JP7515979B2 - 三次元形状測定装置及び三次元形状測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、測定対象物の三次元形状を測定する三次元形状測定装置及び三次元形状測定方法に関する。

光パターン投影法は、三角測量法の原理を利用しており、プロジェクタから縞状のパターンを測定対象物に投影し、測定対象の形状に沿って変形するパターンをカメラ等の光学装置で撮影することにより三次元形状測定を行う。特許文献１には、光パターン投影法において測定対象物に投影されたパターンを複数の光学装置を用いて撮像することが記載されている。

特表２０１９－５１６９８３号公報

特許文献１に記載された方法では、複数の光学装置のうち一方の光学装置を用いて測定対象物の形状を測定した場合と、他方の光学装置を用いて測定対象物の形状を測定した場合とにおいて測定結果が変わるという問題があった。

そこで、本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、異なる光学装置を用いて測定対象物の形状を測定した場合に測定結果の不一致が生じることを抑制することができる三次元形状測定装置及び三次元形状測定方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様の三次元形状測定装置は、測定対象物を撮像した撮像画像に基づいて、当該測定対象物の三次元形状を測定する三次元形状測定装置であって、複数の光学装置と、前記複数の光学装置のうち、異なる光学装置の組み合わせからなる複数の測定系において基準器具をそれぞれ撮像することにより、前記基準器具上の基準点の三次元座標を示す複数の予備測定データを作成する予備測定部と、前記複数の予備測定データのうちの一つ以上に基づいて基準データを作成する基準データ作成部と、前記複数の予備測定データのうち、前記基準データとは一致しない前記予備測定データと、前記基準データとに基づいて、補正値を算出する算出部と、前記測定対象物の測定点を前記複数の測定系において測定した結果を示す複数の対象測定データを作成する対象測定部と、前記基準データとは一致しない前記予備測定データに対応する前記測定系における前記対象測定データを前記補正値に基づいて補正する補正部と、前記補正部による補正後の対象測定データを用いて、前記測定対象物の形状を特定する形状特定部と、を備える。

前記予備測定部は、複数の設置位置に設置された前記基準器具を撮像することにより、前記複数の設置位置における前記基準器具の前記基準点の三次元座標を示す前記予備測定データを作成し、前記算出部は、前記複数の設置位置における前記基準点に対応する前記補正値を算出してもよい。前記基準データ作成部は、前記複数の測定系に対応する複数の前記予備測定データが示す前記基準点の三次元座標の統計量を算出することにより、前記基準データを作成してもよい。

前記三次元形状測定装置は、前記基準器具に含まれる複数の前記基準点の位置関係を示す相対位置情報を取得する取得部をさらに備え、前記予備測定部は、前記複数の基準点の三次元座標を示す前記予備測定データを作成し、前記基準データ作成部は、前記相対位置情報が示す位置関係との誤差に基づいて前記複数の基準点の三次元座標を示す前記予備測定データを選択することにより、前記基準データを作成してもよい。

前記予備測定部は、前記基準器具上の複数の前記基準点の三次元座標を示す前記予備測定データを作成し、前記基準データ作成部は、前記複数の測定系に対応する前記複数の予備測定データのいずれかを前記基準点ごとに選択することにより、一つの前記基準データを作成してもよい。

前記基準データ作成部は、前記複数の測定系に対応する複数の前記予備測定データのうち、前記基準点に対する三角測量精度が最も良好となる前記光学装置の組み合わせに対応する前記予備測定データを選択してもよい。前記予備測定部は、前記基準点を特定するためのパターンを含む投影画像を前記基準器具に投影してもよい。前記算出部は、前記基準データと一致しない前記予備測定データに対応する前記測定系により測定される前記測定点の前記三次元座標に対応する前記補正値を算出するための関数を特定し、特定した当該関数を用いて前記補正値を算出してもよい。前記算出部は、前記複数の測定系の測定空間を等間隔の立方格子で区切った個々の格子点の三次元座標と、複数の前記補正値と、前記複数の測定系それぞれを識別するためのインデックスと、を関連付けたテーブルを記憶する記憶部をさらに備え、前記補正部は、前記対象測定データが示す三次元座標に最も近い前記格子点の三次元座標と、当該格子点に対応する前記測定系を示すインデックスとに関連付けられた前記補正値を前記記憶部から読み出し、読み出した前記補正値に基づいて、前記対象測定データを補正してもよい。

本発明の第２の態様の三次元形状測定方法は、測定対象物を撮像した撮像画像に基づいて、当該測定対象物の三次元形状を測定する三次元形状測定方法であって、複数の光学装置のうち、異なる光学装置の組み合わせからなる複数の測定系において基準器具をそれぞれ撮像することにより、前記基準器具上の基準点の三次元座標を示す複数の予備測定データを作成するステップと、前記複数の予備測定データのうちの一つ以上に基づいて基準データを作成するステップと、前記複数の予備測定データのうち、前記基準データとは一致しない前記予備測定データと、前記基準データとに基づいて、補正値を算出するステップと、前記測定対象物の測定点を前記複数の測定系において測定した結果を示す複数の対象測定データを作成するステップと、前記基準データとは一致しない前記予備測定データに対応する前記測定系における前記対象測定データを前記補正値に基づいて補正するステップと、補正後の対象測定データを用いて、前記測定対象物の形状を特定するステップと、を備える。

本発明によれば、異なる光学装置を用いて測定対象物の形状を測定した場合に測定結果の不一致が生じることを抑制するという効果を奏する。

実施形態に係る三次元形状測定装置の概要について説明するための図である。 三次元形状測定装置の構成を示す図である。 測定対象物に投影する２値の縞のパターンを含む投影画像の種類の例を示す図である。 図３（ｃ）～（ｆ）に示す２値の縞のパターンに対応するグレイコードの例を示す。 正弦波状の輝度分布を有する階調の縞のパターンの例を示す。 絶対投影座標と相対投影座標との関係を示す図である。 第１撮像画素に対応する第２撮像画像のエピポーラ線の例を示す。 基準器具の例を示す図である。 基準器具の測定の様子を示す図である。 三次元形状測定装置による補正値の算出の処理手順を示すフローチャートである。 三次元形状測定装置による測定対象物の三次元形状の特定の処理手順を示すフローチャートである。 基準データ作成部による基準データの作成における測定系の選択の様子を示す図である。

［三次元形状測定装置１００の概要］
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本実施形態に係る三次元形状測定装置１００の概要について説明するための図である。図１（ａ）は、三次元形状測定装置１００の構成を示す。三次元形状測定装置１００は、第１撮像部１、第２撮像部２及び投影部３を光学装置として備える。三次元形状測定装置１００は、これらの光学装置の各種の動作を制御する制御部４を備える。

