(57)【要約】【課題】  簡単な演算で各光源の反射光強度の補正を可能にして光源の小型化を行う。【解決手段】  ３個の点光源により照射物体１１を照射し、イメージセンサ１７からの撮像信号に基づいて照射物体１１の形状を測定する際に、照射物体１１の各面素片毎に、各点光源からの照射光の反射光強度について、各点光源から照射物体１１上の原点までの照射距離と照射角度とを基準とした各点光源の照射距離と照射角度とに基づく補正係数を求め、この補正係数を上記各面素片と各点光源との組み合わせと対応付けて補正ＬＵＴ１８に格納しておく。補正部１８は、補正ＬＵＴ１９の上記補正係数を用いて、イメージセンサ１７からのセンサ復調出力ＳＯに対して反射光強度の補正を行う。こうして、小型の光源を用いて３次元形状計測システムの小型化,コストダウンおよび低消費電力化を可能にする。また、その場合の上記補正は簡単な演算により行うことができる。【選択図】図４
2006266725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体に対して光を照射する複数の光源と、
上記物体からの反射光を受光して、上記物体を撮像する撮像部と、
上記撮像部からの撮像信号に基づいて、上記物体の形状情報を求める形状計測部と
を備え、
上記各光源は、夫々の光源による上記物体上の照射面積が上記物体の照射対象面の面積よりも小さい光源であり、
上記各光源からの光の上記物体上の各位置での反射光に基づく撮像信号に対して、上記各光源からの光の上記物体上の基準位置での反射光の強度を基準値とし、上記各光源からの光の上記物体上の各位置での反射光の強度が上記基準値になるように補正を行った後、上記形状計測部に送出する補正部
を備えたことを特徴とする光計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光計測装置において、
上記物体上の基準位置は、上記各光源からの光による照度が同じになる位置であることを特徴とする光計測装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光計測装置において、
上記物体上の基準位置は、上記各光源からの照射角度および照射距離が等しい位置であることを特徴とする光計測装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光計測装置において、
上記物体上の各位置は、上記物体における上記照射対象面を複数に分割して成る複数の面素片の位置であり、
上記補正部による上記補正は、上記各光源から上記基準位置にある面素片に対する照射角度および照射距離を基準とした上記各光源から上記各面素片に対する照射角度および照射距離に基づく補正である
ことを特徴とする光計測装置。
【請求項５】
請求項４に記載の光計測装置において、
上記各光源から上記基準位置にある面素片に対する照射角度および照射距離を基準とした上記各光源から上記各面素片に対する照射角度および照射距離に基づく補正係数が、上記各面素片のうちの何れか一つと上記各光源のうちの何れか一つとの組み合わせに対応付けて格納された補正ルックアップテーブルを備え、
上記補正部は、上記補正ルックアップテーブルに格納された該当する面素片と光源とにおける補正係数を用いて上記補正を行うようになっている
ことを特徴とする光計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、物体に光を照射して上記物体の形状等を測定する光計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、物体の形状を測定する３次元形状計測システムとして、「“三相時間相関イメージセンサを用いた実時間法線ベクトルイメージャ”平成１５年電気学会全国大会」(非特許文献１)がある。図６は、上記非特許文献１に開示された従来の３次元形状計測システムにおける撮像装置の構成を示す。また、図７は、図６に示す各光源,カメラ及び照射物体の位置関係(上記３次元形状計測システムの撮像装置を真上から見た図)を示す。また、図８は、上記従来の３次元形状計測システムにおける信号処理装置のブロック図を示す。以下、図６〜図８に従って、上記従来の３次元形状計測システムについて説明する。
