JP2002206919A - ３次元形状計測装置および３次元形状計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数のカメラによって撮影されたパターン照
射画像に基づく距離データ算出処理をより高精度に実行
可能とする３次元形状計測装置を提供する。 【解決手段】 参照物体にパターンを投影して複数のカ
メラで撮像した画像のエッジ間輝度を出力値として取得
し、照射パターンを示すコードと各カメラの出力値との
対応をメモリに格納し、その後、計測物体に対してパタ
ーン照射を実行して、エッジ抽出、エッジ間輝度算出を
実行し、カメラ１によって取得された輝度情報に基づい
て計測物体の反射係数を求め、求められた反射係数に基
づいて、カメラ２の予測出力を算出する。算出したカメ
ラ２の予測出力に基づいて、カメラ２の計測物体パター
ン照射画像からもっとも近い値を持つエッジを抽出して
カメラ１の計測値との対応付けを実行して距離情報の取
得を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は測定対象に対してパ
ターン光を照射することによって得られるパターン投影
像を、複数の撮像手段で異なる方向から撮像し、パター
ンの変化に基づいて距離情報を得る三角測量法に基づく
３次元形状計測装置および３次元形状計測方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】３次元形状を取得する手法には、アクテ
ィブ手法（Active vision）とパッシブ手法（Passive v
ision）がある。アクティブ手法は、（1）レーザ光や超
音波等を発して、対象物からの反射光量や到達時間を計
測し、奥行き情報を抽出するレーザー手法や、（2）ス
リット光などの特殊なパターン光源を用いて、対象表面
パターンの幾何学的変形等の画像情報より対象形状を推
定するパターン投影方法や、(3)光学的処理によってモ
アレ縞により等高線を形成させて、３次元情報を得る方
法などがある。一方、パッシブ手法は、対象物の見え
方、光源、照明、影情報等に関する知識を利用して、一
枚の画像から３次元情報を推定する単眼立体視、三角測
量原理で各画素の奥行き情報を推定する二眼立体視等が
ある。

【０００３】一般的にアクティブ手法のほうが計測精度
は高いが、投光手段の限界などにより、測定できるレン
ジが小さい場合が多い。一方、パッシブ手法は汎用的で
あり、対象に対する制約が少ない。本発明は、このアク
ティブ手法の3次元計測装置であるパターン投影法に関
するものである。

【０００４】パターン投影法では、対象とする物体に基
準となるパターン光を投影し、基準となるパターン光が
投影された方向とは異なる方向から撮影を行う。撮影さ
れたパターンは、物体の形状によって変形を受けたもの
となる。観測された変形パターンと投影したパターンと
の対応づけを行うことで、物体の3次元計測を行える。
パターン投影法では、変形パターンと投影したパターン
の対応づけにおいていかに誤対応を少なくし、かつ簡便
に行うかが課題となる。そこで、様々なパターン投影の
手法(空間パターンコード化、モアレ、色符号化)が提案
されている。

【０００５】代表的な空間コード化の一例として、例え
ば特開平５−３３２７３７５号公報に開示されている構
成がある。この例では、レーザ光源とレーザ光をスリッ
ト形に整形するレンズ系と、整形されたレーザ光を対象
物に走査して照射するスキャンニング装置と対象物から
の反射光を検出するカメラとこれらを制御する装置から
なる。

【０００６】スキャンニング装置から走査されるレーザ
光によって対象物上に、レーザ光が照射された部分と照
射されていない部分とで縞模様が形成される。レーザ光
の照射を異なる複数のパターンによって行うことで対象
物上はＮ個の識別可能な部分に分割される。対象物を異
なる位置からカメラで撮影した画像上の各画素が分割さ
れたどの部分に含まれるかを判別することで対象物の形
状を算出できる。

【０００７】解像度を高くする為には複数回のレーザに
よるスキャンを行い、複数回のカメラによる撮影が必要
となる。例えば、画面を２５６の領域に分割する為には
8回の撮影が必要となる。そのため動きの早い物体の撮
影は困難となり、更にスキャンを行う間は撮影系を確実
に固定しておく必要があるので装置自体は簡便となって
も手軽に撮影を行う事は難しい。

【０００８】パターンの投光回数を減らす手段として特
開平３−１９２４７４号公報に開示されている色符号化
がある。色符号化においては、q、kを2以上の所定の自
然数とした時、q色以上の色を用いて、隣接する2本のス
リット光が同色にならず、隣接するk本のスリット光に
よる色の並びが1度しか現れないように符号化されたパ
ターンを投影し、観測された画像からスリットの色を検
出し、該当スリットの色並びからスリット番号を取得す
る。スリット番号から、スリットの照射方向を算出し空
間コード化の例と同様に距離を算出することができる。

【０００９】しかしながら、色符号化ではコード列の並
びからコードを復元する為に、コードの復元の計算量が
大きいという問題点がある。更に、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色を
用いて２５６の領域に分割したい場合には、コードを知
りたいスリットの周囲８本のスリット光の並びを知る必
要があり、連続してスリットが長く観測できるような形
状の物体の計測にしか適さない。

【００１０】スリットの復元を容易に行い、更に1回で
コード化されたパターンを投影する手段として特許第２
５６５８８５号で公開されている空間パターンコード化
法がある。この特許では、３値以上の濃淡、又は３色以
上の色、又は濃淡と色の組み合わせによって３種類以上
の階調領域を有し、該階調領域の境界線の交点において
少なくとも３種類の階調領域が互いに接しているように
配置した多値格子板パターンを具備し、該パターンを被
測定対象物に投影して生じる投影像の交点に該交点で接
する階調の種類と順序に応じた主コードを付与し、該主
コードを、または交点の主コードとその周囲交点の主コ
ードとを組み合わせた組み合わせコードを、交点の識別
用の特徴コードとして付与したことを特徴とする。

【００１１】しかし、上述の方式では撮影対象によって
はコード化が崩れてしまい正しくコードの対応づけがで
きなくなる場合がある。例えば、投影パターン光源によ
って投光されたパターン列が"12345678"であるとき、撮
影対象の構造によってはカメラで撮影されるパターン列
が"1267"と欠落して認識されたり、パターン列"758"の
ように反転したパターン列が得られる場合がある。ま
た、対象物の形状や反射率などによっても投光したパタ
ーンと撮影されたパターン列の変化により対応づけは困
難となる。

【００１２】色符号化においては、復号化時にスリット
のグループ化を行う際、スリットの欠落、反転の可能性
があるパターンについては復号を行わない手法を用いて
この問題を回避している。空間パターンコード化法では
2次元パターンを用いることで、前述の誤りの可能性を
低減してはいるが、原理的には対象物によっては同じ誤
りが生じる。従って、前述の方式では、実験室内の特殊
な状況や対象物体を限定した状況での撮影では優れた精
度が得られるものの、対象を限定しない一般的な撮影状
況では精度の劣化は否めない。また、光源を用いた投光
を行う手法では、広いレンジを有するものを対象とした
時に、投光が届かない部位については3次元形状が得ら
れない。また、投光されたパターンを対象物が遮ること
で生じる影の領域も、距離の計測ができないため、実際
に見えているのに距離が得られない領域が存在してしま
う。

【００１３】そこで、本出願と同一出願人に係る特願平
１０−１９１０６３号、(特開２０００−９４４２)、特
願平１０−２４７７９６(特開２０００−６５５４２)で
は投光されたパターンをフィードバックし新たなコード
を生成することで対象物に依存しない３次元画像撮影装
置を提案した。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記の特願平１０−１
９１０６３号、(特開２０００−９４４２)、特願平１０
−２４７７９６(特開２０００−６５５４２)における３
次元画像撮影装置は、投光パターンを複数の強度や複数
の波長によって符号化されたものを投影して実現する。
その際に、投光パターンが被写体の輝度情報、素材など
の影響によって変化し、３次元形状を算出する際に、エ
ラーとなって適切な３次元形状が計測できない。そのた
めに、上記３次元撮像装置は、投光素子と同光軸に配置
をし、被写体情報による投光パターンの変化分をモニタ
し、再符号化を実施し、３次元形状を計測している。

