专利名称：三维形状测量装置及使用了该装置的三维雕刻装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及根据对测定对象进行摄影得到的图象数据来测量三维形状的三维形状测量技术。
背景技术：
根据对测定对象进行摄影得到的图象数据来测量三维形状的三维测量技术正在应用于各种产业领域中。
作为其代表性的应用领域，已知有通过根据由对作为测定对象的人物等进行摄影得到的图象数据被运算的三维形状数据来控制三维雕刻机，从而能够在贵金属奖牌、标徽或者木制品等上雕刻人物的面目形状的三维雕刻系统。
当前，正在使能够进行这种商业利用的各种三维形状测量系统实现商用化。
作为这种系统的代表例，已知有从狭缝激光光源对测定对象照射狭缝激光并根据照射时的照射角度和对于测定对象的摄影图象数据来计算三维形状的技术。
在上述那样的三维形状测量系统的实现过程中，如何根据其利用目的忠实地再现对应于测定对象的三维系统成为重要的课题。
然而，在以利用狭缝激光的非接触型三维测量系统为代表的现有的三维测量技术中，例如在人物面目部分的三维形状的测量中，由于头发部分难以反射狭缝激光，因此难以准确地再现头发部分的三维形状，因而存在易于产生三维形状缺失区这样的问题。
因此，在打算把现有的三维形状测量技术应用于在奖牌上刻印人物的面目形状等的系统中，存在大量地制造无商业价值的奖牌产品的问题，在这种产品中，刻印到奖牌上的人物的面目图象中头发部分显得不自然地呆板。
不是不能够开发可以准确地再现人物头发部分的三维形状的三维形状测量系统，但从传感器的精度、光源的调整、测定时间等方面考虑，或者在测定对象方面有很多的限制，或者导致要求极高精度的传感器，其结果，从成本以及操作方面考虑存在难以实现商业利用这样的问题。
本发明的课题在于实现从成本以及操作方面考虑易于实现商业利用的而且能够对例如人物头发部分的三维形状那样的连接背景和边界的三维形状的缺失进行插值的三维形状的测量。
发明的公开本发明的前提是具有三维形状测量功能的三维测量装置。作为该三维形状测量功能，例如能够应用基于来自左右的狭缝激光的照射的方式、基于单一激光的照射的方式或者没有特别地应用激光的通常摄影方法的方式等各种方式。
本发明的第1种基本构成具有如下的结构。
首先，背景边界获取单元(形状运算单元)从表示被测量的测定对象的三维形状的三维形状数据获取表示其测量对象与其背景区的边界的背景边界信息(上部轮廓象素的信息)。该背景边界获取单元例如与背景板一起从被测量的三维形状中抽出表示由具有与背景板相对应的背景数据值的象素构成的背景区与由具有无效数据值的象素构成的背景边界缺失区的边界的背景边界信息、即上部轮廓线信息。或者，背景边界抽出单元例如从不特别使用背景板而被测量的三维形状中，把具有与测定对象相对应的有效数据值的象素构成的测定对象有效区的轮廓线信息与包含有关缺失区的轮廓线部分一起，作为背景边界信息来抽出。这种情况下，有关缺失区的轮廓线部分例如用曲线近似等方法由有效区的轮廓线部分进行复原，或者，从预先存储的多个面目的轮廓线信息进行选择。
插值运算单元(形状运算单元)根据抽出的背景边界信息，对三维形状数据中的测定对象的缺失区进行插值。
本发明的第2种基本构成具有如下的结构。
测量单元(检测头、图象编码器、扫描器驱动器、个人计算机)使测定对象(测定对象)接近于具有能够测量三维形状的特性的背景板，与背景板的三维形状一起测量该测定对象的三维形状。
背景边界缺失区抽出单元(形状运算单元)在表示该被测量的三维形状的三维形状数据中，抽出由具有与背景板相对应的背景数据值的象素构成的背景区和由具有与测定对象相对应的有效数据值的象素构成的测定对象有效区包围的由具有无效数据值的象素构成的背景边界缺失区。
背景边界缺失区插值运算单元(形状运算单元)从构成包围该被抽出的背景边界缺失区的背景区的象素和构成包围该被抽出的背景边界缺失区的测定对象有效区的象素中，对构成该被抽出的背景边界缺失区的象素进行插值。
本发明的第3种基本构成是由具有上述本发明的第2种基本构成的三维形状测量装置作为包括输入对构成背景边界缺失区或者孔状缺失区的象素进行了插值的三维形状数据并根据该三维形状数据来控制雕刻单元的控制单元的三维雕刻装置来实现。
依据上述本发明的各种结构，能够准确地抽出作为测定对象的人物等的侧面和背景区的边界信息或者轮廓信息，根据该被抽出的边界信息或者轮廓信息，能够对连接背景与边界的人物头发部分等的三维形状的缺失进行插值。
更具体地讲，通过与竖立在作为测定对象的人物等的后面的例如能够反射狭缝激光的背景板一起测量人物侧面等的三维形状，能够容易地抽出由具有与背景板相对应的背景数据值的象素构成的背景区和由被具有与测定对象相对应的有效数据值的象素构成的测定对象有效区包围的、由具有无效数据值的象素构成的背景边界缺失区，能够容易地进行对于构成该被抽出的背景边界缺失区的象素的插值。
这样，通过使用以该方式被插值了的三维形状数据，能够在由三维雕刻装置进行的在贵金属奖牌等上雕刻作为测定对象的人物的侧面等的三维图象时，获得更自然的效果。
另外，在由计算机使用本发明的情况下，还能够作为使计算机进行与由上述本发明的各种结构实现的功能相同的功能的计算机可读记录媒体来构成。
附图
的简单说明第1图是本发明的三维形状测量/三维雕刻系统的实施形态的结构图。
第2图是本实施形态中的测定图象的图。
第3图是本实施形态的总体工作的流程(1)。
第4图是本实施形态的总体工作的流程(2)。
第5图示出从左/右侧测量数据向左/右侧高度图象数据的变换处理的工作流程。
第6图示出缺失部分抽出处理的工作流程。
第7图示出头发部分插值处理的工作流程。
第8图示出头发部分插值处理中的各方向插值处理的工作流程(1)。
第9图示出头发部分插值处理中的各方向插值处理的工作流程(2)。
第10图示出填孔处理的工作流程。
第11图示出填孔处理中的各方向插值处理的工作流程(1)。
第12图示出填孔处理中的各方向插值处理的工作流程(2)。
第13图示出偏离校正处理的工作流程。
第14图示出向雕刻数据的变换处理的工作流程。
第15图是三维形状测量的原理图。
第16图示出本实施形态的效果的说明图(1)。
第17图示出本实施形态的效果的说明图(2)。
第18图是代码去噪处理中的空间滤波器的结构图。
第19图是缺失抽出处理的说明图(1)。
第20图是缺失抽出处理的说明图(2)。
第21图是高度去噪处理中的空间滤波器的结构图。
第22图是头发部分插值处理(上→下方向插值处理)的工作说明图。
第23图是头发部分插值处理(左→右方向插值处理)的工作说明图。
第24图是头发部分插值处理(右→左方向插值处理)的工作说明图。
第25图是基于γ次曲线的插值运算的说明图。
第26图示出头发部分插值处理的效果。
第27图是填孔处理的说明图。
第28图是偏离校正处理的说明图。
用于实施发明的最佳形态以下，参照附图详细地说明本发明的实施形态。<本发明的实施形态的特征>
在以下所说明的本实施形态中，通过与竖立在作为测定对象的人物的后面的能够反射狭缝激光的背景板一起测量人物的侧面的三维形状，能够准确地抽出人物的侧面的轮廓信息。而且，根据该被抽出的轮廓信息，能够对连接背景和边界的人物头发部分的三维形状进行插值。这一点是与本发明相关连的重要特征。<本发明的实施形态的结构>
