JPH0712536A

JPH0712536A - モアレ縞次数識別方式

Info

Publication number: JPH0712536A
Application number: JP15002693A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Inamoto; 康稲本
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1993-06-22
Filing date: 1993-06-22
Publication date: 1995-01-17

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】モアレ縞の次数を識別するモアレ縞次数識別
方式に関し、モアレ縞の次数決定を自動的に、また確実
に高精度で行うことができるようにする。【構成】シャッタアレイ格子１１は、遮蔽部分１２と
任意に開閉可能なシャッタ部分１３を交互に平行に配列
したものであり、シャッタ１３の開閉動作は、シャッタ
アレイ駆動回路２３を経由して送られてくるホストコン
ピュータ２１からの指令信号に応じて制御される。点光
源３１から照射された光は、Ｎ個隔てた２個のシャッタ
１３₁と１３₂のうち一方のシャッタ１３₁を通ってス
リット光となり、対象物体５１に投影され、カメラ４１
は、その対象物体５１を他方のシャッタ１３₂を通して
撮像し、その撮像画面を画像処理装置２２に送る。画像
処理装置２２は、その画像に対して画像処理を行い、予
め設定されている閾値を用いて２値化処理を施し、モア
レ縞を抽出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はモアレ・トポグラフィー
を用いて観測されたモアレ縞の次数を識別するモアレ縞
次数識別方式に関する。

【０００２】対象物体の三次元形状を計測する手段の一
つとして、モアレ・トポグラフィーを用いる方法があ
る。この方法は、対象物体に格子縞を投影したときの像
を、撮像格子を通して観測し、そのとき得られる等高モ
アレ縞を用いて三次元形状を求めるものである。

【０００３】

【従来の技術】この三次元形状はモアレ縞の次数を基に
して求められるため、モアレ縞の次数を自動的に判定で
きるかどうかが、その有用性において重要なファクタと
なる。なお、モアレ縞の次数とは基準面から何番目の等
高線かを示す値をいう。

【０００４】ところが、観測点からの絶対距離や対象物
体表面の凹凸を自動的に判定するのは困難なため、モア
レ縞の次数の自動判定も困難なものとなり、人手を介し
て行わなければならない。このため、従来からモアレ縞
の次数を自動判定すべく、下記のようないくつかの手法
が提案されている。（１）モアレ縞を色で符号化する。（２）対象物体と反射光結像面との間に可変焦点光学系
を用いる。（３）投影格子の一部を遮光して得られる歯抜け格子を
用いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の各
手法は、それぞれ次のような問題点を有している。すな
わち、（１）の方法では、カラーカメラ及びカラー画像
処理系が必要となり、コストが高くなる。（２）の方法
も、可変焦点光学系が必要となるため、コストが高くな
る。また、（３）の方法では、歯抜け格子の部分での計
測分解能が低下してしまう。

【０００６】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、モアレ縞の次数判定を自動的に、低コストで
かつ高精度に行うことができるモアレ縞次数識別方式を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】図１は上記目的を達成す
る本発明の原理を説明するブロック図である。図におい
て、シャッタ手段１０は、遮蔽部分と任意に開閉可能な
シャッタ部分とが交互に平行に配列されたものであり、
シャッタ開閉制御手段２０ａは、そのシャッタ手段１０
のシャッタ部分の開閉を制御する。また、測定光照射手
段３０は、シャッタ手段１０のシャッタ部分を経由して
測定光を対象物体５０に照射し、撮像手段４０は、対象
物体５０上の測定光を撮像する。モアレ縞次数識別手段
２０ｂは、その撮像手段４０からの画像を受けてモアレ
縞を抽出し、シャッタ部分の開閉状態等に関する情報を
基にしてモアレ縞の次数を識別する。

【０００８】

【作用】モアレ・トポグラフィーにおける投影格子及び
撮像格子として、遮蔽部分と開閉可能なシャッタ部分と
が交互に平行に配列されたシャッタ手段１０を用いる。
そのシャッタ部分の開閉動作は任意に制御可能である。
モアレ縞次数識別手段２０ｂは、撮像手段４０からの画
像を受けてモアレ縞を抽出すると共に、シャッタ部分の
開閉状態に関する情報等を基にしてモアレ縞の次数を識
別する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図２は本発明のモアレ縞次数識別方式の全体構
成を示す図である。図において、本発明のモアレ縞次数
識別方式は、シャッタアレイ格子１１、点光源３１、カ
メラ４１、ホストコンピュータ２１、画像処理装置２
２、及びシャッタアレイ駆動回路２３から構成される。

【００１０】シャッタアレイ格子１１は、図３に拡大し
て示すように、遮蔽部分１２と任意に開閉可能なシャッ
タ（シャッタ部分）１３を交互に平行に配列したもので
あり、例えば、透過率が高く応答性の良い相転移型液晶
を用いて、幅５００μｍのシャッタをアレイ状に配列す
ることにより形成したものである。図２では、シャッタ
アレイ格子１１のシャッタ１３の数を１７としている
が、実際の数は５０〜１０００位である。シャッタアレ
イ格子１１の寸法を１０ｃｍ×１０ｃｍ、シャッタ１３
のピッチｐを５００μｍとすれば、シャッタ１３の数は
約２００である。

【００１１】このシャッタアレイ格子１１のシャッタ１
３の開閉動作は、シャッタアレイ駆動回路２３を経由し
て送られてくるホストコンピュータ２１からの指令信号
に応じて制御される。図では、アレイ状のシャッタ１３
のうち、Ｎ（図ではＮ＝７）個隔てた２個のシャッタ１
３₁及び１３₂が開き、他のシャッタ１３は閉じてい
る。

【００１２】シャッタアレイ格子１１に対して同一サイ
ドに、点光源３１とカメラ４１が並べて配置されてい
る。この点光源３１とカメラ４１とは距離ｄに、また、
シャッタアレイ格子１１と、点光源３１とカメラ４１と
を結ぶ直線とは距離Ｌにそれぞれ保たれている。点光源
３１から照射された光は、図に示すように、シャッタア
レイ格子１１のシャッタ１３₁を通ってスリット光とな
り、対象物体５１に投影（照射）される。カメラ４１
は、その対象物体５１をシャッタ１３₂を通して撮像
し、その撮像画面を画像処理装置２２に送る。

【００１３】画像処理装置２２は、図４に示すように、
ＡＤ変換器２２１、画像メモリ２２２、ＣＰＵ（マイク
ロプロセッサ）２２３、コンピュータインタフェース２
２４及びこれらをバス結合する内部バス２２５から構成
される。カメラ４１からこの画像処理装置２２に取り込
まれた画像は、ＡＤ変換器２２１を通して入力画像とし
て画像メモリ２２２に格納される。画像メモリ２２２は
濃淡画像を格納できるメモリである。ＣＰＵ２２３は、
この入力画像に対して予め設定されている閾値を用いて
２値化処理を施し、モアレ縞を抽出する。この２値画像
は、コンピュータインタフェース２２４を経由してホス
トコンピュータ２１に送られる。なお、この２値画像を
ホストコンピュータ２１の主記憶装置内に確保するよう
にしてもよい。

【００１４】ところで、点光源３１、カメラ４１及び開
いたシャッタ１３の三者の位置関係が適当であれば、カ
メラ４１の撮像画面には、Ｎ個隔てた２個のシャッタ１
３₁、１３₂に応じてＮ次のモアレ縞が観測されること
になる。ここで、モアレ縞とはスリット光が当たってい
る部分と陰の部分のうち、前者を指すことになる。した
がって、Ｎ個隔てた２個のシャッタ１３の全ての組合せ
についてスリット光を投影し、順次カメラ４１で観測す
れば、Ｎ次のモアレ縞の全てを観測することができる。
Ｎの値を変えながら、同様の操作を順次行えば、必要な
全てのモアレ縞について次数毎にグループ分けしながら
観測できることになる。すなわち、必要な全てのモアレ
縞の次数を識別することができる。

【００１５】ホストコンピュータ２１は、画像処理装置
２２内の画像メモリ２２２と同じ画素数の距離画像メモ
リを備えており、上記手法で識別したモアレ縞の次数Ｎ
をその距離画像メモリの画素に書き込む。すなわち、２
値化の結果、１となった（スリット光が当たっている）
画素と同じアドレスの距離画像メモリの画素に次数Ｎを
書き込む。

【００１６】このように、開閉動作を任意に制御できる
シャッタアレイ格子１１を用いてモアレ縞を観測し、開
いたシャッタ１３の間隔に対応して次数を決定するよう
にしたので、モアレ縞の次数決定を人手に依らず、全て
自動的に行うことができる。また、簡単な構成で測定で
きるのでコストがかからない。さらに、精度良く動作す
る格子状のシャッタを用いるので、モアレ縞の次数決定
を確実に高精度で行うことができる。

