JPS63284683A - 三次元表面形状を表現するためのデータ形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、空間のなかの対象物の三次元形状を表す情
報を得るための新規な装置に関し、一層詳細には、撮像
される各対象物の上に投射され得る投射パターンを発生
し、次いで像が対象物の表面形状を測定するように特定
の仕方で一緒に処理される新規な仕方に関するものであ
る。明るい領域および暗い領域を有する多数のパターン
を投射し得ることは本発明にとって特に重要であり、異
なったパターンのなかのこのような領域の位置決めは、
空間のなかの投射される表面に相当する異なったパター
ンのなかの隣接する明るい領域および暗い領域によりま
たそれらの間に形成される縁の特定の性質を有するよう
に形成されており、特定の性質の主な目的は、投射され
得るこのような表面の数を最大化し、他方において対象
物の像のシーケンスのみを使用して各投射される表面を
あいまいさなしに同定する能力を維持することである。

異なったパターンにより発生される輪郭線または縁は再
現されるべき対象物の上に落ちる。交番する明るい領域
および暗い領域のパターンは、対象物の上に落ち、また
続いて対象物の表面形状を測定するべく見られかつ処理
されるこれらの投射された縁の同定を容易にするように
選定されている。

〔従来の技術〕 対象物の三次元表現を発生するのに有用なデータを得る
ための種々の装置が存在する。このような装置は一般に
放射エネルギーの投射器および対応する像記録手段を含
んでいる。三次元表面記録技術は実質的に最近の数１０
年にわたり成長し、多くのこのような装置が考案されて
きた。２０世紀の早くに、すなわちスミスの米国特許第
８９１．０１３号およびエドモンドの米国特許第１．４
８５，４９３号、第１，６１５．２６１号および第１，
７１６．７６８号に、またより早くライレムの米国特許
第４３，８２２号に、また最近ではクルイクシャンクの
米国特許第４，６１３．２３４号および米国特許出願箱
７８６，３２２号およびモリ才力の米国特許第３，５８
０，７５８号、第２，０６６．９６６号、第２，３５０
，７９６号、第２，０１５，４５７号および第Ｌ７１９
゜４８３号および英国特許第４３９，４４８号ならびに
シェフレイの英国特許第４７１，６１７号に遡る、ここ
に開示されるものと類似のまたは多くの他のこのような
装置は、その後の三次元表面輪郭の表現のために記憶ま
たは使用可能であり、またディマツチオはかの米国特許
第３，８６６．０５２号明細書に開示されているデータ
ファイルの発生のためのカメラ−投射器対を含んでいる
。この形式およびすべてのこのような類似の形式の装置
では、記録されるべき三次元対象物は光または他の形式
の放射エネルギーの投射器の投射の場のなかに置かれ、
投射される光のパターンは特定の方法に従って構造化さ
れている。対象物の表面は投射された光パターンと交差
し、反射される放射エネルギーを形成する。

対象物から反射する放射エネルギーはカメラ要素と組合
わされた対物レンズの視野のなかにある。

対象物、投射器およびカメラレンズの幾何学的な固定さ
れた関係は知られており、またこのような情報は続いて
、表面輪郭を表すのに反射された放射エネルギーパター
ンと一緒に使用される。

このような装置の製造者および使用者の関心は、維持可
能でありまた対象物の位置および表面特性に関する信頼
性に富むデータの収集を容易にする座標系をどのように
定め、またこの情報から対象物の表面上の点または点の
列の空間的位置を必要な精度でどのように同定するかで
ある。

米国特許第３，８６６．０５２号明細書の特許請求の範
囲に記載されている方法は先行技術としてよく知られて
いる。たとえばディー、カラス（Ｄ、Ｃａ１ａｓ）の“
プールフィルタによる像処理の理論および計算機による
実行パ、ワシントン大学、セントルイス、修士論文、１
９７０年および上記文献中の参照文献を参照。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上の説明から、本発明の主な目的が、現在可能である
よりも投射および記録のより少ないシーケンスから対象
物のより高い精細度の三次元表現を得る方法を開示する
こと、またより少ない投射および記録で所与の精細度を
得ることであることは理解されよう。これは、より少な
い投射およびはるかに少ない投射が、表面輪郭の形状に
関する情報を収集するデータを得るのに本装置により必
要とされることを意味する。もし情報が対象物または人
の形状の再現に使用されるべきであれば、それは、対象
物または人が典型的に１秒以下の非常に僅かな時間だけ
ポーズをとればよいことを意味する。

本発明の追加的な目的は、その判断を高めるべく、また
表面の三次元表現を発生するべくデータをディジタル化
する方法を提供することである。

本発明の他の目的は、記録された像のなかの輪郭線同定
の新規なかつ高められた方法を開示することである。

他の目的は、対象物の上に投射されかつカーメーラ手段
により見られる輪郭縁を表すデータを位置決めし、同定
しかつ発生することである。

他の目的は、対象物の上に投射された輪郭線に沿う空間
内の点の位置を決定し、また空間内の前記点を表すデー
タを発生する方法を提供することである。

本発明の他の目的は、見られた対象物の定量的尺度を発
生するためのデータのビューイング、ディジタル化およ
び処理の方法を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、必要とされるマスクセグメ
ントの数を増すことなく、見られた対象物の高められた
詳細な表現を形成するのに有用なデータを得る手段を提
供することである。

他の目的は、見られる像のなかの輪郭の位置を対称に位
置決めしかつ同定することにより、得られたデータの精
度を高めかつ保証する三次元表現手段を提供することで
ある。

本発明の他の目的は、走査される対象物の表面反射特性
に関係なく表面特性に相当するデータを得ることである
。

さらに他の目的は、投射されたパターンおよびそれらの
ファンクショナル・インバースを使用して輪郭を正確に
位置決めする新規な方法を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の上記の目的は特許請求の範囲の請求項１記載の
装置により達成される。

〔作用効果〕

本発明の装置は、クルイクシャンク（Ｃｒｕｉｃｋｓｈ
ａｎｋ）のポートレイト・スカルブチュアに関する米国
特許第３，７９６，１２９号、第３．６９０．２４２号
および第３．６８８，６７６号明細書に説明されている
光ビーム−プロファイリング原理に立脚する。クルイク
シャンクの特許に開示されている基本的構想は、検出さ
れる対称物との物理的接触を必要とせずに三次元対称物
を再構成することである。

クルイクシャンクの特許に説明されている方法は、単一
の投射器からの検出されるべき対象物の表面と交差する
単一の平らな表面またはシート光の投射と、この充交差
または“輪郭°゛の像を見て記録する投射器から離して
置かれた単一の写真カメラとを利用する。これらの特許
には、投射器およびカメラの位置および方向とカメラレ
ンズの焦点距離とを知ることにより、元の見られた表面
の上に生成されたものに相当する寸法および形状の輪郭
を見ることができる像を形成するべく、その輪郭の像が
投射器から適当な距離および角度に置かれたスクリーン
の上に投射され得ることが示された。検出される表面お
よび投射される光子面を互いに相対的に動かす過程を通
じて、カメラを同時に動かしてまたは動かさずに、内挿
の過程を通じて検出された表面を表すのに使用され得る
多重輪郭を表すように、このような輪郭が表面にわたる
多重位置で繰り返され得る。クルイクシャンクの特許に
開示されているように、装置は、検出された対象物表面
の近似的なレプリカを発生するべく切削機械を制御する
ように、投射された輪郭を手でトレースするのに使用さ
れた。

本装置は、クルイクシャンクの特許を含む従来知られて
いる装置の重要な改良である。本装置により対象物表面
の一部または全部の表現を発生するため、レーザー光源
を含む光源により発生された間隔をおいて置かれた多重
光シートが同時に投射される。ここで本願発明者は、定
義すべき゛光シート”および゛輪郭°′を、゛輪郭パと
呼ばれる対象物上の線のなかで交差する空間内の表面を
形成する投射されたシートまたは境界を投射した明るい
領域と暗い領域との間の縁情報のなかに含める。それら
は対象物と交差して、対象物にゼブラ状の外観を与え、
また−緒に見られる。この装置では、Ｎ輪郭に対して処
理されるべきＮ像を必要とせずに、多重境界表面が一回
投射され、またより少数の像のみが、見られた像のなか
の輪郭を独特に同定しかつそれらを生成した投射された
表面と対応するパターンを生成するための新規な方法に
より結果としての交差輪郭を位置決めするべく、見られ
かつ処理される必要がある。

いったん撮像された輪郭が同定されると、もし多重表面
の１つの投射器と１つのカメラとの間の共通ビューのな
かで望まれる表面よりも多くの表面を検出することが望
まれるならば、投射器、対象物およびカメラまたはこれ
らの任意の１つまたは２つが動かされ、また処理が表面
の追加的な部分に関する情報を得るべく繰り返される。

任意のこのような運動の大きさは定量的に知られ、また
解のなかに使用されなければならない。好ましくは暗室
のなかで複数個の間隔をおいて置かれた固定の投射器お
よびカメラを使用すること、また、対象物の全部または
任意の所望の表面部分が見られ、かつ得られたデータが
部分的もしくは全体的三次元表現を発生するべく処理さ
れるように、順次に投射器をストローブすることも意図
されている。

本装置で使用される投射パターンは、見られた像のなか
の輪郭の同定と、光シートもしくは投射されたパターン
の明るい部分と暗い部分との間の境界または縁との対応
を容易にするべく、本発明に従って独特に設計されてい
る。簡単に言うと、少なくとも２つの投射されたパター
ンの上に明るい領域および暗い領域が、特定の性質を満
足するように、配置される。これらの性質を満足するパ
ターンの組を発生する１つの方法を説明する。この例で
は、各パターンは１６ビットの長さのサイクリックでジ
ェネラトリックなコードに相関する。

ヘースとしてこのコードを使用して、その長さを通じて
独特性の所望の性質を有し、かつその長さを通じて選ば
れた性質を満足するはるかに長いコードが発生される。

見られた像のなかに輪郭を置くことにより、見られた像
に対応するコードを読む処理を通じて、投射されたパタ
ーンのなかの対応する輪郭が同定され、また同定の精度
がチェックされ、また所望であればクロスチェックされ
得る。

パターンは、暗から明へまたは明から暗への境界または
縁ではなく、薄い光シートの形態で投射されてもよい。

これは、薄い明るい線を暗い背景の上に、またはその逆
に、投射することにより行われる。

１回に投射される境界または光シートが多いほど、結果
としての表面モデリングは真である。しかし、もしそれ
らが過度に密な間隔になると、光学的およびカメラ分解
能はそれらを見られた像のなかで分離し得す、従ってよ
り密な輪郭により担われる情報を失う。

正確な間隔設定は本発明の対象であり、後で詳細に説明
される。重要な利点は、以前の方法と異なり、多重パタ
ーンを使用する時、投射される表面が多重パターンのな
かで近位的に均等に分配され、従って所与の数のパター
ンに対して最大数の輪郭を許し、同時に所与の像のなか
の輪郭の間の最大の分離を許すことである。さらに、以
前の方法と異なり、輪郭は１つよりも多いパターンのな
かの同一の位置で繰り返す必要はない。任意の１つのパ
ターンのなかの輪郭の間の分離を最大化することの重要
性は以下で明らかにされる。密な輪郭バッキングと組合
わされる問題は本発明では、通常は順次に投射されかつ
見られるが、たとえば異なった色、偏光またはそれらの
組合わせの使用を通じて分離可能にされているならば、
同時に投射されかつ見られてもよい一連のパターンを利
用することにより緩和される。任意の１つのビューのな
かで、輪郭は分解するのに十分に分離されており、また
パターン輪郭のこれらの組をインターリーブすることに
より、パターンのシーケンスを投射しかつ見ることを犠
牲にして、任意の所望の総計数の輪郭が得られる。しか
し、所与の全数の輪郭に対する像の数は以前の方法によ
る場合にくらべて小さい。さらに、本方法は、説明され
るように、独特に同定可能な輪郭線を発生する。所与の
像のなかで全数の輪郭のどの部分集合が投射されたかは
知られているので、各所与の像に対してそれぞれの部分
集合のなかの輪郭を同定することのみが必要である。こ
のことは、任意の１つのパターンのなかの線または縁の
間の異なった間隔設定、パターンのなかで独特なインタ
ーリ−ピングシーケンスを作るように選ばれた間隔設定
を使用することにより可能にされ、このインターリ−ピ
ングシーケンスはパターンを通じて繰り返されず、もし
くは繰り返されてそれらを分解するべく追加的な同定子
を発生し、パターンのすべてに関してそれらの順序を観
察することによりすべての輪郭の独特な同定を許す。こ
れは本発明の重要な特徴の１つである。さらに、他の実
施例では、相補性の追加的なパターンが輪郭縁の位置決
めの精度を高めるべく使用され得る。

１つの投射器−カメラ対の間のビューのなかにくらべて
表面のより多くを検出するべく、投射器、カメラまたは
対象物またはそれらの組合わせを動かす代わりに、多重
の固定のカメラおよび投射器が表面のより多く（または
すべて）を観察するのに使用され得る。

〔実施例〕

本発明は、記録された像のなかの輪郭線を独特に位置決
めしかつ同定し、またこれらの同定された輪郭線を投射
されたパターンのなかの表面と対応させるのに使用され
る独特かつ新規なパターンを含んでいる。これらの輪郭
線は三次元形態で表されるべき対象物の表面の上に形成
される。また、投射器および投射される表面の位置、カ
メラおよび記録される輪郭の位置および共通座標系に関
する他の情報を相関させる情報が収集される。こうして
収集された情報は、見られた対象物の三次元モデルを発
生するためのレプリケータの制御および操作を含めて、
所望され得るどんな目的にも後で使用され得る三次元デ
ータ点を確立するべく処理される。

その最も一般的な形態では、本発明の目標および目的は
１つのカメラ、１つの投射器システムのなかに２つの同
定可能な境界線を有する１つのパターンを使用して説明
されまた得られる。それぞれ追加的な同定可能な境界縁
輪郭を有する多重のパターンを有する他の一層一般的に
有用な実施例は以下に、また多重カメラ−投射４対を利
用する実施例で開示される。

