JP6567199B2 - 距離計測装置、距離計測方法、及び距離計測プログラム - Google Patents

Description

本発明は、被写体までの距離を計測する距離計測装置並びに被写体までの距離を計測するために用いられる距離計測方法及び距離計測プログラムに関する。

従来、機械部品の加工又は検査に際し、機械部品（被写体）にレーザ光（パターン光）を照射する投光器と、縞状のパターン光の照射によって被写体の表面に形成された縞状の投写パターンを撮影するカメラとを組合せた距離計測装置が用いられている。この装置では、カメラによって取得された撮像画像における注目位置の輝度の明暗から、投光器から注目位置に向かう方向の角度を特定する。そして、投光器から注目位置に向かう方向の角度、カメラから注目位置に向かう方向の角度、及び投光器とカメラの間の距離を用いた三角測量によって、被写体の注目位置までの距離が算出される。この方法は、空間コード化法と呼ばれる。

空間コード化法は、被写体の表面で拡散反射した光をカメラで撮影することを前提とする。このため、被写体の表面に当たった光が鏡面反射する場合又は透過する場合には、カメラに、被写体の表面で拡散反射した光（空間コード化法による距離計測に使用される光）以外の光である二次反射光又は透過光（距離計測に悪影響を与える光）が入射し、空間コードを正しく読み取ることができない場合がある。

この対策として、空間コード化法による複数回の距離計測結果を比較することで、距離計測誤りの発生箇所を検出する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された距離計測装置は、縞の方向が異なる複数のパターン光を用いて複数回の距離計測を行い、複数の距離計測結果である複数の距離の間のずれが所定値より大きい場合に、距離計測結果を不正と判定する。

特開２０１５−７８９３５号公報

特許文献１に記載された距離計測装置では、投光器によるパターン光の投写、カメラによる被写体の撮影、撮像画像に基づく距離計測演算、という一連の処理を、複数回繰り返すことによって、距離計測結果が不正であるか否かを判定していた。このため、距離計測結果に対する判定が完了するまでに長時間を要するという課題があった。

本発明は、距離計測に必要な時間の増加を抑制しつつ、距離計測結果の精度を向上させることができる距離計測装置、距離計測方法、及び距離計測プログラムを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る距離計測装置は、明部領域と暗部領域とを有する複数のパターン光を被写体に順次投写する投写部と、前記被写体を撮像することで、前記複数のパターン光に対応する複数の撮像画像を取得する撮像部と、前記複数の撮像画像から、注目画素における前記被写体までの距離を三角測量によって計測する三角測量部と、前記複数の撮像画像の前記注目画素の画素値の比較結果に基づいて、前記注目画素が、距離計測誤りが発生する可能性が高い箇所の画素であるか否かを判定する計測誤り発生箇所判定部とを備え、前記投写部によって順次投写される前記複数のパターン光は、１つのパターン光の全面積に対する前記明部領域の面積の割合が第１の割合である複数の第１パターン光と、１つのパターン光の全面積に対する前記明部領域の面積の割合である第２の割合が前記第１の割合より小さい複数の第２パターン光とを含み、前記複数の第２パターン光は、前記複数の第２パターン光の明部領域を全て組み合わせると１つのパターン光の全域が組み合わされた明部領域に一致し、前記複数の撮像画像の前記注目画素の画素値の比較結果は、前記複数の第１パターン光を順次投写したときに取得された前記複数の撮像画像における注目画素の画素値のうちの最大値と前記複数の第２パターン光を順次投写したときに取得された前記複数の撮像画像における注目画素の画素値のうちの最大値との比較結果である、ことを特徴とする。

本発明の一態様に係る距離計測方法は、明部領域と暗部領域とを有する複数のパターン光を被写体に順次投写する投写ステップと、前記被写体を撮像することで、前記複数のパターン光に対応する複数の撮像画像を取得する撮像ステップと、前記複数の撮像画像から、注目画素における前記被写体までの距離を三角測量によって計測する測量ステップと、前記複数の撮像画像の前記注目画素の画素値の比較結果に基づいて、前記注目画素が、距離計測誤りが発生する可能性が高い箇所の画素であるか否かを判定する計測誤り発生箇所判定ステップとを備え、前記投写ステップによって順次投写される前記複数のパターン光は、１つのパターン光の全面積に対する前記明部領域の面積の割合が第１の割合である複数の第１パターン光と、１つのパターン光の全面積に対する前記明部領域の面積の割合である第２の割合が前記第１の割合より小さい複数の第２パターン光とを含み、前記複数の第２パターン光は、前記複数の第２パターン光の明部領域を全て組み合わせると１つのパターン光の全域が組み合わされた明部領域に一致し、前記複数の撮像画像の前記注目画素の画素値の比較結果は、前記複数の第１パターン光を順次投写したときに取得された前記複数の撮像画像における注目画素の画素値のうちの最大値と前記複数の第２パターン光を順次投写したときに取得された前記複数の撮像画像における注目画素の画素値のうちの最大値との比較結果である、ことを特徴とする。
本発明の一態様に係る距離計測プログラムは、投写部に、明部領域と暗部領域とを有する複数のパターン光を被写体に順次投写させる投写ステップと、撮像部に、被写体を撮像することで、前記複数のパターン光に対応する複数の撮像画像を取得させる撮像ステップと、前記複数の撮像画像から、注目画素における前記被写体までの距離を三角測量によって計測する測量ステップと、前記複数の撮像画像の前記注目画素の画素値の比較結果に基づいて、前記注目画素が、距離計測誤りが発生する可能性が高い箇所の画素であるか否かを判定する計測誤り発生箇所判定ステップと、をコンピュータに実行させ、前記投写ステップによって順次投写される前記複数のパターン光は、１つのパターン光の全面積に対する前記明部領域の面積の割合が第１の割合である複数の第１パターン光と、１つのパターン光の全面積に対する前記明部領域の面積の割合である第２の割合が前記第１の割合より小さい複数の第２パターン光とを含み、前記複数の第２パターン光は、前記複数の第２パターン光の明部領域を全て組み合わせると１つのパターン光の全域が組み合わされた明部領域に一致し、前記複数の撮像画像の前記注目画素の画素値の比較結果は、前記複数の第１パターン光を順次投写したときに取得された前記複数の撮像画像における注目画素の画素値のうちの最大値と前記複数の第２パターン光を順次投写したときに取得された前記複数の撮像画像における注目画素の画素値のうちの最大値との比較結果である、ことを特徴とする。

本発明によれば、距離計測に必要な時間の増加を抑制しつつ、距離計測結果の精度を向上させることができる。

本発明の実施の形態１に係る距離計測装置の概略構成を示すブロック図である。 図１に示される光学系、撮像部、及び投写部の配置を概略的に示す図である。 図１に示される投写部によって投写されるパターン光のうち距離計測用に用いられるパターン光の例を示す図である。 図１に示される投写部によって投写されるパターン光のうち距離計測誤りの判定に用いられるパターン光の例を示す図である。 （ａ）から（ｃ）は、被写体にパターン光を投写した場合における一次反射光の経路の例、二次反射光の経路の例、及び透過光の経路の例を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、パターン光が複数方向に投写された場合と単一方向に投写された場合の比較図である。 パターン光の画素値から被写***置におけるパターン光を構成するストライプの位置番号を算出する方法を示す図である。 パターン光を構成するストライプの位置番号を示す図である。 投写部、撮像部、及び被写体の位置関係に基づいて行う距離計測方法を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る距離計測装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２においてパターン光の画素値から被写***置におけるパターン光を構成するストライプの位置番号を算出する方法を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る距離計測装置の概略構成を示すブロック図である。 実施の形態３においてパターン光の画素値から被写***置におけるパターン光を構成するストライプの位置番号を算出する方法を示す図である。 実施の形態１から３の変形例を示すハードウェア構成図である。

《１》実施の形態１.
《１−１》構成
図１は、本発明の実施の形態１に係る距離計測装置１の概略構成を示すブロック図である。距離計測装置１は、実施の形態１に係る距離計測方法を実施することができる装置である。図１に示されるように、距離計測装置１は、主要な構成として、撮像空間内にある被写体（物体）を撮影することで撮像画像（画像データ）を取得する画像データ取得部１０と、画像データ取得部１０で取得された画像データ（例えば、撮像画像における各画素の輝度値、すなわち、画素値）を用いて被写体までの距離（被写体距離）Ｚを求め、求められた距離Ｚを示す距離データＺｏｕｔ（例えば、画素毎の距離データ）を出力する画像データ処理部２０とを備えている。画像データ処理部２０は、距離データＺｏｕｔを数値で表示するための、又は距離データＺｏｕｔを示すマップを表示するための表示部（例えば、液晶表示部）を備えてもよい。また、画像データ処理部２０は、距離計測装置１を操作するためのユーザ指示入力を受け付けるユーザ操作部を備えてもよい。

図１に示されるように、画像データ取得部１０は、レンズ又はレンズ群などの光学部材と焦点距離（焦点位置）を変更する機構とを備えた光学系１１と、光学系１１を介して（例えば、レンズを介して）被写体を撮影するカメラ等の撮像部１２と、撮像空間内に存在する被写体に複数のパターン光を投写（照射）する投光装置である投写部１３とを備えている。また、光学系１１は、絞りを調節する絞り調節機構を有してもよい。また、画像データ取得部１０は、画像データ取得部１０全体（光学系１１、撮像部１２、及び投写部１３を含む）を制御する制御部１４を備えている。

