JP2008224629A - 三次元形状測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元形状測定装置において、撮像所要時間を短縮すると共に、被写体表面の反射率の分布に関わらず正しく三次元情報を取得する。
【解決手段】三次元形状測定装置は、２種類のスリットパターンＳａ、Ｓｂを切替えて照射するパターン照射装置と、被写体Ｐを撮像する複眼撮像装置と、撮像された画像情報から空間コード情報を取得する電子回路とを備える。複眼撮像装置は、同一平面上に配置された２つの光学レンズを有する光学レンズアレイと、各光学レンズにより形成される２つの個眼像Ａ、Ｂを撮像する固体撮像素子８と、個眼像Ａ、Ｂを１シャッタ動作内で時間差をもって順に読出すローリングシャッタ装置９を備え、パターン照射装置は、ローリングシャッタ装置９が１シャッタ動作を行う間にスリットパターンＳａ、Ｓｂを順に切替える。各個眼像Ａ、Ｂには、それぞれスリットパターンＳａ、Ｓｂによって空間が明暗に分割された被写体Ｐの像が形成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、三次元形状測定装置に関し、特に空間コード化パターン光投影法を用いて対象物の空間コード情報を取得する三次元形状測定装置に関する。

対象物の三次元情報を取得する手法は、一般的にアクティブ手法とパッシブ手法に大別され、アクティブ手法は、対象となる物体に光、音波等を照射して対象物からの反射に基づいて情報を取得する手法であり、パッシブ手法は、対象物の見え方、光源の種類等の既知の情報を利用して三次元情報を取得する手法である。

アクティブ手法には、対象物にレーザ光を照射して対象物からの反射光量や到達時間等から対象物の奥行き情報を得る手法や、位相の異なる複数のスリットパターンを対象物に照射し、そのスリットパターンが陰影となって対象物の表面に映し出された像を解析して三次元情報を得る手法（空間コード化パターン光投影法）等が知られている。

空間コード化パターン光投影法を用いる三次元形状測定装置としては、対象物を異なった方向から別々のカメラで撮像してより精度の高い三次元情報を得るようにした３次元画像撮像装置（例えば、特許文献１参照）や、対象物に照射するスリットパターンとして光強度が反転したスリットパターンを用いて対象物の性状の違いに左右されずに安定して対象物の距離情報を得ることができるようにした三次元画像取得装置（例えば、特許文献２参照）が知られている。

また、上記特許文献１及び２に記載の撮像装置における、対象物の像をスリットパターンが切替えられるたびに撮像することによる撮像所要時間の長時間化といった問題を解消する装置として、対象物への照射時間をスリットパターンごとに異ならせ、スリットパターンを順に切替えつつ一連に撮像し、撮像された画像において対象物を構成する各画素の露光量を検出することによってどのスリットパターンに照射された画素であるかを知ることができる三次元形状計測装置（例えば、特許文献３参照）が知られている。

他方、複数のスリットパターンを用いず、対象物に連続的に移動する縞状の光パターンを投影し、対象物の撮像された画面において輝度の明滅するタイミングに応じて対象物の距離を取得するようにした３次元距離計測装置（例えば、特許文献４参照）が知られている。
特開２００２−２１８５０５号公報 特開２００６−６４４５４号公報 特開２００２−１３１０３１号公報 特開２００６−１７０７４４号公報

上記特許文献３に記載の三次元形状計測装置においては、スリットパターンを順に切替えつつ撮像された１枚の対象物の画像に基づいて三次元情報（空間コード情報）を取得できることから、上記特許文献１及び２に記載の撮像装置のように、スリットパターンが切替えられるたびに対象物を撮像することによる撮像所要時間の長時間化といった問題は有しないが、画像の各画素の露光量の違い（濃淡）に基づいて三次元情報を取得するので、対象物の表面の反射率が場所によって大きく異なっている場合には露光量を正しく検出することができず、誤った三次元情報を取得してしまうという問題がある。

上記問題について、図８及び図９に示される特許文献３に記載の三次元形状計測装置において撮像される対象物の画像の例を参照してさらに説明する。ここで、スリットパターンは、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示される３種類Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃであり、露光量（露光時間）が、図９（ａ）のスリットパターンＳａのときは「４」、図９（ｂ）のスリットパターンＳｂのときは「２」、図９（ｃ）のスリットパターンＳｃのときは「１」である場合、対象物Ｐに図８に示されるように８段階の濃淡のグラデュエーションが形成されたコードパターンが現れる。図８において領域ｐ１０から領域ｐ８０に向かうに従って濃度が段階的に濃く現れる。

