JP4552484B2 - 画像入出力装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像及び投影可能な画像入出力装置に関し、特に、撮像により得られた被写体の撮像データとその被写体に関する参照情報とを比較して得られた比較結果を、被写体に投影することができる画像入出力装置に関する。

従来より、被写体に光パターンを投影し、一方で、被写体に投影された光パターンを撮像し、その画像信号について所定の演算を行なうことによって、その被写体の三次元情報を得る三次元計測装置が知られている。例えば、特許文献１には、コード化マルチスリット光パターンを被測定物に投影し、被測定物に投影された該コード化マルチスリット光パターン撮像装置により撮像し、撮像により得られた画像信号に基づいて、被測定物の輪郭の三次元位置を算出する三次元計測装置が記載されている。
特公８−２０２３２号公報

しかしながら、特許文献１に記載されるような三次元計測装置を始め、投影装置と撮像装置とを備えている一般的な画像入出力装置は、その被測定物の外観に関する情報を提供するのみであり、その用途に限界があるという問題点があった。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、撮像データから得られた被測定物などの被写体とその被写体に関する参照情報とを比較し、その比較結果に関連する情報を被写体に投影することができる画像入出力装置を提供することを目的としている。

この目的を達成するために請求項１記載の画像入出力装置は、光を出射する光源手段と、その光源手段から出射される光に空間変調を施して画像信号光を出力する空間変調手段と、その空間変調手段により出力される画像信号光を投影方向に向けて投影する投影光学系と、前記投影方向を含む空間上に存在する被写体を撮像し、その撮像データを取得する撮像手段と、その撮像手段により撮像されるべき被写体に関する参照情報を取得する参照情報取得手段と、その参照情報取得手段により取得された参照情報に基づく画像信号光を、前記空間変調手段により出力し、その出力された画像信号光を前記投影光学系により前記被写体又は前記投影方向上の画像投影可能な面に投影する参照情報投影手段と、所定のパターン形状を有した画像信号光が前記投影光学系により前記被写体又は前記投影方向上の画像投影可能な面に投影された場合に、前記撮像手段により撮像された撮像データに基づいて、前記被写体又は前記投影方向上の画像投影可能な面の三次元情報を生成する三次元情報生成手段と、その三次元情報生成手段により生成される前記被写体又は前記投影方向上の画像投影可能な面の三次元情報に基づいて、前記撮像手段により取得された前記被写体の撮像データを、該被写体の撮像面が平面化された撮像データになるように補正する平面画像補正手段と、前記参照情報取得手段により取得された参照情報と、前記平面画像補正手段により補正された撮像データとを比較し、その比較結果を比較結果情報として取得する比較結果情報取得手段と、その比較結果情報取得手段により取得された比較結果情報に基づく画像信号光を、前記空間変調手段より出力し、その出力された画像信号光を前記投影光学系により前記被写体又は前記投影方向上の画像投影可能な面に投影する比較結果情報投影手段とを備えている。

この請求項１記載の画像入出力装置によれば、光源手段より出射された光に対して、空間変調手段により空間変調が施されて画像信号光として出力されると、その画像信号光が、投影光学系により投影方向に向けて投影される。一方で、該投影方向を含む空間上に存在する被写体が、撮像手段により撮像されて、その撮像データが取得される。ここで、参照情報取得手段により、該撮像手段により撮像されるべき被写体に関する参照情報が取得されると、参照画像投影手段によって、該空間変調手段から該参照情報に基づく画像信号光が出力され、画像信号光が該投影光学系から該被写体又は該投影方向上の画像投影可能な面に投影される。ここで、所定のパターン形状を有する画像信号光が該投影光学系により該被写体又は該投影方向上の画像投影可能な面に投影された場合に、該撮像手段により撮像された該画像信号光の撮像データに基づいて、三次元情報生成手段により、該被写体又は該投影方向上の画像投影可能な面の三次元情報が生成される。そのように生成された三次元情報に基づいて、平面画像補正手段により、該撮像手段により取得された該被写体の撮像データが、該撮像手段が該投影方向を含む空間上に存在する被写体を、該被写体の撮像面が平面化された撮像データになるように補正される。比較結果情報取得手段により、参照情報と平面画像補正手段により補正された被写体の撮像データとの比較が行われ、その比較により得られた比較結果情報が、比較結果情報投影手段によって、該空間変調手段から該比較結果情報に基づく画像信号光が出力され、画像信号光が該投影光学系から該被写体又は該投影方向上の画像投影可能な面に投影される。

請求項２記載の画像入出力装置は、光を出射する光源手段と、その光源手段から出射される光に空間変調を施して画像信号光を出力する空間変調手段と、その空間変調手段により出力される画像信号光を投影面に向けて投影する投影光学系と、前記投影方向を含む空間に存在する被写体を撮像し、その撮像データを取得する撮像手段と、その撮像手段により撮像されるべき被写体に関する参照情報を取得する参照情報取得手段と、所定のパターン形状を有した画像信号光が前記投影光学系により前記被写体又は前記投影方向上の画像投影可能な面に投影された場合に、前記撮像手段により撮像された撮像データに基づいて、前記被写体又は前記投影方向上の画像投影可能な面の三次元情報を生成する三次元情報生成手段と、その三次元情報生成手段により生成される前記被写体又は前記投影方向上の画像投影可能な面の三次元情報に基づいて、前記撮像手段により取得された前記被写体の撮像データを、該被写体の撮像面が平面化された撮像データになるように補正する平面画像補正手段と、前記参照情報取得手段により取得された参照情報と、前記平面画像補正手段により補正された撮像データとを比較し、その比較結果を比較結果情報として取得する比較結果情報取得手段と、その比較結果情報取得手段により取得された比較結果情報に基づく画像信号光を、前記空間変調手段より出力し、その出力された画像信号光を前記投影光学系により前記被写体又は前記投影方向上の画像投影可能な面に投影する比較結果情報投影手段とを備えている。

この請求項２記載の画像入出力装置によれば、光源手段より出射された光に対して、空間変調手段により空間変調が施されて画像信号光として出力されると、その画像信号光が、投影光学系により投影方向に向けて投影される。一方で、該投影方向を含む空間上に存在する被写体が、撮像手段により撮像されて、その撮像データが取得される。一方で、所定のパターン形状を有する画像信号光が該投影光学系により該被写体又は該投影方向上の画像投影可能な面に投影された場合に、該撮像手段により撮像された該画像信号光の撮像データに基づいて、三次元情報生成手段により、該被写体又は該投影方向上の画像投影可能な面の三次元情報が生成される。そのように生成された三次元情報に基づいて、平面画像補正手段により、該撮像手段により取得された該被写体の撮像データが、該撮像手段が該投影方向を含む空間上に存在する被写体を、該被写体の撮像面が平面化された撮像データになるように補正される。ここで、参照情報取得手段により、撮像手段により撮像されるべき被写体に関する参照情報が取得されると、その参照情報と、平面画像補正手段により補正された被写体の撮像データとの比較が行われ、その比較により得られた比較結果情報が、比較結果情報投影手段によって、該空間変調手段から該比較結果情報に基づく画像信号光が出力され、画像信号光が該投影光学系から該被写体又は該投影方向上の画像投影可能な面に投影される。

請求項３記載の画像入出力装置は、請求項１又は２に記載の画像入出力装置において、前記被写体又は前記投影方向上の画像投影可能な面に対して無歪な画像となるように、投影対象とする画像を、前記三次元情報生成手段により生成された三次元情報に基づいて補正する補正手段を備えている。

請求項４記載の画像入出力装置は、請求項１から３のいずれかに記載の画像入出力装置において、前記参照情報は、前記被写体に対する手本情報である。

請求項５記載の画像入出力装置は、請求項１から４のいずれかに記載の画像入出力装置において、前記参照情報は、１以上の工程からなる作業の工程の手本情報であり、前記比較結果情報取得手段は、前記撮像手段により前記作業における少なくとも１の工程に対する前記被写体の撮像データが取得された後に、その撮像データとその工程に対応する前記手本情報とを比較して、比較結果情報を取得するものである。

請求項６記載の画像入出力装置は、請求項５記載の画像入出力装置において、前記参照情報取得手段により取得された参照情報に基づく画像信号光を、前記空間変調手段により出力し、その出力された画像信号光を前記投影光学系により前記被写体又は前記投影方向上の画像投影可能な面に投影する参照情報投影手段を備え、その参照情報投影手段は、前記比較結果情報投影手段により前記被写体に投影される前記１の工程に対する比較結果情報を投影する場合に、対応する工程の手本情報を前記参照情報として前記被写体又は前記投影方向上の画像投影可能な面に投影する。

請求項７記載の画像入出力装置は、請求項１から６のいずれかに記載の画像入出力装置において、前記比較結果情報は、前記参照情報に対する前記被写体の修正情報である。

請求項８記載の画像入出力装置は、請求項１から７のいずれかに記載の画像入出力装置において、前記比較結果情報は、前記参照情報に対する前記被写体の評価情報である。

請求項９記載の画像入出力装置は、請求項１から８のいずれかに記載の画像入出力装置において、前記光源手段と前記空間変調手段と前記投影光学系とを有する投影部と、前記撮像手段を有し、前記投影部と一体に設けられている撮像部とを、前記被写体に応じて移動可能な可動手段を備えている。

請求項１０記載の画像入出力装置は、請求項９記載の画像入出力装置において、前記可動手段は、前記投影手段による前記被写体への前記画像信号光の投影及び前記撮像手段による前記被写体の撮像が、前記被写体に作業を施す方向に対して上面視において対向する側から行われ得るように、前記投影部及び前記撮像部を移動可能である。

請求項１１記載の画像入出力装置は、請求項９記載の画像入出力装置において、前記可動手段は、前記投影手段による前記被写体への前記画像信号光の投影及び前記撮像手段による前記被写体の撮像が、前記被写体に作業を施す作業者に対して左前方から行われ得るように、前記投影部及び前記撮像部を移動可能である。

請求項１記載の画像入出力装置によれば、被写体又は投影方向上の画像投影可能な面に、撮像手段により撮像されるべき被写体に関する参照情報に対応する画像が投影されるので、画像入出力装置の使用者が被写体に対して何らかの作業を施した後、作業と参照情報との相違点を明確に認識することができる。よって、その作業が参照情報に対して問題がある場合には、その解決点を確実に認識させ得るという効果がある。
また、被写体及び投影方向上の画像投影可能な面の三次元形状に応じて、被写体の撮像データが、該被写体の撮像面が平面化された撮像データになるように補正され、その補正された画像データを用いて、参照情報との比較を行なう。これによって、撮像データの歪みに起因する比較結果の検出精度の低下を抑制し得るという効果がある。
そして、撮像手段により撮像されるべき被写体とその被写体に関する参照情報との比較結果情報に対応する画像が、被写体又は投影方向上の画像投影可能な面に投影される。よって、画像入出力装置の使用者が被写体に対して何らかの作業を施した後、その作業結果と参照情報との比較結果情報に対応する画像が、参照情報に対応する画像と共に投影されるので、使用者は、作業と参照情報との相違点をより明確に認識できるという効果がある。

請求項２記載の画像入出力装置によれば、撮像手段により撮像されるべき被写体とその被写体に関する参照情報との比較結果情報に対応する画像が、被写体又は投影方向上の画像投影可能な面に投影される。よって、画像入出力装置の使用者が被写体に対して何らかの作業を施した後、使用者は、作業と参照情報との相違点を明確に認識することができるという効果がある。ここで、被写体及び投影方向上の画像投影可能な面の三次元形状に応じて、被写体の撮像データが、該被写体の撮像面が平面化された撮像データになるように補正され、その補正された画像データを用いて、参照情報との比較を行なう。これによって、撮像データの歪みに起因する比較結果の検出精度の低下を抑制し得るという効果がある。

請求項３記載の画像入出力装置によれば、請求項１又は２に記載の画像入出力装置の奏する効果に加えて、投影対象となる画像が、被写体及び投影方向上の画像投影可能な面の三次元形状に基づいて、該被写体又は該投影方向上の画像投影可能な面に対して無歪な画像として投影されるので、投影された画像が歪みにより、その内容を識別し難くなることを抑制し得るという効果がある。

請求項４記載の画像入出力装置によれば、請求項１から３のいずれかに記載の画像入出力装置の奏する効果に加えて、参照情報が被写体に対する手本情報であるので、模範的である手本の情報を基準とする比較結果を提供し得るという効果がある。

請求項５記載の画像入出力装置によれば、請求項１から４のいずれかに記載の画像入出力装置の奏する効果に加えて、１の作業を構成する各工程単位で、手本情報との比較結果である比較結果情報に対応する画像が投影されるので、各工程単位で、模範的な手本の情報である情報を基準とする比較結果を提供し得るという効果がある。

請求項６記載の画像入出力装置によれば、請求項５記載の画像入出力装置の奏する効果に加えて、１の作業を構成する各工程単位で、手本情報との比較結果である比較結果情報に対応する画像が、対応する工程の手本情報と共に投影されるので、各工程単位で、模範的な手本の情報を基準とする比較結果をより具体性をもって提供し得るという効果がある。

請求項７記載の画像入出力装置によれば、請求項１から６のいずれかに記載の画像入出力装置の奏する効果に加えて、比較結果情報は、参照情報に対する被写体の修正情報であるので、参照情報との相違点に対する問題の解決方法を明確に認識させ得るという効果がある。

請求項８記載の画像入出力装置によれば、請求項１から７のいずれかに記載の画像入出力装置の奏する効果に加えて、比較結果情報は、参照情報に対する被写体の評価情報であるので、参照情報を基準とする評価を具体的に認識させ得るという効果がある。

請求項９記載の画像入出力装置によれば、請求項１から８のいずれかに記載の画像入出力装置の奏する効果に加えて、光源手段と空間変調手段と投影光学系とを有する投影部と、撮像手段を有し、該投影部と一体に設けられている撮像部とが、可動手段により、被写体に応じて移動可能であるので、撮像方向及び投影方向を必要に応じて変更することができ、例えば、被写体に対して作業を施す場合において、撮像方向及び投影方向がその作業により妨害されることを低減し得るという効果がある。

請求項１０記載の画像入出力装置によれば、請求項９記載の画像入出力装置の奏する効果に加えて、可動手段により投影部及び撮像部が移動されて、投影方向及び撮像方向が、被写体に作業を施す方向に対して上面視において対向する側から向けられるので、撮像方向及び投影方向がその作業により妨害されることを低減し得るという効果がある。

請求項１１記載の画像入出力装置によれば、請求項９記載の画像入出力装置の奏する効果に加えて、可動手段により投影部及び撮像部が移動されて、投影方向及び撮像方向が、被写体に作業を施す作業者に対して左前方から向けられるので、特に、右利きの作業者が作業する場合において、撮像方向及び投影方向がその作業により妨害されることを低減し得るという効果がある。

以下、本発明の好ましい実施例について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の画像入出力装置１の外観斜視図である。

画像入出力装置１は、デジタルカメラとして機能するデジカメモード、ウェブカメラとして機能するｗｅｂｃａｍモード、３次元形状を検出して立体画像を取得するための立体画像モード、湾曲した原稿等を平面化した平面化画像を取得するための平面化画像モード、被写体の撮像画像データと手本データとを比較し、その結果を投影して表示する手本トレースモード等の種々のモードを備えた装置である。

図１では、特に、立体画像モードや平面化画像モードにおいて、被写体としての原稿Ｐの３次元形状を検出するために、後述する画像投影部１３から明暗を交互に並べてなる縞状のパターン光を投影している様子を図示している。

画像入出力装置１は、略箱状に形成された撮像ヘッド２と、その撮像ヘッド２と一端が連結されたパイプ状のアーム部材３と、そのアーム部材３の他端と連結され、平面視略Ｌ型に形成されたベース４とを備えている。

撮像ヘッド２は、その内部に後述する画像投影部１３や画像撮像部１４を内包するケースである。撮像ヘッド２の正面には、その中央部に筒状の鏡筒５と、鏡筒５の斜め上方にファインダ６と、そのファインダ６の反対側にフラッシュ７とが配置されている。また、ファインダ６とフラッシュ７との間に、後述する画像撮像部１４の一部である撮像光学系２１のレンズの一部が外面に露出しており、この露出部分から被写体の画像が入力される。

