(57)【要約】【課題】災害が発生する危険がある区域又は災害が既に発生している区域において、対象物の形状の変化を、対象物を取り巻く環境によらずに、対象物から離れた安全な場所から、高精度で計測することができる装置を提供する。【解決手段】対象物の形状を計測するための３次元計測システムであって、（１）対象物に青色のパターン光を照射するための照射装置、（２）対象物からの反射光を撮影するための撮影装置、（３）該撮影装置において得た画像を処理してデータを保存するための画像処理装置であって、背景光の影響を取り除いた対象物の画像を得、背景光の影響を取り除いた対象物の画像から対象物の奥行を測定することができる画像処理装置、を包含するシステム。【選択図】図１４
2017075781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の形状を計測するための３次元計測システムであって、
（１）対象物に青色のパターン光を照射するための照射装置、
（２）対象物からの反射光を撮影するための撮影装置であって、
入射光量を制御するための入射光量制御手段、
該入射光量を電気信号に変換するための画像センサー、及び
該電気信号を画像として記憶するための画像記憶手段
を有する撮影装置、ただし、該画像記憶手段の出力が飽和しない特性を有し、該入射光量と該画像記憶手段の出力との関係が単調増加又は単調減少の関係である、並びに
（３）該撮影装置において得た画像を処理してデータを保存するための画像処理装置であって、
パターン光が照射された時の対象物の画像とパターン光が照射されていない時の対象物の画像との差分をとることによって、背景光の影響を取り除いた対象物の画像を得るための背景光除去手段、
背景光の影響を取り除いた対象物の画像から対象物の奥行を測定するための奥行測定手段、及び
背景光の影響を取り除いた対象物の画像と測定した奥行とを含む時系列のデータを保存するためのデータ保存手段
を有する画像処理装置
を包含する３次元計測システム。
【請求項２】
該パターン光が２次元ドットパターンを有する拡散光であることを特徴とする、請求項１に記載の３次元計測システム。
【請求項３】
入力光量と該画像記憶手段の出力との関係が直線性を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の３次元計測システム。
【請求項４】
該撮影装置による撮影範囲の所定の一部が指定できることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の３次元計測システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかの３次元計測システムを用いて対象物の形状を計測するための方法。
【請求項６】
対象物の形状を計測して警告を表示するための３次元計測警告システムであって、
（１）対象物に青色のパターン光を照射するための照射装置、
（２）対象物からの反射光を撮影するための撮影装置であって、
入射光量を制御するための入射光量制御手段、
該入射光量を電気信号に変換するための画像センサー、及び
該電気信号を画像として記憶するための画像記憶手段
を有する撮影装置、ただし、該画像記憶手段の出力が飽和しない特性を有し、該入射光量と該画像記憶手段の出力との関係が単調増加又は単調減少の関係である、
（３）該撮影装置において得た画像を処理してデータを保存するための画像処理装置であって、
パターン光が照射された時の対象物の画像とパターン光が照射されていない時の対象物の画像との差分をとることによって、背景光の影響を取り除いた対象物の画像を得るための背景光除去手段、
背景光の影響を取り除いた対象物の画像から対象物の奥行を測定するための奥行測定手段、
背景光の影響を取り除いた対象物の画像と測定した奥行とを含む時系列のデータを保存するためのデータ保存手段、及び
測定した奥行の経時的変化が所定の範囲を越える場合に警告を発するための警告発生手段
を有する画像処理装置、
（４）該警告発生手段によって発せられた警告を伝達するための警告伝達装置、並びに
（５）該警告伝達装置によって伝達された警告を表示するための警告表示装置
を包含する３次元計測警告システム。
【請求項７】
該パターン光が２次元ドットパターンを有する拡散光であることを特徴とする、請求項６に記載の３次元計測警告システム。
【請求項８】
入力光量と該画像記憶手段の出力との関係が直線性を有することを特徴とする、請求項６又は７に記載の３次元計測警告システム。
【請求項９】
該撮影装置による撮影範囲の所定の一部が指定できることを特徴とする、請求項６〜８のいずれかに記載の３次元計測警告システム。
【請求項１０】
該警告表示装置によって表示される警告が、背景光の影響を取り除いた対象物の画像に重ねて表示されるものであることを特徴とする、請求項６〜９のいずれかに記載の３次元計測警告システム。
【請求項１１】
請求項６〜１０のいずれかの３次元計測警告システムを用いて警告を表示するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の形状を計測するための３次元計測システムに関する。さらに詳しくは、本発明は、対象物の形状を計測するための３次元計測システムであって、（１）対象物に青色のパターン光を照射するための照射装置、（２）対象物からの反射光を撮影するための撮影装置、（３）該撮影装置において得た画像を処理してデータを保存するための画像処理装置であって、背景光の影響を取り除いた対象物の画像を得、背景光の影響を取り除いた対象物の画像から対象物の奥行を測定することができる画像処理装置、を包含するシステムに関する。本発明の３次元計測システムを用いると、土砂崩れ、洪水などの災害が発生する危険がある区域、又はそのような災害が既に発生している区域において、対象物（崖、斜面上の土砂、陥没道路、倒壊家屋、瓦礫、流木など）の形状（隆起や陥没の度合いなど）の変化を、対象物を取り巻く環境によらずに（つまり、昼夜・季節による日照条件の変化にもよらず、天候の変化にもよらず）、対象物から離れた安全な場所から、精度良く測定することができる。本発明はまた、対象物の形状を計測して警告を表示するための３次元計測警告システムであって、上記の３次元計測システムを含むシステムに関する。本発明の３次元計測警告システムを用いると、上記の対象物の形状の変化を高精度で計測し、災害等の危険に関する高精度の情報を伝えることができる。
【背景技術】
【０００２】
車両、人間などの対象物の動きを測定する装置として、対象物に対して特定の角度を付けた２つのカメラを用いたステレオ法のシステムが知られている。このような装置においては、２つの画像から、対象物の動きを測定する。例えば、特許文献１（日本国特開２０１５−０２５７３０号公報）においては、自動車の衝突防止のためのステレオ法の装置が開示されている。ステレオ法の装置においては、測定の対象物が予め形状がよく分かっている車両や人間などに限定されているため、対象物の形状特徴を利用することにより識別が容易であり、パターンマッチング等の手法を用いて精度のよい測定を行うことができる。しかし、土砂崩れなどの災害の現場の対象物のような、対象物の形状が分かっていない物に対しては、ステレオ法のシステムを適用することは難しい。
