(57)【要約】【課題】回転テーブルに載置された被写体を撮像してその被写体の３次元形状を測定する３次元形状測定装置において、測定ヘッドによる撮像が可能な撮像可能領域を縮小してその測定ヘッドに課される負担を軽減するとともに、ユーザの使い勝手を向上させる。【解決手段】被写体Ｓの３次元形状を測定する３次元形状測定装置１０を、（ａ）回転テーブル１８４を有する回転テーブルユニットＲＴと、（ｂ）回転テーブルに載置された状態で被写体を撮像してその被写体の３次元形状を測定する測定ヘッドＭＨと、（ｃ）その測定ヘッドに装着される一方、回転テーブルユニットを保持する、変形可能なホルダＨＤとを含むものとする。そのホルダは、自身の変形により、回転テーブルユニットが測定ヘッドに対して展開される展開状態と格納される格納状態とを選択的に実現し、展開状態において、被写体が回転テーブルに載置されて測定ヘッドによって撮像される。【選択図】図１
2006300531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の３次元形状を測定する３次元形状測定装置であって、
回転テーブルと、その回転テーブルを回転可能に支持する支持フレームとを有する回転テーブルユニットと、
前記回転テーブルに載置された状態で前記被写体を撮像し、その撮像結果に基づいて前記被写体の３次元形状を測定する測定ヘッドと、
その測定ヘッドに装着される一方、前記回転テーブルユニットを保持する、変形可能なホルダと
を含み、そのホルダは、自身の変形により、前記回転テーブルユニットが前記測定ヘッドに対して展開される展開状態と格納される格納状態とを選択的に実現し、前記展開状態において、前記被写体が前記回転テーブルに載置されて前記測定ヘッドによって撮像される３次元形状測定装置。
【請求項２】
前記ホルダは、前記格納状態から前記展開状態に移行すると前記回転テーブルが前記測定ヘッドに対する一定の相対位置に位置決めされるように前記回転テーブルユニットを保持する請求項１に記載の３次元形状測定装置。
【請求項３】
前記ホルダは、前記格納状態において、前記測定ヘッドと共同することにより、外形的に概して直方体を構成する請求項１または２に記載の３次元形状測定装置。
【請求項４】
前記ホルダは、前記測定ヘッドに着脱可能に装着される請求項１ないし３のいずれかに記載の３次元形状測定装置。
【請求項５】
前記ホルダは、前記測定ヘッドに装着される第１部分と、前記回転テーブルユニットを保持する第２部分と、それら第１部分と第２部分とを中継する中継部分とを含む請求項１ないし４のいずれかに記載の３次元形状測定装置。
【請求項６】
前記中継部分は、前記第１部分と前記第２部分とのうちの少なくとも一方に屈曲可能に連結され、それにより、前記ホルダは、前記展開状態から前記格納状態に折畳み可能である請求項５に記載の３次元形状測定装置。
【請求項７】
前記ホルダは、全体的に概して板状を成しており、前記中継部分は、互いに屈曲可能に連結された少なくとも２枚の板状部材を含む請求項６に記載の３次元形状測定装置。
【請求項８】
前記中継部分は、前記展開状態において前記測定ヘッドと前記回転テーブルとの距離が変化する向きに伸縮可能である請求項５ないし７のいずれかに記載の３次元形状測定装置。
【請求項９】
前記回転テーブルユニットは、前記被写体が前記測定ヘッドによる撮像が可能な撮像可能領域から逸脱する逸脱部を有する状態で前記回転テーブルに載置された場合に、その被写体が前記回転テーブルと共に回転させられると前記逸脱部に当接することにより、前記回転テーブルに載置される前記被写体の位置を規制する位置規制部であって、前記支持フレームに設けられたものを含む請求項１ないし８のいずれかに記載の３次元形状測定装置。
【請求項１０】
前記回転テーブルユニットは、前記回転テーブルを駆動する駆動装置であって、前記支持フレームに設けられたものを含み、
その駆動装置は、前記位置規制部としても機能する部分を含む請求項９に記載の３次元形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転テーブルに載置された被写体を撮像することによってその被写体の３次元形状を測定する３次元形状測定装置に関するものであり、特に、その３次元形状測定装置の構造の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被写体の３次元形状を光学的に測定する技術が既に知られている。この技術によれば、被写体が撮像され、その撮像結果に基づき、その被写体の３次元形状と表面色とのうちの少なくとも３次元形状が測定される。
【０００３】
この種の技術を実施するための装置の一形式として、回転テーブルに載置された被写体を撮像することによってその被写体の３次元形状を測定する３次元形状測定装置が既に知られている。
【０００４】
この種の３次元形状測定装置は、一般に、（ａ）被写体を定位置において回転させるために被写体が載置されるべき回転テーブルと、（ｂ）その回転テーブルに載置された状態で被写体を撮像し、その撮像結果に基づいてその被写体の３次元形状を測定する測定ヘッドとを含むように構成される。この種の３次元形状測定装置の一従来例が特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２００３−３２２５１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の従来例においては、回転テーブルと測定ヘッドとが互いに物理的に独立している。そのため、回転テーブルの位置すなわち被写体の位置を測定ヘッドの位置に対して広範囲に変更可能であり、被写体を配置する際の空間的自由度が高いという利点がある。その反面、測定ヘッドが、被写体が配置される可能性がある領域の全体について撮像およびそれに伴う演算を要求される結果、測定ヘッドによる撮像が可能である撮像可能領域が増大し、そのため、測定ヘッドに課される負担が増加し易いという欠点がある。
【０００６】
さらに、上述の従来例においては、測定ヘッドの不使用時に、その測定ヘッドと回転テーブルとを空間的に互いに接近させて両者をコンパクトに一体化させることができない。そのため、両者を一緒に移動させたり保管したりすることが必要である場合に、ユーザの取扱いが煩雑である可能性や保管スペースが拡大する可能性がある。
【０００７】
以上説明した事情を背景として、本発明は、回転テーブルに載置された被写体を撮像することによってその被写体の３次元形状を測定する３次元形状測定装置において、測定ヘッドによる撮像が可能な撮像可能領域を縮小してその測定ヘッドに課される負担を軽減するとともに、ユーザの使い勝手を向上させることを課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によって下記の各態様が得られる。各態様は、項に区分し、各項には番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、本発明が採用し得る技術的特徴の一部およびそれの組合せの理解を容易にするためであり、本発明が採用し得る技術的特徴およびそれの組合せが以下の態様に限定されると解釈すべきではない。すなわち、下記の態様には記載されていないが本明細書には記載されている技術的特徴を本発明の技術的特徴として適宜抽出して採用することは妨げられないと解釈すべきなのである。
【０００９】
さらに、各項を他の項の番号を引用する形式で記載することが必ずしも、各項に記載の技術的特徴を他の項に記載の技術的特徴から分離させて独立させることを妨げることを意味するわけではなく、各項に記載の技術的特徴をその性質に応じて適宜独立させることが可能であると解釈すべきである。
【００１０】
（１）  被写体の３次元形状を測定する３次元形状測定装置であって、
回転テーブルと、その回転テーブルを回転可能に支持する支持フレームとを有する回転テーブルユニットと、
前記回転テーブルに載置された状態で前記被写体を撮像し、その撮像結果に基づいて前記被写体の３次元形状を測定する測定ヘッドと、
その測定ヘッドに装着される一方、前記回転テーブルユニットを保持する、変形可能なホルダと
を含み、そのホルダは、自身の変形により、前記回転テーブルユニットが前記測定ヘッドに対して展開される展開状態と格納される格納状態とを選択的に実現し、前記展開状態において、前記被写体が前記回転テーブルに載置されて前記測定ヘッドによって撮像される３次元形状測定装置。
【００１１】
この３次元形状測定装置においては、被写体が載置されるべき回転テーブルを有する回転テーブルユニットと、回転テーブルに載置された被写体の撮像および測定を行う測定ヘッドとが、ホルダによって互いに連結される。これにより、それら回転テーブルユニットと測定ヘッドとが物理的に互いに関連付けられる。
【００１２】
さらに、この３次元形状測定装置においては、ホルダが変形可能とされ、このホルダの変形により、回転テーブルユニットが測定ヘッドに対して展開される展開状態と格納される格納状態とが選択的に実現される。その展開状態において、被写体が回転テーブルに載置されて測定ヘッドによって撮像される。
【００１３】
この３次元形状測定装置においては、ホルダによって回転テーブルユニットと測定ヘッドとが物理的に互いに関連付けられるため、ユーザがホルダを格納状態から展開する作業を行うごとに、そのホルダの展開状態が同じ状態で再現されるようにホルダを設計することが容易である。
【００１４】
すなわち、この３次元形状測定装置においては、ホルダの展開作業ごとに、ホルダの展開状態における測定ヘッドと回転テーブルとの相対位置関係が同じものとして実現されるようにホルダを設計することが容易なのである。このようなホルダの展開状態の反復再現性に起因し、測定ヘッドに対する回転テーブルの相対位置の反復再現性が達成される。
【００１５】
したがって、この３次元形状測定装置によれば、回転テーブルに被写体を載置する限り、その被写体の、測定ヘッドに対する相対位置の変化可能領域が縮小し、それにより、その変化可能領域の広さを見込んで測定ヘッドが撮像しなければならない領域（撮像可能領域）も縮小する。
【００１６】
よって、この３次元形状測定装置によれば、被写体を配置する際の空間的自由度が高い場合より、被写体の撮像および測定のために測定ヘッドに課されるべき負担を軽減することが容易となる。
【００１７】
さらに、この３次元形状測定装置においては、上述のように、ホルダによって回転テーブルユニットと測定ヘッドとが物理的に互いに関連付けられる。したがって、この３次元形状測定装置によれば、ホルダの変形によって回転テーブルユニットが測定ヘッドに格納されるように、それらホルダ、回転テーブルユニットおよび測定ヘッドを設計することが容易となる。さらに、回転テーブルユニットが測定ヘッドにコンパクトに格納されるように、それらホルダ、回転テーブルユニットおよび測定ヘッドを設計することも容易となる。
【００１８】
よって、この３次元形状測定装置によれば、ユーザがホルダを変形させて回転テーブルユニットを測定ヘッドに格納することが可能であるというように、ユーザの格納作業を単純化することが可能となるとともに、ユーザが特別の配慮なしで回転テーブルユニットを測定ヘッドにコンパクトに格納することが可能となる。
【００１９】
本項における「ホルダ」は、単一の部材によって構成したり、作動的に互いに連結された複数の部材の組立体として構成することが可能である。
【００２０】
「ホルダ」を単一の部材によって構成する場合には、その部材自体の物理的変形により、「ホルダ」の変形が実現される。
【００２１】
これに対し、「ホルダ」を、作動的に互いに連結された複数の部材の組立体として構成する場合には、「ホルダ」の変形を実現するために各部材の物理的変形に依存することは不可欠ではない。
【００２２】
具体的には、例えば、「ホルダ」を、回動可能に互いに連結された複数の部材であってそれ自体は変形しないものによって構成する場合には、それら部材の折り畳み（相対回動）によって「ホルダ」の変形を達成することが可能である。また、「ホルダ」を、伸縮可能に互いに連結された複数の部材であってそれ自体は変形しないものによって構成する場合には、それら部材間の相対的伸縮によって「ホルダ」の変形を達成することが可能である。
【００２３】
また、作動的に互いに連結された複数の部材の、上述の折り畳みおよび伸縮以外の相対的挙動によって「ホルダ」の変形を実現することも可能であるし、上述の折り畳みおよび伸縮を含む複数種類の相対的挙動が選択的に複合された複合挙動によって「ホルダ」の変形を実現することも可能である。
【００２４】
本項における「回転テーブル」は、例えば、電力によって自動的に回転させられる形式としたり、ユーザによって手動的に回転させられる形式とすることが可能である。
【００２５】
（２）  前記ホルダは、前記格納状態から前記展開状態に移行すると前記回転テーブルが前記測定ヘッドに対する一定の相対位置に位置決めされるように前記回転テーブルユニットを保持する（１）項に記載の３次元形状測定装置。
【００２６】
この３次元形状測定装置においては、ホルダの展開作業ごとに、回転テーブルが測定ヘッドに対する一定の相対位置に位置決めされる。このようなホルダの展開位置の反復再現性に起因し、測定ヘッドに対する回転テーブルの相対位置の反復再現性が達成される。
【００２７】
したがって、この３次元形状測定装置によれば、回転テーブルに被写体を載置する限り、その被写体の、測定ヘッドに対する相対位置の変化可能領域が縮小し、それにより、その変化可能領域の広さを見込んで測定ヘッドが撮像しなければならない領域（撮像可能領域）も縮小する。
【００２８】
よって、この３次元形状測定装置によれば、被写体を配置する際の空間的自由度が高い場合より、被写体の撮像および測定のために測定ヘッドに課されるべき負担を軽減することが容易となる。
【００２９】
（３）  前記ホルダは、前記格納状態において、前記測定ヘッドと共同することにより、外形的に概して直方体を構成する（１）または（２）項に記載の３次元形状測定装置。
【００３０】
この３次元形状測定装置においては、ホルダが測定ヘッドに格納されている状態において、それらホルダと測定ヘッドとが互いに共同して外形的に概して直方体を構成する。一方、直方体という立体形状は、搬送や保管等に適した形状である。
【００３１】
したがって、この３次元形状測定装置によれば、ホルダが測定ヘッドに格納されている状態において、それらホルダおよび測定ヘッドを取り扱う際のユーザの使い勝手を向上させることが容易となる。
【００３２】
（４）  前記ホルダは、前記測定ヘッドに着脱可能に装着される（１）ないし（３）項のいずれかに記載の３次元形状測定装置。
【００３３】
前記（１）ないし（３）項のいずれかに係る３次元形状測定装置は、測定ヘッドがホルダに分離不能に装着される態様で実施することが可能である。しかし、この態様を採用する場合には、ホルダの展開状態における測定ヘッドと回転テーブルとの相対位置関係が固定され、その結果、測定ヘッドが被写体を撮影し得る撮影条件（例えば、位置や角度）が制限される。
【００３４】
これに対し、本項に係る３次元形状測定装置においては、測定ヘッドがホルダに着脱可能に装着されるため、測定ヘッドがホルダに装着されている状態において実現可能な撮影条件とは異なる撮影条件を実現することが必要である場合に、ユーザは、測定ヘッドをホルダから分離して適当な位置に配置することが可能となる。
【００３５】
したがって、この３次元形状測定装置によれば、測定ヘッドを位置決めする際の空間的自由度が向上し、それにより、ユーザの使い勝手が向上する。
【００３６】
（５）  前記ホルダは、前記測定ヘッドに装着される第１部分と、前記回転テーブルユニットを保持する第２部分と、それら第１部分と第２部分とを中継する中継部分とを含む（１）ないし（４）項のいずれかに記載の３次元形状測定装置。
【００３７】
この３次元形状測定装置によれば、測定ヘッドに装着される第１部分と、回転テーブルユニットを保持する第２部分とが直接に互いに連結される場合より、それら第１部分と第２部分との相対位置が変化する自由度が向上する。その結果、この３次元形状測定装置によれば、ホルダが測定ヘッドに格納されている状態においてホルダによって形成される形状を目的に応じて最適化することが容易となる。
【００３８】
（６）  前記中継部分は、前記第１部分と前記第２部分とのうちの少なくとも一方に屈曲可能に連結され、それにより、前記ホルダは、前記展開状態から前記格納状態に折畳み可能である（５）項に記載の３次元形状測定装置。
【００３９】
この３次元形状測定装置によれば、ホルダを少なくとも部分的に折り畳むことによってそのホルダを測定ヘッドに格納することが可能となる。
【００４０】
（７）  前記ホルダは、全体的に概して板状を成しており、前記中継部分は、互いに屈曲可能に連結された少なくとも２枚の板状部材を含む（６）項に記載の３次元形状測定装置。
【００４１】
この３次元形状測定装置によれば、中継部分が単一の部材によって構成される場合より、測定ヘッドに装着される第１部分と、回転テーブルユニットを保持する第２部分との相対位置が変化する自由度が向上する。その結果、この３次元形状測定装置によれば、ホルダが測定ヘッドに格納されている状態においてホルダによって形成される形状を目的に応じて最適化することが一層容易となる。
【００４２】
さらに、この３次元形状測定装置によれば、中継部分を構成する複数の部材がそれぞれ板状部材であるように構成される。一方、板状部材は２次元的な寸法を有するため、複数枚の板状部材が互いに連結された、折り畳み可能な連続体として中継部分を構成する場合には、その中継部分が折り畳まれた格納状態にあるか、平面的に展開された展開状態にあるかを問わず、複数枚の板状部材間の平行度が容易に保存される。その結果、中継部分の展開状態において、測定ヘッドに対する回転テーブルの相対位置の反復再現性が一層確実に達成される。
【００４３】
