【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＷｅｂ等の３Ｄコンテンツ作成、３Ｄモデリングのためのデータ入力、物体認識、物体選別、顔認識、ジェスチャ認識などに用いられて、物体の形状と距離計測を行なう光学式形状測定システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、物体の３次元の形状測定を行なう光学式形状測定システムとして、測定物体（測定対象）に繰り返しパターンを照射し、その反射光を照射方向と異なる視野から撮像し、得られた画像で生じる物体形状に応じたパターンの変形量から、３角測量の原理を用いて形状測定するシステムがある。
【０００３】
こうした従来の光学式形状測定装置として、例えば、特開２０００−９４４４号公報（特許文献１）がある。
いわゆる光切断法のように光のスリットを走査するのではなく、スリットを敷き詰めたパターン光を一括で照射するパターン照射法の一種であるが、パターン光のどの位置がどのスリットに相当するか分からないため、あらかじめ何らかの方法でスリット番号との対応、つまりスリット光源からどの照射角度で照射されたかの情報を、照射されたパターン光自体に付加しておく。繰り返しパターンを照射する形状測定装置とは、このパターン光が繰り返し構造をもっているものをさす。
【０００４】
繰り返しパターンは繰り返しの１周期分（以下、サブパターンと呼ぶ）の内部では、光量や波長が異なるなどの光情報の差を利用して相互にスリットを区別できるが、同じサブパターンが何度も繰り返されるため、撮像された光量の情報からは別のサブパターンとは区別がつかない。一方、繰り返しがないパターンであればスリット番号を一意に決められるが、一般に繰り返さしのないパターンは測定精度が低い。これは光量のアナログ値を一括検知するための撮像素子、例えばＣＣＤなど、の光量分解能に制限があるためである。撮像素子の光量分解能が低いと、撮像したパターンの変形画像の受光セル毎の光量差が分離できないが、繰り返しパターンはこの状況を緩和できる。照射パターンが同じダイナミックレンジで照射された場合、パターンに繰り返しがあると、繰り返し数だけ視差方向に対する光量変化が大きくなるため、隣接する受光セル間の光量変化を大きくすることができ、その結果形状精度があがるためである。
【０００５】
上記した特開２０００−９４４４号公報は、図６に示すように、位相のずれた正弦波を投影し、正弦波の位相を検知する方法である（位相シフト法）。
この手法では、サブパターンは正弦波の光量分布をとる（パターンマスク３の像が照射される）。光切断法のスリット番号に相当する絶対位相が分かれば、つまりサブパターンの番号が分かれば、三角測量の原理から測定物の距離が求められるが、実際に計測できるのは２π周期で折りたたまれた位相（相対位相）である。一般には、位相の連続性を仮定して、絶対位相の分かった基準点から位相の飛びがあったら２πだけ位相を増減させることで絶対位相を求める処理（アンラッピング）を行う。
この方法では孤立した測定領域は位相を接続できないため、絶対座標が求まらない問題がある。特開２０００−９４４４号公報では、物体の像のコントラストがカメラの焦点位置に測定物体が場合に最大になることを利用した焦点法を併用することで位相の曖昧さを除き、絶対位相との対応づけを行っている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−９４４４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、繰り返しパターンは形状精度が高い利点があるが、同じパターンが繰り返されるため、繰り返される領域間の判別をする必要がある。
上記した特開２０００−９４４４号公報は、位相シフト法の絶対位相を特定する、つまりサブパターンの番号を特定するため焦点法を併用しているが、２つの異なる手法を測定装置内（測定システム内）に設ける必要があるので、コストがかさむ原因となり、パターン照射法だけで周期番号を特定できるのが望ましい。
【０００８】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたもので、パターン照射法だけを用いながら、繰り返しパターンの各領域を信頼性良く特定することができる光学式形状測定システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明は以下の特徴を有する。
請求項１記載の発明は、繰り返しパターンを照射する照射装置と、該照射装置が照射した対象を異なる位置から撮像する撮像装置と、該撮像装置が撮像した画像中に生じる繰り返しパターンの変形を用いて形状計測を行う計算手段とを備えてなる光学式形状測定システムであって、照射装置が、繰り返しパターン中で繰り返しの１周期分であるサブパターンが現れる位置にサブパターンごとに異なるパターンからなる分離パターンを照射するよう構成され、計算手段は、分離パターンを用いてサブパターンを特定することを特徴とする。
【００１０】
繰り返しパターンを照射するパターン照射法では、サブパターン内でのスリット番号に相当する量（位相シフト法を用いる場合は位相、強度比法を用いる場合は強度比）は容易に求められるが、どのサブパターンに属するかを決めるサブパターン番号はそのままでは求まらない。上記技術的手段では、別パターンを照射し、サブパターン番号を特定する方式をとっている。この時、必要なのはサブパターン番号だけを信頼性よく求めればよいので、サブパターンごとに異なる、容易に区別できるパターンを設けたパターン（分離パターン）を照射すればよい。
【００１１】
請求項２記載の発明は、上記した分離パターンが、サブパターン内で光量が一定であり、サブパターン間で異なる離散化された光量値であることを特徴とする。
【００１２】
照射されたパターンの光量分布を撮像するための２次元撮像素子は、一般的にＣＣＤやＣＭＯＳが使われているが、光量のダイナミックレンジも光量の分解能も広いとはいえず、光量の誤差が大きい。上記技術的手段によれば、各サブパターンに対応する分離パターンの光量が離散化しているので、サブパターン境界が明確となり、光量誤差が大きな撮像素子を用いても、信頼性よくサブパターンを分離することができる。
たとえば、光量をｍ値に多値化しておき、個々のサブパターンに各々異なる光量を照射する分離パターンを用いることで、ｍ個のサブパターンを分離することができる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、照射装置の照射する分離パターンが複数であり、各々の分離パターンの光量の組み合わせがサブパターンごとに一意化されており、計算手段は該光量の組み合わせからサブパターンを特定することを特徴とする。
【００１４】
上記技術的手段は、サブパターン番号を特定するために、各サブパターンに照射する光量の組み合わせでサブパターンをコード化するので、空間コード化法の一般化とも考えられる。しかし、空間コード化法では白黒の２値を用いており、照射すべき分離パターンの数が容易に増加するのに対し、上記技術的手段では光量が２値である制限をおいていないため、光量を多値化することで分離パターンの数を必要最小限で済ませることができる。