投影部３は、発光ダイオード又はレーザ等の光源を有している投影装置である。投影部３は、投影座標を特定するためのパターンを含む投影画像を測定対象物の測定面に投影する。投影座標は、投影部３が投影する投影画像を構成する投影画素の位置を示す。投影座標は、投影画像の縦方向又は横方向のいずれか一方の位置を示す一次元座標であってもよく、投影画像の縦方向及び横方向の両方の位置を示す二次元座標であってもよい。パターンは、例えば、縞のパターンである。また、投影部３の数は、１台に限定されず、三次元形状測定装置１００は、任意の台数の投影部を備えてもよい。

第１撮像部１は、レンズ１１及び撮像素子１２を有している。第１撮像部１は、投影部３が投影画像を測定対象物に投影する際に、測定対象物に投影された投影画像を撮像することにより第１撮像画像を生成する。第１撮像部１は、その光軸が投影部３の光軸と所定の角度をなすように配置される。

第２撮像部２は、レンズ２１及び撮像素子２２を有している。第２撮像部２は、投影部３が投影画像を測定対象物に投影する際に、測定対象物に投影された投影画像を撮像することにより第２撮像画像を生成する。第２撮像部２は、その光軸が投影部３の光軸と所定の角度をなすように配置される。第２撮像部２の光軸は、第１撮像部１の光軸及び投影部３の光軸と同一平面をなしてもよいが、これに限定されない。制御部４は、例えばコンピュータにより実現できる。制御部４は、第１撮像部１及び第２撮像部２が生成した複数の撮像画像に基づいて、測定対象物の三次元形状を測定する。また、撮像部の数は２台に限定されず、三次元形状測定装置１００は、任意の台数の撮像部を備えてもよい。

図１（ｂ）は、三次元形状測定装置１００の複数の測定系による測定対象物の形状測定における誤差について説明するための図である。三次元形状測定装置１００は、異なる光学装置の組み合わせからなる複数の測定系（第１測定系及び第２測定系）により、三次元形状を測定する。

三次元形状測定装置１００は、第１測定系を用いる場合、投影部３と第１撮像部１を用いて測定点Ｐの三次元座標を測定する。図１（ｂ）に示すように、三次元形状測定装置１００は、投影部３により投影する投影画像に含まれる投影画素のうち、どの投影画素の光が測定点Ｐに照射されているかを特定する。図１（ｂ）に示す例においては、特定した投影画素の光が通る光路Ｌ３上に測定点Ｐが存在する。

三次元形状測定装置１００は、測定点Ｐの三次元座標の測定において第１撮像部１が撮像した第１撮像画像に含まれるどの第１撮像画素に測定点Ｐが写っているかを特定する。
第１撮像画素は、第１撮像画像に含まれる最小単位である。図１（ｂ）に示す例においては、特定した第１撮像画素に対応する光路Ｌ１上に測定点Ｐが存在する。三次元形状測定装置１００は、三角測量法を利用して、光路Ｌ３と光路Ｌ１の交点の位置を求めることにより、測定点Ｐの三次元座標を測定する。

一方、三次元形状測定装置１００は、第２測定系を用いる場合、投影部３と第２撮像部２を用いて測定点Ｐの三次元座標を測定する。三次元形状測定装置１００は、測定点Ｐの三次元座標の測定において第２撮像部２が撮像した第２撮像画像に含まれるどの第２撮像画素に測定点Ｐが写っているかを特定する。第２撮像画素は、第２撮像画像に含まれる最小単位である。図１（ｂ）に示す例においては、特定した第２撮像画素に対応する光路Ｌ２上に測定点Ｐが存在する。上述のとおり、測定点Ｐが光路Ｌ３上に存在するので、三次元形状測定装置１００は、光路Ｌ２と光路Ｌ３の交点の位置を求めることにより、測定点Ｐの三次元座標を測定する。

第１測定系及び第２測定系において誤差がない場合、図１（ｂ）に示すように、光路Ｌ１及び光路Ｌ２の間の交点と、光路Ｌ１及び光路Ｌ３の間の交点とはいずれも測定点Ｐとほぼ一致するので、どちらの測定系により測定点Ｐを測定したとしても三次元座標の測定結果は変化しない。したがって、三次元形状測定装置１００は、例えば複数の測定系の測定結果の平均値を用いることにより測定精度を向上させることができる。

ところが、投影部３のレンズ（不図示）の歪み等に起因して、投影部３の投影画素の光が通る光路に誤差がある場合、三次元形状測定装置１００は、図１（ｂ）の破線に示す光路Ｌ３’上に測定点Ｐが存在すると特定する。すなわち、三次元形状測定装置１００は、投影部３及び第１撮像部１からなる第１測定系により測定点Ｐを測定した場合には、光路Ｌ１及び光路Ｌ３’の交点Ｐ１の三次元座標を測定点Ｐの三次元座標として誤って測定してしまう。

また、三次元形状測定装置１００は、投影部３及び第２撮像部２からなる第２測定系により測定点Ｐを測定した場合には、光路Ｌ２及び光路Ｌ３’の交点Ｐ２の三次元座標を測定点Ｐの三次元座標として測定してしまう。このように測定点Ｐ１と測定点Ｐ２との間の差が大きいと、三次元形状測定装置１００の測定結果の誤差が大きくなってしまう。

三次元形状測定装置１００は、このような三次元座標の測定精度の低下を抑制するため、それぞれの測定系の誤差を補正する。より詳しくは、三次元形状測定装置１００は、所定の基準器具を予め測定することにより、複数の測定系における測定データの基準を示す基準データを作成する。

三次元形状測定装置１００は、この基準データを用いて、複数の測定系の測定データを補正するための補正値をそれぞれ算出し、算出した補正値を用いて、対応する測定系における測定データをそれぞれ補正する。このようにして、三次元形状測定装置１００は、測定点Ｐの三次元座標の測定精度を向上させ、測定系ごとに測定結果が変化することを抑制することができる。

［三次元形状測定装置の構成］
図２は、三次元形状測定装置１００の内部構成を示す図である。三次元形状測定装置１００は、図１に示した第１撮像部１、第２撮像部２、投影部３及び制御部４の他に記憶部５を備える。

記憶部５は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ハードディスク等の記憶媒体を含む。記憶部５は、制御部４が実行するプログラムを記憶している。制御部４は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）である。制御部４は、記憶部５に記憶されたプログラムを実行することにより、測定部４１、取得部４２、基準データ作成部４３、算出部４４、補正部４５及び形状特定部４６として機能する。