本発明の装置は一般的に第１図に、対象物２４の上に光
または他の形態の放射エネルギーを投射するための投射
手段１２と、ビデオカメラ１４または再現などの目的で
測定されるべき対象物を撮像または撮影する任意の他の
記録手段と、投射器および記録手段の作動および同期を
制御し、また撮像されたデータを読みかつ解析するため
の制御手段１６と、三次元表面情報を抽出するべく得ら
れたデータをさらに処理し、またそれを有用な形態で与
えるためのホストコンピュータのような処理手段１７と
を含んでいるものとして示されている。これらの手段は
以下に一層詳細に説明される。

投射器１２は、表面を測定されまた所望であれば再現さ
れるべき対象物の表面の上にマスクパターンの焦点を合
わせるため投射器の対物レンズの視野のなかに少なくと
も１つのマスクパターン、また一連の２つまたはそれ以
上のマスクパターンを位置決めするための手段（図示せ
ず）を設けられている。投射器１２の詳細は同一出願人
の同日付特許出願の明細書に開示されている。他の投射
手段も使用可能であり、必要条件は空間内のパターンの
投射がここに規定される性質を有することのみである。

ビデオカメラおよび投射器の光学軸線は、関心のある対
象物が少なくとも成る範囲でそれらの共通ビューのなか
に位置するように向けられている。

カメラと投射器との間の距離は零よりも大きくなければ
ならず、またカメラおよび投射器の光学軸線の位置のよ
うに定量的に知られていなければならない。通常、これ
らの軸線は約２０°と６０″との間の角度で交差するよ
うに選ばれている。しかし、これらの軸線の交差は本構
想にとって本質的なものではない。一般的座標系が規定
されるが、その原点は（必ずしも必要ではないが）たい
てい関心のある対象物の七ころまたはその付近に確立さ
れる。カメラおよび投射器は、それらのｘ、ｙ、２位置
座標および角度方向が互いに一般的座標系に対して相対
的に知られているように、座標系のな力喝こ置かれる。

この情報データは、第１図中に示されているように一般
的座標系に対して相対的にカメラおよび投射器の像平面
およびそれらの焦点（またはレンズ中心）の位置を決め
る追加的なデータとならんで、その後の処理に使用する
ために得られかつ記憶される。処理および計算の目的で
、このデータは角度および線形前で得られ、また通常は
計算機のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）のような適
当な手段のなかに記憶される。

対象物２４の表面は、たとえば投射器１２のなかの回転
する透明円板１８（第８図）の上に置かれていてよいマ
スクパターンを使用して順次に照らされかつ撮像され、
またもし１つのカメラおよび投射４対が一回に見ること
ができる表面よりも多くの表面を検出することが望まれ
るならば、代替的な実施例で、対象物表面の指定された
部分または全体が記録のため光または他の放射エネルギ
ーのパターン化された投射により照らされ得るように、
いくつかの投射器およびビデオカメラが配置され得るし
、または、所望の表面領域が照らされかつ記録されまた
カメラおよび投射器の空間的位置および方向が互いにま
た一般的座標系に対して知られているかぎり、単一のカ
メラ−投射器財または関心のある対象物またはそれらの
組合わせが動かされ得る。

本発明の作動上の構想は、線および表面の交差が空間内
の点を定めること、また検出される表面上で多数のこの
ような点を定めることによりその表面がこれらの点によ
り記述され得ることである。

代替的な作動上の構想は、空間内の２つの表面の交差が
対象物の表面上の輪郭を定める線を形成すること、また
検出される表面上で多数のこのような輪郭線を定めるこ
とによりその表面がこれらの輪郭線により記述され得る
ことである。黒および白または明および暗の弁別的な隣
接領域を有する投射器１２により投射される光のビーム
を使用することにより、これらの領域の間の境界を装置
が分解し得る可能なかぎり多くの線に分離することが可
能である。隣接する明および暗領域の間の投射された境
界線または縁は対象物の上の表面と交差する際にここで
輪郭と呼ばれ輪郭線を形成する空間内の表面を形成する
。代替的に、投射される表面は投射された光の“ストラ
イプ°゛により定められてよい。光ビームは対象物に当
たり、また反射され、また走査線が第２図に示されてい
るように格子またはラスター形式のフォーマット上の像
のなかの輪郭と交わる点２５の位置のような同定可能な
画素位置においてそれらを記録するべく組合わされてい
る手段を含んでいるビデオカメラのような撮像装置によ
り見られる。輪郭に沿う任意の所与の位置で画素に当た
る光ビームは輪郭の位置における対象物の輪郭または形
状に、また成る程度は対象物の反射性に関係する。

例示した投射手段を使用して投射されるパターンは、複
数個の光が投射される時にストライプまたはゼブラ状の
パターンを形成する複数個の透明および不透明の部分を
有するように配置されている。透明および不透明部分は
決定される構造に相当する正確に定められた幅を有する
。最も簡単な形態（第３図および第４図）では、本発明
の装置がただ１つのこのようなマスクパターン２６また
は２６Ａを有する基本的な簡単なコードと共に利用され
る時、パターンは１つの不透明部分および２つの隣接す
る透明部分（第３図）もしくは１つの透明部分および２
つの隣接する不透明部分（第４図）を含んでいなければ
ならない。境界線または縁は、関心のある対象物上の撮
像される輪郭線と一致して同定可能であるマスクパター
ン上の隣接する透明および不透明部分によりまたそれら
の間に形成される。

再現されるべき対象物２４の上に焦点を合わされたカメ
ラおよび投射器を使用する場合には、投射器の光源がス
トローブされる時に投射器が対象物上の対応する輪郭を
形成する光学的に構造化されたパターンの組を投射する
。第８図のマスクパターン２８は光源３０と投射器レン
ズ組立体３２との間に投射器１２のなかに置かれた回転
可能な円板１８または他の類似の手段の上に設けられて
いてよい。パターンは、投射過程を容易にするのに最も
好都合であるように、第８図中に示されているように湾
曲していてもよいし、直線であってもよい。マスクパタ
ーン２８を通過して投射する光は対象物２４の上にゼブ
ラ状のパターンを発生し、また好ましくは対象物が暗室
内にあることを前提としてカメラが対象物の輪郭に関係
して光の投射された形態から多少異なる見通しのきく点
で見る像を記録し、またこうして検出された光領域がカ
メラ内に確立された（第２図中に一部分を示されている
）フレームまたはラスクー３４に与えられる。このラス
ターは通常は方形または長方形パターンのなかでフレー
ムを横切って延びているドツトまたは“画素°゛の水平
および垂直線のマトリックスパターンから成っている。

図示の目的で、ラスクー３４は２５６Ｘ２５６のマトリ
ックス線により形成され得る。輪郭線３６（第１図およ
び第２図）がフレームまたはラスターの上に落ちるとこ
ろはどこでも、データビットのコードをフォーミュレー
トすることが可能であり、このようなコードの長さは利
用されるマスクパターンの数および各パターン上の輪郭
線の数に関係し、データビットは輪郭線３６を独特に位
置決めかつ同定するのに使用される。２つの輪郭線を有
する単一の、パターンからは１ビットコードがフォーミ
ュレートされる。ビットは、輪郭線３６に沿って置かれ
た位置における移行が明から暗へか暗から明へかを示し
、こうして２つの輪郭のいずれが観察されているかを同
定する。もし、たとえば、１つのマスクパターンが利用
されているならば、暗から明への移行における輪郭線は
２進数１を、また明から暗への移行における輪郭線は２
進数０を割り当てられ得る。

見られた各輪郭を独特に同定するための手段について特
に説明しているが、もし輪郭同定を支援する補助的手段
が得られるならば、ここに説明される方法によるすべて
の輪郭の完全な分解は必要でない。これらの場合には、
より多くの輪郭、たとえば今の例では２つよりも多い輪
郭が像のなかで使用され得る。従って、第３図中の第１
の輪郭線３６はコード１を、また第２の輪郭線３６Ａは
コード０を割り当てられる。このコードは次いで記録さ
れた像のなかの各輪郭の上の特定の点を独特に同定する
のに使用され得る。マスクパターンのそれぞれの透明お
よび不透明（明および暗）領域の数および幅は知られて
いるので、コード０から、マスク上で輪郭が暗から明へ
の移行であることが決定可能であり、さらにただ１つの
このような輪郭線３６がこのコードを形成し得た第３図
の投射されたマスクパターンのなかに存在するので、輪
郭線が独特に位置決めされ、同定されかつ相関させられ
る。

もし第４図のマスクパターンが利用されるならば、第１
の輪郭線３６はコード０を割り当てられ、また第２の輪
郭線３６Ａはコード１を割り当てられ、また同定が前記
のように行われる。

輪郭線に沿う点の数の情報は輪郭線を独特に同定し、ま
た像のなかのその位置はさらにそれに対応する三次元の
点を計算するのに十分なデータをフォーミュレートする
のに使用される。

２つの相続くマスクパターン４０および４２が第５図お
よび第６図に示されているように利用される代替的な実
施例では、各パターンは上記の線に沿って独特に同定さ
れ得る４つまでの輪郭線、全体で８つの輪郭線を有し得
る。この場合、各輪郭線上の各位置に対する同定コード
は３つのビットを有し、また３つのビットは、次に説明
する必要条件を満足するように構造化されているマスク
パターンから得られる。

投射される表面およびそれらの対応するパターン境界線
または縁位置の所望の全数は、使用上の必要条件と合致
するように選ばれている。必要条件ではないが、これら
のパターン線は通常はパターンの上に均等に間隔をおい
て置かれた平行または同心の弧である。パターンの数は
説明されるように使用される。パターン線は特定の必要
条件に従ってパターンのなかで各々１つのパターンに割
り当てられている。通常はそれらは各パターンに等しい
または近似的に等しい数で割り当てられている。なぜな
らば、所与のパターンの上の線の数が最小である時に実
質的な利点が生じ、また均等な分布が任意の１つのパタ
ーンの上の最大数を最小化するからである。さらに、パ
ターン線は、所与のパターンの上の２つのパターン線が
総計された線間隔の規定された最小倍数よりも密に落ち
ないように割り当てられている。−例は、この最小倍数
が３である場合について次に示される。

特定のパターンに割り当てられる線の数の最小化は、１
つのパターンにより発生される輪郭のうち他のものと混
同される輪郭がより少数になるので、１つまたはそれ以
上の輪郭の誤同定を減する。

このような混同はその他の点では製造、測定および処理
精度の実際上の制限により一層生じやすい。

誤同定の機会は、隣接する輪郭の間の間隔を大きくする
ことによりさらに減ぜられ、このことは一層良好な測定
をも許す。１つおよびただ１つのパターンへの輪郭の割
り当て、各パターンへの近似的に等しい数の輪郭の割り
当ておよびパターンの間の最小間隔に従うそれらの割り
当ての性質はすべて、より多くの全輪祁を許して、計算
される三次元表面表現の分解能を大きくするように、ま
た２進または頻憤にコード化されたパターンのような以
前に利用可能であった方法と比較して測定中にそれらの
間の区別をする能力および輪郭を正しく同定する能力の
双方を大きく高めるように任意の１つのパターンのなか
の任意の２つの隣接線の間の大きくされた最小分離を許
すように組合わさる。

投射される表面が投射マスクを使用して発生される場合
には、たとえば、パターン線は不透明および透明帯の間
の境界縁として投射マスクの上に表され得る。代替的に
、それ乙はその他の点では不透明のマスク背景の上の透
明“ストライプ゛°として表され得る。いずれの場合に
も、“不透明゛。

および“透明パ領域と呼ばれる場合には、２つの異すっ
た灰色レヘル、２つの異なった色、２つの異なった偏光
または透過性を変調する他の検出可能な手段のような任
意の２つの区別可能な透過性を意味するものと理解され
るべきである。説明のほとんどを通じて、使用される例
は不透明および透明領域の例であり、またパターン線を
表す方法は２つのこのような領域の間の境界として表す
方法である。同一の基本原理が、細部に差は存在するが
、輪郭が透明ストライプにより表される場合に応用され
る。これらの差は、それらが応用されるところで説明さ
れる。

□　　もし所定の使用にあたって必要とされればパター
ンのなかの輪郭の割り当てに必要とされ得る別の性質は
、他の回定子観察と共に考察される時に独特に同定可能
な割り当てのシーケンスが生しなければならないことで
あり、その目的は続いて示されるように三次元表面形態
を正しく測定するために必要な輪郭の適当な同定を許す
ことである。

説明のために、すべてのパターンを考察する時にインタ
ーリーブされている、各々が空間内の多数の表面を定め
るパターンのシーケンスが投射されている状況を考察す
る。インターリーブされているシーケンスのなかの各投
射された表面にそれが位置しているパターンの番号を付
けると、順序付けられた番号のシーケンス、各パターン
表面に対して１つの番号がこうして発生される。たとえ
ば、シーケンスのなかの同一の同定番号を担う間−のパ
ターンの２つの投射された表面を考察する。もしこれら
の投射された光の表面により生じた２つの輪郭がその他
の点では区別可能でないならば、しかしもしそれらが位
置している番号のシーケンスが異なっていれば、２つの
輪郭はそのヘースで区別可能である。異なったパターン
マスクへの割り当ては、所定の使用で有用または必要と
見出され得るように、あらゆるパターン上のあらゆるパ
ターン線がこれらの若干または全部を含んでいる観察の
組合わせを考察することにより独特に同定可能であるよ
うに行われる。すなわち １、パターン番号を像番号と対応させることにより見出
される、それが位置しているパターン、 ２、境界縁の方向、すなわち明から暗へか、その逆か、 ３、残りのパターンの各々のなかの対応する位置にある
領域の形式、すなわち明または暗、他のパターンは同一
の位置に輪郭を有していないので、利用可能な尺度、４
、揚傷かつ測定された輪郭のシーケンスに対応するパタ
ーン番号のシーケンス。

この表のなかの項目番号２および３は投射された表面表
現の境界線法にのみ利用可能であり、他方において項目
１および４は前記の“ストライプ゛または“光シービ表
現法にも利用可能であることに注意しておく。

隣接する輪郭はたとえば縁、影または薄暗さのために像
のなかで常に観察可能ではないので、マスク番号付けさ
れた輪郭のシーケンスは任意の所与の走査線のなかでし
ばしば中断され得る。従って、このような中断されたシ
ーケンスの縁に位置する輪郭はシーケンスのなかに１つ
またはそれ以上の隣接する輪郭を有していない。この場
合、このような輪郭の独特な同定は、シーケンスの残り
の独特に同定可能な輪郭のなかのその正しいシーケンス
位置にそれを置く多分１つまたはより多数の可能性のあ
る同定の１つを選ぶことにより達成される。