【００１７】図５は本発明の処理手順を示すフローチャ
ートである。図において、Ｓに続く数値はステップ番号
を示す。また、シャッタアレイ格子１１のシャッタ１３
の数をＭ、その番号（シャッタ番号ｉ）を０，１，・・
・，Ｍ−１とする。〔Ｓ１〕距離画像メモリをクリアする。〔Ｓ２〕Ｎを１にセットする。〔Ｓ３〕シャッタ番号ｉを０にセットする。〔Ｓ４〕ｉ番と（ｉ＋Ｎ）番のシャッタを開き、他のシ
ャッタは閉じる。〔Ｓ５〕画像をカメラ４１から画像処理装置２２の画像
メモリ２２２に入力する。〔Ｓ６〕画像メモリ２２２の画像を２値化する。〔Ｓ７〕２値化の結果、１となった（スリット光が当た
っている）画素と同じアドレスの距離画像メモリの画素
に次数Ｎを書き込む。〔Ｓ８〕シャッタ番号ｉに１を加算する。〔Ｓ９〕シャッタ番号ｉが（Ｍ−Ｎ）に等しくなったか
否かを判別する。（Ｍ−Ｎ）に等しいときは、次のステ
ップＳ１０に進み、そうでなければステップＳ４に戻
り、ステップＳ４〜ステップＳ９を繰り返し実行する。
すなわち、Ｎ個隔てた２個のシャッタ１３のすべての組
合せについて画像が取り込まれ、それぞれの組合せにつ
いてモアレ縞の次数がＮと識別される。〔Ｓ１０〕Ｎに１を加算する。〔Ｓ１１〕Ｎが、測定する最大のモアレ縞次数Ｎ
_max（≦Ｍ−１）より大きくなったか否かを判別する。
Ｎ_maxより大きくなったときはそのまま終了し、そうで
なければステップＳ３に戻り、ステップＳ３〜ステップ
Ｓ１１を繰り返し実行する。すなわち、２個のシャッタ
１３の隔たりを１個〜Ｎ_max個まで変えていき、１次の
モアレ縞から測定する最大の次数Ｎ_maxのモアレ縞まで
求める。

【００１８】図６は第２の実施例を示す図である。本実
施例では、２個の点光源３１ａ及び３２ａを距離ｄを隔
てて並べ、シャッタアレイ格子１１ａを、２個の点光源
３１ａと３２ａとを結んだ直線から距離Ｌを隔てて配置
する。カメラ４１ａは、シャッタアレイ格子１１ａを通
さないで直接に対象物体５１ａを観測する。第１の実
施例と同様に、Ｎ（図ではＮ＝５）個隔てた２個のシャ
ッタ１３ａ₁及び１３ａ₂を開き、残りのシャッタ１３
を全て閉じることにより、それぞれの点光源３１ａ及び
３２ａから２本ずつ、合計４本のスリット光が投影され
る。このうち、２本のスリット光が対象物体５１ａ上に
作る投影像（光が当たる部分）が重なることがある。重
なった部分（図中対象物体５１ａの点線で示した部分）
がＮ次のモアレ縞の一部となる。画像処理によって、ス
リット光が重なる部を抽出することにより、Ｎ次のモア
レ縞の一部を抽出する。Ｎ個隔てた２個のシャッタ１３
の全ての組合せについてスリット光を投影し、順次カメ
ラ４１ａで観測しながら、スリット光が重なる部分を抽
出すれば、Ｎ次のモアレ縞の全てを抽出することができ
る。Ｎの値を変えながら、同様の操作を順次行えば、必
要な全てのモアレ縞について次数Ｎ毎にグループ分けし
ながら観測できることになる。すなわち、必要な全ての
モアレ縞の次数を識別することができる。

【００１９】ホストコンピュータ２１ａは、上記第１の
実施例と同様に、上記手法で識別したモアレ縞の次数Ｎ
を距離画像メモリの画素に書き込む。すなわち、２値化
の結果、１となった画素と同じアドレスの距離画像メモ
リの画素に次数Ｎを書き込む。本実施例の処理手順は図
５の処理手順と同じである。

【００２０】本実施例では、上記第１の実施例に比べ
て、点光源３２ａを１個余計に必要とするが、カメラ４
１ａの位置を比較的自由に設定することができる。上記
の２本のスリット光が重なる部分を抽出する方法、すな
わちモアレ縞を抽出する方法には、例えば光強度を使う
方法や、色情報を使う方法がある。

【００２１】光強度を使う方法は、２本のスリット光が
重なる部分は、光が当たらない部分やスリット光が１本
のみ当たる部分よりも光強度が強くなることを利用した
方法である。図５の処理手順において、画像メモリ２２
２の画像を２値化する際に、閾値を適当に設定してやれ
ば、２本のスリット光が重なる部分だけを１、残りを０
として２値化できる。

【００２２】色情報を使う方法は、点光源３１ａと３２
ａに異なる色の光源を使用すれば、２本のスリット光が
重なる部分は、それらの混色として観測されることを利
用した方法である。例えば、点光源３１ａを赤、点光源
３２ａを緑とすれば、赤と緑の混色は黄色であるから、
カメラ４１ａに黄色のフィルタを用いて他の色をカット
するか、またはカラーカメラを使用して画像処理によ
り、黄色の部分だけを抽出することにより、２本のスリ
ット光が重なる部分を抽出することができ、２値化でき
る。この色情報を使う方法は、閾値を適当に選ぶのが困
難な場合に、有効である。

【００２３】光強度を使う方法が良いか、色情報を使う
方法が良いかは、対象物体５１ａの表面状態に依存す
る。例えば、表面に濃淡模様がある場合は、色情報を使
う方法が良く、表面に色の模様がある場合は、光強度を
使う方法が良い。

【００２４】図７は第３の実施例を示す図である。本実
施例では、２個の点光源３１ｂ及び３２ｂは、点光源駆
動回路２４ｂを経由して送られてくるホストコンピュー
タ２１ｂからの指令信号に応じてオンオフ（点滅）す
る。先ず、第１の実施例と同様に、シャッタアレイ格子
１１ｂにおいて、Ｎ個隔てた２個のシャッタ１３ｂ₁及
び１３ｂ₂を開く。次に、点光源３１ｂをオン、点光源
３２ｂをオフにして、カメラ４１ｂで対象物体５１ｂを
観測し、そのときの画像を画像処理装置２２ｂに入力す
る。続いて、点光源３１ｂをオフ、点光源３２ｂをオン
にして、カメラ４１ｂで対象物体５１ｂを観測し、その
ときの画像を画像処理装置２２ｂに入力する。この２枚
の画像を２値化し、両者の論理積を求める。なお、画像
処理装置２２ｂには、２枚の画像に対応して２枚の画像
メモリを設ける。

【００２５】このように、１本のスリット光が当たって
いる画像２枚をそれぞれ２値化した後、２枚の画像の論
理積を求めれば、２本のスリット光が重なる部分を抽出
することができる。論理積が１となる画素の位置が、２
本のスリット光が重なる画素の位置と等しい。その重な
る部分が、第１の実施例と同様に、Ｎ次のモアレ縞とし
て識別される。

【００２６】この方法によると、１本のスリット光のみ
が当たっている画像を入力すればよく、実際に２本のス
リット光を重ね合わせる必要がない。したがって、重ね
合わせ部分が明確に抽出できないようなときにも確実に
抽出することができる。

【００２７】図８は上記第３の実施例の処理手順を示す
フローチャートである。図において、Ｓに続く数値はス
テップ番号を示す。また、シャッタアレイ格子１１ｂの
シャッタ１３ｂの数をＭ、その番号（シャッタ番号ｉ）
を０，１，・・・，Ｍ−１とする。〔Ｓ２０〕距離画像メモリをクリアする。〔Ｓ２１〕Ｎを１にセットする。〔Ｓ２２〕シャッタ番号ｉを０にセットする。〔Ｓ２３〕ｉ番と（ｉ＋Ｎ）番のシャッタを開き、他の
シャッタは閉じる。〔Ｓ２４〕点光源３１ｂをオン、点光源３２ｂをオフに
する。〔Ｓ２５〕画像をカメラ４１ｂから画像処理装置２２ｂ
の画像メモリＡに入力する。〔Ｓ２６〕点光源３１ｂをオフ、点光源３２ｂをオンに
する。〔Ｓ２７〕画像をカメラ４１ｂから画像処理装置２２ｂ
の画像メモリＢに入力する。〔Ｓ２８〕画像メモリＡと画像メモリＢの画像をそれぞ
れ２値化する。〔Ｓ２９〕画像メモリＡの２値画像と画像メモリＢの２
値画像の論理積を計算する。〔Ｓ３０〕論理積の結果、１となった（２本のスリット
光が重なる）画素と同じアドレスの距離画像メモリの画
素に次数Ｎを書き込む。〔Ｓ３１〕シャッタ番号ｉに１を加算する。〔Ｓ３２〕シャッタ番号ｉが（Ｍ−Ｎ）に等しくなった
か否かを判別する。（Ｍ−Ｎ）に等しいときは、次のス
テップＳ３３に進み、そうでなければステップＳ２３に
戻り、ステップＳ２３〜ステップＳ３２を繰り返し実行
する。すなわち、Ｎ個隔てた２個のシャッタ１３ｂのす
べての組合せについて画像が取り込まれ、それぞれの組
合せについて論理積が求められてそのときのモアレ縞の
次数がＮと識別される。〔Ｓ３３〕Ｎに１を加算する。〔Ｓ３４〕Ｎが、測定する最大のモアレ縞次数Ｎ_maxよ
り大きくなったか否かを判別する。Ｎ_maxより大きくな
ったときはそのまま終了し、そうでなければステップＳ
２２に戻り、ステップＳ２２〜ステップＳ３４を繰り返
し実行する。すなわち、２個のシャッタ１３ｂの隔たり
を１個〜Ｎ_max個まで変えていき、１次のモアレ縞から
測定する最大の次数Ｎ_maxのモアレ縞まで求める。

