(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターン光が投光された計測対象物の撮像画像から、当該計測対象物の距離情報を算出する距離情報算出手段と、
前記パターン光の計測点の空間分解能を、局所領域ごとに適応的に設定可能な局所パターン設定手段と、を有し、
前記局所パターン設定手段は、前記距離情報算出手段において並列に実行される局所領域ごとの演算量が概均一化するように局所領域および計測点の空間分解能を設定することを特徴とする三次元距離計測装置。
【請求項２】
前記距離情報算出手段は、撮像画像中のパターン光に関して、前記局所パターン設定手段が設定した、局所領域ごとに異なる空間分解能を有し、局所領域ごとの演算量が概均一化するように設定された計測点を距離情報算出対象点とすることを特徴とする請求項１に記載の三次元距離計測装置。
【請求項３】
更に、前記パターン光を生成するパターン光生成手段を有し、
前記パターン光生成手段は、前記局所パターン設定手段が設定した、局所領域ごとに異なる計測点の空間分解能を有し、局所領域ごとの演算量が概均一化するように局所領域および計測点の空間分解能が設定されたパターン光を生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の三次元距離計測装置。
【請求項４】
前記距離情報算出手段は、複数の前記局所領域ごとの演算処理を並列に実行する並列処理プロセッサを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の三次元距離計測装置。
【請求項５】
計測対象物の概位置姿勢を認識する位置姿勢認識手段と、前記計測対象物において計測されるべき局所領域ごとの距離情報の空間分解能を計測対象物のモデル情報として保持するモデル記憶手段をさらに有し、前記局所パターン設定手段は、事前に認識した計測対象物の概位置姿勢認識結果と、モデル記憶手段に保持されたモデル情報を元にして、局所領域および計測点の空間分解能を設定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の三次元距離計測装置。
【請求項６】
前記局所パターン設定手段は、事前に計測した計測対象物の距離情報に基づいて、局所領域および計測点の空間分解能を設定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の三次元距離計測装置。
【請求項７】
前記局所パターン設定手段は、事前に計測した計測対象物の距離情報に基づき、所定値よりも距離変動幅の大きい局所領域に対するパターン光の計測点の空間分解能を高くし、または、所定値よりも距離変動幅の小さい局所領域に対するパターン光の計測点の空間分解能を低くすることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の三次元距離計測装置。
【請求項８】
前記局所パターン設定手段は、パターン光の計測点の空間分解能に対応して、局所領域のサイズおよび位置を設定することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の三次元距離計測装置。
【請求項９】
パターン光のそれぞれの局所領域に含まれる計測点の数、および局所領域のサイズ及び位置と、演算量との対応情報を保持した演算量参照手段を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の三次元距離計測装置。
【請求項１０】
前記並列処理プロセッサは、ＧＰＵまたはＤＳＰを有することを特徴とする請求項４に記載の三次元距離計測装置。
【請求項１１】
三次元距離計測装置における三次元距離計測方法であって、
距離情報算出手段が、パターン光が投光された計測対象物の撮像画像から、当該計測対象物の距離情報を算出する距離情報算出工程と、
局所パターン設定手段が、前記パターン光の計測点の空間分解能を、局所領域ごとに適応的に設定可能な局所パターン設定工程と、を有し、
前記局所パターン設定工程において、前記局所パターン設定手段は、前記距離情報算出手段において並列に実行される局所領域ごとの演算量が概均一化するように局所領域および計測点の空間分解能を設定することを特徴とする三次元距離計測方法。
【請求項１２】
コンピュータを、
パターン光が投光された計測対象物の撮像画像から、当該計測対象物の距離情報を算出する距離情報算出手段と、
前記パターン光の計測点の空間分解能を、局所領域ごとに適応的に設定可能な局所パターン設定手段と、を有し、
前記局所パターン設定手段は、前記距離情報算出手段において並列に実行される局所領域ごとの演算量が概均一化するように局所領域および計測点の空間分解能を設定することを特徴とする三次元距離計測装置として機能させるためのプログラム。
【請求項１３】
投影パターンが投影された計測対象物を撮像し、当該撮像された画像に基づいて前記計測対象物の三次元距離情報を算出する三次元距離計測装置であって、
前記画像を領域ごとに分割し、前記投影パターンを構成する計測点の空間分解能を前記領域ごとに設定する分割設定手段と、
前記空間分解能を有する前記投影パターンが投影され且つ撮像された前記計測対象物の画像から検出される前記計測点と、前記投影パターンを構成する計測点との対応に基づいて、前記計測対象物の三次元距離情報を前記領域ごとに並列に算出する算出手段と、を備え、
前記分割設定手段は、前記算出手段による前記領域ごとの演算量が均一化するように、前記画像を領域ごとに分割し、当該領域ごとに前記計測点の空間分解能を設定することを特徴とする三次元距離計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元距離計測装置、三次元距離計測方法、およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
パターン投影による三次元距離計測において、距離計測点に対応する投影パターンの空間分解能を領域ごとに異なるものとする三次元距離計測方法としては、特許文献１がある。
【０００３】
特許文献１に記載の三次元距離計測方法は、識別情報を埋め込んだ計測線（距離計測点）を有する投影パターンにおいて、計測線間の距離パターンとして２種類の距離を取り得るものとしている。
【０００４】
また、非特許文献１では、異なる基準線の特徴パターン用いた三次元距離計測手法が開示されている。非特許文献２では、二次元画像上で検出される特徴点やエッジなどの画像特徴を用いた位置姿勢計測手法が開示されている。非特許文献３では、事前に保持しているモデル情報を用いて、二次元画像へのモデルフィッティングを行うことにより、計測対象物の位置姿勢を認識する手法が開示されている。非特許文献４では、コード情報が埋め込まれた複数枚の投影パターンを計測対象物に投影し、複数枚の撮像画像よりコード情報をデコードして、計測対象物の三次元距離情報を算出する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８‐２７６７４３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Thomas P. Koninckx, Andreas Griesser and Luc Van Gool, “Real-time Range Scanning of Deformable Surfaces by Adaptively Coded Structured Light”, 3DIM 2003. Proceedings. Fourth International Conference, 293 - 300.
【非特許文献２】V. Lepetit and P. Fua, "Keypoint recognition using randomized trees," IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol.28, no.9, 2006.
【非特許文献３】D. G. Lowe, “Fitting parameterized three-dimensional models to images,” IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol.13, no.5, pp.441-450, 1991.
