(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
明部からなる三次元座標計測領域と暗部からなる内部散乱光計測領域との組み合わせからなるパターンが投影された物体を撮像した撮影画像を入力する入力手段と、
前記入力手段によって入力された撮影画像において、前記投影されたパターンの内部散乱光計測領域に対応する前記物体の領域から、内部散乱光成分を計測する計測手段と、
前記計測手段によって計測された内部散乱光成分に基づいて、前記撮影画像において前記投影されたパターンの三次元座標計測領域に対応する前記物体の領域における内部散乱光成分を推定する推定手段と、
前記撮影画像のデータから、前記推定手段によって推定された内部散乱光成分を除去する内部散乱光成分除去手段と、
前記内部散乱光成分除去手段によって除去されたデータに基づいて、物体の三次元座標を算出する三次元座標算出手段と、
を備えることを特徴とする三次元計測装置。
【請求項２】
前記パターンは、前記三次元座標計測領域および前記内部散乱光計測領域の組み合わせによる複数の計測線から構成され、
前記三次元座標算出手段は、前記三次元座標計測領域および前記内部散乱光計測領域の大きさおよび位置の組み合わせによって前記計測線を識別して、前記物体の三次元座標を算出することを特徴とする請求項１に記載の三次元計測装置。
【請求項３】
前記三次元座標算出手段は、１枚の撮影画像から前記計測線を一意に識別することによって三次元座標を算出することを特徴とする請求項２に記載の三次元計測装置。
【請求項４】
前記パターンを前記物体に投影する投影手段と、
前記投影手段によって前記パターンが投影された物体を撮像して前記撮影画像を生成する撮像手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の三次元計測装置。
【請求項５】
前記パターンを生成するパターン生成手段をさらに備え、
前記投影手段は、前記パターン生成手段によって生成されたパターンを前記物体に投影することを特徴とする請求項４に記載の三次元計測装置。
【請求項６】
前記パターン生成手段は、前記物体の透明度、前記投影手段の焦点距離、前記撮像手段の焦点距離、前記撮影画像の先鋭度、および前記撮影画像のノイズ量のうち、少なくとも１つに基づき、前記三次元座標計測領域および前記内部散乱光計測領域の大きさおよび位置を決定することを特徴とする請求項５に記載の三次元計測装置。
【請求項７】
前記投影手段は、前記三次元座標計測領域および前記内部散乱光計測領域を含む光を走査して前記物体に光切断線を形成するように投影することを特徴とする請求項４に記載の三次元計測装置。
【請求項８】
明部からなる三次元座標計測領域と暗部からなる内部散乱光計測領域との組み合わせからなるパターンが投影された物体を撮像した撮影画像を入力する入力工程と、
前記入力工程において入力された撮影画像において、前記投影されたパターンの内部散乱光計測領域に対応する前記物体の領域から、内部散乱光成分を計測する計測工程と、
前記計測工程において計測された内部散乱光成分に基づいて、前記撮影画像において前記投影されたパターンの三次元座標計測領域に対応する前記物体の領域における内部散乱光成分を推定する推定工程と、
前記撮影画像のデータから、前記推定工程において推定された内部散乱光成分を除去する内部散乱光成分除去工程と、
前記内部散乱光成分除去工程において除去されたデータに基づいて、物体の三次元座標を算出する三次元座標算出工程と、
を備えることを特徴とする三次元計測方法。
【請求項９】
明部からなる三次元座標計測領域と暗部からなる内部散乱光計測領域との組み合わせからなるパターンが投影された物体を撮像した撮影画像を入力する入力工程と、
前記入力工程において入力された撮影画像において、前記投影されたパターンの内部散乱光計測領域に対応する前記物体の領域から、内部散乱光成分を計測する計測工程と、
前記計測工程において計測された内部散乱光成分に基づいて、前記撮影画像において前記投影されたパターンの三次元座標計測領域に対応する前記物体の領域における内部散乱光成分を推定する推定工程と、
前記撮影画像のデータから、前記推定工程において推定された内部散乱光成分を除去する内部散乱光成分除去工程と、
前記内部散乱光成分除去工程において除去されたデータに基づいて、物体の三次元座標を算出する三次元座標算出工程と、
をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、様々な材質の物体の形状を測定するために用いて好適な三次元計測装置、三次元計測方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空間符号化法などに代表される縞パターンをプロジェクターなどの投影手段によって計測対象に投影し、その反射光が撮像手段で観測された位置をもとに三角測量の原理によって三次元座標を求める三次元計測装置が広く知られている。このような装置では、三次元座標の計測精度が計測対象の材質に大きく依存するという課題があった。
【０００３】
計測対象の表面が光を拡散反射させ、表面の反射率が大きい白色等の材質からなる計測対象である場合には、このような装置は高精度かつ安定的に三次元形状を計測することができる。しかしながら、工業生産の分野ではプラスチック等の樹脂のように、光を表面で反射させるのみならず、内部に光を浸透させ散乱を生じさせるような材質が多く使われている。
【０００４】
このような対象を従来の三次元計測装置で計測する際には、計測対象物に生じる、一般的に表面下散乱あるいは内部散乱と呼ばれる現象によって、計測精度の悪化や、そもそも計測自体が不能になる等の問題が発生していた。そのため、このような対象の計測時には、白色のパウダー等を対象表面に事前に塗布するなどの処置が要求され、三次元計測装置の適用範囲を大きく制限する障害となっていた。そこで、様々な方法によって計測を行う計測装置が提案されている（例えば特許文献１〜３及び非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５２０２０１２号公報
【特許文献２】特開２０１２−２５１８９３号公報
【特許文献３】特許第２５１７０６２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】古瀬達彦、日浦慎作、佐藤宏介、スリット光の変調による相互反射と表面下散乱に頑健な三次元形状計測、ＭＩＲＵ２００９  画像の認識・理解シンポジウム
【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に記載の方法では、波形の非対称性をもとにピーク位置を推定するものであるが、半透明物体の計測においては内部散乱を考慮していないため、補正効果に限界があった。また、特許文献２に記載の方法では、輝度パターンの波形は、計測対象物の材質のみならず、対象物の形状や光源、受光部の幾何関係等、数多くのパラメータに依存する。そのため、広範な対象物を計測するためには、多様な組み合わせを網羅するべく事前に膨大な数の参照輝度パターンを取得する必要が生じていた。
【０００８】
さらに特許文献３に記載の方法では、高速に三次元計測を行うことが可能であるが、内部散乱を生じさせる半透明物体計測における対策は講じられておらず、高精度化に限界があった。非特許文献１に記載の方法では、対象物全体を計測するためには、数多くのパターン光を投影して撮影する必要があり、長い計測時間を要していた。
【０００９】
本発明は前述の問題点に鑑み、膨大な事前準備を不要にして、様々な材質の物体の三次元形状を高速かつ高精度に計測できるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る三次元計測装置は、明部からなる三次元座標計測領域と暗部からなる内部散乱光計測領域との組み合わせからなるパターンが投影された物体を撮像した撮影画像を入力する入力手段と、前記入力手段によって入力された撮影画像において、前記投影されたパターンの内部散乱光計測領域に対応する前記物体の領域から、内部散乱光成分を計測する計測手段と、前記計測手段によって計測された内部散乱光成分に基づいて、前記撮影画像において前記投影されたパターンの三次元座標計測領域に対応する前記物体の領域における内部散乱光成分を推定する推定手段と、前記撮影画像のデータから、前記推定手段によって推定された内部散乱光成分を除去する内部散乱光成分除去手段と、前記内部散乱光成分除去手段によって除去されたデータに基づいて、物体の三次元座標を算出する三次元座標算出手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、膨大な事前準備を不要にして、様々な材質の物体の三次元形状を高速かつ高精度に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る三次元計測装置の全体構成例を模式的に示す図である。
【図２】第１及び第２の実施形態における投影部の構成例を示す図である。
【図３】実施形態において投影部が投影するパターン画像の一例を示す図である。
【図４】実施形態における処理部の詳細な内部構成例を示すブロック図である。
【図５】計測線として抽出された線分上の画素の輝度の変化を説明するための図である。
