３次元形状計測装置
【課題】対象物体の全周３次元形状モデルの計測に必要な情報を瞬時に取得する。
【解決手段】スタジオ装置１０は、パネルを四方に配置して接合することで底面が開放された箱形であり、パネルの内側に鏡面が形成され、天面側から見て鏡面の全部または一部が天面方向に傾斜され、底面側から対象物体を被せて使用する。スタジオ装置１０の天面側には、スタジオ装置の内部に指定のパターン映像を投影する投影装置１１２と、スタジオ装置の内部を撮影する撮影装置１１３が配置される。この状態で、演算制御装置１１１は、投影装置１１２によりパターン映像を投影した状態で撮影装置１３３により撮影されたスタジオ装置１０内の画像からスタジオ装置１０内に配置される対象物体の上面から見た形状及び各パネルの鏡面に映る前後左右の形状を３次元情報として取得し、この３次元情報に基づいて全周３次元画像を作成する。作成された全周３次元画像は表示装置１１４に表示される。
【解決手段】スタジオ装置１０は、パネルを四方に配置して接合することで底面が開放された箱形であり、パネルの内側に鏡面が形成され、天面側から見て鏡面の全部または一部が天面方向に傾斜され、底面側から対象物体を被せて使用する。スタジオ装置１０の天面側には、スタジオ装置の内部に指定のパターン映像を投影する投影装置１１２と、スタジオ装置の内部を撮影する撮影装置１１３が配置される。この状態で、演算制御装置１１１は、投影装置１１２によりパターン映像を投影した状態で撮影装置１３３により撮影されたスタジオ装置１０内の画像からスタジオ装置１０内に配置される対象物体の上面から見た形状及び各パネルの鏡面に映る前後左右の形状を３次元情報として取得し、この３次元情報に基づいて全周３次元画像を作成する。作成された全周３次元画像は表示装置１１４に表示される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物体の全周３次元形状を計測する３次元形状計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、対象物体を立体的に認識可能とするために、対象物体の３次元形状を全周に渡って計測する装置が提案されている。この装置は、対象物体を回転させながら撮像する、計測装置自体を対象物体の周りを移動させながら撮像する、複数台の撮像装置で同時に複数方向から撮像する、といった手法で対象物体全周の画像を取得し、その全周画像から３次元形状モデルを作成する構成となっている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２４３４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の３次元形状計測装置では、一度に得られる３次元形状モデルは撮像装置の方を向いている面だけであり、全周の３次元形状モデルを得るためには、対象物体を回転させるまたは撮像装置を移動させることが必要であり、計測に時間がかかるといった問題があった。また、同時に全周の３次元形状モデルを得る手法として、複数台の撮像装置で同時に複数方向から撮像することで対応可能であるが、複数台の撮像装置が必要となるため、コスト面での問題がある。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、対象物体の全周３次元形状モデルの計測に必要な情報を瞬時に取得することができ、これによって短時間に対象物体の全周３次元形状モデルを表示することのできる３次元形状計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る３次元形状計測装置は以下のような態様の構成とする。
（１）パネルをＮ（Ｎは３以上の整数）方に配置して接合することで底面が開放された箱形であり、前記Ｎ方のパネルのＭ（Ｍは１以上Ｎ以下の整数）枚の内側に鏡面が形成され、天面側から見て前記鏡面の全部または一部が天面方向に傾斜され、前記底面側から対象物体を被せて使用するスタジオ装置と、前記スタジオ装置の天面側に配置され、前記スタジオ装置の内部に指定のパターン映像を投影する投影装置と、前記スタジオ装置の天面側に配置され、前記スタジオ装置の内部を撮影する撮影装置と、前記投影装置でパターン映像を投影した状態で前記撮影装置により撮影されたスタジオ装置内の画像から前記スタジオ装置内に配置される対象物体の上面から見た形状及び各パネルの鏡面に映る前後左右の形状を３次元情報として取得し、この３次元情報に基づいて全周３次元画像を作成する画像処理手段と、前記画像処理手段で作成された全周３次元画像を表示する表示手段とを具備する態様とする。
【０００７】
（２）（１）の構成において、前記スタジオ装置は、内部に前記対象物体が配置されたことを検知する検知手段を備え、前記画像処理手段は、前記検知手段が前記対象物体を検知した時点から前記画像処理を開始する態様とする。
（３）（１）において、前記スタジオ装置は、前記Ｎ方のパネルのＭ枚の内側に天面側から見て天面方向に傾斜するように可動自在に取り付けられる複数の小型ミラーと、前記複数の小型ミラーそれぞれに対応して設けられ、前記小型ミラーを個別に前記スタジオ装置の内部方向に傾斜させる複数のアクチュエータとを備える態様とする。
【０００８】
（４）（１）において、前記スタジオ装置は、前記Ｎ方のパネルのＭ枚の内側に天面側から見て天面方向に傾斜した状態で固定され、鏡面状態及び透過状態の切り替え機能を有する複数の調光ミラーと、前記複数の調光ミラーそれぞれに対応して設けられ、前記複数の調光ミラーの鏡面状態、透過状態を個別に切り替える調光制御手段とを備える態様とする。
【０００９】
（５）（１）において、前記スタジオ装置は、内部の底面周辺に配置される凸面鏡を備え、前記画像処理手段は前記凸面鏡に映る像の歪みを補正する補正手段を備える態様とする。
（６）（１）において、前記投影装置は、同時に異なる波長で複数のパターン像を投影し、前記撮像装置は、前記投影装置の複数の投影波長に対応する波長にピーク感度を持つ態様とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、スタジオ装置内部の鏡面が、上方に設置された投影装置が下方に向かって投影する３次元形状計測に必要なパターン光を、内部に向かって反射して対象物体の全周囲にパターンを投影し、パターン光が投影された対象物体の前後左右の様子を反射するようにし、システム上方に設置された撮影装置にてパターン光が投影された対象物体の全周囲を撮影可能にしていることにより、対象物体にスタジオ装置を被せるという簡単な操作によって、対象物体の全周３次元形状計測に必要な情報を瞬時に取得することができる。
