(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を撮像する撮像装置と、
前記対象物に照射する光を走査する照射装置と、
前記照射装置を制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、
前記撮像装置が露光している間に、前記照射装置に、光の強度および光の単位面積当たりの照射時間を変えずに走査させて素朴画像を前記撮像装置に撮像させるステップと、
前記素朴画像のうち、前記照射装置が光の強度または光の単位面積当たりの照射時間を変調させながら走査した場合に得られる縞パタン画像にラインが現れる各領域の輝度に基づいて、前記光の強度または前記光の単位面積当たりの照射時間を決定するステップと、
前記撮像装置が露光している間に、決定した前記光の強度または前記光の単位面積当たりの照射時間に基づいて光を変調させながら走査させることで、前記縞パタン画像を前記撮像装置に撮像させるステップと
を実行する
縞パタン画像取得装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記縞パタン画像の一部のラインの形成のために照射される光のピーク強度および単位面積当たりの照射時間の少なくとも一方を、他のラインの形成のために照射される光のピーク強度および単位面積当たりの光の照射時間の少なくとも一方と異ならせる
請求項１に記載の縞パタン画像取得装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記対象物に照射される光の強度および単位面積当たりの照射時間の少なくとも一方を、前記対象物に照射された光の反射光の強度に応じて変調させる
請求項１または請求項２に記載の縞パタン画像取得装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記対象物に照射される光の強度および単位面積当たりの照射時間の少なくとも一方を、前記照射装置または前記撮像装置から前記対象物までの距離に応じて変調させる
請求項１または請求項２に記載の縞パタン画像取得装置。
【請求項５】
前記対象物の部分の指定の入力を受け付ける入力装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記入力装置を介して指定された前記部分に基づいて、前記対象物に照射される光の強度および単位面積当たりの照射時間の少なくとも一方を変調させる
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の縞パタン画像取得装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５の何れか１項に記載の縞パタン画像取得装置と、
前記縞パタン画像取得装置が取得した縞パタン画像に基づいて対象物の三次元位置を特定する三次元位置特定部と
を備える三次元位置特定装置。
【請求項７】
対象物を撮像する撮像装置が露光している間、前記対象物に照射する光を走査する照射装置に、光の強度および光の単位面積当たりの照射時間を変えずに走査させて、前記撮像装置に素朴画像を撮像させるステップと、
前記素朴画像のうち、前記照射装置が光の強度または光の単位面積当たりの照射時間を変調させながら走査した場合に得られる縞パタン画像にラインが現れる各領域の輝度に基づいて、前記光の強度または前記光の単位面積当たりの照射時間を決定するステップと、
前記撮像装置が露光している間、決定した前記光の強度または前記光の単位面積当たりの照射時間に基づいて光を変調させながら走査させることで、前記縞パタン画像を前記撮像装置に撮像させるステップと
を有する縞パタン画像取得方法。
【請求項８】
請求項７に記載の縞パタン画像取得方法により取得された縞パタン画像に基づいて対象物の三次元位置を特定する三次元位置特定ステップ
を有する三次元位置特定方法。
【請求項９】
コンピュータに、
対象物を撮像する撮像装置が露光している間、前記対象物に照射する光を走査する照射装置に、光の強度および光の単位面積当たりの照射時間を変えずに走査させて、前記撮像装置に素朴画像を撮像させるステップと、
前記素朴画像のうち、前記照射装置が光の強度または光の単位面積当たりの照射時間を変調させながら走査した場合に得られる縞パタン画像にラインが現れる各領域の輝度に基づいて、前記光の強度または前記光の単位面積当たりの照射時間を決定するステップと、
前記撮像装置が露光している間、決定した前記光の強度または前記光の単位面積当たりの照射時間に基づいて光を変調させながら走査させることで、前記縞パタン画像を前記撮像装置に撮像させるステップと
を実行させるためのプログラム。
【請求項１０】
前記コンピュータに、さらに
前記撮像装置が取得した前記縞パタン画像に基づいて前記対象物の三次元位置を特定するステップ