【００１５】しかしながら、上記構成は、一方のカメラ
で得られた新しい符号が全く同じ新しい符号として別の
カメラでも発生していることを前提としている。これ
は、装置中のすべてのカメラが同じ出力特性を有してお
り、対象物体上でのある明度に対して同じ信号を出力す
ることを必要とする。この条件を厳密に満たす複数のカ
メラを準備することはコスト的に難しい。また、仮に準
備したとしても、計時変化あるいは使用時の動作環境の
変動などによりばらつきが生じてしまうことは避け難
い。

【００１６】さらに、対象物体上のテクスチャによって
生じた新しい符号は、一意であるとは限らない。これ
は、対象物体上の別の点における別のテクスチャによっ
て、同じ新しい符号が発生する可能性があるためであ
る。すなわち、点ｐ(x,y)における反射率をｒ(x,y)、投
影された符号の輝度をi(x,y)としたときに、対象物体上
の２つの異なる点P１(x１,y１)と点P２(x２,y２)の反射
率と、投影された輝度との関係が、下記式（１）の関係
にあるとする。

【数１】 ｒ(x1,y1)/r(x2,y2)≒i(x2, y2)/i(x1,y1)…（１）

【００１７】対象物体上の２つの異なる点P１(x１,y１)
と点P２(x２,y２)が上記式（１）の関係にあるとする
と、下記式（２）の関係を満足することになる。

【数２】 r(x1,y1)×i(x1,y1)≒r(x2,y2)×i(x2,y2)…（２）

【００１８】この結果、カメラによって撮影された像の
持つ輝度は、対象物体上の２つの異なる点P１(x１,y１)
と点P２(x２,y２)において同じものとなってしまう。従
って、各カメラの撮影像の輝度に基づいて対応付けを行
なおうとした場合、一方のカメラで撮影された点と、他
方のカメラで撮影された点の対応付けが困難になる。特
に、複数のカメラを使用した撮影画像を用いて対応付け
処理を実行する構成では、カメラ各々の特性によりカメ
ラによって異なる出力値がカメラ毎に異なる場合があ
る、このようにカメラの特性により出力値が異なる場
合、上述のような投光パターンを投影した画像を複数の
カメラで撮影し、一方のカメラで撮影された点と、他方
のカメラで撮影された点の対応付けを行なおうとしても
対応付けが困難、あるいは不正確になることがある。

【００１９】本発明は、上記問題点を解決することを目
的としてなされたものであり、出力特性にばらつきがあ
るようなカメラ群を使用した場合でも正確な対応付けの
もとに再符号化を行うことができ、かつ、対象物体のテ
クスチャへの依存を少なくすることで誤対応が生じにく
く、信頼性の高い３次元形状計測方法および装置を提供
することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の目的を
解決するものであり、その第１の側面は、光源を用いて
与えられた符号化されたスリットパターンを投影する投
光手段と、該投光手段によって投光されるパターンと光
学的にほぼ同視点および同光軸を有する第１のカメラ
と、前記第１のカメラと異なる光軸上に配置された第２
のカメラから構成される３次元形状計測装置において、
前記第１および第２のカメラにより撮像したパターン投
影画像のエッジ間の出力値情報を記憶する出力値記憶手
段であり、参照物体に対してパターンを投影した場合
と、計測物体に対してパターンを投影した場合との前記
第１のカメラおよび第２のカメラの出力値を記憶する出
力値記憶手段と、参照物体に対してパターンを投影した
場合と、計測物体に対してパターンを投影した場合との
前記第１のカメラの出力値に基づいて前記計測物体につ
いての反射係数を演算する反射係数演算手段と、前記反
射係数と、前記記憶手段に記憶された参照物体に対して
パターンを投影した場合の前記第２のカメラ出力値とを
演算して前記第２のカメラの出力予測値を算出する出力
値予測手段と、計測物体に対してパターンを投影し、前
記第２のカメラにより撮像したパターン投影画像のエッ
ジ間出力値情報から、前記出力値予測手段が算出した第
２のカメラの出力予測値にもっとも近い出力値を持つエ
ッジを抽出して、前記第１のカメラの出力値に対する対
応点として選択する対応づけ手段と、を有することを特
徴とする３次元形状計測装置にある。

【００２１】さらに、本発明の３次元形状計測装置の一
実施態様において、計測物体に対してパターンを投影し
た場合の前記第２のカメラの出力値における類似パター
ンを検出するエッジ探索手段を有し、前記出力値予測手
段は、前記エッジ探索手段によって類似パターンが検出
された場合、前記出力値記憶手段に記憶された参照物体
に対してパターンを投影した場合の前記第２のカメラの
出力値と前記反射係数演算手段によって算出された反射
係数に基づいて前記第２のカメラにおける各エッジの出
力予測値を算出し、前記対応付け手段は、前記類似パタ
ーンとの比較に基づいて前記第２のカメラの対応エッジ
を選択する処理を実行する構成を有することを特徴とす
る。

【００２２】さらに、本発明の３次元形状計測装置の一
実施態様において、前記投光手段の出射光と、前記第１
のカメラへの入射光とは、ビームスプリッタによって分
離される構成であり、前記投光手段と前記第１のカメラ
とは、それぞれが光学的に同軸となるように配置された
構成であることを特徴とする。

【００２３】さらに、本発明の３次元形状計測装置の一
実施態様において、前記投光手段は不可視領域の光を発
生する光源を有し、第１のカメラは不可視領域の光を透
過するフィルターおよび不可視領域の光を遮断するフィ
ルターを有することを特徴とする。

【００２４】さらに、本発明の３次元形状計測装置の一
実施態様において、前記第２のカメラは、前記計測物体
を異なる角度で撮像する複数のカメラによって構成さ
れ、該複数の第２のカメラの各々の撮影した投影パター
ンに基づいて求められる距離情報を合成して３次元画像
を得るよう構成したことを特徴とする。

【００２５】さらに、本発明の第２の側面は、光源を用
いて与えられた符号化されたスリットパターンを投影す
る投光ステップと、該投光ステップによって投光される
パターンと光学的にほぼ同視点および同光軸を有する第
１のカメラと、前記第１のカメラと異なる光軸上に配置
された第２のカメラとにより、参照物体に対してパター
ンを投影した場合と、計測物体に対してパターンを投影
した場合との撮像パターン画像におけるエッジ間の出力
値情報を出力値記憶手段に記憶する出力値記憶ステップ
と、参照物体に対してパターンを投影した場合と、計測
物体に対してパターンを投影した場合との前記第１のカ
メラの出力値に基づいて前記計測物体についての反射係
数を演算する反射係数演算ステップと、前記反射係数
と、前記記憶手段に記憶された参照物体に対してパター
ンを投影した場合の前記第２のカメラ出力値とを演算し
て前記第２のカメラの出力予測値を算出する出力値予測
ステップと、計測物体に対してパターンを投影し、前記
第２のカメラにより撮像したパターン投影画像のエッジ
間出力値情報から、前記出力値予測手段が算出した第２
のカメラの出力予測値にもっとも近い出力値を持つエッ
ジを抽出して、前記第１のカメラの出力値に対する対応
点として選択する対応づけステップと、を有することを
特徴とする３次元形状計測方法にある。