【０００３】
上記従来の３次元形状計測システムにおいては、互いに１２０度ずつずれた３方向に配置された３つのＬＥＤ(発光ダイオード)アレイでなる第１光源２,第２光源３および第３光源４から、互いに位相が１２０度ずつ異なる変調された平行光を、照射物体１に対して照射する。そして、照射物体１からの反射光を、カメラ５内のイメージセンサ６(図８参照)によって撮像する。さらに、照射光の場合と同様に、互いに位相が１２０度ずつ異なる信号(cosωt，cos(ωt＋１２０°),cos(ωt＋２４０°))で撮像信号を復調することによって、イメージセンサ６の各画素毎にセンサ復調出力を得る。そして、形状計測部７によって、形状計測用のアプリケーションに基づいて、上記各画素に対応した形状情報を取得するのである。
【０００４】
ここで、上記第１光源２,第２光源３および第３光源４の夫々は、図７に示すように、（ｘ,ｙ,ｚ)座標において、(Ｌ，０，Ｈ)と、(−Ｌ/２，√３(Ｌ/２)，Ｈ)と、(−Ｌ/２,−√３(Ｌ/２)，Ｈ)とからなる高さＨの三角形の頂点の位置に配置されている。そして、cosωt,cos(ωt＋１２０°)およびcos(ωt＋２４０°)の互いに異なる位相の変調光を照射している。尚、上記「ω」は光の変調角周波数であり、本３次元形状計測システムにおいては周波数に換算して１kＨz程度のωが使用されている。
【０００５】
また、上記３個の光源２〜４の各ＬＥＤ素子からは、照射物体１に対して平行光線が照射されており、各ＬＥＤアレイの面積は照射物体１の面積よりも大きくなっている。尚、照射物体１は、ｚ＝０平面と略平行に置かれている。したがって、以下、照射物体１の位置情報は、(ｘ,ｙ)情報のみを記述するものとする。
【０００６】
上記構成において、上記照射物体１からカメラ５のイメージセンサ６に入射される反射光は、３個の光源２〜４からの光の反射光の和になる。各光源２〜４からの光線ベクトル(強度および方向を表す)の夫々をＫ１→,Ｋ２→,Ｋ３→とし、照射位置(ｉ,ｊ)の法線ベクトルをｎ→(ｉ,ｊ)とすると、照射物体１からの反射光Ｒ(ｉ,ｊ)は、各光源２〜４からの光線ベクトルと法線ベクトルとの内積に比例するため、
Ｒ(ｉ,ｊ)∝(Ｋ１→＋Ｋ２→＋Ｋ３→)・ｎ→(ｉ,ｊ)      …(１)
と表される。
【０００７】
ここで、上記各光源２〜４からの光線ベクトルＫ１→,Ｋ２→,Ｋ３→は、各光源２〜４からの照射光が各ＬＥＤアレイによる平行光であるため、照射面の位置(ｉ,ｊ)に拘わらず一定であると見なすことができる。また、各光源２〜４と照射物体１との距離も略一定であると見なすことができる。そのために、各光源２〜４からの光強度は、物体の位置(ｉ,ｊ)に依存しないと見なすことができる。
【０００８】
上述したように、上記非特許文献１に開示された３次元形状計測システムにおいては、大規模のＬＥＤアレイを光源２〜４として使用している。そのために、反射光Ｒ(ｉ,ｊ)を求める式が、照射位置(ｉ,ｊ)に拘わらず定まるという利点はあるものの、ＬＥＤアレイ等で平行光を生成するために、各光源２〜４のサイズが大きくなる。そのために、ＬＥＤアレイを駆動するためのＬＥＤドライバも大型化し、電源も大容量電源が必要となり、小型化,低価格化,低消費電力化に対して大きな障害となっている。
【０００９】
