(57)【要約】【課題】従来測定困難な被検体の部位の形状の三次元情報を測定する。【解決手段】三次元情報測定装置１０は光源ユニット１１と撮像ユニット１２と支持ユニット１３と制御ユニット１４とを有する。光源ユニット１１は第１の方向に沿って複数の境界を有するパターン光を出射可能である。撮像ユニット１２はパターン光を照射した被検体を撮像する。支持ユニット１３は光源ユニット１１および撮像ユニット１２を回転軸ＲＸを中心に回動可能に支持する。制御ユニット１４は複数の異なる回転位置において被検体にパターン光を照射した状態で撮像ユニット１２の撮像により得られる画像に基づいて被検体の三次元情報を生成する。【選択図】図１
2014215245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に沿って複数の境界を有するパターン光を出射可能な光源ユニットと、
前記パターン光を照射した被検体を撮像する撮像ユニットと、
前記光源ユニットおよび前記撮像ユニットを回転軸を中心に回動可能に、前記複数の境界および前記回転軸が交差するように前記回転軸に対して傾斜させた方向から前記パターン光を照射可能な姿勢で前記光源ユニットを支持し、前記光源ユニットとは異なる角度で前記回転軸から傾斜した方向から前記被検体を撮像可能な姿勢で前記撮像ユニットを支持する支持ユニットと、
前記回転軸に対して複数の異なる回転位置において前記回転軸の近傍に設置した前記被検体に前記パターン光を照射した状態で前記撮像ユニットの撮像により得られる画像に基づいて、前記被検体の三次元情報を生成する制御ユニットとを備える
ことを特徴とする三次元情報測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の三次元情報測定装置であって、
前記光源ユニットは、前記パターン光より少ない境界を有する基準パターン光を出射可能であり、
前記制御部は、前記被検体に前記基準パターンを照射した状態で前記撮像ユニットの撮像により得られる画像に基づいて前記被検体の基準位置を判別し、前記基準位置に基づいて前記三次元情報を生成する
ことを特徴とする三次元情報測定装置。
【請求項３】
請求項1に記載の三次元情報測定装置であって、
前記被検体を設置すべき位置を示す指標を、さらに備え、
前記制御部は、前記指標に示される位置に基づいて前記三次元情報を生成する
ことを特徴とする三次元情報測定装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の三次元情報測定装置であって、
前記光源ユニットは、照明光を出射可能であって、
前記制御部は、前記複数の異なる回転位置において前記照明光を照射した状態で撮像ユニットの撮像により得られる画像、および前記三次元情報に基づいて、任意の方向から見た前記被検体の画像を作成する
ことを特徴とする三次元情報測定装置。
【請求項５】
パターン光が有する第１の方向に沿った複数の境界が回転軸に交差するように前記回転軸から傾斜させた方向からの前記パターン光の前記回転軸の近傍の被検体への照射、および前記パターン光の照射する角度とは異なる角度で前記回転軸に対して傾斜した方向からの前記被検体の撮像を、前記回転軸に対して複数の回転位置において実行する採取ステップと、
前記採取ステップにおいて撮像された複数の画像に基づいて、前記被検体の三次元情報を生成する生成ステップとを備える
ことを特徴とする三次元情報測定方法。
【請求項６】
請求項５に記載の三次元情報測定方法であって、
前記採取ステップにおいて、前記回転軸から傾斜させた前記方向からの照明光の前記被検体への照射および前記照明光の照射する角度とは異なる前記角度で前記回転軸に対して傾斜させた前記方向からの前記被検体の撮像を、前記複数の回転位置において実行し、
前記生成ステップにおいて、生成した前記被検体の三次元情報と、前記採取ステップにおいて撮像した前記照明光を照射された前記被検体の画像とに基づいて、任意の方向から見た前記被検体の画像を作成する