したがって、本項に係る３次元形状測定装置によれば、中継部分を構成する複数の部材がそれぞれ板状部材であるように構成されることを理由に、その中継部分を、測定ヘッドに対する回転テーブルの相対位置の反復再現性が一層確実に達成される構造を有するように設計することが容易となる。
【００４４】
（８）  前記中継部分は、前記展開状態において前記測定ヘッドと前記回転テーブルとの距離が変化する向きに伸縮可能である（５）ないし（７）項のいずれかに記載の３次元形状測定装置。
【００４５】
この３次元形状測定装置によれば、ホルダを少なくとも部分的に収縮させることによってそのホルダを測定ヘッドに格納することが可能となる。
【００４６】
（９）  前記回転テーブルユニットは、前記被写体が前記測定ヘッドによる撮像が可能な撮像可能領域から逸脱する逸脱部を有する状態で前記回転テーブルに載置された場合に、その被写体が前記回転テーブルと共に回転させられると前記逸脱部に当接することにより、前記回転テーブルに載置される前記被写体の位置を規制する位置規制部であって、前記支持フレームに設けられたものを含む（１）ないし（８）項のいずれかに記載の３次元形状測定装置。
【００４７】
前記（１）ないし（８）項のいずれかに係る３次元形状測定装置によれば、測定ヘッドと回転テーブルユニットとがホルダによって物理的に互いに関連付けられる結果、測定ヘッドに対する回転テーブルの相対位置が制限される。
【００４８】
しかしながら、測定ヘッドによる被写体の撮像に直接に関連する相対位置は、測定ヘッドに対する被写体の相対位置であり、この相対位置は、測定ヘッドに対する回転テーブルの相対位置に依存するのみならず、回転テーブルに対する被写体の相対位置にも依存する。したがって、回転テーブルに対する被写体の相対位置を安定化させることも、測定ヘッドが被写体を撮像することが可能である撮像可能領域を縮小して測定ヘッドの負担を軽減するために有効である。
【００４９】
一方、回転テーブルユニットは、回転テーブルという回転部のみならず、静止部も存在するように構成されるのが通常であり、よって、回転テーブルの回転中には、その回転テーブルに載置された被写体と静止部との間に相対回転が発生する。この相対回転を利用すれば、回転中の被写体の表面全体を、その被写体の回転方向に走査することが可能となる。
【００５０】
したがって、被写体が測定ヘッドの撮像可能領域から逸脱する逸脱部を有するように不適切に回転テーブルに位置決めされた場合に、その被写体が回転テーブルと共に回転させられるとその逸脱部に当接する道具を静止部に設置すれば、回転テーブルに載置される被写体の位置を規制することが可能である。
【００５１】
ここに、「回転テーブルに載置される被写体の位置を規制する」という用語は、例えば、回転テーブルにおける被写体の位置が不適切であることを少なくとも視覚的にユーザに告知することを含むように解釈することが可能である。ユーザは、回転テーブルにおける被写体の位置が不適切であることが少なくとも視覚的に告知されると、その被写体の位置を自ら修正することが必要であることを認識し得る。
【００５２】
これに対し、「回転テーブルに載置される被写体の位置を規制する」という用語は、そのように不適切に位置決めされた被写体の位置を自動的に修正することまで含むように解釈することが可能である。この場合には、ユーザは、被写体の位置を自ら修正する作業を完全に省略し得るか、ないしはその作業が必要であるにしてもそのための労力を軽減し得る。
【００５３】
以上説明した知見に基づき、本項に係る３次元形状測定装置においては、回転テーブルに載置される被写体との当接によってその被写体の位置を規制する位置規制部が、回転テーブルユニットの静止部である支持フレームに設けられている。この位置規制部は、測定ヘッドの撮像可能領域からの逸脱部を有する状態で回転テーブルに載置された被写体がその回転テーブルと共に回転させられると、その逸脱部に当接し、それにより、回転テーブルに載置される被写体の位置が規制される。
【００５４】
したがって、この３次元形状測定装置によれば、回転テーブルに対する被写体の相対位置が規制され、それにより、回転テーブルに対する被写体の相対位置が安定化する。その結果、測定ヘッドが撮像しなければならない領域（撮像可能領域）を縮小してその測定ヘッドの負担を軽減したり、測定ヘッドが被写体を常に正常な位置において撮像する状態を確保してユーザの使い勝手を向上させることが容易となる。
【００５５】
（１０）  前記回転テーブルユニットは、前記回転テーブルを駆動する駆動装置であって、前記支持フレームに設けられたものを含み、
その駆動装置は、前記位置規制部としても機能する部分を含む（９）項に記載の３次元形状測定装置。
【００５６】
この３次元形状測定装置においては、駆動装置が、回転テーブルを駆動する機能に加えて、回転テーブルに載置される被写体の位置を規制する機能をも有する。したがって、この３次元形状測定装置によれば、回転テーブルに載置される被写体の位置を規制する機能を実現するために専用の部品を当該３次元形状測定装置に追加せずに済み、よって、部品点数の増加を回避しつつ、回転テーブルに載置される被写体の位置を規制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
以下、本発明のさらに具体的な実施の形態のうちのいくつかを図面に基づいて詳細に説明する。
【００５８】
図１には、本発明の第１実施形態に従う３次元入力装置１０の外観が斜視図で示されている。この３次元入力装置１０は、ストライプ状のパターン光の被写体Ｓ（物体）への投影と、被写体Ｓの撮像と、その撮像結果に基づき、被写体Ｓの３次元情報および表面色情報をコンピュータによって取得する信号処理とを行うように設計されている。この３次元入力装置１０は、被写体Ｓとの間における予定外の相対変位にもかかわらず、被写体Ｓの３次元形状情報と表面色情報とを画素の位置に関して互いに正確にマッチングするように被写体Ｓを撮像するように設計されている。
【００５９】
図１ないし図５には、３次元入力装置１０の外部構成が示される一方、図６ないし図１２には、３次元入力装置１０の内部構成が示されている。以下、まず、外部構成を説明し、次に、内部構成を説明する。
【００６０】
図１に示すように、３次元入力装置１０は、測定ヘッドＭＨと、回転テーブルユニットＲＴと、ホルダＨＤとを含むように構成されている。
【００６１】
測定ヘッドＭＨは、被写体Ｓを光学的に撮像し、その撮像結果に基づいて被写体Ｓの３次元形状および表面色を測定するために設けられている。回転テーブルユニットＲＴは、測定ヘッドＭＨに対して被写体Ｓを割り出し回転させるごとに測定ヘッドＭＨによる被写体Ｓの撮像を可能にし、それにより、被写体Ｓの外面の全体領域を複数の部分領域に分割して撮像することを可能にするために設けられている。
【００６２】
被写体Ｓについては、各部分領域ごとの撮像によって複数の部分画像が取得される。それら取得された複数の部分画像は１つのステッチ画像に結合される。同じ被写体Ｓについて取得された表面色情報がそのステッチ画像にマッピングされ、それにより、その被写体Ｓについてのステッチテクスチャが生成される。
【００６３】
図１に示すように、ホルダＨＤは、測定ヘッドＭＨに装着される一方、回転テーブルユニットＲＴを保持するために設けられている。このホルダＨＤは、それ自体変形可能である。具体的には、本実施形態においては、ホルダＨＤが、折畳みによって変形を実現するように設計されている。ホルダＨＤは、自身の変形により、回転テーブルユニットＲＴが測定ヘッドＭＨに対して展開される展開状態と格納される格納状態とを選択的に実現する。さらに、本実施形態においては、ホルダＨＤが測定ヘッドＭＨに着脱可能に装着される。
【００６４】
図１には、ホルダＨＤが展開状態において斜視図で示され、図２（ａ)には、測定ヘッドＭＨとホルダＨＤの一部とが展開状態において側面図で示され、図２（ｂ）には、測定ヘッドＭＤが背面図で示されている。図３には、測定ヘッドＭＨが、ホルダＨＤから離脱された離脱状態において、背面図で示されている。図４には、回転テーブルユニットＲＴが正面断面図で示されている。
【００６５】
図５（ａ）には、格納状態（折り畳み状態）にあるホルダＨＤが測定ヘッドＭＨおよび回転テーブルユニットＲＴと共に、斜視図で示されている。図５（ｂ）には、格納状態にあるホルダＨＤが測定ヘッドＭＨおよび回転テーブルユニットＲＴと共に、キャリングケースとしての外箱ＯＣ内に収容される様子が斜視図で示されている。３次元入力装置１０は、図５（ｂ）に示す収容状態において、持ち運ぶことが可能である。
【００６６】
図１に示すように、測定ヘッドＭＨは、被写体Ｓにパターン光を投影するための投影部１２と、被写体Ｓを撮像するための撮像部１４と、被写体Ｓの３次元情報および表面色情報の取得とを行うために信号処理を行う処理部１６とを備えている。それら投影部１２、撮像部１４および処理部１６は、測定ヘッドＭＨの、略直方体状を成すケーシング２０に装着されている。
【００６７】
図１に示すように、そのケーシング２０には、鏡筒２４とフラッシュ２６とが、それぞれが部分的にケーシング２０の正面において露出する姿勢で装着されている。このケーシング２０には、さらに、撮像部１４の一部である撮像光学系３０が、それのレンズの一部がケーシング２０の正面において露出する姿勢で装着されている。その撮像光学系３０は、それの露出部分において、被写体Ｓを表す画像光を受光する。
【００６８】
鏡筒２４は、図１に示すように、ケーシング２０の正面から突出しており、その内部において、図６に示すように、投影部１２の一部である投影光学系３２を収容している。投影光学系３２は、複数枚の投影レンズ３４と絞り３６とを含むように構成されている。
【００６９】
鏡筒２４は、投影光学系３２を、焦点調節のために全体的に移動可能である状態で保持し、さらに、この鏡筒２４は、投影光学系３２を損傷から保護している。鏡筒２４の露出端面から、複数枚の投影レンズ３４のうち最も外側に位置するものが露出している。投影光学系３２は、その最も外側の投影レンズ３４において、被写体Ｓに向かってパターン光を投影する。
【００７０】
フラッシュ２６は、不足光量を補充するために発光する光源であり、例えば、キセノンガスが充填された放電管を用いて構成されている。したがって、このフラッシュ２６は、ケーシング２０に内蔵されているコンデンサ（図示しない）の放電により繰り返し使用することができる。
【００７１】
図１に示すように、ケーシング２０には、それの上面において、レリーズボタン４０が装着されている。図２（ｂ）に示すように、ケーシング２０には、さらに、それの背面において、モード切替スイッチ４２（図２（ｂ）に示す例においては、３個のボタンから成る。）と、４方向カーソルキー（十字キー）４３と、モニタＬＣＤ４４とが装着されている。それらモード切替スイッチ４２および４方向カーソルキー４３はそれぞれ、ファンクションボタンの一例を構成する。
【００７２】
レリーズボタン４０は、３次元入力装置１０を作動させるためにユーザによって操作される。このレリーズボタン４０は、ユーザの操作状態（押下状態）が「半押し状態」である場合と「全押し状態」である場合とで異なる指令を発令できる２段階の押しボタン式のスイッチによって構成されている。レリーズボタン４０の操作状態は処理部１６によって監視される。処理部１６によって「半押し状態」が検出されれば、よく知られたオートフォーカス（ＡＦ）および自動露出（ＡＦ）の機能が起動し、ピント、絞りおよびシャッタスピードが自動的に調節される。これに対し、処理部１６によって「全押し状態」が検出されれば、撮像等が行われる。
【００７３】
モード切替スイッチ４２は、３次元入力装置１０の作動モードを、後述のＳＬＯＷモード（図２（ｂ）において「Ｓ」で示す。）、ＦＡＳＴモード（図２（ｂ）において「Ｆ」で示す。）およびオフモード（図２（ｂ）において「ＯＦＦ」で示す。）を含む複数種類のモードのいずれかとして設定するためにユーザによって操作される。このモード切替スイッチ４２の操作状態は処理部１６によって監視されており、モード切替スイッチ４２の操作状態が処理部１６によって検出されると、その検出された操作状態に対応するモードでの処理が３次元入力装置１０において行われる。
【００７４】
モニタＬＣＤ４４は、液晶ディスプレイ（Liquid Crystal Display）を用いて構成されており、処理部１６から画像信号を受けて、画像をユーザに表示する。このモニタＬＣＤ４４は、例えば、被写体Ｓの３次元形状の検出結果を表す画像（立体画像）等を表示する。
【００７５】
図２に示すように、ケーシング２０には、さらに、ＲＦ（無線）インタフェイスとしてのアンテナ５０が装着されている。アンテナ５０は、図６に示すように、ＲＦドライバ５２に接続されている。このアンテナ５０は、被写体Ｓを立体画像として表すデータ等を、ＲＦドライバ５２を介して、図示しない外部インタフェイスに無線によって送信する。
【００７６】
ここで、図１を参照することにより、ホルダＨＤの構成を詳細に説明する。
【００７７】
ホルダＨＤは、複数枚の板状部材が一列に並ぶとともに互いに折畳み可能に連結されることにより、構成されている。すなわち、このホルダＨＤは、複数枚の板状部材が一列を成す姿勢で互いにヒンジ結合されることにより、構成されているのである。
【００７８】
具体的には、ホルダＨＤは、測定ヘッドＭＨが着脱可能に装着される板状のヘッドベース１３０と、回転テーブルユニットＲＴに装着された板状のテーブルベース１３２と、それらヘッドベース１３０とテーブルベース１３２との間に位置する、共に板状の第１の中継ベース１３４および第２の中継ベース１３６とを、折畳み可能に互いに連結された複数枚の板状部材として備えている。
【００７９】
図１に示すように、測定ヘッドＭＨは、概して、縦方向に長い直方体を成しており、その測定ヘッドＭＨの上面および下面と、正面および背面とを寸法に関して互いに比較すると、横寸法はほぼ共通するが、縦寸法は、正面および背面の方が上面および下面より長い。一方、後に図５を参照して詳述するが、ホルダＨＤの格納状態においては、ヘッドベース１３０が測定ヘッドＭＨの下面に装着され、第１の中継ベース１３４が測定ヘッドＭＨの正面を覆い、第２の中継ベース１３６が測定ヘッドＭＨの上面を覆い、テーブルベース１３２が測定ヘッドＭＨの背面を覆う。したがって、第１の中継ベース１３４およびテーブルベース１３２は、ヘッドベース１３０および第２の中継ベース１３６より、縦寸法が長い。
【００８０】
第１の中継ベース１３４の両面のうち、格納状態において測定ヘッドＭＨの正面に対向する面、すなわち、展開状態において露出する面には、３次元入力装置１０の操作方法等に関するインストラクションが表示されるインクトラクション表示面が割り当てられている。
【００８１】
図１に示すように、ヘッドベース１３０と第１の中継ベース１３４とは、それらに共通の軸線を有するジョイント１４０により、互いに回動可能に連結されている。第１の中継ベース１３４と第２の中継ベース１３６とは、それらに共通の軸線を有するジョイント１４２により、互いに回動可能に連結されている。第２の中継ベース１３６とテーブルベース１３２とは、それらに共通の軸線を有するジョイント１４４により、互いに回動可能に連結されている。
【００８２】
ここで、図１および図３を参照することにより、測定ヘッドＭＨをヘッドベース１３０に着脱可能に装着する構造を説明する。
【００８３】
測定ヘッドＭＨは、ヘッドベース１３０の上面に機械的に係合することにより、そのヘッドベース１３０に装着される。その係合を実現するために、測定ヘッドＭＨは、図３に示すように、ヘッドベース１３０との係合部である下端部にヘッド沈座部１５０が形成されている。このヘッド沈座部１５０は、第１および第２の係合爪１５２，１５４を一対の雄側係合部として有している。
【００８４】
図３に示すように、それら第１および第２の係合爪１５２，１５４は、測定ヘッドＭＨの横方向、すなわち、ヘッドベース１３０の幅方向に互いに隔たる一対の位置において、それぞれ測定ヘッドＭＨの前後方向、すなわち、ヘッドベース１３０の長さ方向に延びるように形成されている。本実施形態においては、測定ヘッドＭＨがヘッドベース１３０にできる限り強固に固定されるようにするために、それら第１および第２の係合爪１５２，１５４間の距離ができる限り長くなるようにそれら第１および第２の係合爪１５２，１５４の各位置が選定されている。
【００８５】
図３に示すように、ヘッドベース１３０には、ヘッド沈座部１５０との機械的係合によってそのヘッド沈座部１５０を固定的に受容するヘッド受容部１６０が形成されている。このヘッド受容部１６０は、ヘッド沈座部１５０が嵌り入るヘッドベース沈座空隙１６２を備え、さらに、測定ヘッドＭＨの第１および第２の係合爪１５２，１５４にそれぞれ係合する第１および第２の爪突き当て部１６４，１６６を一対の雌側係合部として備えている。
【００８６】
第１の爪突き当て部１６４は、対応する第１の係合爪１５２に係合して、測定ヘッドＭＨがヘッドベース１３０から、それの上面に直角な方向に離脱することを阻止する固定爪突き当て部である。一方、第２の爪突き当て部１６６は、（ａ）対応する第２の係合爪１５４に係合して、測定ヘッドＭＨがヘッドベース１３０から、それの上面に直角な方向に離脱することを阻止する係合位置と、（ｂ）対応する第２の係合爪１５４から離脱して、測定ヘッドＭＨがヘッドベース１３０から、それの上面に直角な方向に離脱することを許可する解放位置とに変位可能な可動爪突き当て部である。
【００８７】
第２の爪突き当て部１６６の一例は、ヘッドベース１３０の長さ方向（ヘッドベース１３０に対する測定ヘッドＭＨの装着・離脱時にその測定ヘッドＭＨが回転する回転平面に直角な方向）に延びるピボット軸線まわりにピボット可能なピボット部材１７０を含んでいる。
【００８８】
