(57)【要約】【課題】ステレオカメラの光学的な歪みと位置的なずれを調整する調整機構を提供することであり、ひいては、三次元空間における対象物の凹凸の距離を高精度に測定する技術の提供。【解決手段】一定間隔に配設された複数のレンズと、各レンズと対応する複数の撮像素子から構成される距離計測装置の調整機構であって、複数のレンズまたは撮像素子の少なくとも一つを左右にスライドして固定する左右シフト機構と、複数の撮像素子またはレンズの少なくとも一つを上下にスライドして固定する上下シフト機構と、複数の撮像素子をそれぞれ回動させて固定する回転機構とを備えることを特徴とする調整機構およびそれを備えた立体形状認識システム。【選択図】図１
2007225403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定間隔に配設された複数のレンズと、各レンズと対応する複数の撮像素子から構成される距離計測装置の調整機構であって、
複数のレンズまたは撮像素子の少なくとも一つを左右にスライドして固定する左右シフト機構と、複数の撮像素子またはレンズの少なくとも一つを上下にスライドして固定する上下シフト機構と、複数の撮像素子をそれぞれ回動させて固定する回転機構とを備えることを特徴とする調整機構。
【請求項２】
一定間隔に配設された複数のレンズと、各レンズと対応する複数の撮像素子から構成される距離計測装置の調整機構であって、
複数のレンズまたは撮像素子のそれぞれを左右にスライドして固定する左右シフト機構と、複数の撮像素子またはレンズのそれぞれを上下にスライドして固定する上下シフト機構と、複数の撮像素子をそれぞれ回動させて固定する回転機構とを備えることを特徴とする調整機構。
【請求項３】
前記左右シフト機構は、平行して左右に延びる複数のガイド孔が形成されたスライド基板がガイド孔を挿通する複数のビスによって筐体に取着されることにより左右にスライド自在に構成され、
前記上下シフト機構は、上下に開口を有する複数の切欠きが形成されたスライド基板が切欠きを挿通する複数のビスによって筐体に取着されることにより上下にスライド自在に構成され、
前記回転機構は、略同一円周上に細長い複数のガイド孔が形成されたスライド基板がガイド孔を挿通する複数のビスによって筐体に取着されることにより揺動自在に構成されることを特徴とする請求項１または２の距離計測装置の調整機構。
【請求項４】
前記距離計測装置は、一対の撮像素子が一筐体内に配され、一対のレンズが該筐体外に嵌合された鏡筒に配されたあおり光学系により構成されることを特徴とする請求項１、２または３の距離計測装置の調整機構。
【請求項５】
前記距離計測装置は、第一の撮像素子が第一の筐体内に配され、第一のレンズが第一の筐体外に嵌合された鏡筒に配され、第二の撮像素子が第二の筐体内に配され、第二のレンズが第二の筐体外に嵌合された鏡筒に配されたあおり光学系であって、
前記第一および第二の筐体が、スライドベース上に配され、左右方向にスライド自在に構成されることを特徴とする請求項１、２または３の距離計測装置の調整機構。
【請求項６】
前記距離計測装置は、３つの撮像素子が一筐体内に配され、３つのレンズが該筐体外に嵌合された鏡筒に配されたあおり光学系により構成され、第１のレンズと第２のレンズが水平ステレオカメラを構成し、第２のレンズと第３のレンズが垂直ステレオカメラを構成することを特徴とする請求項１、２または３の距離計測装置の調整機構。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかの調整機構を有する撮像系と、撮像系の視野内にスリット光をスキャンする公知の投光装置と、これらの作動を制御し、撮像した画像を解析するコントローラとから構成される立体形状認識システムであって、
前記コントローラは、前記投光装置によりスリット光を物体に照射しながら、立体形状認識の対象となる物体の組画像を撮像し、公知の相対ステレオ法により立体形状認識を行うことを特徴とする立体形状認識システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数台のカメラと距離計測装置を用いて、三次元空間における対象物の凹凸の距離を高精度に測定する複数台のカメラの調整を円滑に行うための調整機構およびそれを備えた立体形状認識システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、画像による三次元計測技術として、２台のカメラ（ステレオカメラ）で対象物を異なる位置から撮像した１対の画像の相関を求め、同一物体に対する視差からステレオカメラの取り付け位置や焦点距離等のカメラパラメータを用いて三角測量の原理により距離を求める、いわゆるステレオ法による画像処理が知られている。