【００２６】さらに、本発明の３次元形状計測方法の一
実施態様において、計測物体に対してパターンを投影し
た場合の前記第２のカメラの出力値における類似パター
ンを検出するエッジ探索ステップを有し、前記出力値予
測ステップは、前記エッジ探索ステップにおいて類似パ
ターンが検出された場合、前記出力値記憶手段に記憶さ
れた参照物体に対してパターンを投影した場合の前記第
２のカメラの出力値と前記反射係数演算手段によって算
出された反射係数に基づいて前記第２のカメラにおける
各エッジの出力予測値を算出し、前記対応付けステップ
は、前記類似パターンとの比較に基づいて第２のカメラ
の対応エッジを選択する処理を実行することを特徴とす
る。

【００２７】さらに、本発明の３次元形状計測方法の一
実施態様において、前記第２のカメラは、前記計測物体
を異なる角度で撮像する複数のカメラによって構成さ
れ、該複数の第２のカメラの各々の撮影した投影パター
ンに基づいて求められる距離情報を合成して３次元画像
を取得するステップを有することを特徴とする。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、図を用いて本発明の３次元
形状計測装置および３次元形状計測方法の実施の形態を
詳しく説明する。

【００２９】まず、再コード化処理を用いた距離データ
の取得原理について説明する。再コード化処理を用いた
距離データの取得を実行する３次元形状計測装置の一構
成例を表すブロック図を図１に示す。図２に光源と撮像
素子の位置関係を示す。

【００３０】図２に示す構成では、３次元形状測定装置
は、３台のカメラ１０１〜１０３および投光器１０４を
備える。各カメラの距離関係が揃うように、図示の距離
Ｉ1、Ｉ2、Ｉ3は等しくされている。カメラ３，１０３
と投光器１０４は、ビームスプリッタとしてのハーフミ
ラー１０５を用いて光軸が一致するように配置される。
カメラ１，１０１、カメラ２，１０２は、カメラ３，１
０３と投光器１０４の両側に、それらと光軸が異なるよ
うに配置される。中央の光軸と両側の光軸との距離が基
線長Ｌである。

【００３１】投光器１０４は、光源１０６と、マスクパ
ターン１０７と、強度パターン１０８と、プリズム１０
９とを有する。ここで光源１０６は、赤外もしくは紫外
光を用いた不可視領域の光源を用いることができる。こ
の場合、各カメラは図３に示すように構成される。すな
わち、入射してきた光３１０は、プリズム３０１で２方
向に分割され、一方は不可視領域（赤外あるいは紫外）
透過フィルター３０２を通って撮像装置（例えばＣＣＤ
カメラ）３０３に入射し、他方は不可視領域（赤外と紫
外）遮断フィルター３０４を通って撮像装置３０５に入
射する。

【００３２】また図２に示す光源１０６は、可視領域あ
るいは不可視領域に限定せず、撮像可能な波長帯の光源
を用いてもよい。この場合、カメラ３，１０３において
は、プログレッシブスキャンタイプのＣＣＤカメラを用
い、カメラ１，１０１、カメラ２，１０２に関しては、
特に構成はこだわらない。ただし、カメラ３，１０３と
の対応を考慮すれば、同じ構成のＣＣＤカメラが望まし
い。光源１０６からパターンが投影され、３台のカメラ
１〜３（１０１〜１０３）が同時に撮影を行う。そして
各カメラは、フィルター３０４，３０５（図３参照）を
通過した光を撮像装置３０３，３０５で得ることによ
り、画像の一括取得を行う。

【００３３】図１を用いて３次元形状測定装置の構成を
説明する。図示のように、カメラ１，１０１は、撮影し
て得た輝度情報を輝度値メモリ１２１に記憶し、撮影パ
ターンをパターン画像メモリ１２２に記憶する。カメラ
２，１０２は、同様に、輝度情報を輝度値メモリ１２３
に記憶し、撮影パターンをパターン画像メモリ１２４に
記憶する。カメラ３，１０３は、輝度情報を輝度値メモ
リ１２５に記憶し、撮影パターンをパターン画像メモリ
１２６に記憶する。投光器１０４は、事前に作成したコ
ード化されたパターンを後に参照する為に、各スリット
を正方格子上のセルに分割してフレームメモリ１２７に
格納している。

【００３４】この記憶保持された撮影パターンおよび輝
度情報を用いて、次のようにして３次元画像を得る。以
下の操作は、カメラ１，１０１とカメラ３，１０３の組
み合わせ、カメラ２，１０２とカメラ３，１０３の組み
合わせの双方に共通なので、ここではカメラ１，１０１
とカメラ３，１０３の組み合わせを例にとって説明す
る。

【００３５】図１において、領域分割部１２８は、カメ
ラ３，１０３で撮影された撮影パターンの領域分割を行
う。そして、隣り合うスリットパターン間の強度差が閾
値以下である領域については投光器からの光が届いてな
い領域１として抽出し、スリットパターン間の強度差が
閾値以上である領域については領域２として抽出する。
再コード化部１２９は、抽出された領域２について、パ
ターン画像メモリ１２６に記憶された撮影パターンとフ
レームメモリ１２７に格納された投影パターンを用いて
再コード化を行う。

【００３６】図４は、再コード化を行う際のフローチャ
ートである。まず、各スリットパターンをスリット幅毎
に縦方向に分割し（ステップＳ１１）、正方形のセルを
生成する。生成された各セルについて強度の平均値をと
り、平均値を各セルの強度とする（ステップＳ１２）。
画像の中心から順に、投影パターン及び撮影パターンの
対応する各セル間の強度を比較し、対象物の反射率、対
象物までの距離などの要因によってパターンが変化した
ためにセル間の強度が閾値以上異なるかどうかを判断す
る（ステップＳ１３）。閾値以上異ならない場合は、撮
影されたすべてのセルについて再コード化を終了する
（ステップＳ１７）。

【００３７】閾値以上異なる場合は、新たな強度のセル
かどうか判断する（ステップＳ１４）。そして、新たな
強度のセルのときは、新たなコードの生成、割り付けを
行う（ステップＳ１５）。また、新たな強度のセルでな
いときは、他に出現している部位と識別可能とするスリ
ットパターンの並びを用いてコード化する（ステップＳ
１６）。これで、再コード化を終了する（ステップＳ１
７）。

【００３８】図５はスリットパターンのコード化の例を
示すもので、同図（ａ）はスリットの並びによってコー
ド化された投影パターンであり、強度としてそれぞれ３
（強）、２（中）、１（弱）が割り当てられている。同
図（ｂ）においては、左から３つめのセルで強度が変化
して新たなコードが出現したので、新たに０というコー
ドを割り当てている。同図（ｃ）においては、左から３
つめ上から２つめのセルに既存のコードが出現している
ので、セルの並びから新たなコードとして、縦の並びを
［２３２］、横の並びを［１３１］という具合に再コー
ド化する。この再コード化は、対象の形状が変化に富む
部位には２次元パターンなどの複雑なパターンを投光
し、変化の少ない部位には簡単なパターンを投光してい
るのに等しい。この過程を繰り返し、全てのセルに対し
て一意なコードを割り付けることで再コード化を行う。

【００３９】図６は、カメラ６０１〜６０３および投光
器６０４を用いて、壁６０５の前に配置された板６０６
にコード化されたパターンを投光する例を示す。ここで
コード化されたパターンは、図７に示すスリットパター
ンである。このとき、カメラ６０１、カメラ６０２で得
られる画像は、図８及び図９に示すように、それぞれ板
６０６の影となる領域８０１、９０１が生ずる。本例で
は、板６０６の表面には新たにコード化されたパターン
として、図１０に示すようなスリットパターンが得られ
る。

【００４０】次に図１に戻って説明する。カメラ１，１
０１側のコード復号部１３０は、パターン画像メモリ１
２２から投影パターンを抽出し、上述と同様にしてセル
に分割する。そして、先に再コード化部１２９で再コー
ド化されたコードを用いて各セルのコードを検出し、こ
の検出したコードに基づいて光源からのスリット角θを
算出する。図１１は空間コード化における距離の算出方
法を示す図であり、各画素の属するセルのスリット角θ
とカメラ１で撮影された画像上のｘ座標とカメラパラメ
ータである焦点距離Ｆと基線長Ｌとから、次の式（３）
によって距離Ｚを算出する。

