| 【発明の名称】 |
三次元形状計測方法及び装置並びに記録媒体 |
| 【発明者】 |
【氏名】石山 塁
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| 【要約】 |
【課題】一つ以上の光源とカメラを組み合わせることによって実用的な三次元形状計測を実現可能とする装置の提供。
【解決手段】制御手段253は光投射器201、202からの正弦波光パターンの位相値を２π／４ずつずらしカメラ203、204で画像撮影する処理を計4回繰り返し、位相計算手段210は画像信号9〜12を入力し異なる位相の正弦波光パターンで撮影された画像群から画素毎に位相信号13を出力し、絶対位相決定手段215〜220は位相信号15〜18の二つを入力し絶対位相が決定可能な画素位置の絶対位相値を決定し絶対位相信号20〜31を出力し、絶対位相変換手段221は三次元座標計算制御信号33で切替られる位相信号と絶対位相信号を入力し絶対位相信号を参照し位相信号中の絶対位相が未決定の画素位置の位相値を絶対位相へと変換し、三次元座標変換手段222は、絶対位相変換信号32と三次元座標計算制御信号33を入力し三次元座標信号34を出力し、三次元座標合成手段226は三次元座標信号35〜38を入力とし4つの形状情報を合成して合成三次元座標信号39を出力する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】（ａ）空間的に縞状の輝度分布を有する光パターンを光投射手段から位相をずらしながら被計測物体へ投射する工程と、（ｂ）前記光パターンを位相をずらしながら照射した前記被計測物体を二つの異なる方向から撮像手段でそれぞれ撮像する工程と、（ｃ）前記二つの方向からそれぞれ撮像された第１、及び第２の画像列から各々について第１、及び第２の初期位相画像を導出する工程と、（ｄ）前記光パターンの投射位置と第１の撮像位置とを基に、前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相から、対応する三次元座標位置候補群を求める工程と、（ｅ）前記光パターンの投射位置と第２の撮像位置とを基に、前記第２の初期位相画像において前記三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定できるか否かを判定する工程と、（ｆ）一意に決定された画素位置に基づき三次元座標位置を求め、前記第１、及び第２の初期位相画像における該当画素の初期位相の絶対値を決定する工程と、（ｇ）前記（ｄ）乃至（ｆ）の工程を、前記第１の初期位相画像の全画素について繰り返す工程と、（ｈ）前記光パターンの初期位相の絶対値を参照しながら、前記第１、及び第２の初期位相画像から第１、及び第２の絶対位相画像へ変換する工程と、（ｉ）前記第１、及び第２の絶対位相画像の各画素における絶対位相と、前記光パターンの投射位置と前記第１、及び第２の画像の撮像位置とを基に、各画素における前記被計測物体の三次元座標位置を求める工程と、を含むことを特徴とする三次元形状計測方法。
【請求項２】初期位相画像から初期位相の絶対値を決定する工程（ｆ）において、（１）前記光パターンの投射位置と前記第１の撮像位置を基に、前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相から対応する第１の三次元座標位置候補群を求める工程と、（２）前記第２の撮像位置を基に、前記第２の初期位相画像において前記第１の三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定できるか否かを判定する工程と、（３）前記光パターンの投射位置と前記第２の撮像位置とを基に、前記第２の初期位相画像における前記一意に決定された画素の初期位相から、対応する第２の三次元座標位置候補群を求める工程と、（４）前記第１の撮像位置を基に、前記第１の初期位相画像において前記第２の三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記第２の初期位相画像における一意に決定された画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定されるか否かを判定する工程と、（５）前記両工程（２）、（４）により、一意に決定された画素位置により三次元座標位置を求め、前記第１、第２の初期位相画像における該当画素の初期位相の絶対値を決定する工程と、（６）前記工程（１）乃至（５）を、前記第１の初期位相画像の全画素について繰り返す工程と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の三次元形状計測方法。
【請求項３】前記被計測物体を三つ以上の異なる方向から撮像手段で撮像する工程を含むことを特徴とする、請求項１又は２記載の三次元形状計測方法。
【請求項４】（ａ）二つの異なる方向から光投射手段よりそれぞれ空間的に縞状の輝度分布を持つ第１、及び第２の光パターンを位相をずらしながら被計測物体へと投射する工程と、（ｂ）前記第１の光パターンを位相をずらしながら照射し前記被計測物体を撮像手段で撮像した後、前記第２の光パターンを位相をずらしながら照射し前記被計測物体を撮像する工程と、（ｃ）前記第１、及び第２の光パターンにより撮像された第１、第２の画像列から、それぞれについて第１、第２の初期位相画像を導出する工程と、（ｄ）前記第１の光パターンの投射位置と撮像位置を基にして、前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相から、対応する三次元座標位置候補群を求める工程と、（ｅ）前記第２の光パターンの照射位置と三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、前記第２の初期位相画像における前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定できるか否かを判定する工程と、（ｆ）一意に決定された三次元座標位置から、前記第１、及び第２の光パターンの初期位相の絶対値を決定する工程と、（ｇ）前記（ｄ）乃至（ｆ）の工程を前記第１の初期位相画像の全画素について繰り返す工程と、（ｈ）前記光パターンの初期位相の絶対値を参照しながら、前記第１、及び第２の初期位相画像から第１、及び第２の絶対位相画像へ変換する工程と、（ｉ）前記第１、及び第２の絶対位相画像の各画素における絶対位相と、前記二つの光パターン投射位置と画像撮像位置を基に、各画素における前記被計測物体の三次元座標位置を求める工程と、を含むことを特徴とする三次元形状計測方法。
【請求項５】初期位相画像から初期位相の絶対値を決定する工程（ｆ）において、（１）前記第１の光パターンの投射位置と撮像位置とを基に、前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相から、対応する第１の三次元座標位置候補群を求める工程と、（２）前記第２の光パターンの照射位置と前記第１の三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、前記第２の初期位相画像における前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定できるか否かを判定する工程と、（３）前記第２の光パターンの投射位置と撮像位置とを基に、前記第２の初期位相画像における注目画素の初期位相から、対応する第２の三次元座標位置候補群を求める工程と、（４）前記第１の光パターンの照射位置と前記第２の三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、前記第１の初期位相画像における前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定されるか否かを判定する工程と、（５）前記両工程（２）、（４）により一意に決定された三次元座標位置から、二つの光パターンの初期位相の絶対値を決定する工程と、（６）前記工程（１）乃至（５）を、前記第１の初期位相画像の全画素について繰り返す工程と、を含むことを特徴とする、請求項４記載の三次元形状計測方法。
【請求項６】三つ以上の異なる方向からそれぞれ、光投射手段により、空間的に縞状の輝度分布を持つ光パターンを、位相をずらしながら前記被計測物体へと投射する工程を有することを特徴とする、請求項４又は５記載の三次元形状計測方法。
【請求項７】（ａ）二つの異なる方向から光投射手段よりそれぞれ、空間的に縞状の輝度分布を持つ第１、及び第２の光パターンを位相をずらしながら被計測物体へと投射する工程と、（ｂ）前記第１の光パターンを位相をずらしながら照射し前記被計測物体を二つの異なる方向から第１、及び第２の撮像手段で撮像した後、前記第２の光パターンを位相をずらしながら照射し同様に二つの異なる方向から前記第１、及び第２の撮像手段でそれぞれ前記被計測物体を撮像する工程と、（ｃ）前記第１の光パターンによりそれぞれ二つの方向から撮像された第１、及び第２の画像列から、それぞれについて第１、及び第２の初期位相画像を導出する工程と、（ｄ）前記第２の光パターンにより前記第１、及び第２の撮像手段でそれぞれ二つの方向から撮像された第３、及び第４の画像列から、それぞれについて第３、及び第４の初期位相画像を導出する工程と、（ｅ）前記第１の光パターンの投射位置と第１の撮像位置とを基にして、前記第１の光パターンにより前記第１の撮像位置から得られた前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相から、対応する第１の三次元座標位置候補群を求める工程と、（ｆ）前記第２の撮像位置を基にして、前記第２の光パターンにより第２の撮像位置から得られた第４の初期位相画像における第１の三次元座標位置候補群の対応画素位置群を求め、該対応画素群の初期位相から第２の三次元座標位置候補群を求める工程と、（ｇ）前記第１、及び第２の三次元座標位置候補群を比較し、重複する座標点が一意に決定できるか否かを判定する工程と、（ｈ）一意に決定された三次元座標位置から、前記第１、及び第２の光パターンの初期位相の絶対値を決定する工程と、（ｉ）前記（ｅ）乃至（ｈ）の工程を前記第１の初期位相画像の全画素について繰り返す工程と、（ｊ）前記光パターンの初期位相の絶対値を参照しながら、前記第１乃至第４の初期位相画像から第１乃至第４の絶対位相画像へ変換する工程と、（ｋ）前記第１乃至第４の絶対位相画像の各画素における絶対位相と、前記第１、及び第２の光パターンの投射位置と第１、及び第２の撮像位置を基に、各画素における被計測物体の三次元座標位置を求める工程と、を含むことを特徴とする三次元形状計測方法。
【請求項８】初期位相画像から初期位相の絶対値を決定する工程（ｈ）において、（１）前記第１の光パターンの投射位置と前記第１の撮像位置とを基に、前記第１の光パターンにより第１の撮像位置から得られた第１の初期位相画像における注目画素の初期位相から、対応する第１の三次元座標位置候補群を求める工程と、（２）前記第２の撮像位置とを基に、前記第２の光パターンにより前記第２の撮像位置から得られた第４の初期位相画像における前記第１の三次元座標位置候補群の対応画素位置群を求め、該対応画素群の初期位相から第２の三次元座標位置候補群を求める工程と、（３）前記第１、及び第２の三次元座標位置候補群を比較し、重複する座標点が一意に決定できるかどうか判定する工程と、（４）第２の撮像位置を基に、一意に決定された三次元座標位置に対応する画素の初期位相から、対応する第３の三次元座標位置候補群を求める工程と、（５）前記第１の撮像位置を基にして、前記第２の光パターンにより前記第２の撮像位置から得られた前記第１の初期位相画像における前記第３の三次元座標位置候補群の対応画素位置群を求め、該対応画素群の初期位相から第４の三次元座標位置候補群を求める工程と、（６）前記第３、及び第４の三次元座標位置候補群を比較し、重複する座標点が一意に決定できるか否か判定する工程と、（７）一意に決定された三次元座標位置から、第１、及び第２の光パターンの初期位相の絶対値を決定する工程と、（８）前記工程（１）乃至（７）を、前記第１の初期位相画像の全画素について繰り返す工程と、を含むことを特徴とする、請求項７記載の三次元形状計測方法。
【請求項９】初期位相画像から初期位相の絶対値を決定する工程（ｈ）において、（１）前記第１の光パターン投射位置と第１の撮像位置とを基に、前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相から、対応する三次元座標位置候補群を求める工程と、（２）前記第２の撮像位置を基にして、前記第１の光パターンにより前記第２の撮像位置から得られた前記第２の初期位相画像において前記三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定できるか否か判定する工程と、（３）一意に決定された画素位置により三次元座標位置を求め、前記初期位相画像における該当画素の初期位相の絶対値を決定する工程と、（４）前記工程（１）乃至（３）を、前記第１の初期位相画像の全画素について繰り返す工程と、を含むことを特徴とする、請求項７記載の三次元形状計測方法。
【請求項１０】初期位相画像から初期位相の絶対値を決定する工程（ｈ）において、（１）前記第１の光パターン投射位置と前記第１の撮像位置とを基に、前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相から、対応する第１の三次元座標位置候補群を求める工程と、（２）前記第２の撮像位置を基に、前記第１の光パターンにより前記第２の撮像位置から得られた前記第２の初期位相画像において、前記第１の三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定できるか否か判定する工程と、（３）前記第１の光パターンの投射位置と前記第２の撮像位置とを基に、前記第２の初期位相画像における前記一意に決定された画素の初期位相から、対応する第２の三次元座標位置候補群を求める工程と、（４）第１の撮像位置を基に、前記第１の光パターンにより第１の撮像位置から得られた第１の初期位相画像において前記第２の三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記第２の初期位相画像における一意に決定された画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定されるか否か判定する工程と、（５）両工程により一意に決定された画素位置により三次元座標位置を求め、前記初期位相画像における該当画素の初期位相の絶対値を決定する工程と、（６）前記工程（１）乃至（５）を、前記第１の初期位相画像の全画素について繰り返す工程と、を含むことを特徴とする、請求項７に記載の三次元形状計測方法。
【請求項１１】初期位相画像から初期位相の絶対値を決定する工程（ｈ）において、（１）前記第１の光パターンの投射位置と前記第１の撮像位置を基にして、前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相から、対応する三次元座標位置候補群を求める工程と、（２）前記第２の光パターンの照射位置と前記三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、前記第２の光パターンにより前記第１の撮像位置から得られた第３の初期位相画像における前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定できるか否か判定する工程と、（３）一意に決定された三次元座標位置から、前記初期位相画像における該当画素の初期位相の絶対値を決定する工程と、（４）前記（１）乃至（３）の工程を、前記第１の初期位相画像の全画素について繰り返し初期位相の絶対値を決定する工程と、を含むことを特徴とする、請求項７記載の三次元形状計測方法。
【請求項１２】初期位相画像から初期位相の絶対値を決定する工程（ｈ）において、（１）前記第１の光パターンの投射位置と前記第１の撮像位置を基にして、前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相から、対応する第１の三次元座標位置候補群を求める工程と、（２）前記第２の光パターンの照射位置と前記第１の三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、前記第２の光パターンにより前記第１の撮像位置から得られた第３の初期位相画像における前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定できるか否か判定する工程と、（３）前記第２の光パターン投射位置と前記第１の撮像位置を基にして、前記第３の初期位相画像における注目画素の初期位相から、対応する第２の三次元座標位置候補群を求める工程と、（４）前記第１の光パターンの照射位置と前記第２の三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、前記第１の光パターンにより前記第１の撮像位置から得られた前記第１の初期位相画像における前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定できるか否か判定する工程と、（５）両工程（２）、（４）により一意に決定された三次元座標位置から、前記初期位相画像における該当画素の初期位相の絶対値を決定する工程と、（６）前記（１）乃至（５）を、前記第１の初期位相画像の全画素について繰り返すことを特徴とする、請求項７記載の三次元形状計測方法。
【請求項１３】初期位相画像から初期位相の絶対値を決定する工程（ｈ）において、請求項７乃至１２のいずれか一に記載の初期位相の絶対値を決定する工程を複数組み合わせる、ことを特徴とする請求項７記載の三次元形状計測方法。
【請求項１４】三つ以上の異なる方向からそれぞれ、光投射手段により、空間的に縞状の輝度分布を有する光パターンを、位相をずらしながら前記被計測物体へと投射する工程を含むことを特徴とする、請求項７乃至１３のいずれか一に記載の三次元形状計測方法。
【請求項１５】三つ以上の異なる方向から前記被計測物体を撮像する工程を含むことを特徴とする、請求項７乃至１４のいずれか一に記載の三次元形状計測方法。
【請求項１６】投射する光パターンが、正弦波状であることを特徴とする、請求項１乃至１５のいずれか一に記載の三次元形状計測方法。
