JP2002022425A - ３次元画像入力装置 - Google Patents
３次元画像入力装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ３次元画像の検出においてピッチを常に適当
な大きさに選定する。 【解決手段】 光伝播時間測定法（ＴＯＦ法）に従って
プリ測距を行い、被計測物体Ｓまでの距離デ−タを概略
的に計測する（ステップ１０１）。距離デ−タに基づい
て、被計測物体Ｓが近距離、中距離および遠距離のいず
れに位置しているかを判定する（ステップ１０２）。近
距離であるとき、走査ピッチを相対的に粗く定め（ステ
ップ１０３）、間引き率すなわち解像度を相対的に粗く
定める（ステップ１０４）。中距離であるとき、走査ピ
ッチを相対的に中程度の大きさに定め（ステップ１０
５）、解像度を相対的に中程度の大きさに定める（ステ
ップ１０６）。遠距離であるとき、走査ピッチを最も細
かく定め（ステップ１０６）、解像度を最も細かく定め
る（ステップ１０７）。このようにして設定された走査
ピッチと解像度に従って、スリット光を被計測物体の表
面上を走査させ、光切断法に従って、３次元画像デ−タ
を検出する（ステップ１１０、１１１）。
な大きさに選定する。 【解決手段】 光伝播時間測定法（ＴＯＦ法）に従って
プリ測距を行い、被計測物体Ｓまでの距離デ−タを概略
的に計測する（ステップ１０１）。距離デ−タに基づい
て、被計測物体Ｓが近距離、中距離および遠距離のいず
れに位置しているかを判定する（ステップ１０２）。近
距離であるとき、走査ピッチを相対的に粗く定め（ステ
ップ１０３）、間引き率すなわち解像度を相対的に粗く
定める（ステップ１０４）。中距離であるとき、走査ピ
ッチを相対的に中程度の大きさに定め（ステップ１０
５）、解像度を相対的に中程度の大きさに定める（ステ
ップ１０６）。遠距離であるとき、走査ピッチを最も細
かく定め（ステップ１０６）、解像度を最も細かく定め
る（ステップ１０７）。このようにして設定された走査
ピッチと解像度に従って、スリット光を被計測物体の表
面上を走査させ、光切断法に従って、３次元画像デ−タ
を検出する（ステップ１１０、１１１）。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レ−ザ光を被計測
物体に照射し、その反射光を検出することによって、被
計測物体の３次元形状を検出する３次元画像入力装置に
関する。
物体に照射し、その反射光を検出することによって、被
計測物体の３次元形状を検出する３次元画像入力装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来この種の３次元画像入力装置とし
て、光切断法を用いたものが知られている。光切断法で
は通常、１本の線状に成形されたレ−ザ光（スリット
光）が被計測物体の表面に照射されてＣＣＤにより検出
される。そして、光源とＣＣＤと被計測物体上のスリッ
ト光との幾何学的な位置関係に基づいて、被計測物体の
表面におけるスリット光の形状、すなわちスリット光に
沿った被計測物体の位置座標が計測される。スリット光
は、その長手方向に垂直な方向に沿って所定のピッチで
被計測物体の表面を走査し、複数の位置毎に、スリット
光に沿った被計測物体の位置座標が計測されて、被計測
物体の３次元画像が求められる。
て、光切断法を用いたものが知られている。光切断法で
は通常、１本の線状に成形されたレ−ザ光（スリット
光）が被計測物体の表面に照射されてＣＣＤにより検出
される。そして、光源とＣＣＤと被計測物体上のスリッ
ト光との幾何学的な位置関係に基づいて、被計測物体の
表面におけるスリット光の形状、すなわちスリット光に
沿った被計測物体の位置座標が計測される。スリット光
は、その長手方向に垂直な方向に沿って所定のピッチで
被計測物体の表面を走査し、複数の位置毎に、スリット
光に沿った被計測物体の位置座標が計測されて、被計測
物体の３次元画像が求められる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】光切断法による３次元
画像の検出では、１つの画面内に複数のスリット光が存
在すると各スリット光を識別できないため、通常は１つ
の画面に１本のスリット光しか存在させることができな
い。したがって被計測物体の全体に関して３次元画像を
検出しようとすると、上述のようにスリット光を走査さ
せる必要がある。この走査におけるピッチが常に一定で
あると、被計測物体までの距離が大きくなるほど３次元
画像の解像度が低くなるので、ピッチは被計測物体まで
の距離に応じて変化させることが好ましい。そこで従
来、オペレ−タがマニュアル操作によってピッチを変更
しているが、ピッチを適当な大きさに選定するには、あ
る程度の経験と熟練を要する。
画像の検出では、１つの画面内に複数のスリット光が存
在すると各スリット光を識別できないため、通常は１つ
の画面に１本のスリット光しか存在させることができな
い。したがって被計測物体の全体に関して３次元画像を
検出しようとすると、上述のようにスリット光を走査さ
せる必要がある。この走査におけるピッチが常に一定で
あると、被計測物体までの距離が大きくなるほど３次元
画像の解像度が低くなるので、ピッチは被計測物体まで
の距離に応じて変化させることが好ましい。そこで従
来、オペレ−タがマニュアル操作によってピッチを変更
しているが、ピッチを適当な大きさに選定するには、あ
る程度の経験と熟練を要する。
【０００４】本発明は、３次元画像の検出においてピッ
チを常に適当な大きさに選定することができる３次元画