【００４１】

【数３】 Ｚ＝（Ｆ×Ｌ）／（ｘ＋Ｆ×ｔａｎθ） …（３）

【００４２】この距離Ｚの算出は、カメラ２，１０２側
のコード復号部１３１においても、同様に行われる。ま
た、上述の領域１については次のようにして距離を算出
する。領域１では、投光されたパターンによるパターン
検出は行うことができないので、対応点探索部１３２に
おいて、カメラ１〜３の輝度値メモリ１２１、１２３、
１２５から読み出された輝度情報を用いて視差を検出
し、これに基づいて距離を算出する。領域１を除く領域
に対しては、前述の操作により距離が算出されているの
で、領域１の距離の最小値が得られ、また対応づけ可能
な画素も限定される。これらの制限を用いて、画素間の
対応づけを行い視差ｄを検出し、カメラパラメータであ
る画素サイズλを用いて、次の式（４）によって距離Ｚ
を算出する。

【００４３】

【数４】Ｚ＝（Ｌ×Ｆ）／（λ×ｄ）…（４）

【００４４】前述の手法でカメラ３，１０３とカメラ
１，１０１の組み合わせによって得られた距離情報で
は、図８に示す板の影となる領域８０１の距離情報が検
出できない。一方、カメラ３，１０３とカメラ２，１０
２の組み合わせによって得られた距離情報では、図９に
示す板の影となる領域９０１の距離情報が検出できな
い。しかし、図８に示す板の影となる領域８０１の距離
情報が算出可能である。従って、図１の距離情報統合部
１３３において、カメラ３，１０３とカメラ１，１０１
の組で算出された距離情報およびカメラ３，１０３とカ
メラ２，１０２で算出された距離情報から、カメラ３の
画像（図１２）のすべての画素に対する距離情報を取得
する。以上の操作によって得られた距離情報を、例えば
カメラ３の輝度画像に対応づけて３次元画像メモリに記
憶することで３次元形状計測を行う。

【００４５】図１３に測定対象１３０１に対してパター
ン光を照射するプロジェクタ１３０２、パターン光を投
影した測定対象の撮影を実行する２つの撮像手段１３０
３、１３０４の構成からなる３次元形状計測処理システ
ム構成を示す。撮像手段１３０３は、投光プロジェクタ
１３０２と同軸方向の像を撮影するために、ビームスプ
リッタとしてのハーフミラー１３０５を介した像を撮影
する構成となっている。撮像手段１３０３、１３０４の
撮影パターンに基づいて前述の手法により測定対象の距
離データ。すなわち３次元形状を求める構成である。

【００４６】投光プロジェクタ１３０２によって測定対
象に投影されるパターンは、例えば図１４（ａ）に示す
パターンであり、測定対象が図１４（ｂ）のような形状
である場合、測定対象に照射されるパターン像、および
２つの撮像手段によって撮影されるパターンは、図１５
に示すようなものとなる。図１５（ａ）がパターン投影
プロジェクタにより測定対象に投影されるパターン像で
あり、図１５（ｂ）がパターン投影プロジェクタと同光
軸位置に配置されたカメラ１，１５０１により撮影され
るパターン像であり、図１５（ｃ）がカメラ１と異なる
方向からオブジェクトを撮らえるカメラ２，１５０２に
より撮影されるパターン像である。

【００４７】図１５の構成において、カメラ１，１５０
１およびカメラ２，１５０２により撮影されるパターン
像に基づいて再符号化する際に、カメラの特性、出力を
考慮した対応付け処理を実行して、正確な距離データを
取得する本発明の３次元形状計測装置および３次元形状
計測方法の処理について説明する。

【００４８】図１６のフローチャートを参照して詳しく
説明する。まず、図１５の構成におけるカメラ１，１５
０１、およびカメラ２，１５０２、各カメラの出力特性
を計測するため、測定対象物ではない参照物体を配置
し、参照物体上にパターンを投影（図１６のＳ１０１）
し、投影された投影パターンを各カメラで撮像（Ｓ１１
１，Ｓ１２１）する。この状態を標準状態と呼ぶことと
する。参照物体としては、均一な反射係数を有する平板
を用いることが望ましい。

【００４９】参照物体上に投影された投影パターンを各
カメラで撮影した画像から、エッジを抽出（Ｓ１１２，
Ｓ１２２）し、各コードに対応する出力値を算出する。
出力値の算出については、エッジ間に存在する複数画素
について輝度値の平均値を算出（Ｓ１１３，Ｓ１２３）
するなどによって行うことができる。各カメラ（図１５
ではカメラ１，１５０１、およびカメラ２，１５０２）
ごとに各コードに対応する出力値を算出し、各コードと
出力値の対応をメモリに記憶（Ｓ１１４，Ｓ１２４）し
ておく。

【００５０】具体的には、参照物体上に投影された投影
パターンをカメラで撮影した画像におけるｎ番目のエッ
ジ位置をＥｎ、その左側および右側のコードをそれぞれ
Ｃ_{le ft}(ｎ)，Ｃ_right(ｎ)とする。また、Ｃ_left(ｎ)お
よびＣ_right(ｎ)のコードに対するカメラ１，１５０１
の出力値をＯ_left-1(ｎ)，Ｏ_right-1(ｎ)とし、カメラ
２，１５０２の出力値をＯ_left-2(ｎ)，Ｏ_right-2(ｎ)
として、各コードに対応付けて記憶する。

【００５１】メモリには、カメラ１，１５０１の出力値
Ｏ_left-1(ｎ)，Ｏ_right-1(ｎ)と、カメラ２，１５０２
の出力値Ｏ_left-2(ｎ)，Ｏ_right-2(ｎ)の値が、各コー
ドに対応付けて記憶されることになる。具体的には、コ
ード化された投影パターンが強度としてそれぞれ３
（強）、２（中）、１（弱）が割り当てられている３コ
ードを有する場合、各エッジ位置の左右のコード３，
２，または１に対する各カメラの出力値の対応をメモリ
に格納する。

【００５２】以上の処理により、標準状態における各コ
ードと各カメラの出力値との対応が測定されたことにな
る。なお、この参照物体を用いた標準状態における各カ
メラの出力値測定処理は計測前にあらかじめ行っておく
ことができ、計測ごとに繰り返す必要はない。

【００５３】次に実際の測定対象物に対してパターンを
投影（Ｓ１０２）し、上述の出力値測定処理を実行した
各カメラで撮像（Ｓ１１５，Ｓ１２５）を行う。次に、
カメラ１，１５０１において撮像された画像からエッジ
検出処理によりエッジを抽出（Ｓ１１６）する。カメラ
１，１５０１はパターン投影装置と同光軸、同視点を有
するので、前述した標準状態とほぼ同じ位置にエッジ位
置を検出することができる。すなわち、測定対象物にお
ける撮像画像について、標準状態におけるエッジ位置：
Ｅｎ，左右コード：Ｃ_left(ｎ)，Ｃ_right(ｎ)を対応さ
せることができる。

【００５４】ただし、カメラの出力値は対象物体の形
状、模様などテクスチャによって変化させられている。
この変化により、エッジ位置：Ｅｎの左右のカメラ１，
１５０１の実際の出力値は例えば、Ｏ'_left-1(ｎ)，Ｏ'
_right-1(ｎ)となる。Ｏ'_left-1(ｎ)，Ｏ'_right-1(ｎ)の
算出（Ｓ１１７）については、標準状態におけるカメラ
出力値Ｏ_left-1(ｎ)，Ｏ_right-1(ｎ)を算出したときと
同じ手順を踏めばよい。このとき、標準状態におけるカ
メラ出力値と、測定対象物の撮影データの持つカメラ出
力値との比率Ｏ’／Ｏは、対象物体上での各ストライプ
における一種の反射率とみなすことができる。ｎ番目の
エッジ位置をＥｎの左側および右側の位置におけるカメ
ラ出力値との比率は以下の式（５）によって示される。