ことを特徴とする三次元情報測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検体の形状を三次元情報として測定する三次元情報測定装置および三次元情報測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被検体の形状を三次元情報として測定する多様な方法が提案されている。例えば、三次元情報の測定方法として、例えばグレイコードパターン光投影法、空間コード化パターン光投影法（特許文献１参照）、および光切断法（特許文献２参照）などが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１２７８１９号公報
【特許文献２】特開２００５−３４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、既知の測定方法では、単一の方向から撮像した画像を用いて被検体の三次元座標を測定するので、撮像されない被検体の部位、例えば撮像方向から隠れた部位などの三次元情報を測定することができなかった。
【０００５】
本発明は、かかる観点に鑑みてなされたもので、従来測定困難であった被検体の部位の形状の三次元情報も測定可能な三次元情報測定装置および三次元情報測定方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した諸課題を解決すべく、第１の観点による三次元情報測定装置は、
第１の方向に沿って複数の境界を有するパターン光を出射可能な光源ユニットと、
前記パターン光を照射した被検体を撮像する撮像ユニットと、
前記光源ユニットおよび前記撮像ユニットを回転軸を中心に回動可能に、前記複数の境界および前記回転軸が交差するように前記回転軸に対して傾斜させた方向から前記パターン光を照射可能な姿勢で前記光源ユニットを支持し、前記光源ユニットとは異なる角度で前記回転軸から傾斜した方向から前記被検体を撮像可能な姿勢で前記撮像ユニットを支持する支持ユニットと、
前記回転軸に対して複数の異なる回転位置において、前記回転軸近傍に設置した前記被検体に前記パターン光を照射した状態で前記撮像ユニットの撮像により得られる画像に基づいて前記被検体の三次元情報を生成する制御ユニットとを備える
ことを特徴とするものである。
【０００７】
また、第２の観点による三次元情報測定装置において、
前記光源ユニットは、前記パターン光より少ない境界を有する基準パターン光を出射可能であり、
前記制御部は、前記被検体に前記基準パターンを照射した状態で前記撮像ユニットの撮像により得られる画像に基づいて前記被検体の基準位置を判別し、前記基準位置に基づいて前記三次元情報を生成する
ことが好ましい。
【０００８】
また、第３の観点による三次元情報測定装置において、
前記被検体を設置すべき位置を示す指標を、さらに備え、
前記制御部は、前記指標に示される位置に基づいて前記三次元情報を生成する
ことが好ましい。
【０００９】
また、第４の観点による三次元情報測定装置において、
前記光源ユニットは、照明光を出射可能であって、
前記制御部は、前記複数の異なる回転位置において前記照明光を照射した状態で撮像ユニットの撮像により得られる画像、および前記三次元情報に基づいて、任意の方向から見た前記被検体の画像を作成する
ことが好ましい。
【００１０】
上述したように本発明の解決手段を装置として説明してきたが、本発明はこれらに実質
的に相当する方法、プログラム、プログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るもの
であり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。
【００１１】
例えば、本発明を方法として実現させた、第５の観点による三次元情報測定方法は、
パターン光が有する複数の境界が回転軸に交差するように前記回転軸から傾斜させた方向からのパターン光の前記回転軸近傍の被検体への照射、および前記パターン光の照射する角度とは異なる角度で前記回転軸に対して傾斜した方向からの前記被検体の撮像を、前記回転軸に対して複数の回転位置において実行する採取ステップと、
前記採取ステップにおいて撮像された複数の画像に基づいて、前記被検体の三次元情報を生成する生成ステップとを備える
ことを特徴とするものである。
【００１２】
また、第６の観点による三次元情報測定方法において、
前記採取ステップにおいて、前記回転軸から傾斜させた前記方向からの照明光の前記被検体への照射および前記照明光の照射する角度とは異なる前記角度で前記回転軸に対して傾斜させた前記方向からの前記被検体の撮像を、前記複数の回転位置において実行し、
