(57)【要約】【課題】撮像素子単体により得られる解像度よりも高い解像度を高い精度で得ること。【解決手段】対象物Ｑに向かって投射した検出光Ｕの反射光を撮像素子５２の撮像面で受光し、撮像素子で取得された撮像データＤＳに基づいて対象物の３次元形状を計測する３次元形状計測装置１であって、撮像素子が微小距離移動可能に設けられており、撮像素子の移動前と移動後とにおいて撮像を行って撮像データＤＳを取得するとともに、そのときの撮像素子の移動量ＫＤを計測し、撮像素子の移動前に取得した撮像データ、移動後に取得した撮像データ、および撮像素子の移動量ＫＤとに基づいて、いずれの撮像データから得られる３次元形状データよりも解像度の高い３次元形状データを得る。【選択図】      図１
2010151697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に向かって投射した検出光の反射光を撮像素子の撮像面で受光し、前記撮像素子で取得された撮像データに基づいて前記対象物の３次元形状を計測する３次元形状計測装置であって、
前記撮像素子が微小距離移動可能に設けられており、
前記撮像素子の移動前と移動後とにおいて撮像を行って撮像データを取得するとともに、そのときの前記撮像素子の移動量を計測し、
前記撮像素子の移動前に取得した撮像データ、移動後に取得した撮像データ、および前記撮像素子の移動量とに基づいて、いずれの前記撮像データから得られる３次元形状データよりも解像度の高い３次元形状データを得る、
ことを特徴とする３次元形状計測装置。
【請求項２】
対象物に向かって投射した検出光の反射光を撮像素子の撮像面で受光し、前記撮像素子で取得された撮像データに基づいて前記対象物の３次元形状を計測する３次元形状計測装置であって、
前記撮像素子を前記撮像面に平行な面内で移動可能に支持する移動支持部材と、
前記撮像素子の移動前と移動後とにおいて撮像を行って移動前撮像データおよび移動後撮像データを取得する撮像制御手段と、
前記移動前撮像データの撮像時と前記移動後撮像データの撮像時との間における前記撮像素子の移動量を求める移動量取得手段と、
前記移動前撮像データ、前記移動後撮像データ、および前記移動量に基づいて、移動前の３次元データおよび移動後の３次元データを求める３次元データ取得手段と、
移動前の３次元データおよび移動後の３次元データを、前記移動量に基づいて重ね合わせるように合成する合成手段と、
を有することを特徴とする３次元形状計測装置。
【請求項３】
前記撮像制御手段は、前記撮像素子の移動前と移動後とにおいて、前記撮像素子によってそれぞれ２次元画像を撮影して移動前２次元画像および移動後２次元画像を取得し、
前記移動量取得手段は、移動前２次元画像と移動後２次元画像とを比較することによって前記移動量を求める、
請求項２記載の３次元形状計測装置。
【請求項４】
前記移動量取得手段は、前記移動前２次元画像と移動後２次元画像とについて相関が最も大きくなるときの移動量を求める、
請求項３記載の３次元形状計測装置。
【請求項５】
前記移動量取得手段は、前記移動前２次元画像と移動後２次元画像とについて画像間の対応点を求めることによって移動量を求める、
請求項３記載の３次元形状計測装置。
【請求項６】
前記移動量取得手段は、移動前撮像データと移動後撮像データとを比較することによって前記移動量を求める、
請求項２記載の３次元形状計測装置。
【請求項７】
前記移動量取得手段は、前記移動前撮像データと移動後撮像データとについて相関が最も大きくなるときの移動量を求める、
請求項６記載の３次元形状計測装置。
【請求項８】
対象物に向かって投射した検出光の反射光を撮像素子の撮像面で受光し、前記撮像素子で取得された撮像データに基づいて前記対象物の３次元形状を計測する３次元形状計測方法であって、
前記撮像素子を微小距離移動可能に設けておき、
前記撮像素子の移動前と移動後とにおいて撮像を行って撮像データを取得するとともに、そのときの前記撮像素子の実際の移動量を計測し、
前記撮像素子の移動前に取得した撮像データ、移動後に取得した撮像データ、および前記撮像素子の移動量とに基づいて、いずれの前記撮像データから得られる３次元形状データよりも解像度の高い３次元形状データを得る、
