(57)【要約】【課題】  対象となる実物体の形状・テクスチャ・色だけでなく、再現時の観察環境を考慮し、かつ対象物体の自由な移動および回転を可能とし、ユーザに対象物体の質感、光沢感、立体感などをよりリアルに伝えることが可能な三次元画像処理装置を提供することを目的とする。【解決手段】  実在物体の三次元情報を入力する三次元画像処理装置において、点群データ取得部、三次元形状取得部、法線データ取得部を有し、点群データから三次元形状データを作成する処理と並行して、三次元形状データにおける各頂点の法線データを点群データから求めることを特徴とする三次元画像処理装置を提供する。【選択図】  図１
2005092549.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実在物体の三次元情報を入力する三次元画像処理装置において、
点群データ取得部、三次元形状取得部、法線データ取得部を有し、点群データから三次元形状データを作成する処理と並行して、三次元形状データにおける各頂点の法線データを点群データから求めることを特徴とする三次元画像処理装置。
【請求項２】
上記法線データは、上記点群データに対して曲面近似することにより求めることを特徴とする請求項１に記載の三次元画像処理装置。
【請求項３】
前記三次元画像処理装置は更に法線データ保持部を有し、三次元形状データと共に、三次元形状データにおける各頂点の前記法線データを保持することを特徴とする請求項１乃至２に記載の三次元画像処理装置。
【請求項４】
前記三次元画像処理装置は更に表面属性取得部、三次元データ統合部、法線データ補間部を有し、表面属性推定処理において三次元形状データおよび保持されている各頂点の前記法線データを用いることを特徴とする請求項３に記載の三次元画像処理装置。
【請求項５】
実在物体の三次元情報を入力する三次元画像処理装置において、
点群データ取得部、点群データ保持部、三次元形状取得部、法線データ取得部、表面属性取得部、三次元データ統合部を有し、表面属性推定処理を行う点あるいは微小面の法線データを、保持されている点群データのうち、推定対象の点あるいは微小面の周辺に存在する複数の点群を用いて求めることを特徴とする三次元画像処理装置。
【請求項６】
前記法線データは、上記点群データに対して曲面近似することにより求めることを特徴とする請求項５に記載の三次元画像処理装置。
【請求項７】
実在物体の三次元情報を入力する三次元画像処理方法において、
点群データ取得部、三次元形状取得部、法線データ取得部を有し、点群データから三次元形状データを作成する処理と並行して、三次元形状データにおける各頂点の法線データを点群データから求めることを特徴とする三次元画像処理方法。
【請求項８】
上記法線データは、上記点群データに対して曲面近似することにより求めることを特徴とする請求項７に記載の三次元画像処理方法。
【請求項９】
前記三次元画像処理方法は、三次元形状データと共に、三次元形状データにおける各頂点の前記法線データを法線データ保持部に保持することを特徴とする請求項７乃至８に記載の三次元画像処理方法。
【請求項１０】
前記三次元画像処理方法は表面属性取得部、三次元データ統合部、法線データ補間部を備え、表面属性推定処理において三次元形状データおよび保持されている各頂点の法線データを用いることを特徴とする請求項９に記載の三次元画像処理方法。
【請求項１１】
実在物体の三次元情報を入力する三次元画像処理方法において、
点群データ取得部、点群データ保持部、三次元形状取得部、法線データ取得部、表面属性取得部、三次元データ統合部を有し、表面属性推定処理を行う点あるいは微小面の法線データを、保持されている点群データのうち、推定対象の点あるいは微小面の周辺に存在する複数の点群を用いて求めることを特徴とする三次元画像処理方法。
【請求項１２】
上記法線データは、上記点群データに対して曲面近似することにより求めることを特徴とする請求項１１に記載の三次元画像処理方法。
【請求項１３】
