JP2011106931A - ３次元形状測定システムおよび携帯電話機 - Google Patents

Abstract

【課題】所望する場所で手軽に被測定物の３次元形状測定を行なうことができる携帯電話機を用いた３次元形状測定システムおよび同携帯電話機を提供する。
【解決手段】３次元形状測定システムは、携帯電話機１００と３次元形状測定装置２００とを備えている。携帯電話機１００は、被測定物ＷＫに明部と暗部とからなる縞状パターンを投影するための投影部１２０と、同縞状パターンが投影された被測定物ＷＫを撮像して複数の撮像画像データを生成する撮像部１４０と、同撮像画像データを記憶するための記憶部１１４と、被測定物ＷＫの３次元形状を表示するための液晶表示部１３１とをそれぞれ内蔵して構成されている。３次元形状測定装置２００は、携帯電話機１００との通信を制御する通信制御部２０１と、撮像画像データに基づいて被測定物ＷＫの３次元形状を表す形状測定データを位相シフト法や空間コード法を用いて計算する３次元形状計算部２０２とを備えている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、明部と暗部とからなる明暗像を被測定物に投影するとともに同明暗像が投影された被測定物を撮像することにより、被測定物の３次元形状を測定する携帯電話機を用いた３次元形状測定システムおよび同携帯電話機に関する。

従来から、被測定物の３次元形状を測定する方法として光切断法および空間コード法が広く用いられている。光切断法および空間コード法は、被測定物に明部と暗部とからなる明暗像を投影するとともに同明暗像が投影された被測定物を撮像して得た複数の撮像画像データを画像処理することにより被測定物の３次元形状を測定するものである。

例えば、光切断法における位相シフト法においては、下記特許文献１に示すように、明部と暗部とで構成された縞状パターンを被測定物の表面に投影するとともに、同投影した縞状パターンの位相を一定の角度ずつすらしながら撮像して各撮像画像における縞状パターンの変形量（位相ずれ）を用いて被測定物の３次元形状を測定している。すなわち、位相シフト法においては、縞状パターンにおける各画素ごとに計算された位相が被測定物に投影された縞状パターンの投影角度を表しているため、同投影角度と撮像機の撮像角度とにより三角測量法を用いて被測定物の３次元形状を測定している。

一方、空間コード法は、下記特許文献２に示すように、明部と暗部とで構成された縞状パターンにおける明部および暗部の各幅が互いに異なる（例えば２倍）複数種類の縞状パターンを被測定物の表面に投影するとともに、同投影した複数種類の縞状パターンごとに撮像して各撮像画像における各画素が明滅する符号（コード）を用いて被測定物の３次元形状を測定している。すなわち、空間コード法においては、符号が示す値（空間コード値）と照射光線の方向とが一対一の関係に対応しているため、被測定物上における１点の位置（明滅点）から同位置の撮像方向および同明滅点の空間コード値から縞状パターンの投影方向を特定することができ、三角測量法を用いて被測定物の３次元形状を測定している。

特開２００９−２１０５０９号公報 特開２００７−３１５８６４号公報

しかしながら、上記特許文献１，２に示す位相シフト法（光切断法）および空間コード法を利用した３次元形状測定装置においては、被測定物に明暗像を投影する投影機、被測定物を撮像する撮像機、および被測定物の３次元形状を計算するコンピュータ装置の各機械的構成が大きいため、所望する場所で手軽に被測定物の３次元形状測定を行なうことが困難である。特に、被測定物の３次元形状を計算するコンピュータ装置は、膨大なデータおよび計算を高速に処理する必要性から機械的構成が大きくなり易く、持ち運びが極めて不便である。このため、３次元形状測定装置の実質的な使用場面が限定され、所望する場所で手軽に被測定物の３次元形状測定を行なうことが困難であるという問題があった。

本発明は上記問題に対処するためなされたもので、その目的は、所望する場所で手軽に被測定物の３次元形状測定を行なうことができる携帯電話機を用いた３次元形状測定システムおよび同携帯電話機を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る本発明の特徴は、被測定物に明部と暗部とからなる明暗像を投影するための投影手段および同明暗像が投影された被測定物を撮像して撮像画像データを生成する撮像手段をそれぞれ内蔵または外付け可能に構成され、撮像画像データを記憶するための記憶手段を有する携帯電話機と、前記生成した撮像画像データに基づいて被測定物の３次元形状を表す形状測定データを計算する形状測定手段と、形状測定データに基づいて被測定物の３次元形状を表示する表示手段とを備えたことにある。

この場合、請求項５に示すように、前記３次元形状測定システムにおいて、形状測定手段は、撮像画像データに基づいて空間コード法または位相シフト法を用いて形状測定データを計算するとよい。

