JPH10206132A

JPH10206132A - ３次元計測システム

Info

Publication number: JPH10206132A
Application number: JP9276848A
Authority: JP
Inventors: Hideki Tanabe; 英樹田辺; Hiroshi Uchino; 浩志内野; Toshio Norita; 寿夫糊田
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1996-11-19
Filing date: 1997-10-09
Publication date: 1998-08-07
Anticipated expiration: 2017-10-09
Also published as: US6151118A; JP3873401B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高分解能で高精度の計測が可能であり、構成が
簡単でノイズの影響を受け難い画像処理装置を提供する
ことを目的とする。【解決手段】検出光を照射して物体を光学的に走査する
光学系４０、複数の画素からなる撮像面を有し物体で反
射した検出光を受光するセンサ５３、物体に対する検出
光の照射方向を変化させるガルバノミラー４３、各画素
に入射する検出光の光量情報を出力するようにセンサ５
３を駆動するシステムコントローラ６１、予め決められ
た所定期間内のセンサの出力（ｘ）とそれぞれの出力
（ｘ）が得られたタイミング（ｉ）とに基づいて重心演
算を行うことにより、検出光が各画素を通過した通過タ
イミングを求める重心演算回路７３、及び、物体上の各
画素に対応した部位の位置を、通過タイミングにおける
照射方向と当該各画素に対する検出光の入射方向との関
係に基づいて求めるホストコンピュータを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体にスリット光
又はスポット光を照射して物体形状を非接触で計測する
３次元計測システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】レンジファインダと呼称される非接触型
の３次元計測システムは、接触型に比べて高速の計測が
可能であることから、ＣＧシステムやＣＡＤシステムへ
のデータ入力、身体計測、ロボットの視覚認識などに利
用されている。

【０００３】レンジファインダに好適な計測方法として
スリット光投影法（光切断法ともいう）が知られてい
る。この方法は、物体を光学的に走査して３次元画像
（距離画像）を得る方法であり、特定の検出光を照射し
て物体を撮影する能動的計測方法の一種である。３次元
画像は、物体上の複数の部位の３次元位置を示す画素の
集合である。スリット光投影法では、検出光として断面
が直線状のスリット光が用いられる。

【０００４】図２５はスリット光投影法の概要を示す
図、図２６はスリット光投影法による計測の原理を説明
するための図である。計測対象の物体Ｑに断面が細い帯
状のスリット光Ｕを照射し、その反射光を例えば２次元
イメージセンサの撮像面Ｓ２に入射させる〔図２５
（ａ）〕。物体Ｑの照射部分が平坦であれば、撮影像
（スリット画像）は直線になる〔図２５（ｂ）〕。照射
部分に凹凸があれば、直線が曲がったり階段状になった
りする〔図２５（ｃ）〕。つまり、計測装置と物体Ｑと
の距離の大小が撮像面Ｓ２における反射光の入射位置に
反映する〔図２５（ｄ）〕。スリット光Ｕをその幅方向
に偏向することにより、受光側から見える範囲の物体表
面を走査して３次元位置をサンプリングすることができ
る。サンプリング点数はイメージセンサの画素数に依存
する。

【０００５】図２６において、投光の起点Ａと受光系の
レンズの主点Ｏとを結ぶ基線ＡＯが受光軸と垂直になる
ように、投光系と受光系とが配置されている。受光軸は
撮像面Ｓ２に対して垂直である。なお、レンズの主点と
は、有限遠の被写体の像が撮像面Ｓ２に結像したとき
の、いわゆる像距離（image distance）ｂだけ撮像面Ｓ
２から離れた受光軸上の点である。像距離ｂは、受光系
の焦点距離ｆとピント調整のためのレンズ繰出し量との
和である。

【０００６】主点Ｏを３次元直交座標系の原点とする。
受光軸がＺ軸、基線ＡＯがＹ軸、スリット光の長さ方向
がＸ軸である。スリット光Ｕが物体上の点Ｐ（Ｘ，Ｙ，
Ｚ）を照射したときの投光軸と投光基準面（受光軸と平
行な投光面）との角度（投光角）をθａ、受光角をθｐ
とすると、点Ｐの座標Ｚは（１）式で表される。

【０００７】基線長Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２＝Ｚｔａｎθａ＋Ｚｔａｎθｐ ∴ Ｚ＝Ｌ／（ｔａｎθａ＋ｔａｎθｐ） …（１）なお、受光角θｐとは、点Ｐと主点Ｏとを結ぶ直線と、
受光軸を含む平面（受光軸平面）とのなす角度である。

【０００８】撮像倍率β＝ｂ／Ｚであるので、撮像面
Ｓ２の中心と受光画素とのＸ方向の距離をｘｐ、Ｙ方向
の距離をｙｐとすると〔図２６（ａ）参照〕、点Ｐの座
標Ｘ，Ｙは、（２），（３）式で表される。

【０００９】Ｘ＝ｘｐ／β …（２）Ｙ＝ｙｐ／β …（３）投光角θａはスリット光Ｕの偏向の角速度によって一義
的に決まる。受光角θｐはｔａｎθｐ＝ｙｐ／ｂの関係
から算出できる。つまり、撮像面Ｓ２上での位置（ｘ
ｐ，ｙｐ）を測定することにより、そのときの投光角θ
ａに基づいて点Ｐの３次元位置を求めることができる。

【００１０】図２６（ｃ）のように受光系にズームレン
ズ群を設けた場合には、主点Ｏは後側主点Ｈ’となる。
後側主点Ｈ’と前側主点Ｈとの距離をＭとすると、点Ｐ
の座標Ｚは（１Ｂ）式で表される。

【００１１】Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２＝Ｚｔａｎθａ＋（Ｚ−Ｍ）ｔａｎθｐ ∴ Ｚ＝（Ｌ＋Ｍｔａｎθｐ）／（ｔａｎθａ＋ｔａｎθｐ） …（１Ｂ）以上の原理のスリット光投影法による計測において、例
えばＣＣＤセンサのように撮像面Ｓ２が有限個の画素か
らなる撮像手段を用いた場合には、計測の分解能は撮像
手段の画素ピッチに依存する。つまり、撮像面Ｓ２上で
の位置（ｘｐ，ｙｐ）はいずれかの画素の位置となり、
画素ピッチに応じて分解能が決まってしまう。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】そこで、画素ピッチに
依存することなく、高分解能で高精度の計測を可能とす
る計測装置を、本出願人は特願平７ー２９９９２１号と
して先に提案した。この先願の計測装置では、スリット
光Ｕの幅を拡げて撮像面Ｓ２上で５画素程度分とし、５
画素の各光量の中のピーク値とその前後の画素の光量と
を用い、それらの補間演算を行って光量が最大となるタ
イミング（ピーク位置）を求める。これによって、各画
素のサンプリング周期の数分の１以下の細かなタイミン
グが得られる。なお、このタイミングは、上述したスリ
ット光Ｕの投光角θａに対応するものである。

【００１３】ところが、レンズの歪み、ピンぼけ、その
他の光学系の特性などに起因して、撮像手段からの出力
にはノイズ成分が含まれることがある。ノイズ成分が含
まれると、スリット光Ｕの幅内における光量分布が正規
分布から外れ、ピーク位置が変動したり複数のピークが
生じたりし、また分布が平坦になったりする。例えば、
上述の先願の装置によってピーク位置を検出した場合に
は、ノイズによるピーク位置の変動が直接的に誤差とな
って表れる。特に、ピーク位置の近辺の光量変化が平坦
に近い場合、例えば、受光光学系を長焦点側にズーミン
グすることによって撮像素子上での検出光の幅が拡大さ
れている場合、又は投光光学系の構成に起因して検出光
の分布が正規分布とならずピーク部分が平坦である場合
などでは、ノイズによってピーク位置が容易に変動して
しまう。

【００１４】このような問題を解決するには、光量のピ
ーク値が得られたタイミングの前後の十分に長い期間の
光量に基づいて補間演算を行えばよいが、回路構成が複
雑になるという欠点がある。

【００１５】本発明は、高分解能で高精度の計測が可能
であり、構成が簡単でノイズの影響を受け難い画像処理
装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明のシステ
ムは、検出光を照射して物体を光学的に走査するための
投光手段と、複数の受光領域からなる撮像面を有し、前
記物体で反射した前記検出光を受光する撮像手段と、前
記物体に対する前記検出光の照射方向を変化させる走査
手段と、前記各受光領域に入射する前記検出光の光量情
報を出力するように前記撮像手段を駆動する撮像制御手
段と、予め決められた所定期間内の前記撮像手段の出力
（ｘ）とそれぞれの出力（ｘ）が得られたタイミング
（ｉ）とに基づいて重心演算を行うことにより、前記検
出光が前記各受光領域を通過した通過タイミングを求め
る第１演算手段と、前記物体上の前記各受光領域に対応
した部位の位置を、前記通過タイミングにおける照射方
向と当該各受光領域に対する前記検出光の入射方向との
関係に基づいて求める第２演算手段と、を有する。

【００１７】請求項２の発明のシステムでは、前記第１
演算手段は、前記所定期間内における前記出力（ｘ）と
前記タイミング（ｉ）との積（ｘ・ｉ）の総計Σ（ｘ・
ｉ）を算出する第１加算部及び前記出力（ｘ）の総計Σ
（ｘ）を算出する第２加算部と、前記第１加算部及び第
２加算部からの出力に基づいて、時間重心Ｎｐｅａｋ＝
Σ（ｘ・ｉ）／Σ（ｘ）を算出する除算部とを含む。

