CN110892227A - 投影摄像系统、测量装置以及投影摄像方法 - Google Patents

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Abstract

投影装置(11)以投影帧为单位对多个种类的图案图像进行切换并投影。摄像装置(12)对投影出图案图像的对象物(2)进行摄像，并生成图像数据。测量装置(13)判别各摄像帧是对单一的图案图像进行摄像得到的图像数据的关键帧，还是对在一帧的曝光期间内切换的多个图案图像进行摄像得到的图像数据的混合帧，至少使用关键帧的图像数据来进行基于空间编码法的测量。

Description

投影摄像系统、测量装置以及投影摄像方法
技术领域
本发明涉及一种用于进行三维测量的投影摄像系统、测量装置以及投影摄像方法。
背景技术
作为对建筑物等对象物投影期望的内容图像的技术，已知一种被称为投影映射的技术。一般来说对象物具有三维形状，因此在直接投影了内容图像的情况下，由于对象物的表面的凹凸、深度的大小，对于位于与投影装置不同的位置的观众来说，被投影的图像看上去是变形的图像。因此，通过预先测量对象物的各点处的摄像装置与投影装置的各像素的对应关系，并且对内容图像进行对应的坐标变换并投影，能够观察到没有变形的内容图像。
作为预先测量摄像装置与投影装置的各像素的对应的方法之一，已知一种空间编码法。空间编码法是如下一种方法：将投影仪投影区域的坐标信息分解为位平面，将对各比特进行二值图像化得到的图案图像从投影装置投影到对象物上，利用摄像装置对投影出图案图像的状态的对象物进行摄像，将对图像数据进行二值化得到的二值信息再次合成为比特，由此决定摄像装置与投影装置的坐标对应关系。
在使用了空间编码法的投影摄像系统中，摄像装置无法识别图案图像从PC(个人计算机)向投影装置传输的传输时间、投影装置内部的缓冲时间。因此，为了利用摄像装置可靠地拍摄投影出各图案图像的图像，必须充分地延长各图案图像的投影时间。
在专利文献1、2中公开了如下一种发明：通过使由投影装置对各图案图像进行投影的投影定时与摄像装置的快门定时同步，能够可靠且高速地获取在对象物上投影出各图案图像的图像。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-289613号公报
专利文献2：日本特开2014-32159号公报
发明内容
在市场上销售的投影仪(投影装置)或摄像机(摄像装置)中，不具备用于输入/输出同步信号以使彼此取得同步的机构。因此，专利文献1、2中记载的发明不能使用市场上销售的投影仪或摄像机来实现。
本公开的一个方式公开了一种不在投影装置与摄像装置之间取得同步，就能够可靠且高速地获取在对象物上投影出各图案图像的图像的投影摄像系统、测量装置以及投影摄像方法。
本公开的一个方式所涉及的投影摄像系统具备：投影装置，其以投影帧为单位对多个种类的图案图像进行切换并投影；摄像装置，其对投影出所述图案图像的对象物进行摄像，并生成以摄像帧为单位的图像数据；以及测量装置，其判别各所述摄像帧是对单一的所述图案图像进行摄像得到的图像数据的关键帧，还是对在一帧的曝光期间内切换的两个所述图案图像进行摄像得到的图像数据的混合帧，至少使用所述关键帧的图像数据来进行基于空间编码法的测量。
本公开的一个方式所涉及的测量装置具备：输出部，其用于向投影装置输出投影图案，该投影装置以投影帧为单位对多个种类的图案图像进行切换并投影；输入部，其用于从摄像装置输入以摄像帧为单位的图像数据，该摄像装置对投影出所述图案图像的对象物进行摄像，并生成所述图像数据；以及处理器，其判别各所述摄像帧是对单一的所述图案图像进行摄像得到的图像数据的关键帧，还是对在一帧的曝光期间内切换的两个所述图案图像进行摄像得到的图像数据的混合帧，至少使用所述关键帧的图像数据来进行基于空间编码法的测量。
本公开的一个方式所涉及的投影摄像方法包括以下步骤：以投影帧为单位对多个种类的图案图像进行切换并投影；对投影出所述图案图像的对象物进行摄像，并生成以摄像帧为单位的图像数据；判别各所述摄像帧是对单一的所述图案图像进行摄像得到的图像数据的关键帧，还是对在一帧的曝光期间内切换的两个所述图案图像进行摄像得到的图像数据的混合帧；以及至少使用所述关键帧的图像数据来进行基于空间编码法的测量。
