JP2001147110A

JP2001147110A - ランダムパターン生成装置とその方法、距離画像生成装置とその方法、およびプログラム提供媒体

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Publication number: JP2001147110A
Application number: JP33110699A
Authority: JP
Inventors: Ikoku Go; 偉国呉; Teruyuki Ushiro; 輝行後; Yuji Ayatsuka; 祐二綾塚; Hidenori Koyaizu; 秀紀小柳津
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-11-22
Filing date: 1999-11-22
Publication date: 2001-05-29
Anticipated expiration: 2019-11-22
Also published as: JP4110501B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ステレオ画像法において距離計測用の投光パ
ターン画像の適性を判定し高精度な距離画像を生成可能
な構成を提供する。【解決手段】三次元形状計測用の投光パターンを、パ
ターン変化率、特徴量、分散値、パターンマッチング等
により評価してパターンを決定することで、画像間対応
付け、距離画像生成処理におけるミスマッチングを解消
し、高精度な距離画像を生成可能とした。また、生成し
た投光用パターンを投影した測定対象の撮影画像に基づ
いて変化率、特徴量、あるいはパターンマッチングを行
なって撮影画像を評価し、適性でないと判定された場
合、新たなパターンを生成して投光するフィードバック
構成により、距離画像の生成処理においてミスマッチン
グの発生を抑制し、高精度な距離画像の生成を可能とし
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、物体の三次元形状
を求めるためのランダムパターン生成装置とその方法、
距離画像生成装置とその方法、およびプログラム提供媒
体に関する。特に三次元空間上である距離範囲に存在す
る物体を複数の異なる位置から撮影した画像を用いて被
写体表面の三次元形状を計測する方法、すなわちステレ
オ画像法において好適なランダムパターン生成装置とそ
の方法、距離画像生成装置とその方法、およびプログラ
ム提供媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】物体の三次元形状を求める従来手法とし
て、大きく分けて能動的手法（アクティブ手法）と受動
的手法（パッシブ手法）がある。能動的手法としては、
光を投射して、その光が反射して帰ってくるまでの時間
を測定することで各測定対象物体までの距離を求める方
法や、測定対象にスリット状のパターン光をあてて測定
対象に投影されたパターン光の形状を調べることによっ
て三次元形状を計測する光切断法といった方法がある。

【０００３】また、受動的手法として代表的なものは、
三角測量の原理を利用したステレオ画像法であり、これ
は２台以上のカメラを使って、その画像間の対応点を見
つけることで視差を求め、距離を計測する方法である。

【０００４】ステレオ画像法について、その原理を簡単
に説明する。ステレオ画像法は複数のカメラを用いて２
つ以上の視点（異なる視線方向）から同一対象物を撮影
して得られる複数の画像における画素同士を対応づける
ことで測定対象物の三次元空間における位置を求めよう
とするものである。例えば基準カメラと参照カメラによ
り異なる視点から同一対象物を撮影して、それぞれの画
像内の測定対象物の距離を三角測量の原理により測定す
る。

【０００５】図１は、ステレオ画像法の原理を説明する
図である。基準カメラ（Ｃａｍｅｒａ１）と参照カメ
ラ（Ｃａｍｅｒａ２）は異なる視点から同一対象物を
撮影する。基準カメラによって撮影された画像中の「ｍ
ｂ」というポイントの奥行きを求めることを考える。

【０００６】基準カメラによる撮影画像中のポイント
「ｍｂ」に見える物体は、異なる視点から同一物体を撮
影している参照カメラによって撮影された画像におい
て、「ｍ１」、「ｍ２」、「ｍ３」のようにある直線上
に展開されることになる。この直線をエピポーラライン
（Ｅｐｉｐｏｌａｒｌｉｎｅ）Ｌｐと呼ぶ。

【０００７】基準カメラにおけるポイント「ｍｂ」の位
置は、参照カメラによる画像中では「エピポーラ・ライ
ン」と呼ばれる直線上に現れる。撮像対象となる点Ｐ
（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を含む直線上に存在する点）は、基
準カメラの視線上に存在する限り、奥行きすなわち基準
カメラとの距離の大小に拘らず、基準画像上では同じ観
察点「ｍｂ」に現れる。これに対し、参照カメラによる
撮影画像上における点Ｐは、エピポーラ・ライン上に基
準カメラと観察点Ｐとの距離の大小に応じた位置にあら
われる。

【０００８】図１には、エピポーラ・ラインと、参照画
像中における観察点「ｍｂ」の対応を図解している。同
図に示すように、観察点Ｐの位置がＰ１，Ｐ２，Ｐ３へ
と変化するに従って、参照画像中の観察点は「ｍ１」、
「ｍ２」、「ｍ３」へとシフトする。

【０００９】以上の幾何光学的性質を利用して、観察点
「ｍｂ」をエピポーラ・ライン上で探索することによ
り、点Ｐの距離を同定することができる。これが「ステ
レオ画像法」の基本的原理である。このような方法で画
面上のすべての画素についての三次元情報を取得する。
取得した三次元情報は画素ごとに対応した画素属性デー
タとして使用することが可能となる。

【００１０】上述のステレオ画像法は１台の基準カメラ
と１台の参照カメラとを用いた構成としたが、参照カメ
ラを複数用いたマルチベースラインステレオ（Ｍｕｌｔ
ｉＢａｓｅｌｉｎｅＳｔｅｒｅｏ）法によって評価値
を求めて、該評価値に基づいて画素ごとの三次元情報を
取得するように構成してもよい。マルチベースラインス
テレオ画像法は、１つの基準カメラと複数の参照カメラ
によって撮影される画像を用い、複数の参照カメラ画像
それぞれについて基準カメラ画像との相関を表す評価値
を求め、それぞれの評価値を加算し、その加算値を最終
的な評価値とするものである。このマルチベースライン
ステレオ画像法の詳細は、例えば「複数の基線長を利用
したステレオマッチング」、電子情報通信学会論文誌Ｄ
−１１Ｖｏｌ．Ｊ７５−Ｄ−ＩＩＮｏ．８ｐｐ．１
３１７−１３２７１９９２年８月、に記載されてい
る。

【００１１】上述のように、ステレオ画像法は、複数の
カメラを用いて２つ以上の視点（異なる視線方向）から
同一対象物を撮影して得られる複数の画像における画素
同士を対応づけること、すなわち「対応点付け（マッチ
ング）」を実施することで測定対象物の三次元空間にお
ける位置を求めようとするものである。

【００１２】従来、よく使われている「対応点付け」の
手法は、Ｐｉｘｅｌ−ｂａｓｅｄマッチング、Ａｒｅａ
−ｂａｓｅｄマッチングとＦｅａｔｕｒｅ−ｂａｓｅｄ
マッチングに大別される。Ｐｉｘｅｌ−ｂａｓｅｄマッ
チングとは、一方の画像における点の対応を、他方の画
像でそのまま探索する方法である（Ｃ．Ｌａｗｒｅｎｃ
ｅＺｉｔｎｉｃｋａｎｄＪｏｎＡ．Ｗｅｂ
ｂ：Ｍｕｌｔｉ−ｂａｓｅｌｉｎｅＳｔｅｒｅｏ
ＵｓｉｎｇＳｕｒｆａｃｅＥｘｔｒａｃｔｉｏｎ，
ＴｅｃｈｎｉｃａｌＲｅｐｏｒｔ，ＣＭＵ−ＣＳ
−９６−１９６，（１９９６）参照）。

【００１３】Ａｒｅａ−ｂａｓｅｄマッチングとは、一
方の画像における点の対応を、他方の画像で探す時、そ
の点の周りの局所的な画像パターンを用いて探索する方
法である（奥富、金出：複数の基線長を利用したステ
レオマッチング、電子情報通信学会論文誌Ｄ−ＩＩ、Ｖ
ｏｌ．Ｊ７５−Ｄ−ＩＩ，Ｎｏ．８，ｐｐ．１３１
７−１３２７，（１９９２）、横山、三輪、芦ヶ原、
小柳津、林、後：ＳｔｅｒｅｏＣａｍｅｒａＳｙ
ｓｔｅｍａｎｄＩｔｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ、
ＳＲＦ’９７、（１９９７）、金出、木村：ビデオ
レート・ステレオマシン、日本ロボット学会誌、Ｖｏ
ｌ．１３，Ｎｏ．３，ｐｐ．３２２〜３２６，
（１９９５）、金出、蚊野、木村、川村、吉田、織田：
ビデオレートステレオマシンの開発、日本ロボット学
会誌、Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．２，ｐｐ．２６１〜２６
７，（１９９７）、山口、高地、井口：適応ウィン
ドウ法を用いた石像計測のためのステレオ対応付け、人
文科学とコンピュータ、Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．１０，
ｐｐ．５５〜６０，（１９９６）、横矢：最近の
信号処理総合特集号コンピュータビジョンの最近の話
題、システム／制御／情報、Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．
８，ｐｐ．４３６〜４４１，（１９９４）参照）。

【００１４】Ｆｅａｔｕｒｅ−ｂａｓｅｄマッチングと
は、画像から濃淡エッジなどの特徴を抽出し、画像間の
特徴だけを用いて対応付けを行う方法である（Ｈ．Ｈ．
ＢａｋｅｒａｎｄＴ．Ｏ．Ｂｉｎｆｏｒｄ：Ｄｅ
ｐｔｈｆｒｏｍｅｄｇｅａｎｄｉｎｔｅｎｓｉｔ
ｙｂａｓｅｄｓｔｅｒｅｏ，ＩｎＰｒｏｃ．
ＩＪＣＡＩ’８１，（１９８１）、石山、角保、河
井、植芝、富田：セグメントベーストステレオにおけ
る対応候補探索、信学技報、Ｖｏｌ．９６，Ｎｏ．１３
６，（１９９７）、Ｗ．Ｅ．Ｌ．Ｇｒｉｍｓｏｎ：
Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ
ｗｉｔｈａｆｅａｔｕｒｅｂａｓｅｄｓｔｅ
ｒｅｏａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ＩＥＥＥＴｒａｎ
ｓ．ＰＡＭＩ，Ｖｏｌ．７，Ｎｏ．１，ｐｐ．
１７〜３４，（１９８５））。

【００１５】上記の各手法の特徴を整理すると、次のよ
うになる。（１）Ｐｉｘｅｌ−ｂａｓｅｄマッチングとＡｒｅａ−
ｂａｓｅｄマッチングは各々の画素に対して、対応点を
探索するので、求められた距離画像は密である。一方、
Ｆｅａｔｕｒｅ−ｂａｓｅｄマッチングは、特徴点だけ
に対して、対応付けを行うので、得られた距離画像は疎
である。

【００１６】（２）Ａｒｅａ−ｂａｓｅｄマッチング
は、一種の相関演算を行うため、Ｐｉｘｅｌ−ｂａｓｅ
ｄマッチングとＦｅａｔｕｒｅ−ｂａｓｅｄマッチング
に比べて、計算コストがかかるが、アルゴリズムの高速
化によって、必ずしも解決できない問題ではない。

【００１７】（３）Ｐｉｘｅｌ−ｂａｓｅｄマッチング
は、画素間の対応付けだけを行うため、計算速度がかな
り速いが、左右カメラ間の特性の違いによって、画素間
の濃淡値を用いる対応付けが容易ではない。

【００１８】上述の特徴から、一般的に、高精度で対象
の３次元形状（または奥行き）を画素毎に求めるための
手法としてＡｒｅａ−ｂａｓｅｄマッチングは有効であ
り、よく使われている。

【００１９】上述の各種の方法により、ステレオ画像法
における対応点付け処理が行なわれる。しかしながら、
白い壁や人間の顔などの特徴（濃淡、形状、色等）のほ
とんどない対象に対しては、上述のいずれの方法を使用
しても、３次元形状を計測するために必要となる対応点
付け処理が困難となる。これが、ステレオ画像法による
処理における一つの大きな課題となっている。

【００２０】白い壁や人間の顔などの特徴（濃淡、形
状、色等）のほとんどない対象に対しての対応付け処理
をより正確に行なうため、チェッカや周波数変調された
正弦波などの周期的なパターンを投光することによっ
て、マルチベースラインステレオシステムによる画像マ
ッチングのエラーを低減する手法が、いくつか開示され
ている（Ｓ．Ｂ．Ｋａｎｇ，Ｊ．Ａ．Ｗｅｂｂ，
Ｃ．Ｌ．ＺｉｔｎｉｃｋａｎｄＴ．Ｋａｎａｄｅ：
ＡＭｕｌｔｉｂａｓｅｌｉｎｅＳｔｅｒｅｏＳｙ
ｓｔｅｍｗｉｔｈＡｃｔｉｖｅＩｌｌｕｍｉｎａ
ｔｉｏｎａｎｄＲｅａｌ−ｔｉｍｅＩｍａｇｅＡ
ｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ＰｒｏｃＩＥＥＥＩｎｔ
Ｃｏｎｆ．Ｃｏｍｐｕｔ．Ｖｉｓ．，Ｖｏｌ．
５，ｐｐ．８８〜９３，（１９９５）、Ｍ．Ｎｏｇ
ｕｃｈｉａｎｄＳ．Ｋ．Ｎａｙａｒ：Ｍｉｃｒｏ
ｓｃｏｐｉｃＳｈａｐｅｆｒｏｍＦｏｃｕｓＵ
ｓｉｎｇＡｃｔｉｖｅＩｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ，
ＰｒｏｃＩｎｔ．Ｃｏｎｆ．Ｐａｔｔｅｒｎ
Ｒｅｃｏｇｎ．，Ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．Ｖｏｌ１，
ｐｐ．１４７〜１５２，（１９９４）参照）。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来手法では、対応付け処理におけるエラー、すなわ
ちミスマッチングの完全な除去を達成することはできな
かった。また、上述の周波数変調された周期的なパター
ンを投光して対応付け処理を実行する構成は、複数台
（３台以上）のカメラを用いるマルチベースラインステ
レオマシンにおいては、ミスマッチング領域減少に対し
て効果があるが、２台のカメラを用いる２眼ステレオ視
に対しては、生成される模様が周期的であるために類似
する模様同士の対応付けにエラーが発生する可能性があ
り、必ずしも有効とはならないという欠点がある。

【００２２】そこで、我々は、例えば乱数を用いた非周
期的な投光パターンを生成して、このランダムパターン
を測定対象に投光することで、高精度な距離画像生成を
可能とする構成を提案（特願平１１−２６９８３８にて
出願済み）した。

【００２３】このように、模様のない被写体に非周期の
ランダムパターンを投光して対応付け処理を行なう測定
方法によれば、白い壁や人間の顔などの特徴（濃淡、形
状、色等）のほとんどない対象に対しての対応付け処理
がより正確になされ、距離画像生成が高精度に行なわれ
る。

【００２４】しかしながら、非周期的なパターンを投光
した場合でも、測定対象の形状、あるいは、測定対象と
ランダムパターン投光手段および撮像装置との位置関係
等によっては、撮影画面上で一定の周期を持つ繰り返し
パターンが生成されてしまう場合があり、このような場
合は対応付け処理が困難になり、距離画像生成に支障を
きたす場合がある。非周期的なランダムパターンを投影
した場合でも、その投影した結果が繰り返しパターンを
含むかどうかは、実際に投影しないと確定できない。

【００２５】複数種類のランダムパターンを順番に投影
して測定を行うシステムもある。この場合にも、複数の
ランダムパターンを用いることによりうまく測定できな
い部分が減少することは期待できるが、予め決められた
数種類の模様では、全てのうまく測定できない部分を補
うことはできない。また、カメラの配置などを含む様々
な環境の変化に追随することも難しい。

【００２６】本発明は、上述の問題点に鑑みてなされた
ものであり、ステレオ画像法に従った距離画像生成方法
における、ランダムパターン生成装置とその方法、距離
画像生成装置とその方法、およびプログラム提供媒体を
提供するものであり、対応点付け処理においてミスマッ
チング領域の発生しにくいランダムテクスチャ、例えば
二値または濃淡のランダム点群からなる非周期ランダム
画像パターン構成およびその生成方法を提供するもので
ある。

【００２７】さらに、本発明は測定対象上のパターンが
適切になるよう、すなわち対応点付け処理においてミス
マッチングが発生しないように、パターン投光により撮
影された画像に基づいて、さらに投光すべき新たなラン
ダムパターンを決定してミスマッチング領域の発生を低
下させた距離画像生成装置とその方法を提供するもので
ある。