制御部１４は、予め定められた複数のパターン光から投写対象のパターン光を選択し、投写部１３に投写対象のパターン光を順次投写させて、撮像部１２に複数のパターン光に対応する複数の撮像画像Ｇを取得させる。複数のパターン光の例は、後述する図３において、１２種類のパターン光（第１パターン光）Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２，Ｄ１，Ｄ２，Ｅ１，Ｅ２，Ｆ１，Ｆ２（以下「パターン光Ａ１，…，Ｆ２」とも記載する）として示される。また、計測誤り発生箇所の判定に用いられる複数のパターン光の例は、後述する図４において、１６種類のパターン光（第２パターン光）Ｘ１，…，Ｘ１６として示される。複数の撮像画像Ｇのうちのパターン光Ａ１，…，Ｆ２の投写時には、撮像部１２は、複数の撮像画像（画像データ）Ｇ_Ａ１，Ｇ_Ａ２，Ｇ_Ｂ１，Ｇ_Ｂ２，Ｇ_Ｃ１，Ｇ_Ｃ２，Ｇ_Ｄ１，Ｇ_Ｄ２，Ｇ_Ｅ１，Ｇ_Ｅ２，Ｇ_Ｆ１，Ｇ_Ｆ２（以下「撮像画像Ｇ_Ａ１，…，Ｇ_Ｆ２」とも記載する）をそれぞれ取得する。複数の撮像画像Ｇのうちの複数のパターン光Ｘ１，…，Ｘ１６の投写時には、撮像部１２は、複数の撮像画像Ｇ_Ｘ１，…，Ｇ_Ｘ１６をそれぞれ取得する。

複数のパターン光（第１パターン光）Ａ１，…，Ｆ２（図３）は、１つのパターン光の全面積に対する明部領域の面積の割合（第１の割合）、すなわち、被写体上に形成される投写パターンの全面積に対する光投写部分の面積の割合が、互いに異なるパターン光である。実施の形態１においては、複数のパターン光Ａ１，…，Ｆ２を用いて、注目画素の被写体距離Ｚが求められる。また、複数のパターン光（第１パターン光）Ａ１，…，Ｆ２は、複数対（例えば、８対）のパターン光であり、各対のパターン光は、互いに明部領域と暗部領域とを逆にしたパターン光である。

複数のパターン光（第２パターン光）Ｘ１，…，Ｘ１６（図４）は、１つのパターン光の全面積に対する明部領域の面積の割合（第２の割合）が、複数のパターン光（第１パターン光）Ａ１，…，Ｆ２の面積（第１の割合）の割合よりも低いパターン光であり、互いに明部領域の位置が異なるパターン光である。また、複数のパターン光（第２パターン光）Ｘ１，…，Ｘ１６の明部領域を全て組み合わせると、１つのパターン光の全体、すなわち、被写体上に形成される投写パターンの全域がカバーされる。すなわち、複数のパターン光（第２パターン光）Ｘ１，…，Ｘ１６は、互いに明部領域の位置が異なるパターン光であり、複数の第２パターン光の明部領域を全て組み合わせると、１つのパターン光の全域が組み合わされた明部領域に一致する。

図１に示されるように、画像データ処理部２０は、計測誤り発生箇所判定部２１と、三角測量部２２と、計測結果合成部２３とを備えている。

三角測量部２２は、撮像部１２から受け取った撮像画像Ｇ_Ａ１，…，Ｇ_Ｆ２を用いて、三角測量によって画素ごとに被写体距離Ｚを取得する。

計測誤り発生箇所判定部２１は、撮像部１２から受け取った複数の撮像画像Ｇを用いて、すなわち、撮像画像Ｇ_Ａ１，…，Ｇ_Ｆ２と撮像画像Ｇ_Ｘ１，…，Ｇ_Ｘ１６とを用いて、撮像画像間の注目画素の画素値の比率等に基づいて、注目画素が、距離計測誤りが発生する可能性が高い箇所の画素であるか否かを判定する。

計測結果合成部２３は、三角測量部２２で画素毎に得られた複数の計測結果である複数の被写体距離のうち、計測誤り発生箇所判定部２１において、距離計測誤りが発生する可能性が高いと判定された箇所の計測結果を削除し、削除された箇所を「計測結果なし」に差し替えて、画素毎の被写体距離Ｚと距離計測誤りが発生する可能性が高いと判定された箇所を示す情報とを含む距離データＺｏｕｔを出力する。

図２は、図１の光学系１１、撮像部１２、及び投写部１３の配置を概略的に示す図である。投写部１３は、光源と、液晶パネル又はＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）とを組み合わせることによって構成されており、任意のパターン光を投写することが可能なプロジェクタである。図２に示されるように、距離計測装置１の画像データ取得部１０は、投写部１３により撮像空間ＪＳ内の被写体ＯＪ１，ＯＪ２に向けて、交互に並ぶ明部領域（投写部１３からの光が投写される領域）のストライプ（以下「明部ストライプ」とも言う）と明部領域よりも暗い暗部領域（投写部１３からの光が投写されない領域）のストライプ（以下「暗部ストライプ」とも言う）とから構成されるパターン光１３ａを投写し、パターン光１３ａが投写されている被写体ＯＪ１，ＯＪ２を、光学系１１を通して撮像部１２で撮影する。

図３における１２種類のパターン光Ａ１，…，Ｆ２、及び図４における１６種類のパターン光Ｘ１，…，Ｘ１６は、図１に示される投写部１３によって投写される２８種類のパターン光１３ａの例、すなわち、明部領域（図における白い領域）の明部ストライプと暗部領域（図における網掛け領域）の暗部ストライプとが配列方向（図における横方向）に交互に並ぶパターン光の例である。ただし、パターン光１３ａの例は、図示の例に限定されず、パターン光１３ａの種類の数も２８種類に限定されない。

実施の形態１においては、２８種類のパターン光のうち、図３に示される１２種類のパターン光Ａ１，…，Ｆ２は、被写体距離Ｚの計測に用いられるパターン光である。図３において、パターン光Ａ１，Ａ２は、ストライプ（例えば、Ｓ＝０）の配列方向の幅が最も狭いパターン光である。図３において、パターン光Ｂ１，Ｂ２のストライプ（例えば、Ｓ＝０〜１）の配列方向の幅は、パターン光Ａ１，Ａ２のストライプの幅の２倍である。図３において、パターン光Ｃ１，Ｃ２のストライプ（例えば、Ｓ＝０〜３）の幅は、パターン光Ｂ１，Ｂ２のストライプの幅の２倍である。図３において、パターン光Ｄ１，Ｄ２のストライプ（例えば、Ｓ＝０〜７）の幅は、パターン光Ｃ１，Ｃ２のストライプの幅の２倍である。図３において、パターン光Ｅ１，Ｅ２のストライプ（例えば、Ｓ＝０〜１５）の幅は、パターン光Ｄ１，Ｄ２のストライプの幅の２倍である。図３において、パターン光Ｆ１，Ｆ２のストライプ（例えば、Ｓ＝０〜３１）の幅は、パターン光Ｅ１，Ｅ２のストライプの幅の２倍である。

また、図３において、パターン光Ａ１における明部ストライプと暗部ストライプとを入れ替える（逆にする）ことによって得られたパターン光が、パターン光Ａ２である。図３において、パターン光Ｂ１における明部ストライプと暗部ストライプとを入れ替える（逆にする）ことによって得られたパターン光が、パターン光Ｂ２である。図３において、パターン光Ｃ１における明部ストライプと暗部ストライプとを入れ替える（逆にする）ことによって得られたパターン光が、パターン光Ｃ２である。図３において、パターン光Ｄ１における明部ストライプと暗部ストライプとを入れ替える（逆にする）ことによって得られたパターン光が、パターン光Ｄ２である。図３において、パターン光Ｅ１における明部ストライプと暗部ストライプとを入れ替える（逆にする）ことによって得られたパターン光が、パターン光Ｅ２である。図３において、パターン光Ｆ１における明部ストライプと暗部ストライプとを入れ替える（逆にする）ことによって得られたパターン光が、パターン光Ｆ２である。

実施の形態１においては、２８種類のパターン光のうち、図４に示される１６種類のパターン光Ｘ１，…，Ｘ１６は、注目画素が、距離計測誤りが発生する可能性が高い箇所（領域）の画像であるか否かの判定に用いられるパターン光である。図４に示されるパターン光Ｘ１，…，Ｘ１６の１周期の幅（パターン光Ａ１における１６本のストライプの幅に相当する）は、図３におけるパターン光Ｄ１及びＤ２の１周期の幅（例えば、Ｓ＝０〜１５の幅）と同じである。図４に示されるパターン光Ｘ１，…，Ｘ１６の明部ストライプの幅は、パターン光の１周期の幅の１／１６である。図４に示されるパターン光Ｘ１，…，Ｘ１６の暗部ストライプの幅は、パターン光の１周期の幅の１５／１６以下である。１６種類のパターン光Ｘ１，…，Ｘ１６は、パターン光Ｘ１，Ｘ２，…の順に、明部ストライプの幅の分だけ明部ストライプが図４における右側にずれるようなパターンとなっている。このため、パターン光Ｘ１，…，Ｘ１６のいずれかを選んで重ね合わせると、パターン光の投写領域の全ての位置が、いずれかのパターン光の明部ストライプに含まれる。なお、複数のパターン光の組み合わせは、複数のパターン光で、パターン光の投写領域の全体の位置が、複数のパターン光のいずれかのパターン光の明部領域に含まれるように構成されているものであれば、図４の例に限定されず、また、パターン光の数も１６種類に限定されない。