前記生成ステップにおいて、生成した前記被検体の三次元情報と、前記採取ステップにおいて撮像した前記照明光を照射された前記被検体の画像とに基づいて、任意の方向から見た前記被検体の画像を作成する
ことが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、従来測定困難であった被検体の部位の形状の三次元情報も測定可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る三次元情報測定装置の構成を概略的に示す機能ブロック図である。
【図２】パターン光の光学像を示す図である。
【図３】基準パターン光の光学像を示す図である。
【図４】各境界の光学像の回転軸への投影位置および入射角度を説明するための図である。
【図５】被検体に基準パターン光を照射したときの状態を示す図である。
【図６】被検体にパターン光を照射したときの状態を示す図である。
【図７】回転軸からの高さを説明するための図である。
【図８】回転軸からの高さの算出原理を説明するための図である。
【図９】θｙｈ座標上におけるＯＢＪの形状を示した図である。
【図１０】ｘｙｚ座標上におけるＯＢＪの形状を示した図である。
【図１１】θｙｈ座標系からｘｙｚ座標系への三次元情報の変換原理を説明するための図である。
【図１２】任意の回転位置から見た被検体の画像の作成方法を説明するための図である。
【図１３】制御ユニットが実行する形状測定処理を説明するためのフローチャートである。
【図１４】制御ユニットが実行する画像作成処理を説明するためのフローチャートである。
【図１５】三次元情報測定装置の変形例の構成を概略的に示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る三次元情報測定装置を概略的に示す機能ブロック図である。
【００１７】
三次元情報測定装置１０は、光源ユニット１１、撮像ユニット１２、支持ユニット１３、および制御ユニット１４を含んで構成される。
【００１８】
光源ユニット１１は、パターン光、基準パターン光、および照明光を切替えて出射可能である。パターン光とは、図２に示すように、任意の方向である第１の方向に沿って複数の境界ＢＬを有する光学像である。複数の境界ＢＬは、比較的輝度の高い白色領域ＷＡおよび比較的輝度の低い黒色領域ＢＡによって形成される。第１の方向における各境界ＢＬの位置は、予め定められ、例えば本実施形態においては、パターン光の第１の方向に沿った一端からの最初の境界ＢＬ間での間隔、および各境界ＢＬ間の間隔が等しくなるように位置が定められる。基準パターン光とは、図３に示すように、第１の方向に沿ってパターン光よりも少ない境界ＢＬを、パターン光における境界ＢＬと実質的に同じ位置に有する光学像である。例えば、本実施形態においては、パターン光の基端から１５番目および２９番目の境界ＢＬと同じ位置に、基準パターン光は境界ＢＬを有する。照明光とは、均質な白色光である。
【００１９】
撮像ユニット１２は、被写体像を結像させる光学系１５、および、例えばラインセンサまたはエリアセンサなどの撮像素子を有する（図１参照）。撮像ユニット１２は、被写体像を撮像して画像を生成する。光学系１５は物体側テレセントリックであることが好ましい。
【００２０】
支持ユニット１３は、本体１６およびモータ１７を有する。本体１６は連結部１８および基台部１９を有する。連結部１８は、基台部１９の長手方向が回転軸ＲＸと平行となる状態で、回転軸ＲＸを中心に本体１６が回動可能となるように、支持される。基台部１９には、光源ユニット１１および撮像ユニット１２が設けられる。光源ユニット１１は、光源ユニット１１が有する照明光学系の光軸ＯＸ１が回転軸ＲＸと交差するように傾斜させた方向から、複数の境界ＢＬの回転軸ＲＸ上の像が回転軸ＲＸと交差するようにパターン光を照射可能な姿勢で支持される。本実施形態では、パターン光の複数の境界ＢＬの回転軸ＲＸ上の像が回転軸ＲＸと、各境界ＢＬの回転軸ＲＸ上の像と回転軸ＲＸとを有する平面上で直交する。光源ユニット１１は、光軸ＯＸ１が回転軸ＲＸと、光学系１５の光軸ＯＸ２とは異なる角度で交差し且つ両光軸のなす角度が０°より大きく９０°未満の範囲である姿勢で、支持される。本実施形態では、撮像ユニット１２の光学系１５の光軸ＯＸ２が回転軸ＲＸと直交する。さらに、撮像ユニット１２は、ラインセンサを用いる場合には、少なくとも、回転軸ＲＸに平行な方向の線状の画像を撮像可能なように、配置される。モータ１７は、例えば筐体などに固定され、回転軸ＲＸを中心に本体１６とともに、光源ユニット１１および撮像ユニット１２を、任意の回転位置に回動させる。
