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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-07-03
(45)【発行日】2025-07-11
(54)【発明の名称】画像取得装置、及び、画像取得方法
(51)【国際特許分類】
G01S 17/89 20200101AFI20250704BHJP
G01B 11/25 20060101ALI20250704BHJP
G01S 7/481 20060101ALI20250704BHJP
【ＦＩ】
G01S17/89
G01B11/25 H
G01S7/481 A
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2025526616
(86)(22)【出願日】2023-11-09
(86)【国際出願番号】 JP2023040319
【審査請求日】2025-05-09
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003166
【氏名又は名称】弁理士法人山王内外特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】吉岐 航
(72)【発明者】
【氏名】今城 勝治
【審査官】渡辺 慶人
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１６／１３６８０１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０２０／２１８２８２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１９－１２０６４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１１／００６８２６８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】大田 和樹 ほか，シフトパターン変調によるシングルピクセルイメージング，２０１９年 第８０回応用物理学会秋季学術講演会［講演予稿集］，日本，公益社団法人応用物理学会[DVD-ROM]，2019年04月04日，Page: 03-263，ISBN: 978-4-86348-715-4
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｓ ７／００ － ７／５１
１７／００ － １７／９５
Ｇ０１Ｂ １１／００ － １１／３０
Ｇ０１Ｃ ３／００ － ３／３２
Ｇ０１Ｎ ２１／００ － ２１／０１
２１／１７ － ２１／６１
ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の区画を用いて形成されている２次元パターンが付与された照明パターン、及び、当該照明パターンを照射面に沿ってシフトさせたシフト照明パターン、を計測対象に照射する、照明システム部と、前記照明システム部により前記照明パターン及び前記シフト照明パターンが前記計測対象に照射された場合における前記計測対象からの光を、単画素光検出器を介して受光する、受信部と、
前記受信部により受光された光に基づく受信信号を取得し、前記計測対象が前記照明パターン上を通った場合における受信信号の変化及び前記計測対象が前記シフト照明パターン上を通った場合における受信信号の変化に基づいて、前記計測対象の２次元画像を生成する、信号処理部と、
を備えた画像取得装置。
【請求項2】
前記照明システム部は、光源部と、
前記光源部から射出された光に２次元パターンを付与するパターン生成部と、
前記パターン生成部により２次元パターンを付与された光を計測対象上に投影する照明光学系と、
前記照明光学系によって生成される照明パターンをシフトさせる照明パターンシフト部と、
を備え、
前記パターン生成部は、前記光源部から射出された光に単一の前記２次元パターンを付与する静的な構造により構成されており、
前記照明システム部は、前記照明パターンと、前記照明パターンシフト部により前記照明パターンをシフトさせた一つ以上のシフト照明パターンとを、時間経過に応じて切り替えながら照射する、
ことを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。
【請求項3】
移動する前記計測対象を計測するように前記画像取得装置が設置された状態において、前記照明パターンのシフト方向は、前記計測対象の移動方向に対する垂直方向であり、前記照明システム部が照射する前記照明パターン及び前記シフト照明パターンは、
前記計測対象の移動速度がｖ、
前記照明パターンにおける前記計測対象の移動方向に対する垂直方向の区画間隔がｄｙ、
前記照明パターンにおける前記計測対象の移動方向に対する水平方向の区画間隔がｄｘ、
前記信号処理部から出力される２次元画像の垂直方向の画素間隔に相当する計測対象上での長さがｄ’ｙ、
前記信号処理部から出力される２次元画像の水平方向の画素間隔に相当する計測対象上での長さがｄ’ｘ、
係数ρyがρｙ＝ｄｙ／ｄ’ｙ、
係数ρｘがρｘ＝ｄｘ／ｄ’ｘ
と定義される場合に、
前記シフト照明パターンの数Ｎは、Ｎ＞＝２＊ρｙ－１という条件を満たし、
前記シフト照明パターンの垂直方向のシフト間隔Δｄｙは、Δｄｙ＜＝ｄｙ／ρｙという関係を満たし、
前記シフト照明パターンの垂直方向の最大シフト距離ｄｙ，ｍａｘは、ｄｙ，ｍａｘ＞＝Δｄｙ＊Ｎという関係を満たし、
前記計測対象が前記照明パターンの１区画を通過する間の信号取得回数Ｎｓは、Ｎｓ＞＝ρｘ＊（Ｎ＋１）回という関係を満たす、
ことを特徴とする請求項２に記載の画像取得装置。
【請求項4】
前記照明システム部が照射する前記照明パターンは、前記照明パターンの垂直方向の区画数がＭｙ、
前記照明パターンの水平方向の区画数がＭｘ、
前記信号処理部から出力される２次元画像の垂直方向の画素数がＭ’ｙ、
前記信号処理部から出力される２次元画像の水平方向の画素数がＭ’ｘ
と定義される場合に、
前記照明パターンの垂直方向の区画数Ｍｙは、Ｍｙ＞＝Ｍ’ｙ／ρｙ＋ｄｙ，ｍａｘ／ｄｙという関係を満たし、
前記照明パターンの水平方向の区画数Ｍｘは、Ｍｘ＞＞Ｍ’ｘ／ρｘという関係を満たす、
ことを特徴とする請求項３に記載の画像取得装置。
【請求項5】
前記係数ρｙと前記係数ρｘのいずれかが２以上であり、 前記信号処理部は、前記受信信号に対して、当該受信信号に基づく画像の解像度を向上させる解像度向上処理を施す、
ことを特徴とする請求項４に記載の画像取得装置。
【請求項6】
前記計測対象と前記照明パターンの水平方向の相対位置と、前記計測対象と前記シフト照明パターンの水平方向の相対位置とは、 前記照明パターンと前記シフト照明パターンとの切り替えに伴って変化しない、
ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の画像取得装置。
【請求項7】
前記シフト照明パターンのシフト方向を変化させるパターン移動部を備えた、ことを特徴とする請求項６に記載の画像取得装置。
【請求項8】
前記照明システム部は、光源部と、
前記光源部から射出された光に２次元パターンを付与するパターン生成部と、
前記パターン生成部により２次元パターンを付与された光を計測対象上に投影する照明光学系と、
前記照明光学系によって生成される照明パターンをシフトさせる照明パターンシフト部と、
を備え、
前記受信部は、前記照明システム部により前記照明パターン及び前記シフト照明パターンが前記計測対象に照射された場合における前記計測対象からの光を受光する、複数の前記単画素光検出器を備え、
前記パターン生成部は、前記光源部から射出された光に単一の前記２次元パターンを付与する静的な構造により構成されており、
前記照明システム部は、前記照明パターンと、前記照明パターンシフト部により前記照明パターンをシフトさせた一つ以上のシフト照明パターンとを、同時に照射し、
複数の前記単画素光検出器は、前記照明パターンと前記シフト照明パターンとをそれぞれ別に検出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。
【請求項9】
移動する前記計測対象を計測するように前記画像取得装置が設置された状態において、前記照明パターンのシフト方向は、前記計測対象の移動方向に対する垂直方向であり、前記照明システム部が照射する前記照明パターン及び前記シフト照明パターンは、
前記計測対象の移動速度がｖ、
前記照明パターンにおける前記計測対象の移動方向に対する垂直方向の区画間隔がｄｙ、
前記照明パターンにおける前記計測対象の移動方向に対する水平方向の区画間隔がｄｘ、
前記信号処理部から出力される２次元画像の垂直方向の画素間隔に相当する計測対象上での長さがｄ’ｙ、
前記信号処理部から出力される２次元画像の水平方向の画素間隔に相当する計測対象上での長さがｄ’ｘ、
係数ρｙがρｙ＝ｄｙ／ｄ’ｙ、
係数ρｘがρｘ＝ｄｘ／ｄ’ｘ、
と定義された場合に、
前記シフト照明パターンの数Ｎは、Ｎ＞＝２＊ρｙ－１という条件を満たし、
前記シフト照明パターンの垂直方向のシフト間隔Δｄｙは、Δｄｙ＜＝ｄｙ／ρｙという関係を満たし、
前記シフト照明パターンの垂直方向の最大シフト距離ｄｙ，ｍａｘは、ｄｙ，ｍａｘ＞＝Δｄｙ＊Ｎという関係を満たす
ことを特徴とする請求項８に記載の画像取得装置。
【請求項10】
前記照明システム部が照射する前記照明パターンは、前記照明パターンの垂直方向の区画数をＭｙ、
前記照明パターンの水平方向の区画数をＭｘ、
前記信号処理部から出力される２次元画像の垂直方向の画素数をＭ’ｙ、
前記信号処理部から出力される２次元画像の水平方向の画素数をＭ’ｘ、
と定義された場合に、
前記照明パターンの垂直方向の区画数Ｍｙは、Ｍｙ＞＝Ｍ’ｙ／ρｙ＋ｄｙ，ｍａｘ／ｄｙという関係を満たし、
前記照明パターンの垂直方向の区画数Ｍｘは、Ｍｘ＞＞Ｍ’ｘ／ρｘという関係を満たす、
ことを特徴とする請求項９に記載の画像取得装置。
【請求項11】
前記係数ρｙと前記係数ρｘのいずれかが２以上であり、 前記信号処理部は、前記受信信号に対して、当該受信信号に基づく画像の解像度を向上させる解像度向上処理を施す、
ことを特徴とする請求項１０に記載の画像取得装置。
【請求項12】
画像取得装置による画像取得方法であって、前記画像取得装置が、複数の区画を用いて形成されている２次元パターンが付与された照明パターン、及び、当該照明パターンをパターン面に沿ってシフトさせたシフト照明パターン、を計測対象に照射し、
前記画像取得装置が、前記照明パターン及び前記シフト照明パターンが照射された前記計測対象からの光を、単画素光検出器を介して受光し、
前記画像取得装置が、前記単画素光検出器を介して受光された光に基づく受信信号を取得し、前記計測対象が前記照明パターン上を通った場合における受信信号の変化及び前記計測対象が前記シフト照明パターン上を通った場合における受信信号の変化に基づいて、前記計測対象の２次元画像を生成する、
画像取得方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示技術は、２次元パターンを用いて形成した照明パターンを照射して計測対象の画像を取得する画像取得技術に関する。
【背景技術】
【0002】
画像取得技術の中には、シングルピクセルイメージング（Ｓｉｎｇｌｅ ｐｉｘｅｌ ｉｍａｇｉｎｇ： ＳＰＩ）と呼ばれる技術がある。ＳＰＩでは多数の２次元の照明パターンを計測対象へ照射し、計測対象からの反射光・散乱光を単画素検出器で記録する。照明した２次元パターンと受信信号強度とを対応付け、その情報に信号処理を掛けることで、単画素検出器のみを用いているにも関わらず、計測対象の２次元画像を取得できる。ＳＰＩは、２次元アレイ検出器が高価もしくは実現困難な波長帯において特に有用な技術である一方、多数の２次元パターンを生成するために、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ ｄｅｖｉｃｅ）といった、表示パターンを動的に制御可能な空間光変調器を要する。
【0003】
これに対し、非特許文献１には、等速移動する計測対象に対して、単一の照明パターンを照射するだけで、計測対象の２次元画像を取得する技術が記載されている。計測対象の等速移動に伴って、計測対象と照明パターンとの位置関係が変化する。これにより、計測対象に照射される見かけの照明パターン（以下、照明フレームとも記載する）が変化するため、一般的なＳＰＩと同様の原理で２次元画像を取得できる。この構成では、単一の照明パターンで十分となるため、照明パターンを動的に変化させる必要がなくなり、ＤＭＤなどの空間光変調器が不要になる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0004】
【文献】Ｏｔａ ｅｔ ａｌ．， Ｓｃｉｅｎｃｅ ３６０， １２４６-１２５１ （２０１８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、非特許文献１に示されるような構成でＳＰＩを行う場合、見かけの照明パターン（照明フレーム）の数は、照明パターンの計測対象移動方向の長さに比例するため、画像取得精度を確保するために照明フレーム数を増やすほど、照明パターンのサイズが増大してしまうといった課題があった。
【0006】
本開示は、上記課題を解決するもので、単一の照明パターンを用いて計測対象の２次元画像を取得する場合において、照明パターンのサイズが増大してしまうことを抑制しつつ、見かけの照明パターン（照明フレーム）の数を増加させる技術を提供する、ことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の画像取得装置は、
複数の区画を用いて形成されている２次元パターンが付与された照明パターン、及び、当該照明パターンを照射面に沿ってシフトさせたシフト照明パターン、を計測対象に照射する、照明システム部と、
前記照明システム部により前記照明パターン及び前記シフト照明パターンが前記計測対象に照射された場合における前記計測対象からの光を、単画素光検出器を介して受光する、受信部と、
前記受信部により受光された光に基づく受信信号を取得し、前記計測対象が前記照明パターン上を通った場合における受信信号の変化及び前記計測対象が前記シフト照明パターン上を通った場合における受信信号の変化に基づいて、前記計測対象の２次元画像を生成する、信号処理部と、
を備えた。
複数の区画を用いて形成されている２次元パターンが付与された照明パターン、及び、当該照明パターンを照射面に沿ってシフトさせたシフト照明パターン、を計測対象に照射する、照明システム部と、
前記照明システム部により前記照明パターン及び前記シフト照明パターンが前記計測対象に照射された場合における前記計測対象からの光を、単画素光検出器を介して受光する、受信部と、
前記受信部により受光された光に基づく受信信号を取得し、前記計測対象が前記照明パターン上を通った場合における受信信号の変化及び前記計測対象が前記シフト照明パターン上を通った場合における受信信号の変化に基づいて、前記計測対象の２次元画像を生成する、信号処理部と、
を備えた。
【発明の効果】
【0008】
本開示によれば、単一の照明パターンを用いて計測対象の２次元画像を取得する場合において、照明パターンのサイズが増大してしまうことを抑制しつつ、見かけの照明パターン（照明フレーム）の数を増加させることが可能になる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
本開示の画像取得装置は、２次元パターンで計測対象を照明し、計測対象からの照明光の反射及び散乱を単画素検出器で捉えることで、計測対象の２次元画像を得る、ＳＰＩ技術を活用したものである。
一般的なＳＰＩでは、多数の照明パターンを計測対象に対して照射し、それに対応する受信信号強度を記録する。古典的には、計測対象の画像を完全に取得するためには、照明パターンの数が、取得する画像の総画素数（解像度が６４０ｘ４８０ならば総画素数は６４０ｘ４８０）よりも多い必要がある。圧縮センシングの原理を利用した信号処理手法の適用により、必要な照明パターンの数を減らすことは可能だが、画像取得精度を高めるためには、依然としてある一定の数以上の照明パターンが必要となる。
また、既に説明したように、非特許文献１に示されるような構成でＳＰＩを行う場合、見かけの照明パターン（照明フレーム）の数は、照明パターンの計測対象移動方向の長さに比例するため、画像取得精度を確保するために照明フレーム数を増やすほど、照明パターンのサイズが増大してしまう。
本開示の画像取得装置は、単一の照明パターンを用いて計測対象の２次元画像を取得する場合において、照明パターンのサイズが増大してしまうことを抑制しつつ、見かけの照明パターン（照明フレーム）の数を増加させることを可能にする。
以下、本開示をより詳細に説明するために、本開示の実施の形態について、添付の図面に従って説明する。
一般的なＳＰＩでは、多数の照明パターンを計測対象に対して照射し、それに対応する受信信号強度を記録する。古典的には、計測対象の画像を完全に取得するためには、照明パターンの数が、取得する画像の総画素数（解像度が６４０ｘ４８０ならば総画素数は６４０ｘ４８０）よりも多い必要がある。圧縮センシングの原理を利用した信号処理手法の適用により、必要な照明パターンの数を減らすことは可能だが、画像取得精度を高めるためには、依然としてある一定の数以上の照明パターンが必要となる。
また、既に説明したように、非特許文献１に示されるような構成でＳＰＩを行う場合、見かけの照明パターン（照明フレーム）の数は、照明パターンの計測対象移動方向の長さに比例するため、画像取得精度を確保するために照明フレーム数を増やすほど、照明パターンのサイズが増大してしまう。
本開示の画像取得装置は、単一の照明パターンを用いて計測対象の２次元画像を取得する場合において、照明パターンのサイズが増大してしまうことを抑制しつつ、見かけの照明パターン（照明フレーム）の数を増加させることを可能にする。
以下、本開示をより詳細に説明するために、本開示の実施の形態について、添付の図面に従って説明する。
【0011】
実施の形態１．
実施の形態１においては、本開示の基本的な形態を説明する。
実施の形態１においては、本開示の基本的な形態を説明する。
【0012】
【0013】
画像取得装置１００は、複数の区画を用いて形成されている２次元パターンが付与された照明パターン、及び、当該照明パターンを照射面に沿ってシフトさせたシフト照明パターン、を計測対象に照射し、前記照明パターン及び前記シフト照明パターンが前記計測対象に照射された場合における前記計測対象からの光を、単画素光検出器を介して受光し、受光された光に基づく受信信号を取得し、前記計測対象が前記照明パターン上を通った場合における受信信号の変化及び前記計測対象が前記シフト照明パターン上を通った場合における受信信号の変化に基づいて、前記計測対象の２次元画像を生成する。
図１に示す画像取得装置１００は、照明システム部１１０、受信部１３０、及び、信号処理部１５０、を含み構成されている。
図１に示す画像取得装置１００は、照明システム部１１０、受信部１３０、及び、信号処理部１５０、を含み構成されている。
【0014】
照明システム部１１０は、複数の区画を用いて形成されている２次元パターンが付与された照明パターン、及び、当該照明パターンを照射面に沿ってシフトさせたシフト照明パターン、を計測対象に照射する。
