(57)【要約】【課題】２次元画像情報のもつ座標，高さ，色情報および関連情報を用いて、３次元画像を形成する機能を有した画像形成装置を提供する。【解決手段】２次元画像（Ａ１）が回転軸をもつ場合回転軸を水平もしくは垂直になるように回転し（Ａ２）、その回転した２次元画像から３次元化を目的とする対象物を単純な形状物体に合わせた領域に分割する（Ａ３）。これら分割された各領域（Ａ４）の画像から座標，高さ，色情報（Ａ５）もとにして３次元画像を形成する（Ａ６）。この形成した３次元画像を、２次元座標をもとに３次元座標に移動・回転させ、３次元画像を形成する（Ａ７）。Ａ１〜Ａ７の機能を有した画像形成装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元画像が回転軸をもつ場合回転軸をＸ軸もしくはＹ軸になるようにアフィン変換を利用して回転させ、ない場合はそのまま、２次元画像から３次元化を目的とする対象物を単純な形状物体に合わせた領域に分割し、これら分割された各領域の画像から３次元画像を形成することを特徴とする２次元画像から３次元画像を形成する機能を有した画像形成装置。
【請求項２】
分割された各領域の２次元画像から３次元化を目的とする対象物の高さ成分を計算し、この高さ成分をもとに対象物の３次元座標を計算し、３次元画像を形成することを特徴とする２次元画像から３次元画像を形成する機能を有した画像形成装置。
【請求項３】
分割された各領域の３次元画像を２次元画像から得られた座標をもとに３次元座標に変換し、回転軸を中心に分割された各領域の３次元画像を３次元座標に移動・回転し、３次元画像を形成することを特徴とする請求項１または２記載の２次元画像から３次元画像を形成する機能を有した画像形成装置。
【請求項４】
２次元画像の色情報を画素単位に３次元座標の上に復元するため、色情報を失うことなく３次元座標を形成することを特徴とする請求項１，２または３記載の２次元画像から３次元画像を形成する機能を有した画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次元画像から３次元画像の形成に関するものである。本発明で想定している 利用分野は、表示分野および印刷分野である。
【背景技術】
【０００２】
３次元画像でよく知られている技術はコンピュータグラフィックス（以下ＣＧと略す）である。この画像形成技術は、特徴ある点・線分・面をすべてメモリに記憶させ、それを表示器に表示するものである。この場合、特徴部分の３次元座標をすべて計算して入力、あるいは表示させた後に修正を繰り返す。入力作業を少なくするため、３角形や４角形の多角形メッシュ（ポリゴンの集まり）を用いて３次元画像を形成している。
【０００３】
特許文献１や特許文献２に見るように、２次元画像から３次元画像を形成させる場合、カメラ２台を使用して左目・右目の視覚に対応した２台の画像から得られる情報の差を利用して３次元画像を形成しようとするものもある。さらに、特開平７−２６４６３１に見るように、画像のフレームの流れを考慮し、左目・右目のフレームずらしを施して３次元画像を作り出す装置も検討されている。しかし、２台のカメラから得られる２次元画像の視野や各点（画素という、通常ＸＹ座標）に対応する座標や高さ（通常Ｚ軸座標）の同一点を検出する作業、および装置固有のひずみから補正計算や明るさの違いを補正する調整が必要である。
【特許文献１】特開平８−１６８０５８号公報
【特許文献２】特開２００３−９９７５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＣＧで３次元画像を形成する場合、３次元座標を入力する必要があり、入力と修正を繰り返す作業が発生し経験と手間と時間を必要とする。この手間と時間を省くため、多くの多角形メッシュを用いると、形成した３次元画像が現実感をなくす。
【０００５】
カメラ２台を使用して左目・右目の視点を作り出す場合、装置費用および２次元画像の視野や各点（画素という、通常ＸＹ座標）に対応する座標や高さ（通常Ｚ軸座標）の同一点を検出する作業が発生するばかりでなく、装置固有のひずみから補正計算や影の位置などの明るさ調整に熟練した技能と長時間の作業が必要となる。
【０００６】
本発明は２次元画像のもつ座標，高さ，色情報を使い、簡単かつ精度良く３次元画像を形成しようとするものであり、とくに１台のカメラしか使用できない顕微鏡撮影や内視鏡撮影および天体観測などに望まれていた。この点から、２次元画像に含まれる高さ情報を読み取り３次元画像化することは操作を簡単にするばかりか、短時間の３次元解析を可能にする。本発明は、このような２次元画像から３次元画像の形成する機能を有した画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
２次元画像は３次元画像をＸＹ平面上に投影したものであり、３次元の高さ情報を持っている。球は平面に投影した円の半径そのものが高さである。円筒形もしくは円錐台のような形状のものはＸＹ平面上の中心線に垂直な線分の長さが高さの半分である。立方体を含む直方体はＸＹ平面上の中心線に垂直な線分の長さがＸＹ平面上に対する直方体の対角線と傾きのサインを掛け合わせたものであり、あらかじめ縦横の比率がわかっていれば高さが計算できる。したがって、直方体の断面が正方形の場合は比率が１対１であるので、２次元画像から計算できる。
【０００８】