【００１８】請求項３の発明のシステムでは、前記所定
期間として、前記物体の計測可能距離範囲に対応する有
効受光領域を前記検出光が通過する期間が用いられる。
請求項４の発明のシステムは、検出光を照射して物体を
光学的に走査するための投光手段と、複数の受光領域か
らなる撮像面を有し、前記物体で反射した前記検出光を
受光する撮像手段と、前記物体に対する前記検出光の照
射方向を変化させる走査手段と、前記各受光領域に入射
する前記検出光の光量情報を出力するように前記撮像手
段を駆動する撮像制御手段と、予め決められた受光幅内
の前記各受光領域の位置（ｉ）と各受光領域についての
前記撮像手段の出力（ｘ）とに基づいて重心演算を行う
ことにより、特定の照射方向に照射された前記検出光に
よって最大の光量情報の得られる前記撮像面上の位置を
求める第３演算手段と、前記物体上の前記各受光領域に
対応した部位の位置を、前記特定の照射方向と前記第３
演算手段により求められた前記撮像面上の位置に対応す
る前記検出光の入射方向との関係に基づいて求める第４
演算手段と、を有する。

【００１９】請求項５の発明のシステムでは、前記第３
演算手段は、前記各受光領域についての前記出力（ｘ）
と前記各受光領域の位置（ｉ）との積（ｘ・ｉ）の総計
Σ（ｘ・ｉ）を算出する第１加算部及び前記出力（ｘ）
の総計Σ（ｘ）を算出する第２加算部と、前記第１加算
部及び第２加算部からの出力に基づいて、空間重心Ｍｐ
ｅａｋ＝Σ（ｘ・ｉ）／Σ（ｘ）を算出する除算部とを
含む。

【００２０】請求項６の発明のシステムでは、前記受光
幅として、前記物体の計測可能距離範囲に対応する有効
受光領域が用いられる。上に述べたように、スリット光
投影法に基づく３次元計測システムにおいて、物体上の
点Ｐの３次元位置は、３次元計測システムからの検出光
の照射方向つまり投光角θａと３次元計測システムへの
入射方向つまり受光角θｐとの関係に基づいて求められ
る。

【００２１】投光角θａは、スリット光Ｕの偏向角に基
づいて求められる。偏向角の変化量は、角速度と経過時
間とに基づいて求められる。したがって、スリット光Ｕ
の任意の時点における偏向角は、偏向を開始した時点に
おける偏向角（原点位置）、角速度、及び偏向を開始し
てからの経過時間（計測のタイミング）に基づいて求め
られる。これらの物理量は、走査手段の駆動信号若しく
は位置信号、制御のためのクロック信号、計測のための
サンプリング信号、又は内部時計などから得ることがで
きる。

【００２２】受光角θｐは、撮像面上の受光位置（ｙ
ｐ）に基づいて求められる。ＣＣＤセンサのように撮像
面が有限個の画素からなる撮像手段を用いた場合に、撮
像面上の受光位置は、原始的にはいずれかの画素の位置
となり、画素ピッチによって精度が決まってしまう。

【００２３】本発明では、精度を上げるために補間を行
う。補間のために重心演算を行う。本明細書では、補間
の方法として、つまり重心演算の方法として、時間重心
演算の方法と空間重心演算の方法とが提案される。

【００２４】時間重心演算の方法では、スリット光Ｕの
偏向にともなって撮像面上の受光位置（ｙｐ）が移動す
るが、撮像面の各画素の出力（ｘ）について、所定期間
内における重心（時間重心）Ｎｐｅａｋを演算する。あ
る画素について得られた時間重心Ｎｐｅａｋは、その画
素の出力（ｘ）が最大となるときのタイミング（ｉ）で
あるから、時間重心Ｎｐｅａｋに基づいて投光角θａが
求められる。画素の位置は既知であり、それが正確な受
光位置（ｘｐ，ｙｐ）である。受光位置（ｙｐ）から受
光角θｐが正確に求められる。これら受光角θｐ及び投
光角θａから物体上の点Ｐの座標Ｚが正確に求められ
る。したがって、時間重心Ｎｐｅａｋ及び受光位置（ｘ
ｐ，ｙｐ）に基づいて、物体上の点Ｐの３次元位置
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が正確に求められる。

【００２５】時間重心Ｎｐｅａｋを演算するに当たって
は、各画素毎に、所定期間内における撮像手段からの出
力（ｘ）を一定の周期でサンプリングし、サンプリング
値である出力（ｘ）とサンプリングのタイミング（ｉ）
との積（ｘ・ｉ）の総計Σ（ｘ・ｉ）、及び出力（ｘ）
の総計Σ（ｘ）を算出する。これらから、時間重心Ｎｐ
ｅａｋ＝Σ（ｘ・ｉ）／Σ（ｘ）を算出する。

【００２６】空間重心演算の方法では、スリット光Ｕの
偏向にともなって撮像面上の受光位置（ｙｐ）が移動す
るが、特定の照射方向に照射されたスリット光Ｕつまり
特定のタイミングのスリット光Ｕに対応する撮像面上の
受光位置（ｙｐ）を、所定の受光幅における重心演算に
よって求める。つまり、所定の受光幅内にある複数の画
素のそれぞれの位置（ｉ）及びそれぞれの出力（ｘ）か
ら、出力（ｘ）が最大となる受光位置（ｙｐ）を重心演
算によって求める。求められた受光位置（ｙｐ）が空間
重心Ｍｐｅａｋである。

【００２７】空間重心Ｍｐｅａｋである受光位置（ｙ
ｐ）に基づいて受光角θｐが求められる。スリット光Ｕ
についての特定のタイミングに基づいて投光角θａが求
められる。これら受光角θｐ及び投光角θａから物体上
の点Ｐの座標Ｚが正確に求められる。また、受光位置
（ｘｐ）は各画素毎に既知である。したがって、空間重
心Ｍｐｅａｋ、スリット光Ｕについての特定のタイミン
グ、及び受光位置（ｘｐ）に基づいて、物体上の点Ｐの
３次元位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が正確に求められる。

【００２８】空間重心Ｍｐｅａｋを演算するに当たって
は、撮像手段からの出力（ｘ）を一定の周期でサンプリ
ングする。各サンプリングのタイミングに対応して、所
定の受光幅内の画素について、その位置（ｉ）と出力
（ｘ）との積（ｘ・ｉ）の総計Σ（ｘ・ｉ）、及び出力
（ｘ）の総計Σ（ｘ）を算出する。これらから、空間重
心Ｍｐｅａｋ＝Σ（ｘ・ｉ）／Σ（ｘ）を算出する。

【００２９】重心演算及び３次元位置の演算などに当た
って、必ずしも物理量の単位に換算した値を用いる必要
はなく、物理量などに対応したデータであればよい。ま
た、演算の方法又はアルゴリズムは、適宜選定すること
ができる。

【００３０】重心演算及び３次元位置の演算などは、マ
イクロプロセッサなどによりプログラムを実行すること
によって、つまりソフトウエアによって行うことができ
る。また、重心演算又は３次元位置の演算の全部又は一
部を行わせるための専用の論理回路を用いて、つまりハ
ードウエアによって行うこともできる。また、ソフトウ
エアとハードウエアとを組み合わせた回路によって演算
することもできる。

【００３１】３次元計測システムは、光学的な計測を行
う光学装置、及び演算を行うコンピュータなどにより構
成することができる。光学装置とコンピュータとを別体
としてもよく、又は一体としてもよい。光学装置とコン
ピュータとを別体とした場合に、光学装置に演算回路の
一部を設けてもよい。

【００３２】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る計測システム
１の構成図である。計測システム１は、スリット光投影
法によって立体計測を行う３次元カメラ（レンジファイ
ンダ）２と、３次元カメラ２の出力データを処理するホ
スト３とから構成されている。

【００３３】３次元カメラ２は、物体Ｑ上の複数のサン
プリング点の３次元位置を特定する計測データととも
に、物体Ｑのカラー情報を示す２次元画像及びキャリブ
レーションに必要なデータを出力する。三角測量法を用
いてサンプリング点の座標を求める演算処理はホスト３
が担う。

【００３４】ホスト３は、ＣＰＵ３ａ、ディスプレイ３
ｂ、キーボード３ｃ、及びマウス３ｄなどから構成され
たコンピュータシステムである。ＣＰＵ３ａには計測デ
ータ処理のためのソフトウエアが組み込まれている。ホ
スト３と３次元カメラ２との間では、オンライン及び可
搬型の記録メディア４によるオフラインの両方の形態の
データ受渡しが可能である。記録メディア４としては、
光磁気ディスク（ＭＯ）、ミニディスク（ＭＤ）、メモ
リカードなどがある。

【００３５】図２は３次元カメラ２の外観を示す図であ
る。ハウジング２０の前面に投光窓２０ａ及び受光窓２
０ｂが設けられている。投光窓２０ａは受光窓２０ｂに
対して上側に位置する。内部の光学ユニットＯＵが射出
するスリット光（所定幅ｗの帯状のレーザビーム）Ｕ
は、投光窓２０ａを通って計測対象の物体（被写体）に
向かう。スリット光Ｕの長さ方向Ｍ１の放射角度φは固
定である。物体の表面で反射したスリット光Ｕの一部が
受光窓２０ｂを通って光学ユニットＯＵに入射する。な
お、光学ユニットＯＵは、投光軸と受光軸との相対関係
を適正化するための２軸調整機構を備えている。