そのピボット部材１７０は、そのピボット軸線と同軸な軸線を有するジョイント１７２によってヘッドベース１３０にピボット可能に装着される。このピボット部材１７０は、対応する第２の係合爪１５４に機械的に係合してその第２の係合爪１５４が離脱することを阻止する可動係合部１７４を含んでいる。その可動係合部１７４が第２の係合爪１５４を上方から係合する向きにピボット部材１７０が常時、弾性部材としてのスプリング１７６によって付勢される。本実施形態においては、そのピボット部材１７０が、さらに、可動係合部１７４による係合を解除するためにユーザによって押圧操作される操作部１７８と、スプリング１７６の弾性力を拡大して可動係合部１７４に伝達するレバレッジ１８０とを含んでいる。
【００８９】
次に、図３を参照することにより、ヘッドベース１３０に対する測定ヘッドＭＨの着脱作業を説明する。
【００９０】
測定ヘッドＭＨをヘッドベース１３０に装着するためには、ユーザは、ピボット部材１７０の操作部１７８を、スプリング１７６の弾性力に抗して、可動係合部１７４が係合位置から解放位置に向かう解放方向に押圧する。その押圧状態で、ユーザは、ヘッド沈座部１５０がヘッドベース沈座空隙１６２内に進入しつつ第１の係合爪１５２が第１の爪突き当て部１６４内に進入して当接するように、測定ヘッドＭＨを概して垂直面内において回転させつつ下降させる。その後、ユーザは、操作部１７８の押圧を解除し、それにより、ピボット部材１７０がスプリング１７６の弾性回復力によって解放位置から係合位置に回動して、可動係合部１７４が第２の係合爪１５４に上方から係合して突き当たる。その結果、第１の係合爪１５２が第１の爪突き当て部１６４から上方に離脱することが阻止されるとともに、第２の係合爪１５４が第２の爪突き当て部１６６から上方に離脱することも阻止される。それにより、測定ヘッドＭＨがヘッドベース１３０から離脱することが阻止される。
【００９１】
これに対し、測定ヘッドＭＨをヘッドベース１３０から離脱するためには、ユーザは、上記の場合と同様にして、ピボット部材１７０の操作部１７８をスプリング１７６の弾性力に抗して、解放方向に押圧する。その押圧状態で、ユーザは、ヘッド沈座部１５０がヘッドベース沈座空隙１６２から退避しつつ第１の係合爪１５２が第１の爪突き当て部１６４から退避するように、測定ヘッドＭＨを概して垂直面内において回転させつつ上昇させて、測定ヘッドＭＨをヘッドベース１３０から離脱させる。その後、ユーザは、操作部１７８の押圧を解除し、それにより、ピボット部材１７０がスプリング１７６の弾性回復力によって解放位置から係合位置に復元する。
【００９２】
次に、図４を参照することにより、回転テーブルユニットＲＴを詳細に説明する。
【００９３】
この回転テーブルユニットＲＴは、被写体Ｓが載置されるべき回転テーブル１８４と、その回転テーブル１８４を回転可能に支持する支持フレーム１８６とを含んでいる。その支持フレーム１８６は、上板部１８８と下板部１８９とを含むように薄い中空箱状を成しており、上板部１８８の開口から回転テーブル１８４の上面が露出している。本実施形態においては、その支持フレーム１８６のうちの下板部１８９がテーブルベース１３２としても機能する。
【００９４】
回転テーブル１８４の上面は、撮像されるべき被写体Ｓが載置される載置面１９０である。一方、回転テーブル１８４の下面から、回転シャフト１９１が同軸に延び出しており、この回転シャフト１９１は、軸受け１９２を介して支持フレーム１８６に回転可能に支持されている。その軸受け１９２は、支持フレーム１８６に形成された軸受けホルダ１９３によって保持されている。
【００９５】
回転テーブル１８４を回転させるテーブルモータ１９４が支持フレーム１８６に装着されている。このテーブルモータ１９４を収容するモータボックス１９５が支持フレーム１８６に形成されている。
【００９６】
このモータボックス１９５は、支持フレーム１８６の上板部１８８の上面に、その上面から上方に突出する姿勢で形成されている。このモータボックス１９５の上面は、回転テーブル１８４の上面より高く設定されている。それにより、被写体Ｓが回転テーブル１８４と共に回転させられる際にその被写体Ｓが、回転テーブル１８４を同軸に投影した投影空間から外側にはみ出していると、モータボックス１９５のうち回転テーブル１８４の上面より上方に位置する部分が被写体Ｓに当接してその被写体Ｓの向きを変化させる。
【００９７】
したがって、モータボックス１９５は、テーブルモータ１９４の収容部として機能するのみならず、被写体Ｓが回転テーブル１８４に位置決めされる位置を規制する位置規制部１９６としても機能する。
【００９８】
テーブルモータ１９４の回転を回転テーブル１８４に伝達するために、テーブルモータ１９４の回転シャフトにモータギヤ１９７が同軸に固定され、このモータギヤ１９７にかみ合うテーブルギヤ１９８が回転テーブル１８４に同軸に固定されている。モータギヤ１９７は、テーブルギヤ１９８より小径であるため、テーブルギヤ１９８の回転速度が減速されて回転テーブル１８４に伝達される。
【００９９】
ところで、テーブルモータ１９４は、支持フレーム１８６の上板部１８８の上面から突出しないように支持フレーム１８６に装着することが可能である。一方、上板部１８８の上面のうち回転テーブル１８４が露出する部分を除く部分の上方空間にテーブルモータ１９４を配置しても、何ら支障がなく、むしろ、支持フレーム１８６の薄型化に有利である。
【０１００】
したがって、本実施形態によれば、テーブルモータ１９４を上板部１８８の上面から突出するように配置することにより、上述の位置規制部１９６としての機能に加えて、支持フレーム１８６の薄型化を容易にするという機能も実現される。
【０１０１】
図５（ａ）には、測定ヘッドＭＨを前後面および上下面という４面において覆うようにホルダＨＤが折り畳まれた状態、すなわち、ホルダＨＤの格納状態において、測定ヘッドＭＨ、ホルダＨＤおよび回転テーブルユニットＲＴが斜視図で示されている。ホルダＨＤは、格納状態においては、外形的に概して直方体状を成している。
【０１０２】
図５（ｂ）には、ホルダＨＤの格納状態において測定ヘッドＭＨ、ホルダＨＤおよび回転テーブルユニットＲＴが外箱ＯＣ内に挿入されて収容される様子が斜視図で示されている。本実施形態においては、それら測定ヘッドＭＨ、ホルダＨＤおよび回転テーブルユニットＲＴが、測定ヘッドＭＨが横倒しの状態で、外箱ＯＣ内に挿入される。
【０１０３】
この３次元入力装置１０は、複数種類のモードのうちユーザによって選択されたものに従って作動する。それらモードは、ＳＬＯＷモードと、ＦＡＳＴモードと、オフモードとを含んでいる。ＳＬＯＷモードは、被写体Ｓを低速で高精度で撮像する低速撮像モードであり、撮像精度優先モードである。ＦＡＳＴモードは、被写体Ｓを高速で低精度で撮像する高速撮像モードであり、撮像時間優先モードである。オフモードは、この３次元入力装置１０の動作を停止させるモードである。
【０１０４】
撮像部１４は、被写体Ｓを撮像し、その撮像結果から、その被写体Ｓを表す全体画像を構成する複数個の画素のいずれかを間引いて形成される画素間引き画像と、いずれの画素も間引かずに形成される画素非間引き画像とを選択的に取り出すことが可能であるように構成されている。さらに、撮像部１４は、被写体Ｓの撮像後、その撮像結果から画素間引き画像を、画素非間引き画像を取り出すのに必要な時間より短い時間で取り出すように構成されている。
【０１０５】
ＣＣＤを用いた撮像の分野においては、被写体Ｓの撮像結果から画素間引き画像を取り出すために、加算方式と選択方式とがすでに知られている。
【０１０６】
加算方式によれば、被写体Ｓを表す全体画像を構成する複数個の画素がグループ分けされた複数個の画素グループの各々に属する複数個の対象画素の照度検出値が各画素グループごとに加算され、その加算された照度を用いて、各画素グループに属する複数個の対象画素の照度検出値が均等に分散される。
【０１０７】
これに対し、選択方式によれば、それら複数個の画素グループの各々に属する複数個の対象画素から、それら対象画素を代表する代表画素が各画素グループごとに選択され、その選択された代表画素の照度検出値を用いて、各画素グループに属する複数個の対象画素の照度検出値が均等に分散される。
【０１０８】
本実施形態においては、撮像部１４は、それら加算方式と選択方式とのうち予め選択されたものに従い、被写体Ｓの撮像結果から画素間引き画像を取り出すように設計されている。
【０１０９】
被写体Ｓの撮像結果から画素間引き画像を取り出す間引き画像処理モードは、被写体Ｓを低速で高精度で撮像する低速撮像モードに適している。一方、被写体Ｓの撮像結果から画素非間引き画像を取り出す非間引き画像処理モードは、被写体Ｓを高速で低精度で撮像する高速撮像モードに適している。
【０１１０】
したがって、本実施形態においては、ユーザによってＦＡＳＴモードが選択されると、間引き画像処理モードが設定される一方、ユーザによってＳＬＯＷモードが選択されると、非間引き画像処理モードが設定される。
【０１１１】
投影部１２は、被写体Ｓにパターン光を投影するためのユニットである。この投影部１２は、図６および図７に示すように、基板６０と、ＬＥＤ６２（例えば、単一のＬＥＤ素子によって広い出射面から光を出力するＬＥＤ）と、照明絞り６３と、光源レンズ６４と、マスク２００を送るためのマスクモータ（例えば、パルスモータ）６５を駆動源とする投影機構６６と、投影光学系３２とを、投影方向に沿って直列に備えている。
【０１１２】
図７には、この投影部１２のハードウエア構成のうち、基板６０と、ＬＥＤ６２と、照明絞り６３と、光源レンズ６４と、マスク２００と、投影光学系３２とが詳細に示されている。図８には、この投影部１２を含む３次元入力装置１０全体のソフトウエア構成および電気的接続関係が詳細に示されている。図９ないし図１２には、投影部１２のハードウエア構成のうち、投影機構６６が詳細に示されている。
【０１１３】
撮像部１４は、被写体Ｓを撮像するためのユニットである。この撮像部１４は、図６に示すように、撮像光学系３０と、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）７０とを、画像光の入射方向に沿って直列に備えている。このＣＣＤ７０は、インターライントランスファー方式でプログレッシブ走査を行うように構成されている。
【０１１４】
撮像光学系３０は、図６に示すように、複数枚のレンズを用いて構成されている。この撮像光学系３０は、よく知られたオートフォーカス機能により、焦点距離および絞りを自動調整して外部からの光をＣＣＤ７０上に結像する。
【０１１５】
ＣＣＤ７０は、フォトダイオード素子などの光電変換素子をマトリクス状に配列して構成されている。このＣＣＤ７０は、撮像光学系３０を介してこのＣＣＤ７０の表面に結像される画像の光の色および強さに応じた信号を各画素ごとに生成する。その生成された信号は、デジタルデータに変換されて処理部１６に出力される。
【０１１６】
図８にブロック図で表すように、処理部１６は、フラッシュ２６、レリーズボタン４０およびモード切替スイッチ４２にそれぞれ電気的に接続されている。処理部１６は、さらに、モニタＬＣＤ４４にはモニタＬＣＤドライバ７２を介して、アンテナ５０にはＲＦドライバ５２を介して、バッテリ７４には電源インタフェイス７６を介してそれぞれ電気的に接続されている。それらフラッシュ２６等は、処理部１６によって制御される。
【０１１７】
処理部１６は、さらに、外部メモリ７８およびキャッシュメモリ８０にそれぞれ電気的に接続されている。処理部１６は、さらに、ＬＥＤ６２には光源ドライバ８４を介して、投影機構６６のマスクモータ６５にはマスクモータドライバ８６を介して、ＣＣＤ７０にはＣＣＤインタフェイス８８を介してそれぞれ電気的に接続されている。それらＬＥＤ６２等は、処理部１６によって制御される。
【０１１８】
外部メモリ７８は、着脱可能なフラッシュＲＯＭであり、立体画像モードにおいて撮像された撮像画像や３次元情報（前述のステッチテクスチャを含む。）を記憶することが可能である。外部メモリ７８を構成するために、例えば、ＳＤカード、コンパクトフラッシュ（登録商標）カード等を使用することができる。
【０１１９】
キャッシュメモリ８０は、データの読み書きを高速で行い得る記憶装置である。キャッシュメモリ８０は、例えば、デジカメモードにおいて撮像された撮像画像を高速でキャッシュメモリ８０に転送し、処理部１６で画像処理を行ってから外部メモリ７８に格納することを可能にするために使用される。キャッシュメモリ８０を構成するために、例えば、ＳＤＲＡＭ、ＤＤＲＲＡＭ等を使用することができる。
【０１２０】
電源インタフェイス７６、光源ドライバ８４、マスクモータドライバ８６およびＣＣＤインタフェイス８８はそれぞれ、バッテリ７４、ＬＥＤ６２、投影機構６６のマスクモータ６５およびＣＣＤ７０を制御する各種のＩＣ(Integrated Circuit）によって構成されている。
【０１２１】
図２（ａ）に示すように、測定ヘッドＭＨには、ＡＣアダプタ端子９０と、ＵＳＢ端子９１と、テーブルモータ端子９２とが設けられている。ＡＣアダプタ端子９０は、図６にも示すように、バッテリ７４に電気的に接続されており、それにより、３次元入力装置１０が外部の交流電源を電力源として利用することが可能となっている。ＵＳＢ端子９１は、図６に示すように、ＵＳＢドライバ９３を介して処理部１６に接続されている。テーブルモータ端子９２は、図６に示すように、テーブルモータドライバ９４を介して処理部１６に接続されている。
【０１２２】
図１に示すように、回転テーブルユニットＲＴのテーブルモータ１９４から電気ラインとしてのハーネス９５が延び出している。このハーネス９５は、第２の中継ベース１３６、第１の中継ベース１３４およびヘッドベース１３０をそれらの順に通過し、図２（ａ）に示すように、そのハーネス９５の先端に接続されたＬ字プラグ９６においてテーブルモータ端子９２に接続されている。そのハーネス９５は、測定ヘッドＭＨからテーブルモータ１９４に制御信号および電力を供給する電気ラインとして機能する。したがって、図８に示すように、テーブルモータ１９４がテーブルモータドライバ９４を介して処理部１６に接続されることになる。
【０１２３】
図１に示すように、ハーネス９５は、第２の中継ベース１３６を通過する位置がハーネス止め９７によって規定され、第１の中継ベース１３４を通過する位置が２個のハーネス止め９８，９８によって規定されている。
【０１２４】
前述のように、投影部１２は、図７に示すように、基板６０と、ＬＥＤ６２と、照明絞り６３と、光源レンズ６４と、投影機構６６と、投影光学系３２とをパターン光の投影方向に沿って直列に備えている。
【０１２５】
基板６０は、それにＬＥＤ６２が装着されることにより、その装着されたＬＥＤ６２との間において電気的な配線を行う。基板６０は、例えば、アルミニウム製基板に絶縁性合成樹脂を塗布してから無電解メッキによってパターンを形成したものや、ガラスエポキシ基材をコアとする単層または多層構造の基板を使用して製作することができる。ＬＥＤ６２は、投影機構６６に向けて放射状のアンバー色の光を広い面積で発光する光源であり、ＬＥＤケーシング１００内に収容されている。
【０１２６】
図７に示すように、照明絞り６３は、ＬＥＤ６２から出力された光のうち不要な部分を遮蔽することにより、必要な部分のみを光源レンズ６４に誘導するために設けられている。光源レンズ６４は、ＬＥＤ６２から放射状に発光される光を集光するレンズであり、その材質はアクリルに代表される光学樹脂である。
【０１２７】
本実施形態においては、図７に示すように、ＬＥＤ６２から発光される放射状の光が、光源レンズ６４によって効率良く集光され、ＬＥＤ６２からの出射光が投影機構６６の入射面１０６に略直角に入射するとともに、指向性の高い放射光として投影機構６６の出射面１０８から出射する。この意味において、光源レンズ６４は、コリメータレンズとして機能する。図７には、その出射面１０８上において互いに隔たった２個の注目点Ａ，Ｂにつき、それぞれの指向性特性が照度分布のグラフ（θ：半値拡がり半角）で表されている。
【０１２８】
投影光学系３２は、投影機構６６を通過した光を被写体Ｓに向かって投影するための複数枚の投影レンズ３４を含んでいる。それら投影レンズ３４は、ガラス製レンズと合成樹脂製レンズとの組合せから成るテレセントリックレンズによって構成されている。テレセントリックとは、投影光学系３２を通過する主光線が、入射側の空間では光軸に平行になり、入射瞳の位置が無限になる構成をいう。
【０１２９】
投影光学系３２は、上述のようにテレセントリック特性を持ち、その入射ＮＡが０．１程度であるため、垂直±５°以内の光のみが投影光学系３２の内部の絞り３６を通過できるように、投影光学系３２の光路が規制されている。
【０１３０】
したがって、本実施形態においては、投影光学系３２のテレセントリック性により、投影機構６６を垂直±５°で通過する光のみを投影光学系３２に投影し得る構成と相俟って、画質の向上を容易に図り得る。
【０１３１】
ここで、図９ないし図１２を参照することにより、投影部１２のハードウエア構成のうち投影機構６６を詳細に説明する。
【０１３２】
この投影機構６６は、光源としてのＬＥＤ６２からの入射光を複数種類のパターン光に選択的に変換することにより、それら複数種類のパターン光を順次被写体Ｓに投影するために設けられている。図９には、この投影機構６６が正面図で示され、図１０には、この投影機構６６が部分断面側面図で示されている。
【０１３３】
図９に示すように、この投影機構６６は、シート状を成して長さ方向に延びるマスク２００を備えており、そのマスク２００はマスクモータ６５によってそのマスク２００の長さ方向に送られる。
【０１３４】
図１１には、そのマスク２００の長さ方向における一部が拡大されて正面図で示されている。このマスク２００には、前記複数種類のパターン光にそれぞれ対応する複数のフレーム２０２がマスク２００の長さ方向に並んで割り当てられている。図９に示すように、それらフレーム２０２は、選択的に前記入射光の照射領域に位置させられる。
【０１３５】
