WO2005031252A1

WO2005031252A1 - ３次元形状検出装置、３次元形状検出システム、及び、３次元形状検出プログラム

Info

Publication number: WO2005031252A1
Application number: PCT/JP2004/013786
Authority: WO
Inventors: Takeo Iwasaki
Original assignee: Brother Kogyo Kabushiki Kaisha
Priority date: 2003-09-25
Filing date: 2004-09-22
Publication date: 2005-04-07
Also published as: US20060158661A1; US7372580B2

Description

明細書

3次元形状検出装置、 3次元形状検出システム、及び、 3次元形状検出プログラム技術分野

[0001] 本発明は、光ビームを用いて対象物体の 3次元形状を検出する 3次元形状検出装置、 3次元形状検出システム、及び、 3次元形状検出プログラムに関する。

背景技術

[0002] 従来より、ホワイトボードや書籍等の対象物体を、その正面に対して斜め方向となる位置力も撮像したとしても、あた力も対象物体の正面力も撮像したように、その撮像画像を補正することのできる撮像装置が知られている。このような撮像装置は、対象物体の撮像画像から対象物体の 3次元形状を検出することで、対象物体が正面から撮像されたように撮像画像を補正する補正手段を備える。例えば、特開平 9-289611 号公報 (以下、文献 1と記す)の図 1等には、このような補正手段を備えた可搬型のデジタルカメラが開示されてヽる。

発明の開示

[0003] し力しながら、上述した補正手段を備えた可搬型のデジタルカメラにおいて、上記のような補正をする場合、可搬型の装置は据え置き型の装置に比べて、消費電力や外形状の制限力演算能力に劣り高速に演算処理ができな力つたり、その演算処理のための素子として安価なものを使用することができないという問題点があった。

[0004] 本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、対象物体を斜めに撮像した撮像画像を対象物体の所定面の略鉛直方向から観察される平面画像に補正演算するために必要なデータを効率良く記憶し、且つ比較的安価な演算素子によって構成することができる 3次元形状検出装置、 3次元形状検出システム、及び、 3次元形状検出プログラムを提供することを目的としている。

[0005] 上記目的を達成する為、本発明の一つの側面によって提供されるのは、 3次元形状検出装置と外部演算装置を備える 3次元形状検出システムであって、 3次元形状検出装置は、対象物体にパターン光を投光する投光手段と、投光手段からパターン光が投光されている状態における対象物体のパターン光投光画像を撮像し前記バタ一ン光投光画像の画像データを取得すると共に、前記パターン光が投光されて、ない状態における対象物体のパターン光非投光画像を撮像し前記パターン光非投光画像の画像データを取得する画像データ取得手段と、取得された前記画像データに基づき対象物体に投光されたパターン光の位置を抽出するパターン光位置抽出手段と、前記パターン光位置抽出手段によって抽出されるパターン光の位置に基づき対象物体の 3次元形状データを算出する 3次元形状算出手段とを備える。外部演算装置は、前記 3次元形状検出装置によって取得された前記パターン光非投光画像の画像データと前記 3次元形状データとに基づき前記パターン光非投光画像を対象物体の所定面の略鉛直方向から観察される平面画像に補正する画像補正手段を備える。

[0006] このような構成によれば、 3次元形状検出装置においては、外部演算装置で平面画像を算出する為にパターン光投光画像の画像データを記憶しておく必要がなくなる。したがって、 3次元形状検出装置において、パターン光投光画像の画像データとパターン光非投光画像の画像データとの両方を記憶する場合に比べ、記憶の容量を節約することができる。 3次元形状検出装置側では、比較的負荷が低い演算が行われ、外部演算装置側で比較的負荷の高、処理が行われる構成となって、るので、例えば外部演算装置を高性能の装置で構成することにより、 3次元形状検出システムとしての全体性能を高めることができる。

[0007] 3次元形状検出装置側から外部演算装置側に提供されるデータは、パターン光非投光画像の画像データと 3次元形状データとであり、パターン光非投光画像の画像データとパターン光投光画像の画像データの両方を外部演算装置に提供する場合に比べてデータ量が大きく減少している。したがって、 3次元形状検出装置側から外部演算装置側に画像データを提供する際に必要となるデータ量が少なくなり、例えば、 3次元形状検出装置と外部演算装置間でデータ通信により画像データを転送する場合には、通信時間の削減という効果が得られる。

[0008] また、上記目的を達成するため、本発明の別の側面によって提供されるのは、 3次元形状検出システムにおいて用いられる 3次元形状検出装置であって、対象物体にパターン光を投光する投光手段と、前記投光手段からパターン光が投光されて!、る状態における対象物体のパターン光投光画像を撮像し前記パターン光投光画像の画像データを取得すると共に、前記パターン光が投光されていない状態における対象物体のパターン光非投光画像を撮像し前記パターン光非投光画像の画像データを取得する画像データ取得手段とを備える。さらに、この 3次元形状検出装置は、取得された前記画像データに基づき対象物体に投光されたパターン光の位置を抽出するパターン光位置抽出手段と、前記パターン光位置抽出手段によって抽出されるパターン光の位置に基づき対象物体の 3次元形状データを算出する 3次元形状算出手段とを備える。画像データ取得手段によって取得される前記パターン光非投光画像の画像データと前記 3次元形状算出手段により算出される前記 3次元形状データは、外部演算装置において前記パターン光非投光画像の画像データと前記 3次元形状データとに基づいて前記パターン光非投光画像を対象物体の所定面の略鉛直方向から観察される平面画像に補正する為に用いられる。

[0009] このような構成によれば、 3次元形状検出装置においては、外部演算装置で平面画像を算出する為にパターン光投光画像の画像データを記憶しておく必要がなくなる。したがって、 3次元形状検出装置において、パターン光投光画像の画像データとパターン光非投光画像の画像データとの両方を記憶する場合に比べ、記憶の容量を節約することができる。 3次元形状検出装置側では、比較的負荷が低い演算が行われ、外部演算装置側で比較的負荷の高、処理が行われる構成となって、るので、例えば外部演算装置を高性能の装置で構成することにより、 3次元形状検出システムとしての全体性能を高めることができる。

[0010] 3次元形状検出装置側から外部演算装置側に提供されるデータは、パターン光非投光画像の画像データと 3次元形状データとであり、パターン光非投光画像の画像データとパターン光投光画像の画像データの両方を外部演算装置に提供する場合に比べてデータ量が大きく減少している。したがって、 3次元形状検出装置側から外部演算装置側に画像データを提供する際に必要となるデータ量が少なくなり、例えば、 3次元形状検出装置と外部演算装置間でデータ通信により画像データを転送する場合には、通信時間の削減という効果が得られる。 [0011] また、上記目的を達成するため、本発明の別の側面によって提供されるのは、 3次元形状検出プログラムであって、パターン光が投光されている状態における対象物体のパターン光投光画像の画像データとパターン光が投光されていない状態における対象物体のパターン光非投光画像の画像データとを取得する画像データ取得ステップと、前記画像データ取得ステップで取得された画像データに基づき、対象物体に投光されたパターン光の位置を抽出するパターン光位置抽出ステップとを備える。さらに、この 3次元形状検出プログラムは、前記パターン光位置抽出ステップで抽出されるパターン光の位置に基づき、対象物体の 3次元形状データを算出する 3次元形状算出ステップと、前記パターン光非投光画像の画像データと前記 3次元形状データとを記憶手段に記憶する記憶ステップと、前記記憶ステップにお!、て記憶手段に記憶される前記パターン光非投光画像の画像データと前記 3次元形状データとに基づいて、前記パターン光非投光画像を対象物体の所定面の略鉛直方向から観察される平面画像に補正する画像補正ステップとを備える。

