JPWO2015008587A1 - 撮影装置及び３次元計測装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、レーザ照射位置を正確に特定することを可能とする撮影装置、及びこの撮影装置を備えた３次元計測装置を提供する。レーザ測距部（１２）は、ヒンジ部（１３）によりカメラ本体（１１）に対して回転自在に取り付けられている。カメラ本体（１１）は、第１撮像部及びレーザ照射位置特定部を有する。レーザ測距部（１２）は、レーザ照射部、レーザ受光部、第２撮像部、距離算出部を有する。第１撮像部は第１範囲を撮像して第１画像を生成する。レーザ照射部は第１範囲内の任意の方向にレーザ光を照射可能である。レーザ受光部はレーザ光の反射光を受光する。第２撮像部は、第１範囲内で、かつレーザ光の照射位置を含む第２範囲を撮像して、第２画像を生成する。レーザ照射位置特定部は、第１画像内から第２画像と一致する部分を探索して、第１画像内の照射位置を特定する。距離算出部は反射光の受光時間に基づき照射位置までの距離を算出する。

Description

本発明は、レーザ測距部を有する撮影装置、及びこの撮影装置を備えた３次元計測装置に関する。

被写体に向けてレーザ光を照射し、レーザ光の反射光を受光することにより被写体までの距離（測距情報）を求めるレーザ測距部を有するデジタルカメラ等の撮影装置が知られている（特許文献１、２参照）。

特許文献１に記載された撮影装置は、撮影により得られた画像を表示する画像表示部と、画像表示部に表示された画像中の任意の２点を指示する指示部と、指示された２点間の距離を、レーザ測距部による距離情報等に基づいて演算する演算部とを備えている。

特許文献１のレーザ測距部は、撮影範囲内のほぼ中心にレーザ光を照射して、画像の中心までの距離を測定するものである。また、特許文献１には、上記２点を直接レーザ測距することを可能とするように、レーザ光の照射方向を可変とすることが記載されている。

特許文献２に記載された撮影装置は、演算装置とにより３次元計測装置を構成している。演算装置は、撮影装置により被写体に対して異なる２つの撮影位置（第１及び第２撮影位置）で撮影された２つの画像を解析することにより、被写体の３次元情報を取得する。演算装置は、撮影装置のレーザ測距部により得られる測距情報を用いて、被写体の３次元情報の取得に必要な第１及び第２撮影位置における撮影装置の相対位置及び相対角度を求めている。

特許文献２には、レーザ測距部が、画像の撮影範囲内の複数の点までの距離を測定するものであることが記載されているが、このレーザ測距部は、明らかに撮影範囲内の１点までの距離を測定するものである。すなわち、特許文献２に記載のレーザ測距部は、撮影範囲内の決められた位置（撮影範囲内の中心位置）を測距するようにレーザ照射位置が固定されていると言える。

特開２００４−２０５２２２号公報 特開２００１−３１７９１５号公報

特許文献１に記載のように、撮影範囲内の決められた位置を測距するようにレーザ照射位置が固定されていると、その測距位置に物体が存在しない場合には、レーザ光の反射光が受光されず、測距を行うことができない。例えば、図１８に示すような被写体（凱旋門）を撮影対象とした場合には、撮影範囲１００内のレーザ照射位置である中心位置１０１が被写体の中空部分となり、レーザ光が反射光されないので、測距を行うことができない。

特許文献１には、撮影範囲の任意の位置を測距するように、レーザ光の照射方向を可変とすることが記載されているが、レーザ光は一般的な撮影装置では撮影することができないため、撮影により得られた画像からは、レーザ照射位置を特定することはできない。

また、特許文献１には、レーザ光の照射方向を可変とした場合に、ポテンショメータなどの角度検出器よりレーザ光の照射方向を検出することが記載されているが、照射方向から画像中の実際のレーザ照射位置を正確に特定することは難しい。

本発明は、レーザ照射位置を正確に特定することを可能とする撮影装置、及びこの撮影装置を備えた３次元計測装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の撮影装置は、第１撮像部と、レーザ照射部と、レーザ受光部と、第２撮像部と、レーザ照射位置特定部と、距離算出部とを備える。第１撮像部は、第１範囲を撮像して第１画像を生成する。レーザ照射部は、第１範囲内の任意の方向にレーザ光が照射可能である。レーザ受光部と、レーザ光の反射光を受光する。第２撮像部は、第１範囲内で、かつ、レーザ光の照射位置を含む第２範囲を撮像して、第２画像を生成する。レーザ照射位置特定部は、第１画像内から第２画像と一致する部分を探索して、第１画像内の照射位置を特定する。距離算出部は、レーザ受光部による反射光の受光時間に基づき、レーザ照射位置特定部により特定された照射位置までの距離を算出する。

