(57)【要約】      （修正有）【課題】予め設定された射出パターンの測定光を物体に照射して物体の三次元形状データを取得する三次元形状データ取得装置において、複数の位置から測定光を物体に照射した場合の照射パターンの干渉による測定精度の低下を防止する。【解決手段】予め設定された射出パターンの測定光を射出する発光部２ａ及び測定光が照射された物体を撮像する撮像部２ｂを有するセンサユニット２と、センサユニット２の出力に基づいて物体の三次元形状を求める数値計算部３とを備える三次元形状データ取得装置１であって、複数のセンサユニット２を備え、各センサユニット２が、他のセンサユニット２の発光部２ａと異なる射出パターンの測定光を射出する発光部２ａと、同じセンサユニット２に属する発光部２ａから射出された測定光の反射光のみを受光して撮像を行う撮像部２ｂとを備える。【選択図】図１
2015040711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め設定された射出パターンの測定光を射出する発光部及び前記測定光が照射された物体を撮像する撮像部を有するセンサユニットと、前記センサユニットの出力に基づいて前記物体の三次元形状を求める数値計算部とを備える三次元形状データ取得装置であって、
複数の前記センサユニットを備え、
各前記センサユニットは、
同じ前記センサユニットに属する前記発光部から射出された前記測定光の反射光のみを受光して撮像を行う撮像部
を備える
ことを特徴とする三次元形状データ取得装置。
【請求項２】
各前記センサユニットは、
前記測定光に含まれる波長成分のうち、予め定められた波長成分のみを透過する射出側フィルタと、
前記撮像部に設けられ、同じ前記センサユニットに属する前記射出側フィルタが透過する波長成分の反射光のみを透過する撮像部側フィルタと
を備え、
異なる前記センサユニットが備える前記射出側フィルタ及び前記撮像部側フィルタが透過する波長成分が異なる
ことを特徴とする請求項１記載の三次元形状データ取得装置。
【請求項３】
前記測定光が赤外線であることを特徴とする請求項１または２記載の三次元形状データ取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元形状データ取得装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、予め設定されたランダムな射出パターンの測定光を物体に照射し、この物体を撮像して得られた画像に含まれる照射パターン（測定光が照射されてできるパターン）と基準パターンとを画像処理にて比較することによって、物体の三次元形状データを取得する距離画像センサが用いられている。この距離画像センサは、センサから見える範囲に一度に測定光を照射することから、短時間で物体の三次元形状データを取得できるというメリットがある。このような距離画像センサを用いることによって、物体の三次元形状データのみならず、取得された三次元形状データを利用して人体の動作認識（モーションキャプチャ）を行うことも可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第８０５０４６１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、１台の距離画像センサによって得られる三次元形状データは、その距離画像センサから測定光が照射できる範囲となる。このため、１台の距離画像センサでは、当然ながら死角が生じ、物体全体の三次元形状データを取得することは難しい。このため、複数台の距離画像センサを設置し、各距離画像センサから得られた出力をマッチング処理して物体全体の三次元形状データを取得する場合がある。
【０００５】
しかしながら、上述のように、各距離画像センサは、撮像した画像に含まれる照射パターンと基準パターンとを比較することによって三次元形状データを取得する。このため、撮像した画像中に他の距離画像センサの測定光が照射されていると、自らの測定光による照射パターンと他の距離画像センサの測定光による照射パターンとを識別ができなくなり（すなわち照射パターンが干渉し）、測定誤差が生じる場合がある。したがって、複数台の距離画像センサを設置して三次元形状データを取得する場合には、測定精度が低下するという懸念がある。
【０００６】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、予め設定された射出パターンの測定光を物体に照射して物体の三次元形状データを取得する三次元形状データ取得装置において、複数の位置から測定光を物体に照射した場合の照射パターンの干渉による測定精度の低下を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
【０００８】