【請求項１７】光投射手段制御信号を入力とし、空間的に縞状の輝度分布を有する光パターンを、前記光投射制御信号に応じて位相をずらしながら被計測物体へ投射する光投射手段と、第１、及び第２のカメラ制御信号をそれぞれ入力とし、前記第１、及び第２の制御信号に応じて計測物体を二つの異なる方向から撮像し、それぞれ第１、及び第２のカメラ出力信号としてそれぞれ出力する第１、及び第２のカメラと、前記第１、及び第２のカメラ出力信号をそれぞれ入力とし、撮像された画像を記録するとともに、第１、及び第２の画像信号としてそれぞれ出力する第１、及び第２の画像記憶手段と、位相計算制御信号により切り替えられる、前記第１又は第２の画像信号を入力とし、入力した画像信号の画像列から各画素毎に初期位相値を計算して位相信号として出力する位相計算手段と、前記位相計算制御信号により振り分けられる前記位相信号を入力とし、前記第１、及び第２の画像信号から計算した位相値を記録するとともに、第１、及び第２の位相信号としてそれぞれ出力する第１、及び第２の位相記憶手段と、前記第１、及び第２の位相信号を入力とし、前記光投射手段と前記第１のカメラの位置とを基にして、前記第１の位相信号における注目画素の初期位相から対応する三次元座標位置候補群を求め、前記第２のカメラの位置を基にして、前記第２の位相信号において前記三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、第１の初期位相信号における注目画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定できるか否かを判定し、一意に決定された画素位置により三次元座標位置を求め、前記第１、第２の位相信号における該当画素の初期位相の絶対値を決定する処理を、前記第１の位相信号の全画素について繰り返し、前記第１の位相信号に対応して第１の絶対位相信号を出力し、前記第２の位相信号に対応して第２の絶対位相信号を出力する絶対位相決定手段と、三次元座標計算制御信号により切り替えられる、前記第１又は第２の絶対位相信号と、前記第１又は第２位相信号を入力とし、前記第１又は第２の位相信号中における絶対位相が未決定である画素について、周辺の絶対位相が既に決定されている画素からの差が小さくなるように絶対位相を決定する処理を、前記三次元座標計算信号により切り替えられる前記第１又は第２の位相信号の全画素について繰り返し、それぞれ、第１又は第２の絶対位相変換信号として出力する絶対位相変換手段と、前記三次元座標計算制御信号により切り替えられる、前記第１又は第２絶対位相変換信号を入力とし、前記光投射手段と前記第１又は第２のカメラの位置を基にして三次元座標値へと変換し、第１又は第２の三次元座標信号として出力する三次元座標変換手段と、前記第１、及び第２の三次元座標信号を入力とし、それぞれの前記第１、及び第２のカメラに対応する三次元座標値を記録するとともに、第１、及び第２の三次元座標信号としてそれぞれ出力する第１、及び第２の三次元座標記憶手段と、前記第１、及び第２の三次元座標信号を入力とし、互いに欠けているデータを補完して合成し、合成三次元座標信号として出力する三次元座標合成手段と、前記光投射手段制御信号、前記第１、及び第２のカメラ制御信号、前記位相計算制御信号、前記三次元座標計算制御信号を出力し、前記光投射手段から投射される光パターンを位相をずらしながら撮像するとともに、位相計算の入出力、及び三次元座標計算の入出力を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする三次元形状計測装置。
【請求項１８】前記絶対位相決定手段が、前記第１、及び第２の位相信号と、注目画素位置信号を入力とし、前記光投射手段と前記第１のカメラの位置を基にして、前記第１の位相信号における注目画素の初期位相から対応する第１の三次元座標位置候補群を求め、前記第２のカメラの位置を基にして、前記第２の位相信号において前記第１の三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記第１の位相信号における注目画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定できるか否か判定して、該画素の前記第２の位相信号上における画素位置と初期位相を一意決定画素信号として出力する第１の手段と、前記第１、及び第２の位相信号と前記一意決定画素信号とを入力とし、前記光投射手段と前記第２のカメラの位置を基にして、前記第２の位相信号における前記一意決定画素信号における画素位置と初期位相から、対応する第２の三次元座標位置候補群を求め、前記第１のカメラの位置を基にして、前記第１の位相信号において前記第２の三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記第２の位相信号における一意に決定された画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定できるか否か判定し、以上の二つの判定処理により一意に決定できた場合に該画素位置により三次元座標位置を求め、前記第１、第２の位相信号における該当画素の初期位相の絶対値を決定し、前記第１の位相信号に対応して第１の絶対位相信号を、前記第２の位相信号に対応して第２の絶対位相信号を出力する第２の手段と、前記第１の位相信号の全画素を順にスキャンして注目画素位置信号を出力する第３の手段と、を備えたことを特徴とする、請求項１７に記載の三次元形状計測装置。
【請求項１９】三つ以上の異なる方向から撮像するカメラを備えたことを特徴とする、請求項１７又は１８記載の三次元形状計測装置。
【請求項２０】第１、及び第２の光投射手段制御信号をそれぞれ入力とし、二つの異なる方向からそれぞれ、空間的に縞状の輝度分布を持つ第１、及び第２光パターンを、前記第１、及び第２の光投射手段制御信号に応じて位相をずらしながら被計測物体へと投射する第１、及び第２の光投射手段と、カメラ制御信号を入力とし、前記カメラ制御信号に応じて前記被計測物体を撮像しカメラ出力信号として出力するカメラと、前記カメラ出力制御信号により切り替えられる、前記カメラ出力信号を入力として、前記第１、及び第２の光パターンにより撮像された画像列を記録するとともに、第１、及び第２の画像信号としてそれぞれ出力する第１、及び第２の画像記憶手段と、位相計算制御信号により切り替えられる、前記第１又は第２の画像信号を入力とし、画像列から各画素毎に初期位相値を計算して位相信号として出力する位相計算手段と、前記位相計算制御信号により振り分けられる、前記位相信号を入力とし，前記第１、第２の画像信号から計算した位相値を記録するとともに、第１、及び第２の位相信号としてそれぞれ出力する第１、及び第２の位相記憶手段と、前記第１、及び第２の位相信号を入力とし、前記第１の光投射手段と前記カメラの位置を基にして、前記第１の位相信号における注目画素の初期位相から対応する三次元座標位置候補群を求め、前記第２の光投射手段の位置と前記三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、前記第２の位相信号における前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定できるか否かを判定し、一意に決定された三次元座標位置から、前記第１、及び第２の光パターンの初期位相の絶対値を決定する処理を、前記第１の位相信号の全画素について繰り返し、前記第１の位相信号に対応して第１の絶対位相信号を出力し、前記第２の位相信号に対応して第２の絶対位相信号を出力する絶対位相決定手段と、三次元座標計算制御信号により切り替えられる、前記第１又は第２の絶対位相信号と、前記第１又は第２の位相信号とを入力とし、前記第１又は第２の位相信号中における絶対位相が未決定である画素について，周辺の絶対位相が既に決定している画素からの差が小さくなるように絶対位相を決定してゆくことを、前記第１又は第２の位相信号の全画素について繰り返し、それぞれ第１又は第２の絶対位相変換信号として出力する絶対位相変換手段と、三次元座標計算制御信号により切り替えられる、第１又は第２の絶対位相変換信号を入力とし，前記第１又は第２の光投射手段と前記カメラの位置を基にして、三次元座標値へと変換し、第１又は第２の三次元座標信号として出力する三次元座標変換手段と、前記第１、及び第２の三次元座標信号を入力とし、それぞれの前記第１、及び第２の光投射手段に対応する三次元座標値を記録するとともに、第１、及び第２の三次元座標信号として出力する第１、及び第２の三次元座標記憶手段と、前記第１、及び第２の三次元座標信号を入力とし、互いに欠けているデータを補完して合成し、合成三次元座標信号として出力する三次元座標合成手段と、前記第１、及び第２の光投射手段制御信号、前記カメラ制御信号、前記カメラ出力制御信号、前記位相計算制御信号、前記三次元座標計算制御信号を出力して、前記第１、及び第２の光投射手段を切り替えて位相をずらしながら撮像し、カメラ出力を切り替え、さらに位相計算の入出力を制御し、三次元座標計算の入出力を制御する制御手段と、を備えていることを特徴とする三次元形状計測装置。
【請求項２１】前記絶対位相決定手段が、前記第１、及び第２の位相信号と、注目画素位置信号を入力とし、前記第１の光投射手段と前記カメラの位置を基にして、前記第１の位相信号における注目画素の初期位相から対応する第１の三次元座標位置候補群を求め、前記光投射手段と前記第１の三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、前記第２の位相信号における前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定できるかどうか判定して、該画素の前記第２の位相信号上における画素位置と初期位相を一意決定画素信号として出力する第１の手段と、前記第１、第２の位相信号と前記一意決定画素信号とを入力とし、前記第２の光投射手段Ｂと前記カメラの位置を基にして、前記第２の位相信号における前記一意決定画素信号における初期位相から、対応する第２の三次元座標位置候補群を求め、前記第１の光投射手段と前記第２の三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、前記第１の位相信号における前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定されるかどうか判定し、以上の二つの判定処理により一意に決定できた場合に一意となった三次元座標位置から、二つの光パターンの初期位相の絶対値を決定し、前記第１の位相信号に対応して第１の絶対位相信号を、前記第２の位相信号に対応して第２の絶対位相信号を出力する第２の手段と、前記第１の位相信号の全画素を順にスキャンして注目画素位置信号を出力する第３の手段と、を含むことを特徴とする、請求項２０記載の三次元形状計測装置。
【請求項２２】三つ以上の異なる方向からそれぞれ、空間的に縞状の輝度分布を持つ光パターンを、位相をずらしながら計測物体へと投射する光投射手段を備えたことを特徴とする、請求項２０又は２１記載の三次元形状計測装置。
【請求項２３】第１、及び第２の光投射手段制御信号Ａ、Ｂをそれぞれ入力とし、二つの異なる方向からそれぞれ、空間的に縞状の輝度分布を持つ第１、及第２のび光パターンを、前記第１、及び第２の光投射手段制御信号に合わせて位相をずらしながら計測物体へと投射する第１、及び第２の光投射手段Ａ、Ｂと、第１、及び第２のカメラ制御信号Ａ、Ｂをそれぞれ入力とし、前記第１、及び第２のカメラ制御信号に合わせて計測物体を二つの異なる方向から撮像し、第１、及び第２のカメラ出力信号Ａ、Ｂとして出力する第１、及び第２のカメラＡ、Ｂと、カメラ出力制御信号により切り替えられる、第１、及び第２のカメラ出力信号Ａ、Ｂを入力とし、第１、及び第２の光パターンでそれぞれ第１、及び第２のカメラで撮像された画像列として、前記第１の光投射手段と前記第１のカメラ、前記第２の光投射手段と前記第１のカメラ、前記第１の光投射手段と前記第２のカメラ、前記第２の光投射手段と前記第２のカメラの組み合せよりなる、画像列を記録するとともに、それぞれ、第１乃至第４の画像信号Ａ−Ａ、Ａ−Ｂ、Ｂ−Ａ、Ｂ−Ｂとして出力する第１乃至第４の画像記憶手段と、位相計算制御信号により切り替えられる、前記第１乃至第４の画像信号Ａ−Ａ、Ａ−Ｂ、Ｂ−ＡまたはＢ−Ｂを入力として、画像列から各画素毎に初期位相値を計算して位相信号として出力する位相計算手段と、位相計算制御信号により切り替えられる、前記位相信号を入力とし、前記第１乃至第４の画像信号Ａ−Ａ、Ａ−Ｂ、Ｂ−Ａ、Ｂ−Ｂから計算した位相値を記録するとともに、第１乃至第４の位相信号Ａ−Ａ、Ａ−Ｂ、Ｂ−Ａ、Ｂ−Ｂとしてそれぞれ出力する第１乃至第４の位相記憶手段と、前記第１、第４の位相信号Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂを入力とし、前記第１の光投射手段Ａと前記第１のカメラＡの位置を基にして、前記第１の光投射手段Ａの光パターンにより前記第１のカメラＡの位置から得られた前記位相信号Ａ−Ａにおける注目画素の初期位相から、対応する第１の三次元座標位置候補群を求め、前記第２のカメラＢの位置を基にして、前記第２の光投射手段Ｂの光パターンにより前記第２のカメラＢの位置から得られた前記位相信号Ｂ−Ｂにおける第１の三次元座標位置候補群の対応画素位置群を求め、該対応画素群の初期位相から第２の三次元座標位置候補群を求め、前記第１の三次元座標位置候補群と第２の三次元座標位置候補群を比較し、重複する座標点が一意に決定できるか否か判定し、一意に決定された三次元座標位置から、前記第１、及び第２の光パターンの初期位相の絶対値を決定する処理を、前記位相信号Ａ−Ａの全画素について繰り返し、前記位相信号Ａ−Ａに対応して絶対位相信号Ａ−Ａを、前記位相信号Ｂ−Ｂに対応して絶対位相信号Ｂ−Ｂを出力する絶対位相決定手段と、三次元座標計算制御信号により切り替えられる、前記絶対位相決定手段からの前記絶対位相信号Ａ−ＡまたはＢ−Ｂと、前記位相信号Ａ−ＡまたはＢ−Ｂを入力とし、前記位相信号中における絶対位相が未決定である画素について、周辺の絶対位相が既に決定している画素からの差が小さくなるように絶対位相を決定してゆく処理を、前記位相信号Ａ−Ａ又はＢ−Ｂの全画素について繰り返し、それぞれ絶対位相変換信号Ａ−Ａ又はＢ−Ｂとして出力する絶対位相変換手段と、三次元座標計算制御信号により切り替えられる、絶対位相変換信号Ａ−Ａ又はＢ−Ｂを入力とし、前記光投射手段Ａと前記カメラＡまたは前記光投射手段Ｂと前記カメラＢの位置を基にして、三次元座標値へと変換し、三次元座標信号Ａ−Ａ又はＢ−Ｂとして出力する三次元座標変換手段と、前記三次元座標信号Ａ−Ａ又はＢ−Ｂを入力とし、それぞれの前記光投射手段Ａと前記カメラＡ又は前記光投射手段Ｂと前記カメラＢに対応する三次元座標値を記録するとともに、三次元座標信号Ａ−Ａ又はＢ−Ｂとして出力する第１、及び第２の三次元座標記憶手段Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂと、前記第１、及び第２の三次元座標信号Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂを入力とし、互いに欠けているデータを補完して合成し、合成三次元座標信号として出力する三次元座標合成手段と、前記第１、第２の光投射手段制御信号、前記第１、第２のカメラ制御信号、前記位相計算制御信号、前記三次元座標計算制御信号を出力して、光パターンを位相をずらしながら撮像し、位相計算の入出力、及び三次元座標計算の入出力を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする三次元形状計測装置。
【請求項２４】第１、及び第２の光投射手段制御信号Ａ、Ｂをそれぞれ入力とし、二つの異なる方向からそれぞれ、空間的に縞状の輝度分布を持つ光パターンを、前記第１、及び第２の光投射手段制御信号に応じて位相をずらしながら計測物体へと投射する第１、及び第２の光投射手段Ａ、Ｂと、第１、及び第２のカメラ制御信号Ａ、Ｂをそれぞれ入力とし、前記第１、及び第２のカメラ制御信号に応じて計測物体を二つの異なる方向から撮像し、第１、第２のカメラ出力信号（Ａ、Ｂ）として出力する第１、及び第２のカメラＡ、Ｂと、カメラ出力制御信号により切り替えられる、第１、及び第２のカメラ出力信号Ａ、Ｂを入力とし、二つの光パターンでそれぞれ第１、及び第２のカメラで撮像された画像列として、前記第１の光投射手段と前記第１のカメラ、前記第２の光投射手段と前記第１のカメラ、前記第１の光投射手段と前記第２のカメラ、前記第２の光投射手段と前記第２のカメラの組み合せよりなる、画像列を記録するとともに、それぞれ、第１乃至第４の画像信号Ａ−Ａ、Ａ−Ｂ、Ｂ−Ａ、Ｂ−Ｂとして出力する第１乃至第４の画像記憶手段と、位相計算制御信号により切り替えられる、前記第１乃至第４の画像信号Ａ−Ａ、Ａ−Ｂ、Ｂ−ＡまたはＢ−Ｂを入力として、画像列から各画素毎に初期位相値を計算して位相信号として出力する位相計算手段と、位相計算制御信号により切り替えられる、前記位相信号を入力とし、前記第１乃至第４の画像信号Ａ−Ａ、Ａ−Ｂ、Ｂ−Ａ、Ｂ−Ｂから計算した位相値を記録するとともに、第１乃至第４の位相信号Ａ−Ａ、Ａ−Ｂ、Ｂ−Ａ、Ｂ−Ｂとしてそれぞれ出力する第１乃至第４の位相記憶手段と、位相信号Ａ−Ａと位相信号Ｂ−Ａとを入力として、絶対位相が決定可能な画素位置について絶対位相値を決定し、絶対位相信号Ａ−Ａ(Ａ−Ａ/Ｂ−Ａ)、絶対位相信号Ｂ−Ａ(Ａ−Ａ/Ｂ−Ａ)として出力する第１の絶対位相決定手段と、位相信号Ａ−Ｂと位相信号Ｂ−Ｂとを入力として、絶対位相が決定可能な画素位置について絶対位相値を決定し、絶対位相信号Ａ−Ｂ(Ａ−Ｂ/Ｂ−Ｂ)、絶対位相信号Ｂ−Ｂ(Ａ−Ｂ/Ｂ−Ｂ)として出力する第２の絶対位相決定手段と、位相信号Ａ−Ａ と位相信号Ａ−Ｂとを入力として、絶対位相が決定可能な画素位置について絶対位相値を決定し、絶対位相信号Ａ−Ａ(Ａ−Ａ/Ａ−Ｂ) 、絶対位相信号Ａ−Ｂ(Ａ−Ａ/Ａ−Ｂ)として出力する第３の絶対位相決定手段と、位相信号Ｂ−Ａと位相信号Ｂ−Ｂとを入力として、絶対位相が決定可能な画素位置について絶対位相値を決定し、絶対位相信号Ｂ−Ａ(Ｂ−Ａ/Ｂ−Ｂ)、絶対位相信号Ｂ−Ｂ(Ｂ−Ａ/Ｂ−Ｂ) として出力する第４の絶対位相決定手段と、位相信号Ａ−Ａ と位相信号Ｂ−Ｂとを入力として、絶対位相が決定可能な画素位置について、画像Ａ（光パターンＡ）上の絶対位相決定画素とその絶対位相を絶対位相信号Ａ−Ａ(Ａ−Ａ/Ｂ−Ｂ) として、また画像Ｂ(光パターンＢ) については絶対位相信号Ｂ−Ｂ(Ａ−Ａ/Ｂ−Ｂ)として出力する第５の絶対位相決定手段と、位相信号Ａ−Ｂと位相信号Ｂ−Ａとを入力として、絶対位相が決定可能な画素位置について画像Ａ(光パターンＢ)上の絶対位相決定画素とその絶対位相を絶対位相信号Ａ−Ｂ(Ａ−Ｂ/Ｂ−Ａ) として、また画像Ｂ(光パターンＡ)については絶対位相信号Ｂ−Ａ(Ａ−Ｂ/Ｂ−Ａ) として出力する第６の絶対位相決定手段と、を備え、三次元座標計算制御信号により切り替えられる位相信号と絶対位相信号とを入力とし、絶対位相信号を参照しながら、位相信号中の絶対位相が得られていない画素位置の位相値を、絶対位相へと変換する絶対位相変換手段であって、位相信号Ａ−Ａと、絶対位相信号Ａ−Ａ(Ａ−Ａ/Ｂ−Ａ) 、Ａ−Ａ(Ａ−Ａ/Ａ−Ｂ) 、Ａ−Ａ(Ａ−Ａ/Ｂ−Ｂ) 、位相信号Ａ−Ｂと、絶対位相信号Ａ−Ｂ(Ａ−Ａ/Ａ−Ｂ) 、Ａ−Ｂ(Ａ−Ｂ/Ｂ−Ａ) 、Ａ−Ｂ(Ａ−Ｂ/Ｂ−Ｂ) 、位相信号Ｂ−Ａ と、絶対位相信号Ｂ−Ａ(Ａ−Ａ/Ａ−Ｂ) 、Ｂ−Ａ(Ａ−Ｂ/Ｂ−Ａ) 27、Ｂ−Ａ(Ｂ−Ａ/Ｂ−Ｂ) 、位相信号Ｂ−Ｂと、絶対位相信号Ｂ−Ｂ(Ａ−Ａ/Ｂ−Ｂ) 、Ｂ−Ｂ(Ａ−Ｂ/Ｂ−Ｂ) 、Ｂ−Ｂ(Ｂ−Ａ/Ｂ−Ｂ)の各組よりなり、絶対位相が得られている画素は、全ての絶対位相信号の論理積により判定し、絶対位相変換信号として出力する絶対位相変換手段と、絶対位相変換信号と三次元座標計算制御信号とを入力とし、前記位相信号Ａ−Ａから求めた絶対位相である場合、前記第１の光投射手段Ａ、第１のカメラＡの位置関係及び内部構成に応じたパラメータにより三次元座標値へと変換して三次元座標信号として出力し、同様に、位相信号Ａ−Ｂから求めた絶対位相であるならば、前記第２の光投射手段、第１のカメラの位置関係や内部構成に応じたパラメータを用いて三次元座標値へと変換して三次元座標信号として出力し、位相信号Ｂ−Ａから求めた絶対位相であるならば、前記第１の光投射手段、第２のカメラＢの位置関係や内部構成に応じたパラメータを用いて三次元座標値へと変換し三次元座標信号として出力し、位相信号Ｂ−Ｂから求めた絶対位相であるならば、前記第２の光投射手段、前記第２のカメラの位置関係や内部構成に応じたパラメータを用いて、三次元座標値へと変換し三次元座標信号として出力する三次元座標変換手段と、前記三次元座標変換手段で得られた前記第１の光投射手段Ａと第１のカメラの組による三次元形状情報を記憶しておき、三次元座標信号Ａ−Ａ として出力する第１の三次元座標記憶手段と、前記三次元座標変換手段で得られた前記第２の光投射手段Ａと第１のカメラの組による三次元形状情報を記憶しておき、三次元座標信号Ａ−Ｂとして出力する第２の三次元座標記憶手段と、前記第２の光投射手段Ｂと前記第１のカメラＡの組による三次元形状情報を記憶しておき、三次元座標信号Ｂ−Ａとして出力する第３の三次元座標記憶手段と、前記第２の光投射手段Ｂと前記第２のカメラＢの組による三次元形状情報を記憶しておき、三次元座標信号Ｂ−Ｂとして出力する第４の三次元座標記憶手段と、三次元座標信号Ａ−Ａ、Ａ−Ｂ、Ｂ−Ａ、Ｂ−Ｂを入力とし、４つの形状情報を合成して、合成三次元座標信号として出力する三次元座標合成手段と、前記第１、及び第２の光投射手段制御信号、前記第１、及び第２のカメラ制御信号、前記位相計算制御信号、前記三次元座標計算制御信号を出力して、光パターンを位相をずらしながら撮像するとともに、位相計算の入出力、及び三次元座標計算の入出力を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする三次元形状計測装置。