[0012] このような構成によれば、 3次元形状検出システムの 3次元形状検出装置においては、平面画像を算出する為にパターン光投光画像の画像データを記憶しておく必要がなくなる。したがって、 3次元形状検出装置において、パターン光投光画像の画像データとパターン光非投光画像の画像データとの両方を記憶する場合に比べ、記憶の容量を節約することができる。 3次元形状検出装置側では、比較的負荷が低い演算が行われ、外部演算装置側で比較的負荷の高い処理 (画像補正ステップ)が行われる構成とすることができるので、例えば外部演算装置を高性能の装置で構成することにより、 3次元形状検出システムとしての全体性能を高めることができる。

[0013] また、上記目的を達成するため、本発明の別の側面によって提供されるのは、 3次元形状検出プログラムであって、パターン光が投光されている状態における対象物体のパターン光投光画像の画像データとパターン光が投光されていない状態における対象物体のパターン光非投光画像の画像データとを取得する画像データ取得ステップと、前記画像データ取得ステップで取得された画像データに基づき、対象物体に投光されたパターン光の位置を抽出するパターン光位置抽出ステップとを備える。さらに、この 3次元形状検出プログラムは、前記パターン光位置抽出ステップで抽出されるパターン光の位置に基づき、対象物体の 3次元形状データを算出する 3次元形状算出ステップと、前記パターン光非投光画像の画像データと前記 3次元形状データとを外部演算装置に送信する送信ステップと、前記送信ステップにより送信される前記パターン光非投光画像の画像データと前記 3次元形状データとを受信し、前記パターン光非投光画像の画像データと前記 3次元形状データとに基づいて前記バターン光非投光画像を対象物体の所定面の略鉛直方向から観察される平面画像に補正する画像補正ステップとを備える。

[0014] このような構成によれば、 3次元形状検出システムにおいて、 3次元形状検出装置側から外部演算装置側に提供されるデータは、パターン光非投光画像の画像データと 3次元形状データとにすることができる。ノターン光非投光画像の画像データとパターン光投光画像の画像データの両方を外部演算装置に提供する場合に比べてデータ量が大きく減少する。したがって、 3次元形状検出装置側から外部演算装置側に画像データを提供する際に必要となるデータ量が少なくなり、 3次元形状検出装置と外部演算装置間でのデータ通信において、通信時間の削減という効果が得られる。

図面の簡単な説明

[0015] [図 1]図 1 (a)は本発明の実施形態による 3次元形状検出システムの外観斜視図であり、図 1 (b)は 3次元形状検出システムの構成装置の 1つである撮像装置の概略断面図である。

[図 2]撮像装置におけるスリット光投光ユニットの構成を詳細に示す図である。

[図 3]図 3 (a)および図 3 (b)は、スリット光の角度幅を説明するための図である。

[図 4]図 4は、 3次元形状検出システムの電気的構成を示したブロック図である。

[図 5]図 5はメモリカードの構成を示す図である。

[図 6]撮像装置内のプロセッサでの処理手順を示すフローチャートである。

[図 7]図 7 (a)および図 7 (b)は、スリット光有画像を説明するための図である。

[図 8]図 8 (a)および図 8 (b)は、スリット光の 3次元空間位置を算出する方法を説明するための図である。

[図 9]図 9 (a)、図 9 (b)および図 9 (c)は、原稿姿勢演算の際の座標系を説明するための図である。

[図 10]図 10はデータ移送処理を示すフローチャートである。

[図 11]図 11は平面変換処理を示すフローチャートである。

符号の説明

[0016]

20 スリット光投光ユニット

21 レーザーダイオード

32 CCD画像センサ

56 メモリカード

90 パーソナルコンピュータ

100 3次元形状検出システム

421 カメラ制御プログラム

422 差分抽出プログラム

423 三角測量演算プログラム

423 平面変換プログラム

424 原稿姿勢演算プログラム

425 カメラ出力ファイル作成書込プログラム

431 スリット光有画像格納部

432 スリット光無画像格納部

発明を実施するための最良の形態

[0017] 以下、本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照して説明する。図 l (a )は 3次元形状検出システム 100の外観斜視図である。図 1 (b)には、 3次元形状検出システム 100の構成装置の 1つである撮像装置 1の概略断面図が示されて、る。尚、図 1 (b)では撮像装置 1により撮像対象物体である原稿 Pを、原稿 Pの紙面に対して斜め方向から撮像して、る状態を示して、る。

[0018] 3次元形状検出システム 100は、撮像装置 1と汎用のパーソナルコンピュータ 90 ( 以下「PC90」という）とで構成される。 3次元形状検出システム 100は、撮像装置 1で対象物体が斜めに撮像された場合の撮像画像を、対象物体の所定面の略鉛直方向から観察したような平面画像に補正することができるシステムである。

[0019] 撮像装置 1は、方形箱形の本体ケース 10と、本体ケース 10の正面に設けられた結像レンズ 31と、結像レンズ 31の後方 (撮像装置 1の内部側）に設けられた CCD画像センサ 32と、結像レンズ 31の下方に設けられたスリット光投光ユニット 20とを有する。撮像装置 10は、更に、本体ケース 10に内蔵されたプロセッサ 40と、本体ケース 10の上部に設けられたレリーズボタン 52及びモード切替スィッチ 59と、メモリカード処理装置 55とを有する。撮像装置 1のこれらの構成品は、それぞれ信号線により接続されている。メモリカード処理装置 55は、携帯型のメモリカード 56を着脱自在に装着する為のインタフェースとして機能する。

[0020] 撮像装置 1には、更に、本体ケース 10の背面に設けられた LCD (Liquid Crystal

Display) 51と、本体ケース 10の背面力も前面を通して配設されるファインダ 53とが装備されている。 LCD51とファインダ 53は、撮像装置 1による撮像範囲を使用者が決定する際に利用される。

[0021] 結像レンズ 31は、複数枚のレンズで構成されている。撮像装置 1は、オートフォーカス機能を有し、このオートフォーカス機能によって結像レンズ 31が駆動され自動で焦点距離及び絞りが調整され、外部力もの光が CCD画像センサ 32上に結像される

[0022] CCD画像センサ 32は、 CCD (Charge Coupled Device)素子などの光電変換素子がマトリクス状に配列された構成を有する。 CCD画像センサ 32は、表面に結像される画像の光の色及び強さに応じた信号を生成し、この信号をデジタルデータに変換してプロセッサ 40へ出力する。尚、 CCD素子一つ分のデータが画像を形成する画素の画素データであり、画像データは CCD素子の数の画素データで構成される

[0023] スリット光投光ユニット 20について、図 2、図 3 (a)および図 3 (b)を参照して説明する。図 2は、スリット光投光ユニット 20の構成を示す図である。図 3 (a)および図 3 (b) は、スリット光の角度幅を説明するための図である。スリット光投光ユニット 20は、レーザ一ダイオード 21と、コリメートレンズ 22と、アパーチャ 23と、透明平板 24と、シリンドリカルレンズ 25と、反射ミラー 26と、ロッドレンズ 27とを有する。 [0024] レーザーダイオード 21は、赤色レーザー光線を放射する。レーザーダイオード 21 におけるレーザー光線の放射及び停止は、プロセッサ 40からの指令に応じて切り換えられる。レーザーダイオード 21の出力は、最大出力定格 (例えば 5mW)に対して、レーザービームの広がり角の個体ばらつきを考慮して、アパーチャ 23を通った箇所で一定の出力（例えば lmW)を得られるように定格出力が調整されている。

[0025] コリメートレンズ 22は、レーザーダイオード 21からのレーザー光線を、スリット光投光ユニット 20からの基準距離 VP (例えば 330mm)に焦点を結ぶように集光する。