【００２８】さらに、本発明は測定対象上のパターンが
適切になるよう、すなわち対応点付け処理においてミス
マッチングが発生しないようなパターンを、パターン投
光により撮影された画像に基づいて生成する構成。具体
的には、たとえばステレオカメラは等間隔で繰り返され
る模様を苦手とするので、投影した結果が繰り返しの成
分を持たないように計算し、適切なランダムパターンを
作成し、投光して距離画像の生成を行なう構成を提供す
る。

【００２９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を参
酌してなされたものであり、その第１の側面は、三次元
形状の計測において測定対象に投光する投光パターンを
生成するランダムパターン生成装置において、乱数を用
いた異なる複数の非周期的投光パターンを生成可能な投
光パターン生成手段と、前記投光パターン生成手段にお
いて生成された投光パターンの評価を実行する投光パタ
ーン評価手段とを有し、前記投光パターン評価手段は、
前記投光パターン生成手段の生成した投光パターンのパ
ターンとしての適性度を示すパターン適性度指標値を該
生成投光パターンに基づいて算出し、算出したパターン
適性度指標値を予め定めた閾値と比較することによっ
て、生成投光パターンが三次元形状計測用の投光パター
ンとして適性を持つか否かを判定する構成を有すること
を特徴とするランダムパターン生成装置にある。

【００３０】さらに、本発明のランダムパターン生成装
置の一実施態様において、前記投光パターン生成手段
は、正規乱数を規定する標準偏差ｓを変更することによ
って、異なる非周期的投光パターンを生成する構成を有
し、生成した投光パターンが前記投光パターン評価手段
において、三次元形状計測用の投光パターンとしての適
性を持たないと判定された場合に、前記標準偏差ｓを変
更した新たな非周期的投光パターンを生成する構成を有
することを特徴とする。

【００３１】さらに、本発明のランダムパターン生成装
置の一実施態様において、前記投光パターン生成手段
は、正規乱数からなる画像を閾値Ｔを用いて二値化した
二値画像を生成する構成を有するとともに、前記閾値Ｔ
を変更することによって、異なる非周期的投光パターン
を生成する構成を有し、生成した投光パターンが前記投
光パターン評価手段において、三次元形状計測用の投光
パターンとしての適性を持たないと判定された場合に、
前記閾値Ｔを変更した新たな非周期的投光パターンを生
成する構成を有することを特徴とする。

【００３２】さらに、本発明のランダムパターン生成装
置の一実施態様において、前記投光パターン生成手段
は、正規乱数に基づく濃淡画像を生成する構成を有し、
生成した投光パターンが前記投光パターン評価手段にお
いて、三次元形状計測用の投光パターンとしての適性を
持たないと判定された場合に、正規乱数を規定するパラ
メータを変更した新たな非周期的投光パターンを生成す
る構成を有することを特徴とする。

【００３３】さらに、本発明のランダムパターン生成装
置の一実施態様において、前記パターン適性度指標値
は、投光パターンを構成する画素値の周期的変化を示す
変化率であることを特徴とする。

【００３４】さらに、本発明のランダムパターン生成装
置の一実施態様において、前記パターン適性度指標値
は、投光パターンを構成する画像の画素値に基づく特徴
行列の固有値から算出される特徴量であることを特徴と
する。

【００３５】さらに、本発明のランダムパターン生成装
置の一実施態様において、前記パターン適性度指標値
は、投光パターンを構成する異なる部分領域の類似度を
示す領域間相関値であることを特徴とする。

【００３６】さらに、本発明のランダムパターン生成装
置の一実施態様において、前記パターン適性度指標値
は、投光パターンを構成する画像の分散値であることを
特徴とする。

【００３７】さらに、本発明のランダムパターン生成装
置の一実施態様において、前記投光パターン評価手段
は、前記投光パターン生成手段の生成した投光パターン
から部分領域であるウィンドーを少なくとも１以上抽出
して前記パターン適性度指標値を算出する構成であるこ
とを特徴とする。

【００３８】さらに、本発明の第２の側面は、三次元形
状の計測において測定対象に投光する投光パターンを生
成するランダムパターン生成方法において、（ａ）乱数
を用いた非周期的投光パターンを生成する投光パターン
生成ステップと、（ｂ）前記投光パターン生成ステップ
において生成された投光パターンを評価する評価ステッ
プであり、（ｃ）前記投光パターン生成ステップにおい
て生成した投光パターンのパターンとしての適性度を示
すパターン適性度指標値を該生成投光パターンに基づい
て算出するパターン適性度指標値算出ステップと、
（ｄ）算出したパターン適性度指標値を予め定めた閾値
と比較することによって、生成投光パターンが三次元形
状計測用投光パターンとして適性を持つか否かを判定す
る適性判定ステップと、を含む評価ステップと、を有
し、前記適性判定ステップにおいて適正ありとの判定が
でるまで、前記ステップ（ａ）において異なる投光パタ
ーンを生成し、（ａ）〜（ｄ）のステップを繰り返し実
行し、前記評価ステップ中の適性判定ステップにおいて
適正ありと判定された投光パターンを三次元形状計測用
投光パターンとすることを特徴とするランダムパターン
生成方法にある。

【００３９】さらに、本発明のランダムパターン生成方
法の一実施態様において、前記投光パターン生成ステッ
プ（ａ）において生成する異なる投光パターンは、正規
乱数を規定する標準偏差ｓを変更することによって生成
される異なる非周期的投光パターンであることを特徴と
する。

【００４０】さらに、本発明のランダムパターン生成方
法の一実施態様において、前記投光パターン生成ステッ
プ（ａ）は、正規乱数からなる画像を閾値Ｔを用いて二
値化した二値画像を生成するステップを含み、前記投光
パターン生成ステップ（ａ）は、前記閾値Ｔを変更する
ことによって異なる非周期的投光パターンを生成するこ
とを特徴とする。

【００４１】さらに、本発明のランダムパターン生成方
法の一実施態様において、前記投光パターン生成ステッ
プ（ａ）は、正規乱数に基づく濃淡画像を生成するステ
ップを含み、前記投光パターン生成ステップ（ａ）は、
正規乱数を規定するパラメータを変更することによって
異なる非周期的投光パターンを生成することを特徴とす
る。

【００４２】さらに、本発明のランダムパターン生成方
法の一実施態様において、前記パターン適性度指標値
は、投光パターンを構成する画素値の周期的変化を示す
変化率であることを特徴とする。

【００４３】さらに、本発明のランダムパターン生成方
法の一実施態様において、前記パターン適性度指標値
は、投光パターンを構成する画像の画素値に基づく特徴
行列の固有値から算出される特徴量であることを特徴と
する。

【００４４】さらに、本発明のランダムパターン生成方
法の一実施態様において、前記パターン適性度指標値
は、投光パターンを構成する異なる部分領域の類似度を
示す領域間相関値であることを特徴とする。

【００４５】さらに、本発明のランダムパターン生成方
法の一実施態様において、前記パターン適性度指標値
は、投光パターンを構成する画像の分散値であることを
特徴とする。

【００４６】さらに、本発明のランダムパターン生成方
法の一実施態様において、前記投光パターン評価ステッ
プは、前記投光パターン生成ステップにおいて生成した
投光パターンから部分領域であるウィンドーを少なくと
も１以上抽出するウィンドー抽出ステップを有し、前記
パターン適性度指標値を算出するパターン適性度指標値
算出ステップは、前記ウィンドー抽出ステップにおいて
抽出したウィンドー内のパターンに基づいて実行するこ
とを特徴とする。

【００４７】さらに、本発明の第３の側面は、測定対象
を異なる視点から撮影した画像を用いて前記測定対象の
三次元形状を計測して距離画像を生成する距離画像生成
装置において、乱数を用いた異なる複数の非周期的投光
パターンを生成可能な投光パターン生成手段と、前記測
定対象の投光パターン画像を撮り込む基準カメラと、前
記基準カメラと異なる視点において投光パターン画像を
撮り込む参照カメラと、前記基準カメラまたは参照カメ
ラによって撮り込まれた投光パターン画像の少なくとも
いずれかの投光パターン画像におけるパターン適性を評
価し、距離画像生成用の投光パターン画像として適性を
有するか否かを評価する投光パターン評価手段と、前記
基準カメラおよび参照カメラによって撮り込まれた各投
光パターン画像間の対応を検出し視差データを出力する
画像間対応付け手段と、前記画像間対応付け手段の出力
する視差データに基づいて距離画像を生成する距離画像
生成手段とを有し、前記投光パターン生成手段は、生成
した投光パターンに基づいて得られる投光パターン画像
が前記投光パターン評価手段によって距離画像生成用投
光パターン画像として適性なしと判定された場合、新た
な非周期的投光パターンを生成し、前記画像間対応付け
手段および前記距離画像生成手段は、生成した投光パタ
ーンに基づいて得られる投光パターン画像が前記投光パ
ターン評価手段によって距離画像生成用投光パターン画
像として適性ありと判定されたことを条件として処理を
実行する構成であることを特徴とする距離画像生成装置
にある。

【００４８】さらに、本発明の距離画像生成装置の一実
施態様において、前記投光パターン評価手段は、投光パ
ターン画像のパターンとしての適性度を示すパターン適
性度指標値を投光パターン画像に基づいて算出し、算出
したパターン適性度指標値を予め定めた閾値と比較する
ことによって、前記投光パターン画像が距離画像生成用
投光パターン画像として適性を有するか否かを判定する
構成を有することを特徴とする。

【００４９】さらに、本発明の距離画像生成装置の一実
施態様において、前記投光パターン生成手段は、正規乱
数を規定する標準偏差ｓを変更することによって、異な
る非周期的投光パターンを生成する構成を有し、生成し
た投光パターンに基づいて得られる投光パターン画像が
前記投光パターン評価手段において、距離画像生成用投
光パターンとして適性をなしと判定された場合に、前記
標準偏差ｓを変更した新たな非周期的投光パターンを生
成する構成を有することを特徴とする。

【００５０】さらに、本発明の距離画像生成装置の一実
施態様において、前記投光パターン生成手段は、正規乱
数からなる画像を閾値Ｔを用いて二値化した二値画像を
生成する構成を有するとともに、前記閾値Ｔを変更する
ことによって、異なる非周期的投光パターンを生成する
構成を有し、生成した投光パターンに基づいて得られる
投光パターン画像が前記投光パターン評価手段におい
て、距離画像生成用投光パターンとして適性をなしと判
定された場合に、前記閾値Ｔを変更した新たな非周期的
投光パターンを生成する構成を有することを特徴とす
る。

【００５１】さらに、本発明の距離画像生成装置の一実
施態様において、前記投光パターン生成手段は、正規乱
数に基づく濃淡画像を生成する構成を有し、生成した投
光パターンが前記投光パターン評価手段において、三次
元形状計測用の投光パターンとしての適性を持たないと
判定された場合に、正規乱数を規定するパラメータを変
更した新たな非周期的投光パターンを生成する構成を有
することを特徴とする。

【００５２】さらに、本発明の距離画像生成装置の一実
施態様において、前記パターン適性度指標値は、投光パ
ターン画像を構成する画素値の周期的変化を示す変化率
であることを特徴とする。

【００５３】さらに、本発明の距離画像生成装置の一実
施態様において、前記パターン適性度指標値は、投光パ
ターン画像を構成する画像の画素値に基づく特徴行列の
固有値から算出される特徴量であることを特徴とする。

【００５４】さらに、本発明の距離画像生成装置の一実
施態様において、前記パターン適性度指標値は、投光パ
ターン画像を構成する異なる部分領域の類似度を示す領
域間相関値であることを特徴とする。

【００５５】さらに、本発明の距離画像生成装置の一実
施態様において、前記パターン適性度指標値は、投光パ
ターンを構成する画像の分散値であることを特徴とす
る。

【００５６】さらに、本発明の距離画像生成装置の一実
施態様において、前記投光パターン評価手段は、前記投
光パターン画像から部分領域であるウィンドーを少なく
とも１以上抽出して前記パターン適性度指標値を算出す
る構成であることを特徴とする。

【００５７】さらに、本発明の第４の側面は、測定対象
を異なる視点から撮影した画像を用いて前記測定対象の
三次元形状を計測して距離画像を生成する距離画像生成
装置において、測定対象に対して投光するパターンを生
成する投光パターン生成手段であり、乱数を用いた異な
る複数の非周期的投光パターンを生成可能であるととも
に、パターンとしての適性度を示すパターン適性度指標
値を生成投光パターンに基づいて算出し、算出したパタ
ーン適性度指標値を予め定めた閾値と比較することで距
離画像生成用投光パターンとしての適性を判定し、適性
ありと判定されたパターンのみを投光パターンとして設
定する投光パターン生成手段と、前記測定対象の投光パ
ターン画像を撮り込む基準カメラと、前記基準カメラと
異なる視点において投光パターン画像を撮り込む参照カ
メラと、前記基準カメラおよび参照カメラによって撮り
込まれた各投光パターン画像間の対応を検出し視差デー
タを出力する画像間対応付け手段と、前記画像間対応付
け手段の出力する視差データに基づいて距離画像を生成
する距離画像生成手段と、前記距離画像生成手段の生成
した距離画像中のミスマッチング領域を検出するミスマ
ッチング領域検出手段と、を有し、前記投光パターン生
成手段は、前記ミスマッチング領域検出手段が予め定め
た閾値以上のミスマッチング領域を検出した場合に新た
な非周期的投光パターンを生成する構成を有することを
特徴とする距離画像生成装置にある。

【００５８】さらに、本発明の距離画像生成装置の一実
施態様において、前記投光パターン生成手段は、正規乱
数を規定する標準偏差ｓを変更することによって、異な
る非周期的投光パターンを生成する構成を有し、生成し
た投光パターンが距離画像生成用投光パターンとしての
適性を持たないと判定された場合に、前記標準偏差ｓを
変更した新たな非周期的投光パターンを生成する構成を
有することを特徴とする。

【００５９】さらに、本発明の距離画像生成装置の一実
施態様において、前記投光パターン生成手段は、正規乱
数からなる画像を閾値Ｔを用いて二値化した二値画像を
生成する構成を有するとともに、前記閾値Ｔを変更する
ことによって、異なる非周期的投光パターンを生成する
構成を有し、生成した投光パターンが距離画像生成用投
光パターンとしての適性を持たないと判定された場合
に、前記閾値Ｔを変更した新たな非周期的投光パターン
を生成する構成を有することを特徴とする。

【００６０】さらに、本発明の距離画像生成装置の一実
施態様において、前記投光パターン生成手段は、正規乱
数に基づく濃淡画像を生成する構成を有し、生成した投
光パターンが前記投光パターン評価手段において、三次
元形状計測用の投光パターンとしての適性を持たないと
判定された場合に、正規乱数を規定するパラメータを変
更した新たな非周期的投光パターンを生成する構成を有
することを特徴とする。

【００６１】さらに、本発明の距離画像生成装置の一実
施態様において、前記パターン適性度指標値は、投光パ
ターンを構成する画素値の周期的変化を示す変化率であ
ることを特徴とする。

【００６２】さらに、本発明の距離画像生成装置の一実
施態様において、前記パターン適性度指標値は、投光パ
ターンを構成する画像の画素値に基づく特徴行列の固有
値から算出される特徴量であることを特徴とする。

【００６３】さらに、本発明の距離画像生成装置の一実
施態様において、前記パターン適性度指標値は、投光パ
ターンを構成する異なる部分領域の類似度を示す領域間
相関値であることを特徴とする。

【００６４】さらに、本発明の距離画像生成装置の一実
施態様において、前記パターン適性度指標値は、投光パ
ターンを構成する画像の分散値であることを特徴とす
る。

【００６５】さらに、本発明の距離画像生成装置の一実
施態様において、前記投光パターン評価手段は、前記投
光パターン生成手段の生成した投光パターンから部分領
域であるウィンドーを少なくとも１以上抽出して前記パ
ターン適性度指標値を算出する構成であることを特徴と
する。