このように構成した請求項１に係る本発明の特徴によれば、３次元形状測定システムは、被測定物に対して明暗像を投影する投影手段と、同明暗像が投影された被測定物を撮像して撮像画像データを取得するための撮像手段とを内蔵または外付け可能に構成されているとともに、同撮像画像データを記憶する記憶手段を備えた携帯電話機を含んで構成されている。したがって、被測定物の３次元形状の測定を行うユーザは、所望する場所で手軽に被測定物を表わす撮像画像データを取得することができる。これにより、ユーザは、取得した撮像画像データを形状測定手段によって画像処理することにより被測定物の３次元形状測定を行なうことができる。すなわち、本発明に係る３次元形状測定システムよれば、所望する場所で手軽に被測定物の３次元形状測定を行なうことできる。

また、請求項２に係る本発明の他の特徴は、前記３次元形状測定システムにおいて、投影手段および撮像手段は、明暗像の投影と同明暗像が投影された被測定物の撮像とを同時に行なうことができる配置で携帯電話機にそれぞれ内蔵されていることにある。

このように構成した請求項２に係る本発明の他の特徴によれば、投影手段および撮像手段が携帯電話機にそれぞれ内蔵、すなわち、一体化されているため、投影手段および撮像手段を携帯電話機と共に持ち運ぶことが容易となる。また、被測定物の３次元形状測定作業時における投影手段および撮像手段の取り扱いが簡便となるため、被測定物の３次元形状測定の測定作業の作業性が向上する。これらの結果、所望する場所で手軽に被測定物の３次元形状測定を行なうことできる。また、さらに、投影手段と撮像手段との相互の位置関係が固定または所定の範囲内の位置関係に限定されるため、投影手段と撮像手段との相互の位置関係を特定するキャリブレーション作業を省略または軽減することができ被測定物の３次元形状測定の測定作業の作業性が向上するとともに、３次元形状測定の測定精度を向上させることができる。

また、請求項３に係る本発明の他の特徴は、前記３次元形状測定システムにおいて、さらに、携帯電話機との間で無線通信可能な通信手段を備え、形状測定手段は、通信手段を介して受信した撮像画像データに基づいて形状測定データを計算することにある。

このように構成した請求項３に係る本発明の他の特徴によれば、形状測定手段は、携帯電話機と無線通信可能な通信手段を介して撮像画像データを取得して被測定物の３次元形状を計算する。これにより、携帯電話機は、被測定物の３次元形状を計算するための形状測定手段を備える必要がないため構成を簡単かつコンパクトにすることができ携帯性が向上する。この結果、所望する場所でより手軽に被測定物の３次元形状測定を行なうことできる。また、形状測定手段を携帯電話機に設けないため、被測定物の３次元形状の計算に十分な計算能力の形状測定手段を用いることができ、より精度良くかつ高速に被測定物の３次元形状を計算することができる。なお、この場合、形状測定手段にて計算した被測定物の３次元形状（形状測定データ）は、形状測定手段側に設けた表示手段に表示させても良いし、形状測定データを前記通信手段を介して携帯電話機に送信することにより携帯電話機に設けた表示手段に表示させることもできる。

また、本発明は、３次元形状測定システムの発明として実施できるばかりでなく、携帯電話機の発明としても実施できるものである。

本発明の一実施形態に係る３次元形状測定システムを構成する携帯電話機の外観構成の概略を示しており、（Ａ）は同携帯電話機の正面図であり、（Ｂ）は同携帯電話機の側面図である。 図１に示す携帯電話機の作動を制御する制御システムのブロック図である。 本発明の一実施形態に係る３次元形状測定システムを構成する３次元形状測定装置の作動を制御する制御システムのブロック図である。 被測定物の３次元形状を測定する際の被測定物と携帯電話機との配置関係を説明するための説明図である。 図２に示した携帯電話機における総合制御部が実行する３次元形状測定プログラムのフォローチャートである。 図３に示した３次元形状測定装置における３次元形状計算部が実行する３次元形状計算プログラムのフォローチャートである。

（３次元形状測定システムの構成）
以下、本発明に係る３次元形状システムの一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る３次元形状システムを構成する携帯電話機１００の外観構成の概略を示しており、（Ａ）は同携帯電話機１００の正面図であり、（Ｂ）は同携帯電話機１００の側面図である。また、図２は、同携帯電話機１００の作動を制御するための制御システムのブロック図である。なお、本明細書において参照する各図は、本発明の理解を容易にするために一部の構成要素を誇張して表わすなど模式的に表している。このため、各構成要素間の寸法や比率などは異なっていることがある。

