JP2002013921A - Three-dimensional imaging device and three-dimensional imaging method - Google Patents

Three-dimensional imaging device and three-dimensional imaging method

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JP2002013921A
JP2002013921A JP2000197623A JP2000197623A JP2002013921A JP 2002013921 A JP2002013921 A JP 2002013921A JP 2000197623 A JP2000197623 A JP 2000197623A JP 2000197623 A JP2000197623 A JP 2000197623A JP 2002013921 A JP2002013921 A JP 2002013921A
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light projection
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three-dimensional imaging device for efficiently carrying out association processing in a distance information calculating configuration by color coding. SOLUTION: In three-dimensional shape measurement processing for obtaining distance data on a measuring object by irradiating it with color-coded pattern light as a projected pattern and associating the projected pattern with a photographed pattern, when the photographed pattern includes an area difficult to associate with the projected pattern, a second projected pattern is produced for irradiation by re-coding it with colors complementary to those of the first projected pattern, thereby performing association processing. By this configuration, the area where the projected pattern is difficult to associate with the imaged pattern can be efficiently eliminated and a highly accurate three- dimensional image can be obtained by relatively fewer times of imaging.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は輝度情報とともに距
離情報を入手する(3次元画像と呼ぶ)画像撮影方法お
よび装置に係り、空間符号化とその補正手段により信頼
性を高め、対象物体を限定せず測定対象物までの距離の
取得を実現する3次元画像撮像装置および3次元画像撮
像方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image capturing method and apparatus for obtaining distance information as well as luminance information (referred to as a three-dimensional image). The present invention relates to a three-dimensional image capturing apparatus and a three-dimensional image capturing method for realizing acquisition of a distance to a measurement target without performing the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】測定対象物体の形状を測定する手法とし
ては、パッシブ手法(ステレオ画像法、shape from X)
とアクティブ手法(飛行時間測定法、三角測量法:スポ
ット光あるいはパターン光投影法)が存在する。アクテ
ィブ手法は、(1)レーザ光や超音波等を発して、対象
物からの到達時間を計測し、奥行き情報を抽出する飛行
時間測定法や、(2)所定の位置に配置されたスポット
光や、スリット光などの特殊な光源と撮像カメラを用
い、三角測量の原理により距離を算出するスポットある
いはパターン光投影法や、(3)光学的処理によってモア
レ縞により等高線を形成させて、3次元情報を得る方法
などがあり、何らかのエネルギーを対象物体に放射しそ
の反射を検出することによって形状を計測する方式であ
り、計測精度が高いメリットがあるため、種々の実用化
研究が盛んである。アクティブ手法における課題として
計測時間の短縮があり、これを解決するために、スポッ
ト光投射法から種々のパターン光投射法が提案されお
り、その代表的な方式が、空間コード化法、色符号化法
である。
2. Description of the Related Art As a method for measuring the shape of a measurement object, a passive method (stereo image method, shape from X) is used.
And active methods (time of flight measurement method, triangulation method: spot light or pattern light projection method). Active methods include (1) a flight time measurement method that emits laser light or ultrasonic waves to measure the arrival time from an object and extract depth information, and (2) a spot light placed at a predetermined position. Using a special light source such as a slit light or the like and an imaging camera, a spot or pattern light projection method that calculates the distance based on the principle of triangulation, or (3) optical processing to form contour lines with moiré fringes and three-dimensional There is a method of obtaining information, and a method of measuring a shape by radiating some energy to a target object and detecting its reflection. There is a merit of high measurement accuracy, and therefore, various practical researches are being actively conducted. The problem with the active method is the reduction of measurement time. To solve this problem, various pattern light projection methods have been proposed from the spot light projection method, and the representative methods are the spatial coding method and the color coding method. Is the law.

【0003】空間コード化法の一例として特開平5−332
737号公報に開示されている実施例を参照して説明す
る。この例では、レーザ光源とレーザ光をスリット形に
整形するレンズ系と、整形されたレーザ光と対象物に走
査して照射するスキャンニング装置と対象物からの反射
光を検出するカメラとこれらを制御する装置からなる。
スキャンニング装置から走査されるレーザ光によって対
象物上に、レーザ光が照射された部分と照射されていな
い部分とで縞模様が形成される。レーザ光の照射を異な
る複数パターン(Nパターン)によって行うことで対象
物上は2N−1個の識別可能な部分に分割(コード化)さ
れる。対象物を異なる位置からカメラで撮影した画像上
の各画素が分割されたどの部分に含まれるかを判別する
ことで対象物の形状を算出できる。
As an example of the spatial coding method, Japanese Patent Laid-Open No. 5-332
This will be described with reference to an embodiment disclosed in Japanese Patent Publication No. 737. In this example, a lens system that shapes a laser light source and a laser beam into a slit shape, a scanning device that scans and irradiates the shaped laser beam and an object, a camera that detects reflected light from the object, and a It consists of a controlling device.
A stripe pattern is formed on a target object by a laser beam scanned from a scanning device at a portion irradiated with the laser beam and a portion not irradiated with the laser beam. By irradiating the laser light with a plurality of different patterns (N patterns), the target object is divided (coded) into 2N- 1 identifiable portions. The shape of the target object can be calculated by determining which of the divided portions each pixel on the image of the target object is captured by the camera from a different position.

【0004】しかし一般に解像度を高くする為には、複
数回のレーザによるスキャンを行い複数回のカメラによ
る撮影が必要となる。例えば画面を255の領域に分割す
る為には、8回の撮像が必要になる。そのため動きの速
い物体の撮影は困難となり、更にスキャンを行う間は撮
影系を確実に固定しておく必要があるので,装置自体は
簡便となっても手軽に撮影を行う事は難しい。
In general, however, in order to increase the resolution, it is necessary to perform scanning with a laser a plurality of times and perform photographing with a camera a plurality of times. For example, in order to divide the screen into 255 areas, eight times of imaging are required. For this reason, it is difficult to photograph a fast-moving object, and it is necessary to securely fix the photographing system during scanning. Therefore, even if the apparatus itself is simple, it is difficult to photograph easily.

【0005】第2の従来例として、パターンの投影回数
を減らし、計測時間のさらなる短縮を目的とした色符号
化法がある。これを特開平3−192474号公報に開示され
ている実施例を参照して説明する。隣接する2本のパタ
ーン光が同色にならないように符号化されたパターン光
を投影し、観測された画像からパターン光の色を検出
し、該当パターン光の色並びからパターン光番号を取得
する。パターン光番号から、パターン光の照射方向を算
出し空間コード化の例と同様に距離を算出することがで
きる。
[0005] As a second conventional example, there is a color coding method for the purpose of reducing the number of times of projecting a pattern and further shortening the measurement time. This will be described with reference to an embodiment disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-192474. The pattern light is encoded so that two adjacent pattern lights do not have the same color, the color of the pattern light is detected from the observed image, and the pattern light number is obtained from the color arrangement of the corresponding pattern light. The irradiation direction of the pattern light is calculated from the pattern light number, and the distance can be calculated in the same manner as in the example of space coding.

【0006】しかし上述の方式では、例えば、測定対象
物の色が白一色であるといった限定された条件では、撮
像パターンと投光パターンの色は一致し、両者の対応付
けは容易だが、現実の環境下は、測定対象物は複数の色
を持つ(分光反射率分布は片寄っている)ので、撮像パ
ターンは対象物の反射率によって変化を受け、両者の対
応付けは困難となる。
However, in the above-described method, under limited conditions, for example, when the color of the object to be measured is only white, the colors of the imaging pattern and the light emitting pattern match, and the correspondence between the two is easy. Under the environment, the measurement target has a plurality of colors (the spectral reflectance distribution is deviated), so that the imaging pattern is changed by the reflectance of the target, and it is difficult to associate the two with each other.

