JP2565885B2 - Spatial pattern coding method - Google Patents

Spatial pattern coding method

Info

Publication number
JP2565885B2
JP2565885B2 JP62023764A JP2376487A JP2565885B2 JP 2565885 B2 JP2565885 B2 JP 2565885B2 JP 62023764 A JP62023764 A JP 62023764A JP 2376487 A JP2376487 A JP 2376487A JP 2565885 B2 JP2565885 B2 JP 2565885B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pattern
code
node
image
gradation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP62023764A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS63191281A (en
Inventor
稔 伊藤
明 石井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP62023764A priority Critical patent/JP2565885B2/en
Publication of JPS63191281A publication Critical patent/JPS63191281A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2565885B2 publication Critical patent/JP2565885B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)
  • Image Processing (AREA)
  • Image Analysis (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (1)発明の属する技術分野 本発明は,TVカメラを用いて物体表面の3次元形状を
計測するパターン投影法において,計測密度,信頼性,
簡易性を高めるための空間パターンコード化方法に関す
るものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (1) Technical Field of the Invention The present invention relates to a pattern projection method for measuring a three-dimensional shape of an object surface using a TV camera, in which measurement density, reliability,
The present invention relates to a spatial pattern coding method for enhancing simplicity.

(2)従来の技術 TVカメラを用い,物体の表面形状を非接触で3次元計
測する方法として,スポット投影法,スリット投影法,
およびパターン投影法がある。このうちパターン投影法
は,一回の投影だけで多数点の計測を行うことができ,
計測時間の短縮を図ることができる方法として有名であ
る。
(2) Conventional technology As a method of three-dimensionally measuring the surface shape of an object using a TV camera, the spot projection method, slit projection method,
And pattern projection. Among them, the pattern projection method can measure a large number of points with only one projection,
It is famous as a method that can reduce the measurement time.

この方法は,パターン原画とパターン投影像とを一義
的に対応付け,その結果から三角測量原理に基づき曲面
の3次元距離分布を算出する方法であり,1枚の画像だけ
を用いる利点を有する代わりに,対応付けに工夫が必要
である。
This method uniquely associates the original pattern image with the projected pattern image, and calculates the three-dimensional distance distribution of the curved surface from the result based on the triangulation principle. It has the advantage of using only one image. Therefore, it is necessary to devise a method of matching.

一義的な対応付けを行うには,構造化した投影パター
ンを用い,パターン中の各部分を識別するためのパター
ン内部の特徴付けが不可欠である。この特徴付けは,空
間パターンコード化又は空間コード化と呼ばれる。以降
簡単のためコード化と略称することとする。
In order to make a unique correspondence, it is indispensable to use a structured projection pattern and characterize the inside of the pattern to identify each part in the pattern. This characterization is called spatial pattern coding or spatial coding. Hereinafter, for simplicity, it will be abbreviated as coding.

このコード化は,さらにパターン形状コード化,階調
コード化に分けられる。前者のパターン形状コード化と
して,スリット開口幅の分布によるものとM系列符号を
利用したものが提案されているが,計測密度や計測の安
定性に問題があり,実用性に乏しい。本願は後者の階調
コード化に属するものである。
This coding is further divided into pattern shape coding and gradation coding. As the former pattern shape coding, a method using a slit aperture width distribution and a method using an M-sequence code have been proposed, but they have problems in measurement density and measurement stability, and are not practical. The present application belongs to the latter gradation coding.

従来は,階調コード化として,濃淡階調によるものと
色階調によるものとが考えられてきた。このうち濃淡階
調によるものは,多くの階調をもつ空間パターンを投影
することによって,パターン原画とパターン像との一義
的な対応付けを可能としたコード化である。これは,原
理的には優れた方法である。しかし,実際の画像では画
像中の雑音,物体表面の反射率のばらつき,ぼけ等によ
り,多くの階調を正しく識別することは困難であり,通
常,3階調,多くてもせいぜい4ないし5快調程度が識別
の限度と言われている。
Heretofore, grayscale coding has been considered to be based on grayscale and color grayscale. Among them, the one based on gray scale is a coding that enables unique correspondence between a pattern original image and a pattern image by projecting a spatial pattern having many gray scales. This is an excellent method in principle. However, in an actual image, it is difficult to correctly identify many gradations due to noise in the image, variations in the reflectance of the object surface, blurring, etc. Usually, there are 3 gradations, and at most 4 or 5 at most. It is said that the degree of smoothness is the limit of discrimination.

濃淡階調の代わりに色階調を使った方法でも同様な問
題があり,白色又は淡色系の一様な表面といった理想的
な非測定面を対象とする場合を除き,多くの階調を利用
することができない。
There is a similar problem in the method using the color gradation instead of the gradation, and many gradations are used unless the target is an ideal non-measurement surface such as a white or light-colored uniform surface. Can not do it.

