(57)【要約】【課題】撮影対象となる被写体の状態が変化することなく、投光状態の異なる画像を取得することができる撮像装置を提供する。【解決手段】  被写体Ｘを投光する投光手段５と、被写体Ｘを撮影して画像データを取得する撮像手段３と、投光手段５の投光タイミング及び撮像手段３の撮影タイミングを制御するタイミング制御手段６と、取得した画像データを蓄積する画像データ蓄積手段７と、該画像データ蓄積手段７に蓄積された画像データをコンピュータ１１へ転送するインターフェース１２と、を備え、タイミング制御手段６は、撮像手段３に連続撮影させるとともに、投光手段５による投光状態を連続撮影に同期させて切り替え、画像データ蓄積手段７は、連続撮影された画像データを蓄積し、連続撮影が終了すると、画像データ蓄積手段７に蓄積された画像データをインターフェース１２を介してコンピュータ１１へと転送する。【選択図】図２
2011114363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像対象となる被写体に対して光を投光する投光手段と、
前記被写体を撮影して画像データを取得する撮像手段と、
前記投光手段による投光タイミング及び前記撮像手段による撮影タイミングを制御するタイミング制御手段と、
前記撮像手段により取得した画像データを蓄積する画像データ蓄積手段と、
該画像データ蓄積手段に蓄積された前記画像データをコンピュータへと転送するインターフェースと、を備え、
前記タイミング制御手段は、前記撮像手段に連続撮影させるとともに、前記投光手段による投光状態を前記撮像手段による連続撮影に同期させて切り替え、前記画像データ蓄積手段は、異なる投光状態で連続撮影された画像データを蓄積しておき、前記撮像手段による連続撮影が終了すると、前記画像データ蓄積手段に蓄積された前記画像データは、前記インターフェースを介して前記コンピュータへと転送されることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記投光手段は、前記被写体に照明光を投光する複数の照明装置であって、
前記タイミング制御手段は、前記撮像手段に連続撮影させるとともに、前記複数の照明装置による照明状態を前記撮像手段による連続撮影に同期させて切り替えることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記投光手段は、前記被写体にパターン光を投光するパターン投影機又は前記被写体に閃光を投光するストロボであって、
前記タイミング制御手段は、前記撮像手段に連続撮影させるとともに、前記パターン投影機又は前記ストロボの投光と非投光の切り替えを前記前記撮像手段による連続撮影に同期させて行うことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
前記画像データ蓄積手段に蓄積された画像データを前記コンピュータに転送するインターフェースとして、ギガビットイーサネット（登録商標）を使用し、電源の供給として、該ギガビットイーサネット（登録商標）で使用する通信ケーブルで行うＰｏＥ（パワーオーバーイーサネット）を用いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関し、特に３次元物体の計測や認識に用いる画像を好適に取得するための撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、物体の３次元形状を求める方法としては、例えば、レーザー光を計測対象物に投光して、その反射光を計測することにより各点までの距離を計測する方法や計測対象物にパターン光を投光して、計測対象物に投影されたパターンの形状を測定することにより計測対象物の３次元形状を計測する方法等の能動的手法がある。
【０００３】
また、異なる位置に設けられた基準カメラと参照カメラとの２台以上のカメラで計測対象物を撮影して得られた複数の画像の間で対応する画素を特定し、対応付けられた基準画像上の画素と、参照画像上の画素との位置の差（視差）に三角測量の限定を適用することにより、基準カメラから当該画素に対応する計測対象物上の点までの距離を計測するステレオ法と呼ばれるもの等がある。これらの方法には、一般的に同性能の２個のカメラを、両眼と同じ間隔で左右に並べ同一の被写体を同時に撮影するステレオカメラ（例えば、特許文献１参照）が利用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−０９１２４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ステレオカメラでは、計測する対象物を際立たせて検出し易くするために、対象物を投光する照明の状態が異なる画像の取得が要求される場合があるが、特許文献１や従来のステレオカメラにおいては、照明状態の異なる画像を撮影する際、その都度照明状態を切り替え、シャッターを押す作業が必要となるため、対象物が移動したりすることにより状態が変化してしまうという問題が生じる場合がある。
