(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有形の物体の形状の３Ｄ測定のためのシステムであって、
前記物体の表面上に構造光パターンを投影するための光投影機であって、光源と、スライド表面に位置するスライド・パターンを有するスライドと、投影機レンズ頂点を有する投影機レンズとを含む前記光投影機と、
前記物体に反射した前記構造光パターンの画像を取り込むための装置であって、装置レンズ頂点を有する装置レンズを含む前記装置と、
前記スライド・パターンにおける点と前記画像における点との間の対応に基づいて、三角測量アルゴリズムを使用して、前記物体の形状に関する測定値を求めるための演算装置と
を備え、
前記スライド・パターンは複数の符号化要素を含み、該符号化要素の各々は、前記構造光の振幅又は波長の空間的又は時間的分布を定め、
前記符号化要素は少なくとも第１集合又は第２集合の１つに割り当てられ、該第１集合及び第２集合の各々は、前記符号化要素のうちの少なくとも２つを含み、
前記スライド表面に少なくとも第１の線及び第２の線が定められ、前記第１の線は、前記スライド表面と、前記投影機レンズ頂点及び前記装置レンズ頂点を通過する第１平面との交わりにより定められ、前記第２の線は、前記スライド表面と、前記投影機レンズ頂点及び前記装置レンズ頂点を通過する第２平面との交わりにより定められ、
前記第１集合の符号化要素は前記第１の線に沿って位置し、前記第２集合の符号化要素は前記第２の線に沿って位置する、有形の物体の形状の３Ｄ測定のためのシステム。
【請求項２】
前記物体の表面に少なくとも第３の線及び第４の線が定められ、前記第３の線は、前記物体の表面と前記第１平面との交わりにより定められ、前記第４の線は、前記物体の表面と前記第２平面との交わりにより定められる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記光投影機は中心光学軸を更に有し、更に、前記光投影機及び画像を取り込むための前記装置は、前記投影機レンズ頂点と前記装置レンズ頂点との間に伸びる線が前記光投影機の前記中心光学軸に垂直であるように配置された、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
画像を取り込むための前記装置は中心光学軸を有し、更に、前記光投影機及び画像を取り込むための前記装置は、前記投影機レンズ頂点と前記装置レンズ頂点との間に伸びる線が画像を取り込むための前記装置の前記中心光学軸に垂直であるように配置された、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記光投影機は投影機中心光学軸を有し、画像を取り込むための前記装置は装置中心光学軸を有し、更に、前記光投影機及び画像を取り込むための前記装置は、前記投影機レンズ頂点と前記装置レンズ頂点と間に伸びる線が、前記投影機中心光学軸及び装置中心光学軸の何れにも垂直ではないように配置された、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記光投影機は、光学的波長、可視波長、及び赤外波長から選択された波長で構造光を投影する、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記光投影機はフラッシュライトの光源である、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記構造光パターンは変更可能に一体に集合化できる複数の符号化要素を含み、よって、各集合内の前記符号化要素の全てが、符号化要素の隣接する集合内の符号化要素のシーケンスに対して一意なシーケンスを形成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記演算装置は前記物体の表面の３次元形状を求める、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
光投影機から物体の表面上に構造光パターンを投影するステップであって、前記光投影機は、光源と、スライド表面に位置するスライド・パターンを有するスライドと、投影機レンズ頂点を有する投影機レンズとを含む、ステップと、
画像を取り込むための装置で前記物体の前記表面に反射した前記構造光パターンの画像を取り込むステップであって、画像を取り込むための前記装置は装置レンズ頂点を有する装置レンズを含む、ステップと、
前記スライド・パターンにおける点と前記画像における点との間の対応に基づいて、三角測量アルゴリズムを使用して、前記物体の前記表面に関する測定値を求めるステップと