【００５５】

【数５】 Ｒ_left(ｎ)=Ｏ'_left-1(ｎ)/Ｏ_left-1(ｎ) …（５）−Ｌ Ｒ_right(ｎ)=Ｏ'_right-1(ｎ)/Ｏ_right-1(ｎ)…（５）−Ｒ 上記式において、Ｒ_left(ｎ)，Ｒ_right(ｎ)は対象物体
上での各ストライプにおける反射率を示す反射係数と見
なすことができる。

【００５６】上記式を用いて、カメラ１，１５０１の撮
影画像の各エッジ位置における反射率を示す反射係数：
Ｒｎを算出（Ｓ１１８）する。また、カメラ２，１５０
２の撮影画像においても、カメラ１，１５０１の場合と
同様の処理を実行してエッジ位置を検出し、カメラ２，
１５０２のエッジ位置をＥｎの左側および右側の位置に
おける出力値としてのエッジ間輝度：Ｏ'_left-2(ｎ)，
Ｏ'_right-2(ｎ)を算出（Ｓ１２７）する。

【００５７】次に、ステップＳ１１７で算出したカメラ
１での計測物体パターン投影画像におけるエッジ間輝度
情報と、ステップＳ１２７で算出したカメラ２での計測
物体パターン投影画像におけるエッジ間輝度情報、さら
に、ステップＳ１１８で算出した反射係数：Ｒを用い
て、エピポーララインに基づく対応付け処理（Ｓ１０
３）を実行する。

【００５８】対応付け処理（Ｓ１０３）の詳細を図１７
に示す。カメラ２，１５０２の標準状態での出力値Ｏ₂
に基づいてカメラ２の計測状態での出力値の予測値Ｏ’
_2-preの算出処理（Ｓ２０１）を実行する。カメラ１，
１５０１においてＳ１１８において算出された反射係
数：Ｒ_left(ｎ)，Ｒ_right(ｎ)とカメラ２，１５０２の
標準状態での出力値を用いれば、カメラ２，１５０２が
測定状態で出力するであろう値、すなわちカメラ予測出
力値を推定できる。ｎ番目のエッジ位置をＥｎの左側お
よび右側の位置におけるカメラ２，１５０２の予測出力
値をＯ'_left-2-pre(ｎ)，Ｏ'_right-2-pre(ｎ)とする。

【００５９】カメラ２，１５０２の出力が標準状態と計
測状態とで異なる傾きを持ってはいるが出力の線形性を
有していた場合、カメラ２，１５０２の予測出力値は、
以下の式（６）で推定することができる。

【００６０】

【数６】 Ｏ'_left-2-pre(ｎ)=Ｒ_left(ｎ)×Ｏ_left-2(ｎ)…（６）−Ｌ Ｏ'_right-2-pre(ｎ)=Ｒ_right(ｎ)×Ｏ_right-2(ｎ)…（６）−Ｒ

【００６１】上記式によって、ｎ番目のエッジ位置をＥ
ｎの左側および右側の位置におけるカメラ２，１５０２
の予測出力値Ｏ'_left-2-pre(ｎ)，Ｏ'_right-2-pre(ｎ)
を算出する。

【００６２】次に、ステップＳ２０２において上述の処
理によって求めたカメラ２，１５０２の予測出力値Ｏ'
_left-2-pre(ｎ)，Ｏ'_right-2-pre(ｎ)にもっとも近い値
を持つ、カメラ２，１５０２の計測状態における実際の
出力値Ｏ'_left-2(ｎ)，Ｏ'_{ri ght-2}(ｎ)を探索し、この
予測出力値に基づく探索エッジに基づいて、カメラ１の
計測画像に対するエピポーラライン上の対応点とする対
応付け処理を行なう。対応づけは、エピポーラライン上
においてＯ'_left-2-pre(ｎ)，Ｏ'_right-2-pre(ｎ)にほ
ぼ等しいＯ'_left-1(ｎ)，Ｏ'_right-1(ｎ)をもつような
エッジを探索すれば行うことができる。このように、カ
メラ１，１５０１とカメラ２，１５０２が同じ出力特性
を持たない、すなわち、Ｏ'_{left(right)-1}(ｎ)とＯ'
_{left(right)-2}(ｎ)が一致しない場合でもカメラ２，１
５０２において確実に対応点を検出することができるよ
うになる。対応点が決定された後は一般的な三角測量の
原理により距離が測定できる。

【００６３】図１６、図１７の処理フローを実行する装
置構成を図１８に示す。図１８の構成は、図１に示す構
成中の対応点探索部と、２つのカメラに対応する２つの
輝度値メモリを抽出した構成を示すブロック図である。
対応点探索部１７１０は、反射係数演算手段１７１１、
出力値予測手段１７１２、対応付け手段１７１３を有す
る、カメラ１の撮影画像に基づいて取得されるエッジ間
の輝度情報は、出力値記憶手段１７２０に格納され、カ
メラ２の撮影画像に基づいて取得されるエッジ間の輝度
情報は出力値記憶手段１７３０に記憶される。

【００６４】出力値記憶手段１７２０、出力値記憶手段
１７３０は、標準状態、計測状態における各カメラの撮
影画像の出力値を記憶する。

【００６５】まず、参照物体に対してパターンを投影し
た場合において算出手段が算出した第１のカメラおよび
第２のカメラの出力値を出力値記憶手段１７２０、出力
値記憶手段１７３０に記憶し、次に計測物体に対してパ
ターンを投影して各カメラで撮影した画像の出力値を出
力値記憶手段１７２０、出力値記憶手段１７３０に記憶
する。

【００６６】対応点探索部１７１０の反射係数演算手段
１７１１は、出力値記憶手段１７２０に記憶された各出
力値を前述の式（５）を適用して演算し、反射係数を算
出する。次に、出力値予測手段１７１２は、算出された
反射係数と出力値記憶手段１７３０に記憶された出力値
とに基づく演算、すなわち前述の式（６）を適用して第
２のカメラの出力値を予測する出力値予測処理を実行す
る。

【００６７】次に、対応付け手段１７１３は、出力値予
測手段１７１２によって算出されたカメラ２の予測出力
値Ｏ'_left-2-pre(ｎ)，Ｏ'_right-2-pre(ｎ)と、出力値
記憶手段１７２０に記憶されたカメラ１，１５０１の計
測状態における実際の出力値Ｏ'_left-1(ｎ)，Ｏ'
_right-1(ｎ)との対応付け処理を行なう。対応づけは、
エピポーラ線上における対応付け処理が適用可能であ
る。

【００６８】次に、反射係数Ｒｎを符合化の際のパラメ
ータの1つとして利用する構成例について説明する。こ
れについて図１９、図２０のフローチャートを参照して
説明する。図１９は、エピポーラライン上に近似する輝
度値パターンがあることを前提とした処理フローであ
り、図２０は、エピポーラライン上に近似する輝度値パ
ターンがある場合、ない場合の両者を想定した処理フロ
ーである。

【００６９】図１９のフローから説明する。なお、反射
係数Ｒｎの算出までは図１６における処理フローと同様
の手順を実行し、カメラ１、カメラ２により、それぞれ
標準状態、計測状態における各カメラの撮影画像の出力
値を取得し、カメラ１の標準状態、計測状態画像に基づ
いて反射係数：Ｒが求められているものとする。