【００３６】ハウジング２０の上面には、ズーミングボ
タン２５ａ，２５ｂ、手動フォーカシングボタン２６
ａ，２６ｂ、及びシャッタボタン２７が設けられてい
る。図２（ｂ）のように、ハウジング２０の背面には、
液晶ディスプレイ２１、カーソルボタン２２、セレクト
ボタン２３、キャンセルボタン２４、アナログ出力端子
３２、デジタル出力端子３３、及び記録メディア４の着
脱口３０ａが設けられている。

【００３７】液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）２１は、操作
画面の表示手段及び電子ファインダとして用いられる。
撮影者は背面の各ボタン２１〜２４によって撮影モード
の設定を行うことができる。アナログ出力端子３２から
は、２次元画像信号が例えばＮＴＳＣ形式で出力され
る。デジタル出力端子３３は例えばＳＣＳＩ端子であ
る。

【００３８】図３は３次元カメラ２の機能構成を示すブ
ロック図である。図中の実線矢印は電気信号の流れを示
し、破線矢印は光の流れを示している。３次元カメラ２
は、上述の光学ユニットＯＵを構成する投光側及び受光
側の２つの光学系４０，５０を有している。光学系４０
において、半導体レーザ（ＬＤ）４１が射出する波長６
７０ｎｍのレーザビームは、投光レンズ系４２を通過す
ることによってスリット光Ｕとなり、ガルバノミラー
（走査手段）４３によって偏向される。半導体レーザ４
１のドライバ４４、投光レンズ系４２の駆動系４５、及
びガルバノミラー４３の駆動系４６は、システムコント
ローラ６１によって制御される。

【００３９】光学系５０において、ズームユニット５１
によって集光された光はビームスプリッタ５２によって
分光される。半導体レーザ４１の発振波長帯域の光は、
計測用のセンサ５３に入射する。可視帯域の光は、モニ
タ用のカラーセンサ５４に入射する。センサ５３及びカ
ラーセンサ５４は、どちらもＣＣＤエリアセンサであ
る。ズームユニット５１は内焦型であり、入射光の一部
がオートフォーカシング（ＡＦ）に利用される。ＡＦ機
能は、ＡＦセンサ５７とレンズコントローラ５８とフォ
ーカシング駆動系５９によって実現される。ズーミング
駆動系６０は電動ズーミングのために設けられている。

【００４０】センサ５３による撮像情報は、ドライバ５
５からのクロックに同期してメモリ６３に格納される。
カラーセンサ５４による撮像情報は、ドライバ５６から
のクロックに同期してカラー処理回路６７へ転送され
る。カラー処理を受けた撮像情報は、ＮＴＳＣ変換回路
７０及びアナログ出力端子３２を経てオンライン出力さ
れ、又はディジタル画像生成部６８で量子化されてカラ
ー画像メモリ６９に格納される。その後、カラー画像デ
ータがカラー画像メモリ６９からＳＣＳＩコントローラ
６６へ転送され、ディジタル出力端子３３からオンライ
ン出力され、又は計測データと対応づけて記録メディア
４に格納される。なお、カラー画像は、センサ５３によ
る距離画像と同一の画角の像であり、ホスト３側におけ
るアプリケーション処理に際して参考情報として利用さ
れる。カラー情報を利用する処理としては、例えばカメ
ラ視点の異なる複数組の計測データを組み合わせて３次
元形状モデルを生成する処理、３次元形状モデルの不要
の頂点を間引く処理などがある。システムコントローラ
６１は、図示しないキャラクタジェネレータに対して、
ＬＣＤ２１の画面上に適切な文字や記号を表示するため
の指示を与える。

【００４１】出力処理回路６２は、センサ５３の出力す
る各画素ｇの光電変換信号を増幅する増幅器、及び光電
変換信号を８ビットの受光データに変換するＡＤ変換部
を有している。メモリ６３は、２００×３２×３３Ｂｙ
ｔｅの記憶容量を持つ読み書き可能なメモリであり、出
力処理回路６２から出力される受光データを記憶する。
メモリ制御回路６３Ａは、メモリ６３への書込み及び読
出しのアドレス指定を行う。

【００４２】重心演算回路７３は、メモリ６３に記憶さ
れた受光データに基づいて、計測対象の物体の形状に対
応した濃淡画像を生成して表示用メモリ７４に出力し、
また、３次元位置を算出するための基となるデータを算
出し出力用メモリ６４に出力する。ＬＣＤ２１の画面に
は、表示用メモリ７４に記憶された濃淡画像、カラー画
像メモリ６９に記憶されたカラー画像などを表示する。
重心演算回路７３の構成及び動作については後で詳述す
る。

【００４３】図４は投光レンズ系４２の構成を示す模式
図である。図４（ａ）は正面図であり、図４（ｂ）は側
面図である。投光レンズ系４２は、コリメータレンズ４
２１、バリエータレンズ４２２、及びエキスパンダレン
ズ４２３の３つのレンズから構成されている。半導体レ
ーザ４１が射出したレーザビームに対して、次の順序で
適切なスリット光Ｕを得るための光学的処理が行われ
る。まず、コリメータレンズ４２１によってビームが平
行化される。次にバリエータレンズ４２２によってレー
ザビームのビーム径が調整される。最後にエキスパンダ
レンズ４２３によってビームがスリット長さ方向Ｍ１に
拡げられる。

【００４４】バリエータレンズ４２２は、撮影距離及び
撮影の画角に係わらず、センサ５３に３以上の複数画素
分の幅のスリット光Ｕを入射させるために設けられてい
る。駆動系４５は、システムコントローラ６１の指示に
従って、センサ５３上でのスリット光Ｕの幅ｗを一定に
保つようにバリエータレンズ４２２を移動させる。バリ
エータレンズ４２２と受光側のズームユニット５１とは
連動する。

【００４５】ガルバノミラー４３による偏向の以前にス
リット長を拡げることにより、偏向の後で行う場合に比
べてスリット光Ｕの歪みを低減することができる。エキ
スパンダレンズ４２３を投光レンズ系４２の最終段に配
置することにより、すなわちガルバノミラー４３に近づ
けることにより、ガルバノミラー４３を小型化すること
ができる。

【００４６】図５は計測システム１における３次元位置
の算出の原理図である。同図では理解を容易にするた
め、受光量のサンプリングについて５回分のみが示され
ている。また、図２５及び図２６に示す要素に対応する
部分には同一の符号が付されている。

【００４７】センサ５３の撮像面Ｓ２上で複数画素分と
なる比較的に幅の広いスリット光Ｕを物体Ｑに照射す
る。具体的にはスリット光Ｕの幅を５画素分とする。ス
リット光Ｕは、サンプリング周期毎に撮像面Ｓ２上で１
画素ピッチｐｖだけ移動するように、図５の上から下に
向かって偏向され、それによって物体Ｑが走査される。
サンプリング周期毎にセンサ５３から１フレーム分の受
光データ（光電変換情報）が出力される。なお、この偏
向は実際には等角速度で行われる。

【００４８】撮像面Ｓ２の１つの画素ｇに注目すると、
本実施形態においては、走査中に行う３２回のサンプリ
ングによって３２回分の受光データが得られる。これら
３２回分の受光データに対する重心演算によって、注目
画素ｇがにらむ範囲の物体表面ａｇをスリット光Ｕの光
軸が通過するタイミング（時間重心Ｎｐｅａｋ又は重心
ｉｐ）を求める。

【００４９】物体Ｑの表面が平面であって光学系の特性
によるノイズがない場合には、注目画素ｇの受光量は、
図５（ｂ）に示すように、スリット光Ｕが通過するタイ
ミングにおいて多くなり、通常、正規分布に近くなる。
同図のようにｎ回目とその１つ前の（ｎ−１）回目の間
のタイミングで受光量が最大であった場合には、そのタ
イミングが時間重心Ｎｐｅａｋとほぼ一致する。

【００５０】求めた時間重心Ｎｐｅａｋにおけるスリッ
ト光の照射方向と、注目画素に対するスリット光の入射
方向との関係に基づいて、物体Ｑの位置（座標）を算出
する。これにより、撮像面の画素ピッチｐｖで規定され
る分解能より高い分解能の計測が可能となる。

【００５１】なお、注目画素ｇの受光量は物体Ｑの反射
率に依存する。しかし、サンプリングの各受光量の相対
比は受光の絶対量に係わらず一定である。つまり、物体
色の濃淡は計測精度に影響しない。

【００５２】図６はセンサ５３の読出し範囲を示す図で
ある。図６に示すように、センサ５３における１フレー
ムの読出しは、撮像面Ｓ２の全体ではなく、高速化を図
るために撮像面Ｓ２の一部である有効受光領域（帯状画
像）Ａｅのみを対象に行われる。有効受光領域Ａｅは、
スリット光Ｕのある照射タイミングにおける物体Ｑの計
測可能距離範囲ｄ’（図１６参照）に対応する撮像面Ｓ
２上の領域であり、スリット光Ｕの偏向に伴ってフレー
ム毎に１画素分ずつシフトする。本実施形態では、有効
受光領域Ａｅのシフト方向の画素数は３２に固定されて
いる。ＣＣＤエリアセンサの撮影像の一部のみを読み出
す手法は、特開平７−１７４５３６号公報に開示されて
いる。

【００５３】図７はセンサ５３の撮像面Ｓ２におけるラ
インとフレームとの関係を示す図、図８〜１０はメモリ
６３における各フレームの受光データの記憶状態を示す
図である。

【００５４】図７に示すように、撮像面Ｓ２の最初のフ
レームであるフレーム１には、ライン１からライン３２
までの３２（ライン）×２００画素分の受光データが含
まれる。フレーム２はライン２からライン３３まで、フ
レーム３はライン３からライン３４までというように、
フレーム毎に１ライン分だけシフトされる。フレーム３
２はライン３２からライン６３までである。なお、上述
したように１ラインを２００画素としている。