【００２８】次に第４の実施例について説明する。上記
第３の実施例では、１本のスリット光のみが当たってい
る画像を入力するために、点光源３１ｂと点光源３２ｂ
を交互にオンオフするようにしたが、本実施例では、シ
ャッタ１３ｂを１個ずつ開き、点光源３１ｂ及び３２ｂ
は、常時点灯した状態にしておく。したがって、図７の
点光源駆動回路２４ｂは不要となり、図６に示した構成
で実行可能となる。したがって、以下の処理手順の説明
も、図６の構成を併用して行う。なお、画像処理装置２
２ａには、予め２枚の画像メモリＡ及びＢが備えられて
いるとする。

【００２９】図９は第４の実施例を実行する際の処理手
順を示すフローチャートである。〔Ｓ４１〕距離画像メモリをクリアする。〔Ｓ４２〕Ｎを１にセットする。〔Ｓ４３〕シャッタ番号ｉを０にセットする。〔Ｓ４４〕ｉ番のシャッタを開き、他のシャッタは閉じ
る。〔Ｓ４５〕画像をカメラ４１ａから画像処理装置２２ａ
の画像メモリＡに入力する。〔Ｓ４６〕（ｉ＋Ｎ）番のシャッタを開き、他のシャッ
タは閉じる。〔Ｓ４７〕画像をカメラ４１ａから画像処理装置２２ａ
の画像メモリＢに入力する。〔Ｓ４８〕画像メモリＡと画像メモリＢの画像をそれぞ
れ２値化する。〔Ｓ４９〕画像メモリＡの２値画像と画像メモリＢの２
値画像の論理積を計算する。〔Ｓ５０〕論理積の結果、１となった（２本のスリット
光が重なる）画素と同じアドレスの距離画像メモリの画
素に次数Ｎを書き込む。〔Ｓ５１〕シャッタ番号ｉに１を加算する。〔Ｓ５２〕シャッタ番号ｉが（Ｍ−Ｎ）に等しくなった
か否かを判別する。（Ｍ−Ｎ）に等しいときは、次のス
テップＳ５３に進み、そうでなければステップＳ４４に
戻り、ステップＳ４４〜ステップＳ５２を繰り返し実行
する。すなわち、Ｎ個隔てた２個のシャッタ１３ａのす
べての組合せについて画像が取り込まれ、それぞれの組
合せについて論理積が求められてそのときのモアレ縞の
次数がＮと識別される。〔Ｓ５３〕Ｎに１を加算する。〔Ｓ５４〕Ｎが、測定する最大のモアレ縞次数Ｎ_maxよ
り大きくなったか否かを判別する。Ｎ_maxより大きくな
ったときはそのまま終了し、そうでなければステップＳ
４３に戻り、ステップＳ４３〜ステップＳ５４を繰り返
し実行する。すなわち、２個のシャッタ１３ａの隔たり
を１個〜Ｎ_max個まで変えていき、１次のモアレ縞から
測定する最大の次数Ｎ_maxのモアレ縞まで求める。

【００３０】次に第５の実施例について説明する。本実
施例は、上記第４の実施例と同様に、図６に示した構成
で実行可能であるので、以下の処理手順の説明も、図６
の構成を併用して行う。その場合、画像処理装置２２ａ
には、Ｍ（図では１７個）個のシャッタ１３ａに対応し
てＭ枚の２値画像メモリ０〜Ｍ−１が確保されていると
する。

【００３１】本実施例は、２個の点光源３１ａ及び３２
ａを常時点灯した状態で実行する。先ず、Ｍ個のシャッ
タ１３ａを１個ずつ開きながら画像を入力し、その画像
を２値化して２値画像メモリに次々に格納する。ここ
で、Ｍ枚の２値画像メモリを０番から（Ｍ−１）番と呼
ぶ。次に、番号がＮだけ隔たった２枚の２値画像メモリ
の論理積を求め、１となる画素の位置を２本のスリット
光が重なる位置と見做し、そのモアレ縞の次数をＮとす
る。これを、番号がＮだけ隔たった全ての２枚の２値画
像メモリにの組合せに対して行う。Ｎの値を変えながら
同様の操作を順次行い、必要な全てのモアレ縞の次数を
求める。

【００３２】この第５の実施例によると、画像入力回数
を大幅に削減することができる。例えば、測定する最大
の次数をＮ_maxとすると、第３及び第４の実施例では、
画像入力の回数がともに、（２Ｍ−Ｎ_max−１）×Ｎ
_max回であるのに対し、Ｍ回で済ますことができる。Ｍ
＝２００、Ｎ_max＝２０の場合、前者が７５８０回であ
るのに対し、後者は２００回で済む。

【００３３】図１０及び図１１は上記第５の実施例を実
行する際の処理手順を示すフローチャートであり、図１
０はその前半を、図１１はその後半をそれぞれ示してい
る。〔Ｓ６１〕シャッタ番号ｉを０にセットする。〔Ｓ６２〕ｉ番のシャッタ１３ａ_iを開き、他のシャッ
タは閉じる。〔Ｓ６３〕画像をカメラ４１ａから画像処理装置２２ａ
の画像メモリに入力する。〔Ｓ６４〕画像メモリの画像を２値化し、ｉ番の２値画
像メモリＩに格納する。画像メモリＩは、開いているｉ
番のシャッタ１３ａ_iに対応して設けられたｉ番の２値
画像メモリである。〔Ｓ６５〕シャッタ番号ｉに１を加算する。〔Ｓ６６〕シャッタ番号ｉがＭに等しいか否かを判別す
る。Ｍに等しければ、次のステップＳ６７に進み、そう
でなければステップＳ６２に戻り、ステップＳ６２〜ス
テップＳ６６を繰り返し実行する。すなわち、シャッタ
番号０からシャッタ番号Ｍ−１までについて順次２値画
像を求める。〔Ｓ６７〕距離画像メモリをクリアする。〔Ｓ６８〕Ｎを１にセットする。〔Ｓ６９〕シャッタ番号ｉを０にセットする。〔Ｓ７０〕ｉ番の２値画像メモリと（ｉ＋Ｎ）番の２値
画像メモリの画像の論理積を計算する。〔Ｓ７１〕論理積の結果、１となった（２本のスリット
光が重なる）画素と同じアドレスの距離画像メモリの画
素に次数Ｎを書き込む。〔Ｓ７２〕シャッタ番号ｉに１を加算する。〔Ｓ７３〕シャッタ番号ｉが（Ｍ−Ｎ）に等しくなった
か否かを判別する。（Ｍ−Ｎ）に等しいときは、次のス
テップＳ７４に進み、そうでなければステップＳ７０に
戻り、ステップＳ７０〜ステップＳ７３を繰り返し実行
する。すなわち、Ｎ個隔てた２個のシャッタ１３ａのす
べての組合せについて論理積が求められ、そのモアレ縞
の次数がＮと識別される。〔Ｓ７４〕Ｎに１を加算する。〔Ｓ７５〕Ｎが、測定する最大のモアレ縞次数Ｎ_maxよ
り大きくなったか否かを判別する。Ｎ_maxより大きくな
ったときはそのまま終了し、そうでなければステップＳ
６９に戻り、ステップＳ６９〜ステップＳ７５を繰り返
し実行する。すなわち、２個のシャッタ１３ａの隔たり
を１個〜Ｎ_max個まで変えていき、１次のモアレ縞から
測定する最大の次数Ｎ_maxのモアレ縞まで求める。

【００３４】次に第６の実施例について説明する。本実
施例は、前述した第３の実施例と同様に、図７に示した
構成で実行可能となるので、以下の処理手順の説明も、
図７の構成を併用して行う。その場合、画像処理装置２
２ｂには、Ｍ（図では１７個）個のシャッタ１３ｂに対
応してＭ枚の２値画像メモリ０〜Ｍ−１が確保されてい
るとする。また、この他にＫ枚の２値画像メモリ（ビッ
トマップメモリ）０〜Ｋ−１が確保されているとする。
このＫ枚の２値画像メモリ０〜Ｋ−１も、Ｍ枚の２値画
像メモリと同様に、画像処理装置２２ｂ内に設けられる
か、あるいはホストコンピュータ２１ｂ内に設けられ
る。

