(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象物に互いに方向の異なる格子パターンを投影するプロジェクタと、
前記計測対象物に投影された格子パターンを撮像する撮像装置と、
前記撮像装置により撮像された格子パターン画像を元に該撮像装置の画素毎に位相値を求める位相算出手段と、
前記画素毎に対応する奥行きの広い計測範囲で参照する広範囲テーブルと、
前記画素毎に対応する奥行きの狭い計測範囲で参照する狭範囲テーブルと、を備え、
前記撮像装置と前記プロジェクタとは前記広い計測範囲と前記狭い計測範囲を形成するように各格子パターンのピッチ方向の間隔が異なるように配置され、
前記広範囲テーブルと前記狭範囲テーブルとを前記位相算出手段により算出された画素毎の位相に基づいて参照し前記対象物の三次元形状を測定する三次元形状計測装置。
【請求項２】
前記広範囲テーブルの奥行きの広い計測範囲は、複数の前記狭範囲テーブルのそれぞれが有する奥行きの狭い計測範囲により形成されることを特徴とする請求項１に記載の三次元形状計測装置。
【請求項３】
前記奥行きの狭い計測範囲の端部が、隣の奥行きの狭い計測範囲の端部と重なった領域として形成されることを特徴とする請求項２に記載の三次元形状計測装置。
【請求項４】
前記プロジェクタにより投影される互いに方向の異なる格子パターンは、２次元の格子パターンであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の三次元形状計測装置。
【請求項５】
前記奥行きの広い計測範囲と前記奥行きの狭い計測範囲は、前記撮像装置と前記プロジェクタの相対的な位置により設定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の三次元形状計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大型構造物や工業製品、シート状構造物、人体や動植物、自然の造形物等の三次元の表面形状を有する測定対象物の表面の三次元形状計測を非接触かつ高精度で行うことが可能な三次元形状計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
計測対象物に格子パターンを投影し、計測対象物に投影された格子パターンを撮像して得られた格子パターン像の画素毎の位相を求めることにより三次元形状計測を行う技術が公知である。
【０００３】
従来、高速な三次元形状計測と高精度な三次元形状計測を同時に達成する技術として、計測対象物に格子パターンを投影し計測対象物に投影された格子パターンを撮像装置により撮像する格子投影方法において、数値演算の負担を軽減するために全空間テーブルを用いる全空間テーブル化手法の技術が開発されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２８１４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
格子投影法は、物体に投影する格子の位相の変化により計測を行う。格子の位相は、０〜２π（ラジアン）の値を周期的に繰り返すので、それにより計測可能な奥行き方向の範囲が限定される。そこで複数の異なるピッチの格子パターンを投影して位相分布を求める位相接続の方法が用いられている。この方法は、格子画像が複数枚必要であり、計測装置が複雑になり、また、計測データの数値演算の負担が増大する問題があった。
【０００６】