鏡筒５は、撮像ヘッド２の正面から突出し、その内部に画像投影部１３の一部である投影光学系２０を内包するカバーである。この鏡筒５によって、投影光学系２０が保持され、全体を焦点調節のため移動可能とされ、且つ、傷つくのが防止されている。また、鏡筒５端面からは、画像投影部１３の一部である投影光学系２０のレンズの一部が外面に露出しており、この露出部分から投影面に向かって画像信号光が投影される。

ファインダ６は、撮像ヘッド２の背面から正面を通して配設される光学レンズで構成されている。撮像装置１の背面から使用者がのぞき込んだ時に、撮像光学系２１がＣＣＤ２２上に結像する範囲とほぼ一致する範囲が見えるようになっている。

フラッシュ７は、例えば、デジカメモードや手本トレースモードにおいて、必要な光量を補足するための光源であり、キセノンガスが充填された放電管で構成されている。よって、撮像ヘッド２に内蔵されているコンデンサ（図示せず）からの放電により繰り返し使用することができる。

また、撮像ヘッド２の上面には、手前側にレリーズボタン８と、そのレリーズボタン８の奥方にモード切替スイッチ９と、モード切替スイッチ９の反対側にモニタＬＣＤ１０とが配置されている。

レリーズボタン８は、「半押し状態」と「全押し状態」との２種類の状態に設定可能な２段階の押しボタン式のスイッチで構成されている。レリーズボタン８の状態は後述するプロセッサ１５に管理されており、「半押し状態」で周知のオートフォーカス（ＡＦ）および自動露出（ＡＥ）機能が起動し、ピント、絞り、シャッタスピードが調節され、「全押し状態」で撮像等が行われる。

モード切替スイッチ９は、デジカメモード、ｗｅｂｃａｍモード、立体画像モード、平面化画像モード、手本トレースモード、オフモード等の種々のモードに設定可能なスイッチである。モード切替スイッチ９の状態はプロセッサ１５に管理されており、モード切替スイッチ９の状態がプロセッサ１５によって検出されることで各モードの処理が実行される。

モニタＬＣＤ１０は、液晶ディスプレイ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）で構成されており、プロセッサ１５からの画像信号を受けて画像を使用者に表示する。例えば、モニタＬＣＤ１０には、デジカメモードやｗｅｂｃａｍモードや手本トレースモードにおける撮像画像や、立体画像モードにおける３次元形状検出結果画像、平面化画像モードにおける平面化画像等が表示される。

更に、撮像ヘッド２の側面には、その上方にＲＦ（無線）インターフェイスとしてのアンテナ１１と、撮像ヘッド２とアーム部材３とを連結する連結部材１２とが配置されている。

アンテナ１１は、後述するＲＦドライバ２４を介してデジカメモードで取得した撮像画像データや立体画像モードで取得した立体画像データ、手本トレースモードで取得した比較結果情報データ等を外部インターフェイスに無線通信によって送信する一方で、手本トレースモードで使用する手本データ及び作業結果判断プログラム等を外部インターフェイスから無線通信によって受信し、後述するＲＦドライバ２４に出力するものである。

連結部材１２は、内周面に雌ねじが形成されたリング状に形成され、撮像ヘッド２の側面に回動可能に固定されている。また、アーム部材３の一端側には雄ねじが形成されている。この雌ねじと雄ねじとを嵌合させることで、撮像ヘッド２とアーム部材３とを着脱自在に連結することができると共に、撮像ヘッド２を任意の角度で固定することができるようになっている。従って、撮像ヘッド２を取り外し、通常のデジカメ（デジタルカメラ）として使用できる。

アーム部材３は、撮像ヘッド２を所定の撮像位置に変化可能に保持するためのものであり、任意の形状に屈曲可能な蛇腹状のパイプで構成されている。よって撮像ヘッド２を任意の位置に向けることができる。

ベース４は、机上等の載置台に載置され、撮像ヘッド２とアーム部材３とを支持するものである。平面視略Ｌ字型に形成されているので、安定して撮像ヘッド２等を支持することができる。また、ベース４とアーム部材３とは着脱自在に連結されているので、持ち運びに便利であり、省スペースで収納することもできる。

図２は、撮像ヘッド２の内部構成を模式的に示す図である。撮像ヘッド２の内部には、主に、画像投影部１３と、画像撮像部１４と、プロセッサ１５とが内蔵されている。

画像投影部１３は、投影面に任意の投影画像を投影するためのユニットであり、投影方向に沿って、基板１６と、複数個のＬＥＤ１７（その総称として以下「ＬＥＤアレイ１７Ａ」という）と、光源レンズ１８と、投影ＬＣＤ１９と、投影光学系２０とを備えている。尚、この画像投影部１３については、図３において詳細に説明する。

画像撮像部１４は、被写体としての原稿Ｐを撮像するためのユニットであり、光の入力方向に沿って、撮像光学系２１と、ＣＣＤ２２とを備えている。

撮像光学系２１は、複数枚のレンズで構成され、周知のオートフォーカス機能を有し、自動で焦点距離及び絞りを調整して外部からの光をＣＣＤ２２上に結像する。

ＣＣＤ２２は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）素子などの光電変換素子をマトリクス状に配列して構成され、撮像光学系２１を介して表面に結像される画像の光の色及び強さに応じた信号を生成し、これをデジタルデータに変換してプロセッサ１５に出力する。

プロセッサ１５には、フラッシュ７、レリーズボタン８、モード切替スイッチ９、モニタＬＣＤドライバ２３を介してモニタＬＣＤ１０、ＲＦドライバ２４を介してアンテナ１１、電源インターフェイス２５を介してバッテリ２６、外部メモリ２７、キャッシュメモリ２８、光源ドライバ２９を介してＬＥＤアレイ１７Ａ、投影ＬＣＤドライバ３０を介して投影ＬＣＤ１９、ＣＣＤインターフェイス３１を介してＣＣＤ２２の各々が電気的に接続され、プロセッサ１５によって管理されている。

外部メモリ２７は、着脱自在なフラッシュＲＯＭであり、デジカメモードやｗｅｂｃａｍモード、そして立体画像モードにおいて撮像した撮像画像や３次元情報、手本トレースモードにおいて比較結果情報を撮像した場合の撮像画像などを記憶する。具体的には、ＳＤカード、コンパクトフラッシュ（登録商標）カード等を使用することができる。

キャッシュメモリ２８は、高速な記憶装置である。例えば、デジカメモードや手本トレースモードにおいて撮像した撮像画像を高速でキャッシュメモリ２８に転送し、プロセッサ１５で画像処理を行ってから外部メモリ２７に格納されるように使われる。具体的には、ＳＤＲＡＭ、ＤＤＲＲＡＭ等を使用することができる。

尚、電源インターフェイス２５はバッテリ２６を、光源ドライバ２９はＬＥＤアレイ１７Ａを、投影ＬＣＤドライバ３０は投影ＬＥＤ１９を、ＣＣＤインターフェイス３１はＣＣＤ２２を各々制御する各種のＩＣ（Integrated Circuit：集積回路）によって構成されている。

図３（ａ）は画像投影部１３の拡大図であり、（ｂ）は光源レンズ１８の平面図であり、（ｃ）は投影ＬＣＤ１９とＣＣＤ２２との配置関係を示す図である。

上述した通り、画像投影部１３は、投影方向に沿って、基板１６と、ＬＥＤアレイ１７Ａと、光源レンズ１８と、投影ＬＣＤ１９と、投影光学系２０とを備えている。

基板１６は、ＬＥＤアレイ１７Ａを実装すると共に、ＬＥＤアレイ１７Ａとの電気的な配線をするためのものである。具体的には、アルミ製基板に絶縁樹脂を塗布してから無電解メッキにてパターンを形成したものやカラエポ基材をコアとする単層または多層構造の基板を使用することができる。

ＬＥＤアレイ１７Ａは、投影ＬＣＤ１９に向けて放射状の光を発光する光源であり、基板１６上に、複数個のＬＥＤ１７（発光ダイオード）が千鳥状に配列され、銀ペーストを介して接着されている。また、ボンディングワイヤを介して電気的に結線されている。

このように光源として複数個のＬＥＤ１７を使用することで、光源として白熱電球、ハロゲンランプ等を使用する場合に比べて、電気を光に変換する効率（電気光変換効率）を高め、同時に赤外線や紫外線の発生を抑えることができる。よって、省電力で駆動でき、節電化、長寿命化を図ることができる。また、装置の温度上昇を低減させることができる。

この様に、ＬＥＤ１７はハロゲンランプ等に比べて熱線の発生が極めて低いので、後述する光源レンズ１８や投影光学系２０として、樹脂製のレンズを採用することができる。よって、ガラス製のレンズを採用する場合に比べて、各レンズ１８，２０を安価で軽量に構成することができる。

また、ＬＥＤアレイ１７Ａを構成する各ＬＥＤ１７は、各々同じ発光色を発光するもので、材料にＡｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｐの４元素を用いたアンバー色を発光するもので構成されている。よって、複数色の発光色を発光させる場合に生ずる色収差の補正を考慮する必要はなく、色収差を補正するために投影光学系２０として色消しレンズを採用する必要はないので、投影光学系２０の設計の自由度を向上させることができる。

また、他の発光色に比べて電気光変換率が約８０ｌｕｍｅｎ／Ｗと高い４元素材料のアンバー色ＬＥＤを採用することで、一層、高輝度、節電、長寿命化を図ることができる。尚、各ＬＥＤ１７を千鳥状に配置する事に関する効果については、図４を参照して説明する。

具体的には、ＬＥＤアレイ１７Ａは５９個のＬＥＤ１７からなり、各ＬＥＤ１７は５０ｍＷ（２０ｍＡ，２．５Ｖ）で駆動され、結局、全５９個のＬＥＤ１７は略３Ｗの消費電力で駆動される。また、各ＬＥＤ１７から発光される光が、光源レンズ１８、投影ＬＣＤ１９を通過して投影光学系２０から照射される場合の光束値としての明るさは、全面照射の場合であっても２５ＡＮＳＩルーメン程度に設定されている。

この明るさを採用することで、例えば、立体画像モードにおいて、人や動物の顔面等の被写体の３次元形状を検出する場合に、人や動物に眩しさを与えず、人や動物が目をつぶっていない状態の３次元形状を検出することができる。

光源レンズ１８は、ＬＥＤアレイ１７Ａから放射状に発光される光を集光するレンズであり、その材質はアクリルに代表される光学樹脂で構成されている。

具体的には、光源レンズ１８は、ＬＥＤアレイ１７Ａの各ＬＥＤ１７に対向する位置に投影ＬＥＤ１９側に向けて凸設された凸状のレンズ部１８ａと、そのレンズ部１８ａを支持するベース部１８ｂと、そのベース部１８ｂの内部空間であってＬＥＤアレイ１７Ａを内包する開口に充填されるＬＥＤ１７の封止および基板１６と光源レンズ１８との接着を目的としたエポキシ封止材１８ｃと、ベース部１８ｂから基板１６側に突設され、光源レンズ１８と基板１６とを接続する位置決めピン１８ｄとを備えている。

光源レンズ１８は、開口の内部にＬＥＤアレイ１７Ａを内包させつつ、基板１６に穿設されている長孔１６に位置決めピン１８ｄを差込み、基板１６上に固定される。

よって、省スペースで光源レンズ１８を配置することができる。また、基板１６にＬＥＤアレイ１７Ａを実装するという機能の他に、光源レンズ１８を支持するという機能を兼任させることで、光源レンズ１８を支持する部品を別途必要とせず、部品の点数を削減することができる。

また、各レンズ部１８ａは、ＬＥＤアレイ１７Ａの各ＬＥＤ１７と１対１の関係で対向する位置に配置されている。

よって、各ＬＥＤ１７から発光される放射状の光は、各ＬＥＤ１７に対向する各レンズ部１８によって効率良く集光され、図に示すような指向性の高い放射光として投影ＬＥＤ１９に照射される。この様に指向性を高めたのは、投影ＬＣＤ１９に略垂直に光を入射することによって、面内の透過率ムラが抑制され得るためである。また同時に、投影光学系２０は、テレセントリック特性を持ち、その入射ＮＡが０．１程度であるため、垂直±５°以内の光のみが内部の絞りを通過できるように規制されているためである。従って、ＬＥＤ１７からの光を出射角度を垂直に揃え、且つ、±５°にほどんどの光束を入れることが画質向上の要点となる。

投影ＬＣＤ１９は、光源レンズ１８を通過して集光された光に空間変調を施して、投影光学系２０に向けて画像信号光を出力する空間変調素子であって、具体的には、縦横の比率の異なる板状の液晶ディスプレイ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）で構成されている。

また、（Ｃ）に示すように、この投影ＬＣＤ１９を構成する各画素は、その液晶ディスプレイの長手方向に沿って一直線状に並べられた１の画素列と、その１の画素列とは液晶ディスプレイの長手方向に所定間隔ずれた他の画素列とを交互に並列に並べて配置されている。

尚、（Ｃ）は紙面手前側に撮像ヘッド２の正面を向け、紙面裏側から光が投影ＬＣＤ１９に向けて照射され、紙面手間側からＣＣＤ２２に被写体像が結像される状態であるとする。

このように、投影ＬＣＤ１９を構成する画素を長手方向に千鳥状に配置することで、長手方向と直交する方向（短手方向）において、投影ＬＣＤ１９によって空間変調が施される光を１／２ピッチで制御することができる。従って、細いピッチで投影パターンを制御でき、分解能を上げて高精度に３次元の形状を検出することができる。

特に、後述する立体画像モードや平面化画像モードにおいて、被写体の３次元形状を検出すべく、被写体に向けて明暗を交互に並べてなる縞状のパターン光を投光する場合に、その縞方向を投影ＬＣＤ１９の短手方向に一致させることで、明暗の境界を１／２ピッチで制御することができるので、同様に高精度に３次元の形状を検出することができる。

また、撮像ヘッド２の内部において、投影ＬＣＤ１９とＣＣＤ２２とは、（Ｃ）に示すような関係で配置される。具体的には、投影ＬＣＤ１９の幅広面とＣＣＤ２２の幅広面とは略同一の方向に向いて配置されているので、投影ＬＣＤ１９から投影面に投影されている画像をＣＣＤ２２に結像させる場合に、投影画像をハーフミラー等で屈曲させることなく、そのままの状態で投影画像を結像させることができる。

また、ＣＣＤ２２は、投影ＬＣＤ１９の長手方向側（画素列が延びる方向側）に配置されている。よって、特に、立体画像モードや平面化画像モードにおいて、三角測量の原理を利用して被写体の３次元形状を検出する場合には、ＣＣＤ２２と被写体とのなす傾きを１／２ピッチで制御することができるので、同様に高精度に３次元の形状を検出することができる。

投影光学系２０は、投影ＬＥＤ１９を通過した画像信号光を投影面に向けて投影する複数のレンズであり、ガラス及び樹脂の組み合わせからなるテレセントリックレンズで構成されている。テレセントリックとは、投影光学系２０を通過する主光線は、入射側の空間では光軸に平行になり、射出瞳の位置は無限になる構成をいう。このようにテレセントリックにすることで、前述のように投影ＬＣＤ１９を垂直±５°で通過する光のみを投影し得るので、画質を向上させることができる。

図４は、ＬＥＤアレイ１７Ａの配列に関する説明をするための図である。（ａ）は光源レンズ１８を通過した光の照度分布を示す図であり、（ｂ）はＬＥＤアレイ１７Ａの配列状態を示す平面図であり、（ｃ）は投影ＬＣＤ１９面における合成照度分布を示す図である。

（ａ）に示すように、光源レンズ１８を通過した光は、半値拡がり半角θ（＝略５°）で、（ａ）左側に図示するような照度分布を有する光として投影ＬＣＤ１９の表面に到達するように設計されている。

また、（ｂ）に示すように、複数のＬＥＤ１７は基板上１６に千鳥状に配列されている。具体的には、複数個のＬＥＤ１７をｄピッチで直列に並べたＬＥＤ列を、√３／２ｄピッチで並列に並べ、更に、そのＬＥＤ列を１列おきに同じ方向に１／２ｄ移動させた状態になるように配置されている。