【００６６】さらに、本発明の第５の側面は、測定対象
を異なる視点から撮影した画像を用いて前記測定対象の
三次元形状を計測して距離画像を生成する距離画像生成
方法において、乱数を用いた非周期的投光パターンを生
成する投光パターン生成ステップと、前記測定対象の投
光パターン画像を基準カメラと、前記基準カメラと異な
る視点において投光パターン画像を参照カメラによって
同期して撮り込む画像撮り込みステップと、前記基準カ
メラまたは参照カメラによって撮り込まれた投光パター
ン画像の少なくともいずれかの投光パターン画像におけ
るパターン適性を評価し、距離画像生成用の投光パター
ン画像として適性を有するか否かを評価する投光パター
ン評価ステップと、前記基準カメラおよび参照カメラに
よって撮り込まれた各投光パターン画像間の対応を検出
し視差データを出力する画像間対応付けステッップと、
前記画像間対応付け手段の出力する視差データに基づい
て距離画像を生成する距離画像生成ステップとを有し、
前記投光パターン生成ステップは、生成した投光パター
ンに基づいて得られる投光パターン画像が前記投光パタ
ーン評価ステップにおいて距離画像生成用投光パターン
画像として適性なしと判定された場合、新たな非周期的
投光パターンを繰り返し生成し、前記画像間対応付けス
テップおよび前記距離画像生成ステップは、生成した投
光パターンに基づいて得られる投光パターン画像が前記
投光パターン評価ステップにおいて距離画像生成用投光
パターン画像として適性ありと判定されたことを条件と
して処理を実行することを特徴とする距離画像生成方法
にある。

【００６７】さらに、本発明の距離画像生成方法の一実
施態様において、前記投光パターン評価ステップは、投
光パターン画像のパターンとしての適性度を示すパター
ン適性度指標値を投光パターン画像に基づいて算出し、
算出したパターン適性度指標値を予め定めた閾値と比較
することによって、前記投光パターン画像が距離画像生
成用投光パターン画像として適性を有するか否かを判定
することを特徴とする。

【００６８】さらに、本発明の距離画像生成方法の一実
施態様において、前記投光パターン生成ステップでは、
正規乱数を規定する標準偏差ｓを変更することによっ
て、異なる非周期的投光パターンを生成可能であり、生
成した投光パターンに基づいて得られる投光パターン画
像が前記投光パターン評価ステップにおいて、距離画像
生成用投光パターンとして適性をなしと判定された場合
に、前記標準偏差ｓを変更した新たな非周期的投光パタ
ーンを生成することを特徴とする。

【００６９】さらに、本発明の距離画像生成方法の一実
施態様において、前記投光パターン生成ステップでは、
正規乱数からなる画像を閾値Ｔを用いて二値化した二値
画像を生成するとともに、前記閾値Ｔを変更することに
よって、異なる非周期的投光パターンを生成可能であ
り、生成した投光パターンに基づいて得られる投光パタ
ーン画像が前記投光パターン評価ステップにおいて、距
離画像生成用投光パターンとして適性をなしと判定され
た場合に、前記閾値Ｔを変更した新たな非周期的投光パ
ターンを生成することを特徴とする。

【００７０】さらに、本発明の距離画像生成方法の一実
施態様において、前記投光パターン生成ステップは、正
規乱数に基づく濃淡画像を生成するステップを含み、生
成した投光パターンに基づいて得られる投光パターン画
像が前記投光パターン評価ステップにおいて、距離画像
生成用投光パターンとして適性をなしと判定された場合
に、正規乱数を規定するパラメータを変更することによ
って異なる非周期的投光パターンを生成することを特徴
とする。

【００７１】さらに、本発明の距離画像生成方法の一実
施態様において、前記パターン適性度指標値は、投光パ
ターン画像を構成する画素値の周期的変化を示す変化率
であることを特徴とする。

【００７２】さらに、本発明の距離画像生成方法の一実
施態様において、前記パターン適性度指標値は、投光パ
ターン画像を構成する画像の画素値に基づく特徴行列の
固有値から算出される特徴量であることを特徴とする。

【００７３】さらに、本発明の距離画像生成方法の一実
施態様において、前記パターン適性度指標値は、投光パ
ターン画像を構成する異なる部分領域の類似度を示す領
域間相関値であることを特徴とする。

【００７４】さらに、本発明の距離画像生成方法の一実
施態様において、前記パターン適性度指標値は、投光パ
ターンを構成する画像の分散値であることを特徴とす
る。

【００７５】さらに、本発明の距離画像生成方法の一実
施態様において、前記投光パターン評価ステップは、前
記投光パターン生成ステップにおいて生成した投光パタ
ーンから部分領域であるウィンドーを少なくとも１以上
抽出するウィンドー抽出ステップを含み、前記パターン
適性度指標値の算出は、前記ウィンドー抽出ステップに
おいて抽出したウィンドー内のパターンに基づいて実行
することを特徴とする。

【００７６】さらに、本発明の第６の側面は、測定対象
を異なる視点から撮影した画像を用いて前記測定対象の
三次元形状を計測して距離画像を生成する距離画像生成
方法において、乱数を用いた非周期的投光パターンを生
成するとともに、パターンとしての適性度を示すパター
ン適性度指標値を生成投光パターンに基づいて算出し、
算出したパターン適性度指標値を予め定めた閾値と比較
することで距離画像生成用投光パターンとしての適性を
判定し、適性ありと判定されたパターンのみを投光パタ
ーンとして設定する投光パターン生成ステップと、前記
測定対象の投光パターン画像を基準カメラと、前記基準
カメラと異なる視点において投光パターン画像を参照カ
メラによって同期して撮り込む画像撮り込みステップ
と、前記基準カメラおよび参照カメラによって撮り込ま
れた各投光パターン画像間の対応を検出し視差データを
出力する画像間対応付けステップと、前記画像間対応付
けステップにおいて出力される視差データに基づいて距
離画像を生成する距離画像生成ステップと、前記距離画
像生成ステップにおいて生成された投光パターン画像に
基づく距離画像中のミスマッチング領域を検出するミス
マッチング領域検出ステップと、を有し、前記投光パタ
ーン生成ステップは、生成した投光パターンに基づいて
得られる距離画像について前記ミスマッチング領域検出
ステップにおいて予め定めた閾値以上のミスマッチング
領域が検出された場合に新たな非周期的投光パターンを
生成することを特徴とする距離画像生成方法にある。

【００７７】さらに、本発明の距離画像生成方法の一実
施態様において、前記投光パターン生成ステップでは、
正規乱数を規定する標準偏差ｓを変更することによっ
て、異なる非周期的投光パターンを生成可能であり、生
成した投光パターンが距離画像生成用投光パターンとし
ての適性を持たないと判定された場合に、前記標準偏差
ｓを変更した新たな非周期的投光パターンを生成するこ
とを特徴とする。

【００７８】さらに、本発明の距離画像生成方法の一実
施態様において、前記投光パターン生成ステップでは、
正規乱数からなる画像を閾値Ｔを用いて二値化した二値
画像を生成するとともに、前記閾値Ｔを変更することに
よって、異なる非周期的投光パターンを生成可能であ
り、生成した投光パターンが距離画像生成用投光パター
ンとしての適性を持たないと判定された場合に、前記閾
値Ｔを変更した新たな非周期的投光パターンを生成する
ことを特徴とする。

【００７９】さらに、本発明の距離画像生成方法の一実
施態様において、前記投光パターン生成ステップは、正
規乱数に基づく濃淡画像を生成するステップを含み、生
成した投光パターンに基づいて得られる投光パターン画
像が前記投光パターン評価ステップにおいて、距離画像
生成用投光パターンとして適性をなしと判定された場合
に、正規乱数を規定するパラメータを変更することによ
って異なる非周期的投光パターンを生成することを特徴
とする。

【００８０】さらに、本発明の距離画像生成方法の一実
施態様において、前記パターン適性度指標値は、投光パ
ターンを構成する画素値の周期的変化を示す変化率であ
ることを特徴とする。

【００８１】さらに、本発明の距離画像生成方法の一実
施態様において、前記パターン適性度指標値は、投光パ
ターンを構成する画像の画素値に基づく特徴行列の固有
値から算出される特徴量であることを特徴とする。

【００８２】さらに、本発明の距離画像生成方法の一実
施態様において、前記パターン適性度指標値は、投光パ
ターンを構成する異なる部分領域の類似度を示す領域間
相関値であることを特徴とする。

【００８３】さらに、本発明の距離画像生成方法の一実
施態様において、前記パターン適性度指標値は、投光パ
ターンを構成する画像の分散値であることを特徴とす
る。

【００８４】さらに、本発明の距離画像生成方法の一実
施態様において、前記投光パターン評価ステップは、前
記投光パターン生成ステップにおいて生成した投光パタ
ーンから部分領域であるウィンドーを少なくとも１以上
抽出して前記パターン適性度指標値を算出するステップ
を含むことを特徴とする。

【００８５】さらに、本発明の第７の側面は、測定対象
を異なる視点から撮影した画像を用いて前記測定対象の
三次元形状を計測する三次元形状計測を実行するために
用いられる投光パターン生成処理をコンピュータ・シス
テム上で実行せしめるコンピュータ・プログラムを有形
的に提供するプログラム提供媒体であって、前記コンピ
ュータ・プログラムは、（ａ）乱数を用いた非周期的投
光パターンを生成する投光パターン生成ステップと、
（ｂ）前記投光パターン生成ステップにおいて生成され
た投光パターンを評価する評価ステップであり、（ｃ）
前記投光パターン生成ステップにおいて生成した投光パ
ターンのパターンとしての適性度を示すパターン適性度
指標値を該生成投光パターンに基づいて算出するパター
ン適性度指標値算出ステップと、（ｄ）算出したパター
ン適性度指標値を予め定めた閾値と比較することによっ
て、生成投光パターンが三次元形状計測用投光パターン
として適性を持つか否かを判定する適性判定ステップ
と、を含む評価ステップと、を有し、前記適性判定ステ
ップにおいて適正ありとの判定がでるまで、前記ステッ
プ（ａ）において異なる投光パターンを生成し、（ａ）
〜（ｄ）のステップを繰り返し実行し、前記評価ステッ
プ中の適性判定ステップにおいて適正ありと判定された
投光パターンを三次元形状計測用投光パターンとして決
定するステップと、を含むことを特徴とするプログラム
提供媒体にある。

【００８６】本発明の第７の側面に係るプログラム提供
媒体は、例えば、様々なプログラム・コードを実行可能
な汎用コンピュータ・システムに対して、コンピュータ
・プログラムをコンピュータ可読な形式で提供する媒体
である。媒体は、ＣＤやＦＤ、ＭＯなどの記憶媒体、あ
るいは、ネットワークなどの伝送媒体など、その形態は
特に限定されない。

【００８７】このようなプログラム提供媒体は、コンピ
ュータ・システム上で所定のコンピュータ・プログラム
の機能を実現するための、コンピュータ・プログラムと
提供媒体との構造上又は機能上の協働的関係を定義した
ものである。換言すれば、該提供媒体を介してコンピュ
ータ・プログラムをコンピュータ・システムにインスト
ールすることによって、コンピュータ・システム上では
協働的作用が発揮され、本発明の他の側面と同様の作用
効果を得ることができるのである。

【００８８】本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、
後述する本発明の実施例や添付する図面に基づくより詳
細な説明によって明らかになるであろう。

【００８９】

【発明の実施の形態】［ランダムパターン生成装置−実
施例１］まず、本発明のランダムパターン生成装置を適
用した距離画像生成装置の構成例を図２に示し、距離画
像生成装置の概要について説明する。距離画像生成装置
は、先に説明したステレオ画像法を適用して計測対象の
三次元形状を計測するものであり、立体形状を持つ、例
えば人の顔等の被測定対象物に対して角度の異なる位置
に配置した２つのカメラ、いわゆる基準カメラと参照カ
メラを用いて像を撮り込み、これら２つのカメラの撮影
する画像に基づいて図１で説明したステレオ画像法に基
づいて被測定対象物の表面形状を計測するものである。

【００９０】本発明のランダムパターン生成装置によっ
て生成されたランダムパターンは、距離画像生成装置の
投光パターン生成及び照射手段２２０において照射され
る。この投光パターンは一様乱数や正規乱数に基づく非
周期的投光パターンである。投光パターン生成及び照射
手段２２０で計測対象２００に対して投光される非周期
投光パターンは、例えばドットのサイズ、線の長さ、太
さ、位置、濃度等に周期性を持たないパターンであり、
例えば図３（ａ）、（ｂ）に示すようなパターンであ
る。これらのパターン生成手法については、後段で詳細
に説明する。

【００９１】本発明のランダムパターン生成装置によっ
て生成された非周期的パターンは例えば予めスライド等
に形成され、フラッシュ光をスライドを介して照射する
ことによって測定対象に対してパターンの投影が可能と
なる。あるいは、透過型液晶表示素子等を用いて動的に
ランダムパターンを生成して投影することができる。動
的なランダムパターン生成手法については後段で詳細に
説明する。計測対象２００の表面に形成された非周期パ
ターンを計測対象とともに撮像することにより、距離画
像生成時の基準カメラと参照カメラの撮像データの対応
付けを容易にすることができる。

【００９２】本発明の距離画像生成装置の構成について
説明を続ける。基準カメラ２０１と参照カメラ２０２
は、計測対象２００に対して異なる視線方向に配置され
て、各視線方向の画像、すなわちランダムパターンの投
影された計測対象２００を撮影する。基準カメラ２０
１、参照カメラ２０２によって撮影される画像は、同期
したタイミングで撮り込まれる。基準カメラ２０１、参
照カメラ２０２から撮り込まれた画像はそれぞれＡ／Ｄ
変換部を介してフレームメモリ２０３、２０４に格納さ
れる。

【００９３】画像間対応付け手段２０５は、フレームメ
モリ１ａ，２０３とフレームメモリ２ａ，２０４の基準
カメラ及び参照カメラ各々の投光パターン画像間の対応
付け処理を行なう。すなわち、基準カメラ２０１の撮影
した画像の各画素に対する参照カメラ２０２の撮影した
参照画像の画素の対応付け処理を行ない、基準画像に対
する参照画像の視差データを距離画像生成手段２０６に
出力する。

【００９４】投光パターン生成及び照射手段２２０の照
射する投光パターンは、先に説明したように非周期的な
パターンであり、各カメラによって撮影した画像の対応
付けが比較的容易に行われる。距離画像生成手段２０６
は、画像間対応付け手段２０５の生成した視差データに
基づいて距離画像を生成し、画像メモリ２０７に格納す
る。画像メモリ２０７に格納された距離画像は、出力手
段２０８を介して出力される。

【００９５】なお、図２に示す構成の各ブロックにおけ
る処理、およびブロック間データ転送制御等は、図示し
ない制御手段によって制御され、所定のメモリ、例えば
ＲＡＭ，ＲＯＭ等の半導体メモリ、磁気ディスク、光デ
ィスク等の記憶媒体に記録された制御プログラムによっ
て制御することができる。また、図示しない入力手段に
よってユーザがコマンド、パラメータ等を入力して各制
御態様を変更することが可能である。

【００９６】図４に投光パターン生成及び照射手段２２
０の具体的構成例、すなわちランダム点群からなる画像
パターンの投光装置の構成と、画像撮影装置との関係を
示す。

【００９７】一般に、テクスチャ画像パターンを対象に
投光すると、画像の明るさが問題となる。ここでは、十
分な光量を得るために、ストロボ投光系を光源として用
いている。一方、撮影装置側では、背景光の影響を抑
え、投光パターンのコントラストを向上す得るために、
基準カメラ４０２と参照カメラ４０３の電子シャッター
を調整することによって、ＣＣＤ蓄積時間をコントロー
ルする。また、投光装置と投光パターン生成及び照射手
段２２０との間において、制御手段４０１を共有するこ
とによって、投光パターン生成及び照射手段２２０によ
ってテクスチャ画像パターンが投光される瞬間、基準カ
メラ４０２と参照カメラ４０３により計測対象を同時に
撮り込む構成としている。各カメラによって撮り込まれ
た画像は、画像メモリ４０４（図２におけるフレームメ
モリ２０３，２０４に対応）に別々に格納されて、各画
像間の対応付け処理、さらに距離画像生成処理に使用さ
れる。

【００９８】図４に示す投光パターン生成及び照射手段
２２０中のスライドは、非周期的パターンが記録された
スライドである。上述のようにドットのサイズ、線の長
さ、太さ、位置、濃度等に周期性がない、いわゆる非周
期的な投光パターン、例えば図３（ａ）、（ｂ）に示す
ようなパターンが記録されたスライドである。

【００９９】以下、非周期的な投光パターンの生成処理
構成の詳細について説明する。図５に本発明のランダム
パターン生成装置の機能構成を示すブロック図、図６に
本発明のランダムパターン生成装置において、非周期的
な投光パターンであるランダムテクスチャパターンを生
成する処理フロー示す。以下、図５および図６を用いて
本発明のランダムパターン生成装置について説明する。