そこで本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、全空間テーブル化手法を用いた三次元計測装置において、互いに方向の異なる格子パターンを用いる少なくとも２つ以上の格子パターンを用い、撮像装置により撮像される格子パターン像の位相の周期の違いを利用して、奥行き方向の計測範囲を拡張すると共に高精度な三次元形状の計測が可能な三次元形状計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の請求項１に係る発明は、計測対象物に互いに方向の異なる格子パターンを投影するプロジェクタと、前記計測対象物に投影された格子パターンを撮像する撮像装置と、前記撮像装置により撮像された格子パターン画像を元に該撮像装置の画素毎に位相値を求める位相算出手段と、前記画素毎に対応する奥行きの広い計測範囲で参照する広範囲テーブルと、前記画素毎に対応する奥行きの狭い計測範囲で参照する狭範囲テーブルと、を備え、前記撮像装置と前記プロジェクタとは前記広い計測範囲と前記狭い計測範囲を形成するように各格子パターンのピッチ方向の間隔が異なるように配置され、前記広範囲テーブルと前記狭範囲テーブルとを前記位相算出手段により算出された画素毎の位相に基づいて参照し前記対象物の三次元形状を測定する三次元形状計測装置である。
請求項２に係る発明は、前記広範囲テーブルの奥行きの広い計測範囲は、複数の前記狭範囲テーブルのそれぞれが有する奥行きの狭い計測範囲により形成されることを特徴とする請求項１に記載の三次元形状計測装置である。
請求項３に係る発明は、前記奥行きの狭い計測範囲の端部が、隣の奥行きの狭い計測範囲の端部と重なった領域として形成されることを特徴とする請求項２に記載の三次元形状計測装置である。
請求項４に係る発明は、前記プロジェクタにより投影される互いに方向の異なる格子パターンは、２次元の格子パターンであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の三次元形状計測装置である。
請求項５に係る発明は、前記奥行きの広い計測範囲と前記奥行きの狭い計測範囲は、前記撮像装置と前記プロジェクタの相対的な位置により設定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の三次元形状計測装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、全空間テーブル化手法を用いた三次元計測装置において、互いに方向の異なる格子パターン、撮像装置により撮像される格子パターン像の位相の周期の違いを利用して、奥行き方向の計測範囲を拡張すると共に高精度な三次元形状の計測が可能な三次元形状計測装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】位相シフト法の概略を説明する図である。
【図２】全空間テーブル化手法で用いる校正方法を説明する図である。
【図３】位相θとｚ座標の関係が１対１となることを説明する図である。
【図４】本発明の実施形態の光学系を説明する図である。
【図５】図４について、基準面の方向から撮像装置とプロジェクタを見た図である。
【図６】ｙ方向の格子パターンを投影して計測範囲を決定することを説明する図である。
【図７】図６の投影の様子を側面から見た図である。
【図８】ｘ方向の格子パターンを投影して計測範囲を決定することを説明する図である。
【図９】図８の投影の様子を側面から見た図である。
【図１０】画素毎に奥行き方向の広い計測範囲のテーブルと奥行き方向の狭い計測範囲のテーブルを作成できることを説明する図である。
【図１１】広範囲テーブルを説明するグラフである。
【図１２】狭範囲テーブル１を説明するグラフである。
【図１３】オーバーラップしない場合の狭範囲テーブル２を説明するグラフである。
【図１４】オーバーラップしない場合の狭範囲テーブル３を説明するグラフである。
【図１５】オーバーラップしない場合のテーブル参照番号のテーブルを説明するグラフである。
【図１６】オーバーラップありの場合の狭範囲テーブル２を説明するグラフである。
【図１７】オーバーラップありの場合の狭範囲テーブル３を説明するグラフである。
【図１８】オーバーラップありの場合のテーブル参照番号のテーブルを説明するグラフである。
【図１９】校正するために基準板を設置することを説明する図である。
【図２０】作成したテーブルを説明する図である。
【図２１】基準面のｘ方向のデータのグラフである。
【図２２】図１９で示した基準面の位置に計測対象物であるアンテナを設置した様子を説明する図である。
