３次元計測装置
【課題】投影部及び撮影部が高速に動作するものでなくても、手振れによる影響を十分に低減できる３次元計測装置を提供する。
【解決手段】
この３次元計測装置１は、所定角度ずつ位相をシフトして１組の縞パターンを被写体２に投影する投影部４と、各縞パターンが投影された被写体２を撮影して１組の縞パターン画像を得る撮影部５と、１組の縞パターン画像から画素ごとに位相値を復元する画像処理部６と、を備えて被写体２の表面形状を計測するものにおいて、画像処理部６は、１組の縞パターン画像相互の位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出手段６１と、位置ずれ量分だけ画素の位置を移動し、かつ、位置ずれ量を縞パターンの波長と比較して得られる位相ずれ量を縞パターンの位相に加算する位置ずれ量補正手段６２と、を有してなる。
【解決手段】
この３次元計測装置１は、所定角度ずつ位相をシフトして１組の縞パターンを被写体２に投影する投影部４と、各縞パターンが投影された被写体２を撮影して１組の縞パターン画像を得る撮影部５と、１組の縞パターン画像から画素ごとに位相値を復元する画像処理部６と、を備えて被写体２の表面形状を計測するものにおいて、画像処理部６は、１組の縞パターン画像相互の位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出手段６１と、位置ずれ量分だけ画素の位置を移動し、かつ、位置ずれ量を縞パターンの波長と比較して得られる位相ずれ量を縞パターンの位相に加算する位置ずれ量補正手段６２と、を有してなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相シフト法を用いた３次元計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被写体の３次元形状を非接触で計測する３次元計測装置における計測手段として、位相シフト法が知られている（例えば、特許文献１、２）。この位相シフト法は、次のようなものである。まず、被写体の表面に輝度が正弦波状に変化する縞パターンを投影するとともに、その画像を別の方向から撮影するプロセスを、順次縞パターンの位相を所定角度（π／２或いは２π／３）ずつシフトさせて１周期分だけ行うことにより、１組（４枚或いは３枚）の撮影画像を得る。次に、それらの撮影画像間の輝度差から、被写体の表面形状に応じて変化した縞パターンの位相値を算出するなどの一連の画像処理を行って被写体上の縞パターンの位相を再現し、それを基に被写体の表面形状の計測が行われる。
【０００３】
ところで、３次元計測装置は様々な分野で用いられており、例えば、工場施設におけるパイプなどの部品を３次元計測することで、腐食による形状変化を調べその耐用残年数の検査を行うものがある。本願出願人は、先の出願（特願２００５―３２９４４８）において、工場施設におけるパイプなどの部品を現場で簡便に計測できるように、１組の各々の画像を短い時間で撮影し、それを順繰りに何回も繰り返し行うことにより、手振れによる影響を低減した３次元計測装置を提案している。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−６６５２７号公報
【特許文献２】特開平１１−１４３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前記先の出願では、例えば約１ミリ秒といった短い時間の撮影を繰り返し行うためには、投影部は高速に動作する高性能なものである必要があり、かつ、撮影部は高速に動作する高性能なもの或いは複数の受光素子を切り換えて用いる特別なものである必要があり、その結果、高価格にならざるを得なかった。
【０００６】
本発明は上記事由に鑑みてなしたもので、その目的とするところは、投影部及び撮影部が高速に動作するものでなくても、手振れによる影響を十分に低減できる３次元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】
【０００７】
上記の課題を解決するために、請求項１に係る３次元計測装置は、所定角度ずつ位相をシフトして１組の縞パターンを被写体に投影する投影部と、各縞パターンが投影された被写体を撮影して１組の縞パターン画像を得る撮影部と、１組の縞パターン画像から画素ごとに位相値を復元する画像処理部と、を備えて被写体の表面形状を計測する３次元計測装置において、前記画像処理部は、１組の縞パターン画像相互の位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出手段と、該位置ずれ量分だけ画素の位置を移動し、かつ、位置ずれ量を縞パターンの波長と比較して得られる位相ずれ量を縞パターンの位相に加算する位置ずれ量補正手段と、を有してなることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る３次元計測装置は、請求項１に記載された３次元計測装置において、前記位置ずれ量補正手段の縞パターンの波長は、平面又は略平面の部分で縞パターン画像にフィッティングする正弦波を当てはめて求めたものであることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る３次元計測装置は、請求項１に記載された３次元計測装置において、前記位置ずれ量補正手段の縞パターンの波長は、縞パターン画像を２次元フーリエ変換し、投影した縞パターンの波長の近傍のピーク値が現れる座標から求めたものであることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る３次元計測装置は、請求項３に記載された３次元計測装置において、前記位置ずれ量算出手段では縞パターン画像の２次元フーリエ変換を行い、前記位置ずれ量補正手段の縞パターンの波長は、位置ずれ量算出手段で行った縞パターン画像の２次元フーリエ変換結果を用いて求めることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る３次元計測装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載された３次