第1图是本发明的三维形状测量/三维雕刻系统的实施形态的结构图。
三维形状测量系统大致由检测头102，扫描器驱动器111，图象编码器107以及把形状运算单元110安装在内部的个人计算机109构成。
检测头102是使狭缝激光从配置在测量对象101的表面斜前方的狭缝激光光源104对测量对象边扫描边照射、由CCD照相机105拍摄各扫描位置上的狭缝激光的图象的装置。为了减少测时序的死角，在CCD照相机105的两侧配置2台放置在旋转台103上的狭缝激光光源104。
扫描器驱动器111由旋转台控制器113和激光器控制器112构成。
旋转台控制器113根据来自个人计算机109的控制信号，控制2个旋转台103的各自的旋转工作，由此控制由放置在旋转台上的2个狭缝激光光源104进行的狭缝激光的扫描工作。
激光器控制器112控制2个狭缝激光光源104照射的2个狭缝激光的各照射时序。
图象编码器107通过处理从CCD照相机105输出的视频信号106，合成投射光角度编码图象，最大亮度图象以及最小亮度图象，把各自的图象数据作为合成图象数据108输出到个人计算机109中。
个人计算机109除了控制图象编码器107以及扫描器驱动器111以外，在测定结束以后，形状运算单元110根据从图象编码器107输出的合成图象数据108(投射光角度编码图象数据，最大亮度图象数据以及最小亮度图象数据)，计算对应于测定对象101的三维形状。
形状运算单元110输出的形状数据115输入到三维雕刻机116中。三维雕刻机116在贵金属奖牌上雕刻作为测定对象101的人物的侧面的三维图象。<背景板201的说明>
第2图是从上面观看对于测量对象101的三维形状测定图象的平面图。
本实施形态的测定对象101是人物的侧面。
这种情况下，测定对象101被定位为靠近能够反射狭缝激光的例如黑色背景板201。
检测头102与背景板201一起对于人物的侧面，执行上述的测量工作。
通过这样的测量形态，由于始终能够检测对于背景板201的假设平面的高度信息，因此能够准确地抽出人物的侧面的轮廓信息。而且，根据该被抽出的轮廓信息，如后述那样，能够把连接背景和边界的人物头发部分的三维形状的缺失进行插值。<基于本发明实施形态的三维形状测量工作>
第3图以及第4图是本实施形态的总体工作流程。测量处理首先，进行由检测头102进行的测量处理(第3图的步骤301)。
第15图是本实施形态中的三维形状测量的原理图。
在该测量处理中，如第15图所示，首先，从配置在检测头102内的左侧的狭缝激光光源104(左侧狭缝激光光源104)向测定对象101照射狭缝激光，其左侧狭缝激光扫描测定对象101的整个表面。
如第15图所示，在各个扫描位置上由CCD照相机105拍摄的图象除了作为视频信号106输入到监视装置1502以显示该图象之外，还输入到图象编码器107中。
图象编码器107通过处理从CCD照相机105输出的视频信号106，在测定对象101的各表面部分上实时地检查其表面部分的亮度变化，检测出由于狭缝激光通过其表面部分成为最亮的时序，通过以该时序取入从旋转台控制器113输入的旋转角度信号114来合成由各表面部分的狭缝激光的投射光角度θ(x，y)组成的投射光角度编码图象数据1501，把该数据作为左侧测量数据保存在图象编码器107内的没有特别示出的图象存储器中。
与此同时，图象编码器107在测定对象101的各表面部分上计算并记录其表面部分成为最亮的时序处的亮度，从而得到的最大亮度图象数据，记录其表面部分成为最暗的时序处的亮度从而得到的最小亮度图象数据，把它们作为左侧测量数据保存在图象编码器107内没有特别示出的图象存储器中。
如果结束了由左侧狭缝激光光源104进行的狭缝激光的扫描，则配置在检测头102内的右侧的狭缝激光光源104(右侧狭缝激光光源104)与上述情况相同，向测定对象101照射狭缝激光，通过该狭缝激光扫描测定对象101的整个表面，在图象编码器107内的图象存储器中作为右侧测量数据可以得到另一组投射光角度编码图象数据1501、最大亮度图象数据以及最小亮度图象数据。左右测量数据向高度图象数据的变换/合成处理如果结束上述的测量处理，则作为个人计算机109内的CPU执行未特别示出的盘装置中所存储的控制程序的工作而实现的形状运算单元110从图象编码器107内未特别示出的图象存储器获取左侧测量数据，根据该数据，计算表示对应于由左侧狭缝激光光源104进行的狭缝激光照射的测定对象101的半面形状(轮廓)的左侧高度图象数据(第3图的步骤302)。
接着，形状运算单元110获取从图象编码器107内的图象存储器获取右侧测量数据，根据该数据，计算表示对应于由右侧狭缝激光光源104进行的狭缝激光照射的测定对象101的半面形状的右侧高度图象数据(第3图的步骤303)。
然后，形状运算单元110通过合成左侧高度图象数据和右侧高度图象数据，计算出死角很少的形状数据。
首先，说明从左侧测量数据向左侧高度图象数据的变换处理的详细工作(第3图的步骤302)。
第5图示出第3图的步骤302(以及步骤303)的详细工作的工作流程，第16图以及第17图是其说明图。
首先，形状运算单元110在投射光角度编码图象中，为了执行仅抽出除了未照射狭缝激光部分之外的有效区的掩蔽处理，执行掩蔽图象的合成处理(第5图的步骤501)。
从最大亮度图象减去最小亮度图象可以得到表示基于狭缝激光的照射亮度的差图象。
利用这一点，如第16(a)图所示，形状运算单元110从图象编码器107内的图象存储器获取包含在左侧测量数据中的最大亮度图象数据和最小亮度图象数据以后，在各象素中计算从最大亮度图象数据减去最小亮度图象数据后的差图象数据，把该差图象数据2值化，由此计算构成掩蔽图象的掩蔽图象数据。掩蔽图象数据在照射了狭缝激光的象素中具有值“1”，在没有照射狭缝激光的象素中具有值“0”。
接着，形状运算单元110从图象编码器107内的图象存储器获取包含在左侧测量数据中包含的投射光角度编码图象数据1051，对该数据使用所生成的掩蔽图象数据执行掩蔽处理(第5图的步骤502)。
具体地讲，形状运算单元110对各象素来说，如果对应于该象素的掩蔽图象数据的值是“1”，则保存对应于该象素的投射光角度编码图象数据1501的值不变，如果对应于该象素的掩蔽图象数值的值是“0”，则把对应于该象素的投射光角度编码图象数据1501的值取为“0”。
上述掩蔽处理的结果，如第16(b)图所示，在投射光角度编码图象中，仅抽出除了没有照射狭缝激光部分之外的有效区。
接着，形状运算单元110对于掩蔽处理后的投射光角度编码图象，执行代码去噪处理(第5图的步骤503)。在该处理中，通过判定掩蔽了的投射光角度编码图象中的投射光角度的连续性，如第16(c)图所示，除去没有照射狭缝激光的噪声区域。
具体地讲，形状运算单元110作为第1代码去噪处理，对于掩蔽后的投射光角度编码图象执行使用了由第18(a)图所示的3象素×3象素构成的空间滤波器的滤波处理。更具体地讲，形状运算单元110通过使各象素位置上的投射光角度编码图象数据1501与第18(a)图所示的3象素×3象素的空间滤波器的中心位置a0相重合，执行用于判定投射光角度θ(x，y)的连续性的以下的判定处理。
