JP2014199193A - 三次元計測装置、三次元計測方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】三次元計測の計測精度をより向上できるようにする。【解決手段】投影部１０２は、１つの計測用パターンに対して特徴パターンが対に配置され、前記計測用パターンと前記特徴パターンとの間、または前記特徴パターンに前記計測用パターンと輝度または波長の異なる領域が存在するパターン光を投影するようにして、輝度のピークに変化が現れた場合であっても、計測用パターンの重心が変化せず、精度よく三次元形状を計測できるようにする。【選択図】図１

Description

本発明は、特に、パターン光を投影する際に用いて好適な三次元計測装置、三次元計測方法及びプログラムに関する。

従来、動的シーンに対応した三次元計測装置において、複数のスリットを投影した光切断法が知られている。複数のスリットを投影した光切断法では、一般的に全て同一形状のスリットを投影する。そのため、測定する距離範囲に限定を加えるなどしない限り、撮像されたスリットと投影されたスリットとを一意に対応付けることは困難である。

そこで、特許文献１に記載の手法では、投影パターン中に存在する各スリットに、長さの異なる同じ太さの実線を形成し、複数のスリットに沿って符号化要素を配置する。そして、被写体の表面に作用した投影パターンを撮像装置で撮像し、符号化要素を解析する。これによって、各スリットの撮像した画像上での位置を認識することが可能となり、三次元計測を行うことができることが記載されている。

特表２０１０−５３８２６９号公報 特開平０７−１２０２５１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、投影パターン中の符号化要素を配置するために、局所的にスリットの線よりも太さを有するパターンを用いる。ここで、スリット線を用いた三次元計測手法においては、スリット線が投射されている幅では物体の距離が同一であると仮定している。そのため、太さを有するスリット光を用いる場合、三次元計測の計測精度が低下するという課題がある。

本発明は前述の問題点に鑑み、三次元計測の計測精度をより向上できるようにすることを目的としている。

本発明の三次元計測装置は、計測用パターンと前記計測用パターンの周辺に配置された特徴パターンとを有するパターン光を被写体へ投影する投影手段と、前記投影手段によって前記パターン光が投影された被写体を撮像して撮像画像を生成する撮像手段と、前記撮像手段によって生成された撮像画像に含まれるパターンから前記特徴パターンを認識する特徴認識手段と、前記特徴認識手段により認識された特徴パターンに基づいて前記被写体の三次元形状を算出する三次元形状算出手段とを有し、前記投影手段は、１つの計測用パターンに対して前記特徴パターンが対に配置され、前記計測用パターンと前記特徴パターンとの間、または前記特徴パターンに、前記計測用パターンと輝度または波長の異なる領域が存在するパターン光を投影することを特徴とする。

本発明によれば、三次元計測の計測精度をより向上させることができる。

本発明の実施形態に係る三次元計測装置の構成例を示すブロック図である。 投影パターン生成部により生成されるパターンの一例を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態におけるパターンの一例を説明するための図である。 特徴認識部が行う処理を説明するための図である。 三次元形状算出部が行う処理を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る三次元計測装置による処理手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態におけるパターンの一例を説明するための図である。 本発明の第３の実施形態におけるパターンの一例を説明するための図である。 本発明の第３の実施形態におけるパターンの他の一例を説明するための図である。 本発明の第３の実施形態におけるパターンのその他の一例を説明するための図である。 本発明の第３の実施形態におけるパターンのその他の一例を説明するための図である。 本発明の第３の実施形態におけるパターンのその他の一例を説明するための図である。 本発明の第４の実施形態におけるパターンの一例を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る三次元計測装置１００の構成例を示すブロック図である。
図１において、本実施形態に係る三次元計測装置１００は、撮像部１０１と、投影部１０２と、投影パターン生成部１０３と、制御部１０４と、記憶部１０５と、特徴認識部１０６と、三次元形状算出部１０７とを備えている。

