(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体までの距離情報及び物体の面傾き情報を獲得する情報獲得方法であって、
光学的に異なる２点の照射位置から、前記物体に光を照射する角度のうちいずれかを算出する角度算出段階と、
前記２点の照射位置から照射された前記光による前記物体の被測定部からの反射光、及び前記被測定部の近傍からの反射光に基づいて、前記被測定部までの距離情報及び前記被測定部の面傾き情報を算出する算出段階と
を備え、
前記算出段階は、
前記被測定部からの反射光の強度及び前記角度算出段階によって算出された前記物体に光を照射する角度に基づいて、前記被測定部までの仮の距離情報を仮定した場合に、前記被測定部の面傾き情報を算出する第１算出段階と、
前記被測定部までの前記仮の距離情報、及び前記被測定部の前記面傾き情報に基づいて、前記被測定部の近傍の仮の距離情報を算出する第２算出段階と、
前記被測定部の近傍の前記仮の距離情報と、前記被測定部の近傍からの反射光の強度、及び前記角度算出段階によって算出された前記物体に光を照射する角度に基づいて、前記被測定部の近傍の面傾き情報を算出する第３算出段階と、
前記被測定部の前記面傾き情報と、前記被測定部の近傍の前記面傾き情報との誤差を算出する第４算出段階とを有し、
前記誤差が所定の範囲内である場合に、前記被測定部の前記仮の距離情報を、前記被測定部の真の距離情報として出力する情報獲得方法。
【請求項２】
前記第４算出段階は、前記被測定部の複数の仮の距離情報に対して、それぞれ前記誤差を算出し、
前記算出段階は、前記誤差が最小となる場合の前記被測定部の仮の距離情報を真の前記被測定部の距離情報とする請求項１に記載の情報獲得方法。
【請求項３】
前記第２算出段階は、前記被測定部の面傾き情報に基づいて、前記被測定部の面を延長した近傍において、前記被測定部の近傍の前記仮の距離情報を算出する請求項１又は請求項２に記載の情報獲得方法。
【請求項４】
前記算出段階は、画素毎の前記２点の照射位置から照射されたそれぞれの光の反射光の強度を抽出し、抽出した前記それぞれの光の前記被測定部及び前記被測定部の近傍からの前記反射光の前記画素毎の前記強度に基づいて、前記物体の前記距離情報の分布及び前記面傾き情報の分布を算出する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の情報獲得方法。
【請求項５】
前記算出段階は、前記距離情報の分布及び前記面傾き情報の分布に基づいて前記物体の三次元情報を算出する請求項４に記載の情報獲得方法。
【請求項６】
前記第４算出段階は、前記被測定部の近傍の複数の場所において、前記被測定部の仮の面傾き情報と前記被測定部の近傍の仮の面傾き情報との誤差をそれぞれ算出し、
前記算出段階は、前記誤差の二乗和が最小となる場合の前記被測定部の仮の距離情報を真の前記被測定部の距離情報とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の情報獲得方法。
【請求項７】
前記算出段階は、前記物体の画像データに基づいて、前記物体のエッジを検出し、
前記算出段階は、前記被測定部の近傍の複数の場所の内、前記物体のエッジを境界として前記物体の画像データを複数の領域に分割した領域の、前記被測定部の前記データが有る領域と同じ領域に前記データが有る、前記被測定部の近傍の場所の前記仮の面傾き情報に基づいて前記被測定部の距離情報を算出する請求項６に記載の情報獲得方法。
【請求項８】
前記算出段階は、前記被測定部の近傍の複数の場所の内、前記被測定部からの反射光の強度と前記被測定部の近傍からの反射光の強度との差が所定の範囲内にある、前記被測定部の近傍の場所の前記仮の面傾き情報に基づいて前記被測定部の距離情報を算出する請求項７に記載の情報獲得方法。
【請求項９】
光学的に異なる２点の照射位置から、前記物体に光を照射する照射段階と、
前記２点の照射位置から照射された前記光による前記物体からの反射光をそれぞれ撮像する撮像段階と、
をさらに備え、
前記算出段階は、
前記撮像段階によって撮像された、前記物体の被測定部からの反射光、及び前記被測定部の近傍からの反射光に基づいて、前記被測定部までの距離情報及び前記被測定部の面傾き情報を算出する請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の情報獲得方法。
【請求項１０】
前記撮像段階は、前記２点の照射位置のいずれかと光学的に同位置である撮像位置において、前記２点の照射位置から照射された前記光による前記物体からの反射光をそれぞれ撮像し、
前記角度算出段階は、前記撮像段階が撮像する前記物体からの反射光に基づいて前記光を照射する角度を算出する請求項９に記載の情報獲得方法。
【請求項１１】
それぞれの前記照射位置において、前記照射段階が前記光を照射する発光タイミング、及び前記撮像段階が前記反射光を撮像する撮像タイミングを同期させる制御段階を更に備える請求項９又は請求項１０に記載の情報獲得方法。
【請求項１２】
前記照射段階は、それぞれの前記照射位置において異なる波長の前記光を照射し、それぞれの前記照射位置において、実質的に同時に前記物体に前記光を照射し、
前記異なる波長の光の前記物体による前記反射光を、前記異なる波長のそれぞれを主要な波長成分とする光に分離する分光段階を更に備え、
前記撮像段階は、前記分離された光のそれぞれを撮像する請求項１１に記載の情報獲得方法。
【請求項１３】
前記分光段階は、前記異なる波長の光のそれぞれを主に透過する複数の光学フィルターを用いる請求項１２に記載の情報獲得方法。
【請求項１４】
物体までの距離情報及び物体の面傾き情報を獲得する画像撮像装置であって、
光学的に異なる２点の照射位置から、前記物体に光を照射する角度のうちいずれかを算出する角度算出部と、
前記２点の照射位置から照射された前記光による前記物体の被測定部からの反射光、及び前記被測定部の近傍からの反射光に基づいて、前記被測定部までの距離情報及び前記被測定部の面傾き情報を算出する算出部と
を備え、
前記算出部は、
前記被測定部からの反射光の強度及び前記角度算出部によって算出された前記物体に光を照射する角度に基づいて、前記被測定部までの仮の距離情報を仮定した場合に、前記被測定部の面傾き情報を算出する第１算出手段と、
前記被測定部までの前記仮の距離情報、及び前記被測定部の前記面傾き情報に基づいて、前記被測定部の近傍の仮の距離情報を算出する第２算出手段と、
前記被測定部の近傍の前記仮の距離情報と、前記被測定部の近傍からの反射光の強度、及び前記角度算出部によって算出された前記物体に光を照射する角度に基づいて、前記被測定部の近傍の面傾き情報を算出する第３算出手段と、
前記被測定部の前記面傾き情報と、前記被測定部の近傍の前記面傾き情報との誤差を算出する第４算出手段とを有し、
前記誤差が所定の範囲内である場合に、前記被測定部の前記仮の距離情報を、前記被測定部の真の距離情報として出力する画像撮像装置。
