(57)【要約】【課題】物体の３次元形状データ及び２次元テクスチャデータの入力時間が短縮され、かつ装置構成が簡略化された３次元モデル生成装置及び３次元生成システムを実現する。【解決手段】第１の波長を有する光と第１の波長の光とは異なる第２の波長を有する光とを発する光源手段と、光源手段から射出されて物体で反射された反射光のうち、第１の波長を有する光の光量を測定する第１の受光部と、第２の波長を有する光の光量を測定する第２の受光部とを有する光量測定手段と、第１の受光部の出力から物体の３次元形状データを算出する３次元形状算出部と、第２の受光部の出力から物体の表面属性データを生成する表面属性生成部と、３次元形状データと表面属性データとを統合して３次元モデルを生成する統合部とを有する。【選択図】  図９
2006162386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長を有する光と、前記第１の波長の光とは異なる第２の波長を有する光とを発する光源手段と、
前記光源手段から射出されて物体で反射された反射光のうち、前記第１の波長を有する光の光量を測定する第１の受光部と、前記第２の波長を有する光の光量を測定する第２の受光部とを有する光量測定手段と、
前記第１の受光部の出力から前記物体の３次元形状データを算出する３次元形状算出部と、
前記第２の受光部の出力から前記物体の表面属性データを生成する表面属性生成部と、
前記３次元形状データと前記表面属性データとを統合して３次元モデルを生成する統合部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】
前記光源手段は、前記第１の波長を有する光を発する第１の光源と、前記第２波長を有する光を発する第２の光源とを有することを特徴とする請求項１記載の３次元モデル生成装置。
【請求項３】
前記第１の受光部及び前記第２の受光部を複数有しており、
前記複数の第１の受光部と前記複数の第２の受光部とが、実質的に同一平面内に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の３次元モデル生成装置。
【請求項４】
前記第２の受光部は、前記第１の受光部よりも感度が高いことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の３次元モデル生成装置。
【請求項５】
前記第１及び第２の受光部は、前記物体からの光のうち前記第１の波長を有する光を透過させる第１の領域と、前記第２の波長を有する光を透過させる第２の領域とを有する光学フィルタと、前記第１及び第２の領域を透過した前記物体からの光を光電変換する光電変換素子とで構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の３次元モデル生成装置。
【請求項６】
前記第１の波長は可視光領域以外の波長成分を有し、前記第２の波長は可視光領域の波長成分を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の３次元モデル生成装置。
【請求項７】
前記第１及び第２の光源は前記物体に対してそれぞれ異なる方向から光を照射し、前記物体からの反射光は前記第１及び第２の受光部のそれぞれの領域に入射することを特徴とする請求項２から６のいずれか１つに記載の３次元モデル生成装置。
【請求項８】
第１の波長を有する光と、前記第１の波長の光とは異なる第２の波長を有する光とを発する光源手段と、
前記光源手段から射出されて物体で反射された反射光のうち、前記第１の波長を有する光の光量を測定する第１の受光部と、前記第２の波長を有する光の光量を測定する第２の受光部とを有する光量測定手段と、
前記第１の受光部の出力から前記物体の３次元形状データを算出する３次元形状算出部と、
前記第２の受光部の出力から前記物体の表面属性データを生成する表面属性生成部と、
前記３次元形状データと前記表面属性データとを統合して３次元モデルを生成する統合部とを有することを特徴とする３次元モデル生成システム。
【請求項９】
前記光源手段は、前記第１の波長を有する光を発する第１の光源と、前記第２波長を有する光を発する第２の光源とを有することを特徴とする請求項８記載の３次元モデル生成システム。
【請求項１０】
前記第１の受光部及び前記第２の受光部を複数有しており、
前記複数の第１の受光部と前記複数の第２の受光部とが、実質的に同一平面内に配置されていることを特徴とする請求項８又は９記載の３次元モデル生成システム。
【請求項１１】
前記第２の受光部は、前記第１の受光部よりも感度が高いことを特徴とする請求項８から１０のいずれか１つに記載の３次元モデル生成システム。
【請求項１２】
前記第１及び第２の受光部は、前記物体からの光のうち前記第１の波長を有する光を透過させる第１の領域と、前記第２の波長を有する光を透過させる第２の領域とを有する光学フィルタと、前記第１及び第２の領域を透過した前記物体からの光を光電変換する光電変換素子とで構成されていることを特徴とする請求項８から１１のいずれか１つに記載の３次元モデル生成システム。
【請求項１３】
前記第１の波長は可視光領域以外の波長成分を有し、前記第２の波長は可視光領域の波長成分を有することを特徴とする請求項８から１２のいずれか１つに記載の３次元モデル生成システム。
【請求項１４】
前記第１及び第２の光源は前記物体に対してそれぞれ異なる方向から光を照射し、前記物体からの反射光は前記第１及び第２の受光部のそれぞれの領域に入射することを特徴とする請求項９から１３のいずれか１つに記載の３次元モデル生成システム。
【請求項１５】
第１の波長を有する光と、前記第１の波長の光とは異なる第２の波長を有する光とを物体に照射する第１のステップと、
前記第１のステップによって照射されて前記物体で反射された反射光のうち、前記第１の波長を有する光の光量を測定する第１の受光部を用いて受光するとともに、前記第２の波長を有する光の光量を測定する第２の受光部を用いて受光する第２のステップと、
前記第１の受光部の出力から前記物体の３次元形状データを算出する第３のステップと、
前記第２の受光部の出力から前記物体の表面属性データを生成する第４のステップと、
前記３次元形状データと前記表面属性データとを統合して３次元モデルを生成する第５のステップと有することを特徴とする３次元モデル生成プログラム。
【請求項１６】
第１の波長を有する光と、前記第１の波長の光とは異なる第２の波長を有する光とを物体に照射する第１のステップと、
前記第１のステップによって照射されて前記物体で反射された反射光のうち、前記第１の波長を有する光の光量を測定する第１の受光部を用いて受光するとともに、前記第２の波長を有する光の光量を測定する第２の受光部を用いて受光する第２のステップと、
前記第１の受光部の出力から前記物体の３次元形状データを算出する第３のステップと、
前記第２の受光部の出力から前記物体の表面属性データを生成する第４のステップと、
前記３次元形状データと前記表面属性データとを統合して３次元モデルを生成する第５のステップと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次元形状と２次元テクスチャ画像から、３次元モデルを生成する３次元モデル生成装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光学的に物体の３次元形状を入力する３次元測定装置は、非接触で高速な入力が可能な装置としてＣＧシステムやＣＡＤシステムへのデータ入力、身体計測、ロボットの視覚認識などに幅広く利用されている。
【０００３】
光学的な入力手法には、ステレオ法に代表される受動的手法と、レーザレーダ法や光切断法、パターン投影法など物体に参照光を照射してその反射光を利用する能動的手法が知られている。特に、能動的手法は受動的手法と比較して一般に高精度な入力が可能であるため、物体の３次元モデル生成装置にも多く採用されている。特許文献１はその一例である。
【０００４】
図１に３次元モデル生成装置に用いられる能動的手法の中でも画像を用いた三角測量に基づく手法の一つである光切断法の概略構成を示す。
【０００５】
光切断法は参照光としてスリット光源１０３に半導体レーザ等を用いたスリット光１０４を物体１０１に照射し、スリット光１０４とは異なる視点に配置した撮影装置１０５により物体１０１の表面からのスリット光１０４の反射光を撮影する。このとき、撮影画像１０８中のスリット像上の点Ｐ’に対応する物体１０１上の点Ｐの空間座標は、点Ｐ’と撮影装置１０５のレンズ主点とを結ぶ直線とスリット光１０４の作る平面との交点の座標として一意に求められる。
【０００６】
このようにして撮影画像１０８中のスリット像上の各点において３次元座標を求め、スリット光１０４を物体に対して１０６に示すように方向に走査を行うか、既知の回転中心１０７に沿って物体１０１を回転させることでスリット光源１０３、撮影装置１０５、物体１０１の相対位置関係を変化させる。それぞれの相対位置が変化した状態で再び撮影した画像に対して同様の計算を繰り返し行うことで物体１０１全周の３次元形状を得ることができる。
【０００７】
以上説明したように光切断法は撮影されたスリット光画像１０８と物体１０１、スリット光源１０３、撮影装置１０５の位置関係および撮影装置１０５のカメラパラメータを基に三角測量の原理に基づいて物体１０１の３次元形状を算出する手法である。
【０００８】
また、スリット光画像１０８とは別に、白色照明１０２等で照明された物体１０１のカラー画像を撮影装置１０５により撮影し、取得したカラー画像から物体１０１の表面の色情報である２次元テクスチャ画像を生成し、先に求めた３次元形状と統合することで、３次元形状と２次元テクスチャ画像を共に有する３次元モデルが生成される。
【０００９】