【非特許文献４】井口 征士, 佐藤 宏介, “三次元画像計測”, 昭晃堂, 1990.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の三次元距離計測方法においては、計測線の空間分解能パターンは、２種類かつ計測線に直交する方向のみに限定されるため、任意領域ごとに距離計測点の空間分解能を設定することができないという課題がある。また、距離計測対象領域を複数の局所領域に分割して並列処理を行う場合には、距離計測点の空間分解能に対応した各局所領域の演算処理量の均一化も考慮されていないため、並列処理化による処理時間の短縮効果が損なわれるという課題がある。
【０００８】
上記の課題に鑑み、本発明は、三次元距離情報の空間分解能を局所領域ごとに設定し、効率的な並列処理を実行することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成する本発明に係る三次元距離計測装置は、
パターン光が投光された計測対象物の撮像画像から、当該計測対象物の距離情報を算出する距離情報算出手段と、
前記パターン光の計測点の空間分解能を、局所領域ごとに適応的に設定可能な局所パターン設定手段と、を有し、
前記局所パターン設定手段は、前記距離情報算出手段において並列に実行される局所領域ごとの演算量が概均一化するように局所領域および計測点の空間分解能を設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、三次元距離情報の空間分解能を局所領域ごとに設定し、効率的な並列処理を実行することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）第１実施形態に係る三次元距離計測装置の構成図、（ｂ）第１実施形態に係る三次元距離計測装置を構成するコンピュータ３の機能構成を説明する図。
【図２】第１実施形態に係る処理の手順を示すフローチャート。
【図３】第１実施形態に係る投影パターン例を示す図。
【図４】第１実施形態に係る撮像画像例を示す図。
【図５】第１実施形態に係る撮像画像例を示す図。
【図６】第１実施形態に係る投影パターン例を示す図。
【図７】第１実施形態に係る撮像パターン例を示す図。
【図８】第２実施形態に係る三次元距離計測装置を構成するコンピュータ３の機能構成を説明する図。
【図９】第２実施形態に係る処理の手順を示すフローチャート。
【図１０】第２実施形態に係る撮像画像例を示す図。
【図１１】第３実施形態に係る処理の手順を示すフローチャート。
【図１２】第３実施形態に係る撮像画像例を示す図。
【図１３】第４実施形態に係る処理の手順を示すフローチャート。
【図１４】第４実施形態に係る撮像画像例を示す図。
【図１５】第５実施形態に係る撮像パターン例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態を説明する。本実施形態は、計測対象物にパターン光を投影（投光）して撮像した画像に基づいて、計測対象物の三次元距離情報を計測する三次元距離計測装置の例を説明する。 
図１（ａ）に示されるように、本実施形態に係る三次元距離計測装置は、プロジェクタ１と、カメラ２と、コンピュータ３とを備える。ここで、プロジェクタ１は、コンピュータ３により設定されたパターンデータに基づくパターン光（以下、「投影パターン」とも称する）を計測対象物４に投影する。投影パターンは、パターンデータに基づく投影光であり、本実施形態においては基準線パターンと、複数の計測点から構成される計測線パターンとが含まれる。計測線パターンは、計測対象物４の三次元距離情報を計測するためのマルチスリット光として機能する。
【００１３】
カメラ２は、投影パターンが投影された状態の計測対象物４を撮像し、撮像した画像をコンピュータ３へ送信する機能を有する。コンピュータ３は、後述の各処理部を有し、それぞれの処理部に対応する処理を実行する。本実施形態における計測対象物４は、例えば図１に示すように立方体形状であり、表面に窪み５を有しているものとする。
【００１４】
なお、本実施形態におけるコンピュータ３は、複数の演算処理を並列に実行することが可能な、複数のプロセッサユニットから構成される並列プロセッサを有し、上述した各機能は一般にソフトウェアまたは専用の演算処理回路により実現される。
【００１５】
図１（ｂ）を参照して、第１実施形態に係る三次元距離計測装置を構成するコンピュータ３の機能構成を説明する。コンピュータ３は、投影パターン設定処理部１０１と、投影パターン生成／投影処理部１０２と、撮像処理部１０３と、距離情報算出部１０４と、を備える。コンピュータ３のプロセッサユニットが、これらの構成要素を制御する。
【００１６】
投影パターン設定処理部１０１は、プロジェクタ１により計測対象物４へ投影される投影パターンを設定可能である（局所パターン設定処理）。投影パターン生成／投影処理部１０２は、投影パターン設定処理部１０１により設定された投影パターンを生成し（パターン光生成処理）、プロジェクタ１を制御して当該投影パターンを計測対象物４へ投影する。撮像処理部１０３は、投影パターン生成／投影処理部１０２により生成された投影パターンが投影された計測対象物４を、カメラ２を制御して撮像する。また、撮像された画像を距離情報算出部１０４へ送信する。距離情報算出部１０４は、撮像処理部１０３から受信した撮像画像に対して画像処理を実行して、撮像画像中のパターン光を抽出する。また、撮像画像中のパターン光（以下、「撮像パターン」とも称する）と、投影パターンとの対応を取ることにより、カメラ２から計測対象物４までの距離情報、すなわち計測対象物４の三次元距離情報を算出する。
【００１７】
続いて、図２のフローチャートを参照して、本実施形態における三次元距離計測装置の処理の手順を説明する。
【００１８】
本実施形態における三次元距離計測装置の処理は、図２において点線枠で囲まれた初期三次元距離計測処理（Ｓ２０１乃至Ｓ２０４）と、同じく点線枠で囲まれた詳細三次元距離計測処理（Ｓ２０５乃至Ｓ２０８）とを備える。初期三次元距離計測処理では、計測対象物４の初期状態における三次元距離情報が取得される。初期状態とは、計測対象物４の三次元距離情報が不明の状態であるが、実際の計測処理においては、初期状態はこれに限定されず、ユーザの必要に応じて適宜初期三次元距離計測処理を実行してもよい。一方、詳細三次元距離計測処理では、初期三次元距離計測処理により算出された初期状態における三次元距離情報に基づいて、計測対象物４の詳細な三次元距離情報が取得される。
【００１９】
Ｓ２０１において、投影パターン設定処理部１０１は、プロジェクタ１により計測対象物４へ投影される投影パターンを設定する。ここで設定される投影パターンは、後述する距離情報算出処理により計測対象物４の三次元距離情報を算出するために使用される。
【００２０】