測定部４１は、所定の光パターンを含む投影画像を投影部３により測定対象物等へ投影する。測定部４１は、測定対象物等へ投影した投影画像を第１撮像部１及び第２撮像部２により撮像した撮像画像を生成する。測定部４１は、所定の基準器具を撮像した撮像画像を生成する。測定部４１は、対象測定部４１１及び予備測定部４１２を備える。

対象測定部４１１は、測定対象物の測定点を複数の測定系において測定することにより、測定結果を示す複数の対象測定データを作成する。複数の測定系は、一例としては、以下の第１測定系～第４測定系である。

第１測定系：第１撮像部１及び投影部３
第２測定系：第２撮像部２及び投影部３
第３測定系：第１撮像部１、第２撮像部２及び投影部３
第４測定系：第１撮像部１及び第２撮像部２

［第１測定系による測定］
対象測定部４１１は、第１測定系では、一台の撮像部と一台の投影部との組み合わせにより測定対象物の測定点を測定する。対象測定部４１１は、所定の光パターンを含む投影画像を投影部３により測定対象物に投影する。図３は、対象測定部４１１が投影する２値の縞のパターンを含む投影画像の種類の例を示す図である。図３における黒色の領域は、投影部３が光を投影しない非投影領域を示しており、白色の領域は、投影部３が光を投影する光投影領域を示している。

図３（ａ）は、測定対象物の全体に光を投影しない基準パターン（全黒パターン）である。図３（ｂ）は、測定対象物の全体に光を投影する基準パターン（全白パターン）である。図３（ｃ）～（ｆ）は、光投影領域及び非投影領域から構成され、投影画像ごとに幅の異なる縞が同一方向に配列された２値の縞のパターンを示している。

図３（ｃ）～（ｆ）に示す縞のパターンは、グレイコードに対応しており、撮像画像の第１撮像画素に対応する投影画像の投影画素の位置を示す投影座標を特定するために用いられる。図４は、図３（ｃ）～（ｆ）に示す２値の縞のパターンに対応するグレイコードの例を示す。グレイコードにおける０を非投影領域に対応させ、１を光投影領域に対応させることで、図３（ｃ）～（ｆ）に示す２値の縞のパターンが生成される。

図３及び図４におけるｘ方向の各位置は、各グレイコードの対応する位置の０又は１の数字を組み合わせたコード値によって表される。図４における位置０はコード値「００００」に対応し、位置１はコード値「０００１」に対応し、位置１５はコード値「１０００」に対応する。

対象測定部４１１は、正弦波状の輝度分布を有する階調の縞のパターンを含む投影画像を測定対象物に投影する。図５（ａ）～（ｄ）は、正弦波状の輝度分布を有する階調の縞のパターンの例を示す。図３（ｃ）～（ｆ）の２値の縞のパターンは、黒色の領域と白色の領域とからなる２値画像であるのに対し、図５（ａ）～（ｄ）の階調の縞のパターンでは、縞の幅方向に沿って、白色の領域から黒色の領域まで濃淡が正弦波状に変化する。図５（ａ）～（ｄ）の階調の縞のパターンの縞の間隔は一定であり、これらの階調の縞のパターンの縞の空間周波数は、例えば、図３（ｆ）の２値の縞のパターンの４倍である。

図５（ａ）～（ｄ）の階調の縞のパターンは、輝度分布を示す正弦波の位相がそれぞれ９０度ずつ異なる点を除き、互いに同一の輝度分布を示す。対象測定部４１１は、図３（ａ）及び（ｂ）に示す２枚の基準パターン、図３（ｃ）～（ｆ）に示す４枚の２値の縞のパターン、及び図５（ａ）～（ｄ）に示す４枚の階調の縞のパターンの合計１０枚の投影画像を投影する。図５に示す階調の縞のパターンは、図３に示す縞のパターンとともに、投影座標を特定するために用いられる。

対象測定部４１１は、第１測定系では、測定対象物に投影された投影画像を第１撮像部１により撮像した第１撮像画像を生成する。対象測定部４１１は、第１撮像画像に含まれるパターンに基づいて、第１撮像画像の第１撮像画素に対応する投影座標を特定する。例えば、対象測定部４１１は、第１撮像画像に含まれるパターンにおける濃淡の変化を解析することにより、第１撮像画像に含まれる第１撮像画素に対応する投影画素の位置を示す投影座標を特定する。

対象測定部４１１は、図３（ａ）に示す全黒パターンを投影した場合の輝度値と、図３（ｂ）に示す全白パターンを投影した場合の輝度値との平均を画素ごとに中間値として算出する。同様に、対象測定部４１１は、図３（ｃ）～図３（ｆ）の２値の縞のパターンを測定対象物に投影した状態の第１撮像画像のそれぞれについて、４枚の第１撮像画像における各第１撮像画素の輝度値をそれぞれ対応する中間値と比較することにより、各第１撮像画素のコード値を特定する。対象測定部４１１は、コード値を特定することより、各第１撮像画素の位置に、どの位置に向けて投影された２値の縞が写っているかを特定することができる。対象測定部４１１は、第１撮像画像に含まれる各第１撮像画素が、図４に示す位置０から位置１５までのどの位置に含まれるかを特定する。

さらに、対象測定部４１１は、正弦波状の輝度分布を有する階調の縞のパターンを測定対象物に投影した際の第１撮像画像において第１撮像画素に対応する正弦波の位相を特定し、特定した位相に基づいて、投影座標を特定する。投影画像の階調の縞のパターンは、周期性を有するため、投影画像において複数の投影画素が同じ投影座標を有する。以下、投影画像において周期性を有する投影座標を相対投影座標とも呼ぶ。一方、投影画像において一意に定められる投影座標を特に絶対投影座標とも呼ぶ。

図６は、絶対投影座標と相対投影座標との関係を示す図である。図６の縦軸は、投影座標を示す。図６の横軸は、投影画像に含まれる縞の幅方向における投影画素の位置を示す。幅方向は、縞の延びる方向と直交する方向である。図６の実線が示すように、相対投影座標は周期性を有する。相対投影座標は、正弦波状の輝度分布を有する階調の縞のパターンの繰り返しの１周期ごとに同じ値を示す。一方、図６の斜めに延びる破線が示すように、絶対投影座標は、投影画像において一意に定められる。