【００１１】
また、本発明によれば、スタジオ装置の内部に設置される検知手段により、対象物体にスタジオ装置を被せるというユーザにとってわかりやすい動作によって３次元形状計測を開始することが可能となる。
また、小型ミラー及びアクチュエータ、調光ミラー及び調光コントローラにより、スタジオ装置の横幅を小型化することが可能となる。
【００１２】
また、本発明によれば、凸面鏡を利用することで、スタジオ装置の高さを縮小することが可能となる。
以上のように、本発明によれば、対象物体の全周３次元形状モデルの計測に必要な情報を瞬時に取得することができ、これによって短時間に対象物体の全周３次元形状モデルを表示することのできる３次元形状計測装置を提供することができる。
【００１３】
特に、平面鏡の枚数Ｍが大きいと視点数が増えるのでオクルージョン（遮蔽）部分が減るという効果があり、Ｍが小さいと視点数が減るので前処理（キャリブレーション）の工程数が少なく済むという効果がある。
また、隣り合う鏡面からの投影パターンの混合を防ぐために、隣り合う鏡面においては、波長分割または時分割で投影する必要があるが、平面鏡の枚数Ｍが小さいと、時分割の手段を取った場合に、少ないフレーム数で計測が完了するので、計測速度が速くなる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る３次元形状計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態の計測処理装置の具体的な構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態の３次元情報の取得処理（計測プロセス）を示すフローチャートである。
【図４】第１の実施形態の次元形状モデルの作成処理（復元プロセス）を示すフローチャートである。
【図５】第１の実施形態の計測処理装置を用いて対象物体を計測するときの設置状態と計測状況を示す概念図である。
【図６】第１の実施形態において、３次元座標算出のための投影パターン画像と撮影取得画像を示す図である。
【図７】第１の実施形態において、テクスチャ情報取得のための投影パターン画像と撮影取得画像を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る３次元形状計測装置の構成を示すブロック図である。
【図９】第３の実施形態の計測処理装置を用いて対象物体を計測するときの設置状態と計測状況を示す概念図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る３次元形状計測装置の構成を示す斜視図である。
【図１１】第４の実施形態の計測処理装置を用いて対象物体を計測するときの設置状態と計測状況を示す概念図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態に係る３次元形状計測装置の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る３次元形状計測装置の構成を示すブロック図である。この装置は、スタジオ装置１０と計測処理装置１１とで構成される。まず、スタジオ装置１０は、パネルの一方面を鏡面加工した平面鏡１０１〜１０４を鏡面が内側になるようにして接合することで、少なくとも底面が開放された箱状となっており、基台に載置した対象物体の上から被せることで、対象物体を撮影するためのスタジオを形成する。天面は天板を備えていてもよいが、その場合には撮影用の穴を形成しておく。側面の平面鏡１０１〜１０４は天面に対して角度φmだけ内方向に狭まるように傾斜するようになされている。
【００１６】
一方、計測処理装置１１は、周辺機器の制御及び３次元形状モデルの計測を行う演算制御装置１１１を備える。周辺機器として、スタジオ装置１０の天面側に配置され、スタジオ内部の対象物体に任意の画像を投影する投影装置１１２及びスタジオ内部全体を撮影する撮影装置１１３、演算制御装置１１１で計測された３次元形状モデルを表示する表示装置１１４を備える。
【００１７】
図２は上記計測処理装置１１の具体的な構成を示すブロック図である。この計測処理装置１１は、上記演算制御装置１１１のバス上に、投影装置１１２、撮影装置１１３及び表示装置１１４をそれぞれインターフェース（図示せず）を介して接続したものである。演算制御装置１１１は、本装置の制御及び情報処理を実行するＣＰＵ（演算処理装置）１１１Ａ、ＣＰＵ１１１Ａの処理プログラムを格納するためのプログラムメモリ１１１Ｂ、情報処理の作業空間及び取得データ及び演算結果を格納する記憶装置１１１Ｃを備え、図３に示す３次元情報の取得処理（計測プロセス）と、図４に示す３次元形状モデルの作成処理（復元プロセス）を実行する。これらの処理については後述する。
【００１８】
図５は上記計測処理装置１１を用いて対象物体Ｔを計測するときの設置状態と計測状況を示す概念図である。まず、図５（ａ）に示すように、スタジオ装置１０を底面の開口から対象物体Ｔに被せ、スタジオ内部のほぼ中央に対象物体Ｔを配置し、天面中央部に投影装置１１２及び撮影装置１１３を配置する。投影装置１１２はスタジオ内部に向けて指定の画像を投影する。このときの投影の最大広がり角はφp で表される。撮影装置１１３は、対象物体Ｔの実像と共に各平面鏡１０１〜１０４の反射による対象物体Ｔの虚像を含む５つの像を同時に撮影する。演算制御装置１１１は撮影装置１１３で得られた多面画像から３次元形状モデルを計測する。
【００１９】
ここで、天面の鉛直方向から角度φmだけ傾斜された一つの平面鏡１０４について投影装置１１２からの光路を見ると、図５（ｂ）に示すように、鏡面から距離Ｌp に投影装置１１２から照射された光線のうち、底面から高さｈ0 で反射した光線は、鏡面から距離ｄだけ離れた場所では高さｈとなるので、計測可能な物体の最大サイズは、距離ｄにおいては高さｈとなる。この高さｈは次式によって求められる。
【００２０】
【数１】
上記構成において、図６（ａ），（ｂ）に３次元座標算出のためのパターン画像と取得画像を示し、図７（ａ），（ｂ）にテクスチャ情報取得のためのパターン画像と取得画像を示し、これらの図と図３及び図４を参照して、以下に上記実施形態の動作を詳細に説明する。
【００２１】
まず、ユーザが対象物体に筐体部１０を被せ、本装置を起動すると、演算制御装置１１１ではプログラムメモリ１１１Ｂに格納された図３に示す計測プロセス（３次元情報の取得処理）のプログラムをロードしてＣＰＵ１１１Ａにそのプログラムを実行させる。
【００２２】
