(57)【要約】【課題】測定対象物の３次元形状の測定精度を向上させつつ、操作性及び処理効率の低下を防止する。【解決手段】３次元測定装置は、第１パターン光を測定対象物に投影する第１投光部、及び、測定対象物を第１撮像方向から撮像する第１撮像部を有する第１ユニットと、第２パターン光を測定対象物に投影する第２投光部、及び、測定対象物を第２撮像方向から撮像する第２撮像部を有する第２ユニットとを、少なくとも備える投光撮像部と、測定対象物の撮像画像における所定のパターンと、記憶された所定のパターンとに基づいて、対象画素の３次元位置を算出する算出部とを備える。そして、投光撮像部は、測定対象物に対し、第１パターン光及び第２パターン光をそれぞれ個別に投影し、各パターン光がそれぞれ投影された測定対象物を、第１撮像部及び第２撮像部で撮像する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の３次元形状を測定する３次元測定装置であって、
所定のパターンを含む第１パターン光を第１投影方向から前記測定対象物に投影する第１投光部、及び、前記測定対象物を第１撮像方向から撮像する第１撮像部を有する第１ユニットと、所定のパターンを含む第２パターン光を第２投影方向から前記測定対象物に投影する第２投光部、及び、前記測定対象物を第２撮像方向から撮像する第２撮像部を有する第２ユニットとを、少なくとも備える投光撮像部と、
前記所定のパターンを記憶するパターン記憶部と、
前記測定対象物の撮像画像から対象画素を選別し、前記撮像画像における所定のパターンと、前記パターン記憶部に記憶された前記所定のパターンとに基づいて、前記対象画素の３次元位置を算出する算出部と、
を備え、
前記投光撮像部は、前記測定対象物に対し、前記第１パターン光及び前記第２パターン光をそれぞれ個別に投影し、前記第１パターン光及び前記第２パターン光がそれぞれ投影された前記測定対象物を、前記第１撮像部及び前記第２撮像部で撮像する、
３次元測定装置。
【請求項２】
前記投光撮像部は、前記第１パターン光が投影された前記測定対象物を、前記第１撮像部及び前記第２撮像部で同時に撮像し、且つ、前記第２パターン光が投影された前記測定対象物を、前記第１撮像部及び前記第２撮像部で同時に撮像する、
請求項１記載の３次元測定装置。
【請求項３】
前記算出部は、前記第１撮像部及び前記第２撮像部による複数の撮像画像のそれぞれにおける前記対象画素の３次元位置を表す複数の３次元点群データを生成し、生成された該複数の３次元点群データを組み合わせて精緻化する、
請求項１又は２記載の３次元測定装置。
【請求項４】
前記第１投光部と前記第１撮像部の幾何学的位置関係、及び、前記第２投光部と前記第２撮像部の幾何学的位置関係が、予め校正されている、
請求項１乃至３の何れか記載の３次元測定装置。
【請求項５】
前記第１投光部と前記第２撮像部の幾何学的位置関係、及び、前記第２投光部と前記第１撮像部の幾何学的位置関係を校正する校正部を備える、
請求項１乃至４の何れか記載の３次元測定装置。
【請求項６】
前記第１撮像部及び前記第２撮像部は、所定の校正儀を撮像し、
前記校正部は、前記所定の校正儀の撮像画像に基づいて、前記第１撮像部及び前記第２撮像部の幾何学的位置関係を校正し、該校正された第１撮像部及び第２撮像部の幾何学的位置関係、並びに、前記予め校正された前記第１投光部と前記第１撮像部の幾何学的位置関係、及び、前記第２投光部と前記第２撮像部の幾何学的位置関係に基づいて、前記第１投光部と前記第２撮像部の幾何学的位置関係、及び、前記第２投光部と前記第１撮像部の幾何学的位置関係を校正する、
請求項５記載の３次元測定装置。
【請求項７】
前記第１パターン光及び前記第２パターン光とは異なる通常照明光を、前記測定対象物に投射する投射部を備える、
請求項１乃至６の何れか記載の３次元測定装置。
【請求項８】
前記第１パターン光及び前記第２パターン光とは異なる通常照明光を、前記所定の校正儀に投射する投射部を備える、
請求項６又は７記載の３次元測定装置。
【請求項９】
第１投光部及び第１撮像部を有する第１ユニットと、第２投光部及び第２撮像部を有する第２ユニットとを少なくとも備える投光撮像部、パターン記憶部、並びに算出部を備える３次元測定装置を用い、測定対象物の３次元形状を測定する３次元測定方法であって、
前記第１投光部が、所定のパターンを含む第１パターン光を第１投影方向から前記測定対象物に投影するステップ、前記第２投光部が、所定のパターンを含む第２パターン光を第２投影方向から前記測定対象物に投影するステップ、前記第１撮像部が、前記測定対象物を第１撮像方向から撮像するステップ、及び、前記第２撮像部が、前記測定対象物を第２撮像方向から撮像するステップと、を少なくとも含む投光撮像ステップと
前記パターン記憶部が、前記所定のパターンを記憶する記憶ステップと、
前記算出部が、前記測定対象物の撮像画像から対象画素を選別し、前記撮像画像における所定のパターンと、前記パターン記憶部に記憶された前記所定のパターンとに基づいて、前記対象画素の３次元位置を算出する算出ステップと、
を含み、
前記投光撮像ステップにおいては、前記測定対象物に対し、前記第１パターン光及び前記第２パターン光をそれぞれ個別に投影し、前記第１パターン光及び前記第２パターン光がそれぞれ投影された前記測定対象物を、前記第１撮像部及び前記第２撮像部で撮像する、
３次元測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物の３次元形状を測定する３次元測定装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象物（ワーク等）の３次元形状を測定するための種々の手法が知られており、それらは、光の性質に着目して、光の直進性を用いる手法と光の速度を用いる手法に大別される。これらのうち、光の直進性を用いる手法には、アクティブ計測（能動型計測）及びパッシブ計測（受動型計測）の何れかに分類される方式が含まれ、光の速度を用いる手法には、アクティブ計測に分類される方式が含まれる。
【０００３】
これらのうち、アクティブ計測方式の一例として、例えば空間的な符号化（コード化）がなされたパターン（構造化光パターン）を含むパターン光を測定対象物に投影した状態で撮像を行い、撮像画像上でのパターンの位置から測定対象物の３次元形状を特定するいわゆるアクティブワンショット方式を用いた方法が知られている。かかるアクティブワンショット方式による方法は、特に近距離において高い測定精度を有し、また、広い視野及びコストが安価であるという利点を有する。
【０００４】