ここで、図３（ａ）を参照して、投影パターン設定処理部１０１により設定される投影パターンの例を説明する。図３（ａ）に示される投影パターンは、縦方向に構成される基準線パターン３０１と、横方向に構成される計測線パターン３０２とから構成される。図３（ａ）では、一本の基準線パターンのみが符号３０１により指し示されている。同様に、一本の計測線パターンのみが符号３０２により指し示されている。ここで基準線パターン３０１には、一例として縦方向に構成された線分上に、投影パターンと撮像パターンとの対応を取るための特徴パターンとして、バーコードパターンが付加されている。図３（ｂ）は、バーコードパターン３０３の拡大図である。なお、この特徴パターンは、バーコードパターン３０３に限定されず、投影パターンと撮像パターンとの対応を取ることが可能なパターンであれば、その他のパターンであってもよい。例えば、図３（ｃ）は、その他のパターンとして円形の形状パターン３０４を示す。基準線パターン３０１上に図３（ｃ）に示される形状パターン３０４を付加し、これらの形状パターン列をコード化して対応を取る構成にすることも可能である。また、基準線パターン３０１が部分ごとに複数の色を有することにより、特徴パターンとしてもよい。なお、以降では、特に明示されない限り、煩雑化を防ぐために基準線パターン上の特徴パターンの描写を省略する。
【００２１】
一方、計測線パターン３０２は、計測対象物４の三次元距離情報を計測するためのマルチスリット光として機能する。三次元距離情報は撮像パターン中の計測線パターン３０２上の点において算出される。計測線パターン３０２上の点は、撮像画像中の計測線パターン３０２上の画素に相当する。従って、後述するように、三次元距離情報を算出するために必要とされる演算量は、撮像パターン中における計測線パターン３０２上の画素数に比例する。本実施形態においては、計測対象物４の初期状態の三次元距離情報が不明である状態を想定しているため、初期三次元距離計測処理においては、投影パターンを構成する計測線パターン３０２を構成する計測点の空間分解能はパターン全面で均一に設定されている。
【００２２】
Ｓ２０２において、投影パターン生成／投影処理部１０２は、Ｓ２０１において投影パターン設定処理部１０１により設定された投影パターンを生成し、プロジェクタ１を制御して当該投影パターンを計測対象物４へ投影する。
【００２３】
Ｓ２０３において、撮像処理部１０３は、カメラ２を制御して、投影パターン生成／投影処理部１０２により生成された投影パターンが投影された計測対象物４を撮像する。また、撮像された画像を距離情報算出部１０４へ送信する。図４（ａ）は、カメラ２により撮像された画像の例である。Ｓ２０４において、距離情報算出部１０４は、撮像処理部１０３から受信した撮像画像に対して画像処理を実行して、撮像画像中のパターン光を抽出する。また、撮像パターンと、投影パターンとの対応を取ることにより、カメラ２から計測対象物４までの距離情報、すなわち計測対象物４の三次元距離情報を算出する。ここで、本実施形態における距離情報算出部１０４を備えるコンピュータ３は、複数の演算処理を並列に実行することが可能な、複数のプロセッサユニットから構成される並列プロセッサを有する。そこで、距離情報算出部１０４は、図４（ｂ）において点線で区切られた領域により示されるように、撮像画像を複数の局所領域に分割し、複数のプロセッサユニットが局所領域ごとの距離情報算出演算を並列に実行する。図４（ｃ）は、局所領域ごとの距離情報算出演算と、プロセッサユニットとの対応付けの概念図である。図４（ｃ）は、並列プロセッサが４個のプロセッサユニット４０１乃至プロセッサユニット４０４を有しており、撮像画像が１６個の局所領域に分割されている場合を示す。なお、撮像画像中の局所領域のサイズは、同一サイズとしている。この場合、１個のプロセッサユニットは計４個の局所領域に対する距離情報算出演算を連続的に実行することになる。なお、図４（ｃ）に示されるケースは、本実施形態における並列処理の概念を例示的に説明するものであり、プロセッサユニットの個数、局所領域の分割数、およびサイズの組み合わせは、図４（ｃ）に示されるケースに限定されない。撮像画像中の各局所領域における距離情報算出演算は、それぞれを独立な演算処理であるとみなすことができる。そのため、複数のプロセッサユニットは、以下で説明する距離情報算出演算を独立して実行することが可能である。
【００２４】
続いて、各プロセッサユニットにより実行される局所領域ごとの距離情報算出演算について説明する。本実施形態における距離情報算出演算は、撮像された画像から撮像パターンを検出し、撮像パターン中の基準線パターン３０１の特徴パターンに基づいて、撮像パターンが投影パターンのどの位置に対応するかを判別することにより行われる。距離情報算出部１０４は、撮像パターンと投影パターンとの対応付けを行った後、撮像パターン中の計測線パターン３０２に基づいて、計測対象物４の三次元距離情報を算出することが可能となる。本実施形態では、撮像画像中の各局所領域に対して実行する三次元距離計測手法として、特許文献１や非特許文献１等で説明される手法や、その他の既存のパターン光投影を用いる三次元距離計測手法が使用可能である。従って、手法の種類を問わないため、詳細な説明は省略する。結果として、Ｓ２０４において、距離情報算出部１０４は、撮像画像中の計測線パターン３０２上の画素位置における、カメラ２から計測対象物４への奥行き方向の三次元距離情報を取得することができる。
【００２５】
続いて、詳細三次元距離計測処理について説明する。Ｓ２０５において、投影パターン設定処理部１０１は、初期三次元距離計測処理で算出された三次元距離情報に基づいて、プロジェクタ１により計測対象物４へ投影される投影パターンを設定する。また、および撮像画像中の局所領域の分割を設定する。まず、投影パターンの設定について説明する。例えば、初期三次元距離計測処理における撮像画像が図４（ａ）に示されるような画像である場合を考える。撮像パターン中の計測線パターン３０２は、測定対象物４の表面上で奥行き方向の距離変動が大きい部分（例えば計測対象物４の側面部）で空間分解能が相対的に粗くなり、距離変動が小さい部分（例えば計測対象物４の正面部）で空間分解能が相対的に密になる。奥行き方向の距離変動が大きい部分とは、距離値のばらつき範囲が所定値よりも大きい領域である。一方、奥行き方向の距離変動が小さい部分とは、距離値のばらつき範囲が所定値以下となる領域である。
【００２６】
前述したように三次元距離情報は撮像画像中の計測線パターン３０２上の画素位置において得られるため、結果として奥行き方向の距離変動が大きい部分に関しては、疎な三次元距離情報しか得られないことになってしまう。さらに、例えば図４（ａ）に示されるように、疎な三次元距離情報しか得られない計測対象物４の側面部の領域に、より密な三次元距離情報を必要とする部位（本実施形態では窪み５）が含まれる場合は、得られる三次元距離情報は正確性に欠ける結果となる。
【００２７】