照射面は、例えば、画像取得装置１００により画像を取得しようとする対象である計測対象が存在する面または通過する面と同一または略同一の面である。また、例えば、計測対象を移動させるための移動面と同一または略同一の面である。
照射面は、画像取得装置１００により画像を取得しようとする計測対象の画像を取得できるような領域に対し照明パターン及びシフト照明パターンを照射できるように設定されていればよい。
照射面は、例えば、画像取得装置１００により画像を取得しようとする対象である計測対象が存在する面または通過する面と同一または略同一の面である。また、例えば、計測対象を移動させるための移動面と同一または略同一の面である。
照射面は、画像取得装置１００により画像を取得しようとする計測対象の画像を取得できるような領域に対し照明パターン及びシフト照明パターンを照射できるように設定されていればよい。
【0015】
照明パターンは、例えば、矩形の照射領域において、当該領域が周期的に区切られた複数の区画を用いて付与された２次元パターンの構造を有する。照明パターンは、複数の区画ごとに光を通すまたは通さないといった形態で形成される。
シフト照明パターンは、照明パターンを照射面に沿ってシフトされて照射されたものである。シフト照明パターンは、例えば、画像取得装置１００により画像を取得しようとする対象である計測対象が移動しているものである場合、計測対象の移動面の移動方向（後述する図３等に示す移動方向２５０）に対して垂直方向（後述する図３等に示す方向α）にシフトされて照射されたパターンである。
すなわち、前記計測対象と前記照明パターンの水平方向の相対位置と、前記計測対象と前記シフト照明パターンの水平方向の相対位置とは、変化しない。
照明パターンとシフト照明パターンとは、光に単一の２次元パターンを付与して形成されている。
シフト照明パターンは、照明パターンを照射面に沿ってシフトされて照射されたものである。シフト照明パターンは、例えば、画像取得装置１００により画像を取得しようとする対象である計測対象が移動しているものである場合、計測対象の移動面の移動方向（後述する図３等に示す移動方向２５０）に対して垂直方向（後述する図３等に示す方向α）にシフトされて照射されたパターンである。
すなわち、前記計測対象と前記照明パターンの水平方向の相対位置と、前記計測対象と前記シフト照明パターンの水平方向の相対位置とは、変化しない。
照明パターンとシフト照明パターンとは、光に単一の２次元パターンを付与して形成されている。
【0016】
照明システム部１１０は、例えば、光源、光にパターンを付与する構成、照明光学系、を含み構成されている。
【0017】
受信部１３０は、前記照明システム部により前記照明パターン及び前記シフト照明パターンが前記計測対象に照射された場合における前記計測対象からの光を、単画素光検出器を介して受光する。
受信部１３０は、例えば、単画素光検出器を含み構成されている。
受信部１３０は、例えば、単画素光検出器を含み構成されている。
【0018】
信号処理部１５０は、前記受信部により受光された光に基づく受信信号を取得し、前記計測対象が前記照明パターン上を通った場合における受信信号の変化及び前記計測対象が前記シフト照明パターン上を通った場合における受信信号の変化に基づいて、前記計測対象の２次元画像を生成する。
【0019】
画像取得装置１００は、上記構成以外に、図示しない制御部、図示しない記憶部、および、図示しない通信部、を含み構成されている。
図示しない制御部は、画像取得装置１００全体および各構成部に対する制御を行う。図示しない制御部は、例えば外部からの指令に従って画像取得装置１００を起動させる。また、図示しない制御部は、画像取得装置１００の状態（動作状態＝起動、シャットダウン、スリープなどの状態）を制御する。
図示しない記憶部は、画像取得装置１００に用いられる各データを記憶する。図示しない記憶部は、例えば、画像取得装置１００における各構成部による出力（出力されたデータ）を記憶し、構成部ごとに要求されたデータを要求元の構成部へ宛てて出力する。
図示しない通信部は、外部の装置との間で通信を行う。例えば画像取得装置１００（１００Ａ）と周辺装置（例えば表示装置）との間で通信を行う。例えば画像取得装置１００と表示装置とが有線接続されていない場合、図示しない通信部は、画像取得装置１００と表示装置との間の通信を行う機能を有する。また、図示しない通信部は、外部装置であるサーバ装置との間の通信を行う機能を有する。
図示しない制御部、図示しない記憶部、および、図示しない通信部はそれぞれ、後述する実施の形態においても同様である。
図示しない制御部は、画像取得装置１００全体および各構成部に対する制御を行う。図示しない制御部は、例えば外部からの指令に従って画像取得装置１００を起動させる。また、図示しない制御部は、画像取得装置１００の状態（動作状態＝起動、シャットダウン、スリープなどの状態）を制御する。
図示しない記憶部は、画像取得装置１００に用いられる各データを記憶する。図示しない記憶部は、例えば、画像取得装置１００における各構成部による出力（出力されたデータ）を記憶し、構成部ごとに要求されたデータを要求元の構成部へ宛てて出力する。
図示しない通信部は、外部の装置との間で通信を行う。例えば画像取得装置１００（１００Ａ）と周辺装置（例えば表示装置）との間で通信を行う。例えば画像取得装置１００と表示装置とが有線接続されていない場合、図示しない通信部は、画像取得装置１００と表示装置との間の通信を行う機能を有する。また、図示しない通信部は、外部装置であるサーバ装置との間の通信を行う機能を有する。
図示しない制御部、図示しない記憶部、および、図示しない通信部はそれぞれ、後述する実施の形態においても同様である。
【0020】
［動作］
画像取得装置の処理例を説明する。
画像取得装置の処理例を説明する。
【0021】
図２は、本開示の実施の形態１に係る画像取得装置１００の基本的な動作の一例を示す図である。
図２に示す処理は、画像取得装置１００による画像取得方法である。
例えば、図１に示す画像取得装置は、装置外部から動作開始を指令されることにより、図２に示す処理を開始する。または、計測対象が存在することを検知した場合に、図２に示す処理を開始する。
図２に示す処理は、画像取得装置１００による画像取得方法である。
例えば、図１に示す画像取得装置は、装置外部から動作開始を指令されることにより、図２に示す処理を開始する。または、計測対象が存在することを検知した場合に、図２に示す処理を開始する。
【0022】
画像取得装置１００は、まず、２次元パターンを付与した光を照射する。
照射処理において、画像取得装置１００の照明システム部１１０は、照明パターン及びシフト照明パターンを照射する（ステップＳＴ１１００）。
具体的には、照明システム部１１０は、複数の区画を用いて形成されている２次元パターンが付与された照明パターン、及び、当該照明パターンを照射面に沿ってシフトさせたシフト照明パターン、を計測対象に照射する。
照射処理において、画像取得装置１００の照明システム部１１０は、照明パターン及びシフト照明パターンを照射する（ステップＳＴ１１００）。
具体的には、照明システム部１１０は、複数の区画を用いて形成されている２次元パターンが付与された照明パターン、及び、当該照明パターンを照射面に沿ってシフトさせたシフト照明パターン、を計測対象に照射する。
【0023】
画像取得装置１００は、次いで、光を受信（ステップＳＴ１２００）する。
ステップＳＴ１２００において、画像取得装置１００の受信部１３０は、前記照明システム部１１０により前記照明パターン及び前記シフト照明パターンが前記計測対象に照射された場合における前記計測対象からの光を、単画素光検出器を介して受光する。
受信部１３０は、受光した光を受信信号として信号処理部１５０へ出力する。
ステップＳＴ１２００において、画像取得装置１００の受信部１３０は、前記照明システム部１１０により前記照明パターン及び前記シフト照明パターンが前記計測対象に照射された場合における前記計測対象からの光を、単画素光検出器を介して受光する。
受信部１３０は、受光した光を受信信号として信号処理部１５０へ出力する。
【0024】
画像取得装置１００は、次いで、受信信号処理（ステップＳＴ１３００）を実行する。
受信信号処理において、画像取得装置１００の信号処理部１５０は、前記受信部１３０により受光された光に基づく受信信号を取得し、照明パターンに係る受信信号に対する信号処理を行うとともに、シフト照明パターンに係る受信信号に対する信号処理を行う。
信号処理部１５０は、照明パターン全体のうちの撮像対象が存在するであろう見かけの照明パターン（照明フレーム）と照明パターン受信信号に示される画素とを対応付ける。
また、信号処理部１５０は、シフト照明パターン全体のうちの撮像対象が存在するであろう見かけの照明パターン（照明フレーム）とシフト照明パターンに係る受信信号に示される画素とを対応付ける。
受信信号処理において、画像取得装置１００の信号処理部１５０は、前記受信部１３０により受光された光に基づく受信信号を取得し、照明パターンに係る受信信号に対する信号処理を行うとともに、シフト照明パターンに係る受信信号に対する信号処理を行う。
信号処理部１５０は、照明パターン全体のうちの撮像対象が存在するであろう見かけの照明パターン（照明フレーム）と照明パターン受信信号に示される画素とを対応付ける。
また、信号処理部１５０は、シフト照明パターン全体のうちの撮像対象が存在するであろう見かけの照明パターン（照明フレーム）とシフト照明パターンに係る受信信号に示される画素とを対応付ける。
【0025】
画像取得装置１００は、次いで、信号統合処理（ステップＳＴ１４００）を実行する。
信号統合処理において、画像取得装置１００の信号処理部１５０は、受信信号処理後の照明パターンに係る受信信号と、受信信号処理後のシフト照明パターンに係る受信信号と、を統合する。信号処理部１５０は、例えば、単に受信信号処理後の照明パターンに係る受信信号と、受信信号処理後のシフト照明パターンに係る受信信号と、を前後に連結するようにして統合する。
信号統合処理において、画像取得装置１００の信号処理部１５０は、受信信号処理後の照明パターンに係る受信信号と、受信信号処理後のシフト照明パターンに係る受信信号と、を統合する。信号処理部１５０は、例えば、単に受信信号処理後の照明パターンに係る受信信号と、受信信号処理後のシフト照明パターンに係る受信信号と、を前後に連結するようにして統合する。
【0026】
画像取得装置１００は、次いで、画像生成処理（ステップＳＴ１５００）を実行する。
画像生成処理において、画像取得装置１００の信号処理部１５０は、信号統合処理後の受信信号を用いて、画像を生成する。
画像生成処理において、画像取得装置１００の信号処理部１５０は、信号統合処理後の受信信号を用いて、画像を生成する。
【0027】
画像取得装置１００は、次いで、画像出力処理（ステップＳＴ１６００）を実行する。
画像出力処理において、画像取得装置１００の信号処理部１５０は、生成した画像を出力する。画像取得装置１００は、例えば、装置外部へ出力する。または、図示しない表示装置へ出力する。
画像出力処理において、画像取得装置１００の信号処理部１５０は、生成した画像を出力する。画像取得装置１００は、例えば、装置外部へ出力する。または、図示しない表示装置へ出力する。
【0028】
画像取得装置は、次いで、終了判定処理（ステップＳＴ１７００）へ移行する。
終了判定処理において、画像取得装置の図示しない制御部は、画像取得装置の処理を終了するかを判定する。図示しない制御部は、例えば、外部からの終了指令または実行プログラムにしたがって画像取得装置の処理を終了するかを判定する。
図示しない制御部が画像取得装置の処理を終了しないと判定した場合（ステップＳＴ１７００“ＮＯ”）、ステップＳＴ１２００の処理へ移行し、ステップＳＴ１２００の処理から繰り返し処理を行う。
図示しない制御部が画像取得装置の処理を終了すると判定した場合（ステップＳＴ１７００“ＹＥＳ”）、画像取得装置は処理を終了する。
終了判定処理において、画像取得装置の図示しない制御部は、画像取得装置の処理を終了するかを判定する。図示しない制御部は、例えば、外部からの終了指令または実行プログラムにしたがって画像取得装置の処理を終了するかを判定する。
図示しない制御部が画像取得装置の処理を終了しないと判定した場合（ステップＳＴ１７００“ＮＯ”）、ステップＳＴ１２００の処理へ移行し、ステップＳＴ１２００の処理から繰り返し処理を行う。
図示しない制御部が画像取得装置の処理を終了すると判定した場合（ステップＳＴ１７００“ＹＥＳ”）、画像取得装置は処理を終了する。
【0029】
本実施の形態に係る本開示の画像取得装置は、例えば、以下のように構成されたものである。
複数の区画を用いて形成されている２次元パターンが付与された照明パターン、及び、当該照明パターンを照射面に沿ってシフトさせたシフト照明パターン、を計測対象に照射する、照明システム部と、
前記照明システム部により前記照明パターン及び前記シフト照明パターンが前記計測対象に照射された場合における前記計測対象からの光を、単画素光検出器を介して受光する、受信部と、
前記受信部により受光された光に基づく受信信号を取得し、前記計測対象が前記照明パターン上を通った場合における受信信号の変化及び前記計測対象が前記シフト照明パターン上を通った場合における受信信号の変化に基づいて、前記計測対象の２次元画像を生成する、信号処理部と、
を備えた画像取得装置。
これにより、本開示は、単一の照明パターンを用いて計測対象の２次元画像を取得する場合において、照明パターンのサイズが増大してしまうことを抑制しつつ、見かけの照明パターン（照明フレーム）の数を増加させることを可能にする、画像取得装置を提供することができる、という効果を奏する。
複数の区画を用いて形成されている２次元パターンが付与された照明パターン、及び、当該照明パターンを照射面に沿ってシフトさせたシフト照明パターン、を計測対象に照射する、照明システム部と、
前記照明システム部により前記照明パターン及び前記シフト照明パターンが前記計測対象に照射された場合における前記計測対象からの光を、単画素光検出器を介して受光する、受信部と、
前記受信部により受光された光に基づく受信信号を取得し、前記計測対象が前記照明パターン上を通った場合における受信信号の変化及び前記計測対象が前記シフト照明パターン上を通った場合における受信信号の変化に基づいて、前記計測対象の２次元画像を生成する、信号処理部と、
を備えた画像取得装置。
これにより、本開示は、単一の照明パターンを用いて計測対象の２次元画像を取得する場合において、照明パターンのサイズが増大してしまうことを抑制しつつ、見かけの照明パターン（照明フレーム）の数を増加させることを可能にする、画像取得装置を提供することができる、という効果を奏する。
【0030】
本実施の形態に係る本開示の画像取得方法は、例えば、以下のように構成されたものである。
画像取得装置による画像取得方法であって、
前記画像取得装置が、複数の区画を用いて形成されている２次元パターンが付与された照明パターン、及び、当該照明パターンをパターン面に沿ってシフトさせたシフト照明パターン、を計測対象に照射し、
前記画像取得装置が、前記照明パターン及び前記シフト照明パターンが照射された前記計測対象からの光を、単画素光検出器を介して受光し、
前記画像取得装置が、前記単画素光検出器を介して受光された光に基づく受信信号を取得し、前記計測対象が前記照明パターン上を通った場合における受信信号の変化及び前記計測対象が前記シフト照明パターン上を通った場合における受信信号の変化に基づいて、前記計測対象の２次元画像を生成する、
画像取得方法。
これにより、本開示は、単一の照明パターンを用いて計測対象の２次元画像を取得する場合において、照明パターンのサイズが増大してしまうことを抑制しつつ、見かけの照明パターン（照明フレーム）の数を増加させることを可能にする、画像取得方法を提供することができる、という効果を奏する。
画像取得装置による画像取得方法であって、
前記画像取得装置が、複数の区画を用いて形成されている２次元パターンが付与された照明パターン、及び、当該照明パターンをパターン面に沿ってシフトさせたシフト照明パターン、を計測対象に照射し、
前記画像取得装置が、前記照明パターン及び前記シフト照明パターンが照射された前記計測対象からの光を、単画素光検出器を介して受光し、
前記画像取得装置が、前記単画素光検出器を介して受光された光に基づく受信信号を取得し、前記計測対象が前記照明パターン上を通った場合における受信信号の変化及び前記計測対象が前記シフト照明パターン上を通った場合における受信信号の変化に基づいて、前記計測対象の２次元画像を生成する、
画像取得方法。
これにより、本開示は、単一の照明パターンを用いて計測対象の２次元画像を取得する場合において、照明パターンのサイズが増大してしまうことを抑制しつつ、見かけの照明パターン（照明フレーム）の数を増加させることを可能にする、画像取得方法を提供することができる、という効果を奏する。
【0031】
実施の形態２．
実施の形態２は、実施の形態１のさらに詳細な形態例を説明する。
実施の形態２においては、実施の形態２に係る構成部のうち、既に説明した実施の形態１に係る構成部と同一または同様の構成部については、同一の名称、及び、同一または同様の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
実施の形態２は、実施の形態１のさらに詳細な形態例を説明する。
実施の形態２においては、実施の形態２に係る構成部のうち、既に説明した実施の形態１に係る構成部と同一または同様の構成部については、同一の名称、及び、同一または同様の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
【0032】
［構成］
図３は、本開示の実施の形態２に係る画像取得装置１００Ａの構成例、及び、画像取得装置１００Ａを計測システムに適用した場合の構成例を示す図である。
計測システムは、計測対象を移動させる構成を有し、画像取得装置を用いて計測対象の画像を取得し、取得した画像を用いて計測対象の計測を行うとともに検査を行い、検査結果を出力するようなシステムである。
図３に示す画像取得装置１００Ａは、照明システム部１１０Ａ、受信部１３０Ａ、及び、信号処理部１５０Ａ、を含み構成されている。
図３は、本開示の実施の形態２に係る画像取得装置１００Ａの構成例、及び、画像取得装置１００Ａを計測システムに適用した場合の構成例を示す図である。
計測システムは、計測対象を移動させる構成を有し、画像取得装置を用いて計測対象の画像を取得し、取得した画像を用いて計測対象の計測を行うとともに検査を行い、検査結果を出力するようなシステムである。
図３に示す画像取得装置１００Ａは、照明システム部１１０Ａ、受信部１３０Ａ、及び、信号処理部１５０Ａ、を含み構成されている。
【0033】
照明システム部１１０Ａは、前記照明パターンと、前記照明パターンシフト部により前記照明パターンをシフトさせた一つ以上のシフト照明パターンとを、時間経過に応じて切り替えながら照射する。
前記計測対象と前記照明パターンの水平方向の相対位置と、前記計測対象と前記シフト照明パターンの水平方向の相対位置とは、前記照明パターンと前記シフト照明パターンとの切り替えに伴って変化しない。
