(57)【要約】      （修正有）【課題】異なる視点から得られた物体の形状を表す部分３Ｄモデルを接合して物体の全周囲を表す３Ｄモデルを作成する際，隣接する部分３Ｄモデル間の位置ずれを最小にし，高品質な全周３Ｄモデルを作成する。【解決手段】複数の３次元計測装置１１は計測物体の周囲に４５度間隔で８個設ける。各３次元計測装置１１はローカル座標で計測物体の座標データを取得する。座標変換部１２は各３次元計測装置１１から取得したローカル座標における計測物体の座標データをワールド座標系に変換する。部分３Ｄモデルは座標データ記憶部１３に記憶され、３Ｄモデルセットデータ取出部１４は対面する２つの部分３Ｄモデルからなる３Ｄモデルセットデータを座標データ記憶部１３から抽出し、対応点決定部１５は２組の３Ｄモデルセットデータの間で対応点を決定し、座標データ修正部１６は対応点の距離が最小になるように一方の組の３Ｄモデルセットデータを修正する。【選択図】図１
2005189203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の全周囲３Ｄモデルを作成する全周囲３Ｄモデル作成方法において，
統一した表現基準で表されかつ視点の異なる位置からそれぞれ取得された物体形状を表す複数の部分３Ｄモデルであっていずれも他の１の部分３Ｄモデルと互いに重なり合う領域を有する前記複数の部分３Ｄモデルを記憶部に記憶する記憶ステップと，
前記複数の部分３Ｄモデルから，２組の部分３Ｄモデルの部分集合であって，それぞれ予め定められた相対的な配置関係により選択される部分３Ｄモデルから構成され，一方の部分集合を構成する部分３Ｄモデルが他方の部分集合を構成する部分３Ｄモデルと重なり合う前記２組の部分３Ｄモデルの部分集合を，抽出部により，抽出する抽出ステップと，
抽出した２組の部分集合の部分３Ｄモデルに対して，予め定められた基準に従って対応点の接合が最適化されるように一方の部分集合を構成するすべての部分３Ｄモデルを修正部により共通して修正する修正ステップとを有し，
前記抽出ステップと前記修正ステップとを，少なくとも，最適化された接合により前記物体の全周囲３Ｄモデルが構成されるまで，繰り返すことを特徴とする全周囲３Ｄモデル作成方法。
【請求項２】
前記部分集合は，物体を基準にして略対面する２つの視点からそれぞれ取得された物体形状を表す２つの部分３Ｄモデルから構成される請求項１記載の全周囲３Ｄモデル作成方法。
【請求項３】
前記統一した表現基準として基準となる座標系を用いた請求項１または２記載の全周囲３Ｄモデル作成方法。
【請求項４】
前記統一した表現基準として回転軸を用いた請求項１または２記載の全周囲３Ｄモデル作成方法。
【請求項５】
前記修正ステップにおいて，共通して修正される前記一方の部分集合を構成するすべての部分３Ｄモデルの間の相対的な位置関係を固定とした請求項１，２，３または４記載の全周囲３Ｄモデル作成方法。
【請求項６】
前記修正ステップにおいて，前記最適化の基準は，前記２組の部分集合の部分３Ｄモデル間において接合すべき対応点の距離の総和が最小になるようにすることである請求項１，２，３，４または５記載の全周囲３Ｄモデル作成方法。
【請求項７】
物体の全周囲３Ｄモデルを作成する方法において，基準となる座標系あるいは回転軸を有し，該座標系あるいは該回転軸を基準として現されかつ視点の異なる位置からそれぞれ取得された物体形状を表す複数の部分３Ｄモデルを有し，該複数の部分３Ｄモデルは互いに重なりあう領域を有し，該複数の部分３Ｄモデルにおいて略対面する該部分３Ｄモデルを一つの集合とする複数組の３Ｄモデルの部分集合を有し，該複数組の３Ｄモデルの部分集合の単位で前記部分３Ｄモデルを接合して物体の全周囲３Ｄモデルを作成することを特徴とする全周囲３Ｄモデル作成方法。
【請求項８】
物体の全周囲３Ｄモデルを作成する全周囲３Ｄモデル作成装置において，