【図６】内部散乱光の輝度分布について説明するための図である。
【図７】内部散乱光を推定する処理を説明するための図である。
【図８】実施形態の三次元計測装置による処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図９】第３の実施形態における投影部の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１の実施形態）
本実施形態では、複数の計測線からなるパターンを計測対象（物体）に投影する。これらの計測線は、三次元座標を計測するための明部と、内部散乱光を計測するための暗部とから構成される。計測線の暗部に対応する複数の領域から計測対象の内部散乱光成分を計測し、それらをもとに明部に対応する領域における内部散乱光成分を推定する。撮影画像からこれらの推定された内部散乱光成分を差し引いた画像を用いることによって、内部散乱光の影響を受けない高精度な三次元座標を計測する。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る三次元計測装置１００の全体構成例を模式的に示す図である。なお、図１に示す構成は一例であり図示されるものに限定されない。三次元計測装置１００は、投影部１０１、撮像部１０２、及び処理部２００を含み、計測対象物１０４の表面の三次元座標を算出する。
【００１５】
投影部１０１は、計測対象物１０４にパターン光を投影する。図２は、本実施形態における投影部１０１の構成例を示しており、投影部１０１は、光源１０５、スライド１０６、及び投影光学系１０７によって構成されている。光源１０５で発生した光束は、スライド１０６上に描かれているパターン画像１０８によって変調され、投影光学系１０７を通じて拡大されて計測対象物１０４上に投影される。パターン画像１０８によって変調された投影光を以降の説明ではパターン光と呼ぶ。パターン光は計測対象物１０４の表面で反射し、撮像部１０２によって撮像される。
【００１６】
図３は、本実施形態において投影部１０１が投影するパターン画像１０８の一例を示す図である。図３において、白で示される領域は計測対象物１０４に光が投影される領域（明部）であり、黒で示される領域は計測対象物１０４に光が投影されない領域（暗部）である。図３に示すパターン光は複数本の計測線３００から構成され、計測線３００はさらに三次元座標計測領域３１０と内部散乱光計測領域３２０とからなる。それぞれの計測線３００は暗部をなす内部散乱光計測領域３２０によって複数の線分に分割され、残る明部を構成する線分が三次元座標計測領域３１０となる。
【００１７】
このパターン画像１０８は、三次元計測装置１００のユーザの要望に応じて、様々なものを設定することが可能である。例えば特許文献３に示すように、三次元座標計測領域３１０をスリット光、内部散乱光計測領域３２０を切断点とみなし、これらの組み合わせを符号化することによって、撮影された画像から計測線３００を識別することができる。そのため、１種類のパターン画像１０８と、計測対象物１０４への投影像を撮影した撮影画像とから、計測対象物１０４の三次元形状を計測することが可能となる。
【００１８】
撮像部１０２は、計測対象物１０４上に投影されたパターン光の反射光を撮像する。この反射光は撮像光学系を介して撮像素子上に結像され、撮像素子が検出した信号強度に基づいた画像が生成され、処理部２００内部に備える画像入力部２０２に送られる。
【００１９】
処理部２００は、コンピュータおよび電気回路によって、本実施形態における三次元計測装置１００の主要なアルゴリズムの処理を実現する。より具体的には、撮像部１０２により得られた撮像画像から、計測対象物１０４の内部散乱光の影響を取り除き、正確な三次元座標を算出する処理を行う。
【００２０】
図４は、処理部２００の詳細な内部構成例を示すブロック図である。
図４において、投影制御部２０１は、投影部１０１の制御を行う。本実施形態においては、投影部１０１に対して投影開始または投影終了の命令を送出し、投影の制御を行う。また、制御部２０７は、処理部２００全体の処理を制御し、例えば投影制御部２０１による投影制御が行われた後に、撮像部１０２に対して撮影の指示を行う。なお、図１の撮像部１０２や処理部２００が有する操作ボタン等から撮影を指示するようにしてもよい。画像入力部２０２は、撮像部１０２において撮像された計測対象物１０４の画像を入力し、撮影画像を得る。そして、撮影画像を内部散乱光計測部２０３へ送る。
【００２１】
