(57)【要約】【課題】携帯に便利な画像の撮影と三次元距離計測を行える三次元画像計測装置を提供する。【解決手段】長手円筒形状を有する装置本体２７を有し、この装置本体２７の外側部に衣類の胸ポケット等に差せるように、引っ掛け金具（クリップ部）２４を設け、外観がペン形状に形成されている。装置本体２７の一方の端部にはイメージセンサの受光素子２５が設けられ、他方の端部には距離データを得るためのレーザスキャナ（投光系）２１が設けられている。受光素子２５とレーザスキャナ２１は、装置本体２７のと直交する方向（第１の方向）に向って設けられ、レーザスキャナ２１から出射されたレーザ光を被写体（測距対象物）で反射させて受光素子２５に入射する構造となっている。【選択図】        図１
2004150810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
携帯可能な長手棒状に形成された装置本体と、
前記装置本体の一方の端部に所定の第１の方向に向って設けられ、画像の撮影と三次元距離計測とを行う受光素子と、
前記装置本体の他方の端部に前記第１の方向に向って設けられ、三次元距離計測用の光を出射する投光系と、
を有することを特徴とする三次元画像計測装置。
【請求項２】
前記三次元距離計測用の光は、レーザ光またはＬＥＤ光を走査または点滅させた光であることを特徴とする請求項１記載の三次元画像計測装置。
【請求項３】
前記投光系から出射されて被測距部材に反射してきた光を前記受光素子によって受光することにより、光切断法による距離計測を行うことを特徴とする請求項１記載の三次元画像計測装置。
【請求項４】
前記装置本体内に外部通信機器と通信を行う通信手段を有することを特徴とする請求項１記載の三次元画像計測装置。
【請求項５】
前記通信手段は無線通信を行う手段であることを特徴とする請求項４記載の三次元画像計測装置。
【請求項６】
前記通信手段のインタフェースは、ブルートゥースまたは赤外線を用いて動画像を圧縮して送信する手段であることを特徴とする請求項４記載の三次元画像計測装置。
【請求項７】
前記通信手段のインタフェースは、ＵＳＢに準拠したインタフェースであることを特徴とする請求項４記載の三次元画像計測装置。
【請求項８】
前記通信手段のインタフェースは、ＩＥＥＥ１３９４に準拠したインタフェースであることを特徴とする請求項４記載の三次元画像計測装置。
【請求項９】
前記通信手段のインタフェースは、シリアル通信インタフェースであることを特徴とする請求項４記載の三次元画像計測装置。
【請求項１０】
前記装置本体内にバッテリを配置したことを特徴とする請求項１記載の三次元画像計測装置。
【請求項１１】
前記バッテリは、前記装置本体の受光素子と投光系との間に配置されていることを特徴とする請求項１０記載の三次元画像計測装置。
【請求項１２】
前記バッテリは、前記装置本体の長手方向に沿って配置される円筒型の蓄電池であることを特徴とする請求項１１記載の三次元画像計測装置。
【請求項１３】
クレイドルを経由して、外部通信機器と通信を行うとともに、充電を行う接続手段を有することを特徴とする請求項１記載の三次元画像計測装置。
【請求項１４】
前記受光素子によって受光した光の点滅パターンを検知し、前記点滅パターンから特定の情報を解読する読み取り手段を有することを特徴とする請求項１記載の三次元画像計測装置。
【請求項１５】
前記受光素子によって撮影する被写体をモニタするモニタ手段を有することを特徴とする請求項１記載の三次元画像計測装置。
【請求項１６】
前記モニタ手段は、前記受光素子を通さずに被写体を観測する光学ビューファインダであることを特徴とする請求項１５記載の三次元画像計測装置。
【請求項１７】
前記モニタ手段は、前記受光素子による撮影画像を出力する画像出力回路と、前記画像出力回路からの画像を表示する画像表示型ビューファインダであることを特徴とする請求項１５記載の三次元画像計測装置。
【請求項１８】
前記三次元距離計測用の光を走査するためのスキャナミラーを有することを特徴とする請求項１記載の三次元画像計測装置。
【請求項１９】
前記三次元距離計測用の光をスリット状の光に変換して出射するスリット光生成手段を有することを特徴とする請求項１記載の三次元画像計測装置。
【請求項２０】
