JP2002013918A - ３次元画像生成装置および３次元画像生成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数のカメラによって撮影されたパターン照
射画像に基づく距離データ算出処理をより高精度に実行
可能とする３次元画像生成装置を提供する。 【解決手段】 スリットパターンを投影した測定対象の
画像を投光手段と光学的に同光軸に配置した撮像手段で
撮像し、その撮像結果に基づいて再符号化を実施し、他
の方向から測定対象を撮影する撮像手段の撮影したパタ
ーン画像に基づいて距離情報算出する構成とするととも
に、パターンに基づくウィンドウ区分を実行して、ウィ
ンドウ内を探索領域とするステレオマッチング処理を行
なう。あるいは、パターン識別領域については再符号化
（再コード化）による距離情報を算出し、パターン非識
別領域ではステレオマッチングにより距離情報を算出す
ることにより効率的かつ高精度な距離算出を可能とし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は測定対象に対してパ
ターン光を照射することによって得られるパターン投影
像を、複数の撮像手段で異なる方向から撮像し、パター
ンの変化に基づいて距離情報を得る三角測量法に基づく
３次元画像生成装置および３次元画像生成方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】３次元形状を取得する手法には、アクテ
ィブ手法（Active vision）とパッシブ手法（Passive v
ision）がある。アクティブ手法は、（1）レーザ光や超
音波等を発して、対象物からの反射光量や到達時間を計
測し、奥行き情報を抽出するレーザー手法や、（2）ス
リット光などの特殊なパターン光源を用いて、対象表面
パターンの幾何学的変形等の画像情報より対象形状を推
定するパターン投影方法や、(3)光学的処理によってモ
アレ縞により等高線を形成させて、３次元情報を得る方
法などがある。一方、パッシブ手法は、対象物の見え
方、光源、照明、影情報等に関する知識を利用して、一
枚の画像から３次元情報を推定する単眼立体視、三角測
量原理で各画素の奥行き情報を推定する二眼立体視等が
ある。

【０００３】一般的にアクティブ手法のほうが計測精度
は高いが、投光手段の限界などにより、測定できるレン
ジが小さい場合が多い。一方、パッシブ手法は汎用的で
あり、対象に対する制約が少ない。本発明は、このアク
ティブ手法の3次元計測装置であるパターン投影法に関
するものである。

【０００４】パターン投影法では、対象とする物体に基
準となるパターン光を投影し、基準となるパターン光が
投影された方向とは異なる方向から撮影を行う。撮影さ
れたパターンは、物体の形状によって変形を受けたもの
となる。観測された変形パターンと投影したパターンと
の対応づけを行うことで、物体の3次元計測を行える。
パターン投影法では、変形パターンと投影したパターン
の対応づけにおいていかに誤対応を少なくし、かつ簡便
に行うかが課題となる。そこで、様々なパターン投影の
手法(空間パターンコード化、モアレ、色符号化)が提案
されている。

【０００５】代表的な空間コード化の一例として特開平
５−３３２７３７５号公報に開示されている実施例につ
いて説明する。この例では、レーザ光源とレーザ光をス
リット形に整形するレンズ系と、整形されたレーザ光を
対象物に走査して照射するスキャンニング装置と対象物
からの反射光を検出するカメラとこれらを制御する装置
からなる。

【０００６】スキャンニング装置から走査されるレーザ
光によって対象物上に、レーザ光が照射された部分と照
射されていない部分とで縞模様が形成される。レーザ光
の照射を異なる複数のパターンによって行うことで対象
物上はＮ個の識別可能な部分に分割される。対象物を異
なる位置からカメラで撮影した画像上の各画素が分割さ
れたどの部分に含まれるかを判別することで対象物の形
状を算出できる。

【０００７】解像度を高くする為には複数回のレーザに
よるスキャンを行い、複数回のカメラによる撮影が必要
となる。例えば、画面を２５６の領域に分割する為には
8回の撮影が必要となる。そのため動きの早い物体の撮
影は困難となり、更にスキャンを行う間は撮影系を確実
に固定しておく必要があるので装置自体は簡便となって
も手軽に撮影を行う事は難しい。

【０００８】パターンの投光回数を減らす手段として特
開平３−１９２４７４号公報に開示されている色符号化
がある。色符号化においては、q、kを2以上の所定の自
然数とした時、q色以上の色を用いて、隣接する2本のス
リット光が同色にならず、隣接するk本のスリット光に
よる色の並びが1度しか現れないように符号化されたパ
ターンを投影し、観測された画像からスリットの色を検
出し、該当スリットの色並びからスリット番号を取得す
る。スリット番号から、スリットの照射方向を算出し空
間コード化の例と同様に距離を算出することができる。

【０００９】しかしながら、色符号化ではコード列の並
びからコードを復元する為に、コードの復元の計算量が
大きいという問題点がある。更に、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色を
用いて２５６の領域に分割したい場合には、コードを知
りたいスリットの周囲８本のスリット光の並びを知る必
要があり、連続してスリットが長く観測できるような形
状の物体の計測にしか適さない。

【００１０】スリットの復元を容易に行い、更に1回で
コード化されたパターンを投影する手段として特許第２
５６５８８５号で公開されている空間パターンコード化
法がある。この特許では、３値以上の濃淡、又は３色以
上の色、又は濃淡と色の組み合わせによって３種類以上
の階調領域を有し、該階調領域の境界線の交点において
少なくとも３種類の階調領域が互いに接しているように
配置した多値格子板パターンを具備し、該パターンを被
測定対象物に投影して生じる投影像の交点に該交点で接
する階調の種類と順序に応じた主コードを付与し、該主
コードを、または交点の主コードとその周囲交点の主コ
ードとを組み合わせた組み合わせコードを、交点の識別
用の特徴コードとして付与したことを特徴とする。しか
し、この方式では撮影対象によってはコード化が崩れて
しまい正しくコードの対応づけができなくなる場合があ
る。撮影対象の構造によってはカメラで撮影されるパタ
ーン列が欠落して認識されたり、反転したパターン列が
得られる場合がある。また、対象物の形状や反射率など
によっても投光したパターンと撮影されたパターン列の
変化により対応づけは困難となる。

【００１１】色符号化においては、復号化時にスリット
のグループ化を行う際、スリットの欠落、反転の可能性
があるパターンについては復号を行わない手法を用いて
この問題を回避している。空間パターンコード化法では
2次元パターンを用いることで、前述の誤りの可能性を
低減してはいるが、原理的には対象物によっては同じ誤
りが生じる。従って、前述の方式では、実験室内の特殊
な状況や対象物体を限定した状況での撮影では優れた精
度が得られるものの、対象を限定しない一般的な撮影状
況では精度の劣化は否めない。また、光源を用いた投光
を行う手法では、広いレンジを有するものを対象とした
時に、投光が届かない部位については3次元形状が得ら
れない。また、投光されたパターンを対象物が遮ること
で生じる影の領域も、距離の計測ができないため、実際
に見えているのに距離が得られない領域が存在してしま
う。