【００３５】本実施例は、シャッタ１３ｂの開閉を２進
符号によって符号化することにより、各シャッタ１３ｂ
を通るスリット光を識別する手法を用いたものである。
先ず、シャッタ１３ｂの個数Ｍに対し、２^k≧Ｍとなる
最小の整数ｋをＫとする。例えば、Ｍ＝２００の場合、
２⁸＝２５６＞２００＞２⁷＝１２８だから、Ｋ＝８で
ある。次に、各シャッタ１３ｂに図中左から順に番号を
付し、そのシャッタ番号ｉをＫビットの２進数で表現す
る。Ｋビット分のすべてを使う必要のないシャッタ番号
ｉ（＜２^k-1）に対しては、上位ビットを０と置いて表
現する。なお、シャッタ番号ｉのシャッタを以下の説明
ではシャッタｉと称することとする。

【００３６】続いて、点光源３１ｂをオン、点光源３２
ｂをオフとする。各シャッタ１３ｂについて、シャッタ
番号ｉを表す２進数の最下位ビット（ＬＳＢ）が１なら
「開」、０なら「閉」として、対象物体５１ｂに投影さ
れるスリット光パターンの画像を入力する。入力した画
像は、２値化して２値画像メモリＡに格納する。次に、
シャッタ番号ｉを表す２進数のＬＳＢから２ビット目に
従って各シャッタ１３ｂを開閉し、同様に画像を入力
し、入力した画像は２値化して２値画像メモリＢに格納
する。この操作を、最上位ビット（ＭＳＢ）まで行い、
全部でＫ枚の２値画像を求める。

【００３７】これらＫ枚の２値画像をビットの深さ方向
に重ねて各画素がＫビットから成るＫビット画像と見做
したとき、各画素の値は、０の場合を除き、その位置に
投影されるスリット光が通るシャッタ１３ｂの番号に一
致する。この各画素の値に従って、０番以外の各シャッ
タ１３ｂに対応する（Ｍ−１）枚の２値画像に展開する
ことができる。

【００３８】すなわち、１番から（Ｍ−１）番の２値画
像メモリの全画素に０を書き込んでおき、上記のＫビッ
ト画像の画素を順に走査して、画素値がｍ（１≦ｍ≦Ｍ
−１）ならば、ｍ番の２値画像メモリの同じアドレスに
１を書き込む。

【００３９】次に、点光源３１ｂをオフ、点光源３２ｂ
をオンとして同様にＫビット画像を得る。Ｋビット画像
から各シャッタ１３ｂに対応する２値画像メモリに展開
する際、先程の（Ｍ−１）枚の２値画像メモリに重ね書
きする。

【００４０】以上の操作を通じて、シャッタ０は、一度
も「開」とならないので、投影されるスリット光パター
ンが判らない。そこで、シャッタ０のみを別扱いとす
る。点光源３１ｂと点光源３２ｂをオンとし、シャッタ
０のみ「開」とし、他のシャッタは「閉」としてスリッ
ト光パターンの画像を入力し、２値化してシャッタ０に
対応した２値画像メモリに格納する。

【００４１】これにより、Ｍ個のシャッタを１個ずつ開
いたときに得られる２値画像と同じ２値画像が、そのシ
ャッタ毎に対応して得られる。後は、上記第５の実施例
と同様に、番号がＮだけ隔たった２枚の２値画像メモリ
の論理積を求め、１となる画素の位置を２本のスリット
光が重なる位置と見做し、そのモアレ縞の次数をＮとす
る。これを、番号がＮだけ隔たった全ての２枚の２値画
像メモリにの組合せに対して行い、Ｎの値を変えて必要
な全てのモアレ縞の次数を求める。以上の操作を、図１
２及び図１３を用いて模式的に説明する。

【００４２】図１２及び図１３は第６の実施例の説明図
であり、図１２はモデル図、図１３は手順を説明するた
めの図である。ここでは説明を簡単にするために、図１
２に示すように、シャッタアレイ格子１１ｃと対象物体
５１ｃを１次元で表し、シャッタ１３ｃの個数Ｍを４と
する。このとき、Ｋは２^k≧４となる最小の整数である
から２となる。

【００４３】先ず、点光源３１ｃをオン、点光源３２ｃ
をオフとする。また、シャッタ１３ｃに対して図中左か
ら順に番号０，１，２，３を付す（図１３の１段目）。
このシャッタ番号０，１，２，３を２進数で表したとき
のＬＳＢの値に従って、各シャッタを左から閉・開・閉
・開の状態とし、画像を入力して２値化すると、対象物
体５１ｃ上でｄ及びｆの位置に相当する画素のみが１、
他は０となる。次に、シャッタ番号０，１，２，３のＭ
ＳＢの値に従って、各シャッタを左から閉・閉・開・開
の状態とし、画像を入力して２値化すると、対象物体５
１ｃ上でｅ及びｆの位置に相当する画素のみが１、他は
０となる（図１３の２段目）。前者の２値画像をＬＳ
Ｂ、後者の２値画像をＭＳＢとする２ビット画像を考え
ると、ｄの位置の画素は１、ｅの位置の画素は２、ｆの
位置の画素は３という値を持ち、それぞれの位置に投影
されたスリット光が通ったシャッタのシャッタ番号に一
致する（図１３の３段目）。

【００４４】点光源３１ｃをオフ、点光源３２ｃをオン
として、同様な操作を行えば、ｂの位置の画素が１、ｃ
の位置の画素が２、ｅの位置の画素が３となる（図１３
の４段目及び５段目）。これを先程の結果と重ねる（２
値画像メモリに重ね書きする）と、シャッタ１はｂとｄ
の位置に、シャッタ２はｃとｅの位置に、シャッタ３は
ｅとｆの位置にそれぞれスリット光を投影することが判
る（図１３の６段目）。

【００４５】これとは別に、シャッタ０のみを「開」と
して画像を入力し、２値化することにより、シャッタ０
がａとｃの位置にスリット光を投影することが判る（図
１３の７段目、８段目）。

【００４６】このようにして、シャッタ番号０，１，
２，３の４個のシャッタを１個ずつ開いたときに得られ
る２値画像と同じ２値画像が、そのシャッタ毎に対応し
て得られ、後は、上述したように、番号がＮだけ隔たっ
た２枚の２値画像メモリの論理積を求め、それをＮ次の
モアレ縞とする。

【００４７】本実施例によれば、画像入力の回数は（２
Ｋ＋１）となる。例えば、Ｍ＝２００のとき、第５の実
施例では、２００回であったが、本実施例では、１７回
で済む。このため、モアレ縞の次数識別を大幅に高速化
して行うことができる。

【００４８】上記の説明では、シャッタ番号を２進数で
符号化する際に自然２進符号を用いたが、それ以外の２
進符号、例えばグレーコード（交番２進符号）を用いて
も良い。

【００４９】図１４は第７の実施例の構成図である。こ
の実施例では、点光源３１ｄ用のシャッタアレイ格子１
１ｄと、観測用（カメラ４１ｄ用）のシャッタアレイ格
子１１ｅの２つのシャッタアレイ格子を用いる。双方の
シャッタ間のピッチを等しくｐとし、シャッタアレイ格
子１１ｄのシャッタ１３ｄの個数をＭ₁、シャッタアレ
イ格子１１ｅのシャッタ１３ｅの個数をＭ₂とする。２
^k≧Ｍ₁となる最小の整数ｋをＫ₁、２^k≧Ｍ₂となる
最小の整数ｋをＫ₂とする。

【００５０】先ず、シャッタアレイ格子１１ｅのシャッ
タ１３ｅをすべて「開」とし、シャッタアレイ格子１１
ｄを、上記第６の実施例と同様に、２進符号に従って開
閉させながら画像を入力し２値化する操作を繰り返し、
Ｋ₁枚の２値画像を得る。これらＫ₁枚の２値画像をビ
ットの深さ方向に重ねてＫ₁ビットの画像と見做して復
合化し、（Ｍ₁−１）枚の２値画像を得る。シャッタ０
（シャッタアレイ格子１１ｄの図中左端のシャッタ）に
ついては別扱いとし、そのシャッタのみを「開」とし、
他はすべて「閉」として画像を入力し、２値化する。こ
の２値画像を（Ｍ₁−１）枚の２値画像と併せてＭ₁枚
の２値画像とする。

【００５１】次に、シャッタアレイ格子１１ｄをすべて
「開」とし、シャッタアレイ格子１１ｅを２進符号に従
って開閉させながら画像を入力し２値化する操作を繰り
返し、Ｋ₂枚の２値画像を得る。これらＫ₂枚の２値画
像を使って、上記の場合と同様に、ビットの深さ方向に
重ねＫ₂ビットの画像と見做して復合化し、（Ｍ₂−
１）枚の２値画像を得る。シャッタ０（シャッタアレイ
格子１１ｅの図中左端のシャッタ）については別扱いと
し、そのシャッタのみを「開」とし、他はすべて「閉」
として画像を入力し、２値化する。（Ｍ₂−１）枚の２
値画像と併せてＭ ₂枚の２値画像とする。