本実施形態においては、被写体Ｓを撮像するために８種類のパターン光が順次被写体Ｓに投影される。図１１には、パターン番号ＰＮが５であるパターン光を形成するためのフレーム２０２（図１１において「コード５」を付して示す。）と、パターン番号ＰＮが６であるパターン光を形成するためのフレーム２０２（図１１において「コード６」を付して示す。）と、パターン番号ＰＮが７であるパターン光を形成するためのフレーム２０２（図１１において「コード７」を付して示す。）とが代表的に示されている。
【０１３６】
マスク２００は、各フレーム２０２ごとに、マスク２００をそれの厚さ方向に貫通する貫通穴（空気開口）２０４を、各フレーム２０２に対応するパターン光の形状に対応する形状を有する状態で備えている。図１１に示すように、いずれのフレーム２０２においても、個々の貫通穴２０４が直線的に延びるスリット状を成している。複数個のフレーム２０２のうち、複数個の貫通穴２０４を有するものにおいては、それら複数個の貫通穴２０４がストライプ状を成すように配列されている。
【０１３７】
さらに、本実施形態においては、いずれのフレーム２０２においても、各貫通穴２０４がマスク２００の長さ方向に平行に延びるように配置されている。
【０１３８】
そのマスク２００は、長さ方向と厚さ方向との双方に平行な平面内において屈曲可能である。このマスク２００は、金属製の薄いシートによって構成されている。マスク２００を構成する金属は、不透明弾性材料の一例であり、そのような材料の一例はステンレスである。このマスク２００の板厚の一例は、０．１ｍｍである。
【０１３９】
本実施形態においては、厚さ０．１ｍｍのステンレス板に対してウエットエッチングが施されることにより、そのステンレス板に複数個の貫通穴２０４がミクロン精度で形成され、それにより、マスク２００が製作されている。
【０１４０】
このマスク２００は、弾性屈曲性を有しており、後述のようにローラに巻き取られて収容されていても、そのローラから解放されれば、真っ直ぐな平面を成す原形状に復元する性質を有する。
【０１４１】
図９に示すように、投影機構６６は、マスク２００を巻き取り可能に保持しつつ送るために、ハウジング２１０を備えている。このハウジング２１０に、供給具としての供給ローラ２２０と、案内具としてのガイドローラ２２２と、送り具としての送りローラ２２４と、巻き取り具としての巻き取りローラ２２６とが、互いに平行な各軸線を有する姿勢で支持されている。それら供給ローラ２００，ガイドローラ２２２，送りローラ２２４および巻き取りローラ２２６の軸線はいずれも、マスク２００の幅方向に平行に延びている。
【０１４２】
図１０に示すように、マスク２００は、それの長さ方向における両端部においてそれぞれ、供給ローラ２２０と巻き取りローラ２２６とに結合されている。マスク２００は、さらに、それら供給ローラ２２０と巻き取りローラ２２６との間において、供給ローラ２２０寄りのガイドローラ２２２と、巻き取りローラ２２６寄りの送りローラ２２４とに支持されている。
【０１４３】
３次元入力装置１０の不使用状態においては、マスク２００は、供給ローラ２２０と巻き取りローラ２２６とのうち主に供給ローラ２２０に巻き付けられており、マスク２００は、この状態で３次元入力装置１０内において収容される。すなわち、マスク２００のうちの未使用部分は、供給ローラ２２０に巻き付けられて収容されるのであり、供給ローラ２２０は、マスク２００のうちの未使用部分を屈曲状態において収容するローラなのである。
【０１４４】
被写体Ｓの撮像が開始されると、マスク２００のうちの未使用部分は、マスクモータ６５の正回転により、供給ローラ２２０から剥がされて巻き取りローラ２２６に向かって供給される。その未使用部分が被写体Ｓの撮像に使用されると、使用済部分として、巻き取りローラ２２６に巻き取られて収容される。すなわち、巻き取りローラ２２６は、マスク２００のうちの使用済部分を屈曲状態において収容するローラなのである。
【０１４５】
被写体Ｓの撮像が終了した時点においては、マスク２００は、供給ローラ２２０と巻き取りローラ２２６とのうち主に巻き取りローラ２２６に巻き付けられ、マスク２００は、この状態で３次元入力装置１０内において収容される。その後、次回の撮像に備えて、マスクモータ６５の逆回転により、マスク２００は、供給ローラ２２０と巻き取りローラ２２６とのうち主に供給ローラ２２０に巻き取られ、それにより、マスク２００は、供給ローラ２２０に巻き付けられた状態で、３次元入力装置１０内において収容される。
【０１４６】
図１０に示すように、それらガイドローラ２２２と送りローラ２２４との間に、ＬＥＤ６２からの入射光がマスク２００に照射される照射位置２２８が設定されている。マスク２００のうちそれらガイドローラ２２２と送りローラ２２４とによって両端を支持される部分が、前記設定された照射位置２２８を前記入射光に直角な方向に通過する直線部２３０を形成している。
【０１４７】
図１０に示すように、本実施形態においては、マスク２００のうち供給ローラ２２０とガイドローラ２２２とによって両端を支持される部分２３２（図１０において直線部より左側の部分）と、送りローラ２２４と巻き取りローラ２２６とによって両端を支持される部分２３４（図１０において直線部より右の部分）とがそれぞれ、直線部２３０に対して同じ側に傾斜させられている。その傾斜角度は、小さいほど、直線部２３０に対する部分２３２，２３４の弾性曲げに起因する直線部２３０の反りを軽減するために望ましい。一方、その傾斜角度は、大きいほど、マスク２００の長さ方向においてこの投影機構６６を小型化するために望ましい。
【０１４８】
図１０に示すように、マスク２００は、それの長さ方向における両端部においてそれぞれ、供給ローラ２２０と巻き取りローラ２２６とに結合されている。
【０１４９】
供給ローラ２２０は、ハウジング２１０に固定されたシャフト２４０と、そのシャフト２４０を同軸に取り囲むローラ部２４２とを含むように構成されている。ローラ部２４２は、シャフト２４０に対して同軸に相対回転可能に支持されている。このローラ部２４２にマスク２００の一端部が固定され、そのローラ部２４２の回転によってそのローラ部２４２の外周面にマスク２００が巻き付けられる。ローラ部２４２の両回転方向のうち、ローラ部２４２にマスク２００が巻き付けられる回転方向が戻り回転方向であり、ローラ部２４２からマスク２００が剥がされる回転方向が送り回転方向である。
【０１５０】
ローラ部２４２には、付勢部材としてのスプリング２４６が係合させられており、それにより、ローラ部２４２は、戻り回転方向に常時付勢されている。そのスプリング２４６は、例えば、図１０に示すように、ローラ部２４２とシャフト２４０との間の半径方向隙間内において、可動部材としてのローラ部２４２と静止部材としてのシャフト２４０とに係合させられるように使用される。そのスプリング２４６は、例えば、図１０に示すように、シャフト２４０の外周面に巻き付けられるリーフスプリング１７６として構成される。そのスプリング２４６の弾性力により、マスク２００にテンションがそのマスク２００の長さ方向に作用させられる。
【０１５１】
図９および図１１に示すように、マスク２００の両側縁部にはそれぞれ、マスク２００の長さ方向に並んだ複数個の送り穴２５０から成るパーフォレーション領域２５２が形成されている。ガイドローラ２２２および送りローラ２２４は、それら送り穴２５０に貫通してそれら送り穴に係合する歯２５４，２５６を備えている。本実施形態においては、図１０に示すように、ガイドローラ２２２も送りローラ２２４も、複数個の歯２５４，２５６を、各外周面上において等間隔に並んで備えている。
【０１５２】
ガイドローラ２２２はフリーローラであるのに対し、送りローラ２２４は、マスクモータ６５によって駆動される駆動ローラである。図９に示すように、本実施形態においては、マスクモータ６５が送りローラ２２４に同軸に連結されており、送りローラ２２４がマスクモータ６５によって回転駆動される。送りローラ２２４の両回転方向のうち、マスク２００が供給ローラ２２０から剥がされる回転方向が送り回転方向であり、マスク２００が供給ローラ２２０に巻き付けられる回転方向が戻り回転方向である。
【０１５３】
図１０に示すように、そのマスクモータ６５は、送りローラ２２４を回転させる機能と、それと同期して巻き取りローラ２２６を回転させる機能とを有している。そのため、マスクモータ６５は、マスク２００を送りつつ巻き取りローラ２２６によって巻き取られる正回転と、マスク２００を巻き取りローラ２２６から剥がしつつ供給ローラ２２０に供給する逆回転とを選択的に行わせられる。
【０１５４】
図９に示すように、本実施形態においては、送りローラ２２４およびマスクモータ６５と同軸かつ一体的に回転させられる回転体としての駆動プーリ２６０と、巻き取りローラ２２６と同軸かつ一体的に回転させられる回転体としての被動プーリ２６２とに、動力伝達体としてのベルト２６４が巻き掛けられている。このように構成された伝動機構２６６により、マスクモータ６５の回転力が巻き取りローラ２２６に伝達される。
【０１５５】
図９および図１０に示すように、投影機構６６は、照射位置２２８においてマスクガイド２７０を備えている。そのマスクガイド２７０は、マスク２００のうちの直線部２３０の送りを案内するために設けられている。
【０１５６】
本実施形態においては、マスクガイド２７０が、マスク２００の直線部２３０をそれの厚さ方向における両側から挟む構造を有しており、具体的には、マスク２００の直線部２３０を隔てて互いに対向する一対のガイド板２７２，２７２を備えている。このマスクガイド２７０は、マスク２００をそれの長さ方向にスライド可能に保持する一方、マスク２００をそれの幅方向にはできる限り変位しないように保持する。
【０１５７】
各ガイド板２７２には、それを厚さ方向に貫通する窓２７６が形成されている。この窓２７６も、貫通穴２０４と同様に、空気開口として形成されている。ＬＥＤ６２からの入射光のうち窓２７６を通過する部分のみが、マスク２００に照射される。
【０１５８】
図１１に示すように、マスク２００には、各フレーム２０２ごとに、位置基準穴２８０とＩＤ穴領域２８２とが、マスク２００の幅方向に並んで形成されている。それら位置基準穴２８０およびＩＤ穴領域２８２は、いすれも貫通穴（空気開口）としてマスク２００に形成されている。位置基準穴２８０は、いずれかのフレームが照射位置２２８に位置していることを光学的に検出するために設けられている。一方、ＩＤ穴領域２８２は、照射位置２２８に位置しているフレームのＩＤすなわちパターン番号ＰＮを光学的に特定するために設けられている。
【０１５９】
本実施形態においては、ＩＤ穴領域２８２が、３ビットの情報によって８個のフレーム２０２すなわち８種類のパターン光をそれぞれ識別する。そのため、各フレーム２０２ごとのＩＤ穴領域２８２には、最大で３個のＩＤ穴２９０，２９２，２９４が形成される。
【０１６０】
図１２に示すように、投影機構６６は、位置基準穴２８０を光学的に検出するために、位置センサ３００を、マスク２００の幅方向位置に関して位置基準穴２８０と一致する位置に備えている。本実施形態においては、その位置センサ３００は、位置基準穴２８０を高い位置精度で検出するために、絞ったビームをマスク２００に照射するとともに、マスク２００からの反射光を絞って受光する。
【０１６１】
そのため、位置センサ３００は、発光素子としてのＬＥＤ３０２と、受光素子としてのフォトダイオード（以下、「ＰＤ」という。）３０４と、ＬＥＤ３０２のための集光素子としてのＬＥＤレンズ３０６と、ＰＤ３０４のための集光素子としてのＰＤレンズ３０８とを含んでいる。この位置センサ３００は、図８に示すように、処理部１６に電気的に接続されている。
【０１６２】
ＰＤ３０４は、マスク２００からの反射光の受光の有無に応じて変化するＰＤ信号を出力する。具体的には、ＰＤ信号は、図１３にタイミングチャートで表すように、いずれの位置基準穴２８０も位置センサ３００に対向しないために位置センサ３００からの光がマスク２００で反射して位置センサ３００に入射する場合に、ハイレベルを示す一方、いずれかの位置基準穴２８０が位置センサ３００に対向するために位置センサ３００からの光がその位置基準穴２８０を透過して位置センサ３００に入射しない場合に、ローレベルを示すように変化する。
【０１６３】
ＬＥＤレンズ３０６は、ＬＥＤ３０２からの光を集光してマスク２００に照射する集光機能を有する。ＰＤレンズ３０８は、マスク２００からの反射光を集光してＰＤ３０４に照射する集光機能を有する。それらＬＥＤレンズ３０６およびＰＤレンズ３０８により、位置基準穴２８０の位置ひいてはフレーム２０２の位置を高精度に検出することが可能となっている。
【０１６４】
図１２に示すように、投影機構６６は、さらに、ＩＤ穴２９０，２９２，２９４を光学的に検出するために、第１ないし第３のＩＤセンサ３１０，３１２，３１４を備えている。それら第１ないし第３のＩＤセンサ３１０，３１２，３１４はそれぞれ、マスク２００の幅方向位置に関して３個のＩＤ穴２９０，２９２，２９４と一致する位置に配置されている。いずれのＩＤセンサ３１０，３１２，３１４も、ＩＤ穴領域２８２に向けて光を照射する発光素子と、ＩＤ穴領域２８２からの反射光を受光する受光素子とを含んでいる。
【０１６５】
第１ないし第３のＩＤセンサ３１０，３１２，３１４の３個の受光素子はそれぞれ、ＩＤ穴領域２８２からの反射光の有無を表す信号を、信号Ｓ１ないしＳ３として出力する。それら信号Ｓ１ないしＳ３は、前述のＰＤ信号と同様に変化する。それら第１ないし第３のＩＤセンサも、位置センサ３００と同様に、図８に示すように、処理部１６に電気的に接続されている。
【０１６６】
図１３には、ＰＤ信号およびＳ１ないしＳ３信号が互いに同期して変化する様子の一例がタイミングチャートで表されている。処理部１６においては、後に詳述するが、マスクモータ６５の駆動によってマスク２００が送られている間にいずれかの位置基準穴２８０が位置センサ３００に対向したためにＰＤ信号がハイレベルからレーレベルに変化した事象をトリガとして、第１ないし第３のＩＤセンサ３１０，３１２，３１４からそれぞれＳ１ないしＳ３信号がサンプリングされる。
【０１６７】
図１２に示すマスク２００の例においては、第１および第３のＩＤセンサ３１０，３１４がそれぞれ、ＩＤ穴２９０，２９４に対向するため、Ｓ１信号およびＳ３信号がそれぞれ、ハイレベルからローレベルに変化する一方、第２のＩＤセンサ３１２は、ＩＤ穴２９２に対向しないため、Ｓ２信号がハイレベルに維持される。それらサンプリングされたＳ１ないしＳ３信号のレベルの組合せにより、位置センサ３００によって検出されたフレーム２０２のＩＤすなわちパターン番号ＰＮが検出される。
【０１６８】
図８には、３次元入力装置１０の電気的な構成がブロック図で表されている。処理部１６はコンピュータ４００を主体として構成されており、そのコンピュータ４００は、ＣＰＵ４０２と、ＲＯＭ４０４と、ＲＡＭ４０６と、バス４０８とを含むように構成されている。
【０１６９】
ＣＰＵ４０２は、ＲＯＭ４０４に記憶されたプログラムをＲＡＭ４０６を利用しつつ実行することにより、レリーズボタン４０の操作状態の検出、ＣＣＤ７０からの画像データの取込み、その取り込まれた画像データの転送および格納、モード切替スイッチ４２の操作状態の検出等の各種処理を行う。
【０１７０】
ＲＯＭ４０４には、カメラ制御プログラム４０４ａと、撮像処理プログラム４０４ｂと、輝度画像生成プログラム４０４ｃと、コード画像生成プログラム４０４ｄと、コード境界抽出プログラム４０４ｅと、レンズ収差補正プログラム４０４ｆと、三角測量演算プログラム４０４ｇと、マスクモータ制御プログラム４０４ｈと、テーブルモータ制御プログラム４０４ｊとが格納されている。
【０１７１】
カメラ制御プログラム４０４ａは、３次元入力装置１０全体の制御を実行するために実行され、その制御には、図１４にフローチャートで概念的に表されているメイン処理が含まれる。
【０１７２】
撮像処理プログラム４０４ｂは、被写体Ｓの３次元形状を検出するためにパターン光が投影された被写体Ｓを撮像してパターン光有画像を取得し、さらに、パターン光が投影されていない被写体Ｓを撮像してパターン光無画像を取得するために実行される。
【０１７３】
輝度画像生成プログラム４０４ｃは、撮像処理プログラム４０４ｂの実行によって被写体Ｓについて取得された各画素のＲＧＢ値に基づき、複数枚のパターン光有画像にそれぞれ対応する複数枚の輝度画像が生成される。
【０１７４】
本実施形態においては、同じ被写体Ｓに対して複数種類のパターン光が時系列に順次投影され、各パターン光が投影されるごとに被写体Ｓが撮像される。そのようにして撮像された複数枚のパターン光有画像の各々について各画素のＲＧＢ値が取得され、その結果、パターン光の種類と同数の輝度画像が生成される。
【０１７５】
コード画像生成プログラム４０４ｄは、輝度画像生成プログラム４０４ｃの実行によって生成された複数枚の輝度画像それぞれに対する閾値処理により生成される２値化画像から、各画素毎に空間コードが割り当てられたコード画像を生成するために実行される。
【０１７６】
概略的に説明するに、このコード画像生成プログラム４０４ｄが実行されると、複数種類のパターン光のうちパターンライン間の間隔が最も狭いものが投影された被写体Ｓの輝度画像におけるパターンライン間の間隔が周期として取得され、その周期の輝度画像全体における分布が周期分布として取得される。
【０１７７】
このコード画像生成プログラム４０４ｄが実行されると、さらに、その取得された周期分布に従ってサイズが変化する可変窓が各パターン光ごとの輝度画像にローカルに設定されることにより、前記可変窓を用いたフィルタ処理により輝度画像全体に対して閾値がローカルに算出されて設定される。そのようにして設定された閾値の分布を表す閾値画像と各パターン光ごとの輝度画像との関係から、各パターン光ごとに２値化画像が生成される。
【０１７８】