第３図ないし第６図中に示されている簡単なケースはこ
れらの原理を示すために与えられている。

実際的な応用では、より多くの投射される表面が通常使
用される。次に第８図は全体で８つ・パターンに対して
、説明されるべきオプションによる目的で円の上にそれ
と反対の相補性部分を有する４つのパターンマスクの組
の一例である。この例では、第９図および第１０図によ
り示されているようにすべて独特に同定可能である全体
で１５８のパターン線または境界線が定められている。

図示されている１５８パターン線よりも多いパターン線
が４つのパターンで可能である。たとえば、４つのパタ
ーンを有する以前の２進コード化法と比較すると、これ
らの方法は数２ないし４の喜乗、または１６の独特に同
定可能な領域の最大に制限されている。

図示の例は単に１パターン、２パターンおよび４パター
ンの場合のみを示すが、ここに説明される方法を応用し
て任意の他の数も使用され得ることは明らかであろう。

これらは本発明の範囲に属するものとする。いま図示の
例の説明を続ける。

第１のパターン４０からの投射された輪郭３６および３
６Ａがその見られたラスターのなかに輪郭線を、第２の
パターン４２からその見られたラスターのなかに形成す
る境界線３６および３６Ａと同一の位置に形成しないよ
うに、第１のパターン４０のなかの各境界線の位置は第
２のパターン４２のなかの境界線の位置から横に十分に
ずらされていなければならない。この条件は、投射され
る表面を不必要に二重化しないために望ましく、また輪
郭線または縁に沿う点を確立する第１のラスターの上の
位置が、図示のようにその輪郭線を第１のラスターの上
とは異なった位置に有する第２のラスターの明るい領域
に落ちるか暗い領域に落ちるかに関する２つのラスター
からの同定情報を発生ずるために必要である。、これは
、図示のように２つのパターンにより少なくとも８つの
輪郭線、各パターンから４つの輪郭線を位置決めかつ同
定することが可能であるので、重要である。しかし、も
し見られる輪郭が両ラスターのなかで同一の位置に置か
れるべきであったならば、第２の輪郭線は見られた対象
物の表面特性に関して全く新しい情報を伝えず、また本
質的に廃棄される。

輪郭同定がパターンのなかのパターン線の重なりまたは
合致の必要なしに達成され得ることは本発明の主要な特
徴と考えられる。これは、環状の投射マスクを使用する
例では、一般的に定められたようにまた今の例に対して
説明されるように特定の必要条件に従って不透明および
透明領域を円板パターン２８のなかに置くことにより達
成される。

先に説明された１カメラおよび１投射器対では、投射器
１２は対象物２４の上にパターン４０から投射表面の第
１の組を投射する。対象物と投射された光表面との交差
位置で発生された輪郭のコード化されたパターンはカメ
ラにより検出され、また種々の輪郭線が撮像され、また
ラスターの上に置かれる。輪郭線がラスターの上に落ち
るところではどこでも、どの投射されたパターンが輪郭
を形成したかを示す第１のビットと、輪郭線がラスター
上で生起する各点の位置において像移行が明から暗へ移
行するか暗から明へ移行するかを示す第２のビットとを
含んでいるデータビットを収集することが可能である。

第２の異なったパターン像４２が投射される時、パター
ン線の異なった組が対象物２４の上に投射される。これ
らの投射されるパターン線は、異なったコード化のため
に第１の投射の輪郭をカメラが撮像する時間中に投射さ
れた位置とは異なった位置で生起すべきである。

これらの第２の輪郭線は同様に検出され、像記録され、
また第２の類似のラスターの上に置かれる。

次いで第１のラスター装置のなかで生起した輪郭線を形
成する同一の点に対応する第１のラスター装置の上の画
素またはマトリックス位置が見られ、またもし第２のラ
スター装置の上で対応する点が暗いスポットのなかに生
起するならば、もし対応する点が明るいスポットのなか
に生起する場合と異なった第３の情報のビットが発生さ
れる。たとえば、もし°“走査線′”を第２図中に示さ
れているように像のなかの輪郭に対して多かれ少なかれ
垂直に走る水平線として定義するならば、所与の走査線
は測定され得る像のなかの確定的な点において明るい領
域と暗い領域との間の境界と交差する。

このような交差が観察される時、その点に対する特定の
輪祁が同定されることが対象物の上の対応する点の空間
的位置に対するその後の数学的解に必要である。これは
正しい投射された表面がカメラのレンズ中心およびラス
ター内の前記走査線と境界線との間の交差点により定め
られる空間内の前記表面とビームとの間の交差の計算に
使用され得るようにするためである。それは、輪部を同
定するべくオブザーバプルまたはコードの独特のシーケ
ンスを観察することにより行われる０図示の例の説明を
続けると、装置は第１のラスクーの各走査線に対して４
つまでの３ビットコードを発生する。もし２５６の走査
線が存在するならば、コードは像のなかの輪部と交わる
各々のものに対して類似に発生される。第２の像ラスタ
ーを使用して手順を繰り返すことにより、測定および究
極的には三次元表面表現の細部および分解能を増すべく
追加的な輪祁が見出されかつ使用される。

第１のラスターの走査綿１から、第１のマスクパターン
の上の輪郭線３６および３６Ａの各々のうえの点を同定
する４つの３ビットコードが発生される。もしパターン
またはラスクー１が２進数０を割り当てられ、またパタ
ーン２が２進数ｌを割り当てられ、またもし暗から明へ
の移行が２進数１を割り当てられ、また明から暗への移
行が２進数０を割り当てられ、さらにもしラスター上の
暗い領域が２進数Ｏを割り当てられ、また明るい領域が
２進数１を割り当てられるならば、上記のように第２図
に示されているラスター記録を使用して下記のコードの
組、すなわち０１１．０００．０１０．００１がラスタ
ーｌに対して発生され、またコード１０１．１１１．１
１０および１００が示されていないラスクー２に対して
同様に発生される。これらのコードが独特ではなく、ま
た透明および不透明の部分の幅に関係して変化し得るこ
とは特記されるべきである。この２パターンの例では、
全体でただ８つの境界線が示されており、そのすべてが
、パターン番号、境界方向、すなわち境界が左から右へ
交わられる際の暗から明へまたは明から暗への方向、お
よび所与の境界線位置における他のパターンの暗または
明状態のみを使用して、独特に同定され得る。残る前記
同定子の使用、すなわちパターン番号のシーケンスは追
加的なパターン線が独特に同定されることを許す。

これは４パターンの場合に対する後の例に示されている
。今の２パターンの例に対しては、示されている８つの
パターン線に対するパターン番号の左から右への読みは
、その使用はここではパターン線の同定のために必要で
ないけれども、２１２１１２１２である。また、すべて
のパターンからの集められたパターン線の順次のパター
ン線の間のインクレメントを等しくするように通常は選
ばれているが、これは本発明にとって木質的なものでは
なく、また第５図および第６図の図示はそうなっていな
いことを特記しておく。

走査線と黒領域と白領域との間の境界線との間の交差点
の像のなかの位置は多くの仕方で測定され得る。１つの
このような好ましい仕方は、説明される方法により像の
なかの各画素に対して分離したしきい強度値を確立し、
また観察された像のなかの画素が同一の画素位置におけ
る対応するしきい値よりも大きい強度にあるか小さい強
度にあるかをノートすることである。もし像画素がしき
いよりも大きい強度にあれば、それは明るい領域に割り
当てられ、さもなければ暗い領域に割り当てられる。も
し任意の画素がしきい強度に正確に等しいならば、それ
らは輪郭線自体の上に位置すると言われる。境界を横切
って走査線をトレースして、どの２つの画素の間で上記
の割り当てが変化（明から暗へまたはその逆）するかが
観察される。変化の方向、すなわち明から暗へかその逆
かがノートされ、また前記の輪部同定子観察の１つとし
て使用される。像画素がしきいに正確に等しい上記の状
況で境界交差点が上記ののようにその画素位置の上に位
置することを例外として、境界交差点の位置はこれらの
２つの隣接画素の間の走査線の上に位置することが知ら
れる。

多くの状況で、交差点が２つの隣接画素の間のどこかに
位置することのみを知るよりも正確に見出すことが望ま
しくまたは必要である。これはたとえば解析の予備とし
て下記のシンボルが定義される下記の過程の形態をとり
得る副画素内挿の過程を通じて達成され得る。

ｋ：　　　　　　　境界のすぐ゛左゛への走査線ｊのな
かの画素番号（すなわ ち小さいほうの画素番号）、 先のテキスト中に説明された ２つの隣接画素の１つ。

ｋ＋１：　　　　　先のテキスト中に説明されたように
、境界の他方の側に位 置する、画素ｋに隣接するそ の゛右°゛への画素番号。

Ｉ　Ｎ、ｋ）：　　　走査線ｊのなかの画素にの像強度
。

１　（ｊ、に＋１）：走査線ｊのなかの画素に＋１の像
強度。

Ｔ（ｊ、ｋ）　　：　　説明される手順により決定され
る、走査線ｊのなかの画素 ｋにおけるしきい。

Ｘ：　　　　　　　画素ｋから測定されたものとしての
境界位置の計算された 推定値。

Ｐ　Ｎ、ｋ）：　　　ラスターの走査線ｊに沿う画素に
の位置。

Ｐ　（ｊ、に＋１）ニラスターの走査線ｊに沿う画素に
＋１の位置。

Ｗ：　　　　　　　画素Ｐ　（ｊ、ｋ）とＰ　（ｊ。

ｋ＋１）との間の走査線に沿 う距離。

第７図を参照すると、副画素距離Ｘが推定される。それ
はＰ　（ｊ、ｋ）から図示されているように引かれた２
つの線Ｉ　（ｘ）およびＴ　（ｘ）の交差点までの距離
である。この点を解くため、従ってまたＸの値を解くた
め、これらの２つの線に対する式が使用される。それら
は １　（ｘ）−（１−ｘ／ｗ）Ｉ　（ｊ、ｋ）＋　（ｘ／
ｗ）Ｉ　（ｊ、に＋１） Ｔ　（ｘ）−（１−ｘ／ｗ）Ｔ　（ｊ、ｋ）＋　（ｘ／
ｗ）Ｔ　（ｊ、に＋１） である。示されている交差点において、Ｘは下式を満足
する。

１　　（ｘ）　　−Ｔ　　（ｘ）＝０ 代入しかつ否定すると、下式が得られる。

Ｃ（ｘ／ｗ）　−１）（１（ｊ、ｋ）　−Ｔ（ｊ、ｋ）
）＋（ｘ／ｗ）　（Ｉ　（Ｊ、　ｋ＋１）　−Ｔ　（ｊ
、　ｋ＋１）〕−Ｏ Ｘに対して解くと〜 （Ｘ／Ｗ）（１（ｊ、ｋ）−Ｔ　Ｎ、ｋ）＋Ｉ　　（ｊ
、　ｋ＋１）−Ｔ　（ｊ、　ｋ＋１）　）＝Ｉ　（ｊ、
　ｋ）−Ｔ　（ｊ、ｋ） また解は ｘ＝ｗ　（Ｉ　　（ｊ、ｋ）−Ｔ　（ｊ、ｋ））／　（
１（３、ｋ）−Ｔ　（ｊ、ｋ）＋ｆ　（Ｌ　　ｋ＋１）
−Ｔ（ｊ、に＋１）） この式または類似の結果を得る他の式を使用するＸに対
する解は通常は自動化されており、汎用ディジタル計算
機内で実行されるが、他の仕方で、たとえば他の形式の
計算機、アナログおよび（または）ディジタル回路また
はそれらの組合わせにより実行されてもよい。

上記のしきいは１つの好ましい実施例では下記のように
決定され得る。固定されたしきい、すなわち像のなかの
すべての画素に対する値が単一の一定値に等しいしきい
が使用され得るが、この方法は、簡単な装置では有用で
あるが、照明源の光束の変動および（または）走査され
る対象物の異なった部分からの反射性の変動のために精
度の損失を受け、このことが内挿精度に不利に影響する
。

これは、マスクパターンは不透明領域と透明領域との間
の突発的な正確に定められた境界を呈するけれども、投
射器およびカメラのなかの不完全なレンズおよび不完全
な焦点効果と半透明の対象物のなかの光回折および光分
散効果とが、見られた像のなかで境界を多少滑らかにま
たはぼんやりさせ、従ってしきいレベルの変化が交差点
の変動、従ってまた境界位置測定のための解の変動を惹
起する。従って、最良の境界測定精度のためにしきいが
正しく設定されなければならないことは明らかである。

もし所与の画素におけるしきいがその画素において完全
に照明された対象物、すなわちパターン形成マスクが、
すべての他のパターン形成マスクに対して説明されるよ
うな不透明領域なしに、その全領域にわたり透明であっ
たもので生起する強度の一定の分数、たとえば１／２に
選ばれているならば、正確な境界測定が発生されること
が見出されている。従って、対象物の完全に照明された
ビューを撮像し、またその像のなかの各画素強度に０よ
りは大きいが１よりは小さい一定の分数、たとえば１／
２を乗算することにより、説明される測定処理に使用さ
れ得るしきい値が得られ、パターン照明された対象物の
前記の撮像されたビューのなかの境界位置の正確な副画
素測定を許す。

分離した完全に照明されたビューの撮像の代わりに、各
ｘ、ｙ点がシーケンスのなかの少なくとも１つのパター
ンの上の照らされた領域のなかに生起するようにパター
ンマスクが選ばれていることを条件として、完全照明ビ
ューがパターン化ビューのシーケンスから合成され得る
。こうして、完全に照明されたビューが、各画素位置に
おいてシーケンスのなかのすべての像の最大強度を選択
することにより合成され得る。

これらの計算および前記の像処理過程は汎用ディジタル
計算機のような適当な計算機のなかでソフトウェアによ
り実行されてもよいし、専用計算機、アナログまたはデ
ィジタル電子的ハードウェア内で、または一部はハード
ウェアまた一部は計算機内で、または当業者に明らかな
他のこのような手段またはそれらの組合わせにより実行
されてもよい。

