JPH0771936A - 画像処理装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 対象の形状を、高い近似度で、しかもその近
似データ量を最小化し、適正な対象の形状の再生を行う
ことができる画像処理方法とその装置を提供することを
目的とする。 【構成】 物体などを対象とした全周型距離画像から、
形状の表面の変化の度合いに応じた密度の異なる複数の
エッジマップを生成するステップ（Ｓ２１０〜Ｓ２４
０）と、その各ステップで得られた複数のエッジマップ
を合成して、一つのエッジマップを作成するステップ
（Ｓ２６０）と、全周型距離画像から得られる法線ベク
トル，エッジマップから全周型距離画像中の対象の形状
を表現するポリゴンデータを作成するステップ（Ｓ２６
０〜Ｓ２８０）とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、視覚できる対
象の表面形状の近似データを生成し、再生する方法とそ
の装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、視覚できる対象の表面形
状の近似データを生成するために、まず、その表面形状
に対応する一方向からの２次元距離画像を生成し、その
距離画像から等サイズのポリゴンデータを用いて、対象
の表面形状を近似していた。また、全周型距離画像上を
固定された等間隔の正方格子で一様に分割し、その隣合
う各格子点を頂点として結んでできる正方形を一単位と
して物体の表面形状を近似するポリゴンデータを生成し
ていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一方向からの２次元距
離画像を用いた場合、対象の表側の形状情報の処理しか
行えないという問題があった。また、全周型距離画像を
用いた場合、その全周型距離画像上に固定した等間隔の
正方格子ポリゴンによる一様な分割を行い、近似を行っ
ていた。そのため、複雑な形状をした物体などの対象に
おいて、高い近似精度が必要なときは、ポリゴン数が多
く必要でデータ量が大きくなるという問題があった。他
方、データ量を小さくしようとすると、１つのポリゴン
の大きさが大きくなり近似精度が悪くなるため、形状の
細部を表現できないという問題があった。

【０００４】本発明は上記従来例に鑑みてなされたもの
で、 対象の形状に関する全周型距離画像データに基づ
き、高い近似度で、しかもその近似データ量を最小化
し、適正な対象の形状の再生を行うことができる方法と
その装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の画像処理装置及びその方法は以下の構成を
備える。即ち、１つの全周型距離画像データから、複数
の解像度に対応する複数の距離画像データを生成する工
程と、前記複数の距離画像データから、対応する複数の
法線ベクトルデータを生成する工程と、前記複数の距離
画像データと、前記複数の法線ベクトルデータとから、
対応する複数のエッジマップデータを生成する工程と、
生成された前記複数のエッジマップデータを境界で連続
する１つのエッジマップに合成する合成工程と、前記合
成工程で得られた合成エッジマップデータに基づき、複
数の大きさを持つポリゴンデータを生成する工程とを備
える。また、別の発明は、１つの全周型距離画像データ
から、複数の解像度に対応する複数の距離画像データを
生成する距離画像データ生成手段と、前記複数の距離画
像データから、対応する複数の法線ベクトルデータを生
成する法線ベクトルデータ生成手段と、前記複数の距離
画像データと、前記複数の法線ベクトルデータとから、
対応する複数のエッジマップデータを生成するエッジマ
ップデータ生成手段と、生成された前記複数のエッジマ
ップデータを、境界で連続する１つのエッジマップに合
成する合成手段と、前記合成手段で得られた合成エッジ
マップデータに基づき、複数の大きさを持つポリゴンデ
ータを生成するポリゴンデータ生成手段とを備える。

【作用】以上の構成において、１つの全周型距離画像デ
ータから、複数の解像度に対応する複数の距離画像デー
タを生成し、前記複数の距離画像データから、対応する
複数の法線ベクトルデータを生成し、前記複数の距離画
像データと、前記複数の法線ベクトルデータとから、対
応する複数のエッジマップデータを生成し、生成された
前記複数のエッジマップデータを、境界で連続する１つ
のエッジマップに合成し、前記合成工程で得られた合成
エッジマップデータに基づき複数の大きさを持つポリゴ
ンデータを生成する。また、別の発明は、１つの全周型
距離画像データから、複数の解像度に対応する複数の距
離画像データを距離画像データ生成手段が生成し、前記
複数の距離画像データから、対応する複数の法線ベクト
ルデータを法線ベクトルデータ生成手段が生成し、前記
複数の距離画像データと、前記複数の法線ベクトルデー
タとから、対応する複数のエッジマップデータをエッジ
マップデータ生成手段が生成し、生成された前記複数の
エッジマップデータを境界で連続する１つのエッジマッ
プに合成手段が合成し、前記合成手段で得られた合成エ
ッジマップデータに基づき、複数の大きさを持つポリゴ
ンデータをポリゴンデータ生成手段が生成する。

