(57)【要約】【課題】  操作性、安全性、計測精度、及び計測速度に優れた立体計測装置の提供。【解決手段】  被計測物を載置する拡散板と、該拡散板の下に設置された１以上の照明用光源と、該拡散板に上方からライン光を照射する投光装置と、被計測物の上方に配置された撮像手段と、被計測物挿入孔と、制御部と、画像処理部を備えた立体計測装置であって、前記撮像手段は、択一的になされたライン光の照射と照明用光源の照射を撮像し、前記画像処理部は、照明用光源照射時の画像から被計測物の２次元形状情報を算出し、ライン光照射時の画像から被計測物の高さ情報を算出し、これらの情報から被計測物の立体計測情報を算出することを特徴とする立体計測装置。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測物を載置する拡散板と、該拡散板の下に設置された１以上の照明用光源と、該拡散板に上方からライン光を照射する投光装置と、被計測物の上方に配置された撮像手段と、被計測物挿入孔と、制御部と、画像処理部を備えた立体計測装置であって、
前記撮像手段は、択一的になされたライン光の照射と照明用光源の照射を撮像し、
前記画像処理部は、照明用光源照射時の画像から被計測物の２次元形状情報を算出し、ライン光照射時の画像から被計測物の高さ情報を算出し、これらの情報から被計測物の立体計測情報を算出することを特徴とする立体計測装置。
【請求項２】
前記照明用光源は、前記拡散板上における光輪の外周が概ね隣接するように配置されることを特徴とする請求項１の立体計測装置。
【請求項３】
前記投光装置と前記照明用光源の中心波長が概ね同一であり、前記撮像手段は、当該中心波長に透過波長域を有するフィルタを備えることを特徴とする請求項１又は２の立体計測装置。
【請求項４】
前記ライン光はラインレーザー光であり、前記照明用光源はLED光源であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの立体計測装置。
【請求項５】
前記拡散板は、ポリアセタールであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの立体計測装置。
【請求項６】
さらに、前記投光装置の回転角度を制御するストッパーを有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかの立体計測装置。
【請求項７】
さらに、前記投光装置と前記挿入孔と概ね同一直線上に光漏洩防止板を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかの立体計測装置。
【請求項８】
さらに、被計測物の撮像をリアルタイムで表示する画面パネルを有することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかの立体計測装置。
【請求項９】
前記制御部は、予め設定された情報にもとづき、前記投光装置の駆動を制御することを特徴とする請求項１ないし８のいずれかの立体計測装置。
【請求項１０】
前記制御部は、予め設定された情報にもとづき、被計測物の計測ピッチを可変とすることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかの立体計測装置。
【請求項１１】
前記拡散板は載置基準を有し、
さらに、被計測物と当該載置基準のずれを検知するセンサーを有することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかの立体計測装置。
【請求項１２】
さらに、前記拡散板と前記被計測物挿入孔間に載置場所確認用鏡を有することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかの立体計測装置。
【請求項１３】
前記被計測物が、手又は足であることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかの立体計測装置。
【請求項１４】
被計測物に下方から照明光を照射して平面画像を撮像し、当該平面画像から、被計測物の輪郭を抽出し、２次元距離を算出する第１の工程、
被計測物に上方からライン光を照射して立体画像を撮像し、当該立体画像から被計測物画像を切り出し、重心位置を算出し、高さを算出する第２の工程、
第１の工程及び第２の工程の算出結果に基づき、立体形状を算出する第３の工程からなる立体計測方法。
【請求項１５】
