(57)【要約】【課題】被写体の反射特性に起因する計測エラーを抑制する。【解決手段】輝度分布生成部１９０は、両カメラのパターン画像の輝度分布を生成し、ストライプパターン決定部２００は、輝度分布に基づいて最適なストライプパターンを決定する。まずデフォルトとなる最も明るい輝度となるストライプパターンを対象物に投影して２つのカメラ画像を取得し（Ｓ１０）、輝度ごとの画素数をカウントする（Ｓ１１）。２つのカメラ画像それぞれにおける規定の輝度以上の画素数ＮａとＮｂとの和が閾値Ｎｔｈ１以上、または画素数ＮａまたはＮｂのいずれかが閾値Ｎｔｈ２以上あれば、次の１段階暗いストライプパターンを投影して２つのカメラ画像を取得し（Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４）、ステップＳ１１に戻り処理を繰り返す。どちらにも当てはまらない場合と、最も暗い輝度となるストライプパターン投影後は、算出ルーチンに進む（Ｓ１５）。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数レベルの輝度でコード化されたストライプパターンを被写体に投影する投光器の光軸からずれて配置されるカメラで前記被写体を撮影することに基づいて、前記被写体の３次元画像を得る３次元形状測定装置において、カメラ画像の輝度分布に応じて前記ストライプパターンの輝度レベルを調整することを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項２】
カメラ画像における規定の輝度以上の画素数が閾値以上である場合に、前記ストライプパターンの輝度レベルを前記輝度以上の画素数が閾値以下になるまで調整して被写体の３次元画像を得ることを特徴とする、請求項１に記載の３次元形状測定装置。
【請求項３】
カメラ画像における規定の輝度以上の画素数が閾値以上である場合に、前記輝度以上の画素数をもとに最適なストライプパターンを選択して被写体の３次元画像を得ることを特徴とする、請求項１に記載の３次元形状測定装置。
【請求項４】
複数レベルの輝度でコード化されたストライプパターンを被写体に投影する投光器の光軸からずれて配置されるカメラで前記被写体を撮影することに基づいて、前記被写体の３次元画像を得る３次元形状測定装置において、カメラ画像の輝度分布に応じて、前記被写体を基準にして整列された前記ストライプパターンの配列パターンを変更させることを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項５】
カメラ画像における規定の輝度以上の画素数が閾値以上になる場合に、前記輝度以上の画素数が閾値以下になる前記ストライプパターンの配列を変更したストライプパターンを選定して被写体の３次元画像を得ることを特徴とする、請求項４に記載の３次元形状測定装置。
【請求項６】
前記ストライプパターンの変更は、特定のストライプパターンをストライプ幅の倍数分スライドさせて生成することを特徴とする、請求項４または５に記載の３次元形状測定装置。
【請求項７】
前記カメラのほかに、前記被写体を撮影する他の１または複数のカメラを設け、前記カメラおよび前記他の１または複数のカメラのそれぞれのカメラ画像の輝度分布に応じてストライプパターンの輝度レベルを低下させることを特徴とする、請求項２または３に記載の３次元形状測定装置。
【請求項８】
前記カメラのほかに、前記被写体を撮影する他の１または複数のカメラを設け、前記カメラおよび前記他の１または複数のカメラのそれぞれのカメラ画像の輝度分布に応じてストライプパターンの配列パターンを変更させることを特徴とする、請求項４、５または６に記載の３次元形状測定装置。
【請求項９】
複数レベルの輝度でコード化されたストライプパターンを被写体に投影する投光器の光軸からずれて配置されるカメラで前記被写体を撮影することに基づいて、前記被写体の３次元画像を得る３次元形状測定方法において、カメラ画像の輝度分布に応じて前記ストライプパターンの輝度レベルを調整することを特徴とする３次元形状測定方法。
【請求項１０】