【００７０】まず、カメラ１，１５０１の画像とカメラ
２，１５０２の画像を対応付けるためのカメラ２のエピ
ポーラライン上において、近似する輝度値パターンを持
つエッジ群αを探索（Ｓ３０１）する。

【００７１】たとえばカメラ２，１５０２のエピポーラ
ライン上における２つの異なるエッジ位置ａ，ｂで近似
した出力値を有する場合とは、エッジ位置ａの左右の出
力値：Ｏ'_left-2(ｎ,a)，Ｏ'_right-2(ｎ,a)と、エッジ
位置ｂの左右の出力値：Ｏ'_{le ft-2} (ｎ,b)，Ｏ'_right-2
(ｎ,b)が下記式（７）のように近似する関係である場合
である。

【００７２】

【数７】 Ｏ'_left-2 (ｎ,a)≒Ｏ'_left-2 (ｎ,b) …（７）−Ｌ Ｏ'_right-2(ｎ,a)≒Ｏ'_right-2(ｎ,b) …（７）−Ｒ

【００７３】このような近似した輝度パターンを持つエ
ッジ群をカメラ２，１５０２のエピポーラライン上にお
いて探索する。なお、ここでは、エッジの左右（Ｌ，
Ｒ）の２つの隣接輝度値のみを抽出して比較する処理と
して説明するが、さらに３以上の隣接輝度値を選択し
て、近似関係にあるパターンを検索してもよい。

【００７４】ステップＳ３０１において、カメラ２，１
５０２のエピポーラライン上において近似する輝度値パ
ターン［Ｏ'_left-2(ｎ,a)，Ｏ'_right-2(ｎ,a)］、［Ｏ'
_{left -2} (ｎ,b)，Ｏ'_right-2(ｎ,b)］…の複数のエッジ
群α（ａ，ｂ・・）が検出されると、次に、ステップＳ
３０２において、エッジ群α（ａ，ｂ・・）の輝度パタ
ーン［Ｏ'_left-2(ｎ,a)，Ｏ'_right-2(ｎ,a)］または
［Ｏ'_left-2 (ｎ,b)，Ｏ' _right-2(ｎ,b)］と類似する輝
度パターンを持つカメラ１，１５０１におけるエッジ群
β（ｎ１，ｎ２・・）を検出する処理を実行する。

【００７５】カメラ２，１５０２のエピポーラライン上
において近似する複数のエッジ群α（ａ，ｂ・・）に対
応するカメラ１，１５０１のエッジ位置は、前述の図１
７におけるステップＳ１１８で算出した反射係数：Ｒを
用いて算出することができる。例えばエッジ位置：Ｅｎ
の位置における反射係数：Ｒｎはカメラ１，１５０１の
参照状態画像だけで決定できており、各エッジ位置にお
ける反射率Ｒ（ｎ）を用いて下記式（８）を計算する。

【００７６】

【数８】 Ｏ_pre-left=Ｒ_left(ｎ)×Ｏ_left-2(ｎ) …（８）−Ｌ Ｏ_pre-right=Ｒ_right(ｎ)×Ｏ_right-2(ｎ) …（８）−Ｒ

【００７７】カメラ２，１５０２のエピポーラライン上
における近似する複数のエッジ群α（ａ，ｂ・・）に対
応するカメラ１，１５０１のエッジ位置をｎ１，ｎ２…
とし、各エッジ位置ｎ１、ｎ２について以下の値を算出
する。

【００７８】

【数９】 Ｏ_pre-left-n1＝Ｒ_left(ｎ1)×Ｏ_left-2(ｎ1) …（９）−Ｌｎ１ Ｏ_pre-right-n1＝Ｒ_right(ｎ1)×Ｏ_right-2(ｎ1) …（９）−Ｒｎ１ Ｏ_pre-left-n2＝Ｒ_left(ｎ2)×Ｏ_left-2(ｎ2) …（９）−Ｌｎ２ Ｏ_pre-right-n2＝Ｒ_right(ｎ2)×Ｏ_right-2(ｎ2) …（９）−Ｒｎ２

【００７９】上記式によって求められる
(Ｏ_pre-left-n1，Ｏ_pre-right-n1)，(Ｏ_{pre-left-n 2}，
Ｏ_pre-right-n2)は、カメラ２，１５０２のエッジ位置
ａまたはｂのいずれかの左右の出力値に対応する候補を
示す出力の組となる。

【００８０】次に、カメラ１におけるエッジ群β （ｎ
１，ｎ２・・）の各々と、カメラ２上のエピポーラライ
ン上のエッジ群α（ａ，ｂ・・）の近似パターンの各々
の比較を実行し、より差異の小さい組合わせを対応エッ
ジとする（Ｓ３０３）処理を実行する。

【００８１】具体的には、カメラ２，１５０２のエピポ
ーラライン上において近似する複数のエッジ群α（ａ，
ｂ・・）の１つのエッジａ：(Ｏ'_left-2 (ｎ,a)，Ｏ'
_{right- 2}(ｎ,a))が(Ｏ_pre-left-n1，Ｏ_pre-right-n1)，
(Ｏ_pre-left-n2，Ｏ_{pre-right-n 2})のいずれにより近い
かを比較すればカメラ２，１５０２のエピポーラライン
上のエッジａ：の対応点を決定できる。エッジｂについ
ても同様に(Ｏ'_left-2 (ｎ,ｂ)，Ｏ'_right-2(ｎ,ｂ))が
(Ｏ_pre-left-n1，Ｏ_pre-right-n1)，(Ｏ_{pre-left-n 2}，
Ｏ_pre-right-n2)のいずれにより近いかを比較すればエ
ッジｂ：の対応点を決定できる。比較方法としては例え
ば、以下の式（１０）を計算する。

【００８２】

【数１０】 Σ1 = (Ｏ_pre-left-n1 - Ｏ'_left-2 (ｎ,a)) ²+(Ｏ_pre-right-n1 - Ｏ'_{right- 2} (ｎ,a)) ² +(Ｏ_pre-left-n2 - Ｏ'_left-2 (ｎ,b)) ²+(Ｏ_pre-right-n2 - Ｏ'_right-2(ｎ, b)) ² Σ2 = (Ｏ_pre-left-n2 - Ｏ'_left-2 (ｎ,a)) ²+(Ｏ_pre-right-n2 - Ｏ'_{right- 2} (ｎ,a)) ² +(Ｏ_pre-left-n1 - Ｏ'_left-2 (ｎ,b)) ²+(Ｏ_pre-right-n1 - Ｏ'_right-2(ｎ, b)) ²…（１０）

【００８３】上記式（１０）を計算し、小さい方の対応
を採用することにより、カメラ２，１５０２の出力(Ｏ'
_left-2 (ｎ,a)，Ｏ'_right-2(ｎ,a))に対応する出力とし
てカメラ１，１５０１の出力(Ｏ_pre-left-n1，Ｏ
_pre-right-n1)，(Ｏ_pre-left-n2，Ｏ_pre-right-n2)のい
ずれか一方が選択され、選択された出力を持つエッジ位
置がエッジ位置ａのカメラ１の撮影画像における対応点
とされる。

【００８４】本実施例においては、符合化のパラメータ
として反射率を付加しており、本構成により、カメラ
２，１５０２の撮影画像に近似する輝度値パターンが出
力された場合でも確実に対応づけ行うことができる。対
応点が決定された後は一般的な三角測量の原理により距
離が測定できる。

【００８５】次に、図２０のフローについて説明する。
図２０は、エピポーラライン上に近似する輝度値パター
ンがある場合、ない場合の両者を想定した処理フローで
ある。なお、反射係数Ｒｎの算出までは図１６における
処理フローと同様の手順を実行し、カメラ１、カメラ２
により、それぞれ標準状態、計測状態における各カメラ
の撮影画像の出力値を取得し、カメラ１の標準状態、計
測状態画像に基づいて反射係数：Ｒが求められているも
のとする。