また、アクティブワンショット方式を用いた別の方法として、特許文献１には、パターン光を測定対象物に投影するための１台の投光手段、及び、パターン光が投影された測定対象物を異なる方向から撮像する３台以上の撮像手段を備えた３次元測定装置が記載されている。この３次元測定装置は、複数の撮像画像から得られる複数の３次元点群データを統合することにより、鏡面反射成分の強い測定対象物の３次元形状の測定をより適切に行うことを企図している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５６３３０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、アクティブワンショット方式による測定対象物の３次元形状の測定精度を高めるには、パターン光を異なる複数の位置から測定対象物へ投影し、撮像画像数を増やすことが有効であり、これにより、取得する情報量の増大と信頼度の向上を図ることが可能である。このためには、例えば、１台の投光手段と複数の撮像手段を備える上記従来の３次元測定装置（特許文献１）において、投光手段を複数となるように増設することが想起される。
【０００７】
しかし、そのように複数の投光手段を有する装置構成において、測定対象物に対して複数の投光手段からのパターン光の投影を同時に実施すると、パターン光が互いに重畳又は干渉してしまい、所定のパターンを正確に判別することができないおそれがある。また、例えば上記従来の３次元測定装置（特許文献１）の既存構成に投光手段を増設する場合、各投光手段と各撮像手段の配置の調整が必要となり得るため、それに伴い、各投光手段と各撮像手段との校正を新たに行う必要があるので、装置の操作性の低下と処理時間の増大を招いてしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、一側面では、かかる事情を鑑みてなされたものであり、測定対象物の３次元形状の測定精度を向上させつつ、操作性及び処理効率の低下を防止することが可能な３次元測定装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述した課題を解決するために、以下の構成を採用する。
【００１０】
〔１〕本開示に係る３次元測定装置の一例は、測定対象物の３次元形状を測定する３次元測定装置であって、所定のパターンを含む第１パターン光を第１投影方向から前記測定対象物に投影する第１投光部、及び、前記測定対象物を第１撮像方向から撮像する第１撮像部を有する第１ユニットと、所定のパターンを含む第２パターン光を第２投影方向から前記測定対象物に投影する第２投光部、及び、前記測定対象物を第２撮像方向から撮像する第２撮像部を有する第２ユニットとを、少なくとも備える投光撮像部と、前記所定のパターンを記憶するパターン記憶部と、前記測定対象物の撮像画像から対象画素を選別し、前記撮像画像における所定のパターンと、前記パターン記憶部に記憶された前記所定のパターンとに基づいて、前記対象画素の３次元位置を算出する算出部とを備える。そして、前記投光撮像部は、前記測定対象物に対し、前記第１パターン光及び前記第２パターン光をそれぞれ個別に投影し、前記第１パターン光及び前記第２パターン光がそれぞれ投影された前記測定対象物を、前記第１撮像部及び前記第２撮像部で撮像する。
【００１１】
ここで、「所定のパターン」としては、特に制限されず、公知のアクティブ計測方式（例えばアクティブワンショット方式）で用いられる種々のパターンを用いることができる。より具体的には、例えば、複数のラインが所定の間隔で２次元に配置されたいわゆるラインベースのパターン、互いに区別可能な複数種類の単位画像、単位図形、幾何学形状等が２次元に配置（規則的でもランダムでもよく、規則的な部分とランダムな部分が混合又は重畳されていてもよい。）されたいわゆるエリアベースのパターン、縦横ラインのグリッドにグラフシンボル等が配置されたいわゆるグリッドグラフベースのパターン等が挙げられる。なお、各所定のパターンは、エンコード用に、例えばラインや単位図形を区別するためのＩＤ情報を含んでいてもよい。
【００１２】
また、何れの所定のパターンを用いた場合でも、エピポーラ拘束により、撮像画像における対応点を特定することができる。但し、エリアベースのパターンを用いる場合、パターンによっては、エピポーラ拘束によらず、２次元マッチングによって対応点を特定可能な場合もある。さらに、第１パターン光に含まれる所定のパターンと第２パターン光に含まれる所定のパターンは、同一でもよいし異なっていてもよい。
【００１３】
また、以下、第１及び第２投光部をまとめて「投光部」と、第１及び第２投光方向をまとめて「投影方向」と、第１及び第２撮像部をまとめて「撮像部」と、第１及び第２撮像方向をまとめて「撮像方向」と、第１及び第２ユニットをまとめて「ユニット」ということがある。これらにおいて、序詞の「第１」及び「第２」は、互いに異なる投光部、投影方向、撮像部、撮像方向、及びユニットを区別するための便宜上の表現である。さらに、各ユニットに備わる各投光部及び各撮像部は、単数でも複数でもよい。また、投光撮像部は、第１及び第２ユニットとは異なる他の「ユニット」を更に備えていてももちろんよい。この場合、異なる他の「ユニット」は、単数でも複数でもよく、例えば、「第３ユニット」、「第４ユニット」等と便宜的に表現し得る。
【００１４】
当該構成では、測定対象物に対して、投光撮像部から所定のパターンを含む第１パターン光及び第２パターン光を互いに異なる投影方向から投影し、取得された撮像画像における対象画素の３次元位置を求めることにより、アクティブ計測方式による３次元測定を行う。その際、第１投影方向から第１パターン光が投影された測定対象物を、それぞれ異なる第１撮像方向及び第２投影方向から第１撮像部及び第２撮像部で撮像して、複数の撮像画像を得る。同様に、第２投影方向から第２パターン光が投影された測定対象物を、第１撮像部及び第２撮像部で撮像して、複数の撮像画像を得る。
【００１５】
このとおり、当該構成によれば、投光部の台数×撮像部の台数分（ユニットの台数の二乗分）の撮像画像を得ることができる。よって、それらの複数の撮像画像を適宜用いることにより、測定対象物の３次元形状に関する情報量を増大させることができる。これにより、対象画素について特定された３次元位置の信頼度を高め、また、測定対象物の表面形状や相互反射に対するロバスト性も高めることができる。また、第１パターン光及び第２パターン光のそれぞれが個別に投影された測定対象物を、第１撮像部及び第２撮像部で撮像するので、複数のパターン光が互いに重畳又は干渉するおそれがなく、撮像画像における所定のパターンを正確に判別することができる。さらに、投光部と撮像部をユニット化して用いるので、投光部を追設する度に投光部と撮像部の幾何学的位置関係（座標系）の校正を行う必要がない。
【００１６】
〔２〕上記構成において、より具体的には、前記投光撮像部は、前記第１パターン光が投影された前記測定対象物を、前記第１撮像部及び前記第２撮像部で同時に撮像し、且つ、前記第２パターン光が投影された前記測定対象物を、前記第１撮像部及び前記第２撮像部で同時に撮像するようにしてもよい。当該構成では、パターン光が投影された想定対象物の撮像をより迅速に行うことができる。
【００１７】