【００１２】そこで、本出願と同一出願人に係る特願平
１０−１９１０６３号、(特開２０００−９４４２)、特
願平１０−２４７７９６(特開２０００−６５５４２)で
は投光されたパターンをフィードバックし新たなコード
を生成することで対象物に依存しない3次元画像撮影装
置を提案した。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記の特願平１０−１
９１０６３号、(特開２０００−９４４２)、特願平１０
−２４７７９６(特開２０００−６５５４２)における３
次元画像撮影装置は、投光パターンを複数の強度や複数
の波長によって符号化されたものを投影して実現する。
その際に、投光パターンが被写体の輝度情報、素材など
の影響によって変化し、３次元形状を算出する際に、エ
ラーとなって適切な３次元形状が計測できない。そのた
めに、上記３次元撮像装置は、投光素子と同光軸に配置
をし、被写体情報による投光パターンの変化分をモニタ
し、再符号化を実施し、３次元形状を計測している。

【００１４】しかしながら、上記構成において、距離算
出をスリットのエッジから行っているので、形状計測を
実施しようとする被写体はスリットのエッジ上でしか計
測が不可能である。例えば、スリット間に極端に形状変
化が発生していたり、物体のエッジの部分が存在してい
る場合は、物体の輪郭や形状がぼやけてしまう場合があ
る。また、上記構成においては、形状測定のために、投
光パターンを投影しているが、投光パターンは、計測条
件（明るさなど）や計測距離などによって、被写体に必
ずしも照射出来るとは限らない。

【００１５】一方、ステレオ画像法（三次元画像計測、
著者：井口征二、佐藤宏介、株式会社昭晃堂、ISBN4-78
56-9063-4、p14-16）は、一般的な距離測定方法として
知られている。対象物を異なる位置から目測し、各々の
視線方向が定まれば、三角測量の原理から容易に対象ま
での距離が計算できる。最低限、二つの撮像素子を並べ
て、人間の両眼のようにあるがままの世界をそのまま観
測する受動的な計測方法である。本方法は、前記方法の
ような能動的な測定方法ではないために、輝度差のない
ような対象物に対しては計測が出来ないと言う欠点を持
っているが、対象物に輝度差やエッジが存在すれば、信
頼性の高い計測方法でもある。しかしながら、ステレオ
画像法は、片方の撮像素子の画像の中に見えている点
が、もう片方の撮像素子の画像の中のどこに対応するか
といった、対応点決定（マッチング）作業が必要であ
る。ステレオ画像法で距離を算出するときは、撮像素子
で撮像している画像全てにおいて、対応点決定を行わな
ければならず、あいまいさや巨大な計算コストがかかる
といった問題点を抱えている。

【００１６】本発明は、距離算出における上述の問題点
に鑑みてなされたものであり、スリットパターンを投影
した測定対象の画像を投光手段と光学的に同光軸に配置
した撮像手段で撮像し、その撮像結果に基づいて再符号
化（再コード化）を実施し、他の方向から測定対象を撮
影する撮像手段の撮影したパターン画像に基づいて距離
情報算出する構成とするとともに、パターンの投影さ
れ、パターンの識別される画像領域について、パターン
に基づくウィンドウ区分を実行して、ウィンドウ内を探
索領域とするステレオマッチング処理を併用することに
より、高精度な距離情報を取得することを可能とした３
次元画像生成装置および３次元画像生成方法を提供する
ことを目的とする。

【００１７】さらに、パターンの識別される画像領域
と、パターンの識別されない画像領域とを識別して、パ
ターン識別領域については再符号化（再コード化）によ
る距離情報を算出し、パターン非識別領域の限られた範
囲内でステレオ画像法を実施し、距離情報を算出するこ
とにより効率的かつ高精度な距離算出を可能とした３次
元画像生成装置および３次元画像生成方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の目的を
実現するものであり、その第１の側面は、パターンを測
定対象に投影する投光手段と、前記投光手段の光軸方向
から投影パターンを撮影する第１の撮像手段と、前記投
光手段の光軸方向と異なる方向から前記投影パターンを
撮影する第２の撮像手段とを備え、前記投影パターンに
対する第１の撮像手段による撮影パターンの変化量が所
定値以上の領域について、該第１の撮像手段による撮影
パターンに対応する新規コードを割り付け、前記新規コ
ードに基づいて第２の撮像手段による撮影パターンから
前記第１の距離情報を生成するとともに、前記第１およ
び第２の撮像手段の撮影した投影パターン入り画像のパ
ターン境界に基づいて、前記第１および第２の撮像手段
の撮影した投影パターン無し画像のウィンドウ区分を実
行し、該ウィンドウを探索領域としたステレオマッチン
グ処理を実行して第２の距離情報を生成する構成を有す
ることを特徴とする３次元画像生成装置にある。

【００１９】さらに、本発明の３次元画像生成装置の一
実施態様において、前記投光手段は不可視領域の光を発
生する光源を有し、不可視領域の光によるパターンを前
記測定対象に投影する構成であり、前記第１および第２
の撮像手段は不可視領域の光を透過するフィルターおよ
び不可視領域の光を遮断するフィルターを有し、投影パ
ターン入り画像および投影パターン無し画像の両画像を
並列に撮り込む構成であることを特徴とする。

【００２０】さらに、本発明の３次元画像生成装置の一
実施態様において、前記投光手段の出射光と、前記第１
の撮像手段の入射光とは、ビームスプリッタによって分
離される構成であり、前記投光手段と前記第１の撮像手
段とは、それぞれが光学的に同軸となるように配置され
た構成であることを特徴とする。

【００２１】さらに、本発明の３次元画像生成装置の一
実施態様において、前記投光手段による投影パターンに
対する第１の撮像手段による撮影パターンの変化量が所
定値未満の領域について、第１の撮像手段および第２の
撮像手段より得られた各輝度情報の対応づけにより第２
の距離情報を生成し、前記第１の距離情報、第２の距離
情報を用いて３次元画像を生成する構成を有することを
特徴とする。

【００２２】さらに、本発明の３次元画像生成装置の一
実施態様において、前記第２の撮像手段は、前記測定対
象を異なる角度で撮像する複数の撮像手段によって構成
され、該複数の第２の撮像手段の各々の撮影した投影パ
ターンに基づいて求められる距離情報を合成して３次元
画像を生成する構成を有することを特徴とする。

【００２３】さらに、本発明の第２の側面は、パターン
を測定対象に投影する投光手段と、前記投光手段の光軸
方向から投影パターンを撮影する第１の撮像手段と、前
記投光手段の光軸方向と異なる方向から前記投影パター
ンを撮影する第２の撮像手段とを備え、前記第１の撮像
手段または第２の撮像手段の撮影した投影パターン入り
画像から投影パターン識別可能領域と、投影パターン識
別不可能領域とを区別し、前記投影パターン識別可能領
域については、前記投影パターンに対する第１の撮像手
段による撮影パターンの変化量が所定値以上の領域につ
いて、該第１の撮像手段による撮影パターンに対応する
新規コードを割り付け、前記新規コードに基づいて第２
の撮像手段による撮影パターンから前記第１の距離情報
を生成するとともに、前記投影パターン識別不可能領域
については、ステレオマッチング処理を実行して第２の
距離情報を生成する構成を有することを特徴とする３次
元画像生成装置にある。

