JP2005274567A - フォトグラメトリーを使用する自動形状計測用にカラーコード化された光 - Google Patents

フォトグラメトリーを使用する自動形状計測用にカラーコード化された光 Download PDF

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Abstract

【課題】フォトグラメトリーシステムにおいて、特定ターゲットの識別を短時間に自動で出来る様にする。
【解決手段】複数領域に区分化された有色光の第１帯域（幅）の電磁波と第１帯域とは異なる幅を有する複数領域に区分化された第２帯域の電磁波で物体の表面を照射し、検出された第１帯域の投射と第２帯域の照射から物体の形状を決定する。識別工程を補助するために、各々の有色領域には、特定のカラー数値が割り当てられる。第１帯域と第２帯域の形状は、平行帯状に区分化されたもの、同心状の帯に区分化されたもの、また、向きが水平のもの垂直のものを用いる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、三次元表面計測の方法及び装置に関し、より具体的には、フォトグラメトリーシステムにおいて、別個のターゲットをインデックスし、その位置を定めるために、有色光(colored light)の領域を使用する方法に関する。
フォトグラメトリー(photogrammetry)は、非接触式の形状計測方法であり、三次元物体の複数の二次元画像を複数の異なる角度から取得し、該二次元画像をトライアンギュレートし、物体の三次元表面モデルを作成するものである。作られたパーツの組立が必要なとき、パーツの正確な形状とサイズが要求される。これは、航空機、船舶及び／又は自動車の部品のように、精巧で、複雑で、大きくて、高価であり、組立前のパーツ形状に精度が決められている部品に対して特に当てはまる。フォトグラメトリーは、物体の表面変化を検査し、モデリングし、再生し、計測するのに有用である。フォトグラメトリーでの作業過程で検査されるパーツは、組立工程で、治具や取付具を殆んど必要としないため、製造費用を低減し、組立時間を短縮できる。
フォトグラメトリーに用いられる二次元画像は、三次元物体上に座標領域(co-ordinate areas)を表す一連のターゲットを含んでいる。各ターゲットは、三次元表面上に正確な位置を表し、複数の二次元画像の間で共通の位置を確認するために用いられることができる。ターゲットは、手操作又は投射により、三次元物体に加えられる。ターゲットを物体に加える方法として最も一般的に用いられている方法の１つは、白色光のドットを物体の表面に投射する(project)ことである。典型的には、三次元物体の輪郭を描いて、投射されたターゲットを記録するソフトウエアパッケージが用いられる。全ての画像の中の全てのターゲットは特定され、他の画像の中で同じ領域を表す他のターゲットと相互参照(cross-referenced)されなければならない。フォトグラメトリックプロセスでは、各ターゲットは、相互参照のために２以上の二次元画像の中に現れることが必要である。一旦、ターゲットが相互参照されると、ソフトウエアは、複数の画像の中で同一ターゲットの位置を揃えることにより、各画像の方向付けを行なう。このトライアンギュレーションという工程により、複数の二次元画像から、三次元物体をモデリングすることができる。
フォトグラメトリーの制約の１つは、物体の座標がターゲットの位置(locations)でしか決められないことである。できるだけ正確な表面輪郭を取得するために、物体の表面に高密度アレイのターゲットを投射することが望ましい。物体の表面が急勾配の輪郭を有する場合、表面の標高(elevation)の変化をキャプチャするのに、特に高密度アレイのターゲットを使用せねばならない。フォトグラメトリーに関する従来の方法での最も重大な問題の１つは、高密度アレイのターゲットにより、複数の二次元画像の中での個々のターゲットの確認が不明瞭になることである。ソフトウエアプログラムにとっては、ターゲットが高密度になるほど、複数の画像の中の特定のターゲットを識別することがより困難となる。このような場合、オペレータは、残りのターゲットを識別するための作業でソフトウエアを補助するために、各画像の中の「参照(reference)」ターゲットを手操作で特定せねばならない。これは時間のかかる作業であるし、また、ターゲットパターンがうまく特定されて、割り出されるまでに、複数回の試みを要することもある。それゆえ、フォトグラメトリックプロセスでのターゲットアレイの中で、特定のターゲットを識別するための方法及び装置の改良が要請されている。
本発明は、上記に鑑みて達成されたものである。
＜発明の要旨＞
本発明は、物体の形状を決定する改良された方法を提供するもので、ターゲットのパターンと、有色色の向きが異なる一連の領域を、物体の表面に投射し、投射された各々の画像をキャプチャし、固有のカラー数値識別子(color-numeric identifier)を各々の有色領域(colored region)に割り当てて、各々のカラー数値識別子を、物体の表面上に投射された各ターゲットと相互に関係づけることにより、物体の表面上の位置を正確に特定するものである。特定されたターゲットは、次にトライアンギュレートされ、物体の表面特性の正確なモデルが作成される。