このように,階調コード化の方法には識別できる階調
数が少ないという問題があった。
As described above, the gradation coding method has a problem that the number of distinguishable gradations is small.

階調コード化のもつ問題の解決策として,1本のスリッ
トに縦方向の3色分布をもたせ,スリット長さ方向全体
の色分布を使ってスリット番号を識別する方法が提案さ
れた。しかしこの方法はスリットが連続して,十分長く
観測できていることが前提となっており,スリットが途
中で切れていたり,色識別の誤りがある場合には,パタ
ーン原画とパターン像の対応を一義的に定められないと
いうことがあった。このため滑らかで,かつ,十分広い
面の計測に限定された。
As a solution to the problem of gradation coding, a method has been proposed in which one slit has three color distributions in the vertical direction and the slit number is identified using the color distribution in the entire slit length direction. However, this method is based on the assumption that the slits are continuous and can be observed for a sufficiently long time. If the slits are cut in the middle or there is an error in color identification, the pattern original image and the pattern image should be matched. There were times when it was not possible to set it up uniquely. Therefore, the measurement was limited to a smooth and sufficiently wide surface.

上記のパターンコード化の欠点をスリット投影法のも
つ利点でカバーしようとした方法が,時系列コード化で
ある。この方法は,複数スリットを1度に投影するので
はなく,各時点で投影するスリットの組み合わせを予め
用意し,時系列的に順次投影し,各スリットについて各
時点のon−offをコードに書き表す方法であり,広義の
パターン投影法に属し,時系列パターン投影法とも呼ば
れる。この方法は,スリット番号の識別が容易である反
面,多くの画像入力が必要である点で,パターン投影法
の本来の利点を失ったものとなっている。すなわち,パ
ターンを多数回投影するため,動きのある物体を計測対
象とすることができないこと,又,画像処理を多数の画
像に対して実行しなくてはならないので,計算機への負
担が重くなること,処理に時間がかかること,投光系が
大がかりになることなどの欠点があった。
Time-series coding is a method that attempts to cover the above-mentioned drawbacks of pattern coding with the advantages of the slit projection method. In this method, instead of projecting multiple slits at once, a combination of slits to be projected at each time point is prepared in advance and sequentially projected in time series, and for each slit, the on-off at each time point is written in a code. It is a method, belongs to a broad pattern projection method, and is also called a time-series pattern projection method. This method is easy to identify the slit number, but loses the original advantage of the pattern projection method in that many image inputs are required. That is, since the pattern is projected many times, a moving object cannot be measured, and the image processing must be performed on many images, which increases the load on the computer. However, it has disadvantages such as long processing time and large-scaled light projection system.

以上説明した様に,1回の投影だけでパターン原画とパ
ターン像とを一義的に対応付け,高い密度で面の3次元
形状を計測することが,従来は不可能であった。
As described above, it has been impossible in the past to uniquely associate a pattern original image with a pattern image by only one projection and measure a three-dimensional shape of a surface with high density.

(3)発明の目的 本発明は,パターン投影法において,1回の投影で高い
計測密度と計測の高い安定性,信頼性を得るための空間
パターンコード化方法を提供する。
(3) Object of the Invention The present invention provides a spatial pattern coding method for obtaining a high measurement density, high measurement stability, and reliability with a single projection in the pattern projection method.

(4)発明の構成 (4−1)発明の特徴と従来の技術との差異 本発明は,3種類以上の階調からなる格子板パターン構
造を用いることを特徴とする。従来はパターンの特徴付
けのために,パターン形状,濃淡階調,色階調を多く用
意するか,又は複数スリットを時系列的に多数回投影す
る必要があったのに対して,本発明では,最低3階調の
パターンを1回投影するだけで多くの特徴コードを作り
だすパターン構造を提供している点が大きく異なる。
(4) Configuration of the Invention (4-1) Difference between Features of Invention and Prior Art The present invention is characterized by using a lattice plate pattern structure composed of three or more kinds of gradations. In the past, in order to characterize a pattern, it was necessary to prepare a large number of pattern shapes, shades of gray, and color tones, or to project a plurality of slits many times in a time series. The difference is that it provides a pattern structure that creates many feature codes by projecting a pattern of at least three gradations once.

(4−2)実施例 第1図は,本発明のパターン構造を説明する模式図で
ある。
(4-2) Example FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the pattern structure of the present invention.

パターン原画は,白黒灰色の濃淡3階調を有し,図で
は白を2,黒を0,灰色を1として表示してある。RGB3色の
階調を用いるときは,例えばRを2,Gを1,Bを0に対応さ
せる。
The original pattern image has three shades of gray, black and white, and in the figure, white is represented by 2, black is represented by 0, and gray is represented by 1. When using the gradation of three RGB colors, for example, R corresponds to 2, G corresponds to 1, and B corresponds to 0.