第２撮像部による撮像方向は、レーザ照射部のレーザ照射方向と連動して変更されることが好ましい。また、第１撮像部と第２撮像部とは同時期に撮像を行うことが好ましい。

第１画像を記憶する画像記憶部を備え、レーザ照射位置特定部により特定された照射位置を第１画像に関連付けて画像記憶部に記憶してもよい。

第２撮像部とレーザ照射部とは光軸が同一であって、光軸を屈曲させる可動式の反射ミラーを備え、反射ミラーの光軸に対する角度を変更することにより、撮像方向及びレーザ照射方向を連動して変更してもよい。

この場合、反射ミラーの角度を検出する角度検出部を備え、レーザ照射位置特定部は、角度検出部により検出された角度に基づいて、第１画像内から第２画像と一致する部分の探索を開始する際の初期位置を決定することが好ましい。

第１撮像部を有するカメラ本体と、レーザ受光部及び第２撮像部を有するレーザ測距部とを備え、レーザ測距部をカメラ本体に対して回転自在に取り付けてもよい。また、レーザ受光部及び第２撮像部を有するレーザ測距部は、カメラ本体から分離されており、カメラ本体とレーザ距離部とが無線等で通信可能であってもよい。

この場合、カメラ本体に対するレーザ測距部の角度を検出する角度検出部を備え、レーザ照射位置特定部は、角度検出部により検出された角度に基づいて、第１画像内から第２画像と一致する部分の探索を開始する際の初期位置を決定することが好ましい。

本発明の３次元計測装置は、上記いずれかの撮影装置と、演算装置とにより構成されている。演算装置は、画像解析部と、３次元データ作成部とを備える。画像解析部は、第１撮影位置で撮影装置により得られた第１画像と、第２撮影位置で撮影装置により得られた第１画像とから複数の特徴点を抽出し、抽出した特徴点をパターンマッチングすることにより、第１及び第２撮影位置での撮影装置の相対位置及び相対角度を算出する。３次元データ作成部は、第１及び第２撮影位置で得られた第１画像と、画像解析部により算出された相対位置及び相対角度に基づき、被写体の３次元データを作成する。

この場合、撮影装置は、第２撮影位置で得られた第１画像内から、第１撮影位置で得られた第２画像に一致する部分を探索し、探索結果を通知することが好ましい。

本発明によれば、第２撮像部が、第１撮像部により撮像される第１範囲内で、かつ、レーザ光の照射位置を含む第２範囲を撮像して、第２画像を生成し、レーザ照射位置特定部が、第１画像内から第２画像と一致する部分を探索して、第１画像内の照射位置を特定するので、レーザ照射位置を正確に特定することができる。

また、本発明によれば、第１範囲内の任意の方向にレーザ光が照射可能であるので、中空を有するような被写体であっても確実に測距を行うことができる。

デジタルカメラの前面側斜視図である。 デジタルカメラの背面図である。 デジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。 第１及び第２撮影範囲の関係を説明する図である。 パターンマッチング法を説明する図である。 デジタルカメラの作用を説明するフローチャートである。 第１画像を例示する図である。 第２画像を例示する図である。 第２実施形態のデジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。 第２実施形態におけるパターンマッチングの初期位置及び探索領域を説明する図である。 レーザ測距部の取り付け位置に関する第１変形例を示す斜視図である。 レーザ測距部の取り付け位置に関する第２変形例を示す斜視図である。 レーザ測距部の取り付け位置に関する第３変形例を示す斜視図である。 第３実施形態のデジタルカメラの斜視図である。 第３実施形態のデジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。 ３次元計測装置の構成を示す模式図である。 ３次元計測装置の作用を説明するフローチャートである。 従来技術の問題点を説明する図である。

［第１実施形態］
図１及び図２において、デジタルカメラ１０は、カメラ本体１１、レーザ測距部１２、ヒンジ部１３により構成されている。カメラ本体１１は、被写体の撮影を行う。レーザ測距部１２は、被写体までの距離を測定する。ヒンジ部１３は、レーザ測距部１２をカメラ本体１１に対して回転自在に保持する。カメラ本体１１には、レンズ鏡筒１４、電源ボタン１５、レリーズボタン１６、設定操作部１７、表示部１８等が設けられている。

レンズ鏡筒１４は、カメラ本体１１の前面に設けられており、１枚または複数枚のレンズからなる撮影レンズ１９を保持している。電源ボタン１５及びレリーズボタン１６は、カメラ本体１１の上面に設けられている。設定操作部１７及び表示部１８は、カメラ本体１１の背面に設けられている。

電源ボタン１５は、デジタルカメラ１０の電源（図示せず）をオン／オフする際に操作される。レリーズボタン１６は、撮影を実行する際に操作される。設定操作部１７は、各種ボタンやダイヤルを有し、デジタルカメラ１０の各種設定や、動作モードの切り替えを行う際に操作される。