【００２１】
制御ユニット１４は、例えばパソコンなどのコンピュータであり、三次元情報測定装置１０の各部位の動作を制御する。制御ユニット１４は、キーボードおよびマウスなどの入力部２１、ＳＤＲＡＭおよびハードディスクなどの記憶部２２、ならびにディスプレイ２３に接続される。
【００２２】
入力部２１は操作者の多様な入力を検出する。例えば、回転軸ＲＸ近傍に設置した被検体の形状の測定を開始する入力、および任意の方向から見た被検体の画像を作成する入力などを検出する。
【００２３】
記憶部２２は、後述するように、光源ユニット１１から出射したパターン光における各境界ＢＬ光学像の回転軸ＲＸと交差する投影位置および入射角度を記憶する。光源ユニット１１からパターン光を出射した状態において、光源ユニット１１側のパターン光の端部と回転軸ＲＸとの交点が始点ＳＰに定められ、始点ＳＰから境界ＢＬと回転軸ＲＸとの交点位置までの距離が各境界ＢＬの回転軸ＲＸ上での投影位置として予め算出または計測され、記憶部２２に記憶される。また、回転軸ＲＸとの交点位置での各境界ＢＬの入射角度も、各境界ＢＬの回転軸ＲＸ上での入射角度として予め算出または計測され、記憶される。
【００２４】
本実施形態における、各境界ＢＬの光学像の回転軸ＲＸ上での投影位置および入射角度の算出方法について、図４を用いて、説明する。パターン光の境界ＢＬの数を（Ｎ−１）、パターン光全体の広がり角度をφ、パターン光の法線ＮＶおよび回転軸ＲＸのなす角度をα、始点ＳＰを通るパターン光の幅をＬ０とすると、始点ＳＰからｎ番目の境界ＢＬの投影位置ｙｒ（ｎ／Ｎ）は、（１）式により算出される。また、始点ＳＰからｎ番目の境界ＢＬの入射角度α（ｎ／Ｎ）は、（２）式により算出される。
【００２５】
【数１】
2014215245.tif 000003
【００２６】
また、記憶部２２は、光源ユニット１１から出射した基準パターン光における各境界ＢＬの回転軸ＲＸ上での投影位置および入射角度を記憶する。さらに、記憶部２２は、制御ユニット１４が生成する三次元情報を記憶する。
【００２７】
ディスプレイ２３は、三次元情報測定装置１０の操作のための画像および被検体を任意の方向から見た画像などの多様な画像を表示する。
【００２８】
次に、三次元情報測定装置１０による、被検体の形状の測定について、以下に説明する。被検体を回転軸ＲＸ近傍、好ましくは回転軸ＲＸ上に設置した状態で、形状の測定を開始する入力を入力部２１が検出すると、制御ユニット１４は、三次元情報生成のために各部位の制御を始める。
【００２９】
最初に、撮像を開始させる回転位置に基台部１９が配置されるように、モータ１７は本体１６を回動させる。撮像を開始させる回転位置において、図５に示すように、光源ユニット１１は基準パターン光を被検体ＯＢＪに照射する。基準パターン光が照射されている状態において、撮像ユニット１２は、光学系１５の光軸ＯＸ２と回転軸ＲＸとを有する平面ＰＬと被検体ＯＢＪの表面が交わる線状の画像ＬＩを基準位置決定用の画像として撮像する。次に、図６に示すように、光源ユニット１１は、パターン光を被検体ＯＢＪに照射する。パターン光が照射されている状態において、撮像ユニット１２は、光学系１５の光軸ＯＸ２と回転軸ＲＸとを有する平面ＰＬと被検体ＯＢＪの表面が交わる線状の画像ＬＩを測定用の画像として撮像する。さらに、光源ユニット１１は、照明光を被検体ＯＢＪに照射する。照明光が照射されている状態において、撮像ユニット１２は、光学系１５の光軸ＯＸ２と回転軸ＲＸとを有する平面ＰＬと被検体ＯＢＪの表面が交わる線状の画像ＬＩを表示用の画像として撮像する。
【００３０】
測定用の画像を撮像すると、モータ１７は撮像を開始させる回転位置から所定の角度だけ本体１６を回転させる。本実施形態では、例えば０．５°の角度で回転させ、異なる回転位置に光源ユニット１１および撮像ユニット１２を本体１６ともに配置する。この回転位置において、光源ユニット１１は、パターン光を被検体ＯＢＪに照射する。パターン光が照射されている状態において、撮像ユニット１２は、光学系１５の光軸ＯＸ２と回転軸ＲＸとを有する平面ＰＬと被検体ＯＢＪの表面が交わる線状の画像ＬＩを測定用の画像として撮像する。さらに、この回転位置において、光源ユニット１１は、照明光を被検体ＯＢＪに照射する。照明光が照射されている状態において、撮像ユニット１２は、光学系１５の光軸ＯＸ２と回転軸ＲＸとを有する平面ＰＬと被検体ＯＢＪの表面が交わる線状の画像ＬＩを表示用の画像として撮像する。
