用して対応点を指定する場合は、色の変化
点を見てその周辺の色の分布状態を比較することで対応
点を選びだすことができる。また、３次元データから直
接対応点を指定することも可能であり、その場合は、ロ
ーカルな形状変化点を抽出してその形状特徴を比較する
ことで対応点を選びだすことができる。対応点の入力が
完了すれば（ステップ＃３４）、リターンして次のステ
ップに進む。尚、対応点は４点以上入力されていれば完
了とみなす。

【００３４】次に、ステップ＃３において、隣接する２
個の３次元部分データを貼り合わせて１つのデータにす
る。しかし、メモリ１０２に保存されたデータの３次元
データの座標はそれぞれ撮影したときの３次元入力装置
の位置からの相対的な座標になっており、各々の部分デ
ータは共通の座標系になっていない。従って、これらの
部分データを貼り合わせて１つの全周囲データにするた
めには、部分データを共通の座標系で表現し直す必要が
ある。

【００３５】以下、各々の部分データを共通の座標系に
変換する方法を説明する。各々の部分データを撮影した
ときの３次元入力装置の位置は記録されていないため、
ステップ＃２で選択された２次元カラー画像または３次
元データの対応点に基づいて変換パラメータを求める。

【００３６】この、各々の部分データを共通の座標系に
変換するための変換パラメータの求め方を説明する。図
９は、ステップ＃３において、変換パラメータを算出す
るフローチャートである。まず、２次元カラー画像上で
指定された対応点を３次元データの対応に変換する（ス
テップ＃１１）。３次元データ上で指定された対応点に
ついては、この変換処理は不要である。

【００３７】２次元カラー画像と３次元データとは同一
視野で撮影しているため各々の点（位置）の対応は既知
である。従って、２次元カラー画像上で指定された対応
点は、３次元データの対応点に変換することができる。

【００３８】２次元カラー画像と３次元データとは視野
領域は前述したように同一であるが、解像度が異なる場
合（例えば、２次元カラー画像の解像度が、３次元デー
タの解像度の約２倍である場合）、以下の処理が必要と
なる。尚、以下の処理はフローチャートには入っていな
い。

【００３９】即ち、２次元カラー画像と３次元データの
各データは２次元配列の記憶領域に格納されている（図
１０、図１１参照）。２次元カラー画像における座標値
（ｉ，ｊ）の位置にあるデータをＣ[i][j]で表す。３次
元データにおける座標値（ｉ，ｊ）の位置にあるデータ
をＰ[i][j]で表す。この時、２次元カラー画像と３次元
データでは座標のスケールが異なるため、同じ座標値が
同じ位置を表していない。つまり、Ｃ[i][j]とＰ[i][j]
とは同じ位置のデータではない。

【００４０】そこで、２次元カラー画像と３次元データ
で、同じ位置を同じ座標値で表すために座標値を補正す
る。

【００４１】まず、図１２に示すチャートを用いて、２
次元カラー画像と３次元データで任意のチャートの小円
の中心座標を読みだす。２次元カラー画像において読み
出されたチャートの小円の中心座標を（ｃｘ，ｃｙ）と
する（図１０参照）。３次元データにおいて読み出され
たチャートの小円の中心座標を（ｐｘ，ｐｙ）とする
（図１１参照）。また、２次元カラー画像における座標
の中心座標値を（ｃｘ０，ｃｙ０）、３次元データにお
ける座標の中心座標値を（ｐｘ０，ｐｙ０）とする（図
１０、図１１中、黒丸で表示）。

【００４２】ここで、（ｐｘ−ｐｘ０）＝ｋ１×（ｃｘ−ｃｘ０）（ｐｙ−ｐｙ０）＝ｋ２×（ｃｙ−ｃｙ０）となるｋ１，ｋ２を求める。このｋ１，ｋ２が座標の補
正係数となる。

【００４３】ここで、２次元カラー画像上のデータＣ
[Ｔｘ][Ｔｙ]が与えられたとき、この点に対応する３次
元データ上での座標値（Ｆｘ’，Ｆｙ’）はＦｘ’＝ｋ１×（Ｔｘ−ｃｘ０）＋ｐｘ０Ｆｙ’＝ｋ２×（Ｔｙ−ｃｙ０）＋ｐｙ０で求められる。

【００４４】従って、２次元カラー画像上のデータＣ
[Ｔｘ][Ｔｙ]に対応する３次元データは、Ｆｘ’、Ｆ
ｙ’に最も近い整数値Ｆｘ、Ｆｙをインデックスに持つ
３次元データＰ[Ｆｘ][Ｆｙ]となる。

【００４５】隣接する部分データにおいて３次元データ
として４点以上の対応点があると、以下の計算により部
分データを共通の座標系に変換するための変換パラメー
タを求めることができる。対応点が３点以下の場合、対
応点により形成される面が特定できない（例えば、上下
が逆になっても同一の面とみなされる）ので、変換パラ
メータを求めることができない。

