(57)【要約】【課題】頭顔部表面の微小領域を正確に繰り返し定位することで、頭顔部表面の微小領域の微視的な経時変化を追跡する方法を実現する。【解決手段】頭顔部と能動光学装置を含んで３次元世界空間を構成し、頭顔部の位置と姿勢を自然人類学の基準に基づいて定位し、更に頭顔部表面に同軸投光した構造光の反射パタン画像に基づいて幾何光学的に再定位することにより、対象領域を繰り返し撮像する。また、頭顔部と能動光学装置を含んで３次元空間を構成し、頭顔部の位置と姿勢を自然人類学の基準に基づいて定位し、更に頭顔部表面に同軸投光した構造光の反射パタン画像に基づいて幾何光学的に再定位することにより、対象領域を繰り返し撮像し、撮像した画像から毛髪を自動計数する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
頭顔部の位置と姿勢を自然人類学の基準に基づいて定位する機構を備えた頭顔部定位装置と、
可視光領域から近赤外光領域に亘る波長範囲において発光スペクトルを有する照明装置と、
表面ミラーを直交２軸の周りに回転して対象領域に撮像光軸を方向づけ、長焦点対物鏡を移動して対象領域に焦点を合せ、撮像倍率に応じてズーミングして、頭顔部の対象領域像を撮像装置に結像する能動光学装置と、
可視光から近赤外光に亘る波長範囲において感光スペクトルを有し、能動光学装置が結像した対象像を撮像する撮像装置と、
頭顔部定位装置と能動光学装置と撮像装置を含んで３次元直交世界座標空間を構成する世界空間構成手段と、
能動光学装置の撮像パラメータ・データ（光軸角度データと焦点位置データと倍率データ）から３次元世界空間内における対象領域の３次元世界座標データを算出する３次元世界座標演算手段と、
データ保存手段と、
頭顔部に光パタン光束を投光する構造光投光装置と、
頭顔部において変形された反射光パタン画像を比較する画像処理手段と
より成り、第二回目以降の撮像において、反射光パタン画像が教示時の反射光パタン画像に合致するように頭顔部定位装置によって頭顔部の位置と姿勢を微調整し、頭顔部が教示時の位置と姿勢を再現することを特徴とする頭顔部表面微小領域の繰り返し定位による撮像方法。
【請求項２】
頭顔部の位置と姿勢を自然人類学の基準に基づいて定位する機構を備えた頭顔部定位装置と、
可視光領域から近赤外光領域に亘る波長範囲において発光スペクトルを有する照明装置と、
表面ミラーを直交２軸の周りに回転して対象領域に撮像光軸を方向づけ、長焦点対物鏡を移動して対象領域に焦点を合せ、撮像倍率に応じてズーミングして、頭顔部の対象領域像を撮像装置に結像する能動光学装置と、
可視光から近赤外光に亘る波長範囲において感光スペクトルを有し、能動光学装置が結像した対象像を撮像する撮像装置と、
頭顔部定位装置と能動光学装置と撮像装置を含んで３次元直交世界座標空間を構成する世界空間構成手段と、
能動光学装置の撮像パラメータ・データ（光軸角度データと焦点位置データと倍率データ）から３次元世界空間内における対象領域の３次元世界座標データを算出する３次元世界座標演算手段と、
データ保存手段と、
頭顔部に光パタン光束を投光する構造光投光装置と、
撮像装置が獲得した複数画像を画像処理して比較する画像処理手段と、
毛髪画像抽出プログラムと毛髪計数プログラムとを備え、獲得した対象領域の画像を用いて、毛髪計数を行う、毛髪計数手段と
より成り、第二回目以降の撮像において、反射光パタン画像が教示時の反射光パタン画像に合致するように頭顔部定位装置によって頭顔部の位置と姿勢を微調整し、頭顔部が教示時の位置と姿勢を再現し、同一被験者の頭顔部微小領域を繰返し撮像して獲得した画像から毛髪計数を行うことを特徴とする頭顔部表面微小領域の繰り返し定位による毛髪計数方法。
【請求項３】
前記頭顔部定位装置は、頭顔部定位装置の自己直交座標（ｘｙｚ）の各軸が、被験者の頭顔部を３次元幾何光学的に撮像する直交世界座標（ＸＹＺ）空間の対応軸にそれぞれ平行するように位置決めされ、
高さの調節が可能な顎当て治具と、先端部が被験者の左右トラギオン計測点に接するようにｘ軸に沿って伸縮可能な水平ロッドと、水平ロッドからｙ軸に沿って前方に水平に伸びたオルビターレ・ガイドと、水平ロッドを支持し、ｙ軸に沿う移動とｚ軸に沿う伸縮が可能な垂直支柱とを備え、被験者の頭顔部を位置決めし、頭顔部の姿勢を耳眼面が水平即ちｘｙ平面に平行になるように、又被験者頭顔部の垂直矢状面が垂直即ちｙｚ平面に一致するようにして、自然人類学の基準に基づいた定位を可能にしたことを特徴とする請求項１記載の頭顔部表面微小領域の繰り返し定位による撮像方法あるいは請求項２記載の頭顔部表面微小領域の繰り返し定位による毛髪計数方法。