を含み、
前記スライド・パターンは複数の符号化要素を含み、該符号化要素の各々は、前記構造光の振幅又は波長の空間的又は時間的分布を定め、
前記符号化要素は少なくとも第１集合又は第２集合の１つに割り当てられ、該第１集合及び第２集合の各々は、前記符号化要素のうちの少なくとも２つを含み、
前記スライド表面に少なくとも第１の線及び第２の線が定められ、前記第１の線は、前記スライド表面と、前記投影機レンズ頂点及び前記装置レンズ頂点を通過する第１平面との交わりにより定められ、前記第２の線は、前記スライド表面と、前記投影機レンズ頂点及び前記装置レンズ頂点を通過する第２平面との交わりにより定められ、
前記第１集合の符号化要素は前記第１の線に沿って位置し、前記第２集合の符号化要素は前記第２の線に沿って位置する、有形の物体の形状の３Ｄ測定のための方法。
【請求項１１】
前記物体の表面に少なくとも第３の線及び第４の線が定められ、前記第３の線は、前記物体の表面と前記第１平面との交わりにより定められ、前記第４の線は、前記物体の表面と前記第２平面との交わりにより定められる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記光投影機は中心光学軸を更に有し、前記方法は、前記投影機レンズ頂点と前記装置レンズ頂点との間に伸びる線が前記光投影機の前記中心光学軸に垂直であるように前記光投影機及び画像を取り込むための前記装置を配置するステップを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
画像を取り込むための前記装置は中心光学軸を有し、前記方法は、前記投影機レンズ頂点と前記装置レンズ頂点と間に伸びる線が画像を取り込むための前記装置の前記中心光学軸に垂直であるように前記光投影機及び画像を取り込むための前記装置を配置するステップを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記光投影機は投影機中心光学軸を有し、画像を取り込むための前記装置は装置中心光学軸を有し、前記方法は、前記投影機レンズ頂点と前記装置レンズ頂点と間に伸びる線が前記投影機中心光学軸及び前記装置中心光学軸の何れにも垂直ではないように前記光投影機及び画像を取り込むための前記装置を配置するステップを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
光学的波長、可視波長、及び赤外波長から選択される波長で構造光を投影するステップを更に含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
フラッシュライトの光源から前記構造光を投影するステップを更に含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記構造光パターンは変更可能に一体に集合化できる複数の符号化要素を含み、よって、各集合内の前記符号化要素の全てが、符号化要素の隣接する集合内の符号化要素のシーケンスに対して一意なシーケンスを形成する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記物体の表面の３次元形状を求めるステップを更に含む請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、有形物の３次元（「３Ｄ」）測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造光三角測量法の使用等を通じて有形物の３Ｄ表面形状の非接触測定を行うための既知の装置及び方法が存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
有形物の表面形状を測定する三角測量法は、一般に、振幅変調、時間変調、及び波長変調のうちの１つ以上をされた光（「構造光」）の物体の表面上への投影を使用する。物体の表面上に投影される構造光の画像（以下、「画像」という）は、構造光が投影される方向と異なる方向にあるカメラによって取り込まれる。画像は、次いで、物体の表面の形状を計算するために解析される。構造光を形成して画像を走査する特定のシステムのパラメータ、表面の形状のパラメータ、物体の表面と当該システムの構成要素との間の距離のパラメータ、及び当該システムの構成要素に対する物体の向きのパラメータ等の幾つかのパラメータは、解析結果に影響を与える。