根据本公开的一个方式，不在投影装置与摄像装置之间取得同步，就能够可靠且高速地获取在对象物上投影出各图案图像的图像。因而，在本公开的一个方式中，能够使用市场上销售的投影仪或摄像机。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1所涉及的投影摄像系统的结构的图。
图2是示出本发明的实施方式1所涉及的投影摄像方法的流程图。
图3是示出本发明的实施方式1所涉及的投影摄像方法中的投影以及摄像的定时的图。
图4A是示出本发明的实施方式1所涉及的投影摄像方法中的摄像帧的水平方向的像素值的变化的一例的图。
图4B是示出本发明的实施方式1所涉及的投影摄像方法中的摄像帧的水平方向的像素值的变化的一例的图。
图5A是示出由本发明的实施方式1所涉及的投影摄像系统中的测量装置获取的图像的图。
图5B是示出由本发明的实施方式1所涉及的投影摄像系统中的测量装置获取的图像的图。
图5C是示出由本发明的实施方式1所涉及的投影摄像系统中的测量装置获取的图像的图。
图6A是示出本发明的实施方式1所涉及的投影摄像系统的帧判别方法的图。
图6B是示出本发明的实施方式1所涉及的投影摄像系统的帧判别方法的图。
图6C是示出本发明的实施方式1所涉及的投影摄像系统的帧判别方法的图。
图7A是示出本发明的实施方式1所涉及的投影摄像系统的用于获取基准值的投影图像的变形例的图。
图7B是示出本发明的实施方式1所涉及的投影摄像系统的用于获取基准值的投影图像的变形例的图。
图7C是示出本发明的实施方式1所涉及的投影摄像系统的用于获取基准值的投影图像的变形例的图。
图8是示出本发明的实施方式2所涉及的投影摄像方法的流程图。
图9是示出本发明的实施方式2所涉及的投影摄像方法中的投影以及摄像的定时的图。
图10是示出本发明的实施方式2所涉及的投影摄像方法中的基准值的获取方法的图。
图11是示出本发明的实施方式3所涉及的投影摄像系统中的基准值的获取方法的图。
图12A是示出本发明的实施方式3所涉及的投影摄像系统的帧判别方法的图。
图12B是示出本发明的实施方式3所涉及的投影摄像系统的帧判别方法的图。
图12C是示出本发明的实施方式3所涉及的投影摄像系统的帧判别方法的图。
图13A是示出本发明的实施方式4所涉及的投影摄像系统的根据混合帧A的图像数据生成关键帧的图像数据的方法的图。
图13B是示出本发明的实施方式4所涉及的投影摄像系统的根据混合帧A的图像数据生成关键帧的图像数据的方法的图。
图13C是示出本发明的实施方式4所涉及的投影摄像系统的根据混合帧A的图像数据生成关键帧的图像数据的方法的图。
图13D是示出本发明的实施方式4所涉及的投影摄像系统的根据混合帧A的图像数据生成关键帧的图像数据的方法的图。
图14A是示出本发明的实施方式4所涉及的投影摄像系统的根据混合帧B的图像数据生成关键帧的图像数据的方法的图。
图14B是示出本发明的实施方式4所涉及的投影摄像系统的根据混合帧B的图像数据生成关键帧的图像数据的方法的图。
图14C是示出本发明的实施方式4所涉及的投影摄像系统的根据混合帧B的图像数据生成关键帧的图像数据的方法的图。
图14D是示出本发明的实施方式4所涉及的投影摄像系统的根据混合帧B的图像数据生成关键帧的图像数据的方法的图。
图15是示出本发明的实施方式5所涉及的投影摄像方法的流程图。
图16是示出本发明的实施方式5所涉及的投影摄像系统的连续地进行投影以及摄像时的定时的图。
图17是示出本发明的其它实施方式所涉及的投影摄像系统的连续地进行投影以及摄像时的定时的图。
具体实施方式
以下，适当参照附图来详细地说明本发明的各实施方式。此外，所附附图和以下的说明是为了使本领域技术人员充分地理解本公开而提供的，并不意味着通过它们来限定权利要求书所记载的主题。
(实施方式1)
<投影摄像系统结构>
以下，参照图1来详细地说明本发明的实施方式1所涉及的投影摄像系统1的结构。
投影摄像系统1具有投影装置11、摄像装置12以及测量装置13。
投影装置11周期性地动作，将从测量装置13接收到的图像数据的多个种类的图案图像按规定的帧频(第一帧频)的每个投影帧依次进行切换，同时投影到对象物2上。
摄像装置12周期性地动作，不与投影装置11同步地而以规定的帧频(第二帧频)对被投影装置11投影了图案图像的对象物2进行摄像，并生成图像数据。摄像装置12将生成的各摄像帧的图像数据(以下称为“帧图像”)发送到测量装置13。