【図２３】ｙ方向の格子投影画像を説明する図である。
【図２４】図２３の位相分布を説明する図である。
【図２５】図２３の高さ分布を説明する図である。
【図２６】ｘ方向の格子投影画像を説明する図である。
【図２７】図２６の位相分布を説明する図である。
【図２８】図２６の高さ分布を説明する図である。
【図２９】判定したテーブルの番号を説明する図である。
【図３０】図２９と図２４の位相分布と複数のテーブルから計測した結果を説明する図である。
【図３１】レーザー変位計を用いて図２２のアンテナを計測している様子を説明する図である。
【図３２】レーザー変位計の計測結果と図３０の線Ａのデータを比較した結果を説明するグラフである。
【図３３】図３０の線Ａ上の各点でのそれぞれの計測結果の差を説明するグラフである。
【図３４】図３０の線Ｂ上の各点でのそれぞれの計測結果の差を説明するグラフである。
【図３５】三次元計測対象物の一例である球体の平面写真である。
【図３６】図３５の球体に投影された２次元格子パターンを説明する図である。
【図３７】図３６で投影された２次元格子パターンのうちのｙ方向格子パターンの位相分布を説明する図である。
【図３８】図３６で投影された２次元格子パターンのうちのｘ方向格子パターンの位相分布を説明する図である。
【図３９】図３５の球体の高さ分布画像を説明する図である。
【図４０】図３９のラインＡ上の高さ分布を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。  
まず、本発明に用いる公知の位相シフト法と全空間テーブル化手法の概略を説明する。
＜位相シフト法＞  
位相シフト法は格子の位相を１周期分だけ変化させながら複数の格子画像を撮影し、得られた複数の画像から位相分布を求める手法である。全ての画素において輝度は１周期分変化するため、その輝度変化から各点ごとに独立して、すなわち周囲の画素の輝度変化の情報を使わず位相値を求めることができる。このため、段差や不連続のある物体の形状計測に有効な手法である。ここでは、最も一般的な４つの輝度から位相を求める位相シフト法の原理を示す。位相シフト法を用いて格子画像を位相解析するには、まず格子を対象へ投影し、これをπ／２ずつ位相シフトさせカメラで撮影する。この時に任意の一点における輝度値の変化について模式図化したものを図１に示す。この時、各画像における輝度値Ｉ0，Ｉ1，Ｉ2，Ｉ3を数１式に代入し計算することで各画素における位相値を求めることができる。なお、（ｉ，ｊ）はカメラの撮像素子の画素の座標を表す。
【００１１】
【数１】
0006035031.tif 000002
【００１２】
＜全空間テーブル化手法＞
全空間テーブル化手法では投影された格子の位相と三次元座標との対応関係をカメラの画素ごとに求めてテーブル化しておく。このことにより、物体に投影された格子の位相が得られれば、従来手法のように変換式による複雑な計算をせずテーブルを参照するだけで高速に三次元座標を得ることができる。図２に全空間テーブル化手法で用いている校正方法を示す。
【００１３】
校正時にはｚ軸に垂直に設置された基準面をｚ軸方向に少しずつ平行移動させる。なお、前提条件としてカメラ（ＣＣＤ  ｃａｍｅｒａ）１５とプロジェクタ（Ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ）１４は定位置に固定しているものとする。基準面（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｐｌａｎｅｓ）の各位置においてプロジェクタ１４から格子（Ｐｒｏｊｅｃｔｅｄ  ｇｒａｔｉｎｇ）を基準面に投影し、この位相を位相シフト法によって算出する。直線Ｌはカメラ１５の撮像素子の任意の１画素で撮影される位置を示している。任意の１画素は基準面Ｒ0，Ｒ1，Ｒ2，…ＲNのそれぞれの基準面上の点Ｐ0，Ｐ1，Ｐ2，…ＰNを撮影することとなる。これらの点における位相θ0，θ2，…，θ3と基準面の位置よりｚ座標と位相値との対応関係を画素ごとに求めておく。