撮像部１０１は、光学系と撮像素子とを有し、被写体１０８を撮像する。また、撮像部１０１は、撮像して生成された撮像画像を記憶部１０５に出力する。また、撮像部１０１は、投影部１０２の投影方向とは異なる方向から被写体１０８を撮像する。

投影部１０２は、レーザープロジェクタや液晶プロジェクタなどを用いてパターン光を投影するものであり、パターン光を投影できるのであれば投影部１０２の構成は限定されない。また、投影部１０２は、投影パターン生成部１０３から入力されるパターンの情報に基づいて、被写体１０８へパターン光を投影する。

投影パターン生成部１０３は、投影部１０２が被写体１０８へ投影するパターン光のパターンを生成する。制御部１０４は、投影パターン生成部１０３によるパターンの生成、及び投影部１０２による投影のタイミングを制御する。また、制御部１０４は、投影部１０２がパターン光の投影を開始するタイミングに基づいて、撮像を開始するように撮像部１０１を制御する。なお、投影パターン生成部１０３は、必ずしも三次元計測装置１００の一部である必要はなく、本実施形態で説明する各種投影パターンを生成する投影パターン生成装置（情報処理装置）として独立して使用することも可能である。

記憶部１０５は、撮像部１０１から取得した撮像画像を記憶するメモリである。そして、記憶部１０５に記憶された撮像画像は、特徴認識部１０６へ出力される。特徴認識部１０６は、記憶部１０５から取得した撮像画像から計測用パターンと特徴パターンとを抽出して特徴を認識する。そして、認識された特徴に基づいて、特徴認識部１０６は、符号列を生成し、三次元形状算出部１０７へ出力する。

三次元形状算出部１０７は、特徴認識部１０６から取得した符号列と、パターンを構成する元の符号列との対応関係から、撮像部１０１により撮像される計測用パターンの位置と、投影部１０２により投影される計測用パターンの位置とを対応付ける。そして、対応付けられた計測用パターン同士の位置に基づいて三角測量の原理で三次元形状を算出する。

次に、図２を参照しながら、投影パターン生成部１０３により生成されるパターンの一例について説明する。
図２（ａ）に示すように、投影パターン生成部１０３により生成されるパターンは、パターン２０１、２０２の組み合わせで構成される。パターン２０１は計測用パターン２０３に隣接する特徴パターンが存在しないものであり、パターン２０２は計測用パターン２０３に特徴パターン２０４が隣接している。つまり、それぞれのパターン２０１、２０２は、隣接して配置された特徴パターン２０４の有無により、パターン２０１、２０２を区別することができる。また、パターン２０１を０、パターン２０２を１に割り当てることもできる。なお、パターンを割り当てる記号、数字には限定されない。

図２（ａ）に示したパターンを組み合わせて構成したパターンが投影パターン生成部１０３により生成されるパターンであり、例えば、図２（ｂ）に示すようなパターン２５９が生成される。パターン２５９の一部は、計測用パターン２５１、および周辺の特徴パターン２５２、２５３により構成されている。ここで、計測用パターン２５１は、例えばスリットパターンである。また、パターン２５９は、符号列２６０に基づいて生成され、符号列２６０の一つの要素は、図２（ａ）に示したパターン２０１、２０２に対応付けられている。

また、パターン２５９は、区切り線２６１により区切られており、区切り線２６１で区切られた領域で一つの符号を表している。図２（ｂ）に示す例では、説明をしやすくするために区切り線を示しているが、投影パターン生成部１０３で生成されるパターンには区切り線は含まれないものとする。また、区切り線の位置については特に限定されないが、区切り線は、撮像部１０１および投影部１０２の配置によって決定されるエピポーラ線であってもよい。例えば、領域２５５に関し、領域２５５の符号は一部の符号列２６２に対応している。領域２５５は区切り線２６１が区切る領域毎に、計測用パターンに隣接する符号パターンの存在の有無により、符号が割り当てられ、最終的に一部の符号列「１０００１０」が割り当てられる。

