(57)【要約】    【課題】  現実には存在しない領域に面を張ることのない高品質な３次元モデルを生成する。    【解決手段】  第１撮像カメラ１０および第２撮像カメラ２０で物体を撮影する。点群データ取得部３１がこれら撮影画像から点群データ（距離情報）を取得する。ポリゴン化部３２が，点群データから，仮の三角形ポリゴン網を生成する。面状光源４０から光を物体５０に照射し，この状態にて物体５０を第１撮像カメラ１０あるいは第２撮像カメラ２０にて撮像し，物体の境界情報の取得する。有効ポリゴン判定部３４により，無効な三角形ポリゴン網を削除し，有効三角形ポリゴン網を生成する。【選択図】  図１
2006065608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の３次元座標を有する点群データを取得し，該点群データを基にして物体の３次元モデルを生成する３次元モデル生成装置であって，
物体の３次元座標を有する点群データを取得する点群データ取得手段と，
物体の境界情報を取得する境界情報取得手段と，
前記点群データおよび前記境界情報に基づいて有効な三角形ポリゴンを生成する有効ポリゴン生成手段とを有することを特徴とする３次元モデル生成装置。
【請求項２】
物体の３次元座標を有する点群データを取得し，該点群データを基にして物体の３次元モデルを生成する３次元モデル生成装置であって，
物体の３次元座標を有する点群データを取得する点群データ取得手段と，
該点群データから三角形ポリゴン化するポリゴン化手段と，
物体の境界情報を取得する境界情報取得手段と，
有効な三角形ポリゴンであるかどうかを前記物体の境界情報に基づいて判定する有効ポリゴン判定手段とを有する３次元モデル生成装置。
【請求項３】
前記該境界情報取得手段により取得した前記物体の境界情報に基づき，前記ポリゴン化手段により生成されたポリゴンのうち無効な三角形ポリゴンを，該有効ポリゴン判定手段により除去し，有効な三角形ポリゴンのみを生成する請求項２記載の３次元モデル生成装置。
【請求項４】
物体の３次元座標を有する点群データを取得し，該点群データを基にして物体の３次元モデルを生成する３次元モデル生成装置であって，
物体の３次元座標を有する点群データを取得する点群データ取得手段と，
物体の境界情報を取得する境界情報取得手段と，
前記物体の境界情報に基づいて前記点群データの有効・無効を判定する有効点群データ判定手段と，
前記有効点群データ判定手段により有効と判別された点群データから三角形ポリゴン化するポリゴン化手段とを有することを特徴とする３次元モデル生成装置。
【請求項５】
前記境界情報取得手段は，光射出部から物体に投射されたことにより生じるシルエットを撮影して前記境界情報を取得する請求項１，２，３または４記載の３次元モデル生成装置。
【請求項６】
物体の３次元座標を有する点群データを取得し，該点群データを基にして物体の３次元モデルを生成する３次元モデル生成方法であって，
点群データ取得手段により物体の３次元座標を有する点群データを取得するステップと，
境界情報取得手段により物体の境界情報を取得するステップと，
有効ポリゴン生成手段により，前記点群データおよび前記境界情報に基づいて有効な三角形ポリゴンを生成するステップとを有することを特徴とする３次元モデル生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，物体の３次元モデル生成技術に関し，特に離散的な距離データから，高品質なポリゴンデータを生成する３次元モデル生成技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来，物体の３次元のモデルを生成する手法が数多く提案されている。３次元のモデルを生成するための基となる距離データ（３次元座標データ）を取得する手法は，アクティブ手法とパッシブ手法に分かれる。アクティブ手法はスリット光などの特殊なパターン光を物体に投射し，物体上の投影パターンの幾何学的変形等の画像情報より物体形状を推定するパターン投影方法や，スポット光を投射して光の飛行時間を計測して物体までの距離算出するＴＯＦ法がある。パッシブ手法には物体の見え方，光源，照明，影情報等に関する知識を利用して，一枚の画像から３次元情報を推定する単眼立体視，三角測量原理で各画素の奥行き情報を推定するステレオ法等がある。上述の手法を適用して得られる物体の距離情報は，計測対象の表面形状を表すデータであり，レンジデータと呼ばれる（以下では点群データとも呼ぶ）。レンジデータは計測対象上におけるある１点の距離データ・サンプル点の集合データである。
【０００３】
