CN112857259A - 3维测量装置及3维测量方法 - Google Patents

3维测量装置及3维测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明缩短直至得到物体的3维形状的信息为止的时间。3维测量装置具有：投影装置，其对物体照射图案光；多个拍摄装置，它们配置为对图案光所照射到的物体的整个区域进行拍摄，多个拍摄装置分别对物体的局部的区域进行拍摄；以及控制装置，其从多个拍摄装置分别取得物体的局部的区域的图像数据，并且对与多个图像数据相对应的物体的局部的区域的3维形状进行计算，将计算出的多个物体的局部的区域的3维形状合成而对物体的整体的形状进行确定。

Description

3维测量装置及3维测量方法
技术领域
本发明涉及3维测量装置及3维测量方法。
背景技术
如专利文献1所公开那样，已知下述技术，即，从多个方向对物体照射图案光，对物体的3维形状进行测量。
专利文献1：日本特开2003－202296号公报
物体由拍摄装置进行拍摄。拍摄装置与照射出图案光的照射装置一起配置于头部，一边在物体上扫描一边对物体进行拍摄。因此，有可能直至拍摄装置对物体的整体进行拍摄为止而耗费时间。
发明内容
本发明的目的在于，缩短直至得到物体的3维形状的信息为止的时间。
按照本发明，提供一种3维测量装置，该3维测量装置具有：投影装置，其对物体照射图案光；多个拍摄装置，它们配置为对所述图案光所照射到的所述物体的整个区域进行拍摄，多个拍摄装置分别对所述物体的局部的区域进行拍摄；以及控制装置，其从多个所述拍摄装置分别取得所述物体的局部的区域的图像数据，并且对与多个所述图像数据相对应的所述物体的局部的区域的3维形状进行计算，将计算出的多个所述物体的局部的区域的3维形状合成而对所述物体的整体的3维形状进行确定。
发明的效果
根据本发明，目的在于缩短直至得到物体的3维形状的信息为止的时间。
附图说明
图1是表示第一实施方式所涉及的3维测量装置的一个例子的示意图。
图2是表示照射装置的结构的一个例子的图。
图3是表示拍摄装置的结构的一个例子的图。
图4是表示第一实施方式所涉及的3维测量装置的拍摄装置的配置的一个例子的示意图。
图5是表示第一实施方式所涉及的3维测量装置的拍摄装置的拍摄范围的一个例子的图。
图6是表示第一实施方式所涉及的3维测量装置的控制装置的结构的一个例子的功能框图。
图7是表示第一实施方式所涉及的3维测量方法的一个例子的流程图。
图8是表示第一实施方式所涉及的条纹图案的一个例子的图。
图9是表示第一实施方式所涉及的投影了图案的物体的图像数据的一个例子的图。
图10是表示第一实施方式所涉及的图像数据的像素的亮度的一个例子的图。
图11是示意地表示第一实施方式所涉及的相对相位值及绝对相位值的一个例子的图。
图12是表示第一实施方式所涉及的葛莱码图案的一个例子的图。
图13是表示第一实施方式所涉及的投影了葛莱码图案的物体的图像数据的一个例子的图。
图14是表示第一实施方式所涉及的第一图像数据的亮度变化、第二图像数据的亮度变化、通过将多个葛莱码图案合成而生成的条纹次数码、条纹次数之间的关系的图。
图15是表示第二实施方式所涉及的3维测量装置的一个例子的图。
图16是表示第二实施方式所涉及的3维测量装置的拍摄装置的拍摄范围的一个例子的图。
图17是表示第二实施方式所涉及的3维测量装置的控制装置的结构的一个例子的功能框图。
图18是表示第二实施方式所涉及的3维测量方法的一个例子的流程图。
图19是表示各实施方式所涉及的计算机系统的框图。
标号的说明
1、1A…3维测量装置，2…支撑部件，3…投影装置，31…光源，32…光调制元件，33…投影光学系统，4、4A…拍摄装置，41…成像光学系统，42…拍摄元件，5、5A…控制装置，51…输入输出部，52…图案生成部，53…图像数据取得部，54…相对相位值计算部，55…条纹次数计算部，56…绝对相位值计算部，57…3维形状计算部，58…3维形状确定部，59…设定部
具体实施方式
