JPH11230720A - ３次元情報計測方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】比較的簡単な構成で対象物の３次元情報を全周
又は多視点から高速に計測し入力すること。 【解決手段】回転体型ミラー１１とその中心軸に受光軸
が一致するように配置された撮像装置１２とを用い、回
転体型ミラー１１の内側の空間に配置された対象物ＯＢ
の３次元情報を計測する３次元情報計測方法であって、
中心軸上から回転体型ミラー１１に向けて参照光を投射
し、参照光の回転体型ミラーによる反射光であるミラー
反射参照光によって対象物ＯＢを走査し、参照光の投射
角度θｙに対応する物理量と、対象物ＯＢを走査したミ
ラー反射参照光が回転体型ミラーを介して撮像装置で撮
像されたときに得られる投影像の位置に対応する物理量
とに基づいて、対象物ＯＢの３次元情報を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体又は人体など
の対象物の３次元情報をその全周又は多視点（多方向）
から計測し入力するための３次元情報計測方法及び装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、医療又はアパレルの分野など
において、対象物である人体又は物体などの全周の３次
元情報の計測が行われている。

【０００３】従来の３次元情報計測方法として、次に示
す方法が提案されている。 投光系と受光系とを一体に構成した距離測定装置を
用い、対象物を固定し、距離測定装置の視線が対象物の
方を向いた状態で、距離測定装置を対象物を中心とする
円周上を移動（回転）させる。その結果、対象物の全周
の距離情報が得られるので、これを基に対象物の３次元
情報を求める（特開平５−２２３５４７号）。 距離測定装置を固定し、対象物の方を移動させるこ
とによって同様の方法で３次元情報を求める（特開平５
−３２２５２６号）。例えば、回転するステージの上に
対象物を載せる。距離測定装置の投光系から対象物に向
けて参照光を照射し、その反射光を複数のミラーを介し
て受光系であるテレビカメラに取り込む。対象物の距離
情報が全周にわたって得られるので、これを基に３次元
情報を求める。 また、距離測定装置及び対象物のいづれも回転させ
ない方法もある。この方法では、投光系と受光系とを一
対とした距離測定装置を対象物の周りの数カ所に設置
し、各距離測定装置によって対象物の距離情報をワンシ
ョットの操作で得て、その距離情報を基に対象物の３次
元情報を求める（特開平３−１３８５０８号）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したの
方法によると、距離測定装置を移動させるための機構が
複雑なものとなる。また、装置の動作を安定させ且つ安
全を確保する必要上、距離測定装置の移動速度を余り高
速にはできない。このため、計測に必要な時間が長くな
る。したがって、対象物が人間や動物のような生物であ
る場合には、計測中に対象物が動いてしまうことがある
ので、計測が極めて困難である。

【０００５】また、上述したの方法においても、の
方法と同様にステージを回転駆動する機構が大型化し且
つ複雑なものとなり、且つ計測に必要な時間が長くなる
という問題がある。

【０００６】上述のの方法においては、対象物の全周
の距離情報がワンショットの操作で得られるため、上述
の及びで生じた回転のための機構の複雑化の問題及
び計測に必要な時間が長いという問題は解決されるが、
距離測定装置を複数台必要とするためコストが高くつ
く。また、複数台の距離測定装置を用いることから、複
数の受光系によって得られる３次元情報を互いに結合さ
せるための画像の貼り合わせ処理を行う必要があり、処
理が複雑なものとなる。

【０００７】本発明は、上述の問題に鑑みてなされたも
ので、比較的簡単な構成で対象物の３次元情報を全周又
は多視点から高速に計測し入力するための３次元情報計
測方法及び装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る方
法は、回転体型ミラーと当該回転体型ミラーの中心軸に
受光軸が一致するように配置された撮像装置とを用い、
前記回転体型ミラーの内側の空間に配置された対象物の
３次元情報を計測する３次元情報計測方法であって、前
記中心軸上から前記回転体型ミラーに向けて参照光を投
射し、当該参照光の前記回転体型ミラーによる反射光で
あるミラー反射参照光によって前記対象物を走査し、前
記参照光の投射角度に対応する物理量と、前記対象物を
走査した前記ミラー反射参照光が前記回転体型ミラーを
介して前記撮像装置で撮像されたときに得られる投影像
の位置に対応する物理量とに基づいて、前記対象物の３
次元情報を求める。

