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JP6793302B2 - 3D measuring device - Google Patents
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Description

本発明は、三次元計測装置に関する。 The present invention relates to a three-dimensional measuring device.

認証目的のために、顔の二次元画像の代わりに又はそれに加えて、顔の三次元形状を測定して利用する応用例が増えている。また、医療や美容分野、あるいは眼鏡等の顔に装着する器具の製作、調整等のために、顔の三次元形状を計測して利用するシステムも開発されている。このように顔の三次元形状計測は様々な分野に応用されつつある。 For the purpose of authentication, there are an increasing number of applications in which the three-dimensional shape of a face is measured and used in place of or in addition to the two-dimensional image of the face. In addition, a system for measuring and using the three-dimensional shape of a face has been developed for the medical and beauty fields, or for the production and adjustment of devices to be worn on the face such as eyeglasses. In this way, the three-dimensional shape measurement of the face is being applied to various fields.

顔には、目、鼻、口のように顔のほぼ正面にあるパーツだけでなく、耳のように顔のほぼ側面にあるパーツや、顎の下側のように顔の下面にあるパーツなども含まれる。正面以外のパーツも含んだ顔の広い範囲の三次元形状を得るために、複数の三次元形状計測装置を用いて異なる複数の方向から顔の三次元計測を行い、それら複数の方向からの三次元計測結果を合成することが行われている(例えば特許文献1)。 On the face, not only parts that are almost in front of the face such as eyes, nose, and mouth, but also parts that are almost on the side of the face like ears and parts that are on the underside of the face like the underside of the chin. Is also included. In order to obtain a wide range of three-dimensional shapes of the face including parts other than the front, three-dimensional measurement of the face is performed from multiple different directions using a plurality of three-dimensional shape measuring devices, and the third order from these multiple directions is performed. The original measurement results are synthesized (for example, Patent Document 1).

異なる複数の方向からの三次元計測結果を合成する方式では、計測対象の顔は、それら各方向を担当する三次元形状計測装置の視野が重なる範囲に位置している必要がある。この要件を満たすために、特許文献1のシステムでは、左右2つの三次元形状計測装置に対する固定的な位置に被計測者が腰掛ける座席を設けることで、被計測者の顔がそれら2つの装置の視野が重なる範囲に位置することを保証する。 In the method of synthesizing the three-dimensional measurement results from a plurality of different directions, the face to be measured needs to be located in a range where the fields of view of the three-dimensional shape measuring device in charge of each direction overlap. In order to satisfy this requirement, in the system of Patent Document 1, by providing a seat on which the person to be measured sits at a fixed position with respect to the two left and right three-dimensional shape measuring devices, the face of the person to be measured is a device of these two devices. Guarantee that the fields of view are located in the overlapping range.

また、特許文献2には、人物のポートレート写真を適切に撮影するシステムにおいて、人物の顔がカメラに対して適切な位置や向きとなるようガイダンスを行う仕組みが開示されている。この仕組みでは、ステレオカメラ等で被写体の顔を撮像し、その顔のカメラからの距離や画面内での大きさ、画面内での位置の偏り等を求め、それらの情報からガイダンス情報を生成する。 Further, Patent Document 2 discloses a mechanism for giving guidance so that a person's face is in an appropriate position and orientation with respect to a camera in a system for appropriately taking a portrait photograph of a person. In this mechanism, the face of the subject is imaged with a stereo camera or the like, the distance of the face from the camera, the size on the screen, the bias of the position on the screen, etc. are obtained, and guidance information is generated from such information. ..

特開2005−106491号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-106491 特開2003−043263号公報JP-A-2003-043263

装置に対して固定された座席に被写体の人物を座らせることで顔の位置決めを行う方式は、システムの規模が大きくなってしまう。例えば、三次元計測装置を、小型の、例えば可搬型の装置として実装する場合、顔の位置決めにそのような方式を用いることは適切とはいえない。 The method of positioning the face by having the subject person sit on a seat fixed to the device increases the scale of the system. For example, when the three-dimensional measuring device is implemented as a small device, for example, a portable device, it is not appropriate to use such a method for face positioning.

本発明は、人物の顔の位置を拘束又は規定する座席等の外部機構を用いなくても、人物が自分の顔の位置を適切な計測位置に対して容易に位置合わせできるよう支援する装置を提供することを目的とする。 The present invention provides a device that assists a person in easily aligning his or her face with an appropriate measurement position without using an external mechanism such as a seat that constrains or regulates the position of the person's face. The purpose is to provide.

本発明の一つの側面で提供する三次元計測装置は、顔に対して三次元計測のための構造化光を前記顔に投光する投光器と、前記三次元計測のために前記顔をそれぞれ異なる位置から撮像する複数の三次元計測用のカメラと、を含み、前記三次元計測のための所定の計測位置に位置する前記構造化光が投光された顔を前記複数の三次元計測用のカメラが撮像した画像から、前記顔の三次元形状を求める三次元計測装置であって、異なる位置から前記顔を撮像する少なくとも2つの位置合わせ用カメラと、前記少なくとも2つの位置合わせ用カメラの撮像した画像を、それら各画像内の複数の基準位置同士が重なり合うよう重ね合わせて重ね合わせ画像を生成する重ね合わせ手段であって、前記複数の基準位置の各々は、前記顔が前記三次元計測のための所定の計測位置に位置するときに前記少なくとも2つの位置合わせ用カメラの撮像する画像上で前記顔の複数の基準部位の各々の像が存在する位置である、重ね合わせ手段と、前記重ね合わせ画像を表示する表示手段と、を含む。 The three-dimensional measuring device provided in one aspect of the present invention is different from a floodlight that projects structured light for three-dimensional measurement on the face and the face for the three-dimensional measurement. A plurality of cameras for three-dimensional measurement that capture images from a position, and a face to which the structured light is projected located at a predetermined measurement position for the three-dimensional measurement is used for the plurality of three-dimensional measurements. A three-dimensional measuring device that obtains the three-dimensional shape of the face from the image captured by the camera, and images of at least two alignment cameras that capture the face from different positions and at least two alignment cameras. It is a superimposing means for generating a superposed image by superimposing the obtained images so that a plurality of reference positions in each of the images overlap each other, and in each of the plurality of reference positions, the face is measured three-dimensionally. The superimposition means and the superimposition means at which each image of the plurality of reference parts of the face exists on the image captured by the at least two alignment cameras when the position is located at a predetermined measurement position. Includes a display means for displaying a combined image.

この発明において、表示手段は、重ね合わせ画像に対して、上下及び左右の方向に関する顔の適切な位置の範囲を示すガイド枠を重ねて表示するようにしてもよい。 In the present invention, the display means may display the superimposed image by superimposing a guide frame indicating a range of appropriate positions of the face in the vertical and horizontal directions.

また、三次元計測装置は、少なくとも2つの位置合わせ用のカメラのうちの2つのカメラの撮像した2つの画像をそれら2つの画像内の複数の基準位置同士が重なり合うよう位置合わせした状態でのずらし量を0とした場合に、それら2つの画像の内の一方の画像を他方の画像に対してずらして、それら2つの画像上の顔の複数の基準部位の像同士が重なったときのずらし量τcを計算し、求めたずらし量τcが所定の閾値以下となった場合に、顔が所定の計測位置に位置していると判定する判定手段、を更に含んでもよい。 Further, the three-dimensional measuring device shifts two images captured by at least two of the two positioning cameras in a state of being aligned so that a plurality of reference positions in the two images overlap each other. When the amount is set to 0, one of the two images is shifted with respect to the other image, and the amount of shift when the images of a plurality of reference parts of the face on the two images overlap each other. It may further include a determination means for calculating τc and determining that the face is located at a predetermined measurement position when the obtained shift amount τc is equal to or less than a predetermined threshold value.

また本発明の別の側面に係る三次元計測装置は、顔に対して三次元計測のための構造化光を前記顔に投光する投光器と、前記三次元計測のために前記顔をそれぞれ異なる位置から撮像する複数の三次元計測用のカメラと、を含み、前記三次元計測のための所定の計測位置に位置する前記構造化光が投光された顔を前記複数の三次元計測用のカメラが撮像した画像から、前記顔の三次元形状を求める三次元計測装置であって、異なる位置から前記顔を撮像する2つの位置合わせ用カメラと、前記2つの位置合わせ用のカメラが撮像した2つの画像をそれら2つの画像内の複数の基準位置同士が重なり合うよう位置合わせした状態でのずらし量を0とした場合に、前記2つの画像の内の一方の画像を他方の画像に対してずらして、それら2つの画像上の前記顔の複数の基準部位の像同士が重なったときのずらし量τcを計算し、求めたずらし量τcが所定の閾値以下となった場合に、前記顔が前記所定の計測位置に位置していると判定する判定手段と、を含む。 Further, the three-dimensional measuring device according to another aspect of the present invention is different from a floodlight that projects structured light for three-dimensional measurement on the face and the face for the three-dimensional measurement. A plurality of cameras for three-dimensional measurement that capture images from a position, and a face to which the structured light is projected located at a predetermined measurement position for the three-dimensional measurement is used for the plurality of three-dimensional measurements. It is a three-dimensional measuring device that obtains the three-dimensional shape of the face from the image captured by the camera, and is captured by two alignment cameras that capture the face from different positions and the two alignment cameras. When the amount of shift in a state where two images are aligned so that a plurality of reference positions in the two images overlap each other is set to 0, one image of the two images is set with respect to the other image. staggered, the shift amount τc when the image between the reference part of the multiple of the two of the face on the image overlap is calculated, if the calculated shift amount τc is equal to or less than a predetermined threshold value, the face Includes a determination means for determining that is located at the predetermined measurement position.

また、三次元計測装置は、ずらし量τcが正値であるか負値であるかに応じて、所定の計測位置に顔を位置合わせするために顔を三次元計測装置に対して近づけるか遠ざけるかを案内する案内手段、を更に含んでいてもよい。 In addition, the three-dimensional measuring device brings the face closer to or further away from the three-dimensional measuring device in order to align the face at a predetermined measurement position depending on whether the shift amount τc is a positive value or a negative value. It may further include a guiding means for guiding the user.

また判定手段は、一方の画像を他方の画像に対してずらしてそれら画像同士、又はそれら画像のうち複数の基準部位の像を含む特定の部分同士、の相関を計算し、その相関が最大となったときに2つの画像上の複数の基準部位の像同士が重なったとみなしてもよい。 Further, the determination means shifts one image with respect to the other image and calculates the correlation between the images or between the specific parts including the images of a plurality of reference parts in the images, and the correlation is the maximum. When this happens, it may be considered that the images of the plurality of reference parts on the two images overlap each other.

また、三次元計測装置は、2つの位置合わせ用カメラの撮像した2つの画像をそれら2つの画像内の複数の基準位置同士が重なり合うように重ね合わせた重ね合わせ画像を表示する表示手段であって、重ね合わせ画像に対して、上下及び左右の方向に関する顔の適切な位置の範囲を示すガイド枠を重ねて表示する表示手段と、表示手段に表示される重ね合わせ画像内の顔の像がガイド枠に収まる位置まで顔を動かすことを促す第1の案内を人物に対して行い、第1の案内の後人物からの開始指示を受けると、顔を所定の計測位置に位置合わせするための案内を案内手段に実行させる制御手段、を更に含んでいてもよい。 Further, the three-dimensional measuring device is a display means for displaying an superimposed image in which two images captured by two alignment cameras are superimposed so that a plurality of reference positions in the two images overlap each other. , A display means that superimposes a guide frame indicating the range of appropriate positions of the face in the vertical and horizontal directions on the superposed image, and a guide for the image of the face in the superposed image displayed on the display means. The first guidance that encourages the person to move the face to a position that fits in the frame is given to the person, and after receiving the start instruction from the person after the first guidance, the guidance for aligning the face to the predetermined measurement position. May further include a control means, which causes the guide means to execute.