複数レベルの輝度でコード化されたストライプパターンを被写体に投影する投光器の光軸からずれて配置されるカメラで前記被写体を撮影することに基づいて、前記被写体の３次元画像を得る３次元形状測定方法において、カメラ画像の輝度分布に応じて、前記被写体を基準にして整列された前記ストライプパターンの配列パターンを変更させることを特徴とする３次元形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パターン投影法を用いて対象物体までの距離情報を取得する３次元形状測定技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
対象物の形状を計測する手法として、対象物に基準となるパターンを投影してこの基準となるパターン光が投影された方向とは異なる方向からＣＣＤカメラなどで撮影を行うパターン投影法と呼ばれる手法がある。撮影されたパターンは物体の形状によって変形を受けたものとなるが、この撮影された変形パターンと投影したパターンとの対応づけを行うことで、物体の３次元計測を行うことができる。パターン投影法では変形パターンと投影したパターンとの対応づけをいかに誤対応を少なく、かつ簡便に行うかが課題となっている。そこで様々なパターン投影法が従来より提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１に開示される手法は、コード化されたパターンを投影する投光器と、投光器の光軸方向から投影パターンを撮影する第１のカメラと、投光器の光軸方向と異なる方向から投影パターンを撮影する第２のカメラとを備え、投影パターンに対する第１のカメラによる撮影パターンの変化量が所定値以上の領域について新たなコードを割り付け、割り付けたコードを用いて第２のカメラによる撮影パターンから第１の距離情報を生成し、第１の距離情報および第１のカメラより得られた輝度情報に基づいて３次元画像を得るよう構成した３次元画像撮影装置であり、強度が３レベルのストライプパターンを投影パターンとしている。投影パターンを同じ光軸に置いた第１のカメラで撮影したパターンを用いて再コード化することにより精度よく３次元計測を行うことができる。
【０００４】
また特許文献２ではスリット光の露光量を決める複数のマスクパターンを用意し、カメラの１フレーム露光時間中にマスクパターンを順次切り換えることにより複数階調のコード化パターンを投射している。
【特許文献１】
特開２０００−６５５４２号公報
【特許文献２】
特開２００２−１３１０３１号公報
【０００５】
【発明が解決する課題】
ところで被写体は黒色から白色まで様々な色を有しており、また反射特性も完全拡散から正反射成分の強いものまで様々な特性がある。従ってパターン投影光が被写体に当たった反射光の光束の多くがカメラに向かって入射していくような場合が発生し、得られたカメラ画像ではパターンの対応付けが正しく行えないことがある。具体的には、投影パターン輝度が２５６階調で本来１２８ＬＳＢ（黒色から数えて１２８番目の階調）であるストライプパターンが投影されている場所の反射特性が正反射成分が大きく、カメラ画像の輝度では明方向にサチュレーションを起して２５５ＬＳＢとなってしまう。もともと投影パターン輝度が２５５ＬＳＢのストライプパターンが投影されている部分でもカメラ画像上の輝度ではサチュレーションレベルに達しない輝度、例えば２４０ＬＳＢ程度としてパターンの対応づけを行うように処理ルーチンを作成しているので上記のようなサチュレーションレベルの領域はパターン対応付けにおいてミスマッチや計測エラーの原因となる。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みなされたもので、複数レベルの投影パターンを用いた３次元形状測定手法において、たとえば正反射成分が大きな反射特性の対象物に対しても正確なパターン検出が可能な３次元形状測定技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば、上述の目的を達成するために、特許請求の範囲に記載のとおりの構成を採用している。ここでは、発明を詳細に説明するのに先だって、特許請求の範囲の記載について補充的に説明を行なっておく。
【０００８】
すなわち、この発明の一側面によれば、上述の目的を達成するために、複数レベルの輝度でコード化されたストライプパターンを被写体に投影する投光器の光軸からずれて配置されるカメラで前記被写体を撮影することに基づいて、前記被写体の３次元画像を得る３次元形状測定装置において、カメラ画像の輝度分布に応じて前記ストライプパターンの輝度レベルを調整するようにしている。
【０００９】