【００２４】さらに、本発明の３次元画像生成装置の一
実施態様において、前記第１の距離情報の生成におい
て、前記第１および第２の撮像手段の撮影した投影パタ
ーン入り画像のパターン境界に基づいて、前記第１およ
び第２の撮像手段の撮影した投影パターン無し画像のウ
ィンドウ区分を実行し、該ウィンドウを探索領域とした
ステレオマッチング処理を実行して第１の距離情報の補
完情報を生成する構成を有することを特徴とする。

【００２５】さらに、本発明の３次元画像生成装置の一
実施態様において、前記投光手段は不可視領域の光を発
生する光源を有し、不可視領域の光によるパターンを前
記測定対象に投影する構成であり、前記第１および第２
の撮像手段は不可視領域の光を透過するフィルターおよ
び不可視領域の光を遮断するフィルターを有し、投影パ
ターン入り画像および投影パターン無し画像の両画像を
並列に撮り込む構成であることを特徴とする。

【００２６】さらに、本発明の３次元画像生成装置の一
実施態様において、前記投光手段の出射光と、前記第１
の撮像手段の入射光とは、ビームスプリッタによって分
離される構成であり、前記投光手段と前記第１の撮像手
段とは、それぞれが光学的に同軸となるように配置され
た構成であることを特徴とする。

【００２７】さらに、本発明の３次元画像生成装置の一
実施態様において、前記第２の撮像手段は、前記測定対
象を異なる角度で撮像する複数の撮像手段によって構成
され、該複数の第２の撮像手段の各々の撮影した投影パ
ターンに基づいて求められる距離情報を合成して３次元
画像を生成する構成を有することを特徴とする。

【００２８】さらに、本発明の第３の側面は、３次元画
像生成方法において、投光手段によりパターンを測定対
象に投影し、前記投光手段の光軸方向から投影パターン
を撮影する第１の撮像手段と、前記投光手段光軸方向と
異なる方向から前記投影パターンを撮影する第２の撮像
手段とにより撮影を実行するステップと、前記投影パタ
ーンに対する第１の撮像手段による撮影パターンの変化
量が所定値以上の領域について、該第１の撮像手段によ
る撮影パターンに対応する新規コードを割り付け、前記
新規コードに基づいて第２の撮像手段による撮影パター
ンから前記第１の距離情報を生成するステップと、前記
第１および第２の撮像手段の撮影した投影パターン入り
画像のパターン境界に基づいて、前記第１および第２の
撮像手段の撮影した投影パターン無し画像のウィンドウ
区分を実行し、該ウィンドウを探索領域としたステレオ
マッチング処理を実行して第２の距離情報を生成するス
テップと、を有することを特徴とする３次元画像生成方
法にある。

【００２９】さらに、本発明の３次元画像生成方法の一
実施態様において、前記投光手段は不可視領域の光を発
生する光源を有し、不可視領域の光によるパターンを前
記測定対象に投影し、前記第１および第２の撮像手段は
不可視領域の光を透過するフィルターおよび不可視領域
の光を遮断するフィルターを有し、投影パターン入り画
像および投影パターン無し画像の両画像を並列に撮り込
むことを特徴とする。

【００３０】さらに、本発明の第４の側面は、３次元画
像生成方法において、投光手段によりパターンを測定対
象に投影し、前記投光手段の光軸方向から投影パターン
を撮影する第１の撮像手段と、前記投光手段光軸方向と
異なる方向から前記投影パターンを撮影する第２の撮像
手段とにより撮影を実行するステップと、前記第１の撮
像手段または第２の撮像手段の撮影した投影パターン入
り画像から投影パターン識別可能領域と、投影パターン
識別不可能領域とを区別するステップと、前記投影パタ
ーン識別可能領域については、前記投影パターンに対す
る第１の撮像手段による撮影パターンの変化量が所定値
以上の領域について、該第１の撮像手段による撮影パタ
ーンに対応する新規コードを割り付け、前記新規コード
に基づいて第２の撮像手段による撮影パターンから前記
第１の距離情報を生成するステップと、前記投影パター
ン識別不可能領域については、ステレオマッチング処理
を実行して第２の距離情報を生成するステップと、を有
することを特徴とする３次元画像生成方法にある。

【００３１】さらに、本発明の３次元画像生成方法の一
実施態様において、前記第１の距離情報を生成するステ
ップは、さらに、前記第１および第２の撮像手段の撮影
した投影パターン入り画像のパターン境界に基づいて、
前記第１および第２の撮像手段の撮影した投影パターン
無し画像のウィンドウ区分を実行し、該ウィンドウを探
索領域としたステレオマッチング処理を実行して第１の
距離情報の補完情報を生成するステップを含むことを特
徴とする。

【００３２】さらに、本発明の３次元画像生成方法の一
実施態様において、前記投光手段は不可視領域の光を発
生する光源を有し、不可視領域の光によるパターンを前
記測定対象に投影し、前記第１および第２の撮像手段は
不可視領域の光を透過するフィルターおよび不可視領域
の光を遮断するフィルターを有し、投影パターン入り画
像および投影パターン無し画像の両画像を並列に撮り込
むことを特徴とする。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、図を用いて本発明の３次元
画像撮像装置および３次元画像撮像方法の実施の形態を
詳しく説明する。

【００３４】まず、再コード化処理を用いた距離データ
の取得原理について説明する。再コード化処理を用いた
距離データの取得を実行する３次元画像撮像装置の構成
を表すブロック図を図１に示す。図２に光源と撮像素子
の位置関係を示す。

【００３５】図２に示すように、３次元形状測定装置
は、３台のカメラ１０１〜１０３および投光器１０４を
備える。各カメラの距離関係が揃うように、図示の距離
Ｉ1、Ｉ2、Ｉ3は等しくされている。カメラ３，１０３
と投光器１０４は、ビームスプリッタとしてのハーフミ
ラー１０５を用いて光軸が一致するように配置される。
カメラ１，１０１、カメラ２，１０２は、カメラ３，１
０３と投光器１０４の両側に、それらと光軸が異なるよ
うに配置される。中央の光軸と両側の光軸との距離が基
線長Ｌである。

【００３６】投光器１０４は、光源１０６と、マスクパ
ターン１０７と、強度パターン１０８と、プリズム１０
９とを有する。ここで光源１０６は、赤外もしくは紫外
光を用いた不可視領域の光源を用いることができる。こ
の場合、各カメラは図３に示すように構成される。すな
わち、入射してきた光３１０は、プリズム３０１で２方
向に分割され、一方は不可視領域（赤外あるいは紫外）
透過フィルター３０２を通って撮像装置（例えばＣＣＤ
カメラ）３０３に入射し、他方は不可視領域（赤外と紫
外）遮断フィルター３０４を通って撮像装置３０５に入
射する。