デジタルカメラ１０の動作モードには、静止画像を取得する撮影モードや、撮影画像を表示部１８に再生表示する再生モードや、静止画像を取得するとともに被写体の測距を行う測距モード等がある。表示部１８は、液晶ディスプレイ等で構成されており、撮影画像や、設定操作部１７により各種設定を行うためのメニュー画面を表示する。

また、表示部１８は、動作モードが撮影モードまたは測距モードに設定されている場合に、撮影が実行されるまでの間、ライブビュー画像を表示する。ユーザは、表示部１８に表示されるライブビュー画像を観察しながら構図を決定することができる。

レーザ測距部１２は、ヒンジ部１３を介してカメラ本体１１の側面に取り付けられている。ヒンジ部１３は、撮影レンズ１９の光軸Ｌ１に直交するＸ軸及びＹ軸をそれぞれ回転軸としてレーザ測距部１２を回転自在に保持している。Ｘ軸とＹ軸とは直交している。ユーザは、レーザ測距部１２をカメラ本体１１に対して所望の角度に回動させることができる。

レーザ測距部１２の全面には、被写体に向けてレーザ光をする照射するための照射窓２０と、レーザ光の反射光を受光するための受光窓２１とが設けられている。照射窓２０から照射されるレーザ光の光軸Ｌ２と撮影レンズ１９の光軸Ｌ１のなす角度θ_Ｘ，θ_Ｙは、レーザ測距部１２の回動に応じて変化する。

図３において、カメラ本体１１を構成する第１筐体の内部には、第１撮像素子３０、第１画像処理部３１、画像記憶部３２、第１制御部３３が設けられている。第１撮像素子３０は、単板カラー撮像方式のＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサであって、撮影レンズ１９を介して可視光（環境光）ＶＬ１を受光して撮像を行い、画像データを生成する。撮影レンズ１９及び第１撮像素子３０は、第１撮像部を構成しており、図４に示すように、矩形の第１撮影範囲Ｒ１を撮像する。光軸Ｌ１は、第１撮影範囲Ｒ１の中心に位置する。

第１画像処理部３１は、第１撮像素子３０により生成された画像データに対して、欠陥補正処理、デモザイク処理、ガンマ補正処理、ホワイトバランス補正処理、ＹＣ変換処理等の画像処理を行う。画像記憶部３２は、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリであって、第１画像処理部３１により画像処理が行われた画像（以下、第１画像Ｄ１という）を記憶する。

第１制御部３３は、レリーズボタン１６や設定操作部１７から入力される操作信号に応じて、カメラ本体１１の各部を制御する。例えば、設定操作部１７により動作モードが撮影モードまたは測距モードに設定されると、第１制御部３３は、第１撮像素子３０及び第１画像処理部３１を動作させ、所定時間毎に第１画像Ｄ１を生成させるとともに、生成された第１画像Ｄ１を順次に表示部１８に表示させる。これにより、表示部１８にライブビュー表示が行われる。そして、レリーズボタン１６が押下されると、その時点で第１撮像素子３０及び第１画像処理部３１により生成された第１画像Ｄ１を画像記憶部３２に記憶させる。

レーザ測距部１２を構成する第２筐体の内部には、第１対物レンズ４０、ダイクロイックミラー４１、第２撮像素子４２、レーザ光源４３、第２画像処理部４４、第２対物レンズ４５、受光素子４６、第２制御部４７が設けられている。レーザ光源４３、ダイクロイックミラー４１、第１対物レンズ４０が、レーザ照射部を構成している。第２対物レンズ４５及び受光素子４６が、レーザ受光部を構成している。

第１対物レンズ４０、ダイクロイックミラー４１、第２撮像素子４２は、前述の照射窓２０の背後に、光軸Ｌ２に沿って順に配置されている。レーザ光源４３は、ダイクロイックミラー４１から光軸Ｌ２と直交する方向に配置されている。第１対物レンズ４０は、１枚または複数枚のレンズからなる。ダイクロイックミラー４１は、可視光を透過させ、レーザ光を反射させる光学特性を有する。このダイクロイックミラー４１としては、例えば、エッジ波長が４００ｎｍ程度のシングルエッジ・ダイクロイック・ビームスプリッタが用いられる。

レーザ光源４３は、例えば半導体レーザであり、ダイクロイックミラー４１に向けて、パスル状のレーザ光ＬＢを射出する。このレーザ光ＬＢは、ダイクロイックミラー４１により、第１対物レンズ４０に向かう方向に反射される。ダイクロイックミラー４１により反射されたレーザ光ＬＢは、光軸Ｌ２に沿って伝播し、第１対物レンズ４０を通過して照射窓２０から放出される。

