(57)【要約】      （修正有）【課題】安価なカメラを使用でき、簡単な構成で、移動体の３次元計測を精度よく行うことができる３次元計測装置を提供する。【解決手段】ライン毎に露光タイミングが異なる撮像素子を含む複数のカメラ２，３と、移動体８に向けて光を投光する投光手段４と、移動体８が複数のカメラ２，３によって計測される計測位置に到達したことを検知する検知手段５と、複数のカメラ２，３の全ラインが露光状態となるように複数のカメラ２，３の露光を制御し、複数のカメラ２，３の全ラインが露光状態である期間に光を投光するように投光手段４を制御する制御手段６と、複数のカメラ２，３で撮影された画像に基づいて移動体８の３次元距離を計算する３次元距離計算手段７と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象である移動体を撮影すると共に、ライン毎に露光タイミングが異なる撮像素子を含む複数のカメラと、
上記移動体に向けて光を投光する投光手段と、
上記移動体が上記複数のカメラによって計測される計測位置に到達したことを検知する検知手段と、
上記複数のカメラの全ラインが露光状態となるように上記複数のカメラの露光を制御し、上記複数のカメラの全ラインが露光状態である期間に光を投光するように上記投光手段を制御する制御手段と、
上記複数のカメラで撮影された画像に基づいて上記移動体の３次元距離を計算する３次元距離計算手段と
を備えることを特徴とする３次元計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の３次元計測装置において、
上記投光手段は、非周期的な明暗パターンを投光するパターン投光機であることを特徴とする３次元計測装置。
【請求項３】
移動体が、ライン毎に露光タイミングが異なる撮像素子を含む複数のカメラによって計測される計測位置に、到達したことを、検知手段により検知する移動体検知ステップと、
上記検知手段が上記移動体を検知してから予め設定された時間後に、上記複数のカメラの露光を開始し、上記複数のカメラの全ラインが露光状態となるように上記複数のカメラの露光を制御する露光ステップと、
上記複数のカメラの全ラインが露光状態である期間に、投光手段から、予め設定された投光時間だけ上記移動体に向けて光を投光する投光ステップと、
上記複数のカメラで撮影された画像に基づいて上記移動体の３次元距離を計算する３次元距離計算ステップと
を備えることを特徴とする３次元計測方法。
【請求項４】
請求項３に記載の３次元計測方法において、
上記露光ステップにおいて、予め設定された露光を開始するまでの時間をＴ、上記複数のカメラのうち、露光開始時刻の最も速いカメラと露光開始時刻の最も遅いカメラとの間に生じる時間の遅れをＤ、上記複数のカメラにおいて１ライン毎に生じる時間の遅れをＲ、全ライン数をｎ、上記複数のカメラのライン毎の露光時間をＥとすると、露光時間Ｅは、少なくとも（Ｄ＋Ｒ×ｎ）以上であり、
上記投光ステップにおいて、上記投光手段による投光は、（Ｔ＋Ｄ＋Ｒ×ｎ）後から（Ｔ＋Ｅ）後までの間に、行なわれることを特徴とする３次元計測方法。
【請求項５】
請求項３または４に記載の３次元計測方法において、
上記各カメラの画素ピッチをｐ、上記各カメラの焦点距離をｆ、上記各カメラのワーキングディスタンスをｗ、上記移動体の移動速度をＳとすると、
上記投光ステップにおいて、上記投光手段の投光時間Ｆは、（（ｐ×ｗ）／（ｆ×Ｓ×２））以下であることを特徴とする３次元計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、計測対象である移動体の３次元距離を計測する３次元計測装置および３次元計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触式の３次元計測手法は、様々な手法が提案されており、大きく受動的手法と能動的手法の二つに分類することができる。
【０００３】
受動的手法の代表的なものとしては、ステレオ法が挙げられる。ステレオ法は複数のカメラを用いて、複数の異なる視点から撮影した画像をもとに、対象物までの距離情報を計算する方法である。すなわち、得られた左右画像から対応する画素の対、即ち対応点を探索し、左右画像の対応点同士が左右方向にどれだけ離れているか、即ち視差を求め、この視差から三角測量の原理を用いて、対象物までの距離を算出する方法である。