一般に、物体の形状、物体の表面とシステムの構成要素との間の距離、及びシステムの構成要素に対する物体の向きを除いて、列挙されるパラメータの大部分が事前に知られているか、又は容易に識別できるため、画像を解析するために三角測量法を使用して、物体の表面の形状を求めることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つ又は複数の実施形態にしたがって、非接触構造光三角測量を使用する有形物の形状の３Ｄ測定のためのシステム及び方法を提供する。システムは、任意の物体の表面上に構造光パターンを投影するための光投影機と、物体の表面に作用する構造光パターンの画像を取り込むためのカメラとを備える。システムは照らされた物体の表面形状の３Ｄ測定値を求めるための演算装置を更に備え、この３次元測定値は、投影した構造光と取り込んだ画像との間の計算された対応に基づき、三角測量アルゴリズム用いることを通じて求められる。構造光は、投影機及びカメラの両方の中心投影領域の頂点を通る平面内に存在する符号化要素を含み、ここで、このような平面は測定される物体の空間をも通っている。この配置は、構造光が歪められる場合のある方向の数を１つの既知の方向に制限することによって、構造光内の符号化要素と取り込まれた画像内の符号化要素との間の対応を容易に識別することを可能にし、それによって、非接触構造光三角測量手法を使用して、物体の表面形状の３Ｄ測定値を迅速且つ正確に取得するシステム及び方法を提供する。
【０００５】
同じ符号が同じ要素を指す添付の図面と共に以下の説明を参照して、本開示の上記の特徴及び目的はより明らかとなるだろう。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の１つ又は複数の実施形態による、有形物の形状の３Ｄ測定のためのシステムのブロック図の代表例である。
【図２】投影機と、カメラと、三角測量法を使用して測定される物体との間の配置及び関係を表わす幾何学図である。
【図３】構造光三角測量システムにおけるスライド及び対応する画像の例である。
【図４ａ】構造光三角測量システムにおいて使用される構造光パターンの代表例である。
【図４ｂ】構造光三角測量システムにおいて使用される構造光パターンの代表例である。
【図４ｃ】構造光三角測量システムにおいて使用される構造光パターンの代表例である。
【図５】本発明の１つ又は複数の実施形態による、投影機経線及びカメラ経線の例示である。
【図６】本発明の１つ又は複数の実施形態による、有形物の形状の３Ｄ測定のためのシステムにおける、経線の位置付けの幾何学的規則の部分的透視図である。
【図７】本発明の１つ又は複数の実施形態による、有形物の形状の３Ｄ測定のためのシステムにおける、カメラに対する投影機の幾何学的な相対的位置付けの代表例である。
【図８】図７の投影機及びカメラの相対的位置付けに対する投影機経線及びカメラ経線の位置の例示である。
【図９】本発明の１つ又は複数の実施形態による、有形物の形状の３Ｄ測定のためのシステムにおける、カメラに対する投影機の幾何学的な相対的位置付けの代表例である。
【図１０】図９の投影機及びカメラの相対的位置付けに対する投影機経線及びカメラ経線の位置の例示である。
【図１１】本発明の１つ又は複数の実施形態による、有形物の形状の３Ｄ測定のためのシステムにおける、カメラに対する投影機の幾何学的な相対的位置付けの代表例である。
【図１２】図１１の投影機及びカメラの相対的位置付けに対する投影機経線及びカメラ経線の位置の例示である。
【図１３】本発明の１つ又は複数の実施形態による、有形物の形状の３Ｄ測定のためのシステムによって生成される代表的光構造の例示である。
【図１４】本発明の１つ又は複数の実施形態による、図７の投影機及びカメラの相対的位置付けに対する、図１３の光構造に対応する平面物体から得られる代表的な取り込み画像の例示である。
【図１５】本発明の１つ又は複数の実施形態による、図７の投影機及びカメラの相対的位置付けに対する、図１３の光構造に対応する非平面物体から得られる代表的な取り込み画像の例示である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
一般に、本発明は、有形物の形状の３Ｄ測定のためのシステム及び方法を含む。同じ符号は同じ構成要素を指す前述の図面を参照して、これから本発明のある実施形態について述べる。
【０００８】
