JP6112769B2 - 情報処理装置、情報処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、三次元形状計測技術に関するものである。

対象物体の三次元形状を計測する三次元形状計測装置は、産業分野における工場での部品検査、医学的な分野における生体の形状計測等、各分野において広く用いられている。特に非接触による計測方法は、対象物体が装置の接触によって変形、破損する恐れのある場合に有効である。

三次元形状計測方法としては種々の手法が提案されている。大まかに分類すると、投影装置を用いずに撮影装置だけで形状計測を行うパッシブ型と、投影装置と撮影装置とを組み合わせて用いるアクティブ型と、がある。アクティブ型はパッシブ型に比べ、計測対象に対するロバスト性が高く、高精度な距離計測が可能である。またアクティブ型では、計測対象の表面テクスチャ情報が少ない場合でも投影されたパターンを手がかりにして形状計測を行うことができる。アクティブ型の代表例として、投影パターンの位置に基づく手法、位相情報変化に基づく手法、投影パターンのデフォーカス情報に基づく手法などがある。

このうち、動的シーンに対応した計測において、複数スリットパターンを投影した光切断法が知られている。複数スリットパターンを投影した光切断法は一般的に全て同一形状のスリットパターンを投影する。そのため、測定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を一意に対応付ける事は困難である。

そこで、特許文献１に開示されている手法では、計測対象に対して、スリットの幅の周期的な変化によって符号化された複数のスリットを投影する。撮像されたスリットから符号を抽出し、投影されたスリットの符号と比較する。そしてこの比較結果に基づいて、撮像されたスリットと投影されたスリットを対応付ける。そして、対応付けられた結果に基づいて三角測量の原理で三次元計測を行う。

特表２００９−５１７６３４号公報

しかし上記の構成では、隣接するスリット同士の間隔が密のとき、スリット上に設けられた符号の配置や投影装置の光学系によるボケなどの要因で隣接したスリット同士が重なり合うことによって、計測精度が低下してしまうという問題があった。

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものであり、構造化スリットパターンを用いた三次元形状計測の精度を向上させるための技術を提供することを目的とする。

本発明の目的を達成するために、例えば、本発明の情報処理装置は、情報処理装置であって、
対象物体までの距離を計測するための計測パターンと、該計測パターンを識別するための符号パターンと、を含む投影パターンを該対象物体に投影する投影手段と、
前記投影パターンが投影された前記対象物体を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された撮像画像における前記計測パターンと前記符号パターンとの輝度値の関係に基づいて、前記投影パターンより後に前記対象物体に対して投影する第２の投影パターンを決定する決定手段と、
前記決定手段により決定された第２の投影パターンが投影された前記対象物体を撮像した第２の撮像画像中の前記符号パターンを読み取り、該読み取られた符号パターンに基づいて、前記第２の撮像画像中の計測パターンを識別する識別手段と、
前記識別された計測パターンを用いて、前記投影手段または前記撮像手段から前記対象物体までの距離を取得する取得手段と
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、構造化スリットパターンを用いた三次元形状計測の精度を向上させることができる。

三次元形状測定装置の構成例を示すブロック図。 ２次元配列の構成例を示す図。 計測パターン及び符号パターンを説明する図。 符号列の生成方法を説明する図。 三角測量法による距離計測の原理を説明する図。 情報処理装置３が行う処理のフローチャート。 あるラインにおける区間内の輝度分布を示す図。 情報処理装置３が行う処理のフローチャート。 三次元形状測定装置の構成例を示すブロック図。 情報処理装置３が行う処理のフローチャート。 ステップＳ１００６における処理の一例を示す図。 情報処理装置３が行う処理のフローチャート。

以下、添付図面を参照し、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下説明する実施形態は、本発明を具体的に実施した場合の一例を示すもので、特許請求の範囲に記載の構成の具体的な実施例の１つである。

［第１の実施形態］
先ず、本実施形態に係る三次元形状測定装置の構成例について、図１のブロック図を用いて説明する。三次元形状測定装置は、投影パターン画像を対象物体４に対して投影する投影部１、投影パターン画像が投影された対象物体４の撮像画像を撮像する撮像部２、投影部１及び撮像部２の動作制御や対象物体４の三次元形状の計算（測定）を行う情報処理装置３、を有する。