【請求項２５】前記第１、及び第２の絶対位相決定手段が、光投射手段が一つ、カメラが二つの組における絶対位相の決定である、請求項１７記載の前記絶対位相決定手段と同じ処理を行ない、前記第３、及び第４の絶対位相決定手段が、光投射手段は二つ、カメラが一つの組における絶対位相の決定である、請求項２０記載の前記絶対位相決定手段と同じ処理を行なう、ことを特徴とする請求項２４記載の三次元形状計測装置。
【請求項２６】前記絶対位相決定手段が、前記位相信号Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂと、注目画素位置信号を入力とし、前記第１の光投射手段Ａと前記第１のカメラＡの位置を基にして、前記第１の光投射手段Ａの光パターンにより前記第１のカメラＡの位置から得られた前記位相信号Ａ−Ａにおける注目画素の初期位相から、対応する第１の三次元座標位置候補群を求め、前記第２のカメラＢの位置を基にして、前記第２の光投射手段Ｂの光パターンにより前記第２のカメラＢの位置から得られた前記位相信号Ｂ−Ｂにおける第１の三次元座標位置候補群の対応画素位置群を求め、該対応画素群の初期位相から第２の三次元座標位置候補群を求め、第１、第２の三次元座標位置候補群を比較し、重複する座標点が一意に決定できるかどうか判定し、前記位相信号Ｂ−Ｂ上における画素位置と初期位相を一意決定画素信号として出力する第１の手段と、前記位相信号Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂと前記一意決定画素信号とを入力とし、前記第２のカメラＢの位置を基にして、一意に決定できた三次元座標位置に対応する画素の、前記第２の光投射手段Ｂの光パターンによる初期位相から、対応する第３の三次元座標位置候補群を求め、前記第１のカメラＡの位置を基にして、前記第１の光投射手段Ａの光パターンにより前記第１のカメラＡの位置から得られた前記位相信号Ａ−Ａにおける第３の三次元座標位置候補群の対応画素位置群を求め、該対応画素群の初期位相から第４の三次元座標位置候補群を求め、第３、第４の三次元座標位置候補群を比較し、重複する座標点が一意に決定できるかどうか判定し、以上の二つの判定処理により一意に決定できた場合に一意となった三次元座標位置から、二つの光パターンの初期位相の絶対値を決定し、前記位相信号Ａ−Ａに対応して絶対位相信号Ａ−Ａを、前記位相信号Ｂ−Ｂに対応して絶対位相信号Ｂ−Ｂを出力する第２の手段と、前記位相信号Ａ−Ａの全画素を順にスキャンして注目画素位置信号を出力する第３の絶対位相決定手段と、を備えたことを特徴とする、請求項２３記載の三次元形状計測装置。
【請求項２７】前記絶対位相決定手段が、前記位相信号Ａ−Ａ、Ｂ−Ａを入力とし、前記第１の光投射手段Ａと前記第１のカメラＡの位置を基にして、前記位相信号Ａ−Ａにおける注目画素の初期位相から対応する三次元座標位置候補群を求め、前記第２のカメラＢの位置を基にして、前記第１の光投射手段Ａの光パターンにより前記第２のカメラＢの位置から得られた前記位相信号Ｂ−Ａにおいて前記三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記位相信号Ａ−Ａにおける注目画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定できるかどうか判定し、一意に決定できた画素位置により三次元座標位置を求め、該当画素の初期位相の絶対値を決定することを、前記位相信号Ａ−Ａの全画素について繰り返し、前記位相信号Ａ−Ａに対応して絶対位相信号Ａ−Ａを、前記位相信号Ｂ−Ａに対応して絶対位相信号Ｂ−Ａを出力する、ことを特徴とする、請求項２３記載の三次元形状計測装置。
【請求項２８】前記絶対位相決定手段が、前記位相信号Ａ−Ａ、Ｂ−Ａと、注目画素位置信号を入力とし、前記第１の光投射手段Ａと前記第１のカメラＡの位置を基にして、前記位相信号Ａ−Ａにおける注目画素の初期位相から、対応する第１の三次元座標位置候補群を求め、前記第２のカメラＢの位置を基にして、前記光投射手段Ａの光パターンにより前記第２のカメラＢの位置から得られた前記位相信号Ｂ−Ａにおいて第１の三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記位相信号Ａ−Ａにおける注目画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定できるか否か判定して、該画素の前記位相信号Ｂ−Ａ上における画素位置と初期位相を一意決定画素信号として出力する第１の手段と、前記位相信号Ａ−Ａ、Ｂ−Ａと前記一意決定画素信号とを入力とし、前記第１の光投射手段Ａと前記第２のカメラＢの位置を基にして、前記位相信号Ｂ−Ａにおける前記一意に決定された画素の初期位相から、対応する第２の三次元座標位置候補群を求め、前記第１のカメラＡの位置を基に、前記第１の光投射手段Ａの光パターンにより前記カメラＡの位置から得られた前記位相信号Ａ−Ａにおいて第２の三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記位相信号Ｂ−Ａにおける一意に決定された画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定されるかどうか判定し、以上の二つの判定処理により一意に決定できた場合に該画素位置により三次元座標位置を求め、前記位相信号Ａ−Ａ、Ｂ−Ａにおける街頭画素の初期位相の絶対値を決定し、前記位相信号Ａ−Ａに対応して絶対位相信号Ａ−Ａを、前記位相信号Ｂ−Ａに対応して絶対位相信号Ｂ−Ａを出力する第２の手段と、前記位相信号Ａ−Ａの全画素を順にスキャンして注目画素位置信号を出力する第３の手段と、を備えたことを特徴とする特徴とする、請求項２３に記載の三次元形状計測装置。
【請求項２９】前記絶対位相決定手段において、前記位相信号Ａ−Ａ、Ａ−Ｂを入力として、前記第１の光投射手段Ａと前記第１のカメラＡの位置を基にして、前記位相信号Ａ−Ａにおける注目画素の初期位相から、対応する三次元座標位置候補群を求め、前記第２の光投射手段Ｂの位置と前記三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、前記第２の光投射手段Ｂの光パターンにより前記第１のカメラＡの位置から得られた前記位相信号Ａ−Ｂにおける前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定できるかどうか判定し、一意に決定できた三次元座標位置から、該当画素の初期位相の絶対値を決定することを、前記位相信号Ａ−Ａの全画素について繰り返し、前記位相信号Ａ−Ａに対応して絶対位相信号Ａ−Ａを、前記位相信号Ａ−Ｂに対応して絶対位相信号Ａ−Ｂを出力する、ことを特徴とする、請求項２３記載の三次元形状計測装置。
【請求項３０】前記絶対位相決定手段において、前記位相信号Ａ−Ａ、Ａ−Ｂと、注目画素位置信号を入力とし、前記第１の光投射手段Ａと前記第１のカメラＡの位置を基にして、前記位相信号Ａ−Ａにおける注目画素の初期位相から、対応する第１の三次元座標位置候補群を求め、前記第２の光投射手段Ｂの位置と第１の三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、前記第２の光投射手段Ｂの光パターンにより前記第１のカメラＡの位置から得られた位相位相信号Ａ−Ｂにおける前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定できるかどうか判定して、該画素の前記位相信号Ａ−Ｂ上における画素位置と初期位相を一意決定画素信号として出力する第１の手段と、前記位相信号Ａ−Ａ、Ａ−Ｂと前記一意決定画素信号とを入力とし、前記第２の光投射手段Ｂと前記第２のカメラＡの位置を基にして、前記位相信号Ａ−Ｂにおける注目画素の初期位相から、対応する第２の三次元座標位置候補群を求め、前記光投射手段Ａの位置と第２の三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、前記第１の光投射手段Ａの光パターンにより前記第１のカメラＡの位置から得られた前記位相信号Ａ−Ａにおける前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定されるかどうか判定し、異常の二つの判定処理により一意に決定できた場合に一意となった三次元座標位置から、二つの光パターンの初期位相の絶対値を決定し、前記位相信号Ａ−Ａに対応して絶対位相信号Ａ−Ａを、前記位相信号Ａ−Ｂに対応して絶対位相信号Ａ−Ｂを出力する第２の手段と、前記位相信号Ａ−Ａの全画素を順にスキャンして注目画素位置信号を出力する第３の手段と、を備えたことを特徴とする請求項２３記載の三次元形状計測装置。
【請求項３１】前記絶対位相決定手段が、請求項２５乃至３０のいずれか一に記載の初期位相の絶対値を決定する手段を組み合わせてなることを特徴とする請求項２３記載の三次元形状計測装置。
【請求項３２】三つ以上の異なる方向からそれぞれ、空間的に縞状の輝度分布を持つ光パターンを、位相をずらしながら計測物体へと投射する手段を備えたことを特徴とする、請求項２３乃至３１のいずれか一に記載の三次元形状計測装置。
【請求項３３】三つ以上の異なる方向から撮像するカメラを備えたことを特徴とする、請求項２３乃至３２のいずれか一に記載の三次元形状計測装置。
【請求項３４】投射する光パターンが、正弦波状であることを特徴とする、請求項１６乃至３３のいずれか一に記載の三次元形状計測装置。
【請求項３５】光投射手段から空間的に縞状の輝度分布を有する光パターンを位相をずらしながら被計測物体へ投射し、前記光パターンを位相をずらしながら照射した前記被計測物体を二つの異なる方向から第１、及び第２の撮像手段で撮像したデータから前記被計測物体の三次元形状を計測する、プログラム制御されるデータ処理装置において、（ａ）前記二つの方向からそれぞれ撮像された第１、及び第２の画像列から各々について第１、及び第２の初期位相画像を導出する処理、（ｂ）前記光パターンの投射位置と第１の撮像位置を基にして、前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相から、対応する三次元座標位置候補群を求める処理、（ｃ）第２の撮像位置を基にして、前記第２の初期位相画像において前記三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定できるか否かを判定する処理、（ｄ）一意に決定された画素位置に基づき三次元座標位置を求め、前記第１、第２の初期位相画像における該当画素の初期位相の絶対値を決定する処理、（ｅ）（ａ）乃至（ｄ）の処理のうち少なくとも三つの処理を前記第１の初期位相画像の全画素について繰り返す処理、（ｆ）前記光パターンの初期位相の絶対値を参照しながら、前記第１、第２の初期位相画像から第１、及び第２の絶対位相画像へ変換する処理、及び、（ｇ）前記第１、及び第２の絶対位相画像の各画素における絶対位相と、前記光パターン投射位置と前記第１、及び第２の画像の撮像位置を基に、各画素における前記被計測物体の三次元座標位置を求める処理、の前記（ａ）乃至（ｇ）の処理を前記データ処理装置で実行させるためのプログラムを記録した記録媒体。
【請求項３６】請求項３５記載の記録媒体において、初期位相画像から初期位相の絶対値を決定する処理（ｄ）が、（１）光パターン投射位置と第１の撮像位置を基にして、前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相から対応する第１の三次元座標位置候補群を求める処理、（２）前記第２の撮像位置を基にして、前記第２の初期位相画像において前記第１の三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定できるか否かを判定する処理、（３）光パターン投射位置と第２の撮像位置を基にして、前記第２の初期位相画像における前記一意に決定された画素の初期位相から、対応する第２の三次元座標位置候補群を求める処理、（４）前記第１の撮像位置を基に、前記第１の初期位相画像において前記第２の三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記第２の初期位相画像における一意に決定された画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定されるか否かを判定する処理、（５）両前記処理（２）、及び（４）により、一意に決定できた画素位置により三次元座標位置を求め、前記第１、第２の初期位相画像における該当画素の初期位相の絶対値を決定する処理、（６）前記処理（１）乃至（５）を、前記第１の初期位相画像の全画素について繰り返すように制御する処理、の前記（１）乃至（６）の処理を前記データ処理装置で実行させるためのプログラムを記録した記録媒体。
【請求項３７】第１、及び第２の光投射手段から二つの異なる方向からそれぞれ、空間的に縞状の輝度分布を有する第１、及び第２の光パターンを、位相をずらしながら被計測物体へと投射し、前記第１の光パターンを位相をずらしながら照射し前記被計測物体を撮像手段で撮像した後、前記第２の光パターンを位相をずらしながら照射し前記被計測物体を前記撮像手段で撮像したデータから前記被計測物体の三次元形状を計測する、プログラム制御されるデータ処理装置において、（ａ）前記二つの光パターンにより撮像された第１、及び第２の画像列から、それぞれについて第１、及び第２の初期位相画像を導出する処理、（ｂ）前記第１の光パターン投射位置と撮像位置を基にして、前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相から、対応する三次元座標位置候補群を求める処理、（ｃ）第２の光パターン照射位置と三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、第２の初期位相画像における前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定できるか否かを判定する処理、（ｄ）一意に決定できた三次元座標位置から、二つの光パターンの初期位相の絶対値を決定する処理、（ｇ）前記（ｄ）乃至（ｆ）の処理を前記第１の初期位相画像の全画素について繰り返すように制御する処理、（ｈ）前記光パターンの初期位相の絶対値を参照しながら、前記第１、及び第２の初期位相画像から第１、第２の絶対位相画像へ変換する処理、及び、（ｉ）前記第１、及び第２の絶対位相画像の各画素における絶対位相と、前記二つの光パターン投射位置と画像撮像位置を基に、各画素における前記被計測物体の三次元座標位置を求める処理、の前記（ａ）乃至（ｉ）の処理を前記データ処理装置で実行させるためのプログラムを記録した記録媒体。
【請求項３８】請求項３７の記録媒体において、初期位相画像から初期位相の絶対値を決定する処理（ｄ）が、（１）前記第１の光パターン投射位置と撮像位置を基にして、前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相から、対応する第１の三次元座標位置候補群を求める処理、（２）前記第２の光パターン照射位置と第１の三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、前記第２の初期位相画像における前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定できるか否かを判定する処理、（３）前記第２の光パターン投射位置と前記撮像位置を基にして、前記第２の初期位相画像における注目画素の初期位相から、対応する第２の三次元座標位置候補群を求める処理、（４）第１の光パターン照射位置と第２の三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、前記第１の初期位相画像における前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定されるか否かを判定する処理と、（５）前記処理（２）、及び（４）により一意に決定できた三次元座標位置から、二つの光パターンの初期位相の絶対値を決定する処理と、（６）前記処理（１）乃至（５）を前記第１の初期位相画像の全画素について繰り返すように制御する処理、の前記（１）乃至（６）の処理を前記データ処理装置で実行させるためのプログラムを記録した記録媒体。