【００４６】ここで、Ｐ１₁，Ｐ１₂，・・・，Ｐ１n を
第１の部分データにおける対応点、Ｐ２₁，Ｐ２₂，・・
・，Ｐ２n を第２の部分データにおける対応点とする。
即ち、Ｐ１nとＰ２nが対応点である。また、第２の部分
データを第１の部分データの座標系に変換するパラメー
タをＴ，Ｒとする。Ｔは位置の変換パラメータ（平行移
動成分）、Ｒは姿勢の変換パラメータ（回転移動成分）
である回転行列である。これらの変換パラメータを用い
て、次式（１）により第２の部分のデータは第１の部分
のデータと同一の座標系に変換される。

【００４７】

【数１】

【００４８】尚、Ｐ'２nは、第１のデータの座標系に変
換された後のデータＰ２nである。

【００４９】次に、パラメータをＴ，Ｒの求め方を説明
する。まず、第１、第２の部分データそれぞれの対応点
の重心を求める（ステップ＃１２）。この対応点の重心
を用いて、位置の変換パラメータＴは次式（２）で求め
られる（ステップ＃１３）。

【００５０】

【数２】

【００５１】これは、第１、第２の対応点について、そ
れぞれの重心が一致するようにしたものである。また、
姿勢の変換パラメータＲは次式（３）においてＪを最小
にするＲ'を求めることで得られる（ステップ＃１
４）。

【００５２】

【数３】

【００５３】これは、第１、第２の対応点について、そ
れぞれの重心からの相対的な位置が一致するようにした
ものである。

【００５４】このようにして求めた変換パラメータＴ，
Ｒを用いて式（１）により座標変換を行う。この座標変
換により、第２の部分データは第１の部分データと同一
の座標系で表されるため、第１の部分データと第２の部
分データの位置合わせができる（ステップ＃３）。この
時、各部分データの対応点の数を増やせば、より正確な
変換パラメータが求められ、より正確な位置合わせが可
能となる。

【００５５】次に、位置合わせが終わると３次元データ
の融合を行う。ここでは、隣接する部分データにおいて
重なっている部分のデータを抽出し（ステップ＃４）、
その重なっている部分の第１の部分データと第２の部分
データとを１つにまとめて融合し、新たな３次元データ
を生成する（ステップ＃５）。

【００５６】図１３はデータの融合処理を示すフローチ
ャートである。まず最初に第１の部分データと第２の部
分データの重複する部分の抽出を行う。互いに重なり合
っている領域において、第１の部分データのある点から
最も近い第２の部分データの点を見つけ出し、その点ま
での距離を算出し（ステップ＃２１）、この距離が一定
値以下かどうかを判断する（ステップ＃２２）。ステッ
プ＃２２の判断で、距離が一定値以下と判断された場
合、これらのデータは重複しているとみなし、重複デー
タとして登録する（ステップ＃２３）。逆に、ステップ
＃２２の判断で、距離が一定値より大きいと判断された
場合、これらのデータは重複していないとみなし、重複
しないデータとして登録する（ステップ＃２４）。

【００５７】全てのデータに対して重複データか否かの
チェックが終了したかを判断し（ステップ＃２５）、終
了していなければステップ＃２１〜ステップ＃２４の処
理を繰り返す。全てのデータに対して重複データか否か
のチェックが終了すればステップ＃２６に進む。

【００５８】ステップ＃２６では、ステップ＃２３にお
いて登録された第１の部分データの各点に対して最も距
離が近い位置にある第２部分のデータ（重複していると
みなされたもの）を一致点として設定する。また、重複
しているとみなされた第２の部分データの各点に対して
最も距離が近い位置にある第１部分のデータを一致点と
して設定する。（ステップ＃２６）。

【００５９】次に、一致点のデータを融合する。融合す
る際に、第１の部分に属するデータと第２の部分に属す
るデータの混合比率を一定にすると、位置合わせに誤差
を含んでいる場合に段差が発生する可能性がある。この
段差を防ぐために混合比率をデータの位置によって可変
にするようにしている。

【００６０】図１４はデータの融合を説明する説明図で
ある。図中、白い丸は第１の部分データ、黒い丸は第２
の部分データを示す。

【００６１】図１４に示すように、ａの箇所では第１の
データを優先した混合比を設定し、ｂの箇所では混合比
をほぼ１：１の比率に設定し、ｃの箇所では第２のデー
タを優先した混合比を設定すれば、段差が起こらないス
ムースな貼り合わせが可能である。ここでは、この混合
比を融合するデータ（一致点の中点）の周り一定距離以
内に存在するデータ点数から算出するようにした。ａの
箇所の周辺には第１のデータが８個、第２のデータが４
個存在するため、ａの箇所では、データａ：データｂの
混合比率を８：４にしている。同様に、ｂの箇所の周辺
には第１のデータが８個、第２のデータが８個存在する
ため、ｂの箇所では、データａ：データｂの混合比率を
８：８、ｃの箇所の周辺には第１のデータが５個、第２
のデータが９個存在するため、ｃの箇所では、データ
ａ：データｂの混合比率を５：９に設定している（ステ
ップ＃２７）。この混合比率で重複している部分のデー
タを融合する（ステップ＃２８）。この結果、適正なデ
ータの融合が可能となる。

