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JP2002054912A - 形状計測システムと撮像装置と形状計測方法及び記録媒体 - Google Patents

形状計測システムと撮像装置と形状計測方法及び記録媒体

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JP2002054912A
JP2002054912A JP2000240470A JP2000240470A JP2002054912A JP 2002054912 A JP2002054912 A JP 2002054912A JP 2000240470 A JP2000240470 A JP 2000240470A JP 2000240470 A JP2000240470 A JP 2000240470A JP 2002054912 A JP2002054912 A JP 2002054912A
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JP
Japan
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imaging
dimensional
image
coordinates
unit
Prior art date
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JP2000240470A
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Takashi Kitaguchi
貴史 北口
Norihiko Murata
憲彦 村田
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Priority to US09/920,762 priority patent/US7310154B2/en
Publication of JP2002054912A publication Critical patent/JP2002054912A/ja
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    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/2545—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object with one projection direction and several detection directions, e.g. stereo
    • G—PHYSICS
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    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
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  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Image Processing (AREA)
  • Closed-Circuit Television Systems (AREA)
  • Image Analysis (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 汎用性及び精度が高められた３次元形状の計
測を実現すると共に、全体が小型化されコストが低減さ
れた形状計測システムと撮像装置、形状計測方法及び記
録媒体を提供する。 【解決手段】 対象物を撮像する位置を検出して、該位
置を特定する位置情報を生成する姿勢検出部１６と、位
置情報と該位置情報により特定される位置において撮像
された画像とに応じて、対象物を構成する各点の３次元
座標を算出する３次元位置算出部１５と、パターン光照
射部１４により光が照射された対象物が少なくとも２つ
の異なる位置から撮像されることにより得られた各画像
に基づいてそれぞれ算出された該各点に対する少なくと
も２つの３次元座標に応じて、該各点を一つの座標系に
おける座標により表現することにより、対象物の３次元
画像を生成する３次元位置合成部１７とを備えたことを
特徴とする形状計測システム１を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータ入力
技術やヒューマンインタフェース技術、あるいは視覚処
理技術に関し、さらに詳しくは、物体の３次元形状を計
測する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、測量やＣＡＤモデルの作成、
あるいはオンラインショッピングでの商品展示など様々
な分野で、対象物の３次元形状を計測することが求めら
れている。そして、このような３次元形状計測方法の一
つとして、対象物にパターン光を照射し、該パターンの
対象物上における歪みを撮像することにより形状計測を
行う方法がある。
【０００３】ここで、特開平５−１４９７２７号公報に
は、移動装置に搭載され該装置上を自由に移動できるカ
メラによって被写体を撮像することにより、反射率の高
い面からなる対象物でもその形状を計測し得る技術が開
示されている。また、特開平１０−７９０２９号公報に
は、複数のカメラにより撮像された複数の画像データを
それぞれ複数の小領域に分割して、該小領域毎に得られ
た立体情報を統合することにより被写体の立体情報を検
出する技術が開示されている。
【０００４】しかしながら、上記のような技術において
は、移動装置や複数のカメラ等が必要とされるため、装
置全体が大型化して持ち運びにおける利便性が損なわれ
るという問題があり、また製造コストを上昇させるとい
う問題がある。さらには、該移動装置や複数のカメラの
配置によって、適正に形状を計測し得る被写体の特性が
制限されるという問題もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の問題
を解消するためになされたもので、より汎用性及び精度
が高められた３次元形状の計測を実現すると共に、全体
が小型化されコストが低減された形状計測システムと撮
像装置、形状計測方法及び該方法を実行するためのプロ
グラムが記録された記録媒体を提供することを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、対象物を
撮像する撮像手段を含み、対象物の３次元形状を計測す
る形状計測システムであって、対象物に所定のパターン
を有する光を照射する投光手段と、撮像手段が対象物を
撮像する位置を検出して、位置を特定する位置情報を生
成する撮像位置特定手段と、位置情報と、位置情報によ
り特定される位置において撮像された画像とに応じて、
対象物を構成する各点の３次元座標を算出する３次元座
標算出手段と、光が照射された対象物が少なくとも２つ
の異なる位置から撮像されることにより得られた各画像
に基づいて３次元座標算出手段によりそれぞれ算出され
た各点に対する少なくとも２つの３次元座標に応じて、
各点を一つの座標系における座標により表現し合成画像
を生成する３次元形状合成手段とを備えたことを特徴と
する形状計測システムを提供することにより達成され
る。