第２撮像素子４２は、照射窓２０から入射し、第１対物レンズ４０及びダイクロイックミラー４１を透過した可視光（環境光）ＶＬ２を受光して撮像を行い、画像データを生成する。第２画像処理部４４は、第２撮像素子４２により生成された画像データに対して、前述の第１画像処理部３１と同様の画像処理を行う。第２画像処理部４４により画像処理が行われた画像（以下、第２画像Ｄ２という）は、第２制御部４７により、カメラ本体１１に送られる。

第１対物レンズ４０及び第２撮像素子４２は、第２撮像部を構成している。第２撮像部の画角は、前述の第１撮像部の画角より小さい。したがって、第２撮像部は、図４に示すように、第１撮影範囲Ｒ１より小さい第２撮影範囲Ｒ２を撮像する。光軸Ｌ２は、レーザ光ＬＢの照射光軸、及び可視光ＶＬ２の受光光軸であり、第２撮影範囲Ｒ２の中心に位置する。すなわち、レーザ光ＬＢの照射位置は、第２撮影範囲Ｒ２の中心である。

レーザ光ＬＢの照射方向と、第２撮像部の撮像方向は、同一方向であり、カメラ本体１１に対するレーザ測距部１２の回動に伴って変更される。

第２対物レンズ４５は、１枚または複数枚のレンズからなり、第２対物レンズ４５の背後に配置されている。受光素子４６は、被写体により反射されたレーザ光ＬＢの反射光ＲＢを、第２対物レンズ４５を介して受光する。受光素子４６は、レーザ光の波長帯受光感度を有するフォトダイオードにより構成されている。第２対物レンズ４５は、レーザ光に対して透過性を有し、第２対物レンズ４５に入射する可視光（環境光）ＶＬ３に対しては不透過であることが好ましい。

第２制御部４７は、第１制御部３３との間で通信を行うとともに、レーザ測距部１２の各部を制御する。また、第２制御部４７には、距離算出部４８が設けられている。距離算出部４８は、レーザ光源４３から射出されたレーザ光ＬＢが被写体により反射され、反射光ＲＢとして受光素子４６により受光されるまでの時間（レーザ光ＬＢの往復時間）を計測し、この計測値に基づいてデジタルカメラ１０から被写体（レーザ照射位置）までの距離（以下、距離情報という）を算出する。

第２制御部４７は、レーザ光源４３、受光素子４６、距離算出部４８を駆動してレーザ測距を実施すると同時期に、第２撮像素子４２及び第２画像処理部４４を駆動して第２画像Ｄ２を取得する。したがって、第２画像Ｄ２は、レーザ光ＬＢの照射中に、照射位置を中心とする局所領域を撮影した画像情報である。第２画像Ｄ２は、距離情報とともに第１制御部３３に送られる。

第１制御部３３は、測距モード時には、第１撮像素子３０及び第１画像処理部３１を動作させて第１画像Ｄ１を取得すると同時期に、第２制御部４７を制御して、第２画像Ｄ２及び距離情報を取得させる。なお、同時期とは、完全に同時である場合と、完全に同時ではないがほぼ同時である場合とを含む。

第１制御部３３には、レーザ照射位置特定部３４が設けられている。レーザ照射位置特定部３４は、正規化相関などのパターンマッチング法を用いて、図５に示すように、第１画像Ｄ１中から第２画像Ｄ２に一致する領域（以下、一致領域ＭＲという）を探索し、この一致領域ＭＲの中心をレーザ照射位置ＩＰとして特定する。具体的には、レーザ照射位置特定部３４は、ＩＰ第１画像Ｄ１中で、第２画像Ｄ２を順に移動させながら、第２画像Ｄ２と第１画像Ｄ１中の第２画像Ｄ２と重なる部分との相関度を計算し、相関度が最も高い部分を一致領域ＭＲとして特定する。

第１制御部３３は、距離算出部４８により得られた距離情報と、レーザ照射位置特定部３４により得られたレーザ照射位置とを、第１画像Ｄ１に関連付けて画像記憶部３２に記憶させる。距離情報及びレーザ照射位置を、第１画像Ｄ１と１つのファイルとして保存してもよりし、第１画像Ｄ１と関連付けられた別のファイルとして保存してもよい。第１制御部３３は、例えば、Ｅｘｉｆ規格に則って、距離情報及びレーザ照射位置を画像付帯情報として第２画像Ｄ２に付加し、１つのファイルとして画像記憶部３２に記憶させる。

また、第１制御部３３は、被写体がレーザ光ＬＢを十分に反射せず、受光素子４６が反射光ＲＢを受信できない場合や、第１画像Ｄ１中から第２画像Ｄ２に一致する領域が見つからず、レーザ照射位置を特定することができない場合には、レーザ測距が正常に行えなかった旨（エラーメッセージ）を表示部１８に表示させる。