この３次元形状測定システムは、明部と暗部とからなる明暗像を被測定物に投影するとともに同明暗像が投影された被測定物を複数回撮像することにより位相シフト法を用いて被測定物の３次元形状を測定する測定装置である。本実施形態においては、明暗像として所謂位相シフト法において一般的に用いられている縞状パターン、すなわち、明部が暗部に対して正弦波状に変化する縞状パターンを用いる。この３次元形状測定システムは、図３に示すように、主として携帯電話機１００と３次元形状測定装置２００によって構成されている。

携帯電話機１００は、無線により遠隔地間通信が行なえるハンディサイズの電話機であり、操作部１１０と受話部１３０とがヒンジ１５０を介して互いに回動可能に連結されて構成されている。すなわち、この携帯電話機１００は、操作部１１０および受話部１３０の一方が他方に対してヒンジ１５０を回動中心として回転変位して近接または離隔する折畳み式に構成されている。なお、本明細書において参照する各図は、携帯電話機１００が開いた状態を示している。

操作部１１０は、主として、ユーザが携帯電話機１００を保持しつつ同携帯電話機１００に対して各種の情報や指示を入力する部分であり、薄い箱状に形成された筐体１１０ａの内側表面部および側面部にキー入力部１１１を備えている。キー入力部１１１は、後述する総合制御部１１３に対して各種の情報や指示を入力するための複数の押下式のキースイッチによって構成されるスイッチ群である。具体的には、通話機能、メールの送受信機能およびインターネットへの接続機能などの各種機能を実行または制御するためのキースイッチや、文字、数字および記号を入力するためのキースイッチなどで構成される。また、キー入力部１１１は、前記した一般的な携帯電話機が備えるキースイッチの他に、被測定物に対して画像を投影する機能を実行または制御するキースイッチや、被測定物を撮像する機能を実行または制御するキースイッチなど被測定物の３次元形状測定の機能を実行または制御するためのキースイッチが含まれる。

このキー入力部１１１の図示下方における筐体１１０ａの内側表面部には、マイク１１２が設けられている。マイク１１２は、主としてユーザの音声を電気信号に変換して前記総合制御部１１３に入力する入力装置である。このマイク１１２における筐体１１０ａの内側表面部には、投影レンズ１２３が設けられている。投影レンズ１２３は、操作部１１０の内部に設けられる投影部１２０を構成する光学レンズである。

投影部１２０は、被投影物体上に画像を投影するための投影機であり、光源部１２１、液晶パネル１２２および投影レンズ１２３をそれぞれ備えている。本実施形態においては、投影部１２０は、主として、被測定物に対して縞状パターンを投影するために用いられる。光源部１２１は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）およびＢ（青）の３原色をそれぞれ発光するＬＥＤで構成されており、光源駆動部１２１ａによる作動制御によって液晶パネル１２２に向けて白色光を照射する。光源駆動部１２１ａは、総合制御部１１３から出力される制御信号に応じて光源部１２１の作動を制御する。

液晶パネル１２２は、印加電圧に応じて液晶の配列方向を変化させることにより液晶層の光の透過率を変化させて画像を形成する表示装置であり、液晶駆動部１２２ａによる作動制御によって縞状パターンを含む各種カラー画像を表示する。液晶駆動部１２２ａは、総合制御部１１３から出力される制御信号に応じて液晶パネル１２２の作動を制御する。また、投影レンズ１２３は、レンズ駆動部１２３ａによって光軸上の位置が制御されて光源部１２１によって照らし出された液晶パネル１２２上の表示画像を被投影物体上に投影する。レンズ駆動部１２３ａは、総合制御部１１３から出力される制御信号に応じて投影レンズ１２３を光軸方向に進退変位させる。これにより、被投影物体上に投影される投影画像のフォーカス調整が行なわれる。

総合制御部１１３は、マイクロコンピュータによって構成されており、図示しない制御プログラムを実行することにより携帯電話機１００の作動を総合的に制御するとともに、図５に示す３次元形状測定プログラムを実行することにより被測定物の３次元形状を測定する。この総合制御部１１３には、キー入力部１１１、マイク１１２および投影部１２０の他に、記憶部１１４、通信制御部１１５、近距離通信部１１６、電源部１１７、Ｉ／Ｆ部１１８、外部スピーカ１１９、液晶表示部１３１、受話スピーカ１３２、撮像部１４０および開閉角度検出部１５１がそれぞれ接続されている。