【０１００】図５における一様乱数発生手段５０１にお
いて発生した一様乱数に基づいて正規乱数発生手段５０
２は、予め設定された標準偏差ｓ、平均値ａｍに基づい
て正規乱数Ｒｋを発生する。標準偏差ｓは、標準偏差設
定手段５０７において様々な値を設定可能であり、設定
された標準偏差に基づいて様々な正規乱数が正規乱数発
生手段５０２において発生可能である。

【０１０１】画像生成手段５０３は、正規乱数発生手段
５０２において発生された正規乱数Ｒｋに基づいて画像
ｒｄ＿ｉｍ［ｋ］を生成する。

【０１０２】次に二値画像生成手段５０４は、予め定め
た閾値Ｔにより画像ｒｄ＿ｉｍ［ｋ］の二値化処理を行
ない、二値画像ｆ（ｉ，ｊ）を生成する。閾値Ｔは、閾
値設定手段５０８において様々な値を設定可能であり、
設定された閾値に基づいて様々な二値画像が二値画像生
成手段５０４において生成可能である。

【０１０３】次に、変化率検出手段５０５は、二値画像
生成手段５０４の生成した二値画像ｆ（ｉ，ｊ）の変化
率ｒを求め、さらに、変化率判定手段５０６が、変化率
検出手段５０５の検出した変化率ｒと、予め定めた閾値
Ｔ１との比較を実行する。変化率ｒは、生成された二値
画像が周期性を持たない場合、値が大きくなり、周期性
がある場合、例えば画素値が０１０１０１等の繰り返し
を含む場合に低下する値であるパターン適性度指標値で
ある。変化率ｒについての算出式については図６のフロ
ーについての説明中で詳述する。

【０１０４】変化率判定手段５０６の閾値Ｔ１との比較
処理において、変化率ｒが閾値Ｔ１を上回っている場合
は、十分な非周期性が保持されたランダムパターンであ
ると判定され、二値画像生成手段５０４で生成された二
値画像が投光用パターンとして使用される。

【０１０５】次に、図６のフローに従って、より具体的
な処理について説明する。図６のステップ６０１では、
０−１間一様乱数の発生処理が行われ、配列ａ［ｎ］に
格納される。これらは２値（０または１）、あるいは濃
淡値（０〜１間の値を持ち得る）のいずれかの一様乱数
である。

【０１０６】ステップ６０２では標準偏差ｓ、平均値ａ
ｍとなる正規乱数（ｇａｕｓｓ）の発生処理がなされ
る。正規乱数Ｒｋは以下の式によって０−１一様乱数に
基づいて発生される。

【０１０７】

【数１】

【０１０８】次に、ステップ６０３において、正規乱数
に基づくランダムテクスチャ画像ｒｄ＿ｉｍ［ｋ］が生
成される。ここで、ｋ＝０〜Ｋ−１，ｒｄ＿ｉｍ［ｋ］
＝Ｒｋ，Ｋ＝ＸＳＩＺＥ×ＹＳＩＺＥ（画像サイズ）で
ある。

【０１０９】さらに、ステップ６０４で、ステップ６０
３で生成された正規乱数に基づくランダムテクスチャ画
像ｒｄ＿ｉｍ［ｋ］の二値化処理を行なう、これは予め
定められた閾値Ｔに基づいて実行され。この結果得られ
る二値画像がｆ（ｉ，ｊ）とされる。

【０１１０】次に、ステップ６０５において、二値画像
ｆ（ｉ，ｊ）のパターン適性度指標値としての変化率ｒ
が算出される。変化率ｒの算出は、以下の式に基づいて
実行される。

【０１１１】

【数２】

【０１１２】なお、上記式においてＡは、正規化係数で
ある。

【０１１３】次に、ステップ６０６において、変化率ｒ
と、予め定めた閾値Ｔ１との比較処理が行なわれ、変化
率ｒが閾値Ｔ１より大であれば、十分なランダム性を有
する二値画像であると判定され、ステップ６０７におい
て投光パターン画像生成処理を終了する。

【０１１４】ステップ６０６における判定がＮｏ、すな
わち変化率ｒが予め定めた閾値Ｔ１より大でないと判定
された場合には、生成された二値画像が投光に不適切な
周期成分を含むと判定され、ステップ６０８に進み、標
準偏差ｓまたは、閾値Ｔの少なくともいずけか一方の値
を変更して、ステップ６０２以下、少なくともステップ
６０４以下の処理を繰り返して、新たな二値画像ｆ
（ｉ，ｊ）を生成する。

【０１１５】最終的にステップ６０６において、変化率
ｒ＞閾値Ｔ１がＹｅｓとなった時点で、その二値画像が
十分なランダム性を有する二値画像であると判定され、
ステップ６０７に進み、投光パターン画像生成処理を終
了する。

【０１１６】以上、図５、図６を用いて説明した本発明
のランダムパターン生成装置、およびランダムパターン
生成方法によれば、一様乱数に基づいて生成された二値
画像の変化率ｒを予め定めた閾値Ｔより大となること保
証して投光用ランダム画像パターンを生成するように構
成したので、ステレオ画像処理における対応付け処理に
おいて問題となる、すなわちミスマッチングの原因とな
る周期成分が十分取り除かれた良好なランダムパターン
の生成が可能となる。

【０１１７】［ランダムパターン生成装置−その他の実
施例］以下、本発明のランダムパターン生成装置、およ
びランダムパターン生成方法における二値画像パターン
の評価方法の異なる態様について、図７、図８、図９を
用いて説明する。図５、図６における生成された二値画
像パターンの評価は、図６におけるステップ６０５，６
０６において示されるように、生成した二値画像全体か
らパターン適性度指標値としての変化率ｒを算出して、
この変化率ｒと閾値Ｔ１を比較することによって行なっ
ていた。図７〜９では、二値画像ｆ（ｘ，ｙ）から一部
領域を抽出して、その一部領域についてのパターン適性
度指標値として変化率、特徴量による判定、さらにパタ
ーンマッチングによる判定処理を行なう態様である。

【０１１８】まず、図７を用いて、二値画像ｆ（ｘ，
ｙ）から一部領域（ウィンドー）のパターンを抽出し
て、パターン変化率パラメータを用いるランダム画像パ
ターンの評価方法を説明する。

【０１１９】図７のステップ７０１において、サイズが
ＸＳＩＺＥ×ＹＳＩＺＥの二値画像ｆ（ｘ，ｙ）を取得
する。例えば図７右上に示すランダムパターンである。

【０１２０】ステップ７０２では、評価基準サイズとし
て適用されるウィンドーのサイズ：Ｎｘ×Ｎｙを設定す
る。例えば図７右下に示すＮｘ×Ｎｙのウィンドーであ
る。ステップ７０３では、ウィンドーの位置を設定する
座標ｘｍ，ｙｍを設定する。これらの座標は、ｘ座標
値：ｘｍ＝Ｎｘ／２、ｙ座標値：ｙｍ＝Ｎｙ／２として
設定される。

【０１２１】次に、ステップ７０４において、（ｘｍ，
ｙｍ）によって定義されるウィンドーの変化率γｍを以
下の式に従って求める。

【０１２２】

【数３】

【０１２３】次に、ステップ７０５において、（ｘｍ，
ｙｍ）によって定義されるウィンドーのパターン適性度
指標値としての変化率γｍと予め定めた閾値Ｔ２との比
較を実行して、変化率γｍが閾値Ｔ２より大であれば、
そのウィンドーは十分なランダム性を有する二値画像で
あると判定され、ステップ７０６において、さらに比較
すべきウインドゥ領域があるか否かを判定して、ある場
合は、ステップ７０８に進み、ｘｍ，ｙｍを更新して、
新たなウィンドー領域の変化率の算出および閾値との比
較を実行する。

【０１２４】ステップ７０５における判定がＮｏ、すな
わち変化率γｍが予め定めた閾値Ｔ２より大でないと判
定された場合には、生成された二値画像における当該ウ
ィンドーが投光に不適切な周期成分を含むと判定され、
ステップ７０７に進み、投光パターンとして不適切であ
ると判定し、ステップ７０９において評価処理を終了す
る。

【０１２５】このように投光パターンとして不適切であ
るとの判定がなされた場合において、新たなランダムパ
ターンが必要である場合は、先に説明した図６のステッ
プ６０８において標準偏差ｓ、または閾値Ｔを変更して
新たな二値画像ｆ’（ｘ，ｙ）の生成処理を行なうこと
になる。

【０１２６】図７のフローにおいて、ステップ７０５の
評価判定がすべてＹｅｓとなり、評価ウィンドーが終了
した場合は、ステップ７０９に進み、評価が終了し、生
成された二値画像ｆ（ｘ，ｙ）が投光パターンとして適
切であると判定する。

【０１２７】次に、図８を用いて、二値画像ｆ（ｘ，
ｙ）から一部領域（ウィンドー）のパターンを抽出し
て、パターンの特徴量パラメータを用いるランダム画像
パターンの評価方法を説明する。

【０１２８】図８のステップ８０１において、サイズが
ＸＳＩＺＥ×ＹＳＩＺＥの二値画像ｆ（ｘ，ｙ）を取得
する。例えば図８右上に示すランダムパターンである。

【０１２９】ステップ８０２では、評価基準サイズとし
て適用されるウィンドーのサイズ：Ｎｘ×Ｎｙを設定す
る。例えば図８右下に示すＮｘ×Ｎｙのウィンドーであ
る。ステップ８０３では、ウィンドーの位置を設定する
座標ｘｍ，ｙｍを設定する。これらの座標は、ｘ座標
値：ｘｍ＝Ｎｘ／２、ｙ座標値：ｙｍ＝Ｎｎ／２として
設定される。

【０１３０】次に、ステップ８０４において、（ｘｍ，
ｙｍ）によって定義されるウィンドーの特徴行列Ｒを以
下の式に従って求める。

【０１３１】

【数４】

【０１３２】次に、ステップ８０５において、特徴行列
Ｒの固有値：λｍ１、λｍ２を求め、ステップ８０６に
おいて、（ｘｍ，ｙｍ）によって定義されるウィンドー
の特徴行列Ｒの固有値：λｍ１、λｍ２から求められる
パターン適性度指標値としての特徴量：λ＝ｍｉｎ（λ
ｍ１，λｍ２）と予め定めた閾値λＴとの比較を実行し
て、特徴量：λが閾値λＴより大であれば、そのウィン
ドーは十分なランダム性を有する二値画像であると判定
され、ステップ８０７において、さらに比較すべきウイ
ンドー領域があるか否かを判定して、ある場合は、ステ
ップ８０９に進み、ｘｍ，ｙｍを更新して、新たなウィ
ンドー領域の特徴量の算出および閾値との比較を実行す
る。

【０１３３】ステップ８０６における判定がＮｏ、すな
わち特徴量：λが予め定めた閾値λＴより大でないと判
定された場合には、生成された二値画像における当該ウ
ィンドーが投光に不適切な周期成分を含むと判定され、
ステップ８０８に進み、投光パターンとして不適切であ
ると判定し、ステップ８１０において評価処理を終了す
る。

【０１３４】このように投光パターンとして不適切であ
るとの判定がなされた場合において、新たなランダムパ
ターンが必要である場合は、先に説明した図６のステッ
プ６０８において標準偏差ｓ、または閾値Ｔを変更して
新たな二値画像ｆ’（ｘ，ｙ）の生成処理を行なうこと
になる。

【０１３５】図８のフローにおいて、ステップ８０６の
評価判定がすべてＹｅｓとなり、評価ウィンドーが終了
した場合は、ステップ８１０に進み、評価が終了し、生
成された二値画像ｆ（ｘ，ｙ）が投光パターンとして適
切であると判定する。

【０１３６】次に、図９を用いて、二値画像ｆ（ｘ，
ｙ）から一部領域（ウィンドー）のパターンを複数抽出
して、ウィンドー間のマッチングスコアを用いてランダ
ム画像パターンの評価を行なう方法を説明する。前述の
図７、図８の処理フローでは１つの部分領域における画
像の特徴について評価していたが、ここでは、異なる部
分領域間において、類似するパターンが存在するか否か
を判定して、類似パターンがあると判定された場合は、
投光パターンとしては不適切であるとの判定を行なうも
のである。

【０１３７】図９のステップ９０１において、サイズが
ＸＳＩＺＥ×ＹＳＩＺＥの二値画像ｆ（ｘ，ｙ）を取得
する。

【０１３８】ステップ９０２では、評価基準サイズとし
て適用されるウィンドーのサイズ：Ｎｘ×Ｎｙを設定す
る。例えば図９右下に示すＮｘ×Ｎｙのウィンドーであ
る。この場合比較対象となるウィンドーも同一サイズの
ウィンドーとして設定される。ステップ９０３では、ウ
ィンドーの位置を設定する座標ｘｍ，ｙｍを設定する。
これらの座標は、ｘ座標値：ｘｍ＝Ｎｘ／２、ｙ座標
値：ｙｍ＝Ｎｎ／２として設定される。

【０１３９】次に、ステップ９０４において、画像内の
２つのウィンドーのパターンＰ１（ｉ，ｊ）とＰ２
（ｉ，ｊ）との領域間相関値がパターン適性度指標値と
して以下の式に従って求められる。

【０１４０】

【数５】

【０１４１】次に、ステップ９０５において、上記式に
従って求められるパターン適性度指標値としての相関値
ｒｍと予め定めた閾値Ｔ３との比較を実行して、相関値
ｒｍが閾値Ｔ３より小であれば、ステップ９０４で比較
した２つのウィンドーは不適切な類似パターンを有さな
い画像であると判定され、ステップ９０６において、さ
らに比較すべきウインドゥ領域があるか否かを判定し
て、ある場合は、ステップ９０８に進み、ｘｍ，ｙｍを
更新して、新たなウィンドー領域を設定してステップ９
０４以下のパターンマッチング処理を行なう。

【０１４２】ステップ９０５における判定がＮｏ、すな
わち相関値ｒｍが予め定めた閾値Ｔ３より小でないと判
定された場合には、ステップ９０４で比較した２つのウ
ィンドーは不適切な類似パターンを有すると判定され、
ステップ９０７に進み、投光パターンとして不適切であ
ると判定し、ステップ９０９において評価処理を終了す
る。

【０１４３】このように投光パターンとして不適切であ
るとの判定がなされた場合において、新たなランダムパ
ターンが必要である場合は、先に説明した図６のステッ
プ６０８において標準偏差ｓ、または閾値Ｔを変更して
新たな二値画像ｆ’（ｘ，ｙ）の生成処理を行なうこと
になる。

【０１４４】図９のフローにおいて、ステップ９０５の
評価判定がすべてＹｅｓとなり、評価ウィンドーが終了
した場合は、ステップ９０９に進み、評価が終了し、生
成された二値画像ｆ（ｘ，ｙ）が投光パターンとして適
切であると判定する。

【０１４５】以上では、主として二値画像によるパター
ンを投光する例について説明したが、二値画像ではなく
濃淡パターンを投光する場合におけるパターン生成処理
とそのパターン評価方法の例について、以下説明する。

【０１４６】まず、濃淡画像によるランダムパターンの
生成処理フローを図１０に示す。図１０のフローの各ス
テップについて説明する。まず、ステップ１００１、ス
テップ１００２において濃淡パターンを生成する画像領
域の座標値の初期値をｉ＝０，ｊ＝０として設定する。

【０１４７】次に、ステップ１００３において、０−１
間の一様乱数を発生し、これを配列ａ［ｎ］として格納
する。さらに、ステップ１００４において、ステップ１
００３で発生した一様乱数の配列ａ［ｎ］に基づいて標
準偏差ｓ、平均値ａｍとなる正規乱数Ｒを発生し、設定
した座標（ｉ，ｊ）に対応する濃淡データをＲ＝ｆ
（ｉ，ｊ）として設定する。これが座標（ｉ，ｊ）の濃
淡値となる。

【０１４８】ステップ１００５、ステップ１００６で
は、濃淡値を設定した座標と、投光パターン画像の設定
サイズとの比較を実行して濃淡値の未設定領域の有無を
判定する。未設定領域がある場合は、それぞれステップ
１００７、ステップ１００８で座標を更新し、さらに、
ステップ１００３以降の処理を繰り返し実行して、各座
標の濃淡値を乱数に基づいて設定する。ＸＳＩＺＥ×Ｙ
ＳＩＺＥの領域に含まれる座標すべての濃淡値が決定さ
れると、ステップ１００９に進み、濃淡データからなる
投光パターンの生成処理が終了する。

