(57)【要約】【課題】  カメラに対して傾斜のある面が存在する計測対象であっても、簡単な構成で、精度の高い３次元計測を可能にする手段を提供する。【解決手段】  本発明の３次元計測装置は、計測対象物に明暗パターンよりなるランダムパターンを投射する投光手段と、複数のカメラを有し、この複数のカメラで前記ランダムパターンが投影された計測対象物の画像を複数取得する画像取得手段と、前記画像取得手段により取得された前記計測対象物の画像同士の対応点を探索し、得られた対応点情報から３次元距離情報を計算する３次元計測手段とを備え、前記ランダムパターンは、少なくとも一部の領域が特定の方向に異方性を有していることを特徴とする。【選択図】  図１
2015105899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象物に明暗パターンよりなるランダムパターンを投射する投光手段と、
複数のカメラを有し、この複数のカメラで前記ランダムパターンが投影された計測対象物の画像を複数取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段により取得された前記計測対象物の画像同士の対応点を探索し、得られた対応点情報から３次元距離情報を計算する３次元計測手段と
を備え、
前記ランダムパターンは、少なくとも一部の領域が特定の方向に異方性を有していることを特徴とする３次元計測装置。
【請求項２】
前記投光手段は、一部の領域は特定の方向に異方性を有するランダムパターンを、
その他の領域は異方性を有さないランダムパターンを前記計測対象物に対して投射することを特徴とする請求項１記載の３次元計測装置。
【請求項３】
前記特定の方向に異方性を有するランダムパターンは、前記複数のカメラを結ぶ直線方向に異方性を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の３次元計測装置。
【請求項４】
前記ランダムパターンは、明暗のドットがマトリクス状に並べられたパターンであり、
前記マトリクスの一方向とこれに直行する方向とで、明ドットもしくは暗ドットが連続する最小ドット単位数が異なるように規則性を持たせたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の３次元計測装置。
【請求項５】
前記ランダムパターンは、前記マトリクスの一方向における最小ドット単位数が３から５ドットであり、
前記マトリクスの一方向に直行する方向における最小ドット単位数が１ドットであることを特徴とする請求項４記載の３次元計測装置。
【請求項６】
前記ランダムパターンは、明暗のドットがマトリクス状に並べられたパターンであり、
前記マトリクスの一方向において、明ドットもしくは暗ドットが少なくとも設定された値以上連続で並ぶよう規則性を持たせたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の３次元計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のカメラを用いて距離・形状などの計測を行うための３次元計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数のカメラを用いて対象物までの距離や対象物の形状などを計測する３次元計測装置が実用化されている。３次元計測の手法としては、一般に「光切断法」と「ステレオ３次元計測」と呼ばれる方法が知られている。
【０００３】
「光切断法」は、対象物に直線や多角形などの既知の光パターンを投影し、投影されたパターン形状の変化から対象物の形状を求める方法である。一方、「ステレオ３次元計測」は、カメラを左右に配置して対象物を同時に撮影し、得られた左右画像から対応する画素の対、即ち対応点を探索し、左右画像の対応点同士が左右方向にどれだけ離れているか、即ち視差を求め、この視差から三角測量の原理を用いて対象物までの距離を算出する計測方法である。
【０００４】
ステレオ３次元計測において、対応点探索の方法としては、「ステレオマッチング法」や「セミグローバルステレオマッチング法」が提案されている。どちらの方式においても、対象物に際立った特徴点がない場合、たとえば淡色の壁や机などのようなものの場合、対応点が見つからない領域が発生してしまう。
【０００５】
