JPH11312228A

JPH11312228A - ３次元形状データ処理装置

Info

Publication number: JPH11312228A
Application number: JP10118091A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Ban; 慎一伴
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1998-04-28
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 1999-11-09

Abstract

(57)【要約】【課題】物体のうちの特定部分の抽出の精度を高める。【解決手段】物体に対する３次元計測によって得られた
距離画像Ｇ１０を細分化し、各区画の空間周波数の分布
に基づいて、物体の３次元形状モデルのうちの所定のデ
ータ処理を加えるべき特定部分を設定する手段を設け
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、実存する物体の模
型を作成するための３次元形状データ処理に関する。

【０００２】

【従来の技術】可搬型の非接触式３次元計測装置（３次
元カメラ）が商品化され、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。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】一方、利用客の顔写真シールをその場で作
成する一種の自動販売機が人気を集めている。利用客は
料金分の硬貨を投入し、モニタ画像を見ながらカメラの
前で好みのポーズをとる。そして、所定の操作を行う
と、一定数のシールが並んだシートが作成されて取出口
に排出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述の３次元計測装置
によれば、写真をとるのと同程度の手軽さで人体を含む
各種物体の形状をデータ化することができる。非接触式
であるので、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
計測装置を顔写真ならぬ顔面模型の作成に利用すること
が考えられる。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。

【０００６】しかし、非接触式と接触式とに係わらず頭
髪部分の形状を毛髪１本１本まで正確に計測するのは困
難である。また、正確な計測が行えたとしても、加工の
分解能が高くなければ平坦に加工されてしまう。さらに
分解能の高い加工装置を用いて正確な加工が行えたとし
ても、起伏が微小であり、一見すると平坦に見えてしま
う。いずれにしても、顔面模型の頭髪部分が平坦すぎて
毛髪の質感が得られないという問題があった。

【０００７】この問題を解決するため、毛髪に似せた起
伏模様を付加することが考えられる。ただし、模型のう
ちの起伏模様を付加する部分を正しく設定しなければな
らない。

【０００８】本発明は物体のうちの特定部分の抽出の精
度を高めることを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明においては、物体
の３次元計測情報（距離画像）又は２次元撮影情報を参
照し、参照した画像の空間周波数の分析によって形状モ
デルのうちの特定部分を抽出する。そして、その特定部
分に対してデータ処理を加える。例えば人体の形状モデ
ルから頭髪部分を抽出し、毛髪の質感を表す起伏模様を
付加する。データ処理としては変形、置換、テクスチャ
マッピングなどがある。

【００１０】空間周波数の分析によれば、一般に行われ
ている色情報の分析よりも確実に頭髪部分を特定するこ
とができる。すなわち、髪の色は多様化しており肌の色
も千差万別であるので、髪と顔との色判別の信頼性を高
めるのは難しい。これに対して、“頭髪部分は顔面部分
より高周波成分が多い”という周波数分布の差異は普遍
的であるので、多様な状況においても誤判別が起こりに
くい。

【００１１】請求項１の発明に係る装置は、物体の３次
元形状モデルのうちの特定部分に対してデータ処理を加
える３次元形状データ処理装置であって、前記物体に対
する３次元計測によって得られた距離画像を細分化し、
当該距離画像の各区画の空間周波数の分布に基づいて前
記特定部分を設定するものである。

【００１２】請求項２の発明に係る３次元形状データ処
理装置は、前記物体に対する３次元計測によって得られ
た距離画像を細分化し、区画毎に空間周波数の分布を求
めて高周波成分の度合いを判別し、前記３次元形状モデ
ルにおける前記距離画像の区画のうちの高周波成分の度
合いの大きい区画に対応した部分を前記特定部分として
設定するものである。

【００１３】請求項３の発明に係る３次元形状データ処
理装置は、前記３次元形状モデルに位置を対応づけられ
た前記物体の２次元画像を細分化し、当該２次元画像の
各区画の空間周波数の分布に基づいて前記特定部分を設
定するものである。

【００１４】請求項４の発明に係る３次元形状データ処
理装置は、前記３次元形状モデルに位置を対応づけられ
た前記物体の２次元画像を細分化し、区画毎に空間周波
数の分布を求めて高周波成分の度合いを判別し、前記３
次元形状モデルにおける前記距離画像の区画のうちの高
周波成分の度合いの大きい区画に対応した部分を前記特
定部分として設定するものである。

