特許 7110880 三次元計測装置、三次元計測方法、及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-25

(45)【発行日】2022-08-02

(54)【発明の名称】三次元計測装置、三次元計測方法、及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/24 20060101AFI20220726BHJP

   G01B 11/25 20060101ALI20220726BHJP

   G01B 11/245 20060101ALI20220726BHJP

【ＦＩ】

G01B11/24 K

G01B11/25 H

G01B11/245

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2018184951

(22)【出願日】2018-09-28

(65)【公開番号】P2020056580

(43)【公開日】2020-04-09

【審査請求日】2021-08-25

(73)【特許権者】

【識別番号】000003193

【氏名又は名称】凸版印刷株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】弁理士法人谷・阿部特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中山 香一郎

【審査官】仲野 一秀

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－４８８６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１０６４９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２８７２６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２１９１１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

Ｈ０４Ｎ １３／００－１３／３９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物に計測用パターンを投影するパターン投影部と、
前記計測用パターンが投影された前記対象物を撮影する第１及び第２の撮像部と、
前記第１の撮像部の光軸方向に二次元パターンを投影可能な第１のプロジェクタと、
前記第２の撮像部の光軸方向に二次元パターンを投影可能な第２のプロジェクタと、
前記第１のプロジェクタを制御して第１の二次元パターンを投影し、前記第２のプロジェクタを制御して第２の二次元パターンを投影する制御部と、を備え、
前記第１の二次元パターンは、第１の点又は前記第１の点を通る直線について対称な形状を有する第１の図形の少なくとも一部を含み、
前記第２の二次元パターンは、第２の点又は前記第２の点を通る直線について対称な形状を有する第２の図形の少なくとも一部を含み、
前記制御部は、前記第１の点と前記第１の撮像部の光軸方向とが一致するように前記第１のプロジェクタを制御し、前記第２の点と前記第２の撮像部の光軸方向とが一致するように前記第２のプロジェクタを制御する
三次元計測装置。

【請求項2】

前記第１の図形は、前記第１の点を通る第１の直線について対称に配置された複数の線分を含む場合、前記第１の点で前記第１の直線と交わる第２の直線についての対称性を有するか、又は前記第１の点についての対称性を有する図形をさらに含み、
前記第２の図形は、前記第２の点を通る第３の直線について対称に配置された複数の線分を含む場合、前記第２の点で前記第３の直線と交わる第４の直線についての対称性を有するか、又は前記第２の点についての対称性を有する図形をさらに含む
請求項１に記載の三次元計測装置。

【請求項3】

前記第１の図形及び前記第２の図形の少なくとも一方は、１以上の円又は楕円を含む
請求項１又は２に記載の三次元計測装置。

【請求項4】

前記第１の二次元パターンが前記第１の点で交差する複数の線分を含むか、
前記第２の二次元パターンが前記第２の点で交差する複数の線分を含むか、又は、
前記第１の二次元パターンが前記第１の点で交差する複数の線分を含み、かつ、前記第２の二次元パターンが前記第２の点で交差する複数の線分を含む
請求項１～３のいずれか１項に記載の三次元計測装置。

【請求項5】

前記第１の二次元パターンと前記第２の二次元パターンとは異なる色である
請求項１～４のいずれか１項に記載の三次元計測装置。

【請求項6】

前記第１の二次元パターンと前記第２の二次元パターンとは異なる形状である
請求項１～５のいずれか１項に記載の三次元計測装置。

【請求項7】

前記第１の図形と前記第２の図形とは同じ形状である
請求項１～６のいずれか１項に記載の三次元計測装置。

【請求項8】

前記第１及び第２の撮像部が利用するレンズの撮影画角に関する情報が格納される記憶部をさらに備え、
前記制御部は、前記レンズの撮影画角に対応するサイズで前記第１の二次元パターン及び前記第２の二次元パターンを投影する
請求項１～７のいずれか１項に記載の三次元計測装置。

【請求項9】

前記第１のプロジェクタ及び前記第２のプロジェクタは、レーザ光を出力するレーザプロジェクタである
請求項１～８のいずれか１項に記載の三次元計測装置。

【請求項10】

コンピュータが、
第１の撮像部の光軸方向に二次元パターンを投影可能な第１のプロジェクタを制御して、第１の点又は前記第１の点を通る直線について対称な形状を有する第１の図形の少なくとも一部を含む第１の二次元パターンを、前記第１の点と前記第１の撮像部の光軸方向とが一致するように投影し、
第２の撮像部の光軸方向に二次元パターンを投影可能な第２のプロジェクタを制御して、第２の点又は前記第２の点を通る直線について対称な形状を有する第２の図形の少なくとも一部を含む第２の二次元パターンを、前記第２の点と前記第２の撮像部の光軸方向とが一致するように投影し、
前記第１の二次元パターン及び前記第２の二次元パターンの投影を停止後に、対象物に向けて計測用パターンを投影し、
前記第１の撮像部及び前記第２の撮像部を制御して前記計測用パターンが投影された前記対象物を撮影し、前記対象物の撮影データから前記対象物の形状を計測する
処理を実行する、三次元計測方法。

【請求項11】

コンピュータに、
第１の撮像部の光軸方向に二次元パターンを投影可能な第１のプロジェクタを制御して、第１の点又は前記第１の点を通る直線について対称な形状を有する第１の図形の少なくとも一部を含む第１の二次元パターンを、前記第１の点と前記第１の撮像部の光軸方向とが一致するように投影し、
第２の撮像部の光軸方向に二次元パターンを投影可能な第２のプロジェクタを制御して、第２の点又は前記第２の点を通る直線について対称な形状を有する第２の図形の少なくとも一部を含む第２の二次元パターンを、前記第２の点と前記第２の撮像部の光軸方向とが一致するように投影し、
前記第１の二次元パターン及び前記第２の二次元パターンの投影を停止後に、対象物に向けて計測用パターンを投影し、
前記第１の撮像部及び前記第２の撮像部を制御して前記計測用パターンが投影された前記対象物を撮影し、前記対象物の撮影データから前記対象物の形状を計測する
処理を実行させる、プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、三次元計測装置、三次元計測方法、及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、文化財、美術品、及び工芸品など、保存価値の高い物品をスキャンし、その形状やテクスチャをデジタルデータの形で保存する技術（デジタルアーカイブ）の研究開発が進められている。デジタルアーカイブの対象物には、絵画、彫刻、屏風、壁面画、刀剣など、材質も形状も異なる多種多様な物品が含まれる。そのため、対象物の特性に合ったスキャン手法を適用して、その対象物特有の表現を忠実に再現することが重要になる。

【0003】

対象物の形状をスキャンする手法としては、例えば、非接触三次元計測が用いられる。非接触三次元計測は、プロジェクタなどを利用して対象物にパターンを投影し、対象物の凹凸などに応じて変形するパターンを複数のカメラで撮像し、撮像データから対象物の三次元形状を測定する技術である。

