計測自動制御学会東北支部第 232 回研究集会(2006.11.24)
資料番号 232-5

広領域生成システム
広領域生成システムをシステムを利用した利用した表面した表面テクスチャ
表面テクスチャのテクスチャの試作
A trial production of a surface texture using the generation system ofan extensive area
○川島真一*，小林義和**，白井健二**○Shin'ichi Kawashima *，Yoshikazu Kobayashi **，Kenji Shirai ****日本大学大学院，**日本大学

Graduate School, Nihon University，，**Nihon University

キーワード：表面テクスチャ（Surface texture），スティッチング（Stitching），相関（correlation）,イメージキルティング (Image Quilting)

連絡先：〒963-8642 福島県郡山市田村町徳定字中河原１番地
日本大学大学院 工学研究科 情報工学専攻 生産システム工学研究室

川島真一，℡.:(024)956-8824,Fax:(024)956-8863,E-mail:s-k@ushiwaka.ce.nihon-u.ac.jp

１．緒言

そこで，本研究では顕微鏡型表面形状測定

工業製品の表面には，テクスチャと呼ばれ器による三次元表面形状データを用いて，実る微細で不規則な凹凸形状が付加されてい測の形状データを基に，パッチベースによりる．このテクスチャは視覚的な付加価値や，広領域の形状データを生成し，表面テクスチ機能の向上を目的としている．テクスチャはャを試作した．実測の形状データを用いるこ

微細で複雑な形状のため，エッチングやブラとで，表面テクスチャの微細な表現を設計し，１）ッシング等により生成されていた ．したが実現することを目的とする．って，その形状の再現は困難である．近年，

２．広領域の広領域の生成方法

トライボロジーにおける表面創成分野の発展と共に，テクスチャ生成のためのアルゴリ

表面形状測定器は，測定部と制御部に分かズムが考案され，テクスチャ形状の表現力はれる．測定部は，観測用カメラ，Ｘ，Ｙ，Ｚ高まってきている．しかしながら，三次元のステージ，各ステージコントローラにより構テクスチャにおいては多数のサンプリング成される．制御部は，ＰＣ（パーソナルコン点を要するため，データ量が厖大になってしピュータ）によって構成される．カメラによまい，設計は非常に困難となっている．

り観測された画像は，画像処理ボードを通し-1-

てＰＣに入力され，画像処理プログラムによ４．スティッチングによるスティッチングによる合成処理による合成処理って全焦点画像および高さデータが作成さデータの合致位置の決定には，隣接するデれる．

ータ間のオーバーラップ領域を用いる．オー

しかしながら，データの測定は顕微鏡型のバーラップ領域間において相関値をとり，比カメラで行っているため，狭い領域の測定と較をすることによって合致位置を決定する．

なり，広領域を計測することができない．そ本研究では相関値の算出に以下の式(１)をこで，画像の合成手法であるスティッチング用いる．

1 N −1−k
R (k ) =∑ x(n + k ) ⋅ y (n)N − 1 n =0を用いて，広領域のテクスチャを作成することとした．これは，Fig.１に示すように，画k = 0,1,2, L , N − 1 （１）像間に重複領域を持たせることで，複数の画像を重ね合わせ，一つの画像とするものである．ここで，Ｘは画像の横，Ｙは画像の縦の

ここで，x(n)，y(n)において N はデータサイズであり，ｄＸがオーバーラップ領域で数であり，k はずらし数である．二つの波形ある．に類似性が見られない場合に相関値 R(k)は０に収束する．したがって，R(k)が最大とな３．狭領域表面形状の狭領域表面形状の観測る時が最も類似性が高いことを意味し，重ね合わせの合致位置であると判断できる．

Fig.２に，狭領域表面形状の観測による出力データを示す．左図は対象形状の画像デーFig.３に，スティッチングの処理結果を示タであり，右図は対象形状の高さデータであす．これは，Fig.２のデータと同様の手順でる．これと同様にして，ＸステージおよびＹ計測を行った，６つのデータを用いて作成しステージを移動させ，Fig.２に接合可能なデたものである．この結果より，広領域データータを取得する．これらのデータは，顕微鏡の生成を確認した．