元計測装置において、前記位置ずれ量の算出と補正は画素ごとに行い、前記位置ずれ量算出手段は、画素ｉを中心としたウィンドウ内の縞パターン画像から画素ｉの位置ずれ量を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の３次元計測装置は、画像処理部の位置ずれ量補正手段が、算出された位置ずれ量分だけ画素の位置を移動し、かつ、位置ずれ量を縞パターンの波長と比較して得られる位相ずれ量を縞パターンの位相に加算するので、投影部及び撮影部をそれほど高速に動作させずとも、手振れによる影響を十分に低減できるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の最良の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施形態に係る３次元計測装置１の使用状態を示す斜視図である。３次元計測装置１は、位相シフト法によって測定すべき被写体２の表面形状を計測するものであり、持ち可能なようにコンパクトな筐体には、後述する投影部４、撮影部５、画像処理部６などが収容されている。筐体は、例えば、横幅が約２５ｃｍ、高さが約１０ｃｍ、奥行きが約１５ｃｍである。
【００１４】
図２は、３次元計測装置１の全体構成を示す模式図である。３次元計測装置１は、所定角度ずつ位相を順次シフトして１組の縞パターンを被写体２に投影する投影部４と、各縞パターンが投影された被写体２を順次撮影して１組の縞パターン画像（縞パターンを含む被写体２の画像）を得る撮影部５と、一連の画像処理を行って１組の縞パターン画像から画素ごとに位相値を復元する画像処理部６と、を備える。この復元された画素ごとの位相値を基に、被写体２の表面形状の計測が行われる。
【００１５】
投影部４が投影する縞パターンは、輝度（連続的な階調）が正弦波状に変化するものである。投影する縞パターンの波長λ０は、本実施形態の例では１６画素（１６個の画素分の長さ）とする。撮影部５は、受光素子（例えばＣＣＤ）を有し、被写体２に縞パターンが投影されている時間（投影時間）内に被写体２からの１枚の縞パターン画像を取り込みそれを保持する。本実施形態の例では１枚の縞パターン画像の画素数は１０２４×７６８とする。
【００１６】
投影部４において位相シフトの所定角度は、例えば、π／２（９０度）か２π／３（１２０度）にすることができ、それに応じて１組の縞パターン画像は４枚か３枚の縞パターン画像からなる。本実施形態では、所定角度をπ／２とし、１組の縞パターン画像を４枚の縞パターン画像からなるものとしている。投影部４は、１個の縞パターンを所定時間ＴＥ経過するごとに順に１回ずつ投影する。例えば、所定時間ＴＥを６０ミリ秒とすると、１個目の縞パターンを投影して１枚目の縞パターン画像を得、１枚目の投影開始から６０ミリ秒後に２個目の縞パターンを投影して２枚目の縞パターン画像を得、２枚目の投影開始から６０ミリ秒後に３個目の縞パターンを投影して３枚目の縞パターン画像を得、３枚目の投影開始から６０ミリ秒後に４個目の縞パターンを投影して４枚目の縞パターン画像を得る。
【００１７】
所定時間ＴＥは、投影部４における縞パターンの設定時間及び投影時間、画像処理部６による撮影部５が保持する縞パターン画像のデータの読み出し時間などを総合した１枚の縞パターン画像を得るために必要とされる時間である。この所定時間ＴＥは、投影部４と撮影部５のハードウェアの性能に依存する。所定時間ＴＥが長いと、手振れの影響により１組の縞パターン画像相互の位置ずれ量が大きくなり易い。
【００１８】
１、２、３、４枚目の縞パターン画像の画素ｉの輝度値をそれぞれＰ１ｉ、Ｐ２ｉ、Ｐ３ｉ、Ｐ４ｉとすると、これらは次の(1)〜(4)式で表される。
Ｐ１ｉ＝Ｋｉ×（ＩＢＡＳＥ＋ＩＳ×ｃｏｓ（Φｉ））
Ｐ２ｉ＝Ｋｉ×（ＩＢＡＳＥ＋ＩＳ×ｃｏｓ（Φｉ＋θ２ｉ））
Ｐ３ｉ＝Ｋｉ×（ＩＢＡＳＥ＋ＩＳ×ｃｏｓ（Φｉ＋θ３ｉ））
Ｐ４ｉ＝Ｋｉ×（ＩＢＡＳＥ＋ＩＳ×ｃｏｓ（Φｉ＋θ４ｉ））
【００１９】
ここで、Ｋｉは画素ｉに対応した被写体２の反射率、ＩＢＡＳＥは縞パターンの光量の中心値、ＩＳは縞パターンの光量の振幅値、Φｉは画素ｉの復元しようとする位相値である。θ２ｉ、θ３ｉ、θ４ｉは位相シフト量であり、１組の縞パターン画像相互の位置ずれがないとすると、次式(5)〜(7)に示される定数である。
θ２ｉ＝π／２
θ３ｉ＝π
θ４ｉ＝３π／２
【００２０】
画像処理部６は、画像読み出し手段６０により所定時間ＴＥ内に撮影部５が保持する各縞パターン画像のデータを読み出す。そして、位置ずれ量算出手段６１により１組の縞パターン画像相互の位置ずれ量を算出し、位置ずれ量補正手段６２により位置ずれ量を補正する。位置ずれ量の算出及びその補正は、縞パターン画像全体ごとの場合と画素ごとの場合がある。縞パターン画像全体ごとの場合は、縞パターン画像相互間での相対的な平行移動の位置ずれに対応することができる。画素ごとの場合は、縞パターン画像相互間での相対的な平行移動と回転の位置ずれに対応することができる。なお、１組の縞パターン画像相互の位置ずれ量は１組のいずれかが基準の縞パターン画像となるが、本実施形態では、１枚目の縞パターン画像を基準の縞パターン画像とする。また、後述のｎ枚目の縞パターン画像、位置ずれ量（δｎＸ、δｎＹ）、位相シフト量θｎｉ等は、本明細書の表記において、ｎは２、３、４の整数を表すものとする。位置ずれ量の算出及びその補正の後は、位相復元手段６３により各画素の位相値を復元する。
【００２１】
縞パターン画像全体ごとの位置ずれ量（δｎＸ、δｎＹ）は、縞パターン画像全体又は設定したウィンドウ内の縞パターン画像を使った位相相関法等により算出する。位相相関法のように画像を変換して位置ずれ量を算出するものは、計算量を少なくするために、ウィンドウを設定するのが望ましい。ウィンドウの大きさは、計算量と計算精度を考慮して設定すればよく、本実施形態では、２５６×２５６画素としている。ウィンドウを設定する箇所は、被写体２の表面形状に特徴ある部分とする。位相相関法は、２枚の画像についてそれぞれの画像を２次元フーリエ変換し、それらを合成して２次元逆フーリエ変換するものである。２枚の画像が近似している場合には急峻なピーク値を示す座標が存在し、その座標が２枚の画像相互の位置ずれ量を示す。
