(57)【要約】【課題】  投影側の工夫のみで外乱光を除去することが可能で、高精度な距離計測を低コストで行う。【解決手段】  光投影部で光を投影しない領域である暗領域を設定する。設定された暗領域から、測定対象物に投影される外乱光を推定する。推定された外乱光に基づいて、前記撮像画像を補正する。補正された撮像画像から、測定対象物の距離計測を行う。【選択図】  図１
2014089081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物にパターン光を投影する光投影部と前記測定対象物を撮像する撮像部とを有し、前記光投影部によって前記パターン光を投影した前記測定対象物を前記撮像部が撮像することにより、前記測定対象物の距離計測を行う計測装置であって、
前記光投影部で光を投影しない領域である暗領域を設定する設定手段と、
前記設定手段で設定された暗領域から、前記測定対象物に投影される外乱光を推定する推定手段と、
前記推定手段で推定された外乱光に基づいて、前記撮像画像を補正する補正手段と、
前記補正手段によって補正された前記撮像画像から、前記測定対象物の距離計測を行う距離算出手段と
を有することを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記設定手段は、前記光投影部で前記測定対象物に投影するパターン光の一部に前記暗領域を設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記設定手段は、前記撮像手段が撮像する撮像領域の領域内で、かつ前記光投影部が投影するパターン光の領域外に、前記暗領域を設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項４】
前記設定手段は、前記撮像画像内の前記測定対象物の周辺に二次的な反射光が映り込む領域を除く領域に前記暗領域を設定する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項５】
前記推定手段は、前記設定手段で設定される暗領域を使用して、前記撮像画像に含まれる外乱光を示す輝度情報を算出し、前記撮像画像中の前記測定対象物が存在する領域の外乱光を推定する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項６】
前記推定手段は、前記設定手段で設定される暗領域を複数使用して、前記撮像画像に含まれる外乱光の分布を算出し、前記撮像画像中の前記測定対象物が存在する領域の外乱光を推定する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項７】
前記撮像手段が撮像した撮像画像から、前記測定対象物を認識する認識手段を更に有し、
前記設定手段は、前記認識手段が認識した前記測定対象物の領域を除く領域に前記暗領域を設定する
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の計測装置。
【請求項８】
測定対象物にパターン光を投影する光投影部と前記測定対象物を撮像する撮像部とを有し、前記光投影部によって前記パターン光を投影した前記測定対象物を前記撮像部が撮像することにより、前記測定対象物の距離計測を行う計測装置の制御方法であって、
前記光投影部で光を投影しない領域である暗領域を設定する設定工程と、
前記設定工程で設定された暗領域から、前記測定対象物に投影される外乱光を推定する推定工程と、
前記推定工程で推定された外乱光に基づいて、前記撮像画像を補正する補正工程と、
前記補正工程によって補正された前記撮像画像から、前記測定対象物の距離計測を行う距離算出工程と
を有することを特徴とする計測装置の制御方法。
【請求項９】
測定対象物にパターン光を投影する光投影部と前記測定対象物を撮像する撮像部とを有し、前記光投影部によって前記パターン光を投影した前記測定対象物を前記撮像部が撮像することにより、前記測定対象物の距離計測を行う計測装置の制御をコンピュータに機能させるためのプログラムであって、
前記コンピュータを、
前記光投影部で光を投影しない領域である暗領域を設定する設定手段と、
前記設定手段で設定された暗領域、から、前記測定対象物に投影される外乱光を推定する推定手段と、
前記推定手段で推定された外乱光に基づいて、前記撮像画像を補正する補正手段と、