【０００７】このような手段によれば、位置情報と撮像
された画像とに応じて算出された３次元座標により、撮
像された対象物の３次元形状が得られるため、簡易な構
成により３次元形状を高精度に計測することができる。
【０００８】ここで、該形状計測システムは、撮像手段
の動作タイミングを制御する撮像制御手段と、撮像手段
により得られたアナログ信号をデジタル信号へ変換する
信号変換手段と、デジタル信号と３次元座標、及び３次
元形状合成手段により生成された合成画像を記憶する記
憶手段とをさらに備えたものとすることができる。
【０００９】また、撮像手段により撮像された画像また
は合成画像のうち、少なくともいずれか一方に対して補
間処理を実行する補間手段をさらに備えることとすれ
ば、対象物のより高精度な３次元形状を得ることができ
る。
【００１０】また、３次元形状合成手段により得られた
対象物の座標と、光が照射されていないときに撮像手段
により撮像された画像とに応じて、対象物の３次元画像
を生成する３次元画像生成手段をさらに備えることによ
り、実際の対象物に付された模様等をも再現された３次
元画像を得ることができる。
【００１１】また、本発明の目的は、対象物の３次元形
状を計測する形状計測システムであって、対象物を撮像
すると共に、光学中心が異なる複数の撮像手段と、対象
物に所定のパターンを有する光を照射する投光手段と、
複数の撮像手段が対象物を撮像する位置を検出して、位
置に対応する位置情報を生成する撮像位置特定手段と、
光が照射された対象物が複数の撮像手段により撮像され
ることにより得られた複数の画像と、撮像位置特定手段
により生成された位置情報とに応じて、画像毎に対象物
を構成する各点の３次元座標を算出する３次元座標算出
手段と、３次元座標算出手段により算出された各点に対
する複数の３次元座標に応じて、各点を一つの座標系に
おける座標により表現し合成画像を生成する３次元形状
合成手段とを備えたことを特徴とする形状計測システム
を提供することにより達成される。
【００１２】このような手段によれば、複数の撮像手段
により同時に複数の画像を得ることができるため、該複
数の画像からそれぞれ３次元座標を算出して合成するこ
とにより、より高精度な３次元形状の計測を実現するこ
とができる。
【００１３】ここで、各々が、対応する撮像手段の動作
タイミングを制御する複数の撮像制御手段と、各々が、
対応する撮像手段により得られたアナログ信号をデジタ
ル信号へ変換する複数の信号変換手段と、複数の信号変
換手段により得られたデジタル信号と、３次元座標算出
手段により算出された３次元座標、及び３次元形状合成
手段により生成された合成画像を記憶する記憶手段とを
さらに備えたものとすることができる。
【００１４】また、本発明の目的は、対象物を撮像する
撮像装置とコンピュータとにより構成され、対象物の３
次元形状を計測する形状計測システムであって、撮像装
置は、対象物に所定のパターンを有する光を照射する投
光手段と、撮像手段が対象物を撮像する位置を検出し
て、位置を特定する位置情報を生成する撮像位置特定手
段とを備え、コンピュータは、撮像装置から供給された
位置情報と、位置情報により特定される位置において撮
像された画像とに応じて、対象物を構成する各点の３次
元座標を算出する３次元座標算出手段と、光が照射され
た対象物が少なくとも２つの異なる位置から撮像される
ことにより得られた各画像に基づいて３次元座標算出手
段によりそれぞれ算出された各点に対する少なくとも２
つの３次元座標に応じて、各点を一つの座標系における
座標により表現し合成画像を生成する３次元形状合成手
段とを備えたことを特徴とする形状計測システムを提供
することにより達成される。
【００１５】このような手段によれば、撮像装置により
得られた位置情報と画像とに応じて、コンピュータによ
り対象物を構成する各点の３次元座標が算出され、該３
次元座標に応じて対象物の３次元形状が得られるため、
対象物の３次元形状を高精度に計測することができる。
【００１６】ここで、コンピュータは、３次元座標算出
手段により算出された複数の３次元座標に対して補間処
理を実行する補間手段をさらに備えたものとすることが
できる。
【００１７】また、投光手段または撮像位置特定手段の
少なくとも一方は、コンピュータにより制御されるもの
とすることもできる。
【００１８】また、本発明の目的は、対象物を撮像する
撮像手段を含む撮像装置であって、対象物に所定のパタ
ーンを有する光を照射する投光手段と、撮像手段が対象
物を撮像する位置を検出して、位置を特定する位置情報
を生成する撮像位置特定手段と、光に照射された対象物
を撮像手段が撮像することにより得られた画像及び位置
情報を記憶する記憶手段とを備えたことを特徴とする撮
像装置を提供することにより達成される。
【００１９】このような手段によれば、対象物の３次元
形状を計測するために必要なデータを容易に得ることが
できる。
【００２０】ここで、投光手段または撮像位置特定手段
の少なくとも一方は、外部から供給される制御信号によ
り制御されるようにしてもよい。
【００２１】また、撮像手段は、さらに、光が照射され
ていない対象物を撮像することとすれば、対象物に付さ
れた模様等をも含めた再現画像を生成することができ
る。
【００２２】また、本発明の目的は、対象物を撮像して
対象物の３次元形状を計測する形状計測方法であって、
対象物に所定のパターンを有する光を照射するステップ
と、対象物を撮像する位置を検出して、位置を特定する
位置情報を生成するステップと、位置情報と、位置情報
により特定される位置において撮像された画像とに応じ
て、対象物を構成する各点の３次元座標を算出するステ
ップと、光が照射された対象物が少なくとも２つの異な
る位置から撮像されることにより得られた各画像に基づ
いてそれぞれ算出された各点に対する少なくとも２つの
３次元座標に応じて、各点を一つの座標系における座標
により表現するステップとを含むことを特徴とする形状
計測方法を提供することにより達成される。
【００２３】このような手段によれば、位置情報と撮像
された画像とに応じて算出された３次元座標により、撮
像された対象物の３次元形状が計測されるため、３次元
形状の高精度な計測を容易に実現することができる。
【００２４】ここで、座標系における対象物の座標と、
光が照射されていないときに撮像手段により撮像された
画像とに応じて対象物の３次元画像を生成するステップ
をさらに含むこととすれば、対象物に付された模様など
を含めて対象物に忠実な３次元再現画像を生成すること
ができる。
【００２５】また、本発明の目的は、対象物の３次元形
状を計測する形状計測方法であって、対象物に所定のパ
ターンを有する光を照射するステップと、光学中心が異
なる複数の撮像手段により対象物を撮像するステップ
と、複数の撮像手段が対象物を撮像する各位置を検出し
て、各位置に対応する位置情報を生成するステップと、
光が照射された対象物が複数の撮像手段により撮像され
ることにより得られた複数の画像と、生成された位置情
報とに応じて、画像毎に対象物を構成する各点の３次元
座標を算出するステップと、算出された各点に対する複
数の３次元座標に応じて、各点を一つの座標系における
座標により表現するステップとを含むことを特徴とする
形状計測方法を提供することにより達成される。
【００２６】このような手段によれば、複数の撮像手段
により同時に撮像された複数の画像からそれぞれ３次元
座標を算出し合成するため、より高度な３次元形状の計
測を容易に実現することができる。
【００２７】また、本発明の目的は、コンピュータによ