さらに、被計測物の載置時に載置位置を測定し、基準位置にない場合には、音声及び／又は文字・画像情報を画面パネルに表示することにより通知する工程を有することを特徴とする請求項１４の立体計測方法。
【請求項１６】
前記被計測物が、手又は足であることを特徴とする請求項１４又は１５の立体計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚みのある被計測物を高精度且つ高密度で計測する装置及方法に関し、特にイージーオーダーにより手袋を製作するために必要な手の立体形状データを得るのに適した立体計装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
手袋製品のサイズは、一部のスポーツ手袋を除いてS、M、Lの3種類か、フリーサイズが一般的であるが、このサイズ表記には明文化された基準がなく、製造メーカによる独自の判断に任されているのが現状である。また、手袋の設計では、型紙を作成する作業がサイズを決定する作業である。この型紙は現在も、経験豊かな職人による手書きの図面作成により設計されている。このため、手袋の型紙の部位の対応については、経験的に理解されているだけであった。
【０００３】
一方、上記の問題を解決する装置として、図１に示す装置がある。この装置は、モノクロCCD（Charge Coupled Diode）カメラ(100)、ライン(101)、リニアスライダ(102)、照明パネル(103)、制御装置(104)で構成されており、モノクロCCDカメラ(100)とライン(101)の位置関係は固定されており、リニアスライダ(102)によって位置関係を保ったまま移動可能である。リニアスライダ(102)は測定面である照明パネル(103)の面に対して平行に移動する。ライン(101)によるレーザー光と照明パネル(103)は常時照射されており、計測時に制御しているのはリニアスライダ(102)とモノクロCCDカメラ(100)のみである。
【０００４】
上記従来の装置は、はじめにリニアスライダ(102)を所定の位置に移動し、モノクロCCDカメラ(100)によって、照明パネル(103)による透過照明とライン(101)によるレーザー光が照射されている手を撮像する。撮像された画像は画像入力ボートを介して取り込む。次に、モノクロCCDカメラ(100)とライン(101)の位置を所定の位置に移動を繰り返す。最終的に、複数回の撮像で得た画像をもとに、パソコン(105)で画像処理を行い、三次元形状の計測と計測部位の測定を行う。
【０００５】
しかしながら、従来の方法では、手の甲側の画像と三次元計測結果を用いて手の輪郭線を抽出し、その結果に基づいて手の各部を推定しなくてはならないという問題があった。具体的には、手の輪郭線の曲率に注目し、曲率が大きく変化する部分が指の先や付け根であることを利用して指の位置を推定しなくてはならなないという問題があった。
また、前腕と手首の境界についても同様に曲率を用いて求めていたが、曲率だけではその部位の推定が不正確であるという問題があった。
【０００６】
そこで、手の甲側からの画像認識に加えて掌側からの画像認識をすること、その際、手を透明板である基準台に置いて撮像し、掌側を二次元画像として撮像し、甲側を三次元画像として撮像すること、それらの撮像を画像処理した上で、手の甲側の画像は立体計測のために利用し、掌側から撮像した画像は手の各部位の推定のために利用して画像を合成すること、合成画像から立体寸法を計測すること、計測した立体寸法を立体形状データとして蓄積し、データベースとすることを特徴とする手の立体計測法とその装置が提言されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−３０８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の発明では、次の点で改善が要望されている。
(1)操作性
手の位置合わせを正確に行わなくては、十分な計測を行うことができない場合があった。
また、従来はカメラの撮像画像から原点を求めていたため、基準台（透明のアクリル板）に汚れ等が付着した場合、原点が狂った位置に認識される場合があった。このような状況においては、プログラムを再起動しても汚れ等が除去されない限り再び違った位置を原点としてしまうことがあった。従って、正しい原点を設定するためには、目視でライン光の位置を確認して原点を決める作業が必要であった。
また、ミラーの駆動にステップモータを使っているため、プログラム動作中に外力によってモータが回転すると、外力による回転をコンピュータが認識できない為、それ以降の測定は正しく出来ないことがあった。
