(57)【要約】  本発明は、物体（１０４、２０４、３０４）の表層構造を視覚化するシステム（１００、２００、３００）を提供する。本システムは、物体（１０４、２０４、３０４）の複数の画像を撮影するカメラ（１０６、２０６、３０６）と、カメラ（１０６、２０６、３０６）が撮影する各画像に関連するそれぞれのロケーションを監視するロケーションモニタ（１０８、２０８、３０８）とを備える。本システム（１００、２００、３００）はまた、マイクロプロセッサ（１１２、２１２、３１２）と、物体（１０４、２０４、３０４）の表層構造を表示するディスプレイ（１１４、２１４、３１４）と、マイクロプロセッサ（１１２、２１２、３１２）のためのソフトウェアルーチンとを備える。ソフトウェアは、複数の画像を処理するとともに、各画像に関連するそれぞれのロケーションを考慮に入れて、物体（１０４、２０４、３０４）の表層構造をディスプレイにより視覚化できるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体（１０４、２０４、３０４）の表層構造を視覚化するシステム（１００、２００、３００）であって、
前記物体（１０４、２０４、３０４）の複数の画像を撮影するカメラ（１０６、２０６、３０６）と、
前記カメラ（１０６、２０６、３０６）が撮影する各画像に関連するそれぞれのロケーションを監視するロケーションモニタ（１０８、２０８、３０８）と、
マイクロプロセッサ（１１２、２１２、３１２）と、
前記物体（１０４、２０４、３０４）の表層構造を表示するディスプレイ（１１４、２１４、３１４）と、
前記マイクロプロセッサ（１１２、２１２、３１２）が、各画像に関連する前記それぞれのロケーションを考慮に入れて前記複数の画像を処理し、前記物体（１０４、２０４、３０４）の前記表層構造を前記ディスプレイにより視覚化できるようにするためのソフトウェアルーチンと、
を備えている、システム。
【請求項２】
前記ロケーションモニタ（１０８、２０８、３０８）は、前記カメラ（１０６、２０６、３０６）が前記それぞれのロケーションにおいて各画像を撮影するときに該カメラ（１０６、２０６、３０６）のロケーションについて電子データを生成する電子デバイスであり、前記システムは、該電子データを記憶する電子メモリを備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記物体（１０４、２０４、３０４）を照明する照明源（１１０、２１０、３１０）を備え、前記ロケーションモニタ（１０８、２０８、３０８）は、前記カメラ（１０６、２０６、３０６）が前記照明源（１１０、２１０、３１０）のそれぞれのロケーションについて各画像を撮影するときに該照明源（１１０、２１０、３１０）のロケーションについて電子データを生成する電子デバイスであり、前記システムは、該電子データを記憶する電子メモリを備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記ロケーションモニタ（１０８、２０８、３０８）及び前記カメラ（１０６、２０６、３０６）が、前記システムのユーザにより前記物体（１０４、２０４、３０４）の周囲を移動可能である、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記照明源（１１０、２１０、３１０）を有する前記ロケーションモニタ（１０８、２０８、３０８）が、前記システムのユーザにより前記物体（１０４、２０４、３０４）の周囲を移動可能である、請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記ロケーションモニタ（１０８、２０８、３０８）が、各画像に関連する前記それぞれのロケーションを監視するジャイロスコープを備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
物体（１０４）の表層構造を視覚化するシステム（１００）であって、
複数のロケーションにおいて前記物体（１０４）の画像を撮影するとともに該物体（１０４）の周囲を移動可能であるカメラ（１０６）と、
前記物体（１０４）を照明する照明源（１１０）と、