第１の発明は、予め設定された射出パターンの測定光を射出する発光部及び上記測定光が照射された物体を撮像する撮像部を有するセンサユニットと、上記センサユニットの出力に基づいて上記物体の三次元形状を求める数値計算部とを備える三次元形状データ取得装置であって、複数の上記センサユニットを備え、各上記センサユニットが、同じ上記センサユニットに属する上記発光部から射出された上記測定光の反射光のみを受光して撮像を行う撮像部を備えるという構成を採用する。
【０００９】
第２の発明は、上記第１の発明において、各上記センサユニットが、上記測定光に含まれる波長成分のうち、予め定められた波長成分のみを透過する射出側フィルタと、上記撮像部に設けられ、同じ上記センサユニットに属する上記射出側フィルタが透過する波長成分の反射光のみを透過する撮像部側フィルタとを備え、異なる上記センサユニットが備える上記射出側フィルタ及び上記撮像部側フィルタが透過する波長成分が異なるという構成を採用する。
【００１０】
第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記測定光が赤外線であるという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、各センサユニットに設置される撮像部が、同じセンサユニットに属する発光部から射出された測定光の反射光のみを受光して撮像を行う。このため、撮像部で撮像された画像に他のセンサユニットの測定光の照射パターンが写ることを防止することができ、照射パターンが干渉することを防止することができる。したがって、本発明によれば、予め設定された射出パターンの測定光を物体に照射して物体の三次元形状データを取得する三次元形状データ取得装置において、複数の位置から測定光を物体に照射した場合の照射パターンの干渉による測定精度の低下を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態における三次元形状データ取得装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２実施形態における三次元形状データ取得装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態における三次元形状データ取得装置の変形例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明に係る三次元形状データ取得装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態の三次元形状データ取得装置１の概略構成を示すブロック図である。この図に示すように、本実施形態の三次元形状データ取得装置１は、センサユニット２と、コンピュータ３（数値計算部）とを備えている。
【００１５】
本実施形態においては、センサユニット２は３つ（センサユニット２Ａ、センサユニット２Ｂ及びセンサユニット２Ｃ）設けられている。各センサユニット２は、発光部２ａ、撮像部２ｂ及び距離情報算出部２ｃを備えている。なお、各センサユニット２における発光部２ａ、撮像部２ｂ及び距離情報算出部２ｃは、物理的に一体化されている必要はなく、離間した状態で設置されても良い。
【００１６】
発光部２ａは、予め設定された射出パターンの測定光を射出するものである。また、図１に示すように、センサユニット２Ａの発光部２ａは、第１光源ユニット２ａ１を備えている。センサユニット２Ｂの発光部２ａは、第２光源ユニット２ａ２を備えている。センサユニット２Ｃの発光部２ａは、第３光源ユニット２ａ３を備えている。
【００１７】
第１光源ユニット２ａ１は、第２光源ユニット２ａ２及び第３光源ユニット２ａ３と異なる波長成分の赤外線を測定光として射出する光源と、この測定光の射出パターンを第２光源ユニット２ａ２及び第３光源ユニット２ａ３と異なる射出パターンとするマスクとを備えている。第２光源ユニット２ａ２は、第１光源ユニット２ａ１及び第３光源ユニット２ａ３と異なる波長成分の赤外線を測定光として射出する光源と、この測定光の射出パターンを第１光源ユニット２ａ１及び第３光源ユニット２ａ３と異なる射出パターンとするマスクとを備えている。第３光源ユニット２ａ３は、第１光源ユニット２ａ１及び第２光源ユニット２ａ２と異なる波長成分の赤外線を測定光として射出する光源と、この測定光の射出パターンを第１光源ユニット２ａ１及び第２光源ユニット２ａ２と異なる射出パターンとするマスクとを備えている。なお、ここでの射出パターンとは、測定光の光束中における強度分布を意味している。
【００１８】
このような第１光源ユニット２ａ１を備えるセンサユニット２Ａの発光部２ａと、第２光源ユニット２ａ２を備えるセンサユニット２Ｂの発光部２ａと、第３光源ユニット２ａ３を備えるセンサユニット２Ｃの発光部２ａとは、他のセンサユニットの発光部と異なる射出パターンで異なる波長成分の測定光を射出する。
【００１９】