【0004】

非接触三次元計測には、例えば、パターンを投影するプロジェクタ、２台のカメラ、及び対象物の位置合わせに用いられる２つのレーザポインタを備える三次元計測装置が利用される（特許文献１）。２つのレーザポインタは、レーザの照射方向がそれぞれ２台のカメラの光軸と一致するように固定されている。そのため、計測者は、レーザポインタが交差する位置に対象物を配置することで、計測領域に対象物を配置することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開2018-48860号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記のレーザポインタによる位置決め機構は、ある程度の大きさがあり、細かな凹凸がない平坦な対象物に対しては有効である。しかし、細かく複雑な立体形状を有する対象物の非接触三次元計測を行う場合、２つのレーザポインタの交点を小さな領域に合わせることは難しい。

【0007】

また、対象物は、破損や汚損のリスクを避けるため、多くの場合、その物自体に直接触れることや、その物を移動させることが制限されている。そのため、対象物を動かさず、三次元計測装置の位置や向きを調整して、２つのレーザポインタの交点を小さな領域に合わせる必要があり、これが位置決めを更に困難にしている。

【0008】

そこで、本発明の１つの観点によれば、本発明の目的は、対象物の計測領域への配置が容易な三次元計測装置、三次元計測方法、及びプログラムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様によれば、対象物に計測用パターンを投影するパターン投影部と、計測用パターンが投影された対象物を撮影する第１及び第２の撮像部と、第１の撮像部の光軸方向に二次元パターンを投影可能な第１のプロジェクタと、第２の撮像部の光軸方向に二次元パターンを投影可能な第２のプロジェクタと、第１のプロジェクタを制御して第１の二次元パターンを投影し、第２のプロジェクタを制御して第２の二次元パターンを投影する制御部と、を備え、第１の二次元パターンは、第１の点又は第１の点を通る直線について対称な形状を有する第１の図形の少なくとも一部を含み、第２の二次元パターンは、第２の点又は第２の点を通る直線について対称な形状を有する第２の図形の少なくとも一部を含み、制御部は、第１の点と第１の撮像部の光軸方向とが一致するように第１のプロジェクタを制御し、第２の点と第２の撮像部の光軸方向とが一致するように第２のプロジェクタを制御する三次元計測装置が提供される。

【0010】

また、本発明の他の一態様によれば、コンピュータが、第１の撮像部の光軸方向に二次元パターンを投影可能な第１のプロジェクタを制御して、第１の点又は第１の点を通る直線について対称な形状を有する第１の図形の少なくとも一部を含む第１の二次元パターンを、第１の点と第１の撮像部の光軸方向とが一致するように投影し、第２の撮像部の光軸方向に二次元パターンを投影可能な第２のプロジェクタを制御して、第２の点又は第２の点を通る直線について対称な形状を有する第２の図形の少なくとも一部を含む第２の二次元パターンを、第２の点と第２の撮像部の光軸方向とが一致するように投影し、第１の二次元パターン及び第２の二次元パターンの投影を停止後に、対象物に向けて計測用パターンを投影し、第１の撮像部及び第２の撮像部を制御して計測用パターンが投影された対象物を撮影し、対象物の撮影データから対象物の形状を計測する処理を実行する、三次元計測方法が提供される。

【0011】

また、本発明の更に他の一態様によれば、コンピュータに、第１の撮像部の光軸方向に二次元パターンを投影可能な第１のプロジェクタを制御して、第１の点又は第１の点を通る直線について対称な形状を有する第１の図形の少なくとも一部を含む第１の二次元パターンを、第１の点と第１の撮像部の光軸方向とが一致するように投影し、第２の撮像部の光軸方向に二次元パターンを投影可能な第２のプロジェクタを制御して、第２の点又は第２の点を通る直線について対称な形状を有する第２の図形の少なくとも一部を含む第２の二次元パターンを、第２の点と第２の撮像部の光軸方向とが一致するように投影し、第１の二次元パターン及び第２の二次元パターンの投影を停止後に、対象物に向けて計測用パターンを投影し、第１の撮像部及び第２の撮像部を制御して計測用パターンが投影された対象物を撮影し、対象物の撮影データから対象物の形状を計測する処理を実行させる、プログラムが提供される。また、当該プログラムが記録された、コンピュータにより読み取り可能な非一時的な記録媒体が提供されうる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、対象物の計測領域への配置が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】三次元計測装置の構成例を示した模式図である。

【図2】制御装置の機能を実現可能なハードウェアの構成例を示したブロック図である。

【図3】制御装置が有する機能の一例を示したブロック図である。

【図4】三次元計測装置の位置決めについて説明するための第１の図である。

【図5】三次元計測装置の位置決めについて説明するための第２の図である。

【図6】レンズ情報の一例を示した図表である。

【図7】ガイドパターンの例を示した第１の図表である。

【図8】ガイドパターンの例を示した第２の図表である。

【図9】制御装置が実行する処理の流れを示したフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態（以下、本実施形態）について説明する。なお、本明細書及び図面において実質的に同一の機能を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する場合がある。

【0015】

本実施形態は、立体的な対象物に計測用のパターンを投影した状態で、その対象物を複数の撮像装置で撮影し、撮影画像に基づいて対象物の三次元形状を計測する三次元計測装置に関する。文化財などの対象物を扱う場合には、対象物の損傷リスクを回避するため、三次元計測装置を移動させて対象物を計測領域に誘導する。

【0016】

従来の三次元計測装置は、各撮像装置の光軸方向をレーザポインタの光点で表示し、光点が重なる位置を計測領域の指標として利用していた。三次元計測装置を固定し、対象物を自由に移動できる環境では、比較的容易に、光点が重なる位置を見つけることができる。しかし、三次元計測装置を移動させると光点を見失うことが多く、さらに、複数の光点を一点に重ねるには、かなりの時間がかかる。

【0017】

文化財などの対象物を扱う現場では、その対象物を設置している環境で計測を実施することがあり、三次元計測装置を持って自由に移動することが困難な場面も少なくない。また、彫像の指先など、細かな部分に焦点を当てた計測を実施することがあり、このような細かな部分に複数の光点を重ねるのは難しい。特に、厚みが小さい（薄い）部分、及び細い部分では光点を重ねるのが非常に困難である。

【0018】

本実施形態は、上記のような三次元計測の現場で生じうる課題を解決する三次元計測装置を提供することを目的とする。以下、本実施形態に係る三次元計測装置及びその三次元計測装置が実行する処理の流れについて順次説明する。

【0019】

［１．三次元計測装置］
図１を参照しながら、三次元計測装置１００について説明する。図１は、三次元計測装置の構成例を示した模式図である。図１に示した三次元計測装置１００は、本実施形態に係る三次元計測装置の一例である。