【０００４】
能動的手法の代表的なものとしては、光切断法が挙げられる。光切断法は、対象物に直線状の既知の光パターンを投影し、投影されたパターン形状の変化から対象物の形状を求める方法である。
【０００５】
高速で移動中の移動体の３次元計測を行う場合、光切断法が一般に用いられる。これは、光切断法では細いスリット光の映像を用いるため１回の撮影で利用するデータ量が少なく、高速画像処理に最も適しているためである。
【０００６】
従来、３次元計測装置としては、特開平８−９４３１３号公報（特許文献１）に記載されたものがある。この３次元計測装置では、移動体に帯状光を照射して、検知手段からの情報に基づき、撮像装置で撮像した結果から移動体の形状を算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−９４３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の３次元計測装置では、光切断法を用いており、一度の計測で帯状光の照射されるライン上の計測しかできないため、平面全体の計測を行うためには、繰り返し計測を実行する必要がある。平面方向の分解能は、移動体の移動速度とカメラのフレームレートで決定するため、移動体の移動速度を遅くするかもしくはカメラのフレームレートを上げる必要がある。検査ラインでの使用を考えた場合、移動体の速度を遅くすることは、ラインの生産能力を落とすことになるため、現実的でなく、カメラのフレームレートを上げるためには、特殊な撮像素子を用いた高速度カメラを用いなければならないため、高価になるという問題がある。
【０００９】
また、ステレオ法を用いて高速に移動する移動体の３次元形状計測を行うためには、２台のカメラの露光タイミングがずれないよう外部からの同期信号により撮影を実行する機能を有し、かつ全画素エリアを同時に露光可能なグローバルシャッター機能を有し、かつ高速電子シャッター機能を有するカメラを用いる必要がある。このようなカメラは高額であり、かつ、種類が少なく選択の幅が限られる問題がある。
【００１０】
安価なＣＭＯＳイメージセンサを用いたカメラの場合、ラインごとに露光タイミングにずれが生じるローリングシャッター方式であるため、高速電子シャッターを用いた方法では、ローリングシャッターに起因する画像歪が発生してしまう。この画像歪は、３次元計測の精度を著しく悪化させるため、安価なＣＭＯＳイメージセンサを用いた移動体の３次元計測は困難であった。
【００１１】
そこで、この発明の課題は、安価なカメラを使用でき、簡単な構成で、移動体の３次元計測を精度よく行うことができる３次元計測装置および３次元計測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、この発明の３次元計測装置は、
計測対象である移動体を撮影すると共に、ライン毎に露光タイミングが異なる撮像素子を含む複数のカメラと、
上記移動体に向けて光を投光する投光手段と、
上記移動体が上記複数のカメラによって計測される計測位置に到達したことを検知する検知手段と、
上記複数のカメラの全ラインが露光状態となるように上記複数のカメラの露光を制御し、上記複数のカメラの全ラインが露光状態である期間に光を投光するように上記投光手段を制御する制御手段と、
上記複数のカメラで撮影された画像に基づいて上記移動体の３次元距離を計算する３次元距離計算手段と
を備えることを特徴としている。
【００１３】
また、一実施形態の３次元計測装置では、上記投光手段は、非周期的な明暗パターンを投光するパターン投光機である。
【００１４】
また、一実施形態の３次元計測方法では、
移動体が、ライン毎に露光タイミングが異なる撮像素子を含む複数のカメラによって計測される計測位置に、到達したことを、検知手段により検知する移動体検知ステップと、
上記検知手段が上記移動体を検知してから予め設定された時間後に、上記複数のカメラの露光を開始し、上記複数のカメラの全ラインが露光状態となるように上記複数のカメラの露光を制御する露光ステップと、
上記複数のカメラの全ラインが露光状態である期間に、投光手段から、予め設定された投光時間だけ上記移動体に向けて光を投光する投光ステップと、
上記複数のカメラで撮影された画像に基づいて上記移動体の３次元距離を計算する３次元距離計算ステップと
を備える。