換言すれば、１のＬＥＤ１７と、その１のＬＥＤ１７の周辺のＬＣＤ１７との間隔はｄになるように設定されている（三角格子配列）。

そして、このｄの長さは、ＬＥＤ１７の１つから出射された光によって投影ＬＣＤ１９において形成される照度分布の半値全幅（ＦＷＨＭ（Full Width Half Maximun））以下となる様に決定されている。

よって、光源レンズ１８を通過して投影ＬＣＤ１９の表面に到達する光の合成照度分布は、（ｃ）に示すように小さなリップルを含んだ略直線状になり、投影ＬＣＤ１９の面に略均一に光を照射することができる。従って、投影ＬＣＤ１９における照度ムラを抑制することができ、結果的に、高品質な画像を投影することができる。

図５は、画像入出力装置１の電気的なブロック図である。尚、既に上述した構成ついては、その説明を省略する。プロセッサ１５は、ＣＰＵ３５と、ＲＯＭ３６と、ＲＡＭ３７とを備えている。

ＣＰＵ３５は、ＲＯＭ３６に記憶されたプログラムによる処理に応じて、ＲＡＭ３７を利用して、レリーズボタン８の押下げ操作の検知、ＣＣＤ２２から画像データの取り込み、その画像データの転送、格納、モード切替スイッチ９の状態の検出等の各種処理を行う。

ＲＯＭ３６には、カメラ制御プログラム３６ａと、パターン光撮影プログラム３６ｂと、輝度画像生成プログラム３６ｃと、コード画像生成プログラム３６ｄと、コード境界抽出プログラム３６ｅと、レンズ収差補正プログラム３６ｆと、三角測量演算プログラム３６ｇと、原稿姿勢演算プログラム３６ｈと、平面変換プログラム３６ｉとが格納されている。

カメラ制御プログラム３６ａは、図６に示すメイン処理を含む撮像装置１全体の制御に関するプログラムである。

パターン光撮影プログラム３６ｂは、原稿Ｐの３次元形状を検出するために被写体にパターン光を投影した状態と、投影していない状態とを撮像するプログラムである。

輝度画像生成プログラム３６ｃは、パターン光撮影プログラム３６ｂによってパターン光を投影した状態を撮像したパターン光有画像と、パターン光を投影していない状態を撮像したパターン光無画像との差分をとり、投影されたパターン光の輝度画像を生成するプログラムである。

また、パターン光は複数種類のものが時系列に投影され各パターン光毎に撮像され、撮像された複数枚のパターン光有画像の各々とパターン光無画像との差分がとられ、複数種類の輝度画像が生成される。

コード画像生成プログラム３６ｄは、輝度画像生成プログラム３６ｃによって生成される複数枚の輝度画像を重ね合わせ、各画素毎に所定のコードを割り当てたコード画像を生成するプログラムである。

コード境界抽出プログラム３６ｅは、コード画像生成プログラム３６ｄによっって生成されるコード画像と、輝度画像生成プログラム３６ｃによって生成される輝度画像とを利用して、コードの境界座標をサブピクセル精度で求めるプログラムである。

レンズ収差補正プログラム３６ｆは、コード境界抽出プログラム３６ｅによってサブピクセル精度で求められているコードの境界座標に対して、撮像光学系２０の収差補正を行うプログラムである。

三角測量演算プログラム３６ｇは、レンズ収差補正プログラム３６ｆによって収差補正がなされたコードの境界座標から、その境界座標に関する実空間の３次元座標を演算するプログラムである。

原稿姿勢演算プログラム３６ｈは、三角測量演算プログラム３６ｇで演算された３次元座標から原稿Ｐの３次元形状を推定して求めるプログラムである。

平面変換プログラム３６ｉは、原稿姿勢演算プログラム３６ｈで演算される原稿Ｐの３次元形状に基づき、原稿Ｐの正面から撮像したような平面化画像を生成するプログラムである。

ＲＡＭ３７には、パターン光有画像格納部３７ａと、パターン光無画像格納部３７ｂと、輝度画像格納部３７ｃと、コード画像格納部３７ｄと、コード境界座標格納部３７ｅと、ＩＤ格納部３７ｆと、収差補正座標格納部３７ｇと、３次元座標格納部３７ｈと、原稿姿勢演算結果格納部３７ｉと、平面変換結果格納部３７ｊと、投影画像格納部３７ｋと、作業結果判断プログラム格納部３７ｌと、ワーキングエリア３７ｍとが記憶領域として割り当てられている。

パターン光有画像格納部３７ａは、パターン光撮影プログラム３６ｂによって原稿Ｐにパターン光を投影した状態を撮像したパターン光有画像を格納する。パターン光無画像格納部３７ｂは、パターン光撮影プログラム３６ｂによって原稿Ｐにパターン光を投影していない状態を撮像したパターン光無画像を格納する。

輝度画像格納部３７ｃは、輝度画像生成プログラム３６ｃによって生成される輝度画像を格納する。コード画像格納部３７ｄは、コード画像生成プログラム３６ｄによって生成されるコード画像を格納する。コード境界座標格納部３７ｅは、コード境界抽出プログラム３６ｅによって、抽出されるサブピクセル精度で求められた各コードの境界座標を格納する。ＩＤ格納部３７ｆは、境界を有する画素位置において明暗の変化を有する輝度画像に割り当てられるＩＤ等を格納する。収差補正座標格納部３７ｇは、レンズ収差補正プログラム３６ｆによって収差補正がなされたコードの境界座標を格納する。３次元形状座標格納部３７ｈは、三角測量演算プログラム３６ｇによって演算される実空間の３次元座標を格納する。

原稿姿勢演算結果格納部３７ｉは、原稿姿勢演算プログラム３６ｈによって演算される原稿Ｐの３次元形状に関するパラメータを格納する。平面変換結果格納部３７ｊは、平面変換プログラム３６ｉよって生成される平面変換結果を格納する。投影画像格納部３７ｋは、画像投影部１３から投影する画像情報を格納する。ワーキングエリア３７ｍは、ＣＰＵ１５での演算のために一時的に使用するデータを格納する。

作業結果判断プログラム格納部３７ｌは、アンテナ１１を介して受信した作業結果判断プログラムを格納する。なお、「作業結果判断プログラム」とは、手本トレースモードにおいて実行される処理において、被写体の撮像画像データとその被写体に関する参照情報との比較結果を、比較結果情報として生成するためのプログラムである。

図６は、メイン処理のフローチャートである。尚、このメイン処理におけるデジカメ処理（Ｓ６０５）、ｗｅｂｃａｍ処理（Ｓ６０７）、立体画像処理（Ｓ６０９）、平面化画像処理（Ｓ６１１）、手本トレース処理（Ｓ６１３）の各処理についての詳細は後述する。

メイン処理では、まず、電源が起動されると（Ｓ６０１）、プロセッサ１５やその他のインターフェイス等が初期化される（Ｓ６０２）。

そして、モード切替スイッチ９の状態を判別するキースキャンが行われ（Ｓ６０３）、モード切替スイッチ９の設定がデジカメモードか否かが判断され（Ｓ６０４）、デジカメモードであれば（Ｓ６０４：Ｙｅｓ）、後述するデジカメ処理に移行する（Ｓ６０５）。

一方、デジカメモードでなければ（Ｓ６０４：Ｎｏ）、モード切替スイッチ９の設定がｗｅｂｃａｍモードか否かが判断され（Ｓ６０６）、ｗｅｂｃａｍモードであれば（Ｓ６０６：Ｙｅｓ）、後述するｗｅｂｃａｍ処理に移行する（Ｓ６０７）。

一方、ｗｅｂｃａｍモードでなければ（Ｓ６０５：Ｎｏ）、モード切替スイッチ９の設定が立体画像モードか否かが判断され（Ｓ６０８）、立体画像モードであれば（Ｓ６０８：Ｙｅｓ）、後述する立体画像処理に移行する（Ｓ６０９）。

一方、立体画像モードでなければ（Ｓ６０８：Ｎｏ）、モード切替スイッチ９の設定が平面化画像モードか否かが判断され（Ｓ６１０）、平面化画像モードであれば（Ｓ６１０：Ｙｅｓ）、後述する平面化画像処理に移行する（Ｓ６１１）。

一方、平面化画像モードでなければ（Ｓ６１０：Ｎｏ）、モード切替スイッチ９の設定が手本トレースモードか否かが判断され（Ｓ６１２）、手本トレースモードであれば（Ｓ６１２：Ｙｅｓ）、後述する手本トレース処理に移行する（Ｓ６１３）。

一方、手本トレースモードでなければ（Ｓ６１２：Ｎｏ）、モード切替スイッチ９がオフモードか否かが判断され（Ｓ６１２）、オフモードでなければ（Ｓ６１２：Ｎｏ）、Ｓ６０３からの処理を繰り返し、オフモードであれば（Ｓ６１２：Ｙｅｓ）、当該処理を終了する。

図７は、デジカメ処理（図６のＳ６０５）のフローチャートである。デジカメ処理は、画像撮像部１４によって撮像した画像を取得する処理である。

この処理では、まず、ＣＣＤ２２に高解像度設定信号を送信する（Ｓ７０１）。これにより高品質の撮像画像を使用者に提供することができる。

次に、モニタＬＣＤ１０にファインダ画像（ファインダ６を介して見える範囲の画像）を表示する（Ｓ７０２）。よって、使用者は、ファインダ６を覗き込むことなく、モニタＬＣＤ１０に表示された画像によって実際の撮像の前に、撮像画像（撮像範囲）を確認することができる。

次に、レリーズボタン８をスキャンし（Ｓ７０３ａ）、レリーズボタン８が半押しされたか否かを判断する（Ｓ７０３ｂ）。半押しされていれば（Ｓ７０３ｂ：Ｙｅｓ）、オートフォーカス（ＡＦ）および自動露出（ＡＥ）機能を起動し、ピント、絞り、シャッタスピードを調節する（Ｓ７０３ｃ）。尚、半押しされていなければ（Ｓ７０３ｂ：Ｎｏ）、Ｓ７０３ａからの処理を繰り返す。

次に、再び、レリーズボタン８をスキャンし（Ｓ７０３ｄ）、レリーズボタン８が全押しされたか否かを判断する（Ｓ７０３ｅ）。全押しされていれば（Ｓ７０３ｅ：Ｙｅｓ）、フラッシュモードか否かを判断する（Ｓ７０４）。

その結果、フラッシュモードであれば（Ｓ７０４：Ｙｅｓ）、フラッシュ７を投光して（Ｓ７０５）、撮影し（Ｓ７０６）、フラッシュモードでなければ（Ｓ７０４：Ｎｏ）、フラッシュ７を投光することなく撮影する（Ｓ７０６）。尚、Ｓ７０３ｅの判断において、全押しされていなければ（Ｓ７０３ｅ：Ｎｏ）、Ｓ７０３ａからの処理を繰り返す。

次に、撮影した撮像画像をＣＣＤ２２からキャッシュメモリ２８に転送し（Ｓ７０７）、キャッシュメモリ２８に記憶された撮像画像をモニタＬＣＤ１０に表示する（Ｓ７０８）。このように、撮像画像をキャッシュメモリ２８に転送することでメインメモリに転送する場合に比較して、撮像画像を高速にモニタＬＣＤ１０に表示させることができる。そして、その撮像画像を外部メモリ２７に格納する（Ｓ７０９）。

最後に、モード切替スイッチ９に変化が無いか否かを判断し（Ｓ７１０）、そ変化が無ければ（Ｓ７１０：Ｙｅｓ）、Ｓ７０２からの処理を繰り返し、変化があれば（Ｓ７１０：Ｎｏ）、当該処理を終了する。

図８は、ｗｅｂｃａｍ処理（図６のＳ６０７）のフローチャートである。ｗｅｂｃａｍ処理は、画像撮像部１４で撮像した撮像画像（静止画および動画を含む）を外部ネットワークに送信する処理である。尚、本実施例では、撮像画像として動画を外部ネットワークに送信する場合を想定している。

この処理では、ます、ＣＣＤ２２に低解像度設定信号を送信し（Ｓ８０１）、周知のオートフォーカス（ＡＦ）及び自動露出（ＡＥ）機能を起動して、ピント、絞り、シャッター速度を調節した後に（Ｓ８０２）、撮影を開始する（Ｓ８０３）。

そして、撮影された撮像画像をモニタＬＣＤ１０に表示し（Ｓ８０４）、ファインダ画像を投影画像格納部３７ｋに格納し（Ｓ８０５）、後述する投影処理を行い（Ｓ８０６）、投影画像格納部３７ｋに格納されている画像を投影面に投影する。

また、撮像画像をＣＣＤ２２からキャッシュメモリ２８に転送し（Ｓ８０７）、キャッシュメモリ２８に転送された撮像画像をＲＦインターフェイスであるＲＦドライバ２４及びアンテナ１１を介して外部ネットワークに送信する（Ｓ８０８）。

そして、最後に、モード切替スイッチ９に変化が無いか否かを判断し（Ｓ８０９）、変化が無ければ（Ｓ８０９：Ｙｅｓ）、Ｓ８０２からの処理を繰り返し、変化があれば（Ｓ８０９：Ｎｏ）、当該処理を終了する。

図９は、投影処理（図８のＳ８０６）のフローチャートである。この処理は、投画像投影部１３から影画像格納部３７ｋに格納されている画像を投影面に投影する処理である。この処理では、まず、投影画像格納部３７ｋに画像が格納されているか否かを確認する（Ｓ９０１）。格納されていれば（Ｓ９０１：Ｙｅｓ）、投影画像格納部３７ｋに格納されている画像を投影ＬＣＤドライバ３０に転送し（Ｓ９０２）、投影ＬＣＤドライバ３０から、その画像に応じた画像信号を投影ＬＣＤ１９に送り、投影ＬＣＤ１９に画像を表示する（Ｓ９０３）。

次に、光源ドライバ２９を駆動し（Ｓ９０４）、その光源ドライバ２９からの電気信号によってＬＥＤアレイ１７Ａを点灯し（Ｓ９０５）、当該処理を終了する。

こうして、ＬＥＤアレイ１７Ａが点灯すると、ＬＥＤアレイ１７Ａから発光する光は、光源レンズ１８を介して投影ＬＣＤ１９に到達し、投影ＬＣＤ１９において、投影ＬＣＤドライバ３０から送信される画像信号に応じた空間変調が施され、画像信号光として出力される。そして、その投影ＬＣＤ１９から出力される画像信号光は、投影光学系２０を介して投影面に投影画像として投影される。

図１０は、立体画像処理（図６のＳ６０９）のフローチャートである。立体画像処理は、被写体の３次元形状を検出し、その立体画像としての３次元形状検出結果画像を取得、表示、投影する処理である。

この処理では、まず、ＣＣＤ２２に高解像度設定信号を送信し（Ｓ１００１）、モニタＬＣＤ１０にファインダ画像を表示する（Ｓ１００２）。

次に、レリーズボタン８をスキャンし（Ｓ１００３ａ）、レリーズボタン８が半押しされたか否かを判断する（Ｓ１００３ｂ）。半押しされていれば（Ｓ１００３ｂ：Ｙｅｓ）、オートフォーカス（ＡＦ）および自動露出（ＡＥ）機能を起動し、ピント、絞り、シャッタスピードを調節する（Ｓ１００３ｃ）。尚、半押しされていなければ（Ｓ１００３ｂ：Ｎｏ）、Ｓ１００３ａからの処理を繰り返す。

次に、再び、レリーズボタン８をスキャンし（Ｓ１００３ｄ）、レリーズボタン８が全押しされたか否かを判断する（Ｓ１００３ｅ）。全押しされていれば（Ｓ１００３ｅ：Ｙｅｓ）、フラッシュモードか否かを判断する（Ｓ１００３ｆ）。

その結果、フラッシュモードであれば（Ｓ１００３ｆ：Ｙｅｓ）、フラッシュ７を投光して（Ｓ１００３ｇ）、撮影し（Ｓ１００３ｈ）、フラッシュモードでなければ（Ｓ１００３ｆ：Ｎｏ）、フラッシュ７を投光することなく撮影する（Ｓ１００３ｈ）。尚、Ｓ１００３ｅの判断において、全押しされていなければ（Ｓ１００３ｅ：Ｎｏ）、Ｓ１００３ａからの処理を繰り返す。