また、上記従来の３次元形状計測システムにおいて、大規模なＬＥＤアレイの光源２〜４を小型化(極限には点光源)することができれば、付随するＬＥＤドライバや電源等も小型化できるため、小型化,コストダウンおよび低消費電力化が可能とはなる。しかしながら、光源の小型化によって、照射物体１上の各照射位置において、各光源から各照射位置への照射角度および各光源から各照射物体までの照射距離が異なるために、照射強度が異なってしまうという問題がある。
【非特許文献１】「三相時間相関イメージセンサを用いた実時間法線ベクトルイメージャ」平成１５年電気学会全国大会
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、この発明の課題は、小型の光源を用いると共に、簡単な演算によって各光源からの光の反射光強度の補正を行うことができる光計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、この発明の光計測装置は、
物体に対して光を照射する複数の光源と、
上記物体からの反射光を受光して、上記物体を撮像する撮像部と、
上記撮像部からの撮像信号に基づいて、上記物体の形状情報を求める形状計測部と
を備え、
上記各光源は、夫々の光源による上記物体上の照射面積が上記物体の照射対象面の面積よりも小さい光源であり、
上記各光源からの光の上記物体上の各位置での反射光に基づく撮像信号に対して、上記各光源からの光の上記物体上の基準位置での反射光の強度を基準値とし、上記各光源からの光の上記物体上の各位置での反射光の強度が上記基準値になるように補正を行った後、上記形状計測部に送出する補正部
を備えたことを特徴としている。
【００１２】
各光源による物体上の照射面積が上記物体の照射対象面の面積よりも小さい場合には、上記各光源による上記物体の照射強度(照度)および上記物体からの反射強度は、上記物体上の各位置によって異なることになる。しかしながら、補正部によって、上記各光源からの光の上記物体上の各位置からの反射光の強度が上記基準値になるように、上記各光源別の撮像信号に対して補正を行うようにしている。したがって、上記各光源からの光の上記物体からの反射光強度に基づく撮像信号は上記物体の位置に依存しないと見なすことできる。
【００１３】
すなわち、上記構成によれば、小型の光源を用いて上記物体の形状情報を精度良く求めることができ、光計測装置の小型化,コストダウンおよび低消費電力化が可能になる。
【００１４】
また、１実施の形態の光計測装置では、
上記物体上の基準位置は、上記各光源からの光による照度が同じになる位置である。
【００１５】
この実施の形態によれば、上記各光源が、上記物体上の照射面積が上記物体の照射対象面の面積よりも小さい光源であっても、上記各光源からの光の上記物体上の各位置での反射光の強度が同じになるように、上記各光源別の撮像信号に対して補正が行われる。
【００１６】
また、１実施の形態の光計測装置では、
上記物体上の基準位置は、上記各光源からの照射角度および照射距離が等しい位置である。
【００１７】
この実施の形態によれば、上記各光源から上記基準位置に対する照射角度および照射距離が等しくなっている。したがって、上記各光源の輝度が同じであれば、上記各光源が、上記物体上の照射面積が上記物体の照射対象面の面積よりも小さい光源であっても、上記各光源によって上記基準位置を照射した際における上記基準位置での反射光強度が同じになる。
【００１８】
また、１実施の形態の光計測装置では、
上記物体上の各位置は、上記物体における上記照射対象面を複数に分割して成る複数の面素片の位置であり、
上記補正部による上記補正は、上記各光源から上記基準位置にある面素片に対する照射角度および照射距離を基準とした上記各光源から上記各面素片に対する照射角度および照射距離に基づく補正である。
【００１９】
この実施の形態によれば、上記補正を行う際の補正係数は、上記各光源から上記各面素片に対する照射角度および照射距離と各光源および各面素片の位置とに基づいて、幾何学的に簡単に求めることができる。
【００２０】
また、１実施の形態の光計測装置では、