前記スリット光生成手段は、シリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１９記載の三次元画像計測装置。
【請求項２１】
前記スリット光生成手段は、ホログラム素子であることを特徴とする請求項１９記載の三次元画像計測装置。
【請求項２２】
前記装置本体の外側部に、前記装置本体をシート状の物体に係止するためのクリップ部を有することを特徴とする請求項１記載の三次元画像計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像素子から物体までの距離を高精度で計測するとともに、高解像の画像を出力する三次元画像計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、三角測量の原理によって距離を計測する装置としては、２つの撮像素子を所定の間隔で配置し、各撮像素子による被写体の結像位置から距離を求めるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、近年では、いわゆる光切断法によって距離計測を行うことが提案されている。この光切断法は、光源からの光をスキャナミラー等によって走査し、その走査光の被写体からの反射光を撮像素子で受光することによって距離の測定を行うものであり、距離情報の精度が高く、家庭用のみならず工業用途にも用いられている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１３２３４０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような光切断法を用いた距離計測装置は、一般に小型化が難しく、どこにでも携帯して手軽に利用するということができないという問題があった。
【０００５】
そこで本発明の目的は、携帯に便利な画像の撮影と三次元距離計測とを行うことができる三次元画像計測装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、携帯可能な長手棒状に形成された装置本体と、前記装置本体の一方の端部に所定の第１の方向に向って設けられ、画像の撮影と三次元距離計測とを行う受光素子と、前記装置本体の他方の端部に前記第１の方向に向って設けられ、三次元距離計測用の光を出射する投光系とを有することを特徴とする。
【０００７】
本発明の三次元画像計測装置では、携帯可能な長手棒状の装置本体の量端部に分散して受光素子と投光系とを配置し、受光素子によって画像の撮影を行うとともに、受光素子と投光系によって三次元距離計測を行うことから、携帯に便利な画像撮影機能と三次元距離計測機能とを有する三次元画像計測装置を提供することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による三次元画像計測装置の実施の形態例について説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態例による三次元画像計測装置の具体的構成例を示す図であり、図１（ａ）は三次元画像計測装置の内部構造を示す断面図、図１（ｂ）は三次元画像計測装置をクレイドル（ドッキングステーション）にセットした外観図である。
また、図２は、図１に示す三次元画像計測装置の回路構成を示すブロック図である。
【０００９】
まず、本実施の形態例の具体的説明に先立って、この三次元画像計測装置の概要について説明する。
この三次元画像計測装置は、携帯可能な例えばペン形状の長手棒状に形成された装置本体に構成したものであり、装置本体の一方の端部に画像の撮影と三次元距離計測とを行う受光素子を設けるとともに、他方の端部に三次元距離計測用の光を出射する投光系を設けたものであり、受光素子と投光系とを同一方向（第１の方向）に向って配置したものである。
そして、本実施の形態例では、投光系と受光素子によって光切断法による距離計測を行ない、また、外部通信機器との間で例えば無線による通信を行う機構を有する。
また、装置本体内にバッテリィを装備することでモバイル用途としても使うことができる。
【００１０】