【００３１】
以後、撮像を開始させる回転位置から所定の角度の回転位置、例えば１８０°回転するまで、本体１６の０．５°の回転、パターン光の照射、測定用の画像の撮像、照明光の照射、および表示用の画像の撮像を繰返す。
【００３２】
撮像を開始させる回転位置から所定の角度の回転位置における照明光の照射および表示用の画像の撮像を終えると、制御ユニット１４は、以下に詳細に説明するように、撮像した画像に基づいて被検体ＯＢＪの形状の三次元情報を生成する。
【００３３】
制御ユニット１４は、被検体ＯＢＪ表面の各微小領域の三次元座標を、図７に示すように、回転軸ＲＸに沿った位置ｙ、回転軸ＲＸからの高さｈ、および撮像を開始する回転位置からの回転角度を回転位置θとする座標軸として算出する。すなわち、各回転位置θ０°〜θ３６０°において、被検体ＯＢＪの表面の回転軸ＲＸに沿った各位置ｙにおける回転軸ＲＸからの高さｈを算出する。
【００３４】
高さの算出原理について、以下に説明する。光源ユニット１１が回転軸ＲＸから傾斜しているので、図８に示すように、境界ＢＬを示す光学像のy軸に沿った投影位置は、回転軸ＲＸに投影した場合（符号“ｙｒ”参照）および被検体ＯＢＪに投影した場合（符号“ｙｏ”参照）とでは異なり、その投影位置にはズレｄが生じる。それゆえ、境界ＢＬを示す光学像の回転軸ＲＸに対する入射角度α（ｎ／Ｎ）を用いて、高さｈが、（３）式により算出される。
【００３５】
【数２】
2014215245.tif 000004
【００３６】
投影位置のズレｄは、被検体ＯＢＪに投影した境界ＢＬの光学像の投影位置ｙｏ、および回転軸ＲＸに投影した境界ＢＬの光学像の投影位置ｙｒの差分である。すなわち、始点ＳＰからｎ番目の境界ＢＬの投影位置のズレｄ（ｎ／Ｎ）は、（４）式により算出される。
【００３７】
【数３】
2014215245.tif 000005
【００３８】
前述のように、回転軸ＲＸに投影した各境界ＢＬの光学像の投影位置ｙｒ（ｎ／Ｎ）は、予め算出され記憶部２２に記憶されている。また、各境界ＢＬの光学像の回転軸ＲＸに対する各入射角度α（ｎ／Ｎ）も、予め算出され記憶部２２に記憶されている。したがって、測定用の画像において、被検体ＯＢＪに投影した境界ＢＬの光学像の投影位置ｙｏ（ｎ／Ｎ）を検出することにより、始点ＳＰからｎ番目の境界ＢＬの高さｈを算出可能である。
【００３９】
ただし、被検体ＯＢＪが始点ＳＰよりも光源ユニット１１から離れた位置に設置されている場合には、すべての境界ＢＬが被検体ＯＢＪに照射され得ないため、被検体ＯＢＪに照射された境界ＢＬが始点ＳＰから何番目の境界ＢＬであるかの判別が出来ない。そこで、基準パターン光を用いて、被検体ＯＢＪに照射される境界ＢＬの序数が検出される。前述のように、基準パターン光は、パターン光における１５番目および２９番目の境界ＢＬと同じ位置に、境界ＢＬを有している。それゆえ、基準位置決定用の画像において検出される２つの境界ＢＬの位置が、基準位置に定められる。最初に撮像された測定用の画像において、始点ＳＰよりの基準位置または始点ＳＰから離れた基準位置の境界ＢＬが１５番目または２９番目の境界ＢＬに定められ、当該境界ＢＬを基準として他の境界ＢＬの序数が定められる。定められた序数および検出された境界ＢＬの位置に基づいて、前述のように、各境界ＢＬにおける被検体ＯＢＪの高さｈが算出される。なお、撮像を開始する回転位置の次の回転位置における測定用の画像では、撮像を開始する回転位置の測定用の画像の各境界ＢＬに最も近い境界ＢＬを、撮像を開始する回転位置の測定用の画像の境界ＢＬと同じ序数として高さｈの算出に用いる。
【００４０】
測定用の全画像において、検出された境界ＢＬの高さｈを算出して、その中の最大値を用いて、各境界ＢＬの高さが最大１までの値に正規化される。制御ユニット１４は、正規化された境界ＢＬの高さｈｓ、本体１６の回転位置θ、および始点ＳＰを基準とする位置ｙの三次元情報を生成する。
【００４１】
