JP2003315028A - ３次元計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スリット光を用いる光切断方式により物体形
状を非接触計測する３次元計測装置において、３次元デ
ータ欠損の自動判別とデータの自動修復を図る。 【解決手段】 スリット状の反射光で成る画像データを
ベクトル変換する手段と、ベクトル変換した画像データ
の連続性を判別する判別手段とを備え、予備スキャン
（Ｓ１）において、各スキャン毎にスリット画像をベク
トル変換して得られたベクトルの連続性を調べ（Ｓ
２）、スリット画像が連続でない場合（Ｓ２においてＮ
Ｏ）、スリット画像が連続となるまで被写体の載置され
た回転台を回転させる（Ｓ５，Ｓ６、Ｓ７）。次に、本
スキャン（Ｓ９）において、３次元データの計測を行
い、３次元データが欠損するスキャン角度を記憶させて
おき（Ｓ１２）、その角度において回転台の回転を行っ
て（Ｓ１６）、３次元データの自動修復を行う。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、物体にスリット光
などの光を照射して物体の形状を非接触で計測する３次
元計測装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来より、スリット光投影を行う光切断
法による非接触タイプの３次元計測装置が知られてい
る。非接触型の３次元計測装置は、接触型に比べて高速
の計測が可能であることから、ＣＧシステムやＣＡＤシ
ステムへのデータ入力、身体計測、ロボットの視覚認識
などに利用されている。 【０００３】この３次元計測に好適な計測方法として知
られているスリット光投影法（光切断法ともいう）は、
物体（被写体）を光学的に走査（スキャン）して３次元
画像いわゆる距離画像を得る方法であり、特定の検出光
を照射して物体を撮影する能動的計測方法の一種であ
る。そして、物体は奥側の回転テーブル台に載置され、
適宜、物体を回転させながら、手前側に固定されている
撮像手段により物体の形状測定が行われる。３次元画像
は、物体上の複数の部位の３次元位置を示す画素の集合
である。スリット光投影法では、検出光として断面が直
線状のスリット光が用いられる。 【０００４】図２１はスリット光投影法の概要を示し、
図２２はスリット光投影法による計測の原理を示す。計
測対象である物体Ｑに断面が細い帯状のスリット光Ｕを
照射し、その反射光を例えば２次元イメージセンサの撮
像面Ｓ２に入射させる〔図２１（ａ）〕。物体Ｑの照射
部分が平坦であれば、撮影像であるスリット画像は直線
になる〔図２１（ｂ）〕。照射部分に凹凸があれば、ス
リット光Ｕを照射する方向と反射光を受光する方向が異
なるため、スリット画像は照射部分の凹凸を反映して、
直線が曲がったり階段状になったりする像となる〔図２
１（ｃ）〕。つまり、計測装置と物体Ｑとの距離の大小
が撮像面Ｓ２における反射光の入射位置に反映する〔図
２１（ｄ）〕。スリット光Ｕをその幅方向に偏向するこ
とにより、受光側から見える範囲の物体表面を走査して
物体表面の３次元位置をサンプリングすることができ
る。サンプリング点数はイメージセンサの画素数に依存
する。 【０００５】図２２において、投光の起点Ａと受光系の
レンズの主点Ｏとを結ぶ基線ＡＯが受光軸と垂直になる
ように、投光系と受光系とが配置されている。受光軸は
撮像面Ｓ２に対して垂直である。なお、レンズの主点と
は、有限遠の被写体の像が撮像面Ｓ２に結像したとき
の、いわゆる像距離（image distance）ｂだけ撮像面Ｓ
２から離れた受光軸上の点である。像距離ｂは、受光系
の焦点距離ｆとピント調整のためのレンズ繰出し量との
和である。 【０００６】主点Ｏを３次元直交座標系の原点とする。
受光軸がＺ軸、基線ＡＯがＹ軸、スリット光の長さ方向
がＸ軸である。スリット光Ｕが物体上の点Ｐ（Ｘ，Ｙ，
Ｚ）を照射したときの投光軸と投光基準面（受光軸と平
行な投光面）との角度をθａ、受光角をθｐとすると、
点Ｐの座標Ｚは（１）式で表される。 【０００７】 基線長Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２＝Ｚ×ｔａｎθａ＋Ｚ×ｔａｎθｐ ∴ Ｚ＝Ｌ／（ｔａｎθａ＋ｔａｎθｐ） …（１） なお、受光角θｐとは、点Ｐと主点Ｏとを結ぶ直線と、
受光軸を含む平面（受光軸平面）とのなす角度である。 【０００８】撮像倍率βは、β＝ｂ／Ｚであるので、撮
像面Ｓ２の中心と受光画素とのＸ方向の距離をｘｐ、Ｙ
方向の距離をｙｐとすると〔図２２（ａ）参照〕、点Ｐ
の座標Ｘ，Ｙは、（２），（３）式で表される。 【０００９】 Ｘ＝ｘｐ／β …（２） Ｙ＝ｙｐ／β …（３） 角度θａはスリット光Ｕの偏向の角速度によって一義的
に決まる。受光角θｐはｔａｎθｐ＝ｂ／ｙｐの関係か
ら算出できる。つまり、撮像面Ｓ２上での位置（ｘｐ，
ｙｐ）を測定することにより、そのときの角度θａに基
づいて点Ｐの３次元位置を求めることができる。 【００１０】図２２（ｃ）のように受光系にズームレン
ズ群を設けた場合には、主点Ｏは後側主点Ｈ’となる。
後側主点Ｈ’と前側主点Ｈとの距離をＭとすると、点Ｐ
の座標Ｚは（１Ｂ）式で表される。 【００１１】 Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２＝Ｚ×ｔａｎθａ＋（Ｚ−Ｍ）×ｔａｎθｐ ∴ Ｚ＝（Ｌ＋Ｍ×ｔａｎθｐ）／（ｔａｎθａ＋ｔａｎθｐ） …（１Ｂ） 以上の原理のスリット光投影法による計測において、例
えばＣＣＤセンサのように撮像面Ｓ２が有限個の画素か
らなる撮像手段を用いる場合には、計測の分解能が撮像
手段の画素ピッチに依存する。ただし、撮像面Ｓ２上で
のスリット光ＵのＹ方向（走査方向）の幅が複数画素分
となるようにスリット光Ｕを設定することにより、分解
能を高めることができる。 【００１２】従来、このような計測装置では、物体（被
写体）を奥側の回転テーブル台に載置し、被写体を回転
させながら、手前側に固定されている撮像手段で物体の
形状を測定している。 【００１３】また、他の従来例として、分解能を２次元
画像の下にバー表示するのが知られている。測定中に表
示された分解能に対し、ユーザが不満であると判断した