《１−２》動作
制御部１４は、投写部１３にパターン光を順次投写させて撮像部１２に複数のパターン光に対応する複数の撮像画像Ｇを取得させる。複数のパターン光の一例は、図３に示されるパターン光Ａ１，…，Ｆ２、及び図４に示されるパターン光Ｘ１，…，Ｘ１６である。

計測誤り発生箇所判定部２１は、パターン光Ａ１，…，Ｆ２、及びパターン光Ｘ１，…，Ｘ１６が順次投写された撮像空間を撮像部１２によって撮影することで得られた撮像画像Ｇ_Ａ１，…，Ｇ_Ｆ２、及び撮像画像Ｇ_Ｘ１，…，Ｇ_Ｘ１６を参照して、注目画素が、距離計測誤りが発生する可能性が高い箇所（領域）の画素であるか否かを判定する。

ここで、計測誤りの判定原理について説明する。図５（ａ）から（ｃ）は、被写体にパターン光１３ａを投写した場合の一次反射光１１ａ，１１ｂ、二次反射光１１ｃ、及び透過光１１ｄの経路の例を示す図である。図５（ａ）は、投写部１３から出射したパターン光１３ａが被写体１５の表面１５ａで１回拡散反射して一次反射光１１ａとなり、この一次反射光１１ａのうちの撮像部１２に入射する成分を示している。また、図５（ａ）は、投写部１３から出射したパターン光１３ａが、被写体１５が載置されている載置面１８の表面で１回拡散反射して一次反射光１１ａとなり、この一次反射光１１ａのうちの撮像部１２に入射する成分をも示している。実施の形態１では、図５（ａ）に示される一次反射光１１ａの経路が、被写体距離の計測に用いられるべき光経路（本来想定された望ましい光経路）であり、この一次反射光１１ａを用いて被写体距離Ｚが計測されることが望ましい。

図５（ｂ）は、投写部１３から出射したパターン光１３ａが被写体１６の表面１６ａで１回反射して一次反射光１１ｂとなり、載置面１８でさらに１回反射して二次反射光１１ｃとなり、この二次反射光１１ｃのうちの撮像部１２に入射する成分を示している。図５（ｂ）には、合計反射回数が２回の場合の二次反射光１１ｃの経路の例を示したが、本出願における二次反射光は、合計反射回数が３回以上の反射光をも含む。被写体１６の表面１６ａに光沢がなく、被写体１６の表面１６ａに当たった光が拡散反射する場合には、二次反射光１１ｃは、大きく減衰した光であるため、撮像画像の輝度（すなわち、図５（ａ）に示される一次反射光１１ａによる撮像画像の輝度）に大きな影響を与えない。しかし、被写体１６の表面１６ａが金属光沢を持つ場合、すなわち、被写体１６が鏡面反射物体である場合には、一次反射光１１ｂの強度は投写部１３から出射したパターン光１３ａの強度と同程度であるので、二次反射光１１ｃの強度も強く、二次反射光１１ｃは撮像画像の輝度（すなわち、図５（ａ）に示される一次反射光１１ａによる撮像画像の輝度）に大きな影響を与える。

図５（ｃ）は、被写体１７が光透過性（透明及び半透明を含む）であり、被写体１７を透過した透過光１１ｄの一部が撮像部１２に入射する場合を示している。この場合には、二次反射光又は透過光１１ｄが撮像部１２に入射し、撮像画像に重畳されることで、一次反射光（図５（ａ）に示される一次反射光１１ａ）の輝度の大小とは異なる撮像画像が得られ、パターン光１３ａの投写によって被写体１７の表面に形成される投写パターンの位置（被写体距離）を正確に算出できない。

ここで、二次反射光及び透過光は、撮像部１２に向かう方向に進む望ましい一次反射光（図６（ａ）に示される一次反射光１１ａ）を発生させるパターン光（図６（ａ）に示されるパターン光１３ａ１）とは異なる方向に投写されたパターン光１３ａ２に起因している。図６（ａ）及び（ｂ）は、パターン光が複数方向に投写された場合と単一方向に投写された場合とをそれぞれ示す図である。図６（ａ）に示されるように、投写部１３からパターン光１３ａ１，１３ａ２が複数方向に投写されると、望ましい一次反射光１１ａの経路以外の経路を、望ましくない二次反射光１１ａ２が進み、望ましくない二次反射光１１ａ２が望ましい一次反射光１１ａと同一方向に進んで撮像部１２に入射する。
これに対し、図６（ｂ）に示されるように、パターン光１３ａが単一方向に投写される場合には、望ましい一次反射光１１ａを生じさせる経路と異なる経路には、パターン光１３ａが投写されないため、発生した二次反射光が一次反射光１１ａに重畳されるという望ましくない事態の発生を抑制することができる。

なお、図６（ａ）及び（ｂ）では、二次反射光を例に挙げて説明しているが、図５（ｃ）に示されるような透過光１１ｄが発生している場合でも、一次反射光１１ａの経路以外の経路を進む光が、一次反射光１１ａと同一方向に進んで撮像部１２に入射することで、一次反射光１１ａの輝度の大小とは異なる撮像画像が得られ、投写パターンの位置を正確に算出できない理由は同様である。したがって、図６（ｂ）に示されるように、パターン光１３ａの投写方向が単一方向であれば、発生した透過光１１ｄが一次反射光１１ａに重畳される事態の発生を抑えることができる。

上記のように二次反射光１１ｃ（図５（ｂ）），１１ａ２（図６（ａ））及び透過光１１ｄ（図５（ｃ））は、一次反射光１１ａの元になるパターン光１３ａとは異なる方向に投写されたパターン光１３ａ２（図６（ａ））によって生じた一次又は二次反射光が、望ましい一次反射光１１ａに重畳されることで発生し、二次反射光１１ａ２及び透過光１１ｄが一次反射光１１ａに重畳される事態の発生し易さは、投写されるパターン光全体に占める光投写部分（明部領域）の面積に応じて増加する。すなわち、投写部１３から投写されるパターン光１３ａの光量（すなわち、パターン光の全体に対する明部領域の面積の割合であり、被写体上に形成された投写パターンの全面積に対する光投写部分の面積の割合である）が増えれば、望ましい一次反射光１１ａと異なる経路で一次反射光１１ａと同じ方向に進んで撮像部１２に入射する望ましくない二次反射光１１ａ２及び透過光１１ｄの発生可能性が高くなる。逆に、投写部１３から投写されるパターン光の光量（すなわち、投写パターンの全面積に対する光投写部分の面積の割合）が少ないほど、二次反射光１１ａ２及び透過光１１ｄが発生する経路に光が投写される可能性が低くなり、二次反射光１１ａ２及び透過光１１ｄの影響を小さく抑えることができる。
これは、撮像画像で言えば、投写部１３から投写されるパターン光の光量（すなわち、投写パターンの全面積に対する光投写部分の面積の割合）が減少することで、一次反射光１１ａに重畳される二次反射光１１ａ２及び透過光１１ｄの発生しうる経路のうち、光が実際に投写される経路が減り、一次反射光１１ａに重畳される二次反射光１１ａ２及び透過光１１ｄの量が減ることに相当する。実施の形態１においては、一次反射光１１ａに重畳される二次反射光１１ａ２及び透過光１１ｄの量を減らすことができるパターン光として、パターン光の光量（すなわち、投写パターンの全面積に対する光投写部分の面積の割合）が低い図４のパターン光を用いる。

計測誤り発生箇所判定部２１では、上記のように投写パターン中の光投写部分の面積が異なると、一次反射光１１ａに重畳される二次反射光１１ａ２及び透過光の強度が変化することを利用し、光量が多いパターン光の投写時（実施の形態１では、図３のパターン光の投写時）における輝度と光量が少ないパターン光の投写時（実施の形態１では、図４のパターン光の投写時）における輝度との違い（輝度変動）が大きい場所を、二次反射光１１ａ２及び透過光１１ｄによる距離計測誤りが発生する可能性が高い箇所と判定する。

以下に、注目画素が、距離計測誤りが発生する可能性が高い箇所（領域）の画素であるか否かの判定方法について具体的に説明する。図３に示されるパターン光Ａ１，…，Ｆ２及び図４に示されるパターン光Ｘ１，…，Ｘ１６が投写されたときの撮像画像における、ある注目画素の画素値をＰ（Ａ１），Ｐ（Ａ２），Ｐ（Ｂ１），Ｐ（Ｂ２），Ｐ（Ｃ１），Ｐ（Ｃ２），Ｐ（Ｄ１），Ｐ（Ｄ２），Ｐ（Ｅ１），Ｐ（Ｅ２），Ｐ（Ｆ１），Ｐ（Ｆ２）（以下「Ｐ（Ａ１），…，Ｐ（Ｆ２）」とも記載する）、及びＰ（Ｘ１），…，Ｐ（Ｘ１６）とする。

