JP2000337829A

JP2000337829A - 輝度計測方法及び輝度計測用プログラムを記憶した記憶媒体並びに三次元計測装置

Info

Publication number: JP2000337829A
Application number: JP11146655A
Authority: JP
Inventors: Naoya Murota; 直哉室田; Masami Bushi; 正美武士; Takeshi Nakajima; 毅中島
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1999-05-26
Filing date: 1999-05-26
Publication date: 2000-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】精度を落さずに取扱いを容易とする輝度画像
データを生成すること。【解決手段】測定対象物を含む空間にスリット光を照
射する照射工程Ｄ１と、この照射工程Ｄ１にて照射され
たスリット光の戻り光を受光平面にて受光する受光工程
Ｄ２と、この受光工程Ｄ２にて受光した戻り光を受光平
面上の各受光素子毎に当該戻り光の強度に応じた信号に
変換する光電変換工程Ｄ３と、この光電変換工程Ｄ３に
て変換された信号の値を輝度値として受光平面での輝度
画像を生成する輝度画像生成工程とを備えている。そし
て、この輝度画像生成工程が、受光平面上の各受光素子
のうちスリット光を受光しなかった受光素子を抽出する
測定不能点抽出工程Ｄ４と、この測定不能点抽出工程Ｄ
４にて抽出された測定不能点の輝度値について当該測定
不能点の近傍の受光素子での空間コードの値に基づく補
完値を算出する補完工程Ｄ５とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、輝度計測方法に係
り、特に、スリット光を使用して輝度値を測定する輝度
計測方法に関する。本発明はまた、スリット光を使用し
て距離画像と輝度画像（濃淡画像）とを同時に得る三次
元計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、三次元形状を計測するために、レ
ーザ光の照射角度と当該レーザ光の戻り光を受光するＣ
ＣＤの受光素子の位置とに基づいて、三角測量の原理に
より測定対象物表面までの距離を算出している。レーザ
光の照射角度を、角度コード又は空間コードという。こ
の空間コードがそれぞれ定義されたスリット光を照射
し、このスリット光の角度コードを空間コードとするこ
とができる。そして、スリット光の角度コードとこの角
度コードのスリット光を受光した画素位置とから、測定
対象物までの距離を算出することができる。

【０００３】また、この三次元計測装置では、空間コー
ド画像を得ると共に、同一の受光素子を使用して輝度画
像を得ることができる。すると、同一視野で同一画角に
て距離画像と濃淡画像（輝度画像）とが得られるため、
例えば、測定対象物の判別処理を行う場合に、濃淡画像
で判別処理を行い、これによる判別ができない場合に距
離画像を使用して判別するなど、多様な処理が可能とな
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、スリット光は測定対象物の傾斜によっては細
くなってしまうことがあり、受光素子の大きさよりも細
く、かつ受光素子と受光素子の間に戻り光が位置するよ
うな場合には、測定不能な画素が存在してしまう、とい
う不都合があった。また、空間分解能を向上させるため
にスリット光を細くすると、同様に、測定不能点が生じ
てしまう。そして、この穴の空いた状態の空間コード化
画像から距離画像データを生成したときに、測定対象物
の面に穴が空いた状態のデータとなってしまう、という
不都合があった。

【０００５】そして、距離画像データに生じる穴は、同
様に、輝度画像についても生じてしまう、という不都合
があった。輝度画像に穴が生じてしまうと、正確な画像
を得ることができなくなってしまう。例えば、基準とな
る点に基づいて三次元計測装置の較正を行う際に、輝度
画像に多数の穴（黒点）が生じてしまうと、正確な較正
の妨げとなってしまう。

【０００６】また、ノイズの影響を除去する画像処理の
手法として、例えば、局所空間フィルタと呼ばれるフィ
ルタリング処理がある。この処理は注目画素の近傍画像
のデータ（明るさ）を用いて注目画素のデータを近傍値
の最大値・最小値・中央値などに置換えることで、ノイ
ズの除去を行う。しかしながら、ノイズを除去するに
は、画像全体に対してフィルタリング処理を行う必要が
あり、フィルタリング処理後はノイズ以外の画素のデー
タも変更が加えられるという欠点がある。

【０００７】

【発明の目的】本発明は、係る従来例の有する不都合を
改善し、特に、精度を落さずに取扱いを容易とする輝度
画像を生成することのできる輝度を計測する方法及び装
置を提供することを、その目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、測
定対象物を含む空間にスリット光を照射する照射工程
と、この照射工程にて照射されたスリット光の戻り光を
受光平面にて受光する受光工程と、この受光工程にて受
光した戻り光を受光平面上の各受光素子毎に当該戻り光
の強度に応じた信号に変換する光電変換工程と、この光
電変換工程にて変換された信号の値を輝度値として受光
平面での輝度画像を生成する輝度画像生成工程とを備え
ている。しかも、この輝度画像生成工程が、受光平面上
の各受光素子のうちスリット光を受光しなかった受光素
子を抽出する測定不能点抽出工程と、この測定不能点抽
出工程にて抽出された測定不能点の輝度値について当該
測定不能点の近傍の受光素子での空間コードの値に基づ
く補完値を算出する補完工程とを備えた、という構成を
採っている。これにより前述した目的を達成しようとす
るものである。

【０００９】輝度画像生成工程では、測定不能点抽出工
程にて、受光平面上の各受光素子のうちスリット光の戻
り光を受光しなかった受光素子を抽出する。すると、受
光工程で種々の理由によってスリット光の戻り光を受光
しない画素が生じてしまっても、この受光不能となった
受光素子またはその対応する輝度画像の画素位置を抽出
する。続いて、補完工程にて、測定不能点の輝度値につ
いて当該測定不能点の近傍の受光素子での輝度値に基づ
く補完値を算出する。例えば、４近傍または８近傍の平
均値を補完値とする。すると、正常な輝度値を変更する
ことなく、測定不能点に補完値が格納される。このた
め、輝度画像に穴がなくなる。

【００１０】本発明による三次元計測装置は、測定対象
物を含む空間を分割する空間コードに対応したスリット
光を照射する照射手段と、この照射手段によって照射さ
れたスリット光の照射角度に対して予め定められた角度
をなす受光平面に二次元に配列された受光素子を有する
受光手段と、この受光手段の各素子が受光する複数のス
リット光のうち各受光素子にて最大輝度となった輝度値
を当該受光素子に対応する画素位置に記憶する輝度メモ
リと、各受光素子にて最大輝度となったスリット光の空
間コードを受光素子の位置に対応する画素位置に記憶す
る空間コードメモリと、受光手段にて各スリット光毎に
受光する輝度値に基づいて輝度メモリ及び空間コードメ
モリに輝度値又は空間コードを格納すると共に更新する
信号処理手段と、空間コードメモリの画素位置及び当該
画素に格納された空間コードに基づいて予め定められた
座標系での原点から測定対象物の各表面までの距離を各
受光素子毎に算出する演算手段とを備えている。そし
て、演算手段が、受光平面上の各受光素子のうちスリッ
ト光を受光しなかった受光素子を抽出する測定不能点抽
出部と、この測定不能点抽出工程にて抽出された測定不
能点に応じた輝度メモリ及び空間コードメモリ中の輝度
値及び空間コードについて当該測定不能点の近傍の受光
素子でのそれぞれの値に基づく補完値を算出する補完部
とを備えた、という構成を採っている。これにより前述
した目的を達成しようとするものである。

【００１１】本発明による三次元計測装置では、１つの
受光素子又は画素について、スリット光の戻り光の輝度
が最大となったスリット光を選択する。すると、信号処
理手段は、輝度メモリに最大輝度を、空間コードメモリ
には最大輝度となったときの空間コードを格納する。こ
のとき、スリット光の太さや、受光素子の配列の間隔に
よっては、スリット光を受光しない受光素子が生じてし
まう。すると、輝度画像及び空間コード画像に穴があい
た状態となる。これに単純な補完処理を加えると、正し
い輝度値及び正しい空間コードが異なる値となってしま
うため、本発明では、測定不能点抽出部が、フラグを用
いるか又は初期値から変化していない画素の抽出を行う
などして、スリット光を受光しなかった受光素子を抽出
する。そして、補完部は、このスリット光を受光しなか
った受光素子に対応する画素に格納された輝度値又は空
間コードの補完値を算出する。これにより、穴のない輝
度画像データ及び空間コード画像を得る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態に
よる輝度計測方法は、測定対象物を含む空間にスリット
光を照射する照射工程Ｄ１と、この照射工程Ｄ１にて照
射されたスリット光の戻り光を受光平面にて受光する受
光工程Ｄ２と、この受光工程Ｄ２にて受光した戻り光を
受光平面上の各受光素子毎に当該戻り光の強度に応じた
信号に変換する光電変換工程Ｄ３と、この光電変換工程
Ｄ３にて変換された信号の値を輝度値として受光平面で
の輝度画像を生成する輝度画像生成工程とを備えてい
る。そして、この輝度画像生成工程が、受光平面上の各
受光素子のうちスリット光を受光しなかった受光素子を
抽出する測定不能点抽出工程Ｄ４と、この測定不能点抽
出工程Ｄ４にて抽出された測定不能点の輝度値について
当該測定不能点の近傍の受光素子での空間コードの値に
基づく補完値を算出する補完工程Ｄ５とを備えている。
さらに、この補完値により穴埋めを行った輝度画像デー
タを外部出力する（Ｄ６）。