場合、長焦点レンズを介して高倍率の画像データとする
ことにより、対象物の形状に適した精度で画像データが
生成される。その際、被測定物体の載せられた回転台を
操作して、視野領域を複数の領域に分割して測定される
（特開平７−１７４５３７号公報参照）。 【００１４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光切断
方式において物体が複雑な形状であると、スリット光が
被写体に当らない場合、あるいは、物体からの反射光が
反射光の光路上にある物体の一部に遮られて読み取れな
い場合が発生する。このため、１回の走査中に陰の部
分、すなわち３次元データが欠損する部分が現れるとい
う問題がある。従来は手動により物体を動かして対処し
ており、自動認識することは困難である。光切断方式に
より３次元形状を認識させる場合、複雑な物体形状にお
ける死角（陰）部分の発生は避けられず、死角部分を手
動によらずに効率よく形状認識する技術は必要不可欠で
あり、その実現が望まれていた。 【００１５】本発明は、上記の課題を解消するものであ
って、走査中に３次元データが欠損する部分が現れた場
合、自動でその部分を見つけ出し、欠損した部分のデー
タを自動的に修復することが可能な３次元計測装置を提
供することにある。 【００１６】 【課題を解決するための手段】上記の課題を達成するた
めに、請求項１の発明は、スリット光を投影して被写体
を光学的に走査するための投影手段と、この投影手段に
より被写体に投影されたスリット光の被写体からの反射
光を受光する受光手段と、被写体を載置するための回転
台と、この回転台を回転させる駆動機構とを備え、被写
体の形状を非接触で計測する３次元計測装置において、
受光手段で受光したスリット状の反射光で成る２次元画
像データをベクトル変換する手段と、ベクトル変換した
画像データの連続性を判別する判別手段とを備え、スリ
ット光による走査毎に、得られた画像データをベクトル
変換する手段によりベクトル変換し、このベクトル変換
された画像データの連続性を判別手段により判別し、連
続性が欠如していると判別された場合に、そのスリット
光の走査位置において駆動機構により回転台を回転させ
ることで被写体を回転させ、再度、前記スリット光の投
影及び投影光の反射光の受光を行うものである。 【００１７】上記構成においては、スリット光による反
射光の２次元画像をベクトル変換し、このベクトル変換
されたデータから、データの連続性、つまり３次元デー
タの欠損の有無を自動判別し、連続性がない部分につい
て連続性が達成できるように被写体を載置している回転
台を駆動機構により回転させ、再度スリット光の投影及
び投影光の反射光を受光し、それにより欠損部分の無い
３次元データを自動で採取することができる。 【００１８】 【発明の実施の形態】図１は本発明に係る計測システム
１の構成を示す。計測システム１は、スリット光投影法
によって立体計測を行う３次元カメラ（レンジファイン
ダ）２と、３次元カメラ２の出力データを処理するホス
ト３と、被写体である物体Ｑを回転させる回転台５とか
ら構成されている。 【００１９】３次元カメラ２は、物体Ｑ上の複数のサン
プリング点の３次元位置を特定する計測データ（スリッ
ト画像データ）とともに、物体Ｑのカラー情報を示す２
次元画像及びキャリブレーションに必要なデータを出力
する。三角測量法を用いてサンプリング点の座標を求め
る演算処理はホスト３が担う。 【００２０】ホスト３は、ＣＰＵ３ａ、ディスプレイ３
ｂ、キーボード３ｃ、及びマウス３ｄなどから構成され
たコンピュータシステムである。ＣＰＵ３ａには計測デ
ータ処理のためのソフトウェアが組み込まれている。ホ
スト３と３次元カメラ２との間では、オンライン及び可
搬型の記録メディア４によるオフラインの両方の形態の
データ受渡しが可能であり、ホスト３と回転台５との間
では、オンラインの形態のデータ受渡しが可能である。
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ある。 【００２１】図２は３次元カメラ２の外観を示す。ハウ
ジング２０の前面に投光窓２０ａ及び受光窓２０ｂが設
けられている。投光窓２０ａは受光窓２０ｂに対して上
側に位置する。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を通って計測対象の物体（被写体）に向かう。ス
リット光Ｕの長さ方向Ｍ１の放射角度φは固定である。
物体の表面で反射したスリット光Ｕの一部が受光窓２０
ｂ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。 【００２２】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２６
ａ，２６ｂ、及びシャッタボタン２７が設けられてい
る。図２（ｂ）のように、ハウジング２０の背面には、
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。 【００２３】液晶ディスプレイ２１（ＬＣＤ）は、操作
画面の表示手段及び電子ファインダとして用いられる。
撮影者は背面の各ボタン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から
は計測データが出力され、アナログ出力端子３１からは
２次元画像信号が例えばＮＴＳＣ形式で出力される。デ
ジタル出力端子３３は例えばＳＣＳＩ端子である。 【００２４】図３は３次元カメラ２の機能構成を示す。
図中の実線矢印は電気信号の流れを示し、破線矢印は光
の流れを示している。３次元カメラ２は、上述の光学ユ
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（投影手段），５０（受光手段）を有している。光
学系４０において、半導体レーザ（ＬＤ）４１が射出す
る波長６７０ｎｍ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（走査手段）４３によって偏向される。半導体レ
ーザ４１のドライバ４４、投光レンズ系４２の駆動系４
