遠近により歪んだ写真画像を、正射投影画像に補正する方法及びシステム

【課題】立体物を写真撮影すると、写真は、立体物とカメラの遠近距離により、又、カメラと立体物との正対角度からのズレ角度により、正射投影図とは異なる形状に写る。本発明は、高価なステレオカメラや、高価な３次元測定機を使用せずに、安価に立体物の正射投影画像を作成するシステムを提供するものである。
【解決手段】本発明は、回転体形状を持つ立体物に限定し、簡便に遠近の歪や、正対角度からのズレ角度の歪みを除去し、写真画像を正射投影画像に変換をするシステムである。回転体形状を持つ立体物の断面形状を中心軸の周りに回転して生成した３Ｄ画像により、遺物の写真画像を補正して、正射投影画像を作成する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、文化財の遺物実測図等を作成するために、写真画像を簡単に正射投影両像に補正するシステム及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、遺物の実測図では、投影画像法で描かれる。その一つの方法は、遺物の輪郭形状や、表面の模様などを測定し、これらの形状を数多くの座標値でグラフ用紙の上にプロットし、これらの座標値を参照して、投影図を作成する。この作業には多くの時間がかかり、コストも高い。
【０００３】
別の方法は、望遠カメラを用いて、遺物を遠方より撮影する方法である。無限に離れた位置から撮影すれば、理論上、画像は正射投影画像になる。しかしながら、望遠カメラは高価であり、大きな撮影場所も必要であり、更に、鮮明な画像を撮るための焦点調整が難しく、だれもが簡単に撮影することが困難で、実用的ではない。
【０００４】
更に、３次元測定機により、遺物の３Ｄ画像を生成し、本３Ｄ画像から正射投影画像を作成する方法もある。しかしながら、レーザー測定機は高価で、且つ、その操作も高度な知識が必要である。
【発明の開示】
【０００５】
本発明は、回転体形状を持つ立体物について、その断面形状を中心軸の周りに回転して生成した３Ｄ画像により、立体物の写真画像を補正して、正射投影画像を作成するシステムと方法に関するものである。
【考案が解決しようとする課題】
【０００６】
立体物をカメラにて撮影すると、その写真画像は、立体物のカメラに近い部分は大きく、離れた部分では小さく写り、投影図とは異なる形状に歪む。特に考古学の実測技法では、投影図法で描画するため、このような立体物の写真画像を下絵にして実測図を作成することができない。本発明は、回転体形状を持つ立体物の写真画像について、その歪を除去し、写真画像を正射投影画像に補正するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明での３Ｄ画像による立体物の写真画像の補正は、測定時のカメラのレンズ中心の座標値と、写真画像の特定の画素を直線で結び、この直線が３Ｄ画像と交差した点の座標値を計算する。写真画像の画素の座標値（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）の色情報を、３Ｄ画像と交差した点の座標値（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）に移動させる。本操作を、写真画像の全ての画素に対して行うことにより、写真画像は、正射投影画像に変換される。但し、３Ｄ画像と交差しない画素は、正射投影画像化されない。
【考案の効果】
【０００８】
従来技術では、実測図を作成するため、人手を用いて多くの時間を費やす方法や、高価なレーザー測定機による３Ｄ画像から正射投影画像を作成することが必要であった。しかしながら、回転体形状の立体物の場合には、本発明により、正射投影図を短時間に、安価に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】
【０００９】
以下、本発明の正射投影画像の補正について、
添付図面に示す実施の形態に基づき詳細に説明する。
【００１０】
［図１］は、本発明の全体図である。［図２］は、本発明のソフトウェアの構成である。写真画像取込部、断面形状描画部、３Ｄ形状生成部、３Ｄ形状の回転・移動操作部、補正処理部、補正画像のなぞりトレース処理部から構成される。［図３］は、本発明の回転体形状の立体物の正面図である。［図４］は、本発明の回転体形状の立体物の正面の写真画像である。近くが大きく、遠くが小さく写るため、被写体の上部と下部が歪んでいる。［図５］は、本発明の回転体形状の立体物の中心線と断面形状である。［図６］は、本発明の中心線の周りに断面形状を回転させてできた３Ｄ形状である。［図７］は、本発明の写真画像と３Ｄ画像の重ね合わせ図である。［図８］は、本発明の立体物の正射投影画像である。［図９］は、本発明の内面に正方形の模様が描かれた立体物である。［図１０］は、本発明の正方形の模様を上方から撮影した写真画像である。［図１１］は、本発明の中心線の周りに立体物内面の断面形状を回転させてできた３Ｄ形状である。［図１２］は、本発明の写真画像と３Ｄ画像の重ね合わせ図である。
［図１３］は、本発明の立体物の内面模様の正射投影画像である。
【００１１】