上記各光源から上記基準位置にある面素片に対する照射角度および照射距離を基準とした上記各光源から上記各面素片に対する照射角度および照射距離に基づく補正係数が、上記各面素片のうちの何れか一つと上記各光源のうちの何れか一つとの組み合わせに対応付けて格納された補正ルックアップテーブルを備え、
上記補正部は、上記補正ルックアップテーブルに格納された該当する面素片と光源とにおける補正係数を用いて上記補正を行うようになっている。
【００２１】
この実施の形態によれば、上記補正部は、上記補正ルックアップテーブルを参照する簡単な処理で上記補正を行うことができる。したがって、従来の光計測装置に対して回路規模を増大させることなく上記補正を行うことが可能になる。
【発明の効果】
【００２２】
以上より明らかなように、この発明の光計測装置は、補正部によって、各光源からの光の物体上の各位置からの反射光の強度が上記物体上の基準位置からの反射光の強度である基準値になるように、上記光源別の撮像信号に対して補正を行うので、上記各光源からの光の上記物体からの反射光強度に基づく上記撮像信号は上記物体の位置に依存しないと見なすことできる。したがって、小型の光源を用いて上記物体の形状情報を精度良く求めることができ、光計測装置の小型化,コストダウンおよび低消費電力化が可能になる。
【００２３】
また、上記補正部による上記補正を、補正ルックアップテーブルに格納された補正係数を用いて行うようにすれば、従来の光計測装置に対して回路規模を増大させることなく上記補正を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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。図１は、本実施の形態の光計測装置としての３次元形状計測システムにおける撮像装置の構成を示す斜視図である。また、図２は、図１に示す撮像装置の平面図である。また、図３は、図１に示す撮像装置の第１光源１２に関する側面図である。本３次元形状計測システムは、３個の点光源によって照射物体を照射する３次元形状計測システムである。尚、ここでは、上記非特許文献１に開示された従来の３次元形状計測システムと対比して説明を行うために便宜上上記光源を３個としているが、点光源が複数ある場合の総てに適用できるものである。
【００２５】
図１に示すように、第１光源１２,第２光源１３および第３光源１４からなる３個の点光源における(ｘ,ｙ,ｚ)座標を、図６および図７の場合と同様に、(Ｌ，０，Ｈ)と、(−Ｌ/２，√３(Ｌ/２)，Ｈ)と、(−Ｌ/２,−√３(Ｌ/２)，Ｈ)としている。また、照射物体１１は原点（０，０，０)を通る位置にあり、３個の点光源１２〜１４が形成する平面の中心１６から照射物体１１までの距離をＨとしている。また、各点光源１２〜１４の放射角度は、照射領域内を、均一な照度で照射可能なように設定されているものとする。尚、各点光源１２〜１４は、同じ輝度を有しているものとする。
【００２６】
上述のような照射物体１１と点光源１２〜１４との配置において、光源１２〜１４は点光源であるために、照射物体１１上における照射位置によって、各点光源１２〜１４から各照射位置への照射角度および照射距離が異なる。そのために、照射物体１１からの反射光の強度は、照射位置によって異なることになる。
【００２７】
例えば、図１において、上記照射物体１１の中心Ｃ(０，０，０)からの反射光ＲＣは、中心Ｃに対する各点光源１２〜１４からの光線ベクトルをＫ１Ｃ→,Ｋ２Ｃ→,Ｋ３Ｃ→とし、中心Ｃの反射面における法線ベクトルを、ｎＣ→とすると
ＲＣ∝(Ｋ１Ｃ→＋Ｋ２Ｃ→＋Ｋ３Ｃ→)・ｎＣ→              …(２)
と表される。
【００２８】
この場合、各点光源１２〜１４から照射物体１１の中心Ｃまでの距離は等しいために、照射物体１１の中心Ｃからの反射光ＲＣは、点光源１２〜１４からの距離に依存することはない。
