(57)【要約】【課題】  精度よい情報を得ることができる距離演算システム、距離演算装置、３次元形状演算システムおよび３次元形状演算装置を提供する。【解決手段】  距離演算システムは、同心円模様１を投影する投影装置２と、投影された同心円模様を撮像するカメラ３と、プレート６に対して投影された同心円模様の複数の円上に位置する各画像点について、同心円模様の中心から数えた円の特定情報および座標情報からなる第１の情報、および、プレート７に対して投影された同心円模様の複数の円上に位置する各画像点について、同心円模様の中心から数えた円の特定情報および座標情報からなる第２の情報を記憶する記憶装置４と、投影装置２によって対象物８に投影された同心円模様をカメラ３で撮像した同心円画像の画像点の位置と記憶装置４に記憶されている情報とに基づいて対象物８までの距離を演算する演算装置５とを備える。【選択図】  図１
2008224330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の円を要素として含む同心円模様を投影する投影装置と、前記投影された同心円模様を撮像する撮像装置と、前記投影装置から第１の距離で離間して位置する第１の平面体に対して投影された前記同心円模様の前記複数の円上に位置する各画像点について、それぞれ前記同心円模様の中心から数えた円の特定情報および座標情報からなる第１の情報、前記撮像装置と前記第１の位置とを結んだ線上であり前記撮像装置に対して前記第１の位置と同じ方向に位置しかつ前記投影装置から第２の距離で離間して位置する第２の平面体に対して投影された前記同心円模様の前記複数の円上に位置する各画像点について、それぞれ前記同心円模様の中心から数えた円の特定情報および座標情報からなる第２の情報、および、前記投影装置の情報のうち、少なくとも２種類の情報を記憶する記憶装置と、前記投影装置によって対象物に投影された同心円模様を前記撮像装置で撮像した同心円画像の画像点の位置と、前記記憶装置に記憶されている情報とに基づいて前記対象物までの距離を演算する演算装置とを備えたことを特徴とする距離演算システム。
【請求項２】
前記同心円模様の中心から数えた円の特定情報が、前記同心円模様中の単一の円を構成する複数の同心円要素にそれぞれ付与されることを特徴とする請求項１記載の距離演算システム。
【請求項３】
複数の円を要素として含む同心円模様を投影する投影装置によって、前記投影装置から第１の距離で離間して位置する第１の平面体に対して投影された前記同心円模様の前記複数の円上に位置する各画像点について、それぞれ前記同心円模様の中心から数えた円の特定情報および座標情報からなる第１の情報、前記同心円模様を撮像する撮像装置と前記第１の位置とを結んだ線上であり前記撮像装置に対して前記第１の位置と同じ方向に位置しかつ前記投影装置から第２の距離で離間して位置する第２の平面体に対して投影された前記同心円模様の前記複数の円上に位置する各画像点について、それぞれ前記同心円模様の中心から数えた円の特定情報および座標情報からなる第２の情報、および、前記投影装置の情報のうち、少なくとも２種類の情報を記憶する記憶装置と接続され、前記投影装置によって対象物に投影された同心円模様を前記撮像装置で撮像した同心円画像の画像点の位置と、前記記憶装置に記憶されている情報とに基づいて前記対象物までの距離を演算することを特徴とする距離演算装置。
【請求項４】
複数の円を要素として含む同心円模様を投影する投影装置と、前記投影された同心円模様を撮像する撮像装置と、前記投影装置から第１の距離で離間して位置する第１の平面体に対して投影された前記同心円模様の前記複数の円上に位置する各画像点について、それぞれ前記同心円模様の中心から数えた円の特定情報および座標情報からなる第１の情報、前記撮像装置と前記第１の位置とを結んだ線上であり前記撮像装置に対して前記第１の位置と同じ方向に位置しかつ前記投影装置から第２の距離で離間して位置する第２の平面体に対して投影された前記同心円模様の前記複数の円上に位置する各画像点について、それぞれ前記同心円模様の中心から数えた円の特定情報および座標情報からなる第２の情報、および、前記投影装置の情報のうち、少なくとも２種類の情報を記憶する記憶装置と、前記投影装置によって対象物に投影された同心円模様を前記撮像装置で撮像した同心円画像の画像点の位置と、前記記憶装置に記憶されている情報とに基づいて前記対象物の３次元形状を演算する演算装置とを備えたことを特徴とする３次元形状演算システム。
【請求項５】