【０００９】請求項２の発明に係る装置は、回転体型ミ
ラーと当該回転体型ミラーの中心軸に受光軸が一致する
ように配置された撮像装置とを用い、前記回転体型ミラ
ーの内側の空間に配置された対象物の３次元情報を計測
する３次元情報計測装置であって、前記中心軸上から前
記回転体型ミラーに向けて参照光を投射する参照光投射
手段と、前記参照光の前記回転体型ミラーによる反射光
であるミラー反射参照光が前記対象物の周方向の走査を
行うように前記参照光を偏向する主走査手段と、前記ミ
ラー反射参照光が前記対象物の前記中心軸に沿った方向
の走査を行うように前記参照光の投射角度を偏向する副
走査手段と、前記参照光の投射角度に対応する物理量
と、前記対象物を走査した前記ミラー反射参照光が前記
回転体型ミラーを介して前記撮像装置で撮像されたとき
に得られる投影像の位置に対応する物理量とに基づい
て、前記対象物の３次元情報を求める３次元情報算出手
段と、を有してなる。

【００１０】投射角度に対応する物理量として、投射角
度それ自体、又は投射角度に関連した物理量、例えば、
副走査を開始してからの経過時間、投射角度を偏向する
ための機構の移動量などが用いられる。投影像の位置に
対応する物理量として、投影像の位置の基準位置からの
距離、投影像が投影された画素の座標値、又は投影像が
投影された画素のにらむ方向などが用いられる。

【００１１】本明細書における「中心軸上」には、中心
軸上及びその周辺を含む。また、本明細書における「回
転体型ミラー」には、例えば細長い長方形の平面ミラー
を多数組み合わせて近似的に回転体型の形状としたもの
も含む。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る３次元情報計
測装置１の構成を示す図である。図１において、３次元
情報計測装置１は、映像ミラー１１、撮像装置１２、及
び参照光投射装置１３などから構成される。

【００１３】映像ミラー１１は、逆円錐台の内部を中空
とした形状を備え、且つその内周面を反射面１１Ｓとし
た回転体型ミラー（又は回転面型ミラー）である。つま
り、映像ミラー１１は、その中心軸である軸Ｊが鉛直方
向に沿うように、且つ円錐台形状の大きい方の端面が上
側になるように設置されている。映像ミラー１１はこの
ような形状であるため、映像ミラー１１の内側に配置さ
れる物体ＯＢは、その全周の像が反射面１１Ｓに写し出
される。

【００１４】映像ミラー１１の上方には、受光軸が軸Ｊ
に一致するように撮像装置１２が設けられている。撮像
装置１２は光学レンズ及び撮像素子７１を備える。撮像
装置１２として、例えばビデオカメラが用いられる。撮
像装置１２には映像ミラー１１で反射した光が全周にわ
たって入射するので、撮像装置１２によって物体ＯＢの
全周、つまり物体ＯＢの全方位を対象とした撮影が可能
である。したがって、物体ＯＢの軸Ｊのまわりの全ての
視点からの像は、物体ＯＢの頂点付近を除き、撮像装置
１２の撮像素子７１により同時に撮像される１つの画像
の中に取り込まれることとなる。

【００１５】撮像装置１２の下方には、軸Ｊに沿って、
参照光投射装置１３が設置されている。参照光投射装置
１３は、撮像装置１２による受光の邪魔にならないよう
に、その形状、大きさ、及び配置位置などが決定されて
いる。つまり、撮像装置１２から見た視野の中で、映像
ミラー１１の反射面１１Ｓが存在せず、３次元情報の入
力に関与しない中央付近の円筒状の領域の中に収まるよ
うに、参照光投射装置１３が配置されている。

