(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンを対象物体に投影し、前記対象物体により反射された反射パターンから前記対象物体の三次元形状情報を算出するための三次元計測装置であって、
明部と暗部とが交互に配置されたパターンの反射パターン光を第１の画像データとして撮像し、当該パターンの明部と暗部とが反転したパターンの反射パターンを第２の画像データとして撮像する撮像手段と、
前記第１の画像データに含まれる第１の輝度値および前記第２の画像データに含まれる第２の輝度値に基づき、前記明部と前記暗部との境界位置を決定する決定手段と、
前記第１の輝度値の勾配を表す第１の輝度勾配と、前記第２の輝度値の勾配を表す第２の輝度勾配とに基づいて前記境界位置の正確性を示す信頼度を算出する信頼度算出手段と、
を備えることを特徴とする三次元計測装置。
【請求項２】
前記信頼度算出手段は、前記信頼度を、前記第１の輝度勾配に対応する直線と、前記第２の輝度勾配に対応する直線とのなす角度に基づき算出すること特徴とする請求項１に記載の三次元計測装置。
【請求項３】
前記決定手段は、前記第１の輝度値の変化を表す線と、前記第２の変化を表す線とが交わる画素の位置を前記境界位置として決定することを特徴とする請求項１または２に記載の三次元計測装置。
【請求項４】
パターンを対象物体に投影し、前記対象物体により反射された反射パターンから前記対象物体の三次元形状情報を算出するための三次元計測装置であって、
明部と暗部とが交互に配置されたパターンが対象物体で反射された反射パターンを第１の画像データとして撮像し、当該パターンの明部と暗部とが反転したパターンが前記対象物体で反射された反射パターンを第２の画像データとして撮像する撮像手段と、
前記第１の画像データに含まれる第１の輝度値および前記第２の画像データに含まれる第２の輝度値に基づき、前記明部と前記暗部との境界位置を決定する決定手段と、
前記第１の輝度値の変化を表す第１の輝度線と、前記第２の輝度値の変化を表す第２の輝度線とに基づいて前記境界位置の正確性を示す信頼度を算出する信頼度算出手段と、
を備えることを特徴とする三次元計測装置。
【請求項５】
前記信頼度算出手段は、前記信頼度を、前記第１の輝度線と、前記第２の輝度線とのなす角度に基づき算出すること特徴とする請求項４に記載の三次元計測装置。
【請求項６】
前記決定手段は、前記第１の輝度値の変化を表す第１の輝度線と、前記第２の輝度値の変化を表す第２の輝度線とが交わる画素の位置を前記境界位置として決定することを特徴とする請求項４または５に記載の三次元計測装置。
【請求項７】
パターンを対象物体に投影し、前記対象物体により反射された反射パターンから前記対象物体の三次元形状情報を算出するための三次元計測装置であって、
明部と暗部とが交互に配置されたパターンの反射パターンを第１の画像データとして撮像し、全てが明部である全照明パターンの反射パターンを第２の画像データとして撮像し、全てが暗部である全消灯パターンの反射パターンを第３の画像データとして撮像する撮像手段と、
前記第１の画像データに含まれる輝度値の変化を表す第１の輝度線と、前記第２の画像データに含まれる輝度値および前記第３の画像データに含まれる輝度値の平均を取った平均輝度値の変化を表す第２の輝度線とに基づき、前記明部と前記暗部との境界位置を決定する決定手段と、
前記第１の輝度線および前記第２の輝度線に基づき前記境界位置の正確性を示す信頼度を算出する信頼度算出手段と、
を備えることを特徴とする三次元計測装置。
【請求項８】
前記信頼度算出手段は、前記信頼度を前記第１の輝度線と、前記第２の輝度線とのなす角度に基づき算出することを特徴とする請求項７に記載の三次元計測装置。
【請求項９】
前記信頼度算出手段は、前記境界位置における輝度値を第２の信頼度として更に算出し、
前記第２の信頼度が閾値以上である場合に、前記境界位置に対応する位置を表示手段に表示することを禁止する禁止手段を有することを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の三次元計測装置。
【請求項１０】
前記三次元計測装置は、前記パターンを被写体に投影する投影手段を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の三次元計測装置。
【請求項１１】
パターンを対象物体に投影し、前記対象物体により反射された反射パターンから前記対象物体の三次元形状情報を算出する三次元計測方法であって、