５、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によって制御される。 【００２５】光学系５０において、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。半導体レーザ４１の発振波長帯域の光は、
計測用のセンサ５３に入射する。可視帯域の光は、モニ
タ用のカラーセンサ５４に入射する。センサ５３及びカ
ラーセンサ５４は、どちらもＣＣＤエリアセンサであ
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。ＡＦ機
能は、ＡＦセンサ５７とレンズコントローラ５８とフォ
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は電動ズーミングのために設けられている。 【００２６】センサ５３による撮像情報は、ドライバ５
５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によってセンサ５３の各画素毎
に対応する計測データが生成され、メモリ６３，６４に
格納される。その後、オペレータがデータ出力を指示す
ると、計測データは、ＳＣＳＩコントローラ６６又はＮ
ＴＳＣ変換回路６５によって所定形式でオンライン出力
され、又は記録メディア４に格納される。計測データの
オンライン出力には、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。カラーセンサ５４によ
る撮像情報は、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。カラー処理を受けた
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、又はディジタル画像
生成部６８で量子化されてカラー画像メモリ６９に格納
される。その後、カラー画像データがカラー画像メモリ
６９からＳＣＳＩコントローラ６６へ転送され、ディジ
タル出力端子３３からオンライン出力され、又は計測デ
ータと対応づけて記録メディア４に格納される。なお、
カラー画像は、センサ５３による距離画像と同一の画角
の像であり、ホスト３側におけるアプリケーション処理
に際して参考情報として利用される。カラー情報を利用
する処理としては、例えばカメラ視点の異なる複数組の
計測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、３次元形状モデルの不要の頂点を間引く処理など
がある。システムコントローラ６１は、キャラクタジェ
ネレータ７１に対して、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。 【００２７】図４は投光レンズ系４２の構成を示す。投
光レンズ系４２は、コリメータレンズ４２１、バリエー
タレンズ４２２、及びエキスパンダレンズ４２３の３つ
のレンズから構成されている。半導体レーザ４１が射出
したレーザビームに対して、次の順序で適切なスリット
光Ｕを得るための光学的処理が行われる。まず、コリメ
ータレンズ４２１によってビームが平行化される。次に
バリエータレンズ４２２によってレーザビームのビーム
径が調整される。最後にエキスパンダレンズ４２３によ
ってビームがスリット長さ方向Ｍ１に拡げられる。 【００２８】バリエータレンズ４２２は、撮影距離及び
撮影の画角に係わらず、センサ５３に３以上の複数画素
分の幅のスリット光Ｕを入射させるために設けられてい
る。駆動系４５は、システムコントローラ６１の指示に
従って、センサ５３上でのスリット光Ｕの幅ｗを一定に
保つようにバリエータレンズ４２２を移動させる。バリ
エータレンズ４２２と受光側のズームユニット５１とは
連動する。 【００２９】ガルバノミラー４３による偏向の以前にス
リット長を拡げることにより、偏向の後で行う場合に比
べてスリット光Ｕの歪みを低減することができる。エキ
スパンダレンズ４２３を投光レンズ系４２の最終段に配
置することにより、すなわちガルバノミラー４３に近づ
けることにより、ガルバノミラー４３を小型化すること
ができる。 【００３０】図５は受光のためのズームユニット５１の
模式構成を示す。ズームユニット５１は、前側結像部５
１５、バリエータ部５１４、コンペンセータ部５１３、
フォーカシング部５１２、後側結像部５１１、及び入射
光の一部をＡＦセンサ５７に導くビームスプリッタ５１
６から構成されている。前側結像部５１５及び後側結像
部５１１は、光軸に対して固定である。 【００３１】フォーカシング部５１２の移動はフォーカ
シング駆動系５９が担い、バリエータ部５１４の移動は
ズーミング駆動系６０が担う。フォーカシング駆動系５
９は、フォーカシング部５１２の移動距離（繰り出し
量）を指し示すフォーカシングエンコーダ５９Ａを備え
ている。ズーミング駆動系６０は、バリエータ部５１４
の移動距離（ズーム刻み値）を指し示すズーミングエン
コーダ６０Ａを備えている。 【００３２】図６はビームスプリッタ５２の模式構成を
示し、図７は計測用のセンサ５３の受光波長を示し、図
８はモニタ用のカラーセンサ５４の受光波長を示す。 【００３３】ビームスプリッタ５２は、色分解膜（ダイ
クロックミラー）５２１、色分解膜５２１を挟む２つの
プリズム５２２，５２３、プリズム５２２の射出面５２
２ｂに設けられた赤外線カットフィルタ５２４、センサ
５３の前面側に設けられた可視カットフィルタ５２５、
プリズム５２３の射出面５２３ｂに設けられた赤外線カ
ットフィルタ５２６、及びローパスフィルタ５２７，５
２８から構成されている。 【００３４】ズームユニット５１から入射した光ＵＣ
は、ローパスフィルタ５２７、プリズム５２２を通って
色分解膜５２１に入射する。半導体レーザ４１の発振帯
域の光Ｕ０は色分解膜５２１で反射し、プリズム５２２
の入射面５２２ａで反射した後、射出面５２２ｂからセ
ンサ５３に向かって射出する。プリズム５２２から射出
した光Ｕ０の内、赤外線カットフィルタ５２４及び可視
カットフィルタ５２５を透過した光がセンサ５３によっ
て受光される。一方、色分解膜５２１を透過した光Ｃ０
は、プリズム５２３を通って射出面５２３ｂからカラー
センサ５４に向かって射出する。プリズム５２３から射
出した光Ｃ０の内、赤外線カットフィルタ５２６及びロ