ここで、符号列２６０は、例えば、Ｍ系列（Ｍａｘｉｍｕｍ ｌｅｎｇｔｈ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）でもよいし、デブルーイン系列（ｄｅ Ｂｒｕｉｊｉｎ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）でもよい。Ｍ系列とは、最大周期列といわれる疑似乱数列の１つである。また、デブルーイン系列は周期系列であり、長さｎの部分系列を観測すれば、系列中の位置が一意に特定可能という特徴を有する符号列である。符号列２６０として、Ｍ系列やデブルーイン系列以外の符号列を用いてもよいが、任意で選択した部分系列が他の部分系列に対して一意に特定可能な符号列とする。

また、計測する距離に限定を加えるなどの条件を加えることが可能である場合には、全ての系列において、部分系列が他の部分系列と比べて一意でなくてもよい。つまり、所定の条件を加えることによって限定された系列の中で選択した部分系列が他の部分系列に対して一意であればよい。

次に、図２（ｂ）に示すパターン２５９を構成するために配置された特徴パターンについて詳細に説明する。
図２（ｂ）において、特徴パターン２５２、２５３は計測用パターン２５１と隣接する領域２５４内において、計測用パターン２５１に対して略対称に配置されている。また、特徴パターン２５２、２５３は、計測用パターン２５１との間で、輝度の変化を有している。特徴パターン２５２、２５３が計測用パターン２５１との間で輝度の変化を有していると、計測用パターンを認識する範囲を限定できるので、距離変化やテクスチャ変化が有る場合に計測精度が低下を防ぐことができる。

以下、図３を参照しながら、図２（ｂ）における領域２５４内において計測用パターン２５１に対して略対称に配置することの効果について説明する。

図３（ａ）に示すパターン３０１は、計測用パターン３０５に対して領域３２５において特徴パターン３０６が非対称に配置されているパターンである。また、パターン３０１は、投影部１０２を用いて被写体１０８に投射し、撮像部１０１で撮影した画像を表している。一方、パターン３０２は、計測用パターン３０９に対して領域３２６において特徴パターン３１０が計測用パターン３０９に対して略対称に配置されているパターンである。また、パターン３０２は、投影部１０２を用いて被写体１０８に投射し、撮像部１０１で撮影した画像を表している。

ここで、撮像部１０１および投影部１０２の光学系によるボケと被写体１０８の特性とにより、パターン３０１、３０２にそれぞれボケ３０７、３１１が生じている。さらに、光強度断面３０３、３０４は、パターン３０１、３０２の断面線３０８、３１３において、輝度を縦軸とし、空間を横軸として表している。ここで、輝度を表す縦軸３１５、３２１に対し、横軸３１４は断面線３０８の方向に対応しており、横軸３２０は断面線３１３の方向に対応している。点線で示した輝度プロファイル３１８は、計測用パターン３０５、特徴パターン３０６を独立して投影した場合の輝度プロファイルである。一方、輝度プロファイル３１９は、計測用パターン３０５、特徴パターン３０６を同時に投影した場合の輝度プロファイルである。

計測用パターン３０５、特徴パターン３０６を同時に投影した場合、計測用パターン３０５によるボケと、特徴パターン３０６によるボケとが重畳し、重心位置３１７は、輝度プロファイル３１８に対応する重心位置３１６と位置が異なる。つまり、パターン３０１の場合は、計測性の精度が低下する。

同様に、光強度断面３０４において点線で示した輝度プロファイル３２３は、計測用パターン３０９、特徴パターン３１０を独立して投影した場合の輝度プロファイルである。また、輝度プロファイル３２４は、計測用パターン３０９、特徴パターン３１０を同時に投影した場合の輝度プロファイルである。