代替的に、境界交差は、各パターン線位置が２つの相補
性の像すなわちもし一方で境界交差が明るい領域から暗
い領域へであるならば、他方では対応する境界交差が暗
い領域から明るい領域へである像のなかで表されるよう
に、−次的パターンの暗い領域に対応する明るい領域、
またはその逆を有する二次的な投射されたパターンの使
用を通じて見出され得る。次いで、二次マスクが投射さ
れる時に観察される像の画素強度を、対応する画素ベー
スで、−次マスクが投射される時に観察される像の画素
強度と比較することにより、境界が一次的に明るい領域
から暗い領域へ交差されるにつれて、これらの画素強度
の値が走査線に沿って交差し、従って隣接する画素が交
差をまたがり、すなわち境界の各側に位置し、従ってま
たそれらの間に位置するべくその位置を定めることが見
出されている。副画素内挿の同一の手段が、Ｉ　（ｊ。

ｋ）に対するこれらの２つの像強度の差を使用し、また
しきいＴ（ｊ、ｋ）をすべてのｊおよびｋに対して零に
設定することにより、測定分解能を増すべくこの代替例
に応用され得る。この代替例の主な利点は前記のしきい
法による場合よりも若干良好な境界位置測定精度がたい
ていの場合に達成されることである。主な欠点は、追加
的なパターンが投射されなければならず、また追加的な
像が処理されなければならないことである。

先の説明は像のなかの明−暗および暗−明の境界または
輪郭と交差する“°走査線”°の構想を使用するが、所
望の測定を見出すためにこの構成を使用することは必要
でない。たとえば、走査線の構想を全くなしで済ませ、
境界自体がその長さに沿ってトレースされ、境界の曲線
を定める点の軌跡を、それが像を横切るにつれて、見出
し得る。必要なことは、どの手段が使用されるにせよ、
境界または輪郭の全部または所望の部分が像の座標に関
して測定され、またいずれもレンズ中心を通過しかつ像
の境界の上に位置する空間内のビームが見出され得るよ
うな仕方で表されることだけである。

第５図および第６図に示されている例の説明を続けると
、３ビットコードを有する像のなかで見出された各輪郭
を位置決めかつ同定することに加えて、各輪郭線３６お
よび３６Ａに沿う画素位置が集められかつ記憶される。

これらの画素位置は一般的なオーバーオールな座標系に
関係して同定可能である。得られたデータおよび情報に
より、このデータを、所望であれば便利な表現のために
適した均等に間隔をおかれたグリッドまたは他のグリッ
ドの上の同一または他の座標のなかにそれを置くべく、
リサンプルするべく、また次いでユーザーまたは特定の
応用のために必要とされ得る任意のその後の処理段階に
究極的に与えられる出力データファイルを生成するべく
、見られた像のなかの輪郭線の三次元空間座標の値を求
めることが可能である。

本発明に従って二次元の像平面を三次元の点に変換する
ため、輪郭線または縁が像平面のなかで生起する画素番
号に対応する番号のアレーの形態のデータが必要よされ
る。これは、各特定の点が見出されている走査線を予め
定められた一般的座標系に対する投射器および観察カメ
ラの位置を定めるデータと数学的に相関させて、輪郭同
定コードを使用して行われる。これは円板１８の上のパ
ターン線間隔とカメラおよび投射器レンズの焦点距離と
を考慮に入れる。系に対して相対的な投射器およびカメ
ラ座標は角度および線形変換の双方で得られる。

カメラおよび投射器の位置は第１図に示されているよう
に点０に中心をおく基準座標系に対して固定されている
ので、投射器１２により対象物の上に投射された輪郭線
３６または３６Ａの１つの上にある点Ａのような任意の
点の空間内の位置を決定することが可能である。これは
、前記のように、異なったパターンを対象物に投射する
ことにより行われる。

再び第１図を参照すると、対象物の表面の上の点Ａのよ
うな点の位置が、パターン線の任意の１つの投射により
生成された光の表面と点Ａのような光の表面が対象物と
交差する任意の点からカメラのレンズを通じてカメラの
像平面へ反射された光により生成された線との交差を数
学的に解くことにより、基準座標系の原点または中心０
に対して相対的に決定され得ることが示され得る。対象
物の上の点Ａが対象物の上の輪郭線の１つを含んでいる
点の連続の１つに対応することは特記されるべきである
。物理的にマスクパターンの上の所与のパターン線から
の光ビームは投射器のレンズ中心とパターンマスク１８
の上のパターン線とにより定められる表面のなかを移動
するべく強制されている。たとえば、パターン線が直線
である時、この表面は３つの点により特徴付けられ得る
。第１の点は投射器レンズ中心であり、他の２つの点は
マスクパターンのパターン線の上の任意の２つの非合致
点である。対象物の表面の上で点Ａを照らす光の投射さ
れる表面のなかに位置する光ビームは表面から散乱させ
られて、二次ビームを生成し、その若干はカメラレンズ
に入り、またビデオカメラまたは他の形式のカメラによ
り見られかつ記録され、また前記のようにラスターの上
に点またはほぼ点で現れる。このラスターから、基準座
標系に対して相対的に各投射されたパターン線の記録さ
れた像の各点の二次元座標を得ることが可能である。対
象物の上の点Ａから反射された光ビーム４６はカメラの
レンズ中心を通過してその像平面に当たり、その位置に
記録された像を生ずる。

光ビーム４６は異なった方向に反射される無数の光ビー
ムの１つである。もし各個の光ビームが空間内で線とみ
なされるならば、カメラの像平面の上の点Ａおよびレン
ズ中心を通過するビームは対象物の表面の上の点Ａにお
いて投射されたパターン表面と交差し、また基準座標系
の原点に対して相対的な点Ａの位置を定める座標はこの
線と同定された投射されたパターン表面との交差により
決定される。

同一のことが、各輪郭線に沿う対象物の三次元形状を決
定するべく、走査線が種々の撮像された輪郭と交差する
すべての点で行われる。種々の投射されるパターン表面
をどのように密に選定するかは、どのように多くの細部
が結果として得られる計算された表面表現のなかにある
かを決定する。

もしごく少数の輪郭が対象物２４の上に投射されるなら
ば、細部は粗い。他方において、もし多くのパターン線
が投射されるならば、表面表現における細部をはるかに
細かくすることが可能である。

従って、前記の必要条件を満足するべく第８Ｍの円板１
８の上のパターンのようなパターン２８を発生するため
のコードが本発明にとって非常に重要であることがわか
る。上記の過程の結果は、そのままでも使用され得るが
通常は均等なグリッドの上にリサンプルされる三次元の
対象物点の集合であり、またもし特定の応用に必要であ
れば他の座標系で表されるべく変換され得る。

上記の対象物点は選定された座標系のなかで一般に不均
等に分布している。各対象物点は組合わされたＸ、Ｙ、
Ｚ値を有する。ここでｘ、ｙ、ｚは先に定められた基準
座標系のなかの点の位置を定める。もしＸ、Ｙ平面がテ
ーブルの表面と考えられるならば、対象物点はテーブル
から突出するスパイクとして記述され得る。このアナロ
ジ−によれば、テーブル表面はＸ、Ｙ平面に対応し、ま
たスパイクは特定のＸ、Ｙ点におけるＺ値を表す。

リサンプリングの過程はＸ、Ｙ平面内に均等に間隔をお
いて置かれた点のアレーを形成するべくＺ値の間の距離
を内挿する。いま、もし表面がＺの倍数値が１つまたは
それ以上のＸ点において生起するような表面であれば、
Ｘ、Ｙ、Ｚ基準座標系に関して回転かつ（または）さも
なければ変換される座標系ＸＩ　、Ｙｌ　、Ｚｌが定め
られ得る。この回転および（または）変換は、三次元対
象物点がこのＸＩ　ＳＹｌ　、Ｚｌ系のなかで表される
時に２１がＸＩ、Ｙｌのなかで単価化されており、また
説明されるようにリサンプルされ得るように選ばれる。

これは、任意の１つのカメラから計算された三次元対象
物点に対して常に物理的に可能である。なぜならば、そ
れらは単価化された像から導き出されているからである
。

好ましい実施例で計算された均等なグリッドは、各個の
三次元ｘ、ｙ、ｚ対象物点を一回に１つ調べることによ
り形成される。実対象物である走査される表面の性質の
ために、表面上の各点はその付近の他の点と位置的に相
関させられる。特定の形式の表面の性質に基づいて、そ
れらが考察している対象物点のＸ、Ｙ位置からＸ、Ｙ平
面のなかでどのように離れているかに基づいて周囲のグ
リッド点への対象物点の影響を示すべく、加重値が割り
当てられ得る。リサンプリング過程は説明されるように
反復的に進行する。

もし対象物の表面の上の計算された三次元Ｘ、７１７点
の密度が十分に大きいならば、これらの加重値は表面の
真の相関を近似するのみでよい。

人の頭の形態の表現のために満足であることが見出され
ている１つの可能な加重関数はこの式により表される。

ｗ＝１／（１＋ｃｄ）’ ここでＷは加重係数、ｄは考察している計算されたＸＩ
　、Ｙｌ　、Ｚｌ三次元対象物点のＸ’　、Ｙ’平面投
射と考察しているｘ’　、ｙ’グリッド点との間のユー
クリッド距離、またＣは対象物の表面を最良にモデル化
するように経験的に選ばれた比例係数である。さらに、
加重係数Ｗが経験的に導き出された最小値よりも小さい
値として計算される時には、このような場合にグリッド
点への対象物点の影響を考慮に入れないことにより、ご
く小さい有害な影響をもって、計算値が減ぜられ得る。

これは、距離ｄが不等式 ％式％） を満足する場合にのみ、この影響の作用を考慮に入れる
ことと等価である。

２つの分離したタリーが各グリッド点に対して保たれて
おり、一方は上記のようにそのグリッド点に対して計算
されたＺ１成分の加重値の和であり、他方は加重値と対
象物点のＺｌの大きさとの積の和である。

輪郭線により形成されたすべての点がグリッドの上に置
かれかつリサンプルされた後に、グリッド点の上記のユ
ークリッド距離のなかにあるすべての対象物点の加重さ
れた平均であるグリッドＺ値を生成するべく、連続する
“°加重値と対象物点の２１の大きさとの積の和゛°が
連続する“加重値の和”により除算される。二次元アレ
ーの形態であってよいこの情報は次いでポストプロセッ
サに送られ、そこでリサンプルされた三次元形態情報が
所望の出力形態に置かれる。

上の説明は単一のカメラに対するデータ取扱をたどるも
のである。好ましい実施例では、再現されるべき対象物
２４のすべての側をカバーまたは実質的にカバーするの
に６つのカメラおよび６つの投射器装置が使用される。

６つのカメラおよび６つの投射器は１つの特定の応用で
好ましいが、任意の数のカメラが本発明の範囲内で同一
または任意の他の数の投射器と共に一般に使用され得る
。

また実際、他の数のカメラおよび投射器が、対象物の表
面を適当に検出することを目的とする他の応用に対して
好ましい。６カメラ、６投射器装置のなかの各投射され
るパターンは一般にすべての６つのカメラにより見られ
得るが、すべての６つのカメラビューが処理される必要
はない。特定の配置に対しては、６つのカメラのうちの
３つが各投射に対して最良に置かれるものとして選ばれ
、また６つの利用可能なビューのうちの３つのみが各投
射に対して処理される。他の選び方も、もちろんなされ
得る。こうして上記のデータ取扱は１８回実行される（
６つの投射器の各々に対して処理される３つのカメラビ
ューの各々に対して１回）。これらの１８の表面セグメ
ントは空間内で重なるので、表面の単一の表現を究極的
に得るべくそれらを組合わせることも望ましくまたは必
要であり得る。

もし、有用な状況のように、これらのセグメントの各々
が共通のＸｌ、Ｙｌ、Ｚ′座標系のなかでリサンプルさ
れたならば、リサンプルされた点は表面セグメントのな
かで釣合いがとれている。

もし否であれば、それらは、もしそれらが組合わされる
べきであれば、共通の座標系に変換されなければならな
い。考察される個々のセグメントは検出される表面の（
意図される応用に対して満足であり得る）完全な表現を
一緒に形成するので、これらのセグメントが組合わされ
ることが常に必要ではないことは特記されるべきである
。もしセグメントを共通の表現に組合わせることが望ま
れるならば、好ましい方法は、これを上記のりサンプリ
ング過程の間に達成する方法である。各セグメントの計
算された三次元Ｘ、Ｙ、Ｚ対象物点は、もし前記のよう
に必要であれば、すべての表面セグメントのりサンプリ
ングが行われるべき共通のｘ’　、ｙ’　、ｚ’座標系
に移される。それらを、前記のように、表面セグメント
のすべてを表す組合わされたりサンプルされた均等なア
レーを発生するべくすべてのセグメントのすべての対象
物点をとって、この座標系のＸＩ、Ｙｌ平面のなかの均
等なグリッドへりサンプリング過程で続ける。

この方法は、投射器およびカメラの配置が、リサンプリ
ング法に対するＺｌのなかの単価化された必要条件を同
時に満足する、または実際目的に対して必要なように密
に満足するＸ’　、Ｙ’　、Ｚ’座標系を定めることが
可能であるような配置であることを必要とした。この必
要条件を満足することが見出されている１つの配置は、
投射器およびカメラが走査される対象物の周りの完全ま
たは部分球の上に多かれ少なかれ均等に分布しており、
またＸＩ　、Ｙｌ　、Ｚｌ座標系が投射器およびカメラ
のこのアレーのなかに中心をおく、または近似的に中心
をおく球座標系である配置である。

説明されたりサンプリング法に対する単価必要条件が満
足されない場合には、他の表現方法が使用され得る。計
算機援用設計の分野で一般に遭遇されるこのような方法
では、カーテシアンすなわ−ち直角ＸＩ　、Ｙｌ　、Ｚ
ｌ座標系が使用され、表面は選択さた平面と計算された
表面との交差により定められる輪郭により表される。こ
の方法では、計算されたＸｌ　、Ｙｌ　、Ｚｌ対象物点
が、それを最も近い切断平面の上に投射することにより
表され得る。または、精度を高くするため、焦点表面パ
ッチがデータにフィツトされ得る。表面パッチ自体は組
合わされたデータ表現から成っており、またはこれらの
表面パッチと上記の切断平面との交差により定められる
輪郭が表現として使用され得る。計算された三次元表面
セグメントの組合わせを実行する多くの方法が存在する
ことは明らかであり、どの方法が好ましいかは、走査さ
れる対象物の形式にもデータの特定の使用に基づく好ま
しい形態にも関係する。