【００１４】
こうして得られた投影格子の位相θは撮影された基準面上にのみ情報が存在し、基準面と基準面の間はｚ座標と位相θとの対応が得られていない。そこで基準面の間隔を小さく分割し基準面と基準面との間を線形補間によって補うことで基準面を撮影した全ての空間においてｚ座標と位相θの対応関係を求める。得られる位相と高さの関係は図３に示すように位相θとｚ座標の関係が１対１となる。
【００１５】
＜本発明に用いられる光学系＞
図４は本発明の実施形態の光学系を説明する図である。図５は図４について、基準面板の方向からプロジェクタとカメラとを見た図である。プロジェクタ１４とカメラ１５は支持枠体１７に固定されている。支持枠体１７は移動ステージ（Ｌｉｎｅｒ  ｓｔａｇｅ）１８に載せられている。キャリブレーション時には、カメラ１５とプロジェクタ１４が固定された支持枠体１７を、移動ステージ１８上で基準面板（Ｆｌａｔ  ｐｌａｔｅ）１１に対して移動させる。解析装置１６は全空間テーブルを作成し、該全空間テーブルと測定対象物に投影された格子パターンの撮像画像とに基づいて測定対象物の三次元形状の空間座標を求める演算を行う。
【００１６】
図５は図４に示される光学系を、図４の基準面板側から見た図である。図５に示されるように、プロジェクタ１４とカメラ１５の間のｘ方向の距離とｙ方向の距離は、例えば、ｘ方向の距離が１５０ｍｍ、ｙ方向の距離が５４０ｍｍのように異なるように配置される。カメラ１５とプロジェクタ１４とは計測範囲が異なるようにｘ方向とｙ方向の各格子パターンのピッチ方向にずれを持つように配置され、プロジェクタ１４とカメラ１５の間の各軸方向の設置距離を調整することによって、ｘ方向、ｙ方向に投影される格子パターンを用いて、ｚ方向、つまり奥行き方向の計測範囲を変更することができる。
【００１７】
＜複数方向の格子によるテーブルの判定＞
位相シフト法で位相と座標を対応付ける際、計測可能な範囲はカメラの視線とプロジェクタの格子投影面の交差点から基準面までの距離となる。図６は、ｙ方向に格子パターンを投影して計測範囲を決定することを説明する図である。  
カメラ１５から基準面（Ｒｅｆｅｌｅｎｃｅ  ｐｌａｎｅ）の一点までを結ぶ直線をＬとし、プロジェクタ１４から基準面まで同じ輝度値の光を投影する面をＳ１とする。また輝度値が１周期分変化してＳ1と同じ輝度を投影する面をＳ0とする。ＬとＳ0が交わる点Ｃyから基準面までの距離が計測範囲Ｒyとなる。この交点Ｃyはｙ方向のカメラ１５とプロジェクタ１４の間隔Ｄyにより変化する。  
図７は、図６の投影の様子を側面から見た図である。矢印２０は格子１ピッチを表している。図６で説明したように、カメラ１５と基準面の一点を結ぶ直線と、投影する格子パターンの面の交点Ｃyから、基準面までの距離が計測範囲Ｒyとなる。この計測範囲は、奥行きの浅い三次元形状の計測対象物を計測する時に使用できる。
【００１８】
図８に示すように、ｘ方向の格子を投影した場合も同様に計測可能な範囲が定まる。図６と同様に、カメラ１５から基準面の一点までを結ぶ直線をＬ、プロジェクタ１４から基準面まで投影する面をＳ1、輝度値が１周期分変化した面をＳ0とする。直線Ｌと面Ｓ0が交わる点Ｃxから、基準面までの距離が計測範囲Ｒxとなる。この直線Ｌと面Ｓ0の交点Ｃxは、カメラ１５とプロジェクタ１４のｘ方向の距離Ｄxにより変化するため、計測範囲も変化する。  
図９は、図８の投影の様子を側面から見た図である。図８を用いて説明したように、カメラ１５と基準面の一点を直線Ｌと、投影する格子パターンの面の交点Ｃxから、基準面までの距離が計測範囲Ｒxとなる。この計測範囲は、奥行きの深い三次元形状の計測対象物を計測する時に使用できる。
【００１９】
位相と座標を対応付ける場合、位相の精度が同じであれば計測可能な範囲が狭い方が座標は精度よく求まる。計測可能範囲の差を利用すると、画素ごとに図１０に示すように計測範囲の狭い複数のテーブル（狭範囲テーブル）と計測範囲の広いテーブル（広範囲テーブル）が作成できる。図１０において、「Ｗｉｄｅ  ｒａｎｇｅ  Ｔａｂｌｅ」が広範囲テーブルに対応し、「Ｔａｂｌｅ１」，「Ｔａｂｌｅ２」，「Ｔａｂｌｅ３」が狭範囲テーブルに対応する。