【0020】

図１に示すように、三次元計測装置１００は、パターン投影機１０１、撮像装置１０２ａ、１０３ａ、レーザプロジェクタ１０２ｂ、１０３ｂ、及び制御装置１０５を有する。なお、撮像装置１０２ａとレーザプロジェクタ１０２ｂとは一体に形成されてもよい。撮像装置１０３ａとレーザプロジェクタ１０３ｂとは一体に形成されてもよい。制御装置１０５は、パターン投影機１０１と一体に形成されてもよい。

【0021】

パターン投影機１０１と撮像装置１０２ａとは、支持部材１０４ａで物理的に接続されている。パターン投影機１０１と撮像装置１０３ａとは、支持部材１０４ｂで物理的に接続されている。

【0022】

制御装置１０５は、パターン投影機１０１、撮像装置１０２ａ、１０３ａ、及びレーザプロジェクタ１０２ｂ、１０３ｂのそれぞれと電気的に接続されている。但し、制御装置１０５は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）又は近距離無線通信などの無線技術を利用して、パターン投影機１０１、撮像装置１０２ａ、１０３ａ、及びレーザプロジェクタ１０２ｂ、１０３ｂのそれぞれと無線回線で接続されてもよい。

【0023】

パターン投影機１０１は、計測用パターンを対象物に投影するためのプロジェクタである。計測用パターンは、例えば、ゼブラパターン、グリッドパターン、市松模様など、三次元計測に利用可能な任意のパターンである。パターン投影機１０１として利用可能なプロジェクタには、例えば、液晶プロジェクタ、ＤＬＰ（Digital Light Processing）プロジェクタ、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）プロジェクタなどがある。

【0024】

但し、計測用パターンの種類、及びパターン投影機１０１として利用可能なプロジェクタの種類は上記の例に限定されない。例えば、光源にレーザ光を利用するレーザプロジェクタがパターン投影機１０１として利用されてもよい。以下では、説明の都合上、パターン投影機１０１の画角をｔ１と表記する場合がある。

【0025】

撮像装置１０２ａ、１０３ａは、例えば、レンズ、撮像素子、及びプロセッサ（例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor））などを有するデジタルカメラである。撮像装置１０２ａ、１０３ａには、同じ焦点距離及び明るさのレンズが装着される。レンズの種類は、対象物の種類又は計測目的などに応じて決定される。撮像装置１０２ａ、１０３ａは、レンズ交換式のデジタルカメラであってもよい。レンズの情報（焦点距離、開放Ｆ値など）は、撮像装置１０２ａ、１０３ａから制御装置１０５に提供されうる。

【0026】

以下では、説明の都合上、撮像装置１０２ａの撮影画角をｔ２、光軸方向をＬ２と表記する場合がある。また、撮像装置１０３ａの撮影画角をｔ３、光軸方向をＬ３と表記する場合がある。また、撮像装置１０２ａの合焦範囲をＤ２、撮像装置１０３ａの合焦範囲をＤ３と表記する場合がある。なお、ここで言う合焦範囲は、被写界深度に収まる奥行き方向（光軸に沿って被写体に向かう方向）の範囲を指す。

【0027】

レーザプロジェクタ１０２ｂ、１０３ｂは、レーザ光を光源とするレーザ光走査式プロジェクタである。レーザ光走査式プロジェクタは、レーザ光をスクリーン上で高速かつ二次元的に走査させることで、スクリーンに二次元パターンを表示させるタイプのプロジェクタである。レーザプロジェクタ１０２ｂから出力されるレーザ光の色は、レーザプロジェクタ１０３ｂから出力されるレーザ光と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

【0028】

レーザプロジェクタ１０２ｂの向きは、撮像装置１０２ａの光軸方向を基準に設定される。例えば、レーザプロジェクタ１０２ｂは、撮像装置１０２ａの光軸方向に垂直な面をスクリーンとみなして二次元パターンを描画できるように配置される。レーザプロジェクタ１０３ｂの向きは、撮像装置１０３ａの光軸方向を基準に設定される。例えば、レーザプロジェクタ１０３ｂは、撮像装置１０３ａの光軸方向に垂直な面をスクリーンとみなして二次元パターンを描画できるように配置される。

【0029】

ここで、図１を参照しながら、計測領域と対象物の配置について説明する。図１には、一例として、計測領域１０（太線で囲まれた領域）及び対象物２０ａが模式的に示されている。計測領域１０は、主に光軸方向Ｌ２、Ｌ３、撮影画角ｔ２、ｔ３、及び合焦範囲Ｄ２、Ｄ３によって決まる。但し、対象物２０ａのうち、計測用パターンが投影されている部分を撮影するため、厳密に言えば、計測用パターンが投影される範囲を決めるパターン投影機１０１の画角ｔ１にも依存する。

【0030】

従って、光軸方向Ｌ２、Ｌ３、撮影画角ｔ２、ｔ３、合焦範囲Ｄ２、Ｄ３、及び画角ｔ１から決定される計測領域１０に対象物２０ａが配置されるように三次元計測装置１００の位置を移動できれば、所望の計測結果が期待できる。しかし、計測領域１０は目に見えない。そこで、三次元計測装置１００は、レーザプロジェクタ１０２ｂ、１０３ｂを利用して２つの二次元パターンを描画して、計測領域１０に対象物２０ａが収まるように三次元計測装置１００を移動する作業（以下、位置決め）を補助する。

【0031】

パターン投影機１０１、撮像装置１０２ａ、１０３ａ、及びレーザプロジェクタ１０２ｂ、１０３ｂの動作は、制御装置１０５により制御される。以下、制御装置１０５について説明し、その説明の中で、レーザプロジェクタ１０２ｂ、１０３ｂを利用した二次元パターンの描画が位置決めに有効である理由について詳述する。

【0032】

（制御装置のハードウェア）
まず、図２を参照しながら、制御装置１０５のハードウェアについて説明する。図２は、制御装置の機能を実現可能なハードウェアの構成例を示したブロック図である。

【0033】

制御装置１０５が有する機能は、例えば、図２に示すハードウェア資源を用いて実現することが可能である。つまり、制御装置１０５が有する機能は、コンピュータプログラムを用いて図２に示すハードウェアを制御することにより実現される。

【0034】

図２に示すように、このハードウェアは、主に、プロセッサ１０５ａ、メモリ１０５ｂ、表示Ｉ／Ｆ（Interface）１０５ｃ、通信Ｉ／Ｆ１０５ｄ、及び接続Ｉ／Ｆ１０５ｅを有する。

【0035】

プロセッサ１０５ａは、例えば、ＣＰＵ、ＤＳＰ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などである。メモリ１０５ｂは、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、フラッシュメモリなどの記憶装置である。

【0036】

表示Ｉ／Ｆ１０５ｃは、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＥＬＤ（Electro-Luminescence Display）などのディスプレイデバイスを接続するためのインターフェースである。例えば、表示Ｉ／Ｆ１０５ｃは、プロセッサ１０５ａ及び／又は表示Ｉ／Ｆ１０５ｃに搭載されたＧＰＵ（Graphic Processing Unit）により表示制御を実施する。なお、制御装置１０５にディスプレイデバイスが搭載されていてもよい。