测量装置13针对从摄像装置12接收到的帧图像判别是关键帧的图像数据还是混合帧的图像数据，至少使用关键帧的图像数据来进行基于空间编码法的测量。关键帧是指单一的投影帧的期间内的摄像帧，是对单一的图案图像进行摄像得到的图像数据的摄像帧。另外，混合帧是指对在一帧的曝光期间内切换的两个图案图像进行摄像得到的图像数据的摄像帧。
<测量装置的结构>
以下，参照图1来详细地说明本实施方式所涉及的测量装置13的结构。
测量装置13具有输出部131、输入部132、图像缓冲器133、存储部134以及CPU 135。
输出部131将由CPU 135生成的图案图像的图像数据发送到投影装置11。
输入部132将从摄像装置12接收到的图像数据输出到图像缓冲器133。
图像缓冲器133暂时地保存从输入部132输入的图像数据。
存储部134预先存储有与规定的图像图案有关的图案信息。存储部134存储有由CPU 135执行的控制程序。
CPU 135从存储部134中存储的图案信息读出图像图案，生成图像图案的图像数据并将该图像数据输出到输出部131。CPU 135读出由图像缓冲器133存储的帧图像，针对各帧图像判别是关键帧的图像数据还是混合帧的图像数据，至少使用关键帧的图像数据测量对象物的各点处的摄像装置12与投影装置11的各像素的对应关系。
CPU 135具备投影图案生成部1351、判别基准计算部1352、测量信息计算用图像生成部1353以及测量信息计算部1354。投影图案生成部1351、判别基准计算部1352、测量信息计算用图像生成部1353以及测量信息计算部1354构成为由CPU 135执行控制程序时的功能块。
投影图案生成部1351参照存储部134中存储的图像图案，生成要从投影装置11投影到对象物2上的多个种类的图案图像，并将生成的图案图像输出到输出部131。
判别基准计算部1352读出图像缓冲器133中存储的图像数据，基于读出的图像数据的像素值(亮度)等求出投影范围和基准值。判别基准计算部1352基于投影范围内的图像数据的基准值来判别各摄像帧是关键帧还是混合帧，并将判别结果输出到测量信息计算用图像生成部1353。
测量信息计算用图像生成部1353基于从判别基准计算部1352输入的判别基准来生成用于测量的帧图像，并将生成的帧图像输出到测量信息计算部1354。
测量信息计算部1354使用从测量信息计算用图像生成部1353输入的帧图像来测量对象物2的各点处的摄像装置12与投影装置11的各像素的对应关系。
<投影摄像方法>
以下，参照图2来详细地说明本实施方式所涉及的投影摄像方法。
首先，投影装置11按每个投影帧对规定的图案图像进行切换并进行连续投影(S1)。具体而言，如图3所示，投影装置11按每个投影帧T将图案图像P1、P2、P3、P3’、P4、P4’以该顺序进行切换并连续投影到对象物2上。此外，P1是整面为黑色的图案图像，P2是整面为白色的图案图像。另外，(P3、P3’)、(P4、P4’)分别是使白色和黑色相互进行了反转的关系的一对图案图像的集合。此外，投影装置11也可以不进行任何投影，来代替投影图案图像P1。
另外，摄像装置12对被投影装置11投影了图案图像的对象物2进行连续摄像，并生成图像数据(S2)。此外，摄像装置12最迟在投影出图案图像P1的期间开始摄像，使得生成最初的帧图像。
接着，测量装置13针对由摄像装置12生成的各帧图像判别是关键帧和混合帧中的哪一个(S3)。此外，本实施方式的关键帧和混合帧的判别方法在后面叙述。
接着，测量装置13使用关键帧的图像数据生成测量用帧图像(S4)。
接着，测量装置13使用帧图像来计算对象物2的各点处的摄像装置12与投影装置11的各像素的对应关系(S5)。
<关键帧/混合帧的判别方法>
以下，参照图3至图6A、图6B、图6C来详细地说明本实施方式所涉及的关键帧和混合帧的判别方法。
如图3所示，首先，测量装置13对投影出图案图像P1的期间内的摄像帧(以下称为“黑色帧”)和投影出图案图像P2的期间内的摄像帧(以下称为“白色帧”)进行判别。摄像装置12最迟在投影出图案图像P1的期间内开始摄像，因此至少最初的摄像帧为黑色帧。测量装置13针对第二个以后的摄像帧依次将黑色帧与摄像帧的像素值(亮度)的绝对差和(以下称为“像素值差”)同阈值ThW进行比较。然后，测量装置13将像素值差为阈值ThW以下的摄像帧判定为黑色帧。另外，测量装置13将像素值差比阈值ThW大的最初的摄像帧判定为对在一帧的曝光期间内切换的图案图像P1和图案图像P2进行拍摄得到的摄像帧(以下称为“灰色帧”)。