【００２９】
しかしながら、例えば、上記照射物体１１の中心Ｃから図中左側にずれた点(点Ｌ)からの反射光ＲＬの場合は、点Ｌに対する各点光源１２〜１４からの光線ベクトルをＫ１Ｌ→,Ｋ２Ｌ→,Ｋ３Ｌ→とし、点Ｌの反射面における法線ベクトルをｎＬ→とし、各点光源１２〜１４から点Ｌまでの距離を各々Ｄ１Ｌ,Ｄ２Ｌ,Ｄ３Ｌとすると、光の強度は距離の２乗に反比例するため、照射物体１１の点Ｌからの反射光ＲＬは、
ＲＬ∝{(１/Ｄ１Ｌ)2Ｋ１Ｌ→＋(１/Ｄ２Ｌ)2Ｋ２Ｌ→
＋(１/Ｄ３Ｌ)2Ｋ３Ｌ→}・ｎＬ→      …(３)
と表される。
【００３０】
同様に、上記照射物体１１の中心Ｃから図中右側にずれた点Ｒからの反射光ＲＲの場合には、点Ｒに対する点光源１２〜１４からの光線ベクトルをＫ１Ｒ→,Ｋ２Ｒ→,Ｋ３Ｒ→とし、点Ｒの反射面における法線ベクトルをｎＲ→とし、各点光源１２〜１４から点Ｒまでの距離を各々Ｄ１Ｒ,Ｄ２Ｒ,Ｄ３Ｒとすると、照射物体１１の点Ｒからの反射光ＲＲは、
ＲＲ∝{(１/Ｄ１Ｒ)2Ｋ１Ｒ→＋(１/Ｄ２Ｒ)2Ｋ２Ｒ→
＋(１/Ｄ３Ｒ)2Ｋ３Ｒ→}・ｎＲ→      …(４)
と表される。
【００３１】
光計測の場合、物体の位置に関係なく同じ強度が得られる光を上記物体に照射し、その反射光の強度によって上記物体の形状等を計測することが、従来から行われている。ところが、光源が点光源の場合には、式(２),式(３)および式(４)で示されるように、物体上での照射光の強度が物体の位置によって異なる。そのために、ある点の照射強度を基準として光強度補正を行う必要がある。
【００３２】
例えば、本実施の形態においては、上記照射物体１１上の点Ｌ(−Ｌ，０，０)にある照射面に対して、３個の光源から、照射物体１１の照射対象面(図１における上面)より広い断面積を有する平行光を照射した場合における反射光Ｒ(−Ｌ,０)は、式(１)より、
Ｒ(−Ｌ,０)∝(Ｋ１→＋Ｋ２→＋Ｋ３→)・ｎ→(−Ｌ,０)    …(５)
となる。これに対して、照射物体１１上の点Ｌ(−Ｌ，０，０)にある照射面に対して、点光源１２〜１４で照射した場合における反射光ＲＬは、式(３)より、
ＲＬ∝{(１/Ｄ１Ｌ)2Ｋ１Ｌ→＋(１/Ｄ２Ｌ)2Ｋ２Ｌ→
＋(１/Ｄ３Ｌ)2Ｋ３Ｌ→}・ｎＬ→
となる。
【００３３】
ところで、図１におけるカメラ１５内のイメージセンサ(図示せず)に取り込まれる照射物体１１からの反射光は、光変調された信号である。そのため、上記反射光から照射物体１１の情報を取り出すためには、変調光と同じ周波数の信号によって復調処理を行う必要がある。ここで、説明を簡単化するために、上記復調処理において用いる複数の復調信号は互いに直交していると仮定する。そうすると、照射物体１１上の点Ｌ(−Ｌ，０，０)からの反射光ＲＬの第１光源１２に対する復調処理結果は
∫ＲＬ・cosωtｄt＝∫{(１/Ｄ１Ｌ)2Ｋ１Ｌ→＋(１/Ｄ２Ｌ)2Ｋ２Ｌ→＋
(１/Ｄ３Ｌ)2Ｋ３Ｌ→}・ｎＬ→・cosωtｄt
＝(１/Ｄ１Ｌ)2∫(Ｋ１Ｌ→・ｎＬ→)・cosωtｄt
となる。同様にして、点Ｌ(−Ｌ，０，０)からの反射光ＲＬの第２光源１３に対する復調処理結果は
(１/Ｄ２Ｌ)2∫(Ｋ２Ｌ→・ｎＬ→)・cos(ωt＋Φ１)ｄt
となる。また、第３光源１４に対する復調処理結果は
(１/Ｄ３Ｌ)2∫(Ｋ３Ｌ→・ｎＬ→)・cos(ωt＋Φ２)ｄt
となる。
【００３４】
したがって、図２および図３を参照して、第１光源１２からの光に対しては、
距離補正値＝(Ｄ１Ｌ)2/(Ｄ１)2＝(Ｌ１2＋Ｈ2)/(Ｌ2＋Ｈ2)
角度補正値＝(Ｋ１→・ｎＬ→)/(Ｋ１Ｌ→・ｎＬ→)
＝cosθ/cos(θ１)
＝{Ｈ/√(Ｌ2＋Ｈ2)}/{Ｈ/√(Ｌ１2＋Ｈ2)}
＝{√(Ｌ１2＋Ｈ2)}/(Ｌ2＋Ｈ2)
となる。そして、トータル補正は、(距離補正)×(傾き補正)で表すことができるから、