各階調は,コーナー部分を除き隣接しないように配置
されている。
The gradations are arranged so that they are not adjacent except for the corners.

図中のP0に注目すると,P0は各階調領域のコーナー部
分であり,かつ又エッジの交点であって,その左上の領
域から右廻りに2,1,0,1の階調領域に囲まれている。そ
こでP0のように階調領域のコーナー部分又はエッジ交点
を特徴点とし,特にノードと名付け,そのノードの主ノ
ードを周囲階調を使って3進4桁の形で表すこととす
る。P0の主コードは(2101)となる。同様にP1〜P4はそ
れぞれ(1012),(1020),(1012),(0212)のコー
ドをもつ。この様なコードは18種存在する。このことは
18階調の点パターンを投影したことに相当する。
Paying attention to P 0 in the figure, P 0 is the corner part of each gradation area and is also the intersection of the edges, and the gradation area of 2,1,0,1 is clockwise from the upper left area. being surrounded. Therefore, a corner portion or an edge intersection of a gradation area like P 0 is used as a characteristic point, and in particular, it is named a node, and the main node of that node is represented in a ternary 4-digit form using the surrounding gradation. The main code of P 0 is (2101). Similarly, P 1 to P 4 have codes of (1012), (1020), (1012), and (0212), respectively. There are 18 such codes. This means
This is equivalent to projecting a dot pattern with 18 gradations.

次にノードP0の最近接ノードP1〜P4のもつ主コードを
ノードP0の補助コードとして与える。つまりP0の補助コ
ードは,3進16桁(1012,1020,0212)となる。そこで,ノ
ードP0の特徴コードを主コードと補助コードで表すと3
進20桁となる。
Then give with main code closest node P 1 to P 4 of the node P 0 as supplementary code of the node P 0. In other words, the auxiliary code of P 0 is 16 digits of ternary (1012,1020,0212). Therefore, if the characteristic code of the node P 0 is expressed by the main code and the auxiliary code,
It will be 20 decimal digits.

桁数が多くなる煩雑さをさけるため,コードの種類が
18種であることから4桁毎0,1,2の組合わせに応じてコ
ード番号を付すと,ノードの特徴コードは18進5桁で表
現できる。この様にして,特徴コードは1458種できる。
すなわち1458階調のパターンを投影したことと等価とな
る。
In order to avoid the complexity of increasing the number of digits, the type of code is
Since there are 18 types, if you assign a code number according to the combination of 0, 1, and 2 every 4 digits, the feature code of the node can be expressed by 5 digits in 18 digits. In this way, 1458 kinds of feature codes can be created.
That is, it is equivalent to projecting a 1458 gradation pattern.

以上説明したパターン構造は3値からなり,かつ格子
板状に配列してあるので,3値格子板パターンと称するこ
ととする。3値に限らず4値以上とすれば等価階調数は
増大し,又,最近接ノードを4つに限らず例えば8つと
すればさらに等価階調数が増大することは自明である。
又,エッジは必ずしも直線である必要はない。
Since the pattern structure described above is composed of three values and arranged in a lattice plate shape, it will be referred to as a ternary lattice plate pattern. It is self-evident that the number of equivalent gray scales is increased if the number of gray scales is not limited to three and is four or more, and that the number of equivalent gray scales is further increased if the number of closest nodes is not limited to four and is eight, for example.
Also, the edge does not necessarily have to be a straight line.

このパターンは,隣接格子板の階調がお互いに異なる
という条件のもとで,乱数を発生させて容易に作ること
ができる。実施例では,100×100の3値格子板パターン
をミニコンピュータVA×11/780で発生させ,ディスプレ
イ装置に表示すると共に,ビデオプリンタでパターン原
板を作成した。
This pattern can be easily created by generating random numbers under the condition that the gradations of adjacent grid plates are different from each other. In the example, a 100 × 100 ternary lattice plate pattern was generated by a minicomputer VA × 11/780, displayed on a display device, and a pattern original plate was prepared by a video printer.

第2図は,第1の実施例であり,パターン原画をスラ
イドプロジェクタで物体に投影したときの投影パターン
像の例を部分的に模写したものである。カメラはCCDカ
メラを用い,カメラ−物体間距離約1m,スライドプロジ
ェクタと物体間距離約1.5mである。画像は3階調から成
っており,格子板各領域のエッジのみ図に記した。
FIG. 2 is a first embodiment, and is a partial copy of an example of a projected pattern image when a pattern original image is projected on an object by a slide projector. A CCD camera is used as the camera, and the distance between the camera and the object is approximately 1 m, and the distance between the slide projector and the object is approximately 1.5 m. The image consists of three gradations, and only the edges of each area of the grid plate are shown in the figure.