【００３７】また図２に示す光源１０６は、可視領域あ
るいは不可視領域に限定せず、撮像可能な波長帯の光源
を用いてもよい。この場合、カメラ３，１０３において
は、プログレッシブスキャンタイプのＣＣＤカメラを用
い、カメラ１，１０１、カメラ２，１０２に関しては、
特に構成はこだわらない。ただし、カメラ３，１０３と
の対応を考慮すれば、同じ構成のＣＣＤカメラが望まし
い。光源１０６からパターンが投影され、３台のカメラ
１〜３（１０１〜１０３）が同時に撮影を行う。そして
各カメラは、フィルター３０４，３０５（図３参照）を
通過した光を撮像装置３０３，３０５で得ることによ
り、画像の一括取得を行う。

【００３８】図１を用いて３次元形状測定装置の構成を
説明する。図示のように、カメラ１，１０１は、撮影し
て得た輝度情報を輝度値メモリ１２１に記憶し、撮影パ
ターンをパターン画像メモリ１２２に記憶する。カメラ
２，１０２は、同様に、輝度情報を輝度値メモリ１２３
に記憶し、撮影パターンをパターン画像メモリ１２４に
記憶する。カメラ３，１０３は、輝度情報を輝度値メモ
リ１２５に記憶し、撮影パターンをパターン画像メモリ
１２６に記憶する。投光器１０４は、事前に作成したコ
ード化されたパターンを後に参照する為に、各スリット
を正方格子上のセルに分割してフレームメモリ１２７に
格納している。

【００３９】この記憶保持された撮影パターンおよび輝
度情報を用いて、次のようにして３次元画像を得る。以
下の操作は、カメラ１，１０１とカメラ３，１０３の組
み合わせ、カメラ２，１０２とカメラ３，１０３の組み
合わせの双方に共通なので、ここではカメラ１，１０１
とカメラ３，１０３の組み合わせを例にとって説明す
る。

【００４０】図１において、領域分割部１２８は、カメ
ラ３，１０３で撮影された撮影パターンの領域分割を行
う。そして、隣り合うスリットパターン間の強度差が閾
値以下である領域については投光器からの光が届いてな
い領域１として抽出し、スリットパターン間の強度差が
閾値以上である領域については領域２として抽出する。
再コード化部１２９は、抽出された領域２について、パ
ターン画像メモリ１２６に記憶された撮影パターンとフ
レームメモリ１２７に格納された投影パターンを用いて
再コード化を行う。

【００４１】図４は、再コード化を行う際のフローチャ
ートである。まず、各スリットパターンをスリット幅毎
に縦方向に分割し（ステップ１００１）、正方形のセル
を生成する。生成された各セルについて強度の平均値を
とり、平均値を各セルの強度とする（ステップ１００
２）。画像の中心から順に、投影パターン及び撮影パタ
ーンの対応する各セル間の強度を比較し、対象物の反射
率、対象物までの距離などの要因によってパターンが変
化したためにセル間の強度が閾値以上異なるかどうかを
判断する（ステップ１００３）。閾値以上異ならない場
合は、撮影されたすべてのセルについて再コード化を終
了する（ステップ１００７）。

【００４２】閾値以上異なる場合は、新たな強度のセル
かどうか判断する（ステップ１００４）。そして、新た
な強度のセルのときは、新たなコードの生成、割り付け
を行う（ステップ１００５）。また、新たな強度のセル
でないときは、他に出現している部位と識別可能とする
スリットパターンの並びを用いてコード化する（ステッ
プ１００６）。これで、再コード化を終了する（ステッ
プ１００７）。

【００４３】図５はスリットパターンのコード化の例を
示すもので、同図（ａ）はスリットの並びによってコー
ド化された投影パターンであり、強度としてそれぞれ３
（強）、２（中）、１（弱）が割り当てられている。同
図（ｂ）においては、左から３つめのセルで強度が変化
して新たなコードが出現したので、新たに０というコー
ドを割り当てている。同図（ｃ）においては、左から３
つめ上から２つめのセルに既存のコードが出現している
ので、セルの並びから新たなコードとして、縦の並びを
［２３２］、横の並びを［１３１］という具合に再コー
ド化する。この再コード化は、対象の形状が変化に富む
部位には２次元パターンなどの複雑なパターンを投光
し、変化の少ない部位には簡単なパターンを投光してい
るのに等しい。この過程を繰り返し、全てのセルに対し
て一意なコードを割り付けることで再コード化を行う。

【００４４】図６は、カメラ６０１〜６０３および投光
器６０４を用いて、壁６０５の前に配置された板６０６
にコード化されたパターンを投光する例を示す。ここで
コード化されたパターンは、図７に示すスリットパター
ンである。このとき、カメラ６０１、カメラ６０２で得
られる画像は、図８及び図９に示すように、それぞれ板
６０６の影となる領域８０１、９０１が生ずる。本例で
は、板６０６の表面には新たにコード化されたパターン
として、図１０に示すようなスリットパターンが得られ
る。

【００４５】次に図１に戻って説明する。カメラ１，１
０１側のコード復号部１３０は、パターン画像メモリ１
２２から投影パターンを抽出し、上述と同様にしてセル
に分割する。そして、先に再コード化部１２９で再コー
ド化されたコードを用いて各セルのコードを検出し、こ
の検出したコードに基づいて光源からのスリット角θを
算出する。図１１は空間コード化における距離の算出方
法を示す図であり、各画素の属するセルのスリット角θ
とカメラ１で撮影された画像上のｘ座標とカメラパラメ
ータである焦点距離Ｆと基線長Ｌとから、次の（数１）
によって距離Ｚを算出する。

【００４６】

【数１】 Ｚ＝（Ｆ×Ｌ）／（ｘ＋Ｆ×ｔａｎθ） （数１）

【００４７】この距離Ｚの算出は、カメラ２，１０２側
のコード復号部１３１においても、同様に行われる。ま
た、上述の領域１については次のようにして距離を算出
する。領域１では、投光されたパターンによるパターン
検出は行うことができないので、対応点探索部１３２に
おいて、カメラ１〜３の輝度値メモリ１２１、１２３、
１２５から読み出された輝度情報を用いて視差を検出
し、これに基づいて距離を算出する。領域１を除く領域
に対しては、前述の操作により距離が算出されているの
で、領域１の距離の最小値が得られ、また対応づけ可能
な画素も限定される。これらの制限を用いて、画素間の
対応づけを行い視差ｄを検出し、カメラパラメータであ
る画素サイズλを用いて、次の（数２）によって距離Ｚ
を算出する。

【００４８】

【数２】Ｚ＝（Ｌ×Ｆ）／（λ×ｄ） （数２）

【００４９】前述の手法でカメラ３，１０３とカメラ
１，１０１の組み合わせによって得られた距離情報で
は、図８に示す板の影となる領域８０１の距離情報が検
出できない。一方、カメラ３，１０３とカメラ２，１０
２の組み合わせによって得られた距離情報では、図９に
示す板の影となる領域９０１の距離情報が検出できな
い。しかし、図８に示す板の影となる領域８０１の距離
情報が算出可能である。従って、図１の距離情報統合部
１３３において、カメラ３，１０３とカメラ１，１０１
の組で算出された距離情報およびカメラ３，１０３とカ
メラ２，１０２で算出された距離情報から、カメラ３の
画像（図１２）のすべての画素に対する距離情報を取得
する。以上の操作によって得られた距離情報を、例えば
カメラ３の輝度画像に対応づけて３次元画像メモリに記
憶することで３次元画像生成を行う。