任意環境画像生成部、操作部、画像出力部を備え、取り込まれた三次元統合データを画像処理して任意の環境における画像を生成し、画像出力装置に表示あるいは印刷出力する三次元画像処理装置と、請求項１乃至６に記載の三次元画像処理装置とを有することを特徴とする三次元画像処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象となる実物体の形状、色、質感などをよりリアルに提示可能にするための三次元画像入力方法および三次元画像入力装置および三次元画像処理方法および三次元画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、実在する物体の三次元情報（形状、表面属性）を入力する画像処理装置として、接触型の位置センサを利用した方法が知られている。この方法は、探針を物体の各点に接触させ、探針の三次元位置座標を位置センサにより検出し、物体の各点の三次元位置情報を入力する方法である。ところが、この接触型の位置センサを用いる方法では、探針を物体の各点に接触させる必要があるため、対象となる物体としては、ある程度の強度を持つ物体に限られ、また計測にある程度の時間を要する等の制限があった。
また、非接触型の三次元計測装置も知られており、非接触型は、接触型に比べて高速の計測が可能であることから、ＣＧシステムやＣＡＤシステムへのデータ入力、身体計測、ロボットの視覚認識などに利用されている。
【０００３】
非接触の三次元計測の方法として、スリット光投影法（光切断法ともいう）またはパターン投影法が知られている。これらの方法は、特定の参照光（検出光ともいう）を計測対象に照射し、三角測定の原理で距離画像（三次元画像、三次元データ、または三次元形状データともいう）を得る能動的計測方法の一種である。スリット光投影法では、スリット光を照射しかつ偏向することによって計測対象を走査する。パターン投影法では、複数の２次元パターン光を順次照射する。得られた距離画像は、計測対象上の複数部位の三次元位置を示す画素の集合である。
【０００４】
このような三次元計測装置には、計測対象物体の距離画像を得るための距離計測光学系と、対象物体表面のテクスチャ情報を取得するためのカラー光学系（モニタ光学系ともいう）とが設けられる。距離計測光学系には、計測対象物体に参照光を照射する投光部、参照光の計測対象物体による反射光を受光する受光センサなどが含まれる。受光センサからの出力などに基づいて、三次元形状データが演算により求められる。
【０００５】
カラー光学系には、同じ計測対象物体のカラー画像（モニタ画像、２次元画像、２次元データ、または２次元画像データともいう）を撮像する撮像センサなどが含まれる。カラー光学系により得られるカラー画像は、対象物体表面のテクスチャ情報を取得するために用いられる他、距離計測光学系による計測を開始する際に、距離計測により得られる距離画像の範囲を予め確認するために用いられ、さらには、得られた距離画像を修正する際に、その修正箇所の特定のために用いられる。
【特許文献１】特開平１１−１７５７６２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術における三次元画像処理装置においては、対象物体の質感や光沢感を再現することは、考慮されていなかった。そのため、撮影環境と再現環境とで照明器具の形状、位置、色が異なった場合などは、対象物体における鏡面反射の状態が変化してしまい、見た目にも大きく変わってしまうため、従来技術の三次元画像処理装置を用いた場合では、対象物体の質感や光沢感までを正確に伝えることは困難であった。
【０００７】
そこで、本発明は、対象となる実物体の形状・テクスチャ・色だけでなく、再現時の観察環境、すなわち、照明光の形状・位置・方向・色、ユーザの位置・方向を考慮し、かつ対象物体を自由に移動および回転することを可能にすることにより、ユーザに対象物体の質感、光沢感、立体感などをよりリアルに伝えることが可能な三次元画像処理装置を提供することを目的としている。さらに、表面属性推定の際に用いる頂点法線データを、簡略化された形状データにおける隣接ポリゴンの面法線から求めるのではなく、元の点群データからより正確に求めることで、表面属性推定の精度を向上させ、再現する対象物体のリアリティをより一層向上させることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
課題を解決するために、本発明に係る三次元画像処理装置は、実在物体の三次元情報を入力する三次元画像処理装置において、点群データ取得部、三次元形状取得部、法線データ取得部を備え、点群データから三次元形状データを作成する処理と並行して、三次元形状データにおける各頂点の法線データを点群データから求めることを特徴としている。
【０００９】
さらに本発明に係る三次元画像処理装置は、上記の三次元画像処理装置において、上記法線データは、上記点群データに対して曲面近似することにより求めることを特徴としている。
【００１０】
