JP2005043233A - Three-dimensional shape measuring device and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,パターン投影法を用いて対象物体までの距離情報を取得する3次元形状測定技術に関する。 The present invention relates to a three-dimensional shape measurement technique for acquiring distance information to a target object using a pattern projection method.
対象物の形状を計測する手法として,対象物に基準となるパターンを投影してこの基準となるパターン光が投影された方向とは異なる方向からCCDカメラなどで撮影を行うパターン投影法と呼ばれる手法がある。撮影されたパターンは物体の形状によって変形を受けたものとなるが,この撮影された変形パターンと投影したパターンとの対応づけを行うことで,物体の3次元計測を行うことができる。パターン投影法では変形パターンと投影したパターンとの対応づけをいかに誤対応を少なく,かつ簡便に行うかが課題となっている。そこで様々なパターン投影法が従来より提案されている。 As a method for measuring the shape of an object, a method called a pattern projection method in which a reference pattern is projected onto the object and photographing is performed with a CCD camera or the like from a direction different from the direction in which the reference pattern light is projected. There is. The photographed pattern is deformed depending on the shape of the object. By associating the photographed deformation pattern with the projected pattern, the object can be measured three-dimensionally. The problem with the pattern projection method is how to make the correspondence between the deformed pattern and the projected pattern simple and easy to avoid. Various pattern projection methods have been proposed in the past.
例えば特許文献1に開示される手法は,コード化されたパターンを投影する投光器と,投光器の光軸方向から投影パターンを撮影する第1のカメラと,投光器の光軸方向と異なる方向から投影パターンを撮影する第2のカメラとを備え,投影パターンに対する第1のカメラによる撮影パターンの変化量が所定値以上の領域について新たなコードを割り付け,割り付けたコードを用いて第2のカメラによる撮影パターンから第1の距離情報を生成し,第1の距離情報および第1のカメラより得られた輝度情報に基づいて3次元画像を得るよう構成した3次元画像撮影装置であり,強度が3レベルのストライプパターン(スリットパターンと呼ぶこともある)を投影パターンとしている。投影パターンを同じ光軸に置いた第1のカメラで撮影したパターンを用いて再コード化することにより精度よく3次元計測を行うことができる。
For example, the technique disclosed in
また特許文献2ではストライプ光の露光量を決める複数のマスクパターンを用意し,カメラの1フレーム露光時間中にマスクパターンを順次切り換えることにより複数階調のコード化パターンを投射している。
しかしながら上記のような複数レベルのパターンを投影する場合,前者の例の3レベルのパターンでは6本のストライプが1セットとなり,後者の例では4マスクで16本のストライプが1セットとなり,これの繰り返しパターンを投影することになる。このように繰り返しの周期が小さいと,コードの探索処理の際誤ってマッチングする確率が増大するという問題が生じる。この問題を回避するために前者の例では,レベル数を増やせばよく,後者の例ではカメラの1フレーム内でマスクの種類を増やすことになる。 However, when projecting a multi-level pattern as described above, the three-level pattern in the former example is one set of six stripes, and the latter example is a set of sixteen stripes with four masks. A repeated pattern will be projected. In this way, when the repetition cycle is small, there is a problem that the probability of erroneous matching during code search processing increases. In order to avoid this problem, in the former example, the number of levels may be increased, and in the latter example, the types of masks are increased within one frame of the camera.
しかしこのようにパターンのレベル数を増やしていくと,投影系および撮像系のMTF(振幅伝達関数)やCCDカメラのS/Nなどの信号劣化要因から隣接するパターン領域が相互に影響しあい,誤った値を検出する可能性が高くなるという新たな問題が発生する。また表面色が暗い物体を測定する場合には,反射率が小さくなるのでカメラに取り込む画像上ではパターンのダイナミックレンジが小さくなり,ストライプごとの階調段差が縮小してコード処理で誤った値を算出するなどの問題もある。 However, when the number of pattern levels is increased in this way, adjacent pattern areas are affected by signal deterioration factors such as the MTF (amplitude transfer function) of the projection system and the imaging system and the S / N of the CCD camera. A new problem arises that the possibility of detecting a new value increases. Also, when measuring an object with a dark surface color, the reflectance is small, so the dynamic range of the pattern is reduced on the image captured by the camera, the gradation step for each stripe is reduced, and an incorrect value is obtained in code processing. There are also problems such as calculating.
