(57)【要約】【課題】  表面形状を短時間で高い精度で計測する装置を提供すること。【解決手段】  被測定物体を仮想中心軸と略一致させて配置する空間と、物体の表面に縞状のパターンを形成する光源と、光源で形成されたパターンを撮像するカメラとを備え、中心軸に交わるｎ段の平面の各段に、カメラの光軸を中心軸に向け、物体の表面の各環状帯状部を覆うように配置される複数の計測ヘッドを有し、各ヘッドは、相互に隣接するカメラで、パターン像を撮像する時に、物体表面における視野が相互に重なるように配置されている。制御装置は、共通の視野を有しない組合せを構成する複数のヘッドを動作させる第１ステップと、残りのヘッドの内、同様に相互に共通の視野を有しない組合せを構成する複数のヘッドを動作させる第２ステップと、第２ステップを残りのヘッドの数がゼロになるまで繰り返すステップと、全ステップで得たｎ×ｍ組の取得データを処理して立体データを得る。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
被測定物体の中心軸を仮想中心軸と略一致させて配置するための空間と、
前記被測定物体の表面に縞状のパターンを形成する光源と、前記光源により形成された前記パターンを撮像するカメラとをそれぞれ備え、
前記仮想中心軸に交わるｎ（≧１）段の平面の各段に、前記カメラの光軸を前記仮想中心軸に向け、前記被測定物体の表面の各環状帯状部を、ｍ（≧３）個の計測ヘッドでもって覆うように配置され、
かつ、前記計測ヘッドのうち、相互に隣接する前記計測ヘッドの前記カメラで、前記光源により前記被測定物体の表面に形成される前記パターン像を撮像する時に、前記被測定物体の表面における視野が相互に重なるように前記空間外に配置される複数の計測ヘッドと、
前記被測定物体の表面における前記カメラの視野が相互に共通の視野を有しない組合せを構成する複数の計測ヘッドを動作させる第１ステップと、
続いて、残りの計測ヘッドの内、前記被測定物体の表面におけるカメラの視野が相互に共通の視野を有しない組合せを構成する複数の計測ヘッドを動作させる第２ステップと、
前記第２ステップを残りの計測ヘッドの数がゼロになるまで繰り返すステップと、
前記の全ステップで得たｎ×ｍ組の取得データを処理して立体データを得る制御装置とから構成した立体表面計測装置。
【請求項２】
前記被測定物体は、人体などの立体形状からなることを特徴とする請求項１記載の立体表面計測装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、身体のような立体表面形状を高い精度でかつ効率的に計測する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人体のような立体の表面形状を測定する装置については、医療の分野、アパレル業界を中心として、必要な精度で効率的に計測したいという強い要請がある。しかしながら、人体のような複雑な形状をデータとして活用するためには、全身形状をくまなく計測するとともに、計測中に静止しているのが条件となるために高速で計測できることが条件となる。静止物体の表面形状の測定については、数多くの提案があり、人体等の三次元形状計測装置についても提案がある。特許文献１には、ＰＳＤを用いた三次元形状計測装置についての提案が記載されている。しかしながら、この装置は、計測空間を囲う形に配置された移動枠とこの移動枠の対抗する２つの側面に向かい合うように配置され、光を水平方向に操作して人体までの距離を計測する複数のセンサと、移動枠を移動させる駆動機構を必要とし装置が複雑である。その上人体の生理的な移動による変動の影響を避けるだけの計測時間を確保することは困難であると思われる。
【特許文献１】特開平１０−１２２８５０号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００３】
本考案は、例えば人体の計測を課題として以下の課題を設定した。
１．計測範囲（高さ）：９００ｍｍ〜２０００ｍｍ
２．計測範囲（径）  ：６００ｍｍ〜１５００ｍｍ
３．計測時間（全身）：１秒
４．計測数値許容範囲（絶対誤差）：１ｍｍ（好ましくは０．２ｍｍ）
５．計測データ処理時間：３０秒本考案の目的は、前記課題を解決できる人体のような立体表面形状を高い精度でかつ効率的に計測する装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記目的を達成するために、本考案は、被測定物体の中心軸を仮想中心軸と略一致させて配置するための空間と、前記被測定物体の表面に縞状のパターンを形成する光源と、前記光源により形成された前記パターンを撮像するカメラとをそれぞれ備え、前記仮想中心軸に交わるｎ（≧１）段の平面の各段に、前記カメラの光軸を前記仮想中心軸に向け、前記被測定物体の表面の各環状帯状部を、ｍ（≧３）個の計測ヘッドでもって覆うように配置され、かつ、前記計測ヘッドのうち、相互に隣接する前記計測ヘッドの前記カメラで、前記光源により前記被測定物体の表面に形成される前記パターン像を撮像する時に、前記被測定物体の表面における視野が相互に重なるように前記空間外に配置される複数の計測ヘッドと、前記被測定物体の表面における前記カメラの視野が相互に共通の視野を有しない組合せを構成する複数の計測ヘッドを動作させる第１ステップと、続いて、残りの計測ヘッドの内、前記被測定物体の表面におけるカメラの視野が相互に共通の視野を有しない組合せを構成する複数の計測ヘッドを動作させる第２ステップと、前記第２ステップを残りの計測ヘッドの数がゼロになるまで繰り返すステップと、前記の全ステップで得たｎ×ｍ組の取得データを処理して立体データを得る制御装置とから構成した。