【０００３】
そこで、種々の対象物に対応するために、測定対象物にパターン光を照射し、対象物からの反射光を一つのカメラで受光し、カメラからの画像を解析することにより、対象物の形状の変化を測定する、アクティブステレオ法のシステムが開発されている。そのようなシステムの例として、キネクト（Ｋｉｎｅｃｔ；米国、マイクロソフト社製）を挙げることができる。しかし、キネクトは、屋内で主に人間の動きを検出することに使用されており、使用する環境が限定されている。また、照射パターン光を人間には見えないようにするため、遠赤外線を使用している。
【０００４】
災害時に土砂などの動きを計測する方法として、伸縮計やプリズムを災害現場で崖や道路に設置し、伸縮計の伸縮やプリズムからの反射光の時間的な変化から地面の変化を測定するシステムが知られている。たとえば、特許文献２（日本国特開２００３−３１５１１４号公報）は、土砂災害危険個所の地面に設置されたプリズムの反射光の時間的な変化から地面の変化を測定するための土砂災害監視システムを開示している。しかし、このようなシステムにおいては、予め伸縮計やプリズムを設置する場所が限定される上に、その設置のために災害現場に踏み入る必要があり、さらに、一度崩落した現場では２次災害を防止するために設置のために近づくことすら出来なくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国特開２０１５−０２５７３０号公報
【特許文献２】日本国特開２００３−３１５１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
土砂崩れ、洪水などの災害が発生する危険がある区域、又はそのような災害が既に発生している区域において、対象物（崖、斜面上の土砂、陥没道路、倒壊家屋、瓦礫、流木など）の形状（隆起や陥没の度合いなど）の変化を、対象物を取り巻く環境によらずに（つまり、昼夜・季節による日照条件の変化にもよらず、天候の変化にもよらず）、高精度で計測することができるシステムは、これまで存在しなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような状況下、本発明者らは、災害が発生する危険がある区域、又はそのような災害が既に発生している区域において、種々の対象物（崖、斜面上の土砂、陥没道路、倒壊家屋、瓦礫、流木など）の形状（隆起や陥没の度合いなど）の変化を、対象物を取り巻く環境によらずに（つまり、昼夜・季節による日照条件の変化にもよらず、天候の変化にもよらず）、対象物から離れた安全な場所から、高精度で計測することができるシステムを開発するために、鋭意検討を重ねた。その結果、本発明者らは、そのようなシステムは、対象物の形状を計測するための３次元計測システムであって、（１）対象物に青色のパターン光を照射するための照射装置、（２）対象物からの反射光を撮影するための撮影装置、（３）該撮影装置において得た画像を処理してデータを保存するための画像処理装置であって、背景光の影響を取り除いた対象物の画像を得、背景光の影響を取り除いた対象物の画像から対象物の奥行を測定することができる画像処理装置、を包含するシステムによって実現されることを知見した。上記の知見に基づいて、本発明は完成された。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の３次元計測システムを用いると、土砂崩れ、洪水などの災害が発生する危険がある区域、又はそのような災害が既に発生している区域において、種々の対象物（崖、斜面上の土砂、陥没道路、倒壊家屋、瓦礫、流木など）の形状（隆起や陥没の度合いなど）の変化を、対象物を取り巻く環境によらずに（つまり、昼夜・季節による日照条件の変化にもよらず、天候の変化にもよらず）、対象物から離れた安全な場所から、高精度で計測することができる。さらに、本発明の３次元計測システムにおいて照射されるパターン光は青色光であるので、システムが作動しているかどうかを目視で判定することもできる。また、本発明の３次元計測警告システムを用いると、上記の対象物の形状の変化を高精度で計測し、危険に関する高精度の情報を伝えることができる。さらに、本発明の３次元計測システム及び３次元計測警告システムは、携帯用として使用することができるので、運搬に便利である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の３次元計測警告システムの１態様の模式図である。
【図２】対象物、照射装置及び撮影装置の位置関係の１例である。
【図３】対象物、照射装置及び撮影装置の位置関係の１例を模式的に示す平面図である。
【図４】対象物の奥行を測定する原理を示したものである。
【図５】映像信号と横変位との関係を示す模式図である。
【図６】横変位を検出するための方法を示す模式図である。
【図７】日照条件が映像信号に与える影響を示す模式図である。
【図８】日照条件と画像センサーへの入力光量との関係を示す模式図である。
【図９】画像センサーへの入力光量と画像センサーの出力との関係を示す模式図である。
【図１０】差分出力から横変位ｄを求める方法を示す模式図である。
【図１１】高ダイナミックレンジを有する画像センサーの出力を示す模式図である。
【図１２】差分処理をした後のセンサー出力を示す模式図である。
【図１３】画像センサーの出力の歪みを示す模式図である。
【図１４】実施例１の３次元計測警告システムのブロック図である。
【図１５】実施例１の３次元計測警告システムの模式図である。
【図１６】実施例１の３次元計測警告システムにおける画像処理の操作を示す模式図である。
【図１７】実施例１における画像処理の操作を示すフローチャートである。
【図１８】実施例１における、予め指定した撮影範囲から基準点における反射パターンを測定するための操作を示すフローチャートである。
【図１９】実施例１の３次元計測警告システムにおける主動作のフローチャートである。
【図２０】実施例１の３次元計測警告システムにおける指令を示すコントローラー画面である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明によれば、
対象物の形状を計測するための３次元計測システムであって、
（１）対象物に青色のパターン光を照射するための照射装置、
（２）対象物からの反射光を撮影するための撮影装置であって、
入射光量を制御するための入射光量制御手段、
該入射光量を電気信号に変換するための画像センサー、及び
該電気信号を画像として記憶するための画像記憶手段
を有する撮影装置、ただし、該画像記憶手段の出力が飽和しない特性を有し、該入射光量と該画像記憶手段の出力との関係が単調増加又は単調減少の関係である、並びに
（３）該撮影装置において得た画像を処理してデータを保存するための画像処理装置であって、