前記補正手段によって補正された前記撮像画像から、前記測定対象物の距離計測を行う距離算出手段と
して機能させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物にパターン光を投影し、パターン光が投影された測定対象物を撮像し、距離計測を行う技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
測定対象物にパターン光を投影し、パターン光が投影された測定対象物を撮像して距離計測を行う方法においては、外乱光がある時に問題になる。
【０００３】
距離計測を行う環境として外乱光が入らない暗室であれば問題ないが、暗室環境を構成するにはコストがかかる。実使用上では、完全に外乱光を排除する環境を構成することは難しい。そのため、距離計測を高精度に行うには外乱光を除去することが重要となる。
【０００４】
外乱光を除去する従来技術としては、被写体距離を計測するために投光部で投光された光を受光する受光部と、投光部で投光された光を受光されない位置に配置した別の受光部を有して、投光時の外乱光を取得して距離計測用の受光信号を補正するというものがある。（特許文献１）
他の従来技術としては、以下の方法がある。まず、パターン投影部と受光部にそれぞれ光遮蔽円盤を配置し、円盤の回転位相が同位相時に測定光を受光し、別位相時に外乱光を受光する。さらに、受光側に投影部と像面共役位置に配置された視野絞りによりパターン投影時の外乱光を受光し、距離計測の測定光から外乱光を除去するというものである。（特許文献２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３１３０５５９号公報
【特許文献２】特開２００９−４７４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の外乱光除去方法では、外乱光を計測するために受光側に専用の機構が必要であり、構成が複雑になり、コストがかかるといった問題がある。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、投影側の工夫のみで外乱光を除去することが可能で、高精度な距離計測を低コストで行うことができる計測装置及びその制御方法、プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明による計測装置は以下の構成を備える。即ち、
測定対象物にパターン光を投影する光投影部と前記測定対象物を撮像する撮像部とを有し、前記光投影部によって前記パターン光を投影した前記測定対象物を前記撮像部が撮像することにより、前記測定対象物の距離計測を行う計測装置であって、
前記光投影部で光を投影しない領域である暗領域を設定する設定手段と、
前記設定手段で設定された暗領域から、前記測定対象物に投影される外乱光を推定する推定手段と、
前記推定手段で推定された外乱光に基づいて、前記撮像画像を補正する補正手段と、
前記補正手段によって補正された前記撮像画像から、前記測定対象物の距離計測を行う距離算出手段と
を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、投影側の工夫のみで外乱光を除去することが可能で、高精度な距離計測を低コストで行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１の距離計測装置の構成を示す図である。
【図２】実施形態１の相補パターン投影法を説明する図である。
【図３】実施形態１の相補パターン投影法の交点座標を求める部分説明するための模式図である。
【図４】実施形態１の距離計測装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】実施形態１の暗領域を設定する方法を説明するための模式図である。
【図６】実施形態１の外乱光除去画像の作成方法を説明するための模式図である。
【図７】実施形態１の距離計測装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】実施形態１の位相シフト法の説明図である。
【図９】実施形態２の暗領域を設定する方法を説明するための模式図である。
【図１０】実施形態３の暗領域を設定する方法を説明するための模式図である。