特定すべきサブパターン数をｐとすると、空間コード化法でサブパターンを特定するためには、少なくともｌｏｇ（ｐ）／ｌｏｇ（２）枚の分離パターンが必要になる。ここでｌｏｇは対数を意味する。例えばサブパターン数が２０なら５枚、１００なら７枚必要となる。上記技術的手段ではｍ値に多値化した分離パターンを用いる。１枚の分離パターンを構成するパターン種の数をｍ（つまりｍ値の離散化光量）とすると、必要なブロック数はｌｏｇ（ｐ）／ｌｏｇ（ｍ）となり、空間コード化法より分離パターン数を減らせる。
【００１５】
請求項４記載の発明は、照射装置の照射する分離パターンが２種類（Ａ、Ｂ）であり、該２種類の分離パターンの強度比（Ａ／Ｂ）がサブパターンごとに一意化されており、上記した計算手段は強度比からサブパターンを特定することを特徴とする。
【００１６】
強度比法の原理により、光量そのものではなく強度比を用いることで、測定物の反射率のキャンセルすることができる。つまり、照射光源と撮像素子と測定物体の空間的配置が変わらない条件で、背景光Ｘのもとで、光量ＡおよびＢで照射したときの反射光量は、各々Ｋ・Ａ＋Ｘ、Ｋ・Ｂ＋Ｘ、となる。ここでＫは、照射光源と撮像素子と測定物体の空間的配置に依存した係数で、測定物体の反射率に比例する。撮像側で両者の比率である強度比Ｒを取れば、Ｒ＝（Ｋ・Ａ＋Ｘ）／（Ｋ・Ｂ＋Ｘ）となる。背景光Ｘが無視できる場合はＡ／Ｂとなって、照射側の強度比がそのまま観察され、測定物体の反射率や光学系の空間配置に依存しない。上記技術的手段によれば、強度比Ｒがサブパターンごとに異なる値をとるので、測定物体の反射率に依存せずに各サブパターンを特定できる。
【００１７】
背景光Ｘが無視できる条件は、背景光の存在しない環境で測定するか、あるいは分離パターンＡ、Ｂの輝度が背景光にくらべて十分高い場合である。請求項２記載の技術的手段に比べて分離パターンの枚数が１枚増えるが、測定物体の反射率に依存しないで精度良くサブパターンの分離ができる。
例えば、分離パターンＡは視差方向に対して、サブパターンごとの光量が順次増加するパターン、分離パターンＢは視差方向に対して、サブパターンごとの光量が順次減少するパターンなどを選択しうるが、各サブパターンごとに強度比が異なればよいので、必ずしも順次変化しなくてもよい。
【００１８】
請求項５記載の発明は、上記した分離パターンＢの光量が、場所によらず一定であることを特徴とする。
【００１９】
繰り返しパターンや分離パターンを照射するには、光源と光量を変調する装置が必要である。いちばん簡単な構造は、透過率を変調したマスクを光源で背面から照射する方法である。この時本請求項のような全面を場所によらずに照明しようとすると、このマスクなしで照明すればよいことになり、分離マスクとして必要なのは分離パターンＡのためのマスクだけで済む。その結果、上記技術的手段によれば照明系を簡単な構成にできる。
【００２０】
請求項６記載の発明は、照射装置の照射する分離パターンが３種類（Ａ、Ｂ、Ｃ）であり、該３種類の分離パターンの強度比（（Ａ−Ｃ）／（Ｂ−Ｃ））がサブパターンごとに一意化されており、計算手段は強度比からサブパターンを特定することを特徴とする。
【００２１】
上述した請求項４記載の技術的手段では、背景光Ｘが無視できる状況を考えたが、上記技術的手段によれば、もう分離パターン数をもう一枚増やすことで背景光の影響を減らすことができる。
光量Ａ、ＢおよびＣで照射したときの反射光量は、各々Ｋ・Ａ＋Ｘ、Ｋ・Ｂ＋Ｘ、Ｋ ・Ｃ＋Ｘとなる。ここでＫは、照射光源と撮像素子と測定物体の空間的配置に依存した係数で、測定物体の反射率に比例する。撮像側で上記の強度比Ｒ’をとると、Ｒ’＝（（Ｋ・Ａ＋Ｘ）−（Ｋ・Ｃ＋Ｘ））／（（Ｋ・Ｂ＋Ｘ）−（Ｋ・Ｃ＋Ｘ））＝（Ａ−Ｃ）／（Ｂ−Ｃ）となり、測定物体の反射率と背景光に依存せずに、照射側の強度比Ｒ’を得られる。本請求項では、強度比Ｒがサブパターンごとに異なる値をとるので、測定物体の反射率と背景光に依存せずに各サブパターンを特定できる。
【００２２】
請求項７記載の発明は、上記した分離パターンＢ及びＣの光量が、場所によらず一定で、互いに異なる光量であることを特徴とする。
【００２３】
分離パターンＢとＣが場所によらず一定であれば、請求項５記載の技術的手段で説明したような、透過率を変調したマスクと光源の組み合わせによる照明装置を簡単化することができる。ＢとＣの差は、光源の照射強度を変えるだけでよいので、分離マスクとして必要なのは分離パターンＡのためのマスクだけで済む。
【００２４】
請求項８記載の発明は、照射装置が照射する分離パターンの光量に周波数変調をかけ、サブパターンごとに該変調周波数スペクトルが一意化されており、計算手段は変調周波数スペクトルからサブパターンを特定することを特徴とする。
【００２５】
上記技術的手段の分離パターンでは、サブパターンごとに周波数の異なる正弦波を重畳した光量パターンを用いる。特定の周波数で変調した部分は画像をバンドパスフィルタに通することで求められる。変調をかける方向は、例えば視差方向と視差に垂直方向に対してかけることで、各方向に対して独立に変調情報を付加することができる。変調周波数だけが意味を持つので、照射パターンの光量のダイナミックレンジは全面でほぼ一定にできるため、撮像素子のダイナミックレンジが狭くとも検知が容易である。
【００２６】
請求項９記載の発明は、照射装置の照射する分離パターンがｎ個（ｎは整数）であり、該ｎ個の分離パターンを各々ｎ色の色に割り当てたことを特徴とする。
【００２７】
例えば赤、緑、青の３色の照射パターンに各々独立なパターンを割り当て、撮像素子としてカラーカメラを用いると、赤緑青の３色の色情報を独立に検知できるので、白色物体などの色依存性がない測定物体の場合、分離できるサブパターン数を３倍にふやせる。照射部と撮像部で分離できる色数を増やせば、同時に照射できる分離パターン数をさらに増やすことができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る光学式形状測定システムを、図１から図５を用いて詳細に説明する。
【００２９】
本発明の第１の実施形態としての光学式形状測定システムは、図１に示すように、繰り返しパターンを照射するプロジェクタ（照射装置）１と、照射された測定対象を異なる位置から撮像するカメラ２（撮像装置）と、撮像された画像中に生じる繰り返しパターンの変形を用いて形状計測を行うＰＣ（計算手段）３とを備え、そのプロジェクタ１とカメラ２とがＰＣ３に接続されて構成される。
【００３０】
上記のプロジェクタ１は、光源と、カラー液晶パネルと、結像レンズとを備えてなり、光源から発した光は液晶パネルで光量が変調され、その透過光量を結像レンズで測定物体（測定対象）上に照射する。
撮像するカメラ２は、結像レンズとカラーＣＣＤとを備えてなり、測定物体の反射光分布を撮像する。この反射物体（測定対象）上に照射された光パターンは上記カラーＣＣＤで２次元的に検知（撮像）される。
【００３１】
また、ＰＣ３は、ＣＰＵなどの主制御部とＨＤＤなどの記憶部とキーボードやマウスなどの入力部とを備え、その記憶部に記憶されたプログラムにより動作し、プロジェクタ１による照射を制御すると共にカメラ２により撮像された画像を用いて後述する計算方法などでサブパターンの特定を行い、対象までの距離を算出し、測定物体の形状を測定する。
本実施形態としての光学式形状測定システムのプロジェクタ１とカメラ２とは測定物体を含めて暗箱で覆われており、このことにより背景光の影響は無視できる。