本発明の目的は、三次元物体の形状を決定する(determine)方法を提供することであり、該方法は、第１帯域の投射を行なうために、区分化された特性をもつ複数の第１帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明し、区分化された特性をもつ第１帯域の投射を検出し、前記第１帯域とは異なる向きの第２帯域の投射を行なうために、区分化された特性をもつ複数の第２帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明し、区分化された特性をもつ第２帯域の投射を検出し、検出された第１帯域の投射と検出された第２帯域の投射から物体の形状を割り出すことを含んでいる。
本発明の他の目的は、三次元物体の形状を決定する方法を提供することであり、該方法は、広帯域の投射を行なうために、区分化された特性をもつ複数の広帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明し、区分化された特性をもつ広帯域の投射を検出し、前記広帯域と実質的に同じ向き(orientation)の狭帯域の投射を行なうために、区分化された特性をもつ複数の狭帯域を含む電磁波で、物体の表面の同じ部分を照明し、区分化された特性をもつ狭帯域の投射を検出し、検出された広帯域の投射と検出された狭帯域の投射から物体の形状を決定することを含んでいる。
本発明の他の目的は、三次元物体の形状を決定する方法を提供することであり、該方法は、各々が区分化された特性を有し、投射するための均一な外観(uniform appearance)を有する複数の帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明し、区分化された特性をもつ帯域を含む投射を検出し、検出された投射から物体の形状を決定することを含んでいる。
本発明の他の目的は、三次元物体の形状を決定する装置を提供することであり、該装置は、第１帯域の投射を行なうために、区分化された特性をもつ複数の第１帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明する照明手段と、区分化された特性をもつ第１帯域の投射を検出する検出手段と、前記第１帯域とは異なる向きの第２帯域の投射を行なうために、区分化された特性をもつ複数の第２帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明する第２照明手段と、区分化された特性をもつ第２帯域の投射を検出する第２検出手段と、検出された第１帯域の投射と検出された第２帯域の投射から物体の形状を決定する形状決定手段と、を含んでいる。
本発明のさらに他の目的は、三次元物体の形状を決定する装置を提供することであり、該装置は、広帯域の投射を行なうために、複数の区分化された特性をもつ広帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明する照明手段と、区分化された特性をもつ広帯域の投射を検出する検出手段と、前記広帯域と実質的に同じ向きであって、少なくとも１つの帯域の幅(width)は前記広帯域の少なくとも１つの幅よりも小さい狭帯域の投射を行なうために、区分化された特性をもつ複数の狭帯域を含む電磁波で、物体の表面の同じ部分を照明する第２照明手段と、区分化された特性をもつ狭帯域の投射を検出する第２検出手段と、検出された広帯域の投射と検出された狭帯域の投射から物体の形状を決定する形状決定手段と、を含んでいる。
本発明のさらに他の目的は、三次元物体の形状を決定する装置を提供することであり、該装置は、各々が区分化された特性を有し、投射するための均一な外観を有する帯域を複数含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明する照明手段と、区分化された特性をもつ帯域を含む投射を検出する検出手段と、検出された投射から物体の形状を決定する形状決定手段と、を含んでいる。
本発明のこれらの目的及び他の目的については、以下の説明からより明らかになるであろう。
＜詳細な説明＞
図１及び図２は、本発明の一実施例に係るフォトグラメトリーシステム(10)を示している。システム(10)は、モデル化される表面(27)を有する三次元物体(26)と、照明源(20)と、カメラ(21a)(21b)(21c)(21d)等の一連の画像キャプチャ装置(image capture devices)とを含んでいる。物体(26)のサイズ及び形状は任意であり、例えば、ほぼ滑らかな表面(27)を有する大きな不規則形状の物体であってよい。