【図１１】実施形態１乃至３における暗領域を設定する方法の具体例を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００１２】
＜実施形態１＞
以下、本発明の外乱光除去方法を使用した距離計測装置について実施形態１を示す。
【００１３】
図１は実施形態１の距離計測装置の構成を示す図である。
【００１４】
測定対象物１００は、実施形態１における測定装置で測定される測定対象である。
【００１５】
光投影部１０１は、測定対象物１００にパターン光を投影する。光投影部１０１は光源１０２、照明光学系１０３、表示素子１０４及び投影光学系１０５から構成される。光源１０２にはハロゲンランプ、ＬＥＤ等の各種の発光素子を用いることができる。照明光学系１０３は光源１０２から出射した光を表示素子１０４へと導く機能を有する。表示素子１０４には、透過型ＬＣＤや反射型のＬＣＯＳ・ＤＭＤ等が用いられる。表示素子１０４は、照明光学系１０３からの光を投影光学系１０５に導く際に、透過率または反射率を空間的に制御する機能を有する。投影光学系１０５は表示素子１０４を測定対象物１００の特定位置に結像させるように構成されている。
【００１６】
尚、実施形態１では、表示素子１０４と投影光学系１０５から成る投影装置の構成を示しているが、スポット光と２次元走査光学系からなる投影装置を用いることも可能である。
【００１７】
撮像部１０６は、測定対象物１００を撮像する。撮像部１０６は撮像光学系１０７及び撮像素子１０８から構成され、撮像素子１０８には、ＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤセンサ等の各種光電変換素子が用いられる。
【００１８】
パターン設定部１０９は、光投影部１０１で測定対象物１００に投影するパターンを設定する。パターン設定部１０９では、距離計測中の外乱光を算出するために光投影部１０１で光を投影しない暗領域を設定することができる。暗領域は表示素子１０４で通す光を制御することにより実現できる。暗領域を設定する具体的な方法については、後述する。
【００１９】
画像記憶部１１０は、撮像部１０６で撮像した画像を記憶し、画像を複数枚記憶するだけの充分な容量がある。
【００２０】
外乱光推定部１１１は、画像記憶部１１０で記憶した画像からパターン設定部１０９で設定された暗領域の画像輝度から、計測中に測定対象物１００に投影される外乱光を推定する。外乱光を推定する具体的な方法については、後述する。
【００２１】
補正部１１２は、外乱光推定部１１１で推定された計測中に測定対象物１００に投影される外乱光を取り除く（除去する）補正を行うための補正情報を生成する。尚、外乱光を取り除く方法としては、処理対象の画像に実際に投影されている外乱光を取り除く補正を行う方法や、距離計測に影響を与える外乱光の輝度情報そのものを補正する方法が考えられる。外乱光を取り除く具体的な方法については、後述する。
【００２２】
距離算出部１１３は、補正部１１２による補正結果（補正情報）から測定対象物１００の距離を算出する。
【００２３】
出力部１１４は、距離算出部１１３による算出結果である距離情報を出力する。また、画像記憶部１１０で記憶した画像も出力する。出力部１１４は、算出結果である距離情報や画像を表示するためのモニタ、プリンタ等を有する。
【００２４】
記録部１１５は、距離算出部１１３による算出結果である距離情報を記録する。記録部１１５は、算出結果の距離情報等の各種データを記録するためのハードディスク、フラッシュメモリ等を備える。
【００２５】
記憶部１１６は、パターン設定部１０９により設定された暗領域の情報や、距離算出部１１３により算出された距離情報等を記憶する。また、記憶部１１６は、制御部１１７による制御情報等も記憶する。
【００２６】
制御部１１７は、光投影部１０１、撮像部１０６、パターン設定部１０９、出力部１１４、記録部１１５及び記憶部１１６の動作を制御する。制御部１１７は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、各種制御プログラムが格納されたＲＯＭ等を備える。ＲＯＭに格納された各種プログラムは、光投影部１０１が投影するパターン光を制御するための制御プログラム、撮像部１０６を制御するための制御プログラム、パターン設定部１０９を制御するための制御プログラム等が含まれる。また、各種プログラムには、出力部１１４を制御するための制御プログラム、記録部１１５を制御するための制御プログラム等が含まれても良い。