次に、後述する３次元形状検出処理を行い、被写体の３次元形状を検出する（Ｓ１００６）。

次に、３次元形状検出処理（Ｓ１００６）における３次元形状検出結果を外部メモリ２７に格納し（Ｓ１００７）、３次元形状検出結果をモニタＬＣＤ１０に表示する（Ｓ１００８）。尚、この３次元形状検出結果とは、各計測頂点の実空間における３次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の集合体として表示する。

次に、３次元形状検出結果としての計測頂点をポリゴンで結んでそのサーフェスを表示した立体画像（３ＤのＣＧ画像）としての３次元形状検出結果画像を投影画像格納部３７ｋに格納し（Ｓ１００９）、図８のＳ８０６の投影処理と同様な投影処理を行う（Ｓ１０１０）。尚、この場合には、図１８において説明する投影ＬＣＤ１９上の座標を３次元空間座標に変換する式の逆関数を利用して、求められた３次元座標に対する投影ＬＣＤ１９上の座標を求めることで、３次元形状結果座標を投影面に投影させることができる。

そして、モード切替スイッチ９に変化が無いか否かを判断し（Ｓ１０１１）、変化が無ければ（Ｓ１０１１：Ｙｅｓ）、Ｓ７０２からの処理を繰り返し、変化があれば（Ｓ１０１１：Ｎｏ）、当該処理を終了する。

図１１（ａ）は、上述した３次元形状検出処理（図１０のＳ１００６）において、３次元形状を検出するために利用する空間コード法の原理を説明するための図であり、（ｂ）は（ａ）とは異なるパターン光を示す図である。パターン光にはこれら（ａ）または（ｂ）のいずれを用いても良く、更には、多階調コードであるグレイレベルコードを用いても良い。

尚、この空間コード法につての詳細は、佐藤宏介、他１名、「空間コード化による距離画像入力」、電子通信学会論文誌、８５／３Ｖｏｌ．Ｊ ６８−Ｄ Ｎｏ３ ｐ３６９〜３７５に詳細に開示されている。

空間コード法は、投影光と観測画像間の三角測量に基づいて被写体の３次元形状を検出する方法の１種であり、（ａ）に示すように、投影光源Ｌと観測器Ｏとを距離Ｄだけ離して設置し、空間を細長い扇状領域に分割しコード化することを特徴とする。

図中の３枚のマスクパターンＡ，Ｂ，ＣをＭＳＢから順番に投影すると、各扇状領域はマスクによって明「１」と暗「０」とにコード化される。例えば、点Ｐを含む領域は、マスクＡ，Ｂでは光が当たらず、マスクＣでは明になるので、００１（Ａ＝０、Ｂ＝０、Ｃ＝１）とコード化される。

各扇状の領域には、その方向φに相当するコードが割り当てられ、それぞれを１本のスリット光線とみなすことができる。そこで各マスクごとに情景を観測機器としてのカメラで撮影し、明暗パターンを２値化してメモリの各ビットプレーンを構成していく。

こうして、得られた多重ビットプレーン画像の横方向の位置（アドレス）は、観測方向θに相当し、このアドレスのメモリの内容は投影光コード、即ち、φを与える。このθとφとから注目点の座標を決定する。

また、この方法で使用するマスクパターンとしては、（ａ）ではマスクパターンＡ，Ｂ，Ｃのような純２進コードを用いる場合を図示しているが、マスクの位置ズレが起こると領域の境界で大きな誤差が生ずる危険性がある。

例えば、（ａ）の点Ｑは領域３（０１１）と領域４（１００）の境界を示しているが、もしマスクＡの１がずれ込むと領域７（１１１）のコードが生ずる可能性がある。換言すれば、隣接する領域間でハミング距離が２以上のところで、大きな誤差が発生する可能性がある。

そこで、この方法で使用するマスクパターンとしては、（ｂ）に示すように、隣接する領域間でハミング距離が常に１であるコードを使うことで、上述したようなコード化誤差を避けることができるとされている。

図１２（ａ）は、３次元形状検出処理（図１０のＳ１００６）のフローチャートである。この処理では、まず、撮像処理を行う（Ｓ１２１０）。この撮像処理は、図１１（ａ）に示す複数枚の純２進コードのマスクパターンを利用して画像投影部１３から、明暗を交互に並べてなる縞状のパターン光（図１参照）を時系列的に被写体に投影し、各パターン光が投影されている状態を撮像したパターン光有画像と、パターン光が投影されていな状態を撮像したパターン光無画像とを取得する処理である。

撮像処理を終了すると（Ｓ１２１０）、３次元計測処理を行う（Ｓ１２２０）。３次元計測処理は、撮像処理によって取得したパターン光有画像とパターン光無画像とを利用して、実際に被写体の３次元形状を計測する処理である。こうして、３次元計測処理を終了すると（Ｓ１２２０）、当該処理を終了する。

図１２（ｂ）は、撮像処理（図１２（ａ）のＳ１２１０）のフローチャートである。この処理は、パターン光撮影プログラム３６ａに基づき実行され、まず、画像投影部１３からパターン光を投影することなく、画像撮像部１４によって被写体を撮像することで、パターン光無画像を取得する（Ｓ１２１１）。尚、取得したパターン光無画像はパターン光無画像格納部３７ｂに格納される。

次に、カウンタｉを初期化し（Ｓ１２１２）、そのカウンタｉの値が最大値ｉｍａｘか否かを判断する（Ｓ１２１３）。尚、最大値ｉｍａｘは使用するマスクパターンの数によって決定される。例えば、８種類のマスクパターンを使用する場合には、最大ｉｍａｘ（＝８）となる。

そして、判断の結果、カウンタｉの値が最大値ｉｍａｘより小さい場合には（Ｓ１２１３：Ｙｅｓ）、使用するマスクパターンの内、ｉ番のマスクパターンを投影ＬＣＤ１９に表示し、そのｉ番のマスクパターンによって投影されるｉ番のパターン光を投影面に投影し（Ｓ１２１４）、そのパターン光が投影されている状態を画像撮像部１４によって撮影する（Ｓ１２１５）。

こうして、被写体にｉ番のパターン光が投影された状態を撮像したパターン光有画像を取得する。尚、取得したパターン光有画像は、パターン光有画像格納部３７ａに格納される。

撮影を終了すると、ｉ番のパターン光の投影を終了し（Ｓ１２１６）、次のパターン光を投影すべく、カウンタｉに「１」を加算して（Ｓ１２１７）、Ｓ１２１３からの処理を繰り返す。

そして、カウンタｉの値が最大値ｉｍａｘより大きいと判断すると（Ｓ１２１３：Ｎｏ）、当該処理を終了する。即ち、この撮像処理においては、１枚のパターン光無画像と、最大値ｉｍａｘ枚のパターン光有画像とを取得することになる。

図１２（ｃ）は、３次元計測処理（図１２（ａ）のＳ１２２０）のフローチャートである。この処理は、輝度画像生成プログラム３６ｃに基づき実行され、まず、輝度画像を生成する（Ｓ１２２１）。ここで、輝度は、ＹＣｂＣｒ空間におけるＹ値であり、各画素のＲＧＢ値よりＹ＝０．２９８９・Ｒ＋０．５８６６・Ｇ＋０．１１４５・Ｂから計算される値である。各画素についてＹ値を求めることにより、各パターン光有及び無し画像に関する輝度画像を生成する。生成した輝度画像は、輝度画像格納部３７ｃに格納される。また、パターン光の番号に対応した番号を各輝度画像に割り付けておく。

次に、コード画像生成プログラム３６ｄにより、上述した空間コード法を利用して、生成した輝度画像を組み合わせることで、各画素毎にコード化されたコード画像を生成する（Ｓ１２２２）。

このコード画像は、輝度画像格納部３７ｃに格納したパターン光有り画像に関する輝度画像の各画素について、あらかじめ設定した輝度閾値と比較し、その結果を結合させることで生成することができる。生成されたコード画像はコード画像格納部３７ｄに格納される。

次に、コード境界抽出プログラム３６ｅにより、後述するコード境界座標検出処理を行い（Ｓ１２２３）、各画素毎に割り当てられたコードの境界座標をサブピクセル精度で検出する。

次に、レンズ収差補正プログラム３６ｆにより、レンズ収差補正処理を行う（Ｓ１２２４）。この処理によって、撮像光学系２１の歪みなどの影響で誤差を含んでいるＳ１２２３で検出されるコード境界座標の誤差を補正することができる。

次に、三角測量演算プログラム３６ｇにより、三角測量原理による実空間変換処理を行う（Ｓ１２２５）。この処理によって収差補正が施された後のＣＣＤ空間上のコード境界座標は、実空間における３次元座標に変換され、３次元形状検出結果としての３次元座標が求められる。

図１３は、コード境界座標検出処理（図１２のＳ１２２３）の概略を説明するための図である。上側の図は、ＣＣＤ空間において実際のパターン光の明暗の境界を境界線Ｋで示し、そのパターン光を上述した空間コード法でコード化し、１のコードと他のコードとの境界を図中太線で示した図である。

即ち、上述した空間コード法におけるコード化は、各画素単位で行われるため、実際のパターン光の境界線Ｋと、コード化された境界（図中太線）とではサブピクセル精度の誤差が生ずる。そこで、このコード境界座標検出処理は、コードの境界座標をサブピクセル精度で検出することを目的とする。

この処理では、まず、ある検出位置（以下「ｃｕｒＣＣＤＸ」と称す）において、ある着目コード（以下「ｃｕｒＣｏｄｅ」という）から他のコードに変化する第１画素Ｇを検出する（第１画素検出工程）。

例えば、ｃｕｒＣＣＤＸにおいて、上から順番に各画素を検出すると、境界（太線）まではｃｕｒＣｏｄｅを有する画素であるが、境界の次の画素、即ち、第１画素Ｇにおいて、ｃｕｒＣｏｄｅは変化しているので、これを第１画素Ｇとして検出する。

次に、その第１画素Ｇの画素位置において、図１２のＳ１２２１において輝度画像格納部３７ｃに格納された輝度画像の内から、明暗の変化を持つ輝度画像の全部を抽出する（輝度画像抽出工程）。

次に、近似に利用するための画素領域を特定するために検出位置を「２」左側に移動させ、検出位置ｃｕｒＣＣＤＸ−２の位置において、コード画像を参照して、着目コード（ｃｕｒＣｏｄｅ）から他のコードに変化する画素（境界画素（ｃｕｒＣＣＤＸ−２の検出位置では画素Ｈ））を探し、その画素を中心に予め定めた範囲（本実施例の場合Ｙ軸方向に−３画素と＋２画素の範囲）の画素範囲を特定する（画素領域特定手段の一部）。

次に、その予め定めた範囲内において、図中の下側の左側のグラフに示すように、Ｙ方向の画素位置と輝度とに関する近似式（図中実線で示す）を求め、その近似式における輝度閾値ｂＴｈとの交点におけるＹ座標Ｙ１を求める（境界座標検出工程の一部）。

尚、輝度閾値ｂＴｈは、予め定められた範囲内から算出（例えば、各画素の輝度の平均の２分の１）しても良く、予め与えられた固定値であっても良い。これにより、明と暗との境界をサブピクセル精度で検出することができる。

次に、検出位置をｃｕｒＣＣＤＸ−２から「１」右側に移動させ、ｃｕｒＣＣＤＸ−１において上述したのと同様な処理を行い、ｃｕｒＣＣＤＸ−１における代表値を求める（境界座標検出工程の一部）。

このように、境界画素を中心にＹ軸方向に予め定めた範囲と、Ｘ軸方向におけるｃｕｒＣＣＤＸ−２からｃｕｒＣＣＤＸ＋２の範囲とで構成される画素領域（図中右下がり斜線部参照）において、各検出位置における代表値を求める。

これまでの処理をｃｕｒＣｏｄｅから他のコードへ変化する画素を持つ輝度画像の全てに行い、各輝度画像についての代表値の加重平均値を最終的にｃｕｒＣｏｄｅにおける境界座標として採用する（境界座標検出工程の一部）。

これにより、コードの境界座標を高精度にサブピクセル精度で検出することができ、この境界座標を利用して上述した三角測量原理による実空間変換処理（図１２のＳ１２２５）を行うことで、高精度に被写体の３次元形状を検出することができる。

また、このように輝度画像に基づき算出される近似式を利用して境界座標をサブピクセル精度で検出することができるため、従来のように撮像枚数を増加させることもなく、また、純２進コードで明暗付けられたパターン光であっても良く、特殊なパターン光であるグレイコードを用いる必要はない。

尚、本実施例では、各検出位置において境界画素を中心にＹ軸方向に「−３」から「＋２」の範囲と、Ｘ軸方向における検出位置としてのｃｕｒＣＣＤＸ−２からｃｕｒＣＣＤＸ＋２の範囲とで構成される領域を、近似を求めるための画素領域として説明したが、この画素領域のＹ軸、Ｘ軸の範囲はこれらに限定されるものではない。例えば、ｃｕｒＣＣＤＸの検出位置における境界画素を中心としたＹ軸方向への所定範囲だけを画素領域としても良い。

図１４は、コード境界座標検出処理（図１２のＳ１２２３）のフローチャートである。この処理は、コード境界抽出プログラム３６ｅに基づき実行され、まず、ＣＣＤ空間におけるコード境界座標列の各要素を初期化し（Ｓ１４０１）、ｃｕｒＣＣＤＸを開始座標に設定する（Ｓ１４０２）。

次に、ｃｕｒＣＣＤＸが終了座標以下か否かを判断し（Ｓ１４０３）、終了座標以下であれば（Ｓ１４０３：Ｙｅｓ）、ｃｕｒＣｏｄｅを「０」に設定する（Ｓ１４０４）。即ち、ｃｕｒＣｏｄｅは当初、最小値に設定される。

次に、ｃｕｒＣｏｄｅが最大コードより小さいか否かを判断する（Ｓ１４０５）。ｃｕｒＣｏｄｅが最大コードより小さければ（Ｓ１４０５：Ｙｅｓ）、ｃｕｒＣＣＤＸにおいてコード画像を参照して、ｃｕｒＣｏｄｅの画素を探し（Ｓ１４０６）、ｃｕｒＣｏｄｅの画素が存在するか否かを判断する（Ｓ１４０７）。

その結果、ｃｕｒＣｏｄｅの画素が存在していれば（Ｓ１４０７：Ｙｅｓ）、ｃｕｒＣＣＤＸにおいて、そのｃｕｒＣｏｄｅよりも大きなＣｏｄｅの画素をコード画像を参照して探し（Ｓ１４０８）、そのｃｕｒＣｏｄｅよりも大きなｃｕｒＣｏｄｅの画素が存在するか否かを判断する（Ｓ１４０９）。

その結果、ｃｕｒＣｏｄｅよりも大きなＣｏｄｅの画素が存在していれば（Ｓ１４０９：Ｙｅｓ）、後述する境界をサブピクセル精度で求める処理を行う（Ｓ１４１０）。そして、次のｃｕｒＣｏｄｅについて境界座標を求めるべく、ｃｕｒＣｏｄｅに「１」を加算して（Ｓ１４１１）、Ｓ１４０５からの処理を繰り返す。

即ち、境界は、ｃｕｒＣｏｄｅを有する画素の画素位置またはｃｕｒＣｏｄｅよりも大きなＣｏｄｅの画素の画素位置に存在しているため、本実施例では、暫定的に境界は、ｃｕｒＣｏｄｅより大きなｃｕｒＣｏｄｅの画素の画素位置にあると仮定して処理を進めるものである。

また、ｃｕｒＣｏｄｅが存在していない場合や（Ｓ１４０７：Ｎｏ）、ｃｕｒＣｏｄｅよりも大きなＣｏｄｅの画素が存在していない場合には（Ｓ１４０９：Ｎｏ）、次のｃｕｒＣｏｄｅについて境界座標を求めるべく、ｃｕｒＣｏｄｅに「１」を加算して（Ｓ１４１１）、Ｓ１４０５からの処理を繰り返す。