このように能動的手法による３次元モデル生成装置には、物体の３次元形状を入力するための光学系と、物体表面の色情報である２次元テクスチャ画像生成用のカラー画像を取得するための光学系とがそれぞれ設けられている。３次元形状入力のための光学系は、物体に参照光を照射するためのレーザ等の光源、必要に応じて参照光を物体上で走査させるための走査手段、参照光の物体による反射光を撮影するＣＣＤ等の光電変換素子である２次元イメージセンサなどから構成され、イメージセンサより出力される撮影画像に基づいて、３次元形状の算出が行われる。
【００１０】
一方、２次元テクスチャ画像生成用のカラー画像入力のための光学系は、物体を可視光で照明するためのハロゲンランプ等の光源や物体のカラー画像を撮影するためのＣＣＤ等の２次元カラーイメージセンサを備えている。この２次元カラーイメージセンサによって撮影されたカラー画像より物体表面の二次元テクスチャ画像を生成する。
【００１１】
しかし、このような構成において、３次元形状入力用の参照光と、カラー画像入力用の照明光が共通の波長成分を有していると、それぞれの反射光の分離が困難となることから、物体に対して同時に照射することができない。そのため、異なる波長成分を有する光源と、光源の波長に対応した感度を有するセンサをそれぞれ使用するか、若しくは共通のセンサを用いて時間的に３次元形状入力用の参照光を受光するタイミングと２次元テクスチャ画像生成用のカラー画像を撮影するタイミングを異ならせるなどの工夫が必要となる。
【００１２】
そこで、３次元形状入力のための光学系と２次元テクスチャ画像生成用のカラー画像入力のための光学系とを完全に分離せずに、撮影装置の一部を共通として構成の単純化を図る提案がされている。
【００１３】
具体的には、３次元形状入力用の参照光には赤外光などの非可視光を使用し、カラー画像入力用の照明光には白色光などの可視光領域に波長を有する光源を用いることで、各々の光を波長により分離することが可能となる。
【００１４】
図２に示すように、１つのＣＣＤ２０４を用い、２次元テクスチャ画像生成用カラー画像を入力するときには光路中に赤外カットフィルタ２０２を挿入し、３次元形状入力用の参照光を入力したいときは可視光カットフィルタ２０３を赤外カットフィルタ２０２に換えて挿入することで所望の波長の反射光のみをＣＣＤ２０４へ結像させる。
【００１５】
また、図３に示すように、２つのＣＣＤ３０４、３０６を用い、光路中にミラー３０２を進退させることで光路を変更し、ミラーが３０２−ａの状態にあるときには３次元形状入力用の参照光がミラー３０２によって反射され、可視光カットフィルタ３０５を通過して赤外光用ＣＣＤ３０６へ入力される。また、ミラーが３０２−ｂに位置するときには２次元テクスチャ画像生成用のカラー画像が赤外カットフィルタ３０３を通過して可視光用ＣＣＤ３０４へ入力される。
【特許文献１】特開２００２−１５９０２２号公報（段落００３８〜００４７、図３等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、３次元形状入力用の参照光と２次元テクスチャ画像生成用のカラー画像の入力が共に必要な能動的手法を利用した従来の３次元モデル生成装置では、図２に示すようにフィルタの切り換え、図３に示すようにミラーの切り換えが必要となる。
【００１７】
つまり、３次元形状入力とカラー画像入力の両入力処理が必要になることから、入力時間が単純に２倍となる。
【００１８】
このため、一般に３次元モデル生成処理では物体の全周データを入力し、かつ複数視点からの入力処理が繰り返し行われので  撮影タイミングをずらす手法を採用することで膨大な入力時間が必要となる課題を有している。
【００１９】
そこで、本発明の例示的な目的の１つは、物体の３次元形状データ及び２次元テクスチャデータの入力時間が短縮され、かつ装置構成が簡略化された３次元モデル生成装置及び３次元モデル生成システムを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の１つの観点としての３次元モデル生成装置は、第１の波長を有する光と第１の波長の光とは異なる第２の波長を有する光とを発する光源手段と、光源手段から射出されて物体で反射された反射光のうち、第１の波長を有する光の光量を測定する第１の受光部と、第２の波長を有する光の光量を測定する第２の受光部とを有する光量測定手段と、第１の受光部の出力から物体の３次元形状データを算出する３次元形状算出部と、第２の受光部の出力から物体の表面属性データを生成する表面属性生成部と、３次元形状データと表面属性データとを統合して３次元モデルを生成する統合部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、光量測定手段における第１の受光部の出力に基づいて３次元形状データを、第２の受光部の出力に基づいて表面属性データを取得しているため、複雑な処理及び構成を用いる必要が無く、従来よりも装置構成が簡略化され、かつデータ入力時間の短縮を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に本発明の実施例について説明する。なお、本発明では、上述のように物体の３次元形状データ及び２次元テクスチャデータの入力時間が短縮され、かつ装置構成が簡略化された３次元モデル生成装置及び３次元モデル生成システムを実現することである。
【００２３】
そのために、本実施例の３次元モデル生成装置は、入力時間削減のために３次元形状入力用の参照光画像と２次元テクスチャ画像生成用のカラー画像を同時に入力するように構成している。そして、互いに異なる波長成分（できれば２つの光源が発する光の波長領域が互いに全く重ならないことが望ましいが、少なくともそれぞれの光源が発する光のピーク位置での波長が異なっていれば良い）を発する光源と、かつそれぞれの波長に対応する光電変換部（例えば、ＣＣＤ等の光電変換素子の画素等であり、光量を測定できる部材であれば良い。）を含むセンサを用いて撮影（光データの取得）を行う。
【００２４】
ここで、それぞれの波長に対応する光電変換部とは、それぞれの光電変換部の主感度がそれぞれの波長領域内に存在する、又はセンサ内の互いに異なる領域の主感度がそれぞれの波長領域内に存在するという意味であり、それはその光電変換部に入射する光の波長領域を予め制限するという手段でも構わないし、光電変換部が反応する又は感知する対象の波長領域をそれぞれ互いに異ならせるという手段でも構わない。
【００２５】
また、主感度とは、その光電変換部の感度が最も高い光の波長のことを意味しているが、この主感度は、所定の波長領域（例えば青色光領域、緑色光領域、赤色光領域、紫外線領域、赤外線領域等）を意味していても構わない。
【実施例１】
【００２６】
本実施例における３次元モデル生成装置の概略図を図４に示す。測定対象物体４０４は、回転可能な回転ステージ４０５上に配置され、回転軸４０６を中心として回転する。４０１は測定対象物体４０４の表面属性データ（表面色情報）である２次元テクスチャ画像の生成に用いられるカラー画像入力の際に使用されるカラー画像入力用照明光源（第２の光源）であり、ハロゲンランプを用いた可視光領域全般に波長成分を有する光を照射する光源である。
【００２７】
また、カラー画像入力用照明光源４０１は測定対象物体４０４との間に配置された拡散板４０２（光を拡散する機能を有していれば他の部材でもよい）により指向性を低くし、さらに赤外カットフィルタ４０３を配設することで赤外成分をカットした拡散光源として作用する。
【００２８】
４０７は３次元形状入力用参照光源（第１の光源）であり、光源に赤外半導体レーザ等が用いられ、内部に配置されたシリンドリカルレンズによりスリット光を測定対象物体に照射する。４０８は３次元形状入力用参照光源４０７により測定対象物体４０４上に照射される３次元形状入力用参照光としての赤外スリット光である。
【００２９】
ここで、この３次元形状を測定するための３次元形状入力用参照光の波長は、好ましくは短波長であることが好ましいため、発する光の波長領域が狭い（発する光量のうち８０％、好ましくは９０％以上が、１０ｎｍ以内の波長領域内の光である）光源を用いることが望ましいため、光源としてはランプではなくレーザー等を用いることが望ましい。もしこの条件を満たしていなかった場合は、後述するバンドパスフィルタ９０３で所望の波長以外の波長の光をカットすれば良い。
【００３０】
４０９はカラー画像入力用照明光源４０１によって照明された測定対象物体４０４の表面色情報である２次元テクスチャ画像の生成に用いられるカラー画像と、３次元形状入力用参照光源４０７によって照射された３次元形状入力用参照光としての赤外スリット光４０８の測定対象物体４０４表面からの反射光とを入力する撮影ユニット（撮影装置）である。４１０はこれら各光源や撮影ユニットをプログラムに従って制御するシステムコントローラであり、各光源及び撮影ユニットが協調的に動作するよう制御することで自動測定を可能としている。
【００３１】
システムコントローラ４１０は予め物理的な測定や画像を用いたキャリブレーションなどの手法により回転ステージ４０５の回転角および回転軸４０６の傾き角、３次元形状入力用参照光源４０７のプロジェクタパラメータ、スペクトル、強度、形状、個数、撮影ユニット４０９のカメラパラメータ、また回転ステージ４０５と３次元形状入力用参照光源４０７、撮影ユニット４０９のそれぞれの相対的な３次元座標を正確に把握している。
【００３２】
また、システムコントローラ４１０には記憶装置４１２およびユーザインタフェイスとして各種データ表示用モニタ４１１、入力キーボード４１３およびマウス４１４が接続されており、ユーザは各種データをモニタ４１１で確認するとともに各光源及び撮影ユニットの制御コマンドやプログラムの実行を入力キーボード４１３およびマウス４１４を介してシステムコントローラ４１０に入力可能となっている。
【００３３】
図５に本実施例の３次元モデル生成装置の構成ブロック図を示す。本実施例の３次元モデル生成装置は、測定対象物体配置ユニット５１０、カラー画像入力用照明光照射ユニット５２０、３次元形状入力用参照光照射ユニット５３０、撮影ユニット９０１、システムコントローラ５５０、画像処理ユニット５６０、ユーザインタフェイス５７０、記憶ユニット５８０より構成されている。