そこで本実施形態では、投影パターン設定処理部１０１は、例えば初期三次元距離計測処理により算出された三次元距離情報に基づいて、疎な三次元距離情報が得られた領域へ投影される投影パターン中の計測線パターン３０２の空間分解能を密に設定する。すなわち、疎な三次元距離情報が得られた領域に対する空間分解能を、密な三次元距離情報が得られた領域に対する空間分解能よりも、相対的に密に設定する。図５（ａ）は、計測線パターン３０２の一部の空間分解能を密に設定した投影パターン、即ち計測線パターン３０２のピッチを局所的に小さく設定した投影パターンを計測対象物４へ投影した時の撮像画像の例を示す。なお、以上の説明では、疎な三次元距離情報が得られた領域へ投影される投影パターン中の計測線パターン３０２の空間分解能を密に設定する場合について説明を行った。しかしながら、他の方法として密な三次元距離情報が得られた領域へ投影される投影パターン中の計測線パターン３０２の空間分解能を粗く設定してもよい。もしくは両者を組み合わせたものであってもよい。
【００２８】
次に、投影パターン設定処理部１０１による撮像画像中の局所領域の分割設定について説明する。前述したように、投影パターン中の計測線パターン３０２の一部の空間分解能を密に設定した場合に、後述する距離情報算出処理において初期三次元距離計測処理と同様に並列プロセッサを用いて撮像画像の局所領域ごとに並列処理を実行する場合を考える。その場合、計測線パターン３０２上の画素数で決定される局所領域ごとの演算量は、撮像画像の局所領域サイズが同一である場合には不均一になってしまう。例えば、図５（ｂ）に示されるように、撮像画像中の局所領域５０１に対応する計測線パターン３０２の空間分解能をその他の局所領域の３倍とした場合、局所領域５０１における距離情報算出処理に必要な演算量は、その他の局所領域の約３倍となる。なお図５（ｂ）に示される例では、撮像画像の周辺領域に位置する局所領域内に含まれる計測線パターン３０２が若干少ないため、局所領域５０１を除くその他の局所領域の距離情報算出処理に必要な演算量は完全には一致しない。しかし、後述する演算量の概均一化の説明例としては本質を損なわないため、以降ではほぼ演算量が等しいものとして説明を行う。
【００２９】
ここで、後述する距離情報算出処理を並列処理プロセッサにより実行する場合、局所領域５０１に対する演算時間がその他の局所領域に対する演算時間の約３倍となる。本実施形態における並列処理プロセッサは、４個のプロセッサユニットにより構成されるが、局所領域に対する距離情報算出処理を並列に実行する場合、並列プロセッサの演算時間は、より長い演算時間に律速されてしまう。前述した例の場合、局所領域５０１に対する演算時間を３ｔとし、その他の演算領域に対する演算時間をｔとすると、４個のプロセッサユニットによる並列処理演算に要する時間Ｔ０は以下の式（１）により表される。
【００３０】
【数１】
0005746529.tif 000002
【００３１】
式（１）では、局所領域５０１に対する距離情報算出処理を含む４個のプロセッサユニットによる４並列処理の演算時間は局所領域５０１に対する演算時間により決定されるため３ｔとなり、それ以外の局所領域に対する４並列処理の演算時間はｔとなっている。
【００３２】
一方、局所領域ごとに演算量が概均一化するように、局所領域５０１を図５（ｃ）に示されるように局所領域５０２乃至５０４の３つの領域に分割し、ほぼ同一の演算量を要する計１８個の局所領域として並列処理を実行する。その場合、４個のプロセッサユニットによる並列処理時間は以下の式（２）により表される。
【００３３】
【数２】
0005746529.tif 000003
【００３４】
局所領域ごとの演算量を概均一化するために局所領域数が１６個から１８個へ増加するものの、プロセッサユニットごとの演算量が概均一化されたため、４並列の演算を５回繰り返しても、効率的に並列処理を実行することが可能となる。なお、５回のうち最後の１回は２並列となる。従って、結果としてトータルの並列処理時間を低減することが可能となる。
【００３５】
以上本実施形態では、投影パターン設定処理部１０１は初期三次元距離計測処理で算出された三次元距離情報に基づいて、撮像パターン中の局所領域５０１の計測線パターン３０２の空間分解能がその他の領域の空間分解能の３倍となる投影パターンを設定する。また同時に、局所領域５０１に対して、後述する距離情報算出処理において各プロセッサユニットが演算対象とする局所領域サイズが、その他の局所領域の１／３となるように局所領域５０１を３個の局所領域５０２乃至５０４に分割する。
【００３６】
なお、図５（ｃ）に示される撮像画像の例では、投影パターンは、例えば図６に示されるように、投影に伴う変形を考慮した形状に設定される。初期三次元距離計測処理結果から、撮像パターンと投影パターンとの対応が明らかになっているため、投影に伴う変更を考慮して投影パターンの形状を設定することは容易である。なお、領域は必ずしも矩形に分割する必要は無く、その他の任意の形状に分割することも可能である。
【００３７】
続いて、Ｓ２０６において、投影パターン生成／投影処理部１０２は、Ｓ２０５において投影パターン設定処理部１０１により設定された投影パターンを生成し、プロジェクタ１を制御して当該投影パターンを計測対象物４へ投影する。
【００３８】
Ｓ２０７において、撮像処理部１０３は、カメラ２を制御して、投影パターン生成／投影処理部１０２により生成された投影パターンが投影された計測対象物４を撮像する。また、撮像された画像を距離情報算出部１０４へ送信する。
【００３９】
Ｓ２０８において、距離情報算出部１０４は、撮像処理部１０３から受信した撮像画像に対して画像処理を実行して、撮像画像中のパターン光を抽出する。また、撮像パターンと、投影パターンとの対応を取ることにより、カメラ２から計測対象物４までの距離情報、すなわち計測対象物４の三次元距離情報を算出する。その際、投影パターン設定処理部１０１により設定された分割領域ごとに、並列処理プロセッサにより距離情報算出演算が実行される。局所領域サイズおよび撮像パターン中の計測線パターンの分解能は、局所領域ごとに演算量が概均一化するように設定されているため、並列処理プロセッサにおいて実行される並列処理が効率的に実行される。以上で図２のフローチャートの処理が終了する。
【００４０】
なお本発明における概均一化とは、並列処理の目標処理時間を満たす程度に演算量のばらつきを抑えることを意味する。例えば式（１）および式（２）を用いて説明した例は、目標処理時間を５ｔとし、これを満たすために局所領域ごとの処理時間がｔとなるように演算量のばらつきを抑えた場合の例である。結果として、局所領域ごとの演算量が概均一化されることにより、概均一化を考慮しない場合に比べて演算処理時間が短縮されるという効果がある。
【００４１】
Ｓ２０８の処理が完了した後は、必要に応じて図２で説明した詳細三次元距離計測処理を繰り返すことが可能である。この場合は、前回実行した詳細三次元距離計測処理結果に基づいて、次回の詳細三次元距離計測処理で用いる投影パターンを設定すればよい。
【００４２】
なお、本実施形態で示した並列プロセッサを構成するプロセッサユニット数、計測線パターンの空間分解能および局所領域サイズは、説明を簡略化するための一例に過ぎず、その他の構成であってもよい。例えば、初期三次元距離計測処理で算出された三次元距離情報の変動が大きい領域の近傍に、計測線パターンの空間分解能が密な領域を設定してもよい。そして、さらに空間分解能値と局所領域内に含まれる計測線パターンの画素数との比が、全ての局所領域で概均一化するように局所領域サイズを設定して、投影パターンを設定してもよい。