【００８６】まず、カメラ１，１５０１の画像とカメラ
２，１５０２の画像を対応付けるためのカメラ２のエピ
ポーラライン上において、近似する輝度値パターンを持
つエッジ群αを探索（Ｓ４０１）する。

【００８７】ここで、近似する輝度値パターンを持つエ
ッジ群αがない場合（Ｓ４０２でＮｏ）は、ステップＳ
４０６に進み、カメラ１の測定画像とカメラ２の測定画
像とのエピポーラライン上での対応付け処理が実行され
る。エピポーララインには近似パターンがないので、問
題なく対応付け処理が実行できる。

【００８８】一方、カメラ２のエピポーラライン上にお
いて、近似する輝度値パターンを持つエッジ群αがある
場合（Ｓ４０２でＹｅｓ）は、ステップＳ４０３〜Ｓ４
０５の処理を実行する。ステップＳ４０３〜Ｓ４０５の
処理は、図１９におけるステップＳ３０１〜Ｓ３０３と
同様の処理である。

【００８９】図２０の処理は、エピポーラライン上に近
似する輝度値パターンがない場合は、通常の対応付け処
理を実行し、エピポーラライン上に近似する輝度値パタ
ーンがある場合にのみ、反射率を用いた予測値算出を実
行して、複数の近似パターンの正確な対応付けを行なう
ものである。

【００９０】図１９、図２０の処理フローを実行する装
置構成を図２１に示す。図２１の構成は、図１に示す構
成中の対応点探索部と、２つのカメラに対応する２つの
輝度値メモリを抽出した構成を示すブロック図である。
対応点探索部１７１０は、反射係数演算手段１７１１、
出力値予測手段１７１２、対応付け手段１７１３、エッ
ジ探索手段１７１４を有する、カメラ１の撮影画像に基
づいて取得されるエッジ間の輝度情報は、出力値記憶手
段１７２０に格納され、カメラ２の撮影画像に基づいて
取得されるエッジ間の輝度情報は出力値記憶手段１７３
０に記憶される。

【００９１】出力値記憶手段１７２０、出力値記憶手段
１７３０は、標準状態、計測状態における各カメラの撮
影画像の出力値を記憶する。

【００９２】まず、参照物体に対してパターンを投影し
た場合において算出手段が算出した第１のカメラおよび
第２のカメラの出力値を出力値記憶手段１７２０、出力
値記憶手段１７３０に記憶し、次に計測物体に対してパ
ターンを投影して各カメラで撮影した画像の出力値を出
力値記憶手段１７２０、出力値記憶手段１７３０に記憶
する。

【００９３】次に、エッジ探索手段１７１４は、出力値
記憶手段１７３０に記憶された計測物体に対してパター
ンを投影してカメラ２で撮影された画像からエピポーラ
ライン上において近似する複数のエッジ群α（ａ，ｂ・
・）を検出する。すなわち、前述の式（７）の関係を満
たすエッジを検出する。類似パターンを持つエッジ群α
（ａ，ｂ・・）が検出された場合、エッジ群α（ａ，ｂ
・・）の輝度パターン［Ｏ'_left-2(ｎ,a)，Ｏ'
_right-2(ｎ,a)］または［Ｏ'_left-2 (ｎ,b)，Ｏ'_right-
2(ｎ,b)］と類似する輝度パターンを持つカメラ１の測
定状態画像におけるエッジ群β（ｎ１，ｎ２・・）を検
出する処理を実行する。

【００９４】カメラ１のエッジ群β（ｎ１，ｎ２・・）
の検出処理において、まず、反射係数演算手段１７１１
が出力値記憶手段１７２０に記憶された各出力値を前述
の式（５）を適用して演算し反射係数を算出する。次
に、出力値予測手段１７１２において、前述の式
（８）、（９）に基づいて、エッジ群β（ｎ１，ｎ２・
・）の各エッジ位置ｎ１、ｎ２についての出力値を算出
する。

【００９５】次に、対応付け手段１７１３において、カ
メラ１におけるエッジ群β （ｎ１，ｎ２・・）の各々
と、カメラ２上のエピポーラライン上のエッジ群α
（ａ，ｂ・・）の近似パターンの各々の比較を実行し、
より差異の小さい組合わせを対応エッジとする処理を実
行する。

【００９６】以上、説明したように本発明の装置、方法
においては、参照物体にパターンを投影して複数のカメ
ラで撮像した画像のエッジ間輝度を出力値として取得
し、照射パターンを示すコードと各カメラの出力値との
対応をメモリに格納し、その後、計測物体に対してパタ
ーン照射を実行して、エッジ抽出、エッジ間輝度算出を
実行し、カメラ１によって取得された輝度情報に基づい
て計測物体の反射係数を求め、求められた反射係数に基
づいて、カメラ２の予測出力を算出し、算出したカメラ
２の予測出力に基づいて、カメラ２の計測物体パターン
照射画像からもっとも近い値を持つエッジを抽出してカ
メラ１の計測値との対応付けを実行して距離情報の取得
を行なう構成としたので、測定対象物のテクスチャまた
はカメラの出力特性に依存せず、各カメラで撮影した画
像間の対応付け処理が正確に実行でき、正確な距離デー
タを取得することが可能となる。

【００９７】なお、上述した実施例では第２のカメラは
１つのみの構成を示したが第１のカメラと異なる光軸上
に複数の第２のカメラ（第１のカメラに対して）を配置
して計測物体を様々な異なる角度で第２のカメラで撮影
し、複数の第２のカメラの各々の撮影した投影パターン
に基づいて求められる距離情報を合成して３次元画像を
得るよう構成してもよい。

【００９８】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。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。

【００９９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の３次元形状
計測装置および３次元形状計測方法は、出力特性にばら
つきがあるような、あるいは元々は出力特性がそろって
いたにもかかわらず環境、経時変化などによりばらつき
が生じたようなカメラ群を使用した場合でも再符号化を
行うことができ、かつ、対象物体のテクスチャへの依存
を少なくすることで誤対応が生じにくく、信頼性の高い
３次元形状計測を行うことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の３次元形状計測装置の構成例を示すブ
ロック図である。

【図２】本発明の３次元形状計測装置のカメラ構成例を
示すブロック図である。

【図３】本発明の３次元形状計測装置の撮像構成を説明
する図である。

【図４】本発明の３次元形状計測装置の処理フローを示
す図である。

【図５】本発明の３次元形状計測装置の投影パターンの
コード化の例を示す図である。

【図６】本発明の３次元形状計測装置の撮影構成例を示
す図である。

【図７】本発明の３次元形状計測装置の投影パターン例
を示す図である。

【図８】本発明の３次元形状計測装置のカメラ１で撮影
されるスリットパターンの例を示す図である。

【図９】本発明の３次元形状計測装置のカメラ２で撮影
されるスリットパターンの例を示す図である。

【図１０】本発明の３次元形状計測装置において新たに
コード化されたスリットパターンの例を示す図である。

【図１１】本発明の３次元形状計測装置の空間コード化
法による距離算出法を示す図である。

【図１２】本発明の３次元形状計測装置のカメラ３で撮
影されるスリットパターンの例を示す図である。

【図１３】本発明の３次元形状計測装置における２台の
撮像手段を用いたパターン画像撮影構成を示す図であ
る。

【図１４】本発明の３次元形状計測装置におけるパター
ンおよび測定対象物の具体例を説明する図である。

【図１５】本発明の３次元形状計測装置における投光パ
ターン像、撮像パターン像の具体例を示す図である。

【図１６】本発明の３次元形状計測装置におけるカメラ
の出力特性を考慮した対応付け処理を実行する処理フロ
ー（その１）である。

【図１７】本発明の３次元形状計測装置におけるカメラ
の出力特性を考慮した対応付け処理を実行する処理フロ
ー（その２）である。

【図１８】本発明の３次元形状計測装置におけるカメラ
の出力特性を考慮した対応付け処理を実行する装置構成
（例１）を示すブロック図である。

【図１９】本発明の３次元形状計測装置におけるカメラ
の出力特性を考慮し、反射係数を符号化の際のパラメー
タとして用いる処理を実行する処理フロー（その１）で
ある。