【００３２】
プロジェクタ１が照射するパターンのＸ方向の光量分布を図２（ａ）に示す。本実施形態の照射系ではプロジェクタ１から、各々π／４だけ位相のずれた正弦波パターンＰ１、Ｐ２、Ｐ３を３枚照射し、位相シフト法の原理によって、
ψｒ−π／４＝ｔａｎ（（Ｐ３−Ｐ２）／（Ｐ１−Ｐ２））
の関係式を用い、各反射画像から画素毎に相対位相ψｒを求める。相対位相ψｒから周期２πの不定性を除いた絶対位相ψａは、図１に示すプロジェクタ１からの照射角度に対応する。
図１に示す画素ごとの受光角度は、撮像した反射像の画素位置から決定できるので、絶対位相ψａが分かれば、三角測量の原理から画素ごとに距離を計算できる。ここまでは従来の手法をそのまま用いる。
【００３３】
次にプロジェクタ１は、図２（ｂ）に示す階段状のパターンＢｒ、Ｂｇ、Ｂｂを照射する。このパターンは赤青緑（ＲＧＢ）の３色の各々で分布がずれており、各色の階段状パターンは、正弦波Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の３周期（サブパターン）内では光量が一定で、連続する３つのサブパターンを１グループとして、異なるグループでは光量値が異なる離散的な光量分布をとる。
【００３４】
プロジェクタ１が照射するもう一つのパターンは、図２（ｃ）に示す白色の平坦状パターンＣである。パターンＢｒ、Ｂｇ、Ｂｂ、Ｃの反射画像から３色に対する強度比Ｂｒ／Ｃ、Ｂｇ／Ｃ、Ｂｂ／Ｃを取ると、サブパターンごとに３色の強度比が異なるので、繰り返しパターンのサブパターン番号を特定でき、相対位相ψから絶対位相が求められる。
【００３５】
本実施形態では強度比をもとにサブパターンを分離するので、各色の階段状パターンと白色平坦パターンを組にして１つの分離パターンを構成する。例えば、各色ごとの階段状パターンが８レベルとすると、３色全部で２４種類のサブパターンまで分離できる。パターンＢｒ、Ｂｇ、Ｂｂは色が異なっており同時に照射できるので、分離パターンを構成するパターン数は４パターンだが、照射と撮像はパターンＢｒ、Ｂｇ、Ｂｂをまとめた１回と、パターンＣの１回、合計２回の追加となる。
【００３６】
本実施形態のプロジェクタ１では照射パターンを動的に変えられる液晶パネルを用いているので、繰り返しパターンも分離パターンの照射も、単に液晶パネルの分布を変えるだけで照射できる。このため、このプロジェクタ１による照射は、ユーザがＰＣ３の入力手段から操作することにより切り替えることもできる。
【００３７】
次に、本発明の第２の実施形態としての光学式形状測定システムについて説明する。この第２の実施形態は、各装置の基本構成としては上述した第１の実施形態と同じであるが、分離パターンを構成するのに、図２（ｃ）の白色平坦パターンＤを追加したものである。
このパターンＤはパターンＣと同じく白色の平坦な分布だが、光量レベルが異なる。
【００３８】
パターンＢｒ、Ｂｇ、Ｂｂ、Ｃ、Ｄの反射画像から３色に対する強度比（Ｂｒ−Ｃ）／（Ｄ−Ｃ）、（Ｂｇ−Ｃ）／（Ｄ−Ｃ）、（Ｂｂ−Ｃ）／（Ｄ−Ｃ）を取ると、サブパターンごとに３色の強度比が異なるので、繰り返しパターンのサブパターン番号を特定でき、相対位相ψから絶対位相が求められる。プロジェクタ１による照射とカメラ２による撮像の手間はパターンＤの１回分が追加されるが、このパターンＤを追加したことで、背景光の影響を除去できるので、この第２の実施形態によれば上述した第１の実施形態と異なり、ＰＣ３以外のシステム全体を暗箱で覆う必要がなくなることとなる。
【００３９】
次に、本発明の第３の実施形態としての光学式形状測定システムについて説明する。この第３の実施形態は、各装置の基本構成としては上述した第１の実施形態と同じであるが、繰り返しパターンのサブパターンを判別する分離パターンを構成するのに、図３（ａ）に示すパターンＡ、Ｂ、Ｃと、図３（ｂ）に示すパターンＤとの４パターンを用いている。ここでＹ方向は、図１の紙面に対して垂直方向である。
【００４０】
本実施形態での繰り返しパターンの繰り返し数は３２（サブパターン数が３２）であり、これを分離パターンで分離する。図３（ａ）のＡはサブパターン４つごとに光量が変化する階段状パターンで、Ｂは隣接するサブパターンごとに光量が変化する、サブパターン４つごとに繰り返し構造を持つ階段状パターンである。Ｃは平坦パターンである。ＤはＸ方向を２グループに分割する。各グループは８個のサブパターンを含む。グループ１はＹ方向は変調がなく一定で、グループ２が一定光量にＹ方向へ空間周波数ｆの正弦波を重畳したパターンを照射する。
【００４１】
カメラ２のＣＣＤで受光したパターンＤの反射光量分布とパターンＣの分布の強度比Ｃ／ＤをＹ方向にフーリエ変換し、周波数ｆのピーク周辺を取り出して逆フーリエ変換すれば周波数ｆで変調されたグループ２だけを抜き出すことができる。ここでは、パターンＤの反射光量をそのまま用いるのではなく、平坦パターンＣとの強度比を取ることで、測定物体の反射率依存性をキャンセルしている。
【００４２】
このパターンＤにより３２のサブパターンのうち２つのグループのどちらに属すかは判別できる。さらに１つのグループに含まれる１６のサブパターンは、強度比Ａ／Ｃ、Ｂ／Ｃから判別できるため、パターンＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄからなる分離パターンによりすべてのサブパターンを判別することができる。
【００４３】
本実施形態では、サブパターンの分類には色情報を用いず強度比と空間周波数による分類だけを用いているため、測定物体の色依存性をなくすことができる。また強度比の分類をＡとＣ及びＢとＣの２つの分離パターンに分けているので、上述した第１の実施形態に比べて分離パターンあたりの強度比のレベル数が減ることとなり、形状測定の確実性をより増大させることができる。
【００４４】
次に、本発明の第４の実施形態としての光学式形状測定システムについて説明する。この第４の実施形態は、上述した第１の実施形態に対してプロジェクタ１の構成を変更したものである。
【００４５】
この第４の実施形態におけるプロジェクタ１の照射光学系は、２系統で構成される。まず、図４（ａ）に示すように、第１の光学系は分布が固定の濃度マスクＭａ、Ｍｂを背面から光源Ｌａ、Ｌｂで照射し、２つハーフミラーで合成する。また図４（ｂ）に示すように、第２の光学系は、濃度マスクなしで光源Ｌｃだけを用いてパターンを照射する。この両者の照射光学系は図４（ｃ）のように、Ｙ方向に積み重なってプロジェクタ１を構成する。
【００４６】
第１の光学系の濃度マスクＭａ、Ｍｂで照射するパターンをＡ、Ｂとし、第２の光学系の光源Ｌｃで照射されたパターンをＣとすると、各々の分布は図５（ａ）、（ｂ）のようになる。図５（ａ）に示すように、パターンＡのＸ方向の光量分布は６回の繰り返しをもつピラミッド型で、頂点の左右がサブパターンに相当し、全部で１２のサブパターンをもつ。また、図５（ｂ）に示すように、パターンＢｒ、Ｂｇ、Ｂｂは３色の階段状パターンである。これらは、図５（ｂ）に示す分布のように、連続する３つのサブパターンを１グループとして、異なるグループでは光量値が異なる離散的な光量分布をとる。パターンＣは、図５（ａ）に示すように平坦状である。
【００４７】