【請求項１５】
前記第４算出手段は、前記被測定部の複数の仮の距離情報に対して、それぞれ前記誤差を算出し、
前記算出部は、前記誤差が最小となる場合の前記被測定部の仮の距離情報を真の前記被測定部の距離情報とする請求項１４に記載の画像撮像装置。
【請求項１６】
前記第２算出手段は、前記被測定部の面傾き情報に基づいて、前記被測定部の面を延長した近傍において、前記被測定部の近傍の前記仮の距離情報を算出する請求項１４又は請求項１５に記載の画像撮像装置。
【請求項１７】
前記算出部は、画素毎の前記２点の照射位置から照射されたそれぞれの光の反射光の強度を抽出し、抽出した前記それぞれの光の前記被測定部及び前記被測定部の近傍からの前記反射光の前記画素毎の前記強度に基づいて、前記物体の前記距離情報の分布及び前記面傾き情報の分布を算出する請求項１４乃至請求項１６のいずれかに記載の画像撮像装置。
【請求項１８】
前記算出部は、前記距離情報の分布及び前記面傾き情報の分布に基づいて前記物体の三次元情報を算出する請求項１７に記載の画像撮像装置。
【請求項１９】
前記第４算出手段は、前記被測定部の近傍の複数の場所において、前記被測定部の仮の面傾き情報と前記被測定部の近傍の仮の面傾き情報との誤差をそれぞれ算出し、
前記算出部は、前記誤差の二乗和が最小となる場合の前記被測定部の仮の距離情報を真の前記被測定部の距離情報とする請求項１４乃至請求項１８のいずれかに記載の画像撮像装置。
【請求項２０】
前記算出部は、前記物体の画像データに基づいて、前記物体のエッジを検出し、
前記算出部は、前記被測定部の近傍の複数の場所の内、前記物体のエッジを境界として前記物体の画像データを複数の領域に分割した領域の、前記被測定部の前記データが有る領域と同じ領域に前記データが有る、前記被測定部の近傍の場所の前記仮の面傾き情報に基づいて前記被測定部の距離情報を算出する請求項１９に記載の画像撮像装置。
【請求項２１】
前記算出部は、前記被測定部の近傍の複数の場所の内、前記被測定部からの反射光の強度と前記被測定部の近傍からの反射光の強度との差が所定の範囲内にある、前記被測定部の近傍の場所の前記仮の面傾き情報に基づいて前記被測定部の距離情報を算出する請求項２０に記載の画像撮像装置。
【請求項２２】
光学的に異なる２点の照射位置から、前記物体に光を照射する照射部と、
前記２点の照射位置から照射された前記光による前記物体からの反射光をそれぞれ撮像する撮像部と、
をさらに備え、
前記算出部は、
前記撮像部によって撮像された、前記物体の被測定部からの反射光、及び前記被測定部の近傍からの反射光に基づいて、前記被測定部までの距離情報及び前記被測定部の面傾き情報を算出する請求項１４乃至請求項２１のいずれかに記載の画像撮像装置。
【請求項２３】
前記撮像部は、前記２点の照射位置のいずれかと光学的に同位置である撮像位置において、前記２点の照射位置から照射された前記光による前記物体からの反射光をそれぞれ撮像し、
前記角度算出部は、前記撮像部が撮像する前記物体からの反射光に基づいて前記光を照射する角度を算出する請求項２２に記載の画像撮像装置。
【請求項２４】
それぞれの前記照射位置において、前記照射部が前記光を照射する発光タイミング、及び前記撮像部が前記反射光を撮像する撮像タイミングを同期させる制御部を更に備える請求項２２又は請求項２３に記載の画像撮像装置。
【請求項２５】
前記照射部は、それぞれの前記照射位置において異なる波長の前記光を照射し、それぞれの前記照射位置において、実質的に同時に前記物体に前記光を照射し、
前記異なる波長の光の前記物体による前記反射光を、前記異なる波長のそれぞれを主要な波長成分とする光に分離する分光部を更に備え、
前記撮像部は、前記分離された光のそれぞれを撮像する請求項２４に記載の画像撮像装置。
【請求項２６】
前記分光部は、前記異なる波長の光のそれぞれを主に透過する複数の光学フィルターを用いる請求項２５に記載の画像撮像装置。
【請求項２７】
物体までの距離情報及び物体の面傾き情報を獲得する画像処理装置であって、
光学的に異なる２点の照射位置から、前記物体に光を照射する角度のうちいずれかを算出する角度算出部と、
前記２点の照射位置から照射された前記光による前記物体の被測定部からの反射光、及び前記被測定部の近傍からの反射光に基づいて、前記被測定部までの距離情報及び前記被測定部の面傾き情報を算出する算出部と
を備え、
前記算出部は、
前記被測定部からの反射光の強度及び前記角度算出部によって算出された前記物体に光を照射する角度に基づいて、前記被測定部までの仮の距離情報を仮定した場合に、前記被測定部の面傾き情報を算出する第１算出手段と、
前記被測定部までの前記仮の距離情報、及び前記被測定部の前記面傾き情報に基づいて、前記被測定部の近傍の仮の距離情報を算出する第２算出手段と、
前記被測定部の近傍の前記仮の距離情報と、前記被測定部の近傍からの反射光の強度、及び前記角度算出部によって算出された前記物体に光を照射する角度に基づいて、前記被測定部の近傍の面傾き情報を算出する第３算出手段と、
前記被測定部の前記面傾き情報と、前記被測定部の近傍の前記面傾き情報との誤差を算出する第４算出手段とを有し、
前記誤差が所定の範囲内である場合に、前記被測定部の前記仮の距離情報を、前記被測定部の真の距離情報として出力する画像処理装置。
【請求項２８】
前記第４算出手段は、前記被測定部の複数の仮の距離情報に対して、それぞれ前記誤差を算出し、
前記算出部は、前記誤差が最小となる場合の前記被測定部の仮の距離情報を真の前記被測定部の距離情報とする請求項２７に記載の画像処理装置。
【請求項２９】
前記第２算出手段は、前記被測定部の面傾き情報に基づいて、前記被測定部の面を延長した近傍において、前記被測定部の近傍の前記仮の距離情報を算出する請求項２７又は請求項２８に記載の画像処理装置。
【請求項３０】
前記算出部は、画素毎の前記２点の照射位置から照射されたそれぞれの光の反射光の強度を抽出し、抽出した前記それぞれの光の前記被測定部及び前記被測定部の近傍からの前記反射光の前記画素毎の前記強度に基づいて、前記物体の前記距離情報の分布及び前記面傾き情報の分布を算出する請求項２７乃至請求項２９のいずれかに記載の画像処理装置。
【請求項３１】
前記算出部は、前記距離情報の分布及び前記面傾き情報の分布に基づいて前記物体の三次元情報を算出する請求項３０に記載の画像処理装置。
【請求項３２】
前記第４算出手段は、前記被測定部の近傍の複数の場所において、前記被測定部の仮の面傾き情報と前記被測定部の近傍の仮の面傾き情報との誤差をそれぞれ算出し、
前記算出部は、前記誤差の二乗和が最小となる場合の前記被測定部の仮の距離情報を真の前記被測定部の距離情報とする請求項２７乃至請求項３１のいずれかに記載の画像処理装置。
【請求項３３】
前記算出部は、前記物体の画像データに基づいて、前記物体のエッジを検出し、
