(57)【要約】【課題】  少数点（数点程度）の立体計測結果から形状モデルを使って手囲いを推定する方法を検討するとともに、その手法を使った新しい計測装置を提供すること。【解決手段】  スキャナと、スキャナ上方に設けられた甲高さ計測部とからなる手の立体計測装置であって、前記甲高さ計測部が、筐体に固定された案内体に沿って前後の位置調節可能な第１の支持体と、該支持体に枢着された左右一対の揺動腕と、該左右一対の揺動腕間に張り渡された連結体と、該連結体に沿って左右の位置調節可能な第２の支持体と、第２の支持体に一体的に固定された接触棒とで構成したことを特徴とする手の立体計測装置。上記第１の支持体と揺動腕と第２の支持体のスキャナに対向する面に反射体を設けたことを特徴とする。【選択図】        図１
2005134254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スキャナと、スキャナ上方に設けられた甲高さ計測部とからなる手の立体計測装置であって、前記甲高さ計測部が、筐体に固定された案内体に沿って前後の位置調節可能な第１の支持体と、該支持体に枢着された左右一対の揺動腕と、該左右一対の揺動腕間に張り渡された連結体と、該連結体に沿って左右の位置調節可能な第２の支持体と、第２の支持体に一体的に固定された接触棒とで構成したことを特徴とする手の立体計測装置。
【請求項２】
上記第１の支持体と揺動腕と第２の支持体のスキャナに対向する面に反射体を設けたことを特徴とする請求項１の手の立体計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イージーオーダーにより手袋を製作するための手の立体形状データまたは必要長さを得るための計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
手袋製品のサイズは、一部のスポーツ用手袋を除いてS、M、Lの３種類か、フリーサイズが一般的であるが、このサイズには明文化された基準がなく、製造メーカによる独自の判断に任されているのが現状である。また、手袋の設計では、型紙を作成する作業がサイズを決定する作業である。この型紙は現在も、経験豊かな職人による手書きの図面作成により設計されている。このため、手袋の型紙の部位の対応については、経験的に理解されているだけであった。
【０００３】
そこで、本発明者らは、手の形状を立体的に計測する装置の開発を進め、いくつかの装置を提案した。（特願2002-102113号、特願2003-101801号）
【０００４】
しかし、これまでに開発した装置にはいくつかの問題点があった。１つは、これまでの装置をオーダーメードシステムの端末として販売店舗に導入するにはコストが高すぎるという問題であり、また、計測したデータを送信する機能が無いため、端末を店頭に置いても計測データを工場に効率的に渡せないという問題もあった。さらに、工場に渡されたデータから型紙を作成する作業が熟練者による手作業のままであるという点も問題であった。
【非特許文献１】濱田、河井、中西、「新たな規格に基づく手袋製品の開発技術」香川県産業技術センター研究報告
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者らが提案した上記装置では、立体計測に能動的な三次元形状計測手法を採用してきた。この三次元計測手法では照射された光線上の三次元形状を正確に計測可能であることから、照射するスリット光を移動させるか、スリット光の替わりにコード化された光を複数回照射することにより、手の全体形状を正確に計測することが可能である。
【０００６】
しかし、光切断法を用いて立体計測する場合、装置構成としてスリット光照射装置と、スリット光に対して垂直方向に光を移動させる装置、さらに撮影用のカメラが最低限必要となる。また、制御演算装置にも高い計算能力が要求されるため、立体計測機能だけで高いコストが必要であった。
【０００７】
そこで、本発明は、少数点（数点程度）の立体計測結果から形状モデルを使って手囲いを推定する方法を検討するとともに、その手法を使った新しい計測装置を提供することを課題とする。
【０００８】
まず、オーダーメード端末についてはすでに提供したが、装置コストを大幅に削減することは難しく、顧客の要望する価格での製造は不可能な状況である。そこで、今年度は簡便な立体計測手法を使って、再度オーダーメード端末に特化した装置の開発を行い、店頭へ導入可能な価格の装置を提供することを課題とする。
【０００９】
