JP2001208521A

JP2001208521A - ３次元データ処理装置

Info

Publication number: JP2001208521A
Application number: JP2000017419A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Hirayama; 直之平山
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2000-01-26
Filing date: 2000-01-26
Publication date: 2001-08-03

Abstract

(57)【要約】【課題】ワークの加工対象領域を有効に活用可能な３
次元データ処理装置を提供する。【解決手段】平面距離画像８１および平面距離画像８
２は、３次元形状データとしての距離画像８を、ＸＹ平
面およびＹＺ平面に正射影した画像である。また、基準
面８３ａは、距離画像のうちＺの最大値を有する点８ｍ
を通ってＸＹ平面と平行な面であり、境界面８３ｂは、
基準面８３ａをＺ方向に、加工材料であるワークの加工
対象領域の奥行き幅に対応するＺｄだけ平行移動させた
平面である。そして、距離画像８のうち、基準面８３ａ
および境界面８３ｂの外となる部分を不要画像８２ｂと
して、不要画像８２ｂに対応する距離画像データを削除
する。これにより、ワークの加工対象領域の奥行き幅か
らはみ出るデータを削除することができ、ワークの加工
対象領域を有効に活用するデータ処理が行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、立体形状を有する
物体を表現した３次元データを作成するための３次元デ
ータ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、特開平９−１４５３１９号公報
に開示されるように可搬型の非接触式３次元撮影装置
（３次元カメラ）が商品化され、ＣＧ（コンピュータグ
ラフィック）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。非接触の計測方法としては、スリット光投影法（光
切断法）が一般的であるが、他にもパターン光投影法、
ステレオ視法、干渉縞法などが知られている。

【０００３】また、パーソナルコンピュータで利用可能
な３次元ＣＧソフトウェア、及びホビー用の小型の３次
元切削マシンが市販されている。これらを用いれば、一
般家庭でも模型や創作物を手軽に製作することができ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述の３次元撮影装置
によれば、写真をとるのと同程度の手軽さで人体を含む
各種人物の形状をデータ化することができる。非接触式
であるため、人体を計測する場合であっても、計測対象
者が煩わしさを感じることはない。そこで、この３次元
撮影装置を顔面模型の作成に利用することができる。つ
まり、３次元加工機と組み合わせれば、人物の顔を計測
して、ワークを加工し、その場で適当な倍率の模型を作
成することが可能である。

【０００５】そして、そのような加工に際しては、ワー
クの加工対象領域を有効に活用することが望まれる。

【０００６】本発明は、ワークの加工対象領域を有効に
活用可能な３次元データ処理装置の提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１の発明は、所定の視点から立体的な対象物
の対向表面各部までの距離を表現した距離画像データに
基づいて、前記対象物を表現した３次元データを生成
し、それによってワークの立体加工のための情報を得る
３次元データ処理装置であって、(a)前記ワークの加工
対象領域に応じて、前記距離画像データの一部のデータ
を削除し、それによって変換済の距離画像データを得る
変換手段と、(b)前記変換済の距離画像データを利用し
て、前記ワークの加工情報としての３次元データを生成
する手段と、を備える。

【０００８】また、請求項２の発明は、請求項１の発明
に係る３次元データ処理装置において、前記変換手段
は、(a-1)前記距離画像データに対して、前記ワークの
加工対象領域の奥行きに応じた幅だけ相互に離れた２の
面を規定する規定手段と、(a-2)前記距離画像データに
おいて、前記２の面の間の区間よりも外に存在するデー
タを削除し、それによって変換済の距離画像データを得
る手段と、を備える。

【０００９】また、請求項３の発明は、請求項１の発明
に係る３次元データ処理装置において、前記変換手段
は、(a-3)前記距離画像データに対して、前記ワークの
加工対象領域の奥行きに応じた幅だけ相互に離れた２の
面を規定する手段と、(a-4)前記距離画像データにおい
て、前記２の面の間の区間の内に存在するデータを有効
画像データと規定する手段と、(a-5)前記距離画像デー
タを所定の平面に射影した射影面積に対する、前記有効
画像データを前記所定の平面に射影した射影面積の比率
を算出する手段と、(a-6)前記比率が、所定の閾値より
も大きいか否かを判定する判定手段と、(a-7)前記比率
が前記所定の閾値より大きい場合には、前記２の面の間
の区間よりも外に存在するデータを削除し、前記比率が
前記所定の閾値より小さい場合には、前記幅を変更して
前記２の平面を再規定する手段と、を備える。

【００１０】また、請求項４の発明は、請求項１の発明
に係る３次元データ処理装置において、前記変換手段
は、(a-8)操作入力手段と、(a-9)前記操作入力手段の操
作に応答して、前記一部のデータの範囲を特定する手段
と、を備える。

【００１１】また、請求項５の発明は、所定の視点から
立体的な対象物の対向表面各部までの距離を表現した距
離画像に基づいて、前記対象物を表現した３次元データ
を生成し、それによってワークの立体加工のための情報
を得る３次元データ処理装置であって、(a)前記距離画
像を、前記ワークの加工対象領域における基準面に適合
させる回転を行わせ、それによって変換済の距離画像を
得る変換手段と、(b)前記変換済の距離画像を利用し
て、前記ワークの加工情報としての３次元データを生成
する手段と、を備える。