即，形状运算单元110在每次使第18(a)图所示的3象素×3象素的空间滤波器的中心位置a0重合到各象素位置的投射光角度编码图象数据1051上时，关于对应于其中心位置a0的投射光角度编码图象数据1501，在与对应于上述中心位置a0的8个附近位置a1～a8的每一个的各象素位置的投射光角度编码图象数据1501之间判定下面的公式。另外，下式中的a0以及an(1≤n≤8)分别表示对应于第18(a)图所示的空间滤波器的各位置a0以及an(1≤n≤8)的象素位置的投射光角度编码图象数据1501的值(投射光角度θ(x，y))。
|a0-an|≤T1(1≤n≤8)这里，T1是第1阈值电平。
形状运算单元110根据上述判定处理的结果，在对应于满足公式1的an的投射光角度编码图象的象素的数目存在T2象素以上的情况下，保持对应于上述空间滤波器的中心位置a0的投射光角度编码图象数据1501不变，在不存在上述情况时，把对应于上述空间滤波器的中心位置a0的投射光角度编码图象数据1501设定为-32768的值。这里，T2是第2阈值电平。
通过上述第1代码去噪处理，除去没有照射狭缝激光的大部分噪声区。
然后形状运算单元110作为第2代码去噪处理，对于上述第1代码去噪处理后的投射光角度编码图象执行使用由第18(b)图所示的3象素×3象素构成的空间滤波器的滤波处理。更具体地讲，形状运算单元110通过使第18(b)图所示的3象素×3象素的空间滤波器的中心位置a0重合到各象素位置的投射光角度编码图象数据1501上，执行用于除去孤立象素的下述处理。
即，形状运算单元110在每次使第18(b)图所示的3象素×3象素的空间滤波器的中心位置a0重合到各象素位置的投射光角度编码图象数据1501上时，判定对应于上述中心位置a0的4个附近位置a1，a3，a5，a7的每一个的各象素位置的投射光角度编码图象数据1501是否为具有0以上值的有效数据。
形状运算单元110在上述判定处理的结果显示作为有效数据的象素的数目存在T3个象素以上的情况下，保持对应于上述空间滤波器的中心位置a0的投射光角度编码图象数据1501不变，不存在上述情况时，把对应于上述空间滤波器的中心位置a0的投射光角度编码图象数据1501设定为具有-32768值的无效数据。这里T3是第3阈值电平。
通过上述第2代码去噪处理，除去作为没有照射狭缝激光的噪声区的孤立象素。
然后，如第17(b)图所示，执行从作为左侧测量数据的上述第1以及第2代码去噪处理后的投射光角度编码图象数据1501向左侧高度图象数据的变换处理(第5图的步骤504)。
具体地讲，形状运算单元110使用构成代码去噪处理后的投射光角度编码图象数据1501的测定对象101的各个表面部分的左侧狭缝激光的投射光角度θ(x，y)(参照第15图)，执行对应于下面公式的运算处理，由此测量表示对应于左侧狭缝激光照射的测定对象101的半面形状(轮廓)的左侧高度图象数据f(x，y)。
f(x，y)＝z0-(x0-x)tanθ(x，y)这里如第15图所示，x0是狭缝激光光源104的旋转中心的x坐标，z0是CCD照相机105的焦点与测定对象101之间的距离。
通过由以上第5图的步骤501～504的一系列处理所表示的第3图的步骤302的处理，实现从左侧测量数据向左侧高度图象数据的变换处理。左侧高度图象数据作为带符号的2字节整数输出，具有10进制数的-32768～+32767范围的值。这种情况下，后述的缺失部分成为具有-32768的值的无效数据。
然后，形状运算单元110从图象编码器107内的图象存储器获取右侧测量数据，对于包含在该数据中的最大亮度图象数据，最小亮度图象数据以及投射光角度编码图象数据1501，与从上述的左侧测量数据向左侧高度图象数据的变换处理情况完全相同，通过执行第5图的步骤501～504的一系列处理所表示的第3图的步骤303的处理，实现从右侧测量数据向右侧高度图象数据的变换处理。
然后，如第17(e)图所示，形状运算单元110把在第3图的步骤302中得到的左侧高度图象数据和在步骤303中得到的右侧高度图象数据进行合成(第3图的步骤304)。
该合成的目的是由于左侧高度图象数据与右侧高度图象数据具有互补各个图象中的死角的关系，因此通过使2个图象数据的有效区重合来进行合成，可以得到死角很少的高度图象数据。
具体地讲，形状运算单元110在各个象素位置上将左侧高度图象数据与右侧高度图象数据进行比较，选择数值小的一方(高度低的一方)的数据，输出作为其结果获得的高度图象数据。
另外，形状运算单元110在各象素位置上仅左侧高度图象数据或者右侧高度图象数据的某一方是具有-32768值的无效数据的情况下，选择有效数据。缺失部分抽出处理在利用第3图的步骤304合成了高度图象数据以后，执行从其高度图象数据抽出缺失部分的处理(第4图的步骤305)。
如在「技术背景」的项目中所说明的那样，由于头发部分难以反射狭缝激光，因此在如上述那样获得的高度图象数据中，在对应于头发部分的高度图象数据中易于发生缺失。
从成本以及操作方面考虑提高这样的区域中的检测精度是不现实的。因此，本实施形态中，检测出缺失部分，对于该部分执行内插处理，由此能够除去外观上的不自然感。
这里，由于如缺失部分那样的不反射狭缝激光的区域为具有-32768值的无效数据，因此通过检测无效数据能够抽出缺失部分。
然而，在作为测定对象101的人物的背景上什么都没有的情况下，背景部分的数据也成为无效数据。因此，仅靠检测无效数据，在连接背景和边界的人物头发部分中产生缺失的情况下，不能够判定被检测出的无效数据是缺失部分还是背景部分。
因此，本实施形态中，如第2图所示，对作为测定对象101的人物进行定位使之靠近能够反射狭缝激光的例如黑色的背景板201，检测头102对于人物的侧面与背景板201一起执行上述的测量工作。通过这样的测量形态，由于始终能够测量对于背景板201的假想平面的高度信息，因此能够准确地抽出人物的侧面的轮廓信息。而且，根据该被抽出的轮廓信息，能够对连接背景和边界的人物头发部分的三维形状的缺失进行插值。这一点是与本发明相关连的重要特征。
第6图是示出第4图的步骤305的缺失部分抽出处理的详细情况的工作流程，第19图以及第20图是其处理的说明图。
首先，如第19图所示，形状运算单元110把在第3图的步骤304中已合成的高度图象数据中，将对应于高度图象的左上角的象素的高度图象数据的值假定为对于假想平间的背景板201的高度，对在该数据值加上预定的偏离值所获得的值作为切断水平(“cutting level”)来抽出(第6图的步骤601)。
接着，形状运算单元110从在第3图的步骤304中合成的各象素的高度图象数据减去上述切断水平，其结果比0小的高度图象数据全部执行变换为具有-32768值的无效数据的水平切断处理，把其结果获得的数据作为新的高度图象数据(第6图的步骤602)。