【００５０】上述したような構成により、距離データを
取得して３次元画像の生成を実行することができる。本
発明の３次元画像生成装置における特徴であるスリット
パターンを投影した測定対象の画像を投光手段と光学的
に同光軸に配置した撮像手段で撮像し、その撮像結果に
基づいて再符号化（再コード化）を実施し、他の方向か
ら測定対象を撮影する撮像手段の撮影したパターン画像
に基づいて距離情報算出する構成とするとともに、パタ
ーンの投影を実行して撮影される画像から、パターンの
識別される画像領域と、パターンの識別されない画像領
域とを識別して、限られた範囲内でステレオ画像法を実
施し、距離情報を算出することにより効率的かつ高精度
な距離算出を可能とする構成について以下説明する。

【００５１】図１３に測定対象１３０１に対してパター
ン光を照射するプロジェクタ１３０２、パターン光を投
影した測定対象の撮影を実行する２つの撮像手段１３０
３、１３０４の構成からなる３次元画像撮像処理システ
ム構成を示す。撮像手段１３０３は、投光プロジェクタ
１３０２と同軸方向の像を撮影するために、ビームスプ
リッタとしてのハーフミラー１３０５を介した像を撮影
する構成となっている。撮像手段１３０３、１３０４の
撮影パターンに基づいて前述の手法により測定対象の距
離データ。すなわち３次元形状を求める構成である。

【００５２】投光プロジェクタ１３０２によって測定対
象に投影されるパターンは、例えば図１４（ａ）に示す
パターンであり、測定対象が図１４（ｂ）のような形状
である場合、測定対象に照射されるパターン像、および
２つの撮像手段によって撮影されるパターンは、図１５
に示すようなものとなる。図１５（ａ）が測定対象に投
影されるパターン像であり、図１５（ｂ）が撮像手段１
５０１により撮影されるパターン像であり、図１５
（ｃ）が撮像手段１５０２により撮影されるパターン像
である。

【００５３】図１６に撮像手段の構成を示す。図１６に
示すように、可視領域のみの波長を透過するフィルター
と不可視領域のみの波長を透過するフィルター（不可視
領域は、赤外、紫外に分かれるが通常は赤外）を、各々
の撮像手段に取り付けかつビームスプリッタやハーフミ
ラーなどで同じ画像を取得できるようにする。

【００５４】図１３に示す撮像手段１３０３，１３０４
を双方とも図１６の様な撮像手段として構成する。その
際、投光手段（図１３においては投光プロジェクタ１３
０２）は、不可視領域のみの波長を透過するフィルター
に対応する波長のスリットパターンを投光する。

【００５５】図１７（ａ）に示すような形状を持つ測定
対象物体に、図１７（ｂ）の様な不可視領域スリット投
光パターンを照射すると、投光プロジェクタ１３０２と
光学的に同軸に配置された撮像手段１３０３には、図１
８（ａ）の様なパターン画像が、不可視領域のみの波長
を透過するフィルターに対応した撮像手段に撮像され、
さらに、図１８（ｂ）の様な画像、すなわちパターンを
取り除いた画像が、可視領域のみの波長を透過するフィ
ルターに対応した撮像手段に撮像される。

【００５６】一方、異なる方向から測定対象１３０１を
撮影している撮像手段１３０４には同様に、図１８
（ｃ）の様なパターン画像が、不可視領域のみの波長を
透過するフィルターに対応した撮像手段に撮像され、さ
らに、図１８（ｄ）の様な画像、すなわちパターンを取
り除いた画像が、可視領域のみの波長を透過するフィル
ターに対応した撮像手段に撮像される。

【００５７】図１８の画像中の図１８（ａ）、および図
１８（ｃ）のパターン画像から、符号化された9本のス
リット情報が得られる。不可視領域、可視領域の画像
は、ビームスプリッタやハーフミラーなどで調整され同
じ画像を取得するようになっているので、図１９のよう
に、可視領域画像（図１８（ｂ）および図１８（ｄ）の
画像）をＡ〜Ｊの領域（エリア）にウインドウ分けする
ことが出来る。図１９の（ａ）は、パターン投光手段お
よび撮像手段構成を示し、測定対象オブジェクトに投影
されたパターンを示している。図１９（ｂ）は、投光プ
ロジェクタ１３０２と光学的に同軸に配置された撮像手
段１３０３の可視領域のみの波長を透過するフィルター
に対応した撮像手段に撮像される可視領域画像をＡ〜Ｊ
の領域（エリア）にウインドウ分けした画像を示してい
る。図１９（ｃ）は、撮像手段１３０３と異なる方向か
ら測定対象１３０１を撮影している撮像手段１３０４の
可視領域のみの波長を透過するフィルターに対応した撮
像手段に撮像される可視領域画像をＡ〜Ｊの領域（エリ
ア）にウインドウ分けした画像を示している。

【００５８】ステレオ画像法において、２つの撮像手段
で撮影した２つの画像間の対応点探索処理は広い範囲で
実施する場合、演算時間がかかる。しかし、例えば、図
１９（ｂ），（ｃ）に示すような9個のウインドウに分
けて、区分けされたウィンドウ内を探索範囲として設定
して探索を行うことによって効率的な探索が可能とな
る。これは、画像全体を探索領域として設定する場合に
比較して単純に１／９の演算時間の短縮が実現すること
になる。

【００５９】具体的な例として、図２０、２１を用いて
説明する。図２０において、図２０（ａ）が測定対象と
なる被写体であり、図２０（ｂ）が測定対象に投影する
スリットパターンである。図２０（ｃ）がスリットパタ
ーンを被写体に投影した画像である。

【００６０】このような測定対象について、２つの異な
る方向から２つの撮像手段により画像撮影を行なう。撮
像手段の各々は、先に説明した図１６の構成を有する。
すなわち、パターン画像を不可視領域のみの波長を透過
するフィルターに対応した撮像手段によって撮像し、パ
ターンを取り除いた画像を、可視領域のみの波長を透過
するフィルターに対応した撮像手段によって撮像する。

【００６１】パターン投光手段と光学的に同軸に配置さ
れた撮像手段の可視領域のみの波長を透過するフィルタ
ーに対応した撮像手段には、図２１（ａ）に示すような
画像（パターンを取り除いた画像）が撮り込まれる。上
述したように、この撮影画像を、パターン画像のスリッ
トのエッジに従って区分（ウィンドウ分け）を実行す
る。この結果、図２１（ｂ）に示すように画像は、複数
のウインドウに区分される。