【００１３】また、輝度画像生成工程が、各受光素子に
ついてスリット光を受光したか否かを示す受光フラグを
設定する受光フラグ設定工程を備え、測定不能点抽出工
程が、受光フラグを参照して測定不能点を探索する受光
フラグ参照工程を備えるようにしても良い。この場合、
フラグの探索のみで測定不能点を特定できるため、処理
が高速となる。一方、補完工程が、測定不能点の近傍値
のうち初期値以外の輝度値に基づいて当該測定不能点の
補完値を特定する工程を備えるようにしても良い。この
場合、フラグ用のメモリ容量を新たに追加する必要がな
い。

【００１４】このように、本実施形態では、有効な測定
点であるか否かを判定し、さらに空間コードの連続性の
性質を利用して、空間コード化画像中の測定が不能であ
った画素位置の検出を行う。測定が不能であった画素位
置についてのみ例えば近傍画像のコードの中央値を記録
することで、正しいデータを変化させることなく、測定
不能な画素にコードを補完する。有効な測定点であるか
否かの判定は、例えば測定不能な画素にはデータが初期
値のままであることを利用するか、または、メモリ・ア
ドレス（画素位置）について測定中にアクセスされたか
否かを示すフラグを用いる。

【００１５】図１に示す例では、スリット光により輝度
画像のみを補完する例を示したが、本実施形態では、三
次元計測を行う際に生成される輝度画像を補完する例を
説明する。すなわち、本実施形態では、スリット光を照
射し、撮像することで空間コード画像を得る。そして、
この空間コードとその画素位置とに基づいて、測定対象
物までの距離を算出することができる。このとき、多重
反射等により、同一の画素に複数のスリット光が入射す
ることがある。これに対し、正しいスリット光の戻り光
は、多重反射による戻り光よりも輝度値が高いため、各
画素について受光した輝度値を比較し、輝度値が大きい
場合に当該画素の空間コードを更新している。これによ
り、多重反射によるノイズを防止することができる。そ
して、この輝度値の比較を行うと、結果的に、空間コー
ド画像が生成された時に輝度画像データが生成される。

【００１６】この空間コード画像と輝度画像とは、スリ
ット光の戻り光を撮像することで生成する。このため、
スリット光の太さや受光素子の間隔によっては、スリッ
ト光をまるで受光しない画素が生じてしまう。これに対
し、本実施形態では、輝度画像の穴埋めを行う。空間コ
ードの穴埋め処理については、特願平１０−３７２６８
２号に開示した。以下、スリット光による三次元計測及
び輝度計測処理の詳細を説明する。

【００１７】図２は空間コードを利用した距離計測の原
理を示す説明図である。図２に示す例では、照射工程Ｄ
１を実現する照射手段は、レーザ光源２２と、ガルバノ
ミラー２３とを備えている。また、受光工程Ｄ２は、カ
メラ３を使用する。レーザ光源２２，ガルバノミラー２
３及びカメラ３は、図２に示すように、床面（水平面）
に対して水平である同一平面上に位置している。また、
ガルバノミラー２３は、カメラ３の光軸から長さｌの距
離で配置されており、カメラ３の受光素子３１の水平走
査線に対して垂直方向（スリット光Ｒと平行方向）を軸
として回転する。この配置により、スリット光Ｒを受光
素子３１の水平走査線に沿って平行方向に移動させてカ
メラ３の受光素子３１に受光させることを可能としてい
る。

【００１８】空間コードは、例えば図２に示すθの値に
対応してガルバノスキャナ２４の走査方向に一定角度毎
に増加させた値とする。任意の画素について投光角度θ
が特定され、且つ、各画素の位置座標のｘ成分からカメ
ラ３からスリット光Ｒ位置の角度αが特定される（図２
では直角となっている）。また、カメラ３とガルバノミ
ラー２３との離間距離ｌは既値であるため、この例で
は、距離ｈ＝ｌ・sinθ／sin（α＋θ）から求められ
る。θの値はガルバノスキャナの走査角度によって定
り、αの値は受光した受光素子の位置によって定るた
め、この２つの角度と予め定められた距離ｌとから、計
測光が照射された位置の測定対象物表面までの距離ｈを
算出することができる。実際には、空間コードと当該空
間コードが格納されたメモリの画素位置と、測定対象物
の属する空間の一点を原点とした座標系での座標値とを
予め関連させ、関連を記憶したテーブルを参照して測定
対象物の距離画像を得るようにすると測距後の処理が容
易で、また、カメラの奥行き方向等のゆがみを補正する
ことができる。

【００１９】図３及び図４は空間コードの例を示す説明
図である。図３（Ａ）および図４（Ａ）では、空間コー
ドを濃淡で表しており、黒で示す空間コードが最小で、
白で示す空間コードが最大である。図３（Ａ）に示す例
では、飛び飛びに黒点が現れていて、これが測定不能点
である。図３（Ｂ）に示すように、測定不能点の空間コ
ードは最小となる。一方、補完処理を行うと、図４
（Ａ）に示す如くとなる。測定対象物が平面である場
合、空間コードは水平画素座標の増加に応じて単調に増
加する。

【００２０】図５に補完工程Ａ５での補完処理の一例を
示す。補完工程Ａ５での補完の手法は種々あるが、例え
ば、測定不能点の近傍値のうち初期値以外の空間コード
に基づいて当該測定不能点の補完値を特定するようにし
てもよい。すなわち、空間コード化画像をラスタ走査し
て測定不能点（例えば０等の初期値）を検索する。次い
で、測定不能な画素近傍の画素位置におけるコードの中
央値を求め、測定不能点のコード‘０’と置換える。図
５（Ａ）に８近傍の例を、図５（Ｂ）に４近傍の例を示
す。

【００２１】補完処理の具体例としては、注目画素が測
定不能点であれば、８近傍コードの中央値を注目画素位
置に記録する。また、近傍コード値のうち、０でないも
のの中央値を注目画素位置に記録するようにしてもよ
い。さらに、近傍コード値のうち、０でないものの平均
値を注目画素位置に記録するようにしてもよい。する
と、８近傍コードのデータ数の反す以上が測定不能点で
あった場合の影響が少なくなる。

【００２２】また、補完工程Ａ５が、測定不能点の補完
値について計測光の走査方向にて空間コードが増加又は
減少する方向であるのに連続して減少または増加する値
となったときには当該補完値を修正する工程を備えるよ
うにしても良い。これは、図３及び図４に示すように、
空間コードは測定対象物の形状に関わらず増加（または
減少）するため、その予め定められた増加方向にて空間
コードが例えば３連続で減少してしまうような補完値は
削除するようにする。すると、測定対象物表面から死角
へ至るエッジの画素の値に不正確な補完値を格納するこ
とがない。

【００２３】

【実施例】次に、三次元形状計測処理の実施例を図面を
参照して説明する。＜較正＞図７乃至図９に三次元形状計測装置の較正を行
う例を示す。図２に示すように、個別の照射角度と受光
素子の画素位置とにより、測定対象物までの距離を算出
することができるが、実際には、カメラの画角や、設置
時の調整の困難性や、測定対象物を含む座標系での値が
扱が容易である等の理由から、本実施例では、空間コー
ドと画素位置との関係を較正している。

【００２４】一般に、撮像画面は平面状のＣＣＤ撮像セ
ンサにより検出されるため、カメラ座標系は、Ｘc−Ｙc
の二次元座標系によって得られる。物体座標系とこのカ
メラ座標系との関係を同次座標系表現で表すと、次式
（１）のように表される。ここで、物体座標系をカメラ
座標系に変換する行列Ｃをカメラパラメータという。

【００２５】

【数１】

【００２６】一方、プロジェクタは、一次元方向の変位
を求めるため、得られる座標系はＸpの一次元のみであ
る。このプロジェクタ座標系と物体座標系との関係を同
次座標系表現で表すと、次式（２）のように表される。
ここで、物体座標系をプロジェクタ座標系に変換する行
列Ｐをプロジェクタパラメータという。

【００２７】

【数２】

【００２８】これら各パラメータを展開し、連立して整
理することにより、次式（３），（４），（５）の関係
が求められる。

【００２９】

【数３】

【００３０】従って、行列Ｑに逆行列が存在すれば、カ
メラ座標系（Ｘc，Ｙc）及びプロジェクタ座標系Ｘpか
ら物体座標系Ｖ＝（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を求めることができ
る。前述した各手法により三次元形状の測定を行う場合
には、この行列Ｑを求めるために、前述したカメラパラ
メータ及びプロジェクタパラメータを予め求める必要が
ある。

【００３１】まず、ＣＣＤカメラで基準立方体Ｂの明暗
画像とスリットプロジェクタで空間コード化法によりコ
ード化画像を取り込む。そして、明暗画像を二値化して
指標部を取り出し、各立方体の面内で相対する指標同士
を仮想的に結んで格子状に得られるその交点を基準点
（Ｘi，Ｙi，Ｚi）として抽出する。

【００３２】カメラパラメータを算出する場合には、こ
の物体座標系上の基準点（既知）の位置座標と、撮像画
像上のＣＣＤカメラのイメージセンサ上における画素位
置（カメラ座標系上の位置座標（Ｘci，Ｙci））をペア
で記憶する。