次に、これまでの装置開発では主に測定性能に注意を絞ってきたが、オーダーメード端末としての機能を考えた場合、店舗で計測したデータを工場に簡単に送信する機能が必要になる。そこで、データをインターネット経由で工場に安全に送信する方法を提供することを課題とする。
【００１０】
さらに、工場では、送られてきた手の計測データに基づいて、その手にフィットする手袋を製作することになるが、そのような手袋を製作するには、個別に手袋の型紙を設計する必要がある。この作業は現在のところ熟練工の手作業で行われているため、作業の自動化がコスト低減のためには不可欠である。そこで、計測データから手袋の型紙を自動設計するための方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の手の立体計測装置は、スキャナと、スキャナ上方に設けられた甲高さ計測部とからなる手の立体計測装置であって、前記甲高さ計測部が、筐体に固定された案内体に沿って前後の位置調節可能な第１の支持体と、第１の支持体に回転軸によって枢着された左右一対の揺動腕と、該左右一対の揺動腕間に張り渡された連結体と、該連結体に沿って左右の位置調節可能な第２の支持体と、第２の支持体に一体的に固定された接触棒とで構成したことを特徴とし、さらに、上記第１の支持体と揺動腕と第２の支持体のスキャナに対向する面に反射体を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
必要な電子・機械部品も少ないことから、従来の装置と比較して大幅なコスト削減が期待できる。
また、掌サイズ計測にスキャナを用いたので、装置をコンパクト化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
スキャナと、スキャナを収容する筐体内のスキャナの上方に、案内体に沿って前後の位置調節可能な門型の支持体と、該支持体の脚部のそれぞれに回転軸によって枢着された左右一対の揺動腕と、該左右一対の揺動腕間に張り渡された連結体と、該連結体に沿って左右の位置調節可能な支持体と、支持体に一体的に固定された接触棒とで構成すると共に、上記門型支持体と揺動腕のスキャナに対向する面に反射体を設ける。
【実施例１】
【００１４】
掌側からの平面画像のみでも手や指の長さや幅などの手袋製造に必要な計測部位のほとんどが計測可能である。しかし、手袋のサイズは手囲いと呼ばれる手の断面の周囲長で決定しており、平面的な画像のみでは手の厚みが測れないため手囲いの長さが決定できない。さらに、各指の周囲長（規定された箇所の周囲長）も手囲い同様、平面画像のみからは計測できない。つまり、立体計測が必要な部位は上記二項目だけであるが、これらの計測のために装置コストが上がっていると言える。このため、もし平面画像などから両項目を推定できれば、大幅なコスト削減が可能となる。
【００１５】
そこで、平面画像の計測結果から手囲いなどが推定可能かという問題について改めて検討した。具体的には、人間生活工学研究センターで蓄積したデータを使って、手の幅の値から手囲いを推定し、実際の手囲いの値との誤差を調べた。手囲いを手幅の1次元関数として推定した結果、図７に示す推定誤差が発生した。
革手袋のサイズは一般的な分類で10mm間隔であるため、オーダーメード手袋では少なくとも±5mm以下の誤差に抑えることが望まれる。図７によると、10mm以上の誤差が頻繁に発生しているため、手幅のみから統計的に手囲いを正確に推定することは困難であると言える。
【００１６】
上記の結果から、手囲いの正確な計測のためには、高さの計測が不可欠であることが確認された。
【００１７】
また、従来の装置では、手囲いを求めるために10000点以上の立体計測を行っていた。しかし、実際の手囲いや指の周囲長では形状がほぼ楕円に近いことから、点数を極端に絞っても形状モデルに適用することで、ある程度正確な値の推定が可能である。このモデルによる形状推定法を用いた場合、立体計測の点数は数点程度で充分であるため、従来のように多数点を計測せずに、数点を求める簡便な手法で代用することが可能となる。また、処理量も大きく削減されることから、制御装置の計算能力も従来ほど必要としない。
【００１８】
《立体計測手法》
そこで先ず、上記手法に用いる計測方法について説明する。
本発明の計測法では、回転軸と、回転軸に固定された1本の棒(1)と、その棒の高さaの位置から垂直に延ばした長さbの棒(2)から構成され、棒(2)の先端の高さが計測したい高さである。この棒(2)の先端高さを変化させるためには、棒(1)を回転軸を中心に回転させることになるため、棒(2)の先端高さの変化は棒(1)の回転軸とは逆側の先端の移動として計測することが可能となる。          