先ず、投影部１について説明する。光源１１は、ハロゲンランプ、ＬＥＤなど各種の発光素子である。照明光学系１２は、光源１１から照射された光を表示素子１３へと導く機能を有する光学系である。表示素子１３は、照明光学系１２から導かれた光をさらに投影光学系１４に導く際に、透過率、または、反射率を空間的に制御する機能を有する。投影光学系１４は、表示素子１３から導かれた光を対象物体４の特定位置に結像させるように構成された光学系である。

次に、撮像部２について説明する。撮影レンズ２１は、対象物体４の特定位置を撮影素子２２上に結像させるように構成された光学系である。撮影素子２２は、ＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤセンサなど各種の光電変換素子である。また、撮像部２の位置・姿勢は、撮影素子２２上の画像座標系におけるｙ軸と、投影部１、撮像部２の２つの光軸中心位置がなす直線とが平行になるように調整されている。

次に、情報処理装置３について説明する。投影符号列生成部３１は、図２に例示するような、整数値を要素とする２次元配列（符号列）を生成する。詳しくは後述するが、対象物体４に対して投影する投影パターン画像（投影画像）は、計測パターンと、計測パターンの対応付けを行うための符号パターンから、構成されている。符号列は、投影画像中の各位置における符号パターンから構成されている。符号列は、投影画像中の各位置における符号パターンの位置を符号として表したものである。図２の符号列は、符号「３」に対応するパターン、符号「３」に対応するパターン、符号「１」に対応するパターン、…が、投影画像の最上ラインの左端から順に並んでいることを表している。この符号列の生成方法については後述する。そして投影符号列生成部３１は、生成した符号列を投影パターン画像生成部３３に送出する。

投影パターン輝度決定部３２は、パラメータ記憶部３７に格納されている投影パターン画像を読み出し、そして投影パターン画像を投影パターン画像生成部３３に送出する。更に、投影パターン輝度決定部３２は、パラメータ記憶部３７に格納されている投影パターン画像の輝度調整も必要に応じて行う。この輝度調整については後述する。

投影パターン画像生成部３３は、投影符号列生成部３１から受けた符号列の各符号を、該符号に対応するパターンに置き換えたものを、投影パターン画像として生成する。例えば、図３（ａ）のようなエピポーラ線と計測パターンで区切られた領域を３つの領域に分け、それぞれの領域を３値の符号に割り当てる。たとえば、左にあれば符号「１」、中央にあれば符号「２」、右にあれば符号「３」と対応づける。

そして図３（ｂ）に示す如く、符号列が示す最上ラインの符号が左端から順に「２」、「１」となっている場合、図３（ｂ）の右側に示す如く、投影画像の最上ラインの左端から順に、符号「２」、符号「１」に対応するように符号パターンを割りあてる。このように、２ライン目以降の各ラインについても同様にして各符号に対応する符号パターンを割り当てることで、符号列に応じて画像を生成することができる。

なお、符号パターンの形状は四角に限るものではなく、円形や三角などでもよい。また、領域の割り当てによって符号と対応付けるのではなく、パターンの形状や方向性そのものを対応付けてもよい。

そして投影パターン画像生成部３３は、このようにして生成した投影画像を、ＤＶＩ（Digital Visual Interface）のような汎用的なディスプレイ用インタフェースを介して投影部１に出力する。

撮影画像取得部３４は、撮像部２で標本化ならびに量子化されたデジタル画像信号としての撮像画像を取り込み、該取り込んだ撮像画像をパラメータ記憶部３７に格納する。また、撮影画像取得部３４は、ＲＳ２３２ＣやＩＥＥＥ４８８などの汎用の通信インタフェースを介して撮像部２の動作（撮影のタイミングなど）を制御する。

撮影符号列識別部３５は、撮影画像取得部３４が取り込んだ撮像画像から、対象物体４上に投影されている符号パターンを抽出し、エピポーラ線と計測パターンとで区切られた領域の配置関係から、対応した符号パターンの符号を撮影符号列として取得する。