こうして、０から最大コードまでのｃｕｒＣｏｄｅについて、Ｓ１４０５からＳ１４１１までの処理を繰り返し、ｃｕｒＣｏｄｅが最大コードより大きくなると（Ｓ１４０５：Ｎｏ）、検出位置を変更すべく、ｃｕｒＣＣＤＸに「ｄＣＣＤＸ」を加算し（Ｓ１４１２）、新たな検出位置において、上述したのと同様にＳ１４０３からの処理を繰り返す。

そして、ｃｕｒＣＣＤＸを変更してゆき、最終的にｃｕｒＣＣＤＸが終了座標より大きくなると（Ｓ１４０３）、即ち、開始座標から終了座標までの検出が終了すると、当該処理を終了する。

図１５は、コード境界座標をサブピクセル精度で求める処理（図１４のＳ１４１０）のフローチャートである。

この処理では、まず、図１２のＳ１２２１において輝度画像格納部３７ｃに格納された輝度画像の内から、図１４のＳ１４０９において検出されたｃｕｒＣｏｄｅよりも大きなＣｏｄｅを有する画素の画素位置において、明暗の変化を持つ輝度画像の全部を抽出する（Ｓ１５０１）。

そして、その抽出した輝度画像のマスクパターン番号を配列ＰａｔＩＤ［］へ格納し、その抽出した輝度画像の画像数をｎｏＰａｔＩＤへ格納する（Ｓ１５０２）。尚、配列ＰａｔＩＤ［］とｎｏＰａｔＩＤとはＩＤ格納部３７ｆに格納される。

次に、カウンタｉを初期化し（Ｓ１５０３）、カウンタｉの値がｎｏＰａｔＩＤより小さいか否かを判断する（Ｓ１５０４）。その結果、小さいと判断されれば（Ｓ１５０４：Ｙｅｓ）、カウンタｉに対応するＰａｔＩＤ［ｉ］のマスクパターン番号を持つ輝度画像について、境界のＣＣＤＹ値を求め、その値をｆＣＣＤＹ［ｉ］へ格納する（Ｓ１５０５）。

このＳ１５０５の処理を終了すると、カウンタｉに「１」を加算し（Ｓ１５０６）、Ｓ１５０４からの処理を繰り返す。そして、Ｓ１５０４において、カウンタｉの値がｎｏＰａｔＩＤより大きいと判断されると（Ｓ１５０４：Ｎｏ）、即ち、Ｓ１５０１で抽出された全部の輝度画像についてＳ１５０５の処理が終了すると、Ｓ１５０５の処理で求めたｆＣＣＤＹ［ｉ］の加重平均値を計算し、その結果を境界値とする（Ｓ１５０７）。

尚、加重平均値に代えて、Ｓ１５０５の処理で求めたｆＣＣＤＹ［ｉ］の中央値を計算し、その結果を境界値としたり、統計的な計算により境界値を計算したりすることもできる。

即ち、境界座標は、ｃｕｒＣＣＤＸの座標と、Ｓ１５０７で求められる加重平均値とで表現され、この境界座標をコード境界座標格納部３７ｅに格納して、当該処理を終了する。

図１６は、ＰａｔＩＤ［ｉ］のマスクパターン番号を持つ輝度画像について、境界のＣＣＤＹ値を求める処理（図１５のＳ１５０５）のフローチャートである。

この処理では、まず、「ｃｕｒＣＣＤＸ−ｄｘ」と「０」との内、大きい値をｃｃｄｘとして設定する「ｃｃｄｘ＝ＭＡＸ（ｃｕｒＣＣＤＸ−ｄｘ，０）」で表される処理を行うと共に、カウンタｊを初期化する（Ｓ１６０１）。

具体的には、Ｓ１６０１でいう「０」はＣＣＤＸ値の最小値を意味し、例えば、今、検出位置としてのｃｕｒＣＣＤＸ値が「１」で、予め設定されているｄｘ値が「２」であったとすると、「ｃｕｒＣＣＤＸ−ｄｘ」は「−１」となり、ＣＣＤＸ値の最小値である「０」よりも小さくなるため、「−１」における以降の処理は、「ｃｃｄｘ＝０」として設定する処理を行う。

即ち、ＣＣＤＸ値の最小値よりも小さい位置については、以降の処理を除外する処理を行う。

尚、この「ｄｘ」の値は、予め「０」を含む適当な整数に設定することができ、図１３で説明した例では、この「ｄｘ」は「２」に設定されており、図１３の例に従えば、このｃｃｄｘは「ｃｕｒＣＣＤＸ−２」に設定されることになる。

次に、ｃｃｄｘ＜＝ＭＩＮ（ｃｕｒＣＣＤＸ＋ｄｘ，ｃｃｄＷ−１）であるか否かを判断する（Ｓ１６０２）。つまり、左辺の「ＭＩＮ（ｃｕｒＣＣＤＸ＋ｄｘ，ｃｃｄＷ−１）」は、「ｃｕｒＣＣＤＸ＋ｄｘ」と、ＣＣＤＸ値の最大値「ｃｃｄＷ」から「１」を減算した「ｃｃｄＷ−１」との内、小さい値であることを意味しているので、その値と「ｃｃｄｘ」値との大小を比較する。

即ち、ＣＣＤＸ値の最大値よりも大きい位置については、以降の処理を除外する処理を行う。

そして、判断の結果、ｃｃｄｘがＭＩＮ（ｃｕｒＣＣＤＸ＋ｄｘ，ｃｃｄＷ−１）よりも小さければ（Ｓ１６０２：Ｙｅｓ）、コード画像とＰａｔＩＤ［ｉ］が割り当てられた輝度画像とを参照して、境界の存在する画素の画素位置のｅＣＣＤＹ値を求める（Ｓ１６０３）。

例えば、検出位置を図１３に示すｃｕｒＣＣＤＸ−１であるとすると、画素Ｉを境界が存在する画素候補として検出し、画素Ｉの位置においてｅＣＣＤＹ値を求める。

次に、ＰａｔＩＤ［ｉ］のマスクパターン番号を持つ輝度画像から、ＭＡＸ（ｅＣＣＤＹ−ｄｙ，０）＜＝ｃｃｄｙ＜＝ＭＩＮ（ｅＣＣＤＹ＋ｄｙ−１，ｃｃｄＨ−１）の範囲で、ｃｃｄｙ方向における輝度に関する近似多項式Ｂｔ＝ｆｂ（ｃｃｄｙ）を求める（Ｓ１６０４）。

次に、その近似多項式Ｂｔと輝度閾値ｂＴｈとの交差するｃｃｄｙ値を求め、その値をｅｆＣＣＤＹ［ｊ］へ格納する（Ｓ１６０５）。このＳ１６０４とＳ１６０５とによって、サブピクセル精度の境界座標の検出をすることができる。

次に、ｃｃｄｘとカウンタｊとに各々「１」を加算し（Ｓ１６０５）、Ｓ１６０２からの処理を繰り返す。即ち、ｃｕｒＣＣＤＸを中心とした左右の所定範囲内における各検出位置において、サブピクセル精度の境界を検出するのである。

そして、Ｓ１６０２において、「ｃｃｄｘ」が「ＭＩＮ（ｃｕｒＣＣＤＸ＋ｄｘ，ｃｃｄＷ−１）」より大きいと判断されると（Ｓ１６０２：Ｎｏ）、ｃｕｒＣＣＤＸ−ｄｘからｃｕｒＣＣＤＸ＋ｄｘの範囲で計算されたｅｆＣＣＤＹ［ｊ］について、ｃｃｄｙ＝ｆｙ（ｃｃｄｘ）の近似多項式を求める（Ｓ１６０６）。この処理によってＳ１６０５において検出された各値を用いるので、１つの検出位置において境界座標を検出しようとする場合に比べて、境界座標の検出精度を向上させることができる。

こうして得られた近似多項式とｃｕｒＣＣＤＸとの交点を、ＰａｔＩＤ［ｉ］のマスクパターン番号を持つ輝度画像についての境界のＣＣＤＹ値として（Ｓ１６０７）、当該処理を終了する。ここまでの処理を図１５のフローチャートに示すように、抽出した全部の輝度画像の１枚、１枚に実行し、求められた境界座標について加重平均値を計算して、その結果を最終的な境界座標としているので（Ｓ１５０７）、更に、境界座標の検出精度を向上させることができる。

図１７は、レンズ収差補正処理（図１２のＳ１２２４）を説明するための図である。レンズ収差補正処理は、図１７（ａ）に示すように、撮像光学系２１の収差により、入射した光束が理想レンズにより結像すべき位置からずれてしまうことに対して、撮像された画素の位置を本来結像すべき位置へ補正する処理である。

この収差補正は、例えば、図１７（ｂ）に示すように、撮像光学系２１の撮像範囲において、入射光の角度である半画角ｈｆａをパラメータとして光学系の収差を計算して求めたデータを基に補正する。

この収差補正処理では、レンズ収差補正プログラム３６ｆに基づき実行され、コード境界座標格納部３７ｅに格納されているコード境界座標について行なわれ、収差補正処理がなされたデータは、収差補正座標格納部３７ｇに格納される。

具体的には、実画像における任意点座標（ｃｃｄｘ、ｃｃｄｙ）を理想カメラ画像での座標（ｃｃｄｃｘ、ｃｃｄｃｙ）に変換する次の（１）から（３）のカメラキャリブレーション（近似式）を用いて補正する。

本実施例では、収差量ｄｉｓｔ（％）は、半画角ｈｆａ（ｄｅｇ）を用いてｄｉｓｔ＝ｆ（ｈｆａ）と記述する。また、撮像光学系２１の焦点距離をｆｏｃａｌｌｅｎｇｔｈ（ｍｍ）、ｃｃｄ画素長ｐｉｘｅｌｌｅｎｇｔｈ（ｍｍ）、ＣＣＤ２２におけるレンズの中心座標を（Ｃｅｎｔｘ、Ｃｅｎｔｙ）とする。

（１）ｃｃｄｃｘ＝（ｃｃｄｘ−Ｃｅｎｔｘ）／（１＋ｄｉｓｔ／１００）＋Ｃｅｎｔｘ
（２）ｃｃｄｃｙ＝（ｃｃｄｙ−Ｃｅｎｔｙ）／（１＋ｄｉｓｔ／１００）＋Ｃｅｎｔｙ
（３）ｈｆａ＝ａｒｃｔａｎ［（（（ｃｃｄｘ−Ｃｅｎｔｘ）２＋（ｃｃｄｙ−Ｃｅｎｔｙ）２）０．５）×ｐｉｘｅｌｌｅｎｇｔｈ／ｆｏｃａｌｌｅｎｇｔｈ］
図１８は、三角測量原理による実空間変換処理（図１２のＳ１２２５）において、ＣＣＤ空間における座標から、３次元空間における３次元座標を算出する方法を説明するための図である。

三角測量原理による実空間変換処理では、三角測量演算プログラム３６ｇによって、収差補正座標格納部３７ｇに格納されている収差補正がなされたコード境界座標についての３次元空間における３次元座標が算出される。こうして算出される３次元座標は、３次元座標格納部３７ｈに格納される。

本実施例では、撮像される横方向に湾曲した原稿Ｐに対する画像入力出力装置１の座標系として、撮像光学系２１の光軸方向をＺ軸、そのＺ軸に沿って撮像レ光学系２１の主点位置からＶＰＺ離れた地点を原点、画像入出力装置１に対して水平方向をＸ軸、垂直方向をＹ軸とする。

また、３次元空間（Ｘ，Ｙ，Ｚ）への画像投影部１３からの投影角度θｐ、撮像レンズ光学系２０の光軸と画像投影部１３の光軸との距離をＤ、撮像光学系２１のＹ方向の視野をＹｆｔｏｐからＹｆｂｏｔｔｏｍ、Ｘ方向の視野をＸｆｓｔａｒｔからＸｆｅｎｄ、ＣＣＤ２２のＹ軸方向の長さ（高さ）をＨｃ、Ｘ軸方向の長さ（幅）をＷｃとする。尚、投影角度θｐは、各画素毎に割り当てられたコードに基づき与えられる。

この場合、ＣＣＤ２２の任意座標（ｃｃｄｘ，ｃｃｄｙ）に対応する３次元空間位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、ＣＣＤ２２の結像面上の点と、パターン光の投影点と、Ｘ−Ｙ平面に交差する点とで形成される三角形について５つの式を解くことで得ることができる。
（１）Ｙ＝−（ｔａｎθｐ）Ｚ＋ＰＰＺ＋ｔａｎθｐ−Ｄ＋ｃｍｐ（Ｘｔａｒｇｅｔ）
（２）Ｙ＝−（Ｙｔａｒｇｅｔ／ＶＰＺ）Ｚ＋Ｙｔａｒｇｅｔ
（３）Ｘ＝−（Ｘｔａｒｇｅｔ／ＶＰ）Ｚ＋Ｘｔａｒｇｅｔ
（４）Ｙｔａｒｇｅｔ＝Ｙｆｔｏｐ−（ｃｃｄｃｙ／Ｈｃ）×（Ｙｆｔｏｐ−Ｙｆｂｏｔｔｏｍ）
（５）Ｘｔａｒｇｅｔ＝Ｘｆｓｔａｒｔ＋（ｃｃｄｃｘ／Ｗｃ）×（Ｘｆｅｎｄ−Ｘｆｓｔａｒｔ）
尚、（１）におけるｃｍｐ（Ｘｔａｒｇｅｔ）は、撮像光学系２０と画像投影部１３とのズレを補正する関数であり、ズレが無い理想的な場合にはｃｍｐ（Ｘｔａｒｇｅｔ）＝０とみなすことができる。

一方、上述したのと同様に、画像投影部１３に含まれる投影ＬＣＤ１９上の任意座標（ｌｃｄｃｘ、ｌｃｄｃｙ）と３次元空間中の３次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）との関係は次の（１）から（４）の式で表せる。

尚、本実施例では、画像投影部１３の主点位置（０，０，ＰＰＺ）、画像投影部１３のＹ方向の視野をＹｐｆｔｏｐからＹｐｆｂｏｔｔｏｍ、Ｘ方向の視野をＸｐｆｓｔａｒｔからＸｐｆｅｎｄ、投影ＬＥＤ１９のＹ軸方向の長さ（高さ）をＨｐ、Ｘ軸方向の長さ（幅）Ｗｐとする。
（１）Ｙ＝−（Ｙｐｔａｒｇｅｔ／ＰＰＺ）Ｚ＋Ｙｐｔａｒｇｅｔ
（２）Ｘ＝−（Ｘｐｔａｒｇｅｔ／ＰＰＺ）Ｚ＋Ｘｐｔａｒｇｅｔ
（３）Ｙｐｔａｒｇｅｔ＝Ｙｐｆｔｏｐ−（ｌｃｄｃｙ／Ｈｐ）×（Ｘｐｆｔｏｐ−Ｘｐｆｂｏｔｔｏｍ）
（４）Ｘｐｔａｒｇｅｔ＝Ｘｐｆｓｔａｒｔ＋（ｌｃｄｃｘ／Ｗｐ）×（Ｘｐｆｅｎｄ−Ｘｐｆｓｔａｒｔ）
この関係式を利用することで、３次元空間座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を上記（１）から（４）の式に与えることで、ＬＣＤ空間座標を（ｌｃｄｃｘ，ｌｃｄｃｙ）を算出することができる。よって、例えば、３次元空間に任意の形状、文字を投影するためのＬＣＤ素子パターンを算出することができる。

図１９は、平面化画像処理（図６のＳ６１１）のフローチャートである。平面化画像処理は、例えば、図１に示すような湾曲した状態の原稿Ｐを撮像した場合や矩形状の原稿を斜め方向から撮像した場合（撮像された画像は台形状になる）であっても、その原稿が湾曲していない状態やその面に対して垂直方向から撮像したような状態に補正された平面化画像を取得、表示する処理である。