像入力装置を提供することを目的としている。
チを常に適当な大きさに選定することができる３次元画
像入力装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の３次元画像入力
装置は、時間的にパルス状に変化するレ−ザ光を被計測
物体に照射する第１の光源と、第１の光源から照射され
たレ−ザ光によって生じる被計測物体からの反射光に基
づいて、光伝播時間測定法に従って、被計測物体の表面
におけるレ−ザ光の照射位置までの距離に対応した距離
デ−タを検出する第１の距離検出手段と、レ−ザ光をス
リット光に成形するとともに、スリット光を、その長手
方向に略垂直な方向に所定のピッチで移動させつつ被計
測物体に照射する第２の光源と、ピッチを距離デ−タに
応じて変化させるピッチ調整手段と、第２の光源から照
射されたスリット光によって生じる被計測物体からの反
射光に基づいて、光切断法に従って、被計測物体の表面
におけるスリット光の照射位置の３次元座標を求める３
次元座標取得手段とを備えることを特徴としている。
装置は、時間的にパルス状に変化するレ−ザ光を被計測
物体に照射する第１の光源と、第１の光源から照射され
たレ−ザ光によって生じる被計測物体からの反射光に基
づいて、光伝播時間測定法に従って、被計測物体の表面
におけるレ−ザ光の照射位置までの距離に対応した距離
デ−タを検出する第１の距離検出手段と、レ−ザ光をス
リット光に成形するとともに、スリット光を、その長手
方向に略垂直な方向に所定のピッチで移動させつつ被計
測物体に照射する第２の光源と、ピッチを距離デ−タに
応じて変化させるピッチ調整手段と、第２の光源から照
射されたスリット光によって生じる被計測物体からの反
射光に基づいて、光切断法に従って、被計測物体の表面
におけるスリット光の照射位置の３次元座標を求める３
次元座標取得手段とを備えることを特徴としている。
【０００６】ピッチ調整手段は、距離デ−タの値が大き
いほど、ピッチを細かくすることが好ましい。これによ
り、被計測物体の距離の増大に応じて３次元形状の計測
精度が低下することが防止される。
いほど、ピッチを細かくすることが好ましい。これによ
り、被計測物体の距離の増大に応じて３次元形状の計測
精度が低下することが防止される。
【０００７】本発明の３次元画像入力装置は、例えば、
被計測物体からの反射光を受光し、被計測物体の表面に
対応した画素デ−タを得る撮像素子を備える。この場
合、画素デ−タを、距離デ−タに応じた間引き率で間引
く解像度調整手段を備えることが好ましい。さらに、解
像度調整手段は、距離デ−タの値が小さいほど大きい間
引き率で画素デ−タを間引くことが好ましい。
被計測物体からの反射光を受光し、被計測物体の表面に
対応した画素デ−タを得る撮像素子を備える。この場
合、画素デ−タを、距離デ−タに応じた間引き率で間引
く解像度調整手段を備えることが好ましい。さらに、解
像度調整手段は、距離デ−タの値が小さいほど大きい間
引き率で画素デ−タを間引くことが好ましい。
【０００８】また本発明の３次元画像入力装置では、第
１および第２の光源が共通であることが好ましい。これ
により、３次元画像入力装置の構成は簡単になる。
１および第２の光源が共通であることが好ましい。これ
により、３次元画像入力装置の構成は簡単になる。
【０００９】
【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は本発明の一実施形態である
３次元画像入力装置を備えたカメラの斜視図である。
を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態である
３次元画像入力装置を備えたカメラの斜視図である。
【００１０】カメラ本体１０の前面において、撮影レン
ズ１１の左上にはファインダ窓１２が設けられ、右上に
はストロボ１３が設けられている。カメラ本体１０の上
面において、撮影レンズ１１の真上には、測距光である
レ−ザ光を照射する発光装置５０が配設されている。発
光装置５０の左側にはレリ−ズスイッチ１５と液晶表示
パネル１６が設けられている。カメラ本体１０の側面に
は、ＩＣメモリカ−ド等の記録媒体を挿入するためのカ
−ド挿入口１９が形成され、またビデオ出力端子２０と
インタ−フェ−スコネクタ２１が設けられている。
ズ１１の左上にはファインダ窓１２が設けられ、右上に
はストロボ１３が設けられている。カメラ本体１０の上
面において、撮影レンズ１１の真上には、測距光である
レ−ザ光を照射する発光装置５０が配設されている。発
光装置５０の左側にはレリ−ズスイッチ１５と液晶表示
パネル１６が設けられている。カメラ本体１０の側面に
は、ＩＣメモリカ−ド等の記録媒体を挿入するためのカ
−ド挿入口１９が形成され、またビデオ出力端子２０と
インタ−フェ−スコネクタ２１が設けられている。
【００１１】図２は図１に示すカメラの回路構成を示す
ブロック図である。撮影レンズ１１の中には絞り２５が
設けられている。絞り２５の開度はアイリス駆動回路２
６によって調整される。撮影レンズ１１の焦点調節動作
およびズ−ミング動作はレンズ駆動回路２７によって制
御される。
ブロック図である。撮影レンズ１１の中には絞り２５が
設けられている。絞り２５の開度はアイリス駆動回路２
６によって調整される。撮影レンズ１１の焦点調節動作
およびズ−ミング動作はレンズ駆動回路２７によって制
御される。
【００１２】撮影レンズ１１の光軸上には撮像素子（Ｃ
ＣＤ）２８が配設されている。ＣＣＤ２８には、撮影レ
ンズ１１によって被写体像が形成され、被写体像に対応
した電荷が発生する。ＣＣＤ２８における電荷の蓄積動