可変窓を用いたフィルタ処理により輝度画像全体に対して閾値をローカルに算出する技術は、本出願人の特願２００４−２８５７３６号明細書に詳細に開示されており、その明細書を参照することによってその明細書の内容を本明細書に引用する。
【０１７９】
コード境界抽出プログラム４０４ｅは、コード画像生成プログラム４０４ｄの実行によって生成されたコード画像と、輝度画像生成プログラム４０４ｃの実行によって生成された輝度画像とを利用することにより、コードの境界座標をサブピクセル精度で求めるために実行される。
【０１８０】
レンズ収差補正プログラム４０４ｆは、コード境界抽出プログラム４０４ｅの実行によってサブピクセル精度で求められたコードの境界座標に対して、撮像光学系２０の収差補正を行うために実行される。
【０１８１】
三角測量演算プログラム４０４ｇは、レンズ収差補正プログラム４０４ｆの実行によって収差補正が行われたコードの境界座標から、その境界座標に関する実空間の３次元座標を演算するために実行される。
【０１８２】
マスクモータ制御プログラム４０４ｈは、複数種類のパターン光を順次被写体Ｓに投影すべくマスクモータ６５を制御するために実行される。このマスクモータ制御プログラム４０４ｈは、図１８にフローチャートで概念的に表されている。
【０１８３】
テーブルモータ制御プログラム４０４ｊは、回転テーブル１８４を被写体Ｓと共に割り出し回転させるべくテーブルモータ１９４を制御するために実行される。このテーブルモータ制御プログラム４０４ｊは、他の処理と共に図１６にフローチャートで概念的に表されている。
【０１８４】
本実施形態においては、前述の一連のパターン光の被写体Ｓへの投影および被写体Ｓの撮像が、被写体Ｓの回転位置が等間隔で割り出されるごとに行われる。具体的には、被写体Ｓの回転位置が９０度ずつ間欠的に割り出され、各割り出し位置において、一連のパターン光の投影および被写体Ｓの撮像が行われる。その結果、被写体Ｓの外面の全体領域が４つの部分領域に分割され、各部分領域ごとに立体画像（３次元形状情報）が取得される。それら立体画像が、互いにオーバラップする部分を除去する処理が施されて互いに結合されることにより、被写体Ｓに対応する１つの全体画像がステッチ画像として生成される。
【０１８５】
さらに、本実施形態においては、その生成されたステッチ画像に、同じ被写体Ｓについて計測された表面色情報がマッピングされることにより、ステッチテクスチャが生成される。これにより、被写体Ｓについての一連の３次元入力処理が終了する。
【０１８６】
図８に示すように、ＲＡＭ４０６には、パターン光有画像格納部４０６ａと、パターン光無画像格納部４０６ｂと、輝度画像格納部４０６ｃと、コード画像格納部４０６ｄと、コード境界座標格納部４０６ｅと、収差補正座標格納部４０６ｇと、３次元座標格納部４０６ｈと、周期分布格納部４０６ｐと、閾値画像格納部４０６ｑと、２値化画像格納部４０６ｒと、ステッチ画像格納部４０６ｓと、ステッチテクスチャ格納部４０６ｔと、ワーキングエリア４１０とがそれぞれ記憶領域として割り当てられている。
【０１８７】
パターン光有画像格納部４０６ａは、撮像処理プログラム４０４ｂの実行によって撮像されたパターン光有画像を表すパターン光有画像データを格納する。パターン光無画像格納部４０６ｂは、撮像処理プログラム４０４ｂの実行によって撮像されたパターン光無画像を表すパターン光無画像データを格納する。
【０１８８】
輝度画像格納部４０６ｃは、輝度画像生成プログラム４０４ｃの実行によって生成された輝度画像を表すデータを格納する。コード画像格納部４０６ｄは、コード画像生成プログラム４０４ｄの実行によって生成されたコード画像を表すデータを格納する。コード境界座標格納部４０６ｅは、コード境界抽出プログラム４０４ｅの実行によってサブピクセル精度で抽出された各コードの境界座標を表すデータを格納する。
【０１８９】
収差補正座標格納部４０６ｇは、レンズ収差補正プログラム４０４ｆの実行によって収差補正が行われたコードの境界座標を表すデータを格納する。３次元座標格納部４０４ｈは、三角測量演算プログラム４０４ｇの実行によって演算された実空間の３次元座標を表すデータを格納する。
【０１９０】
周期分布格納部４０６ｐ、閾値画像格納部４０６ｑおよび２値化画像格納部４０６ｒは、コード画像生成プログラム４０４ｄの実行によって取得された周期分布、閾値画像および２値化画像を表すデータをそれぞれ格納する。
【０１９１】
ステッチ画像格納部４０６ｓは、前述のステッチ画像を格納し、ステッチテクスチャ格納部４０６ｔは、前述のステッチテクスチャを格納する。ワーキングエリア４１０は、ＣＰＵ４０２がその動作のために一時的に使用するデータを格納する。
【０１９２】
ここで、図１４を参照することにより、カメラ制御プログラム４０４ａを説明する。このカメラ制御プログラム４０４ａがコンピュータ４００によって実行されることにより、前述のメイン処理が実行される。
【０１９３】
このメイン処理においては、まず、ステップＳ１０１（以下、単に「Ｓ１０１」で表す。他のステップについても同じとする。）において、バッテリ７４を含む電源がＯＮされる。次に、Ｓ１０２において、処理部１６、周辺インタフェイス等が初期化される。
【０１９４】
続いて、Ｓ１０３において、モード切替スイッチ４２の操作状態を判別するためにキースキャンが行われ、その後、Ｓ１０４において、モード切替スイッチ４２の操作によってＳＬＯＷモードが選択されたか否かが判定される。今回は、ＳＬＯＷモードが選択されたと仮定すれば、判定がＹＥＳとなり、Ｓ１０５において、前述の非間引き画像処理モードが設定される。このＳ１０５の実行後、後に詳述するＳ１０８が実行され、続いて、Ｓ１０３に戻る。
【０１９５】
これに対し、今回は、モード切替スイッチ４２の操作によってＳＬＯＷモードが選択されなかったと仮定すれば、Ｓ１０４の判定がＮＯとなり、Ｓ１０６において、モード切替スイッチ４２の操作によってＦＡＳＴモードが選択されたか否かが判定される。今回は、ＦＡＳＴモードが選択されたと仮定すれば、判定がＹＥＳとなり、Ｓ１０７において、前述の間引き画像処理モードが設定される。このＳ１０７の実行後、後に詳述するＳ１０８が実行され、続いて、Ｓ１０３に戻る。
【０１９６】
これに対し、今回は、モード切替スイッチ４２の操作によってＦＡＳＴモードが選択されなかったと仮定すれば、Ｓ１０６の判定がＮＯとなり、Ｓ１１２において、モード切替スイッチ４２の操作によってオフモードが選択されたか否かが判定される。今回は、モード切替スイッチ４２の操作によってオフモードが選択されたと仮定すれば、判定がＹＥＳとなり、直ちに今回のメイン処理が終了するが、今回は、モード切替スイッチ４２の操作によってオフモードが選択されなかったと仮定すれば、判定がＹＥＳとなり、Ｓ１０３に戻る。
【０１９７】
図１５には、図１４におけるＳ１０８が立体画像処理ルーチンとしてフローチャートで概念的に表されている。この立体画像処理ルーチンの実行により、被写体Ｓの３次元形状を立体画像として検出し、表示する立体画像処理が実行される。この立体画像処理においては、さらに、同じ被写体Ｓの表面色も検出される。それら立体画像の検出結果と表面色の検出結果とが位置に関連付けて組み合わされたものが３次元色形状検出結果である。
【０１９８】
この立体画像処理においては、まず、Ｓ１００１において、ファインダ画像、すなわち、撮像光学系３０を通して見える範囲の画像と同じ画像がモニタＬＣＤ４４に表示される。よって、ユーザは、モニタＬＣＤ４４に表示された画像を見ることにより、実際の撮像前に、撮像画像（撮像範囲）を確認することができる。
【０１９９】
次に、Ｓ１００２において、レリーズボタン４０の操作状態がスキャンされ、その後、Ｓ１００３において、そのスキャン結果に基づき、レリーズボタン４０が半押し状態にあるか否かが判定される。半押し状態にあれば、判定がＹＥＳとなり、Ｓ１００４において、オートフォーカス（ＡＦ）および自動露出（ＡＥ）機能が起動し、それにより、ピント、絞りおよびシャッタスピードが調節される。レリーズボタン４０が半押し状態になければ、Ｓ１００３の判定がＮＯとなり、Ｓ１０１０に移行する。
【０２００】
Ｓ１００４の実行後、Ｓ１００５において、再度、レリーズボタン４０の操作状態がスキャンされ、その後、Ｓ１００６において、そのスキャン結果に基づき、レリーズボタン４０が全押し状態にあるか否かが判定される。レリーズボタン４０が全押し状態になければ、このＳ１００６の判定がＮＯとなってＳ１００２に戻る。
【０２０１】
レリーズボタン４０が半押し状態から全押し状態に移行すれば、Ｓ１００６の判定がＹＥＳとなり、Ｓ１００７において、後述の３次元色形状検出処理が実行され、それにより、被写体Ｓの３次元形状および表面色が検出される。
【０２０２】
概略的に説明するに、その３次元色形状検出処理により、被写体Ｓについて３次元色形状検出結果が生成される。ここに、３次元色形状検出結果とは、後述の空間コード画像において検出される複数の空間コード境界画像を３次元座標に変換した結果取得される頂点座標の集合体であって、各頂点ごとに色形状情報とポリゴン情報とが互いに関連付けられたものを意味する。色形状情報は、実空間座標とＲＧＢ値との組合せを表す情報である。ポリゴン情報は、複数個の頂点のうち、被写体Ｓを３次元的に表面する立体を構成するために互いに連結されるべき複数の頂点の組合せを表す情報である。
【０２０３】
その後、Ｓ１００８において、その３次元色形状検出結果が外部メモリ７８に格納され、続いて、Ｓ１００９において、その３次元色形状検出結果が３次元コンピュータグラフィック画像としてモニタＬＣＤ４４に表示される。
【０２０４】
その後、Ｓ１０１０において、図１４におけるＳ１０３と同様にしてキースキャンが行われる。続いて、Ｓ１０１１において、モード切替スイッチ４２の操作状態に変化が無いか否かが判定される。変化が無ければ、Ｓ１０１１の判定がＹＥＳとなり、Ｓ１００１に戻るが、変化が有れば、Ｓ１０１１の判定がＮＯとなり、今回の立体画像処理が終了する。
【０２０５】
図１５のＳ１００７において実行される３次元色形状検出処理においては、空間コード化法を用いて被写体Ｓの３次元形状が検出される。
【０２０６】
図１６には、図１５におけるＳ１００７が３次元色形状検出処理ルーチンとしてフローチャートで概念的に表されている。この３次元色形状検出処理ルーチンには、テーブルモータ制御プログラム４０４ｉが組み込まれており、このテーブルモータ制御プログラム４０４ｉは、図１６におけるＳ１２０１およびＳ１２２１ないしＳ１２２３を含むように構成されている。
【０２０７】
この３次元色形状検出処理ルーチンにおいては、まず、Ｓ１２０１において、回転テーブル１８４の回転位相ＰＨが０に初期化される。本実施形態においては、回転テーブル１８４が１回転する間に４回停止させられるため、回転テーブル１８４には４つの回転位相ＰＨが離散的に設定される。具体的には、回転位相ＰＨは、初期の回転位相ＰＨを表す「０」と、次の回転位相ＰＨを表す「１」と、次の回転位相ＰＨを表す「２」と、最後の回転位相ＰＨを表す「３」とに離散的に変化させられる。
【０２０８】
次に、Ｓ１２１０において、撮像処理プログラム４０４ｂが実行されることにより、今回の回転位相ＰＨについて撮像処理が実行される。この撮像処理においては、投影部１２からストライプ状のパターン光が時系列的に被写体Ｓに投影される。さらに、複数種類のパターン光が投影されている被写体Ｓをそれぞれ撮像した複数枚のパターン光有画像と、パターン光が投影されていない同じ被写体Ｓを撮像した１枚のパターン光無画像とが取得される。このＳ１２１０は、後に図１７を参照して詳述する。
【０２０９】
撮像処理が終了すると、Ｓ１２２０において、今回の回転位相ＰＨについて３次元計測処理が実行される。この３次元計測処理が実行されると、上述の撮像処理によって取得された複数枚のパターン光有画像と１枚のパターン光無画像とが利用されて、実際に被写体Ｓの３次元形状が計測される。このＳ１２２０は、後に図２１を参照して詳述する。
【０２１０】
この３次元計測処理が終了すると、Ｓ１２２１において、次回の撮像に備えて、回転位相ＰＨが１だけインクリメントされる。続いて、Ｓ１２２２において、回転位相ＰＨの現在値が４より大きいか否か、すなわち、被写体Ｓについての一連の撮像が既に終了しているか否かが判定される。
【０２１１】
今回は、回転位相ＰＨの現在値が４より大きくはないと仮定すれば、そのＳ１２２２の判定がＮＯとなり、Ｓ１２２３において、回転テーブル１８４を時計方向に９０度回転させるのに必要な駆動信号がテーブルモータ１９４に対して出力される。その結果、回転テーブル１８４が時計方向に９０度回転させられ、それにより、被写体Ｓが、前回の撮像時とは異なる部分領域において測定ヘッドＭＨに対向させられる。その後、Ｓ１２１０およびＳ１２２０が実行され、それにより、次の回転位相ＰＨについて前述の撮像処理および３次元計測処理が行われる。
【０２１２】
Ｓ１２１０ないしＳ１２２３のループが必要回数実行された結果、Ｓ１２２２の判定がＹＥＳとなれば、その後、Ｓ１２３０において、被写体Ｓについて計測された３次元形状と表面色とを組み合わせることにより、３次元色形状検出結果が生成される。このＳ１２３０は、後に図２３を参照して詳述する。
【０２１３】
この３次元色形状検出結果が生成されると、今回の３次元色形状検出処理が終了する。
【０２１４】
ここで、図１７を参照することにより、図１６におけるＳ１２１０を詳述する。図１７には、そのＳ１２１０が撮像処理プログラム４０４ｂとしてフローチャートで概念的に表されている。
【０２１５】
この撮像処理プログラム４０４ｂにおいては、まず、Ｓ２００１において、パターン光を形成するために使用されるマスクパターンの番号を表すパターン番号ＰＮが０に初期化される。続いて、Ｓ２００２において、そのパターン番号ＰＮの現在値が最大値ＰＮｍａｘより小さいか否かが判定される。その最大値ＰＮｍａｘは、使用されるマスクパターンの合計数に応じて決定される。例えば、８種類のマスクパターンが使用される場合には、最大値ＰＮｍａｘが８に設定される。
【０２１６】
今回は、パターン番号ＰＮの現在値が最大値ＰＮｍａｘより小さいと仮定すれば、Ｓ２００２の判定がＹＥＳとなり、続いて、Ｓ２００２ａにおいて、マスクモータ制御プログラム４０４ｈが実行される。
【０２１７】
このマスクモータ制御プログラム４０４ｈにおいては、図１８に示すように、まず、Ｓ２２０１において、マスクモータ６５を一定速度で回転駆動するための信号がマスクモータドライバ８６に供給される。これにより、マスク２００が供給ローラ２２０から照射位置２２８に供給される向きにマスク２００が送られる。
【０２１８】
次に、Ｓ２２０２において、位置センサ３００からＰＤ信号が読み取られる。続いて、Ｓ２２０３において、その読み取られたＰＤ信号がローレベルを示すか否かが判定される。すなわち、位置センサ３００がいずれかの位置基準穴２８０（今回は、先頭の位置基準穴２８０）が検出されたか否かが判定されるのである。
【０２１９】
今回は、ＰＤ信号がハイレベルを示すと仮定すれば、Ｓ２２０３の判定がＮＯとなり、Ｓ２２０１に戻り、マスクモータ６５の駆動およびＰＤ信号の読み取りが繰り返される。Ｓ２２０１ないしＳ２２０３の実行が何回か繰り返された結果、ＰＤ信号がハイレベルからローラベルに変化したと仮定すれば、Ｓ２２０３の判定がＹＥＳとなる。
【０２２０】
その後、Ｓ２２０４において、第１ないし第３のＩＤセンサ３１０ないし３１４からＳ１ないしＳ３信号がそれぞれ読み取られる。続いて、Ｓ２２０５において、それら読み取られたＳ１ないしＳ３信号のレベルの組合せ（３ビットの情報）がパターン番号ＰＮの現在値を表すか否かが判定される。すなわち、マスク２００における複数のフレーム２０２のうち現在、照射位置２２８に位置しているものすなわち現在フレーム２０２のパターン番号ＰＮが、パターン番号ＰＮの現在値と一致するか否かが判定されるのである。
【０２２１】
今回は、現在フレーム２０２のパターン番号ＰＮがパターン番号ＰＮの現在値と一致しないと仮定すると、Ｓ２２０５の判定がＮＯとなり、Ｓ２２０１に戻る。これに対し、今回は、現在フレーム２０２のパターン番号ＰＮがパターン番号ＰＮの現在値と一致すると仮定すると、Ｓ２２０５の判定がＹＥＳとなる。本実施形態においては、マスク２００において複数のフレーム２０２が並ぶ順序と同じ順序に、パターン番号ＰＮが１ずつ増加させられるようになっている。すなわち、マスク２００がシーケンシャルに送られるようになっているのであり、よって、Ｓ２２０５の判定は、３次元入力装置１０に異常が存在しない限り、ＹＥＳとなる。
【０２２２】
Ｓ２２０５の判定がＹＥＳとなると、その後、Ｓ２２０６において、マスクモータ６５が停止させられ、それにより、現在フレーム２０２が照射位置２２８に停止させられる。その結果、現在フレーム２０２の位置決めが完了する。
【０２２３】
以上で、このマスクモータ制御プログラム４０４ｈの一回の実行が終了する。
【０２２４】
なお付言するに、本実施形態においては、マスクモータ６５の間欠的駆動によるマスク２００の間欠的送りにより、複数のフレーム２０２が順次、照射位置２２８に位置決めされるように、マスクモータ６５が制御される。これに対し、マスクモータ６５の連続的駆動によるマスク２００の連続的送りにより、複数のフレーム２０２が順次、照射位置２２８に位置決めされるように、マスクモータ６５が制御される態様で本発明を実施することが可能である。
【０２２５】
ところで、前述のように、本実施形態においては、マスク２００において各貫通穴２０４の長さ方向がマスク２００の送り方向に一致させられている。よって、マスク２００の移動中でも、いずれかのフレーム２０２が照射位置２２８を通過する際に、同じフレーム２０２によって同じパターン光が生成されて被写体Ｓに投影される時間を確保することが容易である。
【０２２６】
したがって、マスク２００が一時的に停止しないにもかかわらず、同じパターン光を事実上、静止画像として被写体Ｓに投影することが容易である。このことは、マスク２００の連続的送りにより、複数のフレーム２０２を順次、照射位置２２８に確実に位置決めするために好都合である。