撮像手段が、明部と暗部とが交互に配置されたパターン光の反射パターンを第１の画像データとして撮像し、当該パターンの明部と暗部とが反転したパターンの反射パターンを第２の画像データとして撮像する撮像工程と、
決定手段が、前記第１の画像データに含まれる第１の輝度値および前記第２の画像データに含まれる第２の輝度値に基づき、前記明部と前記暗部との境界位置を決定する決定工程と、
信頼度算出手段が、前記第１の輝度値の勾配を表す第１の輝度勾配と、前記第２の輝度値の勾配を表す第２の輝度勾配とに基づいて前記境界位置の正確性を示す信頼度を算出する信頼度算出工程と、
を有することを特徴とする三次元計測方法。
【請求項１２】
パターンを対象物体に投影し、前記対象物体により反射された反射パターンから前記対象物体の三次元形状情報を算出する三次元計測方法であって、
撮像手段が、明部と暗部とが交互に配置されたパターンが対象物体で反射された反射パターンを第１の画像データとして撮像し、当該パターンの明部と暗部とが反転したパターンが前記対象物体で反射された反射パターンを第２の画像データとして撮像する撮像工程と、
決定手段が、前記第１の画像データに含まれる第１の輝度値および前記第２の画像データに含まれる第２の輝度値に基づき、前記明部と前記暗部との境界位置を決定する決定工程と、
信頼度算出手段が、前記第１の輝度値の変化を表す第１の輝度線と、前記第２の輝度値の変化を表す第２の輝度線とに基づいて前記境界位置の正確性を示す信頼度を算出する信頼度算出工程と、
を有することを特徴とする三次元計測方法。
【請求項１３】
パターンを対象物体に投影し、前記対象物体により反射された反射パターンから前記対象物体の三次元形状情報を算出する三次元計測方法であって、
撮像手段が、暗部と明部とが交互に配置されたパターンの反射パターンを第１の画像データとして撮像し、全てが明部である全照明パターンの反射パターンを第２の画像データとして撮像し、全てが暗部である全消灯パターンの反射パターンを第３の画像データとして撮像する撮像工程と、
決定手段が、前記第１の画像データに含まれる輝度値の変化を表す第１の輝度線と、前記第２の画像データに含まれる輝度値および前記第３の画像データに含まれる輝度値の平均を取った平均輝度値の変化を表す第２の輝度線とに基づき、前記明部と前記暗部との境界位置を決定する決定工程と、
信頼度算出手段が、前記第１の輝度線および前記第２の輝度線に基づき前記境界位置の正確性を示す信頼度を算出する信頼度算出工程と、
を有することを特徴とする三次元計測方法。
【請求項１４】
請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の三次元計測方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、明部と暗部が任意の幅で配置するパターン光を複数枚投影して距離情報を取得する空間符号化法により三次元形状を計測する三次元計測装置、三次元計測方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
被写体にパターン光を複数枚投影して、パターン光が投影された被写体を撮像することで、パターンの変形から三角測量の原理を用いて形状測定を行うパターン投影法が知られている。その中で、明部と暗部が任意の幅で交互に配置する縞パターン光を投影して空間を２進符号化する空間符号化法は三次元計測の分野でよく用いられており、製品化もなされている。
【０００３】
図１を参照して、一般的な三次元形状を測定する装置の構成および三次元計測の概念を説明する。三次元形状測定装置は、測定対象物体にパターンを照射するプロジェクタ１０１、反射パターンを撮像するカメラ１０２から構成されるのが一般的である。プロジェクタ１０１から被写体１０３に向けて明部と暗部が任意の幅で交互に配置された縞パターン光を投射する。縞パターン光は予め決められた複数のパターン形状があり、それら投影され、その度にカメラ１０２により撮像して画像データとして取得する。被写体１０３の明部と暗部の境界位置を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とする。境界位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とプロジェクタ１０１を線で結んだ時のプロジェクタ１０１の主点位置を（Ｘ１，Ｙ１）とする。