【００１９】
ここで、回転軸からh0の高さに棒(2)が位置した場合の棒(1)の回転角度をθ0、そこから高さDだけ高い位置に棒(2)の先端が位置した場合の棒(1)の回転角度をθ1とすると、以下の式が成り立つ。
D = b sinθ1 − a cosθ1 ― b sinθ0 ＋ a cosθ0
= b sinθ1 − a cosθ1 ＋ h0
【００２０】
つまり、回転軸における棒(1)の傾きさえわかれば高さは計測可能であり、傾きは棒(1)の回転軸とは逆側の先端の移動から計算できる。そこで、例えば棒(1)の下にスキャナを用意しておけば、先端の移動距離はスキャナ画像を解析することで正確に求めることが可能であることから、スキャナ上の移動距離に基づいて高さDを求めることが可能となる。
【００２１】
以上が立体を測定する基本的な考え方であり、次にこの手法を使って手の厚みを計測する方法について説明する。
【００２２】
装置の概要を図3に示すが、基本的には図2と同じであり、異なる点は回転軸自体がスキャナ上を図3上で左右方向に移動可能としている点と、棒の先端に計測板を用意している点である。この方法ではスキャナ上に手を置き、その手の甲側の中央付近に棒を置いてもらうことで手の厚みを計測する。厚みの計測方法は前述の通りであるが、手の掌側の画像と手の厚みを1回の撮像によって求めることが可能であるため、1点のみの厚みを測る場合には計測時間はスキャナの1回の取り込み時間のみとなる。
【００２３】
当然、複数個の高さを求める際には、スキャナの取り込み時間と測定個数の乗算が計測時間となるが、少数個の測定では大きな問題にならないものと思われる。さらに、必要な電子・機械部品も少ないことから、従来の装置と比較して大幅なコスト削減が期待できる。
【００２４】
《装置》
次に、上記手法を実施するための装置の一例を説明する。
本発明のオーダーメード端末装置を図１に示す。図１は、図3で示した概要を実際に製作したものであり、制御部は示していない。センサ部と制御部はスキャナからの出力（ＵＳＢ）のみを接続すればよいため、制御部はノートパソコンやＳＢＣ（シングルボードコンピュータ）などの幅広い中から選択できる。
【００２５】
オーダーメード端末装置は、筐体１と、筐体の下部に配置したスキャナ３と、筐体内のスキャナ３の上方に配置した甲高さ計測部とで構成されている。
なお、センサ部には、スキャナ３が外部の照明の影響を受けないために筐体１に蝶着した蓋２を用意し、実際の計測時には蓋をしてから実行するのが好ましい。
また、図１中４は、制御部に接続するために必要なＵＳＢ端子等の収納部である。
【００２６】
《スキャナ》
スキャナ３は、掌サイズ計測データを得るためのもので、公知のフラットベッド型のスキャナが用いられ、掌サイズ計測データには、輪郭形状データ、特徴点の位置座標データ、特徴点間の長さデータ等があり、具体例としては、手首から中指の先までの長さ（手長）、各指のつけねから指先までの長さ（指長）、手の幅、手の面積等がある。
【００２７】
《甲高さ計測部》
筐体１に固定された案内杆５、５に沿って前後の位置調節可能な門型の第１の支持体６と、支持体６の脚部７、７（一方は筐体の陰になり、図示せず）のそれぞれに枢着軸９によって枢着された左右一対の揺動腕１０、１０と、左右一対の揺動腕間に張り渡された連結杆１２、１２と、連結杆１２、１２に沿って左右の位置調節可能な第２の支持体１３と、支持体１３に一体的に固定され、先端に接触部１６を形成した接触棒１５と、で構成されている。
また、第１の支持体６の一方の脚部７下端面（スキャナに対向する面）には反射体８が、その脚部７に隣接する揺動腕１０の下端面には反射体１１が、第２の支持体１３の下端面（スキャナに対向する面）には反射体１４が、取り付けられている。
【００２８】
《使用法》
スキャナ３の撮像可能範囲に指先を前方にして掌全面を載せ静止し、第１の支持体６を案内杆５、５に沿って前後に、第２の支持体１３を連結杆１２、１２に沿って左右に移動させ接触棒１５の接触部１６を甲の「手囲い」上の一点に合わせ、その状態をスキャナ３でスキャンする。
なお、より正確を期するため、「手囲い」上の数点を計測することが好ましい。
【００２９】
スキャナで獲得した画像例と、接触棒１５によって各指の高さを測っている様子を図３に示す。
スキャナ３から得られる画像には、掌の全体が示されるとともに、第１の支持体６の脚部下端面の反射体８、揺動腕１０、１０の下端面の反射体１１も示される。