この計測プロセスでは、まず、投影装置１１２に図６（ａ）に示すストライプ状のパターン画像Ｐ１をスタジオ内部に投影させ（ステップＳ１１）、そのときのスタジオ内部全体を撮影装置１１３により撮影させる（ステップＳ１２）。これにより、図６（ｂ）に示すように、対象物体Ｔの平面鏡１０１〜１０４による４つの虚像領域Ａ１１〜Ａ１４及び実像領域Ａ１５を含む画像、すなわちスタジオ内部に配置され、ストライプ状のパターン画像Ｐ１が投影された対象物体Ｔを前後左右上方から同時に見た画像Ａ１が得られる。この画像Ａ１は３次元情報として記憶装置１１１Ｃに蓄積される。
【００２３】
尚、予め、虚像領域Ａ１１〜Ａ１４に関しては、鏡面越しに投影されるパターン画像Ｐ１と鏡面越しに撮影される周面画像を用いて、また、実像領域Ａ１５に関しては、直接投影装置１１２から投影されるパターン画像Ｐ１と直接撮影装置１１３で撮影される上面画像を用いて、投影装置１１２と撮影装置１１３の間のキャリブレーションをしておくものとする。
【００２４】
次に、投影装置１１２に投影画像の切換を指示し（ステップＳ１３）、投影装置１１２に図７（ａ）に示す白色画像Ｐ２をスタジオ内部に投影させ（ステップＳ１４）、そのときのスタジオ内部全体を撮影装置１１３に撮影させる（ステップＳ１５）。これにより、図７（ｂ）に示すように、対象物体Ｔの平面鏡１０１〜１０４による４つの虚像領域Ａ２１〜Ａ２４及び実像領域Ａ２５を含む画像、すなわちスタジオ内部に配置され、対象物体Ｔを前後左右上方から同時に見た画像Ａ２が得られる。この場合、平面鏡１０１〜１０４によって白色画像を内側に反射させ、対象物体を前後左右上方から照らすようにしているため、これを撮影することにより、影のないテクスチャ画像を得ることができる。この画像Ａ２はテクスチャ情報として記憶装置１１１Ｃに蓄積される（ステップＳ１６）。
【００２５】
上記計測プロセスが完了すると、演算制御装置１１１ではプログラムメモリ１１１Ｂに格納された図４に示す復元プロセス（３次元形状モデルの作成・表示）のプログラムをロードしてＣＰＵ１１１Ａにそのプログラムを実行させる。
この復元プロセスでは、まず、記憶装置１１１Ｃから領域Ａ１ｎ，Ａ２ｎの３次元情報及びテクスチャ情報を読み出す（ステップＳ２１）。この時点で、カウントｎをいったん０にリセットし（ステップＳ２２）、さらにカウントｎにｎ＋１をセットして（ステップＳ２３）、領域Ａ１ｎ，Ａ２ｎそれぞれで得られた情報より、方向ｎ＝１すなわち領域Ａ１１，Ａ２１に映る対象物体Ｔの３次元形状を算出する（ステップＳ２４）。このステップＳ２４の処理をｎがｎ＞５となるまで繰り返し（ステップＳ２５）、これによって領域Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４，Ａ２２，Ａ２３，Ａ２４それぞれに映る対象物体Ｔの３次元形状（虚像）と領域Ａ１５，Ａ２５の上方から見た対象物体Ｔの３次元形状（実像）とが得られる。上記の各領域における３次元形状が取得されると、その５方向の形状を統合して全周３次元モデルを作成し（ステップＳ２６）、表示装置１１４に表示する（ステップＳ２７）。
【００２６】
上記ステップＳ２４，Ｓ２６による全周３次元モデルの作成方法としては、３次元形状情報とテクスチャ情報の対応する各領域Ａ１ｎ，Ａ２ｎに対して、それぞれ３次元座標を求める。このとき、３次元形状の復元アルゴリズムは、スリット光投影法や空間コード化法などのアクティブステレオ法を用いるものとする。各方向から見た対象物体の３次元座標が求まったら、これを統合する。予め各領域Ａ１ｎ，Ａ２ｎに関してキャリブレーションが行われているため、３次元座標を統合する際に各領域間で位置合わせを行う必要はない。統合された全周３次元座標において、３次元ドロネー分割などを用いてテクスチャマッピングを行うことで、全周３次元モデルを得る。
【００２７】
また、ステップＳ２７における３次元モデルの表示には、モニタやタッチパネル等の２次元ディスプレイを用いればよいが、ＡＲ（Augmented Reality）ディスプレイやＨＭＤ（Head Mounted Display）で閲覧してもよいし、３次元ディスプレイで表示してもよい。
【００２８】
上記構成によれば、スタジオ上方に設置された投影装置１１２が下方に向かって投影する３次元形状計測に必要なパターン光を、平面鏡１０１〜１０４でスタジオ内部に向かって反射して対象物体Ｔの全周囲にパターンを投影することを可能にしている。また、パターン光が投影された対象物体Ｔの前後左右の様子を反射することによりスタジオ上方に設置された撮影装置１１３にてパターン光が投影された対象物体Ｔの全周囲を撮影可能にしている。これにより、対象物体Ｔに箱状のスタジオ装置１０を被せるという簡単な操作によって、対象物体Ｔの全周３次元形状計測に必要な情報を比較的短時間に取得することができる。
【００２９】
（第２の実施形態）
上記第１の実施形態において、計測プロセスは、ユーザがボタン等の入力操作を行うことで計測を開始するようにしてもよいが、その開始を自動化すると、計測の効率がアップする。そこで、第２の実施形態では、第１の実施形態の構成において、スタジオ装置１０の内部に照度センサや加速度センサ等の各種物理情報取得センサを配置して駆動しておき、そのセンサ出力を演算制御装置１１１に入力する。そして、演算制御装置１１１において、スタジオ装置１０の内部に対象物体Ｔが配置された（スタジオ装置１０を対象物体Ｔに被せた）ことをセンサによりセンシングする。これによって、自動的に計測プロセスを開始することが可能となる。
【００３０】
（第３の実施の形態）
図８は第３の実施形態の構成を示す斜視図である。この実施形態は、基本的に第１の実施形態の構成と同じであるが、スタジオ装置１０の平面鏡１０１〜１０４の代わりに、図８のように多数の小型ミラー１０Ａを面状に配置し、各小型ミラー１０Ａをアクチュエータ１０Ｂ（図９（ａ）参照）で角度調整するようにしたパネル１０５〜１０８を用いる。この場合、各パネル１０５〜１０８は特に傾斜させる必要はない。
【００３１】
上記構成において、予め、投影パターンと各小型ミラー１０Ａを介して映る画像をもとに、キャリブレーションを行う。つまり、ｎ枚の小型ミラー１０Ａを用いる場合、小型ミラー領域と対象物体情報のｎ＋１回のキャリブレーションが必要となる。各小型ミラー１０Ａは図９（ａ）に示すように角度φmを持たせて配置する。小型ミラー１０Ａの幅をｒとすると、各小型ミラー１０Ａの投影点からの光経路は図９（ｂ）に示すようになる。これにより、各小型ミラー１０Ａの役割は、第１の実施形態の平面鏡と同等となる。
【００３２】