三次元距離計算部３６は、符号列の中で唯一決定づける特徴を示す部分符号列から、投影画像と撮像画像の計測パターン同士の対応付けを行う。さらに、この対応付け結果を用いて、三角測量の原理で撮像部２と投影画像が投影された対象物体４との間の距離を示す距離情報、すなわち対象物体４の形状を計算する。三角測量での形状計測の計算方法については後述する。

パラメータ記憶部３７は、三次元的な距離を算出するのに必要なパラメータや、距離情報を記憶する。パラメータとしては、投影部１および撮像部２の各機器パラメータ、投影部１および撮像部２の内部パラメータ、投影部１および撮像部２の外部パラメータがある。機器パラメータは、表示素子１３の画素数、撮影素子２２の画素数などである。投影部１および撮像部２の内部パラメータは、焦点距離、画像中心、ディストーションによる画像歪みの係数などである。投影部１および撮像部２の外部パラメータは、投影部１と撮像部２との相対位置関係を表す並進行列と回転行列である。

次に、投影符号列生成部３１が符号列を生成する方法について説明する。符号列は、図２に示す如く、ｕ、ｖ各方向に符号が並んでいる２次元配列であり、以下に述べる規則を用いて符号化されている。本実施形態では、ｕ方向、ｖ方向で１つずつ、計縦横２方向で２つのｄｅ Ｂｒｕｉｊｎ系列を選択する。

ｄｅ Ｂｒｕｉｊｎ系列とは、周期ｌの数列であって、連続するｍ個を見ると周期の中でどのパターンも一つのみ表れるものである。ｄｅ Ｂｒｕｉｊｎ系列の選択は、投影画像として使用できるシンボルの数をｋとし、サンプリング形状を囲む矩形の大きさをｍ×（ｎ＋１）とすると、ｕ方向のｄｅ Ｂｒｕｉｊｎ系列はｌ_ｕ＝ｋ^ｍのものを、ｖ方向はｌ_ｖ＝ｋ^ｎのものをそれぞれ選択する。本実施形態では、シンボル数＝３であるため、ｋ＝３である。また、部分符号列の形状は、全て大きさ３×３の矩形で囲まれるため、ｍ＝３、ｎ＝２となる。本実施形態のｕ方向で用いるｋ＝３、ｍ＝３（系列長３^３＝２７）のｄｅ Ｂｒｕｉｊｎ系列は、以下に示す数列となる。

同様に、本実施形態のｖ方向で用いるｋ＝３、ｎ＝２（系列長３^２＝９）のｄｅ Ｂｒｕｉｊｎ系列を以下に示す。

次に、上記２つのｄｅ Ｂｒｕｉｊｎ系列を用いた符号列の生成方法について説明する。生成される符号列ｆ_ｉｊは、式（３）のように最初にｕ方向ｉ＝１行目として、ｕ方向のｄｅ Ｂｒｕｉｊｎ系列をそのまま符号列として使用する。

ｕ方向２行目以降は、以下に示すような式（４）で表わされる。

１つ前の行に対して、ｕ方向のｄｅ Ｂｒｕｉｊｎ系列を加算した結果を符号列とする。ここで、加算結果は１〜ｋで表されるｋ進数で表し、繰り上がりは無視する。以上のように、全てのｕ方向のｄｅ Ｂｒｕｉｊｎ系列を１列ずつ加算して符号列を求めていくことにより、図２に示すようなｕ、ｖ各方向２次元の符号列を生成することが出来る。

以上の方法で生成した符号列は図４に示す如く、符号列内のｍ×ｎの大きさの任意の位置の矩形で囲まれる領域内で、ある行とある列とを固定した式（５）のような順序でサンプリングしたｍ、ｎの長さの部分符号列は符号列中で一つしか存在しない。ｉおよびｊは、符号サンプリングの座標を示す。

ただし、式（５）は、図４に示すようなサンプリング形状が十字状であるときの順序であることを前提とする。サンプリングする長さに応じ、サンプリング形状を変更し、任意の順序でサンプリングしても良い。また、本実施形態ではＤｅ Ｂｒｕｉｊｎ系列を用いたが、符号列は、Ｍ系列など、任意で選択した部分符号列がほかの部分符号列に対して一意に決まる疑似ランダム系列を用いてもよい。