【００１５】本明細書において、距離画像とは、画素値
が距離を表す画素の集合であり、距離分布を画素値で表
現した画像である。空間周波数の分析に際しては距離画
像を２次元画像と同等に取り扱うことができるので、距
離画像の空間周波数の分析により３次元の座標演算を行
うことなく３次元の凹凸を分析することができる。な
お、距離画像及び２次元画像は可視化されている必要は
なく、画像とは画像データを含んだ概念である。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る立体模型作成
装置１の外観図である。立体模型作成装置１は、物体形
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（頭髪を
含む）の模型が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。

【００１７】ほぼ等身大の筐体１０の上半部の前面に、
利用客がポーズを確認するためのディスプレイ１６とと
もに、光学式３次元計測のための投光窓１２及び受光窓
１４が設けられている。受光窓１４は２次元のカラー撮
影にも用いられる。筐体１０の下半部は上半部よりも前
方側に張り出しており、その上面が操作パネル１８とな
っている。商品の取出口２０は下半部の前面に設けられ
ている。

【００１８】図２は立体模型作成装置１の使用状態の模
式図である。立体模型作成装置１の前方に例えばブルー
の背景シート２が配置されている。利用客３は背景シー
ト２を背にして立体模型作成装置１に向かって立ち、料
金分の硬貨を投入する。その後に利用客３がスタート操
作を行うと、立体模型作成装置１は正面の一定範囲内に
存在する物体の形状を計測するとともに、計測結果を示
す３次元形状モデル（例えばサーフェスモデル）を表示
する。そして、利用客３が確認操作を行うと、立体模型
作成装置１は計測結果に応じた３次元加工を開始する。
数分程度の時間で商品が完成する。利用客３は取出口２
０から商品を取り出す。

【００１９】図３は操作パネル１８の平面図である。操
作パネル１８には、スタートボタン１８１、確認ボタン
１８２、キャンセルボタン１８３、ジョイスティック１
８４、及び硬貨の投入口１８５が設けられている。スタ
ートボタン１８１はスタート操作手段であり、確認ボタ
ン１８２は確認操作手段である。ジョイスティック１８
４は模型の構図の変更指示に用いられる。左右に傾ける
パーン操作、上下に傾けるチルト操作、及びノブを回転
させるロール操作に呼応して３次元形状モデルの回転処
理が行われ、処理結果が逐次に表示される。また、キャ
ンセルボタン１８３は、利用客３が表示された３次元形
状モデルが気に入らないときなどに再計測を指示するた
めの操作手段である。ただし、キャンセルボタン１８３
には有効回数が設定されており、無制限に再計測を指示
することはできない。

【００２０】図４は立体模型作成装置１の機能ブロック
図である。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１Ａと、３次
元形状モデルを顕在化する加工システム１Ｂとから構成
されている。

【００２１】モデリングシステム１Ａは、オリジナル物
体である利用客３の外観情報をディジタルデータに変換
（データ化）する撮影システム３０を含んでいる。撮影
システム３０は、光投影法で形状情報をデータ化する３
次元計測装置３４、色情報をデータ化する２次元撮影装
置３６、及びコントローラ３８からなる。なお、３次元
計測に光投影法に代えて他の手法を用いてもよい。３次
元計測装置３４による計測情報である形状データＤＳ、
及び２次元撮影装置３６による撮影情報であるカラー画
像データＤＣはデータ処理装置４０に入力される。３次
元計測と２次元撮影とのカメラ座標の相対関係は既知で
あるので、形状データＤＳに基づく３次元形状モデルと
２次元撮影像とを位置合わせすることは容易である。デ
ータ処理装置４０は図示しない画像処理回路を備えてお
り、本発明に特有のデータ修正を含む各種のデータ処理
を行う。データ処理装置４０のコントローラ４２は、立
体模型作成装置１の全体的な制御をも担い、撮影システ
ム３０のコントローラ３８及び加工システム１Ｂのコン
トローラ７６に適切な指示を与える。このコントローラ
４２には、ディスプレイ１６及び操作入力システム８０
が接続されている。操作入力システム８０は、上述の操
作パネル１８と料金受領機構とからなる。

【００２２】一方、加工システム１Ｂは、樹脂ブロック
などの材料を切削する加工装置７２、材料の加工位置へ
の供給と加工品の取出口２０への搬送を行う材料供給装
置７４、コントローラ７６、及び取出口センサ７８を備
えている。取出口センサ７８の検出信号はコントローラ
４２に入力される。

【００２３】なお、撮影システム３０及び加工システム
１Ｂの制御をコントローラ４２に受け持たせ、コントロ
ーラ３８及びコントローラ７６を省略した回路構成を採
用してもよい。

【００２４】図５は加工システム１Ｂの機構構成の一例
を示す斜視図である。材料供給装置７４は、計８種の形
状の材料を収納するストック部２１０を有している。収
納空間は直線状の移送路２１２の両側に設けられ、各側
の収納空間に移送路２１２に沿って４個ずつエレベータ
２２０が配置されている。各エレベータ２２０に同一種
類の複数個の材料が積み重ねられ、最上の材料が所定高
さに位置するようにエレベータ２２０の上下移動制御が
行われる。作成しようとする模型に適した一種類の材料
が指定されると、指定された材料がワーク２１６として
押出しロッド２１８によって収納空間から移送路２１２
へ送り出される。そして、移送路２１２上のワーク２１
６は、チャック付き移送ロッド２１４によって加工装置
７２のテーブル２００に送り込まれる。

【００２５】テーブル２００において、ワーク２１６は
２個のストッパ２０２とクランプ治具２０４とによって
固定される。そして、上下・左右・前後に移動可能な回
転軸２０６に取り付けられたエンドミルなどの刃物２０
８によって切削される。

【００２６】３次元加工が終了すると、ワーク２１６は
移送ロッド２１４の先端のチャックで挟持されて移送路
２１２の排出側の端部へ運ばれ、排出口２２２に送り込
まれる。移送ロッド２１４によらず、滑り台形式でワー
ク２１６をテーブル２００から排出口２２２へ移動させ
てもよい。

【００２７】加工システム１Ｂの機構構成は例示に限ら
ない。例えば多段の各棚に同一種類の材料を水平方向に
並べ、その配列方向の一端にエレベータを配置し、棚か
らエレベータに材料を押し出すようにすれば、エレベー
タ数を低減することができる。アームロボットによって
ワークを収納位置→加工位置→排出位置へと運んでもよ
い。切削に代えて、積層造形法（光造形法を含む）、レ
ーザー加工（熱加工）、成型加工（加圧など）などの手
法で模型を作成することも可能である。また、材料形状
については、利用客３が好みの外形を選択できるように
してもよいし、予め標準的な顔の模型を作り込んだ複数
種の材料から加工時間が最も短くなるものを自動選択す
るようにしてもよい。

【００２８】以上の構成の立体模型作成装置１において
は、頭髪の質感が再現された見た目の自然な顔面模型を
作成するため、３次元計測で得られた３次元形状モデル
を自動的に変形するデータ修正がデータ処理装置４０に
よって行われる。変形は、具体的には３次元形状モデル
の頭髪部分に、あらかじめ登録されている縞状の起伏模
様を付加する処理、すなわち多数の溝又は筋状の隆起を
設ける処理である。この処理に際して、データ処理装置
４０は、変形の対象である頭髪部分を特定するために、
３次元計測情報（距離画像）又はカラー撮影情報に対す
る空間周波数の分布の解析を行う。

【００２９】また、本実施形態では、模型をより実物に
似せるため、カラー撮影情報から各部位の毛髪方向（ウ
エーブライン）を判別し、その結果に応じて頭髪部分を
区画して各区画領域毎に最適の起伏模様を付加する。な
お、頭髪部分の形状からヘアスタイルを判別し、実物の
ウエーブラインに係わらずヘアスタイルに応じてあらか
じめ設定しておいた起伏模様を一律に付加するようにし
てもよい。

【００３０】図６は頭髪部分の特定の要領を説明するた
めの図である。図６（Ａ）のように、利用客３に対する
３次元計測で得られた頭部の距離画像Ｇ１０を格子状に
細分化する。細分化された各区画ｅ毎に２次元フーリエ
変換を行って、空間周波数スペクトルを求める。図６
（Ｂ）のように、設定周波数ｆ１よりも高周波側の範囲
（図中の斜線部分）についてスペクトル強度の積分演算
を行う。そして、積分値が設定値以上である区画ｅを頭
髪部分ｈ１に対応するものと判定する。このように判定
した区画ｅの集合を頭髪部分と特定する。

【００３１】図７は毛髪方向情報の抽出の模式図であ
る。データ処理装置４０は、まず、カラー画像データＤ
Ｃが表す２次元画像から、上述の要領で特定された距離
画像Ｇ１０の頭髪部分ｈ１に対応する部分を頭髪領域と
して抽出する。

【００３２】次に、以下の要領で毛髪方向情報を抽出す
る。２次元画像の頭髪領域について１階微分処理を行
い、エッジを検出する。所定の閾値でエッジ検出画像
Ｇ２１を２値化する。２値化画像Ｇ２２に対して収縮
・膨張処理を繰り返し、画像の雑音を取り除いた画像Ｇ
２３を得る。心線の連結画素数４以下を保存して細線
化を行い画像Ｇ２４を得る。各画素を連結画素数で分
類し、連結数３の分岐点画素及び連結数４の交差点画素
を除き、連結数１又は２の画素のみからなる線セグメン
ト（線画像）のみを残す。画像Ｇ２５の線セグメント
について追跡処理を行い、全ての画素の連結数が２であ
るループ状の線セグメント、つまり頭髪領域の輪郭を除
去し、毛髪方向を示す画像Ｇ２６を得る。

【００３３】図８は毛髪方向の分類の模式図、図９は縞
模様の設定の一例を示す図、図１０は形状モデルの部分
修正の模式図である。データ処理装置４０は、上述の要
領で毛髪方向情報を抽出した段階の２次元画像Ｇ２６
を、毛髪方向を示す線セグメントＬｇとあらかじめ登録
されているマスクパターンｍ１〜８とのマッチングを行
いながら走査する。その結果、合致する画素の最も多い
マスクパターンを、その部位のマスクパターンと決め
る。つまり、毛髪方向をマスクパターンｍ１〜８のいず
れかの方向に分類する。続いて、図９のように、マスク
パターンの分布に応じて頭髪部分の２次元画像Ｇ２６を
区画し、各区画領域ａ１〜ａ５を該当するマスクパター
ンで塗りつぶす。すなわち毛髪模様を設定する。そし
て、図１０のように、形状モデルＵに対して毛髪模様で
塗りつぶした画像Ｇ２７を投影し、毛髪模様ｈｐに対応
した所定深さの溝ｇを設けるように形状モデルＵを部分
的に変形させる。これにより、形状モデルＵのうちの頭
髪部分Ｕｈに毛髪に似せた縞状の起伏が付加され、頭髪
の質感が表現される。なお、溝ｇの断面形状は、Ｕ字
状、Ｖ字状、矩形など任意に設定可能である。断面を放
物曲線状としていわゆる丸平の彫刻刀で削ったように見
せかけることもできる。また、溝ｇを設ける代わりに筋
状に隆起させてもよい。隆起の断面形状も溝と同様に任
意に設定可能である。

【００３４】以下、フローチャートによって立体模型作
成装置１の動作を説明する。図１１は概略の動作を示す
メインフローチャートである。電源が投入された後、利
用客による操作を待つ待機期間において、２次元撮影と
撮影結果の表示とを繰り返す（＃１０、＃１２、＃１
４）。また、定期的に案内メッセージを表示する。料金
が投入されてスタートボタン１８１が押されると、改め
て２次元撮影を行うとともに３次元計測を行う（＃１
６、＃１８）。所定のデータ処理を行い（＃２０）、得
られた３次元形状モデルを表示する（＃２２）。このと
き、影を付すといった公知のグラフィック手法を適用し
て見栄えを高める。そして、指示操作を待つ。ただし、
待ち時間は有限であり、時限を過ぎれば確認操作が行わ
れたものとみなす。