水平方向は、画像取得装置１００Ａが移動する計測対象の画像を取得するように設置されている状態において、計測対象を移動させる移動面の移動方向２５０と同じ方向である。
図３に示す照明システム部１１０Ａは、照明制御部１１１Ａ、時間多重光源部１１２Ａ、固定パターン生成部１１３、パターン多重部１１４、および、照明光学系１１５、を含み構成されている。
前記計測対象と前記照明パターンの水平方向の相対位置と、前記計測対象と前記シフト照明パターンの水平方向の相対位置とは、前記照明パターンと前記シフト照明パターンとの切り替えに伴って変化しない。
水平方向は、画像取得装置１００Ａが移動する計測対象の画像を取得するように設置されている状態において、計測対象を移動させる移動面の移動方向２５０と同じ方向である。
図３に示す照明システム部１１０Ａは、照明制御部１１１Ａ、時間多重光源部１１２Ａ、固定パターン生成部１１３、パターン多重部１１４、および、照明光学系１１５、を含み構成されている。
【0034】
照明制御部１１１Ａは、時間多重光源部１１２からの出力光の波長の切り替えを制御する機能と、波長の切り替えのタイミングを信号処理部１５０Ａに送信する機能とを有する。
【0035】
時間多重光源部１１２Ａは、波長の異なる２つの光を、照明制御部１１１Ａからの制御に基づいて、切り替えながら固定パターン生成部１１３に照射する機能を有する。
時間多重光源部１１２Ａは、本開示における光源部を構成する。
時間多重光源部１１２Ａは、本開示における光源部を構成する。
【0036】
固定パターン生成部１１３は、時間多重光源部１１２から照射された光に、空間的な変調パターンを付与する機能を有する。
固定パターン生成部１１３にて生成される空間的なパターンは常に同一であり、ＤＭＤに代表される空間光変調器のように動的にパターンが変更されるような機能を有しない。すなわち、固定パターン生成部１１３は、静的な構造により構成されている。
これにより、固定パターン生成部１１３及びその周辺の光学系や制御系が、小型化、低コスト化及び高信頼化される。
固定パターン生成部１１３は、本開示のパターン生成部を構成する。
パターン生成部（固定パターン生成部１１３）は、前記光源部（時間多重光源部１１２Ａ）から射出された光に２次元パターンを付与する。
前記パターン生成部（固定パターン生成部１１３）は、前記光源部（時間多重光源部１１２Ａ）から射出された光に単一の前記２次元パターンを付与する静的な構造により構成されている。
固定パターン生成部１１３にて生成される空間的なパターンは常に同一であり、ＤＭＤに代表される空間光変調器のように動的にパターンが変更されるような機能を有しない。すなわち、固定パターン生成部１１３は、静的な構造により構成されている。
これにより、固定パターン生成部１１３及びその周辺の光学系や制御系が、小型化、低コスト化及び高信頼化される。
固定パターン生成部１１３は、本開示のパターン生成部を構成する。
パターン生成部（固定パターン生成部１１３）は、前記光源部（時間多重光源部１１２Ａ）から射出された光に２次元パターンを付与する。
前記パターン生成部（固定パターン生成部１１３）は、前記光源部（時間多重光源部１１２Ａ）から射出された光に単一の前記２次元パターンを付与する静的な構造により構成されている。
【0037】
照明光学系１１５は、固定パターン生成部１１３を通過した光に付与された空間的な変調パターンを、計測対象２００へ転写する機能を有する。
転写される変調パターンは、照明パターン４１０もしくはシフト照明パターン４２０である。照明光学系１１５はレンズやミラーで構成される結像光学系であり、レンズやミラーの形状や枚数は問わない。
本開示の照明光学系１１５は、前記パターン生成部（固定パターン生成部１１３）により２次元パターンを付与された光を計測対象上に投影する。
転写される変調パターンは、照明パターン４１０もしくはシフト照明パターン４２０である。照明光学系１１５はレンズやミラーで構成される結像光学系であり、レンズやミラーの形状や枚数は問わない。
本開示の照明光学系１１５は、前記パターン生成部（固定パターン生成部１１３）により２次元パターンを付与された光を計測対象上に投影する。
【0038】
パターン多重部１１４は、固定パターン生成部１１３を通過した光に対して波長に依存した屈折を付与することで、光の波長に応じて、計測対象２００へ転写される変調パターンを照明パターン４１０もしくはシフト照明パターン４２０のいずれかに切り替える機能を有する。パターン多重部１１４は、プリズムや回折格子を始めとする波長分散素子である。
パターン多重部１１４は、本開示の照明パターンシフト部を構成する。
照明パターンシフト部（パターン多重部１１４）は、前記照明光学系１１５によって生成される照明パターンをシフトさせる。
パターン多重部１１４は、本開示の照明パターンシフト部を構成する。
照明パターンシフト部（パターン多重部１１４）は、前記照明光学系１１５によって生成される照明パターンをシフトさせる。
【0039】
図３に示す照明パターン４１０は、照明光学系１１５によって計測対象２００上に転写される２次元の空間的な変調パターンである。照明パターン４１０は、多数の区画によって２次元的に周期的に区切られた構造を有する。各区画の輝度はウェーブレットやフーリエのような物理的な意味を要するものでも良いし、ランダムでも良い。また区画内に輝度分布を有していて良い。
【0040】
シフト照明パターン４２０は、照明パターン４１０がパターン多重部１１４によってシフトしたものである。シフト量は計測対象２００の移動と垂直な方向α（以下、単に垂直方向α）に、照明パターン４１０の１区画分である。このようにシフト量を設定することで、シフト照明パターン４２０の垂直方向αの各区画と照明パターン４１０の垂直方向αの各区画とが一致する。なお、シフト照明パターン４２０の照明パターン４１０の区画が一致することが条件のため、シフト量は１区画分には限定されずその整数倍であればよい。また、切り替えの間の計測対象２００の移動による、計測対象２００の移動と水平な方向（以下、単に水平方向）のずれを補償するため、シフト照明パターン４２０は計測対象２００の移動距離に一致するような水平方向のシフト量を有していてもよい。
【0041】
照明パターン４１０の垂直方向αの区画数は、本装置からの出力画像の垂直方向の解像度に、前記シフト量（本形態では１区画）以上を加えたものである。これにより、シフト照明パターン４２０においても計測対象２００が照明パターン内に収まることが保証される。また、照明パターン４１０の水平方向の区画数は、最終的に出力される画像の水平方向の解像度よりも十分に大きい。これは、照明パターン４１０の水平方向の区画数が照明フレーム数に対応するためである。
本装置で解像度３２ｘ３２の画像を出力する場合、照明パターン４１０の解像度は例えば３３ｘ２３１となる。この場合、照明フレーム数は２００である。
本装置で解像度３２ｘ３２の画像を出力する場合、照明パターン４１０の解像度は例えば３３ｘ２３１となる。この場合、照明フレーム数は２００である。
【0042】
計測対象２００は本開示による画像取得装置によって画像取得される目標である。計測対象２００の大きさは、装置からの出力画像に相当する照明パターンの領域よりも小さい。例えば、解像度３２ｘ３２の画像を出力する場合、照明パターン上の３２ｘ３２区画の範囲よりも小さい。
【0043】
物体駆動部３００は、計測対象２００を等速移動させる機能を有する。移動方向２５０は、図３において紙面と垂直である。物体駆動部３００は、例えば、工場のラインで使用されるベルトコンベアである。
【0044】
受信部１３０Ａは、前記照明システム部により前記照明パターン及び前記シフト照明パターンが前記計測対象に照射された場合における前記計測対象からの光を、単画素光検出器を介して受光する。
受信部１３０Ａは、受信光学系１３１、および、単画素光検出部１３２、を含み構成されている。
受信部１３０Ａは、受信光学系１３１、および、単画素光検出部１３２、を含み構成されている。
【0045】
受信光学系１３１は、計測対象２００によって反射・散乱された照明パターン４１０もしくはシフト照明パターン４２０を、単画素光検出部１３２に集光する機能を有する。「反射・散乱」は、反射、散乱、または、反射および散乱、を表す。受信光学系１３１はレンズやミラーで構成される結像光学系であり、レンズやミラーの形状や枚数は問わない。
【0046】
単画素光検出部１３２は、受信光学系１３１によって集光された光を電気信号に変換する機能を有する。計測対象２００が照明パターン４１０の１区画を通過する時間の半分以下の周期で信号を取得する。単画素光検出部１３２は所謂フォトディテクタであり、例えば可視波長帯ではＳｉ製、短赤外波長帯ではＩｎＧａＡｓ製やＧｅ製のものが一般的に用いられている。
【0047】
信号処理部１５０Ａは、前記受信部１３０Ａにより受光された光に基づく受信信号を取得し、前記計測対象が前記照明パターン上を通った場合における受信信号の変化及び前記計測対象が前記シフト照明パターン上を通った場合における受信信号の変化に基づいて、前記計測対象の２次元画像を生成する。
信号処理部１５０Ａは、単画素光検出部１３２からの電気信号及び照明制御部１１１Ａからのタイミング信号を受信し、計測対象２００の画像を再構成する機能を有する。
信号処理部１５０Ａは、単画素光検出部１３２からの電気信号及び照明制御部１１１Ａからのタイミング信号を受信し、計測対象２００の画像を再構成する機能を有する。
【0048】
図４は、本開示の実施の形態２に係る画像取得装置１００Ａにおける照明システム部１１０Ａの構成例を示す図である。
図４は照明システム部１１０Ａの具体的な構成を示す図であり、照明システム部１１０Ａは、照明制御部１１１Ａ、単色レーザ１１２Ａ－１、単色レーザ１１２Ａ－２、ビームコンバイナ１１２Ａ－３、照明パターンマスク１１３－１、プリズム１１４－１、照明レンズ１１５－１で構成されている。
図４は照明システム部１１０Ａの具体的な構成を示す図であり、照明システム部１１０Ａは、照明制御部１１１Ａ、単色レーザ１１２Ａ－１、単色レーザ１１２Ａ－２、ビームコンバイナ１１２Ａ－３、照明パターンマスク１１３－１、プリズム１１４－１、照明レンズ１１５－１で構成されている。
【0049】
単色レーザ１１２Ａ－１及び単色レーザ１１２Ａ－２は、それぞれ異なる出力波長を有するレーザ光源であり、照明制御部１１１Ａによって指定されたタイミングで発光する機能を有する。単色レーザ１１２Ａ－１及び単色レーザ１１２Ａ－２の波長は、プリズム１１４－１の波長分散特性および設置角度が考慮された上で、両レーザが生成する照明パターンが所望のシフト量を得るように設定される。
【0050】
ビームコンバイナ１１２Ａ－３は、単色レーザ１１２Ａ－１及び単色レーザ１１２Ａ－２から出力された光を合成する機能を有する。
【0051】
照明パターンマスク１１３－１は、ビームコンバイナ１１２Ａ－３からの光に、空間的な変調パターンを付与する機能を有する。照明パターンマスク１１３－１は２次元に周期的に並んだ多数の区画から構成され、例えば、一部の区画では中央に小孔が開いている。これにより、小孔がある区画では１，ない区画では０といったバイナリパターンを付与する。このような照明パターンマスク１１３－１はレーザ加工によって量産可能なため、製造コストに優れる。
【0052】
プリズム１１４－１は、単色レーザ１１２Ａ－１及び単色レーザ１１２Ａ－２の光の伝搬方向を分離する機能を有する。このように構成することで、機械的な駆動部を含まない構成で、照明パターン４１０とシフト照明パターン４２０とを切り替えられる。
【0053】
照明レンズ１１５－１は、照明パターンマスク１１３－１を計測対象２００上に転写する機能を有する。
【0054】
図５は、本開示の実施の形態２に係る画像取得装置１００Ａにおける信号処理部１５０Ａの構成例を示す図である。
図５は、信号処理部１５０Ａの構成図であり、ＡＤ変換部１５１、時間同期部１５２、信号分離部１５３、照明フレーム群保持部１５４、照明フレーム群同期部１５５、シフト照明フレーム群同期部１５６、校正処理部１５７、信号統合部１５８、画像再構成部１５９、画像出力部１６０を含む。
図５は、信号処理部１５０Ａの構成図であり、ＡＤ変換部１５１、時間同期部１５２、信号分離部１５３、照明フレーム群保持部１５４、照明フレーム群同期部１５５、シフト照明フレーム群同期部１５６、校正処理部１５７、信号統合部１５８、画像再構成部１５９、画像出力部１６０を含む。
【0055】
ＡＤ変換部１５１は、単画素光検出部１３２からの電気信号をデジタル信号に変換する機能を有する。
【0056】
時間同期部１５２は、ＡＤ変換部１５１からの受信信号を、計測対象２００の位置(照明パターン上の照明画素番号)と対応付ける機能を有する。例えば、照明パターン４１０の水平方向の左端と右端に特徴的なパターンを付与しておき、前記特徴的なパターンを通過したタイミングを受信信号内で同定することで、受信信号の時間軸と計測対象２００の位置とを対応付けられる。
【0057】
信号分離部１５３は、照明制御部１１１からのタイミング情報を用いて、時間同期部１５２からの受信信号から、照明パターン４１０とシフト照明パターン４２０に対応する信号を判定及び分離する機能を有する。さらに、照明パターン４１０に対応する部分を照明フレーム群同期部１５５に、シフト照明パターン４２０に対応する部分をシフト照明フレーム群同期部１５６に、それぞれ送信する機能も有する。
【0058】
照明フレーム群保持部１５４は、照明パターン４１０及びシフト照明パターン４２０に相当する照明フレーム群を保持する機能を有する。照明フレームとは、計測対象２００に照射される見かけの照明パターンであり、照明パターンから計測対象２００に相当する範囲を切り出したものに相当する。照明フレーム群とは、計測対象２００を１区画ずつ仮想的に移動させ、計測対象２００の各位置における照明フレームを取り出し、それをまとめたものである。例えば照明パターン４１０の区画数が３３ｘ３０１かつ計測対象２００の大きさが区画数３２ｘ３２に相当する場合、照明フレーム群は解像度３２ｘ３２の照明フレームを２７０枚有することになり、したがって、照明フレーム群は３２ｘ３２ｘ２７０の配列となる。
【0059】
照明フレーム群同期部１５５は、照明パターン４１０に対応する受信信号の各点と、照明フレーム群保持部１５４から出力された照明フレーム群の各照明フレームとを対応づける機能を有する。
【0060】
シフト照明フレーム群同期部１５６は、シフト照明パターン４２０に対応する受信信号の各点と、照明フレーム群保持部１５４から出力された照明フレーム群の各照明フレームとを対応づける機能を有する。
【0061】
校正処理部１５７は、照明フレーム群同期部１５５とシフト照明フレーム群同期部１５６から出力された受信信号を校正する機能を有する。具体的には、オフセットの除去や、照明パターン４１０及びシフト照明パターン４２０で照明パワーが異なればその補正、等である。
【0062】
信号統合部１５８は、照明フレーム群同期部１５５とシフト照明フレーム群同期部１５６の両方から出力された照明フレーム群と受信信号をそれぞれ連結し、統合受信信号及び統合照明フレーム群を作成する機能を有する。
【0063】
画像再構成部１５９は、信号統合部１５８から出力された統合受信信号及び統合照明フレーム群に対して、画像再構成処理を付与し、計測対象２００の２次元画像を生成する機能を有する。
【0064】
画像出力部１６０は、画像再構成部１５９が生成した画像を出力する機能を有する。出力先としてはディスプレイ、画像検査装置等である。
【0065】
［動作］
本開示の実施の形態２に係る画像処理装置における信号処理部の処理例を説明する。
図６は、本開示の実施の形態２に係る画像取得装置１００Ａにおける信号処理部１５０Ａの処理例を示すフローチャートである。
信号処理部１５０Ａは、例えば、受信部１３０Ａから信号を受信すると処理を開始する。
本開示の実施の形態２に係る画像処理装置における信号処理部の処理例を説明する。
図６は、本開示の実施の形態２に係る画像取得装置１００Ａにおける信号処理部１５０Ａの処理例を示すフローチャートである。
信号処理部１５０Ａは、例えば、受信部１３０Ａから信号を受信すると処理を開始する。
【0066】
信号処理部１５０Ａは、ＡＤ変換処理（ステップＳＴ２１１０）を実行する。
ＡＤ変換処理において、信号処理部１５０ＡのＡＤ変換部１５１は、単画素光検出部１３２からの電気信号をデジタル信号に変換する。ＡＤ変換部１５１は、デジタル化した受信信号を時間同期部１５２へ出力する。
ＡＤ変換処理において、信号処理部１５０ＡのＡＤ変換部１５１は、単画素光検出部１３２からの電気信号をデジタル信号に変換する。ＡＤ変換部１５１は、デジタル化した受信信号を時間同期部１５２へ出力する。
【0067】
信号処理部１５０Ａは、次いで、時間同期処理（ステップＳＴ２１２０）を実行する。
時間同期処理において、信号処理部１５０Ａの時間同期部１５２は、ＡＤ変換部１５１からの受信信号を、計測対象２００の位置(照明パターン上の照明画素番号)と対応付ける。
時間同期処理において、信号処理部１５０Ａの時間同期部１５２は、ＡＤ変換部１５１からの受信信号を、計測対象２００の位置(照明パターン上の照明画素番号)と対応付ける。
【0068】
信号処理部１５０Ａは、次いで、信号分離処理（ステップＳＴ２１３０）を実行する。
信号分離処理において、信号処理部１５０Ａの信号分離部１５３は、照明制御部１１１からのタイミング情報を用いて、時間同期部１５２からの受信信号から、照明パターン４１０とシフト照明パターン４２０に対応する信号を判定し分離する。
信号分離処理において、信号処理部１５０Ａの信号分離部１５３は、照明制御部１１１からのタイミング情報を用いて、時間同期部１５２からの受信信号から、照明パターン４１０とシフト照明パターン４２０に対応する信号を判定し分離する。
【0069】
信号処理部１５０Ａは、次いで、照明フレーム群同期処理（ステップＳＴ２１４０）を実行する。
照明フレーム群同期処理において、信号処理部１５０Ａの照明フレーム群同期部１５５は、照明パターン４１０に対応する受信信号の各点と、照明フレーム群保持部１５４から出力された照明フレーム群の各照明フレームとを対応づける。
照明フレーム群同期処理において、信号処理部１５０Ａの照明フレーム群同期部１５５は、照明パターン４１０に対応する受信信号の各点と、照明フレーム群保持部１５４から出力された照明フレーム群の各照明フレームとを対応づける。
【0070】
信号処理部１５０Ａは、次いで、校正処理（ステップＳＴ２１５０）を実行する。
校正処理において、信号処理部１５０Ａの校正処理部１５７ａは、照明フレーム群同期部１５５から出力された受信信号を校正する。具体的には、校正処理部１５７ａは、オフセットの除去や、照明パターン４１０及びシフト照明パターン４２０で照明パワーが異なればその補正、等を行う。
校正処理において、信号処理部１５０Ａの校正処理部１５７ａは、照明フレーム群同期部１５５から出力された受信信号を校正する。具体的には、校正処理部１５７ａは、オフセットの除去や、照明パターン４１０及びシフト照明パターン４２０で照明パワーが異なればその補正、等を行う。
【0071】
また、信号処理部１５０Ａは、照明フレーム群同期処理と並行して、シフト照明フレーム群同期処理（ステップＳＴ２１６０）を実行する。
シフト照明フレーム群同期処理において、信号処理部１５０Ａのシフト照明フレーム群同期部１５６は、シフト照明パターン４２０に対応する受信信号の各点と、照明フレーム群保持部１５４から出力された照明フレーム群の各照明フレームとを対応づける。