前記算出部は、前記被測定部の近傍の複数の場所の内、前記物体のエッジを境界として前記物体の画像データを複数の領域に分割した領域の、前記被測定部の前記データが有る領域と同じ領域に前記データが有る、前記被測定部の近傍の場所の前記仮の面傾き情報に基づいて前記被測定部の距離情報を算出する請求項３２に記載の画像処理装置。
【請求項３４】
前記算出部は、前記被測定部の近傍の複数の場所の内、前記被測定部からの反射光の強度と前記被測定部の近傍からの反射光の強度との差が所定の範囲内にある、前記被測定部の近傍の場所の前記仮の面傾き情報に基づいて前記被測定部の距離情報を算出する請求項３３に記載の画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体の奥行き距離、物体表面の傾き及び、物体表面の反射率に関する情報を獲得する情報獲得方法、画像撮像装置及び、画像処理装置に関する。特に光が照射された物体から得られる反射光を撮像し、物体に関する情報を獲得する情報獲得方法、画像撮像装置及び、画像処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
物体までの距離情報や、物体の位置情報を得るために、物体にスリットや縞模様などのパターン光を投影し、物体に投影されたパターンを撮影して解析する三次元画像計測の手法が知られている。代表的な計測方法として、スリット光投影法（別名、光寸断法）、コード化パターン光投影法などがあり、井口征士、佐藤宏介著「三次元画像計測」（昭晃堂）に詳しい。
【０００３】
特開昭６１−１５５９０９号公報（公開日昭和６１年７月１５日）及び特開昭６３−２３３３１２号公報（公開日昭和６３年９月２９日）には、異なる光源位置から物体に光を照射し、物体からの反射光の強度比に基づいて、物体までの距離を測定する距離測定装置及び距離測定方法が開示されている。
【０００４】
特開昭６２−４６２０７号公報（公開日昭和６２年２月２８日）には、位相の異なる２つの光を物体に照射し、物体からの反射光の位相差に基づいて、被写体までの距離を測定する距離検出装置が開示されている。
【０００５】
また、河北他「三次元撮像装置AXi-Vision  Cameraの開発」（三次元画像コンファレンス９９、1999年）には、投影光に超高速の強度変調を加え、強度変調光で照明された物体を高速シャッター機能を備えたカメラで撮影し、物体までの距離によって変化する強度変調度合いから、距離を測定する方法が開示されている。
【０００６】
また、特開平１０−４８３３６号公報及び特開平１１−９４５２０号公報には、異なる波長特性を有した、異なる光パタンを物体に投射し、物体からの入射光の波長成分を抽出することにより物体までの距離を計算する実時間レンジファインダが開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の距離測定装置及び距離測定方法では、光を被測定物に照射して、その反射光を測定することによって距離情報を測定していたが、被測定物の表面の傾きを考慮していなかった。そのため、同距離にある物体であっても、表面の傾きによって、反射光の測定強度が異なり、距離測定に誤差が生じていた。
【０００８】
また、特開昭６２−４６２０７号公報に開示された距離検出装置では、位相差を検出するための精度の高い位相検出器が必要となり、装置が高価になり、簡便性に欠ける。また、被写体の点からの出射光の位相を測定するため、被写体全体の奥行き分布を測定することができない。
【０００９】
また、河北他「三次元撮像装置Axi-Vision  Cameraの開発」（三次元画像コンファレンス９９、1999年）に開示された強度変調を用いた距離測定方法は、同一の光源で強度の増減変調を行うため、非常に高速に光変調を行う必要があり、簡便に測定することができなかった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態においては、物体までの距離情報を獲得する情報獲得方法であって、光学的に異なる２点の照射位置から、物体に光を照射する照射段階と、２点の照射位置から照射された光による物体からの反射光をそれぞれ撮像する撮像段階と、光学的に異なる２点の照射位置から、物体に光を照射する角度のうちいずれかを算出する角度算出段階と、撮像位置において撮像された、物体の被測定部の反射光及び、被測定部の近傍からの反射光に基づいて、被測定部までの距離情報を算出する算出段階とを備えることを特徴とする情報獲得方法を提供する。
【００１１】
撮像段階は、２点の照射位置のいずれかと光学的に同位置である撮像位置において、２点の照射位置から照射された光による物体からの反射光をそれぞれ撮像し、角度測定段階は、撮像段階が撮像する物体からの反射光に基づいて光を照射する角度を算出してよい。また、算出段階は、撮像段階において撮像された、被測定部からの反射光の強度及び被測定部の近傍からの反射光の強度に基づいて、被測定部の距離情報及び被測定部の面傾き情報を算出してもよい。また、算出段階は、被測定部からの反射光の強度及び前記反射光の入射角に基づいて、被測定部までの仮の距離情報を仮定した場合に、被測定部の面傾き情報を算出する第１算出段階と、被測定部までの仮の距離情報及び、被測定部の面傾き情報に基づいて、被測定部の近傍の仮の距離情報を算出する第２算出段階と、被測定部の近傍の仮の距離情報と、被測定部の近傍からの反射光の強度及び、反射光の入射角に基づいて、被測定部の近傍の面傾き情報を算出する第３算出段階と、被測定部の面傾き情報と、被測定部の近傍の面傾き情報との誤差を算出する第４算出段階とを有し、誤差が所定の範囲内である場合に、被測定部の仮の距離情報を、被測定部の真の距離情報として出力してもよい。
【００１２】
第４算出段階は、被測定部の複数の仮の距離情報に対して、それぞれ誤差を算出し、算出段階は、誤差が最小となる場合の被測定部の仮の距離情報を真の被測定部の距離情報としてもよい。第２算出段階は、被測定部の面傾き情報に基づいて、被測定部の面を延長した近傍において、被測定部の近傍の仮の距離情報を算出してもよい。撮像段階は、被測定部からの反射光及び、被測定部の近傍の複数の場所からの反射光を撮像し、第４算出段階は、被測定部の近傍の複数の場所において、被測定部の仮の面傾き情報と前記被測定部の近傍の仮の面傾き情報との誤差をそれぞれ算出し、算出段階は、誤差の二乗和が最小となる場合の被測定部の仮の距離情報を真の被測定部の距離情報としてもよい。
【００１３】
照射段階は、それぞれの照射位置において、異なる波長の光を物体の被測定部及び被測定部の近傍に照射し、それぞれの照射位置において、実質的に同時に物体に光を照射し、撮像段階は、異なる波長の光のそれぞれを選択的に透過させる波長選択手段を有し、それぞれの照射位置における光による物体からの反射光をそれぞれ撮像してもよい。
【００１４】
本発明の第２の形態においては、物体までの距離情報を獲得する画像撮像装置であって、光学的に異なる２点の照射位置から、物体に光を照射する照射部と、２点の照射位置のいずれか一つと光学的に同位置で、２点の照射位置から照射された光による物体における光の反射光を撮像する撮像部と、撮像部において撮像された物体の被測定部の反射光及び被測定部の近傍からの反射光に基づいて、被測定部までの距離情報を算出する画像処理装置と