すなわち、全小型ミラー１０Ａを同時に角度φm を持たせて配置すると、下部にある小型ミラーが上部にある小型ミラーの陰になる。上下小型ミラー間の陰が生じないように角度を調整するために、各小型ミラー１０Ａは外側にアクチュエータ１０Ｂを備える。動作する小型ミラー１０Ａのみ、アクチュエータ１０Ｂによって角度φmに傾けられ、それ以外の小型ミラー１０Ａは、投影装置１１２の投影光を反射しない角度に格納される。小型ミラー１０Ａの形状は、微小な正方形でも一片を成す長方形でもよい。一度に動作する小型ミラー１０Ａは、小型ミラー間に陰が生じなければ、複数枚でもよい。必要な鏡面面積を微小鏡面に分割する構成にすることにより、大きな鏡面を傾けてシステムを構成する場合に比べ、パネルの側面がなす角度が減るので、スタジオ装置１０を小型化する効果がある。
【００３３】
（第４の実施形態）
図１０は第４の実施形態の構成を示す斜視図である。この実施形態は、基本的に第３の実施形態の構成と同じであるが、小型ミラーに変わって調光ミラーガラス１０Ｃを用い、アクチュエータ１０Ｂに変わって調光コントローラ１０Ｄが設けられたパネル１０９〜１０１２を用いる。調光ミラーガラス１０Ｃは調光コントローラ１０Ｄからの指示により、鏡面と透過面の切換を電気的に行えるもので、図１１（ａ）に示すように予め角度φm傾斜させて固定しておく。調光ミラーガラス１０Ｃの幅をｒとすると、各調光ミラーガラス１０Ｃの投影点からの光経路は図１１（ｂ）に示すようになる。
【００３４】
上記構成において、各調光ミラーガラス１０Ｃの役割は、第３の実施形態の小型ミラー１０Ａと同等であり、調光コントローラ１０Ｄによって鏡面と透過面の切り替えを電気的に行うことにより、下部が上部の陰にならないように順に計測を行っていく。調光ミラーガラス１０Ｃの形状は、微小な正方形でも一片を成す長方形でもよい。調光ミラーガラス同士の間隔は、調光ミラーガラスの高さと一致させて配置する。必要な鏡面面積を微小鏡面に分割する構成にすることにより、大きな鏡面を傾けてスタジオ装置１０を構成する場合に比べて、スタジオ装置１０の側面がなす角度が減るので、スタジオ装置１０を小型化する効果がある。
【００３５】
（第５の実施形態）
図１２は第５の実施形態の構成を示す斜視図である。この実施形態は、第１の実施形態のスタジオ装置１０における基本的な構成に加えて、投影装置１１２と撮影装置１１３の前方の底面周辺部にそれぞれ凸面鏡１０Ｅを配置する構成とする。この場合、予め投影パターンと各凸面鏡１０Ｅを介して映る画像をもとにキャリブレーションを行う。ここで、投影されるパターンも撮影される画像も、凸面鏡１０Ｅの反射による歪みが生じるが、撮影された画像のうち凸面鏡領域全体に対して対応点をとり、歪み補正テーブルを作成するなどの手法でキャリブレーションを行うによって補正される。
【００３６】
投影装置１１２の画角φpを最大限に利用するためには、投影される光線の最大角度の傾きの絶対値が、光線と凸面鏡１０Ｅの接点と凸面鏡１０Ｅの中心を結ぶ線分の傾きの絶対値よりも大きければよい。凸面鏡１０Ｅの反射特性によって投影装置１１２と撮影装置１１３の画角がともに広がるので、投影装置１１２と撮影装置１１３をより下方に設置することが可能となり、スタジオ装置１０を小型化する効果がある。
【００３７】
（第６の実施形態）
第６の実施形態について説明する。この実施形態では、第１の実施形態の構成において、投影装置１１２が３次元形状情報を取得するためのパターン投影とテクスチャ情報を取得するためのパターン投影を異なる波長で行い、撮影装置１１３が投影装置１１２の投影波長に対応する波長にピーク感度を持つ撮影を行うようにしてもよい。この場合、３次元形状情報とテクスチャ情報を同時に取得することができるので、より高速に３次元モデル生成に必要な情報を取得することができる。
【００３８】
（第７の実施形態）
第７の実施形態について説明する。第１の実施形態では、パネルを四方に張り合わせるものとしたが、この実施形態では、パネルを四方のみに限定するのではなく、Ｎ（Ｎは３以上の整数）に配置して接合するようにし、その中のＭ（Ｍは１以上Ｎ以下の整数）枚のパネルの一部を平面鏡とするものである。Ｍ枚の平面鏡を用いた場合、Ｍ個の鏡像と１つの実像の、併せてＭ＋１方向からの視点を統合した３次元モデルを作成することができる。
【００３９】
尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成を削除してもよい。さらに、異なる実施形態例に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１０…スタジオ装置、１０１〜１０４…平面鏡、１０５〜１０８…パネル１１…計測処理装置、１０Ａ…小型ミラー、１０Ｂ…アクチュエータ、１０Ｃ…調光ミラーガラス、１０Ｄ…調光コントローラ、１０Ｅ…凸面鏡、１１１…演算制御装置、１１４…表示装置、１１１Ａ…ＣＰＵ、１１１Ｂ…プログラムメモリ、１１１Ｃ…記憶装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物体の全周３次元形状を計測する３次元形状計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、対象物体を立体的に認識可能とするために、対象物体の３次元形状を全周に渡って計測する装置が提案されている。この装置は、対象物体を回転させながら撮像する、計測装置自体を対象物体の周りを移動させながら撮像する、複数台の撮像装置で同時に複数方向から撮像する、といった手法で対象物体全周の画像を取得し、その全周画像から３次元形状モデルを作成する構成となっている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２４３４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の３次元形状計測装置では、一度に得られる３次元形状モデルは撮像装置の方を向いている面だけであり、全周の３次元形状モデルを得るためには、対象物体を回転させるまたは撮像装置を移動させることが必要であり、計測に時間がかかるといった問題があった。また、同時に全周の３次元形状モデルを得る手法として、複数台の撮像装置で同時に複数方向から撮像することで対応可能であるが、複数台の撮像装置が必要となるため、コスト面での問題がある。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、対象物体の全周３次元形状モデルの計測に必要な情報を瞬時に取得することができ、これによって短時間に対象物体の全周３次元形状モデルを表示することのできる３次元形状計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る３次元形状計測装置は以下のような態様の構成とする。
