(57)【要約】【課題】測定者の意図した測定が行われなかった場合であっても容易に測定条件の再設定を行う。【解決手段】被測定物に投影光を投射する投光手段と、前記投影光による前記被測定物の投影光画像を取得する撮像手段であって、該撮像手段の撮像面を区分する部分領域毎の撮像による部分的な前記投影光画像を順に読み出す部分読み出しが可能に構成されるとともに、前記撮像面全面での撮像による前記投影光画像を読み出す全面読み出しが可能に構成された撮像手段と、前記撮像手段から部分読み出しされた複数の部分投影光画像に基づいて、前記被測定物の距離画像を算出する算出手段と、当該距離画像と前記撮像手段から全面読み出しされた全体投影光画像とに基づいて、前記被測定物の再測定部位を指定する指定手段と、前記指定された再測定部位に対応する測定条件を設定する設定手段とを備える３次元形状測定装置とする。【選択図】図１１
2009092409.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光投影法を用いて被測定物の３次元形状を測定する３次元形状測定装置であって、
被測定物に投影光を投射する投光手段と、
前記投影光による前記被測定物の投影光画像を取得する撮像手段であって、該撮像手段の撮像面を区分する部分領域毎の撮像による部分的な前記投影光画像を順に読み出す部分読み出しが可能に構成されるとともに、前記撮像面全面での撮像による前記投影光画像を読み出す全面読み出しが可能に構成された撮像手段と、
前記撮像手段から部分読み出しされた複数の部分投影光画像に基づいて、前記被測定物の距離画像を算出する算出手段と、
当該距離画像と前記撮像手段から全面読み出しされた全体投影光画像とに基づいて、前記被測定物の再測定部位を指定する指定手段と、
前記指定された再測定部位に対応する測定条件を設定する設定手段と
を備えることを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項２】
前記距離画像、前記全体投影光画像及び所定のマークを表示する表示手段と、
前記表示手段に表示された前記マークの表示位置を操作する操作手段とをさらに備え、
前記指定手段は、
前記操作手段で操作された前記マークの表示位置を前記再測定部位として指定す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】
前記指定手段は、
前記距離画像と前記全体投影光画像とが互いに視認可能な合成画像を生成し、該合成画像を前記マークと共に前記表示手段の同一画面内に表示することを特徴とする請求項２に記載の３次元形状測定装置。
【請求項４】
前記撮像手段は、
前記撮像面における前記指定された再測定部位に対応する部分領域に固定して該固定部分領域で前記被測定物の投影光画像を撮像し、
前記設定手段は、
前記固定部分領域での撮像により得られた投影光画像に基づいて前記再測定部位に対応する測定条件を設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の３次元形状測定装置。
【請求項５】
前記測定条件は、本測定時における前記投光手段及び撮像手段のうちの少なくとも一方の動作条件であって、
前記設定手段は、
前記本測定の前に行われる予備測定として、前記再測定部位の指定に応じて新たな前記測定条件を設定することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の３次元形状測定装置。
【請求項６】
前記測定条件は、前記投光手段の被測定物に対する投影光の偏向条件及び前記撮像手段のうちの少なくとも一方の露出条件を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の３次元形状測定装置。
【請求項７】
前記表示手段に表示されるマークの位置は、前記距離画像の算出に用いる前記複数の部分投影光画像が撮像される前記被測定物の測定奥行きを規定する基準距離に対応する位置であることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の３次元形状測定装置。
【請求項８】
前記指定手段は、
前記全体投影光画像に基づいて、
前記再測定部位の指定時に、当該部位の再測定が可能であるか否かを判定し、
再測定不可と判定された場合には、該再測定不可であることを報知することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の３次元形状測定装置。
【請求項９】
前記指定手段は、
前記距離画像と前記全体投影光画像との比較を行い、該全体投影光画像の被測定物に対して該距離画像が生成されていない領域を、前記再測定部位として自動的に指定す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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光投影法を用いて被測定物の３次元形状を測定する３次元形状測定装置に関し、特に、高速化を図るべく撮影画像の部分読み出しが可能な撮像素子を備えた３次元形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、物体の３次元形状を測定する手法として光投影法（光切断法）が知られている。光投影法では、被測定物にスリット状のレーザ光（スリット光；投影光）を照射し、このスリット光に対応する被測定物の像（投影光像）を撮像する。当該撮像するための撮像素子としては、一般的にＣＣＤエリアセンサが用いられる。ＣＣＤエリアセンサによる撮影画像の読み出しに際しては、１ラインのスリット光の走査に対してＣＣＤ全画素の読み出しを行っており、このため、被測定物の全面を走査するには１ラインを走査する時間のライン数倍の時間を要してしまう。
【特許文献１】特開平７−１７４５３６号公報
【特許文献２】特開平１０−２７１１号公報
【特許文献３】特開平１０−２７１２号公報
【特許文献４】特開２００１−２６４０３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これに関し、例えば特許文献１には、撮影画像読み出しの高速化を図るべく、撮像素子から帯状画像として部分的に読み出しを行う技術が開示されている。しかしながらこの技術では、一般的に測定の奥行き（測定深度、被写界深度）が狭く（浅く）なってしまう。このため、測定条件を好適なものに設定する必要があるが、例えば特許文献２には、計測に先立って計測時における投射角度範囲の一部のみに検出光（投影光）を投射して物体を撮影し、これにより得られた撮影情報に応じて計測条件を自動的に設定する技術が開示されている。しかしながらこの技術では、必ずしも測定者の意図した部位に対する好適な測定条件が設定されない。
【０００４】
これに対し、例えば特許文献３には、測定条件（基準距離、露出）の再設定を行う技術が開示されている。この技術では、測定条件の再設定に関する予測距離画像を直前の撮影における距離画像の元データに基づいて生成し、これを測定者に提示することで測定条件の再設定プロセスの効率アップを図るようにしている。しかしながら、直前の撮影における距離画像の元データに基づくため、僅かな基準距離変更にしか対応できない、すなわち測定条件の再設定を行う自由度が低い。
【０００５】
また、例えば特許文献４には、投光パターン画像から生成した距離画像のうち、距離値の連続性が閾値以上に途切れる孤立領域をラベリングによって検出し、この検出した領域を正反射などの影響による不良領域と見なして、その不良領域を可視光画像から別途生成した正常な距離画像へ置き換えることで測定条件の再設定を行う技術が開示されている。しかしながらこの技術では、距離画像が得られていない領域に対しては測定条件を再設定する（測定条件の設定プロセスを改善する）ことができない。なお、上記特許文献１には、当該測定条件の再設定を行う技術について開示されていない。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、測定者の意図した測定が行われなかった場合であっても、容易に測定条件の再設定を行う（再測定を行う）ことが可能な３次元形状測定装置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】
【０００７】
