JPH08136222A

JPH08136222A - 三次元計測方法およびその装置

Info

Publication number: JPH08136222A
Application number: JP6303231A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Sato; 宏介佐藤; Shigeru Yoda; 茂余田
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1994-11-12
Filing date: 1994-11-12
Publication date: 1996-05-31

Abstract

(57)【要約】【目的】入力画像の画素の細かさや対象物の表面の色彩
の影響を受けず、正確かつ高精度に対象物の位置を計測
できるようにする。【構成】ワークステーション３で特定のパターンを生成
して移動させる。液晶プロジェクタ２は対象物１の表面
へ投光して前記パターンを投影する。ＣＣＤカメラ５は
パターンが投影された対象物を所定の時間毎に撮像して
複数の画像を生成し、これら画像はワークステーション
３に入力される。ワークステーションでは、各画像上の
特定の画素に着目して、その画素の明るさを抽出して得
られた時系列データと前記パターンとの相関値を各画像
毎に求めた後、各相関値の比較を行って前記画像の明る
さが最大となる画像を特定し、その特定された画像が得
られた時間と前記画像位置とから対象物の位置を算出す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、対象物の三次元位置
を計測して形状などの認識を行うための三次元計測方法
およびその装置に関連し、特にこの発明は、対象物の表
面に投影された特定のパターンを撮像して得られた画像
を処理することにより前記の位置計測や形状などの認識
を実行する三次元計測方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の三次元計測装置は、図１７に示す
ように、レーザ光源３１および反射鏡３２を含む投光系
３０と、撮像装置３４および画像処理装置３５を含む受
光系３３とで構成される。前記投光系３０の反射鏡３２
と前記受光系３３の撮像装置３４とは同じ高さに所定の
距離Ｌだけ離れて位置し、それぞれ対象物３８に向けて
配置してある。

【０００３】前記投光系３０は、レーザ光源３１より水
平方向へ投射されたレーザ光３６を反射鏡３２で反射さ
せ、その反射光３７を対象物３８に向けて投射して、対
象物３８の表面に輝点Ｓ₀を生成する。前記反射鏡３２
は図示しない首振り機構に連繋されており、この首振り
機構で反射鏡３２を水平方向に首振り動作させることに
より、前記反射光３７を走査させて、前記輝点Ｓ₀を水
平方向に移動させる。前記反射鏡３２にはエンコーダの
ような角度検出手段が設けてあり、これによりある時刻
ｔ₀における反射光３７の走査角度θ（ｔ₀）、すなわ
ち撮像装置３４の方向に対する投射方向がわかるように
なっている。

【０００４】前記受光系３３では、対象物３８を撮像装
置３４により撮像し、その画像を画像処理装置３５に取
り込む。図中、３９は画像処理装置３５のモニタ画面上
に表示された入力画像を示し、画像処理装置３５は、前
記輝点Ｓ₀の画像Ｓ₀′がこの入力画像３９上のどの画
素位置に存在するかを求める。画像処理装置３５は、前
記輝点Ｓ₀の画像Ｓ₀′が存在する画素位置の座標（Ｘ
₀，Ｙ₀）より撮像装置３４から見た輝点Ｓ₀の視線方
向Φ（ｔ₀）を求め、前記走査角度θ（ｔ₀）と、輝点
Ｓ₀の視線方向Φ（ｔ₀）と、前記反射鏡３２と撮像装
置３４との距離Ｌとから三角測量の原理により輝点Ｓ₀
の空間位置の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を算出する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の三次元計測方法
では、前記入力画像３９において輝点Ｓ₀の画像Ｓ₀′
の明るさがどの画素位置で最大になるかにより、前記輝
点Ｓ₀の画像Ｓ₀′が存在する画素位置の座標（Ｘ₀，
Ｙ₀）を求めているが、そのような方法では、計測精度
は画素の細かさにより左右されることになるため、その
画素の細かさ以上の精度で輝点の画像Ｓ₀′が存在する
画素位置を求めることができず、対象物の位置を高精度
で計測することは困難である。

