(57)【要約】【課題】3次元計測システムにおいて、投影装置と撮像装置の主点の相対位置を容易に調整して適切な3次元計測を可能とする。【解決手段】投影装置の主点402から投影素子面401への垂線の交点を通る線パターン407を、複数面の3次元構造からなる基準物体108に投影する。この線パターン407が、投影装置と撮像装置の主点402,404の配置に応じたエピポーラ平面408と投影素子面401の交わるエピポーラ線406に合っていない場合、撮像装置の撮像素子面403では、線パターンが直線からずれる。したがって、投影素子面401でのパターンが直線となるように、主点402,402の相対位置に対する調整情報を算出し、通知する。該通知に従って線パターン407がエピポーラ線406に一致するように主点402,404の相対位置が制御されると、撮像素子面403上でのパターン探索が容易となるため、特徴点認識精度が向上し、高精度のキャリブレーションが可能となる。【選択図】  図4
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
3次元計測システムにおける撮像装置と投影装置の相対位置を調整するための情報を生成する情報処理装置であって、
前記投影装置から位置調整用の基準物体に対し所定のパターンを投影させる投影制御手段と、
前記基準物体に投影した前記パターンを前記撮像装置で撮像させる撮像制御手段と、
前記撮像装置で撮像された撮像画像における前記パターンの形状に基づいて、前記投影装置の主点と前記撮像装置の主点との相対位置に対する調整情報を算出する算出手段と、を有する事を特徴とする情報処理装置。
【請求項２】
前記パターンは線であることを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。
【請求項３】
前記パターンは、前記投影装置の主点から投影素子面に下ろした垂線と該投影素子面が交わる位置を通ることを特徴とする請求項2に記載の情報処理装置。
【請求項４】
前記パターンは、前記基準物体に線として投影されるように、前記投影装置における光学系の歪を考慮して生成されることを特徴とする請求項3に記載の情報処理装置。
【請求項５】
前記パターンは、前記投影装置における投影素子配列の格子線の一方の方向に沿ったエッジを有することを特徴とする請求項3に記載の情報処理装置。
【請求項６】
前記基準物体は、前記投影装置の主点からの距離が異なる複数面を有する3次元物体であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の情報処理装置。
【請求項７】
前記調整情報は、前記撮像画像における前記パターンの形状に対する直線または曲線近似の評価結果を示すことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の情報処理装置。
【請求項８】
前記調整情報は、前記投影装置もしくは前記撮像装置の主点を移動すべき方向を示すことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の情報処理装置。
【請求項９】
前記調整情報は、前記投影装置もしくは前記撮像装置の主点を移動すべき距離を示すことを特徴とする請求項8に記載の情報処理装置。
【請求項１０】
さらに、前記調整情報を表示装置に出力する出力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項に記載の情報処理装置。
【請求項１１】
さらに、前記調整情報を、前記投影装置もしくは前記撮像装置の主点の移動を制御する移動制御装置に出力する出力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項に記載の情報処理装置。
【請求項１２】
前記出力手段で出力された前記調整情報に応じて前記投影装置もしくは前記撮像装置の主点位置が移動する場合に、前記調整情報が調整完了を示すまで、前記投影制御手段、前記撮像制御手段、前記算出手段、前記出力手段による処理を繰り返すことを特徴とする請求項10または11に記載の情報処理装置。
【請求項１３】
前記パターンは、前記投影素子面において前記垂線と交わる位置を通る第1の線と、該第1の線に対して所定の間隔をおいた第2の線を含むパターンであることを特徴とする請求項3に記載の情報処理装置。
【請求項１４】
前記算出手段は、
前記撮像画像における前記第1の線の形状に基づいて、前記垂線に対して垂直方向における主点の相対位置に対する第1の調整情報を算出し、
前記撮像画像における前記第2の線の形状に基づいて、前記垂線に対して平行方向における主点の相対位置に対する第2の調整情報を算出する
ことを特徴とする請求項13に記載の情報処理装置。
【請求項１５】