θｙｈ座標上で被検体ＯＢＪの形状を描画すると、図９に示すように、実際の三次元形状と異なる被検体ＯＢＪの形状が形成される。そこで、制御ユニット１４は、（５）、（６）式により、θｙｈ座標系の三次元情報から、撮像を開始するときの回転位置における回転軸ＲＸに垂直な軸をｘ軸、ｘｙ平面に垂直な軸をｚ軸とするｘｙｚ座標系の三次元情報（図１０参照）に変換する。なお、（５）、（６）式により変換した三次元情報は、回転位置９０°の方向から見た位置に相当する。
【００４２】
【数４】
2014215245.tif 000006
【００４３】
（５）、（６）式において、Ｗはディスプレイ２３で表示可能な画像の幅以下の任意の長さであって、高さｈの正規化に用いる最大値に相当する。図１１に示すように、ｈｓ（θ、ｙ）は、特定の回転位置θおよび特定の位置ｙにおける被検体ＯＢＪの表面の回転軸ＲＸからの正規化された高さである。θは、任意の回転位置の、撮像を開始する回転位置からの角度である。
【００４４】
また、制御ユニット１４は、表示用の画像を細分化し、細分化した各画像を、同じ回転位置において撮像した測定用の画像における同じｙ座標の位置の三次元情報を組合わせる。さらに、制御ユニット１４は、表示用の画像を、回転位置９０°から見た画像に変換する。図１１に示すように、各回転位置の測定用の画像は、回転位置から見て垂直な方向に幅Δθを有する。各回転位置から見た幅Δθにｓｉｎθを乗じることにより、回転位置９０°から見た幅Δｘに変換可能である。制御ユニット１４は、変換した表示用の画像を、ｘｙｚ座標系の三次元情報と組合わせて、記憶部２２に記憶させる。
【００４５】
制御ユニット１４は、変換した表示用の画像の、ｘｙｚ座標系の三次元座標との組合せにより、回転位置９０°から見た被検体ＯＢＪの画像を作成可能である。また、他の回転位置ω°から見た被検体ＯＢＪの画像（図１２参照）に関しては、（５）、（６）式および、表示用の画像の幅Δθの変換のために乗じるｓｉｎθにおいて、θに、（θ＋ω−９０°）を代入することにより算出される三次元情報および細分化した各画像へ変換可能である。
【００４６】
次に、制御ユニット１４が実行する被検体ＯＢＪの形状測定処理を、図１３のフローチャートを用いて説明する。前述のように、形状の測定を開始する入力を入力部２１が検出すると、形状測定処理を開始する。
【００４７】
ステップＳ１００において、制御ユニット１４は、本体１６を、撮像を開始させる回転位置に回動させる。開始のための回転位置に回動させると、プロセスはステップＳ１０１に進む。
【００４８】
ステップＳ１０１では、制御ユニット１４は、被検体ＯＢＪに基準パターン光を照射させる。さらに、制御ユニット１４は、基準パターン光が照射された被検体ＯＢＪを撮像して、基準位置決定用の画像を取得する。基準位置決定用の画像を撮像すると、プロセスはステップＳ１０２に進む。
【００４９】
ステップＳ１０２では、制御ユニット１４は、被検体ＯＢＪにパターン光を照射させる。さらに、制御ユニット１４は、パターン光が照射された被検体ＯＢＪを撮像して、測定用の画像を取得する。測定用の画像を撮像すると、プロセスはステップＳ１０３に進む。
【００５０】
ステップＳ１０３では、制御ユニット１４は、被検体ＯＢＪに照明光を照射させる。さらに、制御ユニット１４は、照明光が照射された被検体ＯＢＪを撮像して、表示用の画像を取得する。表示用の画像を撮像すると、プロセスはステップＳ１０４に進む。なお、ステップＳ１０２とステップＳ１０３の順番を変えて、表示用の画像を測定用の画像より先に取得してもよい。
【００５１】
ステップＳ１０４では、制御ユニット１４は、現在の回転位置が最終の回転位置であるか否かを判別する。最終の回転位置でないときには、プロセスはステップＳ１０５に進む。最終の回転位置であるときには、プロセスはステップＳ１０６に進む。
【００５２】
ステップＳ１０５では、制御ユニット１４は、本体１６を０．５°回転させる。本体１６の回転後、プロセスはステップＳ１０２に戻る。
【００５３】
ステップＳ１０６では、制御ユニット１４は、ステップＳ１０１において取得した基準位置決定用の画像に基づき、基準位置を決定する。さらに、制御ユニット１４は、決定した基準位置に基づいて、ステップＳ１０２において取得した測定用の画像における境界ＢＬの序数を決定する。境界ＢＬの序数を決定すると、プロセスはステップＳ１０７に進む。
【００５４】
