(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
明部と暗部とを有する第１の輝度パターンと、該第１の輝度パターンの明部と暗部とが反転した第２の輝度パターンとを計測対象物へ投影する投影手段と、
前記計測対象物へ投影された前記パターンを撮像素子に階調分布として結像させ、飽和光量を超過する露光では最大階調値を階調点ごとに出力し、前記飽和光量以下の露光では当該露光に対応する階調値を階調点ごとに出力する撮像手段と、
前記撮像手段により出力された前記第１の輝度パターンの階調分布と、前記第２の輝度パターンの階調分布との交点を導出する導出手段と、
を備える情報処理装置であって、
前記交点の導出に使用される該交点の隣接階調点以外の少なくとも１つの階調点の階調値が前記最大階調値と等しくなるように、前記撮像素子に入射される光量を調節する光量調節手段を備えることを特徴とする情報処理装置。
【請求項２】
前記光量調節手段は、前記交点の導出に使用される前記交点の隣接階調点の階調値が前記最大階調値より小さい状態を満たしながら、前記撮像素子に入射される光量を最大に調節す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】
前記光量調節手段は、前記パターンを投影する前記投影手段の投影光量、前記撮像手段の露光時間、または前記撮像手段のゲインのうち、少なくとも１つを調節することにより、前記撮像素子に入射される光量を調節することを特徴とする請求項１または２に記載の情報処理装置。
【請求項４】
更に、前記導出手段によって導出された交点の位置に基づいて、前記計測対象物の三次元形状を導出する三次元形状導出手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の情報処理装置。
【請求項５】
投影手段が、明部と暗部とを有する第１の輝度パターンと、該第１の輝度パターンの明部と暗部とが反転した第２の輝度パターンとを計測対象物へ投影する投影工程と、
撮像手段が、前記計測対象物へ投影された前記パターンを撮像素子に階調分布として結像させ、飽和光量を超過する露光では最大階調値を階調点ごとに出力し、前記飽和光量以下の露光では当該露光に対応する階調値を階調点ごとに出力する撮像工程と、
導出手段が、前記撮像工程により出力された前記第１の輝度パターンの階調分布と、前記第２の輝度パターンの階調分布との交点を導出する導出工程と、
を有する情報処理装置の制御方法であって、
光量調節手段が、前記交点の導出に使用される該交点の隣接階調点以外の少なくとも１つの階調点の階調値が前記最大階調値と等しくなるように、前記撮像素子に入射される光量を調節する光量調節工程を有することを特徴とする情報処理装置の制御方法。
【請求項６】
コンピュータを、請求項１乃至４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、情報処理装置、情報処理装置の制御方法、およびプログラムに関し、特に、複数のパターンが投影された計測対象物を撮像して、計測対象物の三次元形状データを取得するための情報を処理する情報処理装置、情報処理装置の制御方法、およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
投影装置と撮像装置とを既知の関係に配置し、投影装置からパターン光を投影した計測対象物を撮像装置が撮像し、計測対象物の三次元形状データを取得する三次元計測が広く知られている。
【０００３】
特許文献１では、明部と暗部とが任意の幅で交互に配置された第１の明暗パターン光と、第１の明暗パターン光の位相をずらした第２の明暗パターン光とをそれぞれ投影して、各々撮像した画像の階調分布を取得し、第１および第２の明暗パターン光の交点の撮像素子上の位置を算出することにより計測対象物の三次元形状を取得する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１９２６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