このような問題を解決するために、特許文献１では、対応点の対応度を判定し、対応が乏しいと判断された場合に、対応点検出の補助となる明暗のパターンを計測対象上に形成する投光手段を備えることで、対応点が見つからないエラーを防ぐステレオ３次元計測装置が開示されている。また、特許文献２では、投光パターンを赤外光等の可視光とは異なる波長によって照射し、投光パターン画像にて距離画像を生成し、得られる距離画像中のミスマッチング領域を検出して、ミスマッチング領域に対応する距離画像領域を可視光での計測対象自体がもつ模様（テクスチャ）画像を用いて生成した距離画像で置換することで正確な距離情報を得る方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平４−２５７５８号公報
【特許文献２】特開２００１−２６４０３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に示された従来の方法では、例えば人の顔の鼻の部分など、カメラに対して傾斜のある対象物を計測する際に、２つのカメラの視点の違いから、片側のカメラでパターンの潰れが発生しやすい。また、このようにパターン潰れが生じると、左右のカメラで見たときに見え方が大きく異なってしまうことから、対応点のマッチングがうまくできずにエラーとなり、そのパターン潰れ部分で３次元データが取得できない問題がある。
【０００８】
また、特許文献２に示された従来の方法では、投光パターン画像にて生成した距離画像のミスマッチング領域を検出して、その領域を計測対象自体がもつ模様（テクスチャ）画像を用いて生成した距離画像で置換するため、計測エラーの発生はより少なくなる。しかしながら、計測対象が特徴の少ないものであった場合、置換する距離画像も計測エラーである可能性が高く、計測エラーを確実に防げるとは言い難い。また、距離画像のミスマッチング領域を判定する手段を必要とするため、装置が高価になる問題もある。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、簡単な構成で、カメラに対して傾斜のある面が存在する計測対象であっても精度の高い３次元計測を可能にする手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明に係る３次元計測装置は、計測対象物に明暗パターンよりなるランダムパターンを投射する投光手段と、複数のカメラを有し、この複数のカメラで前記ランダムパターンが投影された計測対象物の画像を複数取得する画像取得手段と、前記画像取得手段により取得された前記計測対象物の画像同士の対応点を探索し、得られた対応点情報から３次元距離情報を計算する３次元計測手段とを備え、前記ランダムパターンは、少なくとも一部の領域が特定の方向に異方性を有していることを特徴とする。
【００１１】
また、前記投光手段は、一部の領域は特定の方向に異方性を有するランダムパターンを、その他の領域は異方性を有さないランダムパターンを前記計測対象物に対して投射することを特徴としてもよい。
【００１２】
また、前記特定の方向に異方性を有するランダムパターンは、前記複数のカメラを結ぶ直線方向に異方性を有することを特徴としてもよい。
【００１３】
また、前記ランダムパターンは、明暗のドットがマトリクス状に並べられたパターンであり、前記マトリクスの一方向とこれに直行する方向とで、明ドットもしくは暗ドットが連続する最小ドット単位数が異なるように規則性を持たせたことを特徴としてもよい。
【００１４】
また、前記ランダムパターンは、前記マトリクスの一方向における最小ドット単位数が３から５ドットであり、前記マトリクスの一方向に直行する方向における最小ドット単位数が１ドットであることを特徴としてもよい。
【００１５】
また、前記ランダムパターンは、明暗のドットがマトリクス状に並べられたパターンであり、前記マトリクスの一方向において、明ドットもしくは暗ドットが少なくとも設定された値以上連続で並ぶよう規則性を持たせたことを特徴としてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の３次元計測装置によれば、簡単な構成で、カメラに対して傾斜のある面が存在する計測対象であっても精度の高い３次元計測を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る３次元計測装置１のブロック図である。
【図２】パターン投光手段４の具体的な構成例を示す模式図である。