【０００６】また対象物３８の表面に複数の色彩領域が
存在する場合、前記輝点Ｓ₀が色彩領域の境界などに生
成されたとき、各色彩領域の反射率が異なるため、明る
さが最大となる画素位置が輝点の画像Ｓ₀′の中心位置
からずれるおそれがある。このため輝点Ｓ₀の画像
Ｓ₀′が存在する画素位置が正確に求められず、対象物
の位置を正確に計測することが困難である。

【０００７】この発明は、上記問題に着目してなされた
もので、入力画像の画素の細かさや対象物の表面の色彩
の影響を受けずに、正確かつ高精度に対象物の位置を計
測できる三次元計測方法およびその装置を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明では、対象物の表面へ投光して特定のパタ
ーンを投影し、その投影されたパターンを決められた方
向へ移動させつつ所定の時間毎に対象物を撮像して複数
の画像を生成し、各画像上の特定の画素に着目して、そ
の画素の明るさを画像毎に抽出して得られた時系列デー
タと前記パターンとの相関値を各画像毎に求めた後、各
相関値の比較を行って前記画素の明るさが最大となる画
像を特定し、その特定された画像が得られた時間と前記
画素位置とから対象物の位置を算出するようにしてい
る。

【０００９】請求項２〜請求項４の発明は、計測精度を
高めるための三次元計測方法であって、請求項２の発明
では、前記パターンは自己相関の強い所定の符号を明暗
が繰り返す縞模様に符号化したものである。また請求項
３の発明では、前記パターンとして、自己相関の強いＭ
系列符号を、また請求項４の発明では、自己相関の強い
チャープ信号を、それぞれ用いている。

【００１０】請求項５の発明は、さらに計測精度を高め
るための三次元計測方法であって、前記パターンは、縞
模様の境界にピーク値をもつパターンに変調されて投影
される。

【００１１】請求項６の発明は、縦横の各方向の計測精
度を高めるための三次元計測方法であって、前記パター
ンは、所定の符号を明暗が繰り返す縦縞模様に符号化し
た第１のパターンと、所定の符号を明暗が繰り返す横縞
模様に符号化した第２のパターンとで構成されたもので
ある。

【００１２】請求項７の発明では、前記第１，第２の各
パターンは、同じ色彩で縦縞模様および横縞模様が表さ
れており、請求項８の発明では、縦横各方向の計測精度
を高めかつ計測の高速化をはかるために、前記第１，第
２の各パターンは、異なる色彩で縦縞模様および横縞模
様が表されている。

【００１３】請求項９の発明は上記三次元計測方法を実
施するための三次元計測装置であって、対象物の表面へ
投光して特定のパターンを投影する投光手段と、前記投
光手段により投影すべきパターンを生成して決められた
方向へ移動させるパターン生成手段と、前記パターンが
投影された対象物を所定の時間毎に撮像して複数の画像
を生成する撮像手段と、前記撮像手段により得られた各
画像を順次記憶させる記憶手段と、前記記憶手段に記憶
された各画像上の特定の画素に着目して、その画素の明
るさを画像毎に抽出して得られた時系列データと前記パ
ターンとの相関値を画像毎に求める演算手段と、前記演
算手段で求めた各相関値の比較を行って前記画素の明る
さが最大となる画像を特定すると共に、その特定された
画像が得られた時間と前記画素位置とから対象物の位置
を算出する位置算出手段とを備えたものである。

【００１４】請求項１０の発明は、計測精度が高められ
た三次元計測装置であって、前記演算手段は、各画像間
を時間的に分割して各分割画像に前記画素の明るさを補
間した上で、その補間により得られた明るさを含む時系
列データと前記パターンとの相関値を分割された画像を
含む画像毎に求めるようにしたものである。

【００１５】

【作用】この発明の三次元計測方法では、特定の画素に
着目して、複数の画像の中で明るさが最大となる画像を
特定することにより対象物の位置を算出するので、入力
画像の画素の細かさに左右されずに対象物の位置が高精
度に計測される。またたとえ対象物の表面に色彩領域が
存在していても、特定の画素に着目するので、条件が変
化することがなく、対象物の表面の色彩の影響を受けず
に、対象物の位置が正確に計測される。