型カメラとＺステージにより観測された複数枚の連射画像を，焦点合成することにより出力される．また，Ｚステージの調節データを使用することにより，狭領域の全焦点画像だけでなく，高さデータを得る事が可能となる．
Fig.２
２ 表面形状測定器による表面形状測定器による出力による出力データ
出力データ

Fig.１
１ オーバーラップ領域
オーバーラップ領域

Fig.３
３ スティッチング処理結果
スティッチング処理結果-2-

(a) 平滑化処理前の平滑化処理前のテクスチャ

Fig.４
４ ＣＡＤによるＣＡＤによるテクスチャによるテクスチャのテクスチャの表示

５．三次元ＣＡＤ
三次元ＣＡＤへのＣＡＤへの応用への応用
５．１ テクスチャのテクスチャの三次元処理
スティッチング処理により作成されたテ(b) 移動平均による移動平均による平滑化による平滑化

ク ス チ ャ デ ー タ は ， CSV(Comma SeparatedValues)形式ファイルとして保存される．このテクスチャデータの表示を行うため，モデリングカーネルとグラフィック・ライブラリ２）を使用し，三次元 CAD を開発した．Fig.

４にテクスチャデータの三次元処理の結果を示す．これは，Fig.３のデータを三次元表(c) メディアンフィルタによるメディアンフィルタによる平滑化による平滑化示したものである．これにより，計測した表

Fig.５
５ 平滑化による平滑化によるテクスチャによるテクスチャのテクスチャの変化

面データの三次元 CAD への応用を可能とした．

は，メディアンフィルタによる処理結果である．移動平均による平滑化では，高周波成分

５．２ 平滑化による平滑化によるノイズによるノイズ補正
ノイズ補正を平滑化し，ノイズを補正できた．しかしな

Fig.４において，高さデータの取得の際に， がら，同時にエッジ部分の情報が変化してし影になっている輪郭の部分の高さデータにまい，形状が大きく変化している．それに対ノイズがある．これは，データを三次元形状し，メディアンフィルタによる平滑化では，として扱った場合，表面形状の質感に影響しエッジ成分を保持したままの平滑化を実現ている．この質感を解消し，再現性の向上をした．

目的とした移動平均とメディアンフィルタによる平滑化機能を実装した．

５．３ データ接合
データ接合

Fig.５に平滑化機能を適用したテクスチ平滑化機能により，テクスチャ表面の微細ャを示す．Fig.５(a)は処理前のテクスチャなノイズは修正することができた．しかしなであり，Fig.５(b)が移動平均による平滑処がら，合成したテクスチャの接合部では，そ理後のテクスチャである．また，Fig.５(c)

れぞれのデータ間の高さの誤差により段差-3-

Fig.７
７ 接合部の接合部の段差
Fig.６
６ イメージキルティング
参考文献が生じてしまう．このように，変形が大きな

1)小笠原治彦，小林義和，白井健二：自己回場合に平滑化すると，テクスチャ表面の劣化帰モデルに基づく表面テクスチャの任意が起こってしまう．そこで，イメージキルテ作成法，精密工学会春季大会学術講演会公ィング３）による接合処理機能を実装した．

演論文集，（2000）

これは，Fig.６に示すように，重なる境界

2)佐藤允亮，小林義和，白井健二：表面テク領域に対し，高さの誤差を算出し，その値がスチャ生成を目的としたパラメトリック最小となる境界線を求めることで，両データＣＡＤの開発，精密工学会春季大会学術講を接合する手法である．Fig.７に処理した結演会公演論文集，(2004)，p.445

果を示す．左図は，境界領域の中間線におけ

3) A.A. Efros and W.T. Freeman. Image

る接合結果であり，右図はイメージキルティ

quilting for texture synthesis andングによる接合結果である．この結果より，

transfer.

境界線の不連続の除去を確認できた．

341–346, August 2001.

６．結言
６．１ 結論
広領域生成システムの開発を行った結果，以下の結論を得た．
(1)スティッチングにより広領域な表面テクスチャを生成できることを確認した．
(2) 作成した CAD によりノイズおよびデータ接合部の補正を可能とした．
６．２ 今後の今後の課題(1)誤差を抑えたデータの測定方法を考案す
る．
(2)並列化を用いた処理の高速化を図る．
-4-In

SIGGRAPH

2001,

pp.