【００１６】さて、参照光投射装置１３は、参照光ビー
ムを映像ミラー１１に向けて投射する。参照光投射装置
１３は、参照光ビームの投射方向を、図１の矢印Ａで示
すように映像ミラー１１の軸Ｊを中心に全周外方に向か
うように偏向することが可能に、且つ、図１に矢印Ｂで
示すように参照光ビームの投射角度θｙを鉛直面内で偏
向することが可能に、構成されている。周方向の偏向
は、モータ又はモータとギヤなどを用いた駆動装置によ
り、参照光投射装置１３の全部又は一部を回転移動させ
ることにより実現される。鉛直方向の偏向は、例えばガ
ルバノスキャナのような走査テバイスを使用することに
より容易に実現可能である。

【００１７】参照光投射装置１３から投射された参照光
ビームは、映像ミラー１１によって反射される。反射さ
れた参照光ビームによって、物体ＯＢを全周にわたって
走査し、且つ軸Ｊに沿った方向に走査する。反射された
参照光ビームは、本発明におけるミラー反射参照光に相
当する。本明細書において、軸Ｊを中心とする周方向の
走査が主走査であり、軸Ｊに沿った方向の走査が副走査
である。

【００１８】３次元情報計測装置１では、上述した主走
査と副走査とを組み合わせることによって、物体ＯＢの
全ての方位について走査が行われ、後述する３次元情報
算出部ＰＲによって３次元情報の算出が行われる。

【００１９】次に、物体ＯＢの全周の像が映像ミラー１
１に写し出され、その像が撮像装置１２によって撮像さ
れる原理について説明する。図２は撮像装置１２によっ
て物体ＯＢの全周の像が撮像される原理を説明するため
の図、図３は撮像装置１２によって撮像された映像ミラ
ー１１及び映像ミラー１１に写し出された物体ＯＢの画
像を示す図である。

【００２０】図２に示されるように、原点をＯとし、鉛
直方向にｈ軸をとり、映像ミラー１１の半径方向にｒ軸
をとった座標系において、映像ミラー１１の形状は、次
の（１）式で表される。

【００２１】ｒ＝ｈ・ｔａｎθｍ＋Ｒ ……（１） ここで、Ｒは映像ミラー１１の幾何学上の底部における
半径、θｍは鉛直軸と映像ミラー１１の母線つまり反射
面１１Ｓとのなす角度である。

【００２２】ここで、角度θｍ、映像ミラー１１と撮像
装置１２との間の距離、及び撮像装置１２の画角など
は、映像ミラー１１の内側に物体ＯＢが置かれた場合に
物体ＯＢの全周の画像を撮像装置１２で捉えることがで
きるように、それぞれ設定されている。

【００２３】例えば、物体ＯＢ上の点Ｐ１，点Ｐ２は、
それぞれ経路ｌ，ｌ’、経路ｍ，ｍ’を経て撮像装置１
２によって撮像される。このような考え方を物体ＯＢの
全ての点に適用することによって、物体ＯＢの全周の像
が撮像装置１２によって撮像されることになる。

【００２４】図３において、画像ＯＢＺは、物体ＯＢが
反射面１１Ｓにおいて写し出された像である。画像ＯＢ
Ｚ上の点Ｐｉは、図１における物体ＯＢ上の点Ｐに対応
している。 〔３次元情報の算出方法の説明〕次に、３次元情報算出
部ＰＲにおける３次元情報の算出処理について説明す
る。まず、３次元情報の算出の原理について説明する。

【００２５】図１において、参照光投射装置１３から投
射角度θｙで投射された参照光ビームは、経路ｙを経
て、映像ミラー１１で反射された後、経路ｙ’を経て物
体ＯＢを照射する。その後、物体ＯＢで反射され、経路
ｘ，ｘ’を経て撮像装置１２に入射する。