統一した表現基準で表されかつ視点の異なる位置からそれぞれ取得された物体形状を表す複数の部分３Ｄモデルであっていずれも他の１の部分３Ｄモデルと互いに重なり合う領域を有する前記複数の部分３Ｄモデルを記憶する記憶手段と，
前記複数の部分３Ｄモデルから，２組の部分３Ｄモデルの部分集合であって，それぞれ予め定められた相対的な配置関係により選択される部分３Ｄモデルから構成され，一方の部分集合を構成する部分３Ｄモデルが他方の部分集合を構成する部分３Ｄモデルと重なり合う前記２組の部分３Ｄモデルの部分集合を，抽出する抽出手段と，
抽出した２組の部分集合の部分３Ｄモデルに対して，予め定められた基準に従って対応点の接合が最適化されるように一方の部分集合を構成するすべての部分３Ｄモデルを共通して修正する修正手段とを有し，
前記抽出ステップと前記修正ステップとを，少なくとも，最適化された接合により前記物体の全周囲３Ｄモデルが構成されるまで，前記抽出手段による部分集合の抽出および前記修正手段による部分３Ｄモデルの修正を繰り返すことを特徴とする全周囲３Ｄモデル作成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は異なる視点からそれぞれ得られた物体の形状を表す部分３Ｄモデルを接合して，物体の全周囲を表す３Ｄモデルを作成する全周囲３Ｄモデル作成技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の形状を取得する３次元計測では，その手法においてパッシブ手法（三角測量法，ｓｈａｐｅ  ｆｒｏｍ  Ｘなど）とアクティブ手法（光飛行時間測定法，三角測量法など）に大別される。パッシブ手法とアクティブ手法の違いは，物体に対し何らかなエネルギーを照射するか否かの差である。３次元計測では一度に物体全体の形状を取得することはできない。計測できる範囲は３次元計測装置の可視範囲内に限定される。したがって，全周囲の３Ｄモデル（３次元モデルともいう）を作成するためには複数の視点において物体の部分的な３Ｄモデルを取得し，各視点から得られた部分３Ｄモデルを接合する。この接合の仕方が正しくないと部分３Ｄモデルの繋ぎめで段差やでこぼこが発生する。仮に個々の３Ｄモデルが精度良く取得できていても，最終的に得られる全周囲３Ｄモデルは精度においても見た目においても悪い。よって高品質の全周囲３Ｄモデルを作成する点で接合の仕方は重要なポイントとなる。
【０００３】
従来，接合を精度よく行う方法として種々の手法が提案されている。例えば非特許文献１においては，ある形状モデルと他の形状モデルの一致すべき点（対応点）を抽出し，対応点どうしの距離の総和が最小となるように接合する方法が開示されている。接合の手順としては，重なりあう領域が存在する隣接する形状モデル間にて接合を順繰りに行う必要がある。具体的には物体の部分的な形状モデルが１〜ｎ個あり，これらで物体全周の形状モデルを現している場合，第１の形状モデルに対して隣接する第２の形状モデルの位置を最適化し，その後に第２の形状モデルに対して隣接する第３の形状モデルの位置を最適化し，これを繰り返して第ｎ―１の形状モデルにより第ｎの形状モデルの位置を最適化する。最後に第ｎの形状モデルと第１の形状モデルを接合し全周囲の形状モデルを作成する。この場合，誤差の蓄積により位置ずれが次第に大きくなり，基準位置とした第１の形状モデルと最後に位置決めされた第ｎの形状モデルの位置ずれが最も大きく現われ，両者を精度よく接合することが困難となる。
【０００４】