【００３３】この物体座標系上の基準点の位置座標（Ｘ
i，Ｙi，Ｚi）とカメラ座標系上の位置座標（Ｘci，Ｙc
i）との間には、前述の式（３），（４）から求まる次
式（６），（７）の関係が成立する。

【００３４】

【数４】

【００３５】各式（６），（７）のＣ11・・・Ｃ21・・
・Ｃ34の合計１２の未知数を求めるには、少なくとも同
一平面上にない少なくとも六つ以上の基準点についてカ
メラ座標系上の点を検出する必要がある。そして、未知
数は最小二乗法により求めることができる。

【００３６】図７に三次元計測装置および較正装置の一
例を示す。三次元形状計測装置は、測定対象物に対して
一定の一次元方向について位置座標を付する照射光を照
射する照射機構としてのプロジェクタ２０２と、照射光
を照射された測定対象物を撮像するカメラ３と、このカ
メラ３による撮像画像から測定対象物の三次元画像デー
タを算出する画像処理ボード２０１とを備えている。

【００３７】プロジェクタ２０２は、ストライプ状のパ
ターン光をピッチを変えて照射することが可能であり、
ホストコンピュータ２００により照射タイミングやパタ
ーン光のピッチの指定等の動作制御が行われる。また、
パターン光に代えて、スリット光を照射するようにして
もよい。一次元座標系たるプロジェクタ座標系は、スト
ライプの並び方向（パターン光を垂直に横切る方向）に
形成される。

【００３８】ＣＣＤカメラ３は、受光した光の輝度に応
じた輝度信号を出力する受光素子を備えている。この受
光素子は、平面状に配置された画素となる。二次元座標
系たるカメラ座標系は、このＣＣＤ撮像センサの平面に
対応して形成され、各画素の位置が座標系の位置座標に
対応する。

【００３９】画像処理ボード２０１は、プロジェクタ２
０２とＣＣＤカメラ３の同期を図り、また、ＣＣＤカメ
ラ３の出力に基づいて三次元形状データを算出する。

【００４０】次に、三次元形状計測装置の較正装置につ
いて説明する。この較正装置は、平滑な一平面２２１上
に既知の配置で複数の指標２２２を付した較正用二次元
ゲージ２０２と、このゲージ２０２をその一平面２２１
に垂直な方向に移動自在に保持する一軸数値制御テーブ
ル２３０と、この一軸数値制御テーブル２３０に装備さ
れ，較正用二次元ゲージ２０２の移動量を調節する調節
手段としての一軸数値制御コントローラ２４０とを備え
ている。

【００４１】較正用二次元ゲージ２０２は、図７に示す
ように、正方形の一平面２２１を有し、この一平面２２
１がＣＣＤカメラ３及びプロジェクタ２０２に正対する
ように一軸数値制御テーブル２３０に保持されている。
そして、ＣＣＤカメラ３の対物レンズの光軸と一平面２
２１の法線とが平行である。即ち、これにより、一平面
２２１に対してプロジェクタ２０２からパターン光の照
射が行われ、ＣＣＤカメラ３は一平面２２１における明
暗画像の撮像ができ、ホストコンピュータ２００では、
後述する三次元座標データを画像処理ボード２０１を介
して得ることができる。

【００４２】三次元座標系である物体座標系は、較正用
二次元ゲージ２０２を基準にして設定される。即ち、図
７の位置（この位置を現位置とする）にある較正用二次
元ゲージ２０２において、図８（Ａ）に示すように、座
標系のＸ軸は一平面２２１の左上方の角を原点として水
平右方向に設定され、座標系のＹ軸は一平面２１の同じ
角を原点として垂直下方向に設定されている。また、座
標系のＺ軸は、図８（Ｂ）に示すように、一平面２２１
の同じ角を原点として当該一平面２２１の法線方向に沿
ってＣＣＤカメラ３と反対側に向けて設定されている。
本実施例では、この物体座標系の原点からの距離を空間
コードと画素位置とに基づいて算出する。

【００４３】さらに、較正用二次元ゲージ２０２の一平
面２２１上は白色に彩られ、その上に基準点２３を決定
する黒点である指標２２２が付されている。指標２２２
は、図８（Ａ）に示す如く、Ｘ軸，Ｙ軸と各辺を平行と
した正方形の四辺上に五つずつ等ピッチｐで配列されて
いる。互いに対向する辺上にある各指標は、それぞれが
他方の辺上にある指標と対応しており、図８（Ａ）の点
線で示すように、対応する二つの指標は、Ｘ軸又はＹ軸
に平行な直線で結ばれる。この対応する指標を結ぶ各直
線の交点が基準点２２３となる。これら基準点２２３
は、一平面２１上に升目状に５×５＝２５個が展開され
る。各指標２１は、前述した物体座標系において、いず
れも既知の位置座標上に位置しており、これに伴い、各
基準点２３の位置座標も既知となる。

【００４４】一軸数値制御テーブル２３０は、較正用二
次元ゲージ２０２の保持部材２３１と、これと係合しＺ
軸方向に保持部材３１を送るボールネジ３２と、ボール
ネジ３２を一軸数値制御コントローラ４による数値制御
のもとで駆動するステッピングモータ３３とを備えてい
る。

【００４５】一軸数値制御コントローラ２４０は、ホス
トコンピュータ２００からのＺ方向の送り量の数値入力
を受けて、これに対応する駆動量でステッピングモータ
２３３を駆動制御し、較正用二次元ゲージ２０２をＺ方
向について任意の位置に位置決めすることができる。較
正の際に一軸数値制御テーブル２３０は、通常、較正用
二次元ゲージ２０２の送り方向をＣＣＤカメラ３の対物
レンズの光軸と平行にして置かれ、当該較正用二次元ゲ
ージ２０２を、Ｚ方向について、基準点２２３のピッチ
ｐと等しい送り量で現位置から四回送る。

【００４６】ホストコンピュータ２００は、三次元形状
計測装置及び較正装置の動作制御を行うと共に測定情報
の演算を行う。図９に示す三次元形状計測装置の自動較
正システムの動作は、全て、このホストコンピュータ２
００に予め入力されたプログラムによって行われる。

【００４７】図９は、本実施形態の動作を示すフローチ
ャートである。以下、これに基づいて本実施形態の三次
元形状計測に先だって行われる三次元形状計測装置の較
正動作を説明する。

【００４８】ホストコンピュータ２００に記憶される変
数ステップを０に初期化する（ステップＳ１）。

【００４９】そして、三次元形状計測装置のプロジェク
タ２０２から出力されるレーザ光を連続的に投影し、較
正用二次元ゲージ２０２の一平面上に付された各指標の
画像をＣＣＤカメラ３によって取り込み明暗画像を得
る。これにより、ホストコンピュータ２００は、その記
憶領域に二次元座標系たるカメラ座標系Ｘc−Ｙcを設定
する（ステップＳ２）。

【００５０】次に、プロジェクタ２０２からグレイコー
ドパターン（ストライプ上のパターン光）を順次照射し
て空間コード化画像をＣＣＤカメラ３により撮像する。
ホストコンピュータ２００は、取り込まれた画像から空
間コードを得て、これにより記憶領域に一次元座標系た
るプロジェクタ座標系Ｘpを設定する（ステップＳ
３）。

【００５１】撮像した明暗画像を二値化し、円形たる各
指標２２２の重心画素（中心）を求める（ステップＳ
４）。

【００５２】ホストコンピュータ２００では、正対する
各々の指標２２同士を結んだ直線の仮想交点を較正用の
実座標基準点２３として計算により求める（ステップＳ
５）。

【００５３】そして、ホストコンピュータの記憶領域に
おいて、各基準点２２３のカメラ座標系上の位置座標
（Ｘc−Ｙc）とプロジェクタ座標形状の位置座標Ｘpを
それぞれ対応させてデータとして記憶する（ステップＳ
６）。

【００５４】ホストコンピュータ２００では、ステップ
をインクリメントして（ステップＳ７）、較正用二次元
ゲージ２０２をピッチｐの距離だけＺ方向に移動させる
（ステップＳ８）。

【００５５】較正用二次元ゲージ２０２の撮像が五回行
われたか、即ち、Ｚ軸方向の移動が四回行われたかを確
認し（ステップＳ９）、もし目標回数を達していなけれ
ば工程Ｓ２から工程Ｓ８の動作を繰り返す。また、達し
ていれば、記憶された上記データを基に、カメラパラメ
ータとプロジェクタパラメータを求めてシステムパラメ
ータを計算する（ステップＳ１０）。そして、これによ
り較正が終了する。

【００５６】また、本実施形態では、空間コード化法に
基づいて三次元形状の計測を行う三次元形状計測装置１
００に対する較正作業を行う例を示したが、一つのスリ
ット光の走査により三次元形状の計測を行う計測装置や
他の手法に基づく計測装置に対しても有効である。

【００５７】このように、図７に示す較正装置を使用し
て画素位置と空間コードとの関係を予め較正しておく。
すると、実際の計測では空間コードとその画素位置とか
ら、物体座標系での原点からの距離を算出することがで
きる。

