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研究内容

4次元計測システム - 歩行中の足の特徴断面の3次元形状計測

概要

従来の形状計測装置の多くは,制御された光源を変化させながら(例: レーザ光のスキャン,パターン光の切り替えなど)複数の画像を撮影することで3次元形状を計測する手法を用いており,変形や動きを計測することが困難である. 本研究は足の特徴断面に着目し,歩行中の特徴断面の形状変化の計測データを実用的な精度(誤差1mm未満)で取得することを目的としている. (ただし,形状取得は撮影後のオフライン処理で行う)

コンピュータ・ビジョンの分野において3次元形状の計測は普遍的な課題であり,現在に至るまで数多くの研究が行われている. 例えば Prof. Steve Seitz らのMulti-View Stereo プロジェクトにおける手法比較は,現在の研究界における多眼ステレオ法の最高レベルの結果を示している. しかしながら,およそ 2008~2009 年時点でのそれらの結果に含まれる誤差は,足の大きさ程度にスケール換算して2~3mm程度に相当するものであり,我々の目標レベルには達していない.

本研究は一般的なステレオ法で足全体を計測するのではなく,より実用的なデータ取得を目指し,バイオメカニクスや解剖学における足の基礎的な特徴データである特徴断面に着目し,歩行中の特徴断面の形状を計測するものである. 具体的には,あらかじめ専門家が被験者の足の特徴断面に正確にカラーの線を引き,同期された複数のビデオ画像からフレーム毎にステレオ法で着色線の形状を計測するものである. 精度検証として石膏の足型を動かしながら計測し,既存の(静止状態を対象とした)形状スキャナと比較したところ,おおよそ誤差0.2〜0.3mm程度という結果が得られている.

特徴断面

下図に示した4つの線は,解剖学的なランドマークによって定義される特徴断面である. 例えば,日本の工業規格(JIS)では,靴の大きさは「足長」「ボール断面の周長」「ボール断面の幅」の3つのパラメータで定義されている.

cross-sections.jpg    cross-sections2.jpg

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要素技術

キャプチャ・システム

高さ約1m,長さ約10mの歩行路を構築し,その周囲にシャッター同期されたIEEE1394カメラを12台配している. 各カメラが接続されたPCをリモート制御することにより,同期されたステレオ動画像を約14FPS(70msec間隔)で撮影可能である. 得られる画像は,サイズXGA(1024×768),16bpp(4Byte/2Pixel)のYUV形式である.

catwalk-2007.png

結果例

デモ動画 (5MB)

論文

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