〔３〕上記構成において、前記算出部は、前記第１撮像部及び前記第２撮像部による複数の撮像画像のそれぞれにおける前記対象画素の３次元位置を表す複数の３次元点群データを生成し、生成された該複数の３次元点群データを組み合わせて（統合して）精緻化してもよい。ここで、精緻化の方法としては、特に制限されず、例えば、対象画素毎に、複数の３次元点群データを用いて通常の平均化演算又は適宜の加重平均化演算を行ったり、適宜の数値フィルタリング処理を行って、使用する３次元点群データを選択したりしてもよい。当該構成では、対象画素の３次元位置の信頼度を更に高めることができる。
【００１８】
〔４〕上記構成において、前記第１投光部と前記第１撮像部の幾何学的位置関係、及び、前記第２投光部と前記第２撮像部の幾何学的位置関係が、予め校正されていてもよい。当該構成では、ユニット毎の投光部と撮像部の幾何学的位置関係（座標系）の校正を、３次元測定の都度行う必要がない。
【００１９】
〔５〕上記構成において、前記第１投光部と前記第２撮像部の幾何学的位置関係、及び、前記第２投光部と前記第１撮像部の幾何学的位置関係を校正する校正部を更に備えてもよい。当該構成では、異なるユニットの投光部と撮像部について、相互の幾何学的位置関係の校正を行うので、ユニットの相対的な配置を適宜変更した場合でも、適切な３次元測定を行うことができ、装置構成ひいては３次元測定の汎用性を高めることができる。
【００２０】
〔６〕上記構成において、異なるユニット間の投光部と撮像部の幾何学的位置関係の校正方法として、例えば以下の方法を挙げることができる。すなわち、前記第１撮像部及び前記第２撮像部は、所定の校正儀を撮像し、前記校正部は、前記参照パターンの撮像画像に基づいて、前記第１撮像部及び前記第２撮像部の幾何学的位置関係を校正し、該校正された第１撮像部及び第２撮像部の幾何学的位置関係、並びに、前記予め校正された前記第１投光部と前記第１撮像部の幾何学的位置関係、及び、前記第２投光部と前記第２撮像部の幾何学的位置関係に基づいて、前記第１投光部と前記第２撮像部の幾何学的位置関係、及び、前記第２投光部と前記第１撮像部の幾何学的位置関係を校正してもよい。
【００２１】
ここで、「所定の校正儀」としては、特に制限されず、３次元測定装置の投光部又は撮像部の校正に通常用いられるものを用いることができ、例えば、所定のコードやチェッカー（モノクロでもグレースケールでもカラーでもよい）や適宜のパターンが印刷又は投影された立体校正儀又は平面校正儀が挙げられる。
【００２２】
当該構成では、所定の校正儀を異なる撮像部で撮像した結果に基づいて、異なるユニットにおける撮像部間の幾何学的位置関係が校正され、各ユニットの投光部と撮像部の幾何学的位置関係が既知であれば、異なるユニット間における投光部と撮像部の幾何学的位置関係を簡易に校正することができる。
【００２３】
〔７〕上記構成において、前記第１パターン光及び前記第２パターン光とは異なる通常照明光を、前記測定対象物に投射する投射部を備えてもよい。当該構成では、３次元測定のためのパターン光（計測光）とは異なる通常照明光を例えば検査用途の一般照明として使用することができるので、例えば測定対象物が暗い周辺環境下にある場合においても、３次元測定を好適に実施することができる。また、通常照明光が投射された測定対象物を撮像した画像と、予め設定又は記憶された測定対象物の形状設計データ（ＣＡＤモデルデータ）とを対比し、例えばいわゆるＣＡＤマッチングを行うことにより、測定対象物の３次元形状をより正確に特定することが可能となる。
【００２４】
〔８〕上記構成において、前記第１パターン光及び前記第２パターン光とは異なる通常照明光を、前記所定の校正儀に投射する投射部を備えてもよい。当該構成では、例えば校正儀が暗い周辺環境下にある場合においても、校正儀の撮像を好適に実施することができる。
【００２５】
〔９〕本開示に係る３次元測定方法の一例は、第１投光部及び第１撮像部を有する第１ユニットと、第２投光部及び第２撮像部を有する第２ユニットとを少なくとも備える投光撮像部、パターン記憶部、並びに算出部を備える３次元測定装置の一例を用いて有効に実施し得る方法であり、以下の各ステップを含む。
【００２６】
すなわち、当該方法は、前記第１投光部が、所定のパターンを含む第１パターン光を第１投影方向から前記測定対象物に投影するステップ、前記第２投光部が、所定のパターンを含む第２パターン光を第２投影方向から前記測定対象物に投影するステップ、前記第１撮像部が、前記測定対象物を第１撮像方向から撮像するステップ、及び、前記第２撮像部が、前記測定対象物を第２撮像方向から撮像するステップと、を少なくとも含む投光撮像ステップと、前記パターン記憶部が、前記所定のパターンを記憶する記憶ステップと、前記算出部が、前記測定対象物の撮像画像から対象画素を選別し、前記撮像画像における所定のパターンと、前記パターン記憶部に記憶された前記所定のパターンとに基づいて、前記対象画素の３次元位置を算出する算出ステップとを含む。そして、前記投光撮像ステップにおいては、前記第１パターン光及び前記第２パターン光のそれぞれが投影された前記測定対象物を、前記第１撮像部及び前記第２撮像部で撮像する。
【００２７】
なお、本開示において、「部」及び「装置」とは、単に物理的手段を意味するものではなく、その「部」及び「装置」が有する機能をソフトウェアによって実現する構成も含む。また、１つの「部」及び「装置」が有する機能が２つ以上の物理的手段や装置によって実現されてもよく、或いは、２つ以上の「部」及び「装置」の機能が１つの物理的手段や装置によって実現されてもよい。さらに、「部」及び「装置」とは、例えば「手段」及び「システム」と言い換えることも可能な概念である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、測定対象物の３次元測定において、異なる複数の撮像画像を効率よく且つ好適に得ることができ、測定対象物の３次元形状に関する情報量を増大して対象画素の３次元位置の信頼度を高めることができるとともに、装置の校正を簡易に実施することができる。これらにより、測定対象物の３次元形状の測定精度を向上させつつ、操作性及び処理効率の低下を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施形態に係る３次元測定装置の適用場面の一例を模式的に示す平面図である。
【図２】実施形態に係る３次元測定装置のハードウェアの構成の一例を模式的に示す平面図である。
【図３】実施形態に係る３次元測定装置の機能構成の一例を模式的に示す平面図である。
【図４】実施形態に係る３次元測定装置における処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図５】実施形態に係る３次元測定装置において前処理としての校正を行っている状態の一例を模式的に示す平面図である。
【図６】実施形態に係る３次元測定装置により測定対象物へのパターン光の投影及び撮像を行っている状態の一例を模式的に示す平面図である。
【図７】実施形態に係る３次元測定装置により測定対象物へのパターン光の投影及び撮像を行っている状態の一例を模式的に示す平面図である。