対象測定部４１１は、階調の縞のパターンの濃淡を解析することにより、第１撮像画素に対応する相対投影座標を特定する。対象測定部４１１は、２値の縞のパターンが示すグレイコードに基づいて、この第１撮像画素が位置０から位置１５のどの位置に対応するかを特定する。対象測定部４１１は、グレイコードにより特定した位置中において相対投影座標が示す相対的な位置に基づいて、第１撮像画素に対応する絶対投影座標を特定する。対象測定部４１１は、第１撮像画素の二次元座標と、特定した一次元の絶対投影座標とを用いて、三角測量法の原理を利用することにより、第１撮像画素に対応する測定対象物上の測定点の三次元座標を特定する。

対象測定部４１１は、縞の延びる方向が異なる複数の投影画像を投影してもよく、縞の延びる方向が異なる投影画像ごとに、第１撮像画素に対応する投影座標をそれぞれ特定してもよい。対象測定部４１１は、縞の延びる方向が異なる複数の投影画像を測定対象物に投影し、縞の延びる方向が異なる投影画像ごとに、第１撮像画素に対応する投影座標をそれぞれ特定してもよい。

［第２測定系による測定］
対象測定部４１１は、第２測定系において第１測定系と同様にして、第２撮像部２と投影部３との組み合わせにより測定対象物の測定点の三次元座標を測定する。

［第３測定系による測定］
対象測定部４１１は、第３測定系において第１撮像部１と、第２撮像部２と、投影部３との組み合わせにより測定対象物の測定点を測定する。対象測定部４１１は、第１測定系と同様にして、第１撮像画像に含まれる第１撮像画素に対応する投影画素の位置を示す投影座標を特定する。対象測定部４１１は、第２撮像画像に含まれる第２撮像画素に対応する投影画素の位置を示す投影座標を特定する。

図７は、第１撮像画素Ａに対応する第２撮像画像のエピポーラ線Ｅ_ＢＡの例を示す。第１撮像部１のレンズ１１の焦点をＯ１とする。第１撮像画素Ａに対応する光路は、焦点Ｏ１から測定点ＭＰに延びる直線であり、この光路を示す直線を図７の左側の第２撮像部２の画像平面に投影した直線をエピポーラ線Ｅ_ＢＡとする。第１撮像画素Ａと同じ測定点ＭＰに対応する図７の左側の第２撮像部２の画像平面における第２撮像画素Ｂは、幾何学的拘束により、エピポーラ線Ｅ_ＢＡ上のいずれかの位置にある。対象測定部４１１は、記憶部５に予め記憶されている第１撮像部１と第２撮像部２との配置を示す配置情報を読み出し、読み出した配置情報に基づいて、第１撮像画素Ａに対応する第２撮像画像のエピポーラ線Ｅ_ＢＡを特定する。配置情報は、例えば、焦点距離、位置及び向きを示す情報である。

対象測定部４１１は、図７に示すように、特定したエピポーラ線Ｅ_ＢＡ上に位置する第２撮像画素のうち、第１撮像画素Ａと同じ絶対投影座標に対応する第２撮像画素Ｂを選択する。対象測定部４１１は、第１撮像画素Ａと、選択した第２撮像画素Ｂとにおいて三角測量法の原理を利用することにより、第１撮像画素Ａと選択した第２撮像画素Ｂとに対応する共通の測定点ＭＰの三次元座標を測定する。

［第４測定系による測定］
対象測定部４１１は、第４測定系において第１撮像画像の第１撮像画素と第２撮像画像の第２撮像画素との間の対応関係を特定する。対象測定部４１１は、測定対象物がテクスチャやエッジ等の特徴点を有する場合、投影画像を測定対象物に投影することなく、この特徴点の三次元座標を測定することが可能である。

対象測定部４１１は、測定対象物の特徴点に対応する第１撮像画素を特定する。また、対象測定部４１１は、同じ特徴点に対応する第２撮像画素を特定する。対象測定部４１１は、特徴点に対応する第１撮像画素と、同じ特徴点に対応する第２撮像画素とを用いて三角測量法の原理を利用することにより、この特徴点の三次元座標を測定する。

［二方向の縞パターン］
なお、対象測定部４１１は、一方向に延びる縞のパターンを含む投影画像のみを用いて対象測定データを作成する例に限定されない。例えば、対象測定部４１１は、縦方向に延びる縞のパターンを含む投影画像に加えて、横方向に延びる縞のパターンを含む投影画像を測定対象物に投影することにより対象測定データを作成してもよい。対象測定部４１１は、横方向に延びる縞のパターンを含む投影画像を測定対象物に投影することにより、撮像画素に対応する縦方向の投影座標と、横方向の投影座標との両方を特定することができる。この場合、対象測定部４１１は、エピポーラ線を用いることなく、撮像画素に対応する投影画素を一意に特定することができる。

［基準器具の測定］
予備測定部４１２は、複数の光学装置のうち、異なる光学装置の組み合わせからなる複数の測定系において所定の基準器具をそれぞれ撮像することにより、基準器具上の基準点の三次元座標を示す複数の予備測定データを作成する。基準器具には、複数の基準点が配置されている。例えば、予備測定部４１２は、第１測定系～第４測定系のそれぞれにおいて対象測定部４１１と同様の方法により、基準点の三次元座標を測定する。

図８（ａ）及び図８（ｂ）は、基準器具の例を示す図である。基準器具を上から見た様子を示す。図８（ａ）は、複数の黒色の円が縦方向及び横方向に整列して配置された基準器具を示す。図８（ｂ）は、市松模様が付された基準器具を示す。図８（ａ）に示す基準器具を用いる場合、予備測定部４１２は、黒色の円の中心を基準点として定め、この基準点の三次元座標を示す予備測定データを作成する。図８（ｂ）に示す基準器具を用いる場合、予備測定部４１２は、市松模様を構成する白色及び黒色の正方形の各頂点を基準点として定め、定めた基準点の三次元座標を示す予備測定データをそれぞれ作成する。予備測定データは、基準器具上の複数の基準点の三次元座標を示す情報をそれぞれ含む。

図９は、基準器具５１の測定の様子を示す図である。図９の例では、基準器具５１は、平板状の部材であるが、これに限定されず、基準器具として任意の形状のものを用いることができる。予備測定部４１２は、１回以上にわたって基準器具５１を撮像する。基準器具５１は、測定において図９の矢印に示す奥行方向の座標が異なる複数の設置位置に順に設置される。基準器具５１の設置位置は精密に決める必要はなく概略のものでよい。また、基準器具５１の設置位置の三次元座標は予め測定されていなくてもよく、任意の設置位置に基準器具５１を設置することが可能である。したがって、三次元形状測定装置１００では、基準器具５１の位置決めのための器具や別の測定器等を用意する必要がないので、基準器具５１の測定を簡便且つ低コストに実施することができる。