(2)安全性
レーザー光を用いた装置構成においては、レーザー光漏洩防止のための仕組みが要望されていた。
(3)計測精度
画像処理を行うために、良質の原画像を得ることができない場合があった。原因としては、手と背景画像の切り分けが難しいこと、外光の影響があることなどがある。
(4)計測速度
特許文献１の装置では、１回の測定に２〜３分の計測時間（印刷時間除く）が掛かるため、計測速度の改善が求められていた。
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題を解決することが可能な立体計測装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、次の仕組みを採用することにより、上記課題を解決している。
(1)操作性向上の仕組み
基準台（拡散板）上に凸状のストッパーを設けることにより被計測者に触覚で位置を知らせること、あるいは光センサーと基準台に基準線を引き、光センサーとの組み合わせによりずれを知らせることにより、計測位置のずれが生じないようにした。
また、操作手順を音声及び／又は画面表示ガイダンスすることで、適切な位置へ被計測物（手）を導くようにしている。
基準台の汚れによるずれについては、ライン光発生器をサーボモータで直接回転しているため、モータ自身が回転（位置）情報を有しており、このモータの回転情報から原点を求めているため、基準台の状態に左右されずに原点を求めることが出来る。また、サーボモータを用いることにより外部からの耐衝撃性を高めている。
耐衝撃性については、モータ自身が位置情報をもって位置決めしているため、外力が加わってもプログラムで指定した角度位置を保持しようとする機能があり、これによりプログラム動作中は外力によるモータ制御のずれは生じにくくなっている。
【００１０】
(2)安全性向上の仕組み
ア．ソフトウェアによるライン光路の規制
制御プログラムにより、ライン光路が観測機器外に出ないようにレーザー光路の動作範囲を制限する。
イ．ハードウエアによるレーザー光路の規制
レーザー光源と挿入孔との同一直線上に光漏洩防止板物を設け、制御プログラムの異常や設定ミスによって想定外の動作をしてもレーザー光が観測機器外に出ないようにする。
また、図２に示すように、ストッパーを設けることにより、物理的に振り角度を制限している。
【００１１】
(3)計測精度向上の仕組み
透過光源としてLED（Light Emitting Diode）を拡散板と組み合わせて使用する。具体的には、LED光源の配列を、拡散板上の光輪が概ね隣接するように配置することで、光を平均化することを特徴とする。
被計測物の形状が概ね同一の場合には、被測定物の平面形状の輪郭線に沿ってLED光源を配置してもよい。また、撮像手段に光学フィルタを装着することで外乱光の影響を最小限とする。
【００１２】
(4)計測速度向上の仕組み
計測ピッチを可変にすることにより計測精度の必要な部位は計測ピッチを小さくして計測密度を上げ、計測密度の必要でない部位では計測ピッチを大きくとることにより、計測時間の短縮を図ることができる。
また、計測時間を長くすることで精度を向上させるのではなく、計測精度の必要な部位のみ計測密度を上げることで計測時間を短縮しつつ精度を落とさないようにしている。
【００１３】
すなわち、第１の発明は、被計測物を載置する拡散板と、該拡散板の下に設置された１以上の照明用光源と、該拡散板に上方からライン光を照射する投光装置と、被計測物の上方に配置された撮像手段と、被計測物挿入孔と、制御部と、画像処理部を備えた立体計測装置であって、前記撮像手段は、択一的になされたライン光の照射と照明用光源の照射を撮像し、前記画像処理部は、照明用光源照射時の画像から被計測物の２次元形状情報を算出し、ライン光照射時の画像から被計測物の高さ情報を算出し、これらの情報から被計測物の立体計測情報を算出することを特徴とする立体計測装置である。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、前記照明用光源は、前記拡散板上における光輪の外周が概ね隣接するように配置されることを特徴とする。
【００１５】
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記投光装置と前記照明用光源の中心波長が概ね同一であり、前記撮像手段は、当該中心波長に透過波長域を有するフィルタを備えることを特徴とする。
【００１６】
第４の発明は、第１ないし３のいずれかの発明において、前記ライン光はラインレーザー光であり、前記照明用光源はLED光源であることを特徴とする。