内部散乱光計測部２０３は、撮影画像において観測されている計測対象物１０４の内部散乱光を計測する。以下、具体的な処理について説明する。内部散乱光計測部２０３は、撮影画像から、内部散乱光計測領域３２０に対応する領域を検出する。そのため、内部散乱光計測部２０３はまず、撮影画像から計測線３００を抽出する。この処理は、撮影画像に対してソーベルフィルタ等の線検出フィルタを適用することによって実現される。計測線３００の抽出においては、内部散乱光計測領域３２０によって線が分割されて検出され、連続した線を構成できないことがある。その場合には、撮影画像にあらかじめ平滑化フィルタを適用して内部散乱光計測領域３２０の影響を減らしておくか、膨張処理等によって検出された線分を結合するなどの方法によって解決可能である。
【００２２】
次に、内部散乱光計測部２０３は、計測線３００として抽出された線分上の画素を走査し、輝度の変化が極小となる点を内部散乱光計測領域３２０として検出する。図５には、この処理の概要を示している。なお、図５においては、計測線３００の明部が黒、暗部が白で描かれており、図３と逆転しているが、図５において撮影画像中の計測線を明確に示す都合によるものである。実際には、撮影画像上では三次元座標計測領域３１０が明部、内部散乱光計測領域３２０が暗部となる。
【００２３】
図５（ａ）は、計測対象物１０４上に観測される計測線３００（および内部散乱光計測領域３２０）を示す図である。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す計測線３００上の輝度変化を示す図であり、輝度変化の極小値が内部散乱光計測領域３２０に対応することを示している。
【００２４】
次に、内部散乱光計測部２０３は、検出された内部散乱光計測領域３２０について、近傍画素の輝度分布をプロファイルとして取得する。図６は、内部散乱光の輝度分布について説明するための図である。図６（ａ）は、計測対象物１０４上の内部散乱光計測領域３２０近傍の様子を示しており、図５（ａ）の一部を拡大したものである。
【００２５】
内部散乱光計測領域３２０近傍は投影パターンの暗部であるため、投影部１０１からパターン光が直接投影されていない領域とみなすことができる。すなわち、撮影画像における内部散乱光計測領域３２０近傍の輝度値は、さらにその周囲（具体的には三次元座標計測領域３１０）で生じた内部散乱光のみが観測されたものとみなすことができる。
【００２６】
一方、三次元座標計測領域３１０は投影パターンの明部であるため、投影部１０１からパターン光が直接投影されている領域とみなすことができる。すなわち、撮影画像における三次元座標計測領域３１０近傍の輝度値は、投影部１０１からのパターン光に加えて、さらにその周囲で生じた内部散乱光が加えられて観測されたとみなすことができる。
【００２７】
図６（ｂ）は、内部散乱光計測領域３２０近傍（点Ｐ1から左右に延長した方向）において、線分Ａ1Ｂ1上の輝度分布の一例を示している。図６（ａ）に示す例において、計測対象物１０４に対して右方向からパターン光が投影されている場合には、図６（ｂ）に示すように、輝度分布は、内部散乱光計測領域３２０の線中心の点Ｐ1に対して左方向に歪んだ波形として現れる。
【００２８】
また、図６（ｃ）は、同様に三次元座標計測領域３１０近傍（点Ｐ2から左右に延長した方向）における線分Ａ2Ｂ2上の輝度分布の一例を示している。図６（ｃ）の実線で示されている部分が実際に観測される波形であり、破線で示されている部分がそのうちの内部散乱光の影響による成分を示している。計測対象物１０４の形状変化が局所的に滑らかであり、材質がほぼ均一である場合には、隣接している三次元座標計測領域３１０と内部散乱光計測領域３２０とにおいて、内部散乱光の影響による成分は概ね類似した波形となる。これは投影するパターン光の変化に対し、内部散乱が物理現象としてローパスフィルターとして作用し、内部散乱光の成分は緩やかに変化することに由来する。
【００２９】
内部散乱光計測部２０３は、図６（ｂ）における輝度分布を図示しないメモリ領域に保持する。そして、内部散乱光計測部２０３は、複数の内部散乱光計測領域３２０について、上記内部散乱光の計測処理を繰り返す。
【００３０】
内部散乱光推定部２０４は、内部散乱光計測部２０３において計測された、複数の内部散乱光計測領域３２０における内部散乱成分から、三次元座標計測領域３１０の内部散乱成分を推定する。以下、具体的な処理について説明する。
【００３１】
図７は、内部散乱光推定部２０４が行う、内部散乱光推定処理を説明するための図である。図７（ａ）に示す内部散乱光計測領域３２０上の点Ｐ1と点Ｐ3との２ヶ所で、内部散乱光計測部２０３により、それぞれ線分Ａ1Ｂ1、Ａ3Ｂ3の内部散乱光のプロファイルが取得されている。内部散乱光推定部２０４は、この２種類のプロファイルを用いて三次元座標計測領域３１０上の点Ｐ2における内部散乱光を推定する。図７（ｂ）は、点Ｐ1近傍の内部散乱光プロファイルを示し、図７（ｃ）は、点Ｐ3近傍の内部散乱光プロファイルを示している。