【００３４】
測定対象物体配置ユニット５１０は測定対象物体を乗せて回転することで異なる視点からの測定を可能とする回転ステージ５１１とシステムコントローラ５５０のＣＰＵ５５１からの制御信号に応じて回転ステージ回転角および速度を制御するステージドライバ５１２から構成されている。
【００３５】
カラー画像入力用照明光照射ユニット５２０は、測定対象物体の表面属性データ（表面色情報）である２次元テクスチャ画像の生成に用いられるカラー画像入力の際に使用される照明ユニットであり、光源としてハロゲンランプ５２４を用いた可視光領域全般に波長成分を有する光を照射する光源である。また、測定対象物体との間に拡散板５２２を配置することで指向性を低くし、さらに赤外カットフィルタ５２１を配設することで赤外成分をカットした拡散光源として作用する。ランプドライバ５２５はシステムコントローラ５５０のＣＰＵ５５１の制御信号に応じてハロゲンランプ５２４の制御を行う。
【００３６】
３次元形状入力用参照光照射ユニット５３０は測定対象物体配置ユニット５１０に配置された測定対象物体へ３次元形状入力用参照光として赤外スリット光５３４を照射するユニットであり、赤外光を発生する赤外レーザダイオード５３２、システムコントローラ５５０のＣＰＵ５５１からの制御信号により赤外レーザダイオード５３２の出力を制御するレーザドライバ５３３及び赤外スリット光５３４を光学的に制御するシリンドリカルレンズを含むレンズ光学系５３１から構成されている。
【００３７】
撮影ユニット９０１はカラー画像入力用照明光照射ユニット５２０と３次元形状入力用参照光照射ユニット５３０とによって照明され、回転ステージ５１１上で所定の方向に制御された測定対象物体の撮影を行う。この撮影ユニット９０１はズームやフォーカス等の機能を有するレンズ光学系９０２と、入力された光を２次元的に分割して所定の波長ごとにＣＣＤ９０４の各画素へ入射させるバンドパスフィルタ９０３、光を電気信号に変換する２次元イメージセンサとしてＣＣＤ９０４を有する。
【００３８】
また、撮影ユニット９０１は、システムコントローラ５５０のＣＰＵ５５１からの制御信号を受けてＣＣＤ９０４の駆動を行うＣＣＤドライバ９０５、ＣＣＤ９０４より出力された電気信号の増幅を行うアンプ等からなるアナログ処理部９０６、さらにアナログ信号をデジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換部９０８、ガンマ変換等の各種デジタル補正処理を施すデジタル処理部９０９が設けられている。
【００３９】
システムコントローラ５５０には各種制御プログラムを実行するＣＰＵ５５１が配置されており、装置内各ユニットが協調して動作するよう制御信号を送信する役割を担っている。また、画像処理ユニット５６０は撮影ユニット９０１により入力された画像信号を一時的に記憶するメモリ５６１を有し、メモリ５６１に記憶された画像を解析することで３次元形状を算出する３次元形状算出部５６２と、同じく画像を解析し２次元テクスチャ画像を生成する２次元テクスチャ画像生成部５６３と、それぞれから出力される画像を統合して３次元モデルを生成する統合部５６４から構成されている。
【００４０】
画像処理ユニット５６０によって生成された入力対象物体の３次元形状および２次元テクスチャからなる３次元モデルは、記憶装置５８１を備える記憶ユニット５８０に送信されて保存処理が行われ、３次元モデルの再加工時、他の機器への出力時等の任意のタイミングで読み出しが可能な状態となる。
【００４１】
記憶装置５８１としては、例えば、ハードディスク、フロッピディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカードなどを用いることができる。
【００４２】
さらに、生成された３次元モデルはユーザインタフェイス５７０の表示装置５７１へと送られ、これによりユーザは入力した３次元モデルの確認を行うことが可能となっている。また、ユーザインタフェイス５７０はキーボードやマウスといった入力装置５７２を有しており、ユーザはこれらを介して各ユニットの制御コマンドやプログラムの実行を入力することが可能な構成となっている。
【００４３】
次に、本実施例の３次元モデル生成装置における３次元モデル生成処理について図６、図７、図８を用いて詳しく説明する。
【００４４】
まず、図６は３次元モデル生成処理の前処理として行われるシステムキャリブレーションのフローチャートである。このシステムキャリブレーション処理は、回転ステージ５１１とそれぞれ処理手段の位置関係および使用する光学系の焦点距離等であって、撮影ユニット９０１のカメラパラメータと３次元形状入力用参照光照射ユニット５３０のプロジェクタパラメータからなるシステムパラメータを画像を解析することで精度よく求めるため処理である。
【００４５】
システムキャリブレーションには図８に示すような３次元形状が既知であって基準となる物体８０１を使用し、基準物体８０１を３次元計測した結果から逆算してシステムパラメータを求める。基準物体８０１の表面には撮影画像から物体座標を求める際の基準点となる８０２のような目盛りやマークなどが記してあり、周囲の物体の映りこみを避けるため、表面の素材は鏡面反射の鋭いものは避ける。
【００４６】
図６に示すように、まず、基準物体８０１を回転ステージ５１１の予め決められた位置に正確に設置する（Ｓ６０１）。続いて基準物体８０１にカラー画像入力用照明光５２６および三次元形状入力用参照光である赤外スリット光５３４を基準物体８０１に順次照射する（Ｓ６０２、Ｓ６０３）。
【００４７】
そして、照明された基準物体８０１を撮影ユニット９０１によって撮影し、カラー画像と赤外スリット光画像を同時に取得し（Ｓ６０４）、基準物体８０１の表面に配置された３次元座標が既知である複数の基準点８０２のステップ６０４で撮影されたカラー画像上での二次元座標を参照することでカメラパラメータを算出する（Ｓ６０５）。同様に照射された赤外スリット光５３４が基準物体８０１のどの位置を通過したかを赤外スリット光画像より求め、得られた赤外スリット光５３４の３次元位置情報を参照してプロジェクタパラメータを算出する（Ｓ６０６）。
【００４８】
以上のシステムキャリブレーション処理によりカメラパラメータとプロジェクタパラメータからなるシステムパラメータが算出されたならば、続いて３次元モデル生成処理を開始する。
【００４９】
図７はシステムキャリブレーション処理後に行われる３次元モデル生成処理のフローチャートであり、３次元モデル生成に関する主要な処理について順を追って説明する。
【００５０】
まず、測定における各種条件の設定を行う。ここでユーザはユーザインタフェイス５７０を介して入力画像の解像度、撮影範囲、撮影ステップ等の設定条件の入力を行い、三次元モデル生成プログラムを実行する（Ｓ７０１）。プログラムが実行されると、カラー画像入力用照明光５２６の光源であるハロゲンランプ５２４を点灯し（Ｓ７０２）、また、三次元形状入力用参照光である赤外スリット光５３４の照射も開始する（Ｓ７０３）。
【００５１】
このとき同時に測定対象物体に照射されるカラー画像入力用照明光５２６および三次元形状入力用参照光である赤外スリット光５３４は、カラー画像用照明光照射ユニット５２０内の赤外カットフィルタ５２１の作用により、それぞれ赤外スリット光５３４は赤外光領域の波長成分のみを有し、カラー画像入力用照明光５２６は赤外光領域の波長成分（波長７００ｎｍ以上の波長領域の光）以外の、可視光領域（波長が４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長領域）の波長成分を主に有するよう光学的に制御されている。
【００５２】
このように測定対象物体に異なる波長成分を有する２つの光源からの照明が照射された状態が整ったならば、測定対象物体を支持する回転ステージ５１１を所定の初期位置に制御する（Ｓ７０４）。続いて撮影ユニット９０１はＣＣＤ９０４の前面に配置されたバンドパスフィルタ９０３の作用により所望の波長を有する光のみを２次元的に分割し、ＣＣＤ９０４の各画素へそれぞれ入力することで２次元テクスチャ生成用のカラー画像と３次元形状入力用の赤外スリット光画像を同時に取得する（Ｓ７０５）。
【００５３】
言い換えれば、本実施例ではバンドパスフィルタ（光学フィルタ）９０３とＣＣＤ（光電変換素子）９０４とで、３次元形状データを取得するための第１の受光部と、２次元テクスチャデータを取得するための第２の受光部とが構成され、これら第１及び第２の受光部を用いて撮像動作を行い、測定対象物体のカラー画像と赤外スリット画像とを１つの撮像手段（ＣＣＤ９０３）で同時に取得している。
【００５４】
次に、ステップ７０１においてユーザが設定した撮影条件の撮影範囲を参照し、設定された回転範囲の撮影が終了したか否かを判断する（Ｓ７０６）。撮影が終了していなければ同様にステップ７０１において設定された撮影ステップを参照して再び回転ステージ５１１を制御し、設定された撮影範囲の撮影が終了するまでステップ７０４〜ステップ７０６の処理を繰り返し行い、異なる視点からの撮影を続ける。
【００５５】
一方、ステップ７０６において設定された範囲の撮影が終了したと判断されたならばステップ７０７、７０８へと進み、カラー画像入力用のハロゲンランプ５２４および三次元形状入力用の赤外レーザダイオードット５３２をそれぞれ消灯させる。
【００５６】
次に、ステップ７０５で入力された３次元形状入力用の赤外スリット光画像を解析し、三角測量の原理に基づいて３次元形状データの算出を行う（Ｓ７０９）。算出される３次元形状は赤外スリット光画像の画素毎に算出された３次元座標情報を有する点の集まりとして構成される。また、情報量の削減と取り扱いの容易さから点群データのポリゴンデータへの変換が行われる（Ｓ７１０）。
【００５７】