【0007】図6、7を用いて投光パターンの分光分布
と、測定対象物の分光反射率と、その結果得られる反射
光について説明する。図6は、測定対象物が全て白地で
ある場合、図7は、白地ではない場合を示す。
The spectral distribution of the light projection pattern, the spectral reflectance of the object to be measured, and the resulting reflected light will be described with reference to FIGS. FIG. 6 shows a case where all the objects to be measured are on a white background, and FIG. 7 shows a case where they are not on a white background.

【0008】図6に示すように、測定対象物が白地であ
る場合は、測定対象物は各波長領域全面に渡り一様な分
光反射率r0(λ)を持つ。この測定対象物に例えば、
赤色の投光パターンRを投影した場合、測定対象物上で
の投光パターンRの反射光量Irは、
As shown in FIG. 6, when the object to be measured is a white background, the object to be measured has a uniform spectral reflectance r 0 (λ) over the entire wavelength region. For example, this measurement object
If the projection of the red projection pattern R, the reflected light quantity I r of the projection pattern R on the measurement object,

【0009】[0009]

【数1】 (Equation 1)

【0010】として求まる。 ここで、 ro(λ):測定対象物の分光反射率 ir(λ):投光パターンRの分光分布である。[0010] Here, r o (λ): the spectral reflectance of the object to be measured i r (λ): the spectral distribution of the light projection pattern R.

【0011】反射光量Irを図で示すと、測定対象物の分
光反射率と投光パターンRの分光分布の重なり合う図6
に示すグレー領域に対応する光量となる。この場合、十
分な反射光量が得られ、赤色の投光パターンRは、撮像
装置により赤色の撮像パターンRとして認識される。同
様に緑G、青Bの投光パターンを投影した場合でも、それ
ぞれ緑、青の波長領域における反射光が得られ、緑色の
撮像パターン、青色の撮像パターンとして認識される。
[0011] shown in FIG quantity of reflected light I r, overlapping spectral distribution of the spectral reflectance and projection pattern R of the measurement object 6
The light amount corresponding to the gray area shown in FIG. In this case, a sufficient amount of reflected light is obtained, and the red light projection pattern R is recognized as a red imaging pattern R by the imaging device. Similarly, when the green G and blue B light projection patterns are projected, reflected light in the green and blue wavelength regions is obtained, and is recognized as a green imaging pattern and a blue imaging pattern.

【0012】しかし、一般的に3次元計測の測定対象と
なる対象物は、白地一色である可能性は少ない。この場
合の投光パターンに対する測定対象物の反射光について
の検討を図7に示す。
However, it is generally unlikely that an object to be measured in three-dimensional measurement is a single color on a white background. FIG. 7 shows a study on the reflected light of the measurement object with respect to the light projection pattern in this case.

【0013】図7は、測定対象物が白地以外の多様な色
分布(反射率分布)を持つ場合の投光パターンの分光分
布と、測定対象物の分光反射率と、その結果得られる反
射光を示す図であり、図7(a)は、赤R領域に片寄った
反射率ro(λ)の分布を持った測定対象物、図7(b)
は、青Bから緑G領域に片寄った反射率ro(λ)の分布を
持った測定対象物の分光反射率分布を示している。投光
パターンRの反射光量Irは、同様に、
FIG. 7 shows the spectral distribution of a light projection pattern when the object to be measured has various color distributions (reflectance distributions) other than a white background, the spectral reflectance of the object to be measured, and the resulting reflected light. FIG. 7 (a) shows a measurement object having a distribution of reflectance r o (λ) which is deviated to the red R region, and FIG. 7 (b)
Indicates the spectral reflectance distribution of the measurement object having a distribution of the reflectance r o (λ) biased from the blue B to the green G region. Reflected light I r of the projection pattern R, in turn,

【0014】[0014]

【数2】 (Equation 2)

【0015】として求まる。対象物が図7(a)に示す
ように、赤R領域に片寄った反射率ro(λ)の分布を持っ
た測定対象物の場合、反射光量Irは、図7(a)のグレ
ー領域に示すように一定の値を持つため撮像装置によ
り、赤色の撮像パターンRとして認識されるが、対象物
が図7(b)に示すように、青Bから緑G領域に片寄っ
た反射率ro(λ)の分布を持った測定対象物の場合、反射
光量Irは、図7(b)のグレー領域に相当する量となり
極端に小さくなり、赤色の撮像パターンRとして認識す
ることができない。
## EQU1 ## Object as shown in FIG. 7 (a), when the measuring object having a reflectance distribution leaning to red R region r o (lambda), the amount of reflected light I r is gray FIGS. 7 (a) Since the imaging device has a certain value as shown in the area, the imaging apparatus recognizes the pattern as a red imaging pattern R. However, as shown in FIG. for r o measuring object having a distribution of (lambda), the amount of reflected light I r is the reduced extremely becomes an amount corresponding to the gray area in FIG. 7 (b), be recognized as a red imaging pattern R Can not.

【0016】図7の例は、赤Rの投光パターンを使用し
た場合の例を示したが、緑G、青Bの投光パターンを投影
した場合でも同様に対象物の分光反射率に応じて、同色
の撮像パターンとして認識されないケースが存在する。
FIG. 7 shows an example in which a red R light projection pattern is used. However, even when green G and blue B light projection patterns are projected, the light reflection pattern of the target object is similarly changed. Therefore, there is a case where the image is not recognized as an imaging pattern of the same color.

【0017】従って色符号化法では、対象物体を限定し
た状況での撮影では高い精度が得られるもの、対象を限
定しない一般的な撮影状況では極端に精度が劣化すると
いう問題がある。
Therefore, the color coding method has a problem that although high accuracy can be obtained in a situation where the target object is limited, the accuracy is extremely deteriorated in a general shooting situation where the target is not limited.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述のよう
な色符号化法における問題点を解決することを目的とす
るものであり、測定対象物の分光反射率が一様でなくて
も、投光パターンと撮像パターンとの正確な対応付けが
可能で、比較的少ない撮像回数で、高精度な3次元画像
を取得できる3次元画像撮像方法および装置を提供する
ことを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in the color coding method, and to solve the problem even if the spectral reflectance of the object to be measured is not uniform. It is another object of the present invention to provide a three-dimensional image capturing method and apparatus capable of accurately associating a light projection pattern with an imaging pattern and acquiring a high-accuracy three-dimensional image with a relatively small number of image capturing operations.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の目的を
達成するものであり、本発明の第1の側面は、色符号化
された投光パターンを測定対象物に投影する投影手段
と、前記投影手段により前記測定対象物表面に生じる光
学像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により取得し
た撮像パターンと前記投光パターンを比較し対応付けす
る比較対応手段と、前記比較対応手段からの出力より測
定対象物までの距離を算出する距離算出手段と、投光パ
ターンの色符号化の際に用いた色に対して、補色の関係
にある色を用いて再符号化された投光パターンを供給す
るパターン入れ替え手段と、を有することを特徴とする
3次元画像撮像装置にある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention achieves the above-mentioned object, and a first aspect of the present invention is a projecting means for projecting a color-coded light projection pattern onto a measurement object. An imaging unit that captures an optical image generated on the surface of the measurement object by the projection unit; a comparison correspondence unit that compares and associates the imaging pattern acquired by the imaging unit with the light projection pattern; and the comparison correspondence unit. A distance calculating means for calculating a distance from the output of the light source to the object to be measured, and a light beam re-encoded by using a color having a complementary color relationship to a color used in color coding of the light emitting pattern. And a pattern replacement means for supplying a pattern.

【0020】さらに、本発明の3次元画像撮像装置の一
実施態様において、前記パターン入れ替え手段は、投光
パターンの色符号化の際に用いた色に対して、補色の関
係にある色を用いた再符号化を行ない、再符号化された
投光パターンを生成するパターン生成処理を実行する演
算処理手段を含む構成であることを特徴とする。
Further, in one embodiment of the three-dimensional image pickup device of the present invention, the pattern replacement means uses a color complementary to the color used in the color coding of the light projection pattern. And a calculation processing means for performing pattern generation processing for generating a re-encoded light projection pattern.