【００２７】
次に、外乱光が計測用のパターン光に載った場合の問題点について説明する。図２は空間符号化法における相補パターン投影法を説明するための模式図である。まず、空間符号化法について説明する。空間符号化法は複数本のライン光から成るパターン光を測定対象物に投影し、空間内を時間方向の符号化を用いてライン番号を識別する方法である。事前にパターン光の出斜角と撮像素子への入射角との対応関係をキャリブレーションしておき、三角測量の原理から距離計測を行う。複数本のライン光のライン番号は、例えば、グレイコード法等を用いて識別する。図２（ａ）はグレイコード法のパターンを表す図であり、左から１ｂｉｔ、２ｂｉｔ及び３ｂｉｔのグレイコードパターンを表している。４ｂｉｔ以降のグレイコードパターンについては省略する。
【００２８】
空間符号化法では、図２（ａ）のグレイコードパターンを順番に測定対象物に投影しながら画像撮像を行う。そして、撮像画像から各ビットでバイナリ値を算出する。具体的には、各ビットで撮像画像の画像輝度が閾値以上である場合、その領域のバイナリ値を１とする。一方、撮像画像の画像輝度が閾値未満である場合、その領域のバイナリ値を０とする。各ビットでのバイナリ値を順に並べ、その領域のグレイコードとする。そして、グレイコードを空間コードに変換し、距離計測を行う。
【００２９】
閾値の決定方法としては、例えば、相補パターン投影法が用いられる。図２（ａ）のグレイコードパターン（ポジパターンと呼ぶ）に対し、白黒が反転している図２（ｂ）のネガパターンを測定対象物に投影し、画像撮像を行う。そして、ネガパターンの画像輝度値を閾値とする手法である。
【００３０】
通常、空間符号化法では最下位ビットの幅の分だけ位置の曖昧さを有する。しかし、バイナリ値が０から１、あるいは、バイナリ値が１から０に切り替わる境界位置を撮像画像上で検出することで、ビット幅よりも曖昧さを低下させることができ、距離計測精度は高まる。
【００３１】
図２（ｃ）はバイナリ値が切り替わる境界位置における輝度変化を表す図である。理想的には輝度の立ち上がり、立ち下がりはインパルス的に起こるが、パターン光のボケや被写体（測定対象物）の反射率等の影響により、なだらかな直線または曲線を描く。従って、バイナリ値が切り替わる位置に当たるポジパターンとネガパターンの交点位置ｘｃを精度良く求めることが重要となる。
【００３２】
図３は、外乱光がない場合と一様な外乱光があると仮定した場合の、空間符号化法でポジパターン画像とネガパターン画像の交点座標を求める部分を説明するための模式図である。図３では、外乱光がない場合のポジパターンの輝度変化とネガパターンの輝度変化を実線で表し、外乱光がある場合のポジパターンの輝度変化とネガパターンの輝度変化を点線で表している。
【００３３】
外乱光がない場合には、ポジパターンとネガパターンとの交点は、点ｘciの位置となる。一方、外乱光がある場合には、ポジパターンの輝度が上がり、ネガパターンの輝度も上がるが、ポジパターンの撮像時とネガパターンの撮像時は同じ時間ではないため、外乱光の量が同じとは限らない。そのため、ポジパターンとネガパターンとの交点は、点ｘcrの位置となり、外乱光がない場合と比べ交点位置がずれてしまう。つまり、外乱光が距離計測精度を悪化させる要因となる。
【００３４】
ここでは、特に、空間符号化を例にして説明しているが、これに限らず、距離計測装置においては、一般的に、計測を行うために所望の光量のパターン光を測定対象物に投影する。このような状況において、パターン光に外乱光が加わって所望の光量以上の光が測定対象物に投影され撮像された画像（撮像画像）に映っていることは、距離計測装置として問題となる。つまり、空間符号化法に限らず、パターン光を投影する方法全般について距離計測精度を悪化させるといえる。
【００３５】
次に、本発明における距離計測装置の処理の流れについて、図４を用いて説明する。
【００３６】
距離計測装置の動作が開始されると、パターン設定部１０９により暗領域が設定される（ステップＳ４０１）。暗領域の設定方法としては、例えば、図５のように、光投影部１０１の表示素子１０４から縞パターン光が投影されている際に、表示素子１０４上で縞パターン光を投影しない領域を生成する。これにより、計測面５０３上で、撮像画像中の測定対象物１００が存在している領域を避けて撮像素子１０８に対する計測面５０３上に暗領域５０５が設定される。暗領域の位置は、測定対象物１００を避けた領域を手動で設定してもよいし、距離計測装置が測定対象物１００を自動で認識し、設定してもよい。