パターン光が照射された時の対象物の画像とパターン光が照射されていない時の対象物の画像との差分をとることによって、背景光の影響を取り除いた対象物の画像を得るための背景光除去手段、
背景光の影響を取り除いた対象物の画像から対象物の奥行を測定するための奥行測定手段、及び
背景光の影響を取り除いた対象物の画像と測定した奥行とを含む時系列のデータを保存するためのデータ保存手段
を有する画像処理装置
を包含する３次元計測システム
が提供される。
【００１１】
本発明によれば、また、対象物の形状を計測して警告を表示するための３次元計測警告システムであって、上記の３次元計測システムを含むシステムが提供される。
【００１２】
次に、本発明の理解を容易にするために、本発明の基本的特徴及び好ましい諸態様を列挙する。
【００１３】
１．対象物の形状を計測するための３次元計測システムであって、
（１）対象物に青色のパターン光を照射するための照射装置、
（２）対象物からの反射光を撮影するための撮影装置であって、
入射光量を制御するための入射光量制御手段、
該入射光量を電気信号に変換するための画像センサー、及び
該電気信号を画像として記憶するための画像記憶手段
を有する撮影装置、ただし、該画像記憶手段の出力が飽和しない特性を有し、該入射光量と該画像記憶手段の出力との関係が単調増加又は単調減少の関係である、並びに
（３）該撮影装置において得た画像を処理してデータを保存するための画像処理装置であって、
パターン光が照射された時の対象物の画像とパターン光が照射されていない時の対象物の画像との差分をとることによって、背景光の影響を取り除いた対象物の画像を得るための背景光除去手段、
背景光の影響を取り除いた対象物の画像から対象物の奥行を測定するための奥行測定手段、及び
背景光の影響を取り除いた対象物の画像と測定した奥行とを含む時系列のデータを保存するためのデータ保存手段
を有する画像処理装置
を包含する３次元計測システム。
【００１４】
２．該パターン光が２次元ドットパターンを有する拡散光であることを特徴とする、前項１に記載の３次元計測システム。
【００１５】
３．入力光量と該画像記憶手段の出力との関係が直線性を有することを特徴とする、前項１又は２に記載の３次元計測システム。
【００１６】
４．該撮影装置による撮影範囲の所定の一部が指定できることを特徴とする、前項１〜３のいずれかに記載の３次元計測システム。
【００１７】
５．前項１〜４のいずれかの３次元計測システムを用いて対象物の形状を計測するための方法。
【００１８】
６．対象物の形状を計測して警告を表示するための３次元計測警告システムであって、
（１）対象物に青色のパターン光を照射するための照射装置、
（２）対象物からの反射光を撮影するための撮影装置であって、
入射光量を制御するための入射光量制御手段、
該入射光量を電気信号に変換するための画像センサー、及び
該電気信号を画像として記憶するための画像記憶手段
を有する撮影装置、ただし、該画像記憶手段の出力が飽和しない特性を有し、該入射光量と該画像記憶手段の出力との関係が単調増加又は単調減少の関係である、
（３）該撮影装置において得た画像を処理してデータを保存するための画像処理装置であって、
パターン光が照射された時の対象物の画像とパターン光が照射されていない時の対象物の画像との差分をとることによって、背景光の影響を取り除いた対象物の画像を得るための背景光除去手段、
背景光の影響を取り除いた対象物の画像から対象物の奥行を測定するための奥行測定手段、
背景光の影響を取り除いた対象物の画像と測定した奥行とを含む時系列のデータを保存するためのデータ保存手段、及び
測定した奥行の経時的変化が所定の範囲を越える場合に警告を発するための警告発生手段
を有する画像処理装置、
（４）該警告発生手段によって発せられた警告を伝達するための警告伝達装置、並びに
（５）該警告伝達装置によって伝達された警告を表示するための警告表示装置
を包含する３次元計測警告システム。
【００１９】
７．該パターン光が２次元ドットパターンを有する拡散光であることを特徴とする、前項６に記載の３次元計測警告システム。
【００２０】
８．入力光量と該画像記憶手段の出力との関係が直線性を有することを特徴とする、前項６又は７に記載の３次元計測警告システム。
【００２１】
９．該撮影装置による撮影範囲の所定の一部が指定できることを特徴とする、前項６〜８のいずれかに記載の３次元計測警告システム。
【００２２】
１０．該警告表示装置によって表示される警告が、背景光の影響を取り除いた対象物の画像に重ねて表示されるものであることを特徴とする、前項６〜９のいずれかに記載の３次元計測警告システム。
【００２３】
１１．前項６〜１０のいずれかの３次元計測警告システムを用いて警告を表示するための方法。
【００２４】
以下、本発明について添付の図面に参照して詳細に説明する。
【００２５】
本発明の３次元計測システムは、対象物の形状を計測するための３次元計測システムであって、（１）対象物に青色のパターン光を照射するための照射装置、（２）対象物からの反射光を撮影するための撮影装置、及び（３）該撮影装置において得た画像を処理してデータを保存するための画像処理装置、を包含する。また、本発明の３次元計測警告システムは、本発明の３次元計測システムを含む装置であって、（１）対象物に青色のパターン光を照射するための照射装置、（２）対象物からの反射光を撮影するための撮影装置、及び（３）該撮影装置において得た画像を処理してデータを保存するための画像処理装置（警告発生手段を含む）、（４）該警告発生手段によって発せられた警告を伝達するための警告伝達装置、及び、（５）該警告伝達装置によって伝達された警告を表示するための警告表示装置、を包含する。
【００２６】
本発明の３次元計測システム及び３次元計測警告システムにおいて行われる計測は、アクティブステレオ法による計測である。アクティブステレオ法による計測であるために、危険な測定区域から離れて測定でき、種々の対象物に対応できる。また、本発明の３次元計測システム及び３次元計測警告システムにおいては、対象物を取り巻く環境によらずに（つまり、昼夜・季節による日照条件の変化にもよらず、天候の変化にもよらず）、精度良く測定することができる。
【００２７】
図１に、本発明の３次元計測警告システムの１例を示す。この例においては、計測・監視の対象物は、危険区域に指定されている道路脇の崖（斜面上の土砂）であり、３次元計測警告システムは、崖に離れて設置され、天候や昼夜を問わず、崖の動きを常時計測・監視している。図１においては、３次元計測ユニットは照射装置と撮影装置とを含み、照射装置と撮影装置との相対的な位置は固定されている。また、監視・処理用パソコンは画像処理装置の機能と警告伝達装置の機能とを有し、警告表示装置はレーザメッセージプロジェクターである。崖の動きがある限度を超えると警告を発し、道路を通過する車両にレーザ光を用いて「危険  進入禁止」という警告文字メッセージを投射する。
【００２８】