【図８】実施形態に係る３次元測定装置により測定対象物へのパターン光の投影及び撮像を行っている状態の一例を模式的に示す平面図である。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ第１変形例に係るユニットＵｉの第１構成例及び第２構成例を模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本開示の一例に係る実施の形態（以下「実施形態」と表記する。）について、図面を参照して説明する。但し、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図ではない。すなわち、本開示の一例は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付しており、図面は模式的なものであって、必ずしも実際の寸法や比率等とは一致しない。さらに、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることがある。
【００３１】
§１  適用例
まず、図１を用いて、本開示の一例が適用される場面の一例について説明する。図１は、本実施形態に係る３次元測定装置１００の適用場面の一例を模式的に示す平面図である。本実施形態に係る３次元測定装置１００は、ユニットＵ１〜Ｕ３を有する投光撮像装置１、及び、投光撮像装置１に接続された制御装置２を備える。投光撮像装置１におけるユニットＵ１〜Ｕ３は、測定対象物Ｗに対向配置されており、それぞれ、互いに併設されたプロジェクタＰ１及びカメラＣ１、プロジェクタＰ２及びカメラＣ２、並びに、プロジェクタＰ３及びカメラＣ３を有している。なお、図１においては、各プロジェクタＰ１〜Ｐ３と各カメラＣ１〜Ｃ３が一体に構成された例を示したが、それぞれが一体化されておらず、別体に設けられていてもよい。
【００３２】
ユニットＵ１〜Ｕ３におけるプロジェクタＰ１〜Ｐ３は、それぞれ、測定対象物Ｗの３次元測定を行うための所定のパターンを含むパターン光（計測光）を、投影エリアα１〜α３で測定対象物Ｗへ投影する３Ｄ用照明である。これらのプロジェクタＰ１〜Ｐ３の構成は、特に制限されず、例えば、レーザ光源、パターンマスク、及びレンズを備える構成を例示することができる。レーザ光源から出射された光は、所定のパターンが形成されたパターンマスクによって所定のパターンを有するパターン光に変換され、レンズを介して測定対象物Ｗへ投影される。
【００３３】
また、ユニットＵ１〜Ｕ３におけるカメラＣ１〜Ｃ３は、それぞれ、例えば一般的な光学センサが搭載されたカメラ装置を含んで構成されており、パターン光が投影された測定対象物Ｗをそれぞれ撮像エリアβ１〜β３（視野角）で撮像する。このとおり、３次元測定装置１００は、アクティブワンショット方式により、測定対象物Ｗの３次元測定を行う。
【００３４】
なお、本実施形態では、ユニットＵ１におけるプロジェクタＰ１とカメラＣ１との幾何学的位置関係（投影座標系と撮像座標系）は、３次元測定装置１００の稼働に先立って予め校正されている。同様に、ユニットＵ２におけるプロジェクタＰ２とカメラＣ２との幾何学的位置関係、及び、ユニットＵ３におけるプロジェクタＰ３とカメラＣ３との幾何学的位置関係も、それぞれ予め校正されている。
【００３５】
制御装置２は、プロジェクタＰ１〜Ｐ３による測定対象物Ｗへのパターン光の投影処理、及び、カメラＣ１〜Ｃ３による撮像処理を制御するとともに、測定対象物Ｗの撮像画像の画像処理を含む種々の処理を行う。画像処理としては、各撮像画像について、投影されたパターン光に含まれる所定のパターンに応じた複数の対象画素の３次元位置を示す３次元点群を復元し、必要に応じて、得られた複数の３次元点群データを組み合わせて精緻化を行い、最終的に得られた３次元点群データから、測定対象物Ｗの３次元形状を特定する。
【００３６】
ここで、アクティブワンショット方式による測定対象物Ｗの３次元測定における所定のパターンの作成、及び３次元点群データの算出処理は、公知の又は所定の手法を適宜採用することができ、例えば、本出願人による特願２０１７−２１１８４０号に記載された３次元測定方法（当該方法の説明に記載されている「パターン」は前述したエリアベースのパターンの一例である。）を好ましい一例として挙げることができる。
【００３７】
以上のとおり、投光撮像装置１は、本発明における「投光撮像部」の一例に相当する。また、プロジェクタＰ１〜Ｐ３は、本発明における「投光部」の一例（プロジェクタＰ１〜Ｐ３の一部が「第１投光部」であり、残部が「第２投光部」である。）に相当する。さらに、カメラＣ１〜Ｃ３が、本発明における「撮像部」の一例（カメラＣ１〜Ｃ３の一部が「第１撮像部」であり、残部が「第２撮像部」である。）に相当する。また、ユニットＵ１〜Ｕ３が、本発明における「ユニット」の一例（ユニットＵ１〜Ｕ３の一部が「第１ユニット」であり、残部が「第２ユニット」である。）に相当する。さらに、プロジェクタＰ１〜Ｐ３から投影されるパターン光が、本発明における「パターン光」の一例（プロジェクタＰ１〜Ｐ３から投影されるパターン光の一部が「第１パターン光」であり、残部が「第２パターン光」である。）に相当する。
【００３８】
また、プロジェクタＰ１〜Ｐ３から投影エリアα１〜α３へ向かう方向が、本発明における「投影方向」の一例（投影エリアα１〜α３の方向の一部が「第１投影方向」であり、残部が「第２投影方向」である。）に相当する。さらに、カメラＣ１〜Ｃ３から撮像エリアβ１〜β３へ向かう方向が、本発明における「撮像方向」の一例（撮像エリアβ１〜β３の方向の一部が「第１撮像方向」であり、残部が「第２撮像方向」である。）に相当する。
【００３９】
以上のとおり、本実施形態は、複数のユニットＵ１〜Ｕ３を用いたアクティブワンショット方式により、測定対象物Ｗの３次元測定を行うことができ、後述のとおり、測定対象物Ｗに対して、ユニットＵ１のプロジェクタＰ１からパターン光を投影した状態で、全ユニットＵ１〜Ｕ３の全カメラＣ１〜Ｃ３による測定対象物Ｗの撮像を行う。そして、同様にして、各プロジェクタＰ２，Ｐ３によるパターン光の投影と、全カメラＣ１〜Ｃ３による撮像を行う。
【００４０】
これにより、本実施形態では、プロジェクタＰ１〜Ｐ３の台数（３つ）×カメラＣ１〜Ｃ３の台数（３つ）の合計９つ（ユニットＵ１〜Ｕ３の台数の二乗分）の撮像画像を得ることができる。また、各プロジェクタＰ１〜Ｐ３の投影時に得られたカメラＣ１〜Ｃ３による３つの撮像画像は、測定対象物Ｗを異なる撮像方向から撮像したものであり、各プロジェクタＰ１〜Ｐ３の投影時に得られた同一の各カメラＣ１〜Ｃ３による３つの撮像画像は、測定対象物Ｗへのパターン光の投影方向が異なる。
【００４１】
よって、それらの複数の撮像画像を用いることにより、測定対象物Ｗの３次元形状に関する情報量を増大することができる。その結果、対象画素について算出された３次元位置の信頼度を高め、且つ、測定対象物Ｗの表面形状や相互反射に対するロバスト性（ハレーションの防止等）をも高めることができるので、測定対象物Ｗの３次元形状の測定精度を向上させることができる。なお、「ハレーション」とは、撮像画像において明る過ぎる部分の階調が失われて白一色になった状態を示し、「白飛び」又は「光暈（こううん)）と呼ばれることもある。