【０００６】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、撮影対象となる被写体の状態が変化することなく、投光状態の異なる画像を取得することができる撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１記載の撮像装置は、撮像対象となる被写体に対して光を投光する投光手段と、前記被写体を撮影して画像データを取得する撮像手段と、前記投光手段による投光タイミング及び前記撮像手段による撮影タイミングを制御するタイミング制御手段と、前記撮像手段により取得した画像データを蓄積する画像データ蓄積手段と、該画像データ蓄積手段に蓄積された前記画像データをコンピュータへと転送するインターフェースと、を備え、前記タイミング制御手段は、前記撮像手段に連続撮影させるとともに、前記投光手段による投光状態を前記撮像手段による連続撮影に同期させて切り替え、前記画像データ蓄積手段は、異なる投光状態で連続撮影された画像データを蓄積しておき、前記撮像手段による連続撮影が終了すると、前記画像データ蓄積手段に蓄積された前記画像データは、前記インターフェースを介して前記コンピュータへと転送されることを特徴としている。
【０００８】
請求項２記載の撮像装置は、前記投光手段が、前記被写体に照明光を投光する複数の照明装置であって、前記タイミング制御手段は、前記撮像手段に連続撮影させるとともに、前記複数の照明装置による照明状態を前記撮像手段による連続撮影に同期させて切り替えることを特徴としている。
【０００９】
請求項３記載の撮像装置は、前記投光手段は、前記被写体にパターン光を投光するパターン投影機又は前記被写体に閃光を投光するストロボであって、前記タイミング制御手段は、前記撮像手段に連続撮影させるとともに、前記パターン投影機又は前記ストロボの投光と非投光の切り替えを前記前記撮像手段による連続撮影に同期させて行うことを特徴としている。
【００１０】
請求項４記載の撮像装置は、前記画像データ蓄積手段に蓄積された画像データを前記コンピュータに転送するインターフェースとして、ギガビットイーサネット（登録商標）を使用し、電源の供給として、該ギガビットイーサネット（登録商標）で使用する通信ケーブルで行うＰｏＥ（パワーオーバーイーサネット）を用いることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の撮像装置によれば、撮像手段だけでなく、投光手段も制御して、投光状態を変えて連続撮影することにより、異なる写り方の画像を取得できるので、差分を取ることで計測する対象となる被写体を際立たせることができ、輪郭抽出等の処理を容易にすることが可能になる。また、被写体を連続撮影し、連続撮影された画像は画像データ蓄積手段へと蓄積しておき、連続撮影が終了した後に、それらの画像データをコンピュータへと転送するため、画像データを取得する毎にコンピュータへと画像データを転送する時間を省くことができるので、連続撮影の間の時間をより短くすることできる。これにより、撮影対象となる被写体の移動等の影響による状態の変化等を防止することができるので、３次元物体の計測や認識に好適な画像を取得することができる。
【００１２】
請求項２記載の撮像装置によれば、被写体に照明光を投光する複数の照明装置を備えているので、撮像手段による連続撮影に同期させてそれら複数の照明装置の照明状態を切り換えることにより、照明状態が異なる画像を好適に取得することができる。
【００１３】
請求項３記載の撮像装置によれば、パターン投光機を撮像手段による連続撮影に同期させて投光と非投光の切り替えを行うので、パターン光が投影された被写体の画像及びパターン光が投影されていない被写体の画像を迅速に取得することができる。また、ストロボを撮像手段による連続撮影に同期させて投光と非投光の切り替えを行うことにより、閃光が投光された被写体の画像及び非投光の被写体の画像を迅速に取得することができるので、これらの差分画像を得るのに効率が良い。
【００１４】
請求項４記載の撮像装置によれば、画像データ等をコンピュータへ転送するインターフェースとして、ギガビットイーサネット（登録商標）を使用しているので、撮像装置とコンピュータの位置関係を多様なバリエーションに設定することができるとともに、電源の供給にもＰｏＥを用いて行うことができるので、利便性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の外観の一例を示す概略模式図である。
【図２】第１の実施形態に係る撮像装置の構成の一例を示す概略ブロック図である。