ここで図１を参照すると、１つ又は複数の実施形態による、有形物の形状の３Ｄ測定のためのシステム１００のブロック図の例示が全体として示される。システム１００は光学ユニット１０２と演算装置１０４とを含む。光学ユニット１０２は１つ又は複数の投影機１０６により構造光を生成する。１つの実施形態において、投影機１０６は、光源１２６と、光源１２６から放射される光を変調するための光変調装置１２２とを含むスライド投影機である。光変調装置１２２は、スライドを含むスライド型、液晶画面を含む液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）型、又はその他の構造光を生成する装置であってよく、以下、このような装置をスライド１２２という。投影機は、測定される物体１１１の表面１１０上に光円錐１１４中に構造光１１３としてスライド画像を投影するための、頂点１２４を有するレンズ１８１を更に含む。この実施形態及び他の実施形態によると、構造光１１３はまた、干渉光生成方法、モアレ光生成方法、及び回折光生成方法等の他の方法を使用して生成できる。
【０００９】
１つ又は複数の実施形態において、投影機１０６は、光学的波長、可視波長、及び赤外波長のうちの１つから選択される波長で構造光を投影する。１つ又は複数の実施形態において、投影機１０６はフラッシュライトを備える。１つ又は複数の実施形態において、投影機１０６は連続光源である。
【００１０】
光学ユニット１０２は、物体１１１の表面１１０に作用する構造光１１３の画像を取り込むためのカメラ１０８又は他の画像検出装置を含む。１つ又は複数の実施形態において、カメラ１０８は、頂点１３０を有するレンズ１８０と、マトリックスラジエーション受像装置（ｍａｔｒｉｘ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｒｅｃｅｉｖｅｒ）１２８と、カメラ駆動装置１３２とを含む。レンズ１８０は、マトリックスラジエーション受像装置１２８の表面上に画像を形成する。カメラ駆動装置１３２は、マトリックスラジエーション受像装置１２８の動作を制御する電子信号の管理及び処理のユニットとして機能し、取り込み画像がカメラ出力１３４に転送される前に、所望なように又は必要に応じて、受像装置１２８によって取り込まれた画像を他のフォーマット（例えば、ＶＧＡ、ｂｍｐ、ｊｐｅｇ等）に変換できる。カメラ１０８は、物体１１１の表面１１０の一部分を包含する視野１１８を有する。投影機１０６は中心投影機光学軸１１２を有し、カメラ１０８は中心カメラ光学軸１１６を有しており、それによって三角測量角１２０は投影機光学軸１１２とカメラ光学軸１１６との交点でそれらに挟まれてなす角であるようになっている。
【００１１】
演算装置１０４は、限定されないが、物体１１１の表面１１０の３Ｄ形状、物体１１１までの距離、及び取り込まれる表面１１０の向き等の所望の計算を行うために、カメラ出力１３４から受像する取り込み画像を解析する。演算装置１０４はまた、投影機１０６及びカメラ１０８、並びにそれらに含まれる様々な構成要素を制御できる。
【００１２】
ここで図２の幾何学的配置図を参照すると、１つ又は複数の実施形態について、光学ユニット１００の機能が更に詳細に説明されよう。１つ又は複数の実施形態において、投影機１０６の投影レンズ１８１の入射瞳及び射出瞳の中心１２４は投影構造光１１３の頂点であり、一方、１つ又は複数の実施形態において、カメラ１０８のレンズ１８０の入射瞳及び射出瞳の中心１３０はカメラ視野１１８の頂点である。
【００１３】
三角測量法の使用によって、スライド１２２内の複数の点が物体１１１の表面１１０上に投影され、次いで、カメラ１０８によって取り込まれる取り込み画像内のそれぞれの点に１対１でマップされる。取り込み画像内の各点の位置は、物体１１１の表面１１０までの距離、並びに、光学ユニット１０２に対する表面１１０の形状及び向き等の様々な要因に依存する。測定される表面１１０の形状及び位置を再構築するために、当業者に知られている三角測量技術を使用して、取り込み画像の各点がスライド１２２内のそれぞれの点と関連付けられ、次いで、点の座標から表面１１０の形状、位置、及び向きのうちの１つ以上が導かれる。図２は、スライド１２２上及び受像装置１２８での取り込み画像上での対応する点に基づいて、特定の点で表面１１０の形状を計算する１つの可能な方法を例示する。
【００１４】
ここで図３を参照すると、物体１１１の表面１１０の形状を求めるために投影画像及び取り込み画像がどのように使用されるかを表わす透視図の例示が提供される。線パターン１６２を有するスライド１２２は、光源１２６からの投影光の振幅変調を行って、物体１１１の表面１１０上に投影機１０６から構造光１１３としてパターンを投影する。次いで、線パターン１８６が表面１１０上に現れる。カメラ１０８は、結果として得られる、表面１１０に作用する構造光１１３の対応する取り込み画像１４０を記録する。この例において、表面１１０の形状を計算する複雑さは、取り込み画像１４０内のパターン内の線１８５とスライド１２２内のパターン内の線１６２との間の対応を識別する複雑さにある。すべての線が同様の外観を有し、スライド１２２内のどの線１６２が、取り込み画像１４０内の特定の線１８５を生成したかを見分けることが困難であるため、画像１４０とスライド１２２における線間の適切な対応を求めることが困難なことがある。更に、物体１１の形状がより複雑になるほど、より高い頻度で線が壊れ、スライド１２２と取り込み画像１４０との間の対応を見つけるタスクはより複雑になる。