【０２２７】
本実施形態においては、マスクモータ制御プログラム４０４ｈの一回の実行が終了すると、図１７におけるＳ２００３において、使用される複数種類のマスクパターンのうち、パターン番号ＰＮの現在値と等しい番号が付されたＰＮ番目のマスクパターンの投影が開始される。
【０２２８】
続いて、Ｓ２００４において、ＰＮ番目のマスクパターンを被写体Ｓに投影するための投影処理が行われる。図１９には、このＳ２００４の詳細が投影処理サブルーチンとしてフローチャートで概念的に表されている。この投影処理サブルーチンの実行により、ＰＮ番目のマスクパターンを有するパターン光を投影部１２から被写体Ｓに投影する投影処理が投影機構６６との共同作用によって実行される。
【０２２９】
この投影処理においては、まず、Ｓ３００４において、光源ドライバ８４が駆動され、続いて、Ｓ３００５において、その光源ドライバ８４からの電気信号によってＬＥＤ６２が発光する。以上で、今回の投影処理が終了する。
【０２３０】
ＬＥＤ６２から発光した光は、光源レンズ６４を経て投影機構６６に到達する。その投影機構６６においては、マスク２００の現在フレーム２０２の開口パターンに応じた空間変調が施され、その結果、投影機構６６への入射光がパターン光に変換されて出力される。その投影機構６６から出力されるパターン光は、投影光学系３２を経て被写体Ｓに投影画像として投影される。
【０２３１】
以上のようにして、ＰＮ番目のマスクパターンによって形成されるＰＮ番目のパターン光が被写体Ｓに投影されると、続いて、図１７におけるＳ２００５において、そのＰＮ番目のパターン光が投影されている被写体Ｓが撮像部１４によって撮像される。
【０２３２】
その撮像により、ＰＮ番目のパターン光が投影されている被写体Ｓを撮像したＰＮ番目のパターン光有画像が取得される。その取得されたパターン光有画像は、対応するパターン番号ＰＮに関連付けてパターン光有画像格納部４０６ａに格納される。
【０２３３】
その撮像が終了すると、Ｓ２００６において、ＰＮ番目のパターン光の投影が終了し、続いて、Ｓ２００７において、次のパターン光を投影すべく、パターン番号ＰＮが１だけインクリメントされ、その後、Ｓ２００２に戻る。
【０２３４】
Ｓ２００２ないしＳ２００７の実行がパターン光の種類の数と同数回繰り返された結果、パターン番号ＰＮの現在値が最大値ＰＮｍａｘより小さくはない値になると、Ｓ２００２の判定がＮＯとなり、今回の撮像処理が終了する。したがって、一回の撮像処理により、最大値ＰＮｍａｘと同数枚のパターン光有画像が取得されることになる。
【０２３５】
続いて、Ｓ２００８において、フラッシュモードが選択されているか否かが判定される。フラッシュモードが選択されていれば、その判定がＹＥＳとなり、Ｓ２００９において、フラッシュ２６が発光させられるが、フラッシュモードが選択されていなければ、Ｓ２００８の判定がＮＯとなり、Ｓ２００９がスキップされる。いずれにしても、その後、Ｓ２０１０において、被写体Ｓが撮像される。
【０２３６】
この撮像は、被写体Ｓの表面色を計測することを目的として、投影部１２からパターン光を被写体Ｓに投影することなく、行われる。その結果、被写体１２について１枚のパターン光無画像が取得される。その取得されたパターン光無画像はパターン光無画像格納部４０６ｂに格納される。
【０２３７】
続いて、Ｓ２０１１において、マスク２００のうちの長さ方向における先頭部分が照射位置２２８に位置するようにマスク２００の長さ方向位置を初期化すべくマスクモータ６５が駆動される。
【０２３８】
以上で、この撮像処理プログラム４０４ｂの一回の実行が終了する。
【０２３９】
図２０には、この撮像処理プログラム４０４ｂの一回の実行に伴うこの３次元入力装置１０の作動の一例がタイミングチャートで表されている。この作動例は、ユーザによってＦＡＳＴモードが選択されている状態でユーザによってレリーズボタン４０が全押し状態に操作された場合にこの３次元入力装置１０によって実行されるものである。
【０２４０】
図２０（ａ）には、被写体Ｓからの入射光によってＣＣＤ７０が複数回、連続して露光される様子が示されている。図２０（ｂ）には、それら複数回の露光のそれぞれにつき、被写体Ｓからの入射光によって表される全体画像のうちの各画素ごとに光がＣＣＤ７０によって電気信号に変換されてＣＣＤ７０から出力される信号出力タイミングがタイミングチャートで表されている。図２０（ｃ）には、撮像部１４の画像処理モードが前述の間引き画像処理モードと非間引き画像処理モードとに時間的に切り替わるタイミングがタイミングチャートで表されている。
【０２４１】
さらに、図２０（ｄ）には、撮像部１４の状態が、待機状態と、撮像および信号取り出しのための作動状態とに時間的に切り替わるタイミングがタイミングチャートで表されている。図２０（ｅ）には、各パターン光を形成するためにマスク２００において各フレーム２０２が割り出されるタイミングがタイミングチャートで表されている。図２０（ｆ）には、フラッシュ２６がＯＦＦ状態とＯＮ状態とに時間的に切り替わるタイミングがタイミングチャートで表されている。図２０（ｇ）には、レリーズボタン４０が非操作状態（ＯＦＦ状態）と操作状態（ＯＮ状態）とに時間的に切り替わるタイミングがタイミングチャートで表されている。
【０２４２】
本実施形態においては、被写体Ｓからの入射光によるＣＣＤ７０の露光後に、その露光を反映した信号のＣＣＤ７０からの取り出しが行われる。１回の露光に１回の信号取り出しが対応しており、それら露光と信号取り出しとが互いに共同して１回の個別撮像処理を構成する。
【０２４３】
本実施形態においては、同じ被写体Ｓについて３次元形状情報の取得と表面色情報の取得とが連続的に、かつ、それらの順で行われる。
【０２４４】
前述のように、被写体Ｓの３次元形状情報を取得するために、その被写体Ｓに８種類のパターン光（パターン番号ＰＮ＝０〜７）が順次投影され、各パターン光の投影ごとに、ＣＣＤ７０の露光とＣＣＤ７０からの信号取り出しとが行われる。すなわち、被写体Ｓの３次元形状情報を取得するために、その被写体Ｓに対する個別撮像処理が順次、合計８回行われるのである。図２０においては、３次元形状情報を取得するための各回の個別撮像処理に対応するパターン光の番号ＰＮが、「０」ないし「７」の数字によって示されている。
【０２４５】
被写体Ｓの表面色情報を取得するために、被写体Ｓからの入射光によってＣＣＤ７０が１回露光され、その後に信号取り出しが行われる。すなわち、被写体Ｓの表面色情報を取得するために、被写体Ｓに対する個別撮像処理が１回行われるのである。図２０においては、表面色情報を取得するための１回の個別撮像処理が「ｃ」という記号によって示されている。
【０２４６】
３次元形状情報取得のための撮像においては、照明光としてパターン光を被写体Ｓに投影することが必須であるのに対し、表面色情報取得のための撮像においては、照明光を被写体Ｓに投影することが選択的である。具体的には、表面色情報取得のための撮像においては、被写体Ｓからの受光量が不足している場合に、フラッシュ２６が自動的に発光させられ、それにより、被写体Ｓに照明光が投影される。
【０２４７】
したがって、本実施形態においては、３次元形状情報取得のための８回の個別撮像処理と、表面色情報取得のための１回の個別撮像処理とが連続的に行われ、合計９回の個別撮像処理が連続的に行われる。本実施形態においては、それら９回の個別撮像処理が互いに共同して１回の全体撮像処理を構成している。
【０２４８】
それら９回の個別撮像処理においては、同じ被写体Ｓについて９回の露光が順次行われ、それら９回の露光は、例えば、ビデオレートと同じ速度で同一周期で行われる。それら９回の露光が連続的に行われる期間は、被写体Ｓと３次元入力装置１０との相対位置が変化するとその影響がＣＣＤ７０の撮像結果に現れる期間である。この期間は、３次元入力装置１０の撮像時間である。この撮像時間が短いほど、３次元入力装置１０の動画撮像能力が高いことを意味する。
【０２４９】
図２０に示す一作動例においては、３次元形状情報取得のための８回の個別撮像処理における信号取り出しがいずれも、間引き画像処理として実行される。したがって、３次元形状情報取得のための各回の個別撮像処理においては、ＣＣＤ７０の露光に後続し、必要な信号取り出し時間ｔ１の経過後、ＣＣＤ７０から電気信号が出力される。信号取り出し時間ｔ１は、１フレーム取り出し時間ともいい、各パターン光の投影ごとに、ＣＣＤ７０の露光が終了してから、３次元形状情報が１フレーム分、ＣＣＤ７０から出力されるまでに必要な３次元形状情報出力時間を意味する。
【０２５０】
これに対し、図２０に示す一例においては、表面色情報取得のための１回の個別撮像処理における信号取り出しが、非間引き画像処理として実行される。したがって、表面色情報取得のための１回の個別撮像処理については、ＣＣＤ７０の露光に後続し、必要な信号取り出し時間ｔ２の経過後、ＣＣＤ７０から電気信号が出力される。信号取り出し時間ｔ２は、１フレーム取り出し時間ともいい、ＣＣＤ７０の露光が終了してから、表面色状情報が１フレーム分、ＣＣＤ７０から出力されるまでに必要な表面色情報出力時間を意味する。
【０２５１】
間引き画像処理に必要な信号取り出し時間ｔ１は、非間引き画像処理に必要な信号取り出し時間ｔ２より短い。例えば、信号取り出し時間ｔ１は、約３３ｍｓであるのに対し、信号取り出し時間ｔ２は、約０．５ｓである。
【０２５２】
図２０（ａ）および（ｂ）に示すように、１回の個別撮像処理においては、露光が終了した後に信号取り出しが開始されるが、次回の個別撮像処理における露光は、前回の個別撮像処理における信号取り出しが終了する前に開始される。すなわち、ある回の個別撮像処理における信号取り出しと次回の個別撮像処理における露光とが時間的に部分的にオーバラップするように行われるのである。ただし、ある回の個別撮像処理における信号取り出しは、次回の個別撮像処理における露光が終了する前に終了する。
【０２５３】
したがって、本実施形態においては、図２０（ｂ）に示すように、３次元形状情報取得のための８回の信号取り出しが時間的に隙間なく連続的に行われる。
【０２５４】
各回の信号取り出しは、それが間引き画像処理として実行される場合には、約３３ｍｓで終了する。したがって、８回の信号取り出しは約０．２６ｓで終了する。よって、図２０に示す撮像時間（全体撮像時間）のうち３次元形状情報取得のための撮像に必要な部分（以下、「部分撮像時間」という。）の長さは、信号取り出し時間の長さの合計値によって支配されるため、約０．２６ｓの程度の長さで済む。
【０２５５】
これに対し、各回の信号取り出しは、それを非間引き画像処理として実行すると、約０．５ｓも必要である。そのため、８回の信号取り出しに約５ｓも必要となり、よって、それに対応する部分撮像時間もその程度の長さが必要となる。
【０２５６】
このように、ＣＣＤ７０からの信号取り出しを間引き画像処理として実行する場合には、撮像時間が短縮され、その結果、被写体Ｓの動きや３次元入力装置１０の手振れにもかかわらず、被写体Ｓの３次元形状を高精度で計測できる。
【０２５７】
さらに、図２０に示すように、本実施形態においては、３次元形状情報取得のための２回目ないし８回目の露光のそれぞれと、表面色情報取得のための露光とが、それぞれ、先行する直前の露光に対応する信号取り出しの終了を待つことなく、開始される。先行する露光に対応する信号取り出しと、後続する露光とが互いに並行して行われるのであり、これにより、９回の信号取出しが時間的に隙間なく連続的に行われる。したがって、図２０に示す撮像時間、すなわち、３次元形状情報取得のための撮像と表面色情報取得のための撮像との双方を連続的に行うのに必要な時間が短縮される。
【０２５８】
具体的には、各回の信号取り出しは、それが間引き画像処理として実行される場合には、約３３ｍｓで終了するため、９回の信号取り出しは約０．３ｓで終了し、よって、それに対応する全体撮像時間もその程度の長さで済む。
【０２５９】
仮に、表面色情報取得のための１回の個別撮像処理すなわち表面色計測撮像処理（信号取り出しが非間引き画像処理として実行される。）を先に、３次元形状情報取得のための８回の個別撮像処理すなわち３次元計測撮像処理（信号取り出しが間引き画像処理として実行される。）を後に実行した場合には、先行する表面色計測撮像処理における信号取出しがほとんど終了するまで、３次元形状情報取得のための初回の露光を待たせなければならない。その待ち時間は、信号取り出し時間ｔ２の長さにほぼ等しく、約０．５ｓである。
【０２６０】
この場合には、表面色情報取得のための露光と、３次元形状情報取得のための初回の露光との間にやや長い時間間隔が存在し、図２０に示す全体撮像時間が長くなる。一方、測定ヘッドＭＨと被写体Ｓとの間の相対変位が存在しないかないしは十分に小さい場合には、その全体撮像時間がやや長いことは問題にならない。これに対し、測定ヘッドＭＨと被写体Ｓとの間の相対変位が大きい場合には、その全体撮像時間が長いと、表面色情報と３次元形状情報とが画素の位置に関して互いに十分に正確にマッチングしなくなってしまう。すなわち、テクスチャマッピング精度が低下してしまうのである。
【０２６１】
これに対し、本実施形態においては、図２０に示すように、３次元形状情報取得のための８回の個別撮像処理が先に、表面色情報取得のための１回の個別撮像処理が後に行われる。その結果、先行する３次元形状情報取得のための８回目の露光と、後続する表面色情報取得のための露光とを、先行する３次元形状情報取得のための８回の露光が行われる周期と同じ周期で連続して行うことが可能となる。よって、本実施形態によれば、全体撮像時間を、約０．３ｓ程度にまで短縮することが可能となる。
【０２６２】
したがって、本実施形態によれば、３次元形状情報取得のための露光と表面色情報取得のための露光とを十分に短い時間間隔で連続して行うことが可能となり、その結果、測定ヘッドＭＨと被写体Ｓの間の相対変位の有無やその程度の大小にかかわらず、高いテクスチャマッッピング精度が実現される。
【０２６３】
よって、本実施形態によれば、３次元形状情報取得のためのＣＣＤ７０からの信号取り出しを間引き画像処理モードで実行する場合（ユーザがＦＡＳＴモードを選択する場合）には、高いテクスチャ解像度すなわち表面色計測精度を確保しつつ、高いテクスチャマッピング精度で動画を撮像するのに適した３次元入力装置１０が提供される。
【０２６４】
さらに、本実施形態においては、ユーザが、３次元形状情報を取得するための画像処理モードを、間引き画像処理モードすなわちＦＡＳＴモードと、非間引き画像処理モードすなわちＳＬＯＷモードとに適宜変更することが可能である。テクスチャマッピング精度の低下が懸念される環境において、ユーザがＦＡＳＴモードを選択すれば、そのような環境にもかかわらず、テクスチャマッピング精度が低下せずに済む。一方、テクスチャマッピング精度の低下が懸念されない環境において、ユーザがＳＬＯＷモードを選択すれば、高いテクスチャマッピング精度のみならず高い３次元形状計測精度も実現される。
【０２６５】
このように、本実施形態によれば、３次元入力装置１０の使用環境や３次元形状計測精度とテクスチャマッピング精度とのそれぞれに対するユーザの要望に応じて、３次元入力装置１０の設定をユーザが任意に変更することができ、よって、３次元入力装置１０の使い勝手が向上する。
【０２６６】
ここで、図２１を参照することにより、図１６におけるＳ１２２０を詳述する。図２１には、そのＳ１２２０が３次元計測処理サブルーチンとしてフローチャートで概念的に表されている。
【０２６７】
この３次元計測処理サブルーチンにおいては、まず、Ｓ４００１において、輝度画像生成プログラム４０４ｃの実行により、輝度画像が生成される。
【０２６８】
このＳ４００１においては、輝度値が、ＹＣｂＣｒ空間におけるＹ値として定義されており、各画素のＲＧＢ値より、
【０２６９】
Ｙ＝０．２９８９・Ｒ＋０．５８６６・Ｇ＋０．１１４５・Ｂ
【０２７０】
なる式を用いて計算される。各画素についてＹ値を求めることにより、複数枚のパターン光有画像にそれぞれ対応複数枚の輝度画像が生成される。それら生成された輝度画像は、パターン番号ＰＮに関連付けて輝度画像格納部４０６ｃに格納される。ただし、輝度値の算出に用いられる式は、上記式に限定されるものではなく、他の式に適宜変更することが可能である。
【０２７１】
次に、Ｓ４００２において、コード画像生成プログラム４０４ｄが実行される。このコード画像生成プログラム４０４ｄが実行されると、生成された複数枚の輝度画像が前述の空間コード化法を利用して組み合わされることにより、各画素ごとに空間コードが割り当てられたコード画像が生成される。そのコード画像は、輝度画像格納部４０６ｃに格納された複数種類のパターン光有画像に関する輝度画像と、各画素ごとに輝度閾値が割り当てられた閾値画像との比較による２値化処理によって生成される。その生成されたコード画像はコード画像格納部４０６ｄに格納される。
【０２７２】
図２２には、このコード画像生成プログラム４０４ｄの詳細がフローチャートで概念的に表されている。このコード画像生成プログラム４０４ｄにおいて採用されている技術は、本出願人の特願２００４−２８５７３６号明細書に詳細に記載されているため、その特許出願を参照することにより、その特許出願の内容を本明細書に引用する。
【０２７３】
以下、このコード画像生成プログラム４０４ｄを時系列的に説明するが、それに先立ち、原理的に説明する。
【０２７４】
本実施形態においては、同じ被写体Ｓ（３次元対象物）につき、複数種類のパターン光のもとにそれぞれ複数枚の輝度画像が生成される。それらパターン光はいずれも、明部、すなわち、幅を有する明るいパターンラインと、暗部、すなわち、幅を有する暗いパターンラインとが交互に一定の周期で繰り返すように形成される。それらパターン光は、その周期に関して互いに異なっており、それぞれ、パターン番号ＰＮを有するパターン光と称される。それらパターン光のうち最も短い周期を有するパターン光が、パターン番号ＰＮが０であるパターン光であり、最も長い周期を有するパターン光が、パターン番号ＰＮが（ＰＮｍａｘ−１）であるパターン光である。