【0021】さらに、本発明の3次元画像撮像装置の一
実施態様において、前記投影手段の投影する投光パター
ンは、隣接する2本のパターンが同色にならないk本の
スリット構成であり、スリットを構成する隣接する色の
並びはk本のスリット構成中に重複して存在しない構成
であることを特徴とする。
Further, in one embodiment of the three-dimensional image pickup apparatus of the present invention, the projection pattern projected by the projection means has a k-slit configuration in which two adjacent patterns do not have the same color. It is characterized in that the arrangement of the adjacent colors does not overlap in the k slits.

【0022】さらに、本発明の3次元画像撮像装置の一
実施態様において、前記投影手段の投影する投光パター
ンは、赤(R)、緑(G)、青(B)の3色により構成
される投光パターンを測定対象物に投影し、前記パター
ン入れ替え手段は、前記投光パターンの赤(R)を、緑
(G)と青(B)の2色の波長を併せ持つ色に変更し、
緑(G)を、赤(R)と青(B)の2色の波長を併せ持
つ色に変更し、青(B)を、赤(R)と緑(G)の2色
の波長を併せ持つ色に変更して再符号化された投光パタ
ーンを供給する構成であることを特徴とする。
Further, in one embodiment of the three-dimensional image pickup device of the present invention, the projection pattern projected by the projection means is composed of three colors of red (R), green (G) and blue (B). Projecting the projected light pattern on the object to be measured, and the pattern replacing means changes the red (R) of the projected pattern to a color having both wavelengths of green (G) and blue (B),
Green (G) is changed to a color having both red (R) and blue (B) wavelengths, and blue (B) is changed to a color having both red (R) and green (G) wavelengths. And supplying a re-encoded light projection pattern.

【0023】さらに、本発明の第2の側面は、色符号化
された投光パターンを測定対象物に投影する投影ステッ
プと、前記投影ステップにおいて前記測定対象物表面に
生じる光学像を撮像する撮像ステップと、前記撮像ステ
ップにおいて撮影した撮像パターンと前記投光パターン
を比較し対応付けする比較対応ステップと、前記比較対
応ステップにおいて対応付け困難な領域が検出された場
合に、前記投光パターンの色符号化の際に用いた色に対
して、補色の関係にある色を用いて再符号化された投光
パターンを供給するパターン入れ替えステップと、前記
再符号化された投光パターンを測定対象物に投影して撮
影した再符号化撮像パターンについての対応付け処理を
実行する比較対応再処理ステップと、前記比較対応再処
理ステップにおいて求められる対応データにより測定対
象物までの距離を算出する距離算出ステップと、を有す
ることを特徴とする3次元画像撮像方法にある。
Furthermore, a second aspect of the present invention is a projection step of projecting a color-coded light projection pattern onto a measurement target, and an imaging step of capturing an optical image generated on the measurement target surface in the projection step. And a comparison correspondence step of comparing and associating the imaging pattern captured in the imaging step with the light projection pattern, and a color of the light projection pattern when an area that is difficult to associate is detected in the comparison correspondence step. A pattern replacement step of supplying a light-encoding pattern re-encoded by using a color having a complementary color relationship with respect to the color used for encoding; and A comparison correspondence reprocessing step of executing a correspondence processing for the re-encoded imaging pattern projected and photographed on the comparison correspondence reprocessing step. In 3-dimensional imaging method characterized in that it comprises a distance calculation step of calculating a distance to the object of measurement by the corresponding data obtained, the.

【0024】さらに、本発明の3次元画像撮像方法の一
実施態様において、前記パターン入れ替えステップは、
投光パターンの色符号化の際に用いた色に対して、補色
の関係にある色を用いた再符号化を行ない、再符号化さ
れた投光パターンを生成するパターン生成処理を実行す
るステップを含むことを特徴とする。
Further, in one embodiment of the three-dimensional image capturing method according to the present invention, the pattern replacement step includes:
A step of performing a pattern generation process of performing re-encoding using a color having a complementary color relationship on a color used in color encoding of the light projection pattern and generating a re-encoded light projection pattern It is characterized by including.

【0025】さらに、本発明の3次元画像撮像方法の一
実施態様において、前記投影ステップは、赤(R)、緑
(G)、青(B)の3色により構成される投光パターン
を測定対象物に投影するステップであり、前記パターン
入れ替えステップは、前記投光パターンの赤(R)を、
緑(G)と青(B)の2色の波長を併せ持つ色に変更
し、緑(G)を、赤(R)と青(B)の2色の波長を併
せ持つ色に変更し、青(B)を、赤(R)と緑(G)の
2色の波長を併せ持つ色に変更して再符号化された投光
パターンを供給するステップであることを特徴とする。
Further, in one embodiment of the three-dimensional image pickup method of the present invention, the projecting step measures a light projection pattern composed of three colors of red (R), green (G) and blue (B). Projecting onto a target object, wherein the pattern exchanging step comprises:
The color is changed to a color having two wavelengths of green (G) and blue (B), and the color of green (G) is changed to a color having two wavelengths of red (R) and blue (B). B) is a step of changing the color of B) to a color having two wavelengths of red (R) and green (G) and supplying a re-encoded light projection pattern.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
を具体的に説明する。図1に本発明の実施例の構成図を
示す。本実施例における3次元画像撮影装置は、色符号
化された投光パターンを対象物に投影する投影部10
と、投影部10により測定対象物100表面に生じる光
学像を撮像する撮像部20と、撮像部20により取得し
た撮像パターンと投光パターンを比較し対応付けする比
較対応部30と、比較対応部30からの出力より対象物
100までの距離を算出する距離算出部40により構成
される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be specifically described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration diagram of an embodiment of the present invention. The three-dimensional image capturing apparatus according to the present embodiment includes a projection unit 10 that projects a color-coded light projection pattern onto an object.
An imaging unit 20 that captures an optical image generated on the surface of the measurement target 100 by the projection unit 10; a comparison correspondence unit 30 that compares and associates the imaging pattern acquired by the imaging unit 20 with the light projection pattern; The distance calculation unit 40 calculates a distance to the object 100 from the output from the object 30.

【0027】本実施例では、投影部10として光源に液
晶プロジェクタ101を用いた。液晶プロジェクタ10
2はパーソナルコンピュータ101より制御され、投光
パターンの色の選択が行われる。撮像部20にはCCDカ
メラ201を用い、測定対象物100上の光学像を撮像
した。CCDカメラ201により撮像した画像出力データ
(撮像パターン)は、投影部10により投光された投光
パターンデータと、撮像部20において撮影された撮像
パターンデータの比較対応付けを行う比較対応部30に
送られ、比較対応部30にて得られたデータにより、距
離算出部40において測定対象物100までの距離を算
出する。
In this embodiment, a liquid crystal projector 101 is used as the light source as the projection unit 10. LCD projector 10
2 is controlled by the personal computer 101 to select the color of the light projection pattern. An optical image on the measurement target 100 was captured using the CCD camera 201 as the imaging unit 20. The image output data (imaging pattern) captured by the CCD camera 201 is transmitted to the comparison correspondence unit 30 that performs comparison and association between the projection pattern data projected by the projection unit 10 and the imaging pattern data captured by the imaging unit 20. The distance calculation unit 40 calculates the distance to the measurement target 100 based on the data transmitted and obtained by the comparison corresponding unit 30.

【0028】次に図1に示す3次元画像撮影装置を使用
した具体的な色符号化の方法と距離算出の原理を説明す
る。
Next, a specific color encoding method using the three-dimensional image photographing apparatus shown in FIG. 1 and a principle of distance calculation will be described.