本発明によれば、人物の顔の位置を拘束又は規定する座席等の外部機構を用いなくても、人物が自分の顔の位置を適切な計測位置に対して容易に位置合わせできるよう支援することができる。 According to the present invention, it assists a person to easily align his / her face position with respect to an appropriate measurement position without using an external mechanism such as a seat that restrains or regulates the position of the person's face. be able to.

実施形態の三次元顔計測装置の外観の斜視図である。It is a perspective view of the appearance of the three-dimensional face measuring apparatus of embodiment. 実施形態の三次元顔計測装置の外観の正面図である。It is a front view of the appearance of the three-dimensional face measuring apparatus of embodiment. 正面、左側、右側の計測ユニットの視野の重なりを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the overlap of the field of view of the front, left side, and right side measurement units. 被写体人物の顔の位置と、正面左カメラの画像平面上でのその被写体人物の目の像の位置との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the position of the face of the subject person, and the position of the eye image of the subject person on the image plane of the front left camera. 被写体人物の顔の位置と、正面左カメラ及び正面右カメラの画像平面上でのその被写体人物の目の像の位置との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the position of the face of the subject person, and the position of the eye image of the subject person on the image plane of the front left camera and the front right camera. 正面左カメラ及び正面右カメラの画像における目の適切な位置を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the appropriate position of the eye in the image of the front left camera and the front right camera. 正面左カメラ及び正面右カメラの画像同士を目の適切な位置が一致するように重ね合わせたガイド画像を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the guide image which superposed the images of the front left camera and the front right camera so that the appropriate positions of eyes coincide with each other. ガイド画像において、左右のカメラに由来する目の像の位置がほぼ一致した時の状態を模式的に示す図である。In the guide image, it is a figure which shows typically the state when the positions of the eye images derived from the left and right cameras are substantially the same. 正面左カメラ及び正面右カメラの画像のうち一方を左右反転させ、目の適切な位置同士が一致するように重ね合わせた別のガイド画像を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically another guide image which was superposed by inverting one of the images of a front left camera and a front right camera so that appropriate positions of eyes coincide with each other. 実施形態の三次元顔計測装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the 3D face measuring apparatus of an embodiment. 実施形態の三次元顔計測装置が実行する処理の手順の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the procedure of the process executed by the 3D face measuring apparatus of embodiment. 上下及び左右方向についての顔の位置合わせの基準となるガイド枠をガイド画像に合成した画像の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the image which combined the guide frame which becomes the reference of the alignment of a face in the vertical and horizontal directions with a guide image. 正面右カメラが撮影した画像の両目付近の高さの輝度分布を例示する図である。It is a figure which illustrates the luminance distribution of the height near both eyes of the image taken by the front right camera. 正面左カメラが撮影した画像の両目付近の高さの輝度分布を例示する図である。It is a figure which illustrates the luminance distribution of the height near both eyes of the image taken by the front left camera. 正面左カメラ及び正面右カメラの画像の輝度分布の相関が最も大きくなった状態を例示する図である。It is a figure which illustrates the state where the correlation of the luminance distribution of the image of the front left camera and the front right camera is the largest. 変形例1の三次元顔計測装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the 3D face measuring apparatus of the modification 1.

図1に本実施形態の三次元顔計測装置の外観の斜視図を、図2に正面図を示す。 FIG. 1 shows a perspective view of the appearance of the three-dimensional face measuring device of the present embodiment, and FIG. 2 shows a front view.

この三次元顔計測装置(以下単に「装置」とも呼ぶ)は、平板形状であり、例えばそのサイズは横幅40〜100cm程度、縦30〜70cm程度、厚さ3〜7cm程度である(この数値はあくまで一例)。この装置は持ち運び可能であり、例えば壁掛け等の態様で使用場所に設置される。 This three-dimensional face measuring device (hereinafter, also simply referred to as "device") has a flat plate shape, and for example, its size is about 40 to 100 cm in width, about 30 to 70 cm in length, and about 3 to 7 cm in thickness (this numerical value is about 3 to 7 cm). Just an example). This device is portable and is installed at the place of use in a manner such as wall hanging.

この装置の正面の上部中央には表示部102が設けられており、その左右と下に照明部104、106、108が設けられている。照明部104〜108は、被写体の顔のテクスチャ画像を撮像する際に用いられる照明光を投射する。 A display unit 102 is provided in the center of the upper part of the front surface of the device, and illumination units 104, 106, and 108 are provided on the left, right, and below the display unit 102. The illumination units 104 to 108 project illumination light used when capturing a texture image of the face of the subject.

また、表示部102の周囲近傍には、正面用の三次元計測ユニットのための3つの開口部112〜116が設けられている。 Further, in the vicinity of the periphery of the display unit 102, three openings 112 to 116 for the front three-dimensional measurement unit are provided.

下側中央の照明部108の左右にある他より大きい開口部126及び136は、三次元計測のための構造化光(例えば空間コード化法のパターン光や光切断法のスリット光)を投光する投光器のために、装置の正面側の外板に設けられた開口である。開口部126及び136の奥の装置内部に、それぞれ投光器が設けられている。本実施形態では、被写体が表示部102を正面から見た状態で自分の顔を位置決めし、位置決めされた顔を計測する。それら投光器は、左右の開口部126及び136を介して、計測対象の顔に対し左右両側から、かつ顔を幾分下から上に見上げる向きに構造化光を投光する。これにより、構造化光が投射されない死角の部分を減らし、顔形状の特徴の1つである顎やその下側に構造化光が投射されるようにしている。 Larger openings 126 and 136 on the left and right sides of the lower center illumination unit 108 cast structured light for three-dimensional measurement (for example, spatial coding pattern light or light cutting slit light). An opening provided in the skin on the front side of the device for the floodlight. Floodlights are provided inside the device at the back of the openings 126 and 136, respectively. In the present embodiment, the subject positions his / her face while viewing the display unit 102 from the front, and measures the positioned face. The floodlights project structured light through the left and right openings 126 and 136 from both the left and right sides of the face to be measured and in a direction in which the face is looked up from slightly below to above. As a result, the blind spot where the structured light is not projected is reduced, and the structured light is projected on the chin and its lower side, which is one of the features of the face shape.

表示部102の左右の開口部112及び114と、下側の開口部116とは、三次元計測のためのカメラのための開口部である。それら開口部112〜116の各々の奥の装置内部には、撮像素子等を備えたカメラが設けられている。左右の開口部112及び114は、表示部102を挟んで左右対称の位置にあり、下側の開口部116はその左右対称の対称軸上に位置する。これらカメラは、各々、照明部104〜108の照明光や、開口部126及び136を介して投光器から構造化光が投影された顔を、対応する開口部112、114、116を介して撮像する。なお、開口部112〜116、126、136は、ほこり等が装置内部に入り込まないよう透明な保護板で覆われている(この点は、後述する開口部122、124及び132、134についても同様)。 The left and right openings 112 and 114 of the display unit 102 and the lower openings 116 are openings for a camera for three-dimensional measurement. A camera equipped with an image sensor or the like is provided inside the device behind each of the openings 112 to 116. The left and right openings 112 and 114 are located symmetrically with respect to the display unit 102, and the lower opening 116 is located on the symmetrical axis thereof. These cameras capture the illumination light of the illumination units 104 to 108 and the face on which the structured light is projected from the floodlight through the openings 126 and 136, respectively, through the corresponding openings 112, 114, 116. .. The openings 112 to 116, 126, 136 are covered with a transparent protective plate to prevent dust and the like from entering the inside of the device (this point also applies to the openings 122, 124, 132, and 134 described later). ).

開口部112及び116に対応するカメラ及び開口部126及び136に対応する構造化光投光器の組み合わせにより三次元計測が行われる。同様に、開口部114及び116に対応するカメラ及び開口部126及び136に対応する構造化光投光器の組み合わせにより三次元計測が行われる。これらにより、顔の中央から左右に少しずつずれた方向から顔を見たときの三次元形状がそれぞれ求められる。なお、更に開口部112及び114に対応する2つのカメラの組により三次元計測を行ってもよい。これら開口部112、114、及び116に設けられたカメラが、表示部102の正面にある顔をほぼ正面方向から三次元計測する計測ユニットを構成する。この計測ユニットのことを、正面計測ユニットと呼ぶ。 Three-dimensional measurement is performed by a combination of a camera corresponding to the openings 112 and 116 and a structured light floodlight corresponding to the openings 126 and 136. Similarly, three-dimensional measurement is performed by a combination of a camera corresponding to the openings 114 and 116 and a structured light floodlight corresponding to the openings 126 and 136. From these, the three-dimensional shape when the face is viewed from the direction slightly deviated from the center of the face to the left and right can be obtained. Further, three-dimensional measurement may be performed by a set of two cameras corresponding to the openings 112 and 114. The cameras provided in the openings 112, 114, and 116 constitute a measurement unit that three-dimensionally measures the face in front of the display unit 102 from substantially the front direction. This measurement unit is called a front measurement unit.

表示部102の左側の照明部106の下側の、投光器のある開口部126の両脇に、開口部122、124が設けられている。開口部122及び124の奥の装置内部には、それぞれ、撮像素子等を備えたカメラが設けられている。これらカメラは、開口部126及び136を介して投光器から構造化光が投影された顔を、それぞれ開口部122及び124を介して撮像する。これら開口部122及び124に対応する2つのカメラは、表示部102の正面にある顔を左下方から顔の中央部に向かって三次元計測する計測ユニットを構成する。この計測ユニットのことを、左側計測ユニットと呼ぶ。この計測ユニットにより、顎の左下側の形状を含む、被写体の顔の左側の形状が計測される。 The openings 122 and 124 are provided on both sides of the opening 126 having the floodlight under the illumination unit 106 on the left side of the display unit 102. Inside the device behind the openings 122 and 124, cameras equipped with an image sensor and the like are provided, respectively. These cameras image the face on which structured light is projected from the floodlight through the openings 126 and 136, respectively, through the openings 122 and 124, respectively. The two cameras corresponding to the openings 122 and 124 constitute a measurement unit that three-dimensionally measures the face in front of the display unit 102 from the lower left toward the center of the face. This measurement unit is called a left side measurement unit. This measuring unit measures the shape of the left side of the subject's face, including the shape of the lower left side of the chin.