記憶部１１４は、図示しない読出し専用の不揮発性メモリおよび読書き可能な揮発性メモリで構成された記憶装置である。この記憶部１１４における不揮発性メモリには、携帯電話機１００の作動を制御する前記制御プログラムおよび前記３次元形状測定プログラムがそれぞれ記憶されている。また、記憶部１１４における揮発性メモリは、総合制御部１１３による前記制御プログラムおよび前記３次元形状測定プログラムの実行時において各プログラムの実行に必要な種々のデータの一時的に記憶するとともに、電話通信時における録音データなどの音声データ、写真や動画などの画像データおよびメールやアドレスなどの文字データを記憶する。そして、この場合、画像データには、後述する撮像部１４０によって撮像された撮像画像データや、被測定物の３次元形状を表す形状測定データを含む。

通信制御部１１５は、無線通信回路（図示せず）で構成されており、総合制御部１１３に制御されて携帯電話機１００と無線基地局（図示せず）を介して他の電話機（図示せず）や３次元形状測定装置２００との間で音声や各種データの送受信を行なう。この通信制御部１１５は、電波を送受信するためのアンテナ１１５ａを備えている。近距離通信部１１６は、赤外線通信回路（図示せず）で構成されており、総合制御部１１３に制御されて携帯電話機１００と他の外部機器（図示せず）との間で赤外線を用いて各種データの送受信を行なう。

電源部１１７は、操作部１１０の筐体１１０ａの内部に対して着脱自在な二次電池（充電型電池）および電圧変化回路によって構成されており、総合制御部１１３を含む各部に電力を供給する。Ｉ／Ｆ部１１８は、総合制御部１１３と外部機器とをケーブル（図示せず）を介して接続することにより、総合制御部１１３と外部機器との間で各種データの入出力を行うためのインターフェースである。外部スピーカ１１９は、総合制御部１１３から出力される電気信号を音声に変換する出力装置であり、前記制御プログラムの実行時における各種操作音や警告音などをユーザに対して報知する。

受話部１３０は、主として、ユーザに対して携帯電話機１００からの種々の情報を出力する部分であり、薄い箱状に形成された筐体１３０ａの内側表面部に液晶表示部１３１を備えている。液晶表示部１３１は、図示しない光源、液晶パネルおよび液晶駆動回路によって構成されており、総合制御回路１１３から出力される制御信号に応じてカラー画像を表示する表示装置である。この液晶表示部１３１の図示上方における筐体１３０ａの内側表面部には、受話スピーカ１３２が設けられている。受話スピーカ１３２は、総合制御部１１３から出力される電気信号を音声に変換する出力装置であり、主として、携帯電話機１００の通話時における相手方の音声や記憶部１１４に記憶されている録音音声をユーザに対して出力する。この受話スピーカ１３２の図示右側における筐体１３０ａの内側表面部には、撮像レンズ１４１が設けられている。撮像レンズ１４１は、受話部１３０の内部に設けられる撮像部１４０を構成する光学レンズである。

撮像部１４０は、被写体をデジタル撮影する撮像機であり、撮像レンズ１４１、ＣＭＯＳセンサ１４２、撮像制御部１４３をそれぞれ備えている。撮像レンズ１４１は、レンズ駆動部１４１ａによって光軸上の位置が制御されながら外部からの入射光をＣＭＯＳセンサ１４２上に集光する。レンズ駆動部１４１ａは、撮像制御部１４３から出力される制御信号に応じて撮像レンズ１４１を光軸方向に進退変位させる。これにより、ＣＭＯＳセンサ１４２上に集光される撮像画像のフォーカス調整が行なわれる。

ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ１４２は、フォトダイオードからなる複数の受光素子を備え、光エネルギーを電気エネルギーに変換（光電変換）する撮像素子である。撮像制御部１４３は、総合制御部１１３から出力される制御信号に応じてＣＭＯＳセンサ１４２の作動を制御するとともに、同制御信号に加えてＣＭＯＳセンサ１４２から出力される出力信号に基づいてレンズ駆動部１４１ａの作動を制御する。なお、ＣＭＯＳセンサ１４２は、光エネルギーを電気エネルギーに変換（光電変換）する撮像素子であればよく、他の撮像素子、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）を用いることもできる。

ヒンジ１５０は、操作部１１０および受話部１３０の一方を他方に対して回転自在かつ任意の角度位置で半固定状態に位置決め可能に連結する連結具である。このヒンジ１５０には、開閉角度検出部１５１が設けられている。開閉角度検出部１５１は、操作部１１０と受話部１３０とにおける一方に対する他方の回転角度、すなわち、操作部１１０に対する受話部１３０の開閉角度を検出して、同検出角度を表す電気信号を総合制御部１１３に出力する。

３次元形状測定装置２００は、携帯電話機１００とは離れた場所に設けられて被測定物の３次元形状を計算する演算装置である。この３次元形状測定装置２００は、図３に示すように、通信制御部２０１、３次元形状計算部２０２および記憶部２０３をそれぞれ備えて構成されている。

通信制御部２０１は、無線通信回路（図示せず）で構成されており、３次元形状計算部２０２に制御されて無線基地局（図示せず）を介して携帯電話機１００との間で撮像画像データおよび形状測定データの送受信を行なう。この通信制御部２０１は、電波を送受信するためのアンテナ２０１を備えている。３次元形状計算部２０２は、マイクロコンピュータによって構成されており、図示しない制御プログラムを実行することにより前記通信制御部２０１および記憶部２０３の作動をそれぞれ制御するとともに、図６に示す３次元形状計算プログラムを実行することにより携帯電話機１００から提供される撮像画像データに基づいて被測定物の３次元形状を表す形状測定データを計算する。

記憶部２０３は、図示しない読出し専用の不揮発性メモリおよび読書き可能な揮発性メモリで構成された記憶装置である。この記憶部２０３における不揮発性メモリには、被測定物の３次元形状を計算する前記３次元形状計算プログラムが記憶されている。また、記憶部２０３における揮発性メモリは、３次元形状計算プログラムの実行時において必要な種々のデータを一時的に記憶するとともに、携帯電話機１００から提供される撮像画像データおよび３次元形状計算プログラムの実行により算出された形状測定データをそれぞれ記憶する。

（３次元形状測定システムの作動）
次に、このように構成した３次元形状測定システムの作動について説明する。まず、ユーザは、携帯電話機１００のキー入力部１１１を操作して携帯電話機１００の主電源をオンにする。これにより、携帯電話機１００は、前記制御プログラムを実行することによりユーザからの指示、または他の通信機器から着信を待つ待機状態となる。また、ユーザは、この携帯電話機１００の電源投入とともに、または別に、３次元形状測定装置２００における図示しない主電源をオンにする。これにより、３次元形状測定装置２００は、図示しない制御プログラムを実行することにより、前記３次元形状計算プログラムを実行して携帯電話機１００からの着信を待つ待機状態となる。

次に、ユーザは、図４に示すように、３次元形状の測定対象となる被測定物ＷＫに対して携帯電話機１００の配置位置および向きを特定する。この場合、ユーザは、投影レンズ１２３の投影範囲内Ｅ１２０と撮像レンズ１４１の撮像範囲Ｅ１４０とに被測定物ＷＫが共に位置するように携帯電話機１００の操作部１１０と受話部１３０との開き具合（開度）および配置位置を調整することにより、携帯電話機１００の配置位置および向きを特定する。

次に、ユーザは、被測定物ＷＫの３次元形状の測定を行なう。具体的には、ユーザは、携帯電話機１００のキー入力部１１１を操作することにより、携帯電話機１００（総合制御部１１３）に対して被測定物ＷＫの３次元形状測定の実行を指示する。この指示に応答して、携帯電話機１００の総合制御部１１３は、図５に示す、３次元形状測定プログラムの実行をステップＳ１００にて開始して、ステップＳ１０２にて、操作部１１０に対する受話部１３０の開閉角度を検出する。具体的には、総合制御部１１３は、開閉角度検出部１５１によって検出される検出信号を入力して同検出信号によって表される開閉角度を記憶部１１４に記憶する。

次に、総合制御部１１３は、縞状パターンを被測定物ＷＫの表面に投影する。具体的には、総合制御部１１３は、投影部１２０の作動を制御して光源部１２１を発光させるとともに液晶パネル１２２上に縞状パターンを表示させることにより、被測定物ＷＫの表面に液晶パネル１２２上に表示させた縞状パターンの拡大画像を投影する。すなわち、この投影部１２０が、本発明に係る投影手段に相当する。

次に、総合制御部１１３は、ステップ１０６にて、被測定物ＷＫの表面に投影された縞状パターンを撮像する。具体的には、総合制御部１１３は、撮像部１４０の作動を制御することにより被測定物ＷＫの表面に投影された縞状パターンを撮像して同縞状パターンがデジタル値によって表された撮像画像データを取得する。すなわち、この撮像部１４０が、本発明に係る撮像手段に相当する。そして、総合制御部１１３は、取得した撮像画像データを記憶部１１４に記憶する。

次に、総合制御部１１３は、ステップ１０８にて、縞状パターンの位相をシフトする。具体的には、総合制御部１１３は、液晶パネル１２２上に表示させている正弦波状の縞状パターンを分割数に相当する周期分だけ位相をシフトさせた新たな縞状パターンを液晶パネル１２２上に表示させる。本実施形態においては、正弦波状の縞状パターンを４分割した周期、すなわち、１／４周期（π／２）だけ位相をシフトさせる。なお、縞状パターンの分割数は前記４分割に限定されるものではないことは当然である。例えば、縞状パターンを３分割することもでき、この場合には、縞状パターンを１／３周期（２π／３）だけ位相をシフトさせればよい。

次に、総合制御部１１３は、ステップＳ１１０にて、縞状パターンの位相のシフトを同縞状パターンの１周期分行ったか否かを判定する。このステップＳ１１０における判定処理においては、総合制御部１１３は、縞状パターンの位相を１周期分シフトするまでの間「Ｎｏ」と判定し続けてステップＳ１０４に戻る。すなわち、ステップＳ１０４〜ステップＳ１１０の各処理を再度実行して縞状パターンの位相のシフトごとの撮像画像データを取得する。本実施形態においては、縞状パターンを４分割しているため、４枚の撮像画像データを取得するまでの間、ステップＳ１０４〜ステップＳ１１０の各処理が繰り返し実行される。なお、ユーザは、これらのステップＳ１０４〜ステップＳ１１０の各処理が繰り返し実行されている間、携帯電話機１００を静止状態に保つ。

一方、縞状パターンの位相のシフトを１周期分行った場合には、総合制御部１１３は、は、同ステップＳ１１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１１２に進む。そして、総合制御部１１３は、ステップＳ１１２にて、被測定物ＷＫの３次元形状の計算に必要な種々のデータを３次元形状測定装置２００に送信する。具体的には、総合制御部１１３は、通信制御部１１５の作動を制御することにより、記憶部１１４に記憶されている前記開閉角度および位相シフトごとの撮像画像データ（本実施形態においては４枚）を３次元形状測定装置２００に送信する。この場合、携帯電話機１００による被測定物ＷＫの撮像処理は完了しているため、ユーザは携帯電話機１００を撮像位置から離して自由に保持することができる。

一方、３次元形状測定装置２００の３次元形状計算部２０２は、主電源投入後、前記制御プログラムを実行して通信制御装置２０１および記憶部２０３の作動を開始させる。また、３次元形状計算部２０２は、３次元形状計算プログラムの実行をステップＳ２００にて開始して、ステップ２０２にて、携帯電話機１００からの着信を待つ。すなわち、３次元形状計算部２０２は、携帯電話機１００からの送信信号を受信するまでの間、このステップＳ２０２の判定処理にて「Ｎｏ」と判定し続けて同判定処理を繰り返し実行する。そして、３次元形状計算部２０２は、携帯電話機１００からの送信信号を受信した場合には、このステップＳ２０２の判定処理にて「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ２０４に進み、同ステップＳ２０４にて、携帯電話機１００から受信した受話部１３０の開閉角度および位相シフトごとの各撮像画像データを記憶部２０３に記憶する。

次に、３次元形状計算部２０２は、ステップＳ２０６にて、被測定物ＷＫの３次元形状を表す形状測定データを計算する。具体的には、３次元形状計算部２０２は、記憶部２０３に記憶した受話部１３０の開閉角度および位相シフトごとの撮像画像データに基づいて三角測量法を用いて形状測定データを計算する。この三角測量法を用いた形状測定データの計算処理は、公知技術であるので説明を省略する。なお、この形状測定データの計算処理においては、操作部１１０に対する受話部１３０の開閉角度は、投影部１２０と撮像部１３０との相互の位置関係を特定するために用いられる。すなわち、この３次元形状計算部２０２が、本発明に係る形状測定手段に相当する。そして、このステップＳ２０６にて計算された形状測定データは、３次元形状計算部２０２によって記憶装置２０３に記憶される。

次に、３次元形状計算部２０２は、ステップＳ２０８にて、前記ステップＳ２０６にて計算した形状測定データを携帯電話機１００に送信する。具体的には、３次元形状計算部２０２は、通信制御部２０１の作動を制御することにより、記憶部２０３に記憶されている形状測定データを携帯電話機１００に送信する。そして、３次元形状測定装置２０２は、ステップＳ２０２に戻り、再び携帯電話機１００からの着信を待つ。すなわち、３次元形状計算部２０２は、主電源がオン状態である間、この３次元形状計算プログラムを繰り返し実行する。

一方、総合制御部１１３は、ステップＳ１１２におけるデータ送信処理の実行後、ステップＳ１１４にて、３次元形状測定装置２００からの着信を待つ。すなわち、総合制御部１１３は、３次元形状測定装置２００からの送信信号を受信するまでの間、このステップＳ１１４の判定処理にて「Ｎｏ」と判定し続けて同判定処理を繰り返し実行する。したがって、ユーザは、携帯電話機１００を携帯しながら、３次元形状測定装置２００からの送信信号の受信を待つ。そして、総合制御部１１３は、３次元形状測定装置２００からの送信信号を受信した場合には、このステップＳ１１４の判定処理にて「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１１６に進み、同ステップＳ１１６にて、３次元形状測定装置２００から受信した形状測定データを記憶部１１４に記憶する。