下面，一边参照附图，一边对本发明所涉及的实施方式进行说明，但本发明并不限定于此。下面进行说明的实施方式的结构要素能够适当组合。另外，有时不使用一部分的结构要素。
在下面的说明中，设定XYZ正交坐标系，参照该XYZ正交坐标系而对各部的位置关系进行说明。将平行于规定面的X轴的方向设为X轴方向，将平行于规定面的与X轴正交的Y轴的方向设为Y轴方向，将平行于与规定面正交的Z轴的方向设为Z轴方向。另外，将以X轴为中心的旋转或倾斜方向设为θX方向，将以Y轴为中心的旋转或倾斜方向设为θY方向，将以Z轴为中心的旋转或倾斜方向设为θZ方向。XY平面是规定面。
[第一实施方式]
＜3维测量装置＞
使用图1，对第一实施方式进行说明。图1是表示第一实施方式所涉及的3维测量装置的一个例子的示意图。
如图1所示，第一实施方式所涉及的3维测量装置1具有：多个投影装置3，它们对作为检查对象物的物体S照射图案光PL；多个拍摄装置4，它们对图案光PL所照射到的物体S进行拍摄，取得拍摄范围A中的物体S的局部的图像数据；以及控制装置5，其基于由拍摄装置4取得的物体S的图像数据对物体S的3维形状进行计算。多个拍摄装置4在物体S的+Z方向侧由支撑部件2支撑。在第一实施方式中，物体S例如是搭载有电子部件E1、电子部件E2及电子部件E3等的安装基板。在该情况下，3维测量装置1对搭载有电子部件E1至E3等的安装基板的表面的3维形状进行测量。此外，在本实施方式中，物体S并不限定于安装基板。
使用图2和图3，对投影装置3及拍摄装置4的结构进行说明。图2是表示投影装置3的结构的一个例子的示意图。图3是表示拍摄装置4的结构的一个例子的示意图。
投影装置3具有：光源31，其发出光；光调制元件32，其对从光源31射出的光进行光调制而生成图案光PL；以及投影光学系统33，其将由光调制元件32生成的图案光PL向物体S投影。
光调制元件32包含数字微镜器件(Digital Mirror Device：DMD)。此外，光调制元件32可以包含透过型的液晶面板，也可以包含反射型的液晶面板。光调制元件32基于从控制装置5输出的图案数据而生成图案光PL。投影装置3将基于图案数据进行图案化的图案光PL照射至物体S。
拍摄装置4具有：成像光学系统41，其对由物体S反射出的图案光PL进行成像；以及拍摄元件42，其经由成像光学系统41而取得物体S的图像数据。拍摄元件42是包含CMOS图像传感器(Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor)或CCD图像传感器(Charge Coupled Device Image Sensor)的固体拍摄元件。拍摄元件42对经由入射面41S射入的来自外部的光进行受光。
拍摄装置4能够由价格比较低的照相机及透镜构成。作为拍摄装置4，例如可以使用如搭载于智能手机的通用的照相机。作为拍摄装置4的透镜，可以使用通用的非远心的透镜。
使用图4对3维测量装置1的投影装置3及拍摄装置4的配置进行说明。图4是表示3维测量装置1的投影装置3及拍摄装置4的配置的一个例子的示意图。
投影装置3的位置是固定的。投影装置3配置于物体S的+Z方向侧。投影装置3配置于能够向物体S的表面的整个区域照射图案光PL的位置。投影装置3例如在与矩形的物体S的4边分别相对的位置处配置各1台，合计4台。投影装置3只要能够在物体S的表面的整个区域配置图案光PL，则配置的场所、配置的数量并不特别受到限制。例如，投影装置3可以配置于与物体S相对的位置。投影装置3只要能够在物体S的表面的整个区域配置图案光PL，则也可以配置1台。
多个拍摄装置4各自的位置是固定的。多个拍摄装置4配置于物体S的+Z方向侧。多个拍摄装置4在XY平面上2维地配置。拍摄装置4例如在XY平面上配置为矩阵状。在该情况下，拍摄装置4例如在X方向配置N台，在Y方向配置M台。N和M是几至几十的整数，但并不限定于此。N和M可以相同，也可以不同。多个拍摄装置4的成像光学系统41的入射面41S与物体S相对。多个拍摄装置4的成像光学系统41的入射面41S可以相对于物体S而倾斜。多个拍摄装置4的成像光学系统41的入射面41S相对于物体S的角度可以各自相同，也可以各自不同。各拍摄装置4的成像光学系统41的入射面41S和物体S的表面之间的距离可以各自相同，也可以各自不同。此外，多个拍摄装置4的配置方法并不限定于上述这些，只要配置于物体S的+Z方向侧而使得能够对物体S的表面的整个区域进行拍摄即可。