【図３】特定の方向に異方性を有するランダムパターン５１の全体図及び拡大図である。
【図４】横方向と縦方向の最小ドット単位数の最適値について実験した結果を示すグラフである。
【図５】３次元計測装置１を用いた３次元計測の手順を説明するフローチャートである。
【図６】特定の方向に異方性を有するランダムパターン５２の全体図及び拡大図である。
【図７】特定の方向に異方性を有するランダムパターン５３の全体図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図を用いて説明する。以下の説明では同一の部材には同一の符号を付してある。なお、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１９】
（実施形態１）
本発明の実施形態１について、図１から図５に基づいて説明する。図１は、本発明の３次元計測装置の実施の一形態である３次元計測装置１のブロック図である。３次元計測装置１は、画像取得部２、計測処理部３、パターン投光手段４から構成される。
【００２０】
画像取得部２は、第１カメラ２１、第２カメラ２２、画像取得回路２３で構成される。第１カメラ２１および第２カメラ２２は、例えば、撮像素子、レンズ、レンズ駆動素子から構成されるカメラモジュールである。撮像素子としては、例えば、ＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）センサまたはＣＣＤ（電荷結合素子）センサが用いられる。ＣＭＯＳセンサを用いる場合、制御用ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ（デジタル信号処理装置））が一体となったＣＭＯＳセンサを用いることで、簡素な構成で撮影画像サイズや焦点距離、露出、ホワイトバランスなどのカメラパラメータを電気的に制御することができる。レンズは、ガラスレンズ、プラスチックレンズが複数枚組み合わされたレンズ群を使用することで精度の高い計測が可能となる。レンズ駆動素子として、ボイスコイルモータやステッピングモータを用いることで、近距離から遠距離までフォーカスを調整することが可能となり計測の対応距離範囲を広くすることが可能である。
【００２１】
第１カメラ２１および第２カメラ２２の画素サイズや設置位置は、計測したい対象物のサイズや必要な計測精度によって選択・設置する必要がある。理論上の計測精度は、カメラの画素ピッチを小さく、焦点距離を長く、２つのカメラ間の距離すなわち基線長を長く、計測対象物までの距離を短くすることで向上する。例として、２００ｍｍ程度の計測対象物を奥行き方向の分解能０．７ｍｍ程度で計測を行う場合、画素ピッチ１．４μｍ、焦点距離３．６ｍｍ、画角５５度程度のカメラで、カメラ間の距離、すなわち基線長３０ｍｍ、計測距離２２０ｍｍで計測すればよい。２つのカメラ間の角度、すなわち輻輳角は対象物が２つのカメラの画角内に映るように調整すればよく、上記の例では、０度から１０度程度に調整すればよい。
【００２２】
画像取得回路２３は、第１カメラ２１および第２カメラ２２で撮影される画像を取得し、計測処理部３に送る。動画像から計測を実行する場合は、第１カメラ２１と第２カメラ２２は同期がとれている必要があるため、画像取得回路２３から同期信号が送信され、２つのカメラの同期がとられる。なお、第１カメラ２１および第２カメラ２２を同期させる場合、取り込みタイミングの同期、明るさの同期、色バランスの同期が行われることが望ましい。以下、画像取得回路２３が取得した第１カメラ２１で撮像された画像を第１キャプチャ画像、第２カメラ２２で撮像された画像を第２キャプチャ画像とする。
【００２３】
計測処理部３は、対応点探索部３１と３次元座標算出部３２から構成される。対応点探索部３１は、第１キャプチャ画像を基準として、この第１キャプチャ画像の各画素に対応する、第２キャプチャ画像の対応点探索を行い、探索された対応点から視差を算出する。
【００２４】
ここで、対応点探索の詳細について述べる。まず、画像取得回路２３から対応点探索部３１に送信された第１，第２キャプチャ画像の輝度差や、これらの画像の局所的な輝度レベルの変動などを吸収するために、プレフィルタとしてエッジ強調処理を施す。なお、プレフィルタとして、例えば、ソベルフィルタおよびラプラシアンフィルタを用いている。
【００２５】