【００１６】この発明の三次元計測装置では、パターン
生成手段が特定のパターンを生成して決められた方向へ
移動させると、投光手段により対象物の表面に投影され
た前記パターンは同じ方向へ移動する。パターンが投影
された対象物は撮像手段により所定の時間毎に撮像され
て、複数の画像が生成される。各画像上において特定の
画素が着目され、その画素の明るさを画像毎に抽出して
得られた時系列データが記憶手段に記憶される。演算手
段は前記時系列データと前記パターンとの相関値を各画
像毎に求める。この場合、請求項１０の三次元計測装置
では、前記演算手段は、各画像間を時間的に分割して各
分割画像に前記画素の明るさを補間した上で、その補間
により得られた明るさを含む時系列データと前記パター
ンとの相関値を分割された画像を含む画像毎に求める。
位置計測手段は各相関値の比較を行って前記画素の明る
さが最大となる画像を特定した後、その特定された画像
が得られた時間と前記着目された特定の画素位置とから
対象物の位置を算出する。

【００１７】

【実施例】図１は、この発明の一実施例である三次元計
測装置の概略構成を示す。図示例の三次元計測装置は、
対象物１の表面へ投光して特定のパターンを投影する液
晶プロジェクタ２と、前記パターンを画像により生成し
て水平方向へ移動させるワークステーション３と、この
ワークステーション３で生成されたパターンをビデオ信
号に変換して前記液晶プロジェクタ２へ出力するネット
ワークビデオサーバ４と、前記パターンが投影された対
象物１を所定の時間毎に撮像して複数の画像を生成する
ＣＣＤカメラ５とを備えており、前記ＣＣＤカメラ５で
得られた複数の入力画像はビデオインターフェイス６を
経て前記ワークステーション３に入力される。

【００１８】なお、以下の説明において、ワークステー
ション３で生成される基準となるパターンを「基準パタ
ーン」（図２に示す）、この基準パターンを移動させた
パターンを「移動パターン」（図３および図４に示
す）、対象物１の表面に投影されたパターンを「投影パ
ターン」と称して区別する。前記液晶プロジェクタ２と
ＣＣＤカメラ５とは同じ高さに所定の距離Ｌだけ離れて
位置し、それぞれ対象物１に向けて配置されている。

【００１９】前記ワークステーション３は、複数の入力
画像より後述する着目画素についての時系列データを得
て、入力画像毎に前記基準パターンとの相関演算を実行
した後、対象物の位置の算出や形状などの認識のための
処理を実行する。

【００２０】なおこの実施例では、前記ワークステーシ
ョン３とネットワークビデオサーバ４との間およびワー
クステーション３と前記ビデオインターフェイス６との
間はイーサネット７を介して繋がれているが、これに限
られることはない。またワークステーション３に代えて
パーソナルコンピュータを用いてもよい。

【００２１】図２は、前記ワークステーション３で生成
される基準パターン１０の一例を示す。図示例の基準パ
ターン１０は、所定の符号を明暗が横方向に繰り返す縞
模様に符号化したものであって、黒の縦縞１１ａ〜１１
ｅと白の縦縞１２とが交互に配列されている。各縦縞１
１ａ〜１１ｅ，１２は符号列に応じた幅にそれぞれ設定
されている。

【００２２】図３には、前記基準パターン１０を水平方
向（右から左方向）へ移動させることにより得られる移
動パターン１０′の具体例が示してある。図３（１）は
基準パターン１０の縦縞１１ａ〜１１ｅが出現する前の
移動パターン１０′を、図２（２）は基準パターン１０
の先頭の縦縞１１ａが右端に出現した状態の移動パター
ン１０′を、図２（３）は基準パターン１０のすべての
縦縞１１ａ〜１１ｅが出現した状態の移動パターン１
０′を、図２（４）は基準パターン１０の最後の縦縞１
１ｅのみが左端に残った状態の移動パターン１０′を、
図２（５）は基準パターン１０の全ての縦縞１０ａ〜１
０ｅが消失した後の移動パターン１０′を、それぞれ示
す。