同様に、境界位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とカメラ１０２を線で結んだ時のカメラ１０２の主点位置を（Ｘ２，Ｙ２）とする。ここで、カメラ１０２の主点位置（Ｘ２，Ｙ２）はカメラ１０２の撮像センサ（CCDやCMOSなど）の水平座標によって求まる点である。水平座標とは撮像センサの水平幅と垂直幅によって決まり、例えば６４０×４８０の撮像センサであれば、水平方向のｘ座標は０から６４０、垂直方向のｙ座標は０から４８０の値を有する。同様にプロジェクタ１０１の主点位置（Ｘ１，Ｙ１）も投光センサの水平座標によって求まる。また、プロジェクタ１０１とカメラ１０２との間の距離Ｌは基線長となり、装置の構成条件から定められる値である。これらのパラメータから三角測量の原理によって被写体１０３の境界位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を求めることができる。被写体１０３の全面に対してそれぞれの境界位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を求めることで、被写体１０３の三次元形状を測定することができる。
【０００４】
次に縞パターン光の形状について説明する。図２を参照して、符号化誤り耐性のあるグレイコードと呼ばれる２進符号の縞パターン光を説明する。撮像された反射パターンで黒く観察された部分は０、白く観察された部分は１に対応する。図２（ａ）では全体を２分割し、２つの領域で１、０と符号化する。図２（ｂ）では明部と暗部の４つの領域を１、０、０、１と符号化し、対応する縞パターン光を照射および撮像する。さらに図２（ｃ）では８つの領域を１、０、０、１、１、０、０、１と符号化し、対応する縞パターン光を照射および撮像する。このように各領域に符号化された領域番号が付与されるので、各領域を判断することができる。各領域は（１，１，１）、（１，１，０）、（１，０，０）、（１，０，１）、（０，０，１）、（０，０，０）、（０，１，０）、（０，１，１）として判断できる。このようにして３枚の縞パターン光を使い、空間を８分割することができるため、この空間符号化を３ｂｉｔの空間符号化と称する。そして、図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）の縞パターン光をそれぞれ１ｂｉｔの縞パターン光、２ｂｉｔの縞パターン光、３ｂｉｔの縞パターン光と称する。
【０００５】
さらに詳細に三次元形状測定を行う場合には、明部と暗部の領域を順次縮小しながらｎ枚の縞パターン光を照射する。そしてプロジェクタの照射領域を２ｎに分割した領域番号を付与することにより、各領域を判断できる。例えば、領域を１０２４分割する三次元計測においては１０ｂｉｔの空間符号化が行われる。
【０００６】
グレイコードの利点は、縞パターン光のずれやぼけなどで領域境界に符号化の誤りが発生しても、隣接領域と判断されるだけで、大きくずれた領域として符号化誤りを生じないことである。そのためグレイコードによる空間符号化は一般に用いられている方法である。
【０００７】
空間符号化法による三次元計測で精度を向上させるには、撮像した画像データから明部と暗部の境界の水平座標位置ｘ（以下、「境界位置」と称する）を決定する必要がある。図３を参照して、で明部と暗部の境界位置について説明する。図３は２ｂｉｔの縞パターン光を撮像した画像データの輝度を縦軸に、水平座標ｘを横軸にとった時のグラフである。図３（ａ）は理想的な境界位置を示す。図３（ａ）では明部と暗部の輝度値が境界において１，０で異なるため、明部と暗部の境界位置が一意に決まり、位置ａおよび位置ｂが境界位置と決定できる。しかし実際の計測では、縞パターン光のボケ、被写体の反射率、外光の影響などにより、図３（ｂ）に示されるように境界近傍はなだらかな変化となり、境界位置を一意に決めることができず、計測誤差を生じさせる。
【０００８】
こうした問題を回避するため、計測精度を示す信頼度を計測点に付与し、その信頼度が閾値以下であれば、その計測座標は使用しない方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