【００３２】
本実施形態では、内部散乱光推定部２０４は、２つの内部散乱光計測領域３２０において取得されたプロファイルを用いる。具体的には、これらの間にある三次元座標計測領域３１０の内部散乱光成分を、点Ｐ1と点Ｐ2、点Ｐ2と点Ｐ3の距離の比を用いた線形補間によって推定する。図７（ｄ）において、実線で示されているのはそれぞれ点Ｐ1、点Ｐ3における内部散乱光成分である。一方、破線で示されているのは点Ｐ2における内部散乱光成分の推定結果のプロファイルである。
【００３３】
内部散乱光推定部２０４は、上記の処理を三次元座標計測領域３１０上の各画素について繰り返し、撮影画像と同じ大きさのメモリ領域に重畳していく。この処理の結果、撮影画像と同じ大きさの内部散乱光成分画像が生成される。
【００３４】
一方、最も端に位置する三次元座標計測領域３１０については、隣接する内部散乱光計測領域３２０が１つしか存在しないため、先に説明した補間処理を行うことができない。その場合には、もう一つ隣に存在する内部散乱光計測領域３２０のプロファイルを用い、その三次元座標計測領域３１０に外挿して推定すればよい。また、計測対象物１０４中に含まれる段差や材質の差異によって、三次元座標計測領域３１０が途中で途切れてしまうことがある。この場合には、分割された個々の三次元座標計測領域３１０を異なる領域として扱い、先に説明した外挿処理によって、それぞれ内部散乱光成分を算出すればよい。
【００３５】
内部散乱光除去部２０５は、三次元座標計測領域３１０上の各点において、内部散乱光推定部２０４で推定された内部散乱光成分を差し引くことによって、内部散乱光成分の影響を除去した直接反射光成分を求める。より具体的には、撮影画像中から、内部散乱光推定部２０４において生成された内部散乱光成分画像を差し引き、直接反射光成分画像を生成する。あるいは、明に直接反射光成分画像を生成せず、内部散乱光成分に対応する値のみを図示しないメモリ領域に保持するようにしてもよい。
【００３６】
三次元座標算出部２０６は、内部散乱光除去部２０５において生成された直接反射光成分画像に対して、再び計測線３００を抽出し、三次元座標を算出する処理を行う。このとき、内部散乱光計測領域３２０に対応する画素については、直接反射光成分が観測されない。そのため、直接反射光成分画像に平滑化を適用する、あるいは、観測される計測線３００を膨張させて結合するなどの処理を行い、この領域の直接反射光成分を推定するようにしてもよい。一方、計測線３００上の三次元座標の算出については、公知の手法など様々な手法を適用することが可能であるため、説明を省略する。また、内部散乱光除去部２０５において直接反射光成分画像を生成しない場合においては、撮影画像の輝度値から内部散乱光成分に対応する値を減算しながら計測線３００を抽出し、三次元座標を算出するようにしてもよい。
本実施形態においては、従来手法の撮影画像に替えて、直接反射光成分画像を取得するため、内部散乱光の影響を受けることなく、高精度な三次元座標を算出することが可能となる。
【００３７】
以上のような構成を備えた本実施形態の制御について、以下に説明する。図８は、本実施形態の三次元計測装置１００による処理手順の一例を示すフローチャートである。
まず、三次元計測装置１００が起動されると処理を開始し、ステップＳ１０００において、制御部２０７は、初期化処理を行う。ステップＳ１０００の初期化処理には、投影部１０１や撮像部１０２の起動や、投影部１０１と撮像部１０２との較正データなど各種パラメータを設定する処理などが含まれる。
【００３８】
続いてステップＳ１１００において、投影制御部２０１は、投影部１０１に対して投影指示を出すとともに、制御部２０７は、撮像部１０２に対して計測対象物１０４に投影されたパターン光の像を撮像するよう制御し、画像入力部２０２に撮像画像を送出する。
【００３９】
次に、ステップＳ１２００において、内部散乱光計測部２０３は、撮影画像から内部散乱光計測領域を検出し、その領域における内部散乱光成分のプロファイルを取得する。そして、ステップＳ１３００において、内部散乱光推定部２０４は、内部散乱光計測領域における内部散乱光成分のプロファイルをもとに、三次元座標計測領域における内部散乱光成分を推定する。
【００４０】