同様に、表示部102の右側の照明部104の下側の、投光器のある開口部136の両脇に、2つの開口部132、134が設けられている。開口部132及び134の奥にはカメラがそれぞれ設けられている。これら開口部132及び134に対応する2つのカメラは、表示部102の正面にある顔を右下方から顔の中央部に向かって三次元計測する計測ユニットを構成する。この計測ユニットのことを、右側計測ユニットと呼ぶ。この計測ユニットにより、顎の右下側の形状を含む、被写体の顔の右側の形状が計測される。 Similarly, two openings 132 and 134 are provided on both sides of the opening 136 with the floodlight on the lower side of the illumination unit 104 on the right side of the display unit 102. Cameras are provided behind the openings 132 and 134, respectively. The two cameras corresponding to the openings 132 and 134 constitute a measurement unit that three-dimensionally measures the face in front of the display unit 102 from the lower right toward the center of the face. This measurement unit is called a right side measurement unit. This measuring unit measures the shape of the right side of the subject's face, including the shape of the lower right side of the chin.

この例では、左側計測ユニットと右側計測ユニットとは表示部102を挟んで左右対称の配置関係にあり、それぞれの視野も左右対称の関係にある。この装置は、正面計測ユニットにより求められる少なくとも2つの三次元形状データ(開口部112,116のカメラのペアに対応するものと、開口部114、116のカメラのペアに対応するものを含む)と、左側及び右側の計測ユニットがそれぞれ計測した三次元形状データと、を組み合わせることで、被写体の顔の三次元形状データを構成する。 In this example, the left side measurement unit and the right side measurement unit are arranged symmetrically with respect to the display unit 102, and their respective fields of view are also symmetrically arranged. This device includes at least two 3D shape data (including one corresponding to a pair of cameras with openings 112 and 116 and one corresponding to a pair of cameras with openings 114 and 116) obtained by the front measurement unit. , The three-dimensional shape data of the face of the subject is constructed by combining the three-dimensional shape data measured by the measurement units on the left and right sides, respectively.

この装置において被写体の顔の三次元形状を適切に計測するには、正面、左側、及び右側の計測ユニットの視野が重なる適切な位置に顔を位置合わせする必要がある。図3に模式的に示すように、正面計測ユニットのカメラCMの視野150(開口部112〜116の3つのカメラの平均的な視野)、左側計測ユニットのカメラCLの視野154(開口部122、124の2つのカメラの平均的な視野)、及び右側計測ユニット(開口部132、134の2つのカメラの平均的な視野)のカメラCRの視野152は、それぞれ表示部102の正面のある距離範囲で重なっている。3つの計測ユニットの視野150〜154が重なった範囲内の顔位置Aに被写体の顔があれば、その顔は3つの計測ユニットのすべてで適切に三次元形状を計測できる。これに対し、3つの計測ユニットの視野150〜154が重なった範囲よりも装置に近い側の顔位置X、あるいは遠い側の顔位置Yに被写体の顔があると、顔の一部が3つの計測ユニットのうちの一以上の視野から外れてしまうため、適切な三次元計測結果が得られなくなる。 In order to properly measure the three-dimensional shape of the subject's face with this device, it is necessary to align the face at an appropriate position where the fields of view of the front, left, and right measurement units overlap. As schematically shown in FIG. 3, the field of view 150 of the camera CM of the front measurement unit (the average field of view of the three cameras of the openings 112 to 116) and the field of view 154 of the camera CL of the left measurement unit (opening 122, The field of view 152 of the camera CR of the right side measurement unit (the average field of view of the two cameras of openings 132 and 134) is a certain distance range in front of the display unit 102, respectively. It overlaps with. If the face of the subject is in the face position A within the range where the fields of view 150 to 154 of the three measurement units overlap, the face can be appropriately measured in three-dimensional shape by all three measurement units. On the other hand, if the subject's face is at the face position X on the side closer to the device or the face position Y on the far side than the range where the fields of view 150 to 154 of the three measurement units overlap, the part of the face is three. Since it is out of the field of view of one or more of the measurement units, it becomes impossible to obtain an appropriate three-dimensional measurement result.

そこで、本実施形態では、被写体の顔の位置を固定する座席等の固定具を用いずに、被写体の人物自身が表示部102に表示される画像を見ながら自分の顔を動かして、適切な顔位置Aに顔を位置合わせする。この位置合わせの支援のために、本実施形態では、表示部102の左右の開口部112及び114に対応する2つのカメラが撮像した画像を用いる。 Therefore, in the present embodiment, the subject person himself / herself moves his / her face while looking at the image displayed on the display unit 102 without using a fixture such as a seat for fixing the position of the subject's face, which is appropriate. Align the face with the face position A. To support this alignment, the present embodiment uses images captured by two cameras corresponding to the left and right openings 112 and 114 of the display unit 102.

本実施形態の位置合わせ支援の原理を説明する。 The principle of alignment support of this embodiment will be described.

はじめに左側の開口部112に対応するカメラ1台のみの場合を考える。図4は被写体である人物の顔の両目EyeL, EyeRが、その左側のカメラ(Camera)Lの画像平面Image Plane上の点PL-L, PL-Rに投影されている様子を模式的に示す。これら点PL-L, PL-Rは、被写体の顔がカメラLを含む計測システムに対して適切な顔位置Aにあるときの両目EyeL, EyeRの画像平面上の投影位置である。カメラLの焦点距離Focus及び画像中心Image Centerがあらかじめ分かっており、適切な顔位置Aにおける両目EyeL, EyeRの三次元空間上での座標を定義すれば、適切な顔位置Aでの両目EyeL, EyeRを画像平面上に投影した点PL-LおよびPL-Rの座標が計算できる。以下、この点PL-LおよびPL-Rのことを、(カメラLの)画像平面上での目の適切な位置と呼ぶこととする。 First, consider the case of only one camera corresponding to the opening 112 on the left side. FIG. 4 schematically shows how the EyeL and EyeR of the face of the person who is the subject are projected onto the points PL-L and PL-R on the image plane Image Plane of the camera L on the left side. .. These points PL-L and PL-R are projection positions of both eyes EyeL and EyeR on the image plane when the face of the subject is at an appropriate face position A with respect to the measurement system including the camera L. If the focal length Focus and the image center of the camera L are known in advance and the coordinates of both eyes EyeL and EyeR at the appropriate face position A in the three-dimensional space are defined, both eyes EyeL at the appropriate face position A, The coordinates of the points PL-L and PL-R on which EyeR is projected on the image plane can be calculated. Hereinafter, these points PL-L and PL-R will be referred to as appropriate positions of the eyes on the image plane (of the camera L).

しかし、両目EyeL,EyeRに対応するカメラLの画像平面上での点が、適切な位置PL-L,PL-Rにあったとしても、それだけでは被写体の顔が適切な顔位置Aにあるとは限らない。被写体の両目EyeLとEyeRとの間の距離は通常は未知であるので、現在の顔の位置が適切な顔位置Aであるのか、顔位置Bのような適切でない位置であるのかは、カメラLの画像のみでは分からない。 However, even if the points on the image plane of the camera L corresponding to both eyes EyeL and EyeR are at the appropriate positions PL-L and PL-R, the subject's face is at the appropriate face position A by itself. Is not always. Since the distance between Eye L and Eye R of both eyes of the subject is usually unknown, it is determined whether the current face position is an appropriate face position A or an inappropriate position such as face position B. I can't tell from the image of.

次に、図5を参照して、左側の開口部112に対応するカメラLと右側の開口部114に対応するカメラRの2台のカメラが存在している場合を考える。右側のカメラRについても、被写体の顔が適切な顔位置Aにあるときの画像平面上での目の適切な位置PR-L, PR-Rが計算できる。図5に示すとおり、適切な顔位置A以外の別の顔位置、例えば顔位置B又はCに顔が存在する場合、両目EyeL及びEyeRのカメラL及びRの画像平面上への投影点は、カメラLの画像平面上の目の適切な位置PL-L及びPL-R、並びにカメラRの画像平面上の目の適切な位置PR-L及びPR-Rのうちの1つ以上と一致しない。逆に、両目EyeL及びEyeRのカメラL及びRの画像平面への投影点が、それら画像平面上での目の適切な位置PL−L,PL-R,PR-L及びPR-Rの全てと一致するのは、被写体の顔が顔位置Aにあるときのみである。 Next, with reference to FIG. 5, consider the case where there are two cameras, a camera L corresponding to the left opening 112 and a camera R corresponding to the right opening 114. For the camera R on the right side, the appropriate positions PR-L and PR-R of the eyes on the image plane when the subject's face is in the appropriate face position A can be calculated. As shown in FIG. 5, when the face is present at another face position other than the appropriate face position A, for example, the face position B or C, the projection points of the cameras L and R of both eyes EyeL and EyeR on the image plane are determined. It does not match one or more of the proper positions PL-L and PL-R of the eyes on the image plane of the camera L and the proper positions PR-L and PR-R of the eyes on the image plane of the camera R. Conversely, the projection points of both eyes EyeL and EyeR on the image planes of the cameras L and R are all of the appropriate eye positions PL-L, PL-R, PR-L and PR-R on those image planes. The match occurs only when the subject's face is in face position A.

以上のことから、カメラL及びRの撮影した画像上での被写体の両目EyeL及びEyeRの位置(4つの投影点)が、適切な位置PL-L,PL-R,PR-L及びPR-Rの全てに一致するように顔の位置を調整することで、被写体の顔を適切な顔位置Aに位置合わせできることが分かる。 From the above, the positions of both eyes EyeL and EyeR (four projection points) of the subject on the images taken by the cameras L and R are appropriate positions PL-L, PL-R, PR-L and PR-R. It can be seen that the face of the subject can be aligned with the appropriate face position A by adjusting the position of the face so as to match all of the above.

そこで本実施形態では、顔の中で比較的認識しやすい両目EyeL及びEyeRを顔位置合わせのための基準部位として用い、カメラL及びRの撮影した画像中での基準部位である両目の位置が適切な位置PL-L,PL-R,PR-L及びPR-Rに実質的に一致するか確認することで、顔が適切な位置Aにあるかどうかを判定可能とする。各画像上の位置PL-L,PL-R,PR-L及びPR-Rは、顔が計測のための適切な顔位置Aに位置するときに、カメラL及びRの画像内で基準部位EyeL及びEyeRの像が位置する位置であり、これらの位置を基準位置とも呼ぶ。 Therefore, in the present embodiment, both eyes EyeL and EyeR, which are relatively easy to recognize in the face, are used as reference parts for face alignment, and the positions of both eyes, which are the reference parts in the images taken by the cameras L and R, are set. It is possible to determine whether or not the face is in the appropriate position A by confirming that it substantially matches the appropriate positions PL-L, PL-R, PR-L and PR-R. The positions PL-L, PL-R, PR-L and PR-R on each image are the reference sites EyeL in the images of cameras L and R when the face is located at the appropriate face position A for measurement. And the position where the EyeR image is located, and these positions are also called the reference positions.

一つの例では、カメラL及びRの撮影した画像を表示部102に表示し、被写体の人物自身がその表示部102に表示された画像を確認しながら、あたかも“鏡を見ているように”自然に顔の位置合わせができるようにする。 In one example, the images taken by the cameras L and R are displayed on the display unit 102, and while the subject person himself / herself confirms the image displayed on the display unit 102, it is as if he / she is looking in a mirror. Allows you to align your face naturally.