また特許文献１では，物体を回転台上に置き回転台を回転させて撮影方向を変更し，回転情報を記憶し，回転軸の位置情報を得るために回転台上に基準物体を設けるという３次元計測手法が提案されている。この手法によれば各形状モデルの回転軸周りの回転情報が分かっているので，それに従って各形状モデルを配置するだけで物体の全周囲３Ｄモデルを作成できる。しかしながらこの手法では３次元計測装置に計測誤差があるため，回転軸に算出誤差が生じる。この算出誤差により隣接する部分形状モデル間で大きな位置ずれが生じる。従って最初の従来例にて示したような位置ずれ補正が必要となる。しかしこれを用いると誤差の蓄積による大きな位置ずれといった同様の問題が発生し，結果として高品質な全周３Ｄモデルが作成できないのが現状である。
【特許文献１】特開平４−２５９８０９号公報
【非特許文献１】“Ｚｉｐｐｅｒｅｄ  Ｐｏｌｙｇｏｎ  Ｍｅｓｈｅｓ  ｆｒｏｍ  Ｒａｎｇｅ  Ｉｍａｇｅｓ”ＳＩＧＲＡＰＨ’９４  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ  Ｇｒｅｇ  Ｔｕｒｋ  ａｎｄ  Ｍａｒｃ  Ｌｏｖｏｙ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ  Ｓｔａｎｆｏｒｄ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は，以上の事情を考慮してなされたものであり，異なる視点からそれぞれ得られた物体の形状を表す部分３Ｄモデルを接合して物体の全周囲を表す３Ｄモデルを作成する際に，隣接する部分３Ｄモデル間の位置ずれを最小にし，高品質な全周３Ｄモデルを作成することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば，上述の目的を達成するために，特許請求の範囲に記載のとおりの構成を採用している。ここでは，発明を詳細に説明するのに先だって，特許請求の範囲の記載について補充的に説明を行なっておく。
【０００７】
本発明の一側面によれば，上述の目的を達成するために，物体の全周囲３Ｄモデルを作成する方法において，基準となる座標系あるいは回転軸を有し，該座標系あるいは該回転軸を基準として現されかつ視点の異なる位置からそれぞれ取得された物体形状を表す複数の部分３Ｄモデルを有し，該複数の部分３Ｄモデルは互いに重なりあう領域を有し，該複数の部分３Ｄモデルにおいて略対面する該部分３Ｄモデルを一つの集合（全３Ｄモデルの集合に対する部分集合）とする複数組の３Ｄモデルの部分集合（３Ｄモデルセットとも呼ぶ）を有し，該複数組の３Ｄモデルの部分集合の単位で３Ｄモデルを接合して物体の全周囲３Ｄモデルを作成するようにし，さらに該３Ｄモデルの部分集合の単位で３Ｄモデルを接合する際に，該３Ｄモデルの部分集合を構成する部分３Ｄモデル間の相対的な位置関係を不動とし，また該３Ｄモデルの部分集合を接合する際に，該３Ｄモデルの部分集合間において存在する接合すべき対応点の距離の総和が最小になるように調整するようにしている。
【０００８】
この構成においては，各接合時のエラーが平均化され，また累積するエラー自体も分散できるので，従前のように最後の接合部分の位置ずれが無視できなくなるという不具合を解消できる。
【０００９】
上述の構成では，略対面する部分３Ｄモデル，すなわち，略対面する視点からそれぞれ取得された２つの部分３Ｄモデルから部分集合を構成したが，これに限らず，予め定められた相対位置関係にある２または複数の３Ｄモデルから部分集合を構成することができる。
【００１０】
部分集合モデルがローカルな座標系（カメラ座標系）で取得された場合には１の座標系たとえばワールド座標系に変換する必要がある。
【００１１】
上述の構成では，１組の部分集合に属する２つの部分３Ｄモデルと他の１組の部分集合に属する２つの部分３Ｄモデルとの間の対応点の距離の総和が最小になるようにしているが，１組の部分集合の１つの部分３Ｄモデルと他の組の部分集合の１つの部分３Ｄモデルとの間の対応点のみを考慮して調整を行なっても良い。
【００１２】