計測用パターン３０９、特徴パターン３１０を同時に投影した場合、計測用パターン３０９のボケと、特徴パターン３１０のボケとが重畳する。ところが、特徴パターン３１０が、計測用パターン３０９に対して略対称であるため、計測用パターン３０９の重心位置３２２は、計測用パターン３０９と特徴パターン３１０とを独立して投影した場合の重心位置と同一となる。つまり、特徴パターン３１０を計測用パターン３０９に対して略対称に配置するパターン３０２の場合は、パターン３０１のように特徴パターン３０６を計測用パターン３０５に対して非対称に配置するパターンに比べて計測性精度が向上する。

なお、特徴パターン３１０が略対称である領域３２６は、実際に計測に使用する計測用パターンを含む領域であり、その他の計測に使用しない領域においては、計測用パターンに対して略対象でなくてもよい。また、特徴パターンは、計測用パターンと同様に、特徴パターンの位置が特定可能であれば計測に使用してもよい。

次に、図３（ｂ）を参照しながら、図２（ｂ）における特徴パターン２５２、２５３が、計測用パターン２５１との間で輝度の変化を有することの効果について説明する。図３（ａ）に示したパターン３０１は、計測用パターン３０５と特徴パターン３０６との間に輝度変化の無いパターンであり、図３（ｂ）に示すパターン３５１は、特許文献１に記載されているパターンである。これに対し、パターン３５２は、本実施形態のパターンであり、計測用パターン３５８と特徴パターン３５９との間に輝度の変化を有する領域３７１、３７２が存在する。ただし、領域３７１、３７２を示す点線は説明をしやすくするために付加したのであって、実際にはパターンに含まれないものである。

光強度断面３５３、３５４は、それぞれパターン３５１、３５２の断面線３５７、３６０において、輝度を縦軸とし、空間を横軸として表している。輝度を表す縦軸３６２、３６７に対し、横軸３６１は断面線３５７の方向に対応しており、横軸３６６は断面線３６０の方向に対応している。また、輝度プロファイル３６３はパターン３５１の断面線３５７の位置における輝度プロファイルであり、輝度プロファイル３６８はパターン３５２の断面線３６０の位置における輝度プロファイルである。

図３（ｂ）に示す輝度の変化と輝度の絶対値とから、光強度断面３５３において計測用パターンの認識位置は、点線３６４、３６５の間に存在していると認識できる。同様に、光強度断面３５４においては、計測用パターンの認識位置は、点線３６９、３７０の間に存在していると認識できる。図３（ｂ）に示すように、光強度断面３５４において計測用パターンの認識位置を示す点線３６９、３７０に挟まれる領域は、光強度断面３５３において計測用パターンの認識位置を示す点線３６４、３６５に挟まれる領域よりも狭い。スリットパターンを用いた距離計測手法では、計測用パターン中では距離変化やテクスチャの変化が無い、または少ないことを仮定している。つまり、計測用パターンよりも細かい距離変化やテクスチャ変化が有る場合に計測精度が低下するといえる。

ここで、パターン３５１が細かい距離変化やテクスチャ変化が有る場合に計測精度が低下することについて、光強度断面３７３、３７４を用いて詳細に説明する。光強度断面３７３、３７４では、点線３７７の位置に、細かい距離変化やテクスチャの影響で、一部輝度が高い領域が輝度プロファイル３７５、３７６に発生している。輝度が高い部分が発生した点線３７７の位置は、光強度断面３７３では点線３６４、３６５の領域の内側にあるため、計測用パターンの重心が変化し、計測精度が低下する。これに対して、光強度断面３７４で輝度が高い部分が発生した点線３７７の位置は、点線３６９、３７０の領域の外側にあるため、計測用パターンの重心への影響が低いため、計測精度の低下を防ぐことが可能である。このことから、特徴パターン３５９と計測用パターン３５８との間で輝度の変化を有することにより、計測用パターン中での距離変化やテクスチャ変化に影響されにくい効果があるといえる。

次に、図４を参照しながら特徴認識部１０６が行う処理について説明する。特徴認識部１０６は、記憶部１０５から例えば図４に示す画像４０１についてパターン抽出を行い、計測用パターンと特徴パターンとを抽出する。例えば図４に示す画像４０２が抽出後の画像であり、複数の区切り線４０３と、計測用パターン４０８の間隔とに基づいて、複数の領域が定義される。

