(57)【要約】【課題】  特徴を強調する印やラインを直接対象物に付けたり、書いたりすることなく完全な非接触計測を提供することである。【解決手段】  本装置はレーザ光Ｌにより三次元形状を測定する三次元形状計測装置１０１と対象物の画像を取り込む画像取得装置１０２を一体化している。計測後、このデジタル画像１０６に特徴線１０７を追記する処理を行い、画角範囲θとレーザ光Ｌの光軸１０９の対応関係をもとに、ＸＹＺ座標点１０４にその点の画素色情報１０５を付加した三次元点群１１０を編集する。その結果、対象物に特徴線１０７が付加された三次元点群１１０を完全非接触計測で作成することが可能になる。【選択図】  図１
2005122330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
色情報を有するデジタル画像データを取得する画像取得装置と、三次元形状データを収集する三次元形状制御器、三次元形状データにデジタル画像データが持つ色情報を付加する三次元データ色付合成処理器を備えたデータ処理装置とを備えた三次元形状処理装置において、
前記データ処理装置は、前記画像取得装置からデジタル画像を読み取る画像読取器、デジタル画像データを二値化処理して特徴部分の輪郭線を作成する境界線生成器、輪郭線で示される境界線の色情報を変更する境界線色情報変更処理器、読み取ったデジタル画像と前記境界線とを合成する画像合成処理器とを含んで構成されること
を特徴とする三次元形状データ処理装置。
【請求項２】
三次元計測装置と、色情報を有するデジタル画像データを取得する画像取得装置と、前記三次元計測装置を駆動し三次元形状計測データを収集する計測制御器、デジタル画像を撮影するための画像撮影制御器および三次元形状計測データにデジタル画像データが持つ色情報を付加する三次元データ色付合成処理器を備えたデータ処理装置とを備えた三次元計測処理装置において、
前記データ処理装置は、デジタル画像を読み取る画像読取器、該デジタル画像を二値化処理して特徴部分の輪郭線を作成する境界線生成器、輪郭線で示される境界線の色情報を変更する境界線色情報変更処理器、取得したデジタル画像と前記境界線とを合成する画像合成処理器とを含んで構成されること
を特徴とする三次元計測データ処理装置。
【請求項３】
レーザによる三次元計測装置と、色情報を有するデジタル画像データを取得する画像取得装置と、前記三次元計測装置を駆動しレーザによるＸＹＺ座標点の計測値からなる三次元形状計測データを収集するレーザ計測制御器、デジタル画像を撮影するための画像撮影制御器およびＸＹＺ座標点とデジタル画像データの画素の位置合わせを行い、三次元形状計測データにデジタル画像データが持つ色情報を付加する三次元データ色付合成処理器を備えたデータ処理装置とを備えた三次元計測処理装置において、
前記データ処理装置は、前記画像取得装置からデジタル画像を読み取る画像読取器、該デジタル画像データを二値化処理して特徴部分の輪郭線を作成する境界線生成器、輪郭線で示される境界線の色情報を変更する境界線色情報変更処理器、読み取ったデジタル画像と前記境界線とを合成する画像合成処理器とを含んで構成されること
を特徴とする三次元計測データ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元計測データ処理装置および三次元形状データ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来は、特許文献１に示すように、レーザによる三次元計測装置と画像取得機器およびデータ処理装置を有し、測定対象物の三次元座標値とその色情報を画像撮影機器を用いて取得し、計測した三次元座標値とその色情報を対で管理することにより、測定対象物を色つきの三次元点群で表示している。この装置では、凹凸は三次元表示で強調可能であるが、色の違いを強調することはできない。そのため、計測前に測定対象物に色の違いを強調するための輪郭線を直接書き、それを前記の装置で計測する方法をとり、色が異なる部分を強調する輪郭線付きの三次元点群を作成している。