次に、三次元距離計算部３６で行う三角測量法による距離計測の原理について、図５を用いて説明する。撮像部２の光学中心をＣｃ、画像平面をＩｃ、焦点距離をｆｃ、画像中心ｃｃのピクセル座標を（ｕｃｏ、ｖｃｏ）、撮影素子２２の画素サイズをＰｓｃとすると、撮像部２の内部行列Ａｃは以下の式（６）のように記述される。

また、投影部１の光学中心をＣｐ、画像平面をＩｐ、焦点距離をｆｐ、画像中心ｃｐのピクセル座標を（ｕｐｏ、ｖｐｏ）、表示素子１３の画素サイズをＰｓｐとすると、投影部１の内部行列Ａｐは以下の式（７）のように記述される。

なお、撮像部２の内部行列Ａｃと投影部１の内部行列Ａｐとは、公知の技術である内部パラメータのキャリブレーション方法を用いることで算出される。

撮像部２のカメラ座標系ＸＹＺと投影部１のカメラ座標系ＸｐＹｐＺｐ間の相対位置関係を表す外部パラメータは、回転行列Ｒと並進行列Ｔである。回転行列Ｒは３×３の行列であり、並進行列Ｔは３×１の行列である。このＲとＴとは公知の技術である外部パラメータのキャリブレーション方法を用いることで算出される。

撮像部２のカメラ座標系を原点とする３次元空間中の点Ｍの座標を（Ｘ、Ｙ、Ｚ）とし、点Ｍを撮像部２の画像平面Ｉｃに射影した点ｍｃのピクセル座標を（ｕｃ、ｖｃ）とすると、その対応関係は以下の式（８）で記述される。

この式においてｓはスカラーである。また、同一点Ｍを投影部１の画像平面Ｉｐに射影した点ｍｐのピクセル座標を（ｕｐ、ｖｐ）とする。その対応関係は以下の式（９）で記述される。

この式においてｓ’はスカラーである。上記の式（８）、式（９）を展開すると、以下の式（１０）で示す４つの連立方程式ができる。

点ｍｃのピクセル座標（ｕｃ、ｖｃ）と点ｍｐのピクセル座標（ｕｐ、ｖｐ）とは、空間符号化法などのパターン投影法を用いることで求められる。また、Ｃｉｊ（ｉ＝１〜３、ｊ＝１〜３）、Ｐｉｊ（ｉ＝１〜３、ｊ＝１〜３）は、内部行列と外部パラメータから算出されるため、予めキャリブレーションにより求められている。式（９）において点Ｍの座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）のみが未知数であり、連立方程式を解くことでこれを求めることができる。なお、求める未知数である点Ｍの座標値は（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の３つであるため、投影部１のピクセル座標値（ｕｐ、ｖｐ）のいずれか一方を求めれば、点Ｍの座標値を算出することができる。

次に、情報処理装置３が行う処理について、同処理のフローチャートを示す図６を用いて説明する。なお、各ステップのうちいくつかのステップについてはすでに上述しているので、このようなステップについては簡単に説明する。

ステップＳ６０１では、投影パターン輝度決定部３２、投影符号列生成部３１、投影パターン画像生成部３３は、上記の処理を行うことで投影画像を生成する。そして投影パターン画像生成部３３は、この生成した投影画像を投影部１に対して送出する。これにより投影部１は、この投影画像を対象物体４に対して投影することになる。

ステップＳ６０２では、撮影画像取得部３４は、投影画像が投影された対象物体４の撮像画像を撮像部２から取得し、該取得した撮像画像をパラメータ記憶部３７に格納する。

ステップＳ６０３では、投影パターン輝度決定部３２は先ず、ステップＳ６０２でパラメータ記憶部３７に格納された撮像画像を読み出す。そして投影パターン輝度決定部３２は、読み出した撮像画像をライン（例えば、計測パターンの短手方向のライン）ごとにスキャンし、該ラインの一端から他端までの各画素の輝度値を並べた輝度分布を収集する。

あるラインにおける区間内の輝度分布を図７に示す。図７において横軸は、あるラインにおける区間内における各画素位置を示しており、縦軸は、各画素位置における画素の輝度値を表している。ライン内における輝度分布は、図７に示す如く、計測パターンや符号パターンを構成する画素の画素位置に近いほど高い輝度値となっている。