作、電荷の読出動作等の動作はＣＣＤ駆動回路３０によ
って制御される。ＣＣＤ２８から読み出された電荷信号
すなわち画像信号はアンプ３１において増幅され、Ａ／
Ｄ変換器３２においてアナログ信号からデジタル信号に
変換される。デジタルの画像信号は撮像信号処理回路３
３においてガンマ補正等の処理を施され、画像メモリ３
４に一時的に格納される。アイリス駆動回路２６、レン
ズ駆動回路２７、ＣＣＤ駆動回路３０、撮像信号処理回
路３３はシステムコントロ−ル回路３５によって制御さ
れる。
ＣＤ）２８が配設されている。ＣＣＤ２８には、撮影レ
ンズ１１によって被写体像が形成され、被写体像に対応
した電荷が発生する。ＣＣＤ２８における電荷の蓄積動
作、電荷の読出動作等の動作はＣＣＤ駆動回路３０によ
って制御される。ＣＣＤ２８から読み出された電荷信号
すなわち画像信号はアンプ３１において増幅され、Ａ／
Ｄ変換器３２においてアナログ信号からデジタル信号に
変換される。デジタルの画像信号は撮像信号処理回路３
３においてガンマ補正等の処理を施され、画像メモリ３
４に一時的に格納される。アイリス駆動回路２６、レン
ズ駆動回路２７、ＣＣＤ駆動回路３０、撮像信号処理回
路３３はシステムコントロ−ル回路３５によって制御さ
れる。
【００１３】画像信号は画像メモリ３４から読み出さ
れ、ＬＣＤ駆動回路３６に供給される。ＬＣＤ駆動回路
３６は画像信号に応じて動作し、これにより画像表示Ｌ
ＣＤパネル３７には、画像信号に対応した画像が表示さ
れる。
れ、ＬＣＤ駆動回路３６に供給される。ＬＣＤ駆動回路
３６は画像信号に応じて動作し、これにより画像表示Ｌ
ＣＤパネル３７には、画像信号に対応した画像が表示さ
れる。
【００１４】また画像メモリ３４から読み出された画像
信号はＴＶ信号エンコーダ３８に送られ、ビデオ出力端
子２０を介して、カメラ本体１０の外部に設けられたモ
ニタ装置３９に伝送可能である。システムコントロール
回路３５はインタ−フェ−ス回路４０に接続され、イン
タ−フェ−ス回路４０はインタ−フェ−スコネクタ２１
に接続されている。したがって画像メモリ３４から読み
出された画像信号は、インタ−フェ−スコネクタ２１に
接続されたコンピュ−タ４１に伝送可能である。またシ
ステムコントロ−ル回路３５は、記録媒体制御回路４２
を介して画像記録装置４３に接続されている。したがっ
て画像メモリ３４から読み出された画像信号は、画像記
録装置４３に装着されたＩＣメモリカ−ド等の記録媒体
Ｍに記録可能である。
信号はＴＶ信号エンコーダ３８に送られ、ビデオ出力端
子２０を介して、カメラ本体１０の外部に設けられたモ
ニタ装置３９に伝送可能である。システムコントロール
回路３５はインタ−フェ−ス回路４０に接続され、イン
タ−フェ−ス回路４０はインタ−フェ−スコネクタ２１
に接続されている。したがって画像メモリ３４から読み
出された画像信号は、インタ−フェ−スコネクタ２１に
接続されたコンピュ−タ４１に伝送可能である。またシ
ステムコントロ−ル回路３５は、記録媒体制御回路４２
を介して画像記録装置４３に接続されている。したがっ
て画像メモリ３４から読み出された画像信号は、画像記
録装置４３に装着されたＩＣメモリカ−ド等の記録媒体
Ｍに記録可能である。
【００１５】システムコントロ−ル回路３５には、発光
素子制御回路４４が接続されている。発光装置５０は発
光素子５１とスリット光生成機構５２を有し、発光素子
５１の発光動作は発光素子制御回路４４によって制御さ
れる。発光素子５１は測距光であるレ−ザ光を照射する
ものであり、このレ−ザ光はスリット光生成機構５２に
よって、水平方向に延びる１本のスリット光に成形され
る。またスリット光は、スリット光生成機構５２によっ
て、長手方向に略垂直な方向（すなわち鉛直方向）に所
定のピッチで被計測物体の表面上を走査する。被計測物
体において反射した光は撮影レンズ１１に入射する。こ
の光をＣＣＤ２８によって検出することにより、後述す
るように被計測物体の３次元画像デ−タが検出される。
なお、この計測において、ＣＣＤ２８における転送動作
のタイミング等の制御はシステムコントロ−ル回路３５
とＣＣＤ駆動回路３０によって行なわれる。
素子制御回路４４が接続されている。発光装置５０は発
光素子５１とスリット光生成機構５２を有し、発光素子
５１の発光動作は発光素子制御回路４４によって制御さ
れる。発光素子５１は測距光であるレ−ザ光を照射する
ものであり、このレ−ザ光はスリット光生成機構５２に
よって、水平方向に延びる１本のスリット光に成形され
る。またスリット光は、スリット光生成機構５２によっ
て、長手方向に略垂直な方向（すなわち鉛直方向）に所
定のピッチで被計測物体の表面上を走査する。被計測物
体において反射した光は撮影レンズ１１に入射する。こ
の光をＣＣＤ２８によって検出することにより、後述す
るように被計測物体の３次元画像デ−タが検出される。
なお、この計測において、ＣＣＤ２８における転送動作
のタイミング等の制御はシステムコントロ−ル回路３５
とＣＣＤ駆動回路３０によって行なわれる。
【００１６】システムコントロ−ル回路３５には、レリ
−ズスイッチ１５等を備えたスイッチ群４５と、液晶表
示パネル（表示素子）１６とが接続されている。なおシ
ステムコントロ−ル回路３５には、３次元画像デ−タの
検出等に必要な情報を格納するためのメモリ３５ａが設
けられている。
−ズスイッチ１５等を備えたスイッチ群４５と、液晶表
示パネル（表示素子）１６とが接続されている。なおシ
ステムコントロ−ル回路３５には、３次元画像デ−タの
検出等に必要な情報を格納するためのメモリ３５ａが設
けられている。