[0026] アパーチャ 23は、矩形に開口された開口部を有する板で構成され、コリメートレンズ 22からのレーザー光線を開口部で透過して矩形に整形する。

[0027] 透明平板 24は、無垢のガラス材料などの透明な平板で構成され、裏面に ARコート

(無反射コーティング）が施されている。透明平板 24は、アパーチャ 23からのレーザ一光線の光軸に直交する面に対して、本体ケース 10の正面側に所定角度 |8 (例えば 33度)傾斜して配設されている。透明平板 24は、アパーチャ 23から入射するレーザ一光線のパワーの約 5% (約 50 μ W)を表面で反射し、約 95% (約 950 μ W)を透過させる。以下では、透明平板 24でレーザー光線が反射される方向（撮像装置 1の前方へ水平面に対して 33度上向き）を第 2の方向と呼ぶ。

[0028] 透明平板 24の裏面に ARコートを施すことにより、透明平板 24内に入射したレーザ一光線の透明平板 24から出射する際の反射が少なくなり、透明平板 24内でのレーザ一光線の損失が少なくなる。また、透明平板 24で反射するレーザー光線の割合を、透明平板 24の材質の屈折率より決まる表面反射率 5%として設定することにより、通常のハーフミラーで実現する場合に必要な反射面に金属蒸着膜を形成するプロセスを省略することができる。

[0029] 反射ミラー 26は、鏡など、レーザー光線を全反射する部材で構成される。反射ミラ一 26は、透明平板 24を透過したレーザー光線の下流に、本体ケース 10の正面側に 45度傾斜して配設され、レーザー光線を全反射して光路の向きを 90度変える。以下では、反射ミラー 26によりレーザー光線が反射される方向（撮像装置 1の前方へ水平面に対して 0度の向き）を第 1の方向と呼ぶ。

[0030] ロッドレンズ 27は、正の焦点距離が短い円筒形状のレンズで構成される。ロッドレンズ 27は、反射ミラー 26で反射されるレーザー光線の下流に、円筒形状の軸方向が垂直方向になるように配設されている。ロッドレンズ 27の焦点距離は短いので、ロッドレンズ 27を通過したレーザー光線は、ロッドレンズ 27近傍の焦点を越え直ちに広がり、所定の広がり角度 ε (例えば 48度）のスリット光として第 1の方向へ出射される（図 3 (a)参照)。尚、ロッドレンズ 27から出射されるスリット光を第 1スリット光 71と呼ぶ。

[0031] シリンドリカルレンズ 25は、負の焦点距離となるように一方向が凹形状となったレンズである。シリンドリカルレンズ 25は、透明平板 24で反射されたレーザー光線の下流に、第 2の方向に対してレンズ面が直交するように配設さている。シリンドリカルレンズ 25は、透明平板 24から入射されるレーザー光線を、広がり角度 κのスリット光として出射する（図 3 (b)参照)。尚、シリンドリカルレンズ 25から出射されるスリット光を第 2 スリット光 72と呼ぶ。第 2スリット光 72の広がり角度 κは、第 1スリット光 71の広がり角度 εと第 2スリット光 72の広がり角度 κとの比が、透明平板 24でレーザー光線が分割される際のパワーの比にと同等になるように定められている。すなわち、第 2スリット光 72の広がり角度 κは、広がり角度 εの 5% (2. 4度）となっている。

[0032] 以上の構成により、スリット光投光ユニット 20において、プロセッサ 40からの指令に応じてレーザーダイオード 21からレーザー光線が放射され、第 1の方向へ第 1スリット光 71力及び、第 2の方向へ第 2スリット光 72が、本体ケース 10の結像レンズ 31の下方に設けられた窓 29から出射される。

[0033] 上述したように構成されるスリット光投光ユニット 20によれば、レーザーダイオード 2 1から出力されるパワーのうち、透明平板 24で分割される第 1スリット光 71のパワーは 95%に対し、第 2スリット光 72のパワーは約 5%と少ないが、角度幅あたりのパワーで見ると、広がり角力 8度の第 1スリット光 71の単位角度あたりのパワーが約 20 WZ 度で、広がり角が 2. 4度の第 2スリット光 72の単位角度あたりのパワーも約 21 /z WZ 度であり、ほぼ変わらない。原稿 Pが基準距離 VPである 330mmの位置にある白色の用紙の場合、第 1スリット光 71及び第 2スリット光 72による照度は約 1260ルクスとなり、一般的な室内の明るさである 500— 1000ルクスの場所でも、スリット光の軌跡と原稿 Pとの輝度差が十分あり、後述する差分抽出プログラム 422にてスリット光の軌跡画像を確実に抽出することができる。 [0034] 再び、図 1に戻り説明を続ける。レリーズボタン 52は、押しボタン式のスィッチで構成される。レリーズボタン 52は、プロセッサ 40に接続されおり、プロセッサ 40にて使用者による押し下げ操作が検知される。

[0035] モード切替スィッチ 59は、 2つの位置に切換え可能なスライドスィッチなどで構成される。プロセッサ 40により、モード切替スィッチ 59のスィッチがいずれの位置にあるかが検知される。モード切替スィッチ 59のスィッチの位置の一方は「ノーマルモード」として、もう一方は「補正撮像モード」として検知されるようにプロセッサ 40にて割り当てられている。「ノーマルモード」は、撮像した原稿 Pのそのままの状態を画像データとするモードである。「補正撮像モード」は、原稿 Pが斜め方向から撮像された場合に、その画像データを原稿 Pを正面力撮像したように補正された画像データとするモードである。

[0036] メモリカード処理装置 55は、メモリカード 56を処理するための装置である。メモリ力ード処理装置 55は、メモリカード 56に格納されているデータを読込み撮像装置 1に入力すると共に、撮像装置 1から出力されるデータをメモリカード 56に書込むリーダライタ装置である。このメモリカード処理装置 55で処理されるメモリカード 56は、不揮発性で書き換え可能なメモリで構成され、撮像装置 1に対して着脱可能に構成されてヽる。尚、撮像装置 1の側面には、このメモリカード 56を装着するための開口部 56aが形成されている。

[0037] LCD51は、画像を表示する液晶ディスプレイなどで構成され、プロセッサ 40からの画像信号を受けて画像を表示する。プロセッサ 40から LCD51へは、状況に応じて、 CCD画像センサ 32で受光したリアルタイムの画像や、メモリカード 56に記憶された画像や、装置の設定内容の文字等を表示するための画像信号が送られて来る。

[0038] ファインダ 53は、光学レンズで構成される。使用者がファインダ 53を撮像装置 1の後ろ側からのぞき込んだ時に、結像レンズ 31が CCD画像センサ 32上に結像する範囲とほぼ一致する範囲が見えるようになって!/、る。

[0039] 一方、 3次元形状検出システム 100の構成装置である PC90は、後述する平面変換プログラム 437を搭載し、平面変換プログラム 437により撮像装置 1で斜め方向から撮像された原稿 Pの撮像画像を、原稿 Pの所定面の略鉛直方向から観察される平面画像に補正するための演算や補正された画像の出力を行う。

[0040] PC90は、本体ケース 91と、出力画像等を表示する CRTディスプレイ 92と、平面変換プログラム 437の起動指令等を入力するキーボード 93とを有する。本体ケース 91 には、メモリカード 56を装着するためのカードスロット 91aが形成されている。撮像装置 1においてメモリカード 56に記憶されたデータは、そのメモリカード 56をカードス口ット 91aに差し込むことで、 PC90側のメモリカード処理装置 99から読込み可能に構成されている。つまり、メモリカード処理装置 99は、携帯型のメモリカード 56を着脱自在に装着する為のインタフェースとして機能する。

[0041] PC90は、 PC90と撮像装置 1との間でデータの送受信を行う移送手段として、 PC9 0側のインターフェイス 101 (図 4参照）を有する。一方、撮像装置 1は、インターフェイス 60を有する。 3次元形状検出システム 100において、通信ケーブル 61によりインタ一フェイス 101とインターフェイス 60、つまり PC90と撮像装置 1とがデータ通信可能に接続される（図 4参照)。尚、このような通信手段としては、 USB等の有線シリアルバスや WIFI等の無線 LANモジュールを採用できる。