【００２０】
ｙ方向の格子で算出した位相がθSであるとき、ｚ座標はｚS1，ｚS2，ｚS3のいずれかであるが１つに決まらない。しかし、ｘ方向の格子で算出した位相がθW1であれば、ｚ座標はテーブル１の範囲に存在することがわかりｚS1と決まる。ｘ方向の格子で算出した位相がθW2であればテーブル２の範囲に存在することがわかりｚS2と決まる。ｘ方向の格子で算出した位相がθW3での場合も同様にｚS3と決まる。
【００２１】
このように広いテーブル（広範囲テーブル）の計測範囲内であれば、大まかな座標から何番目のテーブルの範囲であるかを求め、そのテーブル座標を利用して計測範囲の狭いテーブル（狭範囲テーブル）で座標を求めることができる。これにより計測精度はｙ方向の格子での計測精度から下げずにｘ方向の格子での計測可能な範囲まで計測範囲が広がる。
【００２２】
ここで、図１０を補足して説明する。
位相からＺ座標を求めるには、狭範囲テーブルのみを参照してもどの狭範囲テーブルを使用してよいのか判断しにくい。そのため、狭範囲テーブルと広範囲テーブルとを組み合わせて参照することで、どの狭範囲テーブルを使用するかを決めることができる。図１１は図１０の広範囲テーブルを説明するグラフである。図１２は図１０の狭範囲テーブル１を説明するグラフである。図１３は図１０のオーバーラップしない場合の狭範囲テーブル２を説明するグラフである。図１４は図１０のオーバーラップしない場合の狭範囲テーブル３を説明するグラフである。図１５は図１１を基に狭範囲テーブル１，２，３がオーバーラップしない場合のテーブル参照番号のテーブルを説明するグラフである。
【００２３】
以下に、広範囲テーブルを参照してどの狭範囲テーブルを使用するかを決める手順を説明する。  
上述した全空間テーブル化手法を用いて作成した狭範囲テーブルにそれぞれ番号を付与する。ここでは、テーブル１、テーブル２、テーブル３とする。  
上述した全空間テーブル化手法を用いて作成した広範囲テーブルから算出した座標値（「Ｚｗ」とする）を、番号を付けた狭範囲テーブル１〜３の座標値とを比較する。この時、テーブル１〜３には条件が付与されており、各条件は表１に表されるようになっている。
【００２４】
【表１】
0006035031.tif 000003
【００２５】
この時、広範囲テーブルの座標値Ｚwが、狭範囲テーブルの各最大値（Ｚ1、Ｚ2、Ｚ3）以下となるテーブルが座標値を特定するテーブルとして使用される。
【００２６】
ところで、図１５において、広範囲計測の際の位相によっては、わずかな位相のズレによって狭範囲テーブル１が選択されたり、あるいは、狭範囲テーブル２が選択されてしまい、計測対象物の正確な三次元形状の計測を行えない場合がある。そこで、図１７，図１８に示されるように、２手記以降の狭範囲テーブルを作成する時に、狭範テーブル間にオーバーラップ（重複）部分である一部の領域を持つようにし、前述の問題が発生することを回避することができる。図１６はオーバーラップありの場合の狭範囲テーブル２を説明するグラフである。図１７はオーバーラップありの場合の狭範囲テーブル３を説明するグラフである。また、図１８は、図１０を基に作成したオーバーラップありの場合のテーブル参照番号のテーブルを説明するグラフである。
【００２７】
＜光学系とキャリブレーション＞
図４，図５を用いて説明した光学系を用いて行うキャリブレーションについて説明する。カメラ１５の画素数は１６００×１２００画素である。撮影された画像を間引き、４００×３００画素を解析する。格子投影法におけるキャリブレーションは通常、基準面を移動させるが、この装置では基準面を大きく移動させることが困難であるので、カメラ１５とプロジェクタ１４を固定し、移動ステージ１８に載せて移動させる。図１９に図４の光学系を実現するために、実際に基準面を配置した様子を示す。
【００２８】