在图3的例子中，摄像装置12的第二帧频(120Hz)是投影装置11的第一帧频(60Hz)的2倍，在投影装置11开始了图案图像P1的投影之后，摄像装置12开始进行摄像。因而，只有最初的摄像帧D1为黑色帧，第二个摄像帧D2为灰色帧。另外，第三个摄像帧D3为白色帧。
接着，测量装置13制作对有效区域(用于计算的区域(像素))以外的区域进行掩模的投影范围掩模。具体而言，测量装置13计算黑色帧和白色帧的各像素的像素值差，并将各像素值差与阈值Thm进行比较。然后，测量装置13将像素值差大于阈值Thm的像素设为有效区域。
接着，测量装置13针对各摄像帧进行图像数据的像素值的标准化，以校正由投影不均、或者投影对象的颜色或反射率的不同引起的图像数据的偏差。具体而言，测量装置13针对第t个摄像帧，在有效区域中通过下述的式(1)计算标准化后的像素值ft’。此外，在式(1)中，max是标准化后的像素值的最大值，通常为“255”。另外，min是标准化后的像素值的最小值，通常为“0”。另外，ft是第t个摄像帧的像素值，fw是白色帧的像素值，fb是黑色帧的像素值。
[数1]
Figure BDA0002361256280000091
图4A、图4B是示出摄像帧的水平方向的像素值的变化的一例的图。此外，图4A表示标准化前，图4B表示标准化后。如图4B所示，通过进行标准化，能够得到与拍摄到的图案图像的颜色相应的像素值。在图4B的例子中，在拍摄到图案图像的黑色部分的区域中像素值为接近min的值，在拍摄到图案图像的白色部分的区域中像素值为接近max的值。
接着，测量装置13基于标准化后的像素值来判别各摄像帧是关键帧和混合帧中的哪一个。具体而言，测量装置13针对第t个摄像帧，通过下述的式(2)计算像素值的振幅At，并将像素值的振幅At与振幅阈值Tha进行比较。此外，在式(2)中，N是有效区域的像素数。振幅阈值Tha是通过下式(3)计算出的。在式(3)中，k是系数，例如是“0.9”。
[数2]
Figure BDA0002361256280000092
[数3]
Figure BDA0002361256280000093
然后，测量装置13将像素值的振幅At比振幅阈值Tha大的摄像帧判别为关键帧。另一方面，测量装置13将像素值的振幅At为振幅阈值Tha以下的摄像帧判别为混合帧。
例如，图3所示的摄像帧D11、D13、D15的图像数据Q11、Q13、Q15分别如图5A所示那样成为白色、黑色这两种颜色。关于这些标准化后的像素值，如图6A所示，像素值(亮度)的振幅At比振幅阈值Tha大。因而，测量装置13将摄像帧D11、D13以及D15判定为关键帧。
另外，图3所示的摄像帧D12、D16的图像数据Q12、Q16分别如图5B所示那样成为深灰色和浅灰色这两种颜色。关于这些标准化后的像素值，如图6B所示，像素值(亮度)的振幅At为振幅阈值Tha以下。因而，测量装置13将摄像帧D12、D16判定为混合帧。
另外，如图5C所示，图3所示的摄像帧D14的图像数据Q14为白色、黑色、深灰色以及浅灰色这四种颜色。关于这些标准化后的像素值，如图6C所示，像素值(亮度)的振幅At为振幅阈值Tha以下。因而，测量装置13将摄像帧D14判定为混合帧。
<效果>
这样，在本实施方式中，基于各帧图像的像素值的振幅来判别各摄像帧是关键帧还是混合帧，至少提取关键帧的图像数据。由此，不在投影装置与摄像装置之间取得同步，就能够高速地获取基于空间编码法的测量所需要的图像数据。
另外，根据本实施方式，通过标准化来判别关键帧和混合帧，由此能够与投影不均、或者投影对象的颜色或反射率的不同无关地正确地判别关键帧和混合帧。
此外，在本实施方式中，使用图案图像P1和图案图像P2设定了有效区域和阈值Thw、Thm、Tha，但也可以使用图7A、图7B或图7C所示的图像的使白色和黑色反转后的一对图案图像来设定这些阈值。
(实施方式2)
本发明的实施方式2所涉及的投影摄像系统的结构及测量装置的结构与图1中的结构为同一结构，因此省略其说明。
<投影摄像方法>
以下，参照图8、图9、图10来详细地说明本实施方式所涉及的投影摄像方法。