撮像素子に用いられるＣＣＤイメージセンサなど各種の光検出素子に光が入射すると、光の強度に応じた信号が得られるのと同時に、量子的に発生する不可避なショットノイズが発生する。従来の交点検出手法では、第１と第２の輝度パターンを撮像画素でサンプリングした階調各々の階調分布の階調値を補間して交点を求めている。
【０００６】
撮像した画像にショットノイズやその他のノイズの影響があると、ノイズを含んだ階調値を用いて交点を算出するため、交点にはノイズによる誤差が発生する。量子的に発生するショットノイズが交点検出に与える影響は、撮像素子に入射する光の強度が弱い場合、光の強度に対してショットノイズは相対的に大きくなる。そのため、階調分布のＳＮ比が低下し、検出される交点位置の誤差が大きくなる。
【０００７】
一方、撮像素子に入射する光の強度が強い場合は、光の強度に対してショットノイズは相対的に小さく、光の強度が弱い場合に比べてＳＮ比が良くなり、検出される交点位置の誤差が減少する。
【０００８】
しかしながら、撮像素子に入射する光の強度が必要以上に強いと、交点検出に使用する画素の階調値が、撮像素子の最大階調値に近づき、両者が等しくなってしまう。そのため、階調値を補間して交点を検出すると、誤差が大きくなり精度のよい三次元計測が行えなくなる。
【０００９】
上記の課題に鑑み、本発明は、交点位置の検出精度を向上させて精度の良い三次元計測を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するための本発明に係る情報処理装置は、
明部と暗部とを有する第１の輝度パターンと、該第１の輝度パターンの明部と暗部とが反転した第２の輝度パターンとを計測対象物へ投影する投影手段と、
前記計測対象物へ投影された前記パターンを撮像素子に階調分布として結像させ、飽和光量を超過する露光では最大階調値を階調点ごとに出力し、前記飽和光量以下の露光では当該露光に対応する階調値を階調点ごとに出力する撮像手段と、
前記撮像手段により出力された前記第１の輝度パターンの階調分布と、前記第２の輝度パターンの階調分布との交点を導出する導出手段と、
を備える情報処理装置であって、
前記交点の導出に使用される該交点の隣接階調点以外の少なくとも１つの階調点の階調値が前記最大階調値と等しくなるように、前記撮像素子に入射される光量を調節する光量調節手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、交点位置の検出精度が向上し、精度の良い三次元計測が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）三次元計測装置の構成を示す図、（ｂ）三次元計測装置の処理部のブロック構成を示す図。
【図２】交点位置を検出する処理を説明するための概念図。
【図３】第１実施形態に係る前準備計測の処理手順を示すフローチャート。
【図４】第１実施形態に係る本計測における交点検出処理の手順を示すフローチャート。
【図５】第２実施形態に係る前準備計測の処理手順を示すフローチャート。
【図６】第２実施形態に係る本計測における交点検出処理の手順を示すフローチャート。
【図７】第３実施形態に係る前準備計測の処理手順を示すフローチャート。
【図８】三次元計測により取得される階調分布の例を示す図。
【図９】階調ヒストグラムの例を示す図。
【図１０】交点検出精度を向上させる概念の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１実施形態）
図１（ａ）を参照して、本発明に係る情報処理装置としての機能を有する三次元計測装置の構成を説明する。三次元計測装置は、投影部１０２と、撮像部１０３と、パーソナル・コンピュータ１０４と、パーソナル・コンピュータ１０６とを備えており、計測対象物１０１の三次元位置を計測する。投影部１０２は、例えばプロジェクタであり、所定の輝度パターン光を所定のタイミングで計測対象物１０１へ投影する。撮像部１０３は、例えばＣＣＤカメラであり、計測対象物１０１へ投影された輝度パターン光を撮像素子に階調分布として結像させ、飽和光量を超過する露光では最大階調値を階調点ごとに出力し、飽和光量以下の露光では当該露光に対応する階調値を階調点ごとに出力する。
【００１４】