【請求項３９】第１、第２の光投射手段から二つの異なる方向からそれぞれ、空間的に縞状の輝度分布を有する第１、及び第２の光パターンを、位相をずらしながら被計測物体へと投射し、第１の光パターンを位相をずらしながら照射し前記被計測物体を第１、第２の撮像手段で撮像した後、前記第２の光パターンを位相をずらしながら照射し二つの異なる方向から前記被計測物体を前記第１、第２の撮像手段で撮像したデータから前記被計測物体の三次元形状を計測する、プログラム制御されるデータ処理装置において、（ａ）前記第１の光パターンにより二つの方向から撮像された第１、第２の画像列から、それぞれについて第１、第２の初期位相画像を導出する処理、（ｂ）前記第２の光パターンにより二つの方向から撮像された第３、及び第４の画像列から、それぞれについて第３、及び第４の初期位相画像を導出する処理、（ｃ）前記第１の光パターン投射位置と第１の撮像位置を基にして、第１の光パターンにより第１の撮像位置から得られた前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相から、対応する第１の三次元座標位置候補群を求める処理、（ｄ）前記第２の撮像位置を基にして、第２の光パターンにより第２の撮像位置から得られた第４の初期位相画像における第１の三次元座標位置候補群の対応画素位置群を求め、該対応画素群の初期位相から第２の三次元座標位置候補群を求める処理、（ｅ）前記第１、及び第２の三次元座標位置候補群を比較し、重複する座標点が一意に決定できるか否かを判定する処理、（ｆ）一意に決定された三次元座標位置から、二つの光パターンの初期位相の絶対値を決定する処理、（ｇ）前記（ｃ）乃至（ｆ）の工程を前記第１の初期位相画像の全画素について繰り返す処理、（ｈ）前記光パターンの初期位相の絶対値を参照しながら、第１乃至第４の初期位相画像から第１乃至第４の絶対位相画像へ変換する処理、及び、（ｉ）前記第１乃至第４の該絶対位相画像の各画素における絶対位相と、前記二つの光パターン投射位置と画像撮像位置を基に、各画素における前記被計測物体の三次元座標位置を求める処理、の前記（ａ）乃至（ｉ）の処理を前記データ処理装置で実行させるためのプログラムを記録した記録媒体。
【請求項４０】請求項３９記載の記録媒体において、初期位相画像から初期位相の絶対値を決定する処理（ｆ）が、（１）前記第１の光パターンの投射位置と第１の撮像位置を基にして、前記第１の光パターンにより第１の撮像位置から得られた第１の初期位相画像における注目画素の初期位相から、対応する第１の三次元座標位置候補群を求める処理、（２）第２の撮像位置を基にして、前記第２の光パターンにより第２の撮像位置から得られた初期位相画像4における第１の三次元座標位置候補群の対応画素位置群を求め、該対応画素群の初期位相から第２の三次元座標位置候補群を求める処理と、（３）前記第１、及び第２の三次元座標位置候補群を比較し、重複する座標点が一意に決定できるかどうか判定する処理、（４）第２の撮像位置を基にして、一意に決定できた三次元座標位置に対応する画素の初期位相から、対応する第３の三次元座標位置候補群を求める工程と、（５）前記第１の撮像位置を基にして、前記第２の光パターンにより前記第２の撮像位置から得られた第１の初期位相画像における第３の三次元座標位置候補群の対応画素位置群を求め、該対応画素群の初期位相から第４の三次元座標位置候補群を求める処理、（６）第３、及び第４の三次元座標位置候補群を比較し、重複する座標点が一意に決定できるか否か判定する処理、（７）一意に決定できた三次元座標位置から、二つの光パターンの初期位相の絶対値を決定する処理、及び、（８）前記処理（１）乃至（７）を前記第１の初期位相画像の全画素について繰り返す処理の前記（１）乃至（８）の処理を前記データ処理装置で実行させるためのプログラムを記録した記録媒体。
【請求項４１】請求項３９記載の記録媒体において、初期位相画像から初期位相の絶対値を決定する処理（ｆ）が、（１）第１の光パターン投射位置と第１の撮像位置を基にして、前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相から、対応する三次元座標位置候補群を求める処理、（２）第２の撮像位置を基にして、第１の光パターンにより第２の撮像位置から得られた第２の初期位相画像において前記三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定できるかどうか判定する処理、（３）一意に決定できた画素位置により三次元座標位置を求め、前記初期位相画像における該当画素の初期位相の絶対値を決定する処理、及び、（４）前記処理（１）乃至（３）を前記第１の初期位相画像の全画素について繰り返すように制御する処理の前記（１）乃至（４）の処理を前記データ処理装置で実行させるためのプログラムを記録した記録媒体。
【請求項４２】請求項３９記載の記録媒体において、初期位相画像から初期位相の絶対値を決定する処理（ｆ）が、（１）前記第１の光パターン投射位置と第１の撮像位置を基にして、前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相から、対応する第１の三次元座標位置候補群を求める処理、（２）第２の撮像位置を基にして、前記第１の光パターンにより前記第２の撮像位置から得られた第２の初期位相画像において前記第１の三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定できるか否か判定する処理、（３）前記第１の光パターンの投射位置と前記第２の撮像位置を基にして、前記第２の初期位相画像における前記一意に決定された画素の初期位相から、対応する第２の三次元座標位置候補群を求める処理、（４）第１の撮像位置を基に、第１の光パターンにより第１の撮像位置から得られた第１の初期位相画像において前記第２の三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記第２の初期位相画像における一意に決定された画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定されるかどうか判定する処理、（５）前記処理（２）、（４）により一意に決定できた画素位置により三次元座標位置を求め、前記初期位相画像における該当画素の初期位相の絶対値を決定する処理、及び、（６）前記処理（１）乃至（５）を前記第１の初期位相画像の全画素について繰り返すように制御する処理、の前記（１）乃至（６）の処理を前記データ処理装置で実行させるためのプログラムを記録した記録媒体。
【請求項４３】請求項３９記載の記録媒体において、初期位相画像から初期位相の絶対値を決定する処理（ｆ）が、（１）前記第１の光パターンの投射位置と第１の撮像位置を基にして、前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相から、対応する三次元座標位置候補群を求める処理、（２）前記第２の光パターンの照射位置と三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、第２の光パターンにより第１の撮像位置から得られた第３の初期位相画像における前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定できるか否か判定する処理、（３）一意に決定できた三次元座標位置から、前記初期位相画像における該当画素の初期位相の絶対値を決定する処理、及び、（４）前記（１）乃至（４）の処理を前記第１の初期位相画像の全画素について繰り返し初期位相の絶対値を決定する処理、の前記（１）乃至（８）の処理を前記データ処理装置で実行させるためのプログラムを記録した記録媒体。
【請求項４４】請求項３９記載の記録媒体において、初期位相画像から初期位相の絶対値を決定する処理（ｆ）が、（１）前記第１の光パターンの投射位置と第１の撮像位置を基にして、前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相から、対応する第１の三次元座標位置候補群を求める処理、（２）前記第２の光パターンの照射位置と第１の三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、第２の光パターンにより第１の撮像位置から得られた第３の初期位相画像における前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定できるか否か判定する処理、（３）前記第２の光パターン投射位置と第１の撮像位置を基にして、前記第３の初期位相画像における注目画素の初期位相から、対応する第２の三次元座標位置候補群を求める処理、（４）前記第１の光パターンの照射位置と第２の三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、前記第１の光パターンにより前記第１の撮像位置から得られた第１の初期位相画像における前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定されるかどうか判定する処理、（５）前記（２）、（４）の処理により一意に決定できた三次元座標位置から、前記初期位相画像における該当画素の初期位相の絶対値を決定する処理、及び、（６）前記（１）乃至（５）の処理を前記第１の初期位相画像の全画素について繰り返すように制御する処理、の前記（１）乃至（６）の処理を前記データ処理装置で実行させるためのプログラムを記録した記録媒体。
【請求項４５】投射する光パターンが、三角波状であることを特徴とする、請求項１乃至１５のいずれか一に記載の三次元形状計測方法。
【請求項４６】予め絶対座標位置がわかっている三次元空間座標位置の各々において、絶対位相値を計測しておき、初期位相から対応する三次元座標位置を算出する際に前記絶対位相値を利用する、ことを特徴とする、請求項１乃至１６、請求項４５のいずれか一に記載の三次元形状計測方法。
【請求項４７】投射する光パターンが、三角波状であることを特徴とする、請求項１７乃至３３のいずれか一に記載の三次元形状計測装置。
【請求項４８】予め絶対座標位置がわかっている三次元空間座標位置の各々において、絶対位相値を計測して記憶手段に記憶しておき、初期位相から対応する三次元座標位置を算出する際に前記絶対位相値を利用する、ことを特徴とする、請求項１７乃至３４、請求項４７のいずれか一に記載の三次元形状計測装置。
【請求項４９】投射する光パターンが、正弦波状であることを特徴とする、請求項３５乃至４４のいずれか一に記載のプログラムを記録した記録媒体。
【請求項５０】投射する光パターンが、三角波状であることを特徴とする、請求項３５乃至４４のいずれか一に記載のプログラムを記録した記録媒体。
【請求項５１】予め絶対座標位置がわかっている三次元空間座標位置の各々において、絶対位相値を計測しておき、初期位相から対応する三次元座標位置を算出する際に前記絶対位相値を利用する、ことを特徴とする、請求項３５乃至４４、４９、５０のいずれか一に記載のプログラムを記録した記録媒体。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、三次元形状計測技術に関し、特に位相シフト法に基づく三次元形状計測方法、計測装置及び、該三次元形状計測をデータ処理装置で実行させる記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、物体の三次元形状を計測する様々な手法が提案されている。その中の一つの手法として、まず、縞走査を導入した格子パターン投影法について、文献（１）（「縞走査を導入した格子パターン投影法」(精密工学会誌, Vol.55, No.10, pp.1817−1822, 1989年)）に基づいて説明する。
【０００３】図１１は、文献（１）で記されている三次元形状計測装置の概略図を示す。図１１を参照すると、光源101から正弦波状に濃淡値が印刷されている格子102を通して、物体100に対して正弦波状の輝度分布を持つ光パターンを投影する。該物体100上の点Ｐ104をカメラ103で撮影する。画像上における該点Ｐ104の座標値をｘ、該座標ｘにおける輝度値をI(x)とし、輝度値I(x)を次式(1)で表わす。
【０００４】ここで、Ａ0(x)はバイアス成分であり、φとα(x)は位相である。
【０００５】物体100を静止させたままで格子102を軸ｕ方向へと、印刷した正弦波パターンの波長の１／ＮずつＮ回ずらしながら画像を撮影してゆく。撮影された画像は、物体100に投影された正弦波光パターンが２π／Ｎラジアンずつ進行してゆくように見える。これを位相φが、０ラジアンから２π／Ｎラジアンずつ２（Ｎ−１）π／Ｎラジアン(但し、Ｎは正の整数)までずれてゆくと解釈すると、ｋ回目(０≦ｋ≦Ｎ)に得られるｘ地点での輝度値Ｉk(x)は、次式(2)で表わすことができる。
【０００６】位相α(x)は、ｋ＝０番目に撮影した画像におけるｘ地点での位相値となる。点Ｐ104は、カメラスクリーン上の座標ｘからレンズ中心を通過する半直線上に存在する。光源101から見たとき点Ｐ104は、正弦波格子102上において位相α(x)の直線と、光源101で決まる平面上に存在する。故に上記直線と平面との交点を求めれば、該交点の三次元座標値が点Ｐ104のものであることがわかる。
【０００７】上式(2)は、次式(3)で示す新しい2つの係数α1(x)、Ｂ1(x)を導入することで、次式(4)と書き換えることができる。
【０００８】ａ1(x)、ｂ1(x)は、それぞれＮ回の撮影で得たｘ地点での輝度値Ｉ0(x),・・・,ＩN-1(x)を用いて、次式(5)で求まる。位相α(x)は、次式(6)で求まる。
【０００９】上記した位相計算をカメラ103で撮影された画像上の各画素で実行することで、画像上の物体100の位相値が得られる。
【００１０】ところで、上式(6)から得られるα(x)は、逆正接関数tan-1()を用いて計算していることからも分かるように、全て−πからπまでの間に折り返されてしまっている。このため、求められた位相α(x)は、２πの整数倍だけ不定性を持ってしまい、このままでは物体100の三次元形状を求めることができない。
【００１１】このように、物体100全体に対して、一周期だけからなる正弦波パターンを投射することで、位相を一意に決められるようにすることができるが、このとき、物体100全体に、−π〜πまでの狭い位相値を割り付けるために、高い計測精度が得られない、という問題点がでてくる。
【００１２】そこで、通常、初期位相の値域を広げ、物体100に対して複数周期の正弦波パターンを投射することで、位相の一意性を犠牲にして計測精度を向上させる方法がとられている。図１２は、カメラ103で撮影された画像上の各画素において、求めた位相の例である位相画像105を示す図である。図１２では、位相−πからπラジアンを、黒から白へと割り付けて示している。
【００１３】図１２に示すように、例えば平面を計測したとしても、不連続な位相が得られてしまうため、何らかの手法で画像内で相対的な位相値を決定して、連続した値へと変換する必要がある。またそのままでは位相値の絶対値は得られないため、何らかの手法で別途絶対位相を決定しなければならない。
【００１４】−πからπの間へと折り畳まれた位相を連続となるように変換する従来の位相接続手法としては、例えば文献（２）（T. R. Judge And P. J. Ｂryanston−Cross, “Ａ Review of Phase Unwrapping Techniques in Fringe Ａnalysis”、Optics and Lasers in Engineering, Vol.21, pp.199−239, 1994年)等の記載が参照される。以下に、位相接続方法の中で最も単純な位相格子計数/走査手法(the phase fringe counting/scanning approach)について、該文献（２）のpp.211−212に基づき説明する。
【００１５】この手法は、以下の手順から構成される。
【００１６】（１）入力画像に対して空間的な広がりを持つフィルタや、ＦＦＴ(高速フーリエ変換)などを利用したＬＰＦ(低周波濾過フィルタ)を適用してノイズを除去する。ノイズ除去された画像から、位相を式(6)などに基づき計算する。
【００１７】（２）隣接画素間の位相差に対して閾値処理し、位相の不連続境界(πから−πへの値の変化)を求める。
【００１８】（３）画像を水平方向へと、行毎に走査し、前記位相の不連続境界を通過する毎に２πを加減することで、隣接画素間で水平方向に連続する位相値を求める。
【００１９】（４）行毎に連続した位相値を垂直方向で比較し、画像全体で連続した位相値へと更に変換する。
【００２０】一般に位相接続方法は、上記手法に限らず、物体100の表面が十分滑らかであり計測位相値には大きな値の変化は含まれない、ノイズが少ない、などの仮定が成り立たないと良い結果が得られない、という問題点を持っている。このため位相接続処理は、自動計測において大きな問題となり得る。
【００２１】位相接続処理では単に、−πからπまでに折り畳まれた位相値を、全体として連続となるよう変換するだけであり、絶対値としての位相値が得られるわけではない。このため、位相値には依然として２πの整数倍の不確定性が残されている。
【００２２】前記文献（１）（「縞走査を導入した格子パターン投影法」）には、絶対位相値から三次元座標値への変換方法が記載されているが、位相の絶対値を定める方法については何も記載されていない。
【００２３】前記文献（１）の著者らにより、位相値の絶対値を定める手法を含んだ方法が、文献（３）（「縞走査を導入した格子パターン投影法(第２報)−−−正弦格子の利用−−−」、精密工学会誌,Vol.58,No.7,pp.1173−1178,1992年)に記載されている。
【００２４】上記文献（３）では、格子のうちの一つを他のものよりも1.5倍太くしておくことで、画像上で自動判別可能であるよう工夫している。この太い縞の適当な位置を、絶対位相０などとしておくことで、位相値から不確定性を除くことが可能となる。
【００２５】得られた位相の絶対値から三次元座標値を求める方法について、図１３を参照して説明する。座標（Ｘ0，Ｚ0）に置かれた光源101から、光軸方向ｎ￣（記号￣はベクトルを示す）に距離ｉだけ離して置かれた格子102を通して物体100へ向けて光パターンを投射する。格子102はピッチｐで正弦波が印刷されており、光軸ｎ￣において初期位相が０となるよう調整されているとする。また光軸ｎ￣とＸ軸との間のなす角度はθであるとする。
【００２６】ここで、点Ｐ104である（Ｘ，Ｚ）地点に絶対位相αを持つ光が照射されていることを、焦点距離ｆを持つカメラ103により観測できたとする。カメラ103内部のスクリーン106上に、点Ｐ104が座標ｘへと投射されたとすると、カメラ103から点Ｐ104への見こみ角γは次式(7)により求めることができる。
【００２７】このとき同時に次式(8)も成り立つ。
【００２８】また絶対位相αを持つ光パターンは、Ｘ軸に対して角θ＋βで投射されているとする。角βは格子周期ｐと光源101と格子102間距離ｉを利用して、式(9)で得ることができる。
【００２９】前述と同様に、光源101から点Ｐ104への、Ｘ軸を基準とした見こみ角θ＋βを求めると、次式(10)となる。
【００３０】上式(7)から上式(10)までを利用すると、点Ｐ104の座標（Ｘ，Ｚ）は、スクリーン107上で撮影されている位置ｘと絶対位相α、装置の構成とから、次式(11)により求められる。