また、第１制御部３３は、測距モードにおいてライブビュー画像の表示中に、レーザ測距を周期的に行わせ、レーザ照射位置及び距離情報をライブビュー画像中に表示させる。

次に、デジタルカメラ１０の作用を、図６のフローチャートに沿って説明する。ユーザにより設定操作部１７が操作され、動作モードが測距モードに設定されると、カメラ本体１１によりライブビュー画像の撮像動作が行われるとともに、レーザ測距部１２によりレーザ測距動作が行われる（ステップＳ１０）。

このステップＳ１０では、前述の第１及び第２画像Ｄ１，Ｄ２と距離情報とが取得される。図７は、カメラ本体１１により得られる第１画像Ｄ１を例示している。図８は、レーザ測距部１２により取得される第２画像Ｄ２を例示している。

そして、レーザ照射位置特定部３４により、第１及び第２画像Ｄ１，Ｄ２を用いてパターンマッチングが行われ、第１画像Ｄ１中から第２画像Ｄ２に一致する一致領域ＭＲを検出することにより、レーザ照射位置ＩＰが特定される（ステップＳ１１）。

第１画像Ｄ１は、ライブビュー画像として表示部１８に表示される（ステップＳ１２）。このとき、第１画像Ｄ１中には、ステップＳ１１で特定されたレーザ照射位置ＩＰの表示が行われる。ユーザは、ライブビュー画像を観察しながら構図を決定し、カメラ本体１１に対するレーザ測距部１２の角度を調整することで、レーザ照射位置ＩＰを変更することができる。このレーザ照射位置ＩＰは、ライブビュー画像上で確認することができる。例えば、図７に示す第１画像Ｄ１がライブビュー表示されている場合には、ユーザは、第１画像Ｄ１中のレーザ照射位置ＩＰを確認しながら、物体が存在する位置にレーザ照射位置ＩＰを設定することができる。

ステップＳ１０〜Ｓ１２の動作は、ユーザによりレリーズボタン１６が押下され、撮影指示がなされるまでの間、繰り返し実行される。レリーズボタン１６が押下されて、撮影指示がなされると（ステップＳ１３でＹＥＳ判定）、ステップＳ１０と同様の撮像動作及びレーザ測距動作が行われる（ステップＳ１４）。このとき、受光素子４６が反射光ＲＢを受信できない等の理由で、レーザ測距が正常に行われなかった場合（ステップＳ１５でＹＥＳ判定）には、表示部１８にエラーメッセージの表示が行われる（ステップＳ１６）。

レーザ測距が正常に行われた場合（ステップＳ１５でＮＯ判定）には、ステップＳ１１と同様のレーザ照射位置の特定動作が行われる（ステップＳ１７）。このとき、第１画像Ｄ１中から第２画像Ｄ２に一致する領域が見つからない等の理由で、レーザ照射位置を特定することができなかった場合（ステップＳ１８でＹＥＳ判定）には、表示部１８にエラーメッセージの表示が行われる（ステップＳ１６）。

レーザ照射位置が正常に特定された場合（ステップＳ１８でＮＯ判定）には、第１画像Ｄ１が表示部１８に表示されるとともに、第１画像Ｄ１中にレーザ照射位置及び距離情報が表示される（ステップＳ１９）。そして、第１画像Ｄ１は、距離情報及びレーザ照射位置が画像付帯情報として付加され、画像記憶部３２に記憶される（ステップＳ１９）。

このようにユーザは、レーザ測距部１２の角度を調整することで、第１撮影範囲Ｒ１内の所望の位置をレーザ測距し、第１画像Ｄ１内のレーザ照射位置を正確に知ることができる。

なお、上記第１実施形態では、レーザ測距と、第１及び第２画像Ｄ１，Ｄ２の取得とを同時期に実行しているが、レーザ測距を実行し、レーザ測距が正常に完了した場合に、第１及び第２画像Ｄ１，Ｄ２の取得を実行してもよい。

また、上記第１実施形態では、レーザ測距が正常に行われなかった場合と、レーザ照射位置を特定することができなかった場合に、表示部１８にエラーメッセージを表示することで、エラー通知を行っているが、音声やインジケータランプの点灯等によりエラー通知を行ってもよい。

また、上記第１実施形態では、距離算出部４８をレーザ測距部１２内に設けているが、距離算出部４８をカメラ本体１１内に設けてもよいし、距離算出部４８をカメラ本体１１外に設けてもよい。

［第２実施形態］
図９において、第２実施形態のデジタルカメラ５０は、カメラ本体１１に対するレーザ測距部１２の角度（すなわち、光軸Ｌ１と光軸Ｌ２とのなす角度θ_Ｘ，θ_Ｙ）を検出する角度検出部５１を備える。角度検出部５１は、検出した角度θ_Ｘ，θ_Ｙをレーザ照射位置特定部３４に供給する。角度検出部５１は、ポテンショメータ等で構成されている。