【００１２】また、請求項６の発明は、請求項５の発明
に係る３次元データ処理装置において、前記変換手段
は、定点を中心に、前記距離画像を所定の角度だけ回転
させる。

【００１３】また、請求項７の発明は、請求項５の発明
に係る３次元データ処理装置において、前記変換手段
は、(a-1)前記距離画像における特定の点と前記所定の
視点とを結ぶ直線を規定する手段と、(a-2)前記所定の
視点を通る視線に前記直線を一致させるように前記距離
画像の回転を行わせ、それによって変換済の距離画像を
得る手段と、を備える。

【００１４】また、請求項８の発明は、請求項５の発明
に係る３次元データ処理装置において、前記変換手段
は、(a-3)前記距離画像の輪郭線が適合する平面に対し
て、前記所定の視点からの垂線を規定する手段と、(a-
4)前記所定の視点を通る視線に前記垂線を一致させるよ
うに前記距離画像の回転を行わせ、それによって変換済
の距離画像を得る手段と、を備える。

【００１５】また、請求項９の発明は、請求項５の発明
に係る３次元データ処理装置において、前記変換手段
は、(a-5)操作入力手段と、(a-6)前記操作入力手段の操
作に応答して、前記距離画像を回転させ、それによって
変換済の距離画像を得る手段と、を備える。

【００１６】また、請求項１０の発明は、所定の視点か
ら立体的な対象物の対向表面各部までの距離を表現した
距離画像に基づいて、前記対象物を表現した３次元デー
タを生成し、それによってワークの立体加工のための情
報を得る３次元データ処理装置であって、(a)前記距離
画像の奥行きの方向に直交する境界面により、前記距離
画像を複数の領域に分割する分割手段と、(b)前記境界
線の位置を変更可能とする変更手段と、(c)前記複数の
領域を、所定の倍率で奥行きの方向にそれぞれスケール
変換し、それによって変換済の距離画像を得る変換手段
と、(d)前記変換済の距離画像を利用して、前記ワーク
の加工情報としての３次元データを生成する手段と、を
備える。

【００１７】また、請求項１１の発明は、請求項１０の
発明に係る３次元データ処理装置において、前記変換手
段は、(c-1)操作入力手段と、(c-2)前記操作入力手段の
操作に応答して、前記所定の倍率を設定する手段と、を
備える。

【００１８】

【発明の実施の形態】＜立体模型作成装置の要部構成＞
図１は、本発明に係る３次元データ処理装置が組み込ま
れた立体模型作成装置１の外観図である。この立体模型
作成装置１の全体構成は、後述する各実施形態に共通の
例になっている。

【００１９】立体模型作成装置１は、立体模型を作成す
るための３次元的なオリジナル物体（以下「対象物」）
の形状を計測し、その計測データに基づいて素材を、そ
の場で加工する機能を有しており、利用客の顔をかたど
った小物品の自動販売機として使用される。作成される
物品は、所定形状（例えば四角形）の板面から顔面の模
型がレリーフ状に突き出た立体である。板面（背景部
分）に特定の起伏模様を付加することも可能である。こ
のような物品に適当な金具を取り付ければ、ペンダン
ト、ブローチ、キーホルダなどのアクセサリーとなる。
予め素材に金具を取り付けておいてもよい。

【００２０】立体模型作成装置１は、加工材料であるワ
ーク９を加工する箱形の加工システム２が設けられてい
る。この加工システム２は、ワーク９を加工するための
加工装置２１と、加工が完了したワークを取り出すため
の取出口２２と、加工の際に点灯させるランプ２３とを
有している。また、ワーク９については、切削加工の最
背面、すなわち加工装置２１に最も遠い面９ｓを加工基
準面とし、この加工基準面に対する垂線の方向を奥行き
方向とする。

【００２１】加工システム２の上面には、利用客を撮影
する撮影装置３とともに、利用客がポーズを確認するた
めのディスプレイ４とデータ処理装置５と操作入力のた
めのマウス６とが載置されている。撮影装置３には、光
学式３次元計測のための投光窓３１および受光窓３２と
が設けられている。受光窓３２は２次元のカラー撮影に
も用いられる。

【００２２】図２は、立体模型作成装置１の機能ブロッ
クである。

【００２３】立体模型作成装置１は、模型サイズの３次
元形状モデルを生成するモデリングシステム１０と、３
次元形状モデルを顕在化する加工システム２とから構成
されている。

【００２４】モデリングシステム１０は、オリジナル物
体である利用客の外観情報をデジタルデータに変換（デ
ータ化）する撮影装置３を含んでいる。撮影装置３は、
スリット光投影法で形状情報をデータ化して、３次元の
距離画像データ（３次元画像データ）ＤＳを出力する３
次元撮影装置３１、色情報をデータ化して２次元のカラ
ー画像データＤＣを出力する２次元撮像装置３２、及び
コントローラ３３より構成されている。