【０００３】
特許文献２には、色情報を有する画像データをベクトルデータに変換して出力する画像処理装置であって、前記画像データを二値化処理する二値化部と、前記二値化部で二値化処理された画像データの輪郭線及び中心線を抽出し、これらの線を表現するベクトル情報をそれぞれ生成するベクトル化部と、前記ベクトル化部で生成された前記ベクトル情報毎に、対応する色情報を前記画像データからそれぞれ抽出する抽出部と、前記抽出部で抽出された前記色情報を、前記ベクトル情報に対応付けて出力する出力部とを備える、画像処理装置が記載されている。
【０００４】
特許文献３には、光軸方向が互いに平行で、カメラの相対位置方向が互いに一次独立にあるような複数の部位から撮影された画像の輪郭を強度、境界色の特徴を用いて対応する特徴点の輪郭は、共に同じ輪郭の集合に属するという仮定を用いて特徴点のマッチングを行う３次元計測方法が記載されている。
【０００５】
特許文献４には、自然画像データに含まれる色塗り領域を、その輪郭を含む所定画素数幅の輪郭線領域を残し、他の画素領域を白画像に置き換える中抜き処理機能を備えた画像処理装置において、上記自然画像データを二値化する二値化手段と、上記二値化手段から出力される二値化データを所定ライン数分保持するラインメモリと、上記ラインメモリから出力される二値化データに対し、中抜き処理対象となる注目画素を中心とし輪郭線領域画素幅を規定する所定形状のマトリクスを適用して、色塗り領域を判定するとともにその注目画素が中抜き画素であるか否かを判定し、中抜き画素であると判定した注目画素については、白画素に置き換える中抜き処理手段と、上記自然画素データと、上記中抜き処理手段の出力データを合成する画像合成手段を備えた画像処理装置が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−３４３２３号公報
【特許文献２】特開２００３−１０１７９０号公報
【特許文献３】特開平１０−２２８号公報
【特許文献４】特開２０００−２２４４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
色の違いを強調するために直接対象物に輪郭線を描く手法にあっては、真の非接触計測とは言えない。上述した特許文献に示すように、二値化部で二値化処理された画像データの輪郭線を抽出し、これらの線を表現するベクトル情報を生成したり、画像データと中抜き処理手段の出力データとを合成する画像合成手段が知られている。
【０００８】
国宝級文化財について三次元形状計測して形状の特徴を明瞭にするために色表示するに当り、特徴を強調する印やラインを直接対象物に書いたり、描いたりすることは許されない。また、輪郭線を完全非接触計測で抽出することのみでは、特徴を強調するには不充分であったり、色表示を適切に行うことが充分に行い得ない場合がある。更には、三次元形状データを計測して画像データの輪郭線を抽出する場合であっても、既存の画像データを電子化して再利用する場合にも輪郭線を明瞭にして強調し、色表示を行いやすくしたいときがある。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑み、画像データを電子化して利用する場合において画像の特徴を示す輪郭線を明瞭にして強調できるようにして、色表示を行いやすくする三次元形状データ処理装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、レーザによる三次元計測装置と色情報を有するデジタル画像データを取得する画像取得装置を使用して直接的に三次元形状計測を行って、画像データの特徴部分を示す輪郭線を明瞭にして強調できるようにして、色表示を行い易くする三次元計測データ処理装置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】
【００１１】