【００１７】図３は発光装置５０の構成を概念的に示し
ている。スリット光生成機構５２は発光素子５１の光軸
上に配置されたレンズ５３と、レンズ５３のさらに前方
に配設された回折光学素子５４と、ミラ−５５とを有す
る。レンズ５３はレ−ザ光のビ−ムスポットを例えば円
形等の所定の形状に成形するために設けられる。回折光
学素子５４は、レンズ５３を介して照射されたレ−ザ光
を１本のスリット光に成形するために設けられ、例えば
株式会社インデゴによって販売されている光集積機能素
子、あるいは株式会社モリテックスによって販売されて
いるレ−ザパタ−ンプロジェクタ等が利用可能である。
スリット光はミラ−５５において反射され、被計測物体
Ｓに投影される。図３において、スリット光は水平方向
に延び、次に述べるように、ミラ−５５を回転させるこ
とにより、被計測物体Ｓ上を走査する。
ている。スリット光生成機構５２は発光素子５１の光軸
上に配置されたレンズ５３と、レンズ５３のさらに前方
に配設された回折光学素子５４と、ミラ−５５とを有す
る。レンズ５３はレ−ザ光のビ−ムスポットを例えば円
形等の所定の形状に成形するために設けられる。回折光
学素子５４は、レンズ５３を介して照射されたレ−ザ光
を１本のスリット光に成形するために設けられ、例えば
株式会社インデゴによって販売されている光集積機能素
子、あるいは株式会社モリテックスによって販売されて
いるレ−ザパタ−ンプロジェクタ等が利用可能である。
スリット光はミラ−５５において反射され、被計測物体
Ｓに投影される。図３において、スリット光は水平方向
に延び、次に述べるように、ミラ−５５を回転させるこ
とにより、被計測物体Ｓ上を走査する。
【００１８】ミラ−５５はガルバノメ−タ５６の回転軸
５７に取り付けられている。ガルバノメ−タ５６の回転
軸５７は、供給された電圧の大きさに応じた角度だけ矢
印Ｄに沿って回転する。すなわち、ガルバノメ−タ５６
の制御回路（図示せず）に時間的に変化する電圧信号が
供給されることにより、回転軸５７は、所定の方向に一
定の角度ピッチで断続的に回転する。
５７に取り付けられている。ガルバノメ−タ５６の回転
軸５７は、供給された電圧の大きさに応じた角度だけ矢
印Ｄに沿って回転する。すなわち、ガルバノメ−タ５６
の制御回路（図示せず）に時間的に変化する電圧信号が
供給されることにより、回転軸５７は、所定の方向に一
定の角度ピッチで断続的に回転する。
【００１９】被計測物体Ｓにおいて反射したレ−ザ光
（スリット光）は、撮影レンズ１１を介してＣＣＤ２８
の受光面に入射する。すなわちＣＣＤ２８には、被計測
物体Ｓに投影された１本のスリット光Ｐの像が形成さ
れ、ＣＣＤ２８に設けられた各フォトダイオ−ドには、
受光量に応じた電荷信号がそれぞれ発生する。
（スリット光）は、撮影レンズ１１を介してＣＣＤ２８
の受光面に入射する。すなわちＣＣＤ２８には、被計測
物体Ｓに投影された１本のスリット光Ｐの像が形成さ
れ、ＣＣＤ２８に設けられた各フォトダイオ−ドには、
受光量に応じた電荷信号がそれぞれ発生する。
【００２０】図３の例において、スリット光は角度θの
ピッチで偏向され、球形を有する被計測物体Ｓの表面を
走査する。ＣＣＤ２８とミラ−５５は異なる位置に設け
られているので、図４に示されるように、ＣＣＤ２８に
結像されたスリット光の各走査位置における像Ｐ１〜Ｐ
５は、球形に応じて円弧状に湾曲している。被計測物体
Ｓの３次元画像デ−タの検出では、まず光伝播時間測定
法（ＴＯＦ法）に従って、１本のスリット光の像を用い
て被計測物体Ｓまでの距離が概略的に計測される。そし
て、この計測結果に基づいて、スリット光の走査のピッ
チの大きさが決定され、次に光切断法に従って各像Ｐ１
〜Ｐ５毎にその３次元形状が計測される。
ピッチで偏向され、球形を有する被計測物体Ｓの表面を
走査する。ＣＣＤ２８とミラ−５５は異なる位置に設け
られているので、図４に示されるように、ＣＣＤ２８に
結像されたスリット光の各走査位置における像Ｐ１〜Ｐ
５は、球形に応じて円弧状に湾曲している。被計測物体
Ｓの３次元画像デ−タの検出では、まず光伝播時間測定
法（ＴＯＦ法）に従って、１本のスリット光の像を用い
て被計測物体Ｓまでの距離が概略的に計測される。そし
て、この計測結果に基づいて、スリット光の走査のピッ
チの大きさが決定され、次に光切断法に従って各像Ｐ１
〜Ｐ５毎にその３次元形状が計測される。
【００２１】図５および図６を参照して、ＴＯＦ法にお
ける距離測定の原理を説明する。なお図６において横軸
は時間ｔである。
ける距離測定の原理を説明する。なお図６において横軸
は時間ｔである。
【００２２】距離測定装置Ｂから出力された測距光は被
計測物体Ｓにおいて反射し、図示しないＣＣＤによって
受光される。測距光は時間的にパルス状に変化するレ−
ザ光である。測距光のパルス幅をＨとすると、被計測物
体Ｓからの反射光のパルス幅もＨである。また反射光の
パルスの立ち下がりは、測距光のパルスの立ち下がりよ
りも時間δ・ｔ（δは遅延係数）だけ遅れる。測距光と
反射光は距離測定装置Ｂと被計測物体Ｓの間の２倍の距
離ｒを進んだことになるから、その距離ｒは ｒ＝δ・ｔ・Ｃ／２ ・・・（１） により得られる。ただしＣは光速である。
計測物体Ｓにおいて反射し、図示しないＣＣＤによって
受光される。測距光は時間的にパルス状に変化するレ−
ザ光である。測距光のパルス幅をＨとすると、被計測物
体Ｓからの反射光のパルス幅もＨである。また反射光の
パルスの立ち下がりは、測距光のパルスの立ち下がりよ
りも時間δ・ｔ（δは遅延係数）だけ遅れる。測距光と
反射光は距離測定装置Ｂと被計測物体Ｓの間の２倍の距