【００２６】ここで、図１における物体ＯＢ上の点Ｐの
像が、図３の画像ＯＢＺにおける中心Ｏ１から距離（像
高）ｒｉの点Ｐｉとして観測されているとする。３次元
情報計測装置１は軸Ｊについて対称であるので、簡単化
のために周方向の角度位置を固定し、軸Ｊを含むある鉛
直面内で説明する。このとき、点Ｐは、距離ｒｉを用い
た次の（２）式で示される直線Ｌ１上に存在する。

【００２７】ｒ＝ｈ・ｔａｎ｛ａｔａｎ（ｒｉ／Ｈ）＋
２θｍ｝＋Ｒ [Ｈ・ｔａｎ｛ａｔａｎ（ｒｉ／Ｈ）＋２
θｍ｝＋ｒｉ］／（Ｈ・ｔａｎθｍ＋ｒｉ） 但し、ここでは撮像装置１２のレンズ系の主点位置７３
をｈ＝０の位置とし、撮像素子７１をｈ＝Ｈの位置とし
ている。

【００２８】一方、あるタイミシグにおいて、参照光ビ
ームが経路ｙからｙ’を経て点Ｐ上に到達しているとす
る。ここで、参照光ビームの投射起点の位置、つまり参
照光投射装置１３の位置をｈ＝ｈｙの位置とする。参照
光ビームは、ある投射角度θｙにおいて、経路ｙを経て
反射面１１Ｓに到達し、反射後には次の（３）式で示さ
れる経路ｙ’をたどる。つまり、点Ｐは経路ｙ’を示す
直線Ｌ２上に存在する。

【００２９】 ｒ＝ｈ・ｔａｎ（θｙ＋２θｍ） ＋｛ｔａｎθｙ（ｈｙ・ｔａｎθｍ＋Ｒ） −ｔａｎ（θｙ＋２θｍ）（ｈｙ・ｔａｎθｙ−Ｒ）｝ ／（ｔａｎθｍ＋ｔａｎθｙ） ……（３） 以上から、点Ｐの位置は経路ｘと経路ｙ’との交点つま
り直線Ｌ１と直線Ｌ２との交点として定まることにな
る。したがって、点Ｐの位置は、距離ｒｉと参照光ビー
ムの投射角度θｙとから算出することが可能である。

【００３０】撮像装置１２には、映像を電気信号に変換
するためにＣＣＤなどの撮像素子が使用されている。現
在において実用化されている撮像素子の多くは、直交座
標系に配列された多数の受光素子で構成されている。

【００３１】このことから、点Ｐの位置は、撮像素子７
１上において点Ｐｉとして結像している画素が、投射角
度θｙを変化させて刻々と走査されていく参照光ビーム
のうちのどの時点の投射に基づくものであるかを知るこ
とにより求めることができる。何となれば、参照光投射
装置１３を、何らかの一定の手段で制御しておくこと
は、すなわち、走査開始からの経過時間を参照光ビーム
の投射角度θｙに対応づけることを可能とするからであ
る。一方、距離ｒｉは、撮像素子７１上における光軸に
相当する位置の画素の座標を明らかにしておくことにょ
って、点Ｐｉの画素の座標から求めることが可能であ
る。

【００３２】上述したような処理、つまり距離ｒｉと投
射角度θｙとに基づき直線Ｌ１及び直線Ｌ２を求めそれ
らの交点から点Ｐの位置を算出するという処理を、図１
の矢印Ａ方向の１回転について繰り返すことによって、
ある水平断面に関する物体ＯＢの輪郭形状を求めること
ができる。さらにこの処理を図１の軸Ｊに沿った矢印Ｂ
方向の副走査に対して繰り返せば、その輪郭形状を鉛直
方向に積み重ねていくこととなり、軸Ｊに沿った方向に
ついての物体ＯＢの全周の３次元形状の情報を獲得する
ことができる。

【００３３】いま、参照光ビームの像を撮像装置１２で
撮像し、撮像素子７１上のある画素の出力に注目してい
ると、その画素上に結象している物体ＯＢ上の点を参照
光ビームが通過する際に、その出力が極大値を示す。し
たがって、各画素について、その出力がピークを示すタ
イミングを記録する処理を行えばよいこととなる。