【００１７】
第５の発明は、第１ないし４のいずれかの発明において、前記拡散板は、ポリアセタールであることを特徴とする。
【００１８】
第６の発明は、第１ないし５のいずれかの発明において、さらに、前記投光装置の回転角度を制御するストッパーを有することを特徴とする。
【００１９】
第７の発明は、第１ないし６のいずれかの発明において、さらに、前記投光装置と前記挿入孔と概ね同一直線上に光漏洩防止板を有することを特徴とする。
【００２０】
第８の発明は、第１ないし７のいずれかの発明において、さらに、被計測物の撮像をリアルタイムで表示する画面パネルを有することを特徴とする。
【００２１】
第９の発明は、第１ないし８のいずれかの発明において、前記制御部は、予め設定された情報にもとづき、前記投光装置の駆動を制御することを特徴とする。
【００２２】
第１０の発明は、第１ないし９のいずれかの発明において、前記制御部は、予め設定された情報にもとづき、被計測物の計測ピッチを可変とすることを特徴とする。
【００２３】
第１１の発明は、第１ないし１０のいずれかの発明において、前記拡散板は載置基準を有し、さらに、被計測物と当該載置基準のずれを検知するセンサーを有することを特徴とする。
【００２４】
第１２の発明は、第１ないし１１のいずれかの発明において、さらに、前記拡散板と前記被計測物挿入孔間に載置場所確認用鏡を有することを特徴とする。
【００２５】
第１３の発明は、第１ないし１２のいずれかの発明において、前記被計測物が、手又は足であることを特徴とする。
【００２６】
第１４の発明は、被計測物に下方から照明光を照射して平面画像を撮像し、当該平面画像から、被計測物の輪郭を抽出し、２次元距離を算出する第１の工程、被計測物に上方からライン光を照射して立体画像を撮像し、当該立体画像から被計測物画像を切り出し、重心位置を算出し、高さを算出する第２の工程、第１の工程及び第２の工程の算出結果に基づき、立体形状を算出する第３の工程からなる立体計測方法である。
【００２７】
第１５の発明は、第１４の発明において、さらに、被計測物の載置時に載置位置を測定し、基準位置にない場合には、音声及び／又は文字・画像情報を画面パネルに表示することにより通知する工程を有することを特徴とする。
【００２８】
第１６の発明は、第１４又は１５の発明において、前記被計測物が、手又は足であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明においては、LED光源と拡散板を使用することにより、もともと消費電力が少ないLED光源を最小の配置数とすることができ、しかも高価な面発光光源を用いる必要がないため、コスト性に優れる。
【００３０】
また、拡散板を使用することにより、光を拡散させるために光源と手を置く基準面との距離を取る必要がないため、装置構成を小型化することができる。
また、レーザー光を用いた装置構成においても、漏洩防止の機構を設けることにより、安全性を確保している。
さらには、従来装置と比べ計測時間を大幅に短縮することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明を実施するための最良の形態を、図面を用いて説明する。
１．装置構成
まず、本発明に係る装置の基本構成を、図３〜７を用いて説明する。図３に示すように、本発明に係る装置は、被計測者に誘導アナウンスを行うための表示画面兼タッチパネル(6)と、撮像用CCDカメラ(1)（図示せず）と、被計測物を下方から照らすLED光源(37)と、拡散板(22)と、被計測物を上方から照らすラインレーザー光投光装置(37)と、投光装置駆動用のサーボモータ(8)とから構成される。また、図示していないが、被計測者に被計測物の載置状況を通知する音声出力装置(6)も有する。
【００３２】
図４は本発明に係る装置を横から見た図である。CCDカメラ(1)には、フィルタ(39)が取り付けられており、照射するレーザー光の中心波長（例えば635nm）±10nm程度の波長の光しか透過させないことにより、外乱光によるノイズを低減している。
上記各部材を収納する筐体(20)は、測定者の手を挿入する挿入口(21)が設けられており、筐体(20)内部には測定する手を載置する拡散板(22)が設けられており、拡散板(22)には被計測者が手の位置を決めるための凸状基準線である手首ストッパー(38)が設けられている。上記筐体(20)の上部に配置されたライン投光装置(36)は、公知のレーザー光源（例えば、株式会社オーディオテクニカ社製LM-6）であり、サーボモータ(8)により回転制御される。