ことを特徴とする３次元形状計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物に向かって投射した検出光の反射光を撮像素子の撮像面で受光し、撮像素子で取得された撮像データに基づいて対象物の３次元形状を計測する３次元形状計測装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、物体の３次元形状（３次元形状データ）を得るために、光学式の３次元形状計測装置が用いられている。３次元形状計測装置の光学的手法には、スリット光を用いた光切断法、パターン光を用いたパターン投影法などがある。３次元形状計測装置では、撮像素子で取得された撮像データと種々のパラメータとを用いて３次元化のための演算を行い、物体の表面上の各点の３次元座標（ＸＹＺ座標）やポリゴンからなる３次元データ（３次元形状データ）を生成する。
【０００３】
このような３次元形状計測装置において、得られる３次元データの解像度は、撮像素子の画素数に依存する。しかし、撮像素子の画素数には一定の限界があり、したがって３次元データの解像度にも限界があった。
【０００４】
このような点への対応として、３次元データの解像度を上げるために、リニアモータを用いてミラーを移動することによって撮像素子に入射する物体像を移動させ、移動前後の像を重ね合わせることが提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平７−４３１１５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の方法では、リニアモータの機械的な精度が３次元データの精度に直接的に影響するという問題がある。
【０００６】
すなわち、例えば、リニアモータによって物体像を撮像素子の画素ピッチの半分の距離だけ正確に移動することができれば、撮像素子単体により得られる解像度の２倍の解像度を有した精度の高い３次元データが得られる。しかし、リニアモータおよび移動機構の精度によっては画素ピッチの半分の距離を正確に移動させることができず、これが誤差となるため精度の高い３次元データを得ることは難しい。そのため、３次元データの解像度を高めることは容易ではなかった。
【０００７】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、撮像素子単体により得られる解像度よりも高い解像度を高い精度で得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る装置では、対象物に向かって投射した検出光の反射光を撮像素子の撮像面で受光し、前記撮像素子で取得された撮像データに基づいて前記対象物の３次元形状を計測する３次元形状計測装置であって、前記撮像素子が微小距離移動可能に設けられており、前記撮像素子の移動前と移動後とにおいて撮像を行って撮像データを取得するとともに、そのときの前記撮像素子の移動量を計測し、前記撮像素子の移動前に取得した撮像データ、移動後に取得した撮像データ、および前記撮像素子の移動量とに基づいて、いずれの前記撮像データから得られる３次元形状データよりも解像度の高い３次元形状データを得る。
【０００９】
撮像素子の移動前後における撮像データを取得し、かつその移動量を実測により求め、これらを統合して３次元形状データを取得するので、精度の高い３次元形状データが得られる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、撮像素子単体により得られる解像度よりも高い解像度を高い精度で得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本発明の一実施形態の３次元形状計測装置１の構成の例を示すブロック図、図２は３次元形状計測装置１の光学系の構成の例を示す図、図３は撮像素子の移動と物体の表面上の点の移動との関係を説明するための図、図４は３次元形状計測装置１におけるデータ合成処理の例を説明する図、図５はデータ合成処理の他の例を説明する図、図６は移動量を求める方法の例を説明する図、図７は移動量を求める方法の他の例を説明する図、図８は移動量を求める方法の他の例を説明する図、図９は移動量を求める方法の他の例を説明する図である。