ここで、区切り線４０３は、特徴パターンのサイズから決定してもよいし、撮像素子で一定の間隔で配置してもよい、また、撮像部１０１および投影部１０２の配置によって決定されるエピポーラ線であってもよい。さらに、分割された複数の領域のうち所定の領域をグループ化し、図４において太い点線で表しているグループ４０４、４０５を定義する。すなわち、分割された複数の領域のうち、計測用パターンの方向に隣接している複数の領域を１つのグループとしてグループ化する。

グループ４０４には、特徴パターン４０９、４１０が配置されており、グループ４０５には、特徴パターン４１１、４１２が配置されている。そして、各グループにおいて、各領域の面積とグループ内の各領域上の特徴パターンの面積との比に基づき、符号を割りつける。具体的な例としては、領域４０６の面積が１０であり、特徴パターン４０９の面積が５である場合には、領域４０６と特徴パターン４０９との面積比は０．５になる。

また、特徴パターンが存在する領域かどうか決定する閾値を予め設定しておき、閾値以上である場合には特徴パターンが存在すると判断するようにする。本実施形態では、閾値を０．２とし、領域４０６には特徴パターンが存在すると認識し、符号１が割り当てられる。同様に、グループ４０４、４０５の各領域に符号を割り付けることにより符号列４１３を得る。図４に示す例では、割り付けられた符号は、グループ４０４が「０１０１００」であり、グループ４０５が０１０００１である。

なお、領域分割処理およびグループ化処理は、特徴認識部１０６が行う処理として説明したが、別の処理部を設けて当該別の処理部により実行されてもよい。その場合、特徴認識部１０６は、各グループにおいて、グループ内の各領域の面積とグループ内の各領域上の特徴パターンとの面積の比に基づき、特徴を認識して、符号を割りつける処理のみを実行することになる。そして、特徴認識部１０６は、生成された符号列４１３を、三次元形状算出部１０７へ出力する。

次に、図５を参照しながら、三次元形状算出部１０７が行う処理について説明する。三次元形状算出部１０７は、特徴認識部１０６から符号列を取得する。図２（ｂ）および図４に示す例の場合には、次に、パターン２５９を構成する元の符号列２６０と、符号列４１３との対応を探索する。探索した結果、図５に示す対応位置５０１を導く。符号列同士の対応から撮像部１０１により撮像された計測用パターンの位置と、投影部１０２により投影される計測用パターンの位置とが対応付けられる。そして、上述したように、対応付けられた計測用パターンの位置に基づいて三角測量の原理で被写体１０８の三次元形状を算出する。ここで、三角測量の基本的な原理は、特許文献２に開示されている。

図６は、本実施形態に係る三次元計測装置１００による処理手順の一例を示すフローチャートである。
まず、Ｓ６０１において、投影部１０２は、制御部１０４により投影パターン生成部１０３へ送信されたパターンを出力するための信号に基づいて、投影パターン生成部１０３が生成するパターンに基づくパターン光を、被写体へ投影する。

次に、Ｓ６０２において、撮像部１０１は、制御部１０４により撮像部１０１へ、投影が開始されるタイミングで送信された撮像信号に基づいて被写体を撮像する。そして、撮像部１０１は、撮像画像を記憶部１０５に記憶する。次に、Ｓ６０３において、特徴認識部１０６は、記憶部１０５から撮像画像を取得し、計測用パターンと特徴パターンとを抽出する。そして、Ｓ６０４において、特徴認識部１０６は、Ｓ６０３で抽出された計測用パターンと特徴パターンとから符号列を抽出し、当該符号列を三次元形状算出部１０７へ出力する。