【００６２】パターン投光手段と光学的に同軸に配置さ
れた撮像手段と異なる方向から撮影した画像についても
同様に段も同様にウィンドウ分けを実行する。

【００６３】これら２つのウィンドウ分けを行なった画
像に基づいてステレオ法に従った画像の対応付けを行な
う。この場合の画像の対応付け処理、すなわちステレオ
マッチング処理を実行する画像の探索領域は、異なる方
向から撮影された双方の画像における区分けされたウィ
ンドウ内に設定して行なうこととする。その結果、対応
付け探索処理は効率的に実行される。その対応付け処理
結果に基づいてステレオ法に従って測定対象の距離算出
が実行される。

【００６４】上記処理のフローチャートを図２２に示
す。ステップＳ２２０１においてコード化されたスリッ
トパターンを測定対象に投影し、異なる方向からの画像
をそれぞれ撮像手段で撮影する。それぞれの撮像手段
は、先に図１６で説明したと同様の構成を持ち、パター
ン投影画像と、パターンを取り除いたパターン無し画像
を並列に撮り込む。

【００６５】ステップＳ２２０２では、パターン投影画
像に規定されたパターン境界線に対応させてパターン無
し画像を分割して、部分領域、すなわちウィンドウを規
定する。ステップＳ２２０３では、規定されたウィンド
ウを探索領域としたステレオマッチング処理により距離
算出を実行する。

【００６６】一方、ステップＳ２２０２，Ｓ２２０３の
処理と並行してステップＳ２２０４では、前述の図４の
フローで説明した再符号化（再コード化）処理を実行し
て、距離測定を実行する。

【００６７】ステップＳ２２０５では、ステップＳ２２
０２，Ｓ２２０３のステレオマッチングによる処理で得
た距離情報と、ステップＳ２２０４の再符号化処理で得
た距離情報の両者を用いて距離画像を生成する。この合
成処理は、例えばいずれか一方の距離情報を主として用
い、他方の距離情報を補完情報として用いる処理として
実行される。例えば、第１の撮像手段による撮影パター
ンの変化量が所定値未満の領域について、第１の撮像手
段および第２の撮像手段より得られた各輝度情報の対応
づけ、すなわちステレオマッチングを実行することによ
り第２の距離情報を生成し、第１の距離情報と第２の距
離情報を合成して精度の高い距離情報を取得する。

【００６８】なお、上述した実施例は、撮像手段として
図１６で説明したような波長選択構成を持つものを適用
した例を説明したが、必ずしも、図１６のような構成は
必要ではなく、例えば、まず、スリットパターンを投影
して、その画像を撮像し、さらに、スリットパターンを
消灯し、同じく画像を撮像するという２回の撮像を順次
実行して、上記と同様の処理を実行する構成としてもよ
い。

【００６９】また、図２３に示すように、撮影されたパ
ータン投影画像の輝度分析を細かく実行し、投射したス
リットパターン情報の変化点を分析することにより、ウ
インドウを、更に狭く分けることが可能になる。図２３
に示すように、Ａ〜Ｅは、撮影された被写体情報によっ
て、上下ウインドウに分けることが可能である。（Ａ
１，Ａ２、Ｂ１，Ｂ２…）また、ウィンドウＦのよう
に、被写体のエッジ部分がスリット内に存在する場合
も、Ｆ１，Ｆ２のように小領域ウインドウに分けてステ
レオマッチングを実施することが可能である。

【００７０】続いて、投光パターンの識別可能領域と、
識別不可能領域とを区分して、それぞれの領域におい
て、領域に応じた距離情報生成処理を実行する実施例に
ついて説明する。

【００７１】図２４を用いて本実施例の処理に関して説
明する。一般的に投光スリットパターンは、投光できる
距離が、限られる。図２４（ａ）に示すような被写体に
対して、スリットパターンを投光すると、図２４（ｂ）
のように、近い被写体、すなわち車にはスリットパター
ンを投影でき、遠い被写体、例えば樹木，建物にはスリ
ットパターンが投影できない。

【００７２】撮像手段による撮影画像には、パターンが
識別可能な領域と、識別不可能な領域が混在することに
なる。そこで、投影するスリットパターンと撮像した画
像を比較し、スリットパターンが投影されている画像、
すなわちパターンが識別可能な領域画像を図２４（ｃ）
の様に抽出し、パターンに基づく再符号化処理（図４参
照）を適用して距離の算出を実行する。この際、前記実
施例と同様に、図２４（ｄ）に示す抽出輝度画像を、ウ
インドウで分けてステレオ法による距離算出を行っても
よい。その結果得られる距離情報に基づいてパターン識
別可能部分の３次元画像を生成する。

【００７３】一方、図２４（ｅ）のように、スリットパ
ターンが投影されない画像、すなわちパターン識別不可
能領域画像を抽出し、その領域画像についてのみ、ステ
レオ画像法によって、距離情報を得る。

【００７４】これら、パターン識別による距離情報と、
ステレオ画像法による距離情報の両者を合成することに
よって、パターン識別領域および非識別領域双方の距離
情報が取得され、撮影画像全体の３次元画像が生成され
る。

【００７５】図２５に本実施例のフローチャートを示
す。ステップＳ２５０１においてコード化されたスリッ
トパターンを測定対象に投影し、異なる方向からの画像
をそれぞれ撮像手段で撮影する。それぞれの撮像手段
は、先に図１６で説明したと同様の構成を持ち、パター
ン投影画像と、パターンを取り除いたパターン無し画像
を並列に撮り込む。

【００７６】ステップＳ２５０２では、撮影されたパタ
ーン投影画像から、パターン識別領域および非識別領域
を分離する。

【００７７】ステップＳ２５０３〜ステップＳ２５０７
の処理は、パターン識別領域に関する処理であり、前述
の図２２の処理フローと同様の処理であり、パターンに
より規定されたウィンドウを探索領域としたステレオマ
ッチング処理と、パターンを用いた再符号化（再コード
化）処理を実行して、距離測定を実行し、両者を合成し
て距離画像を生成する。

【００７８】一方、ステップＳ２５０８，Ｓ２５０９
は、パターン非識別領域に関する処理であり、スリット
パターンを適用せずにステレオマッチング処理を実行し
て距離画像を取得する。

【００７９】ステップＳ２５１０では、ステップＳ２５
０３〜Ｓ２５０７の処理で得られたパターン識別領域に
関する距離画像と、ステップＳ２５０８，Ｓ２５０９で
得られたパターン非識別領域に関する距離画像との両者
を合成する。このような処理により、パターン識別領域
および非識別領域双方の距離情報が取得され、撮影画像
全体の３次元画像が生成される。

【００８０】以上、特定の実施例を参照しながら、本発
明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨
を逸脱しない範囲で当業者が該実施例の修正や代用を成
し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で
本発明を開示してきたのであり、限定的に解釈されるべ
きではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に
記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。