【００５８】図１０乃至図１２に較正ゲージ計測時の輝
度画像の例を示す。図１０（Ａ）に示す例では、輝度画
像には多数の穴が生じてしまい、これを二値化すると、
図１０（Ｂ）に示す如くとなる。そして、この図１０
（Ａ）に示す画像全体に中間値フィルタ処理を行うと、
図１１（Ａ）に示す如くとなり、たとえば右列の上から
３番目など、測定点（指標）が円形とならない。この図
１１（Ａ）に示す画像を二値化すると、図１１（Ｂ）に
示す如くとなり、この図１１（Ｂ）に示す二値画像に基
づいて測定点の中心を求める処理を行うと、誤差が生じ
てしまう。

【００５９】一方、図１に示す方法により図１０（Ａ）
に示す画像を処理すると、図１２（Ａ）に示すように、
測定点の変形が少なく、これを二値化した図１２（Ｂ）
に示す二値画像では測定点の中心を求める際の誤差が小
さくなる。このため、三次元計測装置の較正を精度良く
行うことができる。また、輝度画像の補完処理により測
定点の中心を精度良く求められるため、較正処理の自動
化が可能となる。

【００６０】＜計測＞次に、輝度の計測及び距離の計測
の処理例を説明する。図１３は本発明による三次元計測
装置の較正を示すブロック図である。図１３に示すよう
に、本実施形態による三次元計測装置は、測定対象物を
含む空間を分割する空間コードに対応したスリット光を
照射する照射手段２と、この照射手段２によって照射さ
れたスリット光の照射角度に対して予め定められた角度
をなす受光平面に二次元に配列された受光素子を有する
受光手段（ＣＣＤカメラ）３と、この受光手段３の各素
子が受光する複数のスリット光のうち各受光素子にて最
大輝度となった輝度値を当該受光素子に対応する画素位
置に記憶する輝度メモリ４１と、各受光素子にて最大輝
度となったスリット光の空間コードを受光素子の位置に
対応する画素位置に記憶する空間コードメモリ４２と、
受光手段３にて各スリット光毎に受光する輝度値に基づ
いて輝度メモリ及び空間コードメモリに輝度値又は空間
コードを格納すると共に更新する信号処理手段４と、空
間コードメモリ４２の画素位置及び当該画素に格納され
た空間コードに基づいて予め定められた座標系での原点
から測定対象物の各表面までの距離を各受光素子毎に算
出する距離算出部１００Ｃを有する演算手段（コンピュ
ータ）１００とを備えている。

【００６１】そして、演算手段１００が、受光平面上の
各受光素子のうちスリット光を受光しなかった受光素子
を抽出する測定不能点抽出部１００Ａと、この測定不能
点抽出部１００Ａにて抽出された測定不能点に応じた輝
度メモリ４１及び空間コードメモリ４２中の輝度値及び
空間コードについて当該測定不能点の近傍の受光素子で
のそれぞれの値に基づく補完値を算出する補完部１００
Ｂとを備えている。また、図１３に示す例では、演算手
段１００はさらに空間コード画像に基づいて較正用のテ
ーブルを参照して距離画像を生成する距離算出部１００
Ｃと、濃淡画像や距離画像をディスプレイやプリンタに
出力する出力部１００Ｄとを備えている。

【００６２】ここで、測定不能点抽出部１００Ａと、補
完部４Ｂとは、演算装置を使用して実現するため、三次
元計測用プログラムを記憶した記憶手段と、このプログ
ラムを実行する事により測定不能点抽出部１００Ａ等と
して機能するＣＰＵと、このＣＰＵの主記憶装置となる
ＲＡＭとを備えている。この三次元計測用プログラム
は、演算装置を動作させる指令として、輝度画像の各画
素のうち輝度値が格納されなかった画素を抽出させる測
定不能点抽出指令と、この測定不能点抽出指令に応じて
抽出される画素輝度値について当該測定不能点の近傍の
受光素子での輝度値に基づく補完値を算出させる補完指
令とを有する輝度計測用プログラムと、同様な処理を空
間コードに対して行う空間コード計測用プログラムとを
備えている。

【００６３】図１４は、本実施例によるハードウエア資
源の構成を示すブロック図である。ここでは、測定対象
物Ｓに対してスリット光Ｒを走査する照射手段２と、こ
の照射手段２とは異なる方向から走査により移動するス
リット光Ｒを複数回撮像するカメラ３と、複数の撮像画
像から空間コード（角度コード）を算出する信号処理手
段４とを備えている。

【００６４】また、この三次元形状の計測装置は、図示
の如く、信号処理手段４で算出した三次元画像データを
デジタルＩ／Ｏボード１０２を介して接続されたコンピ
ュータ１００に出力する。一方、コンピュータ１００
は、信号処理手段４からの角度コード化画像（空間コー
ド化画像）とその画素位置とに基づいて三次元形状を算
出する。この算出では、上述した較正装置を用いて算出
したカメラパラメータ等を用い、物体座標系での距離を
算出する。

【００６５】照射手段２は、レーザドライバ２１により
駆動される一本のスリット状のレーザ光（以下、スリッ
ト光Ｒとする）を照射するレーザ光源２２と、照射され
たスリット光Ｒを測定対象物Ｓ側に反射するガルバノミ
ラー２３と、ガルバノミラー２３を回転してスリット光
Ｒを測定対象物Ｓに対して走査するガルバノスキャナ２
４と、ガルバノスキャナ２４の駆動制御を行うスキャナ
ドライバ２５と、信号処理手段４からの角度信号に基づ
いてスキャナドライバ２５に投光角度指令を出力する投
光角度指令作成回路２６とを備える。

【００６６】レーザ光源２２から射出されるスリット光
Ｒは、測定時における床面に対して垂直方向（図１０に
おける上下方向）に沿った棒状の光であり、ガルバノミ
ラー２３により当該スリット光Ｒと垂直方向に移動して
測定対象物Ｓに対して走査を行う。また、スリット光Ｒ
は、カメラ３の受光素子３１の水平走査線に対して垂直
となるように予めその向きが設定されている。

【００６７】投光角度指令作成回路２６には、信号処理
手段４のメモリアドレス作成回路４６から投光角度信号
が出力され、これに基づいてガルバノスキャナ２４の駆
動制御が行われる。

【００６８】また、レーザ光源２２，ガルバノミラー２
３及びカメラ３は、図２に示すように、床面（水平面）
に対して水平である同一平面上に位置している。そし
て、ガルバノミラー２３は、カメラ３の受光素子３１の
水平走査線に対して垂直方向（スリット光Ｒと平行方
向）を軸として回転する。この配置により、スリット光
Ｒを受光素子３１の水平走査線に沿って平行方向に移動
させてカメラ３の受光素子３１に受光させることを可能
としている。

【００６９】受光素子３１は、本実施例では、各画素が
水平走査線方向に２５６個設けられ、そして、かかる水
平走査線が２４３本設けられ、計２５６×２４３個の画
素が規則正しく配置されている。各画素からの輝度信号
の出力は、水平走査線ごとに、羅列された水平走査線方
向の並び順に行われる。このときの一本の水平走査線の
輝度信号の出力する期間を出力期間といい、出力が行わ
れない出力期間と出力期間との間の期間を帰線期間とい
う。また、一つの水平走査線上の各画素は、出力期間の
間にその配列順に出力を行う。そして、全ての画素にお
ける出力が映像信号として信号処理手段４に送られる。
このように、本実施例では、カメラ３の水平走査線方向
の画素数と同一の空間コードを有する。

【００７０】また、カメラ３は、スリット光Ｒの一回の
走査を走査線上の画素数（２５６）で分割して撮像を行
う。このため、ガルバノスキャナ２４の走査範囲角度を
２５６分割し、各角度ごとに撮像を行うべく、後述する
信号処理手段４の同期回路４３から出力される水平，垂
直同期信号により同期が図られる。

【００７１】信号処理手段４のブロック図を図１５に示
す。この信号処理手段４は、受光素子３１の各走査線ご
とに各画素から出力される輝度の最大値を検出し特定す
るピーク検出部５と、このピーク検出部５の検出に対応
して，最大輝度を出力する画素について走査線上の位置
を検出し特定する画素位置検出部８と、受光素子３１の
各画素に個別に対応する輝度の記録領域を有する輝度メ
モリ４１と、ピーク検出部５に検出された輝度と画素位
置検出部８に検出された画素の位置に基づいて，輝度メ
モリ４１の対応する画素の記録領域に記録された記録輝
度との大小を比較する比較部としての第二の比較回路６
と、検出輝度が記録輝度よりも大きい場合に輝度メモリ
４１の記録輝度を検出輝度の値に更新する第一の更新部
としての第三の選択回路７と、各画素に個別に対応する
投光角度の記録領域を有する空間コードメモリ４２を備
えている。

【００７２】さらに、信号処理手段４は、カメラ３の水
平，垂直同期を図る同期回路４３と、上記カメラ３から
の映像信号の輝度信号を量子化するＡ／Ｄ変換回路４４
と、輝度メモリ４１及び空間コードメモリ４２のアドレ
スを作成するメモリアドレス作成回路４６を備えてい
る。

【００７３】このメモリアドレス作成回路４６は、同期
回路４３からの水平同期信号をカウントすることによ
り、受光素子３１の現在出力中の画素が位置する水平走
査線番号（端から何番目の水平走査線上で出力を行って
いるか、を示す。以下、垂直アドレスｙとする）を出力
する。