シフト照明フレーム群同期処理において、信号処理部１５０Ａのシフト照明フレーム群同期部１５６は、シフト照明パターン４２０に対応する受信信号の各点と、照明フレーム群保持部１５４から出力された照明フレーム群の各照明フレームとを対応づける。
【0072】
信号処理部１５０Ａは、次いで、校正処理（ステップＳＴ２１７０）を実行する。
校正処理において、信号処理部１５０Ａの校正処理部１５７ｂは、シフト照明フレーム群同期部１５６から出力された受信信号を校正する機能を有する。具体的には、校正処理部１５７ｂは、オフセットの除去や、照明パターン４１０及びシフト照明パターン４２０で照明パワーが異なればその補正、等である。
校正処理において、信号処理部１５０Ａの校正処理部１５７ｂは、シフト照明フレーム群同期部１５６から出力された受信信号を校正する機能を有する。具体的には、校正処理部１５７ｂは、オフセットの除去や、照明パターン４１０及びシフト照明パターン４２０で照明パワーが異なればその補正、等である。
【0073】
信号処理部１５０Ａは、次いで、信号統合処理（ステップＳＴ２１８０）を実行する。
信号統合処理において、信号処理部１５０Ａの信号統合部１５８は、照明フレーム群同期部１５５とシフト照明フレーム群同期部１５６の両方から出力された照明フレーム群と受信信号をそれぞれ連結し、統合受信信号及び統合照明フレーム群を作成する。
信号統合処理において、信号処理部１５０Ａの信号統合部１５８は、照明フレーム群同期部１５５とシフト照明フレーム群同期部１５６の両方から出力された照明フレーム群と受信信号をそれぞれ連結し、統合受信信号及び統合照明フレーム群を作成する。
【0074】
信号処理部１５０Ａは、次いで、画像再構成処理（ステップＳＴ２１９０）を実行する。
画像再構成処理において、信号処理部１５０Ａの画像再構成部１５９は、信号統合部１５８から出力された統合受信信号及び統合照明フレーム群に対して、画像再構成処理を付与し、計測対象２００の２次元画像を生成する。
画像再構成処理において、信号処理部１５０Ａの画像再構成部１５９は、信号統合部１５８から出力された統合受信信号及び統合照明フレーム群に対して、画像再構成処理を付与し、計測対象２００の２次元画像を生成する。
【0075】
信号処理部１５０Ａは、次いで、画像出力処理（ステップＳＴ２２００）を実行する。
画像出力処理において、信号処理部１５０Ａの画像出力部１６０は、画像再構成部１５９が生成した画像を出力する。
画像出力処理において、信号処理部１５０Ａの画像出力部１６０は、画像再構成部１５９が生成した画像を出力する。
【0076】
画像取得装置１００Ａは、次いで、終了判定処理（ステップＳＴ２２１０）へ移行する。
終了判定処理において、画像取得装置１００Ａの図示しない制御部は、画像取得装置１００Ａの処理を終了するかを判定する。図示しない制御部は、例えば、外部からの終了指令または実行プログラムにしたがって画像取得装置１００Ａの処理を終了するかを判定する。
図示しない制御部が画像取得装置１００Ａの処理を終了しないと判定した場合（ステップＳＴ２２１０“ＮＯ”）、ステップＳＴ２１１０の処理へ移行し、ステップＳＴ２１１０の処理から繰り返し処理を行う。
図示しない制御部が画像取得装置の処理を終了すると判定した場合（ステップＳＴ２２１０“ＹＥＳ”）、画像取得装置は処理を終了する。
終了判定処理において、画像取得装置１００Ａの図示しない制御部は、画像取得装置１００Ａの処理を終了するかを判定する。図示しない制御部は、例えば、外部からの終了指令または実行プログラムにしたがって画像取得装置１００Ａの処理を終了するかを判定する。
図示しない制御部が画像取得装置１００Ａの処理を終了しないと判定した場合（ステップＳＴ２２１０“ＮＯ”）、ステップＳＴ２１１０の処理へ移行し、ステップＳＴ２１１０の処理から繰り返し処理を行う。
図示しない制御部が画像取得装置の処理を終了すると判定した場合（ステップＳＴ２２１０“ＹＥＳ”）、画像取得装置は処理を終了する。
【0077】
【0078】
図７は、本開示の実施の形態２に係る画像取得装置Ａにおける受信信号の取得に係る動作を説明するための図である。
照明制御部１１１からの制御に応じて、照明システム部１１０からは照明パターン４１０もしくはシフト照明パターン４２０が照射される。切り替えは周期的であり、一定時間ごとに照明パターン４１０とシフト照明パターン４２０が切り替わる。ここで、シフト照明パターン４２０は、照明パターン４１０を垂直方向αに１区画分シフトしたものであるが、パターン自体は同一である。１区画分シフトしているため、照明パターン４１０とシフト照明パターン４２０の垂直方向αの区画は一致する。すなわち、前記計測対象と前記照明パターンの水平方向の相対位置と、前記計測対象と前記シフト照明パターンの水平方向の相対位置とは、変化しない。
照明制御部１１１からの制御に応じて、照明システム部１１０からは照明パターン４１０もしくはシフト照明パターン４２０が照射される。切り替えは周期的であり、一定時間ごとに照明パターン４１０とシフト照明パターン４２０が切り替わる。ここで、シフト照明パターン４２０は、照明パターン４１０を垂直方向αに１区画分シフトしたものであるが、パターン自体は同一である。１区画分シフトしているため、照明パターン４１０とシフト照明パターン４２０の垂直方向αの区画は一致する。すなわち、前記計測対象と前記照明パターンの水平方向の相対位置と、前記計測対象と前記シフト照明パターンの水平方向の相対位置とは、変化しない。
【0079】
計測対象２００は照明パターン４１０もしくはシフト照明パターン４２０上を水平方向に移動していく。すると、計測対象２００の移動に伴って計測対象２００に照射される見かけの照明パターン（＝照明フレーム）が変化していく。照明パターンは単一であるにも関わらず、照明フレームは変化するため、一般的なＳＰＩと同等の処理を行える。
【0080】
計測対象２００の位置が同一でも、照明パターン４１０とシフト照明パターン４２０では計測対象２００に照射される見かけの照明パターン（＝照明フレーム）が異なるため、照明パターン４１０のみを用いる場合に対して、２倍の照明フレーム数を実現できる。前述の通り、シフト照明パターン４２０は照明パターン４１０をシフトしただけのものであり、あくまでも使用されている照明パターンは単一である。それ故に、固定パターン生成部１１３は一つのみで十分であり、また、空間光変調器のような動的な制御や駆動が不要となる。
【0081】
計測対象２００の各位置における散乱光・反射光は、受信光学系１３１及び単画素光検出部１３２によって連続的な電気信号に変換され、信号処理部１５０Ａへと送信される。「反射光・散乱光」は、反射光、散乱光、または、反射光および散乱光、を表す。
【0082】
図８は、本開示の実施の形態２に係る画像取得装置１００Ａにおける信号処理部１５０Ａに係る処理を説明するための図である。
【0083】
まず、ＡＤ変換部１５１が、単画素光検出部１３２からの電気信号をデジタル信号へ変換する（ステップＳＴ２１１０）。
【0084】
次に、時間同期部１５２が、ＡＤ変換部１５１が出力するデジタル信号と計測対象２００の位置（＝照明パターン４１０区画番号）とを対応付ける（ステップＳＴ２１２０）。ＡＤ変換部１５１に出力された時点では信号の時間軸と計測対象２００の位置との対応は不明だが、例えば、照明パターン４１０の水平方向の左端と右端に特徴的なパターンを付与し、この特徴的なパターンを計測対象２００が通過したタイミングを受信信号内で同定することで、時間軸をと計測対象２００の位置とを対応付けられる。
【0085】
次に、信号分離部１５３が、時間同期部１５２の出力信号を照明パターン４１０に対応する部分とシフト照明パターン４２０に対応する部分の２つに分離する（ステップＳＴ２１３０）。照明制御部１１１から送信されるパターン切り替えタイミング情報を用いることで、同出力信号内の各領域が照明パターン４１０とシフト照明パターン４２０のどちらに相当するか、判定できる。
【0086】
信号分離部１５３から出力された２つの分離信号は、照明フレーム群同期部１５５とシフト照明フレーム群同期部１５６によって、それぞれ対応する照明フレーム群と対応付けされる（ステップＳＴ２１４０、ステップＳＴ２１６０）。通常、分離信号は連続的な信号だが、照明フレーム群との同期によって照明フレーム群に含まれる各照明フレームに対応するデータ点（＝以下、単にデータ点）のみが取りだされ、離散的な信号となる。この際、例えば、対応するデータ点の周囲の点を平均することで、雑音を低減できる。
【0087】
照明フレーム群同期部１５５及びシフト照明フレーム群同期部１５６から出力されたデータ点は、校正処理部１５７によって校正される（ステップＳＴ２１５０、ステップＳＴ２１７０）。オフセットが除去される他、照明パターン４１０とシフト照明パターン４２０で波長が異なる故に、光源の出力パワーや光学系の効率に差異があれば、それを補正する。
【0088】
校正処理部１５７から出力された、照明パターン４１０とシフト照明パターン４２０に対応する照明フレーム群（５００Ａ，５００Ｂ）とそれに対応するデータ点は、信号統合部１５８によって統合される（ステップＳＴ２１８０）。具体的には、照明フレーム群同士、データ点同士が連結され、新たな照明フレーム群とデータ点が生成される。この処理を行うことで、照明パターン４１０のみを用いる場合に対して２倍の照明フレーム群とデータ点を得られる。この処理は、照明パターン４１０とシフト照明パターン４２０の区画が一致するゆえに可能となる。なお、区画が一致してない（＝シフト量が区画サイズの整数倍でない）場合、照明パターン４１０に対応する照明フレームとシフト照明パターン４２０に対応する照明フレーム間で、計測対象２００の実質的に位置が１区画以下でずれることになる。その結果、画像再構成処理に失敗したり、出力画像において計測対象２００がボケたりといった問題が発生する。
【0089】
ＳＰＩによって高精度に画像取得するためには、十分な数の照明フレームを確保する必要がある。非特許文献２に記載の単一の照明パターンを用いるＳＰＩでは、照明フレーム数と、照明パターンの水平方向サイズが対応関係にあるため、高精度に画像を取得する際には照明パターンの水平方向サイズが増大してしまうという課題があった。一方、本開示では、上記の通り、単一の照明パターンを用いつつも、垂直方向に照明パターンをシフトすることで、実質的な照明フレーム数を増大できる。これによって、照明パターンの水平方向サイズを小型化した場合でも、高精度な画像取得が可能となる。
【0090】
信号統合部１５８にて新たに生成された照明フレーム群とそれに対応するデータ点を用いて、画像再構成部１５９は計測対象２００の画像６００を再構成する（ステップＳＴ２１９０、ステップＳＴ２２００）。ＳＰＩによる画像取得のプロセスは次の通り記載できる。
ｙ＝Ａｘ ・・・（１）
ここで、式（１）における“ｙ”は測定値ベクトル（Ｎｘ１，照明フレーム群に対応するデータ点)、“ｘ”は計測対象ベクトル（Ｍ２ｘ１，計測対象２００（解像度ＭｘＭ）の要素を並び替えてベクトル化したもの）、“Ａ”は測定行列（ＮｘＭ２）である。なお、“Ｎ”は照明フレーム群に含まれる照明フレーム数、“Ｍ”は計測対象２００の一辺の解像度である。照明フレームをＩ１，Ｉ２，・・・，ＩＮと置くと、測定行列Ａは以下の式（２）のように表すことができる。
Ａ＝［ｖｅｃ［Ｉ１］ ｖｅｃ［Ｉ２］ ・・・ ｖｅｃ［ＩＮ］］ｔ ・・・（２）
ここで、式（２）における、“ｖｅｃ［ ］”は行列の要素並び替えてベクトル化する演算子、“［ ］ｔ”は転置を表す。ＳＰＩでは、既知である“ｙ”及び“Ａ”を用いて計測対象である“ｘ”を推定する逆問題を解く必要がある。
ｙ＝Ａｘ ・・・（１）
ここで、式（１）における“ｙ”は測定値ベクトル（Ｎｘ１，照明フレーム群に対応するデータ点)、“ｘ”は計測対象ベクトル（Ｍ２ｘ１，計測対象２００（解像度ＭｘＭ）の要素を並び替えてベクトル化したもの）、“Ａ”は測定行列（ＮｘＭ２）である。なお、“Ｎ”は照明フレーム群に含まれる照明フレーム数、“Ｍ”は計測対象２００の一辺の解像度である。照明フレームをＩ１，Ｉ２，・・・，ＩＮと置くと、測定行列Ａは以下の式（２）のように表すことができる。
Ａ＝［ｖｅｃ［Ｉ１］ ｖｅｃ［Ｉ２］ ・・・ ｖｅｃ［ＩＮ］］ｔ ・・・（２）
ここで、式（２）における、“ｖｅｃ［ ］”は行列の要素並び替えてベクトル化する演算子、“［ ］ｔ”は転置を表す。ＳＰＩでは、既知である“ｙ”及び“Ａ”を用いて計測対象である“ｘ”を推定する逆問題を解く必要がある。
【0091】
上記を解く手法としてはデータ点とフレーム群の相関を求めるゴーストイメージングに類する手法や、上式を最適化問題に落とし込む圧縮センシングに類する手法などが知られている。圧縮センシングの手法には、Ｎ＜Ｍ２というデータ点が限られる条件においても計測対象の画像を再現できる特徴があり、データ点数（＝照明フレーム数）が照明パターンサイズによって制限される、本開示のような構成において特に有効である。
【0092】
［実施の形態２に係る効果］
【0093】
本実施の形態のように構成することにより、照明フレーム数が２倍に増えるため、照明パターンの水平方向サイズを低減でき、装置サイズの小型化が可能となる。
【0094】
前記を単一の照明パターンのみで行えるため、照明パターンを生成するパターン生成部を、空間光変調器のような動的な駆動や制御を含まずに構成することができる。また、機械的駆動部が不要な構成で照明フレームを２倍に増加させており、これらは装置の小型化、低コスト化、高信頼化に寄与する。
【0095】
照明フレーム数の増加は、例えば異なる照明パターンを生成する２種類のパターン生成器を用いることでも実現可能だが、本実施の形態によれば、パターン生成器を１つとできるため、上記構成と比較して装置構成を単純化できる。
【0096】
本実施の形態に係る本開示の画像取得装置は、さらに、例えば、以下のように構成されたものである。
前記照明システム部は、
光源部と、
前記光源部から射出された光に２次元パターンを付与するパターン生成部と、
前記パターン生成部により２次元パターンを付与された光を計測対象上に投影する照明光学系と、
前記照明光学系によって生成される照明パターンをシフトさせる照明パターンシフト部と、
を備え、
前記パターン生成部は、前記光源部から射出された光に単一の前記２次元パターンを付与する静的な構造により構成されており、
前記照明システム部は、前記照明パターンと、前記照明パターンシフト部により前記照明パターンをシフトさせた一つ以上のシフト照明パターンとを、時間経過に応じて切り替えながら照射する、
ことを特徴とする画像取得装置。
前記照明システム部は、
光源部と、
前記光源部から射出された光に２次元パターンを付与するパターン生成部と、
前記パターン生成部により２次元パターンを付与された光を計測対象上に投影する照明光学系と、
前記照明光学系によって生成される照明パターンをシフトさせる照明パターンシフト部と、
を備え、
前記パターン生成部は、前記光源部から射出された光に単一の前記２次元パターンを付与する静的な構造により構成されており、
前記照明システム部は、前記照明パターンと、前記照明パターンシフト部により前記照明パターンをシフトさせた一つ以上のシフト照明パターンとを、時間経過に応じて切り替えながら照射する、
ことを特徴とする画像取得装置。
【0097】
［その他 変形例］
【0098】
パターン多重部１１４は、受信光学系１３１と単画素光検出部１３２の間に設置されていても良い。この場合でも、本実施の形態と同等の機能と効果を得る。また、パターン多重部１１４と単画素光検出部１３２の間にはリレー光学系が挿入されていても良い。
【0099】
照明パターン４１０とシフト照明パターン４２０の切り替えには、光の波長でなく光の偏光も利用できる。例えば、時間多重光源部１１２をレーザ光源と偏光スイッチで、パターン多重部１１４を偏光に応じて異なる屈折角を与える素子（複屈折結晶）で構成し、照明制御部１１１は時間多重光源部１１２からの出力光の偏光を切り替えるように制御することで、本実施の形態と同等の機能と効果を得る。
【0100】
シフト照明パターン４２０のシフト方向は垂直方向ではなくてもよい。シフトの大きさと方向を表現するシフトベクトルを定義した場合、同ベクトルの垂直方向成分を区画の整数倍、同ベクトルの水平方向成分を計測対象２００の移動量に相当する大きさに設定することによって、照明パターンをシフトする間の計測対象２００の水平方向の移動によるずれを補償できる。
【0101】
シフト照明パターン４２０のシフト方向を容易に調整可能な機構を備えていても良い。これは例えば、照明システム部１１０の筐体の外側に、パターン多重部１１４内部の波長分散素子の傾斜角と光軸周りの回転角を調整可能な機構を取りつけることで実現できる。計測対象２００の移動速度は設置環境において異なる可能性があるため、上記機構を有することで、計測対象２００の任意の移動速度に対応可能となる。
【0102】
実施の形態３．
実施の形態３を説明する。
実施の形態３においては、実施の形態３に係る構成部のうち、既に説明した実施の形態１、または、実施の形態２、に係る構成部と同様の構成部については、同様の名称及び同様の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
実施の形態３を説明する。
実施の形態３においては、実施の形態３に係る構成部のうち、既に説明した実施の形態１、または、実施の形態２、に係る構成部と同様の構成部については、同様の名称及び同様の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
【0103】
［構成］
本開示の実施の形態３に係る画像取得装置の構成例を説明する。
図９は、本開示の実施の形態３に係る画像取得装置１００Ｂの構成例、及び、画像取得装置１００Ｂを計測システムに適用した場合の構成例を示す図である。
以下では、実施の形態１，２と同一の構成要素については、同一の名称、及び、同一又は同様の記号を付し、実施の形態１，２との相違点に絞って構成を記載する。
図９に示す画像取得装置１００Ｂは、照明システム部１１０Ｂ、受信部１３０Ｂ、及び、信号処理部１５０Ｂ、を含み構成されている。
本開示の実施の形態３に係る画像取得装置の構成例を説明する。
図９は、本開示の実施の形態３に係る画像取得装置１００Ｂの構成例、及び、画像取得装置１００Ｂを計測システムに適用した場合の構成例を示す図である。
以下では、実施の形態１，２と同一の構成要素については、同一の名称、及び、同一又は同様の記号を付し、実施の形態１，２との相違点に絞って構成を記載する。
図９に示す画像取得装置１００Ｂは、照明システム部１１０Ｂ、受信部１３０Ｂ、及び、信号処理部１５０Ｂ、を含み構成されている。
【0104】
画像取得装置１００Ｂにおける照明システム部１１０Ｂは、照明制御部１１１Ｂ、時間多重光源部１１２Ｂ、固定パターン生成部１１３、パターン多重部１１４、および、照明光学系１１５、を含み構成されている。
前記照明システム部１１０Ｂは、前記照明パターンと、前記照明パターンシフト部（固定パターン生成部１１３）により前記照明パターンをシフトさせた一つ以上のシフト照明パターンとを、同時に照射する。
前記照明システム部１１０Ｂは、前記照明パターンと、前記照明パターンシフト部（固定パターン生成部１１３）により前記照明パターンをシフトさせた一つ以上のシフト照明パターンとを、同時に照射する。