【００２５】ここで、距離画像データＤＳはＸＹＺの直
交座標系における座標値として与えられるデータであ
り、３次元撮影装置３１内の計測基準点である視点（撮
影レンズの中心）から対象物の対向表面上の各計測点ま
での距離の分布情報を与える距離分布画像データであ
る。距離画像データＤＳには、対象物からの反射光の計
測データが得られたか否かを示す有効フラグの情報も含
まれる。

【００２６】他方、カラー画像データＤＣは、対象物の
２次元的カラー画像の各画素を、３原色データ、即ち、
Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）のそれぞ
れの色成分の階調によって表現したデータである。ここ
では、３次元計測と２次元撮影とを同一視点（１眼レン
ズ）から行う撮影装置３を用いているため、距離画像デ
ータＤＳとカラー画像データＤＣとの対応付けを極めて
容易に行うことができる。これら距離画像データＤＳ及
びカラー画像データＤＣは、後述する３次元データ処理
装置５に入力される。

【００２７】なお、３次元計測法として、スリット光投
影法に代えて他の手法を用いてもよい。

【００２８】３次元データ処理装置５は、データ修正を
含む各種のデータ処理を行って加工システム２で利用可
能な加工データＤＭを生成する。３次元データ処理装置
５のコントローラ５１は、ＣＰＵおよびメモリを含んで
構成されており、周辺のハードウエア回路と協働しつ
つ、所定のソフトウエアに従って画像処理を含む各種の
データ処理を行う。また、このコントローラ５１は、立
体模型作成装置１の全体的な制御をも担い、撮影装置３
のコントローラ３３及び加工システム２のコントローラ
２５に適切な指示を与える。このコントローラ５１に
は、ディスプレイ４及び操作入力部６が接続されてい
る。また、３次元データ処理装置５には、距離画像デー
タＤＳなどを記憶する記憶装置７が接続されている。

【００２９】一方、加工システム２は、金属や樹脂ブロ
ックなどの材料を切削する加工装置２１と、ワーク９の
加工位置への供給と加工品の取出口２２への搬送を行う
材料供給装置２４と、コントローラ２５と、コントロー
ラ２５に接続する記憶装置２６とを備えている。

【００３０】なお、撮影装置３及び加工システム２の制
御をコントローラ５１に受け持たせ、コントローラ３３
及びコントローラ２５を省略した回路構成を採用しても
よい。

【００３１】＜立体模型作成装置１の動作の概要＞図３
は、立体模型作成装置１の動作の概要を説明するフロー
チャートである。また、立体模型作成装置１の動作の概
要は、後述する各実施形態に共通の例になっている。以
下、同図を参照して、その基本動作の処理手順を説明す
る。

【００３２】ステップＳ１では、利用客の頭部付近を対
象物として、基準位置に配置された撮影装置３によって
撮影されたカラー画像をリアルタイムで表示する。ここ
では、このカラー画像に重ねて、あらかじめ準備されて
記憶されているワーク９の加工対象領域の形状に対応す
る外形線を表示する。なお、加工対象領域以外は、所定
の一色で表示し、加工対象領域内にのみ撮影されたカラ
ー画像を表示するようにしてもよい。

【００３３】ステップＳ２では、データ取得のための撮
影を行う操作入力が行われたかを判定する。ここでは、
上記のカラー画像と外形線がほぼ適合する状態であり、
希望する大きさ・位置になったと利用客が判断すると、
利用客はディスプレイ４に表示されているスタートボタ
ン（図示せず）をマウス６でクリックすることにより、
カラー画像の位置およびサイズを確定する。そして、操
作入力が行われた場合には、ステップＳ３に進み、操作
入力が行われていない場合には、ステップＳ１に戻る。

【００３４】ステップＳ３では、撮影装置３によって利
用客の２次元のカラー画像データＤＣを取得する。ここ
において、ステップＳ１において撮影された２次元カラ
ー画像の取得が高分解能で行われてる場合には、繰り返
して取り込まれている２次元画像データのうち、スター
トボタンをマウス６によりクリックした時点の画像の情
報をカラー画像データＤＣとして採用してもよいが、低
分解能で行っている場合にはこの時点で高分解能の撮影
を行うことによって、３次元加工のための高分解能の２
次元カラー画像データＤＣの取得を行う。

【００３５】ステップＳ４では、撮影装置３によって、
対象物の３次元データ、すなわち距離画像データＤＳの
取得を行う。

【００３６】ステップＳ５では、距離画像データＤＳを
ワーク９に有効活用できるように編集操作を行う。すな
わち、２次元のカラー画像データＤＣをディスプレイ４
に表示して、この画像と上記の外形線とが適正に適合す
るように編集する。これは、上記のステップＳ２におい
てカラー画像と外形線とが概略適合している状態であっ
たものを、さらに微調整する操作となる。

【００３７】ステップＳ６では、ステップＳ４で取得し
た距離画像データＤＳがノイズやデータの欠落（例えば
頭髪部分）等を含む生データであるため、この距離画像
データＤＳに対するデータ補正処理を行う。