この処理では、まず、ＣＣＤ２２に高解像度設定信号を送信し（Ｓ１９０１）、モニタＬＣＤ１０にファインダ画像を表示する（Ｓ１９０２）。

次に、レリーズボタン８をスキャンし（Ｓ１９０３ａ）、レリーズボタン８が半押しされたか否かを判断する（Ｓ１９０３ｂ）。半押しされていれば（Ｓ１９０３ｂ：Ｙｅｓ）、オートフォーカス（ＡＦ）および自動露出（ＡＥ）機能を起動し、ピント、絞り、シャッタスピードを調節する（Ｓ１９０３ｃ）。尚、半押しされていなければ（Ｓ１９０３ｂ：Ｎｏ）、Ｓ１９０３ａからの処理を繰り返す。

次に、再び、レリーズボタン８をスキャンし（Ｓ１９０３ｄ）、レリーズボタン８が全押しされたか否かを判断する（Ｓ１９０３ｅ）。全押しされていれば（Ｓ１９０３ｅ：Ｙｅｓ）、フラッシュモードか否かを判断する（Ｓ１９０３ｆ）。

その結果、フラッシュモードであれば（Ｓ１９０３ｆ：Ｙｅｓ）、フラッシュ７を投光して（Ｓ１９０３ｇ）、撮影し（Ｓ１９０３ｈ）、フラッシュモードでなければ（Ｓ１９０３ｆ：Ｎｏ）、フラッシュ７を投光することなく撮影する（Ｓ１９０３ｈ）。尚、Ｓ１９０３ｅの判断において、全押しされていなければ（Ｓ１９０３ｅ：Ｎｏ）、Ｓ１９０３ａからの処理を繰り返す。

次に、上述した３次元形状検出処理（図１０のＳ１００６）と同一の処理である３次元形状検出処理を行い、被写体の３次元形状を検出する（Ｓ１９０６）。

次に、３次元形状検出処理（Ｓ１９０６）によって得られた３次元形状検出結果に基づき、原稿Ｐの姿勢を演算する原稿姿勢演算処理を行う（Ｓ１９０７）。この処理によって原稿Ｐの姿勢パラメータとして、原稿Ｐの画像入力装置１に対する位置Ｌや角度θ、湾曲φ（ｘ）が演算される。

次に、その演算結果に基づき、後述する平面変換処理を行い（Ｓ１９０８）、たとえ、原稿Ｐが湾曲していたとしても湾曲していない状態に平面化された平面化画像を生成する。

次に、平面変化処理（Ｓ１９０８）によって得られた平面化画像を外部メモリ２７に格納し（Ｓ１９０９）、平面化画像をモニタＬＣＤ１０に表示する（Ｓ１９１０）。

そして、モード切替スイッチ９に変化が無いか否かを判断し（Ｓ１９１１）、その結果、変化が無ければ（Ｓ１９１１：Ｙｅｓ）、再び、Ｓ７０２からの処理を繰り返し、変化があれば（Ｓ１９１１：Ｎｏ）、当該処理を終了する。

図２０は、原稿姿勢演算処理（図１９のＳ１９０７）を説明するための図である。尚、本等の原稿の仮定条件として、原稿Ｐの湾曲はｙ方向に一様であるとする。この原稿姿勢演算処理では、まず、図２０（ａ）に示すように、３次元座標格納部３７ｈに格納されているコード境界に関する座標データから３次元空間位置において２列に並ぶ点を回帰曲線近似した２本の曲線を求める。

例えば、パターン光を投影した範囲の上下それぞれ４分の１の位置情報（コード６３とコード６４の境界と、コード１９１とコード１９２との境界とに関する境界）から求めることができる。

その２本の曲線のＸ軸方向の位置が「０」における点を結ぶ直線を想定し、この直線がＺ軸と交わる点、つまり、光軸が原稿Ｐと交差する点を、原稿Ｐの３次元空間位置（０，０，Ｌ）とし、この直線がＸ−Ｙ平面となす角を原稿ＰのＸ軸まわりの傾きθとする。

次に、図２０（ｂ）に示すように、原稿Ｐを、先に求めたＸ軸まわりの傾きθ分だけ逆方向に回転変換し、つまり、原稿ＰをＸ−Ｙ平面に対して平行にした状態を想定する。

そして、図２０（ｃ）に示すように、Ｘ−Ｚ平面における原稿Ｐの断面について、Ｚ軸方向の変位をＸの関数として湾曲φ（Ｘ）で表すことができる。こうして、原稿姿勢パラメータとして、原稿Ｐの位置Ｌや角度θ、湾曲φ（ｘ）が演算され、当該処理を終了する。

図２１は、平面変換処理（図１９のＳ１９０８）のフローチャートである。この処理は、まず、ＲＡＭ３７のワーキングエリア３７ｍに当該処理の処理領域を割り当て、当該処理に用いるカウンタｂの変数を初期値（ｂ＝０）に設定する（Ｓ２１０１）。

次に、原稿姿勢演算プログラム３６ｈでの演算結果による原稿Ｐの位置Ｌと、傾きθと、湾曲φ（ｘ）とに基づき、パターン光無画像格納部３７ｂに格納されたパターン光無画像の４隅の点を、それぞれ、Ｚ方向に−Ｌ移動し、Ｘ軸方向に−θ回転し、更にφ（ｘ）にする湾曲の逆変換（後述する「湾曲処理」と同等な処理）により求められる点で取成される矩形領域（つまり、原稿Ｐの文字等が書かれた面が略直交方向から観察されたような画像となる矩形領域）を設定すると共に、この矩形領域内に含まれる画素数ａを求める（Ｓ２１０２）。

次に、設定された矩形領域を構成する各画素に対応するパターン光無画像上の座標を求めて、この座標周辺の画素情報から、平面化画像の各画素の画素情報を設定する。

つまり、まず、カウンタｂが画素数ａに到達したか否かを判断する（Ｓ２１０３）。カウンタｂが画素数ａに到達していなけば（Ｓ２１０３：Ｎｏ）、矩形領域を構成する１つの画素について、Ｙ軸を中心に湾曲φ（ｘ）回転移動させる湾曲計算処理を行い（Ｓ２１０４）、Ｘ軸を中心に傾きθ回転移動させ（Ｓ２１０５）、Ｚ軸方向に距離Ｌだけシフトさせる（Ｓ２１０６）。

次に、求められた３次元空間位置を、先の３角測量の逆関数により理想カメラで写されたＣＣＤ画像上の座標（ｃｃｄｃｘ，ｃｃｄｃｙ）を求め（Ｓ２１０７）、使用している撮像光学系２０の収差特性に従って、先のカメラキャリブレーションの逆関数により、実際のカメラで写されたＣＣＤ画像上の座標（ｃｃｄｘ，ｃｃｄｙ）を求め（Ｓ２１０８）、この位置に対応するパターン光無画像の画素の状態を求めて、ＲＡＭ３７のワーキングエリア３７ｍに格納する（Ｓ２１０９）。

そして、次の画素について上述したＳ２１０３からＳ２１０９までの処理を実行すべく、カウンタｂに「１」を加算する（Ｓ２１１０）。

こうして、Ｓ２１０４からＳ２１１０までの処理をカウンタｂが画素数ａになるまで繰り返すと（Ｓ２１０３：Ｙｅｓ）、Ｓ２１０１において、当該処理を実行するためにワーキングエリア３７ｍに割り当てた処理領域を開放して（Ｓ２１１１）、当該処理を終了する。

図２２（ａ）は、湾曲処理（図２１のＳ２１０４）についての概略を説明するための図であり、（ｂ）は平面変換処理（図１９のＳ１９０８）によって平面化された原稿Ｐを示している。尚、この湾曲処理についての詳細については、電子情報通信学会論文誌ＤＩＩＶｏｌ.Ｊ８６−Ｄ２ Ｎｏ.３ ｐ４０９「アイスキャナによる湾曲ドキュメント撮影」に詳細に開示されている。

湾曲Ｚ＝φ（ｘ）は、求められたコード境界座標列（実空間）で構成される３次元形状を、任意のＹ値におけるＸＺ平面に平行な平面切断された断面形状を、最小２乗法により多項式で近似した式で表現される。

湾曲する曲面を平面化する場合、（ａ）に示すように、Ｚ＝φ（ｘ）上の点に対応する平面化された点は、Ｚ＝φ（０）からＺ＝φ（ｘ）までの曲線の長さによって対応付けられることになる。

こうした湾曲処理を含む平面変換処理によって、例えば、図１のように湾曲している状態の原稿Ｐを撮像した場合であっても、図２２（ｂ）に示すように、平面化された平面画像を取得することができ、このように平面化された画像を用いればＯＣＲ処理の精度を高めることができるため、その画像によって、原稿に記載された文字や図形等を明確に認識することができる。

次に、図２３〜図２８を参照して、画像入出力装置１における動作モードの１つである手本トレースモードについて説明する。この手本トレースモードは、使用者が、作業の基準を示す参照情報に従って、例えば、書道などの作業を行なった場合に、その作業結果と参照情報とを比較し、その比較結果を画像として投影するモードである。

図２３は、手本トレースモードにおける第１の例を説明するための図である。この図２３では、使用者が実施する作業である書道の参照情報として、書道の手本である参照情報画像Ｒ１を、画像入出力装置１の画像投影部１４から、この画像入出力装置１の画像撮像部１３により撮像可能な投影面上の領域である撮像領域１００内に配置された被写体である半紙ＯＢ１上に投影した状態を図示している。使用者が、この参照情報画像Ｒ１に倣って作業を実施した後、その作業結果を撮像し、その撮像画像を参照情報画像Ｒ１と比較する。尚、この撮像領域１００は、画像入出力装置１における画像投影部１４による投影方向上の画像投影可能な面、即ち、画像投影面でもある。ここで、この撮像領域１００の境界を示す枠を、投影ＬＣＤ１９から投影画像として投影するようにしてもよい。撮像領域１００の境界を示すことによって、使用者は撮像可能な領域を明確に把握することができる。

図２４は、この手本トレースモードにおいて実行される手本トレース処理（図６のＳ６１３）のフローチャートである。手本トレース処理は、被写体の撮像画像データと手本などの参照情報とを比較し、その結果を画像として投影する処理である。

この処理では、まず、ＣＣＤ２２に高解像度設定信号を送信する（Ｓ２４０１）。これにより高品質の撮像画像を使用者に提供することができる。

次に、参照情報及び作業結果判断プログラムを、アンテナ１１を介して受信し（Ｓ２４０２）、受信した作業結果判断プログラムを作業結果判断プログラム格納部３７ｌに格納し（Ｓ２４０３）、受信した参照情報に対応する参照情報画像を投影画像格納部３７ｋに格納する（Ｓ２４０４）。

次に、モニタＬＣＤ１０にファインダ画像（ファインダ６を介して見える範囲の画像）を表示する（Ｓ２４０５）。よって、使用者は、ファインダ６を覗き込むことなく、モニタＬＣＤ１０に表示された画像によって実際の撮像の前に、撮像画像（撮像範囲）を確認することができる。

次に、図８のＳ８０６の投影処理と同様な投影処理を行う（Ｓ２４０６）。Ｓ２４０６の投影処理では、投影画像格納部３７ｋに参照情報画像が格納されているので、その参照情報画像が撮像領域１００内に投影される。そして、使用者は、この参照情報画像に倣って作業を行なう。

例えば、上述した図２３に示した第１の例によれば、参照情報画像Ｒ１として、書道の手本の画像が撮像領域１００内に配置された半紙ＯＢ１上に投影されると、使用者は、墨汁をつけた筆を用いて、半紙ＯＢ１上に投影された参照情報画像Ｒ１をお手本として書を書く。

次に、レリーズボタン８をスキャンし（Ｓ２４０７ａ）、参照情報画像に倣って作業を行なった使用者によってレリーズボタン８が半押しされたか否かを判断する（Ｓ２４０７ｂ）。半押しされていれば（Ｓ２４０７ｂ：Ｙｅｓ）、光源ドライバ２９をオフ制御し（Ｓ２４０７ｃ）、その光源ドライバ２９からの電気信号によってＬＥＤアレイ１７Ａを消灯する（Ｓ２４０７ｄ）。よって、例えば、上述した図２３に示した第１の例の場合、半紙ＯＢ１上に投影されていた参照画像Ｒ１が非投影とされる。

次に、オートフォーカス（ＡＦ）および自動露出（ＡＥ）機能を起動し、ピント、絞り、シャッタスピードを調節する（Ｓ２４０７ｅ）。尚、半押しされていなければ（Ｓ２４０７ｂ：Ｎｏ）、Ｓ２４０７ａからの処理を繰り返す。

次に、再び、レリーズボタン８をスキャンし（Ｓ２４０７ｆ）、レリーズボタン８が全押しされたか否かを判断する（Ｓ２４０７ｇ）。全押しされていれば（Ｓ２４０７ｇ：Ｙｅｓ）、フラッシュモードか否かを判断する（Ｓ２４１２）。

その結果、フラッシュモードであれば（Ｓ２４１２：Ｙｅｓ）、フラッシュ７をたいて（Ｓ２４１３）、撮像領域１００内にある被写体を撮影する（Ｓ２４１４）。一方、フラッシュモードでなけば（Ｓ２４１２：Ｎｏ）、フラッシュ７をたくことなく撮影する（Ｓ２４１４）。尚、Ｓ２４０７ｇの判断において、全押しされていなければ（Ｓ２４０７ｇ：Ｎｏ）、Ｓ２４０７ａからの処理を繰り返す。

次に、撮影した撮像画像をＣＣＤ２２からキャッシュメモリ２８に転送し（Ｓ２４１５）、キャッシュメモリ２８に記憶された撮像画像をモニタＬＣＤ１０に表示する（Ｓ２４１６）。このように、撮像画像をキャッシュメモリ２８に転送することでメインメモリに転送する場合に比較して、撮像画像を高速にモニタＬＣＤ１０に表示させることができる。

次に、Ｓ２４１４の処理により撮像された被写体の撮像画像データを、作業結果判断プログラム格納部３７ｌに格納されている作業結果判断プログラムにより判断する（Ｓ２４１７）。Ｓ２４１７の処理では、作業結果判断プログラムに従って、参照情報と被写体の撮像画像データとを比較し、その比較結果を取得し、その比較結果に応じて、修正情報や評価情報などの比較結果情報を生成する。

尚、「修正情報」とは、参照情報と被写体の撮像画像データとを比較した結果として、参照情報との相違に関する部分について、被写体が修正されるべき点に関する情報である。また、「評価情報」とは、参照情報と被写体の撮像画像データとを比較した結果として、参照情報を基準とした場合の被写体の評価を示すものである。

次に、生成された比較結果情報に対応する比較結果情報画像を投影画像格納部３７ｋに格納する（Ｓ２４１８）。尚、２４１８の処理において、比較結果情報画像は、Ｓ２４０４の処理により投影画像格納部３７ｋに格納された参照情報画像に上書きするように格納してもよいし、Ｓ２４０４の処理により投影画像格納部３７ｋに格納されている参照情報画像に対応付けて一緒に格納するようにしてもよい。

次に、図８のＳ８０６の投影処理と同様な投影処理を行う（Ｓ２４１９）。Ｓ２４１９の投影処理では、投影画像格納部３７ｋに少なくとも格納されている比較結果情報画像が、撮像領域１００内に少なくとも投影される。例えば、比較結果情報画像が修正情報に対応する修正情報画像であれば、その修正情報画像が投影され、また、比較結果情報画像が評価情報に対応する評価情報画像であれば、その評価情報画像が投影される。よって、使用者は、投影された修正情報画像や評価情報画像などの比較結果情報画像を視認することにより、自身の作業の欠点や完成度や習熟度などを明確に認識することができる。

なお、Ｓ２４１９の処理において、投影画像格納部３７ｋに、比較結果情報画像が参照情報画像と共に格納されている場合には、比較結果情報画像と共に参照情報画像が投影される。参照情報画像が比較結果情報画像と共に投影されることにより、比較結果情報を得るに到った基準の情報である参照情報と、作業者により実施された作業との差違を明確に比較することができる。