【００１５】
また、一実施形態の３次元計測方法では、
上記露光ステップにおいて、予め設定された露光を開始するまでの時間をＴ、上記複数のカメラのうち、露光開始時刻の最も速いカメラと露光開始時刻の最も遅いカメラとの間に生じる時間の遅れをＤ、上記複数のカメラにおいて１ライン毎に生じる時間の遅れをＲ、全ライン数をｎ、上記複数のカメラのライン毎の露光時間をＥとすると、露光時間Ｅは、少なくとも（Ｄ＋Ｒ×ｎ）以上であり、
上記投光ステップにおいて、上記投光手段による投光は、（Ｔ＋Ｄ＋Ｒ×ｎ）後から（Ｔ＋Ｅ）後までの間に、行なわれる。
【００１６】
また、一実施形態の３次元計測方法では、
上記各カメラの画素ピッチをｐ、上記各カメラの焦点距離をｆ、上記各カメラのワーキングディスタンスをｗ、上記移動体の移動速度をＳとすると、
上記投光ステップにおいて、上記投光手段の投光時間Ｆは、（（ｐ×ｗ）／（ｆ×Ｓ×２））以下である。
【発明の効果】
【００１７】
この発明の３次元計測装置によれば、上記制御手段は、上記複数のカメラの全ラインが露光状態となるように上記複数のカメラの露光を制御し、上記複数のカメラの全ラインが露光状態である期間に光を投光するように上記投光手段を制御する。これにより、安価なカメラを使用でき、簡単な構成で、移動体の３次元計測を精度よく行うことができる。
【００１８】
この発明の３次元計測方法によれば、上記検知手段が上記移動体を検知してから予め設定された時間後に、上記複数のカメラの露光を開始し、上記複数のカメラの全ラインが露光状態となるように上記複数のカメラの露光を制御する。そして、上記複数のカメラの全ラインが露光状態である期間に、投光手段から、予め設定された投光時間だけ上記移動体に向けて光を投光する。これにより、安価なカメラを使用でき、簡単な制御ステップで、移動体の３次元計測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態の３次元計測装置を示す概略構成図である。
【図２】３次元計測装置の３次元計測の手順を示すフローチャートである。
【図３】３次元計測装置の３次元計測の制御タイミングを示すタイミングチャートである。
【図４】パターン投光機の投光時間についての説明を補助する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２１】
図１は、この発明の一実施形態の３次元計測装置を示す概略構成図である。図１に示すように、３次元計測装置１は、計測対象である移動体８の３次元距離を計測して、移動体８の形状や高さを計測する。移動体８は、搬送ベルトにて搬送される。
【００２２】
上記３次元計測装置１は、第１のカメラ２と、第２のカメラ３と、（投光手段としての）パターン投光機４と、検知手段５と、制御手段６と、３次元距離計算手段７とを備える。
【００２３】
上記第１のカメラ２および上記第２のカメラ３は、（図示しない）撮像素子、レンズおよびレンズ駆動素子から構成されるカメラモジュールである。
【００２４】
上記撮像素子としては、ＣＭＯＳイメージセンサが用いられる。ＣＭＯＳイメージセンサを用いる長所としては、安価であること、制御用ＤＳＰ（Digital Signal Processor）が一体となったＣＭＯＳイメージセンサを用いることで、外部に回路を設けることなく撮影画像サイズや焦点距離、露出、ホワイトバランスなどのカメラパラメータを電気的に制御することができることが、挙げられる。ただし、ＣＭＯイメージセンサを用いたカメラは、一般的に、ライン（走査線）毎に露光タイミングにずれが生じるローリングシャッター方式を採用しているため、ＣＭＯＳイメージセンサを用いたカメラで移動中の被写体を高速電子シャッターで撮影した場合、画像に歪が生じる。そのため、移動中の被写体の３次元計測には不向きである。
【００２５】
上記レンズとしては、ガラスレンズ、プラスチックレンズが複数枚組み合わされたレンズ群を使用する。これにより、精度の高い計測が可能となる。
【００２６】
上記レンズ駆動素子として、ボイスコイルモータやステッピングモータを用いる。これにより、近距離から遠距離までフォーカスを調整することが可能となり、計測の対応距離を広くすることが可能である。
【００２７】