トータル補正値＝{(Ｌ１2＋Ｈ2)/(Ｌ2＋Ｈ2)}×{√(Ｌ１2＋Ｈ2)}/(Ｌ2＋Ｈ2)
＝{(Ｌ１2＋Ｈ2)/(Ｌ2＋Ｈ2)}3/2                          …(６)
となる。
【００３５】
同様に、上記第２光源１３からの光に対しては、
強度補正値    ＝(Ｄ２Ｌ)2/(Ｄ２)2
角度補正値    ＝(Ｋ２→・ｎＬ→)/(Ｋ２Ｌ→・ｎＬ→)
トータル補正値＝{(Ｌ２2＋Ｈ2)/(Ｌ2＋Ｈ2)}3/2                          …(７)
となり、第３光源１４からの光に対しては
強度補正値    ＝(Ｄ３Ｌ)2/(Ｄ３)2
角度補正値    ＝(Ｋ３→・ｎＬ→)/(Ｋ３Ｌ→・ｎＬ→)
トータル補正値＝{(Ｌ３2＋Ｈ2)/(Ｌ2＋Ｈ2)}3/2                          …(８)
となる。
【００３６】
以下、上記トータル補正値の具体的な値を求めるため、照射物体１１は(３×３)の面素片によって構成されており、簡単化のために上記各面素片はカメラ１５のイメージセンサにおける(３×３)の画素に対応しているものとする。さらに、図１〜図３において、
Ｈ＝５０cm
Ｌ＝１０cm
ΔＬ＝５cm  (ΔＬ：隣接する面素片間の距離)
とし、(３×３)画素の上記イメージセンサに照射物体１１の各面素片からの反射光が入射された場合に、上記イメージセンサの各画素からのセンサ復調出力に対する上記トータル補正値を求めることにする。
【００３７】
上記の条件下で上記式(６),式(７)および式(８)によって補正係数(トータル補正値)を求めた結果を図５に示す。また、図４には、上記補正係数を用いてイメージセンサからのセンサ復調出力に対する補正を行う本３次元形状計測システムの信号処理装置におけるブロック図を示す。
【００３８】
図４において、図１〜図３に示すように配置された点光源１２〜１４からの光によって照射物体１１を照射する。そして、照射物体１１からの反射光をカメラ１５内のイメージセンサ１７によって撮像する。また、イメージセンサ１７には、互いに位相が９０度ずつ異なる信号(cosωt,cos（ωt＋Φ１),cos(ωt＋Φ２))が入力される。そして、イメージセンサ１７によって、上述した照射物体１１上の点Ｌからの反射光ＲＬの第１光源１２,第２光源１３および第３光源１４に関する復調処理の場合と同様にして、各画素からの撮像信号に対して復調処理が行われ、得られたセンサ復調出力ＳＯが補正部１８に対して送出される。
【００３９】
補正ＬＵＴ(ルックアップテーブル)１９には、上記イメージセンサ１７の各画素からのセンサ復調出力ＳＯに対する第１点光源１２,第２点光源１３および第３点光源１４用の補正係数が格納されている。そして、補正部１８は、イメージセンサ１７の各画素からのセンサ復調出力ＳＯに対して、補正ＬＵＴ１９に格納された上記補正係数を参照して補正を行うことによって、照射物体１１における中央の面素片に対する各点光源１２〜１４からの光の反射強度を基準強度として、他の面素片からの反射強度が上記基準強度と同じになるように補正されたセンサ復調出力を得るのである。
【００４０】
こうして得られた上記補正されたセンサ復調出力は形状計測部２０に入力され、形状計測用のアプリケーションに基づいて上記各画素に対応した形状情報が得られるのである。尚、形状計測部２０による形状情報の取得方法については、この発明とは直接関係がないので説明は省略する。
【００４１】
図５は、上記補正ＬＵＴ１９に格納された上記補正テーブルの一例を示す。この補正テーブルは、上述したように、(３×３)で配列され且つΔＬ＝５cmである面素片によって構成された照射物体１１を、Ｈ＝５０cmおよびＬ＝１０cmで図２および図３のように配置された３個の点光源１２〜１４で照射した際に、(３×３)で配列された画素を有するイメージセンサ１７からのセンサ復調出力ＳＯに対する補正用のテーブルである。
【００４２】