本発明はこのような課題に鑑みなされたもので,複数レベルの投影パターンを用いた3次元形状測定手法において,正確なパターン検出が可能な3次元形状測定技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a three-dimensional shape measurement technique capable of accurate pattern detection in a three-dimensional shape measurement method using a plurality of levels of projection patterns.
この発明によれば,上述の目的を達成するために,特許請求の範囲に記載のとおりの構成を採用している。ここでは,発明を詳細に説明するのに先だって,特許請求の範囲の記載について補充的に説明を行なっておく。 According to this invention, in order to achieve the above-mentioned object, the configuration as described in the claims is adopted. Here, prior to explaining the invention in detail, a supplementary explanation will be given of the claims.
すなわち,この発明の第1の側面によれば,上述の目的を達成するために,全白から全黒までを実質的に等間隔に区切った複数レベルの輝度でコード化されたストライプパターンを被写体に投影する投光器の光軸からずれて配置されるカメラで前記被写体を撮影することに基づいて,前記被写体の3次元画像を得る3次元形状測定装置において,隣接する2つのストライプの輝度レベル差が2レベル以上となるように配列したストライプパターンを使用するようにしている。 That is, according to the first aspect of the present invention, in order to achieve the above-described object, a stripe pattern coded with a plurality of levels of luminance obtained by dividing all white to all black substantially at equal intervals is used as a subject. In a three-dimensional shape measuring apparatus that obtains a three-dimensional image of the subject based on photographing the subject with a camera arranged so as to deviate from the optical axis of the projector that projects onto the projector, the brightness level difference between two adjacent stripes is A stripe pattern arranged so as to have two or more levels is used.
また,この発明の第2の側面によれば,上述の目的を達成するために,全白から全黒までを実質的に等間隔に区切った複数レベルの輝度でコード化されたストライプパターンを被写体に投影する投光器の光軸からずれて配置されるカメラで前記被写体を撮影することに基づいて,前記被写体の3次元画像を得る3次元形状測定装置において,色分布が一様な被写体に投影されるストライプパターンが,全白から全黒までを等間隔に区切った複数レベルの輝度となるように,投光器の入力データをそのガンマ特性に基づいて決定するようにしている。この場合、前記投光器の入力データを、前記投光器のガンマ特性ではなく、前記カメラのガンマ特性に基づいて決定するようにしてもよい。また双方のガンマ特性に基づいて決定するようにしてもよい。 According to the second aspect of the present invention, in order to achieve the above-mentioned object, a stripe pattern encoded with a plurality of levels of luminance obtained by dividing all white to all black at substantially equal intervals is used as a subject. In a three-dimensional shape measuring apparatus that obtains a three-dimensional image of the subject based on photographing the subject with a camera that is shifted from the optical axis of the projector that projects onto the projector, the color distribution is projected onto a uniform subject. The input data of the projector is determined on the basis of the gamma characteristic so that the stripe pattern has a plurality of levels of brightness obtained by dividing all white to all black at equal intervals. In this case, the input data of the projector may be determined based on the gamma characteristics of the camera, not the gamma characteristics of the projector. Alternatively, it may be determined based on both gamma characteristics.