２次元画像から３次元化を目的とする対象物を単純な形状物体に合わせた領域に分割する。
【０００９】
円筒形もしくは円錐台の場合、ＸＹ平面上に投影する前の３次元画像をＸ軸もしくはＹ軸の面でカットした断面は楕円となり、この楕円の長軸はＸ軸もしくはＹ軸の中心線からの距離であり、短軸は中心線の直交する直線が境界と交わる距離の半分であり高さである。したがって、楕円の公式から円筒形の表面座標は計算できる。この処理を分割した全領域に適用すれば、３次元座標を求めることができ、この座標をもとに３次元画像を形成する。
【００１０】
分割した領域ごとに３次元画像を形成する。
【００１１】
３次元形成した画像を２次元座標位置に移動する。２次元画像は３次元画像に投影したものであるから、中心線はＸＹ平面上にある。したがって、分割した領域ごとに形成した３次元画像の端面の中心を２次元座標位置に移動すると、３次元画像を３次元座標位置に移動させることができる。
【００１２】
回転体もしくは回転対象である場合、分割した領域ごとに形成した３次元画像を回転軸に対して回転させる。
【００１３】
２次元画像で得られた色情報が画素単位で取得できるため、３次元画像に色情報を復元する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は２次元画像から３次元画像を形成するため、１枚の２次元画像から３次元画像を形成できる。
【００１５】
顕微鏡を使用するような小さな視野（画像）や内視鏡撮影、および天体観測のような大きな視野（画像）を扱う環境では、カメラ２台を使用して２次元画像から３次元画像を形成することは難しい。この場合、１台のカメラから得る２次元画像から３次元画像を形成することが唯一の方法である。
【００１６】
複数台のカメラを使った２次元画像を３次元化することは視野の調整、同一点の検出、ひずみの補正、等の難しさがあり、陰や見る位置により色の変化の違いが発生する。このような難しさを本発明は解消する。
【００１７】
特殊な装置を必要としないため、２次元画像を取り込め３次元表示できる装置があればどのような環境においても実現できる。さらに２次元画像を見ながら操作ができるため、簡単に短時間で３次元画像が形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
２次元画像から３次元画像を形成する最良の形態は、図２のように対象物に重なりがなく、境界がはっきりした２次元画像がよい。また、中心線がＸＹ平面上にある２次元画像がよい。２次元画像に回転軸がある場合や回転体である場合、回転軸をＸ軸もしくはＹ軸にあわせるように回転すると、３次元座標位置に画像を移動・回転させる場合簡単な操作で３次元画像を形成できる。対象物を単純な物体形状に分割する場合、図３のように形状の境界を含み、対象物の中心がＸ軸もしくはＹ軸の座標の中点になるようにすると、中心計算が簡単かつ正確にできる。さらに、３次元座標に移動・回転するとき、画像座標は整数であるため割り算の計算過程で小数点以下の数が失われないように、領域サイズを偶数にするとよい。
【実施例】
【００１９】
顕微鏡画像から得られた大きさ１０〜１０００μｍ程度のプランクトンの２次元画像から３次元画像を形成した。この３次元画像から全体を構成する各部分の体積が計算され、各部分の体積に占める割合等、２次元画像では得ることのできない観察項目を提供した。また、プランクトンが透明体であるものは内部を透視できるため、内部構造の解析にも役立った。
【００２０】
半導体の回路パターン形成状態を確認するため顕微鏡撮影し、その２次元画像から３次元画像を形成した。この３次元画像から回路パターンの形成状態を立体的に観察することができ、回路パターン形成に役立った。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】は２次元画像から３次元画像を形成するフローチャート。
【図２】は２次元画像が回転軸を持つ場合の回転を説明する図。
【図３】は２次元画像を単純な形状物体に合わせた領域に分割した図。
【図４】は円筒形状の場合の高さ計算方法を示した図。
【図５】は楕円の座標計算を説明した図。
【図６】は直方体の場合の高さ計算方法を示した図。
【図７】は分割領域ごとに３次元化した画像。左図はＢ１を３次元化した画像であり、右図はＢ２を３次元化した画像である。
【図８】は２次元画像全体から３次元画像を形成した図であり、Ｂ１以外は１２０度毎回転している。
【図９】は２次元画像全体から３次元画像を形成する装置を示した図である。実線は装置に必ず必要な機能であり、点線はオプションである。
【符号の説明】
【００２２】
Ａ１〜Ａ７：フローチャートの項目番号。
Ｂ１〜Ｂ１４：２次元画像を領域分割した番号。
Ｃ１：対象形状の中心線。Ｃ２：垂直線。Ｃ３：垂直面で対象物を切断した断面。
Ｃ４：中心線に垂直な面で切断した断面。
Ｄ１：直方体断面の長径を投影面に投影した長さ。
Ｄ２：直方体断面の短径を投影面に投影した長さ。
Ｄ３：直方体の対角線を投影面に投影した長さ。
ｄ１：直方体断面の長径。ｄ２：直方体断面の短径。
【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】
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【図９】
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