計測誤り発生箇所判定部２１は、画素値Ｐ（Ａ１），…，Ｐ（Ｆ２）のうちの最大値である第１の最大画素値Ｐ_ＭＡＸ１を取得し、画素値Ｐ（Ｘ１），…，Ｐ（Ｘ１６）のうちの最大値である第２の最大画素値Ｐ_ＭＡＸ２を取得する。

計測誤り発生箇所判定部２１は、予め定められた判定閾値比率Ｋ_ＭＡＸを記憶部２１ａに記憶しており、
Ｐ_ＭＡＸ１＞Ｐ_ＭＡＸ２＊Ｋ_ＭＡＸ
を満たす注目画素は、パターン光の光量の変化による二次反射光の光量又は透過光の光量の変化が大きい箇所とみなし、この注目画素は、二次反射光及び透過光による距離計測誤りが発生している可能性が高い箇所の画素であると判定する。この判定結果は、計測結果合成部２３に送られる。

なお、計測誤り発生箇所判定部２１は、投写光以外の環境光の影響を差し引くために、注目画素が、距離計測誤りが発生する可能性が高い箇所の画素であるか否かの判定を、第１の最大画素値Ｐ_ＭＡＸ１と第２の最大画素値Ｐ_ＭＡＸ２との比率に基づいて行う代わりに、最大値と最小値の差分の比率で行ってもよい。例えば、計測誤り発生箇所判定部２１は、画素値Ｐ（Ａ１），…，Ｐ（Ｆ２）のうちの最大値Ｐ_ＭＡＸ１と最小値Ｐ_ＭＩＮ１の差である第１の画素値差分Ｐ_ＤＩＦ１（＝Ｐ_ＭＡＸ１−Ｐ_ＭＩＮ１）を取得し、画素値Ｐ（Ｘ１），…，Ｐ（Ｘ１６）のうちの最大値Ｐ_ＭＡＸ２と最小値Ｐ_ＭＩＮ２の差である第２の画素値差分Ｐ_ＤＩＦ２（＝Ｐ_ＭＡＸ２−Ｐ_ＭＩＮ２）を取得し、予め定められた判定閾値差分Ｋ_ＤＩＦを用いて、
Ｐ_ＤＩＦ１＞Ｐ_ＤＩＦ２＊Ｋ_ＤＩＦ
を満たす注目画素は、パターン光の光量の変化による二次反射光の光量又は透過光の光量の変化が大きい箇所とみなし、この注目画素は、二次反射光及び透過光によって距離計測誤りが発生している可能性が高い箇所の画素であると判定してもよい。

三角測量部２２は、明部ストライプと暗部ストライプとが互いに逆である１対のパターン光に対する撮像画像の差分に基づいて、撮像画像上に投写されているパターン光によって形成される投写パターンの位置を特定し、三角測量の原理で被写体までの距離を計測する。

図３に示されるパターン光Ａ１，…，Ｆ２が投写されたときに撮像空間に形成される投写パターンの撮像画像における、ある注目画素の画素値を、それぞれＰ（Ａ１），…，Ｐ（Ｆ２）とする。

ここで、図７は、パターン光の画素値から被写***置におけるパターン光を構成するストライプの位置番号Ｓを算出する方法を示す図である。図８は、パターン光を構成するストライプの位置番号（図３におけるパターン光Ａ１及びＡ２の明部ストライプと暗部ストライプの位置番号）Ｓを示す図である。

三角測量部２２は、画素値Ｐ（Ａ１）とＰ（Ａ２）の関係に基づき、パターン位置番号Ｓのｂｉｔ０の値を決める。三角測量部２２は、パターン位置番号をＳ（６ビット値）とし、予め定められた閾値Ｔｓを用いて、
Ｐ（Ａ１）＋Ｔｓ＜Ｐ（Ａ２）であれば、パターン位置番号Ｓのｂｉｔ０に１を割り当て、
Ｐ（Ａ１）＞Ｐ（Ａ２）＋Ｔｓであれば、パターン位置番号Ｓのｂｉｔ０に０を割り当て、
｜Ｐ（Ａ１）−Ｐ（Ａ２）｜≦Ｔｓであれば、エラーとしてパターン位置番号Ｓにエラーを示す値を設定する。三角測量部２２は、エラーの場合には、パターン位置番号Ｓのｂｉｔ０の値を決める処理を打ち切ることができる。

同様に、三角測量部２２は、画素値Ｐ（Ｂ１）とＰ（Ｂ２）の関係に基づき、パターン位置番号Ｓのｂｉｔ１の値を決める。三角測量部２２は、
Ｐ（Ｂ１）＋Ｔｓ＜Ｐ（Ｂ２）であれば、パターン位置番号Ｓのｂｉｔ１に１を割り当て、
Ｐ（Ｂ１）＞Ｐ（Ｂ２）＋Ｔｓであれば、パターン位置番号Ｓのｂｉｔ１に０を割り当て、
｜Ｐ（Ｂ１）−Ｐ（Ｂ２）｜≦Ｔｓであれば、エラーとしてパターン位置番号Ｓにエラーを示す値を設定する。エラーの場合には、三角測量部２２は、パターン位置番号Ｓのｂｉｔ１の値を決める処理を打ち切ることができる。

同様に、三角測量部２２は、画素値Ｐ（Ｃ１）とＰ（Ｃ２）の関係に基づき、パターン位置番号Ｓのｂｉｔ２の値を決める。三角測量部２２は、
Ｐ（Ｃ１）＋Ｔｓ＜Ｐ（Ｃ２）であれば、パターン位置番号Ｓのｂｉｔ２に１を割り当て、
Ｐ（Ｃ１）＞Ｐ（Ｃ２）＋Ｔｓであれば、パターン位置番号Ｓのｂｉｔ２に０を割り当て、
｜Ｐ（Ｃ１）−Ｐ（Ｃ２）｜≦Ｔｓであれば、エラーとしてパターン位置番号Ｓにエラーを示す値を設定する。エラーの場合には、三角測量部２２は、パターン位置番号Ｓのｂｉｔ２の値を決める処理を打ち切ることができる。

同様に、三角測量部２２は、画素値Ｐ（Ｄ１）とＰ（Ｄ２）の関係に基づき、パターン位置番号Ｓのｂｉｔ３の値を決める。三角測量部２２は、
Ｐ（Ｄ１）＋Ｔｓ＜Ｐ（Ｄ２）であれば、パターン位置番号Ｓのｂｉｔ３に１を割り当て、
Ｐ（Ｄ１）＞Ｐ（Ｄ２）＋Ｔｓであれば、パターン位置番号Ｓのｂｉｔ３に０を割り当て、
｜Ｐ（Ｄ１）−Ｐ（Ｄ２）｜≦Ｔｓであれば、エラーとしてパターン位置番号Ｓにエラーを示す値を設定する。エラーの場合には、三角測量部２２は、パターン位置番号Ｓのｂｉｔ３の値を決める処理を打ち切ることができる。

同様に、三角測量部２２は、画素値Ｐ（Ｅ１）とＰ（Ｅ２）の関係に基づき、パターン位置番号Ｓのｂｉｔ４の値を決める。三角測量部２２は、
Ｐ（Ｅ１）＋Ｔｓ＜Ｐ（Ｅ２）であれば、パターン位置番号Ｓのｂｉｔ４に１を割り当て、
Ｐ（Ｅ１）＞Ｐ（Ｅ２）＋Ｔｓであれば、パターン位置番号Ｓのｂｉｔ４に０を割り当て、
｜Ｐ（Ｅ１）−Ｐ（Ｅ２）｜≦Ｔｓであれば、エラーとしてパターン位置番号Ｓにエラーを示す値を設定する。エラーの場合には、三角測量部２２は、パターン位置番号Ｓのｂｉｔ４の値を決める処理を打ち切ることができる。

同様に、三角測量部２２は、画素値Ｐ（Ｆ１）とＰ（Ｆ２）の関係に基づき、パターン位置番号Ｓのｂｉｔ５の値を決める。三角測量部２２は、
Ｐ（Ｆ１）＋Ｔｓ＜Ｐ（Ｆ２）であれば、パターン位置番号Ｓのｂｉｔ５に１を割り当て、
Ｐ（Ｆ１）＞Ｐ（Ｆ２）＋Ｔｓであれば、パターン位置番号Ｓのｂｉｔ５に０を割り当て、
｜Ｐ（Ｆ１）−Ｐ（Ｆ２）｜≦Ｔｓであれば、エラーとしてパターン位置番号Ｓにエラーを示す値を設定する。エラーの場合には、三角測量部２２は、パターン位置番号Ｓのｂｉｔ５の値を決める処理を打ち切ることができる。