予備測定部４１２は、基準器具５１がそれぞれの設置位置に配置された状態において基準器具５１を撮像する。予備測定部４１２は、複数の設置位置に設置された基準器具５１の撮像画像に基づいて、複数の設置位置における基準器具５１の基準点の三次元座標を示す予備測定データをそれぞれ作成する。また、奥行方向の座標が互いに異なるように基準器具５１を平行移動させることにより,複数の設置位置が決定される例に限定されず、基準器具５１の姿勢を変えることにより三次元座標が互いに異なるように決定されてもよい。

また、予備測定部４１２は、基準器具５１上に予め配置されている基準点の三次元座標を測定する例に限定されない。例えば、予備測定部４１２は、基準器具５１に対して、特定の位置を基準点として用いるための目印を含む投影画像を投影部３により投影してもよい。予備測定部４１２は、目印が投影された位置を基準点として定め、この基準点の三次元座標を測定してもよい。

また、予備測定部４１２は、基準点を特定するためのパターンを含む投影画像を基準器具５１に投影してもよい。基準点を特定するためのパターンを含む投影画像は、例えば、一方向に延びる縞パターンを含む投影画像である。予備測定部４１２は、基準器具５１に投影した投影画像を撮像した第１撮像画像及び第２撮像画像を取得してもよい。この場合、予備測定部４１２は、対象測定部４１１と同様にして、第１撮像画素に対応する投影座標や、第２撮像画素に対応する投影座標を特定し、第１撮像画素、第２撮像画素及び投影画像の間の対応関係を利用することにより、基準器具５１上の特定の位置の三次元座標を測定する。予備測定部４１２は、この特定の位置を基準点として用いてもよい。つまり、予備測定部４１２は、基準器具５１に縞パターンを投影して、複数の測定系で共通に測定したある特定の位置を基準点として用いることもできる。

また、予備測定部４１２は、縦方向に延びる縞パターンを含む投影画像と、横方向に延びる縞パターンを含む投影画像とを測定対象物に投影することにより、第１撮像画像に対応する投影座標や、第２撮像画素に対応する投影座標を求めてもよい。この場合、予備測定部４１２は、縦方向に延びる縞パターンを含む投影画像と、横方向に延びる縞パターンを含む投影画像とを用いることにより、エピポーラ線を用いることなく、第１撮像画素及び第２撮像画素の間の対応関係を求めることができる。このため、予備測定部４１２は、エピポーラ線を特定する際に誤差が生じて測定精度が低下するリスクを低減させることができる。

取得部４２は、基準器具５１に含まれる複数の基準点の位置関係を示す相対位置情報を記憶部５から取得する。複数の基準点の位置関係は、他の測定器具により予め測定されているものとする。複数の基準点の位置関係は、例えば、基準器具５１の基準点の一つを原点と仮定した場合の他の基準点の二次元座標である。

［基準データの作成］
基準データ作成部４３は、複数の測定系に対応する複数の予備測定データのうちの一つ以上に基づいて基準データを作成する。基準データは、複数の測定系それぞれの測定データが、他の測定系における測定データに一致するようにするためのデータである。

例えば、第１測定系において投影部３から特定の基準点の位置までの距離が１９９ミリメートルであることが示され、第２測定系において投影部３から同じ基準点の位置までの距離が２０１ミリメートルであることが示され、第３測定系において投影部３から同じ基準点の位置までの距離が２００ミリメートルであることが示されたとする。この場合、例えば、基準データ作成部４３は、第１測定系で測定された１９９ミリメートルを基準データとして定め、第２測定系で測定されたデータから２ミリメートルを減算する補正を行い、第３測定系で測定されたデータから１ミリメートルを減算する補正を行うことにより、各測定系の測定データを一致させる。一例として、距離を補正する方法について説明したが、実際には三次元座標を補正することが望ましい。

基準データ作成部４３は、例えば、異なる測定系に対応する複数の予備測定データに含まれる同一の基準点の三次元座標の平均値又は中央値等の統計量を算出する。基準データ作成部４３は、算出した統計量をこの基準点の三次元座標とする基準データを作成してもよい。例えば、基準データ作成部４３は、第１測定系～第３測定系により測定された同一の基準点の三次元座標の平均値を算出する。基準データ作成部４３は、算出した平均値をこの基準点の三次元座標とする基準データを作成する。

また、基準データ作成部４３は、取得部４２が取得した相対位置情報を参照して、この相対位置情報が示す位置関係と、予備測定データが示す複数の基準点の位置関係との誤差を求め、求めた誤差に基づいて、いずれかの予備測定データを選択してもよい。

例えば、基準データ作成部４３は、基準器具５１の基準点の一つを原点としたときの相対位置情報における他の基準点の相対座標と、予備測定データにおいて同じ基準点を原点とした場合の他の基準点の相対座標とをそれぞれ求める。基準データ作成部４３は、相対位置情報における他の基準点の相対座標と、予備測定データにおける対応する基準点との誤差を基準点ごとに求める。基準データ作成部４３は、基準器具５１の複数の基準点における誤差の総和や標準偏差等の、誤差の統計量を測定系ごとに求め、複数の測定系のうち、求めた誤差の平均等の統計量が最も小さくなる測定系の予備測定データを選択する。なお、基準データ作成部４３は、原点からの相対座標の代わりに、原点からの相対距離を使用してもよい。

また、基準データ作成部４３は、複数の基準点が基準器具５１における単一の平面上に配置されている場合、最小二乗法等を用いて、予備測定データが示す基準器具５１上の複数の基準点との距離の総和が最も小さくなる仮想的な平面を特定する。基準データ作成部４３は、異なる測定系に対応する複数の予備測定データにおいてこの平面をそれぞれ特定する。基準データ作成部４３は、特定した平面と、この平面に対応する測定系の予備測定データにおける基準器具５１上の複数の基準点との距離の総和を測定系ごとに算出する。基準データ作成部４３は、算出した距離の総和が最も小さくなる測定系の予備測定データを選択してもよい。

このような構成により、基準データ作成部４３は、基準器具５１において複数の基準点が配置された平面を最も精度よく再現した測定系の予備測定データを利用することができる。基準データ作成部４３は、選択した予備測定データに基づいて、基準データを作成する。例えば、基準データ作成部４３は、選択した予備測定データをそのまま基準データとして用いる。

基準データ作成部４３は、複数の測定系に対応する複数の予備測定データ間のずれが所定値以上である場合に、基準データの作成を行わず、予備測定データ間のずれが大きいことを示すエラーを表示部（不図示）に表示してもよい。このようにして、基準データ作成部４３は、光学装置の向きがずれていること等の不具合に起因して三次元形状の測定精度が低下することを抑制することができる。