【0029】投光パターンの識別は、パターン光の色を
変えることにより行い、形状は縦ストライプパターンと
した。パターン光の色をq種類(階調)とした場合、隣
接するパターン光は同階調にならない、隣接するk本の
パターン光による階調の並び方が、どのパターン光の並
びに対しても一度しか現れないような条件を与えると、
総パターン光の数Nは、以下の式に示される通りとな
る。すなわち、
The projection pattern was identified by changing the color of the pattern light, and the shape was a vertical stripe pattern. When the color of the pattern light is q kinds (gradation), the adjacent pattern light does not have the same gradation, and the arrangement of the gradation by k adjacent pattern light is only once for any pattern light arrangement. Given conditions that do not appear,
The number N of the total pattern lights is as shown in the following equation. That is,

【0030】[0030]

【数3】N=q(q−1)(k-1)+k−1 で与えられる。N = q (q-1) (k-1) + k-1

【0031】本実施例では、パターン光の色を赤、緑、
青(R、G、B)を用いてq=3とし、また隣接パターン光
数:k=8として色符号化を行った。この場合、総パタ
ーン数Nは、上記式にq=3,k=8を適用して、以下
のように求められる。
In this embodiment, the colors of the pattern light are red, green,
Color coding was performed using blue (R, G, B) with q = 3 and the number of adjacent pattern lights: k = 8. In this case, the total number of patterns N is obtained as follows by applying q = 3 and k = 8 to the above equation.

【0032】[0032]

【数4】N=391## EQU4 ## N = 391

【0033】となり測定対象物は、投光パターンにより
391の領域に分割される。
Next, the object to be measured is divided into 391 areas by the light projection pattern.

【0034】次に距離算出の原理を説明する。図2に、
本実施例での光源とカメラおよび対象物までのレイアウ
トを示す。カメラによりパターン光が撮影され、撮像画
像上での測定点をP(x,y)、カメラの焦点距離をF、光源
とカメラの距離である基線長をLとした場合、点Pの距離
Zは、
Next, the principle of distance calculation will be described. In Figure 2,
2 shows a layout of a light source, a camera, and an object in the present embodiment. When the pattern light is photographed by the camera, the measurement point on the captured image is P (x, y), the focal length of the camera is F, and the base line length that is the distance between the light source and the camera is L, the distance of the point P
Z is

【0035】[0035]

【数5】 (Equation 5)

【0036】として求まる。本発明では、図2には示し
てないが複数の投光パターン、撮像パターンが存在す
る。したがってある撮像パターンが、光源から投影され
た複数の投光パターンの中で、どれに相当するかの対応
が取れていることが必要であり、この対応の精度が、計
測精度を大きく左右する。そこで、次に示す計測手法を
実施した。
## EQU3 ## In the present invention, although not shown in FIG. 2, there are a plurality of light projection patterns and imaging patterns. Therefore, it is necessary to correspond to a certain imaging pattern among a plurality of projection patterns projected from the light source, and the accuracy of the correspondence greatly affects the measurement accuracy. Therefore, the following measurement method was implemented.

【0037】(手順1) RGBによる色符号化投光パタ
ーンによる対応付け RGBの3色を用いて、先の符号化手法により、投光パター
ンの符号化を図1に示す投影部10のパーソナルコンピ
ュータ101において行う。符号化された投光パターン
を液晶プロジェクタ102により測定対象物100に投
影し、投光パターンにより対象物表面に生じる光学像を
撮像部20のCCDカメラ201により撮像する。
(Procedure 1) Color Coding by RGB Correspondence by Light Projection Pattern Using the three colors of RGB, the projection pattern is encoded by the personal computer of the projection unit 10 shown in FIG. This is performed at 101. The encoded light projection pattern is projected onto the measurement object 100 by the liquid crystal projector 102, and an optical image generated on the object surface by the light projection pattern is captured by the CCD camera 201 of the imaging unit 20.

【0038】次に、比較対応部30において、撮像部2
0のCCDカメラ201により取得した撮像パターン
と、投影部10の投影した投光パターンとを比較し対応
付け処理を実行する。理想的な状態では、全ての撮像パ
ターンの色データは正確に得られ、撮像パターンと投光
パターンとの対応付けは可能であるが、現実には図3に
示すような、色データが正確に得られないUKパターン
unknownパターン)が出現する。
Next, in the comparison corresponding section 30, the image pickup section 2
The imaging pattern acquired by the CCD camera 201 of No. 0 is compared with the light projection pattern projected by the projection unit 10 to execute the association processing. In an ideal state, the color data of all the imaging patterns can be obtained accurately, and the correspondence between the imaging patterns and the light projection patterns is possible. However, in reality, the color data as shown in FIG. not obtained UK pattern (u n k nown pattern) appears.

【0039】これら対応付けが困難となる領域、すなわ
ちUKパターン(unknownパターン)についての処理につ
いて、以下説明する。
The area in which these correspondence becomes difficult, that is, the processing for UK pattern (u n k nown pattern) will be described below.

【0040】(手順2) RGBの補色による再符号化投光
パターンによる対応付け 手順1の色符号化で用いた投光パターンRGBのそれぞれの
パターン色に対して補色の関係である色を用いて再符号
化処理を行なう。すなわち、R→(B+G)、G→(B+
R)、B→(G+R)、すなわち、投光パターンの赤(R)
を、緑(G)と青(B)の2色の波長を併せ持つ色に変
更し、緑(G)を、赤(R)と青(B)の2色の波長を
併せ持つ色に変更し、青(B)を、赤(R)と緑(G)
の2色の波長を併せ持つ色に変更して、色符号化を実行
し再符号化投光パターンを投影部10のパーソナルコン
ピュータ101において生成して再符号化された投光パ
ターンを液晶プロジェクタ102により測定対象物10
0に投影し、投光パターンにより対象物表面に生じる光
学像を撮像部20のCCDカメラ201により再度、撮
影する。
(Procedure 2) Re-encoding by Complementary Colors of RGB Correspondence by Light Projection Pattern Using the colors that are complementary colors to the light projection patterns RGB used in the color encoding of Procedure 1 for each pattern color A re-encoding process is performed. That is, R → (B + G), G → (B +
R), B → (G + R), that is, red (R) of the light emission pattern
Is changed to a color having two wavelengths of green (G) and blue (B), and green (G) is changed to a color having both wavelengths of red (R) and blue (B). Blue (B), red (R) and green (G)
Is changed to a color having both wavelengths of the two colors, color encoding is performed, a re-encoded light projection pattern is generated in the personal computer 101 of the projection unit 10, and the re-encoded light projection pattern is converted by the liquid crystal projector 102. Measurement object 10
The CCD camera 201 of the imaging unit 20 again captures an optical image generated on the surface of the object by the light projection pattern.

【0041】なお、図3に示すようにUKパターン301
の前後は緑Gであることが分かっており、投光パターン
には連続して同じ色のパターンの配列はないから、UKパ
ターンはRかBのどちらかであることは判別される。以
下、UKパターンがRであるか、Bであるかの判別につ
いてケース1(Rであると判定される)、ケース2(B
であると判定される)とに分けて説明する。
Note that, as shown in FIG.
It is known that before and after is a green G, and there is no pattern array of the same color continuously in the light projection pattern. Therefore, it is determined that the UK pattern is either R or B. Hereinafter, cases 1 (determined as R) and case 2 (B) for determining whether the UK pattern is R or B
Is determined).