【００３８】ステップＳ７では、ワーク９の加工対象領
域に適合させるために、距離画像データＤＳを３次元的
に表現した距離画像のデータ調整処理を行う（後述）。

【００３９】ステップＳ８では、３次元形状モデルに基
づいて加工条件データベースを参照して加工制御用のデ
ータを生成する。

【００４０】ステップＳ９では、上記の加工データに基
づき、ワーク９の加工を行う。そして、加工が完了した
ワーク９は、取出口２２に排出される。

【００４１】以下では、上記の距離画像のデータ調整処
理の動作を説明する。

【００４２】図４は、データ調整処理の動作を説明する
フローチャートであり、図３に示すフローチャートのＳ
７に対応している。

【００４３】まず、ステップＳ７１では、ワーク９の外
形線とカラー画像との幾何学的な関係に基づき、ワーク
９の加工対象領域に適合するように距離画像の相似変換
を行う。

【００４４】ステップＳ７２では、距離画像データＤＳ
における不要データの削除を行う。具体的な動作は、後
述する。

【００４５】ステップＳ７３では、ワーク９の加工基準
面９ｓに適合するように距離画像を回転する。具体的な
動作は、後述する。なお、ステップＳ７２とステップＳ
７３との順番を入れ替えて処理を行っても良い。

【００４６】ステップＳ７４では、ワーク９の加工対象
領域に適合するように、距離画像を奥行き方向に圧縮す
る。具体的な動作は、後述する。

【００４７】以下では、これらのステップＳ７２〜Ｓ７
４における動作を順次に説明する。

【００４８】＜第１実施形態（不要データ削除の第１
例）＞第１実施形態は、図４のステップＳ７２の第１例
に相当しており、上述した構成の立体模型作成装置１を
用い、距離画像データＤＳにおける不要データ削除の動
作である。これは、データ処理装置５のコントローラ５
１により自動的に行われる。

【００４９】図５は、距離画像８の不要データ削除の動
作を説明する概念図である。

【００５０】平面距離画像８１および平面距離画像８２
は、距離画像データＤＳで表現された３次元の距離画像
８を、ＸＹ平面およびＹＺ平面に正射影した平面画像で
ある。

【００５１】また、基準面８３ａは、距離画像データＤ
ＳのうちＺの最大値を有する点８ｍを通ってＸＹ平面と
平行な面である。ここで、距離画像８における輪郭８ｒ
の画素のＺ値のばらつきが少ない領域（非分散領域）
が、例えば顔面の上部（図中の破線部Ｕ）であると分か
っている場合には、この非分散領域のうちＺの最小値を
有する点を通る平面を基準面８３ａとしても良い。

【００５２】境界面８３ｂは、基準面８３ａをＺ方向
に、ワーク９の加工対象領域の奥行き幅に対応するＺｄ
だけ平行移動させた平面である。

【００５３】そして、距離画像８のうち、基準面８３ａ
と境界面８３ｂとによって挟まれた区間（対象区間）Ｓ
Ｃ内に存在する部分を有効画像８２ａとし、対象区間Ｓ
Ｃの外に存在する部分を不要画像８２ｂ（平行斜線部）
として、不要画像８２ａに対応する距離画像データＤＳ
を削除する。これにより、ワーク９の加工対象領域の奥
行き幅からはみ出るデータの削除が容易に行え、ワーク
９の加工対象領域を有効に活用するデータ処理が行え
る。

【００５４】なお、第１実施形態の動作に係るフローチ
ャートを図１８に示す。

【００５５】第１実施形態については、２つの平面８３
ａ、８３ｂの代わりに、所定の湾曲面を基準面や境界面
として採用してもよい。

【００５６】＜第２実施形態（不要データ削除の第２
例）＞第２実施形態においても、上述した構成の立体模
型作成装置１を用い、距離画像データＤＳにおける不要
データの削除を行う。第２実施形態では、第１実施形態
の動作に加え、不要データとしての削除領域が適切であ
るかを判定する動作が追加されている。以下で、第２実
施形態に係る動作を説明する。

【００５７】まず、初期設定されている幅Ｚｄを用い、
第１実施形態と同様に距離画像８の分割を行い、有効画
像８２ａと不要画像８２ｂとに分ける（図５参照）。

【００５８】次に、図６に示すように、３次元の有効画
像８２ａと不要画像８２ｂとをＸＹ平面に正射影した射
影画像８１ａの射影面積Ａを算出する。そして、距離画
像８の全体画像をＸＹ平面に射影した射影面積Ａ０（射
影画像８１ａと射影画像８１ｂとの合計面積）に対する
射影画像８１ａの射影面積の比率Ｒ＝（Ａ／Ａ０）を計
算する。この面積比率Ｒが、予め設定されている閾値Ｔ
Ｈ（例えば９０％）よりも大きい場合には、このＺｄを
用いて第１実施形態と同様のデータ削除を行う。ここ
で、面積比率Ｒが上記の閾値ＴＨよりも小さい場合に
は、幅Ｚｄを所定の変化値（例えばＺｄ／１０）だけ大
きくして、基準面８３ａに対する境界面８３ｂを再設定
しなおして、再度、面積比率Ｒの計算を行う。そして、
面積比率Ｒが上記の閾値ＴＨより大きくなるまで面積比
率Ｒの計算を繰り返し、閾値ＴＨより大きくなったとき
の幅Ｚｄの値に基づき距離画像データＤＳの削除を行
う。