離ｒを進んだことになるから、その距離ｒは ｒ＝δ・ｔ・Ｃ／２ ・・・（１） により得られる。ただしＣは光速である。
【００２３】例えば測距光のパルスの立ち下がりから反
射光を検知可能な状態に定め、反射光のパルスが立ち下
がった後に検知不可能な状態に切換えて、反射光のパル
スの立ち下がりまでの成分を検出するようにすると、す
なわち反射光検知期間Ｔを設けると、この反射光検知期
間Ｔにおける受光量Ａは距離ｒの関数である。すなわち
受光量Ａは、距離ｒが大きくなるほど（時間δ・ｔが大
きくなるほど）大きくなる。
射光を検知可能な状態に定め、反射光のパルスが立ち下
がった後に検知不可能な状態に切換えて、反射光のパル
スの立ち下がりまでの成分を検出するようにすると、す
なわち反射光検知期間Ｔを設けると、この反射光検知期
間Ｔにおける受光量Ａは距離ｒの関数である。すなわち
受光量Ａは、距離ｒが大きくなるほど（時間δ・ｔが大
きくなるほど）大きくなる。
【００２４】上述した原理を利用して、ＣＣＤ２８に設
けられたフォトダイオ−ドにおいて、被計測物体Ｓの表
面の各点に対応した画素における受光量Ａを検出するこ
とにより、カメラ本体１０から被計測物体Ｓの表面の各
点までの距離、すなわち被計測物体の３次元形状（３次
元画像デ−タ）を検出することができる。
けられたフォトダイオ−ドにおいて、被計測物体Ｓの表
面の各点に対応した画素における受光量Ａを検出するこ
とにより、カメラ本体１０から被計測物体Ｓの表面の各
点までの距離、すなわち被計測物体の３次元形状（３次
元画像デ−タ）を検出することができる。
【００２５】図７は被計測物体Ｓの３次元画像デ−タを
検出するためのプログラムである、３次元画像検出ル−
チンのフロ−チャ−トである。このプログラムはレリ−
ズスイッチ１５が押されることによって起動される。
検出するためのプログラムである、３次元画像検出ル−
チンのフロ−チャ−トである。このプログラムはレリ−
ズスイッチ１５が押されることによって起動される。
【００２６】ステップ１０１では、ＴＯＦ法に従ってプ
リ測距が行われ、３次元画像の画面の中央において、被
計測物体Ｓの表面でのスリット光の照射位置までの距離
が概略的に計測される。すなわち、スリット光がミラ−
５５から出て被計測物体Ｓにおいて反射してＣＣＤ２８
に入射するまでに飛行した距離の２分の１が、被計測物
体Ｓまでの概略的な距離デ−タであると見做される。ス
テップ１０２では、距離デ−タが２つの基準値と比較さ
れ、相対的に小さい第１の基準値以下であるとき、被計
測物体Ｓは近距離に位置していると判断される。また、
距離デ−タが相対的に大きい第２の基準値以上であると
き、被計測物体Ｓは遠距離に位置していると判断され、
第１の基準値と第２の基準値の間であるとき、被計測物
体Ｓは中距離に位置していると判断される。
リ測距が行われ、３次元画像の画面の中央において、被
計測物体Ｓの表面でのスリット光の照射位置までの距離
が概略的に計測される。すなわち、スリット光がミラ−
５５から出て被計測物体Ｓにおいて反射してＣＣＤ２８
に入射するまでに飛行した距離の２分の１が、被計測物
体Ｓまでの概略的な距離デ−タであると見做される。ス
テップ１０２では、距離デ−タが２つの基準値と比較さ
れ、相対的に小さい第１の基準値以下であるとき、被計
測物体Ｓは近距離に位置していると判断される。また、
距離デ−タが相対的に大きい第２の基準値以上であると
き、被計測物体Ｓは遠距離に位置していると判断され、
第１の基準値と第２の基準値の間であるとき、被計測物
体Ｓは中距離に位置していると判断される。
【００２７】被計測物体Ｓが近距離に位置していると
き、ステップ１０３が実行され、スリット光の被計測物
体Ｓの表面上における走査ピッチが相対的に粗く定めら
れる。そしてステップ１０４では、ＣＣＤ２８から電荷
信号が読み出されるときの間引き率すなわち解像度が相
対的に粗く定められる。
き、ステップ１０３が実行され、スリット光の被計測物
体Ｓの表面上における走査ピッチが相対的に粗く定めら
れる。そしてステップ１０４では、ＣＣＤ２８から電荷
信号が読み出されるときの間引き率すなわち解像度が相
対的に粗く定められる。
【００２８】ステップ１１０では、ステップ１０３、１
０４において設定された走査ピッチと解像度に従って、
被計測物体Ｓの３次元画像デ−タが検出される。すなわ
ち、粗い走査ピッチに従ってミラ−５５が回転し、被計
測物体Ｓに照射されるスリット光の位置が変化する。そ
して各位置毎に、ミラ−５５から出て被計測物体Ｓの表
面において反射したスリット光がＣＣＤ２８によって受
光され、ＣＣＤ２８の各フォトダイオ−ドに発生した電
荷信号が、相対的に大きい間引き率で間引かれてＣＣＤ
２８から読み出され、画素デ−タとしてメモリ３４（図
１）に格納される。
０４において設定された走査ピッチと解像度に従って、
被計測物体Ｓの３次元画像デ−タが検出される。すなわ
ち、粗い走査ピッチに従ってミラ−５５が回転し、被計
測物体Ｓに照射されるスリット光の位置が変化する。そ
して各位置毎に、ミラ−５５から出て被計測物体Ｓの表
面において反射したスリット光がＣＣＤ２８によって受
光され、ＣＣＤ２８の各フォトダイオ−ドに発生した電
荷信号が、相対的に大きい間引き率で間引かれてＣＣＤ
２８から読み出され、画素デ−タとしてメモリ３４（図
１）に格納される。
【００２９】ステップ１１１では、画素デ−タがメモリ
３４から読み出され、スリット光が照射された被計測物
体Ｓの表面の各位置における３次元座標が、ミラ−５５
およびＣＣＤ２８との位置関係に基づいて幾何学的な演
算により求められる。すなわち画素デ−タは、図５およ