一方，一般に三次元モデルとして扱う際には，物体の表面をポリゴンと呼ばれる多角形形式で近似することが多い。レンジデータは上述の通り点の単なる集合であり，各点をどの点と接続して多角形とするかという構造をもっていない。そこで，レンジデータから多角形を構成するための手法が必要となる。ドロネー（Ｄｅｌａｕｎａｙ）法はレンジデータを三角形網に分割する手法の１つである。これは生成される三角形が正三角形に近くなり，３次元モデルとしてレンダリングを行うに好適であるという性質があるため，多角形近似によく用いられる手法である。しかしＤｅｌａｕｎａｙ法は原理的に凸多角形を三角形に分割する手法である。したがって，図２に示すように実際の物体に面が存在しない凹部領域に対しても三角形網が生成されてしまう。このような現象は，物体の境界情報がレンジデータには含まれないため，三角形分割の手法によらず発生する可能性がある。この現象が発生したまま三次元モデルを作成すると偽の形状情報が含まれてしまい，モデルとしての品質が低下してしまう。この問題を解決するため，例えば特許文献１に開示されるようにユーザが凹部に対応する領域を指定し，その領域における三角形網を除去してモデルを生成する方法が知られている。
【特許文献１】特開平８−１２２０３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら，特開平８−１２２０３０に開示される方法においては凹部をユーザが指定する必要があることから，近年の３次元座標データ取得装置が出力するような大量の距離データの場合にはモデル作成の工数が非常に大きくなってしまう。
【０００５】
そこで，本発明においては，実際の物体上に面が存在しない領域においてポリゴンを生成することなく，高品質な３次元モデルを生成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の原理的な構成例によれば，上述の目的を達成するために，物体の３次元座標を有する点群データを取得し，該点群データを基にして物体の３次元モデルを生成する際に，物体の３次元座標を有する点群データを取得する点群データ取得手段と，該点群データから三角形ポリゴン化するポリゴン化手段と，物体の境界情報を取得する境界情報取得手段と，有効な三角形ポリゴンであるかどうかを判定する有効ポリゴン判定手段とを用いる。
【０００７】
この構成においては，凹部や物体外部のノイズに起因して生成される三角形ポリゴンを削除でき，高品質な３次元モデルを生成できる。
【０００８】
この構成例において，好ましくは，前記境界情報取得手段により物体の境界情報を抽出し，該物体の境界情報に基づき前記ポリゴン化手段により生成されたポリゴンのうち無効な三角形ポリゴンを，該有効ポリゴン判定手段により除去し，有効な三角形ポリゴンのみを生成する。
【０００９】
また，前記境界情報取得手段は例えば光射出部を有し，物体のシルエットに基づいて境界情報を取得する。
【００１０】
さらに本発明を説明する。
【００１１】
本発明の一側面によれば，上述の目的を達成するために，物体の３次元座標を有する点群データを取得し，該点群データを基にして物体の３次元モデルを生成する３次元モデル生成装置に：物体の３次元座標を有する点群データを取得する点群データ取得手段と；物体の境界情報を取得する境界情報取得手段と；前記点群データおよび前記境界情報に基づいて有効な三角形ポリゴンを生成する有効ポリゴン生成手段とを設けている。
【００１２】
この構成においては，凹部や物体外部のノイズに起因する三角形ポリゴンが生成されないので，高品質な３次元モデルを生成できる。
【００１３】
また，本発明の他の側面によれば，物体の３次元座標を有する点群データを取得し，該点群データを基にして物体の３次元モデルを生成する３次元モデル生成装置に：物体の３次元座標を有する点群データを取得する点群データ取得手段と；該点群データから三角形ポリゴン化するポリゴン化手段と；物体の境界情報を取得する境界情報取得手段と；有効な三角形ポリゴンであるかどうかを前記物体の境界情報に基づいて判定する有効ポリゴン判定手段とを設けている。
【００１４】
この構成においても，凹部や物体外部のノイズに起因する三角形ポリゴンが生成されないので，高品質な３次元モデルを生成できる。
【００１５】
この構成において，前記該境界情報取得手段により取得した前記物体の境界情報に基づき，前記ポリゴン化手段により生成されたポリゴンのうち無効な三角形ポリゴンを，該有効ポリゴン判定手段により除去し，有効な三角形ポリゴンのみを生成することが好ましい。
【００１６】
また，本発明のさらに他の側面によれば，上述の目的を達成するために，物体の３次元座標を有する点群データを取得し，該点群データを基にして物体の３次元モデルを生成する３次元モデル生成装置に：物体の３次元座標を有する点群データを取得する点群データ取得手段と；物体の境界情報を取得する境界情報取得手段と；前記物体の境界情報に基づいて前記点群データの有効・無効を判定する有効点群データ判定手段と；前記有効点群データ判定手段により有効と判別された点群データから三角形ポリゴン化するポリゴン化手段とを設けるようにしている。