第3図は,全体の処理の流れを示したフローチャート
である。1で3値化のための識別しきい値を求め,2で各
画素毎に,階調に応じて0,1又は2の値で書き直す。
FIG. 3 is a flowchart showing the flow of overall processing. At 1, the discrimination threshold value for ternarization is obtained, and at 2, each pixel is rewritten with a value of 0, 1 or 2 depending on the gradation.

3では,各格子板領域のコーナーすなわちエッジ交点
をノードとして抽出する。
In 3, the corners of each lattice plate area, that is, the edge intersections are extracted as nodes.

4では,抽出したノードを囲む階調分布に応じて,18
種類のコード番号のうちの1つを主コードとして付与す
る。
In No. 4, depending on the gradation distribution surrounding the extracted node, 18
One of the code numbers of the types is given as the main code.

5では最近接4ノードの主コード番号4つを補助コー
ドとして付与する。但し,隣接ノードの1部が求まらな
かった場合にはそのコード番号には0をつける。
In 5, the four main code numbers of the four closest nodes are given as auxiliary codes. However, when a part of the adjacent node cannot be obtained, 0 is added to the code number.

6ではノード識別,コード番号の結果をテーブルに記
録する。
At 6, the result of node identification and code number is recorded in the table.

第4図は,パターン原画とパターン像の対応付け処理
の流れを示すフローチャートである。第3図におけるノ
ード,コード識別結果を記録したパターン原画とパター
ン像用2枚のテーブルを使う。簡単のためパターン原画
のテーブルをテーブルA,パターン像のテーブルをテーブ
ルBと呼ぶこととする。
FIG. 4 is a flowchart showing the flow of the process of associating the pattern original image with the pattern image. The two tables for the pattern original image and the pattern image in which the node and the code identification result in FIG. 3 are recorded are used. For simplicity, the table of the pattern original image will be referred to as table A, and the table of the pattern image will be referred to as table B.

7では,テーブルAの各ノードに対し,テーブルBの
各ノードの主コードを調べ,同じ主コードとなっている
ノードを探索する。
In step 7, for each node in table A, the main code of each node in table B is checked to find a node having the same main code.

次に,8においてそのノードと,パターン原板とカメラ
との幾何学的相対関係により定まる射影直線との距離を
算出する。正しい対応点はこの射影直線上にあることは
射影幾何学から自明である。算出された距離が予め定め
た距離(通常3画素分)以内かどうかを9で調べ,もし
もOKであれば10において,補助コードを比較し,11にお
いて,コード番号0を含まずかつ一致する場合には12に
おいて対応ノードと決定する。ここで決定できなかった
場合には,13にて0を除き補助コードが一致すれば,14で
対応ノードの候補として登録しておく。同じテーブルB
内の他のノードにおいても調べ,対応ノードと決定でき
ず対応ノード候補となるものが複数存在する場合には,
一致する補助コードの数が多いノードを対応ノードとす
る。
Next, in 8, the distance between the node and the projective line determined by the geometrical relationship between the pattern master and the camera is calculated. It is obvious from projective geometry that the correct corresponding points are on this projective line. If the calculated distance is within a predetermined distance (usually 3 pixels), check with 9, and if it is OK, compare the auxiliary code at 10, and if 11 does not include code number 0 and match. Is determined as the corresponding node in 12. If it cannot be determined here, if the auxiliary codes except for 0 match at 13, the corresponding node is registered as a candidate at 14. Same table B
If other nodes in the list are also examined and there are multiple corresponding node candidates that cannot be determined as corresponding nodes,
A node having a large number of matching auxiliary codes is set as a corresponding node.

以上の処理をテーブルAの各ノードに対して行う。な
お図中は,対応ノードでないと判断し次の対応ノード
候補を探索することを表す。
The above processing is performed for each node in table A. In the figure, it is determined that the node is not a corresponding node and the next corresponding node candidate is searched.

第5図は第2の実施例で,カメラ及び投光系の配置を
示す。21は3値格子板パターンを投影するパターン投影
器,22,23はカメラ,24は被測定物体である。
FIG. 5 shows the arrangement of the camera and the light projecting system in the second embodiment. Reference numeral 21 is a pattern projector for projecting a ternary lattice plate pattern, 22, 23 are cameras, and 24 is an object to be measured.