図２に、対象物、照射装置及び撮影装置の位置関係を示す。照射装置は、対象物に斜めからパターン光を照射できるように設置されている。撮影装置（図２ではカメラ）は、パターン光の反射光を対象物の正面にレンズ面を向けるように設置されている。図２に示す例では、照射されるパターン光は、ドットを２次元平面上に等間隔に配置したレーザ光である。
【００２９】
図３には、さらに対象物の面に垂直な平面上に配置された撮影装置（カメラ）と照射装置との幾何学的な位置関係を示した。撮影装置（カメラ）と照射装置とは地面に対して略水平な面に設置される。
【００３０】
本発明において計測の対象とする物（対象物）については特に限定はないが、対象物としては、主として、土砂崩れ、洪水などの災害が発生する危険がある区域又はそのような災害が既に発生している区域（以下、このような区域をしばしば単に「危険区域」と称する）にある物体（崖、斜面上の土砂、陥没道路、倒壊家屋、瓦礫、流木など）が想定されている。
【００３１】
対象物に照射されるパターン光は、レーザ光であって、青色光である。本発明において青色光とは、波長が４０５ｎｍの可視光線を意味する。この波長は、厳密に４０５ｎｍでなくてもよく、青色光のレーザとして、例えば、市販の青紫レーザ（発振波長帯は、４００〜４１０ｎｍ）を用いることができる。
【００３２】
青色光は可視光線の中で水の吸収が最も少ないので、本発明においては、晴天から雨天へといった天候の変化によらずに、高精度の測定ができる。また、青色光は太陽光の可視光帯域の中でも強度が小さいので、日照条件が変化しても、その影響を受けにくくなる。さらに、青色光に対しては人間の視感度が高いので、パターン光が照射されて反射してくる状態を目又はカメラの画像により直接見ることができるので、本発明のシステムが作動しているかどうかを容易に判断することができる。
【００３３】
対象物に照射されるパターン光は一定のパターンを有する。パターンには特に限定はないが、本発明においては、通常、２次元の周期ドットパターン（ドット間の距離が等しいパターン）を用いる。ドットの例として、縦１３点、横１１点（合わせて１４３点）のドット、縦１２点、横１６点（合わせて１９２点）のドットが挙げられる。
【００３４】
対象物に照射されるパターン光は、通常、拡散光である。
【００３５】
危険区域では、測定領域内で人間が倒れて動けなくなったり、救助の人員が測定領域に入って作業をしたりすることにより、パターン光を直視することが起こる可能性がある。本発明においては、この場合にも目に損傷を与えないようにするため、パターン光のパワーを、安全基準が満たされる範囲で一定に保つように制御する。安全基準が満たされることにより、人間に照射されても安全であり、人間が当該区域に立ち入って救助活動などを行っても２次災害の恐れはなくなる。環境が変化しても、照射パターン光のパワーは一定とされる。レーザの出力は、安全基準が満たされる限り、特に限定はない。レーザの出力の例として、３００ミリワットの最大出力を挙げることができる。
【００３６】
パターン光の照射は、パルス照射（たとえば、０．０１秒間のパルス照射）であることが好ましい。また、パターン光を照射するときには、回折光学素子（ＤＯＥ）を用いることが好ましい。このような構成により、本発明の３次元計測システムでは、消費電力を節約することができるので、バッテリー駆動が可能になる。
【００３７】
本発明の３次元計測システムについて、詳しく説明する。上記のように、本発明の３次元計測システムは、（１）対象物に青色のパターン光を照射するための照射装置、（２）対象物からの反射光を撮影するための撮影装置、及び（３）該撮影装置において得た画像を処理してデータを保存するための画像処理装置、を包含する。
【００３８】
照射装置は、対象物に青色のパターン光を照射することができる装置であれば、特に限定はない。照射装置は、照射されるパターン光の光源であるレーザの温度を一定に保つためのペルチェ素子を備えることが好ましい。照射されるパターン光の光源であるレーザの温度をペルチェ素子を用いて一定に保つことにより、照射されるパターン光（レーザ）の波長を一定に保ち、測定の精度を維持することができる。
【００３９】
撮影装置は、
入射光量を制御するための入射光量制御手段、
該入射光量を電気信号に変換するための画像センサー、及び
該電気信号を画像として記憶するための画像記憶手段
を有する。ただし、該画像記憶手段の出力が飽和しない特性を有し、該入射光量と該画像記憶手段の出力との関係が単調増加又は単調減少の関係である。
【００４０】
入射光量制御手段は、対象物からの反射光として撮影装置に入射する光の量を制御することができるものであれば、特に限定はない。入射光量制御手段として、シャッター、絞り等を用いることができる。入射光量制御手段により、露光開始タイミング、露光時間などを制御することができる。
【００４１】
画像センサーについても、特に限定はない。画像センサーとして、通常のデジタルカメラにおいて用いるものを用いることができる。
【００４２】
画像記憶手段についても、特に限定はない。画像記憶手段として、通常のデジタルカメラにおいて用いるものを用いることができる。パターン光が照射された時の対象物の画像とパターン光が照射されていない時の対象物の画像とは、画像記憶手段によって記憶される。パターン光が照射された時の対象物の画像は、パターン光が照射されている時間内に露光を開始して終了する撮影によって得ることができる。
【００４３】
太陽光の照射光量は、真夜中から昼間になるにつれて約５桁変化する。画像センサーや画像記憶手段の出力は、このように入射光量が変化しても飽和しない特性を有するものでなければならない。通常のカメラに用いる画像センサーのダイナミンクレンジは２桁から３桁しかないので、そのままでは飽和してしまう。そこで、画像センサーに入力する光量のレンジをケース（後述する入力条件）ごとに切り替えることが考えられる。光量のレンジを変えるための手法としては、（１）カメラのシャッター速度（露光時間）又は絞りを変える、（２）画像センサーにあるゲイン設定手段を変える、（３）自動利得調整機能を作動させる、などが挙げられる。なお、現在、約５桁のダイナミックレンジを持つ画像センサーが開発されており、このような高ダイナミックレンジの画像センサーを用いるのであれば、画像センサーや画像記憶手段の出力は飽和しない特性を有するものとなる。
【００４４】
入射光量と該画像記憶手段の出力との関係は、単調増加又は単調減少の関係でなければならない。
【００４５】
入力光量と該画像記憶手段の出力との関係は、直線性を有することが好ましい。入力光量と該画像記憶手段の出力との関係が直線性を有するとは、入力光量をｘ、出力をｙとしたときに「ｙ＝ａｘ＋ｂ（ａ、ｂは定数）」という関係が成り立つことを意味する。
【００４６】
画像処理装置は、
パターン光が照射された時の対象物の画像とパターン光が照射されていない時の対象物の画像との差分をとることによって、背景光の影響を取り除いた対象物の画像を得るための背景光除去手段、
背景光の影響を取り除いた対象物の画像から対象物の奥行を測定するための奥行測定手段、及び