複数の円を要素として含む同心円模様を投影する投影装置によって、前記投影装置から第１の距離で離間して位置する第１の平面体に対して投影された前記同心円模様の前記複数の円上に位置する各画像点について、それぞれ前記同心円模様の中心から数えた円の特定情報および座標情報からなる第１の情報、前記同心円模様を撮像する撮像装置と前記第１の位置とを結んだ線上であり前記撮像装置に対して前記第１の位置と同じ方向に位置しかつ前記投影装置から第２の距離で離間して位置する第２の平面体に対して投影された前記同心円模様の前記複数の円上に位置する各画像点について、それぞれ前記同心円模様の中心から数えた円の特定情報および座標情報からなる第２の情報、および、前記投影装置の情報のうち、少なくとも２種類の情報を記憶する記憶装置と接続され、前記投影装置によって対象物に投影された同心円模様を前記撮像装置で撮像した同心円画像の画像点の位置と、前記記憶装置に記憶されている情報とに基づいて前記対象物の３次元形状を演算することを特徴とする３次元形状演算装置。
【請求項６】
コンピュータに、
複数の円を要素として含む同心円模様を投影する投影装置によって、前記投影装置から第１の距離で離間して位置する第１の平面体に対して投影された前記同心円模様の前記複数の円上に位置する各画像点について、それぞれ前記同心円模様の中心から数えた円の特定情報および座標情報からなる第１の情報、前記同心円模様を撮像する撮像装置と前記第１の位置とを結んだ線上であり前記撮像装置に対して前記第１の位置と同じ方向に位置しかつ前記投影装置から第２の距離で離間して位置する第２の平面体に対して投影された前記同心円模様の前記複数の円上に位置する各画像点について、それぞれ前記同心円模様の中心から数えた円の特定情報および座標情報からなる第２の情報、および、前記投影装置の情報のうち、少なくとも２種類の情報を記憶する記憶装置から情報を読み出す手順、
前記投影装置によって対象物に投影された同心円模様を前記撮像装置で撮像した同心円画像の画像点の位置と、前記記憶装置から読み出した情報とに基づいて前記対象物までの距離を演算する手順
を実行させるための距離演算プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、距離演算システム、距離演算装置、３次元形状演算システムおよび３次元形状演算装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
対象物の距離計測は、従来から種々の方法が提案されているが、代表的な手法として、ステレオ画像法、光切断法、あるいは、高精度な計測に向いている光干渉法などがある。ステレオ画像法は、例えば、視点を変えた左右２枚の対象物画像を取り込み、両画像の対応点を抽出することにより視差を算出し、三角測量の原理により対象物までの距離を求める方式である。
【０００３】
また、光切断法は、例えば、光源と撮像面を幾何学的に既知の配置にしておき、射出部と撮像面からなる線（基線）に対する光源から射出された光の角度と撮像面上の反射像と対象物上の像を結ぶ線と基線がなす角度から、三角測量の原理に基づいて対象物までの距離を求めるものである。さらに、光干渉法は、例えば、特許文献１に記載のように、レーザ光源から出た光をビームスプリッターなどを用いて２つに分割し、その一方を対象物に照射し、他方を参照光としてミラーに照射して元の光路に戻し、対象物からの反射光と参照光とを重ね合わせて干渉させる方法である。
【０００４】
別の技術として、特許文献２には、対象物に同心円模様を投影し、この同心円模様を撮影して、その撮影情報から対象物までの距離情報を取得する技術が記載されている。また、特許文献３には、同心円模様のピッチと距離の関係を記憶装置に格納し、同心円模様の撮影画像濃度の極小値または極大値を表わす画素ナンバーの位置から対象物までの距離を求める技術が記載されている。
【特許文献１】特開２０００−１７１２０９号公報
【特許文献２】特開２００４−０２８９７７号公報
【特許文献３】特開２００６−３０８４５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、対象物に同心円模様を投影し、この同心円模様を撮影して、その撮影情報から対象物までの距離情報や３次元形状情報を取得する技術において、精度よい情報を得ることができる距離演算システム、距離演算装置、３次元形状演算システムおよび３次元形状演算装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記目的を達成するため、以下の距離演算システム、距離演算装置、３次元形状演算システムおよび３次元形状演算装置を提供する。