（１）パネルをＮ（Ｎは３以上の整数）方に配置して接合することで底面が開放された箱形であり、前記Ｎ方のパネルのＭ（Ｍは１以上Ｎ以下の整数）枚の内側に鏡面が形成され、天面側から見て前記鏡面の全部または一部が天面方向に傾斜され、前記底面側から対象物体を被せて使用するスタジオ装置と、前記スタジオ装置の天面側に配置され、前記スタジオ装置の内部に指定のパターン映像を投影する投影装置と、前記スタジオ装置の天面側に配置され、前記スタジオ装置の内部を撮影する撮影装置と、前記投影装置でパターン映像を投影した状態で前記撮影装置により撮影されたスタジオ装置内の画像から前記スタジオ装置内に配置される対象物体の上面から見た形状及び各パネルの鏡面に映る前後左右の形状を３次元情報として取得し、この３次元情報に基づいて全周３次元画像を作成する画像処理手段と、前記画像処理手段で作成された全周３次元画像を表示する表示手段とを具備する態様とする。
【０００７】
（２）（１）の構成において、前記スタジオ装置は、内部に前記対象物体が配置されたことを検知する検知手段を備え、前記画像処理手段は、前記検知手段が前記対象物体を検知した時点から前記画像処理を開始する態様とする。
（３）（１）において、前記スタジオ装置は、前記Ｎ方のパネルのＭ枚の内側に天面側から見て天面方向に傾斜するように可動自在に取り付けられる複数の小型ミラーと、前記複数の小型ミラーそれぞれに対応して設けられ、前記小型ミラーを個別に前記スタジオ装置の内部方向に傾斜させる複数のアクチュエータとを備える態様とする。
【０００８】
（４）（１）において、前記スタジオ装置は、前記Ｎ方のパネルのＭ枚の内側に天面側から見て天面方向に傾斜した状態で固定され、鏡面状態及び透過状態の切り替え機能を有する複数の調光ミラーと、前記複数の調光ミラーそれぞれに対応して設けられ、前記複数の調光ミラーの鏡面状態、透過状態を個別に切り替える調光制御手段とを備える態様とする。
【０００９】
（５）（１）において、前記スタジオ装置は、内部の底面周辺に配置される凸面鏡を備え、前記画像処理手段は前記凸面鏡に映る像の歪みを補正する補正手段を備える態様とする。
（６）（１）において、前記投影装置は、同時に異なる波長で複数のパターン像を投影し、前記撮像装置は、前記投影装置の複数の投影波長に対応する波長にピーク感度を持つ態様とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、スタジオ装置内部の鏡面が、上方に設置された投影装置が下方に向かって投影する３次元形状計測に必要なパターン光を、内部に向かって反射して対象物体の全周囲にパターンを投影し、パターン光が投影された対象物体の前後左右の様子を反射するようにし、システム上方に設置された撮影装置にてパターン光が投影された対象物体の全周囲を撮影可能にしていることにより、対象物体にスタジオ装置を被せるという簡単な操作によって、対象物体の全周３次元形状計測に必要な情報を瞬時に取得することができる。
【００１１】
また、本発明によれば、スタジオ装置の内部に設置される検知手段により、対象物体にスタジオ装置を被せるというユーザにとってわかりやすい動作によって３次元形状計測を開始することが可能となる。
また、小型ミラー及びアクチュエータ、調光ミラー及び調光コントローラにより、スタジオ装置の横幅を小型化することが可能となる。
【００１２】
また、本発明によれば、凸面鏡を利用することで、スタジオ装置の高さを縮小することが可能となる。
以上のように、本発明によれば、対象物体の全周３次元形状モデルの計測に必要な情報を瞬時に取得することができ、これによって短時間に対象物体の全周３次元形状モデルを表示することのできる３次元形状計測装置を提供することができる。
【００１３】
特に、平面鏡の枚数Ｍが大きいと視点数が増えるのでオクルージョン（遮蔽）部分が減るという効果があり、Ｍが小さいと視点数が減るので前処理（キャリブレーション）の工程数が少なく済むという効果がある。
また、隣り合う鏡面からの投影パターンの混合を防ぐために、隣り合う鏡面においては、波長分割または時分割で投影する必要があるが、平面鏡の枚数Ｍが小さいと、時分割の手段を取った場合に、少ないフレーム数で計測が完了するので、計測速度が速くなる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る３次元形状計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態の計測処理装置の具体的な構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態の３次元情報の取得処理（計測プロセス）を示すフローチャートである。
【図４】第１の実施形態の次元形状モデルの作成処理（復元プロセス）を示すフローチャートである。
【図５】第１の実施形態の計測処理装置を用いて対象物体を計測するときの設置状態と計測状況を示す概念図である。
【図６】第１の実施形態において、３次元座標算出のための投影パターン画像と撮影取得画像を示す図である。
【図７】第１の実施形態において、テクスチャ情報取得のための投影パターン画像と撮影取得画像を示す図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る３次元形状計測装置の構成を示すブロック図である。
【図９】第３の実施形態の計測処理装置を用いて対象物体を計測するときの設置状態と計測状況を示す概念図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る３次元形状計測装置の構成を示す斜視図である。
【図１１】第４の実施形態の計測処理装置を用いて対象物体を計測するときの設置状態と計測状況を示す概念図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態に係る３次元形状計測装置の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る３次元形状計測装置の構成を示すブロック図である。この装置は、スタジオ装置１０と計測処理装置１１とで構成される。まず、スタジオ装置１０は、パネルの一方面を鏡面加工した平面鏡１０１〜１０４を鏡面が内側になるようにして接合することで、少なくとも底面が開放された箱状となっており、基台に載置した対象物体の上から被せることで、対象物体を撮影するためのスタジオを形成する。天面は天板を備えていてもよいが、その場合には撮影用の穴を形成しておく。側面の平面鏡１０１〜１０４は天面に対して角度φmだけ内方向に狭まるように傾斜するようになされている。
【００１６】