ポリゴンとは三角形または四角形をした微小な平面であるパッチデータであり、それぞれの頂点に３次元座標を有している。ステップ７０９において算出された点群データを所望の密度になるようデータを間引いた後、それぞれ残った頂点同士を、ポリゴンを形作るよう所定のアルゴリズムを用い直線で結び合わせる。これにより空間に散在していた３次元の点群データから、連続する物体の曲面形状を微小な平面であるポリゴンの近似により定義することが可能となる。
【００５８】
ポリゴンデータの作成処理が行われたならば、続いてステップ７０５で入力されたもう一方の画像データであるカラー画像から物体表面の色情報である２次元テクスチャ画像の生成が行われる（Ｓ７１１）。これはステップ７０９において作成されたポリゴンデータを構成する各ポリゴンの面の法線方向に、最も空間位置が近いカラー画像を探索し、発見されたカラー画像とポリゴン法線の交点の色情報をそのポリゴンの色として設定する方法である。
【００５９】
これを測定対象物体の３次元形状を構成する全ポリゴンに対して繰り返し行うことで全ポリゴンの色情報が求まり、それらポリゴン毎に求まった色情報を統合して一枚の２次元画像としたものが２次元テクスチャ画像となる。
【００６０】
以上のようにして作成された３次元形状と２次元テクスチャ画像を統合して関連付けられた１つの３次元モデルデータを作成し（Ｓ７１２）、ハードディスクやその他の記憶装置５８１に保存されるとともにディスプレイなどの表示装置５７１を介してユーザへ提示される（Ｓ７１３）。
【００６１】
次に本実施例の撮影ユニット９０１における３次元形状入力用の赤外スリット光画像と２次元テクスチャ画像生成用のカラー画像の同時取得処理について図９、図１０を参照して説明する。図９は撮影ユニットの構成図、図１０のバンドパスフィルタの構成図である。
【００６２】
９０１は本実施例の３次元モデル生成装置における撮影ユニットの構成図である。ズームやフォーカスなどの機能を有するレンズ光学系９０２を介して入力された光はＣＣＤ９０４の前面に配置されたバンドパスフィルタ９０３を通過することで入力光が２次元的に選択され、通過した波長成分の光のみが所定の画素に照射されるよう構成されている。バンドパスフィルタ９０３の２次元的な構成を図１０（ａ）に示す。１００１から１００４はＣＣＤ９０４の各画素に対応したそれぞれ異なる波長を透過させるバンドパスフィルタである。１００１はＧｒｅｅｎ光、１００２はＲｅｄ光、１００３はＢｌｕｅ光、１００４はＩｎｆｒａｒｅｄ光のみをそれぞれ選択的に透過させるフィルタであり、他の波長成分の光はカット（反射、又は吸収、又は散乱）される。すなわち、一つのＣＣＤ９０４（実質的に同一平面内に配置された複数の光電変換部又は画素、もしくは同一平面内に２次元的に配列された複数の光電変換部又は画素）により、可視光領域の光と赤外線領域の光とを（同時に）受光可能な構成となっている。
【００６３】
このとき撮影ユニット９０１に入力される光９１１は、赤外カットフィルタ５２１により赤外光領域の波長成分をカットされた可視光領域（可視より波長の短い波長成分を含んでいてもよい）のカラー画像入力用照明光５２６および逆に可視光領域の光を含まない３次元形状入力用赤外スリット光（７００ｎｍ以上の波長の光、勿論可視光領域以外の波長の光であれば他の波長、例えば紫外線領域の光、であっても構わない）５３４により照明された測定対象物体からの反射光であるので、この撮影ユニット９０１には可視光領域の波長成分を有する光と赤外領域の波長成分を有する光が同時に入射することとなる。
【００６４】
このため、バンドパスフィルタ９０３を１００１から１００４のように配置することでそれぞれの画素に対応した波長成分の光のみをＣＣＤ９０４の画素へ入射させることが可能となる。
【００６５】
なお、ここで９０３のことをバンドパスフィルタと称しているが、必ずしも全面がバンドパスフィルタである必要は無く、例えば赤外光のみを透過させる昨日を持つ１００４は可視光をカットする機能を持っていれば十分であるため、可視領域の光をカットして赤外領域の光を透過するエッジフィルターであっても構わない。
【００６６】
逆に、青色光のみを透過する機能を有すると記載した１００３は、青色光とそれ以下の波長（紫外線領域の波長）の光を透過するエッジフィルターとしても構わない。これは３次元モデル形状を得るために用いる光が紫外線領域の光である場合には、逆となり、赤色光のみを透過する機能を有すると記載した１００２は、赤色光とそれ以上の波長（赤外線領域の波長）の光を透過するエッジフィルターとし、図１０の１００４に相当する紫外線光のみを透過するフィルタとしては、青色光領域よりも短い波長を有する光を透過するエッジフィルターとしても構わない。
【００６７】
さらに、緑色光のみを透過する１００１はバンドパス機能（ある領域の光を透過し、それよりも短い波長領域及び長い波長領域の光をカットする機能）を有していることが望ましいが、それはエッジフィルターの組み合わせであっても構わない。このように、バンドパスフィルタ９０３は、全面がバンドパス機能を有していなくても良く、少なくとも一部がバンドパス機能を有していれば足りる。
【００６８】
このように、バンドパスフィルタ９０３とＣＣＤ９０４とで３次元形状データを取得するための第１の受光部と、２次元テクスチャデータを取得するための第２の受光部を構成している。具体的には、測定対象物体からの光のうち３次元形状入力用赤外スリット光５３４からの光を透過させる（可視光領域外の波長成分を有する光を透過させる）第１の領域と、カラー画像入力用照明光５２６からの光を透過させる（可視光領域の波長成分を有する光を透過させる）第２の領域とを有するバンドパスフィルタ９０３と、１つのＣＣＤ（光電変換素子）９０４とで第１の受光部（第１の領域に対応するバンドパスフィルタ及び光電変換素子）と第２の受光部（第２の領域に対応するバンドパスフィルタ及び光電変換素子）を構成している。
【００６９】
したがって、１つのＣＣＤに設けられた３次元形状入力用赤外スリット光５３４からの光に主感度を有する第１の受光部と、カラー画像入力用照明光５２６からの光に主感度を有する第２の受光部とにより、測定対象物体のカラー画像と赤外スリット画像とを同時に取得することが可能となる。
【００７０】
ＣＣＤ９０４においてそれぞれの波長成分の光を任意の時間受光し、光の強度に応じて画素毎に発生した電気信号は、ＣＣＤ駆動回路９０５により制御されそれぞれの波長成分毎にアンプ９０７などを備えたアナログ処理部９０６を介してゲイン制御などを施された後、Ａ／Ｄ変換部９０８によってデジタル信号へと変換される。デジタル信号へと変換されたそれぞれの波長に対応した信号は、デジタル処理部９０９においてガンマ変換等の各種デジタル補正処理を施された後、画像データとして画像メモリ９１２に記憶される。ＣＣＤ駆動回路９０５、アナログ処理部９０６、デジタル処理部９０９はそれぞれＣＰＵ９１０によってプログラム制御される。
【００７１】
このような撮影ユニット９０１の処理によって可視光領域の波長を有するカラー画像と赤外領域の波長を有するスリット画像をそれぞれ同時に入力する。
【００７２】
このように本実施例では、１つの撮像手段（ＣＣＤ）の出力に基づいて３次元形状データ及び表面属性データを取得しているため、複雑な処理及び構成を用いる必要が無く、従来よりも装置構成が簡略化され、かつデータ入力時間の短縮を実現することができる。
【００７３】
また、このときバンドパスフィルタ９０３の２次元的な構成を図１０（ｂ）のようにしてもよく、この場合は可視光波長領域をＭａｇｅｎｔａ光、Ｙｅｌｌｏｗ光、Ｃｙａｎ光の補色成分に分離処理する。加えて、図１０（ａ）、（ｂ）の構成はともに２×２フィルタの基本構成の繰り返しとしているがこれに限定されず、感度の低い波長成分の画素割合を高める等、画質を高めるさまざまな配置の工夫を同時に施すことも可能である。
【００７４】
なお、本実施例においては、バンドパスフィルタ９０３は、所望の光（ここでは、赤色光、緑色光、青色光、赤外光）のみを透過する構成としたが、逆に所望の光のみを反射し、反射光がＣＣＤに入射するような構成としても構わない。
【００７５】
また、可視光領域の光を発する光源４０１と、赤外線領域（可視光領域以外の波長領域）の光を発する光源４０７とを別々に設けたが、可視光領域及び赤外線領域（又は、可視光領域及び紫外線領域）を発する１つの光源からの光を用いたスリット光により、測定対象物体４０４を走査しつつＣＣＤ９０４で測定される光量データを取得しても（撮影しても）構わない。
【実施例２】
【００７６】
本発明の実施例２における３次元モデル生成装置の概略図を図１１に示す。上記実施例１では３次元形状入力用の参照光照射ユニットから照射された赤外スリット光の測定対象物体への照射位置を制御するための手段として、回転可能なステージ上に測定対象物体を配置しステージを回転制御することにより測定対象物体上の赤外スリット光照射位置の制御を行っている。一方、本実施例では、測定対象物体上の赤外スリット光照射位置の制御手段としてスキャナによる走査光学系を用いる構成としている。
【００７７】
図１１において、１１０１は測定対象物体１１０４の表面色情報である２次元テクスチャ画像の生成に用いられるカラー画像入力の際に使用されるカラー画像入力用照明光源であり、ハロゲンランプを用いた可視光領域全般に波長成分を有する光源である。また、カラー画像入力用照明光源１１０１は測定対象物体１１０４との間に配置された拡散板１１０２により指向性を低くし、さらに赤外カットフィルタ１１０３を配設することで赤外成分をカットした拡散光源として作用する。
【００７８】
１１０７は３次元形状入力用参照光源であり、光源に赤外半導体レーザ等を用い、内部に配設されたシリンドリカルレンズにより赤外スリット光を射出する。１１０５は３次元形状入力用参照光源１１０７より射出された赤外スリット光１１０８をスキャナ１１０６による回転動作に伴って回転することで反射光の射出角を制御するミラーである。
【００７９】
これらミラー１１０５およびスキャナ１１０６の動作により、３次元形状入力用参照光源１１０７により照射された赤外スリット光１１０８の測定対象物体１１０４上の照射位置を制御することが可能となっている。
【００８０】