＜１＞  複数の円を要素として含む同心円模様を投影する投影装置と、前記投影された同心円模様を撮像する撮像装置と、前記投影装置から第１の距離で離間して位置する第１の平面体に対して投影された前記同心円模様の前記複数の円上に位置する各画像点について、それぞれ前記同心円模様の中心から数えた円の特定情報および座標情報からなる第１の情報、前記撮像装置と前記第１の位置とを結んだ線上であり前記撮像装置に対して前記第１の位置と同じ方向に位置しかつ前記投影装置から第２の距離で離間して位置する第２の平面体に対して投影された前記同心円模様の前記複数の円上に位置する各画像点について、それぞれ前記同心円模様の中心から数えた円の特定情報および座標情報からなる第２の情報、および、前記投影装置の情報のうち、少なくとも２種類の情報を記憶する記憶装置と、前記投影装置によって対象物に投影された同心円模様を前記撮像装置で撮像した同心円画像の画像点の位置と、前記記憶装置に記憶されている情報とに基づいて前記対象物までの距離を演算する演算装置とを備えたことを特徴とする距離演算システム。
＜２＞  前記同心円模様の中心から数えた円の特定情報が、前記同心円模様中の単一の円を構成する複数の同心円要素にそれぞれ付与されることを特徴とする上記＜１＞記載の距離演算システム。
【０００７】
＜３＞  複数の円を要素として含む同心円模様を投影する投影装置によって、前記投影装置から第１の距離で離間して位置する第１の平面体に対して投影された前記同心円模様の前記複数の円上に位置する各画像点について、それぞれ前記同心円模様の中心から数えた円の特定情報および座標情報からなる第１の情報、前記同心円模様を撮像する撮像装置と前記第１の位置とを結んだ線上であり前記撮像装置に対して前記第１の位置と同じ方向に位置しかつ前記投影装置から第２の距離で離間して位置する第２の平面体に対して投影された前記同心円模様の前記複数の円上に位置する各画像点について、それぞれ前記同心円模様の中心から数えた円の特定情報および座標情報からなる第２の情報、および、前記投影装置の情報のうち、少なくとも２種類の情報を記憶する記憶装置と接続され、前記投影装置によって対象物に投影された同心円模様を前記撮像装置で撮像した同心円画像の画像点の位置と、前記記憶装置に記憶されている情報とに基づいて前記対象物までの距離を演算することを特徴とする距離演算装置。
【０００８】
＜４＞  複数の円を要素として含む同心円模様を投影する投影装置と、前記投影された同心円模様を撮像する撮像装置と、前記投影装置から第１の距離で離間して位置する第１の平面体に対して投影された前記同心円模様の前記複数の円上に位置する各画像点について、それぞれ前記同心円模様の中心から数えた円の特定情報および座標情報からなる第１の情報、前記撮像装置と前記第１の位置とを結んだ線上であり前記撮像装置に対して前記第１の位置と同じ方向に位置しかつ前記投影装置から第２の距離で離間して位置する第２の平面体に対して投影された前記同心円模様の前記複数の円上に位置する各画像点について、それぞれ前記同心円模様の中心から数えた円の特定情報および座標情報からなる第２の情報、および、前記投影装置の情報のうち、少なくとも２種類の情報を記憶する記憶装置と、前記投影装置によって対象物に投影された同心円模様を前記撮像装置で撮像した同心円画像の画像点の位置と、前記記憶装置に記憶されている情報とに基づいて前記対象物の３次元形状を演算する演算装置とを備えたことを特徴とする３次元形状演算システム。
【０００９】
＜５＞  複数の円を要素として含む同心円模様を投影する投影装置によって、前記投影装置から第１の距離で離間して位置する第１の平面体に対して投影された前記同心円模様の前記複数の円上に位置する各画像点について、それぞれ前記同心円模様の中心から数えた円の特定情報および座標情報からなる第１の情報、前記同心円模様を撮像する撮像装置と前記第１の位置とを結んだ線上であり前記撮像装置に対して前記第１の位置と同じ方向に位置しかつ前記投影装置から第２の距離で離間して位置する第２の平面体に対して投影された前記同心円模様の前記複数の円上に位置する各画像点について、それぞれ前記同心円模様の中心から数えた円の特定情報および座標情報からなる第２の情報、および、前記投影装置の情報のうち、少なくとも２種類の情報を記憶する記憶装置と接続され、前記投影装置によって対象物に投影された同心円模様を前記撮像装置で撮像した同心円画像の画像点の位置と、前記記憶装置に記憶されている情報とに基づいて前記対象物の３次元形状を演算することを特徴とする３次元形状演算装置。