特許文献１では、縞パターン光のほかに、全面明部である全点灯光と、全面暗部である全消灯光とを被写体に照射する。信頼度は全点灯光と全消灯光の輝度差に対する縞パターン光の輝度差の割合としている。そして信頼度が閾値を超える測定点のみを出力している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第3996560号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１の発明では、縞パターン光の輝度差を求める必要がある。輝度差を正確に求めるためには、複数の画素の輝度値を用いて輝度曲線を算出する必要があり、計算コストがかかるという課題がある。また、予めサンプリング点を決めて輝度差を求める方法もあるが、その場合にはサンプリング点ごとに信頼度が異なり、正確に信頼度が反映されない恐れがあるという課題もある。
【００１２】
上記の課題に鑑み、本発明は計測精度を示す信頼度を簡易かつ正確に算出すすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成する本発明に係る三次元計測装置は、
パターンを対象物体に投影し、前記対象物体により反射された反射パターンから前記対象物体の三次元形状情報を算出するための三次元計測装置であって、
明部と暗部とが交互に配置されたパターンの反射パターン光を第１の画像データとして撮像し、当該パターンの明部と暗部とが反転したパターンの反射パターンを第２の画像データとして撮像する撮像手段と、
前記第１の画像データに含まれる第１の輝度値および前記第２の画像データに含まれる第２の輝度値に基づき、前記明部と前記暗部との境界位置を決定する決定手段と、
前記第１の輝度値の勾配を表す第１の輝度勾配と、前記第２の輝度値の勾配を表す第２の輝度勾配とに基づいて前記境界位置の正確性を示す信頼度を算出する信頼度算出手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、上記の目的を達成する本発明に係る三次元計測装置は、
パターン光を対象物体に投影し、前記対象物体により反射された反射パターン光から前記対象物体の三次元形状情報を算出するための三次元計測装置であって、
明部と暗部とが交互に配置された縞パターン光の反射パターン光を第１の画像データとして撮像し、全てが明部である全照明パターン光の反射パターン光を第２の画像データとして撮像し、全てが暗部である全消灯パターン光の反射パターン光を第３の画像データとして撮像する撮像手段と、
前記第１の画像データと前記第２の画像データと前記第３の画像データとに基づき、前記明部と前記暗部との境界位置を決定する決定手段と、
前記第２の画像データおよび前記第３の画像データと、前記第１の画像データの輝度勾配から、前記境界位置の正確性を示す信頼度を算出する信頼度算出手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、取得した画像情報より明暗が反転している位置近傍の複数画素を利用して計測精度を示す信頼度とするため、簡易にかつ正確に信頼度を算出することが可能となる。また境界位置の算出と同時に信頼度を求めることができるため、計算処理の迅速化を図る事が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】三次元形状測定装置の構成および計測方法の概念図。
【図２】グレイコードによる空間符号化法の投影する縞パターン光を示す図。
【図３】境界位置の説明図。
【図４】基本構成概略図。
【図５】第１実施形態に係る信頼度算出を示す図。
【図６】第２実施形態に係る信頼度算出を示す図。
【図７】第３実施形態に係る信頼度算出を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第１実施形態）
図４を参照して、本発明に係る三次元形状測定装置の基本構成概略図について説明する。三次元計測装置は、明部と暗部が交互に配置された縞パターン光を被写体４０７に投影するプロジェクタ４０２と、縞パターン光が投影された被写体４０７（対象物体）の反射パターン光を撮像するカメラ４０３と、種々の演算を実行する計算処理部４１を備える。計算処理部４１は、縞パターン光の投影や撮像を指示し、撮像された画像データを計算処理する。
【００１８】
計算処理部４１は、ＣＰＵ４００と、パターンメモリ４０１と、画像メモリ1４０４と、信頼度算出部４０５と、計測処理部４０６とを備える。ＣＰＵ４００は各種の演算を実行する。パターンメモリ４０１はＲＯＭ等で構成されており、縞パターン光のパターン形状プログラム、投影時間を設定するタイムアカウントプログラムなどを格納する。ＣＰＵ４００からの投影指示を受信したパターンメモリ４０１は縞パターン光形状信号をプロジェクタ４０２に送信する。またタイムアカウント信号がプロジェクタ４０２およびカメラ４０３に送信され、縞パターン光の投影および撮像のタイミングが管理される。