【0037】

通信Ｉ／Ｆ１０５ｄは、有線及び／又は無線のネットワークに接続するためのインターフェースである。通信Ｉ／Ｆ１０５ｄは、例えば、有線ＬＡＮ、無線ＬＡＮ、光通信ネットワーク、携帯電話ネットワークなどに接続される。

【0038】

接続Ｉ／Ｆ１０５ｅは、外部デバイスを接続するためのインターフェースである。接続Ｉ／Ｆ１０５ｅは、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）ポート、ＩＥＥＥ１３９４ポート、ＳＣＳＩ（Small Computer System Interface）などである。

【0039】

接続Ｉ／Ｆ１０５ｅには、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル、タッチパッドなどの入力インターフェースが接続されうる。また、接続Ｉ／Ｆ１０５ｅには、スピーカなどのオーディオデバイス及び／又はプリンタなどが接続されうる。また、接続Ｉ／Ｆ１０５ｅには、可搬性の記録媒体１０５ｆが接続されうる。記録媒体１０５ｆは、例えば、磁気記録媒体、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリなどである。

【0040】

上述したプロセッサ１０５ａは、記録媒体１０５ｆに格納されたプログラムを読み出してメモリ１０５ｂに格納し、メモリ１０５ｂから読み出したプログラムに従って制御装置１０５の動作を制御することができる。なお、制御装置１０５の動作を制御するプログラムは、メモリ１０５ｂに予め格納されていてもよいし、通信Ｉ／Ｆ１０５ｄを介してネットワークからダウンロードされてもよい。

【0041】

（制御装置の機能）
次に、図３を参照しながら、制御装置１０５の機能について、さらに説明する。図３は、制御装置が有する機能の一例を示したブロック図である。

【0042】

図３に示すように、制御装置１０５は、記憶部１５１、ガイドパターン描画制御部１５２、計測用パターン投影制御部１５３、及び計測部１５４を有する。

【0043】

なお、記憶部１５１の機能は、上記のメモリ１０５ｂなどを用いて実現可能である。ガイドパターン描画制御部１５２、計測用パターン投影制御部１５３、及び計測部１５４の機能は、上記のプロセッサ１０５ａを用いて実現可能である。

【0044】

記憶部１５１には、ガイドパターンの情報１５１ａ、計測用パターンの情報１５１ｂ、及びレンズ情報１５１ｃが格納される。

【0045】

ガイドパターンの情報１５１ａは、位置決め用にレーザプロジェクタ１０２ｂ、１０３ｂにより描画される二次元パターン（以下、ガイドパターン）の形状に関する情報である。なお、ガイドパターンの形状については、後段（図７及び図８の説明）において詳述する。計測用パターンの情報１５１ｂは、計測用パターンの形状に関する情報である。レンズ情報１５１ｃは、撮像装置１０２ａ、１０３ａに装着されたレンズに関する情報（焦点距離、開放Ｆ値など）である。

【0046】

ガイドパターン描画制御部１５２は、ガイドパターンの情報１５１ａに含まれる少なくとも１つのガイドパターンのうち、レーザプロジェクタ１０２ｂで描画する第１のガイドパターンと、レーザプロジェクタ１０３ｂで描画する第２のガイドパターンとを特定する。例えば、第１のガイドパターン及び第２のガイドパターンは、位置決めを行う計測者より、或いは、三次元計測装置１００の製造時に予め設定される。第１のガイドパターンと第２のガイドパターンとは同じガイドパターンであってもよいし、異なるガイドパターンであってもよい。

【0047】

ガイドパターン描画制御部１５２は、第１のガイドパターンを描画するためのレーザ光の色（以下、第１の色）と、第２のガイドパターンを描画するためのレーザ光の色（以下、第２の色）とを特定する。第１の色と第２の色とは、同じ色であってもよいし、異なる色であってもよい。但し、レーザプロジェクタ１０２ｂ、１０３ｂのそれぞれが出力可能なレーザ光の色が決まっている場合、ガイドパターン描画制御部１５２は、第１の色及び第２の色を特定する処理を省略する。

【0048】

ガイドパターン描画制御部１５２は、レーザプロジェクタ１０２ｂを制御して、第１の色のレーザ光で第１のガイドパターンを描画する。ガイドパターン描画制御部１５２は、撮像装置１０２ａの光軸方向Ｌ２に垂直な面（以下、第１の仮想スクリーン）を想定して第１のガイドパターンを描画する。つまり、第１の仮想スクリーンの位置に実際のスクリーンがあれば、そのスクリーン上に第１のガイドパターンが表示されるように、レーザプロジェクタ１０２ｂにより第１のガイドパターンが描画される。

【0049】

また、ガイドパターン描画制御部１５２は、レーザプロジェクタ１０３ｂを制御して、第２の色のレーザ光で第２のガイドパターンを描画する。ガイドパターン描画制御部１５２は、撮像装置１０３ａの光軸方向Ｌ３に垂直な面（以下、第２の仮想スクリーン）を想定して第２のガイドパターンを描画する。つまり、第２の仮想スクリーンの位置に実際のスクリーンがあれば、そのスクリーン上に第２のガイドパターンが表示されるように、レーザプロジェクタ１０３ｂにより第２のガイドパターンが描画される。

【0050】

撮像装置１０２ａ、１０３ａがレンズ交換式のデジタルカメラである場合、ガイドパターン描画制御部１５２は、レンズ情報１５１ｃに基づいて撮像装置１０２ａ、１０３ａの撮影画角ｔ２、ｔ３を特定する。このとき、ガイドパターン描画制御部１５２は、撮影画角ｔ２、ｔ３として垂直画角及び水平画角を特定してもよい。

【0051】

また、ガイドパターン描画制御部１５２は、撮影画角ｔ２に基づいて、第１のガイドパターンの最も外側に位置する部分が撮影画角ｔ２に収まるように第１のガイドパターンのサイズを調整する。また、ガイドパターン描画制御部１５２は、撮影画角ｔ３に基づいて、第２のガイドパターンの最も外側に位置する部分が撮影画角ｔ３に収まるように第２のガイドパターンのサイズを調整する。そして、ガイドパターン描画制御部１５２は、上述した方法で第１のガイドパターン及び第２のガイドパターンを描画する。

【0052】

第１のガイドパターン及び第２のガイドパターンは、同時に、かつ継続的に描画される。第１のガイドパターン及び第２のガイドパターンが描画されている期間は、パターン投影機１０１による計測用パターンの投影、及び撮像装置１０２ａ、１０３ａによる撮影は実施されない。ガイドパターンの描画を停止する操作が実行されると、ガイドパターン描画制御部１５２は、レーザプロジェクタ１０２ｂ、１０３ｂの出力を停止する。

【0053】

計測用パターン投影制御部１５３は、計測用パターンの情報１５１ｂから計測用パターンの形状を示す画像データを取得する。そして、計測用パターン投影制御部１５３は、パターン投影機１０１に画像データを入力し、パターン投影機１０１により計測用パターンを対象物に投影する。計測部１５４は、撮像装置１０２ａ、１０３ａを制御して対象物を撮影し、撮影画像に基づいて対象物の三次元形状を計測する。

【0054】

（位置決め）
ここで、図４及び図５を参照しながら、三次元計測装置１００の位置決めについて、さらに説明する。図４は、三次元計測装置の位置決めについて説明するための第１の図である。図５は、三次元計測装置の位置決めについて説明するための第２の図である。

【0055】

三次元計測装置１００を移動して計測領域１０内に対象物を収める作業の難しさは、三次元計測装置１００と対象物との距離、及び三次元計測装置１００の傾き（特にＺ軸を回転軸とする回転方向）を計測者の手で適切に制御する難しさにある。

【0056】

図４に示すように、三次元計測装置１００を対象物２０ｂに近づけ過ぎると（Ｔ１時点）、撮像装置１０２ａ、１０３ａの光軸が対象物２０ｂに交わらない。また、三次元計測装置１００を対象物２０ｂから遠ざけすぎた場合も（Ｔ２時点）、撮像装置１０２ａ、１０３ａの光軸は対象物２０ｂに交わらない。レーザポインタで光軸方向だけを指し示す従来方式では、計測者が、これらの状況で光点を見失う。

【0057】

三次元計測装置１００と対象物２０ｂとの間の距離が適切だと（Ｔ３時点）、撮像装置１０２ａ、１０３ａの光軸は対象物２０ｂで交差する。Ｙ軸を回転軸とする回転方向に三次元計測装置１００が傾くと光軸は＋Ｚ方向又は－Ｚ方向に傾く。対象物２０ｂのＺ方向の幅（高さ）が小さい場合、Ｚ方向への傾きによって光軸が対象物２０ｂと交わらなくなることがある。この場合も、レーザポインタで光軸方向だけを指し示す従来方式では、計測者が光点を見失う。

【0058】

しかしながら、図５に示すように、本実施形態に係る三次元計測装置１００は、レーザプロジェクタ１０２ｂ、１０３ｂを用いて二次元パターン１２１、１３１を描画する。なお、図５の例では、十字に交わる二本の直線と、十字を囲む矩形の枠線とで形成される二次元パターンを例示しているが、二次元パターンの形状はこれに限定されない。二次元パターン１２１は、レーザプロジェクタ１０２ｂで描画される図形の一例である。二次元パターン１３１は、レーザプロジェクタ１０３ｂで描画される図形の一例である。

【0059】

図４に示したようにＴ１時点では対象物２０ｂに光軸が交わらないが、図５に示すように、二次元パターン１２１、１３１の一部が対象物２０ｂと交わる。また、対象物２０ｂに描画される二次元パターン１２１、１３１のサイズから、三次元計測装置１００と対象物２０ｂとが近すぎることを計測者が認識できる。つまり、一部の図形でも、適切な位置関係で表示される図形のサイズに比べて大きいか小さいかを認識することは可能であり、その認識に基づいて、近すぎるのか、遠すぎるのかを判定することができる。

【0060】

Ｔ２時点では対象物２０ｂに光軸が交わらないが、図５に示すように、二次元パターン１２１、１３１の一部が対象物２０ｂと交わる。対象物２０ｂに交わる部分のサイズ、及び、二次元パターン１２１、１３１の配置が逆であること（適切な位置であれば二次元パターン１２１が紙面の右側に位置すること）から、三次元計測装置１００と対象物２０ｂとが遠すぎることを計測者が認識できる。

【0061】

ある程度、三次元計測装置１００と対象物２０ｂとが適切な位置関係にある場合（Ｔ３時点）、図５に示すように、二次元パターン１２１、１３１がほぼ一致する。このとき、二次元パターン１２１、１３１の傾き、サイズの相違、形状の歪みなどから、三次元計測装置１００の傾きを計測者が把握できる。そのため、二次元パターン１２１、１３１の利用により、傾きを含めた三次元計測装置１００の微調整も容易になる。このように、本実施形態に係る三次元計測装置１００を適用すれば、従来の三次元計測装置に比べて格段に位置決めが容易になる。

【0062】

（レンズ情報）
次に、図６を参照しながら、レンズ情報１５１ｃの利用について、さらに説明する。図６は、レンズ情報の一例を示した図表である。

【0063】

図６に示すように、レンズ情報１５１ｃには、レンズ名、Ｆ値、合焦範囲、撮影画角などの情報が含まれる。レンズ名は、レンズの識別に利用される識別情報の一例である。Ｆ値は、レンズの明るさを示す指標であり、一般にレンズの焦点距離を有効口径で割った値として定義される。レンズ情報１５１ｃに含まれるＦ値は、絞り開放Ｆ値であってもよいが、図６の例では、計測時に適用される絞り設定に対応するＦ値（設定値）である。

【0064】

合焦範囲は、撮像装置１０２ａ、１０３ａでピントが合う範囲を示す。合焦範囲及び被写界深度は、被写体までの距離、レンズの焦点距離、撮像素子のサイズ、及びＦ値に基づいて計算できる。例えば、被写体までの距離を２ｍ、レンズの焦点距離を９０ｍｍ、撮像素子のサイズをフルサイズ（３６ｍｍ×２４ｍｍ）、Ｆ値を５．６に設定すると、合焦範囲は約１．９～約２．１ｍ、被写界深度は約０．１８ｍになる。

【0065】

三次元計測の場合には、対象物を鮮明に捉える必要があるため、実効値として、余裕を持った合焦範囲がレンズ情報１５１ｃに設定される。

【0066】

撮影画角は、レンズの焦点距離及び撮像素子のサイズに基づいて計算できる。一般にレンズの焦点距離が長いほど撮影画角は狭くなり、レンズの焦点距離が短いほど撮影画角は広くなる。撮像素子のサイズが大きいほど撮影画角は広くなり、撮像素子のサイズが小さいほど撮影画角は狭くなる。一般的な撮像素子は形状が横長であるため、撮影画角としては、撮像素子の対角線方向に対応する対角線画角、横方向（水平方向）に対応する水平画角、縦方向（垂直方向）に対応する垂直画角がある。

【0067】

本実施形態に係る三次元計測装置１００（ガイドパターン描画制御部１５２）は、レーザプロジェクタ１０２ｂ、１０３ｂにより描画されるガイドパターンの形状（外枠のサイズなど）を撮影画角に合わせる調整を実施する。そのため、レンズ情報１５１ｃには、撮影画角として、水平画角及び垂直画角が記述される。