照明源(20)は、物体(26)の表面(27)に対し、適当な種類の電磁波(electromagnetic radiation)を投射することができる。照明源(20)は、１つ又は複数のプロジェクタを具えている。また、所望の波長を有する電磁波が投射される。一実施例において、照明源(20)は、可視スペクトルの電磁波を投射することのできるプロジェクタである。照射源(20)は、白色光及び／又は可視スペクトル内にある個々の領域(regions)の有色光を投射することができる。他の実施例において、照射源(20)は、例えば、近赤外線、中赤外線及び／又は遠赤外線等の赤外線を投射することができる。更なる他の実施例において、照明源は、色相、彩度及び／又は感じられる明度が異なる電磁波を投射することができる。ここで用いられる色相(hue)という語は、波長又は波長の混合によって規定される光の色を意味する。ある場合には、特定色相を有する光の単一波長はなく、波長の組合せが必要とされることがある。例えば、マゼンタヒュー(magenta hue)を有する単一波長の光はないので、等しい割合の赤色電磁波と青色電磁波から作られる。ここで用いられる「彩度(saturation)」という語は、白色光がある割合で混合された有色電磁波を意味する。完全な飽和色には、白色光の混合はない。例えば、ピンクは、赤と同じ色相を有すると考えられるが、白色色の混合割合が多いので、飽和度は低い。ここで用いられる「感じられる明度(perceived brightness)」は、照射された表面の単位面積当たりのパワー及び反射度の関数である。幾つかの実施例において、特性は異なるが同じ光束量を発する表面は、同じ明るさであると感じられる。
本発明において、照明源(20)は、物体(26)の表面(27)に対して一連の投射を行なう。なお、本発明は投射の順序を限定するものではなく、任意の投射が任意の順序で行われることは理解されるべきである。ここで用いられる「第１投射」「第２投射」「第３投射」「第４投射」「第５投射」という語は、単に説明の都合上用いられるものであって、本発明を限定するものと解すべきでない。一実施例おいて、各投射は物体(26)の同じ表面領域を占める。
複数の画像キャプチャ装置(21a)〜(21d)は、各投射を検出する。図１及び図２に示される如く、画像キャプチャ装置(21a)〜(21d)は、異なる複数の位置に配置されることができ、各装置は、照明源(20)から投射され、物体(26)の表面(27)から反射した電磁波を検出することができる。この実施例では、どの投射の場合も、２以上の画像キャプチャ装置(21a)〜(21d)は、同じ投射について１以上の同一領域(identical area)を検出し、及び／又は記録する。画像キャプチャ装置(21)は、第１、第２、第３、第４及び第５の投射の間、固定された位置にある。この実施例では、画像キャプチャ装置(21)の数は特に定められることはなく、任意である。
本発明の他の実施例において、画像キャプチャ装置(21a)〜(21d)は、物体(26)の表面から反射された電磁波を記録することができるコンピュータ・プログラム・デバイスに接続されることができる。図１及び図２では、画像キャプチャ装置は複数の構成であるが、単一の画像キャプチャ装置(21)でも構わない。この実施例において、単一の画像キャプチャ装置(21)は、第１、第２、第３、第４及び第５の投射の間、固定された位置にある。単一の画像キャプチャ装置(21)は、次に、別の位置に移され、次の第１、第２、第３、第４及び第５の投射の間、新たに固定された位置にある。このように、同じカメラから、複数の角度で順次キャプチャされる。他の実施例において、画像キャプチャ装置(21)は固定された位置にあり、物体(26)は、組立ラインでのように移動されることができる。画像キャプチャ装置(21)は、デジタルカメラ、アナログカメラ、ＣＣＤカメラ等を含むことができる。
図１に示されるように、照明源(20)は、物体(26)から距離Ｄ離れた位置に配置される。距離Ｄは、照明源(20)が物体(27)の表面に電磁波を投射することができ、画像キャプチャ装置(21)が物体(27)の表面から反射した電磁波を検出することができる任意の長さである。一実施例において、距離Ｄは、約３〜約３０フィートである。画像キャプチャ装置(21a)〜(21d)は、任意の適当な位置に配置される。一実施例において、画像キャプチャ装置(21a)〜(21d)の間隔は略均一にすることができる。画像キャプチャ装置(21a)〜(21d)と物体(26)との間の距離は、例えば、約６インチ〜約５０フィートである。
画像キャプチャ装置(21a)〜(21d)が、電磁波の現在の投射に関するデータを検出すると、画像キャプチャ装置(21)は、投射の記録を、情報を格納できるコンピュータプログラムに送信する。
画像キャプチャ装置(21)が、電磁波の第１、第２、第３、第４又は第５の投射の中の任意の投射を検出し、及び／又は、記録すると、プロジェクタ(20)は、現在の投射を中止して、次の投射を行なう。一実施例において、第１の投射を行なし、第１の投射を検出し、第１の投射を中止し、第２の投射を行ない、第２の投射を検出し、第２の投射を中止する等のプロセスは自動的に行なわれる。