【０００６】

【実施例】本実施例では、物体などを対象とした全周型
距離画像から、対象の形状の表面の変化の度合いに応じ
た密度の異なる複数のエッジマップを生成するステップ
と、そのステップにおいて得られた複数のエッジマップ
を合成して、一つのエッジマップを作成するステップ
と、全周型距離画像から得られる法線ベクトル，エッジ
マップから全周型距離画像中の対象の形状を表現するポ
リゴンデータを作成するステップとを設けた全周型距離
画像処理方法について説明する。以下、図１〜図６、図
８、図１０を用いて本実施例を詳細に説明する。

【０００７】図１は、本発明の実施例である全周型距離
画像処理装置の基本構成図である。図１において、１は
処理手順を記憶するための記憶装置、２は処理に必要な
情報及び入出力データを記憶するための記憶装置、３は
記憶装置１に記憶された処理手順にしたがって処理を行
なうためのＣＰＵである。４は処理に必要な情報や入出
力データを表示するためのウィンドウシステム、５は外
部機器とデータをやり取りするための入出力部で、全周
型距離画像を外部の計測装置や全周型距離画像データベ
ースなどから取り込むための入力部、および処理結果の
ポリゴンデータや処理過程のデータ等を出力する出力部
である。６はユーザからのデータや、指示を入力するた
めのキーボード、７はウィンドウシステム４上での指示
を入力するためのマウスである。記憶装置１のｐ１〜ｐ
９までの各プログラムは、図２に示す処理のフローチャ
ートを実行するプログラムであり、その実行結果は、記
憶装置２のｄ１〜ｄ４の位置に格納される。

【０００８】ここで、全周型距離画像とは、対照物体に
対する距離を測定した結果を画像化するための画像デー
タのひとつであり、距離を測定する際に物体などの対象
を回転または計測装置を回転させることによって、対象
の全周方向の形状情報、位置情報を計測して得られた画
像データである。本実施例を説明するために使用した全
周型距離画像は、図３に示すようなデータ構造をもった
画像データである。任意の直線を回転軸とし、その回転
軸を中心として計測ポイントを図３の（ａ）のように配
置し、そのポイントでの距離データを、図３（ｂ）の２
次元メモリに格納している。

【０００９】図２は、本実施例の処理の流れを説明する
フローチャートである。図２において、矢印はデータの
流れの向きを示している。以下、順に各ステップの処理
を説明する。

【００１０】ステップＳ２１０では、全周型距離画像計
測装置や全周型距離画像データベースなどから、外部機
器との入出力部５（図１）を通して、全周型距離画像の
データを読み込む。この処理は、記憶装置１に格納され
ているデータ入出力プログラムＰ８（図１）を用いて、
外部機器との入力部５（図１）から記憶装置２の全周型
距離画像ｄ１の位置に格納する。

【００１１】ステップＳ２２０では、ｐ１（図１）のプ
ログラムを用い、読み込まれた全周型距離画像データか
ら、複数の異なる解像度の全周型距離画像を作成する。
この時、どの解像度の全周型距離画像を作成するかは、
物体の形状を調べて決める。一般に、物体表面が複雑な
形状をしており、様々な曲率を持った曲面から構成され
る物体では、多くの解像度の全周型距離画像を必要とす
る。複数の解像度の全周型距離画像を作成するには、基
本的に原全周型距離画像を最高解像度とし、これを平滑
化し間引くことで低解像度の全周型距離画像を作成する
ことで行う。そして、この時、平滑化の範囲と間引く間
隔を替えることで異なる解像度の全周型距離画像を作成
する。その方法として、入力される全周型距離画像のノ
イズを除去し、指定の範囲の曲率成分を含む複数の解像
度の全周型距離画像を生成するための低域通過フィルタ
の例としてガウシアン（Ｇａｕｓｓｉａｎ）フィルタを
用いる。

【００１２】ステップＳ２３０では、ｐ２（図１）のプ
ログラムを用いて、生成された各解像度の全周型距離画
像に対して法線ベクトルを計算し、ｄ２（図１）の位置
へ格納する。法線ベクトルは、画像中で互いに近傍の関
係にある画素値の最小二乗法による平面近似を行い、そ
の平面に対して求める。

【００１３】ステップＳ２４０では、ｐ３（図１）のプ
ログラムを用いて、先に得られた各解像度の全周型距離
画像と、この法線ベクトルからエッジを抽出しエッジマ
ップを生成し、結果をｄ３（図１）の位置へ格納する。