【請求項４】
前記能動光学手段が装備した合焦装置の長焦点対物鏡は、焦点距離が１５０ｍｍ乃至２５０ｍｍの焦点距離を有する対物鏡であることを特徴とする請求項１記載の頭顔部表面微小領域の繰り返し定位による撮像方法あるいは請求項２記載の頭顔部表面微小領域の繰り返し定位による毛髪計数方法。
【請求項５】
前記世界座標空間構成手段が構成する３次元世界空間において、前記頭顔部定位装置あるいは前記能動光学装置を光軸に沿って移動して両装置間の相対位置を変更する移動装置および前記能動光学装置の回転装置を備え、移動位置において前記撮像装置が被験者の頭顔部を撮像することを特徴とする請求項１記載の頭顔部表面微小領域の繰り返し定位による撮像方法あるいは請求項２記載の頭顔部表面微小領域の繰り返し定位による毛髪計数方法。
【請求項６】
前記構造光投光装置は、能動光学装置の光軸に挿入されたハーフミラーとプロジェクターより成り、プロジェクターにおいて表示した特定のパタン光を、ハーフミラーを介して能動光学装置の光路を利用して対象の能動光学装置視野内に同軸投光することを特徴とする請求項１記載の頭顔部表面微小領域の繰り返し定位による撮像方法あるいは請求項２記載の頭顔部表面微小領域の繰り返し定位による毛髪計数方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同一被験者の頭顔部表面の微小領域の経時変化を追跡するために、微小領域を正確に繰返し定位し、その撮像と毛髪計数を可能にした方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
顔面あるいは頭部表面の微小領域が示す時間的変化の追跡は、皮膚表面の微細状況の変化を追跡するうえで、皮膚科領域の課題になっている。伝統的な手法は、肉眼による巨視的な観察であったが、近年はマイクロスコープなる名称の器具で拡大像をモニターに表示し、微小領域の微視的な観察ができるようになった。マイクロスコープは、拡大鏡と光源と画像センサとを一体化したもので、多数の構成が提案され、実用化されている。特許文献１はその１例である。術者は、手に持ったマイクロスコープを観察したい部位にあてがい、顔面や頭部の表面を拡大して観察する。
しかし、マイクロスコープの視野は微小領域であるため、頭顔部の同一部位を正確に選定してその経時変化を追跡することはできなかった。
人体の表面形状は非線型曲面の集合であり、頭顔部のみならず人体表面の一定微小部位を正確に位置決めすることは非常に困難である。人体には元来、基準となる原点が存在しない。ごく短時間であれば、マーカー等で観察部位の皮膚につけた印を利用することができるが、数ヶ月以上に亘る経時変化の追跡には役立たない。
要約すると、マイクロスコープは、皮膚表面微小領域の微視的な経時変化を追跡することが不可能であるという欠点があった。
【０００３】
いっぽう、異なる時点において獲得したマイクロスコープ画像を用いて、頭髪成長の経時変化を追跡する方法が提案されている（特許文献２）。しかしこの方法は異なる時点でほぼ同一と思われる部位を撮像し、画像を見ながら人間がマニュアルで画像上の位置合わせをするというものであって、微小領域を自動的に位置決めして撮像するものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１４２８９号公報
【特許文献２】特許３３６１６８２号公報
【特許文献３】特開平６−９０９３２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】人類学講座編集委員会編「人類学講座別巻１  人体計測法１生体計測法」雄山閣出版、平成３年７月３日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする問題点は、頭顔部表面の微小領域を正確に定位してその微視的な経時変化を追跡する方法が存在しなかった点である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、頭顔部の位置と姿勢を自然人類学（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ａｎｔｈｒｏｐｌｏｇｙ）上の生体計測点に基づいて巨視的に定位し、更に頭顔部に投光した構造光の位置ずれあるいはパタン歪みに基づいて頭顔部を幾何光学的に再定位することにより、能動的光学装置の３次元幾何光学的撮像空間である世界空間内において対象部位を繰り返し正確に定位して撮像すること、および繰り返し撮像で獲得した画像による毛髪計数を可能にしたことを最も主要な特徴とする。