例如物体S通过带式输送机等进行输送，多个拍摄装置4各自对位于各拍摄装置4的－Z方向侧的物体S进行拍摄。多个拍摄装置4各自例如由作业者对配置于各拍摄装置4的－Z方向侧的物体S进行拍摄。
使用图5，对物体S中的拍摄装置4的拍摄范围进行说明。图5是用于对拍摄装置的拍摄范围进行说明的图。
在图5中，示出了拍摄装置4与物体S相对而将N×M台配置为矩阵状的情况下的各拍摄装置4的拍摄范围。拍摄范围A11是第1行第1列的拍摄装置4的拍摄范围，拍摄范围ANM是第N行第M列的拍摄装置4的拍摄范围。如图5所示，3维测量装置1通过使用多个拍摄装置4而无间隙地对物体S的表面进行拍摄。相邻的拍摄装置4间的拍摄范围可以一部分重复。例如，拍摄范围A11可以是拍摄范围A12、拍摄范围A21和拍摄范围A22的一部分重复。
控制装置5包含计算机系统，对投影装置3及拍摄装置4进行控制。控制装置5具有：运算处理装置，其包含诸如CPU(Central Processing Unit)这样的处理器；以及存储装置，其包含诸如ROM(Read Only Memory)或RAM(Random Access Memory)这样的存储器及储存器。运算处理装置按照在存储装置中存储的计算机程序而实施运算处理。另外，控制装置5例如也可以通过ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(FieldProgrammable Gate Array)等集成电路而实现。
3维测量装置1基于图案投影法，对物体S的3维形状进行测量。投影装置3，作为图案光PL例如使正弦波状的明度分布的条纹图案光一边移相、一边照射至物体S。投影装置3将图案光PL直接地照射至物体S。另外，投影装置3也可以基于空间编码法，将空间编码图案的一种即葛莱码图案投影至物体S。
拍摄装置4取得图案光PL所照射到的物体S的图像数据。具体地说，拍摄装置4取得与自身的拍摄范围相对应的范围的物体S的局部的图像数据。
＜控制装置＞
使用图6，对第一实施方式所涉及的控制装置5的结构的一个例子进行说明。图6是表示第一实施方式所涉及的控制装置5的结构的一个例子的功能框图。
如图6所示，控制装置5具有输入输出部51、图案生成部52、图像数据取得部53、相对相位值计算部54、条纹次数计算部55、绝对相位值计算部56、3维形状计算部57和3维形状确定部58。在本实施方式中，控制装置5从多个拍摄装置4分别取得物体S的局部的区域的图像数据。控制装置5对与多个图像数据相对应的物体S的局部的区域的3维形状进行计算。控制装置5将计算出的多个物体S的局部的区域的3维形状合成而对物体S的整体的形状进行确定。
图案生成部52生成图案数据。由图案生成部52生成的图案数据经由输入输出部51而输出至光调制元件32。光调制元件32基于由图案生成部52生成的图案数据而生成图案光。在本实施方式中，图案生成部52作为图案数据而生成条纹图案数据。图案生成部52可以生成葛莱码图案数据而作为图案数据。光调制元件32基于由图案生成部52生成的条纹图案数据而生成条纹图案光。光调制元件32基于由图案生成部52生成的葛莱码图案数据而生成葛莱码图案光。
图像数据取得部53经由输入输出部51，从各拍摄装置4的拍摄元件42取得图像数据。图像数据取得部53取得图案光所照射到的物体S的图像数据。具体地说，图像数据取得部53从各拍摄装置4的拍摄元件42取得多个与各个拍摄范围相对应的物体S的局部的图像数据。
相对相位值计算部54基于多个图像数据M的亮度，对图像数据M的多个像素p各自的相对相位值θp进行计算。相对相位值计算部54基于表示移相后的条纹图案PB各自所投影到的物体S的图像的多个图像数据M的同一点的亮度，对与该点相对应的图像数据M的像素p的相对相位值θp进行计算。相对相位值计算部54基于图像数据M的多个点各自的亮度，对图像数据M的多个像素p各自的相对相位值θp进行计算。相对相位值计算部54基于从各拍摄装置4的拍摄元件42取得的图像数据，对相对相位值进行计算。