【００３３】
図５は、上方から拡散板(22)を見た図面である。被計測物である手の外形を取得するために、25個のLED光源（例えばLumileds Lighting社製HP-WT-MH又はKingbright社製L-7676CSEC-H）が配置されており、各LED光源からの光が拡散された状態を示している。拡散板(22)の材質としては、例えばポリアセタールが考えられる。結晶性プラスチックで透明性が高く、光の拡散が大きいことを特徴とするためである。
【００３４】
図６は、本発明に係る立体計測装置の横断面図であり、ライン光が筐体(20)の外に出ないように、光漏洩防止板(41)を設けた構成の例である。ライン投光装置(36)から照射されるレーザー光はソフトウェア及びストッパーにより、拡散板(22)外を照射しないように制御されるが、光漏洩防止板(41)を設けることにより、確実にレーザー光の漏洩を防止することができる。
【００３５】
図７は、本発明に係る立体計測装置のシステムのブロック図である。本発明に係る装置は汎用的なパーソナルコンピュータをその構成要素の一部としており、計測装置を制御するほか、計測装置が取得した計測データはインターネット又はLANを介してデータベースサーバーに転送すること、CD-RW等の記憶媒体によりデータ連携を図ること、被計測者に個人データの記憶媒体を提供することなどの機能を実現することができる。
本立体計測装置を制御するプログラムは、被計測者の個人情報を入力するためのパーソナルデータ入力プログラムと、レーザー光を規則通りに照射するためにモータ駆動命令を出し、計測装置の作動を制御する撮像用プログラムと、撮像された画像を形状データに変換し、計測データにもとづき必要寸法を計算し、計算結果をデータエリアに記憶させるための演算プログラムとで構成されている。
また、計測時に付加的に入力されるパーソナルデータ又は計測データに基づき、検索又は検索設定範囲内での平均、最大、最小データを計測結果に加えて蓄積することも可能である。
【００３６】
なお、上記計測装置は登録された秘密鍵を持ち、採取されたデータを記録する際にこの計測装置で採取された証明となる電子署名を付加された上でデータ登録され、上記の秘密鍵に対応した公開鍵により署名の正当性を認められた計測データのみで構成されるデータベースとすることが好ましい。
【００３７】
２．撮像手法
立体画像の撮像は、従来公知の「光切断法」（例えば、井口征士、佐藤宏介著「３次元画像計測」照晃堂）によって行う。手の各部位の推定は、従来の方法では、手の甲側の画像と三次元計測結果を用いて手の輪郭線を抽出した結果から求めていた。具体的には、手の輪郭線の曲率に注目し、曲率が大きく変化する部分が指の先や付け根であることを利用して指の位置を推定していた。また、手の付け根についても同様に曲率を用いて求めていた。しかし、本発明は、ライン光により立体計測を行い、輪郭線の抽出は拡散板の裏側からLED光源を照射した際の影を撮像したものを利用する。
【００３８】
「光切断法」により、１本のスリット光をカメラで撮影し、その撮像から高さを求める方法は、図８に示すように、ライン光と対象面の角度θ１、スリット光が対象に照射された場合のカメラの視線と対象面がなす角度θ２、対象面でのライン光照射位置と、視線位置の距離をＬとすると、高さＤは次の式１で求められる。
【００３９】
【数１】
2006098384.tif 000003
【００４０】
また、複数本のライン光が照射される構成とした場合には、各ライン光に対して上記の式１を適用して高さを求めていくことになるが、その際に画像中にある光がどのライン光に対応するかを決定する必要がある。この問題を解決するためにコード化パターン法を用いるか、手の形状に関する制約条件を用いることとなる。ここで、θ１はミラーの回転角度とライン光によって求めることが可能であり、θ２はCCDカメラの画素により求めることが可能である。さらに、Ｌについても、対象面に照射した各ライン光がCCDカメラのどの画素に見えているかという初期位置をあらかじめ記憶しておけば簡単に求めることができる。
【００４１】
そこで、初期設定によって、θ１、θ２と初期位置をあらかじめ求めておくことで、計測時にはライン光がカメラのどの画素に見えているかを調べるだけで高さを求めることが可能となる。
【００４２】
拡散板上に掌側が接触するように載置した手を、拡散板の裏側からのLED光照射時に二次元画像を撮像し、ライン光照射時に三次元画像を撮像し、それらの撮像を画像処理した上で合成し、立体寸法を計測し、その計測結果にもとづき手袋の型紙を作成するか、計測結果を蓄積したものを手袋型紙の製造用データベースとする。