【0068】

レンズ情報１５１ｃは、使用予定のレンズ及び事前に設定したＦ値に基づいて予め生成されてもよいし、レンズの換装時にガイドパターン描画制御部１５２により生成されてもよい。例えば、ガイドパターン描画制御部１５２は、撮像装置１０２ａ、１０３ａからレンズの情報（焦点距離など）を取得し、事前設定されたＦ値及び対象物までの距離、そして、既知の撮像素子のサイズに基づいて合焦距離及び撮影画角を計算する。

【0069】

上記のレンズ情報１５１ｃを利用すると、ガイドパターン描画制御部１５２は、撮像装置１０２ａ、１０３ａの光軸から最も遠い位置に描画されるガイドパターンの構成部分を撮影画角の端に合わせること、或いは、撮影画角の内部に収めることが可能になる。

【0070】

例えば、図５に示した二次元パターン１２１の場合、ガイドパターン描画制御部１５２は、中央で交差する２本の直線の交点を光軸に合わせる。また、ガイドパターン描画制御部１５２は、外枠を形成する４本の直線のうち、２本の縦線（撮像素子の縦方向に延びた直線）を垂直画角に合わせ、２本横線（撮像素子の横方向に延びた直線）を水平画角に合わせる。

【0071】

図６に例示したレンズ情報１５１ｃのＮｏ．１のレンズが撮像装置１０２ａに装着されている場合、ガイドパターン描画制御部１５２は、水平方向に光軸から＋１１．２５°の位置を通る縦線、及び水平方向に光軸から－１１．２５°の位置を通る縦線を描画し、垂直方向に光軸から＋７．５°の位置を通る横線、及び垂直方向に光軸から－７．５°の位置を通る横線を描画する。このように、撮影画角に合わせてガイドパターンのサイズを調整することで、ガイドパターンから計測領域１０を認識可能になる。

【0072】

（ガイドパターンの例）
上記の説明では、矩形の外枠に十字の二本線を組み合わせた二次元パターン１２１、１３１を例示したが、本実施形態に係る三次元計測装置１００に適用可能なガイドパターンの形状はこれに限定されない。

【0073】

例えば、図７及び図８に示すような様々な形状のガイドパターンを適用することが可能である。図７は、ガイドパターンの例を示した第１の図表である。図８は、ガイドパターンの例を示した第２の図表である。なお、図７及び図８に示した図形はあくまでも例示であり、これらの図形の組み合わせ、これらの図形から切り取られる部分的な図形、その部分的な図形の組み合わせ、或いは、これらの図形から着想される任意の図形の適用についても本実施形態の技術的範囲に属する。

【0074】

まず、図７を参照する。図７に示した１５個の図形のうち、図形＃０１は円である。図形＃０１は楕円に変形できる。例えば、ガイドパターン描画制御部１５２は、ガイドパターンを楕円とする場合、水平画角に合わせて長軸を設定し、垂直画角に合わせて短軸を設定し、長軸と短軸との交点を光軸に一致させる。図形＃０２は、図形＃０１の一部である。円又は楕円は、中心又は中心を通る直線（長軸、短軸）に対して対称的な形状である。そのため、一部の形状から中心の位置を容易に推測することができる。

【0075】

図形＃３は、図形＃０１と同じ形状でサイズの異なる複数の図形を、中心を一致させて配置した図形である。図７には２つの円を同心円状に配置した例が示されているが、図形＃０３の変形例としては、３つ以上の円を同心円状に配置した図形や、２つ又は３つ以上の楕円を同心配置した図形がある。また、円と楕円とを組み合わせた図形や、図形＃０２のような部分図形の組み合わせも図形＃０３の変形例に含まれる。

【0076】

図形＃０４は、図形＃０１と中心点とを組み合わせた図形である。図形＃４の変形例としては、図形＃０２又は図形＃０３と中心点とを組み合わせた図形がある。図形＃０５は、図形＃０１の実線を鎖線又は点線で表現した図形である。図形＃０５の変形例としては、一点鎖線及び二点鎖線などの実線とは異なる線種で表現した図形がある。図形＃０６のように、図形＃０１－＃０４及びその変形例に対して、図形＃０５の表現を適用してもよい。

【0077】

図形＃０７は、４本の直線で描かれた矩形の枠線と、中心で直交する２本の直線とを含む、所謂「田の字」型の図形である。図形＃０７の変形例としては、枠線の形状を縦長又は横長の長方形にした図形や、全体又は枠線を４５°回転させた菱形の図形がある。また、中心で直交する２本の直線と枠線とが接しない図形、或いは、それら２本の直線が枠線と交差する図形も図形＃０７の変形例に含まれる。

【0078】

図形＃０８は、中心で直交する２本の直線で形成された図形である。２本の直線の長さは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。図形＃０８を適用する場合、ガイドパターン描画制御部１５２は、水平画角に合わせて横線の長さを調整し、垂直画角に合わせて縦線の長さを調整する。つまり、ガイドパターン描画制御部１５２は、中心から最も遠い図形上の点を水平画角及び垂直画角に基づいて設定する。

【0079】

図形＃０９は、図形＃０７の枠線に相当する図形である。図形＃０９の変形例としては、図形＃４と同様に図形＃０９と中心点とを組み合わせた図形がある。また、図形＃０３と同様に中心が一致するようにサイズの異なる複数の矩形を組み合わせた図形や、図形＃０２と同様に図形＃０９の第１象限及び第３象限に相当する部分を切り欠いた図形も図形＃０９の変形例に含まれる。

【0080】

図形＃１０は、図形＃０８を４５°回転させた図形である。２本の直線の長さは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。図形＃１０を適用する場合、ガイドパターン描画制御部１５２は、水平画角又は垂直画角に合わせて２本の直線の端点の位置を設定する。図形＃１０の変形例としては、２本の直線を中心で直交させず、撮影画角に応じた角度で交わるように設定した図形がある。例えば、ガイドパターン描画制御部１５２は、水平画角及び垂直画角に合う矩形の頂点を結ぶ２本の対角線を設定できる。

【0081】

図形＃１１は、中心で交わる３本以上の直線で形成された図形である。図形＃１２は、図形＃１１を形成する各線の頂点にドット（レーザ光の広がりで表現される点又は小径の円）を表示した図形である。図形＃１１を形成する各線の長さは、例えば、各線の交点を中心とする円又は楕円（図形＃０１及びその変形例）の内側に当接する長さに設定される。図形＃１３は、図形＃０８を形成する各線の頂点及び中心にドットを表示した図形である。

【0082】

図形＃１４は、図形＃０３の一部を切り欠いた図形である。図形＃１４は、例えば、図形＃０３を図形＃１０の線で切断し、中心の上下に位置する４本の曲線を除去した図形である。図形＃１５は、図形＃０９の枠内に収まる長さの複数の直線により形成されたメッシュ状の図形である。図形＃０９の変形例としては、図形＃０１の枠内に収まるように形成したメッシュ状の図形がある。