さらに本発明に係る三次元画像処理装置は、上記の三次元画像処理装置において、法線データ保持部を備え、三次元形状データと共に、三次元形状データにおける各頂点の法線データを保持することを特徴としている。
【００１１】
さらに本発明に係る三次元画像処理装置は、上記の三次元画像処理装置において、表面属性取得部、三次元データ統合部、法線データ補間部を備え、表面属性推定処理において三次元形状データおよび保持されている各頂点の法線データを用いることを特徴としている。
【００１２】
さらに本発明に係る三次元画像処理装置は、実在物体の三次元情報を入力する三次元画像処理装置において、点群データ取得部、点群データ保持部、三次元形状取得部、法線データ取得部、表面属性取得部、三次元データ統合部を備え、表面属性推定処理を行う点あるいは微小面の法線データを、保持されている点群データのうち、推定対象の点あるいは微小面の周辺に存在する複数の点群を用いて求めることを特徴としている。
【００１３】
さらに本発明に係る三次元画像処理装置は、上記の三次元画像処理装置において、上記法線データは、上記点群データに対して曲面近似することにより求めることを特徴としている。
【００１４】
さらに本発明に係る三次元画像処理装置は、上記の三次元画像処理装置と、任意環境画像生成部、操作部、画像出力部を備え、取り込まれた三次元統合データを画像処理して任意の環境における画像を生成し、画像出力装置に表示あるいは印刷出力する三次元画像処理装置とを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
以上の説明から明らかなように、本発明の三次元画像処理装置によると、対象物体の三次元形状および表面属性を取得し、三次元統合データとして統合し、ユーザが設定した観察環境下での対象物体の画像を再構築、提示することで、ユーザに対象物体の質感、光沢感、立体感などをよりリアルに伝えることが可能となる。また、表面属性推定の際に用いる頂点法線データを、簡略化された形状データにおける隣接ポリゴンの面法線から求めるのではなく、元の点群データからより正確に求めることで、表面属性推定の精度を向上させ、再現する対象物体のリアリティをより一層向上させることができる。
【００１６】
さらに、表面属性推定の際に、簡略化された形状データの頂点に関してだけでなく、複数の頂点に囲まれたポリゴン内部のすべての点に関しても、元の点群データから求めたより正確な法線データを用いることで、表面属性推定の精度を向上させ、再現する対象物体のリアリティをより一層向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明の実施に係る実施例を説明する。
（実施例１）
【００１８】
図１は、本実施例の構成を示す概略構成図である。本発明の三次元画像処理装置は、取り込まれた対象物体を再現する際に、観察に用いる照明環境を任意に設定し、かつ対象物体の位置および向きを観察空間内で自由に変更することで、所望の観察環境下での対象物体の画像を表示および印刷出力する装置である。構成として、対象物体の三次元形状の元データとなる点群データを取得する点群データ取得部４と、点群データから対象物体の三次元形状データを作成する三次元形状取得部３と、三次元形状のポリゴンデータの各頂点における法線を取得する法線データ取得部６と、各頂点における法線データを保持する法線データ保持部１０と、対象物体の色・光沢・質感などを取得する表面属性取得部１と、表面属性推定を行う点あるいは微小面の法線データを保持されている各頂点における法線データから補間して求める法線データ補間部１１と、三次元形状データおよび表面属性データを統合する三次元データ統合部５と、入力環境パラメータに従い三次元形状取得あるいは表面属性取得を行う制御部２と、再現時の観察環境を設定する操作部９と、三次元統合データおよび再現時の観察環境データに基づき対象物体の画像を再構築する任意環境画像生成部７と、表示および印刷出力する画像出力部８とで構成される。
【００１９】
点群データ取得部４は、レーザレーダ法、スリット光投影法、パターン投影法などを用いた三次元計測装置により対象物体の点群データを取得する。三次元形状取得部３は、点群データ取得部４で得られた点群データから、三次元立体形状モデルを生成する。ここで、三次元立体形状モデルとしては、たとえばポリゴンによる表面モデル、あるいは異なる形状の表面形状要素の集合として表現することができる。
【００２０】