ところが、対象物Ｐの表面の反射率が場所によって異なる場合には、８つの領域ｐ１０〜ｐ８０が適正に段階的に濃度が増加する画像として撮像されない。例えば、領域ｐ８０、領域ｐ７０に対応する対象物の表面の反射率が他の部分の反射率よりも高い場合には、本来濃度が濃く撮像されるべき領域ｐ８０、ｐ７０の濃度が低く撮像され、三次元形状計測装置は、誤った三次元情報（空間コード情報）を取得してしまう虞がある。

そこで、本発明は、被写体（対象物）に対して複数のスリットパターンを順次切替えて照射し、撮像した被写体の画像から空間コード情報を取得する三次元形状測定装置において、複数のスリットパターンに対応する複数枚の画像を１回の撮像動作によって得ることができて撮像所要時間が短縮化できると共に、被写体表面の反射率の分布にあまり影響を受けることなく正しい三次元情報（空間コード情報）を取得することができる三次元形状測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、被写体に対して位相の異なる複数のスリットパターンを順次切替えて照射するパターン照射手段と、前記パターン照射手段が照射するスリットパターンによって照明される被写体を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された画像から被写体の空間コード情報を取得する画像処理手段と、を備える三次元形状測定装置において、前記撮像手段は、被写体からの光をそれぞれ集光する複数の光学レンズが同一平面上に配置された光学レンズアレイと、前記光学レンズアレイの複数の光学レンズによりそれぞれ形成される複数の個眼像を撮像する固体撮像素子と、前記固体撮像素子上に形成される複数の個眼像を１シャッタ動作内で時間差をもって順に読出すローリングシャッタ手段と、を備え、前記パターン照射手段は、前記ローリングシャッタ手段が１シャッタ動作の読出しを行う間に前記複数のスリットパターンを順次切替えて照射し、前記画像処理手段は、前記複数のスリットパターンによって照射されて順次形成される複数の個眼像に基づいて被写体の空間コード情報を取得することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記固体撮像素子は、Ｘ、Ｙ方向に行列状に配置された多数の単位画素を有し、前記ローリングシャッタ手段は、前記固体撮像素子のＹ方向（以下、時間差方向という）に沿って前記複数の個眼像を読出すことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記光学レンズアレイは、複数の光学レンズが、前記時間差方向に沿った複数の列に配置され、各列における光学レンズの前記時間差方向の位置が互いにずれて配置されていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記パターン照射手段は、前記固体撮像素子上に形成される前記時間差方向における個眼像の個数のｎ倍（ｎは整数）のスリットパターンを有し、前記ローリングシャッタ手段が１シャッタ動作を行う間に、各個眼像についてのｎ回のスリットパターンの切替えを繰り返すことによって全スリットパターンを切替えて照射し、前記画像処理手段は、前記ローリングシャッタ手段が読出した各個眼像を、前記パターン照射手段が前記スリットパターンを切替えるタイミングに合わせて、前記時間差方向の長さが１／ｎの部分個眼像に分割する分割手段と、前記分割手段が分割した部分個眼像のうち同一のスリットパターンによって照射されて形成されたｎ個の部分個眼像同士を接合して１つの個眼像に合成する合成手段と、を備え、前記合成手段が合成した個眼像に基づいて被写体の空間コード情報を取得することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、被写体の撮像手段が、固体撮像素子上に形成される複数の個眼像を１シャッタ動作内で時間差をもって順に読出し、パターン照射手段は、１シャッタ動作の間に複数のスリットパターンを順次切替えて照射するので、複数のスリットパターンにそれぞれ対応する複数枚の画像を１回の撮像動作によって得ることができて撮像所要時間が短縮化できる。また、取得した各画像中の被写体表面の２値のコードパターン（濃淡の程度の情報ではなく明るいか暗いかという情報）に基づいて空間コード情報を得ることができるので、被写体表面の反射率の分布にあまり影響を受けることなく正しい三次元情報を取得することができる。