[0042] 尚、 PC90としては、撮像装置 1よりも高速なものであれば、可搬型のタブレット、小型の PDA、携帯電話に内蔵されて!、るプロセッサシステム等の外部演算装置を採用することができる。

[0043] 図 4は、 3次元形状検出システムの電気的構成を示したブロック図である。撮像装置 1に搭載されたプロセッサ 40は、 CPU41、 ROM42、 RAM43を備えている。

[0044] CPU41は、 ROM42に記憶されたプログラムにしたがって、 RAM43を利用しつつ各種処理を実行する。 CPU41が行う処理には、レリーズボタン 52の押し下げ操作の検知、 CCD画像センサ 32から画像データの取り込み、画像データのメモリカード 56 への書き込み、モード切替スィッチ 59の状態検出、スリット光投光ユニット 20によるスリット光の出射切り換え等が含まれる。

[0045] ROM42には、カメラ制御プログラム 421と、差分抽出プログラム 422と、三角測量演算プログラム 423と、原稿姿勢演算プログラム 424と、カメラ出力ファイル作成書込プログラム 425とが含まれている。カメラ制御プログラム 421は、図 6に示すフローチヤートの処理 (詳細は後述する）を含む撮像装置 1全体の制御に関するプログラムである。差分抽出プログラム 422は、スリット光を投光した原稿 Pの画像からスリット光の軌跡を抽出した画像データを生成するためのプログラムである。三角測量演算プロダラム 423は、差分抽出プログラムで生成された画像データによるスリット光の軌跡の各画素に対する 3次元空間位置を演算するためのプログラムである。原稿姿勢演算プログラム 424は、第 1スリット光の軌跡 71a及び第 2スリット光の軌跡 72aの 3次元空間位置から、原稿 Pの 3次元形状を推定して求めるプログラムである。カメラ出カフアイル作成書込プログラム 425は、メモリカード 56に記憶させるファイルを作成し、その作成したファイルをメモリカード 56に書込むためのプログラムである。

[0046] RAM43には、記憶領域として、 CCD画像センサ 32からの画像データの形式のデータを保存する大きさのスリット光有画像格納部 431と、スリット光無画像格納部 432 と、差分画像格納部 433と、スリット光有画像の各ポイントの位置を演算した結果を保存する大きさの三角測量演算結果格納部 434とが割り当てられている。更に、 RAM 43には、記憶領域として、原稿 Pの位置及び姿勢の演算結果を保存する大きさの原稿姿勢演算格納部 435と、 CPU41での演算のために一時的にデータを記憶させるのに使用する大きさのワーキングエリア 436とが割り当てられて、る。

[0047] 一方、 PC90は、 CPU94、 ROM95、 RAM96、ハードディスク 97、入出力ポート 9 8を備えている。 RAM96には、撮像装置 1から通信ケーブル 61を介して送信されるデータを記憶するカメラ出力ファイル格納部 96aと、 CPU94での演算のために一時的にデータを記憶させるのに使用されるワーキングエリア 96bとが割り当てられている。ハードディスク 97は、書き替え可能な不揮発性のメモリである。ハードディスク 97には、撮像装置 1から移送される画像データに基づき、その画像データを原稿 Pの正面力撮像したような画像データに変換するためのプログラムである平面変換プロダラム 437が記憶されている。

[0048] 次に、メモリカード 56の構成を図 5を参照して説明する。図 5は、メモリカード 56の構成を説明するための図である。メモリカード 56には、カメラ出力ファイルとして、撮像装置 1で撮像された画像毎に第 1ファイルメモリ 57から第 nファイルメモリ 58が割り当てられている。各ファイルメモリ 57, 58にはイメージ開始コードメモリ 57a、ヘッダ領域 57b、イメージ終了コードメモリ 57cが割り当てられている。 [0049] イメージ開始コードメモリ 57aは、画像データの開始を示すコードを格納するメモリであり、このイメージ開始コードを読み取られると、対応するファイルに記憶されたデ一タの読込みが開始される。

[0050] ヘッド領域 57bには、更に、アプリケーション予備メモリ 57bl、量子化テーブルメモリ 57b2、 DCT定義メモリ 57b3、ハフマンテーブルメモリ 57b4、スリット光無画像データメモリ 57b 5が割り当てられている。

[0051] アプリケーション予備メモリ 57blは、アプリケーションに依存する情報を格納するメモリである。アプリケーション予備メモリ 57blには、 3次元形状開始コードメモリ 57bl a、 3次元空間位置情報メモリ 57blb、傾き情報メモリ 57blc、湾曲情報メモリ 57bld が割り当てられている。

[0052] 3次元形状開始コードメモリ 57blaは、対象物体の 3次元空間位置情報と、傾き情報と、湾曲情報とからなる 3次元形状データの読込みを開始するためのコードを格納するメモリである。 3次元空間位置情報メモリ 57b lbは原稿 Pの 3次元空間位置情報を格納するメモリである。傾き情報メモリ 57blcは原稿 Pの傾き情報を格納するメモリである。湾曲情報メモリ 57b Idは原稿 Pの湾曲情報を格納するメモリである。尚、 3次元形状データを格納する領域としては、アプリケーション予備メモリ 57bl内、或いは、ヘッダ領域 57b内に限定されるものではなぐ 1つのファイル内であれば他の部分であっても良い。

[0053] 量子化テーブルメモリ 57b2は、画像データに対して DCT変換した結果を数値ィ匕する場合に使用する量子化テーブルを格納するメモリである。 DCT定義メモリ 57b3 は、 DCT変換タイプを定義するコードやそのパラメータを格納するメモリである。ハフマンテーブルメモリ 57b4は、量子化された値をエントロピー圧縮するために用いるテ一ブルを格納するメモリである。スリット光無画像データメモリ 57b5は、撮像装置 1で撮像されるスリット光無画像の画像データを格納するためのメモリである。

[0054] イメージ終了コードメモリ 57cは、画像データの終了を示すコードを格納するメモリであり、このイメージ終了コードが読み取られると、第 1ファイルメモリ 57に格納されたデータの読込みは終了される。

[0055] 次に、上述したように構成された撮像装置 1に関し、使用者によりレリーズボタン 52 が押されて力もの動作について図 6を参照しながら説明する。図 6は、撮像装置 1のプロセッサ 40での処理手順を示すフローチャートである。

[0056] 使用者によりレリーズボタン 52が押されると、まず、モード切替スィッチ 59のスィッチの位置が検知され、そのスィッチの位置が「補正撮像モード」の位置である力否かが判別される（S 110)。判別の結果、「補正撮像モード」の位置の場合には（S 110 : Ye s)、スリット光投光ユニット 20に対しレーザーダイオード 21の発光が指令され、第 1スリット光 71及び第 2スリット光 72が出射されてから、スリット光有画像として、 CCD画像センサ 32から画像データが取得される。取得された画像データは RAM43のスリット光有画像格納部 431へ読み込まれる（S120)。

[0057] スリット光有画像の画像データを読み込まれると（S120)、次に、スリット光投光ュ- ット 20に対しレーザーダイオード 21の発光停止が指令され、第 1スリット光 71及び第 2スリット光 72が出射されなくなつてから、スリット光無画像として CCD画像センサ 32 カゝら画像データが取得される。取得された画像データはスリット光無画像格納部 432 へ読み込まれる（S 130)。

[0058] スリット光有画像とスリット光無画像の画像データが読み込まれると（S120, S130) 、差分抽出プログラム 422によりスリット光有画像格納部 431の画像データに対する、スリット光無画像格納部 432の画像データの差分が差分画像格納部 433へ読み込まれる（S140)。つまり、原稿 Pに投光された第 1スリット光の軌跡 71a及び第 2スリット光の軌跡 72aを抽出した画像データが、差分画像格納部 433へ読み込まれる (S140)