【図３】第１の実施形態に係る撮像装置の投光タイミング及び撮影タイミングの一例を説明するための説明図である。
【図４】撮像装置の投光タイミング及び撮影タイミングを説明するための説明図である。
【図５】第２の実施形態に係る撮像装置の構成の一例を示す概略ブロック図である。
【図６】第２の実施形態に係る撮像装置の投光タイミング及び撮影タイミングの一例を説明するための説明図である。
【図７】第３の実施形態に係る撮像装置の外観の一例を示す概略模式図である。
【図８】第３の実施形態に係る撮像装置の構成の一例を示す概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置１について、図面を参照しつつ説明する。この撮像装置１は、３次元物体の計測や認識に好適な画像を取得するための所謂ステレオカメラであって、図１に示すようにその外観は、３次元計測に必要な機能を内蔵した筐体２に２つの撮像部３（３ａ、３ｂ）がステレオ計測に必要な位置関係を保って一体として設けられおり、筐体２の外部には、２本の信号ケーブル４を介して照明装置５（５ａ、５ｂ）が設けられている。
【００１７】
撮像装置１は、図２に示すように、撮影対象となる被写体Ｘに照明光を投光する照明装置５（５ａ、５ｂ）と、被写体Ｘを撮影して画像データを取得する撮像部３（３ａ、３ｂ）と、該撮像部３の撮影タイミング及び照明装置５における照明光の投光タイミング等を制御するタイミング制御部６と、撮像部３により取得した画像データを蓄積する画像データ蓄積部７と、各部の設定等に応じて処理動作を制御する制御部８と、各種設定等を行うための操作部９と、撮像部３により取得した画像データ等を表示する表示部１０と、外部のコンピュータ１１等とデータの通信等を行うためのインターフェース１２とを備えるものである。
【００１８】
照明装置５ａ、５ｂは、例えば、光源としてＬＥＤ照明等を利用したものであり、それぞれ異なる角度から被写体Ｘに照明光を投光できるように配置されている。撮像部３ａ、３ｂは、同性能の機能を有するＣＣＤやＣＭＯＳといった撮像素子を備えるものであって、この撮像部３ａ、３ｂから同時に被写体Ｘを撮影して画像データを取得する。
【００１９】
タイミング制御部６は、撮像部３の撮影タイミング及び照明装置５における照明光の投光タイミング等を制御するものである。また、この撮像部３による撮影タイミング、露光時間、及び照明装置５による投光タイミング、投光時間等は、例えば、予め外部のコンピュータ１１から送られてくるコマンドにより設定され、その設定に応じてタイミング制御部は、撮像部３及び照明装置５を制御する。従って、予めこれらの設定を行っておけば、後はコンピュータ１１又は操作部９からのシャッターコマンドによってトリガを与えるだけで、自動的に処理が行われる。
【００２０】
画像データ蓄積部７は、撮像部３により撮影された被写体の画像データを蓄積するためのものであり、撮像部３ａ、３ｂが互いに撮影タイミングを同期させて連続撮影した４枚１組の画像データを蓄積するものである。制御部８は、操作部９等からの操作によって、ゲイン設定、ホワイトバランス、輝度変換、コントラスト変換等のカメラ制御手段、及び画像データ蓄積部７に蓄積された画像データ等の転送を制御する転送制御手段として機能するものである。
【００２１】
操作部９は、上記のような各部の設定を行うための操作ボタンやシャッターボタン等を備えるものである。表示部１０は、例えば、液晶ディスプレイ等からなるものであり、撮像部３により取得した画像を表示したり、その他各部の設定情報等を表示する。また、インターフェース１２は、外部のコンピュータ１１との通信等を行うためのものであり、画像データ蓄積手段７に蓄積された画像データは、このインターフェース１２を介してコンピュータ１１へと転送される。このインターフェース１２としては、例えば、ＧｉｇＥ（ギガビットイーサネット）インターフェースを使用し、撮像装置１への電源の供給をこのギガビットイーサネット（登録商標）で使用する通信ケーブルで行うＰｏＥ（パワーオーバーイーサネット）を用いることにより行う。尚、インターフェース１２は、これに限定されるものではなく、ＲＳ−２３２ＣやＵＳＢ等の有線インターフェース、又は赤外線信号等を送受する無線インターフェース等の公知のものを適用することもできる。また、コンピュータ１１には、３次元計測や３次元認識等を行うためのプログラムが予め格納されており、画像データ蓄積手段７に蓄積された画像データを用いることにより、これらの処理が行われる。
【００２２】
次に、撮像装置１の処理動作について説明する。撮像装置１では、予めコンピュータ１１からのコマンドによって、撮像部３による撮影タイミング、露光時間、及び照明装置５による投光タイミング、投光時間が設定され、この設定に基づいて、タイミング制御部７は撮像部３の連続撮影及び照明装置５の投光を制御する。図３は、撮像装置１の処理の一例を示すものであり、撮影Ａは、連続撮影における前半の撮影タイミングを示しており、横方向の長さは撮像３ａ、３ｂの露光時間を含む撮影に要する時間間隔を表している。同様に撮影Ｂは、連続撮影における後半の撮影タイミングを示している。