次に、レリーズボタン８を再度スキャンし（Ｓ２４２０ａ）、使用者によってレリーズボタン８が全押しされたか否かを判断し（Ｓ２４２０ｂ）、全押しされていなければ（Ｓ２４２０ｂ：Ｎｏ）、Ｓ２４２０ａの処理を繰り返す。一方で、全押しされていれば（Ｓ２４２０ｂ：Ｙｅｓ）、フラッシュモードか否か判断し（Ｓ２４２１）、フラッシュモードであれば（Ｓ２４２１：Ｙｅｓ）、フラッシュ７をたいて（Ｓ２４２２）、撮像領域１００内にある被写体を撮影する（Ｓ２４２３）。一方、フラッシュモードでなけば（Ｓ２４２１：Ｎｏ）、フラッシュ７をたくことなく撮影する（Ｓ２４２３）。尚、Ｓ２４２０ｂの処理において、レリーズボタン８が全押しされていると判断される前に、レリーズボタンの半押し状態が検出されて、オートフォーカス（ＡＦ）および自動露出（ＡＥ）機能の起動と、ピント、絞り、シャッタスピードの調節とがなされているものとする。

次に、Ｓ２４２３の処理により撮像した撮像画像をＣＣＤ２２からキャッシュメモリ２８に転送し（Ｓ２４２４）、キャッシュメモリ２８に転送された撮像画像を外部メモリ２７に格納する（Ｓ２４２５）。よって、比較結果情報を画像として保存することができる。

次に、光源ドライバ２９をオフ制御し（Ｓ２４２６）、その光源ドライバ２９からの電気信号によってＬＥＤアレイ１７Ａを消灯する（Ｓ２４２７）。よって、撮像領域１００内に投影されていた比較結果情報画像などが非投影とされる。

次に、モード切替スイッチ９に変化が無いか否かを判断し（Ｓ２４２８）、変化が無ければ（Ｓ２４２８：Ｙｅｓ）、Ｓ２４０２からの処理を繰り返す。例えば、参照情報が、操作マニュアルなどのように１以上の工程からなる作業における各工程の参照情報である場合に、各工程毎にＳ２４０２〜Ｓ２４２８の処理を繰り返し実行されると、使用者は、各工程毎における自身の作業と参照情報との比較結果情報を知ることができる。あるいは、修正情報に従って修正がなされた作業結果を、再度、作業結果判断プログラムにより判断し、修正箇所が完全に修正されるまでＳ２４０２〜Ｓ２４２８の処理を繰り返し実行させることもできる。

一方で、Ｓ２４２８の処理により判断した結果、モード切替スイッチ９に変化があれば（Ｓ２４２８：Ｎｏ）、当該処理を終了する。

図２５は、上述した手本トレース処理におけるＳ２４１９の処理の結果として比較結果情報画像が投影された状態を説明する図である。図２５には、図２３に示した参照情報画像Ｒ１として投影された書道の手本に従って、使用者により書かれた二文字からなる書Ｍ１に対して上述した手本トレース処理を実行した結果を示している。なお、図２５において、半紙ＯＢ１上に書かれた書Ｍ１は、図面の理解を容易にするために白抜きの文字で示している。

書Ｍ１の書かれた半紙ＯＢ１を被写体として撮像した場合の撮像画像データを作業結果判断プログラムにより判断した結果として、図２５に示すように、参照情報と比較して修正すべき箇所が６箇所の修正情報画像Ｃ１ａ〜Ｃ１ｆとして投影される。このような修正情報画像Ｃ１ａ〜Ｃ１ｆが投影されることにより、使用者は、自分の書の欠点やその欠点を修正する上で必要な情報を得ることができる。

また、図２５には、修正情報画像Ｃ１ａ〜Ｃ１ｆ以外に、作業結果判断プログラムにより得られた比較結果情報画像として、参照情報に対する評価結果を示す評価情報画像Ｃ２が投影されている。図２５の場合は、書Ｍ１が、お手本としての参照情報に対して満足いくレベルに達しているという評価である「合格」の文字が投影されている。このような評価情報画像Ｃ２が投影されることにより、使用者は、自分の書の完成度や習熟度に関する情報を得ることができる。

図２６は、上述した手本トレースモードにおける第２の例を説明する図であり、折り紙による折り鶴の作成に対して手本トレースモードを実行している状態を示している。この第２の例における参照情報は、折り鶴の折り順に従う複数工程（複数ステップ）の参照情報から構成されるものである。

図２６には、撮像領域１００内に配置された第１工程として対角線に２つ折りした折り紙を被写体ＯＢ２とし、その被写体ＯＢ２に、次の工程の参照情報として、谷折り線を示す参照情報画像Ｒ２ａが投影される。また、撮像領域１００内に、投影された参照情報画像Ｒ２ａ部分を谷折りすることを文字情報として示す参照情報画像Ｒ２ｂと参照情報画像Ｒ２ａが折り鶴の折り順の第２工程に対応するものであることを文字情報として示す参照情報画像Ｒ２ｃとが投影されている。

使用者は、これらの参照情報画像Ｒ２ａ〜Ｒ２ｃを視覚的に認識することにより、「折り鶴を折る」という一連の作業において、次の工程で何をすべきであるかを、マニュアル本などを作業中に確認することなく認識することができる。よって、作業労力を軽減させ得る。

なお、図示はしないが、使用者が、参照情報画像Ｒ２ａ〜Ｒ２ｃに従って作業を行なった後、作業の施された後の被写体ＯＢ２を次の被写体として撮像し、その撮像画像データを作業結果判断プログラムにより判断させると、その比較結果情報画像が撮像領域１００内の所定の位置に表示される。その場合において、その折り方が正しい場合にのみ、次の工程に対応する参照情報画像を投影し、その一方で、その折り方が誤っている場合には、修正情報画像を投影し、修正情報画像の示す修正情報に基づいて、再度、作業をさせるように構成するように構成してもよい。このように、各工程単位で、その工程に対する比較結果情報画像を投影することにより、使用者は、各工程単位で、作業の完成度や修正点などを認識し得、その結果として、複数の工程からなる一連の作業を正確に実施させることができる。また、各工程毎に比較結果情報画像を投影する際、必要に応じて、対応する工程の参照情報画像を一緒に投影するように構成してもよい。それによって、使用者は、各工程単位での作業の完成度や修正点などをより具体的に認識し得る。

図２７は、上述した手本トレースモードにおける第３の例を説明する図であり、箱状体に蓋をし、その蓋をネジで締めるという作業に対して手本トレースモードを実行している状態を示す図である。図２７（ａ）は、作業前に参照情報画像が投影されている図であり、図２７（ｂ）は、作業後に比較結果情報画像が投影されている図である。

図２７（ａ）に示すように、撮像領域１００内には、配置されたネジ締めが行なわれる前の箱状体が被写体ＯＢ３として配置されており、次の作業としてネジを４つ締めることを文字情報として示す参照情報画像Ｒ３ａが撮像領域１００内に投影されると共に、その被写体ＯＢ３上に、ネジを締めるべき箇所を指し示す矢印が参照情報画像Ｒ３ｂとして投影されている。

使用者は、これらの参照情報画像Ｒ３ａ〜Ｒ３ｂに倣って作業を実行し、作業実行後に、作業が実施された被写体ＯＢ３を画像入出力装置１により撮像する。その撮像画像データは、上述した手本トレース処理に従って、作業結果判断プログラムにより判断され、その比較結果情報画像が、図２７（ｂ）に示すように、撮像領域１００内の所定の位置に表示される。

図２７（ｂ）には、ネジを締めるべき箇所が１箇所脱落していた場合に投影される比較結果情報画像が図示されている。図２７（ｂ）に示すように、撮像領域１００内に、ネジの締め忘れがあることを文字情報として示す修正情報画像Ｃ３ａが投影されると共に、被写体ＯＢ３上に、ネジを締め忘れている箇所を指し示す矢印が修正情報画像Ｃ３ｂとして投影されている。

使用者は、図２７（ｂ）に示すような修正情報画像Ｃ３ａ〜Ｃ３ｂにより、作業において不足してる点を適切に認識することができ、それを修正することによって、正確な作業の実施が可能となる。

図２８は、上述した手本トレースモードの第１の例において、アーム部材３を屈曲させることにより、画像入出力装置１における画像撮像部１４が、被写体である半紙ＯＢ１を左前方から撮像している状態を示す図である。なお、図２６に示すように画像入出力装置１が配置されると、画像投影部１３もまた左前方から半紙ＯＢ１上に参照画像や比較結果情報画像などの投影画像を投影することになる。

画像入出力装置１は、アーム部材３の屈曲により、被写体の撮像方向及び投影方向を変えることができるので、作業に応じた位置に配置され得、それによって、作業の効率化を図ることができる。一般的に、使用者の利き腕は右利きであることが多いので、図２８に示すように、アーム部材３の屈曲によって画像入出力装置１の撮像方向及び投影方向を左前方からの向きとすることによって、画像入出力装置１の存在そのものによる作業の実施妨害を抑制することができる。

なお、画像入出力装置１の撮像方向及び投影方向は、図２８に示すような左前方に限定されず、被写体に対して作業を施す方向に対して、上面視において対向する方向とすれば、画像入出力装置１による作業の妨害に対して抑制効果を有し得る。例えば、上述した第１の例において、左利きの使用者が半紙ＯＢ１に書を書く場合には、画像撮像部１４による撮像方向及び画像投影部１３による投影方向を右前方からの向きとすればよい。

図２８に示したように、画像撮像部１４による撮像方向を、被写体の表面に対して略垂直な方向以外の方向とした場合、台形状の撮像画像が得られるので、比較結果情報の精度を向上させるために、この台形状の撮像画像を補正して、略垂直方向から撮像した場合に同等な、又は、略垂直方向から撮像した場合に対応する状態に平面化された平面化画像を取得することが好ましい。

なお、図２４に示した手本トレース処理（Ｓ６１３）において、平面化画像を利用して比較結果情報を得る場合には、Ｓ２４１４の処理による被写体の撮影の後、Ｓ２４１５の処理へ移行する前に、以下に示すＳ２４３１〜Ｓ２４３４の処理を実行すればよい。

具体的には、Ｓ２４１４の処理後、図１２（ａ）の３次元形状計測処理と同様の３次元計測処理を実行し（Ｓ２４３１）、次いで、その３次元計測処理により得られた３次元形状検出結果である三次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を外部メモリ２７に格納し（Ｓ２４３２）、次いで、図１９のＳ１９０７の原稿姿勢演算処理と同様の原稿姿勢演算処理を実行し（Ｓ２４３３）、次いで、図１９のＳ１９０８の処理と同様の平面変換処理を実行して平面化画像を取得する（Ｓ２４３４）。

そして、Ｓ２４３４の処理により取得されたそのように取得された被写体の平面化画像データを、Ｓ２４１７の処理において、作業結果判断プログラム格納部３７ｌに格納されている作業結果判断プログラムにより判断すればよい。

また、図２４に示した手本トレース処理（Ｓ６１３）におけるＳ２４２３の処理により、比較結果情報画像の投影された被写体を撮像した後に、Ｓ２４２４の処理の前に、上述したＳ２４３１〜Ｓ２４３４と同様の処理を行うことにより、撮像画像を平面化画像に変換するように構成してもよい。それによって、比較結果情報を、無歪な撮像画像として保存することができる。

上述のように、手本トレース処理において、撮像画像を平面化画像に変換されことにより、撮像方向が斜めである場合だけでなく、被写体が３次元形状を有し、そのためにその表面が湾曲している場合であっても、撮像データの歪みに起因する比較結果情報の誤差を低減し得、それによって、高精度の比較結果情報を得ることができる。

一方で、画像投影部１３による投影方向を、被写体の表面に対して略垂直な方向以外の方向とした場合についても、被写体上に投影される画像に歪みが生じるために、場合によっては、使用者に認識不能な投影画像となり得る。よって、そのように歪んで投影される投影画像に対して、無歪な投影画像として投影されるように補正を施すことが好ましい。

なお、図２４に示した手本トレース処理（Ｓ６１３）において、投影方向に依存することなく無歪の投影画像を投影する場合には、図８のＳ８０６の投影処理と同様に実行される投影処理（Ｓ２４０６，Ｓ２４１９）におけるＳ９０２の処理に換えて、後述するような投影用画像変換処理（Ｓ２９００）を実行するように構成すればよい。

図２９は、その無歪投影用画像変換処理（Ｓ２９００）のフローチャートである。この無歪投影用画像変換処理（Ｓ２９００）は、投影画像格納部３７ｋに格納される画像情報に従って投影ＬＣＤ１９に表示される画像を、無歪な状態で被写体に投影可能な画像に変換する処理である。

この処理では、まず、ＲＡＭ３７のワーキングエリア３７ｍに当該処理の処理領域を割り当て、当該処理に用いるカウンタｑの変数を初期値（ｑ＝０）に設定する（Ｓ２９０１）。

次に、無歪投影用画像（つまり、湾曲した被写体上において無歪である画像）に変換された後の画像となる矩形領域として、ＬＣＤ空間座標（ｌｃｄｃｘ，ｌｃｄｃｙ）の空間を設定すると共に、この矩形領域内に含まれる画素数Ｑａを求める（Ｓ２９０２）。

次に、投影画像格納部３７ｋに格納される比較結果情報画像や参照情報画像などの画像情報を、理想カメラ画像上の座標（ｃｃｄｃｘ，ｃｃｄｃｙ）に配置する（Ｓ２９０３）。

次に、設定された矩形領域を構成するＬＣＤ空間座標（ｌｃｄｃｘ，ｌｃｄｃｙ）上の各画素について、上述したＳ２４３２の処理により外部メモリ２７に格納された被写体の表面上の点である三次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を用いることにより、無歪投影用画像の各画素の画素情報を設定する。

つまり、まず、カウンタｑが画素数Ｑａに到達したか否かを判断する（Ｓ２９０４）。カウンタｑが画素数Ｑａに到達していなければ（Ｓ２９０４：Ｎｏ）、カウンタｑの値に対応する画素のＬＣＤ空間座標（ｌｃｄｃｘ，ｌｃｄｃｙ）を、外部メモリ２７に格納された被写体上の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に変換する（Ｓ２９０５）。

次に、Ｓ２９０５の処理により変換されて得られた被写体上の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を、理想カメラ画像上の座標（ｃｃｄｃｘ，ｃｃｄｃｙ）に変換する（Ｓ２９０６）。

次に、Ｓ２９０６の処理により変換されて得られた座標（ｃｃｄｃｘ，ｃｃｄｃｙ）に配置されている画素情報を取得し、その画素情報を、カウンタｑの値に対応するＬＣＤ空間座標（ｌｃｄｃｘ，ｌｃｄｃｙ）に書き込む（Ｓ２９０７）。

そして、次の画素について上述したＳ２９０４からＳ２９０７までの処理を実行すべく、カウンタｑに「１」を加算する（Ｓ２９０８）。

こうして、Ｓ２９０４からＳ２９０８までの処理を、カウンタｑが画素数Ｑａになるまで繰り返すと（Ｓ２９０４：Ｙｅｓ）、設定された矩形領域を構成するＬＣＤ空間座標（ｌｃｄｃｘ，ｌｃｄｃｙ）に対応付けられた画素情報を、投影ＬＣＤドライバ３０に転送する（Ｓ２９０９）。

最後に、Ｓ２９０１において、当該処理を実行するためにワーキングエリア３７ｍに割り当てた処理領域を開放して（Ｓ２９１０）、当該処理を終了する。

Ｓ２９０９の処理により、ＬＣＤ空間座標（ｌｃｄｃｘ，ｌｃｄｃｙ）上の画素情報が投影ＬＣＤドライバ３０へ転送されることにより、投影ＬＣＤ１９は、歪曲面上において無歪に投影される投影画像が表示される。よって、被写体上に無歪な画像が投影される。

従って、無歪投影用画像変換処理（Ｓ２９００）を実行することにより、投影方向が斜めである場合だけでなく、被写体が３次元形状を有し、そのためにその表面が湾曲している場合であっても、無歪な投影画像を投影することができる。その結果として、特に、比較結果情報画像として修正情報画像や評価情報画像を投影する場合に、使用者にその情報を正確に認識させることができる。

図３０は、上述した第１実施例の光源レンズ１８に関する第２実施例の光源レンズ６０を説明するための図であり、（ａ）は第２実施例の光源レンズ６０を示す側面図であり、（ｂ）は第２実施例の光源レンズ６０を示す平面図である。尚、上述したのと同一な部材には、同一の符号を付し、その説明は省略する。