［補正値の算出］
算出部４４は、基準データに一致しない予備測定データと、基準データ作成部４３が作成した基準データとに基づいて、補正値を算出する。基準データに一致しない予備測定データは、例えば、基準データ作成部４３が単一の測定系に対応する予備測定データを基準データとして用いる場合には、基準データに対応する測定系とは異なる測定系により測定された予備測定データである。

算出部４４は、基準データ作成部４３が第３測定系による予備測定データを基準データとして用いたと仮定する。算出部４４は、第３測定系とは異なる第１測定系において所定の基準点を示す三次元座標を特定し、基準データにおいて同じ基準点を示す三次元座標を特定する。算出部４４は、２つの三次元座標における差分ΔC(x_1,i,j, y_1,i,j, z_1,i,j)を以下の式（１）により求める。
ΔC(x_1,i,j, y_1,i,j, z_1,i,j) = [x_1,i,j, y_1,i,j, z_1,i,j] - [x_r,i,j, y_r,i,j z_r,i,j]．．．（１）

式（１）中、「ｘ_{１，ｉ，ｊ}」の「１」は、第１測定系であることを示すインデックスである。ｉは、基準点を識別するためのインデックスである（i = 1, 2, …）。ｊは、基準器具５１の設置位置を識別するためのインデックスである（j = 1, 2, …）。[x_1,i,j, y_1,i,j, z_1,i,j]は、第１測定予備測定データが示す三次元座標である。[x_r,i,j, y_r,i,j, z_r,i,j]は、基準データが示す三次元座標である。

算出部４４は、求めた差分ΔC(x_1,i,j, y_1,i,j, z_1,i,j)に基づいて、第１測定系による対象測定データを補正するための補正値を算出する。一例としては、算出部４４は、差分ΔC(x_1,i,j, y_1,i,j, z_1,i,j)を補正値として用いるが、差分ΔC(x_1,i,j, y_1,i,j, z_1,i,j)に基づいて、公知の手法により補正値を算出してもよい。

基準データ作成部４３が異なる測定系に対応する複数の予備測定データが示す基準点の三次元座標を平均すること等により基準データを作成した場合には、基準データの作成に用いた予備測定データと、基準データとは一致しないことがある。このため、算出部４４は、複数の予備測定データが示す基準点の三次元座標を平均すること等により基準データを作成した場合には、基準データの作成に用いた予備測定データが示す基準点の三次元座標と、基準データが示す同じ基準点の三次元座標との差分に基づいて、補正値を算出してもよい。

算出部４４は、複数の設置位置に設置された基準器具５１の基準点にそれぞれ対応する補正値を算出する。例えば、算出部４４は、奥行方向の座標が異なる３か所の設置位置に対応する３つの予備測定データを予備測定部４１２が作成した場合、この３つの予備測定データに対応する補正値をそれぞれ作成する。算出部４４は、基準器具５１の設置位置のインデックスと、基準器具５１の測定を行った測定系を識別するためのインデックスと、基準点を識別するためのインデックスと、補正値とを関連付けて記憶部５に記憶させる。

また、算出部４４は、基準データと一致しない予備測定データに対応する測定系により測定される測定点の三次元座標に対応する補正値を算出するための関数を特定してもよい。例えば、算出部４４は、第１測定系による予備測定データと対応する補正値との関係を参照して、第１測定系による対象測定データをこの対象測定データに対応する補正値に変換するための多項式関数を、最小二乗法等の公知の手法を用いて特定してもよい。このとき、関数は予め記憶部５にプログラム等の一部として記憶されており、算出部４４は、記憶部５に記憶されている関数の複数の係数を特定する。対象測定データを補正値[Δc_m,x Δc_m,y Δc_m,z]に変換するための関数は、以下の式（２）で表すことができる。式（２）中、(x_m, y_m, z_m)は、測定点の三次元座標である。式（２）の関数では、三次元座標の各成分に対応する補正値がそれぞれ算出される。
[Δc_m,x Δc_m,y Δc_m,z]=[f_x(x_m, y_m, z_m) f_y(x_m, y_m, z_m) f_z(x_m, y_m, z_m)]・・・（２）
この関数は、例えばＺ方向（奥行方向）に分割して複数用意されていてもよい。このようにすれば、算出部４４は、個々の多項式関数としてより高精度な関数を用いて補正値を算出することができるため、より高精度な補正結果が得られる。

算出部４４が基準点に対応する補正値をそれぞれ作成する例について説明した。算出部４４は、複数の基準点に対応する複数の補正値に基づいて補間することにより、予備測定データが取得された基準点以外の位置に対応する補正値を算出してもよい。算出部４４は、各測定系の測定空間を等間隔の立方格子で区切り、個々の格子点に対応する補正値を、複数の基準点に対応する複数の補正値に基づいて補間することにより算出し、格子点の三次元座標と、測定系を識別するためのインデックスと、算出した補正値とを関連付けたテーブルを記憶部５に記憶させてもよい。算出部４４が、このような格子点それぞれの補正値を算出しておくことで、測定対象物の三次元座標を測定した結果を補正する場合に、測定した座標値に最も近い格子点の補正値を利用して補正を行うことができる。

［対象測定データの補正］
補正部４５は、基準データと一致しない予備測定データに対応する測定系の対象測定データを補正値に基づいて補正する一例としては、補正部４５は、基準データ作成部４３が第３測定系による予備測定データを選択することにより基準データを作成した場合、第３測定系とは異なる第１測定系の対象測定データを補正する。補正部４５は、対象測定データが示す奥行方向の座標と基準点の奥行方向の座標との差が最小になる設置位置のインデックスと、第１測定系であることを示すインデックスと、対象測定データが示す三次元座標に最も近い三次元座標を有する基準点を示すインデックスとに関連付けられた補正値を記憶部５から読み出す。補正部４５は、読み出した補正値に基づいて、第１測定系による対象測定データを補正する。

補正部４５は、対象測定データが示す三次元座標に最も近い格子点の三次元座標と、当該格子点に対応する測定系を示すインデックスとに関連付けられた補正値を記憶部５から読み出し、読み出した補正値に基づいて、対象測定データを補正してもよい。補正部４５は、対象測定データが示す三次元座標に比較的近い複数の格子点の三次元座標に関連付けられた補正値を記憶部５からそれぞれ読み出し、読み出した複数の補正値を用いる補間処理により、対象測定データに対応する補正値を求めてもよい。また、補正部４５は、対象測定データを補正値に変換するための関数を求めた場合には、この関数を用いて対象測定データを補正値に変換し、変換した補正値に基づいて、対象測定データを補正してもよい。