って対象物の３次元形状を計測するためのプログラムを
記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であっ
て、プログラムは、コンピュータに対し、所定のパター
ンを有する光が照射された対象物を撮像することにより
得られた画像と、対象物を撮像した位置を特定する位置
情報とに応じて、対象物を構成する各点の３次元座標を
算出させ、光が照射された対象物が少なくとも２つの異
なる位置から撮像されることにより得られた各画像に基
づいてそれぞれ算出された各点に対する少なくとも２つ
の３次元座標に応じて、各点を一つの座標系における座
標により表現させることを特徴とするコンピュータ読み
取り可能な記録媒体を提供することにより達成される。
【００２８】このような手段によれば、該記録媒体に記
録されたプログラムがコンピュータにより実行されるこ
とによって、位置情報と撮像された画像とに応じた３次
元座標が算出され、算出された該３次元座標により対象
物の３次元形状が得られるため、容易に高精度な３次元
形状の計測を実行することができる。
【００２９】ここで、プログラムは、加速度センサに重
力を基準として位置を特定する位置情報を生成させ、磁
気センサに地磁気を基準として位置を特定する位置情報
を生成させ、または、角速度センサに３次元座標の座標
系を構成する各座標軸周りの回転角速度を検出させるも
のとすることができる。
【００３０】また、プログラムはさらに、コンピュータ
に対し、一つの座標系における座標と、光が照射されて
いないときに撮像された画像とに応じて、対象物の３次
元画像を生成させるものとすれば、対象物の表面におけ
る模様をも含めて再現された３次元画像を容易に得るこ
とができる。
【００３１】また、本発明の目的は、コンピュータによ
って対象物の３次元形状を計測するためのプログラムを
記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であっ
て、プログラムは、コンピュータに対し、所定のパター
ンを有する光が照射された対象物が複数の撮像手段で撮
像された複数の画像と、複数の撮像手段が対象物を撮像
したそれぞれの位置を特定する複数の位置情報とに応じ
て、画像毎に対象物を構成する各点の３次元座標を算出
させ、算出された各点に対する複数の３次元座標に応じ
て、各点を一つの座標系における座標により表現させる
ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体
を提供することにより達成される。
【００３２】このような手段によれば、上記プログラム
をコンピュータに実行させることにより、複数の撮像手
段に対し対象物を同時に撮像させ、複数の画像を得るこ
とができるため、該複数の画像からそれぞれ３次元座標
を算出させて合成させることにより、より高度な３次元
形状の計測を容易に実現することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下において、本発明の実施の形
態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符
号は同一又は相当部分を示す。 ［実施の形態１］図１は、本発明の実施の形態１に係る
形状計測システムの構成を示すブロック図である。図１
に示されるように、本実施の形態１に係る形状計測シス
テム１は、ＭＰＵ（Micro-Processing Unit）３と、外
部端子５と、絞り機構６と、相関二重サンプリング（Co
rrelated Double Sampling−ＣＤＳ）回路７と、タイミ
ング信号生成回路８と、ＩＰＰ（Image Pre-Processo
r）回路９と、レンズ１０と、ＣＣＤ等からなる撮像素
子１１と、Ａ／Ｄ変換器１２と、画像メモリ１３と、パ
ターン光照射部１４と、３Ｄ（３次元）位置算出部１５
と、姿勢検出部１６と、３次元位置合成部１７とを備え
る。
【００３４】ここで、ＣＤＳ回路７は撮像素子１１に接
続され、Ａ／Ｄ変換器１２はＣＤＳ回路７に接続され
る。また、ＩＰＰ回路９はＡ／Ｄ変換器１２に接続さ
れ、画像メモリ１３はＩＰＰ回路９に接続される。ま
た、３Ｄ位置算出部１５及び３次元位置合成部１７は画
像メモリ１３に接続される。
【００３５】また、撮像素子１１とＣＤＳ回路７及びＡ
／Ｄ変換器１２は、タイミング信号生成回路８に接続さ
れる。さらに、外部端子５と絞り機構６、タイミング信
号生成回路８、ＩＰＰ回路９、画像メモリ１３、３Ｄ位
置算出部１５、３次元位置合成部１７、パターン光照射
部１４、及び姿勢検出部１６がＭＰＵ３に接続される。
【００３６】上記のような形状計測システム１において
は、被写体（図示していない）を撮像する際、該撮像に
よる被写体の像はレンズ１０及び絞り機構６により撮像
素子１１上に結像される。そして、撮像素子１１で得ら
れた画像信号は、ＣＤＳ回路７によりサンプリングされ
た後、Ａ／Ｄ変換器１２でデジタル信号化される。な
お、このときの動作タイミングは、タイミング信号生成
回路８から供給される信号により制御される。
【００３７】このようにしてデジタル化された画像信号
は、ＩＰＰ回路９によりアパーチャ補正などの画像処理
やデータ圧縮が施され、画像メモリ１３に保存される。
このとき、画像信号に対する種々の補正処理や圧縮処理
をＭＰＵ３で実行するようにしてもよい。
【００３８】また、パターン光照射部１４は、被写体に
対してスリットパターンやドットパターン、あるいは濃
淡グラデーションを有するようなパターン光を照射す
る。そして、このパターン光が照射された被写体を撮像
することにより得られた画像を基に、３Ｄ位置算出部１
５は被写体表面の点に対する３次元位置座標を算出す
る。
【００３９】また、姿勢検出部１６は、該画像を撮像し
た時における形状計測システム１の姿勢（撮像位置や撮
像角度など）を検出する。なお、上記姿勢は画像を撮像
する度に検出するが、上記撮像位置や撮像角度などの情
報は絶対的なものであっても良いし、ある視点を基準と
した相対的なものであっても良い。
【００４０】そして、３次元位置合成部１７は、姿勢検
出部１６において得られた該姿勢に関する情報に応じて
複数の上記画像を合成することにより、被写体の３次元
形状を得ることとなる。なお、図１に示された各回路
は、直接的または間接的にＭＰＵ３によって制御され
る。
【００４１】また、上記のような構成を有する形状計測
システム１は、図２に示されるように、一つの筐体に収
納されることによって一体的にカメラ２を構成するよう
にすることができる。なお、図２に示されるように、カ
メラ２においては、フロッピー（登録商標）ディスク１
７２などの可搬式記録媒体が着脱可能なものとすること
ができ、このようなカメラ２によれば、生成された３次
元画像を該可搬式記録媒体に格納することができる。
【００４２】以下において、図３のフローチャートを参
照しつつ、上記形状計測システム１の動作をより具体的
に説明する。まず、ステップＳ１においては、ユーザに
よる撮像指示の有無を判断し、該撮像指示があった場合
にはステップＳ２へ進み、ない場合には該指示があるま
で待機する。このとき、ユーザにより第一の視点におい
てレリーズボタン（手動式ボタン）が押されることによ
り、ステップＳ２へ進み、該被写体が撮像される。
【００４３】ここで、まず被写体にはパターン光照射部
１４から上記のようなパターン光が照射され、該パター
ン光が投影された被写体が撮像される。次に、該パター
ン光の照射をしない状態で該被写体が撮像される。な