第１１図は本発明による装置に使用するための回路５０
の１つの形態を示す回路図である。この回路は６つの投
射器１２Ａ〜１２Ｆおよび６つのビデオカメラ１４Ａ〜
１４Ｆに対するものである。

この回路は、投射器および（または）カメラの他の数に
合わせるべく、明らかな仕方で変更され得る。投射器は
ビデオ取得ユニット（ＶＡＵ）５４のタイミングおよび
制御ユニット５２により制御される。タイミングおよび
制御ユニット５２は各投射器１２Ａ〜１２Ｆへの接続を
有し、また予め定められたようにパターン位置を同期化
しかつ時間的に順次に投射器１２Ａ〜１２Ｆのなかの光
源３０のストロービングを制御するのに、またストロー
ビングをカメラ１４Ａ〜１４Ｆによる撮像と同期化する
のに使用される。投射器がストローブされるつど、その
投射器により投射された光を見る位置に置かれているビ
デオカメラまたはカメラが前記の仕方でそれらの像ラス
ターの上に形成された輪郭を有する。ビデオカメラ１４
Ａ〜１４Ｆの出力は次いでそれぞれのビデオ取得モジュ
ール５６Ａ〜５６Ｆに供給される。この例では、１つの
このようなモジュールが各２つのビデオカメラに対して
設けられている。なぜならば、前記のようにこの例では
３つのカメラが一度にアクセスされればよいからである
。これらのモジュールはカメラにより受けられた情報を
ディジタル化し、またその情報をランダムアクセスメモ
リのなかに記憶する。こうして記憶されたデータはその
後にホストコンピュータ５８に供給される。ホストコン
ピュータは前記のように三次元表面情報を抽出するべく
データを処理し、またそれをプリンタ６０による記録、
ビデオ端子６２への供給またはフロッピィディスク６４
への供給のような使用可能な形態に変換する。しかし、
投射器がストローブされ、またカメラがストロービング
の間に発生されたデータを記憶するシーケンスは、輪郭
線のすべてのような、像の上に投射されるデータのすべ
てが既知の順序で対応するカメラにより見られるかぎり
、重要ではないことは理解されよう。たとえば、投射器
１２Ａはビデオカメラ１４Ａにより見られ得る像を発生
し得る。そしてカメラ１４Ａの出力はマルチプレクサ６
６を通じてディジタル形態への変換のためにアナログ−
ディジタル変換器６８に供給され、またデマルチプレク
サ７０を通じて３つのランダムアクセスメモリ７２．７
４および７６の１つに前記の仕方でのその後の使用のた
めに割り当てられる。この例で示されている３つのよう
な、１つよりも多いメモリモジュールの使用は、デマル
チプレクサの各出力端におけるデータ速度が対応するフ
ァクタだけ入力データ速度よりも低いので、より低速で
より経済的なメモリモジュールの使用を許す。

第８図を参照すると、本発明による装置の投射器１２Ａ
〜１２Ｆのなかに使用するための丸い円板部材１８が示
されている。代替的に、選択された特定の投射手段に最
も便利なように、直線または他のパターンが使用され得
る。円板部材１８はその周縁の近くに形成された環状の
エンコードされた領域２８を有するものとして示されて
おり、またエンコードされた領域２８は複数個の明るい
領域または線および暗い領域または線によりそれぞれ形
成された８つの等長のセグメンｌ−２８Ａ〜２８Ｈに分
割されたものとして示されている。セグメント２８Ａ〜
２８Ｄは４つの異なったパターンを表し、またセグメン
ト２８Ｅ〜２８Ｈはそれらに対して相補性のパターンを
表す。４つのパターンのなかの明るい領域および暗い領
域の位置および幅は、どのセグメントが特定の投射器の
光源とレンズ系との間に置かれているかにかかわりなく
、それにより投射された像が一連の細長い明るい領域お
よび暗い領域であるように、第９図および第１０図によ
り説明されるようにコードに従って異なっている。しか
し、明るい領域および暗い領域の２つの配置は任意の２
つのセグメントに対して同一である必要はなく、また異
なったパターンのなかの任意の２つの明るい領域および
暗い領域によりまたそれらの間に形成されるパターン線
のすべては、ここに示されているように相補性パターン
のオプションによる使用により各輪郭線が２つのセグメ
ント、すなわちそのパターン線およびその相補性のもの
を有する一次パターンを含んでいるセグメントのなかで
同一の位置に現れるのを例外として、同一の位置で対象
物２４の上に落ちない。これは、２つのパターン２８Ａ
〜２８Ｄが、投射される時に正確に対象物の上の同一の
スポットまたは位置の上に落ちる縁または輪郭線を有す
る対象物の上の輪郭を形成しないことを意味するので、
重要である。各パターンに対する輪郭線の位置をスタガ
ーするこの特徴は本発明の非常に重要な利点である。な
ぜならば、輪郭がパターンのなかで繰り返される必要が
なく、従ってすべてのパターンのなかでより完全弁別的
な輪郭を許し、従ってまた三次元表面表現の一層良好な
分解能を生ずるからである。

第８図の実施例に示されているように、セグメント２８
Ａ〜２８Ｄの上の明るいバーまたは領域８０および暗い
バーまたは領域８２の幅は、隣接する透明および不透明
領域により形成される輪郭線が同一の位置に落ちるよう
にパターンのすべてが見られる対象物の上に輪郭線を投
射しないように、決定かつ位置決めされている。これは
前記の望ましい性質を共有する多くの可能なパターンの
１つである。前記の必要条件を満足する変化する幅領域
８０および８２のこのような分布は、領域８０および８
２の数およびパターンの数が増すにつれて非常に困難で
はあるけれども試行錯誤を含めて、種々の仕方で決定さ
れ得る。

第８図に示されている円板構造では、セグメント２８Ｅ
、〜２８Ｈのコーディングはそれぞれセグメント２８Ａ
〜２８Ｄのコーディングに対して２値相補性である。２
値相補性は本発明による装置の目的を達成するのに必要
とはされないけれども、それらはいくつかの実施例で前
記のように対象物２４の見られる像のなかの輪郭線をよ
り正確に位置決めするのに利用されている。相補性パタ
ーンを利用するための新規な方法は後で説明される。

第１１図中に示されているように６つの投射器１２Ａ〜
１２Ｆおよび６つのビデオカメラ１４Ａ〜１４Ｆを使用
する前記の構造により、対象物２４の形状および輪郭を
表すべく空間内の非常に多数の個々の点または位置を位
置決めする情報を集めることが可能であることがわかる
。こうして、円板１８の上のパターン線を正確に位置決
めすること、また示されているように置かれた投射器お
よびカメラを使用することにより、前記のものを含むど
の公知の装置によってもこれまでに得られなかった結果
を達成することが可能である。

回路およびデータ記憶の仕方の詳細は、前記のように、
対象物の上に相続くただし異なった光パターンを投射し
得る単一の投射器と、これらの投射されたパターンを記
録するべく置かれたビデオカメラと、レプリケータ機械
のような機械の作動を制御する目的または他の目的で使
用するため対象物の表面形状を表す出力を発生するべく
データを記憶かつ処理し得る電子回路に供給するべく受
信されたデータを使用する能力とを考察することにより
最良に理解され得る本発明の基本原理にとって二次的な
重要性を有する。

パターン化された円板１８は通常は、パターン化された
円板の任意の時点における角位置が正確に決定され得る
ように、装置の作動の間に同期化回路により制御される
電動機により所望の速度で回転される。通常、円板は連
続的に回転されるが、代替的に円板は所望であればパタ
ーンセグメントからパターンセグメントへステップ動作
で進められ得る。円板の回転および投射器のストロービ
ングのタイミングは本発明にとって非常に重要であり、
マイクロプロセッサまたは他の適当な回路を゛含んでい
てよい制御ユニット５２（第１１図）により制御される
。投射器のすべては予め定められたシーケンスで類憤に
ストローブされ、また対象物の上に投射されたパターン
がカメラの１つまたはそれ以上により見られ、また得ら
れた情報が処理され且つ（または）後での使用のために
記憶される。各処理された像がそれを発生したパターン
と組合わされ得るかぎり、投射は特定の順序でストロー
ブされる必要はなく、またパターンセグメントが特定の
シーケンスで円板１８の上に置かれる必要もない。ここ
に説明されるような同期化された回転円板によるパター
ン投射は、対象物の上に異なったパターンを投射する多
くの可能な手段の１つに過ぎない。他の手段はフィルム
ストリップ投射器、スライド投射器、単一の機械的また
は電子的に変更可能なマスク、各パターンに対して異な
った色および（または）偏光を使用する同時投射および
分離などによる手段であってよい。すべてのこのような
投射手段の利用は本発明の範囲に属する。この装置では
、セグメントパターンの、シーケンシングは通常は利用
可能なビデオカメラの最大フレーム速度によっのみ制限
され、非常に高速かつ効率的なシーケンシングが可能で
ある。

投射されるパターンは、第８図では弧状であるが、代替
的に、選ばれた形状がその後の処理で適当に考慮に入れ
られることを条件として、他の形状、たとえば直線状で
あってもよい、弧状の形状は、他の形状よりも角位置の
不確かさに対する許容度が大きく、従ってパターン円板
の回転と制御ユニットの基準タイミングとの間の前記同
期化を容易にするので、図示のために選ばれている。第
２の光源および組合わされた第２の投射レンズ組立体を
各投射器の上の他の位置に置くことも意図されている。

第２の光源は異なったタイムスケジュールでストローブ
され、またたとえば、もし第１の光源から９０°の位置
に置かれるならば、第１の光源のパターンに対して９０
＠の方向にパターンを投射する。この方法にせよ他の方
法にせよ異なった角度で方向付けられまた同一または異
なった位置からカメラにより見られる輪部線を有するパ
ターンを投射することにより、輪部のすべてが同一の角
度で方向付けられている場合に得られる精度よりも良好
な三次元表現精度を達成するべく、追加的なデータが得
られかつ処理される。この利点は図示の例では、２つの
間隔をおいて置かれた光源および組合わされたレンズ組
立体と単一の回転円板１８とを有する単一の投射器を使
用して達成されているが、同一の効果を達成するための
他の方法を使用することも本発明の範囲内で意図されて
いる。通常の状況では、２つのパターン方向は、パター
ンに対する最大の差を生ずるように、また同一の円板を
使用して達成し易いように、９０’離れた方向に選ばれ
る。

作動中、最初に光源３０がビデオカメラフレーム間隔と
同期化された予め定められたシーケンスでビデ１取得ユ
ニツト５４　（ＶＡＵ）のなかのタイミングおよび制御
ユニット５２の制御のもとにストローブされる。任意の
所与の時点で、６つのカメラ１４Ａ−１４Ｆのうちの３
つのみが、図示されている特定の配置のなかで使用され
る。これは３つのカメラ入力チャネルのみがＶＡＵのな
かで必要とされ、カメラの各対の１つが任意の１つのビ
デオ°“フレームパ時点で所与のチャネルに接続されて
いることを意味する。典型的な作動中、カメラは約７．
２百方゛°画素′°毎秒（ＭＨｚ）の速度でデータを発
生するが、通常の比較的経済的な計算機メモリ集積回路
（ＩＣ）はその速度で作動し得ない、経済的なメモリ集
積回路を使用するため、各チャネルは３つのメモリ部分
を有するものとして示されており、各々はカメラの画素
速度の１／３、すなわち約２．４　Ｍ　Ｈｚで作動する
。これは、各メモリ７２．７４および７６がそれへのビ
デオ入力の速度の１／３の速度で作動すればよいように
、３つのメモリ７２．７４および７６にビデオ信号を順
次に与えることにより達成される。

これらのメモリが後で計算機により読まれる時、それら
は最初の入力データストリームの順序を再生するように
順次に切換えられる。係数３の速度低減が示されている
が、任意の他の係数も使用され得る。最適な係数は特定
の応用に関係する。メモリの誤作動を検出するべく、メ
モリ検査機能がオプションにより含まれていてよい、こ
の機能により、計算機は既知のパターンをメモリに書込
み、次いでその精度をｉ１！認するべくデータを読み戻
す。

第８図に示されている円板上の４つの一次セグメント２
８Ａ〜２８Ｄのバーパターンを構成する部材の位置およ
び幅は好ましくは、本願発明者により開発された合成法
に従って決定される。この合成法は本発明にとって重要
であり、またマスクセグメントのなかのバーパターンの
設計と組合わされる手間のかかる試行錯誤法を省略する
。前記の必要条件を満足する多くの可能なバーパターン
があるが、そのうちで１つのパターンの生成がここに示
されており、これはこのおよび他の可能なＲ４ＱＪのパ
ターンを発生するための有効な方法を示す。それは、示
されている１つのパターンだけでなく、本発明の前記の
規範を満足するパターンのクラスである。第８図の４つ
の一次セグメントの設計の詳細は、セグメントを生成す
るのに使用されるコードを調べることにより最も良く理
解されよう、第８図のセグメント２８Ａ〜２８Ｄを発生
するためのコードシーケンスは第９図に示されており、
この例では１〜１５８の数のシーケンスが第８図の個々
のマスクセグメント２８Ａのセクション線９−９に沿う
半径方向の幅と直接的に、ただし任意に決定されたユニ
ットで対応する。バーが曲線ではなく直線である第２の
例では、対応する尺度はバーと交差する線に沿う距離で
ある。しかし、パターン配置にかかわりなく、バーの位
置およびそれらの幅は、説明されるように、類似に決定
される。示されているコードおよび示されているセグメ
ント２８Ａの幅は図解を目的とするものである。なぜな
らば、異なったコードが使用され得るし、またオーバー
オールなコードが使用されるパターンの明るい領域およ
び暗い領域に対する前記の規範に従うかぎりコード長さ
は１５Ｂよりも大きい数でも小さい数でもよいからであ
る。