形状特定部４６は、補正部４５による補正後の対象測定データを用いて、測定対象物の形状を特定する。形状特定部４６は、補正後の複数の対象測定データが示す測定点の三次元座標をつなぎ合わせることにより、測定対象物の三次元形状を特定する。形状特定部４６は、異なる測定系に対応する複数の対象測定データが示す三次元座標をつなぎ合わせることにより測定対象物の形状を特定してもよい。

補正部４５は、基準データに対応する測定系の対象測定データの補正を行わないことがある。このため、形状特定部４６は、基準データに対応する測定系の対象測定データを用いる場合には、補正部４５による補正が行われていない対象測定データを用いて測定対象物の形状を特定することがあるものとする。形状特定部４６は、補正が行われていない基準データに対応する対象測定データが示す測定点の三次元座標と、補正後の対象測定データが示す測定点の三次元座標とをつなぎ合わせることにより測定対象物の形状を特定してもよい。

［補正値の算出の処理手順］
図１０は、三次元形状測定装置１００による補正値の算出の処理手順を示すフローチャートである。この処理手順は、三次元形状測定装置１００の操作受付部（不図示）が各測定系のキャリブレーションを指示するユーザの操作を受け付けたときに開始する。

まず、予備測定部４１２は、複数の測定系において所定の基準器具５１をそれぞれ撮像した撮像画像を生成する（Ｓ１０１）。予備測定部４１２は、基準点の三次元座標を測定し、測定した三次元座標を示す予備測定データを作成する（Ｓ１０２）。予備測定部４１２は、Ｓ１０２において複数の測定系に対応する複数の予備測定データを作成するものとする。基準データ作成部４３は、作成した複数の予備測定データのうちの一つ以上に基づいて、基準データを作成する（Ｓ１０３）。

算出部４４は、複数の測定系のうち基準データに一致しない予備測定データと、基準データ作成部４３が作成した基準データとの差分を算出する。算出部４４は、この差分に基づいて、基準データに一致しない予備測定データに対応する測定系により測定した対象測定データを補正するための補正値を算出し（Ｓ１０４）、処理を終了する。

［三次元形状の特定の処理手順］
図１１は、三次元形状測定装置１００による測定対象物の三次元形状の特定の処理手順を示すフローチャートである。この処理手順は、三次元形状測定装置１００の操作受付部が三次元形状の測定の開始を指示するユーザの操作を受け付けたときに開始する。

まず、対象測定部４１１は、所定の光パターンを含む投影画像を投影部３により測定対象物等へ投影する（Ｓ２０１）。対象測定部４１１は、測定対象物に投影された投影画像を第１撮像部１により撮像した第１撮像画像を生成する（Ｓ２０２）。対象測定部４１１は、測定対象物の測定点を測定することにより、測定結果を示す対象測定データを作成する（Ｓ２０３）。補正部４５は、対象測定データを補正値に基づいて補正する（Ｓ２０４）。形状特定部４６は、補正部４５による補正後の対象測定データに基づいて、測定対象物の形状を特定する（Ｓ２０５）。

［本実施形態の三次元形状測定装置による効果］
本実施形態によれば、補正部４５は、複数の測定系について基準データを用いて対象測定データを補正することができる。したがって、補正部４５は、測定系における誤差に起因して測定精度が低下することを抑制することができる。

形状特定部４６は、複数の測定系の対象測定データを高精度につなぎ合わせて測定することができるため、影や飽和等の影響で、ある測定系で対象測定データが取得できない箇所が生じても、別の測定系の対象測定データを用いて測定対象物の形状を特定することができる。このため、形状特定部４６は、より効率的かつ高精度に測定対象物の形状を特定することができる。

［変形例］
本実施形態では、基準データ作成部４３は、単一の測定系に対応する予備測定データを用いて複数の基準点の三次元座標を含む基準データを作成する場合の例について説明した。しかしながら、本発明は、これに限定されない。基準データ作成部４３は、異なる測定系に対応する複数の予備測定データのいずれかを基準点ごとに選択することにより、一つの基準データを作成してもよい。例えば、基準データ作成部４３は、異なる測定系に対応する複数の予備測定データのうち、基準点に対する三角測量の精度が最も高くなるように、例えば視差が最も大きくなる光学装置の組み合わせからなる測定系に対応する予備測定データを選択してもよい。

図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、基準データ作成部４３による基準データの作成における測定系の選択の様子を示す図である。基準器具５１を上から見た様子を示す。図１２の例では、三次元形状測定装置は、第１撮像部１及び第２撮像部２に加え、第３撮像部３００を備える。図１２の例では、投影部３は、省略されている。例えば、予備測定部４１２は、基準器具５１上の基準点を利用する場合、以下の第４測定系～第６測定系により予備測定データを作成可能である。

第４測定系：第１撮像部１及び第２撮像部２
第５測定系：第１撮像部１及び第３撮像部３００
第６測定系：第２撮像部２及び第３撮像部３００

図１２（ａ）は、基準器具５１の最下段の右端の基準点に対応する測定系の選択の様子を示す図である。基準データ作成部４３は、基準点に対する視差が最も大きくなる光学装置の組み合わせからなる測定系を選択する。基準データ作成部４３が第４測定系を選択した場合、最下段の右端の基準点に対し、第１撮像部１及び第２撮像部２がなす視差はα１となる。一方、基準データ作成部４３が第５測定系を選択した場合、最下段の右端の基準点に対し、第１撮像部１及び第３撮像部３００がなす視差はα２となり、この視差は、第４測定系～第６測定系において最大となる。このため、基準データ作成部４３は、最下段の右端の基準点に対応する基準データの作成において第５測定系により測定した予備測定データを選択する。

図１２（ｂ）は、基準器具５１の最上段の左端の基準点に対応する測定系の選択の様子を示す図である。基準データ作成部４３が第４測定系を選択した場合、最上段の左端の基準点に対し、第１撮像部１及び第２撮像部２がなす視差はβ１となる。一方、基準データ作成部４３が第６測定系を選択した場合、最上段の左端の基準点に対し、第２撮像部２及び第３撮像部３００がなす視差はβ２となり、この視差は、第４測定系～第６測定系において最大となる。このため、基準データ作成部４３は、最上段の左端の基準点に対応する基準データの作成において第６測定系により測定した予備測定データを選択する。基準データ作成部４３は、基準器具５１の基準点ごとに選択した予備測定データを組み合わせることにより単一の基準データを作成する。

このような構成により、基準データ作成部４３は、各基準点に対する視差が最大となる測定系による予備測定データを用いて基準データを作成するので、三角測量法による三次元座標の測定精度を向上させることができる。