条纹次数计算部55基于多个图像数据M，对图像数据M的多个像素p各自的条纹图案PB的条纹次数n进行计算。条纹次数n是指对物体S进行一次投影的条纹图案PB的多个条纹中的、以特定的条纹为基准而标注的多个条纹各自的编号。换言之，条纹次数n是指对物体S进行一次投影的条纹图案PB的多个条纹中的、表示从基准的条纹算起第n个条纹的值。条纹次数计算部55关于从各拍摄装置4的拍摄元件42取得的图像数据，对条纹次数进行计算。
绝对相位值计算部56基于相对相位值θ和条纹次数n，对图像数据M的多个像素p各自的绝对相位值θa进行计算。绝对相位值计算部56关于从各拍摄装置4的拍摄元件42取得的图像数据，对绝对相位值进行计算。
3维形状计算部57基于图像数据M的多个像素p各自的绝对相位值θa，对与图像数据M的多个像素p各自相对应的物体S的多个点的各个点的高度数据进行计算，对物体S的局部的3维形状进行计算。3维形状计算部57关于从各拍摄装置4的拍摄元件42取得的图像数据，对物体S的局部的3维形状进行计算。
3维形状确定部58基于物体S的局部的3维形状，对物体S的整体的3维形状进行确定。3维形状确定部58通过将物体S的局部的3维形状的计算结果进行合成，从而对物体S的整体的3维形状进行计算。
[3维测量方法]
接下来，使用图7，对第一实施方式所涉及的3维测量方法进行说明。图7是表示第一实施方式所涉及的3维测量方法的一个例子的流程图。
图案生成部52生成条纹图案数据。条纹图案数据输出至投影装置3的光调制元件32。投影装置3使图案光一边移相一边照射至物体S(步骤S10)。拍摄装置4取得多个图案光所照射到的物体S的局部的图像数据(步骤S11)。
图8是表示第一实施方式所涉及的条纹图案PB的一个例子的图。如图8所示，条纹图案PB包含：移相量为0[°]的条纹图案PB1、移相量为90[°]的条纹图案PB2、移相量为180[°]的条纹图案PB3、移相量为270[°]的条纹图案PB4。投影装置3将条纹图案PB1、条纹图案PB2、条纹图案PB2及条纹图案PB4各自依次投影至物体S。
图9是表示本实施方式所涉及的条纹图案PB所投影到的物体S的局部的图像数据M的一个例子的图。如图9所示，图像数据M包含：条纹图案PB1所投影到的物体S的图像数据M1、条纹图案PB2所投影到的物体S的图像数据M2、条纹图案PB3所投影到的物体S的图像数据M3及条纹图案PB4所投影到的物体S的图像数据M4。图像数据取得部53取得多个图像数据M(M1、M2、M3、M4)。
图10是表示本实施方式所涉及的图像数据M1的像素p(x，y)的亮度a1、图像数据M2的像素p(x，y)的亮度a2、图像数据M3的像素p(x，y)的亮度a3及图像数据M4的像素p(x，y)的亮度a4的一个例子的图。在4个图像数据M(M1、M2、M3、M4)中，像素p(x，y)是来自物体S的同一点的光所射入的像素。如图10所示，相对的亮度以条纹图案PB的移相量变化。
相对相位值计算部54基于多个图像数据M(M1、M2、M3、M4)的亮度，对图像数据M的多个像素p各自的相对相位值θp进行计算(步骤S12)。
条纹图案PB所投影到的物体S的多个点各自的相对相位值θp和图像数据M的多个像素p各自的相对相位值θp是1对1地对应的。相对相位值计算部54对图像数据M的多个像素p各自的相对相位值θp进行计算，对条纹图案PB所投影到的物体S的多个点各自的相对相位值θp进行计算。
相对相位值计算部54基于(1)式，对像素p(x，y)的相对相位值θp(x，y)进行计算。
【式1】
Figure BDA0002774208120000091
相对相位值计算部54关于全部像素p对相对相位值θp进行计算。通过对关于全部像素p的相对相位值θp进行计算，从而计算关于条纹图案PB所投影到的物体S的全部点的相对相位值θp。