【０００８】
本発明は、課題を解決するための手段として主要な３手段を用いている。その第１は、頭顔部の位置と姿勢の基準化であり、そのために、自然人類学上定義されている生体計測点を利用している。その第２は、構造光を頭顔部に投光して得られる位置ずれあるいはパタン歪みを手がかりとして対象部位の３次元幾何光学的位置を画像に基づいて再定位している。その第３は、発明者がすでに提案した３次元能動光学撮像技術（特許文献２）の本目的への適用である。
【０００９】
まず、自然人類学上定義されている頭顔部の生体計測点と、その利用法について説明する。
自然人類学においては、人体部位が数多くの生体計測点や基準線や基準面によって定義され、学界基準とされている（非特許文献１）。生体計測点は、形態学的根拠に基づくポイントであり、人種間の形態的な変異や個人差や年齢差や性別を超えて適用できるように設定され、系統学や進化学などの分析のために欠かすことができない。
【００１０】
頭顔部の基準面として、頭顔部を左右に分ける正中矢状面と、姿勢の基準となる耳眼面がある。正中矢状面を垂直に取れば、頭顔部は左右の傾きと回転がない姿勢になる。耳眼面は、外耳孔上縁のトラギオンと眼窩下縁最下端のオルビターレとそれぞれ名づけられた２計測点を結ぶ直線を含む平面であり、この面を水平にとった頭顔部の姿勢において、鼻尖計測点のプロナサーレなど他の多くの計測点が二次的に位置決めされる。トラギオンとオルビターレは、頭蓋骨上に定められた解剖学的部位に対応し、皮膚や脂肪組織や筋肉の多寡や形状に左右されない基本的な計測点とされている。
【００１１】
本発明においては、自然人類学における頭顔部姿勢の定義に基づき、正中矢状面が、次に述べる能動光学的撮像システムと構成する３次元世界空間の垂直平面に合致するように、また耳眼面が３次元世界空間の水平面と平行するようにして、被験者頭顔部を定位している。この手順は、術者の目視によって行われる巨視的定位の手順である。
【００１２】
次に、頭顔部対象部位の３次元位置を画像に基づいて定位する方法を説明する。上記の巨視的定位は、生体計測点の位置決め誤差によって、ミリメートル次元の誤差を含む可能性が高く、本発明で要求される微視的撮像において要求される精密な位置決めにとっては、位置精度が不足である。そのため本発明においては、繰り返し撮像における対象部位の再定位には、巨視的に定位された頭顔部につぎ、更に以下に説明する画像に基づく定位を行っている。
画像的に基づく定位においては、特定パタンの構造光（Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  Ｌｉｇｈｔ）を頭顔部に投光する。投光された光パタンは、それを受けた部位の非線型曲面に応じて歪んだ反射パタンを形成する。そこでこの反射パタンを能動光学装置で捉えて撮像装置で撮像し、画像を保存する。第二回目以降の頭顔部撮像においては、反射パタンが教示時の第一回目撮像で得た反射パタンに位置あるいはパタン形状がぴったり一致するまで、被験者頭顔部の位置と姿勢を微調整して再定位する。
本発明では、プロジェクターに特定のパタンを表示し、この構造光を能動光学装置の光路中に挿入したハーフミラーを介して対象視野に同軸投光している。頭顔部は非線型曲面であるため、少なくとも相互に離れた３箇所以上に位置決め視野を定め、それぞれの視野内にパタン光を投光して、それぞれの視野画像における位置とパタン歪みを教示時の画像と比較し、差分がゼロになるように頭顔部の位置と姿勢を微細に調整する。
この再定位は、能動光学装置の３次元幾何光学空間において行われるので、被験者頭顔部は世界空間において精密に再定位される。これにより、対象部位も精密に再位置決めされるので、微小領域の微視的な再撮像が実現した。
【００１３】
次に、本発明は、発明者がすでに提案した３次元能動光学撮像技術（特許文献２）を利用しているので、その概略と本発明のための３次元世界空間内適用法について、図６を用いて説明する。
この技術は、図６の表面ミラー２を２軸回転してカメラ光軸の傾斜角および方位角を偏向し、長焦点対物鏡３を前後に移動して対象１への合焦を行う技術である。長焦点対物鏡３で結像した像は、リレーレンズ４を介し、ズームレンズ５によって一定の倍率にされた後、カメラ画像センサ６の面上に結像する。この技術の利点は、表面ミラー２の２軸回転によって放射状に３次元偏向される光軸上にあるすべての対象物を、物体距離に応じて合焦して撮像できることである。つまり、３次元空間内に存在する対象を、表面ミラー２の偏向角度の範囲内において、また対物鏡の焦点距離内において撮像することができる。撮像した対象の３次元座標位置は、表面ミラー２を回転する２軸それぞれの回転角度パラメータ値及び対物鏡の位置パラメータ値と一対一対応をしている。
長焦点対物鏡３はレンズ焦点距離が１５０ミリメートル乃至２５０ミリメートルの長焦点レンズであって、数十センチメートルの距離にセットした頭顔部について１００ミクロン以下の分解能で撮像するためには、１８０ミリメートル乃至２００ミリメートルの焦点距離を有するレンズを使用することがより好ましい。
【００１４】
本発明においては、可視光領域から近赤外光領域に亘る波長範囲において発光スペクトルを有する照明装置と、可視光領域から近赤外光領域に亘る波長範囲において感光スペクトルを有する撮像装置を適用し、近赤外光によって毛根などの皮膚深部の画像を獲得するようにしている。
【００１５】
次に構造光投光装置について説明する。図６において、７は能動光学装置の光路に挿入されたハーフミラーであり、８はプロジェクターである。プロジェクター８は、コントローラー（図示せず）で用意した特定のパタンを表示し、この表示によって出射される構造光束を、ハーフミラー７を介して能動光学装置の光路に入れ、光路を通って能動光学装置の対象視野に同軸投光するようにしている。対象における能動光学装置の視野は、撮像パラメータ・データにより選んだ視野であるので、頭顔部が位置ずれあるいは姿勢ずれしていれば、繰り返し撮像時の視野が教示時の視野とずれていることになり、反射パタンの位置と歪みを教示時のパタンに合致するようにしてずれ補正を行い、頭顔部の位置あるいは姿勢を微調整して再定位する。
【００１６】
本発明においては、頭顔部定位装置と能動光学装置を直交世界座標（ＸＹＺ）空間内において位置決めしている。頭顔部定位装置は、その自己直交座標系（ｘｙｚ）の各軸が世界座標空間（ＸＹＺ）の対応軸にそれぞれ平行するように位置決めされ、その自己直交座標（ｘｙｚ）において被験者頭顔部の定位をすれば、必然的に直交世界座標（ＸＹＺ）空間内において被験者頭顔部が位置決めされるようにしている。
教示ステップにおいて、頭顔部を頭顔部定位装置の自己座標軸空間において自然人類学的に正しい位置と姿勢に定位して、頭顔部定位装置の位置決めパラメータ値を保存し、更に定位の位置と姿勢において頭顔部に構造光を投射して歪みパタンを能動光学装置で捉え、撮像装置で撮像し、その画像を保存する。これらの定位ステップが完了した後、能動光学装置を用いて、術者が対象部位に光軸を合せ、合焦し、倍率を定め、初回撮像を実行して対象領域画像を保存する。
この３次元能動光学撮像技術において、物体方向は表面ミラー２の２軸回転によって決まる角度であり、物点距離はレンズの公式：１／ｆ＝１／ａ＋１／ｂによって決まる距離である（ここで、ｆ＝レンズの焦点距離、ａ＝物点距離、ｂ＝像点距離）。能動光学撮像装置と被験者の頭顔部は直交世界座標（ＸＹＺ）空間内に定位しているので、その対象部位も直交世界座標（ＸＹＺ）空間において座標が決まる（図４参照）。図４は、直交世界座標（ＸＹＺ）空間における被験者頭顔部の位置を示す図であって、ＹＯＺは直交世界座標空間の座標軸を、またｙｏｚは頭顔部定位装置の自己座標軸を示している。Ｚ軸とｚ軸は、いずれも紙面に垂直な座標軸である。
能動光学装置の各パラメータ・データは、上記のように対象部位の３次元座標位置に対応するので、対象部位の３次元座標データを保存し、同一被験者の、同一観察部位の繰り返し撮像に利用することができる。
第二回目以降の繰り返し撮像においては、被験者の教示ステップにおける頭顔部定位装置の位置決めパラメータ・データを呼び出して頭顔部を巨視的に定位した後、構造光を投射して反射パタンを能動光学装置で捉えて撮像装置で撮像し、画像を教示時撮像の反射パタン画像と画像比較手段により比較する。両反射パタンが合致するまで頭顔部の位置と姿勢を微調整して再定位する。
この再定位ステップにより、頭顔部は能動光学装置の３次元幾何光学的空間における教示時の位置と姿勢を正確に再現しているので、保存してあった撮像パラメータ・データによって能動光学手段の光軸と焦点を対象部位に合せ、倍率を再現すれば、第一回目に撮像した対象部位を正確に再撮像することができるのである。
【００１７】