撮像部２ｂは、発光部２ａから射出された測定光が照射された物体を撮像するものである。図１に示すように、センサユニット２Ａの撮像部２ｂは、第１光源ユニット２ａ１から射出される測定光の波長成分のみを透過する第１フィルタ２ｂ１と、第１フィルタ２ｂ１を透過した光を受光して撮像する受光センサ２ｂ４とを備えている。このようなセンサユニット２Ａの撮像部２ｂは、第１フィルタ２ｂ１が同じセンサユニット２Ａに属する発光部２ａから射出された測定光の反射光のみを透過するため、センサユニット２Ａに属する発光部２ａから射出された測定光の反射光のみを受光して撮像を行う。
【００２０】
センサユニット２Ｂの撮像部２ｂは、第２光源ユニット２ａ２から射出される測定光の波長成分のみを透過する第２フィルタ２ｂ２と、第２フィルタ２ｂ２を透過した光を受光して撮像する受光センサ２ｂ４とを備えている。このセンサユニット２Ｂの撮像部２ｂは、第２フィルタ２ｂ２が同じセンサユニット２Ｂに属する発光部２ａから射出された測定光の反射光のみを透過するため、センサユニット２Ｂに属する発光部２ａから射出された測定光の反射光のみを受光して撮像を行う。
【００２１】
センサユニット２Ｃの撮像部２ｂは、第３光源ユニット２ａ３から射出される測定光の波長成分のみを透過する第３フィルタ２ｂ３と、第３フィルタ２ｂ３を透過した光を受光して撮像する受光センサ２ｂ４とを備えている。このセンサユニット２Ｃの撮像部２ｂは、第３フィルタ２ｂ３が同じセンサユニット２Ｃに属する発光部２ａから射出された測定光の反射光のみを透過するため、センサユニット２Ｃに属する発光部２ａから射出された測定光の反射光のみを受光して撮像を行う。
【００２２】
距離情報算出部２ｃは、発光部２ａから射出された測定光が特定の距離で照射されたときに生じる照射パターンを基準パターンとして記憶しており、撮像部２ｂから出力される撮像データに含まれる照射パターンと基準パターンとを、例えばデジタル画像相関法を用いて比較して変位量を求め、三角測量の原理を用いて物体までの距離を求める。
【００２３】
センサユニット２Ａの距離情報算出部２ｃは、センサユニット２Ａの発光部２ａから射出された測定光が特定の距離で物体に照射されたときの照射パターンである基準パターンを記憶している。このセンサユニット２Ａの距離情報算出部２ｃは、センサユニット２Ａの撮像部２ｂで撮像された画像に含まれる照射パターンと基準パターンとを比較して物体の各位置までの距離情報を算出し、物体の形状を示す点群データを作成する。
【００２４】
センサユニット２Ｂの距離情報算出部２ｃは、センサユニット２Ｂの発光部２ａから射出された測定光が特定の距離で物体に照射されたときの照射パターンである基準パターンを記憶している。このセンサユニット２Ｂの距離情報算出部２ｃは、センサユニット２Ｂの撮像部２ｂで撮像された画像に含まれる照射パターンと基準パターンとを比較して物体の各位置までの距離情報を算出し、物体の形状を示す点群データを作成する。
【００２５】
センサユニット２Ｃの距離情報算出部２ｃは、センサユニット２Ｃの発光部２ａから射出された測定光が特定の距離で物体に照射されたときの照射パターンである基準パターンを記憶している。このセンサユニット２Ｃの距離情報算出部２ｃは、センサユニット２Ｃの撮像部２ｂで撮像された画像に含まれる照射パターンと基準パターンとを比較して物体の各位置までの距離情報を算出し、物体の形状を示す点群データを作成する。
【００２６】
なお、ここでの距離情報とは、撮像部２ｂから物体の各位置までの距離でも良いし、物体の各位置の座標であっても良い。このような座標も、物体までの距離を示す情報と考えることができるためである。
【００２７】
コンピュータ３は、各センサユニット２と電気的に接続されており、これらのセンサユニット２からの出力（すなわち三次元形状データ）をマッチング処理することで物体の三次元形状を求めるものである。このコンピュータ３は、パーソナルコンピュータやワークステーション等からなる。
【００２８】
以上のような本実施形態の三次元形状データ取得装置１によれば、各センサユニット２に設置される撮像部２ｂが、同じセンサユニット２に属する発光部２ａから射出された測定光の反射光のみを受光して撮像を行う。このため、撮像部２ｂで撮像された画像に他のセンサユニット２の測定光の照射パターンが写ることを防止することができ、照射パターンが干渉することを防止することができる。したがって、本実施形態の三次元形状データ取得装置１によれば、複数の位置から測定光を物体に照射した場合の照射パターンの干渉による測定精度の低下を防止することが可能となる。
【００２９】
また、本実施形態の三次元形状データ取得装置１によれば、測定光が赤外線とされている。このため、蛍光灯等で照らされた明るい室内においても、室内の明かりに影響されることなく測定を行うことができる。また、室内の人に対して不快感を与えることなく測定することができる。
【００３０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明において、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