を実行させるための請求項９に記載のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の三次元位置の特定に用いる縞パタン画像を取得する縞パタン画像取得装置および縞パタン画像取得方法、縞パタン画像を用いて対象物の三次元位置を特定する三次元位置特定装置および三次元位置特定方法、ならびにこれらを実現するためのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物に光を照射し、その反射光に基づいて物体の三次元位置を特定する方法として、光切断法および位相シフト法が知られている。光切断法とは、レーザ光を加工して得られるシート光を対象物に照射し、シート光の反射位置を三角測量の原理に基づいて特定する手法である。光切断法に基づいて対象物の三次元位置を特定するためには、シート光の照射位置を単位長さずつ変更し、照射位置が変わる度に対象物を撮像して三次元位置を特定する必要がある。
位相シフト法とは、縞パタン光が投影された対象物を撮像した縞パタン画像を解析することにより、三角測量の原理に基づいて対象物の三次元位置を特定する手法である（例えば、特許文献１を参照）。縞パタン光の照射は、例えばプロジェクタによって行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特願２０１２−１４１２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
三次元位置の特定の対象物が水中に存在する場合、プロジェクタにより縞パタン光を対象物に投影しても、三次元位置の特定に十分な輝度を確保できない可能性がある。これは、水中における光の透過率が空気と比較して低く、またプロジェクタが投影する光の光束密度が小さいためである。
他方、レーザ光から加工されたシート光は光束密度が高く、水中でも輝度を確保することができる。他方、光切断法によって三次元位置を特定する場合、シート光の照射位置を単位長さずつ変更し、照射位置が変わる度に対象物を撮像して三次元位置を特定する必要があるため、三次元位置の特定に時間がかかるという問題がある。
本発明の目的は、対象物が水中に存在する場合にも十分な輝度を確保し、かつ短時間で三次元位置を特定するための縞パタン画像取得装置、縞パタン画像取得方法、三次元位置特定装置、三次元位置特定方法、およびプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様によれば、縞パタン画像取得装置は、対象物を撮像する撮像装置と、前記対象物に照射する光を走査する照射装置と、前記照射装置を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記撮像装置が露光している間に、前記照射装置に、光の強度および光の単位面積当たりの照射時間を変えずに走査させて素朴画像を前記撮像装置に撮像させるステップと、前記素朴画像のうち、前記照射装置が光の強度または光の単位面積当たりの照射時間を変調させながら走査した場合に得られる縞パタン画像にラインが現れる各領域の輝度に基づいて、前記光の強度または前記光の単位面積当たりの照射時間を決定するステップと、前記撮像装置が露光している間に、決定した前記光の強度または前記光の単位面積当たりの照射時間に基づいて光を変調させながら走査させることで、前記縞パタン画像を前記撮像装置に撮像させるステップとを実行する。
【０００６】
本発明の第２の態様によれば、第１の態様に係る縞パタン画像取得装置は、前記制御装置が、前記縞パタン画像の一部のラインの形成のために照射される光のピーク強度および単位面積当たりの照射時間の少なくとも一方を、他のラインの形成のために照射される光のピーク強度および単位面積当たりの光の照射時間の少なくとも一方と異ならせる。
【０００７】
本発明の第３の態様によれば、第１または第２の態様に係る縞パタン画像取得装置は、前記制御装置が、前記対象物に照射される光の強度および単位面積当たりの照射時間の少なくとも一方を、前記対象物に照射された光の反射光の強度に応じて変調させる。
【０００８】
本発明の第４の態様によれば、第１または第２の態様に係る縞パタン画像取得装置は、前記制御装置が、前記対象物に照射される光の強度および単位面積当たりの照射時間の少なくとも一方を、前記照射部または前記撮像部から前記対象物までの距離に応じて変調させる。
【０００９】
本発明の第５の態様によれば、第１から第４の何れかの態様に係る縞パタン画像取得装置は、前記対象物の一部分の指定の入力を受け付ける入力装置をさらに備え、前記制御装置が、前記入力装置を介して指定された前記一部分に基づいて、前記対象物に照射される光の強度および単位面積当たりの照射時間の少なくとも一方を変調させる。
【００１０】
本発明の第６の態様によれば、三次元位置特定装置は、第１から第５の何れかの態様に係る縞パタン画像取得装置と、前記縞パタン画像取得装置が取得した縞パタン画像に基づいて対象物の三次元位置を特定する三次元位置特定部とを備える。
【００１１】