を備えることを特徴とする画像撮像装置を提供する。
【００１５】
それぞれの照射位置において、照射部が光を照射する発光タイミング及び、撮像部が反射光を撮像する撮像タイミングを同期させる制御部を更に備えてもよい。照射部は、それぞれの照射位置において異なる波長の光を照射し、それぞれの照射位置において、実質的に同時に物体に光を照射し、異なる波長の光の物体による反射光を、異なる波長のそれぞれを主要な波長成分とする光に分離する分光部を更に備え、撮像部は、分離された光のそれぞれを撮像してもよい。分光部は、異なる波長の光のそれぞれを主に透過する複数の光学フィルターを有してもよい。
【００１６】
本発明の第３の形態においては、物体を撮像した画像を処理する画像処理装置であって、２点の照射位置から照射されたそれぞれの光の、物体からの反射光に基づく画像データを入力する入力部と、入力された画像データを記憶する記憶部と、画像データの物体の被測定部及び被測定部の近傍のデータに基づいて、被測定部までの距離情報及び被測定部の面傾き情報を算出する算出部と、算出部が算出した、距離情報及び面傾き情報を出力する出力部とを備えることを特徴とする画像処理装置を提供する。
【００１７】
画像データは、反射光を受光する複数の画素を有する撮像手段で撮像したデータであり、算出部は、画素毎の２点の照射位置から照射されたそれぞれの光の反射光の強度を抽出し、抽出したそれぞれの光の被測定部及び被測定部近傍からの反射光の画素毎の強度に基づいて、物体の距離情報の分布及び面傾き情報の分布を算出してもよい。算出部は、距離情報の分布及び面傾き情報の分布に基づいて物体の三次元情報を算出し、出力部は、算出部が算出した物体の三次元情報を出力してもよい。
【００１８】
算出部は、被測定部からの反射光の強度及び反射光の入射角に基づいて、被測定部までの仮の距離情報を仮定した場合に、被測定部の面傾き情報を算出する第１算出手段と、被測定部までの仮の距離情報及び、被測定部の面傾き情報に基づいて、被測定部の近傍の仮の距離情報を算出する第２算出手段と、被測定部の近傍の仮の距離情報と、被測定部の近傍からの反射光の強度及び、反射光の入射角に基づいて、被測定部の近傍の面傾き情報を算出する第３算出手段と、被測定部の面傾き情報と、被測定部の近傍の面傾き情報との誤差を算出する第４算出手段とを有し、誤差が所定の範囲内である場合に、被測定部の仮の距離情報を、被測定部の真の距離情報として出力してもよい。
【００１９】
第４算出手段は、被測定部の複数の仮の距離情報に対して、それぞれ誤差を算出し、算出部は、誤差が最小となる場合の被測定部の仮の距離情報を真の被測定部の距離情報としてもよい。第２算出手段は、被測定部の面傾き情報に基づいて、被測定部の面を延長した近傍において、被測定部の近傍の仮の距離情報を算出してもよい。入力部は、被測定部からの反射光及び、被測定部の近傍の複数の場所からの反射光に基づく画像データが入力され、第４算出手段は、被測定部の近傍の複数の場所おいて、被測定部の仮の面傾き情報と被測定部の近傍の仮の面傾き情報との誤差をそれぞれ算出し、算出部は、誤差の二乗和が最小となる場合の被測定部の仮の距離情報を真の被測定部の距離情報としてもよい。
【００２０】
算出部は、物体の画像データに基づいて、物体のエッジを検出し、算出部は、被測定部の近傍の複数の場所の内、物体のエッジを境界として物体の画像データを複数の領域に分割した領域の、被測定部のデータが有る領域と同じ領域にデータが有る、被測定部の近傍の場所の仮の面傾き情報に基づいて被測定部の距離情報を算出してもよい。また、算出部は、被測定部の近傍の複数の場所の内、被測定部からの反射光の強度と被測定部の近傍からの反射光の強度との差が所定の範囲内にある、被測定部の近傍の場所の仮の面傾き情報に基づいて被測定部の距離情報を算出してもよい。
【００２１】
尚、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又、発明となりうる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００２３】
図１は、本発明の原理説明図である。照射位置１２及び照射位置１４から、それぞれ強度Ｐ１，Ｐ２の光を物体２０に照射し、物体２０によるそれぞれの光の反射光をカメラ１０で撮像する。カメラ１０は、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）であって、複数の画素を有し、各画素単位で物体２０の被測定部２２及び砒素区手部の近傍２４からの反射光を撮影し、画素毎にそれぞれの強度を検出する。カメラ１０で撮像した反射光に基づいて物体２０の被測定部２２までの距離Ｌ、被測定部２２の表面の傾きθ０及び、被測定部２２の表面の反射率ＲＯｂｊを算出する。照射位置（１２，１４）は、任意の位置に配置されてよい。照射位置（１２，１４）から物体２０に照射される光の照射角のうち、いずれかを算出するが、本例においては、カメラ１０を、照射位置（１２，１４）のいずれか一つと光学的に同じ位置に配置し、カメラ１０が撮像する反射光の入射角に基づいて物体２０に照射される光の照射角を算出する。本例においては、照射位置１２とカメラ１０を光学的に同じ位置に配置した場合について説明する。
【００２４】
図１に示すように、照射位置１４は、照射位置１２からＬ１２離れた位置に配置される。距離Ｌ１２は、計測系固有の既知の値である。また、照射位置（１２，１４）から物体２０の被測定部２２に光を照射する角度をそれぞれθ１、θ２とし、照射位置（１２，１４）から物体２０の被測定部の近傍２４に光を照射する角度をそれぞれθ１’、θ２’とする。また、カメラ１０は、照射位置１２と光学的に同じ位置に配置されているので、被測定部２２からの反射光を受光する角度をθＣ、被測定部の近傍２４からの反射光を受光する角度をθＣ’とした場合、θＣ＝θ１、θＣ’＝θ１’である。また、照射位置１２から被測定部２２までの距離をそれぞれＬ１、被測定部の近傍２４までの距離をＬ１’とし、照射位置１４から被測定部までの距離をＬ２、被測定部の近傍２４までの距離をＬ２’とする。
【００２５】
照射位置（１２、１４）から照射された光の、被測定部２２からの反射光の強度をそれぞれＤ１、Ｄ２とすると、Ｄ１、Ｄ２は次のように与えられる。
【数１】
0004141627.tif 000002
すなわち、
【数２】
0004141627.tif 000003
となる。
【００２６】
また、
【数３】
0004141627.tif 000004
であるので、
【数４】
0004141627.tif 000005
となる。また、
【数５】
0004141627.tif 000006
であり、Ｌ１２、θ１は既知の値であるので、θ２はＬの関数で与えられる。すなわち、
【数６】
0004141627.tif 000007
となる。よって、
【数７】
0004141627.tif 000008
となる。ここで、Ｄ１、Ｄ２、Ｐ１、Ｐ２、θ１は、計測値又は既知の値であるので、上の式の未知数はθ０及びＬの２つである。したがって上の条件を満たす（θ０、Ｌ）の組み合わせを求めることができる。すなわち、被測定部２２までの距離Ｌを仮定した場合、仮定した距離Ｌに対応する被測定部の面傾きθ０を算出することができる。また、被測定部の近傍２４についても、同様に被測定部の近傍２４までの距離Ｌ’と被測定部の近傍２４の面傾きθ０’の組み合わせを求めることができる。
【００２７】
本発明は、物体２０の被測定部２２までの距離Ｌと被測定部２２の面傾きθ０との組み合わせと、物体２０の被測定部の近傍２４までの距離Ｌ’と被測定部の近傍２４の面傾きθ０’との組み合わせに基づいて、被測定部２２までの距離Ｌ及び面傾きθ０を算出する。以下、算出方法について詳細に説明する。
【００２８】
図２は、被測定部２２までの距離Ｌ、被測定部２２の面傾きθ０を算出する方法の一例の説明図である。まず、被測定部２２までの距離ＬをＬａと仮定する。図１に関連して説明した数式に基づいて、仮定した距離Ｌａに対応する被測定部２２の面傾きθ０を算出する。次に、算出した面傾きθ０によって定まる被測定部２２の面を延長し、被測定部の近傍２４からの反射光の光路と交わる点に、被測定部の近傍２４が存在すると仮定した場合の被測定部の近傍２４までの仮の距離Ｌｂを算出する。このとき被測定部の近傍２４までの仮の距離Ｌｂは、カメラ１０と被測定部２２までの仮の距離Ｌａ、被測定部２２からの反射光の入射角θ１、被測定部の近傍２４からの反射光の入射角θ１’及び、被測定部２２の面傾きθ０に基づいて幾何的に算出することができる。
【００２９】
次に、算出した仮の距離Ｌｂに対応する、被測定部の近傍２４の面傾きθ０’を算出する。面傾きθ０’は、図１に関連して説明した数式により算出することができる。物体２０の被測定部２２と被測定部の近傍２４との間隔は、微小であるので、被測定部２２と被測定部の近傍２４の面傾きはほぼ同一となる。したがって、算出した面傾きθ０とθ０’とを比較することにより、最初に仮定した被測定部２２までの距離Ｌａが正しい値であるかを判定することができる。すなわち、面傾きθ０とθ０’との差が所定の範囲内であれば、仮定した距離Ｌａを被測定部２２までの距離Ｌとすることができる。
【００３０】
また、面傾きθ０とθ０’との差が所定の範囲内に無い場合は、最初に仮定した距離Ｌａの設定に誤りがあったとして、被測定部２２までの距離Ｌを他の値に設定して同様の計算を行えばよい。図１に関連して説明した数式を満たす、被測定部２２までの距離Ｌが、上限値を有することは明らかであり、下限値は零であるので、仮の距離Ｌａについて、有限の範囲において調べればよい。例えば、有限の範囲の距離Ｌａについて２分探索法によって、被測定部２２までの真の距離Ｌを抽出してよい。また、仮の距離Ｌａについて、有限の範囲で所定の距離間隔でθ０、θ０’の差を算出し、真の距離Ｌを抽出してもよい。また、仮の距離Ｌａについて、複数の値についてθ０、θ０’の差を算出し、差が最小となる仮の距離Ｌａを真の距離Ｌとしてもよい。また、被測定部の面傾き情報は、被測定部までの距離情報に基づいて、図１に関連して説明した数式によって算出することができる。また、図１に関連して説明した数式によって被測定部の表面反射率情報も算出することができる。
【００３１】
図３は、仮の距離Ｌａについての所定の範囲で所定の距離間隔で、面傾きθ０及び面傾きθ０’を算出した結果の一例を示す。図３のグラフにおいて、横軸は、被測定部２２までの仮の距離Ｌａを示し、縦軸は被測定部２２及び被測定部の近傍２４の面傾きを示す。本例において、物体２０の被測定部２２までの距離Ｌを２００ｍｍ、被測定部２２の面傾きを０度とした。また、照射位置１２と照射位置１４との距離を１０ｍｍ、θ１を２０度、仮の距離Ｌａの間隔を１０ｍｍとして計算を行った。
【００３２】
データ１０２は、横軸に示される仮の距離Ｌａに対応する被測定部２２の面傾きを示し、データ１０４は、被測定部の近傍２４の面傾きを示す。仮の距離２００ｍｍにおいて、被測定部２２及び被測定部の近傍２４の面傾きが０度で一致する。
【００３３】
図４は、本発明に係る画像撮像装置１００の構成の一例を示す。画像撮像装置１００は、照射部４０、分光部５０、制御部６０、撮像部７０及び、画像処理装置３００を備える。照射部４０は、光学的に異なる２点の照射位置から、物体２０に光を照射する。照射部４０は、２点の照射位置のそれぞれに光源を有し、それぞれの光源から物体２０に光を照射してよく、また、照射部４０は、一つの光源を有し、一つの光源を照射位置（１２，１４）のそれぞれに移動させて物体２０に光を照射してもよい。照射部４０が、２点の照射位置のそれぞれに光源を有する場合、それぞれの照射位置において異なる波長の光を物体２０に実質的に同時に照射してよい。分光部５０は、異なる波長の光による物体２０からの反射光を、異なる波長のそれぞれを主要な波長成分とする光に分離する。撮像部７０は、２点の照射位置のいずれか一つと光学的に同位置において、２点の照射位置から照射された光による物体２０における光の反射光を撮像する。撮像部７０は、分光部５０によって分離された光のそれぞれを撮像してもよい。制御部６０は、それぞれの照射位置において、照射部４０が光を照射する発光タイミング及び、撮像部７０が反射光を撮像する撮像タイミングを同期させる。
【００３４】
画像処理装置３００は、撮像部７０において撮像された物体２０の被測定部２２からの反射光及び被測定部の近傍２４からの反射光に基づいて、被測定部２２までの距離情報を算出する。画像処理装置３００は、入力部８０、記憶部９０、算出部１１０及び、出力部１２０を備える。入力部８０は、２点の照射位置から照射されたそれぞれの光の、物体２０によるそれぞれの反射光に基づく画像データを入力する。記憶部９０は、入力部８０に入力された画像データを記憶する。記憶部９０は、照射部４０が照射した光の波長特性毎に画像データを記憶してもよい。
【００３５】
算出部１１０は、記憶部９０に記憶された画像データに基づいて、物体２０の被測定部２２までの距離情報、物体２０の被測定部２２の面傾き情報を算出する。算出部１１０は、被測定部２２からの反射光の強度及び反射光の入射角に基づいて、被測定部までの仮の距離情報を仮定した場合に、被測定部２２の面傾き情報を算出する第１算出手段と、被測定部２２までの仮の距離情報及び、被測定部２２の面傾き情報に基づいて、被測定部の近傍２４の仮の距離情報を算出する第２算出段階と、被測定部の近傍２４の仮の距離情報と、被測定部の近傍２４からの反射光の強度及び、反射光の入射角に基づいて、被測定部の近傍２４の面傾き情報を算出する第３算出手段と、被測定部の面傾き情報と、被測定部の近傍２４の面傾き情報との誤差を算出する第４算出手段とを有する。算出部１１０は、第４算出手段において算出した誤差が所定の範囲内である場合に、被測定部２２の仮の距離情報を、被測定部２２の真の距離情報として出力部１２０及び記憶部９０に出力する。