【００１７】
この構成においても，凹部や物体外部のノイズに起因する三角形ポリゴンが生成されないので，高品質な３次元モデルを生成できる。
有することを特徴とする３次元モデル生成装置。
【００１８】
また，前記境界情報取得手段は，好ましくは，光射出部から物体に投射されたことにより生じるシルエットを撮影して前記境界情報を取得する。
【００１９】
なお，この発明は装置またはシステムとして実現できるのみでなく，方法としても実現可能である。また，そのような発明の一部をソフトウェアとして構成することができることはもちろんである。またそのようなソフトウェアをコンピュータに実行させるために用いるソフトウェア製品もこの発明の技術的な範囲に含まれることも当然である。
【００２０】
この発明の上述の側面および他の側面は特許請求の範囲に記載され以下実施例を用いて詳述される。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば，現実には存在しない領域に面を張ることのない高品質な３次元モデルを生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下，図面を参照しながら実施例に基づいて，本発明を具体的に説明する。
【００２３】
図１は本発明にかかわる３次元モデル生成装置の実施例である。図１において，実施例の３次元モデル生成装置は，第１撮像カメラ１０，第２撮像カメラ２０，パーソナルコンピュータ３０，面状光源４０等を含んで構成されており，装置前面に置かれた物体５０の表面上の点までの距離を計測する。第１撮像カメラ１０および第２撮像カメラ２０はパッシブステレオ法に基づいて距離計測を行うものであり，異なる視点を持つように配置され，物体５０を撮像する。このときは物体５０の背面に配置された面状光源４０は消灯している。
【００２４】
パーソナルコンピュータ３０は，３次元モデル生成装置本体の第１撮像カメラ１０，第２撮像カメラ２０，面状光源４０物体５０を載置するテーブル（図示しない）等の各構成要素の制御を行なうととともに，そのハードウェア資源およびソフトウェア資源を協同させて点群データ取得部３１，ポリゴン化部３２，境界情報取得部３３，有効ポリゴン判定部３４，モデリング用ポリゴン出力部３５等を実現する。パーソナルコンピュータ３０は，計算機システムの一例であり，例えば専用の処理装置を採用しても良い。
【００２５】
点群データ取得部３１は，第１撮像カメラ１０および第２撮像カメラ２０のそれぞれの物体撮影画像に基づいてパッシブステレオ法により点群データ（物体５０上の各点の距離情報）を生成する。パッシブステレオ法に基づいた計測装置は比較的簡単なコンポーネントにより構成できるメリットを持つ。
【００２６】
ポリゴン化部３２は，点群データ取得部３１で取得した点群データに，前述したＤｅｌａｕｎａｙ法を適用してポリゴンを生成する。
【００２７】
第１撮像カメラ１０および第２撮像カメラ２０によりパッシブステレオ法による計測のための撮像を行なった後，面状光源４０が点灯され，物体５０の背後から第１撮像カメラ１０や第２撮像カメラ２０の方向に光を照射する。第１撮像カメラ１０および第２撮像カメラ２０の一方または双方で物体５０のシルエットを撮像する。第１撮像カメラ１０および第２撮像カメラ２０の双方の撮影画像を用いるときにはシルエット像を合成するようにしても良い。シルエット像は境界情報取得部３３に供給され，物体５０の輪郭を表す閉曲線が境界情報として抽出される。
【００２８】
有効ポリゴン判定部３４が，ポリゴン化部３２から出力されるポリゴン情報のうち，境界情報が規定する閉曲線内部に位置するポリゴンのポリゴン情報を有効と判断する。モデリング用ポリゴン出力部３５は，有効なポリゴン情報を出力する。
【００２９】
次に有効な三角形ポリゴンのみを生成する３次元モデル生成方法について以下に手順を示す。またこのフローチャートを図５に示す。
【００３０】
［ステップＳ１０］：物体の点群データの取得
第１撮像カメラ１０および第２撮像カメラ２０で物体を撮影し，点群データ取得部３１がこれら撮影画像から点群データ（距離情報）を取得する。
【００３１】
［ステップＳ１１］：仮の三角形ポリゴン網の生成
ポリゴン化部３２が，Ｄｅｌａｕｎａｙ法を用いて，点群データ取得部３１により得られた点群データから，仮の三角形ポリゴン網を生成する（図２参照）。三角形ポリゴン網を生成するステップ（個々の点群データ間でどのデータとデータとを結び付けるかという方法）としては，得られた三角形が正三角形に近くなるような点群データ間の結びつきが優先的に行われる。この場合，図に示すような物体５０の非存在領域にも三角形ポリゴン網が必ず形成される。