また,発明の第1の側面による3次元形状測定装置において,前記投光器がデータプロジェクタであり,色分布が一様な被写体に投影されるストライプパターンが,全白から全黒までを実質的に等間隔に区切った複数レベルの輝度となるように,前記データプロジェクタの入力データを前記データプロジェクタのガンマ特性に基づいて決定するようにしてもよい。 In the three-dimensional shape measuring apparatus according to the first aspect of the present invention, the projector is a data projector, and the stripe pattern projected on the subject having a uniform color distribution is substantially all white to all black. The input data of the data projector may be determined based on the gamma characteristics of the data projector so as to obtain a plurality of levels of brightness divided at intervals.
また,発明の第1の側面による3次元形状測定装置において,前記投光器がスライドプロジェクタであり,色分布が一様な被写体被写体に投影されるストライプパターンが,全白から全黒までを実質的に等間隔に区切った複数レベルの輝度となるように,前記ストライプパターンが描画される媒体(たとえばスライドフィルムや透明基体に金属膜を蒸着したものであるが、これに限定されない)のパターンデータを,前記スライドプロジェクタのガンマ特性に基づいて決定するようにしてもよい。 In the three-dimensional shape measuring apparatus according to the first aspect of the present invention, the projector is a slide projector, and the stripe pattern projected onto the subject subject having a uniform color distribution substantially ranges from all white to all black. Pattern data of a medium on which the stripe pattern is drawn (for example, but not limited to, a metal film deposited on a slide film or a transparent substrate) so as to have a plurality of levels of brightness divided at equal intervals, You may make it determine based on the gamma characteristic of the said slide projector.
さらに,上述の次元形状測定装置において,前記色分布が一様な被写体に投影されるストライプパターンが前記カメラによる撮影画像上で全白から全黒までを実質的に等間隔に区切った複数レベルの輝度となるように前記データプロジェクタの入力データまたは前記スライドフィルムのパターンデータを前記カメラのガンマ特性に基づいて決定するようにしてもよい。 Furthermore, in the above-described dimensional shape measuring apparatus, the stripe pattern projected onto the subject having a uniform color distribution has a plurality of levels obtained by dividing all white to all black on the photographed image by the camera at substantially equal intervals. The input data of the data projector or the pattern data of the slide film may be determined based on the gamma characteristic of the camera so that the brightness is obtained.
なお,この発明は装置またはシステムとして実現できるのみでなく,方法としても実現可能である。また,そのような発明の一部をソフトウェアとして構成することができることはもちろんである。またそのようなソフトウェアをコンピュータに実行させるために用いるソフトウェア製品もこの発明の技術的な範囲に含まれることも当然である。 The present invention can be realized not only as an apparatus or a system but also as a method. Of course, part of such an invention can be configured as software. Of course, software products used to cause a computer to execute such software are also included in the technical scope of the present invention.
この発明の上述の側面および他の側面は特許請求の範囲に記載され以下実施例を用いて詳述される。 These and other aspects of the invention are set forth in the appended claims and will be described in detail below with reference to examples.
本発明によると,たとえば,全白から全黒までを等間隔に区切った複数レベルの輝度でコード化されたストライプパターンを被写体に投影する投光器の光軸からずれて配置されるカメラで前記被写体を撮影することに基づいて,前記被写体の3次元画像を得る3次元形状測定装置において,隣接する2つのストライプの輝度レベル差が2レベル以上となるように配列したパターンを使用するので,コード探索エラーの確率を小さくすることができる。また,パターン投影系のガンマ特性および撮影系のガンマ特性を鑑みたパターンを入力することにより,所望のストライプパターンを得ることが出来るので,コード探索エラーを減らすことが可能となる。 According to the present invention, for example, the object is detected by a camera arranged so as to be offset from the optical axis of a projector that projects a stripe pattern encoded with a plurality of levels of brightness divided at equal intervals from all white to all black. Since a 3D shape measuring apparatus that obtains a 3D image of the subject based on shooting uses a pattern arranged so that the luminance level difference between two adjacent stripes is 2 levels or more, a code search error Can be reduced. In addition, by inputting a pattern in consideration of the gamma characteristics of the pattern projection system and the gamma characteristics of the imaging system, a desired stripe pattern can be obtained, so that code search errors can be reduced.