以上の処理により、パターン位置番号Ｓには、パターン上の位置に対応したユニークな値が設定される。

図９は、図１に示される三角測量部２２が、投写部１３、撮像部１２、及び被写体の位置関係に基づいて行う距離計測方法を示す図である。図９において、角度θは、先に求めたパターン位置番号Ｓに基づき算出可能である。具体的には、パターン位置番号Ｓと角度θを対応付けるためのデータである第１のルックアップテーブル（ＬＵＴ）を記憶部２２ａに予め用意しておき、第１のＬＵＴを参照することで角度θを求めることができる。また、図９において、角度φは、撮像部１２の撮影によって取得された撮像画像上の位置に基づき算出可能である。画像上の被写体の水平方向座標と角度φを対応付けるための第２のルックアップテーブル（ＬＵＴ）を記憶部２２ａに予め用意しておき、参照することで角度φを求める。角度θと角度φ、及び基線長Ｌの値から被写体までの距離Ｚを、次式（１）で算出する。
Ｚ＝Ｌ／（ｔａｎθ＋ｔａｎφ） （１）

計測結果合成部２３は、注目画素位置毎に計測誤り発生箇所判定部２１と三角測量部２２の結果を参照し、出力する距離計測結果の補正を行う。すなわち、三角測量部２２で得られた画素毎の被写体距離Ｚのうち、計測誤り発生箇所判定部２１において計測誤り発生の可能性が高いと判定された箇所の画素についての計測結果を「計測結果なし」に差し替えて出力する。

《１−３》効果
従来の三角測量による距離計測では、二次反射光又は透過光が撮像画像に重畳されることで、一次反射光の輝度の大小とは異なる撮像画像が得られ、投写パターンの位置を正しく判定できないことがあった。投写パターンの位置が誤って判定されると、該当箇所では誤った距離計測結果が出力されることとなり、計測対象である被写体の形状を正しく把握することができない。
これに対し、実施の形態１に係る距離計測装置１によれば、投写されるパターン光の光量が異なる複数種類のパターン光を投写し、撮像画像の画素値の変動が大きい画素を、距離計測誤りが発生する可能性が高い箇所の画素であると判定して、計測結果から排除して出力するので、二次反射光又は透過光が発生している撮影条件であっても、正しい被写体距離を出力することができる。
また、特許文献１に示す先行技術は、三角測量による距離計測において計測誤り箇所の検出を実現するものである。しかし、特許文献１に示す先行技術では、複数の撮影条件で算出した距離の計測結果を比較し、複数の計測結果の誤差が大きい箇所を計測誤りと判定するため、最終的な結果を得るためには撮影画像から被写体距離を算出する処理を複数回繰り返す必要があり、計測誤りを判定するために必要な演算量の増加が大きくなる課題があった。
これに対し本実施の形態１に係る距離計測装置１によれば、投写されるパターン光の光量が異なる複数種類のパターン光を投写し、距離計測処理に含める形で計測結果の有効又は無効を判定するため、距離計測処理を複数回繰り返して実行する必要がなく、計測誤りを検出するために必要な演算量の増加を抑えることができる。

《２》実施の形態２．
《２−１》構成
図１０は、本発明の実施の形態２に係る距離計測装置２の概略構成を示すブロック図である。距離計測装置２は、実施の形態２に係る距離計測方法を実施することができる装置である。図１０において、図１に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図１に示される符号と同じ符号が付される。実施の形態２に係る距離計測装置２は、投写部１３によって投写されるパターン光の数及び種別の点及び画像データ処理部２０ａにおいて使用する撮像画像の点において、実施の形態１に係る距離計測装置１と異なる。具体的に言えば、実施の形態２では、実施の形態１の場合よりも、使用するパターン光の種類が少なく、図３及び図４に示されるパターン光のうちのパターン光Ｅ１，Ｅ２，Ｆ１，Ｆ２、及びパターン光Ｘ１，…，Ｘ１６を使用する。他の点について、実施の形態２は、実施の形態１と同じである。したがって、実施の形態２の説明に際しては、図２から図９を参照する。

《２−２》動作
図３に示されるパターン光Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２，Ｄ１，Ｄ２は、図４に示されるパターン光Ｘ１，…，Ｘ１６のいずれかを組合せることによって作ることが可能である。具体的には、パターン光Ａ１は、図４に示されるパターン光Ｘ１，Ｘ３，Ｘ５，Ｘ７，Ｘ９，Ｘ１１，Ｘ１３，Ｘ１５の組み合わせと同じであり、パターン光Ａ２は、図４に示されるパターン光Ｘ２，Ｘ４，Ｘ６，Ｘ８，Ｘ１０，Ｘ１２，Ｘ１４，Ｘ１６の組み合わせと同じである。また、パターン光Ｂ１は、図４に示されるパターン光Ｘ１，Ｘ２，Ｘ５，Ｘ６，Ｘ９，Ｘ１０，Ｘ１３，Ｘ１４の組み合わせと同じであり、パターン光Ｂ２は、図４に示されるパターン光Ｘ３，Ｘ４，Ｘ７，Ｘ８，Ｘ１１，Ｘ１２，Ｘ１５，Ｘ１６の組み合わせと同じである。また、パターン光Ｃ１は、図４に示されるパターン光Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ９，Ｘ１０，Ｘ１１，Ｘ１２の組み合わせと同じであり、パターン光Ｃ２は、図４に示されるパターン光Ｘ５，Ｘ６，Ｘ７，Ｘ８，Ｘ１３，Ｘ１４，Ｘ１５，Ｘ１６の組み合わせと同じである。また、パターン光Ｄ１は、図４に示されるパターン光Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５，Ｘ６，Ｘ７，Ｘ８の組み合わせと同じであり、パターン光Ｄ２は、図４に示されるパターン光Ｘ９，Ｘ１０，Ｘ１１，Ｘ１２，Ｘ１３，Ｘ１４，Ｘ１５，Ｘ１６の組み合わせと同じである。よって、パターン光Ｘ１，…，Ｘ１６が投写されたときの撮像画像における、ある注目画素の画素値をＰ（Ｘ１），…，Ｐ（Ｘ１６）とした場合に、例えば、Ｐ（Ｘ１），Ｐ（Ｘ３），Ｐ（Ｘ５），Ｐ（Ｘ７），Ｐ（Ｘ９），Ｐ（Ｘ１１），Ｐ（Ｘ１３），Ｐ（Ｘ１５）の最大値をとることでパターン光Ａ１の投写時の撮像画像に相当する画像を得ることができる。

同様に、各組合せの画像で画素値の最大値をとることにより、計測誤り発生箇所判定部２１及び三角測量部２２は、パターン光Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２，Ｄ１，Ｄ２の投写時の撮像画像に相当する画像を得ることができる。計測誤り発生箇所判定部２１及び三角測量部２２においてこれらの画像を用いることにより、パターン光Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２，Ｄ１，Ｄ２の投写を行わなくても、被写体の距離計測及び距離計測誤りが発生する可能性が高いと箇所か否かの判定を行うことが可能である。これにより、距離計測に必要なパターン光の種類を減らすことができ、実施の形態１と比較して１回の距離計測に必要な時間を削減することが可能である。

このとき、計測誤り発生箇所判定部２１では、まずＰ（Ｅ１），Ｐ（Ｅ２），Ｐ（Ｆ１），Ｐ（Ｆ２）の値の最大値をＰ_ＭＡＸ１とし、Ｐ（Ｘ１），…，Ｐ（Ｘ１６）の最大値をＰ_ＭＡＸ２とし、予め定められた判定閾値比率Ｋ_ＭＡＸを用いて、
Ｐ_ＭＡＸ１＞Ｐ_ＭＡＸ２＊Ｋ_ＭＡＸを満たす注目画素は、パターン光の光量の変化により一次反射光に重畳される二次反射光の光量又は透過光の光量の変化が大きい箇所とみなし、二次光及び透過光による距離計測誤りの発生する可能性が高い箇所の画素であると判定する。この判定結果は、計測結果合成部２３に送付される。
なお、ここでは、実施の形態１の場合と同様に、最大値と最小値の差分値を用いた判定を行ってもよい。

また、三角測量部２２は、前述したように、図３に示されるパターン光Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２，Ｄ１，Ｄ２を、図４に示されるパターン光Ｘ１，…，Ｘ１６のいずれかを組合せることで生成して計測を行うのではなく、パターン光Ｘ１，…，Ｘ１６の各々が投写されたときの撮像画像から直接パターン位置番号Ｓのｂｉｔ値を得ることも可能である。その場合の方式を以下に示す。