お、上記形状計測システム１においては、被写体を撮像
する代わりに、予め得られた画像データを外部端子５を
介して画像メモリ１３に入力してもよい。
【００４４】そして次に、ステップＳ３へ進み、該撮像
時の姿勢を検出し、被写体表面の点に対応する３次元位
置座標を算出する。なお、該姿勢の検出方法については
後に詳しく説明する。ここで、図４に示されるように、
パターン光照射部１４による照射によりパターン光が投
影された被写体２０を撮像することによって画像２１が
得られる場合を仮定すると、図４に示された被写体表面
上の点Ａに対応する３次元座標（Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ）
は、以下のように算出される。
【００４５】パターン光が照射される向きを示すベクト
ル２３を（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）、レンズ１０の光軸と画
像面とが交わる点を原点としたとき画像２１上における
点Ａの像の位置座標を（Ｉｘ，Ｉｙ）、レンズ１０を含
む撮像系の焦点距離をｆ、パターン光照射部１４と上記
撮像系の光学中心との距離をｄとすると、三角測量の原
理により次式により上記３次元座標（Ａｘ，Ａｙ，Ａ
ｚ）が算出される。
【００４６】
【数１】 そして次に、第一の視点と異なる第二の視点において上
記と同様に該被写体を撮像し、該撮像により得られた画
像を基に、上記と同様に被写体表面の点に対応する３次
元座標を算出する。なお、第二の視点においては、第一
の視点において撮像された被写体表面の点の少なくとも
一部が含まれるように、該被写体が撮像される。
【００４７】そして、上記のように、一つの被写体２０
を複数の視点から撮像した後に、該被写体に対する撮像
を終了する場合にはステップＳ５へ進み、さらに該被写
体を撮像する場合にはステップＳ１へ戻る。
【００４８】ステップＳ５では、３次元位置合成部１７
が、姿勢検出部１６で検出された姿勢に関する情報に応
じて、上記各視点毎に算出された３次元座標（３次元位
置データ）を一つの座標系上で合成する。なお、この合
成方法の具体例については後に詳しく説明する。
【００４９】また、ステップＳ５においてはさらに、ス
テップＳ２においてパターン光の照射をしない状態で該
被写体が撮像されることにより得られた画像が、上記合
成により得られた３次元形状に対して合成される。これ
により、該被写体の表面における模様を含めて再現され
た被写体の３次元画像を得ることができる。
【００５０】以上が本実施の形態１に係る形状計測シス
テム１の動作であるが、以下においては上記ステップＳ
３における姿勢検出部１６の動作を詳しく説明する。ま
ず、図５に示されるように、姿勢検出部１６は、直交す
る３軸方向における各加速度を測定する加速度センサを
含む重力方向検出部１６ａと、該３軸方向における磁力
を測定する磁気センサを含む重力周り角度検出部１６ｂ
と、姿勢算出部１６ｃとを備える。ここで、重力方向検
出部１６ａはＭＰＵ３に接続され、重力周り角度検出部
１６ｂは重力方向検出部１６ａに接続される。また、姿
勢算出部１６ｃは重力方向検出部１６ａ及び重力周り角
度検出部１６ｂに接続される。
【００５１】なお、上記姿勢検出部１６はジャイロによ
り構成してもよいが、この場合については後述する。
【００５２】まず最初に、重力方向検出部１６ａが３軸
加速度センサにより構成され、重力周り角度検出部１６
ｂが２軸磁気方位センサにより構成される例を説明す
る。ここでは、図６に示されるように重力方向がＹ軸と
されたＸＹＺ基準座標系（絶対座標系）と、光軸がＷ軸
とされたＵＶＷ撮像座標系とを定義し、基準座標系に対
する撮像座標系の傾きをそれぞれ姿勢角θＵ ,
θＶ ，θＷ で表記する。
【００５３】形状計測システム１の姿勢を特定する方法
としては、まず基準座標系と撮像座標系とが一致する状
態から形状計測システム１をＶ（Ｙ）軸周りにθＶだけ
回転させ、次に撮像座標系を基準として形状計測システ
ム１をＵ軸周りにθＵだけ回転させ、さらに撮像座標系
を基準として形状計測システム１をＷ軸周りにθＷだけ
回転させる方法がある。
【００５４】ここで、上記のようなＶ軸、Ｕ軸、Ｗ軸の
周りにおける回転を表す回転行列をそれぞれＲＶ , Ｒ
Ｕ , ＲＷ で示すと、形状計測システム１の姿勢は次の
行列により示される。
【００５５】
【数２】 また、加速度センサ及び磁気方位センサにより得られた
測定値を、それぞれ以下の行列Ａ及び行列Ｍにより示
す。
【００５６】
【数３】 但し、２軸磁気方位センサを用いる場合には、ＭＹは不
定とされる。なお、重力加速度ベクトルは以下の行列Ｇ
により示される。
【００５７】
【数４】 また、地磁気の伏角φを既知とすると、地磁気ベクトル
は以下の行列Ｄにより示される。
【００５８】
【数５】 ところで、上記の行列Ａと行列Ｇ、及び求める行列Ｒと
の間には、以下の式が成立する。
【００５９】
【数６】 従って、上記式（６）の両辺に左から行列Ｒの逆行列を
乗算することにより、以下の式が成立する。
【００６０】
【数７】 これより、図５に示された姿勢算出部１６ｃにより、以
下のような姿勢角θＵ ，θＷ が求められる。
【００６１】
【数８】 さらに、上記行列Ｍと行列Ｄと、求める行列Ｒとの間に
は、以下の式が成立する。
【００６２】
【数９】 従って、上記式（９）の両辺に左から行列Ｒの逆行列を
乗算することにより、以下の式が成立する。
【００６３】
【数１０】 これより、以下の式（１１）が導出されるため、姿勢算
出部１６ｃにより姿勢角θＶが以下のように求められ
る。
【００６４】
【数１１】
【００６５】
【数１２】 なお、上記の式（８）においてＣｏｓθＵが０の場合に
は、姿勢角θＷは任意に定めることができる。
【００６６】以上のような方法によって式（２）として
示された行列Ｒが求められ、形状計測システム１の撮像
姿勢を特定する情報が得られたことになる。
【００６７】以下において、３軸加速度センサと３軸磁
気方位センサを用いた例について説明する。なお、座標
系の定義と姿勢角θＵ , θＷ の導出については上記
と同様である。但し、地磁気の伏角は未知であるものと
してよく、地磁気ベクトルは以下の行列Ｄで示される。
【００６８】
【数１３】 ここで、以下の式（１４）で示される行列Ｄ’を仮定す
る。
【００６９】
【数１４】 そして、上記行列Ｄ’を用いると、上記行列Ｄは以下の
式（１５）により示される。
【００７０】
【数１５】 これより、以下の式（１６）が成立する。
【００７１】
【数１６】 従って、姿勢算出部１６ｃにより、以下のように姿勢角
θＶが求められる。
【００７２】
【数１７】 次に、図１に示された姿勢検出部１６として、ジャイロ
を用いる場合を説明する。この場合には、以下に説明す
るように、図６に示されたＸＹＺ基準座標系（絶対座標
系）の各軸周りの回転角速度が求まるようジャイロが配
置され、該ジャイロにより検出された回転角速度を積分
することにより、角度情報を得ることができる。
【００７３】すなわち、改めて図６に示されたＸ軸周り
の回転角をα、Ｙ軸周りの回転角をβ、Ｚ軸周りの回転
角をγと表すと、ジャイロにより以下のような回転角速
度ベクトルＪが測定される。
【００７４】
【数１８】 そして、上記回転角速度ベクトルＪを積分することによ
り、以下のように、時刻ｔにおける回転角α，β，γを
得ることができる。
【００７５】
【数１９】 なお、上記において積分定数α０，β０，γ０は、時刻