【００１０】
＜６＞  コンピュータに、
複数の円を要素として含む同心円模様を投影する投影装置によって、前記投影装置から第１の距離で離間して位置する第１の平面体に対して投影された前記同心円模様の前記複数の円上に位置する各画像点について、それぞれ前記同心円模様の中心から数えた円の特定情報および座標情報からなる第１の情報、前記同心円模様を撮像する撮像装置と前記第１の位置とを結んだ線上であり前記撮像装置に対して前記第１の位置と同じ方向に位置しかつ前記投影装置から第２の距離で離間して位置する第２の平面体に対して投影された前記同心円模様の前記複数の円上に位置する各画像点について、それぞれ前記同心円模様の中心から数えた円の特定情報および座標情報からなる第２の情報、および、前記投影装置の情報のうち、少なくとも２種類の情報を記憶する記憶装置から情報を読み出す手順、
前記投影装置によって対象物に投影された同心円模様を前記撮像装置で撮像した同心円画像の画像点の位置と、前記記憶装置から読み出した情報とに基づいて前記対象物までの距離を演算する手順
を実行させるための距離演算プログラム。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る距離演算システムによれば、本発明を利用しない場合に比べて、予め、第１の平面体に投影した同心円の情報、第２の平面体に投影した同心円の情報、投影装置の情報、のうちの２つを予め取得し、それを利用して演算するため、同心円投影による形状計測法の精度を向上させることができる。
請求項２に係る距離演算システムによれば、対象物に照射したときにリング像が歪んでいても、本発明を用いない場合に比べて同一円を形成している円を容易に判別できるため、対象物の形状を誤りが少なく計測することができる。
請求項３に係る距離演算装置によれば、本発明を利用しない場合に比べて、予め、第１の平面体に投影した同心円の情報、第２の平面体に投影した同心円の情報、投影装置の情報、のうちの２つを予め取得し、それを利用して演算するため、同心円投影による形状計測法の精度を向上させることができる。
【００１２】
請求項４に係る３次元形状演算システムによれば、本発明を利用しない場合に比べて、予め、第１の平面体に投影した同心円の情報、第２の平面体に投影した同心円の情報、投影装置の情報、のうちの２つを予め取得し、それを利用して演算するため、同心円投影による形状計測法の精度を向上させることができる。
請求項５に係る３次元形状演算装置によれば、本発明を利用しない場合に比べて、予め、第１の平面体に投影した同心円の情報、第２の平面体に投影した同心円の情報、投影装置の情報、のうちの２つを予め取得し、それを利用して演算するため、同心円投影による形状計測法の精度を向上させることができる。
請求項６に係る距離演算プログラムによれば、本発明を利用しない場合に比べて、予め、第１の平面体に投影した同心円の情報、第２の平面体に投影した同心円の情報、投影装置の情報、のうちの２つを予め取得し、それを利用して演算するため、同心円投影による形状計測法の精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明に係る距離演算システムの一実施例を示す図であり、（ａ）はシステム概念図、（ｂ）は撮像された同心円画像の概念図である。本実施例は、撮像装置から対象物までの距離を計測するものであり、図１（ａ）に示すように、複数の円を要素として含む同心円模様１を投影する投影装置２と、投影された同心円模様を撮像する撮像装置としてのカメラ３と、投影装置から第１の距離で離間して位置する第１の平面体としてのプレート６に対して投影された同心円模様の複数の円上に位置する各画像点について、それぞれ同心円模様の中心から数えた円の特定情報および座標情報からなる第１の情報、および、カメラ３とプレート６とを結んだ線上でありカメラ３に対してプレート６と同じ方向に位置しかつ投影装置２から第２の距離で離間して位置する第２の平面体としてのプレート７に対して投影された同心円模様の複数の円上に位置する各画像点について、それぞれ同心円模様の中心から数えた円の特定情報および座標情報からなる第２の情報を記憶する記憶装置４と、投影装置２によって対象物８に投影された同心円模様をカメラ３で撮像した同心円画像の画像点の位置と記憶装置４に記憶されている情報とに基づいて対象物８までの距離を演算する演算装置５とを備える。上述の円の特定情報とは例えば同心円の番号を含むことができる。