一方、計測処理装置１１は、周辺機器の制御及び３次元形状モデルの計測を行う演算制御装置１１１を備える。周辺機器として、スタジオ装置１０の天面側に配置され、スタジオ内部の対象物体に任意の画像を投影する投影装置１１２及びスタジオ内部全体を撮影する撮影装置１１３、演算制御装置１１１で計測された３次元形状モデルを表示する表示装置１１４を備える。
【００１７】
図２は上記計測処理装置１１の具体的な構成を示すブロック図である。この計測処理装置１１は、上記演算制御装置１１１のバス上に、投影装置１１２、撮影装置１１３及び表示装置１１４をそれぞれインターフェース（図示せず）を介して接続したものである。演算制御装置１１１は、本装置の制御及び情報処理を実行するＣＰＵ（演算処理装置）１１１Ａ、ＣＰＵ１１１Ａの処理プログラムを格納するためのプログラムメモリ１１１Ｂ、情報処理の作業空間及び取得データ及び演算結果を格納する記憶装置１１１Ｃを備え、図３に示す３次元情報の取得処理（計測プロセス）と、図４に示す３次元形状モデルの作成処理（復元プロセス）を実行する。これらの処理については後述する。
【００１８】
図５は上記計測処理装置１１を用いて対象物体Ｔを計測するときの設置状態と計測状況を示す概念図である。まず、図５（ａ）に示すように、スタジオ装置１０を底面の開口から対象物体Ｔに被せ、スタジオ内部のほぼ中央に対象物体Ｔを配置し、天面中央部に投影装置１１２及び撮影装置１１３を配置する。投影装置１１２はスタジオ内部に向けて指定の画像を投影する。このときの投影の最大広がり角はφp で表される。撮影装置１１３は、対象物体Ｔの実像と共に各平面鏡１０１〜１０４の反射による対象物体Ｔの虚像を含む５つの像を同時に撮影する。演算制御装置１１１は撮影装置１１３で得られた多面画像から３次元形状モデルを計測する。
【００１９】
ここで、天面の鉛直方向から角度φmだけ傾斜された一つの平面鏡１０４について投影装置１１２からの光路を見ると、図５（ｂ）に示すように、鏡面から距離Ｌp に投影装置１１２から照射された光線のうち、底面から高さｈ0 で反射した光線は、鏡面から距離ｄだけ離れた場所では高さｈとなるので、計測可能な物体の最大サイズは、距離ｄにおいては高さｈとなる。この高さｈは次式によって求められる。
【００２０】
【数１】
上記構成において、図６（ａ），（ｂ）に３次元座標算出のためのパターン画像と取得画像を示し、図７（ａ），（ｂ）にテクスチャ情報取得のためのパターン画像と取得画像を示し、これらの図と図３及び図４を参照して、以下に上記実施形態の動作を詳細に説明する。
【００２１】
まず、ユーザが対象物体に筐体部１０を被せ、本装置を起動すると、演算制御装置１１１ではプログラムメモリ１１１Ｂに格納された図３に示す計測プロセス（３次元情報の取得処理）のプログラムをロードしてＣＰＵ１１１Ａにそのプログラムを実行させる。
【００２２】
この計測プロセスでは、まず、投影装置１１２に図６（ａ）に示すストライプ状のパターン画像Ｐ１をスタジオ内部に投影させ（ステップＳ１１）、そのときのスタジオ内部全体を撮影装置１１３により撮影させる（ステップＳ１２）。これにより、図６（ｂ）に示すように、対象物体Ｔの平面鏡１０１〜１０４による４つの虚像領域Ａ１１〜Ａ１４及び実像領域Ａ１５を含む画像、すなわちスタジオ内部に配置され、ストライプ状のパターン画像Ｐ１が投影された対象物体Ｔを前後左右上方から同時に見た画像Ａ１が得られる。この画像Ａ１は３次元情報として記憶装置１１１Ｃに蓄積される。
【００２３】
尚、予め、虚像領域Ａ１１〜Ａ１４に関しては、鏡面越しに投影されるパターン画像Ｐ１と鏡面越しに撮影される周面画像を用いて、また、実像領域Ａ１５に関しては、直接投影装置１１２から投影されるパターン画像Ｐ１と直接撮影装置１１３で撮影される上面画像を用いて、投影装置１１２と撮影装置１１３の間のキャリブレーションをしておくものとする。
【００２４】
次に、投影装置１１２に投影画像の切換を指示し（ステップＳ１３）、投影装置１１２に図７（ａ）に示す白色画像Ｐ２をスタジオ内部に投影させ（ステップＳ１４）、そのときのスタジオ内部全体を撮影装置１１３に撮影させる（ステップＳ１５）。これにより、図７（ｂ）に示すように、対象物体Ｔの平面鏡１０１〜１０４による４つの虚像領域Ａ２１〜Ａ２４及び実像領域Ａ２５を含む画像、すなわちスタジオ内部に配置され、対象物体Ｔを前後左右上方から同時に見た画像Ａ２が得られる。この場合、平面鏡１０１〜１０４によって白色画像を内側に反射させ、対象物体を前後左右上方から照らすようにしているため、これを撮影することにより、影のないテクスチャ画像を得ることができる。この画像Ａ２はテクスチャ情報として記憶装置１１１Ｃに蓄積される（ステップＳ１６）。
【００２５】
上記計測プロセスが完了すると、演算制御装置１１１ではプログラムメモリ１１１Ｂに格納された図４に示す復元プロセス（３次元形状モデルの作成・表示）のプログラムをロードしてＣＰＵ１１１Ａにそのプログラムを実行させる。
この復元プロセスでは、まず、記憶装置１１１Ｃから領域Ａ１ｎ，Ａ２ｎの３次元情報及びテクスチャ情報を読み出す（ステップＳ２１）。この時点で、カウントｎをいったん０にリセットし（ステップＳ２２）、さらにカウントｎにｎ＋１をセットして（ステップＳ２３）、領域Ａ１ｎ，Ａ２ｎそれぞれで得られた情報より、方向ｎ＝１すなわち領域Ａ１１，Ａ２１に映る対象物体Ｔの３次元形状を算出する（ステップＳ２４）。このステップＳ２４の処理をｎがｎ＞５となるまで繰り返し（ステップＳ２５）、これによって領域Ａ１２，Ａ１３，Ａ１４，Ａ２２，Ａ２３，Ａ２４それぞれに映る対象物体Ｔの３次元形状（虚像）と領域Ａ１５，Ａ２５の上方から見た対象物体Ｔの３次元形状（実像）とが得られる。上記の各領域における３次元形状が取得されると、その５方向の形状を統合して全周３次元モデルを作成し（ステップＳ２６）、表示装置１１４に表示する（ステップＳ２７）。
【００２６】
上記ステップＳ２４，Ｓ２６による全周３次元モデルの作成方法としては、３次元形状情報とテクスチャ情報の対応する各領域Ａ１ｎ，Ａ２ｎに対して、それぞれ３次元座標を求める。このとき、３次元形状の復元アルゴリズムは、スリット光投影法や空間コード化法などのアクティブステレオ法を用いるものとする。各方向から見た対象物体の３次元座標が求まったら、これを統合する。予め各領域Ａ１ｎ，Ａ２ｎに関してキャリブレーションが行われているため、３次元座標を統合する際に各領域間で位置合わせを行う必要はない。統合された全周３次元座標において、３次元ドロネー分割などを用いてテクスチャマッピングを行うことで、全周３次元モデルを得る。
【００２７】