前記の第1の実施例(第2図〜第4図)では,1台のカ
メラのパターン像をパターン原画と対応付けたが,この
第2の実施例では,2台のカメラから得た2枚のパターン
像間でノードの対応付けを行っている。対応付け処理手
順については第1の実施例と同じである。
In the above-mentioned first embodiment (FIGS. 2 to 4), the pattern image of one camera is associated with the pattern original image, but in this second embodiment, two patterns obtained from two cameras are used. Nodes are associated between the pattern images. The associating process procedure is the same as in the first embodiment.

第6図は,3台のカメラを使った第3の実施例である。
25は追加したカメラであり,3台のカメラは3角配置され
ている。3眼立体視の原理に基づき3枚の画像間でノー
ドの対応付けを行う。
FIG. 6 shows a third embodiment using three cameras.
25 is an additional camera, and the three cameras are arranged in three corners. The nodes are associated between the three images based on the principle of three-eye stereoscopic vision.

先ず2枚の画像間で対応ノードの候補を選択した上
で,その対応候補の正誤判定を第3の画像を使って行
う。
First, a candidate for the corresponding node is selected between the two images, and the correctness of the corresponding candidate is determined using the third image.

この方法では,特徴コードを主コードのみとすること
ができ,補助コードを求める手間を省けるメリットがあ
る。又,画像の雑音が多い場合,見え隠れがある場合,
ハイライト等がある場合,物体表面が不均一に汚れてい
る場合等,特徴コードの読取り誤りが多く発生し易い測
定条件では特に有効である。
In this method, the feature code can be only the main code, and there is an advantage that the trouble of finding the auxiliary code can be saved. Also, if there is a lot of noise in the image, if there are visible and hidden,
This is especially effective under measurement conditions in which many feature code reading errors are likely to occur, such as when there is highlights or when the object surface is unevenly soiled.

第7図は,パターン投影による表面形状計測装置の実
施例の細部構成を示したものである。21はパターン投影
器であり,市販のスライドプロジェクタを使用してい
る。32は3値格子板パターン原板,33は投影レンズ,34は
ランプ,22,23はカメラ,24は被測定物体,35は画像処理装
置,36はフレームメモリ,37は画像3値化処理回路,38は
ノード検出回路,39は特徴コード識別回路,40はテーブル
である。又,41はカメラ位置方位校正データメモリであ
り,計測前に予めカメラ校正をして記録しておく。又,4
2は対応処理装置,43は3次元位置算出回路,44は立体表
示装置である。
FIG. 7 shows a detailed configuration of an embodiment of the surface shape measuring apparatus by pattern projection. Reference numeral 21 is a pattern projector, which uses a commercially available slide projector. 32 is a ternary lattice plate pattern original plate, 33 is a projection lens, 34 is a lamp, 22, 23 are cameras, 24 is an object to be measured, 35 is an image processing device, 36 is a frame memory, 37 is an image ternarization processing circuit, 38 is a node detection circuit, 39 is a feature code identification circuit, and 40 is a table. Reference numeral 41 is a camera position / azimuth calibration data memory, which is calibrated and recorded in advance before measurement. Also, 4
Reference numeral 2 is a corresponding processing device, 43 is a three-dimensional position calculation circuit, and 44 is a stereoscopic display device.

階調は濃淡や色を使うことにより作ることができる。
階調数は4値以上として特徴コードの種類を増やしても
構わない。パターンの各格子板形状は必ずしも正方形で
なくてもよく,長方形であっても,又,他の多角形であ
ってもよい。又,必ずしも各格子板のエッジが直線だけ
でなく,曲線であっても構わない。
Gradation can be created by using shades and colors.
The number of gradations may be four or more and the types of feature codes may be increased. Each lattice plate shape of the pattern does not necessarily have to be a square, and may be a rectangle or another polygon. Moreover, the edge of each lattice plate may not necessarily be a straight line but may be a curved line.

計測データ例 3値格子板パターンをVA×11/780ミニコンピュータで
乱数を利用して発生し,モニターに表示した後,そのモ
ニター像をスライド撮影した。このスライドパターンを
市販のキャビン社製スライドプロジェクタを使って計測
対象に投影した。
Example of measurement data A ternary grid plate pattern was generated using random numbers on a VA × 11/780 minicomputer, displayed on a monitor, and then the monitor image was taken as a slide. This slide pattern was projected on the measurement target using a commercially available cabin slide projector.

計測対象は約20cm×20cmの鉄製白色半光沢塗装波状板
であり,波状形状は山谷の深さ3〜5mmp−p(不均一分
布),周期約30mmである。
The object of measurement is an iron white semi-glossy corrugated plate with a size of about 20 cm x 20 cm, and the corrugated shape has a depth of 3-5 mmp-p (heterogeneous distribution) of peaks and valleys and a cycle of about 30 mm.