【００４２】
また、プロジェクタＰ１〜Ｐ３からのパターン光が個別に投影された測定対象物Ｗを、カメラＣ１〜Ｃ３で撮像するので、複数のパターン光が互いに重畳又は干渉するおそれがなく、撮像画像における所定のパターンを正確に判別することができる。従って、測定対象物Ｗの３次元形状の測定精度を更に向上させることができる。
【００４３】
さらに、各プロジェクタＰ１〜Ｐ３と各カメラＣ１〜Ｃ３をそれぞれユニット化（ユニットＵ１〜Ｕ３）して用いるので、例えば本来１台のプロジェクタに別のプロジェクタを追設する度に、プロジェクタとカメラの幾何学的位置関係（座標系）の校正を行う必要がない。よって、３次元測定装置１００における校正処理を簡略化することができるので、操作性及び処理効率の低下を防止することができる。
【００４４】
§２  構成例
［ハードウェア構成］
次に、図２を用いて、本実施形態に係る３次元測定装置１００のハードウェア構成の一例について説明する。図２は、３次元測定装置１００のハードウェアの構成の一例を模式的に示す平面図である。
【００４５】
図２の例でも、３次元測定装置１００は、図１に例示したユニットＵ１〜Ｕ３を有する投光撮像装置１、及び制御装置２を備える。ここで、制御装置２は、制御演算部２１、通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）部２２、記憶部２３、入力部２４、及び出力部２５を含み、各部はバスライン２６を介して相互に通信可能に接続され得る。
【００４６】
制御演算部２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を含み、情報処理に応じて各構成要素の制御及び各種演算を行う。
【００４７】
通信Ｉ／Ｆ部２２は、例えば、有線又は無線により他の構成要素である「部」及び「装置」と通信するための通信モジュールである。通信Ｉ／Ｆ部２２が通信に用いる通信方式は任意であり、例えば、ＬＡＮ（Local Area Network）やＵＳＢ（Universal Serial Bus）等が挙げられ、バスライン２６と同等の適宜の通信線を適用することもできる。投光撮像装置１は、通信Ｉ／Ｆ部２２を介して、制御演算部２１等と通信可能に設けることが可能である。
【００４８】
記憶部２３は、例えばハード・ディスク・ドライブ（ＨＤＤ）、ソリッド・ステート・ドライブ（ＳＳＤ）等の補助記憶装置であり、制御演算部２１で実行される各種プログラム（各種処理を実行するための演算プログラム、並びに、ユニットＵ１〜Ｕ３に備わるプロジェクタＰ１〜Ｐ３及びカメラＣ１〜Ｃ３のそれぞれの動作の制御処理を行うための制御プログラム等）、校正条件、測定条件、画像処理条件（測定対象物Ｗの認識パラメータ等）を含むデータベース、投光撮像装置１から出力される撮像画像（測定データ）、画像処理結果のデータ、測定対象物Ｗの３次元モデルデータ等を記憶する。このとおり、記憶部２３に記憶された演算プログラム及び制御プログラムが制御演算部２１で実行されることにより、後述する機能構成例における各種処理機能が実現される。
【００４９】
入力部２４は、３次元測定装置１００を利用するユーザからの各種入力操作を受け付けるためのインタフェースデバイスであり、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、音声マイク等で実現し得る。出力部２５は、３次元測定装置１００を利用するユーザ等へ、各種情報を、その表示、音声出力、印刷出力等により報知するためのインタフェースデバイスであり、例えば、ディスプレイ、スピーカ、プリンタ等で実現し得る。
【００５０】
［機能構成］
次に、図３を用いて、３次元測定装置１００の機能構成の一例を説明する。図３は、本実施形態に係る３次元測定装置１００の機能構成の一例を模式的に示す平面図である。
【００５１】
図２に示す３次元測定装置１００の制御演算部２１は、記憶部２３に記憶された各種プログラム（制御プログラム及び演算プログラム等）をＲＡＭに展開する。そして、制御演算部２１は、ＲＡＭに展開された各種プログラムをＣＰＵにより解釈及び実行して、各構成要素を制御する。これにより、図３に例示の如く、本実施形態に係る３次元測定装置１００は、制御部２１０、画像取得部２２０、画像記録部２３０、画像出力部２４０、画像処理部２５０、パターン記憶部２６０、及び校正部２７０を備える構成を実現し得る。
【００５２】
なお、本実施形態では、３次元測定装置１００の制御装置２で実現される各機能が汎用のＣＰＵによって実現される例について説明したが、以上の機能の一部又は全部が、１又は複数の専用のプロセッサによって実現されてもよい。また、３次元測定装置１００の制御装置２の機能構成は、実施形態や構成例に応じて、適宜、機能の省略、置換、及び追加が行われてももちろんよい。また、「制御装置」とは、一般的な情報処理装置（例えば、コンピュータ、ワークステーション等）と解することができる。
【００５３】
§３  動作例
次いで、図４を用いて、３次元測定装置１００の動作の一例について説明する。図４は、本実施形態に係る３次元測定装置１００における処理手順の一例を示すフローチャートであり、３次元測定装置１００を用いた３次元測定方法における処理手順の一例を示すフローチャートでもある。なお、以下で説明する処理手順は一例に過ぎず、各処理は、本開示の技術思想の範囲内において可能な限り変更されてよい。また、以下で説明する処理手順は、実施形態や各構成例に応じて、適宜、ステップの省略、置換、及び追加が可能である。
【００５４】
（起動）
まず、３次元測定装置１００のユーザは、３次元測定装置１００を起動し、各種プログラム（演算プログラム及び制御プログラム等）を実行させる。それから、制御装置２における制御演算部２１は、以下の処理手順に従って、投光撮像装置１の各ユニットＵ１〜Ｕ３におけるプロジェクタＰ１〜Ｐ３及びカメラＣ１〜Ｃ３のそれぞれの動作を制御し、且つ、制御装置２における各機能部による演算処理、及び、測定対象物Ｗの撮像画像の画像処理を行う。
【００５５】
また、本実施形態では、以下の各ステップにおける処理に先立って、個々のステップで必要となる校正条件、測定条件、及び画像処理条件を、記憶部２３から読み出し、制御部２１０、画像処理部２５０、及び校正部２７０に適宜保持しておく。但し、かかる測定条件や種々のパラメータの読み出しは、各ステップの処理前であれば適宜のタイミングで行うことができる。
【００５６】
（ステップＳ１）