【００８１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の３次元画像
生成装置および３次元画像生成方法においては、投光手
段により所定のスリットパターンを投影した測定対象の
画像を投光手段と光学的に同光軸に配置した撮像手段で
撮像し、その撮像結果に基づいて再符号化（再コード
化）を実施し、他の方向から測定対象を撮影する撮像手
段の撮影したパターン画像に基づいて距離情報算出する
構成とするとともに、パターンの投影され、パターンの
識別される画像領域について、パターンに基づくウィン
ドウ区分を実行して、ウィンドウ内を探索領域とするス
テレオマッチング処理を併用することにより、高精度な
距離情報を取得することを可能とした。

【００８２】さらに、本発明の３次元画像生成装置およ
び３次元画像生成方法においては、パターンの識別され
るパターン識別可能画像領域と、パターンの識別されな
いパターン識別不可能画像領域とを識別して、パターン
識別領域については再符号化（再コード化）による距離
情報を算出し、パターン非識別領域の限られた範囲内で
ステレオ画像法を実施し、距離情報を算出することによ
り効率的かつ高精度な距離算出を可能とした。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の３次元画像生成装置において使用され
る３次元形状計測装置の構成例を示すブロック図であ
る。

【図２】本発明の３次元画像生成装置において使用され
る３次元形状計測装置のカメラ構成例を示すブロック図
である。

【図３】本発明の３次元画像生成装置において使用され
る３次元形状計測装置の撮像構成を説明する図である。

【図４】本発明の３次元画像生成装置において使用され
る３次元形状計測装置の処理フローを示す図である。

【図５】本発明の３次元画像生成装置において使用され
る３次元形状計測装置の投影パターンのコード化の例を
示す図である。

【図６】本発明の３次元画像生成装置において使用され
る３次元形状計測装置の撮影構成例を示す図である。

【図７】本発明の３次元画像生成装置において使用され
る３次元形状計測装置の投影パターン例を示す図であ
る。

【図８】本発明の３次元画像生成装置において使用され
る３次元形状計測装置のカメラ１で撮影されるスリット
パターンの例を示す図である。

【図９】本発明の３次元画像生成装置において使用され
る３次元形状計測装置のカメラ２で撮影されるスリット
パターンの例を示す図である。

【図１０】本発明の３次元画像生成装置において使用さ
れる３次元形状計測装置において新たにコード化された
スリットパターンの例を示す図である。

【図１１】本発明の３次元画像生成装置において使用さ
れる３次元形状計測装置の空間コード化法による距離算
出法を示す図である。

【図１２】本発明の３次元画像生成装置において使用さ
れる３次元形状計測装置のカメラ３で撮影されるスリッ
トパターンの例を示す図である。

【図１３】本発明の３次元画像生成装置における２台の
撮像手段を用いたパターン画像撮影構成を示す図であ
る。

【図１４】本発明の３次元画像生成装置におけるパター
ンおよび測定対象物の具体例を説明する図である。

【図１５】本発明の３次元画像生成装置における投光パ
ターン像、撮像パターン像の具体例を示す図である。

【図１６】本発明の３次元画像生成装置における撮像手
段構成の具体例を示す図である。

【図１７】本発明の３次元画像生成装置における投光パ
ターン、測定対象物の具体例を示す図である。

【図１８】図１７で示す投光パターン、測定対象物を適
用した場合の図１６に示す撮像手段で撮影される画像の
例を示す図である。

【図１９】本発明の３次元画像生成装置における撮影画
像のウィンドウ区分処理例を示す図である。

【図２０】本発明の３次元画像生成装置における撮影画
像のウィンドウ区分処理による３次元画像生成処理の具
体例を示す図である。

【図２１】本発明の３次元画像生成装置における撮影画
像のウィンドウ区分処理の具体例を示す図である。

【図２２】本発明の３次元画像生成装置における撮影画
像のウィンドウ区分処理による３次元画像生成処理の処
理フローを示す図である。

【図２３】本発明の３次元画像生成装置における撮影画
像のウィンドウ区分の処理例を示す図である。

【図２４】本発明の３次元画像生成装置における撮影画
像のパターン識別領域と非識別領域に対応した処理を実
行する処理例を説明する図である。

【図２５】本発明の３次元画像生成装置における撮影画
像のパターン識別領域と非識別領域に対応した処理を実
行する処理フローを示す図である。

【符号の説明】

１０１ カメラ１ １０２ カメラ２ １０３ カメラ３ １０４ 投光器 １０５ ハーフミラー １０６ 光源 １０７ マスクパターン １０８ 強度パターン １０９ プリズム １２１，１２３，１２５ 輝度値メモリ １２２，１２４，１２６ パターン画像メモリ １２７ フレームメモリ １２８ 領域分割部 １２９ 再コード化部 １３０，１３１ コード復号部 １３３ 距離情報の統合部 １３４ ３次元メモリ ３０１ プリズム ３０２，３０４ 透過フィルタ ３０３，３０５ 撮像装置 ６０１，６０２，６０３ カメラ ６０４ 投光器 ６０５ 壁 ６０６ 板 ８０１，９０１ 影領域 １３０１ 測定対象 １３０２ プロジェクタ １３０３，１３０４ 撮像手段 １５０１，１５０２ 撮像手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA53 BB05 DD03 FF04 FF09 GG21 HH07 JJ22 JJ26 LL22 LL46 LL62 QQ24 QQ25 QQ31 QQ38 QQ42 2F112 AC06 BA06 CA08 DA02 DA32 FA03 FA21 FA36 FA38 FA45 GA10 5B057 BA15 CE20 DA07 DB03 DC02 DC32