图11是示意地表示本实施方式所涉及的相对相位值θp及绝对相位值θa的一个例子的图。如图11所示，相对相位值θp是针对条纹图案PB的每1个相位进行计算的。(1)式是反正切函数，因此如图11所示，各像素p的相对相位值θp成为条纹图案PB的对应1个相位的值(－π～π间的值)。
为了根据相对相位值θp对物体S的3维形状进行计算，实施对物体S的各点处的绝对相位值θa进行计算的相位连接。在本实施方式中，为了相位连接，使用将葛莱码图案投影至物体S的空间编码化法。在本实施方式中，基于空间编码化法对条纹图案PB的条纹次数n进行计算。如图11所示，基于相对相位值θp和条纹次数n，对绝对相位值θa(＝θp+2nπ)进行计算。
图12是表示本实施方式所涉及的葛莱码图案PR的一个例子的图。葛莱码图案PR是明暗的码以规定的周期反转的图案。如图12所示，葛莱码图案PR包含：码以比条纹图案PB的周期短的周期变化的葛莱码图案PR1、码以与葛莱码图案PR1的周期不同的周期变化的葛莱码图案PR2、码以与葛莱码图案PR1、PR2的周期不同的周期变化的葛莱码图案PR3、码以与葛莱码图案PR1、PR2、PR3的周期不同的周期变化的葛莱码图案PR4。投影装置3将葛莱码图案PR1、葛莱码图案PR2、葛莱码图案PR3及葛莱码图案PR4各自依次投影至物体S。
图13是表示本实施方式所涉及的葛莱码图案PR所投影到的物体S的图像数据N的一个例子的图。图像数据N包含：葛莱码图案PR1所投影到的物体S的图像数据N1、葛莱码图案PR2所投影到的物体S的图像数据N2、葛莱码图案PR3所投影到的物体S的图像数据N3、葛莱码图案PR4所投影到的物体S的图像数据N4。图像数据取得部53取得多个图像数据N(N1、N2、N3、N4)。
条纹次数计算部55基于多个图像数据N，对图像数据M的多个像素p各自的条纹图案的条纹次数n进行计算(步骤S13)。
条纹次数计算部55使用空间编码的方法对图像数据M中的条纹图案PB的条纹次数n进行计算。
图14是表示本实施方式所涉及的投影条纹图案PB而拍摄到的图像数据M的亮度变化、投影葛莱码图案PR而拍摄到的图像数据N的亮度变化、通过将多个葛莱码图案PR合成而生成的葛莱码GC(条纹次数码)、条纹次数n之间的关系的图。
条纹次数计算部55关于图像数据M的多个像素分别生成多个葛莱码图案PR的合成值即葛莱码GC。葛莱码GC是由同一条纹次数码构成的码。葛莱码GC是以规定的周期生成的。在本实施方式中，葛莱码GC的周期比条纹图案PB的周期短。
条纹次数码是基于多个葛莱码图案PR投影至物体S时的明暗码的组合而被规定的。葛莱码图案PR包含明暗码交替地反转的图案。在本实施方式中，在4个葛莱码图案PR(PR1、PR2、PR3、PR4)投影至物体S的某个点时，通过这4个葛莱码图案PR的明码和暗码的组合，基于2进制对条纹次数码进行规定。在图10所示的例子中，作为条纹次数码，规定有“0x0000”、“0x0001”、“0x0010”、“0x0011”、“0x0100”、“0x0101”、“0x0110”、“0x0111”。
在本实施方式中，第一次投影的葛莱码图案PR的明暗码的周期Lr比条纹图案PB的周期Lb短。第二次投影的葛莱码图案PR的明暗码的周期Lr是第一次投影的葛莱码图案PR的明暗码的周期Lr的2倍。第三次投影的葛莱码图案PR的明暗码的周期Lr是第二次投影的葛莱码图案PR的明暗码的周期Lr的2倍。第四次投影的葛莱码图案PR的明暗码的周期Lr是第三次投影的葛莱码图案PR的明暗的码的周期Lr的2倍。
1个葛莱码GC是由1个条纹次数码规定的。即，葛莱码GC和条纹次数码是1对1地对应的。在本实施方式中，葛莱码GC的周期比条纹图案PB的周期短。在本实施方式中，葛莱码GC的周期是条纹图案PB的周期的3/4。即，条纹图案PB的3周期对应量的长度和葛莱码GC的4周期对应量的长度相等。
在将条纹图案PB的周期设为Lb，将葛莱码图案的周期设为Lr，将大于或等于0.5而小于1的数设为T，将大于或等于0的整数设为i时，在本实施方式中，满足(2)式的条件。
【式2】
Lr＝TxLbx2i...(2)
在图14所示的例子中，数T为3/4。即，葛莱码图案PR1的周期Lr为(3/4)×Lb。葛莱码图案PR2的周期Lr为(6/4)×Lb。葛莱码图案PR3的周期Lr为(12/4)×Lb。葛莱码图案PR4的周期Lr为(24/4)×Lb。