なお，本発明は方法として実現できるのみでなく装置またはシステムとしても実現可能である。また，そのような発明の一部をソフトウェアとして構成することができることはもちろんである。またそのようなソフトウェアをコンピュータに実行させるために用いるソフトウェア製品も本発明の技術的な範囲に含まれることも当然である。
【００１３】
本発明の上述の側面および他の側面は特許請求の範囲に記載され以下実施例を用いて詳述される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば異なる視点からそれぞれ得られた物体の形状を表す部分３Ｄモデルを接合して物体の全周囲を表す３Ｄモデルを作成する場合に，隣接する部分３Ｄモデル間の位置ずれを最小にし，高品質な全周３Ｄモデルを作成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下，図面を参照しながら本発明の実施例を具体的に説明する。ここで２つの実施例について説明する。実施例１は物体の部分的な３Ｄモデルが１つの３次元座標にて表すことができる場合であり，実施例２は物体の部分的な３Ｄモデルが１つの回転軸を基準として表すことができる場合である。
【実施例１】
【００１６】
まず本発明の実施例１について説明する。この実施例では，複数の３次元計測装置を計測物体を取り囲むように配置することにより，物体の全周囲３Ｄモデルを作成する装置（全周囲型３次元計測装置）を構成する。
【００１７】
３次元計測装置の計測手法には特に拘らない。アクティブ型およびパッシブ型の三角測量法は全て適用される。アクティブ型の三角測量の一例としてはスポット光あるいはスリット光の走査と検出用カメラの組み合わせによる三角測量法や投射回数を減らすことができる空間コード化法，走査が必要ない多値パターン投射による三角測量法等がある。また投射系と撮像系を同主点に配置し別視点に配置した撮像系の組み合わせによる三角測量法を用いてもよい。この手法によれば物体にテクスチャがあっても精度の良い３Ｄ形状モデルが取得できる。パッシブ型の三角測量の一例としては，２眼のステレオカメラによる三角測量法がある。また光や音などを物体に投射し物体にて反射した光や音を検出し，その投射時刻と検出時刻から物体までの距離を算出するＴＯＦ法（飛行時間差）を用いてもよい。
【００１８】
本実施例では最も簡単な構成にて３Ｄモデルを取得することができる２眼のステレオカメラによる３次元計測装置を用いた。よって１つの３次元計測装置内には２つのカメラが配置されている。この２眼のステレオカメラによる３次元計測装置を用いて物体の部分的な３Ｄモデルを取得し，それらを接合し全周囲の３Ｄモデルを作成する前に，前準備として先ず全ての３次元計測装置に対してカメラのキャリブレーションをする必要がある。このキャリブレーションについては後に詳述する。
【００１９】
図１は、本実施例の全周囲３Ｄモデル作成装置を模式的に示しており、この図において、全周囲３Ｄモデル作成装置は、複数の３次元計測装置１１および制御装置１００等を含んで構成されている。複数の３次元計測装置１１は、上述のとおり２眼のステレオカメラによる３次元計測装置であり、図３や図４に示すように、計測物体の周囲に例えば４５度の角度間隔で８個設けられている。もちろんこれに限られない。各３次元計測装置１１はローカル座標（カメラ座標系）において計測物体の座標データを取得する。制御装置１００は例えばコンピュータであり、座標変換部１２、座標データ記憶部１３、３Ｄモデルセットデータ取出部１４、対応点決定部１５、座標データ修正部１６等の機能ブロックを含んで構成されている。座標変換部１２は、各３次元計測装置１１から取得したローカル座標における計測物体の座標データをワールド座標系に変換するものである。これを部分３Ｄモデルと呼ぶ。部分３Ｄモデルは座標データ記憶部１３に記憶される。３Ｄモデルセットデータ取出部１４は、対面する２つの部分３Ｄモデルからなる３Ｄモデルセットデータ（３Ｄモデルの部分集合のデータ）を座標データ記憶部１３から抽出するものである。相互に重なり合う３Ｄモデルセットデータが２組取り出され、対応点決定部１５は、２組の３Ｄモデルセットデータの間で対応点を決定する。座標データ修正部１６は、対応点の距離が最小になるように一方の組の３Ｄモデルセットデータを修正する。これについては後に詳述する。修正されたデータにより座標データ記憶部１３のデータが更新される。これらの処理は、全周囲データが合成されるまで繰り返し行なわれる。