次に、ステップＳ１４００において、内部散乱光除去部２０５は、三次元座標計測領域の内部散乱光成分を除去し、直接反射光成分画像を生成する画像生成処理を行う。そして、ステップＳ１５００において、三次元座標算出部２０６は、直接反射光成分画像から計測線上の三次元座標を算出する。ステップＳ１６００において、ユーザからの指示に基づき、制御部２０７は、処理を終了する指示を受けたか否かを判定する。この判定の結果、処理を終了する指示を受けていない場合はＳ１１００に戻って処理を繰り返し、処理を終了する指示を受けた場合は処理を終了する。
【００４１】
以上のように本実施形態によれば、１枚のパターン光を投影した画像から内部散乱光成分を除去して三次元座標を算出するようにしたので、内部散乱光の影響を受けない高精度な三次元座標を高速に計測することが可能となる。
【００４２】
（第２の実施形態）
本実施形態では、計測対象物１０４の特性や計測条件に応じて、最適なパターン画像を生成する例について説明する。これにより、計測対象物１０４や計測条件が異なる場合においても、内部散乱光の影響を受けない高精度な三次元座標を高速に計測することが可能となる。以下、本実施形態について、第１の実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００４３】
本実施形態において、投影部１０１は、固定のパターンを投影する第１の実施形態とは異なり、データプロジェクターなど、投影する画像を変更できる投影装置によって構成される。すなわち、図２におけるスライド１０６はＬＣＤやＤＭＤ等の投影素子によって実現されることとなる。
【００４４】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に図３に示すような複数の計測線３００からなるパターン画像を投影する。しかしながら、最適なパターン画像は、計測対象物１０４の材質や局所的な形状、信号のＳＮ比、計測密度や精度の要求等、様々な要因によって異なる。そのため、本実施形態における投影制御部２０１は、投影部１０１の制御に加え、これらの複数の条件を考慮して最適なパターン画像を生成する処理も行う。
【００４５】
投影制御部２０１は、以下のようにしてパターン光生成処理を行う。本実施形態において、パターン光の元となるパターン画像の生成に必要なパラメータは、計測線３００を構成する三次元座標計測領域３１０および内部散乱光計測領域３２０の大きさ（パターン画像における画素数）である。
【００４６】
投影制御部２０１は、まず、内部散乱光計測領域３２０の大きさを決定する。内部散乱光計測領域３２０は、計測対象物１０４上におけるパターン画像の先鋭度（すなわち、投影部１０１および撮像部１０２の焦点距離）によって決定される。具体的には、計測対象物１０４上に投影される計測線３００において、暗部をなす内部散乱光計測領域３２０が、明部をなす三次元座標計測領域３１０を撮影画像中で十分に分離できる程度の大きさに設定する。内部散乱光計測領域３２０の大きさはユーザが指示してもよいし、処理部２００が投影部１０１および撮像部１０２の焦点距離を読み取って設定するようにしてもよい。また、制御部２０７が撮像部１０２に撮像指示を出し、画像入力部２０２に送られた撮影画像の先鋭度を求め、大きさを設定するようにしてもよい。
【００４７】
次に、投影制御部２０１は、三次元座標計測領域３１０の大きさを決定する。三次元座標計測領域３１０の大きさは、計測対象物１０４の透明度、撮影画像において観測されるノイズ量、および内部散乱光計測領域３２０の大きさによって決定される。より具体的には、計測対象物１０４の透明度が高い（透明に近い）ほど、内部散乱光計測領域３２０の大きさと三次元座標計測領域３１０の大きさとの比を近づけることが望ましい（例えば１：１）。
【００４８】
また、計測対象物１０４が不透明に近いほど、内部散乱光計測領域３２０の大きさに対して、三次元座標計測領域３１０を大きくすることが望ましい（例えば１：１０）。ただし、三次元座標計測領域３１０を大きくすると、その分だけ内部散乱光計測領域３２０の大きさが減少し、内部散乱光を推定しなければならない領域が増加するため、内部散乱光成分の影響を除去する効果が制限されることになる。
【００４９】
一方、撮影画像において観測されるノイズ量が大きい場合においても、三次元座標計測領域３１０を大きくすることが望ましい。そのため、投影制御部２０１は、ユーザの操作によって計測対象物１０４の透明度やノイズ量に関する情報を入力することによって、三次元座標計測領域３１０の大きさを決定することができる。また、ユーザからの入力によらず、例えば投影部１０１から任意の明暗パターンを計測対象物１０４に一度投影して、撮影された画像中の明部と暗部との輝度比から計測対象物１０４の透明度を推定し、三次元座標計測領域３１０の大きさを決定してもよい。さらに、ノイズ量に関しては、ユーザからの入力によらず、撮像部１０２からパラメータを読み取るようにしてもよいし、撮影画像中の画素の輝度分布等から推定するように構成してもよい。