物体(26)の表面(27)に投射された第１、第２、第３及び第４の投射は、有色光の複数の領域を含むことができる。一実施例において、有色光の領域は、区分化された波長を有する電磁波の略並行な帯域を含んでいる。区分化された波長の平行帯域は、図３の帯域(28)、図５の帯域(29)、図５の帯域(30)及び図６の帯域(31)として示される。図１７に示される他の実施例において、有色光の領域は、同心円の電磁波を含んでおり、各々が区分化された波長を含んでいる。この実施例では、区分化された波長の帯域は、屈曲した帯域(70)である。
この明細書で用いられる「区分化された特性(differentiated characteristic)」という語は、各々の単独帯域(individual band)が、該単独帯域に隣接する位置にあるどの帯域とも、波長、色相、彩度、感じられる明度又はＲＧＢ値が異なることを意味し、また、単独帯域に隣接する各々の単独帯域及び複数帯域の波長、色相、彩度、感じられる明度又はＲＧＢ値は、画像キャプチャ装置(21)により検出可能、識別可能であることを意味する。「区分化された波長(differentiated wavelength)」という語は、各々の単独帯域が、該単独帯域に隣接する位置にあるどの帯域とも、波長が異なることを意味し、また、単独帯域に隣接する各々の単独帯域及び複数帯域の波長は、画像キャプチャ装置(21)により検出可能、識別可能であることを意味する。
この明細書で用いられる「ＲＧＢ値」という語は、赤、緑及び青の電磁波の総合値を意味する。一実施例において、各々の単独帯域カラーは特定のＲＧＢ(赤、緑、青)値を有している。赤の電磁波、緑の電磁波及び青の電磁波は、可視スペクトルの中で任意のカラーを取得するために、様々な割合で合成される。赤、緑及び青の値は、最大強度(full intensity)の０〜１００パーセントの範囲をとることができる。各カラーは、１０進数で０〜２５５の範囲で表され、各カラーについて２５６の値がある。一実施例において、ＲＧＢの２進値は、図１４に示される表に基づいて決定される。黒、緑、赤、黄、青、シアン、マゼンタ及び白の各々は、赤電磁波、緑電磁波及び青電磁波のカラー合成(color composites)であり、個々のＲＧＢ成分の値は０〜２５５の範囲である。黒はＲＧＢ成分の中に存在せず、白は全てのＲＧＢ成分の中に等量存在する。赤は、赤値が２５５で、緑値及び青値は０である。同様に、青は、青値が２５５で、赤値及び緑値は０であり、緑は、緑値が２５５で、赤値及び青値は０である。シアンは、緑値２５５、青値２５５で、赤値が０である。マゼンタは、赤値２５５、青値２５５で、緑値が０である。他の実施例において、各々の単独ＲＧＢ値は、等価の１０進数、１６進数又は２進数で表されることができる。例えば、各々の単独ＲＧＢ値は、００００００００〜１１１１１１１１の範囲の１０進値を有することができる。この実施例において、赤電磁波は、赤値１１１１１１１１、青値００００００００、緑値００００００００である。各カラーは、赤電磁波、青電磁波及び緑電磁波に対してＲＧＢ値を有している。合計で１６，７７７，２１６のＲＧＢカラー値が可能である。
一実施例において、各々の単独帯域は、黒、緑、赤、黄、青、シアン、マゼンタ又は白を含むカラーの１種を有する電磁波を有している。他の実施例において、複数帯域は、単独帯域を含み、各々の単独帯域は、各々の隣接帯域が単独帯域よりも強度が大きく異なるようなカラーを有している。他の実施例において、複数の平行帯域は、黒、緑、赤、黄、青、シアン、マゼンタ及び白の順序で投射される。この順序により、また、強度が大きく異なる他の順序を用いることにより、カラーの各帯域の間に不透明ディバイダ(opaque devider)を用いなくても、隣接カラーの映り込み(bleed through)を最小にすることができる。他の実施例において、各々の単独帯域は、全ての単独帯域に亘って均一な外観を有している。ここで用いられる「均一な外観(uniform appearance)」は、各々の単独帯域が、帯域の全体に亘って均一な色相及び明度を有している。
図３に示されるように、第１の投射は、物体(26)の表面(27)に投射された電磁波(28)であって、区分化された波長をもち、複数の略平行な広帯域の電磁波(28)を含んでいる。一実施例において、複数の略平行な広帯域は、略垂直である。しかし、複数の略平行な広帯域(28)は、垂直から９０oよりも小さい任意の角度で配置されることができる。ここで用いられる「幅広垂直帯域(wide vertical bands)」という語は、略垂直な向きを有し、複数の区分化された波長をもつ電磁波の略平行な広帯域であって、垂直から９０oよりも小さい任意の角度で配置されるものを意味する。一実施例において、単独の幅広垂直帯域(28)の各々は、単一の異なるカラーを有し、帯域(28)の全体に亘って均一な外観を有している。物体(26)の表面(27)には、任意の数の幅広垂直帯域(28)が投射されることができる。一実施例では、約４〜約２７の幅広垂直帯域(28)が物体(26)の表面に投射される。特定の実施例では、８つの幅広垂直帯域(28)が物体(26)の表面に投射される。幅広垂直帯域の幅は、サイズ及び形状に応じて、変えられる。他の実施例において、幅広垂直帯域(28)の各々は、実質的に同じ幅である。