【００４３】
また、並列プロセッサにおける演算量が概均一化するような計測線パターンの空間分解能および局所領域サイズの組み合わせを事前に算出しておき、これをコンピュータ３が有する記憶装置に参照テーブルとして保持してもよい。これは、演算量参照手段として機能する。その場合投影パターン設定処理部１０１が参照テーブルを参照することにより、投影パターンの設定をより容易に実行することができる。その他、並列プロセッサにおける演算量が概均一化するように、投影パターンにおける計測線パターンの空間分解能および局所領域サイズを設定するものであれば、いかなる手法を用いてもよい。参照テーブルは、パターン光のそれぞれの局所領域に含まれる計測点の数、および局所領域のサイズ及び位置と、演算量との対応情報を保持してもよい。
【００４４】
なお、本実施形態で説明した並列プロセッサとしては、専用に開発した並列プロセッサを用いてもよいし、または市販の並列プロセッサを使用してもよい。または、両者を組み合わせたものでもよい。市販のプロセッサの例としては、例えば市販のＰＣに搭載されているマルチコアプロセッサ、ＧＰＵ、及びＤＳＰ等が挙げられる。並列プロセッサは、並列に演算を実行することが可能なものであれば、その種類を問わない。
【００４５】
本実施形態では、基準線パターンがバーコードで対応付けられる場合について説明した。しかし、基準線パターン上の複数の特徴パターンの組み合わせによって基準線パターンを対応付ける場合は、局所領域の一部分を隣接する局所領域と重ねて設定してもよい。例えば、これまで説明したバーコードによる対応付けでは、バーコード１個ごとに投影パターンと撮像パターンとの対応付けを行うことを想定している。しかし、これ以外にも複数バーコードの配置の組み合わせ（例えば、横方向に隣接する３個のバーコード）によって投影パターンと撮像パターンとの対応付けを行う手法が考えられる。この場合、特徴パターンのバリエーションが、１個のバーコードが有する情報量と複数バーコードの配置による情報量との組み合わせとなるため、１個のバーコードが有する情報量を減らすことができる。この際には、バーコードの配置の組み合わせが、隣接する局所領域のいずれかに漏れなく含まれるように、局所領域の一部分を重ねて設定する。横方向に隣接する３個のバーコードの配置により特徴パターンを定義する場合は、隣接する局所領域の重なり部分を、横方向に隣接する２個以上のバーコードが含まれる様に設定する。例えば、図７に拡大して示されるように、隣接する、局所領域７０１と局所領域７０２乃至７０４に対して、両方の局所領域に重なる部分７０５の幅を横方向に隣接する２個のバーコードが含まれるように設定する。なお、局所領域７０１は、図７中の点線で囲まれた領域である。局所領域７０２乃至７０４は、図７中の一点鎖線で囲まれた３個の領域である。部分７０５は、図７において、角が面取りされた実線の四角形で囲んだ部分である。
【００４６】
ここで、局所領域７０１および局所領域７０２乃至７０４において、計測線パターン（図７中の実線（横線）で描写された線分）に関して、それぞれ異なる空間分解能が設定されていることが考えられる。この場合は、両方の局所領域に重なる部分７０５に関しては、計測線パターンの空間分解能が密のパターンを設定する。そして、局所領域７０１の演算を実行する場合には、三次元距離情報の算出対象とする重なり部分７０５の計測線パターンを間引いて、重なり部分以外の空間分解能に合わせて演算を実行する。例えば、図７では、局所領域７０１に関しては、重なり部分７０５の計測線パターンを３本中１本のみ選択してサンプリングすることにより、重なり部分７０５以外の計測線パターンに繋がる計測線のみを三次元距離情報の算出対象とすることが可能となる。
【００４７】
また、それ以外の手法として、局所領域７０１において重なり部分７０５のみで空間分解能が密な計測線パターンに対して距離情報を算出してもよい。この場合は、一部密な計測線パターンを有する領域として、局所領域７０１の演算量を見積もることができる。なお、この場合は、局所領域７０１において、一部密な計測線パターンを演算対象とすることを加味して、全ての局所領域における三次元距離情報の算出演算量を概均一化すればよい。
【００４８】
また、投影パターン設定処理部１０１の機能や、距離情報算出部１０４の機能は、カメラ２に内蔵されるように構成されてもよい。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態によれば、算出する三次元距離情報の空間分解能を局所領域ごとに適応的に設定することにより、効率的な並列処理を実行することが可能となる。
【００５０】
（第２実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第２実施形態を説明する。本実施形態に係る三次元距離計測装置は、図１を参照して説明した第１実施形態に係る三次元距離計測装置と同様に、プロジェクタ１と、カメラ２と、コンピュータ３とを備える。計測対象物４、窪み５についても第１実施形態と同様である。
【００５１】
図８を参照して、第２実施形態に係る三次元距離計測装置を構成するコンピュータ３の機能構成を説明する。コンピュータ３は、投影パターン設定処理部８０１と、投影パターン生成／投影処理部８０２と、撮像処理部８０３と、距離情報算出部８０４と、認識処理部８０５と、モデルフィッティング処理部８０６と、モデル記憶部８０７と、を備える。投影パターン設定処理部８０１乃至距離情報算出部８０４の各処理部は、図１（ｂ）を参照して説明した投影パターン設定処理部１０１乃至距離情報算出部１０４の各処理部と同様である。
【００５２】
ただし、本実施形態に係る三次元距離計測装置では、投影パターン設定処理部８０１が、事前に認識した測定対象物４の概略位置姿勢情報と測定対象物４のモデル情報とに基づいて、投影パターンを設定する点が第１実施形態と異なっている。
【００５３】
認識処理部８０５は、撮像画像中より計測対象物４を検出し、同時に計測対象物４の概略位置姿勢を算出する。モデルフィッティング処理部８０６は、認識処理部８０５により算出された概略位置姿勢を初期値として、事前に保持しているモデル情報を用いて、二次元画像へのモデルフィッティングを行うことにより、計測対象物４の位置姿勢を認識する。このように、第２実施形態は、撮像画像に対して認識処理を実行し、計測対象物４のモデル情報に基づいて計測対象物４の位置姿勢認識機能を実現する点が第１実施形態とは異なっている。モデル記憶部８０７は、計測対象物４の形状データと、計測対象物４の表面上で、後述する詳細三次元距離計測処理で算出すべき、局所領域ごとの三次元距離情報の空間分解能に関する情報とを含むモデル情報を記憶する。
【００５４】
続いて、図９のフローチャートを参照して、本実施形態における三次元距離計測装置の処理の手順を説明する。
【００５５】
本実施形態における三次元距離計測装置の処理は、図９において点線枠で囲まれた位置姿勢認識処理（Ｓ９０１乃至Ｓ９０３）と、同じく点線枠で囲まれた詳細三次元距離計測処理（Ｓ９０４乃至Ｓ９０７）とを備える。