そして更に、投影パターン輝度決定部３２は、各ラインの輝度分布について、Ｃ１，Ｃ２を取得する（第１の演算、第２の演算）。Ｃ１は、輝度分布において最大の輝度値と最小の輝度値との差を表す。Ｃ２は、輝度分布において極大輝度値を有する画素にはさまれている画素群ごとに、該画素群の輝度値のうち最小の輝度値を特定し、該特定したそれぞれの最小輝度値のうち更に最小の輝度値を特定することで得られるものである。そして投影パターン輝度決定部３２は、ラインごとに、該ラインについて取得した差Ｃ１及び輝度値Ｃ２の比（Ｃ１／Ｃ２）を計算する。

そして、比（Ｃ１／Ｃ２）が規定値以内となるラインの本数が規定ライン数以上であれば、処理はステップＳ６０４を介してステップＳ６０５に進む。一方、比（Ｃ１／Ｃ２）が規定値よりも大きいラインの本数が規定ライン数以上であれば、処理はステップＳ６０４を介してステップＳ６０６に進む。なお、ステップＳ６０４における条件分岐のための条件には様々なものが考え得る。例えば、全てのラインについて比（Ｃ１／Ｃ２）が規定値以内であれば、処理はステップＳ６０５に進み、１ラインでも比（Ｃ１／Ｃ２）が規定値よりも大きければ、処理はステップＳ６０６に進むようにしても良い。

ステップＳ６０５では、三次元距離計算部３６は、ステップＳ６０２でパラメータ記憶部３７に格納された撮像画像と、対象物体４に投影した投影画像と、の対応付けを行い、三角測量の原理を用いて対象物体４の三次元形状の計算（測定）を行う。

ステップＳ６０６では、投影パターン輝度決定部３２は、パラメータ記憶部３７に格納されている投影パターン画像（投影画像の生成に使用した投影パターン）について、次のような変更処理を行う。即ち、撮像画像中の計測パターンの輝度値が撮像画像中の符号パターンの輝度値よりも相対的に大きくなるように、パラメータ記憶部３７に保持されている投影パターン画像中の計測パターン及び／又は符号パターンを調整する。

この調整では、計測パターンの輝度値のみを上げる変更処理、符号パターンの輝度値のみを下げる変更処理、計測パターンの輝度値のみを上げ且つ符号パターンの輝度値のみを下げる変更処理、の何れかを行う。例えば、上記のＣ１とＣ２とをなるべく同じ値に近づけるように上記調整を行うようにしても良い。また、この調整は、全ての計測／符号パターンについて同様に行っても良いし、計測／符号パターンごとに異なる方法で行っても良い。

そして処理はステップＳ６０１に戻り、ステップＳ６０１では、投影パターン輝度決定部３２、投影符号列生成部３１、投影パターン画像生成部３３は、このように輝度が変更された計測／符号パターンを用いて投影画像を完成させる。そしてステップＳ６０２では、撮影画像取得部３４は、このように輝度が変更された計測／符号パターンから成る投影画像が投影された対象物体４の撮像画像を撮像部２から取得し、該取得した撮像画像をパラメータ記憶部３７に格納する。そして以降は上記のようにして処理が進む。

なお、本実施形態では、投影パターン画像は、図３に示すように計測パターンと符号パターンの二種類の方向性を持つ線パターンで構成されているが、二種類以上の方向性を持つ線パターンから構成してもよい。この場合は、それぞれの方向性に応じたＳｏｂｅｌフィルタを使用してフィルタ処理を行い、同一の方向性をもつ線パターンのみを抽出すればよい。これにより、被写体の歪みをより詳細に計測することができる。

また、ステップＳ６０４における条件分岐のための条件では比（Ｃ１／Ｃ２）を用いたが、Ｃ１とＣ２との差を表すものであれば良く、例えば、Ｓｏｂｅｌフィルタを使用してフィルタ処理を行ったときのパターン位置の曖昧性を示す式（１１）を用いてもよい。

ここで、ｎは撮像素子にのる暗電流ノイズ、ショットノイズ、読み出しノイズ、被写体のテクスチャノイズ等、ノイズの総和を示している。これを所定の目標精度内に収めるように、計測パターンの輝度を向上させてもよい。あるいは符号パターンに対しても適応ができる。符号の割り当てのときに領域範囲に対してＰが小さくなるように符号パターンの輝度を低下させて、式（１１）を用いて判別してもよい。