また、外部インターフェイスとして、ＵＳＢ準拠、ＩＥＥＥ１３９４準拠、シリアル通信、ブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ  ）、赤外線等の各手段を用いることができる。なお、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ  については、例えばＭＰＥＧ−４のフォーマットで圧縮動画として送信することにより、モバイル用途に適したものが得られる。
また、本実施の形態例は、クレイドルを経由して、外部との通信及び充電が可能な機構を有することで、非常に手軽に使用することが可能となる。
また、撮影や三次元距離計測の機能に加えて、光の点滅パターンを検知し、その点滅パターンを解読することにより、点滅パターンでコード化された特定の情報を読み出すような機能を設けることが可能である。
【００１１】
また、被写体を直接観測する光学ビューファインダ、もしくは撮影画像を画像出力回路を通して液晶（画像表示型）ビューファインダに出力することにより、モニタする機構を設けることにより、単体で持ち運んでいながら画像をモニタすることができる。
また、レーザ光もしくはＬＥＤ光を走査するためのスキャニングミラーにより光切断法を実現することができる。  また、スリット状の光を生成するために、シリンドリカルレンズもしくはレーザホログラム等を用いる。  さらに、外側部にポケットなどの縁に挟んで落下を防止するクリップ部を設けることで、携帯性に優れた装置を提供する。
【００１２】
次に、本実施の形態例で用いる光切断法による距離計測のメカニズムについて説明する。
図３は、光切断法の原理を示す説明図である。
図において、レーザ光源１１から発光されたレーザ光（波長７８０ｎｍ  ）はシリンドリカルレンズ１２により、線状（すなわちスリット状）に集光される。線状のレーザ光は、３０Ｈｚの周期で振り角θでスキャンするレーザスキャナミラー１３により、被写体１４に照射される。
そこで、被写体１４から反射したレーザ光をレンズ１５を介してセンサ（受光素子）１６が捕らえ、被写体１４のある一点からの反射と、センサの単一画素１７に入光する位置が一対一対応することにより、三角測量の原理により、距離を計測する。
一方、画像については、通常の固体撮像素子の機能により画像を取得する。これにより、画像と距離をリアルタイムに信号として捕らえることができる。
なお、距離計測誤差は、例えばレーザスキャナミラー１３とセンサ１６との間を１８ｃｍ離し、１５Ｈｚでスキャンする場合、センサ１６から４０ｃｍの距離にある被写体に対し、約２ｍｍの精度である。
【００１３】
次に、本発明の第１の実施の形態例の具体的構成について説明する。
まず、図２に基づいて本実施の形態例による三次元画像計測装置の回路構成について説明する。
図示のように、本例の三次元画像計測装置は、センサブロック２００、カメラ信号処理ブロック２１０、メモリブロック２２０、画像圧縮及び通信ブロック２３０から構成される。
初めにセンサブロック２００においては、画像及び距離情報を取得する。センサアレイ２０１にて光電変換された信号は、カレントミラー２０２を介してフレームメモリ２０３に一旦格納し、コンパレータ２０４で比較演算処理を行い、距離を算出する。
それと同時に、光電変換された画像信号は、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）２０５でノイズをカットされ、ＡＧＣ（オートゲインコントロール）２０６でゲインコントロールされ、アナログ信号としてカメラ信号処理ブロック２１０に送る。
【００１４】
カメラ信号処理ブロック２１０は、センサブロック２００からのアナログ信号をＡＤＣ（Ａ／Ｄコントローラ）２１１によってデジタルデータに変換し、プロセッサ２１２によって画像処理を行う。また、ＴＧ（タイミングジェネレータ）２１３により、センサブロック２００との動作タイミングを制御している。
また、メモリブロック２２０は電源投入時及びリセット時にカメラ信号処理ブロック２１０にユーザが設定したパラメータを送信する。さらに、カメラ信号処理ブロック２１０からＹＵＶのデジタル出力を画像圧縮及び通信ブロック２３０に送る。
また、デジタル画像データは、非圧縮の状態であり、本メモリブロック２２０において、例えばＭＰＥＧ−４処理部２２１でＭＰＥＧ−４のフォーマットで圧縮処理を行う。その後、例えばブルートゥース処理部２２２でＢｌｕｅｔｏｏｔｈ  により、ワイヤレスで、携帯電話３００、ノートＰＣ３１０などにデータを送り、受け側で再生、保存などの処理を行う。