ステップＳ１０７では、制御ユニット１４は、記憶部２２に記憶された各境界ＢＬの回転軸ＲＸ上の投影位置ｙｒおよび入射角度と、ステップＳ１０２において取得した測定用の画像に基づく境界ＢＬの投影位置ｙｏとを用いて、被検体ＯＢＪのｘｙｚ座標系における三次元情報を算出する。ｘｙｚ座標系の三次元情報を算出すると、プロセスはステップＳ１０８に進む。
【００５５】
ステップＳ１０８では、制御ユニット１４は、ステップＳ１０３で取得した表示用の画像の幅Δθを変換する。さらに、制御ユニット１４は、幅Δθを変換した画像をステップＳ１０７において算出した三次元情報に組合わせる。組合せ後、プロセスはステップＳ１０９に進む。
【００５６】
ステップＳ１０９では、制御ユニット１４は、ステップＳ１０８において組合わせた三次元情報および表示用の画像を記憶部２２に記憶させる。記憶部２２に記憶させると、形状測定処理を終了する。
【００５７】
次に、制御ユニット１４が実行する任意の回転位置から見た被検体ＯＢＪの画像作成処理を、図１４のフローチャートを用いて説明する。前述のように、任意の方向から見た被検体ＯＢＪの画像を作成する入力を入力部２１が検出すると、画像作成処理を開始する。
【００５８】
ステップＳ２００において、制御ユニット１４は、形状測定処理のステップＳ１０７における座標変換において、θの代わりに（θ＋ω−９０°）を用いた座標変換を行う。座標変換後、プロセスはステップＳ２０１に進む。
【００５９】
ステップＳ２０１では、制御ユニット１４は、形状測定処理のステップＳ１０８における画像変換において、θの代わりに（θ＋ω−９０°）を用いた画像変換を行う。さらに、制御ユニット１４は、幅Δθを変換した画像をステップＳ２００において算出した三次元情報に組合わせる。組合せ後、プロセスはステップＳ２０２に進む。
【００６０】
ステップＳ２０２では、制御ユニット１４は、ステップＳ２０２において組合わせた三次元情報および表示用の画像を記憶部２２に記憶させる。記憶部２２に記憶させると、画像作成処理を終了する。
【００６１】
以上のような構成の本実施形態の三次元情報測定装置によれば、撮像ユニット１２を被検体ＯＢＪの周囲を回転させながら、パターン光を照射した被検体ＯＢＪを撮像するので、単一の視点からの撮像では死角となる部位の三次元情報も測定可能である。
【００６２】
また、本実施形態の三次元情報測定装置によれば、算出した三次元情報と表示用の画像の組合わせにより、任意の回転位置から見た被検体ＯＢＪの画像を作成可能である。
【００６３】
本発明を諸図面や実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。
【００６４】
例えば、本実施形態において、基準位置を基準位置決定用の画像に基づいて決定するが、他の構成により決定してもよい。例えば、図１５に示すように、三次元情報測定装置１０が、被検体ＯＢＪの先端を合わせるべき位置を示す指標２４を備える構成であってもよい。当該指標２４が示す位置は始点ＳＰであり、当該始点ＳＰに被検体ＯＢＪの先端を合わせて測定を行うことにより、測定用の画像における始点ＳＰから最初の境界ＢＬが一番目の境界ＢＬとして扱うことが可能であって、基準位置決定用の画像の撮像が不要となる。
【００６５】
また、本実施形態において、基準位置決定用の画像は初回のみ撮像される構成であるが、回転位置毎に、あるいは任意の回転位置においても、基準位置決定用の画像が撮像される構成であってもよい。回転位置の変化に対して高さが大きく変わる被検体ＯＢＪでは、隣接する測定用の画像における境界ＢＬの投影位置ｙｏが大きく変わり得る。それゆえ、このような被検体ＯＢＪに対しては、多様な回転位置において基準位置を確認することにより、測定精度を向上可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１０  三次元情報測定装置
１１  光源ユニット
１２  撮像ユニット
１３  支持ユニット
１４  制御ユニット
１５  光学系
１６  本体
１７  モータ
１８  連結部
１９  基台部
２１  入力部
２２  記憶部
２３  ディスプレイ
２４  指標
ＢＡ  黒色領域
ＢＬ  境界
ＬＩ  線状の画像
ＮＶ  パターン光の法線
ＯＢＪ  被検体
ＯＸ１  照明光学系の光軸
ＯＸ２  光学系の光軸
ＰＬ  光学系の光軸と回転軸とを有する平面
ＲＸ  回転軸
ＳＰ  始点
ＷＡ  白色領域
【図１】
2014215245.tif 000007
【図２】
2014215245.tif 000008