実施の形態１では、図７におけるパターン位置番号Ｓのｂｉｔ値ｂｉｔ０，…，ｂｉｔ３に、画素値Ｐ（Ａ１）とＰ（Ａ２）の大小関係に基づく値、画素値Ｐ（Ｂ１）とＰ（Ｂ２）の大小関係に基づく値、画素値Ｐ（Ｃ１）とＰ（Ｃ２）の大小関係に基づく値、画素値Ｐ（Ｄ１）とＰ（Ｄ２）の大小関係に基づく値が割り当てられた。
これに対し、実施の形態２では、画素値Ｐ（Ｘ１），…，Ｐ（Ｘ１６）のうちの、最も大きい値に対応するビット値を、パターン位置番号Ｓのｂｉｔ値ｂｉｔ０，ｂｉｔ１，ｂｉｔ２，ｂｉｔ３に割り当てることでパターン位置番号Ｓを求める。図１１は、実施の形態２においてパターン光の画素値から被写***置におけるパターン光を構成するストライプの位置番号を算出する方法を示す図である。図１１に示されるように、「ｂｉｔ３、ｂｉｔ２、ｂｉｔ１、ｂｉｔ０」で表される４ｂｉｔ値は、Ｐ（Ｘ１）が最大であれば「０」、Ｐ（Ｘ２）が最大であれば「１」、Ｐ（Ｘ３）が最大であれば「２」、Ｐ（Ｘ４）が最大であれば「３」、Ｐ（Ｘ５）が最大であれば「４」、Ｐ（Ｘ６）が最大であれば「５」、Ｐ（Ｘ７）が最大であれば「６」、Ｐ（Ｘ８）が最大であれば「７」、Ｐ（Ｘ９）が最大であれば「８」、Ｐ（Ｘ１０）が最大であれば「９」、Ｐ（Ｘ１１）が最大であれば「１０」、Ｐ（Ｘ１２）が最大であれば「１１」、Ｐ（Ｘ１３）が最大であれば「１２」、Ｐ（Ｘ１４）が最大であれば「１３」、Ｐ（Ｘ１５）が最大であれば「１４」、Ｐ（Ｘ１６）が最大であれば「１５」である。なお、１つのパターン光（パターン画像）で確実に値が最大となっていることを確認するために、画素値Ｐ（Ｘ１），…，Ｐ（Ｘ１６）の値のうちの最も大きい画素値と２番目に大きい画素値との差分Ｄを算出し、この差分Ｄが予め定められた閾値Ｔｘよりも小さい場合に、エラーとしてパターン位置番号Ｓにエラーを示す値を設定してもよい。

なお、ビット値ｂｉｔ５、ｂｉｔ４の算出方法は、実施の形態１の場合と同じである。

《２−３》効果
実施の形態２に係る距離計測装置によれば、注目画素が、距離計測誤りが発生する可能性が高い箇所の画素であるか否かの判定に用いるパターン光を、距離計測用のパターン光の一部の代用として使用することができるため、距離計測のみの計測を行う場合に対する、距離計測誤りの判定を同時に行う場合の投写パターン総数の増加を抑えることができ、計測に必要な時間の増加を抑えることが可能である。

《３》実施の形態３．
《３−１》構成
図１２は、本発明の実施の形態３に係る距離計測装置３の概略構成を示すブロック図である。距離計測装置３は、実施の形態３に係る距離計測方法を実施することができる装置である。図１２において、図１に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図１に示される符号と同じ符号が付される。実施の形態３に係る距離計測装置３は、画像データ処理部２０ｂの構成の点において、実施の形態１に係る距離計測装置１と相違する。

上記実施の形態１に係る距離計測装置１では、距離計測誤りが発生する可能性が高いと判定された箇所についての距離計測結果を削除し、削除された距離計測結果を「距離計測結果なし」を示す情報に差し替えて出力する。
これに対し、実施の形態３では、正しい距離計測結果を得られない原因となる撮像画像を特定することにより、距離計測誤りが発生する可能性が高いと判定された箇所についても、距離計測結果（誤差を含む）を出力する。なお、実施の形態３に係る距離計測装置３の特徴を、実施の形態２に係る距離計測装置２に適用してもよい。

《３−２》動作
以下に、実施の形態３に係る距離計測装置３の画像データ処理部２０ｂの動作を説明する。

まず、画像データ処理部２０ｂの計測誤り発生箇所判定部２２１の動作について説明する。図３に示されるパターン光Ａ１，…，Ｆ２及び図４に示されるパターン光Ｘ１，…，Ｘ１６が投写されたときの撮像画像における、ある注目画素の画素値をＰ（Ａ１），…，Ｐ（Ｆ２）及びＰ（Ｘ１），…，Ｐ（Ｘ１６）とする。

計測誤り発生箇所判定部２２１は、注目画素の画素値Ｐ（Ａ１），…，Ｐ（Ｆ２）及び画素値Ｐ（Ｘ１），…，Ｐ（Ｘ１６）を取得する。

次に、計測誤り発生箇所判定部２２１は、互いに反転関係にある２つのパターン光Ａ１，Ａ２を順次投写したときに得られる、注目画素の画素値Ｐ（Ａ１）とＰ（Ａ２）を比較し、これらのうちの大きい方の画素値ＬＡを取得する。

同様に、計測誤り発生箇所判定部２２１は、互いに反転関係にある２つのパターン光Ｂ１，Ｂ２を順次投写したときに得られる、注目画素の画素値Ｐ（Ｂ１）とＰ（Ｂ２）を比較し、これらのうちの大きい方の画素値ＬＢを取得する。

同様に、計測誤り発生箇所判定部２２１は、互いに反転関係にある２つのパターン光Ｃ１，Ｃ２を順次投写したときに得られる、注目画素の画素値Ｐ（Ｃ１）とＰ（Ｃ２）を比較し、これらのうちの大きい方の画素値ＬＣを取得する。

同様に、計測誤り発生箇所判定部２２１は、互いに反転関係にある２つのパターン光Ｄ１，Ｄ２を順次投写したときに得られる、注目画素の画素値Ｐ（Ｄ１）とＰ（Ｄ２）を比較し、これらのうちの大きい方の画素値ＬＤを取得する。

同様に、計測誤り発生箇所判定部２２１は、互いに反転関係にある２つのパターン光Ｅ１，Ｅ２を順次投写したときに得られる、注目画素の画素値Ｐ（Ｅ１）とＰ（Ｅ２）を比較し、これらのうちの大きい方の画素値ＬＥを取得する。

同様に、計測誤り発生箇所判定部２２１は、互いに反転関係にある２つのパターン光Ｆ１，Ｆ２を順次投写したときに得られる、注目画素の画素値Ｐ（Ｆ１）とＰ（Ｆ２）を比較し、これらのうちの大きい方の画素値ＬＦを取得する。

また、計測誤り発生箇所判定部２２１は、明部ストライプの間隔は互いに等しく、明部ストライプの位置が互い異なるパターン光Ｘ１，…，Ｘ１６を順次投写したときに得られる、注目画素の画素値Ｐ（Ｘ１），…，Ｐ（Ｘ１６）を比較し、これらのうちの最大値Ｐ_ＭＡＸ２を取得する。

計測誤り発生箇所判定部２２１は、予め定められた判定閾値比率Ｋ_ＭＡＸを記憶部２２１ａに格納しておき、取得された画素値ＬＡと基準値Ｐ_ＭＡＸ２＊Ｋ_ＭＡＸとを比較する。計測誤り発生箇所判定部２２１は、
ＬＡ≦Ｐ_ＭＡＸ２＊Ｋ_ＭＡＸの場合は、計測誤りフラグＦＡに０（すなわち、注目画素が距離計測誤り発生箇所でないことを示すフラグ）を設定し、
ＬＡ＞Ｐ_ＭＡＸ２＊Ｋ_ＭＡＸの場合は、計測誤りフラグＦＡに１（すなわち、注目画素が距離計測誤り発生箇所であることを示すフラグ）を設定する。

同様に、計測誤り発生箇所判定部２２１は、取得された画素値ＬＢと基準値Ｐ_ＭＡＸ２＊Ｋ_ＭＡＸとを比較し、
ＬＢ≦Ｐ_ＭＡＸ２＊Ｋ_ＭＡＸの場合は、計測誤りフラグＦＢに０を設定し、
ＬＢ＞Ｐ_ＭＡＸ２＊Ｋ_ＭＡＸの場合は、計測誤りフラグＦＢに１を設定する。

同様に、計測誤り発生箇所判定部２２１は、取得された画素値ＬＣと基準値Ｐ_ＭＡＸ２＊Ｋ_ＭＡＸとを比較し、
ＬＣ≦Ｐ_ＭＡＸ２＊Ｋ_ＭＡＸの場合は、計測誤りフラグＦＣに０を設定し、
ＬＣ＞Ｐ_ＭＡＸ２＊Ｋ_ＭＡＸの場合は、計測誤りフラグＦＣに１を設定する。

同様に、計測誤り発生箇所判定部２２１は、取得された画素値ＬＤと基準値Ｐ_ＭＡＸ２＊Ｋ_ＭＡＸとを比較し、
ＬＤ≦Ｐ_ＭＡＸ２＊Ｋ_ＭＡＸの場合は、計測誤りフラグＦＤに０を設定し、
ＬＤ＞Ｐ_ＭＡＸ２＊Ｋ_ＭＡＸの場合は、計測誤りフラグＦＤに１を設定する。

同様に、計測誤り発生箇所判定部２２１は、取得された画素値ＬＥと基準値Ｐ_ＭＡＸ２＊Ｋ_ＭＡＸとを比較し、
ＬＥ≦Ｐ_ＭＡＸ２＊Ｋ_ＭＡＸの場合は、計測誤りフラグＦＥに０を設定し、
ＬＥ＞Ｐ_ＭＡＸ２＊Ｋ_ＭＡＸの場合は、計測誤りフラグＦＥに１を設定する。