本実施形態では、レーザ照射位置特定部３４は、角度検出部５１により検出された角度θ_Ｘ，θ_Ｙに基づいて、第１画像Ｄ１中のレーザ照射位置のおおよその位置を求め、この位置を、第１画像Ｄ１に対して第２画像Ｄ２をパターンマッチングする際の初期位置とする。

具体的には、レーザ照射位置特定部３４は、第１撮影範囲Ｒ１の画角に対する角度θ_Ｘ，θ_Ｙの比率に基づき、図１０に示すように、第１画像Ｄ１中のレーザ照射位置のおおよその位置（初期位置５２）を算出する。そして、レーザ照射位置特定部３４は、初期位置５２を中心とした探索領域５３を第１画像Ｄ１内に設定し、第２画像Ｄ２を、初期位置５２から探索領域５３を移動させながら、パターンマッチングを行う。本実施形態のその他の構成は第１実施形態と同一であるので、同一の符号を付し、説明を省略する。

本実施形態では、パターンマッチングを行う領域が限定されるため、レーザ照射位置の特定を高精度かつ高速に行うことができる。

本実施形態では、角度検出部５１は、Ｘ軸及びＹ軸周りの角度θ_Ｘ，θ_Ｙをそれぞれ検出しているが、いずれか一方の角度のみを検出し、パターンマッチングを行う領域を、検出した１つの角度方向のみについて限定してもよい。

上記第１及び第２実施形態では、レーザ測距部１２をカメラ本体１１の側面にヒンジ部１３を介して取り付けているが、レーザ測距部１２の取り付け箇所は適宜変更可能である。例えば、図１１に示すように、カメラ本体１１に着脱可能な交換式レンズ鏡筒６０を設け、この交換式レンズ鏡筒６０の側面に、ヒンジ部１３を介してレーザ測距部１２を取り付けてもよい。

また、図１２に示すように、カメラ本体１１の上面に、フラッシュユニット等を取り付けるためのアクセサリシュー６１を設け、このアクセサリシュー６１にレーザ測距部１２を着脱自在に取り付けてもよい。この場合、アクセサリシュー６１が前述のヒンジ部として機能する。また、図１３に示すように、カメラ本体１１に着脱可能なジャケット６２にレーザ測距部１２を取り付けてもよい。このジャケット６２は、カメラ本体１１の外周面を覆うように取り付けられる。

さらに、レーザ測距部１２をカメラ本体１１から分離して独立させ、レーザ測距部１２とカメラ本体１１とを相互に無線等で通信可能としてもよい。

［第３実施形態］
図１４及び図１５において、第３実施形態のデジタルカメラ７０は、カメラ本体７１内にレーザ測距部７２が設けられている。カメラ本体７１は、第１実施形態のカメラ本体１１と同様の構成を有する。レーザ測距部７２は、第１対物レンズ４０とダイクロイックミラー４１との間に反射ミラー７３が設けられ、この反射ミラー７３によって光軸Ｌ２が屈曲されている点のみが、第１実施形態のレーザ測距部１２の構成と異なる。

反射ミラー７３は、可動式の反射面を有するミラー装置であり、例えば、ＤＭＤ（Digital Mirror Device）である。反射ミラー７３は、第２制御部４７の制御に基づいて、反射面の傾斜角を変更し、光軸Ｌ２の方向を変更する。この光軸Ｌ２の変更に連動して、レーザ光ＬＢの照射方向、及び第２撮影範囲Ｒ２の位置が変更される。

本実施形態では、設定操作部１７の操作により、レーザ光ＬＢの照射方向を変更可能となっている。第２制御部４７は、設定操作部１７からの操作信号に基づいて、反射ミラー７３を駆動する。本実施形態のその他の構成は第１実施形態と同一であるので、同一の符号を付し、説明を省略する。

なお、第２実施形態と同様に、反射ミラー７３の角度を検出する角度検出器を設け、角度検出部により検出された角度に基づいて、第１画像Ｄ１中のレーザ照射位置のおおよその位置を求め、この位置を、第１画像Ｄ１に対して第２画像Ｄ２をパターンマッチングする際の初期位置としてもよい。

［第４実施形態］
図１６において、３次元計測装置８０は、デジタルカメラ８１と、パーソナルコンピュータ等からなる演算装置８２によって構成されている。デジタルカメラ８１は、上記いずれかの実施形態のデジタルカメラと同様の構成であって、演算装置８２との間で無線通信を行うことが可能である。

デジタルカメラ８１は、同一の被写体を対象として、第１撮影位置Ａと第２撮影位置Ｂとで撮影が行われる。第１撮影位置Ａと第２撮影位置Ｂとの間のデジタルカメラ８１の移動は、ユーザにより行われる。