【０１４９】なお、乱数の発生方法としては様々な手法
が適用可能である。図１０のフロー中に示す方法は一例
を示しているにすぎず、本発明に適用される乱数発生方
法は図１０に示した方法に限定されるものではない。

【０１５０】図１０のフローにしたがって生成されたラ
ンダムパターンは、二値画像パターンではなく、濃淡値
をもっているので、濃淡パターン画像としてのパターン
としての適性度を評価することが必要となる。

【０１５１】濃淡値を有する投光パターンの評価処理フ
ローを図１１に示す。図１１は、図１１の右上に示す濃
淡画像ｆ（ｘ，ｙ）から、例えば図１１の右下に示す一
部領域（ウィンドー）のパターンを抽出して分散値を求
めて濃淡画像パターンを評価する方法を示したものであ
る。

【０１５２】図１１のステップ１１０１において、サイ
ズがＸＳＩＺＥ×ＹＳＩＺＥの濃淡画像ｆ（ｘ，ｙ）を
取得する。例えば図１１右上に示す濃淡パターンであ
る。

【０１５３】ステップ１１０２では、評価基準サイズと
して適用されるウィンドーのサイズ：Ｎｘ×Ｎｙを設定
する。例えば図１１右下に示すＮｘ×Ｎｙのウィンドー
である。ステップ１１０３では、ウィンドーの位置を設
定する座標ｘｍ，ｙｍを設定する。これらの座標は、ｘ
座標値：ｘｍ＝Ｎｘ／２、ｙ座標値：ｙｍ＝Ｎｙ／２と
して設定される。

【０１５４】次に、ステップ１１０４において、（ｘ
ｍ，ｙｍ）によって定義されるウィンドー内の分散値σ
ｍを以下の式に従って求める。

【０１５５】

【数６】

【０１５６】次に、ステップ１１０５において、（ｘ
ｍ，ｙｍ）によって定義されるウィンドーのパターンと
しての適性度を示すパターン適性度指標値としての分散
値σｍと予め定めた閾値σＴとの比較を実行して、分散
値σｍが閾値σＴより大であれば、そのウィンドーは十
分なランダム性を有する濃淡画像であると判定され、ス
テップ１１０６において、さらに比較すべきウインドゥ
領域があるか否かを判定して、ある場合は、ステップ１
１０８に進み、ｘｍ，ｙｍを更新して、新たなウィンド
ー領域の分散値の算出および閾値との比較を実行する。

【０１５７】ステップ１１０５における判定がＮｏ、す
なわち分散値σｍが予め定めた閾値σＴより大でないと
判定された場合には、生成された濃淡画像における当該
ウィンドーが投光に不適切であると判定され、ステップ
１１０７に進み、投光パターンとして不適切であると判
定し、ステップ１１０９において評価処理を終了する。

【０１５８】このように投光パターンとして不適切であ
るとの判定がなされた場合において、新たなランダムパ
ターンが必要である場合は、先に説明した図１０のステ
ップ１００４において標準偏差ｓを変更して新たな濃淡
画像の生成処理を行なうことが可能である。

【０１５９】図１１のフローにおいて、ステップ１１０
５の評価判定がすべてＹｅｓとなり、評価ウィンドーが
終了した場合は、ステップ１１０９に進み、評価が終了
し、生成された濃淡画像ｆ（ｘ，ｙ）が投光パターンと
して適切であると判定する。

【０１６０】図１２は、上述した方法によって生成され
た投光用画像パターンを対象（平面）に投光し、観測さ
れた２枚の画像から距離画像を求めた例を示した図であ
る。図１２（ａ）は、上述した本発明のランダムパター
ン生成方法に従って生成したランダム点群からなる投光
用画像パターンを示す。図１２（ｂ）（ｃ）は、そのパ
ターンを測定対象である無地の壁に投光し、それぞれカ
メラ１とカメラ２（例えば、基準カメラと参照カメラ）
により観測された画像である。

【０１６１】図１２（ｄ）は、結果として得られる測定
対象である無地の壁の距離画像である。この距離画像
は、基準カメラ画像における任意のＮｘ×Ｎｙウィンド
ー内のパターンを用いて、参照カメラ画像におけるエピ
ポーラライン上の対応付け、すなわち基準カメラ画像に
おける任意のＮｘ×Ｎｙウィンドー内のパターンと同様
のパターンが参照カメラ画像のエピポーラライン上のど
の部分に表れるかを求めることによって視差データを取
得し、その視差データに基づいて得られる距離画像であ
る。図１２（ｄ）の距離画像は、測定対象である無地の
壁に一律の距離データが反映されており、この結果は測
定対象が無地の壁でも、本発明のランダムパターン生成
方法に従って生成したランダム点群からなる投光用画像
パターンを投光することによって、カメラとの距離を精
度良く計測することを示している。

【０１６２】図１３は、上述のランダム点群からなる画
像パターンを顔に投光し、基準カメラと参照カメラによ
り観測されたステレオ画像から求められた距離画像の計
測結果の例を模式的に示した概念図である。

【０１６３】図１３（ａ）は、上述した本発明のランダ
ムパターン生成方法に従って生成したランダム点群から
なる投光用画像パターンを示す。図１３（ｂ）は、その
パターンを測定対象である顔に投光した模式図である。

【０１６４】図１３（ｃ）（ｄ）は、測定対象である顔
に投光用画像パターン投光し、それぞれ基準カメラと参
照カメラにより観測された画像である。

【０１６５】図１３（ｅ）は、結果として得られる測定
対象である顔の距離画像である。この距離画像は、説明
のために抽象的に示す概念図であり、実際のものとは異
なるが本発明のランダムパターン生成方法に従って生成
したランダム点群からなる投光用画像パターンを投光し
た場合の対応点付け処理においてはミスマッチングの発
生可能性が低減され、測定対象のほぼ全ての面で正確な
距離が求められる。すなわち基準カメラから測定対象で
ある顔の各部位までの距離に応じた濃淡が示される精度
の高い距離画像が得られる。本発明のランダムパターン
生成方法を用いることにより、測定対象が人の顔のよう
な特徴がはっきりしない対象であっても、基準カメラ画
像と参照カメラ画像との対応点付け処理においてミスマ
ッチングが発生する可能性が低減され、距離画像（また
は３次元形状）を高精度に生成することができる。

【０１６６】なお、上述の実施例では、画像撮り込みを
行なうカメラを２台として、２つの投光パターン画像か
ら距離画像を求める構成について説明したが、さらに３
台以上のカメラを用いたマルチベースラインステレオシ
ステム（例えば特開平１０−２８９３１５号に開示）に
おいて本実施例を適用することも可能である。また、固
定されたカメラ装置群ではなく、一台一台を自由に動か
すことの出来るカメラ群を用いてステレオ撮影するよう
な場合にも、本発明のランダムパターン生成装置とその
方法は適用可能である。

【０１６７】［距離画像生成装置−実施例１］次に、上
述のランダムパターン生成装置、方法を適用した距離画
像生成装置および距離画像生成方法について説明する。

【０１６８】図１４に、本発明の距離画像生成装置の構
成ブロック図を示す。距離画像生成装置は、先に説明し
たステレオ画像法を適用して計測対象の三次元形状を計
測するものであり、立体形状を持つ、例えば人の顔等の
被測定対象物に対して角度の異なる位置に配置した２つ
のカメラ、いわゆる基準カメラと参照カメラを用いて像
を撮り込み、これら２つのカメラの撮影する画像に基づ
いて図１で説明したステレオ画像法に基づいて被測定対
象物の表面形状を計測する。

【０１６９】前述した本発明のランダムパターン生成装
置は、図１４における投光パターン生成装置１２１１に
相当する。投光パターン生成装置１２１１において生成
されたランダムパターンは、投光パターン照射手段１２
１２において照射される。この投光パターンは一様乱数
や正規乱数に基づく非周期的投光パターンである。

【０１７０】投光パターン評価手段１２１０は、基準カ
メラ２０１、参照カメラ２０４によって撮影された投光
パターン画像の少なくともいずれか一方の画像の評価を
実行する。この画像評価は、前述のランダムパターン生
成装置に関する説明中で述べた図５の構成、および図６
〜図９の評価フローにおける評価を基準カメラ２０１、
または参照カメラ２０４によって撮影された投光パター
ン画像に適用して実行される。または、投光パターンと
して濃淡画像を使用することも可能であり、図１０、図
１１の処理にしたがって、投光パターンの生成、および
評価を実行してもよい。

【０１７１】すなわち、例えば、投光パターン評価手段
１２１０が、図１４の基準カメラ２０１の撮り込んだ投
光パターン画像について図６の評価フローに従って評価
を行なう場合は、フレームメモリ１ａ，２０３からの画
像を図６の評価フローのステップ６０５に従って、撮り
込み画像ｐ（ｉ，ｊ）、または撮り込み画像ｐ（ｉ，
ｊ）を所定の閾値Ｔｐで処理して得られる二値画像ｐ’
（ｉ，ｊ）の変化率ｒをパターンとしての適性度を示す
パターン適性度指標値として算出して、ステップ６０６
の閾値との比較を実行して適切な投光パターンであるか
否かの判定を行なう。

【０１７２】また、先に説明した図７の評価フローに従
って基準カメラ２０１、または参照カメラ２０４によっ
て撮影された投光パターン画像の評価を行なう場合は、
撮り込み画像ｐ（ｉ，ｊ）、または撮り込み画像ｐ
（ｉ，ｊ）を所定の閾値Ｔｐで処理して得られる二値画
像ｐ’（ｉ，ｊ）をステップ７０１に示される二値画像
として、図７に示す以下のステップ７０２〜７０９を実
行して、各ウィンドーの変化率ｒｍをパターンとしての
適性度を示すパターン適性度指標値として算出して評価
を行なう。

【０１７３】また、先に説明した図８の評価フローに従
って基準カメラ２０１、または参照カメラ２０４によっ
て撮影された投光パターン画像の評価を行なう場合は、
撮り込み画像ｐ（ｉ，ｊ）、または撮り込み画像ｐ
（ｉ，ｊ）を所定の閾値Ｔｐで処理して得られる二値画
像ｐ’（ｉ，ｊ）をステップ８０１に示される二値画像
として、図８に示す以下のステップ８０２〜８１０を実
行して、各ウィンドーの特徴行列Ｒの固有値をパターン
としての適性度を示すパターン適性度指標値として求
め、これを閾値と比較して評価を行なう。

【０１７４】また、先に説明した図９の評価フローに従
って基準カメラ２０１、または参照カメラ２０４によっ
て撮影された投光パターン画像の評価を行なう場合は、
撮り込み画像ｐ（ｉ，ｊ）、または撮り込み画像ｐ
（ｉ，ｊ）を所定の閾値Ｔｐで処理して得られる二値画
像ｐ’（ｉ，ｊ）をステップ９０１に示される二値画像
として、図９に示す以下のステップ９０２〜９０９を実
行して、異なるウィンドー間のマッチング率を求め、こ
れをパターンとしての適性度を示すパターン適性度指標
値として閾値と比較して評価を行なう。

【０１７５】また、上記以外にもパターン画像の分散値
（図１１参照）を使用した評価も可能であり、さらに投
光パターンとして濃淡画像を使用する場合には、図１
０、図１１の処理にしたがって、投光パターンの生成、
および評価処理を実行する。

【０１７６】なお、投光パターン評価手段１２１０は、
基準カメラ２０１の撮り込み画像、参照カメラ２０２の
撮り込み画像のいずれか一方を評価する構成であって
も、あるいは両画像の評価を行なう構成としてもよい。

【０１７７】上述の各種評価方法によって投光パターン
として不適切であると判定された場合は、図１４の投光
パターン生成手段１２１１において、当該パターンの使
用を中止し、新たな投光パターンを選択、または生成し
て測定対象に照射する。

【０１７８】投光パターン生成装置１２１１は、異なる
非周期パターンを予めスライド等に形成した投光パター
ンスライドを複数有し、これら複数の投光パターンから
順次投光パターンを選択して照射し、投光パターン評価
手段１２１０において投光パターンとして適切であると
認められたものを最終的な投光パターン、すなわち距離
画像を生成するためのパターンとして選択する。あるい
は、投光パターン照射手段１２１２が透過型液晶表示素
子を有し、投光パターン生成装置１２１１が透過型液晶
表示素子を制御して動的にランダムパターンを生成して
投影する構成としてもよい。動的なランダムパターン生
成手法については、図１５を用いて詳細に説明する。

【０１７９】投光パターン評価手段１２１０において投
光パターンとして適切であると認められた場合は、その
結果が画像対応付け手段２０５に通知され、その投光パ
ターンにおいて計測対象とともに基準カメラ２０１と参
照カメラ２０２により撮影され、フレームメモリ２０
３、２０４に格納された画像に基づいて、画像間対応付
け手段２０５が投光パターン画像間の対応付け処理を行
なう。すなわち、基準カメラ２０１の撮影した画像の各
画素に対する参照カメラ２０２の撮影した参照画像の画
素の対応付け処理を行ない、基準画像に対する参照画像
の視差データを距離画像生成手段２０６に出力し、距離
画像生成手段２０６が距離画像の生成処理を実行する。

【０１８０】本発明の距離画像生成装置において、距離
画像の生成される際に使用される投光パターンは、投光
パターン生成手段１２１１によって生成または選択さ
れ、投光パターン評価手段１２１０において適切である
と認められた投光パターンであるので、画像の対応付け
処理においてミスマッチングの発生が抑制されることと
なり、画像間対応付け手段２０５における画像間の対応
付け処理、および距離画像生成手段２０６における距離
画像生成処理が高精度に行われる。

【０１８１】なお、図１４に示す構成の各ブロックにお
ける処理、およびブロック間データ転送制御等は、図示
しない制御手段によって制御され、所定のメモリ、例え
ばＲＡＭ，ＲＯＭ等の半導体メモリ、磁気ディスク、光
ディスク等の記憶媒体に記録された制御プログラムによ
って制御することができる。また、図示しない入力手段
によってユーザがコマンド、パラメータ等を入力して各
制御態様を変更することが可能である。

【０１８２】次に、投光パターン照射手段１２１２が透
過型液晶表示素子を有し、投光パターン生成装置１２１
１が透過型液晶表示素子を制御して動的にランダムパタ
ーンを生成して投影する構成ブロック図を図１５に示
す。

【０１８３】図１５に示されるように、投光パターン照
射手段１２１２は透過型液晶表示素子１３２０を有し、
光源１３２１からの光が透過型液晶表示素子１３２０を
介して測定対象２００に照射される。

【０１８４】投光パターン生成手段１２１１は、液晶制
御手段１３０７を有し、液晶制御手段１３０７が透過型
液晶表示素子１３２０に様々な非周期パターンを形成す
る制御を実行する。また、投光パターン生成手段１２１
１は、先にランダムパターン生成装置の説明中で用いた
図５の構成部５０１〜５０４，５０７，５０８と同様の
構成を持ち、例えば２値の一様乱数を発生する一様乱数
発生手段１３０１、一様乱数発生手段１３０１において
発生した一様乱数に基づいて、予め設定された標準偏差
ｓ、平均値ａｍに基づいて正規乱数Ｒｋを発生する正規
乱数発生手段１３０２、正規乱数発生手段１３０２にお
いて発生された正規乱数Ｒｋに基づいて画像ｒｄ＿ｉｍ
［ｋ］を生成する画像生成手段１３０３、予め定めた閾
値Ｔにより画像ｒｄ＿ｉｍ［ｋ］の二値化処理を行な
い、二値画像ｆ（ｉ，ｊ）を生成する二値画像生成手段
１３０４を有する。

【０１８５】液晶制御手段１３０７は、二値画像生成手
段１３０４の生成した二値画像に対応するパターンを形
成するように透過型液晶表示素子１３２０を制御する。

【０１８６】標準偏差ｓは、標準偏差設定手段１３０５
において様々な値を設定可能であり、設定された標準偏
差に基づいて様々な正規乱数が正規乱数発生手段１３０
２において発生可能であり、閾値Ｔについても閾値設定
手段１３０６において様々な値を設定可能であり、これ
ら各種設定値に基づいて様々な二値画像が二値画像生成
手段１３０４において生成される。