ｔ＝０の初期状態を静止状態とすると、いずれも０とな
る。
【００７６】次に、図３のステップＳ５における３次元
位置データの合成動作を詳しく説明する。図７は、該合
成動作を模式的に示す図である。なお、ここでは図７に
示されるように、円柱状の被写体２０の３次元形状を計
測する場合を一例として説明する。
【００７７】図７（ｂ）は、図７（ａ）に示される視点
（撮像の向き）ＤＢから被写体２０を撮像し、被写体表
面の各点に対応する３次元座標を算出して、算出された
該座標を所定の３次元座標系において表示した点群２７
を示す図である。また同様に図７（ｃ）は、図７（ａ）
に示される視点（撮像の向き）ＤＣから被写体２０を撮
像し、被写体表面の各点に対応する３次元座標を算出し
て、算出された該座標を上記３次元座標系において表示
した点群２８を示す図である。
【００７８】ここで、図７（ｂ）や図７（ｃ）に示され
るように、撮像方向により例えば被写体２０の側面にお
ける裏側や上面及び下面が、該撮像に際して死角となる
ため、得られた各点群２７，２８によっては、該被写体
２０の形状を特定することができない。従って、図７
（ｄ）に示されるように、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に
示された点群２７，２８を同一の座標系において合成す
ることにより、被写体２０の３次元形状を特定できる点
群２９を得ることができる。
【００７９】ここで、多数の視点から被写体を撮像すれ
ばする程、被写体表面の点に対応する上記点群が多数得
られることになるため、より完全な該被写体の３次元形
状を得ることができる。
【００８０】以下において、上記のような合成動作をよ
り詳しく説明する。なお、以下においては、図７（ａ）
に示された視点ＤＢと視点ＤＣから被写体２０を撮像す
ることにより得られた二組の３次元位置データを合成す
る例を説明するが、三組以上の３次元位置データを合成
する場合も同様である。
【００８１】視点ＤＢからの撮像に関して、基準となる
姿勢からの図６に示されたＸＹＺ軸周りの回転角度（Ｂ
ｘ，Ｂｙ，Ｂｚ）が与えられていたとすると、該基準姿
勢から視点ＤＢの姿勢に座標変換するための回転行列Ｒ
Ｂは次式（２０）により示される。
【００８２】
【数２０】 なお、上記回転はＸ軸周り、Ｙ軸周り、Ｚ軸周りの順で
行われるものとしている。
【００８３】また同様に、視点ＤＣからの撮像に関し
て、基準となる姿勢からの図６に示されたＸＹＺ軸周り
の回転角度（Ｃｘ，Ｃｙ，Ｃｚ）が与えられていたとす
ると、該基準姿勢から視点ＤＣの姿勢に座標変換するた
めの回転行列ＲＣは次式（２１）により示される。
【００８４】
【数２１】 従って、視点ＤＢの姿勢（撮像座標系）における位置座
標を視点ＤＣの姿勢（撮像座標系）における位置座標に
変換する回転行列ＲＲは、以下のように示される。
【００８５】
【数２２】 よって、例えば視点ＤＢの姿勢（撮像座標系）における
位置座標ｂの点は、視点ＤＣの姿勢（撮像座標系）にお
いてはＲＲ・ｂにより求められる位置座標により表され
る。但し、上記行列ＲＲにより座標変換できるのは回転
成分のみであるため、並進成分の変換（シフト）をさら
に施す必要がある。
【００８６】そこで、視点ＤＢと視点ＤＣから撮像する
ことにより得られた二つの画像間において、対応する点
を見出す。例えば、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示され
た両画像において、該対応する点として点ＤＤ１と点Ｄ
Ｄ２、点ＤＥ１と点ＤＥ２を見出すことができる。
【００８７】ここで、上記各点に対しては、視点ＤＢあ
るいは視点ＤＣにおける撮像座標系での３次元座標がそ
れぞれ求められているが、視点ＤＢの撮像座標系におけ
る３次元座標を上記行列ＲＲにより座標変換することに
より回転成分のずれを除去した後の３次元空間上での位
置のずれが、必要なシフト量（並進移動量）となる。す
なわち、視点ＤＢ及び視点ＤＣにおける撮像座標系での
ある対応点の位置座標をそれぞれｂ及びｃとすると、上
記シフト量ｓはｓ＝（ＲＲ・ｂ）−ｃにより求められ
る。
【００８８】なお、全ての上記対応点におけるシフト量
ｓは、全て同じベクトル量になるはずであるが、ノイズ
や誤った対応点の採取により異なる値を示す場合が多
い。従って、各対応点について算出される上記シフト量
の平均が該視点ＤＢ，ＤＣ間の並進成分とされる。ま
た、このような平均化の代わりに、正常な対応関係が得
られない可能性が高い対応点から算出されるシフト量を
並進成分としてもよい。
【００８９】そして、一方の撮像座標系における全３次
元座標を、求められたシフト量だけシフトさせ、上記の
ように両撮像座標系の３次元座標を一つの座標系上で合
成する。このとき、対応点同士が完全に重ならない場合
には、該対応点の重心位置（対応点が２点である場合に
は中点）を最終的な３次元座標とすることにより、該被
写体の３次元形状を高精度に得ることができる。
【００９０】なお、上記のような形状計測システム１
は、図９に示されるように、カメラ４とパーソナルコン
ピュータＰＣとにより構成することもできる。すなわ
ち、図１０に示されるように、図１に示された３Ｄ位置
算出部１５や３次元位置合成部１７を除く部分を一つの
筐体に収納してカメラ４を構成すると共に、上記３Ｄ位
置算出部１５や３次元位置合成部１７は、該カメラ４と
は別個独立なパーソナルコンピュータＰＣに備えること
としてもよい。
【００９１】このような構成による形状計測システムに
おいては、まず画像信号及び撮像姿勢を示す情報がカメ
ラ４により取得され、画像メモリ１３に格納される。そ
して、画像メモリ１３に格納された画像信号及び撮像姿
勢を示す情報がスマートメディアなどの可搬式記録媒体
に記録されるため、該可搬式記録媒体を該パーソナルコ
ンピュータＰＣに装着することにより、メモリ／通信イ
ンタフェース部１９に該信号及び情報が取り込まれる。
なお、上記のように可搬式記録媒体によらず、画像メモ
リ１３から図示していない通信手段によって、パーソナ
ルコンピュータＰＣのメモリ／通信インタフェース部１
９へ該信号及び情報を無線送信するようにしても良い。
【００９２】従って、図９及び図１０に示された形状計
測システムにおいては、パーソナルコンピュータＰＣ
が、メモリ／通信インタフェース部１９に取り込まれた
該信号及び情報に応じて、被写体の表面を構成する各点
に対応した３次元座標を算出し、該被写体の３次元画像
を生成する。
【００９３】また、図１０に示された形状計測システム
においては、カメラ４に含まれたパターン光照射部１４
及び姿勢検出部１６は、カメラ４に含まれたＭＰＵ３に
より制御されるが、図１１に示されるようにパーソナル
コンピュータＰＣから供給される制御信号により制御さ
れるようにしても良い。
【００９４】一方、上記のような形状計測システム１の
動作は、ソフトウェアにより実現しても良い。すなわ
ち、該動作はコンピュータプログラムとして記述でき、
該プログラムをＭＰＵ３が実行することにより、上記動
作が容易に実現される。このとき、該プログラムはＣＤ
−ＲＯＭ１７１等の記録媒体に記録され、図１２に示さ
れるように、パーソナルコンピュータＰＣに該記録媒体
を装着することによって、該プログラムがＭＰＵ３によ
り読み込まれ実行される。
【００９５】以上より、本発明の実施の形態１に係る形
状計測システム１によれば、被写体を撮像する際の姿勢
（視点）が姿勢検出部１６で検出され、検出された該姿
勢と撮像により得られた画像とに応じて、該被写体の３
次元形状を得ることができるため、小型で低コストの形