本発明に係る３次元形状測定装置は、光投影法を用いて被測定物の３次元形状を測定する３次元形状測定装置であって、被測定物に投影光を投射する投光手段と、前記投影光による前記被測定物の投影光画像を取得する撮像手段であって、該撮像手段の撮像面を区分する部分領域毎の撮像による部分的な前記投影光画像を順に読み出す部分読み出しが可能に構成されるとともに、前記撮像面全面での撮像による前記投影光画像を読み出す全面読み出しが可能に構成された撮像手段と、前記撮像手段から部分読み出しされた複数の部分投影光画像に基づいて、前記被測定物の距離画像を算出する算出手段と、当該距離画像と前記撮像手段から全面読み出しされた全体投影光画像とに基づいて、前記被測定物の再測定部位を指定する指定手段と、前記指定された再測定部位に対応する測定条件を設定する設定手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、光投影法を用いて被測定物の３次元形状を測定する３次元形状測定装置において、投光手段によって被測定物に投影光が投射され、投影光による被測定物の投影光画像を取得する撮像手段が、該撮像手段の撮像面を区分する部分領域毎の撮像による部分的な投影光画像を順に読み出す部分読み出しが可能に構成されるとともに、撮像面全面での撮像による投影光画像を読み出す全面読み出しが可能に構成され、算出手段によって、撮像手段から部分読み出しされた複数の部分投影光画像に基づいて被測定物の距離画像が算出される。そして、指定手段によって、距離画像と撮像手段から全面読み出しされた全体投影光画像とに基づいて被測定物の再測定部位が指定され、該指定された再測定部位に対応する測定条件が設定手段によって設定される。
【０００９】
このように、撮像手段から部分読み出しされた複数の部分投影光画像に基づいて被測定物の距離画像が生成されるので処理の高速化が図れる反面、被測定物の測定奥行きが狭くなり易いこともあるため、被測定物における距離画像が生成されない領域（欠落部）が発生するなど、測定者が意図する測定結果（距離画像）が得られないことがあるが、このような場合であっても、距離画像（欠落部が有る距離画像）と、被測定物全体が謂わば上記欠落部が無く適正に撮影されている全体投影光画像との情報に基づいて、被測定物の再測定部位つまり測定を行いたかった上記欠落部に相当する領域（部位）を指定することができ、当該指定された再測定部位に対応する測定条件が設定されるので、測定者の意図した測定が行われなかった場合であっても、容易に測定条件の再設定を行う（再測定を行う）ことが可能となる。
【００１０】
また、上記構成において、前記距離画像、前記全体投影光画像及び所定のマークを表示する表示手段と、前記表示手段に表示された前記マークの表示位置を操作する操作手段とをさらに備え、前記指定手段は、前記操作手段で操作された前記マークの表示位置を前記再測定部位として指定するようにしてもよい。
【００１１】
これによれば、表示手段によって、距離画像、全体投影光画像及び所定のマークが表示され、操作手段によって、表示手段に表示されたマークの表示位置が操作される。そして、指定手段によって、操作手段で操作されたマークの表示位置が再測定部位として指定されるので、距離画像及び全体投影光画像を参考にして、被測定物の再測定したい部位（領域）をマークを用いて容易に指定することが可能となる。
【００１２】
また、上記構成において、前記指定手段は、前記距離画像と前記全体投影光画像とが互いに視認可能な合成画像を生成し、該合成画像を前記マークと共に前記表示手段の同一画面内に表示するようにしてもよい。
【００１３】
これによれば、指定手段によって、距離画像と全体投影光画像とが互いに視認可能な合成画像が生成され、該合成画像がマークと共に表示手段の同一画面内に表示されるので、測定被測定物のいずれの部位が距離画像が生成されていないのか、及び合成画像に対するマークの現在位置を直感的に把握することができ、ひいては迅速に且つ確実に再測定部位を指定することが可能となる。
【００１４】
また、上記構成において、前記撮像手段は、前記撮像面における前記指定された再測定部位に対応する部分領域に固定して該固定部分領域で前記被測定物の投影光画像を撮像し、前記設定手段は、前記固定部分領域での撮像により得られた投影光画像に基づいて前記再測定部位に対応する測定条件を設定するようにしてもよい。
【００１５】
これによれば、撮像手段によって、撮像面における指定された再測定部位に対応する部分領域に固定して該固定部分領域で被測定物の投影光画像が撮像され、設定手段によって、固定部分領域での撮像により得られた投影光画像に基づいて再測定部位に対応する測定条件が設定されるので、部分読み出しできる既存の撮像手段（部分領域毎の撮像が可能な撮像手段）を利用し、被測定物の再測定を行いたい部位に対応する撮像領域を固定しておいて、上記測定者が意図する測定が可能となるように当該固定部分領域での撮像を好適に行うための測定条件を設定することが、コストを抑えて且つ容易に実現できる。
【００１６】
また、上記構成において、前記測定条件は、本測定時における前記投光手段及び撮像手段のうちの少なくとも一方の動作条件であって、前記設定手段は、前記本測定の前に行われる予備測定として、前記再測定部位の指定に応じて新たな前記測定条件を設定するようにしてもよい。
【００１７】
これによれば、測定条件が、本測定時における投光手段及び撮像手段のうちの少なくとも一方の動作条件とされ、設定手段によって、本測定の前に行われる予備測定として、再測定部位の指定に応じて新たな測定条件が設定されるので、当該測定条件（投光手段及び撮像手段のうちの少なくとも一方の動作条件）の調整を行うことにより、測定者が意図するような再測定を容易に行えるようになる。
【００１８】
また、上記構成において、前記測定条件は、前記投光手段の被測定物に対する投影光の偏向条件及び前記撮像手段のうちの少なくとも一方の露出条件を含むようにしてもよい。
【００１９】
これによれば、測定条件が、投光手段の被測定物に対する投影光の偏向条件及び撮像手段のうちの少なくとも一方の露出条件を含むものとされるので、これら投影光の偏向条件や撮像手段の露出条件を調整して、精度良く再測定設定を行う（好適な測定結果；距離画像を得る）ことが可能となる。
【００２０】
また、上記構成において、前記表示手段に表示されるマークの位置は、前記距離画像の算出に用いる前記複数の部分投影光画像が撮像される前記被測定物の測定奥行きを規定する基準距離に対応する位置であるようにしてもよい。
【００２１】
これによれば、表示手段に表示されるマークの位置が、距離画像の算出に用いる複数の部分投影光画像が撮像される被測定物の測定奥行きを規定する基準距離に対応する位置とされるので、測定者は、マークの表示位置によって、被測定物の測定奥行き、すなわち被測定物のいずれの部分の距離画像が生成されるか（何れの部分が欠落部となるか）を把握することが可能となる。
【００２２】
また、上記構成において、前記指定手段は、前記全体投影光画像に基づいて、前記再測定部位の指定時に、当該部位の再測定が可能であるか否かを判定し、再測定不可と判定された場合には、該再測定不可であることを報知するようにしてもよい。
【００２３】
これによれば、指定手段によって、全体投影光画像に基づいて、再測定部位の指定時に、当該部位の再測定が可能であるか否かが判定され、再測定不可と判定された場合には、該再測定不可であることが報知されるので、測定者は、指定した再測定部位が、再測定可能な部位であるのか否かを確実に知ることができ、ひいては再測定処理が効率良く行えるようになる。
【００２４】
さらに、上記構成において、前記指定手段は、前記距離画像と前記全体投影光画像との比較を行い、該全体投影光画像の被測定物に対して該距離画像が生成されていない領域を、前記再測定部位として自動的に指定するようにしてもよい。
【００２５】
これによれば、指定手段によって、距離画像と全体投影光画像とが比較され、該全体投影光画像の被測定物に対して該距離画像が生成されていない領域が、再測定部位として自動的に指定されるので、マーク移動操作などを行うことなく（測定者を煩わすことなく）、容易に（自動で）再測定が行われるようになる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、撮像手段から部分読み出しされた複数の部分投影光画像に基づいて被測定物の距離画像が生成されるので処理の高速化が図れる反面、被測定物の測定奥行きが狭くなり易いこともあるため、被測定物における距離画像が生成されない領域（欠落部）が発生するなど、測定者が意図する測定結果（距離画像）が得られないことがあるが、このような場合であっても、距離画像（欠落部が有る距離画像）と、被測定物全体が謂わば上記欠落部が無く適正に撮影されている全体投影光画像との情報に基づいて、被測定物の再測定部位つまり測定を行いたかった上記欠落部に相当する領域（部位）を指定することができ、当該指定された再測定部位に対応する測定条件が設定されるので、測定者の意図した測定が行われなかった場合であっても、容易に測定条件の再設定を行う（再測定を行う）ことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１は、本発明の一実施形態に係る３次元カメラが適用される測定システムの一構成例を示す図である。測定システム１は、スリット光投影法によって立体測定を行う３次元カメラ２（レンジファインダ）と、３次元カメラ２の出力データを処理するホスト３とから構成されている。３次元カメラ２は、被測定物Ｑ（被写体）上の複数のサンプリング点の３次元位置を特定する測定データ（スリット画像データ）と共に、被測定物Ｑのカラー情報を有する２次元画像とキャリブレーションに必要なデータとを出力する。ホスト３は、三角測量法によってサンプリング点の座標を求めるなどの演算処理を行う。