【図３】
2014215245.tif 000009
【図４】
2014215245.tif 000010
【図５】
2014215245.tif 000011
【図６】
2014215245.tif 000012
【図７】
2014215245.tif 000013
【図８】
2014215245.tif 000014
【図９】
2014215245.tif 000015
【図１０】
2014215245.tif 000016
【図１１】
2014215245.tif 000017
【図１２】
2014215245.tif 000018
【図１３】
2014215245.tif 000019
【図１４】
2014215245.tif 000020
【図１５】
2014215245.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成25年8月8日(2013.8.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に沿って複数の境界を有するパターン光を出射可能な光源ユニットと、
前記パターン光を照射した被検体を撮像する撮像ユニットと、
前記光源ユニットおよび前記撮像ユニットを回転軸を中心に回動可能に、前記複数の境界および前記回転軸が交差するように前記回転軸に対して傾斜させた方向から前記パターン光を照射可能な姿勢で前記光源ユニットを支持し、前記光源ユニットとは異なる角度で前記回転軸から傾斜した方向から前記被検体を撮像可能な姿勢で前記撮像ユニットを支持する支持ユニットと、
前記回転軸に対して複数の異なる回転位置において前記回転軸の近傍に設置した前記被検体に前記パターン光を照射した状態で前記撮像ユニットの撮像により得られる拡散反射光の像の画像に基づいて、前記被検体の三次元情報を生成する制御ユニットとを備える
ことを特徴とする三次元情報測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の三次元情報測定装置であって、
前記光源ユニットは、前記パターン光より少ない境界を有する基準パターン光を出射可能であり、
前記制御部は、前記被検体に前記基準パターンを照射した状態で前記撮像ユニットの撮像により得られる拡散反射光の像の画像に基づいて前記被検体の基準位置を判別し、前記基準位置に基づいて前記三次元情報を生成する
ことを特徴とする三次元情報測定装置。
【請求項３】
請求項1に記載の三次元情報測定装置であって、
前記被検体を設置すべき位置を示す指標を、さらに備え、
前記制御部は、前記指標に示される位置に基づいて前記三次元情報を生成する
ことを特徴とする三次元情報測定装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の三次元情報測定装置であって、
前記光源ユニットは、照明光を出射可能であって、
前記制御部は、前記複数の異なる回転位置において前記照明光を照射した状態で撮像ユニットの撮像により得られる拡散反射光の像の画像、および前記三次元情報に基づいて、任意の方向から見た前記被検体の画像を作成する
ことを特徴とする三次元情報測定装置。
【請求項５】
パターン光が有する第１の方向に沿った複数の境界が回転軸に交差するように前記回転軸から傾斜させた方向からの前記パターン光の前記回転軸の近傍の被検体への照射、および前記パターン光の照射する角度とは異なる角度で前記回転軸に対して傾斜した方向からの前記被検体の撮像を、前記回転軸に対して複数の回転位置において実行する採取ステップと、
前記採取ステップにおいて撮像された複数の拡散反射光の像の画像に基づいて、前記被検体の三次元情報を生成する生成ステップとを備える
ことを特徴とする三次元情報測定方法。
【請求項６】
請求項５に記載の三次元情報測定方法であって、
前記採取ステップにおいて、前記回転軸から傾斜させた前記方向からの照明光の前記被検体への照射および前記照明光の照射する角度とは異なる前記角度で前記回転軸に対して傾斜させた前記方向からの前記被検体の撮像を、前記複数の回転位置において実行し、
前記生成ステップにおいて、生成した前記被検体の三次元情報と、前記採取ステップにおいて撮像した前記照明光を照射された前記被検体の拡散反射光の像の画像とに基づいて、任意の方向から見た前記被検体の画像を作成する
ことを特徴とする三次元情報測定方法。