さらに、前記第1および第2の調整情報を出力する出力手段を有し、
前記出力手段で出力された前記第1および第2の調整情報に応じて前記投影装置もしくは前記撮像装置の主点位置が移動する場合に、前記第1の調整情報が調整完了を示した後に、前記第2の調整情報の算出を開始し、前記第2の調整情報が調整完了を示すまで、前記投影制御手段、前記撮像制御手段、前記算出手段、前記出力手段による処理を繰り返すことを特徴とする請求項14に記載の情報処理装置。
【請求項１６】
投影制御手段、撮像制御手段、算出手段を有し、3次元計測システムにおける撮像装置と投影装置の相対位置を調整するための情報を生成する情報処理方法であって、
前記投影制御手段が、前記投影装置から位置調整用の基準物体に対し所定のパターンを投影し、
前記撮像制御手段が、前記基準物体に投影した前記パターンを前記撮像装置で撮像し、  前記算出手段が、前記撮像装置による撮像画像における前記パターンの形状に基づいて、前記投影装置の主点と前記撮像装置の主点との相対位置に対する調整情報を算出する、ことを特徴とする情報処理方法。
【請求項１７】
コンピュータ装置で実行されることにより、該コンピュータ装置を請求項1乃至15のいずれか1項に記載の情報処理装置の各手段として機能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、3次元計測システムにおける投影装置と撮像装置の相対位置の調整に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、3次元計測システムにおいて、撮像装置と投影装置のキャリブレーションが以下の手順によりなされていた。まず、投影範囲、撮影範囲、基線長を考慮し、撮像装置と投影装置の位置を固定する。次に、既知の平面もしくは立体上のサンプル点を撮影し、撮像装置および投影装置の射影関係から、撮像装置、投影装置の内部パラメータおよび外部パラメータを推定する。
【０００３】
この推定方法の例が特許文献1に記載されている。この例ではまず、スクリーン上の幾何情報が既知であるターゲット点を撮像装置から入力するとともに、投影装置からスクリーン上に照射したサンプル点を撮像装置から入力する。そして、サンプル点の位置がスクリーン上のターゲット点の位置と一致するように、投影装置に設定するサンプル点の2次元座標を補正する。そして、補正されたサンプル点に対する画像から、撮像装置及び投影装置のパラメータを推定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2011-102728号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献1に記載された構成では、投影装置から投射されるパターンに対して、投影装置と撮像装置の相対位置が厳密に考慮されていないため、以下のような問題があった。すなわち、投影装置から撮像装置との視差方向に特徴を付加したパターンを投影した場合に、投影装置と、撮像装置の位置により決定される投影装置側のエピポーラ線と、投影装置から投影される特徴とエピポーラ線が必ずしも同一にならない。したがって、被写体の距離に応じて、パターンに付加した特徴点の位置がずれてしまい、特徴を負荷したパターン中の特徴点を認識する事が困難となる。
【０００６】
本発明は上述した問題を解決するために、3次元計測システムにおいて、投影装置と撮像装置の主点の相対位置を容易に調整可能として、投影装置から出力されるパターンに付加される特徴が撮像装置上で容易に認識可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の情報処理装置は以下の構成を備える。すなわち、3次元計測システムにおける撮像装置と投影装置の相対位置を調整するための情報を生成する情報処理装置であって、前記投影装置から位置調整用の基準物体に対し所定のパターンを投影させる投影制御手段と、前記基準物体に投影した前記パターンを前記撮像装置で撮像させる撮像制御手段と、前記撮像装置で撮像された撮像画像における前記パターンの形状に基づいて、前記投影装置の主点と前記撮像装置の主点との相対位置に対する調整情報を算出する算出手段と、を有する事を特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、3次元計測システムにおいて、投影装置と撮像装置の主点の相対位置を容易に調整可能となり、投影装置から出力されるパターンに付加される特徴が撮像装置上で容易に認識可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る一実施形態における3次元計測システムの全体構成を示す図、
【図２】第1実施形態における投影パターン例を示す図、