先に述べたとおり、各ユニットＵ１〜Ｕ３におけるプロジェクタＰ１〜Ｐ３及びカメラＣ１〜Ｃ３の幾何学的位置関係は、３次元測定装置１００の稼働に先立って予め校正されている。一方、ユニットＵ１のプロジェクタＰ１と、各ユニットＵ２，Ｕ３のカメラＣ２，Ｃ３の幾何学的位置関係、ユニットＵ２のプロジェクタＰ２と、各ユニットＵ１，Ｕ３のカメラＣ１，Ｃ３の幾何学的位置関係、及び、ユニットＵ３のプロジェクタＰ３と、各ユニットＵ１，Ｕ２のカメラＣ１，Ｃ２の幾何学的位置関係の校正は、３次元測定装置１００の稼働前に未実施である。そこで、ステップＳ１では、前処理として、それらの未実施であった校正を行う。
【００５７】
ここで、図５は、３次元測定装置１００において前処理としての校正（における一処理）を行っている状態の一例を模式的に示す平面図である。ステップＳ１では、まず、カメラＣ１〜Ｃ３の撮像エリアβ１〜β３の範囲内に、所定の校正儀Ｋを配置する。その状態で、制御部２１０が、全ユニットＵ１〜Ｕ３のカメラＣ１〜Ｃ３を同時に又は順番に作動させ、設定された測定条件における撮像条件で校正儀Ｋの撮像を行う。
【００５８】
カメラＣ１〜Ｃ３は、校正儀Ｋの撮像画像を制御装置２へ出力し、画像取得部２２０がそれらの撮像画像データを取得して、画像記録部２３０へ記録する。校正部２７０は、画像記録部２３０に記録された校正儀Ｋの撮像画像のそれぞれに写っている校正儀Ｋのパターンにおける複数の特徴点の３次元位置を算出し、それぞれの撮像画像間で対応する特徴点の座標に基づいて、カメラＣ１〜Ｃ３間の幾何学的位置関係（撮像座標系）の校正を行う。
【００５９】
さらに、校正部２７０は、予め校正済みのユニットＵｉ（ｉ＝１〜３。以下同様。）におけるプロジェクタＰｉとカメラＣｉの既知の幾何学的位置関係と、校正儀Ｋの撮像画像から校正されたカメラＣ１〜Ｃ３間の幾何学的位置関係を用いて、ユニットＵｉにおけるプロジェクタＰｉと、別のユニットＵｊ（ｊ＝１〜３、但しｊ≠ｉ。以下同様。）におけるカメラＣｊの幾何学的位置関係の校正を行う。これにより、全プロジェクタＰ１〜Ｐ３と全カメラＣ１〜Ｃ３との幾何学的位置関係が校正されて既知となる。なお、校正部２７０は、校正結果として、例えば、各プロジェクタＰ１〜Ｐ３と各カメラＣ１〜Ｃ３の相対的な３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）及び３次元軸まわりの回転角度（ｒｘ，ｒｙ，ｒｚ）の関係を算出し、保持する。
【００６０】
（ステップＳ２）
ステップＳ２に先立って、プロジェクタＰ１〜Ｐ３の投影エリアα１〜α２の範囲内且つカメラＣ１〜Ｃ３の撮像エリアβ１〜β３の範囲内に、測定対象物Ｗを配置する。ステップＳ２では、その状態で、制御部２１０が、ユニットＵｉ（ｉは１〜３の何れか。以下同様。）のプロジェクタＰｉを作動させ、設定された測定条件における投影条件で、測定対象物Ｗに対して所定のパターン光を投影する。
【００６１】
（ステップＳ３）
ステップＳ３では、プロジェクタＰｉから測定対象物Ｗに対して所定のパターン光を投影した状態で、制御部２１０が、全ユニットＵ１〜Ｕ３の全カメラＣ１〜Ｃ３を同時に又は順に作動させ、設定された測定条件における撮像条件で測定対象物Ｗの撮像を行う。カメラＣ１〜Ｃ３は、測定対象物Ｗの撮像画像を制御装置２へ出力し、画像取得部２２０がそれらの撮像画像データを取得して、画像記録部２３０へ記録する。
【００６２】
（ステップＳ４）
ステップＳ４では、制御部２１０が、プロジェクタＰ１〜Ｐ３からのパターン光の投影が全て終了したか否かを判定する。プロジェクタＰ１〜Ｐ３からのパターン光の投影が全て終了していない場合（ステップＳ４においてＮｏ）には、ステップＳ２，Ｓ３を繰り返し、パターン光の投影が未了のプロジェクタＰｉからのパターン光の投影、及び、個々の投影が行われている状態での全ユニットＵ１〜Ｕ３の全カメラＣ１〜Ｃ３による撮像を行う。プロジェクタＰ１〜Ｐ３からのパターン光の投影が全て終了した場合（ステップＳ４においてＹｅｓ）には、処理をステップＳ５へ移行する。このとおり、ステップＳ２，Ｓ３は、本発明における「投光撮像ステップ」の一例に相当する。
【００６３】
ここで、図６〜図８は、３次元測定装置１００により測定対象物Ｗへのパターン光の投影及び撮像を行っている状態（ステップＳ２，Ｓ３）の一例を模式的に示す平面図であり、それぞれ、プロジェクタＰ１〜Ｐ３を個別に作動させて測定対象物Ｗへパターン光を投影した状態で、カメラＣ１〜Ｃ３による撮像を行っている状態を示す。図６〜図８においては、ハッチングを付して表示したプロジェクタＰｉとカメラＣ１〜Ｃ３が作動していることを示し、ハッチングを付して表示していないプロジェクタＰｉが作動していないことを示す。
【００６４】
（ステップＳ５）
ステップＳ５では、画像処理部２５０は、画像記録部２３０に記録された測定対象物Ｗの撮像画像における複数の対象画素を選別する。そして、画像処理部２５０は、各撮像画像に写っている所定のパターンと、パターン記憶部２６０に記憶されたパターン光における所定のパターンとの対比（マッチング）を行い、校正部２７０に保持されている各プロジェクタＰ１〜Ｐ３と各カメラＣ１〜Ｃ３の幾何学的位置関係の校正結果を用いて、各対象画素の３次元位置を算出する。画像処理部２５０は、各撮像画像における全ての対象画素の３次元位置を算出した後、その撮像画像における３次元点群データを生成する。さらに、画像処理部２５０は、複数の撮像画像について得られた複数の３次元点群データを、適宜組み合わせて（統合して）精緻化処理を行い、最終的に得られた３次元点群データから測定対象物Ｗの３次元形状を特定する。
【００６５】
このとおり、画像処理部２５０は、本発明における「算出部」の一例に相当し、ステップＳ５は、本発明における「算出ステップ」の一例に相当する。なお、パターン記憶部２６０に所定のパターンを記憶することは、本発明における「記憶ステップ」の一例に相当する。
【００６６】
なお、各撮像画像から生成された３次元点群データ、及び、最終的に精緻化して得られた３次元点群データは、撮像画像とともに画像記録部２３０に記録され、画像出力部２４０は、必要に応じて、測定対象物Ｗの３次元形状を示す３次元点群画像等を、３次元測定装置１００のユーザが視認可能なようにディスプレイやプリンタ等に出力する。
【００６７】
§４  作用・効果
以上のとおり、本実施形態に係る３次元測定装置１００、及び、それを用いた３次元測定方法の一例によれば、各ユニットＵ１〜Ｕ３におけるプロジェクタＰ１〜Ｐ３から測定対象物Ｗに対して個別にパターン光を投影し、各パターン光の投影状態で、全ユニットＵ１〜Ｕ３の全カメラＣ１〜Ｃ３による測定対象物Ｗの撮像を行う。これにより、プロジェクタＰ１〜Ｐ３の台数（３つ）×カメラＣ１〜Ｃ３の台数（３つ）の合計９つ（ユニットＵ１〜Ｕ３の台数の二乗分）の撮像画像を得ることができ、それらの撮像画像は、異なる投影方向から投影されたパターン光と、異なる撮像方向から撮像されたものである。
【００６８】