首先，投影装置11基于从测量装置13接收到的图像数据，将整面为黑色的图案图像P1投影到对象物2上(S11)。接着，摄像装置12拍摄对象物2(S12)。
接着，投影装置11基于从测量装置13接收到的图像数据，将整面为白色的图案图像P2投影到对象物2上(S13)。接着，摄像装置12拍摄对象物2(S14)。
测量装置13使用从摄像装置12接收到的、在将图案图像P1投影到对象物2上时拍摄到的图像数据和在将图案图像P2投影到对象物2上时拍摄到的图像数据，来求出投影范围和基准值。
具体而言，如图9所示，投影装置11将图案图像P1和图案图像P2分别遍及多个投影帧T(帧频为60Hz)地投影到对象物2上。如图9所示，摄像装置12在投影出图案图像P1的期间内以及投影出图案图像P2的期间内拍摄对象物2(帧频为120Hz)。如图10所示，测量装置13基于从摄像装置12接收到的、拍摄图案图像P1得到的图像数据的像素值(黑水平)和拍摄图案图像P2得到的图像数据的像素值(白水平)，来求出投影范围和作为基准值的阈值Th1。
接着，投影装置11在按每个投影帧T对规定的图案图像进行切换并进行连续投影(S15)。具体而言，如图9所示，投影装置11按每个投影帧T将图案图像P3、P3’、P4、P4’以该顺序进行切换并连续投影到对象物2上。此外，(P3、P3’)、(P4、P4’)分别是使白色和黑色相互进行了反转的关系的一对图案图像的集合。
摄像装置12对从投影装置11连续投影了图案图像的对象进行连续摄像(S16)，并生成帧图像。
接着，测量装置13针对由摄像装置12生成的各帧图像判别是关键帧和混合帧中的哪一个(S17)。此外，本实施方式的关键帧和混合帧的判别方法在后面叙述。
接着，测量装置13使用关键帧的图像数据生成测量用帧图像(S18)。
接着，测量装置13使用帧图像来计算对象物2的各点处的摄像装置12与投影装置11的各像素的对应关系(S19)。
<关键帧/混合帧的判别方法>
接着，以下参照图9来详细地说明本实施方式所涉及的关键帧和混合帧的判别方法。
测量装置13选择由摄像装置12获取到的连续的三个帧图像。在此，选择连续的三个帧图像的理由是，存在投影的切换的定时与摄像的定时一致的情况，此时需要将跳过了一张的图像数据彼此进行比较。
测量装置13针对所选择出的三个帧图像中的两个帧图像进行各像素的像素值与阈值Th1的比较，由此测量白色和黑色进行了反转的像素数，将相对于一个帧图像进行了反转的像素数为阈值Th2(未图示)以上的另一个帧图像判定为关键帧，将小于阈值Th2的另一个帧图像判定为混合帧。
例如，测量装置13选择图9所示的摄像帧D11、D12、D13的图像数据。由于摄像帧D12横跨投影帧T11和T12，因此在摄像帧D12的图像数据中相对于摄像帧D11的图像数据进行了反转的像素数小于阈值Th2。另外，在摄像帧D13的图像数据中相对于摄像帧D11的图像数据进行了反转的像素数是所有像素，因此为阈值Th2以上。并且，在摄像帧D13的图像数据中相对于摄像帧D12的图像数据进行了反转的像素数小于阈值Th2。由此，测量装置13将摄像帧D11和D13判定为关键帧，将摄像帧D12判定为混合帧。
另外，例如，测量装置13选择图9所示的摄像帧D13、D14、D15。由于摄像帧D14横跨投影帧T12和T13，因此在摄像帧D14的图像数据中相对于摄像帧D13的图像数据进行了反转的像素数小于阈值Th2。另外，在摄像帧D15的图像数据中相对于摄像帧D13的图像数据进行了反转的像素数为一半，因此为阈值Th2以上。并且，在摄像帧D15的图像数据中相对于摄像帧D14的图像数据进行了反转的像素数小于阈值Th2。由此，测量装置13将摄像帧D13和D15判定为关键帧，将摄像帧D14判定为混合帧。
<效果>
这样，在本实施方式中，基于白色和黑色进行了反转的像素数，来针对连续的三个帧图像中的两个帧图像判别各摄像帧是关键帧还是混合帧，至少提取关键帧的图像数据。由此，不在投影装置与摄像装置之间取得同步，就能够高速地获取基于空间编码法的测量所需要的图像数据。
此外，在本实施方式中，使用图案图像P1和图案图像P2设定了投影范围和阈值Th1，但也可以使用图7A、图7B或图7C所示的使白色和黑色进行了反转的一对图像来设定阈值Th1。
(实施方式3)
本发明的实施方式3所涉及的投影摄像系统的结构及测量装置的结构与图1中的结构为同一结构，因此省略其说明。另外，本实施方式所涉及的投影摄像方法与图2中的方法为同一方法，因此省略其说明。