各画像について前記カメラ（１０６）のそれぞれのロケーションを監視するロケーションモニタ（１０８）と、
マイクロプロセッサ（１１２）と、
前記物体（１０４）の前記表層構造を表示するディスプレイ（１１４）と、
前記マイクロプロセッサ（１１２）が、各画像について前記カメラ（１０６）の前記それぞれのロケーションを考慮に入れて前記複数の画像を処理し、前記ディスプレイ（１１４）により視覚化できる前記物体のパラメトリック画像表層構造が生成されるようにするためのソフトウェアルーチンと、
を備えている、システム。
【請求項８】
物体（２０４）の表層構造を視覚化するシステム（２００）であって、
前記物体（２０４）の画像を撮影するカメラ（２０６）と、
前記物体（２０４）を照明するとともに該物体（２０４）の周囲を移動可能である照明源（２１０）と、
各画像について前記照明源（２１０）のそれぞれのロケーションを監視するロケーションモニタ（２０８）と、
マイクロプロセッサ（２１２）と、
前記物体（２０４）の表層構造を表示するディスプレイ（２１４）と、
前記マイクロプロセッサ（２１２）が、各画像について前記照明源（２１０）の前記それぞれのロケーションを考慮に入れて前記複数の画像を処理し、前記ディスプレイ（２１４）により視覚化できる前記物体（２０４）のパラメトリック画像表層構造が生成されるようにするためのソフトウェアルーチンと、
を備えている、システム。
【請求項９】
物体（１０４、２０４、３０４）の表層構造を視覚化する方法であって、
前記物体（１０４、２０４、３０４）の複数の画像を撮影するステップと、
各画像に関連するそれぞれのロケーションを監視するステップと、
前記画像の各々に関連する前記それぞれのロケーションを考慮するソフトウェアルーチンを用いて前記複数の画像を処理するステップであって、それにより、前記物体（１０４、２０４、３０４）の表層構造をディスプレイ（１１４、２１４、３１４）により視覚化できるようにする、ステップと、
前記物体（１０４、２０４、３０４）の表層構造を表示するステップと、
を含む、方法。
【請求項１０】
前記それぞれのロケーションを監視するステップが、カメラ（１０６、２０６、３０６）が前記複数の画像の各々を撮影するときに、該カメラ（１０６、２０６、３０６）のロケーションを監視するステップと、該カメラ（１０６、２０６、３０６）のロケーションの電子データを生成するステップとを含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表層構造を視覚化するシステムに関し、特に、限定するものではないが、物体のパラメトリック画像を生成するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
表層構造の視覚化、例えば物体の３次元構造の視覚化又は肉眼では見ることが難しい表層構造の視覚化は、様々な重要な用途を有する。例えば、考古学物体は損傷している場合が多く、表層構造は見ることが難しいか又は不可能である。さらに、法医学調査又は犯罪捜査では、表層構造は、本の破かれたページへの手書き情報から本の空白ページに残された跡等の重要な証拠に関連する場合がある。
【０００３】
最近、そのような表層構造を視覚化するために用いることができる技法が開発されてきた。初めに、表層構造を有する物体の周囲の異なる位置から、又は物体を異なる方向から照明して１つの位置から、いくつかの画像が撮影される。カメラ位置又は照明源位置は記録されるか、又は予め決められているために既知である。通常、デジタル画像が撮影され、次にこれらの画像がコンピュータ処理される。コンピュータは、テクスチャマッピングソフトウェア、例えば多項式テクスチャマッピング（ＰＴＭ）ソフトウェアを実行する。このソフトウェアは、カメラ（複数可）及び／又は光源（複数可）の既知の位置を考慮して各画像を複数のポリゴンに分割し、表層構造を視覚化する物体のパラメトリック画像を生成する。
【０００４】
通常、合計３０〜５０枚のデジタル画像が撮影される。例えば、１つ又は複数のカメラ及び物体の周囲の様々な照明源を支持する機構をこの目的で用いてもよい。代替的に、１台のカメラ又は単一の照明源を物体の周囲の予め決められた位置に移動させて画像を連続撮影してもよい。この場合、予め決められた位置にあるカメラ又は照明源を支持する機構が必要である。