【００１５】
取り込み画像１４０の点とスライド１２２の点との間の対応を探査するタスクを簡素化するために、投影光１１３は取り込み画像１４０において識別できる区別可能な要素の集まりを表わすように構造化できる。この異成分の取り込み画像１４０への導入は、「符号化」と呼ばれる。図４Ａから図４Ｃは、物体１１１の表面１１０上に投影できる符号化された構造光１１３の幾つかの代表例を表わす。
【００１６】
符号化の存在にもかかわらず、特に、物体の表面１１０と、投影機１０６と、カメラ１０８との間の距離の有限性によって生じる遠近感歪みの存在によって、カメラ１０８によって取り込まれる画像内の構造光の要素を識別するタスクは、依然として複雑である。遠近感歪みは、構造光１１３の取り込み画像１４０を２つの方向に変形させ、取り込み画像１４０の各点における表面１１０の形状に依存する。結果的に、投影構造光１１３の各要素は、予測外に、取り込み画像１４０においてシフトし、回転し、その形状をねじる場合があり、したがって、可能性のある歪み（回転、形状の歪み）のすべてを考慮して、その識別には取り込み画像１４０内の２次元探査が必要である。このような探査に伴う複雑さはしばしば、取り込み画像１４０内の構造光要素の検出における頻繁なエラーをもたらし、その結果、物体の表面１１０の形状の測定エラーとなる。探査タスクはまた、レジストレーション時間を延長するか、又はより強力な、したがって、より大きく、より高価な、コンピュータのシステム、すなわち演算装置１０４を必要とするリソース集中型探査アルゴリズムを必要とする。
【００１７】
１つ又は複数の実施形態において、システム１００は、構造光１１３が歪められる場合のある方向の数を１つの既知の方向に制限すること、その方向において構造光１１３の符号シーケンスを構成すること、及び特別な構造光符号化方法を使用することによって、カメラ１０８によって取り込まれる画像１４０内の構造光１１３の要素を検出するタスクを簡素化し、それによって、より効果的且つ効率的な３Ｄ画像化を達成する。
【００１８】
アフィンエピポーラ幾何学によると、物体又は場面の形状にかかわらず、２つのカメラが同じ物体又は場面を見ているとき、一方のカメラの画像内の各点を通る直線を引くことができ、その線に対応する物体又は場面の全ての点は、他方のカメラの画像内の直線に沿って存在している。この原則が、有形物の３Ｄ形状を求めるための構造光による三角測量を使用する表面形状走査に適用できる。
【００１９】
１つ又は複数の実施形態において、有形物の形状の３Ｄ測定のためのシステム１００及び関連する方法は、投影機１０６及びカメラ１０８の互いに関する位置にかかわらず、スライド１２２の各点を通る直線１８７を引くことができ、それによって、取り込まれる表面１１０の形状にかかわらず、構造光１１３内の投影パターンが物体１１１の表面１１０上に投影されるとき、カメラ１０８によって取り込まれる画像１４０内に対応する直線１８８が存在するという仮定を用いる。このような線１８７と線１８８との何れの組も１対１の対応を形成し、図５に例として示されるように、以下、このような線は「経線（ｍｅｒｉｄｉａｎ）」、特に、カメラ１０８によって取り込まれる画像については「カメラ経線１８８」、投影機１０６からの投影構造光１１３については「投影機経線１８７」という。１つの実施形態において、投影機経線１８７及びカメラ経線１８８は、スライド１２２及びマトリックスラジエーション受像装置１２８の表面上に表われる代表的な線であるが、実際には、それらは、物体１１１上に投影され、カメラ１０８によって取り込まれるパターンの部分ではない。
【００２０】
１つ又は複数の実施形態において、図６に例示されるように、物体１１１の表面１１０上に投影レンズ１８１から構造光１１３を投影することによって経線１８７の位置が求められ、投影機経線１８７の各々は、表面１１０に投影機１０６から投影される構造光１１３の頂点１２４から伸びる平面１２５内に存在することとなる。マトリックスラジエーション受像装置１２８内のカメラ経線１８８の各々も、物体１１１の空間内でカメラ１０８のカメラ視野１１８の頂点１３０からも伸びる平面１２５のそれぞれ１つの内に存在することとなる。物体１１１の空間内の同じ平面１２５に存在する投影機経線１８７及びカメラ経線１８８は対応する組を形成する。