如上所述，根据多个葛莱码图案PR的合成值对与条纹次数码及条纹次数码1对1地对应的葛莱码GC进行计算，对条纹次数n进行计算。
绝对相位值计算部56基于相对相位值θp和条纹次数n，对图像数据M的多个像素p各自的绝对相位值θa进行计算(步骤S14)。
3维形状计算部57基于图像数据M的多个像素p各自的绝对相位值θa，对物体S的局部的3维形状进行计算(步骤S15)。
3维形状计算部57基于绝对相位值θa，根据三角测量的原理，对图像数据M的各像素p中的高度数据进行计算。图像数据M的各像素p中的高度数据和物体S的表面的各点中的高度数据是1对1地对应的。物体S的表面的各点中的高度数据表示3维空间中的各点的坐标值。3维形状计算部57基于各点处的高度数据，对物体S的3维形状数据进行计算。
控制装置5对是否基于从对物体S进行拍摄的全部拍摄装置取得的图像数据而计算出物体S的局部的3维形状进行判定(步骤S16)。在判定为全部进行了计算的情况下(步骤S16：Yes)，进入至步骤S17。另一方面，在没有判定为全部进行了计算的情况下(步骤S16：No)，进入至步骤S10。
在步骤S16判定为Yes的情况下，3维形状确定部58基于由3维形状计算部57计算的物体S的局部的3维形状，对物体S的整体的3维形状进行确定(步骤S17)。3维形状确定部58将物体S的局部的3维形状数据在物体S的整个区域的范围进行合成，对物体S的整体的3维形状数据进行计算。
如上所述，在第一实施方式中，无需移动对物体S进行拍摄的拍摄装置4，就能够对物体S的3维形状进行确定。由此，3维测量装置1能够省略物体S或者拍摄装置4的扫描时间，因此能够缩短直至对物体S的整体的3维形状进行确定为止的时间。
另外，在第一实施方式中，无需使对物体S进行拍摄的拍摄装置4移动，因此能够减少对物体S进行拍摄时的摆动。由此，3维测量装置1能够更高精度地对物体S的整体的3维形状进行确定。
另外，在第一实施方式中，能够将拍摄装置4由通用的照相机构成。由此，3维测量装置1能够低成本地对物体S的整体的3维形状进行确定。
[第二实施方式]
使用图15对第二实施方式进行说明。图15是表示第二实施方式所涉及的3维测量装置1A的一个例子的示意图。
如图15所示，第二实施方式所涉及的3维测量装置1A与图1中图示的3维测量装置1的不同点在于，在通常视场角的拍摄装置4(第一照相机)的基础上，还具有对图案光PL所照射到的物体S进行拍摄，取得拍摄范围B中的物体S的局部的图像数据的多个拍摄装置4A(第二照相机)。拍摄装置4A的拍摄范围B比拍摄装置4的拍摄范围A宽广。即，拍摄装置4A是能够对比拍摄装置4广角的范围进行拍摄的拍摄装置。
拍摄装置4A例如在X方向配置Q台，在Y方向配置R台。Q小于拍摄装置4的X方向上的台数即N。R小于拍摄装置4的Y方向上的台数即M。
使用图16对物体S中的拍摄装置4A的拍摄范围进行说明。图16是用于对拍摄装置4A的拍摄范围进行说明的图。
在图16中，示出了拍摄装置4A与物体S相对而将Q×R台配置为矩阵状的情况下的各拍摄装置4A的拍摄范围。拍摄范围B11是第1行第1列的拍摄装置4A的拍摄范围，拍摄范围BQR是第Q行第R列的拍摄装置4A的拍摄范围。如图16所示，3维测量装置1A通过使用多个拍摄装置4A而无间隙地对物体S的表面进行拍摄。拍摄装置4A的拍摄范围B11至BQR比拍摄装置4的拍摄范围A11至ANM宽广。因此，3维测量装置1A能够以比3维测量装置1少的拍摄次数无间隙地对物体S的表面进行拍摄。
使用图17对第二实施方式所涉及的控制装置5A的结构进行说明。图17是表示第二实施方式所涉及的控制装置5A的结构的一个例子的功能框图。
如图17所示，控制装置5A与图6中图示的控制装置5的不同点在于具有设定部59。
设定部59对用于拍摄物体S的拍摄装置进行判定。设定部59基于判定结果，作为对物体S进行拍摄的拍摄装置而设定拍摄装置4或者拍摄装置4A。