この構成においては、実際の輝度分布が、本来予定されるストライプパターンの画像の輝度分布と異なり、誤判別を招来するおそれがある場合に、ストライプパターンの輝度レベルを調整して誤判別に対処することができる。
【００１０】
この構成においては、カメラ画像における規定の輝度以上の画素数が閾値以上存在する場合に、前記ストライプパターンの輝度レベルを前記輝度以上の画素数が閾値以下になるまで調整して被写体の３次元画像を得ることが好ましい。
【００１１】
また、カメラ画像における規定の輝度以上の画素数が閾値以上である場合に、前記輝度以上の画素数をもとに最適なストライプパターンを選択して被写体の３次元画像を得ることが好ましい。
【００１２】
最終的に被写体上で最適化した輝度分布を取得できればよいので、ストライプパターンの輝度レベルは、投光器の光源の光強度、パターンデータの大小、投光器に装着するフィルタのＮＤ（中性濃度）値等を調整すればよい。
【００１３】
また、本発明の他の側面によれば、上述の目的を達成するために、複数レベルの輝度でコード化されたストライプパターンを被写体に投影する投光器の光軸からずれて配置されるカメラで前記被写体を撮影することに基づいて、前記被写体の３次元画像を得る３次元形状測定装置において、カメラ画像の輝度分布に応じて、前記被写体を基準にして整列された前記ストライプパターンの配列パターンを変更させるようにしている。
【００１４】
この構成においても、配列パターンを最適化することにより対象物上に最適化した輝度分布をもたらすことができ、誤判別を抑制できる。
【００１５】
この構成において、カメラ画像における規定の輝度以上の画素数が閾値以上である場合に、前記輝度以上の画素数が閾値以下になる前記ストライプパターンの配列を変更したストライプパターンを選定して被写体の３次元画像を得るようにすることが好ましい。
【００１６】
また、前記ストライプパターンの変更は、特定のストライプパターンをストライプ幅の倍数分、被写体に対してスライドさせて生成することが好ましい。
【００１７】
また、本発明は、複数のカメラを設けこれらカメラからのカメラ画像の輝度分布に基づいてストライプパターンの輝度レベルを低下させたり、ストライプパターンの配列パターンを変更させるようにしてもよい。たとえば、投光器の光軸に沿ったモニタ用のカメラ、投光器に光軸からはずれた１または複数の三角測量用のカメラを用いることができる。モニタ用カメラ、三角測量用のカメラはこれらの用途に限定されず、視差に基づく距離測定等、その他の用途にも用いることができることはもちろんである。
【００１８】
本発明では、基本的に、ストライプパターンのカメラ画像から輝度分布を取得するが、これに限定されない。たとえば、強度が一様な光を投光器から被写体に投射して輝度値分布を測定してもよいし、光強度が一様な光を投射して前置的にパターンの輝度レベルを調整し、その次にストライプパターンを照射してパターンの配列を変更する等種々の態様を採用できる。自然な外来光を用いた輝度値分布の測定を用いてもよい。
【００１９】
なお、この発明は装置またはシステムとして実現できるのみでなく、方法としても実現可能である。また、そのような発明の一部をソフトウェアとして構成することができることはもちろんである。またそのようなソフトウェアをコンピュータに実行させるために用いるソフトウェア製品もこの発明の技術的な範囲に含まれることも当然である。
【００２０】
この発明の上述の側面および他の側面は特許請求の範囲に記載され以下実施例を用いて詳述される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る３次元画像測定装置（３次元形状測定装置ともいう）の第１の実施例を、図１および図２のシステム概略図を基にして説明する。
【００２２】
図１は、本発明の第１の実施例の３次元画像測定装置の構成図であり、図１において、３次元画像測定装置は、３次元計測用にパターンを投影するパターン投影装置（たとえば液晶プロジェクタ）１０、同光軸でパターンをモニタする撮像装置（たとえばＣＣＤカメラ。第１カメラとも呼ぶ）２０、三角測量用撮像装置（たとえばＣＣＤカメラ。第２カメラとも呼ぶ）３０、その他図示しない計算処理装置等で構成される。４０はハーフミラーであり、５０は対象物である。この３次元画像測定装置の基本的な構成は、特許文献１（特開２０００−６５５４２号公報）に開示される構成と同様である。パターン投影装置１０は、液晶プロジェクタもしくはＤＬＰ（商標）プロジェクタ、またはスライドプロジェクタを用いる。パターン投影装置１０、たとえば液晶プロジェクタへ入力する投影パターンは、図２に示すような濃淡のあるストライプパターンを用い、例えば、図２の右側に図示されている対象物（物体）にパターン投影する。