【００２８】
ホスト３は、３次元カメラ２に対する外部装置であって、外部装置の本体部３ａ、ディスプレイ３ｂ、キーボード３ｃ及びマウス３ｄなどを備えるＰＣ等のコンピュータシステム（情報処理装置）である。本体部３ａには、ＣＰＵ（中央演算処理装置）やＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリなどが内蔵されており、ＲＯＭ等には測定データ処理のための各種ソフトウェアが格納されている。ホスト３及び３次元カメラ２間は、オンライン或いは可搬型の記録メディア４等によるオフラインでのデータ受渡しが可能となっている。なお、記録メディア４としては、光磁気ディスク（ＭＯ）、ミニディスク（ＭＤ）、メモリカードなどが採用される。
【００２９】
図２は、３次元カメラ２の外観の一例を示す図であり、（ａ）は３次元カメラ２を前面側（スリット光射出側）から見た斜視図を、（ｂ）は３次元カメラ２の背面図を示す。図２（ａ）に示すように、ハウジング２０の前面には投光窓２０ａ及び受光窓２０ｂが設けられている。３次元カメラ２内部の光学ユニットＯＵが射出するスリット光（所定幅ｗの帯状のレーザビーム）Ｕは、投光窓２０ａを通って被測定物Ｑに向かう。スリット光Ｕの幅方向Ｍ１の放射角度φは一定である。被測定物Ｑの表面で反射したスリット光Ｕの一部が受光窓２０ｂを通って光学ユニットＯＵに入射する。なお、光学ユニットＯＵは、投光軸と受光軸との相対関係を適正化するための２軸調整機構を備えている。ハウジング２０の上面には、ズーミングボタン２５ａ、２５ｂ、手動フォーカシングボタン２６ａ、２６ｂ、及びシャッタボタン２７が設けられている。なお、このシャッタボタン２７は、オードフォーカス（ＡＦ）動作や後述の照準作業を行うための半押し動作、及び予備撮影動作や本撮影動作（レリーズ操作）を行うための全押し動作が可能に構成されている。
【００３０】
また、図２（ｂ）に示すように、ハウジング２０の背面には、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）２１、カーソルボタン２２、セレクトボタン２３、キャンセルボタン２４、アナログ出力端子３１、３２、ディジタル出力端子３３、及び記録メディア４の着脱口３０ａが設けられている。カーソルボタン２２は、同図に示すように例えば上下、左右の４方向用の、すなわち後述する基準位置マーカーを表示画面上でアップ移動、ダウン移動、レフト移動及びライト移動させるための入力ボタン群である。キャンセルボタン２４は、各種入力（設定）をキャンセルするための入力ボタンである。このキャンセルボタン２４は、後述の再測定処理時におけるアンドゥ操作に使用される。ＬＣＤ２１は、操作画面を表示する手段及び電子ファインダとして用いられる。測定者（ユーザ）は、背面の各ボタン２２〜２４によって撮影モードの設定を行うことができる。アナログ出力端子３１、３２はそれぞれ測定データ、２次元画像データが例えばＮＴＳＣ形式（アナログ）で出力される端子である。デジタル出力端子３３は例えばＳＣＳＩ端子とされている。
【００３１】
図３は、３次元カメラ２の一構成例を示すブロッグ図である。同図中の実線矢印は電気信号の流れを、破線矢印は光の流れを表している。３次元カメラ２は、上記光学ユニットＯＵを構成する投光側及び受光側の２つの光学系４０、５０を備えている。光学系４０においては、ＬＤ（半導体レーザ）４１が射出する例えば波長６９０ｎｍのレーザビームは、投光レンズ系４２を通過することによってスリット光Ｕとなり、ガルバノミラー４３（走査手段）によって偏向される。ＬＤ４１のドライバ４４、投光レンズ系４２の駆動系４５及びガルバノミラー４３の駆動系４６は、システムコントローラ６１（全体制御部）によって制御される。
【００３２】
一方、光学系５０においては、ズームユニット５１によって集光された光はビームスプリッタ５２によって分光される。当該分光によって、ＬＤ４１の発振波長帯域の光は、測定用の撮像センサ（イメージセンサ）５３に入射する。撮像センサ５３は通常の全画面読み出しが可能であるとともに、後述の部分読み出しが可能に構成されている。この撮像センサ５３により得られる画像はモノクロ画像である。一方、可視帯域の光は、モニタ（通常の表示モード）用のカラー撮像センサ５４に入射する。撮像センサ５３及びカラー撮像センサ５４はいずれも例えばＣＣＤエリアセンサとされている。ズームユニット５１は、内焦型であり、入射光の一部がオートフォーカシング（ＡＦ）に利用される。このＡＦ機能は、ＡＦセンサ５７、レンズコントローラ５８及びフォーカシング駆動系５９によって実現される。ズーミング駆動系６０は、所謂電動ズーミングのために設けられている。
【００３３】
撮像センサ５３による撮像情報（撮影画像）は、ドライバ５５からのクロックに同期して出力処理回路６２へ転送される。出力処理回路６２は、この転送されてきた画像情報から距離画像を生成し、メモリ６３に格納する。メモリ６３に格納されたこの画像は、システムコントローラ６１及びキャラクタジェネレータ７１を介してＬＣＤ２１に表示されたり、ＳＣＳＩコントローラ６６又はＮＴＳＣ変換回路６５によって所定の形式でオンライン出力される、或いは記録メディア４に格納される。前記オンライン出力においてはアナログ出力端子３１又はディジタル出力端子３３が用いられる。
【００３４】
一方、カラー撮像センサ５４による撮像情報（カラー撮影画像）は、ドライバ５６からのクロックに同期してカラー処理回路６７へ転送される。カラー処理が施された撮像情報は、ＮＴＳＣ変換回路７０及びアナログ出力端子３２を経てオンライン出力されたり、ディジタル画像生成部６８により量子化されてカラー画像メモリ６９に格納される。当該格納されたカラー画像は、後述の照準作業の前段階において、システムコントローラ６１、キャラクタジェネレータ７１を介してＬＣＤ２１にモニタ表示され、概略の照準作業に用いられる（通常の表示モード）。また、当該格納されたカラー画像データは、ＳＣＳＩコントローラ６６へ転送されたり、ディジタル出力端子３３からオンライン出力されたり、或いは測定データと対応付けて記録メディア４に格納される。
【００３５】
操作ボタン７２は、上記カーソルボタン２２、セレクトボタン２３及びキャンセルボタン２４からなるボタン群である。システムコントローラ６１は、操作ボタン７２からの各種入力信号を受けて、３次元カメラ２各部の動作を制御する。例えばカーソルボタン２２が押下されると、これに応じてキャラクタジェネレータ７１を制御し、ＬＣＤ２１に表示されている基準位置マーカーを移動・表示させる。
【００３６】
なお、上記カラー撮像センサ５４により得られる撮影画像と、上記撮像センサ５３により得られる撮影画像（距離画像）とは同一の画角を有する画像である。また、カラー撮像センサ５４による得られるカラー画像は、３次元カメラ２（システムコントローラ６１）において、或いはホスト３において、アプリケーション処理に際しての参照情報としても利用される。因みに、当該カラー画像を利用するアプリケーション処理とは、カメラ視点の異なる複数組の測定データを組み合わせて３次元形状モデルを生成する処理、或いは３次元形状モデルにおける不要の頂点を間引く処理などである。システムコントローラ６１は、キャラクタジェネレータ７１に対し、ＬＣＤ２１の画面上に適切な文字や記号を表示するための指示を与える。また、メモリ６３はシステムコントローラ６１にも記憶内容を出力することができる。
【００３７】
図４は、出力処理回路６２の一構成例を示すブロッグ図である。出力処理回路６２は、クロック信号ＣＫを出力するクロック発生回路６２０、撮像センサ５３の出力する光電変換信号のレベルを最適化するための増幅器（アンプ）６２１、クロック信号ＣＫに同期して撮像センサ５３の各画素ｇの光電変換信号を例えば８ビットの受光データＤｇに変換するＡＤ変換器６２２、直列接続された４つのフレームディレイメモリ６２３〜６２６、コンパレータ６２７、フレーム番号（サンプリング番号）ＦＮを指し示すジェネレータ６２８、マルチプレクサ６２９、６個のメモリ６３０Ａ〜６３０Ｆ、及び距離画像生成回路６３１を備えている。