【００７４】さらに、メモリアドレス作成回路４６は、
水平駆動周波数（走査線中画素数７６８、１４．３１８
ＭＨｚ）を三分周（走査線中画素数を２５６とするた
め）したものをカウントし、受光素子３１の現在出力中
の画素の水平走査線上の位置（水平走査線上で端から何
番目の画素が出力を行っているか、を示す。以下、水平
アドレスｘとする）を出力する。

【００７５】また、同期回路４３からの垂直同期信号を
カウントし、投光角度信号を作成すると共に照射手段２
に出力する。さらに、このメモリアドレス作成回路４６
では、水平同期信号により、後述するピーク検出部５の
一時輝度メモリ５１及び画素位置検出部８の一時位置メ
モリ８１のクリア信号を一水平走査線の出力ごとに作成
し出力する。

【００７６】ところで、Ａ／Ｄ変換回路４４により量子
化された輝度信号は、ピーク検出部５に出力される。こ
のピーク検出部５は、一つの走査線上で最大レベルとな
る輝度のみを記録する一時輝度メモリ５１と、Ａ／Ｄ交
換回路４４にて量子化された輝度信号の信号レベル（以
下、単に「輝度」とする）と走査線中最大輝度メモリ５
１に記録された輝度とを比較し、いずれの輝度が高いか
を出力する第一の比較回路５３と、この第一の比較回路
５３の出力に基づいていずれか高い方の輝度を選択し、
一時輝度メモリ５１中の記録輝度を更新する第一の選択
回路５４とを備えている。

【００７７】なお、上述の一時輝度メモリ５１は、一画
素分の輝度信号を記録できれば足りるので、その記憶容
量は、輝度分解能×１（８ｂｉｔ）である。また、一時
輝度メモリ５１の内容は、各水平帰線期間中（一水平走
査線ごと）に０にクリアされる。

【００７８】上記の構成からピーク検出部５では、各走
査線ごとの輝度信号の最大レベルが検出され記録され
る。

【００７９】また、このピーク検出部５による一走査線
上の最大輝度が検出される際に、同時に画素位置検出部
８では、上記最大輝度を出力する画素の水平アドレスｘ
が検出される。この画素位置検出部８は、一つの走査線
上で最大輝度を出力する画素の水平アドレスｘのみを記
録する一時位置メモリ８１と、メモリアドレス作成回路
４６から順次出力される各画素に対応する水平アドレス
ｘの内、前述したピーク検出部５の第一の比較回路５３
の出力により選択された最大輝度を出力する画素の水平
アドレスｘを一時位置メモリ８１に上書きする第二の選
択回路８２とを備えている。

【００８０】なお、上述の一時位置メモリ８１は、２５
６ある内のいずれかの画素であるかを記録できれば足り
るので、その記憶容量は、２５６×１（８ｂｉｔ）であ
る。また、一時位置メモリ８１の内容は、各水平帰線期
間中（一水平走査線ごと）に０にクリアされる。

【００８１】上記の構成から画素位置検出部８では、各
走査線ごとの最大輝度を出力する画素の水平アドレスｘ
が検出され記録される。

【００８２】上記各一時輝度メモリ５１は、ゲート９１
を介して前述の第二の比較回路６及び第三の選択回路７
に接続されており、ゲート９１が閉じた場合に一時輝度
メモリ５１中の記録輝度がこれらに出力される。一方、
一時位置メモリ８１は、ゲート９２を介して輝度メモリ
４１及び空間コードメモリ４２に接続されており、ゲー
ト９２が閉じた場合に一時位置メモリ８１中の水平アド
レスｘがこれらに出力される。

【００８３】これらのゲート９１，９２は、いずれもメ
モリアドレス作成回路４６に接続されており、受光素子
３１の水平同期信号の出力を受けている。そして、これ
らのゲート９１，９２は、通常は開かれており、水平同
期信号から受光素子３１が帰線期間中であることが入力
されると閉じられる。

【００８４】これら各ゲート９１，９２は、受光素子３
１が帰線期間中のときに同時に一時輝度メモリ５１及び
一時位置メモリ８１の記録内容を出力させる出力同期部
９を構成している。

【００８５】次に、輝度メモリ４１について説明する。
この輝度メモリ４１は、受光素子３１の各画素に個別に
対応する輝度の記録領域が形成されている（図１３参
照）。そして、この輝度メモリ４１の各記録領域中に
は，それぞれ予め０乃至通常のスリット光の輝度よりも
小さい値に設定された輝度が記録されている。

【００８６】前述の如く、各ゲート９１，９２が閉じら
れると、一時輝度メモリ５１から第二の比較回路６に最
大輝度が出力され、一時位置メモリ８１からその水平ア
ドレスｘが輝度メモリ４１に出力される。また、メモリ
アドレス作成回路４６からは、輝度メモリ４１に常時現
在の垂直アドレスｙが出力される。

【００８７】これにより、輝度メモリ４１に対して、水
平アドレスｘと垂直アドレスｙから最大輝度を出力した
画素が、受光素子３１の画素の内のいずれのものである
かが特定され、これに対応する記録領域から記録輝度が
第二の比較回路６に出力される。

【００８８】第二の比較回路６では、一時輝度メモリ５
１からの輝度と輝度メモリ４１に既に記録された輝度と
の比較を行い、いずれが高いかを出力する。第三の選択
回路７では、第二の比較回路６の出力を受けて、一時輝
度メモリ５１からの輝度が高い場合には輝度メモリ４１
の記録輝度を一時輝度メモリ５１の輝度に更新し、そう
でない場合には、輝度メモリ４１の記録輝度をそのまま
維持する。

【００８９】次に、空間コードメモリ４２について説明
する。この空間コードメモリ４２は、受光素子３１の各
画素に個別に対応するスリット光Ｒの投光角度（ここで
は、ガルバノミラー２３の回転角度と同義）θの記録領
域を備えている。

【００９０】また、この空間コードメモリ４２には、各
記録領域の投光角度θの更新を行う第二の更新部として
の第四の選択回路４５が併設されている。かかる第四の
選択回路４５は、ゲート９１が閉じられることにより作
動する第二の比較回路６と接続されており、また同時に
メモリアドレス作成回路４６から現在の投光角度θを示
す投光角度信号が入力されている。

【００９１】一方、空間コードメモリ４２には、常時、
メモリアドレス作成回路４６から現在の垂直アドレスｙ
が入力され、また、ゲート９２が閉じられることによ
り、一時位置メモリ８１から最大輝度を出力した画素の
水平アドレスｘが入力される。これにより、空間コード
メモリ４２に対して、水平アドレスｘと垂直アドレスｙ
から最大輝度を出力した画素が、受光素子３１の画素の
内のいずれのものであるかが特定され、第四の選択回路
４５による入力待ち状態となる。

【００９２】第四の選択回路４５は、第二の比較回路６
により、一時輝度メモリ５１の輝度と輝度メモリ４１の
輝度の内，一時輝度メモリ５１の輝度が高いと出力され
た場合に、メモリアドレス作成回路４６からの投光角度
θを対応する記録領域に記録し、輝度メモリ４１の輝度
が高いと出力された場合には更新を行わない。このよう
に、第三及び第四の選択回路７，４５は、いずれも第二
の比較回路６の出力により更新を行うため、輝度メモリ
４１に対して一時輝度メモリ５１の輝度が更新されたと
きにのみ、空間コードメモリ４２に対する投光角度θの
記録（既に記録されている場合には更新）が行われる。

【００９３】ここで、上述した輝度メモリ４１及び空間
コードメモリ４２は、いずれも、測定開始時において、
その記録が０にクリアされる。

【００９４】図１６（Ａ）は、この受光素子３１上に撮
像されたスリット光Ｒを示している。このとき、照射機
構による走査範囲を２５６分割し、各分割された範囲ご
とに撮像が行われるため、投光角度を撮像順に１から２
５６の番号で表すこととする。図１６（Ｂ）は、走査線
番号１の水平走査線に沿った各画素から検出された輝度
レベルを示している。この図によれば、水平走査線方向
の位置ｘ0で最大輝度レベルが観測され、これをスリッ
ト光と見なすことができる。

【００９５】上記各部の機能を総合すると、三次元形状
の計測装置１０では、出力期間中の水平走査線上におい
て最大輝度を検出した画素をスリット光の照射位置とみ
なし、各走査線ごとに最大輝度を検出した画素の水平ア
ドレスｘを求め、且つ照射したスリット光の投光角度を
求め、空間コードメモリ４２を完成させる。これによ
り、各画素のアドレスについて投光角度が求められる
と、各アドレスに撮像された測定対象物Ｓからカメラ３
までの距離を算出することが可能となり、コンピュータ
１００により三次元形状の計測が行われる。

【００９６】このため、まず、ピーク検出部５によって
現在出力期間中である水平走査線について、その水平走
査線上の画素から出力される輝度の内、最大となる輝度
が特定され一時輝度メモリ５１に記録される。また、同
出力期間中に、画素位置検出部８により、最大輝度を出
力する画素の水平アドレスｘが特定され、これが一時位
置メモリ８１に記録される。