【００１２】
本実施形態の３次元形状計測装置１は、光切断法（スリット光投影法）によって対象物である物体Ｑの表面の３次元形状の測定を行う。３次元形状計測装置１による測定（撮像）によって、物体Ｑの表面上の複数のサンプリング点からの反射光による撮像データ（スリット画像またはスリット画像データともいう）、および物体Ｑのカラー画像（２次元画像または２次元画像データともいう）が得られる。３次元形状計測装置１では、得られた多数の撮像データおよび種々のパラメータを用いて、三角測量法を適用して各サンプリング点の３次元座標（３次元データ）を演算により求める。なお、光切断法それ自体については特許第３４９３４０３号を参照することができる。
【００１３】
本実施形態の３次元形状計測装置１では、撮像素子が微小距離移動可能に設けられており、撮像素子の移動前と移動後とにおいて撮像を行って撮像データを取得するとともに、そのときの撮像素子の移動量を実際に計測により求める。例えば、移動前後における撮像データの撮像とともに２次元画像を実際に撮影しておき、移動前後における２次元画像に基づいて求める。そして、撮像素子の移動前に取得した撮像データ、移動後に取得した撮像データ、および計測により得た移動量とに基づいて、解像度の高い３次元形状データを得る。
【００１４】
すなわち、図１〜図３において、３次元形状計測装置１は、スリット光Ｕを生成して物体Ｑに投影する投光光学系ＫＴ、スリット光Ｕの物体Ｑの表面による反射光を撮像する撮像光学系ＫＪ、制御部６０、移動距離計算部６１、３次元形状計算部６２、および統合部６３などを有する。また、図示しない操作部、表示部、インタフェ−スなども設けられている。
【００１５】
投光光学系ＫＴは、投光器４１、レンズ４２、ガルバノミラー４３、および駆動ユニット４４などからなる。
【００１６】
投光器４１としてレーザダイオードなどが用いられる。レンズ４２には、例えば、コリメータレンズ、シリンドリカルレンズなどが用いられる。駆動ユニット４４は、ガルバノミラー４３を駆動し、スリット光Ｕを偏向して物体Ｑを走査する。物体Ｑに対するスリット光の投影角度（投光角度）θａは、駆動ユニット４４に入力される制御信号Ｓ１から求められる。
【００１７】
撮像光学系ＫＪは、レンズ５１、撮像素子５２、および駆動ユニット５３などからなる。
【００１８】
撮像素子５２は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device)イメ−ジセンサ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor ) イメ−ジセンサなどの固体撮像素子、その他のイメ−ジセンサなどである。撮像素子５２は、その撮像面により、スリット光Ｕを受光して３次元計測のための撮像データＤＳを出力し、また、物体Ｑのカラー画像を撮影して２次元画像ＤＣを出力する。
【００１９】
撮像素子５２は、駆動ユニット５３によって移動可能に支持されている。つまり、駆動ユニット５３は、撮像素子５２を、撮像面に平行な面内で、つまり基線を含む面に平行な面内で、微小距離だけ移動駆動可能なように支持する。駆動ユニット５３は、撮像素子５２の支持部材と駆動部材との両方の機能を持つ。
【００２０】
そのような駆動ユニット５３には、モータ、電磁ソレノイド、圧電素子、または種々の機械的なまたは電気機械的な機構を用いることができる。なお、撮像面Ｇは、受光軸ＪＪに対して垂直に配置されている。
【００２１】
制御部６０は、駆動ユニット４４に制御信号Ｓ１を出力してガルバノミラー４３の回転駆動を制御し、駆動ユニット５３に制御信号Ｓ２を出力して撮像素子５２の移動量ＫＤを制御する。また、制御部６０は、３次元形状計測装置１の全体を制御する。
【００２２】
移動距離計算部６１は、撮像素子５２から出力される２次元画像ＤＣに基づいて、撮像素子５２の移動量ＫＤを計算する。
【００２３】
３次元形状計算部６２は、撮像素子５２から出力される撮像データＤＳに基づいて、または撮像データＤＳおよび移動量ＫＤに基づいて、物体Ｑの表面の各サンプリング点の３次元データＤＦを算出する。
【００２４】