【００５５】これらフレーム１からフレーム３２までの
受光データが、出力処理回路６２を介してメモリ６３に
順次転送され、図８に示す状態でメモリ６３に記憶され
る。つまり、メモリ６３には、フレーム１、２、３…の
順に受光データが記憶される。各フレームに含まれるラ
イン３２のデータは、フレーム１については３２ライン
目、フレーム２については３１ライン目というように、
フレーム毎に１ラインづつ上方にシフトされている。フ
レーム１からフレーム３２までの受光データがメモリ６
３に記憶されると、ライン３２の各画素について、時間
重心Ｎｐｅａｋの算出が行われる。

【００５６】ライン３２についての演算が行われている
間に、フレーム３３の受光データがメモリ６３に転送さ
れて記憶される。図９に示すように、フレーム３３の受
光データは、メモリ６３のフレーム３２の次の領域に記
憶される。フレーム３３のデータがメモリ６３に記憶さ
れると、これらフレーム２からフレーム３３までに含ま
れるライン３３の各画素について、時間重心Ｎｐｅａｋ
の算出が行われる。

【００５７】ライン３３についての演算が行われている
間に、フレーム３４の受光データがメモリ６３に転送さ
れて記憶される。図１０に示すように、フレーム３４の
受光データは、フレーム１の記憶されていた領域に上書
きされる。この時点ではフレーム１のデータは処理済で
あるため、上書きにより消去しても差し支えないからで
ある。フレーム３４のデータがメモリ６３に記憶される
と、ライン３４の各画素について、時間重心Ｎｐｅａｋ
の算出が行われる。フレーム３４の受光データについて
の処理が終わると、フレーム３５の受光データがフレー
ム２の記憶されていた領域に上書きされる。

【００５８】このようにして、最終のラインであるライ
ン２３１まで、合計２００ライン分についての時間重心
Ｎｐｅａｋの算出が行われる。上述のように、メモリ６
３に記憶された受光データのうち、順次不要になったデ
ータの記憶された領域に新規の受光データを上書きして
記憶するので、メモリ６３の容量が低減される。

【００５９】次に、重心演算回路７３の構成及び重心演
算回路７３による時間重心Ｎｐｅａｋの算出処理につい
て説明する。図１１は重心演算回路７３の構成を示すブ
ロック図、図１２はデータの転送のタイミングの概念を
示す図、図１３は時間重心Ｎｐｅａｋの概念を示す図で
ある。

【００６０】図１３に示すように、時間重心Ｎｐｅａｋ
は、３２回のサンプリングによって得られた３２個の受
光データについての重心である。各画素についての３２
個の受光データに、１〜３２のサンプリング番号を付
す。ｉ番目の受光データはｘｉで表される。ｉは１〜３
２の整数である。このとき、ｉは、１つの画素につい
て、その画素が有効受光領域Ａｅに入ってからのフレー
ム数を示している。

【００６１】１〜３２番の受光データｘ１〜ｘ３２につ
いての重心ｉｐは、３２個の受光データについて、ｉ・
ｘｉの総和Σｉ・ｘｉをｘｉの総和Σｘｉで除すことに
より求められる。すなわち、

【００６２】

【数１】

【００６３】となる。重心演算回路７３は、メモリ６３
から読み出したデータに基づいて、各画素についての重
心ｉｐ（すなわち時間重心Ｎｐｅａｋ）を算出する。但
し、メモリ６３から読み出したデータをそのまま用いる
のではなく、各データから定常光データｋｓを減算した
値（その値が負になるときは０）を用いる。つまり、セ
ンサ５３から出力される受光データに対して、定常光デ
ータｋｓの分だけ差し引いてオフセットを与えるのであ
る。

【００６４】定常光データｋｓは、スリット光Ｕが入射
していないときの画素の受光データに基づいて算出され
るデータである。定常光データｋｓは、予め定めた固定
値を用いてもよく、又はセンサ５３から出力されるデー
タを用いてリアルタイムで求めてもよい。固定値とする
場合には、センサ５３の出力が８ビット（２５６階調）
である場合に、例えば「５」「６」又は「１０」などと
する。リアルタイムで求める場合には、１つの注目画素
についての３２個の受光データの前後各２画素分の受光
データのそれぞれの平均値を求め、平均値の小さい方を
定常光データｋｓとすればよい。その理由は、有効受光
領域Ａｅの前後のいずれかにおいてはスリット光Ｕが入
射していないから、これによってスリット光Ｕが入射し
ていないときの受光データをリアルタイムで確実に求め
ることができるからである。また、前後各２画素分の受
光データの平均値の大きい方を定常光データｋｓとして
もよい。３２個の受光データの前の２画素分の受光デー
タの平均値、又は３２個の受光データの後の２画素分の
受光データの平均値を用いてもよい。１画素分の受光デ
ータを用いてもよい。さらに、物体Ｑの形状又は受光デ
ータに含まれるノイズの状態によっては、それらの値に
さらに所定値（例えば「５」）を加算した値を定常光デ
ータｋｓとして用い、これによりオフセットを大きく
し、不要なノイズ成分を一層確実にカットするようにし
てもよい。なお、それらの場合に、１フレームの大きさ
は、３６ライン又は３４ライン又は３３ラインとなる
が、重心ｉｐの算出には３２ライン分の３２個のデータ
を用いればよい。

【００６５】さて、図１１において、重心演算回路７３
は、定常光データ記憶部７３１、減算部７３２、第１加
算部７３３、第２加算部７３４、及び除算部７３５から
なる。これらはソフトウエアを用いることによって実現
されるが、これらの全部又は一部をハードウエア回路に
より構成することも可能である。

【００６６】定常光データ記憶部７３１は、定常光デー
タｋｓを記憶する。減算部７３２は、入力された受光デ
ータから定常光データｋｓを減算する。ここで、減算部
７３２から出力されるデータをあらためて受光データｘ
ｉとする。第１加算部７３３は、ｉ・ｘｉをｉ＝１〜３
２について加算し、その合計値を出力する。第２加算部
７３４は、ｘｉをｉ＝１〜３２について加算し、その合
計値を出力する。除算部７３５は、第１加算部７３３の
出力値を第２加算部７３４の出力値で除し、重心ｉｐを
出力する。除算部７３５から出力された重心ｉｐは、表
示用メモリ７４に記憶される。また、第１加算部７３３
の出力値及び第２加算部７３４の出力値は、それぞれ出
力用メモリ６４ａ，ｂに記憶される。出力用メモリ６４
ａ，ｂに記憶されたデータは、ＳＣＳＩコントローラ６
６を介してディジタル出力端子３３からホスト３に出力
され、又は記録メディア４に格納される。ホスト３にお
いて、これらのデータに基づいて３次元位置演算処理が
行われ、またこれらのデータの信頼性が判定される。

【００６７】図１２を参照して、メモリ制御回路６３Ａ
は、１つの画素について、重心演算回路７３による上述
の処理が行われるように、メモリ６３のアドレスを画素
毎に順次指定する。例えば、最初のライン３２について
は、図８に示すフレーム１に含まれるライン３２の１画
素目のデータ、フレーム２に含まれるライン３２の１画
素目のデータというように、ライン３２の１画素目のデ
ータについてフレーム１から３２までの合計３２個のデ
ータを順にアドレス指定する。アドレス指定されること
によって、メモリ６３からデータが読み出されて重心演
算回路７３に送り込まれる。ライン３２についての演算
が行われている間に、次のフレーム３３の受光データが
メモリ６３に転送される。以降においても、メモリ６３
からの読み出しと書き込みが並行して行われ、これによ
って回路が効率よく動作する。

【００６８】重心演算回路７３では、３２個のデータが
入力された時点で、除算部７３５が重心ｉｐを出力す
る。続いて、２画素目のデータ、３画素目のデータとい
うように、２００画素目のデータまで順に処理を行い、
ライン３２についての重心ｉｐの算出を終了する。ライ
ン３２についての重心ｉｐの算出を終えると、続いて、
ライン３３、ライン３４、ライン３５というように、ラ
イン２３１まで、２００ラインの全部について重心ｉｐ
の算出を行う。

【００６９】なお、ＣＣＤエリアセンサであるセンサ５
３は、積分領域及び蓄積領域を有し、積分領域での積分
動作が完了すると電荷を蓄積領域へ一括転送し、蓄積領
域から外部に順次出力する。

【００７０】表示用メモリ７４に記憶された重心ｉｐ
は、ＬＣＤ２１の画面に表示される。重心ｉｐは、計測
対象の物体Ｑの表面の位置に関連し、物体Ｑの表面の位
置が３次元カメラ２に近い場合に重心ｉｐの値が大きく
なり、遠い場合に重心ｉｐの値が小さくなる。したがっ
て、重心ｉｐを濃度データとして濃淡画像を表示させる
ことにより距離分布を表現することができる。

【００７１】次に、３次元カメラ２及びホスト３の動作
を計測の手順と合わせて説明する。上述したように、計
測のサンプリング点数を２００×２６２とする。すなわ
ち、撮像面Ｓ２におけるスリットＵの幅方向の画素数は
２６２であり、実質的なフレーム数Ｎは２３１である。

【００７２】ユーザー（撮影者）は、ＬＣＤ２１が表示
するカラーモニタ像を見ながら、カメラ位置と向きとを
決め、画角を設定する。その際、必要に応じてズーミン
グ操作を行う。３次元カメラ２ではカラーセンサ５４に
対する絞り調整は行われず、電子シャッタ機能により露
出制御されたカラーモニタ像が表示される。これは、絞
りを開放状態とすることによってセンサ５３の入射光量
をできるだけ多くするためである。