本発明に係る3次元画像測定装置の実施例を,図1および図2のシステム概略図を基にして説明する。 An embodiment of a three-dimensional image measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to the system schematic diagrams of FIGS.
図1は,本発明の実施例の3次元画像測定装置の構成図であり,図1において,3次元画像測定装置は,3次元計測用にパターンを投影するパターン投影装置(たとえば液晶プロジェクタ)10,同光軸でパターンをモニタする撮像装置(たとえばCCDカメラ。第1カメラとも呼ぶ)20,三角測量用撮像装置(たとえばCCDカメラ。第2カメラとも呼ぶ)30,その他図示しない計算処理装置等で構成される。40はハーフミラーであり,50は対象物である。この3次元測定装置の基本的な構成は,特許文献1(特開2000−65542号公報)に開示される構成と同様である。パターン投影装置10は,液晶プロジェクタもしくはDLP(商標)プロジェクタ,またはスライドプロジェクタを用いる。パターン投影装置10,たとえば液晶プロジェクタへ入力する投影パターンは,図2に示すような濃淡のあるストライプパターンを用い,例えば,図2の右側に図示されている対象物(物体)にパターン投影する。スライドプロジェクタを用いる場合,投影パターンはスライドフィルム上へ形成するか,ガラスパターンに金属膜などを蒸着し膜厚や網膜点パターンなどによって透過率をコントロールする。
FIG. 1 is a configuration diagram of a three-dimensional image measurement apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the three-dimensional image measurement apparatus is a pattern projection apparatus (for example, a liquid crystal projector) 10 that projects a pattern for three-dimensional measurement. , An imaging device (for example, a CCD camera, also referred to as a first camera) 20, a triangulation imaging device (for example, a CCD camera, also referred to as a second camera) 30, and other calculation processing device (not shown). Composed.
図3に,たとえば液晶プロジェクタへ入力するパターンデータの水平方向の輝度プロファイルを示す。投影パターン(パターンデータ)は256階調を6段階に分けた7種類の輝度ストライプの組み合わせであるが,隣り合うストライプ同士が1段階のレベル差にならないように配置している。これは隣り合うストライプ同士のレベル差に限っては256階調を3段階(0,85,170,255の4レベル)に分けたことと同等である。通常の4レベルのストライプを繰り返して1セットとする場合では,隣り合うストライプの各組み合わせが1セット中に重複して現れないようするには1セットを12ストライプとするのが限界であり,このセットを繰り返して,多数のストライプを含むストライプパターンを構成していくことになる。隣り合うストライプの同じ組み合わせが,近くで重複して存在すると,コード探索のエラーの原因となる。これに対し,本実施例のように,7レベルのストライプを用い,しかも,隣り合うストライプ同士が1段階のレベル差にならないように配置すると,1セット中で,隣り合うストライプの同じ組み合わせが出現しないようにするのに,1セットのストライプ数を28程度にすることができ,少なくとも28ストライプの範囲では同一の隣り合うストライプの組み合わせが重複することはなく,コード探索エラーの確率も減少する。 FIG. 3 shows a luminance profile in the horizontal direction of pattern data input to a liquid crystal projector, for example. The projection pattern (pattern data) is a combination of seven types of luminance stripes in which 256 gradations are divided into six levels, but the adjacent stripes are arranged so as not to have a one-level level difference. This is equivalent to dividing 256 gradations into three stages (four levels of 0, 85, 170, and 255) as far as the level difference between adjacent stripes is concerned. In the case of repeating normal four-level stripes into one set, the limit is to set one set to 12 stripes so that each combination of adjacent stripes does not appear in one set. Repeatedly, a stripe pattern including a large number of stripes is formed. If the same combination of adjacent stripes overlaps in the vicinity, it causes a code search error. On the other hand, if seven levels of stripes are used and the adjacent stripes do not have a level difference of one step as in this embodiment, the same combination of adjacent stripes appears in one set. In order to avoid this, the number of stripes in one set can be reduced to about 28. In the range of at least 28 stripes, combinations of the same adjacent stripes do not overlap, and the probability of code search errors also decreases.