ーパスフィルタ５２８を透過した光がカラーセンサ５４
によって受光される。 【００３５】図７において、破線で示されるように色分
解膜５２１は、スリット光の波長（λ：６７０ｎｍ）を
含む比較的に広範囲の波長帯域の光を反射する。つま
り、色分解膜５２１の波長選択性は、スリット光のみを
選択的にセンサ５３に入射させる上で不十分である。し
かし、ビームスプリッタ５２では、鎖線で示される特性
の赤外線カットフィルタ５２４と、実線で示される特性
の可視カットフィルタ５２５とが設けられているので、
最終的にセンサ５３に入射する光は、図７において斜線
で示される狭い範囲の波長の光である。これにより、環
境光の影響の小さい、すなわち光学的ＳＮ比が大きい計
測を実現することができる。 【００３６】一方、カラーセンサ５４には、図８に実線
で示される特性の赤外線カットフィルタ５２８によっ
て、破線で示される特性の色分解膜５２１を透過した赤
外帯域の光が遮断されるので、可視光のみが入射する。
これにより、モニタ画像の色再現性が高まる。 【００３７】なお、赤外線カットフィルタ５２４及び可
視カットフィルタ５２５の２個のフィルタを用いる代わ
りに、赤外線及び可視光を遮断する特性をもつ１個のフ
ィルタを用いてもよい。赤外線カットフィルタ５２４及
び可視カットフィルタ５２５の両方をプリズム５２２の
側に設けてもよいし、逆に両方のフィルタをセンサ５３
の側に設けてもよい。図６の例とは逆に、可視カットフ
ィルタ５２５をプリズム５２２の側に設け、赤外線カッ
トフィルタ５２４をセンサ５３の側に設けてもよい。 【００３８】次に、光学ユニットＯＵに備えられた２軸
調整機構について図９乃至図１３を参照して説明する。
図９に示すように、光学ユニットＯＵは、投影手段であ
る光学系４０と受光手段である光学系５０とが、ブラケ
ット２１１，２１２に取り付けられて構成されている。
これら２つのブラケット２１１，２１２は、Ｙ方向軸で
ある第２回転軸ＡＸ２を中心に互いに回転可能に連結さ
れている。光学系４０は、ブラケット２１１に対して、
Ｚ方向軸である第１回転軸ＡＸ１を中心に回転可能に取
り付けられている。光学系５０はブラケット２１２に固
定されている。第１回転軸ＡＸ１は受光光学系５０の受
光軸ＡＸ３と平行となるように調整される。 【００３９】図１０乃至図１２に示すように、各ブラケ
ット２１１，２１２は、その側面視が略Ｌ字形を呈して
おり、それぞれ水平板部２１１ａ，２１２ａの外面が互
いに接触した状態で回転可能である。すなわち、水平板
部２１２ａに設けられた穴２１５にはカラー２１６が回
転可能に嵌め込まれ、そのカラー２１６はボルト２１７
によって水平板部２１１ａに固定されている。ボルト２
１７は、頭部にネジ穴が設けられており、図示しない有
底筒状のキャップが頭部に被せられた後、そのキャップ
の中央に設けられた穴を貫通して頭部のネジ穴に螺合す
るボルトによって固定され、これによってボルト２１７
の頭部が覆われている。なお、ボルト２１７の頭部には
回転係合用の溝が設けられている。 【００４０】水平板部２１２ａの突出端部２１８に設け
られたネジ穴には、回転角度位置を調整するための調整
ボルト２１９が螺合している。調整ボルト２１９の先端
部は、水平板部２１１ａにボルト２２１により取り付け
られたカラー２２２の周面に当接する。そのボルト２２
１と水平板部２１２ａに取り付けられたボルト２２３と
の間には引張りバネ２２４が装着されており、これによ
って、水平板部２１１ａ，２１２ａの間において、調整
ボルト２１９の先端部がカラー２２２に当接する方向に
互いに付勢されている。したがって、調整ボルト２１９
を回転させてその軸方向位置を調整することにより、第
２回転軸ＡＸ２を中心としてブラケット２１１とブラケ
ット２１２との相対的な回転角度位置が調整される。調
整ボルト２１９の調整後は、調整ボルト２１９をロック
ナット２２０で固定するとともに、水平板部２１２ａに
設けられた３つの長穴２２５を貫通して水平板部２１１
ａのネジ穴に螺合する３つのボルト２２６を締めること
によって、両水平板部２１１ａ，２１２ａ間を固定す
る。 【００４１】光学系４０のハウジングの背面部には軸部
材２３１が取り付けられており、この軸部材２３１が、
ブラケット２１１の垂直板部に第１回転軸ＡＸ１を中心
に設けられた軸穴２３２に回転可能に嵌め込まれてい
る。第１回転軸ＡＸ１を中心とする光学系４０の回転角
度位置を調整した後、光学系４０のハウジングに設けら
れた穴を貫通してブラケット２１１に設けられたネジ穴
に螺合する図示しない複数のボルトを締めることによっ
て、光学系４０がブラケット２１１に固定される。ブラ
ケット２１２には取付け板２１３がボルトで固定されて
おり、取付け板２１３が光学ユニットＯＵのケーシング
に取り付けられている。 【００４２】なお、投光光学系４０における投光の起点
Ａと受光光学系５０のレンズの主点Ｏ（後側主点Ｈ’）
とを結ぶ基線ＡＯは、受光軸ＡＸ３と垂直である。撮像
面Ｓ２は屈折した受光軸ＡＸ３に対して垂直である。 【００４３】次に、第１回転軸ＡＸ１及び第２回転軸Ａ
Ｘ２の調整方法について説明する。図１３（ａ）に示す
スクリーンＳＣＲは、受光軸ＡＸ３上の前方において受
光軸ＡＸ３と垂直に配置されている。まず、投光光学系
４０からスクリーンＳＣＲ上に投影されたスリット光Ｕ
について、スリット光Ｕを走査したときに、走査の前後
におけるスリット光Ｕの左右の移動距離ＡＬ１，ＡＬ２
が互いに同一となるように、第２回転軸ＡＸ２を調整す
る。次に、図１３（ｂ）に示す撮像面Ｓ２上に受光され
るスリット光Ｕについて、その左右の位置ＢＬ１，ＢＬ
２が互いに同一となるように、つまりスリット光Ｕが撮
像面Ｓ２のＸ軸と平行になるように、第１回転軸ＡＸ１
を調整する。これらの調整を何回か繰り返す。 【００４４】これらの調整によって、第１回転軸ＡＸ１
が受光軸ＡＸ３と平行となり、スリット光Ｕの走査方向
（偏向方向）が第２回転軸ＡＸ２の方向と一致する。し
たがって、光学系４０と光学系５０との位置関係の誤差
がなくなり、その補正を行わなくても精度のよい計測を
行うことができる。また、より良い精度を得るために補
正を行う場合でも、ズームユニット５１においてズーミ
ングを行ってもその補正値を変更する必要がない。した
がって、補正のための演算処理が不要又は最小限でよ