１１０９はカラー画像入力用照明光源１１０１によって照明された測定対象物体１１０４の表面色情報である２次元テクスチャ画像の生成に用いられるカラー画像と、３次元形状入力用参照光源１１０７によって照射された赤外スリット光１１０８の測定対象物体１１０４上表面からの反射光をともに入力する撮影ユニットである。
【００８１】
１１１０はこれら各光源及び撮影ユニットをプログラムに従って制御するシステムコントローラであり、協調的に動作するよう制御することで自動測定を可能としている。システムコントローラ１１１０は予め物理的な測定や画像を用いたキャリブレーションなどの手法により３次元形状入力用参照光源１１０７のプロジェクタパラメータ、スペクトル、強度、形状、個数、撮影ユニット１１０９のカメラパラメータ、また測定対象物体１１０４と３次元形状入力用参照光源１１０７、撮影ユニット１１０９のそれぞれの相対的な３次元座標を正確に把握している。
【００８２】
また、システムコントローラ１１１０には記憶装置１１１２およびユーザインタフェイスとして各種データ表示用モニタ１１１１、入力キーボード１１１３およびマウス１１１４が接続されており、ユーザは各種データをモニタ１１１１で確認するとともに各光源及び撮影ユニット等の制御コマンドやプログラムの実行を入力キーボード１１１３およびマウス１１１４を介してシステムコントローラ１１１０に入力可能となっている。
【００８３】
図１２に本実施例の３次元モデル生成装置の構成ブロック図を示す。本実施例の３次元モデル生成装置は、測定対象物体配置ユニット１２１０、カラー画像入力用照明光照射ユニと１２２０、３次元形状入力用参照光照射ユニット１２３０、撮影ユニット９０１、システムコントローラ１２５０、画像処理ユニット１２６０、ユーザインタフェイス１２７０、記憶ユニット１２８０より構成されている。
【００８４】
測定対象物体配置ユニット１２１０は測定対象物体の位置を正確に固定する設置ステージ１２１１から構成されている。カラー画像入力用照明光照射ユニット１２２０は測定対象物体の表面色情報である２次元テクスチャ画像の生成に用いられるカラー画像入力の際に使用される照明であり、光源としてハロゲンランプ１２２４を用いた可視光領域全般に波長成分を有する光源である。
【００８５】
また、測定対象物体との間に拡散板１２２２を配置することで指向性を低くし、さらに赤外カットフィルタ１２２１を配設することで赤外成分をカットした拡散光源として作用する。ランプドライバ１２２５はシステムコントローラ１２５０のＣＰＵ１２５１の制御信号に応じてハロゲンランプ１２２４の制御を行う。
【００８６】
３次元形状入力用参照光照射ユニット１２３０は測定対象物体配置ユニット１２１０に配置された測定対象物体へ３次元形状入力用参照光として赤外スリット光を照射する光源であり、赤外光を発生する赤外レーザダイオード１２３５とシステムコントローラ１２５０のＣＰＵ１２５１からの制御信号により赤外レーザダイオード１２３５の出力を制御するレーザドライバ１２３６、赤外スリット光を光学的に制御するシリンドリカルレンズを含むレンズ光学系１２３４により構成される。
【００８７】
さらに本実施例では、赤外スリット光の測定対象物体への照射位置を制御するスキャナと、システムコントローラ１２５０のＣＰＵ１２５１からの制御信号によりスキャナ１２３２の回転角および回転速度を制御するスキャナドライバ１２３３とスキャナ１２３２の回転動作に伴って回転することで反射光の射出角を制御するミラー１２３１が設けられている。
【００８８】
撮影ユニット９０１はカラー画像入力用照明光照射ユニット１２２０、３次元形状入力用参照光照射ユニット１２３０によって照明され、設置ステージ１２１１上で所定の位置に設置された測定対象物体の撮影を行う。撮影ユニット９０１はズームやフォーカス等の機能を有するレンズ光学系９０２と、入力された光を２次元的に分割して所定の波長ごとにＣＣＤ９０４の各画素へ入射させるバンドパスフィルタ９０３、光を電気信号に変換する２次元イメージセンサとしてＣＣＤ９０４と、システムコントローラ１２５０のＣＰＵ１２５１からの制御信号を受け、ＣＣＤ９０４の駆動を行うＣＣＤドライバ９０５、ＣＣＤ９０４より出力された電気信号の増幅を行うアンプ等からなるアナログ処理部９０６、さらにアナログ信号をデジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換部９０８、ガンマ変換等の各種デジタル補正処理を施すデジタル処理部９０９により構成されている。
【００８９】
システムコントローラ１２５０には各種制御プログラムを実行するＣＰＵ１２５１が配置されており、３次元モデル生成装置内の各ユニットが協調して動作するよう制御信号を送信する役割を担っている。また、画像処理ユニット１２６０は撮影ユニット９０１により入力された画像信号を一時的に記憶するメモリ１２６１を有し、メモリ１２６１に記憶された画像を解析することで３次元形状を算出する３次元形状算出部１２６２と、同じく画像を解析し２次元テクスチャ画像を生成する２次元テクスチャ画像生成部１２６３と、それぞれの画像を統合し３次元モデルを生成する統合部１２６４から構成されている。
【００９０】
画像処理ユニット１２６０によって生成された入力対象物体の３次元形状および２次元テクスチャからなる３次元モデルは、記憶装置１２８１を備える記憶ユニット１２８０に送信され保存処理が行われ、３次元モデルの再加工時や他の機器への出力時等の任意のタイミングで読み出しが可能な状態となる。記憶装置１２８１としては、例えば、ハードディスク、フロッピディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカードなどを用いることができる。
【００９１】
さらに生成された三次元モデルはユーザインタフェイス１２７０の表示装置１２７１へと送られ、これによりユーザは入力した三次元モデルの確認を行うことが可能となっている。ユーザインタフェイス１２７０はキーボードやマウスといった入力装置１２７２を有しており、ユーザはこれらを介して各手段の制御コマンドやプログラムの実行を入力することが可能な構成となっている。その他の構成は上記実施例１と同様である。
【００９２】
次に、本実施例の３次元モデル生成装置における３次元モデルの生成処理について図１３を用いて詳しく説明する。なお、３次元モデル生成処理の前処理として行われるシステムキャリブレーション処理は、上記実施例１の図６、図８と同様の処理が実行される。
【００９３】
そして、システムキャリブレーション処理により、カメラパラメータとプロジェクタパラメータからなるシステムパラメータが算出されたならば、３次元モデル生成処理を開始する。
【００９４】
図１３は本実施例におけるシステムキャリブレーション処理後に行われる３次元モデル生成処理のフローチャートであり、３次元モデル生成に関する主要な処理について順を追って説明する。
【００９５】
まず、測定における各種条件の設定を行う。ここでユーザはユーザインタフェイス１２７０を介して入力画像の解像度、撮影範囲、撮影ステップ等の設定条件の入力を行い、３次元モデル生成プログラムを実行する（Ｓ１３０１）。プログラムが実行されるとＣＰＵ１２５１は、カラー画像入力用照明光１２２６の光源であるハロゲンランプ１２２４を点灯し（Ｓ１３０２）、３次元形状入力用参照光の赤外スリット光１２３７の照射も開始する（Ｓ１３０３）。
【００９６】
このとき同時に測定対象物体に照射されるカラー画像入力用照明光１２２６および３次元形状入力用参照光である赤外スリット光１２３７はカラー画像用照明光照射ユニット１２２０内の赤外カットフィルタ１２２１の作用により、それぞれ赤外スリット光１２３７は赤外光領域の波長成分のみを有し、カラー画像入力用照明光１２２６は赤外光領域の波長成分以外の、可視光領域の波長成分を主に有するよう光学的に制御されている。
【００９７】
このように測定対象物体に異なる波長成分を有する２つの照明が照射された状態が整ったならば、スキャナドライバ１２３３の動作によりスキャナ１２３２を所定の角度に制御し、ミラー１２３１により反射された赤外スリット光１２３７が所定の位置に照射されるよう制御する（Ｓ１３０４）。続いて、撮影ユニット９０１はＣＣＤ９０４の前面に配置されたバンドパスフィルタ９０３を介して所望の波長を有する光のみを２次元的に分割し、ＣＣＤ９０４の各画素へそれぞれ入力することで２次元テクスチャ生成用のカラー画像と３次元形状入力用の赤外スリット光画像を同時に取得する（Ｓ１３０５）。
【００９８】
次に、ＣＰＵ１２５１は、ステップ１３０１においてユーザが設定した撮影条件の赤外スリット光照射範囲を参照し、設定された照射範囲の撮影が終了したか否かの判断を行い（Ｓ１３０６）、終了していなければステップ１３０１において設定された赤外スリット光照射ステップを参照して再びスキャナ１２３２を制御し、設定された赤外スリット光照射範囲の撮影が終了するまでステップ１３０４〜ステップ１３０６の処理を繰り返し行い、異なる位置に照射された赤外スリット光１２３７の撮影を続ける。
【００９９】
一方、ステップ１３０６において設定された範囲の撮影が終了したと判断されたならば、ステップ１３０７、ステップ１３０８へと進み、カラー画像入力用のハロゲンランプ１２２４、３次元形状入力用のレーザダイオード１２３５をそれぞれ消灯する。
【０１００】
その後、ステップ１３０５において入力された３次元形状入力用の赤外スリット光画像を解析し、三角測量の原理に基づいて三次元形状の算出を行う（Ｓ１３０９）。このステップ１３０９において算出される３次元形状は、赤外スリット光画像の画素毎に算出された３次元座標情報を有する点の集まりとして構成される。なお、情報量の削減と取り扱いの容易さから点群データのポリゴンデータへの変換が行われる（Ｓ１３１０）。
【０１０１】
ポリゴンとは三角形または四角形をした微小な平面であるパッチデータであり、それぞれの頂点に３次元座標を有している．ステップ１３０９において算出された点群データを所望の密度になるようデータを間引いた後、それぞれ残った頂点同士を、ポリゴンを形作るよう所定のアルゴリズムを用い直線で結び合わせる。これにより空間に散在していた３次元の点群データから、連続する物体の曲面形状を微小な平面であるポリゴンの近似により定義することが可能となる。