実施形態１と同様に、パターンＢｒ、Ｂｇ、Ｂｂ、Ｃの反射画像から３色に対する強度比Ｂｒ／Ｃ、Ｂｇ／Ｃ、Ｂｂ／Ｃを取ると、サブパターンごとに３色の強度比が異なるので、繰り返しパターンのサブパターン番号を特定できる。その結果、各サブパターンごとに、パターンＡとパターンＣの強度比Ａ／Ｃから詳細な照射角度情報、つまり測定物体の距離情報をサブパターンの曖昧さなしに決定できる。
【００４８】
プロジェクタ１による照射とカメラ２による撮像とは、パターンＡの照射、パターンＢｒ、Ｂｇ、Ｂｂの一括照射、パターンＣの照射の合わせて３回である。本実施形態は濃度マスクの１枚で繰り返しパターンを照射し、分離パターンの１枚を赤緑青のカラー濃度マスクで、強度比の基準をパターンＣで照射するので、プロジェクタの構成を非常に簡単にすることができる。
【００４９】
次に、本発明の第５の実施形態としての光学式形状測定システムについて説明する。この第５の実施形態は、各装置の基本構成としては上述した第４の実施形態と同じであるが、分離パターンを構成するのに、図５（ａ）の平坦パターンＤを追加したものである。
パターンＤは図５（ａ）のパターンＣと同じく平坦な分布で、光源Ｌｃの光量レベルを変えて撮像する。
【００５０】
パターンＢｒ、Ｂｇ、Ｂｂ、Ｃ、Ｄの反射画像から３色に対する強度比（Ｂｒ−Ｃ）／（Ｄ−Ｃ）、（Ｂｇ−Ｃ）／（Ｄ−Ｃ）、（Ｂｂ−Ｃ）／（Ｄ−Ｃ）を取ると、サブパターンごとに３色の強度比が異なるので、繰り返しパターンであるパターンＡのサブパターン番号を特定できる。照射と撮像の手間はパターンＤの１回分が追加されるが、パターンＤを追加したことで、背景光の影響を除去できる。
【００５１】
なお、上述した各実施形態は、本発明の好適な実施形態であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することが可能である。
例えば、計算する計算手段をプロジェクタ１とカメラ２とに接続されたＰＣ３として説明したが、この計算手段は計算可能であればこのものに限定されず、カメラ２に内蔵されたＣＰＵなどであってもよい。この場合、本発明に係る光学式形状測定システムは、プロジェクタ１とカメラ２とが接続されたものとなり、ユーザはカメラ２により計算指示などの操作を行うこととなる。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、照射装置が繰り返しパターン中で繰り返されるサブパターンごとに異なるパターンからなる分離パターンを照射することで、計算手段は画素ごとにサブパターンを特定するので、形状に対する何らの推定なしに絶対位置を求めることができる。
【００５３】
また、サブパターンを特定する分離パターンが、ブロックごとに光量を離散化しているので、撮像素子の光量検知誤差によるサブパターン番号の判定誤りを抑えることができる。こうしてサブパターンを特定することにより、測定対象の形状を精度よく測定することができる。
【００５４】
また、複数の分離パターンの光量の組み合わせからサブパターンを特定することにより、光量検知だけでサブパターンを特定でき、画素ごとにサブパターン番号を特定することができる。こうしてサブパターンを特定することにより、測定対象の形状を精度よく測定することができる。
【００５５】
また、サブパターンの特定に２種類の分離パターンの強度比を用いることにより、測定物体の反射率に依存せずにサブパターンの特定ができる。こうしてサブパターンを確実に特定することにより、測定対象の形状を精度よく測定することができる。
【００５６】
また、サブパターンのうち１つを単なる平坦分布とすることにより、パターン照射系（照射装置）の構造を簡単化することができる。
【００５７】
また、サブパターンの特定に３種類の分離パターンの差と強度比を用いることにより、測定物体の反射率と背景光に依存せずにサブパターンを特定することができる。こうしてサブパターンを確実に特定することにより、測定対象の形状を精度よく測定することができる。
【００５８】
また、サブパターンのうち２つが単なる平坦分布とすることにより、パターン照射系（照射装置）の構造を簡単化することができる。
【００５９】
また、サブパターンの特定に周波数変調を用いることにより、測定物体の反射率と背景光に依存せずにサブパターンを特定することができる。こうしてサブパターンを確実に特定することにより、測定対象の形状を精度よく測定することができる。
【００６０】
また、多色の分離パターンを用いることにより、特定できるサブパターン数を容易に増やすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態としての光学式形状測定システムの構成例とその動作例とを示す図である。
【図２】第１の実施形態におけるプロジェクタ１が照射するパターンを例示する波形図である。
【図３】第３の実施形態におけるプロジェクタ１が照射するパターンを例示する波形図である。
【図４】第４の実施形態におけるプロジェクタ１の構成例を示す図であり、（ａ）第１の光学系における横断面図、（ｂ）第２の光学系における横断面図、（ｃ）プロジェクタ１の概要を示す正面図、である。
【図５】第４の実施形態におけるプロジェクタ１が照射するパターンを例示する波形図である。
【図６】位相シフト法を用いる従来の光学式形状測定装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ プロジェクタ（照射装置）
２ カメラ（撮像装置）
３ ＰＣ（計算手段）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention is used for, for example, creating 3D contents such as Web, 3D modeling data input, object recognition, object selection, face recognition, gesture recognition, and the like, and an optical shape measurement system for measuring the shape and distance of an object. About.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as an optical shape measurement system for measuring a three-dimensional shape of an object, a measurement object (measurement object) is repeatedly irradiated with a pattern, and reflected light is imaged from a visual field different from the irradiation direction, and an image obtained is obtained. There is a system for measuring a shape using the principle of triangulation from the amount of pattern deformation corresponding to the generated object shape.