法線データ取得部６は、三次元立体形状モデルの各頂点における法線を、対象となる頂点付近の複数の点群データに対して曲面を当てはめ近似することにより求める。法線データ保持部１０は、法線データ取得部６で求めた各頂点における法線データを保持する。法線データ補間部１１は、表面属性取得部１において表面属性推定を行う点あるいは微小面の法線データを、法線データ保持部１０に保持されている各頂点における法線データから補間して求める。
【００２１】
表面属性取得部１は、光像を画像データに光電変換して入力する、ディジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、マルチスペクトルカメラなどの画像入力装置から得られる画像データ、三次元形状取得部３により得られた三次元立体形状モデル、法線データ補間部１１により得られた法線データを用いて、対象物体の色・光沢・質感にかかわる表面属性パラメータを推定し、表面属性データを生成する。表面属性データにより、再現時の対象物体・照明光源・視点の位置関係や照明光源の色・形状といった観察環境に応じて、再現画像における鏡面反射の位置・広がり・形状・強度などを変化させることが可能となり、対象物体の質感、光沢感、立体感などをよりリアルに表現することができる。ここで、点群データ取得のための三次元計測装置と、表面属性データ生成のための画像入力装置は、別個であっても一体のものであっても構わない。
【００２２】
制御部２は、入力環境パラメータに従い点群データ取得あるいは表面属性取得を行う。
【００２３】
三次元データ統合部５は、三次元形状取得部３により得られた三次元立体形状モデルと、表面属性取得部１により得られた表面属性データとを統合し、対象物体の三次元摺統合データを作成する。
【００２４】
ユーザは、操作部９により所望の照明条件・対象物体の位置や向きなどの観察環境の設定を行う。
【００２５】
任意環境画像生成部７は、操作部９により設定された観察環境データに従い、ユーザが所望する観察環境下での対象物体の画像を再構築する。
【００２６】
画像出力部８は、ＴＶモニタやプリンタなどからなり、任意環境画像生成部７により再構築された画像の表示や印刷出力を行う。
【００２７】
図２は、本実施例の三次元形状取得および表面属性取得における装置の概略図である。対象物体５１は、コンピュータ制御可能な回転ステージ５５の上に配置され、コンピュータ５９から指令された角度で連続的に回転軸５６を中心として回転する。測定環境における回転軸５６の位置は既知とする。
【００２８】
照明光源５７は、表面属性取得の際に使用する照明であり、一つもしくは複数配置され、コンピュータ５９からの指令により、照明光スペクトル、光の強度、照明光形状、個数、測定環境における位置の制御が可能になっている。
【００２９】
三次元計測装置および画像入力装置５３は、対象物体５１から離れた位置に配置され、コンピュータ５９からの指令により、測定空間内の任意の位置に移動し、データ入力を行うことができる。
【００３０】
コンピュータ５９は、回転ステージ５５、照明光源５７に対して指令を送り測定環境を確定した後に、三次元計測装置および画像入力装置５３に対し指令を送り三次元形状計測および画像入力を行う。ここで、三次元計測装置と画像入力装置は一体の構成であっても構わない。さらに、この実測データから三次元形状および表面属性の取得を行い、三次元統合データを作成する。
【００３１】
次に表面属性取得部１の構成を図３を用いて説明する。表面属性取得部１は、実測データ、入力環境パラメータ、三次元形状データ、および、法線データを用いて、対象物体の各分割領域ごとに色・光沢・質感にかかわる表面属性パラメータを推定し、表面属性データを生成する。図において、実測データ取捨選択部４１は、入力された実測データのうち、入力環境パラメータの情報に基づき推定処理に不要なデータや、ノイズ、陰影、オクルージョン、混色などの影響により情報が欠如したり誤差を大きく含むデータを除去し、実測データの取捨選択を行う。拡散反射領域抽出部４３は、選別された実測データの中から拡散反射成分のみのデータを抽出する。鏡面反射成分分離部４５は、鏡面反射成分を含んだデータから、鏡面反射成分を分離する。推定処理の流れについては後で詳しく述べる。
【００３２】