上記第１、上記第２のカメラ２，３の画素サイズや設置は、計測したい移動体８のサイズや必要な計測精度によって、選択・設置する必要がある。理論上の計測精度は、カメラの画素ピッチを小さく、焦点距離を長く、２つのカメラ間の距離すなわち基線長を長く、移動体８までの距離を短くすることで向上する。
【００２８】
例えば、１５０ｍｍ程度の移動体８を奥行き方向の分解能０．１５ｍｍ程度で計測を行うためには、画素ピッチが１．４μｍ、焦点距離が３ｍｍ、基線長が６０ｍｍ、計測距離が１５０ｍｍで、計測すればよい。２つのカメラ間の角度、すなわち輻輳角は、移動体８が２つのカメラの画角内に映るように調整すればよく、上記の例では、２０度程度に調整すればよい。
【００２９】
上記パターン投光機４は、計測時に移動体８に対し、非周期的な明暗パターンを投影するものであり、（図示しない）光源、ガラスマスク、拡散レンズおよびフォーカスレンズなどから構成される。
【００３０】
上記光源としては、ＬＥＤやレーザダイオードが使用可能である。上記ガラスマスクには、ランダム２値ドットパターンが印刷されている。上記拡散レンズとしては、光源の光をガラスマスク全体へ均等に導くためのものである。
【００３１】
上記フォーカスレンズとしては、ガラスマスクを通った光が移動体８の位置で合焦するように集光するレンズである。フォーカスレンズは、ガラスマスクに対して取付位置を変更することで、合焦位置を可変できるようにすることが望ましい。例えば、パターン投光機４の筐体とフォーカスレンズにネジを設け、ねじ込んだり、繰り出したりすることで調整すればよい。もしくは、レンズ駆動素子として、ボイスコイルモータやステッピングモータを設けることで、近距離から遠距離までフォーカスを電気的に調整することが可能となる。
【００３２】
上記パターン投光機４で移動体８に明暗パターンを投影することにより、移動体８に細かい輝度変化が付与される。明暗パターンのランダム性により、これらの輝度変化を左右画像で一対一に対応づけて認識することができる。明暗パターンを投影しない場合であっても、計測は可能であるが、移動体８の表面の特徴点が乏しい場合やコントラストの低い場合であっても、安定した計測が可能になる。
【００３３】
上記パターン投光機４として、市販のプロジェクタを使用してもよい。パターン投光機４の配置は、特に規定はなく、最も計測結果が良好となる場所に配置すれば良い。第１のカメラ２および第２のカメラ３に、正反射光が入る配置とすると、カメラ画像の一部に強烈光が入り明るくなり過ぎる（飽和する）ことがあるため、正反射光が入らないように配置するのが望ましい。
【００３４】
上記検知手段５は、移動体８が、第１、第２のカメラ２，３によって計測される計測位置に到達したことを、検知するためのものである。検知手段５としては、光を利用したものや超音波を利用したものが使用可能であるが、検知する位置にばらつきがあると撮影位置にばらつきがでるため、繰り返し精度の高いセンサを用いた方がよい。検知手段５は、例えば、光を利用したフォトセンサである。
【００３５】
上記制御手段６は、第１、第２のカメラ２，３の露光タイミングおよび露光時間の制御と、パターン投光機４の投光タイミングおよび投光時間の制御とを、行う。
【００３６】
上記第１、上記第２のカメラ２，３の露光タイミングは、外部同期機能の付いたカメラであれば、同期信号を送ることで完全に同時刻に露光を行うことが可能である。安価なＣＭＯＳイメージを用いたカメラでは、一般的に外部同期機能がついていない。そこで、ＣＭＯＳイメージセンサに内蔵されるＤＳＰに制御信号を送ることで、露光タイミングの制御を行う。具体的には、カメラの動作を待機状態とするスタンバイ機能を働かせた状態から、複数のカメラに対して同時に、スタンバイ解除することによって、露光タイミングの制御を行う。また、上記第１、上記第２のカメラ２，３の露光時間についても、ＤＳＰに制御信号を送ることで制御を行う。
【００３７】
上記パターン投光機４の投光タイミングおよび投光時間の制御については、パターン投光機４の光源に対して駆動パルス電流を送ることで、制御を行う。制御手段６の制御について詳細は、後述の図２に示す３次元計測の全体的な流れにおいて、記載する。
【００３８】
上記３次元距離計算手段７は、第１、第２のカメラ２，３で撮影された画像に基づいて、３次元距離を計算する。３次元距離計算手段７は、（図示しない）対応点探索部および３次元座標算出部などから構成される。
【００３９】