【００３１】
図２は、本実施形態の三次元形状データ取得装置１Ａの概略構成を示すブロック図である。この図に示すように、本実施形態の三次元形状データ取得装置１Ａにおいては、各センサユニット２の発光部２ａが同一波長成分の測定光を射出する光源２ａ４を備えている。なお、図２には、示していないが、各センサユニット２の発光部２ａは、光源２ａ４から射出された測定光から射出パターンを生成するためのマスクを備えている。
【００３２】
また、センサユニット２Ａの発光部２ａは、同じセンサユニット２Ａの撮像部２ｂが備える第１フィルタ２ｂ１と同じ波長成分の光を透過する第１フィルタ２ａ５を備えている。このため、センサユニット２Ａの発光部２ａからは、上記第１実施形態の同じ波長成分の測定光が射出される。
【００３３】
また、センサユニット２Ｂの発光部２ａは、同じセンサユニット２Ｂの撮像部２ｂが備える第２フィルタ２ｂ２と同じ波長成分の光を透過する第２フィルタ２ａ６を備えている。このため、センサユニット２Ｂの発光部２ａからは、上記第１実施形態の同じ波長成分の測定光が射出される。
【００３４】
また、センサユニット２Ｃの発光部２ａは、同じセンサユニット２Ｃの撮像部２ｂが備える第３フィルタ２ｂ３と同じ波長成分の光を透過する第３フィルタ２ａ７を備えている。このため、センサユニット２Ｃの発光部２ａからは、上記第１実施形態の同じ波長成分の測定光が射出される。
【００３５】
すなわち、本実施形態の三次元形状データ取得装置１Ａにおいては、各センサユニット２が、測定光に含まれる波長成分のうち、予め定められた波長成分のみを透過する射出側フィルタ（第１フィルタ２ａ５、第２フィルタ２ａ６及び第３フィルタ２ａ７）と、撮像部２ｂに設けられ、同じセンサユニット２に属する射出側フィルタが透過する波長成分の反射光のみを透過する撮像部側フィルタ（第１フィルタ２ｂ１、第２フィルタ２ｂ２及び第３フィルタ２ｂ３）とを備え、異なるセンサユニット２が備える射出側フィルタ及び撮像部側フィルタが透過する波長成分が異なる。
【００３６】
このような本実施形態の三次元形状データ取得装置１Ａにおいても、上記第１実施形態の三次元形状データ取得装置１と同様に、他のセンサユニット２の測定光の照射パターンが写ることを防止することができ、照射パターンの干渉による測定精度の低下を防止することが可能となる。
【００３７】
また、本実施形態の三次元形状データ取得装置１Ａにおいて、第１フィルタ２ｂ１、第２フィルタ２ｂ２、第３フィルタ２ｂ３、第１フィルタ２ａ５、第２フィルタ２ａ６及び第３フィルタ２ａ７を着脱可能とすることによって、センサユニット２の他の部位を共通化することができ、装置コストを低下させることができる。
【００３８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３９】
例えば、図３に示す三次元形状データ取得装置１Ｂのように、距離情報算出部２ｃの機能をコンピュータ３に実行させるようにすることで、各センサユニット２から距離情報算出部２ｃを削除するようにしても良い。
【００４０】
また、上記実施形態においては、測定光として赤外線を用いた。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、測定光として他の不可視光や可視光を用いることも可能である。
【００４１】
また、本発明においては、各センサユニット２の撮像部２ｂが同一のセンサユニット２に属する発光部２ａから射出された測定光の反射光のみを受光するため、各センサユニット２の射出パターンが同一であっても良い。
【００４２】
また、上記実施形態においては、各センサユニット２に対して１つの共通のコンピュータ３を設置する構成について説明した。しかしながら、本発明においては、センサユニット２ごとにコンピュータを設置する構成を採用することも可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１……三次元形状データ取得装置、１Ａ……三次元形状データ取得装置、１Ｂ……三次元形状データ取得装置、２……センサユニット、２ａ……発光部、２Ａ……センサユニット、２ａ１……第１光源ユニット、２ａ２……第２光源ユニット、２ａ３……第３光源ユニット、２ａ４……光源、２ａ５……第１フィルタ、２ａ６……第２フィルタ、２ａ７……第３フィルタ、２ｂ……撮像部、２Ｂ……センサユニット、２ｂ１……第１フィルタ、２ｂ２……第２フィルタ、２ｂ３……第３フィルタ、２ｂ４……受光センサ、２ｃ……距離情報算出部、２Ｃ……センサユニット、３……コンピュータ（数値計算部）
【図１】
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【図２】
2015040711.tif 000004
【図３】
2015040711.tif 000005