【００５９】これにより、第１実施形態の効果と同様
に、ワーク９の加工対象領域を有効に活用するデータ処
理が行える。さらに、第２実施形態では、距離画像デー
タＤＳの過剰な削除が防止できる。

【００６０】なお、第２実施形態の動作に係るフローチ
ャートを図１９に示す。

【００６１】＜第３実施形態（不要データ削除の第３
例）＞第３実施形態においても、上述した構成の立体模
型作成装置１を用い、距離画像データＤＳにおける不要
データを削除する。この動作は、ディスプレイ４の表示
を確認しながら、利用客自身によるマウス６の操作によ
り行われる。

【００６２】図７は、距離画像の不要データ削除の動作
に係るディスプレイ４の表示の例を示す図である。

【００６３】まず、図７（ａ）のように、３次元の距離
画像を所望の２視点、例えば前方及び右方から見た平面
距離画像８１、８２がディスプレイ４に表示される。な
お、平面距離画像８１、８２については、図８に示すよ
うに、距離画像においてＺ値が大きくなるほど明度を低
くするグラデーション表示を行い、視覚的に認識し易い
ようにする。なお、Ｚ値の距離（座標）に応じて色を変
化させるグラデーション表示をするようにしてもよい。

【００６４】なお、図７（ａ）に示す画面については、
図７（ｂ）に示すように『前』『後』『右』『左』
『上』『下』の６視点を表すボタンから、所定のボタン
をマウス６でクリックすることにより、視点を選択でき
るようにしても良い。具体的には、前方から見た距離画
像８１は『前』ボタン４１ａのクリックによって選択さ
れ、右方から見た距離画像８２は『右』ボタン４１ｂの
クリックによって選択される。

【００６５】また、図７（ｃ）に示すように、マウス６
の左ボタンの押下によって、『前』『後』『右』『左』
『上』『下』の順に、視点が変更された距離画像８１、
８２を表示するようにしても良い。なお、図中のマーク
４２は、マウス６のボタンによって視点の変更可能なこ
とを示すものである。

【００６６】次に、図７（ａ）のようにディスプレイ４
に表示された平面距離画像８１、８２に対して、削除す
る領域をデバイス操作により指定する方法について説明
する。なお、この図８では、便宜上、図９〜図１１に示
す顔面の像を楕円球で示してある。

【００６７】まず、図９（ａ）に示すように、ディスプ
レイ４にペン４３が表示される。そして、マウス６の操
作によりペン４３を移動させて、図９（ｂ）に示すよう
に、削除対象となる距離画像の削除箇所８２ｂ（黒塗り
部）を指定する。削除対象の領域が決定すると、マウス
６のボタンを押下することにより、距離画像８において
削除箇所８２ｂのデータ削除が行われる。なお、平面距
離画像８２にて指定された領域を平面距離画像８１に反
映させるため、該当箇所８１ｂを強調表示し、利用者に
よる視認の便宜を図っている。

【００６８】なお、図１０に示すように、上記のペン４
３の代わりに、マウス６のドラッグ操作により表示され
る矩形４４を用いて、距離画像８における削除箇所８２
ｂの削除を行っても良い。

【００６９】また、図１１に示すように、上記のペン４
３の代わりに、境界線４５をマウス６の操作により移動
させて、距離画像８における削除箇所８２ｂの削除を行
っても良い。

【００７０】以上の操作により、距離画像について所望
のデータ削除が行え、ワーク９の加工対象領域を有効に
活用するデータ処理を行うことができる。

【００７１】なお、第３実施形態の動作に係るフローチ
ャートを図２０に示す。

【００７２】＜第４実施形態（回転動作の第１例）＞第
４実施形態は、図４のステップＳ７３の第１例に相当し
ており、上述した構成の立体模型作成装置１を用い、距
離画像を回転する動作である。この動作は、データ処理
装置５のコントローラ５１により自動的に行われる。

【００７３】図１２は、距離画像の回転動作を説明する
概念図である。

【００７４】ここでは、３次元座標における定点、例え
ば視点０ｖを中心として所定の方向（例えばＸＹ平面内
の回転方向）に、予め設定されている角度αだけ距離画
像８を回転する動作を行う。この角度αは、ワーク９の
加工基準面９ｓに対する被写体の傾斜具合が想定できる
場合に、この傾斜具合に基づく幾何学的な計算により、
また複数の撮影結果に基づいてあらかじめ統計的に求め
るようにする。