【００３８】
増幅器６２１のゲインは可変であり、システムコントローラ６１によって適切な値に設定される。６つのフレームディレイメモリ６２３〜６２６は、上記各画素ｇについて、５フレーム分の受光データＤｇを同時にメモリ６３０Ａ〜６３０Ｅに出力するために設けられている。メモリ６３０Ａ〜６３０Ｅは、有効な５回分の受光データＤｇを記憶するために設けられており、それぞれが測定のサンプリング点数（撮像センサ５３の有効画素数）と同数個の受光データＤｇを記憶可能な容量を有している。メモリ６３０Ｆは、画素ｇ毎に特定のフレーム番号ＦＮを記憶するために設けられており、サンプリング点数と同数個のフレーム番号ＦＮを記憶可能な容量を有している。メモリ６３０Ｂ〜６３０Ｆには、書込み信号としてコンパレータ６２７の出力信号Ｓ６２７が共通に加えられる。これに対して、メモリ６３０Ａには、出力信号Ｓ６２７及びクロック信号ＣＫの２つの信号のうち、マルチプレクサ６２９によって選択された一方の信号が書込み信号として加えられる。クロック信号ＣＫは、後述の静止画像取得と予備撮影において書込み信号として選択される。すなわち、静止画像取得と予備撮影では、ＡＤ変換器６２２の変換動作と同期してメモリ６３０Ａへの書き込みが行われる。
【００３９】
ところで、予備撮影に続いて行われる撮影（本撮影）では、撮像センサ５３からの１フレームの読み出しは、高速化を図るべく、図１２に示すように撮像センサ５３の撮像面Ｓ全体ではなく、この撮像面Ｓの一部の有効受光エリア（帯状画像）Ａｅのみを対象に行われる。有効受光エリアＡｅはスリット光Ｕの偏向（スリット光Ｕによる被測定物１０のスキャン動作）に伴ってフレーム毎に１画素分だけシフトする。本実施形態では、有効受光エリアＡｅのシフト方向の画素数は３２に固定されている。ＣＣＤエリアセンサによる撮影像の一部のみを読み出す手法は、例えば特開平７−１７４５３６号公報に開示されている技術が採用される。
【００４０】
図４に戻って、ＡＤ変換部６２２は、１フレーム毎に３２ライン分の受光データＤｇを画素ｇの配列順にシリアルに出力する。各フレームディレイメモリ６２３〜６２６は、３１（＝３２−１）ライン分の容量を有するＦＩＦＯ（First-In First-Out）である。ＡＤ変換部６２２から出力された注目画素ｇの受光データＤｇは、２フレーム分だけ遅延された時点で、コンパレータ６２７によってメモリ６３０Ｃが記憶する注目画素ｇについての過去の受光データＤｇの最大値と比較される。遅延された受光データＤｇ（フレームディレイメモリ６２４の出力）が過去の最大値よりも大きい場合に、その時点のＡＤ変換部６２２の出力及び各フレームディレイメモリ６２３〜６２６の出力が、メモリ６３０Ａ〜６３０Ｅにそれぞれ格納され、メモリ６３０Ａ〜６３０Ｅの記憶内容が書き換えられる。これと同時にメモリ６３０Ｆには、メモリ６３０Ｃに格納する受光データＤｇに対応したフレーム番号ＦＮが格納される。ただし、ここでのフレーム番号ＦＮは、撮像面Ｓ全体における通しのライン番号（図１２に示すＹ方向の画素番号）ではなく、上述した３２画素幅の有効受光エリアＡｅ内でのライン番号であり、０〜３１の範囲の値をとる。３２ライン分ずつの読み出しの順位（注目画素ｇのＹ方向の位置）とフレーム番号ＦＮとにより、撮像面Ｓ全体におけるライン番号を特定することができる。
【００４１】
ｎ番目（ｎ＜Ｎ）のフレームで注目画素ｇの受光量が最大になった場合には、メモリ６３０Ａに（ｎ＋２）番目のフレームのデータが格納され、メモリ６３０Ｂに（ｎ＋１）番目のフレームのデータが格納され、メモリ６３０Ｃにｎ番目のフレームのデータが格納され、メモリ６３０Ｄに（ｎ−１）番目のフレームのデータが格納され、メモリ６３０Ｅに（ｎ−２）番目のフレームのデータが格納され、メモリ６３０Ｆにｎ番目のフレームに対応するフレーム番号ＦＮが格納される。距離画像生成回路６３１には、メモリ６３０Ｆからのフレーム番号ＦＮ及びシステムコントローラ６１からのスケール値ｓｃが入力される。距離画像生成回路６３１は、入力されたこれらデータに基づいて距離画像を生成し、距離画像データＤ２１として出力する。距離画像とは、謂わばカメラから物体までの距離（対物間距離）の値を有するした画像のことである。具体的には、被測定物表面の３次元位置情報を格子状（２次元的）に並べたものであり、各格子点は物体表面上の各点における位置情報を有している。一般的に、この距離画像では上記カメラから物体までの距離が視覚化される、例えば被測定物Ｑの表面各点の３次元カメラ２に対する距離（対物間距離）が白から黒までの画像の濃淡地で表され、距離が近い部分は明るく、遠い部分は暗くなるように表示される。
【００４２】
また、上記スケール値ｓｃは、有効受光エリアＡｅの幅で規定される測定可能範囲内の測定基準面の位置を示し、０〜３１の値をとる。このスケール値ｓｃのデフォルトは「１６」である。上記フレーム番号ＦＮは、当該測定可能範囲内における被測定物の位置（厳密には注目画素に対応したサンプリング点の位置）を示す。また、上記距離画像データＤ２１は、基本的にはこのフレーム番号ＦＮをそのままグレースケール変換したデータ（濃淡画像；テクスチャ）である。すなわち、グレースケールにおけるＲ、Ｇ、Ｂの輝度Ｙｒ、Ｙｇ、Ｙｂは、８×（ＦＮ−ｓｃ＋１６）で与えられる。
【００４３】
なお、撮像センサ５３は、部分読み出しだけでなく、全画面読み出しも可能に構成されており、ドライバ５５や出力処理回路６２（或いはドライバ５５及びシステムコントローラ６１）もこの全画面読み出しを可能とする構成を備えている。
【００４４】
ここで、図６〜図１１を用いて、本実施形態の主特徴点である再測定処理に関する動作及び構成について説明する。ここでは、被測定物Ｑは、図６に示すような正面及び側面形状を有する四角錐体（被測定物１０とする）であるものとする。本実施形態では、本撮影において上記距離画像を生成するが、この本撮影に先立って、照準作業、静止画像取得、及び予備撮影を行う。そして、本撮影の後、測定者が意図する距離画像が得られていない場合に、再測定処理が行われる。
【００４５】
図７は、上記照準作業及び静止画像取得を行う際の撮影の構成について概念的に示す模式図である。シャッタボタン２７の半押しによって、カラー撮影画像がＬＣＤ２１に表示されるモード（通常の表示モード）が終了し、照準作業が始まる。照準作業では、同図に示すように、光学系４０（投光手段；ＬＤ４１）によって被測定物１０に対して投影光が連続して照射され、この照射による被測定物１０の投影光画像（被測定物１０及びこの背景を含む全体画像）が撮像センサ５３によって撮像され、ＬＣＤ２１にモニタ表示（プレビュー表示、ビデオ表示）される。測定者は、このモニタ画面を参照しながら照準作業を実施する、すなわち、投影光画像（例えば投影光画像の中央部１０１１；頂点位置）がモニタ画面の例えば中央位置にくるように、手動等によって、ズーミング調整したり、或いは３次元カメラ２（撮像センサ５３或いはカラー撮像センサ５４）に対して被測定物１０を移動させて、又は被測定物１０に対して３次元カメラ２を移動させて位置調整（画角決め）を行う。
【００４６】
図８は、上記照準作業においてＬＣＤ２１にモニタ表示される画像（モニタ画像）２１１の様子を示している。同図に示すように、モニタ画像２１１には、被測定物１０の投影光画像１０１（図６に示す正面図）と、被測定物１０の背景部の画像（背景画像１０２）とが表示されている。ただしここでは、モニタ画像２１１は、撮像センサ５３による撮影画像と同じ画像（画像サイズ）を表すものとし、したがって、モニタ画像２１１を撮影画像２１１とも表現する。なお、モニタ画像２１１中に必ずしも背景画像１０２が写るように照準（配置）せずともよく、投影光画像１０１のみが写るように照準してもよい。また、投影光画像１０１がモニタ画像２１１の中央位置とならず、中央位置からずれた位置となるように照準されてもよい。要は、モニタ画像２１１（投影光画像１０１）を参考にしながら、３次元カメラ２によって被測定物１０の測定が可能となるようにこれらの大凡の位置関係が決定されればよい。
【００４７】
照準作業終了後、その位置関係（表示画像）状態を維持したまま、シャッタボタン２７が例えば全押しされることにより、この撮影画像２１１に示す画像が撮像センサ５３によって（モノクロの）１枚の静止画像として取り込まれる。この静止画像は、出力処理回路６２によって撮像センサ５３から全画面読み出しによって得られた画像（テクスチャ（濃淡画像））であり、メモリ６３等に保存される。以降、このモノクロの静止画像はこの撮影画像２１１を指すものとする。撮影画像２１１（モノクロ画像、テクスチャ）は、スリット光Ｕ（検出光）によって被測定物１０の測定可能な全範囲をカバーするように走査して撮像センサ５３で撮影したものであって、後述の測定奥行きが小さい場合と比べて、測定奥行きが大きい（深い）画像となっている。