統合部６３は、３次元形状計算部６２から出力される３次元データＤＦについて、移動距離計算部６１から出力される移動量ＫＤに基づいた位置で統合する。つまり、例えば、撮像素子５２を移動させる前に取得した３次元データＤＦと、移動させた後に取得した３次元データＤＦとを、そのそきの移動量ＫＤに基づいて重ね合わせるように合成する。１つの物体Ｑに対して、撮像素子５２を３回以上移動させ、３つ以上の３次元データＤＦを重ね合わせる場合もある。
【００２５】
なお、制御部６０、移動距離計算部６１、３次元形状計算部６２、および統合部６３などは、ＣＰＵ、ＤＳＰ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、その他の記憶装置、周辺素子、種々の回路素子または電子回路などにより構成することが可能である。
【００２６】
以下、さらに詳しく説明する。
【００２７】
図２および図３によく示されるように、撮像素子５２の移動可能な方向は、水平方向であるＸ方向、鉛直方向であるＹ方向、またはこれらＸ方向およびＹ方向を含むＸＹ平面内の任意の方向である。移動量（移動距離）ＫＤは、撮像素子５２の画素ピッチＰＧの整数倍とならない距離である。
【００２８】
つまり、移動量ＫＤは、例えば、１回の移動当たり、画素ピッチＰＧの１／２、１／３、１／４、１／５などである。また、移動量ＫＤが余りにも小さい場合には、駆動ユニット５３の機械的な精度の影響が大きくなって誤差が大きくなることが考えられるため、それらに画素ピッチＰＧの整数倍を加えた値を移動量ＫＤとしてもよい。例えば、画素ピッチＰＧの１．５倍、２．５倍、３．５倍、５．５倍…、または１．３倍、２．３倍、３．３倍、５．３倍…などとしてもよい。
【００２９】
画素ピッチＰＧは、通常、１．５〜１２μｍ程度である。したがって、画素ピッチＰＧが例えば２μｍである場合に、画素ピッチＰＧの１／２では１μｍの移動量ＫＤとなり、画素ピッチＰＧの５．５倍では１１μｍの移動量ＫＤとなる。画素ピッチＰＧが例えば１０μｍである場合に、画素ピッチＰＧの５．５倍では５５μｍの移動量ＫＤとなる。つまり、駆動ユニット５３による撮像素子５２の移動量は、１〜１００μｍ程度の範囲である。したがって、駆動ユニット５３は、撮像素子５２を最大で０．１〜１ｍｍ程度移動可能であれば十分である。
【００３０】
なお、撮像素子５２がＸ方向に移動する場合には、Ｘ方向の画素ピッチＰＧｘを基準とし、撮像素子５２がＹ方向に移動する場合には、Ｙ方向の画素ピッチＰＧｙを基準とする。
【００３１】
撮像素子５２の移動量ＫＤは、移動前に撮影された２次元画像ＤＣおよび移動後に撮影された２次元画像ＤＣに基づいて算出される。詳しくは後で述べる。
【００３２】
投光光学系ＫＴと撮像光学系ＫＪとの相対位置関係は既知である。例えば、投光の起点Ａと受光系のレンズ５１の主点Ｏとを結ぶ基線ＡＯの長さつまり基線長Ｌ、スリット光の投影角度θａ、および、撮像素子５２の原点位置つまり移動量ＫＤが零のときの撮像面Ｇの各画素ＧＳのＸＹ座標位置などが既知である。また、撮像素子５２を移動させた場合には、その移動量ＫＤが演算により求められる。これらのパラメータ、撮像データＤＳの内容、および撮像データＤＳが得られたタイミングなどに基づいて、スリット光Ｕの反射した物体Ｑ上の位置（サンプリング点）の３次元座標が求められる。
【００３３】
ガルバノミラー４３によりスリット光Ｕが物体Ｑの表面を走査しながら連続的に撮像を行って撮像データＤＳを取得するので、スリット光Ｕを走査した広範囲のサンプリング点についての３次元座標が求められる。サンプリング点の３次元座標の集合が３次元データである。
【００３４】
図３に示すように、受光軸ＪＪがＺ軸、基線ＡＯがＹ軸、スリット光の長さ方向がＸ軸であるとすると、スリット光Ｕが物体上の点Ｐ１（ｘ，ｙ，ｚ）を照射したときの投影角度θａ、受光角度θｐ、および基線長Ｌとの間に、次の（１）式の関係が成り立つ。
【００３５】
基線長Ｌ＝ｚｔａｎθａ＋ｚｔａｎθｐ  
∴    ｚ＝Ｌ／（ｔａｎθａ＋ｔａｎθｐ）    …（１）
撮像倍率β＝ｄ／ｚであるので、撮像面Ｇの中心と受光画素とのＸ方向の距離をｘ１、Ｙ方向の距離をｙ１とすると、点Ｐ１の座標ｘ，ｙは、
ｘ＝ｘ１／β  
ｙ＝ｙ１／β
となる。
【００３６】