本実施形態のように、撮像画像に基づいて、計測パターンと符号パターンの相対的な輝度を変化させることにより、計測パターン位置のオフセットが低減し、計測線のコントラストが相対的に向上するので、計測精度を向上させることができる。

［第２の実施形態］
本実施形態では、投影パターン輝度決定部３２が輝度を変更する為の条件が第１の実施形態と異なる。以下では、第１の実施形態との差分についてのみ説明し、以下に説明する点以外については第１の実施形態と同様である。

本実施形態に係る情報処理装置３が行う処理について、同処理のフローチャートを示す図８を用いて説明する。なお、図８において、図６と同様のステップには同じステップ番号を付しており、このステップに係る説明は、省略する。

ステップＳ８０３では、三次元距離計算部３６は、ステップＳ６０２でパラメータ記憶部３７に格納された撮像画像と、対象物体４に投影した投影画像と、の対応付けを行い、三角測量の原理を用いて対象物体４の三次元形状の計算（測定）を行う。

ステップＳ８０４では、投影パターン輝度決定部３２は、ステップＳ８０３における三次元計測処理で得た計測点の連続面の面積が規定値以上か否かを判断する。この判断の結果、該面積が規定値以上であれば、図８のフローチャートに従った処理は終了し、該面積が規定値未満であれば、処理はステップＳ８０５に進む。

ステップＳ８０５で投影パターン輝度決定部３２は、計測パターンのボケの影響を低減し、測定点数をなるべく増やすべく、計測パターンの輝度値を増加させる及び／又は符号パターンの輝度値を減少させる処理を行う。この処理は、第１の実施形態と同様である。

本実施形態のように、距離情報に基づいて、計測パターンと符号パターンの相対的な輝度を変化させることにより、計測パターン位置のオフセットが低減し、計測線のコントラストが相対的に向上することにより、計測精度を向上させることができる。

［第３の実施形態］
先ず、本実施形態に係る三次元形状測定装置の構成例について、図９のブロック図を用いて説明する。図９において、図１と同じ構成要素には同じ参照番号を付しており、該構成要素に係る説明は省略する。

図９に示した構成は、図１の投影パターン輝度決定部３２を投影パターン形状決定部３８に置き換えたものとなる。投影パターン形状決定部３８は、投影パターン輝度決定部３２と同様にしてパラメータ記憶部３７に格納されている各計測／符号パターンを投影パターン画像生成部３３に送出する。更に投影パターン形状決定部３８は、撮像画像内の計測パターンの輝度に基づき、投影部１に出力する計測パターン、符号パターンの両者が互いに影響しないように適応的にパターンの形状を変更する。

本実施形態に係る情報処理装置３が行う処理について、同処理のフローチャートを示す図１０を用いて説明する。なお、図１０において、図６と同様のステップには同じステップ番号を付しており、このステップに係る説明は、省略する。なお、本実施形態では、ステップＳ６０３では、投影パターン形状決定部３８が処理の主体となっている以外は第１の実施形態と同様である。

そして、規定ライン数以上のラインの比（Ｃ１／Ｃ２）が規定値以内であれば、処理はステップＳ６０４を介してステップＳ６０５に進む。一方、規定ライン数以上のラインの比（Ｃ１／Ｃ２）が規定値よりも大きい場合は、処理はステップＳ６０４を介してステップＳ１００６に進む。

ステップＳ１００６では、投影パターン形状決定部３８は、パラメータ記憶部３７に格納されている投影パターン画像（投影画像の生成に使用した投影パターン画像）中の符号パターンの形状の変更（サイズの変更も含む）や、計測パターンの変更を行う。例えば、上記のＣ１とＣ２とをなるべく同じ値に近づけるように、符号パターンの形状の変更（サイズの変更も含む）や、計測パターンの変更を行うようにしても良い。また、この変更処理は、全ての符号パターンについて同様に行っても良いし、符号パターンごとに異なる方法で行っても良い。