【００２２】
また、ジャイロを３次元計測装置１に取り付けて、位置ずれ量（δｎＸ、δｎＹ）を算出することも可能である。ジャイロを用いると、被写体２の表面形状の変化が少なく縞パターン画像から位置ずれ量を算出するのが難しい場合でも、容易に位置ずれ量を算出することができる。
【００２３】
縞パターン画像全体ごとの位置ずれ量（δｎＸ、δｎＹ）の補正は次の２段階で行う。第１の位置ずれ量補正では、縞パターンを除いて１枚目の縞パターン画像に一致するように位置ずれ量（δｎＸ、δｎＹ）だけｎ枚目の縞パターン画像をＸ軸及びＹ軸方向に移動する。図３は、この状態の具体例の説明図である。（Ａ１）〜（Ａ４）は補正前の１〜４枚目のウィンドウの縞パターン画像であり、（Ｂ１）〜（Ｂ４）は第１の位置ずれ量補正後の１〜４枚目のウィンドウ内の縞パターン画像である。１枚目の縞パターン画像に対する２、３、４枚目の縞パターン画像の位置ずれ量（δ２Ｘ、δ２Ｙ）、（δ３Ｘ、δ３Ｙ）、（δ４Ｘ、δ４Ｙ）はそれぞれ、（−２．９６、−９．５２）、（−８．４５、−４．０４）、（−１０．９５、７．４４）が算出されている。そして、２、３、４枚目の縞パターン画像をそれぞれ、（２．９６、９．５２）、（８．４５、４．０４）、（１０．９５、−７．４４）だけ移動することで第１の位置ずれ量補正を行っている。
【００２４】
第２の位置ずれ量補正では、ｎ枚目の縞パターン画像の縞パターンの位相シフト量θｎｉを補正する。位相シフト量θｎｉは、縞パターンがＸ軸に対して完全に（或いはほぼ完全に）垂直に投影されたとするとＹ軸方向についての補正は必要ない。この場合、Ｘ軸方向の位置ずれ量δｎＸを縞パターンの波長λと比較して位相ずれ量を得、それを加算することで、次式(5.1)〜 (7.1)に示すように位相シフト量θｎｉを補正する。
θ２ｉ＝π／２＋δ２Ｘ／λ×２π
θ３ｉ＝π＋δ３Ｘ／λ×２π
θ４ｉ＝３π／２＋δ４Ｘ／λ×２π
図３の例では、第２の位置ずれ量補正は、次式(5.1’) 〜(7.1’)のようになる。
θ２ｉ＝π／２＋２．９６／１６×２π
θ３ｉ＝π＋８．４５／１６×２π
θ４ｉ＝３π／２＋１０．９５／１６×２π
【００２５】
また、縞パターンがＸ軸に対して斜めに投影されたとすると、波長λがＸ軸方向とＹ軸方向の成分（λＸ、λＹ）からなるものと考える。この場合、Ｘ軸及びＹ軸方向の位置ずれ量（δｎＸ、δｎＹ）を縞パターンの波長（λＸ、λＹ）と比較して位相ずれ量を得、それを加算することで、次式(5.2) 〜(7.2)に示すように位相シフト量θｎｉを補正する。
θ２ｉ＝π／２＋（δ２Ｘ／λＸ＋δ２Ｙ／λＹ）×２π
θ３ｉ＝π＋（δ３Ｘ／λＸ＋δ３Ｙ／λＹ）×２π
θ４ｉ＝３π／２＋（δ４Ｘ／λＸ＋δ４Ｙ／λＹ）×２π
これらは、縞パターンがＸ軸に対して完全に垂直ならばλＹは無限大となるので、(5.1)〜(7.1)式に一致する。
【００２６】
第２の位置ずれ量補正の精度を高めるためには、縞パターンの波長λの補正を行う。被写体２に縞パターンを投影する角度と被写体２を撮影する角度は異なるため、投影した縞パターンの波長λ０の近傍に撮影した縞パターンの波長λはあるけれども、厳密には異なるからである。
【００２７】
縞パターンの波長λの補正を行う１つの方式は、１枚の縞パターン画像の平面の部分には投影された縞パターンの正弦波のみが観測されることを利用するものである。この観測される正弦波にフィッティングする正弦波を当てはめて行けば、縞パターンの波長λの値を得ることができる。このためには、図４に示すように、平面である基準板７を被写体２の端に置き、被写体２と一緒に撮影する。そして、基準板７における１枚の縞パターン画像（例えば、１枚目の縞パターン画像）から、縞パターンの波長λの値を得る。また、基準板７を用いず、１枚の縞パターン画像の略平面の部分でフィッティングする正弦波を当てはめ、縞パターンの波長λの値を求めることも可能である。
【００２８】
縞パターンの波長λの補正を行うもう１つの方式は、２次元フーリエ変換の結果を用いるものである。所定のウィンドウ（例えば、２５６×２５６画素）の縞パターン画像の２次元フーリエ変換の結果には、被写体２の表面形状が複雑なものであっても、投影した縞パターンの波長λ０に相当する座標の近傍にピーク値が現れる。この方式は、位置ずれ量の算出に２次元フーリエ変換を用いたならば、その２次元フーリエ変換の結果を再度用いることができるので、位相相関法による位置ずれ量の算出の場合に特に有効である。
【００２９】
図５は、２次元フーリエ変換の結果を用いて縞パターンの波長を求める方式の説明図である。なお、図５に示す具体例は図３とは別の例である。図５において、（Ａ）は縞パターンの投影画像（２５６×２５６画素）を示し、（Ｂ）はその２次元フーリエ変換の結果を示す。（Ｂ）においては、明度が係数の大きさを表し、（−１７、−３）、（１７、３）の座標にピーク値が現れる。従って、縞パターンはＸ軸に対して斜めに投影されていて、Ｘ軸方向の波長λＸは１２８÷１７＝７．５３画素、Ｙ軸方向の波長λＹは１２８÷３＝４２．６７画素と求められる。
【００３０】
位置ずれ量の算出と補正との間には、位置ずれ量の評価を行うことが望ましい。図６は、位置ずれ量の評価を示す処理フロー図である。位置ずれ量の算出（Ｓ１０１）の後、Ｘ軸方向の位置ずれ量δｎＸを位置ずれ評価最小値Ｋ１（例えば、１／２０画素）及び位置ずれ評価最大値Ｋ２（例えば、２０画素）と比較する（Ｓ１０２）。Ｘ軸方向の位置ずれ量δｎＸが位置ずれ評価最小値Ｋ１以下の場合は、十分な復元精度が得られるので、計算量を抑えるため位置ずれ量の補正は行わない（Ｓ１０３）。位置ずれ量δｎＸが位置ずれ評価最大値Ｋ２以上の場合は、適切な補正が行えないので、位相シフト法による３次元計測は行わない。Ｋ２の値は、通常の注意力で３次元計測装置１を使用するとき、位置ずれ量δｎＸがこれより十分小さくなるような値とする。位置ずれ量δｎＸが位置ずれ評価最大値Ｋ２以上の場合、そこで画像処理は中止することもできるが、簡易な３次元計測をかわりに行うことも可能である。本実施形態では、詳細は省略するが、１枚目の縞パターン画像のみを用い空間的に位相値を算出する方法で３次元計測を行っている（Ｓ１０４）。位置ずれ量δｎＸが位置ずれ評価最小値Ｋ１よりも大きく位置ずれ評価最大値Ｋ２よりも小さい場合は、位置ずれ量の補正を行う（Ｓ１０５）。