画像キャプチャ装置(21)が幅広垂直帯域(28)の投射を検出し、及び／又は、記録すると、その情報は、コンピュータプロセッサへ送られる。ここで用いられる「コンピュータプロセッサ」という語は、少なくとも１つの画像キャプチャ装置(21)からの情報を受信することができ、該情報を数的操作及び／又はフォーマットすることのできる任意のデバイスを意味する。図７に示されるように、幅広垂直帯域(28)の各々は、第１投射の幅広垂直帯域(28)の各々のＲＧＢ値又は波長に基づいて、カラー数値識別子が割り当てられる。図７に示されるように、８つの幅広垂直帯域が第２の投射で投射されるとき、８つの帯域の各々に対するカラー数値識別子は、夫々、０，８，１６，２４，３２，４０，４８及び５６である。しかしながら、非繰返し(non-repeating)のカラー数値が幅広垂直帯域(28)の各々に割り当てられることができる。一実施例において、この情報は、コンピュータプロセッサに含まれるファイルに格納されることができる。
図４に示されるように、第２の投射は、物体(26)の表面(27)に投射された電磁波(29)であって、区分化された波長をもち、複数の略平行な狭帯域の電磁波(29)を含んでいる。一実施例において、狭帯域(29)は、第１の投射の広帯域(28)と略同じ向きを有している。他の実施例において、複数の略平行な狭帯域は、略垂直である。しかし、複数の略平行な狭帯域(28)は、垂直から９０oよりも小さい任意の角度で配置されることができる。ここで用いられる「幅狭垂直帯域(thin vertical bands)」という語は、略垂直な向きを有し、複数の区分化された波長をもつ電磁波の略平行な狭帯域であって、垂直から９０oよりも小さい任意の角度で配置されるものを意味する。
少なくとも１以上の幅狭垂直帯域(29)の幅が、第１の投射の少なくとも１以上の幅広垂直帯域(28)の幅よりも小さい場合、物体(26)の表面には、任意の数の幅狭垂直帯域(29)が投射されることができる。他の実施例において、幅狭垂直帯域(29)の各々は、実質的に同じ幅である。約１６〜約７２９の幅狭垂直帯域(29)が物体(26)の表面に投射される。他の実施例では、幅狭垂直帯域(29)は、先に幅広垂直帯域(28)で照明された物体(26)の領域を再分割(subdivide)する。特定の実施例において、６４の幅狭広垂直帯域(29)は、物体(26)の表面(27)に投射され、先に８つの幅広垂直帯域(28)で照明された物体(26)の領域を再分割する。他の実施例において、第２の投射の８つの幅狭垂直帯域(29)は、第１の投射の１つの幅広垂直帯域(28)と同じ表面領域を占める。さらに他の実施例において、第２の投射の６４の幅狭垂直帯域(29)は、好適には、第１の投射の８つの幅広垂直帯域(28)によって占められた表面領域を等しく再分割する。
画像キャプチャ装置(21)が幅狭垂直帯域(29)の投射を検出し、及び／又は、記録すると、その情報は、コンピュータプロセッサへ送られる。図８に示されるように、幅狭垂直帯域(29)の各々は、第２投射での幅狭垂直帯域(29)の各々のＲＧＢ値又は波長に基づいて、カラー数値識別子が割り当てられる。このカラー数値は、第２の投射の幅狭垂直帯域(29)の各々に割り当てられることができる。一実施例において、第２の投射で、６４の幅狭垂直帯域(29)が投射されるとき、６４の帯域の各々に対するカラー数値識別子は、夫々、０，１，２，３，４，５，６，７，０，１，２などの繰返しパターンである。しかしながら、第１の投射での単一の幅広垂直帯域が占める領域を再分割する幅狭垂直帯域(29)に対するカラー数値が非繰り返しである場合、任意の繰返しカラー数値が、幅狭垂直帯域(29)の各々に割り当てられることがことができる。一実施例において、その情報は、コンピュータプロセッサに含まれるファイルに格納されることができる。
図１１に示されるように、幅広垂直帯域(28)と幅狭垂直帯域(29)の両帯域について格納されたカラー数値識別子は、垂直方向の最終領域の値(final region value)(40)を生成する機能によって合成されることができる。垂直方向の最終領域の値(40)は、幅広垂直帯域(28)に割り当てられたカラー数値と幅狭垂直帯域(29)に割り当てられたカラー数値の関数であり、前記帯域は、夫々、第１の投射と第２の投射において同じ表面領域を占める。一実施例において、物体(26)の表面(27)上の任意の特定位置に対する最終領域の値(40)は、第１及び第２の投射の領域に割り当てられたカラー数値の関数であり、もし両方の投射が同時に行われるときはオーバーラップするであろう。幅広垂直帯域(28)と幅狭垂直帯域(29)のどの組合せに対しても、２つの垂直方向の最終領域の値(40)は同一ではない。一実施例において、図１１に示されるように、６４の固有水平位置を特定する６４の垂直方向の最終領域の値(40)は、８つの幅広垂直帯域(28)に割り当てられたカラー数値と６４の幅狭垂直帯域(29)に割り当てられたカラー数値についての関数を実行することによって特定されることができる。一実施例において、幅広垂直帯域(28)のカラー数値と幅狭垂直帯域(29)のカラー数値を加えることにより、垂直方向の最終領域の値(40)を生成することができる。図１１に示されるように、左から右へカラー数値に沿って進み、図１１ａに示される幅広垂直帯域値で開始し、図１１ｂに示される幅狭垂直帯域のカラー数値を加えると、次のとおり、垂直方向の最終領域の値(40)が得られる：