び図６を参照して説明したＴＯＦ法の距離測定と同様
に、時間的にパルス状に変化するスリット光によって発
生したものであるが、そのまま３次元座標として採用さ
れるのではなく、位置を表すデ−タとして用いられ、光
切断法に従って、３次元座標に変換される。ステップ１
１１の処理が完了すると、このプログラムは終了する。
３４から読み出され、スリット光が照射された被計測物
体Ｓの表面の各位置における３次元座標が、ミラ−５５
およびＣＣＤ２８との位置関係に基づいて幾何学的な演
算により求められる。すなわち画素デ−タは、図５およ
び図６を参照して説明したＴＯＦ法の距離測定と同様
に、時間的にパルス状に変化するスリット光によって発
生したものであるが、そのまま３次元座標として採用さ
れるのではなく、位置を表すデ−タとして用いられ、光
切断法に従って、３次元座標に変換される。ステップ１
１１の処理が完了すると、このプログラムは終了する。
【００３０】一方、ステップ１０２において、被計測物
体Ｓが中距離に位置していると判断されたとき、ステッ
プ１０５が実行されて、走査ピッチがステップ１０４に
おいて決定された走査ピッチよりも細かい大きさに定め
られ、相対的に中程度の大きさに設定される。ステップ
１０６では、画素デ−タの間引き率がステップ１０４に
おける値よりも小さい値に定められ、すなわち解像度は
相対的に中程度の大きさに設定される。
体Ｓが中距離に位置していると判断されたとき、ステッ
プ１０５が実行されて、走査ピッチがステップ１０４に
おいて決定された走査ピッチよりも細かい大きさに定め
られ、相対的に中程度の大きさに設定される。ステップ
１０６では、画素デ−タの間引き率がステップ１０４に
おける値よりも小さい値に定められ、すなわち解像度は
相対的に中程度の大きさに設定される。
【００３１】そしてステップ１１０が実行され、ステッ
プ１０５、１０６において設定された走査ピッチと解像
度に従って、被計測物体Ｓの画素デ−タが検出され、メ
モリ３４に格納される。ステップ１１１では、上述した
ように、画素デ−タがメモリ３４から読み出されて被計
測物体Ｓの３次元座標が光切断法に従って求められる。
プ１０５、１０６において設定された走査ピッチと解像
度に従って、被計測物体Ｓの画素デ−タが検出され、メ
モリ３４に格納される。ステップ１１１では、上述した
ように、画素デ−タがメモリ３４から読み出されて被計
測物体Ｓの３次元座標が光切断法に従って求められる。
【００３２】ステップ１０２において、被計測物体Ｓが
遠距離に位置していると判断されたときは、ステップ１
０７において、走査ピッチがステップ１０５の走査ピッ
チよりもさらに細かい大きさに定められる。ステップ１
０８では、画素デ−タの間引き率がステップ１０６にお
ける値よりもさらに小さい値に定められ、解像度は最も
高く定められる。
遠距離に位置していると判断されたときは、ステップ１
０７において、走査ピッチがステップ１０５の走査ピッ
チよりもさらに細かい大きさに定められる。ステップ１
０８では、画素デ−タの間引き率がステップ１０６にお
ける値よりもさらに小さい値に定められ、解像度は最も
高く定められる。
【００３３】そしてステップ１１０が実行され、ステッ
プ１０７、１０８において設定された走査ピッチと解像
度に従って、被計測物体Ｓの画素デ−タが検出され、メ
モリ３４に格納される。ステップ１１１では、上述した
ように、画素デ−タがメモリ３４から読み出されて被計
測物体Ｓの３次元座標が光切断法に従って求められる。
プ１０７、１０８において設定された走査ピッチと解像
度に従って、被計測物体Ｓの画素デ−タが検出され、メ
モリ３４に格納される。ステップ１１１では、上述した
ように、画素デ−タがメモリ３４から読み出されて被計
測物体Ｓの３次元座標が光切断法に従って求められる。
【００３４】以上のように本実施形態では、１本のスリ
ット光を被計測物体Ｓに照射し、ＴＯＦ法に従って被計
測物体Ｓまでの距離をプリ測距により求める。そして、
プリ測距により得られた距離デ−タに基づいてスリット
光の走査ピッチを決定し、光切断法に従って被計測物体
Ｓの３次元画像デ−タを検出している。このように、走
査ピッチはＴＯＦ法によるプリ測距に基づいて自動的に
設定され、常に適当な大きさに選定されるので、３次元
画像デ−タの検出動作における操作が簡単になる。
ット光を被計測物体Ｓに照射し、ＴＯＦ法に従って被計
測物体Ｓまでの距離をプリ測距により求める。そして、
プリ測距により得られた距離デ−タに基づいてスリット
光の走査ピッチを決定し、光切断法に従って被計測物体
Ｓの３次元画像デ−タを検出している。このように、走
査ピッチはＴＯＦ法によるプリ測距に基づいて自動的に
設定され、常に適当な大きさに選定されるので、３次元
画像デ−タの検出動作における操作が簡単になる。
【００３５】また本実施形態では、ＴＯＦ法によるプリ
測距と光切断法による３次元画像デ−タの検出とにおい
て、共に発光装置５０を光源として用いているので、３
次元画像検出装置の構成を複雑にする必要がない。
測距と光切断法による３次元画像デ−タの検出とにおい
て、共に発光装置５０を光源として用いているので、３
次元画像検出装置の構成を複雑にする必要がない。
【００３６】本実施形態では、発光素子５１から出力さ
れたレ−ザ光を１本のスリット光に成形するために回折
光学素子５４を用いているが、これに代えてＤＭＤ（デ
ジタル・マイクロミラ−・デバイス）のようなミラ−デ
バイスを用いてもよい。また、ＤＭＤを用いた構成によ
れば、ガルバノメ−タを用いることなく被計測物体に対
する照射位置を制御することができる。
れたレ−ザ光を１本のスリット光に成形するために回折