【００３７】
暗領域の設定方法について説明する。手動で設定する場合は、例えば、測定対象物を撮像して出力部１１４に出力された撮像画像を基に、暗領域を指定する。暗領域の指定の仕方としては、例えば、出力部１１４がタッチパネルの機能を持っていて、出力された撮像画像上で指もしくは指示部材で矩形領域を指定する。暗領域の他の指定の仕方としては、例えば、出力部１１４に出力された撮像画像を指もしくは指示部材で指定すると、指定した位置の座標値が出力され、これを矩形状の領域になるように４点指定することにより、４つの出力された座標値で暗領域が決定される。
【００３８】
自動で設定する場合は、測定対象物を認識した結果に基づいて、暗領域を指定する。暗領域を自動で設定する一例について説明する。最初に、測定対象物の存在を認識する。認識する方法としては、計測面を撮像した撮像画像内に測定対象物がない状態の時に画像を撮像しておき、測定対象物が置かれた時との画像差分を取って認識する。測定対象物を認識する他の方法としては、事前に測定対象物を様々な位置や姿勢で撮像した画像を基に、撮像画像上での測定対象物の二次元的な見え方を予め学習して辞書を作成しておく。そして、その辞書と暗領域を設定する際に撮像した画像とを照合して測定対象物を認識する。後者の認識手法の場合は、測定対象物の面内回転方向の角度や奥行回転方向の角度等の情報を辞書に併せて作成しておくことにより、撮像画像から測定対象物の大体の姿勢が判る。
【００３９】
このことから、測定対象物に、仮に、平面部分があるとすると、平面部分が向いている方向が判る。例えば、図１１（ａ）のように、外乱光の主要因となる外乱光源１１０２の位置が概ね判っているとすると、外乱光１１０３の投影する方向が決まる。その外乱光１１０３が平面部分に投影されると、計測面１１０１において、測定対象物１００の周辺に二次的な反射光が映り込む領域（二次反射領域１１０４）が発生することがある。この二次反射領域１１０４は、外乱光源１１０２の投影方向と撮像部１０６から見た測定対象物１００の平面の向いている方向とから判断できる。以上より、図１１（ｂ）のように、二次反射領域１１０４を推定して、暗領域と設定することが適切でない領域（ＮＧ暗領域１１０５）を判定することにより、暗領域と設定することが適切である領域（ＯＫ暗領域１１０６）を自動的に設定することが可能となる。外乱光の投影する方向が決まらない場合は、例えば、検出した平面部分を基に二次反射領域として影響があると考えられる領域を広くとり対応することが可能である。
【００４０】
尚、図１１における暗領域の手動／自動設定は、後述する実施形態２及び３の構成についても適用できる。また、暗領域の形状は、矩形状に限定されるものではなく、用途や目的に応じて任意の形状を使用することができる。
【００４１】
暗領域が設定されると、次に、光投影部１０１により、距離計測を行うための計測用のパターン光を測定対象物１００に投影する（ステップＳ４０２）。
【００４２】
パターン光が投影されると、次に、撮像部１０６により、測定対象物１００を含む撮像領域を撮像する（ステップＳ４０３）。
【００４３】
測定対象物１００を含む撮像領域が撮像されると、次に、外乱光推定部１１１により、撮像画像内（撮像領域内）の暗領域の画像輝度を測定する（ステップＳ４０４）。
【００４４】
暗領域の画像輝度が測定されると、次に、制御部１１７により、計測用のパターン光を投影して距離計測を行うために必要な枚数を撮像したか否か判定する。距離計測を行うために必要な枚数を撮像したと判定した場合（ステップＳ４０５でＹＥＳ）、ステップＳ４０６に進む。一方、距離計測を行うために必要な枚数を撮像していないと判定した場合（ステップＳ４０５でＮＯ）、ステップＳ４０２に戻り、光投影部１０１により、次の計測用のパターン光を投影する（ステップＳ４０５）。
【００４５】
距離計測を行うために必要な枚数が撮像されると、次に、補正部１１２により、撮像画像から外乱光を除去した画像（以降、外乱光除去画像）を作成する（ステップＳ４０６）。外乱光除去画像は、外乱光の分布が均一と仮定した場合、計測用のパターン光を投影して撮像した画像の輝度から暗領域の画像輝度を引いた値を使用して作成する。以下で、図６を用いて具体的な作成方法の一例について説明する。
【００４６】
計測用のパターン光を投影して撮像した画像の内、暗領域の範囲のｘ座標をｘd1〜ｘdi、暗領域の範囲のｙ座標をｙd1〜ｙdjとする。計測用のパターン光を投影して撮像した画像の内、計測用のパターン光が投影されている領域の範囲のｘ座標をｘm1〜ｘmk、計測用のパターン光が投影されている領域の範囲のｙ座標をｙm1〜ｙmnとする。但し、計測用のパターン光が投影されている領域の範囲の座標と暗領域の範囲の座標は重なっていないものとする。また、計測用のパターン光が投影されている領域の各画素の輝度をＩm（ｘ，ｙ）とする。暗領域の各画素の輝度をＩd（ｘ，ｙ）とする。
【００４７】
暗領域には、計測用のパターン光が投影されていないため、暗領域の画素の輝度は外乱光のみの影響を受けた画素の輝度となる。例えば、暗領域のすべての画素の輝度の平均値を外乱光のみの影響を受けた画素の輝度の代表値Ｉdaveとすると、
【００４８】
【数１】
2014089081.tif 000003
【００４９】
となる。そして、外乱光除去画像の各画素の輝度Ｉr（ｘ，ｙ）は、
Ｉr（ｘ，ｙ）＝Ｉm（ｘ，ｙ）−Ｉdave・・・（２）
となる。以上より、外乱光除去画像が作成される。
【００５０】
外乱光除去画像が作成されると、次に、制御部１１７により、すべての計測用のパターン光を投影して撮像した画像から、外乱光除去画像を作成したか否か判定する（ステップＳ４０７）。すべての計測用のパターン光を投影して撮像した画像から、外乱光除去画像を作成したと判定した場合（ステップＳ４０７でＹＥＳ）、ステップＳ４０８に進む。一方、すべての計測用のパターン光を投影して撮像した画像から、外乱光除去画像を作成していないと判定した場合（ステップＳ４０７でＮＯ）、ステップＳ４０６に戻り、次の外乱光除去画像を作成する。
【００５１】
すべての計測用のパターン光を投影して撮像した画像から、外乱光除去画像が作成されると、次に、距離算出部１１３により、外乱光除去画像を用いて距離計測処理を行う（ステップＳ４０８）。
【００５２】
このように、暗領域を設定することにより、計測領域以外を有効に活用し、計測するタイミングと同時間での外乱光を計測することができる。
【００５３】
以上の処理は、計測用のパターン光を投影するタイミングと外乱光を計測するタイミングを同時間に合わせる方法であるが、計測用のパターン光を投影する領域と外乱光を計測する暗領域との領域の違いがある。
【００５４】
次に、計測用のパターン光を投影するタイミングと外乱光を計測するタイミングは異なるが、計測用のパターン光を投影する領域と外乱光を計測する暗領域との領域の違いを考慮し、外乱光の時間方向の変化量を基に外乱光を除去する方法について説明する。
【００５５】
距離計測装置の構成図は図１と同様なので省略する。図７に処理の流れを示す。ステップＳ７０１〜ステップＳ７０５はそれぞれ、図４のステップＳ４０１〜ステップＳ４０５に対応するため、その詳細説明は省略する。ステップＳ７０５で計測用のパターン光を投影して、距離計測を行うのに必要な枚数が撮像されると、光投影部１０１を全消灯させる（ステップＳ７０６）。
【００５６】
光投影部１０１が全消灯されると、次に、撮像部１０６により、測定対象物１００を含む撮像領域を撮像する（ステップＳ７０７）。
【００５７】
測定対象物１００を含む撮像領域が撮像されると、次に、外乱光推定部１１１により、暗領域の画像輝度を測定する（ステップＳ７０８）。
【００５８】
暗領域の画像輝度が測定されると、次に、補正部１１２により、撮像画像から外乱光除去画像を作成する（ステップＳ７０９）。この手法の場合、外乱光除去画像は、計測用のパターン光を投影して撮像した画像と全消灯で撮像した画像を使用して作成する。以下で、具体的な作成方法の一例について説明する。まず、計測用パターン光を投影する領域と暗領域は図６と同じであり、また、計測用のパターン光が投影されている領域の各画素の輝度と暗領域の各画素の輝度も図６と同じであるため説明を省略する。
【００５９】
ここで、全消灯で撮像した画像で計測領域の各画素の輝度をＩmb（ｘ，ｙ）とする。また、全消灯で撮像した画像で暗領域の各画素の輝度をＩdb（ｘ，ｙ）とする。そして、全消灯で撮像した画像で、例えば、暗領域のすべての画素の輝度の平均値を外乱光のみの影響を受けた画素の輝度の代表値Ｉdbaveとすると、
【００６０】
【数２】
2014089081.tif 000004
【００６１】
となる。そして、外乱光除去画像の各画素の輝度Ｉr（ｘ，ｙ）は、
Ｉr（ｘ，ｙ）＝Ｉm（ｘ，ｙ）−Ｉmb（ｘ，ｙ）×Ｉdave／Ｉdbave・・・（４）
となる。尚、Ｉdaveは式（１）で算出された値と同じである。以上より、外乱光除去画像が作成される。
【００６２】
以下、ステップＳ７１０及びステップＳ７１１はそれぞれ、図４のステップＳ４０７及びステップＳ４０８と同様なので説明を省略する。
【００６３】
このように、外乱光の時間方向の変化量を基に、計測用のパターン光を投影する領域と外乱光を計測する暗領域との領域の違いを考慮した計測領域の外乱光を推定することができる。
【００６４】
また、以上の例では、外乱光除去画像を作成しているが、外乱光除去画像を作成せずに、計測用のパターン光から外乱光を除去した輝度情報から距離計測処理を行ってもよい。より具体的には、撮像画像Ａの距離が必要な部分の輝度情報（撮像画像Ａ中の一部である部分画像）を直接補正して、撮像画像Ａ１とする。つまり、撮像画像Ａを撮像画像Ａ１にする。
【００６５】
また、以上の例では全消灯で一枚撮像して外乱光を除去しているが、全消灯で複数枚撮像して外乱光を除去した輝度情報を得るようにしてもよい。特に、外乱光に周期性がある場合には、複数枚の撮像画像から周期性成分を算出することができるので、そのような場合には、複数枚撮像することは有効である。
【００６６】
また、以上の例では、空間符号化法を使う場合について説明しているが、パターン光投影を伴う他の距離計測手法に適用してもよい。
【００６７】
図８は位相シフト法についての説明図である。図８（ａ）は投影するパターンのタイミングを表し、図８（ｂ）は撮像するタイミングでの撮像画像の輝度値を表し、外乱光がない場合の輝度変化を実線で表し、外乱光がある場合の輝度変化を点線で表している。位相シフト法では、明度が正弦波状に変化する縞パターン光を測定対象物１００に投影し、縞パターン光の位相をπ／２ずつ、ずらして撮像部１０６で撮像する。これを、位相が２πになるまで計４枚撮像する。４枚の画像上の同じ位置での輝度をＡ0、Ｂ0、Ｃ0、Ｄ０とすると、その位置でのパターンの位相αは、
【００６８】
【数３】
2014089081.tif 000005
【００６９】
で表される。この位相を基に三角測量の原理により距離計測するが、撮像するタイミングに外乱光があると、図８（ｂ）の点線で表したように４枚の画像上の同じ位置での輝度がそれぞれＡ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１のように変化してしまう。そのため、算出する位相が変化し距離計測結果に誤差が生じる。従って、外乱光を除去することにより高精度に距離計測を行うことが可能となる。
【００７０】
光切断法やマルチラインシフト法でも同様にパターン光を投影して異なるタイミングで撮像を行うため、外乱光があると距離計測結果に誤差が生じる。そのため、外乱光を除去することにより高精度に距離計測を行うことが可能となる。
【００７１】
以上説明したように、実施形態１によれば、計測領域外にパターン光を投影しない暗領域を設定し、その暗領域の画像輝度を基に外乱光を除去し、距離計測する。これにより、受光側に外乱光を計測する構成を設けることなく、外乱光を計測することが可能となり、距離計測の精度向上が図れる。また、暗領域を手動／自動で適切な位置に設定することができるので、より高精度な距離計測を行うことが可能となる。
【００７２】
＜実施形態２＞
（パターン光の外側を使用して暗領域を設定）
本発明の外乱光除去方法を使用した距離計測装置について実施形態２を示す。
【００７３】
距離計測装置の構成図は実施形態１と同様のため省略する。実施形態１では、図５のように、暗領域を光投影部１０１でパターン光を投影する際に表示素子１０４上で投影しない領域を生成して暗領域を設定している。これに対して、実施形態２では、撮像部１０６の撮像素子１０８で撮像される領域と光投影部１０１の表示素子１０４が投影する領域との一部が重なるように配置し、投影する領域外でかつ撮像する領域内に暗領域を設定する。
【００７４】