【０００５】
さらに、物体の近くに反射面を配置し、各画像におけるこの反射面からの反射を用いて、物体に対するカメラ及び照明源の相対位置を計算することが最近提案された。この場合、カメラを予め決められた位置へ移動させたり、各画像がカメラにより撮影された位置を記録したりすることは必要ない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の技法はそれぞれ固有の不利点を有する。画像を撮影するために特定の配置をとることが必要であるか、又は画像毎にカメラ位置及び／又は照明源位置を記録することが必要である。或いは、物体の近くに光沢のある表面を配置することが必要である。したがって、上述の欠点に対処する高度な技術的解決策が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
簡潔に言えば、本発明は、物体の表層構造を視覚化するシステムを提供する。本システムは、物体の複数の画像を撮影するカメラと、カメラが撮影する各画像に関連するそれぞれのロケーションを監視するロケーションモニタとを備える。本システムはまた、マイクロプロセッサと、物体の表層構造を表示するディスプレイと、マイクロプロセッサのためのソフトウェアルーチンとを備える。ソフトウェアは、複数の画像を処理するとともに、各画像に関連するそれぞれのロケーションを考慮に入れて、物体の表層構造をディスプレイにより視覚化できるようにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、以下の特定の実施形態の説明からより完全に理解されるであろう。この説明は添付図面に関して行われる。
【０００９】
（実施形態の詳細な説明）
初めに図１を参照して、本発明の一実施形態による表層構造を視覚化するシステムをここで説明する。図１は、物体１０４の周囲を移動可能なハウジング１０２を備えるシステム１００を示す。ハウジング１０２は、カメラ１０６と、ロケーションモニタ１０８と、光源１１０とを含む。
【００１０】
カメラ１０６は、物体１０４の周囲の複数の位置のそれぞれで物体１０４の画像を撮影する。各ロケーションにおいて、ロケーションモニタ１０８は、カメラ１０６及び光源１１０を有するハウジング１０２のロケーションを監視する。本実施形態において、カメラ１０６及びロケーションモニタ１０８は電子デバイスであり、処理のためにパーソナルコンピュータ１１２に送られる電子データを生成する。例えば、カメラ１０６、ロケーションモニタ１０８及び光源１１０を有するハウジング１０２は、操作者により移動可能であってもよく、且つハンドヘルドデバイスであってもよい。
【００１１】
物体１０４は、考古学物体であっても、法医学調査又は犯罪捜査の対象である物体であってもよい。例えば、物体１０４は複数の面を有し、各面が、システム１００を用いて視覚化することのできる構造的表面を有してもよい。
【００１２】
本実施形態において、パーソナルコンピュータ１１２は多項式テクスチャマッピング（ＰＴＭ）用ソフトウェアを含む。動作時に、このソフトウェアは、複数の画像をそれぞれ複数のポリゴンに分割する。このソフトウェアは、ロケーションモニタからの情報と、異なる画像中のポリゴンの異なる照明レベルとを利用して物体のテクスチャマッピングを生成するとともに、ディスプレイ１１４上にパラメトリック画像を生成する。システム１００は、ロケーションモニタがハウジング１０２（カメラ１０６及び光源１１０を含む）のロケーションを記録するという大きな利点、および、物体の周囲で光源及びカメラを支持するための複雑な機構を使用する必要がないという大きな利点を有する。さらに、物体１０４の近くに反射面を配置したり、カメラ又は光源の位置を手作業で記録したりする必要はない。したがって、システム１００は、パラメトリック画像を生成するか又は表層構造を視覚化するための画像の記録を大幅に簡略化する。
【００１３】
上述の実施形態の変形において、システム１００は３次元物体を視覚化するために用いられてもよい。この場合、コンピュータ１１２はＰＴＭソフトウェアを含まず、画像及びロケーションモニタデータから物体の３次元モデルのビューを計算するためのソフトウェアを備えていてもよい。