本発明の三次元形状データ処理装置は、色情報を有するデジタル画像データを取得する画像取得装置と、三次元形状データを収集する三次元形状制御器、三次元形状データにデジタル画像データが持つ色情報を付加する三次元データ色付合成処理器を備えたデータ処理装置とを備えた三次元形状処理装置において、前記データ処理装置は、前記画像取得装置からデジタル画像を読み取る画像読取器、デジタル画像データを二値化処理して特徴部分の輪郭線を作成する境界線生成器、輪郭線で示される境界線の色情報を変更する境界線色情報変更処理器、読み取ったデジタル画像と前記境界線とを合成する画像合成処理器とを含んで構成される。
【００１２】
また、本発明の三次元計測データ処理装置は、三次元計測装置と、色情報を有するデジタル画像データを取得する画像取得装置と、前記三次元計測装置を駆動し三次元形状計測データを収集する計測制御器、デジタル画像を撮影するための画像撮影制御器および三次元形状計測データにデジタル画像データが持つ色情報を付加する三次元データ色付合成処理器を備えたデータ処理装置とを備えた三次元計測処理装置において、前記データ処理装置は、デジタル画像を読み取る画像読取器、該デジタル画像を二値化処理して特徴部分の輪郭線を作成する境界線生成器、輪郭線で示される境界線の色情報を変更する境界線色情報変更処理器、取得したデジタル画像と前記境界線とを合成する画像合成処理器とを含んで構成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、入力される色情報を有する画像データ（カラー画像データ）を二値化処理し、二値化処理された画像データから輪郭線が抽出され、該輪郭線を強調処理することができ、特徴部分をより鮮明にすることができ、特徴部分と他の部分との色表示を簡便にして、しかも鮮明に出力することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
対象物の三次元形状を計測する三次元計測装置とその画像を取得する装置およびデータ処理装置を有する三次元計測データ処理装置において、対象物の位置と色情報を同時に取得し、この画像をデジタルで取得し、色の違いによる特徴をその部分の輪郭線などで強調する編集を行い、三次元形状データのＸＹＺ座標にその場所の色情報Ｃを含め、合計４つの情報で三次元形状を作成する。その結果、この装置を使うことにより対象物に手を触れることなくその特徴を輪郭線などで強調した三次元形状表現を得ることが可能となる。
【００１５】
本発明の三次元計測装置は、レーザによる三次元計測装置と、色情報を有するデジタル画像データを取得する画像取得装置と、前記三次元計測装置を駆動しレーザによるＸＹＺ座標点の計測値からなる三次元形状計測データを収集するレーザ計測制御器、デジタル画像を撮影するための画像撮影制御器およびＸＹＺ座標点とデジタル画像データの画素の位置合わせを行い、三次元形状計測データにデジタル画像データが持つ色情報を付加する三次元データ色付合成処理器を備えたデータ処理装置とを備えた三次元計測処理装置において、前記データ処理装置は、前記画像取得装置からデジタル画像を読み取る画像読取器、該デジタル画像データを二値化処理して特徴部分の輪郭線を作成する境界線生成器、輪郭線で示される境界線の色情報を変更する境界線色情報変更処理器、読み取ったデジタル画像と前記境界線とを合成する画像合成処理器とを含んで構成される。
【実施例１】
【００１６】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１において、本装置は、レーザ光Ｌを発光／受光する三次元形状計測装置１０１と、デジタル画像を取得するための画像取得装置１０２およびこれら装置の駆動制御から計測データ収集までの処理を行うデータ処理装置１１１から構成されている。従来、三次元形状計測装置１０１はＸ軸（横方向）、Ｙ軸（縦方向）のそれぞれの計測間隔毎に、レーザ光Ｌを発振し、対象物から反射した光を受光することにより三次元形状計測装置１０１と対象物間の距離（Ｚ軸方向の計測値）を求め、計測データはＸＹＺ座標値で管理する。前記画像取得装置１０２は対象物のデジタル画像を取得するための装置で、画角範囲θは装置により決定される固有の常数である。