その後、対応点探索処理が行われる。本計測装置では、エッジ強調処理が施された第１，第２キャプチャ画像に対応点探索処理を施して、対応点を求める。対応点探索の詳細は、まず、第１キャプチャ画像の注目する画素を中心として、縦横それぞれｐ（０を除く自然数）画素の正方形状の「相関窓」と呼ばれる領域を設定する。そして、第２キャプチャ画像における同一列に、同じ大きさの相関窓（比較領域）を設定し、これを左右方向にスライドさせながら、両画像の相関窓に含まれる画素間の相関度合いを示す評価量を計算してゆく。この相関度合いを示す評価量としては、例えばＳＡＤ（Ｓｕｍ  ｏｆ  Ａｂｓｏｌｕｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｒｅｎｃｅ、（差分絶対値和））などの画素演算で計算できる量が用いられる。所定の相関探索範囲の端から端まで探索したとき、相関度合いが最も高くなる状態での第２キャプチャ画像の相関窓の中心点が、第１キャプチャ画像の注目画素に対する対応点となる。
【００２６】
なお、相関探索範囲の端から端まで探索しても相関度合いが所定の値以上にならない場合は、相関点が存在しないと見なされる。これは、第１カメラ２１からは見えているが第２カメラ２２からは見えない部分（オクルージョン領域）を計測する場合や、計測対象物のコントラストが低いときに起こり得る。
【００２７】
対応点が見出せなかったり対応点を誤って検出したりすると、ノイズが混じることがある。特に、対応点探索時の相関窓サイズが比較的小さい場合、計測精度が高まる代わりにノイズの割合が大きくなる傾向にある。このようなノイズ成分を低減するため、対応点探索結果にポストフィルタを適用してノイズ除去を行う。ポストフィルタとしては、例えばガウシアン、メディアン等の平滑化フィルタや膨張収縮などのモルフォロジー処理が用いられる。
【００２８】
その後、得られた対応点の情報から視差が算出される。視差とは、第１キャプチャ画像の注目画素と第２キャプチャ画像の対応画素との距離を、水平方向の画素単位で表したものと定義される。
【００２９】
３次元座標算出部３２は最終的に得られた視差の値に基づき、三角測量の原理により、３次元座標を算出し、３次元座標データを出力する。
【００３０】
パターン投光手段４は、計測時に計測対象物に対し、特定の方向に異方性を有するランダムパターンを投影する。
【００３１】
図２は、パターン投光手段４の具体的な構成例を示す模式図である。パターン投光手段４は、ＬＥＤモジュール４１、集光レンズ４２、フォトマスク４３、合焦レンズ４４及びＬＥＤ制御回路４５とから構成される。
【００３２】
複数のＬＥＤ素子からなるＬＥＤモジュール４１から発光された光は、集光レンズ４２で集光され、フォトマスク４３に導かれ、合焦レンズ４４を介して計測対象に合焦され照射される。フォトマスク４３は、特定の方向に異方的であるランダムパターンがガラス基板上に形成されたものである。本実施形態においては、第１カメラ２１および第２カメラ２２の２台のカメラを結ぶ直線方向に異方性を有するランダムパターンが形成されており、ここでは、横方向に異方性を有している。２台のカメラの見え方の違いによるマッチングミスを防止するには２台のカメラの配列方向に伸びた異方パターンを用いることが望ましい。ＬＥＤ制御回路４５は、ＬＥＤモジュール４１を発光させる時間や強度を制御するものである。
【００３３】
なお、パターン投光手段４について、上記構成以外にも一般的な小型プロジェクタを使用する構成も可能である。この場合、特定の方向に異方性を有するランダムパターンは、小型プロジェクタ本体に保存する方法、もしくはパソコンに保存しておき、小型プロジェクタをパソコンの外付けディスプレイとして使用する方法がある。
【００３４】
パターン投光手段４にて計測対象に投射される特定の方向に異方性を有するランダムパターン５１について、図３を用いて説明する。図３（ａ）は、特定の方向に異方性を有するランダムパターン全体図であり、図３（ｂ）は、その一部を拡大したものである。図３に示したパターンは、非周期的な明暗パターンであるが、完全なランダム配置ではなく、縦方向と横方向において、明ドットもしくは暗ドットが連続する数が異なるよう規則性を持たせている。ここで、明ドットもしくは暗ドットが連続する最小ドット数を最小ドット単位数とよぶ。
【００３５】
図３（ｂ）においては、横方向の最小ドット単位数は３ドット、縦方向の最小ドット単位数は１ドットとなっている。つまり、縦方向は１ドットごとに明ドットと暗ドットの出現確率が５０％であるのに対し、横方向は明ドットと暗ドットの切り替わりは３ドット毎に確率５０％で行われる。