図５において、太線で区切られた(３×３)の升目は(３×３)の面素片に対応しており、各升目における上段には第１点光源１２に対する補正係数が格納され、中段には第２点光源１３に対する補正係数が格納され、下段には第３点光源１４に対する補正係数が格納されている。尚、図５中における各升目の位置は、説明を分かり易くするために、対応する面素片の各点光源１２〜１４に対する位置関係に合わせて各点光源１２〜１４と共に配置している。実際の補正ＬＵＴ１９における上記補正係数の配置は、対応する面素片と点光源との組み合わせに対応付けられていれば上記配置でなくとも一向に構わない。
【００４３】
この補正テーブルは、光が強く当たる場合には光を弱めるように、逆に光が弱く当たる場合には光を強めるように補正するようになっている。例えば、図５において、左上の面素片に対しては、第１点光源１２および第３点光源１４からの照射強度が弱く、逆に第２点光源１３からの照射強度が強いため、イメージセンサ１７からの第１点光源１２に関するセンサ復調出力ＳＯ１に対しては１.０９倍にし、第２点光源１３に関するセンサ復調出力ＳＯ２に対しては０.９６倍にし、第３点光源１４に関するセンサ復調出力ＳＯ３に対しては１.０５倍にするようにしている。これに対して、右下の面素片に対しては、第１点光源１２の影響を弱め、第２点光源１３および第３点光源１４の影響を強めるように補正するようになっている。こうすることによって、各点光源１２〜１４からの光の反射強度に対する照射角度および照射距離の影響が適正に補正されるのである。尚、中心の面素片に対しては、各点光源１２〜１４からの光の当該面素片での反射強度を基準値として用いているのであるから、補正係数は総て「１」となる。
【００４４】
以上のごとく、本実施の形態においては、(ｘ,ｙ,ｚ)座標が(Ｌ，０，Ｈ),(−Ｌ/２，√３(Ｌ/２)，Ｈ),(−Ｌ/２,−√３(Ｌ/２)，Ｈ)である第１点光源１２,第２点光源１３および第３点光源１４の３つの点光源によって、原点(０，０，０)を通る位置にある照射物体１１を照射し、照射物体１１からの反射光に基づいて照射物体１１の形状を測定する場合において、照射物体１１を構成する各面素片毎に、夫々の点光源１２〜１４からの照射光の反射光強度に関して、各点光源１２〜１４から原点(０，０，０)までの照射距離と照射角度とを基準とした各点光源１２〜１４からの照射距離と照射角度とに基づく補正係数を予め算出する。そして、算出された補正係数を上記各面素片と各点光源１２〜１４との組み合わせと対応付けてなる補正テーブルを、補正ＬＵＴ１８に格納しておく。
【００４５】
そして、上記カメラ１５のイメージセンサ１７から各画素毎に出力される第１点光源１２に関するセンサ復調出力ＳＯ１と、第２点光源１３に関するセンサ復調出力ＳＯ２と、第３点光源１４に関するセンサ復調出力ＳＯ３とに対して、補正部１８によって、補正ＬＵＴ１９に格納された上記補正係数を参照して反射強度の補正を行うようにしている。したがって、照射物体１１における中央の面素片に対する各点光源１２〜１４からの光の反射強度を基準強度として、他の面素片からの反射強度が上記基準強度と同じになるように補正が行われたセンサ復調出力ＳＯを得ることができる。
【００４６】
すなわち、本実施の形態によれば、小型の点光源１２〜１４を用いることができ、３次元形状計測システムの小型化,コストダウンおよび低消費電力化が可能になる。さらに、その場合における各面素片での反射強度の補正は、補正部１８によって、補正ＬＵＴ１９に格納された上記補正係数を参照してイメージセンサ１７からのセンサ復調出力ＳＯに対して行うので、簡単な演算によって上記補正を行うことができるのである。
【００４７】
尚、その場合、上記補正ＬＵＴ１９は、ＲＯＭ(リード・オンリ・メモリ)等の簡単な回路で実現可能である。そのために、補正部１８による補正処理を、形状計測部２０において、アプリケーションに基づく形状計測処理と共に行うようにすれば、図８に示す従来の信号処理装置の回路規模を増大させることなく補正処理を行うことが可能になる。