【0105】
時間多重光源部１１２Ｂは波長の異なる２つの光を固定パターン生成部１１３に常に照射する機能を有する。
時間多重光源部１１２Ｂは、本開示の光源部を構成する。
時間多重光源部１１２Ｂは、本開示の光源部を構成する。
【0106】
固定パターン生成部１１３は、時間多重光源部１１２Ｂから照射された光に、空間的な変調パターンを付与する機能を有する。
固定パターン生成部１１３は、本開示のパターン生成部を構成する。
パターン生成部（固定パターン生成部１１３）は、前記光源部（時間多重光源部１１２Ｂ）から射出された光に２次元パターンを付与する。
前記パターン生成部（固定パターン生成部１１３）は、前記光源部（時間多重光源部１１２Ｂ）から射出された光に単一の前記２次元パターンを付与する静的な構造により構成されている。
固定パターン生成部１１３は、本開示のパターン生成部を構成する。
パターン生成部（固定パターン生成部１１３）は、前記光源部（時間多重光源部１１２Ｂ）から射出された光に２次元パターンを付与する。
前記パターン生成部（固定パターン生成部１１３）は、前記光源部（時間多重光源部１１２Ｂ）から射出された光に単一の前記２次元パターンを付与する静的な構造により構成されている。
【0107】
パターン多重部１１４は、固定パターン生成部１１３を通過した光に対して波長に依存した屈折を付与することで、光の波長に応じて、照明パターン４１０と、照明パターン４１０がシフトしたシフト照明パターン４２０を同時に生成する機能を有する。
パターン多重部１１４は、本開示の照明パターンシフト部を構成する。
照明パターンシフト部（パターン多重部１１４）は、前記照明光学系によって生成される照明パターンをシフトさせる。照明パターンシフト部（パターン多重部１１４）は、照明パターン４１０と、シフト照明パターン４２０とを同時に生成して出力する。
前記パターン生成部（パターン多重部１１４）は、前記光源部（時間多重光源部１１２Ｂ）から射出された光に単一の前記２次元パターンを付与する静的な構造により構成されている。
パターン多重部１１４は、本開示の照明パターンシフト部を構成する。
照明パターンシフト部（パターン多重部１１４）は、前記照明光学系によって生成される照明パターンをシフトさせる。照明パターンシフト部（パターン多重部１１４）は、照明パターン４１０と、シフト照明パターン４２０とを同時に生成して出力する。
前記パターン生成部（パターン多重部１１４）は、前記光源部（時間多重光源部１１２Ｂ）から射出された光に単一の前記２次元パターンを付与する静的な構造により構成されている。
【0108】
照明光学系１１５は、前記パターン生成部（パターン多重部１１４）により２次元パターンを付与された光を計測対象上に投影する。
【0109】
受信部１３０Ｂは、受信光学系１３１、単画素光検出部１３２Ｂ－１、単画素光検出部１３２Ｂ－２、および、パターン分離部１３３、を含み構成されている。
【0110】
受信光学系１３１は、計測対象２００によって反射・散乱された照明パターン４１０及びシフト照明パターン４２０をパターン分離部１３３に送信する機能を有する。
【0111】
パターン分離部１３３は入射光の波長に応じて、照明パターン４１０を単画素光検出部１３２Ｂ－１に、シフト照明パターン４２０を単画素光検出部１３２Ｂ－２に分離して送信する機能を有する。具体的には波長に依存した透過特性/反射特性を有するビームスプリッタなどで構成される。
【0112】
単画素光検出部１３２Ｂ－１及び単画素光検出部１３２Ｂ－２は、パターン分離部１３３から送信された光を電気信号に変換する機能を有する。単画素光検出部１３２Ｂ－１及び単画素光検出部１３２Ｂ－２は所謂フォトディテクタであり、可視波長帯ではＳｉ製、短赤外波長帯ではＩｎＧａＡｓ製やＧｅ製のものが一般的に用いられている。
【0113】
すなわち、本開示の受信部１３０Ｂは、前記照明システム部１１０Ｂにより前記照明パターン及び前記シフト照明パターンが前記計測対象に照射された場合における前記計測対象からの光を受光する、複数の前記単画素光検出器（単画素光検出部１３２Ｂ－１及び単画素光検出部１３２Ｂ－２）を備える。
複数の前記単画素光検出器は、前記照明パターンと前記シフト照明パターンとをそれぞれ別に検出する。
複数の前記単画素光検出器は、前記照明パターンと前記シフト照明パターンとをそれぞれ別に検出する。
【0114】
信号処理部１５０Ｂは、単画素光検出部１３２Ｂ－１及び単画素光検出部１３２Ｂ－２からの電気信号を受信し、計測対象２００の画像を再現（「再現」は「生成」または「再構成」とも記載する。）及び出力する機能を有する。
【0115】
図１０は、本開示の実施の形態３に係る画像取得装置１００Ｂにおける照明システム部１１０Ｂの構成例を示す図である。
以下では、実施の形態１，２と同一の構成要素については、同一の名称、及び、同一又は同様の記号を付し、実施の形態１，２との相違点に絞って構成を記載する。
以下では、実施の形態１，２と同一の構成要素については、同一の名称、及び、同一又は同様の記号を付し、実施の形態１，２との相違点に絞って構成を記載する。
【0116】
単色レーザ１１２－１Ｂ及び単色レーザ１１２Ｂ－２は、それぞれ異なる出力波長を有するレーザ光源であり、連続的に光を出力する。
【0117】
ビームコンバイナ１１２Ｂ－３は、単色レーザ１１２Ｂ－１及び単色レーザ１１２Ｂ－２から出力された光を合成する機能を有する。
【0118】
プリズム１１４－１は、単色レーザ１１２Ｂ－１及び単色レーザ１１２Ｂ－２の光の伝搬方向を分離する機能を有する。このように構成することで、照明パターン４１０とシフト照明パターン４２０とを同時に生成できる。
【0119】
図１１は、本開示の実施の形態３に係る画像取得装置１００Ｂにおける信号処理部１５０Ｂの構成例を示す図である。
以下では、実施の形態１，２と同様の構成要素については、同一の名称、及び、同一又は同様の記号を付し、実施の形態１，２との相違点に絞って構成を記載する。
以下では、実施の形態１，２と同様の構成要素については、同一の名称、及び、同一又は同様の記号を付し、実施の形態１，２との相違点に絞って構成を記載する。
【0120】
ＡＤ変換部１５１は、単画素光検出部１３２Ｂ－１及び単画素光検出部１３２Ｂ－２からの電気信号をデジタル信号に変換する機能を有する。
【0121】
照明フレーム群同期部１５５は、時間同期部１５２から出力された照明パターン４１０に対応する受信信号の各点と、照明フレーム群保持部１５４から出力された照明フレーム群の各照明フレームとの対応づけを行う機能を有する。
【0122】
シフト照明フレーム群同期部１５６は、時間同期部１５２から出力されたシフト照明パターン４２０に対応する受信信号の各点と、照明フレーム群保持部１５４から出力された照明フレーム群の各照明フレームとの対応づけを行う機能を有する。
【0123】
［動作］
本開示の実施の形態３に係る画像取得装置の処理例を説明する。
図１２及び図１３は実施の形態２の動作説明図である。以下では、実施の形態１，２と同一の構成要素については、同一の名称、及び、同一又は同様の記号を付し、実施の形態１，２との相違点に絞って構成を記載する。
本開示の実施の形態３に係る画像取得装置の処理例を説明する。
図１２及び図１３は実施の形態２の動作説明図である。以下では、実施の形態１，２と同一の構成要素については、同一の名称、及び、同一又は同様の記号を付し、実施の形態１，２との相違点に絞って構成を記載する。
【0124】
図１２は、本開示の実施の形態３に係る画像取得装置１００Ｂにおける受信信号の取得に係る動作を説明するための図である。
実施の形態２との差異は、照明システム部１１０Ｂから照明パターン４１０とシフト照明パターン４２０が同時に照射される点のみである。計測対象２００の各位置における、照明パターン４１０からの散乱光・反射光は単画素光検出部１３２Ｂ－１によって、シフト照明パターン４２０からの散乱光・反射光は単画素光検出部１３２Ｂ－２によってそれぞれ連続的な電気信号に変換され、信号処理部１５０Ｂへと送信される。
実施の形態２との差異は、照明システム部１１０Ｂから照明パターン４１０とシフト照明パターン４２０が同時に照射される点のみである。計測対象２００の各位置における、照明パターン４１０からの散乱光・反射光は単画素光検出部１３２Ｂ－１によって、シフト照明パターン４２０からの散乱光・反射光は単画素光検出部１３２Ｂ－２によってそれぞれ連続的な電気信号に変換され、信号処理部１５０Ｂへと送信される。
【0125】
また、照明パターン４１０とシフト照明パターン４２０とが同時に照射されるため、計測対象２００の移動を補償するための、シフト照明パターン４２０の水平方向へのシフトを考慮する必要がない。
【0126】
図１３は、本開示の実施の形態３に係る画像取得装置１００Ｂにおける信号処理部１５０Ｂに係る処理を説明するための図である。
実施の形態２との差異は、信号処理部１５０Ｂに入力される時点で照明パターン４１０とシフト照明パターン４２０に相当する受信信号に分離されているため、信号分離部１５３に相当する処理や照明制御部１１１によるタイミング同期処理が無く、各受信信号に対してＡＤ変換部１５１及び時間同期部１５２に相当する処理が行われる点のみである。
したがって、図１３に示すステップＳＴ３３１０からステップＳＴ３４００の処理の詳細な説明を省略する。
実施の形態２との差異は、信号処理部１５０Ｂに入力される時点で照明パターン４１０とシフト照明パターン４２０に相当する受信信号に分離されているため、信号分離部１５３に相当する処理や照明制御部１１１によるタイミング同期処理が無く、各受信信号に対してＡＤ変換部１５１及び時間同期部１５２に相当する処理が行われる点のみである。
したがって、図１３に示すステップＳＴ３３１０からステップＳＴ３４００の処理の詳細な説明を省略する。
【0127】
［実施の形態３に係る効果］
【0128】
本実施の形態のように構成することにより、実施の形態１と比較して、パターンの切り替えタイミングを同期することが不要となるため、信号処理が容易になる利点がある。
【0129】
さらに、両パターンを同時に照射し続けるため、露光時間を増加させやすく、信号対雑音比が向上する利点もある。
【0130】
また、照明パターン４１０とシフト照明パターン４２０とが同時に照射されるため、計測対象２００の移動を補償するための、シフト照明パターン４２０の水平方向へのシフトを考慮する必要がない。
【0131】
本実施の形態に係る本開示の画像取得装置は、さらに、例えば、以下のように構成されたものである。
前記照明システム部は、
光源部と、
前記光源部から射出された光に２次元パターンを付与するパターン生成部と、
前記パターン生成部により２次元パターンを付与された光を計測対象上に投影する照明光学系と、
前記照明光学系によって生成される照明パターンをシフトさせる照明パターンシフト部と、
を備え、
前記受信部は、前記照明システム部により前記照明パターン及び前記シフト照明パターンが前記計測対象に照射された場合における前記計測対象からの光を受光する、複数の前記単画素光検出器を備え、
前記パターン生成部は、前記光源部から射出された光に単一の前記２次元パターンを付与する静的な構造により構成されており、
前記照明システム部は、前記照明パターンと、前記照明パターンシフト部により前記照明パターンをシフトさせた一つ以上のシフト照明パターンとを、同時に照射し、
複数の前記単画素光検出器は、前記照明パターンと前記シフト照明パターンとをそれぞれ別に検出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。
これにより、本開示は、パターンの切り替えタイミングを同期しなくてもよい、画像取得装置を提供することができる、といった効果を奏する。
さらに、本開示は、上記構成を、上記画像取得方法に適用することにより、上記効果と同様の効果を奏する。
前記照明システム部は、
光源部と、
前記光源部から射出された光に２次元パターンを付与するパターン生成部と、
前記パターン生成部により２次元パターンを付与された光を計測対象上に投影する照明光学系と、
前記照明光学系によって生成される照明パターンをシフトさせる照明パターンシフト部と、
を備え、
前記受信部は、前記照明システム部により前記照明パターン及び前記シフト照明パターンが前記計測対象に照射された場合における前記計測対象からの光を受光する、複数の前記単画素光検出器を備え、
前記パターン生成部は、前記光源部から射出された光に単一の前記２次元パターンを付与する静的な構造により構成されており、
前記照明システム部は、前記照明パターンと、前記照明パターンシフト部により前記照明パターンをシフトさせた一つ以上のシフト照明パターンとを、同時に照射し、
複数の前記単画素光検出器は、前記照明パターンと前記シフト照明パターンとをそれぞれ別に検出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。
これにより、本開示は、パターンの切り替えタイミングを同期しなくてもよい、画像取得装置を提供することができる、といった効果を奏する。
さらに、本開示は、上記構成を、上記画像取得方法に適用することにより、上記効果と同様の効果を奏する。
【0132】
［その他 変形例］
【0133】
実施の形態２と同様に、パターン多重部１１４は受信光学系１３１の後に設置されていても良い。
【0134】
実施の形態２と同様に、シフト照明パターン４２０の生成には光の波長でなく光の偏光も利用できる。例えば、時間多重光源部１１２Ｂを直交する偏光を有する２つのレーザ光源で、パターン多重部１１４を偏光に応じて異なる屈折角を与える素子（複屈折結晶）で、パターン分離部１３３には偏光ビームスプリッタ等で構成することで、本実施の形態と同等の機能と効果を得る。
【0135】
実施の形態４．
実施の形態４を説明する。
実施の形態４においては、実施の形態４に係る構成部のうち、既に説明した実施の形態１、実施の形態２、または、実施の形態３、に係る構成部と同様の構成部については、同様の名称及び同様の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
実施の形態４を説明する。
実施の形態４においては、実施の形態４に係る構成部のうち、既に説明した実施の形態１、実施の形態２、または、実施の形態３、に係る構成部と同様の構成部については、同様の名称及び同様の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
【0136】
［構成］
本開示の実施の形態４に係る画像取得装置の構成例を説明する。
図１４は、本開示の実施の形態４に係る画像取得装置１００Ｃの構成例、及び、画像取得装置１００Ｃを計測システムに適用した場合の構成例を示す図である。
以下では、実施の形態１，２，３と同一の構成要素については、同一の名称、及び、同一又は同様の記号を付し、実施の形態１，２，３との相違点に絞って構成を記載する。
本開示の実施の形態４に係る画像取得装置の構成例を説明する。
図１４は、本開示の実施の形態４に係る画像取得装置１００Ｃの構成例、及び、画像取得装置１００Ｃを計測システムに適用した場合の構成例を示す図である。
以下では、実施の形態１，２，３と同一の構成要素については、同一の名称、及び、同一又は同様の記号を付し、実施の形態１，２，３との相違点に絞って構成を記載する。
【0137】
時間多重光源部１１２Ｃは波長の異なる３つの光を、照明制御部１１１Ｃからの制御に基づいて、時間的に切り替えながら固定パターン生成部１１３に照射する機能を有する。
【0138】
パターン多重部１１４は、固定パターン生成部１１３を通過した光に対して波長に依存した屈折を付与することで、光の波長に応じて、計測対象２００へ転写される変調パターンを照明パターン４１０、シフト照明パターン４２０（第２の照明パターン、第１のシフト照明パターン）、シフト照明パターン４３０（第３の照明パターン、第２のシフト照明パターン）のいずれかに切り替える機能を有する。なお、ここでは照明パターン数を便宜的に３種類としているが、照明システム部１１０Ｃの具体的な構成にて示す通り、４種類以上とすることも可能である。
【0139】
シフト照明パターン４３０は、照明パターン４１０がパターン多重部１１４によって、計測対象２００の移動と垂直な方向（以下、単に垂直方向）にシフトしたものである。ここではシフト量として照明パターン４１０の２区画分を想定する。このようにシフト量を設定することで、シフト照明パターン４３０、シフト照明パターン４２０及び照明パターン４１０の垂直方向の区画が一致する。なお、これら３つの照明パターンの垂直方向の区画が一致することが重要なため、シフト照明パターン４３０及びシフト照明パターン４２０のシフト量は区画サイズの整数倍であればよく、２区画分に限らない。
【0140】
照明パターン４１０の垂直方向の区画数は、本装置から出力画像の垂直方向の画素数に、前記シフト量（本形態では２区画）以上を加えたものである。これにより、シフト照明パターン４３０においても計測対象２００が照明パターン内に収まることが保証される。本装置で解像度３２ｘ３２の画像を出力する場合、照明パターン４１０の解像度は例えば３４ｘ２３１となる。この場合、照明フレーム数は２００である。
【0141】
図１５は、本開示の実施の形態４に係る画像取得装置１００Ｃにおける照明システム部１１０Ｃの第１の構成例を示す図である。
以下では、実施の形態１，２，３と同一の構成要素については、同一の名称、及び、同一又は同様の記号を付し、実施の形態１，２，３との相違点に絞って構成を記載する。
以下では、実施の形態１，２，３と同一の構成要素については、同一の名称、及び、同一又は同様の記号を付し、実施の形態１，２，３との相違点に絞って構成を記載する。
【0142】
多波長レーザ１１２Ｃ－１は３つ以上の異なる波長の光を出力可能なレーザ光源であり、照明制御部１１１Ｃによって指定されたタイミングで指定された波長で発光する機能を有する。
【0143】
プリズム１１４－１は、多波長レーザ１１２Ｃ－１の出力光の波長に応じて光の伝搬方向を分離する機能を有する。このように構成することで、機械的な駆動部を含まない構成で、照明パターン４１０、シフト照明パターン４２０、及びシフト照明パターン４３０を切り替えられる。
【0144】
照明制御部１１１Ｃから出力される、多波長レーザ１１２Ｃ－１への制御信号を変更することで、４種類以上の照明パターンを実現することも可能である。
【0145】
図１６は、本開示の実施の形態４に係る画像取得装置１００Ｃにおける照明システム部１１０Ｃの第２の構成例を示す図である。
以下では、実施の形態１，２，３と同一の構成要素については、同一の名称、及び、同一又は同様の記号を付し、実施の形態１，２，３との相違点に絞って構成を記載する。
以下では、実施の形態１，２，３と同一の構成要素については、同一の名称、及び、同一又は同様の記号を付し、実施の形態１，２，３との相違点に絞って構成を記載する。
【0146】
単色レーザ１１２Ｃ－２は単一の出力波長を有するレーザ光源であり連続的に光を出力する。
【0147】
照明パターンマスク１１３－１は、単色レーザ１１２Ｃ－２からの光に、空間的な変調パターンを付与する機能を有する。
【0148】
照明パターンマスク移動部１１６は、照明制御部１１１Ｃ－２からの制御信号に従って、照明パターンマスク１１３－１を１軸もしくは２軸で移動させる機能を有する。このように構成することで、照明パターン４１０、シフト照明パターン４２０及びシフト照明パターン４３０を切り替えられる。照明パターンマスク移動部１１６は、例えば、画像取得装置１００Ｃの外部から制御可能に構成されていてもよい。