【０１８７】一方、投光パターン評価手段１２１０は、
基準カメラ２０１の撮り込み画像、参照カメラ２０２の
撮り込み画像をフレームメモリ１ａ，２０３、フレーム
メモリ１ａ，２０４を介して受信し、撮影画像変化率検
出手段１３０８において撮り込み画像ｐ（ｉ，ｊ）、ま
たは撮り込み画像ｐ（ｉ，ｊ）を所定の閾値Ｔｐで処理
して得られる二値画像ｐ’（ｉ，ｊ）の変化率ｒをパタ
ーンとしての適性度を示すパターン適性度指標値として
算出する。さらに変化率判定手段１３０９が予め定めた
閾値Ｔ１との比較処理を実行して適切な投光パターンで
あるか否かの判定を行なう。

【０１８８】変化率判定手段１３０９における判定結果
は、投光パターン生成手段１２１１にフィードバックさ
れ、比較結果が不適切な投光パターンであると判定した
場合には、投光パターン生成手段１２１１の閾値Ｔ設定
手段１３０６、または標準偏差ｓ設定手段１３０５にお
いて新たな閾値Ｔ、または標準偏差ｓが設定されて新た
な二値画像が生成される。この新たな二値画像に基づく
パターンが液晶制御手段１３０７の制御のもとに投光パ
ターン照射手段１２１２中の透過型液晶表示素子１３２
０に形成される。

【０１８９】変化率判定手段１３０９における比較結果
が適切な投光パターンであると判定した場合には、図１
５には示されていないが、図１４で説明したように画像
対応付け手段２０５に通知され、各フレームメモリに格
納された画像データに基づく対応付け処理が開始され
る。

【０１９０】なお、図１５においては、投光パターン評
価手段１２１０が、先のランダムパターン生成装置の説
明における図５、６の画像評価構成を採用したものにつ
いて示したが、この評価構成に限らず、図７で説明した
各ウィンドーの変化率ｒｍに基づく評価、図８で説明し
た各ウィンドーの特徴行列の固有値に基づく評価、図９
で説明した２つのウィンドー間のマッチング率に基づく
評価構成のいずれを適用することも可能である。

【０１９１】図１６に本発明の距離画像生成装置におけ
る投光パターン決定処理フローを示す。以下、図１６の
各ステップについて図１４、図１５を参照しながら、そ
の処理を説明する。

【０１９２】ステップ１４０１は、測定対象２００に投
影する投光パターンを設定するステップである。投光パ
ターン生成手段１２１１が、予め複数の非周期パターン
を形成したスライドを有する場合は、その中から１つの
スライドを投光パターンとして選択する。投光パターン
生成手段１２１１が透過型液晶表示素子１３２０を有す
る場合は、投光パターン生成手段１２１１が図１５に示
す二値画像生成手段１３０４で生成した二値画像に基づ
くパターンを透過型液晶表示素子１３２０に形成するよ
うに液晶制御手段１３０７によって制御する。

【０１９３】ステップ１４０２は測定対象２００にある
投光パターンを照射して、基準カメラ２０１、参照カメ
ラ２０２を用いて撮影するステップである。各カメラで
撮影された画像は、フレームメモリ１ａ，２０３、フレ
ームメモリ２ａ，２０４に格納される。

【０１９４】ステップ１４０３は、撮影された画像に基
づく投光パターンの評価処理ステップである。投光パタ
ーン評価手段１２１０において、撮影された画像に基づ
く投光パターンの評価処理が実行される。これら評価処
理は、先に説明した図５〜図９の評価処理構成を適用し
て行なわれる。

【０１９５】ステップ１４０４は、投光パターン評価手
段１２１０における評価処理において投光パターンとし
て不適切な部分があるか否かを判定するステップであ
り、不適切な部分がない場合は、ステップ１４０５に進
み、画像間対応付け手段２０５、距離画像生成手段にお
いて撮り込み画像に基づく画像間対応付け処理および距
離画像生成処理が実行される。

【０１９６】ステップ１４０４における判定がＮｏ、す
なわち投光パターン評価手段１２１０における評価処理
において投光パターンとして不適切な部分があると判定
された場合は、ステップ１４０６に進み、新たな投光パ
ターンの生成、または選択処理がなされ、さらにステッ
プ１４０１以下の処理、すなわち新たな投光パターンの
照射、撮影、評価処理が実行される。

【０１９７】本発明の距離画像生成装置における、実際
の画像取得例を図１７に示す。図１７は測定対象に予め
模様が付されており、この模様の付された測定対象に非
周期投光パターンを照射して撮影すると、撮影結果が測
定対象の本来の模様と投光パターンの重なりが発生して
対応付け処理が困難になる例を示したものである。

【０１９８】図１７（ａ）が測定対象に付されている模
様であり、（ｂ）が最初の投光パターンである。投光パ
ターン自体は非周期なものであるが、この非周期パター
ンが、測定対象に投光し（ｃ）、これを撮影すると、
（ｄ）のように測定対象の本来の模様と投光パターンの
重なりが発生して対応付け処理が困難になる。図１４ま
たは１３で示す投光パターン評価手段は、この図１７
（ｄ）に示す画像の評価を、前述のように例えば図５〜
９で説明した各方法で行なう。

【０１９９】図１７（ｄ）に示す画像の評価は、投光パ
ターンとして不適切であるとの評価となるので、投光パ
ターン生成手段１２１１は、新たな投光パターン（ｅ）
を生成して、測定対象に投光（ｆ）して、その結果
（ｇ）を得る。この画像（ｇ）についても評価処理がな
され、評価の結果が適切であると判定されることによ
り、対応付け処理、距離画像生成処理が開始される。

【０２００】本発明の距離画像生成装置は、上述のよう
に、投光パターンを、その撮影画像に基づいて評価・検
討して、ミスマッチングの発生が抑制された適正な投光
パターン照射画像についての距離画像生成が可能な構成
としたので、より高精度な距離画像を得ることができ
る。

【０２０１】また、不適切な投光パターン、すなわち対
応付け処理においてミスマッチングが多く発生するよう
な投光パターン画像についての対応点付け処理、距離画
像生成処理を行なう以前に、適切な投光パターンを選択
することが可能となるので、処理の複雑な対応点付け処
理、距離画像生成処理を何度も繰り返して行なう必要な
く１回のみの処理で高精度な距離画像を得ることができ
る。

【０２０２】なお、上述の実施例では、画像撮り込みを
行なうカメラを２台として、２つの投光パターン画像か
ら距離画像を求める構成について説明したが、さらに３
台以上のカメラを用いたマルチベースラインステレオシ
ステム（例えば特開平１０−２８９３１５号に開示）に
おいて本実施例を適用することも可能であり、各カメラ
における取り込み画像のいずれか、または複数の画像に
対して上述の評価を実行する構成としてもよい。

【０２０３】また、固定されたカメラ装置群ではなく、
一台一台を自由に動かすことの出来るカメラ群を用いて
ステレオ撮影するような場合にも、本発明の構成は適応
でき、各カメラの移動後の撮影画像の評価が容易に実行
可能であり、任意の位置にカメラを設定することが容易
となる。

【０２０４】［距離画像生成装置−実施例２］上述の距
離画像生成装置の実施例１の構成は、取得投光パターン
画像の評価を距離画像生成以前に実行する構成である
が、実際に距離画像を生成してそのミスマッチング領域
の有無を判定して、その判定に基づいて新たな投光パタ
ーンを生成する構成について実施例２として説明する。

【０２０５】距離画像は、例えば基準カメラと測定対象
との距離値を撮影画像の各画素に例えば濃淡値として反
映させた画像データであり、三次元グラフィックデータ
の生成等に用いられる。前述の実施例１では、距離画像
の生成ステップ以前に投光パターンの適性を判定する構
成であったが、実際の距離画像においてミスマッチング
領域が検出される可能性を皆無にすることは保証される
ものではなく、そこで実施例２では、距離画像生成後に
ミスマッチング領域が検出された場合に、さらに新たな
投光パターンを照射してミスマッチング領域を削減した
高精度な距離画像を得る構成を提供する。なお、ミスマ
ッチング領域とは、距離画像において、正確な距離を示
していない画素領域であり、画像間対応付け処理が正確
に実行されなかった場合に発生する。

【０２０６】実施例２の構成を図１８に示す。実施例１
と異なる点は、ミスマッチング領域検出手段１６０１で
あり、ミスマッチング領域検出手段１６０１は、距離画
像生成手段２０６によって生成された距離画像を格納し
た画像メモリ２０７から距離画像を取得してミスマッチ
ング領域を検出する。

【０２０７】ミスマッチング領域検出手段１６０１によ
って距離画像中にミスマッチング領域が検出された場合
は、投光パターン生成手段１６０２に通知され、新たな
投光パターンが生成、または選択され、投光パターン照
射手段１６０３によって新たな投光パターンが照射され
る。投光パターン照射手段１６０３の構成は、実施例１
と同様であり、説明を省略する。

【０２０８】投光パターン生成手段１６０２は、測定対
象に対して投光するパターンを生成する構成を持ち、乱
数を用いた異なる複数の非周期的投光パターンを生成可
能である。さらに、実施例１における投光パターン評価
手段と同様の評価構成を持ち、生成した投光パターンに
ついてパターンとしての適性度を示すパターン適性度指
標値に基づく判定を行なって判定の良好なもののみを投
光パターンとして設定する。

【０２０９】すなわち、生成投光パターンのパターンと
しての適性度を示すパターン適性度指標値、例えば前述
した変化率、特徴量、分散値等を算出し、算出したパタ
ーンとしての適性度を示すパターン適性度指標値を予め
定めた閾値と比較することで距離画像生成用投光パター
ンとしての適性を判定し、適性ありと判定されたパター
ンのみを投光パターンとして設定する。従って、投光パ
ターン生成手段１６０２によって生成され、投光パター
ン照射手段１６０３によって照射される投光パターンは
基本的に周期性を生じにくい投光パターンとなる。

【０２１０】ミスマッチング領域検出手段１６０１の処
理を中心として、以下実施例２の構成を説明する。図１
９に本実施例の距離画像生成装置の処理フローを示す。

【０２１１】ステップ１７０１は、測定対象２００に投
影する投光パターンを設定するステップである。投光パ
ターン生成手段１６０２が、予め複数の非周期パターン
を形成したスライドを有する場合は、その中から１つの
スライドを投光パターンとして選択する。投光パターン
生成手段１６０２が、図１５で説明した透過型液晶表示
素子を有する場合は、投光パターン生成手段１６０２が
図１５に示す二値画像生成手段１３０４で生成した二値
画像に基づくパターンを透過型液晶表示素子１３２０に
形成するように液晶制御手段１３０７によって制御す
る。

【０２１２】ステップ１７０２は投光パターン画像に基
づく距離画像の生成処理ステップであり、基準カメラ２
０１、参照カメラ２０２で撮影された画像、すなわちフ
レームメモリ１ａ，２０３、フレームメモリ２ａ，２０
４に格納された画像に基づいて、画像間対応付け手段２
０５、距離画像生成手段２０６において実行される。

【０２１３】ステップ１７０３は、生成された距離画像
に基づくミスマッチング領域の検出処理であり、ミスマ
ッチング領域検出手段１６０１によって実行される。ミ
スマッチング領域の検出処理について、図２０、図２１
を用いて説明する。

【０２１４】図２０は、ミスマッチングの検出処理の概
略を示すものであり、ステップ１８０１において距離画
像のラベリング処理を実行し、ラベリング画像１８０２
を取得し、ラベリング画像１８０２に基づいて、ステッ
プ１８０３においてミスマッチング領域を検出する。

【０２１５】図２０に示すステップ１８０１におけるラ
ベリング処理の詳細処理フローを図２１に示す。まず、
図２１のステップ２１０１において、図１８に示すミス
マッチング領域検出手段１６０１は、画像メモリ２０７
から距離画像Ｄ１を読み出す。

【０２１６】ステップ２１０２において、ミスマッチン
グ領域検出手段１６０１は、ラベリング処理を開始する
座標を設定するための初期化処理として、ラベリング未
処理画素数ｋを初期化し、ミスマッチング領域検出手段
１６０１は、内蔵する座標記憶用バッファｘ［ｋ］，ｙ
［ｋ］を初期化する。

【０２１７】ステップ２１０３において、ミスマッチン
グ領域検出手段１６０１は、距離画像Ｄ１の中の計測対
象（被写体）に対応する部分の任意の位置座標を注目画
素の座標（ｉ，ｊ）として設定する。

【０２１８】ステップ２１０４において、ミスマッチン
グ領域検出手段１６０１は、距離画像Ｄ１の注目画素の
画素値ｇ（ｉ，ｊ）を抽出する。画素値ｇ（ｉ，ｊ）
は、画素（ｉ，ｊ）の距離値を示している。

【０２１９】次に、ステップ２１０５において、ミスマ
ッチング領域検出手段１６０１は、注目画素（ｉ，ｊ）
に隣接する画素の内の１つの未処理画素の画素値ｇ（ｉ
＋ｍ，ｊ＋ｎ）（ただしｍ，ｎ＝−１，０，１）を抽出
する。

【０２２０】ステップ２１０６において、ミスマッチン
グ領域検出手段１６０１は、注目する画素（ｉ，ｊ）の
画素値ｇ（ｉ，ｊ）が、ラベル値Ｌ０であるか否かを判
定し、さらに注目する画素の画素値ｇ（ｉ，ｊ）と隣接
する画素の画素値ｇ（ｉ＋ｍ，ｊ＋ｎ）の差の絶対値が
所定の閾値より小さいか否かを判定する。

【０２２１】この閾値との比較により、画素（ｉ，ｊ）
と隣接画素（ｉ＋ｍ，ｊ＋ｎ）の連続性が判定される。
すなわち画素（ｉ，ｊ）と隣接画素（ｉ＋ｍ，ｊ＋ｎ）
の画素値、ｇ（ｉ，ｊ）とｇ（ｉ＋ｍ，ｊ＋ｎ）との差
分が閾値より小さければその２つの画素は連続する領域
にあると判定され、閾値より大であれば不連続の領域で
あると判定する。

【０２２２】注目する画素の画素値ｇ（ｉ，ｊ）がＬ０
でなく、かつ、隣接する画素の画素値ｇ（ｉ＋ｍ．ｊ＋
ｎ）が画素値ｇ（ｉ，ｊ）に対して連続していると判定
された場合ステップ２１０７に進む。

【０２２３】ステップ２１０７において、ミスマッチン
グ領域検出手段１６０１は、ラベリング未処理画素数ｋ
を１だけインクリメントし、隣接する画素のｘ座標ｉ＋
ｍを座標記憶用バッファｘ［ｋ］に記憶し、ｙ座標ｊ＋
ｎを座標記憶用バッファｙ［ｋ］に記憶する。

【０２２４】ステップ２１０８において、ミスマッチン
グ領域検出手段１６０１は、注目する画素に隣接する８
つの全ての画素に対してステップ２１０５，２１０６の
処理を施したか否かを判定し、隣接する画素にステップ
２１０５，２１０６の処理を施していないものが存在す
ると判定した場合、ステップ２１０５に戻り、それ以降
の処理を繰り返す。その後、ステップ２１０８で、隣接
する８つの全ての画素に対してステップ２１０５，２１
０６の処理を施したと判定された場合、ステップ２１０
９に進む。

【０２２５】ステップ２１０９において、ミスマッチン
グ領域検出手段１６０１は、注目画素の画素値ｇ（ｉ，
ｊ）をラベル値Ｌ０に置換する。ここで、ラベル値Ｌ０
は、距離画像Ｄ１の測定対象（被写体）に対応する部分
の画素に対して付されるものである。

【０２２６】ステップ２１１０において、ミスマッチン
グ領域検出手段１６０１は、ラベリング未処理画素数ｋ
が０であるか否かを判定し、ラベリング未処理画素数ｋ
が０ではないと判定した場合、ステップ２１１１に進
む。

【０２２７】ステップ２１１１において、ミスマッチン
グ領域検出手段１６０１は、座標記憶用バッファｘ
［ｋ］に記憶されている値を注目画素のｘ座標とし、座
標記憶用バッファｙ［ｋ］に記憶されている値を注目画
素のｙ座標とする。これにより、先ほどまでの注目画素
に隣接し、かつ画素値が連続する画素が新たな注目画素
とされる。その後、ミスマッチング領域検出手段１６０
１は、ラベリング未処理画素数ｋを１だけインクリメン
トしてステップ２１０４に戻る。

【０２２８】その後、ステップ２１１０において、ラベ
リング未処理画素数ｋが０であると判定されるまで、ス
テップ２１０４以降の処理が繰り返され、ラベリング未
処理画素数ｋが０であると判定された場合、ステップ２
１１２に進む。ステップ２１１２において、ミスマッチ
ング領域検出手段１６０１は、距離画像Ｄ１の画素で画
素値がラベル値Ｌ０に置換されていない画素の画素値を
ミスマッチング領域であることを示すラベル値Ｌ１に置
換する。