【００６２】最後に、融合された点に対して３次元デー
タを生成する（ステップ＃２９）。即ち、データが重複
していない部分についてはデータ融合前の３次元データ
を維持し、データを融合した部分では新たに３次元デー
タを生成し、第１、第２のデータを一体にする。以上で
データ貼り合わせの処理が終了する。

【００６３】図１５に貼り合わせ結果を示す。尚、図１
５中、二重丸はデータを融合した点、白丸は第１のデー
タが残った点、黒丸は第２のデータが残った点、点線は
融合前のデータが残ったライン、実線は再構成されたラ
インを示す。

【００６４】３個以上の部分のデータを貼り合わせる場
合は、上述したデータ貼り合わせ処理を繰り返すことに
なるが、この場合、座標変換パラメータを求める際に、
位置合わせの誤差がそれぞれの貼り合わせ部分の座標変
換パラメータに分散されるように計算する必要がある。
例えば、ｍ個の部分データ（Ｐ１n，Ｐ２n，Ｐ３n，・
・・，Ｐｍn）がつながって一周するときは、隣接する
２個の部分データに対しＲ、Ｔを順に求めていくと最後
に誤差が集積してしまい、一周した所で大きく位置がず
れてしまうことが考えられる。そこで、誤差を各部分の
変換パラメータに分散させるようにする。

【００６５】位置の変換パラメータＴについて考える
と、全体の誤差量αは次式（４）で表される。

【００６６】

【数４】

【００６７】ここで、全体の誤差量αを貼り合わせの回
数であるｍ個に分散させるように変換パラメータＴを補
正する。補正後の変換パラメータＴ'は次式（５）で表
される。

【００６８】

【数５】

【００６９】尚、姿勢の変換パラメータＲについても同
様に全体の誤差量を貼り合わせの回数であるｍ個に分散
させるようにする。

【００７０】このようにして求められた座標変換パラメ
ータを用いて位置合わせを行い、ｍ個の部分データを、
２個のデータ貼り合わせと同じ方法で逐次貼り合わせて
いく。こうして最終的に全体が貼り合わされた全周デー
タを得ることができる。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の３次元形
状データ処理装置は、３次元データに対応する２次元カ
ラー画像を利用して画像上の対応点を手動で選択するよ
うにした。その結果、色情報等から画像上の対応点が容
易に選択し入力することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光切断法の原理を示す説明図

【図２】本発明に係る装置全体の概略ブロック図

【図３】本発明に係る装置全体の概略構成を示す斜視図

【図４】カメラ撮影方向（８方向）を示す説明図

【図５】画像貼り合わせ動作のフローチャート

【図６】３次元データ処理装置のブロック図

【図７】対応点抽出方法のフローチャート

【図８】対応点指定のためのユーザーインターフェイス
を示す説明図

【図９】変換パラメータ算出のフローチャート

【図１０】２次元カラー画像の座標を示す説明図

【図１１】３次元データの座標を示す説明図

【図１２】座標補正に用いるチャートを示す説明図

【図１３】データ融合処理のフローチャート

【図１４】データ融合処理前のデータを示す説明図

【図１５】データ融合処理後のデータを示す説明図

【符号の説明】

♯１：３次元データ入力手段、２次元画像入力手段 ♯２：対応点指定手段 ♯３：貼り合わせ手段１０２：記憶手段１０３：表示手段１０４：対応点指定手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き審査官小野寺麻美子 (56)参考文献特開平７−174538（ＪＰ，Ａ) 特開平６−34343（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 G06T 1/00 315 G06T 17/40

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物に対して複数の方向から対象物の
３次元形状を示すデータを入力する３次元データ入力手
段と、上記３次元データ入力手段による３次元形状を示すデー
タを入力する際に、上記３次元データ入力手段と同一方
向から対象物の２次元画像データを入力する２次元画像
データ入力手段と、上記３次元形状を示すデータと２次元画像データとを対
応づけて記憶する記憶手段と、対象物に対して第１の方向から入力した第１の２次元画
像と、対象物に対して第２の方向から入力した第２の２
次元画像とを表示する表示手段と、上記第１の２次元画像と第２の２次元画像との画像上の
対応点を指定するための対応点指定手段と、上記指定された対応点に基づいて、対象物に対して第１
の方向から入力した第１の３次元形状を示すデータと、
対象物に対して第２の方向から入力した第２の３次元形
状を示すデータとを結合させる貼り合わせ手段と、を有することを特徴とする３次元形状データ処理装置。