さらに、第８図に示されている円板パターンの各−次セ
グメント２８Ａ〜２８Ｄの幅は第９図に示されている２
値の１および０の４つの水平な並びの１つに対応する。

■および０のこれらの４つの並びの各々は１〜４からの
同定数によりプリフェイスされている。もし各２値１が
暗い位置とみなされ、また２植Ｏが明るい位置とみなさ
れるならば、左端に１を付されている水平な並びは数値
的にセグメント２８Ａのセクション線９−９に沿うバー
の幅および透過性を示すことができる。また類イ以の対
応が第９図中にそれぞれ２．３．４を付されている並び
を有する第９図のセグメント２８Ｂ、２８Ｃおよび２８
Ｄに対して示され得る。ｌおよびＯのシーケンスは、セ
グメント２８Ａの上で、たとえば、パターンがユニット
幅１の黒いセクションで開始し、次いでユニット幅３の
透明なセクションを有し、その後にユニット幅５の暗い
セクションが続くことを示す。このコードはセグメント
の幅を通じてセグメント２ＢＡに関係付けられ得る。

第９図の全１５８ユニット長さの長いコードストリング
はさらにサブパターンに分割されている。

これらのサブパターンは、後で詳細に説明されるコード
設計規範に基づいて長さが変化する。図示の目的で、ユ
ニット１４〜２９の間に含まれるサブパターンは全コー
ドストリングのヘースまたは基準サブパターンとみなさ
れる。また第９図に示されているのは１〜４からの範囲
の数のシーケンスである。これらの数の１つが各ユニッ
ト位置のもとにある。これらの数は、どのマスクパター
ンがその特定のユニット長さ位置に暗から明へまたは明
から暗への境界線または移行を有するかを示す。たとえ
ば、ユニット位１ｆＮｏ、２には、位置Ｎｏ、１から位
置Ｎｏ、２へ動く時に、境界線がセグメント１の上に置
かれていることを示す移行Ｎｏ、１が存在する。この線
を生成した移行は暗から明へであることも示されている
。類似の読みが第９図中の他の１５７位置においてなさ
れ得る。

この１５８ユニツトは先ず特定の必要条件に従う前記の
ベースサブパターンのようなより短いサブパターンコー
ドを見出すこと、また次いでパターンを補足することに
より決定され得る。図示の例の場合には後で互いにリン
クされる１６までの区別可能なサブパターンを発生する
べくパターンを補足することにより決定され得る。第８
図のより大きいパターンの発生を可能にするべくベース
サブパターンに課せられる必要条件は下記のとおりであ
る。

（ｉ）１つおよびただ１つのパターンが３つの変位イン
クレメントの各々における縁移行を有するように、サブ
パターンは典型的に等しい幅インクレメントを有するマ
スクサブパターンに沿う変位の尺度を定めなければなら
ない。

（ＩＩ）他の生成されたサブパターンとの連結を容易に
するべく、サブパターンはサイクリックであることを必
要とされる。これは、各パターンがパターンの長さにわ
たり（いずれかの方向に）偶数の縁移行を有するという
別の必要条件を課する。

（ｉｉｉ　）縁移行は４つの一次マスクパターン士グメ
ントのなかで均等またはほぼ均等に分布していなければ
ならない。これは各パターンが同一またはほぼ同一の数
の縁移行を有することを意味する。

（ｉｖ）最も知られているビデオカメラの有限な分解能
および光学系の特性のために、所与の投射されるパター
ンのなかの２つの縁移行は選択された最小数のユニット
位置よりも密であってはならない。１つの可能なカメラ
および光学系設計の解析に基づいて、この最小分離は３
ユニツトでなければならない。他の応用は異なった数を
課する。所与のパターンのなかで、縁移行は正方向と負
方向との間（暗と明との間）で交互に生じなければなら
ないので、これは゛′黒″°もしくは“白゛（不透明も
しくは透明）バーまたは領域の幅が３ユニツトでなけれ
ばならないことを意味する。

（Ｖ）ここで選択されている４つのパターン（もし特定
の装置で必要とされるならば、より多数または少数のパ
ターンが使用され得る）では、６４までの独特な輪郭線
９ｌ− （ａ）４つの投射されたパターンのどれが観察される像
に対応するか、 （ｂ）縁の方向（暗から明へまたは明から暗へ）および （Ｃ）像のなかのその位置における残りの３つのパター
ンの強度状態（明 または暗） のみを知ることにより定められ（位置決めされかつ同定
され）得る。

３つの同定子だけを使用して、４Ｘ２Ｘ２３−６４の独
特なコードを発生することが可能である。

すなわち、所与の位置において４つのパターンを観察す
ること、またこれらの同定子のみを観察することにより
分解され得る６４の独特な可能性を評価することにより
分解され得る全部で６４の独特な可能性のなかで、パタ
ーン数は４のファクタを発生し、縁方向は２のファクタ
を発生し、また残りのパターンの強度状態は２３のファ
クタを発生する。同様に、これらの４つの投射されたパ
タ−ンに対応する４つの像を調べることにより、６４ま
での縁または輪郭が独特に同定され得る。もし６４より
も多い独特に同定可能な縁移行を、（他の設計考察から
決定された）４を越えてパターンの数を増すことなく、
定めることが望ましいならば、これは、たとえば残りの
３つの像のどれが左への先行輪郭を有するかを観察する
ことにより他の同定子としてパターン数のシーケンスを
使用することにより行われ得る。コードは、次いで残る
２つのパターンのどちらが右への次の輪郭を有するかを
観察することによりさらに延ばされ得る。

これは追加的な隣接輪郭へ延ばされ得る。しかし、図示
されているように右および左の隣接輪郭のみを利用する
ことは同定可能な縁の数を、実際の最大数は他の課せら
れる制約のためにより少ないけれども、最大６のファク
タまで、または３８４の金縁まで増す。たいていの場合
に、ユニット位置の数と同数の輪郭を同定することが可
能である。

例示されている装置によれば分解能の必要条件のために
、１５８の独特に同定可能な輪郭が存在す課せられた必
要条件の結果として、パターン線のシーケンスのパター
ン番号（１〜４）を宣言するディジットのシーケンスは
サイクリックなサブパターンの長さのなかの３デイジツ
トの任意のサブストリングを重複してはならない。もし
重複したならば、上記の同定パラメータは１６までの相
補性サブパターンの他のなかでその３デイジツトシーケ
ンスを繰り返し、独特性の必要条件を破壊する。

２つの輪郭線が同一のユニット変位位置では許されない
ので、もし２つまたはそれ以上の縁が（たとえば±１／
２画素または他の選択され得る値の許容差のなかの）同
一の位置で見られた像のなかに検出されれば、これはエ
ラー条件であり、またその縁は独特に同定されていない
ものとしてタグされる。これは実際に、たとえば、走査
された対象物の上のステップオフにおいて生じ、シーケ
ンスのなかに°′フォールド°“を形成する。追加的な
論理が、それらの１つが輪郭を先に同定された輪郭を存
するシーケンスのなかに置くか否かを見るべくいくつか
の可能な同定を検査し、それをシーケンスの外に置く同
定を排除することにより、このような非独特な輪郭の宣
言を“′救う”のに使用され得る。

前記のように、３デイジツトサブストリングは第９図に
示されているように任意のサブパターンのなかでそれ自
体繰り返してはならない。さらに、３デイジツトサブス
トリングのなかで、輪郭が３ユニット分離のなかのパタ
ーンのなかで繰り返し得ないという前記の必要条件のた
めに、ディジットは繰り返し得ない。従って、３デイジ
ツトシーケンスのなかで、第１のディジットは４つのパ
ターンのなかから自由に選択されてよく、第２のディジ
ットは残りの３つのパターンのなかから、また第３のデ
ィジットは残りの２つのパターンのなかから選択される
。従って、４Ｘ３Ｘ２＝２４の独特な３デイジツトサブ
ストリングが存在するので、２４はこの例に対して選ば
れた条件のもとてサブパターンの長さの上の上限である
。この長さ＝９５− （ならびに長さ８および１６）はサイクリックコード、
すなわち等しい偶数の縁移行および４つのパターンのな
かの均等な縁分布の発生を許す先の必要条件を満足する
。第９図で、各サブストリングの下に示されている４デ
イジツト２進数は、コードのどの並びが残りのすべてか
ら独特なサブストリングコードを発生するように補足さ
れているかを示す。００００を付されているサブパター
ン１４〜２９は基準であり、補足されていない。サブパ
ターンの並びは、■が示されているところでは補足され
ており、サブパターンは次いで、もし必要であれば他の
異なって補足されたサブパターンと連結し、しかも各サ
ブパターンのなかでもそれらの間の連結を横切っても前
記の規範との適合を常に保持するべく循環かつ切頭され
る。

第９図のコードはパターン番号（１〜４）と６４までの
輪郭を独特に同定し得る前記の６ビットコードを含んで
いるパターンコードとにより分類された第１０図に示さ
れている。６ビットコードの各々はこの例では、第１０
図中に示されているように、１ないし４の輪郭番号また
は距離ユニットと組合わされている。これらの４つまで
の可能な同定は次いで、隣接輪郭を検査しかつ（または
）それらをシーケンスのなかに割り当てる前記の手段に
より分解される。

第１０ＡＩＦは再び、輪郭番号が前記の３デイジツトパ
タ一ン番号シーケンスにより分類されている第９図のパ
ターンである。この例では、前記の残りの同定子の使用
により分解される、所与の３デイジツトシーケンスに対
する１１の多くの可能な輪郭同定が存在する。

所与の６ビットコードに対する可能な輪郭の数を減じ、
残りの同定子の使用による正しい輪郭の分解を容易にす
るべく、第１０図に示されているようにまた前記のよう
に、木本６４（必要条件Ｖ参照）コードのいずれのオー
バーオールな連結されたパターンを通しても４つよりも
多い繰り返しを必要としないことが可能である。この制
限は独特なパターン境界線の全数の上限を３８４から４
×６４または２５６に減じ、また実際の最大数を課せら
れた性質に直面して減じ得る。しかし、前記のように２
４の最大ではなく１６のサブパターン長さを選択するこ
とにより、また前記の必要条件を適用することにより、
４つよりも多い繰り返しが生じないことを保証すること
が可能である。

なぜならば、１６長さのサブパターンのなかの４デイジ
ツトの各々の４つよりも多い繰り返しは存在せず、すべ
てサブパターンのなかの独特な３デイジツトコードのな
かにあり、また１６の相補性サブパターンの最大の発生
時にディジットあたり４回の繰り返しの最大が必然的に
上記の６ビットコードのなかに生起するからである。同
様に、２４長さのサブパターンの使用は１６までの相補
性サブパターンを通じて６回の繰り返しを許す。なぜな
らば、４デイジツトの各々は２４長さのサブパターンの
なかで６回繰り返されるからである。

いったん輪郭線が先に説明したように見られた像のなか
で測定されると、その輪郭を同定する必要がある。６ビ
ットコードはパターン同定と（前記の）結果測定過程と
して直ちに知られている正のパターンの輪郭縁の方向と
前記輪郭の画素位置における残りの３パターンの強度状
態（０または１）とから成っている。

前記の必要条件はサイクリックな１６ビット長さのサブ
パターンを発生するのに使用され、このサブパターンは
それを４ビットコード値と多数回排他的ＯＲまたはＸＯ
Ｒ演算することにより補足され、また第９図に示されて
いる１５８ビット長さのコードを形成するべく併合され
た。

第９図に示されている可変幅のハーバターンはマスクパ
ターンの明るいセクションおよび暗いセクションの幅を
設計するのに使用され得る多くの可能なバーパターンの
１つの例である。この１５８長さのコードはベースとし
て位置１４〜２９の間のサブパターンを使用してここに
述べた設計規範に従って開発された。２値の１はマスク
パターンの上の暗い位置を示し、また２（ｉの０は明る
い位置を示す。代替的に、この設計は逆にされ得る。

透明および不透明領域の投射マスクを経て投射される空
間的パターンを発生するものとして図示されているが、
これらの規範に従って空間内にパターンを発生し得る他
の方法も同様に意図されている。この１６ビットコード
サブパターンは前記の５つの臨界的必要条件の各々を厳
密に守っている。

ベースコードサブパターンはチェックコード０Ｏ００を
任意に割り当てられており、その目的は後で詳細に説明
される。コードサブパターンのなかの１およびＯのシー
ケンスはそれ自体独特である必要はない。■および０の
各マスクパターンシーケンスは５つの臨界的な必要条件
を満足するけれども、各々は異なったシーケンスを有す
る。

臨界的な必要条件が任意の２つのサブパターンの間の境
界において満足されることを保証するためムこば、サブ
パターンの各々を発生する時に単にベースコードをそれ
自体の回りに回転または循環させる必要がある。これは
ベースコードが回転に加えて短縮されることを許すこと
により一層便利になされる。例として位置３０〜４５の
間のサブパターンを参照すると、このコードサブパター
ンがそのシーケンスをベースサブパターンコードの第２
の半部または最後の８ビットで開始し、また次いでベー
スサブパターンの最初の８ビットまたは第１の半部で継
続することが第９図中に見られ得る。すべてのその後の
サブパターンの独特性は、ベースコードサブパターンと
排他的ＯＲ演算される時に、ベースコードサブパターン
およびチェックされるべきサブパターンのなかの同し位
置において第２の１６ビットを位置３０〜４５に生ずる
チェックコードによりチェックされ得る。例によす再び
述べると、ベースコードのなかで、パターンシーケンス
が位置Ｉ７において開始するべく任意に設計され得るこ
とが見られ得る。このパターンは１２３４２１４３２１
３２４を読み、また包み戻り、また１３４で継続する。

この同一のシーケンスがサブパターン３０〜４５のなか
の位置３９で開始し、また位置４５へ行き、また次いで
位置３０で継続し、また位置３８で終了するものとして
定められ得る。このサブパターンストリングは２つのサ
ブパターンの交差においてサブパターンの臨界的必要条
件を保つべく回転または循環された。すべての先に定め
られたサブパターンに関してこのサブパターンの独特性
をチェックするため、ベースサブパターンおよびチェッ
クされるべきサブパターンのなかの同一の位置が位置決
めされる。たとえば位置１７は位置３９に相当する。