【００５６】
位置姿勢認識処理では、計測対象物４の初期状態における概略位置姿勢を取得し、事前に保持している計測対象物４のモデル情報との対応を取る。モデル情報は、計測対象物４の形状データと、後述する詳細三次元距離計測処理により算出すべき計測対象物４の表面上における三次元距離情報の空間分解能に関する情報とを含む。モデル情報は、計測対象物４の形状データと、表面光学特性（反射率、透過率、内部散乱率など）とから構成されてもよい。あるいは、形状データのみから構成されてもよい。一方、詳細三次元距離計測処理では、位置姿勢認識処理により算出された計測対象物４の位置姿勢認識情報と、事前に保持している計測対象物４のモデル情報とに基づいて、計測対象物４の詳細な三次元距離情報が取得される。
【００５７】
まず、Ｓ９０１において、撮像処理部８０３は、カメラ２を制御して計測対象物４を撮像する。また、撮像された画像を認識処理部８０５へ送信する。ここで、撮像時の照明としては均一照明を想定しており、これを投影する照明装置は本実施形態における三次元計測装置に含まれていないが、図１に示したプロジェクタ１から均一照明を投影してもよい。
【００５８】
続いて、Ｓ９０２において、認識処理部８０５は、撮像画像中から計測対象物４を検出し、同時に計測対象物４の概略位置姿勢（概位置姿勢）を算出する。ここで、撮像画像から物体の概略位置姿勢を計測する手法としては、認識処理を用いた位置姿勢計測手法が多数提案されている。本実施形態では、例えば非特許文献２に開示された手法を用いることを想定しているが、これに限定されない。
【００５９】
続いて、Ｓ９０３において、モデルフィッティング処理部８０６は、認識処理部８０５により算出された概略位置姿勢を初期値として、事前に保持しているモデル情報を用いて、二次元画像へのモデルフィッティングを行う。これにより、計測対象物４の位置姿勢を認識することができる。本実施形態では、例えば非特許文献３に開示された手法を用いることを想定しているが、これに限定されない。
【００６０】
以上説明した位置姿勢認識処理により、計測対象物４の位置姿勢を認識し、事前に保持している計測対象物４のモデル情報との対応を取ることが可能となる。なお、位置姿勢認識処理としては、撮像画像に基づいて、計測対象物４と事前に保持している計測対象物４のモデル情報との対応を取ることが可能な手法で有れば、他の手法を用いてもよい。また二次元画像を用いて計測対象物４の位置姿勢を認識する構成を説明したが、それ以外にも事前に算出した計測対象物４の三次元距離情報を用いる構成であってもよい。これらの手法に関しては、本発明の主眼ではないため、詳細な説明は割愛する。
【００６１】
続いて、詳細三次元距離計測処理について説明する。Ｓ９０４において、投影パターン設定処理部８０１は、位置姿勢認識処理で算出された計測対象物４の位置姿勢認識情報と、事前に保持している計測対象物４のモデル情報とに基づいて、プロジェクタ１により計測対象物４へ投影される投影パターンを設定する。そして、撮像画像中の局所領域の分割を設定する。モデル情報は、コンピュータ３が備えるモデル記憶部８０７に保持されている。投影パターン設定処理部８０１は、投影パターン及び撮像画像の局所領域の分割を設定するが、第１実施形態と同様に、それぞれの局所領域のサイズを局所領域ごとの距離情報算出演算量が概均一化するように設定する。
【００６２】
Ｓ９０５において、投影パターン生成／投影処理部８０２は、モデル情報に含まれる局所領域ごとの三次元距離情報から、必要とされる空間分解能に対応するように投影パターン中の局所領域ごとの計測線パターンの空間分解能を設定する。図１０（ａ）は、一部の計測線パターンの空間分解能を密に設定した投影パターンを計測対象物４に投影した時の撮像画像の例を示す。図１０（ａ）では、モデル情報に基づいて、より密な三次元距離情報が必要とされる計測対象物正面の窪み５を含む領域の計測線パターンの空間分解能が密に設定されている。なお、投影パターンにおける局所領域の計測線パターンの空間分解能は、事前に設定したモデル情報に対応して任意に設定することができる。
【００６３】
図１０（ｂ）は、距離情報算出処理に必要とされる演算量を概均一化するように、窪み５を含む局所領域を局所領域１００１乃至１００３の３個に分割した撮像画像の例を示す。なお、局所領域のサイズは、モデル情報に事前に設定されてもよい。  続いて、Ｓ９０５において、投影パターン生成／投影処理部８０２は、Ｓ９０４において投影パターン設定処理部８０１により設定された投影パターンを生成し、プロジェクタ１を制御して当該投影パターンを計測対象物４へ投影する。
【００６４】
Ｓ９０６において、撮像処理部８０３は、カメラ２を制御して、投影パターン生成／投影処理部８０２により生成された投影パターンが投影された計測対象物４を撮像する。また、撮像された画像を距離情報算出部８０４へ送信する。
【００６５】
Ｓ９０７において、距離情報算出部８０４は、撮像処理部８０３から受信した撮像画像に対して画像処理を実行して、撮像画像中のパターン光を抽出する。また、撮像パターンと、投影パターンとの対応を取ることにより、カメラ２から計測対象物４までの距離情報、すなわち計測対象物４の三次元距離情報を算出する。その際、投影パターン設定処理部８０１により設定された分割領域ごとに、並列処理プロセッサにより距離情報算出演算が実行される。局所領域サイズおよび撮像パターン中の計測線パターンの分解能は、局所領域ごとに演算量が概均一化するように設定されているため、並列処理プロセッサにおいて実行される並列処理が効率的に実行される。以上で図９のフローチャートの処理が終了する。結果として、局所領域ごとの演算量が概均一化されることにより、概均一化を考慮しない場合に比べて演算処理時間が短縮されるという効果がある。
【００６６】
また、Ｓ９０７における距離情報算出処理が完了した後は、必要に応じて図９に示される詳細三次元距離計測処理を繰り返すことが可能であることも第１実施形態と同様である。この場合は、前回実行された詳細三次元距離計測処理結果に基づいて、次回の詳細三次元距離計測処理で用いる投影パターンを設定することもできる。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態によれば、算出する三次元距離情報の空間分解能を局所領域ごとに適応的に設定することにより、効率的な並列処理を実行することが可能となる。
【００６８】
（第３実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第３実施形態を説明する。本実施形態に係る三次元距離計測装置は、図１を参照して説明した第１実施形態に係る三次元距離計測装置と同様に、プロジェクタ１と、カメラ２と、コンピュータ３とを備える。計測対象物４、窪み５についても第１実施形態と同様である。
【００６９】