パーソナル・コンピュータ１０４は、投影部１０２の輝度パターン投影を制御し、パーソナル・コンピュータ１０６は、撮像部１０３の撮像を制御し、且つ撮像素子上に結像した輝度分布から、離散的にサンプリングされた階調分布を出力し、交点位置を検出する。撮像素子へ入射する光量の調節は、投影光の強度、もしくは、撮像時の露光時間の調節、撮像時のゲインの調節などにより行われる。本実施形態では、撮像素子へ入射する光量を制御するための光量調節値は、パーソナル・コンピュータ１０６により算出される。投影光の強度を調整することにより光量を調節する場合は、パーソナル・コンピュータ１０６から光量調節値をコンピュータ１０４へ送り、投影部１０２を制御する。撮像時の露光時間を調整することにより、あるいは、撮像時のゲインを調整することにより光量を調節する場合は、パーソナル・コンピュータ１０６から撮像部１０３へ指示を送り、撮像素子へ入射する光量を制御する。なお、本実施形態で使用する輝度パターンの例として、明部と暗部とが交互に配置された第１の輝度パターン光１０５ａと、第２の輝度パターン１０５ｂとを示す。ただし、第１の輝度パターン光と、第２の輝度パターン光とは、図１に示される構成と異なっていても構わない。
【００１５】
また、図１（ａ）では、パーソナル・コンピュータ１０４と、パーソナル・コンピュータ１０６と、がそれぞれ撮像部１０３と、投影部１０２とを制御する構成としているが、１つのパーソナル・コンピュータを制御部として撮像部１０３と、投影部１０２とを制御する構成であってもよい。
【００１６】
図１（ｂ）は、三次元計測装置の処理部のブロック構成を示す。三次元計測装置は、投影部１０２と、撮像部１０３と、交点算出部２０１と、光量調節部２０２と、制御部２０３とを備える。投影部１０２および撮像部１０３は、図１で説明したものと同様である。交点算出部２０１は、三次元計測を行うために必要となる計測対象物へ投影した２種類の輝度パターンの交点位置を算出する。制御部２０３は、投影部１０２、撮像部１０３、交点算出部２０１、光量調節部２０２の各動作を制御し、また、後述する本発明に係る処理を実行する。交点算出部２０１は、撮像部１０３により出力された第１の輝度パターン光の階調分布と、第２の輝度パターン光の階調分布と、を各々補間して個々の階調交点を算出する。光量調節部２０２は、撮像部１０３の撮像素子に入射される光量を調節する。
【００１７】
図２を参照して、交点位置を検出する処理を説明する。まず投影部１０２が、輝度パターン１０５−ａを計測対象物１０１へ投影する。そして、撮像部１０３が、輝度パターン１０５−ａが投影された計測対象物１０１を撮像する。その結果、階調分布Ａが取得される。次に、同様に輝度パターン１０５−ｂについても投影動作および撮像動作を実行する。その結果、階調分布Ｂが取得される。図２において、実線は輝度パターン１０５−ａに対応する撮像素子上の輝度分布Ａであり、点線は輝度パターン１０５−ｂに対応する撮像素子上の輝度分布Ｂである。また、階調分布Ａおよび階調分布Ｂは、それぞれ輝度分布Ａおよび輝度分布Ｂを撮像素子の各画素でサンプリングして得られた数値列である。第一の値は、輝度パターン１０５−ａ、および輝度パターン１０５−ｂにおける明部に対応する階調値であり、第二の値は、同様に暗部に対応する階調値である。
【００１８】
輝度分布Ａおよび輝度分布Ｂは、第一の値を有する部分、第二の値を有する部分、およびそれらを連結する連結部分から構成される。同様に、階調分布Ａおよび階調分布Ｂは、輝度分布Ａおよび輝度分布Ｂのうちの離散的な位置であるが、第一の値を有する部分、第二の値を有する部分、およびそれらを連結する連結部分から構成される。
【００１９】
輝度分布Ａおよび輝度分布Ｂは、連結部分で同じ輝度値となる位置が存在し、これを輝度交点位置と称する。一方、階調分布Ａおよび階調分布Ｂもまた、連結部分で同じ輝度値となる位置が存在するはずであり、これを階調交点位置と称する。階調交点位置は、階調分布Ａと階調分布Ｂとの大小が逆転する位置においてそれぞれの階調分布を補間することにより求める。あるいは、階調交点位置は、階調分布Ａから階調分布Ｂを減じた差分分布を求めて、差分値が０となる位置を補間して求めることにより求めてもよい。
【００２０】
輝度分布から離散的な階調分布がサンプリングされると、サンプリングによる誤差が階調交点位置に影響し、真の輝度交点位置からの誤差が生じる。また、ショットノイズやその他の要因から発生するノイズの影響を受けた輝度分布が撮像素子上に結像すると、その輝度分布から階調分布を出力して求めた階調交点位置には、ノイズの影響により階調交点位置に誤差が生じることになる。