【００３４】次に、撮像素子７１上の各画素と、その各
画素が参照光ビームにより照射されるタイミングとを、
互いに関連づけつつ記録する処理を行い、出力のピーク
の情報を検出するための具体的な回路を説明する。

【００３５】図４は３次元情報計測装置１の処理回路
（３次元情報算出部）の回路の例を示すブロック図、図
５は３次元情報計測装置１の処理回路の他の例を示すブ
ロック図、図６は撮像素子７１上における投射光（参照
光ビーム）の太さ及び輝度の一例を示す図、図７は撮像
素子７１のある１つの画素に注目して、投射光によって
１フレーム毎に照射されるときの光量の変化をプロット
した図、図８は画像データの時間重心演算を行う処理回
路１０の構成を示すブロック図である。

【００３６】なお、図４において、矢印記号のうち太い
矢印記号は主としてデータの流れを示し、細い矢印記号
は主として指令の流れを示す。図５においても同様であ
る。図４に示されるように、処理回路ＰＲ１は、２つの
メモリバンク８１，８２、比較器８３、及びフレーム番
号発生器８４から構成される。メモリバンク８１及びメ
モリバンク８２は、それぞれ撮像装置１２によって得ら
れる画像と同じサイズの記憶容量を有したメモリであ
る。

【００３７】撮像素子７１から出力されるアナログの画
像データは、公知のアナログ処理回路を経てＡ／Ｄ変換
された後、デジタルの画像データとして処理回路ＰＲ１
に入力される。

【００３８】一方のメモリバンク８１には、各画素の画
像データのうち輝度値が書き込まれる。他方のメモリバ
ンク８２には、撮像素子７１の各画素について輝度がピ
ーク値を示す時点の画像のフレーム番号が書き込まれ
る。ここで、画像のフレーム番号は、３次元情報を入力
するための上述のプロセスが開始されてからの経過時間
に対応する。したがって、図１の矢印Ｂの方向のある投
射角度θｙに対する矢印Ａの方向の参照光ビームの走査
１回転分が１フレームに相当するようにしておけば、こ
れはすなわち走査していく参照光ビームの矢印Ｂの方向
の投射角度θｙに対応することになる。つまり、画像の
フレーム番号は、物体ＯＢを副走査方向に走査する際の
投射光の投射角度θｙに対応することとなる。

【００３９】処理回路ＰＲ１に入力される画像データの
輝度値Ｓ１１は、比較器８３によって、各画素の過去の
最大輝度値を記憶しているメモリバンク８１の当該画素
の輝度値Ｓ１２と比較される。もし、入力された輝度値
Ｓ１１がメモリバンク８１に記憶されている輝度値Ｓ１
２よりも大きければ、メモリバンク８１のその画素に相
当する番地の輝度値を輝度値Ｓ１１に書き換えた上、メ
モリバンク８２の当該番地の内容をフレーム番号発生器
８４から供給されるフレーム番号に書き換える。

【００４０】この処理を、撮像素子７１の画素配列のラ
イン数、及びその他の条件から定まる総フレーム数だけ
繰り返すと、メモリバンク８１には、各画素の出力がピ
ーク値になったときの輝度値が記憶され、また、メモリ
バンク８２にはそれに対応するフレーム番号が記憶され
ることになる。メモリバンク８２に記憶されたフレーム
番号をもとに、各画素について、輝度がピーク値を示す
時点の投射光の投射角度θｙが求められる。

【００４１】なお、各フレームにおいて図１の矢印Ａの
方向についての参照光ビームの投射角度については、各
画素の光軸に対する方位角をそのまま適用すればよい。
処理回路ＰＲ１によると、比較的簡単な回路構成によっ
て投射光（参照光ビーム）の投射角度θｙ（又はそれに
対応する物理量）を求めることができる。しかし、処理
回路ＰＲ１においては、投射角度θｙの分解能を撮像素
子７１の画素ピッチより高くすることはできない。