【図３】第1実施形態における撮像装置と投影装置の相対位置の制御処理を示すフローチャート、
【図４】投影装置と撮像装置の配置例を示す図、
【図５】投影装置と撮像装置の配置例を示す図、
【図６】投影装置と撮像装置の配置例を示す図、
【図７】投影装置と撮像装置の配置例を示す図、
【図８】撮像装置による撮像画像例を示す図、
【図９】調整情報の表示例を示す図、
【図１０】投影装置もしくは撮像装置の主点の移動方法を示す図、
【図１１】投影パターンの他の例を示す図、
【図１２】投影パターンの他の例を示す図、
【図１３】第2実施形態における調整情報の表示例を示す図、
【図１４】第2実施形態における調整情報の算出方法を示す図、である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態は特許請求の範囲に関わる本発明を限定するものではなく、また、本実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。
【００１１】
＜第1実施形態＞
●装置構成
図1は、本実施形態における3次元計測システムの構成例を示すブロック図である。図1に示すように本実施形態の3次元計測システムは、撮像装置101、投影装置102、計測部100からなり、計測部100は、投影パターン生成部103、制御部104、記憶部105、パターン抽出部106、調整情報算出部107を備える。
【００１２】
撮像装置101は光学系と複数の撮像素子からなる撮像素子面を有し、位置調整用の基準物体108を投影装置102による投影方向とは異なる方向から撮像し、取得した画像を記憶部105に出力する。投影装置102は、計測部100内の投影パターン生成部103から入力されるパターンの情報に基づいて、基準物体108へパターンを投影する。なお、投影装置102としてはレーザープロジェクタや液晶プロジェクタ等、複数の投影素子からなる投影素子面によるパターン投影を可能とする装置であれば、その構成は限定されない。
【００１３】
計測部100は、撮像装置101と投影装置102の相対位置を調整するための情報を生成する情報処理装置として機能する。計測部100において、投影パターン生成部103は、投影装置102が基準物体108へ投影するパターンを生成する。ここで、投影パターン生成部103から出力される投影パターンについて、図2を用いて説明する。投影パターン生成部103は、例えば図2(a)に示す投影パターン201を出力する。投影パターン201は複数の線パターン202からなり、これら複数の線パターン202を一度に投影しても良いし、線パターン202を1つずつ順次投影しても良い。
【００１４】
本実施形態では、投影される線パターン202を、撮像装置101と投影装置102の配置で決定するエピポーラ線に一致させることを目的とする。これは、以下の理由による。例えば3次元計測の際に、撮像装置101の撮像素子面で線パターン202上に配置されたパターンを認識する場合について考える。このとき、線パターン202がエピポーラ線と一致していれば、被写体の形状によらず、撮像素子面上では、線パターン202上に配置されたパターンは、投影素子面のエピポーラ線と同じエピポーラ平面が交わる撮像素子面上でのエピポーラ線の上を移動する。よって、撮像素子面上でのパターンの探索が容易になるという効果がある。
【００１５】
また、本実施例の投影パターン201は、線パターン202を含む一部領域203を拡大した領域204に示すように、線パターン202のエッジが投影素子面に配列された投影素子の格子線205の一方の方向に沿っている。このように投影素子配列の格子線205に沿った線パターン202を用いるのは、以下の理由による。ここで、図2(b)に示すような投影パターン206を考える。投影パターン206は、その一部領域208を拡大した領域209に示されるように、そのエッジが投影素子配列の格子線210に沿っていない複数の線パターン207を含んでいる。したがって、線パターン207の投影画像においては線の輪郭が滑らかとはならずにギザギザ(ジャギー)が生じてしまい、意図した線の輪郭とは異なってしまう。もちろん、投影素子面がパターンを印刷したフィルムのような格子のないパターンを投影するものであれば、投影素子の格子線を意識する必要はない。さらに、線パターン207におけるジャギーが無視できる程度に投影素子が十分に密に配置されている場合には、格子線に沿わない線パターンを含んでも良い。つまり、線パターンは斜めであっても良いし、エピポーラ線が直線でない場合、つまり、投影装置、撮像装置がピンホールカメラであり、無収差のレンズである事を仮定できない場合は、線パターンは必ずしも直線である必要はなく曲線であっても良い。
【００１６】