角度θａは、スリット光Ｕの偏向の角速度から求められる。受光角θｐは、
ｔａｎθｐ＝ｄ／ｙ１
の関係から算出できる。つまり、撮像面Ｇ上での位置（ｘ１，ｙ１）を測定することにより、そのときの角度θａに基づいて点Ｐ１の３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）を求めることができる。
【００３７】
また、図３において、３次元形状計測装置１を移動させることなく固定した状態で、撮像素子５２をＹ軸方向に移動した後で撮像（撮影）を行う。取得した撮像データＤＳに基づいて、同様にして点Ｐ２の３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）を求める。ただし、点Ｐ２の３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）を求める場合に、撮像面Ｇ上の同じ画素ＧＳの位置（ｙ２）が必要であるが、これは、例えば移動前の位置（ｙ１）に移動量ＫＤであるΔｙを加算すればよい。
【００３８】
そのようなΔｙは、２次元画像ＤＣに基づいて正確に求められる。つまり、移動量ＫＤとして、制御部６０から駆動ユニット５３に出力した制御信号Ｓ２に基づく値を用いるのではなく、撮像素子５２の移動の前後において取得された２次元画像ＤＣに基づいて正確に算出された値が用いられる。
【００３９】
そうした場合に、移動量ＫＤであるΔｙがＹ方向の画素ピッチＰＧｙの整数倍でない場合に、１回の撮像で得られる撮像データＤＳにおける画素と画素との間の撮像データＤＳが得られるので、それらから算出された３次元データＤＦを合成することによって、解像度の高い３次元データＤＦが得られるのである。
【００４０】
図４において、移動前の撮像素子５２の撮像面Ｇ１、移動後の撮像素子５２の撮像面Ｇ２が示されている。撮像面Ｇ２は、撮像面Ｇ１に対しＸ軸方向に画素ピッチＰＧｘの１／２だけ移動している。つまり、移動量ＫＤは（ＰＧｘ／２）である。このような状態で得られた撮像データＤＳ１，２に基づいて、それぞれ３次元データＤＦ１，２が算出され、それらが合成された３次元データＤＦ３が得られる。３次元データＤＦ３は、３次元データＤＦ１，２のいずれよりも解像度が高い。
【００４１】
図５において、移動前の撮像素子５２の撮像面Ｇ４、移動後の撮像素子５２の撮像面Ｇ５が示されている。撮像面Ｇ５は、撮像面Ｇ４に対しＸ軸方向に画素ピッチＰＧｘの１／３だけ移動し、Ｙ軸方向に画素ピッチＰＧｙの１／３だけ移動している。つまり、移動量ＫＤは（ＰＧｘ／３）および（ＰＧｙ／３）である。このような状態で得られた撮像データＤＳ４，５に基づいて、それぞれ３次元データＤＦ４，５が算出され、それらが合成された３次元データＤＦ６が得られる。３次元データＤＦ６は、３次元データＤＦ４，５のいずれよりも解像度が高い。
【００４２】
しかも、移動後の撮像データＤＳに基づいて３次元データＤＦを算出する際に用いる移動量ＫＤ、および移動前と移動後に得られた３次元データＤＦを合成する際の位置決めのために用いられる移動量ＫＤは、ともに、移動前後に実測された２次元画像ＤＣに基づいて計算によって求められたものであり、駆動ユニット５３などの機械的な精度によることなく正確で高精度である。したがって、合成された３次元データＤＦは、撮像素子単体により得られる解像度よりも高い解像度が得られるとともに、高精度である。
【００４３】
例えば、撮像素子５２の移動回数が１回の場合には２倍の解像度が得られ、２回の場合には３倍、３回の場合には４倍の解像度が得られる。また、Ｘ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ２回移動させた場合には、９（＝３×３）倍の解像度が得られる。
【００４４】
なお、できるだけ画素ピッチＰＧを等分するような移動量ＫＤが、合成後の３次元データＤＦのムラがなくなって好ましいが、正確に等分する必要はない。また、サブピクセルレベルの画素位置が片寄っている場合でも、３次元データＤＦの性質上あまり問題はない。
【００４５】