本発明の第７の態様によれば、縞パタン画像取得方法は、対象物を撮像する撮像装置が露光している間、前記対象物に照射する光を走査する照射装置に、光の強度および光の単位面積当たりの照射時間を変えずに走査させて、前記撮像装置に素朴画像を撮像させるステップと、前記素朴画像のうち、前記照射装置が光の強度または光の単位面積当たりの照射時間を変調させながら走査した場合に得られる縞パタン画像にラインが現れる各領域の輝度に基づいて、前記光の強度または前記光の単位面積当たりの照射時間を決定するステップと、前記撮像装置が露光している間、決定した前記光の強度または前記光の単位面積当たりの照射時間に基づいて光を変調させながら走査させることで、前記縞パタン画像を前記撮像装置に撮像させるステップとを有する。
【００１２】
本発明の第８の態様によれば、三次元位置特定方法は、第７の態様に係る縞パタン画像取得方法により取得された縞パタン画像に基づいて対象物の三次元位置を特定する三次元位置特定ステップを有する。
【００１３】
本発明の第９の態様によれば、プログラムは、コンピュータに、対象物を撮像する撮像装置が露光している間、前記対象物に照射する光を走査する照射装置に、光の強度および光の単位面積当たりの照射時間を変えずに走査させて、前記撮像装置に素朴画像を撮像させるステップと、前記素朴画像のうち、前記照射装置が光の強度または光の単位面積当たりの照射時間を変調させながら走査した場合に得られる縞パタン画像にラインが現れる各領域の輝度に基づいて、前記光の強度または前記光の単位面積当たりの照射時間を決定するステップと、前記撮像装置が露光している間、決定した前記光の強度または前記光の単位面積当たりの照射時間に基づいて光を変調させながら走査させることで、前記縞パタン画像を前記撮像装置に撮像させるステップとを実行させる。
【００１４】
本発明の第１０の態様によれば、第９の態様に係るプログラムは、前記コンピュータに、さらに前記撮像装置が取得した前記縞パタン画像に基づいて前記対象物の三次元位置を特定するステップを実行させる。
【発明の効果】
【００１５】
上記態様のうち少なくとも１つの態様によれば、縞パタン画像取得装置は、撮像装置が露光している間に、対象物に照射される光を変調させながら走査することで、複数のラインが周期的に現れる縞パタン画像を撮像装置に撮像させる。これにより、縞パタン画像取得装置は、輝度が確保された縞パタン画像を生成することができる。また、三次元位置特定装置は、当該縞パタン画像を用いて三次元位置を特定することで、光切断法により三次元位置を特定する場合と比較して短時間で三次元位置を特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態に係る三次元位置特定装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係る制御装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図３】第１の実施形態に係る三次元位置特定装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】第１の実施形態に係る縞パタン画像の例を示す図である。
【図５】第２の実施形態に係る三次元位置特定装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図６】第２の実施形態に係る三次元位置特定装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】三次元位置を正確に取得すべき部分の指定の入力画面の例を示す図である。
【図８】第２の実施形態に係る縞パタン画像の例を示す図である。
【図９】第２の実施形態に係る三次元位置特定装置の動作を示すフローチャートである。
【図１０】第４の実施形態に係る縞パタン画像の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
《第１の実施形態》
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
図１は、第１の実施形態に係る三次元位置特定装置の構成を示す概略ブロック図である。
本実施形態に係る三次元位置特定装置１は、縞パタン画像を取得し、位相シフト法に基づいて対象物Ｔの三次元位置を特定する。つまり、本実施形態に係る三次元位置特定装置１は、縞パタン画像取得装置の一例である。三次元位置特定装置１は、照射装置１０、撮像装置２０、表示装置３０、入力装置４０、制御装置５０を備える。
【００１８】
照射装置１０は、対象物Ｔにシート光Ｌを照射する。シート光Ｌとは、一方向に所定の幅を有する光を照射することで得られる平面状の光である。照射装置１０は、シート光Ｌの幅方向に直交する方向にシート光Ｌを走査させる。照射装置１０は、レーザ装置、ビームエキスパンダ、シリンドリカルレンズおよび走査ミラーを備える。照射装置１０は、レーザ装置が照射するビーム光をビームエキスパンダ及びシリンドリカルレンズに通すことでシート光Ｌを生成する。走査ミラーは、シート光Ｌの幅方向に伸びる軸回りに回動する鏡である。照射装置１０は、シート光Ｌを走査ミラーに反射させて対象物Ｔに照射する。照射装置１０は、走査ミラーを回動させることで、シート光Ｌを走査する。
【００１９】