背景光の影響を取り除いた対象物の画像と測定した奥行とを含む時系列のデータを保存するためのデータ保存手段
を有する。
【００４７】
背景光除去手段は、パターン光が照射された時の対象物の画像とパターン光が照射されていない時の対象物の画像との差分をとることによって、背景光の影響を取り除いた対象物の画像を得るためのものである。差分をとる方法は、通常の画像処理において行うのと同様の方法である。
【００４８】
奥行測定手段は、背景光の影響を取り除いた対象物の画像から対象物の奥行を測定するためのものである。対象物の奥行を測定するための方法については、後述する。
【００４９】
データ保存手段は、背景光の影響を取り除いた対象物の画像と測定した奥行とを含む時系列のデータを保存するためのものである。このようなデータ保存手段としては、市販のものを用いることができる。
【００５０】
小動物などの侵入による計測のエラーは、侵入している時間が短いことから、時間フィルタリングをかけることによって低減・防止することができる。
【００５１】
危険区域の監視においては、監視している領域の中で特に注目する一部の範囲を指定して、精度よく測定したい場合が生じる。このような場合とは、危険区域内で特に基準として使用したい対象物からの反射パターンを予め計測するために指定する場合や、災害発生後に２次災害を誘発しそうな対象物を特に指定する場合などである。このような観点から、撮影装置による撮影範囲の所定の一部が指定できることが好ましい。指定する範囲は、撮影装置によって得た画像に基づいて決定することができる。デジタルカメラの場合には、パターン光が照射されていない時の画像から、当該所定の一部に対応する画像メモリの記憶アドレスを指定することによって、当該範囲を指定することができる。
【００５２】
危険区域の監視においては、また、対象物の奥行きを安定に測定することができない場合がある。たとえば、対象物が葉っぱの茂った木々である場合、極端に反射光が弱い場合などである。このような場合に、安定して測定ができる範囲を、撮影可能な範囲の中から指定する。
【００５３】
対象物の奥行を測定する原理について説明する。測定の対象物が地面（土砂）であって、地面に隆起や陥没が生じた場合、その隆起の高さや陥没の深さは対象物の奥行として測定される。以下、図４を用いて、対象物の奥行を測定する原理について説明する。
【００５４】
ドットパターンを２次元の周期ドットパターンとして、説明する。測定対象面にドットパターンを照射した状態を測定対象面に垂直な面上で観察すると、対象物の面１に照射されるドット●が並んだ面はパターン入射角θ（図３に示すパターン入射角θと同じ）だけ傾いて入射する。同様に、面１から深さｈだけ奥まった面２に照射されるドットが並んだ面は略角度θだけ傾いて入射している。対象物の正面にレンズがあるカメラの画像では、深さｈから反射されるドットはドット●からの位置が横変位ｄだけシフトしたように観察される。
【００５５】
図３のように基線長をｌ、カメラから対象物までの距離をＬとすると、図４から次の式（１）及び（２）が得られる。
ｄ／ｈ  ＝  ｔａｎθ  ＝  ｌ／Ｌ      式（１）
ｈ  ＝  ｄ（Ｌ／ｌ）                  式（２）
【００５６】
横変位ｄを知ることができれば（横変位ｄの求め方については、後述する）、上記式（２）により深さｈを知ることができる。
【００５７】
画像センサーの出力はそのまま画像記憶手段の出力となることが多いので、以下、画像センサーの出力を画像記憶手段の出力と看做して、説明する。
【００５８】
図４における面１、面２に、短くて明るい色のブロック、長くて暗い色のブロックがそれぞれ並べられている場合の、横変位と映像信号（画像センサーの出力）との関係を、図５に示す。図５の（ａ）は、図４における面１、面２に、短くて明るい色のブロック、長くて暗い色のブロックがそれぞれ並べられている状態を示したものである。暗い色のブロックは、深さｈだけ奥まっている。撮影装置（カメラ）の正面から見た、短くて明るい色のブロック、長くて暗い色のブロックから反射してくるドットパターンを、図５の（ｂ）に示した。明るいブロックでは、ドットのある位置から横変位ｄだけ外れたところからドット●が始まっている。
【００５９】
パターン光が照射されていないときに上記の２つのブロックに太陽光が照射された状態をカメラで撮影した場合の、水平線１に沿った横変位と映像信号との関係は、図５の（ｃ）のように表せる。図５の（ｃ）において、横軸は水平線１に沿った横変位を表し、縦軸は水平線１の上での映像信号を表す。
【００６０】
上記の２つのブロックに一定の光の強度をもつ２次元ドットパターンを照射して、対象物からの反射光をカメラで撮影した場合の、水平線１に沿った横変位と映像信号との関係は、図５の（ｄ）のように表せる。図５の（ｃ）において、横軸は水平線１に沿った横変位を表し、縦軸は水平線１の上での映像信号を表す。受光した際、パターン反射光と太陽光の反射光とが画像センサー上で合わされると、映像信号は、パターン反射光と太陽光との反射光のエネルギー（光の強度で表せる）の単純加算となる。ここで、暗いブロックからのパターン光の強度は明るいブロックからのそれに比較して小さくなる。実線で示すパルス状の信号がパターンによる信号である。薄い線は奥にあるブロックからのパターンによる仮想的な信号であり、比較のために示した。
【００６１】
図６を用いて、横変位ｄを検出するための信号処理について述べる。図６の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図５の（ｃ）及び（ｄ）と同じである。対象物の反射率によって、パターンのみの反射光の強度も太陽光による反射光の強度も大きく変化する。カメラの出力が両者の和となることから、予めパターンを照射しない太陽光だけの反射光の強度を記憶しておき、パターン光をも照射した場合のカメラの出力から差し引くことにより、パターン光のみの反射光の強度を検出することができる。図６の（ｃ）に差し引いた結果を示す。この結果（差分信号）から反射パターンの存在する位置を表す信号を通常の画像処理を用いて検出すると、図６の（ｄ）のようになる。位置を表す信号の間隔ｔ１、ｔ３、ｔ４は、ドットの間隔に対応するので、等しい値になる。ｔ２ではドット間隔から横変位ｄだけシフトしているので、
ｄ  ＝  ｔ２−ｔ１                        式（３）
が得られる。パターンの周期が同じであることから、実測したｔ１、ｔ３、ｔ４の平均値を用いて
ｄ  ＝  ｔ２−（ｔ１＋ｔ３＋ｔ４）/３      式（４）
となる。
【００６２】
実際の横変位ｄは以下のように算出する。撮影装置（カメラ）と照射装置との間隔ｌを基準長とする。３次元計測システムから対象物まで距離Ｌ離れた状態で、カメラが撮影している現場での領域の大きさをカメラの光学系と画像センサーの形状とから求める。すると、撮像画像のピクセルあたりの対象物の変位量への変換係数が分かる。こうして求められる変換係数から、式（３）又は式（４）を用いて、横変位ｄを知ることができる。
【００６３】