【００２１】
図１０（ａ）および（ｂ）を参照して、本発明に係る交点位置の検出精度を向上させる概念について説明する。図１０（ａ）は、図２に示したような、階調交点を検出するために使用される階調交点近傍の４つの階調点を示している。図１０（ｂ）に示されるように、交点の検出に使用される４つの階調点の階調値（より具体的には高階調側の２つの階調点）は、撮像素子の最大階調値よりも小さくなるように、それ以外の階調点の階調値の少なくとも１つは、最大階調値と等しくなるように（すなわち飽和させるように）、撮像素子に入力される光量を増加させるように調節する。この調節は、パターンを投影する側の光量を調節する方法、あるいはカメラの露光時間を調節する方法、または撮像ゲインを調節する方法などの少なくとも１つの方法により行うことができる。なお、所定数以上の階調点が最大階調値と等しくなるように光量を調節してもよい。さらには、隣接階調点以外の全ての高階調側の階調点の階調値が最大階調値となるように、光量を調節してもよい。また、個々の階調交点の算出に使用される各階調交点の隣接階調点の階調値が最大階調値より小さい状態を満たす中で、撮像素子に入射される光量が最大になるように調節してもよい。
【００２２】
光量を増加させれば、検出される信号も強くなり、検出精度を向上することができる。その一方で交点の検出に使用しない階調点の階調値は、最大階調値を超えても検出精度誤に影響することはない。このように光量を調節すると、信号強度の増大に対してカメラの持つショットノイズの増加が小さいため、結果としてＳＮ比が良くなり検出誤差を低減させることができる。 
次に、図３のフローチャートを参照して、第１実施形態に係る前準備計測の処理手順を説明する。前準備計測処理とは、撮像素子へ入射する光量の調節値を算出する処理である。
【００２３】
ステップＳ３０１において、投影部１０２は、明部と暗部とが交互に配置された第１の輝度パターン光１０５−ａを計測対象物１０１へ投影する。そして、撮像部１０３は、輝度パターン１０５−ａが投影された計測対象物１０１を撮像する。その結果、階調分布Ｇ１が取得される。  ステップＳ３０２において、投影部１０２は、第２の輝度パターン光１０５−ｂを計測対象物１０１へ投影する。そして、撮像部１０３は、輝度パターン１０５−ｂが投影された計測対象物１０１を撮像する。その結果、階調分布Ｇ２が取得される。
【００２４】
図８（ａ）乃至図８（ｅ）は、取得される階調分布の例である。本実施形態では、撮像素子の最大階調値は２５５であるが、撮像側の設定や処理に応じて４０９５や、それ以外の値であってもよい。横軸は撮像素子の画素位置であり、縦軸は階調値である。
【００２５】
ステップＳ３０３において、交点算出部２０１は、階調分布Ｇ１と、階調分布Ｇ２との交点を探索する。
【００２６】
ステップＳ３０４において、制御部２０３は、ステップＳ３０３で探索された階調分布Ｇ１と階調分布Ｇ２との交点の隣接階調点のうち、高階調側の階調点を含んだ階調ヒストグラムを生成する。ここで隣接階調点とは、交点（２つの階調点を結んだ直線同士の交点）を形成する隣接する４つの階調点である。そのうち高階調側の階調点とは４つの階調点のうち高階調側の２つの階調点である。階調ヒストグラムとは、各交点についてこの高階調側の隣接階調点を抽出して、横軸を階調値、縦軸を階調点の個数としたヒストグラムである。算出された階調ヒストグラムの例を図９に示す。
【００２７】
図８（ｄ）に示されるように、階調分布Ｇ１と階調分布Ｇ２との交点の隣接階調点の一部の階調値が撮像素子の最大階調値と等しい場合、その一部において撮像素子が受光する光量は飽和していることを示している。ステップＳ３０５において、制御部２０３は、高階調側の隣接階調点のうち閾値Ｔ（例えばＴ＝３０）％以上の階調点の階調値が撮像素子の最大階調値と等しいか否かを判定する。高階調側の隣接階調点のうち閾値Ｔ％以上の階調点の階調値が撮像素子の最大階調値と等しいと判定された場合（Ｓ３０５；ＹＥＳ）、後述する階調値Ｌ１が撮像素子の最大階調値と等しくなる場合があり、後述する光量調節値ｋを正確に求めることが困難になる。そのため、ステップＳ３０６へ進む。一方、そうでない場合（Ｓ３０５；ＮＯ）、ステップＳ３０７へ進む。