【００５２】シャッタアレイ格子１１ｄを開閉させたと
きのＭ₁枚の２値画像の中の１枚（対応するシャッタ番
号をｍ₁とする）と、シャッタアレイ格子１１ｅを開閉
させたときのＭ₂枚の２値画像の中の１枚（対応するシ
ャッタ番号をｍ₂とする）との間で論理積を計算し、結
果が１となる画素の位置を次数Ｎとする。ここで、Ｎは
シャッタアレイ格子１１ｄ中のシャッタｍ₁と、シャッ
タアレイ格子１１ｅ中のシャッタｍ₂との間の距離をシ
ャッタ間のピッチｐで割った数値である。

【００５３】前述した第１の実施例によると、画像入力
の回数が（２Ｍ−Ｎ_max−１）×Ｎ _max／２回であるの
に対し、本実施例によると、（Ｋ₁＋Ｋ₂＋２）回とな
る。例えば、Ｍ＝Ｍ₁＝Ｍ₂＝２００、Ｎ_max＝２０の
場合、第１の実施例では、３７９０回であるのに対し、
本実施例では１８回で済むため、大幅な高速化となる。

【００５４】以上の操作を、図１５及び図１６を用いて
模式的に説明する。図１５及び図１６は第７の実施例の
説明図であり、図１５は２値画像を求める手順を、図１
６は２値画像間の論理積表をそれぞれ示す。ここでは説
明を簡単にするために、Ｍ₁＝Ｍ₂＝４とする。このと
き、Ｋ₁＝Ｋ₂＝２となる。

【００５５】図１５において、第１列と第２列はそれぞ
れシャッタアレイ格子１１ｄとシャッタアレイ格子１１
ｅのシャッタの開閉状態を示す。第３列に、入力された
画像を２値化した結果の２値画像例を示す。黒い部分を
１（スリット光が当たっている部分）とする。第１行と
第２行の２値画像を復号化することにより、シャッタア
レイ格子１１ｄ側のシャッタ１，２，３に対応するスリ
ット光パターンの２値画像が第４列に示すように得られ
る。シャッタアレイ格子１１ｄ側のシャッタ０について
は、第３行に示すようにして求められる。同様に、第４
行と第５行の２値画像を復号化することにより、シャッ
タアレイ格子１１ｅ側のシャッタ１，２，３に対応する
スリット光パターンの２値画像が得られる。シャッタア
レイ格子１１ｅ側のシャッタ０については第６行に示す
ようにして求められる。

【００５６】図１５で求めた各シャッタに対応する２値
画像間の論理積を求めると、図１６に示すような４行４
列の表になる。例えば、シャッタアレイ格子１１ｄ側の
シャッタ３とシャッタアレイ格子１１ｅ側のシャッタ３
の双方を「開」としたときの２値画像は、図１５で求め
た当該２値画像間の論理積で得られ、その結果は表の左
上に示す２値画像となる。このようにして図１６の表が
求められ、その表の中の斜め線で示されているように、
左上から右下の方向に論理和を求めると、それぞれの次
数に対するモアレ縞のパターンが得られる。図中に記載
のｎは、シャッタアレイ格子１１ｄとシャッタアレイ格
子１１ｅの最も近いシャッタ（本例ではシャッタアレイ
格子１１ｄ側のシャッタ３とシャッタアレイ格子１１ｅ
側のシャッタ０）同士間の距離をシャッタ間のピッチｐ
で割った値である。

【００５７】上記の実施例では、カメラ４１ｄ用のシャ
ッタアレイ格子としてシャッタアレイ格子１１ｅを設け
たが、このシャッタアレイ格子１１ｅを仮想的なシャッ
タアレイ格子として想定するようにしてもよい。すなわ
ち、シャッタアレイ格子１１ｅの代わりに、画像処理に
よってシャッタアレイ格子１１ｅと同じ機能を得ること
ができる。カメラ４１ｄとシャッタアレイ格子１１ｅと
の相対的な位置が固定していれば、カメラ４１ｄから入
力される画像の特定の位置が特定のシャッタに対応す
る。例えば、図１５の第４行から第６行の２値画像（第
３行３列、第４行３列、第５行３列の各２値画像）で
は、シャッタ０は画面の左端１／４、シャッタ１は画面
の中央から左１／４、シャッタ２は画面の中央から右１
／４、画面の右端１／４の点線で囲った部分にそれぞれ
対応している。そこで、現実のシャッタを設ける代わり
に、仮想的なシャッタを想定して、それぞれのシャッタ
が画面で対応する範囲を予め決めておく。入力した画像
に対して、「開」とすべきシャッタに対応する範囲を残
し、それ以外を消すマスキング処理を行うことにより、
現実のシャッタの開閉と等しい効果が得られる。

【００５８】図１８は第８の実施例を示す図である。こ
の実施例では、点光源３１ｆと対象物体５１ｆとを結ぶ
線の横方向にカメラ４１ｆを配置し、対象物体５１ｆか
ら返ったスリット光パターンをハーフミラー６１ｆによ
ってカメラ４１ｆの方向に反射させるようにする。この
構成によると、点光源３１ｆ用のシャッタアレイ格子１
１ｆと、観測用（カメラ４１ｆ用）のシャッタアレイ格
子１１ｇとを等価的に近い位置に置くことが可能とな
る。この効果について以下に説明する。

【００５９】上記第７の実施例では、点光源３１ｄ用の
シャッタアレイ格子１１ｄと観測用のシャッタアレイ格
子１１ｅとを並べて配置するため、前者のシャッタと後
者のシャッタとの距離を小さくできない。このため、小
さな次数Ｎの縞を観測できない。Ｎ次の縞が作る平面と
格子面との距離ｈ_Nは、次式で表される。

【００６０】ｈ_N＝Ｎ・ｐ・Ｌ／（ｄ−Ｎ・ｐ）・・・・・（１）ここで、ｐ：格子のピッチＬ：カメラ４１ｄとシャッタアレイ格子１１ｅ（点光源
３１ｄとシャッタアレイ格子１１ｄ）との距離ｄ：点光源３１ｄとカメラ４１ｄとの距離この式をグラフに示すと図１７のようになる。このグラ
フから判るとおり、Ｎが大きくなるにつれて、ｈ_Nは急
激に大きくなる。次数Ｎの大きな縞は、隣接する縞との
距離の差が大きく、したがって測定できる距離分解能が
粗い。距離分解能を向上させるためには、小さな次数Ｎ
の縞を観測する必要がある。本実施例では、ハーフミラ
ー６１ｆを用いることにより、横方向に配置したカメラ
４１ｆでスリット光パターンを観測できる。このため、
カメラ４１ｆの位置によれば、カメラ４１ｆが観測する
スリット光パターンは、カメラ４１ｆを点光源３１ｆの
近くに置いて観測したときのスリット光パターンと同じ
ものとすることができ、その場合、シャッタアレイ格子
１１ｆとシャッタアレイ格子１１ｇとは実質的に近接し
て設置されていることになる。したがって、２枚のシャ
ッタアレイ格子を用いる場合でも、小さな次数Ｎのモア
レ縞を観測できることとなり、それに応じて距離分解能
も向上させることができる。

【００６１】次に第９の実施例について説明する。モア
レ縞を発生させるためのシャッタアレイ格子としては、
上述した第１〜第８の実施例でのシャッタアレイ格子１
１〜１１ｇのように、遮蔽部分と透過部分（シャッタ）
の両方が必要である。図３において、シャッタアレイ格
子１１の遮蔽部分１２は遮蔽部分としてしか機能しない
のに対し、シャッタ１３は「開」とすれば透過部分であ
るが、「閉」とすれば遮蔽部分としても機能する。そこ
で、シャッタアレイ格子として、図１９に示すように、
シャッタとシャッタとの間の遮蔽部分を除いたシャッタ
アレイ格子１１０を用いることができる。シャッタ１３
０のみを接して並べても、モアレ縞を発生させる格子と
して機能する。このようにすることにより、シャッタ１
３０間のピッチｐを小さくして、測定分解能を向上する
ことができる。

【００６２】また、遮蔽部分が無いため、隣接するｑ個
（ｑ＝１，２，・・・）のシャッタを一つのシャッタと
見做して同時に開閉させることにより、等価的にシャッ
タピッチをｐ×ｑとすることができる。これにより、必
要なだけの分解能まで落として使うことができ、画像入
力時間や画像処理時間を短くすることができる。このシ
ャッタアレイ格子１１０は、これまでに説明した第１〜
第８までのすべての実施例に適用可能である。