【００４３】
本発明によれば、例えばイージーオーダーにより手袋を製作するための手の立体形状データ又は必要長さを得るために応用することができる。そのために、手の形状画像も撮像し、手袋製造に必要となる手の部位を簡単にかつ正確に計測することができる。これらの計測データを蓄積し、例えば成人男子の手の形がどのようなものであるか、それを定量的に示す基本データの作成に寄与することができる。通常のカメラ撮像では前腕と手首の境界を判別するための特徴がほとんどないので、撮像を行う前に基準位置に手を配置してもらうためのアナウンスを行う。
【００４４】
３．画像処理
次に、図９〜１１により、画像の処理方法を説明する。
《平面画像の処理》
平面画像による計測にもとづく測定寸法の種類としては、各指の長さ、手長等が有り、図９上の、Ａ、Ｂをあらかじめ計測しておき撮像された各ポイントが写される画像の位置からＸＹ座標系への位置変換が行えるようにしておき、平面画像の処理は各画素の位置をＸＹ絶対座標系に換算した平面データにしてから行う。なお、レンズの収差補正のためにはさらに多くのポイントを設けておいてもよい。また、立体画像の撮像時に、ライン光が拡散板で反射して立体計測時に計測の障害になるのを防ぐため平面撮像した後、絶対座標に変換した手の領域以外は、立体側側撮像からマスクする操作を行うことが好ましい。
【００４５】
《立体画像の処理》
立体画像の撮像にあたっては、平面画像と同じく、図１０上の、Ａ、Ｂ寸法はあらかじめ計測しておき撮像された各ポイントが写される画素の位置から基準点からのＸＹＺ絶対座標系への位置変換が行えるようにしておく。また、平面画像の撮像の場合と同様に、レンズの収差補正のためにはさらに多くのポイントを設けておいてもよい。
【００４６】
《画像の合成と立体寸法計測》
図１１に示すように、上記の処理をなされた平面画像と立体画像とを、以下の工程を経てデータリンクする。
(i)初期設定：板上にいくつかのポイントを置き、それがCCDカメラのどの画素に写るかをあらかじめ調べる。
(ii)画素位置対応：(i)からLED光照射時の撮像の各画素で見えている点が、ライン光照射時の撮像の各画素のどの位置で見えるかを特定できるようにしておく。
(iii)LED光照射時の画像で計測位置・箇所を特定・選択
(iv)ライン光照射時の撮像との計算により、2.5次元（それぞれの二次元位置とその高さ）を計測する。
(v)ライン光照射時の座標値とLED光源照射時の座標値の整合性を(i)(ii)による補正によりとる。
(vi)(iii)の計測位置での高さから立体形状の断面の輪郭線を出して必要寸法を得る。したがって、立体画像から計測された立体データと平面画像から計測された平面形状データ、どちらも基準点からのＸＹ、又はＸＹＺ絶対座標系になっているので単純にデータ合成することができる。
【００４７】
平面画像の処理により設定した特徴点から必要な立体形状寸法の断面の輪郭を抽出し、外周寸法を計測する。図で示しているのは手囲寸法で小指の付け根と手首の間を三等分した点の手首側の点と人指し指の外側の付け根と親指の内側の付け根を二等分した点を結ぶ周囲長の計測を表示する。なお、ライン光が当たらない掌側の陰は楕円近似を用いることで対応する。
【００４８】
４．計測方法
次に、図１２のフローチャートを参考に、本発明の立体計測装置を用いて手の立体形状を計測する方法を説明する。
まず、手を置く位置に関する注意事項が、図１３に示すように文字とイラストで画面上に表示され、同時に音声によるアナウンスが流れる(STEP1)。被計測者は、被計測物である手の平を拡散板上に配置する(STEP2)。このとき、図１４に示すように、画面には拡散板上の手の状態がリアルタイムに表示され、被計測者は、手の位置を正しいかどうかを確認することができる(STEP3)。被計測者（または操作をする第三者）は、正しい位置に手を置いているかどうかの判断を行い(STEP4)、位置が不適切な場合は被計物である手の位置を修正する(STEP5)。手の配置位置が正しくなったら、信号入力装置は、ライン光発生器とサーボモータを制御して、上方からライン光を照射した状態で立体画像を撮像する(STEP6)。この際、サーボモータの回転ピッチは予め設定されており、精度を必要とする部分（例えば手の甲部分）は細かいピッチ（例えば0.288°）であり、精度を必要としない部分（例えば指部分）は荒いピッチ（例えば0.720°）でライン光が照射され、全体で80本のライン光による画像80枚を取得する。