一方,ソニー製CCDカメラ2台を約20cm離して置き,
固定した。レンズはTVカメラで一般に用いられている焦
点距離16mmのものを使用した。
On the other hand, place two Sony CCD cameras about 20 cm apart,
Fixed The lens used has a focal length of 16 mm, which is commonly used in TV cameras.

カメラの前方約80cmのところに空間座標系の基準とな
る基準マーク板を配置し,そのカメラ像から空間座標系
における2台のカメラの位置,方位を校正した。この校
正方法は,特願昭60−118756号(特開昭61−277012号公
報)「カメラ位置姿勢校正方法とその装置」ですでに開
示してある。又基準マーク板は特願昭60−118755号(特
開昭61−277011号公報)「カメラ位置姿勢校正用マーク
データ収集方法」で開示してある。
A reference mark plate, which serves as a reference for the spatial coordinate system, was placed approximately 80 cm in front of the camera, and the positions and orientations of the two cameras in the spatial coordinate system were calibrated from the camera image. This calibration method has already been disclosed in Japanese Patent Application No. 60-118756 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-277012) "Camera position / orientation calibration method and its apparatus". The reference mark plate is disclosed in Japanese Patent Application No. 60-118755 (Japanese Patent Laid-Open No. 61-277011) "Camera position / posture calibration mark data collection method".

第8図は,上述した波状板への投影パターン像の1例
を示す。このパターン像に面の光反射率補正を施した
後,ノード及びそれが持っている特徴コードを検出し,
次に特徴コードを使って画像間の対応付けを行い,3次元
位置を算出した。
FIG. 8 shows an example of the projected pattern image on the corrugated plate described above. After the surface light reflectance correction is applied to this pattern image, the node and the feature code that it has are detected,
Next, the feature codes were used to associate the images, and the three-dimensional position was calculated.

第9図は,処理結果を示す投影像であり,(a)は正
面方向から見たもの,(b)は斜め方向から見たもので
ある。識別ノード番号からノード,隣接関係を得,計測
ノード点間を直接で結んで表示している。一部計測点の
抜けを除き,画像間の対応が正しく行われ,位置が求ま
っている。
9A and 9B are projection images showing the processing results, where FIG. 9A is a front view and FIG. 9B is an oblique view. The nodes and adjacency relationships are obtained from the identification node numbers, and the measurement node points are directly connected and displayed. Except for some missing measurement points, the correspondence between the images is correct and the positions are determined.

計測精度は,基準座標系すなわち空間座標系で最大絶
対精度0.1mm以内,平均ばらつき誤差0.5mm以内,最大ば
らつき誤差2mmである。一部計測点が抜けてしまったの
は,主にパターン原板の不良により,ノード位置が正し
く読めなかったり,特徴コードを読み誤ったことによる
ものであり,今後パターン原板の作成に留意すれば解決
される。
The measurement accuracy is within the maximum absolute accuracy of 0.1 mm, the average variation error within 0.5 mm, and the maximum variation error of 2 mm in the reference coordinate system, that is, the spatial coordinate system. Some of the measurement points were missed because the node position could not be read correctly or the feature code was erroneously read due to a defect in the pattern master plate. If you pay attention to creating the pattern master plate in the future, it will be solved. To be done.

以上示したように,パターン像間のノード対応は,対
応もれを除き100%正しく行われ,信頼性が高い。又対
応もれはパターン原板の不良や面の光沢による強いハイ
ライトがある場合に生じ得るが,これにより他のノード
の対応に誤りを発生させることがない。この様に,本手
法の利点が実験によっても確認された。
As shown above, the correspondence between nodes between pattern images is 100% correct, and the reliability is high. In addition, the lack of correspondence may occur when there is a strong highlight due to the defect of the pattern original plate or the gloss of the surface, but this does not cause an error in correspondence of other nodes. In this way, the advantages of this method were also confirmed by experiments.

(5)発明の効果 以上説明したように,本願のパターンコード化方法で
は,3値以上の階調をもつ格子板パターンを使い,格子板
のコーナーすなわちエッジ交点を特徴点(ノード)と
し,それを囲む階調分布によりノードの主コードを与
え,かつ隣接するノードの主コードを補助コードとする
特徴コード化であるから,少ない階調パターンで多くの
特徴コードを作ることができ,たとえば主コードだけを
特徴コードとしても18個のコードができる。隣接するノ
ードを使ってさらに補助コードを増やすと,特徴コード
を容易に増大できる。
(5) Effects of the Invention As described above, in the pattern coding method of the present application, a grid plate pattern having three or more gradations is used, and the corners or edge intersections of the grid plate are used as feature points (nodes). Since the main code of the node is given by the gradation distribution surrounding the and the main code of the adjacent node is used as the auxiliary code, many feature codes can be created with few gradation patterns. There are 18 codes even if only the feature code is used. The feature code can be easily increased by further increasing the auxiliary code by using adjacent nodes.