図９は暗領域の設定方法の一例を表す図である。図９（ａ）では撮像部１０６の撮像素子１０８で撮像される領域と、光投影部１０１の表示素子１０４が投影する領域とが重なる計測面９０３ａの上部の領域を暗領域９０５ａと設定する例である。暗領域９０５ａにはパターン光が投影されないため、常に外乱光を計測することができる領域である。
【００７５】
図９（ｂ）ではパターン光が投影される領域を取り囲むように暗領域９０５ｂを設定する例である。この例では、暗領域９０５ａの時に比べ暗領域の面積が大きくなるため、処理時間は多くなるが、計測領域の外乱光をより推定しやすくなる。
【００７６】
処理の流れは実施形態１と同様であるため省略する。
【００７７】
以上説明したように、実施形態２によれば、実施形態１で説明した効果に加えて、表示素子上で投影しない領域を生成する制御を行うことなく暗領域を設定することができる。
【００７８】
＜実施形態３＞
（複数の暗領域を使用する）
本発明の外乱光除去方法を使用した距離計測装置について実施形態３を示す。
【００７９】
距離計測装置の構成図は実施形態１と同様のため省略する。実施形態１及び実施形態２では暗領域を一ヶ所に設定している。これに対して、実施形態３では、図１０のように、撮像部１０６の撮像素子１０８で撮像される領域内に複数の暗領域を設定する。つまり、暗領域を複数使用する。処理の流れは実施形態１と同様であるが、外乱光除去画像を作成する方法が異なるため、以下で説明する。
【００８０】
図１０で示すように、暗領域が４つ存在する場合について説明する。ここで、暗領域１００５ａ、１００５ｂ、１００５ｃ及び１００５ｄのすべての画素の輝度の平均値をそれぞれＩdaave、Ｉdbave、Ｉdcave及びＩddaveとする。計測用のパターン光が投影されている領域の各画素と各暗領域の重心との距離をそれぞれＤma（ｘ，ｙ）、Ｄmb（ｘ，ｙ）、Ｄmc（ｘ，ｙ）及びＤmd（ｘ，ｙ）とする。また、計測用のパターン光が投影されている領域の各画素と各暗領域の重心との距離の総和をＤmall（ｘ，ｙ）とする。計測用のパターン光が投影されている領域の各画素の輝度をＩm（ｘ，ｙ）とする。例えば、計測用のパターン光が投影されている領域の各画素と各暗領域の重心との距離に応じて、暗領域のすべての画素の輝度の平均値を傾斜配分すると、外乱光除去画像の各画素の輝度Ｉr（ｘ，ｙ）は、
Ｉr（ｘ，ｙ）＝Ｉm（ｘ，ｙ）−
（（Ｉdaave×Ｄma（ｘ，ｙ）／Ｄmall（ｘ，ｙ））
＋（Ｉdbave×Ｄmb（ｘ，ｙ）／Ｄmall（ｘ，ｙ））
＋（Ｉdcave×Ｄmc（ｘ，ｙ）／Ｄmall（ｘ，ｙ））
＋（Ｉddave×Ｄmd（ｘ，ｙ）／Ｄmall（ｘ，ｙ）））・・・（６）
となる。以上より、外乱光除去画像が作成される。
【００８１】
このように、複数の暗領域を使用して、計測領域の外乱光を推定することができる。
【００８２】
また、外乱光除去画像の各画素の輝度の求め方は、この方法に限定されず複数の暗領域を使用する方法であれば他の方法でもよい。
【００８３】
以上説明したように、実施形態３によれば、実施形態１で説明した効果に加えて、複数の暗領域を設定することができるので、測定対象物が比較的小さい場合等の計測環境に即したより適切な暗領域を設定することが可能となる。これにより、高精度な距離計測を行うことが可能となる。
【００８４】
＜実施形態４＞
実施形態１乃至３を任意に組み合わせた実施形態を実現することもできる。例えば、実施形態２の構成において、複数の暗領域を手動／自動で設定するようにしても良い。
【００８５】
尚、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または装置に供給し、そのシステムまた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７】
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【図８】
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【図５】
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【図６】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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