例えば、図１１（ａ）に示した方法では、計測パターンと符号パターンがボケによって重畳しないように符号パターンの長手方向のサイズを小さくしている。また、図１１（ｂ）に示した方法では、撮像画像内の符号パターンの輝度の低下を抑えるために、符号パターンの長手方向のサイズ及び短手方向のサイズの長短関係を逆にしている。また、図１１（ｃ）に示した方法では、計測パターン間の間隔を長くしている。

本実施形態のように、撮像画像に基づいてパターンの形状を変更することで、計測パターン位置のオフセットが低減し、計測線のコントラストが相対的に向上するので、計測精度を向上させることができる。

［第４の実施形態］
本実施形態では、投影パターン形状決定部３８による変更の条件が第３の実施形態と異なる。以下では、第３の実施形態との差分についてのみ説明し、以下に説明する点以外については第３の実施形態と同様である。

本実施形態に係る情報処理装置３が行う処理について、同処理のフローチャートを示す図１２を用いて説明する。なお、図１２において、図６，８と同様のステップには同じステップ番号を付しており、このステップに係る説明は、省略する。なお、本実施形態では、ステップＳ８０４では、投影パターン形状決定部３８が処理の主体となっている以外は第２の実施形態と同様である。

ステップＳ１２０５で投影パターン形状決定部３８は、計測パターンのボケの影響を低減し、測定点数をなるべく増やすべく、投影パターン中の符号パターンの形状の変更（サイズの変更も含む）や、計測パターンの変更を行う。この処理は、第３の実施形態と同様である。

本実施形態のように、距離情報に基づいてパターンの形状を変更し、計測パターン位置のオフセットが低減し、計測線のコントラストが相対的に向上することにより、計測精度を向上させることができる。

なお、第１〜４の実施形態では様々な実施形態について説明したが、何れも、下記の構成の一例に過ぎず、下記の構成に基づいていれば、他の実施形態についても本発明の範疇である。

即ち、対象物体の形状を計測するための計測パターンを一意に決定づけるための符号パターンを生成する（投影符号生成）。そして、計測パターンと符号パターンとからなる投影パターン画像を生成（投影パターン画像生成）して投影し、該投影パターン画像が投影された対象物体を投影方向と異なる方向から撮影する。そして、撮影された撮影画像から符号パターンを読み取り、計測パターンを識別する（撮影符号識別）。そして、投影パターン画像中の符号パターンと、撮像された撮影画像中の符号パターンとの対応付けを行い、該対応付けされた計測パターンを用いて、三角測量の原理により、対象物体の形状を計算する（三次元距離計算）。そして、事前情報に基づいて、計測パターン及び／または符号パターンを適応的に変える（パターン決定手段）。なお、この事前情報は、過去に計測した結果を元にした情報である。

［第５の実施形態］
情報処理装置３を構成する各部はソフトウェアで構成しても良いが、パラメータ記憶部３７以外の各部はソフトウェア（コンピュータプログラム）で構成しても良い。この場合、情報処理装置３が有するＣＰＵ等のプロセッサがこのコンピュータプログラムを実行することで、このコンピュータプログラムに対応する各部の機能が実現される。

（その他の実施例）
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。

Claims (13)