上の実施形態では、撮像素子５２の移動量ＫＤを求めるのに、移動前後に撮影された２次元画像ＤＣに基づいて計算した。しかし、これに限らず、他の方法によって移動量ＫＤを求めてもよい。例えば、移動前後に撮像された撮像データＤＳに基づいて計算してもよい。移動量ＫＤの算出に当たって、制御部６０の出力する制御信号Ｓ２を参照してもよい。
【００４６】
さて、撮像素子５２の移動量ＫＤの求め方の例について説明する。
【００４７】
撮像素子５２の移動量ＫＤを求める方法として、例えば、画像間の相関が最大になるときの移動量ＫＤを求める方法、対応点探索方法などがある。
【００４８】
相関を用いる方法は次のとおりである。つまり、画像間の相関を計算し、最も相関の大きくなる移動量ＫＤを選択する。
【００４９】
例えば、図６に示すように、２つの１次元画像ｉ，ｊがあった場合に、いずれか一方をＸ軸方向にずらせることによって最も一致する位置を探す。最も一致したとき、つまり最も相関が大きくなったときのずれ量を移動量ＫＤとする。
【００５０】
なお、このような１次元画像ｉ，ｊは、例えば、２次元画像の１ライン分の画像である。横軸をラインの画素番号とし、縦軸を各画素の画素値（濃度値）とすることもできる。この場合には、全てのラインについての移動量ＫＤを求め、それらの平均または最頻値などを用いる。
【００５１】
また、図７に示すように、２つの２次元画像ｍ，ｎがあった場合に、いずれか一方をＸ軸方向（横方向）およびＹ軸方向（縦方向）に少しずつずらせることによって最も一致する位置を探す。最も一致したとき、つまり最も相関が大きくなったときのずれ量を移動量ＫＤとする。
【００５２】
例えば図８において、２つの２次元画像ｍ，ｎがあった場合に、それぞれの画像ｍ，ｎの間において対応する点ｍ１とｎ１、ｍ２とｎ２、ｍ３とｎ３…を求め、各対応点の距離に基づいて移動量ＫＤを求める。
【００５３】
対応点探索方法では、サブピクセルレベルで、特徴量および画像間の対応点を求めることにより移動量ＫＤを求めることができる。この方法では、公知のＫＬＴ−feature Tracker または位相限定相関法（ＰＯＣ法）などを用いることが可能である。
【００５４】
また、１組のスリット画像（撮像データＤＳ）のみでは移動量ＫＤを得るのに十分な情報が得られないことがある。しかし、投光光学系ＫＴと物体Ｑとの位置関係は不変であるから、投影角度θａが同じである場合にスリット光Ｕは物体Ｑの同じ位置を照射する。したがって、撮像素子５２の移動前と移動後において、同じ投影角度θａに対応するスリット画像を組とし、それらの間の相関の和・積が最大となるような移動量ＫＤを求める。
【００５５】
図９において、各投影角度θａ１、θａ２、…θａｎにおいて、移動前のスリット画像（撮像データ）ＤＳ１ａ、ＤＳ２ａ、…ＤＳｎａ、および移動後のスリット画像（撮像データ）ＤＳ１ｂ、ＤＳ２ｂ、…ＤＳｎｂが得られる。これらのスリット画像の組に基づいて、全てのスリット画像の組における相関の和・積が最大となるような移動量ＫＤを求める。
【００５６】
例えば、各スリット画像の組について、スリット画像の位置は同じであるはずであるから、各撮像データＤＳの位置の相違は撮像素子５２の移動によるものである。したがって、各各スリット画像の組についてそのずれ量を求め、それらの平均を求めればよい。
【００５７】
なお、上に述べた種々の方法のためのコンピュータプログラムを用い、それを移動距離計算部６１においてＣＰＵが実行することによって移動量ＫＤを求めるようにしてもよい。移動量ＫＤを求める方法それ自体としては、公知の種々の方法を用いることが可能である。
【００５８】
次に、合成された３次元データＤＦを求める手順をフローチャートに基づいて説明する。
【００５９】
図１０は本実施形態の３次元形状計測の概略の手順を示すフローチャート、図１１は３次元形状計測の他の例の手順を示すフローチャートである。
【００６０】
図１０において、２次元画像ＤＣを撮影し（＃１１）、撮像データＤＳを撮像して３次元データＤＦを算出する（＃１２）。撮像素子５２を移動する（＃１３）。２次元画像ＤＣを撮影し（＃１４）、移動量ＫＤを算出する（＃１５）。移動量ＫＤを表示し、ユーザがそれでよい旨の指示を入力すると（＃１６でイエス）、撮像データＤＳ撮像して３次元データＤＦを算出する（＃１７）。そして、ステップ＃１２および１７で得られた３次元データＤＦを合成する（＃１８）。合成された３次元データＤＦは、３次元形状計測装置１において表示され、または外部に出力される。