また、計測に必要なカメラパラメータができるだけ少なく、簡便に得られること、カメラパラメータが多少変動しても、計測精度に大きな影響を与えないこと、対象物の全体の３次元位置情報が計測できることを特徴とする相対距離計測方法なる方法も提言されている（特許文献１）。
【０００３】
ところで、ステレオカメラの取り付け位置に関して高レベルの精度が要求される。なぜなら、一対のカメラの相対的な位置にずれが生じると、それぞれのカメラの撮像方向がずれてしまい、算出された距離データに悪影響を及ぼしてしまうからである。特に、カメラの上下方向・回転方向の並進ずれは、水平にカメラをセットしたステレオカメラの各画像における同一水平ライン（エピポーラライン）のずれとなって現れる。そのため、エピポーララインの一致を前提としたステレオマッチングにおいて、この不一致は、距離データの信頼性の低下につながる。そこで、ステレオカメラの位置的なずれに起因した画像間のずれを正す技術が提案されている（例えば、特許文献２）。
【０００４】
また、ステレオカメラでは、カメラの光学的な歪み、例えば、レンズの歪みや、撮像素子の受光面のあおりなどに起因して、それぞれの撮像画像に非線形な歪みが生じることがある。これらの歪みは、ステレオマッチングを行う際に、エピポーララインの歪みとなって現われる。上記ステレオマッチングでは、このような歪みも、距離データの信頼性の低下につながる。そこで、光学的な歪みに起因した画像の歪みを正す技術が提案されている（例えば、特許文献３）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１９８４１３号公報
【特許文献２】特開平１０−１１５５０６号公報
【特許文献３】特開平１１−３２５８８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ステレオマッチング処理を行う前提として、カメラ光学的な歪みに起因した画像の歪み、および、ステレオカメラの位置的なずれに起因した画像のずれを正すことは、算出される距離データの信頼性向上を図る上で重要である。
【０００７】
ステレオ画像処理では、ステレオカメラから得られた画像の相関を求め、同一物体の視差から三角測量の原理により距離を算出するため、撮影された画像の間には視差以外のズレがないことが望ましい。ステレオカメラの取り付け精度に起因するズレには、並進ズレと回転ズレがあり、回転ズレは測距対象物の距離が乗じられるため、誤差の影響が大きくなる。
しかしながら、従来、ステレオカメラの組み付け精度を定量的に精密に計測することは困難であり、そのため、ステレオカメラの組み付け調整は、目視調整あるいは画像処理の結果を見ながらの繰り返し調整等、経験的な調整に頼らざるを得ず、画像処理の精度向上を図るうえで支障となっていた。
【０００８】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ステレオカメラの光学的な歪みと位置的なずれを調整する調整機構を提供することであり、ひいては、三次元空間における対象物の凹凸の距離を高精度に測定する技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の調整機構およびそれを備えたシステムは次のように構成される。
すなわち、第１の発明は、一定間隔に配設された複数のレンズと、各レンズと対応する複数の撮像素子から構成される距離計測装置の調整機構であって、複数のレンズまたは撮像素子の少なくとも一つを左右にスライドして固定する左右シフト機構と、複数の撮像素子またはレンズの少なくとも一つを上下にスライドして固定する上下シフト機構と、複数の撮像素子をそれぞれ回動させて固定する回転機構とを備えることを特徴とする調整機構である。
第２の発明は、一定間隔に配設された複数のレンズと、各レンズと対応する複数の撮像素子から構成される距離計測装置の調整機構であって、複数のレンズまたは撮像素子のそれぞれを左右にスライドして固定する左右シフト機構と、複数の撮像素子またはレンズのそれぞれを上下にスライドして固定する上下シフト機構と、複数の撮像素子をそれぞれ回動させて固定する回転機構とを備えることを特徴とする調整機構である。