基準データ作成部４３は、１台以上の投影部により基準器具５１に投影した基準点を利用する場合、２つの撮像部のペアがなす視差が最大となる測定系による予備測定データを基準点ごとに選択する例に限定されない。例えば、基準データ作成部４３は、２つの撮像部のペアがなす視差や、投影部と撮像部とのペアがなす視差を考慮し、視差が最大となるペアを含む測定系による予備測定データを基準点ごとに選択してもよい。

複数の撮像部の仕様が互いに異なっていたり、複数の撮像部から基準点までの距離が互いに異なっていたりする状態では、視差が最大となる測定系と、測定精度が最も良くなる測定系とが一致しないことがある。基準データ作成部４３は、基準点の三次元座標の概略値と、測定精度が最も良好になる測定系とを関連付けたテーブルを記憶部５から読み出し、このテーブルを参照して、測定精度が最も良好になる測定系の予備測定データを選択してもよい。

また、基準データ作成部４３は、原点から基準点までの相対的な距離に基づいて、測定精度が最も良好になる測定系の予備測定データを選択してもよい。基準データ作成部４３は、例えば基準器具５１を測定した際に、基準器具５１上のいずれかの基準点を原点として指定する。基準データ作成部４３は、指定した原点から他の基準点Ｃまでの距離を測定する。一方、基準データ作成部４３は、原点から基準点Ｃまでの距離として予め記憶されている値を記憶部５から読み出す。基準データ作成部４３は、測定した距離と、記憶部５から読み出した距離との差が最も小さくなる測定系の予備測定データを基準点Ｃの測定精度が最も良好なものとして選択してもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

１ 第１撮像部
２ 第２撮像部
３ 投影部
４ 制御部
５ 記憶部
１１ レンズ
１２ 撮像素子
２１ レンズ
２２ 撮像素子
４１ 測定部
４２ 取得部
４３ 基準データ作成部
４４ 算出部
４５ 補正部
４６ 形状特定部
１００ 三次元形状測定装置
３００ 第３撮像部
４１１ 対象測定部
４１２ 予備測定部

Claims (9)

1. 測定対象物を撮像した撮像画像に基づいて、当該測定対象物の三次元形状を測定する三次元形状測定装置であって、
   複数の光学装置と、
   前記複数の光学装置のうち、異なる光学装置の組み合わせからなる複数の測定系において基準器具をそれぞれ撮像することにより、前記基準器具上の複数の基準点の三次元座標を示す複数の予備測定データを作成する予備測定部と、
   前記複数の予備測定データのうちの一つ以上に基づいて、前記複数の測定系に対応する前記複数の予備測定データのいずれかを前記基準点ごとに選択することにより、一つの基準データを作成する基準データ作成部と、
   前記複数の予備測定データのうち、前記基準データとは一致しない前記予備測定データと、前記基準データとに基づいて、補正値を算出する算出部と、
   前記測定対象物の測定点を前記複数の測定系において測定した結果を示す複数の対象測定データを作成する対象測定部と、
   前記基準データとは一致しない前記予備測定データに対応する前記測定系における前記対象測定データを前記補正値に基づいて補正する補正部と、
   前記補正部による補正後の対象測定データを用いて、前記測定対象物の形状を特定する形状特定部と、
   を備える、三次元形状測定装置。
2. 前記予備測定部は、複数の設置位置に設置された前記基準器具を撮像することにより、前記複数の設置位置における前記基準器具の前記基準点の三次元座標を示す前記予備測定データを作成し、
   前記算出部は、前記複数の設置位置における前記基準点に対応する前記補正値を算出する、
   請求項１に記載の三次元形状測定装置。
3. 前記基準データ作成部は、前記複数の測定系に対応する複数の前記予備測定データが示す前記基準点の三次元座標の統計量を算出することにより、前記基準データを作成する、
   請求項１又は２に記載の三次元形状測定装置。
4. 前記基準器具に含まれる複数の前記基準点の位置関係を示す相対位置情報を取得する取得部をさらに備え、
   前記予備測定部は、前記複数の基準点の三次元座標を示す前記予備測定データを作成し、
   前記基準データ作成部は、前記相対位置情報が示す位置関係との誤差に基づいて前記複数の基準点の三次元座標を示す前記予備測定データを選択することにより、前記基準データを作成する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置。
5. 前記基準データ作成部は、前記複数の測定系に対応する複数の前記予備測定データのうち、前記基準点に対する三角測量精度が最も良好となる前記光学装置の組み合わせに対応する前記予備測定データを選択する、
   請求項１に記載の三次元形状測定装置。
6. 前記予備測定部は、前記基準点を特定するためのパターンを含む投影画像を前記基準器具に投影する、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置。
7. 前記算出部は、前記基準データと一致しない前記予備測定データに対応する前記測定系により測定される前記基準点の前記三次元座標に対応する前記補正値を算出するための関数を特定し、特定した当該関数を用いて前記補正値を算出する、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置。
8. 前記算出部は、前記複数の測定系の測定空間を等間隔の立方格子で区切った個々の格子点の三次元座標と、複数の前記補正値と、前記複数の測定系それぞれを識別するためのインデックスと、を関連付けたテーブルを記憶する記憶部をさらに備え、
   前記補正部は、前記対象測定データが示す三次元座標に最も近い前記格子点の三次元座標と、当該格子点に対応する前記測定系を示すインデックスとに関連付けられた前記補正値を前記記憶部から読み出し、読み出した前記補正値に基づいて、前記対象測定データを補正する、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置。
9. 測定対象物を撮像した撮像画像に基づいて、当該測定対象物の三次元形状を測定する三次元形状測定方法であって、
   複数の光学装置のうち、異なる光学装置の組み合わせからなる複数の測定系において基準器具をそれぞれ撮像することにより、前記基準器具上の複数の基準点の三次元座標を示す複数の予備測定データを作成するステップと、
   前記複数の予備測定データのうちの一つ以上に基づいて、前記複数の測定系に対応する前記複数の予備測定データのいずれかを前記基準点ごとに選択することにより、一つの基準データを作成するステップと、
   前記複数の予備測定データのうち、前記基準データとは一致しない前記予備測定データと、前記基準データとに基づいて、補正値を算出するステップと、
   前記測定対象物の測定点を前記複数の測定系において測定した結果を示す複数の対象測定データを作成するステップと、
   前記基準データとは一致しない前記予備測定データに対応する前記測定系における前記対象測定データを前記補正値に基づいて補正するステップと、
   補正後の対象測定データを用いて、前記測定対象物の形状を特定するステップと、
   を備える、三次元形状測定方法。

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