上記対応点探索部は、第１のカメラ２を基準として、第１のカメラ２の画像上の各画素に対して第２のカメラ３の画像から対応する画素を探索する処理を行う。
【００４０】
上記対応点探索部による対応点探索について述べる。まず、左右画像の輝度差や画像内の局所的な輝度レベルの変動などを吸収するために、プレフィルタとしてエッジ強調処理が施される。プレフィルタとしては、ソベルフィルタやラプラシアンフィルタ等が用いられる。
【００４１】
その後、上記第１のカメラ２の画像の注目する画素を中心として、縦横それぞれｐ画素の正方形状の「相関窓」と呼ばれる領域を設定する。第２のカメラ３の画像における同一列に、同じ大きさの相関窓を設定し、これを、左右方向にスライドさせながら、両画像の相関窓に含まれる画素間の相関度合いを示す評価量を計算してゆく。この相関度合いを示す評価量としては、例えば、ＳＡＤ（Sum of Absolute Difference：差分絶対値和）などの画素演算で計算できる量が用いられる。所定の相関探索範囲の端から端まで探索したとき、相関度合いが最も高くなる状態での第２のカメラ３の画像の相関窓の中心点が、第１のカメラ２の画像の注目画素に対する対応点となる。
【００４２】
なお、相関探索範囲の端から端まで探索しても相関度合いが所定の値以上にならない場合は、相関点が存在しないと見なされる。第１のカメラ２からは見えているが第２のカメラ３からは見えない部分（オクルージョン領域）を計測する場合や、移動体８のコントラストが低いときに相関点が存在しなくなることがある。対応点が見出せなかったり対応点を誤って検出したりすると、ノイズが混じることがある。特に、対応点探索時の相関窓サイズが比較的小さい場合、計測精度が高まる代わりにノイズの割合が大きくなる傾向にある。このようなノイズ成分を低減するため、対応点探索結果にポストフィルタを適用してノイズ除去を行う。ポストフィルタとしては、例えばガウシアン、メディアン等の平滑化フィルタや膨張収縮などのモルフォロジー処理が用いられる。
【００４３】
その後、得られた対応点の情報から第１の視差が算出される。視差とは、第１のカメラ２の画像の注目画素と第２のカメラ３の画像の対応画素との距離を、水平方向の画素単位で表したものと定義される。
【００４４】
上記３次元座標算出部では、上記対応点探索部で得られた視差に基づいて、第１のカメラ２の画像の各点につき３次元座標を算出する。
【００４５】
次に、上記構成の３次元計測装置１による３次元計測の流れを、図２、図３、図４を用いて、説明する。図２は、フローチャートであり、図３は、タイミングチャートであり、図４は、投光時間についての説明を補助する図である。
【００４６】
ステップＳ１０１では、検知手段５が移動体８を検知する。検知手段５が反射型のフォトセンサである場合、移動体８の通過により、フォトセンサの光源の反射光が、受光部に帰ってくることで、移動体が検知される。移動体の検知位置と第１、第２のカメラ２，３の露光させたい位置とが、異なる場合、制御手段６で露光タイミングを制御することで調整される。図３のＴと記載された時間が、調整時間である。露光させたい位置とは、通常、移動体がカメラの撮影範囲の最も中心に到達する時間に設定すればよい。
【００４７】
ステップＳ１０２では、検知手段５からの検知信号に基づいて、制御手段６が予め設定された調整時間である時間Ｔ後に、第１のカメラ２および第２のカメラ３に同時にスタンバイモードを解除する信号を送ることで、第１のカメラ２および第２のカメラ３の露光を開始する。
【００４８】
この時、第１、第２のカメラ２，３のスタンバイモードの解除は、できる限り同じタイミングで行われることが望ましいが、制御手段６からの制御信号のずれ、および、第１のカメラ２と第２のカメラ３に内蔵されるＤＳＰの処理時間のずれにより、図３のＤと記載したようなわずかなずれが生じる。この時間Ｄは、制御手段６およびカメラのＤＳＰの性能により異なるが、再現性があるため、実際の時間を計測することで、後の制御に使用される。
【００４９】
また、第１のカメラ２および第２のカメラ３は、ライン毎に露光タイミングがずれるローリングシャッター方式の安価なＣＭＯＳセンサを採用したカメラであるため、露光開始時刻は、図３に示したように最初のラインであるＬＩＮＥ１と２番目のラインであるＬＩＮＥ２では、Ｒだけ露光開始時刻にずれが生じる。この露光開始時刻のずれＲは、カメラの画素サイズやフレームレートや画像出力形式により異なる。このずれは、ライン毎に積算していき、最後のラインの露光開始時刻は、垂直ライン数をｎラインとすると、（Ｒ×ｎ）となり、第１のカメラ２と第２のカメラ３で設定を同じにしておけば、共通の値となる。
【００５０】
カメラの露光時間Ｅは、全てのカメラの全てのラインが露光状態である期間を作るために、少なくとも（Ｄ＋Ｒ×ｎ）よりも長く設定する必要がある。これより長くすることは可能であるが、処理時間が増加につながること、カメラのランダムノイズが増えることからできるだけ短く設定すべきである。露光時間Ｅは、全てのカメラの全ラインで共通の時間となり、カメラに内蔵のＤＳＰに制御信号を送ることで制御される。
【００５１】
ステップＳ１０３では、上記検知手段５からの検知信号に基づいて、上記制御手段６で予め設定された時間後に、上記パターン投光機４の投光が開始される。パターン投光機４の投光可能時間は、ステップＳ１０２において、第１のカメラ２および第２のカメラ３の全てのラインが露光状態である期間である必要がある。すなわち、図３に記載されたように、投光可能時間は、検知手段５からの検知信号の立ち上がりから計算して、（Ｔ＋Ｄ＋Ｒ×ｎ）後から（Ｔ＋Ｅ）後までとなる。
【００５２】
上記パターン投光機４の投光時間Ｆについて、図４を用いて説明する。パターン投光機４の投光時間Ｆは、ぶれることなく撮影を行なうために、移動体８の移動距離を、移動体８の位置における第１のカメラ２および（図示しない）第２のカメラ３の１画素あたりの撮影範囲ｘの半分以下にすればよい。つまり、カメラの画素ピッチをｐ、カメラの焦点距離をｆ、カメラのワーキングディスタンス（つまり、カメラの設置位置）をｗ、移動体８の移動速度をＳとすると、投光時間Ｆは、（（ｐ×ｗ）／（ｆ×Ｓ×２））以下にすればよい。こうすることで、ローリングシャッターの影響を受けることなく、移動体８の画像がぶれることなく、第１のカメラ２と第２のカメラ３によって、同じタイミングで撮影された画像を得ることが可能となる。
【００５３】
上記パターン投光機４の明るさは、上記投光時間で十分に露光可能な強度にする必要がある。露光が過剰な場合もしくは不足する場合は、カメラのゲインを調整すればよい。なお、パターン投光機４が投光していない期間の外光が計測のノイズとなってしまう場合、計測を暗室で行うか、もしくは、外光を遮断する暗箱を設置するべきであり、そのような環境が準備できない場合は、室内光をさえぎる工夫が必要である。
【００５４】
ステップＳ１０４では、第１のカメラ２と第２のカメラ３によって、同じタイミングで撮影された画像が取得される。
【００５５】
ステップＳ１０５では、得られた画像をもとに対応点の探索が行われ、視差情報が得られる。
【００５６】
ステップＳ１０６では、対応点探索の結果得られた視差情報をもとに、第１のカメラ２の画像の全画素に対して、３次元座標が算出される。
【００５７】
なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。上記実施形態では、２つのカメラを搭載し、２枚の画像対から対応点探索を行っていたが、カメラの個数は２つに限らず、３つ以上のカメラを用いてもよい。
【００５８】
また、本発明の３次元計測装置は、移動体の３次元計測装置として、産業用、民生用その他用途に用いることが可能である。
【００５９】
この発明の３次元計測装置は、
計測対象である移動体８を撮影すると共に、ライン毎に露光タイミングが異なる撮像素子を含む複数のカメラ２，３と、
上記移動体８に向けて光を投光する投光手段４と、
上記移動体８が上記複数のカメラ２，３によって計測される計測位置に到達したことを検知する検知手段５と、
上記複数のカメラ２，３の全ラインが露光状態となるように上記複数のカメラ２，３の露光を制御し、上記複数のカメラ２，３の全ラインが露光状態である期間に光を投光するように上記投光手段４を制御する制御手段６と、
上記複数のカメラ２，３で撮影された画像に基づいて上記移動体８の３次元距離を計算する３次元距離計算手段７と
を備えることを特徴としている。
【００６０】
この発明の３次元計測装置によれば、上記制御手段６は、上記複数のカメラ２，３の全ラインが露光状態となるように上記複数のカメラ２，３の露光を制御し、上記複数のカメラ２，３の全ラインが露光状態である期間に光を投光するように上記投光手段４を制御する。
【００６１】