【００２３】
図３にパターン投影の模様を示す。撮像装置（第１カメラ２０）と投影装置（パターン投影装置１０）をハーフミラー４０などで同光軸に配置し、三角計測用に撮像装置３０を用意し、図２に示すようなストライプパターンを投影する。同光軸の撮像素子（第１カメラ２０）で観測された画像（第１カメラ・イメージ）から再符号化を実施し、測定用撮像素子（第２カメラ３０）で観測された画像（第２カメラ・イメージ）とで３次元距離画像（距離）を算出する。
【００２４】
本実施例の３次元画像測定装置は、ストライプパターンの最適化を行った後に距離画像を算出する。
【００２５】
図４は、ストライプ画像最適化および距離画像算出の構成例を示しており、この図において、パターン投影装置１０がコード化されたパターンを対象物５０に投影する。このパターンはフレームメモリ１１０に記憶される。モニタ用の第１カメラ２０および三角測量用の第２カメラ３０により、対象物５０上の投影パターンを撮像しそれぞれパターン画像メモリ１２０、１５０に記憶する。
【００２６】
輝度分布生成部１９０は、パターン画像メモリ１２０、１５０を参照して第１カメラ２０、第２カメラ３０のパターン画像の輝度分布を生成し、ストライプパターン決定部２００は、輝度分布に基づいて最適なストライプパターンを決定する。これについては図５を参照して後述する。
【００２７】
領域分割部１３０は、ストライプパターンの最適化の後に、パターン画像メモリ１２０のパターン画像を、パターン投影装置１０からの投影パターン（光）が十分に届いている領域（領域２ともいう）と届いていない領域（領域１ともいう）に分割する。たとえば、隣り合うストライプ間の強度差が閾値以下である領域については、投影パターンが十分に届いてないと判別し、ストライプ間の強度差が閾値以上である領域を投影パターンが十分に届いている領域と判別する。投影パターンが十分に届いている領域に関し、以下に述べるように、境界線となるエッジ画素算出を行い、距離計算を行う。投影パターンが十分に届いてない領域については、別途、視差に基づく距離計算を行う。ここではとくに説明しないが、詳細は特許文献１を参照されたい。
【００２８】
再コード化部１６０は、抽出された領域２についてストライプを抽出し、各ストライプをストライプ幅毎に縦方向に分割し、正方形のセルを生成し、セルの再コード化を行う。これについては後に詳述する。
【００２９】
コード復号部１７０は、パターン画像メモリ１５０に記憶されている、三角測量用の第２カメラ３０からのパターン画像の各セル（エッジ）のコードを再コード化部１６０からのコードを用いて判別する。これにより、パターン画像メモリ１５０のパターン画像における測定点ｐ（エッジ）の画素のｘ座標および光源からの照射方向（ストライプ角）θが決定され、後述する式（１）により距離Ｚが測定される（図１３参照）。３次元画像メモリ１８０は、この距離と、第１カメラ２０から取得した対象物の輝度値（輝度値メモリ１４０に記憶される）とを三次元画像データとして記憶する。
【００３０】
この構成におけるストライプパターンの最適化の詳細について図５のフローチャートを参照して説明する。
【００３１】
図５において、まず、デフォルトとなる最も明るい輝度となるストライプパターンを対象物に投影して２つのカメラ画像を取得する（Ｓ１０）。２つのカメラ画像の輝度ごとの画素数をそれぞれカウントする（Ｓ１１）。２つのカメラ画像それぞれにおける規定の輝度以上の画素数ＮａとＮｂとの和が閾値Ｎｔｈ１以上、またはどちらかのカメラ画像における規定の輝度以上の画素数ＮａまたはＮｂが閾値Ｎｔｈ２以上あれば、次の１段階暗いストライプパターンを投影して２つのカメラ画像を取得し（Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４）、ステップＳ１１に戻り処理を繰り返す。どちらにも当てはまらない場合と、最も暗い輝度となるストライプパターン投影後は、算出ルーチンに進む（Ｓ１５）。
【００３２】
つぎに、この構成例における３次元形状の算出の詳細について説明する。
【００３３】