図6はカメラLの画像における目の適切な位置PL-L, PL-R、およびカメラRの画像における目の適切な位置PR-L, PR-Rの模式図である。例えば、顔が右(Right)又は左(Left)に動くと、カメラR及びLの画像内の顔の像は、その動きの向きと同じ方向に動く。一方、カメラLとカメラRはカメラの光軸方向が異なるため、顔を前(Front)又は後(Back)に移動させたときの画像上での顔位置の変化方向はカメラLとカメラRで逆向きとなる。例えば、顔が前方に移動すると、カメラRの画像内の顔位置は右に移動し、カメラLの画像内での顔位置は左に移動する。 FIG. 6 is a schematic diagram of the appropriate eye positions PL-L, PL-R in the image of the camera L, and the appropriate eye positions PR-L, PR-R in the image of the camera R. For example, when the face moves to the right (Right) or left (Left), the image of the face in the images of the cameras R and L moves in the same direction as the direction of the movement. On the other hand, since the camera L and the camera R have different optical axis directions, the change direction of the face position on the image when the face is moved forward (Front) or rear (Back) is different between the camera L and the camera R. It will be in the opposite direction. For example, when the face moves forward, the face position in the image of the camera R moves to the right, and the face position in the image of the camera L moves to the left.

ここでいう顔を動かす場合の「前後」の方向とは、表示部102を見ている被写体の人物から見た前及び後の方向である。また別観点からいえば、「前後」方向は、三次元顔計測装置(より厳密には表示部102)の正面の方向であり、「前」方向又は「前方」はその正面方向に沿って表示部102に近づく方向であり、「後ろ」方向又は「後方」はその正面方向に沿って表示部102から遠ざかる方向である。また上下方向、及び左右方向とは、表示部102を見ている被写体の人物からみて上下の方向、及び、左右の方向である。 The "front-back" direction when moving the face referred to here is the front and rear directions as seen from the person of the subject who is looking at the display unit 102. From another point of view, the "front-back" direction is the front direction of the three-dimensional face measuring device (more strictly, the display unit 102), and the "front" direction or the "front" direction is displayed along the front direction. It is a direction approaching the unit 102, and the "rear" direction or the "rear" direction is a direction away from the display unit 102 along the front direction thereof. Further, the vertical direction and the horizontal direction are the vertical direction and the horizontal direction when viewed from the person of the subject who is viewing the display unit 102.

さて、この例ではカメラLの画像とカメラRの画像を、図7のように目の適切な位置PL-L及びPR-Lと、PL-R及びPR-Rとが各々一致するように重ね合わせ、この重ね合わせた画像(ガイド画像と呼ぶ)を表示部102に表示する。 By the way, in this example, the image of the camera L and the image of the camera R are overlapped so that the appropriate eye positions PL-L and PR-L and PL-R and PR-R coincide with each other as shown in FIG. Together, the superimposed image (referred to as a guide image) is displayed on the display unit 102.

ここで重ね合わせた画像(ガイド画像)におけるPL-LおよびPL-Rの画像座標をPLとし、PR-LおよびPR-Rの画像座標をPRとする。顔が適切な顔位置Aに存在しない場合、両目の位置はカメラLのPL-L, PL-RおよびカメラRのPR-L, PR-Rと一致しない。したがってこの場合、重ね合わせた画像においても図7のように両目の位置はPL及びPRと一致せず目が二重写しに見えるため、違和感の高い画像となる。一方、顔が適切な顔位置Aに存在する場合は図8のように重ね合わせた画像上でも、カメラL及びRの画像における左目及び右目がPLおよびPRにおいてそれぞれ重なり合うため、最も違和感が少ない画像となる。 Here, the image coordinates of PL-L and PL-R in the superimposed image (guide image) are PL, and the image coordinates of PR-L and PR-R are PR. If the face is not in the proper face position A, the positions of both eyes do not match the PL-L, PL-R of the camera L and the PR-L, PR-R of the camera R. Therefore, in this case, even in the superimposed image, the positions of both eyes do not match PL and PR as shown in FIG. 7, and the eyes appear to be duplicated, resulting in a highly uncomfortable image. On the other hand, when the face is present at the appropriate face position A, the left eye and the right eye in the images of the cameras L and R overlap each other in PL and PR even on the superimposed image as shown in FIG. 8, so that the image with the least discomfort It becomes.

以上をまとめると、この例ではまず2つのカメラL及びRの撮影した画像を前述の通り重ね合わせた図7のような画像を表示部102に表示して被写体人物に提示する。次に被写体人物は提示された画像を見ながら顔を前後左右に動かし、図8のように両目が重なる最も違和感の少なくなる顔位置を探す。このようにして決定された顔位置が適切な顔位置Aとなっている。 Summarizing the above, in this example, first, an image as shown in FIG. 7 in which the images taken by the two cameras L and R are superimposed as described above is displayed on the display unit 102 and presented to the subject person. Next, the subject person moves his / her face back and forth and left and right while looking at the presented image, and searches for the face position where both eyes overlap and the feeling of discomfort is minimized as shown in FIG. The face position determined in this way is the appropriate face position A.

なお、より違和感の低い重ね合わせ画像を生成するため、元のカメラ画像に対して左右反転、回転、射影変換などの加工を行った後に重ね合わせを行ってもよい。 In addition, in order to generate a superposed image with less discomfort, the original camera image may be superposed after being processed such as left-right inversion, rotation, and projective transformation.

また、この例では図7に示したとおり、顔を前後方向に移動させるとカメラLおよびカメラRの画像上で左右逆方向に移動するので、重ね合わせた画像上での変化も大きいが、顔を左右方向に移動させた場合は両画像ともに同じ方向へ移動するため、重ね合わせた画像上の変化は比較的少ない。 Further, in this example, as shown in FIG. 7, when the face is moved in the front-rear direction, it moves in the opposite directions on the images of the camera L and the camera R, so that the change on the superimposed image is large, but the face. When is moved in the left-right direction, both images move in the same direction, so there is relatively little change on the superimposed image.

しかし図9のようにカメラL及びカメラRの画像のうちいずれか一方のみ左右反転するとこの関係性も逆転し、顔を左右方向に移動させた方が重ね合わせた画像上での変化が大きくなる。したがって顔位置の前後方向と左右方向のどちらを合わせることがより重要なのかにより画像の重ね合わせ時に元のカメラ画像の一方を左右反転するか否かを決めてもよい。または左右反転をする場合、しない場合の両方の重ね合わせ画像を同時に提示すれば前後、左右とも精密に合わせることができる。例えば表示部102の表示領域を第1及び第2の領域に二分割し、第1の領域には左右反転無しで重ね合わせた画像を、第2の領域には一方を左右反転して重ね合わせた画像を、それぞれ表示する構成とすればよい。 However, as shown in FIG. 9, when only one of the images of the camera L and the camera R is flipped horizontally, this relationship is also reversed, and the more the face is moved in the left-right direction, the larger the change on the superimposed image becomes. .. Therefore, depending on whether it is more important to match the front-back direction or the left-right direction of the face position, it may be decided whether or not one of the original camera images is horizontally inverted when the images are superimposed. Alternatively, if the superimposed images of both the case of left-right reversal and the case of no left-right inversion are presented at the same time, the front-back and left-right can be precisely matched. For example, the display area of the display unit 102 is divided into a first and a second area, and an image superimposed on the first area without left-right inversion is superimposed on the second area by inverting one side on the left-right Each of the images may be displayed.

図10に、この例における三次元顔計測装置の機能ブロック図を示す。これは、図1、図2に外観を示した装置の機能構成を例示するものである。 FIG. 10 shows a functional block diagram of the three-dimensional face measuring device in this example. This illustrates the functional configuration of the device whose appearance is shown in FIGS. 1 and 2.

図10において、正面左カメラ212及び正面右カメラ214は、それぞれ図1に示した表示部102の左側及び右側の開口部112及び114内のカメラである。また、正面下カメラ216は、表示部102の下側の開口部116内のカメラである。また、左側第1カメラ222及び左側第2カメラ224は、左側の投光器の開口部126の両脇にある2つの開口部122及び124内のカメラであり、右側第1カメラ232及び右側第2カメラ234は、右側の投光器の開口部136の両脇にある2つの開口部132及び134内のカメラである。 In FIG. 10, the front left camera 212 and the front right camera 214 are cameras in the openings 112 and 114 on the left and right sides of the display unit 102 shown in FIG. 1, respectively. Further, the front lower camera 216 is a camera in the opening 116 on the lower side of the display unit 102. The left side first camera 222 and the left side second camera 224 are cameras in the two openings 122 and 124 on both sides of the left side floodlight opening 126, and the right side first camera 232 and the right side second camera. Reference numeral 234 is a camera in two openings 132 and 134 on both sides of the right floodlight opening 136.

ガイド画像生成部300は、正面左カメラ212及び正面右カメラ214が位置合わせモード時に撮像した画像から、顔の位置合わせのために表示部102に表示するガイド画像を生成する。ガイド画像は、最も単純な例では、正面左カメラ212の撮像した画像及び正面右カメラ214が撮像した画像を単に重ね合わせた画像である。なお、正面左カメラ212及び正面右カメラ214の画像を、射影変換等により共に正面方向から見た場合の画像へと変換し、重ね合わせることで、ガイド画像を生成してもよい。位置合わせモード時には、開口部126及び136内の投光器は三次元計測用の構造化光は投光せず、照明部104〜108が照明光を投光している状態で、正面左カメラ212及び正面右カメラ214が撮像を行う。 The guide image generation unit 300 generates a guide image to be displayed on the display unit 102 for face alignment from the images captured by the front left camera 212 and the front right camera 214 in the alignment mode. In the simplest example, the guide image is simply an image obtained by superimposing an image captured by the front left camera 212 and an image captured by the front right camera 214. The guide image may be generated by converting the images of the front left camera 212 and the front right camera 214 into an image when both are viewed from the front direction by a projective transformation or the like, and superimposing the images. In the alignment mode, the floodlights in the openings 126 and 136 do not project the structured light for three-dimensional measurement, and the illumination units 104 to 108 are projecting the illumination light, and the front left camera 212 and The front right camera 214 takes an image.