照明パターンマスク移動部１１６は、本開示のパターン移動部を構成する。
パターン移動部（照明パターンマスク移動部１１６）は、前記シフト照明パターンのシフト方向を変化させる。
照明パターンマスク移動部１１６は、本開示のパターン移動部を構成する。
パターン移動部（照明パターンマスク移動部１１６）は、前記シフト照明パターンのシフト方向を変化させる。
【0149】
照明制御部１１１Ｃ－２から出力される、照明パターンマスク移動部１１６への制御信号を変更することで、４種類以上の照明パターンを実現することも可能である。
【0150】
図１７は、本開示の実施の形態４に係る画像取得装置１００Ｃにおける信号処理部１５０Ｃの構成例を示す図である。
以下では、実施の形態１，２，３と同一の構成要素については、同一の名称、及び、同一又は同様の記号を付し、実施の形態１，２，３との相違点に絞って構成を記載する。
以下では、実施の形態１，２，３と同一の構成要素については、同一の名称、及び、同一又は同様の記号を付し、実施の形態１，２，３との相違点に絞って構成を記載する。
【0151】
信号分離部１５３は、照明制御部１１１からのタイミング情報を用いて、時間同期部１５２からの受信信号から、照明パターン４１０、シフト照明パターン４２０及びシフト照明パターン４３０に対応する信号を判定及び分離する機能を有する。さらに、照明パターン４１０に対応する部分を照明フレーム群保持部１５４に、シフト照明パターン４２０に対応する部分をシフト照明フレーム群同期部１５６Ｃ－１に、シフト照明パターン４３０に相当する部分をシフト照明フレーム群同期部１５６Ｃ－２にそれぞれ送信する機能も有する。
【0152】
照明フレーム群保持部１５４は、照明パターン４１０、シフト照明パターン４２０及びに相当するシフト照明パターン４３０照明フレーム群を保持する機能を有する。
【0153】
シフト照明フレーム群同期部１５６Ｃ－１は、シフト照明フレーム群同期部１５６と同様に、時間同期部１５２から出力されたシフト照明パターン４２０に対応する受信信号の各点と、照明フレーム群保持部１５４から出力された照明フレーム群の各照明フレームとの対応づけを行う機能を有する。
シフト照明フレーム群同期部１５６Ｃ－２は、シフト照明パターン４３０に対応する受信信号の各点と、照明フレーム群保持部１５４から出力された照明フレーム群の各照明フレームとの対応づけを行う機能を有する。
シフト照明フレーム群同期部１５６Ｃ－２は、シフト照明パターン４３０に対応する受信信号の各点と、照明フレーム群保持部１５４から出力された照明フレーム群の各照明フレームとの対応づけを行う機能を有する。
【0154】
校正処理部１５７は、照明フレーム群保持部１５４、シフト照明フレーム群同期部１５６Ｃ－１及びシフト照明フレーム群同期部１５６Ｃ－２から出力された受信信号を校正する機能を有する。具体的には、オフセットの除去や、各パターンで照明パワーが異なればその補正、等である。
【0155】
信号統合部１５８は、照明フレーム群保持部１５４、シフト照明フレーム群同期部１５６Ｃ－１及びシフト照明フレーム群同期部１５６Ｃ－２から出力された照明フレーム群と受信信号をそれぞれ連結し、統合受信信号及び統合照明フレーム群を作成する。
【0156】
［動作］
本開示の実施の形態４に係る画像取得装置の処理例を説明する。
図１８は、本開示の実施の形態４に係る画像取得装置１００Ｃにおける受信信号の取得に係る動作を説明するための図である。
以下では、実施の形態１，２，３と相違点に絞って構成を記載する。
本開示の実施の形態４に係る画像取得装置の処理例を説明する。
図１８は、本開示の実施の形態４に係る画像取得装置１００Ｃにおける受信信号の取得に係る動作を説明するための図である。
以下では、実施の形態１，２，３と相違点に絞って構成を記載する。
【0157】
他の実施の形態との差異は、照明システム部１１０Ｃから出力されるパターン数が増加したことである。照明パターン４１０、とシフト照明パターン４２０、及びシフト照明パターン４３０に相当する散乱光・反射光が照射される。照明パターン４１０からの散乱光・反射光は単画素光検出部１３２によって、シフト照明パターン４２０からの散乱光・反射光は単画素光検出部１３２Ｂ－２によってそれぞれ連続的な電気信号に変換され、信号処理部１５０Ｃへと送信される。信号処理部１５０Ｃでは、各照明パターンが分離された後に、実施の形態２と同様の処理が行われる。
【0158】
［実施の形態４に係る効果］
【0159】
本実施の形態のように構成することにより、実質的な照明フレーム数が３倍となるため、照明パターンの水平方向の大きさをさらに低減できる。
【0160】
また、照明制御部１１１から信号を変更するだけで、装置構成を変えずに、照明パターン数を４つ以上に増加できる。
【0161】
図１５のように照明システム部１１０を構成する場合、機械的な駆動部を含まない形で、照明パターンをシフトできる。これは、装置の低コスト化、小型化、高信頼化に寄与する。
【0162】
図１６のように照明システム部１１０を構成する場合、プリズム１１４－１を取り除けるため、光学系を簡素化できる。さらに、照明パターンマスク移動部１１６を２軸で駆動する場合、照明パターンのシフト方向の傾斜角度を照明パターンマスク移動部１１６への制御信号を変えるのみで調整できる利点がある。
【0163】
本実施の形態に係る本開示の画像取得装置は、さらに、例えば、以下のように構成されたものである。
前記シフト照明パターンのシフト方向を変化させるパターン移動部を備えた、
ことを特徴とする画像取得装置。
前記シフト照明パターンのシフト方向を変化させるパターン移動部を備えた、
ことを特徴とする画像取得装置。
【0164】
［その他 変形例］
図１５のように照明システム部１１０を構成する場合、多波長レーザ１１２Ｃ－１は連続的に出力波長を変更できる機能を有していても良い。その場合、出力波長を微調整することで、シフト照明パターン４２０やシフト照明パターン４３０の位置を変更できるため、パターン多重部１１４の設置精度への要求を低くできる利点がある。
図１５のように照明システム部１１０を構成する場合、多波長レーザ１１２Ｃ－１は連続的に出力波長を変更できる機能を有していても良い。その場合、出力波長を微調整することで、シフト照明パターン４２０やシフト照明パターン４３０の位置を変更できるため、パターン多重部１１４の設置精度への要求を低くできる利点がある。
【0165】
実施の形態５．
実施の形態５を説明する。
実施の形態５においては、実施の形態５に係る構成部のうち、既に説明した実施の形態１、実施の形態２、実施の形態３、または、実施の形態４、に係る構成部と同様の構成部については、同様の名称及び同様の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
実施の形態５を説明する。
実施の形態５においては、実施の形態５に係る構成部のうち、既に説明した実施の形態１、実施の形態２、実施の形態３、または、実施の形態４、に係る構成部と同様の構成部については、同様の名称及び同様の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
【0166】
［構成］
本開示の実施の形態５に係る画像取得装置の構成例を説明する。
図１９は、本開示の実施の形態５に係る画像取得装置１００Ｄの構成例、及び、画像取得装置１００Ｄを計測システムに適用した場合の構成例を示す図である。
以下では、実施の形態１，２，３，４と同一の構成要素については、同一の名称、及び、同一又は同様の記号を付し、実施の形態１，２，３，４との相違点に絞って構成を記載する。
本開示の実施の形態５に係る画像取得装置の構成例を説明する。
図１９は、本開示の実施の形態５に係る画像取得装置１００Ｄの構成例、及び、画像取得装置１００Ｄを計測システムに適用した場合の構成例を示す図である。
以下では、実施の形態１，２，３，４と同一の構成要素については、同一の名称、及び、同一又は同様の記号を付し、実施の形態１，２，３，４との相違点に絞って構成を記載する。
【0167】
画像取得装置１００Ｄは、計測対象２００に、照明パターン４１０、シフト照明パターン４２０（第２の照明パターン、第１のシフト照明パターン）、シフト照明パターン４３０（第３の照明パターン、第２のシフト照明パターン）、シフト照明パターン４４０（第４の照明パターン、第３のシフト照明パターン）の４つを照射する。シフト照明パターン４２０、シフト照明パターン４３０、及びシフト照明パターン４４０は、照明パターン４１０から等間隔にシフトしたものであり、ここでシフト間隔は照明パターン４１０の区画の半分である。したがって、シフト照明パターン４２０、シフト照明パターン４３０及びシフト照明パターン４４０は、照明パターン４１０を垂直方向に１／２、１、３／２区画シフトしたものである。
【0168】
単画素光検出部１３２は、受信光学系１３１によって集光された光を電気信号に変換する機能を有し、計測対象２００が照明パターン４１０の１画素を通過する時間の１／８の間隔で信号を取得する。これにより、計測対象２００が照明パターン４１０、シフト照明パターン４２０、シフト照明パターン４３０、シフト照明パターン４４０上にある場合（以下、ケース１～４と呼称）に加えて、計測対象２００が照明パターン４１０、シフト照明パターン４２０、シフト照明パターン４３０、シフト照明パターン４４０から水平方向に１／２区画ずれている場合（以下、ケース５～８と呼称）にも信号が取得される。このように構成することで、信号処理部１５０での処理により解像度を垂直方向及び水平方向に２倍向上する効果を得る。
【0169】
図２０は、本開示の実施の形態５に係る画像取得装置１００Ｄにおける信号処理部１５０Ｄの構成例を示す図である。
以下では、実施の形態１，２，３，４と同一の構成要素については、同一の名称、及び、同一又は同様の記号を付し、実施の形態１，２，３，４との相違点に絞って構成を記載する。
以下では、実施の形態１，２，３，４と同一の構成要素については、同一の名称、及び、同一又は同様の記号を付し、実施の形態１，２，３，４との相違点に絞って構成を記載する。
【0170】
信号分離部１５３は、照明制御部１１１Ｄからのタイミング情報を用いて、時間同期部１５２からの受信信号から、前記ケース１からケース８に対応する信号を判定・分離する機能を有する。さらに、各ケースに対応する信号を照明フレーム群同期部１５５もしくはシフト照明フレーム群同期部１５６Ｄ（１５６Ｄｎ：ｎ＝１，２，３，４，５，６，７）に送信する機能も有する。
【0171】
信号統合部１５８Ｄ（１５８Ｄｎ：ｎ＝１，２，３，４）は、入力された複数の照明フレーム群と複数の受信信号をそれぞれ連結し、統合受信信号及び統合照明フレーム群を作成する。実施の形態５は信号統合部１５８を４つ備え、ケース１とケース３、ケース２とケース４、ケース５とケース７、ケース６とケース８を統合する。統合されるケース同士は対応する照明パターンが垂直方向に１区画シフトしている。また、ケース１を基準にすると、ケース２は垂直方向に１／２区画、ケース５は水平方向に１／２区画、ケース７は垂直及び水平方向に１／２区画シフトしている。
【0172】
画像再構成部１５９Ｄ（１５９Ｄｎ：ｎ＝１，２，３，４）は各信号統合部１５８Ｄ（１５８Ｄｎ：ｎ＝１，２，３，４）の後段に接続され、信号統合部１５８（１５８Ｄｎ：ｎ＝１，２，３，４）から出力された統合受信信号及び統合照明フレーム群に対して、画像再構成処理を付与し、計測対象２００の２次元画像を生成する（計４枚）。画像再構成部１５９（１５９Ｄｎ：ｎ＝１，２，３，４）によって出力される各２次元画像は、前記の通り、１／２画素ずつシフトしている。
【0173】
前記信号処理部１５０Ｄは、さらに、前記受信信号に対して、当該受信信号に基づく画像の解像度を向上させる解像度向上処理を施す、解像度改善部１６１を備える。
【0174】
解像度改善部１６１は、画像再構成部１５９（１５９Ｄｎ：ｎ＝１，２，３，４）から出力された４枚の２次元画像を受信し、これらの画像よりも水平方向と垂直方向に２倍の解像度を有する解像度向上済み画像を出力する機能を有する。入力される４枚の画像は、水平及び垂直方向に１／２画素ずつシフトしているため、これらの画像を所謂サブピクセルシフトの手法を用いて統合することで、解像度を向上する。
【0175】
［動作］
本開示の実施の形態５に係る画像取得装置の処理例を説明する。
以下では、実施の形態１，２，３，４との相違点に絞って構成を記載する。
図２１は、本開示の実施の形態５に係る画像取得装置１００Ｄにおける受信信号の取得に係る動作を説明するための図である。
図２２は、本開示の実施の形態５に係る画像取得装置１００Ｄにおける信号処理部１５０Ｄに係る処理を説明するための図である。
本開示の実施の形態５に係る画像取得装置の処理例を説明する。
以下では、実施の形態１，２，３，４との相違点に絞って構成を記載する。
図２１は、本開示の実施の形態５に係る画像取得装置１００Ｄにおける受信信号の取得に係る動作を説明するための図である。
図２２は、本開示の実施の形態５に係る画像取得装置１００Ｄにおける信号処理部１５０Ｄに係る処理を説明するための図である。
【0176】
実施の形態４との差異は、照明システム部１１０Ｄから出力されるパターン数が増加したこと、照明パターンの垂直方向のシフト量が１／２区画となったこと、計測対象２００が１区画する間に８回受信信号が取得されることである。図２２に示すステップＳＴ４１１０からステップＳＴ４４２０の処理内容の詳細のそれぞれは、既に説明した処理内容と同様であるため、以下、異なる処理内容について説明する。
照明パターン４１０を基準にした水平方向の区画シフト量をΔＸ、垂直方向の区画シフト量をΔＹとおくと、以下の８ケースで信号が取得される。
ケース１：区画シフト（ΔＸ，ΔＹ）＝（０，０） （＝照明パターン４１０）
ケース２：区画シフト（ΔＸ，ΔＹ）＝（０，１／２） （＝シフト照明パターン４２０）
ケース３：区画シフト（ΔＸ，ΔＹ）＝（０，１） （＝シフト照明パターン４３０）
ケース４：区画シフト（ΔＸ，ΔＹ）＝（０，３／２） （＝シフト照明パターン４４０）
ケース５：区画シフト（ΔＸ，ΔＹ）＝（１／２，０） （＝照明パターン４１０に区画シフト（ΔＸ，ΔＹ)＝（１／２，０））
ケース６：区画シフト（ΔＸ，ΔＹ）＝（１／２，１／２） （＝シフト照明パターン４２０に区画シフト（ΔＸ，ΔＹ）＝（１／２，０））
ケース７：区画シフト（ΔＸ，ΔＹ）＝（１／２，１） （＝シフト照明パターン４３０に区画シフト（ΔＸ，ΔＹ）＝（１／２，０））
ケース８：区画シフト（ΔＸ，ΔＹ）＝（１／２，３／２） （＝シフト照明パターン４４０に区画シフト（ΔＸ，ΔＹ）＝（１／２，０））
計測対象２００が１区画移動するたびに上記８ケースで信号取得されるため、実施の形態１と同様の信号分離処理を行うことで、各ケースに相当する受信信号に分離する（ステップＳＴＳＴ４１３０）。
照明パターン４１０を基準にした水平方向の区画シフト量をΔＸ、垂直方向の区画シフト量をΔＹとおくと、以下の８ケースで信号が取得される。
ケース１：区画シフト（ΔＸ，ΔＹ）＝（０，０） （＝照明パターン４１０）
ケース２：区画シフト（ΔＸ，ΔＹ）＝（０，１／２） （＝シフト照明パターン４２０）
ケース３：区画シフト（ΔＸ，ΔＹ）＝（０，１） （＝シフト照明パターン４３０）
ケース４：区画シフト（ΔＸ，ΔＹ）＝（０，３／２） （＝シフト照明パターン４４０）
ケース５：区画シフト（ΔＸ，ΔＹ）＝（１／２，０） （＝照明パターン４１０に区画シフト（ΔＸ，ΔＹ)＝（１／２，０））
ケース６：区画シフト（ΔＸ，ΔＹ）＝（１／２，１／２） （＝シフト照明パターン４２０に区画シフト（ΔＸ，ΔＹ）＝（１／２，０））
ケース７：区画シフト（ΔＸ，ΔＹ）＝（１／２，１） （＝シフト照明パターン４３０に区画シフト（ΔＸ，ΔＹ）＝（１／２，０））
ケース８：区画シフト（ΔＸ，ΔＹ）＝（１／２，３／２） （＝シフト照明パターン４４０に区画シフト（ΔＸ，ΔＹ）＝（１／２，０））
計測対象２００が１区画移動するたびに上記８ケースで信号取得されるため、実施の形態１と同様の信号分離処理を行うことで、各ケースに相当する受信信号に分離する（ステップＳＴＳＴ４１３０）。
【0177】
ケース１とケース３は照明パターン４１０を垂直方向に１区画シフトして取得したものであり、実施の形態２と同様に、信号統合処理（ステップＳＴ４３６０）によって、実質的な照明フレーム数を増加するのに使用することができる。ケース２とケース４、ケース５とケース７、ケース６とケース８についても同様である。一方、ケース２とケース４は、ケース１とケース３に対して（ΔＸ,ΔＹ）＝（０，１／２）分シフトしている。ケース５とケース７、及びケース６とケース８についても（ΔＸ，ΔＹ）＝（１／２，０）、及び（１／２，１／２）シフトしている。したがって、これらのケースを用いて画像再構成を行うと、ケース１とケース３における出力画像に対して、前記の分だけシフトされた出力画像が得られる。したがって、半区画シフトして撮影した画像が計４枚得られることになる（ステップＳＴ４３９０）。
【0178】
前記４枚の出力画像は所謂サブピクセルシフトされた画像となるため、解像度向上処理（解像度改善処理：ステップＳＴ４４１０）によって画像を統合することで、解像度を水平方向と垂直方向のそれぞれに計２倍した画像を新たに作成できる。必要に応じてデコンボリューション処理等を行って画質を改善しても良い。
【0179】
通常のサブピクセルシフト処理は１／２画素シフトで十分なため、ケース３、ケース４、ケース７、ケース８といった１画素を超えるシフト量を設定する合理的な理由はない。一方、本実施の形態ではサブピクセルシフトによる解像度向上に加えて、照明フレーム数を増大するための処理を行うため、１画素を超えるシフト量でも信号を取得することが特徴である。
【0180】
以下では、上記動作が成立するための条件を整理する。
【0181】
前提条件として、移動する前記計測対象２００を計測するように前記画像取得装置１００Ｄが設置された状態において、前記照明パターンのシフト方向は、前記計測対象の移動方向２５０に対する垂直方向αであり、計測対象２００の移動速度をｖ、照明パターン４１０の垂直方向の区画間隔をｄｙ、照明パターン４１０の水平方向の区画間隔をｄｘ、信号処理部１５０から出力される２次元画像の垂直方向の画素間隔に相当する計測対象上での長さをｄ’ｙ、 信号処理部１５０から出力される２次元画像の水平方向の画素間隔に相当する計測対象上での長さをｄ’ｘと定義する。
【0182】
この時、垂直方向の解像度の向上度ρｙはρｙ＝ｄｙ／ｄ’ｙ、水平方向の解像度の向上度を表す係数ρｘをρｘ＝ｄｘ／ｄ’ｘとなる。仮に解像度の向上が無ければｄｙ＝ｄ’ｙ、ｄｘ＝ｄ’ｘとなるため、ρｙ＝ρｘ＝１である。
【0183】
シフトさせる照明パターンの数をＮと置く。照明パターン４１０を含めたパターンの総数はＮ＋１である。照明パターンの総数は垂直方向の解像度を向上するための条件と、照明フレーム数増大の効果を得るための条件から制約される。まず、解像度をρｙだけ向上するためにはＮ＋１＞＝ρｙである必要がある。例えば、垂直方向の解像度を２倍に改善するためには、シフト量としては（ΔＸ,ΔＹ)＝（０，０）及び（０，１／２）の２種類が最低でも必要である。さらに、照明フレーム増大を得るためには、各シフト量に対して、それらを垂直方向に１区画シフトする必要がある。最小の照明フレーム増大数は２のため、Ｎ＋１＞＝２＊ρｙとなる。したがって、本実施の形態が成立するためのシフトさせる照明パターンの数に対する条件はＮ＞＝２＊ρｙ －１となる。