本発明の請求項１の頭顔部表面微小領域の繰り返し定位による撮像方法は、頭顔部の位置と姿勢を自然人類学の基準に基づいて定位する機構を備えた頭顔部定位装置と、可視光領域から近赤外光領域に亘る波長範囲において発光スペクトルを有する照明装置と、表面ミラーを直交２軸の周りに回転して対象領域に撮像光軸を方向づけ、長焦点対物鏡を移動して対象領域に焦点を合せ、撮像倍率に応じてズーミングして、頭顔部の対象領域像を撮像装置に結像する能動光学装置と、可視光から近赤外光に亘る波長範囲において感光スペクトルを有し、能動光学装置が結像した対象像を撮像する撮像装置と、頭顔部定位装置と能動光学装置と撮像装置を含んで３次元直交世界座標空間を構成する世界空間構成手段と、能動光学装置の撮像パラメータ・データ（光軸角度データと焦点位置データと倍率データ）から３次元世界空間内における対象領域の３次元世界座標データを算出する３次元世界座標演算手段と、データ保存手段と、頭顔部に光パタン光束を投光する構造光投光装置と、頭顔部において変形された反射光パタン画像を比較する画像処理手段とより成り、第二回目以降の撮像において、反射光パタン画像が教示時の反射光パタン画像に合致するように頭顔部定位装置によって頭顔部の位置と姿勢を微調整し、頭顔部が教示時の位置と姿勢を再現することを主要な特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項２の頭顔部表面微小領域の繰り返し定位による毛髪計数方法は、頭顔部の位置と姿勢を自然人類学の基準に基づいて定位する機構を備えた頭顔部定位装置と、可視光領域から近赤外光領域に亘る波長範囲において発光スペクトルを有する照明装置と、表面ミラーを直交２軸の周りに回転して対象領域に撮像光軸を方向づけ、長焦点対物鏡を移動して対象領域に焦点を合せ、撮像倍率に応じてズーミングして、頭顔部の対象領域像を撮像装置に結像する能動光学装置と、可視光から近赤外光に亘る波長範囲において感光スペクトルを有し、能動光学装置が結像した対象像を撮像する撮像装置と、頭顔部定位装置と能動光学装置と撮像装置を含んで３次元直交世界座標空間を構成する世界空間構成手段と、能動光学装置の撮像パラメータ・データ（光軸角度データと焦点位置データと倍率データ）から３次元世界空間内における対象領域の３次元世界座標データを算出する３次元世界座標演算手段と、データ保存手段と、頭顔部に光パタン光束を投光する構造光投光装置と、撮像装置が獲得した複数画像を画像処理して比較する画像処理手段と、毛髪画像抽出プログラムと毛髪計数プログラムとを備え、獲得した対象領域の画像を用いて、毛髪計数を行う、毛髪計数手段とより成り、第二回目以降の撮像において、反射光パタン画像が教示時の反射光パタン画像に合致するように頭顔部定位装置によって頭顔部の位置と姿勢を微調整し、頭顔部が教示時の位置と姿勢を再現し、同一被験者の頭顔部微小領域を繰返し撮像して獲得した画像から毛髪計数を行うことを主要な特徴とする。
【００１９】
請求項１記載の頭顔部表面微小領域の繰り返し定位による撮像方法あるいは請求項２記載の頭顔部表面微小領域の繰り返し定位による毛髪計数方法における頭顔部定位装置は、頭顔部定位装置の自己直交座標（ｘｙｚ）の各軸が、被験者の頭顔部を３次元幾何光学的に撮像する直交世界座標（ＸＹＺ）空間の対応軸にそれぞれ平行するように位置決めされ、高さの調節が可能な顎当て治具と、先端部が被験者の左右トラギオン計測点に接するようにｘ軸に沿って伸縮可能な水平ロッドと、水平ロッドからｙ軸に沿って前方に水平に伸びたオルビターレ・ガイドと、水平ロッドを支持し、ｙ軸に沿う移動とｚ軸に沿う伸縮が可能な垂直支柱とを備え、被験者の頭顔部を位置決めし、頭顔部の姿勢を耳眼面が水平即ちｘｙ平面に平行になるように、又被験者頭顔部の垂直矢状面が垂直即ちｙｚ平面に一致するようにして、自然人類学の基準に基づいた定位を可能にしたことを主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明になる頭顔部表面微小領域の繰り返し定位による撮像方法は、頭顔部と能動光学装置を含んで３次元世界空間を構成し、頭顔部の位置と姿勢を自然人類学の基準に基づいて定位し、更に頭顔部表面に同軸投光した構造光の反射パタン画像に基づいて幾何光学的に再定位するので、対象領域を精密に位置決めして繰返し撮像できるという利点がある。