図1に戻り、制御部104は、投影パターン生成部103によるパターンの投影タイミングを制御(投影制御)する。また制御部104は、投影装置102がパターンの投影を開始するタイミングに基づき、撮像を開始するように撮像装置101を制御(撮像制御)する。記憶部105は、撮像装置101から取得した撮像画像を記憶するメモリである。記憶部105に記憶された撮像画像は、パターン抽出部106へ出力される。パターン抽出部106は、記憶部105から取得した撮像画像からパターンを抽出し、該抽出したパターンを調整情報算出部107へ出力する。
【００１７】
調整情報算出部107は、パターン抽出部106から入力されたパターンに基づいて、調整情報を算出し、出力する。ここで調整情報とは、パターン抽出部106から入力されたパターンに基づいて撮像装置101と投影装置102の主点の相対位置を調整するために用いられる情報である。具体的に調整情報としては、撮像装置101もしくは投影装置102の主点の移動の方向であっても良いし、さらに移動量を加えても良い。また、撮像装置101もしくは投影装置102の主点の位置の評価値であっても良い。ここで主点位置の評価値とは、調整完了/未完了等の評価結果も含む。また、調整情報の出力先としては、表示装置を備えてユーザに情報を提示する通知デバイスであっても良いし、撮像装置101もしくは投影装置102の主点を移動させる移動ステージのような移動制御デバイスであっても良い。
【００１８】
基準物体108は、投影装置102によって投影されたパターンを撮像装置101で撮像可能となるように、投影装置102の一部投影可能範囲、かつ撮像装置101の一部撮影可能範囲に入っている必要がある。
【００１９】
●相対位置制御
以下、本実施形態の3次元計測システムにおいて、撮像装置101と投影装置102の配置、すなわち相対位置を制御する処理について、図3のフローチャート等を用いて説明する。なおこの制御処理は、計測部100において行われる。
【００２０】
図3に示すように、まず、投影装置102による基準物体108上へのパターン投影を行う(S301)。ここでの投影パターンは投影パターン生成部103で生成された、図2(a)に示す投影パターン201であり、投影パターン201を構成する線パターン202を1本ずつ投影するとする。
【００２１】
ここで図4を参照して、S301におけるパターン投影時点、すなわち配置調整が完了していない時点における、投影装置102と撮像装置101の配置について説明する。なお図4では、撮像装置101と投影装置102がいずれもピンホールによる撮像および投影を行うものであると仮定している。さらに、撮像装置101の撮像素子面および投影装置102の投影素子面は、実際には基準物体108から見て主点よりも後方に配置されているが、理解を容易とするため、図4ではこれを主点の前方に配置し、それぞれを反転させて示している。なお、後述する図5〜図7についても、図4と同様の表現としている。
【００２２】
図4において、401は投影装置102の投影素子面であり、402が投影装置102の主点である。また、403は撮像装置101の撮像素子面であり、404が撮像装置101の主点である。投影装置102の主点402と、撮像装置101の主点404とをつないだ線が基線405であり、基線405の長さが基線長となる。また、408は撮像装置101と投影装置102がなすエピポーラ平面であり、投影素子面401上のエピポーラ平面408と交わる線がエピポーラ線406である。また、主点402から投影素子面401に垂線を下ろした線が光軸413である。ここで、エピポーラ線406と交わるエピポーラ平面は、光軸413を含むエピポーラ平面である。また、撮像素子面403上のエピポーラ平面408と交わる線がエピポーラ線412である。さらに、線パターン407は光軸413と投影素子面401が交わる位置を含む線を描画したパターンである。
【００２３】
本実施形態では、光軸413と投影素子面401が交わる位置、すなわち投影素子面401において主点402から下ろした垂線が交わる位置を通るパターンを含む線パターン407を描画する。以下、その理由について説明する。
【００２４】
投影素子面401上の複数の線パターンとエピポーラ線の位置を合わせる事で、撮像素子面403で撮影した画像上のパターンの認識を容易にすることが、本実施形態の目的である。この目的を達成するためには、投影装置102の主点402と撮像装置101の主点404との相対位置を、主点402を含む2軸を定義した平面上で規定の位置に配置する必要がある。ここで、定義する2軸が、主点402を含む、光軸413方向の軸と、光軸413と基線405がなす平面に垂直な軸である事が望ましい。このように2軸を定義することで、基線405の長さの変化を抑えつつ、主点402と主点404の相対位置を調整することが可能となる。
【００２５】
以下、主点402と主点404の相対位置を、光軸413に対する垂直方向と平行方向の2軸で定義した平面上で規定位置に合わせる場合について説明する。