[0003]
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-9444 (Patent Document 1) discloses such a conventional optical shape measuring device.
Rather than scanning the light slits as in the so-called light cutting method, it is a type of pattern irradiation method that irradiates the pattern light with the slits all at once, but it does not know which position of the pattern light corresponds to which slit. Therefore, the correspondence with the slit number in some way, that is, information on the irradiation angle from the slit light source, is added to the irradiated pattern light itself in advance. The shape measuring device that repeatedly irradiates a pattern refers to a device in which this pattern light has a repeating structure.
[0004]
In a repetitive pattern, slits can be distinguished from each other within one repetition cycle (hereinafter, referred to as a sub-pattern) by using a difference in optical information such as a difference in light amount or wavelength. Since it is repeated, it is indistinguishable from another sub-pattern from the information on the captured light amount. On the other hand, if the pattern has no repetition, the slit number can be uniquely determined. However, the pattern having no repetition generally has low measurement accuracy. This is because there is a limit to the light amount resolution of an image pickup device for collectively detecting the analog value of the light amount, such as a CCD. If the resolution of the light quantity of the image sensor is low, the light quantity difference between the light receiving cells of the deformed image of the captured pattern cannot be separated, but the repeated pattern can alleviate this situation. When the irradiation pattern is irradiated in the same dynamic range, if the pattern has repetition, the change in light amount in the parallax direction increases by the number of repetitions, so that the change in light amount between adjacent light receiving cells can be increased. This is because the accuracy increases.
[0005]
JP-A-2000-9444 mentioned above is a method of projecting a sine wave having a phase shift and detecting the phase of the sine wave as shown in FIG. 6 (phase shift method).
In this method, the sub-pattern has a sine wave light quantity distribution (the image of the pattern mask 3 is irradiated). If the absolute phase corresponding to the slit number of the light section method is known, that is, if the number of the sub-pattern is known, the distance of the measured object can be obtained from the principle of triangulation, but it can be actually measured at 2π periods. Phase (relative phase). In general, assuming the continuity of the phase, if there is a phase jump from the reference point where the absolute phase is known, the phase is increased or decreased by 2π to obtain the absolute phase (unwrapping).
In this method, the phase cannot be connected to an isolated measurement area, and thus there is a problem that absolute coordinates cannot be obtained. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-9444, the ambiguity of the phase is removed by using a focusing method utilizing that the contrast of the image of the object is maximized when the measurement object is located at the focal position of the camera. We are associating.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-9444
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the repeated pattern has an advantage of high shape accuracy, but since the same pattern is repeated, it is necessary to determine between repeated regions.
In the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-9444, the focus method is used to specify the absolute phase of the phase shift method, that is, to specify the number of the sub-pattern. Since it is necessary to provide the period number, the cost increases, and it is desirable that the cycle number can be specified only by the pattern irradiation method.
[0008]
The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide an optical shape measurement system capable of reliably specifying each region of a repetitive pattern using only a pattern irradiation method. .
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, the present invention has the following features.
The invention according to claim 1 uses an irradiation device that irradiates a repetitive pattern, an imaging device that images an object illuminated by the irradiation device from different positions, and a deformation of a repetition pattern that occurs in an image captured by the imaging device. An optical shape measuring system comprising: a calculating means for performing shape measurement by using an irradiating device, wherein the irradiating device includes a different pattern for each sub-pattern at a position where a sub-pattern corresponding to one repetition period in the repetitive pattern appears. It is configured to irradiate the separation pattern, and the calculating means specifies the sub-pattern using the separation pattern.
[0010]
In the pattern irradiation method of irradiating a repetitive pattern, the amount corresponding to the slit number in the sub-pattern (the phase when using the phase shift method and the intensity ratio when using the intensity ratio method) can be easily obtained. The sub-pattern number that determines whether a pattern belongs to a pattern cannot be obtained as it is. The above-mentioned technical means employs a method of irradiating another pattern and specifying a sub-pattern number. At this time, since only the sub-pattern number needs to be obtained with high reliability, it is only necessary to irradiate a pattern (separation pattern) provided with a pattern that is different for each sub-pattern and can be easily distinguished.
[0011]
The invention according to claim 2 is characterized in that the separated pattern has a constant light amount within the sub-pattern and a discrete light amount value different between the sub-patterns.
[0012]
In general, a CCD or CMOS is used as a two-dimensional image sensor for imaging the light amount distribution of the irradiated pattern. However, the dynamic range of the light amount and the resolution of the light amount cannot be said to be wide, and the error of the light amount is large. large. According to the above technical means, since the light amount of the separation pattern corresponding to each sub-pattern is discretized, the sub-pattern boundary becomes clear, and the sub-pattern can be separated with high reliability even if an image pickup device having a large light amount error is used. can do.