キャリブレーションの方法は、プロジェクタ１４から１０画素ピッチのｙ方向の格子を投影する。投影した格子を１０回位相シフトする。格子画像から位相を算出する。その後移動ステージ１ｍｍを前進させる。格子の投影からステージの前進までを４５１回繰り返す。ｘ方向の格子の場合も手順は同様で、プロジェクタからの投影格子は１２画素ピッチ、位相シフト回数は１２回とした。これを移動ステージが１０ｍｍ前進する毎に行う。最初の１回目はステージを前進させる前に撮影して位相を求めるので、４５０ｍｍの範囲を基準面の位相を求めた。  
次に、従来公知の技術である全空間テーブル化手法を用いてテーブル化を行う。この時の線形補間数は２０００とした。作成したテーブルを図２０に示す。図２０においてｚ＝２５０［ｍｍ］から斜め下に延びる線は広範囲テーブル（Ｗｉｄｅ  ｒａｎｇｅ  Ｔａｂｌｅ）表し、Ｔａｂｌｅ１〜Ｔａｂｌｅ７は狭範囲テーブルに対応する。
【００２９】
＜基準面を用いた精度確認＞
精度の確認のため基準面を計測した。キャリブレーションを行った後移動ステージを原点に復帰させる。図２０から計測可能な範囲が３６０ｍｍまでということがわかる。移動ステージ１８を原点から５０〜３５０ｍｍの位置へ５０ｍｍずつ移動さて各位置で基準面を計測した。そのときの基準面の計測結果を表２に、横１ラインのデータを抜き出したものを図２１に示した。
【００３０】
【表２】
0006035031.tif 000004
【００３１】
表２の結果についてみると、ステージ位置（ｚ座標）が大きくなるにつれ絶対誤差が小さくなっている。これは、位相シフトを行う時、投影する格子の振幅が大きいほど精度よく位相が求まるためである。
【００３２】
＜レーザー変位計との比較＞
計測サンプルとしてパラボラのアンテナ２１の１モジュールを計測した。図１９で基準面のあった位置にアンテナ２１を設置した様子を図２２に示す。ｙ方向の格子投影画像を図２３に、位相分布を図２４に計測結果を図２５に示す。図２５では計測範囲を超えた部分が判定できないため０〜８５ｍｍの位置を繰り返している。一方、ｘ方向の格子投影画像を図２６に、位相分布を図２７に計測結果を図２８に示す。図２８ではアンテナ２１が計測範囲を超えておらず０〜３５０ｍｍの位置として計測されている。図２８の座標の分布と複数のテーブルからどの画素が何段階目のテーブルを用いるかを判定した。判定したテーブルの番号を図２９に示した。図２９と図２４の位相分布と複数のテーブルから計測した結果を図３０に示した。
【００３３】
図３１はレーザー変位計でアンテナ２１を計測している様子である。このレーザーは近赤外光を用いて計測しているので、カメラ１５で撮影するとレーザーの照射されている位置がわかる。レーザーの照射されている位置がわかれば、本発明の方法により計測した結果とレーザー変位計の結果を同じ位置で比較することができる。
【００３４】
図３１でレーザーの当たっていた点から画像に水平に引いた線を線Ａ（ＬＩＮＥ  Ａ）とする。また垂直に引いた線を線Ｂ（ＬＩＮＥ  Ｂ）とする。レーザー変位計の計測結果と図３０の線Ａのデータを比較した結果を図３２に示した。図３２より提案手法で計測したデータは、レーザー変位計のデータとほぼ一致していることがわかる。各点でのそれぞれの計測結果の差を求め図３３に示した。誤差の平均は０．１２ｍｍ誤差の最大は０．４５ｍｍとなった。各点での図３０の線Ｂのデータを抜き出した結果を図３４に示した。図３４と図２９より参照するテーブルの変わる周辺の画素についても高さの分布が連続的に変化しているので、正しくテーブルを判定できることがわかる。
【００３５】
以上、本発明の全空間テーブル化手法に基づく広範囲テーブルおよび狭範囲テーブルを用いた三次元形状計測装置を説明した。これまでは、図６および図８に示されるように、特定方向の格子パターンを三次元計測対象物に投影する実施形態を説明した。これに替えて、二次元格子パターンを三次元計測対象物に投影し、各方向毎（例えば、ｘ方向，ｙ方向）の三次元計測対象物の表面の位相分布を、サンプリングモアレ法を用いて同時に解析することで、１枚の画像からリアルタイムに奥行きの広い広範囲でかつ高分解能な三次元形状計測装置を実現できる。サンプリングモアレ法は、１枚の格子画像から位相シフトされたモアレ画像を生成して、その位相を解析することによって、計測対象物の変位や歪みを求める手法である。この手法を適用したサンプリングモアレカメラを用いて、三次元計測対象物に投影された二次元格子パターンを撮像し、該カメラ内で位相分布画像を解析することで三次元計測対象物の形状が求められる。サンプリングモアレカメラは、画像を撮影するだけでなく、撮影した二次元格子画像をサンプリングモアレ法を適用してカメラ内のＦＰＧＡで位相解析を行い、リアルタイムに二次元の位相分布画像（モアレの位相分布画像）を出力することができるカメラである。