状計測システムを提供することができる。
【００９６】また、図２に示されたカメラ２によれば、
被写体の周囲を手で移動させつつ撮像することにより、
該被写体の３次元形状を得ることができるため、いかな
る被写体に対しても容易に３次元形状を計測することが
できる。 ［実施の形態２］図１３は、本発明の実施の形態２に係
る形状計測システムの構成を示すブロック図である。図
１３に示されるように、本実施の形態２に係る形状計測
システム３５は、図１に示された実施の形態１に係る形
状計測システム１と同様な構成を有するが、補間処理部
５０をさらに備える点で相違するものである。
【００９７】ここで、補間処理部５０は、ＭＰＵ３によ
り制御され画像メモリ１３に接続される。
【００９８】上記のような構成を有する本実施の形態２
に係る形状計測システム３５は、図１に示された実施の
形態１に係る形状計測システム１と同様に動作するが、
以下において補間処理部５０の動作を説明する。
【００９９】被写体を撮像することにより得られた上記
３次元位置データは、該データが示される３次元座標系
において必ずしも必要な空間解像度で存在しているとは
限らない。そこで、例えば図１４（ａ）に示されるよう
に点群２７が得られている場合には、図１４（ｂ）に示
されるように、該３次元座標系において該点群がより密
になるよう補間点３７を追加する。
【０１００】ここで、該補間の方法については、該点群
を結ぶ近似曲線を求めるためにスプライン関数を用いる
などといった従来の方法を採用することができる。
【０１０１】また一方、上記補間処理部５０は、以下の
ような補正処理も行うことができるものとすることがで
きる。すなわち、図１５（ａ）に示されるように、得ら
れた画像３９に含まれる点群の一部において他の点群と
明らかに離散した誤処理点ＰＦが見出された場合には、
ユーザはモニタ上におけるマウス操作により該誤処理点
ＰＦをポインタ（図中矢印で示す）で指定し、図１５
（ｂ）に示されるように該ポインタを所望の位置に移動
し、あるいは消去することにより、該誤処理点ＰＦを補
正する。そしてこのような補正処理を施すことにより、
図１５（ｂ）に示された適正な画像４１を得ることがで
きる。
【０１０２】なお、上記のような補正処理は、上記補間
処理の前に実行されることが望ましい。
【０１０３】また、上記補間処理部５０は、他の構成部
分と共に一つの筐体に収納され一体としてカメラを構成
してもよいし、図１６に示されるように、パーソナルコ
ンピュータＰＣの中で３Ｄ位置算出部１５と３次元位置
合成部１７との間に備えられても良い。
【０１０４】以上より、本実施の形態２に係る形状計測
システム３５によれば、上記実施の形態１に係る形状計
測システム１と同様な効果を奏すると共に、補間処理部
５０により３次元位置データが補間され、あるいは補正
されるため、さらに高精度な被写体の３次元形状を得る
ことができる。
【０１０５】また、本実施の形態２に係る形状計測シス
テム３５によれば、上記のような補間が可能であること
から、被写体に所定のパターンを投影するパターン光照
射部１４の構成を簡易にすることができるため、形状計
測システムをより小型化することができる。
【０１０６】さらに、本実施の形態２に係る形状計測シ
ステム３５によれば、上記のような補正が可能であるこ
とから、該形状システム３５を手で持った状態で被写体
を撮像するような場合に生じる手ぶれ等の影響を回避す
ることができ、該被写体のより正確な３次元形状を得る
ことができる。
【０１０７】なお、上記のような形状計測システム３５
の動作は、ソフトウェアにより実現しても良い点は、上
記実施の形態１に係る形状計測システム１と同様であ
る。 ［実施の形態３］図１７は、本発明の実施の形態３に係
る形状計測システムの構成を示すブロック図である。図
１７に示されるように、本実施の形態３に係る形状計測
システム４５は、図１に示された実施の形態１に係る形
状計測システム１と同様な構成を有するが、レンズ１０
ａと、絞り機構６ａと、撮像素子１１ａと、ＣＤＳ回路
７ａと、Ａ／Ｄ変換器１２ａと、タイミング信号生成回
路８ａと、ＩＰＰ回路９ａをさらに備える点で相違す
る。ここで、絞り機構６ａとタイミング生成回路８ａ、
及びＩＰＰ回路９ａはＭＰＵ３により制御され、撮像素
子１１ａとＣＤＳ回路７ａ及びＡ／Ｄ変換器１２ａは、
タイミング信号生成回路８ａから供給される信号に応じ
て動作する。また、ＩＰＰ回路９ａは画像メモリ１８に
接続される。
【０１０８】上記のように、本実施の形態３に係る形状
計測システム４５においては、レンズとＣＣＤ等からな
る二つの撮像系が、それらの光学中心が異なるように備
えられる。なお、該光学中心の位置のずれや光軸相互の
角度におけるずれは、予め正確に求められる。
【０１０９】上記のような構成を有する本実施の形態３
に係る形状計測システム４５は、上記実施の形態１に係
る形状計測システム１と同様に動作するが、一つの視点
において被写体を一度撮像する（シャッタを切る）こと
により、レンズ１０及びレンズ１０ａを介して二つの画
像を得ることができるため、一度の撮像により二組の３
次元位置データを得ることができる。
【０１１０】従って、本実施の形態３に係る形状計測シ
ステム４５によれば、上記のようにして得られた複数の
全３次元位置データを一つの座標系において合成するこ
とにより、最終的に得られる被写体の３次元形状を高精
度化することができる。
【０１１１】なお、上記においては、該撮像系が二つの
場合を例示したが、本発明の実施の形態に係る形状計測
システムにおいては、該撮像系を三つ以上備えるものも
同様に考えることができる。
【０１１２】また、上記のような形状計測システム４５
の動作は、ソフトウェアにより実現できる点は、上記実
施の形態１及び２に係る形状計測システム１，３５と同
様である。
【０１１３】
【発明の効果】上述の如く、本発明に係る形状計測シス
テムによれば、位置情報と撮像された画像とに応じて算
出された３次元座標により、撮像された対象物の３次元
形状を得ることによって、簡易な構成により３次元形状
を高精度に計測することができるため、形状計測システ
ムを小型化することによる計測の容易化と、信頼性の向
上が図られた形状計測システムを提供することができ
る。
【０１１４】また、補間処理を実行する補間手段をさら
に備えることとすれば、対象物のより高精度な３次元形
状を得ることができる。
【０１１５】また、光が照射されていないときに撮像手
段により撮像された画像に応じて、対象物の３次元画像
を生成すれば、実際の対象物に付された模様等をも再現
された３次元画像を得ることができるため、より再現性
の高い対象物の３次元画像を得ることができる。
【０１１６】また、本発明に係る形状計測システムによ
れば、複数の撮像手段により同時に複数の画像を得るこ
とができるため、該複数の画像からそれぞれ３次元座標
を算出して合成することにより、より高精度な３次元形
状の計測を実現することができ、形状計測システムの信
頼性を高めることができる。
【０１１７】また、上記システムは、対象物を撮像する
撮像装置とコンピュータとにより構成することもでき、
このようなシステムにおいては、該コンピュータの性能
を生かすことによって、より高精度な３次元画像を生成
することができる。
【０１１８】また、本発明に係る撮像装置によれば、対
象物の３次元形状を計測するために必要なデータを容易
に得ることができる。
【０１１９】また、本発明に係る形状計測方法によれ
ば、位置情報と撮像された画像とに応じて算出された３