請求項４の発明によれば、請求項１の効果に加えて、固体撮像素子上に形成される各個眼像の解像度を減少することなしに、切替え可能なスリットパターンの数を増加することができ、より精密な（情報量の多い）空間コード情報を容易に取得することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態の三次元形状測定装置１は、図１に示されるように、被写体Ｐ（図に示される例では、大小の直方体を２段に重ねた形状となっている）に対して位相の異なる２種類のスリットパターンを順次切替えて照射するパターン照射装置２（パターン照射手段）と、パターン照射装置２によってスリットパターンを順次切替えられて照明される被写体Ｐを撮像する複眼撮像装置３（撮像手段）と、複眼撮像装置３によって撮像された画像を取込んで被写体Ｐの空間コード情報を取得するマイクロプロセッサ４（画像処理手段）を有する電子回路５とを備えている。

マイクロプロセッサ４は、複眼撮像装置３に対して読出し開始信号ｓ１を出力して複眼撮像装置３からの個眼像の読出し開始タイミングを制御すると共に、ドライバ６を介してパターン照射装置２に対してスリットパターンの切替え信号ｓ２を出力して、パターン照射装置２のスリットパターンの切替タイミングを複眼撮像装置３からの個眼像の読出しタイミングに同期するように制御する。複眼撮像装置３からの個眼像の読出しタイミングと、パターン照射装置２のスリットパターンの切替えタイミングについては、後述する。

本実施形態の複眼撮像装置３は、図２及び図３に示されるように、同一平面上に配置され被写体Ｐからの光をそれぞれ集光する２つの光学レンズＬ１、Ｌ２を有する光学レンズアレイ７と、光学レンズアレイ７に対して平行に配置され各光学レンズＬ１、Ｌ２によってそれぞれ形成される２つの個眼像Ａ、Ｂを撮像する固体撮像素子８と、固体撮像素子８上に形成される２つの個眼像Ａ、Ｂを１シャッタ動作内で個眼像Ａ、Ｂの順に時間差をもって読出すローリングシャッタ装置９（ローリングシャッタ手段）とを備えている。

光学レンズアレイ７は、図２に示されるように、レンズホルダ１０によって支持され、レンズホルダ１０の一面には各光学レンズＬ１、Ｌ２へ入射する光量を調整する絞り開口１１、１２が形成されている。レンズホルダ１０の光学レンズアレイ７と固体撮像素子８を連結する中間部分には各光学レンズＬ１、Ｌ２から出射して固体撮像素子８へ向かう光が互いに干渉することを防止する隔壁１０ａが形成されている。

固体撮像素子８は、基板１３上に形成されたＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサから構成され、図３に示されるように、Ｘ、Ｙ方向に行列状に配置された多数の単位画素Ｇを有し、光学レンズアレイ７に対して、２つの個眼像Ａ、ＢがＹ方向に沿って並んで形成されるように配置される。

ローリングシャッタ装置９は、固体撮像素子８を構成する全ての単位画素Ｇに対して接続線１４がマトリクス状に接続された垂直走査回路１５と水平走査回路１６から構成され、各接続線１４を介して垂直走査回路１５と水平走査回路１６から所定のタイミングで走査パルスが出力される。

その走査パルスによって、各単位画素Ｇは、図３に示されるように、Ｘ方向に沿って最初の行ｘ１が読出され、次にＹ方向に沿って２行目ｘ２が読出され、同様にして３行目ｘ３が読出され・・という順に読出し動作が行われ、２つの個眼像Ａ、Ｂが時間差をもって読出される。なお、ローリングシャッタ装置９による読出し動作の開始タイミングは、前述の通り、マイクロプロセッサ４からの読出し開始信号ｓ１によって制御される。

パターン照射装置２は、光源１７と液晶シャッタ装置１８とを備え、液晶シャッタ装置１８は、マイクロプロセッサ４から入力されるスリットパターンの切替え信号ｓ２に応じて２種類のスリットパターンＳａ、Ｓｂを切替える。本実施形態の２種類のスリットパターンＳａ、Ｓｂは、図４に示されるように、光照射面積の１／２ずつが透過部と不透過部に形成されたスリットパターンＳａと、光照射面積の１／４ずつが交互に透過部と不透過部に形成されたスリットパターンＳｂである。

電子回路５は、マイクロプロセッサ４の他に、複眼撮像装置３から出力される画像情報をアナログディジタル変換器１９を介して取り込み、画像の歪補正等を行って画像情報をマイクロプロセッサ４が処理可能な形式に調整するＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）２１と、マイクロプロセッサ４の動作プログラムが予め格納されたＲＯＭ２２と、マイクロプロセッサ４が処理した画像情報等を一時的に記憶するＲＡＭ２３とを備えている。マイクロプロセッサ４が行う空間コード情報の取得手順については後述する。