【００９７】各メモリ５１，８１に記録された最大輝度
及び水平アドレスｘは、その出力期間が終わり帰線期間
となるまで保留され、出力同期部９により、帰線期間に
移行した時点で輝度メモリ４１又は空間コードメモリ４
２側に出力される。このように、輝度及び水平アドレス
ｘは、出力期間の間，保留されるため、途中経過で最大
と判断された輝度については、その下流側での処理（輝
度メモリ４１，空間コードメモリ４２への記録）が行わ
れない。

【００９８】そして、これらの出力及びメモリアドレス
作成回路４６による垂直アドレスｙ及び投光角度信号の
出力により、第二の比較回路６及び第三の選択回路７に
よって特定されたアドレスの輝度について、輝度メモリ
４１が比較更新される。即ち、全ての投光角度による撮
像画像に対して全ての水平走査線について上述の比較又
は更新が行われることにより、全ての画素について、各
投光角度によって撮像された全ての撮像画像を通じて最
高となった輝度のみが輝度メモリ４１中に保管される。

【００９９】また、空間コードメモリ４２には、第二の
比較回路６と接続された第四の選択回路４５が併設され
ているため、同様にして、全ての画素について、各投光
角度によって撮像された全ての撮像画像を通じて最高と
なった輝度が検出されたときの当該投光角度のみが空間
コードメモリ４２中に保管される。

【０１００】そして、完成した空間コードメモリ４２の
情報を出力し、コンピュータ１００により三次元形状の
計測が行われる。

【０１０１】ここで、信号処理手段４の演算処理方法を
図１７乃至図１９に示す簡単な例を用いて説明する。こ
こでは、カメラ３の受光素子３１の画素数を３×３（水
平方向×垂直方向）と仮定して説明する。また、輝度メ
モリ４１及び空間コードメモリ４２の各記録領域は、測
定開始前には全て０にリセットされているものとする。

【０１０２】水平方向の画素数が三つであるため、これ
に対応してスリット光Ｒが各画素単位で撮像されるガル
バノミラー２３の回転角度θ0，θ1，θ2で撮像が行わ
れるものとする。

【０１０３】まず、投光角度θ＝θ0のときの処理を図
１７に基づいて説明する。まず、投光角度θ＝θ0のと
きのスリット光Ｒの受光素子３１の撮像画像を図１７
（Ａ）に示す。受光素子３１において、横方向は水平ア
ドレスｘ（図における左から順番に画素に付した番
号），縦方向は垂直アドレスｙ（図における上から順番
に水平走査線に付した番号）を示すものとする。また、
図１７（Ｂ）に更新記録前の輝度メモリ４１を示す。

【０１０４】受光素子３１の垂直アドレスｙ＝１の水平
走査線の出力期間において、各画素の検出輝度が順番に
出力され、ピーク検出部５により出力期間の終わりまで
に最大輝度が２００と特定され、同時にその水平アドレ
スｘがｘ＝１と特定される。そして、帰線期間に移行す
ると、特定された最大輝度が輝度メモリ４１の記録輝度
と比較され、その後、当該最大輝度が記録輝度として更
新される（図１７（Ｃ））。ここでは、輝度値「１０
０」とする。また、輝度メモリ４１の更新と同時に、空
間コードメモリ４２における水平アドレスｘ＝１，垂直
アドレスｙ＝１の記録領域の内容が、そのときの投光角
度θ0に更新される（図１７（Ｄ））。

【０１０５】同様の処理が、垂直アドレスｙ＝２，ｙ＝
３についても行われる（同図（Ｅ），（Ｆ）はｙ＝２の
ときの輝度メモリ４１，空間コードメモリ４２の更新を
示し、同図（Ｇ），（Ｈ）はｙ＝３のときの輝度メモリ
４１，空間コードメモリ４２の更新を示す）。

【０１０６】次に、投光角度θ＝θ1のときの処理を図
１８に基づいて説明する。まず、投光角度θ＝θ1のと
きのスリット光Ｒの受光素子３１の撮像画像を図１８
（Ａ）に示す。これに基づき、後の処理は、θ＝θ0の
ときと同様にして、ｙ＝１について輝度メモリ４１を更
新（図１８（Ｂ））し、空間コードメモリ４２を更新す
る（図１８（Ｃ））。

【０１０７】さらに、同様の処理が、垂直アドレスｙ＝
２，ｙ＝３についても行われる（同図（Ｄ），（Ｅ）は
ｙ＝２のときの輝度メモリ４１，空間コードメモリ４２
の更新を示し、同図（Ｆ），（Ｇ）はｙ＝３のときの輝
度メモリ４１，空間コードメモリ４２の更新を示す）。

【０１０８】最後に、投光角度θ＝θ2のときの処理を
図１９に基づいて説明する。まず、投光角度θ＝θ2の
ときのスリット光Ｒの受光素子３１の撮像画像を図１９
（Ａ）に示す。これに基づき、後の処理は、θ＝θ0の
ときと同様にして、ｙ＝１について輝度メモリ４１を更
新（図１９（Ｂ））し、空間コードメモリ４２を更新す
る（図１９（Ｃ））。

【０１０９】そして、垂直アドレスｙ＝２のとき、スリ
ット光が受光素子３１に照射されていないので、かかる
水平走査線上では、スリット光以外の光（例えば、測定
対象物の他の部位に照射されたスリット光の反射光等の
ノイズ）が最大輝度として特定されるが、既に輝度メモ
リ４１上に記録された輝度を越えることは実質上有り得
ないので、かかる検出輝度は輝度メモリ４１上に更新さ
れることはない。

【０１１０】さらに、垂直アドレスｙ＝３についても、
最大輝度及び水平アドレスｘが特定され、これにより、
輝度メモリ４１上の記録輝度及び空間コードメモリ４２
上の投光角度が更新される。（図１９（Ｄ），
（Ｅ））。

【０１１１】これにより、全ての投光角度の撮像画像の
処理が終了し、空間コードメモリ４２が完成する。かか
る空間コードメモリ４２の全てのデータは、コンピュー
タ１００に出力される。また、図１９（Ｄ）に示す輝度
画像データもコンピュータ１００へ出力される。

【０１１２】さらに、コンピュータ（演算装置）１００
では、空間コードメモリ４２に格納された空間コードデ
ータ（空間コード化画像）のうち、測定不能点を抽出
し、さらに補完値を算出する。その後、補完後の角度コ
ード（空間コード）とその空間コードメモリ４２に格納
された画素位置とから物体座標系での距離を算出する。
また、コンピュータ１００では、輝度画像を読み出して
測定不能点を抽出し、さらに補完値を算出する。このと
き、輝度画像の測定不能点は空間コードデータの測定不
能点と同じ位置に生じるため、空間コードデータの補完
処理で抽出した測定不能点の情報を輝度画像の補完処理
に流用するようにしてもよい。

【０１１３】図２０および図２１は角度コードを算出す
るまでの処理例を示すフローチャートである。

【０１１４】まず、同期回路４３及びメモリアドレス作
成回路４６によりカメラ３と照射手段２の同期が図ら
れ、測定対象物Ｓに対するスリット光Ｒの照射と撮像が
行われる（ステップＳ１）。かかる同期によりスリット
光は、受光素子３１上を水平走査線方向に一画素ごとに
位置を変えて撮像される。

【０１１５】まず、投光角度１の撮像画像に応じて、走
査線番号１の水平走査線から当該走査線上の各画素の並
び順に輝度の出力が行われる。このときの一つの水平走
査線上の全ての画素から出力が終了するまでが当該水平
走査線における出力期間である（ステップＳ２）。

【０１１６】かかる撮像画像に基づいてピーク検出部５
により各水平走査線ごとに最大輝度の検出が行われ、同
時に、かかる検出に基づいて最大輝度を出力する画素の
水平アドレスの検出が行われる（ステップＳ３）。この
とき検出された最大輝度は一時輝度メモリ５１に保管さ
れ、水平アドレスｘは一時位置メモリ８１に保管され
る。

【０１１７】上記各検出は、一つの水平走査線の出力期
間が終了するまで継続して行われ、最終的に、当該水平
走査線について全ての画素の出力に基づいて最大輝度及
び水平アドレスが求められ、記録される（ステップＳ
４）。

【０１１８】そして、出力期間から帰線期間に移行する
と、一時輝度メモリ５１及び一時位置メモリ８１の各ゲ
ート９１，９２が閉路する（ステップＳ５）。

【０１１９】ゲート９１の閉路により、走査線番号１の
水平走査線中の最大輝度が一時輝度メモリ５１から第二
の比較回路６に出力される。この第二の比較回路６で
は、検出された最大輝度と輝度メモリ４１のアドレス
（ｘ，ｙ）＝（ｘ0，１）に記録された輝度とを比較す
る（ステップＳ６，Ｓ７）。そして、検出された最大輝
度の方が高い場合に、第三の選択回路７により輝度メモ
リ４１のアドレス（ｘ0，１）の記録輝度が検出された
最大輝度の数値に更新される（ステップＳ８）。

【０１２０】なお、このときの輝度メモリ４１は、測定
開始前に予め初期化されて記録輝度が０の状態であるた
め、スリット光Ｒの輝度レベルであれば、通常更新が行
われる。また、投光角度が２以降に進行している場合に
は、それまでの撮像画像による検出によって、既に同じ
アドレスについて最大輝度が更新されていることもあり
得るが、かかる場合も同様にして検出輝度が高い場合に
は更新される。