横変位ｄが求められれば、上記のように、深さｈは横変位ｄを用いて式（２）から計算することができる。
【００６４】
上記のように、太陽光の強さは、昼間と夜間とで、また、夏と冬とで、大きく異なる。このような日照条件の相違が撮影装置の画像センサーの出力に与える影響について、図７のモデルを用いて説明する。対象物の範囲を反射率の大きさに単純に対応させたモデルを図７の（ａ）のように作成する。すると、パターン光を照射した場合の反射光は図７の（ｂ）のようになる。パターン光の照射強度を絶対値一定に設定することから、対象範囲の広がりに対応する反射光は絶対値として表される。ある太陽光の照射条件でパターン光を照射した場合、対象物からの反射光は図７の（ｃ）のようになる。パターン反射光と太陽光の反射光とが画像センサー上で合わされると、その出力は、パターン反射光（ドットで表した領域）と太陽光の反射光（斜線で表した領域）のエネルギーの単純加算となる。この斜線の領域は太陽光の強度と対象物の反射率との積で決まる。
【００６５】
図８に、日照条件と画像センサーへの入力光量との関係を示す。上記のように、太陽光の強さは、昼間と夜間とで、また、夏と冬とで、大きく異なる。これに応じて、対象物からの反射光の画像センサーへの入力は、図８に示すように大きく変化する。図８では、真夜中の明かりを基準値として、画像センサーへの入力光量を縦軸にとり、横軸に、撮影対象範囲Ｗ（対象物の存在する範囲）を示した。太陽光の条件は、ケース１では真夜中、ケース２では夕方又は明け方、ケース３では春又は秋の昼間、ケース４では夏の昼間とした。太陽光の照射光量は約５桁変化するので、昼間では太陽光による反射光が支配的になり、一定の光量であるパターン光はほとんど識別できなくなる。
【００６６】
図９に、画像センサーへの入力光量（横軸）と画像センサーの出力（縦軸）との関係を示す。入力光量（横軸）についても出力（縦軸）についても、ケース１（真夜中）、ケース２（夕方又は明け方）、ケース３（春又は秋の昼間）の３通りを示した。図９から分かるように、画像センサーへの入力がケース１からケース３まで変化すると、画像センサーの出力は大きく変化する。上記のように、通常のカメラの画像センサーのダイナミックレンジは２桁ないし３桁しかないので、そのままでは飽和してしまう。
【００６７】
飽和しないようにするために、画像センサーへの入力光量のレンジをケースごとに切り替えることが考えられる。光量のレンジを変える手段としては、
（１）カメラのシャッター速度又は絞りを変える、
（２）センサーにあるゲイン設定手段を変える、
が挙げられる。（１）と（２）とはレンジを変える機能に関しては等価の効果を持つ。
【００６８】
例えば、ゲインを切り替えた場合の効果をケース１で見ると、ゲイン１に設定すると、ケース１の入力光量の相対値１００から上の光量が出力されるが、入力光量の相対値Ｌ１で出力は飽和する。ゲイン２に設定すると、ゲイン２の折れ点Ｌ３から出力が現れ、ケース１の入力光量の最大値Ｌ２は飽和することなく出力に現れる。ゲイン１の飽和入力光量Ｌ１とゲイン２の折れ点入力Ｌ２とを一致させることにより、ゲイン１で飽和した撮影対象範囲からの出力をゲイン２で出力させることができる。ゲイン１の出力にゲイン２の出力を加算することにより、ケース１における全撮影領域からの反射光量を求めることができる。ケース２、ケース３についても同様な効果がある。ケース４については、さらに折れ点入力光量をゲイン２の飽和入力量と同じ値である１０４に設定したゲイン３を設定すれば同様な効果を生じる。
【００６９】
図６を用いて上で説明したように、横変位を測定するために、予めパターンを照射しない太陽光だけの反射光の強度を記憶しておき、パターンも照射した画像センサーの出力から差し引くことにより、パターンのみの反射光の強度を検出し、横変位を求めることができる。ゲイン切り替えを用いる場合には、横変位の検出に、ゲイン設定とカメラ出力の記憶方法及び差分方法に関して３つの組み合わせ方法がある。すなわち、
（１）ゲイン１、２、３のセンサー出力を加算して記憶し、差分をとり、横方向を検出する、
（２）ゲイン毎にセンサー出力を記憶し、差分をとり、ゲイン毎の差分出力を加算して、横変位ｄを求める、
（３）ゲイン毎にセンサー出力を記憶し、差分をとり、ゲイン毎に横変位量ｄを検出して、その後横変位ｄを合成する、
の３つの方法である。
【００７０】
図１０は、差分出力から横変位ｄを求める方法を示す模式図である。図１０を用いて、上記（２）の方法について説明する。ケース１の場合に、ゲイン１のパターン光無しの反射光の出力を記憶し、パターン光有りの反射光の出力を差し引くとゲイン毎の撮影対象に対するセンサーの出力は図１０の（ａ）のようになる。そこでゲイン１とゲイン２の和をとると図１０の（ｂ）のようになり、全撮影対象の反射光量を正確に得ることができる。ケース２の場合には、ゲイン１の撮影対象と反射光量の関係は歪むが、ゲイン２の出力との和をとることにより合成出力は図１０の（ｄ）のように正確な対応関係となる。ケース３については、図１０の（ｅ）に示すようにゲイン１では特定撮影対象の出力が無くなるが、ゲイン２の出力との和をとることにより図１０の（ｆ）の様になり光量の全体量は少なくなるが測定対象とは正確な対応関係となる。正確な対応関係がないと、図６の（ｃ）で示すパターン信号が歪み、ｔ２やｔ３を正確に求めることができないため、横変位ｄも正確に検出することができなくなる。
【００７１】
対象物とパターン光からの反射光量との関係を正確に検出する方法は、ゲインを切り替えるほかに存在する。例えば、図１１に示す高ダイナミックレンジの画像センサーを使用する方法である。現在、約５桁のダイナミックレンジを持つ画像センサーが開発され市販されている。このような画像センサーを使うと、図１１に示すように、ケース１からケース２、ケース３のように太陽光の強さが変化しても、飽和することなく画像センサーの出力が得られる。図１２に、差分処理をした結果を示す。ケース１、２、３の撮影対象範囲と画像センサーの出力とは、図１０の（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）と同様に正確な対応関係が得られる。
【００７２】
正確な対応関係を実現するためには、飽和することがない出力特性だけでは不十分であり、入射光量と画像記憶手段の出力との関係が単調増加又は単調減少の関係であることが必要である。さらに、入射光量と画像記憶手段の出力との関係は直線性を有することが望ましい。何故なら、高い入力レベルにおける微分係数（入出力特性を関数とみなすと）と低い入力レベルにおける微分係数が異なると、パターン光の反射光に対するセンサー出力は図１３に示すように歪んでくるからである。差分の処理により太陽光（背景光は昼間では太陽光からの直接照射が主であるが、夜間では月や他の光源からの光が主となる）による影響は除去できても、レベルの高低による出力の歪みは除去できない。差分後の信号処理（図６の（ｃ）、（ｄ）に示した）によるパターンの周期とシフトを検出するときに、上記歪は誤差を生じさせる。
【００７３】