第３の発明は、第１また２の発明において、前記左右シフト機構は、平行して左右に延びる複数のガイド孔が形成されたスライド基板がガイド孔を挿通する複数のビスによって筐体に取着されることにより左右にスライド自在に構成され、前記上下シフト機構は、上下に開口を有する複数の切欠きが形成されたスライド基板が切欠きを挿通する複数のビスによって筐体に取着されることにより上下にスライド自在に構成され、前記回転機構は、略同一円周上に細長い複数のガイド孔が形成されたスライド基板がガイド孔を挿通する複数のビスによって筐体に取着されることにより揺動自在に構成されることを特徴とする。
第４の発明は、第１、２また３の発明において、前記距離計測装置は、一対の撮像素子が一筐体内に配され、一対のレンズが該筐体外に嵌合された鏡筒に配されたあおり光学系により構成されることを特徴とする。
第５の発明は、第１、２また３の発明において、前記距離計測装置は、第一の撮像素子が第一の筐体内に配され、第一のレンズが第一の筐体外に嵌合された鏡筒に配され、第二の撮像素子が第二の筐体内に配され、第二のレンズが第二の筐体外に嵌合された鏡筒に配されたあおり光学系であって、前記第一および第二の筐体が、スライドベース上に配され、左右方向にスライド自在に構成されることを特徴とする。
第６の発明は、第１、２また３の発明において、前記距離計測装置は、３つの撮像素子が一筐体内に配され、３つのレンズが該筐体外に嵌合された鏡筒に配されたあおり光学系により構成され、第１のレンズと第２のレンズが水平ステレオカメラを構成し、第２のレンズと第３のレンズが垂直ステレオカメラを構成することを特徴とする。
第７の発明は、第１ないし６のいずれかの調整機構を有する撮像系と、撮像系の視野内にスリット光をスキャンする公知の投光装置と、これらの作動を制御し、撮像した画像を解析するコントローラとから構成される立体形状認識システムであって、前記コントローラは、前記投光装置によりスリット光を物体に照射しながら、立体形状認識の対象となる物体の組画像を撮像し、公知の相対ステレオ法により立体形状認識を行うことを特徴とする立体形状認識システムである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ステレオカメラの光学的な歪みと位置的なずれを調整する調整機構を提供することが可能となり、その結果、三次元空間における対象物の凹凸の距離をより高精度に測定することが可能となる。
【００１１】
また、あおり光学系を採用し、遠近歪みがない状態で縦、横、回転方向の微調整を行えるため、ソフトウェアによる収差補正等が不要となり、高速認識が可能である。
さらには、左右のカメラの撮像範囲の全てを視野にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１および図２は、本発明の調整機構を備えた撮像装置である。この撮像装置は、レンズと撮像素子が平行に構成されたいわゆるあおり光学系ステレオカメラである。カメラを斜めに構成することによる遠近歪みの発生がなく、分解能が向上するという特徴を有しており、これにより、カメラから近い位置にある対象物体であっても、正確な相対距離画像を得ることができる。
本発明の調整機構によれば、レンズと撮像素子とをＸＹ方向に相対移動することが可能である。これにより、単に平行にカメラを配置した構成と比べ、視野を広くすることができる。Ｙ方向のずれは予めキャリブレーション時に無くしておき、Ｘ方向のズレから奥行き測定を行う。（なお、予めＸ方向のズレを無くし、Ｙ方向のズレから奥行きを測定してもよい。）
【００１３】
本発明では、図１４に示すように相互に平行にしたままで、レンズ２１ａ，２１ｂの中心と撮像素子２２ａ，２２ｂの中心をずらし、ＣＣＤ撮像素子とレンズ中心を結んだ一対の撮像系の中心線の交点が計測対象物付近に有るようなあおり光学系を用いることによって、撮像素子上に遠近ひずみのない結像画像を得ることを可能としている。
また、撮像画像に回転ズレがある場合には、撮像素子と連結された回転基板６を微小回転させることにより、回転ズレを機械的に補正することができる。すなわち、左右シフト機構により鏡筒の左右位置を制御し、上下シフト機構および回転機構により撮像素子の上下および回転位置を制御している。
なお、左右シフト機構により撮像素子の左右位置を制御し、上下シフト機構により、鏡筒の上下位置を制御してもよい。
【００１４】
以下では、本発明の詳細を実施例により説明するが、本発明は何らこれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１５】