【００２８】
ステップＳ３０６において、光量調節部２０２は、撮像素子に入射する光量を低減させるために、投影光の強度（投影光量）、撮像の露光時間、撮像ゲインのうち少なくとも１つを変更して調節する。例えば、撮像素子に入射する光量が半分になるように光量を調節する。しかしながら、光量が低減するように調節すればよく、必ずしも半分になるように調節する必要はない。状況に応じて、光量が１０％になるように、あるいは９０％になるように調節してもよい。その後ステップＳ３０１へ戻る。なお、光量を調節して改めて計測を行うと、図８（ａ）または図８（ｂ）に示されるような階調分布が取得される。
【００２９】
ステップＳ３０７において、制御部２０３は、ステップＳ３０４で生成された階調ヒストグラムを用いて、階調ヒストグラムのうち閾値Ｓ（例えば、Ｓ＝７０）％の階調点の個数が含まれる階調値をＬ１として、当該階調値Ｌ１を算出する。図９において、全体でβ個の階調点がヒストグラムに含まれている場合に、α個の階調点が含まれる位置の階調値がＬ１である。ただし（α／β）×１００＝Ｓという関係が成り立つ。交点の状況に応じて、閾値Ｓを定めることができる。ステップＳ３０８において、制御部２０３は、階調分布から最大階調値Ｌｍａｘを算出する。最大階調値Ｌｍａｘは、階調分布の正弦曲線のうち値が大きい方の極値に対応する階調点の階調値である。なお、最大階調値Ｌｍａｘは、階調分布の上位の階調値５％の平均値や１０％の平均値としてもよい。また、撮像素子の画素欠陥や、ノイズにより高階調値が検出される特異点の影響を省くため、階調分布の階調値の上位５％乃至１０％の平均値、または上位７％の階調値の平均値としてもよい。計測対象物１０１の状態や計測環境に状況に応じて、Ｌｍａｘの算出方法は任意に変更されてもよい。
【００３０】
ステップＳ３０９において、制御部２０３は、光量調節値ｋを算出するための、目標階調値Ｌｔを設定する。目標階調値Ｌｔは、光量を調節した場合における階調ヒストグラムのうち閾値Ｓ％の階調点の個数が含まれる階調値である。
【００３１】
目標階調値Ｌｔの範囲は、
撮像素子の最大階調値 ＞＝ Ｌｔ ＞＝ 撮像素子の最大階調値 × （Ｌ１／Ｌｍａｘ）
という関係を満たすように設定する。例えば、目標階調値Ｌｔは上記範囲の最大値としてもよいし、最大値と最小値の平均としてもよい。ここでＬ１の値を１２０、Ｌｍａｘの値を１６０、撮像素子の最大階調値を２５５とすると、
２５５ ＞＝ Ｌｔ ＞＝ ２５５×１２０／１６０＝１９１
となる。ここでは、最大値２５５と最小値１９１の平均値２２３を目標階調値Ｌｔとして設定する。
【００３２】
ステップＳ３１０において、光量調節部２０２は、光量調節値ｋを算出する。光量調節値ｋは、Ｌｔ＝ｋ×Ｌ１の関係式により、Ｌｔ＝２２３、Ｌ１＝１２０とすると、１．８６と求まる。図４のフローチャートを参照して、第１実施形態に係る本計測における交点検出処理の手順を説明する。
【００３３】
ステップＳ４０１において、光量調節部２０２は、図３の前計測処理で算出された光量調節値ｋに従って、投射光の強度、撮像の露光時間、および撮像のゲインの少なくとも１つを調節する。
【００３４】
ステップＳ４０２において、投影部１０２は、明部と暗部とが交互に配置された第１の輝度パターン光１０５−ａを計測対象物１０１へ投影する。そして、撮像部１０３は、輝度パターン１０５−ａが投影された計測対象物１０１を撮像する。その結果、階調分布Ｇ３が取得される。
【００３５】
ステップＳ４０３において、投影部１０２は、第２の輝度パターン光１０５−ｂを計測対象物１０１へ投影する。そして、撮像部１０３は、輝度パターン１０５−ｂが投影された計測対象物１０１を撮像する。その結果、階調分布Ｇ４が取得される。
【００３６】
ステップＳ４０４において、交点算出部２０１は、階調分布Ｇ３と、階調分布Ｇ４との交点を検出する。本計測では、図３のフローチャートの処理により算出された光量調節値ｋ＝１．８６に従って、第１の輝度パターン光および第２の輝度パターン光を投影して計測対象物１０１を撮像することにより、図８（ｃ）に示されるような階調分布が取得される。この階調分布に基づいて各々の階調分布の交点を検出する。
【００３７】
以上で、図４のフローチャートの各処理が終了する。
【００３８】