【００３１】
次に、画素ごとの位置ずれ量（δｎＸｉ、δｎＹｉ）の算出及びその補正について説明する。
【００３２】
ｎ枚目の縞パターン画像の画素ｉの位置ずれ量（δｎＸｉ、δｎＹｉ）は、具体的には、画素ｉを中心としたウインドウ（例えば６４×６４画素）を設定し、このウィンドウの縞パターン画像を使って算出した位置ずれ量を画素ｉの位置ずれ量とする。そして、縞パターンを除いて１枚目の縞パターン画像に一致するように位置ずれ量（δｎＸｉ、δｎＹｉ）だけｎ枚目の縞パターン画像をＸ軸及びＹ軸方向に移動して第１の位置ずれ量補正を行う。次に、画素ｉにおける縞パターンの波長（λｎＸｉ、λｎＹｉ）を求める。具体的には、位置ずれ量（δｎＸｉ、δｎＹｉ）の算出で使用したウィンドウの２次元フーリエ変換の結果を用い、そこで算出した波長を画素ｉにおける縞パターンの波長とする。従って、２次元フーリエ変換の結果が共用できる位相相関法で位置ずれ量の算出を行うのが望ましい。
【００３３】
それから、位置ずれ量（δｎＸｉ、δｎＹｉ）を縞パターンの波長（λｎＸｉ、λｎＹｉ）と比較して位相ずれ量を得、それを加算することで、次式(5.3) 〜(7.3)に示すように位相シフト量θｎｉを補正する。
θ２ｉ＝π／２＋（δ２Ｘｉ／λ２Ｘｉ＋δ２Ｙｉ／λ２Ｙｉ）×２π
θ３ｉ＝π＋（δ３Ｘｉ／λ３Ｘｉ＋δ３Ｙｉ／λ３Ｙｉ）×２π
θ４ｉ＝３π／２＋（δ４Ｘｉ／λ４Ｘｉ＋δ４Ｙｉ／λ４Ｙｉ）×２π
【００３４】
以上のようにして位相シフト量θｎｉが補正されると、位相復元手段６３により、Ｋｉ、ＩＢＡＳＥ、ＩＳ、Φｉを変数とした連立方程式である上記(1)〜(4)式から画素ｉの位相値Φｉを復元する。具体的には、以下のようにして、Φｉの値を求めることができる。先ず、αｉ、βｉ、γｉを次式(8) 〜(10)のように定義する。
αｉ＝Ｋｉ×ＩＳ×ｃｏｓ（Φｉ）
βｉ＝Ｋｉ×ＩＳ×ｓｉｎ（Φｉ）
γｉ＝Ｋｉ×ＩＢＡＳＥ
そうすると、(1)〜(4)式は次式(11)〜(14)に変形される。
Ｐ１ｉ＝γｉ＋αｉ
Ｐ２ｉ＝γｉ＋αｉ×ｃｏｓ（θ２ｉ）−βｉ×ｓｉｎ（θ２ｉ）
Ｐ３ｉ＝γｉ＋αｉ×ｃｏｓ（θ３ｉ）−βｉ×ｓｉｎ（θ３ｉ）
Ｐ４ｉ＝γｉ＋αｉ×ｃｏｓ（θ４ｉ）−βｉ×ｓｉｎ（θ４ｉ）
(11)〜(14)式からαｉ、βｉ、γｉが求まる。そして、次式(15)
Φｉ＝ａｒｃｔａｎ（βｉ／αｉ）
であるから、画素ｉの位相値Φｉが求まる。
【００３５】
なお、仮に位置ずれがない場合は、位置ずれ量（δｎＸｉ、δｎＹｉ）の値は０であるから、Φｉは次式(15.1)のようになる。
Φｉ＝ａｒｃｔａｎ（（Ｐ４ｉ−Ｐ２ｉ）／（Ｐ１ｉ−Ｐ３ｉ））
【００３６】
このようにして、画像処理部６により１組の縞パターン画像相互の位置ずれ量が補正され、画素ｉの位相値であるΦｉが適切に復元される。従って、投影部４と撮影部５が高速に動作可能なハードウェアでなく所定時間ＴＥが長くても、手振れによる影響を十分に低減できる。また、機械振動などによるぶれが起こる状況で使用されてもその影響を十分に低減できる。
【００３７】
以上、本発明の実施形態に係る３次元計測装置について説明したが、本発明は、実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのさまざまな設計変更が可能である。例えば、上記の画素ごとに位置ずれ量の算出と補正を行うものは最も精度の高い補正が可能であるが、それに要する計算量は非常に多い。従って、縞パターンの波長を画素ごとに求めず縞パターン画像全体で共通の値とするなどして、計算量を減らすこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】発明の実施形態に係る３次元計測装置の使用状態を示す斜視図である。
【図２】同上の３次元計測装置の全体構成の模式図である。
【図３】同上の位置ずれ量の補正の状態の具体例の説明図である。
【図４】同上の縞パターンの波長を求める１方式の斜視図である。
【図５】同上の縞パターンの波長を求めるもう１方式の説明図である。
【図６】同上の位置ずれ量の評価を示す処理フロー図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ ３次元計測装置
２ 被写体
４ 投影部
５ 撮影部
６ 画像処理部
６０ 画像読み出し手段
６１ 位置ずれ量算出手段
６２ 位置ずれ量補正手段
６３ 位相復元手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相シフト法を用いた３次元計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被写体の３次元形状を非接触で計測する３次元計測装置における計測手段として、位相シフト法が知られている（例えば、特許文献１、２）。この位相シフト法は、次のようなものである。まず、被写体の表面に輝度が正弦波状に変化する縞パターンを投影するとともに、その画像を別の方向から撮影するプロセスを、順次縞パターンの位相を所定角度（π／２或いは２π／３）ずつシフトさせて１周期分だけ行うことにより、１組（４枚或いは３枚）の撮影画像を得る。次に、それらの撮影画像間の輝度差から、被写体の表面形状に応じて変化した縞パターンの位相値を算出するなどの一連の画像処理を行って被写体上の縞パターンの位相を再現し、それを基に被写体の表面形状の計測が行われる。
【０００３】
ところで、３次元計測装置は様々な分野で用いられており、例えば、工場施設におけるパイプなどの部品を３次元計測することで、腐食による形状変化を調べその耐用残年数の検査を行うものがある。本願出願人は、先の出願（特願２００５―３２９４４８）において、工場施設におけるパイプなどの部品を現場で簡便に計測できるように、１組の各々の画像を短い時間で撮影し、それを順繰りに何回も繰り返し行うことにより、手振れによる影響を低減した３次元計測装置を提案している。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−６６５２７号公報