【００１４】
図１に示す実施形態のさらなる変形において、光源１１０はカメラ１０６と共に１つのハウジング内になくてもよい。例えば、光源１１０は、カメラ１０６と離間して配置されて、カメラ１０２が物体１０４の周囲で移動されるときに物体１０４を固定位置から照明してもよい。代替的に、光源１１０はカメラ１０６と独立して移動されてもよい。
【００１５】
図２は、物体２０４の周囲を移動可能なハウジング２０２を備えるシステム２００を示す。ハウジング２０２は、ロケーションモニタ２０８と、光源２１０とを含む。本システムはまた、本実施形態では固定されているカメラ２０６を備える。このカメラ２０６は、物体２０４の周囲の光源２１０の複数の位置のそれぞれについて物体２０４の画像を撮影する。ロケーションモニタ２０８は、各位置について光源２１０のロケーションを監視する。本実施形態において、カメラ２０６及びロケーションモニタ２０８は電子デバイスであり、処理のためにパーソナルコンピュータ２１２に送られる電子データを生成する。パーソナルコンピュータ２１２は多項式テクスチャマッピング（ＰＴＭ）用ソフトウェアを含む。
【００１６】
動作時に、ソフトウェアは、各画像を複数のポリゴンに分割する。このソフトウェアは、ロケーションモニタからの情報と異なる画像とを利用してテクスチャマッピングを生成するとともに、ディスプレイ２１４上に物体のパラメトリック画像を生成する。本実施形態は、図１に示す実施形態と同様の利点を有する。物体２０４の周囲で光源及びカメラを支持するための複雑な機構を使用することも、物体２０４の近くに反射面を配置することも、カメラ又は光源の位置を手作業で記録することも必要ない。
【００１７】
図３は、ハウジング３０２と、ロケーションモニタ３０８に結合された物体３０４とを備えるシステム３００を示す。ロケーションモニタ３０８を有する物体３０４は、カメラ３０６と、光源３１０とを含むハウジング３０２の周囲を移動可能である。カメラ３０６は、ハウジング３０２の周囲の物体３０４の複数の位置のそれぞれについて物体３０４の画像を撮影する。物体３０４の各位置において、ロケーションモニタ３０８は物体３０４のロケーションを監視する。本実施形態において、カメラ３０６及びロケーションモニタ３０８は電子デバイスであり、処理のためにパーソナルコンピュータ３１２に送られる電子データを生成する。パーソナルコンピュータ３１２は多項式テクスチャマッピング（ＰＴＭ）用ソフトウェアを含み、図１及び図２にそれぞれ示すパーソナルコンピュータ１１２及び２１２と同様に動作してディスプレイ３１４上にパラメトリック画像を生成する。
【００１８】
ここでも、物体の周囲で光源及びカメラを支持するための複雑な機構を使用したり、物体３０４の近くに反射面を配置したり、カメラ又は光源の位置を手作業で記録したりする必要はないため、物体のパラメトリック画像を生成するための画像の撮影は大幅に簡略化される。
【００１９】
ロケーションモニタ１０８、２０８及び３０８は、全地球測位システム（ＧＰＳ）信号を受信するためのＧＰＳ受信機を含んでもよい。使用時に、ロケーションモニタは、ＧＰＳ信号を受信し、近似ロケーションの電子データを生成する。付加的に又は代替的に、ロケーションモニタ１０８、２０８及び３０８は、ロケーションをより正確に求めるために用いられる加速度計等のジャイロスコープを含んでもよい。加速度計は通常、回転物体に関連する角速度を検出することによって加速度を測定する。例えば、加速度計は、集積デバイスの一部を成し得る静電容量システムを用いて角速度を測定するデバイスであってもよい。
【００２０】
カメラ１０６、２０６及び３０６は本実施形態においてデジタルスチルカメラである。これらの実施形態の変形では、ビデオカメラを用いてもよい。カメラ１０６、２０６及び３０６により生成されるデジタル画像データはそれぞれ、コンピュータ１１２、２１２及び３１２のメモリに、ロケーションモニタ１０８、２０８及び３０８により生成されるそれぞれのロケーションデータと共に記憶される。
【００２１】