【００４９】
立体画像取得後、拡散板の下に配置された照明光源が点灯され、平面画像を撮像する(STEP7)。撮像した平面画像からまずは手の輪郭線を算出する。具体的には、手のない状態で撮像した画像から、手のある状態の画像を差分し、その結果画像を２値化処理することによって手の輪郭線（領域）を抽出する。指の部位の推定方法は、従来通り輪郭線の曲率であり、前腕と手首の境界、手囲いの親指側の開始点は、手囲いの親指側の開始点、及び前腕と手首の境界：ストッパーに密着している部分の手首側の端とする。これらの算出結果にもとづいて、推定部位間の２次元距離を算出する(STEP8)。
【００５０】
次に、手の領域以外の拡散板上で発生するライン光の反射成分を除去するために、先の80枚の画像から手の領域の画像のみを切り出す処理を行う。手の領域のみのライン光画像が得られると、そこからライン光を抽出しその重心位置を求める。具体的には、横方向の成分に感度のある２階差分処理を行った後、２値化処理して得られた成分について、縦方向の輝度値の加重平均を行って重心位置を求める。さらに求めた重心位置からカメラの視線角度を求め、それを前記式(1)に代入することで高さ方向を求める(STEP9)。なお、STEP7〜9の順番は、7-8-6-9の順で行ってもよいし、7-6-8-9の順で行ってもよい。
【００５１】
上記の処理の結果、高さ計測と各部位の位置推定、推定部位間の二次元的な距離が求められる。そこで、手囲いなどの立体的な形状値については、計測した高さと各部位の位置から立体的な断面の輪郭の外周寸法を求める(STEP10)。最後に、これら求めた計測結果と画像を表示し、計測データを外部記憶装置に保存する事で、１人の形状計測が終了することになる(STEP11)。
本発明によれば、撮像に20〜30秒、計算に25〜30秒程度で計測を行うことができた。
【００５２】
なお、上記説明は手の立体計測に関する説明に特化したが、足についても全く同様の手法で立体計測を行うことができるのは言うまでもない。
以下では、本発明の実施例を説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【実施例１】
【００５３】
図１５は、実施例１に係る装置構成図であり、同図において、(13)は高輝度LEDをマトリックス状に配置したものを光源とし、シリンドリカルレンズ(14)と凸レンズ(15)を経路に配置し、手の甲付近にスリット光(16)を設定された間隔で発生させるLEDスリット光投光装置(18)であり、(17)は投光装置からのスリット光を手の甲方向に屈折させる反射鏡であり、(8)は反射鏡を固定するとスリット光を受光できない箇所が発生するためのミラー駆動用のモータである。
拡散板(22)には、基準線が引かれており、左右の光センサ(5)は被計測者の手の配置位置にずれがある場合には信号をCPUへ送信し、CPUは音声及び画面パネルに表示された画像・文字情報によって、位置の修正を促す。
【００５４】
筐体(20)内部上方に配置され、手の甲側上部に複数のスリット光(16)を照射するLEDスリット光投光装置(18)は詳しくは、マトリックス状に配置された高輝度LEDから指向性をもって発行させた光を被検査体である手の甲付近で平行な複数のライン状になるように１方向には拡散、それとクロスする方向には収束するようにシリンドリカルレンズ(14)と凸レンズ(15)を配置され、光の経路上にモータ(8)に取り付けられた反射鏡(17)により反射させ、モータ(8)の制御によって手の全域にわたって計測可能に構成されている。
上記LEDスリット投光装置(18)によると、LEDで作られた４本のスリット光(16)は反射鏡(17)によって下方に向きを変え、手に照射される。反射鏡(17)を回転させることでスリット光(16)を図１５の左右方向に移動するため、手全体に対してスリット光(16)を照射することが可能となり、また、回転する反射鏡(17)を用いることによって、LED光源(13)、シリンドリカルレンズ(14)、凸レンズ(15)、反射鏡(17)、CCDカメラ(1)をほぼ同じ高さに配置することが可能となり、立体計測のための光学系がコンパクトに構成できる。
【００５５】