通过上述缺失抽出处理，由于背景部分成为具有0值的有效数据，因此如第20(a)图所示，能够准确地决定作为测定对象101的人物的轮廓。而且，能够仅把缺失部分设定为具有-32768值的无效数据。这种情况下，由于连接背景和边界的人物头发的轮廓部分成为具有0值的有效数据，由此形状运算单元110通过后述的头发部分插值处理，如第20(b)图所示，通过检测被具有0值的背景区和具有有效数据的测定对象101的区域所包围的具有无效数据的值的区域，能够对连接背景和边界的人物头发部分的三维形状的缺失进行插值。高度去噪处理形状运算单元110对于通过第4图的步骤305得到的进行了水平切断的高度图象数据，执行高度去噪处理(第4图的步骤306)。在该处理中，通过判定被水平切断的高度图象中的高度的连续性，如第17(f)图所示，除去孤立点象素。
具体地讲，形状运算单元110对于被水平切断的高度图象数据执行使用了第21图所示的由5象素×5象素构成的空间滤波器的滤波处理。更具体地讲，形状运算单元110通过使第21图所示的5象素×5象素的空间滤波器的中心位置a0重合到各象素位置上的高度图象数据上，执行用于判定高度连续性的下述的判定处理。
即，形状运算单元110在每次使第21图所示的5象素×5象素的空间滤波器的中心位置a0重合到各象素位置的高度图象数据上时，对于与其中心位置a0相对应的高度图象数据，在与对应于上述中心位置a0的8个附近位置a1～a8的每一个的各象素位置的高度图象数据之间判定下面的公式。另外，下式中的a0以及an(1≤n≤8)表示分别对应于第21图所示的空间滤波器的各位置a0以及an(1≤n≤8)的象素位置的高度图象数据的值。
|a0-an|≤T4(1≤n≤8)这里，T4是第4阈值电平。
形状运算单元110在上述判定处理的结果对应于满足公式3的an的高度图象的象素数目存在T5个象素以上的情况下，保留对应于上述空间滤波器的中心位置a0的高度图象数据不变，不存在上述情况时，把对应于上述空间滤波器的中心位置a0的高度图象数据设定为具有-32768值的无效数据。这里，T5是第5阈值电平。头发部分插值处理然后，形状运算单元110对于通过第4图的步骤306除去了高度噪声的高度图象数据，执行头发部分插值处理(第4图的步骤307)。在该处理中，形状运算单元110如第20(b)图所示，检测出被具有0值的背景区和具有有效数据的测定对象101的区域所包围的具有无效数据的值的区域，对于该无效数据区执行插值处理，由此对连接背景和边界的人物头发部分的三维形状的缺失进行插值。
第7图示出第4图的步骤307的头发部分插值处理的工作的流程。形状运算单元110顺序地进行上→下方向插值处理(步骤701)，左→右方向插值处理(步骤702)，右→左方向插值处理(步骤703)，以及各方向插值结果的合成处理(步骤704)。
第8图以及第9图所示的工作流程是示出第7图的步骤701、702以及703的各方向插值处理的详细过程的共同工作的流程，在把C1，C2，C3作为任意的文字序列的情况下，用括号和斜杠所包围的部分「(C1/C2/C3)」在第7图的步骤701的说明中改读作文字序列「C1」，在第7图的步骤702的说明中改读作文字序列「C2」，在第7图的步骤703的说明中改读作文字序列「C3」。
首先，根据第8图以及第9图所示的工作流程和第22图所示的说明图说明第7图的步骤701的上→下方向插值处理的详细过程。
在上→上方向插值处理中，形状运算单元110(第1图)如第22(a)图所示，在通过第4图的步骤306除去了高度噪声的高度图象中，在其高度图象水平方向的各象素位置上，从上端向下方搜索高度图象数据，把高度图象数据发生了从背景数据→无效数据变化的象素作为上部轮廓象素象素，继续向下方进行搜索，把高度图象数据发生了从无效数据→有效数据变化的象素作为下部轮廓象素。而且，形状运算单元110如第22(b)图所示，在上述高度图象的水平方向的各象素位置上，仅在检测出了上部轮廓象素和下部轮廓象素的情况下，使用γ次曲线对上部轮廓象素和下部轮廓象素之间进行插值，计算其区域内的各象素位置的插值数据值。
具体地讲，在第8图以及第9图所示的工作流程中，在个人计算机109内未特别示出的图象存储器中以二维排列存储高度图象数据，使得根据指定高度图象的水平方向象素位置的水平指针和指定垂直方向象素位置的垂直指针读出对应于各象素位置的高度图象数据。另外，水平指针值对应于左端象素的值是0，把从该点开始向右的方向为正方向，垂直指针值对应于上端象素的值是0，从该点开始向下的方向为正方向。
首先，形状运算单元110把水平指针设置为指示高度图象的左端象素的值0(参照第22(a)图)(第8图的步骤801)。
其次，形状运算单元110在第8图的步骤802中把垂直指针设定为指示高度图象的上端象素的值0以后，反复执行第8图的步骤804中的在把其垂直指针的值逐次增加+1的同时依次使搜索象素位置向下方移动的搜索处理，直到第8图的步骤803中判定为出现了图象数据，或者第8图的步骤805中判定为搜索象素到达了下端象素(第8图的步骤803→804→805→803的循环处理)为止。
形状运算单元110在上述搜索处理循环中的第8图的步骤805中判定为搜索象素到达下端象素的情况下，终止由水平指针表示的当前水平方向象素位置上的处理，执行第9图的步骤815以后的对于下一个水平方向象素位置的处理(第8图的步骤805→第9图的步骤815)。
另一方面，如果形状运算单元110在上述的搜索处理循环中的第8图的步骤803中检测出搜索象素的数据从背景数据(具有0的值的数据)变化为具有-32768的值的无效数据，则把当前的搜索象素的象素位置作为上部轮廓象素(形成第22(b)图的上部轮廓线的象素)进行存储(步骤803→806)。
然后，形状运算单元110反复执行第8图的步骤807中的在把垂直指针的值逐次增加+1的同时依次使搜索象素位置进一步向下方移动的搜索处理，直到第8图的步骤808中判定为搜索象素到达了下端象素，或者第8图的步骤809中判定为出现了无效数据为止(第8图的步骤807→808→809→807的循环处理)。
形状运算单元110在上述搜索处理循环中的第8图的步骤808中判断为搜索象素到达了下端象素的情况下，终止由水平指针表示的当前的水平方向象素位置上的处理，执行第9图的步骤815以后的对于下一个水平方向象素位置的处理(第8图的步骤808→第9图的步骤815)。
另一方面，如果形状运算单元110在上述搜索处理循环中的第8图的步骤809中检测出搜索象素的数据从具有-32768值的无效数据变化为具有大于0的正值的有效数据，则存储其有效数据象素的象素位置和数据值(步骤809→810)。
接着，形状运算单元110把垂直指针的值再加+1(第8图的步骤811)，判定上述有效数据象素的1个象素下的搜索象素是否也是有效数据(第8图的步骤812)。
形状运算单元110在判断为上述1个象素下的搜索象素不是有效数据的情况下，返回到第8图的步骤808以后的搜索处理循环中(步骤812→808)。即，在这种情况下，由于上述有效数据象素是孤立点，因此作为噪声而忽略。
另一方面，形状运算单元110在判断为上述1个象素下的搜索象素也是有效数据的情况下，把在第8图的步骤810中存储的有效数据象素和当前的搜索象素中数据值大的象素的象素位置和数据值作为下部轮廓象素(形成第22(b)图的下部轮廓线的象素)来存储(第8图的步骤812→第9图的步骤813)。如上述那样在当前水平方向象素位置上上部轮廓象素和下部轮廓象素都被检测出的情况下，形状运算单元110在上部轮廓象素与下部轮廓象素之间进行γ次曲线插值处理(第9图的步骤814)。