【００２６】
最初に、光軸413と基線405がなす平面に垂直な軸方向に主点402もしくは主点404を移動させて、線パターン407とエピポーラ線406の位置を合わせる。これは、光軸413方向の主点の相対位置が規定の位置でない状態においても、線パターン407とエピポーラ線406を投影素子面401上で同じ位置に合わせる事が可能であるためである。なお、線パターン407とエピポーラ線406が光軸413方向の位置が規定の位置でない状態においても合わせる事が可能であるのは、以下の理由による。すなわち、エピポーラ線406と同じエピポーラ平面上に光軸413が存在するため、光軸413について平行方向に主点402もしくは主点404が移動したとしても、エピポーラ平面と交わるエピポーラ線406の位置は変わらないためである。
【００２７】
このように、最初に光軸413と投影素子面401が交わる位置を含む線パターン407を描画する事で、光軸413方向の位置が規定の位置に存在しない状態であっても光軸413と垂直方向の位置を合わせる事が可能である。光軸413と垂直方向の位置を合わせた後に、光軸413方向の位置を合わせれば良い。
【００２８】
以上のように、主点402と主点404の相対位置を光軸413の垂直方向と平行方向の2軸で合わせるためには、まず、光軸413と垂直方向を合わせる必要がある。そのために、最初に光軸413と投影素子面401が交わる位置に線パターン407を描画するのである。
【００２９】
図3に戻り、S301で以上のように基準物体108にパターン投影がなされると、該投影されたパターンを撮像装置101で撮像し、撮像した画像を記憶部105に保存する(S302)。図4に示す例では、撮像装置101で基準物体108に投影された線パターン409を撮像することで、撮像画像としてパターン411が得られる。なお、本実施形態における基準物体108は、中央部が凸形状をなす物体であり、主点からの距離が異なる複数平面からなる。ただし基準物体108としては、その形状が3次元構造を有する物体、すなわち主点からの距離が異なる複数面からなる3次元物体であれば良く、例えば球形であっても良いし、段差ゲージのような形状であっても良い。また、実際の3次元計測の対象物であっても良い。
【００３０】
次に、記憶部105に保存されている撮像画像をパターン抽出部106に出力し、撮影画像から線パターンを抽出する(S303)。そして調整情報算出部107で、該抽出された線パターンに基づいて調整情報を算出する(S304)。
【００３１】
以下、S304における調整情報の算出方法について、図8を用いて詳細に説明する。図8において、801が撮像装置101による撮像画像であり、803が抽出されたパターンである。まず、抽出したパターン803に対して、最小二乗法で直線802を近似し、直線802とパターン803の距離を評価値とする。ここで、撮像画像801が撮像装置101の光学系などによる歪を含む場合は、歪を補正する計算を施した撮像画像について直線802を近似してもよい。もしくは、歪を補正せずに、近似する直線802を歪を含んだ曲線として曲線近似を行っても良い。
【００３２】
具体的には以下の式(1)によって、直線近似の評価値Vが算出される。なお、式(1)においてiは撮像画像801の縦の画素数であり、xはパターン803の横位置の座標、yは直線802の横位置の座標である。
【００３３】
2014235063.tif 000003
【００３４】
そして、算出された調整情報を、表示デバイス等に通知する(S305)。なお、この通知は、上記式(1)によって算出した評価値Vそのものを通知しても良いし、該評価値Vに対してさらに所定の閾値を用いて評価した結果を通知しても良い。ここで図9に、表示デバイスにおける調整情報の表示例を示す。図9(a)は、式(1)によって算出された評価値Vの値をそのまま表示した例を示している。図9(b)は、式(1)で算出された評価値Vが閾値以上であった場合に、「調整完了」という文字列を評価結果として表示した例を示している。
【００３５】
図3に戻り、S304で調整情報算出部107から出力された評価値Vが閾値未満であれば(S306)、ユーザは撮像装置101もしくは投影装置102の主点を移動させる(S307)。主点を移動する方向は、線パターン407を投影している場合であれば光軸413と垂直方向である。
【００３６】