【００２１】
このように、投影機経線１８７と、カメラ経線１８８と、頂点１２４及び１３０から伸びる平面１２５との間には、直接、相互関係がある。平面１２５は、物体１１１の空間内の投影機経線１８７及びカメラ経線１８８の光跡に類似しているとみなせる。言い換えると、投影機経線１８７及びカメラ経線１８８は、投影機レンズ１８０及びカメラレンズ１８１によって作られる、スライド１２２及びマトリックスラジエーション受像装置１２８の表面上の平面１２５の画像とみなせる。
【００２２】
投影機１０６と、カメラ１０８と、物体１１１との間の向きはいくつも可能であるが、投影機１０６及びカメラ１０８の位置付けに関連して、投影機経線１８７とカメラ経線１８８との間の関係を例示するために、ここで幾つかの例示的な位置付けの配置が説明することにする。
【００２３】
図７を参照すると、１つ又は複数の実施形態において、投影機１０６から投影される構造光１１３の頂点１２４をカメラ１０８の視野１１８の頂点１３０に結ぶ線１５０は、投影機光学軸１１２に垂直である。この実施形態において、投影機経線１８７は厳密に平行であり、この実施形態に対応する投影機経線１８７及びカメラ経線１８８の例示が、図８に示される。
【００２４】
図９を参照すると、１つ又は複数の実施形態において、投影機１０６から投影される構造光１１３の頂点１２４をカメラ１０８の視野１１８の頂点１３０に結ぶ線１５２は、カメラ光学軸１１６に垂直である。この実施形態において、カメラ経線１８７は厳密に平行であり、この実施形態に対応する投影機経線１８７及びカメラ経線１８８の例示が、図１０に示される。
【００２５】
図１１を参照すると、１つ又は複数の実施形態において、投影機１０６の中心投影１１３の頂点１２４をカメラ１０８の中心投影１１８の頂点１３０に結ぶ線１５４は、投影機光学軸１１２及びカメラ光学軸１１６の何れにも垂直ではない。この実施形態において、図１２に例示されるように、投影機経線１８７及びカメラ経線１８８は何れも厳密に平行である必要がない。
【００２６】
１つ又は複数の実施形態において、投影機１０６によって投影される構造光１１３は、取り込み画像内で可能な方向及び歪みの数を制限するように構成でき、それによって、取り込み画像内の構造光要素を識別するタスクを簡素化し、ある場合には、表面形状計算アルゴリズムの完全な線形化を達成する。１つの実施形態において、可能な方向及び歪みの数は、経線の中の１つに制限される。
【００２７】
１つ又は複数の実施形態において、スライド１２２は、構造光１１３が、投影機１０６及びカメラ１０８の頂点１２４及び１３０を通る平面１２５内に存在する少なくとも２つの符号化要素を含んで形成されるように選択される。１つ又は複数の実施形態において、構造光１１３は、複数の異なる符号化要素の集合を含むパターンとして、各符号化要素の集合内の符号化要素の全てが、投影機１０６及びカメラ１０８の頂点１２４、１３０を通る同じ該当する平面１２５内に存在するように形成できる。異なる符号化要素の集合は異なる平面１２５内に存在する。１つ又は複数の実施形態において、このような符号化要素は、異なる形状、形、及び長さのうちの１つ以上を有する区域毎に表わされる。たとえば、図１３に示される例示的実施形態を参照すると、構造光１１３は、異なる太さの区域毎に表わされる２つの符号化要素１６４及び１６５を含む構造１６０として形成される。符号化要素は、各線１６２内のそれらのシーケンスが異なる長さの異なる太さを有する実線を形成するように、複数の平行な線１６２に沿って１つずつ配置される。同時に、全ての符号化要素は、線１６２と共同してグリッドを形成する複数の平行な経線１８７上に存在する。このような手段で、各経線１８７に沿った、異なる太さの符号化区域１６４及び１６５のシーケンスを含む集合は、他の隣接する経線１８７内の符号化区域１６４及び１６５のシーケンスに対して特異なシーケンスを形成することとなる。パターンの他の型が、構造光１１３内に符号化要素、すなわち符号化区域１６４及び１６５を生成するために生成できることは理解されよう。
【００２８】