本発明を実施するシステムとして、デジタルカメラ〈１〉、断面測定治具、パソコン、補正ソフトウェア〈３〉を用いる。デジタルカメラ〈１〉で立体物を撮影し、断面測定治具で断面を測定し、補正ソフトウェア〈３〉で画像補正処理を行う。立体物の断面測定治具は、モノサシとグラフ用紙、或いは、簡単に被写体の断面形状が測れる櫛様測定器「真弧」などを用いる。例えば、円錐台形状の遺物であれば、断面線として、側面の形状を測る。補正ソフトウェア〈３〉は、回転による３Ｄ画像の作成機能、写真画像と３Ｄ画像の重ね合わせ機能、本３Ｄ画像による立体物の写真画像の補正機能を持つ。
【実施例】
【００１２】
特に、考古学の遺物実測においては、立面や内面の実測図を作成する。
立面図では、カメラ〈１〉を遺物〈２〉の中心部分の高さ位置に据え、その中心部分に向けて撮影する。この場合、例えば、円錐台形状の遺物であれば図３の正面図〈４〉に対し、遠近距離により、本来水平形状を持つ上辺と下辺は、写真画像〈５〉のごとく、上辺は下弦の弧に、下辺は上弦の弧に歪む。
【００１３】
回転による３Ｄ画像の作成方法は、画面上に中心線〈６〉を引き、断面線〈７〉を半径の位置に置く。次に、回転体の中心軸の周りに断面を回転して、人工的な３Ｄ形状〈８〉を生成する。指定した角度で、断面線を複製できるので、例えば、角度を１度で断面線を複製すれば、３６０本の断面線からなる３Ｄ画像が生成される。
【００１４】
回転による３Ｄ画像〈８〉と写真画像〈５〉の重ね合わせは、３Ｄ画像を転回、移動させ、被写体の写真画像に重ね合わせるものである。この場合、写真画像〈５〉は歪んでいるため、３Ｄ画像は写真画像に完全に一致して重ね合わせることができず、ズレが生ずる。合わせる位置は、歪みの最も少ない側面部分が適当である。
【００１５】
３Ｄ画像による立体物の写真画像の補正原理は、測定時のカメラのレンズ中心の座標値と、写真画像の特定の画素を直線で結び、この直線が３Ｄ画像と交差した点の座標値を計算する。写真画像の画素の座標値（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）の色情報を、３Ｄ画像と交差した点の座標値（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）に移動させる。本操作を、写真画像の全ての画素に対して行うことにより、写真画像は、例えばＸＹ平面などの任意の平面上の正射投影画像に変換される。但し、３Ｄ画像と交差しない画素は、正射投影画像化されない。
【００１６】
作成された正射投影画像〈９〉を下絵に、なぞり描画することにより、実測図を容易に作成することができる。
【００１７】
内面図では、回転体形状である陶磁器等の内面の模様〈１０〉にカメラを向けて撮影する。この場合、内部が空洞の円錐台形状の内面に描かれた正方形の模様は、遠近距離による歪みと、更に、遺物内部のスペースが小さくカメラが内部に入らない場合には、正対すべきカメラを上方の位置に据えるため、正対方向からのズレによる歪みも加わり、扇形の形状〈１０〉となる。
【００１８】
立面図と同様、回転体の中心軸の周りに、内面の断面線を回転して、人工的な３Ｄ形状〈１１〉を生成する。
【００１９】
回転による３Ｄ画像〈１１〉は、カメラの正対する角度からのズレ角度分を転回し、［図１２］のように、写真画像と重ね合わせる。立面図と同様の補正原理で、正射投影図が生成される。
【００２０】
作成された正射投影画像〈１２〉を下絵に、なぞり描画により、実測図を容易に作成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
たとえば、考古学分野における遺物の実測で活用できる。回転体形状の陶磁器、土器、装飾品などの写真画像を、正射投影画像に変換できる。
【００２２】
建築、土木分野において、回転体形状をしたビルやパイプなどの構造物の写真画像を、正射投影画像に変換できる。これら構造物の破損部分などの図化が容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】は、本発明の全体図である。
【図２】は、本発明のソフトウェアの構成である。
【図３】は、本発明の回転体形状の立体物の正面図である。
【図４】は、本発明の回転体形状の立体物の正面の写真画像である。
【図５】は、本発明の回転体形状の立体物の中心線と断面形状である。
【図６】は、本発明の中心線の周りに断面形状を回転させてできた３Ｄ形状である。
【図７】は、本発明の写真画像と３Ｄ画像の重ね合わせ図である。
【図８】は、本発明の立体物の正射投影画像である。
【図９】は、本発明の内面に正方形の模様が描かれた立体物である。
【図１０】は、本発明の正方形の模様を上方から撮影した写真画像である。
【図１１】は、本発明の中心線の周りに立体物内面の断面形状を回転させてできた３Ｄ形状である。
【図１２】は、本発明の写真画像と３Ｄ画像の重ね合わせ図である。
【図１３】は、本発明の立体物の内面模様の正射投影画像である。
【符号の説明】
【００２４】
１デジタルカメラ
２立体物
３補正ソフトウェア
４立体物立面の正面図
５立体物立面の写真画像
６中心線
７断面線
８回転により生成した３Ｄ画像
９立体物立面の正射投影画像
１０正方形の歪んだ模様
１１回転により生成した内面の３Ｄ画像
１２内面の正射投影画像

【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体形状を持つ立体物について、その断面形状を中心軸の周りに回転して生成した３Ｄ画像により、立体物の写真画像を補正して、正射投影両像を作成するシステムと方法。

【図１】