この画像取得装置１０２と三次元形状計測装置１０１を同一の回転テーブル１１２に固定し、ＸＹＺ座標値とデジタル画像を１対１に対応付ける。回転テーブル１１２の回転範囲φは装置固有の常数であり、Ｘ軸方向の範囲を決定する。前記データ処理装置１１１は、従来からあるレーザ計測制御器１１７、画像撮影制御器１１９、三次元データ色付合成処理器１２３の他に本装置の特徴である画像データ編集器１２１を具備している。前記レーザ計測制御器１１７はレーザ光Ｌの発光／受光およびスキャンＬ１〜Ｌｎ、回転テーブル１１２の駆動を制御し、回転テーブル１１２の駆動角度ψからＸ座標値、レーザ光スキャンＬ１〜ＬｎからＹ座標値、レーザ光の発光／受光位置の三角測量法により対象物までの距離であるＺ座標値を求め、計測データファイル１１８に保存するものである。すなわち、レーザ計測制御器１１７は、「駆動」、「計測」、「データ収集」の機能を有する。
【００１７】
画像撮影制御器１１９はレーザ計測制御器１１７から画像撮影開始信号１２９を受け取り、画像取得装置１０２でデジタル画像を撮影するものである。すなわち、画像撮影制御器は、「撮影」、「データ収集」機能を有する。取得した画像データを回転テーブル１１２の駆動角度ψに基づくＸ座標値とともに画像データファイル１２０に保存する。このようにＸ座標値と画像データを１対１に対応付けることにより、三次元データ色付合成処理器１２３で距離情報のＸＹＺ座標値に色情報Ｃを割り当てる。前記画像データ編集器１２１の詳細を図２に示す。画像データ編集器１２１は、三次元形状計測終了信号１３１と画像撮影終了信号１３０を受け、画像データファイル１２０からデジタル画像を読み込む画像読取器１３５、二値化しきい値１３８を用いて画像データの中で色の違いがある特徴部分を二値化処理で抽出し、その部分を輪郭線で強調する境界線生成器１３７、輪郭線の色情報を周囲の色と比較して目立つ色（たとえば補色関係にある色）に変更し、輪郭線ファイル１４０に保存する色情報変更処理器１３９、そして、この輪郭線ファイル１４０と、もともとの画像データファイル１２０の画像を合成し、対象物画像に特徴強調の輪郭を付加した特徴強調画像ファイル１２２に保存する画像合成処理器１４１からなっている。前記三次元データ色付合成処理器１２３は画像データ編集終了信号１３２を受けて、特徴強調画像ファイル１２２と計測データファイル１１８から色付けされた三次元形状データを作成するものである。
【００１８】
以上のように、レーザによる三次元計測装置とデジタル画像を取得するための装置およびデータ処理装置を有し、前記データ処理装置内には三次元計測装置を駆動し計測データを収集する制御器、デジタル画像を撮影するための制御器、レーザによる三次元形状データにデジタル画像がもつ色情報を付加する三次元データ色付合成処理器を備えた装置に、新たに対象物の特徴を強調する境界線を追記する画像データ編集器を設け、前記画像データ編集器には撮影したデジタル画像を読み取る画像読取器、画像を二値化処理して特徴部分の輪郭線を作成する境界線生成器、境界線の色情報を変更する色情報変更処理器、撮影したデジタル画像と前記色情報変更処理器で作成した境界線とを合成する画像合成器を設けている三次元計測データ処理装置が構成される。
【００１９】
以下、図１〜３を用いて測定対象物として国宝級の壺を計測し、特徴線を付加した三次元形状データを作成するまでの処理の流れを示す。
図１は架台１１４にある考古学的な特徴をもつ壷１１３の三次元ＸＹＺ座標を計測する三次元形状計測装置１０１と、画像取得装置１０２（デジタルカメラなど）を組み合わせた実施例である。図２は前記したように画像データに特徴線を追加するための画像データ編集器１２１の詳細であり、図３は画像取得装置１０２で撮影した壺１１３のデジタル画像１０６である。図１に示すレーザ計測制御器１１７はレーザ光Ｌを光軸１０９の位置で縦方向（Ｙ軸方向）にスキャンＬ１〜Ｌｎし、さらにその光軸１０９を回転テーブル１１２で横方向（Ｘ軸方向）にスキャンする。これにより対象物の寸法をＸＹＺ座標値で計測し、このデータを計測データファイル１１８に保存する。