次元座標により、撮像された対象物の３次元形状が計測
されるため、３次元形状の高精度な計測を容易に実現す
ることができる。
【０１２０】また、本発明に係るコンピュータ読み取り
可能な記録媒体によれば、該記録媒体に記録されたプロ
グラムをコンピュータにより実行することによって、３
次元形状の高精度な計測、あるいは高精度な３次元画像
の生成をソフトウェアにより容易に実現することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る形状計測システム
の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示された形状計測システムを内蔵したカ
メラの外観を示す図である。
【図３】図１に示された形状計測システムの動作を説明
するフローチャートである。
【図４】図１に示された形状計測システムによる撮像動
作を説明する図である。
【図５】図１に示された姿勢検出部の構成を示すブロッ
ク図である。
【図６】図１に示された形状計測システムによる姿勢角
算出動作を説明する図である。
【図７】図１に示された形状計測システムによる３次元
座標の合成動作を説明する第一の図である。
【図８】図１に示された形状計測システムによる３次元
座標の合成動作を説明する第二の図である。
【図９】図１に示された形状計測システムをパーソナル
コンピュータ及びカメラにより構成した例を示す図であ
る。
【図１０】図９に示されたパーソナルコンピュータ及び
カメラの構成を示すブロック図である。
【図１１】図１に示された形状計測システムをパーソナ
ルコンピュータ及びカメラにより構成した他の例を示す
図である。
【図１２】本発明の実施の形態１に係る形状計測方法を
実現するためのパーソナルコンピュータを示す図であ
る。
【図１３】本発明の実施の形態２に係る形状計測システ
ムの構成を示すブロック図である。
【図１４】図１３に示された形状計測システムによる補
間処理を説明する図である。
【図１５】図１３に示された形状計測システムによる補
正処理を説明する図である。
【図１６】図１３に示された形状計測システムをパーソ
ナルコンピュータ及びカメラにより構成した例を示す図
である。
【図１７】本発明の実施の形態３に係る形状計測システ
ムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１，３５，４５ 形状計測システム ２，４ カメラ ３ ＭＰＵ（Micro-Processing Unit） ５ 外部端子 ６，６ａ 絞り機構 ７，７ａ 相関二重サンプリング（Correlated Double
Sampling−ＣＤＳ）回路 ８，８ａ タイミング信号生成回路 ９，９ａ ＩＰＰ（Image Pre-Processor）回路 １０，１０ａ レンズ １１，１１ａ 撮像素子 １２，１２ａ Ａ／Ｄ変換器 １３，１８ 画像メモリ １４ パターン光照射部 １５ ３Ｄ位置算出部 １６ 姿勢検出部 １６ａ 重力方向検出部 １６ｂ 重力周り角度検出部 １６ｃ 姿勢算出部 １７ ３次元位置合成部 １９ メモリ／通信インタフェース部 ２０ 被写体 ２１，３９，４１ 画像 ２３，２５ ベクトル ２７，２８，２９ 点群 ３７ 補間点 ５０ 補間処理部 ５１ 水平面 １７１ ＣＤ−ＲＯＭ １７２ フロッピーディスク ＰＣ パーソナルコンピュータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA53 DD02 FF05 FF63 FF65 HH05 JJ26 LL04 LL30 MM06 QQ01 QQ03 QQ24 UU05 5B057 BA02 BA11 CD03 CD14 CD20 CE08 CH01 CH11 DA07 DB03 DC09 5C054 CC03 EA05 EB05 ED14 FD01 HA05

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 対象物を撮像する撮像手段を含み、前記
    対象物の３次元形状を計測する形状計測システムであっ
    て、 前記対象物に所定のパターンを有する光を照射する投光
    手段と、 前記撮像手段が前記対象物を撮像する位置を検出して、
    前記位置を特定する位置情報を生成する撮像位置特定手
    段と、 前記位置情報と、前記位置情報により特定される前記位
    置において撮像された画像とに応じて、前記対象物を構
    成する各点の３次元座標を算出する３次元座標算出手段
    と、 前記光が照射された前記対象物が少なくとも２つの異な
    る位置から撮像されることにより得られた各画像に基づ
    いて前記３次元座標算出手段によりそれぞれ算出された
    前記各点に対する少なくとも２つの前記３次元座標に応
    じて、前記各点を一つの座標系における座標により表現
    し合成画像を生成する３次元形状合成手段とを備えたこ
    とを特徴とする形状計測システム。
  2. 【請求項２】 前記撮像手段の動作タイミングを制御す
    る撮像制御手段と、 前記撮像手段により得られたアナログ信号をデジタル信
    号へ変換する信号変換手段と、 前記デジタル信号と前記３次元座標、及び前記３次元形
    状合成手段により生成された前記合成画像を記憶する記
    憶手段とをさらに備えた請求項１に記載の形状計測シス
    テム。
  3. 【請求項３】 前記撮像手段により撮像された前記画像
    または前記合成画像のうち、少なくともいずれか一方に
    対して補間処理を実行する補間手段をさらに備えた請求
    項２に記載の形状計測システム。
  4. 【請求項４】 前記３次元形状合成手段により得られた
    前記対象物の座標と、光が照射されていないときに前記
    撮像手段により撮像された画像とに応じて、前記対象物
    の３次元画像を生成する３次元画像生成手段をさらに備
    えた請求項１に記載の形状計測システム。
  5. 【請求項５】 対象物の３次元形状を計測する形状計測
    システムであって、 前記対象物を撮像すると共に、光学中心が異なる複数の
    撮像手段と、 前記対象物に所定のパターンを有する光を照射する投光
    手段と、 前記複数の撮像手段が前記対象物を撮像する位置を検出
    して、前記位置に対応する位置情報を生成する撮像位置
    特定手段と、 前記光が照射された前記対象物が前記複数の撮像手段に
    より撮像されることにより得られた複数の画像と、前記
    撮像位置特定手段により生成された前記位置情報とに応
    じて、前記画像毎に前記対象物を構成する各点の３次元
    座標を算出する３次元座標算出手段と、 前記３次元座標算出手段により算出された前記各点に対
    する複数の前記３次元座標に応じて、前記各点を一つの
    座標系における座標により表現し合成画像を生成する３
    次元形状合成手段とを備えたことを特徴とする形状計測
    システム。
  6. 【請求項６】 各々が、対応する前記撮像手段の動作タ
    イミングを制御する複数の撮像制御手段と、 各々が、対応する前記撮像手段により得られたアナログ
    信号をデジタル信号へ変換する複数の信号変換手段と、 前記複数の信号変換手段により得られたデジタル信号
    と、前記３次元座標算出手段により算出された前記３次
    元座標、及び前記３次元形状合成手段により生成された
    前記合成画像を記憶する記憶手段とをさらに備えた請求