【００７３】図１４は３次元カメラ２におけるデータの
流れを示す図、図１５はホスト３における３次元位置演
算の処理手順を示すフローチャート、図１６は光学系の
各点と物体Ｑとの関係を示す図である。

【００７４】ユーザーによる画角選択操作（ズーミン
グ）に応じて、ズームユニット５１のバリエータ部５１
４の移動が行われる。また、フォーカシング部５１２の
移動による手動又は自動のフォーカシングが行われる。
フォーカシングの過程でおおよその対物間距離ｄ₀が測
定される。

【００７５】このような受光系のレンズ駆動に呼応し
て、投光側のバリエータレンズ４２２の移動量が図示し
ない演算回路によって算出され、算出結果に基づいてバ
リエータレンズ４２２の移動制御が行われる。

【００７６】システムコントローラ６１は、レンズコン
トローラ５８を介して、フォーカシングエンコーダ５９
Ａの出力（繰り出し量Ｅｄ）及びズーミングエンコーダ
６０Ａの出力（ズーム刻み値ｆｐ）を読み込む。システ
ムコントローラ６１の内部において、歪曲収差テーブル
Ｔ１、主点位置テーブルＴ２、及び像距離テーブルＴ３
が参照され、繰り出し量Ｅｄ及びズーム刻み値ｆｐに対
応した撮影条件データがホスト２へ出力される。ここで
の撮影条件データは、歪曲収差パラメータ（レンズ歪み
補正係数ｄ１，ｄ２）、前側主点位置ＦＨ、及び像距離
ｂである。前側主点位置ＦＨは、ズームユニット５１の
前側端点Ｆと前側主点Ｈとの距離で表される。前側端点
Ｆは固定であるので、前側主点位置ＦＨにより前側主点
Ｈを特定することができる。

【００７７】システムコントローラ６１は、半導体レー
ザ４１の出力（レーザ強度）及びスリット光Ｕの偏向条
件（走査開始角、走査終了角、偏向角速度）を算定す
る。この算定方法を詳しく説明する。まず、おおよその
対物間距離ｄ₀に平面物体が存在するものとして、セン
サ５３の中央で反射光を受光するように投射角設定を行
う。以下で説明するレーザ強度の算定のためのパルス点
灯は、この設定された投射角で行う。

【００７８】次にレーザ強度を算定する。レーザ強度の
算定に際しては、人体を計測する場合があるので、安全
性に対する配慮が不可欠である。まず、最小強度ＬＤｍ
ｉｎでパルス点灯し、センサ５３の出力を取り込む。取
り込んだ信号〔Ｓｏｎ（ＬＤｍｉｎ）〕と適正レベルＳ
ｔｙｐとの比を算出し、仮のレーザ強度ＬＤ１を設定す
る。

【００７９】ＬＤ１＝ＬＤｍｉｎ×Ｓｔｙｐ／ＭＡＸ
〔Ｓｏｎ（ＬＤｍｉｎ）〕続いてレーザ強度ＬＤ１で再びパルス点灯し、センサ５
３の出力を取り込む。取り込んだ信号〔Ｓｏｎ（ＬＤ
１）〕が適正レベルＳｔｙｐ又はそれに近い値であれ
ば、ＬＤ１をレーザ強度ＬＤｓと決める。他の場合に
は、レーザ強度ＬＤ１とＭＡＸ〔Ｓｏｎ（ＬＤ１）〕と
を用いて仮のレーザ強度ＬＤ１を設定し、センサ５３の
出力と適正レベルＳｔｙｐとを比較する。センサ５３の
出力が許容範囲内の値となるまで、レーザ強度の仮設定
と適否の確認とを繰り返す。なお、センサ５３の出力の
取り込みは、撮像面Ｓ２の全面を対象に行う。これは、
ＡＦによる受動的な距離算出では、スリット光Ｕの受光
位置を高精度に推定することが難しいためである。セン
サ５３におけるＣＣＤの積分時間は１フィールド時間
（例えば１／６０秒）であり、実際の計測時における積
分時間より長い。このため、パルス点灯を行うことによ
り、計測時と等価なセンサ出力を得る。

【００８０】次に、投射角と、レーザ強度が決定したと
きのスリット光Ｕの受光位置から、三角測量により対物
間距離ｄを決定する。最後に、決定された対物間距離ｄ
に基づいて、偏向条件を算出する。偏向条件の算定に際
しては、対物間距離ｄの測距基準点である受光系の前側
主点Ｈと投光の起点ＡとのＺ方向のオフセットｄｏｆｆ
を考慮する。また、走査方向の端部においても中央部と
同様の計測可能距離範囲ｄ’を確保するため、所定量
（例えば８画素分）のオーバースキャンを行うようにす
る。走査開始角ｔｈ１、走査終了角ｔｈ２、偏向角速度
ωは、次式で表される。

【００８１】ｔｈ１＝ｔａｎ^-1〔β×ｐｖ（ｎｐ／２＋
８）＋Ｌ）／（ｄ＋ｄｏｆｆ）〕×１８０／π ｔｈ２＝ｔａｎ^-1〔−β×ｐｖ（ｎｐ／２＋８）＋Ｌ）
／（ｄ＋ｄｏｆｆ）〕×１８０／π ω＝（ｔｈ１−ｔｈ２）／ｎｐ β：撮像倍率（＝ｄ／実効焦点距離ｆｒｅａｌ）ｐｖ：画素ピッチｎｐ：撮像面Ｓ２のＹ方向の有効画素数Ｌ：基線長このようにして算出された条件で次に本発光に移り、物
体Ｑの走査（スリット投影）が行われ、上述の出力処理
回路５２、メモリ６３、及び重心演算回路７３を経て出
力用メモリ６４に記憶されたデータＤ６２がホスト２へ
送られる。同時に、偏向条件（偏向制御データ）及びセ
ンサ５３の仕様などを示す装置情報Ｄ１０も、ホスト３
へ送られる。表１は３次元カメラ２がホスト３へ送る主
なデータをまとめたものである。

【００８２】

【表１】

【００８３】図１５のように、ホスト３においては、３
次元位置演算処理が実行され、これによって２００×２
００個のサンプリング点（画素）の３次元位置（座標
Ｘ，Ｙ，Ｚ）が算定される。サンプリング点はカメラ視
線（サンプリング点と前側主点Ｈとを結ぶ直線）とスリ
ット面（サンプリング点を照射するスリット光Ｕの光軸
面）との交点である。

【００８４】図１５において、まず３次元カメラ２から
送られてきたｘｉの総和Σｘｉが所定値を上回っている
かどうかを判定する（＃１１）。ｘｉが小さい場合、つ
まりスリット光成分の総和Σｘｉが所定の基準に満たな
い場合には誤差を多く含んでいるので、その画素につい
ては３次元位置の算出を実行しない。そして、その画素
については「エラー」を示すデータを設定して記憶する
（＃１７）。Σｘｉが所定値を上回っている場合には十
分な精度が得られるので、３次元位置の算出を実行す
る。

【００８５】３次元位置の算出に先立って、スリット光
Ｕの通過タイミングｎｏｐを算出する（＃１２）。通過
タイミングｎｏｐは、ｉ＝１〜３２について（Σｉ・ｘ
ｉ）／（Σｘｉ）を計算して重心ｉｐ（時間重心Ｎｐｅ
ａｋ）を求め、これにライン番号を加算することによっ
て算出される。

【００８６】すなわち、算出された重心ｉｐは、その画
素の出力が得られている３２フレーム内のタイミングで
あるので、ライン番号を加えることによって走査開始か
らの通過タイミングｎｏｐに変換する。具体的には、ラ
イン番号は、最初に算出されるライン３２の画素につい
ては「３２」、次のライン３３については「３３」とな
る。注目画素ｇのラインが１つ進む毎にライン番号は１
つ増大する。しかし、これらの値は他の適当な値とする
ことが可能である。その理由は、３次元位置を算出する
際に、係数である後述の（６）式におけるＸ軸周りの回
転角（ｔｈｅ１）及びＸ軸周りの角速度（ｔｈｅ４）な
どをキャリブレーションにより適切に設定することがで
きるからである。

【００８７】そして３次元位置算出を行う（＃１３）。
算出された３次元位置は、その画素に対応するメモリ領
域に記憶し（＃１４）、次の画素について同様の処理を
行う（＃１６）。総ての画素についての処理が終わると
終了する（＃１５でイエス）。

【００８８】次に、３次元位置の算出方法について説明
する。カメラ視線方程式は次の（４）式及び（５）式で
ある。（ｕ−ｕ０）＝（ｘｐ）＝（ｂ／ｐｕ）×〔Ｘ／（Ｚ−ＦＨ）〕 …（４）（ｖ−ｖ０）＝（ｙｐ）＝（ｂ／ｐｖ）×〔Ｙ／（Ｚ−ＦＨ）〕 …（５）ｂ：像距離ＦＨ：前側主点位置ｐｕ：撮像面における水平方向の画素ピッチｐｖ：撮像面における垂直方向の画素ピッチｕ：撮像面における水平方向の画素位置ｕ０：撮像面における水平方向の中心画素位置ｖ：撮像面における垂直方向の画素位置ｖ０：撮像面における垂直方向の中心画素位置スリット面方程式は（６）式である。