次に、本実施形態の三次元形状測定装置１の動作について説明する。マイクロプロセッサ４は、まず、パターン照射装置２に対してスリットパターンの切替え信号ｓ２を出力してスリットパターンＳａに切替えると同時に、複眼撮像装置３に対して読出し開始信号ｓ１を出力してローリングシャッタ装置９に各個眼像Ａ、Ｂの読出しを開始させる（ｔ＝０）。

ここで、個眼像Ａとしては、図３に示されるように、スリットパターンＳａによって明と暗の２つの領域に分割された被写体Ｐの像が形成され、その画像情報が行ｘ１、ｘ２、ｘ３・・の順で読出されて、ディジタル情報としてＤＳＰ２１へ出力され、さらにＲＡＭ２３に一時的に記憶される。

次に、マイクロプロセッサ４は、パターン照射装置２に対してスリットパターンの切替え信号ｓ２を出力してスリットパターンをＳａからＳｂに切替える（ｔ＝ｔ１、ｔ＝ｔ２）。

スリットパターンがＳｂに切替えられるので、個眼像Ｂとしては、図３に示されるように、スリットパターンＳｂによって明と暗の４つの領域に分割された被写体Ｐの像が形成され、その画像情報が行ｘｎ、ｘｎ＋１・・の順で読出されて、ディジタル情報としてＤＳＰ２１へ出力され、さらにＲＡＭ２３に一時的に記憶される。

ローリングシャッタ装置９による１シャッタ動作が終了して個眼像Ａ、Ｂが読出されたとき（ｔ＝Ｔ）、マイクロプロセッサ４は、パターン照射装置２に対してスリットパターンの切替え信号ｓ２を出力してスリットパターンＳｂの照射を終了する。

なお、ローリングシャッタ装置９による画像の読出しは、行ｘ１、ｘ２、・・ｘｎ、ｘｎ＋１・・ごとにＹ方向へ向かって所定の速度で行われ、マイクロプロセッサ４は、スリットパターンＳａ、Ｓｂの切替えタイミング（ｔ＝ｔ１、ｔ＝ｔ２）を正確に制御することができる。

次に、マイクロプロセッサ４は、ＲＡＭ２３に記憶された個眼像Ａと個眼像Ｂの画像情報を読出して、各個眼像Ａ、Ｂについて、画素ごとに明と暗に２値化する。例えば、光が照射されて明るい領域（画素）には「１」を対応付け、光が照射されておらず暗い領域（画素）には「０」を対応付けることによって、空間コード情報を取得する。

図３に示された例では、被写体Ｐの左端の領域ｐ１に「１、１」の空間コードが対応付けられ、隣の領域ｐ２に「１、０」の空間コードが対応付けられ、同様に領域ｐ３に「０、１」の空間コードが、領域ｐ４に「０、０」の空間コードが対応付けられる。つまり、４ビットの空間コード情報が得られる。

なお、複数種類のスリットパターンによって照明された被写体Ｐの画像から空間コード情報を取得する手順の詳細と、取得した空間コード情報に基づいて被写体Ｐ（対象物）の撮像装置からの距離を算出する手法については、前記特許文献３に開示されている。

以上のように、本実施形態の三次元形状測定装置１によれば、複眼撮像装置３が、固体撮像素子８上に形成される２つの個眼像Ａ、Ｂを１シャッタ動作内で時間差をもって順に読出し、ローリングシャッタ装置９が１シャッタ動作を行う間に２種類のスリットパターンＳａ、Ｓｂが順次切替えて照射されるので、スリットパターンＳａ、Ｓｂそれぞれに対応する２枚の画像Ａ、Ｂを１回の撮像動作によって得ることができて撮像所要時間が短縮化できる。

また、取得した各画像Ａ、Ｂ中の被写体Ｐの表面の２値のコードパターン（明るいか暗いかという情報）に基づいて空間コード情報を得ることができるので、被写体Ｐの表面の反射率の分布にあまり影響を受けることなく正しい三次元情報を取得することができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態における三次元形状測定装置１では、スリットパターンが２種類Ｓａ、Ｓｂであって、固体撮像素子８上に個眼像Ａ、Ｂが形成され、４ビットの空間コード情報を取得できるが、取得できる空間コード情報のビット数を増すために、スリットパターンの種類を増す場合には、１枚当たりの個眼像を撮像する時間（図３におけるｔ＝０からｔ＝ｔ１までの時間、又はｔ＝ｔ２からｔ＝Ｔまでの時間）が短くなることから、１枚当たりの個眼像を構成する画素数が減少してＹ方向（図３）の解像度が低下する不具合がある。