また、割り出し制御される反射鏡駆動用のモータ(8)と、モータを駆動する反射鏡駆動部と、反射鏡角度信号を反射鏡駆動部に出力する入力装置と、反射鏡(17)の角度に応じた反射鏡角度信号を出力するミラー駆動部と、反射鏡駆動部からの反射鏡角度信号にもとづいてLEDスリット光投光装置(18)のLEDを点灯制御し、立体画像が撮像される。LED光源(37)は、LEDスリット投光装置(18)と択一的に点灯制御され、平面画像が撮像される。また、LEDスリット光投光装置(18)及びLED光源(37)の波長の光のみを通過させるバンドパスフィルタ（図示せず）をCCDカメラ(1)の前面に設置し、外光に影響されずに安定した撮像を可能に構成されている。なお、本装置では、オレンジ色の高輝度LEDを使用し、CCDカメラ(1)前面に赤色透過フィルタを使用したが、高輝度赤外LEDと赤外光フィルタをバンドパスフィルタとして利用すれば、さらに外光の影響を受けにくく好ましい。
なお、本実施例では反射鏡を用いた投光装置を用いた構成例を示しているが、投光装置を直接モータ(8)で駆動させる方式としてもよい。
【実施例２】
【００５６】
本実施例は、被計測物の載置場所確認用鏡を設けた構成の立体計測装置である。
図１６に示すように、拡散板(3)の手前（被検査者側）には、拡散板(3)より低い位置に載置場所確認用鏡(4)が設けられており、拡散板(3)上に載せた被検査者の手の拡散板(3)よりはみ出した部分を、検査者または被検査者が視認できるようになっている。
拡散板(3)上に手を載せた被検査者は、載置場所確認用鏡(4)に映し出された像を見ながら手を前後させ、掌と手首の境面が視認できる位置に合わせることにより、掌を拡散板の正確な位置に載置することができる。
なお、載置場所確認用鏡(4)は映像を視認しやすいように手前を低く傾斜させて設けるのが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明によれば、図１７に示すような、ユーザーが店頭の測定器で手のサイズを測定し、インターネット経由で測定データを送信し、測定データに基づいて製品を製作するイージーオーダーシステムの構築が可能である。
また、本発明は手又は足の立体計測のみならず、立体計測が必要な任意の被計測物に適用できる。本発明の他の適用場面としては、既に販売中止となった機械部品の複製、整形外科における義手、義足の作成、コンピュータグラフィックスの元データの収集などが例示される。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】従来の手の立体計測装置の概略図である。
【図２】レーザー光の漏洩防止手段の説明図である。
【図３】手の立体計測装置の概略図である。
【図４】手の立体計測装置の詳細図である。
【図５】上方から拡散板を見た図面である。
【図６】ライン光の漏洩防止板の説明図である。
【図７】手の立体計測装置の実施例１のブロック図である。
【図８】光切断法の説明図である。
【図９】平面画像の処理説明図である。
【図１０】立体画像の処理説明図である。
【図１１】画像の合成方法の説明図である。
【図１２】立体計測における処理手順である。
【図１３】手を配置する前のアナウンス画面の例である。
【図１４】手を配置した後のアナウンス画面の例である。
【図１５】実施例１に係る装置の構成図である。
【図１６】実施例２に係る装置の構成図である。
【図１７】本発明を用いたイージーオーダーシステムの適用モデルである。
【符号の説明】
【００５９】
１  撮像用CCDカメラ
４  載置場所確認用鏡
５  光センサー
６  音声部
７  画面パネル
８  位置決め用モータ
11  CPU
12 メモリ
13 光源
14 シリンドリカルレンズ
15 凸レンズ
16 スリット光
17 反射鏡
18  スリット光投光装置
20  筐体
21  挿入孔
22  拡散板
36  ライン光投光装置
37  LED光源
38  手首ストッパー
41  光漏洩防止板
100  モノクロCCDカメラ
101  ライン
102  リニアスライダ
103  照明パネル
104  制御装置
105  パソコン
【図１】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１５】
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【図１６】
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【図２】
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【図３】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１７】
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