【０１０２】
このようにポリゴンデータが作成されたならば、ＣＰＵ１２５１はステップ１３０５で入力されたもう一方の画像データであるカラー画像から物体表面の色情報である２次元テクスチャ画像の生成を行う。これはステップ１３０９において作成されたポリゴンデータを構成する各ポリゴンの面の法線方向に、最も空間位置が近いカラー画像を探索し、発見されたカラー画像とポリゴン法線の交点の色情報をそのポリゴンの色として設定する方法である。これを測定対象物体の３次元形状を構成する全ポリゴンに対して繰り返し行うことで全ポリゴンの色情報が求まり、それらポリゴン毎に求まった色情報を統合して一枚の２次元画像としたものが２次元テクスチャ画像となる（Ｓ１３１１）。
【０１０３】
以上のようにして生成された測定対象物体の３次元形状と２次元テクスチャ画像を統合して関連付けられた一つの３次元モデルデータを作成し（Ｓ１３１２）、ハードディスクやその他の記憶装置１２８１に保存されるとともにディスプレイなどの表示装置１２７１を介してユーザへ提示される（Ｓ１３１３）。
【０１０４】
なお、本実施例の撮影ユニット９０１における３次元形状入力用の赤外スリット光画像と２次元テクスチャ画像生成用のカラー画像の同時取得処理は、上記実施例１の図９の撮影ユニット９０１を用いて同様に行われ、図１０に示すバンドパスフィルタ構成により、同様に実現される。
【実施例３】
【０１０５】
本発明の実施例３における３次元モデル生成装置の概略図を図１４に示す。上記実施例１、２における３次元形状入力用の赤外スリット光画像と２次元テクスチャ画像生成用のカラー画像は、イメージセンサの前面に配置したバンドパスフィルタにより波長毎に分離され、同時に取得している。
【０１０６】
本実施例では、３次元形状入力用の赤外スリット光画像と２次元テクスチャ画像生成用のカラー画像の同時取得（分離）とともに、該３次元形状入力用の赤外スリット光及びカラー画像入力用の照明光の測定対象物体への照射位置を制御することでイメージセンサの所定の画素領域にそれぞれの波長成分を有する光を入射させる。
【０１０７】
図１４において、測定対象物体１４０２は、回転可能なステージ１４０１上に配置され、回転軸１４０３を中心として回転する。１４０４は測定対象物体１４０２の表面色情報である２次元テクスチャ画像の生成に用いられるカラー画像入力の際に使用される照明であり、ハロゲンランプを用いた可視光領域全般に波長成分を有する光源である。また、カラー画像入力用照明光源１４０４は測定対象物体１４０２との間に配置された拡散板１４０５により指向性を低くし、さらに赤外カットフィルタ１４０６を配設することで赤外成分をカットした拡散光源として動作する。１４０７はカラー画像入力用照明光源の測定対象物体１４０２への照射領域を模式的に示している。
【０１０８】
１４０８は光源に赤外半導体レーザ等を用い、内部に有するシリンドリカルレンズにより赤外スリット光１４１０を射出する３次元形状入力用参照光源である。１４０９は３次元形状入力用参照光源１４０８により測定対象物体１４０２上に照射される赤外スリット光の照射領域を模式的に示している。
【０１０９】
１４１１は上記カラー画像入力用照明光源１４０４によって照明された測定対象物体１４０２の表面色情報である２次元テクスチャ画像の生成に用いられるカラー画像と、３次元形状入力用参照光源１４０８によって照射された赤外スリット光１４１０の測定対象物体１４０２表面からの反射光をともに入力する撮影ユニット（撮影装置）である。撮影ユニット１４１１内部にはＣＣＤイメージセンサ１４１５と、その前面に２種類のバンドパスフィルタ１４１３および１４１４が配置されている。
【０１１０】
ここで１４１６はＣＣＤ１４１５の２次元画素配置を８×８の画素で模式的に表わしたものであり、実際の画素数は任意である。バンドパスフィルタ１４１３はカラー画像入力用照明光源１４０７の測定対象物体１４０２表面からの反射光のみを通過させＣＣＤ１４１６の所定の画素領域１４１７へ入射させる役割を果たしている。
【０１１１】
これに対し、バンドパスフィルタ１４１４は３形状入力用参照光である赤外スリット光１４１０の測定対象物体１４０２の表面からの反射光のみをＣＣＤ１４１６の所定の画素領域１４１８へ入射させる役割を果たしている。
【０１１２】
１４１９はこれら各光源及びユニットをプログラムに従って制御するシステムコントローラであり、各光源及びユニットが協調的に動作するよう制御することで自動測定を可能としている。
【０１１３】
システムコントローラ１４１９は予め物理的な測定や画像を用いたキャリブレーション処理などにより、回転ステージ１４０１の回転角および回転軸１４０３の傾き角、３次元形状入力用参照光源１４０８のプロジェクタパラメータ、スペクトル、強度、形状、個数、撮影ユニット１４１１のカメラパラメータ、また回転ステージ１４０１と３次元形状入力用参照光源１４０８、撮影ユニット１４１１それぞれの相対的な３次元座標を正確に把握している。
【０１１４】
またシステムコントローラ１４１９には記憶装置１４２１およびユーザインタフェイスとして各種データ表示用モニタ１４２０、入力キーボード１４２２およびマウス１４２３が接続されており、ユーザは各種データをモニタ１４２０で確認するとともに、各光源及びユニットの制御コマンドやプログラムの実行を入力キーボード１４２２およびマウス１４２３を介してシステムコントローラ１４１９に入力可能となっている。
【０１１５】
なお、本実施例の３次元モデル生成装置の構成は、上記実施例１の図５と同様であり、また、３次元モデル生成処理も上記実施例１の図６、図７、図８と同様であるので、説明を省略する。
【０１１６】
次に本実施例の撮影ユニット９０１における３次元形状入力用の赤外スリット光画像と２次元テクスチャ画像生成用カラー画像の同時取得のプロセスについて図９の撮影ユニットの構成ブロック図と図１５に示すバンドパスフィルタ構成図を用いて詳細に説明する。
【０１１７】
９０１は本実施例の３次元モデル生成装置における撮影ユニットの構成ブロック図である。ズームやフォーカスなどの機能を有するレンズ光学系９０２を介して入力された光はＣＣＤ９０４の前面に配置されたバンドパスフィルタ９０３を通過することで入力光が２次元的に選択され、通過した波長成分の光のみが所定の画素に照射されるよう構成されている。
【０１１８】
図１５において、１５０１から１５０４はＣＣＤ９０４の各画素に対応したそれぞれ異なる波長を透過させるバンドパスフィルタである。１５０１はＧｒｅｅｎ光、１５０２はＲｅｄ光、１５０３はＢｌｕｅ光、１５０４はＩｎｆｒａｒｅｄ光のみをそれぞれ選択的に透過させるフィルタであり、他の波長成分の光はカットされる。
【０１１９】
このとき撮影ユニット、カラー画像入力用照明光照射ユニットおよび３次元形状入力用参照光照射ユニットは、図１４に示すような位置関係に配置されている。このような位置関係により測定対象物体１４０２の撮影ユニット１４１１からみて概ね左側面には３次元形状入力用参照光である赤外スリット光１４１０が、概ね右側面にはカラー画像入力用照明光１４０７がそれぞれ照射されており、先に説明したとおり各々左右側面で異なる波長成分を有する反射光をバンドパスフィルタ１４１３および１４１４の作用でＣＣＤ１４１５のそれぞれ所定の画素領域１４１７および１４１８へ入射されるよう制御されている。
【０１２０】
本実施例では、このように各光源及びユニットの位置関係を利用してＣＣＤ１４１５の所定の画素領域（第１及び第２の受光部）へ効率よく特定の波長成分を有する反射光を入射させるため、バンドパスフィルタは、ＲＧＢカラー画像を取得するためにＣＣＤ画素領域へ可視光領域の波長成分の反射光のみを入射させるフィルタ領域である１５０５と、赤外スリット光画像を取得するためにＣＣＤ画素領域へ赤外領域の波長成分の反射光のみを入射させるフィルタ領域である１５０６とを左右に分割して配置している。
【０１２１】
それぞれの波長成分の光を任意の時間受光し、光の強度に応じて画素毎に発生した電気信号は、ＣＣＤ駆動回路９０５により制御されそれぞれの波長成分毎にアンプ９０７などを備えたアナログ処理部９０６を介してゲイン制御などを施された後、Ａ／Ｄ変換部９０８によってデジタル信号へと変換される。デジタル信号へと変換されたそれぞれの波長に対応した信号はデジタル処理部９０９においてガンマ変換等の各種デジタル補正処理を施された後、画像データとして画像メモリ９１２に記憶される。
【０１２２】
ＣＣＤ駆動回路９０５、アナログ処理部９０６、デジタル処理部９０９はそれぞれＣＰＵ９１０によってプログラム制御される。このような撮影ユニット９０１の処理によって可視光領域の波長を有するカラー画像と赤外領域の波長を有するスリット画像をそれぞれ同時に入力することが可能となる。
【０１２３】
また、このときバンドパスフィルタ９０３の２次元的な構成を図１６に示すような構成にしてもよく、この場合、可視光波長領域をＭａｇｅｎｔａ光、Ｙｅｌｌｏｗ光、Ｃｙａｎ光の補色成分に分離処理する。なお、図１５、図１６の構成はともに８×８フィルタの構成であるがこれに限定されることなく、感度の低い波長成分の画素割合を高める等画質を高めるさまざまな既存の配置の工夫を同時に施すことも可能である。
【０１２４】
このように本実施例では、上記実施例１、２における図４、図１１の装置構成および図１０に示すようなバンドパスフィルタ構成の組み合わせと比較して、ＣＣＤを左右に分割して３次元形状入力用参照光とカラー画像取得用照明光とをそれぞれ異なる領域へ受光させる（波長の異なる光を第１及び第２の受光部のそれぞれに受光させる）ことにより、スリット光画像およびカラー画像各々の画像サイズは小さくなるが、解像度が向上し、３次元形状算出の高精度化と２次元テクスチャ画像の高精細化が可能となる。
【０１２５】