撮像装置２０は、光学系を介して対象物Ｔを撮像する。撮像装置２０は、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）イメージセンサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサなどの撮像素子を有する。撮像装置２０は、撮像素子が露光されることにより、対象物Ｔを撮像する。照射装置１０と撮像装置２０は、同一の筐体に設けられる。
【００２０】
表示装置３０は、撮像装置２０が撮像した画像、および制御装置５０が算出した対象物Ｔの三次元位置を表示する。
入力装置４０は、利用者から三次元位置特定装置１への入力を受け付ける。本実施形態に係る入力装置４０は、マウスやタッチパッドなどのポインティングデバイスを有する。入力装置４０は、表示装置３０に一体に設けられたタッチパネルであっても良い。
【００２１】
図２は、第１の実施形態に係る制御装置の構成を示す概略ブロック図である。
制御装置５０は、ＣＰＵ５１、主記憶装置５２、補助記憶装置５３およびインタフェース５４を備えるコンピュータである。制御装置５０は、インタフェース５４を介して照射装置１０、撮像装置２０、表示装置３０、入力装置４０と接続される。
ＣＰＵ５１は、プログラムを補助記憶装置５３から読み出して主記憶装置５２に展開する。ＣＰＵ５１は、読み出したプログラムに従って、所定の記憶領域を主記憶装置５２に確保する。ＣＰＵ５１は、読み出したプログラムに従って、インタフェース５４を介して制御装置５０、照射装置１０および撮像装置２０の動作を制御する。またＣＰＵ５１は、読み出したプログラムに従って対象物Ｔの三次元位置を特定する計算を行う。
【００２２】
ＣＰＵ５１は、プログラムの実行により、画像記憶部５２１の記憶領域を主記憶装置５２に確保する。またＣＰＵ５１は、プログラムの実行により、照射制御部５１１、露光制御部５１２、縞パタン画像取得部５１３、三次元位置特定部５１４を備える。
画像記憶部５２１は、撮像装置２０が撮像した画像を記憶する。
照射制御部５１１は、照射装置１０によるシート光Ｌの照射を制御する。露光制御部５１２は、撮像装置２０の露光時間を制御する。縞パタン画像取得部５１３は、撮像装置２０が撮像した縞パタン画像を取得する。三次元位置特定部５１４は、縞パタン画像取得部５１３が取得した縞パタン画像に基づいて対象物Ｔの三次元位置を特定する。
【００２３】
次に、本実施形態に係る三次元位置特定装置１の動作について説明する。
図３は、第１の実施形態に係る三次元位置特定装置の動作を示すフローチャートである。
利用者が入力装置４０を介して三次元位置特定装置１に三次元位置の特定の開始指示を入力すると、制御装置５０の露光制御部５１２は、撮像装置２０に露光を開始する指示を出力する（ステップＳ１）。これにより撮像装置２０は、撮像素子の露光を開始する。次に、照射制御部５１１は、シート光Ｌを正弦波で変調させる指示を照射装置１０に出力する（ステップＳ２）。次に、照射制御部５１１は、対象物Ｔを一定速度でシート光Ｌによって走査させる指示を照射装置１０に出力する（ステップＳ３）。
【００２４】
図４は、第１の実施形態に係る縞パタン画像の例を示す図である。
これにより、撮像装置２０は、図４に示すように、Ｙ軸方向に伸びる複数のラインが、正弦波状に輝度を変化させながらＸ軸方向に周期的に表れる縞パタン画像を撮像することができる。つまり、Ｘ軸は、ラインに直交する方向に伸びる軸である。また、Ｙ軸は、ラインに沿う方向に伸びる軸である。本実施形態によれば、縞パタン画像は、シート光Ｌの操作により得られるため、プロジェクタ等により縞パタン光を投影して得られる縞パタン画像と比較して輝度を高くすることができる。
【００２５】
次に、露光制御部５１２は、撮像装置２０に露光を終了させる指示を出力する（ステップＳ４）。次に、縞パタン画像取得部５１３は、撮像装置２０から縞パタン画像を取得し、画像記憶部５２１に記録する（ステップＳ５）。三次元位置特定装置１は、上記ステップＳ１からステップＳ５までの処理を、正弦波の位相をπ／２ずつ異ならせて実行する。つまり、三次元位置特定装置１は、０、π／２、π、３π／２の４つの位相について、縞パタン画像を取得する（ステップＳ６）。三次元位置特定装置１が、０、π／２、π、３π／２の４つの位相の縞パタン画像を取得すると、三次元位置特定部５１４は、得られた４つの縞パタン画像を用いて、位相シフト法に基づいて対象物Ｔの三次元位置を特定する（ステップＳ７）。三次元位置特定部５１４は、位相シフト法に基づいて対象物Ｔの三次元位置を特定することで、光切断法に基づいて対象物Ｔの三次元位置を特定する場合と比較して、三次元位置の特定に用いる画像の数を少なくすることができる。そして、三次元位置特定部５１４は、表示装置３０に対象物Ｔの三次元位置の特定結果を表示させる（ステップＳ８）。
【００２６】
ここで、三次元位置特定部５１４による三次元位置の特定方法を説明する。