【００４２】そこで、処理回路ＰＲ１の回路構成を発展
させ、投射角度θｙを求めるに際し、より高い分解能を
達成することのできる処理回路ＰＲ２について、図５を
参照して説明する。

【００４３】図５に示されるように、処理回路ＰＲ２
は、ディレイメモリ９６ａ，９６ｂ，９６ｃ，９６ｄ、
メモリバンク９１，９２，９３，９４，９５，９８、比
較器９７、及びフレーム番号発生器９９から構成され
る。各メモリバンク９１〜９５，９８は、それぞれ撮像
装置１２によって得られる画像と同じサイズの記憶容量
を有したメモリである。ディレイメモリ９６ａ〜ｄは、
入力される画像データをそれぞれ１フレームずつ遅延さ
せる。

【００４４】ディレイメモリ９６ａ〜ｄは、それぞれ直
列に接続されており、各ディレイメモリ９６ａ〜ｄの出
力信号は、それぞれメモリバンク９２〜９５に取り込ま
れる。これにより、５フレーム分の連続した画像データ
を同時に参照することができる。

【００４５】処理回路ＰＲ２に入力された画像データの
輝度値Ｓ２１は、２フレーム分だけ遅延された時点で、
比較器９７によって、その画素についての過去の最大出
力値を記憶しているメモリバンク９３の当該画素につい
ての輝度値Ｓ２２と比較される。もし、２フレーム分だ
け遅延された画像データの輝度値Ｓ２１がメモリバンク
９３の当該画素に対応する輝度値より大きければ、その
時点で、メモリバンク９１〜９５のそれぞれに入力され
ている輝度値に、それぞれのメモリバンク９１〜９５の
当該番地の輝度値が書き換えられる。さらに、メモリバ
ンク９８の当該番地の内容が、フレーム番号発生器９９
から供給される出力データのフレーム番号に書き換えら
れる。

【００４６】このような処理を、参照光ビームによる走
査が完了するまで繰り返すと、メモリバンク９１〜９
５，９８には次の内容が記憶される。すなわち、メモリ
バンク９３には各画素がピーク値を出力したときのその
輝度値が、メモリバンク９２にはピーク値を示した１フ
レーム後の投射光によるその画素の輝度値が、メモリバ
ンク９１にはピーク値を示した２フレーム後の投射光に
よるその画素の輝度値が、それぞれ記憶される。一方、
メモリバンク９４にはピーク値を示した１フレーム前の
投射光によるその画素の輝度値が、メモリバンク９５に
はピーク値を示した２フレーム前の投射光によるその画
素の輝度値が、それぞれ記憶される。また、メモリバン
ク９８にはそれらに対応するフレーム番号が記憶され
る。

【００４７】ここで、投射光が、例えば図６に示される
ように、その太さが撮像素子７１上で結像した際に５画
素相当のサイズであり、その輝度分布がガウス分布のよ
うに中央に１つのピーク値を持つ単調な山形の形状であ
るものとする。このような場合に、ある１つの画素に注
目し、照射される光量の変化をフレーム毎にプロットす
れば図７に示すグラフが得られる。

【００４８】つまり、ある画素の光量は、５フレーム分
において有意な値を示し、且つその値はフレーム毎に変
化する。しかも、ガウス分布のように山形に変化する。
したがって、一連の処理の終了後には、各メモリバンク
９１〜９５に記憶されるデータは、メモリバンク９５、
メモリバンク９４の順で光量の値が増し、メモリバンク
９３で極大となり、メモリバンク９２、メモリバンク９
１の順で光量が低下する。これら各メモリバンク９１〜
９５に記憶された５つのデータをもとに、それらの重心
を計算することによって、フレーム間隔すなわち画素ピ
ッチよりも細かな刻みで、投射光の中心点つまりはピー
ク値の位置を求めることができる。このような重心演算
を行うアルゴリズムに関しては、本出願人が開示した特
願平７−２９９９２１号に詳しく説明されている。