【００６３】図２０は第１０の実施例の構成図である。
図１９に示したシャッタアレイ格子１１０は、すべての
シャッタを「開」とすれば、遮蔽部分が無くなり、シャ
ッタアレイ格子１１０そのものが無いことと等価にな
る。そこで、ピッチの異なる２枚のシャッタアレイ格子
１１０ｈ及び１１０ｉを重ねておき、必要に応じてシャ
ッタアレイ格子１１０ｈと１１０ｉを使い分けることが
可能となる。例えば、図２０のように、シャッタのピッ
チがそれぞれｐ₁のシャッタアレイ格子１１０ｈと、ｐ
₂のシャッタアレイ格子１１０ｉを重ねておく。ここ
で、ｐ₁＞ｐ₂とする。対象物体５１ｈの大まかな形状
のみを高速に測定したいときは、図に示すように、シャ
ッタアレイ格子１１０ｉのシャッタをすべて「開」と
し、シャッタアレイ格子１１０ｈのシャッタを開閉して
測定する。逆に、詳細な形状を測定する必要があるとき
は、シャッタアレイ格子１１０ｈのシャッタをすべて
「開」とし、ピッチがより小さなシャッタアレイ格子１
１０ｉのシャッタを開閉して測定する。

【００６４】なお、上記の説明では、ピッチの異なる２
枚のシャッタアレイ格子を設けるようにしたが、ピッチ
の異なる３枚以上のシャッタアレイ格子を設けるように
してもよい。

【００６５】図２１は第１１の実施例の構成図である。
この実施例では、遮蔽部分のない２枚のシャッタアレイ
格子１１０ｊ及び１１０ｋを点光源３１ｊからの距離が
異なる位置に配置したものである。このように、２枚の
シャッタアレイ格子１１０ｊ及び１１０ｋを異なる距離
Ｌ₁及びＬ₂の位置に配置することにより、対象物体５
１ｊの大きさや位置に応じてシャッタアレイ格子１１０
ｊ、１００ｋを使い分けることが可能となる。例えば、
図に示すように、同じピッチの２枚のシャッタアレイ格
子１１０ｊと１１０ｋを用い、シャッタアレイ格子１１
ｊをＬ₁＝５ｃｍ、シャッタアレイ格子１１０ｋをＬ₂
＝１０ｃｍの位置に置く。対象物体５１ｊの寸法が数ｃ
ｍと小さいときは、点光源３１ｊからの距離が１０〜２
０ｃｍとなる位置に置き、シャッタアレイ格子１１０ｋ
のシャッタを全て「開」として、シャッタアレイ格子１
１０ｊを使って詳細に測定を行う。対象物体５１ｊの寸
法が１０ｃｍを越える場合は、点光源３１ｊからの奥行
きの距離が２０ｃｍを越える位置まで測定する必要があ
る。そこで、近い部分は上記と同様にしてシャッタアレ
イ格子１１０ｊを使って詳細に測定を行い、遠い部分は
逆にシャッタアレイ格子１１０ｋを使う。この方法によ
って、遠い距離まで高い距離分解能を確保しながら測定
することができる。

【００６６】なお、上記の説明では、２枚のシャッタア
レイ格子を異なる位置に設けるようにしたが、３枚以上
のシャッタアレイ格子を異なる位置に設けるようにして
もよい。

【００６７】図２２は第１２の実施例の構成図である。
モアレ縞による形状測定方式は、三角測量の原理を利用
しており、本質的にオクルージョンの問題が存在する。
三角測量の一種である２眼視におけるオクルージョンと
は、片方の眼にしか見えない部分は、距離を測定できな
いことである。モアレ縞を利用した形状測定方式におけ
るオクルージョンとは、第１の実施例で言えば、カメラ
４１から見える対象物体５１の表面のうち、点光源３１
からのスリット光が届かない範囲は、形状測定ができな
いことを言う。オクルージョンの影響を小さくする一つ
の方法は、複数の点光源３１を異なった位置に置き、ス
リット光が届かない範囲を極力少なくすることである。

【００６８】そこで、この実施例では、遮蔽部分のない
２枚のシャッタアレイ格子１１０ｍと１１０ｎを格子の
向きが互いに直交するように重ね、１台のカメラ４１ｍ
と、２個の点光源３１ｍ、３２ｍを直角三角形の頂点に
配置する。このように２個の点光源３１ｍ、３２ｍを配
置にすることにより、点光源１個の場合に比べてオクル
ージョンが発生する範囲を小さくできる。

【００６９】上記の説明では、１台のカメラ４１ｍと２
個の点光源３１ｍ、３２ｍとを配置するようにしたが、
逆に２台のカメラと１個の点光源を配置するようにして
もよい。すなわち、図２２において、点光源３１ｍと３
２ｍの代わりにカメラを配置し、カメラ４１ｍの代わり
に点光源を配置してもよい。

【００７０】図２３は第１３の実施例の説明図である。
この実施例では、さらに点光源とカメラを増やしてい
る。すなわち、３個の点光源３１ｏ、３２ｏ、３３ｏ
と、格子の向きが異なるように配置された３枚のシャッ
タアレイ格子１１０ｏ、１１０ｐ、１１０ｑを使用す
る。点光源３１ｏと点光源３２ｏからのスリット光が届
く範囲はシャッタアレイ格子１１０ｏを使い、点光源３
２ｏと点光源３３ｏからのスリット光が届く範囲はシャ
ッタアレイ格子１１０ｐを使い、点光源３３ｏと点光源
３１ｏからのスリット光が届く範囲はシャッタアレイ格
子１１０ｑを使う。この構成により、２本のスリット光
が届かない範囲が極力すくなくなり、より一層オクルー
ジョンの少ない測定が可能となる。なお、３個の点光源
３１ｏ、３２ｏ、３３ｏからのスリット光が全て届く範
囲を測定する場合は、いずれかの点光源をオフとし、残
り２個の点光源とそれに対応する１個のシャッタアレイ
格子のみを使って計測する。なお、図２３では、カメラ
を省略しているが、カメラはシャッタアレイ格子１１０
ｏ、１１０ｐ、１１０ｑに邪魔されずに対象物体を観測
できる位置に置く。

【００７１】図２４は第１４の実施例の構成図である。
上述した第１〜第１３の実施例でのモアレ・トポグラフ
ィは、格子照射形のものであったが、この実施例でのモ
アレ・トポグラフィは、格子投影形のものである。図に
示すように、点光源３１ｒの投影方向にシャッタアレイ
格子１１ｒと対象物体５１ｒを配置し、その対象物体５
１ｒの反射光を受ける方向に結像レンズ８１、シャッタ
アレイ格子１１ｓ、さらにその背後に背面投影形のスク
リーン７１を配置する。シャッタアレイ格子１１ｒとシ
ャッタアレイ格子１１ｓとは、シャッタピッチが等しい
とする。また、結像レンズの焦点距離をＬｓとし、点光
源３１ｒとシャッタアレイ格子１１ｒとの距離もその焦
点距離Ｌｓに等しくとる。なお、一般的には、点光源３
１ｒとシャッタアレイ格子１１ｒとの距離をＬ₃、結像
レンズの焦点距離をＬ₄、シャッタアレイ格子１１ｒの
シャッタのピッチをｐ₃、シャッタアレイ格子１１ｓの
シャッタのピッチをｐ₄として、Ｌ₃：Ｌ₄＝ｐ₃：ｐ
₄の関係が保たれていればよい。この方法は、カメラ４
１ｒの設置場所をスクリーン７１を観測できる範囲でか
なり自由に選べる。

【００７２】この実施例による測定には、シャッタアレ
イ格子１１ｒとシャッタアレイ格子１１ｓから各１個の
シャッタを「開」とする方法や、また、２進符号に従っ
てシャッタを「開」とする方法等をそのまま適用するこ
とができる。さらに、シャッタアレイ格子として図１９
に示した遮蔽部分のないシャッタアレイ格子を使用する
こともできる。

【００７３】図２５は第１５の実施例の構成図である。
この実施例の構成は、上記第１４の実施例と同様に、点
光源３１ｔの投影方向にシャッタアレイ格子１１０ｔと
対象物体５１ｔを配置し、その対象物体５１ｔの反射光
を受ける方向に結像レンズ８２とシャッタアレイ格子１
１０ｕを設けている。第１４の実施例との相違点は、シ
ャッタアレイ格子１１０ｔ及び１１０ｕに図１９の遮蔽
部分のないシャッタアレイ格子を用い、カメラ４１ｔを
シャッタアレイ格子１１０ｕを撮像する位置に置いた点
である。このように、遮蔽部分のないシャッタアレイ格
子を用いると、シャッタアレイ格子１１０ｕ自身をスク
リーンとして用いることができる。そのために、本実施
例ではシャッタアレイ格子１１０ｕの背後に黒い反射防
止板７２を置いている。シャッタアレイ格子１１０ｕの
シャッタを「閉」とすれば、その表面に結像される像が
シャッタの表面で拡散反射されるため、カメラ４１ｔで
観測できる。逆に、シャッタを「開」とすると、黒い反
射防止板が現れるため、表面の像をカメラ４１ｔで観測
できない。すなわち、シャッタアレイ格子１１０ｕにつ
いて、シャッタの「開」と「閉」の機能がこれまでの第
９〜第１４の実施例の場合と逆になる。この実施例の場
合は、全体をコンパクトな構成にすることができ、省ス
ペースとなる。