三次元位置特定部５１４は、得られた４つの縞パタン画像のうち、互いに位相がπだけシフトした画像のペアを特定する。例えば、三次元位置特定部５１４は、位相０の縞パタン画像と位相πの縞パタン画像とのペア、および位相π／２の縞パタン画像と位相３π／２の縞パタン画像とのペアを特定する。次に、三次元位置特定部５１４は、特定した画像のペアそれぞれについて、輝度の差をとった画像を生成する。これにより、縞パタン画像から輝度オフセットを除去することができる。次に、三次元位置特定部５１４は、輝度の差をとった２つの画像の輝度の比がタンジェントとなる角度を各画素について算出することで、各画素の絶対位相を算出する。このとき各画素のＹ座標は、シート光Ｌの幅方向についての対象物Ｔの位置を表す。また、特定された絶対位相は、シート光Ｌの走査方向についての対象物Ｔの位置を表す。そして三次元位置特定部５１４は、予め特定されている撮像装置２０の撮像角度および基線長と、特定した各画素の絶対位相とに基づいて、三角測量の原理に基づいて、対象物の奥行き方向の位置を特定する。
これにより、三次元位置特定部５１４は、対象物Ｔの三次元位置を特定することができる。
【００２７】
このように、本実施形態によれば、三次元位置特定装置１は、撮像装置２０が露光している間に、対象物Ｔに照射される光を変調させながら走査することで、複数のラインが周期的に現れる縞パタン画像を撮像装置２０に撮像させる。これにより、三次元位置特定装置１は、輝度が確保された縞パタン画像を生成することができる。また、三次元位置特定装置１は、当該縞パタン画像を用いて三次元位置を特定することで、光切断法により三次元位置を特定する場合と比較して短時間で三次元位置を特定することができる。
【００２８】
《第２の実施形態》
第１の実施形態によれば、三次元位置特定装置１は、シート光Ｌを用いることで、縞パタン画像の生成のための光量を多くすることができる。他方、対象物Ｔとの距離が近い場合、または対象物Ｔの光の反射率が高い場合、シート光Ｌの光量が多すぎると縞パタン画像のラインに白飛びが生じる可能性がある。他方、シート光Ｌの光量が少なすぎると縞パタン画像に黒潰れが生じる可能性がある。
第２の実施形態に係る三次元位置特定装置１は、白飛びおよび黒潰れが生じない縞パタン画像を生成し、当該縞パタン画像に基づいて三次元位置を特定する。
【００２９】
図５は、第２の実施形態に係る三次元位置特定装置の構成を示す概略ブロック図である。
第２の実施形態に係る三次元位置特定装置１は、第１の実施形態の構成に加え、ＣＰＵ５１がさらに変調決定部５１５を備え、補助記憶装置５３にさらに変調情報記憶部５２２の記憶領域が確保されたものである。
変調決定部５１５は、シート光Ｌの変調に用いる正弦波の振幅を決定する。
変調情報記憶部５２２は、変調決定部５１５が決定した振幅を記憶する。
【００３０】
次に、本実施形態に係る三次元位置特定装置１の動作について説明する。
図６は、第２の実施形態に係る三次元位置特定装置の動作を示すフローチャートである。
利用者が入力装置４０を介して三次元位置特定装置１に三次元位置の特定の開始指示を入力すると、制御装置５０の露光制御部５１２は、撮像装置２０に露光を開始する指示を出力する（ステップＳ１０１）。これにより撮像装置２０は、撮像素子の露光を開始する。次に、照射制御部５１１は対象物Ｔをシート光Ｌによって一定速度で走査させる指示を照射装置１０に出力する（ステップＳ１０２）。このとき、照射装置１０は、シート光Ｌを正弦波で変調しない。つまり照射装置１０は一定の強度のシート光Ｌを対象物Ｔに照射する。これにより、撮像装置２０は、ラインの表れない対象物Ｔの画像（素朴画像）を撮像することができる。素朴画像の各画素は、それぞれ撮像装置２０と当該画素に相当する部分との距離および当該画素に相当する部分の反射率に応じた輝度を有する。
【００３１】
露光制御部５１２は、撮像装置２０に露光を終了させる指示を出力する（ステップＳ１０３）。次に、変調決定部５１５は、撮像装置２０から素朴画像を取得し、画像記憶部５２１に記録する（ステップＳ１０４）。次に、変調決定部５１５は、画像記憶部５２１に記録した素朴画像を表示装置３０に表示させる（ステップＳ１０５）。そして変調決定部５１５は、表示装置３０に表示された素朴画像のうち、縞パタン画像にラインが現れる各領域について、三次元位置を正確に取得すべき部分の指定の入力を受け付ける（ステップＳ１０６）。
【００３２】
図７は、三次元位置を正確に取得すべき部分の指定の入力画面の例を示す図である。
表示装置３０は、図７に示すように、画像記憶部５２１に記録された素朴画像を、縞パタン画像にラインが現れる領域ごとに分割して表示する。また表示装置３０は、入力装置４０の操作に応じてカーソル画像を表示する。利用者が入力装置４０の操作によって三次元位置を正確に取得すべき部分を選択すると、表示装置３０は、選択された座標に選択されたことを示す印（図７における「×」）を表示させる。変調決定部５１５は、各領域について三次元位置を正確に取得すべき部分が指定されると、入力の受け付けを終了する。
【００３３】
次に、変調決定部５１５は、各領域の選択された座標の輝度に基づいて、各領域を走査する際のシート光Ｌのピーク強度を決定する。つまり、変調決定部５１５は、シート光Ｌの変調に用いられる正弦波の振幅を決定する（ステップＳ１０７）。具体的には、変調決定部５１５は、選択された座標の輝度が低いほどシート光Ｌの強度を強くする。つまり、変調決定部５１５は、選択された座標の輝度が低いほど正弦波の振幅を大きくする。変調決定部５１５は、選択された座標の輝度が高いほどシート光Ｌの強度を弱くする。つまり、変調決定部５１５は、選択された座標の輝度が高いほど正弦波の振幅を小さくする。