【００４９】以上説明したように、処理回路ＰＲ２によ
ると、撮像素子７１の画素ピッチよりも高い分解能で投
射光の投射角度θｙを求めることができ、したがって高
精度に３次元情報を計測することができる。しかし、実
際には、投射側及び撮像装置１２の光学系の特性などに
起因して、投射光の像に何らかのノイズが加わることが
多い。その結果、輝度分布に複数のピーク値が発生した
り、分布が平坦となってピーク値の位置がはっきりしな
くなったりし、理想形状から大きく外れることがある。
その場合には、上述の方法ではピーク値の位置の計算結
果がノイズに大きく左右されてしまう。

【００５０】このようなノイズの影響は、輝度のピーク
値が得られたタイミングの前後に、２フレームずつにと
どまらず、もっと十分に長い期間をとって、その間の光
量に基づいて演算を行うことにより低減することができ
る。その方法について、図８を参照して説明する。

【００５１】図８に示されるように、処理回路１０は、
減算器１２１、定常光データメモリ１２２、第１演算装
置１２３、第２演算装置１２４、及び除算器１２５から
構成される。

【００５２】撮像装置１２から出力された画像データＸ
ｉは、減算器１２１によって投射光以外の不要な定常光
成分が除去された後、第１演算装置１２３及び第２演算
装置１２４に送られる。

【００５３】第１演算装置１２３は、撮像素子７１の各
画素について、画像データＸｉとその画像データＸｉが
出力されたタイミングすなわちフレーム番号ｉとの積Ｘ
ｉ・ｉを求め、その全フレームにわたる総和Σ（Ｘｉ・
ｉ）を算出する。第２演算装置１２４は、前述の画像デ
ータＸｉの全フレームにわたる総和ΣＸｉを算出する。
そして、除算器１２５において、画像データＸｉの時間
重心Σ（ｘｉ・ｉ）／Σｘｉを算出する。なお、この演
算方法については、本出願人が開示した特願平８−３０
８１０６号において詳しく説明されている。

【００５４】上述の実施形態の３次元情報計測装置１に
よると、映像ミラー１１の内側の空間に配置された物体
ＯＢの全周の３次元情報を計測することができる。特
に、映像ミラー１１によって物体ＯＢの全周が一時に写
し出されるため、撮像装置１２又は物体ＯＢ自体を移動
させる必要がなく、ワンショットで３次元情報の計測を
行うことができる。したがって、従来のような移動駆動
装置が不要であり、３次元情報を比較的簡単な構成で計
測し入力することができる。撮像装置１２によって得ら
れる画像ＯＢＺには不連続性がないので、画像の貼り合
わせ処理などの複雑な処理を行う必要がない。また、ワ
ンショットの容易な操作又は動作のみで全周の３次元情
報の計測を行うことができるため、物体ＯＢの３次元情
報を高速に計測し入力することができる。したがって、
対象物が人間や動物のような生物であっても、計測中に
対象物が動いてしまうことがなく、計測が極めて容易で
ある。

【００５５】上述の実施形態において、参照光投射装置
１３からはビーム状の参照光ビームを投射するが、参照
光投射装置１３として放射状の参照光（円環状の参照
光）が投射されるものを用い、これを軸Ｊに沿った方向
に偏向させてもよい。この場合には参照光投射装置１３
を軸Ｊの周りに回転駆動させる必要がないので、構成が
より簡単なものとなる。

【００５６】上述の実施形態の３次元情報計測装置１で
は、逆円錐台の内部を中空とした形状の映像ミラー１１
を用いたが、鉛直面による断面が、放物線、楕円、半円
など、種々の曲線を描くような映像ミラーを用いること
が可能である。映像ミラー１１の内側に配置された物体
ＯＢの全周の３次元情報の入力が可能であるが、映像ミ
ラー１１を完全な環状とすることなく、例えば視野範囲
を１８０度又は２７０度などとした場合でも適用が可能
である。この場合でも、物体ＯＢの３次元情報をその周
囲の多視点から高速に計測することができる。この場合
において、参照光ビーム又は参照光における主走査範囲
の不要な部分を省略することができる。また、回転体型
ミラーとして、例えば細長い長方形の平面ミラーを周方
向に多数配置し、近似的に回転体型の形状としてもよ
い。この場合には回転体型ミラーの製造が容易である。