本実施例では、投射装置２の光軸とカメラ３の光軸とを一致させるためにハーフミラー９が設けられている。従って、投影装置２から第１および第２の距離で離間して位置するプレート６、７までの距離はそれぞれ投影装置２の光軸にそってハーフミラー９を介して測定される距離である。投影装置２とカメラ３のレンズ主点は異なる位置に配置される。また、記憶装置４は、さらに投影装置の情報、例えば投影装置の位置情報、具体的には例えば同心円模様を投影する投影中心位置を記憶することができ、この場合、上述の第１の情報、第２の情報および投影装置の情報のうち、少なくとも２種類の情報を用いて対象物８までの距離を演算することができる。この投影装置２の情報と上記第１または第２の情報とを用いる演算方法については後述する。
【００１４】
本実施例では、記憶装置４は、例えばカメラ３からの距離が既知の第１の平面体としてのプレート６、第２の平面体としてのプレート７に投影された同心円模様１を撮像した同心円画像の各画像点の位置を、図１（ｂ）に示すように、それぞれ同心円画像中心から数えた同心円の番号ｉ（１，２，３，４・・・）、同心円画像中心からの距離Ｒ、および同心円画像中心と画像点１０を結ぶ直線の基準線（例えば水平線）に対する角度θの情報として記憶する。演算装置５は、計測対象である対象物８に投影された同心円模様を撮像した同心円画像の画像点の位置に対応する前記記憶された画像点の位置の情報に基づいて対象物８の距離を演算する。なお、画像点は同心円画像の同心円に含まれる円上の任意の点を設定する。演算方法については後述する。
【００１５】
記憶装置４および演算装置５は、本例ではカメラ３の外部に接続しているが、これに限定されず、記憶装置４および演算装置５の一方または両方をカメラ３に内蔵することができる。また演算装置５は、例えばパソコン（ＰＣ）のようなコンピュータを用いることができる。
【００１６】
距離計測時には、投影装置２から同心円模様１を所定の画角で対象物８に投影する。これをカメラ３により所定の画角で撮像する。この同心円模様１は、プロジェクタを用いて形成してもよいし、あるいは半導体レーザ（ＬＤ）を用いた光干渉投影装置を用いて形成してもよい。この光干渉投影装置は、例えば次のように構成される。
【００１７】
図２は、本発明で用いることができる光干渉投影装置の一例を示す図である。本例の光干渉投影装置は、半導体レーザ光源と同心円模様（同心円干渉模様）を形成するレンズとを組み合わせたものである。この光干渉投影装置を用いて、同心円の間隔が等間隔である同心円を形成する。図２に示すように、光干渉投影装置２１は、波長８５０ｎｍの半導体レーザ光源２２と同心円干渉模様を形成するリング形状レンズ２３とで構成した。レンズ外径は６ｍｍとした。光軸を通る平面によるレンズ入射面の断面はｘ＝０．３＊（ｙ−１．５）１．５５（単位はｍｍ）の非球面で構成した。ここで、ｘは光軸で光の進行方向を正とし、ｙは光軸に垂直な半径方向の軸である。レンズ２３の光出射面は曲率半径Ｒ＝−６２ｍｍの凹面の球面とした。レンズ材質の屈折率は１．５１で、光軸上のレンズ厚さは３ｍｍとした。なお、同心円を形成するレンズは、特開２００６−３０８４５２号公報に示されている。また、他の公知の技術を用いて同心円を形成できることは言うまでもない。
【００１８】
このレンズ２３に半導体レーザ光源２２から出射した光をコリメータレンズ２４で平行光として入射させた。この場合、光軸より上側を通過した光は対象物に光線軌跡２５にそって照射される。同様に、光軸より下側を通過した光は対象物に光線軌跡２６にそって照射される。対象物上の同一点（干渉点）２７に到達した光は、同一光源より発せられたレーザ光であるので干渉する。このように、一つの光源から放出されたレーザ光は光軸上平面において仮想的に２点の光源から放出されたレーザ光であるように、対象物に投影される。レンズ出射面から投影平面までの距離を３ｍとした場合に、投影平面に形成される同心円模様は円中心から外周部に至るまで、例えばそのピッチが全て０．８５〜０．８６ｍｍになる。
【００１９】
次に、同心円模様を撮像した同心円画像から対象物までの距離を演算する方法について説明する。本実施例では、一つのカメラで対象物の３次元形状を取得するために、まず同心円画像の画像点位置と距離とを対応付けるデータ採取を行う。データベースの作成方法は例えば次のようにして行う。例えば、図１（ａ）に示すように、まず距離ｘ１の地点に第１のプレート６をカメラ３の光軸に垂直に立て、これに同心円模様を投影する。これを撮像した同心円画像の各画像点の位置を、図１（ｂ）に示すように、それぞれ同心円画像中心から数えた同心円の番号ｉ（ｉ＝１〜ｎ）、同心円画像中心からの距離（半径）Ｒ、および同心円画像中心と画像点を結ぶ直線の基準線（例えば水平線）に対する角度θの情報（データ）として記憶する。