そこで、複眼撮像装置３の光学レンズアレイ７の光学レンズが固体撮像素子８のＹ方向に沿った複数の列に配置され、各光学レンズによって形成される個眼像も複数列に並ぶようにして（図３のＸ方向にも並ぶようにして）、１枚当たりの各個眼像の画素数を減らすことなくスリットパターンの種類を増加することができるようにした第２の実施形態を次に説明する。

以下、第２の実施形態について、図５乃至図７を参照して説明する。第２の実施形態の三次元形状測定装置１も、要素装置としては第１の実施形態と同様に、パターン照射装置２と、複眼撮像装置３と、マイクロプロセッサ４を含む電子回路５を備える。第１の実施形態と異なる部分は、パターン照射装置２の液晶シャッタ装置１８が９種類のスリットパターンＳａ、Ｓｂ、・・Ｓｈ、Ｓｉを切替え可能になっている点と、複眼撮像装置３の光学レンズアレイ７が、図６に示されるように、固体撮像素子８のＸ方向に複数列の光学レンズ列（光学レンズＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３の列と、光学レンズＬ２１、Ｌ２２、Ｌ２３、Ｌ２４の列と、光学レンズＬ３１、Ｌ３２、Ｌ３３、Ｌ３４の列）を有する構造になっている点と、マイクロプロセッサ４が複数列の光学レンズによって形成される複数の個眼像を分割した後合成してスリットパターンＳａ、Ｓｂ・・ごとの個眼像を再構成する点である。

パターン照射装置２のスリットパターンＳａ、Ｓｂ・・Ｓｉは、第１の実施形態と同様にマイクロプロセッサ４からのスリットパターンの切替え信号ｓ２によって切替えられる。切替えのタイミングは、後述するように、各個眼像について３種類のスリットパターンが切替えられるように制御される。

複眼撮像装置３の光学レンズアレイ７は、図６に示されるように、固体撮像素子８のＹ方向に沿って形成され、Ｘ方向に距離ｄｘずつ離間された３本の列にそれぞれ３個、４個、４個の光学レンズＬ１１、Ｌ１２、・・Ｌ３４が、所定ピッチｄｙずつずれて配置されている。

上記のように配置された１１個の光学レンズＬ１１、Ｌ１２、・・Ｌ３４によって固体撮像素子８上にそれぞれ形成される個眼像Ａ１、Ｂ１、・・Ｄ３が図５に示される。右列と中央列の上下端の光学レンズＬ３１、Ｌ３４、Ｌ２１、Ｌ２４によって形成される個眼像Ａ３、Ｄ３、Ａ２、Ｄ２は、一部分が固体撮像素子８からはみ出し、固体撮像素子８によって撮像されるＹ方向における個眼像の実際の個数は３個である。

なお、個眼像Ａ１、Ｂ１、Ｃ１によって形成される個眼像列、個眼像Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２、及び個眼像Ａ３、Ｂ３、Ｃ３、Ｄ３によって形成される個眼像列同士は、Ｘ方向に距離ｄｘずつ離間されており、各個眼像列内の各個眼像は、ピッチｄｙずつずれて形成される。

次に、第２の実施形態の三次元形状測定装置１の動作について説明する。第１の実施形態と略同様に、マイクロプロセッサ４は、複眼撮像装置３のローリングシャッタ装置９に対して読出し開始信号ｓ１を出力して固体撮像素子８の画素Ｇからの信号を行ｘ１、ｘ２・・（図３参照）の順に読出し開始させると共に、パターン照射装置２に対してスリットパターンの切替え信号ｓ２を出力してスリットパターンをＳａ、Ｓｂ・・Ｓｉの順に切替えさせる。

ここで、スリットパターンの切替え信号ｓ２は、固体撮像素子８の全ての画素Ｇが行ｘ１、ｘ２・・の順で読出される間に、図５に示されるように９回（ｔ＝ｔ１、ｔ＝ｔ２・・ｔ＝ｔ９）に亘って出力される。