そして、得られた複数の撮像画像のそれぞれにおいて、対象画素の３次元位置を算出することにより、複数の撮像画像に対応した複数の３次元点群データを生成することができるので、測定対象物Ｗの３次元形状に関する情報量を増大することができる。その結果、各対象画素の３次元位置の信頼度が向上し、また、測定対象物Ｗの表面形状や相互反射に対するロバスト性（ハレーションの防止等）をも高めることができる。従って、測定対象物Ｗの３次元形状の測定精度を向上させることが可能となる。さらに、得られた複数の３次元点群データを組み合わせて精緻化し、最終的に最適化された３次元点群データに基づいて、測定対象物Ｗの３次元形状を特定することにより、測定対象物Ｗの３次元形状の測定精度を更に向上させることができる。
【００６９】
また、測定対象物Ｗに対してプロジェクタＰ１〜Ｐ３からのパターン光を同時に（一時に）投影するのではなく、各パターン光を個別に投影した状態の測定対象物Ｗを複数のカメラＣ１〜Ｃ３で撮像するので、複数のパターン光が互いに重畳又は干渉するおそれがない。従って、撮像画像における所定のパターンを正確に判別することができ、測定対象物Ｗの３次元形状の測定精度を更に一層向上させることができる。
【００７０】
さらに、各プロジェクタＰ１〜Ｐ３と各カメラＣ１〜Ｃ３をユニットＵ１〜Ｕ３として用いるので、１台のプロジェクタに別のプロジェクタを追設する度に、プロジェクタとカメラの幾何学的位置関係（座標系）の校正を行う必要がない。よって、校正処理を簡略化して工数の増大を抑止することができるので、操作性及び処理効率の低下を防止することが可能となる。
【００７１】
また、各プロジェクタＰ１〜Ｐ３からパターン光が投影された状態の測定対象物Ｗを、カメラＣ１〜Ｃ３で同時に撮像する場合には、カメラＣ１〜Ｃ３で順に撮像する場合に比して投影及び撮像時間を短縮することができ、処理効率を高めることができる。
【００７２】
さらに、測定対象物Ｗの３次元測定に際し、各ユニットＵ１〜Ｕ３のプロジェクタＰ１〜Ｐ３とカメラＣ１〜Ｃ３について、相互の幾何学的位置関係の校正を行うので、予めプロジェクタＰｉとカメラＣｉの幾何学的位置関係が既知のユニットＵ１〜Ｕ３を組み合わせて用い、さらに、各ユニットＵ１〜Ｕ３の相対的な配置を適宜変更した場合でも、適切な３次元測定を行うことができる。これにより、装置構成ひいては３次元測定の汎用性を高めることができる。
【００７３】
またさらに、各ユニットＵ１〜Ｕ３のプロジェクタＰ１〜Ｐ３とカメラＣ１〜Ｃ３の相互の幾何学的位置関係の校正を、校正儀Ｋを用いて校正したカメラＣ１〜Ｃ３間の幾何学的位置関係と、各ユニットＵｉのプロジェクタＰｉ及びカメラＣｉの既知の幾何学的位置関係に基づいて行うので、校正処理を簡易に且つ確実に行うことができる。
【００７４】
§５  変形例
以上、本開示の一例としての実施形態について詳細に説明してきたが、前述した説明はあらゆる点において本開示の一例を示すに過ぎず、本開示の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもなく、例えば、以下に示すような変更が可能である。なお、以下の説明においては、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、説明を適宜省略した。また、上記実施形態及び以下の各変形例は、適宜組み合わせて構成することが可能である。
【００７５】
＜５．１：第１変形例＞
図９（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ第１変形例に係るユニットＵｉの第１構成例及び第２構成例を模式的に示す斜視図である。これらの第１構成例及び第２構成例は、３次元測定装置１００に備わるユニットＵ１〜Ｕ３の何れかのユニットＵｉ（例えばユニットＵ１）に、プロジェクタＱｉを加えて配置した例である。プロジェクタＱｉは、通常照明光を測定対象物Ｗに投射するための２Ｄ用照明である。このとおり、プロジェクタＱｉは、本発明における「投射部」の一例に相当する。
【００７６】
当該第１構成例及び第２構成例の何れによっても、プロジェクタＱｉを例えば検査用途の一般照明として使用することができるので、測定対象物Ｗが暗い周辺環境下にある場合においても、その３次元測定を好適に実施することができる。また、測定対象物Ｗのみではなく、校正儀Ｋの撮像の際にも通常照明光を投射することにより、同様に、例えば校正儀Ｋが暗い周辺環境下にある場合においても、その撮像を好適に実施することができる。
【００７７】
また、プロジェクタＱｉから通常照明が投射された測定対象物Ｗの撮像画像と、例えば制御装置２の記憶部２３に予め記憶された測定対象物Ｗの形状設計データ（ＣＡＤモデルデータ）とを対比し、例えばいわゆるＣＡＤマッチングを行うことにより、測定対象物Ｗの３次元形状をより正確に把握することが可能となる。
【００７８】
さらに、第１構成例は、ユニットＵｉの外形状を正方形又は正三角形に近い形状とし得るので、プロジェクタＱｉを追設した場合でも、ユニットＵｉのフットプリントを比較的小さくすることができ、３次元測定装置の設置面積を低減することができる。一方、第２構成例では、プロジェクタＰｉとカメラＣｉの距離を、プロジェクタＱｉがない場合（図１等）に比して大きくすることができるので、そのユニットＵｉでのアクティブワンショット方式による３次元測定の精度を向上させることができる。
【００７９】
＜５．２：第２変形例＞
各ユニットＵｉに含まれるカメラＣｉは複数であってもよい。また、ユニットＵｉの台数は３台に限定されず、２台又は４台以上設けてもよく、その場合、ステップＳ２，Ｓ３の投影及び撮像処理をプロジェクタＰｉの台数分実施することができる。
【００８０】
＜５．３：第３変形例＞
上記実施形態では、全てのパターン光の投影及び撮像が終了してから、画像処理を実施したが、各パターン光の投影及び撮像の終了の都度、各撮像画像の画像処理を行って３次元点群データを生成してもよく、全てのパターン光の投影及び撮像が終了した後に、その時点で得られている複数の３次元点群データを組み合わせて精緻化処理を行ってもよい。
【００８１】
＜５．４：第４変形例＞
上記実施形態では、設置された校正儀Ｋを撮像してカメラＵ１〜Ｕ３間の校正処理を行ったが、校正儀Ｋと同等のパターンをプロジェクタＰｉから投影したものを校正儀Ｋとして用い、投影されたそのパターンの撮像画像を用いてカメラＵ１〜Ｕ３間の校正処理を行ってもよい。
【００８２】
§６  付記
以上説明した実施形態及び変形例は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態及び変形例が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態及び変形例で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることも可能である。
【００８３】
（付記１）
測定対象物（Ｗ）の３次元形状を測定する３次元測定装置（１００）であって、
所定のパターンを含む第１パターン光を第１投影方向から前記測定対象物（Ｗ）に投影する第１投光部（Ｐ１）、及び、前記測定対象物（Ｗ）を第１撮像方向から撮像する第１撮像部（Ｃ１）を有する第１ユニット（Ｕ１）と、所定のパターンを含む第２パターン光を第２投影方向から前記測定対象物（Ｗ）に投影する第２投光部（Ｐ２）、及び、前記測定対象物（Ｗ）を第２撮像方向から撮像する第２撮像部（Ｃ２）を有する第２ユニット（Ｕ２）とを、少なくとも備える投光撮像部（１）と、