【００３６】
ここで、特定の方向に異方性を有するランダムパターン５１の作成シーケンスに関して図３（ｂ）を用いて説明する。
【００３７】
左上のドットから順番に明ドットと暗ドットの決定を行う。横方向を列、縦方向を行と表現すると、まず左上の１行１列目のドットは、明ドットと暗ドットの出現確率を５０％とした乱数を用いてランダムに決定される。例えば、１行１列目が明ドットだった場合、横隣りの１行２列目と、さらに横隣りの１行３列目は、明ドットとなる。逆に、１行１列目が、暗ドットだった場合は、横隣りの１行２列目と、さらに横隣りの１行３列目は、暗ドットとなる。最小ドット単位数分が終了した１行４列目は、再び明ドットと暗ドットの出現確率を５０％とした乱数を用いてランダムに決定される。このようにして横方向の１ラインの明暗ドットを振り分けていく。１ライン終わった後は、次のラインである２行１列目のドットが決定される。縦方向の最小ドット単位数は１ドットであるため、上隣りのドットである１行１列目ドットに依らず、明ドットと暗ドットの出現確率を５０％とした乱数を用いて明ドットか暗ドットかが決定される。続く横隣りは、１ライン目と同様に、最小ドット単位数分は、同じドットが続き、最小ドット単位数である３ドット分が終了した後は、明ドットと暗ドットの出現確率を５０％とした判定を実行しながら、明暗ドットを決定していく。３ライン以降も同様のシーケンスで決定していくことで、横方向に異方性を有するランダムドットパターンが生成される。
【００３８】
図４は、横方向と縦方向の最小ドット単位数の最適値について実験した結果を示すグラフである。ここでは、計測対象として人の顔を計測した場合の計測エラー率を評価し、パターンの横方向を、顔の横方向に合わせて照射し、パターンの縦方向を顔の縦方向に照射した。パターンにおける縦方向の最小ドット単位数は１に固定し、横方向の最小ドット単位数を変えながら計測エラー率を評価した。縦軸は計測エラー率（％）、横軸は横方向の最小ドット単位数を示している。ここで、横方向の最小ドット単位数１の結果は、縦方向横方向ともに完全にランダムなパターンである。
【００３９】
図４に示された通り、横方向の最小ドット単位数を増やすことで、鼻の横方向の傾斜部分のパターンのつぶれが防止された結果、計測エラーを低減することが可能であった。横方向の最小ドット単位数は３のときにエラー率が約６．８％となり、最小であった。実験結果より、横方向の最小ドット単位数は、３から５の間に設定することで効率よく計測エラーを防止することができることがわかった。ただし、これは計測対象の傾斜の大きさや、３次元計測装置、特に２つのカメラの配置により最適値が異なるため、計測条件毎に上記のような実験により最適値を決定するべきである。
【００４０】
次に、上記３次元計測装置１を用いた３次元計測の手順について、図５のフローチャートを用いて説明する。なお、本フローチャートにおいて、Ｓは各動作のステップを表す。
【００４１】
まず、ステップＳ１０１では、パターン投光手段４のフォトマスク４３に形成された特定の方向に異方的であるランダムパターンが計測対象物に投影される。
【００４２】
ステップＳ１０２では、画像取得部２が、計測対象の第１の第１キャプチャ画像および第１の第２キャプチャ画像を取得する。このとき、第１カメラ２１および第２カメラ２２によって計測対象物が撮影され、この撮影された第１の第１，第２キャプチャ画像が画像取得回路２３に取り込まれる。そして、取り込まれた第１の第１，第２キャプチャ画像を、計測処理部３内の対応点探索部３１に送信して、ステップＳ１０３に進む。
【００４３】
ステップＳ１０３では、対応点探索部３１が、画像取得部２から送られた第１，第２キャプチャ画像に対して対応点探索処理および視差算出処理を行い、この処理により得られた視差情報を３次元座標算出部３２に送信して、ステップＳ１０４に進む。
【００４４】
最後に、ステップＳ１０４で、３次元座標算出部３２が、対応点探索部３１から送信された視差情報から、三角測量の原理を用いて計測対象物の３次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を算出して、３次元計測を終了する。ここで、水平方向の距離Ｘ，垂直方向の距離Ｙ、奥行き方向の距離をＺとする。例えば、計測対象物までの奥行き方向の距離Ｚを計測する場合、具体的には、２つのカメラの基線長をＡ、カメラの焦点距離をｆ、視差ｄとして、距離Ｚ＝Ａ・ｆ／ｄで計算できる。
【００４５】