【特許文献２】特開平１１−１４３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前記先の出願では、例えば約１ミリ秒といった短い時間の撮影を繰り返し行うためには、投影部は高速に動作する高性能なものである必要があり、かつ、撮影部は高速に動作する高性能なもの或いは複数の受光素子を切り換えて用いる特別なものである必要があり、その結果、高価格にならざるを得なかった。
【０００６】
本発明は上記事由に鑑みてなしたもので、その目的とするところは、投影部及び撮影部が高速に動作するものでなくても、手振れによる影響を十分に低減できる３次元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】
【０００７】
上記の課題を解決するために、請求項１に係る３次元計測装置は、所定角度ずつ位相をシフトして１組の縞パターンを被写体に投影する投影部と、各縞パターンが投影された被写体を撮影して１組の縞パターン画像を得る撮影部と、１組の縞パターン画像から画素ごとに位相値を復元する画像処理部と、を備えて被写体の表面形状を計測する３次元計測装置において、前記画像処理部は、１組の縞パターン画像相互の位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出手段と、該位置ずれ量分だけ画素の位置を移動し、かつ、位置ずれ量を縞パターンの波長と比較して得られる位相ずれ量を縞パターンの位相に加算する位置ずれ量補正手段と、を有してなることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る３次元計測装置は、請求項１に記載された３次元計測装置において、前記位置ずれ量補正手段の縞パターンの波長は、平面又は略平面の部分で縞パターン画像にフィッティングする正弦波を当てはめて求めたものであることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る３次元計測装置は、請求項１に記載された３次元計測装置において、前記位置ずれ量補正手段の縞パターンの波長は、縞パターン画像を２次元フーリエ変換し、投影した縞パターンの波長の近傍のピーク値が現れる座標から求めたものであることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る３次元計測装置は、請求項３に記載された３次元計測装置において、前記位置ずれ量算出手段では縞パターン画像の２次元フーリエ変換を行い、前記位置ずれ量補正手段の縞パターンの波長は、位置ずれ量算出手段で行った縞パターン画像の２次元フーリエ変換結果を用いて求めることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る３次元計測装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載された３次元計測装置において、前記位置ずれ量の算出と補正は画素ごとに行い、前記位置ずれ量算出手段は、画素ｉを中心としたウィンドウ内の縞パターン画像から画素ｉの位置ずれ量を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の３次元計測装置は、画像処理部の位置ずれ量補正手段が、算出された位置ずれ量分だけ画素の位置を移動し、かつ、位置ずれ量を縞パターンの波長と比較して得られる位相ずれ量を縞パターンの位相に加算するので、投影部及び撮影部をそれほど高速に動作させずとも、手振れによる影響を十分に低減できるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の最良の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施形態に係る３次元計測装置１の使用状態を示す斜視図である。３次元計測装置１は、位相シフト法によって測定すべき被写体２の表面形状を計測するものであり、持ち可能なようにコンパクトな筐体には、後述する投影部４、撮影部５、画像処理部６などが収容されている。筐体は、例えば、横幅が約２５ｃｍ、高さが約１０ｃｍ、奥行きが約１５ｃｍである。
【００１４】
図２は、３次元計測装置１の全体構成を示す模式図である。３次元計測装置１は、所定角度ずつ位相を順次シフトして１組の縞パターンを被写体２に投影する投影部４と、各縞パターンが投影された被写体２を順次撮影して１組の縞パターン画像（縞パターンを含む被写体２の画像）を得る撮影部５と、一連の画像処理を行って１組の縞パターン画像から画素ごとに位相値を復元する画像処理部６と、を備える。この復元された画素ごとの位相値を基に、被写体２の表面形状の計測が行われる。
【００１５】
投影部４が投影する縞パターンは、輝度（連続的な階調）が正弦波状に変化するものである。投影する縞パターンの波長λ０は、本実施形態の例では１６画素（１６個の画素分の長さ）とする。撮影部５は、受光素子（例えばＣＣＤ）を有し、被写体２に縞パターンが投影されている時間（投影時間）内に被写体２からの１枚の縞パターン画像を取り込みそれを保持する。本実施形態の例では１枚の縞パターン画像の画素数は１０２４×７６８とする。
【００１６】
投影部４において位相シフトの所定角度は、例えば、π／２（９０度）か２π／３（１２０度）にすることができ、それに応じて１組の縞パターン画像は４枚か３枚の縞パターン画像からなる。本実施形態では、所定角度をπ／２とし、１組の縞パターン画像を４枚の縞パターン画像からなるものとしている。投影部４は、１個の縞パターンを所定時間ＴＥ経過するごとに順に１回ずつ投影する。例えば、所定時間ＴＥを６０ミリ秒とすると、１個目の縞パターンを投影して１枚目の縞パターン画像を得、１枚目の投影開始から６０ミリ秒後に２個目の縞パターンを投影して２枚目の縞パターン画像を得、２枚目の投影開始から６０ミリ秒後に３個目の縞パターンを投影して３枚目の縞パターン画像を得、３枚目の投影開始から６０ミリ秒後に４個目の縞パターンを投影して４枚目の縞パターン画像を得る。
【００１７】
所定時間ＴＥは、投影部４における縞パターンの設定時間及び投影時間、画像処理部６による撮影部５が保持する縞パターン画像のデータの読み出し時間などを総合した１枚の縞パターン画像を得るために必要とされる時間である。この所定時間ＴＥは、投影部４と撮影部５のハードウェアの性能に依存する。所定時間ＴＥが長いと、手振れの影響により１組の縞パターン画像相互の位置ずれ量が大きくなり易い。