光学素子５４を用いているが、これに代えてＤＭＤ（デ
ジタル・マイクロミラ−・デバイス）のようなミラ−デ
バイスを用いてもよい。また、ＤＭＤを用いた構成によ
れば、ガルバノメ−タを用いることなく被計測物体に対
する照射位置を制御することができる。
【００３７】また本実施形態では、プリ測距によって得
られた距離デ−タに基づいて、走査ピッチと間引き率
（あるいは解像度）をともに変化させているが、走査ピ
ッチと間引き率を別々に定めてもよい。
られた距離デ−タに基づいて、走査ピッチと間引き率
（あるいは解像度）をともに変化させているが、走査ピ
ッチと間引き率を別々に定めてもよい。
【００３８】なお図７のステップ１０１のプリ測距で
は、画面の中央の点での距離を計測すると説明したが、
複数の位置での距離の平均値を求めてもよい。
は、画面の中央の点での距離を計測すると説明したが、
複数の位置での距離の平均値を求めてもよい。
【００３９】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、３次元画
像デ−タの検出において走査ピッチを常に適当な大きさ
に選定することができ、その検出動作における操作が簡
単になる。
像デ−タの検出において走査ピッチを常に適当な大きさ
に選定することができ、その検出動作における操作が簡
単になる。
【図１】本発明の一実施形態である３次元画像入力装置
を備えたカメラの斜視図である。
を備えたカメラの斜視図である。
【図２】図１に示すカメラの回路構成を示すブロック図
である。
である。
【図３】発光装置の構成を概念的に示す図である。
【図４】ＣＣＤに結像されたスリット光の像を示す図で
ある。
ある。
【図５】ＴＯＦ法に従って行われる距離測定の原理を説
明するための図である。
明するための図である。
【図６】ＴＯＦ法の距離測定において、測距光、反射
光、ゲートパルス、およびＣＣＤが受光する光量分布を
示す図である。
光、ゲートパルス、およびＣＣＤが受光する光量分布を
示す図である。
【図７】３次元画像検出ル−チンのフロ−チャ−トであ
る。
る。
５０ 発光装置 ５１ 発光素子 ５４ 回折光学素子 ５５ ミラ− Ｐ スリット光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 13/02 Ｇ０１Ｂ 11/24 Ｅ Ｆターム(参考） 2F065 AA06 AA53 EE00 FF01 FF02 FF09 FF11 GG04 GG08 HH05 JJ03 JJ18 JJ26 LL06 LL13 LL30 LL42 LL62 MM16 QQ00 QQ03 QQ23 QQ24 QQ25 SS02 SS13 5C022 AA13 AB02 AB12 AB15 AB23 AB24 AC03 AC42 AC54 AC74 5C061 AA20 AB03 AB06 AB08 5J084 AA05 AD01 AD05 BA03 BA36 BB02 BB21 CA03 CA31 CA61 CA65 CA70
Claims (6)
- 【請求項１】 時間的にパルス状に変化するレ−ザ光を
被計測物体に照射する第１の光源と、 前記第１の光源から照射されたレ−ザ光によって生じる
前記被計測物体からの反射光に基づいて、光伝播時間測
定法に従って、前記被計測物体の表面におけるレ−ザ光
の照射位置までの距離に対応した距離デ−タを検出する
第１の距離検出手段と、 レ−ザ光をスリット光に成形するとともに、前記スリッ
ト光を、その長手方向に略垂直な方向に所定のピッチで
移動させつつ前記被計測物体に照射する第２の光源と、 前記ピッチを前記距離デ−タに応じて変化させるピッチ
調整手段と、 前記第２の光源から照射されたスリット光によって生じ
る前記被計測物体からの反射光に基づいて、光切断法に
従って、前記被計測物体の表面におけるスリット光の照
射位置の３次元座標を求める３次元座標取得手段とを備
えることを特徴とする３次元画像入力装置。 - 【請求項２】 前記ピッチ調整手段は、前記距離デ−タ
の値が大きいほど、前記ピッチを細かくすることを特徴
とする請求項１に記載の３次元画像入力装置。 - 【請求項３】 前記被計測物体からの反射光を受光し、
前記被計測物体の表面に対応した画素デ−タを得る撮像
素子を備えることを特徴とする請求項１に記載の３次元
画像入力装置。 - 【請求項４】 前記画素デ−タを、前記距離デ−タに応
じた間引き率で間引く解像度調整手段を備えることを特
徴とする請求項３に記載の３次元画像入力装置。 - 【請求項５】 前記解像度調整手段が、前記距離デ−タ
の値が小さいほど大きい間引き率で前記画素デ−タを間
引くことを特徴とする請求項４に記載の３次元画像入力
装置。 - 【請求項６】 前記第１および第２の光源が共通である
ことを特徴とする請求項１に記載の３次元画像入力装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000211161A JP2002022425A (ja) | 2000-07-12 | 2000-07-12 | ３次元画像入力装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000211161A JP2002022425A (ja) | 2000-07-12 | 2000-07-12 | ３次元画像入力装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002022425A true JP2002022425A (ja) | 2002-01-23 |
Family