【0042】ケース1)UKパターンがRの場合 撮像パターンにおいてRが検出されない場合の対象物の
分光反射率は、図4a)に示した通り、大別して4通り
になる。またUKパターンがR(=1回目の投光パターン
がR)であった場合には、再符号化の際の投光パターン
は、R色に対して補色の関係である色(B+G)を用いてい
るので、対象物の分光反射率と投光パターンの分光分布
の組み合わせとして想定されるのは、大別して図4a)
に示される4通りである。
Case 1) When the UK pattern is R When the R is not detected in the imaging pattern, the spectral reflectance of the object is roughly classified into four types as shown in FIG. 4A). If the UK pattern is R (= the first light projection pattern is R), the light projection pattern at the time of re-encoding is a color (B + G) that is complementary to the R color. Therefore, the combination of the spectral reflectance of the object and the spectral distribution of the light projection pattern can be roughly classified as shown in FIG. 4A).
There are four types shown in FIG.

【0043】図4a)の(1)は、測定対象物の分光反
射率がRの領域のみで低下している場合、(2)は、測
定対象物の分光反射率がGおよびRの領域で低下してい
る場合、(3)は、測定対象物の分光反射率がBおよび
Rの領域で低下している場合、(4)は、測定対象物の
分光反射率がB,G,Rすべての領域で低下している場
合である。
FIG. 4A shows (1) that the spectral reflectance of the object to be measured is reduced only in the region of R, and (2) shows that the spectral reflectance of the object to be measured is in the regions of G and R. (3) indicates that the spectral reflectance of the object to be measured decreases in the B and R regions, and (4) indicates that the spectral reflectance of the object to be measured is all B, G, and R. It is a case where it falls in the region of FIG.

【0044】測定対象物の分光反射率が図4a)の
(1)、(2)、(3)のような場合には、撮像部20
のCCDカメラ201により撮像された撮像パターンの
色データは、測定対象物の分光反射率と投光パターンの
分光分布の重なり部分により求められる。
In the case where the spectral reflectance of the object to be measured is as shown in (1), (2), and (3) of FIG.
The color data of the imaging pattern imaged by the CCD camera 201 is obtained from the overlapping portion of the spectral reflectance of the measurement target and the spectral distribution of the light projection pattern.

【0045】すなわち、測定対象物の分光反射率が図4
a)の(1)の場合は、BとGの混合色(B+G)、
(2)の場合は、Bが強くGが弱い(B+g)、(3)
の場合はBが弱くGが強い(b+G)、いずれの場合
も、ケース1での撮像パターンの色データは、BとGが混
合した色となる。従って、第1回目の投光パターンと撮
像パターンとの対応付けが不可能であった領域(UKパ
ターン)について、RGBの補色による再符号化投光パタ
ーンを用いることにより、撮像パターン上に補色による
投光パターンと同様のBとGが混合した色が再現される
ことになり対応付けが可能となる。
That is, the spectral reflectance of the object to be measured is as shown in FIG.
In the case of (1) of a), a mixed color of B and G (B + G),
In the case of (2), B is strong and G is weak (B + g), (3)
In this case, B is weak and G is strong (b + G). In any case, the color data of the imaging pattern in Case 1 is a color in which B and G are mixed. Therefore, in the area (UK pattern) where the first light projection pattern and the imaging pattern cannot be associated with each other, by using the re-encoded light projection pattern using the complementary color of RGB, the complementary color is formed on the imaging pattern. A mixed color of B and G, which is similar to the light projection pattern, is reproduced, and the correspondence is possible.

【0046】なお、測定対象物の分光反射率が図4a)
の(4)のように、B,G,Rすべての領域で低下して
いる場合は、再度、撮像パターンの色データがUKとして
判定される。この場合の処理は、手順3にて説明する。
The spectral reflectance of the object to be measured is shown in FIG.
As shown in (4), when the image data is reduced in all the B, G, and R regions, the color data of the imaging pattern is determined as UK again. The process in this case will be described in Procedure 3.

【0047】ケース2)UKパターンがBの場合 図4b)は、1回目の投光パターンと撮像パターンとの
対応付けに含まれるUKパターンがBである場合の対象物
の分光反射率と投光パターンの分光分布の組み合わせ
は、図4b)に示した通り、大別して4通りになる。UK
パターンがB(=1回目の投光パターンがB)であった
場合には、再符号化の際の投光パターンは、B色に対し
て補色の関係である色(G+R)を用いているので、対
象物の分光反射率と投光パターンの分光分布の組み合わ
せとして想定されるのは、大別して図4b)に示される
4通りである。
Case 2) Case where the UK pattern is B FIG. 4B) shows the spectral reflectance and light projection of the object when the UK pattern included in the association between the first light projection pattern and the imaging pattern is B. The combinations of the spectral distributions of the patterns are roughly divided into four as shown in FIG. UK
When the pattern is B (= first light projection pattern is B), the light projection pattern at the time of re-encoding uses a color (G + R) that is complementary to B color. Therefore, the combinations of the spectral reflectance of the target object and the spectral distribution of the projection pattern are roughly classified into four types shown in FIG. 4B).

【0048】図4b)の(1)は、測定対象物の分光反
射率がBの領域のみで低下している場合、(2)は、測
定対象物の分光反射率がBおよびGの領域で低下してい
る場合、(3)は、測定対象物の分光反射率がBおよび
Rの領域で低下している場合、(4)は、測定対象物の
分光反射率がB,G,Rすべての領域で低下している場
合である。
FIG. 4B) (1) shows the case where the spectral reflectance of the object to be measured is reduced only in the region B, and (2) shows the region where the spectral reflectance of the object to be measured is B and G. (3) indicates that the spectral reflectance of the object to be measured decreases in the B and R regions, and (4) indicates that the spectral reflectance of the object to be measured is all B, G, and R. It is a case where it falls in the region of FIG.

【0049】測定対象物の分光反射率が図4b)の
(1)、(2)、(3)のような場合には、撮像部20
のCCDカメラ201により撮像された撮像パターンの
色データは、測定対象物の分光反射率と投光パターンの
分光分布の重なり部分により求められる。
When the spectral reflectance of the object to be measured is as shown in (1), (2), and (3) of FIG.
The color data of the imaging pattern imaged by the CCD camera 201 is obtained from the overlapping portion of the spectral reflectance of the measurement target and the spectral distribution of the light projection pattern.

【0050】すなわち、測定対象物の分光反射率が図4
b)の(1)の場合は、RとGの混合色(R+G)、
(2)の場合は、Rが強くGが弱い(R+g)、(3)
の場合はRが弱くGが強い(r+G)、いずれの場合
も、ケース1での撮像パターンの色データは、RとGが混
合した色となる。従って、第1回目の投光パターンと撮
像パターンとの対応付けが不可能であった領域(UKパ
ターン)について、RGBの補色による再符号化投光パタ
ーンを用いることにより、撮像パターン上に補色による
投光パターンと同様のRとGが混合した色が再現される
ことになり対応付けが可能となる。
That is, the spectral reflectance of the object to be measured is as shown in FIG.
b) In the case of (1), a mixed color of R and G (R + G),
In the case of (2), R is strong and G is weak (R + g), (3)
In the case of (1), R is weak and G is strong (r + G). In any case, the color data of the imaging pattern in case 1 is a mixed color of R and G. Therefore, in the area (UK pattern) where the first light projection pattern and the imaging pattern cannot be associated with each other, by using the re-encoded light projection pattern using the complementary color of RGB, the complementary color is formed on the imaging pattern. The same mixed color of R and G as in the light projection pattern is reproduced, and the correspondence is possible.

【0051】なお、測定対象物の分光反射率が図4a)
の(4)のように、B,G,Rすべての領域で低下して
いる場合は、再度、撮像パターンの色データがUKとして
判定される。この場合の処理は、手順3にて説明する。
The spectral reflectance of the object to be measured is shown in FIG.
As shown in (4), when the image data is reduced in all the B, G, and R regions, the color data of the imaging pattern is determined as UK again. The process in this case will be described in Procedure 3.