具体的には、固体撮像素子８からの読出しが行ｘ１、ｘ２・・の順に行われるので、個眼像Ａ１の最初の１／３の部分画像（以下、１／３部分画像という）ａ１１、個眼像Ａ２の中間の１／３部分画像ａ２２、及び個眼像Ａ３の最後の１／３部分画像ａ３３が読出された時点（ｔ＝ｔ１）で切替え信号が出力され、個眼像Ａ１の中間の１／３部分画像ａ１２、個眼像Ａ２の最後の１／３部分画像ａ２３、及び個眼像Ｂ３の最初の１／３部分画像ｂ３１が読出された時点（ｔ＝ｔ２）で２回目の切替え信号が出力され、・・個眼像Ｃ１の最後の１／３部分画像ｃ１３、個眼像Ｄ２の最初の１／３部分画像ｄ２１、及び個眼像Ｄ３の中間の１／３部分画像ｄ３２が読出された時点（ｔ＝ｔ９）で最後の切替え信号が出力される。

従って、各個眼像Ａ１、Ｂ１・・Ｄ３についてみれば、Ｙ方向に沿った１／３の部分ずつが異なったスリットパターンによって照射された状態の被写体Ｐが現れ、Ｙ方向における同一の位相に相当する１／３部分画像同士（例えば、１／３部分画像ａ１１とａ２２とａ３３）は、同一のスリットパターンによって照射された状態の被写体Ｐを構成する部分画像になる。例えば、個眼像Ａ１、Ａ２、Ａ３は、図７に示されるように形成される。

そして、読出された各個眼像Ａ１、Ｂ１・・Ｄ３は、順次ＲＡＭ２３に一時的に記憶され、その後マイクロプロセッサ４によって、画像の分割と合成の処理を施されて個別のスリットパターンに照射された全体画像ＰＰに再構成される。

具体的には、マイクロプロセッサ４は、ＲＡＭ２３から読出した各個眼像Ａ１、Ｂ１・・Ｄ３を、それぞれ１／３部分画像ずつに分割した上、同一のスリットパターンによって照射された状態の１／３部分画像同士を合成する。例えば、図７に示されるように、個眼像Ａ１の１／３部分画像ａ１１と個眼像Ａ２の１／３部分画像ａ２２と個眼像Ａ３の１／３部分画像ａ３３を合成して全体画像ＰＰに再構成する。

マイクロプロセッサ４は、上記の処理を繰り返すことによって、各スリットパターンＳａ、Ｓｂ・・Ｓｉについての９枚の全体画像ＰＰを作成し、その９枚の全体画像ＰＰに基づいて前述と同様の手順によって空間コード情報を取得する。

なお、マイクロプロセッサ４が行う全体画像ＰＰの再構成手順は、次のように行うこともできる。

すなわち、マイクロプロセッサ４は、スリットパターンが切替わるタイミング（ｔ＝ｔ１、ｔ＝ｔ２、・・ｔ＝ｔ９）ごとに、各スリットパターンＳａ、Ｓｂ、・・Ｓｉによって照射された被写体Ｐの画像情報をＲＡＭ２３内の別々の記憶エリアに記憶し、合成するときには、同一の記憶エリアに記憶された各３つの１／３部分画像を接合するようにする。

例えば、マイクロプロセッサ４は、スリットパターンＳａをＳｂへ切替える信号ｓ２を出力するときに（ｔ＝ｔ１）、そのときまでに読出された各１／３部分画像ａ１１、ａ２２、ａ３３をＲＡＭ２３内の所定の記憶エリアに記憶し、その後合成するときには、同一の記憶エリアに記憶された１／３部分画像ａ１１、ａ２２、ａ３３を読出して合成する。

以上のように、第２の実施形態の三次元形状測定装置１によれば、撮像所要時間が短縮化でき、被写体Ｐの表面の反射率の分布にあまり影響を受けることなく正しい三次元情報を取得することができる上に、個眼像Ａ１、Ｂ１・・Ｄ３を固体撮像素子８のＸ、Ｙ方向それぞれに沿って複数配置することによって１枚当たりの個眼像の画素数を減らすことなくスリットパターンの種類を増加することができるので、より精密な（情報量の多い）空間コード情報を容易に取得することができる。