三次元顔形状構成部302は、計測モードにおける正面計測ユニット、左側計測ユニット、右側計測ユニットの各カメラの画像を組み合わせ、空間コード化法等の三次元計測アルゴリズムを適用することで三次元形状データを生成する。計測モードでは、開口部126及び136内の投光器から被写体の顔に構造化光が投影され、この状態の顔を各カメラ212、214、216、222、224、232、234が撮像する。そして、三次元顔形状構成部302は、正面左カメラ212と正面下カメラ216の画像の組から1つの三次元形状データを生成し、正面右カメラ214と正面下カメラ216の画像の組から1つの三次元形状データを生成する。また三次元顔形状構成部302は、左側第1カメラ222と左側第2カメラ224が撮像した画像の組から1つの三次元形状データを生成し、更に、右側第1カメラ232と右側第2カメラ234が撮像した画像の組から1つの三次元形状データを生成する。そして、三次元顔形状構成部302は、正面の3つのカメラの画像から求めた2つの三次元形状データと、左側のカメラのペアから求めた1つの三次元形状データと、右側のカメラのペアから求めた1つの三次元形状データとを組み合わせることで、顔の正面に加えて顎や耳なども含む顔の三次元形状データを構成する。ワールド座標系に対する各カメラ212〜216、222〜224、232〜234の個別の座標系の関係は既知なので、それら各カメラの個別の座標系での画像を、同一のワールド座標系に座標変換して三次元系計測アルゴリズムを適用することで、同じ座標系での三次元形状データが得られ、それら三次元形状データを合成すればよい。 The three-dimensional face shape component 302 combines the images of the front measurement unit, the left side measurement unit, and the right side measurement unit in the measurement mode, and applies a three-dimensional measurement algorithm such as a spatial coding method to obtain three-dimensional shape data. To generate. In the measurement mode, structured light is projected onto the face of the subject from the floodlights in the openings 126 and 136, and the faces in this state are imaged by the cameras 212, 214, 216, 222, 224, 232, and 234. Then, the three-dimensional face shape component 302 generates one three-dimensional shape data from the set of images of the front left camera 212 and the front lower camera 216, and one from the set of images of the front right camera 214 and the front lower camera 216. Generate two 3D shape data. Further, the three-dimensional face shape component 302 generates one three-dimensional shape data from a set of images captured by the left first camera 222 and the left second camera 224, and further, the right first camera 232 and the right second camera 232. One three-dimensional shape data is generated from a set of images captured by 234. Then, the three-dimensional face shape constituent unit 302 has two three-dimensional shape data obtained from the images of the three front cameras, one three-dimensional shape data obtained from the pair of cameras on the left side, and a pair of cameras on the right side. By combining with one three-dimensional shape data obtained from the above, three-dimensional shape data of the face including the jaw, ears, etc. in addition to the front of the face is constructed. Since the relationship between the individual coordinate systems of each camera 212 to 216, 222 to 224, and 232 to 234 to the world coordinate system is known, the images in the individual coordinate systems of each camera are coordinate-converted to the same world coordinate system. By applying the three-dimensional system measurement algorithm, three-dimensional shape data in the same coordinate system can be obtained, and the three-dimensional shape data may be synthesized.

計測制御部304は、被写体人物の三次元顔形状データを生成するために、この装置内の各機能要素を制御する。計測制御部304は、被写体人物の顔の計測を行う場合、まず位置合わせモードの処理を実行し、次に計測モードの処理を実行する。位置合わせモードでは、計測制御部304は、正面左カメラ212及び正面右カメラ214を制御してガイド画像のため撮像を行わせ、それら2つのカメラ212及び214が撮像した画像を合成してガイド画像を生成し、表示部102に表示させる。また、計測モードでは、計測制御部304は、開口部126及び136に設けられた投光器に構造化光を投光させ、各カメラ212〜216、222〜224、232〜234に撮像を実行させ、三次元顔形状構成部302にそれら各カメラの画像から三次元形状データを生成させる。 The measurement control unit 304 controls each functional element in the device in order to generate three-dimensional face shape data of the subject person. When measuring the face of the subject person, the measurement control unit 304 first executes the process of the alignment mode, and then executes the process of the measurement mode. In the alignment mode, the measurement control unit 304 controls the front left camera 212 and the front right camera 214 to take an image for a guide image, and combines the images captured by the two cameras 212 and 214 to form a guide image. Is generated and displayed on the display unit 102. Further, in the measurement mode, the measurement control unit 304 causes the floodlights provided in the openings 126 and 136 to project the structured light, and causes the cameras 212 to 216, 222 to 224, and 232 to 234 to perform imaging. The three-dimensional face shape component 302 is made to generate three-dimensional shape data from the images of each of these cameras.

次に、図11を参照して、本実施形態の三次元顔計測装置による顔形状計測の手順の一例を説明する。 Next, an example of the procedure for measuring the face shape by the three-dimensional face measuring device of the present embodiment will be described with reference to FIG.

この手順は、例えば被写体の人物等が当該装置に計測の開始を指示した際に始まる。この開始の指示は、例えば当該装置に設けられた計測開始ボタンを押下したり、音声で開始を指示したりすることで行えばよい(後者の場合、装置は、音声による計測開始指示を認識するために、マイクや指示内容に認識のためのソフトウエアを備える)。 This procedure starts when, for example, a person as a subject instructs the device to start measurement. This start instruction may be given, for example, by pressing the measurement start button provided on the device or instructing the start by voice (in the latter case, the device recognizes the measurement start instruction by voice). Therefore, the microphone and the instruction content are equipped with software for recognition).

処理が開始されると、まず計測制御部304は、位置合わせモードの制御を行う。すなわち、計測制御部304は、照明部104〜108を点灯させ(S10)、正面左カメラ212及び正面右カメラ214に位置合わせモードでの撮像(すなわち構造化光を投光せずに撮像結果の動画を出力)を指示する。ガイド画像生成部300は、正面左カメラ212及び正面右カメラ214のカメラの画像から上述のガイド画像を生成し、表示部102に表示する(S12)。ガイド画像は例えば動画として表示部102に表示される。被写体人物は、表示部102に表示されたガイド画像を見ながら顔の位置を動かし、ガイド画像上で自分の顔の両目のブレがもっとも少ない、最も違和感の少ない画像状態となる位置を見つける。装置内に音声出力機構を設け、S12の実行時に計測制御部304が「画面上で目が二重写しにならない位置に顔を動かしてください」等の案内音声を出力してもよい。あるいは、同様の案内を表示部102に文字として表示してもよい。計測制御部304は、被写体人物から三次元計測の開始が指示されるのを待つ(S14)。 When the process is started, the measurement control unit 304 first controls the alignment mode. That is, the measurement control unit 304 turns on the illumination units 104 to 108 (S10), and images the front left camera 212 and the front right camera 214 in the alignment mode (that is, the image capture result without projecting the structured light). Output video) is instructed. The guide image generation unit 300 generates the above-mentioned guide image from the images of the front left camera 212 and the front right camera 214, and displays the guide image on the display unit 102 (S12). The guide image is displayed on the display unit 102 as a moving image, for example. The subject person moves the position of the face while looking at the guide image displayed on the display unit 102, and finds the position on the guide image in which the blurring of both eyes of his / her face is the least and the image state with the least discomfort is obtained. A voice output mechanism may be provided in the device, and the measurement control unit 304 may output a guidance voice such as "Please move your face to a position where your eyes are not duplicated on the screen" when S12 is executed. Alternatively, the same guidance may be displayed as characters on the display unit 102. The measurement control unit 304 waits for the subject person to instruct the start of the three-dimensional measurement (S14).

顔の位置合わせが完了すると、被写体人物は、当該装置に対して三次元計測の開始指示を音声又はボタン押下等により入力する。すると、S14の判定結果がYesとなり、計測制御部304は計測モードに遷移する。計測モードでは、計測制御部304は、開口部126及び136に設けられた投光器に構造化光を投光させると共に、各カメラ212〜216、222〜224、232〜234に撮像を実行させる(S16)。そして、三次元顔形状構成部302が、それらカメラが撮像した画像を、正面左カメラ212と正面下カメラ216とのペア、正面右カメラ214と正面下カメラ216とのペアといったペア毎に組み合わせて三次元計測アルゴリズムを適用する。これによりペア毎の三次元形状データが生成される。三次元顔形状構成部302は、それらペア毎の三次元形状データを合成することで、被写体人物の顔の三次元形状データを完成させる(S18)。なお、三次元計測処理の中で、構造化光を投光せずに照明部104〜108を点灯させて撮影を行うことで、顔のテクスチャ画像を取得し、このテクスチャ画像から得たテクスチャ情報を三次元形状データと合成してもよい。 When the alignment of the face is completed, the subject person inputs a start instruction of the three-dimensional measurement to the device by voice, pressing a button, or the like. Then, the determination result of S14 becomes Yes, and the measurement control unit 304 shifts to the measurement mode. In the measurement mode, the measurement control unit 304 causes the floodlights provided in the openings 126 and 136 to project the structured light, and causes the cameras 212 to 216, 222 to 224, and 232 to 234 to perform imaging (S16). ). Then, the three-dimensional face shape component 302 combines the images captured by these cameras for each pair such as a pair of the front left camera 212 and the front lower camera 216 and a pair of the front right camera 214 and the front lower camera 216. Apply a three-dimensional measurement algorithm. As a result, three-dimensional shape data for each pair is generated. The three-dimensional face shape component 302 completes the three-dimensional shape data of the face of the subject person by synthesizing the three-dimensional shape data for each pair (S18). In the three-dimensional measurement process, a facial texture image is acquired by lighting the lighting units 104 to 108 without projecting structured light and taking a picture, and the texture information obtained from this texture image is obtained. May be combined with the three-dimensional shape data.

以上に説明したように、本実施形態では、表示部102に表示されたガイド画像上の両目の表示状態を被写体人物自身が見ながら、適切な顔位置に自分の顔を位置合わせすることができる。 As described above, in the present embodiment, the subject person himself / herself can see the display state of both eyes on the guide image displayed on the display unit 102, and can align his / her face with an appropriate face position. ..

以上では、ガイド画像の生成のために正面左カメラ212及び正面右カメラ214という2台のカメラを用いたが、ガイド画像の生成のために別の2台のカメラのペア(例えば左側第1カメラ222と右側第1カメラ232のペア等)を用いてもよい。また、3台以上のカメラを用いてガイド画像を生成してもよい。3台以上のカメラを用いる場合、ガイド画像生成部300は、それぞれのカメラの画像平面における目の適切な位置PL-LとPR-L、PL-RとPR-R、がそれぞれ重なるように、それらカメラの画像を重ね合わせたガイド画像を生成し、表示部102に表示する。また、以上の例では、正面左カメラ212及び正面右カメラ214等のように三次元計測のために用いられるカメラを用いて位置合わせ用のガイド画像を生成したが、位置合わせ専用のカメラを別途設け、これら専用のカメラが撮影した画像からガイド画像を生成してもよい。 In the above, two cameras, the front left camera 212 and the front right camera 214, were used to generate the guide image, but another pair of two cameras (for example, the first camera on the left side) was used to generate the guide image. A pair of 222 and the right first camera 232, etc.) may be used. Further, the guide image may be generated by using three or more cameras. When using three or more cameras, the guide image generator 300 sets the guide image generator 300 so that the appropriate eye positions PL-L and PR-L and PL-R and PR-R on the image plane of each camera overlap each other. A guide image in which the images of these cameras are superimposed is generated and displayed on the display unit 102. Further, in the above example, a guide image for alignment is generated using a camera used for three-dimensional measurement such as a front left camera 212 and a front right camera 214, but a camera dedicated to alignment is separately used. A guide image may be generated from the images taken by these dedicated cameras.

また、以上の例では、ガイド画像生成のために複数のカメラの画像を重ね合わせる際の基準として両目の適切な位置PL-L、PR-L、PL-R、PR-Rを用いたが、これは一例に過ぎない。この代わりに、又はこれに加えて、目以外の部位、例えば鼻や顎の輪郭等を重ね合わせの基準に用いてもよい。この場合、ガイド画像生成時の複数の画像の重ね合わせは、それら画像内のそれら複数の基準の部位の平均位置を一致させる方式、それら複数の基準部位の適切な位置が一致するようにそれら画像を射影変換等により変形してから重ね合わせる方式、等で行えばよい。画像の重ね合わせの際にそれら複数の基準点のすべてを同等に取り扱うのではなく、重要度に応じて重み付けを行ってもよい。例えば、画像間での同じ基準部位同士の位置ずれと重みとの積の総和が最も小さくなるようにそれら複数の画像を重ね合わせる等である。 Further, in the above example, the appropriate positions of both eyes PL-L, PR-L, PL-R, and PR-R were used as a reference when superimposing images from a plurality of cameras to generate a guide image. This is just one example. Alternatively or in addition to this, a site other than the eyes, such as the contour of the nose or chin, may be used as the criterion for superposition. In this case, the superposition of the plurality of images at the time of generating the guide image is a method of matching the average positions of the plurality of reference parts in the images, and the images so that the appropriate positions of the plurality of reference parts match. May be transformed by a projective transformation or the like and then superimposed. When superimposing images, all of the plurality of reference points may not be treated equally, but weighting may be performed according to the importance. For example, the plurality of images are superposed so that the sum of the products of the misalignment of the same reference portions and the weights between the images is the smallest.