ここで図10を用いて、主点の移動方法について説明する。図10において、1001は撮像装置101もしくは投影装置102のいずれかを表している。1004は装置1001内の光学系であり、1003は光学系1004の光軸である。また、1005は投影素子面もしくは撮像素子面(以下、素子面)であり、1002は主点である。本来、装置1001が投影装置102であれば照明光学系も必要であるが、ここでは省略する。主点1002を移動するには、装置1001自体を移動させても良いし、光学系1004を移動させても良い。また光学系1004のパラメータ、すなわち光学系1004の焦点距離、光学系1004の構成要素である各レンズの間隔や曲率、屈折率等を変更しても良い。具体的に本実施形態では、装置1001を、光軸413と垂直方向に移動するステージに搭載しているとし、ステージ上で定義された範囲内で、S307による主点移動処理を行う毎に装置1001を移動させつつ、評価値を得る。すなわち、調整情報算出部107から出力した評価値が閾値以上である位置を探索する。
【００３７】
図3に戻り、調整情報算出部107から出力された評価値Vが閾値以上となるまで(S306)、S301〜S307の処理を繰り返し行い、S306で評価値Vが閾値以上となればS309に進む。ここで図5を用いて、この時点、すなわち評価値Vが閾値以上となった時点における投影装置102の光軸と垂直方向での相対位置について説明する。なお図5における各符号は図4と同様であるため、詳細な説明を省略する。図5では、主点404もしくは主点402の相対位置を変更した事で、投影される線パターン407とエピポーラ線502が略同位置に配置されている。これにより投影装置102から基準物体108に対してパターン501が投影され、撮像装置101では撮像素子面403上でパターン503のように略直線として撮像される。つまり、このようにエピポーラ線502上に配置された線パターン407であれば、撮像素子面403上においてパターン503上の位置に出現するという事が予測できる。
【００３８】
図3に戻り、S309では投影装置102の光軸413に平行方向での調整が終了しているか否かを判断する。S309の初回実行時には、S306で評価値Vが閾値以上となったタイミングであるから、光軸413に垂直方向での相対位置の配置の調整は終了しているものの、光軸413に平行方向での配置の調整は未だ終了していない。よって、光軸413に平行方向での相対位置を調整するために、投影パターンを変更する(S308)。
【００３９】
ここで図6を用いて、S308における投影パターンの変更について説明する。なお図6における各符号は図4と同様であるため、詳細な説明を省略する。S308では図6に示すように、投影素子面401上の線パターン601が、投影装置102の主点402から投影素子面401と光軸413が交わる位置とは異なる位置に配置されるように制御する。このように、線パターン601を投影素子面401と光軸413が交わる位置とは異なる位置に配置することで、主点402と主点404の光軸413に平行方向での相対位置の調整が容易となる。以下、その理由を説明する。
【００４０】
まず図4に示すように、線パターン407が投影素子面401と光軸413が交わる位置のエピポーラ線406上にある場合を考える。この場合、エピポーラ線406は光軸413と同一のエピポーラ平面上に存在するため、光軸413方向に主点402もしくは主点404を光軸413と平行に移動させてもエピポーラ線406の位置は変わらない。つまり、光軸413と平行方向に主点402もしくは主点404を移動させても、エピポーラ線406の位置が変化しないため、調整情報算出部107による評価値Vは変化しない。評価値Vが変化しなければ、主点402と主点404の光軸413方向での相対位置を調整する事は困難である。
【００４１】
対して図6に示すように、線パターン601を投影素子面401と光軸413が交わる位置とは異なる位置に置いた場合を考える。この場合、線パターン601と合わせるエピポーラ線602は光軸413を含まないエピポーラ平面と交わるため、光軸413と平行方向に主点402もしくは主点404を移動するとエピポーラ線602の位置が変化し、評価値Vも変化する。したがって、線パターン601を投影素子面401と光軸413が交わる位置とは異なる位置に配置することで、主点402と主点404の光軸413に平行方向での相対位置を調整する事が容易に行える。
【００４２】
図3に戻り、S308で投影パターンを変更した後は、投影装置102から線パターン601を投影し(S301)、基準物体108を撮像する(S302)。図6によれば、基準物体108に投影されたパターン605を撮像装置101で撮像することで、撮像素子面403上にパターン603が得られる。図6において、エピポーラ線602と604は同一のエピポーラ平面上に存在するため、この時点では、エピポーラ線602と線パターン601は同一の位置に配置されていない。
【００４３】