《構造》
図３は本実施例の調整機構を備えた撮像系の正面図であり、図４は本実施例の撮像系を透過的に描写した平面図であり、図５は図３のＡ−Ａ’断面側面図である。（図４および５では、鏡筒３および撮像素子２２は省略）
【００１６】
図３において、符号３ａ，３ｂは、カメラ２の一部である鏡筒であり、鏡筒内に配設されたレンズ２１ａ，２１ｂと、筐体１内に配設されたＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ等の撮像素子２２ａ，２２ｂとからなるあおり光学系により、同一の領域を異なる視点から撮像するステレオカメラを構成している。
２台のカメラ２ａ，２ｂで撮像した２枚の画像は、図示しないステレオ画像処理装置で処理され、ステレオマッチングにより２つの画像の一致度が評価されて物体の三次元位置の算出や画像認識等が行われる。
なお、光切断法を用いる場合には、スリット光投光器が必要であるが、左右のカメラ２ａ，２ｂの間にスリット光照射部を設ける構成としてもよい。
【００１７】
（１）左右シフト機構
符号４は、略正方形状をなす金属板から成る左右スライド基板であり、ビス４０１〜４０４によって筐体１に取着され、鏡筒をＸ軸方向に水平動する左右シフト機構を構成している。
左右スライド基板４にはビス４０１〜４０４と対向する位置に図示しないそれぞれが平行して左右に延びる細長いガイド孔が４つ形成されており、ビス４０１〜４０４を４つのガイド孔に挿通して筐体１に螺合することで、左右スライド基板４が左右スライド自在に取着される。
【００１８】
図６は本実施例の調整機構を備えた撮像系の側面図である（図６では、鏡筒３は省略）。
図６に示すように、左右スライド基板４と対向する筐体１の側面には、左右駆動部１４、上方左右引込部１５１および下方左右引込部１５２が設けられている。
左右駆動部１４はねじで構成され、手動で調整することができる。左右駆動部１４を締めると、左右スライド基板４が押され、鏡筒３が筐体１の内側方向にスライド動する。左右駆動部１４を緩め、上方左右引込部１５１および下方左右引込部１５２により、左右スライド基板４を筐体１の外側に引っ張ることで、鏡筒３が筐体１の外側方向にスライド動する。
鏡筒３の左右位置の調整後、ビス４０１〜４０４を締めることで、最終調整位置を保持することができる。
このように、左右スライド基板４をスライド動して、調整することで、撮像素子２２の左右誤差（並進ズレ）を機械的に修正できる。
なお、左右駆動部１４、左右駆動部１４を、公知の駆動手段（例えば、サーボモータとボールねじ）により、構成してもよい。
【００１９】
（２）上下シフト機構
符号９は、略正方形状をなす金属板の上方中央部と下方両端部にＵ字の切欠きを有するスライド部を延出した上下スライド基板であり、ビス７０１〜７０３によって筐体１に取着され、撮像素子２２を上下方向に垂直動する上下スライド機構を構成している。
上下スライド基板９の有するスライド部の３つのＵ字の切欠きにビス７０１〜７０３を挿通して筐体１に螺合することで、上下スライド基板７が上下スライド自在に取着される。
筐体１の上下面には、ねじで構成された上下駆動部１８１および１８２が設けられている。上下駆動部１８１および１８２の先端は、上下スライド基板９に接しており、撮像素子２２からの基準チャートを撮影した画像を見ながら、これらのねじを調整することで、スライド基板９を上下にスライド動させて、撮像素子２２の上下誤差（並進ズレ）を機械的に修正できる。
上下位置の調整後、ビス７０１〜７０３を締めることで、最終調整位置を保持することができる。
なお、上下駆動部１８１および上下駆動部１８２を、公知の駆動手段（例えば、サーボモータとボールねじ）により、構成してもよい。
【００２０】
（３）回転機構
符号６は、長方形状をなす金属板から成る回転基板であり、略同一円周上に細長い３つのガイド孔が形成されており、ビス６０１〜６０３を３つのガイド孔に挿通して螺合することによって筐体１に取着され、撮像素子２２をθ方向に回動する回転機構を構成している。支持基板８には真円精度良く、一定直径で誤差無く穴が形成されており、回転基板６には形成された軸状の段差が間隙を最小限に嵌合される。その状態で、回転基板６と支持基板８は、回転基板６に形成された３つのガイド孔を挿通するビス６０１〜６０３によって筐体１に螺合され、揺動自在に取着される。
筐体１の両側面には、ねじで構成された上方回転駆動部１６１および下方回転駆動部１６２が設けられている。上方回転駆動部１６１および下方回転駆動部１６２の先端は、回転基板６に接しており、撮像素子２２からの基準チャートを移した画像を見ながら、これらのねじを調整することで、回転基板６を揺動させて撮像素子２２のθ回転に対する取付誤差（回転ズレ）を機械的に修正できる。
なお、上方回転駆動部１６１および下方回転駆動部１６２を、公知の駆動手段（例えば、サーボモータとボールねじ）により、構成してもよい。
【００２１】
《作動》
本実施例の装置による相対ステレオ法の基本的な処理の流れを、植物の幼芽の空間位置認識をする例で説明する。
図１１に示すように、まず、左右のカメラ２ａ，２ｂのどちらか一方で、光切断法により、スリット光が当たった位置の幼芽の茎の空間位置を決定する。ここで、左右のカメラ画像でスリット光が当たった位置が一致するように、左右シフト機構により、左右２枚の画像を重ね合わせる。すると、カメラからの距離が等しい茎の上の各点では画像のずれは発生しないが、茎が前後に曲がっていると、重ね合わせの結果、図１２下段のように画像のずれが生じる。ここでは、画像のずれ量を視差ｄとして、これをもとに幼芽の形状や空間位置を決定する。
なお、左右のカメラ２ａ，２ｂの回転方向θおよびＺ軸方向のずれは、回転機構および上下シフト機構により予め調整済みである。
【００２２】
この計算方法を図１３に示す。スリット光が当たった位置で、左右シフト機構により、左右の画像を重ね合わせる。このとき、茎が曲がっていて幼芽が垂直に立っていなければ、スリット光投影位置に比べて茎が前後するため、ステレオ視において画像のずれを生じる。例えば、スリット光の当たった基準位置より茎が後ろにあるとき、左カメラ２ａからみた右カメラ２ｂの対応位置が負のずれ量となる。
【００２３】
ここで、ずれ量（視差）ｄ、カメラ２ａ，２ｂの間隔Ｗ、カメラからスリット光の当たった位置までを光切断法で測ったときの距離Ｈ、求める相対距離をｘとすると、以下の式１であらわされる関係が導ける。
（数１） Ｗ／（Ｈ＋ｘ）＝ｄ／ｘ
【００２４】
ここで、Ｗ，Ｈはあらかじめ決まっている値である。幼芽上のスリット光の位置を重ね合わせることにより、画像上の各点の三次元位置を、画像のずれ量ｄを元に計算できる。
また、上記のようにしてｘが求まっていれば、カメラ２からの距離は（Ｈ＋ｘ）で求められるので、カメラの各画素が見ている位置が、空間中でどの点を通るかをキャリブレーションであらかじめ求めておけば、３次元位置を求めることも可能である。
【００２５】
図１６に示すように、本実施例の装置による相対ステレオ法による奥行誤差ｅは、以下の式２により算出することができる。
（数２）ｅ≒２×分解能×ｔａｎθ
なお、視野５０ｍｍのＶＧＡカメラを間隔（Ｗ）５０ｍｍで配置し、作動距離を１３０ｍｍ、マッチング精度を１ピクセルとしたときの奥行誤差ｅは０．３６ｍｍであった。なお、分解能とは画像上で分析可能な位置の最少変化量を意味する。
【００２６】
キャリブレーション方法の一例を詳しく説明する。まず、図１４のように精密に作られた校正パターンを利用して、カメラの角画素が空間を見ている位置に伸ばした直線（視線）が空間中を通る位置を求める。図１４の千鳥パターンの間隔は、非常に精密に描かれている。ここで、ロボットの手先の基準位置を原点とし、そこからＺ０，Ｚ１の位置に校正パターンを置いて、各画素が、校正パターンのどの位置を見ているかを計算し、Ｐ０（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）、Ｐ１（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を決めることができる。ここで、カメラ２からの距離をもとにＺｉを求めれば、Ｐ０，Ｐ１の座標値を補間することで、空間座標を決定できる。
【００２７】
図１１、図１２に示すような植物の茎の計測においては、まずスリット光の当たった基準点の座標点が求まる。これを基準点として、本発明装置を用いることで、図１２の画像について、茎の方向に沿ったすべての画素位置で、その基準点からの距離の差（相対距離）が求められる。そして、距離が求まれば、図１４から空間座標を求めることも可能である。
【００２８】
本実施例の撮像装置によれば、左右のカメラの取り付け平行度（回転）と基準面での画像一致度（位置）を上記のように簡便に基準平面上での視差調整を簡便に行うことができ、さらにステレオ画像の各画像の高さ方向を一致させることが可能になる。
歪曲収差と倍率誤差、解像力（限界解像力、ＭＴＦ特性）等が既知のレンズを用いれば、歪曲収差をソフトウェアで補正することなく距離計測が可能な立体形状認識が行えるため、処理能力高速化を図ることができる。
また、従来のステレオカメラにおける有効視野の減少という問題も、左右スライド機構により解消することができる。
【実施例２】
【００２９】
本実施例は、調整機構を備えた２つの撮像系がそれぞれ別筐体に納められた構成を開示する。
比較的遠方にある対象物をステレオ計測する場合、奥行き変化量に対する視差変化量が減少する。このため、これを解決するにはカメラ間隔を大きくすることが効果的である。すなわち、本実施例の構成によれば、遠方であっても精度の良いステレオ計測が可能である。
図８は、本実施例の撮像系の正面図であり、図９は本実施例の撮像系を透過的に描写した平面図である。
筐体１１と筐体１２は、鏡筒３と撮像素子２２を備えた撮像系であり、スライドベース１０でＹ軸方向に移動自在に構成されている。本実施例の構成によれば、筐体１１と筐体１２の離間距離を調整することにより、有効視野を調整することができる。
左右シフト機構、上下シフト機構および回転機構は、実施例１と同様の構成である。
本実施例の構成によれば、作動距離と有効視野の組合せに幅を持たせながら、並進ズレおよび回転ズレを解消することが可能となる。
【実施例３】
【００３０】
本実施例は、調整機構を備えた３つの撮像系が同一筐体に納められた構成を開示する。
左右シフト機構、上下シフト機構および回転機構は、実施例１と同様の構成である。
ステレオ計測ではエピポーララインと並行するエッジの誤認識することがある。
本実施例の構成によれば、調整機構をもつ３つの撮像系を備えているため、水平方向の組合せ（レンズ３ａと３ｂ）のみならず垂直方向の組合せ（レンズ３ｂと３ｃ）によるステレオカメラを構成できるため、エッジの方向性による誤認識を回避できる利点がある。
【００３１】
本実施例の構成では、筐体１の上下両方に各撮像系用の上下駆動部を設けることができない。そのため、上下駆動部１８１および１８２をねじで構成しているが、両者の役割は相違する。上下駆動部１８１の先端は上下スライド基板９に当接するものであるが、上下駆動部１８２は上下スライド基板９に形成されたねじ孔に螺合されている。上下スライド基板９の上下の移動は、上下駆動部１８１を緩め、基準チャートを撮影した画像を見ながら上下駆動部１８２により行い、再び上下駆動部１８１を締めて上下スライド基板９が上下駆動部１８１により適切に支持されるようにする。このようにすることで、ビス７０１〜７０３を締めて最終調整位置を保持する際に、締め付け時のトルクにより、上下スライド基板９の位置がずれることを防止している。
【実施例４】
【００３２】
実施例４は、本発明の調整機構を有する距離計測装置を備えた、立体形状認識システムである。
《構成》
本実施例のシステムは、図１６に示すように、本発明の調整機構を有するステレオカメラであるカメラ２と、ステップモータにより回動するミラーにより、カメラ２の視野内にスリットレーザー光をスキャンする投光装置２４と、ＰＣ上で稼働するプログラムを備え、カメラ２および投光装置２４を制御し、撮像した画像を解析するコントローラ２５とから構成される。
カメラ２は、秒間数十枚の同時タイミングのステレオ画像が取得可能な公知のあおり光学系カメラである（例えば、Pointgray社の製品FLEA）。
【００３３】
《作動》
コントローラ２５は、投光装置２４によりスリット光（好ましくはレーザー光）を物体に照射しカメラの視野内を移動させながら、カメラ２に対し同時にトリガーをかけ、立体形状認識の対象となる物体の左右同期ペア画像（組画像）を撮像する。コントローラ２５は、ＰＣの記憶手段に組画像を連続記憶する。そして、実施例１に記載のアルゴリズムにより、記録した組画像を解析し、立体形状認識を行う。
【００３４】
立体形状認識のためには、スリット光が当たった左右のステレオ画像が一つあればよい。物体表面がなめらかな（凹凸のない）物体であっても、スリット光を画像処理により抽出することで可能である。ここで、スリット光の反射光の抽出は、例えば、スリット光の波長を選択的に通過させるフィルタをレンズに装着し、周囲を囲い外光の照射を防ぐこと、或いは、既知の画像処理手法により画像の濃淡に対して閾値を設定し、一定以上の輝度のピクセルのみを選択的に表示することで可能となる。
【００３５】
本実施例のシステムにおいては、対象物体を計測する際には、左右のステレオ画像でＹ軸上の水平線上におけるスリット光出現位置の視差を計測し、上記の計算式により奥行き距離計測が可能である。ここで、スリット光の反射光は単に左右のカメラのために同一点情報を提供するのみに使用される。すなわち、スリット光投影角をパラメータとした複雑な計算が不要であるため高速な解析が可能であり、光切断法のようなスリット光の制御も不要である。
【００３６】
従来の光切断による形状認識の手法としては、例えば、発明者が開示する、レーザーの照射角度を指定角度に移動し、停止させ撮像し、それを繰り返すことで物体表面にレーザーが反射した画像を撮像し形状計測する手法（特開２００４−３０８６）があるが、この手法では撮像に数十秒を要していた。
本実施例のシステムでは、上記の数倍の速度で計測が可能である。計測時間が短いため、例えば、従来は困難であった子供の手の形状計測等にも応用が可能である。すなわち、本実施例のシステムでは、記憶された組画像を事後的に解析することで、立体形状認識を行うことが可能である。
また、本実施例のシステムでは、レンズの選択・交換により焦点距離を変更できるため、多様な用途に応用可能である。例えば、人体以外の対象物の計測はもちろん、手に限られない人体の各部位や全身の計測にも応用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、エッジ認識による高速立体計測に応用することが可能であり、またスリット光をスキャンさせれば滑らかな表面を計測することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の調整機構を備えた撮像装置の背面側からの透過斜視図である。
【図２】本発明の調整機構を備えた撮像装置の正面側からの斜視図である。
【図３】実施例１の調整機構を備えた撮像装置の正面図である。
【図４】実施例１の調整機構を備えた撮像装置の透過平面図である。
【図５】実施例１の調整機構を備えた撮像装置のＡ−Ａ’断面側面図である。
【図６】実施例１の調整機構を備えた撮像装置の側面図である。
【図７】実施例１の上下シフト機構および回転機構の正面面である。
【図８】実施例２の調整機構を備えた撮像装置の平面図である。
【図９】実施例２の調整機構を備えた撮像装置の正面図である。
【図１０】実施例３の調整機構を備えた撮像装置の正面図である。
【図１１】相対距離計測装置による苗株形状の計測の様子を示す図面である。
【図１２】苗株形状の距離計測における処理方法を示す図面である。
【図１３】苗株形状の距離計測における計算方法を示す図面である。
【図１４】校正パターンを利用して、カメラの角画素が空間を見ている位置を求める状態を示す図面である。
【図１５】あおり光学系を用いて撮像素子上に遠近ひずみのない結像画像を得るための構成例である。
【図１６】奥行分解能の説明図である。
【図１７】実施例４の立体形状認識システムの構成図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  筐体
２  カメラ
３  鏡筒
４  左右スライド基板
６  回転基板
８  支持基板
９  上下スライド基板
２１  レンズ
２２  撮像素子
２４  投光装置
２５  コントローラ
１４  左右駆動部
４０  幼芽
４１  苗箱
５０  スリット光照射部
６０  校正パターン
６１  底板
１５１  上方左右引込部
１５２  下方左右引込部
１６１  上方回転駆動部
１６２  下方回転駆動部
１８１，１８２  上下駆動部
４０１〜４０４  ビス（左右シフト用）
６０１〜６０３  ビス（回転用）
７０１〜７０３  ビス（上下シフト用）
【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１４】
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【図１５】
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【図１】
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【図２】
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【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１６】
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【図１７】
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