次に本実施例の三次元画像処理装置において、実測から三次元統合データ作成までの処理について、図２の装置概略図および図４のフローチャートを参照しながら説明する。まず、あらかじめ決められた入力環境パラメータに基づき、対象物体表面上の各点に関して、三次元計測装置および画像入力装置５３により実測データを入力する（Ｓ２）。入力環境パラメータには、実測を行うべき回転ステージ５５の回転間隔、三次元計測装置および画像入力装置５３の位置、照明光源５７の照明光スペクトル・光の強度・照明光形状・個数・位置が決められている。つづいて入力した点群データ（Ｓ３）から、三次元形状データを作成する（Ｓ４）。さらに、三次元形状データの各頂点付近の複数の点群データに対して曲面を当てはめ近似することにより、三次元形状データの各頂点における法線データを作成する（Ｓ５）。つづいて表面属性推定処理を行う。ここでは、物体表面における反射光は、拡散反射成分と鏡面反射成分の二つに分けられるという２色性反射モデルの特徴を利用する。これにより、複数の環境下で実測した実測データにおける各注目点の対応点の輝度・色の変化を解析することで、それぞれの注目点における表面属性を推定することができる。まず、入力した多視点画像群（Ｓ６）のうち、入力環境パラメータの情報に基づき推定処理に不要なデータや、ノイズ、陰影、オクルージョン、混色などの影響により、情報が欠如したり誤差を大きく含むデータを除去し、実測データの取捨選択を行う（Ｓ７）。次に表面属性推定を行う注目点における法線を求める（Ｓ８）。ここでは、Ｓ５において求めた各頂点における法線データのうち、表面属性推定を行う注目点の周辺に存在する複数の頂点の法線データから補間することで注目点における法線を求める。つづいて、選別された実測データのみを用いて、拡散反射成分のみのデータを抽出する（Ｓ９）。抽出されたデータから、表面属性パラメータのうち物体色に関するパラメータの推定を行う（Ｓ１０）。つづいて鏡面反射成分を含んだデータから、鏡面反射成分を分離し（Ｓ１１）、表面属性パラメータのうち反射特性に関するパラメータの推定を行う（Ｓ１２）。以上の処理を各注目点ごとに行うことで各注目点における表面属性パラメータを推定し、対象物体表面全体の推定が終了した時点で（Ｓ１３）、三次元統合データが作成されている（Ｓ１４）。ここでは、対象物体表面の構成単位を点として説明したが、点の代わりに微小面を用いることも可能である。
【００３３】
次に操作部９の構成を詳細に説明する。操作部９は、観察環境データを作成するために観察環境を決定する。観察環境の決定では、ユーザの入力操作により、所望の照明条件・対象物体の位置や向きなどの観察環境データを作成する。照明光源の設定では、再現時に対象物体に照射する照明光の色、輝度、位置、形状（点光源、線光源、面光源、平行光など）、個数を設定する。対象物体配置の設定では、対象物体に対して上下、左右、手前奥の三次元的な移動、および任意の軸を中心とした回転を設定する。これらの設定値をもとに再現時に用いる観察環境データを作成する。
【００３４】
次に本実施例の三次元画像処理装置において、ユーザが所望する観察環境下での対象物体の画像を再現するための、操作部および任意環境画像生成・提示について、図５を参照しながら説明する。ユーザは、照明光源設定部９７により、対象物体に照射する照明光の色、輝度、位置、形状（点光源、線光源、面光源、平行光など）を設定する。ここで、複数の照明光源を設定することができるようになっている。これにより、観察空間において任意の色、輝度、形状をもつ、一つまたは複数の照明光源を９３に示すように任意の位置に配置することができる。さらに、ユーザは、対象物体配置設定部９５により、対象物体に対して上下、左右、手前奥の三次元的な移動、および任意の軸を中心とした回転を設定する。これにより、観察空間において、対象物体を９１に示すように任意の方向に移動、回転させることができ、対象物体を所望する方向から観察することができる。任意環境画像生成部７は、照明光源設定部９７および対象物体配置設定部９５により設定された観察環境データに従い、ユーザが所望する観察環境下での対象物体の画像を再構築し、提示する。ユーザが設定する対象物体・照明光源・視点の位置関係や照明光源の色・輝度・形状といった観察環境に応じて、再現画像における鏡面反射の位置・広がり・形状・強度などを変化させることができるので、対象物体の質感、光沢感、立体感などをよりリアルに表現することが可能となる。
【００３５】
以上述べたように、対象物体の三次元形状および表面属性を取得し、三次元統合データとして統合し、ユーザが設定した観察環境下での対象物体の画像を再構築、提示することで、ユーザに対象物体の質感、光沢感、立体感などをよりリアルに伝えることが可能となる。また、表面属性推定の際に用いる頂点法線データを、簡略化された形状データにおける隣接ポリゴンの面法線から求めるのではなく、元の点群データからより正確に求めることで、表面属性推定の精度を向上させ、再現する対象物体のリアリティをより一層向上させることができる。