このため,パターン投影法におけるパターン原画とし
て用いると,パターン原画とパターン像又はパターン像
間の対応を一義的に決定することができ,安定した密度
の高い計測が可能となる。
Therefore, when used as a pattern original image in the pattern projection method, the correspondence between the pattern original image and the pattern image or the pattern image can be uniquely determined, and stable and high-density measurement can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明のパターン構造を説明する模式図,第2
図は第1の実施例であり,投影パターン像の例を部分的
に示した図,第3図は全体の処理の流れを示したフロー
チャート,第4図は対応付け処理の流れを示すフローチ
ャート,第5図はカメラ2台を用いた第2の実施例のカ
メラと投光系の配置を示す図,第6図はカメラ3台を用
いた第3の実施例のカメラと投光系の配置を示す図,第
7図はパターン投影による表面形状計測装置の実施例構
成を示す図,第8図は波状板への投影パターン像の例を
示すオシロ波状の写真,第9図は処理結果を示す投影像
のオシロ波状の写真であり,(a)は正面方向から見た
もの,(b)は斜め方向から見たものである。 第3図ないし第7図中,1〜14……フローチャートの各処
理,21……パターン投影器,22,23,25……カメラ,24……
被測定物体,32……3値格子板パターン原板,33……投影
レンズ,34……ランプ,35……画像処理装置,36……フレ
ームメモリ,37……画像3値化処理回路,38……ノード検
出回路,39……特徴コード識別回路,40……テーブル,41
……カメラ位置方位校正データメモリ,42……対応処理
装置,43……3次元位置算出回路,44……立体表示装置。
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the pattern structure of the present invention, and FIG.
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment, a diagram partially showing an example of a projected pattern image, FIG. 3 is a flow chart showing a flow of overall processing, FIG. 4 is a flow chart showing a flow of association processing, FIG. 5 is a diagram showing the arrangement of the camera and the projection system of the second embodiment using two cameras, and FIG. 6 is the arrangement of the camera and the projection system of the third embodiment using three cameras. FIG. 7 is a diagram showing an embodiment configuration of a surface shape measuring device by pattern projection, FIG. 8 is an oscillographic wavy photograph showing an example of a projected pattern image on a corrugated plate, and FIG. 9 is a processing result. It is the oscillographic wave-like photograph of the projection image shown, (a) is seen from the front direction, (b) is seen from the oblique direction. 3 to 7, 1 to 14 ... Flowchart processing, 21 ... Pattern projector, 22, 23, 25 ... Camera, 24 ...
Object to be measured, 32 …… 3-value lattice plate pattern original plate, 33 …… Projection lens, 34 …… Lamp, 35 …… Image processing device, 36 …… Frame memory, 37 …… Image ternarization processing circuit, 38… … Node detection circuit, 39 …… Feature code identification circuit, 40 …… Table, 41
...... Camera position / azimuth calibration data memory, 42 …… Corresponding processing device, 43 …… 3D position calculation circuit, 44 …… Stereoscopic display device.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−126775(JP,A) 特開 昭61−277012(JP,A) 特開 昭61−277011(JP,A)Continuation of front page (56) Reference JP-A-60-126775 (JP, A) JP-A-61-277012 (JP, A) JP-A-61-277011 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】3値以上の濃淡,又は3色以上の色,又は
濃淡と色の組み合わせによって3種類以上の階調領域を
有し,該階調領域の境界線の交点において少なくとも3
種類の階調領域が互いに接しているように配置した多値
格子板パターンを具備し,該パターンを被測定対象物に
投影して生じる投影像の交点に該交点で接する階調の種
類と順序に応じた主コードを付与し,該主コードを,ま
たは前記交点の主コードとその周囲交点の主コードとを
組み合わせた組み合わせコードを,前記交点の識別用の
特徴コードとして付与したことを特徴とする空間パター
ンコード化方法。
1. A gray scale region having three or more shades of three or more values, or three or more colors, or a combination of shades and colors, and at least three gray scale regions at intersections of the boundary lines of the gray scale regions.
A multi-valued grid plate pattern arranged so that the gradation regions of different types are in contact with each other, and the kind and order of the gradations which are in contact with the intersection of the projected image generated by projecting the pattern on the object to be measured. A main code corresponding to the main code is added, or a combination code obtained by combining the main code of the intersection and the main code of the surrounding intersection is added as a characteristic code for identifying the intersection. Spatial pattern encoding method.
JP62023764A 1987-02-04 1987-02-04 Spatial pattern coding method Expired - Fee Related JP2565885B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62023764A JP2565885B2 (en) 1987-02-04 1987-02-04 Spatial pattern coding method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62023764A JP2565885B2 (en) 1987-02-04 1987-02-04 Spatial pattern coding method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS63191281A JPS63191281A (en) 1988-08-08
JP2565885B2 true JP2565885B2 (en) 1996-12-18