その後、S303〜S305の処理を行い、S306で評価値Vが閾値以上であるか否かを判定するが、この時の閾値としては、光軸413と垂直方向での位置調整時とは異なる値を設定しても良い。S306で評価値Vが閾値未満であれば、S307で撮像装置101もしくは投影装置102の主点を移動させる。このとき、前回のS307の実行によって光軸413と垂直方向での主点位置は調整済みであるから、光軸413の平行方向における主点位置を調整する。具体的には、撮像装置101もしくは投影装置102が光軸413と平行方向に移動するステージに搭載されており、ステージ上で定義された範囲内で、S307による主点移動処理を行う毎に装置を移動させつつ、評価値を得る。すなわち、調整情報算出部107から出力した評価値が閾値以上である位置を探索する。
【００４４】
S301〜S307の処理を繰り返すことで、投影装置102の光軸413に平行方向での相対位置が調整される。そして、調整情報算出部107から出力された評価値Vが閾値以上となれば(S306)、S309に進んで光軸413に平行方向での位置調整が終了したと判定され、すなわち撮像装置101と投影装置102の主点の相対位置の調整が終了する。
【００４５】
なお、撮像装置101もしくは投影装置102を載せたステージについて、その機械的な精度を完全に保証する事は困難である。したがって、光軸413に対して垂直/平行方向への移動が理想的に行われるとは限らず、実際には略垂直方向、略水平方向への移動となる。そのため、図3に示すフローチャートでは、各主点402,404の位置調整を、光軸413に対する垂直方向、平行方向で各一回ずつ行う例を示したが、光軸413に対する垂直方向、平行方向の調整を複数回交互に行っても良い。
【００４６】
ここで図7を用いて、調整終了時点における撮像装置101と投影装置102の主点の配置について説明する。なお図7における各符号は図4と同様であるため、詳細な説明を省略する。図7では、主点402と主点404の相対位置を調整したことで、投影素子面401上の線パターン601がエピポーラ線702と略同一の位置に配置されている。また、基準物体108にはパターン701が投影され、その撮影画像は、撮像素子面403上でパターン703のように直線になる。すなわち、各主点402,404が図7に示すような配置であれば、線パターン601上に配置されたパターンは撮像素子面403上においてパターン703上の位置に出現するという事が予測できる。加えて、投影装置102の光軸413の垂直方向の位置においても調整が完了している事で、主点402から投影素子面401に垂線を下ろした位置の線パターン407についても同様に、撮像素子面403上ではパターン704のように直線になる。
【００４７】
なお、本実施形態において投影装置102から投影される投影パターンは、図2(a)に示す投影パターン201のように複数の線パターン202を同時に投影しても良い。また、複数の平行な線パターン202を同時に投影してS308とS309の処理をキャンセルすることで、投影装置102の光軸413に平行/垂直の両方向における、撮像装置101と投影装置102の相対位置を同時に調整しても良い。
【００４８】
以上説明したように本実施形態によれば、3次元計測システムにおける投影装置と撮像装置の相対位置、すなわち各主点の相対位置を、調整情報に応じて調整することが可能となる。これにより、3次元計測システムにおいて撮影したパターンからの特徴点認識精度を向上させることが可能となる。
【００４９】
＜変形例＞
第1実施形態では、投影パターン生成部103において図2(a)に示す投影パターンを生成し、投影装置102から投影する例を示したが、本発明における投影パターンはこの例に限定されない。結果的に、基準物体108上への投影パターンを撮像装置101で撮像し、各主点位置の調整を行うことができれば良い。
【００５０】
例えば投影パターン生成部103において、図11に示す投影パターン1101を生成しても良い。投影パターン1101は、線パターン1102が投影装置102の光学系によって歪む事を考慮した形状で配置されたものである。すなわち投影パターン1101は、投影装置102の光学系による歪みを経て基準物体108に投影された際に、第1実施形態で図2(a)に示した投影パターン201と同様のパターンとして投影される。したがって該投影画像を撮影することで、第1実施形態と同様に投影装置102と撮像装置101の各主点の相対位置を調整することが可能となる。
【００５１】
また、投影パターン生成部103において、図12(a)に示す投影パターン1201を生成しても良い。投影パターン1201は、一部線が途切れた点線パターン1203が配置されたものである。さらに、図12(b)に示す投影パターン1202のように、点線パターン1203に対し、3次元計測用のパターン1204を加えたパターンを生成しても良い。もちろん線パターン1203は規則的に同じ間隔で配置される必要はない。なお、投影パターン1202を用いて主点位置調整を行う際には、3次元計測用のパターン1204はパターン抽出部106で抽出しないものとし、点線パターン1203のみを抽出・出力すれば良い。