図4にパターン投影の模様を示す。撮像装置(第1カメラ20)と投影装置(パターン投影装置10)をハーフミラー40などで同光軸に配置し,三角計測用に撮像装置を用意し,図2に示すようなストライプパターンを投影する。同光軸の撮像素子(第1カメラ20)で観測された画像(第1カメラ・イメージ)から再符号化を実施し,測定用撮像素子(第2カメラ30)で観測された画像(第2カメラ・イメージ)とで3次元距離画像(距離)を算出する。
FIG. 4 shows a pattern projection pattern. An imaging device (first camera 20) and a projection device (pattern projection device 10) are arranged on the same optical axis by a
図5は,距離画像を算出する構成例を示しており,この図において,パターン投影装置10がコード化されたパターンを対象物50に投影する。このパターンはフレームメモリ110に記憶される。モニタ用の第1カメラ20および三角測量用の第2カメラ30により,対象物50上の投影パターンを撮像しそれぞれパターン画像メモリ120,150に記憶する。
FIG. 5 shows a configuration example for calculating a distance image. In this figure, the
領域分割部130はパターン画像メモリ120のパターン画像を,パターン投影装置10からの投影パターン(光)が十分に届いている領域(領域2ともいう)と届いていない領域(領域1ともいう)に分割する。たとえば,隣り合うストライプ間の強度差が閾値以下である領域については,投影パターンが十分に届いてないと判別し,ストライプ間の強度差が閾値以上である領域を投影パターンが十分に届いている領域と判別する。投影パターンが十分に届いている領域に関し,以下に述べるように,境界線となるエッジ画素算出を行い,距離計算を行う。投影パターンが十分に届いてない領域については,別途,視差に基づく距離計算を行う。ここではとくに説明しないが,詳細は特許文献1を参照されたい。
The
再コード化部160は,抽出された領域2についてストライプを抽出し,各ストライプをストライプ幅毎に縦方向に分割し,正方形のセルを生成し,セルの再コード化を行う。これについては後に詳述する。
The
コード復号部170は,パターン画像メモリ150に記憶されている,三角測量用の第2カメラ30からのパターン画像の各セル(エッジ)のコードを再コード化部160からのコードを用いて判別する。これにより,パターン画像メモリ150のパターン画像における測定点p(エッジ)の画素のx座標および光源からの照射方向(スリット角)θが決定され,後述する式(1)により距離Zが測定される(図14参照)。3次元画像メモリ180は,この距離と,第1カメラ20から取得した対象物の輝度値(輝度値メモリ140に記憶される)とを三次元画像データとして記憶する。
The
この構成例における3次元形状の算出の詳細についてさらに説明する。 Details of the calculation of the three-dimensional shape in this configuration example will be further described.