第３実施形態に係る三次元距離計測装置を構成するコンピュータ３の機能構成は、第１実施形態に係る三次元距離計測装置を構成するコンピュータ３の機能構成と同様である。ただし、本実施形態に係る三次元距離計測装置では、投影パターン設定処理部１０１が、初期三次元距離計測処理で算出された三次元距離情報に基づいて、後述する詳細三次元距離計測処理における距離情報算出処理で距離情報算出対象点とする計測線パターンのサンプリング密度を、局所領域ごとに設定する点が第１実施形態と異なっている。本実施形態においては、第１実施形態に係る三次元計測装置との相違点についてのみ説明を行い、その他の部分に関しては第１実施形態と同様として説明を省略する。
【００７０】
続いて、図１１のフローチャートを参照して、本実施形態における三次元距離計測装置の処理の手順を説明する。
【００７１】
本実施形態における三次元距離計測装置の処理は、図１１において点線枠で囲まれた初期三次元距離計測処理（Ｓ１１０１乃至Ｓ１１０４）と、同じく点線枠で囲まれた詳細三次元距離計測処理（Ｓ１１０５乃至Ｓ１１０８）とを備える。
【００７２】
初期三次元距離計測処理（Ｓ１１０１乃至Ｓ１１０４）の各処理は、初期三次元距離計測処理（Ｓ２０１乃至Ｓ２０４）の各処理と同様である。
【００７３】
次に、詳細三次元距離計測処理（Ｓ１１０５乃至Ｓ１１０８）の各処理について説明する。
【００７４】
Ｓ１１０５において、投影パターン設定処理部１０１は、初期三次元距離計測処理で算出された距離情報に基づいて、プロジェクタ１により計測対象物４へ投影される投影パターンにおける計測線パターンの分解能を設定する。
【００７５】
例えば、まず初期三次元距離計測処理において疎な三次元距離情報しか得られなかった領域において、より密な三次元距離情報が得られるように、投影パターン全体の計測線の空間分解能をより密に均一に設定する。なお、本実施形態における投影パターンは第１実施形態と異なり、投影パターン全面で計測線パターンの空間分解能が均一である。図１２（ａ）は、投影パターンを計測対象物４へ投影した時の撮像画像の例を示す。
【００７６】
また、本実施形態では、詳細三次元計測処理における投影パターンは、初期三次元計測処理における投影パターンよりも、密な空間分解能を有する計測線パターンから構成されるものとした。しかし、計測線パターンの空間分解能はこれに限定されず、必要に応じて初期三次元計測処理と同一、もしくはより疎な空間分解能を有する計測線パターンから構成されてもよい。
【００７７】
投影パターン設定処理部１０１は、さらに、詳細三次元距離計測処理の距離情報算出処理（Ｓ１１０８）において距離情報算出対象とする計測線パターンのサンプリング密度を局所領域ごとに設定する。
【００７８】
例えば、図１２（ｂ）において、初期三次元距離計測処理で算出された三次元距離情報から、奥行き方向の距離変動幅が大きい局所領域１２０１においては、算出された三次元距離情報が疎であると判断される。そのため、詳細三次元距離計測処理では全ての計測線パターンを距離情報算出対象とする。一方、局所領域１２０２以外の局所領域においては、局所領域内の一部の計測線パターンのみを距離情報算出対象とする。例えば図１２（ｂ）において、局所領域１２０１以外の局所領域において、距離情報算出対象とする計測線パターンを３本ごとに１本のみサンプリングする。また、撮像画像の局所領域の分割サイズを設定する。
【００７９】
すなわち、距離情報算出対象とする計測線パターンのサンプリング密度を局所領域ごとに異なるものとした場合に、後述する距離情報算出処理において初期三次元距離計測処理と同様に並列プロセッサを用いて撮像画像の局所領域ごとに並列処理を実行する。その場合、計測線パターン上の画素数で決定される局所領域ごとの演算量は、撮像画像の局所領域サイズが同一の場合、不均一になってしまう。上述した例では、撮像画像中の局所領域１２０１において距離情報算出対象とする計測線パターンの空間分解能は、その他の局所領域において距離情報算出対象とする計測線パターンの空間分解能の３倍である。そのため、局所領域１２０１における距離情報算出演算量は、その他の局所領域の約３倍となる。そこで本実施形態では、第１実施形態と同様に局所領域ごとの演算量が概均一化するように、図１２（ｃ）に示されるように局所領域１２０１を局所領域１２０２乃至１２０４に３分割し、ほぼ同一の演算量を有する計１８個の局所領域として並列処理を実行する。
【００８０】
これにより、第１実施形態と同様に、局所領域数は１６個から１８個に増えるものの、プロセッサユニットごとの演算量が概均一化されたため、効率的に並列処理を実行することが可能となり、結果としてトータルの並列処理時間が低減される。
【００８１】
このように、投影パターン設定処理部１０１は、初期三次元距離計測処理で算出された三次元距離情報に基づいて、撮像パターン中の局所領域１２０１以外の局所領域において、距離情報算出対象とする計測線パターンのサンプリング密度を局所領域１２０１におけるサンプリング密度の１／３に設定する。また同時に、局所領域１２０１に関して、局所領域サイズがその他の局所領域の１／３となるように、局所領域１２０１を局所領域１２０２乃至１２０４の３個の局所領域に分割する。なお、分割領域は必ずしも矩形に分割する必要は無く、その他の任意の形状に設定することも可能である。
【００８２】
Ｓ１１０６において、投影パターン生成／投影処理部１０２は、Ｓ１１０５において投影パターン設定処理部１０１により設定された投影パターンを生成し、プロジェクタ１を制御して当該投影パターンを計測対象物４へ投影する。初期三次元距離計測処理と同様に、均一な空間分解能を有する計測線パターンから構成される投影パターンが生成／投影される点が第１実施形態とは異なっている。
【００８３】
Ｓ１１０７において、撮像処理部１０３は、カメラ２を制御して、投影パターン生成／投影処理部１０２により生成された投影パターンが投影された計測対象物４を撮像する。また、撮像された画像を距離情報算出部１０４へ送信する。
【００８４】
Ｓ１１０８において、距離情報算出部１０４は、撮像処理部１０３から受信した撮像画像に対して画像処理を実行して、撮像画像中のパターン光を抽出する。また、撮像パターンと、投影パターンとの対応を取ることにより、カメラ２から計測対象物４までの距離情報、すなわち計測対象物４の三次元距離情報を算出する。この際、投影パターン設定処理部１０１により設定された分割領域ごとに、並列処理プロセッサにより距離情報算出演算が実行される。
【００８５】
局所領域サイズおよび撮像パターン中の計測線パターンのサンプリング密度は、局所領域ごとの演算量が概均一化するように設定されているため、並列処理プロセッサにおいて実行される並列処理が効率的に実行される。結果として、局所領域ごとの演算量が概均一化されることにより、これを考慮しない場合に比べて演算処理時間が短縮される。
【００８６】
距離情報算出処理（Ｓ１１０８）が完了した後は、必要に応じて詳細三次元距離計測処理を繰り返すことが可能である。その場合は、前回実行した詳細三次元距離計測処理結果に基づいて、次回の詳細三次元距離計測処理を実行することができる。
【００８７】