【０２２９】上述のようなラベリング処理が終了する
と、距離画像Ｄ１において距離データが所定の閾値以下
の差分を有する連続領域には同一のラベルが付与され、
例えば図２０のラベリング画像１８０２が得られる。

【０２３０】ミスマッチング領域検出手段１６０１は、
同一ラベルが付与された画素に囲まれていて、かつ周囲
と異なるラベルが付与された小さな孤立領域が存在する
か否かを上記のラベル値にしたがって判定する。図２０
のラベリング画像１８０２では、領域Ｂ，Ｃ，Ｄがこれ
らの条件に該当し、この領域Ｂ，Ｃ，Ｄをミスマッチン
グ領域であると判定（ステップ１８０３）する。

【０２３１】図１９に戻って、さらに説明を続ける。上
述のようなミスマッチング領域検出処理の結果、ミスマ
ッチング領域が検出されなかった場合は、ステップ１７
０４の判定がＮｏとなり、ステップ１７０５に進み、生
成された距離画像が出力される。

【０２３２】また、ミスマッチング領域が検出された場
合は、ステップ１７０６に進み、新たな投光パターンの
生成、または選択処理がなされ、さらにステップ１７０
１以下の処理、すなわち新たな投光パターンに基づく距
離画像生成処理、ミスマッチング領域検出処理が実行さ
れる。新たな投光パターンの生成処理は、実施例１と同
様の処理であり、説明を省略する。

【０２３３】なお、図１９のステップ１７０４は、ミス
マッチング領域が検出されたか否かで処理を変更する構
成としてあるが、ある一定の閾値を定めて、ミスマッチ
ング領域が設定閾値以上の量を超える場合にのみ新たな
投光パターンに基づく距離画像生成処理を行なうように
構成してもよい。

【０２３４】本実施例の距離画像生成装置および方法に
よれば、生成された距離画像に基づくミスマッチング領
域を検出して新たな投光パターンの設定を行なう構成で
あり、また、投光パターン生成手段が生成し使用される
パターンは、変化率等の各種のパターンとしての適性度
を示すパターン適性度指標値に基づいて距離画像生成用
投光パターンとしての適性が良好であると判定されたパ
ターンのみとしたので、適切な距離画像の生成が可能で
あり、ミスマッチング領域の解消された高精度な距離画
像を出力することができる。

【０２３５】以上、特定の実施例を参照しながら、本発
明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨
を逸脱しない範囲で当業者が該実施例の修正や代用を成
し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で
本発明を開示してきたのであり、限定的に解釈されるべ
きではない。また、上述の実施例を適宜組み合わせて構
成したものも、本発明の範囲に含まれるものであり、本
発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請
求の範囲の欄を参酌すべきである。

【０２３６】

【発明の効果】以上詳記したように、本発明によれば、
投光用ランダムパターンを、パターンあるいは撮影画像
に基づいて、パターンの変化率、特徴量、分散値、ある
いはパターンマッチング等のパターンとしての適性度を
示すパターン適性度指標値により評価することにより、
適切な投光パターンを得る構成としたので、様々な測定
対象に対して、適切な投光パターン画像を取得すること
が可能となり、高精度な距離画像が得られる。

【０２３７】さらに、本発明によれば、投光パターン
を、パターンあるいはその撮影画像に基づいて評価・検
討して、ミスマッチングの発生が抑制された適正な投光
パターン照射画像についての距離画像生成を可能とした
ので、より高精度な距離画像を得ることができ、ミスマ
ッチングが多く発生するような投光パターン画像につい
ての対応点付け処理、距離画像生成処理を行なう以前
に、適切な投光パターンを選択することが可能となるの
で、処理の複雑な対応点付け処理、距離画像生成処理を
何度も繰り返して行なう必要なく１回のみの処理で高精
度な距離画像を得ることができる。

【０２３８】さらに、本発明によれば、生成された距離
画像に基づくミスマッチング領域を検出して新たな投光
パターンの設定を行なう構成とし、変化率等の各種のパ
ターンとしての適性度を示すパターン適性度指標値に基
づいて距離画像生成用投光パターンとしての適性が良好
であると判定されたパターンのみを使用するように構成
したので、ミスマッチング領域の解消された高精度な距
離画像を出力することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明において使用される三次元情報取得構成
として適用可能なステレオ画像法について説明した図で
ある。

【図２】本発明のランダムパターン生成装置を適用した
距離画像生成装置の一実施例の構成を示すブロック図で
ある。

【図３】本発明における投光パターン生成及び照射手段
において用いられる非周期投光パターンの例を示す図で
ある。

【図４】本発明における投光パターン生成及び照射手段
の構成例を示す図である。

【図５】本発明のランダムパターン生成装置の構成ブロ
ック図である。

【図６】本発明のランダムパターン生成装置の投光パタ
ーン生成処理フローを説明する図である。

【図７】本発明のランダムパターン生成装置における投
光パターン評価処理フロー（その１）を説明する図であ
る。

【図８】本発明のランダムパターン生成装置における投
光パターン評価処理フロー（その２）を説明する図であ
る。

【図９】本発明のランダムパターン生成装置における投
光パターン評価処理フロー（その３）を説明する図であ
る。

【図１０】本発明のランダムパターン生成装置の濃淡投
光パターン生成処理フローを説明する図である。

【図１１】本発明のランダムパターン生成装置における
濃淡投光パターン評価処理フローを説明する図である。

【図１２】本発明のランダムパターン生成装置において
生成した投光パターンによる距離画像生成例（その１）
を示す図である。

【図１３】本発明のランダムパターン生成装置において
生成した投光パターンによる距離画像生成例（その２）
を示す図である。

【図１４】本発明の距離画像生成装置の一実施例（実施
例１）の構成を示すブロック図である。

【図１５】本発明の距離画像生成装置の投光パターン生
成手段、投光パターン評価手段の詳細構成を示す図であ
る。

【図１６】本発明の距離画像生成装置における距離画像
生成処理のフローチャートを示す図である。

【図１７】本発明の距離画像生成装置における投光パタ
ーン生成手段、投光パターン評価手段の処理過程を説明
する図である。

【図１８】本発明の距離画像生成装置の一実施例（実施
例２）の構成を示すブロック図である。

【図１９】本発明の距離画像生成装置の処理フローを示
す図である。

【図２０】本発明の距離画像生成装置におけるミスマッ
チング領域の検出処理フローを示す図である。

【図２１】本発明の距離画像生成装置における距離画像
に基づくラベリング処理の処理フローを示す図である。

【符号の説明】

２０１…基準カメラ２０２…参照カメラ２０３，２０４…フレームメモリ２０５…画像間対応付け手段２０６…距離画像生成手段２０７…画像メモリ２０８…出力手段２２０…投光パターン生成及び照射手段４０１…制御手段４０２…カメラ１（基準カメラ）４０３…カメラ２（参照カメラ）４０４…画像メモリ５０１…一様乱数発生手段５０２…正規乱数発生手段５０３…画像生成手段５０４…二値画像生成手段５０５…変化率検出手段５０６…変化率判定手段５０７…標準偏差設定手段５０８…閾値設定手段１２１０…投光パターン評価手段１２１１…投光パターン生成手段１２１２…投光パターン照射手段１３０１…一様乱数発生手段１３０２…正規乱数発生手段１３０３…画像生成手段１３０４…二値画像生成手段１３０５…標準偏差設定手段１３０６…閾値設定手段１３０７…液晶制御手段１３０８…撮影画像変化率検出手段１３０９…変化率判定手段１６０１…ミスマッチング領域検出手段１６０２…投光パターン生成手段１６０３…投光パターン照射手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者綾塚祐二東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者小柳津秀紀東京都品川区東五反田１丁目14番10号株式会社ソニー木原研究所内Ｆターム(参考） 2F065 AA06 AA53 BB05 CC16 FF05 FF09 GG08 HH07 JJ03 JJ05 JJ26 LL30 NN12 QQ00 QQ03 QQ07 QQ08 QQ13 QQ24 QQ25 QQ26 QQ27 QQ36 QQ38 QQ41 QQ42 5B057 BA29 DA07 DB03 DC02 DC32