【0083】

次に、図８を参照する。図８には、９個の図形＃１６－＃２４が示されている。まず、図形＃１６－＃２１に注目する。図形＃１６－＃２１はいずれも、鉛直方向に沿って上方又は下方を指し示す図形（以下、指示図形）が含まれている。例えば、図形＃１６には、指示図形として、１つの頂点が鉛直上向きを指す三角形が含まれている。

【0084】

図５を参照しながら既に説明したように、三次元計測装置１００の位置を合わせる際、計測者は、対象物と三次元計測装置１００との間の距離に加え、三次元計測装置１００の傾き（Ｙ－Ｚ面内の回転）を調整する。このとき、図８に示した図形＃１６を適用すると、鉛直上向きを指し示す三角形の傾きを見ることで、計測者は、三次元計測装置１００が右方向に傾いているのか、左方向に傾いているのかを容易に把握することが可能になる。これにより、計測者は、三次元計測装置１００の傾きを容易に調整することができる。

【0085】

図形＃１７には、指示図形として、１つの頂点が鉛直下向きを指す三角形が含まれている。ガイドパターンとして図形＃１７を採用した場合も同様に、計測者は、鉛直下向きを指し示す三角形の傾きから三次元計測装置１００の傾き方向を容易に把握でき、その傾きを容易に調整することができる。なお、図形＃１６、＃１７では三角形を方向指示の指標としていたが、例えば、図形＃１８、＃１９のように先が丸い蒲鉾状の図形を方向指示の指標に利用することも可能である。

【0086】

また、図形＃１６－＃１８は、外枠の矩形と、三角形又は蒲鉾状の図形とを組み合わせた図形であるが、図形＃２０、＃２１のように外枠の矩形を省略する変形が可能である。また、三角形に代えて矢印を方向指示の指標に利用する変形が可能である。また、三角形、蒲鉾状の図形、矢印、それらを変形した方向指示の指標は、外枠の矩形と接していなくてもよい。また、図形＃１６－＃２１及びそれらを変形した方向指示の指標となる図形は、図７に示した各図形の少なくとも一部と組み合わせてもよい。

【0087】

次に、図８に示した図形＃２２－＃２４に注目し、複数の線分で形成される図形をガイドパターンとして利用する場合の好適な図形の設定方法について説明する。線分を含む図形は、これまで説明した図形の一部を切り取ること、或いは、複数の線分を組み合わせることにより生成されうる。

【0088】

例えば、図形＃２２は、上下に延びる２本の線分、及び、左側にある線分の下端と右側にある線分の上端とを結ぶ斜めの線分を有する。ガイドパターンとして２本の線分が描画されると、計測者は、光軸方向に対応する基準点が存在する範囲を認識することができる。また、２本の線分の幅が広いか狭いかによって、計測者は、対象物と三次元計測装置１００との間の距離が遠いか近いかを認識することができる。そのため、２本の線分だけを採用しても意味を成すが、ガイドパターンが斜めの線分を有することで、計測者は、ガイドパターンから基準点の位置を推測しやすくなる。

【0089】

図形＃２２の場合、２本の線分は、基準点を通る上下に延びた直線（縦鎖線）に対して対称に配置されている。また、斜めの線分は、基準点を通るように設定されている。そのため、計測者は、２本の線分の中間に位置し、２本の線分に平行な直線（縦鎖線に対応する直線）を推測し、その直線と斜めの線分との交点を基準点として推測することができる。また、図形＃２２の場合、２本の線分と斜めの線分とが交わる部分が鉛直方向の指示指標となるため、計測者は、これを三次元計測装置１００の傾き調整に利用できる。

【0090】

また、図形＃２３、＃２４のように、基準点又は基準点を通る直線についての対称性を有する図形の一部を切り出す場合（図形＃２３、＃２４は図形＃０９からの切り出し）に、基準点を挟んで対向する位置にある複数の要素を切り出すことで、計測者は、基準点の位置を推測しやすくなる。言い換えると、基準点を通る一の直線（例えば、横鎖線）について対称な要素群と、他の直線（例えば、縦鎖線）について対称な要素群とがあれば、計測者は、２本の直線及びそれら直線の交点（基準点）を推定することができる。このとき、２本の直線は交差していればよく、直交していなくてもよい。

【0091】

ここまで、図形＃０１－＃２４を例にガイドパターンの形状について説明したが、上記説明のように各図形には種々の変形が可能であり、ここで例示した図形の組み合わせ、その変形例についても当然に本実施形態の技術的範囲に属する。例えば、上記の説明で直線又は線分と表現した図形を点の集合で表現した図形に変形することが可能である。例えば、図形＃２４に示した４本の線分の頂点を含む点の集合は図形＃２４の一変形例である。

【0092】

［２．処理フロー］
次に、図９を参照しながら、制御装置１０５が実行する処理の流れについて説明する。図９は、制御装置が実行する処理の流れを示したフロー図である。

【0093】

（Ｓ１０１）ガイドパターン描画制御部１５２は、レンズ情報１５１ｃを参照し、対応レンズの撮影画角を取得する。なお、ガイドパターン描画制御部１５２は、撮像装置１０２ａ、１０３ａを介してレンズから取得されるレンズの情報に基づいて撮影画角を計算してもよい。

【0094】

（Ｓ１０２）ガイドパターン描画制御部１５２は、ガイドパターンの情報１５１ａを参照し、レーザプロジェクタ１０２ｂで描画する第１のガイドパターンと、レーザプロジェクタ１０３ｂで描画する第２のガイドパターンとを決定する。第１のガイドパターンと第２のガイドパターンとは異なるガイドパターンであってもよい。また、第１のガイドパターン及び第２のガイドパターンは、事前に固定値として設定されてもよいし、計測者が計測時に設定できるようにしてもよい。

【0095】

（Ｓ１０３）ガイドパターン描画制御部１５２は、第１のガイドパターン及び第２のガイドパターンの表現方法を決定する。第１のガイドパターンと第２のガイドパターンとを異なる表現にすると、第１のガイドパターンと第２のガイドパターンとが重なる部分で、注目している線が、いずれのガイドパターンの一部であるかを計測者が認識しやすくなる。表現方法としては、例えば、色、明滅、線の太さなどがある。

【0096】

例えば、ガイドパターン描画制御部１５２は、レーザプロジェクタ１０２ｂから出力されるレーザ光の色（以下、第１の色）と、レーザプロジェクタ１０３ｂから出力されるレーザ光の色（以下、第２の色）とを決定する。第１の色と第２の色とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、第１の色及び第２の色は、事前に固定値として設定されてもよいし、計測者が計測時に設定できるようにしてもよい。

【0097】

また、ガイドパターン描画制御部１５２は、第１のガイドパターン又は第２のガイドパターンを明滅させるか否かを決定する。例えば、第１の色と第２の色とが同じであっても、一方のガイドパターンが一定周期で明滅（例えば、１秒おきに０．５秒だけ消滅）すれば、注目している線が、いずれのガイドパターンの一部であるかを計測者が認識しやすくなる。明滅の有無は、事前に固定値として設定されてもよいし、計測者が計測時に設定できるようにしてもよい。