第１実施例における光源レンズ１８は、各ＬＥＤ１７に対応する凸状の非球面形状からレンズ部１８ａをベース１８ｂ上に一体的に並べて配置して構成されているのに対し、この第２実施例の光源レンズ５０は、ＬＥＤ１７の各々を内包する砲弾型に形成された樹脂製レンズを各々別体に構成したものである。

このように、各ＬＥＤ１７を内包する光源レンズ５０を各々別体に構成することで、各々のＬＥＤ１７とそれに対応する各々の光学レンズ５０との位置が１対１で決められるので、相対的な位置精度を高めることができ、光の出射方向が揃うという効果がある。

これに対し、基板１６上にレンズアレイをまとめて位置合わせをすると、各々のＬＥＤ１７がダイボンディングされる際の位置決め誤差やレンズアレイと基板の線膨張係数の違いから、光の出射方向がバラバラになってしまう恐れがある。

従って、投影ＬＣＤ１９の面には、ＬＥＤ１７からの光の入射方向が投影ＬＣＤ１９の面に垂直にそろった光が照射され、投影光学系２０の絞りを均一に通過できる様になるため、投影画像の照度ムラを抑えることができ、結果的に高品質な画像を投影することができる。尚、光源レンズ５０に内包されているＬＥＤ１７はリードおよびリフレクタからなる電極５１を介して基板１６に実装されている。

また、この第２実施例における１群の光源レンズ５０の外周面には、各光源レンズ５０を束ねて所定の方向に規制する枠状の弾性を有する固定部材５２が配置されている。この固定部材５２は、ゴム、プラスチック等の樹脂製材料で構成されている。

第２実施例の光源レンズ５０は各ＬＥＤ１７に対して各々別体に構成されているので、各光源レンズ５０の凸状の先端部が形成する光軸の角度を正しく揃えて投影ＬＣＤ１９と対向するように設置することが困難である。

そこで、この固定部材５２によって１群の光源レンズ５０を取り囲み、各光源レンズ５０の外周面同士を接触させ、各光源レンズ５０の光軸が投影ＬＣＤ１９と正しい角度で対向するように各光源レンズ５０の位置を規制することで、各光源レンズ５０から投影ＬＣＤ１９に向けて光を略垂直に照射させることができる。よって、投影ＬＣＤ１９の面に垂直にそろった光が照射され、投影レンズの絞りを均一に通過できる様になるため、投影画像の照度ムラを抑えることができる。従って、一層、高品質な画像を投影することができる。

尚、この固定部材５２は、予め所定の大きさに規定された剛性を有するものであっても良く、弾性力を有する材料で構成してその弾性力によって各光源レンズ５０の位置を所定の位置に規制するようにしても良い。

図３１は、図３０で説明した光源レンズ５０を所定位置に規制する固定部材５２に関する第２実施例を説明するための図であり、（ａ）は光源レンズ５０を固定した状態を示す斜視図であり、（ｂ）はその部分的な断面図である。尚、上述したのと同一の部材には、同一の符号を付し、その説明は省略する。

この第２実施例の固定部材６０は、各光源レンズ５０の外周面に沿った断面を有する断面視円錐形状の貫通孔６０ａが穿設された板状に形成されている。各光源レンズ５０は、この各貫通孔６０ａに差し込まれて固定される。

また、この固定部材６０と基板１６との間には弾性を有する付勢プレート６１が介装されており、更に、この付勢プレート６１と各光源レンズ５０の下面との間には、電極５１を囲むように弾性を有する環状のＯリング６２が配置されている。

尚、光源レンズ５０に内包されるＬＥＤ１７は、付勢プレート６１、基板１６に穿設されたスルーホールを貫通する電極５１を介して基板１６に実装されている。

上述した固定部材６０によれば、各光源レンズ５０を、その光源レンズの外周面に沿った断面を有する各貫通孔６０ａに各々貫通させて固定するので、上述した固定部材５０よりも、一層確実に光源レンズ５０の光軸を正しい角度で投影ＬＣＤ１９に向くように固定することができる。

また、組立時に、Ｏリング６２の付勢力によってＬＥＤ１７を正しい位置に付勢して固定することができる。

また、本装置１を運搬する場合等に生ずる可能性のある衝撃力を、Ｏリング６２の弾性力によって吸収することができ、その衝撃の影響で光源レンズ５０の位置がずれてしまい、光源レンズ５０から垂直に投影ＬＣＤ１９に向けて光を照射できないという不都合を防止することができる。

上記実施例において、請求項１及び２記載の参照情報取得手段としては、図２４の手本トレース処理におけるＳ２４０２の処理が該当する。請求項１記載の参照情報投影手段としては、図２４の手本トレース処理におけるＳ２４０６及びＳ２４１９の投影処理が該当する。また、請求項１及び２記載の三次元情報生成手段としては、上述したＳ２４３１〜Ｓ２４３２の処理が該当し、平面画像補正手段としては、上述したＳ２４３３〜２４３４の処理が該当する。

また、請求項１及び２記載の比較結果情報取得手段としては、図２４の手本トレース処理におけるＳ２４１７の処理が該当し、比較結果投影手段としては、図２４の手本トレース処理におけるＳ２４１９の投影処理が該当する。

また、請求項４記載の補正手段としては、図２９の無歪投影用画像変換処理が該当する。

以上実施例に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものでなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

例えば、上記実施例では、平面化画像モードとして、平面化された画像を取得、表示する処理を説明したが、周知のＯＣＲ機能を搭載させ、平面化された平面画像をこのＯＣＲ機能によって読み取らせるように構成しても良い。かかる場合には、ＯＣＲ機能によって湾曲した状態の原稿を読み取る場合に比べて高精度に原稿に記載された文章を読み取ることができる。

また、上記実施例における図１５のＳ１５０１においては、明暗の変化を持つ輝度画像の全部を抽出し、その全部について暫定的なＣＣＤＹ値を求める場合について説明したが、抽出する輝度画像としては、全部である必要はなく、１枚以上であれば、その枚数に限定されることはない。抽出する枚数を減らすことで境界座標を高速に求めることができる。

また、上記実施例における図１５のＳ１５０７では、ｆＣＣＤＹ［ｉ］を加重平均し、図１６のＳ１６０７ではｅｆＣＣＤＹ［ｊ］を近似多項式として、各値を平均化する場合について説明したが、各値を平均化する方法としては、これらに限定されるものではなく、例えば、各値の単純平均値を採る方法、各値の中央値を採用する方法、各値の近似式を算出し、その近似式における検出位置を境界座標とする方法、統計的な演算により求める方法等であっても良い。

また、例えば、上記実施例における平面化画像モードにおける３次元形状検出処理においては、原稿Ｐの３次元形状を検出するために、複数種類の明暗を交互に並べてなる縞状のパターン光を投影する場合について説明したが、３次元形状を検出するための光は、かかるパターン光に限定されるものではない。

例えば、図３２に示すように、湾曲原稿の３次元形状の検出を簡便に行う場合には、画像投影部１３から２本の帯状のスリット光７０，７１を投影するようにしても良い。この場合には、８枚のパターン光を投影する場合にくらべ、僅か２枚の撮像画像から高速に３次元形状の検出をすることができる。

また、図２４を参照して説明した手本トレース処理のＳ２４１９の処理において、１つの作業の参照情報が複数の工程の参照情報から構成されていれば、各工程に対して得られた比較結果情報画像と、その工程に対応する参照情報画像とを動画により順次連続投影するように構成してもよい。例えば、書道における書の作成を１つの作業とする場合において、参照情報が、その書における書順毎の手本情報であるとすれば、上述した手本トレースモードの第１の例において、書Ｍ１に対する比較結果情報を、書Ｍ１の書順に従って分割し、対応する書順の手本情報画像と共に、動画として順次連続投影するように構成してもよい。その結果として、使用者の作業と参照情報との類似点や差違をより明確に認識することができる。

画像入出力装置の外観斜視図である。 撮像ヘッドの内部構成を示す図である。 （ａ）は画像投影部の拡大図であり、（ｂ）は光源レンズの平面図であり、（ｃ）は投影ＬＣＤ１９の正面図である。 ＬＥＤアレイの配列に関する説明をするための図である。 画像入出力装置の電気的なブロック図である。 メイン処理のフローチャートである。 デジカメ処理のフローチャートである。 ｗｅｂｃａｍ処理のフローチャートである。 投影処理のフローチャートである。 立体画像処理のフローチャートである。 （ａ）は、空間コード法の原理を説明するための図であり、（ｂ）は（ａ）とは異なるマスクパターン（グレイコード）を示す図である。 （ａ）は３次元形状検出処理のフローチャートである。（ｂ）は撮像処理のフローチャートである。（ｃ）は３次元計測処理のフローチャートである。 コード境界座標検出処理の概略を説明するための図である。 コード境界座標検出処理のフローチャートである。 コード境界座標をサブピクセル精度で求める処理のフローチャートである。 ＰａｔＩＤ［ｉ］のマスクパターン番号を持つ輝度画像について、境界のＣＣＤＹ値を求める処理のフローチャートである。 レンズ収差補正処理を説明するための図である。 ＣＣＤ空間における座標から３次元空間における３次元座標を算出する方法を説明するための図である。 平面化画像処理のフローチャートである。 原稿姿勢演算処理を説明するための図である。 平面変換処理のフローチャートである。 （ａ）は、湾曲計算処理についての大略を説明するための図であり、（ｂ）は平面変換処理によって平面化された平面化画像を示す図である。 手本トレースモードにおける第１の例を説明するための図である。 手本トレース処理のフローチャートである。 手本トレース処理において比較結果情報画像が投影された状態を説明する図である。 手本トレースモードにおける第２の例を説明する図である。 手本トレースモードにおける第３の例を説明する図であり、箱状体に蓋をし、その蓋をネジ止めする作業に対して手本トレースモードを実行している状態を示す図であり、（ａ）は、作業前に参照情報画像が投影されている図であり、（ｂ）は、作業後に比較結果情報画像が投影されている図である。 手本トレースモードの第１の例において、アーム部材を屈曲させることにより、画像入出力装置が、被写体を左前方から撮像している状態を示す図である。 無歪投影用画像変換処理のフローチャートである。 （ａ）は第２実施例の光源レンズ６０を示す側面図であり、（ｂ）は第２実施例の光源レンズ６０を示す平面図である。 （ａ）は、光源レンズ５０を固定した状態を示す斜視図であり、（ｂ）はその部分的な断面図である。 被写体に投影するパターン光としての他の例を示す図である。

３ アーム部材（可動手段）
１３ 画像投影部（投影部）
１４ 画像撮像部（撮像部）
１７ ＬＥＤ（光源手段）
１９ 投影ＬＣＤ（空間変調手段）
２０ 投影光学系
２１ 撮像光学系（撮像手段の一部）
２２ ＣＣＤ（撮像手段の一部）

Claims (11)

1. 光を出射する光源手段と、
   その光源手段から出射される光に空間変調を施して画像信号光を出力する空間変調手段と、
   その空間変調手段により出力される画像信号光を投影方向に向けて投影する投影光学系と、
   前記投影方向を含む空間上に存在する被写体を撮像し、その撮像データを取得する撮像手段と、
   その撮像手段により撮像されるべき被写体に関する参照情報を取得する参照情報取得手段と、
   その参照情報取得手段により取得された参照情報に基づく画像信号光を、前記空間変調手段により出力し、その出力された画像信号光を前記投影光学系により前記被写体又は前記投影方向上の画像投影可能な面に投影する参照情報投影手段と、
   所定のパターン形状を有した画像信号光が前記投影光学系により前記被写体又は前記投影方向上の画像投影可能な面に投影された場合に、前記撮像手段により撮像された撮像データに基づいて、前記被写体又は前記投影方向上の画像投影可能な面の三次元情報を生成する三次元情報生成手段と、
   その三次元情報生成手段により生成される前記被写体又は前記投影方向上の画像投影可能な面の三次元情報に基づいて、前記撮像手段により取得された前記被写体の撮像データを、該被写体の撮像面が平面化された撮像データになるように補正する平面画像補正手段と、
   前記参照情報取得手段により取得された参照情報と、前記平面画像補正手段により補正された撮像データとを比較し、その比較結果を比較結果情報として取得する比較結果情報取得手段と、
   その比較結果情報取得手段により取得された比較結果情報に基づく画像信号光を、前記空間変調手段より出力し、その出力された画像信号光を前記投影光学系により前記被写体又は前記投影方向上の画像投影可能な面に投影する比較結果情報投影手段とを備えていることを特徴とする画像入出力装置。
2. 光を出射する光源手段と、
   その光源手段から出射される光に空間変調を施して画像信号光を出力する空間変調手段と、
   その空間変調手段により出力される画像信号光を投影面に向けて投影する投影光学系と、
   前記投影方向を含む空間に存在する被写体を撮像し、その撮像データを取得する撮像手段と、
   その撮像手段により撮像されるべき被写体に関する参照情報を取得する参照情報取得手段と、
   所定のパターン形状を有した画像信号光が前記投影光学系により前記被写体又は前記投影方向上の画像投影可能な面に投影された場合に、前記撮像手段により撮像された撮像データに基づいて、前記被写体又は前記投影方向上の画像投影可能な面の三次元情報を生成する三次元情報生成手段と、
   その三次元情報生成手段により生成される前記被写体又は前記投影方向上の画像投影可能な面の三次元情報に基づいて、前記撮像手段により取得された前記被写体の撮像データを、該被写体の撮像面が平面化された撮像データになるように補正する平面画像補正手段と、
   前記参照情報取得手段により取得された参照情報と、前記平面画像補正手段により補正された撮像データとを比較し、その比較結果を比較結果情報として取得する比較結果情報取得手段と、
   その比較結果情報取得手段により取得された比較結果情報に基づく画像信号光を、前記空間変調手段より出力し、その出力された画像信号光を前記投影光学系により前記被写体又は前記投影方向上の画像投影可能な面に投影する比較結果情報投影手段とを備えていることを特徴とする画像入出力装置。
3. 前記被写体又は前記投影方向上の画像投影可能な面に対して無歪な画像となるように、投影対象とする画像を、前記三次元情報生成手段により生成された三次元情報に基づいて補正する補正手段を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像入出力装置。
4. 前記参照情報は、前記被写体に対する手本情報であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の画像入出力装置。
5. 前記参照情報は、１以上の工程からなる作業の工程の手本情報であり、
   前記比較結果情報取得手段は、前記撮像手段により前記作業における少なくとも１の工程に対する前記被写体の撮像データが取得された後に、その撮像データとその工程に対応する前記手本情報とを比較して、比較結果情報を取得するものであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の画像入出力装置。
6. 前記参照情報取得手段により取得された参照情報に基づく画像信号光を、前記空間変調手段により出力し、その出力された画像信号光を前記投影光学系により前記被写体又は前記投影方向上の画像投影可能な面に投影する参照情報投影手段を備え、
   その参照情報投影手段は、前記比較結果情報投影手段により前記被写体に投影される前記１の工程に対する比較結果情報を投影する場合に、対応する工程の手本情報を前記参照情報として前記被写体又は前記投影方向上の画像投影可能な面に投影することを特徴とする請求項５記載の画像入出力装置。
7. 前記比較結果情報は、前記参照情報に対する前記被写体の修正情報であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の画像入出力装置。
8. 前記比較結果情報は、前記参照情報に対する前記被写体の評価情報であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の画像入出力装置。
9. 前記光源手段と前記空間変調手段と前記投影光学系とを有する投影部と、前記撮像手段を有し、前記投影部と一体に設けられている撮像部とを、前記被写体に応じて移動可能な可動手段を備えていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の画像入出力装置。
10. 前記可動手段は、前記投影光学系による前記被写体への前記画像信号光の投影及び前記撮像手段による前記被写体の撮像が、前記被写体に作業を施す方向に対して上面視において対向する側から行われ得るように、前記投影部及び前記撮像部を移動可能であることを特徴とする請求項９記載の画像入出力装置。
11. 前記可動手段は、前記投影光学系による前記被写体への前記画像信号光の投影及び前記撮像手段による前記被写体の撮像が、前記被写体に作業を施す作業者に対して左前方から行われ得るように、前記投影部及び前記撮像部を移動可能であることを特徴とする請求項９記載の画像入力装置。
    

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