【００６１】
なお、ステップ＃１１、１２、１４、１７などにおける撮像データＤＳの撮像および２次元画像ＤＣの撮影は、ユーザの操作指示に基づいて制御部６０が各部に制御信号を出力することによって実行することが可能である。また、ユーザの操作指示によることなく、制御部６０が自動的に実行するようにしてもよい。このような制御部６０は、本発明における撮像制御手段に相当する。
【００６２】
図１１において、撮像素子５２の位置ｉを初期位置０にリセットする（＃２１）。撮像データＤＳを取得して３次元データＤＦを算出するとともに、２次元画像ＤＣを撮影する（＃２２）。
【００６３】
ｉが設定された回数Ｎよりも小さい場合に（＃２３でイエス）、ｉをインクリメントした後（＃２５）、撮像素子５２を移動し（＃２６）、撮像により撮像データＤＳを取得するとともに２次元画像ＤＣを撮影する（＃２７）。移動量ＫＤを算出する（＃２８）。最初に得た３次元データＤＦに、ｉ回目の撮像データＤＳから算出された３次元データＤＦを位置合わせする（＃２９）。
【００６４】
ｉが設定された回数Ｎになれば（＃２３でノー）、全ての３次元データＤＦを統合する（＃２４）。
【００６５】
上に述べた実施形態においては、１つの撮像素子５２によって撮像データＤＳおよび２次元画像ＤＣを取得したが、２次元画像ＤＣを撮影するための撮像素子を別途設け、撮像データＤＳを取得するための撮像素子だけを微小距離移動可能にしておいてもよい。その場合に、スリット画像とカラー画像とを光学的に分離するためのスプリッタ−などを必要に応じて設ければよい。
【００６６】
その他、撮像素子５２、駆動ユニット５３、制御部６０、移動距離計算部６１、投光光学系ＫＴ、撮像光学系ＫＪ、または３次元形状計測装置１の各部または全体の構成、構造、回路、形状、個数、配置、処理の内容または順序などは、本発明の主旨に沿って適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の一実施形態の３次元形状計測装置の例を示すブロック図である。
【図２】３次元形状計測装置の光学系の構成の例を示す図である。
【図３】撮像素子の移動と物体上の点の移動との関係を説明するための図である。
【図４】３次元形状計測装置におけるデータ合成処理の例を説明する図である。
【図５】データ合成処理の他の例を説明する図である。
【図６】移動量を求める方法の例を説明する図である。
【図７】移動量を求める方法の他の例を説明する図である。
【図８】移動量を求める方法の他の例を説明する図である。
【図９】移動量を求める方法の他の例を説明する図である。
【図１０】本実施形態の３次元形状計測の概略の手順を示すフローチャートである。
【図１１】３次元形状計測の他の例の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６８】
１  ３次元形状計測装置
５２  撮像素子
５３  駆動ユニット（移動支持部材）
６０  制御部（撮像制御手段）
６１  移動距離計算部（移動量取得手段）
６２  ３次元形状計算部（３次元データ取得手段）
６３  統合部（合成手段）
ＫＴ  投光光学系
ＫＪ  撮像光学系
Ｕ  スリット光（検出光）
Ｑ  物体（対象物）
Ｇ  撮像面
ＤＳ  撮像データ
ＤＣ  ２次元画像
ＤＦ  ３次元データ（３次元形状データ）
ＫＤ  移動量
【図１】
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【図２】
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【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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【図１０】
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【図１１】
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