【００２０】
なお、本実施例では、複数台の３次元計測装置を用いたが、後述するように、１台の３次元計測装置のみ用いる場合もある。また、後述の実施例２では基本的に１台の３次元計測装置のみ用いる。この場合には図１の３次元計測装置１１が１個となる。ただし、部分３Ｄモデルは複数形成される。
【００２１】
以下、本実施例の動作を詳細に説明するが、そのまえに、２眼のステレオカメラによる３次元計測装置のキャリブレーションについて説明する。上述したとおり、この２眼のステレオカメラによる３次元計測装置を用いて物体の部分的な３Ｄモデルを取得し，それらを接合し全周囲の３Ｄモデルを作成する前に，前準備として先ず全ての３次元計測装置に対してカメラのキャリブレーションをする必要がある。キャリブレーションをすることにより全ての３次元計測装置内のカメラが個々に持つカメラ座標系を基準となる一つの座標系（ワールド座標系）に変換することができる。すなわち個々の３次元計測装置にて得られた部分的な３Ｄモデルの全てはワールド座標系にて表すことができる。
【００２２】
図２はカメラのキャリブレーションをする際に使用するキャリブレーション用物体を示している。キャリブレーション用物体には中心軸が設けられており，後で説明する複数の３次元計測装置１１がレイアウトされた全周囲型３次元計測装置の中心位置にこのキャリブレーション用物体の中心軸を配置する。またこのキャリブレーション用物体のそれぞれの面には図に示すような四角いパッチが描かれている。キャリブレーション用物体の３次元形状とその面に描かれた四角いパッチの位置を予め正確に計測しておく。
【００２３】
図３は本実施例にて使用する全周囲型３次元計測装置を上からみた場合の全体像を示している。８つの３次元計測装置１１を円を描くようにまた円の中心方向を撮像できるように配置する。個々の３次元計測装置１１の撮像範囲は互いにオーバーラップする領域を含むようにも配置する。また全ての３次元計測装置１１を固定しておく。ここで円の中心をワールド座標の原点としてワールド座標系を設定する。図３の紙面と垂直方向にＺ軸が設定されている。このワールド座標の原点にキャリブレーション用物体の中心軸を配置する。この中心軸を基準にしてキャリブレーション用物体は回転できる。キャリブレーション用物体はその大きさが予め分かっており，またキャリブレーション用物体に描かれた各パッチの位置も予め分かっていることからキャリブレーション物体の各頂点と各パッチの位置を一つの座標系にて表すことができる。この座標系をワールド座標とし，キャリブレーション用物体の各頂点と各パッチの位置をワールド座標系にて表す。キャリブレーション用物体を回転させた場合でもその回転情報を検出しておくことにより，回転情報からキャリブレーション用物体の各頂点と各パッチの位置をワールド座標系にて表すことができる。
【００２４】
全ての３次元計測装置１１のカメラ（２眼のステレオであるから各装置につき２台のカメラ）にてキャリブレーション用物体を撮像し撮像画像を取得する。撮像画像においてキャリブレーション用物体が同一平面上にしか撮像できていない場合は，キャリブレーション用物体を回転させ再び撮像する。撮像画像からキャリブレーション用物体の頂点と各パッチの４角の位置（カメラの結像面での座標）を求めておく。このカメラの結像面での座標と，ワールド座標系で現したキャリブレーション用物体の頂点と各パッチの４角の座標とからカメラパラメータを求める。このカメラパラメータによりカメラ座標系とワールド座標系は座標変換が可能となる。