具体地讲，如第25图所示，形状运算单元110把在第8图的步骤806中存储的上部轮廓象素的象素位置的数据值设置为预定的插值初始偏离值，使用其上部轮廓象素的象素位置和数据值以及在第8图的步骤813中存储的下部轮廓象素的象素位置和数据值，执行基于未特别图示的众所周知的γ次曲线插值计算式的γ次曲线插值处理，由此计算各区域内各象素的插值数据值，把它们的每一个与各象素的象素位置一起进行存储。
另外，不把上述轮廓象素的数据值取为背景数据的数据值0，是由于在由本实施形态实现的三维雕刻机116(第1图)进行的向贵金属奖牌上雕刻作为测定对象101的人物侧面的三维图象时，可以获得更自然的结果。
在上部轮廓象素与下部轮廓象素的象素间隔超过预定的阈值的情况下终止插值处理。
另外，插值象素位置进入到高度图象数据的下半部分区域中的情况下，为了避免在头发部分以下的面目部分中的多余的插值处理，不进行该区域内的插值数据值的运算。
如上所述，形状运算单元110在结束了当前的水平方向象素位置上的插值处理以后，通过把水平指针的值加+1，使执行搜索处理的水平方向象素位置向右移动一个象素(第9图的步骤815)。
接着，形状运算单元110判定新的水平方向象素位置是否超过了高度图象的右端象素位置(第9图的步骤816)。
在判断为新的水平方向象素位置没有超过高度象素的右端象素位置的情况下，形状运算单元110对于该新的水平方向象素位置，执行上述第8图的步骤802以后的一系列的插值处理(第9图的步骤816→第8图的步骤802)。
另一方面，在判断为新的水平方向象素位置超过了高度象素的右端象素位置的情况下，形状运算单元110终止第7图的步骤701的上→下方向插值处理。
通过上述那样做，如第22(b)图所示，在各个水平方向象素位置上搜索上部轮廓象素和下部轮廓象素，在可以检测出两者的情况下在这些象素之间执行γ次曲线插值处理。
形状运算单元110在结束了第7图的步骤701的上→下方向插值处理以后，执行第7图的步骤702的左→右方向插值处理。
在左→右方向插值处理中，形状运算单元110根据上述第8图以及第9图所示的工作流程，如第23(a)图所示，在利用第4图的步骤306除去了高度噪声的高度图象中，在该高度图象的垂直方向上半部分的各象素位置上从左端向右端搜索高度图象数据，把高度图象数据发生了从背景数据→无效数据变化的象素作为左部轮廓象素，进而沿着右方向继续搜索，把高度图象数据发生了从无效数据→有效数据变化的象素作为右部轮廓象素。而且，形状运算单元110仅在上述高度图象的垂直方向上半部分的各象素位置上检测出左部轮廓象素和右部轮廓象素的情况下，利用γ次曲线在左部轮廓象素与右部轮廓象素间进行插值，计算该区域内各象素位置的插值数据值。在第23图的例中，如第23(b)图所示，由于不能在垂直方向上半部分的全部的象素位置上检测出左部轮廓象素，因此不执行插值处理。
对于左→右方向插值处理的第8图以及第9图的工作流程的基本控制顺序，由于与上→下方向插值处理时相同，因此省略详细的说明，但如上所述，在第8图以及第9图的工作流程中，把C1，C2，C3作为任意的文字序列时，用括号和斜杠包围的部分「(C1/C2/C3)」在左→右方向插值处理中改读作文字序列「C2」来执行。
另外，在左→右方向插值处理中，仅在垂直方向上半部分的各象素位置上执行上部轮廓象素和下部轮廓象素的搜索处理(参照第9图的步骤816)是因为从常识上可知仅在该区域可以存在前部头发的头发部分。
另外，在第9图的步骤814中的实际的插值处理执行时，在插值象素位置进入到高度图象数据的右侧1/3区域内的情况下，为了避免在相当于前部头发的头发部分以外的区域中的多余的插值处理，不进行该区域中的插值数据值的计算。
形状运算单元110如上所述在结束了第7图的步骤702的左→右方向插值处理以后，执行第7图的步骤703所示的右→左方向插值处理。
在右→左方向插值处理中，形状运算单元110根据上述第8图以及第9图所示的工作流程，如第24(a)图所示，在利用第4图的步骤306除去了高度噪声的高度图象中，在该高度图象的垂直方向的各象素位置上从右端向左方搜索高度图象数据，把高度图象数据发生了从背景数据→无效数据变化的象素作为右部轮廓象素(构成第24(b)图的右部轮廓线的象素)，进而继续沿着左方向进行搜索，把高度图象数据发生了从无效数据→有效数据变化的象素作为左部轮廓象素(构成第24(b)图的左部轮廓线的象素)。而且，形状运算单元110仅在上述高度图象的垂直方向的各象素位置上检测出了右部轮廓象素和左部轮廓象素的情况下，使用γ次曲线对右部轮廓象素与左部轮廓象素间进行插值，计算该区域内各象素位置的插值数据值。在第24图的例中，如第24(b)图所示，在垂直方向的各象素位置上执行插值处理。
对于右→左方向插值处理的第8图以及第9图的工作流程的基本控制顺序，由于与上→下方向插值处理的顺序相同，因此省略详细的说明，如上所述，在第8图以及第9图的工作流程中，当把C1，C2，C3作为任意的文字序列时，用括号和斜杠包围的部分「(C1/C2/C3)」在右→左方向插值处理中，改读作文字序列「C3」来执行。
另外，在右→左方向插值处理中，与左→右方向插值处理的情况不同，在从垂直方向的上端到下端的各象素位置上执行上部轮廓线和下部轮廓象素的搜索处理(参照第9图的步骤816)。这是因为在该整个区域中可存在后部头发的头发部分。
形状运算单元119如上所述在结束了第7图的步骤703的右→左方向插值处理以后，进行第7图的步骤704所示的各方向插值结果的合成处理。
在该处理中，形状运算单元110在高度象素的各象素位置上仅存在通过第7图的步骤701～703中的各方向插值处理被计算出的某1个插值数据值的情况下，把该插值数据作为该象素的高度图象数据，当存在通过第7图的步骤701～703的各方向插值处理被计算出的某2个以上的插值数据的情况下，把这些插值数据值的平均值作为该象素的高度图象象素，把这样得到的高度图象数据合成为头发部分插值处理前的高度图象数据并输出。另外，这种情况下，也可以使用适当的空间滤波器执行相邻象素间的平滑化处理。
通过上述那样做，通过执行第4图的步骤307所示的头发部分插值处理，实现作为本发明要解决的课题的连接背景和边界的人物头发部分的三维形状缺失的插值。如果把第26(a)图所示的头发部分插值处理前的高度图象与第26(b)图所示的头发部分插值处理后的高度图象进行比较，则可知由该头发部分插值处理产生的效果非常大。填孔处理接着，形状运算单元110对于由第4图的步骤307对头发部分进行了插值的高度图象数据执行填孔处理(第4图的步骤308)。该处理中，形状运算单元110如第27(a)到第27(f)图所示，检测出被具有大于0的正值的有效数据的测定对象101的区域包围的具有无效数据值的孔区域，通过对该孔区域执行插值处理，对在上述头发部分插值处理中未插值的剩余区域和上述代码去噪处理以及高度去噪处理中出现的无效数据区域进行填孔。
第10图是示出第4图的步骤308的填孔处理的工作流程。形状运算单元110按下述顺序进行上→下方向插值处理(步骤1001)、左→右方向插值处理(步骤1002)、各方向插值结果的合成处理(步骤1003)以及其余的处理(步骤1004)。