设定部59与物体S本身相应地设定拍摄装置4或者拍摄装置4A，作为对物体S进行拍摄的拍摄装置。设定部59基于来自用户的指示而设定拍摄装置4或者拍摄装置4A，作为对物体S进行拍摄的拍摄装置。设定部59在更高精度地计算物体S的形状的情况下，将对物体S进行拍摄的拍摄装置设定为拍摄装置4。设定部59在以更短时间计算物体S的形状的情况下，将对物体S进行拍摄的拍摄装置设定为拍摄装置4A。
使用图18，对第二实施方式所涉及的3维测量方法进行说明。图18是表示第二实施方式所涉及的3维测量方法的一个例子的流程图。
首先，控制装置5A对是否将拍摄物体S的拍摄装置向广角切换进行判定(步骤S20)。在判定为向广角切换的情况下(步骤S20：Yes)，进入至步骤S21。另一方面，在没有判定为向广角切换的情况下(步骤S20：No)，进入至步骤S22。
在步骤S20判定为Yes的情况下，设定部59设定广角的拍摄装置4A作为对物体S进行拍摄的拍摄装置(步骤S21)。而且，进入至步骤S23。另一方面，在步骤S20判定为No的情况下，设定部59设定通常视场角的拍摄装置4作为对物体S进行拍摄的拍摄装置(步骤S22)。而且，进入至步骤S23。
步骤S23至步骤S30的处理与图7中图示的步骤S10至步骤S17的处理相同，因此省略说明。
如上所述，在第二实施方式中，能够与3维形状的检查对象即物体S相应地从通常的拍摄装置切换为广角的拍摄装置。由此，在第二实施方式中，在希望掌握物体S的大致形状的情况下，能够通过使用拍摄装置4A而以更短时间对物体S的大致的形状进行计算。
[计算机系统]
图19是表示各实施方式所涉及的计算机系统1000的框图。上述的控制装置5、5A包含计算机系统1000。计算机系统1000具有：如CPU(Central Processing Unit)这样的处理器1001、包含如ROM(Read Only Memory)这样的非易失性存储器及RAM(Random AccessMemory)这样的易失性存储器的主存储器1002、储存器1003和包含输入输出电路的接口1004。控制装置5、5A的功能作为程序而存储于储存器1003。处理器1001从储存器1003读出程序而在主存储器1002展开，按照程序执行上述的处理。此外，程序也可以经由网络而传送至计算机系统1000。
程序按照上述的实施方式能够使计算机系统1000执行下述动作：对物体S照射图案光；对物体S的多个局部的区域进行拍摄以使得对图案光所照射到的物体S的整个区域进行拍摄；取得物体S的多个局部的区域的图像数据，并且对与多个图像数据相对应的物体S的局部的区域的3维形状进行计算，将计算出的物体S的多个局部的区域的3维形状合成而对物体S的整体的3维形状进行确定。

Claims (7)

1.一种3维测量装置，其具有：
投影装置，其对物体照射图案光；
多个拍摄装置，它们配置为对所述图案光所照射到的所述物体的整个区域进行拍摄，多个拍摄装置分别对所述物体的局部的区域进行拍摄；以及
控制装置，其从多个所述拍摄装置分别取得所述物体的局部的区域的图像数据，并且对与多个所述图像数据相对应的所述物体的局部的区域的3维形状进行计算，将计算出的多个所述物体的局部的区域的3维形状合成而对所述物体的整体的3维形状进行确定。
2.根据权利要求1所述的3维测量装置，其中，
多个所述拍摄装置与所述物体相对而2维地配置。
3.根据权利要求2所述的3维测量装置，其中，
多个所述拍摄装置配置为矩阵状。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的3维测量装置，其中，
所述投影装置使正弦波状的明度分布的条纹图案光一边移相一边照射至所述物体。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的3维测量装置，其中，
多个拍摄装置包含以通常视场角对所述物体进行拍摄的第一照相机、以及相对于通常视场角而以广角对所述物体进行拍摄的第二照相机，
所述控制装置为了与所述物体相应地对所述物体进行拍摄而对所述第一照相机和所述第二照相机进行设定。
6.根据权利要求4所述的3维测量装置，其中，