【００２５】
つぎに、全周囲３Ｄモデルの作成について説明する。図４は全周囲型３次元計測装置にて取得した部分的な３Ｄモデルを接合して１つの全周囲３Ｄモデルを作成する方法を説明する図である。第１から第８の３次元計測装置１１にてそれぞれの視野範囲に対応した物体の部分的な３Ｄモデル（図中の第１の部分３Ｄモデルから第８の部分３Ｄモデル）を取得する。隣接する部分３Ｄモデルは互いにオーバーラップする領域を含む。第１の部分３Ｄモデルから第８の部分３Ｄモデルは全て基準となる座標系であるワールド座標系にて表すことができる。よってこの座標を目安に１つの全周囲３Ｄモデルを作成することができる。しかしながらこの状態ではキャリブレーションパラメータの抽出誤差や各３次元計測装置１１の計測誤差により，モデル間の接合状態が悪く繋ぎ目に大きな段差が生じる。従って本実施例では次のような手順にて部分３Ｄモデルの接合を行う。
【００２６】
［ステップ１］：対向する２つの部分３Ｄモデルを１つのセットとし，これを３Ｄモデルセットとする（実施例では第１の部分３Ｄモデルと第５の３Ｄモデル，第２の部分３Ｄモデルと第６の３Ｄモデル，第３の部分３Ｄモデルと第７の３Ｄモデル，第４の部分３Ｄモデルと第８の３Ｄモデルのセットとなる）。
【００２７】
［ステップ２］：３Ｄモデルセット内の部分３Ｄモデル間の相対的位置を固定する。
【００２８】
［ステップ３］：ワールド座標系で現された座標に基づいて３Ｄモデルセットを配置する（ラフな接合）。
【００２９】
［ステップ４］：隣接する３Ｄモデルセット間のオーバーラップする領域において，３Ｄモデルセット内のある点（ｘｉ）に対し最も距離が近い別の３Ｄモデルセットの点（ｘｐ）を探し，これを対応点とする。
【００３０】
［ステップ５］：抽出した対応点の距離の総和が最小になるように３Ｄモデルセットの位置を調整する。これを次式に従って行う。
【数１】
2005189203.tif 000003
ｘｐ，ｘｉはステップ４を参照されたい。なお、ｘｐには一方の３Ｄモデルセットに属する２つの３Ｄモデルの双方の対応点が含まれ、同様に、ｘｉには他方の３Ｄモデルセットに属する２つの３Ｄモデルの双方の対応点が含まれることに留意されたい。
【００３１】
以上の手順に従って個々の部分３Ｄモデルを接合し，全周囲の３Ｄモデルを作成する。これにより，モデル間の繋ぎ目がスムーズになり，高品質な全周囲３Ｄモデルを作成することができる。
【００３２】
本実施例では，計測手法として２眼のステレオ法を用いたが，特にこれに拘る必要はない。またキャリブレーションも上述した方法に縛られることはない。それぞれの計測装置が持つ座標系とワールド座標系が関連付けられるキャリブレーション方法を適宜用いればよい。図２にて示した基準物体を用いなくてもレンズの焦点距離やカメラの姿勢などを実測することによりキャリブレーションしてもよい。カメラとプロジェクタの組み合わせとなる計測装置などでは，カメラやプロジェクタのレンズの焦点距離や姿勢などからキャリブレーションしてもよいし，カメラとプロジェクタの位置関係などを実測して両者の座標系を関連付けておいて，カメラの座標系を上述した基準物体を用いたキャリブレーションにより算出してもよい。ＴＯＦ法でも投射系，検出系のレンズや姿勢を実測することによりキャリブレーションしてもよい。また本実施例では３次元計測装置を８台設置したがこれに拘ることない。３次元計測装置が奇数の場合は，略対応する部分３Ｄモデルを適宜選択し，１つの３Ｄモデルセットだけを１つの部分３Ｄモデルから構成すればよい。また３次元計測装置を複数設置しないで，１台の３次元計測装置を移動して使用しても構わない。この場合基準の位置，姿勢から物体を撮像するようにし，その基準位置，姿勢におけるキャリブレーションパラメータを予め算出しておく。