図１３のこのような光構造１６０を使用して、代表的な平面物体（図１４）及び非平面物体（図１５）に対しての図７の投影機１０６とカメラ１０８との相関的位置付けに基づくカメラ１０８によって記録された代表的な取り込み画像１４０の部分を、図１４及び図１５に例示する。これらの図から、符号化要素１６４及び１６５の集合が、スライド１２２内の該当する投影機経線１８７上に各々存在し、また、画像１４０内の該当するカメラ経線１８８と共に存在することになることがわかる（これらの図において、投影機経線１８７及びカメラ経線１８８は垂直線として例示される）。解析される物体１１１の表面１１０の特定の形状によって、画像１４０内の符号化要素１６４及び１６５は、カメラ経線１８８の長さに沿った方向にのみに移動させられることとなる。そのとき、スライド１２２内の符号化要素１６４及び１６５のそれぞれの位置に関して、また、同じか又は異なるカメラ経線１８８に沿った同じ符号化要素１６４又は１６５の同じ集合内の他の符号化要素１６４及び１６５の移動及び位置のうちの一方又は双方に関して、カメラ経線１８８に沿った符号化要素１６４の移動及び位置のうちの一方又は双方を解析することによって、表面１１０の所望の３Ｄ測定を行うことができる。
【００２９】
構造１６０は、ここに説明される何れの実施形態にも使用可能である。特定の実施形態に使用するために、構造１６０は、それを拡大縮小、シフト、又はそうでなければ変更することによって、スライド１２２の範囲に適合させることが望ましい。加えて、構造１６０は、構造１６０の符号化要素１６４及び１６５の集合が特定の実施形態のために選ばれた経線と一致するように、必要に応じて変形できる。
【００３０】
演算システム１０４は、本発明による有形物の形状の３Ｄ測定ための方法を実施するのに適した汎用のコンピュータシステムより構成されてよい。演算システム１０４は、適切な演算環境の１つの例に過ぎず、本発明の使用又は機能の範囲に関していかなる限定を示唆しようとするものではない。様々な実施形態において、有形物の形状の３Ｄ測定のための本システム及び方法は、多数の他の汎用又は特殊用途の演算システム環境又は構成によって操作可能である。本発明で使用するために適するであろうよく知られた演算システム、環境、及び構成うちの１つ以上の例としては、限定されないが、パソコン、サーバーコンピュータ、手持ちサイズ型すなわちノート型デバイス、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサをベースとするシステム、プログラマブル家庭用電化製品、ネットワークパソコン、ミニコン、メインフレームコンピュータ、上記のシステム又はデバイスの何れかを含む分散コンピューティング環境等がある。
【００３１】
様々な実施形態において、有形物の形状の３Ｄ測定のための三角測量アルゴリズム及び方法は、プログラムモジュール等の、コンピュータによって実行されるコンピュータ実行可能命令の一般的な内容で説明できる。一般に、プログラムモジュールは、特定のタスクを実行するか、又は特定の抽象データ型を実装するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造等を含む。これらのアルゴリズム及び方法はまた、通信ネットワークを介してリンクされる遠隔処理装置によってタスクが実行される分散コンピューティング環境において実施できる。分散コンピューティング環境において、プログラムモジュールは、メモリ記憶装置を含むローカル及びリモートコンピュータ記憶媒体の両方に置くことができる。１つの実施形態において、演算システム１０４は、１つ又は複数のコンピュータプログラムを実行することによって物体の３Ｄ形状測定を実施する。コンピュータプログラムはメモリ及びＲＯＭのうちの一方又は双方等のメモリメディア若しくは記憶媒体内に格納されるか、又はそれらはネットワーク接続若しくは他のＩ／Ｏ接続を介してＣＰＵに提供される。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
ここに説明される本実施形態によって形成されるシステム及び方法は、非接触構造光三角測量を使用する有形物の形状の３Ｄ測定を提供する。このようなシステム及び方法は、１つの座標系内で、その系を参照して、複雑な形状の有形物の表面上に投影される点群（すなわち、光構造）の座標を迅速且つ正確に測定することができる。これらの教示は、物体の表面形状、表面までの距離、又は空間的な向きに関する正確なデータを必要とする科学及び工学的問題の全体に亘って適応できる。本システム及び方法は、限定されないが、デジタルイメージング、部分形状の制御、コンピュータアニメーション、文化的、歴史的、又は科学的価値のある物体の形状の取り込み、形状認識、局所解剖学、マシンビジョン、医療処置、装置及びロボットの特別なポジショニング等、多くの分野において有用な用途を有する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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