また、単に３次元形状入力用参照光とカラー画像取得用照明光共に可視光波長成分を有する光源を用い、図１４のような構成をとった場合と比較しても、本実施例は３次元形状入力用参照光検出時に参照光画像に入力対象物体の表面色情報が混入しないので、より精度よく３次元形状入力用参照光の検出を行うことができ、３次元形状データを高精度で取得することが可能となる。
【実施例４】
【０１２６】
本発明の実施例４における３次元モデル生成装置の概略図を図１７に示す。本実施例の３次元モデル生成装置は上記実施例２における３次元形状入力用参照光である赤外スリット光の走査光学系と、上記実施例３におけるバンドパスフィルタの配置を組み合わせた構成である。
【０１２７】
図１７において、測定対象物体１７０２は、回転可能なステージ１７０１上に配置され、回転軸１７０３を中心として回転する。１７０４は測定対象物体１７０２の表面属性（表面色情報）である２次元テクスチャ画像の生成に用いられるカラー画像入力の際に使用される照明であり、ハロゲンランプを用いた可視光領域全般に波長成分を有する光を照射する光源である。
【０１２８】
また、カラー画像入力用照明光源１７０４は測定対象物体１７０２との間に拡散板１７０５を配置することで指向性を低くし、さらに赤外カットフィルタ１７０６を挿入することで赤外成分をカットした拡散光源として作用する。
【０１２９】
１７０８は光源に赤外半導体レーザ等を用い、内部に有するシリンドリカルレンズにより赤外スリット光を射出する、３次元形状入力用参照光源である。１７１１は３次元計測用参照光源１７０８より照射された３次元形状入力用参照光である赤外スリット光１７１０をスキャナ１７１２による回転動作に伴って回転することで反射光の射出角を制御するミラーである。これらミラー１７１１およびスキャナ１７１２の動作により、３次元形状入力用参照光源１７０８により照射された赤外スリット光１７１０は、赤外スリット光照射範囲１７０９内で測定対象物体１７０２上の照射位置を制御することが可能となっている。
【０１３０】
１７１３はカラー画像入力用照明光源１７０４によって照明された測定対象物体１７０２の表面色情報である２次元テクスチャ画像の生成に用いられるカラー画像と、３次元形状入力用参照光源１７０８によって照射された赤外スリット光１７１０の測定対象物体１７０２表面からの反射光での画像をともに入力する撮影ユニットである。撮影ユニット１７１３内部にはＣＣＤイメージセンサ１７１７とその前面に２種類のバンドパスフィルタ１７１５および１７１６が配置されている。ここで１７１８はＣＣＤ１７１７の２次元画素配置を８×８の画素で模式的に表わしたものであり、実際の画素数は任意である。
【０１３１】
バンドパスフィルタ１７１５はカラー画像入力用照明光源１７０７の測定対象物体１７０２表面からの反射光のみを通過させＣＣＤ１７１７の所定の画素領域１７１９へ入射させる役割を果たしている。これに対し、バンドパスフィルタ１７１６は３次元形状入力用参照光である赤外スリット光１７１０の測定対象物体１７０２の表面からの反射光のみをＣＣＤ１７１７の所定の画素領域１７２０へ入射させる役割を果たしている。
【０１３２】
１７２１はこれら各光源及びユニットをプログラムに従って制御するシステムコントローラであり、各光源及びユニットが協調的に動作するよう制御することで自動測定を可能としている。システムコントローラ１７２１は予め物理的な測定や画像を用いたキャリブレーション処理などにより回転ステージ１７０１の回転角および回転軸１７０３の傾き角、３次元形状入力用参照光源１７０８のプロジェクタパラメータ、スペクトル、強度、形状、個数、撮影ユニット１７１３のカメラパラメータ、また回転ステージ１７０１と、３次元形状入力用参照光源１７０８、撮影ユニット１７１３それぞれの相対的な３次元座標を正確に把握している。
【０１３３】
また、システムコントローラ１７２１には記憶装置１７２３およびユーザインタフェイスとして各種データ表示用モニタ１７２２、入力キーボード１７２４およびマウス１７２５が接続されており、ユーザは各種データをモニタ１７２２で確認するとともに、各光源及びユニット等の制御コマンドやプログラムの実行を入力キーボード１７２４およびマウス１７２５を介してシステムコントローラ１７２１に入力可能となっている。
【０１３４】
図１８は本実施例の３次元モデル生成装置の構成ブロック図である。本実施例の３次元モデル生成装置は、測定対象物体配置ユニット１８１０、カラー画像入力用照明光照射ユニット１８２０、３次元形状入力用参照光照射ユニット１８３０、撮影ユニット９０１、システムコントローラ１８５０、画像処理ユニット１８６０、ユーザインタフェイス１８７０、記憶ユニット１８８０より構成されている。
【０１３５】
測定対象物体配置ユニット１８１０は測定対象物体を乗せて回転することで異なる視点からの測定を可能とする回転ステージ１８１１と、システムコントローラ１８５０のＣＰＵ１８５１からの制御信号に応じて回転ステージ回転角および速度を制御するステージドライバ１８１２から構成されている。カラー画像入力用照明光照射ユニット１８２０は測定対象物体の表面色情報である２次元テクスチャ画像の生成に用いられるカラー画像入力の際に使用される照明であり、光源としてハロゲンランプ１８２４を用いた可視光領域全般に波長成分を有する光を照射する光源である。また、測定対象物体との間に拡散板１８２２を配置することで指向性を低くし、さらに赤外カットフィルタ１８２１を配設することで赤外成分をカットした拡散光源として作用する。また、ランプドライバ１８２５はシステムコントローラ１８５０のＣＰＵ１８５１の制御信号に応じてハロゲンランプ１８２４の制御を行う。
【０１３６】
３次元形状入力用参照光照射ユニット１８３０は、測定対象物体配置ユニット１８１０に配置された測定対象物体へ３次元形状入力用参照光として赤外スリット光を照射する照射ユニットであり、赤外光を発生する赤外レーザダイオード１８３５とシステムコントローラ１８５０のＣＰＵ１８５１からの制御信号により赤外レーザダイオード１８３５の出力を制御するレーザドライバ１８３６、赤外スリット光を光学的に制御するシリンドリカルレンズを含むレンズ光学系１８３４と、赤外スリット光の測定対象物体への照射位置を制御するスキャナ、システムコントローラ１８５０のＣＰＵ１８５１からの制御信号によりスキャナ１８３２の回転角および回転速度を制御するスキャナドライバ１８３３及びスキャナ１８３２の回転動作に伴って回転することで反射光の射出角を制御するミラー１８３１から構成されている。
【０１３７】
撮影ユニット９０１はカラー画像入力用照明光照射ユニット１８２０、３次元形状入力用参照光照射ユニット１８３０によって照明され、設置ステージ１８１１上で所定の位置に設置された測定対象物体の撮影を行う。撮影ユニット９０１はズームやフォーカス等の機能を有するレンズ光学系９０２と、入力された光を２次元的に分割し、所望の波長ごとにＣＣＤ９０４の各画素へ入射させるバンドパスフィルタ９０３、光を電気信号に変換する２次元イメージセンサとしてＣＣＤ９０４と、システムコントローラ１８５０のＣＰＵ１８５１からの制御信号を受けてＣＣＤ９０４の駆動を行うＣＣＤドライバ９０５、ＣＣＤ９０４より出力された電気信号の増幅を行うアンプ等からなるアナログ処理部９０６、さらにアナログ信号をデジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換部９０８、ガンマ変換等の各種デジタル補正処理を施すデジタル処理部９０９により構成されている。
【０１３８】
システムコントローラ１８５０には各種制御プログラムを実行するＣＰＵ１８５１が配置されており、装置内各ユニットが協調して動作するよう制御信号を送信する役割を担っている。また、画像処理ユニット１８６０は撮影ユニット９０１により入力された画像信号を一時的に記憶するメモリ１８６１を有し、メモリ１８６１に記憶された画像を解析することで３次元形状を算出する３次元形状算出部１８６２と、同じく画像を解析して２次元テクスチャ画像を生成する２次元テクスチャ画像生成部１８６３と、３次元形状データと２次元テクスチャ画像とを統合し３次元モデルを生成する統合部１８６４から構成されている。
【０１３９】
画像処理ユニット１８６０によって生成された入力対象物体の３次元形状データおよび２次元テクスチャデータからなる３次元モデルは、記憶装置１８８１を備える記憶ユニット１８８０に送信されて保存処理が行われ、３次元モデルの再加工時や他の機器への出力時等の任意のタイミングで読み出しが可能な状態となる。記憶装置１８８１としては、例えば、ハードディスク、フロッピディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカードなどを用いることができる。  
【０１４０】
さらに、生成された３次元モデルはユーザインタフェイス１８７０の表示装置１８７１へと送られ、これによりユーザは入力した３次元モデルの確認を行うことが可能となっている。また、ユーザインタフェイス１８７０はキーボードやマウスといった入力装置１８７２を有しており、ユーザはこれらを介して各ユニットの制御コマンドやプログラムの実行を入力することが可能な構成となっている。
【０１４１】
次に、本実施例の３次元モデル生成装置における、３次元モデル生成処理について図１９を用いて詳しく説明する。なお、３次元モデル生成処理の前処理で行われるシステムキャリブレーション処理は、上記実施例１の図６、図８で説明した同様の処理が実行される。
【０１４２】
システムキャリブレーション処理によりカメラパラメータとプロジェクタパラメータからなるシステムパラメータが算出されたならば、続いて３次元モデル生成処理を開始する。
【０１４３】
図１９はシステムキャリブレーション処理後に行われる３次元モデル生成処理のフローチャートであり、３次元モデル生成に関する主要な処理について順を追って説明する。
【０１４４】
まず、測定における各種条件の設定を行う。ここでユーザはユーザインタフェイス１８７０を介して入力画像の解像度、撮影範囲、撮影ステップ等の設定条件の入力を行い、３次元モデル生成プログラムを実行する（Ｓ１９０１）。プログラムが実行されると、カラー画像入力用照明光１８２６を測定対象物体に対して照射し（Ｓ１９０２）、３次元形状入力用参照光である赤外スリット光１８３７の照射も開始する（Ｓ１９０３）。