【００１８】
１、２、３、４枚目の縞パターン画像の画素ｉの輝度値をそれぞれＰ１ｉ、Ｐ２ｉ、Ｐ３ｉ、Ｐ４ｉとすると、これらは次の(1)〜(4)式で表される。
Ｐ１ｉ＝Ｋｉ×（ＩＢＡＳＥ＋ＩＳ×ｃｏｓ（Φｉ））
Ｐ２ｉ＝Ｋｉ×（ＩＢＡＳＥ＋ＩＳ×ｃｏｓ（Φｉ＋θ２ｉ））
Ｐ３ｉ＝Ｋｉ×（ＩＢＡＳＥ＋ＩＳ×ｃｏｓ（Φｉ＋θ３ｉ））
Ｐ４ｉ＝Ｋｉ×（ＩＢＡＳＥ＋ＩＳ×ｃｏｓ（Φｉ＋θ４ｉ））
【００１９】
ここで、Ｋｉは画素ｉに対応した被写体２の反射率、ＩＢＡＳＥは縞パターンの光量の中心値、ＩＳは縞パターンの光量の振幅値、Φｉは画素ｉの復元しようとする位相値である。θ２ｉ、θ３ｉ、θ４ｉは位相シフト量であり、１組の縞パターン画像相互の位置ずれがないとすると、次式(5)〜(7)に示される定数である。
θ２ｉ＝π／２
θ３ｉ＝π
θ４ｉ＝３π／２
【００２０】
画像処理部６は、画像読み出し手段６０により所定時間ＴＥ内に撮影部５が保持する各縞パターン画像のデータを読み出す。そして、位置ずれ量算出手段６１により１組の縞パターン画像相互の位置ずれ量を算出し、位置ずれ量補正手段６２により位置ずれ量を補正する。位置ずれ量の算出及びその補正は、縞パターン画像全体ごとの場合と画素ごとの場合がある。縞パターン画像全体ごとの場合は、縞パターン画像相互間での相対的な平行移動の位置ずれに対応することができる。画素ごとの場合は、縞パターン画像相互間での相対的な平行移動と回転の位置ずれに対応することができる。なお、１組の縞パターン画像相互の位置ずれ量は１組のいずれかが基準の縞パターン画像となるが、本実施形態では、１枚目の縞パターン画像を基準の縞パターン画像とする。また、後述のｎ枚目の縞パターン画像、位置ずれ量（δｎＸ、δｎＹ）、位相シフト量θｎｉ等は、本明細書の表記において、ｎは２、３、４の整数を表すものとする。位置ずれ量の算出及びその補正の後は、位相復元手段６３により各画素の位相値を復元する。
【００２１】
縞パターン画像全体ごとの位置ずれ量（δｎＸ、δｎＹ）は、縞パターン画像全体又は設定したウィンドウ内の縞パターン画像を使った位相相関法等により算出する。位相相関法のように画像を変換して位置ずれ量を算出するものは、計算量を少なくするために、ウィンドウを設定するのが望ましい。ウィンドウの大きさは、計算量と計算精度を考慮して設定すればよく、本実施形態では、２５６×２５６画素としている。ウィンドウを設定する箇所は、被写体２の表面形状に特徴ある部分とする。位相相関法は、２枚の画像についてそれぞれの画像を２次元フーリエ変換し、それらを合成して２次元逆フーリエ変換するものである。２枚の画像が近似している場合には急峻なピーク値を示す座標が存在し、その座標が２枚の画像相互の位置ずれ量を示す。
【００２２】
また、ジャイロを３次元計測装置１に取り付けて、位置ずれ量（δｎＸ、δｎＹ）を算出することも可能である。ジャイロを用いると、被写体２の表面形状の変化が少なく縞パターン画像から位置ずれ量を算出するのが難しい場合でも、容易に位置ずれ量を算出することができる。
【００２３】
縞パターン画像全体ごとの位置ずれ量（δｎＸ、δｎＹ）の補正は次の２段階で行う。第１の位置ずれ量補正では、縞パターンを除いて１枚目の縞パターン画像に一致するように位置ずれ量（δｎＸ、δｎＹ）だけｎ枚目の縞パターン画像をＸ軸及びＹ軸方向に移動する。図３は、この状態の具体例の説明図である。（Ａ１）〜（Ａ４）は補正前の１〜４枚目のウィンドウの縞パターン画像であり、（Ｂ１）〜（Ｂ４）は第１の位置ずれ量補正後の１〜４枚目のウィンドウ内の縞パターン画像である。１枚目の縞パターン画像に対する２、３、４枚目の縞パターン画像の位置ずれ量（δ２Ｘ、δ２Ｙ）、（δ３Ｘ、δ３Ｙ）、（δ４Ｘ、δ４Ｙ）はそれぞれ、（−２．９６、−９．５２）、（−８．４５、−４．０４）、（−１０．９５、７．４４）が算出されている。そして、２、３、４枚目の縞パターン画像をそれぞれ、（２．９６、９．５２）、（８．４５、４．０４）、（１０．９５、−７．４４）だけ移動することで第１の位置ずれ量補正を行っている。
【００２４】
第２の位置ずれ量補正では、ｎ枚目の縞パターン画像の縞パターンの位相シフト量θｎｉを補正する。位相シフト量θｎｉは、縞パターンがＸ軸に対して完全に（或いはほぼ完全に）垂直に投影されたとするとＹ軸方向についての補正は必要ない。この場合、Ｘ軸方向の位置ずれ量δｎＸを縞パターンの波長λと比較して位相ずれ量を得、それを加算することで、次式(5.1)〜 (7.1)に示すように位相シフト量θｎｉを補正する。
θ２ｉ＝π／２＋δ２Ｘ／λ×２π
θ３ｉ＝π＋δ３Ｘ／λ×２π
θ４ｉ＝３π／２＋δ４Ｘ／λ×２π
図３の例では、第２の位置ずれ量補正は、次式(5.1’) 〜(7.1’)のようになる。
θ２ｉ＝π／２＋２．９６／１６×２π
θ３ｉ＝π＋８．４５／１６×２π
θ４ｉ＝３π／２＋１０．９５／１６×２π
【００２５】
また、縞パターンがＸ軸に対して斜めに投影されたとすると、波長λがＸ軸方向とＹ軸方向の成分（λＸ、λＹ）からなるものと考える。この場合、Ｘ軸及びＹ軸方向の位置ずれ量（δｎＸ、δｎＹ）を縞パターンの波長（λＸ、λＹ）と比較して位相ずれ量を得、それを加算することで、次式(5.2) 〜(7.2)に示すように位相シフト量θｎｉを補正する。
θ２ｉ＝π／２＋（δ２Ｘ／λＸ＋δ２Ｙ／λＹ）×２π
θ３ｉ＝π＋（δ３Ｘ／λＸ＋δ３Ｙ／λＹ）×２π
θ４ｉ＝３π／２＋（δ４Ｘ／λＸ＋δ４Ｙ／λＹ）×２π
これらは、縞パターンがＸ軸に対して完全に垂直ならばλＹは無限大となるので、(5.1)〜(7.1)式に一致する。
【００２６】
第２の位置ずれ量補正の精度を高めるためには、縞パターンの波長λの補正を行う。被写体２に縞パターンを投影する角度と被写体２を撮影する角度は異なるため、投影した縞パターンの波長λ０の近傍に撮影した縞パターンの波長λはあるけれども、厳密には異なるからである。
【００２７】