【００３１】また別の文献（４）（特開平１１−１１８４４３号公報）には、上記文献（１）などの正弦波投射と同様な高精度性能を持ちながら、位相計算において式（６）で示したような計算コストの高い逆正接関数tan-1()関数ではなく、加減乗除だけで求めることができる、三角波による手法が提案されている。この手法は、基本的に、上記文献（１）のバリエーションであるため、同様に位相接続方法や絶対位相の決定が必要となる。これらは、上記文献（１）の手法と同様に、上記文献（２）や（３）と同様な手法により実行することになる。
【００３２】
【発明が解決しようとする課題】上記文献（１）（「縞走査を導入した格子パターン投影法」）や、文献（４）（「形状計測装置」）に基づく従来の方法は、主に、以下の５つの問題を有している。
【００３３】（１）光源101とカメラ103の光軸が異なるため、カメラ103から観測可能であるが正弦波パターンは照射されてない領域が存在し、該当領域での三次元形状計測ができない。
【００３４】(２)カメラ103から観測できない領域があり、該当領域での三次元形状計測ができない。
【００３５】(３)位相の絶対値を自動で求めることが困難であり、２πの整数倍だけ異なる位相値は見分けがつかない、即ち絶対的な三次元形状が得られない。
【００３６】(４)−πからπへと折り畳まれた位相値を連続に接続する手法を、自動実行することは一般に困難である。
【００３７】（５）投射した波形は、光投射器の様々な問題により、正弦波や三角波などの、上記文献に記載されているような、理想的な取り扱いが可能なように機器を構成することは難しい。
【００３８】このうち、(３)は絶対位相決定に関する問題である。絶対位相を定めるためには、以下のように自動処理と絶対的な三次元形状計測の間でのトレードオフが存在する。
【００３９】（ａ）格子102上の正弦縞に幅を変えるなどによる目印をつけて、自動検出できるよう工夫する。
【００４０】（ｂ）計測対象物体100の適当な地点を、計測位置のある決まった位置へと来るように、手作業などで物体100の位置を決めておく。計測した位相値に対して、該当地点を手作業などで指示し絶対位相を定める。
【００４１】（ｃ）物体100の表面上の適当な地点を手作業などで計測し、計測位相値へと反映させる。
【００４２】（ｄ）絶対的な三次元形状をあきらめる。位相値のオフセットを適当な手法で自動に決定する。
【００４３】上記（ａ）は、文献（３）（「縞走査を導入した格子パターン投影法(第２報)−−−正弦格子の利用−−−」）に記載されている方法であるが、カメラ103により観測される正弦波状の輝度分布の幅は、本当に幅が広いのか、計測対象となる物体100の三次元形状によりたまたま広く見えているだけなのかを判別することは困難である。
【００４４】上記（ｂ）、（ｃ）は、自動処理をあきらめ何らかの手作業を介する方法であり、著しく応用範囲を狭めてしまう。
【００４５】上記（ｄ）は、例えばカメラ103の画像中央位置での位相値を−πからπの範囲に入るよう適当にオフセットを定めるなど自動化するものであり、絶対的な三次元形状計測をあきらめる方法である。
【００４６】図１４を参照して、絶対位相値が不明であるときの問題点を説明する。位相計算・位相接続までの処理により、カメラ103から視線Ａ111方向に位相値αが、視線Ｂ112方向にα＋２πが得られ、両視線間では位相値は滑らかに変化していることがわかったとする。
【００４７】光源101より格子102を通過して、絶対位相αが投射される方向113、絶対位相α＋２πが投射される方向114、絶対位相α＋４πが投射される方向115、絶対位相α＋６πが投射される方向116を、図１４に示すように、延長しておく。
【００４８】図１４により絶対位相値がわからないとき、カメラ103で観測された物体表面は、物体表面Ａ108、Ｂ109、C110などのいずれかが区別できないことになる。
【００４９】ここで、適当に位相のオフセットを定めることは、物体表面Ａ108、Ｂ109、C110から一つを適当に選択することと同義である。図１４から直ちにわかるように、この選択の結果として、面の傾きや長さが実際とは異なる計測結果が得られる場合が生じてしまう。計測対象物体は、様々な面から構成されているため、それぞれについて同様な変形がなされ、計測された物体形状は全体に歪んだものとなってしまう。この方法では自動計測が可能であるが、絶対的な三次元形状が得られず応用範囲を狭めてしまうこととなる。
【００５０】問題点（１）、（２）は、共に死角の問題であり、（１）の解決には光源を、（２）の解決にはカメラを、それぞれ必要なだけ増設する必要がある。
【００５１】しかしながら、前記文献（３）の手法そのままでは、自動での絶対的な三次元形状取得はできない。そのため、複数の光源もしくはカメラの組から得られる複数の三次元形状計測結果はそれぞれ独立に歪みを持ってしまう。このため、死角をなくそうと光源やカメラを増設しても、自動計測結果を統合・合成することができず、何らかの手作業を介する必要がある。
【００５２】問題点（４）は位相接続の問題である。前記文献（２）（「Ａ Review of Phase Unwrapping Techniques in Fringe Ａnalysis」）に述べられているように、例えば従来手法の位相格子計数/走査手法が良い結果を出力するためには、位相値が−πからπへと飛ぶ境界がきれいに得られることが前提となっている。
【００５３】しかしながら、現実にはノイズの影響などにより境界が余計に現れたり、必要な境界が消えるなどによりうまく働かないことが多い。他の従来の手法でも同様な問題点を少なからず内包しており、例えば前記文献（２）（「Ａ Review ofPhase Unwrapping Techniques in Fringe Ａnalysis」）では、位相接続処理の性能が、自動三次元形状計測処理を実行するための一つの課題である旨が記載されている。
【００５４】また問題点（５）では、実際の機器構成上の問題であり、機械工作精度などにより理論的な取り扱いの易しい正弦波や三角波などの波形を生成することはそれほど易しくない。前記文献（１）では、ロンキー格子が自然にぼけたパターンから、式（６）によって求めた位相値αは、正確な正弦波パターンから求めた位相値とあまり変わらないと述べられている。しかし、文献（５）（「Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ Ｐｈａｓｅ−ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ」、Ｋａｔｈｅ ｒｉｎｅ Ｃｒｅａｔｈ、ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．６８０、Ｓｕｒｆａｃｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｔｅｓｔｉｎｇ、ｐｐ．１９−２８（１９８６））に記載されているように、正弦波などからのずれは、式（６）により計算される位相値αに少なからず影響を与える。例えばハードウェアの価格を低減したり、より高精度な計測を目指すには理論的な正弦波や三角波などからのずれを補償できるような手法の実現が課題とされる。
【００５５】したがって本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、位相シフト法に基づく三次元形状計測において、一つ以上の光源とカメラを組み合わせることによって、（１）死角の問題、（２）絶対位相値の決定、（３）確実な位相接続処理、を自動で実行することが可能とする装置及び方法を提供することにある。本発明の別の目的は、（４）より廉価にして、より高精度な計測性能を確保する装置及び方法を提供することにある。
【００５６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する、第１の発明は、空間的に縞状の輝度分布を持つ光パターンを、位相をずらしながら計測物体へと投射する工程と、光パターンを位相をずらしながら照射した計測物体を、二つの異なる方向から撮像する工程と、該二つの方向から撮像された画像列1、2から、それぞれについて第１の初期位相画像、2を計算する工程と、光パターン投射位置と第１の撮像位置を基にして、前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相から、対応する三次元座標位置候補群を求める工程と、第２の撮像位置を基にして、該第２の初期位相画像において前記三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定できるかどうか判定する工程と、一意に決定できた画素位置により三次元座標位置を求め、前記第１の初期位相画像、2における該当画素の初期位相の絶対値を決定する工程と、以上三つの工程を第１の初期位相画像の全画素について繰り返す工程と、前記光パターンの初期位相の絶対値を参照しながら、第１の初期位相画像、2から絶対位相画像1、2へと変換する工程と、該絶対位相画像1、2の各画素における絶対位相と、前記光パターン投射位置と前記画像1、2の撮像位置を基に、各画素における計測物体の三次元座標位置を求めることを特徴とする。
【００５７】第２の発明は、前記第１の発明の三次元形状計測方法において、初期位相画像から初期位相の絶対値を決定する工程において、光パターン投射位置と第１の撮像位置を基にして、前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相から、対応する第１の三次元座標位置候補群を求める工程と、第２の撮像位置を基にして、該第２の初期位相画像において前記第１の三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定できるかどうか判定する工程と、光パターン投射位置と第２の撮像位置を基にして、前記第２の初期位相画像における前記一意に決定された画素の初期位相から、対応する第２の三次元座標位置候補群を求める工程と、第１の撮像位置を基に、該第１の初期位相画像において前記第２の三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記第２の初期位相画像における一意に決定された画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定されるかどうか判定する工程と、両工程により一意に決定できた画素位置により三次元座標位置を求め、前記初期位相画像1、2における該当画素の初期位相の絶対値を決定する工程と、前記五つの工程を初期位相画像1の全画素について繰り返す工程を有することを特徴とする。
【００５８】第３の発明は、前記第１、第２の発明において、三つ以上の異なる方向から撮像する工程を有することを特徴とする。
【００５９】第４の発明は、二つの異なる方向からそれぞれ、空間的に縞状の輝度分布を持つ光パターンを、位相をずらしながら計測物体へと投射する工程と第１の光パターンを位相をずらしながら照射し計測物体を撮像した後、第２の光パターンを位相をずらしながら照射し計測物体を撮像する工程と、該二つの光パターンにより撮像された画像列1、2から、それぞれについて初期位相画像1、2を計算する工程と、第１の光パターン投射位置と撮像位置を基にして、前記初期位相画像1における注目画素の初期位相から、対応する三次元座標位置候補群を求める工程と、第２の光パターン照射位置と三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、第２の初期位相画像における前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定できるかどうか判定する工程と、一意に決定できた三次元座標位置から、二つの光パターンの初期位相の絶対値を決定する工程と、前記三つの工程を初期位相画像1の全画素について繰り返す工程と、前記光パターンの初期位相の絶対値を参照しながら、初期位相画像1、2から絶対位相画像1、2へと変換する工程と、該絶対位相画像1、2の各画素における絶対位相と、前記二つの光パターン投射位置と画像撮像位置を基に、各画素における計測物体の三次元座標位置を求めることを特徴とする。
【００６０】第５発明は、第４の発明において、初期位相画像から初期位相の絶対値を決定する工程において、第１の光パターン投射位置と撮像位置を基にして、前記初期位相画像1における注目画素の初期位相から、対応する第１の三次元座標位置候補群を求める工程と、第２の光パターン照射位置と第１の三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、第２の初期位相画像における前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定できるかどうか判定する工程と、第２の光パターン投射位置と撮像位置を基にして、前記第２の初期位相画像における注目画素の初期位相から、対応する第２の三次元座標位置候補群を求める工程と、第１の光パターン照射位置と第２の三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、初期位相画像1における前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定されるかどうか判定する工程と、両工程により一意に決定できた三次元座標位置から、二つの光パターンの初期位相の絶対値を決定する工程と、前記六つの工程を初期位相画像1の全画素について繰り返すことを特徴とする。
【００６１】第６の発明は、第４、第５の発明において、三つ以上の異なる方向からそれぞれ、空間的に縞状の輝度分布を持つ光パターンを、位相をずらしながら計測物体へと投射する工程を有することを特徴とする。
【００６２】第７の発明は、二つの異なる方向からそれぞれ、空間的に縞状の輝度分布を持つ光パターンを、位相をずらしながら計測物体へと投射する工程と第１の光パターンを位相をずらしながら照射し計測物体を二つの異なる方向から撮像した後、第２の光パターンを位相をずらしながら照射し同様に二つの異なる方向から計測物体を撮像する工程と、第１の光パターンにより二つの方向から撮像された画像列1、2から、それぞれについて初期位相画像1、2を計算する工程と、第２の光パターンにより二つの方向から撮像された画像列3、4から、それぞれについて初期位相画像3、4を計算する工程と、第１の光パターン投射位置と第１の撮像位置を基にして、第１の光パターンにより第１の撮像位置から得られた初期位相画像1における注目画素の初期位相から、対応する第１の三次元座標位置候補群を求める工程と、第２の撮像位置を基にして、第２の光パターンにより第２の撮像位置から得られた初期位相画像4における第１の三次元座標位置候補群の対応画素位置群を求め、該対応画素群の初期位相から第２の三次元座標位置候補群を求める工程と、第１、第２の三次元座標位置候補群を比較し、重複する座標点が一意に決定できるかどうか判定する工程と、一意に決定できた三次元座標位置から、二つの光パターンの初期位相の絶対値を決定する工程と、前記四つの工程を初期位相画像1の全画素について繰り返す工程と、前記光パターンの初期位相の絶対値を参照しながら、初期位相画像1、2、3、4から絶対位相画像1、2、3、4へと変換する工程と、該絶対位相画像1、2、3、4の各画素における絶対位相と、前記二つの光パターン投射位置と画像撮像位置を基に、各画素における計測物体の三次元座標位置を求めることを特徴とする。
【００６３】第８の発明は、第７の発明において、初期位相画像から初期位相の絶対値を決定する工程において、第１の光パターン投射位置と第１の撮像位置を基にして、第１の光パターンにより第１の撮像位置から得られた初期位相画像1における注目画素の初期位相から、対応する第１の三次元座標位置候補群を求める工程と、第２の撮像位置を基にして、第２の光パターンにより第２の撮像位置から得られた初期位相画像4における第１の三次元座標位置候補群の対応画素位置群を求め、該対応画素群の初期位相から第２の三次元座標位置候補群を求める工程と、第１、第２の三次元座標位置候補群を比較し、重複する座標点が一意に決定できるかどうか判定する工程と、第２の撮像位置を基にして、一意に決定できた三次元座標位置に対応する画素の初期位相から、対応する第３の三次元座標位置候補群を求める工程と、第１の撮像位置を基にして、第２の光パターンにより第２の撮像位置から得られた初期位相画像1における第３の三次元座標位置候補群の対応画素位置群を求め、該対応画素群の初期位相から第４の三次元座標位置候補群を求める工程と、第３、第４の三次元座標位置候補群を比較し、重複する座標点が一意に決定できるかどうか判定する工程と、一意に決定できた三次元座標位置から、二つの光パターンの初期位相の絶対値を決定する工程と、前記七つの工程を初期位相画像1の全画素について繰り返すことを特徴とする。
【００６４】第９の発明は、第７の発明において、初期位相画像から初期位相の絶対値を決定する工程において、第１の光パターン投射位置と第１の撮像位置を基にして、前記初期位相画像1における注目画素の初期位相から、対応する三次元座標位置候補群を求める工程と、第２の撮像位置を基にして、第１の光パターンにより第２の撮像位置から得られた第２の初期位相画像において前記三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記初期位相画像1における注目画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定できるかどうか判定する工程と、一意に決定できた画素位置により三次元座標位置を求め、前記初期位相画像における該当画素の初期位相の絶対値を決定する工程と、以上三つの工程を初期位相画像1の全画素について繰り返す工程を特徴とする。
【００６５】第１０発明は、第７の発明において、初期位相画像から初期位相の絶対値を決定する工程において、第１の光パターン投射位置と第１の撮像位置を基にして、前記初期位相画像1における注目画素の初期位相から、対応する第１の三次元座標位置候補群を求める工程と、第２の撮像位置を基にして、第１の光パターンにより第２の撮像位置から得られた第２の初期位相画像において前記第１の三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記初期位相画像1における注目画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定できるかどうか判定する工程と、第１の光パターン投射位置と第２の撮像位置を基にして、前記第２の初期位相画像における前記一意に決定された画素の初期位相から、対応する第２の三次元座標位置候補群を求める工程と、第１の撮像位置を基に、第１の光パターンにより第１の撮像位置から得られた初期位相画像1において前記第２の三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記初期位相画像2における一意に決定された画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定されるかどうか判定する工程と、両工程により一意に決定できた画素位置により三次元座標位置を求め、前記初期位相画像における該当画素の初期位相の絶対値を決定する工程と、前記五つの工程を初期位相画像1の全画素について繰り返す工程を持つことを特徴とする。