【００３６】
第４算出手段は、被測定部２２の複数の仮の距離情報に対して、それぞれ誤差を算出し、算出部１１０は、誤差が最小となる場合の被測定部２２の仮の距離情報を真の被測定部２２の距離情報としてよい。また、第２算出手段は、被測定部２２の面傾き情報に基づいて、被測定部２２の面を延長した近傍において、被測定部の近傍２４の仮の距離を算出してよい。
【００３７】
また、算出部１１０は、画像データに基づいて、反射光の強度を撮像部７０の画素単位又は画素領域単位で検出し、検出した反射光の強度に基づいて、物体２０までの距離情報の分布及び面傾き情報を算出してもよい。また、算出部１１０は、距離情報の分布及び面傾き情報の分布に基づいて物体２０の三次元情報を算出してもよい。算出部１１０は、図１から図３に関連して説明した方法と同様又は同一の方法で被測定部２２の各情報及び物体２０の各情報の分布を算出してもよい。また、照射部４０が異なる波長の光を照射した場合、算出部１１０は、図６に関連して説明した方法によって、それぞれの照射位置から同一の波長の光を照射したときの、反射光の強度を算出し、算出した強度に基づいて被測定部２２の各情報及び物体２０の各情報の分布を算出することが好ましい。記憶部９０は、算出部１１０が算出した被測定部２２の各情報及び、物体２０の各情報の分布を記憶することが好ましい。
【００３８】
出力部１２０は、算出部１１０が算出した、物体２０の被測定部２２までの距離情報、被測定部２２の面傾き情報及び、物体２０における各情報の分布を出力する。出力部１２０は、被測定部２２の各情報及び物体２０の各情報の分布を、表示装置上に数値及び図形を用いて表示してよい。また、出力部１２０は、被測定部２２の各情報及び物体２０の各情報の分布を音によって出力してもよい。出力部１２０は、予め指定された位置情報に基づいて各情報を出力してもよい。また、出力部１２０は、予め指定された項目及び基準に基づいて出力してもよい。例えば、予め指定された項目が一定以上となる領域について各情報を出力してもよい。また、出力部１２０は、物体２０が静止しているか動いているかに基づいて各情報を出力してもよい。
【００３９】
また、入力部８０は、被測定部２２からの反射光及び被測定部の近傍の複数の場所からの反射光に基づく画像データが入力され、算出部１１０の第４算出手段は、被測定部の近傍の複数の場所において、被測定部２２の仮の面傾き情報と被測定部の近傍の仮の面傾き情報との誤差をそれぞれ算出し、算出部１１０は、誤差の二乗和が最小となる場合の被測定部２２の仮の面傾き情報を真の被測定部２２の距離情報としてもよい。
【００４０】
また、本例において、画像撮像装置１００は、分光部５０を備えているが、照射部４０がそれぞれの照射位置で異なるタイミングで光を照射する場合は、画像撮像装置１００は分光部５０を備えず、撮像部７０は、照射部４０が光を照射したタイミングに基づくタイミングで、それぞれの照射位置から照射された光による反射光をそれぞれ撮像してもよい。
【００４１】
図５は、撮像部７０が撮像した物体２０からの反射光に基づく画像データ１５０の一例を示す。物体２０は、微小距離で面傾きが急激に変化するエッジ１５６を有する。算出部１１０は、物体２０からの反射光に基づく画像データ１５０に基づいて、物体のエッジを検出し、被測定部の近傍の複数の場所の内、物体２０のエッジを境界として物体２０の画像データを複数の領域に分割した領域の、被測定部２２のデータが有る領域と同じ領域に前記データが有る、被測定部の近傍２４の場所の仮の面傾き情報に基づいて被測定部２２の距離情報を算出する。例えば、図５に示すように、物体２０の画像データが１５０が、エッジ１５６を境界とした領域１５２と領域１５４とを有する場合、算出部１１０は、被測定部２２のデータが存在する領域１５２の中にある、被測定部の近傍２４の面傾き情報に基づいて被測定部２２の距離情報を算出する。
【００４２】
また、算出部１１０は、被測定部の近傍の複数の場所の内、被測定部２２からの反射光の強度と被測定部の近傍からの反射光の強度との差が所定の範囲内にある、被測定部の近傍の場所の仮の面傾き情報に基づいて被測定部２２の距離情報を算出してもよい。
【００４３】
図６は、画像撮像装置１００の一例を説明する図である。図６において図４と同じ符号を付したものは図４に関連して説明したものと同一又は同様の機能及び構成を有してよい。照射部４０は、光学的に異なる２点の照射位置（１２，１４）から、物体２０にそれぞれ異なる波長の光を実質的に同時に物体２０に照射する。例えば、照射部４０は、それぞれ異なる波長の光を主に透過する光学フィルター（図示せず）を有していてもよい。このとき、照射部４０はそれぞれの照射位置（１２，１４）から照射される光を光学フィルターを介して、波長λａ、λｂの光として物体２０に実質的に同時に照射する。
【００４４】
照射部４０から照射された光は、物体２０で反射し、光学レンズ５２に入射する。光学レンズ５２に入射した物体２０からの反射光は、光学レンズ５２を介して分光部５０に入射される。
【００４５】
分光部５０は、一例として光学レンズ５２が結像した反射光を偏向する偏向子、偏向された光の偏向方向を波長に応じて回転させるリターダ、偏向方向の異なる光を分割するプリズムを有する。分光部５０によって分光された光はそれぞれ撮像部（７０ａ、７０ｂ）に受光される。撮像部（７０ａ、７０ｂ）は、一例として２板の固体撮像素子である。撮像部（７０ａ、７０ｂ）に受光された光は、光電効果により電荷として読み出され、Ａ／Ｄ変換器（図示せず）によりデジタル電気信号に変換され、画像処理装置３００に入力される。画像処理装置３００は、入力された信号に基づいて物体２０までの距離情報、物体２０の表面の傾き情報、物体２０の表面の反射率情報を算出する。
【００４６】
撮像部７０は、分光部５０によって分離された光のそれぞれを撮像する。撮像部７０は、一例として固体撮像素子であり、物体２０の像は、固体撮像素子の受光面上に結像される。結像された物体２０の像の光量に応じ、固体撮像素子の各センサエレメントに電荷が蓄積され、蓄積された電荷は、一定の順序で走査され、電気信号として読み出される。固体撮像素子は、物体２０からの反射光の強度を画素単位に高い精度で検出可能なように、信号／雑音比が良く、画素数が大きい電荷結合素子（ＣＣＤ）イメージセンサであることが好ましい。固体撮像素子としてＣＣＤ以外にＭＯＳイメージセンサ、Ｃｄ−Ｓｅ密着型イメージセンサ、ａＳｉ密着型イメージセンサ、又はバイポーラ密着型イメージセンサ等を用いてもよい。
【００４７】
制御部６０は、照射部４０が光を照射する発光タイミング及び、撮像部７０が反射光を撮像する撮像タイミングを制御する。制御部４０は、同期信号が入力され、同期信号に基づいて発光タイミング及び撮像タイミングを制御する。また、制御部６０は、物体２０までの距離情報に基づいて、照射部４０が照射する光の強度、撮像部７０のフォーカス、絞り等を制御してもよい。制御部６０は、撮像部７０の露光時間を制御してもよい。