０＋０＝０，０＋１＝１，０＋２＝２，０＋３＝３，０＋４＝４，０＋５＝５，０＋６＝６，０＋７＝７，８＋０＝８，８＋１＝９，８＋２＝１０，８＋３＝１１，８＋４＝１２，８＋５＝１３，８＋６＝１４，８＋７＝１５，１６＋０＝１６など、図１１ｃに示される。
幅広垂直帯域(28)のカラー数値と幅狭垂直帯域(29)のカラー数値の関数の結果として垂直方向の最終領域値(40)を作成する利点は、両帯域に存在する任意の水平方向位置が数的に特定されることである。数値識別子により、オペレータは、投射における位置を手操作で決定する必要性はなくなる。一実施例において、固有の垂直方向の最終領域値(40)の各々は、コンピュータプログラムの中に格納されることができる。
図５及び図６を参照すると、図３及び図４に示された幅広垂直帯域(28)及び幅狭垂直帯域(29)と略直交する幅広水平帯域(30)と幅狭水平帯域(31)について、前述と同じプロセスが示されている。それゆえ、幅広水平帯域(30)を有する第３の投射を行ない、第３の投射を検出し、幅広水平帯域(30)の各々について、図９に示されようにカラー数値を割り当てて、随意的にカラー数値を格納する追加のステップについては、ここでの詳しい説明は省略する。しかしながら、これらの追加ステップは、前記と同じ手順で行われものと理解され、投射された画像全体が、第１の投射の幅広垂直帯域(28)に関して約９０o回転されることは理解されるであろう。同様に、幅狭水平帯域(31)を有する第４の投射を行ない、第４の投射を検出し、幅狭水平帯域(31)の各々について、図１０に示されようにカラー数値を割り当てて、随意的にカラー数値を格納する追加のステップについても、ここでの詳しい説明は省略する。しかしながら、これらの追加ステップは、前記と同じ手順で行われものと理解され、幅狭水平帯域(31)は、幅広水平帯域(30)と略同じ向きであることは理解されるであろう。
図１２に示されるように、幅広水平帯域(30)と幅狭垂直帯域(31)の両帯域について格納されたカラー数値識別子は、水平方向の最終領域の値(41)を生成する機能によって合成されることができる。水平方向の最終領域の値(41)は、幅広水平帯域(30)に割り当てられたカラー数値と幅狭水平帯域(31)に割り当てられたカラー数値の関数であり、前記帯域は、夫々、第３の投射と第４の投射において同じ表面領域を占める。一実施例において、物体(26)の表面(27)上の任意の特定位置に対する最終領域の値(41)は、第３及び第４の投射の領域に割り当てられたカラー数値の関数であり、もし両方の投射が同時に行われるときはオーバーラップするであろう。幅広水平帯域(30)と幅狭水平帯域(31)のどの組合せに対しても、２つの水平方向の最終領域の値(41)は同一ではない。一実施例において、図１２に示されるように、６４の固有垂直位置を特定する６４の水平方向の最終領域値(31)は、８つの幅広水平帯域(30)に割り当てられたカラー数値と６４の幅狭水平帯域(30)に割り当てられたカラー数値についての関数を実行することによって特定されることができる。一実施例において、幅広水平帯域(30)のカラー数値と幅狭水平帯域(31)のカラー数値を加えることにより、水平方向の最終領域値(41)を生成することができる。図１２に示されるように、上から下へカラー数値に沿って進み、図１２ａに示される幅広水平帯域値で開始し、図１２ｂに示される幅狭水平帯域のカラー数値を加えると、次のとおり、垂直方向の最終領域値(41)が得られる：
０＋０＝０，０＋１＝１，０＋２＝２，０＋３＝３，０＋４＝４，０＋５＝５，０＋６＝６，０＋７＝７，８＋０＝８，８＋１＝９，８＋２＝１０，８＋３＝１１，８＋４＝１２，８＋５＝１３，８＋６＝１４，８＋７＝１５，１６＋０＝１６など、図１２ｃに示される。
幅広水平帯域(30)と幅狭水平帯域(31)の関数の結果として水平方向の最終領域値(41)を作成する利点は、合成された投射における任意の垂直方向位置が数的に特定されることである。数値識別子により、オペレータは、投射における位置を手操作で決定する必要性は不要になる。一実施例において、固有の水平方向の最終領域値(41)の各々は、コンピュータプログラムの中に格納されることができる。