【実施例２】
【００３３】
つぎに本発明の実施例２について説明する。図５は本発明の実施例２を説明する図である。実施例においては、計測物体を回転台２０に置いて，これを回転させることにより，物体の全周囲３Ｄモデルを作成する装置（物体回転による３次元計測装置）を構成する。計測手法は実施例１と同様に特に拘らない。アクティブ型およびパッシブ型の三角測量法やＴＯＦ法が適用できる。アクティブ型の三角測量法の中で投射系と撮像系を同主点に配置し別視点に配置した撮像系の組み合わせによる三角測量法を用いてもよい。この手法によれば物体にテクスチャがあっても精度の良い３Ｄ形状モデルが取得できる。
【００３４】
なお、本実施例でも、図１に示した制御装置１００を用いることができる。ただし、３次元計測装置１１は１台でよく、また回転台２０を制御する制御部が別途必要になる。
【００３５】
この実施例２でも、最も簡単な構成にて３Ｄモデルを取得することができる２眼のステレオカメラによる３次元計測装置１１を用いた。３次元計測装置の個々のカメラのカメラキャリブレーションは当然のことながら終了しているものとする。この２眼のステレオカメラによる３次元計測装置１１を用いて物体の部分的な３Ｄモデルを取得し，それらを接合し全周囲の３Ｄモデルを作成する前に，前準備として回転台の回転軸の３次元位置を取得する必要がある。これを取得する方法を説明する。図５に示すように３次元計測装置と回転台２０を配置する。回転台２０の中心には回転軸２１が設置されており，回転台２０はこの回転軸２１を中心にして回転できるような機構を持つ。回転軸２１は必要において取り外しができる。３次元計測装置１１を用いて回転軸２１を撮像し，その３次元位置を取得する。回転軸２１の３次元位置を取得した段階で３次元計測装置１１と回転台２０の相対的な位置を固定する。回転台２０の回転は可能である。回転軸２１を外す。以上で全周囲３Ｄモデルを作成するための前準備は終わりである。
【００３６】
次に本実施例の物体回転による３次元計測装置により物体の全周囲３Ｄモデルを作成する。図６，図７はこれを説明する図である。計測物体を回転台２０に置き，その部分３Ｄモデルを取得する。これを初期位置とし，０°の角度で取得した部分３Ｄモデルと呼ぶ（図６）。取得できる部分３Ｄモデルは計測装置の視野範囲に限られるので，回転台２０を回転させて計測できなかった領域の３Ｄモデルを更に取得する。回転した際の回転情報を記憶しておく。２つの部分３Ｄモデルはオーバーラップする領域があるように回転台２０の角度を調整する。物体の全周囲が取得できるようにこれを繰り返す。図７は初期位置に対し９０°の角度で計測物体を取得する場合を示している。ここで個々の部分３Ｄモデルは１つの回転軸を基準にして現され，またそれぞれに対応した回転情報が取得されているので，これらを基に１つの全周囲３Ｄモデルを作成することができる。しかしながらこの状態では回転軸２１の３次元位置計測誤差や３次元計測装置１１の計測誤差により，モデル間の接合状態が悪く繋ぎ目に大きな段差が生じる。従って本実施例では次のような手順にて部分３Ｄモデルの接合を行う。
【００３７】
［ステップ１］：対向する角度で取得された２つの部分３Ｄモデルを１つのセットとし，これを３Ｄモデルセットとする（実施例では０°の角度で取得された部分３Ｄモデルと１８０°の角度で取得された部分３Ｄモデル，４５°の角度で取得された部分３Ｄモデルと２２５°の角度で取得された部分３Ｄモデル，９０°の角度で取得された部分３Ｄモデルと２７０°の角度で取得された部分３Ｄモデル，１３５°の角度で取得された部分３Ｄモデルと３１５°の角度で取得された部分３Ｄモデルのセットとなる）。
【００３８】
［ステップ２］：３Ｄモデルセット内の部分３Ｄモデル間の相対的位置を固定する。