【００８９】

【数２】

【００９０】幾何収差は画角に依存する。歪はほぼ中心
画素を中心として対称に生じる。したがって、歪み量は
中心画素からの距離の関数で表される。ここでは、距離
の３次関数で近似する。２次の補正係数をｄ１、３次の
補正係数をｄ２とする。補正後の画素位置ｕ’，ｖ’は
（７）式及び（８）式で与えられる。

【００９１】ｕ’＝ｕ＋ｄ１×ｔ２²×（ｕ−ｕ０）／ｔ２＋ｄ２×ｔ２³×（ｕ−ｕ０）／ｔ２ …（７）ｖ’＝ｖ＋ｄ１×ｔ２²×（ｖ−ｖ０）／ｔ２＋ｄ２×ｔ２³×（ｖ−ｖ０）／ｔ２ …（８）ｔ２＝（ｔ１）^-2 ｔ１＝（ｕ−ｕ０）²＋（ｖ−ｖ０）² 上述の（４）式及び（５）式において、ｕに代えてｕ’
を代入し、ｖに代えてｖ’を代入することにより、歪曲
収差を考慮した３次元位置を求めることができる。な
お、キャリブレーションについては、電子情報通信学会
研究会資料ＰＲＵ91-113［カメラの位置決めのいらない
画像の幾何学的補正］小野寺・金谷、電子情報通信学会
論文誌Ｄ-II vol. J74-D-II No.9 pp.1227-1235,'91/9
［光学系の３次元モデルに基づくレンジファインダの高
精度キャリブレーション法］植芝・吉見・大島、などに
詳しい開示がある。

【００９２】次に、本発明に係る他の実施形態の３次元
カメラ２Ｂについて、図１７乃至図２４を参照して説明
する。図１７乃至図２４において、図３及び図１１の要
素と同一の機能を有する要素には同一の符号を付す。

【００９３】図１７は他の実施形態の３次元カメラ２Ｂ
の機能構成を示すブロック図である。図１７に示す３次
元カメラ２Ｂでは、その重心演算回路７３Ｂの構成及び
動作が上に述べた図３の３次元カメラ２Ｂと相違してい
るが、その他の構成は図３の３次元カメラ２Ｂと同一で
ある。したがって、ここでは重心演算回路７３Ｂのみに
ついて説明する。

【００９４】図３に示す重心演算回路７３は、メモリ６
３から読み出された受光データに対しソフトウエアによ
って重心演算を行うものであったが、図１７に示す距離
演算回路７３Ｂは、ハードウエアによって重心演算を行
うものである。したがって、重心演算回路７３Ｂによる
と処理が高速に行われる。

【００９５】重心演算回路７３Ｂとして、重心演算の方
法に応じて種々の回路が考えられる。重心演算の方法に
は次の２つがある。その１つは、スリット光Ｕがセンサ
５３上の特定の画素における複数のサンプリング時刻で
のデータ列に基づいて演算を行う方法である。他の１つ
は、あるサンプリング時刻に得られたスリット光Ｕのセ
ンサ５３上の空間的なデータ列に基づいて演算を行う方
法である。本明細書において、前者を「時間重心演
算」、後者を「空間重心演算」と言う。図１１において
説明した重心演算は時間重心演算である。ここでは、時
間重心演算及び空間重心演算の両方について、具体的な
回路を説明する。

【００９６】先に、時間重心演算の方法を実現する具体
的な回路として、図１８及び図２１に示す２つの例を説
明する。図１８の重心演算回路７３Ｂ１は、時系列に入
力される受光データをＦＩＦＯ（first in first out)
メモリに保持しておき、必要なデータが蓄えられてから
重心演算を実施するように構成されている。また、図２
１の重心演算回路７３Ｂ２は、時系列に入力される受光
データを、逐次演算し、デュアルポートメモリであるＶ
ＲＡＭにより構成されるメモリ部に、分子データ及び分
母データとして累積加算して蓄積し、その結果を除算器
を通して出力するように構成される。

【００９７】まず、ＦＩＦＯメモリを使った重心演算回
路７３Ｂ１について説明する。図１８はＦＩＦＯメモリ
を使った重心演算回路７３Ｂ１の例を示す図、図１９は
メモリ６３Ｂ１の詳細な構成の例を示す図、図２０はメ
モリ６３Ｂ１の動作を模式的に説明するための図であ
る。

【００９８】図１８において、出力処理回路６２から時
系列に入力される受光データは、減算器７３２Ｂにおい
て定常光成分ｋｓが取り除かれた後、ＦＩＦＯメモリで
あるメモリ６３Ｂ１に順次保持される。メモリ６３Ｂ１
は、メモリ制御回路６３Ａ１によって書込み及び読出し
の制御が行われる。

【００９９】図１９の上列に記載されたＦＩＦＯメモリ
６３３ａ１〜６３３ａ３１において、ＦＩＦＯメモリ６
３３ａ１は２００×３１段、ＦＩＦＯメモリ６３３ａ２
は２００×３０段、ＦＩＦＯメモリ６３３ａ３は２００
×２９段…、ＦＩＦＯメモリ６３３ａ３１は２００×１
段というように、ｉ番目のＦＩＦＯメモリ６３３ａｉ
は、２００×（３２−ｉ）段のＦＩＦＯメモリとなって
いる。また、下列に記載されたＦＩＦＯメモリ６３３ｂ
１〜６３３ｂ３２は、それぞれ、２００×１段のＦＩＦ
Ｏメモリである。

【０１００】（ｉ−１）番目のＦＩＦＯメモリ６３３ａ
（ｉ−１）から出力されるデータのうち、その最初の２
００画素分のデータはｉ番目のＦＩＦＯメモリ６３３ｂ
ｉへ送られ、それ以降のデータはＦＩＦＯメモリ６３３
ａｉへ送られる。

【０１０１】ＦＩＦＯメモリ６３３ｂｉへのデータが全
て送られると、つまりＦＩＦＯメモリ６３３ｂｉに２０
０画素分のデータが送られると、ＦＩＦＯメモリ６３３
ｂ１の１画素目（ｎ，１，１）、ＦＩＦＯメモリ６３３
ｂ２の１画素目（ｎ−１，２，１）、ＦＩＦＯメモリ６
３３ｂ３の１画素目（ｎ−２，３，１）…、ＦＩＦＯメ
モリ６３３ｂ３２の１画素目（ｎ−３１，３２，１）と
いうように、全てのＦＩＦＯメモリ６３３ｂｉ（ｉ＝１
〜３２）について、その１画素目（ｎ−ｉ＋１，ｉ，
１）を順次読み出す。そして、次は全てのＦＩＦＯメモ
リ６３３ｂｉ（ｉ＝１〜３２）の２画素目（ｎ−ｉ＋
１，ｉ，２）を順次読み出し、さらに次は全てのＦＩＦ
Ｏメモリ６３３ｂｉ（ｉ＝１〜３２）の３画素目（ｎ−
ｉ＋１，ｉ，３）を順次読み出すというように、ＦＩＦ
Ｏメモリ６３３ｂｉから各画素のデータを点順次に読み
出す。これによって、センサ５３の特定の画素について
の時系列データが取り出される。

【０１０２】なお、図に示されたＳ（ｎ，ｉ，ｈ）は、
ｎ番目のフレーム（ｎフレーム目）においてｉライン目
に読み出された受光データ列の水平座標ｈのデータを意
味する。

【０１０３】こうして読み出された３２個の時系列デー
タ、Ｓ（ｎ，１，ｈ），Ｓ（ｎ−１，２，ｈ）…、Ｓ
（ｎ−ｉ＋１，ｉ，ｈ）…、Ｓ（ｎ−３１，３２，ｈ）
を、順次演算することによって、時間重心Ｎｐｅａｋを
求める。

【０１０４】上に述べた３２個の時系列データＳ（ｎ，
ｉ，ｈ）は、センサ５３の同一画素におけるサンプリン
グ時刻の異なる受光データであるから、１〜３２のサン
プリング番号を付し、ｉ番目の受光データを「ｘｉ」で
表すと、図１３に示すように時間重心Ｎｐｅａｋは３２
回のサンプリングによって得られた３２個の受光データ
ｘ１〜ｘ３２についての重心ｉｐと一致する。

【０１０５】図１８において、メモリ６３Ｂ１で得られ
た受光データＳ（ｎ，ｉ，ｈ）、すなわちｘｉは、乗算
器７３６、加算器７３７及び分子データを保持するレジ
スタ７３３Ｂからなる分子演算部、加算器７３８及び分
母データを保持するレジスタ７３４Ｂからなる分母演算
部、並びに分母分子データを除算する除算器７３５Ｂか
ら構成される演算部により演算され、これによって重心
ｉｐ（時間重心Ｎｐｅａｋ）が求められる。これらはハ
ードウエアで構成されているが、これらの全部又は一部
をソフトウエアで実現することも可能である。

【０１０６】なお、分子データを保持するレジスタ７３
３Ｂ及び分母データを保持するレジスタ７３４Ｂのデー
タは、除算器７３５Ｂへ出力されて重心演算される他、
それぞれ出力用メモリ６４ｂ，６４ａへも出力されて記
憶される。

【０１０７】次に、デュアルポートメモリであるＶＲＡ
Ｍを使った重心演算回路７３Ｂ２について説明する。図
２１はデュアルポートメモリであるＶＲＡＭ６３１，６
３２を使った重心演算回路７３Ｂ２を示す図、図２２は
ＶＲＡＭ６３１，６３２の各アドレスｐｙに格納される
データのライン番号を示す図である。