同光軸のモニタ用の第1カメラ20によって撮影されたパターン画像と投光に用いられたパターン画像を用いて図7に示すフローチャートに従って再コード化を行う。最初に第1カメラ20で撮影されたパターン画像の領域分割を行う。隣り合うストライプ間の強度差が閾値以下である領域については,パターン投影装置10からの投影パターンが届いてない領域1として抽出し,ストライプ間の強度差が閾値以上である領域を領域2として抽出し(S10),領域2について境界線となるエッジ画素算出を行う。
Re-encoding is performed according to the flowchart shown in FIG. 7 using the pattern image photographed by the
抽出された領域2についてストライプを抽出し,各ストライプをストライプ幅毎に縦方向に分割し,正方形のセルを生成する。生成された各セルについて強度の平均値をとり,平均値を各セルの強度とする(S11)。画像の中心から順に対応する各セル間の強度を比較し,対象物の反射率,対象物までの距離などの要因によってパターンが変化したためにセル間の強度が閾値以上異なった場合には新たなコードの生成,割り付けを行う(S12〜S16)。
Stripes are extracted from the extracted
図8は簡単のため単純化した例であるが,図8の左側のストライプ列がストライプの並びによってコード化された投光パターンであり,それぞれの強度に3(強),2(中),1(弱)が割り当てられている。図8の右側がそれぞれ同軸上の第1カメラ20で撮影されたストライプをセルの幅でストライプと垂直方向に抽出したものである。図8の右上の例では,左から3つめのセルで強度が変化して新たなコードが出現したので,新たに0というコードを割り当てる。図8の右下の例では,左から3つめ上から2つめのセルで,既存のコードが出現しているので,セルの並びから新たなコードとして(232,131)という具合に(縦の並び,横の並び)によってコードを表現する。この再コード化は,対象の形状が変化に富む部位には2次元パターンなどの複雑なパターンを投光し,変化の少ない部位には簡単なパターンを投光しているのに等しい。この過程を繰り返し,全てのセルに対して一意なコードを割り付けることで再コード化を行う。
FIG. 8 is a simplified example for simplicity, but the left side stripe row of FIG. 8 is a light projection pattern coded by the arrangement of stripes. The intensity is 3 (strong), 2 (medium), 1 (weak) is assigned. The right side of FIG. 8 is obtained by extracting the stripes photographed by the first
例として,図9の対象物に,図10のパターンを投光した場合に第1カメラ20,第2カメラ30で得られる画像を簡単化したものをそれぞれ図11,図12に示す。この例では,板の表面には新たなコード化されたパターンとして図13が得られる。
As an example, FIGS. 11 and 12 respectively show simplified images obtained by the
次に第2カメラ30で得られたストライプ画像からストライプを抽出し,先ほどと同じようにセルに分割する。各セルについて,再コード化されたコードを用いて各セルのコードを検出し,検出されたコードに基づいて光源からの照射方向θを算出する。各画素の属するセルのθとカメラ2で撮影された画像上のx座標とカメラパラメータである焦点距離Fと基線長Lを用いて式(1)によって距離Zを算出する。なお,測定点pと,光源からの照射方向θと,第2カメラ30で撮影された画像上のx座標と,カメラパラメータである焦点距離Fと,基線長Lとの関係を図14に示す。
Next, stripes are extracted from the stripe image obtained by the
Z=FL/(x+Ftanθ) …式(1) Z = FL / (x + Ftan θ) (1)
この計算は実際にはセルの境界のx座標を利用して行うが,このときのx座標はカメラの画素解像度よりも細かい単位で計算することで計測精度を向上させている。x座標値は,先に算出したエッジ画素の両側のセルの適当な数画素の輝度平均値d1,d2とエッジ画素の輝度deから求める。エッジ画素の両隣の画素位置p1とp2と輝度平均値d1とd2から一次補間した直線から輝度deに相当する画素位置de’(図では便宜上xで示す)が求められ,これがx座標値となる。(図15参照) This calculation is actually performed using the x-coordinate of the cell boundary, and the x-coordinate at this time is calculated in a unit smaller than the pixel resolution of the camera to improve the measurement accuracy. The x-coordinate value is obtained from the brightness average values d1 and d2 of appropriate pixels of the cells on both sides of the edge pixel calculated previously and the brightness de of the edge pixel. A pixel position de ′ (indicated by x for convenience in the figure) corresponding to the luminance de is obtained from a straight line obtained by linear interpolation from the pixel positions p1 and p2 adjacent to the edge pixel and the luminance average values d1 and d2, and this is the x coordinate value. . (See Figure 15)