第11图以及第12图所示的工作流程是示出第10图的步骤1001以及1002的各方向插值处理的详细过程的共同的工作流程，在把C1以及C2作为任意的文字序列时，用括号和斜杠包围的部分「(C1/C2)」在第10图的步骤1001的说明中改读作文字序列「C1」，在第10图的步骤1002的说明中改读作文字序列「C2」。
首先，根据第11图以及第12图所示的工作流程和第27图所示的说明图说明第10图的步骤1001的上→下方向插值处理的详细过程。
在上→下方向插值处理中，形状运算单元110如第27(a)图到第27(b)图所示，在由第4图的步骤307实施了头发部分插值处理的高度图象中，在该高度图象的水平方向各象素位置上从上端向下方向搜索高度图象数据，搜索高度图象数据发生了从有效数据→无效数据变化的作为边界象素的上部孔象素，进而从该处开始向下方搜索发生了从无效数据→有效数据变化的作为边界象素的下列孔象素，只有在检测出上部孔象素和下部孔象素的情况下，对这些象素间进行线性插值，计算该区域内各象素位置的插值数据值。
另外，由于被填孔的区域几乎都是小区域，因此在填孔处理所执行的插值处理中不需要执行γ次曲线插值运算，线性插值运算就足够了。
具体地讲，在第11图以及第12图所示的工作流程中，在个人计算机109内未特别示出的图象存储器中以二维排列存储高度图象数据，以使利用指定高度图象的水平方向象素位置水平指针和指定垂直方向象素位置的垂直指针读出对应于各象素位置的高度图象数据。另外，水平指针值对应于左端象素的值是0并且从该点开始向右的方向为正方向，垂直指针值对应于上端象素的值是0并且从该点开始向下的方向为正方向。
首先，形状运算单元110把水平指针设置为指示高度图象的左端象素的值0(第11图的步骤1101)。
接着，形状运算单元110在第11图的步骤1102中把垂直指针设置为指示高度象素的上端象素的值0以后，反复执行第11图的步骤1104中的在将该垂直指针的值逐次增加+1的同时依次使搜索象素位置向下方移动的搜索处理，直到第11图的步骤1003中判定为出现了有效数据，或者第11图的步骤1005中判定为搜索象素到达了下端象素为止(第11图的步骤1103→1104→1105→1103的循环处理)。
形状运算单元110在上述搜索处理循环中的第11图的步骤1105中判定为搜索象素到达了下端象素时，终止由水平指针示出的当前的水平方向象素位置中的处理，执行第12图的步骤1115以后的对于下一个水平方向象素位置的处理(第11图的步骤1105→第12图的步骤1115)。
另一方面，如果形状运算单元110在上述搜索处理循环中的第11图的步骤1103中检测出搜索象素的数据发生了从背景数据(具有0值的数据)到具有大于0的正值的有效数据的变化(第11图的步骤1103的判定是YES)，则反复执行第11图的步骤1106中的在把垂直指针的值逐次增加+1的同时进一步依次使搜索象素位置向下方移动的搜索处理，直到第11图的步骤1107中判定为搜索象素到达下端象素，或者第11图的步骤1108中判定为出现了无效数据为止(第11图的步骤1106→1107→1108→1106的循环处理)。
形状运算单元110在上述搜索处理循环中的第11图的步骤1107中判定为搜索象素到达下端象素的情况下，终止由水平指针示出的当前的水平方向象素位置上的处理，执行第12图的步骤1115以后的对于下一个水平方向象素位置的处理(第11图的步骤1107→第12图的步骤1115)。
另一方面，形状运算单元110如果在上述搜索处理循环中的第11图的步骤1108中检测出搜索象素的数据发生了从具有比0大的正值的有效数据→具有-32768值的无效数据的变化，则把其前一个象素的象素位置和有效数据值作为上部孔象素来存储(步骤1108→到1109)。
接着，形状运算单元110反复执行第12图的步骤1110中的在把垂直指针的值逐次增加+1的同时进一步依次使搜索象素位置向下方移动的搜索处理，直到第12图的步骤1111中判定为搜索象素到达下端象素，或者第12图的步骤1112中判定为出现了具有比0大的正值的有效数据为止(第12图的步骤1110→1111→1112→1110的循环处理)。
形状运算单元110在上述搜索处理循环中的第12图的步骤1111中判定为搜索象素到达下端象素的情况下，终止由水平指针示出的当前的水平方向象素位置上的处理，执行第12图的步骤1115以后的对应下一个水平方向象素位置的处理(第12图的步骤1111→1115)。
另一方面，如果形状运算单元110在上述搜索处理循环中的第12图的步骤1112中检测出搜索象素的数据发生了从具有-32768值的无效数据到具有比0大的正值的有效数据的变化，则把当前的搜索象素的象素位置和有效数据值作为下部孔象素来存储(步骤1112→1113)。
如上所述，在当前的水平方向象素位置上上部轮廓象素和下部轮廓象素都被检测出的情况下，形状运算单元110通过在由第11图的步骤1109中存储的上部孔象素的象素位置以及有效数据值与由在第12图的步骤1113中存储的下部孔象素的象素位置以及有效数据置之间执行线性插值处理，计算各区域内的各象素的插值数据值，把它们的每一个与各象素的象素位置一起进行存储(第12图的步骤1214)。
如上述，形状运算单元110在结束了当前的水平方向象素位置上的插值处理以后，通过把水平指针的值增加+1，使执行搜索处理的水平方向象素位置向右移动1个象素(第12图的步骤1115)。
接着，形状运算单元110判定新的水平方向象素位置是否超过了高度象素的右端图象素位置(第12图的步骤1116)。
形状运算单元110在判定为新的水平方向象素位置没有超过高度图象的右端象素位置的情况下，对于该新的水平方向象素位置，执行上述第11图的步骤1102以后的一系列插值处理(第12图的步骤1116→第11图的步骤1102)。
另一方面，形状运算单元110在判定为新的水平方向象素位置超过了高度图象的右端象素位置的情况下，终止第10图的步骤1001的上→下方向插值处理。
如上述，如第27(b)图所示，在各水平方向象素位置上搜索上部孔象素和下部孔象素，在可以检测出这两种象素的情况下在这些象素之间执行线性插值处理。
形状运算单元110在结束了第10图的步骤1001的上→下方向插值处理以后，执行第10图的步骤1002的左→右方向插值处理。
在左→右方向插值处理中，形状运算单元110根据上述第11图以及第12图所示的工作流程，如第27(c)图所示，在由第4图的步骤307实施了头发部分插值处理的高度图象中，在该高度图象的垂直方向的各象素位置上从左端向右方搜索高度图象数据，搜索高度图象数据发生了从有效数据→无效数据变化的作为边界象素的左部孔象素，进而从该处向右方搜索发生了从无效数据→有效数据变化的作为边界象素的右部孔象素，仅在检测出左部孔象素和右部孔象素的情况下，在这些象素之间进行线性插值，计算该区域内各象素位置的插值数据值。
对于左→右方向插值处理的第11和第12图的工作流程的基本控制顺序，由于与上→下方向插值处理的顺序相同，因此省略其详细的说明，如上所述，在第11图和第12图的工作流程中，在把C1以及C2作为任意的文字序列时，用括号和斜杠包围的部分「(C1/C2)」在左→右方向插值处理中，改读作文字序列「C2」来执行。