また、本発明になる頭顔部微小領域の繰り返し定位による毛髪計数方法は、頭顔部と能動光学装置を含んで３次元空間を構成し、頭顔部の位置と姿勢を自然人類学の基準に基づいて定位し、更に頭顔部表面に同軸投光した構造光の反射パタン画像に基づいて幾何光学的に再定位し、撮像した画像から毛髪画像を抽出・計数するので、対象領域を精密に位置決めして繰返し毛髪計数できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は本発明に係る方法における全体構成を示す図である。（実施例１および２）
【図２】図２は本発明に係る被験者と能動光学装置の３次元世界空間構成を示す模式図である。（実施例１および２）
【図３】図３は人類学上の頭顔部生体計測点（非特許文献１より引用）と本発明に係る頭顔部定位装置と特定パタンの投光位置を示す概念図である。（実施例１および２）
【図４】図４は本発明に係る３次元世界空間座標軸と頭顔部座標軸の関係を示す図である。（実施例１および２）
【図５】図５は本発明に係る撮像方法の教示ステップと繰り返し撮像ステップを説明するフロー図である。（実施例１）
【図６】図６は本発明に係る能動光学装置光学系と撮像装置と構造光投光装置と被験者頭顔部の幾何光学的関係を説明する概念図である。（実施例１および２）
【図７】図７は本発明に係る毛髪計数方法の教示ステップと繰り返し撮像による毛髪計数のステップを説明するフロー図である。（実施例２）
【発明を実施するための形態】
【００２２】
頭顔部の対象部位を繰り返し定位して撮像を行うという目的を、頭顔部と能動光学装置を含んで３次元世界空間を構成し、頭顔部の位置と姿勢を自然人類学の基準に基づいて定位し、更に頭顔部表面に同軸投光した構造光の反射パタン画像に基づいて幾何光学的に再定位して再撮像することにより実現した。
また頭顔部の対象部位を繰り返し定位して毛髪計数するという目的を、頭顔部と能動光学装置を含んで３次元世界空間を構成し、頭顔部の位置と姿勢を自然人類学の基準に基づいて定位し、更に頭顔部表面に同軸投光した構造光の反射パタン画像に基づいて幾何光学的に再定位して再撮像し、獲得画像により毛髪計数することにより実現した。
【実施例１】
【００２３】
図１は、本発明になる実施例の全体構成を示す図である。被験者の頭顔部１は、頭顔部定位装置２によって定位され、その上方に能動光学撮像装置３と微視的位置合せ用の構造光を投光する構造光投光装置４が配置されている。被験者の頭顔部１に対する能動光学撮像装置３の相対的な位置関係は、移動回転装置５による能動光学撮像装置３の光軸に沿う移動あるいは能動光学撮像装置３の水平自己回転で変更できる。能動光学撮像装置３の光軸に沿う移動は、頭顔部の前面である顔面あるいは後面である後頭部撮像のために行われる。また能動光学撮像装置３の水平自己回転は、頭顔部の左右側面である左右の側貌撮像のために行われる。
【００２４】
図１の全体構成図において、能動光学撮像装置３と構造光投光装置４は、制御装置６に接続され、制御装置６は、頭顔部定位データユニット７、能動光学装置制御ユニット８、撮像制御ユニット９、照明投光制御ユニット１０、３次元データ演算ユニット１１、画像処理ユニット１２、メモリユニット１３、及びシステム全体を制御する統合システム制御ユニット１４を有し、各ユニット７乃至１４は、バス１９を通じてデータの交換を行う。又、制御装置６には、入力ユニット１５と、出力ユニット１６と、通信ユニット１７と、表示ユニット１８が接続されている。
【００２５】
本発明に係る被験者と能動光学装置の３次元世界空間構成は、図２の模式図に示したとおりである。
【００２６】
自然人類学上の頭顔部生体計測点（非特許文献１より引用）と頭顔部定位装置の位置関係、並びに構造光投光装置４が特定パタンの投光位置の１例は、図３に示したとおりである。頭顔部の基準面は、左右を分ける正中矢状面（図示せず）と、姿勢の基準となる耳眼面（図示せず）である。正中矢状面を垂直に取れば、頭顔部の左右の傾きがない姿勢になる。耳眼面は、外耳孔上縁のトラギオンと眼窩下縁最下端のオルビターレを結ぶ直線を含む平面であり、この面を水平に取り、頭顔部の基本姿勢としている。
【００２７】
以下、図３に示した頭顔部定位装置の概念図を用いて、その作用を説明する。図３（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側貌図である。
図２に示したように、被験者を椅子（図示せず）座位とし、椅子によって座高を調節して、顎当て治具５に下顎前部を載せる。次に左右の水平ロッド１、１’を被験者のトラギオンにあてがう。まず、トラギオンと水平ロッドの先端との前後ずれに対しては、水平ロッドの支柱２、２’を前後に移動してトラギオン位置に合せる。次に、トラギオンと水平ロッドの先端との高さずれに対しては、垂直支柱２、２’の高さ調節部３、３’を調節して高さを合せる。