【００２０】
次にプレート６を外して、先と同様に、距離ｘ２の地点に第２のプレート７をカメラ３の光軸に垂直に立て、これに同心円模様を投影する。これを撮像した同心円画像の各画像点の位置を、図１（ｂ）に示すように、それぞれ同心円画像中心から数えた同心円の番号ｉ（ｉ＝１〜ｎ）、同心円画像中心からの距離（半径）Ｒ、および同心円画像中心と画像点を結ぶ直線の基準線（例えば水平線）に対する角度θの情報（データ）として記憶する。そのあとプレート７を外す。
【００２１】
このように本実施例では、各画像点を同心円の番号ｉ、距離Ｒ、および角度θに関連させて、第１のプレート６に投影された同心円の撮像画像の各画像点をＲ１（ｉ，θ）（θ＝０〜３６０度、ｉ＝１〜ｎ）とし、また第２のプレート７に投影された同心円の撮像画像の各画像点をＲ２（ｉ，θ）（θ＝０〜３６０度、ｉ＝１〜ｎ）とし、これらの情報を記憶装置４に格納してデータベースとする。角度θは例えば１度ごとに３６０度分変化させることができるが、これに限定されず、角度を細かく取れば取るほど精度が高くなる。同様に、同心円の番号ｉも細かく取れば取るほど精度が高くなる。演算装置５は、計測対象である対象物８に投影された同心円模様を撮像した同心円画像の画像点の位置に対応するデータベースに記憶された画像点の位置の情報（データ）に基づいて対象物８の距離を演算する。
【００２２】
図３は、プレート２枚を用いた同心円模様の投影による距離画像取得方法の一例を説明するための図である。本例では、対象物に投影された同心円模様を撮像した同心円画像のｉ番目の同心円の画像点で、角度θとなる点Ｒ３（ｉ，θ）に対応する対象物の距離を算出する。第１および第２のプレート６、７を用いて作成したデータベースより、第１のプレート６上の同心円の投影点ｐ１（ｘ１，ｙ１）、第２のプレート７上の同心円の投影点ｐ２（ｘ２，ｙ２）、およびカメラ３のＣＣＤ（撮像素子）で撮像した第１および第２のプレート６、７の同心円画像の画像点の位置Ｒ１，Ｒ２は全て既知である。対象物８上の同心円を撮像した同心円画像の画像点の位置Ｒ３もカメラ３の撮像素子の画素位置から既知である。
【００２３】
図４は、撮像した同心円画像のｉ番目の円の画像点の位置関係の一例を示す図である。外側の破線の円は第１のプレート６の同心円画像のｉ番目の円で、基準線（水平線）との角度θの直線と交わる点がＲ１（ｉ，θ）である。内側の破線の円は第２のプレート７の同心円画像のｉ番目の円で、基準線（水平線）との角度θの直線と交わる点がＲ２（ｉ，θ）である。実線の歪んだ円は対象物８の同心円画像のｉ番目の円で、基準線（水平線）との角度θの直線と交わる点がＲ３（ｉ，θ）である。対象物８の同心円画像の円は対象物の形状に応じて歪んでいるが、撮像した同心円画像のｉ番目の円であることは共通している。これらを用いて、対象物８の空間内の座標ｐ（ｘ、ｙ）を求める。
【００２４】
図３において、同心円投影の中心点はカメラ３の主点とは異なる光軸上に設置し、カメラ３の主点（光学中心）を原点Ｏ（０，０）、ＣＣＤ（撮像素子）の位置（ｘ０，０）、第１および第２のプレート６、７の位置をそれぞれ（ｘ１，０）、（ｘ２，０）とし、対象物８の位置を（ｘ、０）とすると、図３の幾何学的関係から、
[x,y]T=t*[x0,R3]T          （１）
が得られる（ｔは定数）。ここで、
p1=[x1,y1]T                （２）
p2=[x2,y2]T                （３）
y1=R1*x1/x0                （４）
y2=R2*x2/x0                （５）
であり、Ｔは転置行列を表す。ｘ０はカメラＣＣＤの位置である。ｘ０、ｘ１、ｘ２は既知であり、Ｒ１，Ｒ２が画像から得られる値であるので、式（４）、式（５）からｙ１、ｙ２が簡単に求められる。
【００２５】
対象物８上の点ｐは、プレート６とプレート７との距離比が
s=(x-x1)/(x2-x1)           （６）
となるとすると
[x,y]T=(1-s)*[x1,y1]T+s*[x2,y2]T        （７）
で表される。
【００２６】
式（１）と式（７）は等しいことから、
t*[x0,R3]T=(1-s)*[x1,y1]T+s*[x2,y2]T    （８）
が得られる。これから２つの式
t*x0=(1-s)x1+s*x2          （９）