また、ステップＳ２７における３次元モデルの表示には、モニタやタッチパネル等の２次元ディスプレイを用いればよいが、ＡＲ（Augmented Reality）ディスプレイやＨＭＤ（Head Mounted Display）で閲覧してもよいし、３次元ディスプレイで表示してもよい。
【００２８】
上記構成によれば、スタジオ上方に設置された投影装置１１２が下方に向かって投影する３次元形状計測に必要なパターン光を、平面鏡１０１〜１０４でスタジオ内部に向かって反射して対象物体Ｔの全周囲にパターンを投影することを可能にしている。また、パターン光が投影された対象物体Ｔの前後左右の様子を反射することによりスタジオ上方に設置された撮影装置１１３にてパターン光が投影された対象物体Ｔの全周囲を撮影可能にしている。これにより、対象物体Ｔに箱状のスタジオ装置１０を被せるという簡単な操作によって、対象物体Ｔの全周３次元形状計測に必要な情報を比較的短時間に取得することができる。
【００２９】
（第２の実施形態）
上記第１の実施形態において、計測プロセスは、ユーザがボタン等の入力操作を行うことで計測を開始するようにしてもよいが、その開始を自動化すると、計測の効率がアップする。そこで、第２の実施形態では、第１の実施形態の構成において、スタジオ装置１０の内部に照度センサや加速度センサ等の各種物理情報取得センサを配置して駆動しておき、そのセンサ出力を演算制御装置１１１に入力する。そして、演算制御装置１１１において、スタジオ装置１０の内部に対象物体Ｔが配置された（スタジオ装置１０を対象物体Ｔに被せた）ことをセンサによりセンシングする。これによって、自動的に計測プロセスを開始することが可能となる。
【００３０】
（第３の実施の形態）
図８は第３の実施形態の構成を示す斜視図である。この実施形態は、基本的に第１の実施形態の構成と同じであるが、スタジオ装置１０の平面鏡１０１〜１０４の代わりに、図８のように多数の小型ミラー１０Ａを面状に配置し、各小型ミラー１０Ａをアクチュエータ１０Ｂ（図９（ａ）参照）で角度調整するようにしたパネル１０５〜１０８を用いる。この場合、各パネル１０５〜１０８は特に傾斜させる必要はない。
【００３１】
上記構成において、予め、投影パターンと各小型ミラー１０Ａを介して映る画像をもとに、キャリブレーションを行う。つまり、ｎ枚の小型ミラー１０Ａを用いる場合、小型ミラー領域と対象物体情報のｎ＋１回のキャリブレーションが必要となる。各小型ミラー１０Ａは図９（ａ）に示すように角度φmを持たせて配置する。小型ミラー１０Ａの幅をｒとすると、各小型ミラー１０Ａの投影点からの光経路は図９（ｂ）に示すようになる。これにより、各小型ミラー１０Ａの役割は、第１の実施形態の平面鏡と同等となる。
【００３２】
すなわち、全小型ミラー１０Ａを同時に角度φm を持たせて配置すると、下部にある小型ミラーが上部にある小型ミラーの陰になる。上下小型ミラー間の陰が生じないように角度を調整するために、各小型ミラー１０Ａは外側にアクチュエータ１０Ｂを備える。動作する小型ミラー１０Ａのみ、アクチュエータ１０Ｂによって角度φmに傾けられ、それ以外の小型ミラー１０Ａは、投影装置１１２の投影光を反射しない角度に格納される。小型ミラー１０Ａの形状は、微小な正方形でも一片を成す長方形でもよい。一度に動作する小型ミラー１０Ａは、小型ミラー間に陰が生じなければ、複数枚でもよい。必要な鏡面面積を微小鏡面に分割する構成にすることにより、大きな鏡面を傾けてシステムを構成する場合に比べ、パネルの側面がなす角度が減るので、スタジオ装置１０を小型化する効果がある。
【００３３】
（第４の実施形態）
図１０は第４の実施形態の構成を示す斜視図である。この実施形態は、基本的に第３の実施形態の構成と同じであるが、小型ミラーに変わって調光ミラーガラス１０Ｃを用い、アクチュエータ１０Ｂに変わって調光コントローラ１０Ｄが設けられたパネル１０９〜１０１２を用いる。調光ミラーガラス１０Ｃは調光コントローラ１０Ｄからの指示により、鏡面と透過面の切換を電気的に行えるもので、図１１（ａ）に示すように予め角度φm傾斜させて固定しておく。調光ミラーガラス１０Ｃの幅をｒとすると、各調光ミラーガラス１０Ｃの投影点からの光経路は図１１（ｂ）に示すようになる。
【００３４】
上記構成において、各調光ミラーガラス１０Ｃの役割は、第３の実施形態の小型ミラー１０Ａと同等であり、調光コントローラ１０Ｄによって鏡面と透過面の切り替えを電気的に行うことにより、下部が上部の陰にならないように順に計測を行っていく。調光ミラーガラス１０Ｃの形状は、微小な正方形でも一片を成す長方形でもよい。調光ミラーガラス同士の間隔は、調光ミラーガラスの高さと一致させて配置する。必要な鏡面面積を微小鏡面に分割する構成にすることにより、大きな鏡面を傾けてスタジオ装置１０を構成する場合に比べて、スタジオ装置１０の側面がなす角度が減るので、スタジオ装置１０を小型化する効果がある。
【００３５】
（第５の実施形態）
図１２は第５の実施形態の構成を示す斜視図である。この実施形態は、第１の実施形態のスタジオ装置１０における基本的な構成に加えて、投影装置１１２と撮影装置１１３の前方の底面周辺部にそれぞれ凸面鏡１０Ｅを配置する構成とする。この場合、予め投影パターンと各凸面鏡１０Ｅを介して映る画像をもとにキャリブレーションを行う。ここで、投影されるパターンも撮影される画像も、凸面鏡１０Ｅの反射による歪みが生じるが、撮影された画像のうち凸面鏡領域全体に対して対応点をとり、歪み補正テーブルを作成するなどの手法でキャリブレーションを行うによって補正される。
【００３６】
投影装置１１２の画角φpを最大限に利用するためには、投影される光線の最大角度の傾きの絶対値が、光線と凸面鏡１０Ｅの接点と凸面鏡１０Ｅの中心を結ぶ線分の傾きの絶対値よりも大きければよい。凸面鏡１０Ｅの反射特性によって投影装置１１２と撮影装置１１３の画角がともに広がるので、投影装置１１２と撮影装置１１３をより下方に設置することが可能となり、スタジオ装置１０を小型化する効果がある。
【００３７】
（第６の実施形態）
第６の実施形態について説明する。この実施形態では、第１の実施形態の構成において、投影装置１１２が３次元形状情報を取得するためのパターン投影とテクスチャ情報を取得するためのパターン投影を異なる波長で行い、撮影装置１１３が投影装置１１２の投影波長に対応する波長にピーク感度を持つ撮影を行うようにしてもよい。この場合、３次元形状情報とテクスチャ情報を同時に取得することができるので、より高速に３次元モデル生成に必要な情報を取得することができる。
【００３８】
（第７の実施形態）
第７の実施形態について説明する。第１の実施形態では、パネルを四方に張り合わせるものとしたが、この実施形態では、パネルを四方のみに限定するのではなく、Ｎ（Ｎは３以上の整数）に配置して接合するようにし、その中のＭ（Ｍは１以上Ｎ以下の整数）枚のパネルの一部を平面鏡とするものである。Ｍ枚の平面鏡を用いた場合、Ｍ個の鏡像と１つの実像の、併せてＭ＋１方向からの視点を統合した３次元モデルを作成することができる。