次に、総合制御部１１３は、ステップＳ１１８にて、被測定物ＷＫの３次元形状を表示する。具体的には、総合制御部１１３は、液晶表示部１３１の作動を制御して記憶部１１４に記憶されている形状測定データに基づいて被測定物の３次元形状を表示させる。これにより、ユーザは、被測定物ＷＫの３次元形状を液晶表示部１３１を介して視認することができる。なお、この場合、ユーザは、キー入力部１１１を操作することにより被測定物の３次元形状の出力先を液晶表示部１３１以外の出力先に設定することもできる。例えば、投影部１２０を介して被測定物ＷＫの３次元形状をスクリーン等に投影してもよいし、通信制御部１１５、近距離通信部１１６またはＩ／Ｆ部１１８を介して他の外部機器に被測定物ＷＫの３次元形状を出力するようにしてもよい。そして、総合制御部１１３は、ステップＳ１２０にて、この３次元形状測定プログラムの実行を終了する。

上記作動説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、３次元形状測定システムは、被測定物ＷＫに対して縞状パターンを投影する投影部１２０と、同縞状パターンが投影された被測定物ＷＫを撮像して撮像画像データを取得する撮像部１４０とを内蔵しているとともに、同撮像画像データを記憶する記憶部１１４を備えた携帯電話機１００を含んで構成されている。したがって、被測定物ＷＫの３次元形状の測定を行うユーザは、所望する場所で手軽に被測定物ＷＫを表わす撮像画像データを取得することができる。これにより、ユーザは、取得した撮像画像データを３次元形状測定装置２００によって画像処理することにより被測定物ＷＫの３次元形状測定を行なうことができる。すなわち、本発明に係る３次元形状測定システムによれば、所望する場所で手軽に被測定物ＷＫの３次元形状測定を行なうことできる。

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態においては、投影部１２０および撮像部１４０を携帯電話機１００内に内蔵する構成とした。しかし、投影部１２０および撮像部１４０を携帯電話機１００とは別体に構成して携帯電話機１００に対して外付けする構成としてもよい。この場合、投影部１２０および撮像部１４０にそれぞれ対応する図示しない投影機（例えば、プロジェクタ）および図示しない撮像機（例えば、デジタルカメラ）を携帯電話機１００の近距離通信部１１６またはＩ／Ｆ部１１８を介して無線方式または有線方式にて接続する構成にすることができる。なお、この場合、被測定物ＷＫの３次元形状の測定に際しては、投影機と撮像機との相対的な位置関係を特定するキャリブレーションを予め行なっておく必要がある。このキャリブレーションは、従来の３次元形状測定装置における投影機と撮像機とのキャリブレーションと同様の手順で行なえるため、その説明は省略する。

また、上記実施形態においては、被測定物ＷＫの３次元形状を表す形状測定データを携帯電話機１００とは別体で構成された３次元形状測定装置２００によって行うように構成した。しかし、携帯電話機１００に３次元形状計算部２０２を内蔵させて形状測定データを携帯電話機１００内で計算させるように構成することもできる。これによれば、３次元形状測定システムの構成を簡単にすることができるとともに、携帯電話機１００による通信品質が不安定な場所での３次元形状の測定を行なうことができる。

また、上記実施形態においては、被測定物ＷＫに投影した縞状パターンの位相を一定の角度ずつすらしながら撮像して各撮像画像における縞状パターンの変形量（位相ずれ）から被測定物ＷＫの３次元形状を測定する所謂位相シフトを用いて被測定物ＷＫの３次元形状を測定した。しかし、被測定物ＷＫに明部と暗部とからなる明暗像を投影するとともに同明暗像が投影された被測定物ＷＫを撮像して得た複数の撮像画像データを画像処理することにより被測定物の３次元形状を測定する方法を採用すれば、必ずしも位相シフト法を用いる必要はない。

例えば、位相シフト以外の他の光切断法、具体的には、線状のレーザ光を被測定物ＷＫに投影し被測定物ＷＫの表面の凹凸によるレーザ投影パターンの変形を測定する方法を用いて被測定物ＷＫの３次元形状を測定することもできる。また、所謂空間コード法、具体的には、明部と暗部とで構成された縞状パターンにおける明部および暗部の各幅が互いに異なる（例えば２倍）複数種類の縞状パターンを被測定物ＷＫの表面に投影するとともに同投影した複数種類の縞状パターンごとに撮像して各撮像画像における各画素が明滅する符号（コード）を用いて被測定物ＷＫの３次元形状を測定することもできる。また、これらの場合、被測定物ＷＫに投影する明暗像も上記実施形態、および上記変形例に示すもの以外のパターン、例えば、グリッド状や円形状のパターンを適宜用いることができる。これらによっても、上記実施形態と同様の効果が期待できる。