縞パターンの波長λの補正を行う１つの方式は、１枚の縞パターン画像の平面の部分には投影された縞パターンの正弦波のみが観測されることを利用するものである。この観測される正弦波にフィッティングする正弦波を当てはめて行けば、縞パターンの波長λの値を得ることができる。このためには、図４に示すように、平面である基準板７を被写体２の端に置き、被写体２と一緒に撮影する。そして、基準板７における１枚の縞パターン画像（例えば、１枚目の縞パターン画像）から、縞パターンの波長λの値を得る。また、基準板７を用いず、１枚の縞パターン画像の略平面の部分でフィッティングする正弦波を当てはめ、縞パターンの波長λの値を求めることも可能である。
【００２８】
縞パターンの波長λの補正を行うもう１つの方式は、２次元フーリエ変換の結果を用いるものである。所定のウィンドウ（例えば、２５６×２５６画素）の縞パターン画像の２次元フーリエ変換の結果には、被写体２の表面形状が複雑なものであっても、投影した縞パターンの波長λ０に相当する座標の近傍にピーク値が現れる。この方式は、位置ずれ量の算出に２次元フーリエ変換を用いたならば、その２次元フーリエ変換の結果を再度用いることができるので、位相相関法による位置ずれ量の算出の場合に特に有効である。
【００２９】
図５は、２次元フーリエ変換の結果を用いて縞パターンの波長を求める方式の説明図である。なお、図５に示す具体例は図３とは別の例である。図５において、（Ａ）は縞パターンの投影画像（２５６×２５６画素）を示し、（Ｂ）はその２次元フーリエ変換の結果を示す。（Ｂ）においては、明度が係数の大きさを表し、（−１７、−３）、（１７、３）の座標にピーク値が現れる。従って、縞パターンはＸ軸に対して斜めに投影されていて、Ｘ軸方向の波長λＸは１２８÷１７＝７．５３画素、Ｙ軸方向の波長λＹは１２８÷３＝４２．６７画素と求められる。
【００３０】
位置ずれ量の算出と補正との間には、位置ずれ量の評価を行うことが望ましい。図６は、位置ずれ量の評価を示す処理フロー図である。位置ずれ量の算出（Ｓ１０１）の後、Ｘ軸方向の位置ずれ量δｎＸを位置ずれ評価最小値Ｋ１（例えば、１／２０画素）及び位置ずれ評価最大値Ｋ２（例えば、２０画素）と比較する（Ｓ１０２）。Ｘ軸方向の位置ずれ量δｎＸが位置ずれ評価最小値Ｋ１以下の場合は、十分な復元精度が得られるので、計算量を抑えるため位置ずれ量の補正は行わない（Ｓ１０３）。位置ずれ量δｎＸが位置ずれ評価最大値Ｋ２以上の場合は、適切な補正が行えないので、位相シフト法による３次元計測は行わない。Ｋ２の値は、通常の注意力で３次元計測装置１を使用するとき、位置ずれ量δｎＸがこれより十分小さくなるような値とする。位置ずれ量δｎＸが位置ずれ評価最大値Ｋ２以上の場合、そこで画像処理は中止することもできるが、簡易な３次元計測をかわりに行うことも可能である。本実施形態では、詳細は省略するが、１枚目の縞パターン画像のみを用い空間的に位相値を算出する方法で３次元計測を行っている（Ｓ１０４）。位置ずれ量δｎＸが位置ずれ評価最小値Ｋ１よりも大きく位置ずれ評価最大値Ｋ２よりも小さい場合は、位置ずれ量の補正を行う（Ｓ１０５）。
【００３１】
次に、画素ごとの位置ずれ量（δｎＸｉ、δｎＹｉ）の算出及びその補正について説明する。
【００３２】
ｎ枚目の縞パターン画像の画素ｉの位置ずれ量（δｎＸｉ、δｎＹｉ）は、具体的には、画素ｉを中心としたウインドウ（例えば６４×６４画素）を設定し、このウィンドウの縞パターン画像を使って算出した位置ずれ量を画素ｉの位置ずれ量とする。そして、縞パターンを除いて１枚目の縞パターン画像に一致するように位置ずれ量（δｎＸｉ、δｎＹｉ）だけｎ枚目の縞パターン画像をＸ軸及びＹ軸方向に移動して第１の位置ずれ量補正を行う。次に、画素ｉにおける縞パターンの波長（λｎＸｉ、λｎＹｉ）を求める。具体的には、位置ずれ量（δｎＸｉ、δｎＹｉ）の算出で使用したウィンドウの２次元フーリエ変換の結果を用い、そこで算出した波長を画素ｉにおける縞パターンの波長とする。従って、２次元フーリエ変換の結果が共用できる位相相関法で位置ずれ量の算出を行うのが望ましい。
【００３３】
それから、位置ずれ量（δｎＸｉ、δｎＹｉ）を縞パターンの波長（λｎＸｉ、λｎＹｉ）と比較して位相ずれ量を得、それを加算することで、次式(5.3) 〜(7.3)に示すように位相シフト量θｎｉを補正する。
θ２ｉ＝π／２＋（δ２Ｘｉ／λ２Ｘｉ＋δ２Ｙｉ／λ２Ｙｉ）×２π
θ３ｉ＝π＋（δ３Ｘｉ／λ３Ｘｉ＋δ３Ｙｉ／λ３Ｙｉ）×２π
θ４ｉ＝３π／２＋（δ４Ｘｉ／λ４Ｘｉ＋δ４Ｙｉ／λ４Ｙｉ）×２π
【００３４】
以上のようにして位相シフト量θｎｉが補正されると、位相復元手段６３により、Ｋｉ、ＩＢＡＳＥ、ＩＳ、Φｉを変数とした連立方程式である上記(1)〜(4)式から画素ｉの位相値Φｉを復元する。具体的には、以下のようにして、Φｉの値を求めることができる。先ず、αｉ、βｉ、γｉを次式(8) 〜(10)のように定義する。
αｉ＝Ｋｉ×ＩＳ×ｃｏｓ（Φｉ）
βｉ＝Ｋｉ×ＩＳ×ｓｉｎ（Φｉ）
γｉ＝Ｋｉ×ＩＢＡＳＥ
そうすると、(1)〜(4)式は次式(11)〜(14)に変形される。
Ｐ１ｉ＝γｉ＋αｉ
Ｐ２ｉ＝γｉ＋αｉ×ｃｏｓ（θ２ｉ）−βｉ×ｓｉｎ（θ２ｉ）
Ｐ３ｉ＝γｉ＋αｉ×ｃｏｓ（θ３ｉ）−βｉ×ｓｉｎ（θ３ｉ）
Ｐ４ｉ＝γｉ＋αｉ×ｃｏｓ（θ４ｉ）−βｉ×ｓｉｎ（θ４ｉ）
(11)〜(14)式からαｉ、βｉ、γｉが求まる。そして、次式(15)
Φｉ＝ａｒｃｔａｎ（βｉ／αｉ）
であるから、画素ｉの位相値Φｉが求まる。
【００３５】
なお、仮に位置ずれがない場合は、位置ずれ量（δｎＸｉ、δｎＹｉ）の値は０であるから、Φｉは次式(15.1)のようになる。
Φｉ＝ａｒｃｔａｎ（（Ｐ４ｉ−Ｐ２ｉ）／（Ｐ１ｉ−Ｐ３ｉ））
【００３６】
このようにして、画像処理部６により１組の縞パターン画像相互の位置ずれ量が補正され、画素ｉの位相値であるΦｉが適切に復元される。従って、投影部４と撮影部５が高速に動作可能なハードウェアでなく所定時間ＴＥが長くても、手振れによる影響を十分に低減できる。また、機械振動などによるぶれが起こる状況で使用されてもその影響を十分に低減できる。
【００３７】