【００７４】上記の各実施例では、シャッタアレイ格子
を液晶式シャッタで構成したが、他のタイプのもの、例
えば機械式シャッタで構成するようにしてもよい

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、遮蔽部
分と開閉可能なシャッタ部分とが交互に平行に配列され
たシャッタ手段を用い、そのシャッタ部分の開閉状態に
関する情報等を基にしてモアレ縞の次数を識別するよう
にした。このため、モアレ縞の次数決定を人手に依ら
ず、全て自動的に行うことができる。また、簡単な構成
で測定できるのでコストがかからない。さらに、精度良
く動作する格子状のシャッタを用いるので、モアレ縞の
次数決定を確実にかつ高精度で行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理ブロック図である。

【図２】本発明のモアレ縞次数識別方式の全体構成を示
す図である。

【図３】シャッタアレイ格子を示す図である。

【図４】画像処理装置の構成図である。

【図５】本発明の処理手順を示すフローチャートであ
る。

【図６】第２の実施例を示す図である。

【図７】第３の実施例を示す図である。

【図８】第３の実施例の処理手順を示すフローチャート
である。

【図９】第４の実施例を実行する際の処理手順を示すフ
ローチャートである。

【図１０】第５の実施例を実行する際の処理手順を示す
フローチャートである。

【図１１】第５の実施例を実行する際の処理手順を示す
フローチャートである。

【図１２】第６の実施例の説明するためのモデル図であ
る。

【図１３】第６の実施例の手順説明図である。

【図１４】第７の実施例の構成図である。

【図１５】第７の実施例での２値画像を求める手順説明
図である。

【図１６】２値画像間の論理積表を示す図である。

【図１７】モアレ縞の次数Ｎと距離ｈ_Nとの関係を示す
グラフである。

【図１８】第８の実施例を示す図である。

【図１９】遮蔽部分を除いたシャッタアレイ格子を示す
図である。

【図２０】第１０の実施例の構成図である。

【図２１】第１１の実施例の構成図である。

【図２２】第１２の実施例の構成図である。

【図２３】第１３の実施例の説明図である。

【図２４】第１４の実施例の構成図である。

【図２５】第１５の実施例の構成図である。

【符号の説明】

１０シャッタ手段１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，１１
ｆ，１１ｇ，１１ｒ，１１ｓシャッタアレイ格子１２シャッタアレイ格子の遮蔽部分１３，１３₁，１３₂，１３ａ，１３ａ₁，１３ａ₂，
１３ｂ，１３ｂ₁，１３ｂ₂，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ
シャッタアレイ格子のシャッタ２０ａシャッタ開閉制御手段２０ｂモアレ縞次数識別手段２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄホストコンピ
ュータ２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ画像処理装置２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄシャッタアレ
イ駆動回路３０測定光照射手段３１，３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｆ，３１
ｈ，３１ｊ，３１ｍ，３１ｏ，３１ｒ，３１ｔ，３２
ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｍ，３２ｏ，３３ｏ点光源４０撮像手段４１，４１ａ，４１ｂ，４１ｄ，４１ｆ，４１ｈ，４１
ｊ，４１ｍ，４１ｒ，４１ｔカメラ５０，５１，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１
ｆ，５１ｈ，５１ｊ，５１ｍ，５１ｒ，５１ｔ対象物
体６１ｆハーフミラー７１スクリーン７２反射防止板８１，８２結像ミラー１１０，１１０ｈ，１１０ｉ，１１０ｊ，１１０ｋ，１
１０ｍ，１１０ｎ，１１０ｏ，１１０ｐ，１１０ｑ，１
１０ｔ，１１０ｕ遮蔽部分のないシャッタアレイ格子２２２画像メモリ２２３プロセッサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】観測されたモアレ縞の次数を識別するモ
アレ縞次数識別方式において、遮蔽部分と任意に開閉可能なシャッタ部分とが交互に平
行に配列されたシャッタ手段（１０）と、前記シャッタ手段（１０）のシャッタ部分の開閉を制御
するシャッタ開閉制御手段（２０ａ）と、前記シャッタ手段（１０）のシャッタ部分を経由して測
定光を対象物体に照射する測定光照射手段（３０）と、前記対象物体（５０）上の測定光を撮像する撮像手段
（４０）と、前記撮像手段（４０）からの画像を受けてモアレ縞を抽
出し前記シャッタ部分の開閉状態等に関する情報を基に
して前記モアレ縞の次数を識別するモアレ縞次数識別手
段（２０ｂ）と、を有することを特徴とするモアレ縞次数識別方式。
【請求項２】前記シャッタ開閉制御手段（２０ａ）
は、前記シャッタ手段（１０）のシャッタ部分のうちＮ
個隔てた２個のシャッタ部分を開くように前記シャッタ
手段（１０）の動作制御を行い、前記モアレ縞次数識別手段（２０ｂ）は、前記撮像手段
（４０）からの画像を画像メモリに入力し２値化して前
記モアレ縞を抽出すると共に、前記モアレ縞の次数をＮ
次として識別し前記モアレ縞が存在する画素と同じアド
レスを持つ距離画像メモリの画素に次数Ｎを書き込むこ
とを特徴とする請求項１記載のモアレ縞次数識別方式。
【請求項３】前記撮像手段（４０）は、前記シャッタ
手段に対し前記測定光照射手段（３０）と同一サイドに
配置され前記シャッタ手段（１０）のシャッタ部分を経
由して前記対象物体上の測定光を撮像することを特徴と
する請求項１記載のモアレ縞次数識別方式。
【請求項４】前記測定光照射手段として２つ設け、前
記対象物体に前記シャッタ部分を経由して２方向から測
定光を照射するようにしたことを特徴とする請求項２記
載のモアレ縞次数識別方式。
【請求項５】前記モアレ縞次数識別手段は、前記撮像
手段からの画像を画像メモリに入力し前記画像メモリか
ら２つの測定光が前記対象物体上で重なるためにより明
るくなった画素を予め設定した閾値を用いて抽出しその
抽出した画素をＮ次のモアレ縞として識別することを特
徴とする請求項４記載のモアレ縞次数識別方式。
【請求項６】前記２つの測定光照射手段は互いに異な
る色を持つ測定光を照射し、前記モアレ縞次数識別手段は、前記画像を画像メモリに
入力し前記画像メモリから２つの測定光が前記対象物体
上で重なるために混色となった画素を抽出しその抽出し
た画素をＮ次のモアレ縞として識別することを特徴とす
る請求項４記載のモアレ縞次数識別方式。
【請求項７】前記撮像手段が撮像する対象物体上の測
定光は前記２つの測定光照射手段のうちのいずれか一方
からの測定光であるとし、前記モアレ縞次数識別手段は、先ず前記２つの測定光照
射手段のうちの一方からの測定光による画像を第１の画
像メモリに入力し、次に前記２つの測定光照射手段のう
ちの他方からの測定光による画像を第２の画像メモリに
入力し、前記第１の画像メモリ及び前記第２の画像メモ
リの各画像を２値化しその２値化した画像の論理積を求
めることによりモアレ縞を抽出し前記モアレ縞の次数を
Ｎ次として識別することを特徴とする請求項４記載のモ
アレ縞次数識別方式。
【請求項８】前記撮像手段が撮像する対象物体上の測
定光は、前記Ｎ個隔てた２個のシャッタ部分を開いた状
態で前記２つの測定光照射手段のうち一方をオンし他方
をオフすることにより得られることを特徴とする請求項
７記載のモアレ縞次数識別方式。
【請求項９】前記撮像手段が撮像する対象物体上の測
定光は、前記２つの測定光照射手段をオンした状態で前
記Ｎ個隔てた２個のシャッタ部分のうち一方を開き他方
を閉じることにより得られることを特徴とする請求項７
記載のモアレ縞次数識別方式。
【請求項１０】前記シャッタ開閉制御手段は、前記シ
ャッタ手段のシャッタ部分を１個ずつ開くように前記シ
ャッタ手段の動作制御を行い、前記測定光照射手段として２つ設け、前記対象物体に前
記シャッタ部分を経由して２方向から測定光を照射する
ようにし、前記モアレ縞次数識別手段は、前記撮像手段からの画像
を当該撮像したときのシャッタ部分に対応付けた画像メ
モリに入力して２値画像とし、前記シャッタ手段のシャ
ッタ部分のうち互いにＮ個隔たった２つのシャッタ部分
に対応する２つの画像メモリの前記２値画像の論理積を