Family

ID=12119406

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62023764A Expired - Fee Related JP2565885B2 (en) 1987-02-04 1987-02-04 Spatial pattern coding method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2565885B2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6356298B1 (en) 1998-08-18 2002-03-12 Fuji Xerox Co., Ltd. Three-dimensional image photographing system
US6674893B1 (en) 1999-10-19 2004-01-06 Fuji Xerox Co., Ltd. Three-dimensional shape measuring apparatus
US7013040B2 (en) 2000-12-20 2006-03-14 Olympus Optical Co., Ltd. 3D image acquisition apparatus and 3D image acquisition method
JP2010517039A (en) * 2007-01-22 2010-05-20 カリフォルニア インスティテュート オブ テクノロジー Method and apparatus for quantitative three-dimensional imaging
KR101272573B1 (en) 2011-11-17 2013-06-10 재단법인대구경북과학기술원 Apparatus and Method for Estimating Depth Information Based Structured Light Pattern

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3384329B2 (en) * 1998-06-22 2003-03-10 富士ゼロックス株式会社 3D image capturing device
JP2001338280A (en) * 2000-05-30 2001-12-07 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Three-dimensional space information input device
JP3852285B2 (en) * 2001-01-10 2006-11-29 富士ゼロックス株式会社 3D shape measuring apparatus and 3D shape measuring method
JP4577126B2 (en) * 2005-07-08 2010-11-10 オムロン株式会社 Projection pattern generation apparatus and generation method for stereo correspondence
JP5002144B2 (en) * 2005-09-30 2012-08-15 株式会社トプコン Projection apparatus and system for three-dimensional measurement
JP5587137B2 (en) * 2010-10-29 2014-09-10 キヤノン株式会社 Measuring apparatus and measuring method
JP6247724B2 (en) * 2016-08-02 2017-12-13 キヤノン株式会社 Measuring device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6356298B1 (en) 1998-08-18 2002-03-12 Fuji Xerox Co., Ltd. Three-dimensional image photographing system
US6674893B1 (en) 1999-10-19 2004-01-06 Fuji Xerox Co., Ltd. Three-dimensional shape measuring apparatus
US7013040B2 (en) 2000-12-20 2006-03-14 Olympus Optical Co., Ltd. 3D image acquisition apparatus and 3D image acquisition method
JP2010517039A (en) * 2007-01-22 2010-05-20 カリフォルニア インスティテュート オブ テクノロジー Method and apparatus for quantitative three-dimensional imaging
KR101272573B1 (en) 2011-11-17 2013-06-10 재단법인대구경북과학기술원 Apparatus and Method for Estimating Depth Information Based Structured Light Pattern

Also Published As

Publication number Publication date
JPS63191281A (en) 1988-08-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7456842B2 (en) Color edge based system and method for determination of 3D surface topology
US7103212B2 (en) Acquisition of three-dimensional images by an active stereo technique using locally unique patterns
Vuylsteke et al. Range image acquisition with a single binary-encoded light pattern
US7013040B2 (en) 3D image acquisition apparatus and 3D image acquisition method
US20020057832A1 (en) Method and system for acquiring a three-dimensional shape description
US7015951B1 (en) Picture generating apparatus and picture generating method
US7298889B2 (en) Method and assembly for the photogrammetric detection of the 3-D shape of an object
JP5002144B2 (en) Projection apparatus and system for three-dimensional measurement
US20070057946A1 (en) Method and system for the three-dimensional surface reconstruction of an object
JP2565885B2 (en) Spatial pattern coding method
JP2004340840A (en) Distance measuring device, distance measuring method and distance measuring program
JP4848166B2 (en) Projection apparatus and system for three-dimensional measurement
JP4338405B2 (en) Size measuring system and size measuring device
JP5274173B2 (en) Vehicle inspection device
JP2005140547A (en) 3-dimensional measuring method, 3-dimensional measuring device and computer program
GB2432029A (en) Imprint identification system using image scanner calibration
JPS60152903A (en) Position measuring method
JP2004077290A (en) Apparatus and method for measuring three-dimensional shape
JPH03192474A (en) Three-dimensional shape measuring system
CN115082538A (en) System and method for three-dimensional reconstruction of surface of multi-view vision balance ring part based on line structure light projection
JP2961140B2 (en) Image processing method
JP3047017B2 (en) Image processing method
JPH0431435B2 (en)
CN114322845B (en) System for projecting laser array image and method for three-dimensional reconstruction by using same
JP7390239B2 (en) Three-dimensional shape measuring device and three-dimensional shape measuring method

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees