(57)【要約】      （修正有）【課題】被計測物載置部の周辺に光源位置推定用冶具が置かれたままであっても被計測物の３次元形状を正確に計測できるようにする。【解決手段】被計測物ＯＢＪに対して紫外光と可視光を切り替えて照射可能な複数の光源１１１と、可視光に対して反射率の低い素材にて構成され、かつ紫外光の照射を受けて可視光領域において蛍光発光を起こす素材で構成された光源位置推定用冶具ＪＩＧと、被計測物が載置される所定の領域を撮像する複数の撮像手段と、光源位置推定の際には光源から紫外光を照射し、撮像手段により得られた画像の蛍光発光の輝度分布によって光源位置座標を推定する光源位置座標推定手段と、３次元形状計測の際には光源から可視光を照射し、撮像手段により得られた画像と光源位置座標から被計測物の３次元形状を演算する演算手段とを備える。【選択図】図７
2017009425.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測物に対して紫外光と可視光を切り替えて照射可能な複数の光源と、
可視光に対して反射率の低い素材にて構成され、かつ紫外光の照射を受けて可視光領域において蛍光発光を起こす素材で構成された光源位置推定用冶具と、
前記被計測物が載置される所定の領域を撮像する複数の撮像手段と、
光源位置推定の際には前記光源から紫外光を照射し、前記撮像手段により得られた画像の蛍光発光の輝度分布によって光源位置座標を推定する光源位置座標推定手段と、
３次元形状計測の際には前記光源から可視光を照射し、前記撮像手段により得られた画像と前記光源位置座標から前記被計測物の３次元形状を演算する演算手段と
を備えたことを特徴とする３次元形状計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の３次元形状計測装置において、
前記撮像手段は、可視光領域において感度のあるカメラモジュールによって構成される
ことを特徴とする３次元形状計測装置。
【請求項３】
請求項１または２のいずれか一項に記載の３次元形状計測装置において、
前記光源位置座標推定手段は、前記撮像手段により得られた画像から前記光源位置推定用冶具の輝度分布を算出し、輝度値が最大となる部分が前記光源位置推定用冶具の中心に近い画像を用いて光源位置座標推定を行う
ことを特徴とする３次元形状計測装置。
【請求項４】
請求項１または２のいずれか一項に記載の３次元形状計測装置において、
前記光源位置座標推定手段は、前記撮像手段により得られた画像から前記光源位置推定用冶具の範囲内において、輝度値が一定以上であるピクセル数を算出し、該ピクセル数が予め設定された閾値以上の画像のみを用いて光源位置座標推定を行う
ことを特徴とする３次元形状計測装置。
【請求項５】
請求項４に記載の３次元形状計測装置において、
前記閾値を、前記光源位置推定用冶具の範囲内の全ピクセル数の半分に設定する
ことを特徴とする３次元形状計測装置。
【請求項６】
被計測物に対して紫外光と可視光を切り替えて照射可能な複数の光源と、可視光に対して反射率の低い素材にて構成され、かつ紫外光の照射を受けて可視光領域において蛍光発光を起こす素材で構成された光源位置推定用冶具と、前記被計測物が載置される所定の領域を撮像する複数の撮像手段とを備えた３次元形状計測装置の制御部が実行する方法であって、
光源位置推定の際には前記光源から紫外光を照射し、前記撮像手段により得られた画像の蛍光発光の輝度分布によって光源位置座標を推定する光源位置座標推定工程と、
３次元形状計測の際には前記光源から可視光を照射し、前記撮像手段により得られた画像と前記光源位置座標から前記被計測物の３次元形状を演算する演算工程と
を備えたことを特徴とする３次元形状計測方法。
【請求項７】
被計測物に対して紫外光と可視光を切り替えて照射可能な複数の光源と、可視光に対して反射率の低い素材にて構成され、かつ紫外光の照射を受けて可視光領域において蛍光発光を起こす素材で構成された光源位置推定用冶具と、前記被計測物が載置される所定の領域を撮像する複数の撮像手段とを備えた３次元形状計測装置の制御部を構成するコンピュータを、
光源位置推定の際には前記光源から紫外光を照射し、前記撮像手段により得られた画像の蛍光発光の輝度分布によって光源位置座標を推定する光源位置座標推定手段、
３次元形状計測の際には前記光源から可視光を照射し、前記撮像手段により得られた画像と前記光源位置座標から前記被計測物の３次元形状を演算する演算手段
として機能させる３次元形状計測プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元形状計測装置、３次元形状計測方法および３次元形状計測プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
文化財のデジタルアーカイブ等の種々の分野で、物体の３次元形状や表面の反射率等を正確に計測することが求められている。
【０００３】
従来より、３次元形状計測の一手法として、光源から被写体（被計測物）への照明方向を変えて複数の画像を撮像し、光源方向に正対した物体の面が明るく写ることを利用して、その複数の画像の情報に基づいて、各画素で観測される輝度値の違いから物体表面の法線の方向を求める照度差ステレオ法が知られている。照度差ステレオ法を応用すると、その被写体の表面各点における法線の方向の他に、物体の反射率を得ることもできる。
【０００４】
この照度差ステレオ法を用いた３次元形状計測により、物体の勾配や反射率を精度よく算出するためには、複数の光源の各位置（３次元座標）を正確に知ることが求められる。従来において、光源の位置を推定するために、例えば次のような手法が用いられていた。すなわち、被計測物載置部に２個の球体（光源位置推定用冶具）を置いて、これらの球体に推定しようとする光源から光を照射し、撮像手段（カメラ）により撮像する。そして、この撮像で取得した２個の球体の画像における輝度値が高い部分の法線と撮像手段の各光軸とから光源の方位ベクトルを推定するとともに、２個の球体から取得される方位ベクトル同士の交点から光源の位置を推定する（例えば、非特許文献１等を参照。）。
【０００５】
また、平板状のベース上に高さ寸法が既知の複数の計測ピンを配置し、計測ピンとその影の先端同士を結ぶ直線を少なくとも２本以上算出し、それらの直線の交点から光源の位置を求める手法も知られている（例えば、特許文献１等を参照。）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した光源の位置を推定する手法では、被計測物載置部の周辺に配置される光源位置推定用冶具に起因していくつかの問題があった。すなわち、光源位置推定用冶具は可視光において光源からの光を反射する性質を持つため、３次元形状計測の際に被計測物に光源から光を照射した際、光源位置推定用冶具の反射光が被計測物にも照射されてしまう。そのため、光源位置推定用冶具を置かない場合と比べて被計測物の３次元形状を正確に計測できないという問題があった。また、そのような問題に対応するために、光源位置推定後、光源位置推定用治具を装置から取り外すという対応も考えられる。しかし、この場合、光源位置推定用治具を装置から取り外す際に装置自体を動かさなくてはならないため、装置の機構上の精度により、光源の位置が推定時の位置からずれてしまうという問題があった。従って、光源位置推定用治具を装置から取り外すことなく、光源位置推定用冶具に起因する問題を解決できることが望まれる。
【０００７】
本発明は上記の従来の問題点に鑑み提案されたものであり、その目的とするところは、被計測物載置部の周辺に光源位置推定用冶具が置かれたままであっても被計測物の３次元形状を正確に計測できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明にあっては、被計測物に対して紫外光と可視光を切り替えて照射可能な複数の光源と、可視光に対して反射率の低い素材にて構成され、かつ紫外光の照射を受けて可視光領域において蛍光発光を起こす素材で構成された光源位置推定用冶具と、前記被計測物が載置される所定の領域を撮像する複数の撮像手段と、光源位置推定の際には前記光源から紫外光を照射し、前記撮像手段により得られた画像の蛍光発光の輝度分布によって光源位置座標を推定する光源位置座標推定手段と、３次元形状計測の際には前記光源から可視光を照射し、前記撮像手段により得られた画像と前記光源位置座標から前記被計測物の３次元形状を演算する演算手段とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にあっては、被計測物載置部の周辺に光源位置推定用冶具が置かれたままであっても被計測物の３次元形状を正確に計測できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】３次元形状計測装置の筐体の構成例を示す図である。
【図２】基板の構成例を示す図である。
【図３】基板の情報処理のためのハードウェア構成例を示す図である。
【図４】情報処理装置のハードウェア構成例を示す図である。
【図５】基板および情報処理装置のソフトウェア構成例を示す図である。
【図６】照度差ステレオ法の説明図である。
【図７】光源位置の推定の説明図である。
【図８】光源位置推定用冶具からの蛍光発光および反射の説明図である。
【図９】実施形態の処理例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施形態につき説明する。
【００１２】
＜構成＞
図１は３次元形状計測装置１の筐体の構成例を示す図である。図１において、３次元形状計測装置１の筐体は、基板（基板ユニット）１１を固定するために用いるジオデシックドーム（Geodesic Dome）形状の半球状の基板フレーム１２と、基板フレーム１２に外接し、外光を防ぐための半球状の遮光ドーム１３と、基板フレーム１２の底部から突きだして設けられた被計測物載置部１４とを備えている。被計測物載置部１４は、光源位置推定用冶具と被計測物を設置でき、更に、例えば、可視光領域において反射率の低い素材にて構成されている。また、光源位置推定用冶具は、例えば、可視光領域において反射率の低い素材にて構成され、かつ紫外光の照射を受けて可視光領域にて蛍光発光を起こす素材にて構成されている。
【００１３】
半球状の遮光ドーム１３は、筐体フレーム１５により支持されて床面上に設置できるようになっている。基板フレーム１２および遮光ドーム１３については、上側の半球状の上側筐体１６についても同様に構成されており、筐体フレーム１５の上端の一辺を支点にして開閉でき、閉じた際に外光を完全に防ぐようになっている。また、筐体内部の光源からの光が遮光ドーム１３の内側に照射された際にも、遮光ドーム１３からは反射が起こらない構造（例えば、表面をつや消しで黒く加工する等）となっている。なお、遮光ドーム１３の形状は球でなくてもよく、必要に応じて形を変えることができる。被計測物載置部１４は、下方の基板からの３次元情報の取得を妨げないよう、被計測物に応じて最小の大きさとなるように変更することができる。また、被計測物に応じて被計測物載置部１４の高さを変更できるようにしてもよい。
【００１４】
図２は基板１１の構成例を示す図である。図２において、基板１１は、被計測物に光を照射して照明を行う照明素子（光源）１１１と、被計測物の撮像を行う撮像素子（カメラ）１１２と、基板フレーム１２と接続（ネジ止め等）するための基板固定部１１３とを備えている。本実施形態では、照明素子（光源）１１１として、２種類の波長の光、例えば、可視光と紫外光を切り替えられるようになっている。なお、図示の例では基板１１に照明素子１１１を１個、撮像素子１１２を６個としたものとしたが、照明素子１１１と撮像素子１１２の数と配置はこれに限られない。また、照明素子１１１による照明と撮像素子１１２による撮像は、素子毎に個別に制御を行うことができる。撮像素子１１２は、画像情報を得るだけではなく、例えば、ＴｏＦ（Time-of-Flight）カメラ等を用いて、画像情報のほかに撮像素子１１２から被計測物までの距離情報を得てもよい。
【００１５】
図３は基板１１の情報処理のためのハードウェア構成例を示す図である。図３において、基板１１は、前述した照明素子１１１および撮像素子１１２の他に、Ｉ／Ｆ（Interface）１１４と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１５と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１１６と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１１７と、Ｉ／Ｆ（Interface）１１８とを備えている。Ｉ／Ｆ１１４は、１または複数の照明素子１１１による照明を制御するとともに、１または複数の撮像素子１１２による撮像を制御する。ＣＰＵ１１５は、各基板１１における主たる制御を行う。ＲＯＭ１１６は、固定的なプログラムやデータを保持する。ＲＡＭ１１７は、取得した画像情報を含む動的なデータを保持する。Ｉ／Ｆ１１８は、ＰＣ（Personal Computer）等の情報処理装置２とデータ通信を行う。なお、情報処理装置２は３次元形状計測装置１の一部として筐体内に設けてもよいし、情報処理装置２の機能を各基板１１に分散してもよい。
【００１６】
図４は情報処理装置２のハードウェア構成例を示す図である。図４において、情報処理装置２は、システムバス２０１に接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）２０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０３、ＲＡＭ（Random Access Memory）２０４、ＮＶＲＡＭ（Non-Volatile Random Access Memory）２０５を備えている。また、情報処理装置２は、Ｉ／Ｆ（Interface）２０６と、Ｉ／Ｆ２０６に接続された、Ｉ／Ｏ（Input/Output Device）２０７、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）／フラッシュメモリ２０８、ＮＩＣ（Network Interface Card）２０９と、Ｉ／Ｏ２０７に接続されたモニタ２１０、キーボード２１１、マウス２１２等を備えている。Ｉ／Ｏ２０７にはＣＤ／ＤＶＤ（Compact Disk/Digital Versatile Disk）ドライブ等を接続することもできる。
【００１７】
図５は基板１１および情報処理装置２のソフトウェア構成例を示す図である。図５において、基板１１は、撮像・照明制御部１１０１と情報転送部１１０２とを備えている。これらはＣＰＵ１１５（図３）における所定のプログラムの実行により実現される。情報処理装置２は、演算制御部２１と情報転送部２２とを備えている。これらはＣＰＵ２０２（図４）における所定のプログラムの実行により実現される。
【００１８】
情報処理装置２の演算制御部２１は、各基板１１において動作させる光源およびカメラを決定して基板１１側に指示を行い、指定した光源による照明で指定したカメラで撮像を行って撮像された画像を取得するとともに、取得した画像に基づいて各種の情報処理を行う機能を有している。情報転送部２２は、情報処理装置２と基板１１の間で情報の転送を行う機能を有している。
【００１９】
基板１１の撮像・照明制御部１１０１は、情報処理装置２からの指示に基づき、指定された光源によって照明を行って指定されたカメラで撮像を行い、画像を要求元の情報処理装置２に応答する機能を有している。情報転送部１１０２は、基板１１と情報処理装置２の間で情報の転送を行う機能を有している。
【００２０】
＜照度差ステレオ法＞
物体の明るさは、均等拡散面のとき、面を観測する角度によらず、光源の強度とその方向によって決まる。ここで、図６（ａ）に示すように、面法線方向（ベクトルnの方向）を基準にθ方向からの光源によって面が照らされている場合を考えると、光源の強さをL、物体表面の反射率をρとして、画像中で観察される面の明るさxは次式
x=ρLcosθ
で表せる。
【００２１】
また、面法線方向と光源方向を表す３次元単位ベクトルをそれぞれn'、s'とすると、
cosθ=n'Ts'
より、
x=ρLn'Ts'
となる。更に、法線方向を表す単位ベクトルを反射率倍したものを
ρn'→n
とし、同様に光源方向を表す単位ベクトルを光源の強さ倍したものを
Ls'→s
とすると、次式
x=nTs
のように簡略化される。
【００２２】
ここで、図６（ｂ）に示すように、３つの異なる光源方向s1，s2，s3から順に物体を照らすことを考える。このとき観察される明るさをそれぞれx1，x2，x3とし、それらを要素とするベクトルx=(x1,x2,x3)Tは次式
xT=nT(s1,s2,s3)=nTS
で表される。
【００２３】
よって、光源方向と強さ、すなわち光源ベクトルがわかっているとすると、３×３の行列Sが既知となり、逆行列S-1を上式の両辺に右からかけることにより、次式
NT=xTS-1
のように面法線ベクトルnを得ることができる。
【００２４】
以上は物体表面上の１つの点に関するものであったが、同じ処理を入力画像の全ての画素に関して行うことにより、物体表面上の全ての点において面法線ベクトル、すなわち法線方向と反射率を推定することができる。このようにして物体表面上の全ての点において面法線ベクトルが決定されると、物体表面上の各点における面の向きと面法線ベクトルが一致するということを手がかりに、物体の３次元形状を得ることができる。
【００２５】
これが、光源位置情報を用いた照度差ステレオ法による３次元形状計測である。ここで、光源位置情報は、あらかじめ設計図などから算出しておいた光源位置座標を入力する方式や、クローム球などを用いて光源位置を推定する手法などがある。本実施形態では、球状の治具を用いた光源位置の推定を対象にしている。
【００２６】
＜光源位置の推定＞
前述したように、光源となる照明素子１１１は、２種類の波長の光、例えば、可視光と紫外光を切り替えられるようになっている。以下では、照明素子１１１を紫外光・可視光照射可能光源とも呼ぶ。また、光源位置推定用冶具は、例えば、可視光領域において反射率の低い素材にて構成され、かつ紫外光の照射を受けて可視光領域にて蛍光発光を起こす素材にて構成されている。被計測物載置部１４は、例えば、可視光領域において反射率の低い素材にて構成されている。以下では、上述した紫外光と可視光の例示に従って構成した場合について、図７に沿って説明する。
【００２７】
光源位置推定時は、図７（ａ）に示すように、紫外光・可視光照射可能光源により紫外光を照射する。光源位置推定用冶具JIGは紫外光を照射されると、素材に含まれた蛍光材料が紫外光によって励起され、蛍光発光を起こす。この状態で、蛍光発光を起こしている光源位置推定用冶具JIGをカメラにより撮像する。この蛍光発光の波長は可視光領域となるため、例えば可視光領域において感度のある一般的なカメラモジュールのカメラによって撮像可能であり、特殊な紫外光カメラ等を使用する必要がないため、コスト的に有利である。カメラによって撮像される光源位置推定用冶具JIGの輝度分布は、光源位置と撮像位置との関係によって決まる。次いで、撮像した光源位置推定用冶具JIGの輝度分布から光源の方向ベクトルを求める。そして、２以上の光源位置推定用冶具JIGから算出した光源の方向ベクトルの交点を求めることによって、紫外光・可視光照射可能光源の位置座標を求めることができる。
【００２８】
３次元形状計測時は、図７（ｂ）に示すように、紫外光・可視光照射可能光源により可視光を照射する。可視光が照射された場合、光源位置推定用冶具JIGは可視光領域では反射率の低い素材を使っているため、反射はほとんどなく、カメラによって撮像した場合に黒く見える。この状態で、被計測物OBJをカメラによって撮像する。撮像は、一般的な照度差ステレオ法を用いた３次元形状計測の場合と同じく、３以上の光源位置にて撮像する。最後に、先ほど求めた光源位置座標と対応する撮像画像から、図６で説明した方法等によって、被計測物OBJの３次元形状を計測する。
【００２９】
＜光源位置推定用冶具からの蛍光発光および反射＞
図８は光源位置推定用冶具JIGからの蛍光発光および反射の説明図である。先ず、図８（ａ）は光源位置推定時の状態である。光源位置推定用冶具JIGは紫外光が照射された場合に可視光領域にて蛍光発光する。これは、紫外光が照射されると可視光領域で発光する素材を用いているためである。例えば、365nmの紫外光を照射すると410nmで蛍光発光を行う素材がある。このような素材を用いた光源位置推定用冶具JIGに紫外光を当てた場合における、光源から照射される波長と光源位置推定用冶具JIGから蛍光発光が行われる波長およびそれぞれの強度を表したものが図８（ｂ）である。破線で示した棒グラフが光源から照射される光の波長と強度である。実線で示した棒グラフが、光源から照射される光を受けて、光源位置推定用冶具JIGから蛍光発光が行われる波長である。この場合、例えば、光源から波長365nmにてある強度の光を照射し、カメラによって波長410nmの蛍光発光によるある程度の強度の発光を観測できることを表している。
【００３０】
一方、図８（ｃ）は３次元形状計測時の状態である。光源位置推定用冶具JIGは可視光の照射を受けて、ほとんど反射を起こさない。これは、可視光領域において反射率の低い素材を用いているためである。例えば、波長400nm〜800nmの可視光に対して、低い反射率を持つ素材がある。このような素材を用いた光源位置推定用冶具JIGに波長400nm〜800nmの可視光を当てた場合の、光源の波長と反射光の波長およびそれぞれの強度を表したものが図８（ｄ）である。強度が大きい棒グラフが光源から照射される光の波長と強度である。強度が小さい棒グラフが、光源から照射される光を受けて、光源位置推定用冶具JIGから反射が行われる波長と強度である。この場合、例えば、光源から波長400nm〜800nmの可視光領域においてある強度の光を照射した場合、カメラによって同じく波長400nm〜800nmの可視光領域にてごく低い強度の反射となることを表している。
【００３１】
＜動作＞
図９は上記の実施形態の処理例を示すフローチャートである。図９において、ユーザは、先ず、３次元形状計測装置１の遮光ドーム１３を開け、被計測物OBJを被計測物載置部１４に設置する（ステップＳ１０１）。光源位置推定用冶具JIGは既に被計測物載置部１４に置かれており、その数は２以上である。そして、ユーザは遮光ドーム１３を閉じる。
【００３２】
その後、ユーザは、動作させる紫外光・可視光照射可能光源（照明素子１１１）およびカメラ（撮像素子１１２）を、情報処理装置２の演算制御部２１とのユーザインタフェースを介して選択する（ステップＳ１０２）。
【００３３】
次いで、情報処理装置２の演算制御部２１は、第１の紫外光・可視光照射可能光源から紫外光を発光させる（ステップＳ１０３）。紫外光は光源位置推定用冶具JIGと被計測物OBJに照射されるが、蛍光発光により光源位置推定用冶具JIGのみが可視光領域で認識される。