これにより、上記カメラ２，３の上記撮像素子として、例えば、ラインごとに露光タイミングがずれるローリングシャッター方式の安価なＣＭＯＳセンサを用いることができ、移動体８の３次元計測を精度よく行うことができる。
【００６２】
また、一実施形態の３次元計測装置では、上記投光手段４は、非周期的な明暗パターンを投光するパターン投光機である。
【００６３】
この実施形態の３次元計測装置によれば、上記投光手段４は、非周期的な明暗パターンを投光するパターン投光機であるので、上記移動体８が、複数のカメラ２，３の画像の対応を取るための特徴となる点が少ない場合であっても、精度よく３次元計測を行うことが可能となる。
【００６４】
また、一実施形態の３次元計測方法では、
移動体８が、ライン毎に露光タイミングが異なる撮像素子を含む複数のカメラ２，３によって計測される計測位置に、到達したことを、検知手段５により検知する移動体８検知ステップと、
上記検知手段５が上記移動体８を検知してから予め設定された時間後に、上記複数のカメラ２，３の露光を開始し、上記複数のカメラ２，３の全ラインが露光状態となるように上記複数のカメラ２，３の露光を制御する露光ステップと、
上記複数のカメラ２，３の全ラインが露光状態である期間に、投光手段４から、予め設定された投光時間だけ上記移動体８に向けて光を投光する投光ステップと、
上記複数のカメラ２，３で撮影された画像に基づいて上記移動体８の３次元距離を計算する３次元距離計算ステップと
を備える。
【００６５】
この実施形態の３次元計測方法によれば、上記検知手段５が上記移動体８を検知してから予め設定された時間後に、上記複数のカメラ２，３の露光を開始し、上記複数のカメラ２，３の全ラインが露光状態となるように上記複数のカメラ２，３の露光を制御する。そして、上記複数のカメラ２，３の全ラインが露光状態である期間に、投光手段４から、予め設定された投光時間だけ上記移動体８に向けて光を投光する。これにより、安価なカメラ２，３を使用でき、簡単な制御ステップで、移動体８の３次元計測が可能となる。
【００６６】
また、一実施形態の３次元計測方法では、
上記露光ステップにおいて、予め設定された露光を開始するまでの時間をＴ、上記複数のカメラ２，３のうち、露光開始時刻の最も速いカメラ２と露光開始時刻の最も遅いカメラ３との間に生じる時間の遅れをＤ、上記複数のカメラ２，３において１ライン毎に生じる時間の遅れをＲ、全ライン数をｎ、上記複数のカメラ２，３のライン毎の露光時間をＥとすると、露光時間Ｅは、少なくとも（Ｄ＋Ｒ×ｎ）以上であり、
上記投光ステップにおいて、上記投光手段４による投光は、（Ｔ＋Ｄ＋Ｒ×ｎ）後から（Ｔ＋Ｅ）後までの間に、行なわれる。
【００６７】
この実施形態の３次元計測方法によれば、上記投光ステップにおいて、上記投光手段４による投光は、（Ｔ＋Ｄ＋Ｒ×ｎ）後から（Ｔ＋Ｅ）後までの間に、行なわれる。これにより、例えば、ラインごとに露光タイミングがずれるローリングシャッター方式の安価なＣＭＯＳセンサを採用したカメラ２，３を用いて、移動体８の３次元計測を精度よく行うことができる。
【００６８】
また、一実施形態の３次元計測方法では、
上記各カメラ２，３の画素ピッチをｐ、上記各カメラ２，３の焦点距離をｆ、上記各カメラ２，３のワーキングディスタンスをｗ、上記移動体８の移動速度をＳとすると、
上記投光ステップにおいて、上記投光手段４の投光時間Ｆは、（（ｐ×ｗ）／（ｆ×Ｓ×２））以下である。
【００６９】
この実施形態の３次元計測方法によれば、上記投光ステップにおいて、上記投光手段４の投光時間Ｆは、（（ｐ×ｗ）／（ｆ×Ｓ×２））以下である。これにより、計測対象である移動体８をブレなく複数のカメラ２，３で撮影ができ、３次元計測精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００７０】
１    ３次元計測装置
２    第１のカメラ
３    第２のカメラ
４    パターン投光機（投光手段）
５    検知手段
６    制御手段
７    ３次元距離計算手段
８    移動体
【図１】
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【図２】
2014095631.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014095631.tif 000006