変調決定部５１５は、各領域に対応する振幅を有する正弦波を示す変調情報を、変調情報記憶部５２２に記録する（ステップＳ１０８）。
【００３４】
次に、露光制御部５１２は、撮像装置２０に露光を開始する指示を出力する（ステップＳ１０９）。これにより撮像装置２０は、撮像素子の露光を開始する。次に、照射制御部５１１は、変調情報記憶部５２２から変調情報を読み出し、シート光Ｌを当該変調情報が示す正弦波で変調させる指示を照射装置１０に出力する（ステップＳ１１０）。次に、照射制御部５１１は、対象物Ｔを一定速度でシート光Ｌによって走査させる指示を照射装置１０に出力する（ステップＳ１１１）。
【００３５】
図８は、第２の実施形態に係る縞パタン画像の例を示す図である。
これにより、撮像装置２０は、図８に示すように、Ｙ軸方向に伸びる複数のラインが、正弦波状に輝度を変化させながらＸ軸方向に周期的に表れる縞パタン画像を撮像することができる。このとき、各ラインの輝度は、ステップＳ１０６で選択された座標の輝度に応じた値となる。例えば、図８に示す例では、ステップＳ１０６において図７に示すように中央の２列の領域について比較的輝度が高い部分が選択されているため、中央の２列の領域は、他の領域と比較してラインのピークの輝度が低くなっている。これにより、三次元位置特定装置１は、少なくとも三次元位置を正確に取得すべき部分について、白飛びおよび黒潰れが生じない縞パタン画像を取得することができる。
【００３６】
露光制御部５１２は、撮像装置２０に露光を終了させる指示を出力する（ステップＳ１１２）。次に、縞パタン画像取得部５１３は、撮像装置２０から縞パタン画像を取得し、画像記憶部５２１に記録する（ステップＳ１１３）。三次元位置特定装置１は、上記ステップＳ１０９からステップＳ１１３までの処理を、正弦波の位相をπ／２ずつ異ならせて実行する。つまり、三次元位置特定装置１は、０、π／２、π、３π／２の４つの位相について、縞パタン画像を取得する（ステップＳ１１４）。三次元位置特定装置１が、０、π／２、π、３π／２の４つの位相の縞パタン画像を取得すると、三次元位置特定部５１４は、得られた４つの縞パタン画像を用いて、位相シフト法に基づいて対象物Ｔの三次元位置を特定する（ステップＳ１１５）。三次元位置特定部５１４は、位相シフト法に基づいて対象物Ｔの三次元位置を特定することで、光切断法に基づいて対象物Ｔの三次元位置を特定する場合と比較して、三次元位置の特定に用いる画像の数を少なくすることができる。そして、三次元位置特定部５１４は、表示装置３０に対象物Ｔの三次元位置の特定結果を表示させる（ステップＳ１１６）。
【００３７】
このように、本実施形態によれば、三次元位置特定装置１は、一部のラインの形成のために照射される光のピーク強度を、他のラインの形成のために照射される光のピーク強度と異ならせる。具体的には、三次元位置特定装置１は、撮像装置２０が露光している間に、対象物Ｔの各領域に照射される光のピーク強度を素朴画像の輝度に応じて異ならせることで、異なる輝度のラインが現れる縞パタン画像を撮像装置２０に撮像させる。これにより、三次元位置特定装置１は、白飛びおよび黒潰れが生じない縞パタン画像を取得することができる。
【００３８】
《第３の実施形態》
第３の実施形態に係る三次元位置特定装置１は、第２の実施形態と同様に、白飛びおよび黒潰れが生じない縞パタン画像を生成する三次元位置特定装置１である。
第３の実施形態に係る三次元位置特定装置１は、第２の実施形態と変調決定部５１５および照射制御部５１１の動作が異なる。
変調決定部５１５は、シート光Ｌの走査速度および変調に用いる正弦波の周期を決定する。
照射制御部５１１は、変調決定部５１５が決定した走査速度で、変調決定部５１５が決定した周期の正弦波で変調したシート光Ｌを走査させる。
【００３９】
次に、本実施形態に係る三次元位置特定装置１の動作について説明する。
図９は、第２の実施形態に係る三次元位置特定装置の動作を示すフローチャートである。
利用者が入力装置４０を介して三次元位置特定装置１に三次元位置の特定の開始指示を入力すると、制御装置５０の露光制御部５１２は、撮像装置２０に露光を開始する指示を出力する（ステップＳ２０１）。これにより撮像装置２０は、撮像素子の露光を開始する。次に、照射制御部５１１は対象物Ｔをシート光Ｌによって一定速度で走査させる指示を照射装置１０に出力する（ステップＳ２０２）。これにより、撮像装置２０は、素朴画像を撮像する。
【００４０】
露光制御部５１２は、撮像装置２０に露光を終了させる指示を出力する（ステップＳ２０３）。次に、変調決定部５１５は、撮像装置２０から素朴画像を取得し、画像記憶部５２１に記録する（ステップＳ２０４）。次に、変調決定部５１５は、画像記憶部５２１に記録した素朴画像を表示装置３０に表示させる（ステップＳ２０５）。そして変調決定部５１５は、表示装置３０に表示された素朴画像のうち、縞パタン画像にラインが現れる各領域について、三次元位置を正確に取得すべき部分の指定の入力を受け付ける（ステップＳ２０６）。