垂直方向の最終領域の値(40)と水平方向の最終領域の値(41)を決定するステップは、連続的に又は同時に行なうことができる。一実施例では、図１３に示されるように、垂直方向の最終領域値(40)と水平方向の最終領域値(41)が合成されて、全体の最終領域の値(overall final region value)(50)が作成される。全体の最終領域値(50)は、ｘ軸を表す垂直方向の最終領域値(40)と、ｙ軸を表す水平方向の最終領域値(41)の関数である。一実施例において、全体の最終領域の値(50)は、水平方向の最終領域値(41)の数と垂直方向の最終領域値(40)の数の積に等しい。一実施例において、垂直方向の最終領域値(40)は６４で、水平方向の最終領域値(41)は６４である場合、４０９６の全体の最終領域値(50)が特定される(identified)。これらの全体の最終領域値(50)は、各々が、固有インデックスを特定することができ、物体(26)の表面(27)に特定の(ｘ,ｙ)位置を含むことができる。一実施例において、全体の最終領域値(50)は、各々が数値表示によって特定される。他の実施例において、この情報は、コンピュータプログラムの中に格納される。さらに他の実施例において、全体の最終領域の値(50)は、物体(26)の表面(27)の領域の正確な位置を必要とするトライアンギュレーション法で用いられることができる。画像キャプチャ装置(21)によって得られる複数の画像は、固有の全体の最終領域値(50)を参照することによりトライアンギュレートされることができる。
図１、図２及び図１５に示されるように、第５の投射は、物体(26)の表面(27)に投射される電磁波のパターンを含んでいる。パターンの投射は、ドット、四角、菱形、×形状のマーク又はチェックの如きターゲット(32)の均一(一様)な任意の繰返しパターンを含むことができる。一実施例において、パターンの投射は、白色の可視光を含んでいる。他の実施例において、パターンの投射は、単一カラーの可視光を含んでおり、全てのターゲット(32)は、投射の全体を通じて、略同じ均一な外観を有している。図２は、単一のターゲット(32)の物体(26)表面への投射を示している。図１及び図１５は、複数のターゲット(32)の投射が均一に分配され、電磁波のパターンが形成されることを示している。
投射されたターゲット(32)の密度は、物体(26)の表面形状の変化に依存する。急勾配を有する物体(26)の表面(27)は、一般的には、より高密度アレイのターゲット(32)を必要とし、緩勾配を有する表面領域よりも高精度で表面形状を決定することができる。投射されるターゲット(32)の密度は、典型的には、物体の表面積当たりのターゲットが約２０００〜約８０００である。物体(26)の表面積は、１平方インチよりも小さいものから数平方フィートまである。一実施例において、６４の幅狭垂直帯域(27)と６４の幅狭水平帯域(28)の場合、約４０９６のターゲットが物体の表面に投射される。画像キャプチャ装置(21)が、電磁波の均一パターンを検出し、及び／又は、記録すると、プロジェクタ(20)は第５の投射を中止する。
最終位置の値が決定されると、これらの値は、第５の投射で投射された電磁波の均一なパターンから得られた情報データと関係つけられ、相関関係をもつ領域値(60)が作られる。一実施例において、ターゲット(32)、幅広垂直帯域(28)、幅狭垂直帯域(29)、幅広水平帯域(30)及び幅狭水平帯域(31)の数については、各ターゲット(32)が全体の最終領域の値(50)の１つと正確に対応するように選択される。図１６に示されるように、電磁波のパターンに投射された各ターゲット(32)は、全体の最終領域の値(50)と完全に一致し、相関関係をもつ領域値(60)が作られる。このように、単独(individual)ターゲット(32)の各々は、固有の全体の最終領域値(50)と関係づけられる。一実施例において、各々の単独ターゲット(32)は、全体の最終領域値(50)とターゲット(32)が共有する特定の表面領域と一致する数値が割り当てられる。他の実施例において、ターゲット(32)の中心を見つけるのに、マスアルゴリズム(mass algorithm)の中心が用いられる。カラー数値識別子は、数値アレイの中へ入力され、ターゲットの規定された中心と調和するように処理され、次に、最終領域値(50)と関係づけられ、相関関係をもつ領域値(60)が作られる。画像キャプチャ装置(21)が取得した数多くの画像は、識別されたターゲットを必要とする任意のトライアンギュレーション法を用いて、トライアンギュレートされ、三次元画像が作られる。
ここに記載した方法及び装置は、構成要素の組立及び形状検査をより容易に行なうことができる。システム(10)及び上記プロセスが有利であると考えられる物体(26)として、航空機部品、船舶部品、車部品、半導体又は集積回路基板等が挙げられる。航空機部品として、例えば、機体、翼、外板(skin panels)、エアクラフトガラスの他、航空機の組立に用いられる機械加工部品等が挙げられる。航空機(aircraft)という語は、飛行機(planes)、ジェット機、無人飛行機、ヘリコプター、小型飛行船、風船、ミサイル、その他少なくとも一部でも飛行可能な装置を含んでいる。船舶部品として、例えば、船体、甲板、隔壁、２番底、側板、船首及び船尾構造体の他、船舶の組立に用いられる機械加工部品等が挙げられる。船舶(watercraft)という語は、船、ボート、遊覧船、潜水艦、その他水媒体の中を浮遊又は移動可能な装置を含んでいる。車部品として、ボンネット、フェンダー、車体パネル、ドアパネル、トラック荷台、天板、トランクパネル、自動車フレーム、床板、自動車ガラス、自動車シートの他、乗り物の組立に用いられる機械加工部品等が挙げられる。車という語は、自動車、トラック、スポーツ汎用車、オートバイ、電動車椅子、装甲車、タンクローリー等を含んでいる。