【0052】上述したように、第1回目の投光パターン
と撮像パターンとの対応付けが不可能であった領域(U
Kパターン)について、RGBの補色による再符号化投光
パターンを用いることにより、UKパターンが本来Rで
あってもBであっても、補色を用いた、再符号化による
パターン投影により、投影パターンと撮像パターンとの
対応付けが可能となる。
As described above, the area (U) where the first projection pattern and the imaging pattern cannot be correlated.
K pattern), by using a re-encoded projection pattern using complementary colors of RGB, whether the UK pattern is originally R or B, the projection pattern is obtained by pattern projection by re-encoding using complementary colors. And the imaging pattern can be associated with each other.

【0053】図4で説明したように、UKパターンのパ
ターンは、ケース1、またはケース2の2通りに限定さ
れ、補色を用いた2回目の投光パターンを撮像した撮像
パターンの色データが、BとGが混合している場合には、
1回目の投光パターンはR、補色を用いた2回目の投光
パターンを撮像した撮像パターンの色データが、RとGが
混合している場合には、1回目の投光パターンはBと認
識できる。したがって、手順1において、色データが正
確に得られないUKパターンを補完することができる。
As described with reference to FIG. 4, the pattern of the UK pattern is limited to Case 1 or Case 2, and the color data of the imaging pattern obtained by imaging the second projection pattern using the complementary color is: If B and G are mixed,
If the first light emission pattern is R and the color data of the imaging pattern obtained by imaging the second light emission pattern using the complementary color is a mixture of R and G, the first light emission pattern is B Can be recognized. Therefore, in the procedure 1, a UK pattern for which color data cannot be obtained accurately can be complemented.

【0054】(手順3)色データが得られない場合の補
完手段 図4のケース1、ケース2の双方において、測定対象物
の分光反射率がB,G,Rすべての領域で低下している
場合には、どのような補正手段を行っても、十分な色デ
ータは得られないので、UKパターンとし、パターンの前
後関係から、色データを類推する。投影部の投影する投
光パターンは、隣接する2本のパターンが同色にならな
いk本のスリット構成であり、スリットを構成する隣接
する色の並びはk本のスリット構成中に重複して存在し
ない構成であるので、他の撮影パターンから類推が可能
となる。
(Procedure 3) Complementary means when color data cannot be obtained In both case 1 and case 2 of FIG. 4, the spectral reflectance of the object to be measured is reduced in all the B, G, and R regions. In such a case, no sufficient color data can be obtained by any correction means. Therefore, a UK pattern is used, and color data is inferred from the context of the pattern. The light projection pattern projected by the projection unit has a k-slit configuration in which two adjacent patterns do not have the same color, and the arrangement of the adjacent colors forming the slit does not overlap in the k-slit configuration. With this configuration, it is possible to infer from other photographing patterns.

【0055】(手順4)距離データの算出 手順1,2,3により、投光パターンと撮像パターンの
対応関係が求まるので、(1)式により、パターン光の
照射領域全面に渡り、距離を計測する。
(Procedure 4) Calculation of Distance Data Since the correspondence between the light projection pattern and the imaging pattern is determined by the procedures 1, 2, and 3, the distance is measured over the entire pattern light irradiation area by the equation (1). I do.

【0056】以上、説明した本発明の3次元画像撮像装
置の処理フローを図5に示す。以下、図5の処理フロー
の各ステップについて説明する。
FIG. 5 shows the processing flow of the three-dimensional image pickup apparatus of the present invention described above. Hereinafter, each step of the processing flow of FIG. 5 will be described.

【0057】まず、ステップS501において、図1に
示す投影部10のパーソナルコンピュータが測定対象に
投影する第1の投影パターンを生成して、液晶プロジェ
クタ102により、投影パターンを投影し、そのパター
ン投影像を撮像部20のCCDカメラ201が撮影し、
比較対応部30において、投影パターンと撮像パターン
との対応付け処理を実行する。
First, in step S501, the personal computer of the projection unit 10 shown in FIG. 1 generates a first projection pattern to be projected on a measurement object, projects the projection pattern by the liquid crystal projector 102, and projects the pattern projection image. Is captured by the CCD camera 201 of the imaging unit 20,
The comparison correspondence unit 30 executes a process of associating the projection pattern with the imaging pattern.

【0058】次にステップS502において、比較対応
部30における対応付け処理の際に、撮像パターン中に
対応付け困難な領域、すなわちUKパターンが検出され
たか否かを判定する。UKパターンが検出されない場合
は、すべての撮像パターンの対応付けが可能であるの
で、ステップS506に進み、対応付け処理結果に基づ
いて距離算出部40において距離データを算出する。
Next, in step S502, it is determined whether or not an area that is difficult to associate in the imaging pattern, that is, a UK pattern, has been detected during the association processing in the comparison association unit 30. If no UK pattern is detected, all the imaging patterns can be associated, and the process proceeds to step S506, where the distance calculation unit 40 calculates distance data based on the association processing result.

【0059】ステップS502において、比較対応部3
0における対応付け処理の際に、撮像パターン中に対応
付け困難な領域、すなわちUKパターンが検出された場
合は、ステップS503に進む。
In step S502, the comparison corresponding unit 3
If a region that is difficult to associate in the imaging pattern, that is, a UK pattern, is detected in the association process at 0, the process proceeds to step S503.

【0060】ステップS503では、第1の投光パター
ンの補色による再符号化パターン照射による撮像パター
ンの対応付け処理を実行する。すなわち、前述したよう
に、例えば第1の投光パターンがRGBを用いている場
合は、それぞれのパターン色に対して補色の関係である
色を用いて再符号化処理、すなわち、R→(B+G)、G→
(B+R)、B→(G+R)に変更して、色符号化を実行し再
符号化投光パターンを投影部10のパーソナルコンピュ
ータ101において生成して再符号化された投光パター
ンを液晶プロジェクタ102により測定対象物100に
投影し、投光パターンにより対象物表面に生じる光学像
を撮像部20のCCDカメラ201により再度、撮影
し、比較対応部30において、投影パターンと撮像パタ
ーンとの対応付け処理を実行する。
In step S503, a process of associating an imaging pattern by irradiating a re-encoded pattern with a complementary color of the first projection pattern is executed. That is, as described above, for example, when the first light projection pattern uses RGB, re-encoding processing is performed using colors that are complementary to each pattern color, that is, R → (B + G), G →
(B + R), B → (G + R), color encoding is performed, a re-encoded light projection pattern is generated in the personal computer 101 of the projection unit 10, and the re-encoded light projection pattern is converted to a liquid crystal. An optical image generated on the surface of the target object by the projector 102 is projected by the projector 102, and an optical image generated on the surface of the target object by the light projection pattern is again photographed by the CCD camera 201 of the imaging unit 20. Perform attachment processing.

【0061】さらに、ステップS504において、比較
対応部30における対応付け処理の際に、撮像パターン
中に対応付け困難な領域、すなわちUKパターンが検出
されたか否かを判定する。UKパターンが検出されない
場合は、すべての撮像パターンの対応付けが可能である
ので、ステップS506に進み、対応付け処理結果に基
づいて距離算出部40において距離データを算出する。
Further, in step S504, it is determined whether or not an area which is difficult to associate in the image pickup pattern, that is, a UK pattern has been detected during the association processing in the comparison association section 30. If no UK pattern is detected, all the imaging patterns can be associated, and the process proceeds to step S506, where the distance calculation unit 40 calculates distance data based on the association processing result.

【0062】ステップS504において、比較対応部3
0における対応付け処理の際に、撮像パターン中に対応
付け困難な領域、すなわちUKパターンが検出された場
合は、ステップS505に進む。
In step S504, the comparison corresponding unit 3
If a region that is difficult to associate in the imaging pattern, that is, a UK pattern, is detected in the association process at 0, the process proceeds to step S505.