<判别关键帧和混合帧的方法>
以下，参照图11至图12A、图12B、图12C来详细地说明本实施方式所涉及的判别关键帧和混合帧的方法。
测量装置13使用将图案图像P1投影到对象物2上时的摄像数据和将图案图像P2投影到对象物2上时的摄像数据，来求出投影范围和基准值。
具体而言，如图11所示，测量装置13基于黑色帧的像素值和白色帧的像素值来计算直方图，求出所述直方图中的像素值的基准范围W0和像素数的基准数H0，并将求出的基准范围W0和基准数H0作为基准值。
接着，测量装置13计算各摄像帧的直方图，并求出像素值的范围W和像素数H。
例如，如图12A所示，测量装置13求出的、图3所示的摄像帧D11、D13、D15的、图5A中示出的图像数据Q11、Q13、Q15的在直方图中的像素值的范围W与基准范围W0相等(W＝W0)，并且像素数H为基准数H0的二分之一(H＝H0/2)。因而，测量装置13将摄像帧D11、D13、D15判定为关键帧。
另外，如图12B所示，测量装置13求出的、图3所示的摄像帧D12、D16的、图5B中示出的图像数据Q12、Q16的在直方图中的像素值的范围W比基准范围W0小(W<W0)，并且像素数H为基准数H0的二分之一(H＝H0/2)。在该情况下，测量装置13将摄像帧D12、D16判定为混合帧A。此外，混合帧A是指对在一帧的曝光期间内切换的、使白色和黑色进行了反转的一对图案图像进行摄像得到的图像数据的摄像帧。
另外，如图12C所示，测量装置13求出的、图3所示的摄像帧D14的图5C中示出的图像数据Q14的在直方图中的像素值的范围W与基准范围W0大致相等(W≈W0)，并且像素数H比基准数H0的二分之一小(H<H0/2)。在该情况下，测量装置13将摄像帧D14判定为混合帧B。此外，混合帧B是指混合帧A以外的混合帧，是对在一帧的曝光期间内切换的、并非使白色和黑色进行了反转的一对图案图像的两个图案图像进行摄像而得到的图像数据的摄像帧。
<效果>
这样，在本实施方式中，基于各帧图像的像素值的范围来判别各摄像帧是关键帧还是混合帧，至少提取关键帧的图像数据。由此，不在投影装置与摄像装置之间取得同步，就能够高速地获取基于空间编码法的测量所需要的图像数据。
另外，根据本实施方式，通过标准化来判别关键帧和混合帧，由此能够与投影不均、或者投影对象的颜色或反射率的不同无关地正确地判别关键帧和混合帧。
(实施方式4)
在上述实施方式1至3中说明了以下情况：在判别了关键帧和混合帧之后，不使用混合帧的图像数据，而仅使用通过判别处理提取出的关键帧的图像数据来生成测量用的帧图像。
与此相对地，在实施方式4中说明以下情况：在判别了关键帧和混合帧之后，使用混合帧生成关键帧的图像数据，使用通过判别处理提取出的关键帧的图像数据和根据混合帧生成的关键帧的图像数据这两者来生成测量用的帧图像。
本实施方式所涉及的投影摄像系统的结构及测量装置的结构与图1中的结构为同一结构，因此省略其说明。另外，本实施方式所涉及的投影摄像方法与图2中的方法为同一方法，因此省略其说明。另外，判别关键帧和混合帧的处理使用在上述实施方式1至3中说明过的任一处理。
<帧图像生成方法>
以下，参照图13A～图13D以及图14A～图14D来详细地说明本实施方式所涉及的帧图像生成方法。
首先，测量装置13使用混合帧的图像数据生成关键帧的图像数据。
例如，测量装置13将图13A所示的由深灰色和浅灰色这两种颜色构成的混合帧D12的图像数据Q12如图13B所示那样与像素值相应地表示为A和B。而且，如图13C和图13D所示，测量装置13将图像数据Q121和图像数据Q122设为关键帧的图像数据，其中，该图像数据Q121是以将A设为“1”并将B设为“0”的方式生成的，该图像数据Q122是使图像数据Q121进行反转来以将A设为“0”并将B设为“1”的方式生成的。
另外，例如，针对图14A所示的由白色、黑色、深灰色以及浅灰色这四种颜色构成的混合帧D14的图像数据Q14，测量装置13如图14B所示那样用“1”表示白色，用“0”表示黑色，并且用A和B表示深灰色和浅灰色。而且，如图14C和图14D所示，测量装置13将图像数据Q141和图像数据Q142设为关键帧的图像数据，其中，该图像数据Q141是以将A设为“1”并将B设为“0”的方式生成的，该图像数据Q142是使图像数据Q141进行反转来以将A设为“0”并将B设为“1”的方式生成的。