ID=18707322
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000211161A Withdrawn JP2002022425A (ja) | 2000-07-12 | 2000-07-12 | ３次元画像入力装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002022425A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010534000A (ja) * | 2007-06-15 | 2010-10-28 | アイイーイー インターナショナル エレクトロニクス アンド エンジニアリング エス．エイ． | Ｔｏｆレンジカメラにおける汚れ検出方法 |
| JP2012127819A (ja) * | 2010-12-15 | 2012-07-05 | Canon Inc | 距離画像生成装置、位置姿勢計測装置、距離画像処理装置、距離画像生成装置の制御方法、およびプログラム |
| JP2013104784A (ja) * | 2011-11-14 | 2013-05-30 | Mitsubishi Electric Corp | 光３次元カメラ |
| JP2013113684A (ja) * | 2011-11-28 | 2013-06-10 | Fujitsu Ltd | 距離測定装置 |
| KR20150080690A (ko) * | 2014-01-02 | 2015-07-10 | 엘지전자 주식회사 | 거리 측정 장치 및 그 방법 |
| WO2015107869A1 (ja) * | 2014-01-14 | 2015-07-23 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 距離画像生成装置及び距離画像生成方法 |
| JP2017133930A (ja) * | 2016-01-27 | 2017-08-03 | 倉敷紡績株式会社 | 距離画像生成装置および方法 |
| JP2020501130A (ja) * | 2016-11-30 | 2020-01-16 | ブラックモア センサーズ アンド アナリティクス インク． | 光学測距システムによる適応走査の方法およびシステム |
| CN112325795A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-02-05 | 华中科技大学鄂州工业技术研究院 | 一种基于机器视觉引导的三维目标飞行时间测量方法、系统和装置 |
| WO2023053238A1 (ja) * | 2021-09-29 | 2023-04-06 | 日本電気株式会社 | 形状検出装置、形状検出システム及び形状検出方法 |
-
2000
- 2000-07-12 JP JP2000211161A patent/JP2002022425A/ja not_active Withdrawn
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US8761440B2 (en) | 2010-12-15 | 2014-06-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Range image generation apparatus, position and orientation measurement apparatus, range image processing apparatus, method of controlling range image generation apparatus, and storage medium |
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| KR102090502B1 (ko) | 2014-01-02 | 2020-03-18 | 엘지전자 주식회사 | 거리 측정 장치 및 그 방법 |
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| WO2015107869A1 (ja) * | 2014-01-14 | 2015-07-23 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 距離画像生成装置及び距離画像生成方法 |
| JPWO2015107869A1 (ja) * | 2014-01-14 | 2017-03-23 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 距離画像生成装置及び距離画像生成方法 |
| JP2017133930A (ja) * | 2016-01-27 | 2017-08-03 | 倉敷紡績株式会社 | 距離画像生成装置および方法 |
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Legal Events
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|
| A711 | Notification of change in applicant |
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|
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