【０２７５】
いずれの輝度画像も、対応するパターン光のもとに取得されるため、明部としての明るいパターンラインと、暗部としての暗いパターンラインとが交互に並んで成るパターン画像として形成される。パターンライン間の間隔すなわち周期は、３次元入力装置１０と被写体Ｓとの間における相対的な幾何学的関係（位置および向きに関する関係）に依存するため、各輝度画像内のすべての位置において一定であるとは限らない。複数種類のパターン光のもとにそれぞれ取得される複数枚の輝度画像は、対応するパターン光のパターン番号ＰＮを用いて特定される。
【０２７６】
本実施形態においては、それら複数枚の輝度画像のうちのいずれかが代表パターン画像に選択される。その代表パターン画像の一典型例は、複数種類のパターン光のうちパターンライン周期が最小であるものに対応する輝度画像であり、これは、パターン番号ＰＮが０である輝度画像である。
【０２７７】
パターン光が投影された被写体Ｓを撮像した輝度画像においては、輝度値が画素列の方向において空間的にかつ周期的に変化する。その周期的変化を表すグラフにそれの複数個の下ピーク点（最低輝度点）において接する包絡線が存在する。この包絡線は、同じ被写体Ｓを無照射状態で撮像した輝度画像における輝度値、すなわち、被写体Ｓの背景光の輝度値の空間的変化を表している。このような包絡線が存在する輝度画像については、各画素の輝度値を閾値処理によって正確に２値化するためには、閾値を画素位置に応じて変化させることが望ましい。すなわち、輝度画像の実際の輝度値変化をトラッキングすることによって閾値を適応的に変化させることが望ましいのである。
【０２７８】
このような知見に基づき、本実施形態においては、輝度画像に対してフィルタ処理を行うことによって閾値を算出するフィルタ窓がローカルに設定され、フィルタ処理されることによりその位置に適した閾値が、輝度画像に対してローカルに設定される。輝度画像のうちのあるローカル位置に窓が設定されれば、輝度画像を構成する複数本のパターンラインのうちその窓内に存在する画素の輝度値が取り出されて参照されることにより、そのあるローカル位置に対応する閾値が設定される。
【０２７９】
本実施形態において使用される窓は、方形窓である。この方形窓を採用する場合には、その方形窓内に存在する複数本のパターンラインを構成する画素の輝度値が取り出され、それら輝度値に対して同一の重み係数が用いられて閾値が算出される。その重み係数により、方形窓の窓関数が定義される。
【０２８０】
さらに、方形窓を採用する場合には、その方形窓の、パターンラインが延びるライン方向におけるライン方向サイズに応じて、その方形窓内においてライン方向に存在する画素の数を可変とすることができる。一方、その方形窓の、複数本のパターンラインが列を成して並ぶ列方向における列方向サイズに応じて、その方形窓内において列方向に存在するパターンラインの数も画素の数も可変とすることができる。
【０２８１】
したがって、方形窓を採用する場合には、その方形窓の列方向サイズにより、輝度画像に窓を設定することによってその輝度画像から算出される閾値が変化することになる。よって、その閾値を適応的に変化させることが必要である場合には、方形窓の列方向サイズを適応的に変化させればよい。
【０２８２】
本実施形態においては、方形窓として構成される窓のサイズが、その窓内に存在するパターンラインの数がそれらパターンラインの間隔すなわち周期（例えば、明るいパターンラインが繰り返される周期）の整数倍であるように設定することが望ましい。すなわち、窓内に、明るいパターンラインと暗いパターンラインとが同数ずつ存在するように窓のサイズを設定することが望ましいのである。このように設定すれば、窓内に存在する複数本のパターンラインの輝度値の平均値を算出することにより、望ましい閾値を高精度取得することができる。
【０２８３】
しかしながら、同じ輝度画像上であっても、パターンラインの周期は場所によって異なる可能性がある。そのため、窓のサイズを固定した場合には、窓内に存在するパターンラインの数が場所によって変動してしまい、閾値の設定精度が低下してしまう。
【０２８４】
本実施形態においては、複数枚の輝度画像のうち、パターンラインの周期が最小であるパターン光のもとに撮像されたもの、すなわち、パターン番号ＰＮが０である輝度画像が代表パターン画像として選択される。さらに、本実施形態においては、その代表パターン画像に対してローカルに設定される窓ＶＷが、それのサイズが可変である可変窓として構成されている。それにより、その可変窓ＶＷのサイズが、代表パターン画像の実際のパターンライン周期に適応して変化させられる。
【０２８５】
したがって、本実施形態によれば、代表パターン画像におけるパターンライン周期が列方向位置に応じて変動しても、それに追従するように可変窓ＶＷのサイズが変更され、その結果、パターンライン周期の変動にもかかわらず、可変窓ＶＷ内に存在する明部と暗部のパターンラインの数が一定に維持される。本実施形態においては、代表パターン画像に対して可変窓ＶＷが設定される各ローカル位置ごとに閾値ＴＨが取得される。各ローカル位置ごとの閾値ＴＨは、各ローカル位置に最適なサイズを有する可変窓ＶＷのもとに精度よく取得されることになる。
【０２８６】
また、明部と暗部のパターンラインの数が一定に維持されるような可変窓ＶＷのサイズは、パターン番号ＰＮが０である輝度画像において最小となる。したがって、パターン番号ＰＮが０である輝度画像を代表パターン画像として選択することにより、最小の可変窓ＶＷのサイズが可能になり、可変窓ＶＷを用いた後のフィルタ処理の計算負担を抑えることが可能になる。
【０２８７】
本実施形態においては、その可変窓ＶＷが、サイズが可変である方形窓として構成されている。その可変窓ＶＷのサイズは、代表パターン画像の列方向には可変であるが、ライン方向には固定であるように設定されている。
【０２８８】
本実施形態においては、その可変窓ＶＷのサイズ、すなわち、代表パターン画像の列方向におけるサイズが、その代表パターン画像の実際のパターンライン周期を適応的に反映するように設定される。そのため、可変窓ＶＷのサイズを設定するために、代表パターン画像の実際のパターンライン周期分布が事前に判明していることが必要である。
【０２８９】
よって、本実施形態においては、可変窓ＶＷのサイズの設定に先立ち、サイズが固定された固定窓が代表パターン画像に対して設定される。その設定された固定窓によって捕捉される複数個の連続画素が複数個の注目画素として選択され、それら選択された注目画素の輝度値に基づき、代表パターン画像の実際のパターンライン周期分布が取得される。
【０２９０】
本実施形態においては、さらに、代表パターン画像における複数個の注目画素の輝度値に対してＦＦＴ(Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）処理が施され、それにより、代表パターン画像の列方向において輝度値変化の周波数成分のそれぞれについて強度（例えば、パワースペクトル）が取得される。ここに、「周波数成分」は、１個の固定窓によって捕捉される複数個の注目画素を列方向に辿った場合に、輝度値の変化が反復される反復回数を意味する。
【０２９１】
本実施形態においては、代表パターン画像において列方向に連続的に並んだ複数個の連続画素のそれぞれが順次注目画素に選定され、その選定された各注目画素ごとにパターンライン周期が、代表パターン画像の輝度値分布に基づいて取得される。
【０２９２】
以上、このコード画像生成プログラム４０４ｄを原理的に説明したが、以下、図２２を参照することにより、時系列的に説明する。
【０２９３】
このコード画像生成プログラム４０４ｄにおいては、まず、Ｓ５００１において、パターン番号ＰＮが０であるパターン光が投影された被写体Ｓが撮像された輝度画像が輝度画像格納部４０６ｃから、代表パターン画像として読み込まれる。
【０２９４】
次に、Ｓ５００２において、その代表パターン画像につき、前記読み込まれた輝度画像に基づき、前述のＦＦＴ変換によるアプローチにより、代表パターン画像において列方向に連続的に並んだ各画素ごとにパターンライン周期が演算される。演算された複数個のパターンライン周期は各画素（各列方向画素位置）に関連付けて周期分布格納部４０６ｐに格納される。
【０２９５】
続いて、Ｓ５００３において、演算された複数個のパターンライン周期に基づき、可変窓ＶＷの特性がローカルに設定される。本実施形態においては、可変窓ＶＷのライン方向サイズは、その可変窓ＶＷが設定される代表パターン画像上の位置にかかわらず、変化しないように設定されるのに対し、可変窓ＶＷの列方向サイズは、各列方向画素位置に関連付けて演算されたパターンライン周期の整数倍に相当するように設定される。
【０２９６】
その後、Ｓ５００４において、代表パターン画像に対して可変窓ＶＷが、ライン方向と列方向とに沿って平面的に、かつ、各画素に関連付けて設定される。それにより、各画素ごとに、可変窓ＶＷ内に存在する複数個の画素の輝度値の平均値がローカルな閾値として演算される。このＳ５００４においては、さらに、演算された閾値が各画素に割り当てられた閾値画像が生成される。生成された閾値画像は閾値画像格納部４０６ｑに格納される。
【０２９７】
続いて、Ｓ５００５において、パターン番号ＰＮが０に初期化され、その後、Ｓ５００６において、パターン番号ＰＮの現在値が最大値ＰＮｍａｘより小さいか否かが判定される。今回は、パターン番号ＰＮの現在値が０であるため、判定がＮＯとなり、Ｓ５００７に移行する。
【０２９８】
このＳ５００７においては、パターン番号ＰＮの現在値と等しいパターン番号ＰＮが割り当てられた輝度画像の輝度値と、前記生成された閾値画像の閾値とが、各画素ごとに互いに比較される。その比較結果は、各画素ごとに２値化画像に反映される。具体的には、輝度画像の輝度値が閾値より大きい場合には、「１」を表すデータが、２値化画像のうち対応する画素位置に関連付けて２値化画像格納部４０６ｒに格納され、一方、輝度画像の輝度値が閾値より大きくはない場合には、「０」を表すデータが、２値化画像のうち対応する画素位置に関連付けて２値化画像格納部４０６ｒに格納される。
【０２９９】
その後、Ｓ５００８において、パターン番号ＰＮが１だけインクリメントされる。続いて、Ｓ５００６に戻り、パターン番号ＰＮの現在値が最大値ＰＮｍａｘより小さいか否かが判定される。今回も、最大値ＰＮｍａｘより小さい場合には、判定がＮＯとなり、Ｓ５００７に移行する。
【０３００】
Ｓ５００６ないしＳ５００８の実行がパターン光の種類の数と同数回繰り返された結果、パターン番号ＰＮの現在値が最大値ＰＮｍａｘより小さくはない値になると、Ｓ５００６の判定がＹＥＳとなり、Ｓ５００９に移行する。
【０３０１】
このＳ５００９においては、各画素ごとに、最大値ＰＮｍａｘと同数枚の２値化画像から画素値（「１」または「０」）が、パターン番号ＰＮが０である輝度画像に対応する２値化画像から、パターン番号ＰＮが（ＰＮｍａｘ−１）である輝度画像に対応する２値化画像に至る順序に従って抽出され、最下位ビットＬＳＭから最上位ビットＭＳＢに至る順序に従って並んだ空間コードが生成される。各画素ごとの空間コードのビット数は、最大値ＰＮｍａｘと同数である。各画素ごとに空間コードが生成されることにより、今回の被写体Ｓに対応する空間コード画像が生成される。生成された空間コードは、各画素位置に関連付けて空間コード格納部１１６ｄに格納される。例えば、最大値ＰＮｍａｘが８である場合には、生成される空間コードは０から２５５までの範囲内の値を有する。
【０３０２】
以上で、このコード画像生成プログラム４０４ｄの一回の実行が終了する。
【０３０３】
その後、図２１におけるＳ４００３において、コード境界抽出プログラム４０４ｅの実行により、コード境界座標検出処理が実施される。前述の空間コード化法によるコード化は、各画素単位で行われるため、実際のパターン光における明暗の境界線と、前記生成されたコード画像における空間コードの境界線（ある空間コードが割り当てられた領域と別の空間コードが割り当てられた領域との間の境界線）との間にサブピクセル精度の誤差が生ずる。そのため、このコード境界座標検出処理は、空間コードの境界座標値をサブピクセル精度で検出することを目的として実施される。
【０３０４】
例えば、各パターン光のライン方向と交差する離散的な基準線の位置をＣＣＤ座標系において２５５本設定すると、最大値ＰＮｍａｘが８（空間コードを２５６有するため、境界は２５５）である場合には、図２１におけるＳ４００３（コード境界抽出プログラム４０４ｅの実行）により、最大約６万５千の空間コードの境界座標値が検出される。
【０３０５】
検出されたコード境界座標値はコード境界座標格納部４０６ｅに格納される。コード境界座標値は、ＣＣＤ７０の結像面に設定された２次元座標系であるＣＣＤ座標系ｃｃｄｘ−ｃｃｄｙにおいて定義される。
【０３０６】
続いて、Ｓ４００４において、レンズ収差補正プログラム４０４ｆの実行により、レンズ収差補正処理が実施される。このレンズ収差補正処理は、撮像光学系３０に入射した光束の実際の結像位置であってその撮像光学系３０の収差の影響を受けたものを、その撮像光学系３０が理想レンズであったならば結像されるはずである理想結像位置に近づくように補正する処理である。
【０３０７】
このレンズ収差補正処理により、Ｓ４００３において検出されたコード境界座標値が、撮像光学系３０の歪みなどに起因した誤差が除去されるように補正される。そのようにして補正されたコード境界座標は収差補正座標格納部４０６ｇに格納される。
【０３０８】
それらコード境界座標検出処理およびレンズ収差補正処理はいずれも、本発明を理解するために不可欠な事項ではなく、しかも、本出願人の特願２００４−１０５４２６号明細書に詳細に開示されているため、それを参照することによって引用することにより、本明細書においては詳細な説明を省略する。
【０３０９】
その後、Ｓ４００５において、三角測量演算プログラム４０４ｇの実行により、三角測量の原理による実空間変換処理が実施される。この実空間変換処理が実施されれば、三角測量の原理により、前述の、ＣＣＤ座標系ｃｃｄｘ−ｃｃｄｙ上のコード境界座標値であって収差補正が施されたものが、実空間に設定された３次元座標系である実空間座標系Ｘ−Ｙ−Ｚ上の３次元座標値に変換され、その結果、３次元色形状検出結果としての３次元座標値が取得される。その取得された３次元座標値は、対応する部分画像の回転位相ＰＨに関連付けて、３次元座標格納部４０６ｈに格納される。
【０３１０】
このＳ４００５においては、被写体Ｓの３次元形状を複数個の３次元頂点の集まりとして空間離散的に計測するために、２次元的なコード画像が、各パターン光のライン方向と交差する離散的な複数本の基準線に関して空間離散的に参照される。これにより、そのコード画像の外周境界上の複数個の離散点にそれぞれ対応する複数個の３次元頂点が取得されるのみならず、そのコード画像の内部の複数個の離散点（Ｓ４００３において検出されたコードの境界座標点）にそれぞれ対応する複数個の３次元頂点が取得される。
【０３１１】
ここで、図２３を参照することにより、図１６におけるＳ１２３０を詳述する。図２３には、そのＳ１２３０が３次元色形状検出結果生成サブルーチンとして概念的にフローチャートで表されている。
【０３１２】
この３次元色形状検出結果生成サブルーチンにおいては、まず、Ｓ５５０１において、３次元座標格納部４０６ｈから、回転位相ＰＨ０ないし３のそれぞれに関連付けて、複数個の３次元座標値がロードされる。本実施形態においては、被写体Ｓの外面全体が４つの部分面（正面、右側面、左側面および背面）に分割され、各部分面ごとに立体画像が生成される。このＳ５５０１においては、それら４つの部分面のすべてについて、各部分面に属する複数個の３次元座標値が３次元座標格納部４０６ｈからロードされる。
【０３１３】
次に、Ｓ５５０２において、それらロードされた複数個の３次元座標値（頂点座標値）に対し、各３次元座標値が属する各部分面の回転位相ＰＨに応じた回転変換が行われ、それにより、４つの部分面に属する複数個の３次元座標値が、各部分面の回転位相ＰＨを見込んで組み合わされる。その結果、複数個の３次元座標値によって３次元的に表現される４つの部分面が一体化されて、被写体Ｓの外面全体を現す画像が合成される。ただし、この段階においては、その合成画像に、測定ヘッドＭＨの分割撮像手法に起因して空間的にオーバラップする部分が存在する。
【０３１４】
続いて、Ｓ５５０３において、その生成された合成画像において空間的にオーバラップする部分が抽出される。さらに、その合成画像の長さ方向における各領域においてオーバラップする２つの部分が、それら２部分に属する複数個の３次元座標値の平均化等の手法により、１つの部分に結合される。その結果、合成画像において空間的なオーバラップが除去され、それにより、ステッチ画像が完成する。そのステッチ画像を表すデータがステッチ画像格納部４０６ｓに格納される。
【０３１５】
その後、Ｓ６００１において、前述の実空間３次元座標系に座標変換された３次元頂点群の各実座標空間座標値に対応するＲＧＢ値（Ｒ輝度値、Ｇ輝度値およびＢ輝度値）が前述の表面色画像から抽出される。
【０３１６】
実空間座標系と、表面色画像を定義する平面座標系との関係は、前述の三角測量計算によって幾何学的に互いに対応付けられている。すなわち、コード画像、すなわち、被写体Ｓの３次元形状を計測するための２次元画像である形状画像を定義する平面座標系を実空間３次元座標系に計算によってマッピングさせるために用いられる関数が存在する場合に、その関数の逆関数を用いることにより、実空間３次元座標系を、表面色画像を定義する平面座標系に計算によってマッピングさせることが可能なのである。したがって、このＳ６００１においては、２次元的な表面色画像から、各３次元頂点ごとに、それに対応する表面色値すなわちＲＧＢ値を抽出することが可能である。