【０１２１】輝度メモリ４１の更新が行われると、空間
コードメモリ４２のアドレス（ｘ，ｙ）＝（ｘ0，１）
にも、そのときの投光角度１が記録される（ステップＳ
９）。

【０１２２】一方、検出された最大輝度レベルの方が低
い場合には、輝度メモリ４１の更新は行われず、同時
に、空間コードメモリ４２の記録も行われない（ステッ
プＳ１０）。

【０１２３】そして、一つのスリット光Ｒに対して、全
ての水平走査線について上記の工程が繰り返し行われる
（ステップＳ１１）。これにより、投光角度１における
スリット光について各水平走査線方向の位置（水平アド
レスｘ）が空間コードメモリ４２上に記録される。

【０１２４】一つのスリット光について処理が終わる
と、次の投光角度のスリット光の撮像が行われ、上記の
工程が繰り返される（ステップＳ１２）。そして、全て
の投光角度におけるスリット光の処理が終わると、空間
コードメモリ４２の記録情報が測定データとしてコンピ
ュータ１００に出力される（ステップＳ１３）。コンピ
ュータ１００は、空間コードメモリ４２からの出力によ
り、補完処理および三次元形状演算を行い表示する（ス
テップＳ１４）。

【０１２５】本実施例では、記録輝度の設定輝度レベル
が、スリット光の検出輝度の記録を妨げるほどに高くな
い場合には、仮に、スリット光が照射されない部分が生
じた場合，或いはスリット光が暗くしか照射されなかっ
た場合に、ノイズを選択して取り込むことを防止するこ
とが可能である。これは、ノイズはスリット光の輝度よ
りもかなり低い輝度であり、上述の例にように予めスリ
ット光の半分程度の輝度が輝度メモリ４１に入力されて
いれば、これに満たないノイズの輝度が更新記録するこ
とはないからである。

【０１２６】＜補完＞次に、補完処理を説明する。本実
施例では、輝度画像の測定前の初期値（例えば０）を測
定不能点として判断する。すなわち、測定装置内部の輝
度メモリ４１を測定前に一定値で初期化しておく。測定
終了後、初期値が記録されている画素は測定不能点（画
素）として処理する。図２２（Ａ）に示すように、輝度
値の初期値を０とすると、測定不能点が存在する場合に
は測定後の輝度メモリ４１には測定された輝度値４２ｃ
が格納されず、初期値４２ｄのままとなる。このため、
測定不能点を探索するには、この初期値４２ｄを検索す
るとよい。

【０１２７】また、図２３に示すように、輝度メモリ４
１の各画素にアクセスされたか否かを示すフラグを設け
るようにしてもよい。すなわち、メモリ・アクセス用の
フラグを１bit設け、フラグにより判定するようにして
もよい。空間コード記録用メモリを１bit増やす。例え
ば、輝度値が０から２５５であれば、８＋１＝９bitと
する。測定前にフラグ用bitを１（または０）に設定し
ておく。測定中にアクセスされたメモリ・アドレス（画
素位置）のフラグbitを０（または１）とする。測定後
当該フラグを調べることで測定不能点（画素）の検出が
可能となる。図２３（Ｂ）に示す例では、フラグの初期
値を１とすると、測定後には測定不能点４２ｅのみフラ
グが１となり、輝度値が格納された画素のフラグは０と
なる。これにより、測定不能点を抽出する。

【０１２８】図２４は測定不能点の発生理由の一例を説
明するための説明図である。図２４に示すように、ＣＣ
Ｄ等の固体撮像素子では、受光素子３１の間に垂直転送
用のＣＣＤ３２があるため、各画素と画素の境目の領域
が存在する。ある投光角度のときに、スリット光Ｒがこ
の境界領域に入ってしまうと、その投光角度におけるス
リット位置が図中Ｒ1，Ｒ2となり、図中符号４２ｄで示
す画素位置には輝度値及び投光角度が記録されず、測定
不能となる。

【０１２９】また、図２５に示すように、異なる投光角
度においてスリット光で測定対象を照明したとき、画像
中のスリット光の位置がＲ3，Ｒ4，Ｒ5のようになる場
合がある。この場合も図中符号４２ｄで示すの画素位置
には輝度値及び投光角度が記録されず測定不能点とな
る。

【０１３０】また、照明が当らない死角部分も測定不能
点となる。しかし、この場合には、異なった角度から測
定を行った結果をつなぎ合せることにより死角領域のデ
ータを補うことが可能である。すなわち、死角領域は一
般に画像中の広い範囲に存在するため、中央値によって
補完する本提案では近傍画素にデータがなければ死角領
域への影響もない。例えば、近傍画素の値が０であれ
ば、補完されるデータも０となる。

【０１３１】図２６は測定された輝度画像の一部分（６
×６の領域）の輝度値である。この例では、測定不能点
をコード値０で検出する。図２６では、測定不能点を符
号４２ｆおよび４２ｇで示す。近傍のコードから、符号
４２ｆで示す画素は１２３、符号４２ｇで示す画素は１
２２と推測される。この画素について周辺４近傍のデー
タの０以外の中央値を用いた平滑化処理を行うと図２７
の結果を得る。

【０１３２】図２６と図２７との比較すると、正しい測
定データが影響を受けずに符号４２ｆで示す画素は１２
３、符号４２ｇで示す画素は１２２となり推測どおりの
平滑化が行われた。この例では、Ａ，Ｂ点のデータを測
定不能点の４近傍のコードの中央値を用いて補完した
が、４近傍でなく８近傍でもよい。また中央値でなく測
定不能点を除く近傍のコードの平均値を用いても良い。

【０１３３】図２８は図２１の符号１４で示す三次元形
状の演算処理中、補完処理の一例を示すフローチャート
である。ここでは、画素数２５６×２５６（ｘ×ｙ）、
輝度画像をBright（ｘ，ｙ）とする。図２８に示すよう
に、ｘおよびｙの値を０に初期化する（ステップＣ
１）。続いて、測定不能点を検出する（ステップＣ
２）。測定不能点であれば（ステップＣ３）、中央値を
演算する（ステップＣ４）。そして、ｘ＝２５５でなけ
れば、ｘの値をカウントアップして（ステップＣ６）、
ステップＣ２に戻る。水平方向の走査が終了すると、次
にｙの値をカウントアップして（ステップＣ７，８）、
補完処理を継続する。これを垂直走査方向について完了
するまで繰返す。

【０１３４】図２９は補完処理の一例を示す説明図であ
る。図２９（Ａ）は輝度画像の全画素に中央値フィルタ
処理を行った例を示し、図２９（Ｂ）は図２８に示す方
法で補完処理を行った例を示す図である。図２９に示す
ように、本実施例による補完処理後の画像から文字など
が判別可能となるため、較正時以外にも、三次元と二次
元の画像処理を併用する際に有用となる。

【０１３５】上述したように本実施例によると、測定不
能であった画素を検出し、その画素についてのみフィル
タリング処理を行うため、正しい測定データを変更せず
に補完処理を行うことができる。この補完後に生成する
距離画像では、ポリゴン生成も隣の画素を順次接続する
ことで行うことができるため、ポリゴン生成が容易とな
る。また、ジャンプエッジの検出などは近傍画素の微分
によって行うことが可能となるため、測定対象物の段差
などの特徴抽出処理を簡便化することができる。

【０１３６】

【発明の効果】本発明は以上のように構成され機能する
ので、これによると、測定不能点抽出工程にて、受光平
面上の各受光素子のうちスリット光の戻り光を受光しな
かった受光素子を抽出するため、この受光不能となった
受光素子またはその対応する輝度画像の画素位置が抽出
され、続いて、補完工程にて、測定不能点の輝度値につ
いて当該測定不能点の近傍の受光素子での輝度値に基づ
く補完値を算出するため、正常な輝度値を変更すること
なく、測定不能点に補完値が格納され、従って、このた
め、輝度画像の穴をなくすことができ、すると、測定対
象物の表面に画素一つ分の穴が空いてしまう状態の発生
を有効に防止することができ、このため、例えば較正を
行うときの基準黒点の形状が崩れたることで精度が落ち
ることなく、また、輝度画像による認識処理の誤差を少
なくすることができ、このように、取扱いの容易な輝度
画像データを生成することができるという従来にない優
れた輝度計測方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施形態の構成を示すフローチ
ャートである。

【図２】図１に示した空間コードと受光素子の位置と測
定対象物までの距離の関係を示す説明図である。

【図３】測定不能点を有する空間コード化画像の一例を
示す説明図であり、図３（Ａ）は空間コードを濃淡で示
した図で、図３（Ｂ）は図３（Ａ）中の矢印にて切断し
た空間コードの例を示す図である。

【図４】補完処理後の空間コード化画像の一例を示す説
明図であり、図４（Ａ）は空間コードを濃淡で示した図
で、図４（Ｂ）は図４（Ａ）中の矢印にて切断した空間
コードの例を示す図である。