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】三次元形状の計測において測定対象に投光
する投光パターンを生成するランダムパターン生成装置
において、乱数を用いた異なる複数の非周期的投光パターンを生成
可能な投光パターン生成手段と、前記投光パターン生成手段において生成された投光パタ
ーンの評価を実行する投光パターン評価手段とを有し、前記投光パターン評価手段は、前記投光パターン生成手
段の生成した投光パターンのパターンとしての適性度を
示すパターン適性度指標値を該生成投光パターンに基づ
いて算出し、算出したパターン適性度指標値を予め定め
た閾値と比較することによって、生成投光パターンが三
次元形状計測用の投光パターンとして適性を持つか否か
を判定する構成を有することを特徴とするランダムパタ
ーン生成装置。
【請求項２】前記投光パターン生成手段は、正規乱数を
規定する標準偏差ｓを変更することによって、異なる非
周期的投光パターンを生成する構成を有し、生成した投
光パターンが前記投光パターン評価手段において、三次
元形状計測用の投光パターンとしての適性を持たないと
判定された場合に、前記標準偏差ｓを変更した新たな非
周期的投光パターンを生成する構成を有することを特徴
とする請求項１に記載のランダムパターン生成装置。
【請求項３】前記投光パターン生成手段は、正規乱数か
らなる画像を閾値Ｔを用いて二値化した二値画像を生成
する構成を有するとともに、前記閾値Ｔを変更すること
によって、異なる非周期的投光パターンを生成する構成
を有し、生成した投光パターンが前記投光パターン評価
手段において、三次元形状計測用の投光パターンとして
の適性を持たないと判定された場合に、前記閾値Ｔを変
更した新たな非周期的投光パターンを生成する構成を有
することを特徴とする請求項１に記載のランダムパター
ン生成装置。
【請求項４】前記投光パターン生成手段は、正規乱数に
基づく濃淡画像を生成する構成を有し、生成した投光パ
ターンが前記投光パターン評価手段において、三次元形
状計測用の投光パターンとしての適性を持たないと判定
された場合に、正規乱数を規定するパラメータを変更し
た新たな非周期的投光パターンを生成する構成を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のランダムパターン生
成装置。
【請求項５】前記パターン適性度指標値は、投光パター
ンを構成する画素値の周期的変化を示す変化率であるこ
とを特徴とする請求項１に記載のランダムパターン生成
装置。
【請求項６】前記パターン適性度指標値は、投光パター
ンを構成する画像の画素値に基づく特徴行列の固有値か
ら算出される特徴量であることを特徴とする請求項１に
記載のランダムパターン生成装置。
【請求項７】前記パターン適性度指標値は、投光パター
ンを構成する異なる部分領域の類似度を示す領域間相関
値であることを特徴とする請求項１に記載のランダムパ
ターン生成装置。
【請求項８】前記パターン適性度指標値は、投光パター
ンを構成する画像の分散値であることを特徴とする請求
項１に記載のランダムパターン生成装置。
【請求項９】前記投光パターン評価手段は、前記投光パ
ターン生成手段の生成した投光パターンから部分領域で
あるウィンドーを少なくとも１以上抽出して前記パター
ン適性度指標値を算出する構成であることを特徴とする
請求項１に記載のランダムパターン生成装置。
【請求項１０】三次元形状の計測において測定対象に投
光する投光パターンを生成するランダムパターン生成方
法において、（ａ）乱数を用いた非周期的投光パターンを生成する投
光パターン生成ステップと、（ｂ）前記投光パターン生成ステップにおいて生成され
た投光パターンを評価する評価ステップであり、（ｃ）前記投光パターン生成ステップにおいて生成した
投光パターンのパターンとしての適性度を示すパターン
適性度指標値を該生成投光パターンに基づいて算出する
パターン適性度指標値算出ステップと、（ｄ）算出したパターン適性度指標値を予め定めた閾値
と比較することによって、生成投光パターンが三次元形
状計測用投光パターンとして適性を持つか否かを判定す
る適性判定ステップと、を含む評価ステップと、を有し、前記適性判定ステップにおいて適正ありとの判定がでる
まで、前記ステップ（ａ）において異なる投光パターン
を生成し、（ａ）〜（ｄ）のステップを繰り返し実行
し、前記評価ステップ中の適性判定ステップにおいて適正あ
りと判定された投光パターンを三次元形状計測用投光パ
ターンとすることを特徴とするランダムパターン生成方
法。
【請求項１１】前記投光パターン生成ステップ（ａ）に
おいて生成する異なる投光パターンは、正規乱数を規定
する標準偏差ｓを変更することによって生成される異な
る非周期的投光パターンであることを特徴とする請求項
１０に記載のランダムパターン生成方法。
【請求項１２】前記投光パターン生成ステップ（ａ）
は、正規乱数からなる画像を閾値Ｔを用いて二値化した
二値画像を生成するステップを含み、前記投光パターン生成ステップ（ａ）は、前記閾値Ｔを
変更することによって異なる非周期的投光パターンを生
成することを特徴とする請求項１０に記載のランダムパ
ターン生成方法。
【請求項１３】前記投光パターン生成ステップ（ａ）
は、正規乱数に基づく濃淡画像を生成するステップを含
み、前記投光パターン生成ステップ（ａ）は、正規乱数を規
定するパラメータを変更することによって異なる非周期
的投光パターンを生成することを特徴とする請求項１０
に記載のランダムパターン生成方法。
【請求項１４】前記パターン適性度指標値は、投光パタ
ーンを構成する画素値の周期的変化を示す変化率である
ことを特徴とする請求項１０に記載のランダムパターン
生成方法。
【請求項１５】前記パターン適性度指標値は、投光パタ
ーンを構成する画像の画素値に基づく特徴行列の固有値
から算出される特徴量であることを特徴とする請求項１
０に記載のランダムパターン生成方法。
【請求項１６】前記パターン適性度指標値は、投光パタ
ーンを構成する異なる部分領域の類似度を示す領域間相
関値であることを特徴とする請求項１０に記載のランダ
ムパターン生成方法。
【請求項１７】前記パターン適性度指標値は、投光パタ
ーンを構成する画像の分散値であることを特徴とする請
求項１０に記載のランダムパターン生成方法。
【請求項１８】前記投光パターン評価ステップは、前記
投光パターン生成ステップにおいて生成した投光パター
ンから部分領域であるウィンドーを少なくとも１以上抽
出するウィンドー抽出ステップを有し、前記パターン適性度指標値を算出するパターン適性度指
標値算出ステップは、前記ウィンドー抽出ステップにお
いて抽出したウィンドー内のパターンに基づいて実行す
ることを特徴とする請求項１０に記載のランダムパター
ン生成方法。
【請求項１９】測定対象を異なる視点から撮影した画像
を用いて前記測定対象の三次元形状を計測して距離画像
を生成する距離画像生成装置において、乱数を用いた異なる複数の非周期的投光パターンを生成
可能な投光パターン生成手段と、前記測定対象の投光パターン画像を撮り込む基準カメラ
と、前記基準カメラと異なる視点において投光パターン画像
を撮り込む参照カメラと、前記基準カメラまたは参照カメラによって撮り込まれた
投光パターン画像の少なくともいずれかの投光パターン
画像におけるパターン適性を評価し、距離画像生成用の
投光パターン画像として適性を有するか否かを評価する
投光パターン評価手段と、前記基準カメラおよび参照カメラによって撮り込まれた
各投光パターン画像間の対応を検出し視差データを出力
する画像間対応付け手段と、前記画像間対応付け手段の出力する視差データに基づい
て距離画像を生成する距離画像生成手段とを有し、前記投光パターン生成手段は、生成した投光パターンに
基づいて得られる投光パターン画像が前記投光パターン
評価手段によって距離画像生成用投光パターン画像とし
て適性なしと判定された場合、新たな非周期的投光パタ
ーンを生成し、前記画像間対応付け手段および前記距離画像生成手段
は、生成した投光パターンに基づいて得られる投光パタ
ーン画像が前記投光パターン評価手段によって距離画像
生成用投光パターン画像として適性ありと判定されたこ
とを条件として処理を実行する構成であることを特徴と
する距離画像生成装置。
【請求項２０】前記投光パターン評価手段は、投光パターン画像のパターンとしての適性度を示すパタ
ーン適性度指標値を投光パターン画像に基づいて算出
し、算出したパターン適性度指標値を予め定めた閾値と
比較することによって、前記投光パターン画像が距離画
像生成用投光パターン画像として適性を有するか否かを
判定する構成を有することを特徴とする請求項１９に記
載の距離画像生成装置。
【請求項２１】前記投光パターン生成手段は、正規乱数
を規定する標準偏差ｓを変更することによって、異なる
非周期的投光パターンを生成する構成を有し、生成した投光パターンに基づいて得られる投光パターン
画像が前記投光パターン評価手段において、距離画像生
成用投光パターンとして適性をなしと判定された場合
に、前記標準偏差ｓを変更した新たな非周期的投光パタ
ーンを生成する構成を有することを特徴とする請求項１
９に記載の距離画像生成装置。
【請求項２２】前記投光パターン生成手段は、正規乱数
からなる画像を閾値Ｔを用いて二値化した二値画像を生
成する構成を有するとともに、前記閾値Ｔを変更するこ
とによって、異なる非周期的投光パターンを生成する構
成を有し、生成した投光パターンに基づいて得られる投光パターン
画像が前記投光パターン評価手段において、距離画像生
成用投光パターンとして適性をなしと判定された場合
に、前記閾値Ｔを変更した新たな非周期的投光パターン
を生成する構成を有することを特徴とする請求項１９に
記載の距離画像生成装置。
【請求項２３】前記投光パターン生成手段は、正規乱数
に基づく濃淡画像を生成する構成を有し、生成した投光パターンが前記投光パターン評価手段にお
いて、三次元形状計測用の投光パターンとしての適性を
持たないと判定された場合に、正規乱数を規定するパラ
メータを変更した新たな非周期的投光パターンを生成す
る構成を有することを特徴とする請求項１９に記載の距
離画像生成装置。
【請求項２４】前記パターン適性度指標値は、投光パタ
ーン画像を構成する画素値の周期的変化を示す変化率で
あることを特徴とする請求項２０に記載の距離画像生成
装置。
【請求項２５】前記パターン適性度指標値は、投光パタ
ーン画像を構成する画像の画素値に基づく特徴行列の固
有値から算出される特徴量であることを特徴とする請求
項２０に記載の距離画像生成装置。
【請求項２６】前記パターン適性度指標値は、投光パタ
ーン画像を構成する異なる部分領域の類似度を示す領域
間相関値であることを特徴とする請求項２０に記載の距
離画像生成装置。
【請求項２７】前記パターン適性度指標値は、投光パタ
ーンを構成する画像の分散値であることを特徴とする請
求項２０に記載の距離画像生成装置。
【請求項２８】前記投光パターン評価手段は、前記投光
パターン画像から部分領域であるウィンドーを少なくと
も１以上抽出して前記パターン適性度指標値を算出する
構成であることを特徴とする請求項２０に記載の距離画
像生成装置。
【請求項２９】測定対象を異なる視点から撮影した画像
を用いて前記測定対象の三次元形状を計測して距離画像
を生成する距離画像生成装置において、測定対象に対して投光するパターンを生成する投光パタ
ーン生成手段であり、乱数を用いた異なる複数の非周期
的投光パターンを生成可能であるとともに、パターンと
しての適性度を示すパターン適性度指標値を生成投光パ
ターンに基づいて算出し、算出したパターン適性度指標
値を予め定めた閾値と比較することで距離画像生成用投
光パターンとしての適性を判定し、適性ありと判定され
たパターンのみを投光パターンとして設定する投光パタ
ーン生成手段と、前記測定対象の投光パターン画像を撮り込む基準カメラ
と、前記基準カメラと異なる視点において投光パターン画像
を撮り込む参照カメラと、前記基準カメラおよび参照カメラによって撮り込まれた
各投光パターン画像間の対応を検出し視差データを出力
する画像間対応付け手段と、前記画像間対応付け手段の出力する視差データに基づい
て距離画像を生成する距離画像生成手段と、前記距離画像生成手段の生成した距離画像中のミスマッ
チング領域を検出するミスマッチング領域検出手段と、を有し、前記投光パターン生成手段は、前記ミスマッチング領域
検出手段が予め定めた閾値以上のミスマッチング領域を
検出した場合に新たな非周期的投光パターンを生成する
構成を有することを特徴とする距離画像生成装置。
【請求項３０】前記投光パターン生成手段は、正規乱数
を規定する標準偏差ｓを変更することによって、異なる
非周期的投光パターンを生成する構成を有し、生成した
投光パターンが距離画像生成用投光パターンとしての適
性を持たないと判定された場合に、前記標準偏差ｓを変
更した新たな非周期的投光パターンを生成する構成を有
することを特徴とする請求項２９に記載の距離画像生成
装置。
【請求項３１】前記投光パターン生成手段は、正規乱数
からなる画像を閾値Ｔを用いて二値化した二値画像を生
成する構成を有するとともに、前記閾値Ｔを変更するこ
とによって、異なる非周期的投光パターンを生成する構
成を有し、生成した投光パターンが距離画像生成用投光
パターンとしての適性を持たないと判定された場合に、
前記閾値Ｔを変更した新たな非周期的投光パターンを生
成する構成を有することを特徴とする請求項２９に記載
の距離画像生成装置。
【請求項３２】前記投光パターン生成手段は、正規乱数
に基づく濃淡画像を生成する構成を有し、生成した投光
パターンが前記投光パターン評価手段において、三次元
形状計測用の投光パターンとしての適性を持たないと判
定された場合に、正規乱数を規定するパラメータを変更
した新たな非周期的投光パターンを生成する構成を有す
ることを特徴とする請求項２９に記載の距離画像生成装
置。
【請求項３３】前記パターン適性度指標値は、投光パタ
ーンを構成する画素値の周期的変化を示す変化率である
ことを特徴とする請求項２９に記載の距離画像生成装
置。
【請求項３４】前記パターン適性度指標値は、投光パタ
ーンを構成する画像の画素値に基づく特徴行列の固有値
から算出される特徴量であることを特徴とする請求項２
９に記載の距離画像生成装置。
【請求項３５】前記パターン適性度指標値は、投光パタ
ーンを構成する異なる部分領域の類似度を示す領域間相
関値であることを特徴とする請求項２９に記載の距離画
像生成装置。
【請求項３６】前記パターン適性度指標値は、投光パタ
ーンを構成する画像の分散値であることを特徴とする請
求項２９に記載の距離画像生成装置。
【請求項３７】前記投光パターン評価手段は、前記投光
パターン生成手段の生成した投光パターンから部分領域
であるウィンドーを少なくとも１以上抽出して前記パタ
ーン適性度指標値を算出する構成であることを特徴とす
る請求項２９に記載の距離画像生成装置。
【請求項３８】測定対象を異なる視点から撮影した画像
を用いて前記測定対象の三次元形状を計測して距離画像
を生成する距離画像生成方法において、乱数を用いた非周期的投光パターンを生成する投光パタ
ーン生成ステップと、前記測定対象の投光パターン画像を基準カメラと、前記
基準カメラと異なる視点において投光パターン画像を参
照カメラによって同期して撮り込む画像撮り込みステッ
プと、前記基準カメラまたは参照カメラによって撮り込まれた
投光パターン画像の少なくともいずれかの投光パターン
画像におけるパターン適性を評価し、距離画像生成用の
投光パターン画像として適性を有するか否かを評価する
投光パターン評価ステップと、前記基準カメラおよび参照カメラによって撮り込まれた
各投光パターン画像間の対応を検出し視差データを出力
する画像間対応付けステッップと、前記画像間対応付け手段の出力する視差データに基づい
て距離画像を生成する距離画像生成ステップとを有し、前記投光パターン生成ステップは、生成した投光パター
ンに基づいて得られる投光パターン画像が前記投光パタ
ーン評価ステップにおいて距離画像生成用投光パターン
画像として適性なしと判定された場合、新たな非周期的
投光パターンを繰り返し生成し、前記画像間対応付けステップおよび前記距離画像生成ス
テップは、生成した投光パターンに基づいて得られる投
光パターン画像が前記投光パターン評価ステップにおい
て距離画像生成用投光パターン画像として適性ありと判
定されたことを条件として処理を実行することを特徴と
する距離画像生成方法。
【請求項３９】前記投光パターン評価ステップは、投光パターン画像のパターンとしての適性度を示すパタ
ーン適性度指標値を投光パターン画像に基づいて算出
し、算出したパターン適性度指標値を予め定めた閾値と
比較することによって、前記投光パターン画像が距離画
像生成用投光パターン画像として適性を有するか否かを
判定することを特徴とする請求項３８に記載の距離画像
生成方法。
【請求項４０】前記投光パターン生成ステップでは、正
規乱数を規定する標準偏差ｓを変更することによって、
異なる非周期的投光パターンを生成可能であり、生成した投光パターンに基づいて得られる投光パターン
画像が前記投光パターン評価ステップにおいて、距離画
像生成用投光パターンとして適性をなしと判定された場
合に、前記標準偏差ｓを変更した新たな非周期的投光パ
ターンを生成することを特徴とする請求項３８に記載の
距離画像生成方法。
【請求項４１】前記投光パターン生成ステップは、正規
乱数からなる画像を閾値Ｔを用いて二値化した二値画像
を生成するとともに、前記閾値Ｔを変更することによっ
て、異なる非周期的投光パターンを生成可能であり、生成した投光パターンに基づいて得られる投光パターン
画像が前記投光パターン評価ステップにおいて、距離画
像生成用投光パターンとして適性をなしと判定された場
合に、前記閾値Ｔを変更した新たな非周期的投光パター
ンを生成することを特徴とする請求項３８に記載の距離
画像生成方法。
【請求項４２】前記投光パターン生成ステップは、正規
乱数に基づく濃淡画像を生成するステップを含み、生成した投光パターンに基づいて得られる投光パターン
画像が前記投光パターン評価ステップにおいて、距離画
像生成用投光パターンとして適性をなしと判定された場
合に、正規乱数を規定するパラメータを変更することに
よって異なる非周期的投光パターンを生成することを特
徴とする請求項３８に記載の距離画像生成方法。
【請求項４３】前記パターン適性度指標値は、投光パタ
ーン画像を構成する画素値の周期的変化を示す変化率で
あることを特徴とする請求項３９に記載の距離画像生成
方法。
【請求項４４】前記パターン適性度指標値は、投光パタ
ーン画像を構成する画像の画素値に基づく特徴行列の固
有値から算出される特徴量であることを特徴とする請求
項３９に記載の距離画像生成方法。
【請求項４５】前記パターン適性度指標値は、投光パタ
ーン画像を構成する異なる部分領域の類似度を示す領域
間相関値であることを特徴とする請求項３９に記載の距
離画像生成方法。
【請求項４６】前記パターン適性度指標値は、投光パタ
ーンを構成する画像の分散値であることを特徴とする請
求項３９に記載の距離画像生成方法。
【請求項４７】前記投光パターン評価ステップは、前記
投光パターン生成ステップにおいて生成した投光パター
ンから部分領域であるウィンドーを少なくとも１以上抽
出するウィンドー抽出ステップを含み、前記パターン適
性度指標値の算出は、前記ウィンドー抽出ステップにお
いて抽出したウィンドー内のパターンに基づいて実行す
ることを特徴とする請求項３９に記載の距離画像生成方
法。
【請求項４８】測定対象を異なる視点から撮影した画像
を用いて前記測定対象の三次元形状を計測して距離画像
を生成する距離画像生成方法において、乱数を用いた非周期的投光パターンを生成するととも
に、パターンとしての適性度を示すパターン適性度指標
値を生成投光パターンに基づいて算出し、算出したパタ
ーン適性度指標値を予め定めた閾値と比較することで距
離画像生成用投光パターンとしての適性を判定し、適性
ありと判定されたパターンのみを投光パターンとして設
定する投光パターン生成ステップと、前記測定対象の投光パターン画像を基準カメラと、前記
基準カメラと異なる視点において投光パターン画像を参
照カメラによって同期して撮り込む画像撮り込みステッ
プと、前記基準カメラおよび参照カメラによって撮り込まれた
各投光パターン画像間の対応を検出し視差データを出力
する画像間対応付けステップと、前記画像間対応付けステップにおいて出力される視差デ
ータに基づいて距離画像を生成する距離画像生成ステッ
プと、前記距離画像生成ステップにおいて生成された投光パタ
ーン画像に基づく距離画像中のミスマッチング領域を検
出するミスマッチング領域検出ステップと、を有し、前記投光パターン生成ステップは、生成した投光パター
ンに基づいて得られる距離画像について前記ミスマッチ
ング領域検出ステップにおいて予め定めた閾値以上のミ
スマッチング領域が検出された場合に新たな非周期的投
光パターンを生成することを特徴とする距離画像生成方
法。
【請求項４９】前記投光パターン生成ステップでは、正
規乱数を規定する標準偏差ｓを変更することによって、
異なる非周期的投光パターンを生成可能であり、生成し
た投光パターンが距離画像生成用投光パターンとしての
適性を持たないと判定された場合に、前記標準偏差ｓを
変更した新たな非周期的投光パターンを生成することを
特徴とする請求項４８に記載の距離画像生成方法。
【請求項５０】前記投光パターン生成ステップでは、正
規乱数からなる画像を閾値Ｔを用いて二値化した二値画
像を生成するとともに、前記閾値Ｔを変更することによ
って、異なる非周期的投光パターンを生成可能であり、
生成した投光パターンが距離画像生成用投光パターンと
しての適性を持たないと判定された場合に、前記閾値Ｔ
を変更した新たな非周期的投光パターンを生成すること
を特徴とする請求項４８に記載の距離画像生成方法。
【請求項５１】前記投光パターン生成ステップは、正規
乱数に基づく濃淡画像を生成するステップを含み、生成
した投光パターンに基づいて得られる投光パターン画像
が前記投光パターン評価ステップにおいて、距離画像生
成用投光パターンとして適性をなしと判定された場合
に、正規乱数を規定するパラメータを変更することによ
って異なる非周期的投光パターンを生成することを特徴
とする請求項４８に記載の距離画像生成方法。
【請求項５２】前記パターン適性度指標値は、投光パタ
ーンを構成する画素値の周期的変化を示す変化率である
ことを特徴とする請求項４８に記載の距離画像生成方
法。
【請求項５３】前記パターン適性度指標値は、投光パタ
ーンを構成する画像の画素値に基づく特徴行列の固有値
から算出される特徴量であることを特徴とする請求項４
８に記載の距離画像生成方法。
【請求項５４】前記パターン適性度指標値は、投光パタ
ーンを構成する異なる部分領域の類似度を示す領域間相
関値であることを特徴とする請求項４８に記載の距離画
像生成方法。
【請求項５５】前記パターン適性度指標値は、投光パタ
ーンを構成する画像の分散値であることを特徴とする請
求項４８に記載の距離画像生成方法。
【請求項５６】前記投光パターン評価ステップは、前記
投光パターン生成ステップにおいて生成した投光パター
ンから部分領域であるウィンドーを少なくとも１以上抽
出して前記パターン適性度指標値を算出するステップを
含むことを特徴とする請求項４８に記載の距離画像生成
方法。
【請求項５７】測定対象を異なる視点から撮影した画像
を用いて前記測定対象の三次元形状を計測する三次元形
状計測を実行するために用いられる投光パターン生成処
理をコンピュータ・システム上で実行せしめるコンピュ
ータ・プログラムを有形的に提供するプログラム提供媒
体であって、前記コンピュータ・プログラムは、（ａ）
乱数を用いた非周期的投光パターンを生成する投光パタ
ーン生成ステップと、（ｂ）前記投光パターン生成ステ
ップにおいて生成された投光パターンを評価する評価ス
テップであり、（ｃ）前記投光パターン生成ステップに
おいて生成した投光パターンのパターンとしての適性度
を示すパターン適性度指標値を該生成投光パターンに基
づいて算出するパターン適性度指標値算出ステップと、
（ｄ）算出したパターン適性度指標値を予め定めた閾値
と比較することによって、生成投光パターンが三次元形
状計測用投光パターンとして適性を持つか否かを判定す
る適性判定ステップと、を含む評価ステップと、を有
し、前記適性判定ステップにおいて適正ありとの判定が
でるまで、前記ステップ（ａ）において異なる投光パタ
ーンを生成し、（ａ）〜（ｄ）のステップを繰り返し実
行し、前記評価ステップ中の適性判定ステップにおいて
適正ありと判定された投光パターンを三次元形状計測用
投光パターンとして決定するステップと、を含むことを
特徴とするプログラム提供媒体。