また、上記実施形態においては、携帯電話機１００と３次元形状測定装置２００とを通信制御部１１５，２０１を介して無線通信により接続した。しかし、携帯電話機１００と３次元形状測定装置２００とを有線通信により接続することもできる。具体的には、携帯電話機１００におけるＩ／Ｆ部１１８に相当するインターフェースを３次元形状測定装置２００に設けることにより携帯電話機１００と３次元形状測定装置２００とをケーブルで接続する。これによれば、通信制御部２０１を備えない３次元形状測定装置２００や、通信品質が不安定な状態時における３次元形状測定装置２００においても被測定物ＷＫの３次元形状を測定することができる。

ＷＫ…被測定物、Ｅ１２０…投影範囲、Ｅ１４０…撮像範囲
１００…携帯電話機、１１０…操作部、１１０ａ…筐体、１１１…キー入力部、１１２…マイク、１１３…総合制御部、１１４…記憶部、１１５…通信制御部、１１５ａ…アンテナ、１１６…近距離通信部、１１７…電源部、１１８…Ｉ／Ｆ部、１１９…外部スピーカ
１２０…投影部、１２１…光源部、１２１ａ…光源駆動部、１２２…液晶パネル、１２２ａ…液晶駆動部、１２３…投影レンズ、１２３ａ…レンズ駆動部
１３０…受話部、１３０ａ…筐体、１３１…液晶表示部、１３２…受話スピーカ
１４０…撮像部、１４１…撮像レンズ、１４１ａ…レンズ駆動部、１４２…ＣＯＭＳセンサ、１４３…撮像制御部
１５０…ヒンジ、１５１…開閉角度検出部
２００…３次元形状測定装置、２０１…通信制御部、２０１ａ…アンテナ、２０２…３次元形状計算部、２０３…記憶部

Claims (7)

1. 被測定物に明部と暗部とからなる明暗像を投影するための投影手段および同明暗像が投影された前記被測定物を撮像して撮像画像データを生成する撮像手段をそれぞれ内蔵または外付け可能に構成され、前記撮像画像データを記憶するための記憶手段を有する携帯電話機と、
   前記生成した撮像画像データに基づいて前記被測定物の３次元形状を表す形状測定データを計算する形状測定手段と、
   前記形状測定データに基づいて前記被測定物の３次元形状を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする３次元形状測定システム。
2. 請求項１に記載した３次元形状測定システムにおいて、
   前記投影手段および前記撮像手段は、前記明暗像の投影と同明暗像が投影された前記被測定物の撮像とを同時に行なうことができる配置で前記携帯電話機にそれぞれ内蔵されていることを特徴とする３次元形状測定システム。
3. 請求項１または請求項２に記載した３次元形状測定システムにおいて、さらに、
   前記携帯電話機との間で無線通信可能な通信手段を備え、
   前記形状測定手段は、前記通信手段を介して受信した前記撮像画像データに基づいて前記形状測定データを計算することを特徴とする３次元形状測定システム。
4. 請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載した３次元形状測定システムにおいて、
   前記形状測定手段は、前記撮像画像データに基づいて空間コード法または位相シフト法を用いて前記形状測定データを計算することを特徴とする３次元形状測定システム。
5. 明部と暗部とからなる明暗像を投影した被測定物を撮像して生成した撮像画像データに基づいて前記被測定物の３次元形状を表す形状測定データを計算する形状測定手段に対して、無線通信によって前記撮像画像データおよび前記形状測定データを送受信可能な携帯電話機であって、
   前記被測定物に前記明暗像を投影する投影手段と、
   前記明暗像が投影された前記被測定物を撮像して前記撮像画像データを生成する撮像手段と、
   前記形状測定データに基づいて前記被測定物の３次元形状を表示する表示手段とをそれぞれ内蔵または外付け可能に構成したことを特徴とする携帯電話機。
6. 請求項５に記載した携帯電話機において、
   前記投影手段および前記撮像手段は、前記明暗像の投影と同明暗像が投影された前記被測定物の撮像とを同時に行なえる配置で前記携帯電話機にそれぞれ内蔵されていることを特徴とする携帯電話機。
7. 請求項５または請求項６に記載した携帯電話機において、
   前記形状測定手段は、前記撮像画像データに基づいて空間コード法または位相シフト法を用いて前記形状測定データを計算し、
   前記表示手段は、前記空間コード法または前記位相シフト法を用いて計算された前記形状測定データに基づいて前記被測定物の３次元形状を表示することを特徴とする携帯電話機。

Images