【０１０８】図２１において、出力処理回路６２から時
系列に入力される受光データは、減算器７３２Ｂにおい
て定常光成分ｋｓが取り除かれる。定常光成分ｋｓが取
り除かれたデータについて、ｎ番目のフレームのｉライ
ン目に読み出される水平座標ｈの受光データをＳ（ｎ，
ｉ，ｈ）で表す。

【０１０９】ＶＲＡＭ６３１，６３２は、それぞれ、２
００×３２Ｂｙｔｅの記憶容量を持つ読み書き可能なデ
ュアルポートメモリであり、任意のアドレスにランダム
アクセスが可能なランダムアクセスポートと、アドレス
指定されたラインについて１ライン分のデータを連続的
に読み出すことの可能なシリアルアクセスポートとを備
えている。図中のレジスタ「ＳＡＭ」はシリアルアクセ
スポートとして機能するものであり、ＶＲＡＭ６３１，
６３２中のアドレス指定された１つのラインのデータが
レジスタ「ＳＡＭ」に転送され、レジスタ「ＳＡＭ」か
ら１ライン分のデータが読み出される。

【０１１０】ＶＲＡＭ６３１，６３２にアクセスする際
のアドレス（ｐｘ，ｐｙ）は、次のように指定される。
つまり、受光データＳ（ｎ，ｉ，ｈ）をアクセスする場
合のアドレス（ｐｘ，ｐｙ）は次のようになる。

【０１１１】ｐｘ＝ｈｐｙ＝（ｎ＋ｉ−１）−３２×ＩＮＴ（（ｎ＋ｉ−１）
／３２）書き込みの場合にはアドレス（ｐｘ，ｐｙ）が指定さ
れ、読み出しの場合にはアドレスｐｙが指定される。な
お、本実施形態において、アドレスｐｙは０〜３１であ
り、これはライン番号１〜３２に対応する。

【０１１２】さて、一方のＶＲＡＭ６３１には除算の分
子データが格納され、他方のＶＲＡＭ６３２には除算の
分母データが格納される。例えば、センサ５３の（ｎ＋
ｉ−１）番目のラインに対応する分子データは、ＶＲＡ
Ｍ６３１の上述の式から求められるアドレスｐｙによっ
て指定されるラインに累積される。

【０１１３】ＶＲＡＭ６３１，６３２への書込みに先立
って、つまりセンサ５３の各ラインの読出しに先立っ
て、ＶＲＡＭ６３１，６３２の中のアドレスｐｙで指定
されるラインのデータは、シリアルアクセスポートにセ
ットされる。シリアルアクセスポートから読み出された
データは、加算器７３７，７３８に入力され、センサ５
３の注目画素に対応するデータと加算される。加算され
たデータ、つまり加算器７３７，７３８から出力された
データは、ＶＲＡＭ６３１，６３２の指定されたアドレ
ス（ｐｘ，ｐｙ）に、ランダムアクセスポートから書き
込まれる。このよな処理が１ライン分の２００画素につ
いて行われ、ＶＲＡＭ６３１，６３２の１つのラインの
データが更新される。このようにして、センサ５３にお
ける注目画素に対応するデータが３２フレーム分にわた
って累積される。

【０１１４】ＶＲＡＭ６３１，６３２の各ラインにセン
サ５３の３２フレーム分のデータが累積されると、次の
フレームのデータつまり次のラインのデータが書き込ま
れる前に、３２ライン分の累積値がシリアルアクセスポ
ートから除算器７３５Ｂへ出力される。

【０１１５】除算器７３５Ｂにおいて、３２ライン分の
累積値である分子データ及び分母データによる除算を行
うことによって重心ｉｐ（時間重心Ｎｐｅａｋ）が求め
られ、表示用メモリ７４へ出力される。また、ＶＲＡＭ
６３１，６３２から出力される分子データ及び分母デー
タは、出力用メモリ６４ｂ，６４ａへも出力され記憶さ
れる。

【０１１６】上に述べたＶＲＡＭ６３１，６３２の動作
は、メモリ制御回路６３Ａ２によって制御される。な
お、乗算器７３６は、分子データに重み計数ｉを乗じる
ためのものである。

【０１１７】次に、空間重心演算の方法を実現する具体
的な回路として、図１８及び図２４に示す２つの例を説
明する。図１８の重心演算回路７３Ｂ１は、上述したよ
うに、時系列に入力される受光データをＦＩＦＯメモリ
に保持しておき、必要なデータが蓄えられてから重心演
算を実施するように構成されている。図１８において、
上述の時間重心演算の方法とはＦＩＦＯメモリの構成が
異なる。また、図２４の重心演算回路７３Ｂ３は、時系
列に入力される受光データを、逐次演算し、２組のレジ
スタ群で構成されるメモリ部に、分子データ及び分母デ
ータとして累積加算して蓄積し、その結果を除算器を通
して出力するように構成されている。

【０１１８】まず、図１８に示すＦＩＦＯメモリを使っ
た重心演算回路７３Ｂ１について説明する。図１８にお
いて、出力処理回路６２から時系列に入力される受光デ
ータは、減算器７３２Ｂにおいて定常光成分ｋｓが取り
除かれた後、ＦＩＦＯメモリであるメモリ６３Ｂに順次
保持される。

【０１１９】図２３はメモリ６３Ｂ２の詳細な構成の例
を示す図である。図２３の上列に記載されたＦＩＦＯメ
モリ６３４ａ１〜６３４ａ３２、及び下列に記載された
ＦＩＦＯメモリ６３４ｂ１〜６３４ｂ３２は、それぞ
れ、２００×１段のＦＩＦＯメモリである。

【０１２０】ｎ番目のフレームでは、ｉ番目のＦＩＦＯ
メモリ６３４ａｉがデータを書き込む動作を行い、同時
に、ＦＩＦＯメモリ６３４ｂｉがその１フレーム前であ
る（ｎ−１）番目のフレームに書き込まれたデータを順
次読み出す。また、１フレーム後である（ｎ＋１）番目
のフレームでは、ＦＩＦＯメモリ６３４ｂｉがデータを
書き込む動作を行い、同時にＦＩＦＯメモリ６３４ａｉ
がｎ番目のフレームに書き込んだデータを順次読み出
す。このような読み書きの動作はメモリ制御回路６３Ａ
１によって制御される。

【０１２１】すなわち、今、ＦＩＦＯメモリ６３４ａ１
のデータが読み出されるよう制御されているとすると、
ＦＩＦＯメモリ６３４ａ３２、６３４ａ３１、６３４ａ
３０…、６３４ａ２、６３４ａ１の順に、各ＦＩＦＯメ
モリ６３４ａｉの１画素目のデータが読み出される。そ
して次に、同様の順に２画素目のデータが読み出され、
次に３画素目のデータというように、２００画素目まで
順に読み出される。

【０１２２】読み出されたデータは、 S(n,1,1),S(n,2,1),S(n,3,1)……,S(n,31,1),S(n,32,1), S(n,1,2),S(n,2,2),S(n,3,2)……,S(n,31,2),S(n,32,2), ……… S(n,1,200),S(n,2,200),S(n,3,200)……,S(n,31,200),S(n,32,200) というようなデータ列として後段の演算回路へ入力され
る。

【０１２３】受光データＳ（ｎ，ｉ，ｈ）は、同一の水
平座標ｈに対しては３２個の同一時刻における垂直方向
にサンプルされたデータであるから、１〜３２のサンプ
リング番号を付し、ｉ番目のデータをｘｉで表すと、空
間重心Ｎｐｅａｋは３２回のサンプリングによって得ら
れた３２個の受光データｘ１〜ｘ３２についての重心ｉ
ｐと一致する。

【０１２４】図１８において、メモリ６３Ｂ２で得られ
た受光データＳ（ｎ，ｉ，ｈ）すなわちｘｉは、乗算器
７３６、加算器７３７及び分子データを保持するレジス
タ７３３Ｂからなる分子演算部、加算器７３８及び分母
データを保持するレジスタ７３４Ｂからなる分母演算
部、並びに分母分子データを除算する除算器７３５Ｂか
ら構成される演算部により演算され、これによって重心
ｉｐ（空間重心Ｍｐｅａｋ）が求められる。

【０１２５】なお、分子データを保持するレジスタ７３
３Ｂ及び分母データを保持するレジスタ７３４Ｂのデー
タは、除算器７３５Ｂへ出力されて重心演算される他、
それぞれ出力用メモリ６４ｂ，６４ａへも出力されて記
憶される。

【０１２６】次に、２組のレジスタ群で構成されるメモ
リ部を使った重心演算回路７３Ｂ３について説明する。
図２４において、出力処理回路６２から時系列に入力さ
れる受光データは、減算器７３２Ｂにおいて定常光成分
ｋｓが取り除かれる。ここでは、定常光成分ｋｓが取り
除かれたデータを受光データＳ（ｎ，ｉ，ｈ）とする。
分子データについては、乗算器７３６によって重み計数
ｉが乗じられる。

【０１２７】レジスタ６３５〜６３８は、それぞれ、２
００Ｂｙｔｅの記憶容量を持つ読み書き可能なメモリで
ある。レジスタ６３５，６３６には分子データが格納さ
れ、レジスタ６３７，６３８には分母データが格納され
る。

【０１２８】また、レジスタ６３５，６３７には更新後
のデータが格納され、レジスタ６３６，６３８には更新
前のデータが格納される。つまり、レジスタ６３５，６
３７にそれまでに累積された水平座標ｈのデータは、セ
ンサ５３の各ラインの読出しに先立ってレジスタ６３
６，６３８に転送されて記憶され、レジスタ６３６，６
３８に記憶されたデータと次の受光データとが加算され
てレジスタ６３５，６３７に書き込まれる。レジスタ６
３５〜６３８への読み書きは、センサ５３の各ラインの
読出しに同調して行われるよう、メモリ制御回路６３Ａ
３によって制御される。