く、その処理時間が極めて短くなる。 【００４５】図１４は計測システム１における３次元位
置の算出の原理を示す。同図では理解を容易にするた
め、図２１及び図２２と対応する要素には同一の符号を
付してある。 【００４６】センサ５３の撮像面Ｓ２上で複数画素分と
なる比較的に幅の広いスリット光Ｕを物体Ｑに照射す
る。具体的にはスリット光Ｕの幅を５画素分とする。ス
リット光Ｕは、サンプリング周期毎に撮像面Ｓ２上で１
画素ピッチｐｖだけ移動するように、図１４の上から下
に向かって偏向され、それによって物体Ｑが走査され
る。サンプリング周期毎にセンサ５３から１フレーム分
の光電変換情報が出力される。 【００４７】撮像面Ｓ２の１つの画素ｇに注目すると、
走査中に行うＮ回のサンプリングの内の５回のサンプリ
ングにおいて有効な受光データが得られる。これら５回
分の受光データに対する補間演算によって注目画素ｇが
にらむ範囲の物体表面ａｇをスリット光Ｕの光軸が通過
するタイミング（時間重心Ｎｐｅａｋ：注目画素ｇの受
光量が最大となる時刻）を求める。図１４（ｂ）の例で
は、ｎ回目とその１つ前の（ｎ−１）回目の間のタイミ
ングで受光量が最大である。求めたタイミングにおける
スリット光の照射方向と、注目画素に対するスリット光
の入射方向との関係に基づいて、物体Ｑの位置（座標）
を算出する。これにより、撮像面の画素ピッチｐｖで規
定される分解能より高い分解能の計測が可能となる。 【００４８】注目画素ｇの受光量は物体Ｑの反射率に依
存する。しかし、５回のサンプリングの各受光量の相対
比は受光の絶対量に係わらず一定である。つまり、物体
色の濃淡は計測精度に影響しない。 【００４９】本実施形態の計測システム１では、３次元
カメラ２がセンサ５３の画素ｇ毎に５回分の受光データ
を計測データとしてホスト３に出力し、ホスト３が計測
データに基づいて物体Ｑの座標を算出する。３次元カメ
ラ２の出力処理回路６２（図３参照）は、各画素ｇに対
応した計測データの生成を担う。 【００５０】図１５は出力処理回路６２のブロック構成
を示し、図１６はセンサ５３の読出し範囲を示す。出力
処理回路６２は、センサ５３の出力する各画素ｇの光電
変換信号を８ビットの受光データに変換するＡＤ変換部
６２０、直列接続された４つのフレームディレイメモリ
６２１〜６２４、有効な５回分の受光データを記憶する
ための５つのメモリバンク６２５Ａ〜Ｅ、受光データが
最大となるフレーム番号（サンプリング番号）ＦＮを記
憶するためのメモリバンク６２５Ｆ、コンパレータ６２
６、フレーム番号ＦＮを指し示すジェネレータ６２７、
及びメモリバンク６２５Ａ〜Ｆのアドレス指定などを行
う図示しないメモリ制御手段から構成されている。各メ
モリバンク６２５Ａ〜Ｅは、計測のサンプリング点数
（つまり、センサ５３の有効画素数）と同数の受光デー
タを記憶可能な容量を持つ。 【００５１】４つのフレームディレイメモリ６２１〜６
２４でデータ遅延を行うことにより、個々の画素ｇにつ
いて５フレーム分の受光データを同時にメモリバンク６
２５Ａ〜Ｅに格納することが可能になっている。なお、
センサ５３における１フレームの読出しは、撮像面Ｓ２
の全体ではなく、高速化を図るために図１６のように撮
像面Ｓ２の一部の有効受光領域（帯状画像）Ａｅのみを
対象に行われる。有効受光領域Ａｅはスリット光Ｕの偏
向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、有効受光領域Ａｅのシフト方向の画素数は
３２に固定されている。ＣＣＤエリアセンサの撮影像の
一部のみを読み出す手法は、特開平７−１７４５３６号
公報に開示されている。 【００５２】ＡＤ変換部６２０は、１フレーム毎に３２
ライン分の受光データＤ６２０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６２１〜６
２４は、３１（＝３２−１）ライン分の容量をもつＦＩ
ＦＯである。 【００５３】ＡＤ変換部６２０から出力された注目画素
ｇの受光データＤ６２０は、２フレーム分だけ遅延され
た時点で、コンパレータ６２６によって、メモリバンク
６２５Ｃが記憶する注目画素ｇについての過去の受光デ
ータＤ６２０の最大値と比較される。遅延された受光デ
ータＤ６２０（フレームディレイメモリ６２２の出力）
が過去の最大値より大きい場合に、その時点のＡＤ変換
部６２０の出力及び各フレームディレイメモリ６２１〜
６２４の出力が、メモリバンク６２５Ａ〜Ｅにそれぞれ
格納され、メモリバンク６２５Ａ〜Ｅの記憶内容が書換
えられる。これと同時にメモリバンク６２５Ｆには、メ
モリバンク６２５Ｃに格納する受光データＤ６２０に対
応したフレーム番号ＦＮが格納される。 【００５４】すなわち、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、メモリバ
ンク６２５Ａに（ｎ＋２）番目のフレームのデータが格
納され、メモリバンク６２５Ｂに（ｎ＋１）番目のフレ
ームのデータが格納され、メモリバンク６２５Ｃにｎ番
目のフレームのデータが格納され、メモリバンク６２５
Ｄに（ｎ−１）番目のフレームのデータが格納され、メ
モリバンク６２５Ｅに（ｎ−２）番目のフレームのデー
タが格納され、メモリバンク６２５Ｆにｎが格納され
る。 【００５５】次に、３次元カメラ２及びホスト３の動作
を計測の手順と合わせて説明する。以下では、計測のサ
ンプリング点数を２００×２３１とする。すなわち、撮
像面Ｓ２におけるスリット長さ方向の画素数は２３１で
あり、実質的なフレーム数Ｎも２００である。 【００５６】ユーザ（撮影者）は、ＬＣＤ２１が表示す
るカラーモニタ像を見ながら、カメラ位置と向きとを決
め、画角を設定する。その際、必要に応じてズーミング
操作を行う。３次元カメラ２ではカラーセンサ５４に対
する絞り調整は行われず、電子シャッタ機能により露出
制御されたカラーモニタ像が表示される。これは、絞り
を開放状態とすることによってセンサ５３の入射光量を
できるだけ多くするためである。 【００５７】図１７は３次元カメラ２におけるデータの
流れを示し、図１８はホスト３におけるデータ及び信号
の流れを示し、図１９は光学系の各点と物体Ｑとの関係
を示す。 【００５８】ユーザによる画角選択操作（ズーミング）