【0184】
照明パターンの垂直方向のシフト間隔をΔｄｙ、最大のシフト距離をｄｙ，ｍａｘと置く。垂直方向のシフト間隔は、垂直方向の解像度向上度に関わる。例えば、解像度を２倍に改善する場合（ρｙ＝２）は、Δｄｙ＜＝ｄｙ／２である必要があり、これを一般化するとΔｄｙ＜＝ｄｙ／ρｙという制約が導かれる。一方、ｄｙ，ｍａｘとしては、パターン間隔ｄｙにパターン数Ｎを乗じたものが最低でも要求されるため、パターン数Ｎを用いて、ｄｙ，ｍａｘ＞＝Δｄｙ*Ｎが制約となる。
【0185】
本実施の構成５では、ρｙ＝ρｘ＝２、Ｎ＝３、Δｄｙ＝１／２＊ｄｙ、ｄｙ，ｍａｘ＝３／２＊ｄｙであり、上記の制約が満たされている。一方、解像度の解像度の増大のみを目的とする場合には、Ｎ＝１、ｄｙ，ｍａｘ＝１／２＊ｄｙで十分であり、上記の制約条件を満たすように構成・動作する合理的な理由はない。
【0186】
なお、本実施の形態５の構成では、ρｙ＝ρｘ＝２とおいたが、ρｙ＝ρｘ＞２の場合でも上記が満たされるように構成すれば、解像度改善効果及び照明フレーム増大効果を得ることができる。ρｙ＝ρｘ＝１の場合には、Ｎ＝１、Δｄｙ＝ｄｙ，ｍａｘ＝１とおけば実施の形態１の条件と一致し、さらに前記の制約条件が満たされる。
【0187】
なお、解像度向上と照明フレーム数増大に最低限必要なサンプル数は、計測対象２００が１区画分動く間にρｘ＊（Ｎ＋１）回となる。等間隔に照明パターン切り替えと信号取得を行う場合、照明パターンの切り替え周期ΔｔｐはΔｔｐ＜＝（ｄｘ／ｖ）／（ρｘ＊（Ｎ＋１））、信号取得周期ΔｔｓはΔｔｓ＜＝（ｄｘ／ｖ）／（ρｘ＊（Ｎ＋１））という制約を満たす必要がある。
【0188】
さらに、照明パターン区画数についての制約条件も指定する。照明パターン４１０の垂直方向の区画数をＭｙ、水平方向の区画数をＭｘ、前記信号処理部から出力される２次元画像の垂直方向の画素数をＭ’ｙと水平方向の画素数をＭ’ｘと置く。照明パターン４１０は、照明パターン４１０をｄｙ，ｍａｘシフトした際にも、計測対象２００が照明パターン４１０に収まるような区画数を有する必要がある。ｄｙ，ｍａｘに相当する区画数はｄｙ，ｍａｘ／ｄｙであり、計測対象２００に相当する区画数はＭ’ｙの解像度向上分を割り戻したＭ’ｙ／ρｙである。したがって、ＭｙはＭｙ＞＝Ｍ’ｙ／ρｙ＋ｄｙ，ｍａｘ／ｄyという関係を満たす必要がある。また、Ｍｘについては十分な照明フレーム数を確保するという観点から、Ｍｘ＞＞Ｍ’ｘ／ρｘという関係を満たす必要がある。
【0189】
通常のＳＰＩにおいては、出力画像の解像度の最大化を図る観点で、ＭｙとＭ’ｙ／ρｙとを一致させない合理的な理由は無い。本開示においては、照明パターンのシフトを行う故に、上記のような制約条件を満たすことが必要となる。
【0190】
［実施の形態５に係る効果］
【0191】
本実施の形態のように構成することにより、実質的な照明フレーム数を増大する効果を保ちつつ、出力画像の解像度向上効果をも得られる。
【0192】
本実施の形態に係る本開示の画像取得装置は、さらに、例えば、以下のように構成されたものである。
複数の区画を用いて形成されている２次元パターンが付与された照明パターン、及び、当該照明パターンを照射面に沿ってシフトさせたシフト照明パターン、を計測対象に照射する、照明システム部と、
前記照明システム部により前記照明パターン及び前記シフト照明パターンが前記計測対象に照射された場合における前記計測対象からの光を、単画素光検出器を介して受光する、受信部と、
前記受信部により受光された光に基づく受信信号を取得し、前記計測対象が前記照明パターン上を通った場合における受信信号の変化及び前記計測対象が前記シフト照明パターン上を通った場合における受信信号の変化に基づいて、前記計測対象の２次元画像を生成する、信号処理部と、
を備え、
前記照明システム部は、
光源部と、
前記光源部から射出された光に２次元パターンを付与するパターン生成部と、
前記パターン生成部により２次元パターンを付与された光を計測対象上に投影する照明光学系と、
前記照明光学系によって生成される照明パターンをシフトさせる照明パターンシフト部と、
を備え、
前記パターン生成部は、前記光源部から射出された光に単一の前記２次元パターンを付与する静的な構造により構成されており、
前記照明システム部は、前記照明パターンと、前記照明パターンシフト部により前記照明パターンをシフトさせた一つ以上のシフト照明パターンとを、時間経過に応じて切り替えながら照射する、
画像取得装置であって、
移動する前記計測対象を計測するように前記画像取得装置が設置された状態において、 前記照明パターンのシフト方向は、前記計測対象の移動方向に対する垂直方向であり、
前記照明システム部が照射する前記照明パターン及び前記シフト照明パターンは、
前記計測対象の移動速度がｖ、
前記照明パターンにおける前記計測対象の移動方向に対する垂直方向の区画間隔がｄｙ、
前記照明パターンにおける前記計測対象の移動方向に対する水平方向の区画間隔がｄｘ、
前記信号処理部から出力される２次元画像の垂直方向の画素間隔に相当する計測対象上での長さがｄ’ｙ、
前記信号処理部から出力される２次元画像の水平方向の画素間隔に相当する計測対象上での長さがｄ’ｘ、
係数ρyがρｙ＝ｄｙ／ｄ’ｙ、
係数ρｘがρｘ＝ｄｘ／ｄ’ｘ
と定義される場合に、
前記シフト照明パターンの数Ｎは、Ｎ＞＝２＊ρｙ－１という条件を満たし、
前記シフト照明パターンの垂直方向のシフト間隔Δｄｙは、Δｄｙ＜＝ｄｙ／ρｙという関係を満たし、
前記シフト照明パターンの垂直方向の最大シフト距離ｄｙ，ｍａｘは、ｄｙ，ｍａｘ＞＝Δｄｙ＊Ｎという関係を満たし、
前記計測対象が前記照明パターンの１区画を通過する間の信号取得回数Ｎｓは、Ｎｓ＞＝ρｘ＊（Ｎ＋１）回という関係を満たす、
ことを特徴とする画像取得装置。
複数の区画を用いて形成されている２次元パターンが付与された照明パターン、及び、当該照明パターンを照射面に沿ってシフトさせたシフト照明パターン、を計測対象に照射する、照明システム部と、
前記照明システム部により前記照明パターン及び前記シフト照明パターンが前記計測対象に照射された場合における前記計測対象からの光を、単画素光検出器を介して受光する、受信部と、
前記受信部により受光された光に基づく受信信号を取得し、前記計測対象が前記照明パターン上を通った場合における受信信号の変化及び前記計測対象が前記シフト照明パターン上を通った場合における受信信号の変化に基づいて、前記計測対象の２次元画像を生成する、信号処理部と、
を備え、
前記照明システム部は、
光源部と、
前記光源部から射出された光に２次元パターンを付与するパターン生成部と、
前記パターン生成部により２次元パターンを付与された光を計測対象上に投影する照明光学系と、
前記照明光学系によって生成される照明パターンをシフトさせる照明パターンシフト部と、
を備え、
前記パターン生成部は、前記光源部から射出された光に単一の前記２次元パターンを付与する静的な構造により構成されており、
前記照明システム部は、前記照明パターンと、前記照明パターンシフト部により前記照明パターンをシフトさせた一つ以上のシフト照明パターンとを、時間経過に応じて切り替えながら照射する、
画像取得装置であって、
移動する前記計測対象を計測するように前記画像取得装置が設置された状態において、 前記照明パターンのシフト方向は、前記計測対象の移動方向に対する垂直方向であり、
前記照明システム部が照射する前記照明パターン及び前記シフト照明パターンは、
前記計測対象の移動速度がｖ、
前記照明パターンにおける前記計測対象の移動方向に対する垂直方向の区画間隔がｄｙ、
前記照明パターンにおける前記計測対象の移動方向に対する水平方向の区画間隔がｄｘ、
前記信号処理部から出力される２次元画像の垂直方向の画素間隔に相当する計測対象上での長さがｄ’ｙ、
前記信号処理部から出力される２次元画像の水平方向の画素間隔に相当する計測対象上での長さがｄ’ｘ、
係数ρyがρｙ＝ｄｙ／ｄ’ｙ、
係数ρｘがρｘ＝ｄｘ／ｄ’ｘ
と定義される場合に、
前記シフト照明パターンの数Ｎは、Ｎ＞＝２＊ρｙ－１という条件を満たし、
前記シフト照明パターンの垂直方向のシフト間隔Δｄｙは、Δｄｙ＜＝ｄｙ／ρｙという関係を満たし、
前記シフト照明パターンの垂直方向の最大シフト距離ｄｙ，ｍａｘは、ｄｙ，ｍａｘ＞＝Δｄｙ＊Ｎという関係を満たし、
前記計測対象が前記照明パターンの１区画を通過する間の信号取得回数Ｎｓは、Ｎｓ＞＝ρｘ＊（Ｎ＋１）回という関係を満たす、
ことを特徴とする画像取得装置。
【0193】
本実施の形態に係る本開示の画像取得装置は、さらに、例えば、以下のように構成されたものである。
前記照明システム部が照射する前記照明パターンは、
前記照明パターンの垂直方向の区画数がＭｙ、
前記照明パターンの水平方向の区画数がＭｘ、
前記信号処理部から出力される２次元画像の垂直方向の画素数がＭ’ｙ、
前記信号処理部から出力される２次元画像の水平方向の画素数がＭ’ｘ
と定義される場合に、
前記照明パターンの垂直方向の区画数Ｍｙは、Ｍｙ＞＝Ｍ’ｙ／ρｙ＋ｄｙ，ｍａｘ／ｄｙという関係を満たし、
前記照明パターンの水平方向の区画数Ｍｘは、Ｍｘ＞＞Ｍ’ｘ／ρｘという関係を満たす、
ことを特徴とする画像取得装置。
前記照明システム部が照射する前記照明パターンは、
前記照明パターンの垂直方向の区画数がＭｙ、
前記照明パターンの水平方向の区画数がＭｘ、
前記信号処理部から出力される２次元画像の垂直方向の画素数がＭ’ｙ、
前記信号処理部から出力される２次元画像の水平方向の画素数がＭ’ｘ
と定義される場合に、
前記照明パターンの垂直方向の区画数Ｍｙは、Ｍｙ＞＝Ｍ’ｙ／ρｙ＋ｄｙ，ｍａｘ／ｄｙという関係を満たし、
前記照明パターンの水平方向の区画数Ｍｘは、Ｍｘ＞＞Ｍ’ｘ／ρｘという関係を満たす、
ことを特徴とする画像取得装置。
【0194】
本実施の形態に係る本開示の画像取得装置は、さらに、例えば、以下のように構成されたものである。
前記係数ρｙと前記係数ρｘのいずれかが２以上であり、
前記信号処理部は、前記受信信号に対して、当該受信信号に基づく画像の解像度を向上させる解像度向上処理を施す、
ことを特徴とする画像取得装置。
前記係数ρｙと前記係数ρｘのいずれかが２以上であり、
前記信号処理部は、前記受信信号に対して、当該受信信号に基づく画像の解像度を向上させる解像度向上処理を施す、
ことを特徴とする画像取得装置。
【0195】
本実施の形態に係る本開示の画像取得装置は、さらに、例えば、以下のように構成されたものである。
前記計測対象と前記照明パターンの水平方向の相対位置と、前記計測対象と前記シフト照明パターンの水平方向の相対位置とは、
前記照明パターンと前記シフト照明パターンとの切り替えに伴って変化しない、
ことを特徴とする画像取得装置。
前記計測対象と前記照明パターンの水平方向の相対位置と、前記計測対象と前記シフト照明パターンの水平方向の相対位置とは、
前記照明パターンと前記シフト照明パターンとの切り替えに伴って変化しない、
ことを特徴とする画像取得装置。
【0196】
本実施の形態に係る本開示の画像取得装置は、さらに、例えば、以下のように構成されたものである。
複数の区画を用いて形成されている２次元パターンが付与された照明パターン、及び、当該照明パターンを照射面に沿ってシフトさせたシフト照明パターン、を計測対象に照射する、照明システム部と、
前記照明システム部により前記照明パターン及び前記シフト照明パターンが前記計測対象に照射された場合における前記計測対象からの光を、単画素光検出器を介して受光する、受信部と、
前記受信部により受光された光に基づく受信信号を取得し、前記計測対象が前記照明パターン上を通った場合における受信信号の変化及び前記計測対象が前記シフト照明パターン上を通った場合における受信信号の変化に基づいて、前記計測対象の２次元画像を生成する、信号処理部と、
を備え、
前記照明システム部は、
光源部と、
前記光源部から射出された光に２次元パターンを付与するパターン生成部と、
前記パターン生成部により２次元パターンを付与された光を計測対象上に投影する照明光学系と、
前記照明光学系によって生成される照明パターンをシフトさせる照明パターンシフト部と、
を備え、
前記受信部は、前記照明システム部により前記照明パターン及び前記シフト照明パターンが前記計測対象に照射された場合における前記計測対象からの光を受光する、複数の前記単画素光検出器を備え、
前記パターン生成部は、前記光源部から射出された光に単一の前記２次元パターンを付与する静的な構造により構成されており、
前記照明システム部は、前記照明パターンと、前記照明パターンシフト部により前記照明パターンをシフトさせた一つ以上のシフト照明パターンとを、同時に照射し、
複数の前記単画素光検出器は、前記照明パターンと前記シフト照明パターンとをそれぞれ別に検出する、
画像取得装置であって、
移動する前記計測対象を計測するように前記画像取得装置が設置された状態において、前記照明パターンのシフト方向は、前記計測対象の移動方向に対する垂直方向であり、
前記照明システム部が照射する前記照明パターン及び前記シフト照明パターンは、
前記計測対象の移動速度がｖ、
前記照明パターンにおける前記計測対象の移動方向に対する垂直方向の区画間隔がｄｙ、
前記照明パターンにおける前記計測対象の移動方向に対する水平方向の区画間隔がｄｘ、
前記信号処理部から出力される２次元画像の垂直方向の画素間隔に相当する計測対象上での長さがｄ’ｙ、
前記信号処理部から出力される２次元画像の水平方向の画素間隔に相当する計測対象上での長さがｄ’ｘ、
係数ρｙがρｙ＝ｄｙ／ｄ’ｙ、
係数ρｘがρｘ＝ｄｘ／ｄ’ｘ、
と定義された場合に、
前記シフト照明パターンの数Ｎは、Ｎ＞＝２＊ρｙ－１という条件を満たし、
前記シフト照明パターンの垂直方向のシフト間隔Δｄｙは、Δｄｙ＜＝ｄｙ／ρｙという関係を満たし、
前記シフト照明パターンの垂直方向の最大シフト距離ｄｙ，ｍａｘは、ｄｙ，ｍａｘ＞＝Δｄｙ＊Ｎという関係を満たす
ことを特徴とする画像取得装置。
複数の区画を用いて形成されている２次元パターンが付与された照明パターン、及び、当該照明パターンを照射面に沿ってシフトさせたシフト照明パターン、を計測対象に照射する、照明システム部と、
前記照明システム部により前記照明パターン及び前記シフト照明パターンが前記計測対象に照射された場合における前記計測対象からの光を、単画素光検出器を介して受光する、受信部と、
前記受信部により受光された光に基づく受信信号を取得し、前記計測対象が前記照明パターン上を通った場合における受信信号の変化及び前記計測対象が前記シフト照明パターン上を通った場合における受信信号の変化に基づいて、前記計測対象の２次元画像を生成する、信号処理部と、
を備え、
前記照明システム部は、
光源部と、
前記光源部から射出された光に２次元パターンを付与するパターン生成部と、
前記パターン生成部により２次元パターンを付与された光を計測対象上に投影する照明光学系と、
前記照明光学系によって生成される照明パターンをシフトさせる照明パターンシフト部と、
を備え、
前記受信部は、前記照明システム部により前記照明パターン及び前記シフト照明パターンが前記計測対象に照射された場合における前記計測対象からの光を受光する、複数の前記単画素光検出器を備え、
前記パターン生成部は、前記光源部から射出された光に単一の前記２次元パターンを付与する静的な構造により構成されており、
前記照明システム部は、前記照明パターンと、前記照明パターンシフト部により前記照明パターンをシフトさせた一つ以上のシフト照明パターンとを、同時に照射し、
複数の前記単画素光検出器は、前記照明パターンと前記シフト照明パターンとをそれぞれ別に検出する、
画像取得装置であって、
移動する前記計測対象を計測するように前記画像取得装置が設置された状態において、前記照明パターンのシフト方向は、前記計測対象の移動方向に対する垂直方向であり、
前記照明システム部が照射する前記照明パターン及び前記シフト照明パターンは、
前記計測対象の移動速度がｖ、
前記照明パターンにおける前記計測対象の移動方向に対する垂直方向の区画間隔がｄｙ、
前記照明パターンにおける前記計測対象の移動方向に対する水平方向の区画間隔がｄｘ、
前記信号処理部から出力される２次元画像の垂直方向の画素間隔に相当する計測対象上での長さがｄ’ｙ、
前記信号処理部から出力される２次元画像の水平方向の画素間隔に相当する計測対象上での長さがｄ’ｘ、
係数ρｙがρｙ＝ｄｙ／ｄ’ｙ、
係数ρｘがρｘ＝ｄｘ／ｄ’ｘ、
と定義された場合に、
前記シフト照明パターンの数Ｎは、Ｎ＞＝２＊ρｙ－１という条件を満たし、
前記シフト照明パターンの垂直方向のシフト間隔Δｄｙは、Δｄｙ＜＝ｄｙ／ρｙという関係を満たし、
前記シフト照明パターンの垂直方向の最大シフト距離ｄｙ，ｍａｘは、ｄｙ，ｍａｘ＞＝Δｄｙ＊Ｎという関係を満たす
ことを特徴とする画像取得装置。
【0197】
本実施の形態に係る本開示の画像取得装置は、さらに、例えば、以下のように構成されたものである。
前記照明システム部が照射する前記照明パターンは、
前記照明パターンの垂直方向の区画数をＭｙ、
前記照明パターンの水平方向の区画数をＭｘ、
前記信号処理部から出力される２次元画像の垂直方向の画素数をＭ’ｙ、
前記信号処理部から出力される２次元画像の水平方向の画素数をＭ’ｘ、
と定義された場合に、
前記照明パターンの垂直方向の区画数Ｍｙは、Ｍｙ＞＝Ｍ’ｙ／ρｙ＋ｄｙ，ｍａｘ／ｄｙという関係を満たし、
前記照明パターンの垂直方向の区画数Ｍｘは、Ｍｘ＞＞Ｍ’ｘ／ρｘという関係を満たす、
ことを特徴とする画像取得装置。
前記照明システム部が照射する前記照明パターンは、
前記照明パターンの垂直方向の区画数をＭｙ、
前記照明パターンの水平方向の区画数をＭｘ、
前記信号処理部から出力される２次元画像の垂直方向の画素数をＭ’ｙ、
前記信号処理部から出力される２次元画像の水平方向の画素数をＭ’ｘ、
と定義された場合に、
前記照明パターンの垂直方向の区画数Ｍｙは、Ｍｙ＞＝Ｍ’ｙ／ρｙ＋ｄｙ，ｍａｘ／ｄｙという関係を満たし、
前記照明パターンの垂直方向の区画数Ｍｘは、Ｍｘ＞＞Ｍ’ｘ／ρｘという関係を満たす、
ことを特徴とする画像取得装置。
【0198】
本実施の形態に係る本開示の画像取得装置は、さらに、例えば、以下のように構成されたものである。
前記係数ρｙと前記係数ρｘのいずれかが２以上であり、
前記信号処理部は、前記受信信号に対して、当該受信信号に基づく画像の解像度を向上させる解像度向上処理を施す、
ことを特徴とする画像取得装置。
前記係数ρｙと前記係数ρｘのいずれかが２以上であり、
前記信号処理部は、前記受信信号に対して、当該受信信号に基づく画像の解像度を向上させる解像度向上処理を施す、
ことを特徴とする画像取得装置。
【0199】
ここで、本開示の機能を実現するためのハードウェア構成を説明する。
図２３は、本開示の構成による機能を実現するためのハードウェア構成の第１の例を示す図である。
図２４は、本開示の構成による機能を実現するためのハードウェア構成の第２の例を示す図である。