【００４１】
次に、変調決定部５１５は、各領域の選択された座標の輝度に基づいて、各領域を走査する際のシート光Ｌの走査速度を決定する。つまり、変調決定部５１５は、各領域に対する単位面積あたりのシート光Ｌの照射時間を決定する（ステップＳ２０７）。具体的には、変調決定部５１５は、選択された座標の輝度が低いほど走査速度を遅くする。つまり、変調決定部５１５は、選択された座標の輝度が低いほど単位面積あたりのシート光Ｌの照射時間を長くする。変調決定部５１５は、選択された座標の輝度が高いほど走査速度を速くする。つまり、変調決定部５１５は、選択された座標の輝度が高いほど単位面積当たりのシート光Ｌの照射時間を短くする。
また変調決定部５１５は、シート光Ｌの走査速度に基づいて、シート光Ｌの各領域に対する周期を決定する（ステップＳ２０８）。具体的には、変調決定部５１５は、各領域の周期を、領域の幅（Ｘ軸方向の長さ）をシート光Ｌの走査速度で除算して得られる時間に決定する。これにより、縞パタン画像に表れる各ラインの幅は等しくなる。
変調決定部５１５は、各領域に対応する振幅を有する正弦波を示す変調情報を、変調情報記憶部５２２に記録する（ステップＳ２０９）。
【００４２】
次に、露光制御部５１２は、撮像装置２０に露光を開始する指示を出力する（ステップＳ２１０）。これにより撮像装置２０は、撮像素子の露光を開始する。次に、照射制御部５１１は、変調情報記憶部５２２から変調情報を読み出し、シート光Ｌを当該変調情報が示す正弦波で変調させる指示を照射装置１０に出力する（ステップＳ２１１）。次に、照射制御部５１１は、対象物Ｔを変調情報が示す走査速度でシート光Ｌによって走査させる指示を照射装置１０に出力する（ステップＳ２１２）。これにより、三次元位置特定装置１は、第2の実施形態と同様に、図8に示すような縞パタン画像を取得することができる。
【００４３】
露光制御部５１２は、撮像装置２０に露光を終了させる指示を出力する（ステップＳ２１３）。次に、縞パタン画像取得部５１３は、撮像装置２０から縞パタン画像を取得し、画像記憶部５２１に記録する（ステップＳ２１４）。三次元位置特定装置１は、上記ステップＳ２１０からステップＳ２１４までの処理を、正弦波の位相をπ／２ずつ異ならせて実行する。つまり、三次元位置特定装置１は、０、π／２、π、３π／２の４つの位相について、縞パタン画像を取得する（ステップＳ２１５）。三次元位置特定装置１が、０、π／２、π、３π／２の４つの位相の縞パタン画像を取得すると、三次元位置特定部５１４は、得られた４つの縞パタン画像を用いて、位相シフト法に基づいて対象物Ｔの三次元位置を特定する（ステップＳ２１６）。位相シフト法によれば、輝度のオフセットを除去することができるため、領域ごとに輝度が異なる縞パタン画像を用いても、精度よく対象物の三次元位置を特定することができる。そして、三次元位置特定部５１４は、表示装置３０に対象物Ｔの三次元位置の特定結果を表示させる（ステップＳ２１７）。
【００４４】
このように、本実施形態によれば、三次元位置特定装置１は、縞パタン画像の一部のラインの形成のために照射される光の単位面積当たりの照射時間のを、他のラインの形成のために照射される光の単位面積当たりの光の照射時間と異ならせる。具体的には、三次元位置特定装置１は、撮像装置２０が露光している間に、対象物Ｔの各領域に照射される光の走査速度を素朴画像の輝度に応じて異ならせることで、異なる輝度のラインが現れる縞パタン画像を撮像装置２０に撮像させる。これにより、三次元位置特定装置１は、白飛びおよび黒潰れが生じない縞パタン画像を取得することができる。
【００４５】
なお、本実施形態に係る三次元位置特定装置１は、シート光Ｌの走査速度を変更することによって、単位面積当たりのシート光Ｌの照射時間を異ならせるが、これに限られない。たとえば、他の実施形態では、三次元位置特定装置１が同じ速度でシート光Ｌの走査回数を異ならせることによって、単位面積当たりのシート光Ｌの照射時間を異ならせても良い。
【００４６】
《第４の実施形態》
第３の実施形態に係る三次元位置特定装置１は、シート光Ｌの走査速度及び正弦波の周期を制御することで、縞パタン画像の各ラインの輝度を異ならせるものである。これに対し、第４の実施形態に係る三次元位置特定装置１は、シート光Ｌの走査速度のみを制御する。これにより、三次元位置特定装置１は、ラインの幅および輝度が異なる縞パタン画像を生成する。
【００４７】
図１０は、第４の実施形態に係る縞パタン画像の例を示す図である。
図１０は、中央の２列の領域の走査速度を、他の領域の走査速度の２倍とした場合に得られる縞パタン画像の例である。図１０に示すように、中央の２列の領域は、他の領域と比較してラインのピークの輝度が低くなっている。他方、図１０に示すように、中央の２列の領域のラインの幅は、他の領域のラインの幅の２倍となっている。
【００４８】
なお、本実施形態によれば、縞パタン画像のラインの幅が領域によって異なる。そのため、三次元位置特定部５１４は、同じ幅のラインを有する領域ごとに、位相シフト法に基づいて対象物Ｔの三次元位置を特定する。
【００４９】