同様に、計測誤り発生箇所判定部２２１は、取得された画素値ＬＦと基準値Ｐ_ＭＡＸ２＊Ｋ_ＭＡＸとを比較し、
ＬＦ≦Ｐ_ＭＡＸ２＊Ｋ_ＭＡＸの場合は、計測誤りフラグＦＦに０を設定し、
ＬＦ＞Ｐ_ＭＡＸ２＊Ｋ_ＭＡＸの場合は、計測誤りフラグＦＦに１を設定する。

計測誤り発生箇所判定部２２１は、実施の形態１の場合と同様に、最大値と最小値の差分値を用いた判定を行ってもよい。

計測誤り発生箇所判定部２２１は、計測誤りフラグＦＡ，…，ＦＦの値を三角測量部２２２に送付する。

三角測量部２２２は、画素値を比較してパターン位置番号Ｓの値を決める際に、上位ｂｉｔ側から順次処理を行う。

三角測量部２２２は、画素値Ｐ（Ｆ１）とＰ（Ｆ２）の関係に基づき、パターン位置番号Ｓのビット値ｂｉｔ５を決める。三角測量部２２２は、
Ｐ（Ｆ１）＋Ｔｓ＜Ｐ（Ｆ２）であれば、パターン位置番号Ｓのビット値ｂｉｔ５に１を割り当て、
Ｐ（Ｆ１）＞Ｐ（Ｆ２）＋Ｔｓであれば、パターン位置番号Ｓのビット値ｂｉｔ５に０を割り当て、
｜Ｐ（Ｆ１）−Ｐ（Ｆ２）｜≦Ｔｓであれば、エラーとしてビット値ｂｉｔ５に値を設定せず処理を打ち切る。また、三角測量部２２２は、比較結果にかかわらず、計測誤りフラグＦＦが１の場合にも同様に、処理を打ち切る。

三角測量部２２２は、画素値Ｐ（Ｅ１）とＰ（Ｅ２）の関係に基づき、パターン位置番号Ｓのビット値ｂｉｔ４を決める。三角測量部２２２は、
Ｐ（Ｅ１）＋Ｔｓ＜Ｐ（Ｅ２）であれば、パターン位置番号Ｓのビット値ｂｉｔ４に１を割り当て、
Ｐ（Ｅ１）＞Ｐ（Ｅ２）＋Ｔｓであれば、パターン位置番号Ｓのビット値ｂｉｔ４に０を割り当て、
｜Ｐ（Ｅ１）−Ｐ（Ｅ２）｜≦Ｔｓであれば、エラーとしてビット値ｂｉｔ４に値を設定せず処理を打ち切る。また、三角測量部２２２は、比較結果にかかわらず、計測誤りフラグＦＥが１の場合に、処理を打ち切る。

三角測量部２２２は、画素値Ｐ（Ｄ１）とＰ（Ｄ２）の関係に基づき、パターン位置番号Ｓのビット値ｂｉｔ３を決める。三角測量部２２２は、
Ｐ（Ｄ１）＋Ｔｓ＜Ｐ（Ｄ２）であれば、パターン位置番号Ｓのビット値ｂｉｔ３に１を割り当て、
Ｐ（Ｄ１）＞Ｐ（Ｄ２）＋Ｔｓであれば、パターン位置番号Ｓのビット値ｂｉｔ３に０を割り当て、
｜Ｐ（Ｄ１）−Ｐ（Ｄ２）｜≦Ｔｓであれば、エラーとしてビット値ｂｉｔ３に値を設定せず、処理を打ち切る。また、三角測量部２２２は、比較結果にかかわらず、計測誤りフラグＦＤが１の場合に、処理を打ち切る。

三角測量部２２２は、画素値Ｐ（Ｃ１）とＰ（Ｃ２）の関係に基づき、パターン位置番号Ｓのビット値ｂｉｔ２を決める。三角測量部２２２は、
Ｐ（Ｃ１）＋Ｔｓ＜Ｐ（Ｃ２）であれば、パターン位置番号Ｓのビット値ｂｉｔ２に１を割り当て、
Ｐ（Ｃ１）＞Ｐ（Ｃ２）＋Ｔｓであれば、パターン位置番号Ｓのビット値ｂｉｔ２に０を割り当て、
｜Ｐ（Ｃ１）−Ｐ（Ｃ２）｜≦Ｔｓであれば、エラーとしてビット値ｂｉｔ２に値を設定せず、処理を打ち切る。また、三角測量部２２２は、比較結果にかかわらず、計測誤りフラグＦＣが１の場合に、処理を打ち切る。

三角測量部２２２は、画素値Ｐ（Ｂ１）とＰ（Ｂ２）の関係に基づき、パターン位置番号Ｓのビット値ｂｉｔ１を決める。三角測量部２２２は、
Ｐ（Ｂ１）＋Ｔｓ＜Ｐ（Ｂ２）であれば、パターン位置番号Ｓのビット値ｂｉｔ１に１を割り当て、
Ｐ（Ｂ１）＞Ｐ（Ｂ２）＋Ｔｓであれば、パターン位置番号Ｓのビット値ｂｉｔ１に０を割り当て、
｜Ｐ（Ｂ１）−Ｐ（Ｂ２）｜≦Ｔｓであれば、エラーとしてビット値ｂｉｔ１に値を設定せず処理を打ち切る。また、三角測量部２２２は、比較結果にかかわらず、計測誤りフラグＦＢが１の場合に、処理を打ち切る。

三角測量部２２２は、画素値Ｐ（Ａ１）とＰ（Ａ２）の関係に基づき、パターン位置番号Ｓのビット値ｂｉｔ０の値を決める。三角測量部２２２は、
Ｐ（Ａ１）＋Ｔｓ＜Ｐ（Ａ２）であれば、パターン位置番号Ｓのビット値ｂｉｔ０に１を割り当て、
Ｐ（Ａ１）＞Ｐ（Ａ２）＋Ｔｓであれば、パターン位置番号Ｓのビット値ｂｉｔ０に０を割り当て、
｜Ｐ（Ａ１）−Ｐ（Ａ２）｜≦Ｔｓであれば、エラーとしてビット値ｂｉｔ０に値を設定せず、処理を打ち切る。また、三角測量部２２２は、比較結果にかかわらず、計測誤りフラグＦＡが１の場合に、処理を打ち切る。

処理の途中で打ち切りが発生せず、パターン位置番号Ｓのビット値ｂｉｔ５，…，ｂｉｔ０が全て算出された場合には、三角測量部２２２は、算出されたパターン位置番号Ｓをそのまま距離算出に使用する。

図１３は、実施の形態３においてパターン光の画素値から被写***置におけるパターン光を構成するストライプの位置番号を算出する方法を示す図である。処理の途中で打ち切りが発生した場合には、パターン位置番号Ｓの上位側のｂｉｔから計測誤りが０かつエラー発生のない範囲のｂｉｔのみ参照し、打ち切りとなった該当のｂｉｔは１、それ以下のｂｉｔは０とみなしてパターン位置番号Ｓを算出する。図１３には、ｂｉｔ５で処理が打ち切られた場合、ｂｉｔ４で処理が打ち切られた場合、ｂｉｔ３で処理が打ち切られた場合、ｂｉｔ２で処理が打ち切られた場合、ｂｉｔ１で処理が打ち切られた場合、処理の途中で打ち切りが発生しなかった場合のパターン位置番号Ｓの算出方法の例が示されている。処理の打ち切りが発生した画素と打ち切りが発生しなかった画素は、画素毎のエラー発生フラグを設けて識別できるようにされている。

以上の処理により算出されたパターン位置番号Ｓの値を用いて、実施の形態１と同様の方法で、被写体距離Ｚを求める。実施の形態３においては、算出した被写体距離Ｚと該当画素のエラー発生フラグの情報とが合わせて出力される。

ここでは、パターン光Ａ１，…，Ｆ２及びパターン光Ｘ１，…，Ｘ１６を用いて処理する方法について記載したが、パターン光Ａ１，…，Ｄ２までを使用せず、代わりにパターン光Ｘ１，…，Ｘ１６を用いて距離計測を行う実施の形態２に記載の方式と組み合わせて処理を行うことも可能である。

《３−３》効果
実施の形態３に係る距離計測装置３によれば、注目画素が、距離計測誤りの可能性が高いと判定された箇所の画素であっても、精度は低くなるものの、距離計測結果を得ることができるため、二次反射光又は透過光が多い場所でも被写体の形状の概略を把握することが可能である。

また、距離計測誤りの可能性がある場所とない場所を画素毎に付加されたエラー発生フラグで知ることができるため、例えば、複数視点での距離計測結果を合成して被写体の３次元（３Ｄ）モデルを生成するようなケースでは、距離計測誤りの可能性がない計測結果を優先して参照することによりモデル生成の精度を向上させることが可能である。