【００４８】
本例においては、照射部４０は、２点の照射位置においてそれぞれ一つの波長を主な波長成分とする光を照射したが、他の例においては、照射部４０は２点の照射位置のそれぞれで、複数の波長を主な波長成分とする光を照射してもよい。このとき、分光部５０は、物体２０からの反射光を、照射部４０が照射した光の複数の波長のそれぞれの波長成分に分割することが好ましい。しかし、全ての波長成分に分割する場合、分光部５０が大きくなりすぎる場合がある。そこでさらに他の例においては、照射部４０は、照射位置１２において、波長λａを主要な波長成分とする光を照射し、照射位置１４において、２種類の波長を主要な波長成分とし、２種類の波長の平均値が波長λａとなるような光を照射してもよい。このとき、分光部５０は、物体２０による反射光を、それぞれの照射位置から照射された光の波長成分に分割する。つまり、分光部５０は、反射光を２種類の光に分割する。画像処理装置３００は、照射位置１２から照射された光の反射光強度と、照射位置１４から照射された光の反射光強度の１／２とに基づいて、物体２０の各情報を算出する。
【００４９】
本例において、分光部５０はプリズムを有していたが、他の例においては、異なる波長の光のそれぞれを主に透過する複数の光学フィルターを有してもよい。光学フィルターは、撮像部７０の受光面に配置される。また、照射部４０がそれぞれの照射位置で同時に光を照射しないときは、撮像部７０は、分光部５０を介さずに反射光を撮像してよい。
【００５０】
図７は、照射位置（１２，１４）から照射する光の波長の一例を示す。本例においては、照射位置１２からλａを主要な波長成分とする光を照射し、照射位置１２からλｂ及びλｃの２つの波長を主要な波長成分とする光を照射する。また、照射位置１２から照射される光による物体２０からの反射光の強度をＷとし、照射位置１４から照射される光のうち、波長λｂを成分とする光による物体２０からの反射光の強度をＷｂ、波長λｃを成分とする光による物体２０からの反射光の強度をＷｃとする。この場合、分光部５０は、物体２０からの反射光を、波長λａを主要な波長成分とする光と、波長λａ及びλｂを主要な波長成分とする光に分割する。分光部５０は、例えば光学フィルターを用いて物体２０からの反射光を分割してよい。
【００５１】
図７（ａ）に示すように、波長λｂと波長λｃの平均値がλａとなるような光を照射位置１４から照射した場合、波長λｂを成分とする光による反射光の強度Ｗｂと、波長λｃを成分とする光による反射光の強度Ｗｃとの平均値Ｗａを算出することにより、照射位置１４から波長λａの光を照射した場合における物体２０からの反射光の強度を算出することができる。つまり、反射光を分割するための光学フィルター等の減衰を考慮にいれた反射光強度について、照射位置１４から照射された波長λｂ及びλｃを主要な波長成分とする光による反射光の強度の１／２を算出することで、照射位置１４から波長λａの光を照射した場合における物体２０からの反射光の強度を算出することができる。
【００５２】
また、図７（ｂ）に示すように、波長λｂと波長λｃを成分とする光による反射光の強度を線形近似することにより、照射位置１４から波長λａの光を照射した場合における物体２０からの反射光の強度を算出してもよい。本例において説明したように、それぞれの照射位置において異なる波長の光を物体２０に照射し、物体２０からの反射光を分光部５０により波長分離し、撮像することにより、２点の照射位置から照射された光による反射光のそれぞれを、同時に撮像することができるので、物体２０が動いている場合においても、物体２０までの距離情報、面傾き情報を算出することができる。また、図７においては、照射位置１４から２つの波長成分を主要な波長成分とする光を照射したが、他の例においては、さらに多くの波長を主要な波長成分とする光を物体２０に照射してもよい。
【００５３】
図８は、画像処理装置３００の一例を示す。画像処理装置３００は、図４に関連して説明した画像処理装置３００と、同一又は同様の機能及び構成を有してよい。本例において、入力部８０、記録部９０、出力部１２０は、図４に関連して説明したものと同一又は同様の機能及び構成を有する。
【００５４】
算出部１１０は、ＣＰＵ８２、入力装置８８，ＲＯＭ８４、ハードディスク９２，ＲＡＭ８６、ＣＤ−ＲＯＭドライブ９４を有する。ＣＰＵ８２は、ＲＯＭ８４及びＲＡＭ８６に格納されたプログラムに基づいて動作する。キーボード、マウス等の入力装置８８を介して利用者によりデータが入力される。ハードディスク９２は、画像等のデータ、及びＣＰＵ８２を動作させるプログラムを格納する。ＣＤ−ＲＯＭドライブ９４はＣＤ−ＲＯＭ９６からデータ又はプログラムを読みとり、ＲＡＭ８６、ハードディスク９２及びＣＰＵ８２の少なくともいずれかに提供する。
【００５５】
ＣＰＵ８２が実行するプログラムの機能構成は、図４に関連して説明した画像処理装置３００の算出部１１０の機能構成と同じであり、２点の照射位置から物体２０に光を照射した場合の、それぞれの照射位置からの光による物体２０からの反射光の強度を、それぞれ入力させる入力モジュールと、反射光のそれぞれの強度に基づいて、物体２０までの距離情報を算出させる算出モジュールとを有する。入力モジュール及び算出モジュールが、ＣＰＵ８２に行わせる処理は、図４に関連して説明した算出部１１０の機能及び動作と同じであるから、説明を省略する。これらのプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ８４等の記録媒体に格納された利用者に提供される。記録媒体の一例としてのＣＤ−ＲＯＭ９６には、本出願で説明した、画像処理装置３００の動作の一部又は全ての機能を格納することができる。
【００５６】
上記のプログラムは、記録媒体から直接ＲＡＭ８６に読み出されてＣＰＵ８２により実行されてもよい。あるいは、上記のプログラムは、記録媒体からハードディスク（ＭＤ）等の磁気記録媒体、ＭＯ等の光磁気記録媒体、テープ状記録媒体、不揮発性の半導体メモリカード等を用いることができる。
【００５７】
上記のプログラムは、単一の記録媒体に格納されてもよいし、複数の記録媒体に分割されて格納されてもよい。また、上記プログラムは、記録媒体に圧縮されて格納されてもよい。圧縮されたプログラムは伸張され、ＲＡＭ８６等の別の記録媒体に読み出され、実行されてもよい。さらに、圧縮されたプログラムは、ＣＰＵ８２によって伸張され、ハードディスク９２等にインストールされた後、ＲＡＭ８６等の別の記録媒体に読み出され、実行されてもよい。
【００５８】
さらに、記録媒体の一例としてのＣＤ−ＲＯＭ９６は、通信ネットワークを介して、ホストコンピュータによって提供される上記のプログラムを格納してもよい。記録媒体に格納された上記のプログラムは、ホストコンピュータのハードディスクに格納され、通信ネットワークを介してホストコンピュータから当該コンピュータに送信され、ＲＡＭ８６等の別の記録媒体に読み出され、実行されてもよい。