に応じて、ズームユニット５１のバリエータ部５１４の
移動が行われる。また、フォーカシング部５１２の移動
による手動又は自動のフォーカシングが行われる。フォ
ーカシングの過程でおおよその対物間距離ｄ0 が測定さ
れる。 【００５９】このような受光系のレンズ駆動に呼応し
て、投光側のバリエータレンズ４２２の移動量が図示し
ない演算回路によって算出され、算出結果に基づいてバ
リエータレンズ４２２の移動制御が行われる。 【００６０】システムコントローラ６１は、レンズコン
トローラ５８を介して（図３，図５）、フォーカシング
エンコーダ５９Ａの出力（繰り出し量Ｅｄ）及びズーミ
ングエンコーダ６０Ａの出力（ズーム刻み値ｆｐ）を読
み込む。システムコントローラ６１の内部において、歪
曲収差テーブルＴ１、主点位置テーブルＴ２、及び像距
離テーブルＴ３が参照され、繰り出し量Ｅｄ及びズーム
刻み値ｆｐに対応した撮影条件データがホスト３へ出力
される。ここでの撮影条件データは、歪曲収差パラメー
タ（レンズ歪み補正係数ｄ１，ｄ２）、前側主点位置Ｆ
Ｈ、及び像距離ｂである。前側主点位置ＦＨは、ズーム
ユニット５１の前側端点Ｆと前側主点Ｈとの距離で表さ
れる。前側端点Ｆは固定であるので、前側主点位置ＦＨ
により前側主点Ｈを特定することができる。 【００６１】システムコントローラ６１は、半導体レー
ザ４１の出力（レーザ強度）及びスリット光Ｕの偏向条
件（走査開始角、走査終了角、偏向角速度）を算定す
る。この算定方法を詳しく説明する。まず、おおよその
対物間距離ｄ0 に平面物体が存在するものとして、セン
サ５３の中央で反射光を受光するように投射角設定を行
う。以下で説明するレーザ強度の算定のためのパルス点
灯は、この設定された投射角で行う。 【００６２】次に、レーザ強度を算定する。レーザ強度
の算定に際しては、人体を計測する場合があるので、安
全性に対する配慮が不可欠である。まず、最小強度ＬＤ
ｍｉｎでパルス点灯し、センサ５３の出力を取り込む。
取り込んだ信号〔Ｓｏｎ（ＬＤｍｉｎ）〕と適正レベル
Ｓｔｙｐとの比を算出し、仮のレーザ強度ＬＤ１を、 ＬＤ１＝ＬＤｍｉｎ×Ｓｔｙｐ／ＭＡＸ〔Ｓｏｎ（ＬＤ
ｍｉｎ）〕 に設定する。 【００６３】続いて、レーザ強度ＬＤ１で再びパルス点
灯し、センサ５３の出力を取り込む。取り込んだ信号
〔Ｓｏｎ（ＬＤ１）〕が適正レベルＳｔｙｐ又はそれに
近い値であれば、ＬＤ１をレーザ強度ＬＤｓと決める。
他の場合には、レーザ強度ＬＤ１とＭＡＸ〔Ｓｏｎ（Ｌ
Ｄ１）〕とを用いて仮のレーザ強度ＬＤ１を設定し、セ
ンサ５３の出力と適正レベルＳｔｙｐとを比較する。セ
ンサ５３の出力が許容範囲内の値となるまで、レーザ強
度の仮設定と適否の確認とを繰り返す。なお、センサ５
３の出力の取り込みは、撮像面Ｓ２の全面を対象に行
う。これは、ＡＦによる受動的な距離算出では、スリッ
ト光Ｕの受光位置を高精度に推定することが難しいため
である。センサ５３におけるＣＣＤの積分時間は１フィ
ールド時間（例えば１／６０秒）であり、実際の計測時
における積分時間より長い。このため、パルス点灯を行
うことにより、計測時と等価なセンサ出力を得る。 【００６４】次に、投射角と、レーザ強度が決定したと
きのスリット光Ｕの受光位置から、三角測量により対物
間距離ｄを決定する。最後に、決定された対物間距離ｄ
に基づいて、偏向条件を算出する。偏向条件の算定に際
しては、対物間距離ｄの測距基準点である受光系の後側
主点Ｈ’と投光の起点ＡとのＺ方向（図２２参照）のオ
フセットｄｏｆｆを考慮する。また、走査方向の端部に
おいても中央部と同様の計測可能距離範囲ｄ’を確保す
るため、所定量（例えば８画素分）のオーバースキャン
を行うようにする。走査開始角ｔｈ１、走査終了角ｔｈ
２、偏向角速度ωは、次式で表される。 【００６５】ｔｈ１＝ｔａｎ^−１〔（β×ｐｖ×（ｎｐ
／２＋８）＋Ｌ）／（ｄ＋ｄｏｆｆ）〕×１８０／π ｔｈ２＝ｔａｎ^−１〔（−β×ｐｖ×（ｎｐ／２＋８）
＋Ｌ）／（ｄ＋ｄｏｆｆ）〕×１８０／π ω＝（ｔｈ１−ｔｈ２）／ｎｐ β：撮像倍率（＝ｄ／実効焦点距離ｆｒｅａｌ） ｐｖ：画素ピッチ ｎｐ：撮像面Ｓ２のＹ方向の有効画素数 Ｌ：基線長 【００６６】このようにして算出された条件で次に本発
光に移り、物体Ｑの走査（スリット投影）が行われ、上
述の出力処理回路５２によって得られた１画素当たり５
フレーム分の計測データ（スリット画像データ）Ｄ６２
がホスト３へ送られる。同時に、偏向条件（偏向制御デ
ータ）及びセンサ５３の仕様などを示す装置情報Ｄ１０
も、ホスト３へ送られる。表１は３次元カメラ２がホス
ト３へ送る主なデータをまとめたものである。 【００６７】 【表１】 【００６８】図１８に示すように、ホスト３において
は、スリット重心演算（＃３１）、歪曲収差の補正演算
（＃３２）、カメラ視線方程式の演算（＃３３）、スリ
ット面方程式の演算（＃３４）、及び３次元位置演算＃
３５が実行され、それによって２００×２３１個のサン
プリング点の３次元位置（座標Ｘ，Ｙ，Ｚ）が算定され
る。サンプリング点はカメラ視線（サンプリング点と後
側主点Ｈ’とを結ぶ直線）とスリット面（サンプリング
点を照射するスリット光Ｕの光軸面）との交点である。 【００６９】スリット光Ｕの時間重心Ｎｐｅａｋ（図１
４参照）は、各サンプリング時の受光データＤ（ｉ）を
用いて（３）式で与えられる。 Ｎｐｅａｋ＝ｎ＋Δｎ …（３） Δｎ＝〔−２×Ｄ（ｎ−２）−Ｄ（ｎ−１）＋Ｄ（ｎ＋
１）＋２×Ｄ（ｎ＋２）〕／ΣＤ（ｉ） （ｉ＝ｎ−２，ｎ−１，ｎ，ｎ＋１，ｎ＋２） 又は、 Δｎ＝［−２×〔Ｄ〔ｎ−２）−ｍｉｎＤ（ｉ）〕−
〔Ｄ（ｎ−１）−ｍｉｎＤ（ｉ）〕＋〔Ｄ（ｎ＋１）−
ｍｉｎＤ（ｉ）〕＋２×〔Ｄ（ｎ＋２）−ｍｉｎＤ
（ｉ）〕］／ΣＤ（ｉ） ５つの受光データの内の最小のデータｍｉｎＤ（ｉ）を
差し引いて加重平均を求めることにより、環境光の影響
を軽減することができる。 【００７０】カメラ視線方程式は、（４）式及び（５）
式で表わされる。 （ｕ−ｕ０）＝（ｘｐ）＝（ｂ／ｐｕ）×〔Ｘ／（Ｚ−ＦＨ）〕 …（４） （ｖ−ｖ０）＝（ｙｐ）＝（ｂ／ｐｖ）×〔Ｙ／（Ｚ−ＦＨ）〕 …（５） ｂ：像距離 ＦＨ：前側主点位置 ｐｕ：撮像面における水平方向の画素ピッチ ｐｖ：撮像面における垂直方向の画素ピッチ ｕ：撮像面における水平方向の画素位置 ｕ０：撮像面における水平方向の中心画素位置 ｖ：撮像面における垂直方向の画素位置 ｖ０：撮像面における垂直方向の中心画素位置 【００７１】スリット面方程式は、（６）式で表わされ