[0059] この差分抽出演算ステップ (S140)では、スリット光有画像格納部 431の画像データからスリット光無画像格納部 432の画像データを、画素毎にその RGB値を差し引く。これにより、スリット光の軌跡のみが抽出された多値画像が得られることになる。

[0060] 差分抽出演算ステップ（S140)において、第 1スリット光の軌跡 71a及び第 2スリット光の軌跡 72aを抽出した画像データが生成されると、次に、その画像データに基づき、三角測量演算プログラム 423により、第 1スリット光の軌跡 71a及び第 2スリット光の軌跡 72aの画素毎の 3次元空間位置が演算され、その演算結果がそれぞれ三角測量演算結果格納部 434へ読み込まれる（S150)。 [0061] この三角測量演算ステップ (S150)では、例えば、差分画像格納部 433に読込まれた画像データに基づいて、第 1スリット光の軌跡 71a及び第 2スリット光の軌跡 72a の縦方向のピークが重心計算によって画像データの横方向座標毎に求められ、このピーク抽出座標に対する 3次元空間位置が次のようにして求められる。

[0062] 図 7 (a)および図 7 (b)は、スリット光有画像を説明するための図である。図 8 (a)および図 8 (b)は、スリット光の 3次元空間位置を算出する方法を説明するための図である。図 7 (a)に示すように撮像される横方向に湾曲した原稿 Pに対する撮像装置 1の座標系を、図 8 (a)および図 8 (b)に示すように表す。図 8 (a)および図 8 (b)において、結像レンズ 31の光軸方向を Z軸として、撮像装置 1から基準距離 VP離れた位置を X , Y, Z軸の原点位置として、撮像装置 1に対して水平方向を X軸、垂直方向を Y軸とする。

[0063] CCD画像センサ 32の X軸方向の画素数を ResX、 Y軸方向の画素数を ResYと呼ぶ。 X— Y平面に、結像レンズ 31を通して CCD画像センサ 32を投影した位置の上端を Yftop、下端を Yfbottom、左端を Xfstart、右端を Xfendと呼ぶ。また、結像レンズ 31の光軸から、スリット光投光ユニット 20から出射される第 1スリット光 71の光軸までの距離を D、第 1スリット光 71が X-Y平面に交差する Y軸方向の位置を lasl、第 2 スリット光 72が X— Y平面に交差する Y軸方向の位置を las2とする。

[0064] 上記定義を用い、第 1スリット光の軌跡 71aの画像の画素の 1つに注目した注目点 1 の CCD画像センサ 32上の座標（ccdxl, ccdyl)に対応する 3次元空間位置 (XI, Yl, Z1)を、 CCD画像センサ 32の結像面上の点と、第 1スリット光 71及び第 2スリット光 72の出射点と、 X— Y平面に交差する点とで形成される三角形について立てた次の 5つの連立方程式の解力導き出す。

(1) Yl =-( (lasl +D) /VP) Zl +lasl

( 2) Y 1 =— (Ytarget/VP) Z1 + Ytarget

(3) XI = - (Xtarget/ VP) Z 1 + Xtarget

(4) Xtarget = Xf start + (ccdxl /ResX) X (Xfend— Xf start)

(5)

X (Yftop— Yfbottom)

尚、本実施例では、第 1スリット光 71が Z軸に対して平行のため lasl =— Dであり、 Y 1 = Dである。

[0065] 同様に、 CCD画像センサ 32上の第 2スリット光の軌跡 72aの画像の画素の一つに注目した注目点 2の座標（ccdx2, ccdy2)に対応する 3次元空間位置 (X2, Y2, Z2 )を、次に 5つの連立方程式の解力も導き出す。

(1) Y2=-( (las2 + D) /VP) Z2 + las2

(2)

Z2 + Ytarget

(3) X2=- (Xtarget/VP) Z2+ Xtarget

(4) Xtarget = Xf start + (ccdx2/ResX) X (Xf end— Xf start)

(5)

X (Yftop— Yfbottom)

以上のように、各スリット光の 3次元空間位置が演算されると（S150)、その各スリツト光の 3次元空間位置に基づいて、原稿姿勢演算プログラム 424により、原稿 Pの位置及び姿勢が演算される (S160)。ここで、図 9 (a)力も図 9 (c)を参照して、この原稿姿勢演算ステップ (S160)について説明する。図 9 (a)力も図 9 (c)は、原稿姿勢演算の際の座標系を説明するための図である。

[0066] 原稿姿勢演算ステップ（S160)では、例えば、三角測量演算結果格納部 434のデータから、第 1スリット光の軌跡 71aに対応する 3次元空間位置の各点を回帰曲線近似した線が求められる。さらに、この曲線の X軸方向の位置が「0」における点と、第 2 スリット光の軌跡 72aの X軸方向の位置が「0」における 3次元位置とを結ぶ直線が想定され、この直線が Z軸と交わる点、つまり、光軸が原稿 Pと交差する点が、原稿 Pの 3 次元空間位置 (0, 0, L)とされる（図 9 (a)参照)。この直線が X-Y平面となす角を原稿 Pの X軸まわりの傾き Θとする。

[0067] 図 9 (b)に示すように、第 1スリット光の軌跡 71aを回帰曲線近似した線を、先に求めた X軸まわりの傾き Θ分だけ逆方向に回転変換し、つまり、原稿 Pを X— Y平面に対して平行にした状態を考える。次に、図 9 (c)に示すように、原稿 Pの X軸方向の断面形状を、 X— Z平面における原稿 Pの断面について、 Z軸方向の変位を複数の X軸方向の点で求めてその変位度から、 X軸方向の位置を変数とした X軸方向の傾きの関数である湾曲 Φ (X)を求める。

[0068] 原稿姿勢演算ステップ (S160)で、原稿 Pの 3次元空間位置 L及び姿勢 (傾き Θと湾曲 φ )が算出されると、カメラ出力ファイル作成書込プログラム 425によって、スリツト光無画像格納部 432に読込まれたスリット光無画像の画像データは、メモリカード 5 6のスリット光無画像データメモリ 57b5に書込まれ、そのスリット光無画像に対応して算出された原稿 Pの 3次元空間位置 Lはメモリカード 56の 3次元空間位置情報メモリ 57blbに、傾き Θは傾き情報メモリ 57blcに、湾曲 φは、湾曲情報メモリ 57bldにそれぞれ書込まれる。これらの 3次元空間位置 L、傾き 0、湾曲 φから 3次元形状データが構成される。以上の動作により、カメラ出力ファイルとして 1つの 3次元形状データファイルが作成される（S170)。

[0069] 尚、スリット光無画像格納部 432に読込まれたスリット光無画像の画像データをメモリカード 56のスリット光無画像データメモリ 57b5に書込むタイミングは、上記のようなタイミングに限定されるものではなぐ例えば、差分抽出演算ステップ (S140)の後に実行されても良い。

[0070] 一方、 S110における判別の結果力「補正撮像モード」ではなく「ノーマルモード」の位置の場合には（S 110 : NO)、スリット光投光ユニット 20のレーザーダイオード 21 が発光せず、第 1スリット光 71及び第 2スリット光 72が出射されていない状態で、 CC D画像センサ 32からスリット光無画像が読み込まれる（S 190)。次に、ステップ S200 では、読み込まれた画像データカモリカード 56のスリット光無画像データメモリ 57b 5に書き込まれる。尚、「ノーマルモード」の場合には、上述したような原稿 Pの 3次元空間位置 L、傾き 0、湾曲 φは算出されず、これらのデータカ^モリカード 56に書込まれることはない。

[0071] 以上のように、メモリカード 56にスリット光無画像の画像データや原稿 Pの 3次元空間位置 L、傾き Θ、湾曲 φが書込まれると（S170、 S200)、プロセッサ 40内のメモリ空間が開放される（S180)。即ち、メモリカード 56にはスリット光有画像の画像データが書き込まれることはな、ので、スリット光無画像とスリット光有画像の両画像データ力 Sメモリカード 56に記憶され、撮像可能の枚数が減少してしまうという問題もない。前記画像データは圧縮することによりメモリカード 56を有効に利用できるようにしてもいいが、それでも画像データの記憶にはかなりの容量を必要とするため、スリット光有画像の画像データを記憶させないことによるメモリカード 56の撮影可能枚数に与える影響は大きい。また、スリット光有画像の画像データは、差分抽出演算ステップ (S 140) の後であれば削除しても構わないので、 S140以降、 S170に至る間に当該画像データを削除するようにしてもよい。その場合、 S 140以降、 RAM43のスリット光有画像格納部 431に読込まれたスリット光有画像の画像データは、アクセスが不可能になり、 S 170の処理においてスリット光有画像の画像データカモリカード 56に書き込まれることはない。

[0072] 次に、図 10を参照して、上述したようにメモリカード 56に書込まれたデータを PC90 に移送するデータ移送処理について説明する。尚、図 10においては、メモリカード 5 6を撮像装置 1に装着した状態で、通信ケーブル 61を介して PC90にデータを送信する場合について説明する。

[0073] このデータ移送処理では、はじめに、使用者によりデータの移送命令があった力否かが判定される（S1010)。判定の結果、データの移送命令があった場合には（S 10 10 :YES)、インターフェイス 60が初期化される（S1020)。それから、撮像装置 1と P C90と間で相互に通信可能か否かが判定される（S1030)。判定の結果、通信可能であれば（S 1030 : YES)、メモリカード 56内の各ファイルメモリ 57, 58に格納されている各カメラ出力ファイルは、順次、 PC90に送信される（S1040)。次に、カメラ出力ファイルの送信が完了したカゝ否かが判定される（S1050)。判定の結果、送信が完了していれば (S1050 : YES)、本処理は終了する。尚、撮像装置 1から送信されるカメラ出力ファイルは、 PC90側のインターフェイス 101を介して、 RAM96のカメラ出力ファイル格納部 96aに読込まれる。

[0074] 上述したデータ移送処理は、通信ケーブル 61を介して撮像装置 1から PC90にデータを移送する場合の例である。このようなデータ移送処理に代えて、メモリカード 56 を撮像装置 1から抜き取り、メモリカード 56を PC90に装着することによって、撮像装置 1から PC90にカメラ出力ファイルを移送することもできる。このように、メモリカード 5 6によって撮像装置 1から PC90にカメラ出力ファイルを移送する場合には、撮像装置 1と PC90とに通信ケーブル 61を接続する手間を省くことができると共に、 PC90の無い場所であっても、メモリカード 56を複数枚準備しておくことで、大量の撮像をすることができる。 [0075] 次に、上述したデータ移送処理によって撮像装置 1から PC90にデータが移送された後に、 PC90において、スリット光無画像の画像データを正面力観察されたような画像の画像データに変換する平面変換処理について図 11のフローチャートを参照しながら説明する。

[0076] はじめに、上述したデータ移送処理によって、カメラ出力ファイル格納部 96aに読込まれたカメラ出力ファイルから 3次元形状データとスリット光無画像とが読み込まれる（S1101)。尚、メモリカード 56が PC90に装着される場合には、メモリカード 56からカメラ出力ファイルが読み込まれることになる。次に、ステップ 1102では、 RAM96のワーキングエリア 96bに当該処理の処理領域が割り当てられ、カウンタのための変数など当該処理に用いる変数 bの初期値が設定される（S1102)。

[0077] 次に、原稿 Pの文字等が書かれた面が略鉛直方向から観察された場合の画像である正立画像の領域が、原稿姿勢演算プログラム 425での演算結果による原稿 Pの 3 次元空間位置 (0, 0, L)と、 X軸まわりの傾き Θと、湾曲 φ (X)とに基づき、スリット光無画像の 4隅の点を変換することにより設定され、この領域内に含まれる画素数 aが求められる（S1103)。

[0078] まず、変数 bが前記画素数 aに達しているか判断される（S 1104)。設定された正立画像の領域は、まず X— Y平面に配置され (S1105)、その中に含まれる画素毎に、各々の 3次元空間位置は、湾曲 φ (X)に基づいて Z軸方向に変位され（S1106)、傾き Θで X軸まわりに回転移動され (S1107)、 Z軸方向に距離 Lだけシフトされる（S11 08)。このようにして求められた 3次元空間位置は、先の 3角測量の関係式により理想カメラで写された CCD画像上の座標（ccdcx, (1じ）に変換され(31109)、使用している結像レンズ 31の収差特性に従って、公知のキャリブレーション手法により、実際のカメラで写された CCD画像上の座標 (ccdx, ccdy)に変換される（S 1110)。このように得られた位置（ccdx, ccdy)にあるスリット光無画像の画素の状態が求められ、 RAM96のワーキングエリア 96b〖こ格納される（S1111)。以上の処理を画素数 aだけ繰り返すこと〖こより（S1112, S 1104)、正立画像の画像データが生成される。前記ワーキングエリア 96bの処理領域が解放された後（S1113)、その正立画像の画像データに基づき生成される平面画像は、 CRTディスプレイ 92に出力表示される (S111 4) ₀

[0079] 以上説明したように、「撮像補正モード」における撮像装置 1は、第 1スリット光 71及び第 2スリット光 72の 2列のスリット光を原稿 Pに投光し、その原稿 Pの像を結像レンズ 31によって CCD画像センサ 32に結像させて撮像し、続いて、スリット光が投光されていない原稿 Pの画像を撮像する。それから、撮像装置 1は、これら 2つの画像データの差分をとることによって、画像データからスリット光の軌跡画像を抽出して、三角測量原理によりスリット光の軌跡各部の 3次元空間位置を演算する。さらに、撮像装置 1 は、得られた 3次元空間位置から原稿 Pの位置、傾き、及び湾曲状態 (3次元形状データ）を求め、これらの 3次元形状データとスリット光無画像の画像データとをメモリ力ード 56に書込む。

[0080] スリット光無画像やスリット光有画像の画像データが数百キロバイト程度の情報であるのに対し、原稿 Pの 3次元形状データである原稿 Pの位置 L、傾き Θ、及び湾曲 φ の各データ量は、それぞれ 4バイト程度の情報である。したがって、たとえ湾曲 φ値を原稿 P内にぉ、て数十点サンプリングしたとしても、せヽぜ、数百バイト程度の情報であり、この 3次元形状データのデータ量は画像データのデータ量に比べて無視できる程小さいと言える。

[0081] スリット光有画像とスリット光無画像との撮像だけを行い、その両方の画像の画像データをメモリカードに格納し、差分抽出演算や平面変換をするための演算等は、そのメモリカードが装着された PC90においてするとした場合を想定する。このような場合に比べ、本発明の実施形態による撮像装置 1では、撮像補正モードにおける撮像をしたとしてもメモリカード 56の消費容量は略半分に節約される。従って、撮像補正モードにおける撮像をしたとしても、そのメモリカード 56に対する撮像装置 1の撮像可能枚数が半減するのを抑制することができる。また、通信ケーブル 61を介して、メモリ力ード 56に書込まれたデータを移送する場合においても、スリット光有画像とスリット光無画像との両方の画像データを移送する場合に比べて、その通信時間を略半分にすることができる。

[0082] メモリカード 56に書込まれたデータに基づき、 PC90において、平面変換処理を実行することにより、湾曲などの形状変形した原稿 Pを斜めから撮像した場合でも、平らな原稿 Pを正面力も撮像したかのような画像を出力表示させることができる。また、平面変換処理を実行する際において、撮像装置 1から力もカメラ出力ファイルとして移送されるスリット光無画像の画像データと、 3次元形状データとは、 1つのファイルに格納されているので、そのデータの取り扱いを簡便にでき、平面変換処理に要する P C90の負担を軽減させることができる。

[0083] 上記実施形態において、図 6のフローチャートの S120, S130の処理は、画像データ取得手段や画像データ取得ステップと位置付けられる。図 6のフローチャートの S140, S150の処理は、パターン光位置抽出手段やパターン光位置抽出ステップと位置付けられる。図 6のフローチャートの S 160の処理は、 3次元形状算出手段や 3 次元形状算出ステップと位置付けられる。図 6のフローチャートの S 170の処理は、記憶手段や記憶ステップと位置付けられる。さらに、図 6のフローチャートの S 170の処理は、データファイル生成手段やデータファイル生成ステップと位置付けることもできる。

[0084] 以上実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものでなぐ本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できる。

[0085] 例えば、撮像装置 1で撮像する対象物体は、シート状の原稿 Pの他にも、固体プロックの滑らかな表面であったり、稜線をもつ物体の表面であっても良い。本発明の実施形態による撮像装置は、およそ 2列のスリット光の軌跡から、その 3次元空間における 3次元形状を希求した、用途にはすべて同様に、対象物体の 3次元形状を検出する効果を発揮することができる。

[0086] 但し、本実施形態のように、対象物体がシート状の原稿 Pであれば、第 1スリット光の軌跡 71aを原稿 Pの断面形状であるとして、原稿 Pの全体の形状を推定し、原稿 Pの湾曲などの形状変形に対する画像補正をすることができる。また、対象物体がスリット光の長手方向に対する直交方向に略均一な 3次元形状であれば、スリット光を投光する位置に含まれる対象物体の突起部など特異な形状により生じる検出姿勢のずれなどを考慮しなくて良ぐスリット光が投光される箇所に気をつかわないでも良いようにできる。 [0087] 本実施形態による撮像装置 1では、スリット光投光ユニット 20が、第 1スリット光 71と、第 2スリット光 72の 2列のスリット光を出射するように構成されているが、出射するスリット光は、 2列に限らない。撮像装置は、 3列以上のスリット光が出射するように構成されていても良い。例えば、図 7 (b)に示す原稿 Pのスリット光の軌跡画像のように、第 1 スリット光 71及び第 2スリット光 72に加えて、第 2スリット光 72と同様の第 3スリット光が、原稿 Pにて第 2スリット光 72の上方に投光されるようにスリット光投光ユニット 20が構成されていても良い。この場合、第 1一第 3スリット光のスリット光の軌跡の各点の位置から、原稿 Pの縦方向の湾曲形状に対しても推定することができ、これによりスリット無し画像を補正して、更に見やす、画像とすることができる。

[0088] 本実施形態では、光源として赤色レーザー光線を放射するレーザーダイオード 21 が用いられている。しかしながら光源としては、面発光レーザー、 LED、 EL素子など、光ビームを出力できる様々なタイプの光源を用いることができる。

[0089] 透明平板 24に代えて、入射するレーザー光線のパワーの所定の割合を所定方向に回折する回折格子が 1面に形成された透明平板が用ヽられても良い。この場合、透明平板に形成された回折格子によって回折された 1次光のレーザー光線を第 2スリット光 72とし、回折格子をそのまま透過する 0次光のレーザー光線を第 1スリット光 7 1とされる。

[0090] スリット光投光ユニット 20から出射されるパターン光としては、長手方向に直交する方向に急峻に絞り込まれた細線の他に、一定の幅を備えたストライプ状の光パターンなど、様々なタイプのパターン光を用いることができる。

[0091] 第 1スリット光 71と、第 2スリット光 72の位置関係は逆転しても良い。すなわち、第 1 の方向つまり撮像装置 1から見て下側に第 2スリット光 72が形成され、第 2の方向に第 1スリットが形成されるように、スリット光投光ユニット 20内の各光学素子が配設されていても良い。

[0092] 撮像装置 1は、スリット光有画像及びスリット光無画像を、結像レンズ 31及び CCD 画像センサ 32を用いて撮像するよう構成されている。これに対して、撮像装置において、結像レンズ 31及び CCD画像センサ 32の他に、スリット光有画像を撮像するための結像レンズ及び CCD画像センサを別途追加して設けられてヽても良、。このように構成することにより、スリット光有画像とスリット光無画像とを撮像する間の時間経過

(CCD画像センサ 32の画像データを転送する時間など）を無くすることができる。つまり、スリット光有画像に対してスリット光無画像の撮像範囲を無くし、検出する対象物体の 3次元形状の精度を高めることができる。但し、スリット光有画像を撮像するための結像レンズ及び CCD画像センサを別途追加するような場合に比べて、本実施形態の撮像装置 1の方が、構成部品が少なぐ小型で安価なものとすることができる。

[0093] 本発明の一つの実施形態において、 3次元形状検出装置は、画像データ取得手段で取得されたパターン光非投光画像の画像データと、 3次元形状算出手段で算出された 3次元形状データとを記憶する記憶手段を更に備え、外部演算手段へは、記憶手段を介してパターン光非投光画像の画像データと 3次元形状データとが提供されるよう構成されてヽても良、。

[0094] このような構成によれば、 3次元形状検出装置において、スリット光投光画像の画像データとスリット光非投光画像の画像データとの両方を記憶する場合に比べ、記憶の容量を節約することができる。

[0095] 本発明の一つの実施形態によれば、 3次元形状検出装置において記憶手段は前記 3次元形状検出装置に着脱自在に装着可能に構成され、外部演算装置は記憶手段を着脱自在に装着可能な記憶媒体インタフェースを有するよう構成されて、ても良い。この場合、 3次元形状検出装置によってパターン光非投光画像の画像データと 3 次元形状データとが格納された記憶手段が、 3次元形状検出装置から取り外され、外部演算装置の記憶媒体インタフェースに装着されることによって、パターン光非投光画像の画像データと 3次元形状データとが外部演算装置に提供される。

[0096] 本発明の一つの実施形態によれば、記憶手段においてパターン光非投光画像の画像データと 3次元形状データとは単一ファイルに格納されていても良い。

[0097] このような構成によれば、スリット光非投光画像の画像データと 3次元形状データとは単一ファイルに格納されてヽるので、スリット光非投光画像の画像データと 3次元形状データとを、各々別々のファイルに格納する場合と比較して、データの取り扱いを簡便にすることができる。

[0098] 本発明の一つの実施形態において、 3次元形状検出装置は外部演算装置との間でデータ通信を行なう為の第 1のインタフェースを有し、外部演算装置は 3次元形状検出装置との間でデータ通信を行なう為の第 2のインタフェースを有していても良い。この場合、 3次元形状検出装置から外部演算装置へは、第 1のインタフェース及び第 2のインタフェースを介しての有線または無線のデータ通信によりパターン光非投光画像の画像データと 3次元形状データとが提供されても良い。

[0099] このような構成によれば、パターン光非投光画像の画像データと 3次元形状データとが 3次元形状検出装置から外部演算装置に転送されるので、パターン光非投光画像とパターン光投光画像との双方を外部演算装置に移送する場合に比べて、外部演算装置への転送時間を短縮することができ、また転送時間の短縮を実現することもできる。

[0100] 本発明の一つの実施形態において、 3次元形状算出手段は、パターン光位置抽出手段で抽出されたパターン光の位置に基づいて対象物体の 3次元空間における位置情報と傾き情報と湾曲情報とを算出する構成であっても良い。この場合、 3次元形状データは、対象物体の 3次元空間における位置情報と傾き情報と湾曲情報とで構成される。

[0101] 3次元形状データは対象物体の 3次元空間における位置情報と傾き情報と湾曲情報とで構成されているので、対象物体の 3次元形状を検出することができるという効果が得られる。

[0102] 本発明の一つの実施形態において、 3次元形状検出装置は撮像手段を有する撮像装置として構成され、外部演算装置はパーソナルコンピュータとして構成されていても良い。