【００７５】これにより、図１３（ａ）のように加工基
準面９ｓ（図１）に対して平面距離画像８２が傾いてい
る場合でも、距離画像に回転を加えることによって、図
１３（ｂ）のように加工基準面９ｓに対して距離画像の
方向を適切に適合させることができる。その結果、ワー
ク９に距離画像をフィッティングでき、ワーク９の加工
対象領域を有効に活用するデータ処理が行える。

【００７６】なお、第４実施形態の動作に係るフローチ
ャートを図２１に示す。

【００７７】＜第５実施形態（回転動作の第２例）＞第
５実施形態に係る動作も、上述した構成の立体模型作成
装置１を用い、距離画像を回転する。この動作は、デー
タ処理装置５のコントローラ５１により自動的に行われ
る。

【００７８】図１４（ａ）は、距離画像の回転動作を説
明する概念図である。

【００７９】まず、距離画像８上の重心Ｇから視点Ｏｖ
を通る直線８５を求める。なお、重心Ｇからではなく、
距離画像８のモデルとなっている対象物の特徴点（例え
ば目、鼻先など）から視点Ｏｖを通る直線を求めても良
い。

【００８０】次に、視点Ｏｖから伸びる視線Ｌｖに、上
記の直線８５を一致させるための角度βを求める。ここ
で、視線Ｌｖは、図１４（ｂ）に示すように、３次元撮
影装置３１における３次元撮影用のＣＣＤ３５の中心３
５ｃと、レンズ３６の中心３６ｃとを結ぶ直線である。
この角度βに基づき、距離画像８を視点Ｏｖを中心とし
て回転するデータ変換を行う。

【００８１】これにより、図１３に示すようにワーク９
に距離画像をフィッティングでき、ワーク９の加工対象
領域を有効に活用するデータ処理が行える。

【００８２】なお、第５実施形態の動作に係るフローチ
ャートを図２２に示す。

【００８３】＜第６実施形態（回転動作の第３例）＞第
６実施形態に係る動作でも、上述した構成の立体模型作
成装置１を用い、距離画像を回転する。この動作は、デ
ータ処理装置５のコントローラ５１により自動的に行わ
れる。

【００８４】図１５は、距離画像の回転動作を説明する
概念図である。

【００８５】まず、最小２乗法などを利用することによ
り、距離画像８の輪郭線８ｆにフィットする平面８ｐを
求める。そして、この平面８ｐに対して、視点Ｏｖから
垂線８６を引く。

【００８６】次に、視点Ｏｖを通る視線Ｌｖに、上記の
垂線８６を一致させるための角度γを求める。この角度
γに基づき、距離画像８を視点Ｏｖを中心として回転す
るデータ変換を行う。

【００８７】これにより、図１３に示すようにワーク９
に距離画像をフィッティングでき、ワーク９の加工対象
領域を有効に活用するデータ処理が行える。

【００８８】なお、第６実施形態の動作に係るフローチ
ャートを図２３に示す。

【００８９】＜第７実施形態（回転動作の第３例）＞第
７実施形態に係る動作でも、上述した構成の立体模型作
成装置１を用い、距離画像を回転する。この動作は、デ
ィスプレイ４の表示を確認しながら、利用客自身による
マウス６の操作により行われる。

【００９０】図１６は、距離画像の回転操作を説明する
図である。

【００９１】まず、図１６（ｂ）に示すように、３次元
の距離画像を所定の２視点、具体的には前方及び右方か
ら見た平面距離画像８１、８２がディスプレイ４に表示
される。

【００９２】ここでは、マウス６のボタン操作により、
図１６（ａ）に平面距離画像８１ｓ、８２ｓとして示す
ように、距離画像８が水平軸を中心に回転されたり、図
１６（ｃ）に示す平面距離画像８１ｔ、８２ｔのよう
に、距離画像８が垂直軸を中心に回転される。

【００９３】このようなマウス操作によって、距離画像
８において所望の回転が得られれば、マウス６のボタン
の押下により、回転角度が確定して距離画像８を３次元
的に回転させるデータ変換が行われる。

【００９４】以上の操作ににより、距離画像について所
望の回転が行え、ワーク９の加工対象領域を有効に活用
するデータ処理が行えることとなる。

【００９５】なお、第７実施形態の動作に係るフローチ
ャートを図２４に示す。

【００９６】＜第８実施形態（奥行きスケーリングの
例）＞第８実施形態は、ステップＳ７４の奥行き圧縮
（一般的には奥行きスケーリング）の例に相当してお
り、上述した構成の立体模型作成装置１を用い、距離画
像を奥行き方向に圧縮する。この動作は、ディスプレイ
４の表示を確認しながら、利用客自身によるマウス６の
操作により行われる。

【００９７】図１７は、距離画像の圧縮動作を説明する
図である。

【００９８】まず、図１７（ａ）のように、ディスプレ
イ４に平面距離画像８２が表示されるとともに、３つの
エリアＲａ、Ｒｂ、Ｒｃと、これらの領域分けをする２
つの境界線４６ａ、４６ｂとが表示される。また、各エ
リアごとの圧縮率表示４７が行われる。