図４は、図１に示すシステム実施形態に関連する本発明の一方法実施形態のフローチャートを示す。このフローチャートは、物体の表層構造を視覚化する方法４００を示す。本方法は、カメラ、光源及びロケーションモニタを物体の周囲の複数の位置の各々に移動させるステップ４０２を含む。物体を照明し、各位置で画像を撮影する（ステップ４０４）。カメラ及び光源のロケーションを監視し（ステップ４０６）、ロケーションに関する電子データを電子メモリに記憶する（ステップ４０８）。次に、ロケーションモニタからのデータを用いるＰＴＭソフトウェアルーチンを用いて画像を処理し（ステップ４１０）、物体のパラメトリック画像をディスプレイ上に生成する（ステップ４１２）。
【００２２】
図５は、図２に示すシステム実施形態に関連する本発明の別の方法実施形態のフローチャートを示す。このフローチャートは、カメラを位置決めするとともに光源及びロケーションモニタを物体の周囲の複数の位置の各々に移動させるステップ５０２を含む方法５００を示す。物体を照明し、各照明条件について画像を撮影する（ステップ５０４）。光源のロケーションを監視し（ステップ５０６）、ロケーションに関する電子データを電子メモリに記憶する（ステップ５０８）。次に、ロケーションモニタからのデータを用いるＰＴＭソフトウェアルーチンを用いて画像を処理し（ステップ５１０）、物体のパラメトリック画像をディスプレイ上に生成する（ステップ５１２）。
【００２３】
図６は、図３に示すシステム実施形態に関連する本発明のさらなる方法実施形態のフローチャートを示す。このフローチャートは、ロケーションモニタを有する物体を、光源を有するカメラの周囲の複数の位置の各々に移動させるステップ６０２を含む方法６００を示す。物体を照明し、物体の各位置について画像を撮影する（ステップ６０４）。物体のロケーションを監視し（ステップ６０６）、ロケーションに関する電子データを電子メモリに記憶する（ステップ６０８）。次に、ロケーションモニタからのデータを用いるＰＴＭソフトウェアルーチンを用いて画像を処理し（ステップ６１０）、物体のパラメトリック画像をディスプレイ上に生成する（ステップ６１２）。
【００２４】
特定の例に関して本発明を説明してきたが、本発明は、多くの他の形態で具現され得ることを当業者は理解するであろう。例えば、表層構造を視覚化するシステムは、ハウジング１０２、２０２及び３０２のようなハウジングを含まなくてもよい。カメラ及び照明源は個別に移動可能であってもよい。この場合、カメラと照明源との両方が個別のロケーションモニタを有してもよい。さらに、システムは照明源を必ずしも含まなくてもよく、自然光を照明に用いてもよい。コンピュータ１１２、２１２及び３１２はパーソナルコンピュータでなくてもよく、例えばディスプレイ１１４、２１４及び３１４のハウジング内に配置されるプロセッサに置き換えてもよい。代替的に、プロセッサはハウジング１０２、２０２又は３０２内に配置されてもよい。
【００２５】
上述のように、ソフトウェアは必ずしもテクスチャマッピング用に構成されなくてもよく、物体の３次元モデルを計算するために用いられてもよい。この場合、ソフトウェアは、画像とロケーションモニタデータとから物体の３次元モデルのビューを計算してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態による表層構造を視覚化するシステムの概略図である。
【図２】本発明の別の実施形態による表層構造を視覚化するシステムの概略図である。
【図３】本発明のさらなる実施形態による表層構造を視覚化するシステムの概略図である。
【図４】本発明の一方法実施形態のフローチャートである。
【図５】本発明の別の方法実施形態のフローチャートである。
【図６】本発明のさらなる方法実施形態のフローチャートである。
【符号の説明】
【００２７】
１０２：ハウジング
１０４：物体
１０６：カメラ
１０８：ロケーションモニタ
１１０：光源
１１２：コンピュータ
１１４：ディスプレイ
【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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【国際調査報告】
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