【００２３】図４は、基準パターン１０の縦縞１０ａ〜
１０ｅを巡回させるようにした移動パターン１０′の具
体例を示している。図４（１）は基準パターン１０のす
べての縦縞１１ａ〜１１ｅが出現した状態の移動パター
ン１０′を示す。この移動パターン１０′は基準パター
ン１０と各縦縞１１ａ〜１１ｅの位置が完全に一致す
る。図４（２）は基準パターン１０が左方向へわずかに
移動した状態の移動パターン１０′を、図４（３）は基
準パターン１０の先頭の縦縞１１ａが左端へ消失した
後、右端に出現した状態の移動パターン１０′を、それ
ぞれ示す。図４（４）は基準パターン１０のすべての縦
縞１１ａ〜１１ｅが一巡したときの移動パターン１０′
を示す。この移動パターン１０′は基準パターン１０が
右方向へわずかに位置ずれした状態のものである。図４
（５）は基準パターン１０の縦縞１１ａ〜１１ｅが完全
に一巡したときの移動パターン１０′を示す。この移動
パターン１０′は基準パターン１０と各縦縞１１ａ〜１
１ｅの位置が完全に一致する。

【００２４】上記の基準パターン１０として、自己相関
の強い符号を明暗が繰り返す縞模様に符号化したものを
用いるのが望ましい。図５には、Ｍ系列符号を明暗が横
方向へ繰り返す縞模様に符号化して成る基準パターン１
０の具体例が、また図６には、このＭ系列符号を用いた
基準パターン１０の自己相関特性（画素のずれ数に対す
る自己相関値）が、それぞれ示してある。

【００２５】このような鋭い自己相関特性を有する基準
パターン１０を用いることにより高精度な位置計測が可
能となる。なお、自己相関の強い符号であれば、Ｍ系列
符号のみならず、例えばチャープ信号なども用いること
ができる。

【００２６】図７は、チャープ信号を用いた基準パター
ン１０の具体例を、また図８には、このチャープ信号を
用いた基準パターン１０の自己相関特性を、それぞれ示
す。このチャープ信号は、正弦波の周波数を連続的に変
化させた信号であり、この信号によれば列毎に異なる濃
度値を持つ基準パターンが生成される。

【００２７】図９は、この発明の三次元計測方法の原理
を説明するための図である。同図において、Ｍはスポッ
ト光を投射するための光源であって、この光源Ｍからの
投射光１３により対象物１４の表面に輝点１５が生成さ
れる。前記投射光１３は水平方向に振られ、これにより
前記輝点１５が図中、Ｓ_a，Ｓ_b，Ｓ_cの各位置に順次
移動してゆく。

【００２８】図中、ＣはＣＣＤカメラであり、このＣＣ
ＤカメラＣで所定の時間毎に対象物１４を撮像すること
により、複数の入力画像１６が得られる。図示の入力画
像１６において、矩形状の枡目で表されているのは画素
を意味している。任意の画素Ｘに着目したとき、所定の
時間毎に得られた各入力画像１６について、前記画素Ｘ
の明るさを時系列で観測して得られた明るさ分布が図１
０に示してある。

【００２９】なお図９および図１０において、ｔ_a，ｔ
_b，ｔ_cは、輝点１５がＳ_a，Ｓ_b，Ｓ_cの各位置にあ
るときに得られた入力画像１６が何個目の入力画像であ
るかを表す入力画像数を示している。またθ（ｔ_a），
θ（ｔ_b），θ（ｔ_c）は、光源Ｍから見たＣＣＤカメ
ラＣの方向に対する各位置Ｓ_a，Ｓ_b，Ｓ_cの方向、す
なわち投射光１３の走査角度である。

【００３０】着目した前記画素Ｘに対するカメラＣの視
線方向φは固定であるから、輝点１５がＳ_a，Ｓ_cの各
位置にあるときは、輝点１５は画素Ｘを通して観測でき
ないが、輝点１５がＳ_bの位置にあるときは、輝点１５
は画素Ｘを通して観測することができる。従って入力画
像数がｔ_bのときの入力画像１６において、画素Ｘの明
るさは最大となる（図１０）。この入力画像数ｔ_bが判
れば、前記走査角度θ（ｔ_b），視線方向φ，光源Ｍと
カメラＣとの距離ＬからＳ_bの空間位置の座標を求める
ことができる。なお図９では、説明を容易にするため、
光源Ｍからの投射光１３がスポット光である例を示して
いるが、処理を高速化するには、スポット光に代えて縦
長のスリット光を用いればよい。