【００４８】
図９は、上記予備撮影及び本撮影を行う際の撮影の構成について概念的に示す模式図である。上記照準作業終了後の静止画像を取得した後、予備撮影が行われる。この予備撮影は、謂わば現在の計測環境（撮影状況）がどの様になっているのかを測定（検知）するものである。具体的には、例えば被測定物１０に対する特定の方向にスリット光Ｕを投射し、このスリット光Ｕによる投影像、すなわち被測定物１０表面のスリット光Ｕにより輝度が高くなっている部分（明るくなっている箇所の画素番号）の情報を用い、三角測量法によって、３次元カメラ２及び被測定物１０間の謂わば本撮影に際しての基準となる距離Ｂ（基準距離；対物間距離ともいう。謂わばピントを合わせるための距離）を算出する。なお、当該基準距離Ｂの算出（選定）により、後述の測定可能範囲が決まることになる。
【００４９】
予備撮影では、この基準距離Ｂの情報に基づいて、本撮影を行うための各種撮影条件の設定が行われる（適切な撮影条件に設定される）。撮影条件とは、ズームユニット５１（フォーカシング駆動系５９、ズーミング駆動系６０）によるフォーカシング量（焦点位置）及びズーミング量（画角）、ＬＤ４１の出力（レーザ光強度）、スリット光Ｕの偏向条件（投射開始角、投射終了角、偏向角速度等）などである。この撮影条件の設定は、撮像センサ５３での撮影における露出を調整する設定であると考えてもよい。この場合、撮像センサ５３の露出が飽和したり暗くなり過ぎたりしないように、投光量（上記ＬＤ４１の出力）が調整される。また、撮像センサ５３自身の所謂感度（光電変換特性、積分時間；露光量）等を調整する設定が行われてもよい。ただし本実施形態では、撮像センサ５３の感度は固定されているものとする。なお、これらの撮影条件を、基準距離に応じた測定条件、例えばスリット光Ｕの偏向条件と、露出着目部位（測定可能範囲の領域部分）に対する露出条件、例えばＬＤ４１の出力や撮像センサ５３の感度とに区分して考えてもよい。本実施形態では、これらの条件を纏めて、“撮影条件”として扱うものとする。
【００５０】
ところで、上記特定の方向にスリット光Ｕを投射するとは、３次元カメラ２からのスリット光Ｕの射出角度を所定角度に固定したすなわち投射角度に対応した回転角度位置にガルバノミラー４３をセットした状態で謂わば決め打ちで被測定物１０に対して投射することを示している。このとき、おおよその対物間距離、例えば所定の初期値Ｂ０に被測定物１０が存在すると仮定して、撮像センサ５３の例えば中央部に反射光が入射するように上記特定の方向つまり固定方向が設定されている。なお、一つの固定方向だけでなく複数種類の固定方向で射出する（何通りかに角度を振って照射する）ようにしてもよい。ただし、このことはスリット光Ｕの偏向を意味するものではない（予備撮影ではスリット光Ｕの偏向は行わない）。
【００５１】
予備撮影が終了した後、上記設定した撮影条件（基準距離Ｂ）の下で本撮影を行う。本撮影では、上記図１２で説明したように、光学系４０からのスリット光Ｕの偏向に伴い、撮像面Ｓにおける有効受光エリアＡｅをフレーム毎に１画素分だけＹ方向にシフト（平行移動）しながら撮像センサ５３から部分読み出しを行い、当該部分読み出しにより得た複数の投影光画像（部分投影光画像）から距離画像を生成する。有効受光エリアＡｅのシフト方向の画素数は本実施形態では３２画素に固定されているため、この３２画素分の幅が測定対象となる距離範囲（測定可能範囲）に対応することになる。このようにして本撮影により距離画像が生成されるが、この距離画像は例えば図１０に示すような距離画像１０３となる。距離画像１０３は、図９に示す被測定物１０における測定奥行きｄの範囲（上記測定可能範囲を示す）が撮影されて求められた距離画像である。測定奥行きｄは、予備撮影によって求めた基準距離Ｂの位置（基準位置Ｃ）を例えば中心とした前後範囲からなる範囲である。換言すれば、基準距離は本撮影における被測定物１０の測定奥行き幅ｄを規定するものである。なお、３次元カメラ２に近い側を“前”、遠い側を“後”と表現する。
【００５２】
本実施形態の３次元カメラ２は、上述のように、測定の高速化を図るべく、距離画像を求める際に撮像センサ５３から部分読み出しを行う構成であるが、このように部分読み出しを行う手法を採る場合、全面読み出しを行う場合と比べて測定奥行きｄが小さくなってしまい易い。そのため、距離画像の取得において、測定奥行きｄ以外の範囲部分、例えば符号Ｆで示す前側の部分（図１０に示す第１欠落部１０４；ここでは四角錐体の頂点周辺部）や、符号Ｒで示す後側の部分（第２欠落部１０５；被測定物１０の底面部及びその背後部からなる背景部）に示すような、謂わば距離画像が欠落している部分（暗画像）が生じてしまう。換言すれば、当該距離画像欠落部は、上記静止画像（全面読み出しで得た投影光画像）では撮影できていたが距離画像としては撮影できなかった部分である。
【００５３】
実際の動作では、距離画像１０３が算出されて、撮影画像２１２として距離画像１０３のみがＬＣＤ２１にモニタ表示される。ただし、実際に第１及び第２欠落部１０４、１０５の画像が生成されて距離画像１０３と共に表示される構成としてもよい。なお、本実施形態では、図９及び１０に示すように、測定奥行きｄ以外の前後位置が欠落部（１０４、１０５）となる場合を示しているが、前位置のみ或いは後位置のみ欠落部が生じてもよい。勿論これに限らず、欠落部の個数や位置或いは形状もこれに限定されない。
【００５４】
上記本撮影により得られた距離画像が、測定者が所望する距離画像でない場合、すなわち被測定物１０の測定したい箇所が距離画像として求められていなかった場合（上記欠落部が本来、測定したかった箇所である場合）、アンドゥー操作として、測定者によって例えばキャンセルボタン２４が押下されることにより、図１０に示す距離画像１０３（或いはこの距離画像１０３を含む撮影画像２１２）と、上記撮像センサ５３から全面読み出しして記録保存しておいた図８に示す撮影画像２１１（静止画像）とがＬＣＤ２１画面に共に表示される。この場合、例えばこれら距離画像１０３と撮影画像２１１とが合成されてなる合成画像２１３がモニタ表示される（例えばアンドゥー操作が行われた時点でこの合成画像２１３の画面に切り替わる）。なお、撮影画像２１１（静止画像）の取得は、合成画像２１３を作成する直前に行ってもよい。この合成画像２１３における符号２２１に示す領域は上記第１欠落部１０４を、符号２２２に示す領域は第２欠落部１０５における投影光画像１０１の部分領域（部分領域２２２）を、符号２２３に示す領域は第２欠落部１０５における符号２２２に示す領域以外の部分領域（部分領域２２３；被測定物１０の背景部）を示している。ただし、上記合成画像２１３は、所定の画像処理等によって１枚の画像として謂わば完全に合成されたものであってもよいし、ＬＣＤ２１の画面表示において、単に重ね合わせられた状態で存在する合成画像２１３（画面では結果として１枚の合成画像に見える）であってもよい。
【００５５】
また、上述のようにキャンセルボタン２４が押下されることにより、ＬＣＤ２１の画面に、合成画像２１３と供に（合成画像２１３内に）上記予備撮影における基準位置Ｃ（サンプル点）を表すマーク（予備撮影基準位置表示マーク）、例えばマーク２３１（円と十字が合わされてなるマーク）が表示される。ここでは基準位置Ｃとして、図１１に示す位置にマーク２３１が表示されているが、この位置に限らず、基準距離Ｂ（図９参照）の位置点を含む平面（測定基準面）上の位置であれば任意の位置で構わない。また、マーク２３１を表示する位置は必ずしも基準距離Ｂに対応する基準位置Ｃでなくともよく、要は、予備撮影において基準とした位置が分かる位置に表示されればよい。勿論、このマークの表示形態（形状や個数）も任意でよい。また、マークは、基準位置を指定すべき状態にあることを測定者に教えるために、ＬＣＤモニタ内の任意の位置に表示されてもよい。
【００５６】
測定者は、表示された合成画像２１３とマーク２３１とを参照し、被測定物１０における測定を行いたかった部位、すなわち距離画像を求めたかった領域の指定（指示）を行う。測定者は、合成画像２１３上でマーク２３１を例えばカーソルボタン２２の操作によって上下左右自由な方向に移動させて（このとき矢印は表示されなくてもよい）、所望の位置（図１１では位置２３２）までもっていく。そして、この位置でセレクトボタン２３を押下することによってマーク２３１の位置を確定させる。これにより、被測定物１０の再測定部位（再測定領域）を指定するための新基準位置（Ｃ’）が決定される。換言すれば、撮像センサ５３の撮像面Ｓ上における再測定のための画素位置が決定される、或いは測定したい画像箇所が所謂ラベリングされる。なお、図１１では、被測定物１０の周縁部（四角錐の裾部；部分領域２２２）を新基準位置に指定している。