【００２３】
撮像装置１は、図３に示すように、コンピュータ１１又は操作部９からシャッターコマンドによってトリガが与えられると、一連の処理動作を自動的に行うものであり、図３では、照明制御信号Ｓ１は、前半の撮影Ａの際にローレベルを出力して照明光を投光させ、照明制御信号Ｓ２は、後半の撮影Ｂの際にローベルを出力して照明光を投光させる場合の例を示している。具体的には、撮像部３ａ、３ｂの撮影タイミング及び動作タイミングは完全に同期しており、この撮像部３ａ、３ｂの連続撮影の前半の撮影Ａと同期するように照明制御信号Ｓ１はローレベルを出力して撮影Ａの間、照明装置５ａにより被写体Ｘを投光し、撮影Ａが終了するとともに、照明装置５ａによる投光を終了するように切り替える。そして、撮像部３ａ、３ｂの連続撮影の後半の撮影Ｂと同期するように照明制御信号Ｓ２はローレベルを出力して撮影Ｂの間、照明装置５ｂにより被写体Ｘを投光し、撮影Ｂが終了するとともに、照明装置５ｂによる投光を終了するように切り替える。つまり、タイミング制御部６では、それぞれの組の画像撮影のタイミングで照明装置５ａ、５ｂの状態を切り替えるように照明制御信号Ｓ１及びＳ２を出力するよう制御している。
【００２４】
このように照明条件を変えて、連続で撮影された４枚１組の画像データは、画像データ蓄積手段７へと蓄積される。そして、連続撮影が終了した後、これらの画像データは、インターフェース１２を介してコンピュータ１１へと転送される。従って、１枚の撮影毎に画像データはコンピュータ１１へと転送されずに、一旦画像データ蓄積装置７に４枚１組の画像データが蓄積され、連続撮影終了後にコンピュータ１１へと転送されるので、連続撮影する合間の時間間隔を短くすることができる。これにより、被写体Ｘの移動等の影響によって状態が変化してしまう恐れを軽減することができるので、３次元物体の計測や認識に好適な画像を取得することができる。また、照明状態を変えた映像を連続で撮影することにより、写り方が異なる画像データが取得できるので、計測する対象物を際立たせて検出し易くできるので、輪郭抽出等が容易になる。
【００２５】
尚、図３では、照明制御信号Ｓ１、Ｓ２の信号レベルが、ローレベルの際にそれぞれ照明装置５ａ、５ｂから照明光を投光させる例を示しているが、照明制御信号Ｓ１、Ｓ２の信号レベルが、ハイレベルの際にそれぞれ照明装置５ａ、５ｂから照明光を投光させるように構成しても良い。また、本実施形態では、２つの照明装置５ａ、５ｂを配置した例を示しているが、本発明では、被写体Ｘへの照明光の照明状態が異なる画像を連続撮影できれば良く、３つ以上の照明装置を利用して連続撮影を行うことにより、４枚１組の画像データを取得しても良い。例えば、３つの照明装置５を利用した場合には、前半の撮影Ａでは２つの照明装置５から照明光を投光させた被写体Ｘを撮影し、後半の撮影Ｂでは残りの１つの照明装置５から照明光を投光させた被写体Ｘを撮影するように照明制御信号Ｓ１、Ｓ２により照明状態を切り替える等の構成にすることも当然可能である。
【００２６】
また、本実施形態では、撮影Ａの際に、照明制御信号Ｓ１により一方の照明装置３ａを投光させ、撮影Ｂの際に、照明制御信号Ｓ２によりもう一方の照明装置３ｂを投光させる例を示しているが、投光タイミングの例はこれに限られるものではなく、図４に示すように、照明制御信号Ｓ１及び照明制御信号Ｓ２による投光のＯＮ／ＯＦＦの切り替え及びその投光タイミングの変更によって、１６（２４）通りのパターンが考えられる。
【００２７】
次に、第２の実施形態に係る撮像装置１ａについて図５，６を用いて説明する。第２の実施形態に係る撮像装置１ａは、撮像装置１の照明装置３ａ、３ｂの代わりにストロボ１３を設けたものであり、その他の第１の実施形態に係る撮像装置１と同様の構成要素については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００２８】
ストロボ１３は、一般的なカメラにも搭載されている電子閃光を利用した写真用人工光源である。撮像装置１ａでは、このストロボ１３による閃光を投光した場合の画像データと投光しない場合の画像データを撮像手段３ａ、３ｂにより取得するものである。撮像装置１ａは、予めコンピュータ１１からのコマンドによって、撮像部３による撮影タイミング、露光時間、及びストロボ１３による投光タイミング、投光時間が設定され、この設定に基づいて、タイミング制御部６は撮像部３による連続撮影及びストロボ１３による投光を制御する。
【００２９】