ここで投影パターンは256階調を6段階に分けた各42階調または43階調ごとの輝度ストライプの組み合わせであるが,隣り合うストライプ同士が1段階のレベル差にならないように配置しているので,単純に6段階に分けた輝度ストライプを組み合わせたパターンに比べストライプ間の強度差が大きくx座標値の算出が行いやすくなっている。ストライプ間の強度差が大きい場合と小さい場合のカメラの画素単位の輝度分布を図16に示す。エッジ画素の両側の数画素の輝度平均値は各画素のノイズの影響により,グレーの横線の太さで示したような範囲を取りうる。図16の左に示すように,強度差が大きい場合は,図15の計算方法を適用するとエッジ画素の両側の数画素の輝度平均値のノイズの影響はグレーの各線の太さで表され,結果としてx座標値がaの範囲に決められる。しかし強度差が小さい場合はエッジ画素の両側の数画素の輝度平均値のノイズ成分の割合が強度差に対して相対的に大きくなり,x座標値の算出に曖昧さが発生する,すなわち取りうる範囲がbの範囲となって,結果として計測の精度を落とすことになる。このためストライプ間の強度差は大きいほうが望ましい。 Here, the projection pattern is a combination of luminance stripes for each of the 42 gradations or 43 gradations in which 256 gradations are divided into 6 stages, but the adjacent stripes are arranged so as not to have a level difference of one stage. Therefore, the intensity difference between stripes is large compared to a pattern in which luminance stripes simply divided into six levels are combined, and it is easy to calculate the x coordinate value. FIG. 16 shows the luminance distribution of the pixel unit of the camera when the intensity difference between stripes is large and small. The average luminance value of several pixels on both sides of the edge pixel can take a range indicated by the thickness of the gray horizontal line due to the influence of noise of each pixel. As shown on the left of FIG. 16, when the intensity difference is large, when the calculation method of FIG. 15 is applied, the influence of noise on the luminance average value of several pixels on both sides of the edge pixel is expressed by the thickness of each gray line. As a result, the x coordinate value is determined within the range of a. However, when the intensity difference is small, the ratio of the noise component of the luminance average value of several pixels on both sides of the edge pixel becomes relatively large with respect to the intensity difference, which causes ambiguity in the calculation of the x coordinate value. The range becomes the range of b, and as a result, the measurement accuracy is lowered. For this reason, it is desirable that the difference in intensity between stripes is large.
図6はx座標を求める構成例を示している。図6においては,エッジ右近傍画素位置入力部210,エッジ右セル輝度平均値入力部220,エッジ左近傍画素位置入力部230,エッジ左セル輝度平均値入力部240,エッジ輝度入力部250からそれぞれd1,p1,d2,p2,deを補間計算部200に供給して上述のとおりx座標を計算する。
FIG. 6 shows a configuration example for obtaining the x coordinate. In FIG. 6, the edge right neighboring pixel
この実施例では,ストライプ間の強度差が2レベル以上になるようにパターンを制約しているので,x座標値を高精度に計測できる。 In this embodiment, since the pattern is constrained so that the intensity difference between stripes is 2 levels or more, the x coordinate value can be measured with high accuracy.
つぎに投光器やカメラのガンマ特性の補正について説明する。 Next, correction of gamma characteristics of the projector and camera will be described.