第１の支持体６の脚部７の下端面に取り付けられた反射体８の撮像は定位置にあり、揺動腕１０の下端面に取り付けられた反射体１１の撮像は揺動腕１０が移動するので、第１の支持体６の脚の下端面に取り付けられた反射体８の撮像に対する揺動腕１０の下端面に取り付けられた反射体１１の撮像の移動量を計測することにより甲の高さを知ることができ、また、第２の支持体１３の下端面に取り付けられた反射体１４の撮像とスキャナ３によって撮像した掌の撮像から甲高さを測定した位置を知ることができる。
【００３０】
《手の周囲長の推定方法》
次に、上記装置を用いて計測したデータに基づき手の周囲長を推定する方法を説明する。
掌の平面画像と手の中央付近の少数個の高さデータから、周囲長の長さを計測する方法について述べる。まず、手囲いの推定のために掌の断面形状をモデル化した図を図４に示す。掌の断面形状は楕円のみでモデル化すると、実際の形状とはかなり異なったものとなるため、今回は図4の太線で示すように楕円と直線を用いてモデル化している。
【００３１】
具体的には、まず平面画像で求められた手囲いの両端ＡＢに対して、５：４となる内分点を楕円の中心とする。次に楕円の長軸を直線ＡＢの4／3倍に、短軸を計測高さの2倍とした楕円を作成する。この楕円に対して、両端Ａ、Ｂから高さ方向に延ばした直線との交点によって作り出される弧を求め、その弧を手の甲側の表面形状とする。
【００３２】
次に、手の掌部と両端の高さの立ち上がり部分の表面形状については、直線をそのまま利用している。つまり、楕円の弧の長さと直線の長さとを加算することで、手囲いの長さとした。ただし、実際の手の掌側と両端は曲線であるため、周囲長を求める際に直線部の長さを5%減らしている。この手囲いのモデル化によって、高さの平均値と、小指側と親指側を両端とする直線の長さの、２つのパラメータから手囲いを求めることが可能となる。なお、指の周囲長については、単純な楕円をモデルとし、その楕円の周囲長を求めることで推定を行う。
【実施例２】
【００３３】
《型紙自動設計》
次に、本発明の手の立体計測装置から出力されたデータを使って、手袋の型紙を自動的に生成する方法について説明する。
【００３４】
一般的な手袋では「おも」と呼ばれる本体部分と、親指の部分と、「はぎ」と呼ばれる指の厚みを調整する部分から構成される。これらのうち、サイズに大きな影響を与えるのは、「おも」と「親指」の２つであり(図５参照)、「はぎ」については、サイズによらずほぼ同じ大きさの部品を用いる。そこで、今回はサイズに影響を与える2つの型紙を計測データに応じて自動設計することに焦点を絞ることとする。
【００３５】
自動設計では、基本となる「おも」と「親指」の２つの型紙は用意されているものとする。これは、ある手袋商品のデザインを踏襲したままオーダーメード化するという意味で必須の条件である。なお、これらの型紙はベジェ曲線やスプライン曲線などといった制御点によって記述されており、なおかつ、各部位（各指）の曲線はグループとして結合しているものとする。このような基本型紙を使って自動設計する場合の方針は、計測した手にフィットするように、型紙の各グループを拡大・縮小させることである。
【００３６】
「おも」におけるグループの例を図６に示す。例えば、計測した中指の長さが９０ｍｍであった場合、中指に対応するグループの長さが９０ｍｍ＋αになるようにグループ全体の縦方向を拡大ないし縮小する。ここで、＋αは縫いしろと素材の伸びを考慮した係数であり、経験的に求めることとする。設計手順としては以下のようなものが考えられる。
・手囲いに基づいて、「おも」の横幅を調整。
・手囲いと掌の長さに基づいて、「おも」の縦幅を調整。
・中指と親指の間の距離などを用いて「おも」と「親指」を縫い合わせる位置を調整する。
・各指の長さに基づいて、指の部分の長さを調整。
・各指の幅に基づいて、指の付け根の幅を調整。
上記の考え方で、基本型紙を自動的に調整すれば、これまでの既製品に比べてよりフィット感の高い手袋を製作することが可能であると思われる。さらに、このシステムに皮革を切断可能なＣＡＭを準備すれば、自動設計された型紙を自動裁断することも可能である。
【００３７】
本発明の端末装置の測定精度などを評価するために実験を行った。まず、接触型の立体計測の性能を評価する。次に、端末装置と従来の装置を使って手を計測し、計測結果を比較することで、手囲いのモデルによる推定の有効性などについて検証する。
【００３８】
《接触型の立体計測手法の精度評価》
本発明の立体計測手法の精度を調べる。5ｍｍから70ｍｍまでの5ｍｍ刻みの高さの金属板を測定面上に設置し、その平面に棒をおいて高さを計測した。スキャナから求められた計測板の基準位置からの移動距離と高さの関係の実測値と理論値を図８に示す。図８によると、理論値と実測値はほぼ同じであり、高さが３０mm程度までは0.05ｍｍ程度の誤差であることが確認された。手の高さを求める意味では0.5ｍｍ程度の誤差で充分であるため、現在の高さ計測精度は充分に満足できるものであるといえる。