このように、本実施形態の３次元計測装置では、計測対象物に向けて少なくとも一部の領域が特定の方向に異方性を有するランダムパターンを投射する投光手段を持つことで、ステレオカメラに対して傾斜のある計測対象に対しても、パターンのつぶれが発生することなく、従って計測エラーが発生することなく、精度のよい３次元計測が可能となる。
【００４６】
また、投光手段４は、少なくとも一部の領域が２台のカメラを結ぶ直線方向に異方性を有するランダムパターンを投射することで、２台のカメラの視点の違いによるパターンの歪やつぶれに起因する計測エラーを防止することが可能である。
【００４７】
また、投光手段４から投射されるランダムパターンは、明暗のドットがマトリクス状に並べられたパターンであり、マトリクスの一方向とこれに直行する方向とで、明ドットと暗ドットが切り替わる最小のドット単位数が異なるよう規則性を持たせた異方性を有するランダムパターンとすることで、一方向に傾斜の大きい計測対象に対して、傾斜の小さい領域の計測精度の低下を抑えつつ、傾斜の大きい領域の計測エラーを防止することが可能である。
【００４８】
このように、特定の方向に大きな傾斜がある計測対象、例えば人間の顔の計測を行う場合に、本発明の３次元計測装置は有効であり、鼻の側面の傾斜部分の計測エラーを防ぐことが可能である。
【００４９】
（実施形態２）
本発明の実施形態２について説明する。上記実施形態１と同一の内容については、説明は省略する。本実施形態における３次元計測装置１は、画像取得部２、計測処理部３、パターン投光手段４から構成され、画像取得部２、計測処理部３は第１の実施形態と同様のため説明を省略する。本実施形態においては、パターン投光手段４にて計測対象物に投射されるランダムパターンが異なる。
【００５０】
図６（ａ）は、特定の方向に異方性を有するランダムパターン全体図であり、図６（ｂ）は、その一部を拡大したものである。特定の方向に異方性を有するランダムパターン５２は、非周期的な明暗パターンであるが、完全なランダム配置ではなく、横方向は明ドットもしくは暗ドットが少なくとも設定された値より多く連続で並ぶよう規則性を持たせており、図６の例では横方向は明ドットもしくは暗ドットが少なくとも３ドット以上連続で並ぶよう規則性を持たせている。つまり、縦方向は１ドットごとに明ドットと暗ドットの出現確率が５０％であるのに対し、横方向は明ドットもしくは暗ドットは少なくとも３ドット以上連続で配置される。ここで、明ドットもしくは暗ドットが少なくとも設定された値以上連続で並ぶドット数を最低連続ドット数と呼ぶ。
【００５１】
以下に、特定の方向に異方性を有するランダムパターン５２の作成シーケンスに関して図６（ｂ）を用いて説明する。
【００５２】
左上のドットから順番に明ドットと暗ドットの決定を行う。横方向を列、縦方向を行と表現すると、まず左上の１行１列目のドットは、明ドットと暗ドットの出現確率を５０％とした乱数を用いてランダムに決定される。例えば、１行１列目が明ドットだった場合、横隣りの１行２列目と、さらに横隣りの１行３列目は明ドットとなる。逆に、１行１列目が暗ドットだった場合、横隣りの１行２列目と、さらに横隣りの１行３列目は暗ドットとなる。最低連続ドット数が終了した１行４列目のドットは、明ドットと暗ドットの出現確率を５０％とした乱数を用いて決定される。１行４列目が１行３列目までと同色ドットであった場合、さらに続く１行５列も明ドットと暗ドットの出現確率を５０％とした乱数を用いて決定される。このように最低連続ドット数を超えた後は、ドットの切り替わりが発生するまで繰り返し明ドットと暗ドットの出現確率を５０％とした乱数を用いてドットが選択される。
【００５３】
ドットの切り替わりが発生した場合、その後は最低連続ドット数の数だけ同じ明暗ドットが選択された後、明ドットと暗ドットの出現確率５０％の乱数を用いた決定が繰り返される。このようにして横方向の１ラインの明暗ドットを振り分けていく。１ライン終わった後は、次のラインである２行１列目のドットが決定される。縦方向は異方性を有さないため、上隣りのドットである１行１列目ドットに依らず、明ドットと暗ドットの出現確率を５０％とした乱数を用いて、明ドットか暗ドットかが決定される。続く横隣りは、１ライン目と同様のアリゴリズムで明暗ドットを決定していく。３ライン以降も同様のシーケンスで決定していくことで、横方向に異方性を有するランダムパターンが生成される。
【００５４】