[0103] 本発明の一つの実施形態において、 3次元形状検出装置は、画像データ取得手段で取得されたパターン光非投光画像の画像データと、 3次元形状算出手段で算出された 3次元形状データとを記憶する記憶手段を更に備えていても良い。この場合、記憶手段は、外部演算装置に対してパターン光非投光画像の画像データと 3次元形状データとを提供する為に用いられる。

[0104] 本発明の一つの実施形態において、 3次元形状検出装置は、外部演算装置との間でデータ通信を行なう為のインタフェースを更に備えていても良い。この場合、外部演算装置へは、インタフェースを介しての有線または無線のデータ通信によりパタン光非投光画像の画像データと 3次元形状データとが提供される。

Claims

請求の範囲

[1] 3次元形状検出装置と外部演算装置を備える 3次元形状検出システムであって、前記 3次元形状検出装置は、

対象物体にパターン光を投光する投光手段と、

前記投光手段からパターン光が投光されている状態における対象物体のパターン光投光画像を撮像し前記パターン光投光画像の画像データを取得すると共に、前記ノターン光が投光されていない状態における対象物体のパターン光非投光画像を撮像し前記パターン光非投光画像の画像データを取得する画像データ取得手段と、取得された前記画像データに基づき対象物体に投光されたパターン光の位置を抽出するパターン光位置抽出手段と、

前記パターン光位置抽出手段によって抽出されるパターン光の位置に基づき対象物体の 3次元形状データを算出する 3次元形状算出手段とを備え、

前記外部演算装置は、

前記 3次元形状検出装置によって取得された前記パターン光非投光画像の画像データと前記 3次元形状データとに基づき前記パターン光非投光画像を対象物体の所定面の略鉛直方向から観察される平面画像に補正する画像補正手段を備えることを特徴とする 3次元形状検出システム。

[2] 前記 3次元形状検出装置は、

前記画像データ取得手段で取得された前記パターン光非投光画像の画像データと、前記 3次元形状算出手段で算出された 3次元形状データとを記憶する記憶手段を更に備え、

前記外部演算手段へは、前記記憶手段を介して前記パターン光非投光画像の画像データと前記 3次元形状データとが提供されること、を特徴とする請求項 1に記載の 3次元形状検出システム。

[3] 前記 3次元形状検出装置において、前記記憶手段は前記 3次元形状検出装置に着脱自在に装着可能に構成され、

前記外部演算装置は、前記記憶手段を着脱自在に装着可能な記憶媒体インタフエースを有し、

前記 3次元形状検出装置によって前記パターン光非投光画像の画像データと前記 3次元形状データとが格納された前記記憶手段が、前記 3次元形状検出装置から取り外され前記外部演算装置の記憶媒体インタフェースに装着されることによって、前記パターン光非投光画像の画像データと前記 3次元形状データとが前記外部演算装置に提供されること、を特徴とする請求項 2に記載の 3次元形状検出システム。

[4] 前記記憶手段において前記パターン光非投光画像の画像データと前記 3次元形状データとは単一ファイルに格納されていること、を特徴とする請求項 2に記載の 3次元形状検出システム。

[5] 前記 3次元形状検出装置は、前記外部演算装置との間でデータ通信を行なう為の第 1のインタフェースを有し、

前記外部演算装置は、前記 3次元形状検出装置との間でデータ通信を行なう為の第 2のインタフェースを有し、

前記 3次元形状検出装置から前記外部演算装置へは、前記第 1のインタフェース及び前記第 2のインタフェースを介しての有線または無線のデータ通信により前記パターン光非投光画像の画像データと前記 3次元形状データとが提供されること、を特徴とする請求項 1に記載の 3次元形状検出システム。

[6] 前記 3次元形状算出手段は、前記パターン光位置抽出手段で抽出されたパターン光の位置に基づいて前記対象物体の 3次元空間における位置情報と傾き情報と湾曲情報とを算出し、

前記 3次元形状データは、前記対象物体の 3次元空間における位置情報と傾き情報と湾曲情報とで構成されていることを特徴とする請求項 1に記載の 3次元形状検出システム。

[7] 前記 3次元形状検出装置は、撮像手段を有する撮像装置として構成され、

前記外部演算装置はパーソナルコンピュータとして構成されて、ること、を特徴とする請求項 1に記載の 3次元形状検出システム。

[8] 3次元形状検出システムにお、て用、られる 3次元形状検出装置であって、

対象物体にパターン光を投光する投光手段と、前記投光手段からパターン光が投光されている状態における対象物体のパターン光投光画像を撮像し前記パターン光投光画像の画像データを取得すると共に、前記パターン光が投光されていない状態における対象物体のパターン光非投光画像を撮像し前記パターン光非投光画像の画像データを取得する画像データ取得手段と、取得された前記画像データに基づき対象物体に投光されたパターン光の位置を抽出するパターン光位置抽出手段と、

前記画像データ取得手段によって取得される前記パターン光非投光画像の画像データと前記 3次元形状算出手段により算出される前記 3次元形状データは、外部演算装置において前記パターン光非投光画像の画像データと前記 3次元形状データとに基づいて前記パターン光非投光画像を対象物体の所定面の略鉛直方向から観察される平面画像に補正する為に用いられること、

を特徴とする 3次元形状検出装置。

[9] 前記画像データ取得手段で取得された前記パターン光非投光画像の画像データと、前記 3次元形状算出手段で算出された 3次元形状データとを記憶する記憶手段を更に備え、

前記記憶手段は、前記外部演算装置に対して前記パターン光非投光画像の画像データと前記 3次元形状データとを提供する為に用いられること、を特徴とする請求項 8に記載の 3次元形状検出装置。

[10] 前記外部演算装置との間でデータ通信を行なう為のインタフェースを更に備え、前記外部演算装置へは、前記インタフェースを介しての有線または無線のデータ通信により前記パターン光非投光画像の画像データと前記 3次元形状データとが提供されること、

を特徴とする請求項 8に記載の 3次元形状検出装置。

[11] パターン光が投光されている状態における対象物体のパターン光投光画像の画像データとパターン光が投光されていない状態における対象物体のパターン光非投光画像の画像データとを取得する画像データ取得ステップと、前記画像データ取得ステップで取得された画像データに基づき、対象物体に投光されたパターン光の位置を抽出するパターン光位置抽出ステップと、

前記パターン光位置抽出ステップで抽出されるパターン光の位置に基づき、対象物体の 3次元形状データを算出する 3次元形状算出ステップと、

前記パターン光非投光画像の画像データと前記 3次元形状データとを記憶手段に記憶する記憶ステップと、

前記記憶ステップにおいて記憶手段に記憶される前記パターン光非投光画像の画像データと前記 3次元形状データとに基づいて、前記パターン光非投光画像を対象物体の所定面の略鉛直方向から観察される平面画像に補正する画像補正ステップとを備免ること、

を特徴とする 3次元形状検出プログラム。

[12] 前記記憶ステップにお!/、て前記パターン光非投光画像の画像データと 3次元形状データとは 1つのファイルとして前記記憶手段に格納されることを特徴とする請求項 1

1に記載の 3次元形状検出プログラム。

[13] パターン光が投光されて、る状態における対象物体のパターン光投光画像の画像データとパターン光が投光されていない状態における対象物体のパターン光非投光画像の画像データとを取得する画像データ取得ステップと、

前記画像データ取得ステップで取得された画像データに基づき、対象物体に投光されたパターン光の位置を抽出するパターン光位置抽出ステップと、

前記パターン光非投光画像の画像データと前記 3次元形状データとを外部演算装置に送信する送信ステップと、

前記送信ステップにより送信される前記パターン光非投光画像の画像データと前記 3次元形状データとを受信し、前記パターン光非投光画像の画像データと前記 3 次元形状データとに基づいて前記パターン光非投光画像を対象物体の所定面の略鉛直方向から観察される平面画像に補正する画像補正ステップとを備えること、を特徴とする 3次元形状検出プログラム。