【００６６】第１１の発明は、第７の発明において、初期位相画像から初期位相の絶対値を決定する工程において、第１の光パターン投射位置と第１の撮像位置を基にして、前記初期位相画像1における注目画素の初期位相から、対応する三次元座標位置候補群を求める工程と、第２の光パターン照射位置と三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、第２の光パターンにより第１の撮像位置から得られた初期位相画像3における前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定できるかどうか判定する工程と、一意に決定できた三次元座標位置から、前記初期位相画像における該当画素の初期位相の絶対値を決定する工程と、前記三つの工程を初期位相画像1の全画素について繰り返し初期位相の絶対値を決定する工程を持つことを特徴とする。
【００６７】第１２の発明は、第７の発明において、初期位相画像から初期位相の絶対値を決定する工程において、第１の光パターン投射位置と第１の撮像位置を基にして、前記初期位相画像1における注目画素の初期位相から、対応する第１の三次元座標位置候補群を求める工程と、第２の光パターン照射位置と第１の三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、第２の光パターンにより第１の撮像位置から得られた初期位相画像3における前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定できるかどうか判定する工程と、第２の光パターン投射位置と第１の撮像位置を基にして、前記初期位相画像3における注目画素の初期位相から、対応する第２の三次元座標位置候補群を求める工程と、第１の光パターン照射位置と第２の三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、第１の光パターンにより第１の撮像位置から得られた初期位相画像1における前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定されるかどうか判定する工程と、両工程により一意に決定できた三次元座標位置から、前記初期位相画像における該当画素の初期位相の絶対値を決定する工程と、前記六つの工程を初期位相画像1の全画素について繰り返すことを特徴とする。
【００６８】第１３の発明は、第７の発明において、初期位相画像から初期位相の絶対値を決定する工程において、請求項7から12までに記載の初期位相の絶対値を決定する工程を組み合わせることを特徴とする。
【００６９】第１４発明は、第７から第13の発明において、三つ以上の異なる方向からそれぞれ、空間的に縞状の輝度分布を持つ光パターンを、位相をずらしながら計測物体へと投射する工程を持つことを特徴とする。
【００７０】第１５の発明は第７から第14の発明において、三つ以上の異なる方向から撮像する工程を持つことを特徴とする。
【００７１】第１６の発明は第７から第１５の発明において、投射する光パターンが、正弦波状であることを特徴とする。
【００７２】第１７の発明の三次元形状計測装置は、光投射手段制御信号を入力とし、空間的に縞状の輝度分布を持つ光パターンを、制御信号に合わせて位相をずらしながら計測物体へと投射する光投射手段と、カメラ制御信号Ａ、Ｂをそれぞれ入力とし、制御信号に合わせて計測物体を二つの異なる方向から撮像し、それぞれカメラ出力信号Ａ、Ｂとして出力するカメラＡ、Ｂと、前記カメラ出力信号Ａ、Ｂを入力とし、撮像された画像を記録しておき、随時、画像信号Ａ、Ｂとして出力する画像記憶手段Ａ、Ｂと、位相計算制御信号により切り替えられる、前記画像信号ＡまたはＢを入力とし、画像列から各画素毎に初期位相値を計算して位相信号として出力する位相計算手段と、位相計算制御信号により振り分けられる、前記位相信号を入力とし、前記画像信号Ａ、Ｂから計算した位相値を記録しておき随時、位相信号Ａ、Ｂとして出力する位相記憶手段Ａ、Ｂと、前記位相信号Ａ、Ｂを入力とし、前記光投射手段と前記カメラＡの位置を基にして、前記位相信号Ａにおける注目画素の初期位相から対応する三次元座標位置候補群を求め、前記カメラＢの位置を基にして、前記位相信号Ｂにおいて前記三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、初期位相信号Ａにおける注目画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定できるかどうか判定し、一意に決定できた画素位置により三次元座標位置を求め、前記位相信号Ａ、Ｂにおける該当画素の初期位相の絶対値を決定することを、前記位相信号Ａの全画素について繰り返し、前記位相信号Ａに対応して絶対位相信号Ａを、前記位相信号Ｂに対応して絶対位相信号Ｂを出力する絶対位相決定手段と、三次元座標計算制御信号により切り替えられる、前記絶対位相信号ＡまたはＢと前記位相信号ＡまたはＢを入力とし、前記位相信号ＡまたはＢ中における絶対位相が未決定である画素について、周辺の絶対位相が既に決定している画素からの差が小さくなるように絶対位相を決定してゆくことを、前記位相信号ＡまたはＢの全画素について繰り返し、それぞれ絶対位相変換信号ＡまたはＢとして出力する絶対位相変換手段と、三次元座標計算制御信号により切り替えられる、前記絶対位相変換信号ＡまたはＢを入力とし、前記光投射手段と前記カメラＡまたはＢの位置を基にして、三次元座標値へと変換し、三次元座標信号ＡまたはＢとして出力する三次元座標変換手段と、前記三次元座標信号ＡまたはＢを入力とし、それぞれの前記カメラＡまたはＢに対応する三次元座標値を記録しておき随時、三次元座標信号ＡまたはＢとして出力する三次元座標記憶手段Ａ、Ｂと、二つの前記三次元座標信号Ａ、Ｂを入力とし、互いに欠けているデータを補完して合成し、合成三次元座標信号として出力する三次元座標合成手段と、前記光投射手段制御信号、前記カメラＡ、Ｂ制御信号、前記位相計算制御信号、前記三次元座標計算制御信号を出力して、光パターンを位相をずらしながら撮像したり、位相計算の入出力を制御したり、三次元座標計算の入出力を制御する光投射手段・カメラ制御手段とからなることを特徴とする。
【００７３】第１８の発明は、第１７の発明において、三次元形状計測装置において、前記絶対位相決定手段が、前記位相信号Ａ、Ｂと、注目画素位置信号を入力とし、前記光投射手段と前記カメラＡの位置を基にして、前記位相信号Ａにおける注目画素の初期位相から対応する第１の三次元座標位置候補群を求め、前記カメラＢの位置を基にして、前記位相信号Ｂにおいて前記第１の三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記位相信号Ａにおける注目画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定できるかどうか判定して、該画素の前記位相信号Ｂ上における画素位置と初期位相を一意決定画素信号として出力する第１の絶対位相決定手段と、前記位相信号Ａ、Ｂと前記一意決定画素信号とを入力とし、前記光投射手段と前記カメラＢの位置を基にして、前記位相信号Ｂにおける前記一意決定画素信号における画素位置と初期位相から、対応する第２の三次元座標位置候補群を求め、前記カメラＡの位置を基にして、前記位相信号Ａにおいて前記第２の三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記位相信号Ｂにおける一意に決定された画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定されるかどうか判定し、以上の二つの判定処理により一意に決定できた場合に該画素位置により三次元座標位置を求め、前記位相信号Ａ、Ｂにおける該当画素の初期位相の絶対値を決定し、前記位相信号Ａに対応して絶対位相信号Ａを、前記位相信号Ｂに対応して絶対位相信号Ｂを出力する第２の絶対位相決定手段と、前記位相信号Ａの全画素を順にスキャンして注目画素位置信号を出力する第３の絶対位相決定手段とからなることを特徴とする。
【００７４】第１９の発明の三次元形状計測装置において、三つ以上の異なる方向から撮像するカメラを持つことを特徴とする。
【００７５】第２０の発明は、光投射手段制御信号Ａ、Ｂをそれぞれ入力とし、二つの異なる方向からそれぞれ、空間的に縞状の輝度分布を持つ光パターンを、制御信号に合わせて位相をずらしながら計測物体へと投射する光投射手段Ａ、Ｂと、カメラ制御信号を入力とし、制御信号に合わせて計測物体を撮像し、カメラ出力信号として出力するカメラと、カメラ出力制御信号により切り替えられる、前記カメラ出力信号を入力として、該二つの光パターンＡ、Ｂにより撮像された画像列を記録しておき随時、画像信号Ａ、Ｂとして出力する画像記憶手段Ａ、Ｂと、位相計算制御信号により切り替えられる、前記画像信号ＡまたはＢを入力とし、画像列から各画素毎に初期位相値を計算して位相信号として出力する位相計算手段と、位相計算制御信号により振り分けられる、前記位相信号を入力とし，前記画像信号Ａ、Ｂから計算した位相値を記録しておき随時、位相信号Ａ、Ｂとして出力する位相記憶手段Ａ、Ｂと、前記位相信号Ａ、Ｂを入力とし、前記光投射手段Ａと前記カメラの位置を基にして、前記位相信号Ａにおける注目画素の初期位相から対応する三次元座標位置候補群を求め、前記光投射手段Ｂの位置と三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、前記位相信号Ｂにおける前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定できるかどうか判定し、一意に決定できた三次元座標位置から、二つの光パターンの初期位相の絶対値を決定することを、前記位相信号Ａの全画素について繰り返し、前記位相信号Ａに対応して絶対位相信号Ａを、前記位相信号Ｂに対応して絶対位相信号Ｂを出力する絶対位相決定手段と、三次元座標計算制御信号により切り替えられる、前記絶対位相信号ＡまたはＢと前記位相信号ＡまたはＢを入力とし、前記位相信号ＡまたはＢ中における絶対位相が未決定である画素について，周辺の絶対位相が既に決定している画素からの差が小さくなるように絶対位相を決定してゆくことを、前記位相信号ＡまたはＢの全画素について繰り返し、それぞれ絶対位相変換信号ＡまたはＢとして出力する絶対位相変換手段と、三次元座標計算制御信号により切り替えられる、絶対位相変換信号ＡまたはＢを入力とし，前記光投射手段ＡまたはＢと前記カメラの位置を基にして、三次元座標値へと変換し，三次元座標信号ＡまたはＢとして出力する三次元座標変換手段と、前記三次元座標信号ＡまたはＢを入力とし、それぞれの前記光投射手段ＡまたはＢに対応する三次元座標値を記録しておき随時、三次元座標信号ＡまたはＢとして出力する三次元座標記憶手段Ａ、Ｂと、二つの前記三次元座標信号Ａ、Ｂを入力とし、互いに欠けているデータを補完して合成し、合成三次元座標信号として出力する三次元座標合成手段と、前記光投射手段制御信号Ａ、Ｂ、前記カメラ制御信号、前記カメラ出力制御信号、前記位相計算制御信号、前記三次元座標計算制御信号を出力して、二つの前記光投射手段Ａ、Ｂを切り替えて位相をずらしながら撮像したり、カメラ出力を切り替えたり、位相計算の入出力を制御したり、三次元座標計算の入出力を制御する光投射手段・カメラ制御手段とからなることを特徴とする。
【００７６】第２１の発明は、前記第２０の発明の絶対位相決定手段が、前記位相信号Ａ、Ｂと、注目画素位置信号を入力とし、前記光投射手段Ａと前記カメラの位置を基にして、前記位相信号Ａにおける注目画素の初期位相から対応する第１の三次元座標位置候補群を求め、前記光投射手段Ｂと前記第１の三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、前記位相信号Ｂにおける前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定できるかどうか判定して、該画素の前記位相信号Ｂ上における画素位置と初期位相を一意決定画素信号として出力する第１の絶対位相決定手段と、前記位相信号Ａ、Ｂと前記一意決定画素信号とを入力とし、前記光投射手段Ｂと前記カメラの位置を基にして、前記位相信号Ｂにおける前記一意決定画素信号における初期位相から、対応する第２の三次元座標位置候補群を求め、前記光投射手段Ａと前記第２の三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、前記位相信号Ａにおける前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定されるかどうか判定し、以上の二つの判定処理により一意に決定できた場合に一意となった三次元座標位置から、二つの光パターンの初期位相の絶対値を決定し、前記位相信号Ａに対応して絶対位相信号Ａを、前記位相信号Ｂに対応して絶対位相信号Ｂを出力する第２の絶対位相決定手段と、前記位相信号Ａの全画素を順にスキャンして注目画素位置信号を出力する第３の絶対位相決定手段とからなることを特徴とする。第２２の発明は、三つ以上の異なる方向からそれぞれ、空間的に縞状の輝度分布を持つ光パターンを、位相をずらしながら計測物体へと投射する光投射手段を持つことを特徴とする。
【００７７】第２２の発明は、光投射手段制御信号Ａ、Ｂをそれぞれ入力とし、二つの異なる方向からそれぞれ、空間的に縞状の輝度分布を持つ光パターンを、制御信号に合わせて位相をずらしながら計測物体へと投射する光投射手段Ａ、Ｂと、カメラ制御信号Ａ、Ｂをそれぞれ入力とし、制御信号に合わせて計測物体を二つの異なる方向から撮像し、カメラ出力信号Ａ、Ｂとして出力するカメラＡ、Ｂと、カメラ出力制御信号により切り替えられる、カメラ出力信号Ａ、Ｂを入力とし、二つの光パターンでそれぞれ二つのカメラで撮像された画像列を記録しておき随時、画像信号Ａ−Ａ、Ａ−Ｂ、Ｂ−Ａ、Ｂ−Ｂとして出力する四つの画像記憶手段Ａ−Ａ、Ａ−Ｂ、Ｂ−Ａ、Ｂ−Ｂと、位相計算制御信号により切り替えられる、前記画像信号Ａ−Ａ、Ａ−Ｂ、Ｂ−ＡまたはＢ−Ｂを入力として、画像列から各画素毎に初期位相値を計算して位相信号として出力する位相計算手段と、位相計算制御信号により切り替えられる、前記位相信号を入力とし、前記画像信号Ａ−Ａ、Ａ−Ｂ、Ｂ−Ａ、Ｂ−Ｂから計算した位相値を記録しておき随時、位相信号Ａ−Ａ、Ａ−Ｂ、Ｂ−Ａ、Ｂ−Ｂとして出力する位相記憶手段Ａ−Ａ、Ａ−Ｂ、Ｂ−Ａ、Ｂ−Ｂと、前記位相信号Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂを入力とし、前記光投射手段Ａと前記カメラＡの位置を基にして、前記光投射手段Ａの光パターンにより前記カメラＡの位置から得られた前記位相信号Ａ−Ａにおける注目画素の初期位相から、対応する第１の三次元座標位置候補群を求め、前記カメラＢの位置を基にして、前記光投射手段Ｂの光パターンにより前記カメラＢの位置から得られた前記位相信号Ｂ−Ｂにおける第１の三次元座標位置候補群の対応画素位置群を求め、該対応画素群の初期位相から第２の三次元座標位置候補群を求め、前記第１と第２の三次元座標位置候補群を比較し、重複する座標点が一意に決定できるかどうか判定し、一意に決定できた三次元座標位置から、二つの光パターンの初期位相の絶対値を決定することを、前記位相信号Ａ−Ａの全画素について繰り返し、前記位相信号Ａ−Ａに対応して絶対位相信号Ａ−Ａを、前記位相信号Ｂ−Ｂに対応して絶対位相信号Ｂ−Ｂを出力する絶対位相決定手段と、三次元座標計算制御信号により切り替えられる、前記絶対位相信号Ａ−ＡまたはＢ−Ｂと前記位相信号Ａ−ＡまたはＢ−Ｂを入力とし、前記位相信号Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ中における絶対位相が未決定である画素について、周辺の絶対位相が既に決定している画素からの差が小さくなるように絶対位相を決定してゆくことを、前記位相信号Ａ−ＡまたはＢ−Ｂの全画素について繰り返し、それぞれ絶対位相変換信号Ａ−ＡまたはＢ−Ｂとして出力する絶対位相変換手段と、三次元座標計算制御信号により切り替えられる、絶対位相変換信号Ａ−ＡまたはＢ−Ｂを入力とし、前記光投射手段Ａと前記カメラＡまたは前記光投射手段Ｂと前記カメラＢの位置を基にして、三次元座標値へと変換し、三次元座標信号Ａ−ＡまたはＢ−Ｂとして出力する三次元座標変換手段と、前記三次元座標信号Ａ−ＡまたはＢ−Ｂを入力とし、それぞれの前記光投射手段Ａと前記カメラＡまたは前記光投射手段Ｂと前記カメラＢに対応する三次元座標値を記録しておき随時、三次元座標信号Ａ−ＡまたはＢ−Ｂとして出力する三次元座標記憶手段Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂと、二つの前記三次元座標信号Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂを入力とし、互いに欠けているデータを補完して合成し、合成三次元座標信号として出力する三次元座標合成手段と、前記光投射手段Ａ、Ｂ制御信号、前記カメラＡ、Ｂ制御信号、前記位相計算制御信号、前記三次元座標計算制御信号を出力して、光パターンを位相をずらしながら撮像したり、位相計算の入出力を制御したり、三次元座標計算の入出力を制御する光投射手段、カメラ制御手段とからなることを特徴とする。
【００７８】第２３の発明は、前記２２の発明において、前記絶対位相決定手段において、前記位相信号Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂと、注目画素位置信号を入力とし、前記光投射手段Ａと前記カメラＡの位置を基にして、前記光投射手段Ａの光パターンにより前記カメラＡの位置から得られた前記位相信号Ａ−Ａにおける注目画素の初期位相から、対応する第１の三次元座標位置候補群を求め、前記カメラＢの位置を基にして、前記光投射手段Ｂの光パターンにより前記カメラＢの位置から得られた前記位相信号Ｂ−Ｂにおける第１の三次元座標位置候補群の対応画素位置群を求め、該対応画素群の初期位相から第２の三次元座標位置候補群を求め、第１、第２の三次元座標位置候補群を比較し、重複する座標点が一意に決定できるかどうか判定し、前記位相信号Ｂ−Ｂ上における画素位置と初期位相を一意決定画素信号として出力する第１の絶対位相決定手段と、前記位相信号Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂと前記一意決定画素信号とを入力とし、前記カメラＢの位置を基にして、一意に決定できた三次元座標位置に対応する画素の、前記光投射手段Ｂの光パターンによる初期位相から、対応する第３の三次元座標位置候補群を求め、前記カメラＡの位置を基にして、前記光投射手段Ａの光パターンにより前記カメラＡの位置から得られた前記位相信号Ａ−Ａにおける第３の三次元座標位置候補群の対応画素位置群を求め、該対応画素群の初期位相から第４の三次元座標位置候補群を求め、第３、第４の三次元座標位置候補群を比較し、重複する座標点が一意に決定できるかどうか判定し、以上の二つの判定処理により一意に決定できた場合に一意となった三次元座標位置から、二つの光パターンの初期位相の絶対値を決定し、前記位相信号Ａ−Ａに対応して絶対位相信号Ａ−Ａを、前記位相信号Ｂ−Ｂに対応して絶対位相信号Ｂ−Ｂを出力する第２の絶対位相決定手段と前記位相信号Ａ−Ａの全画素を順にスキャンして注目画素位置信号を出力する第３の絶対位相決定手段とからなることを特徴とする。