【００３５】ジョイスティック１８４が操作されると、
上述のように３次元形状モデルを操作に応じて回転させ
て表示する（＃２４、＃３８）。キャンセルボタン１８
３が押されると、待機期間の動作に戻る（＃４０、＃１
０）。ただし、この場合、利用客が料金を改めて投入す
る必要はなく、スタートボタン１８１を押せば、再計測
が行われる。

【００３６】確認ボタン１８２が押されると（＃２
６）、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し（＃２８）。
材料の加工を行う（＃３０）。加工が終わると、商品を
排出し（＃３２）、取出口センサ７８によって商品が取
り出されたのを確認して待機動作に戻る（＃３４、＃１
０）。

【００３７】図１２は図１１のデータ処理の内容を示す
フローチャートである。このルーチンでは、上述したよ
うに頭髪の質感を表現するデータ修正、及び加工時間の
短縮やデザイン上の意図的な平面化のための奥行き方向
の圧縮を含む次の処理が行われる。

【００３８】平滑化処理を行って、ノイズによる異常デ
ータを除くとともに、細かな凹凸まで過度に再現される
のを避ける（＃２００）。再標本化処理を行う（＃２１
０）。これは、顔が斜めを向いていた場合などにおい
て、入力データを加工方向に正対させるため、ある方向
から平行投影した等間隔の格子点により整列されたデー
タに変換する処理である。例えば、人の顔の耳の下が陰
になって測定できない場合、顔を上向きにして３次元測
定をした後で、通常の正面を向いた顔を表すようにデー
タを変換できる。格子点が射影された位置に計測点がな
い場合には、その周囲の計測値により線形補完を行う。
このとき、射影された方向が加工する際の鉛直上方とな
り、それぞれの格子点は、高さのデータを持つ。また、
入力データが透視投影による場合でも、この処理により
入力データを平行投影データに変換できる。

【００３９】データのない欠損部分を補完する（＃２２
０）。補完手法としては、線形補完、重み付け捕完など
の種々の手法が適用可能である。例えば、データの欠損
している部分をすべて固定値で置き換える（単純補
完）。その固定値としては、設定値、最小の高さ、顔の
外周位置の平均値が考えられる。欠損部が有効データ部
分で完全に囲まれている場合は、周りのデータから線形
補完をする。また、人の顔における黒い眉や髪などのよ
うに対象の性質から光学式の３次元計測で正確なデータ
が得られないことが予想できる部分については、既存の
３次元形状データと置き換えてもよい。この場合、顔面
（頭部の前半面）の標準モデルを用意しておき、データ
欠損部分については位置及びサイズを調整した標準モデ
ルのデータを使用する。標準モデルの調整は、次の手順
で行う。２次元画像から両目及び口を抽出し、３つの基
準点の位置を算定する。そして、標準モデルの各基準点
が実測の形状モデルと一致するように標準モデルの線型
変換をする。なお、このような合成は、顔の欠損部分に
限らず任意の部分に適用可能である。

【００４０】以上の各処理で実物形状に忠実な３次元形
状モデルを得た後、上述したように頭髪部分に縞状の起
伏を付加する本発明に特有のデータ修正を行う（＃２３
０）。なお、このとき、目、黒目部分、眉、唇、頬など
の特定部分を若干盛り上げる強調を行ってもよい。

【００４１】高さ圧縮処理を行って、３次元形状モデル
の寸法を奥行き方向に縮める（＃２４０）。奥行き方向
の高低差が小さくなれば加工時間が短くなる。また、ペ
ンダントやメダルの用途では平面的な模型が好適であ
る。圧縮には、一様圧縮及び非一様圧縮のどちらの手法
も適用可能であり、部分毎に使い分けることもできる。

【００４２】３次元形状モデルのうちの背景部分を検出
する（＃２５０）。これは背景部分を修正するための前
処理である。背景シート３によって利用客の背面をブル
ーバックとしておけば、２次元画像の色判別によって背
景部分を容易且つ確実に検出することができる。

【００４３】背景部分について他のデータに置き換える
背景変換を行う（＃２６０）。例えば、背景部分は極端
に奥行きが深いので、加工時間を短縮するために奥行き
の浅いデータに変換する。置き換えるデータは、平面デ
ータでも花木などの絵柄や幾何模様を表す立体面データ
でもよい。