次に、Ｓ６０５において、三次元形状算出部１０７は、抽出された符号列と対応する符号列を探索する。そして、Ｓ６０６において、三次元形状算出部１０７は、撮像部１０１により撮像された計測用パターンの位置と、投影部１０２により投影される計測用パターンの位置とを対応付ける。次に、Ｓ６０７において、三次元形状算出部１０７は、対応付けられた計測用パターンの位置と、撮像部１０１および投影部１０２の位置関係とに基づいて三角測量の原理で被写体１０８の三次元形状を算出し、処理を終了する。

以上のように本実施形態によれば、三次元計測の計測精度を向上させることが可能となる。

（第２の実施形態）
本実施形態に係る三次元計測装置の構成は、第１の実施形態で説明した三次元計測装置１００の構成と同様であるため説明を省略する。本実施形態においては、投影パターン生成部１０３により生成されるパターンとして、図２（ｂ）に示した特徴パターン２５２、２５３とは異なる特徴パターンについて図７を参照しながら説明する。

図７（ａ）において、投影パターン生成部１０３により生成されるパターンは、４つのパターン７０１、７０４、７０６、７０８の組み合わせで構成される。ここで、本実施形態に係るパターンが４種類に分類可能であることを説明する。

１つ目のパターン７０１において、特徴パターン７０２は、計測用パターン７０３に対して、領域７１３上で略対称に配置されている。また、パターン７０１を３つの領域７１０〜７１２で区切った場合に、領域７１０における計測用パターン７０３の上下の位置に特徴パターン７０２が存在する。

２つ目のパターン７０４の場合は、パターン７０４を３つの領域７１０〜７１２で区切った場合に、領域７１２における計測用パターン７０３の上側の領域に特徴パターン７０５が存在する。そして、領域７１０における計測用パターン７０３の下側の領域に特徴パターン７０５が存在する。

３つ目のパターン７０６の場合は、パターン７０６を３つの領域７１０〜７１２で区切った場合に、領域７１２における計測用パターン７０３の上下の位置に特徴パターン７０７が存在する。

４つ目のパターン７０８の場合は、パターン７０８を３つの領域７１０〜７１２で区切った場合に、領域７１０における計測用パターン７０３の上側の領域に特徴パターン７０９が存在する。そして、領域７１２における計測用パターン７０３の下側の領域に特徴パターン７０９が存在する。

このように本実施形態では、計測用パターン７０３の上下の領域において、それぞれの特徴パターンが領域７１０と領域７１２とのどちらの領域に配置されているかを認識して４種類に分類している。また、パターン７０１に「１」、パターン７０４に「２」、パターン７０６に「３」、パターン７０８に「４」と、４種類に分類したパターンにそれぞれ数字を割り付けてもよい。

図７（ｂ）には、図７（ａ）に示したパターンを組み合わせて構成したパターンの一例を示す。図７（ｂ）に示すパターン７５５は、特徴パターン７５１、７５２が計測用パターン７５３に対して、領域７５４で略対称に配置されているパターンであり、符号列７５６から生成されている。なお、符号列については第１の実施形態と異なっているが、任意で選択した部分系列が他の部分系列に対して一意に特定可能であればよい。以上のように本実施形態によれば、三次元計測の計測精度を向上させることが可能となる。

（第３の実施形態）
本実施形態に係る三次元計測装置の構成は、第１の実施形態で説明した三次元計測装置１００の構成と同様であるため説明を省略する。本実施形態においては、投影パターン生成部１０３により生成されるパターンとして、図２（ｂ）に示した特徴パターン２５２、２５３とは異なる特徴パターンについて図８を参照しながら説明する。

図８に示すパターン８０９は、符号列８０８に基づいて作成されたパターンである。なお、符号列については第１の実施形態と同様なので説明は省略する。特徴パターン８０２、８０５は、計測用パターン８０１に対して、領域８０６の上で略対称である。また、特徴パターン８０２、８０５は、計測用パターン８０１と輝度が異なる領域８０３、８０４を有している。輝度の異なる領域８０３、８０４を有することにより、特徴認識部１０６は特徴パターン８０２、８０５と計測用パターン８０１とを分離して認識することが可能である。さらに、領域８０３、８０４が、図２（ｂ）に示したパターン２５９と比べて輝度を高くすると、特徴パターンの単位面積あたりの輝度が高くなり、特徴パターンの認識が容易になるという効果がある。なお、領域８０７に関しては、符号に対する特徴の種類は、図２（ｂ）に示した領域２５５と同様であるため、説明は省略する。