そして、Ｘ軸方向の計測位置が計測範囲φの中心になった時に画像撮影開始信号１２９を画像撮影制御器１１９に送り、画像取得装置１０２は画角範囲θを撮影し、その時の回転テーブル１１２の駆動角度ψに基づくＸ座標値とデジタル画像１０６を一対にして画像データファイル１２０に保存する。レーザ計測制御器１１７の三次元形状計測終了信号１３１および画像撮影制御器１１９の画像撮影終了信号１３０を、画像データ編集器１２１が受けた時点でデジタル画像１０６への特徴線追加処理開始となる。画像データファイル１２０に保存されたデジタル画像１０６を画像読取器１３５に読み取り、境界線生成器１３７は二値化しきい値１３８に基づき、白と黒の二値化画像にする。この二値化画像の境界を特徴強調部分の輪郭として境界線を設定し、色情報変更処理器１３９で輪郭線の色を変更して輪郭線ファイル１４０に保存する。そして、画像データファイル１２０にあるデジタル画像１０６と輪郭線ファイル１４０にある特徴強調輪郭線を画像合成処理器１４１で合成したものを特徴強調画像ファイル１２２に保存する。この一連の編集処理終了時に画像データ編集器１２１は画像データ編集終了信号１３２を三次元データ色付合成処理器１２３に出力する。画角範囲θが三次元形状計測装置１０１の計測範囲よりも小さいときは、画角範囲θ毎に区切って撮影し、その時の回転テーブル１１２の駆動角度ψに基づくＸ座標値と一対にして保存する。三次元データ色付合成処理器１２３は、特徴強調画像ファイル１２２とレーザ計測制御器１１７で得られた計測データファイル１１８を読み取り、デジタル画像１０６の画素ＡｉとＸＹＺ計測値Ｂｉの位置合わせを行う。これは三次元形状計測装置１０１の計測間隔ａと画像取得装置１０２の画素間隔ｂは一般的に異なるので、共通スケールに再編集し、ＸＹＺ値と色情報Ｃを一元管理することが目的である。つまり、レーザ光Ｌで計測しているＸＹＺ座標点１０４とそれに対応するデジタル画像１０６の中の画素色情報１０５とを１対１に対応付ける。このようにしてＸＹＺ座標点１０４にその画素色情報１０５を付加し、対象物に特徴線１０７が付加された三次元点群１１０を作り、三次元点群データファイル１２４に保存する。
【００２０】
本装置により国宝級の文化財や接触計測が不可能な環境での計測に関して、完全な非接触計測を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】画像取得機能付三次元形状計測装置１０１の構成を示す図である。
【図２】画像データ編集器１２１の構成を示す図である。
【図３】画像取得装置１０２により、対象物である壷１１３を撮影したときのデジタル画像１０６の例を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０１…三次元形状計測装置、１０２…画像取得装置、１０４…ＸＹＺ点座標、１０５…画素色情報、１０６…デジタル画像、１０７…特徴線、１０９…光軸、１１０…三次元点群、１１１…データ処理装置、１１２…回転テーブル、１１３…壷、１１４…架台、１１７…レーザ計測制御器、１１８…計測データファイル、１１９…画像撮影制御器、１２０…画像データファイル、１２１…画像データ編集器、１２２…特徴強調画像ファイル、１２３…三次元データ色付合成処理器，１２４…三次元点群データファイル、１２６…保存、１２７…読み取り、１２９…画像撮影開始信号、１３０…画像撮影終了信号、１３１…三次元形状計測終了信号、１３２…画像データ編集終了信号、１３４…特徴線追加開始、１３５…画像読取器、１３７…境界線生成器、１３８…二値化しきい値、１３９…色情報変更処理器、１４０…輪郭線ファイル、１４１…画像合成処理器、１４５…画像読み取り、１４６…画像保存。
【図１】
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【図２】
2005122330.tif 000004
【図３】
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