【００７９】第２４の発明は、前記第２２の発明の前記絶対位相決定手段が、前記位相信号Ａ−Ａ、Ｂ−Ａを入力とし、前記光投射手段Ａと前記カメラＡの位置を基にして、前記位相信号Ａ−Ａにおける注目画素の初期位相から対応する三次元座標位置候補群を求め、前記カメラＢの位置を基にして、前記光投射手段Ａの光パターンにより前記カメラＢの位置から得られた前記位相信号Ｂ−Ａにおいて前記三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記位相信号Ａ−Ａにおける注目画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定できるかどうか判定し、一意に決定できた画素位置により三次元座標位置を求め、該当画素の初期位相の絶対値を決定することを、前記位相信号Ａ−Ａの全画素について繰り返し、前記位相信号Ａ−Ａに対応して絶対位相信号Ａ−Ａを、前記位相信号Ｂ−Ａに対応して絶対位相信号Ｂ−Ａを出力することを特徴とする。
【００８０】第２５の発明は、前記第２２の発明の前記絶対位相決定手段が、前記位相信号Ａ−Ａ、Ｂ−Ａと、注目画素位置信号を入力とし、前記光投射手段Ａと前記カメラＡの位置を基にして、前記位相信号Ａ−Ａにおける注目画素の初期位相から、対応する第１の三次元座標位置候補群を求め、前記カメラＢの位置を基にして、前記光投射手段Ａの光パターンにより前記カメラＢの位置から得られた前記位相信号Ｂ−Ａにおいて第１の三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記位相信号Ａ−Ａにおける注目画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定できるかどうか判定して、該画素の前記位相信号Ｂ−Ａ上における画素位置と初期位相を一意決定画素信号として出力する第１の絶対位相決定手段と、前記位相信号Ａ−Ａ、Ｂ−Ａと前記一意決定画素信号とを入力とし、前記光投射手段Ａと前記カメラＢの位置を基にして、前記位相信号Ｂ−Ａにおける前記一意に決定された画素の初期位相から、対応する第２の三次元座標位置候補群を求め、前記カメラＡの位置を基に、前記光投射手段Ａの光パターンにより前記カメラＡの位置から得られた前記位相信号Ａ−Ａにおいて第２の三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記位相信号Ｂ−Ａにおける一意に決定された画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定されるかどうか判定し、以上の二つの判定処理により一意に決定できた場合に該画素位置により三次元座標位置を求め、前記位相信号Ａ−Ａ、Ｂ−Ａにおける街頭画素の初期位相の絶対値を決定し、前記位相信号Ａ−Ａに対応して絶対位相信号Ａ−Ａを、前記位相信号Ｂ−Ａに対応して絶対位相信号Ｂ−Ａを出力する第２の絶対位相信号決定手段と、前記位相信号Ａ−Ａの全画素を順にスキャンして注目画素位置信号を出力する第３の絶対位相決定手段とからなることを特徴とする。
【００８１】第２５の発明は、前記第２２の発明の前記絶対位相決定手段において、前記位相信号Ａ−Ａ、Ａ−Ｂを入力として、前記光投射手段Ａと前記カメラＡの位置を基にして、前記位相信号Ａ−Ａにおける注目画素の初期位相から、対応する三次元座標位置候補群を求め、前記光投射手段Ｂの位置と前記三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、前記光投射手段Ｂの光パターンにより前記カメラＡの位置から得られた前記位相信号Ａ−Ｂにおける前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定できるかどうか判定し、一意に決定できた三次元座標位置から、該当画素の初期位相の絶対値を決定することを、前記位相信号Ａ−Ａの全画素について繰り返し、前記位相信号Ａ−Ａに対応して絶対位相信号Ａ−Ａを、前記位相信号Ａ−Ｂに対応して絶対位相信号Ａ−Ｂを出力することを特徴とする。
【００８２】第２６の発明は、前記位相信号Ａ−Ａ、Ａ−Ｂと、注目画素位置信号を入力とし、前記光投射手段Ａと前記カメラＡの位置を基にして、前記位相信号Ａ−Ａにおける注目画素の初期位相から、対応する第１の三次元座標位置候補群を求め、前記光投射手段Ｂの位置と第１の三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、前記光投射手段Ｂの光パターンにより前記カメラＡの位置から得られた位相位相信号Ａ−Ｂにおける前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定できるかどうか判定して、該画素の前記位相信号Ａ−Ｂ上における画素位置と初期位相を一意決定画素信号として出力する第１の絶対位相決定手段と、前記位相信号Ａ−Ａ、Ａ−Ｂと前記一意決定画素信号とを入力とし、前記光投射手段Ｂと前記カメラＡの位置を基にして、前記位相信号Ａ−Ｂにおける注目画素の初期位相から、対応する第２の三次元座標位置候補群を求め、前記光投射手段Ａの位置と第２の三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、前記光投射手段Ａの光パターンにより前記カメラＡの位置から得られた前記位相信号Ａ−Ａにおける前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定されるかどうか判定し、異常の二つの判定処理により一意に決定できた場合に一意となった三次元座標位置から、二つの光パターンの初期位相の絶対値を決定し、前記位相信号Ａ−Ａに対応して絶対位相信号Ａ−Ａを、前記位相信号Ａ−Ｂに対応して絶対位相信号Ａ−Ｂを出力する第２の絶対位相決定手段と、前記位相信号Ａ−Ａの全画素を順にスキャンして注目画素位置信号を出力する第３の絶対位相決定手段とからなることを特徴とする。
【００８３】第２７の発明は、前記第２２の発明の前記絶対位相決定手段において、請求項２３から２８までに記載の初期位相の絶対値を決定する手段を組み合わせることを特徴とする。
【００８４】第２８の発明は第７から第１５の発明において、投射する光パターンが、三角波状であることを特徴とする。
【００８５】第２９の発明は第１から第１５、第２８の発明において、予め絶対座標位置がわかっている三次元空間座標位置各々において、絶対位相値を計測しておき、初期位相から対応する三次元座標位置を算出する際に利用することを特徴とする。
【００８６】本発明においては、三つ以上の異なる方向からそれぞれ、空間的に縞状の輝度分布を持つ光パターンを、位相をずらしながら計測物体へと投射する工程を持つことを特徴とする。また本発明においては、三つ以上の異なる方向から撮像するカメラを持つ。また本発明の三次元形状計測装置において、投射する光パターンが、正弦波状ないし三角波状とされる。
【００８７】また本発明の三次元形状計測装置において、予め絶対座標位置がわかっている三次元空間座標位置各々において、絶対位相値を計測しておき、初期位相から対応する三次元座標位置を算出する際に利用することを特徴とする。
【００８８】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について説明する。本発明の三次元形状計測装置は、その好ましい第１の実施の形態において、光投射手段制御信号（１）を入力とし、空間的に縞状の輝度分布を持つ光パターンを、該制御信号（１）に合わせて位相をずらしながら被計測物体へと投射する光投射手段Ａ（201）と、第１、第２のカメラ制御信号（３、４）をそれぞれ入力とし、前記制御信号に合わせて被計測物体を二つの異なる方向から撮像し、それぞれ第１、第２のカメラ出力信号（５、６）としてそれぞれ出力する第１、第２のカメラＡ、Ｂ（203、204）と、第１、第２のカメラ出力信号（５、６）をそれぞれ入力とし、撮像された画像を記録しておき、随時、第１、第２の画像信号Ａ−Ａ、Ｂ−Ａ（９、11）としてそれぞれ出力する第１、第２の画像記憶手段（206、208）と、位相計算制御信号（14）により切り替えられるスイッチ（230）を介して、前記第１又は第２の画像信号（９、11）を入力とし、画像列から各画素毎に初期位相値を計算して位相信号（13）として出力する位相計算手段（210）と、位相計算制御信号（14）によりスイッチ（231）を介して振り分けられる、位相信号（13）を入力とし、前記第１、第２の画像信号（９、11）から計算した位相値を記録しておき随時、第１、第２の位相信号Ａ−Ａ、Ｂ−Ａ（15、17）としてそれぞれ出力する第１、第２の位相記憶手段（211、213）と、を備えていている。
【００８９】さらに、第１、第２の位相信号（15、17）を入力とし、光投射手段（201）と第１のカメラ（203）の位置を基にして、前記第１の位相信号（15）における注目画素の初期位相から対応する三次元座標位置候補群を求め、前記第２のカメラ（204）の位置を基にして、前記第２の位相信号（17）において前記三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、第１の初期位相信号における注目画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定できるかどうか判定し、一意に決定できた画素位置により三次元座標位置を求め、前記第１、第２の位相信号（15、17）における該当画素の初期位相の絶対値を決定する処理を、前記第１の位相信号（15）の全画素について繰り返し、前記第１の位相信号（15）に対応して第１の絶対位相信号（20）を、前記第２の位相信号Ｂに対応して第２の絶対位相信号（21）を出力する絶対位相決定手段（215）と、三次元座標計算制御信号(33)によりスイッチ（233）を介して切り替えられる、前記第１又は第２の絶対位相信号（20、21）と、スイッチ（232）を介して切り替えられる前記第１又は第２位相信号（15、17）を入力し、前記第１又は第２の位相信号中における絶対位相が未決定である画素について、周辺の絶対位相が既に決定している画素からの差が小さくなるように絶対位相を決定してゆく処理を、前記第１又は第２の位相信号の全画素について繰り返し、それぞれ第１、又は第２の絶対位相変換信号として出力する絶対位相変換手段(221)と、三次元座標計算制御信号によりスイッチ（234）を介して切り替えられる、前記第１又は第２絶対位相変換信号ＡまたはＢを入力とし、前記光投射手段と前記第１又は第２のカメラＡまたはＢの位置を基にして、三次元座標値へと変換し、第１又は第２の三次元座標信号（34）として出力する三次元座標変換手段（222）と、第１、第２の三次元座標信号（34）を入力とし、それぞれの前記第１、第２のカメラＡ、Ｂに対応する三次元座標値を記録しておき随時、第１、第２の三次元座標信号（35、37）としてそれぞれ出力する第１、第２の三次元座標記憶手段（223、225）と、前記第１、第２の三次元座標信号（35、37）を入力とし、互いに欠けているデータを補完して合成し、合成三次元座標信号として出力する三次元座標合成手段(226)と、前記光投射手段制御信号、前記第１、第２のカメラ制御信号、前記位相計算制御信号、前記三次元座標計算制御信号を出力して、光パターンを位相をずらしながら撮像する制御、位相計算の入出力の制御、三次元座標計算の入出力の制御を行う光投射手段・カメラ制御手段（205）と、を備える。
【００９０】絶対位相決定手段（215）は、前記第１、第２の位相信号と、注目画素位置信号を入力とし、前記光投射手段と前記第１のカメラの位置を基にして、前記第１の位相信号における注目画素の初期位相から対応する第１の三次元座標位置候補群を求め、前記第２のカメラの位置を基にして、前記第２の位相信号において前記第１の三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記第１の位相信号における注目画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定できるかどうか判定して、該画素の前記第２の位相信号上における画素位置と初期位相を一意決定画素信号として出力する第１の絶対位相決定手段と、前記第１、第２の位相信号と前記一意決定画素信号とを入力とし、前記光投射手段と前記第２のカメラの位置を基にして、前記第２の位相信号Ｂにおける前記一意決定画素信号における画素位置と初期位相から、対応する第２の三次元座標位置候補群を求め、前記第１のカメラの位置を基にして、前記第１の位相信号において前記第２の三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記第２の位相信号における一意に決定された画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定されるかどうか判定し、以上の二つの判定処理により一意に決定できた場合に該画素位置により三次元座標位置を求め、前記第１、第２の位相信号における該当画素の初期位相の絶対値を決定し、前記第１の位相信号に対応して第１の絶対位相信号を、前記第２の位相信号に対応して第２の絶対位相信号を出力する第２の絶対位相決定手段と、前記第１の位相信号の全画素を順にスキャンして注目画素位置信号を出力する第３の絶対位相決定手段と、を備える。
【００９１】本発明は、その好ましい第２の実施の形態において、図５を参照すると、第１、第２の光投射手段制御信号（１、２）をそれぞれ入力とし、二つの異なる方向からそれぞれ、空間的に縞状の輝度分布を持つ光パターンを、制御信号（１、２）に合わせて位相をずらしながら被計測物体へと投射する第１、第２の光投射手段Ａ、Ｂ（201、202）と、カメラ制御信号（３）を入力とし、制御信号（３）に合わせて被計測物体を撮像し、カメラ出力信号として出力するカメラＡ（203）と、カメラ出力制御信号（７）によりスイッチ（235）を介して切り替えられる、前記カメラ出力信号を入力として、第１、第２の光パターンＡ、Ｂにより撮像された画像列を記録しておき、随時、第１、第２の画像信号Ａ−Ａ、Ａ−Ｂ（９、10）としてそれぞれ出力する第１、第２の画像記憶手段（206、207）と、位相計算制御信号によりスイッチ（230）を介して切り替えられる、前記第１又は第２の画像信号（９、10）を入力とし、画像列から各画素毎に初期位相値を計算して位相信号として出力する位相計算手段（210）と、位相計算制御信号によりスイッチ（231）を介して振り分けられる、前記位相信号を入力とし、前記第１、第２の画像信号から計算した位相値を記録しておき随時、第１、第２の位相信号Ａ−Ａ、Ａ−Ｂ（13、14）としてそれぞれ出力する第１、第２の位相記憶手段（211、212）と、前記第１、第２の位相信号（15、16）を入力とし、前記光投射手段（201）と前記カメラ（203）の位置を基にして、前記第１の位相信号（15）における注目画素の初期位相から対応する三次元座標位置候補群を求め、前記第２の光投射手段（202）の位置と三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、前記第２の位相信号（16）における前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定できるかどうか判定し、一意に決定できた三次元座標位置から、二つの光パターンの初期位相の絶対値を決定することを、前記第１の位相信号の全画素について繰り返し、前記第１の位相信号に対応して第１の絶対位相信号（22）を、前記第２の位相信号Ｂに対応して第２の絶対位相信号（23）を出力する絶対位相決定手段（216）と、三次元座標計算制御信号によりスイッチ（232）を介して切り替えられる、前記第１又は第２の絶対位相信号（22、23）とスイッチ（232）を介して切り替えられる、前記第１又は第２の位相信号を入力とし、前記第１又は第２の位相信号中における絶対位相が未決定である画素について，周辺の絶対位相が既に決定している画素からの差が小さくなるように絶対位相を決定してゆくことを、前記第１又は第２の位相信号の全画素について繰り返し、それぞれ第１又は第２の絶対位相変換信号（32）として出力する絶対位相変換手段（221）と、三次元座標計算制御信号によりスイッチ（234）を介して切り替えられる、第１又は第２の絶対位相変換信号を入力とし，前記第１又は第２の光投射手段（201、202）と前記カメラ（203）の位置を基にして、三次元座標値へと変換し、第１又は第２の三次元座標信号（34）として出力する三次元座標変換手段（222）と、前記第１、第２の三次元座標信号を入力とし、それぞれの前記第１、第２の光投射手段（201、202）に対応する三次元座標値を記録しておき随時、第１、第２の三次元座標信号として出力する第１、第２の三次元座標記憶手段（223、224）と、前記第１、第２の三次元座標信号を入力とし、互いに欠けているデータを補完して合成し、合成三次元座標信号として出力する三次元座標合成手段（226）と、前記第１、第２の光投射手段制御信号、前記カメラ制御信号、前記カメラ出力制御信号、前記位相計算制御信号、前記三次元座標計算制御信号を出力して、前記第１、第２の光投射手段を切り替えて位相をずらしながら撮像する制御、カメラ出力を切り替える制御、位相計算の入出力の制御、三次元座標計算の入出力の制御を行う光投射手段・カメラ制御手段（251）と、を備えている。
【００９２】本発明の第２の実施の形態において、前記絶対位相決定手段(216)は、前記第１、第２の位相信号Ａ、Ｂと、注目画素位置信号を入力とし、前記第１の光投射手段Ａと前記カメラの位置を基にして、前記第１の位相信号Ａにおける注目画素の初期位相から対応する第１の三次元座標位置候補群を求め、前記光投射手段Ｂと前記第１の三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、前記第２の位相信号Ｂにおける前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定できるかどうか判定して、該画素の前記第２の位相信号Ｂ上における画素位置と初期位相を一意決定画素信号として出力する第１の絶対位相決定手段と、前記第１、第２の位相信号Ａ、Ｂと前記一意決定画素信号とを入力とし、前記第２の光投射手段Ｂと前記カメラの位置を基にして、前記第２の位相信号Ｂにおける前記一意決定画素信号における初期位相から、対応する第２の三次元座標位置候補群を求め、前記第１の光投射手段Ａと前記第２の三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、前記第１の位相信号Ａにおける前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定されるかどうか判定し、以上の二つの判定処理により一意に決定できた場合に一意となった三次元座標位置から、二つの光パターンの初期位相の絶対値を決定し、前記第１の位相信号Ａに対応して第１の絶対位相信号Ａを、前記第２の位相信号Ｂに対応して第２の絶対位相信号Ｂを出力する第２の絶対位相決定手段と、前記第１の位相信号Ａの全画素を順にスキャンして注目画素位置信号を出力する第３の絶対位相決定手段と、を含む。