次いで４ビットのチェックコードが定められる。

このチェックコードは、同定された開始位置においてパ
ターン１〜４に相当する垂直に読まれた個々の４ビット
のコードとＸＯＲ演算される時、第２のコード化された
サブパターンを生ずるべきである。例として、第２のチ
ェックコードは、ＸＯＲ演算される時に位置３９におい
て４ビットコード１０１０を生ずる位置１７において見
出された４ビットコード００１１と排他的ＯＲ（ＸＯＲ
）演算する４ビットコードを見出すことにより定められ
る。このコードは１００１であると定められた。第２の
サブパターンの独特性の確認を継続し、またチェックコ
ードの精度をチェックするため、この同一のチェックコ
ードは、位置１８において見出された４ビットコード０
１１１とＸＯＲ演算される時、位置４０において見出さ
れる４ビットコード１１１０を生ずるべきである。この
ｌ対ｌ比較は３０〜４５０間の対応する位置を有する位
置１４〜２９において各パターンコードでなされる。

第９図に示されているように、いくつかのサブパターン
は１６よりも少ない位置を有する。たとえば、第１のサ
ブパターン位置１〜１３は１３の位置だけを有する。第
１のサブパターンが臨界的必要条件を満足する状態を保
持するため、ベースサブパターンのなかの（位置２６〜
２８における）サブストリング１３２が除かれているこ
とが見られ得る。サブパターンの独特性は、チェックコ
ード１００１が決定された仕方と同一の仕方で４ビット
のチェックコードの決定により確認されている。このサ
ブパターンに対してはコード１１１１が決定されている
。ステップのこのシーケンスは、この例では１６の可能
なサブパターンの１１から成る１５８ビット長さのコー
ドが形成かつチェックされるまで繰り返される。各サブ
パターンはその固有の独特なチェックコードを有する。

先に詳細に説明したように、１５日長さのパターンは個
々の円板パターンの上の暗いセクションおよび明るいセ
クションの可変幅を設計するためのものである。このコ
ードは、４つのパターンのどれが任意の所与の位置１〜
１５８においてパターン線を有するかを決定するべく読
まれ得る。再び第９図を参照すると、最上段の数１〜１
５Ｂの水平な並びはセグメン）２８Ａ〜２８Ｄのなかの
４つの一層コード化パターンの各々の幅にわたる位置点
を示す。数１〜４の第１の垂直な縦行は、どの円板パタ
ーンが調べられているかを示す。決定されたシーケンス
で数１〜４の間を変化する数の第２の水平な並びは、４
つのコード化されたマスクパターンのどれがその所与の
位置において境界線を有したかを示す。たとえば、最も
上の水平な並びに沿う位置２では、その垂直な縦行のな
かの上側ビット数は１であり、先の位置１から動く時に
状態変化がマスクパターン１のなかで生起することを示
す。これは、位置ｌと位置２との間のパターンｌが暗（
１）から明（０）へ状態を変化し、他方において他の３
つのパターンは真位置において１により示されているよ
うに暗状態にとどまったことが示されている第９図を調
べることにより一層詳細に指摘され得る。

第９図の設計コードに対応する４つのマスクパターンを
使用して装置内の輪郭を同定するため、第１０図および
第１０Ａ図の第１および第２の解チャートが利用される
。第１の解チャートで、第１の縦行のなかの１６の“１
″′の数は設計コードのなかの第１のパターン状態変化
のすべてに正確に対応する。これらの数１の各々は１．
境界線、ここでは第１の境界線を含んでいるパターンお
よび設計コードのなかのその同一の位置において明るい
または暗い残りの３つのパターンに対する状態変化の方
向を示す４ビットコードに続いている。

４ビットコードに、第１のマスクパターンのなかで変化
が生起する設計コード内の位置番号が続いている。これ
らの位置番号は境界線、ここではコード化マスクパター
ン番号１のなかの境界線の位置に対応する。第１０図に
示されているように、各コードは４つまでの異なった輪
郭線位置を同定し得る。４つの可能な輪郭線のどの１つ
が像のなかで観察されたかを独特に決定するため、コー
ド３０００１が同定されていることを仮定して、ステッ
プの下記のシーケンスが実行される。先ず、計算機また
は他の処理装置が３００００１線を走査しまたは読み、
またこのコードが第１０図の設計コードのなかの位置５
２．６０．６８．１１４においてパターン３のなかに生
起する輪郭線を同定し得ることを決定する。こうして、
輪郭線がコードにより確立されたものとして投射された
パターンのなかに位置決めされており、またこれらの４
つの異なった輪郭線の１つであり得ることが知られてい
る。正確な輪郭線を位置決めかつ同定するため、どのパ
ターン番号が左への隣接輪郭を有するか、どのパターン
番号が右への隣接輪郭を有するかがノートされる。これ
らの３つのパターン番号、すなわち左へのもの、所与の
輪郭を含んでいるものおよび右へのものが、前記の６ビ
ットコ−ドと一緒に１５８長さのパターンのなかで独特
であり、従ってまた所与の輪郭番号を同定する３デイジ
ツトのシーケンスを形成する。例の説明を続けると、輪
郭５２の左への輪郭は、第９図を参照してパターンマス
ク番号１のなかで生起する番号５１である。同様に、右
への輪郭、番号５３はマスク２のなかで生起する。こう
して３デイジツトのシーケンスは、第１０Ａ図を参照し
て輪郭２７．３３．５２．７１．７７．９６．１１０，
１２９および１５４において生起する１３２である。

このリストを前記の６ビットコードに基づいて上記に示
されたもの、すなわち輪郭５２．６０．６８および１１
４と比較すると、輪郭５２のみが両リストのなかに現れ
る。

こうして位置５２における輪郭は観察されたものであり
、従ってこの輪郭を発生した投射された光表面が見出さ
れる。この手順は、像のなかで見ることができるすべて
の輪郭線が独特に同定されるまで繰り返される。先に説
明されたように、画素位置は各同定コードに対して収集
かつ記憶される。解テーブルのなかのコードは６ビット
コードと呼ばれている。なぜならば、走査器の実際の実
行中に２ピントコードが、どのコード化されたマスクパ
ターンが走査されているかを同定するのに使用されてい
るからである。たとえば、パターン】は００により同定
されており、またパターン２〜４はそれぞれコード０１
．１０および１１により同定されている。

写真およびビデオ手段による撮像が、投射器の光がスト
ローブされており、従ってパターンを対象物の上に投射
している時間中にのみ行われることは望ましい。投射お
よび撮像が同時に生起するように同期化することにより
、選択された予め定められたパターンが撮像されること
の保証が得られる。

４つのマスクパターンが使用されている実施例に対して
６ビットコードを決定する時、各々が近似的に４０まで
の輪郭線を有する４つの分離した像、従ってまた４つの
分離したラスターが発生される。見られた像ラスターの
各々のなかで、見られた輪郭線のマトリンクス画素位置
がたとえば第１図および第２図のなかの輪郭同定位置と
組合わされなければならない。マトリックスの任意の所
与の寸法に対して対応は任意に選ばれており、この対応
を達成するのに利用され得る特定の数学的関係が存在す
る。

このようなオーバーオールな装置の始動時に、投射器お
よびカメラのストロービング制御は予め定められたシー
ケンスでＶＡＵ５４のタイミングおよび制御部分５２の
ような手段によりトリガされる。この例では各投射器は
２つの異なった経路でパターンを投射するべく２つの分
離した光源を有する。６つの投射器の各々は１つの実施
例では４回、円板１８の上の４つのセグメントパターン
２８Ａ〜２８Ｄの各々に対して１回ストローブされる光
源を有する（全体で４８フラツシユ）。他の実施例では
、６つの投射器の各々のなかの２つの光源が各々８回、
８つのセグメントパターン２８Ａ〜２８Ｈの各々に対し
て１回ストローブされる（全体で９６フラツシユ）。第
１の実施例は、像画素をパターンの明るい領域もしくは
暗い領域に割り当てるように像画素をしきい数と比較す
る前記の処理手段と共に使用される。また第２の実施例
は、相補性パターンの２つの像の対応する画素値がその
同一の決定をするように比較される前記の手段と共に使
用される。６つのカメラからのビデオ信号はこの例では
“′画素パあたり８ビット（または１バイト）でディジ
タル化され、またＶＡＵ内のランダムアクセスメモリ（
ＲＡＭ）のなかに記憶される。他の代表的なディジタル
化は８ビットよりも多くても少なくてもよいが、典型的
には４ないし１０ビットの範囲である。この場合、２つ
のストローブが、別々の時点でフラッシュされ得るけれ
ども、対象物の上の任意の１つの点が２つのフラッシュ
のただ１つにより照らされるように、対象物の両側で一
度にフラッシュされる。

各二重ストローブフラッシュに対して３つのカメラビュ
ー、第１の実施例では全体で７２の像、第２の実施例で
は全体で１４４の像がディジタル化され、各像ラスター
は近似的に２５６Ｘ２５６または６５．５３６画素を有
する。なお、他のラスター寸法も他の応用には良好に適
している。いったん像データがＶＡＵメモリのなかに記
憶されると、ホストコンピュータがこの例では８ビット
の並列ポートを通じて像データをＶＡＵメモリから読み
、またそれをハードディスク上に記憶し、ハードディス
クから像データがその後の処理のためにアクセスされる
。代替的に、データは他の仕方で記憶されてもよいし、
記憶を必要とせずに直接に処理されてもよい。

ここに述べられるように、６つの投射器および６つのカ
メラが使用されている。たとえば符号Ｕ１２Ａ、ｔＪ１
２ＢおよびＵ１２Ｃを付されている上側投射器の各々が
たとえば符号Ｌ１２Ｄ、Ｌ１２ＥおよびＬ１２Ｆを付さ
れている下側投射器の１つと正反対の位置となるように
、投射器のうちの３つは人の頭であってよい対象物の周
りの水平な正三角形のなかに配置されていてよ（、また
残りの３つは対象物の下の正三角形の上に配置されてい
てよい。こうして投射器Ｕ１２ＡおよびＬｌ２Ｄは対象
物から反対方向にあり、従って所望であれば干渉なしに
同時にフラッシュされ得る。

幾何学的形状の対称性と矛盾しない８つの可能なカメラ
位置、すなわち符号Ｕ１４ＡないしＵ１４Ｄを付されて
いる４つの上側位置および符号ＬＬ４ＢないしＬ１４Ｈ
を付されている４つの上側位置がある。追加的な上側カ
メラは所望であれば使用され得るけれども、（対象物の
すぐ上の）位置Ｕ１４Ｄおよび（すぐ下の）位置Ｌ１４
Ｈはボートレイトス力ルプチュア応用のためには通常は
使用されない、Ｕ１４ＤおよびＬ１４Ｈを含むすべての
カメラ位置およびすべての投射器位置は他の走査応用に
対する異なった形で使用され得る。

所与の投射器がストローブされる時、特定のカメラ位置
は他のものよりも対象物の上の照明を見るべく一層好ま
しく置かれる。従って、すべてのカメラが光源のすべて
のストローブまたはカメラのすべてのフレームに対して
ディジタル化される必要はない。

すべてのカメラのラスター走査は、任意の所与の時点で
すべての能動的カメラが同一の画素番号を走査しており
、または同一の点でリトレースにあるように、通常は互
いに同期化されている。本質的ではないが、この同期化
はタイミングおよび制御およびデータ取得を容易にする
。投射器の光は、新しい像が同一の時点でカメラの光セ
ンサアレーの上に発生されるように、共通の垂直リトレ
ース間隔の間にフラッシュされる。これらの像は次いで
ラスターカメラにより走査され、またディジタル化され
る。