図８（ｃ）の例では、階調分布の交点隣接画素の高階調側が撮像素子の最大階調値に等しくならず、且つ、少なくとも１つ以上の隣接階調値以外の階調値が最大階調値に等しくなる。
【００３９】
交点隣接画素の高階調側は、撮像素子の最大階調値に近い階調値を取得することができる。そのため、階調値の持つショットノイズを相対的に低減することができる。この交点隣接画素の階調値を用いて交点検出を行うと、ショットノイズの影響を最小限に抑えることができ、交点誤差を低減させることができる。
【００４０】
なお、本実施形態では、図３の前計測処理の後に図４の本計測処理を行っているが、量処理を続けて行っても構わないし、本計測の前に予め前計測を行い光量調節値の情報を取得しておいても構わない。
【００４１】
以上説明したように、第一と第二の階調分布から検出した交点を含む隣接階調値は、撮像素子の最大階調値に等しくなく、隣接階調値以外の一部において撮像素子の最大階調値と等しい。この時交点を含む隣接階調値を大きな値にすることでショットノイズの影響を相対的に低減することができるため、検出する交点の誤差を小さくすることができるという効果がある。
【００４２】
（第２実施形態）
図５のフローチャートを参照して、第２実施形態に係る前準備計測の処理手順を説明する。ステップＳ５０１において、投影部１０２は、所定の範囲で一様の輝度値を有する一様パターンを計測対象物１０１へ投影する。そして撮像部１０３は、一様パターンが投影された計測対象物１０１を撮像する。その結果、階調分布Ｇ０が取得される。ここで、所定の範囲とは、計測対象物１０１へ投影され、少なくとも１つの隣り合う交点と交点との間のことを指す。
【００４３】
ステップＳ５０２において、制御部２０３は、高階調側の隣接階調点のうち閾値Ｐ％以上の階調点の階調値が撮像素子の最大階調値と等しいか否かを判定する。閾値Ｐ％以上の階調点の階調値が撮像素子の最大階調値と等しい場合、撮像素子に入射する光量が多すぎるため、階調分布Ｇ０は飽和する。この場合、階調分布の形状が本来の形状と異なってしまうため、交点誤差が大きくなり、また光量調節値ｋを正確に求めることが困難になってしまう。そのため、撮像素子に入射する光量を低減させるように、投影光の強度、露光時間、ゲインを変更させて、再度、所定の範囲で最大輝度値を有する輝度パターンで投影し、撮像を行う必要がある。
【００４４】
閾値Ｐ％以上の階調点の階調値が撮像素子の最大階調値と等しいと判定された場合（Ｓ５０２；ＹＥＳ）、ステップＳ５０９へ進む。一方、そうでない場合（Ｓ５０３；ＮＯ）、ステップＳ５０３へ進む。
【００４５】
ステップＳ５０３において、制御部２０３は、階調分布Ｇ０の平均値Ｌａを算出して取得する。ステップＳ５０４乃至ステップＳ５１２の各処理は、それぞれステップＳ３０１乃至ステップＳ３０９の各処理と同様であるため、説明を省略する。
【００４６】
ステップＳ５１３において、制御部２０３は、一様パターンの平均階調値Ｌａと、交点隣接画素の階調値Ｌ１を用いて階調値比率Ｍを、Ｍ＝Ｌ１／Ｌａの式により算出する。例えば閾値Ｓが７０であるとした場合、階調ヒストグラムのうち閾値７０％の階調点の個数が含まれる階調値Ｌ１が８０、一様パターンの平均階調値Ｌａが１００であるとすると、階調値比率Ｍ＝０．８と求まる。この階調値比率Ｍは後述する図６の処理で光量調節値ｋを算出する際に使用される。以上で図５のフローチャートの各処理が終了する。
【００４７】
次に図６のフローチャートを参照して、第２実施形態に係る本計測における交点検出処理の手順を説明する。ステップＳ６０１において、ユーザが計測対象物１０１を配置する。図５の前計測で使用された計測対象物と異なっていても構わない。  ステップＳ６０２において、投影部１０２は、所定の範囲で一様の輝度値を有する一様パターンを計測対象物１０１へ投影する。そして撮像部１０３は、一様パターンが投影された計測対象物１０１を撮像する。その結果、階調分布Ｇ１０が取得される。
【００４８】
ステップＳ６０３およびステップＳ６０４の各処理は、それぞれステップＳ５０２およびステップＳ５０９の各処理と同様であるため、説明を省略する。ステップＳ６０５において、制御部２０３は、階調分布Ｇ１０の平均値Ｌａ２を算出して取得する。
【００４９】
ステップＳ６０６において、光量調節部２０２は、図５の前計測で算出した目標階調値Ｌｔと階調値比率Ｍとを用いて、光量調節値ｋを算出する。光量調節値ｋは、Ｌｔ＝ｋ×Ｌａ２×Ｍの関係式により、算出される。