求めることによりモアレ縞を抽出し前記モアレ縞の次数
をＮ次として識別することを特徴とする請求項１記載の
モアレ縞次数識別方式。
【請求項１１】観測されたモアレ縞の次数を識別する
モアレ縞次数識別方式において、遮蔽部分と任意に開閉可能なシャッタ部分とが交互に平
行に配列されたシャッタ手段と、前記シャッタ手段のシャッタ部分に順に付した番号を２
進符号で表し前記２進符号のビット構成において同一位
取りでのビットパターンに従って前記シャッタ部分を開
くように前記シャッタ手段に指令信号を出力するシャッ
タ開閉制御手段と、前記シャッタ手段のシャッタ部分を経由して対象物体に
測定光を照射する第１の測定光照射手段と、前記シャッタ手段に対し前記第１の測定光照射手段と同
一サイドに配置され前記第１の測定光照射手段とは別方
向から前記シャッタ手段のシャッタ部分を経由して前記
対象物体に測定光を照射する第２の測定光照射手段と、前記対象物体上に照射された測定光を撮像する撮像手段
と、前記第１の測定光照射手段をオン、前記第２の測定光照
射手段をオフにしたときの前記撮像手段からの画像を処
理して前記シャッタ手段のシャッタ部分を１個ずつ開い
たときの前記測定光の前記対象物体上での照射位置を示
す２値画像を求める第１の画像処理手段と、前記第１の測定光照射手段をオフ、前記第２の測定光照
射手段をオンにしたときの前記撮像手段からの画像を処
理して前記シャッタ手段のシャッタ部分を１個ずつ開い
たときの前記測定光の前記対象物体上での照射位置を示
す２値画像を求める第２の画像処理手段と、前記第１の画像処理手段による２値画像及び前記第２の
画像処理手段による２値画像の論理積を求めることによ
りモアレ縞を抽出し前記モアレ縞の次数をＮ次として識
別するモアレ縞次数識別手段と、を有することを特徴とするモアレ縞次数識別方式。
【請求項１２】観測されたモアレ縞の次数を識別する
モアレ縞次数識別方式において、遮蔽部分と任意に開閉可能なシャッタ部分とが交互に平
行に配列された第１のシャッタ手段と、前記第１のシャッタ手段の隣に所定距離離れて配置さ
れ、遮蔽部分と任意に開閉可能なシャッタ部分とが交互
に平行に配列されると共に前記シャッタ部分の配列ピッ
チが前記第１のシャッタ手段のシャッタ部分の配列ピッ
チと同一の第２のシャッタ手段と、前記第１のシャッタ手段のシャッタ部分に順に付した番
号を２進符号で表し前記２進符号のビット構成において
同一位取りでのビットパターンに従って前記シャッタ部
分を開くように前記第１のシャッタ手段に指令信号を出
力すると共に前記第２のシャッタ手段のすべてのシャッ
タ部分を開くように前記第２のシャッタ手段に指令信号
を出力する第１のシャッタ開閉制御手段と、前記第１のシャッタ手段のすべてのシャッタ部分を開く
ように前記第１のシャッタ手段に指令信号を出力すると
共に前記第２のシャッタ手段のシャッタ部分に順に付し
た番号を２進符号で表し前記２進符号のビット構成にお
いて同一位取りでのビットパターンに従って前記シャッ
タ部分を開くように前記第２のシャッタ手段に指令信号
を出力する第２のシャッタ開閉制御手段と、前記第１のシャッタ手段のシャッタ部分を経由して対象
物体に測定光を照射する測定光照射手段と、前記第１及び第２のシャッタ手段に対し前記測定光照射
手段と同一サイドに配置され前記第１のシャッタ手段の
シャッタ部分を経由して前記対象物体上に照射された測
定光を前記第２のシャッタ手段のシャッタ部分を経由し
て撮像する撮像手段と、前記第１のシャッタ開閉制御手段からの指令に応じて前
記第１及び第２のシャッタ手段が動作したときの前記撮
像手段からの画像を処理して前記第１のシャッタ手段の
シャッタ部分を１個ずつ開いたときの前記測定光の前記
対象物体上での照射位置を示す２値画像を前記第１のシ
ャッタ手段のシャッタ部分毎に求める第１の画像処理手
段と、前記第２のシャッタ開閉制御手段からの指令に応じて前
記第１及び第２のシャッタ手段が動作したときの前記撮
像手段からの画像を処理して前記第２のシャッタ手段の
シャッタ部分を１個ずつ開いたときの前記測定光の前記
対象物体上での照射位置を示す２値画像を前記第２のシ
ャッタ手段のシャッタ部分毎に求める第２の画像処理手
段と、前記第１の画像処理手段による２値画像及び前記第２の
画像処理手段による２値画像の論理積を求めることによ
りモアレ縞を抽出し前記モアレ縞の次数を前記２値画像
に対応する前記第１及び第２のシャッタ手段のシャッタ
部分間の距離を前記ピッチで除算して得られる値として
識別するモアレ縞次数識別手段と、を有することを特徴とするモアレ縞次数識別方式。
【請求項１３】前記第２のシャッタ手段を仮想シャッ
タとしたことを特徴とする請求項１２記載のモアレ縞次
数識別方式。
【請求項１４】前記第２のシャッタ手段及び前記撮像
手段を前記測定光照射手段と前記対象物体を結ぶ線の横
方向に配置すると共に、前記測定光照射手段と前記対象
物体の間にハーフミラーを設け、前記撮像手段は前記ハ
ーフミラーで反射した測定光を前記第２のシャッタ手段
のシャッタ部分を通して撮像するようにしたことを特徴
とする請求項１１記載のモアレ縞次数識別方式。
【請求項１５】前記シャッタ手段は遮蔽部分を持たず
任意に開閉可能なシャッタ部分のみが互いに隣接して配
列されていることを特徴とする請求項１記載のモアレ縞
次数識別方式。
【請求項１６】前記シャッタ手段のシャッタ部分のう
ち連続するシャッタ部分を一つのシャッタ部分とみなし
て同時に開閉するようにしたことを特徴とする請求項１
５記載のモアレ縞次数識別方式。
【請求項１７】前記測定光の照射方向に２つの前記シ
ャッタ手段を設け、前記シャッタ開閉制御手段はいずれ
か一方のシャッタ手段を全開として他方のシャッタ手段
の動作を制御することを特徴とする請求項１５記載のモ
アレ縞次数識別方式。
【請求項１８】前記２つのシャッタ手段は、前記シャ
ッタ部分のピッチが互いに異なることを特徴とする請求
項１７記載のモアレ縞次数識別方式。
【請求項１９】前記２つのシャッタ手段は、前記測定
光照射手段からの距離が異なる位置に設けられることを
特徴とする請求項１７記載のモアレ縞次数識別方式。
【請求項２０】前記測定光照射手段を２つ設けること
を特徴とする請求項１７記載のモアレ縞次数識別方式。
【請求項２１】前記撮像手段を２つ設けることを特徴
とする請求項１７記載のモアレ縞次数識別方式。
【請求項２２】前記シャッタ手段を３つ以上設けると
共に、前記測定光照射手段を３つ以上設け、前記モアレ
縞測定時には前記測定光照射手段の任意の２つを用い、
かつ前記シャッタ開閉制御手段は、前記任意の２つの測
定光照射手段からの測定光が通過するいずれか１つのシ
ャッタ手段の動作を制御し他のシャッタ手段を全開とす
ることを特徴とする請求項１５記載のモアレ縞次数識別
方式。
【請求項２３】観測されたモアレ縞の次数を識別する
モアレ縞次数識別方式において、遮蔽部分と任意に開閉可能なシャッタ部分とが交互に平
行に配列された第１のシャッタ手段と、前記第１のシャッタ手段のシャッタ部分を経由して測定
光を対象物体に照射する測定光照射手段と、前記対象物体からの反射光を受ける位置に配置され、遮
蔽部分と任意に開閉可能なシャッタ部分とが交互に平行
に配列された第２のシャッタ手段と、前記第２のシャッタ手段のシャッタ部分を通過した測定
光を映写する映写手段と、前記第２のシャッタ手段と前記対象物体の間に配置され
前記対象物体からの反射光を受けて前記映写手段に結像
する結像手段と、前記映写手段に映写された前記対象物体からの測定光を
撮像する撮像手段と、前記第１のシャッタ手段のシャッタ部分のうちの１個と
前記第２のシャッタ手段のシャッタ部分のうちの１個と
を開くように前記第１及び第２のシャッタ手段の動作制
御を行うシャッタ開閉制御手段と、前記シャッタ開閉制御手段が前記第１及び第２のシャッ
タ手段を動作させたときの前記撮像手段からの画像を受
けてモアレ縞を抽出し前記モアレ縞の次数を識別するモ
アレ縞次数識別手段と、を有することを特徴とするモアレ縞次数識別方式。
【請求項２４】前記第１のシャッタ手段のシャッタ部
分のピッチをＰ₁、前記第２のシャッタ手段のシャッタ
部分のピッチをＰ₂、前記測定光照射手段と前記第１の
シャッタ手段との間の距離をＬ₁、及び前記結像手段と
前記第２のシャッタ手段との間の距離をＬ₂とすると
き、Ｌ₁：Ｌ₂＝Ｐ₁：Ｐ₂の関係が成立することを特
徴とする請求項２３記載のモアレ縞次数識別方式。
【請求項２５】前記第１及び第２のシャッタ手段とし
て遮蔽部分を持たず任意に開閉可能なシャッタ部分のみ
が互いに隣接して配列されたものを用い、前記映写手段
に代えて反射防止手段を用いることを特徴とする請求項
２３記載のモアレ縞次数識別方式。