頭顔部の正中線は、左右の水平ロッド１、１’の長さを調節して、顎当て治具５の左右中心に付けられたマーカー（図示せず）に合せる。
顎当て治具５は、高さの調節が可能であり、それにより顎の高さを調節して、被験者のオルビターレの高さを、水平ロッドから前方水平に突き出されたオルビターレ・ガイド４に一致させる。
以上により、被験者頭顔部の位置と姿勢が自然人類学的に定位されたので、定位後の左右の水平ロッド１、１’の長さと、左右の水平ロッド１、１’の高さと、左右の水平ロッド１、１’の前後位置と、顎当て治具５の高さを読み取り、それぞれの値を保存する。読み取りは、それぞれに付されたスケールを読み取ってもよいが、より好ましくは、電子的読み取り装置で自動的に読み取り、そのデータを保存する。
左右の垂直支柱２、２’と顎当て治具５は、縦梁フレーム７に前後移動可能に固定され、縦梁フレーム７は横梁フレーム６に固定され、横梁フレーム６は世界フレーム（図示せず）に固定されている。世界フレームは、能動的３次元光学撮像装置と頭顔部定位装置とを一体化した３次元枠組みである。
【００２８】
次に、図１に示した構造光投光装置４を、図６によって説明する。図６において、７は能動光学装置の光路に挿入されたハーフミラーであり、８はプロジェクターである。プロジェクター８は、コントローラー（図示せず）で用意した特定のパタンを表示し、この表示によって出射される構造光束は、ハーフミラー７を介して能動光学装置の光路に入り、光路を通って能動光学装置の対象視野に同軸投光される。繰り返し撮像時における対象視野は、能動光学装置が撮像パラメータに従って選択した視野であるので、頭顔部が位置ずれあるいは姿勢ずれしていれば、繰り返し撮像時の視野が教示時の視野とずれていることを意味する。また大きな視野ずれがなくても反射パタンの形状が異なれば、頭顔部の位置あるいは姿勢が教示時と異なっていることを意味する。そこで、反射パタンの位置と歪みが教示時のパタンに合致するように、頭顔部の位置あるいは姿勢を微調整して再定位する。即ち、教示時のパタンと繰り返し撮像時のパタンが一致すれば、教示時の頭顔部の位置と姿勢が３次元幾何光学的空間において再現されたことを意味するのである。
本発明の実施例においては、図３にその１例を示すように、前額部において設定した点線三角形６の各頂点６−１、６−２，６−３に能動光学装置の光軸をむけ、焦点を合せて、撮像装置で撮像するようにしている。この３視野内にそれぞれパタン光を同軸投光し、それぞれの位置ずれと歪み形状の違いを画像処理により検出し、差分がゼロになるように頭顔部の位置と姿勢を微調整する。３視野の設定は、立体位置補正には最低３点による補正が必要なためである。
ここで用いる投光パタンは、３次元画像計測に一般的に使用されているストライプ・パタンよりも三角形などの単純な多角形や円形などが好ましい。ストライプ・パタンは、繰り返しパタンであるために、パタン周期とずれ間隔とが一致すると、検出誤差が生じる可能性がある。
【００２９】
次に、図５（Ａ）のフロー図に従って、この実施例撮像法の教示ステップと分析対象部位の第一回目の撮像を説明する。まず被験者のＩＤデータを入力し（ＳＴ１）、被験者を椅子に座らせて座位をとらせ（ＳＴ２）、頭顔部を頭顔部定位装置にセットする（ＳＴ３）。次に、図３に示したように、頭顔部定位装置により、頭顔部の生体計測点であるトラギオンとオルビターレを目安にして、頭顔部正中矢状面を３Ｄ世界空間のＹＺ平面に合致させる（図４参照）。また、オルビターレとトラギオンを結ぶ耳眼面を水平にとって、３Ｄ世界空間のＸＹ平面に平行するように頭顔部の姿勢を調整し（同じく図４参照）（ＳＴ４）、自然人類学的定位を終了する。
【００３０】
次に、頭顔部にパタン光束を同軸投光する（ＳＴ５）。投光部位は教示時に選定する。図３（Ａ）６に示した例では、前額部の３箇所を選んでいる。まず、能動光学装置の撮像パラメータ・データ（ミラー角度、対物鏡合焦位置、倍率の各データ）を操作して、投光箇所を視野に入れ、パタン光束を投光し（ＳＴ５）、撮像パラメータ・データを保存する（ＳＴ６）。次に、撮像装置によって反射光パタン画像を含む視野画像を撮像し、その画像を保存する。この操作を、前額部の３箇所について行い、それぞれの撮像パラメータ・データと画像を保存する（ＳＴ７）。
【００３１】