前記被測定物体は、人体などの立体形状から構成することができる。
【考案の効果】
【０００５】
本考案による立体表面計測装置によれば、人体の立体データ等を極めて短時間２．０秒以内に取得することができる。そしてそのデータを立体表現のデータに変換して、ただちに出力することが可能となる。本考案により、得られたデータを集積して、人体の立体データのデータベースの構築が可能となった。また個人データベースの利用も可能となる。
【考案を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、図面等を参照して本考案による立体表面計測装置の実施の形態を説明する。図１は、本考案による立体表面計測装置の実施例の概念を説明するための略図的斜視図である。図５は、本考案による立体表面計測装置の実施例における撮影フレームに対する計測ヘッドの配列を示す斜視図である。図１に示す略図は、図５に示す撮影フレームの台３に被測定物体（Ｏｂ）２（例えば人体を起立させたもの）、仮想中心軸（ＩＡ）１を中心に配置した状態を、任意の段のＣＣＤカメラとの関係を略図で示したものである。
【０００７】
ＣＣＤカメラ４Ａｉ，  ４Ｂｉ，  ４Ｃｉ，  ４Ｄｉは、図１に示す仮想中心軸（ＩＡ）１に交わる平面Ｐｉ  にその光軸を前記仮想中心軸に向け、前記物体（Ｏｂ）２の環状帯状部を４個の計測ヘッドの視野で覆うように配置されている。図２に各カメラ４Ａｉ，  ４Ｂｉ，  ４Ｃｉ，  ４Ｄｉの視野の重なりと被測定物体（Ｏｂ）の関係を示す平面略図を示す。
【０００８】
図３に、計測ヘッドの構成と光学操作の動作原理を示す。図４は、計測ヘッドの構成と投影パターンを示すさらに他の略図である。任意の計測ヘッドＡｉ，Ｂｉ，Ｃｉ，Ｄｉ  はそれぞれ、ＣＣＤカメラ４、ポリゴンミラー５、光源であるレーザ６およびシリンドリカルレンズ７を含んでいる。ＣＣＤカメラ４、ポリゴンミラー５は、一定の距離（基線長）離れて配置され、時系列変調された光源であるレーザ６からの光はシリンドリカルレンズ７によりポリゴンミラー５上に集光され、ポリゴンミラー５の回転により走査され、物体Ｏｂ上に物体Ｏｂの表面形状に対応する図４に示すような縞のパターンを形成する。この像が、ＣＣＤカメラ４により撮像される。
【０００９】
図６は、本考案による前記実施例装置で使用するビデオ計測ヘッドの高さ方向の配列と視野の重なりを説明するための略図である。図６は、図５に示した計測ヘッドＡ２，Ａ３，Ａ４  を取り出して示してある。例えば計測ヘッドＡ３  は、ポリゴンミラー５Ａ３により、走査された物体（図示せず）の表面を撮像する。
【００１０】
図７は、本考案による前記立体表面計測装置の実施例装置のシステムブロック図である。計測ヘッドは４台４列計１６台を用いる。計測ヘッドＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４は、図５に示すように一列に配置されている。他の計測ヘッドＢ１  〜Ｂ４，  Ｃ１〜Ｃ４，Ｄ１  〜Ｄ４  も同様である。制御ＰＣ（Ｉ）１１、制御ＰＣ（ＩＩ）１２は、前記Ａ，Ｂ列の制御ヘッド出力の処理を、制御ＰＣ（ＩＩＩ）１３、制御ＰＣ（ＩＶ）１４は、前記Ａ，Ｂ列の制御ヘッド出力の処理をしている。これらの制御ＰＣ１１〜１４からのデータは、データ処理パソコン１８でデータ処理される。処理されたデータはハブ１７を介して外部のコンピュータに接続される。
【００１１】
図８は、前記本考案による立体表面計測装置の実施例の計測、データ転送、データ処理のシーケンス図である。前記実施例に係るシステムは、データの取得とデータ前処理の計測期間を２．０秒、データ転送に２．０秒、データの統合処理に６０秒を予定している。当初の０．５秒内に計測ヘッドＡ１，Ａ３  とＣ１，Ｃ３  が動作させられる。このときこれらのいずれかと共通の視野を有するＡ２，Ａ４  とＣ２，Ｃ４  とＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４  とＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４  は不作動の状態にある。
【００１２】