上記のように、対象物を取り巻く環境は、雨天から晴天、夜間から昼間、夏から冬と大きく変化する。画像センサーへの入力レベルは略５桁ほど変化する。前述のようにゲイン切り替えや高ダイナミックレンジを有する画像センサー、自動利得調整により入力光量の変化には対応できるが、画像センサーの直線特性からのずれによる歪の影響は避けられない。部品管理や厳格な部品仕様はコスト増に繋がる。歪への対策として、製品出荷時に予めすべての画像センサーの各画素について入出力特性の直線性からのずれを測定しておくことが考えられる。
【００７４】
また、パターン照射光学系、カメラの光学系についても光学的な歪があるので合わせて予め測定し、差分後の信号処理において補正することが好ましい。
【００７５】
本発明の３次元計測システムを危険区域に設置する際には、設置のための事前の準備を必要とする。危険区域では、システムを対象物に向けて設定しなくてはならない。対象物との距離は、目視で或る程度は判定できるが、正確な値は不明なことが多く、対象物のある危険区域に立ち入ることができないと測定はできない。したがって、撮影装置（カメラ）を対象物の真正面に置き、パターン光を投射して、反射光を撮影装置（カメラ）で受光しパターン光を観察する。カメラの光学系と画像センサーの形状とが決まると、対象物に照射されているパターン光のドット周期（ドット同士の間隔）は対象物までの距離と投射角度とにより決まる。入射光量と画像記憶手段の出力との関係が単調増加又は単調減少の関係であれば、画像センサーに入力する光量に依らず、ドットに対応する信号の間隔は一定に保たれる。所定の周期内になければ、撮影光学系や基準長、照射装置を調整する必要がある。
【００７６】
次に、特定の対象物についてパターンの横変位を観測する。もし基準になる形状がすでに分かった対象物をサンプルとしておけるならこれを用いて奥行を直接測定し、その値が許容値内にあることを確認する。その値が許容値内になければ、前記設定調整を行う。サンプルがなければ、又は危険区域に近づけない場合には、光量レベル差が大きい特定対象物のパターンの横変位を観測しながら入力光量の大きさを変化させても横変位の変化量が許容値内にあることを確認する。入力光量の変化範囲は測定範囲での背景光の変化を予想して決める。
【００７７】
このような準備により、本発明の３次元計測システムを危険区域において正常に作動させることができる。また、上記特定対象物は、装置が正常に動作しているかチェックするときの当該危険区域における基準点となる。
【００７８】
本発明の３次元計測警告システムについて、詳しく説明する。本発明の３次元計測警告システムは、対象物の形状を計測して警告を表示するためのシステムであって、本発明の３次元計測システムを含むシステムである。本発明の３次元計測警告システムは、（１）対象物に青色のパターン光を照射するための照射装置、（２）対象物からの反射光を撮影するための撮影装置、及び（３）該撮影装置において得た画像を処理してデータを保存するための画像処理装置（警告発生手段を含む）、（４）該警告発生手段によって発せられた警告を伝達するための警告伝達装置、及び、（５）該警告伝達装置によって伝達された警告を表示するための警告表示装置、を包含する。
【００７９】
照射装置及び撮影装置は、それぞれ、３次元計測システムの場合と同様である。これらの操作についても、３次元計測システムの場合と同様である。
【００８０】
画像処理装置は、
パターン光が照射された時の対象物の画像とパターン光が照射されていない時の対象物の画像との差分をとることによって、背景光の影響を取り除いた対象物の画像を得るための背景光除去手段、
背景光の影響を取り除いた対象物の画像から対象物の奥行を測定するための奥行測定手段、
背景光の影響を取り除いた対象物の画像と測定した奥行とを含む時系列のデータを保存するためのデータ保存手段、及び
測定した奥行の経時的変化が所定の範囲を越える場合に警告を発するための警告発生手段
を有する。つまり、本発明の３次元計測警告システムにおいて用いる画像処理装置は、本発明の３次元計測システムにおいて用いる画像処理装置の必須の構成要素に、警告発生手段を加えたものである。
【００８１】
背景光除去手段、奥行測定手段及びデータ保存手段は、それぞれ、３次元計測システムにおいて用いる画像処理装置の場合と同様である。これらの操作についても、３次元計測システムの場合と同様である。
【００８２】
警告発生手段は、通常のものを用いることができる。
【００８３】
警告伝達装置は、通常のものを用いることができる。たとえば、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）という無線システムを用いれば、危険区域から数百メートル離れた場所に配線なしで警告を伝達することができる。
【００８４】
警告を表示するための警告表示装置は、通常のものを用いることができる。警告表示装置の例として、レーザメッセージプロジェクターが挙げられる。
【００８５】
警告の表示の様式については、特に限定はない。単に警告を表す文字等（たとえば、「警告」、「危険」という文字）が表示された画面を表示するだけでもよい。しかし、危険区域の状況を視覚的に人間に伝えるという観点からは、背景光の影響を取り除いた対象物の画像に警告を表す文字等（たとえば、「警告」、「危険」という文字）が重ねて表示されるものであることが好ましい。
【実施例１】
【００８６】
本発明の３次元計測警告システムの１つの具体的態様について説明する。この態様の３次元計測警告システムの外観は、図１に示したものと同様である。３次元計測ユニットは照射装置と撮影装置（カメラ）とを含み、監視・処理用パソコン（図１を参照）は画像処理装置の機能と警告伝達装置の機能とを有し、警告表示装置はレーザメッセージプロジェクターである。レーザメッセージプロジェクターは、警告伝達装置により伝達される警告を、危険区域に近づきつつある人間が認識できるように表示する。
【００８７】
図１４は実施例１の３次元計測警告システムのブロック図である。図１４においては、照射装置は照射ユニットであり、撮影装置はカメラである。また、図１４においては、画像処理装置及び警告伝達装置は、それぞれ、ＰＣ（パソコン）及び送信機（無線モジュール）である。
【００８８】
照射ユニット２００では後述するカメラトリガ２０１、イネーブル２０２、発光パルス２０３の各種制御信号をマイコンが発生させる。カメラトリガ２０１はカメラ２０４に入力され、撮像するタイミングを決める。撮像した画像２０５は信号線２０６を介してＰＣ（パソコン）に送られる。イネーブル２０２、発光パルス２０３はＬＤドライバ（レーザドライバ）２０７に入力され、青色発光レーザの発光を制御する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０８により作成された電圧をペルチェドライバ２０９に供給し、ペルチェドライバ２０９の出力２１０を照射光学系２１１に入力させる。画像処理装置であるＰＣ（パソコン）は警告発生手段を含み、警告発生手段において発生される警告信号は警告伝達装置である送信機（無線モジュール）２１２に入力され、該警告信号は送信機（無線モジュール）２１２からレーザメッセージプロジェクター２１３の無線モジュール２１４に電波により伝えられる。無線モジュール２１４の出力がＬＤドライバ２１５に入力され、警告信号が到着するとレーザを発光し、危険区域に近づきつつある人間が認識できるように警告メッセージを投影する。