For example, by dividing the light amount into m-values and using a separation pattern that irradiates a different light amount to each sub-pattern, m sub-patterns can be separated.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, a plurality of separation patterns to be irradiated by the irradiation device are provided, and a combination of light amounts of each separation pattern is made unique for each sub-pattern. It is characterized by specifying.
[0014]
The above technical means encodes a sub-pattern by a combination of light amounts applied to each sub-pattern in order to specify a sub-pattern number, and thus can be considered as a generalization of a spatial encoding method. However, in the spatial coding method, black and white binary values are used, and the number of separation patterns to be irradiated easily increases. On the other hand, the above technical means does not limit the light amount to binary values. By making the amount of light multi-valued, the number of separation patterns can be minimized.
Assuming that the number of subpatterns to be specified is p, at least log (p) / log (2) separation patterns are required to specify subpatterns by the spatial coding method. Here, log means logarithm. For example, if the number of sub-patterns is 20, five are required, and if the number is 100, seven are required. In the above technical means, a separation pattern multi-valued to an m value is used. Assuming that the number of pattern types constituting one separation pattern is m (that is, the discretized light amount of the m value), the required number of blocks is log (p) / log (m). Can be reduced.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, two types of separation patterns (A, B) are irradiated by the irradiation device, and the intensity ratio (A / B) of the two types of separation patterns is made unique for each sub-pattern. The calculation means specifies a sub-pattern from the intensity ratio.
[0016]
According to the principle of the intensity ratio method, the reflectance of the measurement object can be canceled by using the intensity ratio instead of the light amount itself. In other words, under the condition that the spatial arrangement of the irradiation light source, the image sensor, and the measurement object does not change, the reflected light amounts when illuminated with the light amounts A and B under the background light X are respectively K · A + X, K · B + X, It becomes. Here, K is a coefficient that depends on the spatial arrangement of the irradiation light source, the image sensor, and the measurement object, and is proportional to the reflectance of the measurement object. Taking the intensity ratio R, which is the ratio of the two, on the imaging side, R = (K.A + X) / (K.B + X). When the background light X is negligible, the ratio becomes A / B, and the intensity ratio on the irradiation side is observed as it is, and does not depend on the reflectance of the measurement object or the spatial arrangement of the optical system. According to the above technical means, since the intensity ratio R takes a different value for each sub-pattern, each sub-pattern can be specified without depending on the reflectance of the measurement object.
[0017]
The condition where the background light X can be ignored is that the measurement is performed in an environment where there is no background light, or that the brightness of the separation patterns A and B is sufficiently higher than the background light. Although the number of separation patterns is increased by one as compared with the technical means of the second aspect, the sub-pattern can be separated with high accuracy without depending on the reflectance of the measurement object.
For example, the separation pattern A may be a pattern in which the light amount of each sub-pattern sequentially increases in the parallax direction, and the separation pattern B may be a pattern in which the light amount of each sub-pattern sequentially decreases in the parallax direction. Since the intensity ratio only needs to be different for each sub-pattern, it does not necessarily have to change sequentially.
[0018]
The invention according to claim 5 is characterized in that the light amount of the separation pattern B is constant regardless of the location.
[0019]
In order to irradiate the repetition pattern or the separation pattern, a light source and a device for modulating the light amount are required. The simplest structure is a method of irradiating a mask with modulated transmittance from the back with a light source. At this time, if an attempt is made to illuminate the entire surface irrespective of the location as in the present invention, it suffices to illuminate without this mask, and only a mask for the separation pattern A is required as a separation mask. As a result, according to the above technical means, the illumination system can have a simple configuration.
[0020]
According to a sixth aspect of the present invention, there are three types of separation patterns (A, B, C) irradiated by the irradiation device, and the intensity ratio of the three types of separation patterns ((AC) / (BC)). Is unique for each sub-pattern, and the calculating means specifies the sub-pattern from the intensity ratio.
[0021]
According to the above-mentioned technical means, a situation is considered in which the background light X can be ignored. However, according to the above-mentioned technical means, the influence of the background light can be reduced by increasing the number of separation patterns by one more. Can be.
The reflected light amounts when irradiated with the light amounts A, B, and C are KA + X, KBB + X, and KC + X, respectively. Here, K is a coefficient that depends on the spatial arrangement of the irradiation light source, the image sensor, and the measurement object, and is proportional to the reflectance of the measurement object. Taking the above intensity ratio R ′ on the imaging side, R ′ = ((K · A + X) − (K · C + X)) / ((KB · X +) − (K · C + X)) = (A−C) / (B−C), and the intensity ratio R ′ on the irradiation side can be obtained without depending on the reflectance of the measurement object and the background light. In the present invention, since the intensity ratio R takes a different value for each sub-pattern, each sub-pattern can be specified without depending on the reflectance of the measurement object and the background light.
[0022]
The invention according to claim 7 is characterized in that the light amounts of the above-mentioned separation patterns B and C are constant irrespective of location and are different from each other.
[0023]
If the separation patterns B and C are constant irrespective of the location, it is possible to simplify the lighting device using the combination of the mask and the light source whose transmittance is modulated as described in the technical means of the fifth aspect. Since the difference between B and C only requires changing the irradiation intensity of the light source, only a mask for the separation pattern A is required as a separation mask.
[0024]
In the invention according to claim 8, the light quantity of the separation pattern irradiated by the irradiation device is frequency-modulated, and the modulation frequency spectrum is made unique for each sub-pattern, and the calculating means specifies the sub-pattern from the modulation frequency spectrum. It is characterized by the following.
[0025]
In the separation pattern of the above technical means, a light amount pattern in which sine waves having different frequencies are superimposed on each sub pattern is used. The portion modulated at a specific frequency can be obtained by passing the image through a band-pass filter. As the direction in which the modulation is applied, for example, the parallax direction and the vertical direction are applied to the parallax, so that the modulation information can be independently added to each direction. Since only the modulation frequency has a meaning, the dynamic range of the light amount of the irradiation pattern can be made substantially constant over the entire surface, so that detection is easy even if the dynamic range of the image sensor is narrow.
[0026]
According to a ninth aspect of the present invention, the number of separation patterns irradiated by the irradiation device is n (n is an integer), and each of the n separation patterns is assigned to n colors.
[0027]
For example, if an independent pattern is assigned to each of the irradiation patterns of three colors of red, green, and blue, and a color camera is used as an image sensor, the color information of three colors of red, green, and blue can be detected independently. In the case of a measurement object having no property, the number of subpatterns that can be separated can be tripled. By increasing the number of colors that can be separated by the irradiation unit and the imaging unit, the number of separation patterns that can be irradiated simultaneously can be further increased.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an optical shape measuring system according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
[0029]
As shown in FIG. 1, an optical shape measurement system according to a first embodiment of the present invention includes a projector (irradiation device) 1 that irradiates a repetitive pattern, and a camera 2 that images an irradiated measurement target from different positions. (Imaging device) and a PC (calculating means) 3 for performing shape measurement using deformation of a repetitive pattern generated in a captured image, and the projector 1 and the camera 2 are connected to the PC 3 and configured. .