【００５７】
かかるセレクト操作により新たなマーク２３１の位置を指定し、この指定した位置情報に基づいて、再測定用予備撮影が自動的に実行される。この再測定用予備撮影は、具体的には、撮像センサ５３の撮像面における上記決定された再測定のための画素位置に対応する（例えばこの画素位置を含む）例えば有効受光エリアＡｅと同様の帯状の部分受光エリア（部分領域）に固定しておき（この部分受光エリアをシフトさせず）、上記本撮影の場合と同様にスリット光Ｕを偏向させてこの固定部分受光エリアで被測定物１０を撮像して、この固定部分受光エリアから連続的に画像情報を読み出す。つまり撮像センサ５３の受光エリアを部分受光エリアに固定した状態で、被測定物１０に対する通常のスキャン動作を実行する。ただし、上記部分受光エリアは、本実施形態では、３２画素幅の有効受光エリアＡｅよりも１画素分だけ少ない３１画素幅の有効受光エリア（固定有効受光エリアＡｅ’と表現する）とする。ここでのフレーム番号ＦＮは、本撮影用と異なり、再測定用・予備撮影の開始時からの通しの撮影回数となる。マーク２３２の位置の画素に対する偏向終了後のフレーム番号は、マーク２３２の位置の画素とスリット光Ｕが最も近いときの撮影回数となる。このフレーム番号と撮影条件に基づいて、マーク２３２に対する新基準距離を算出できる。
【００５８】
そして、このような撮影（測定）により得られた情報に基づいて、上記指定した領域の測定が可能となるように（指定部位が好適な測定条件に設定されるように）、撮影条件の再設定が（自動で）行われる。具体的には、上記マーク２３１をマーク２３２に移動させて指定した測定領域に対応する新基準距離Ｂ’を再度算出し、この新基準距離Ｂ’の情報に基づいて、上記撮影条件（＝００４９段落）の再設定が行われる。
【００５９】
なお、当該距離画像１０３と撮影画像２１１とを供に表示して再設定を行うようにするのは、「静止画像を取得した時点では被測定物１０は撮影されていたのであるから、好適な測定条件に再設定しさえすれば、距離画像が欠落している部分（距離画像は生成されているものの露出状態等が好ましくない画像、または、予備撮影で算出した基準距離が適切でなかったために本撮影の測定可能範囲から外れた部分の画像）も測定できるようになる筈である」といった背景理由がある。
【００６０】
また、上述の動作は、深度の浅い画像（距離画像１０３）と深度の深い画像（撮影画像２１１）とを画面表示し、或いは、欠落した距離画像部分である謂わば異常領域を、被測定物全体の画像情報を有している謂わば正常領域と異なる態様で画面表示し、測定者はこれを視認により比較するとともに、測定したい領域をモニタ上で指示し、当該指示点の３次元測定に好適な測定条件を再設定する動作であるとも換言することができる。
【００６１】
ここで、図５は、図３に示すシステムコントローラ６１の一構成例を示すブロック図である。システムコントローラ６１は、表示制御部６１１、前段処理部６１２、予備撮影制御部６１３、本撮影制御部６１４及び再測定処理部６１５等を備えている。表示制御部６１１は、各種画像のＬＣＤ２１へのモニタ表示を制御するものである。表示制御部６１１は、ＬＣＤ２１に、撮像センサ５３による撮影画像を表示（モニタ表示）したり、撮影画像２１１や距離画像１０３或いは合成画像２１３を表示する。また、マーク２３１の表示（移動表示）動作も制御する。
【００６２】
前段処理部６１２は、上記照準作業や静止画像取得における各種処理を行うものである。前段処理部６１２は、撮像センサ５３による撮影画像（被測定物１０の投影光画像）を表示制御部６１１によって表示（プレビュー表示、ビデオ表示）させたり、照準作業による動作として、測定者の指示に従って画角決め等を行うべくズームユニット５１をズーミング駆動させたりする制御信号処理を行う。また、静止画像取得においては、撮像センサ５３から静止画像（例えば撮影画像２１１）を読み出してメモリ６３等に格納させる制御信号処理を行う。なお、前段処理部６１２は、カラー撮像センサで撮像された可視光画像を表示する通常の表示モードと、上記プレビュー表示するプレビューモード（ビデオモード）とのモード切り替えを行う機能も有している。このモード切り替えは、シャッタボタン２７のオフ操作と半押し操作に応じて実行される。
【００６３】
予備撮影制御部６１３は、上記予備撮影における各種制御を行うものである。すなわち、予備撮影制御部６１３は、光学系４０によって被測定物１０に固定方向でスリット光Ｕを投射させてこの投影像を撮像センサ５３に撮影させたり、当該撮影により得られた画像（モノクロ画像）から基準距離を算出し、この基準距離の情報に基づいて、本撮影における各種撮影条件を設定（３次元形状２の各部が当該撮影条件にセットされるように該各部を駆動）する。
【００６４】
本撮影制御部６１４は、上記本撮影における各種制御を行うものである。すなわち、本撮影制御部６１４は、光学系４０からスリット光Ｕを偏向させながら射出し、このスリット光Ｕの偏向に伴い、撮像センサ５３の撮像面Ｓにおける有効受光エリアＡｅをフレーム毎に１画素分だけＹ方向にシフトさせながら画像を読み出す制御を行う。また、この部分読み出しにより得た投影光画像（部分投影光画像；複数枚のフレーム画像）から距離画像（例えば距離画像１０３）を生成（算出）し、表示制御部６１１にこの距離画像をモニタ表示させる。
【００６５】
再測定処理部６１５は、上記再測定処理時の各種処理（再測定用予備撮影を含む）を行うものである。すなわち、再測定処理部６１５は、アンドゥー操作としてのキャンセルボタン２４の押下信号を受けて、合成画像２１３及びマークを表示制御部６１１に表示させる。そして、測定者によるカーソルボタン２２による操作指示に応じて表示画面上でマーク２３１を移動させ、同じくこのマーク移動を確定する操作指示を受けて該マーク位置（新基準位置）を確定し、この確定したマーク位置に対応する固定有効受光エリアＡｅ’を決定する。そして、被測定物１０に対してスリット光Ｕを偏向させて照射して固定有効受光エリアＡｅ’で撮影し、得られた撮影情報（新基準位置）に基づいて撮影条件を設定し直す。なお、再測定処理部６１５は、距離画像１０３と撮影画像２１１とが互いに測定者によって視認可能（判別可能）となるように（距離画像欠落部や背景部も視認可能となるように）謂わば重ねられた状態の合成画像２１３を生成する処理も行う。
【００６６】
なお、システムコントローラ６１は、アンドゥー操作が行われない場合すなわち本撮影により所望の距離画像が得られており、再測定処理（再測定用予備撮影）を実施する必要がない場合、上記本撮影により得られた撮影画像（距離画像）を例えば一旦メモリ６３（記録メディア４）に保存し、保存したこの撮影画像に基づいて所定の演算処理（画像処理）を行って被測定物１０の３次元形状を算出する機能も備えている。ただし、被測定物１０の３次元形状算出は、必ずしもシステムコントローラ６１（３次元カメラ２）において実施せずともよく、３次元カメラ２の外部装置（コンピュータシステム）で実施してもよい。
【００６７】
図１３は、本実施形態に係る３次元カメラ２（３次元形状測定装置）の測定動作の一例を示すフローチャートである。先ず、前段処理部６１２によって例えばプレビューモードに切り替えられて、撮像センサ５３による撮影画像（投影光画像）がＬＣＤ２１にプレビュー表示される（ステップＳ１）。ただし、このとき、被測定物１０全体をカバーする範囲にスリット光Ｕが反復的に偏向投射され、これによる被測定物１０の投影光画像（被測定物１０上で反射した投影光）が撮像センサ５３によって撮像されている。そして、このプレビュー表示画面を参照して測定者による照準作業が行われる。この照準作業における３次元カメラ２の動作として、例えばズーミング駆動などの処理（照準作業用処理）が行われる（ステップＳ２）。照準作業終了後、撮像センサ５３による撮影（全面読み出し）によって静止画像（撮影画像２１１）が得られる。この静止画像はメモリ６３等に格納される（ステップＳ３）。次に、予備撮影制御部６１３による制御によって予備撮影が実行される（ステップＳ４）。そして、本撮影制御部６１４による制御によって本撮影が実行される（ステップＳ５）。本撮影後、アンドゥー操作が行われた（キャンセルボタン２４が押下された）場合には（ステップＳ６のＹＥＳ）、再測定処理部６１５による再測定処理が実行される（ステップＳ７）。再測定処理後はステップＳ５における本撮影動作が再度実行される。アンドゥー操作が行われない場合（ステップＳ６のＮＯ）、上記本撮影により得られた撮影画像（距離画像）及び静止画像が記録保存される（ステップＳ８）。なお、これら保存された画像は、被測定物１０の３次元形状算出等に供される。