【0098】

また、ガイドパターン描画制御部１５２は、第１のガイドパターンと第２のガイドパターンとで線の太さを変えるか否かを決定する。例えば、第１の色と第２の色とが同じで、ガイドパターンの明滅がない場合でも、線の太さが異なれば、注目している線が、いずれのガイドパターンの一部であるかを計測者が認識しやすくなる。線の太さを変えるか否かは、事前に固定値として設定されてもよいし、計測者が計測時に設定できるようにしてもよい。

【0099】

上述した表現方法を適用できるか否かは、レーザプロジェクタ１０２ｂ、１０３ｂの機能によるため、実施の態様に応じて、適用可能な表現方法が選択されうる。また、レーザプロジェクタ１０２ｂ、１０３ｂに搭載されたレーザ光源の種類により、互いに異なる色のレーザ光が出力される仕様であれば、Ｓ１０３の処理は省略されてもよい。

【0100】

（Ｓ１０４）ガイドパターン描画制御部１５２は、レーザプロジェクタ１０２ｂを制御して第１のガイドパターンを描画し、レーザプロジェクタ１０３ｂを制御して第２のガイドパターンを描画する。このとき、ガイドパターン描画制御部１５２は、レンズ情報１５１ｃから取得した撮影画角（水平画角、垂直画角）に合わせて第１のガイドパターン及び第２のガイドパターンの描画サイズを調整する。

【0101】

（Ｓ１０５）ガイドパターン描画制御部１５２は、三次元計測装置１００の位置決めが完了したか否かを判定する。例えば、計測者が位置決め完了の操作を行った場合、或いは、計測者が計測開始の操作を行った場合、ガイドパターン描画制御部１５２は、位置決めが完了したと判定する。位置決めが完了した場合、処理はＳ１０６へと進む。一方、位置決めが完了していない場合、処理はＳ１０４へと進み、ガイドパターンの描画を継続する。

【0102】

（Ｓ１０６）ガイドパターン描画制御部１５２は、レーザプロジェクタ１０２ｂ、１０３ｂを制御してレーザ光の出力を停止し、ガイドパターンの描画を終了する。また、ガイドパターン描画制御部１５２は、位置決めの完了を計測用パターン投影制御部１５３に通知する。

【0103】

（Ｓ１０７）計測用パターン投影制御部１５３は、計測用パターンの情報１５１ｂから計測用パターンの画像データを取得する。また、計測用パターン投影制御部１５３は、取得した画像データをパターン投影機１０１に入力し、計測用パターンを投影する。計測用パターン投影制御部１５３は、計測用パターンの投影開始を計測部１５４に通知する。

【0104】

（Ｓ１０８）計測部１５４は、撮像装置１０２ａ、１０３ａを制御して、計測用パターンが投影された状態の対象物を撮像する。また、計測部１５４は、撮像装置１０２ａ、１０３ａから出力される撮像データを取得し、取得した撮像データに基づいて対象物の三次元計測を実施する。

【0105】

（Ｓ１０９）計測部１５４は、計測を継続するか否かを判定する。

【0106】

例えば、計測者が三次元計測装置１００を移動して別の角度から対象物を計測する場合など、別の位置からの三次元計測を継続する場合、計測部１５４は、計測者の操作（ガイドパターンの再表示操作など）に応じて、計測を継続すると判定する。この場合、計測部１５４は、計測の継続を計測用パターン投影制御部１５３及びガイドパターン描画制御部１５２に通知する。計測用パターン投影制御部１５３は、この通知に応じて計測用パターンの投影を停止する。また、処理はＳ１０４へと進む。

【0107】

一方、ある対象物の三次元計測作業が完了して計測者が計測を終える場合、計測部１５４は、計測者の操作（三次元計測装置１００の電源オフなど）に応じて、計測を継続しないと判定する。この場合、計測部１５４は、計測の終了を計測用パターン投影制御部１５３に通知する。計測用パターン投影制御部１５３は、この通知に応じて計測用パターンの投影を終了する。そして、図９に示した一連の処理は終了する。

【0108】

上記のように、対象物に対して二次元的な広がりを持った目に見えるガイドパターンを表示することで、計測者がガイドパターンを見失うことが少なくなる。また、ガイドパターンのサイズから、計測者が三次元計測装置１００と対象物との間の距離を容易に推測できるようになり、三次元計測装置１００の位置調整が容易になる。また、ガイドパターンの傾きから三次元計測装置１００の傾きを推測することが容易になり、三次元計測装置１００の傾き調整が容易になる。その結果、計測者は、三次元計測装置１００を効率良く移動させて容易に好適な撮影範囲へと対象物を導入することが可能になる。サイズが小さい物、細い物、複雑な凹凸がある物、或いはそれらの一部を対象にする場合には、上記のようなガイドパターンを目に見える形で表示することが特に有効である。

【0109】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属する。

【0110】

例えば、上記の説明では、ガイドパターンを表示する手段として、レーザ光走査式プロジェクタを例に挙げたが、レーザ光走査式プロジェクタ以外の任意の光源を適用することも可能である。ガイドパターンを表示する手段として、例えば、液晶やＤＭＤ（Digital Mirror Device）を利用して画像を投影するタイプのプロジェクタを適用することも可能である。このタイプのプロジェクタを適用する場合、撮像装置１０２ａ、１０３ａの光軸が交わる位置の近傍に焦点を合わせることで、レーザ光走査式プロジェクタと同様に利用することが可能になる。但し、レーザ光のように線幅が狭く直進性の高い光を出力可能な光源を利用することで、焦点を合わせる手間を省略できるというメリットが得られる。

【0111】

また、上記の説明では、撮像装置１０２ａ、１０３ａに単焦点レンズを装着することを想定して説明したが、撮像装置１０２ａ、１０３ａにズームレンズが装着されていてもよい。ズームレンズを適用する場合でも、計測に利用する焦点距離が設定されれば、単焦点レンズを適用する場合と同様に、合焦範囲及び撮影画角を計算することができ、上述した方法（レンズ情報１５１ｃに基づく制御）を同様に適用できる。

【0112】

これらの変形例についても当然に本実施形態の技術的範囲に属する。

【符号の説明】

【0113】

１０ 計測領域
２０ａ、２０ｂ 対象物
１００ 三次元計測装置
１０１ パターン投影機
１０２ａ、１０３ａ 撮像装置
１０２ｂ、１０３ｂ レーザプロジェクタ
１０４ａ、１０４ｂ 支持部材
１０５ 制御装置
１２１、１３１ 二次元パターン
１５１ 記憶部
１５１ａ ガイドパターンの情報
１５１ｂ 計測用パターンの情報
１５１ｃ レンズ情報
１５２ ガイドパターン描画制御部
１５３ 計測用パターン投影制御部
１５４ 計測部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】