t*R3=(1-s)y1+s*y2          （１０）
が得られ、式（９）と式（１０）からｔを消去すると
s=-(x0*y1-x1*R3)/(x0*y1-x0*y2+x2*R3-x1*R3)    （１１）
となり
x=(1-s)*x1+s*x2            （１２）
y=(1-s)*y1+s*y2            （１３）
が求められる。
【００２７】
ここで得たｘ、ｙ座標は図３におけるｐ（ｘ、ｙ）であるが、これを実際の３次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に当てはめると
X=y*cos(θ)                （１４）
Y=y*sin(θ)                （１５）
Z=x                        （１６）
となり、対象物８上の点の３次元座標が求められる。対象物８上の同心円の全ての点に対して上記の計算をすることにより、対象物の全体形状（３次元画像）を取得することができる。次に実際の例を説明する。
【００２８】
図５（ａ）に示すように、例えば円錐形状の対象物に投影装置より同心円模様を投影すると、領域Ａには図５（ｂ）のような同心円模様が得られる。この同心円模様をカメラ（撮像装置）で撮像し、この撮像した同心円画像を２値化すると、図５（ｃ）に示すような２値化画像となる。同心円画像の２値化画像または２値化画像の輪郭を抽出した画像を用いることで、各画像点のデータ取得が容易となる。この２値化画像の輪郭を抽出すると図６（ａ）に示すような画像となる。この輪郭を抽出した同心円画像のある画像点（Ｒ３）の位置に対応するデータベースに記憶された画像点（Ｒ１，Ｒ２）の位置の情報に基づいて演算装置により対象物の距離を演算する。この演算を、同心円画像の番号ｉ（ｉ＝１〜ｎ）、同心円画像中心からの距離Ｒ、および角度θ（θ＝０〜３６０度）を変えて、上記抽出した同心円画像の各画像点について行う。これにより、図６（ｂ）に示すように、対象物の領域Ａの形状（３次元画像）を取得することができる。なお、ここでは、同心円画像の各画像点を、同心円画像の２値化画像の輪郭を抽出した画像に対するものとしたが、同心円画像の２値化画像に対するものとすることもできる。
【００２９】
上記演算において同心円画像の番号ｉおよび角度θをそれぞれ細かく規定すればするほど精度のよいものとなる。例えば、同心円画像の各番号ｉの円は図５（ｃ）あるいは図６（ａ）に示すように太く幅があるので、同心円の番号は、同心円中の単一の円を構成する複数の同心円要素にそれぞれ付与することができる。例えば、同心円画像中心から３番目の円の場合、その円を描く幅のある線の中心を通る円要素とその両側に所定間隔を置いて形成される２つの円要素に、内側からそれぞれ番号３−１，３−２，３−３を付与することができる。この円要素は３つに限定されず、２つでもよいし、４つ以上でもよい。また、角度θについても５度毎、１度毎、あるいはもっと細かく０．５度毎というように細かく規定することができる。
【００３０】
図７は、プレート１枚を用いた同心円模様の投影による距離画像取得方法の一例を説明するための図である。この場合は、同心円の投影中心位置も既知情報として記憶させておく。図７に基づいて、対象物に投影されたｉ番目の同心円の点で、角度θとなる点Ｒ３（ｉ，θ）に対応する対象物の距離を算出する。プレート６を用いて作成したデータベースより、プレート６上の同心円の投影点ｐ１（ｘ１，ｙ１）、同心円の投影中心Ｑの位置（ｘ３，０）およびカメラ３のＣＣＤ（撮像素子）で撮像したプレート６の同心円画像の画像点の位置Ｒ１（ｉ，θ）は全て既知である。対象物８上の同心円を撮像した同心円画像の画像点の位置Ｒ３（ｉ，θ）もカメラ３の撮像素子の画素位置から既知である。これらを用いて、対象物８の空間内の座標ｐ（ｘ、ｙ）を求める。
【００３１】
図７において、同心円投影の中心点はカメラ３の主点とは異なる光軸上の位置に設置し、カメラ３の主点（光学中心）を原点Ｏ（０，０）、ＣＣＤ（撮像素子）の位置（ｘ０，０）、プレート６の位置を（ｘ１，０）とし、対象物８の位置を（ｘ、０）とすると、幾何学的関係から、
[x,y]T=t*[x0,R3]T          （１７）
とおくことができる。ここで、
p1=(x1,y1)                 （１８）
y1=R1*x1/x0                （１９）
である。ｘ０はカメラＣＣＤの位置である。
【００３２】
また、同心円模様の投影中心とプレート６との関係から