如上述，如第27(c)图所示，在各垂直方向象素位置上搜索左部孔象素和右部孔象素，在可以检测出这两种象素的情况下在这些象素之间执行线性插值处理。
形状运算单元110如上述那样结束了第12图的步骤1002的左→右方向插值处理以后，执行第10图的步骤1003所示的各方向插值结果的合成处理。
在该处理中，形状运算单元110如第27(d)，(e)以及(f)图所示，在高度图象的各个象素位置上存在由第10图的步骤1001以及1002中的各方向插值处理计算出的两者的插值数据值的情况下，即该象素仅是封闭的孔的区域内的象素的情况下，把这些插值数据值的平均值作为该象素的高度象素数据，把这样得到的高度象素数据合成为填孔处理前的高度象素数据并输出。另外，在这种情况下，也可以使用适当的空间滤波器执行相邻象素间的平滑化处理。
另一方面，形状运算单元110在高度图象的各个象素位置上不存在由第10图的步骤1001以及1002的各方向插值处理计算出的两者的插值数据值的情况下，即该象素是未封闭的孔的区域内的象素的情况下，该象素作为是背景板201中的错误数据，强制地把该象素的数据值变换为背景数据值0，把这样得到的高度图象数据合成为填孔处理前的高度图象数据并输出。
最后，形状运算单元110在作为上述第10图的步骤1003的各方向插值结果的合成处理的结果而输出的高度图象数据中，对于最后残留的具有-32768值的无效数据的象素，强制地把该高度图象数据的值变换为背景数据值0，把这样得到的高度图象数据合成并作为第10图的步骤1003的各方向插值结果的合成处理的结果而被输出的高度图象数据来输出(第10图的步骤1004)。
如以上所述，通过执行第4图的步骤308中所示的填孔处理，对多余的无效数据区进行填孔。偏离校正处理接着，形状运算单元110对于通过第4图的步骤308完成了填孔的高度图象数据，执行偏离校正处理(第4图的步骤309)。
在上述第4图的步骤305的缺失部分抽出处理中，如第28(a)图所示，通过从各象素的高度图象数据减去与背景的高度相对应的切断水平，在高度图象数据中执行背景部分(+预定偏离值)成为高度0的有效数据这样的水平切断。
在以下所说明的偏离校正处理中进而如第28(b)图所示，把与从成为狭缝激光照射中的死角部分的背景部分到作为测定对象101的人物面目的鼻子部分的高度相当的偏离进行校正。
但是，在用第1图所示的三维雕刻机116进行雕刻时，由于采用使人物形状从奖牌基部稍微突起的方法能留下比鼻子远的位置的头发等，以得到显得自然的效果，故在实际的偏离校正处理中，如第28(c)图所示，对(至鼻子的高度-雕刻时的偏离)的偏离量进行水平切断。
第13图是示出第4图的步骤308的偏离校正处理的详细过程的工作流程。
首先，形状运算单元110在监视装置1502(第15图)上显示由第4图的步骤308完成了填孔的高度图象和光标线(第13图的步骤1301)。
接着，操作者使用鼠标等输入装置，使监视装置1502上的光标线重合到高度图象上的鼻的头部(第13图的步骤1302)。
形状运算单元110顺序地读入与光标线的位置相对应的水平线上的各象素的高度图象数据，把最初发现的具有比0大的值的有效数据判定为鼻头。形状运算单元110计算从该鼻头的象素位置向右的n个象素(例如10个象素)的高度图象数据的平均值，把该值作为至鼻子的高度而算出(第13图的步骤1303)。
其次，在操作者指定通常模式的情况下，形状运算单元110使用在步骤1303计算出的至鼻子的高度，从由第4图的步骤308完成了填孔的各象素的高度图象数据减去(水平切断)(至鼻子的高度-雕刻时的偏离)的偏离量(第13图的步骤1304→1305)。
这里，作为测定对象的人物如果把头发梳拢在后面或者脸的侧面(与第1图的检测头102相反一侧)，则有时把与此对应的高度图象数据进行水平切断。
因此，本实施形态中，操作者除了能够指定上述通常模式以外还能够指定特殊模式，在操作者指定特殊模式的情况下，形状运算单元110对于表示高度比至鼻子的高度低的有效数据进行按比例压缩以使其最大值成为至鼻子为止的高度(第13图的步骤1304→1306)。
然后，形状运算单元110抽出表示高度比至鼻子的高度高的有效数据(第13图的步骤1307)，从这些有效数据减去(水平切断)(至鼻子的高度-雕刻时的偏离)(第13图的步骤1307→1305)。向雕刻数据的变换处理最后，形状运算单元110把通过第4图的步骤309完成了偏离校正的高度图象数据变换为三维雕刻机116(第1图)能够处理的雕刻数据(第4图的步骤310)。
第14图是示出第4图的步骤310的详细过程的工作流程。
首先，形状运算单元110把由第4图的步骤309完成了偏离校正的由256×240个象素构成的高度图象数据(各数据是带符号的2字节数据)分割为2象素×2象素的部分区域，在各个部分区域中，计算包含在该部分区域中的4个象素的高度图象数据的平均值并输出(第14图的步骤1401)。其结果，由256×240个象素构成的高度图象数据被压缩为128×120个高度图象数据。
然后，形状运算单元110对于上述128×120个高度图象数据进行归一化(比例压缩)，使得其最大值成为例如114(第14图的步骤1402)。该114值的例子是由三维雕刻机116进行雕刻时的z轴方向(深度方向)的分辨率，根据三维雕刻机116的性能决定。
接着，形状运算单元110在被归一化的128×120个高度图象数据中，把表示该数据的与高度图象的左端边和右端边相对应的象素的高度图象数据取为0(第14图的步骤1403)。
接着，形状运算单元110把上述128×120个高度图象数据的每一个变换为表示与相邻数据的差分的数据(带符号的1字节数据)(第14图的步骤1403)。
进而，形状运算单元110对于上述128×120个高度差分图象数据计算检验和，把作为计算结果能得到的1字节的检验和码加到上述128×120个高度差分图象数据上(第14图的步骤1405)。
最后，如第1图所示，形状运算单元110把上述(128×120个高度差分图象数据+1字节检验和码)作为形状数据115输出到三维雕刻机116中。
如以上所述，尤其是三维雕刻机116根据适当地对连接背景和边界的人物头发部分的三维形状的缺失进行了插值的形状数据115，能够在贵金属奖牌上雕刻非常自然的三维人物图象。其它的实施形态上述实施形态具有以由三维雕刻机116进行的在贵金属奖牌上雕刻三维人物图象为目的的系统结构，然而本发明并不是限定于这样的系统，在以用于向塑料标徽上刻印三维人物图象为目的的模具，或者以向木制品上进行雕刻为目的的系统中都可以使用。
另外，本发明不一定必须应用于以三维雕刻为目的的系统中，还能够适用于显示或印刷对测定对象101进行了三维测量的结果的系统中。
另外，本发明不限定于使用背景板抽出缺失部分的轮廓信息的技术，例如，也可以构成为根据从不特别使用背景板而被测量了的三维形状被抽出的有效轮廓线信息，通过曲线近似等方法来复原与缺失部分有关的轮廓线部分，或者通过从预先存储的多个面目的轮廓线信息来选择的方法进行复原，使用被复原了的缺失部分的轮廓线信息对缺失部分进行插值。
进而，本发明中作为对象的三维形状的测量方式，并不限定于来自左右的狭缝激光的照射的方式，而且也不限定于激光。