なお、本実施形態で示した並列プロセッサを構成するプロセッサユニット数、演算対象とする計測線パターンのサンプリング密度、および局所領域サイズは、説明を簡略化するための一例に過ぎない。その他の構成を有するものであってもよい点は第１実施形態と同様である。また、並列プロセッサにおける演算量が概均一化するように、演算対象とする計測線パターンのサンプリング密度および局所領域サイズを設定するものであれば、いかなる手法を用いてもよい点も第１実施形態と同様である。
【００８８】
以上説明したように、本実施形態によれば、算出する三次元距離情報の空間分解能を局所領域ごとに適応的に設定することにより、効率的な並列処理を実行することが可能となる。
【００８９】
（第４実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第４実施形態を説明する。本実施形態に係る三次元距離計測装置は、図１を参照して説明した第１実施形態に係る三次元距離計測装置と同様に、プロジェクタ１と、カメラ２と、コンピュータ３とを備える。計測対象物４、窪み５についても第１実施形態と同様である。
【００９０】
本実施形態における三次元距離計測装置は、事前に認識した計測対象物４の概略位置姿勢情報と計測対象物４のモデル情報とに基づいて、詳細三次元距離計測処理の距離情報算出処理において距離情報算出対象とする計測線パターンを設定する点が第３実施形態と異なっている。従って本実施形態においては、第３実施形態に係る三次元計測装置との相違点についてのみ説明を行い、その他の部分に関しては第３実施形態と同様として説明を省略する。
【００９１】
続いて、図１３のフローチャートを参照して、本実施形態における三次元距離計測装置の処理の手順を説明する。
【００９２】
本実施形態における三次元距離計測装置の処理は、図１３において点線枠で囲まれた位置姿勢認識処理（Ｓ１３０１乃至Ｓ１３０３）と、同じく点線枠で囲まれた詳細三次元距離計測処理（Ｓ１３０４乃至Ｓ１３０７）とを備える。
【００９３】
まず、位置姿勢認識処理（Ｓ１３０１乃至Ｓ１３０３）の各処理が実行されるが、これらは第２実施形態で説明した位置姿勢認識処理（Ｓ９０１乃至Ｓ９０３）の各処理と同様であるため、説明を省略する。
【００９４】
次に、詳細三次元距離計測処理（Ｓ１３０４乃至Ｓ１３０７）について説明する。詳細三次元距離計測処理については第２実施形態でも説明したが、相違点について以下説明する。
【００９５】
Ｓ１３０４において、投影パターン設定処理部１０１は、位置姿勢認識処理で算出された計測対象物４の位置姿勢認識情報と、事前に保持している計測対象物４のモデル情報とに基づいて、プロジェクタ１により計測対象物４へ投影される投影パターンの空間分解能を設定する。さらに、モデル情報に含まれる三次元距離情報の局所領域ごとの空間分解能に対応させて、詳細三次元距離計測処理の距離情報算出処理（Ｓ１３０７）において距離情報算出対象とする計測線パターンのサンプリング密度を局所領域ごとに設定する。
【００９６】
なお、本実施形態における投影パターンは、第１実施形態と異なり投影パターン全面で均一の計測線の空間分解能を有する点は第３実施形態と同様である。投影パターンを計測対象物４へ投影した時の撮像画像の例は、第３実施形態で説明した図１２（ａ）と同様である。さらに、投影パターン設定処理部１０１は、撮像画像の局所領域の分割を設定するが、この際第３実施形態と同様に、局所領域の分割サイズおよび計測線パターンのサンプリング密度に対応させて局所領域ごとの演算量を概均一化するように分割設定を行う。例えば図１４（ａ）に示されるように、モデル情報を参照して計測対象物４の正面部に存在する窪み５を含む局所領域１４０１以外の局所領域での計測線パターンのサンプリング密度を、局所領域１４０１でのサンプリング密度の１／３とする場合（計測線パターンを３本中１本のみサンプリングする場合）、局所領域１４０１を図１４（ｂ）に示されるように局所領域１４０２乃至１４０４の３個に分割することにより、局所領域ごとの演算量を概均一化する。
【００９７】
Ｓ１３０５乃至Ｓ１３０７の各処理は、全て第３実施形態における対応する各処理と同様であるため説明を省略する。
【００９８】
以上説明したように、本実施形態によれば、算出する三次元距離情報の空間分解能を局所領域ごとに適応的に設定することにより、効率的な並列処理を実行することが可能となる。
【００９９】
（第５実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第５実施形態を説明する。本実施形態における三次元距離計測装置は、三次元距離計測手法として空間コード化法を用いている点が第１乃至第４実施形態と異なっている。従って本実施形態においては、第１乃至第４実施形態における三次元計測装置との相違点についてのみ説明を行い、その他の部分に関しては第１乃至第４実施形態と同様として説明を省略する。空間コード化法は、非特許文献４に開示されるように、コード情報が埋め込まれた複数枚の投影パターンを計測対象物に投影し、複数枚の撮像画像よりコード情報をデコードして、計測対象物の三次元距離情報を算出する手法である。
【０１００】
なお、第１実施形態および第３実施形態に係る初期三次元距離計測処理に関しては、空間コード化法以外の手法を用いることも可能であるが、一般的に初期三次元距離計測処理に関しても同一の手法を用いた方が効率的である。
【０１０１】
続いて、本実施形態における詳細三次元距離計測処理における空間コード化法の適用例に関して説明する。第１乃至第４実施形態と同様に、詳細距離計測処理において、初期三次元距離計測処理結果もしくは概略位置姿勢認識結果（概位置姿勢認識結果）に基づいて、撮像画像の局所領域ごとに、算出する三次元距離データの空間分解能を異なる値に設定する。すなわち、空間コード化法においては、最小分解能におけるコードパターンの白線と黒線との境界上で三次元距離データが算出されるため、この白線と黒線の境界線の分解能が、第１乃至第４実施形態における計測線パターンの空間分解能に相当する。
【０１０２】
そこで、必要に応じて局所領域ごとに白線と黒線との境界線の分解能が異なるように設定する場合、局所領域ごとの距離情報算出演算量が概均一化するように局所領域サイズを設定することにより、第１乃至第４実施形態と同様に並列処理プロセッサにおいて実行される並列処理が効率的に実行される。例えば、図１５に示されるように、撮像画像中の局所領域１５０１乃至１５０３における白線と黒線との境界線の分解能をその他の局所領域の３倍とする場合、局所領域１５０１乃至１５０３のサイズをその他の局所領域の１／３のサイズとすることにより、局所領域ごとの距離情報算出演算量を概均一化することができる。なお図１５では、局所領域の境界を点線で示し、またコードパターンの黒線部を斜線で示している。
【０１０３】
以上説明したように、本実施形態によれば、三次元距離計測手法として空間コード化法を用いる場合においても、算出する三次元距離情報の空間分解能を局所領域ごとに適応的に設定することにより、効率的な並列処理を実行することが可能となる。
【０１０４】
（その他の実施形態）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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