【００５９】
上記のプログラムを格納した記録媒体は、本出願の画像処理装置３００を製造するためにのみ使用されるものであり、そのような記録媒体の行としての製造及び販売等が本出願に基づく特許険の侵害を構成することは明らかである。
【００６０】
図９は、本発明に係る情報獲得方法のフローチャートの一例を示す。本発明に係る情報獲得方法は、光学的に異なる２点の照射位置から、物体に光を照射する照射段階と、２点の照射位置から照射された光による物体からの反射光をそれぞれ撮像する撮像段階と、光学的に異なる２点の照射位置から、物体に光を照射する角度のうちいずれかを算出する角度算出段階と、撮像位置において撮像された、物体の被測定部の反射光及び、被測定部の近傍からの反射光に基づいて、被測定部までの距離情報を算出する算出段階とを備える。本例においては、撮像段階は、２点の照射位置のいずれかと光学的に同位置である撮像位置において、２点の照射位置から照射された光による物体からの反射光をそれぞれ撮像し、角度測定段階は、撮像段階が撮像する物体からの反射光に基づいて光を照射する角度を算出する。
【００６１】
算出段階は、撮像段階において撮像された、被測定部からの反射光の強度及び被測定部の近傍からの反射光の強度に基づいて、被測定部の距離情報及び被測定部の面傾き情報を算出してもよい。以下フローチャートを用いて算出段階における、被測定部までの距離情報を算出する方法について説明する。
【００６２】
算出段階はまず、第１算出段階において、被測定部からの反射光の強度及び反射光の入射角に基づいて、被測定部までの仮の距離情報を仮定する（Ｓ１００）。つぎに、仮定した距離情報に基づいて、被測定部の面傾き情報を算出する（Ｓ１０２）。仮定した距離情報に基づいて被測定部の面傾き情報を算出する方法は、図１から図３に関連して説明した方法と同一又は同様の方法で算出してよい。
【００６３】
次に、第２算出段階において、被測定部までの仮の距離情報及び、被測定部の面傾き情報に基づいて、被測定部の近傍の仮の距離情報を算出する（Ｓ１０４）。被測定部の近傍の仮の距離情報を算出する方法は、図１から図３に関連して説明した方法と同一又は同様の方法で算出してよい。
【００６４】
次に第３算出段階において、被測定部の近傍の仮の距離情報と、被測定部の近傍からの反射光の強度及び、反射光の入射角に基づいて、被測定部の近傍の面傾き情報を算出する（Ｓ１０６）。被測定部の近傍の面傾き情報を算出する方法は、図１から図３に関連して説明した方法と同一又は同様の方法で算出してよい。
【００６５】
次に第４算出段階において、被測定部の面傾き情報と、被測定部の近傍の面傾き情報との誤差を算出する（Ｓ１０８）。算出した誤差が、所定の範囲内であるか否かを判定し（Ｓ１１０）、算出した誤差が所定の範囲内である場合に、被測定部の仮の距離情報を、被測定部の真の距離情報として出力する（Ｓ１１２）。また、算出した誤差が所定の範囲外である場合は、被測定部の仮の距離情報を他の値として第１算出段階に戻る。つまり、被測定部の複数の仮の距離情報に対して、Ｓ１００からＳ１１０までの計算を行い、第４算出段階は、被測定部の複数の仮の距離情報に対して、それぞれ誤差を算出し、算出段階は、誤差が最小となる場合の被測定部の仮の距離情報を真の前記被測定部の距離情報としてもよい。算出した距離情報に基づいて、被測定部の面傾き情報を算出することができる。
【００６６】
図２に関連して説明した方法と同様に、第２算出段階は、被測定部の面傾き情報に基づいて、被測定部の面を延長した近傍において、被測定部の近傍の仮の距離情報を算出してもよい。また、撮像段階は、被測定部からの反射光及び、被測定部の近傍の複数の場所からの反射光を撮像し、第４算出段階は、被測定部の近傍の複数の場所において、被測定部の仮の面傾き情報と被測定部の近傍の仮の面傾き情報との誤差をそれぞれ算出し、算出段階は、誤差の二乗和が最小となる場合の被測定部の仮の距離情報を真の被測定部の距離情報としてもよい。被測定部の近傍の複数の場所からの反射光から得られる画像データに基づいて、フローチャートで説明した計算を行うことにより、ノイズや計算誤差を低減した被測定部までの距離情報を得ることができる。
【００６７】
照射段階は、それぞれの照射位置において、異なる波長の光を物体の被測定部及び被測定部の近傍に照射し、それぞれの照射位置において、実質的に同時に物体に光を照射し、撮像段階は、異なる波長の光のそれぞれを選択的に透過させる波長選択手段を有し、それぞれの照射位置における光による物体からの反射光をそれぞれ撮像してもよい。
【００６８】
図８に関連して説明した情報獲得方法においては、図１から図３に関連して説明した方法と同一又は同様の方法で、被測定部までの距離情報及び面傾き情報を算出してよい。
【００６９】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００７０】
【発明の効果】
上記説明から明らかなように、本発明によれば、光が照射された物体から得られる反射光を撮像することにより、物体の表面の傾きによる誤差を排除した、物体までの距離情報を獲得することが可能となる。また、物体２０の表面の傾き情報、物体２０の表面の反射率情報を獲得することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の原理説明図である。
【図２】  被測定部２２までの距離Ｌ、被測定部２２の面傾きθ０を算出する方法の一例の説明図である。
【図３】  仮の距離Ｌａについての所定の範囲で所定の距離間隔で、面傾きθ０及び面傾きθ０’を算出した結果の一例を示す。
【図４】  本発明に係る画像撮像装置１００の構成の一例を示す。
【図５】  撮像部７０が撮像した物体２０からの反射光に基づく画像データ１５０の一例を示す。
【図６】  画像撮像装置１００の一例を説明する図である。
【図７】  照射位置（１２，１４）から照射する光の波長の一例を示す。
【図８】  画像処理装置３００の一例を示す。
【図９】  本発明に係る情報獲得方法のフローチャートの一例を示す。
【符号の説明】
１０・・・カメラ、１２、１４・・・照射位置
２０・・・物体、２２・・・被測定部
２４・・・被測定部の近傍、４０・・・照射部
５０・・・分光部、５２・・・光学レンズ
６０・・・制御部、７０・・・撮像部
８０・・・入力部、８２・・・ＣＰＵ
８４・・・ＲＯＭ、８６・・・ＲＡＭ
８８・・・入力装置、９２・・・ハードディスク
９４・・・ＣＤ−ＲＯＭドライブ、９６・・・ＣＤ−ＲＯＭ
９０・・・記憶部、１００・・・画像撮像装置
１１０・・・算出部、１２０・・・出力部
１５０・・・画像データ、３００・・・画像処理装置
【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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