【００８９】
図１５は、図１４に記載された照射光学系２１１の模式図である。図１５において、ペルチェ素子３０１を張り付けた青色発光レーザ３００から放射されたパターン光が、回折光学素子（ＤＯＥ）３０２に入射して回折され２次元ドットパターンの拡散光３０３となって放射される。ドット数は縦１３点、横１１点（合わせて１４３点）であり、照射距離１０ｍ先で３．６メートル×３メートルの領域に２次元ドットパターンが広がって照射されることになる。ペルチェドライバ２０９の出力２１０はペルチェ素子３０１に入力され、ペルチェ素子３０１に張り付けられた青色発光レーザ（発振波長は４０５ｎｍ、最大出力３００ミリワット）の温度を常に一定温度に保っている。
【００９０】
図１６は、実施例１における画像処理の操作（差分画像の取り方）を示す模式図である。以下、図１６に参照して、実施例１における画像処理の操作を説明する。イネーブル２０２はＨｉｇｈレベルでレーザＯＦＦ、ＬｏｗレベルでレーザＯＮの動作をＬＤドライバ２０７に指令し、レーザ発光を制御する。カメラトリガ２０１は立ち上がりでカメラのシャッターが開き、Ｈｉｇｈレベルの期間だけシャッターが継続して開き、期間を変えることにより露光時間（０．１ミリ秒から１００ミリ秒の期間）を制御できる。発光パルス２０３はカメラトリガ２０１と同時の立ち上がりでレーザを発光させ、パルス幅の間、パターン光を照射し続ける。この照射時間はカメラトリガ２０１の露光時間に若干の余裕（１０％程度）を持たせて設定する。図１６の（ａ）に示すように、カメラに画像を取り込むためにイネーブル信号をＬｏｗレベルにし、図１６の（ｂ）及び（ｃ）に示すようにカメラのシャッターと連動してレーザを発光する。すると図１６の（ｄ）に示すような画像データ１（図１６の（ｄ）の左側の画像）が、濃淡の反射率段差を持つ対象物（例えば、図５の（ａ）で説明したような対象物）から得られる。パターンが対象物に反射した光を太陽光の反射光と同時に得ることができる。次に、カメラのシャッターだけを解放し、発光パルスを停止してレーザを発光しない画像データ２（図１６の（ｄ）の右側の画像）を撮ると太陽光だけの反射光が得られる。この２つの連続画像を撮るときはカメラの露光時間やカメラのゲインの値は同じ値になるようにしておく。画像データ１から画像データ２を差し引き、パターン光を表す信号からパターン光の存在する場所を検出点として抽出する。
【００９１】
上で説明した画像処理の操作を図１７にフローチャートとして表した。
【００９２】
図１８に、予め指定した撮影範囲から基準点における反射パターンを測定するためのフローチャートを示す。ここで測定パターン１、２、３は露光時間又は画像センサーのゲイン及びそれらを組み合わせたものであり、図９に示したゲインの１、２と同様な効果を生じ、通常のカメラのダイナミックレンジ不足を補償するために切り替えて使用される。基準データを取り込んだ後、測定パターンごとに検出点を抽出し、それらの検出点を論理的に合成する。検出点の数が設定数以上あれば、その検出点を基準点とし、その検出点のデータを基準点のデータとして表示する。設定数より少なければ、エラーメッセージを表示して終了する。基準データとしては、図６で説明したパターン信号からパターンの存在する点の位置を表すものがある。このデータを使用するとパターンの周期ｔ３、ｔ４を知ることができる。３次元計測警告システムと対象物とが測定可能な位置関係で設定できたかどうかは、得られたパターン周期の値を見ることにより確認できる。もし想定通りでなければ、カメラの光学パラメータや照射ユニットの放射角度などの設定をやり直す必要がある。
【００９３】
図１９に実施例１の３次元計測警告システムの主動作のフローチャートを示す。また、図２０に実施例１の３次元計測警告システムの指令を出すコントローラー画面を示す。図１９のフロー４００では、パターン照射しない状態での危険区域の画像を取得し、基準データを検出する領域を指定する。続くフロー４０１では前述の基準データを取り込み、想定範囲内にあるかどうかを確認する。その後は監視領域について、測定パターン１、２、３を変えてパターンの検出点を抽出し、論理的に合成する。太陽光の照射条件が変化してもいずれかの測定パターンにより検出点を測定でき、論理的に合成することにより監視領域内のパターンの検出点を求めることができる。検出点の数が設定数以上あれば、上記のようにその検出点を基準点とする。その後、図６（ｄ）で演算したように横変位を演算する。その結果を表示する前に、小動物などが侵入してきたときの誤検出を避けるための時間フィルタを掛ける。仮にフィルタ回数を５回としておくと、５回すべてに同じ横変位が検出されれば正しいと判定する。正しければ、横変位を画面上に測定対象物に重ねて測定結果を表示する。
【００９４】
横変位から計算される奥行の経時的な変化が所定の範囲を超えると、警告をレーザメッセージプロジェクターに送信し、同時に監視画面のどの領域が所定の範囲を超えたかを表示する。計測の結果の履歴をログ時間経過ごとに特定形式で記録する。
【００９５】
各判断処理の出口４０２、４０３からパターン１、２、３を変えてパターンの検出点を抽出する処理に戻り、終了の指令が来るまで測定を繰り返す。
【符号の説明】
【００９６】
２００    照射ユニット
２０１    カメラトリガ
２０２    イネーブル
２０３    発光パルス
２０４    カメラ
２０５    画像
２０６    信号線
２０７    ＬＤドライバ（レーザドライバ）
２０８    ＤＣ／ＤＣコンバータ
２０９    ペルチェドライバ
２１０    ペルチェドライバの出力
２１１    照射光学系
２１２    無線モジュールである送信機
２１３    レーザメッセージプロジェクター
２１４    無線モジュール
２１５    ＬＤドライバ
３００    青色発光レーザ
３０１    ペルチェ素子
３０２    回折光学素子（ＤＯＥ）
３０３    ２次元ドットパターンの拡散光
４００    フロー
４０１    フロー
４０２    判断処理の出口
４０３    判断処理の出口
【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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【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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【図２０】
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