此外，在混合帧A的图像数据以及混合帧B的图像数据中混合的比例各为50％的情况下，由于灰色为一种颜色，因此不生成关键帧的图像数据而跳过。
测量装置13将通过上述方法生成的关键帧的图像数据分别与前后的关键帧的图像数据相加。
然后，测量装置13使用关键帧的图像数据生成帧图像。
<效果>
这样，根据本实施方式，对混合帧的图像数据进行加工来生成关键帧的图像数据。由此，能够通过将判别出的关键帧的图像数据与生成的关键帧的图像数据相加来获得模拟地延长了曝光时间的关键帧的图像数据，因此能够获得降低了噪声的关键帧的图像数据。
此外，在本实施方式中，使用图案图像P1和图案图像P2求出了基准范围W0和基准数H0，但也可以与上述实施方式1同样地使用图7A、图7B或图7C所示的使白色和黑色进行了反转的一对图像来求出基准范围W0和基准数H0。
(实施方式5)
在本发明的实施方式5中说明通过摄像无法获得关键帧的情况。本实施方式所涉及的投影摄像系统的结构及测量装置的结构与图1中的结构为同一结构，因此省略其说明。
<投影摄像方法>
以下，参照图15和图16来详细地说明本实施方式所涉及的投影摄像方法。
在本实施方式中，如图16所示，投影装置11将各图案图像以60Hz的帧频投影到对象物2上，摄像装置12以与投影装置11相同的60Hz的帧频拍摄对象物2。
首先，投影装置11将规定的图案图像进行连续投影(S21)。
具体而言，投影装置11如图16所示那样按每个投影帧T将图案图像P3、P3’、P4、P4’以该顺序进行切换并连续投影到对象物2上。另外，(P3、P3’)、(P4、P4’)分别是使白色和黑色相互进行了反转的关系的一对图案图像的集合。
接着，摄像装置12进行连续摄像(S22)。
接着，测量装置13针对由摄像装置12生成的各帧图像数据进行在实施方式1或实施方式3中说明过的标准化处理，针对由摄像装置12生成的各帧图像判别是混合帧A和混合帧B中的哪一个(S23)。然后，通过与上述实施方式4相同的方法，根据混合帧的图像数据来生成关键帧的图像数据。此时，测量装置13将生成的多个关键帧的图像数据直接相加，或者对生成的多个关键帧的图像数据分别进行加权并相加。
接着，测量装置13使用生成的关键帧的图像数据来生成测量用帧图像(S24)。
接着，测量装置13使用帧图像来计算对象物2的各点处的摄像装置12与投影装置11的各像素的对应关系(S25)。
这样，根据本实施方式，即使在无法获得关键帧的图像数据的情况下，也能够使用混合帧的图像数据获得关键帧的图像数据。
此外，在本实施方式中，也可以使用将图案图像P1和图案图像P2投影到对象物上时拍摄到的图像数据来判定投影范围。
另外，在本实施方式中，将生成的关键帧的图像数据进行了相加，但也可以不相加。
(其它实施方式)
在摄像装置12的帧频是投影装置11的帧频的2倍以上的情况下，测量装置13也可以按每个投影帧将得到的多个关键帧的图像数据相加，以能够针对各投影帧获得多个关键帧的图像数据。例如，如图17所示，当投影装置11以60Hz的帧频投影图像且摄像装置12以180Hz的帧频进行摄像时，测量装置13将按每个投影帧获得的两个关键帧的图像数据相加。
另外，测量装置13也可以不投影使白色和黑色进行了反转的一对图像，而是按每个图案投影一个图像。在该情况下，能够只获得混合帧B的图像数据。
此外，本发明的构件的种类、配置、个数等并不限定于上述实施方式，能够将其构成要素适当置换为发挥同等作用效果的要素等、在不脱离发明的主旨的范围内进行适当变更。
产业上的可利用性
本发明适用于投影摄像系统以及投影摄像方法。
附图标记说明
1：投影摄像系统；2：对象物；11：投影装置；12：摄像装置；13：测量装置；131：输出部；132：输入部；133：图像缓冲器；134：存储部；135：CPU；1351：投影图案生成部；1352：判别基准计算部；1353：测量信息计算用图像生成部；1354：测量信息计算部。

Claims (12)

1.一种投影摄像系统，具备：
投影装置，其以投影帧为单位对多个种类的图案图像进行切换并投影；
摄像装置，其对投影出所述图案图像的对象物进行摄像，并生成以摄像帧为单位的图像数据；以及
测量装置，其判别各所述摄像帧是对单一的所述图案图像进行摄像得到的图像数据的关键帧，还是对在一帧的曝光期间内切换的两个所述图案图像进行摄像得到的图像数据的混合帧，至少使用所述关键帧的图像数据来进行基于空间编码法的测量。