次の０．５秒内（０．５〜１．０秒）に計測ヘッドＡ２，Ａ４  とＣ２，Ｃ４  が動作させられる。このときこれらのいずれかと共通の視野を有するＡ１，Ａ２  とＣ１，Ｃ３とＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４  とＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４  は不作動の状態にある。次の０．５秒内（１．０〜１．５秒）に計測ヘッドＢ１，Ｂ３  とＤ１，Ｄ３  が動作させられる。このときこれらのいずれかと共通の視野を有するＢ２，Ｂ４  とＤ２，Ｄ４  とＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４  とＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４  は不作動の状態にある。
【００１３】
次の０．５秒内（１．５〜２．０秒）に計測ヘッドＢ２，Ｂ４  とＤ２，Ｄ４  が動作させられる。このときこれらのいずれかと共通の視野を有するＢ１，Ｂ３  とＤ１，Ｄ３とＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４  とＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４  は不作動の状態にある。Ａ２，Ａ４  とＣ２，Ｃ４  が動作させられる。このときこれらのいずれかと共通の視野を有するＡ１，Ａ２  とＣ２，Ｃ３  とＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４  とＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４  は不作動の状態にある。このようにして取得されたデータは、引き続いて前記制御ＰＣ（Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ）１１，１２，１３，１４で、前処理（ノイズカット、フイルタリング）が行われ、データ処理パソコン１８に転送される。データ転送は、ＴＣＰ／ＩＰプロトコルにより行われる。データ処理パソコン１８では、座標の計算およびデータの合成処理が行われる。
【００１４】
図９は、前記本考案による立体表面計測装置の実施例の計測、データ転送、データ処理の流れ図である。この流れ図は計測から、最終出力ファイルが出力されるまでの流れを示している。
データ処理ＰＣの流れ（ステップ２０）データ処理ＰＣは、制御ＰＣに計測開始を命令する。
制御ＰＣの流れ（ステップ３０）制御ＰＣは計測ヘッドに計測を開始させる。
（ステップ３１）制御ＰＣは計測ヘッドの取得したデータにフィルタリング等の前処理を行う。
（ステップ３１）前処理された結果の出力をデータ処理ＰＣに出力する。
データ処理ＰＣの流れ（ステップ２１）データ処理ＰＣからの前処理されたデータを受信する。
（ステップ２２）点群データの変換をする。
（ステップ２３）各データの回転・平行移動をする。
（ステップ２４）データの合成処理、平滑化処理を行う。
（ステップ２５）等高線データファィルを出力する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本考案による立体表面計測装置の実施例の概念を説明するための略図的斜視図である。
【図２】被測定物体の表面におけるカメラの視野の重なりと被測定物体の関係を示す平面略図である。
【図３】計測ヘッドの構成と光学操作の動作原理を示す略図である。
【図４】計測ヘッドの構成と投影パターン示すさらに他の略図である。
【図５】本考案による立体表面計測装置の実施例における撮影フレームに対する計測ヘッドの配列を示す斜視図である。
【図６】本考案による装置で使用するビデオ計測ヘッドの高さ方向の配列と、被測定物体の費用面におけるカメラの視野および撮像パターンの重なりを説明するための略図である。
【図７】本考案による立体表面計測装置の実施例のシステムを示すブロック図である。
【図８】本考案による立体表面計測装置の実施例の計測、データ転送、データ処理のシーケンス図である。
【図９】本考案による立体表面計測装置の実施例の計測、データ転送、データ処理の流れ図である。
【符号の説明】
【００１６】
１  仮想中心軸（ＩＡ）
２  被測定物体（Ｏｂ）
３  台
Ａｉ，Ｂｉ，Ｃｉ，Ｄｉ  計測ヘッド
４  ＣＣＤカメラ
５  ポリゴンミラー
６  光源レーザ
７  シリンドリカルレンズ
１０  フレーム
１１〜１４  制御ＰＣ（Ｉ〜ＩＶ）
１５  制御用モニタ
１７  ハブ
１８  データ処理パソコン
【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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【図８】
0003102391.tif 000010
【図９】
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