本開示の画像取得装置１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄにおける特に照明制御部１１１，１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃ，１１１Ｃ－１，１１１Ｃ－２，１１１Ｄ、及び、信号処理部１５０，１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ，１５０Ｄ、はそれぞれ、図２３または図２４に示されるようなハードウェアにより実現される。
図２３は、本開示の構成による機能を実現するためのハードウェア構成の第１の例を示す図である。
図２４は、本開示の構成による機能を実現するためのハードウェア構成の第２の例を示す図である。
本開示の画像取得装置１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄにおける特に照明制御部１１１，１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃ，１１１Ｃ－１，１１１Ｃ－２，１１１Ｄ、及び、信号処理部１５０，１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ，１５０Ｄ、はそれぞれ、図２３または図２４に示されるようなハードウェアにより実現される。
【0200】
画像取得装置１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄにおける特に照明制御部１１１，１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃ，１１１Ｃ－１，１１１Ｃ－２，１１１Ｄ、及び、信号処理部１５０，１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ，１５０Ｄ、はそれぞれ、図２３に示すように、例えばプロセッサ１０００１、メモリ１０００２、入出力インタフェース１０００３、および、通信回路１０００４により構成される。
プロセッサ１０００１、メモリ１０００２は、例えば、コンピュータに搭載されているものである。
メモリ１０００２には、当該コンピュータを、照明制御部１１１，１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃ，１１１Ｃ－１，１１１Ｃ－２，１１１Ｄ、信号処理部１５０，１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ，１５０Ｄ、および、図示しない制御部として機能させるためのプログラムが記憶されている。メモリ１０００２に記憶されたプログラムをプロセッサ１０００１が読み出して実行することにより、照明制御部１１１，１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃ，１１１Ｃ－１，１１１Ｃ－２，１１１Ｄ、信号処理部１５０，１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ，１５０Ｄ、および、図示しない制御部の機能が実現される。
また、メモリ１０００２または図示しない他のメモリにより、図示しない記憶部が実現される。
また、通信回路１０００４により、図示しない通信部が実現される。
プロセッサ１０００１、メモリ１０００２は、例えば、コンピュータに搭載されているものである。
メモリ１０００２には、当該コンピュータを、照明制御部１１１，１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃ，１１１Ｃ－１，１１１Ｃ－２，１１１Ｄ、信号処理部１５０，１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ，１５０Ｄ、および、図示しない制御部として機能させるためのプログラムが記憶されている。メモリ１０００２に記憶されたプログラムをプロセッサ１０００１が読み出して実行することにより、照明制御部１１１，１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃ，１１１Ｃ－１，１１１Ｃ－２，１１１Ｄ、信号処理部１５０，１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ，１５０Ｄ、および、図示しない制御部の機能が実現される。
また、メモリ１０００２または図示しない他のメモリにより、図示しない記憶部が実現される。
また、通信回路１０００４により、図示しない通信部が実現される。
【0201】
プロセッサ１０００１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などを用いたものである。
メモリ１０００２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ)又はフラッシュメモリ等の不揮発性もしくは揮発性の半導体メモリであってもよいし、ハードディスク又はフレキシブルディスク等の磁気ディスクであってもよいし、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）又はＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ ＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ）等の光ディスクであってもよいし、光磁気ディスクであってもよい。
プロセッサ１０００１とメモリ１０００２または通信回路１０００４は、相互にデータを伝送することが可能な状態に接続されている。また、プロセッサ１０００１とメモリ１０００２と通信回路１０００４とは、入出力インタフェース１０００３を介して他のハードウェアと相互にデータを伝送することが可能な状態に接続されている。
メモリ１０００２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ)又はフラッシュメモリ等の不揮発性もしくは揮発性の半導体メモリであってもよいし、ハードディスク又はフレキシブルディスク等の磁気ディスクであってもよいし、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）又はＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ ＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ）等の光ディスクであってもよいし、光磁気ディスクであってもよい。
プロセッサ１０００１とメモリ１０００２または通信回路１０００４は、相互にデータを伝送することが可能な状態に接続されている。また、プロセッサ１０００１とメモリ１０００２と通信回路１０００４とは、入出力インタフェース１０００３を介して他のハードウェアと相互にデータを伝送することが可能な状態に接続されている。
【0202】
または、画像取得装置１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄにおける、特に照明制御部１１１，１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃ，１１１Ｃ－１，１１１Ｃ－２，１１１Ｄ、信号処理部１５０，１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ，１５０Ｄ、および、図示しない制御部の機能は、図２４に示すように、専用の処理回路２０００１により実現されるものであっても良い。
【0203】
処理回路２０００１は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、ＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ－ｏｎ－ａ－Ｃｈｉｐ）またはシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ－Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等を用いたものである。
また、メモリ２０００２または図示しない他のメモリにより、図示しない記憶部が実現される。
メモリ２０００２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ)又はフラッシュメモリ等の不揮発性もしくは揮発性の半導体メモリであってもよいし、ハードディスク又はフレキシブルディスク等の磁気ディスクであってもよいし、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）又はＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ ＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ）等の光ディスクであってもよいし、光磁気ディスクであってもよい。
また、通信回路２０００４により、図示しない通信部が実現される。
処理回路２０００１とメモリ２０００２または通信回路２０００４とは、相互にデータを伝送することが可能な状態に接続されている。また、処理回路２０００１とメモリ２０００２と通信回路２０００４とは、入出力インタフェース２０００３を介して他のハードウェアと相互にデータを伝送することが可能な状態に接続されている。
なお、画像取得装置１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄにおける、特に照明制御部１１１，１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃ，１１１Ｃ－１，１１１Ｃ－２，１１１Ｄ、信号処理部１５０，１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ，１５０Ｄ、および、図示しない制御部の機能をそれぞれ別の処理回路で実現しても良いし、まとめて処理回路で実現しても良い。
同様に、乗員監視装置３００Ａにおける、映像取得部３０１Ａ、動作判定部３０２Ａ、および、図示しない制御部の機能をそれぞれ別の処理回路で実現しても良いし、まとめて処理回路で実現しても良い。
同様に、サーバ装置６００Ｅにおける、動作情報収集部６０１Ｅ、および、図示しない制御部の機能をそれぞれ別の処理回路で実現しても良いし、まとめて処理回路で実現しても良い。
また、メモリ２０００２または図示しない他のメモリにより、図示しない記憶部が実現される。
メモリ２０００２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ)又はフラッシュメモリ等の不揮発性もしくは揮発性の半導体メモリであってもよいし、ハードディスク又はフレキシブルディスク等の磁気ディスクであってもよいし、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）又はＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ ＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ）等の光ディスクであってもよいし、光磁気ディスクであってもよい。
また、通信回路２０００４により、図示しない通信部が実現される。
処理回路２０００１とメモリ２０００２または通信回路２０００４とは、相互にデータを伝送することが可能な状態に接続されている。また、処理回路２０００１とメモリ２０００２と通信回路２０００４とは、入出力インタフェース２０００３を介して他のハードウェアと相互にデータを伝送することが可能な状態に接続されている。
なお、画像取得装置１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄにおける、特に照明制御部１１１，１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃ，１１１Ｃ－１，１１１Ｃ－２，１１１Ｄ、信号処理部１５０，１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ，１５０Ｄ、および、図示しない制御部の機能をそれぞれ別の処理回路で実現しても良いし、まとめて処理回路で実現しても良い。
同様に、乗員監視装置３００Ａにおける、映像取得部３０１Ａ、動作判定部３０２Ａ、および、図示しない制御部の機能をそれぞれ別の処理回路で実現しても良いし、まとめて処理回路で実現しても良い。
同様に、サーバ装置６００Ｅにおける、動作情報収集部６０１Ｅ、および、図示しない制御部の機能をそれぞれ別の処理回路で実現しても良いし、まとめて処理回路で実現しても良い。
【0204】
または、画像取得装置１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄにおける、特に照明制御部１１１，１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃ，１１１Ｃ－１，１１１Ｃ－２，１１１Ｄ、信号処理部１５０，１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ，１５０Ｄ、および、図示しない制御部のうちの一部の機能がプロセッサ１０００１およびメモリ１０００２により実現され、かつ、残りの機能が処理回路２０００１により実現されるものであっても良い。
【0205】
なお、本開示は、この開示の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【0206】
本開示は、単一の照明パターンを用いて計測対象の２次元画像を取得する場合において、照明パターンのサイズが増大してしまうことを抑制しつつ、見かけの照明パターン（照明フレーム）の数を増加させることができるので、例えば、単一の照明パターンを用いて計測対象の２次元画像を取得して計測を行う計測装置等に用いるのに適している。
【符号の説明】
【0207】
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ 画像取得装置、１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ，１１０Ｃ－１，１１０Ｃ－２，１１０Ｄ 照明システム部、１１１，１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃ，１１１Ｃ－１，１１１Ｃ－２，１１１Ｄ 照明制御部、１１２Ａ，１１２Ｃ 時間多重光源部（光源部）、１１２Ａ－１，１１２Ｂ－１ 単色レーザ（光源部）、１１２Ａ－２，１１２Ｂ－２ 単色レーザ（光源部）、１１２Ａ－３，１１２Ｂ－３ ビームコンバイナ、１１２Ｂ 多重光源部、１１２Ｃ－１ 多波長レーザ，１１３ 固定パターン生成部（パターン生成部）、１１３－１ 照明パターンマスク（パターン生成部）、１１４ パターン多重部（照明パターンシフト部）、１１４－１ プリズム（照明パターンシフト部）、１１５ 照明光学系、１１５－１ 照明レンズ、１１６ 照明パターンマスク移動部（パターン移動部）、１３０，１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｃ，１３０Ｄ 受信部、１３１ 受信光学系、１３２，１３２Ａ， 単画素光検出部（単画素光検出装置）、１３２Ｂ－１，１３２Ｂ－２ 単画素光検出部（複数の単画素光検出装置）
１３３ パターン分離部、１５０，１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ，１５０Ｄ 信号処理部、１５１ ＡＤ変換部、１５２ 時間同期部、１５３ 信号分離部、１５４ 照明フレーム群保持部、１５５ 照明フレーム群同期部、１５６，１５６Ｃ－１，１５６Ｃ－２，１５６Ｄ（１５６Ｄｎ：ｎ＝１，２，３，４，５，６，７） シフト照明フレーム群同期部、１５７，１５７ａ，１５７ｂ，１５７ｃ，１５７Ｄ（１５７Ｄｎ：ｎ＝１，２，３，４，５，６，７） 校正処理部、１５８，１５８Ｄ（１５８Ｄｎ：ｎ＝１，２，３，４） 信号統合部、１５９，１５９Ｄ（１５９Ｄｎ：ｎ＝１，２，３，４） 画像再構成部、１６０ 画像出力部、１６１ 解像度改善部、２００ 計測対象、２５０ 計測対象の移動方向、３００ 物体駆動部（物体駆動装置）、４００ パターン光、４１０ 照明パターン（第１の照明パターン）、４２０ シフト照明パターン（第１のシフト照明パターン）（第２の照明パターン）、４３０ シフト照明パターン（第２のシフト照明パターン）（第３の照明パターン）、４４０ シフト照明パターン（第３のシフト照明パターン）（第４の照明パターン）、５００，５００１，５００２，５００３，５００４，５００５，５００６，５００７，５００Ａ，５００Ｂ 照明フレーム、６００ 画像、１０００１ プロセッサ、１０００２ メモリ、１０００３ 入出力インタフェース、１０００４ 通信回路、２０００１ 処理回路、２０００２ メモリ、２０００３ 入出力インタフェース、２０００４ 通信回路。
１３３ パターン分離部、１５０，１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃ，１５０Ｄ 信号処理部、１５１ ＡＤ変換部、１５２ 時間同期部、１５３ 信号分離部、１５４ 照明フレーム群保持部、１５５ 照明フレーム群同期部、１５６，１５６Ｃ－１，１５６Ｃ－２，１５６Ｄ（１５６Ｄｎ：ｎ＝１，２，３，４，５，６，７） シフト照明フレーム群同期部、１５７，１５７ａ，１５７ｂ，１５７ｃ，１５７Ｄ（１５７Ｄｎ：ｎ＝１，２，３，４，５，６，７） 校正処理部、１５８，１５８Ｄ（１５８Ｄｎ：ｎ＝１，２，３，４） 信号統合部、１５９，１５９Ｄ（１５９Ｄｎ：ｎ＝１，２，３，４） 画像再構成部、１６０ 画像出力部、１６１ 解像度改善部、２００ 計測対象、２５０ 計測対象の移動方向、３００ 物体駆動部（物体駆動装置）、４００ パターン光、４１０ 照明パターン（第１の照明パターン）、４２０ シフト照明パターン（第１のシフト照明パターン）（第２の照明パターン）、４３０ シフト照明パターン（第２のシフト照明パターン）（第３の照明パターン）、４４０ シフト照明パターン（第３のシフト照明パターン）（第４の照明パターン）、５００，５００１，５００２，５００３，５００４，５００５，５００６，５００７，５００Ａ，５００Ｂ 照明フレーム、６００ 画像、１０００１ プロセッサ、１０００２ メモリ、１０００３ 入出力インタフェース、１０００４ 通信回路、２０００１ 処理回路、２０００２ メモリ、２０００３ 入出力インタフェース、２０００４ 通信回路。
【要約】
画像取得装置（１００）は、複数の区画を用いて形成されている２次元パターンが付与された照明パターン、及び、当該照明パターンを照射面に沿ってシフトさせたシフト照明パターン、を計測対象に照射する、照明システム部（１１０）と、照明システム部により照明パターン及びシフト照明パターンが計測対象に照射された場合における計測対象からの光を、単画素光検出器を介して受光する、受信部（１３０）と、受信部により受光された光に基づく受信信号を取得し、計測対象が照明パターン上を通った場合における受信信号の変化及び計測対象がシフト照明パターン上を通った場合における受信信号の変化に基づいて、計測対象の２次元画像を生成する、信号処理部（１５０）と、を備えた。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】