另外，本发明的缺失部分当然不一定是人的头发部分。关于记录了实现本实施形态的程序的记录媒体的补充在由计算机使用本发明时，还可以作为用于使计算机进行与由上述本发明实施形态的各结构实现的功能相同的功能的计算机可读出记录媒体来构成。
这种情况下，例如实现本发明实施形态的各种功能的程序可从软盘、CD-ROM盘、光盘、可拆接硬盘等便携式记录媒体读出或经过网络线路传送，可在计算机本体内的存储器(RAM或硬盘等)中装载这些程序并执行。
产业上的可利用性如以上所述，依据本发明的三维形状测量装置以及使用了该装置的三维雕刻装置，能够准确地抽出作为测定对象的人物等的侧面与背景区域的边界信息或者轮廓信息，根据该被抽出的边界信息或者轮廓信息，能够对连接背景和边界的人物头发部分等的三维形状的缺失进行插值。
更具体地讲，通过与竖立在作为测定对象的人物等的后面的例如可以反射狭缝激光的背景板一起，测量人物的侧面等的三维形状，能够容易地抽出被由具有与背景板相对应的背景数据值的象素构成的背景区和由具有对应于测定对象的有效数据值的象素构成的测定对象有效区所包围的、由具有无效数据值的象素构成的背景边界缺失区，能够容易地进行构成该被抽出的背景边界缺失区的象素的插值。
通过使用以这种方式被插值了的三维形状数据，在由三维雕刻装置向贵金属奖牌等进行作为测定对象的人物侧面等的三维图象的雕刻中，能够得到更自然的效果。
权利要求
1.一种具有三维形状测量功能的三维测量装置，其特征在于包括从表示被测量的测定对象的三维形状的三维形状数据获取表示该测定对象与其背景区的边界的背景边界信息的背景边界获取单元；以及根据该被获取的背景边界信息，对上述三维形状数据中的上述测定对象的缺失区进行插值的插值运算单元。
2.一种具有三维形状测量功能的三维测量装置，其特征在于包括使测定对象接近具有能够测量三维形状的特性的背景板，与上述背景板的三维形状一起测量该测定对象的三维形状的测量单元；在表示该被测量的三维形状的三维形状数据中，抽出被由具有与上述背景板相对应的背景数据值的象素构成的背景区和由具有与上述被测定对象相对应的有效数据值的象素构成的测定对象有效区包围的、由具有无效数据值的象素构成的背景边界缺失区的背景边界缺失区抽出单元；以及从构成包围该被抽出的背景边界缺失区的上述背景区的象素和构成包围该被抽出的背景边界缺失区的上述测定对象有效区的象素起，对构成该被抽出的背景边界区的象素进行插值的背景边界缺失区插值运算单元。
3.如权利要求2中记述的三维测量装置，其特征在于上述背景边界缺失区抽出单元通过在由上述三维形状数据显示的图象上的水平方向的各象素位置上进行从该图象上的上端向下方的搜索，把上述三维形状数据的值发生了从上述背景数据值向上述无效数据值变化的象素作为上部轮廓象素抽出，通过从该上部轮廓象素进一步向下方进行搜索，把上述三维形状数据的值发生了从上述无效数据值向上述有效数据值变化的象素作为下部轮廓象素抽出，在上述上部轮廓象素和上述下部轮廓象素都被检测出的情况下，根据预定的插值运算对该上部轮廓象素与该下部轮廓象素间进行插值，计算其间的区域内的各象素位置的插值数据值。
4.如权利要求2或3的任一项中记述的三维测量装置，其特征在于上述背景边界缺失区抽出单元通过在由上述三维形状数据显示的图象上的垂直方向的各个象素位置上从该图象上的左端向右方进行搜索，把上述三维形状数据的值发生了从上述背景数据值向上述无效数据值变化的象素作为左部轮廓象素抽出，通过从该左部轮廓象素进一步向右方进行搜索，把上述三维形状数据的值发生了从上述无效数据值向上述有效数据值变化的象素作为右部轮廓象素抽出，在上述左部轮廓象素和上述右部轮廓象素都被检测出的情况下，根据预定的插值运算对该左部轮廓象素与右部轮廓象素间进行插值，计算其间的区域内的各个象素位置的插值数据值。
5.如权利要求2或3的任一项中记述的三维测量装置，其特征在于上述背景边界缺失区抽出单元通过在由上述三维形状数据显示的图象上的垂直方向的各个象素位置上从该图象上的右端向左方进行搜索，把上述三维形状数据的值发生了从上述背景数据值向上述无效数据值变化的象素作为右部轮廓象素抽出，通过从该右部轮廓象素进一步向左方进行搜索，把上述三维形状数据的值发生了从上述无效数据值向上述有效数据值变化的象素作为左部轮廓象素抽出，在上述右部轮廓象素和上述左部轮廓象素都被检测出的情况下，根据预定的插值运算对该左部轮廓象素与右部轮廓象素之间进行插值，计算其间的区域内的各个象素位置的插值数据值。
6.如权利要求2或3的任一项中记述的三维测量装置，其特征在于还具有在上述三维形状数据中抽出被具有与上述测定对象相对应的有效数据值的象素构成的测定对象有效区所包围的、由具有无效数据值的象素构成的孔状缺失区的孔状缺失区抽出单元；以及从构成包围该被抽出的孔状缺失区的上述测定对象有效区的象素起，对构成上述被抽出的孔状缺失区的象素进行插值的孔状缺失区插值运算单元。
7.一种使用了如权利要求2或3的任一项中记述的三维形状测量装置的三维雕刻装置，其特征在于包括输入对构成上述背景边界缺失区或者上述孔状缺失区的象素进行了插值的上述三维形状数据，根据该三维形状数据控制雕刻单元的控制单元。
8.一种记录了使用具有三维形状测量功能的计算机时能够由计算机读出的程序的记录媒体，其特征在于这些程序用于使计算机完成从表示被测量的测定对象的三维形状的三维形状数据中抽出表示该测定对象与其背景区的边界的背景边界信息的功能以及根据该抽出的背景边界信息对上述三维形状数据中的上述测定对象的缺失区进行插值的功能。
9.一种记录了使用具有三维形状测量功能的计算机时能够由计算机读出的程序的记录媒体，其特征在于这些程序用于使计算机完成使测量对象接近于具有可测量三维形状的特性的背景板，与上述背景板的三维形状一起共同测量该测定对象的三维形状的功能；在表示该被测量的三维形状的三维形状数据中抽出被由具有与上述背景板相对应的背景数据值的象素构成的背景区和由具有与上述测定对象相对应的有效数据值的象素构成的测定对象有效区所包围的、由具有无效数据值的象素构成的背景边界缺失区的功能；以及从构成包围该被抽出的背景边界缺失区的上述背景区的象素和构成包围该被抽出的背景边界缺失区的上述测定对象有效区的象素起，对构成该被抽出的背景边界缺失区的象素进行插值的功能。
全文摘要
这是从成本以及操作方面考虑易于实现商业利用的、而且实现能够对人物头发部分那样的三维形状的连接背景和边界的三维形状的缺失进行插值的三维形状的测量的三维形状测量装置。检测头(102)等使作为测定对象(101)的人物的面目接近背景板(201)来测量其三维形状。形状运算单元(110)在三维形状数据中抽出被由具有与背景板(201)相对应的背景数据值的象素构成的背景区和由具有与测定对象(101)相对应的有效数据值的象素构成的测定对象有效区所包围的、由具有无效数据值的象素构成的缺失区,对构成该被抽出的缺失区的象素进行插值。其结果,可复原作为测定对象(101)的人物头发部分的缺失区。
文档编号G05B19/42GK1241255SQ98801448
公开日2000年1月12日 申请日期1998年9月25日 优先权日1997年9月30日
发明者河本明哲 申请人:株式会社珀蒂奥, 河本明哲