また、上記実施形態において、表示部102に表示されるガイド画像に対して、顔の位置合わせのためのガイド表示を合成して表示してもよい。 Further, in the above embodiment, the guide display for face alignment may be combined and displayed with the guide image displayed on the display unit 102.

例えば、図12に示すように、ガイド画像生成部300が、ガイド画像170内にガイド枠172を表示する。ガイド枠172は、標準的な大きさの顔が適切な顔位置Aに位置するときの、ガイド画像170内の重ね合わされた顔画像の存在範囲よりも少し大きい範囲を囲む枠線である。被写体人物は、表示部102に表示されるガイド画像170内の、重ね合わされて二重写しになった顔画像がそのガイド枠172におおよそ収まるように自分の顔の位置を調整する。顔画像がガイド枠172にほぼ収まる状態となると、被写体の顔が、少なくとも左右及び上下方向についてある程度適切な範囲に位置することとなる。この後、被写体人物は、顔を表示部102に向かっておおよそ前又は後ろに動かし、更に必要であれば上下や左右方向にも顔の位置を微調整して、両目の部分の違和感が最も少なくなる位置を探す。 For example, as shown in FIG. 12, the guide image generation unit 300 displays the guide frame 172 in the guide image 170. The guide frame 172 is a frame line surrounding a range slightly larger than the existing range of the superimposed face images in the guide image 170 when a face of a standard size is located at an appropriate face position A. The subject person adjusts the position of his / her face so that the superposed and double-copied face images in the guide image 170 displayed on the display unit 102 are approximately fitted in the guide frame 172. When the face image is substantially contained in the guide frame 172, the face of the subject is positioned at least in an appropriate range in the left-right and up-down directions. After this, the subject person moves the face approximately forward or backward toward the display unit 102, and if necessary, finely adjusts the position of the face in the vertical and horizontal directions to minimize discomfort in both eyes. Find the position.

顔位置合わせの手順の一例として、第1段階で表示部102に表示される顔の画像がガイド枠172に収まるように被写体人物に顔の位置を調整させ、次に第2段階として、左右の正面左カメラ212及び正面右カメラ214の画像を重ね合わせたガイド画像による前後方向の顔位置合わせを実行させてもよい。この場合、第1段階では、正面左カメラ212及び正面右カメラ214の画像を重ね合わせたガイド画像の代わりに、正面下カメラ216の画像を表示部102に表示してもよい。そして、被写体の人物は、第1段階の位置合わせが完了した場合、その旨を三次元顔計測装置に音声等で通知し、この通知に応じて装置が第2段階のためのガイド画像を表示部102に表示するようにしてもよい。 As an example of the face alignment procedure, the subject person is made to adjust the face position so that the face image displayed on the display unit 102 fits in the guide frame 172 in the first step, and then the left and right are left and right in the second step. The face alignment in the front-rear direction may be executed by the guide image in which the images of the front left camera 212 and the front right camera 214 are superimposed. In this case, in the first stage, the image of the front lower camera 216 may be displayed on the display unit 102 instead of the guide image in which the images of the front left camera 212 and the front right camera 214 are superimposed. Then, when the first stage alignment is completed, the subject person notifies the three-dimensional face measuring device by voice or the like, and the device displays a guide image for the second stage in response to this notification. It may be displayed in the unit 102.

この例では、ガイド枠172を基準とする位置合わせにより左右及び上下方向についてある程度正しい範囲に顔を位置決めしたあとは、前後方向の位置合わせに注力できるので、ガイド枠172がない場合よりも顔の位置合わせの作業が容易になる。 In this example, after positioning the face within a certain correct range in the left-right and up-down directions by positioning with reference to the guide frame 172, it is possible to focus on the alignment in the front-back direction, so that the face can be aligned more than without the guide frame 172. Alignment work becomes easier.

<変形例1>
上述の実施形態では、被写体の人物がガイド画像を見ながら自分の顔を動かし、適切に位置合わせできたかを判断した。これに対して、この変形例では、三次元顔計測装置が演算により被写体の顔の位置が適切であるかを判定する。また、顔の位置が適切な顔位置からずれている場合には、装置が顔をどちらに動かせばよいかを案内する。
<Modification example 1>
In the above-described embodiment, the subject person moves his / her face while looking at the guide image to determine whether or not the person can be properly aligned. On the other hand, in this modified example, the three-dimensional face measuring device determines whether the position of the face of the subject is appropriate by calculation. In addition, when the position of the face deviates from the appropriate face position, the device guides which way to move the face.

以下に説明する手法は、左右(水平)方向及び上下方向については被写体の顔の位置が既に適切に位置合わせされていることを前提とする。この前提のもとで、前後方向(装置に対して近づく又は遠ざかる方向)についての顔の位置合わせを装置が支援し、適切に位置合わせされたかどうかを判定する。左右及び上下方向についての顔の位置合わせは、例えば、被写体の人物自身が、上述した例のようにガイド枠172を見ながら顔の位置を調整すると行った方法で位置合わせしておけばよい。 The method described below is based on the premise that the position of the subject's face is already properly aligned in the left-right (horizontal) direction and the up-down direction. Under this premise, the device assists in aligning the face in the anteroposterior direction (direction approaching or moving away from the device), and determines whether or not the face is properly aligned. The alignment of the face in the left-right and up-down directions may be performed by, for example, the method performed by the person himself / herself adjusting the position of the face while looking at the guide frame 172 as in the above-mentioned example.

この変形例の方法を以下に説明する。 The method of this modification will be described below.

図13の(a)は、正面右カメラ214(カメラR)が撮影した画像を示す。この画像内の、両目(EyeR, EyeL)付近のy座標、y = yiRにおける輝度値の分布をプロットしたものが、図13の(b)に示すグラフである。人間の瞳孔が黒いため、このグラフが両目部分で輝度が下がった輝度分布になる。この輝度分布をfR(x)とする。同様に図14の(a)は、正面左カメラ212(カメラL)が撮影した画像を示し、同図(b)は、y = yiLにおける輝度分布を模式に示す。この輝度分布をfL(x)とする。図15は輝度分布fR(x)と、輝度分布fL(x)をx方向にτだけずらした輝度分布fL(x+τ)を重ねた様子を示している。図15においてずらし量τは輝度分布fR(x) と輝度分布fL(x+τ)それぞれのEyeLおよびEyeRのx座標が一致するように決められている。このときカメラLおよびカメラRの画像は図8のように両目が一致した状態、すなわち顔が適切な顔位置Aに位置している状態であるので、この状態でのτの値は理論的な計算または実測により求めることができる。そこでこの状態でのτを基準値、例えば0と定義する。 FIG. 13A shows an image taken by the front right camera 214 (Camera R). The graph shown in FIG. 13 (b) is a plot of the distribution of the luminance values at y coordinates and y = y iR near both eyes (EyeR, EyeL) in this image. Since the human pupil is black, this graph shows a luminance distribution with reduced luminance in both eyes. Let this luminance distribution be f R (x). Similarly, FIG. 14A shows an image taken by the front left camera 212 (Camera L), and FIG. 14B schematically shows the luminance distribution at y = y iL . Let this luminance distribution be f L (x). Figure 15 shows a luminance distribution f R (x), the manner in which the luminance distribution f L (x) superimposed luminance distribution f L (x + τ) obtained by shifting tau in the x direction. In FIG. 15, the shift amount τ is determined so that the x-coordinates of Eye L and Eye R of the luminance distribution f R (x) and the luminance distribution f L (x + τ), respectively, match. At this time, since the images of the camera L and the camera R are in a state where both eyes are in agreement as shown in FIG. 8, that is, a state in which the face is located at an appropriate face position A, the value of τ in this state is theoretical. It can be obtained by calculation or actual measurement. Therefore, τ in this state is defined as a reference value, for example, 0.

次に実際に被写体の人物を撮影した画像に対する輝度分布fR(x)とfL(x+τ)の相関
を計算し、この相関が最大となるときのずらし量τの値τcを求める。ここで、ずらし量τは、左側のカメラLの輝度分布fL(x)をx方向にずらしたときのずらし量である。
Next, the correlation between the brightness distribution f R (x) and f L (x + τ) with respect to the image of the actual subject.
Is calculated, and the value τc of the shift amount τ when this correlation is maximized is obtained. Here, the shift amount τ is the shift amount when the brightness distribution f L (x) of the camera L on the left side is shifted in the x direction.

このとき輝度分布fR(x)とfL(x+τ)は、図15のように各々のEyeR, EyeLの位置が一致した状態と考えられる。なおfL(x+τ)というのは図6のカメラLの画像を左右方向にずらし量τだけ平行移動した場合の輝度分布である。なお、顔が適切な顔位置Aに位置しているときには、相関最大時のずらし量τcは0となる。 At this time, the luminance distributions f R (x) and f L (x + τ) are considered to be in a state where the positions of Eye R and Eye L are the same as shown in FIG. Note that f L (x + τ) is a luminance distribution when the image of the camera L in FIG. 6 is translated in the left-right direction by an amount of τ. When the face is located at an appropriate face position A, the shift amount τc at the maximum correlation is 0.

以上をまとめると、この変形例では、まずカメラRの画像とカメラLの画像との式(1)の相関値が最大となるときのずらし量であるτcを計算する。図6のカメラLの画像に示す通り、τcが基準値に対して正値であれば顔の位置を後方へ、負値であれば顔を前方へ移動させるよう被写体人物に案内を行う。 Summarizing the above, in this modified example, first, τc, which is the amount of shift when the correlation value of the equation (1) between the image of the camera R and the image of the camera L is maximized, is calculated. As shown in the image of the camera L in FIG. 6, if τc is a positive value with respect to the reference value, the position of the face is moved backward, and if τc is a negative value, the subject person is guided to move the face forward.