３次元形状を算出する為に以下の操作を行う。同光軸のモニタ用の第１カメラ２０によって撮影されたパターン画像と投光に用いられたパターン画像を用いて図６に示すフローチャートに従って再コード化を行う。最初に第１カメラ２０で撮影されたパターン画像の領域分割を行う。隣り合うストライプ間の強度差が閾値以下である領域については、パターン投影装置１０からの投影パターンが届いてない領域１として抽出し、ストライプ間の強度差が閾値以上である領域を領域２として抽出し（Ｓ２０）、領域２について境界線となるエッジ画素算出を行う。
【００３４】
抽出された領域２についてストライプを抽出し、各ストライプをストライプ幅毎に縦方向に分割し、正方形のセルを生成する。生成された各セルについて強度の平均値をとり、平均値を各セルの強度とする（Ｓ２１）。画像の中心から順に対応する各セル間の強度を比較し、対象物の反射率、対象物までの距離などの要因によってパターンが変化したためにセル間の強度が閾値以上異なった場合には新たなコードの生成、割り付けを行う（Ｓ２２〜Ｓ２６）。
【００３５】
図７は簡単のため単純化した例であるが、図７の左側のストライプ列がストライプの並びによってコード化された投光パターンであり、それぞれの強度に３（強）、２（中）、１（弱）が割り当てられている。図７の右側がそれぞれ同軸上の第１カメラ２０で撮影されたストライプをセルの幅でストライプと垂直方向に抽出したものである。図７の右上の例では、左から３つめのセルで強度が変化して新たなコードが出現したので、新たに０というコードを割り当てる。図７の右下の例では、左から３つめ上から２つめのセルで、既存のコードが出現しているので、セルの並びから新たなコードとして（２３２，１３１）という具合に（縦の並び，横の並び）によってコードを表現する。この再コード化は、対象の形状が変化に富む部位には２次元パターンなどの複雑なパターンを投光し、変化の少ない部位には簡単なパターンを投光しているのに等しい。この過程を繰り返し、全てのセルに対して一意なコードを割り付けることで再コード化を行う。
【００３６】
例として、図８の対象物に、図９のパターンを投光した場合に第１カメラ２０、第２カメラ３０で得られる画像を簡単化したものをそれぞれ図１０、図１１に示す。この例では、板の表面には新たなコード化されたパターンとして図１２が得られる。
【００３７】
次に第２カメラ３０で得られたストライプ画像からストライプを抽出し、先ほどと同じようにセルに分割する。各セルについて、再コード化されたコードを用いて各セルのコードを検出し、検出されたコードに基づいて光源からの照射方向θを算出する。各画素の属するセルのθとカメラ２で撮影された画像上のｘ座標とカメラパラメータである焦点距離Ｆと基線長Ｌを用いて式（１）によって距離Ｚを算出する。なお、測定点ｐと、光源からの照射方向θと、第２カメラ３０で撮影された画像上のｘ座標と、カメラパラメータである焦点距離Ｆと、基線長Ｌとの関係を図１３に示す。
【数１】
Ｚ＝ＦＬ／（ｘ＋Ｆｔａｎθ）          −−−式（１）
【００３８】
この実施例によれば、ストライプパターンを調整して規定の閾値以上の画素の数を抑制するようにしたので、正反射等による不都合を回避することが可能となる。
【００３９】
つぎに第２の実施例について説明する。この実施例ではストライプパターンの配列を変更して上述と同様の効果を得るようにしている。装置の構成と距離の算出については第１の実施例と同様であるので、これらの点については説明を繰り返さない。ここでは、この実施例の格別な点、すなわち、第１の実施例で図５に相当する動作に関して図１４に従って説明する。
【００４０】
図１４において、まずデフォルトとなるストライプパターンを投影して２つのカメラ画像を取得する（Ｓ３０）。デフォルトのストライプパターンを図１５のような被写体に投射すると、具体的な例における被写体上では左から「１，２，３，４，１，３，１，４，２」という各レベルの輝度となる。これを撮影した２つのカメラ画像は図１６のようになる。第１カメラ２０の画像（全画面ではない）では、「１，２，３，４，１，３，１，４」という輝度レベルのパターンでレベル１の部分に正反射によるサチュレーション部が現れ、第２カメラ３０の画像ではレベル３の部分に現れる。このように２つのカメラは画角が異なるので投射光源の正反射成分は異なった現れ方となる。２つのカメラ画像の輝度ごとの画素数をそれぞれカウントする（Ｓ３１）。２つのカメラ画像それぞれにおける規定の輝度以上の画素数ＮａとＮｂとの和が閾値Ｎｔｈ１以上、またはどちらかのカメラ画像における規定の輝度以上の画素数ＮａまたはＮｂが閾値Ｎｔｈ２以上ある場合、もしくは２つのカメラ画像それぞれにおける規定の輝度以下の画素数ＮｃとＮｄとの和が閾値Ｎｔｈ３以上、またはどちらかのカメラ画像における規定の輝度以下の画素数ＮｃまたはＮｄが閾値Ｎｔｈ４以上ある場合に、次のストライプパターンを投影する（Ｓ３２、Ｓ３３、Ｓ３４）。このとき上記の分岐条件に用いた値（規定の輝度以上の画素数ＮａとＮｂ、規定の輝度以下の画素数ＮｃとＮｄ）を記憶させておく。どちらにも当てはまらない場合算出ルーチンに進む（Ｓ１５）。