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パターンを測定対象に投影する投光手段
   と、前記投光手段の光軸方向から投影パターンを撮影す
   る第１の撮像手段と、前記投光手段の光軸方向と異なる
   方向から前記投影パターンを撮影する第２の撮像手段と
   を備え、 前記投影パターンに対する第１の撮像手段による撮影パ
   ターンの変化量が所定値以上の領域について、該第１の
   撮像手段による撮影パターンに対応する新規コードを割
   り付け、前記新規コードに基づいて第２の撮像手段によ
   る撮影パターンから前記第１の距離情報を生成するとと
   もに、前記第１および第２の撮像手段の撮影した投影パ
   ターン入り画像のパターン境界に基づいて、前記第１お
   よび第２の撮像手段の撮影した投影パターン無し画像の
   ウィンドウ区分を実行し、該ウィンドウを探索領域とし
   たステレオマッチング処理を実行して第２の距離情報を
   生成する構成を有することを特徴とする３次元画像生成
   装置。
2. 【請求項２】前記投光手段は不可視領域の光を発生する
   光源を有し、不可視領域の光によるパターンを前記測定
   対象に投影する構成であり、 前記第１および第２の撮像手段は不可視領域の光を透過
   するフィルターおよび不可視領域の光を遮断するフィル
   ターを有し、投影パターン入り画像および投影パターン
   無し画像の両画像を並列に撮り込む構成であることを特
   徴とする請求項１に記載の３次元画像生成装置。
3. 【請求項３】前記投光手段の出射光と、前記第１の撮像
   手段の入射光とは、ビームスプリッタによって分離され
   る構成であり、前記投光手段と前記第１の撮像手段と
   は、それぞれが光学的に同軸となるように配置された構
   成であることを特徴とする請求項１に記載の３次元画像
   生成装置。
4. 【請求項４】前記投光手段による投影パターンに対する
   第１の撮像手段による撮影パターンの変化量が所定値未
   満の領域について、第１の撮像手段および第２の撮像手
   段より得られた各輝度情報の対応づけにより第２の距離
   情報を生成し、前記第１の距離情報、第２の距離情報を
   用いて３次元画像を生成する構成を有することを特徴と
   する請求項１に記載の３次元画像生成装置。
5. 【請求項５】前記第２の撮像手段は、前記測定対象を異
   なる角度で撮像する複数の撮像手段によって構成され、
   該複数の第２の撮像手段の各々の撮影した投影パターン
   に基づいて求められる距離情報を合成して３次元画像を
   生成する構成を有することを特徴とする請求項１に記載
   の３次元画像生成装置。
6. 【請求項６】パターンを測定対象に投影する投光手段
   と、前記投光手段の光軸方向から投影パターンを撮影す
   る第１の撮像手段と、前記投光手段の光軸方向と異なる
   方向から前記投影パターンを撮影する第２の撮像手段と
   を備え、 前記第１の撮像手段または第２の撮像手段の撮影した投
   影パターン入り画像から投影パターン識別可能領域と、
   投影パターン識別不可能領域とを区別し、 前記投影パターン識別可能領域については、前記投影パ
   ターンに対する第１の撮像手段による撮影パターンの変
   化量が所定値以上の領域について、該第１の撮像手段に
   よる撮影パターンに対応する新規コードを割り付け、前
   記新規コードに基づいて第２の撮像手段による撮影パタ
   ーンから前記第１の距離情報を生成するとともに、 前記投影パターン識別不可能領域については、ステレオ
   マッチング処理を実行して第２の距離情報を生成する構
   成を有することを特徴とする３次元画像生成装置。
7. 【請求項７】前記第１の距離情報の生成において、 前記第１および第２の撮像手段の撮影した投影パターン
   入り画像のパターン境界に基づいて、前記第１および第
   ２の撮像手段の撮影した投影パターン無し画像のウィン
   ドウ区分を実行し、該ウィンドウを探索領域としたステ
   レオマッチング処理を実行して第１の距離情報の補完情
   報を生成する構成を有することを特徴とする請求項６に
   記載の３次元画像生成装置。
8. 【請求項８】前記投光手段は不可視領域の光を発生する
   光源を有し、不可視領域の光によるパターンを前記測定
   対象に投影する構成であり、 前記第１および第２の撮像手段は不可視領域の光を透過
   するフィルターおよび不可視領域の光を遮断するフィル
   ターを有し、投影パターン入り画像および投影パターン
   無し画像の両画像を並列に撮り込む構成であることを特
   徴とする請求項６に記載の３次元画像生成装置。
9. 【請求項９】前記投光手段の出射光と、前記第１の撮像
   手段の入射光とは、ビームスプリッタによって分離され
   る構成であり、前記投光手段と前記第１の撮像手段と
   は、それぞれが光学的に同軸となるように配置された構
   成であることを特徴とする請求項６に記載の３次元画像
   生成装置。
10. 【請求項１０】前記第２の撮像手段は、前記測定対象を
    異なる角度で撮像する複数の撮像手段によって構成さ
    れ、該複数の第２の撮像手段の各々の撮影した投影パタ
    ーンに基づいて求められる距離情報を合成して３次元画
    像を生成する構成を有することを特徴とする請求項６に
    記載の３次元画像生成装置。
11. 【請求項１１】３次元画像生成方法において、 投光手段によりパターンを測定対象に投影し、前記投光
    手段の光軸方向から投影パターンを撮影する第１の撮像
    手段と、前記投光手段光軸方向と異なる方向から前記投
    影パターンを撮影する第２の撮像手段とにより撮影を実
    行するステップと、 前記投影パターンに対する第１の撮像手段による撮影パ
    ターンの変化量が所定値以上の領域について、該第１の
    撮像手段による撮影パターンに対応する新規コードを割
    り付け、前記新規コードに基づいて第２の撮像手段によ
    る撮影パターンから前記第１の距離情報を生成するステ
    ップと、 前記第１および第２の撮像手段の撮影した投影パターン
    入り画像のパターン境界に基づいて、前記第１および第
    ２の撮像手段の撮影した投影パターン無し画像のウィン
    ドウ区分を実行し、該ウィンドウを探索領域としたステ
    レオマッチング処理を実行して第２の距離情報を生成す
    るステップと、 を有することを特徴とする３次元画像生成方法。
12. 【請求項１２】前記投光手段は不可視領域の光を発生す
    る光源を有し、不可視領域の光によるパターンを前記測
    定対象に投影し、 前記第１および第２の撮像手段は不可視領域の光を透過
    するフィルターおよび不可視領域の光を遮断するフィル
    ターを有し、投影パターン入り画像および投影パターン
    無し画像の両画像を並列に撮り込むことを特徴とする請
    求項１１に記載の３次元画像生成方法。
13. 【請求項１３】３次元画像生成方法において、 投光手段によりパターンを測定対象に投影し、前記投光
    手段の光軸方向から投影パターンを撮影する第１の撮像
    手段と、前記投光手段光軸方向と異なる方向から前記投
    影パターンを撮影する第２の撮像手段とにより撮影を実
    行するステップと、 前記第１の撮像手段または第２の撮像手段の撮影した投
    影パターン入り画像から投影パターン識別可能領域と、
    投影パターン識別不可能領域とを区別するステップと、 前記投影パターン識別可能領域については、前記投影パ
    ターンに対する第１の撮像手段による撮影パターンの変
    化量が所定値以上の領域について、該第１の撮像手段に
    よる撮影パターンに対応する新規コードを割り付け、前
    記新規コードに基づいて第２の撮像手段による撮影パタ
    ーンから前記第１の距離情報を生成するステップと、 前記投影パターン識別不可能領域については、ステレオ
    マッチング処理を実行して第２の距離情報を生成するス
    テップと、 を有することを特徴とする３次元画像生成方法。
14. 【請求項１４】前記第１の距離情報を生成するステップ
    は、さらに、 前記第１および第２の撮像手段の撮影した投影パターン
    入り画像のパターン境界に基づいて、前記第１および第
    ２の撮像手段の撮影した投影パターン無し画像のウィン
    ドウ区分を実行し、該ウィンドウを探索領域としたステ
    レオマッチング処理を実行して第１の距離情報の補完情
    報を生成するステップを含むことを特徴とする請求項１
    ３に記載の３次元画像生成方法。
15. 【請求項１５】前記投光手段は不可視領域の光を発生す
    る光源を有し、不可視領域の光によるパターンを前記測
    定対象に投影し、 前記第１および第２の撮像手段は不可視領域の光を透過
    するフィルターおよび不可視領域の光を遮断するフィル
    ターを有し、投影パターン入り画像および投影パターン
    無し画像の両画像を並列に撮り込むことを特徴とする請
    求項１３に記載の３次元画像生成方法。