【００３４】
光源の紫外光が光源位置推定用冶具JIGに照射されている状態で、カメラによって撮像を行い、撮像データを取得する（ステップＳ１０４）。光源位置推定用冶具JIGと被計測物OBJが含まれる撮像データが得られるが、主として光源位置推定用冶具JIGが撮像されたものとなる。
【００３５】
撮像が終わった後、選択した光源の全てで撮像を行ったか否か判断する（ステップＳ１０５）。全てで撮像を行っていない場合（ステップＳ１０５のＮｏ）、第２の紫外光・可視光照射可能光源に光源位置を変更し（ステップＳ１０６）、その紫外光・可視光照射可能光源から紫外光を発光させ（ステップＳ１０３）、同じく光源の紫外光が照射されている状態で、カメラにて撮像を行う（ステップＳ１０４）。これを、紫外光・可視光照射可能光源の全てにおいて実施する。
【００３６】
全ての紫外光・可視光照射可能光源にて撮像した後（ステップＳ１０５のＹｅｓ）、撮像された画像から光源位置推定用冶具JIGの輝度分布を算出し、光源の方向ベクトルを求め、求めた光源の方向ベクトルの交点の座標を光源の位置座標とする（ステップＳ１０７）。
【００３７】
次いで、情報処理装置２の演算制御部２１は、第１の紫外光・可視光照射可能光源から可視光を発光させる（ステップＳ１０８）。可視光は光源位置推定用冶具JIGと被計測物OBJに照射されるが、光源位置推定用冶具JIGからの反射は低く、被計測物OBJのみが認識される。
【００３８】
光源の可視光が被計測物OBJに照射されている状態で、カメラによって撮像を行い、撮像データを取得する（ステップＳ１０９）。光源位置推定用冶具JIGと被計測物OBJが含まれる撮像データが得られるが、主として被計測物OBJが撮像されたものとなる。
【００３９】
撮像が終わった後、選択した光源の全てで撮像を行ったか否か判断する（ステップＳ１１０）。全てで撮像を行っていない場合（ステップＳ１１０のＮｏ）、第２の紫外光・可視光照射可能光源に光源位置を変更し（ステップＳ１１１）、その紫外光・可視光照射可能光源から可視光を発光させ（ステップＳ１０８）、同じく光源の可視光が照射されている状態で、カメラにて撮像を行う（ステップＳ１０８）。これを、紫外光・可視光照射可能光源の全てにおいて実施する。
【００４０】
全ての紫外光・可視光照射可能光源にて撮像した後（ステップＳ１１０のＹｅｓ）、図６にて説明した照度差ステレオ法等により、光源位置算出（ステップＳ１０７）で求められた光源位置を用い、被計測物OBJの３次元形状を算出する（ステップＳ１１２）。
【００４１】
＜拡張例＞
次に、光源位置算出に付随する処理について記載する。本実施形態では、基板ユニット（基板１１）毎にカメラおよび紫外光・可視光照射可能光源を複数備えている。この複数のカメラを利用して、光源の位置座標を更に精度良く推定することができる。すなわち、光源位置推定用冶具JIGを複数のカメラにて撮像し、カメラによって撮像した光源位置推定用冶具JIGの画像の中から、精度良く光源の位置ベクトルを算出できることが可能な画像を選択することによって、光源位置座標推定の精度を高くすることができる。具体的な処理例を以下に示す。
【００４２】
先ず、撮像された画像から光源位置推定用冶具JIGの輝度分布を算出する。次に、光源位置推定用冶具JIGの輝度分布を調べ、輝度値が最大となる部分が光源位置推定用冶具JIGの中心に近い画像を光源位置座標推定のための画像として選択する。そして、選択した画像から光源の位置ベクトルを算出し、その後、光源の位置座標を算出する。これは、輝度値が最大となる部分が光源位置推定用冶具JIGの中心から離れた画像の場合、中心に近い画像に比べて、光源位置座標の変化に対して画像座標の変化が少なくなり、光源の位置ベクトルを精度良く算出することができないためである。そのため、光源の位置ベクトルを精度良く算出できる、光源位置推定用冶具JIGの輝度値が最大となる部分が光源位置推定用冶具JIGの中心に近いものを選択して光源の位置ベクトルを算出することによって、精度の良い位置座標の算出が可能となる。
【００４３】
また、高速化のために、撮像された画像から光源位置推定用冶具JIGの輝度分布を算出する前に、光源位置推定用冶具JIGの輝度分布を算出するための画像を選択することも可能である。すなわち、カメラによって撮像した光源位置推定用冶具JIGの画像の中から、光源位置推定用冶具JIGの輝度分布を算出する画像をあらかじめ限定しておくことで、輝度分布の算出回数を減らし、高速化を実現することができる。具体的な実施例を以下に示す。