【００５２】
＜第2実施形態＞
以下、本発明に係る第2実施形態について説明する。上述した第1実施形態では、調整情報として投影装置と撮像装置における相対位置の評価値を出力する例を示したが、第2実施形態では相対位置を調整するための各装置の移動情報を通知する例を示す。第2実施形態における3次元計測システムの構成は、第1実施形態で図1に示した構成と同様であり、調整情報算出部107による出力内容が異なるのみであるため、詳細な説明を省略する。
【００５３】
第2実施形態の調整情報算出部107は、撮像装置101もしくは投影装置102における主点の相対移動の方向を通知する。調整情報の出力先としては、表示装置を備えてユーザに情報を提示する通知デバイスであっても良いし、撮像装置101もしくは投影装置102の主点を移動させるステージのような移動制御デバイスであっても良いが、ここでは表示装置への通知を行う例を示す。
【００５４】
図13に、第2実施形態における表示装置への調整情報の出力例を示す。図13(a)は、表示装置1301における文字列1303の表示によって、ユーザに撮像装置101もしくは投影装置102を相対移動すべき方向を通知する例を示す。また図13(b)は、表示装置1302における文字列1304の表示によって、ユーザに撮像装置101もしくは投影装置102を相対移動すべき方向に加え、移動すべき距離、すなわち適正な移動量を同時に通知する例を示す。
【００５５】
以下、図14を用いて、第2実施形態の調整情報算出部107における、相対移動方向等の調整情報の算出方法について詳細に説明する。図14(a),(b),(c)は、投影装置102の光軸に対して垂直方向での位置がそれぞれ異なるように配置された撮像装置101による撮像画像1401,1402,1403を示している。それぞれの撮像画像1401,1402,1403において、1405,1407,1409が抽出されたパターン、1404,1416,1408が該抽出されたパターンに対して最小二乗法で近似した直線である。また、図14(d)は、上記撮像画像1401,1402,1403のそれぞれにおいて、近似した直線と抽出パターンとの距離の評価値を上記式(1)により算出した結果を示すグラフ1417である。グラフ1417において、縦軸1411は評価値、横軸1412は撮像装置の位置を示し、撮像画像1401,1402,1403のそれぞれに対応するプロット点が1413,1414,1415である。
【００５６】
ここで、基準物体108が凸形状であるため、例えば図14(a)に示す縦位置1406において、抽出したパターン1405と近似した直線1404の横位置を比較する事で撮像装置101と投影装置102の相対移動すべき方向を検出することができる。具体的には図14(a)の場合、縦位置1406上で抽出されたパターン1405に対し、近似した直線1404は右側に存在する。このような場合には、撮像装置101の位置の軸のプラス方向を調整情報として、通知すれば良い。また図14(c)の場合、縦位置1406上で抽出されたパターン1409に対し、近似した直線1408が左側に存在する。このような場合には、撮像装置101の位置の軸のマイナス方向を調整情報として、通知すれば良い。また図14(b)の場合、縦位置1406上で抽出されたパターン1407と、近似した直線1416は同一の直線上に存在するため、移動不要の旨を調整情報として通知すれば良い。この場合具体的には、図9(b)に示した「調整完了」のようなメッセージを表示すれば良い。以上により、図13(a)のような撮像装置101と投影装置102の相対位置の移動方向通知が可能となる。
【００５７】
さらに、図14(d)に示すプロット点1413,1414,1415から近似2次曲線1410を求めることで、グラフ1417の評価値が極大になる撮像装置の位置が推測できる。したがって図13(b)のような、撮像装置101と投影装置102の相対位置の移動方向に加えて、移動量も通知する事が可能となる。
【００５８】
以上説明したように第2実施形態によれば、3次元計測システムにおける投影装置と撮像装置の相対位置を調整する際に、装置の移動方向および移動量を通知することで、さらに調整が容易となる。
【００５９】
＜他の実施形態＞
また、本発明は上述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)を装置に供給し、その装置のコンピュータがプログラムを読み出して実行する処理であっても良い。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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