【図５】図１に示した補完処理にて近傍画素を参照する
例を示す説明図であり、図５（Ａ）は８近傍の例を示す
図で、図５（Ｂ）は４近傍の例を示す図である。

【図６】空間コード画像と輝度画像との対応を示す説明
図であり、図６（Ａ）は空間コードを濃淡で示した図
で、図６（Ｂ）は輝度画像を示す図である。

【図７】三次元計測装置を較正する較正装置の例を示す
斜視図である。

【図８】図７に開示した較正用二次元ゲージを示す図
で、図８（Ａ）はその正面図、図８（Ｂ）は側面図であ
る。

【図９】図７に示した装置による較正処理例を示すフロ
ーチャートである。

【図１０】較正ゲージ計測時の輝度画像の一例を示す図
であり、図１０（Ａ）は輝度画像の例を示す図で、図１
０（Ｂ）は図１０（Ａ）に示す輝度画像を二値化した例
を示す図である。

【図１１】図１０（Ａ）に示す画像全体に中間値フィル
タ処理を加えた例を示す説明図であり、図１１（Ａ）は
中間値フィルタ処理後の輝度画像の例を示す図で、図１
１（Ｂ）は図１１（Ａ）に示す中間値フィルタ処理後の
輝度画像を二値化した例を示す図である。

【図１２】図１に示す処理により図１０（Ａ）に示す輝
度画像の補完処理を行った例を示す図で、図１２（Ａ）
は補完処理後の輝度画像の例を示す図で、図１２（Ｂ）
は図１２（Ａ）に示した輝度画像を二値化した例を示す
図である。

【図１３】本実施形態による三次元計測装置の構成を示
すブロック図である。

【図１４】図１３に示した照射手段の詳細構成を示すブ
ロック図である。

【図１５】図１３に示した信号処理手段の詳細構成を示
すブロック図である。

【図１６】図１６（Ａ）はスリット光を撮像したＣＣＤ
撮像センサを示す説明図であり、図１６（Ｂ）は走査線
番号１の水平走査線を構成する画素の出力を並び順に示
す説明図である。

【図１７】空間コード処理手段の動作を説明する構成を
簡易化して示した説明図であり、図１７（Ａ）は一つ目
のスリット光を撮像したＣＣＤ撮像センサを示し、図１
７（Ｂ）は初期化された輝度メモリを示し、図１７
（Ｃ）は図１７（Ａ）のスリット光の撮像により得られ
た一番目の走査線における輝度を記録した輝度メモリを
示し、図１７（Ｄ）は図１７（Ｃ）の輝度メモリに基づ
いて記録された空間コードメモリ４２を示す。そして、
図１７（Ｅ）から図１７（Ｈ）までは、同様にして各走
査線ごとに輝度メモリ及び空間コードメモリ４２が記録
される状態を示している。

【図１８】算出手段の動作を説明する構成を簡易化して
示した図１７の続きの説明図であり、図１８（Ａ）は二
つ目のスリット光を撮像したＣＣＤ撮像センサを示し、
図１８（Ｂ）は図１８（Ａ）のスリット光の撮像により
得られた一番目の走査線における輝度を記録した輝度メ
モリを示し、図１８（Ｃ）は図１８（Ｂ）の輝度メモリ
に基づいて記録された空間コードメモリ４２を示す。そ
して、図１８（Ｄ）から図１８（Ｇ）までは、同様にし
て各走査線ごとに輝度メモリ及び空間コードメモリ４２
が記録される状態示している。

【図１９】算出手段の動作を説明する構成を簡易化して
示した図１８の続きの説明図であり、図１９（Ａ）は三
つ目のスリット光を撮像したＣＣＤ撮像センサを示し、
図１９（Ｂ）は図１９（Ａ）のスリット光の撮像により
得られた一番目の走査線の輝度を記録した輝度メモリを
示し、図１９（Ｃ）は図１９（Ｂ）の輝度メモリに基づ
いて記録された空間コードメモリ４２を示す。そして、
図１９（Ｄ）は三番目の走査線の輝度を記録した輝度メ
モリを示し、図１９（Ｅ）は図１９（Ｄ）の輝度メモリ
に基づいて記録された空間コードメモリ４２を示す。

【図２０】図１３に示した構成により光切断法に基づく
空間コードの生成処理の一例を示すフローチャートの前
段である。

【図２１】図１３に示した構成により光切断法に基づく
空間コードの生成処理の一例を示すフローチャートの後
段である。

【図２２】測定不能点の抽出処理の一例を示す説明図で
あり、図２２（Ａ）はコードの初期値を示す図で、図２
２（Ｂ）は測定後のコードの例を示す図である。

【図２３】測定不能点の抽出処理の他の例を示す説明図
であり、図２３（Ａ）はコードの初期値を示す図で、図
２３（Ｂ）は測定後のコードの例を示す図である。

【図２４】測定不能点が生じる理由を説明するための説
明図である。

【図２５】測定不能点が生じる他の理由を説明するため
の説明図である。

【図２６】測定不能点を有する輝度画像の一例を示す説
明図である。

【図２７】図２５に示した輝度画像を補完した例を示す
説明図である。

【図２８】補完処理の一例を示すフローチャートであ
る。

【図２９】補完処理の結果を示す説明図であり、図２９
（Ａ）は原輝度画像の全画素に中央値フィルタ処理を加
えた例を示す図で、図２９（Ｂ）は本実施形態による補
完処理を加えた輝度画像の例を示す説明図である。

【符号の説明】

２照射機構３カメラ４信号処理手段３１受光素子４１輝度メモリ４２空間コードメモリＲスリット光Ｓ測定対象物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中島毅神奈川県横浜市都筑区桜並木２番１号スズキ株式会社技術研究所内Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA53 DD04 FF01 FF02 FF09 FF61 GG04 HH04 HH05 JJ03 JJ26 LL13 LL62 NN08 QQ03 QQ04 QQ24 QQ25 QQ29 QQ31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定対象物を含む空間にスリット光を照
射する照射工程と、この照射工程にて照射されたスリッ
ト光の戻り光を受光平面にて受光する受光工程と、この
受光工程にて受光した戻り光を前記受光平面上の各受光
素子毎に当該戻り光の強度に応じた信号に変換する光電
変換工程と、この光電変換工程にて変換された信号の値
を輝度値として前記受光平面での輝度画像を生成する輝
度画像生成工程とを備え、この輝度画像生成工程が、前記受光平面上の各受光素子
のうち前記スリット光を受光しなかった受光素子を抽出
する測定不能点抽出工程と、この測定不能点抽出工程に
て抽出された測定不能点の輝度値について当該測定不能
点の近傍の受光素子での空間コードの値に基づく補完値
を算出する補完工程とを備えたことを特徴とする輝度計
測方法。
【請求項２】前記輝度画像生成工程が、前記各受光素
子について前記スリット光を受光したか否かを示す受光
フラグを設定する受光フラグ設定工程を備え、前記測定不能点抽出工程が、前記受光フラグを参照して
測定不能点を探索する受光フラグ参照工程を備えたこと
を特徴とする請求項１記載の輝度計測方法。
【請求項３】前記補完工程が、前記測定不能点の近傍
値のうち初期値以外の輝度値に基づいて当該測定不能点
の補完値を特定する工程を備えたことを特徴とする請求
項１記載の輝度計測方法。
【請求項４】測定対象物を含む空間にスリット光を照
射する照射装置と、この照射装置によって照射されたス
リット光の戻り光を受光平面にて受光する受光装置と、
前記受光平面の各受光素子にて受光した前記戻り光を当
該戻り光の強度に応じた信号へ変換する光電変換装置
と、この光電変換装置によって変換された信号の値を輝
度値として前記受光平面での輝度画像を生成する演算装
置とを備えた輝度計測装置を使用して前記測定対象物の
輝度を測定する輝度測定用プログラムを記憶した記憶媒
体であって、前記輝度測定用プログラムは前記演算装置を動作させる
指令として、前記輝度画像の各画素のうち輝度値が格納
されなかった画素を抽出させる測定不能点抽出指令と、
この測定不能点抽出指令に応じて抽出される画素輝度値
について当該測定不能点の近傍の受光素子での輝度値に
基づく補完値を算出させる補完指令とを備えたことを特
徴とする輝度測定用プログラムを記憶した記憶媒体。
【請求項５】測定対象物を含む空間を分割する空間コ
ードに対応したスリット光を照射する照射手段と、この
照射手段によって照射されたスリット光の照射角度に対
して予め定められた角度をなす受光平面に二次元に配列
された受光素子を有する受光手段と、この受光手段の各
素子が受光する複数のスリット光のうち各受光素子にて
最大輝度となった輝度値を当該受光素子に対応する画素
位置に記憶する輝度メモリと、前記各受光素子にて最大
輝度となったスリット光の空間コードを前記受光素子の
位置に対応する画素位置に記憶する空間コードメモリ
と、前記受光手段にて各スリット光毎に受光する輝度値
に基づいて前記輝度メモリ及び前記空間コードメモリに
輝度値又は空間コードを格納すると共に更新する信号処
理手段と、前記空間コードメモリの画素位置及び当該画
素に格納された空間コードに基づいて予め定められた座
標系での原点から前記測定対象物の各表面までの距離を
各受光素子毎に算出する演算手段とを備え、前記演算手段が、前記受光平面上の各受光素子のうち前
記スリット光を受光しなかった受光素子を抽出する測定
不能点抽出部と、この測定不能点抽出部にて抽出された
測定不能点に応じた前記輝度メモリ及び空間コードメモ
リ中の輝度値及び空間コードについて当該測定不能点の
近傍の受光素子でのそれぞれの値に基づく補完値を算出
する補完部とを備えたことを特徴とする三次元計測装
置。