【００４４】
先ず、撮像された画像から光源位置推定用冶具JIGの範囲内において、輝度値が一定以上であるピクセル数を算出する。そして、輝度値が一定以上であるピクセル数があらかじめ設定した閾値以下の場合は、輝度分布の算出対象から外す。閾値は、例えば、光源位置推定用冶具の範囲内の全ピクセル数の半分に設定する。最後に、輝度分布算出対象の画像に対して、輝度分布の算出と光源の位置ベクトルの算出、光源の位置座標の算出を行う。これは、カメラと光源のなす各が小さいほど輝度値が一定以上であるピクセル数が多く、輝度分布の最大値の部分を用いた光源の位置ベクトルを正しく算出できるからである。逆に、輝度値が一定以上であるピクセル数が少ない場合、輝度分布の最大値の部分を用いて光源の位置ベクトルを算出しても、正しい位置ベクトルを算出することができない。そのため、まず撮像された画像から光源位置推定用冶具JIGの範囲内において、輝度値が一定以上であるピクセル数を算出し、ピクセル数が閾値以上であるものに対してのみ光源の位置ベクトルを算出することにより、信頼度の低い画像からの算出を行わないことによる高速化が期待できる。
【００４５】
また、上記の実施形態では、紫外光と可視光を例に説明したが、それらを第１波長光と第２波長光と読み替えて一般化し、紫外光と可視光の組み合わせ以外にも適用することができる。例えば、紫外光に代えて赤外光を用いることもできる。
【００４６】
更に、光源位置推定用冶具は蛍光発光により照射された紫外光を可視光に変換するものとしたが、可視光とともに紫外光にも感度を有するカメラを用いることにより、波長の変換を不要とすることもできる。
【００４７】
＜総括＞
以上説明したように、本実施形態によれば、被計測物載置部の周辺に光源位置推定用冶具が置かれたままであっても被計測物の３次元形状を正確に計測できる。
【００４８】
以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に定義された本発明の広範な趣旨および範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正および変更を加えることができることは明らかである。すなわち、具体例の詳細および添付の図面により本発明が限定されるものと解釈してはならない。
【００４９】
＜実施形態の用語と請求項の用語の対応＞
照明素子１１１は「光源」の一例である。光源位置推定用冶具JIGは「光源位置推定用冶具」の一例である。カメラおよび撮像素子１１２は「撮像手段」の一例である。撮像・照明制御部１１０１および演算制御部２１は「光源位置座標推定手段」の一例である。撮像・照明制御部１１０１および演算制御部２１は「演算手段」の一例である。
【符号の説明】
【００５０】
１            ３次元形状計測装置
１１          基板
１１１        照明素子
１１２        撮像素子
１１３        基板固定部
１１４        Ｉ／Ｆ
１１５        ＣＰＵ
１１６        ＲＯＭ
１１７        ＲＡＭ
１１８        Ｉ／Ｆ
１１０１      撮像・照明制御部
１１０２      情報転送部
１２          基板フレーム
１３          遮光ドーム
１４          被計測物載置部
１５          筐体フレーム
１６          上側筐体
２            情報処理装置
２１          演算制御部
２２          情報転送部
OBJ           被計測物
JIG           光源位置推定用冶具
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５１】
【特許文献１】特開２０１４−１１２０４３号公報
【非特許文献】
【００５２】
【非特許文献１】TRANSACTIONS ON PATTERN ANALYSIS AND MACHINE INTELLIGENCE, VOL.23, No.9, SEPTEMBER 2001, IEEE
【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９】
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【図１】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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