多个拍摄装置包含以通常视场角对所述物体进行拍摄的第一照相机、以及相对于通常视场角而以广角对所述物体进行拍摄的第二照相机，
所述控制装置为了与所述物体相应地对所述物体进行拍摄而对所述第一照相机和所述第二照相机进行设定。
7.一种3维测量方法，其包含：
对物体照射图案光；
对所述物体的多个局部的区域进行拍摄，以使得对所述图案光所照射到的所述物体的整个区域进行拍摄；以及
取得所述物体的多个局部的区域的图像数据，并且对与多个所述图像数据相对应的所述物体的局部的区域的3维形状进行计算，将计算出的所述物体的多个局部的区域的3维形状合成而对所述物体的整体的3维形状进行确定。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101900534A (zh) * 2009-05-27 2010-12-01 株式会社高永科技 三维形状测量设备和三维形状测量方法
TW201224392A (en) * 2010-12-13 2012-06-16 Motoharu Fujigaki Shape measuring device and shape measuring method
CN103123255A (zh) * 2011-11-17 2013-05-29 Ckd株式会社 三维测量装置
CN104792277A (zh) * 2014-01-17 2015-07-22 佳能株式会社 三维形状测量装置和三维形状测量方法
CN105313126A (zh) * 2014-07-29 2016-02-10 精工爱普生株式会社 控制系统、机器人系统、以及控制方法
CN107438762A (zh) * 2015-04-10 2017-12-05 株式会社高永科技 三维形状测量装置
CN107869966A (zh) * 2016-09-28 2018-04-03 Juki株式会社 3维形状测量方法及3维形状测量装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003202296A (ja) 2002-01-07 2003-07-18 Canon Inc 画像入力装置、三次元測定装置および三次元画像処理システム
JP5728699B2 (ja) * 2010-03-01 2015-06-03 学校法人福岡工業大学 表面検査装置、表面検査方法および表面検査プログラム

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101900534A (zh) * 2009-05-27 2010-12-01 株式会社高永科技 三维形状测量设备和三维形状测量方法
TW201224392A (en) * 2010-12-13 2012-06-16 Motoharu Fujigaki Shape measuring device and shape measuring method
CN103123255A (zh) * 2011-11-17 2013-05-29 Ckd株式会社 三维测量装置
CN104792277A (zh) * 2014-01-17 2015-07-22 佳能株式会社 三维形状测量装置和三维形状测量方法
CN105313126A (zh) * 2014-07-29 2016-02-10 精工爱普生株式会社 控制系统、机器人系统、以及控制方法
CN107438762A (zh) * 2015-04-10 2017-12-05 株式会社高永科技 三维形状测量装置
CN107869966A (zh) * 2016-09-28 2018-04-03 Juki株式会社 3维形状测量方法及3维形状测量装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
潘峰 等: "《摄影基础》", 31 May 2007, 上海人民美术出版社, pages: 7 - 15 *

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