【００５０】
次に、投影制御部２０１は、上記の処理によって決定された三次元座標計測領域３１０と内部散乱光計測領域３２０との大きさの比を概ね維持するように、計測線３００を生成する。このとき、撮影画像で複数観測される計測線３００の各々を識別可能とするため、それぞれの計測線３００において、三次元座標計測領域３１０（すなわちパターンの明部）と内部散乱光計測領域３２０（すなわち暗部）とで位置の組み合わせが異なるようにする。その結果として、パターン画像中に含まれる個々の計測線３００が固有の明暗パターンを持つこととなり、撮影画像から計測線３００を一意に識別することが可能となる。ただし、パターン画像の明部と暗部との組み合わせを一意にするためには、三次元座標計測領域３１０と内部散乱光計測領域３２０との大きさの比を局所的に維持できない場合がある。この場合には、パターンの一意性が保証される範囲と、内部散乱光成分の除去性能とのバランスを考慮しながらこの比を変更する必要がある。
【００５１】
以上述べたように本実施形態によれば、計測対象物１０４の特性や計測条件に応じて、最適なパターン画像を生成する。これにより、計測対象物１０４や計測条件が異なる場合においても、内部散乱光の影響を受けない高精度な三次元座標を高速に計測することが可能となる。
【００５２】
（第３の実施形態）
本実施形態では、光切断法によって計測線を計測対象に投影する。シート光をパターン画像によって変調し、明部と暗部とを形成することによって、第１の実施形態と同様に内部散乱光の影響を受けない高精度な三次元座標を計測することができる。以下、本実施形態について、第１の実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００５３】
図９は、本実施形態における投影部１０１の構成例を示す図である。光源１０５で発生した光は、シリンドリカルレンズ１０９によってシート光として広げられ、スライド１０６上に描かれているパターン画像１０８によって変調され、計測線３００のパターンが形成される。そして、計測線３００は投影制御部２０１によって制御されるミラー１１０の角度に応じて光路が変えられ、計測対象物１０４上に投影される。このとき撮影画像では、図５（ａ）に示すように、１本の計測線３００が計測対象物１０４上に観測される。計測線３００が観測される位置はミラー１１０のなす角によって変化し、計測線３００の画像座標とミラー１１０の制御角との対応関係から三角測量によって計測点の三次元座標が算出される。図９に示す構成は一般的な光切断法による三次元計測装置と類似するが、スライド１０６によってシート光が変調され、三次元座標計測領域３１０と内部散乱光計測領域３２０とを含む計測線３００を形成している部分が異なっている。
【００５４】
投影制御部２０１は、投影部１０１から発せられるシート光が計測対象物１０４を走査するようにミラー１１０の角度を順次制御する。また、これと同期するように制御部２０７はミラー１１０の回転角に応じて撮像部１０２に撮影を指示する。撮像部１０２は制御部２０７からの指示に基づき、その瞬間での撮影画像を画像入力部２０２に送出する。
【００５５】
本実施形態においては、１枚の撮影画像で三次元計測を行う第１の実施形態と異なり、光切断線をミラー１１０によって走査するため、走査角の分解能に応じて撮像を複数回行う必要がある。ただし、三次元計測に必要な画像の数は従来の光切断法と変わるところはなく、従来の構成にスライド１０６を追加するのみで内部散乱光の影響を受けない三次元計測を実現することができる点で、大きな効果を得るものである。
【００５６】
以上述べたように本実施形態によれば、光切断法におけるシート光をパターン画像によって変調し、明部と暗部とを形成する。そして、第１の実施形態と同様の処理をさらに行うことによって、内部散乱光の影響を受けない高精度な三次元座標を高速に計測することが可能となる。
【００５７】
（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【００５８】
２０２  画像入力部
２０３  内部散乱光計測部
２０４  内部散乱光推定部
２０５  内部散乱光除去部
２０６  三次元座標算出部
【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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