《４》変形例．
図１４は、上記実施の形態１から３に係る距離計測装置１から３の変形例を示すハードウェア構成図である。図１、図１０及び図１３に示される距離計測装置１から３の制御部１４及び画像データ処理部２０，２０ａ，２０ｂは、ソフトウェアとしてのプログラムを格納する記憶装置としてのメモリ９１と、メモリ９１に格納された距離計測プログラムを実行する情報処理部としてのプロセッサ９２とを用いて（例えば、コンピュータにより）実現することができる。上記距離計測プログラムは、投写部１３に、明部領域と暗部領域とを有する複数のパターン光を被写体に順次投写させると共に、撮像部１２に、被写体を撮像することで、複数のパターン光に対応する複数の撮像画像を取得させる撮像ステップと、複数の撮像画像から、注目画素における被写体までの距離を三角測量によって計測する測量ステップと、複数の撮像画像の前記注目画素の画素値の比較結果に基づいて、注目画素が、距離計測誤りが発生する可能性が高い箇所の画素であるか否かを判定する計測誤り発生箇所判定ステップとを、情報処理部としてのコンピュータに実行させるものである。

また、図１、図１０及び図１３に示される距離計測装置１から３の制御部１４及び画像データ処理部２０，２０ａ，２０ｂの一部を、図１４に示されるメモリ９１と、プログラムを実行するプロセッサ９２とによって実現してもよい。パターン光を被写体に順次投写すると共に、前記被写体を撮像することで、前記複数のパターン光に対応する複数の撮像画像を取得する撮像ステップとは、予め決められた周期で自動的に行われ、複数の撮像画像から、注目画素における被写体までの距離を三角測量によって計測する測量ステップと、複数の撮像画像の前記注目画素の画素値の比較結果に基づいて、注目画素が、距離計測誤りが発生する可能性が高い箇所の画素であるか否かを判定する計測誤り発生箇所判定ステップとをプログラムが実行してもよい。

１，２，３ 距離計測装置、 １０ 画像データ取得部、 １１ 光学系、 １１ａ 反射光、 １２ 撮像部、 １３ 投写部、 １４ 制御部、 ２０，２０ａ，２０ｂ 画像データ処理部、 ２１，１２１，２２１ 計測誤り発生箇所判定部、 ２２，１２２，２２２ 三角測量部、 ２３ 計測結果合成部。

Claims (8)

1. 明部領域と暗部領域とを有する複数のパターン光を被写体に順次投写する投写部と、
   前記被写体を撮像することで、前記複数のパターン光に対応する複数の撮像画像を取得する撮像部と、
   前記複数の撮像画像から、注目画素における前記被写体までの距離を三角測量によって計測する三角測量部と、
   前記複数の撮像画像の前記注目画素の画素値の比較結果に基づいて、前記注目画素が、距離計測誤りが発生する可能性が高い箇所の画素であるか否かを判定する計測誤り発生箇所判定部と、
   を備え、
   前記投写部によって順次投写される前記複数のパターン光は、１つのパターン光の全面積に対する前記明部領域の面積の割合が第１の割合である複数の第１パターン光と、１つのパターン光の全面積に対する前記明部領域の面積の割合である第２の割合が前記第１の割合より小さい複数の第２パターン光とを含み、
   前記複数の第２パターン光は、前記複数の第２パターン光の明部領域を全て組み合わせると１つのパターン光の全域が組み合わされた明部領域に一致し、
   前記複数の撮像画像の前記注目画素の画素値の比較結果は、前記複数の第１パターン光を順次投写したときに取得された前記複数の撮像画像における注目画素の画素値のうちの最大値と前記複数の第２パターン光を順次投写したときに取得された前記複数の撮像画像における注目画素の画素値のうちの最大値との比較結果である、
   ことを特徴とする距離計測装置。
2. 明部領域と暗部領域とを有する複数のパターン光を被写体に順次投写する投写部と、
   前記被写体を撮像することで、前記複数のパターン光に対応する複数の撮像画像を取得する撮像部と、
   前記複数の撮像画像から、注目画素における前記被写体までの距離を三角測量によって計測する三角測量部と、
   前記複数の撮像画像の前記注目画素の画素値の比較結果に基づいて、前記注目画素が、距離計測誤りが発生する可能性が高い箇所の画素であるか否かを判定する計測誤り発生箇所判定部と、
   を備え、
   前記投写部によって順次投写される前記複数のパターン光は、１つのパターン光の全面積に対する前記明部領域の面積の割合が第１の割合である複数の第１パターン光と、１つのパターン光の全面積に対する前記明部領域の面積の割合である第２の割合が前記第１の割合より小さい複数の第２パターン光とを含み、
   前記複数の第２パターン光は、前記複数の第２パターン光の明部領域を全て組み合わせると１つのパターン光の全域が組み合わされた明部領域に一致し、
   前記複数の撮像画像の前記注目画素の画素値の比較結果は、前記複数の第１パターン光を順次投写したときに取得された前記複数の撮像画像における注目画素の画素値のうちの最大値と最小値との差分と前記複数の第２パターン光を順次投写したときに取得された前記複数の撮像画像における注目画素の画素値のうちの最大値と最小値との差分との比較結果である、
   ことを特徴とする距離計測装置。
3. 前記三角測量部は、前記複数の第１パターン光を順次投写したときに取得された前記複数の撮像画像における注目画素の画素値に基づいて、前記三角測量による計測を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の距離計測装置。
4. 前記三角測量部は、前記複数の第１パターン光を順次投写したときに取得された前記複数の撮像画像における注目画素の画素値と、前記複数の第２パターン光を順次投写したときに取得された前記複数の撮像画像における注目画素の画素値とに基づいて、前記三角測量による計測を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の距離計測装置。
5. 前記計測誤り発生箇所判定部が、前記注目画素は、距離計測誤りが発生する可能性が高い箇所の画素ではないと判定した場合に、前記注目画素における前記被写体までの距離を示す情報を出力し、前記計測誤り発生箇所判定部が、前記注目画素は、距離計測誤りが発生する可能性が高い箇所の画素であると判定した場合に、前記注目画素における前記被写体までの距離に代えて、距離計測誤りがあることを示す情報を出力する計測結果合成部をさらに備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の距離計測装置。
6. 前記計測誤り発生箇所判定部は、
   前記注目画素が、距離計測誤りが発生する可能性が高い箇所の画素ではないと判定した場合に、前記三角測量部に前記注目画素における前記被写体までの距離を示す情報を出力し、
   前記注目画素が、距離計測誤りが発生する可能性が高い箇所の画素であると判定した場合に、前記三角測量部に前記注目画素における前記被写体までの距離を示す情報に加えて、距離計測誤りが発生する可能性が高い箇所の画素であることを示す情報を出力する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の距離計測装置。
7. 明部領域と暗部領域とを有する複数のパターン光を被写体に順次投写する投写ステップと、
   前記被写体を撮像することで、前記複数のパターン光に対応する複数の撮像画像を取得する撮像ステップと、
   前記複数の撮像画像から、注目画素における前記被写体までの距離を三角測量によって計測する測量ステップと、
   前記複数の撮像画像の前記注目画素の画素値の比較結果に基づいて、前記注目画素が、距離計測誤りが発生する可能性が高い箇所の画素であるか否かを判定する計測誤り発生箇所判定ステップと、
   を備え、
   前記投写ステップによって順次投写される前記複数のパターン光は、１つのパターン光の全面積に対する前記明部領域の面積の割合が第１の割合である複数の第１パターン光と、１つのパターン光の全面積に対する前記明部領域の面積の割合である第２の割合が前記第１の割合より小さい複数の第２パターン光とを含み、
   前記複数の第２パターン光は、前記複数の第２パターン光の明部領域を全て組み合わせると１つのパターン光の全域が組み合わされた明部領域に一致し、
   前記複数の撮像画像の前記注目画素の画素値の比較結果は、前記複数の第１パターン光を順次投写したときに取得された前記複数の撮像画像における注目画素の画素値のうちの最大値と前記複数の第２パターン光を順次投写したときに取得された前記複数の撮像画像における注目画素の画素値のうちの最大値との比較結果である、
   ことを特徴とする距離計測方法。
8. 投写部に、明部領域と暗部領域とを有する複数のパターン光を被写体に順次投写させる投写ステップと、
   撮像部に、被写体を撮像することで、前記複数のパターン光に対応する複数の撮像画像を取得させる撮像ステップと、
   前記複数の撮像画像から、注目画素における前記被写体までの距離を三角測量によって計測する測量ステップと、
   前記複数の撮像画像の前記注目画素の画素値の比較結果に基づいて、前記注目画素が、距離計測誤りが発生する可能性が高い箇所の画素であるか否かを判定する計測誤り発生箇所判定ステップと、
   をコンピュータに実行させ、
   前記投写ステップによって順次投写される前記複数のパターン光は、１つのパターン光の全面積に対する前記明部領域の面積の割合が第１の割合である複数の第１パターン光と、１つのパターン光の全面積に対する前記明部領域の面積の割合である第２の割合が前記第１の割合より小さい複数の第２パターン光とを含み、
   前記複数の第２パターン光は、前記複数の第２パターン光の明部領域を全て組み合わせると１つのパターン光の全域が組み合わされた明部領域に一致し、
   前記複数の撮像画像の前記注目画素の画素値の比較結果は、前記複数の第１パターン光を順次投写したときに取得された前記複数の撮像画像における注目画素の画素値のうちの最大値と前記複数の第２パターン光を順次投写したときに取得された前記複数の撮像画像における注目画素の画素値のうちの最大値との比較結果である、
   ことを特徴とする距離計測プログラム。

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