【0063】ステップS505では、先に説明した例え
ば図4のケース1、ケース2の双方において、測定対象
物の分光反射率がB,G,Rすべての領域で低下してい
る場合であるので、投光パターン変更を行っても、十分
な色データは得られないので、UKパターンとし、パター
ンの前後関係から、色データを類推する。
In step S505, since the spectral reflectance of the object to be measured is reduced in all the B, G, and R regions in both of the cases 1 and 2 of FIG. Even if the light projection pattern is changed, sufficient color data cannot be obtained. Therefore, a UK pattern is used, and color data is inferred from the context of the pattern.

【0064】以上の処理で撮像パターン中に対応付け困
難な領域、すなわちUKパターンが解消され、ステップ
S506に進み、対応付け処理結果に基づいて距離算出
部40において距離データを算出する。
In the above processing, the area that is difficult to associate in the imaging pattern, that is, the UK pattern is eliminated, and the process proceeds to step S506, where the distance calculation unit 40 calculates the distance data based on the result of the association processing.

【0065】なお、上述した図4を用いた説明において
は、対象物の分光反射率をRGB各領域に大別してモデ
ル化したが、実際には、分光反射率は各波長領域にまた
がって存在する。しかし、その場合、例えば図4a)の
場合では、撮像パターンの色データはBとGが混合した
色となるのは変わらないので、対応付けの精度を落とす
ことはない。なお、分光反射率をR領域において十分に
持つ測定対象物は、前述の手順1において、撮像パター
ンがRと認識されるので、手順2の分光反射率のモデル化
で考慮する必要はない。
In the above description with reference to FIG. 4, the spectral reflectance of the object is roughly modeled into RGB regions, but actually, the spectral reflectance exists over each wavelength region. . However, in this case, for example, in the case of FIG. 4A), the color data of the imaging pattern remains a mixed color of B and G, so that the accuracy of the association is not reduced. It should be noted that a measurement target having a sufficient spectral reflectance in the R region has the imaging pattern recognized as R in step 1 described above, and thus does not need to be considered in the modeling of the spectral reflectance in step 2.

【0066】本実施例では、光源に液晶プロジェクタを
用いたが、その他の光源としてLEDやLD等を用いて
もよい。その際、LEDやLD等により、色符号化を行
うためには、色符号化に使用する色に応じて、LEDや
LDを用意する、ロッドレンズやシリンドリカルレンズ
を用いて、スポット光をパターン光に整形する、パター
ン光を対象物に対して、スキャンニングする走査機構と
LEDやLDのON/OFFを制御する制御機構により、所定
のパターンを対象物に一括に照射する、これを各色に対
して行う、といった手順にて実現させる。
In this embodiment, a liquid crystal projector is used as a light source, but an LED, LD, or the like may be used as another light source. At this time, in order to perform color coding using an LED or an LD, the spot light is formed into a pattern light using a rod lens or a cylindrical lens that prepares an LED or an LD according to the color used for the color coding. A predetermined pattern is collectively irradiated on the object by a scanning mechanism that scans the object with the pattern light and a control mechanism that controls the ON / OFF of the LED and LD. To do this.

【0067】また、本実施例では、投光パターンの色符
号化の際に用いた色に対して、補色の関係にある色を用
いた再符号化を行ない、再符号化された投光パターンを
生成するパターン生成処理を実行する手段として、パー
ソナルコンピュータ(PC)を用いたが、パーソナルコ
ンピュータ(PC)に限らず、同様の処理が可能な演算
処理手段であればよい。さらに、補色関係の色の生成処
理を逐次行なうのではなく、予め補色関係の色のパター
ンを用意しておき、必要に応じて投光パターンの色符号
化の際に用いた色に対して補色の関係にある色を用いて
再符号化された投光パターンを供給するパターン入れ替
え手段として構成してもよい。
In this embodiment, the colors used in the color encoding of the light projection pattern are re-encoded using complementary colors, and the re-encoded light projection pattern is re-encoded. Although the personal computer (PC) is used as the means for executing the pattern generation processing for generating the data, the present invention is not limited to the personal computer (PC), and may be any arithmetic processing means capable of performing the same processing. Further, instead of performing the complementary color-related color generation processing sequentially, a complementary color-related color pattern is prepared in advance, and if necessary, a complementary color is used for the color used in the color encoding of the light projection pattern. May be configured as a pattern exchange unit that supplies a light projection pattern re-encoded using the colors having the relationship of (1).

【0068】以上、特定の実施例を参照しながら、本発
明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨
を逸脱しない範囲で当業者が該実施例の修正や代用を成
し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で
本発明を開示してきたのであり、限定的に解釈されるべ
きではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に
記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
The present invention has been described in detail with reference to the specific embodiments. However, it is obvious that those skilled in the art can modify or substitute the embodiment without departing from the scope of the present invention. That is, the present invention has been disclosed by way of example, and should not be construed as limiting. In order to determine the gist of the present invention, the claims described at the beginning should be considered.

【0069】[0069]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の3次元画
像撮像装置および3次元画像撮像方法によれば、投影パ
ターンとして色で符号化したパターン光を照射し、投光
パターンと、撮像パターンの対応付けにより測定対象の
距離データを取得する3次元形状計測処理において、撮
像パターンに対応付け困難な領域が含まれていた場合、
1回目の投光パターンの補色関係にある色で再符号化処
理を行ない、第2の投光パターンを生成して照射し、対
応付け処理を行なう構成であるので、投光パターンと撮
像パターンとの対応付けの困難な領域を効率的に解消可
能で、比較的少ない撮像回数で、高精度な3次元画像を
取得することが可能となる。
As described above, according to the three-dimensional image capturing apparatus and the three-dimensional image capturing method of the present invention, a pattern light coded by color is irradiated as a projection pattern, and the light projection pattern and the imaging pattern In the three-dimensional shape measurement processing for acquiring the distance data of the measurement target by associating, if an area that is difficult to associate with the imaging pattern is included,
Since the re-encoding process is performed with a color that is complementary to the first light projection pattern, a second light projection pattern is generated and irradiated, and the association process is performed. It is possible to efficiently eliminate an area in which it is difficult to make the correspondence, and acquire a highly accurate three-dimensional image with a relatively small number of times of imaging.

【0070】また、本発明の3次元画像撮像装置および
3次元画像撮像方法によれば、測定対象物の分光反射率
が一様でなく、投光パターンを照射して得られる撮像パ
ターン中に、対応付けの困難な領域が含まれていた場合
であっても、投光パターンの再符号化により得られる新
たな投光パターンを用いることにより、対応付け困難領
域を効率的に解消可能となる。
Further, according to the three-dimensional image pickup apparatus and the three-dimensional image pickup method of the present invention, the spectral reflectance of the object to be measured is not uniform, and the image pickup pattern obtained by irradiating the light projection pattern has Even when a region that is difficult to associate is included, the region that is difficult to associate can be efficiently eliminated by using a new light projection pattern obtained by re-encoding the light projection pattern.

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

【図1】本発明の3次元画像撮像装置の構成を示すブロ
ック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a three-dimensional image capturing apparatus according to the present invention.

【図2】本発明の3次元画像撮像装置において使用され
る3次元形状計測装置の空間コード化法による距離算出
法を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a distance calculation method by a spatial coding method of a three-dimensional shape measurement device used in the three-dimensional image pickup device of the present invention.

【図3】本発明の3次元画像撮像装置における撮像部に
おいて取得される撮像パターンにおける対応付け困難領
域(UKパターン)について説明する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a difficult-to-associate area (UK pattern) in an imaging pattern acquired by an imaging unit in the three-dimensional imaging apparatus of the present invention.

【図4】本発明の3次元画像撮像装置における補色を使
用した撮像パターンにおける対応付け困難領域(UKパ
ターン)の解消処理について説明する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a process of eliminating a difficult-to-associate area (UK pattern) in an imaging pattern using a complementary color in the three-dimensional image imaging apparatus of the present invention.

【図5】本発明の3次元画像撮像装置における処理を示
す処理フロー図である。
FIG. 5 is a processing flowchart showing processing in the three-dimensional image capturing apparatus of the present invention.