ガイド枠172を参照して上下及び左右方向に適切に位置決めされた顔が前後方向に移動した場合、目(更には顔)の像は、カメラLの画像内とカメラRの画像内とで互いに逆向きに移動する。また、顔が前方に移動した場合と後方に移動した場合とで、目の像がカメラL及びRの各々の画像内でそれぞれどちらの方向に移動するかは既知である。また、被写体の顔が適切な顔位置Aにあるときには、相関最大時のずらし量τcは基準値すなわち例えば0となる。これらのことから、相関最大時のずらし量τcが基準値に対して正値及び負値の場合に、顔が適切な顔位置Aより前方又は後方のそれぞれどちらに位置するのかは既知であり、それは正値の場合と負値の場合で逆である。したがって、相関最大時のずらし量τcの正負の符号が分かれば、その符号から顔を前後のいずれに移動させればよいかが判定できる。図6の例は、上下左右に適切に位置決めされた顔が前方に移動した場合に、カメラLの画像内の顔は左方(x軸の負の方向)に、カメラRの画像内の顔は右方に移動するという関係が成り立っている場合の例である。 When the face appropriately positioned in the vertical and horizontal directions with reference to the guide frame 172 moves in the front-rear direction, the images of the eyes (and further the face) are mutual in the image of the camera L and the image of the camera R. Move in the opposite direction. Further, it is known in which direction the image of the eye moves in each of the images of the cameras L and R depending on whether the face moves forward or backward. Further, when the face of the subject is at an appropriate face position A, the shift amount τc at the maximum correlation is a reference value, that is, for example, 0. From these facts, it is known whether the face is located in front of or behind the appropriate face position A when the shift amount τc at the maximum correlation is a positive value or a negative value with respect to the reference value. It is the opposite for positive and negative values. Therefore, if the positive and negative signs of the shift amount τc at the maximum correlation are known, it can be determined whether the face should be moved back or forth from the sign. In the example of FIG. 6, when the face properly positioned vertically and horizontally moves forward, the face in the image of the camera L moves to the left (negative direction of the x-axis), and the face in the image of the camera R moves to the left. Is an example when the relationship of moving to the right holds.

その後再度カメラR、カメラLから画像を取得し、式(1)の相関値が最大となるずらし量τcを求め、そのτcの符号に応じて上述と同様の顔の前後移動の案内を行う。これを繰り返し、相関最大時のずらし量τcが実質上0であるとみなせる(より具体的には、0に近い所定の閾値以下である)状態になれば、被写体人物に顔が適切な顔位置Aに位置合わせされたと判断し、顔をそれ以上動かす必要がない旨を被写体人物に案内する。 After that, images are acquired from the camera R and the camera L again, the amount of shift τc that maximizes the correlation value of the equation (1) is obtained, and the same guidance as above for the back-and-forth movement of the face is performed according to the sign of the τc. By repeating this, if the shift amount τc at the maximum correlation can be regarded as substantially 0 (more specifically, it is equal to or less than a predetermined threshold value close to 0), the face position is appropriate for the subject person. It is judged that the position is aligned with A, and the subject person is informed that it is not necessary to move the face any more.

図16に、この変形例のための三次元顔計測装置の機能構成を例示する。図10に示した上記実施形態の三次元顔計測装置内の要素と同様の要素には、同一符号を付して説明を省略する。 FIG. 16 illustrates the functional configuration of the three-dimensional face measuring device for this modification. The same elements as those in the three-dimensional face measuring device of the above embodiment shown in FIG. 10 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

図16に示す三次元顔計測装置は、図10の装置におけるガイド画像生成部300の代わりに、顔位置案内部310を有する。計測制御部304は、被写体人物が計測の開始を指示すると、正面左カメラ212及び正面右カメラ214を位置合わせモードで動作させる。顔位置案内部310は、正面左カメラ212及び正面右カメラ214からそれぞれ画像を受け取り、上述のように両画像の目付近の高さの輝度分布同士の相関演算を行い、相関値が最大となるずらし量τを計算する。そして、そのτの値の基準値に対する正負に応じて顔を前後いずれの方向に動かすかの案内を行う。この案内では、τの絶対値の大きさに応じて、顔を前後に動かす量の程度(「少し」、「大きく」等)を示してもよい。案内の方法は特に限定されない。例えば案内は音声で行ってもよいし、表示部102に案内のメッセージを表示することにより行ってもよい。そして、顔位置案内部310は、ずらし量τが十分小さい値(閾値以下)になったときに、計測を開始するので顔を動かさないよう案内し、計測制御部304に位置合わせ完了を通知する。計測制御部304は、この通知を受けて、開口部126及び136内の投光器や、カメラ212〜216、222〜224、232〜234を計測モードで動作させる。三次元顔形状構成部302は、各カメラ212〜216、222〜224、232〜234が撮像した画像から三次元形状データを生成し、それら三次元形状データを合成して、最終的な顔形状データを生成する。 The three-dimensional face measuring device shown in FIG. 16 has a face position guiding unit 310 instead of the guide image generating unit 300 in the device of FIG. When the subject person instructs the start of measurement, the measurement control unit 304 operates the front left camera 212 and the front right camera 214 in the alignment mode. The face position guidance unit 310 receives images from the front left camera 212 and the front right camera 214, respectively, and performs a correlation calculation between the luminance distributions at the heights near the eyes of both images as described above, and the correlation value becomes maximum. Calculate the shift amount τ. Then, it guides which direction to move the face back and forth according to the positive or negative of the value of τ with respect to the reference value. In this guidance, the degree of the amount of movement of the face back and forth (“slight”, “large”, etc.) may be indicated according to the magnitude of the absolute value of τ. The guidance method is not particularly limited. For example, the guidance may be performed by voice, or may be performed by displaying a guidance message on the display unit 102. Then, when the shift amount τ becomes a sufficiently small value (below the threshold value), the face position guidance unit 310 guides the face not to move because it starts measurement, and notifies the measurement control unit 304 of the completion of alignment. .. Upon receiving this notification, the measurement control unit 304 operates the floodlights in the openings 126 and 136 and the cameras 212 to 216, 222 to 224, and 232 to 234 in the measurement mode. The three-dimensional face shape component 302 generates three-dimensional shape data from the images captured by the cameras 212 to 216, 222 to 224, and 232 to 234, synthesizes the three-dimensional shape data, and finally forms the face shape. Generate data.

以上の変形例の説明では、目付近の画像(輝度分布)の相関を使用すると記載した。ここで、目付近というのは、左右方向と上下方向について適切に顔の位置合わせが済んでいるという前提であれば、図5に示した、適切な目の位置PL-L, PL-R, PR-L, PR-Rのy座標を参照して特定すればよい。 In the above description of the modified example, it is described that the correlation of the image (luminance distribution) near the eyes is used. Here, the vicinity of the eyes means the appropriate eye positions PL-L, PL-R, as shown in FIG. 5, assuming that the faces have been properly aligned in the horizontal and vertical directions. It may be specified by referring to the y-coordinates of PR-L and PR-R.

また、変形例の手法は、目付近に限らず、鼻、口、輪郭などの部位を基準部位として使用しても実現可能である。この場合、正面左カメラ212及び正面右カメラ214の画像のうち、基準部位を含む部分同士の相関が最大となるずらし量τcを求めればよい。また、顔の特定範囲ではなく、顔全体に対して相関をとれば、目等の各部位の位置を求める必要がない。 Further, the method of the modified example can be realized not only near the eyes but also by using parts such as the nose, mouth, and contour as reference parts. In this case, among the images of the front left camera 212 and the front right camera 214, the shift amount τc that maximizes the correlation between the portions including the reference portion may be obtained. Further, if the correlation is taken with respect to the entire face rather than the specific range of the face, it is not necessary to obtain the position of each part such as the eyes.

<変形例2>
上述の変形例は、正面左カメラ212及び正面右カメラ214の画像の相関を用いて、顔位置の移動方向の案内や、適切な顔位置かどうかの判定を行った。これに対して、この変形例2では、正面左カメラ212及び正面右カメラ214のそれぞれの画像から、公知の画像の特徴抽出技術を用いて、顔の中の特徴部位(目、鼻、口、輪郭等)の座標を求め、両画像の間でのそれら特徴部位の座標の差を求める。この差は、変形例におけるずらし量τと同様に用いることができる。画像からの顔の特徴部位の抽出は、公知の画像処理技術、例えばエッジ検出等による特徴点抽出、テンプレートマッチング、ディープラーニング等によって行えばよい。
<Modification 2>
In the above-described modification, the correlation between the images of the front left camera 212 and the front right camera 214 was used to guide the moving direction of the face position and determine whether or not the face position was appropriate. On the other hand, in this modification 2, the feature parts (eyes, nose, mouth, etc.) in the face are used from the images of the front left camera 212 and the front right camera 214 by using a known image feature extraction technique. Find the coordinates of the contours, etc.) and find the difference in the coordinates of those feature parts between the two images. This difference can be used in the same manner as the shift amount τ in the modified example. The featured portion of the face may be extracted from the image by a known image processing technique, for example, feature point extraction by edge detection, template matching, deep learning, or the like.

また、変形例1及び2では、2台のカメラの画像を用いたが、3台以上のカメラを用いて同様の処理を行ってもよい。すなわち、3台以上のカメラのうちの2台ずつの組合せ毎に、上述の方法で、それら組合せの画像同士の相関が最大になるときの一方の画像のずらし量τに相当する評価値を求める。特徴点の数とカメラの数の組み合わせにより、τに相当する評価値が複数得られることになるが、例えば投票(最も多い顔の移動方向を採用する)や評価値の大小(絶対値が最も大きい評価値による移動方向を採用する)などの方法で適切に移動方向を決定すればよい。 Further, in the first and second modifications, the images of two cameras are used, but the same processing may be performed by using three or more cameras. That is, for each combination of two of the three or more cameras, the evaluation value corresponding to the shift amount τ of one image when the correlation between the images of those combinations is maximized is obtained by the above method. .. Depending on the combination of the number of feature points and the number of cameras, multiple evaluation values corresponding to τ can be obtained. For example, voting (using the most moving direction of the face) and the magnitude of the evaluation value (absolute value is the most). The movement direction may be appropriately determined by a method such as (adopting a movement direction based on a large evaluation value).

また、上記実施形態のガイド画像の表示と、変形例1又は2による案内とを組み合わせてもよい。被写体人物がガイド画像生成部300の生成したガイド画像を見ながら顔の位置を合わせていくのと並行して、顔位置案内部310が案内を行う方式である。顔位置案内部310は、顔を前後のどちらに動かすかの案内、及び、顔が適切な位置に位置合わせされたこと(ずらし量τcが閾値以下となったこと)を示す案内、のうちの少なくとも一方を行えばよい。 Further, the display of the guide image of the above embodiment may be combined with the guidance according to the modification 1 or 2. In this method, the face position guide unit 310 guides the subject person in parallel with aligning the face position while looking at the guide image generated by the guide image generation unit 300. The face position guidance unit 310 includes guidance on whether to move the face back and forth, and guidance indicating that the face has been positioned at an appropriate position (the shift amount τc is equal to or less than the threshold value). You only have to do at least one.

また、顔位置案内部310は、ずらし量τc(相関値が最大のとき、又は2つの画像から認識した基準部位の像がほぼ重なるとき、のずらし量)の大きさ(絶対値)に応じて、前又は後ろにどの程度顔を動かすべきかを案内してもよい。この場合、ずらし量τcの大きさと、顔を動かす程度の情報(例えば何センチメートル等の数値、あるいは「少し」、「大きく」などの程度を表す言葉)との対応関係の情報を顔位置案内部310に設定しておき、顔位置案内部310はその情報に従って案内を行えばよい。 Further, the face position guide unit 310 responds to the magnitude (absolute value) of the shift amount τc (the shift amount when the correlation value is maximum or when the images of the reference portions recognized from the two images substantially overlap). You may guide how much you should move your face forward or backward. In this case, the face position guidance provides information on the correspondence between the magnitude of the shift amount τc and the information on the degree of movement of the face (for example, a numerical value such as several centimeters, or a word indicating the degree of "a little" or "large"). It may be set in the unit 310, and the face position guidance unit 310 may perform guidance according to the information.