（実施例２）
【００３６】
図６は、本実施例の構成を示す概略構成図である。本発明の三次元画像処理装置は、取り込まれた対象物体を再現する際に、観察に用いる照明環境を任意に設定し、かつ対象物体の位置および向きを観察空間内で自由に変更することで、所望の観察環境下での対象物体の画像を表示および印刷出力する装置である。構成として、対象物体の三次元形状の元データとなる点群データを取得する点群データ取得部２４と、得られた点群データを保持する点群データ保持部３０と、点群データから対象物体の三次元形状データを作成する三次元形状取得部２３と、対象物体の色・光沢・質感などを取得する表面属性取得部２１と、表面属性推定を行う点あるいは微小面の法線データを保持されている点群データから取得する法線データ取得部２６と、三次元形状データおよび表面属性データを統合する三次元データ統合部２５と、入力環境パラメータに従い三次元形状取得あるいは表面属性取得を行う制御部２２と、再現時の観察環境を設定する操作部２９と、三次元統合データおよび再現時の観察環境データに基づき対象物体の画像を再構築する任意環境画像生成部２７と、表示および印刷出力する画像出力部２８とで構成される。
【００３７】
点群データ取得部２４は、レーザレーダ法、スリット光投影法、パターン投影法などを用いた三次元計測装置により対象物体の点群データを取得する。三次元形状取得部２３は、点群データ取得部２４で得られた点群データから、三次元立体形状モデルを生成する。ここで、三次元立体形状モデルとしては、たとえばポリゴンによる表面モデル、あるいは異なる形状の表面形状要素の集合として表現することができる。
【００３８】
点群データ保持部３０は、点群データ取得部２４で得られた点群データを保持する。法線データ取得部２６は、表面属性取得部２１において表面属性推定を行う点あるいは微小面の法線データを、点群データ保持部３０に保持されている点群データのうち、推定を行う点あるいは微小面の周辺に存在する複数の点群データに対して曲面を当てはめ近似することにより求める。
【００３９】
表面属性取得部２１は、光像を画像データに光電変換して入力する、ディジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、マルチスペクトルカメラなどの画像入力装置から得られる画像データ、三次元形状取得部２３により得られた三次元立体形状モデル、法線データ取得部２６により得られた法線データを用いて、対象物体の色・光沢・質感にかかわる表面属性パラメータを推定し、表面属性データを生成する。表面属性データにより、再現時の対象物体・照明光源・視点の位置関係や照明光源の色・形状といった観察環境に応じて、再現画像における鏡面反射の位置・広がり・形状・強度などを変化させることが可能となり、対象物体の質感、光沢感、立体感などをよりリアルに表現することができる。ここで、点群データ取得のための三次元計測装置と、表面属性データ生成のための画像入力装置は、別個であっても一体のものであっても構わない。
【００４０】
制御部２２は、入力環境パラメータに従い点群データ取得あるいは表面属性取得を行う。
三次元データ統合部２５は、三次元形状取得部２３により得られた三次元立体形状モデルと、表面属性取得部２１により得られた表面属性データとを統合し、対象物体の三次元摺統合データを作成する。
【００４１】
ユーザは、操作部２９により所望の照明条件・対象物体の位置や向きなどの観察環境の設定を行う。
【００４２】
任意環境画像生成部２７は、操作部２９により設定された観察環境データに従い、ユーザが所望する観察環境下での対象物体の画像を再構築する。
【００４３】
画像出力部２８は、ＴＶモニタやプリンタなどからなり、任意環境画像生成部２７により再構築された画像の表示や印刷出力を行う。
【００４４】