【００６８】
図１４は、上記図１３に示すステップＳ４における予備撮影動作の一例を示すフローチャートである。予備撮影においては、予備撮影制御部６１３によって、３次元カメラ２からのスリット光Ｕの射出角度が所定角度に設定され（ガルバノミラー４３が当該射出角度に対応する回転角度位置まで駆動され）（ステップＳ４１）、この固定射出角度でスリット光Ｕが被測定物１０に投射される（ステップＳ４２）。そして、スリット光Ｕが投射（投影）された被測定物１０が撮像センサ５３によって撮影されて投影光画像（モノクロ画像）が得られる（ステップＳ４３）。予備撮影制御部６１３によって、この投影光画像におけるスリット光の結像位置（高輝度画素部）が検出されて、この検出情報から基準距離が算出される（ステップＳ４５）。そして、この基準距離の情報に基づいて、本撮影における各種撮影条件（スリット光Ｕの偏向条件や露出条件）が設定される（ステップＳ４６）。
【００６９】
図１５は、上記図１３に示すステップＳ５における本撮影動作の一例を示すフローチャートである。本撮影においては、本撮影制御部６１４によって、上記予備撮影において設定した撮影条件での撮影が可能となるよう、例えばスリット光Ｕの投射角が設定されるなど、３次元カメラ２各部がセットされる（ステップＳ５１）。次に、この撮影条件で被測定物１０に対するスキャンニングが実行される、すなわちスリット光Ｕを偏向させて被測定物１０に投影しつつ撮像センサ５３の撮像面Ｓにおける有効受光エリアＡｅをフレーム毎に１画素分だけシフトさせながら投影光画像の部分読み出しが行われる（ステップＳ５２）。そして、この読み出された画像情報に基づいて距離画像（例えば距離画像１０３）が生成されて、ＬＣＤ２１にモニタ表示される（ステップＳ５３）。
【００７０】
図１６は、上記図１３に示すステップＳ７における再測定処理動作の一例を示すフローチャートである。再測定処理においては、再測定処理部６１５によって、キャンセルボタン２４の押下信号を受けて、ＬＣＤ２１に合成画像２１３（距離画像１０３及び撮影画像２１１）が表示される（ステップＳ７０１）とともに、マーク２３１（基準位置マーカー）が表示される（ステップＳ７０２）。カーソルボタン２２による操作（アップ操作、ダウン操作、レフト操作及びライト操作）に応じてマーク２３１が移動される（ステップＳ７０３のＮＯ、ステップＳ７０４〜Ｓ７０７のＹＥＳ又はＮＯ、ステップＳ７０８〜Ｓ７１１のＹＥＳ）。セレクト操作が行われる（セレクトボタン２３が押下される）と（ステップＳ７０３のＹＥＳ）、移動した先でのマーク２３１の位置（基準位置）が確定される。カーソルボタン２２が操作されずに（ステップＳ７０４〜Ｓ７０７のＮＯ）、セレクトボタン２３が押下された場合は（ステップＳ７０３のＹＥＳ）、初めと同じマーク位置が確定される。当該確定後、マーク位置（基準位置）が元の位置と同じ位置である場合には（ステップＳ７１２のＮＯ）、再測定用予備撮影は行われずにそのままリターンとなる。
基準位置が元の位置と異なる位置である場合には、すなわち再測定領域が指定された場合には（ステップＳ７１２のＹＥＳ）、この新基準位置の情報を用いて、再測定用予備撮影が実行される（ステップＳ７１３）。
【００７１】
図１７は、上記図１６に示すステップＳ７１３における再測定用予備撮影動作の一例を示すフローチャートである。再測定用予備撮影においては、撮像面Ｓにおける、新マーク位置に対応する固定有効受光エリアＡｅ’が決定される（ステップＳ７２２）。次に、被測定物１０に対してスリット光Ｕが偏向して照射され（ステップＳ７２３）、この固定有効受光エリアＡｅ’により撮影画像が取得される（ステップＳ７２４）。そして、取得された撮影画像情報に基づいて新基準距離が算出され、この新基準距離に対する撮影条件が再設定される（ステップＳ４２５）。
【００７２】
以上のように、本実施形態に係る３次元形状測定装置（３次元カメラ２）によれば、光投影法を用いて被測定物（被測定物１０）の３次元形状を測定する３次元形状測定装置において、投光手段（ＬＤ４１或いは光学系４０；スリット光Ｕ）によって被測定物に投影光が投射され、投影光による被測定物の投影光画像を取得する撮像手段（撮像センサ５３）が、該撮像手段の撮像面（撮像面Ｓ）を区分する部分領域（有効受光エリアＡｅ）毎の撮像による部分的な投影光画像を順に読み出す部分読み出しが可能に構成されるとともに、撮像面全面での撮像による投影光画像を読み出す全面読み出しが可能に構成され、算出手段（本撮影制御部６１４）によって、撮像手段から部分読み出しされた複数の部分投影光画像に基づいて被測定物の距離画像（距離画像１０３）が算出される。そして、指定手段（再測定処理部６１５の指定機能部）によって、距離画像と撮像手段から全面読み出しされた全体投影光画像（投影光画像１０１或いは撮影画像２１１）とに基づいて被測定物の再測定部位が指定され、該指定された再測定部位に対応する測定条件が設定手段（再測定処理部６１５の設定機能部）によって設定される。
【００７３】
このように、撮像手段から部分読み出しされた複数の部分投影光画像に基づいて被測定物の距離画像が生成されるので処理の高速化が図れる反面、被測定物の測定奥行きが狭くなり易いこともあるため、被測定物における距離画像が生成されない領域（欠落部；例えば第１欠落部１０４や第２欠落部１０５）が発生するなど、測定者が意図する測定結果（距離画像）が得られないことがあるが、このような場合であっても、距離画像（上記距離画像情報が欠落している距離画像；測定奥行きが浅い範囲の測定画像から求めた距離画像）と、被測定物全体が謂わば上記欠落部が無く適正に撮影されている（測定奥行きが深い）全体投影光画像との情報に基づいて、被測定物の再測定部位つまり測定を行いたかった上記欠落部に相当する領域（部位）を指定することができ、当該指定された再測定部位に対応する測定条件が設定されるので、測定者の意図した測定が行われなかった場合であっても、容易に測定条件の再設定を行う（再測定を行う）ことが可能となる。
【００７４】
また、表示手段によって、距離画像、全体投影光画像及び所定のマーク（マーク２３１）が表示され、操作手段（カーソルボタン２２、セレクトボタン２３）によって、表示手段に表示されたマークの表示位置が操作される。そして、指定手段によって、操作手段で操作されたマークの表示位置が再測定部位として指定されるので、距離画像及び全体投影光画像を参考にして、被測定物の再測定したい部位（領域）をマークを用いて容易に指定することが可能となる。
【００７５】
また、指定手段によって、距離画像と全体投影光画像とが互いに視認可能な合成画像（合成画像２１３）が生成され、該合成画像がマークと共に表示手段の同一画面内に表示されるので、測定被測定物のいずれの部位が距離画像が生成されていないのか、及び合成画像に対するマークの現在位置を直感的に把握することができ、ひいては迅速に且つ確実に再測定部位を指定することが可能となる。
【００７６】
また、撮像手段によって、撮像面における指定された再測定部位に対応する部分領域に固定して該固定部分領域で被測定物の投影光画像が撮像され、設定手段によって、固定部分領域での撮像により得られた投影光画像に基づいて再測定部位に対応する測定条件（撮影条件）が設定されるので、部分読み出しできる既存の撮像手段（部分領域毎の撮像が可能な撮像手段；撮像センサ５３）を利用し、被測定物の再測定を行いたい部位に対応する撮像領域を固定しておいて、上記測定者が意図する測定が可能となるように当該固定部分領域（固定有効受光エリアＡｅ）での撮像を好適に行うための測定条件を設定することが、コストを抑えて且つ容易に実現できる。
【００７７】
また、測定条件が、本測定（本撮影）時における投光手段及び撮像手段のうちの少なくとも一方の動作条件とされ、設定手段によって、本測定の前に行われる予備測定（予備撮影）として、再測定部位の指定に応じて新たな測定条件が設定されるので、当該測定条件（投光手段及び撮像手段のうちの少なくとも一方の動作条件）の調整を行うことにより、測定者が意図するような再測定を容易に行えるようになる。
【００７８】
また、測定条件が、投光手段の被測定物に対する投影光の偏向条件及び撮像手段のうちの少なくとも一方の露出条件を含むものとされるので、これら投影光の偏向条件や撮像手段の露出条件を調整して、精度良く再測定設定を行う（好適な測定結果；距離画像を得る）ことが可能となる。
【００７９】