【００３２】
［ステップＳ１２］：物体の境界情報の取得
面状光源４０から光を物体５０に照射し，この状態にて物体５０を第１撮像カメラ１０あるいは第２撮像カメラ２０にて撮像し，物体５０の境界情報の取得する（図３参照）。先に述べたように，双方のカメラで取得した境界情報を合成しても良い。
【００３３】
［ステップＳ１３］：有効三角形ポリゴン網の生成
ステップＳ１２にて生成された仮の三角形ポリゴン網において，無効な三角形ポリゴン網を有効ポリゴン判定部３４により削除し，有効三角形ポリゴン網を生成する（図４参照）。ここで無効な三角形ポリゴン網とは物体の非存在領域にある三角形ポリゴン網のことである。無効であるかどうかの判定はステップＳ１１にて生成された仮の三角形ポリゴン網と，ステップＳ１２にて得られた物体の境界情報とを照合し，物体の存在領域でない領域にある三角形ポリゴン網を無効なポリゴンであると判定することにより行う。有効ポリゴン判定部３４はこのような機能を有する。
【００３４】
この実施例によれば，凹部領域に偽の三角形網が形成されることを防止できる。また，物体のシルエット外部のノイズを削除することができる。この結果，高品質な３次元モデルを生成することができる。
【００３５】
なお，この発明は上述の実施例に限定されるものではなくその趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。例えば，上述実施例では点群データ取得にパッシブステレオ法を用いたが，本発明はこれに拘ることはなく，パターン投影方法やＴＯＦ法，単眼立体視法を用いてもよい。本出願人が特許第３４８２９９０号公報において提案しているパターン投影法を用いても良い。この手法は，投射系の主点位置に対して同主点位置にモニタ用のカメラを配置して多値にコード化されたストライプパターンを撮影し，この撮影画像に基づいてストライプパターンを再コード化して被写体のテクスチャ等の影響を抑制するものである。詳細は上記の特許文献を参照されたい。物体の点群データを取得できれば，特にその取得方法には拘らない。但し，どの取得方法においても物体の外形が取得できる撮像カメラ（形状取得用のカメラと兼用でも構わない）を必要とする。境界情報取得手段には面状の光源を用いたが点光源でも構わない。その場合は射出光が物体方向に放射線状に広がるように光学系を配置する。
【００３６】
また，物体の背面に受光素子アレイやカメラを配置して物体の境界を検出するようにしても良い。アクティブ手法を採用したときにはスリット光やパターン光を照射する光源からの投射光により物体の境界を検出するようにしても良い。また，点群データ取得用のカメラの感度波長領域と，境界情報取得用のカメラまたは受光素子アレイの感度波長領域を重ならないようにし，同時に点群データと境界情報とを取得できるようにしても良い。
【００３７】
また，上述実施例では，仮の三角形ポリゴン網を生成した後，ポリゴンの有効・無効を判別したが，点群データの有効・無効を，対応する点が，境界情報が規定する閉曲線の中に位置する場合に有効と判断し，有効と判断した点群データに基づいてポリゴン網を生成しても良い。この変形例の態様を図６に示した。図６では，有効点群データ判定部３６を用いている。図６において図１と対応する箇所には対応する符号を付して詳細な説明を繰り返さない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施例の装置構成を示す図である。
【図２】上述実施例における物体の仮の三角形ポリゴン網の例を示す図である。
【図３】上述実施例における物体の境界情報の例を示す図である。
【図４】上述実施例における無効三角形ポリゴン網を除去した有効三角形ポリゴン網の例を示す図である。
【図５】上述実施例において有効三角形ポリゴン網を生成する手順を示すフローチャートである。
【図６】上述実施例の変形例を説明する図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０      第１撮像カメラ
２０      第２撮像カメラ
３０      パーソナルコンピュータ
３１      点群データ取得部
３２      ポリゴン化部
３３      境界情報取得部
３４      有効ポリゴン判定部
３５      モデリング用ポリゴン出力部
３６      有効点群データ判別部
４０      面状光源
５０      物体
【図５】
2006065608.tif 000003
【図１】
2006065608.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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