2.根据权利要求1所述的投影摄像系统，其特征在于，
所述测量装置基于各摄像帧的图像数据的像素值的振幅与振幅阈值的大小关系，来判定所述摄像帧是所述关键帧还是所述混合帧。
3.根据权利要求1所述的投影摄像系统，其特征在于，
所述测量装置针对三个连续的摄像帧的图像数据中的两个图像数据进行各像素的像素值与第一阈值的比较，由此测量白色和黑色进行了反转的像素数，
基于所述进行了反转的像素数与第二阈值的大小关系，来判定所述摄像帧是所述关键帧还是所述混合帧。
4.根据权利要求1所述的投影摄像系统，其特征在于，
所述测量装置基于各摄像帧的图像数据的直方图中的像素值的范围与基准范围的关系、以及最大像素值的像素数与基准数的大小关系，来判定所述摄像帧是所述关键帧还是所述混合帧。
5.一种投影摄像系统，具备：
投影装置，其以投影帧为单位对多个种类的图案图像进行切换并投影；
摄像装置，其对投影出所述图案图像的对象物进行摄像，并生成以摄像帧为单位的图像数据；以及
测量装置，其根据对在一帧的曝光期间内切换的两个所述图案图像进行摄像得到的图像数据的混合帧，来生成对单一的所述图案图像进行摄像得到的图像数据的关键帧，使用所述关键帧的图像数据来进行基于空间编码法的测量。
6.根据权利要求5所述的投影摄像系统，其特征在于，
所述测量装置判别各所述混合帧是对使白色和黑色进行了反转的一对图案图像进行摄像得到的图像数据的第一混合帧，还是所述第一混合帧以外的第二混合帧，
利用所述第一混合帧和所述第二混合帧通过不同的处理来生成所述关键帧的图像数据。
7.根据权利要求6所述的投影摄像系统，其特征在于，
所述测量装置在由深灰色和浅灰色这两种颜色构成的所述第一混合帧的图像数据中，将所述深灰色的像素值和所述浅灰色的像素值中的一方变换为白色的像素值，将另一方变换为黑色的像素值，由此生成所述关键帧的图像数据。
8.根据权利要求6或7所述的投影摄像系统，其特征在于，
所述测量装置在由白色、黑色、深灰色以及浅灰色这四种颜色构成的所述第二混合帧的图像数据中，将所述深灰色的像素值和所述浅灰色的像素值中的一方变换为白色的像素值，将另一方变换为黑色的像素值，由此生成所述关键帧的图像数据。
9.一种测量装置，具备：
输出部，其用于向投影装置输出投影图案，该投影装置以投影帧为单位对多个种类的图案图像进行切换并投影；
输入部，其用于从摄像装置输入以摄像帧为单位的图像数据，该摄像装置对投影出所述图案图像的对象物进行摄像并生成所述图像数据；以及
处理器，其判别各所述摄像帧是对单一的所述图案图像进行摄像得到的图像数据的关键帧，还是对在一帧的曝光期间内切换的两个所述图案图像进行摄像得到的图像数据的混合帧，至少使用所述关键帧的图像数据来进行基于空间编码法的测量。
10.一种测量装置，具备：
输出部，其用于向投影装置输出投影图案，该投影装置以投影帧为单位对多个种类的图案图像进行切换并投影；
输入部，其用于从摄像装置输入以摄像帧为单位的图像数据，该摄像装置对投影出所述图案图像的对象物进行摄像并生成所述图像数据；以及
处理器，其根据对在一帧的曝光期间内切换的两个所述图案图像进行摄像得到的图像数据的混合帧，来生成对单一的所述图案图像进行摄像得到的图像数据的关键帧，使用所述关键帧的图像数据来进行基于空间编码法的测量。
11.一种投影摄像方法，包括以下步骤：
以投影帧为单位对多个种类的图案图像进行切换并投影；
对投影出所述图案图像的对象物进行摄像；
生成以摄像帧为单位的图像数据；
判别各所述摄像帧是对单一的所述图案图像进行摄像得到的图像数据的关键帧，还是对在一帧的曝光期间内切换的两个所述图案图像进行摄像得到的图像数据的混合帧；以及
至少使用所述关键帧的图像数据来进行基于空间编码法的测量。
12.一种投影摄像方法，包括以下步骤：
以投影帧为单位对多个种类的图案图像进行切换并投影；
对投影出所述图案图像的对象物进行摄像；
生成以摄像帧为单位的图像数据；
根据对在一帧的曝光期间内切换的两个所述图案图像进行摄像得到的图像数据的混合帧，来生成对单一的所述图案图像进行摄像得到的图像数据的关键帧；以及
使用所述关键帧的图像数据来进行基于空间编码法的测量。
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