《第５の実施形態》
第２、第３、第４の実施形態に係る三次元位置特定装置１は、素朴画像の輝度に基づいて各領域のシート光Ｌのピーク強度または走査速度を決定する。これに対し、第５の実施形態に係る三次元位置特定装置１は、照射装置１０から対象物Ｔまでの距離に基づいて各領域のシート光Ｌのピーク強度または走査速度を決定する。
【００５０】
本実施形態に係る変調決定部５１５は、利用者に対し、三次元位置を正確に取得すべき部分の入力を受け付ける処理に代えて、照射装置１０から対象物Ｔまでの距離に関する情報の入力を受け付ける。照射装置１０から対象物Ｔまでの距離に関する情報の例としては、対象物Ｔの三次元モデルデータ、対象物Ｔの設計データ、および予測される対象物Ｔの形状の情報などが挙げられる。また、照射装置１０から対象物Ｔまでの距離が短いほど素朴画像の輝度が高くなるため、対象物Ｔの素朴画像も照射装置１０から対象物Ｔまでの距離に関する情報の一例といえる。そして変調決定部５１５は、入力された情報に基づいて変調情報を生成する。
これにより、本実施形態に係る三次元位置特定装置１は、白飛びおよび黒潰れが生じない縞パタン画像を生成し、当該縞パタン画像に基づいて三次元位置を特定することができる。
【００５１】
以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
上述した実施形態に係る三次元位置特定装置１は、縞パタン画像を撮像し、さらに当該縞パタン画像に基づいて対象物の三次元位置を特定するが、これに限られない。例えば、他の実施形態では、縞パタン画像取得装置と三次元位置特定装置１とが別個に設けられ、縞パタン画像取得装置が縞パタン画像を撮像し、三次元位置特定装置１が、縞パタン画像取得装置が撮像した縞パタン画像に基づいて対象物Ｔの三次元位置を特定しても良い。
【００５２】
上述した実施形態に係る三次元位置特定装置１は、シート光Ｌを一方向に走査させることで縞パタン画像を取得するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る三次元位置特定装置１は、レーザ光による光点をラスタスキャンさせることで縞パタン画像を取得しても良い。
【００５３】
上述した実施形態に係る三次元位置特定装置１は、正弦波で変調したシート光Ｌを操作することで縞パタン画像を取得し、位相シフト法に基づいて対象物Ｔの三次元位置を特定するが、これに限られない。例えば、他の実施形態では、矩形波で変調したシート光Ｌを操作することで、明部と暗部が交互に表れる縞パタン画像を取得し、当該縞パタン画像から対象物Ｔの三次元位置を特定しても良い。
【００５４】
第２の実施形態に係る三次元位置特定装置１は、シート光Ｌのピーク強度を異ならせるにより、輝度の異なる縞パタン画像を生成する。また第３の実施形態に係る三次元位置特定装置１は、シート光Ｌの走査速度および周期を異ならせるにより、輝度の異なる縞パタン画像を生成する。他方、他の実施形態に係る三次元位置特定装置１は、シート光Ｌのピーク強度と走査速度および周期との両方を異ならせることにより、縞パタン画像を生成しても良い。
【００５５】
また、第２、第３、第４の実施形態に係る三次元位置特定装置１は、入力装置４０を介して利用者から指定された座標の輝度の基づいて各領域のシート光Ｌのピーク強度または走査速度を決定するが、これに限られない。例えば他の実施形態では、各領域の画素のうち、輝度が最も高いものまたは輝度が最も低いもの、もしくは各領域の全画素の輝度の平均値に基づいて、各領域のシート光Ｌのピーク強度または走査速度を決定しても良い。
【００５６】
なお、少なくとも１つの実施形態において、補助記憶装置５３は、一時的でない有形の媒体の一例である。一時的でない有形の媒体の他の例としては、インタフェース５４を介して接続される磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等が挙げられる。また、このプログラムが通信回線によって制御装置５０に配信される場合、配信を受けた制御装置５０が当該プログラムを主記憶装置５２に展開し、上記処理を実行しても良い。
【００５７】
また、当該プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、当該プログラムは、前述した機能を補助記憶装置５３に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【符号の説明】
【００５８】
１  三次元位置特定装置
１０  照射装置
２０  撮像装置
３０  表示装置
４０  入力装置
５０  制御装置
５１１  照射制御部
５１２  露光制御部
５１３  縞パタン画像取得部
５１４  三次元位置特定部
５２１  画像記憶部
【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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【図１０】
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