【００９３】三つ以上の異なる方向からそれぞれ、空間的に縞状の輝度分布を持つ光パターンを、位相をずらしながら計測物体へと投射する光投射手段を備える。
【００９４】本発明は、第３の実施の形態において、図８を参照すると、第１、第２の光投射手段制御信号Ａ、Ｂ（1、2）をそれぞれ入力とし、二つの異なる方向からそれぞれ、空間的に縞状の輝度分布を持つ光パターンを、制御信号に合わせて位相をずらしながら計測物体へと投射する第１、第２の光投射手段Ａ、Ｂ（201、202）と、第１、第２のカメラ制御信号Ａ、Ｂをそれぞれ入力とし、制御信号に合わせて計測物体を二つの異なる方向から撮像し、第１、第２のカメラ出力信号（Ａ、Ｂ）として出力する第１、第２のカメラＡ、Ｂ（203、204）と、カメラ出力制御信号（7、8）によりスイッチ（241、242）を介して切り替えられる、第１、第２のカメラ出力信号Ａ、Ｂを入力とし、二つの光パターンでそれぞれ第１、第２のカメラで撮像された画像列として、前記第１の光投射手段と前記第１のカメラ、前記第２の光投射手段と前記第１のカメラ、前記第１の光投射手段と前記第２のカメラ、前記第２の光投射手段と前記第２のカメラの組み合せよりなる、画像列を記録するとともに、それぞれ、第１乃至第４の画像信号Ａ−Ａ、Ａ−Ｂ、Ｂ−Ａ、Ｂ−Ｂとして出力する第１乃至第４の画像記憶手段（206〜209）と、位相計算制御信号（14）によりスイッチ（243）を介して切り替えられる、前記第１乃至第４の画像信号Ａ−Ａ、Ａ−Ｂ、Ｂ−ＡまたはＢ−Ｂを入力として、画像列から各画素毎に初期位相値を計算して位相信号として出力する位相計算手段（210）と、位相計算制御信号（14）によりスイッチ（244）を介して切り替えられる、前記位相信号を入力とし、前記第１乃至第４の画像信号Ａ−Ａ、Ａ−Ｂ、Ｂ−Ａ、Ｂ−Ｂから計算した位相値を記録するとともに、第１乃至第４の位相信号Ａ−Ａ、Ａ−Ｂ、Ｂ−Ａ、Ｂ−Ｂとしてそれぞれ出力する第１乃至第４の位相記憶手段（211〜214）と、位相信号Ａ−Ａと位相信号Ｂ−Ａを入力として、絶対位相が決定可能な画素位置について絶対位相値を決定し、絶対位相信号Ａ−Ａ(Ａ−Ａ/Ｂ−Ａ)、絶対位相信号Ｂ−Ａ(Ａ−Ａ/Ｂ−Ａ)として出力する第１の絶対位相決定手段（215）と、位相信号Ａ−Ｂと位相信号Ｂ−Ｂを入力として、絶対位相が決定可能な画素位置について絶対位相値を決定し、絶対位相信号Ａ−Ｂ(Ａ−Ｂ/Ｂ−Ｂ)、絶対位相信号Ｂ−Ｂ(Ａ−Ｂ/Ｂ−Ｂ)として出力する第２の絶対位相決定手段（219）と、を備え、前記第１、第２の絶対位相決定手段については、光投射手段が一つ、カメラが二つの組における絶対位相の決定である、前記第１の実施の形態における前記絶対位相決定手段と全く処理を行ない、位相信号Ａ−Ａ と位相信号Ａ−Ｂを入力として、絶対位相が決定可能な画素位置について絶対位相値を決定し、絶対位相信号Ａ−Ａ(Ａ−Ａ/Ａ−Ｂ) 、絶対位相信号Ａ−Ｂ(Ａ−Ａ/Ａ−Ｂ) として出力する第３の絶対位相決定手段（216）と、位相信号Ｂ−Ａと位相信号Ｂ−Ｂを入力として、絶対位相が決定可能な画素位置について絶対位相値を決定し、絶対位相信号Ｂ−Ａ(Ｂ−Ａ/Ｂ−Ｂ)、絶対位相信号Ｂ−Ｂ(Ｂ−Ａ/Ｂ−Ｂ) として出力する第４の絶対位相決定手段（220）と、を備え、前記第３、第４の絶対位相決定手段については、光投射手段は二つ、カメラが一つの組における絶対位相の決定である、前記第２の実施の形態の絶対位相決定手段と全く処理を行ない、位相信号Ａ−Ａ と位相信号Ｂ−Ｂを入力として、絶対位相が決定可能な画素位置について、画像Ａ（光パターンＡ）上の絶対位相決定画素とその絶対位相を絶対位相信号Ａ−Ａ(Ａ−Ａ/Ｂ−Ｂ) として、また画像Ｂ(光パターンＢ) については絶対位相信号Ｂ−Ｂ(Ａ−Ａ/Ｂ−Ｂ)として出力する第５の絶対位相決定手段（217）と、位相信号Ａ−Ｂと位相信号Ｂ−Ａを入力として、絶対位相が決定可能な画素位置について画像Ａ(光パターンＢ)上の絶対位相決定画素とその絶対位相を絶対位相信号Ａ−Ｂ(Ａ−Ｂ/Ｂ−Ａ) として、また画像Ｂ(光パターンＡ)については絶対位相信号Ｂ−Ａ(Ａ−Ｂ/Ｂ−Ａ) として出力する第６の絶対位相決定手段(218)と、を備える。
【００９５】さらに、三次元座標計算制御信号（33）によりスイッチ（245）を介して切り替えられる位相信号と絶対位相信号とを入力とし、絶対位相信号を参照しながら、位相信号中の絶対位相が得られていない画素位置の位相値を、絶対位相へと変換する絶対位相変換手段であって、位相信号Ａ−Ａと、絶対位相信号Ａ−Ａ(Ａ−Ａ/Ｂ−Ａ) 、Ａ−Ａ(Ａ−Ａ/Ａ−Ｂ) 、Ａ−Ａ(Ａ−Ａ/Ｂ−Ｂ) 、位相信号Ａ−Ｂと、絶対位相信号Ａ−Ｂ(Ａ−Ａ/Ａ−Ｂ) 、Ａ−Ｂ(Ａ−Ｂ/Ｂ−Ａ) 、Ａ−Ｂ(Ａ−Ｂ/Ｂ−Ｂ) 、位相信号Ｂ−Ａ と、絶対位相信号Ｂ−Ａ(Ａ−Ａ/Ａ−Ｂ) 、Ｂ−Ａ(Ａ−Ｂ/Ｂ−Ａ) 27、Ｂ−Ａ(Ｂ−Ａ/Ｂ−Ｂ) 、位相信号Ｂ−Ｂと、絶対位相信号Ｂ−Ｂ(Ａ−Ａ/Ｂ−Ｂ) 、Ｂ−Ｂ(Ａ−Ｂ/Ｂ−Ｂ) 、Ｂ−Ｂ(Ｂ−Ａ/Ｂ−Ｂ)の各組よりなり、絶対位相が得られている画素は、全ての絶対位相信号の論理積により判定し、絶対位相変換信号として出力する絶対位相変換手段(221)と、絶対位相変換信号と三次元座標計算制御信号とを入力とし、前記位相信号Ａ−Ａから求めた絶対位相である場合、前記第１の光投射手段Ａ、第１のカメラＡ の位置関係及び内部構成に応じたパラメータにより三次元座標値へと変換して三次元座標信号として出力し、同様に、位相信号Ａ−Ｂから求めた絶対位相であるならば、前記第２の光投射手段、第１のカメラの位置関係や内部構成に応じたパラメータを用いて三次元座標値へと変換して三次元座標信号として出力し、位相信号Ｂ−Ａから求めた絶対位相であるならば、前記第１の光投射手段、第２のカメラＢの位置関係や内部構成に応じたパラメータを用いて三次元座標値へと変換し三次元座標信号として出力し、位相信号Ｂ−Ｂから求めた絶対位相であるならば、前記第２の光投射手段、前記第２のカメラの位置関係や内部構成に応じたパラメータを用いて、三次元座標値へと変換し三次元座標信号として出力する三次元座標変換手段（222）と、三次元座標変換手段で得られた前記第１の光投射手段Ａと第１のカメラの組による三次元形状情報を記憶しておき、三次元座標信号Ａ−Ａ として出力する第１の三次元座標記憶手段（223）と、前記三次元座標変換手段で得られた前記第２の光投射手段Ａと第１のカメラの組による三次元形状情報を記憶しておき、三次元座標信号Ａ−Ｂとして出力する第２の三次元座標記憶手段（224）と、前記第２の光投射手段Ｂと前記第１のカメラＡの組による三次元形状情報を記憶しておき、三次元座標信号Ｂ−Ａとして出力する第３の三次元座標記憶手段（225）と、前記第２の光投射手段Ｂと前記第２のカメラＢの組による三次元形状情報を記憶しておき、三次元座標信号Ｂ−Ｂとして出力する第４の三次元座標記憶手段（226）と、三次元座標信号Ａ−Ａ、Ａ−Ｂ、Ｂ−Ａ、Ｂ−Ｂを入力とし、４つの形状情報を合成して、合成三次元座標信号として出力する三次元座標合成手段（227）と、前記光投射手段Ａ、Ｂ、制御信号、前記カメラＡ、Ｂ制御信号、前記位相計算制御信号、前記三次元座標計算制御信号を出力して、光パターンを位相をずらしながらの撮像の制御、位相計算の入出力の制御、三次元座標計算の入出力の制御を行う光投射手段・カメラ制御手段(253)と、を備えている。
【００９６】本発明の第３の実施の形態において、前記絶対位相決定手段において、前記位相信号Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂと、注目画素位置信号を入力とし、前記第１の光投射手段Ａと前記第１のカメラＡの位置を基にして、前記第１の光投射手段Ａの光パターンにより前記第１のカメラＡの位置から得られた前記位相信号Ａ−Ａにおける注目画素の初期位相から、対応する第１の三次元座標位置候補群を求め、前記第２のカメラＢの位置を基にして、前記第２の光投射手段Ｂの光パターンにより前記第２のカメラＢの位置から得られた前記位相信号Ｂ−Ｂにおける第１の三次元座標位置候補群の対応画素位置群を求め、該対応画素群の初期位相から第２の三次元座標位置候補群を求め、第１、第２の三次元座標位置候補群を比較し、重複する座標点が一意に決定できるかどうか判定し、前記位相信号Ｂ−Ｂ上における画素位置と初期位相を一意決定画素信号として出力する第１の絶対位相決定手段(217)と、前記位相信号Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂと前記一意決定画素信号とを入力とし、前記第２のカメラＢの位置を基にして、一意に決定できた三次元座標位置に対応する画素の、前記第２の光投射手段Ｂの光パターンによる初期位相から、対応する第３の三次元座標位置候補群を求め、前記第１のカメラＡの位置を基にして、前記第１の光投射手段Ａの光パターンにより前記第１のカメラＡの位置から得られた前記位相信号Ａ−Ａにおける第３の三次元座標位置候補群の対応画素位置群を求め、該対応画素群の初期位相から第４の三次元座標位置候補群を求め、第３、第４の三次元座標位置候補群を比較し、重複する座標点が一意に決定できるかどうか判定し、以上の二つの判定処理により一意に決定できた場合に一意となった三次元座標位置から、二つの光パターンの初期位相の絶対値を決定し、前記位相信号Ａ−Ａに対応して絶対位相信号Ａ−Ａを、前記位相信号Ｂ−Ｂに対応して絶対位相信号Ｂ−Ｂを出力する第２の絶対位相決定手段と、前記位相信号Ａ−Ａの全画素を順にスキャンして注目画素位置信号を出力する第３の絶対位相決定手段と、を備える。
【００９７】前記絶対位相決定手段において、前記位相信号Ａ−Ａ、Ｂ−Ａを入力とし、前記第１の光投射手段Ａと前記第１のカメラＡの位置を基にして、前記位相信号Ａ−Ａにおける注目画素の初期位相から対応する三次元座標位置候補群を求め、前記第２のカメラＢの位置を基にして、前記第１の光投射手段Ａの光パターンにより前記第２のカメラＢの位置から得られた前記位相信号Ｂ−Ａにおいて前記三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記位相信号Ａ−Ａにおける注目画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定できるかどうか判定し、一意に決定できた画素位置により三次元座標位置を求め、該当画素の初期位相の絶対値を決定することを、前記位相信号Ａ−Ａの全画素について繰り返し、前記位相信号Ａ−Ａに対応して絶対位相信号Ａ−Ａを、前記位相信号Ｂ−Ａに対応して絶対位相信号Ｂ−Ａを出力する。
【００９８】前記絶対位相決定手段において、前記位相信号Ａ−Ａ、Ｂ−Ａと、注目画素位置信号を入力とし、前記第１の光投射手段Ａと前記第１のカメラＡの位置を基にして、前記位相信号Ａ−Ａにおける注目画素の初期位相から、対応する第１の三次元座標位置候補群を求め、前記第２のカメラＢの位置を基にして、前記光投射手段Ａの光パターンにより前記第２のカメラＢの位置から得られた前記位相信号Ｂ−Ａにおいて第１の三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記位相信号Ａ−Ａにおける注目画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定できるかどうか判定して、該画素の前記位相信号Ｂ−Ａ上における画素位置と初期位相を一意決定画素信号として出力する第１の絶対位相決定手段と、前記位相信号Ａ−Ａ、Ｂ−Ａと前記一意決定画素信号とを入力とし、前記第１の光投射手段Ａと前記第２のカメラＢの位置を基にして、前記位相信号Ｂ−Ａにおける前記一意に決定された画素の初期位相から、対応する第２の三次元座標位置候補群を求め、前記第１のカメラＡの位置を基に、前記第１の光投射手段Ａの光パターンにより前記カメラＡの位置から得られた前記位相信号Ａ−Ａにおいて第２の三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記位相信号Ｂ−Ａにおける一意に決定された画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定されるかどうか判定し、以上の二つの判定処理により一意に決定できた場合に該画素位置により三次元座標位置を求め、前記位相信号Ａ−Ａ、Ｂ−Ａにおける街頭画素の初期位相の絶対値を決定し、前記位相信号Ａ−Ａに対応して絶対位相信号Ａ−Ａを、前記位相信号Ｂ−Ａに対応して絶対位相信号Ｂ−Ａを出力する第２の絶対位相信号決定手段と、前記位相信号Ａ−Ａの全画素を順にスキャンして注目画素位置信号を出力する第３の絶対位相決定手段と、を備える。
【００９９】前記絶対位相決定手段において、前記位相信号Ａ−Ａ、Ａ−Ｂを入力として、前記第１の光投射手段Ａと前記第１のカメラＡの位置を基にして、前記位相信号Ａ−Ａにおける注目画素の初期位相から、対応する三次元座標位置候補群を求め、前記第２の光投射手段Ｂの位置と前記三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、前記第２の光投射手段Ｂの光パターンにより前記第１のカメラＡの位置から得られた前記位相信号Ａ−Ｂにおける前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定できるかどうか判定し、一意に決定できた三次元座標位置から、該当画素の初期位相の絶対値を決定することを、前記位相信号Ａ−Ａの全画素について繰り返し、前記位相信号Ａ−Ａに対応して絶対位相信号Ａ−Ａを、前記位相信号Ａ−Ｂに対応して絶対位相信号Ａ−Ｂを出力する。
【０１００】前記絶対位相決定手段において、前記位相信号Ａ−Ａ、Ａ−Ｂと、注目画素位置信号を入力とし、前記第１の光投射手段Ａと前記第１のカメラＡの位置を基にして、前記位相信号Ａ−Ａにおける注目画素の初期位相から、対応する第１の三次元座標位置候補群を求め、前記第２の光投射手段Ｂの位置と第１の三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、前記第２の光投射手段Ｂの光パターンにより前記第１のカメラＡの位置から得られた位相位相信号Ａ−Ｂにおける前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定できるかどうか判定して、該画素の前記位相信号Ａ−Ｂ上における画素位置と初期位相を一意決定画素信号として出力する第１の絶対位相決定手段と、前記位相信号Ａ−Ａ、Ａ−Ｂと前記一意決定画素信号とを入力とし、前記第２の光投射手段Ｂと前記第２のカメラＡの位置を基にして、前記位相信号Ａ−Ｂにおける注目画素の初期位相から、対応する第２の三次元座標位置候補群を求め、前記光投射手段Ａの位置と第２の三次元座標位置候補群から、取り得る位相値群を参照し、前記第１の光投射手段Ａの光パターンにより前記第１のカメラＡの位置から得られた前記位相信号Ａ−Ａにおける前記注目画素の初期位相と比較し、同一となる初期位相が一意に決定されるかどうか判定し、異常の二つの判定処理により一意に決定できた場合に一意となった三次元座標位置から、二つの光パターンの初期位相の絶対値を決定し、前記位相信号Ａ−Ａに対応して絶対位相信号Ａ−Ａを、前記位相信号Ａ−Ｂに対応して絶対位相信号Ａ−Ｂを出力する第２の絶対位相決定手段と、前記位相信号Ａ−Ａの全画素を順にスキャンして注目画素位置信号を出力する第３の絶対位相決定手段と、を備える。
【０１０１】三つ以上の異なる方向からそれぞれ、空間的に縞状の輝度分布を持つ光パターンを、位相をずらしながら計測物体へと投射する手段を備える。また三つ以上の異なる方向から撮像するカメラを備えてもよい。投射する光パターンが、正弦波状である。また投射する光パターンは、三角波状であってもよい。
【０１０２】本発明の三次元形状計測方法は、その第１の実施の形態において、以下のステップより構成される。
【０１０３】ステップａ：空間的に縞状の輝度分布を持つ光パターンを光投射手段から位相をずらしながら被計測物体へ投射する。
【０１０４】ステップｂ：光パターンを位相をずらしながら照射した前記被計測物体を二つの異なる方向から第１、第２の撮像手段で撮像する。
【０１０５】ステップｃ：前記二つの方向からそれぞれ撮像された第１、第２の画像列から各々について第１、第２の初期位相画像を導出する。
【０１０６】ステップｄ：前記光パターンの投射位置と第１の撮像位置とを基にして、前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相から、対応する三次元座標位置候補群を求める。
【０１０７】ステップｅ：前記光パターンの投射位置と第２の撮像位置とを基にして、前記第２の初期位相画像において前記三次元座標位置群に対応する画素位置群を求めてそれぞれの初期位相を参照し、前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相と比較し、同一の初期位相を持つ対応画素位置が一意に決定できるか否かを判定する。一意に決定できない場合ステップｇに移る。
【０１０８】ステップｆ：一意に決定できる場合には一意に決定された画素位置に基づき、三次元座標位置を求め、前記第１、第２の初期位相画像における該当画素の初期位相の絶対値を決定する。
【０１０９】ステップｇ：前記第１の初期位相画像の全画素について前記（ｄ）乃至（ｆ）のステップを行ったか否か判定し、未処理の画素があればステップｄへ戻る。
【０１１０】ステップｈ：前記光パターンの初期位相の絶対値を参照しながら、前記第１、第２の初期位相画像から第１、第２の絶対位相画像へ変換する。
【０１１１】ステップｉ：前記第１、第２の絶対位相画像の各画素における絶対位相と、前記光パターンの投射位置と前記第１、第２の画像の撮像位置とを基に、各画素における前記被計測物体の三次元座標位置を求める。
【０１１２】なお、上記各ステップは、撮像手段からの画像データを入力し、且つ撮像手段及び光投射手段を制御するコンピュータ上で実行されるプログラムによってその処理が実行され、この場合、該プログラムを記録したＦＤ又はＣＤ−ＲＯＭ、通信媒体から読み込まれたプログラムを該コンピュータで読み出し実行することで本発明を実施することができる。
【０１１３】本発明の方法においては、初期位相画像から初期位相の絶対値を決定するステップ（ｆ）は、以下のステップｆ−１乃至ｆ−６よりなる。
【０１１４】ステップｆ−１：光パターン投射位置と第１の撮像位置を基にして、前記第１の初期位相画像における注目画素の初期位相から対応する第１の三次元座標位置候補群を� | |