以上に述べたことから、本発明のさまざまな変更、使用
および応用が存在し、または今後知られるようになるで
あろう。予測され得る変更、使用および応用は以上に簡
単に説明され、また例により述べられている。すべての
このような変更、使用および応用は、以上に説明されて
いても説明されていなくても、特許請求の範囲によって
のみ制限される本発明の範囲に属するものとする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置の主な構成要素およびそれら
の方向付けを示す斜視図、第２図は表現されるべき対象
物の像を有するビデオカメラにより発生されるラスター
とその上に形成される少数の典型的な輪郭線とを示す図
、第２Ａ図は第２図の対象物の上に輪郭線を発生した投
射されたパターンの平面図、第３図は本発明の装置によ
る使用のために確立され得るパターンを示す簡単化され
た図、第４図は相補性のパターンを示す第３図と類似の
図、第５図および第６図は所与の空間内のより多数の境
界線を示す第３図および第４図と類似の図、第７図はパ
ターン照明された対象物の撮像されたビューのなかの輪
郭位置の測定精度を高める副画素内挿法の説明に使用さ
れるグラフ、第８図は対象物の上に輪郭線を発生するべ
く対象物の上に投射器により投射するためのセグメント
化された環状パターンを有する回転可能な円板を示す図
、第９図は第８図の半径線９−９に沿う位置における不
透明および透明領域の間隔および幅を決定するために使
用される代表的なコードを示す図、第１０図は第９図に
示されているコートを表す典型的な６ビットコードに対
応する解チャート、第１０Ａ図は第９図および第１０図
に基づくグラフ、第１１図は投射器およびカメラの作動
の制御および情報出力の発生のための回路の概要ブロッ
ク図である。 １２・・・投射器 １４・・・ビデオカメラ ２４・・・対象物 １７・・・処理手段 １６・・・制御手段 １８・・・回転円板 ２６．２８・・・マスクパターン ３０・・・光源 ３２・・・レンズ組立体 ３４・・・ラスター ３６・・・輪郭線 ４０．４２・・・マスクパターン ＝１１５− Ｆｉｇ、２ 手続補正書（１釦 １　事件の表示　　特願昭６３−１０７４８４２　発明
の名称　　三次元表面形状を表現するためのデータ形成
装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　アメリカ合衆国ミズーリ、セントルイス、ワシ
ントンアベニュー１７０６ 名　称　エルビーピー、パートナ−シップ４、代理人吊
１１２ 住　所　東京都文京区大塚４−１６−１２６、補正によ
り増加する発明の数　　なし７　補正の対象　　明細書
の発明の詳細な説明の欄８、補正の内容 （１）　　明細書第３２頁第２０行［特許出願）を［特
許出願（特願昭６３−１０７４８３）−１に補正する。 （２）同第８４Ｗ第１２行［選ばれる。−１の後に次の
文章を挿入する。 「このような投射器は同一出願人の同日付特許出―（特
願昭６３−１０７４８３）の明細書乙こ開示されている
。ｊ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）三次元表面形状を表現するためのデータを形成する
   ための装置において、 検出され得る弁別的に異なった光学的性質 を有するパターン部分から成る弁別的なパターンを表面
   形状の上に投射する手段を備え、前記パターンは、異な
   ったパターンのなかの線の位置がパターンのなかの異な
   った弁別的な位置に置かれるように、コードに従った位
   置に置かれた検出可能な線状特徴を含んでおり、 表面形状の上の弁別的な投射されたパター ンを観察するため表面形状から間隔をおいた位置に置か
   れた像センサ手段を備え、このセンサ手段は弁別的なパ
   ターン部分の選択されたものの表現を発生するための手
   段を有しており、 前記センサ手段により検出された投射され たパターンの少なくとも２つの像表示を処理するための
   処理手段を備え、この処理手段は前記投射手段および像
   センサ手段の空間内の相対的位置を表すデータを処理す
   るための手段を有しており、前記処理手段はさらに表面
   形状の上の異なった点の空間内の位置を表すデータを確
   立するため異なった像表現から情報を抽出するための手
   段を有している ことを特徴とする三次元表面形状を表現するためのデー
   タの形成装置。 ２）検出可能な線状特徴がパターンのなかに比較的均等
   に分布していることを特徴とする請求項１記載の装置。 ３）対象物の三次元表面形状を表現するための装置にお
   いて、表面形状を表現すべき対象物の上に投射するため
   隣接領域の弁別的なパターンを含んでいるエネルギーを
   投射するための放射エネルギー投射手段を備え、前記パ
   ターンが対象物の上に、投射されるパターンのかの隣接
   する弁別的な領域の各対の間の線 状境界により郭定される複数個の弁別的に置かれた輪郭
   線を郭定し、各パターンのなかの境界が、異なったパタ
   ーンのなかの境界の位置が異なった弁別的な位置にある
   ように、コードに従って位置決めされており、 対象物の表面の上に投射されたパターンを 観察するため位置決めされた像センサ手段を備え、この
   センサ手段は輪郭を含んでいる投射されたパターンの選
   択されたものの表現を発生するための手段を有しており
   、 少なくとも２つの弁別的なパターンのなか で前記センサ手段により表現として観察かつ発生された
   データを処理するための処理手段を備え、この処理手段
   は前記投射手段および像センサ手段の空間内の相対的位
   置を表すデータを処理するための手段を有しており、前
   記処理手段はさらに対象物の上の点に相当する空間内の
   異なった位置のデータ表現を発生するため前記投射器お
   よびセンサ手段の相対的位置を考慮に入れる異なった像
   表現からのデータの相関を求めるための手段を有してい
   る ことを特徴とする対象物の三次元表面形状を表現するた
   めの装置。 ４）線状境界線がパターンのなかに比較的均等に分布し
   ていることを特徴とする請求項３記載の装置。 ５）対象物の三次元表面形状の表現に使用するための装
   置において、放射エネルギー投射手段と、投射手段によ
   り投射されたエネルギーに応答する応答手段と、投射お
   よび応答手段に対する制御手段とを備え、前記投射手段
   が投射されるエネルギーフラッシュを発生するため制御
   され得るエネルギー源と、表面形状を表現すべき対象物
   の上に投射器からの放射エネルギーの焦点を合わせる手
   段と、エネルギー源および焦点合わせ手段と整列して取
   付られたエネルギー透過性によるエンコーディング部材
   とを有しており、前記エンコーディング部材はエネルギ
   ー源および焦点合わせ手段と整列した領域のなかでその
   表面の一部分にわたり延びているように配置された複数
   個の隣接するエネルギー伝導性および非エネルギー伝導
   性の領域により形成されたパターンを有し、前記パター
   ンは、エネルギー伝導性および非エネルギー伝導性の領
   域に相当する弁別的に位置決めされた位置および幅を各
   々が有する複数個の離散的なセグメントにセグメント化
   されており、エネルギー源からのフラッシュが投射され
   る時点でどのセグメントがエネルギー源およびその組合
   わされた焦点合わせ手段と整列して位置決めされている
   かに関係なく、投射されたエネルギーが、エンコーディ
   ング部材上の隣接するエネルギー伝導性および非エネル
   ギー伝導性領域の各対により郭定される位置における複
   数個の弁別的に置かれた輪郭線を郭定する弁別的な強度
   パターンを対象物の表面の上に発生することを特徴とす
   る対象物の三次元表面形状の表現に使用するための装置
   。 ６）エネルギー源が光源であり、またエンコーディング
   部材の上のエネルギー伝導性および非エネルギー伝導性
   領域がエンコーディング部材の上の実質的に光伝導性お
   よび実質的に非光伝導性の領域であることを特徴とする
   請求項５記載の装置。 ７）エンコーディング部材の上の光伝導性および非光伝
   導性の領域の位置および幅が、パターンの各セグメント
   のなかの光伝導性および非光伝導性の領域の各々の位置
   および幅を決定する弁別的なコード部分を有するコード
   により決定されていることを特徴とする請求項６記載の
   装置。 ８）コードが、各パターンセグメントと組合わされた弁
   別的な副部分を有する連結された２値コードであり、各
   副部分が対応するパターンセグメントの各々の光伝導性
   および非光伝導性の領域をそれぞれ表す複数個の位置を
   有することを特徴とする請求項６記載の装置。 ９）表現すべき対象物を取付けるための位置を有する光
   が漏らない囲いを有しており、この囲いが複数個の投射
   手段および複数個の光応答手段を取付けるための間隔を
   おいて置かれた位置をも有することを特徴とする請求項
   ６記載の装置。 １０）投射手段が、光学的にエンコードされているエン
   コーディング部材を回転可能に支持するための手段を有
   するハウジングと、光学的エンコーディング部材の１つ
   の側にハウジング内に間隔をおいて置かれた第１および
   第２の光源と、この第１および第２の光源と組合わされ
   て対象物の上にそれぞれの光源からの光の焦点を合わせ
   る位置に置かれた分離したレンズ組立体とを有すること
   を特徴とする請求項６記載の装置。 １１）応答手段がビデオカメラと、投射手段により対象
   物の上に投射されたパターンから形成された像が合致さ
   れ得るラスタを生じるためビデオカメラと組合わされて
   いる手段とを有していることを特徴とする請求項５記載
   の装置。 １２）エンコーディング部材上の光伝導性および非光伝
   導性の領域の位置および幅が、各セグメント内の各光伝
   導性領域に対する１つの位置および各非光伝導性領域に
   対する１つの位置を有する多位置コードに従って決定さ
   れていることを特徴とする請求項６記載の装置。 １３）各コードが６ビットの２進語により表されている
   ことを特徴とする請求項１２記載の装置。 １４）多位置コードと組合わされた解コードを含んでお
   り、この解コードが、多位置コード内の１つまたはそれ
   以上の位置にそれぞれ対応する複数個の位置を有するこ
   とを特徴とする請求項１３記載の装置。 １５）対象物の上に投射された隣接する照らされた領域
   および照らされない領域によりまたそれらの間に形成さ
   れた境界の測定された表現を形成するための手段におい
   て、 光源と、対象物の上に前記光源から光を投 射するために置かれたレンズ系とを有する投射器を備え
   、 光源およびレンズ系と整列して置かれたフ ィルム部材を有しており、このフィルム部材は、光源か
   らの光がレンズ系により対象物の上に投射されるにつれ
   て光源からの光が通過する隣接する比較的透明な領域お
   よび不透明な領域により形成されたパターンを含んでい
   る異なって光学的にエンコードされたパターンからそれ
   ぞれ形成された少なくとも２つの隣接した弁別的な領域
   を有しており、 エンコードされたパターンの少なくとも２ つの弁別的な領域が異なった時点で対象物の上に投射さ
   れるように光源に対して相対的にフィルム部材を動かす
   手段を備え、 投射器から間隔をおいて置かれかつ、対象 物と投射器により投射されたエンコードされたパターン
   の少なくとも一部分とを見るように向けられているカメ
   ラ手段を備え、このカメラ手段は、対象物と対象物上の
   見られたパターンが焦点を合わされるカメラ内の像平面
   とに焦点を合わされたレンズ系を有しており、異なって
   光学的にエンコードされたパター ンの各々がそれぞれの分離したグリッドパターンの上に
   像表現を発生するため投射される時にカメラにより見ら
   れるものとして対象物の異なる焦点を合わされたパター
   ンが与えられる分離したグリッドパターンを電子的に発
   生するための手段を有しており、 フィルム部材上の少なくとも２つの異なっ て光学的にエンコードされたパターンが対象物の上に投
   射される時に発生される分離した表現を記憶するための
   手段を備え、 グリッドパターンの上の選択された位置を 表す像座標測定の少なくとも１つの対を発生するための
   第１の像走査手段を有している手段を備え、各位置に対
   する前記測定対は線状特徴がフィルム部材上の隣接する
   透明および不透明なエンコードされた領域によりまたそ
   れらの間に形成されたものとして生起するグリッドパタ
   ーンの上の位置の座標を同定し、他の測定は走査手段に
   より検出されたものとして生起する光移行が投射された
   パターン上の明から暗への光移行か暗から明への光移行
   かを示し、 異なって光学的にエンコードされたパター ンが投射されるグリッドパターンからの情報の他のビッ
   トを発生するための他の像走査手段を有している手段を
   備え、この他の像走査手段が、グリッドパターン上の対
   応する位置において異なって光学的にエンコードされた
   像が投射されるグリッドパターン上の位置がパターンの
   明るい部分にあるか暗い部分にあるかを示す測定対が発
   生される各位置に対する情報を発生するため、第１の走
   査手段により発生される位置情報に応答する ことを特徴とする境界の測定された表現を形成するため
   の手段。 １６）少なくとも２つの線状特徴が生起するそれぞれの
   グリッドパターン上の位置を表す情報を記憶するための
   手段と、 対象物の前記線状特徴の１つが生起する少 なくとも一部分の三次元表現を発生するためプログラム
   された計算機手段とを備え、前記１つの線状特徴が前記
   の光学的にエンコードされた像を対象物の上に投射する
   投射器と、投射器に介して相対的に異なる方向から線状
   特徴の１つの少なくとも一部分を見るカメラとにより発
   生されることを特徴とする請求項１５記載の手段。 １７）光学的にエンコードされたパターンを離れた位置
   に投射するための手段において、 間隔をおいて置かれた光源およびレンズ装 置を有する投射器とそれらと光学的に整列して置かれた
   光学的にエンコードされたパターンを形成する手段とを
   備え、前記パターン形成手段は光エンコードされた領域
   の環状パターンを有する円板を有しており、 環状のエンコードされた領域がパターン光 源およびレンズ系に対して相対的に動くように円板を回
   転させるための手段を有しており、前記環状領域が、各
   隣接する光伝導性およ び非光伝導性領域によりまたそれらの間に形成された弁
   別的な境界線を有することにより特徴付けられているパ
   ターンを投射し得る複数個の隣接する光伝導性および非
   光伝導性領域により各々が形成されている複数個の隣接
   する周縁に置かれたセグメントを有しており、各セグメ
   ントのなかの領域により投射され る境界線の位置が弁別的に異なった位置に置かれている ことを特徴とする光学的にエンコードされたパターンを
   離れた位置に投射するための手段。 １８）コード化された光伝導性および非光伝導性領域が
   周縁に延びている細長い領域であることを特徴とする請
   求項１７記載の手段。 １９）異なったセグメントのなかの光伝導性および非光
   伝導性領域の位置が、各セグメントに対するビット情報
   の弁別的な第１の組を含んでいるコード化された情報の
   基本サブパターンにより特徴付けられているコードに従
   って決定されており、各組に対する前記ビット情報が前
   記セグメントの幅に沿う変位のユニット幅尺度に相当し
   、前記組が光伝導性および非光伝導性領域の幅、従って
   また投射された線状特徴が生起する位置を表す情報のビ
   ットを含んでおり、コードに対するフォーミュラが２つ
   の線状特徴が同一の位置に生起しないように定められて
   いることを特徴とする請求項１８記載の手段。 ２０）各セットのなかの情報が、すべての投射される線
   状特徴が予め定められた最小距離により分離されるよう
   な情報であることを特徴とする請求項１９記載の手段。 ２１）最小分離距離が変位の３ユニット幅であることを
   特徴とする請求項２０記載の手段。 ２２）エンコードされた円板上の光伝導性および非光伝
   導性領域の位置が試行錯誤により決定されることを特徴
   とする請求項１７記載の手段。 ２３）コード化された情報の長いほうのパターンを形成
   するためコード化された情報の基本サブパターンを延ば
   すためのコード化された情報の第２のサブパターンを含
   んでおり、前記第２のサブパターンが前記基本サブパタ
   ーンから導き出されていることを特徴とする請求項１９
   記載の手段。 ２４）前記第２のサブパターンが、長いほうのパターン
   が前記基本サブパターンを形成するのに使用されたフォ
   ーミュラコードとのコンプライアンスを保つように前記
   基本サブパターンをサイクリングかつ短縮することによ
   り前記基本サブパターンから導き出されていることを特
   徴とする請求項２３記載の手段。 ２５）長いほうのパターンをさらに延ばすための追加的
   なサブパターンを含んでおり、前記追加的なサブパター
   ンが、存在する基本および第２のサブパターンから導き
   出されていることを特徴とする請求項２４記載の手段。 ２６）三次元表面形状のパターン化されない像を表すた
   めデータを形成するための装置において、 照らされた表面形状の上に、照らされた表 面形状の上の選択された位置がシーケンスのなかの投射
   されたパターンの少なくとも１つの上に表面形状の照ら
   された部分のなかに生起するように選ばれたパターンマ
   スクを通過することによりフォーミュレートされたパタ
   ーンビューのシーケンスを投射するための手段を備えて
   おり、 シーケンスのなかの投射されたパターン手 段のすべての部分の最大強度を選択する手段を備えてお
   り、 表面形状の上の弁別的な投射されたパター ンビューを観察しかつその表現を発生するため表面形状
   から間隔をおいて置かれたセンサ手段を備えており、 このセンサ手段により表されたものとして 少なくとも２つの投射されたパターンビューの表現を処
   理するための手段を備えており、この処理手段が表現す
   べき表面形状の相対的な位置および空間を表す処理デー
   タを含んでおり、前記投射手段およびセンサ手段および
   データ処理手段がパターンビューの選択されたものの予
   め定められた位置においてそのなかの選択された像の最
   大強度を確立することを特徴とする三次元表面形状のパ
   ターン化されない像を表すためデータを形成するための
   装置。