次に本実施例の三次元画像処理装置において、実測から三次元統合データ作成までの処理について、図２の装置概略図および図７のフローチャートを参照しながら説明する。まず、あらかじめ決められた入力環境パラメータに基づき、対象物体表面上の各点に関して、三次元計測装置および画像入力装置５３により実測データを入力する（Ｓ２２）。入力環境パラメータには、実測を行うべき回転ステージ５５の回転間隔、三次元計測装置および画像入力装置５３の位置、照明光源５７の照明光スペクトル・光の強度・照明光形状・個数・位置が決められている。つづいて入力した点群データ（Ｓ２３）から、三次元形状データを作成する（Ｓ２４）。つづいて表面属性推定処理を行う。ここでは、物体表面における反射光は、拡散反射成分と鏡面反射成分の二つに分けられるという２色性反射モデルの特徴を利用する。これにより、複数の環境下で実測した実測データにおける各注目点の対応点の輝度・色の変化を解析することで、それぞれの注目点における表面属性を推定することができる。まず、入力した多視点画像群（Ｓ２６）のうち、入力環境パラメータの情報に基づき推定処理に不要なデータや、ノイズ、陰影、オクルージョン、混色などの影響により、情報が欠如したり誤差を大きく含むデータを除去し、実測データの取捨選択を行う（Ｓ２７）。次に表面属性推定を行う注目点における法線を求める（Ｓ２８）。ここでは、入力した点群データ（Ｓ２３）のうち、表面属性推定を行う注目点の周辺に存在する複数の点群データに対して曲面を当てはめ近似することにより注目点における法線を求める。つづいて、選別された実測データのみを用いて、拡散反射成分のみのデータを抽出する（Ｓ２９）。抽出されたデータから、表面属性パラメータのうち物体色に関するパラメータの推定を行う（Ｓ３０）。つづいて鏡面反射成分を含んだデータから、鏡面反射成分を分離し（Ｓ３１）、表面属性パラメータのうち反射特性に関するパラメータの推定を行う（Ｓ３２）。以上の処理を各注目点ごとに行うことで各注目点における表面属性パラメータを推定し、対象物体表面全体の推定が終了した時点で（Ｓ３３）、三次元統合データが作成されている（Ｓ３４）。ここでは、対象物体表面の構成単位を点として説明したが、点の代わりに微小面を用いることも可能である。
【００４５】
表面属性取得部２１の構成、ユーザが所望する観察環境下での対象物体の画像を再現するための操作部および任意環境画像生成・提示については、第１の実施例におけるものと同様である。
【００４６】
以上述べたように、表面属性推定の際に、簡略化された形状データの頂点に関してだけでなく、複数の頂点に囲まれたポリゴン内部のすべての点に関しても、元の点群データから求めたより正確な法線データを用いることで、表面属性推定の精度を向上させ、再現する対象物体のリアリティをより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施例の三次元画像処理装置の構成を示す概略構成図である。
【図２】本発明の三次元画像処理装置の三次元形状取得および表面属性取得を示す概略図である。
【図３】本発明の表面属性取得部の構成を示す概略構成図である。
【図４】本発明の第１の実施例の実測から三次元統合データ作成までの処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の三次元画像処理装置の任意環境画像提示を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施例の三次元画像処理装置の構成を示す概略構成図である。
【図７】本発明の第２の実施例の実測から三次元統合データ作成までの処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４８】
１  表面属性取得部
２  制御部
３  三次元形状取得部
４  点群データ取得部
５  三次元データ統合部
６  法線データ取得部
７  任意環境画像生成部
８  画像出力部
９  操作部
１０  法線データ保持部
１１  法線データ補間部
２１  表面属性取得部
２２  制御部
２３  三次元形状取得部
２４  点群データ取得部
２５  三次元データ統合部
２６  法線データ取得部
２７  任意環境画像生成部
２８  画像出力部
２９  操作部
３０  点群データ保持部
４１  実測データ取捨選択部
４３  拡散反射領域抽出部
４５  鏡面反射成分分離部
５１  対象物体
５３  三次元計測装置および画像入力装置
５５  回転ステージ
５６  回転軸
５７  照明光源
５９  コンピュータ
９１  対象物体
９３  照明光源
９５  対象物体配置設定部
９７  照明光源設定部
【図１】
2005092549.tif 000003
【図２】
2005092549.tif 000004
【図３】
2005092549.tif 000005
【図４】
2005092549.tif 000006
【図５】
2005092549.tif 000007
【図６】
2005092549.tif 000008
【図７】
2005092549.tif 000009