最低連続ドット数で並ぶ数について、横方向を３とした場合について記載したが、計測対象の傾斜の強さや３次元計測装置の配置、とくに２つのカメラの配置によって最適値がことなるため、計測結果における計測エラー率を指標として実験を行なった結果に基づいて決定するべきである。
【００５５】
このように、本実施形態の３次元計測装置では、投光手段から投射されるランダムパターンは、明暗のドットがマトリクス状に並べられたパターンであり、マトリクスの一方向で、明ドットもしくは暗ドットが少なくとも設定された値以上連続で並ぶよう規則性を持たせた異方性を有するランダムパターンとすることで、一方向に傾斜の大きい計測対象に対して、傾斜の小さい領域の計測精度の低下を抑えつつ、傾斜の大きい領域の計測エラーを防止することが可能である。
【００５６】
（実施形態３）
本発明の実施形態３について説明する。上記実施形態と同一の内容については、説明は省略する。本実施形態における３次元計測装置１は、画像取得部２、計測処理部３、パターン投光手段４から構成され、画像取得部２、計測処理部３は第１の実施形態と同様のため説明を省略する。本実施形態においては、パターン投光手段４にて計測対象物に投射されるランダムパターンが異なる。
【００５７】
図７は、特定の方向に異方性を有するランダムパターン全体図である。特定の方向に異方性を有するランダムパターン５３は、特定の方向に異方性を有するランダムパターン部５３１と異方性を有さないランダムパターン部５３２で構成されている。計測対象物の傾斜の大きい領域が予め決まっており、カメラとの位置決めがある程度精度よく行なうことが可能な場合には、本実施形態のパターンを用いることが可能である。つまり、傾斜が大きい領域のみ特定の方向に異方性を有するランダムパターン部５３１とし、その他の領域は異方性を有さないランダムパターン部５３２が照射されるようにする。特定の方向に異方性を有するランダムパターン５３１の投影は、傾斜の小さい領域においては、計測精度を下げる要因となることがあるため、傾斜の大きい領域のみを異方性を有するランダムパターン５３１にすることで、平坦部分の計測精度を落とすことなく、傾斜部分の計測エラーを防ぐことが可能となる。
【００５８】
（実施形態４）
次に、実施形態４について説明する。上記実施形態１〜３においては、２台のカメラを搭載し、それぞれのカメラで撮影した２枚の画像対から対応点探索を行っていたが、カメラの個数は２つに限らず、３つ以上のカメラを使った３次元計測装置の場合においても本発明を応用することは可能である。
【００５９】
例えば、３台のカメラを用いる場合の一例としては、計測対象物に対し、３台のカメラを等間隔に横に並列に配置し、計測対象物に対して画像取得しやすいカメラ２台を選定して画像を取得する。計測対象物の形状や傾斜によっては、画像取得が困難なカメラ位置が存在することもありうるため、３台のカメラを配置し、選択的に２台を用いることで、ノイズなどの少ない画像を取得することが可能となる。
【００６０】
以上、それぞれの実施形態で説明したとおり、本発明の３次元計測装置によれば、簡単な構成で、カメラに対して傾斜のある面が存在する計測対象物であっても精度の高い３次元計測を実現することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明に係る３次元計測装置は、複数のカメラを用いて距離・形状などの計測を行うためのステレオ３次元計測装置に関するものであり、３次元計測装置として産業用、民生用その他用途に用いる他に、携帯情報端末などの一部に組み込むことが可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１  ３次元計測装置
２  画像取得部
３  計測処理部
４  パターン投光手段
２１  第１カメラ
２２  第２カメラ
２３  画像取得回路
３１  対応点探索部
３２  ３次元座標算出部
４１  ＬＥＤモジュール
４２  集光レンズ
４３  フォトマスク
４４  合焦レンズ
４５  ＬＥＤ制御回路
５１、５２、５３  特定の方向に異方性を有するランダムパターン
５３１  特定の方向に異方性を有するランダムパターン部
５３２  異方性を有さないランダムパターン部
【図１】
2015105899.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】
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