【図２０】本発明の３次元形状計測装置におけるカメラ
の出力特性を考慮し、反射係数を符号化の際のパラメー
タとして用いる処理を実行する処理フロー（その２）で
ある。

【図２１】本発明の３次元形状計測装置におけるカメラ
の出力特性を考慮した対応付け処理を実行する装置構成
（例２）を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０１ カメラ１ １０２ カメラ２ １０３ カメラ３ １０４ 投光器 １０５ ハーフミラー １０６ 光源 １０７ マスクパターン １０８ 強度パターン １０９ プリズム １２１，１２３，１２５ 輝度値メモリ １２２，１２４，１２６ パターン画像メモリ １２７ フレームメモリ １２８ 領域分割部 １２９ 再コード化部 １３０，１３１ コード復号部 １３３ 距離情報の統合部 １３４ ３次元メモリ ３０１ プリズム ３０２，３０４ 透過フィルタ ３０３，３０５ 撮像装置 ６０１，６０２，６０３ カメラ ６０４ 投光器 ６０５ 壁 ６０６ 板 ８０１，９０１ 影領域 １３０１ 測定対象 １３０２ プロジェクタ １３０３，１３０４ 撮像手段 １５０１ カメラ１ １５０２ カメラ２ １７１０ 対応点探索部 １７１１ 反射係数演算手段 １７１２ 出力値予測手段 １７１３ 対応付け手段 １７１４ エッジ探索手段 １７２０ 出力値記憶手段 １７３０ 出力値記憶手段

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA12 AA53 DD11 FF05 FF09 GG21 HH06 HH07 JJ03 JJ05 JJ26 LL22 LL25 LL26 LL46 QQ17 QQ23 QQ24

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源を用いて与えられた符号化されたスリ
   ットパターンを投影する投光手段と、該投光手段によっ
   て投光されるパターンと光学的にほぼ同視点および同光
   軸を有する第１のカメラと、前記第１のカメラと異なる
   光軸上に配置された第２のカメラから構成される３次元
   形状計測装置において、 前記第１および第２のカメラにより撮像したパターン投
   影画像のエッジ間の出力値情報を記憶する出力値記憶手
   段であり、参照物体に対してパターンを投影した場合
   と、計測物体に対してパターンを投影した場合との前記
   第１のカメラおよび第２のカメラの出力値を記憶する出
   力値記憶手段と、 参照物体に対してパターンを投影した場合と、計測物体
   に対してパターンを投影した場合との前記第１のカメラ
   の出力値に基づいて前記計測物体についての反射係数を
   演算する反射係数演算手段と、 前記反射係数と、前記記憶手段に記憶された参照物体に
   対してパターンを投影した場合の前記第２のカメラ出力
   値とを演算して前記第２のカメラの出力予測値を算出す
   る出力値予測手段と、 計測物体に対してパターンを投影し、前記第２のカメラ
   により撮像したパターン投影画像のエッジ間出力値情報
   から、前記出力値予測手段が算出した第２のカメラの出
   力予測値にもっとも近い出力値を持つエッジを抽出し
   て、前記第１のカメラの出力値に対する対応点として選
   択する対応づけ手段と、 を有することを特徴とする３次元形状計測装置。
2. 【請求項２】前記３次元形状計測装置は、さらに、 計測物体に対してパターンを投影した場合の前記第２の
   カメラの出力値における類似パターンを検出するエッジ
   探索手段を有し、 前記出力値予測手段は、 前記エッジ探索手段によって類似パターンが検出された
   場合、前記出力値記憶手段に記憶された参照物体に対し
   てパターンを投影した場合の前記第２のカメラの出力値
   と前記反射係数演算手段によって算出された反射係数に
   基づいて前記第２のカメラにおける各エッジの出力予測
   値を算出し、 前記対応付け手段は、 前記類似パターンとの比較に基づいて前記第２のカメラ
   の対応エッジを選択する処理を実行する構成を有するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の３次元形状計測装置。
3. 【請求項３】前記投光手段の出射光と、前記第１のカメ
   ラへの入射光とは、ビームスプリッタによって分離され
   る構成であり、前記投光手段と前記第１のカメラとは、
   それぞれが光学的に同軸となるように配置された構成で
   あることを特徴とする請求項１に記載の３次元形状計測
   装置。
4. 【請求項４】前記投光手段は不可視領域の光を発生する
   光源を有し、第１のカメラは不可視領域の光を透過する
   フィルターおよび不可視領域の光を遮断するフィルター
   を有することを特徴とする請求項１に記載の３次元形状
   計測装置。
5. 【請求項５】前記第２のカメラは、前記計測物体を異な
   る角度で撮像する複数のカメラによって構成され、該複
   数の第２のカメラの各々の撮影した投影パターンに基づ
   いて求められる距離情報を合成して３次元画像を得るよ
   う構成したことを特徴とする請求項１に記載の３次元形
   状計測装置。
6. 【請求項６】光源を用いて与えられた符号化されたスリ
   ットパターンを投影する投光ステップと、 該投光ステップによって投光されるパターンと光学的に
   ほぼ同視点および同光軸を有する第１のカメラと、前記
   第１のカメラと異なる光軸上に配置された第２のカメラ
   とにより、参照物体に対してパターンを投影した場合
   と、計測物体に対してパターンを投影した場合との撮像
   パターン画像におけるエッジ間の出力値情報を出力値記
   憶手段に記憶する出力値記憶ステップと、 参照物体に対してパターンを投影した場合と、計測物体
   に対してパターンを投影した場合との前記第１のカメラ
   の出力値に基づいて前記計測物体についての反射係数を
   演算する反射係数演算ステップと、 前記反射係数と、前記記憶手段に記憶された参照物体に
   対してパターンを投影した場合の前記第２のカメラ出力
   値とを演算して前記第２のカメラの出力予測値を算出す
   る出力値予測ステップと、 計測物体に対してパターンを投影し、前記第２のカメラ
   により撮像したパターン投影画像のエッジ間出力値情報
   から、前記出力値予測手段が算出した第２のカメラの出
   力予測値にもっとも近い出力値を持つエッジを抽出し
   て、前記第１のカメラの出力値に対する対応点として選
   択する対応づけステップと、 を有することを特徴とする３次元形状計測方法。
7. 【請求項７】前記３次元形状計測方法は、さらに、 計測物体に対してパターンを投影した場合の前記第２の
   カメラの出力値における類似パターンを検出するエッジ
   探索ステップを有し、 前記出力値予測ステップは、 前記エッジ探索ステップにおいて類似パターンが検出さ
   れた場合、前記出力値記憶手段に記憶された参照物体に
   対してパターンを投影した場合の前記第２のカメラの出
   力値と前記反射係数演算手段によって算出された反射係
   数に基づいて前記第２のカメラにおける各エッジの出力
   予測値を算出し、 前記対応付けステップは、前記類似パターンとの比較に
   基づいて第２のカメラの対応エッジを選択する処理を実
   行することを特徴とする請求項６に記載の３次元形状計
   測方法。
8. 【請求項８】前記３次元形状計測方法において、さら
   に、 前記第２のカメラは、前記計測物体を異なる角度で撮像
   する複数のカメラによって構成され、該複数の第２のカ
   メラの各々の撮影した投影パターンに基づいて求められ
   る距離情報を合成して３次元画像を取得するステップを
   有することを特徴とする請求項６に記載の３次元形状計
   測方法。