【０１２９】こうして逐次演算された分子データ及び分
母データは、それぞれ３２回累積加算された後、レジス
タ６３５，６３７から除算器７３５Ｂに出力され、重心
ｉｐ（空間重心Ｍｐｅａｋ）が求められる。

【０１３０】上述の実施形態によると、時間重心演算の
方法において、スリット光Ｕの通過タイミングｎｏｐを
受光量のピークタイミングに基づいて検出するのではな
く、有効受光領域Ａｅに入っている所定期間（本実施形
態では３２ライン分の期間）内における重心演算で算出
される重心ｉｐ（時間重心Ｎｐｅａｋ）に基づいて検出
するので、ノイズの影響を受け難い。また、予め決めら
れた期間の出力を使用するので、ピーク検出回路が不要
である。

【０１３１】上述の実施形態においては、所定期間を有
効受光領域Ａｅに入っている全期間である３２ライン分
としたので、計測可能距離範囲ｄ’内にある物体Ｑに対
して確実に時間重心Ｎｐｅａｋを算出することができ
る。しかし、例えば、受光量のピークの存在する前後に
おける適当な期間、例えばピークの前後１５ライン分、
１０ライン分、５ライン分などとすることも可能であ
る。このように、所定期間をピークとの関連で定めるこ
ととすると、物体Ｑの表面からの正規の検出光以外の光
による影響を少なくすることができる。

【０１３２】上述の実施形態によると、空間重心演算の
方法において、特定のタイミングにおける受光量の最大
位置を、有効受光領域Ａｅ内の画素（本実施形態では３
２ラインにわたる３２個の画素）における重心演算で算
出される重心ｉｐ（空間重心Ｍｐｅａｋ）に基づいて検
出するので、ノイズの影響を受け難い。また、予め決め
られた受光幅内の出力を使用するので、ピーク検出回路
が不要である。

【０１３３】上述の実施形態では、データＤ６２に基づ
いて３次元位置を算出したが、重心演算回路７３，７３
Ｂで求めた重心ｉｐのデータに基づいて３次元位置を算
出してもよい。また、３次元位置を算出する演算をホス
ト３が担うものであるが、３次元カメラ２に３次元位置
を算出する演算機能を設けてもよい。３次元位置をルッ
クアップテーブル方式で算定することも可能である。受
光側の光学系５０において、ズームユニット５１に代え
て交換レンズによって撮像倍率を変更してもよい。その
他、３次元カメラ２，２Ｂ、ホスト３、又は計測システ
ム１の全体又は各部の構成、処理内容又は順序、処理タ
イミングなどは、本発明の主旨に沿って適宜変更するこ
とができる。

【０１３４】

【発明の効果】請求項１乃至請求項６の発明によれば、
高分解能で高精度の計測が可能であり、構成が簡単でノ
イズの影響を受け難い３次元計測装置を提供することが
できる。

【０１３５】請求項３の発明によると、計測可能距離範
囲内にある物体に対して確実に通過タイミングを算出す
ることができる。請求項６の発明によると、空間重心を
求めるための演算に要する時間が短縮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る計測システムの構成図である。

【図２】３次元カメラの外観を示す図である。

【図３】３次元カメラの機能構成を示すブロック図であ
る。

【図４】投光レンズ系の構成を示す模式図である。

【図５】計測システムにおける３次元位置の算出の原理
図である。

【図６】センサの読出し範囲を示す図である。

【図７】センサの撮像面におけるラインとフレームとの
関係を示す図である。

【図８】メモリにおける各フレームの受光データの記憶
状態を示す図である。

【図９】メモリにおける各フレームの受光データの記憶
状態を示す図である。

【図１０】メモリにおける各フレームの受光データの記
憶状態を示す図である。

【図１１】重心演算回路の構成を示すブロック図であ
る。

【図１２】データの転送のタイミングの概念を示す図で
ある。

【図１３】時間重心の概念を示す図である。

【図１４】３次元カメラにおけるデータの流れを示す図
である。

【図１５】ホストにおける３次元位置演算の処理手順を
示すフローチャートである。

【図１６】光学系の各点と物体との関係を示す図であ
る。

【図１７】他の実施形態の３次元カメラの機能構成を示
すブロック図である。

【図１８】ＦＩＦＯメモリを使った重心演算回路の例を
示す図である。

【図１９】メモリの詳細な構成の例を示す図である。

【図２０】メモリの動作を模式的に説明するための図で
ある。

【図２１】ＶＲＡＭを使った重心演算回路を示す図であ
る。

【図２２】ＶＲＡＭの各アドレスＰｙに格納されるデー
タのライン番号を示す図である。

【図２３】メモリの詳細な構成の例を示す図である。

【図２４】空間重心演算の方法による重心演算回路の例
を示す図である。

【図２５】スリット光投影法の概要を示す図である。

【図２６】スリット光投影法による計測の原理を説明す
るための図である。

【符号の説明】１計測システム（３次元計測システム）３ホスト（第１演算手段、第２演算手段、第３演算手
段、第４演算手段）４０光学系（投光手段）４３ガルバノミラー（走査手段）５３センサ（撮像手段）６１システムコントローラ（撮像制御手段）７３重心演算回路（第１演算手段）７３３第１加算部７３４第２加算部７３５除算部７３Ｂ，７３Ｂ１，７３Ｂ２重心演算回路（第１演算
手段）７３Ｂ，７３Ｂ１，７３Ｂ３重心演算回路（第３演算
手段）６３１ＶＲＡＭ（第１加算部）６３２ＶＲＡＭ（第２加算部）６３５，６３６レジスタ（第１加算部）６３７，６３８レジスタ（第２加算部）７３３Ｂレジスタ（第１加算部）７３４Ｂレジスタ（第２加算部）７３５Ｂ除算器（除算部）７３７加算器（第１加算部）７３８加算器（第２加算部）ｇ画素（受光領域）Ａｅ有効受光領域（受光幅）ｎｏｐ通過タイミングＮｐｅａｋ時間重心Ｍｐｅａｋ空間重心ｉｐ重心（時間重心、空間重心）Ｓ２撮像面Ｕスリット光（検出光）Ｑ物体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検出光を照射して物体を光学的に走査する
ための投光手段と、複数の受光領域からなる撮像面を有し、前記物体で反射
した前記検出光を受光する撮像手段と、前記物体に対する前記検出光の照射方向を変化させる走
査手段と、前記各受光領域に入射する前記検出光の光量情報を出力
するように前記撮像手段を駆動する撮像制御手段と、予め決められた所定期間内の前記撮像手段の出力（ｘ）
とそれぞれの出力（ｘ）が得られたタイミング（ｉ）と
に基づいて重心演算を行うことにより、前記検出光が前
記各受光領域を通過した通過タイミングを求める第１演
算手段と、前記物体上の前記各受光領域に対応した部位の位置を、
前記通過タイミングにおける照射方向と当該各受光領域
に対する前記検出光の入射方向との関係に基づいて求め
る第２演算手段と、を有したことを特徴とする３次元計測システム。
【請求項２】前記第１演算手段は、前記所定期間内における前記出力（ｘ）と前記タイミン
グ（ｉ）との積（ｘ・ｉ）の総計Σ（ｘ・ｉ）を算出す
る第１加算部及び前記出力（ｘ）の総計Σ（ｘ）を算出
する第２加算部と、前記第１加算部及び第２加算部からの出力に基づいて、
時間重心Ｎｐｅａｋ＝Σ（ｘ・ｉ）／Σ（ｘ）を算出す
る除算部とを含む、請求項１記載の３次元計測システム。
【請求項３】前記所定期間として、前記物体の計測可能
距離範囲に対応する有効受光領域を前記検出光が通過す
る期間が用いられている、請求項１又は請求項２記載の３次元計測システム。
【請求項４】検出光を照射して物体を光学的に走査する
ための投光手段と、複数の受光領域からなる撮像面を有し、前記物体で反射
した前記検出光を受光する撮像手段と、前記物体に対する前記検出光の照射方向を変化させる走
査手段と、前記各受光領域に入射する前記検出光の光量情報を出力
するように前記撮像手段を駆動する撮像制御手段と、予め決められた受光幅内の前記各受光領域の位置（ｉ）
と各受光領域についての前記撮像手段の出力（ｘ）とに
基づいて重心演算を行うことにより、特定の照射方向に
照射された前記検出光によって最大の光量情報の得られ
る前記撮像面上の位置を求める第３演算手段と、前記物体上の前記各受光領域に対応した部位の位置を、
前記特定の照射方向と前記第３演算手段により求められ
た前記撮像面上の位置に対応する前記検出光の入射方向
との関係に基づいて求める第４演算手段と、を有したことを特徴とする３次元計測システム。
【請求項５】前記第３演算手段は、前記各受光領域についての前記出力（ｘ）と前記各受光
領域の位置（ｉ）との積（ｘ・ｉ）の総計Σ（ｘ・ｉ）
を算出する第１加算部及び前記出力（ｘ）の総計Σ
（ｘ）を算出する第２加算部と、前記第１加算部及び第２加算部からの出力に基づいて、
空間重心Ｍｐｅａｋ＝Σ（ｘ・ｉ）／Σ（ｘ）を算出す
る除算部とを含む、請求項４記載の３次元計測システム。
【請求項６】前記受光幅として、前記物体の計測可能距
離範囲に対応する有効受光領域が用いられている、請求項４又は請求項５記載の３次元計測システム。