演算装置８２は、無線通信部８３、画像解析部８４、３次元データ作成部８５、制御部８６を有している。無線通信部８３は、第１及び第２撮影位置Ａ，Ｂにおける撮影で取得される第１画像Ｄ１と、距離情報とをデジタルカメラ８１から受信する。また、無線通信部８３は、制御部８６からの制御信号をデジタルカメラ８１に送信する。

画像解析部８４は、周知の８点アルゴリズムに基づき、第１及び第２撮影位置Ａ，Ｂで得られた２枚の各第１画像Ｄ１から複数の特徴点を抽出し、抽出した特徴点をパターンマッチングすることで、第１及び第２撮影位置Ａ，Ｂでのデジタルカメラ８１の相対位置及び相対角度を算出する。また、この方法では、スケール（拡大率）が不明であるため、画像解析部８４は、少なくとも第１撮影位置Ａで得られた距離情報に基づき、スケールを決定する。

３次元データ作成部８５は、第１及び第２撮影位置Ａ，Ｂの第１画像Ｄ１と、第１及び第２撮影位置Ａ，Ｂでのデジタルカメラ８１の相対位置及び相対角度とに基づき、ステレオ法を用いて被写体の３次元データを作成する。制御部８６は、演算装置８２内の各部と、デジタルカメラ８１とを制御する。

また、制御部８６は、デジタルカメラ８１を制御し、第１撮影位置Ａで撮影が行われた後、第２撮影位置Ｂで撮影を行おうとする際のライブビュー表示中に、第１撮影位置Ａで得られた第２画像Ｄ２に一致する領域を、ライブビュー表示中の第２撮影位置Ｂで得られた第１画像Ｄ１内から探索させ、この探索結果を表示部１８に表示させる。これにより、ユーザは、第２撮影位置Ｂで、第１撮影位置Ａと共通する被写体を撮影していることを、容易に確認することができる。

さらに、制御部８６は、第２撮影位置Ｂで撮影が行われた後も同様に、第１撮影位置Ａで得られた第２画像Ｄ２に一致する領域を、第２撮影位置Ｂで得られた第１画像Ｄ１内から探索させ、この探索結果を表示部１８に表示させるとともに、探索結果を第１画像Ｄ１に関連付けて画像記憶部３２に記憶させる。特に、制御部８６は、第１画像Ｄ１内から第２画像Ｄ２に一致する領域が存在しない場合には、再撮影を促すメッセージを表示部１８に表示させる。

次に、３次元計測装置８０の作用を、図１７のフローチャートに沿って説明する。ユーザによりデジタルカメラ８１の設定操作部１７が操作され、デジタルカメラ８１が第１撮影モードに設定されると（ステップＳ３０）、第１実施形態のデジタルカメラ１０と同様に、撮像及びレーザ測距（ステップＳ３１）、レーザ照射位置の特定（ステップＳ３２）、ライブビュー画像表示（ステップＳ３３）が行われる。ユーザは、ライブビュー画像を観察しながら構図を決定し、第１撮影位置Ａで撮影を行う。

第１撮影位置Ａにおいて、ユーザによりレリーズボタン１６が押下され、撮影指示がなされると（ステップＳ３４でＹＥＳ判定）、第１実施形態のデジタルカメラ１０と同様に、撮像及びレーザ測距（ステップＳ３５）、レーザ照射位置の特定（ステップＳ３８）等が行われ、第１画像Ｄ１の表示部１８への表示（ステップＳ４０）、及び画像記憶部３２への記憶（ステップＳ４１）が行われる。

次いで、ユーザは、第１撮影位置Ａとは異なる第２撮影位置Ｂにデジタルカメラ８１を移動する。ユーザによりデジタルカメラ８１の設定操作部１７が操作され、デジタルカメラ８１が第２撮影モードに設定されると（ステップＳ４２）、カメラ本体１１により撮像が行われ、第１画像Ｄ１が取得される（ステップＳ４３）。この第２撮影モードでは、レーザ測距は行われず、ステップＳ４３で得られた第１画像Ｄ１から、第１撮影モードで得られた第２画像Ｄ２に一致する領域の探索が行われる（ステップＳ４４）。そして、第１画像Ｄ１のライブビュー表示が行われるとともに、探索結果（一致領域）の表示が行われる（ステップＳ４５）。ユーザは、ライブビュー画像を観察しながら構図を決定し、第２撮影位置Ａで撮影を行う。