上述した２次元格子パターンを三次元計測対象物の一例である球体に投影し、三次元計測対象物に投影された二次元格子パターンを撮像し、該カメラ内で位相分布画像を解析することで三次元計測対象物の形状を計測した例を説明する。
【００３６】
図３５は三次元計測対象物の一例である発泡スチロールでできた球体の平面写真である。２次元格子パターンを投影するプロジェクタから球体に２次元格子パターンを投影する。図３６は図３５の球体に投影された２次元格子パターンを説明する図である。そして、上述したように、ｘ方向とｙ方向の格子パターンの位相分布を求める。図３７は図３６で投影された２次元格子パターンのうちのｙ方向格子パターンの位相分布を説明する図である。また、図３８は図３６で投影された２次元格子パターンのうちのｘ方向格子パターンの位相分布を説明する図である。求められた位相分布から、広範囲テーブルと狭範囲テーブルを用いて、図３５の球体の三次元形状データを得ることができる。図３９は得られた三次元形状データを基に作成された、図３５の球体の高さ分布画像を説明する図である。また、図４０は、図３９のラインＡ上の高さ分布を説明する図である。
【符号の説明】
【００３７】
１１  基準面板
１４  プロジェクタ
１５  カメラ
１６  解析装置
１７  支持枠体
１８  移動ステージ
２０  矢印
２１  アンテナ
【図１】
0006035031.tif 000005
【図２】
0006035031.tif 000006
【図３】
0006035031.tif 000007
【図４】
0006035031.tif 000008
【図５】
0006035031.tif 000009
【図６】
0006035031.tif 000010
【図７】
0006035031.tif 000011
【図８】
0006035031.tif 000012
【図９】
0006035031.tif 000013
【図１０】
0006035031.tif 000014
【図１１】
0006035031.tif 000015
【図１２】
0006035031.tif 000016
【図１３】
0006035031.tif 000017
【図１４】
0006035031.tif 000018
【図１５】
0006035031.tif 000019
【図１６】
0006035031.tif 000020
【図１７】
0006035031.tif 000021
【図１８】
0006035031.tif 000022
【図２０】
0006035031.tif 000023
【図２１】
0006035031.tif 000024
【図３２】
0006035031.tif 000025
【図３３】
0006035031.tif 000026
【図３４】
0006035031.tif 000027
【図４０】
0006035031.tif 000028
【図１９】
0006035031.tif 000029
【図２２】
0006035031.tif 000030
【図２３】
0006035031.tif 000031
【図２４】
0006035031.tif 000032
【図２５】
0006035031.tif 000033
【図２６】
0006035031.tif 000034
【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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