図６は、撮像装置１ａの処理の一例を示すものであり、図３と同様に撮影Ａは、連続撮影における前半の撮影タイミングを示しており、横方向の長さは撮像３ａ、３ｂの露光時間を含む撮影に要する時間間隔を表しており、撮影Ｂは、連続撮影における後半の撮影タイミングを示している。撮像装置１ａは、図６に示すように、コンピュータ１１又は操作部９からシャッターコマンドによってトリガが与えられると、撮像部３ａ、３ｂの連続撮影の前半の撮影Ａと同期するように照明制御信号Ｓ１はローレベルを出力して撮影Ａの間、ストロボ１３により被写体Ｘを投光し、撮影Ａが終了するとともに、ストロボ１３による投光を終了するように切り替える。そして、撮像部３ａ、３ｂの連続撮影の後半の撮影Ｂでは、ストロボ１３による閃光が投光されていない状態で、撮像部３ａ、３ｂによって被写体Ｘが撮影される。これにより、ストロボ１３による閃光が投光された状態の画像データとストロボ１３による閃光が投光されていない状態の画像データの４枚１組を取得することができる。この４枚１組の画像データは、画像データ蓄積手段７へと蓄積され、連続撮影が終了した後、インターフェース１２を介してコンピュータ１１へと転送される。
【００３０】
尚、図６では、照明制御信号Ｓ１によりストロボ１３が、撮像部３ａ、３ｂによる連続撮影の前半の撮影Ａと同期して被写体Ｘを投光する場合の例を示しているが、連続撮影の前半の撮影Ａの際に、ストロボ１３は投光せずに、撮像部３ａ、３ｂによる連続撮影の後半の撮影Ｂの際にストロボ１３が投光するように構成することも当然可能である。
【００３１】
第３の実施形態に係る撮像装置１ｂは、撮像装置１ａのストロボに代えて、図７，８に示すように、撮像部３ａ、３ｂの間にパターン光を被写体Ｘに投影するパターン投影機１４を一体として設けたものである。このパターン投影機１４は、プロジェクタ機能を持つ特殊な模様を照明として被写体Ｘに当てるものであり、例えば、パターン光としては、非周期的なランダムパターン等を投光する。
【００３２】
また、この撮像装置１ｂでも、予めコンピュータ１１からのコマンドによって、撮像部３による撮影タイミング、露光時間、及びパターン投影機１４による投光タイミング、投光時間が設定され、この設定に基づいて、タイミング制御部６は撮像部３による連続撮影及びパターン投影機１４による投光を制御する。
【００３３】
この撮像装置１ｂは、撮像装置１ａと同様に図６に示すように、コンピュータ１１又は操作部９からシャッターコマンドによってトリガが与えられると、撮像部３ａ、３ｂの連続撮影の前半の撮影Ａと同期するように照明制御信号Ｓ１はローレベルを出力して撮影Ａの間、パターン投影機１４により被写体Ｘを投光し、撮影Ａが終了するとともに、パターン投影機１４による投光を終了するように切り替える。そして、撮像部３ａ、３ｂの連続撮影の後半の撮影Ｂでは、パターン投影機１４によるパターン光が投光されていない状態で、撮像部３ａ、３ｂによって被写体Ｘが撮影される。これにより、パターン光が投光された状態の画像データと投光されていない状態の画像データの４枚１組を取得することができる。また、撮像装置１ｂでも同様に、この取得した４枚１組の画像データは、画像データ蓄積手段７へと蓄積され、連続撮影が終了した後、インターフェース１２を介してコンピュータ１１へと転送される。また、本実施形態においても、連続撮影の前半の撮影Ａの際は、パターン光を投光せずに、撮像部３ａ、３ｂによる連続撮影の後半の撮影Ｂの際にパターン光を投光するように構成することも当然可能である。また、パターン光に代えて、ラインレーザー等を投影する投影機を設けても良い。
【００３４】
尚、本発明の実施の形態は上述の形態に限るものではなく、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することができることは云うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明に係る撮像装置は、３次元物体の計測や認識のために用いる画像を好適に取得するための撮像装置として有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１、１ａ、１ｂ    撮像装置
３、３ａ、３ｂ    撮像部
５、５ａ、５ｂ    照明装置（投光手段）
６                タイミング制御部
７                画像データ蓄積部
１１              コンピュータ
１２              インターフェース
１３              ストロボ（投光手段）
１４              パターン投影機（投光手段）
【図１】
2011114363.tif 000003
【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】
2011114363.tif 000009
【図８】
2011114363.tif 000010