第２撮影位置Ｂにおいて、ユーザによりレリーズボタン１６が押下され、撮影指示がなされると（ステップＳ４６でＹＥＳ判定）、ステップＳ４３及びＳ４４と同様に、撮像（ステップＳ４７）及び一致領域の探索（ステップＳ４８）が行われる。この一致領域が検出されない場合（ステップＳ４９でＹＥＳ判定）には、エラー通知として、再撮影を促すメッセージが表示部１８に表示される（ステップＳ５０）。一致領域が検出された場合（ステップＳ４９でＮＯ判定）には、第１画像Ｄ１の表示部１８への表示（ステップＳ４０）、及び画像記憶部３２への記憶（ステップＳ４１）が行われる。

この後、画像解析部８４により、第１及び第２撮影位置Ａ，Ｂで得られた２枚の第１画像Ｄ１、及び距離情報に基づき、第１及び第２撮影位置Ａ，Ｂでのデジタルカメラ８１の相対位置及び相対角度が算出される（ステップＳ５３）。そして、３次元データ作成部８５により、第１及び第２撮影位置Ａ，Ｂの第１画像Ｄ１と、画像解析部８４により算出された相対位置及び相対角度とに基づき、被写体の３次元データが作成される（ステップＳ５４）。

上記各実施形態では、撮影装置としてデジタルカメラを例示しているが、本発明は、ビデオカメラ、カメラ付き携帯電話、スマートフォン等の種々の撮影機能付き機器（撮影装置）に適用可能である。また、上記各実施形態は、矛盾しない範囲で相互に組み合わせ可能である。

１４ レンズ鏡筒
１７ 設定操作部
１８ 表示部
１９ 撮影レンズ
４０ 第１対物レンズ
４１ ダイクロイックミラー
４５ 第２対物レンズ

Claims (10)

1. 第１範囲を撮像して第１画像を生成する第１撮像部と、
   前記第１範囲内の任意の方向にレーザ光を照射可能なレーザ照射部と、
   前記レーザ光の反射光を受光するレーザ受光部と、
   前記第１範囲内で、かつ、前記レーザ光の照射位置を含む第２範囲を撮像して、第２画像を生成する第２撮像部と、
   前記第１画像内から前記第２画像と一致する部分を探索して、前記第１画像内の前記照射位置を特定するレーザ照射位置特定部と、
   前記レーザ受光部による前記反射光の受光時間に基づき、前記レーザ照射位置特定部により特定された前記照射位置までの距離を算出する距離算出部と、
   を備える撮影装置。
2. 前記第２撮像部による撮像方向は、前記レーザ照射部のレーザ照射方向と連動して変更される請求項１に記載の撮影装置。
3. 前記第１撮像部と前記第２撮像部とは同時期に撮像を行う請求項２に記載の撮影装置。
4. 前記第１画像を記憶する画像記憶部を備え、
   前記レーザ照射位置特定部により特定された前記照射位置は、前記第１画像に関連付けられて前記画像記憶部に記憶される請求項３に記載の撮影装置。
5. 前記第２撮像部と前記レーザ照射部とは光軸が同一であって、前記光軸を屈曲させる可動式の反射ミラーを備え、
   前記反射ミラーの前記光軸に対する角度を変更することにより、前記撮像方向及び前記レーザ照射方向が連動して変更される請求項２に記載の撮影装置。
6. 前記反射ミラーの角度を検出する角度検出部を備え、
   前記レーザ照射位置特定部は、前記角度検出部により検出された角度に基づいて、前記第１画像内から前記第２画像と一致する部分の探索を開始する際の初期位置を決定する請求項５に記載の撮影装置。
7. 第１撮像部を有するカメラ本体と、前記レーザ受光部及び前記第２撮像部を有するレーザ測距部とを備え、
   前記レーザ測距部は、前記カメラ本体に対して回転自在に取り付けられている請求項２に記載の撮影装置。
8. 前記カメラ本体に対する前記レーザ測距部の角度を検出する角度検出部を備え、
   前記レーザ照射位置特定部は、前記角度検出部により検出された角度に基づいて、前記第１画像内から前記第２画像と一致する部分の探索を開始する際の初期位置を決定する請求項７に記載の撮影装置。
9. 請求項１から８いずれか１項に記載の撮影装置と、演算装置とにより構成された３次元計測装置において、
   前記演算装置は、
   第１撮影位置で前記撮影装置により得られた前記第１画像と、第２撮影位置で前記撮影装置により得られた前記第１画像とから複数の特徴点を抽出し、抽出した特徴点をパターンマッチングすることにより、前記第１及び第２撮影位置での前記撮影装置の相対位置及び相対角度を算出する画像解析部と、
   前記第１及び第２撮影位置で得られた前記第１画像と、前記画像解析部により算出された前記相対位置及び前記相対角度に基づき、被写体の３次元データを作成する３次元データ作成部と、
   を備える３次元計測装置。
10. 前記撮影装置は、前記第２撮影位置で得られた前記第１画像内から、前記第１撮影位置で得られた前記第２画像に一致する部分を探索し、探索結果を通知する請求項９に記載の３次元計測装置。