【００１９】
カメラ４０３により撮像された画像データは、画像メモリ４０４に一時的に格納され、順次信頼度算出部４０５に送信される。信頼度算出部４０５は、ＲＯＭやＲＡＭ等で構成されており、縞パターン光の明部と暗部の境界位置を決定し、かつ境界位置の信頼度を算出する処理を行う。境界位置を決定する方法および信頼度を算出する方法は後述する。
【００２０】
次に画像データは計測処理部４０６に送信される。計測処理部４０６は画像データから三次元位置情報を算出する。計測処理部４０６はＲＯＭやＲＡＭ等で構成される。計測処理部４０６は、プロジェクタ４０２とカメラ４０３の基線長、焦点距離、画素数等の機器に依存するパラメータ、予め行うキャリブレーションによるディストーション、外光輝度などの外部パラメータ等を格納する。また三角測量による三次元計測プログラムも格納する。計測処理部４０６は画像データを２値化処理して、符合データ化する。Ｎｂｉｔで空間符号化を行う場合、縞パターン光はＮ種類のパターン形状となるので、符号データはＮ枚生成されることになる。データには信頼度算出部４０５で算出された信頼度および境界位置が付与される。次に符号データからプロジェクタ４０２の画素とカメラ４０３の画素との対応関係をとり、三角測量の原理によって三次元計測を行い三次元形状情報を取得する（三次元形状算出）。計測結果はカメラ４０３の画素数に応じた距離画像データとして生成される。距離画像データにも、任意で信頼度を付与する事ができる。距離画像データは不図示の出力部で画像化され、不図示の表示部で距離画像として観察することができる。
【００２１】
上記の画像メモリ４０４、信頼度算出部４０５、計測処理部４０６の処理はすべてＣＰＵ４００からの指示に基づいて行われる。
【００２２】
次に図５を参照して、信頼度の算出方法について説明する。
【００２３】
図５（ａ）は投影する縞パターン光を示す。縞パターン光５１は３ｂｉｔのグレイコードによる空間符号化の縞パターン光で、ポジティブパターンと称する。縞パターン光５２は縞パターン光５１の明部と暗部を反転させた逆縞パターン光であり、ネガティブパターンと称する。本図では、一例として３ｂｉｔの縞パターン光のポジティブ／ネガティブパターンを示す。しかし、実際の空間符号化による計測では、プロジェクタの解像度に応じて、例えば１ｂｉｔから１０ｂｉｔまでの縞パターン光のポジティブ／ネガティブパターンを投影し、それぞれ撮影してもよい。つまり、１０ｂｉｔの計測であれば、撮影枚数は２０枚必要となる。図５（ｂ）を用いて境界位置を決定する考え方を説明する。図５（ｂ）は撮像した画像データの輝度を縦軸に、水平ピクセル座標を横軸にとったグラフである。縞パターン光の反射パターン光を撮像した画像データを第１の画像データとする。同様に、逆縞パターン光の反射パターン光を撮像した画像データを第２の画像データとする。輝度線５３は縞パターン光５１で撮像した第１の画像データの一部分の輝度線である。一方、輝度線５４は逆縞パターン光５２で撮像した第２の画像データの輝度線で、水平ピクセル座標の相対位置は輝度線５３と同じとする。輝度線５３と輝度線５４とは、位置Ｍ及び位置Ｎで交わる。そこで位置Ｍ、位置Ｎを境界位置とする。図５（ｃ）を用いて実際の境界位置の計算方法を説明する。グラフの下に画素番号が置かれ、点５５、点５６はそれぞれｓ番目、ｓ＋１番目の縞パターン光５１を投影して撮影した画像データの画素である。点５７、点５８はそれぞれｓ番目、ｓ＋１番目の縞パターン光５２を投影して撮影した画像データの画素である。そして点５５と点５６、点５７と点５８をそれぞれ直線で結び、線分５００と線分５０１との交点５９の水平座標を求める。このようにして境界位置Ｎを求める。ここで、信頼度は線分５００と線分５０１の交わりで形成される角度φと定義する。
【００２４】
すなわち、第１の画像データおよび第２の画像データの各画像データを構成する各画素について、縞パターン光５１に対する第１の輝度値と、逆縞パターン光５２に対する第２の輝度値とを算出する（輝度値算出）。そして、第１の輝度値および第２の輝度値の大小関係が反転する画素に対応する位置を明部と暗部の境界位置として決定する。境界位置における縞パターン光５１の第１の輝度勾配と、逆縞パターン光５２の第２の輝度勾配とを算出する。各輝度勾配算出処理は、境界位置での各輝度曲線の傾きを算出する処理としてもよい。この第１の輝度勾配と、と第２の輝度勾配との相関を示す相関値を境界位置の正確性を示す信頼度として算出する。なお、相関値（信頼度）は角度φだけでなく、例えば、各輝度値をプロットした輝度曲線の境界位置における線分５００と、線分５０１の一致度としてもよい。