【００５７】上述の実施形態において、光学的な機構部
と３次元情報算出部ＰＲ又は処理回路ＰＲ１，２とは、
同一の筐体内に組み込んでもよいし、また互いに別の筐
体内に組み込んでもよい。３次元情報算出部ＰＲ又は処
理回路ＰＲ１，２の全体又は一部として、パーソナルコ
ンピュータなどを用いることも可能である。その他、３
次元情報計測装置１の全体又は各部の構造、形状、及び
配置位置、また、処理回路ＰＲ１，ＰＲ２の回路構成、
処理内容などは、本発明の主旨に沿って適宜変更するこ
とができる。

【００５８】

【発明の効果】本発明によると、比較的簡単な構成で対
象物の３次元情報を全周又は多視点から高速に計測し入
力することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る３次元情報計測装置の構成を示す
図である。

【図２】撮像装置によって物体の全周の像が撮像される
原理を説明するための図である。

【図３】映像ミラーに写し出された物体の画像の例を示
す図である。

【図４】３次元情報計測装置の処理回路の例を示すブロ
ック図である。

【図５】３次元情報計測装置の処理回路の他の例を示す
ブロック図である。

【図６】撮像素子上における投射光の太さ及び輝度の一
例を示す図である。

【図７】撮像素子の１つの画素についての光量の変化を
示す図である。

【図８】画像データの時間重心演算を行う処理回路の構
成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ ３次元情報計測装置 １１ 映像ミラー（回転体型ミラー） １２ 撮像装置 １３ 参照光投射装置（参照光投射手段、副走査手段） Ｊ 軸（中心軸） ＯＢ 物体（対象物） ＯＢＺ 画像（投影像） θｙ 投射角度 ｒｉ 距離（位置） ＰＲ ３次元情報算出部（３次元情報算出手段） ＰＲ１，ＰＲ２ 処理回路（３次元情報算出手段）

フロントページの続き (72)発明者 藤井 英郎 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 八木 史也 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転体型ミラーと当該回転体型ミラーの中
   心軸に受光軸が一致するように配置された撮像装置とを
   用い、前記回転体型ミラーの内側の空間に配置された対
   象物の３次元情報を計測する３次元情報計測方法であっ
   て、 前記中心軸上から前記回転体型ミラーに向けて参照光を
   投射し、当該参照光の前記回転体型ミラーによる反射光
   であるミラー反射参照光によって前記対象物を走査し、 前記参照光の投射角度に対応する物理量と、前記対象物
   を走査した前記ミラー反射参照光が前記回転体型ミラー
   を介して前記撮像装置で撮像されたときに得られる投影
   像の位置に対応する物理量とに基づいて、前記対象物の
   ３次元情報を求める、 ことを特徴とする３次元情報計測方法。
2. 【請求項２】回転体型ミラーと当該回転体型ミラーの中
   心軸に受光軸が一致するように配置された撮像装置とを
   用い、前記回転体型ミラーの内側の空間に配置された対
   象物の３次元情報を計測する３次元情報計測装置であっ
   て、 前記中心軸上から前記回転体型ミラーに向けて参照光を
   投射する参照光投射手段と、 前記参照光の前記回転体型ミラーによる反射光であるミ
   ラー反射参照光が前記対象物の周方向の走査を行うよう
   に前記参照光を偏向する主走査手段と、 前記ミラー反射参照光が前記対象物の前記中心軸に沿っ
   た方向の走査を行うように前記参照光の投射角度を偏向
   する副走査手段と、 前記参照光の投射角度に対応する物理量と、前記対象物
   を走査した前記ミラー反射参照光が前記回転体型ミラー
   を介して前記撮像装置で撮像されたときに得られる投影
   像の位置に対応する物理量とに基づいて、前記対象物の
   ３次元情報を求める３次元情報算出手段と、 を有してなることを特徴とする３次元情報計測装置。