【００３９】
《複数の人の手を測定した結果の評価》
ここでは、男性３名の左手を測定する実験を行い、各部位間の測定値を評価するとともに、測定時間や演算時間を測定した。2つの装置で得られた測定結果を表1に示す。表1の各指の長さの計測結果から、従来装置と比較して±１ｍｍ程度の差しか無いことが確認された。
【００４０】
2005134254.tif 000003
【００４１】
次に、手囲いの推定は、従来装置と比較して±３ｍｍ程度の誤差が発生している。また、同一人物を本端末で5回計測して手囲いの変動を見たところ、最大で4ｍｍ程度の変動が発生することが確認された（標準偏差1.67）。ここで、従来装置で同様の実験を行っても、手囲いは±２ｍｍ程度の変動が発生することを考慮すれば、納得できる範囲にあると考えられる。
【００４２】
また、本発明による測定時間は平均約４０秒で、測定後に演算処理を行う時間は平均１秒であった。測定時間はスキャナの1回の取り込み時間であるため、より高速動作が可能なスキャナを利用する以外に有効な手段はない。また、演算時間に関しては従来と比べて１／１０以下に抑えられており、制御部の負担が大幅に低減していることが確認された。
【００４３】
《データの転送》
さらに、本発明の手の立体計測装置を用いたオーダーメードシステムでは、端末で計測されたデータを迅速にメーカに送る必要がある。そこで、今回はデータを自動的で、なおかつ安全にメーカに転送する方法について検討する。最近ではインターネットが一般化しており、店舗でも常時接続可能なケースが増加していることから、これを用いた転送を行うこととする。インターネットでのデータ転送には、メールによる転送と、FTP（File Transfer Protocol）による転送が一般的であるが、今回はFTPを採用する。
【００４４】
FTPではFTPクライアントさえ用意すれば簡単にデータ転送が可能であるが、セキュリティが高くないという問題がある。FTPにおいてセキュリティが高くないのは、転送時にユーザ名とパスワードを明確な、暗号化されていないテキストで送っていることが原因である。
【００４５】
そこで、今回はFTP接続をセキュアに実行することが可能なSecureFTPを利用することとする。具体的にはSSHのポートフォワーディング機能を利用して、FTPのパスワードを暗号化することによって安全な転送を可能とする。
SSHの認証および暗号化には公開鍵暗号と呼ばれる暗号化技術が使われており、これは公開鍵と秘密鍵のペアを使って暗号化を行うものである。ここで、公開鍵とはデータの暗号化のみを行う鍵であり、秘密鍵はデータの復号のみを行う鍵である。公開鍵は誰に見せても構わない鍵であり、この鍵によりデータを暗号化可能であるが、このデータを復号化できるのはペアとなる秘密鍵のみである。この２つの鍵を利用することで、お互いが正しい通信相手であることを保証することが可能となる。SSHではこの暗号方式により、ホスト認証、ユーザ認証、通信内容の暗号化の３つの仕組みにより通信のセキュリティを確保することが可能である。 
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】手の立体計測装置の斜視図である。
【図２】立体計測手法の概要説明図である。
【図３】立体計測手法を手の計測に用いた場合の概略説明図である。
【図４】掌の断面形状のモデル説明図である。
【図５】「おも」と「親指」型紙例の展開図である。
【図６】型紙の変形例（人差し指）の展開図である。
【図７】実測値と推定値の差のヒストグラムである。
【図８】計測板の移動距離と高さの関係図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  筐体
２  蓋
３  スキャナ
４  収納部
５  案内杆
６  第１の支持体
７  脚部
８  反射体
９  枢着軸
１０  揺動腕
１１  反射体
１２  連結杆
１３  第２の支持体
１４  反射体
１５  接触棒
１６  接触部
【図１】
2005134254.tif 000004
【図２】
2005134254.tif 000005
【図３】
2005134254.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
2005134254.tif 000009
【図７】
2005134254.tif 000010
【図８】
2005134254.tif 000011