【０１４５】
このとき同時に測定対象物体に照射されるカラー画像入力用照明光であるハロゲンランプ１８２４および３次元形状入力用参照光である赤外スリット光１８３７は、カラー画像用照明光照射ユニット１８２０内の赤外カットフィルタ１８２１を介してそれぞれ赤外スリット光１８３７は赤外光領域の波長成分のみを有し、ハロゲンランプ１８２４は赤外光領域の波長成分以外の、可視光領域の波長成分を主に有するよう光学的に制御されている。
【０１４６】
このように測定対象物体に異なる波長成分を有する２つの光が照射された状態が整ったならば、測定対象物体を支持する回転ステージ１８１１を所定の初期位置に制御する（Ｓ１９０４）。また、スキャナドライバ１８３３の動作によりスキャナ１８３２を所定の角度に制御しミラー１８３１により反射された赤外スリット光１８３７が所定の位置に照射されるよう制御する（Ｓ１９０５）。続いて、撮影ユニット９０１はＣＣＤ９０４の前面に配置されたバンドパスフィルタ９０３を介して所定の波長を有する光のみを２次元的に分割し、ＣＣＤ９０４の各画素へそれぞれ入力することで２次元テクスチャ生成用カラー画像と３次元形状入力用赤外スリット光画像を同時に取得する（Ｓ１９０６）。
【０１４７】
次に、ステップ１９０１でユーザが設定した撮影条件の赤外スリット光照射範囲を参照し、設定された照射範囲の撮影が終了したか否かの判断を行い（Ｓ１９０７）、終了していなければ同様にステップ１９０１において設定された赤外スリット光の照射ステップを参照して再びスキャナ１８３２を制御し、設定された赤外スリット光照射範囲の撮影が終了するまでステップ１９０５〜ステップ１９０７の処理を繰り返して、異なる位置に照射された赤外スリット光１８３７の撮影を続ける。
【０１４８】
また、ステップ１９０１においてユーザが設定した撮影条件の撮影範囲を参照し、設定された回転範囲の撮影が終了したか否かの判断を行い（Ｓ１９０８）、終了していなければ同様にステップ１９０１において設定された撮影ステップを参照して再び回転ステージ１８１１を制御し、設定された撮影範囲の撮影が終了するまでステップ１９０４〜ステップ１９０８の処理を繰り返して、異なる視点からの撮影を続ける。
【０１４９】
ステップ１９０８において設定された範囲の撮影が終了したと判断されたならば、ステップ１９０９、ステップ１９１０へと進み、カラー画像入力用のハロゲンランプ１８２４および３次元形状入力用赤外レーザダイオード１８３５をそれぞれ消灯する。
【０１５０】
次に、ステップ１９０６で入力された３次元形状入力用赤外スリット光画像を解析し、三角測量の原理に基づいて３次元形状の算出を行う（Ｓ１９１１）。ステップ１９１１にて算出される３次元形状データは、赤外スリット光画像の画素毎に算出された３次元座標情報を有する点の集まりとして構成される。なお、情報量の削減と取り扱いの容易さからステップ１９１２で点群データのポリゴンデータへの変換が行われる。
【０１５１】
ポリゴンとは三角形または四角形をした微小な平面であるパッチデータであり、それぞれの頂点に３次元座標を有している。ステップ１９１１において算出された点群データを所定の密度になるようデータを間引いた後、それぞれ残った頂点同士を、ポリゴンを形作るよう所定のアルゴリズムを用い直線で結び合わせる。これにより空間に散在していた３次元の点群データから、連続する物体の曲面形状を微小な平面であるポリゴンの近似により定義することが可能となる。
【０１５２】
ポリゴンデータが作成されたならば、続いてステップ１９０６で入力されたもう一方の画像データであるカラー画像より物体表面属性データ（色情報）である２次元テクスチャ画像の生成が行われる（Ｓ１９１３）。これはステップ１９１２において作成されたポリゴンデータを構成する各ポリゴンの面の法線方向に、最も空間位置が近いカラー画像を探索し、発見されたカラー画像とポリゴン法線の交点の色情報をそのポリゴンの色として設定する方法である。
【０１５３】
これを測定対象物体の３次元形状を構成する全ポリゴンに対して繰り返し行うことで全ポリゴンの色情報が求まり、それらポリゴン毎に求まった色情報を統合して一枚の２次元画像としたものが２次元テクスチャ画像となる。
【０１５４】
以上のようにして作成された３次元形状データと２次元テクスチャ画像を統合して関連付けられた一つの３次元モデルデータを生成し（Ｓ１９１４）、ハードディスクやその他の記憶装置１８８１に保存されるとともにディスプレイなどの表示装置１８７１を介してユーザへ提示される（Ｓ１９１５）。
【０１５５】
本実施例の撮影ユニット９０１における３次元形状入力用赤外スリット光画像と２次元テクスチャ画像生成用カラー画像の同時取得のプロセスは、上記実施例３と同様なバンドパスフィルタ構成（図１５、１６参照）及び撮影ユニットの構成（図９参照）により実現され、上記実施例と同様な作用・効果を奏することになる。
【０１５６】
このように本実施例では、上記実施例３と同様に、図１７のような装置構成と図１５、図１６のようなバンドパスフィルタ構成を適用することで上記実施例１、２における図４、図１１の装置構成および図１０のようなバンドパスフィルタ構成の組み合わせと比較して、ＣＣＤを左右に分割して３次元形状入力用参照光とカラー画像取得用照明光をそれぞれ異なる領域へ受光させることにより、スリット光画像およびカラー画像各々の画像サイズは小さくなるが該画像の解像度が向上する。
【０１５７】
このため、３次元形状算出が高精度で行えるとともに、２次元テクスチャ画像の高精細化が実現可能となる。
【０１５８】
また、３次元形状入力用参照光検出時において、参照光画像に入力対象物体の表面色情報が混入しないので、より精度よく３次元形状入力用参照光の検出を行うことができ、３次元形状データを高精度で算出することができる。
【０１５９】
以上、上記実施例１から４における３次元モデル生成装置は、能動的手法の中でも画像を用いた三角測量に基づく手法の一つとして光切断法を例にとり説明をしたが、これは同様の基本原理に基づく手法であるパターン投影法を用いても同様の効果を得ることができる。
【０１６０】
また、可視光領域以外の波長を有する光を透過するバンドパスフィルタとこのバンドパスフィルタに対応するＣＣＤとで構成される第１の受光部と、可視光領域の波長を有する光を透過するバンドパスフィルタとこのバンドパスフィルタに対応するＣＣＤとで構成される第２の受光部は、ＣＣＤの受光素子と、この受光素子に対応するフィルタによって構成されているが、例えば、ＣＣＤの厚さ方向にＲ光、Ｇ光、Ｂ光、及びＩｒ光の各光を受光する受光素子を層にして配置し、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光、及びＩｒ光の到達深さ（透過深さ）を利用して、可視光及び可視光以外の光を分離するように構成することも可能である。
【０１６１】
また、上述の実施例１〜４は、矛盾の無い範囲内で組み合わせが可能であり、そのすべての組み合わせは本願実施例に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１６２】
【図１】従来の３次元モデル生成装置における概略図。
【図２】従来の３次元モデル生成装置の要部構成図。
【図３】従来の３次元モデル生成装置の要部構成図。
【図４】本発明の実施例1に係る３次元モデル生成装置の概略図。
【図５】本発明の実施例１に係る３次元モデル生成装置の構成ブロック図。
【図６】本発明の実施例１に係るシステムキャリブレーションのフローチャート図。
【図７】本発明の実施例１に係る３次元モデル生成処理のフローチャート図。
【図８】本発明の実施例１に係るシステムキャリブレーションに用いられる基準物体の概略図。
【図９】本発明の実施例１に係る撮影ユニットの構成ブロック。
【図１０】本発明の実施例１に係るバンドパスフィルタの構成図。
【図１１】本発明の実施例２に係る３次元モデル生成装置の概略図。
【図１２】本発明の実施例２に係る３次元モデル生成装置の構成ブロック図。
【図１３】本発明の実施例２に係る３次元モデル生成処理のフローチャート。
【図１４】本発明の実施例３に係る３次元モデル生成装置の概略図。
【図１５】本発明の実施例３に係るバンドパスフィルタの構成図。
【図１６】本発明の実施例３に係るバンドパスフィルタの構成図。
【図１７】本発明の実施例４に係る３次元モデル生成装置の概略図。
【図１８】本発明の実施例４に係る３次元モデル生成装置の構成ブロック図。
【図１９】本発明の実施例４に係る３次元モデル生成処理のフローチャート図。
【符号の説明】
【０１６３】
５１０        測定対象物体配置ユニット
５２０        カラー画像入力用照明光照射ユニット（第２の光源）
５３０        ３次元形状入力用参照光照射ユニット（第１の光源）
５５０        システムコントローラ
５６０        画像処理ユニット
５６２        ３次元形状算出部
５６３        ２次元テクスチャ画像生成部
５６４        ３次元モデル統合部
５７０        ユーザインタフェイス
５８０        記憶ユニット
９０１        撮影ユニット
９０３        バンドパスフィルタ
９０４        ＣＣＤ
【図１】
2006162386.tif 000003
【図２】
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【図３】
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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１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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