[0030]
The projector 1 includes a light source, a color liquid crystal panel, and an image forming lens. The amount of light emitted from the light source is modulated by the liquid crystal panel, and the amount of transmitted light is measured by the image forming lens. ) Irradiate on top.
The camera 2 that captures an image includes an imaging lens and a color CCD, and captures the reflected light distribution of the measurement object. The light pattern irradiated on the reflecting object (measurement target) is detected (imaged) two-dimensionally by the color CCD.
[0031]
The PC 3 includes a main control unit such as a CPU, a storage unit such as an HDD, and an input unit such as a keyboard and a mouse. The PC 3 operates according to a program stored in the storage unit, controls irradiation by the projector 1, and controls a camera. The sub-pattern is specified by a calculation method described later or the like using the image captured in Step 2, the distance to the target is calculated, and the shape of the measurement object is measured.
The projector 1 and the camera 2 of the optical shape measuring system according to the present embodiment are covered with a dark box including the object to be measured, so that the influence of the background light can be ignored.
[0032]
FIG. 2A shows the light amount distribution in the X direction of the pattern irradiated by the projector 1. In the irradiation system of the present embodiment, three sine wave patterns P1, P2, and P3 each having a phase shift of π / 4 are radiated from the projector 1 and the principle of the phase shift method is used.
ψr-π / 4 = tan ((P3-P2) / (P1-P2))
Is used to determine the relative phase Δr for each pixel from each reflection image. The absolute phase ψa obtained by removing the indefiniteness of the period 2π from the relative phase ψr corresponds to the irradiation angle from the projector 1 shown in FIG.
Since the light receiving angle for each pixel shown in FIG. 1 can be determined from the pixel position of the captured reflected image, if the absolute phase ψa is known, the distance can be calculated for each pixel based on the principle of triangulation. So far, the conventional method is used as it is.
[0033]
Next, the projector 1 irradiates the stepwise patterns Br, Bg, and Bb shown in FIG. In this pattern, the distribution is shifted in each of the three colors of red, blue and green (RGB), and the staircase pattern of each color has a constant light amount within three periods (sub-patterns) of sine waves P1, P2, and P3, and is continuous. These three sub-patterns are regarded as one group, and a different group has a discrete light amount distribution having different light amount values.
[0034]
Another pattern irradiated by the projector 1 is a white flat pattern C shown in FIG. When the intensity ratios Br / C, Bg / C, and Bb / C for the three colors are taken from the reflection images of the patterns Br, Bg, Bb, and C, the intensity ratios of the three colors are different for each sub-pattern. The number can be specified, and the absolute phase can be obtained from the relative phase ψ.
[0035]
In the present embodiment, since the sub-patterns are separated based on the intensity ratio, one separation pattern is configured by combining the step-like pattern of each color and the white flat pattern. For example, if there are eight levels of staircase patterns for each color, up to 24 subpatterns can be separated for all three colors. Since the patterns Br, Bg, and Bb have different colors and can be irradiated simultaneously, the number of patterns constituting the separation pattern is four. However, irradiation and imaging are performed once for the patterns Br, Bg, and Bb, and one for the pattern C. Times, a total of two additions.
[0036]
Since the projector 1 of the present embodiment uses a liquid crystal panel capable of dynamically changing the irradiation pattern, the irradiation of the repetition pattern and the separation pattern can be performed simply by changing the distribution of the liquid crystal panel. Therefore, the irradiation by the projector 1 can be switched by the user operating the input unit of the PC 3.
[0037]
Next, an optical shape measuring system according to a second embodiment of the present invention will be described. The second embodiment is the same as the first embodiment in the basic configuration of each device, except that a white flat pattern D in FIG. 2C is added to form a separation pattern. It is.
This pattern D has a white flat distribution like the pattern C, but has a different light amount level.
[0038]
Intensity ratios (Br-C) / (DC), (Bg-C) / (DC), (Bb-C) / () for the three colors from the reflection images of the patterns Br, Bg, Bb, C and D. If DC) is taken, the intensity ratio of the three colors differs for each sub-pattern, so that the sub-pattern number of the repeated pattern can be specified, and the absolute phase can be obtained from the relative phase ψ. The time required for the irradiation by the projector 1 and the image pickup by the camera 2 is added for one time of the pattern D. By adding the pattern D, the influence of the background light can be removed. Unlike the first embodiment described above, it is not necessary to cover the entire system other than the PC 3 with a dark box.
[0039]
Next, an optical shape measuring system according to a third embodiment of the present invention will be described. This third embodiment has the same basic configuration of each device as the first embodiment described above. However, in order to form a separation pattern for determining a sub-pattern of a repetition pattern, FIG. Four patterns A, B, and C shown in FIG. 3 and a pattern D shown in FIG. 3B are used. Here, the Y direction is a direction perpendicular to the paper surface of FIG.
[0040]
The repetition number of the repetition pattern in the present embodiment is 32 (the number of sub-patterns is 32), which is separated by the separation pattern. A in FIG. 3A is a step-like pattern in which the light amount changes every four sub-patterns, and B is a step-like pattern in which the light amount changes every adjacent sub-pattern and has a repeating structure every four sub-patterns. is there. C is a flat pattern. D divides the X direction into two groups. Each group includes eight sub-patterns. Group 1 irradiates a pattern in which a sine wave of a spatial frequency f is superimposed in the Y direction on a constant amount of light with no modulation in the Y direction.
[0041]
The intensity ratio C / D of the distribution of the reflected light amount of the pattern D and the distribution of the pattern C received by the CCD of the camera 2 is Fourier-transformed in the Y-direction. Only Group 2 can be extracted. Here, instead of using the reflected light amount of the pattern D as it is, by taking the intensity ratio with the flat pattern C, the reflectance dependency of the measurement object is canceled.
[0042]
With this pattern D, it can be determined which of the two sub-patterns belongs to the 32 sub-patterns. Further, since the 16 sub-patterns included in one group can be determined from the intensity ratios A / C and B / C, all the sub-patterns can be determined by the separation pattern including the patterns A, B, C, and D. .