【００５０】
ステップＳ６０７において、光量調節部２０２は、ステップＳ６０６で算出された光量調節値ｋに従って、撮像素子に入射する光量を低減させるために、投影光の強度、撮像の露光時間、撮像ゲインのうち少なくとも１つを変更して調節する。
【００５１】
ステップＳ６０８において、投影部１０２は、光量調節値ｋに従って調節された光量で、明部と暗部とが交互に配置された第１の輝度パターン１０５−ａを計測対象物１０１へ投影する。そして、撮像部１０３は、輝度パターン１０５−ａが投影された計測対象物１０１を撮像する。その結果、階調分布Ｇ３が取得される。
【００５２】
ステップＳ６０９において、投影部１０２は、光量調節値ｋに従って調節された光量で、第２の輝度パターン１０５−ｂを計測対象物１０１へ投影する。そして、撮像部１０３は、輝度パターン１０５−ｂが投影された計測対象物１０１を撮像する。その結果、階調分布Ｇ４が取得される。なお、ここでは図８（ｅ）のような階調分布が取得される。
【００５３】
ステップＳ６１０において、交点算出部２０１は、階調分布Ｇ３と、階調分布Ｇ４との交点を検出する。
【００５４】
図８（ｅ）の例では、所定の範囲の階調分布の交点隣接画素の高階調側の一部は撮像素子の最大階調値と等しくなっているため、この最大階調値に等しい隣接階調値を用いて交点を検出しても誤差が大きくなり、正確な計測を行うことができない。しかしながら、それ以外の交点隣接画素の高階調側は撮像素子の最大階調値の近くで階調値を取得することができるため、階調値の持つショットノイズが相対的に低減することができる。この最大階調値に等しくない隣接階調値を用いて交点を検出すると、ショットノイズの影響を抑制することができ、交点誤差を低減させることができる。
【００５５】
本実施形態によれば、所定の範囲で一様の輝度値を有する一様パターンを少なくとも１つ用いることにより光量調節量を算出できるため、計測対象物を変更してから光量調節値を算出する場合の処理時間を短くすることができる。
【００５６】
（第３実施形態）
図７のフローチャートを参照して、第３実施形態に係る前準備計測の処理手順を説明する。ステップＳ７０１において、投影部１０２は、明部と暗部とが交互に配置された第１の輝度パターン１０５−ａを計測対象物１０１へ投影する。そして、撮像部１０３は、輝度パターン１０５−ａが投影された計測対象物１０１を撮像する。その結果、階調分布Ｇ１が取得される。
【００５７】
ステップＳ７０２において、制御部２０３は、階調分布Ｇ１から、階調値の閾値Ｑ近傍の画素を探索する。閾値Ｑは、例えば階調分布Ｇ１の最大階調値と最小階調値との中点の階調値とする。また閾値Ｑは、階調分布Ｇ１の全階調値の平均値や、階調値の上位５％と下位５％の平均値としてもよい。
【００５８】
ステップＳ７０３において、制御部２０３は、ステップＳ３０３で探索された閾値Ｑ近傍の画素の隣接階調点のうち、高階調側の階調点を含んだ階調ヒストグラムを生成する。
【００５９】
ステップＳ７０４乃至ステップＳ７０９の各処理は、ステップＳ３０５乃至ステップＳＳ３１０の各処理と同様であるため、説明を省略する。ただし、ステップ７０７の処理は、階調分布Ｇ１のみから最大階調値を算出する点が異なっている。
【００６０】
図７のフローチャートで算出された光量調節値ｋを用いて、図４のフローチャートに従った本計測が実行される。
【００６１】
（その他の実施形態）
また、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或いは装置に供給し、そのシステム或い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９】
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【図１０】
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【図１】
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【図８】
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