1. 情報処理装置であって、
   対象物体までの距離を計測するための計測パターンと、該計測パターンを識別するための符号パターンと、を含む投影パターンを該対象物体に投影する投影手段と、
   前記投影パターンが投影された前記対象物体を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段により撮像された撮像画像における前記計測パターンと前記符号パターンとの輝度値の関係に基づいて、前記投影パターンより後に前記対象物体に対して投影する第２の投影パターンを決定する決定手段と、
   前記決定手段により決定された第２の投影パターンが投影された前記対象物体を撮像した第２の撮像画像中の前記符号パターンを読み取り、該読み取られた符号パターンに基づいて、前記第２の撮像画像中の計測パターンを識別する識別手段と、
   前記識別された計測パターンを用いて、前記投影手段または前記撮像手段から前記対象物体までの距離を取得する取得手段と
   を備えることを特徴とする情報処理装置。
2. 前記決定手段は、前記撮像手段により撮像された撮像画像における前記計測パターンと前記符号パターンとが重畳しないように前記計測パターンの輝度値及び/又は前記符号パターンの輝度値を変更することを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
3. 前記決定手段は、前記撮像手段により撮像された撮像画像における前記計測パターンと前記符号パターンとの輝度値の関係に基づいて、前記計測パターン及び／または前記符号パターンの形状を変更することを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
4. 前記決定手段は、前記撮像手段により撮像された撮像画像における前記計測パターンと前記符号パターンとの輝度値の関係に基づいて、前記計測パターン及び／または前記符号パターンの輝度値を変更することを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
5. 前記決定手段は、前記撮像手段により撮像された撮像画像における前記計測パターンと前記符号パターンとが重畳しないように前記計測パターンの形状及び/又は前記符号パターンの形状を変更することを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
6. 前記識別手段は、前記読み取られた符号パターンを用いて、前記第２の撮像画像中の計測パターンと前記投影された第２の投影パターン内の計測パターンとを対応付けることで、前記第２の撮像画像中の計測パターンを識別することを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
7. 情報処理装置であって、
   対象物体までの距離を計測するための計測パターンを含む投影パターンを該対象物体に投影する投影手段と、
   前記投影パターンが投影された前記対象物体を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段により撮像された撮像画像中の前記計測パターンと、前記投影された計測パターンと、を対応づける対応付け手段と、
   前記対応付けされた結果を用いて、前記投影手段または前記撮像手段から前記対象物体上の各計測点までの距離を取得する取得手段と、
   前記取得手段によって距離が取得された前記計測点が配されている前記対象物体上の連続面の面積に基づいて、前記投影パターンより後に前記対象物体に投影する投影パターンを決定する決定手段と
   を備えることを特徴とする情報処理装置。
8. 前記投影パターンは更に、前記計測パターンを識別するための符号パターンを含み、
   前記対応付け手段は、前記撮像画像中の符号パターンを読み取り、該読み取られた符号パターンに基づいて、前記撮像画像中の計測パターンと前記投影された計測パターンとを対応づけることを特徴とする請求項７に記載の情報処理装置。
9. 前記決定手段は、前記連続面の面積に基づいて、前記計測パターン及び／または前記符号パターンの形状を変更することを特徴とする請求項８に記載の情報処理装置。
10. 前記決定手段は、前記連続面の面積に基づいて、前記計測パターン及び／または前記符号パターンの輝度値を変更することを特徴とする請求項８に記載の情報処理装置。
11. 情報処理方法であって、
    対象物体までの距離を計測するための計測パターンと、該計測パターンを識別するための符号パターンと、を含む投影パターンを、投影装置が該対象物体に投影する投影工程と、
    前記投影パターンが投影された前記対象物体を、撮像装置が撮像する撮像工程と、
    前記撮像装置により撮像された撮像画像における前記計測パターンと前記符号パターンとの輝度値の関係に基づいて、前記投影パターンより後に前記対象物体に対して投影する第２の投影パターンを決定する決定工程と、
    前記決定工程で決定された第２の投影パターンが投影された前記対象物体を撮像した第２の撮像画像中の前記符号パターンを読み取り、該読み取られた符号パターンに基づいて、前記第２の撮像画像中の計測パターンを識別する識別工程と、
    前記識別された計測パターンを用いて、前記投影装置または前記撮像装置から前記対象物体までの距離を取得する取得工程と
    を備えることを特徴とする情報処理方法。
12. 情報処理方法であって、
    対象物体までの距離を計測するための計測パターンを含む投影パターンを、投影装置が該対象物体に投影する投影工程と、
    前記投影パターンが投影された前記対象物体を、撮像装置が撮像する撮像工程と、
    前記撮像装置により撮像された撮像画像中の前記計測パターンと、前記投影された計測パターンと、を対応づける対応付け工程と、
    前記対応付けされた結果を用いて、前記投影装置または前記撮像装置から前記対象物体上の各計測点までの距離を取得する取得工程と、
    前記取得工程で距離が取得された前記計測点が配されている前記対象物体上の連続面の面積に基づいて、前記投影パターンより後に前記対象物体に投影する投影パターンを決定する決定工程と
    を備えることを特徴とする情報処理方法。
13. コンピュータを請求項１乃至１０の何れか１項に記載の情報処理装置の前記投影手段及び前記撮像手段を除く各手段として機能させるためのコンピュータプログラム。

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