また、表示手段に表示されるマークの位置が、距離画像の算出に用いる複数の部分投影光画像が撮像される被測定物の測定奥行き（ｄ）を規定する基準距離（Ｂ）に対応する位置とされるので、測定者は、マークの表示位置によって、被測定物の測定奥行き、すなわち被測定物のいずれの部分の距離画像が生成されるか（何れの部分が欠落部となるか）を把握することが可能となる。
【００８０】
また、指定手段によって、全体投影光画像に基づいて、再測定部位の指定時に、当該部位の再測定が可能であるか否かが判定され、再測定不可と判定された場合には、該再測定不可であることが報知されるので、測定者は、指定した再測定部位が、再測定可能な部位であるのか否かを確実に知ることができ、ひいては再測定処理が効率良く行えるようになる。
【００８１】
さらに、指定手段によって、距離画像と全体投影光画像とが比較され、該全体投影光画像の被測定物に対して該距離画像が生成されていない領域が、再測定部位として自動的に指定されるので、マーク移動操作などを行うことなく（測定者を煩わすことなく）、容易に（自動で）再測定が行われるようになる。
【００８２】
なお、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において各種構成の追加、変更を伴うことが可能であり、例えば以下の変形態様をとることができる。
（Ａ）上記実施形態では、距離画像が生成されていない箇所を再測定領域として指定することを説明したが、勿論これに限らず、距離画像が生成されている箇所を指定してもよい。この場合、再測定処理部６１５は、当該指定した箇所（この指定した箇所の近傍も含む）の例えば露出が好適なものになるように、撮影条件すなわち例えばスリット光Ｕの偏向方法（レーザ強度）や撮像センサ５３の動作タイミング（例えば有効受光エリアＡｅのシフトタイミング）等を設定し直す機能を備えていてもよい。このことは、本撮影で被測定物１０の距離画像（基準距離）は得られたものの、測定したい部位の画像が例えば暗過ぎたり明る過ぎたりして異常である（測定者所望の画像となっていない）ため、これを改善するべく再測定することを示している。これは、３次元カメラ２及び被測定物１０間の距離は好適に合っているものの、画像の露出だけを調整したいといった場合を示しているとも言える。
【００８３】
（Ｂ）上記実施形態では、距離画像１０３と撮影画像２１１（投影光画像１０１）とが合成画像２１３として謂わば重ねられてＬＣＤ２１の画面に表示されるが、これに限らず、ＬＣＤ２１画面内の例えば左右領域に距離画像１０３と撮影画像２１１（投影光画像１０１）とを別々に表示（対比表示）してもよい。この場合、マークは距離画像１０３側の画面に表示されてもよい。
【００８４】
（Ｃ）上記実施形態では、再測定領域の指定が、ボタン操作による表示マークの移動及び位置決めつまり手動で行われる構成であるが、この再測定部位の指定を自動で行ってもよい。すなわち例えば、システムコントローラ６１に、距離画像１０３と投影光画像１０１（全体投影光画像）とを比較（距離画像１０３と撮影画像２１１とを比較してもよい）するとともに、投影光画像１０１（被測定物１０）に対して距離画像１０３が生成されていない領域（部位）を判別する機能を備え、当該距離画像１０３が生成されていない領域が有ると判別された場合には、この領域が再測定領域として自動的に指定される構成としてもよい。あるいは、ホスト３で前記再測定部位の指定を行うように構成されてもよい。
【００８５】
（Ｄ）上記実施形態では、カーソルボタン２２やセレクトボタン２３の操作（マークの移動）によって再測定領域を指定する構成としているが、これに限らず、例えばＬＣＤ２１の画面上を指でタッチすることにより指定する構成（ＬＣＤ２１の画面をタッチ画面にする）としてもよい。ただし、この場合であっても現在の基準位置をマーク表示することが好ましい。なお、指でなくペン等でタッチしてもよい。要は、再測定を行いたい箇所が指定できればよい。
【００８６】
（Ｅ）３次元カメラ２は、上記再測定領域（部位）の指定時に、当該領域の再測定が可能であるか（好適な測定条件再設定により撮影可能であるか）否かを判定するとともに、再測定不可と判定された場合に、該再測定不可であることを報知することが可能に構成されていてもよい。この場合、例えば再測定処理部６１５に当該判定を行う機能及び報知動作を制御する機能を備えるとともに、報知手段としてスピーカ等を備えてもよい（音声により報知する）。勿論、ＬＣＤ２１の表示画面によってすなわち例えば合成画像２１３（撮影画像２１１）上に当該報知（警告）メッセージを表示するなどして報知してもよい。上記再測定の可否の判定は、再測定領域として指定した箇所が測定可能範囲外の位置であるか（例えば被測定物１０が存在しない背景部を指定してしまっているか）、或いは被測定物１０（距離画像１０３或いは投影光画像１０１）の反射率すなわち輝度が許容値範囲外の値であるかなどを判定する処理である。なお、当該判定及び報知機能を距離画像生成回路３６１（図４参照）に備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の一実施形態に係る３次元カメラが適用される測定システムの一構成例を示す図である。
【図２】上記３次元カメラの外観の一例を示す図であり、（ａ）は３次元カメラを前面側（スリット光射出側）から見た斜視図、（ｂ）は３次元カメラの背面図である。
【図３】３次元カメラ２の一構成例を示すブロッグ図である。
【図４】上記３次元カメラの一構成例を示すブロッグ図である。
【図５】図３に示すシステムコントローラの一構成例を示すブロック図である。
【図６】被測定物の形状の一例を示す模式図である。
【図７】照準作業及び静止画像取得を行う際の撮影の構成について概念的に示す模式図である。
【図８】照準作業においてＬＣＤにモニタ表示される画像（モニタ画像）の様子を示す図である。
【図９】予備撮影及び本撮影を行う際の撮影の構成について概念的に示す模式図である。
【図１０】被測定物の距離画像の一例を示す模式図である。
【図１１】合成画像及びマーク表示の一例を示す模式図である。
【図１２】撮像センサの部分読み出しについて説明するための模式図である。
【図１３】本実施形態に係る３次元カメラ（３次元形状測定装置）の測定動作の一例を示すフローチャートである。
【図１４】図１３に示すステップＳ４における予備撮影動作の一例を示すフローチャートである。
【図１５】図１３に示すステップＳ５における本撮影動作の一例を示すフローチャートである。
【図１６】図１３に示すステップＳ７における再測定処理動作の一例を示すフローチャートである。
【図１７】図１６に示すステップＳ７１３における再測定用予備撮影動作の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８８】
１  測定システム
２  ３次元カメラ（３次元形状測定装置）
３  ホスト
３ａ  本体部
３ｂ  ディスプレイ
３ｃ  キーボード
３ｄ  マウス
４  記録メディア
１０  被測定物
２１  ＬＣＤ（表示手段）
２２  カーソルボタン（操作手段）
２３  セレクトボタン（操作手段）
２４  キャンセルボタン
２５ａ  ズーミングボタン
２６ａ  手動フォーカシングボタン
２７  シャッタボタン
４０  光学系（投光手段）
５０  光学系
４１  ＬＤ（投光手段）
４２  投光レンズ系
４３  ガルバノミラー
５１  ズームユニット
５２  ビームスプリッタ
５３  撮像センサ（撮像手段）
５４  カラー撮像センサ
５９  フォーカシング駆動系
６０  ズーミング駆動系
６１  システムコントローラ
６２  出力処理回路
６３  メモリ
６８  ディジタル画像生成部
６９  カラー画像メモリ
７２  操作ボタン（操作手段）
１０１  投影光画像（全体投影光画像）
１０２  背景画像
１０３  距離画像
１０４  第１欠落部
１０５  第２欠落部
２１１  モニタ画像
２１２  撮影画像
２１３  合成画像
２２２、２２３  部分領域
２３１  マーク
３６１  距離画像生成回路
６１１  表示制御部（表示手段）
６１２  前段処理部
６１３  予備撮影制御部
６１４  本撮影制御部（算出手段）
６１５  再測定処理部（指定手段、設定手段）
６３０Ａ〜６３０Ｆ  メモリ
６３１  距離画像生成回路
１０１１  中央部
Ａｅ  有効受光エリア（部分領域）
Ｂ  基準距離
Ｃ  基準位置
ｄ  測定奥行き
ＯＵ  光学ユニット
Ｑ  被測定物
Ｓ  撮像面
Ｕ  スリット光
ｓｃ  スケール値
【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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