【００４４】実物大の３次元形状モデルを商品サイズに
適合させるサイズ調整を行う（＃２７０）。また、加工
装置７２の精度にデータ量を適合させる解像度変換を行
う（＃２８０）。この処理は、所定格子幅のメッシュを
投影して格子点で再標本化するものであるが、投影する
方向は加工時の鉛直方向に固定されている。解像度変換
（データ数変換）の要領としては、まず、加工用の形状
モデルの構成点群を点間ピッチとべクトル変化量とで定
義し、べクトル変化量に対応する点間ピッチ範囲をあら
かじめ記憶されている特性データテーブルから読み出し
て設定する。すなわち、データを間引いてピッチを大き
くしたり、データを補間してピッチを小さくしたりす
る。計測の分解能が十分に大きい場合には、間引きのみ
を行えばよい。解像度変換機能を設けておけば、３次元
計測装置３４の分解能が限定されないので、用途に応じ
て計測手段を取り換えるといった使用形態が許容される
ことになる。

【００４５】最後に、３次元形状モデルの基準位置が加
工の基準位置に合うように座標の原点を平行移動させる
位置合わせを行う（＃２９０）。なお、加工に際して上
述のように予め所定の凹凸が作り込まれた材料を用いる
場合には、確認操作に呼応した加工データ生成処理（図
１１の＃２８）において、以上の処理によって得られた
３次元形状モデルと作り込まれている凹凸とを比較して
切削量が算出される。

【００４６】図１３は図１２の部分修正処理の内容を示
すフローチャートである。図６で説明したように、ま
ず、距離画像Ｇ１０から頭髪部分を抽出する（＃３０
１）。エッジ検出、ノイズ除去、細線化、線セグメント
化、及びループの除去の一連の処理を行って毛髪方向情
報を抽出する（＃３０２〜３０６）。マスクパターンと
のマッチングにより毛髪方向を分類し（＃３０７）、２
次元画像の頭髪部分を区画し（＃３０８）、各区画を適
切な毛髪模様で塗りつぶす（＃３０９）。その後、毛髪
模様を形状モデルに投影し（＃３１０）、形状モデルを
部分的に変形させて毛髪に似せた起伏面を形成する（＃
３１１）。

【００４７】図１４は図１３の頭髪部分の抽出サブルー
チンのフローチャートである。利用客３の頭部の距離画
像Ｇ１０を細分化した各区画ｅ毎に２次元フーリエ変換
を行う（＃３０１１）。設定周波数ｆ１よりも高周波側
の成分量を求める積分演算を行う（＃３０１２）。そし
て、積分値が設定値以上である区画ｅを頭髪部分に対応
するものと判定する（＃３０１３）。

【００４８】以上の実施形態においては、距離画像Ｇ１
０の空間周波数分布に基づいて頭髪部分を特定する例を
挙げたが、２次元画像に基づいて同様に頭髪部分を特定
することもできる。

【００４９】図１５は頭髪部分の特定方法の他の例を示
す図である。図１５（Ａ）のように、利用客３に対する
カラー撮影で得られた頭部の２次元画像Ｇ２０を格子状
に細分化する。細分化された各区画ｅ毎に２次元フーリ
エ変換を行って、空間周波数スペクトルを求める。図１
５（Ｂ）のように、設定周波数ｆ２よりも高周波側の範
囲（図中の斜線部分）についてスペクトル強度の積分演
算を行う。そして、積分値が設定値以上である区画ｅを
頭髪部分に対応するものと判定する。このように判定し
た区画ｅの集合を頭髪部分と特定する。

【００５０】図１６は図１５に対応した頭髪部分の抽出
サブルーチンのフローチャートである。カラーの２次元
画像Ｇ２０を例えば２５６階調のグレー画像に変換する
（＃３１２０）。得られたグレー画像を格子状に細分化
し、各区画ｅ毎に２次元フーリエ変換を行う（＃３１２
１）。設定周波数ｆ２よりも高周波側の成分量を求める
積分演算を行う（＃３１２２）。そして、積分値が設定
値以上である区画ｅを頭髪部分に対応するものと判定す
る（＃３１２３）。