【００９９】そして、図１７（ｂ）のように、マウス６
の操作によって境界線４６ｂはＺ方向に平行移動し、所
望の大きさのエリアＲａ、Ｒｂ、Ｒｃを設定することが
できる。また、圧縮率表示４７に数値を入力することに
より、各エリアＲａ、Ｒｂ、Ｒｃごとに所望の圧縮率を
設定できる。各エリアＲａ、Ｒｂ、Ｒｃごとの圧縮率
は、互いに異なっていてもよく、互いに同一であっても
よい。

【０１００】次に、マウス６のボタンの押下により、図
１７（ｃ）のように各エリアＲａ、Ｒｂ、Ｒｃごとに設
定されている圧縮率で、奥行き方向（Ｚ方向）に距離画
像が圧縮される。ここで、圧縮された距離画像の奥行き
は、ワーク９の加工対象領域の奥行きに対応するものと
なる。

【０１０１】これにより、ワーク９に距離画像をフィッ
ティングでき、ワーク９の加工対象領域を有効に活用す
るデータ処理が行える。

【０１０２】なお、第８実施形態の動作に係るフローチ
ャートを図２５に示す。

【０１０３】第８実施形態におけるエリア分割は、３つ
であることは必須ではなく、２つでも４つ以上でも良
い。

【０１０４】また、ワーク９の加工対象領域の奥行きが
距離画像の奥行きに比較して大きい場合には、距離画像
を伸張するデータ処理を行うのが望ましい。

【０１０５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし請
求項１１の発明によれば、ワークの加工対象領域に応じ
て距離画像に対するデータ処理を行うため、ワークの加
工対象領域を有効に活用できる。

【０１０６】特に、請求項２の発明においては、ワーク
の加工対象領域の奥行きに応じた幅だけ相互に離れた２
の面の間の区間よりも外に存在するデータを削除するた
め、距離画像のデータ削除が簡易にできる。

【０１０７】また、請求項３の発明においては、距離画
像データを所定の平面に射影した射影面積に対する、有
効画像データを所定の平面に射影した射影面積の比率を
用いて、データ削除を行うかを判定するため、距離画像
データの過剰な削除を防止できる。

【０１０８】また、請求項７の発明においては、距離画
像における特定の点と所定の視点とを結ぶ直線を視線に
一致させるように距離画像の回転を行うため、距離画像
の回転を簡易にできる。

【０１０９】また、請求項８の発明においては、距離画
像の輪郭線が適合される平面に対する所定の視点からの
垂線を視線に一致させるように距離画像の回転を行うた
め、距離画像の回転が適切に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る３次元データ処理装置が組み込ま
れた立体模型作成装置１の外観図である。

【図２】立体模型作成装置１の機能ブロック図である。

【図３】立体模型作成装置１の動作の概要を説明するフ
ローチャートである。

【図４】データ調整処理の動作を説明するフローチャー
トである。

【図５】距離画像の不要データ削除の動作を説明する概
念図である。

【図６】距離画像における有効画像８２ａと不要画像８
２ｂとを正射影した図である。

【図７】距離画像の不要データ削除の動作に係るディス
プレイ４表示の例を示す図である。

【図８】距離画像のグラデュエーション表示を示す図で
ある。

【図９】距離画像の不要データ削除の操作を説明する図
である。

【図１０】距離画像の不要データ削除の操作を説明する
図である。

【図１１】距離画像の不要データ削除の操作を説明する
図である。

【図１２】距離画像の回転動作を説明する概念図であ
る。

【図１３】加工基準面９ｓに対する距離画像の適合を説
明する図である。

【図１４】距離画像の回転動作を説明する概念図であ
る。

【図１５】距離画像の回転動作を説明する概念図であ
る。

【図１６】距離画像の回転操作を説明する図である。

【図１７】距離画像の圧縮動作を説明する図である。

【図１８】第１実施形態の動作に係るフローチャートで
ある。

【図１９】第２実施形態の動作に係るフローチャートで
ある。

【図２０】第３実施形態の動作に係るフローチャートで
ある。

【図２１】第４実施形態の動作に係るフローチャートで
ある。

【図２２】第５実施形態の動作に係るフローチャートで
ある。

【図２３】第６実施形態の動作に係るフローチャートで
ある。

【図２４】第７実施形態の動作に係るフローチャートで
ある。

【図２５】第８実施形態の動作に係るフローチャートで
ある。

【符号の説明】

１立体模型作成装置３撮影装置４ディスプレイ５データ処理装置８距離画像９ワーク９ｓ加工基準面２１加工装置８１、８２平面距離画像

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA04 AA06 AA53 BB05 CC16 EE00 FF01 FF02 FF04 FF09 HH05 JJ03 JJ05 JJ26 LL04 NN20 QQ00 QQ03 QQ21 QQ23 QQ24 QQ25 QQ26 SS02 SS13 5B050 BA09 DA07 EA23 EA26 FA02 5H269 AB01 BB07 JJ09 JJ20 9A001 HH24 HH28 HH29 JJ50 KK54