【００１５】
なお、本例では、センサブロック２００へのタイミングジェネレーションはカメラ信号処理プロック２１０が受け持っているようになっているが、センサ２００内にタイミングジェネレータ機能を持たせることも可能である。
また、Ａ／Ｄ変換もセンサブロック２００側（例えばＣＤＳ２０５の前段）で行うようにしてもよい。
また、これら４つのブロックは、２つ以上のブロックを１チップ化することも可能であるし、４つのブロック全てを１つのＩＣとして１チップ化することもできる。
【００１６】
次に、図１に基づいて本実施の形態例による外形及び内部構成について説明する。
図１（ａ）に示すように、本例の三次元画像計測装置は、長手円筒形状を有する装置本体２７を有し、この装置本体２７の外側部に衣類の胸ポケット等に差せるように、引っ掛け金具（クリップ部）２４を設け、外観がペン形状に形成されたものである。
なお、装置本体２７の具体的寸法は、例えば全長が１４０ｍｍで、直径が１４ｍｍの円筒型となっている。ただし、これらの寸法は一例であり、本発明はこれらの寸法に限定されないものである。
【００１７】
また、装置本体２７の一方の端部には固体撮像装置によるイメージセンサの受光素子２５が設けられ、他方の端部には距離データを得るためのレーザスキャナ（投光系）２１が設けられている。
受光素子２５とレーザスキャナ２１は、装置本体２７のと直交する方向（第１の方向）に向って設けられ、レーザスキャナ２１から出射されたレーザ光を被写体（測距対象物）で反射させて受光素子２５に入射する構造となっている。レーザスキャナ２１の光軸と受光素子２５の光軸との間隔は、例えば１３０ｍｍに設定されており、この間隔を基準として、上述した光切断法による三次元距離計測を行う。
【００１８】
受光素子２５は、例えばＣＣＤ型センサやＣＭＯＳ型センサであり、通常の被写体の撮影を行うとともに、レーザスキャナ２１との組み合わせによる三次元距離計測を行う。
レーザスキャナ２１は、レーザ光源、シリンドリカルレンズもしくはレーザホログラム、及びスキャナミラーの組み合わせにより、レーザ光源から出射されたレーザをシリンドリカルレンズもしくはレーザホログラムによってスリット光に変換し、スキャナミラーによって走査し、測距対象物に投光する。
【００１９】
電源は、３ＶのＤＣ電源であり、図示の例では、充電可能な円筒型の電池２２を２本使用する。２本の電池２２は、軸方向に連続する状態で装置本体２７内の受光素子２５とレーザスキャナ２１の間の空間部に配置されている。
また、装置本体２７内の受光素子２５とレーザスキャナ２１の間の空間部には、画像信号処理基板２３が設けられている。この画像信号処理基板２３は、カメラ信号処理、圧縮、通信を行うものである。この画像信号処理基板２３には、図２に示すカメラ信号処理ブロック２１０、メモリブロック２２０、及び画像圧縮及び通信ブロック２３０が搭載される。
【００２０】
また、このような三次元画像計測装置の装置本体２７は、図１（ｂ）に示すように、ペンフォルダ型のクレイドル２８に差し込んで充電やデータ転送を行うことが可能である。
すなわち、装置本体２７には、他方の端部にコネクタ部の外部端子２６が設けられており、クレイドル２８内の端子（図示せず）に接続されるようになっている。そして、この装置本体２７をクレイドル２８に装着することにより、電池の充電、及び、クレイドル経由でのデータの転送を行うことができる。なお、この場合のデータ転送は、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、シリアル通信などの何れであってもよい。さらに、クレイドル２８に差したままで、画像と距離情報を出力することもできる。
また、本例では、ブルートゥースによる通信を例として説明したが、赤外線通信（ＩＲＤＡ）であってもよい。さらに、装置本体２７に、インクペンもしくはシャープペン等のペン先を設けることによって、筆記道具としての機能を持たせることもできる。
【００２１】
以上のように本実施の形態例では、携帯性に優れた三次元画像計測装置を実現することができる。また、受光素子とレーザスキャナ部の配置が１本の棒（装置本体）の端にあり、装置の体積として最少の構造を実現できる。