【００４１】
次のストライプパターンとして、デフォルトのリットパターンに対してストライプ幅だけ横方向にずらしたストライプパターンを投影すると、２つのカメラ画像は図１７のように変化し、第１カメラ２０の画像（全画面ではない）では、「２，３，４，１，３，１，４，２」という輝度レベルのパターンとなる。このときそれぞれのカメラ画像の正反射の影響が出る部分には比較的暗い輝度のストライプが当たるので正反射の影響を小さく抑えることができる。このストライプパターン投影においても同様に２つのカメラ画像を取得し、規定の輝度以上もしくは以下の画素数に応じて、同様に進める。用意されたストライプパターンすべてにおいて算出ルーチンに進むことができない場合には、各ストライプパターンで記憶しておいた値を評価して最も評価値の小さいストライプパターン投影の時のカメラ画像を用いて算出ルーチンを行う（Ｓ３５、Ｓ１５）。上記評価は例えば次のような式を用いることができる。
【数２】
Ｖ＝α（Ｎａ＋Ｎｂ）＋β（Ｎｃ＋Ｎｄ）＋γ｜Ｎａ−Ｎｂ｜＋δ｜Ｎｃ−Ｎｄ｜    −−−−式（２）
【００４２】
以上の例では、デフォルトとなるストライプパターンに対してストライプ幅だけ横方向にずらしたストライプパターンを次のストライプパターンとしたが、並び方の異なるストライプパターンを用意しておいて順に投影するようにしておいても良い。
【００４３】
次に本発明の第３の実施例について説明する。第３の実施例においては、第１の実施例と同様にして、デフォルトの最も明るい輝度となるストライプパターンを投影して取得した２つのカメラ画像の輝度ごとの画素数によって、次に投影するストライプパターンの明るさを選択するようにする。図１８に処理フローを示す。
【００４４】
図１８において、まず、まずデフォルトとなるストライプパターンを投影して２つのカメラ画像を取得する（Ｓ４０）。２つのカメラ画像それぞれにおける規定の輝度以上の画素数ＮａとＮｂとの和が閾値Ｎｔｈ１以上、またはどちらかのカメラ画像における規定の輝度以上の画素数ＮａまたはＮｂが閾値Ｎｔｈ２以上あれば、ＮａとＮｂを次のような式に当てはめて、次に投影するストライプパターンを選択し投影する（Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４３）。
【数３】
Ｅ＝λＮａ＋μＮｂ
すなわち、この式の算出結果Ｅの値により、図１９に示すように規定の輝度以上の画素数が多いほど暗いストライプパターンを選択するというルックアップテーブルから、ストライプパターンの明るさを選択する。この算出結果とストライプパターンの明るさとの関係は経験的に求められた関係であり、被写体の表面反射特性により選択されたストライプパターンが最適である保障はないので、ここで再度、２つのカメラ画像それぞれにおける規定の輝度以上の画素数ＮａとＮｂをカウントして同様に閾値と比較を行う（Ｓ４４、Ｓ４５）。ＮａとＮｂとの和が閾値Ｎｔｈ１以上、またはどちらかのカメラ画像における規定の輝度以上の画素数ＮａまたはＮｂが閾値Ｎｔｈ２以上あれば、次の１段階暗いストライプパターンを投影する（Ｓ４６、Ｓ４７）。どちらにも当てはまらない場合と、最も暗い輝度となるストライプパターン投影後は、算出ルーチンに進む（Ｓ４５、Ｓ４６、Ｓ１５）。以下の処理は第１の実施例と同様である。
【００４５】
以上述べたように、本発明の実施例によれば、複数レベルの輝度でコード化されたストライプパターンを被写体に投影する投光器の光軸からずれて配置されるカメラで前記被写体を撮影することに基づいて、前記被写体の３次元画像を得る３次元形状測定装置において、カメラ画像の輝度分布に応じて前記ストライプパターンの輝度レベルを調整して被写体の３次元画像を得るようにしているので、投影光の被写体表面における正反射光の影響を小さくすることができ、正確なパターン検出が可能となり、３次元計測が正確におこなえる。