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の視点から立体的な対象物の対向表
面各部までの距離を表現した距離画像データに基づい
て、前記対象物を表現した３次元データを生成し、それ
によってワークの立体加工のための情報を得る３次元デ
ータ処理装置であって、 (a)前記ワークの加工対象領域に応じて、前記距離画像
データの一部のデータを削除し、それによって変換済の
距離画像データを得る変換手段と、 (b)前記変換済の距離画像データを利用して、前記ワー
クの加工情報としての３次元データを生成する手段と、
を備えることを特徴とする３次元データ処理装置。
【請求項２】請求項１に記載の３次元データ処理装置
において、前記変換手段は、 (a-1)前記距離画像データに対して、前記ワークの加工
対象領域の奥行きに応じた幅だけ相互に離れた２の面を
規定する規定手段と、 (a-2)前記距離画像データにおいて、前記２の面の間の
区間よりも外に存在するデータを削除し、それによって
変換済の距離画像データを得る手段と、を備えることを
特徴とする３次元データ処理装置。
【請求項３】請求項１に記載の３次元データ処理装置
において、前記変換手段は、 (a-3)前記距離画像データに対して、前記ワークの加工
対象領域の奥行きに応じた幅だけ相互に離れた２の面を
規定する手段と、 (a-4)前記距離画像データにおいて、前記２の面の間の
区間の内に存在するデータを有効画像データと規定する
手段と、 (a-5)前記距離画像データを所定の平面に射影した射影
面積に対する、前記有効画像データを前記所定の平面に
射影した射影面積の比率を算出する手段と、 (a-6)前記比率が、所定の閾値よりも大きいか否かを判
定する判定手段と、 (a-7)前記比率が前記所定の閾値より大きい場合には、
前記２の面の間の区間よりも外に存在するデータを削除
し、前記比率が前記所定の閾値より小さい場合には、前
記幅を変更して前記２の平面を再規定する手段と、を備えることを特徴とする３次元データ処理装置。
【請求項４】請求項１に記載の３次元データ処理装置
において、前記変換手段は、 (a-8)操作入力手段と、 (a-9)前記操作入力手段の操作に応答して、前記一部の
データの範囲を特定する手段と、を備えることを特徴と
する３次元データ処理装置。
【請求項５】所定の視点から立体的な対象物の対向表
面各部までの距離を表現した距離画像に基づいて、前記
対象物を表現した３次元データを生成し、それによって
ワークの立体加工のための情報を得る３次元データ処理
装置であって、 (a)前記距離画像を、前記ワークの加工対象領域におけ
る基準面に適合させる回転を行わせ、それによって変換
済の距離画像を得る変換手段と、 (b)前記変換済の距離画像を利用して、前記ワークの加
工情報としての３次元データを生成する手段と、を備え
ることを特徴とする３次元データ処理装置。
【請求項６】請求項５に記載の３次元データ処理装置
において、前記変換手段は、定点を中心に、前記距離画像を所定の
角度だけ回転させることを特徴とする３次元データ処理
装置。
【請求項７】請求項５に記載の３次元データ処理装置
において、前記変換手段は、 (a-1)前記距離画像における特定の点と前記所定の視点
とを結ぶ直線を規定する手段と、 (a-2)前記所定の視点を通る視線に前記直線を一致させ
るように前記距離画像の回転を行わせ、それによって変
換済の距離画像を得る手段と、を備えることを特徴とす
る３次元データ処理装置。
【請求項８】請求項５に記載の３次元データ処理装置
において、前記変換手段は、 (a-3)前記距離画像の輪郭線が適合する平面に対して、
前記所定の視点からの垂線を規定する手段と、 (a-4)前記所定の視点を通る視線に前記垂線を一致させ
るように前記距離画像の回転を行わせ、それによって変
換済の距離画像を得る手段と、を備えることを特徴とす
る３次元データ処理装置。
【請求項９】請求項５に記載の３次元データ処理装置
において、前記変換手段は、 (a-5)操作入力手段と、 (a-6)前記操作入力手段の操作に応答して、前記距離画
像を回転させ、それによって変換済の距離画像を得る手
段と、を備えることを特徴とする３次元データ処理装
置。
【請求項１０】所定の視点から立体的な対象物の対向
表面各部までの距離を表現した距離画像に基づいて、前
記対象物を表現した３次元データを生成し、それによっ
てワークの立体加工のための情報を得る３次元データ処
理装置であって、 (a)前記距離画像の奥行きの方向に直交する境界面によ
り、前記距離画像を複数の領域に分割する分割手段と、 (b)前記境界線の位置を変更可能とする変更手段と、 (c)前記複数の領域を、所定の倍率で奥行きの方向にそ
れぞれスケール変換し、それによって変換済の距離画像
を得る変換手段と、 (d)前記変換済の距離画像を利用して、前記ワークの加
工情報としての３次元データを生成する手段と、を備え
ることを特徴とする３次元データ処理装置。
【請求項１１】請求項１０に記載の３次元データ処理
装置において、前記変換手段は、 (c-1)操作入力手段と、 (c-2)前記操作入力手段の操作に応答して、前記所定の
倍率を設定する手段と、を備えることを特徴とする３次
元データ処理装置。