液晶プロジェクタをパターン投影装置(投光器)10として用いると,液晶プロジェクタの入力画像に対して投影される出力画像はガンマ特性を有することが一般的である。そのため入力画像で256階調を6等分割しても,投影されたパターンの輝度は均等に7レベルとはなっていない。従って入力画像を作成する際にガンマ特性を考慮しなければならない。図17のような横軸の入力レベルに対する縦軸の出力レベルというガンマ特性をもったプロジェクタでは,グラフから入力画像は0,148,185,203,222,237,255という各輝度階調値を有するストライプパターンとすることが望ましい。パターン投影装置(投光器)10がDLPプロジェクタの場合も同様であり,パターン投影装置(投光器)10がスライドプロジェクタの場合は,スライドフィルムのガンマ特性を考慮したデータをフィルム作成時に用意する必要がある。 When a liquid crystal projector is used as the pattern projector (projector) 10, an output image projected on an input image of the liquid crystal projector generally has a gamma characteristic. Therefore, even if 256 gradations are divided into 6 equal parts in the input image, the brightness of the projected pattern is not evenly 7 levels. Therefore, the gamma characteristic must be taken into account when creating the input image. In the projector having the gamma characteristic of the output level on the vertical axis with respect to the input level on the horizontal axis as shown in FIG. 17, the input image shows luminance gradation values of 0, 148, 185, 203, 222, 237, and 255 from the graph. It is desirable to have a stripe pattern. The same applies to the case where the pattern projector (projector) 10 is a DLP projector. When the pattern projector (projector) 10 is a slide projector, it is necessary to prepare data in consideration of the gamma characteristics of the slide film when creating the film.
またCCDカメラにも同様にガンマ特性が存在するので,カメラ画像上で均等な輝度間隔のストライプパターンを得たい場合には,さらにCCDカメラのガンマ特性をも考慮した入力画像が必要となる。 Similarly, a gamma characteristic also exists in a CCD camera. Therefore, when it is desired to obtain a stripe pattern having a uniform luminance interval on a camera image, an input image that further considers the gamma characteristic of the CCD camera is required.
なお,この発明は上述の実施例に限定されるものではなくその趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。例えば,以上の実施例においては7レベルに均等分割する例を述べたが,これ以外のレベル数を設定しても良いことはいうまでもない。また256階調を7レベルに均等分割する場合,255は6で割り切れないので各レベルの間隔を42階調または43階調に丸め込むことは本発明の技術的な範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. For example, in the above embodiment, an example in which the level is equally divided into seven levels has been described, but it goes without saying that other levels may be set. Further, when 256 gradations are equally divided into 7 levels, 255 is not divisible by 6, so that it is included in the technical scope of the present invention to round the interval of each level to 42 gradations or 43 gradations.
また本発明は,可視領域波長のほか,近赤外などの不可視波長の投射光に関しても有効であることはいうまでもない。 Further, it goes without saying that the present invention is effective for projection light having invisible wavelengths such as near infrared in addition to visible wavelengths.
また,上述の例では,ストライプ間の強度差が2レベル以上になるような制約を加えてパターンを生成し,さらにガンマ特性の補正を行うようにしたが,強度差が2レベル以上にしない場合でも,ガンマ特性の補正をすることで,結果として,x座標を比較的高精度に計測することが保証できる。本発明は,ガンマ特性の補正のみでx座標値の高精度な計測を可能にする構成も含むものである。また,場合によっては,ストライプ間の強度差を3レベル,あるいはそれ以上のレベルに制約することも可能である。 In the above example, the pattern is generated with the constraint that the intensity difference between stripes is 2 levels or more and the gamma characteristic is corrected. However, the intensity difference is not 2 levels or more. However, by correcting the gamma characteristic, as a result, it can be assured that the x-coordinate can be measured with relatively high accuracy. The present invention also includes a configuration that enables highly accurate measurement of the x-coordinate value only by correcting the gamma characteristic. In some cases, the intensity difference between stripes can be restricted to three levels or more.
10 パターン投影装置
20 モニタ用の第1カメラ
30 三角測量用の第2カメラ
40 ハーフミラー
50 対象物
110 フレームメモリ
120 パターン画像メモリ
130 領域分割部
140 輝度値メモリ
150 パターン画像メモリ
160 再コード化部
170 コード復号部
180 3次元画像メモリ
200 補間計算部
210 エッジ右近傍画素位置入力部
220 エッジ右セル輝度平均値入力部
230 エッジ左近傍画素位置入力部
240 エッジ左セル輝度平均値入力部
250 エッジ輝度入力部
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