【００２５】
以下、この信頼度である角度φの算出方法を詳述する
各点の座標をそれぞれ点５５（Ｘａ，Ｙａ）、点５６（Ｘｂ，Ｙｂ）、点５７（Ｘａ，Ｙｄ）、点５８（Ｘｂ，Ｙｃ）とする。そして、線分５００と線分５０１との交点を点５９（Ｐｘ，Ｐｙ）と置く。
【００２６】
線分５００の傾きＰ１は、
【００２７】
【数１】
0005576726.tif 000002
【００２８】
線分５０１の傾きＰ２は、
【００２９】
【数２】
0005576726.tif 000003
【００３０】
と求まる。
式（１）及および式（２）から線分５００を通る直線の式は、式（３）のように表される。
【００３１】
【数３】
0005576726.tif 000004
【００３２】
同様に、線分５０１を通る直線の式は、式（３）のように表される。
【００３３】
【数４】
0005576726.tif 000005
【００３４】
式（３）及および式（４）から点５９の座標（Ｐｘ，Ｐｙ）は、式（５）及および式（６）のように表される。
【００３５】
【数５】
0005576726.tif 000006
【００３６】
【数６】
0005576726.tif 000007
【００３７】
境界位置は式（５）により算出される。
【００３８】
図５（ｃ）で示すように角度φをφ１とφ２に分割すると、各点の座標から、φ１は式（７）で表され、φ２は式（８）で表される。
【００３９】
【数７】
0005576726.tif 000008
【００４０】
【数８】
0005576726.tif 000009
【００４１】
式（７）及および式（８）より、角度φが式（９）のように求まる。
【００４２】
【数９】
0005576726.tif 000010
【００４３】
ここで、画素間の距離を１とすると、Ｘｂ−Ｘａ＝１となるため、式（９）は、式（１０）のように表すことができる。
【００４４】
【数１０】
0005576726.tif 000011
【００４５】
これにより、信頼度φ（角度φ）が算出される。
【００４６】
計測処理部４０６は、算出された信頼度に基づいて、信頼度が所定の閾値以下の計測点に対して、距離画像上への出力禁止を行う。また距離画像データの各測定点に信頼度を付与して全点出力を行い、距離画像データの編集時に、計測者が信頼度の閾値を任意に設定することで、所望する信頼度の高い計測点のみの距離画像データを取得することも可能である。
【００４７】
以上のように本発明に係る第１実施形態によれば、画像データから明暗領域の反転位置の最近傍にある４点の画素を直線結合した線分同士のなす角を信頼度とするため、境界位置を求めるのと同時に信頼度を算出できる。また計算が４点の輝度値のみで求まるので、簡易に計算することが可能である。
【００４８】
第１実施形態では、線分同士のなす角を信頼度として用いたが、２つの線分の交点（図５における点５９）の輝度値を更なる第２の信頼度として追加してもよい。点５９の輝度値は式（６）により求めることができる。信頼度が角度のみでは、対象からの反射光の輝度を知る事はできない。同じ角度でも、高輝度の場合と低輝度の場合で計測精度が異なり、閾値以上の高輝度では同じ角度でもコントラストが低下して信頼度が低下する場合がある。そのため、２つの線分の交点の輝度値も信頼度とし、角度と併せて判定する事で、信頼度による判定精度をより高めることが可能となる。
【００４９】
（第２実施形態）
本実施形態では、ポジティブパターンと均一光量の均一パターン光を用いる空間符号化法の信頼度算出方法について説明する。
【００５０】
図６（ａ）は投影する縞パターン光を示す。縞パターン光６０１は３ｂｉｔのグレイコードによる空間符号化の縞パターン光である。パターン６０２は明部のみの全照明パターン光である。パターン６０３は暗部のみの全消灯パターン光である。３ｂｉｔの空間符号化を行う場合には、１ｂｉｔから３ｂｉｔの縞パターン光と明部のみの全照明パターン６０２、暗部のみの全消灯パターン６０３が必要となる。縞パターン光の反射パターン光を撮像した画像データを第１の画像データとする。同様に、全照明パターン光の反射パターン光を撮像した画像データを第２の画像データとする。また、全消灯パターン光の反射パターン光を撮像した画像データを第２の画像データとする。
【００５１】