[x,y]T=s*[x1,y1]T          （２０）
とおくことができる。同心円の投影中心Ｑの位置（ｘ３，０）を求めると、これを利用して図７の幾何学的構成から
s=(x-x3)/(x1-x3)*y1        （２１）
と表すことができる。
式（２１）を式（２０）に代入すると、次式のように２つの式が得られ、
x=(x-x3)/(x1-x3)*y1*x1
y=(x-x3)/(x1-x3)*y1*y1
これを解くことでｘ、ｙを求めることができる。このようにプレートを１枚使用する場合には、同心円の投影中心位置を求めておくことで、計測の対象点ｐが存在する直線を決定できるので、プレート２枚を用いて対象点ｐが存在する直線を得る方法と同様の効果を得ることができる。
【００３３】
ここで得たｘ、ｙ座標は図７におけるｐ（ｘ、ｙ）であるが、これを実際の３次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に当てはめると
X=y*cos(θ)                （２２）
Y=y*sin(θ)                （２３）
Z=x                        （２４）
となり、対象物８上の点の３次元座標が求められる。対象物８上の同心円の全ての点に対して上記の計算をすることにより、対象物の全体形状を取得することができる。
【００３４】
上述の方法はコンピュータプログラムとして提供することができる。すなわち、この距離演算プログラムは、コンピュータに、複数の円を要素として含む同心円模様を投影する投影装置によって、前記投影装置から第１の距離で離間して位置する第１の平面体に対して投影された前記同心円模様の前記複数の円上に位置する各画像点について、それぞれ前記同心円模様の中心から数えた円の特定情報および座標情報からなる第１の情報、前記同心円模様を撮像する撮像装置と前記第１の位置とを結んだ線上であり前記撮像装置に対して前記第１の位置と同じ方向に位置しかつ前記投影装置から第２の距離で離間して位置する第２の平面体に対して投影された前記同心円模様の前記複数の円上に位置する各画像点について、それぞれ前記同心円模様の中心から数えた円の特定情報および座標情報からなる第２の情報、および、前記投影装置の情報のうち、少なくとも２種類の情報を記憶する記憶装置から情報を読み出す手順、前記投影装置によって対象物に投影された同心円模様を前記撮像装置で撮像した同心円画像の画像点の位置と、前記記憶装置から読み出した情報とに基づいて前記対象物までの距離を演算する手順を実行させるためのものである。また、この距離演算プログラムは、それを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体として提供することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る距離演算システムの一実施例を示す図であり、（ａ）はシステム概念図、（ｂ）は撮像された同心円画像の概念図である。
【図２】本発明で用いることができる光干渉投影装置の一例を示す図である。
【図３】プレート２枚を用いた同心円模様の投影による距離画像取得方法の一例を説明するための図である。
【図４】撮像した同心円画像のｉ番目の円の画像点の位置関係の一例を示す図である。
【図５】（ａ）は距離を求める領域Ａを含む円錐形状の対象物に同心円模様を投影したときの図、（ｂ）は（ａ）の領域Ａに投影された同心円模様の図、（ｃ）は（ｂ）の同心円模様の撮像画像を２値化して得られた２値化画像の図である。
【図６】（ａ）は図５（ｃ）の同心円模様の２値化画像の輪郭を抽出した図、（ｂ）は演算により取得した領域Ａの３次元形状を示す図である。
【図７】プレート１枚を用いた同心円模様の投影による距離画像取得方法の一例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  同心円模様
２  投影装置
３  カメラ
４  記憶装置
５  演算装置
６  第１のプレート
７  第２のプレート
８  対象物
９  ハーフミラー
１０  画像点
【図１】
2008224330.tif 000003
【図２】
2008224330.tif 000004
【図３】
2008224330.tif 000005
【図４】
2008224330.tif 000006
【図５】
2008224330.tif 000007
【図６】
2008224330.tif 000008
【図７】
2008224330.tif 000009