【００４８】
また、本実施の形態においては、上記各光源１２〜１４は点光源であるとして説明している。しかしながら、点光源のみに限定されるものではなく、各光源による照射物体１１上における照射面積が照射物体１１の面積よりも小さいような小型の光源である場合にも適用可能である。さらに、照射物体１１上の基準位置を中央にある面素片としているが、各光源１２〜１４の位置によっては異なる場合もある。要は、各光源１２〜１４からの光による照射強度(照度)が同じなる位置であればよい。さらに、各点光源１２〜１４は同じ輝度を有しているが、異なる輝度の点光源を用いると共に、補正ＬＵＴ１９の補正係数に輝度の差異を補正する係数を含めるようにしてもよい。
【００４９】
また、本実施の形態においては、上記イメージセンサ１７は、上述したように復調処理をも行うようになっている。しかしながら、この発明はこれに限定されるものではなく、上記復調処理を別に構成された復調回路によって行っても構わない。
【００５０】
また、本実施の形態においては、上記各点光源１２〜１４から照射物体１１までの距離Ｈは固定であるとの仮定に基づいて説明している。しかしながら、本３次元形状計測システムに距離測定機能を持たせることによって、距離Ｈが可変の場合にも適用可能になる。その場合における距離Ｈの測定は、本３次元形状計測システムのリソースである点光源１２〜１４とカメラ５とを用いて三角測量法によって実現可能である。この場合には、距離Ｈの測定に基づいて補正ＬＵＴ１９を逐次書き直す必要があるため、補正ＬＵＴ１９をＲＡＭ(ランダム・アクセス・メモリ)等によって構成するのが望ましい。
【００５１】
また、本実施の形態においては、説明を簡単にするために、復調信号は互いに直交していると仮定したが、そうでない場合にも同様な考え方で適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】この発明の光計測装置としての３次元形状計測システムにおける撮像装置の斜視図である。
【図２】図１に示す撮像装置の平面図である。
【図３】図１に示す撮像装置の側面図である。
【図４】本３次元形状計測システムにおける信号処理装置のブロック図である。
【図５】補正テーブルの一例を示す図である。
【図６】従来の３次元形状計測システムにおける撮像装置の斜視図である。
【図７】図６に示す撮像装置の平面図である。
【図８】上記従来の３次元形状計測システムにおける信号処理装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００５３】
１１…照射物体、
１２…第１光源、
１３…第２光源、
１４…第３光源、
１５…カメラ、
１７…イメージセンサ、
１８…補正部、
１９…補正ＬＵＴ、
２０…形状計測部、
Ｋ１Ｌ→,Ｋ１Ｃ→,Ｋ１Ｒ→…第１光源からの照射物体の点Ｌ,中心Ｃ,点Ｒに向かう光線ベクトル、
Ｋ２Ｌ→,Ｋ２Ｃ→,Ｋ２Ｒ→…第２光源からの照射物体の点Ｌ,中心Ｃ,点Ｒに向かう光線ベクトル、
Ｋ３Ｌ→,Ｋ３Ｃ→,Ｋ３Ｒ→…第３光源からの照射物体の点Ｌ,中心Ｃ,点Ｒに向かう光線ベクトル、
ｎＬ→,ｎＣ→,ｎＲ→…照射物体の点Ｌ,中心Ｃ,点Ｒにおける法線ベクトル、
θ…法線ベクトルのｚ軸に対する角度(天頂角)、
θ１…照射物体の点Ｌにおける法線ベクトルのｚ軸に対する角度(天頂角)、
φ…法線ベクトルのｘ軸に対する角度(方位角)、
Ｈ…各光源から照射物体までの距離、
Ｌ…第１光源からｘ軸までの距離、
ω…光変調信号および復調信号の角周波数。
【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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