る。 【数１】 【００７２】幾何収差は画角に依存する。歪はほぼ中心
画素を中心として対象に生じる。したがって、歪み量は
中心画素からの距離の関数で表される。ここでは、距離
の３次関数で近似する。２次の補正係数をｄ１、３次の
補正係数をｄ２とする。補正後の画素位置ｕ’，ｖ’は
（７）式及び（８）式で与えられる。 【００７３】 ｕ’＝ｕ＋ｄ１×ｔ２^２×（ｕ−ｕ０）／ｔ２＋ｄ２×ｔ２^３×（ｕ−ｕ０） ／ｔ２ …（７） ｖ’＝ｖ＋ｄ１×ｔ２^２×（ｖ−ｖ０）／ｔ２＋ｄ２×ｔ２^３×（ｖ−ｖ０） ／ｔ２ …（８） ｔ２＝（ｔ１）^−２ ｔ１＝（ｕ−ｕ０）^２＋（ｖ−ｖ０）^２ 【００７４】上述の（４）式及び（５）式において、ｕ
に代えてｕ’を代入し、ｖに代えてｖ’を代入すること
により、歪曲収差を考慮した３次元位置を求めることが
できる。なお、キャリブレーションについては、電子情
報通信学会研究会資料ＰＲＵ91-113［カメラの位置決め
のいらない画像の幾何学的補正］小野寺・金谷、電子情
報通信学会論文誌Ｄ-II vol. J74-D-II No.9 pp.1227-1
235,'91/9 ［光学系の３次元モデルに基づくレンジファ
インダの高精度キャリブレーション法］植芝・吉見・大
島、などに詳しい開示がある。 【００７５】上述の実施形態は、計測データＤ６２に基
づいて３次元位置を算出する演算をホスト３が担うもの
であるが、３次元カメラ２に３次元位置を算出する演算
機能を設けてもよい。３次元位置をルックアップテーブ
ル方式で算定することも可能である。受光側の光学系５
０において、ズームユニット５１に代えて交換レンズに
よって撮像倍率を変更してもよい。 【００７６】次に、欠損部の無い３次元データを得る手
順について、図１８及び図２０を参照して説明する。ス
リット画像データにおける連続性の欠如の有無の判別を
もとに、３次元データ欠損部の自動検出が自動的に行わ
れ、適宜、回転台上の被写体の回転と３次元データの修
復動作が自動的に行なわれる。図１８における実線はデ
ータの流れを、破線は信号の流れを示す。３次元データ
の計測は、スリット画像の連続性を調べる予備スキャン
と、これに引き続く３次元データを採取する本スキャン
によって行われる。予備スキャン時に、スリット画像デ
ータは３次元カメラの出力端子を介してベクトル変換
（＃３６）に常に送られている。 【００７７】ここで、ベクトル変換と連続性の判別につ
いて説明する。ベクトル変換（＃３６）において、スリ
ット画像データの画素データの集合に対し、細線化の手
法による線図化、及び得られた線図化データに対する始
点及び終点の定義付けが行われ、スリット画像データが
ベクトル変換される。そして、連続性の判別（＃３７）
において、このべクトル変換された線図化データを用い
て連続性が判別される。連続性の判別（＃３７）は、全
ての始点と終点を有する線図（ベクトル）が互いに始点
と終点において連続してつながっているかどうかを評価
して、つながっていれば、スリット画像データが一本の
連続線になっていると判別する。この場合は、３次元デ
ータの欠損は無いと判断される。また、連続性の判別
（＃３７）において、スリット画像が途切れた線である
と認識される場合は、３次元データの欠損が生じると判
断される。 【００７８】（予備スキャンにおける全てのスリット画
像が連続の場合）図２０のフローチャートにおいて、予
備スキャンの一回目のスキャンが行われる（Ｓ１）。こ
の後、得られたスリット画像データについて、上記のベ
クトル変換（＃３６）によるベクトル変換の処理と連続
性の判別（＃３７）による連続性の判別が行われる。連
続性の判別（＃３７）において連続線であるとの判別結
果がえられた場合（Ｓ２においてＹＥＳ）、スキャン終
了角度か否かが判断されて、終了角度ではない場合（Ｓ
３においてＮＯ）、投光側の光学系４０において次のス
キャン角度が設定され（Ｓ４）、予備スキャンの２回目
のスキャンが行われる（Ｓ１）。このようにして、全て
のスキャン角度においてスリット画像データが連続線と
判別された場合（全てのスキャンに対し、Ｓ２及びＳ３
においてＹＥＳ）、投光側の光学系４０においてスキャ
ン開始角度が設定され（Ｓ８）、本スキャンが実行さ
れ、３次元データの取得が行なわれる（Ｓ９）。この場
合は、被写体の回転と修復動作は必要なく、欠損部の無
い３次元データが得られる。 【００７９】（予備スキャン中にスリット画像の不連続
が発生の場合）上記において、予備スキャン中にスリッ
ト画像の不連続が発生した場合（Ｓ２においてＮＯ）、
スキャン動作を中止させる信号が３次元カメラ２に発信
されてスキャン動作は中止される。次に、回転台５を回
転する信号が回転台５に送られて回転台５が所定の角度
だけ回転する（Ｓ５）。続いて、そのスキャン角度にお
いて、予備スキャンが実行され（Ｓ６）、スリット画像
の連続性が判別され、、不連続であれば（Ｓ７において
ＮＯ）、連続と判別されるまで回転台５の回転と予備ス
キャンと連続性の判別がなされる。回転台５の角度設定
が、スリット画像の連続性が得られる状態になったとき
（Ｓ７においてＹＥＳ）、投光側の光学系４０において
スキャン開始角度が設定され（Ｓ８）、本スキャンの実
行が行われる。 【００８０】（本スキャン）上記に続く本スキャンで
は、スリット画像の不連続が現れる可能性がある。そこ
で、本スキャンを実行して（Ｓ９）、連続性の判別を行
い、連続線でなければ（Ｓ１０においてＮＯ）そのスキ
ャン角度を所定のメモリに記憶させ（Ｓ１２）、次のス
キャン角度を設定し（Ｓ１３）、連続性の判別（＃３
７）において連続線であるとの結果であれば（Ｓ１０に
おいてＹＥＳ）、そのまま次のスキャン角度を設定し
（Ｓ１３）、その角度での本スキャン実行（Ｓ９）を行
い、スキャン終了角度まで本スキャンを実行する。次
に、上記スキャン角度を記憶させるメモリを参照して、
本スキャンにおけるスリット画像の不連続の発生の有無
を調べ、不連続性の発生がなければ３次元データの計測
は終了する（Ｓ１４においてＮＯ）。 【００８１】（本スキャン中における不連続の発生）上