【００３９】
［ステップ３］：回転軸座標とそれぞれの回転情報に基づいて３Ｄモデルセットを配置する（ラフな接合）
【００４０】
［ステップ４］：隣接する３Ｄモデルセット間のオーバーラップする領域において，３Ｄモデルセット内のある点（ｘｉ）に対し最も距離が近い別の３Ｄモデルセットの点（ｘｐ）を探し，これを対応点とする。
【００４１】
［ステップ５］：抽出した対応点の距離の総和が最小になるように３Ｄモデルセットの位置を調整する。これを次式に従って行う。
【数２】
2005189203.tif 000004
ｘｐ，ｘｉはステップ４を参照されたい。
【００４２】
以上の手順に従って個々の部分３Ｄモデルを接合し，全周囲の３Ｄモデルを作成する。これにより，モデル間の繋ぎ目がスムーズになり，高品質な全周囲３Ｄモデルを作成することができる。本実施例では４５°刻みで回転させたがこれに拘ることない。部分３Ｄモデルの個数が奇数の場合は略対応する部分３Ｄモデルを適宜選択し，１つの３Ｄモデルセットだけを１つの部分３Ｄモデルから構成すればよい。
【００４３】
以上で本発明の実施例の説明を終了する。なお，本発明は上述の実施例に限定されるものではなくその趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。例えば，また実施例１および実施例２において最終的な微調整として部分３Ｄモデルを個別に位置調整してもよい。調整の仕方は，手作業にて位置調整してもよいし，先の手順で示した対応点を抽出し，対応点の距離が最小になるように計算機にて計算処理してもよい。
【００４４】
また、上述では略対面する部分３Ｄモデルを１組としたが、異なる配置関係、例えば１つ置きまたは２つ置きの部分３Ｄモデルを組としても良いし、その個数も２につ限られない。また一部の部分３Ｄモデルの対応点のみを考慮して調整を行なうようにしても良い。ただし調整は一方の３Ｄモデルセット全体に行なうことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施例１の構成を模式的に示す図である。
【図２】上述実施例１において使用するキャリブレーション用物体である。
【図３】上述実施例１にて使用する全周囲型３次元計測装置を上からみた場合の全体像である。
【図４】上述実施例１の全周囲型３次元計測装置にて取得した部分的な３Ｄモデルを接合して１つの全周囲３Ｄモデルを作成する方法を説明する図である。
【図５】本発明の実施例２にて回転台の回転軸の３次元位置を取得する方法を説明する図である。
【図６】上述実施例２である物体回転による３次元計測装置にて取得した部分的な３Ｄモデルを接合して１つの全周囲３Ｄモデルを作成する方法を説明する図である。
【図７】上述実施例２である物体回転による３次元計測装置にて取得した部分的な３Ｄモデルを接合して１つの全周囲３Ｄモデルを作成する方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００４６】
１１      ３次元計測装置
１２      座標変換部
１３      座標データ記憶部
１４      ３Ｄモデルセットデータ取出部
１５      対応点決定部
１６      座標データ修正部
２０      回転台
２１      回転軸
【図１】
2005189203.tif 000005
【図２】
2005189203.tif 000006
【図３】
2005189203.tif 000007
【図４】
2005189203.tif 000008
【図５】
2005189203.tif 000009
【図６】
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【図７】
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