【図6】投光パターンの分光分布と、測定対象物の分光
反射率と、その結果得られる反射光について説明する図
(測定対象物が全て白地である場合)である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a spectral distribution of a light projection pattern, a spectral reflectance of an object to be measured, and reflected light obtained as a result (when all the objects to be measured are white backgrounds).

【図7】投光パターンの分光分布と、測定対象物の分光
反射率と、その結果得られる反射光について説明する図
(測定対象物が白地でない場合)である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a spectral distribution of a light projection pattern, a spectral reflectance of an object to be measured, and reflected light obtained as a result (when the object to be measured is not a white background).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 測定対象物 10 投影部 101 パーソナルコンピュータ 102 液晶プロジェクタ 20 撮像部 201 CCDカメラ 30 比較対応部 40 距離算出部 301 UKパターン REFERENCE SIGNS LIST 100 measurement object 10 projection unit 101 personal computer 102 liquid crystal projector 20 imaging unit 201 CCD camera 30 comparison corresponding unit 40 distance calculation unit 301 UK pattern

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】色符号化された投光パターンを測定対象物
に投影する投影手段と、 前記投影手段により前記測定対象物表面に生じる光学像
を撮像する撮像手段と、 前記撮像手段により取得した撮像パターンと前記投光パ
ターンを比較し対応付けする比較対応手段と、 前記比較対応手段からの出力より測定対象物までの距離
を算出する距離算出手段と、 投光パターンの色符号化の際に用いた色に対して、補色
の関係にある色を用いて再符号化された投光パターンを
供給するパターン入れ替え手段と、 を有することを特徴とする3次元画像撮像装置。
A projection means for projecting a color-coded light projection pattern onto a measurement target; an imaging means for capturing an optical image generated on the surface of the measurement target by the projection means; A comparison correspondence unit that compares and associates an imaging pattern with the light projection pattern, a distance calculation unit that calculates a distance to a measurement target from an output from the comparison correspondence unit, and a color coding of the light projection pattern. Pattern replacement means for supplying a light-projection pattern re-encoded by using a color having a complementary color relationship to the used color.
【請求項2】前記パターン入れ替え手段は、 投光パターンの色符号化の際に用いた色に対して、補色
の関係にある色を用いた再符号化を行ない、再符号化さ
れた投光パターンを生成するパターン生成処理を実行す
る演算処理手段を含む構成であることを特徴とする請求
項1に記載の3次元画像撮像装置。
2. The pattern exchanging means performs re-encoding using a color having a complementary color relationship with a color used in color encoding of a light-projected pattern. 2. The three-dimensional image pickup apparatus according to claim 1, wherein the three-dimensional image pickup apparatus has a configuration including an arithmetic processing unit that executes a pattern generation process for generating a pattern.
【請求項3】前記投影手段の投影する投光パターンは、
隣接する2本のパターンが同色にならないk本のスリッ
ト構成であり、スリットを構成する隣接する色の並びは
k本のスリット構成中に重複して存在しない構成である
ことを特徴とする請求項1に記載の3次元画像撮像装
置。
3. A projection pattern projected by the projection means,
The k-slit configuration in which two adjacent patterns do not have the same color, and the arrangement of adjacent colors forming the slit is a configuration that does not overlap in the k-slit configuration. 3. The three-dimensional image capturing device according to 1.
【請求項4】前記投影手段の投影する投光パターンは、
赤(R)、緑(G)、青(B)の3色により構成される
投光パターンを測定対象物に投影し、 前記パターン入れ替え手段は、 前記投光パターンの赤(R)を、緑(G)と青(B)の
2色の波長を併せ持つ色に変更し、緑(G)を、赤
(R)と青(B)の2色の波長を併せ持つ色に変更し、
青(B)を、赤(R)と緑(G)の2色の波長を併せ持
つ色に変更して再符号化された投光パターンを供給する
構成であることを特徴とする請求項1に記載の3次元画
像撮像装置。
4. A projection pattern projected by the projection means,
A light projection pattern composed of three colors of red (R), green (G), and blue (B) is projected on the object to be measured, and the pattern replacement means converts the red (R) of the light projection pattern into green (G) is changed to a color having two wavelengths of blue (B), and green (G) is changed to a color having two wavelengths of red (R) and blue (B).
2. The structure according to claim 1, wherein blue (B) is changed to a color having two wavelengths of red (R) and green (G) to supply a re-encoded light projection pattern. A three-dimensional image capturing apparatus according to claim 1.
【請求項5】色符号化された投光パターンを測定対象物
に投影する投影ステップと、 前記投影ステップにおいて前記測定対象物表面に生じる
光学像を撮像する撮像ステップと、 前記撮像ステップにおいて撮影した撮像パターンと前記
投光パターンを比較し対応付けする比較対応ステップ
と、 前記比較対応ステップにおいて対応付け困難な領域が検
出された場合に、前記投光パターンの色符号化の際に用
いた色に対して、補色の関係にある色を用いて再符号化
された投光パターンを供給するパターン入れ替えステッ
プと、 前記再符号化された投光パターンを測定対象物に投影し
て撮影した再符号化撮像パターンについての対応付け処
理を実行する比較対応再処理ステップと、 前記比較対応再処理ステップにおいて求められる対応デ
ータにより測定対象物までの距離を算出する距離算出ス
テップと、 を有することを特徴とする3次元画像撮像方法。
5. A projecting step of projecting a color-coded light projection pattern onto a measurement target; an imaging step of capturing an optical image generated on the surface of the measurement target in the projection step; A comparison corresponding step of comparing and associating an imaging pattern with the light projection pattern, and, when an area that is difficult to associate is detected in the comparison corresponding step, a color used in color coding the light projection pattern. On the other hand, a pattern replacement step of supplying a light-projected pattern re-encoded by using a color having a complementary color relationship, and a re-encoding that is performed by projecting the re-encoded light projecting pattern onto a measurement object and photographing the same. A comparison correspondence reprocessing step of executing a correspondence processing for the imaging pattern, and a correspondence data obtained in the comparison correspondence reprocessing step. 3D imaging method characterized in that it comprises a distance calculation step of calculating the distance to the measurement object, the.
【請求項6】前記パターン入れ替えステップは、 投光パターンの色符号化の際に用いた色に対して、補色
の関係にある色を用いた再符号化を行ない、再符号化さ
れた投光パターンを生成するパターン生成処理を実行す
るステップを含むことを特徴とする請求項5に記載の3
次元画像撮像方法。
6. The pattern exchanging step includes re-encoding a color used in the color encoding of the light projection pattern using a color having a complementary color relationship, and 6. The method according to claim 5, further comprising a step of executing a pattern generation process for generating a pattern.
Dimensional image capturing method.
【請求項7】前記投影ステップは、 赤(R)、緑(G)、青(B)の3色により構成される
投光パターンを測定対象物に投影するステップであり、 前記パターン入れ替えステップは、 前記投光パターンの赤(R)を、緑(G)と青(B)の
2色の波長を併せ持つ色に変更し、緑(G)を、赤
(R)と青(B)の2色の波長を併せ持つ色に変更し、
青(B)を、赤(R)と緑(G)の2色の波長を併せ持
つ色に変更して再符号化された投光パターンを供給する
ステップであることを特徴とする請求項5に記載の3次
元画像撮像方法。
7. The projecting step is a step of projecting a light projection pattern composed of three colors of red (R), green (G), and blue (B) onto an object to be measured. Changing the red (R) of the light emitting pattern to a color having both wavelengths of green (G) and blue (B), and changing green (G) to two colors of red (R) and blue (B). Change to a color that has the color wavelength,
6. The method according to claim 5, wherein blue (B) is changed to a color having two wavelengths of red (R) and green (G) to supply a re-encoded light projection pattern. The three-dimensional image capturing method according to the above.
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