前記所定のパターンを記憶するパターン記憶部（２６０）と、
前記測定対象物（Ｗ）の撮像画像から対象画素を選別し、前記撮像画像における所定のパターンと、前記パターン記憶部（２６０）に記憶された前記所定のパターンとに基づいて、前記対象画素の３次元位置を算出する算出部（２５０）と、
を備え、
前記投光撮像部（１）は、前記測定対象物（Ｗ）に対し、前記第１パターン光及び前記第２パターン光をそれぞれ個別に投影し、前記第１パターン光及び前記第２パターン光がそれぞれ投影された前記測定対象物（Ｗ）を、前記第１撮像部（Ｃ１）及び前記第２撮像部（Ｃ２）で撮像する、
３次元測定装置（１００）。
【００８４】
（付記２）
前記投光撮像部（１）は、前記第１パターン光が投影された前記測定対象物（Ｗ）を、前記第１撮像部（Ｃ１）及び前記第２撮像部（Ｃ２）で同時に撮像し、且つ、前記第２パターン光が投影された前記測定対象物（Ｗ）を、前記第１撮像部（Ｃ１）及び前記第２撮像部（Ｃ２）で同時に撮像する、
付記１の３次元測定装置（１００）。
【００８５】
（付記３）
前記算出部（２５０）は、前記第１撮像部（Ｃ１）及び前記第２撮像部（Ｃ２）による複数の撮像画像のそれぞれにおける前記対象画素の３次元位置を表す複数の３次元点群データを生成し、生成された該複数の３次元点群データを組み合わせて精緻化する、
付記１又は２の３次元測定装置（１００）。
【００８６】
（付記４）
前記第１投光部（Ｐ１）と前記第１撮像部（Ｃ１）の幾何学的位置関係、及び、前記第２投光部（Ｐ２）と前記第２撮像部（Ｃ２）の幾何学的位置関係が、予め校正されている、
付記１乃至３の何れかの３次元測定装置（１００）。
【００８７】
（付記５）
前記第１投光部（Ｐ１）と前記第２撮像部（Ｃ２）の幾何学的位置関係、及び、前記第２投光部（Ｐ２）と前記第１撮像部（Ｃ１）の幾何学的位置関係を校正する校正部（２７０）を備える、
付記１乃至４の何れかの３次元測定装置（１００）。
【００８８】
（付記６）
前記第１撮像部（Ｃ１）及び前記第２撮像部（Ｃ２）は、所定の校正儀（Ｋ）を撮像し、
前記校正部（２７０）は、前記所定の校正儀（Ｋ）の撮像画像に基づいて、前記第１撮像部（Ｃ１）及び前記第２撮像部（Ｃ２）の幾何学的位置関係を校正し、該校正された第１撮像部（Ｃ１）及び第２撮像部（Ｃ２）の幾何学的位置関係、並びに、前記予め校正された前記第１投光部（Ｐ１）と前記第１撮像部（Ｃ１）の幾何学的位置関係、及び、前記第２投光部（Ｐ２）と前記第２撮像部（Ｃ２）の幾何学的位置関係に基づいて、前記第１投光部（Ｐ１）と前記第２撮像部（Ｃ２）の幾何学的位置関係、及び、前記第２投光部（Ｐ２）と前記第１撮像部（Ｃ１）の幾何学的位置関係を校正する、
付記５の３次元測定装置（１００）。
【００８９】
（付記７）
前記第１パターン光及び前記第２パターン光とは異なる通常照明光を、前記測定対象物に投射する投射部（Ｑｉ）を備える、
付記１乃至６の何れかの３次元測定装置（１００）。
【００９０】
（付記８）
前記第１パターン光及び前記第２パターン光とは異なる通常照明光を、前記所定の校正儀に投射する投射部（Ｑｉ）を備える、
付記６又は７の３次元測定装置（１００）。
【００９１】
（付記９）
第１投光部（Ｐ１）及び第１撮像部（Ｃ１）を有する第１ユニット（Ｕ１）と、第２投光部（Ｐ２）及び第２撮像部（Ｃ２）を有する第２ユニット（Ｕ２）とを少なくとも備える投光撮像部（１）、パターン記憶部（２６０）、並びに算出部（２５０）を備える３次元測定装置（１００）を用い、測定対象物（Ｗ）の３次元形状を測定する３次元測定方法であって、
前記第１投光部（Ｐ１）が、所定のパターンを含む第１パターン光を第１投影方向から前記測定対象物（Ｗ）に投影するステップ、前記第２投光部（Ｐ２）が、所定のパターンを含む第２パターン光を第２投影方向から前記測定対象物（Ｗ）に投影するステップ、前記第１撮像部（Ｃ１）が、前記測定対象物（Ｗ）を第１撮像方向から撮像するステップ、及び、前記第２撮像部（Ｃ２）が、前記測定対象物（Ｗ）を第２撮像方向から撮像するステップと、を少なくとも含む投光撮像ステップと
前記パターン記憶部（２６０）が、前記所定のパターンを記憶する記憶ステップと、
前記算出部（２５０）が、前記測定対象物（Ｗ）の撮像画像から対象画素を選別し、前記撮像画像における所定のパターンと、前記パターン記憶部（２６０）に記憶された前記所定のパターンとに基づいて、前記対象画素の３次元位置を算出する算出ステップと、
を含み、
前記投光撮像ステップにおいては、前記測定対象物（Ｗ）に対し、前記第１パターン光及び前記第２パターン光をそれぞれ個別に投影し、前記第１パターン光及び前記第２パターン光がそれぞれ投影された前記測定対象物（Ｗ）を、前記第１撮像部（Ｃ１）及び前記第２撮像部（Ｃ２）で撮像する、
３次元測定方法。
【００９２】
なお、前記付記１の構成は、例えば以下のとおり換言することもできる。
（付記１０）
測定対象物（Ｗ）の３次元形状を測定する３次元測定装置（１００）であって、
所定のパターンを含むパターン光を互いに異なる投影方向から前記測定対象物（Ｗ）に投影する複数の投光部（Ｐｉ）のそれぞれ、及び、前記測定対象物（Ｗ）を互いに異なる撮像方向から撮像する複数の撮像部（Ｃｉ）のそれぞれを有する複数のユニット（Ｕｉ）を備える投光撮像部（１）と、
前記所定のパターンを記憶するパターン記憶部（２６０）と、
前記測定対象物（Ｗ）の撮像画像から対象画素を選別し、前記撮像画像における所定のパターンと、前記パターン記憶部（２６０）に記憶された前記所定のパターンとに基づいて、前記対象画素の３次元位置を算出する算出部（２５０）と、
を備え、
前記投光撮像部（１）は、前記測定対象物（Ｗ）に対し、複数の前記パターン光をそれぞれ個別に投影し、前記各パターン光が投影された前記測定対象物（Ｗ）を、前記複数の撮像部（Ｃｉ）で撮像する、
３次元測定装置（１００）。
【符号の説明】
【００９３】
１…投光撮像装置、２…制御装置、２１…制御演算部、２２…通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）部、２３…記憶部、２４…入力部、２５…出力部、２６…バスライン、１００…３次元測定装置、２１０…制御部、２２０…画像取得部、２３０…画像記録部、２４０…画像出力部、２５０…画像処理部、２６０…パターン記憶部、２７０…校正部、Ｃ１〜Ｃ３…カメラ、Ｋ…校正儀、Ｐ１〜Ｐ３…プロジェクタ、Ｐｉ…プロジェクタ、Ｑｉ…プロジェクタ、Ｓ１〜Ｓ５…ステップ、Ｕ１〜Ｕ３…ユニット、Ｗ…測定対象物、α１〜α３…投影エリア、β１〜β３…撮像エリア。
【図１】
2020008434.tif 000003
【図２】
2020008434.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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