以上、本発明の実施形態に係る３次元計測装置について説明したが、本発明は、実施形態に記載したものに限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのさまざまな設計変更が可能である。例えば、上記の画素ごとに位置ずれ量の算出と補正を行うものは最も精度の高い補正が可能であるが、それに要する計算量は非常に多い。従って、縞パターンの波長を画素ごとに求めず縞パターン画像全体で共通の値とするなどして、計算量を減らすこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】発明の実施形態に係る３次元計測装置の使用状態を示す斜視図である。
【図２】同上の３次元計測装置の全体構成の模式図である。
【図３】同上の位置ずれ量の補正の状態の具体例の説明図である。
【図４】同上の縞パターンの波長を求める１方式の斜視図である。
【図５】同上の縞パターンの波長を求めるもう１方式の説明図である。
【図６】同上の位置ずれ量の評価を示す処理フロー図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ ３次元計測装置
２ 被写体
４ 投影部
５ 撮影部
６ 画像処理部
６０ 画像読み出し手段
６１ 位置ずれ量算出手段
６２ 位置ずれ量補正手段
６３ 位相復元手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定角度ずつ位相をシフトして１組の縞パターンを被写体に投影する投影部と、各縞パターンが投影された被写体を撮影して１組の縞パターン画像を得る撮影部と、１組の縞パターン画像から画素ごとに位相値を復元する画像処理部と、を備えて被写体の表面形状を計測する３次元計測装置において、
前記画像処理部は、１組の縞パターン画像相互の位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出手段と、該位置ずれ量分だけ画素の位置を移動し、かつ、位置ずれ量を縞パターンの波長と比較して得られる位相ずれ量を縞パターンの位相に加算する位置ずれ量補正手段と、を有してなることを特徴とする３次元計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載された３次元計測装置において、
前記位置ずれ量補正手段の縞パターンの波長は、平面又は略平面の部分で縞パターン画像にフィッティングする正弦波を当てはめて求めたものであることを特徴とする３次元計測装置。
【請求項３】
請求項１に記載された３次元計測装置において、
前記位置ずれ量補正手段の縞パターンの波長は、縞パターン画像を２次元フーリエ変換し、投影した縞パターンの波長の近傍のピーク値が現れる座標から求めたものであることを特徴とする３次元計測装置。
【請求項４】
請求項３に記載された３次元計測装置において、
前記位置ずれ量算出手段では縞パターン画像の２次元フーリエ変換を行い、
前記位置ずれ量補正手段の縞パターンの波長は、位置ずれ量算出手段で行った縞パターン画像の２次元フーリエ変換結果を用いて求めることを特徴とする３次元計測装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載された３次元計測装置において、
前記位置ずれ量の算出と補正は画素ごとに行い、
前記位置ずれ量算出手段は、画素ｉを中心としたウィンドウ内の縞パターン画像から画素ｉの位置ずれ量を算出することを特徴とする３次元計測装置。
【請求項１】
所定角度ずつ位相をシフトして１組の縞パターンを被写体に投影する投影部と、各縞パターンが投影された被写体を撮影して１組の縞パターン画像を得る撮影部と、１組の縞パターン画像から画素ごとに位相値を復元する画像処理部と、を備えて被写体の表面形状を計測する３次元計測装置において、
前記画像処理部は、１組の縞パターン画像相互の位置ずれ量を算出する位置ずれ量算出手段と、該位置ずれ量分だけ画素の位置を移動し、かつ、位置ずれ量を縞パターンの波長と比較して得られる位相ずれ量を縞パターンの位相に加算する位置ずれ量補正手段と、を有してなることを特徴とする３次元計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載された３次元計測装置において、
前記位置ずれ量補正手段の縞パターンの波長は、平面又は略平面の部分で縞パターン画像にフィッティングする正弦波を当てはめて求めたものであることを特徴とする３次元計測装置。
【請求項３】
請求項１に記載された３次元計測装置において、
前記位置ずれ量補正手段の縞パターンの波長は、縞パターン画像を２次元フーリエ変換し、投影した縞パターンの波長の近傍のピーク値が現れる座標から求めたものであることを特徴とする３次元計測装置。
【請求項４】
請求項３に記載された３次元計測装置において、
前記位置ずれ量算出手段では縞パターン画像の２次元フーリエ変換を行い、
前記位置ずれ量補正手段の縞パターンの波長は、位置ずれ量算出手段で行った縞パターン画像の２次元フーリエ変換結果を用いて求めることを特徴とする３次元計測装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載された３次元計測装置において、
前記位置ずれ量の算出と補正は画素ごとに行い、
前記位置ずれ量算出手段は、画素ｉを中心としたウィンドウ内の縞パターン画像から画素ｉの位置ずれ量を算出することを特徴とする３次元計測装置。
【図２】
【図６】
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−１９０９６２（Ｐ２００８−１９０９６２Ａ）
【公開日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４６５０（Ｐ２００７−２４６５０）
【出願日】平成１９年２月２日（２００７．２．２）
【出願人】（５０５３９９００７）アイディンシステム株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月２１日（２００８．８．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２日（２００７．２．２）
【出願人】（５０５３９９００７）アイディンシステム株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
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