    項５に記載の形状計測システム。
  7. 【請求項７】 対象物を撮像する撮像装置とコンピュー
    タとにより構成され、前記対象物の３次元形状を計測す
    る形状計測システムであって、 前記撮像装置は、前記対象物に所定のパターンを有する
    光を照射する投光手段と、 前記撮像手段が前記対象物を撮像する位置を検出して、
    前記位置を特定する位置情報を生成する撮像位置特定手
    段とを備え、 前記コンピュータは、前記撮像装置から供給された前記
    位置情報と、前記位置情報により特定される前記位置に
    おいて撮像された画像とに応じて、前記対象物を構成す
    る各点の３次元座標を算出する３次元座標算出手段と、 前記光が照射された前記対象物が少なくとも２つの異な
    る位置から撮像されることにより得られた各画像に基づ
    いて前記３次元座標算出手段によりそれぞれ算出された
    前記各点に対する少なくとも２つの前記３次元座標に応
    じて、前記各点を一つの座標系における座標により表現
    し合成画像を生成する３次元形状合成手段とを備えたこ
    とを特徴とする形状計測システム。
  8. 【請求項８】 前記コンピュータは、前記３次元座標算
    出手段により算出された複数の前記３次元座標に対して
    補間処理を実行する補間手段をさらに備えた請求項７に
    記載の形状計測システム。
  9. 【請求項９】 前記投光手段または前記撮像位置特定手
    段の少なくとも一方は、前記コンピュータにより制御さ
    れる請求項７に記載の形状計測システム。
  10. 【請求項１０】 対象物を撮像する撮像手段を含む撮像
    装置であって、 前記対象物に所定のパターンを有する光を照射する投光
    手段と、 前記撮像手段が前記対象物を撮像する位置を検出して、
    前記位置を特定する位置情報を生成する撮像位置特定手
    段と、 前記光に照射された前記対象物を前記撮像手段が撮像す
    ることにより得られた画像及び前記位置情報を記憶する
    記憶手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。
  11. 【請求項１１】 前記投光手段または前記撮像位置特定
    手段の少なくとも一方は、外部から供給される制御信号
    により制御される請求項１０に記載の撮像装置。
  12. 【請求項１２】 前記撮像手段は、さらに、前記光が照
    射されていない前記対象物を撮像する請求項１０に記載
    の撮像装置。
  13. 【請求項１３】 対象物を撮像して前記対象物の３次元
    形状を計測する形状計測方法であって、 前記対象物に所定のパターンを有する光を照射するステ
    ップと、 前記対象物を撮像する位置を検出して、前記位置を特定
    する位置情報を生成するステップと、 前記位置情報と、前記位置情報により特定される前記位
    置において撮像された画像とに応じて、前記対象物を構
    成する各点の３次元座標を算出するステップと、 前記光が照射された前記対象物が少なくとも２つの異な
    る位置から撮像されることにより得られた各画像に基づ
    いてそれぞれ算出された前記各点に対する少なくとも２
    つの前記３次元座標に応じて、前記各点を一つの座標系
    における座標により表現するステップとを含むことを特
    徴とする形状計測方法。
  14. 【請求項１４】 前記座標系における前記対象物の座標
    と、光が照射されていないときに前記撮像手段により撮
    像された画像とに応じて、前記対象物の３次元画像を生
    成するステップをさらに含む請求項１３に記載の形状計
    測方法。
  15. 【請求項１５】 対象物の３次元形状を計測する形状計
    測方法であって、 前記対象物に所定のパターンを有する光を照射するステ
    ップと、 光学中心が異なる複数の撮像手段により前記対象物を撮
    像するステップと、 前記複数の撮像手段が前記対象物を撮像する各位置を検
    出して、前記各位置に対応する位置情報を生成するステ
    ップと、 前記光が照射された前記対象物が前記複数の撮像手段に
    より撮像されることにより得られた複数の画像と、生成
    された前記位置情報とに応じて、前記画像毎に前記対象
    物を構成する各点の３次元座標を算出するステップと、 算出された前記各点に対する複数の前記３次元座標に応
    じて、前記各点を一つの座標系における座標により表現
    するステップとを含むことを特徴とする形状計測方法。
  16. 【請求項１６】 コンピュータによって対象物の３次元
    形状を計測するためのプログラムを記録したコンピュー
    タ読み取り可能な記録媒体であって、前記プログラム
    は、 前記コンピュータに対し、所定のパターンを有する光が
    照射された前記対象物を撮像することにより得られた画
    像と、前記対象物を撮像した位置を特定する位置情報と
    に応じて、前記対象物を構成する各点の３次元座標を算
    出させ、 前記光が照射された前記対象物が少なくとも２つの異な
    る位置から撮像されることにより得られた各画像に基づ
    いてそれぞれ算出された前記各点に対する少なくとも２
    つの前記３次元座標に応じて、前記各点を一つの座標系
    における座標により表現させることを特徴とするコンピ
    ュータ読み取り可能な記録媒体。
  17. 【請求項１７】 前記プログラムは、 加速度センサに重力を基準として前記位置を特定する前
    記位置情報を生成させ、 磁気センサに地磁気を基準として前記位置を特定する前
    記位置情報を生成させる請求項１６に記載のコンピュー
    タ読み取り可能な記録媒体。
  18. 【請求項１８】 前記プログラムは、 角速度センサに前記３次元座標の座標系を構成する各座
    標軸周りの回転角速度を検出させる請求項１６に記載の
    コンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  19. 【請求項１９】 前記プログラムはさらに、 前記コンピュータに対し、前記一つの座標系における座
    標と、光が照射されていないときに撮像された画像とに
    応じて、前記対象物の３次元画像を生成させる請求項１
    ６に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  20. 【請求項２０】 コンピュータによって対象物の３次元
    形状を計測するためのプログラムを記録したコンピュー
    タ読み取り可能な記録媒体であって、前記プログラム
    は、 前記コンピュータに対し、所定のパターンを有する光が
    照射された前記対象物が複数の撮像手段で撮像された複
    数の画像と、前記複数の撮像手段が前記対象物を撮像し
    たそれぞれの位置を特定する複数の位置情報とに応じ
    て、前記画像毎に前記対象物を構成する各点の３次元座
    標を算出させ、 算出された前記各点に対する複数の前記３次元座標に応
    じて、前記各点を一つの座標系における座標により表現
    させることを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記
    録媒体。
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