図６（ｂ）を参照して、縞パターン光６０１の境界位置を決定する方法を説明する。図６（ｂ）は撮像した画像データの輝度値を縦軸に、水平座標ｘを横軸にとったグラフである。
【００５２】
輝度線５３は縞パターン光６０１で撮像した第１の画像データの輝度線（第１の輝度値曲線）である。輝度線６０４は全照明パターン６０２を投影して撮像した第２の画像データの輝度線（第２の輝度値曲線）である。輝度線６０５は全消灯パターン６０３を投影して撮像した第３の画像データの輝度線（第３の輝度値曲線）である。輝度線６０４と輝度線６０５の平均輝度値を求めて、それを輝度線６０６とする。縞パターン光６０１の輝度線５３と平均値の輝度線６０６は位置Ｍ´及び位置Ｎ´で交わるものとする。そこで位置Ｍ´、位置Ｎ´を境界位置とする。
【００５３】
次に図６（ｃ）を参照して、実際の計算方法を示す。グラフの下に画素番号が置かれ、点６０７、点６０８はそれぞれｓ番目、ｓ＋１番目の縞パターン光６０１を投影して撮影した画像データの画素である。点６０９、点６１０はそれぞれｓ番目、ｓ＋１番目の全照明パターン６０２を投影して撮影した画像データの画素である。点６１１、点６１２はそれぞれｓ番目、ｓ＋１番目の全消灯パターン６０３を投影して撮影した画像データの画素である。全照明パターン６０２と全消灯パターン６０３を投影して撮影した画像データの対応する画素の平均輝度値を求めると、ｓ番目の点６０９と点６１１の平均値は点６１
３と求まる。また、ｓ＋１番目の点６１０と点６１２の平均値は点６１４と求まる。そこで点６０７と点６０８、点６１３と点６１４をそれぞれ直線で結び、その交点６１５の水平座標を求める。このようにして境界位置Ｎ´を算出できる。ここで信頼度は２直線の交わりで形成される角度θと定義する。第１実施形態と同様に、角度θは式（９）で求めることができる。なお、信頼度は角度θではなく、輝度勾配、すなわち境界位置での傾きとしてもよい。
【００５４】
第２実施形態においても、２つの線分の交点（点６１５）の輝度値を第２の信頼度として追加してもよい。
【００５５】
以上のように第２実施形態によれば、ポジティブパターンと均一光量の均一パターン光を用いる空間符号化法においても第１実施形態と同様に信頼度を求めることができる。本実施形態は、ポジティブ／ネガティブパターンを用いる空間符号化法に比べて、精度は低減するものの、撮影枚数は約半分で済むため、精度より高速を求められる計測において有効である。
【００５６】
（第３実施形態）
第３実施形態では、明暗領域の反転位置の近傍における画素を選択した場合の信頼度算出方法について説明する。
【００５７】
図７は撮像した画像データの輝度を縦軸に、水平座標ｘを横軸にとったグラフである。輝度線５３はポジティブパターンで撮像した画像データの一部分の輝度線である。輝度線５４はネガティブパターンで撮像した画像データの輝度線である。水平ピクセル座標の相対位置は輝度線５３と同じとする。線分５００および線分５０１は、明暗領域の反転位置から最近傍にある画素、すなわち画素番号ｓと画素番号ｓ＋１の輝度を直線結合した線分である。この場合は線分５００および線分５０１の交わり角φを信頼度とする。
【００５８】
上記は明暗領域の反転位置から最近傍にある画素を使用したが、画素間隔を倍にした画素を選択しても構わない。点７０２、点７０３はそれぞれｓ−１番目、ｓ＋２番目のポジティブパターンを投影して撮影した画像データの画素である。点７０４、点７０５はそれぞれｓ−１番目、ｓ＋２番目のネガティブパターンを投影して撮影した画像データの画素である。点７０２と点７０３、点７０４と点７０５をそれぞれ直線で結び、線分７０６と線分７０７とする。この場合は線分７０６および線分７０７の交わり角φ´を信頼度とする。
【００５９】
さらに画素間隔を広げて、ｓ−２番目の画素とｓ＋３番目の画素、又はｓ−３番目の画素とｓ＋４番目の画素のように、明暗領域の反転位置から等距離にある画素を用いて傾きを算出して、線分がなす角度を同様に信頼度としてもよい。
【００６０】
以上のように第３実施形態によれば、明暗領域の反転位置から近傍にある画素を複数選択することができる。そのため、複数の傾きを信頼度として算出し、その平均値を信頼度にしてもよい。
【００６１】
（その他の実施形態）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【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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