本発明の第１の実施形態に係る三次元形状測定装置の全体を示すブロック構成図。 同三次元形状測定装置における複眼撮像装置の側断面図。 同三次元形状測定装置における固体撮像素子と、その上に形成される個眼像を示す平面図。 （ａ）は同三次元形状測定装置において切替えられる第１のスリットパターンを示す図、（ｂ）は同第２のスリットパターンを示す図。 本発明の第２の実施形態に係る三次元形状測定装置における固体撮像素子と、その上に形成される個眼像を示す平面図。 同三次元形状測定装置における光学レンズアレイの平面図。 同三次元形状測定装置における個眼像の再構成手順を示す説明図。 従来の三次元形状測定装置において撮像される被写体の画像を示す図。 （ａ）は同三次元形状測定装置において切替えられる第１のスリットパターンを示す図、（ｂ）は同第２のスリットパターンを示す図、（ｃ）は同第３のスリットパターンを示す図。

符号の説明

１ 三次元形状測定装置
２ パターン照射装置（パターン照射手段）
３ 複眼撮像装置（撮像手段）
４ マイクロプロセッサ（画像処理手段、分割手段、合成手段）
７ 光学レンズアレイ
８ 固体撮像素子
９ ローリングシャッタ装置（ローリングシャッタ手段）
１５ 垂直走査回路（ローリングシャッタ手段）
１６ 水平走査回路（ローリングシャッタ手段）
Ａ、Ｂ 個眼像
Ａ１、Ａ２、Ａ３ 個眼像
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３ 個眼像
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３ 個眼像
Ｄ２、Ｄ３ 個眼像
Ｇ 単位画素
Ｌ１、Ｌ２ 光学レンズ
Ｌ１１〜Ｌ３４ 光学レンズ
Ｓａ〜Ｓｉ スリットパターン
ａ１１〜ｄ３２ １／３部分画像（部分個眼像）
ｄｙ ピッチ（ずれ）
Ｘ 行方向
Ｙ 列方向（時間差方向）

Claims (4)

1. 被写体に対して位相の異なる複数のスリットパターンを順次切替えて照射するパターン照射手段と、
   前記パターン照射手段が照射するスリットパターンによって照明される被写体を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段によって撮像された画像から被写体の空間コード情報を取得する画像処理手段と、を備える三次元形状測定装置において、
   前記撮像手段は、
   被写体からの光をそれぞれ集光する複数の光学レンズが同一平面上に配置された光学レンズアレイと、
   前記光学レンズアレイの複数の光学レンズによりそれぞれ形成される複数の個眼像を撮像する固体撮像素子と、
   前記固体撮像素子上に形成される複数の個眼像を１シャッタ動作内で時間差をもって順に読出すローリングシャッタ手段と、を備え、
   前記パターン照射手段は、
   前記ローリングシャッタ手段が１シャッタ動作の読出しを行う間に前記複数のスリットパターンを順次切替えて照射し、
   前記画像処理手段は、
   前記複数のスリットパターンによって照射されて順次形成される複数の個眼像に基づいて被写体の空間コード情報を取得することを特徴とする三次元形状測定装置。
2. 前記固体撮像素子は、Ｘ、Ｙ方向に行列状に配置された多数の単位画素を有し、
   前記ローリングシャッタ手段は、前記固体撮像素子のＹ方向（以下、時間差方向という）に沿って前記複数の個眼像を読出すことを特徴とする請求項１に記載の三次元形状測定装置。
3. 前記光学レンズアレイは、複数の光学レンズが、前記時間差方向に沿った複数の列に配置され、各列における光学レンズの前記時間差方向の位置が互いにずれて配置されていることを特徴とする請求項２に記載の三次元形状測定装置。
4. 前記パターン照射手段は、
   前記固体撮像素子上に形成される前記時間差方向における個眼像の個数のｎ倍（ｎは整数）のスリットパターンを有し、前記ローリングシャッタ手段が１シャッタ動作を行う間に、各個眼像についてのｎ回のスリットパターンの切替えを繰り返すことによって全スリットパターンを切替えて照射し、
   前記画像処理手段は、
   前記ローリングシャッタ手段が読出した各個眼像を、前記パターン照射手段が前記スリットパターンを切替えるタイミングに合わせて、前記時間差方向の長さが１／ｎの部分個眼像に分割する分割手段と、
   前記分割手段が分割した部分個眼像のうち同一のスリットパターンによって照射されて形成されたｎ個の部分個眼像同士を接合して１つの個眼像に合成する合成手段と、を備え、前記合成手段が合成した個眼像に基づいて被写体の空間コード情報を取得することを特徴とする請求項３に記載の三次元形状測定装置。

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