次に、図９を参照しながら、図８に示したパターン８０９の特徴パターンと異なる特徴パターンについて説明する。図９に示すパターン９０５は、計測用パターン９０１に対して領域９０４内で特徴パターン９０２、９０３が略対称に配置されている。ここで、特徴パターン９０２、９０３は、少なくとも光の波長または輝度が異なるパターンである。このように特徴パターン９０２、９０３の少なくとも波長または輝度が計測用パターン９０１と異なるようにし、撮像部１０１から入力された撮像画像に対して波長、輝度毎にフィルタを用意する。これにより、特徴パターンと計測用パターンとが容易に分離可能になるという効果がある。

また、本実施形態においては、図１０に示すパターン１００１のように、輝度、波長を反転したものとしてもよい。さらに、図１１に示すパターン１１０５のように、計測用パターン１１０１に対して、円形の領域１１０４の上で特徴パターン１１０２、１１０３が略対称に配置されているパターンでもよい。なお、本実施形態に係る三次元計測装置１００は、領域１１０４の形状に限定されないものとする。

さらに本実施形態においては、図１２に示すようなパターン１２１１であってもよい。パターン１２１１は、縞の太さで分類されるバーコードパターンであり、特徴パターン１２０２、１２０３の組と、特徴パターン１２０６、１２０７の組とが計測用パターン１２０１方向の長さで分類することができる。このとき、特徴パターン１２０２、１２０３を「０」、特徴パターン１２０６、１２０７を「１」に割り当てている。図１２に示す例の場合、特徴パターン１２１２、１２１３についても特徴パターン１２０２、１２０３と同様に「０」に割り当てられる。

また、パターン１２１１は符号列１２１０に基づいて構成されており、特徴パターン１２０２、１２０３は計測用パターン１２０１と隣接する領域１２０４、１２０５内において、計測用パターン１２０１に対して略対称に配置されている。さらに、特徴パターン１２０６、１２０７においても、計測用パターン１２０１と隣接する領域１２０８、１２０９内において、計測用パターン１２０１に対して略対称に配置されている。以上のように本実施形態によれば、三次元計測の計測精度を向上させることが可能となる。

（第４の実施形態）
本実施形態に係る三次元計測装置の構成は、第１の実施形態で説明した三次元計測装置１００の構成と同様であるため説明を省略する。本実施形態においては、投影パターン生成部１０３により生成されるパターンとして、図２（ｂ）に示す特徴パターン２５２、２５３とは異なる特徴パターンについて図１３を参照しながら説明する。

本実施形態においては、図１３（ａ）に示すように、投影パターン生成部１０３により生成されるパターンは、パターン１３０１、１３０７の組み合わせで構成される。パターン１３０１は、計測用パターン１３０２、１３０３に隣接する特徴パターン１３０５、１３０６が配置されている。また、パターン１３０７は計測用パターン１３０２、１３０３に隣接する特徴パターン１３０５、１３０６が配置されているが、特徴パターン１３０５、１３０６の間に、これらに繋がっている特徴パターン１３０４が存在する。つまり、本実施形態では、２つの特徴パターンの間を繋ぐ特徴パターンの有無により分類され、パターン１３０１に「０」、パターン１３０７に「１」を割り当てることができる。なお、パターンを割り当てる記号、数字には限定されない。