さらに、クレイドルを介して外部通信、充電も可能であり、面倒な配線を行う必要がない。また、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ  もしくは、赤外線通信により、外部への動画転送が可能となり、極めて携帯性に優れ、距離画像情報を取得する装置を実現することができる。
【００２２】
次に、本発明の第２の実施の形態例として、図１に示した三次元画像計測装置の応用例について説明する。
図４は、本実施の形態例における三次元画像計測装置の応用例を示す概略図である。
図４（ａ）は、デスクトップＰＣ１１０のモニタ１１１上に本例の三次元画像計測装置を設置した例である。なお、三次元画像計測装置とデスクトップＰＣ１１０とは図示しないケーブル等で接続されており、データの転送が可能となっている。
ユーザは、例えば家庭において、三次元画像計測装置の距離計測機能と画像撮影機能とを組み合わせることにより、ある距離よりも遠くにあるものは写さないという背景切り取りの設定をすることが可能であり、室内の背景を写さずに、手前の人だけを写して、インターネット経由等によるＴＶ電話を行うことができる。
【００２３】
図４（ｂ）は、ノートＰＣ１２０のトップに設置した場合であり、同様に背景切り取りによりＴＶ電話をモバイル環境で実現することができる。
図４（ｃ）は、携帯電話１３０の側部に設置した例である。三次元画像計測装置の画像を携帯電話１３０にデータ転送することにより、カメラ付きの携帯電話でなくとも、このような組合せで、背景を切り取った画像を外出先から送信することができる。
図４（ｄ）は、テレビセット１４０のトップに設置した例である。このような組合せで、多人数でのＴＶ電話を行うことができる。
【００２４】
次に、本発明の第３の実施の形態例として、図１に示した三次元画像計測装置の他の応用例について説明する。
本例の三次元画像計測装置は、受光素子によって被写体を高フレームレートでスキャンする機能を有していることから、光の点滅パターンを受光素子で検出し、そのパターンを解読することにより、その解読結果を、ある情報として出力する機能を設けることが可能である。
例えば、ビルの側面等に設置した光ビーコン発生装置に、本装置の受光素子を向けることで光の点滅パターンを認識し、文字情報にデコードする。そして、この得られた文字情報からインターネットにアクセスして、さらに詳細な情報を得るといった応用も可能である。
【００２５】
また、本発明は、上述した具体例に限定されず、さらに種々の変形が可能である。
例えば、装置本体は円筒型のものに限らず、角筒型のものであってもよい。また、上述の例では、投光系の光源にレーザを用いた例で説明したが、同様にＬＥＤを用いることが可能である。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の三次元画像計測装置では、携帯可能な長手棒状の装置本体の量端部に分散して受光素子と投光系とを配置し、受光素子によって画像の撮影を行うとともに、受光素子と投光系によって三次元距離計測を行うようにした。
このため、装置本体の形状を最大限有効利用した三次元距離計測を可能とし、画像撮影機能と三次元距離計測機能とを有する携帯に便利な三次元画像計測装置を提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例による三次元画像計測装置の概要を示す断面図及び側面図である。
【図２】図１に示す三次元画像計測装置の回路構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す三次元画像計測装置における距離計測で用いる光切断法の原理を示す説明図である。
【図４】図１に示す三次元画像計測装置の応用例を示す概略図である。
【符号の説明】
２１……レーザスキャナ（投光系）、２２……電池、２３……画像信号処理基板、２４……引っ掛け金具（クリップ部）、２５……受光素子、２７……装置本体、２８……クレイドル、２００……センサブロック、２１０……カメラ信号処理ブロック、２２０……メモリブロック、２３０……画像圧縮及び通信ブロック。
【図１】
2004150810.tif 000003
【図２】
2004150810.tif 000004
【図３】
2004150810.tif 000005
【図４】
2004150810.tif 000006