【００１４】ステップＳ２５０では、ｐ４（図１）のプ
ログラムを用いて、得られた各解像度のエッジマップの
論理和をとることにより一枚に合成する。このとき、エ
ッジが交差する矛盾や孤立エッジを補正する処理を施
す。ただし、全周型距離画像は図３の（ｂ）の画像配列
の左右端がつながっているため、この端部分でも連続し
た合成補正の処理を施す。結果として、全エッジマップ
が合成・補正されて、対象の形状変化によって密度の異
なるエッジマップとなる。

【００１５】ステップＳ２６０では、上述のエッジマッ
プは、対象を多数の多角形により表現するものであるた
め、この各多角形を三角形に分割する。この処理は、ｐ
５（図１）のプログラムを用いて実行する。

【００１６】ステップＳ２７０では、ｐ６（図１）のプ
ログラムを用いて、各三角形の頂点の画素の３次元座標
値、法線ベクトル値を参照し、ポリゴンデータを生成
し、ｄ４（図１）の位置へ格納する。

【００１７】ステップＳ２８０では、ｐ７（図１）のプ
ログラムを用いて処理する。ステップＳ２７０で生成し
たポリゴンでは次のような問題がある。すなわち、生成
された大きさが異なる各三角形がＴ字接続する箇所で、
再構成された対象に対し、３次元での隙間が生じてしま
う場合がある。そのため、Ｔ字接続点の３次元座標値，
法線ベクトル値を、線形補間によりＴ字接続点の両端の
点から補間する処理を施す。

【００１８】図４，図５は、本実施例で用いた全周型距
離画像の一例であり、表示方法が異なる同一のデータで
ある。

【００１９】図４は、図３の（ａ）に示す全周型距離画
像の３次元座標値を３次元空間に点として配置し、ある
２次元平面へ射影した表示である。

【００２０】図５は、図３（ｂ）に示すように全周型距
離画像を２次元の画像として見たとき、各画素の点の位
置情報を明るさに変換して表示したものである。

【００２１】図６は、この全周型距離画像から、全周型
距離画像上に固定した等間隔の正方格子による一様な分
割を用いて、ポリゴンデータを作った結果である。図７
は、本実施例によりポリゴンデータを作った結果を示
す。対象の表面を多角形（三角形）の集合により表現し
ている。

【００２２】図７のポリゴンデータをみると明らかなよ
うに、従来の等間隔の正方格子を用いた場合に比較し
て、微細な形状を保存したまま、即ち、近似の精度を保
ったままで、表現する多角形（三角形）の数を大幅に削
減することができる。

【００２３】図８は、ポリゴンデータをコンピュータグ
ラフィックスにより描画する処理のフローチャートで、
この処理によりポリゴンデータにより表現された対象の
表面を描画できる。この処理はｐ９（図１）のプログラ
ムを用いて行う。

【００２４】図９は、全周型距離画像上に固定した等間
隔の正方格子による一様な分割を用いたポリゴンデータ
を使って、コンピュータグラフィックスにより描画した
ものである。

【００２５】一方、図１０は、実施例により得られたポ
リゴンデータを使って、コンピュータグラフィックスに
より描画した例である。これらの図の比較から明らかな
ように、本実施例でのポリゴンデータを使った方法で
は、物体の形状変化の緩やかな部分は、大きなポリゴン
で近似し、形状変化の激しい部分は小さなポリゴンで近
似しているため、全体としての近似度が良い画像が形成
されている。

【００２６】尚、本発明は、複数の機器から構成される
システムに適用しても、１つの機器から成る装置に適用
しても良い。また、本発明はシステム或は装置にプログ
ラムを供給することによって達成される場合にも適用で
きることは言うまでもない。

【００２７】以上説明したように、本実施例によれば以
下のような効果が得られる。即ち、従来は、物体などの
対象の表側の形状情報のみしか処理できなかったのに対
して、全周型距離画像からポリゴンデータを生成するこ
とによって、物体などの対象の全周方向からの形状情報
の処理が可能となった。また、複数の異なる解像度の全
周型距離画像から生成したエッジを合成した稜線からポ
リゴンデータを作成することにより、物体の形状変化の
緩やかな部分は、大きなポリゴンで、形状変化の激しい
部分は小さなポリゴンでの表面近似を行った為、ポリゴ
ンデータ量が少なく、かつ精度良く対象画像を近似する
ことができる。また、ポリゴンデータ量の削減により、
ポリゴンデータの描画時間の短縮ができ、さらに、ポリ
ゴンデータの保存記憶サイズを削減することができる。
そして、生成されたポリゴンデータを用いて、適正な対
象形状を再生することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、対
象の形状を高い近似度で、しかもその近似データの量を
最小化でき、適正な対象の形状の再生を行うことができ
る。