記スキャン角度を記憶させるメモリを参照して、本スキ
ャンにおけるスリット画像の不連続発生がある場合（Ｓ
１４においてＹＥＳ）、不連続の発生した全てのスキャ
ン角度について、回転台上の被写体の回転と３次元デー
タの修復動作を行う。まず、メモリに記憶された最初の
スキャン角度が投光側の光学系４０において設定され
（Ｓ１５）て、回転台５の所定角度の回転（Ｓ１６）及
びスキャンが実行され（Ｓ１７）、連続性の判別（＃３
７）においてスリット画像の連続性が判別される（Ｓ１
８）。このスキャン角度においてスリット画像が不連続
であれば（Ｓ１８においてＮＯ）、再度、回転台の回転
とスキャンを行い、連続であれば（Ｓ１８においてＹＥ
Ｓ）次のスキャン角度について、同様に回転台の回転と
スキャンを行い、欠損した３次元データの修復を行う。
データの修復をすべきスキャン角度がなくなれば（Ｓ１
４においてＮＯ）、３次元データの計測は終了する。上
述した欠損部の無い３次元データを得る手順における予
備スキャン及び本スキャンにおけるスリット画像の連続
性の判別、及びその判別結果に基づく回転台の回転と３
次元データの修復動作は、全て自動により行われる。 【００８２】なお、本発明は、上記構成に限られること
なく種々の変形が可能である。例えば、自動で３次元デ
ータ計測中に、計測装置の操作者が介入してマニュアル
動作に移行し、再度全自動測定に復帰するようにしても
よい。また、予備スキャンと本スキャンとを区別して設
けることなく、本スキャンの中で適宜、スリット画像の
連続性の判別、及びその判別結果に基づく回転台の回転
と３次元データの修復動作を行ってもよい。 【００８３】 【発明の効果】以上のように本発明によれば、スリット
光による反射光の２次元画像をベクトル変換し、このベ
クトル変換されたデータから、データの連続性、つまり
３次元データの欠損の有無を自動判別し、連続性がない
部分について連続性が達成できるように被写体を載置し
ている回転台を駆動機構により回転させ、再度スリット
光の投影及び投影光の反射光を受光し、それにより欠損
部分の無い３次元データを自動で採取することができ
る。かくして、物体の形状が複雑であるなどの原因によ
り、検出光を照射する位置から影になる部分の物体上に
検出光が投影できない場合、あるいは、撮像位置から見
て陰になる部分からの反射光が測定できない場合が生じ
ても、自動で対処することが可能である。

【図面の簡単な説明】 【図１】 本発明に係る計測システムの構成図である。 【図２】 ３次元カメラの外観を示す図である。 【図３】 ３次元カメラの機能構成を示すブロック図で
ある。 【図４】 投光レンズ系の構成を示す模式図である。 【図５】 受光のためのズームユニットの模式図であ
る。 【図６】 ビームスプリッタの模式図である。 【図７】 計測用のセンサの受光波長を示す図である。 【図８】 モニタ用のカラーセンサの受光波長を示す図
である。 【図９】 光学ユニットの２軸調整機構の概略を説明す
るための斜視図である。 【図１０】 同上光学ユニットの上側部分を矢印ＫＡ方
向から見た正面図である。 【図１１】 同上光学ユニットの上側部分を矢印ＫＢ方
向から見た右側面図である。 【図１２】 同上光学ユニットを矢印ＫＣ方向から見た
下面図である。 【図１３】 同上光学ユニットの２軸調整機構の調整方
法を説明するための図である。 【図１４】 計測システムにおける３次元位置の算出の
原理図である。 【図１５】 出力処理回路のブロック図である。 【図１６】 センサの読出し範囲を示す図である。 【図１７】 ３次元カメラにおけるデータの流れを示す
図である。 【図１８】 ホストにおけるデータの流れを示す図であ
る。 【図１９】 光学系の各点と物体との関係を示す図であ
る。 【図２０】 予備スキャン、本スキャン、及び回転台の
回転動作の説明をするフローチャートである。 【図２１】 従来のスリット光投影法の概要を示す図で
ある。 【図２２】 従来のスリット光投影法による計測の原理
を説明するための図である。 【符号の説明】 １ 計測システム ２ ３次元カメラ（３次元入力カメラ） ３ ホスト ３ａ ＣＰＵ（ベクトル変換手段、連続性を判別する判
別手段） ５ 回転台 ４０ 光学系（投影手段） ５０ 光学系（受光手段） ＡＸ１ 第１回転軸 ＡＸ２ 第２回転軸 Ｕ スリット光（検出光） Ｑ 物体（被写体） ＃３６ ベクトル変換 ＃３７ 連続性の判別

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA04 DD00 DD06 DD12 EE00 EE08 FF01 FF02 FF09 GG06 GG08 GG22 HH05 JJ03 JJ26 LL04 LL06 LL09 LL10 LL13 LL20 LL21 LL26 LL30 LL46 MM16 NN02 NN17 PP05 PP13 QQ00 QQ03 QQ17 QQ24 QQ29 QQ32 SS02 SS13 5B057 AA20 BA02 DA07 DB03 DB06 DB09 DC07 DC09

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 スリット光を投影して被写体を光学的に
   走査するための投影手段と、この投影手段により被写体
   に投影されたスリット光の被写体からの反射光を受光す
   る受光手段と、前記被写体を載置するための回転台と、
   この回転台を回転させる駆動機構とを備え、前記被写体
   の形状を非接触で計測する３次元計測装置において、 前記受光手段で受光したスリット状の反射光で成る２次
   元画像データをベクトル変換する手段と、 前記ベクトル変換した画像データの連続性を判別する判
   別手段とを備え、 前記スリット光による走査毎に、得られた画像データを
   前記ベクトル変換する手段によりベクトル変換し、この
   ベクトル変換された画像データの連続性を前記判別手段
   により判別し、連続性が欠如していると判別された場合
   に、そのスリット光の走査位置において前記駆動機構に
   より回転台を回転させることで被写体を回転させ、再
   度、前記スリット光の投影及び投影光の反射光の受光を
   行うことを特徴とする３次元計測装置。