図１３（ｂ）には、図１３（ａ）に示したパターンを組み合わせて構成されたパターンの一例を示している。図１３（ｂ）に示すパターン１３５９は、投影パターン生成部１０３により生成されるパターンであり、符号列１３５８に基づいて構成されている。また、パターン１３５９の一部は、計測用パターン１３５１、１３５２の間に、特徴パターン１３５３が配置され、さらに、特徴パターン１３５４、１３５５が領域１３５６上で略対称であるパターンである。

なお、領域１３５７に関しては、符号に対する特徴の種類は、図２（ｂ）に示した領域２５５と同様であるため、説明は省略する。また、本実施形態に係る三次元計測装置１００は、略対称に配置された特徴パターンと符号の分類に使用する特徴パターンの位置とが一致する必要はない。以上のように本実施形態によれば、三次元計測の計測精度を向上させることが可能となる。

（その他の実施形態）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

１０１ 撮像部
１０２ 投影部
１０３ 投影パターン生成部
１０４ 制御部
１０５ 記憶部
１０６ 特徴認識部
１０７ 三次元形状算出部

Claims (8)

1. 計測用パターンと前記計測用パターンの周辺に配置された特徴パターンとを有するパターン光を被写体へ投影する投影手段と、
   前記投影手段によって前記パターン光が投影された被写体を撮像して撮像画像を生成する撮像手段と、
   前記撮像手段によって生成された撮像画像に含まれるパターンから前記特徴パターンを認識する特徴認識手段と、
   前記特徴認識手段により認識された特徴パターンに基づいて前記被写体の三次元形状を算出する三次元形状算出手段とを有し、
   前記投影手段は、１つの計測用パターンに対して前記特徴パターンが対に配置され、前記計測用パターンと前記特徴パターンとの間、または前記特徴パターンに、前記計測用パターンと輝度または波長の異なる領域が存在するパターン光を投影することを特徴とする三次元計測装置。
2. 前記計測用パターンはスリットパターンであることを特徴とする請求項１に記載の三次元計測装置。
3. 前記特徴パターンは、前記計測用パターンの方向に所定の間隔を空けて配置されていることを特徴とする請求項２に記載の三次元計測装置。
4. 前記投影手段は、前記特徴パターンが複数の種類の形状であるパターン光を投影することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の三次元計測装置。
5. 前記投影手段は、前記計測用パターンと前記特徴パターンとのパターン光を同時に投影することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の三次元計測装置。
6. 前記投影手段によって投影される前記パターン光のパターンを生成する生成手段をさらに有することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の三次元計測装置。
7. 計測用パターンと前記計測用パターンの周辺に配置された特徴パターンとを有するパターン光を被写体へ投影する投影工程と、
   前記投影工程において前記パターン光が投影された被写体を撮像して撮像画像を生成する撮像工程と、
   前記撮像工程において生成された撮像画像に含まれるパターンから前記特徴パターンを認識する特徴認識工程と、
   前記特徴認識工程において認識された特徴パターンに基づいて前記被写体の三次元形状を算出する三次元形状算出工程とを有し、
   前記投影工程においては、１つの計測用パターンに対して前記特徴パターンが対に配置され、前記計測用パターンと前記特徴パターンとの間、または前記特徴パターンに、前記計測用パターンと輝度または波長の異なる領域が存在するパターン光を投影することを特徴とする三次元計測方法。
8. 計測用パターンと前記計測用パターンの周辺に配置された特徴パターンとを有するパターン光を被写体へ投影する投影工程と、
   前記投影工程において前記パターン光が投影された被写体を撮像して撮像画像を生成する撮像工程と、
   前記撮像工程において生成された撮像画像に含まれるパターンから前記特徴パターンを認識する特徴認識工程と、
   前記特徴認識工程において認識された特徴パターンに基づいて前記被写体の三次元形状を算出する三次元形状算出工程とをコンピュータに実行させ、
   前記投影工程においては、１つの計測用パターンに対して前記特徴パターンが対に配置され、前記計測用パターンと前記特徴パターンとの間、または前記特徴パターンに、前記計測用パターンと輝度または波長の異なる領域が存在するパターン光を投影することを特徴とするプログラム。

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