【００３１】図１１は、対象物への投射光として３本の
スリット光を用いたときのこの発明の原理説明図であ
る。３本のスリット光を対象物の表面に投射して左から
右の方向へ水平に移動させたとき、対象物の表面には、
各スリット光による３本の輝線が生成されて同方向へ移
動してゆく。図１１（１）は、横軸が入力画像の水平方
向の画素位置Ｘを、縦軸が入力画像数ｔ、すなわちその
入力画像が得られた時間を、それぞれ示しており、図
中、斜線で示す各輝線の画像領域１７，１８，１９が時
間の経過と共に右方向へ変位している。この対象物は、
光源との対向面の傾きが途中で変化しているため、各輝
線の画像領域１７，１８，１９の傾き、すなわち移動速
度も途中で変化している。

【００３２】図１１（２）は入力画像数ｔがｔ_Aのとき
の明るさ分布を、図１１（３）は入力画像数ｔがｔ_Bの
ときの明るさ分布を、それぞれ示す。なお、横軸は画素
位置Ｘである。図１１（２）（３）から明らかなよう
に、各明るさ分布は相互に異なっており、またいずれの
明るさ分布も図１１（５）に示す基準パターンの明るさ
分布とも異なっている。これは光源との対向面の傾きが
途中で変化していることに起因する。図１１（４）は、
ある画素位置Ｘ₀の画素について、時系列で明るさを求
めたときの明るさの変化を示す。この画素位置Ｘ₀の画
素について各入力画像毎に求められる明るさの時系列デ
ータは、図１１（５）の基準パターンの明るさ分布とい
ずれかの時点で高い相関を得るもので、図１１（６）に
示すように、入力画像数ｔがｔ₀のとき、両者の相関値
は最大となる。

【００３３】図１２は、上記原理に基づく三次元計測装
置の動作の流れをステップ１（図中「ＳＴ１」で示す）
〜ステップ７で示す。まずステップ１において、ワーク
ステーション３は基準パターンに基づいて対象物１へ投
影すべき移動パターンの画像を生成し、その画像はネッ
トワークビデオサーバー４を経て液晶プロジェクタ２へ
与えられる。つぎのステップ２で液晶プロジェクタ２が
対象物１の表面に前記移動パターンを投影すると、ＣＣ
Ｄカメラ５が前記移動パターンが投影された対象物１を
撮像して最初の入力画像を生成し、その入力画像はワー
クステーション３に取り込まれて画像メモリに記憶され
る（ステップ３，４）。

【００３４】つぎのステップ５は、移動パターンによる
対象物１の走査が完了したか否か、すなわち対象物１の
表面に全ての移動パターンを投影したか否かを判定して
おり、その判定が「ＮＯ」であれば、ステップ６へ進
み、ワークステーション３は１画素分移動させた移動パ
ターンの画像を生成してステップ２に戻り、前記したス
テップ２〜４の各手順が順次実行される。なお、移動パ
ターンの移動量は１画素に限らず、数画素毎に移動させ
ても良い。

【００３５】同様の手順が繰り返し実行されて、前記し
たステップ５の判定が「ＹＥＳ」になると、ステップ７
へ進み、ワークステーション３では対象物１の位置計測
処理が実行される。このステップ７の位置計測処理にお
いて、画像メモリに記憶された全ての入力画像につい
て、特定の画素に着目し、その画素の明るさを入力画像
毎に抽出して時系列データを生成する。ついでこの時系
列のデータと前記基準パターンとの相関値を各入力画像
毎に後記する演算式により計算し、相関値が最大となる
入力画像を前記画素の明るさが最大となる入力画像とし
て特定した後、その特定された入力画像が得られた時間
と着目された前記画素位置とから対象物の空間位置の座
標を算出する。同様の手順を着目する画素を順次変えな
がら繰り返し実行することにより対象物１の各点の位置
計測および形状などの認識が可能である。

【００３６】この実施例では、高精度の計測を行うため
に、前記した相関演算上で各入力画像間を時間的に等分
割して仮想的な入力画像を設定し、これら仮想的な入力
画像について前記画素の明るさを補間した上で、その補
間により得られた明るさを含む時系列データと前記基準
パターンとの相関値を仮想的な入力画像を含む全ての入
力画像毎に求めるようにしている。

【００３７】いま実際に得られた入力画像（以下「実画
像」という）の数をｆ、各実画像間に仮想的に設定され
た入力画像（以下「仮想画像」という）の数、すなわち
分割数をｂ、ｔ個目の実画像における着目画素ｘの明る
さをＢ（ｔ）、基準パターンにおけるｔ個目の明るさを
Ｍ（ｔ）、ｆ個の実画像についての着目画素ｘの明るさ
の平均値をＡＶと定義する。なおＢ（ｔ）は、２５６階
調のとき、０≦Ｂ（ｔ）≦２５５であり、またＭ（ｔ）
は、Ｍ系列符号を用いた基準パターンの場合、「１」ま
たは「−１」である。

【００３８】この定義下で、仮想画像を含めたｆ×ｂ個
の画像のうち、ｔ′個目の画像における着目画素ｘの明
るさＢ′（ｔ′）および基準パターンにおけるｔ′個目
の明るさＭ′（ｔ′）を補間演算により算出する。たと
えばｆ個の実画像のうちｔ個目およびｔ＋１個目の実画
像間に設定されたｔ′個目の仮想画像の場合、その画像
における着目画素ｘの明るさＢ′（ｔ′）は明るさＢ
（ｔ）およびＢ（ｔ＋１）を用いて、また基準パターン
におけるｔ′個目の明るさＭ′（ｔ′）は明るさＭ
（ｔ）およびＭ（ｔ＋１）を用いて、それぞれ算出され
る。

【００３９】上記の補完演算処理により明るさが算出さ
れると、ｓ個目（ただし０≦ｓ≦ｆ×ｂ）の画像につい
てそれぞれ次式により相関演算が実行される。

【００４０】

【数１】

【００４１】上式により最大の相関値が得られたｓ個目
の画像が得られた時点における明るさの時系列データが
基準パターンに最も類似することになり、ｓ／ｂ個目の
画像を前記着目画素ｘにおける明るさが最大となる画像
として特定する。なお、上式の相関演算では、ＤＣ成分
の小さい符号を用いて演算結果の精度を高めるために、
各画像における着目画素ｘの明るさＢ´（ｔ´）につい
て平均値ＡＶをオフセットとして取り除いた後、得られ
る値を−１から１までの数値に変換して演算を行うよう
にしている。

【００４２】図１３は、図５のＭ系列符号を用いた基準
パターンにより生成される移動パターンを投影して得ら
れた複数の入力画像について、特定の画素に着目して、
その画素の明るさを入力画像毎に抽出して得られた時系
列データを示す。この具体例では、光学系の歪みなどの
影響を受けて明暗部分の各ピーク値にばらつきが生じて
いる。この場合に相関演算において平均値のオフセット
を取り除くと、得られる明るさの時系列パターンの明暗
の幅は基準パターンにおける明暗の幅を正確に反映しな
くなり、計測精度が低下してしまう。

【００４３】そこで図１４に示すように、基準パターン
を形成する符号（１または−１）の切り換わり時にピー
ク値をもたせたパターンに変調したもの（マーク間変
調）を対象物に投影することにより、計測精度を高める
ことが可能である。図１４（１）は基準パターンの明る
さの変化を、図１４（２）は図１４（１）の基準パター
ンを用いたときの時系列パターンの明るさの変化を、そ
れぞれ示す。図１４（３）は、図１４（１）の明るさの
立ち上がり部分および立ち下がり部分にピーク値をもた
せたパターンの明るさの変化を、図１４（４）は図１４
（３）のパターンを用いたときの時系列パターンの明る
さの変化を、それぞれ示す。各図示例から明らかなよう
に、Ｍ系列符号のようなデジタルの信号による基準パタ
ーンを用いる場合、マーク間変調を施したパターンを基
準パターンとすることにより、正確な計測結果を得るこ
とができる。

【００４４】一方、前記したチャープ信号の場合、図７
に示すごとく、各列毎に徐々に変化する基準パターンが
生成されるため、光学系の特性に依存することなく、基
準パターンを正確に反映した時系列データが得られ、解
像度の低い光学系を用いた場合でも高精度の計測結果を
得ることができる。

【００４５】図１５は、前記基準パターンが、所定の符
号を明暗が横方向へ繰り返す縦縞模様に符号化した第１
のパターン１０Ａと、所定の符号を明暗が縦方向へ繰り
返す横縞模様に符号化した第２のパターン１０Ｂとで構
成される例を示す。第１のパターン１０Ａと第２のパタ
ーン１０Ｂとが同じ色彩で縦縞模様および横縞模様が表
される場合は、まず第１のパターン１０Ａを対象物に投
影して走査を完了した後、第２のパターン１０Ｂを対象
物に投影して走査することになる。このような第１，第
２のパターン１０Ａ，１０Ｂより成る基準パターンを用
いると、水平、垂直の各方向について高精度の計測が可
能となる。

【００４６】また第１のパターン１０Ａと第２のパター
ン１０Ｂとが異なる色彩で縦縞模様および横縞模様が表
される場合は、第１，第２の各パターン１０Ａ，１０Ｂ
を対象物に同時に投影して水平，垂直の各方向へ走査す
ることになる。このような異なる色彩の第１，第２のパ
ターン１０Ａ，１０Ｂより成る基準パターンを用いる
と、水平、垂直の各方向について高精度かつ高速の計測
が可能となる。

【００４７】図１６は、上記した第１，第２のパターン
１０Ａ，１０Ｂを用いる場合の三次元計測装置の構成を
示しており、第１，第２のパターン１０Ａ，１０Ｂを対
象物１へ投影する液晶プロジェクタ２に対し、互いに直
交する方向に、第１のパターン１０Ａが投影された対象
物１を撮像するための第１のＣＣＤカメラ５Ａと、第２
のパターン１０Ｂが投影された対象物１を撮像するため
の第２のＣＣＤカメラ５Ｂ，５Ｂとが配置される。

【００４８】

【発明の効果】この発明は上記の如く、特定の画素に着
目して、複数の画像の中で明るさが最大となる画像を特
定することにより対象物の位置を算出するようにしたか
ら、入力画像の画素の細かさに左右されずに高精度に対
象物の位置を計測できる。またたとえ対象物の表面に色
彩領域が存在していても、特定の画素に着目するので、
条件が変化することがなく、対象物の表面の色彩の影響
を受けずに、正確に対象物の位置を計測できる。

【００４９】請求項２の発明では、自己相関の強い所定
の符号を明暗が繰り返す縞模様に符号化したパターンを
用いるから、計測精度が高められる。

【００５０】請求項３の発明では、自己相関の強いＭ系
列符号が符号化されたパターンを用いるので計測精度が
さらに高められる。

【００５１】請求項４の発明では、自己相関の強いチャ
ープ信号が符号化されたパターンを用いるから、解像度
の低い光学系を用いた場合でも精度の高い計測結果が得
られる。

【００５２】請求項５の発明では、前記パターンを縞模
様の境界にピーク値をもつパターンに変調して対象物に
投影するから、ディジタル符号が符号化されたパターン
を用いた場合でも正確な計測結果を得ることができる。

【００５３】請求項６の発明では、前記パターンとし
て、縦縞模様に符号化した第１のパターンと、横縞模様
に符号化した第２のパターンとを用いるようにしたか
ら、縦横２方向の計測精度が高められる。

【００５４】請求項８の発明では、第１，第２の各パタ
ーンの縦縞模様および横縞模様を異なる色彩で表すよう
にしたから、縦横２方向の計測精度が高められかつ計測
の高速化がはかられる。

【００５５】請求項９の発明は、投光手段，パターン生
成手段，撮像手段，記憶手段，演算手段，位置算出手段
で三次元計測装置を構成し、複数の画像の中で着目した
特定の画素の明るさが最大となる画像を特定することに
より対象物の位置を算出するようにしたから、入力画像
の画素の細かさに左右されず、また対象物の表面の色彩
の影響を受けずに、対象物の位置を高精度かつ正確に計
測できる。

【００５６】請求項１０の発明では、各画像間を時間的
に分割して前記画素の明るさを補間した上で、その補間
により得られた明るさを含む時系列データと前記パター
ンとの相関値を分割された画像を含む画像毎に求めるよ
うにしたから、対象物の位置を高精度で計測できるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例である三次元計測装置の構
成を示すブロック図である。

【図２】基準パターンの一例を示す説明図である。

【図３】移動パターンの一例を示す説明図である。

【図４】移動パターンの他の例を示す説明図である。

【図５】Ｍ系列符号を用いた基準パターンの具体例を示
す説明図である。

【図６】Ｍ系列符号を用いた基準パターンの自己相関特
性を示す特性図である。

【図７】チャープ信号を用いた基準パターンの具体例を
示す説明図である。

【図８】チャープ信号を用いた基準パターンの自己相関
特性を示す特性図である。

【図９】この発明の三次元計測方法の原理を示す原理説
明図である。

【図１０】明るさの時系列データの明るさ分布を示す説
明図である。

【図１１】この発明の原理を説明するための原理説明図
である。

【図１２】三次元計測装置の動作の流れを示すフローチ
ャートである。

【図１３】明るさの時系列データの具体例を示す説明図
である。

【図１４】マーク間変調の具体例を示す説明図である。

【図１５】基準パターンの他の例を示す説明図である。

【図１６】図１３の基準パターンが用いられる三次元計
測装置の全体構成を示す説明図である。

【図１７】従来例の三次元計測装置の構成を示す原理説
明図である。

【符号の説明】

１対象物２液晶プロジェクタ３ワークステーション５ＣＣＤカメラ１０基準パターン１０′移動パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０６Ｔ 7/00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物の表面へ投光して特定のパターン
を投影し、その投影されたパターンを決められた方向へ
移動させつつ所定の時間毎に対象物を撮像して複数の画
像を生成し、各画像上の特定の画素に着目して、その画
素の明るさを画像毎に抽出して得られた時系列データと
前記パターンとの相関値を各画像毎に求めた後、各相関
値の比較を行って前記画素の明るさが最大となる画像を
特定し、その特定された画像が得られた時間と前記画素
位置とから対象物の位置を算出することを特徴とする三
次元計測方法。
【請求項２】前記パターンは、自己相関の強い所定の
符号を明暗が繰り返す縞模様に符号化したものである請
求項１に記載された三次元計測方法。
【請求項３】前記パターンは、Ｍ系列符号を明暗が繰
り返す縞模様に符号化したものである請求項１または２
に記載された三次元計測方法。
【請求項４】前記パターンは、チャープ信号を明暗が
繰り返す縞模様に符号化したものである請求項１または
２に記載された三次元計測方法。
【請求項５】前記パターンは、縞模様の境界にピーク
値をもつパターンに変調されて投影される請求項１〜４
のいずれかに記載された三次元計測方法。
【請求項６】前記パターンは、所定の符号を明暗が繰
り返す縦縞模様に符号化した第１のパターンと、所定の
符号を明暗が繰り返す横縞模様に符号化した第２のパタ
ーンとで構成されている請求項１に記載された三次元計
測方法。
【請求項７】前記第１，第２の各パターンは、同じ色
彩で縦縞模様および横縞模様が表されている請求項１ま
たは６に記載された三次元計測方法。
【請求項８】前記第１，第２の各パターンは、異なる
色彩で縦縞模様および横縞模様が表されている請求項１
または６に記載された三次元計測方法。
【請求項９】対象物の表面へ投光して特定のパターン
を投影する投光手段と、前記投光手段により投影すべきパターンを生成して決め
られた方向へ移動させるパターン生成手段と、前記パターンが投影された対象物を所定の時間毎に撮像
して複数の画像を生成する撮像手段と、前記撮像手段により得られた各画像を順次記憶させる記
憶手段と、前記記憶手段に記憶された各画像上の特定の画素に着目
して、その画素の明るさを画像毎に抽出して得られた時
系列データと前記パターンとの相関値を画像毎に求める
演算手段と、前記演算手段で求めた各相関値の比較を行って前記画素
の明るさが最大となる画像を特定すると共に、その特定
された画像が得られた時間と前記画素位置とから対象物
の位置を算出する位置算出手段とを備えて成る三次元計
測装置。
【請求項１０】前記演算手段は、各画像間を時間的に
分割して各分割画像に前記画素の明るさを補間した上
で、その補間により得られた明るさを含む時系列データ
と前記パターンとの相関値を分割された画像を含む画像
毎に求めるようにした請求項９に記載された三次元計測
装置。