【００５１】上述の実施形態によれば、頭髪部分を高精
度に特定し、毛髪の質感の得られる見た目の自然な人体
頭部の模型の作成を可能にすることができる。上述の実
施形態において、空間周波数の分析によって特定した頭
髪部分に対するデータ処理として、筋状の溝や隆起を形
成する代わりに、全く異なる形状データ（例えばぬいぐ
るみの頭やヘルメット形状）に置換してもよい。

【００５２】上述の実施形態において、２次元画像から
頭髪方向情報を抽出するのに代えて、３次元形状から直
接に毛髪方向を判別してもよい。すなわち、モデル表面
において適当なサンプリング密度で法線ベクトルを求
め、法線ベクトルの方向が変化する領域を毛髪方向を示
す起伏部分とする。

【００５３】上述の実施形態では、自動販売機としての
使用を想定した立体模型作成装置１を例示したが、本発
明に係るデータ処理は模型作成が有償であるか無償であ
るかを問わない。模型のサイズは縮小サイズに限らず、
実物大でも拡大サイズでもよい。毛髪模様として縞模様
を付加するものとして説明したが、髪型によっては円模
様であってもよい。

【００５４】本発明は、立体模型作成装置に限らず、３
次元表示装置にも適用可能である。

【００５５】

【発明の効果】請求項１乃至請求項４の発明によれば、
物体のうちの特定部分の抽出の精度を高めることができ
る。例えば人体模型の作成に適用した場合には、頭髪部
分を高精度に抽出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る立体模型作成装置の外観図であ
る。

【図２】立体模型作成装置の使用状態の模式図である。

【図３】操作パネルの平面図である。

【図４】立体模型作成装置の機能ブロック図である。

【図５】加工システムの機構構成の一例を示す斜視図で
ある。

【図６】頭髪部分の特定の要領を説明するための図であ
る。

【図７】毛髪方向情報の抽出の模式図である。

【図８】毛髪方向の分類の模式図である。

【図９】縞模様の設定の一例を示す図である。

【図１０】形状モデルの部分修正の模式図である。

【図１１】概略の動作を示すメインフローチャートであ
る。

【図１２】図１１のデータ処理の内容を示すフローチャ
ートである。

【図１３】図１２の部分修正処理の内容を示すフローチ
ャートである。

【図１４】図１３の頭髪部分の抽出サブルーチンのフロ
ーチャートである。

【図１５】頭髪部分の特定方法の他の例を示す図であ
る。

【図１６】図１５に対応した頭髪部分の抽出サブルーチ
ンの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利用客（物体）４０データ処理装置（３次元形状データ処理装置）Ｇ１０距離画像Ｇ２０２次元画像Ｕ３次元形状モデルＵｈ頭髪部分（特定部分）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体の３次元形状モデルのうちの特定部分
に対してデータ処理を加える３次元形状データ処理装置
であって、前記物体に対する３次元計測によって得られた距離画像
を細分化し、当該距離画像の各区画の空間周波数の分布
に基づいて前記特定部分を設定することを特徴とする３
次元形状データ処理装置。
【請求項２】物体の３次元形状モデルのうちの特定部分
に対してデータ処理を加える３次元形状データ処理装置
であって、前記物体に対する３次元計測によって得られた距離画像
を細分化し、区画毎に空間周波数の分布を求めて高周波
成分の度合いを判別し、前記３次元形状モデルにおける
前記距離画像の区画のうちの高周波成分の度合いの大き
い区画に対応した部分を前記特定部分として設定するこ
とを特徴とする３次元形状データ処理装置。
【請求項３】物体の３次元形状モデルのうちの特定部分
に対してデータ処理を加える３次元形状データ処理装置
であって、前記３次元形状モデルに位置を対応づけられた前記物体
の２次元画像を細分化し、当該２次元画像の各区画の空
間周波数の分布に基づいて前記特定部分を設定すること
を特徴とする３次元形状データ処理装置。
【請求項４】物体の３次元形状モデルのうちの特定部分
に対してデータ処理を加える３次元形状データ処理装置
であって、前記３次元形状モデルに位置を対応づけられた前記物体
の２次元画像を細分化し、区画毎に空間周波数の分布を
求めて高周波成分の度合いを判別し、前記３次元形状モ
デルにおける前記距離画像の区画のうちの高周波成分の
度合いの大きい区画に対応した部分を前記特定部分とし
て設定することを特徴とする３次元形状データ処理装
置。