【００３９】
尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成を削除してもよい。さらに、異なる実施形態例に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１０…スタジオ装置、１０１〜１０４…平面鏡、１０５〜１０８…パネル１１…計測処理装置、１０Ａ…小型ミラー、１０Ｂ…アクチュエータ、１０Ｃ…調光ミラーガラス、１０Ｄ…調光コントローラ、１０Ｅ…凸面鏡、１１１…演算制御装置、１１４…表示装置、１１１Ａ…ＣＰＵ、１１１Ｂ…プログラムメモリ、１１１Ｃ…記憶装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パネルをＮ（Ｎは３以上の整数）方に配置して接合することで底面が開放された箱形であり、前記Ｎ方のパネルのＭ（Ｍは１以上Ｎ以下の整数）枚の内側に鏡面が形成され、天面側から見て前記鏡面の全部または一部が天面方向に傾斜され、前記底面側から対象物体を被せて使用するスタジオ装置と、
前記スタジオ装置の天面側に配置され、前記スタジオ装置の内部に指定のパターン映像を投影する投影装置と、
前記スタジオ装置の天面側に配置され、前記スタジオ装置の内部を撮影する撮影装置と、
前記投影装置でパターン映像を投影した状態で前記撮影装置により撮影されたスタジオ装置内の画像から前記スタジオ装置内に配置される対象物体の上面から見た形状及び各パネルの鏡面に映る前後左右の形状を３次元情報として取得し、この３次元情報に基づいて全周３次元画像を作成する画像処理手段と、
前記画像処理手段で作成された全周３次元画像を表示する表示手段と
を具備することを特徴とする３次元形状計測装置。
【請求項２】
前記スタジオ装置は、内部に前記対象物体が配置されたことを検知する検知手段を備え、
前記画像処理手段は、前記検知手段が前記対象物体を検知した時点から前記画像処理を開始することを特徴とする請求項１記載の３次元形状計測装置。
【請求項３】
前記スタジオ装置は、前記Ｎ方のパネルのＭ枚の内側に天面側から見て天面方向に傾斜するように可動自在に取り付けられる複数の小型ミラーと、前記複数の小型ミラーそれぞれに対応して設けられ、前記小型ミラーを個別に前記スタジオ装置の内部方向に傾斜させる複数のアクチュエータとを備えることを特徴とする請求項１記載の３次元形状計測装置。
【請求項４】
前記スタジオ装置は、前記Ｎ方のパネルのＭ枚の内側に天面側から見て天面方向に傾斜した状態で固定され、鏡面状態及び透過状態の切り替え機能を有する複数の調光ミラーと、前記複数の調光ミラーそれぞれに対応して設けられ、前記複数の調光ミラーの鏡面状態、透過状態を個別に切り替える調光制御手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の３次元形状計測装置。
【請求項５】
前記スタジオ装置は、内部の底面周辺に配置される凸面鏡を備え、前記画像処理手段は前記凸面鏡に映る像の歪みを補正する補正手段を備えることを特徴とする請求項１記載の３次元形状計測装置。
【請求項６】
前記投影装置は、同時に異なる波長で複数のパターン像を投影し、前記撮像装置は、前記投影装置の複数の投影波長に対応する波長にピーク感度を持つことを特徴とする請求項１記載の３次元形状計測装置。
【請求項１】
パネルをＮ（Ｎは３以上の整数）方に配置して接合することで底面が開放された箱形であり、前記Ｎ方のパネルのＭ（Ｍは１以上Ｎ以下の整数）枚の内側に鏡面が形成され、天面側から見て前記鏡面の全部または一部が天面方向に傾斜され、前記底面側から対象物体を被せて使用するスタジオ装置と、
前記スタジオ装置の天面側に配置され、前記スタジオ装置の内部に指定のパターン映像を投影する投影装置と、
前記スタジオ装置の天面側に配置され、前記スタジオ装置の内部を撮影する撮影装置と、
前記投影装置でパターン映像を投影した状態で前記撮影装置により撮影されたスタジオ装置内の画像から前記スタジオ装置内に配置される対象物体の上面から見た形状及び各パネルの鏡面に映る前後左右の形状を３次元情報として取得し、この３次元情報に基づいて全周３次元画像を作成する画像処理手段と、
前記画像処理手段で作成された全周３次元画像を表示する表示手段と
を具備することを特徴とする３次元形状計測装置。
【請求項２】
前記スタジオ装置は、内部に前記対象物体が配置されたことを検知する検知手段を備え、
前記画像処理手段は、前記検知手段が前記対象物体を検知した時点から前記画像処理を開始することを特徴とする請求項１記載の３次元形状計測装置。
【請求項３】
前記スタジオ装置は、前記Ｎ方のパネルのＭ枚の内側に天面側から見て天面方向に傾斜するように可動自在に取り付けられる複数の小型ミラーと、前記複数の小型ミラーそれぞれに対応して設けられ、前記小型ミラーを個別に前記スタジオ装置の内部方向に傾斜させる複数のアクチュエータとを備えることを特徴とする請求項１記載の３次元形状計測装置。
【請求項４】
前記スタジオ装置は、前記Ｎ方のパネルのＭ枚の内側に天面側から見て天面方向に傾斜した状態で固定され、鏡面状態及び透過状態の切り替え機能を有する複数の調光ミラーと、前記複数の調光ミラーそれぞれに対応して設けられ、前記複数の調光ミラーの鏡面状態、透過状態を個別に切り替える調光制御手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の３次元形状計測装置。
【請求項５】
前記スタジオ装置は、内部の底面周辺に配置される凸面鏡を備え、前記画像処理手段は前記凸面鏡に映る像の歪みを補正する補正手段を備えることを特徴とする請求項１記載の３次元形状計測装置。
【請求項６】
前記投影装置は、同時に異なる波長で複数のパターン像を投影し、前記撮像装置は、前記投影装置の複数の投影波長に対応する波長にピーク感度を持つことを特徴とする請求項１記載の３次元形状計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−１０１５９１（Ｐ２０１３−１０１５９１Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−８６４３３（Ｐ２０１２−８６４３３）
【出願日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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