[0043]
In this embodiment, the sub-patterns are classified using only the intensity ratio and the spatial frequency without using the color information, so that the color dependency of the measurement object can be eliminated. Further, since the classification of the intensity ratio is divided into two separation patterns of A and C and B and C, the number of levels of the intensity ratio per separation pattern is reduced as compared with the first embodiment, and the shape measurement is performed. Can be further increased.
[0044]
Next, an optical shape measuring system according to a fourth embodiment of the present invention will be described. In the fourth embodiment, the configuration of the projector 1 is changed from the first embodiment described above.
[0045]
The irradiation optical system of the projector 1 according to the fourth embodiment is composed of two systems. First, as shown in FIG. 4A, the first optical system irradiates the density masks Ma and Mb having a fixed distribution with light sources La and Lb from the back and combines them with two half mirrors. Further, as shown in FIG. 4B, the second optical system irradiates a pattern using only the light source Lc without a density mask. These two irradiation optical systems are stacked in the Y direction to constitute the projector 1 as shown in FIG.
[0046]
Assuming that the patterns radiated by the density masks Ma and Mb of the first optical system are A and B, and the pattern radiated by the light source Lc of the second optical system is C, the respective distributions are shown in FIGS. It becomes like b). As shown in FIG. 5A, the light amount distribution in the X direction of the pattern A is a pyramid type having six repetitions, and the right and left vertices correspond to sub-patterns, and have a total of twelve sub-patterns. Further, as shown in FIG. 5B, the patterns Br, Bg, and Bb are three-step patterns. As shown in FIG. 5B, these three continuous sub-patterns constitute one group, and a different group has a discrete light amount distribution having different light amount values. The pattern C is flat as shown in FIG.
[0047]
As in the first embodiment, when the intensity ratios Br / C, Bg / C, and Bb / C for the three colors are obtained from the reflection images of the patterns Br, Bg, Bb, and C, the intensity ratios of the three colors are different for each sub-pattern. Therefore, the sub-pattern number of the repetition pattern can be specified. As a result, for each sub-pattern, detailed irradiation angle information, that is, distance information of the measured object can be determined from the intensity ratio A / C of the pattern A and the pattern C without ambiguity of the sub-pattern.
[0048]
The irradiation by the projector 1 and the imaging by the camera 2 are performed three times in total, including irradiation of the pattern A, simultaneous irradiation of the patterns Br, Bg, and Bb, and irradiation of the pattern C. In this embodiment, a pattern is repeatedly irradiated with one of the density masks, and one of the separation patterns is radiated with the red, green and blue color density masks, and the reference of the intensity ratio is radiated with the pattern C. Therefore, the configuration of the projector is extremely simplified. can do.
[0049]
Next, an optical shape measuring system according to a fifth embodiment of the present invention will be described. This fifth embodiment has the same basic configuration of each device as the above-described fourth embodiment, except that a flat pattern D shown in FIG. 5A is added to a separation pattern. is there.
The pattern D has the same flat distribution as the pattern C in FIG. 5A, and the image is taken while changing the light amount level of the light source Lc.
[0050]
Intensity ratios (Br-C) / (DC), (Bg-C) / (DC), (Bb-C) / () for the three colors from the reflection images of the patterns Br, Bg, Bb, C and D. Taking (DC), the intensity ratio of the three colors differs for each sub-pattern, so that the sub-pattern number of pattern A, which is a repeated pattern, can be specified. Irradiation and imaging are performed one time for the pattern D, but the effect of the background light can be removed by adding the pattern D.
[0051]
Each of the above-described embodiments is a preferred embodiment of the present invention, and can be variously modified and implemented without departing from the gist of the present invention.
For example, the calculation means for calculating has been described as the PC 3 connected to the projector 1 and the camera 2, but the calculation means is not limited to this as long as it can calculate, and may be a CPU or the like built in the camera 2. Is also good. In this case, in the optical shape measurement system according to the present invention, the projector 1 and the camera 2 are connected, and the user performs an operation such as a calculation instruction using the camera 2.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the irradiation device irradiates the separation pattern composed of different patterns for each of the sub-patterns repeated in the repetition pattern, so that the calculating unit specifies the sub-pattern for each pixel, so that the The absolute position can be determined without any estimation for.
[0053]
In addition, since the separation pattern for specifying the sub-pattern discretizes the light amount for each block, it is possible to suppress the determination error of the sub-pattern number due to the light amount detection error of the image sensor. By specifying the sub-pattern in this way, it is possible to accurately measure the shape of the measurement target.
[0054]
Further, by specifying the sub-pattern from the combination of the light amounts of the plurality of separation patterns, the sub-pattern can be specified only by detecting the light amount, and the sub-pattern number can be specified for each pixel. By specifying the sub-pattern in this way, it is possible to accurately measure the shape of the measurement target.
[0055]
Further, by using the intensity ratio of the two types of separation patterns for specifying the sub-pattern, the sub-pattern can be specified without depending on the reflectance of the measurement object. By reliably specifying the sub-pattern in this manner, the shape of the measurement target can be accurately measured.
[0056]
In addition, the structure of the pattern irradiation system (irradiation device) can be simplified by making one of the sub-patterns a simple flat distribution.
[0057]
In addition, by using the difference between the three types of separation patterns and the intensity ratio to specify the sub-pattern, the sub-pattern can be specified without depending on the reflectance of the measurement object and the background light. By reliably specifying the sub-pattern in this manner, the shape of the measurement target can be accurately measured.
[0058]
In addition, the structure of the pattern irradiation system (irradiation device) can be simplified by making two of the sub-patterns simply a flat distribution.
[0059]
Further, by using frequency modulation to specify the sub-pattern, the sub-pattern can be specified without depending on the reflectance of the measurement object and the background light. By reliably specifying the sub-pattern in this manner, the shape of the measurement target can be accurately measured.
[0060]
In addition, by using a multicolor separation pattern, the number of sub-patterns that can be specified can be easily increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example and an operation example of an optical shape measurement system as a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a waveform diagram illustrating a pattern emitted by a projector 1 according to the first embodiment.
FIG. 3 is a waveform diagram illustrating a pattern emitted by a projector 1 according to a third embodiment.
FIGS. 4A and 4B are diagrams illustrating a configuration example of a projector 1 according to a fourth embodiment, wherein FIG. 4A is a cross-sectional view of a first optical system, FIG. 4B is a cross-sectional view of a second optical system, and FIG. FIG. 1 is a front view showing an outline of a projector 1.
FIG. 5 is a waveform diagram illustrating a pattern emitted by a projector 1 according to a fourth embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a conventional optical shape measuring device using a phase shift method.
[Explanation of symbols]
1 projector (irradiation device)
2 Camera (imaging device)
3 PC (calculation means)