【００２９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の全周型距離画像処理システムの機器
構成を示すブロック図である。

【図２】本実施例の全周型距離画像処理方法の全体の処
理を示すフローチャートである。

【図３】本実施例で扱う全周型距離画像の模式図であ
る。

【図４】本実施例にて、実験に使用した全周型距離画像
である。これは、図３に示す全周型距離画像の３次元座
標値を３次元空間に点として配置し、ある２次元平面に
投影した時に得られる表示である。

【図５】本実施例にて、実験に使用した全周型距離画像
であり、表示方法が異なる図４と同じ全周型距離画像で
ある。これは、図３に示すように全周型距離画像を２次
元の画像として見たとき、各画素の点の位置情報を明る
さに変換して表示したものである。

【図６】従来の技術によって同じ全周型距離画像からポ
リゴンデータを作った結果である。

【図７】本実施例によって同じ全周型距離画像からポリ
ゴンデータを作った結果である。

【図８】本実施例で生成したポリゴンデータをコンピュ
ータグラフィックスにより描画するフローチャートであ
る。

【図９】従来の技術によって作成されたポリゴンデータ
によって物体をコンピュータグラフィックスにより描画
した結果である。

【図１０】本実施例によって作成されたポリゴンデータ
によって物体をコンピュータグラフィックスにより描画
した結果である。

【符号の説明】

１ 処理手順を記憶するための記憶装置 ２ 処理に必要な情報及び入出力データを記憶するため
の記憶装置 ３ ＣＰＵ ４ ウィンドウシステム ５ 外部機器とのデータの入出力機構部 ６ キーボード ７ マウス

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １つの全周型距離画像データから、複数
   の解像度に対応する複数の距離画像データを生成する工
   程と、 前記複数の距離画像データから、対応する複数の法線ベ
   クトルデータを生成する工程と、 前記複数の距離画像データと、前記複数の法線ベクトル
   データとから、対応する複数のエッジマップデータを生
   成する工程と、 生成された前記複数のエッジマップデータを境界で連続
   する１つのエッジマップに合成する合成工程と、 前記合成工程で得られた合成エッジマップデータに基づ
   き、複数の大きさを持つポリゴンデータを生成する工程
   と、を備えることを特徴とする画像処理方法。
2. 【請求項２】 前記画像処理方法は、さらに、 前記複数の距離画像データを表示する工程を備えること
   を特徴とする請求項１に記載の画像処理方法。
3. 【請求項３】 前記画像処理方法は、さらに、 前記複数の法線ベクトルデータを表示する工程を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理方法。
4. 【請求項４】 前記画像処理方法は、さらに、 前記複数のエッジマップデータを表示する工程を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理方法。
5. 【請求項５】 前記画像処理方法は、さらに、 前記複数の大きさを持つポリゴンデータを表示する工程
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像処理方
   法。
6. 【請求項６】 １つの全周型距離画像データから、複数
   の解像度に対応する複数の距離画像データを生成する距
   離画像データ生成手段と、 前記複数の距離画像データから、対応する複数の法線ベ
   クトルデータを生成する法線ベクトルデータ生成手段
   と、 前記複数の距離画像データと、前記複数の法線ベクトル
   データとから、対応する複数のエッジマップデータを生
   成するエッジマップデータ生成手段と、 生成された前記複数のエッジマップデータを、境界で連
   続する１つのエッジマップに合成する合成手段と、 前記合成手段で得られた合成エッジマップデータに基づ
   き、複数の大きさを持つポリゴンデータを生成するポリ
   ゴンデータ生成手段と、を備えることを特徴とする画像
   処理装置。
7. 【請求項７】 前記画像処理装置は、さらに、 前記複数の距離画像データを表示する表示手段を備える
   ことを特徴とする請求項６に記載の画像処理装置。
8. 【請求項８】 前記画像処理装置は、さらに、 前記複数の法線ベクトルデータを表示する表示手段を備
   えることを特徴とする請求項６に記載の画像処理装置。
9. 【請求項９】 前記画像処理装置は、さらに、 前記複数のエッジマップデータを表示する表示手段を備
   えることを特徴とする請求項６に記載の画像処理装置。
10. 【請求項１０】 前記画像処理装置は、さらに、 前記複数の前記複数の大きさを持つポリゴンデータを表
    示する表示手段を備えることを特徴とする請求項６に記
    載の画像処理装置。