以上により教示ステップを完了したら、分析対象部位の第一回目の撮像を行う。能動光学装置の撮像パラメータを操作して、分析対象部位を視野に写し、撮像し、画像を保存したうえ（ＳＴ８）、第一回目撮像の撮像パラメータ・データを保存する。
【００３２】
次に、第二回目以降の繰り返し撮像を、図５（Ｂ）のフロー図に従って説明する。まず被験者のＩＤデータを入力し（ＳＴ１１）、被験者を椅子に座らせて座位をとらせ（ＳＴ１２）、頭顔部を頭顔部定位装置にセットする（ＳＴ１３）。次に、教示と同様に、頭顔部定位装置により、頭顔部の生体計測点であるトラギオンとオルビターレを目安にして、頭顔部正中矢状面を３Ｄ世界空間のＹＺ平面に合致させる。また、オルビターレとトラギオンを結ぶ耳眼面を水平にとって、３Ｄ世界空間のＸＹ平面に平行するように頭顔部の姿勢を調整し（ＳＴ１４）、自然人類学的定位を終了する。
【００３３】
次に、教示時に保存した撮像パラメータ・データに従い、教示時に選定した頭顔部の投光部位にパタン光束を同軸投光する（ＳＴ１５）。投光によって形成された反射パタンを撮像し、画像を教示時の反射パタン画像と比較する。比較には、両画像の差画像処理を行い、差画像を表示する。表示された差画像に両者の差異が表出されていたら、差画像を見ながら頭顔部の位置と姿勢を微調整し、差分が見られなくなった位置と姿勢において頭顔部を定位する（ＳＴ１６）。この頭顔部の位置と姿勢において、教示時の頭顔部の位置と姿勢が能動光学装置の幾何光学系において再現したので、反射パタン画像を将来確認用のデータとして保存する（ＳＴ１７）。
【００３４】
次に、第一回目撮像パラメータ・データに従って分析対象部位を撮像し、画像を保存する（ＳＴ１８）。第二回目以降の繰り返し撮像は、以上説明のステップに沿って行われる。
【実施例２】
【００３５】
本発明になる実施例２は、頭顔部微小領域の繰り返し毛髪計数方法の実施例であるが、その繰り返し撮像方法は実施例１と同様であるので、その全体構成も、図１に示したとおりである。ただし実施例２においては、図１の画像処理ユニットに毛髪画像抽出プログラムと毛髪計数プログラムを搭載している点において、実施例１と異なっている。
毛髪画像抽出プログラムは、カラー画素値による毛髪画像抽出プログラムと毛根部認識プログラムと毛髪計数プログラムとから構成され、視野画像内において毛髪画像領域を抽出し、毛根部の有無によって対象領域内で発生している毛髪か対象領域以外の毛髪の混入画像かを識別し、対象領域内発生の毛髪本数を計数するようにしている。
【００３６】
次に、図７（Ａ）のフロー図に従って、この実施例毛髪計数法の教示ステップと分析対象部位の第一回目の撮像を説明する。図７（Ａ）において、ＳＴ２１〜ＳＴ２９は、図５（Ａ）のフロー図のＳＴ１〜ＳＴ９に示したステップとまったく同様であるので、説明を省略する。
図７（Ａ）のＳＴ３０は、対象領域内発生の毛髪を選択的に計数するステップであり、ＳＴ３１で計数した本数を報告し、データを保存する。
【００３７】
次に、第二回目以降の繰り返し撮像による毛髪本数計数法について、図７（Ｂ）のフロー図に従って説明する。図７（Ｂ）において、ＳＴ４１〜ＳＴ４８は、図５（Ａ）のフロー図のＳＴ１１〜ＳＴ１８に示したステップとまったく同様であるので、説明を省略する。
図７（Ｂ）のＳＴ４９は、対象領域内発生の毛髪を選択的に計数するステップであり、ＳＴ５０で計数した本数を報告し、データを保存する。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
頭顔部と能動光学装置を含んで３次元世界空間を構成し、頭顔部の位置と姿勢を自然人類学の基準に基づいて定位し、更に頭顔部表面に同軸投光した構造光の反射パタン画像に基づいて幾何光学的に再定位することによって、頭顔部の対象部位を繰り返し定位して撮像する用途に適用できる。また、頭顔部の対象部位を繰り返し定位して毛髪計数する用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００３９】
１    被験者の頭顔部
２    頭顔部定位装置
３    能動光学撮像装置
４    構造光投光装置
５    移動回転装置
【図１】
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【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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