【０３１７】
次に、Ｓ６００２において、各頂点ごとに、対応する実空間座標値とＲＧＢ値とが組み合わされて色形状情報が生成される。さらに、その生成された色形状情報が、対応する頂点に直接にまたは間接に関連付けてワーキングエリア４１０にローカル保存される。
【０３１８】
続いて、Ｓ６００３において、被写体Ｓの表面形状を複数個のポリゴンの一例である三角形に分割することによって近似的に表現するために、その被写体Ｓについて取得された複数個の頂点のうち、距離的に互いに近接する複数個の頂点が３個ずつ、グループ分けされる。各グループごとに、３個の頂点が互いに連結されることにより、１個のポリゴンが形成される。
【０３１９】
その後、Ｓ６００４において、各ポリゴンごとに、そのポリゴンを形成するために互いに連結すべき３個の頂点の組合せがポリゴン情報として、各ポリゴンに直接にまたは間接に関連付けてワーキングエリア４１０にローカル保存される。また、そのポリゴン情報は、必要に応じ、ステッチテクスチャを表す情報として、ステッチテクスチャ格納部４０６ｔに格納される。
【０３２０】
以上で、この３次元色形状検出結果生成サブルーチンの一回の実行が終了し、それに伴い、図１６に示す３次元色形状検出処理ルーチンの一回の実行が終了する。
【０３２１】
本実施形態においては、ユーザがホルダＨＤを格納状態から、ヘッドベース１３０とテーブルベース１３２とが同一平面にあるように展開すると、測定ヘッドＭＨに対する回転テーブル１８４の相対位置が自動的にかつ一義的に決まる。その相対位置は、例えば、測定ヘッドＭＨからの距離と、その測定ヘッドＭＨの光軸に対する角度とによって規定される。
【０３２２】
本実施形態においては、ホルダＨＤを構成する４枚の板状部材間の距離が、そのホルダＨＤの姿勢の変化に依存しないし、それら４枚の板状部材間の角度も、ホルダＨＤの姿勢の変化に依存しない。
【０３２３】
したがって、本実施形態によれば、ホルダＨＤを格納状態から展開したときに自動的に位置決めされる回転テーブル１８４の、測定ヘッドＭＨに対する相対位置が常に同じものとして再現される。よって、本実施形態によれば、ユーザは、そのようにして同じ展開位置が再現される回転テーブル１８４に被写体Ｓを載置するだけで、測定ヘッドＭＨに対する被写体Ｓの位置決めが自動的に行われる。
【０３２４】
その結果、本実施形態によれば、ユーザが回転テーブル１８４に被写体Ｓを載置する限り、その被写体Ｓの、測定ヘッドＭＨに対する相対位置の変化可能領域が縮小し、それにより、その変化可能領域の広さを見込んで測定ヘッドＭＨが撮像しなければならない領域（撮像可能領域）も縮小する。
【０３２５】
よって、本実施形態によれば、被写体Ｓを配置する際の空間的自由度が高い前述の従来例に比較し、被写体Ｓの撮像および測定のために測定ヘッドＭＨに課されるべき負担を軽減することが容易となる。
【０３２６】
被写体Ｓの撮像および測定のために測定ヘッドＭＨに課されるべき負担が軽減される理由はその他にも存在する。その一例を説明するに、回転テーブル１８４を用いた、被写体Ｓの４面方向（ＰＮ＝０〜３）からの３次元形状測定において、その回転テーブル１８４の回転中心軸の座標を推定するための処理が高効率化される。
【０３２７】
具体的に説明するに、本実施形態においては、被写体Ｓが配置される回転テーブル１８４の回転中心軸の、測定ヘッドＭＨに対する空間座標値が既知である。したがって、４面各々についての３次元形状測定結果である各３次元座標値（図２１におけるＳ４００５において演算される。）に対して、前記回転中心軸を中心に空間回転演算処理を行うことにより、被写体Ｓの形状および色を表すポリゴンサーフェスおよびテクスチャのステッチ処理（結合処理）が行われ、ひいては、最終的な出力である、被写体Ｓの全周の３次元色形状検出結果が生成される（図１６におけるＳ１２３０）。その結果、被写体Ｓの全周の形状および色が、位置のずれなく、正しく結合されることになる。
【０３２８】
この３次元入力装置１０においては、ホルダＨＤが格納状態から展開されると、回転テーブル１８４が自動的に位置決めされ、その際、その回転テーブル１８４の、測定ヘッドＭＨに対する相対位置が、位置決めごとに、同じものとして再現される。したがって、この３次元入力装置１０によれば、回転テーブル１８４が自動的に位置決めされるごとに、その回転テーブル１８４の回転中心軸の、測定ヘッドＭＨに対する相対位置も、同じものとして再現される。
【０３２９】
よって、この３次元入力装置１０によれば、被写体Ｓの３次元測定のために、回転テーブル１８４の回転中心軸の検出または推定を完全にないしは部分的に省略可能となる。
【０３３０】
回転テーブル１８４の回転中心軸の推定を行うにしても、その推定が行われるべき空間領域の大きさを、展開時におけるホルダＨＤの各ジョイント（各ヒンジ部）１４０，１４２，１４４に存在するクリアランス（がた）に起因する回転中心軸の位置変動を考慮して決定すれば足り、よって、その空間領域が小さくて済む。
【０３３１】
いずれにしても、本実施形態によれば、同じ被写体Ｓにつき、各面ごとに独立して測定された複数の形状および色を正しく結合するために行われる回転中心軸推定処理の負担を軽減することが容易となる。ここに、「回転中心軸推定処理」の一例としては、被写体Ｓの全周について離散的に測定された複数の色形状間の位置ずれが実質的に最小となるように、回転中心軸の座標を推定する手法を採用することが可能である。
【０３３２】
被写体Ｓの撮像および測定のために測定ヘッドＭＨに課されるべき負担が軽減される別の理由を説明するに、ホルダＨＤが展開されるごとに、回転テーブル１８４が常に同じ正規位置（測定ヘッドＭＨからの距離および角度）に自動的に位置決めされるため、被写体Ｓが常に撮像視野の中心に位置するという効果、焦点調節を簡略化することができるという効果等が得られ、それら効果により、被写体Ｓの撮像および測定のために測定ヘッドＭＨに課されるべき負担が軽減される。
【０３３３】
さらに、ホルダＨＤが展開されるごとに、回転テーブル１８４が常に同じ正規位置（測定ヘッドＭＨからの距離および角度）に自動的に位置決めされるため、測定ヘッドＭの撮像可能領域いっぱいに配置された被写体Ｓを、撮像視野内で画面全体にできる限り大きく撮像することが容易となる。その結果、被写体Ｓの３次元入力精度を向上させることが容易となり、このことによっても、被写体Ｓの撮像および測定のために測定ヘッドＭＨに課されるべき負担が軽減される可能性がある。
【０３３４】
さらに、本実施形態によれば、それ自体幾何学的な再現性を有して変形可能なホルダＨＤにより、回転テーブルユニットＲＴと測定ヘッドＭＨとが物理的に互いに関連付けられる。したがって、本実施形態によれば、ユーザが、ホルダＨＤの変形によって回転テーブルユニットＲＴを測定ヘッドＭＨに格納する作業が単純化されるとともに、ユーザが、特別の配慮なしで、回転テーブルユニットＲＴを測定ヘッドＭＨにコンパクトに格納することが可能となる。
【０３３５】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、３次元入力装置１０が前記（１）項に係る「３次元形状測定装置」の一例を構成し、ヘッドベース１３０が、前記（５）項における「第１部分」の一例を構成し、テーブルベース１３２が同項における「第２部分」の一例を構成し、第１および第２の中継ベース１３４，１３６が互いに共同して同項における「中継部分」の一例を構成しているのである。
【０３３６】
さらに、本実施形態においては、電力によって作動するテーブルモータ１９４が、前記（１０）項における「駆動装置」の一例および前記（９）項における「位置規制部」の一例を構成しているが、そのテーブルモータ１９４は、例えば、ユーザから付与される力を回転テーブル１８４の回転力に変換する変換機構に置換することが可能である。
【０３３７】
そのような変換機構の一例は、ユーザによって回転操作される回転体と、その回転体にユーザから付与された力を回転テーブル１８４に伝達する伝達機構（例えば、前述のギヤ機構や、ベルト伝達機構）とを含むように構成される。この場合、回転テーブル１８４の割り出し位置ごとに、回転テーブル１８４が割り出し位置にあることをユーザに視覚的に、聴覚的にないしは触覚的に知らせる機構（例えば、ディテント機構）を用いることが望ましい。
【０３３８】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第１実施形態に対し、ヘッドベースとテーブルベースとを中継する要素が異なるのみで、他の要素については共通するため、異なる要素についてのみ詳細に説明し、共通する要素については、同一の符号または名称を使用して引用することにより、重複した説明を省略する。
【０３３９】
図２４（ａ）には、本実施形態に従う３次元入力装置５００が展開状態において側面図で示され、図２４（ｂ）には、この３次元入力装置５００が格納状態において側面図で示されている。図２５には、この３次元入力装置５００が展開状態において平面図で示されている。
【０３４０】
第１実施形態においては、３次元入力装置１０のホルダＨＤが、折り畳まれることによって変形する形式とされている。これに対し、本実施形態においては、３次元入力装置５００のホルダＨＤが、折り畳まれる部分と収縮する部分とを含むように構成されている。
【０３４１】
図２４（ａ）に示すように、３次元入力装置５００のホルダＨＤは、ヘッドベース１３０とテーブルベース１３２とを、第１実施形態と共通する態様で備える一方、図２５に示すように、それらヘッドベース１３０とテーブルベース１３２とを互いに連結する、伸縮可能な連結機構５０２を備えている。
【０３４２】
その連結機構５０２は、測定ヘッドＭＨの幅方向において隙間を隔てて互いに対向する一対のロッド組立体５０４，５０４を備えている。それら一対のロッド組立体５０４，５０４は、ヘッドベース１３０とテーブルベース１３２との間において、それらの幅方向と略等しい距離隔てて互いに平行に延びている。
【０３４３】
図２４（ａ）および図２５に示すように、各ロッド組立体５０４，５０４は、雄側の第１の中継ロッド５１０が雌側の第２の中継ロッド５１２に、伸縮可能に嵌合することによって構成されている。第１の中継ロッド５１０は、それの自由端においてヘッドベース１３０に、ジョイント１４０を介して折り畳み可能に連結されている。第２の中継ロッド５１２は、テーブルベース１３２に装着されたロッド収容具としてのシリンダ５２０に伸縮可能に嵌合されており、これにより、第２の中継ロッド５１２は、直線運動によってテーブルベース１３２への格納が可能になっている。
【０３４４】
測定ヘッドＭＨによって被写体Ｓを撮像することが必要である場合には、ユーザは、図２４（ａ）に示すように、ホルダＨＤを格納状態から、第１の中継ロッド５１０が第２の中継ロッド５１２からの伸び出し量が最大となり、かつ、第２の中継ロッド５１２もテーブルベース１３２からの伸び出しが最大となるように、展開する。
【０３４５】
この展開状態において、回転テーブル１８４が、測定ヘッドＭＨに対して正規な位置に位置決めされるため、ユーザは、被写体Ｓを回転テーブル１８４に載置して、測定ヘッドＭＨによる撮像を開始する。
【０３４６】
これに対し、ホルダＨＤを格納することが必要である場合には、ユーザは、第１の中継ロッド５１０を第２の中継ロッド５１２に完全に格納し、さらに、その第２の中継ロッド５１２をテーブルベース１３２に完全に格納する。図２４（ｂ）に示すように、その格納状態においては、第１の中継ロッド５１０がそれの全長において第２の中継ロッド５１２に格納され、また、第２の中継ロッド５１２もそれの全長においてテーブルベース１３２に格納される。
【０３４７】
その後、ユーザは、ジョイント１４０をヒンジとして、テーブルベース１３２を折り畳み、それにより、測定ヘッドＭＨの正面と回転テーブルユニットＲＴの上面とが互いに接近して対向する。測定ヘッドＭＨの正面は、垂直面に対して後傾しており、その後傾により、回転テーブルユニットＲＴのモータボックス１９５が測定ヘッドＭＨの正面に干渉することなく、回転テーブルユニットＲＴが正立状態において測定ヘッドＭＨに格納可能となっている。これにより、３次元入力装置５００をコンパクトに格納することが可能となる。
【０３４８】
なお付言するに、本実施形態においては、連結機構５０２が、共に概してロッド状を成す第１および第２の中継ロッド５１０，５１２を主体として構成されているが、この連結機構５０２は、例えば、共に概して板状を成す第１および第２の中継プレートを主体として構成することが可能である。
【０３４９】
以上、本発明の実施の形態のうちのいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、前記［発明の開示］の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０３５０】
【図１】本発明の第１実施形態に従う３次元入力装置１０の外観を展開状態において示す斜視図である。
【図２】図１に示す３次元入力装置１０を部分的に展開状態において示す側面図および背面図である。
【図３】図１における測定ヘッドＭＨとヘッドベース１３０との取付構造を説明するための部分断面背面図である。
【図４】図１における回転テーブルユニットＲＴを示す背面断面図である。
【図５】図１に示す３次元入力装置１０を格納状態において示す斜視図およびその３次元入力装置１０が外箱ＯＣ内に収納される様子を説明するための斜視図である。
【図６】図１における測定ヘッドＭＨの内部構成を示す平面断面図である。
【図７】図１における投影部１２を拡大して示す平面図である。
【図８】図１に示す３次元入力装置１０の電気的構成を概念的に表すブロック図である。
【図９】図６における投影機構６６を示す正面図である。
【図１０】図９に示す投影機構６６を示す部分側面断面図である。
【図１１】図９におけるマスク２００を部分的に拡大して示す正面図である。
【図１２】図９におけるマスク２００を部分的に示す正面図および図８における位置センサ３００および第１ないし第３のＩＤセンサ３１０ないし３１４をマスク２００と共に示す側面図である。
【図１３】図１２における位置センサ３００のＰＤ信号および第１ないし第３のＩＤセンサ３１０ないし３１４のＳ１ないしＳ３信号を説明するためのタイミングチャートである。
【図１４】図８におけるカメラ制御プログラムにおいて実行されるメイン処理を概念的に表すフローチャートである。
【図１５】図１４におけるＳ１０８において実行される立体画像処理を概念的に表すフローチャートである。
【図１６】図１５におけるＳ１００７において実行される３次元色形状検出処理を３次元色形状検出処理ルーチンとして概念的に表すフローチャートである。
【図１７】図１６におけるＳ１２１０を撮像処理プログラム４０４ｂとして概念的に表すフローチャートである。
【図１８】図１７におけるＳ２００２ａをマスクモータ制御プログラム４０４ｈとして概念的に表すフローチャートである。
【図１９】図１７におけるＳ２００４において実行される投影処理を投影処理サブルーチンとして概念的に表すフローチャートである。
【図２０】図１に示す３次元入力装置１０の作動の一例を説明するためのタイミングチャートである。
【図２１】図１６におけるＳ１２２０を３次元計測処理サブルーチンとして概念的に表すフローチャートである。
【図２２】図２１におけるＳ４００２において実行されるコード画像生成プログラム４０４ｄを概念的に表すフローチャートである。
【図２３】図１６におけるＳ１２３０を３次元色形状検出結果生成ルーチンとして概念的に表すフローチャートである。
【図２４】本発明の第２実施形態に従う３次元入力装置５００を展開状態において示す側面図および格納状態において示す側面図である。
【図２５】図２４に示す３次元入力装置５００を展開状態において示す平面図である。
【符号の説明】
【０３５１】
１０  ３次元入力装置
１２  投影部
１４  撮像部
１６  処理部
１３０  ヘッドベース
１３２  テーブルベース
１３４  第１の中継ベース
１３６  第２の中継ベース
１８４  回転テーブル
１８６  支持フレーム
１９４  テーブルモータ
１９６  位置規制部
４００  コンピュータ
５００  ３次元入力装置
５１０  第１の中継ロッド
５１２  第２の中継ロッド
ＭＨ  測定ヘッド
ＲＴ  回転テーブルユニット
ＨＤ  ホルダ
【図１】
2006300531.tif 000003
【図２】
2006300531.tif 000004
【図３】
2006300531.tif 000005
【図４】
2006300531.tif 000006
【図５】
2006300531.tif 000007
【図６】
2006300531.tif 000008
【図７】
2006300531.tif 000009
【図８】
2006300531.tif 000010
【図９】
2006300531.tif 000011
【図１０】
2006300531.tif 000012
【図１１】
2006300531.tif 000013
【図１２】
2006300531.tif 000014
【図１３】
2006300531.tif 000015
【図１４】
2006300531.tif 000016
【図１５】
2006300531.tif 000017
【図１６】
2006300531.tif 000018
【図１７】
2006300531.tif 000019
【図１８】
2006300531.tif 000020
【図１９】
2006300531.tif 000021
【図２０】
2006300531.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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