【００４６】
また、複数レベルの輝度でコード化されたストライプパターンを被写体に投影する投光器の光軸からずれて配置されるカメラで前記被写体を撮影することに基づいて、前記被写体の３次元画像を得る３次元形状測定装置において、カメラ画像の輝度分布に応じて前記ストライプパターンの配列パターンを変更させて被写体の３次元画像を得るようにしているので、投影光の被写体表面における正反射光の影響を小さくすることができ、正確なパターン検出が可能となり、３次元計測が正確におこなえる。
【００４７】
以上で本発明の実施例の説明を終了する。なお、この発明は上述の実施例に限定されるものではなくその趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。例えば、本発明は、可視領域波長のほか、近赤外などの不可視波長の投射光に関しても有効であることはいうまでもない。さらにストライプパターンの明るさの調整にストライプパターン自体を用意する代わりにＮＤフィルタ（中性濃度フィルタ、減光フィルタ）を用いても良い。
【００４８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、カメラ画像の輝度分布に応じて前記ストライプパターンの輝度レベルやストライプパターンの配列等を調整して投影光の被写体表面における正反射光の影響を小さくすることができ、正確なパターン検出が可能となり、３次元計測が正確に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の装置構成を示す図である。
【図２】上述第１の実施例を説明するためのパターンと被写体の一例を示す図である。
【図３】上述第１の実施例の動作を説明する概要図である。
【図４】上述第１の実施例の構成例を説明するブロック図である。
【図５】上述第１の実施例のパターン適合化動作を説明するフローチャートである。
【図６】上述第１の実施例の形状算出動作を説明するフローチャートである。
【図７】上述第１の実施例のコード化を説明する図である。
【図８】上述第１の実施例のコード化を説明するためのカメラと被写体の配置図である。
【図９】上述第１の実施例のコード化を説明するためのパターン図である。
【図１０】上述第１の実施例の第１カメラのモニタ画像の例を示す図である。
【図１１】上述第１の実施例の第２カメラ２のモニタ画像の例を示す図である。
【図１２】上述第１の実施例において被写体にあたって輝度が変化した部分を説明する図である。
【図１３】上述第１の実施例のエッジ座標の算出説明図である。
【図１４】本発明の第２の実施例のパターン適合化動作を説明するフローチャートである。
【図１５】上述第２の実施例を説明するためのストライプパターンと構成概要とを説明する図である。
【図１６】上述第２の実施例の第１ステップにおけるモニタ画像の例を説明する図である。
【図１７】上述第２の実施例の第２ステップにおけるモニタ画像の例を説明する図である。
【図１８】本発明の第３の実施例のパターン適合化動作を説明するフローチャートである。
【図１９】上述第３の実施例で用いることができるルックアップテーブルの特性の例を説明する図である。
【符号の説明】
１０      パターン投影装置
２０      第１カメラ
３０      第２カメラ
４０      ハーフミラー
５０      対象物
１１０      フレームメモリ
１２０      パターン画像メモリ
１３０      領域分割部
１４０      輝度値メモリ
１５０      パターン画像メモリ
１６０      再コード化部
１７０      コード復号部
１８０      ３次元画像メモリ
１９０      輝度分布生成部
２００      ストライプパターン決定部
【図１】
2005003631.tif 000003
【図２】
2005003631.tif 000004
【図３】
2005003631.tif 000005
【図４】
2005003631.tif 000006
【図５】
2005003631.tif 000007
【図６】
2005003631.tif 000008
【図７】
2005003631.tif 000009
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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