102 表示部、104,106,108 照明部、112,114,116,122,124,126,132,134,136 開口部、120,130 開口部セット、170 ガイド画像、172 ガイド枠、212 正面左カメラ、214 正面右カメラ、216 正面下カメラ、222 左側第1カメラ、224 左側第2カメラ、232 右側第1カメラ、234 右側第2カメラ、300 ガイド画像生成部、302 三次元顔形状構成部、304 計測制御部、310 顔位置案内部。 102 Display, 104, 106, 108 Lighting, 112, 114, 116, 122, 124, 126, 132, 134, 136 Opening, 120, 130 Opening set, 170 guide image, 172 guide frame, 212 Front left Camera, 214 Front right camera, 216 Front lower camera, 222 Left left first camera, 224 Left second camera, 232 Right first camera, 234 Right second camera, 300 Guide image generator, 302 Three-dimensional face shape component, 304 Measurement control unit, 310 Face position guidance unit.

Claims (12)

顔に対して三次元計測のための構造化光を前記顔に投光する投光器と、
前記三次元計測のために前記顔をそれぞれ異なる位置から撮像する複数の三次元計測用のカメラと、
を含み、前記三次元計測のための所定の計測位置に位置する前記構造化光が投光された顔を前記複数の三次元計測用のカメラが撮像した画像から、前記顔の三次元形状を求める三次元計測装置であって、
異なる位置から前記顔を撮像する少なくとも2つの位置合わせ用カメラと、
前記少なくとも2つの位置合わせ用カメラの撮像した画像を、それら各画像内の複数の基準位置同士が重なり合うよう重ね合わせて重ね合わせ画像を生成する重ね合わせ手段であって、前記複数の基準位置の各々は、前記顔が前記三次元計測のための所定の計測位置に位置するときに前記少なくとも2つの位置合わせ用カメラの撮像する画像上で前記顔の複数の基準部位の各々の像が存在する位置である、重ね合わせ手段と、
前記重ね合わせ画像を表示する表示手段と、
を含む三次元計測装置。
A floodlight that projects structured light for three-dimensional measurement onto the face,
A plurality of cameras for three-dimensional measurement that capture the face from different positions for the three-dimensional measurement, and
The three-dimensional shape of the face is obtained from images taken by the plurality of cameras for three-dimensional measurement of the face to which the structured light is projected, which is located at a predetermined measurement position for the three-dimensional measurement. The 3D measuring device you are looking for
At least two alignment cameras that capture the face from different positions,
An overlay means for generating an superimposed image by superimposing images captured by at least two alignment cameras so that a plurality of reference positions in each of the images overlap each other, and each of the plurality of reference positions. Is a position where each image of a plurality of reference parts of the face exists on an image captured by the at least two alignment cameras when the face is positioned at a predetermined measurement position for the three-dimensional measurement. The superposition means and
A display means for displaying the superimposed image and
3D measuring device including.
前記表示手段は、前記重ね合わせ画像に対して、上下及び左右の方向に関する前記顔の適切な位置の範囲を示すガイド枠を重ねて表示する、ことを特徴とする請求項1に記載の三次元計測装置。 The three-dimensional aspect according to claim 1, wherein the display means superimposes and displays a guide frame indicating a range of appropriate positions of the face in the vertical and horizontal directions on the superimposed image. Measuring device. 前記少なくとも2つの位置合わせ用のカメラは、前記表示手段の正面方向に対して左側と右側にそれぞれ設けられた位置合わせ用のカメラである、請求項1又は2に記載の三次元計測装置。 The three-dimensional measuring device according to claim 1 or 2, wherein the at least two alignment cameras are alignment cameras provided on the left side and the right side of the display means in the front direction, respectively. 前記三次元計測装置は、
前記表示手段の正面方向に対して左側と右側にそれぞれ設けられた位置合わせ用のカメラのうちの一方のカメラが撮像した画像と、他方のカメラが撮像した画像を左右反転した画像と、を重ね合わせた第2の重ね合わせ画像を生成する手段、を更に備え、
前記表示手段は、前記重ね合わせ画像と前記第2の重ね合わせ画像とを表示する、
ことを特徴とする請求項3に記載の三次元計測装置。
The three-dimensional measuring device is
The image captured by one of the positioning cameras provided on the left side and the right side with respect to the front direction of the display means and the image captured by the other camera are superimposed. Further provided with means for generating a combined second superimposed image,
The display means displays the superposed image and the second superposed image.
The three-dimensional measuring device according to claim 3, wherein the three-dimensional measuring device is characterized.
前記少なくとも2つの位置合わせ用のカメラのうちの2つが撮像した2つの画像をそれら2つの画像内の複数の基準位置同士が重なり合うよう位置合わせした状態でのずらし量を0とした場合に、前記2つの画像の内の一方の画像を他方の画像に対してずらして、それら2つの画像上の前記顔の前記複数の基準部位の像同士が重なったときのずらし量τcを計算し、求めたずらし量τcが所定の閾値以下となった場合に、前記顔が前記所定の計測位置に位置していると判定する判定手段、
を更に含む請求項1〜4のいずれか1項に記載の三次元計測装置。
When the amount of shift in a state where two images captured by two of the at least two alignment cameras are aligned so that a plurality of reference positions in the two images overlap each other is set to 0, the above-mentioned One of the two images was shifted with respect to the other image, and the amount of shift τc when the images of the plurality of reference parts of the face on the two images overlapped with each other was calculated and obtained. A determination means for determining that the face is located at the predetermined measurement position when the shift amount τc is equal to or less than a predetermined threshold value.
The three-dimensional measuring device according to any one of claims 1 to 4, further comprising.
前記ずらし量τcが正値であるか負値であるかに応じて、前記所定の計測位置に前記顔を位置合わせするために前記顔を前記三次元計測装置に対して近づけるか遠ざけるかを案内する案内手段、を更に備える請求項5に記載の三次元計測装置。 Depending on whether the shift amount τc is a positive value or a negative value, it guides whether the face is brought closer to or farther from the three-dimensional measuring device in order to align the face with the predetermined measurement position. The three-dimensional measuring device according to claim 5, further comprising a guiding means for 前記複数の三次元計測用のカメラのうちの少なくとも2つを、前記少なくとも2つの位置合わせ用カメラとしても用いる、請求項1〜6のいずれか1項に記載の三次元計測装置。 The three-dimensional measuring device according to any one of claims 1 to 6, wherein at least two of the plurality of three-dimensional measuring cameras are also used as the at least two positioning cameras. 顔に対して三次元計測のための構造化光を前記顔に投光する投光器と、
前記三次元計測のために前記顔をそれぞれ異なる位置から撮像する複数の三次元計測用のカメラと、
を含み、前記三次元計測のための所定の計測位置に位置する前記構造化光が投光された顔を前記複数の三次元計測用のカメラが撮像した画像から、前記顔の三次元形状を求める三次元計測装置であって、
異なる位置から前記顔を撮像する2つの位置合わせ用カメラと、
前記2つの位置合わせ用のカメラが撮像した2つの画像をそれら2つの画像内の複数の基準位置同士が重なり合うよう位置合わせした状態でのずらし量を0とした場合に、前記2つの画像の内の一方の画像を他方の画像に対してずらして、それら2つの画像上の前記顔の複数の基準部位の像同士が重なったときのずらし量τcを計算し、求めたずらし量τcが所定の閾値以下となった場合に、前記顔が前記所定の計測位置に位置していると判定する判定手段と、
を含む三次元計測装置。
A floodlight that projects structured light for three-dimensional measurement onto the face,
A plurality of cameras for three-dimensional measurement that capture the face from different positions for the three-dimensional measurement, and
The three-dimensional shape of the face is obtained from images taken by the plurality of cameras for three-dimensional measurement of the face to which the structured light is projected, which is located at a predetermined measurement position for the three-dimensional measurement. The 3D measuring device you are looking for
Two alignment cameras that capture the face from different positions,
When the amount of shift in the state where the two images captured by the two alignment cameras are aligned so that the plurality of reference positions in the two images overlap each other is set to 0, the two images are included in the two images. shifting one of the images relative to the other image, they shift amount τc when the image between the multiple reference position of the face on the two images are overlapped and calculated, the obtained shift amount τc is given When the value is equal to or less than the threshold value of, the determination means for determining that the face is located at the predetermined measurement position, and
3D measuring device including.
前記判定手段は、前記一方の画像を前記他方の画像に対してずらしてそれら画像同士、又はそれら画像のうち前記複数の基準部位の像を含む特定の部分同士、の相関を計算し、その相関が最大となったときに2つの画像上の前記複数の基準部位の像同士が重なったとみなす、請求項8に記載の三次元計測装置。 The determination means shifts the one image with respect to the other image, calculates the correlation between the images, or calculates the correlation between the images and specific parts of the images including the images of the plurality of reference sites, and calculates the correlation. The three-dimensional measuring device according to claim 8, wherein the images of the plurality of reference parts on the two images are regarded as overlapping when the value is maximized. 前記ずらし量τcが正値であるか負値であるかに応じて、前記所定の計測位置に前記顔を位置合わせするために前記顔を前記三次元計測装置に対して近づけるか遠ざけるかを案内する案内手段、を更に備える請求項8又は9に記載の三次元計測装置。 Depending on whether the shift amount τc is a positive value or a negative value, it guides whether the face is brought closer to or farther from the three-dimensional measuring device in order to align the face with the predetermined measurement position. The three-dimensional measuring device according to claim 8 or 9, further comprising a guiding means. 前記2つの位置合わせ用カメラの撮像した2つの画像をそれら2つの画像内の複数の基準位置同士が重なり合うように重ね合わせた重ね合わせ画像を表示する表示手段であって、前記重ね合わせ画像に対して、上下及び左右の方向に関する前記顔の適切な位置の範囲を示すガイド枠を重ねて表示する表示手段と、
前記表示手段に表示される前記重ね合わせ画像内の前記顔の像が前記ガイド枠に収まる位置まで前記顔を動かすことを促す第1の案内を人物に対して行い、前記第1の案内の後前記人物からの開始指示を受けると、前記顔を前記所定の計測位置に位置合わせするための案内を前記案内手段に実行させる制御手段、
を更に含む請求項10に記載の三次元計測装置。
It is a display means for displaying a superposed image in which two images captured by the two alignment cameras are superposed so that a plurality of reference positions in the two images overlap each other. A display means for overlaying and displaying a guide frame indicating a range of appropriate positions of the face in the vertical and horizontal directions.
A first guide is given to the person to encourage the person to move the face to a position where the image of the face in the superimposed image displayed on the display means fits in the guide frame, and after the first guide. A control means for causing the guidance means to perform guidance for aligning the face with the predetermined measurement position upon receiving a start instruction from the person.
The three-dimensional measuring device according to claim 10, further comprising.
前記複数の三次元計測用のカメラのうちの2つを、前記2つの位置合わせ用カメラとしても用いる、請求項8〜11のいずれか1項に記載の三次元計測装置。 The three-dimensional measuring device according to any one of claims 8 to 11, wherein two of the plurality of three-dimensional measuring cameras are also used as the two positioning cameras.
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