本発明の望ましい実施例は例示として記載したものであり、当該分野の専門家であれば、発明の詳細については、特許請求の範囲に規定された発明から逸脱することなく種々の変形をなし得るであろう。
フォトグラメトリーによる本発明の一実施例に係る三次元画像システムであって、異なる複数の位置にある電磁波のターゲットを物体表面に投射するための照明源と、様々な角度から複数のターゲットを検出するための複数の画像キャプチャ装置を用いたシステムの模式説明図である。 フォトグラメトリーによる本発明の一実施例に係る三次元画像システムであって、電磁波の単一ターゲットを物体の表面に投射するための照明源と、様々な角度から単一ターゲットを検出するための複数の画像キャプチャ装置を用いたシステムの模式説明図である。 本発明の一実施例に係るもので、物体の表面に投射された複数の幅広垂直帯域の模式説明図である。 本発明の一実施例に係るもので、物体の表面に投射された複数の幅狭垂直帯域の模式説明図である。 本発明の一実施例に係るもので、物体の表面に投射された複数の幅広水平帯域の模式説明図である。 本発明の一実施例に係るもので、物体の表面に投射された複数の幅狭垂直帯域の模式説明図である。 本発明の一実施例に係るもので、幅広垂直帯域に対するカラー数値識別子の値チャートの模式説明図である。 本発明の一実施例に係るもので、幅狭垂直帯域に対するカラー数値識別子の値チャートの模式説明図である。 本発明の一実施例に係るもので、幅広水平帯域に対するカラー数値識別子の値チャートの模式説明図である。 本発明の一実施例に係るもので、幅狭水平帯域に対するカラー数値識別子の値チャートの模式説明図である。 本発明の一実施例に係るもので、垂直帯域の合成を説明する模式図である。 本発明の一実施例に係るもので、水平帯域の合成を説明する模式図である。 水平方向の最終領域値と垂直方向の最終領域値の合成関数として作られた全体の最終領域の値の説明図である。 本発明の一実施例に係るＲＧＢカラー値を示すチャートである。 物体の表面に投射された白色色のドットパターンの模式説明図である。 本発明の一実施例に係るもので、個々に相関関係をもつ領域値を有する有色ターゲットの模式説明図である。 本発明の一実施例に係るもので、物体の表面に投射された複数の同心円帯域の模式説明図である。

Claims (70)

  1. 三次元物体の形状を決定する方法であって、
    第１帯域の投射を行なうために、区分化された特性をもつ複数の第１帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明し、
    区分化された特性をもつ第１帯域の投射を検出し、
    前記第１帯域とは異なる向きの第２帯域の投射を行なうために、区分化された特性をもつ複数の第２帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明し、
    区分化された特性をもつ第２帯域の投射を検出し、
    検出された第１帯域の投射と検出された第２帯域の投射から物体の形状を決定する、ことを含んでいる方法。
  2. 第１帯域の区分化された特性は、区分化された波長を有しており、第２帯域の区分化された特性は、区分化された波長を有している請求項１の方法。
  3. 複数の第１帯域の各々は、各帯域の全体に亘って均一な外観を有している請求項１の方法。
  4. 複数の第１帯域の各々は、互いに隣接している請求項１の方法。
  5. 複数の第１帯域の各々は、互いに略平行である請求項１の方法。
  6. 複数の第１帯域の各々は、屈曲している請求項１の方法。
  7. 複数の第１帯域は、同心円に形成されている請求項１の方法。
  8. 複数の第２帯域の各々は、各帯域の全体に亘って均一な外観を有している請求項１の方法。
  9. 複数の第２帯域の各々は、互いに略平行である請求項１の方法。
  10. 複数の第１帯域の各々は、互いに隣接している請求項１の方法。
  11. 複数の第１帯域の向きは、複数の第２帯域の向きと略直交している請求項１の方法。
  12. 複数の第１帯域及び複数の第２帯域の一方は略垂直方向の向きであり、複数の第１帯域及び複数の第２帯域の他方は略水平方向の向きである請求項１の方法。
  13. 第１帯域の数は、第２帯域の数と等しい請求項１の方法。
  14. 複数の第１帯域は、４以上の第１帯域を含んでいる請求項１の方法。
  15. 複数の第１帯域は、６〜１２の第１帯域を含んでいる請求項１の方法。
  16. 複数の第１帯域の各々は、異なる有色光を含んでいる請求項１の方法。
  17. 複数の第２帯域の各々は、異なる有色光を含んでいる請求項１の方法。
  18. 第１帯域の投射の検出と第２帯域の投射の検出は、カメラによって行われ、カメラは、物体に関して異なる位置に移動可能である請求項１の方法。
  19. 複数のカメラは、第１帯域の投射と第２帯域の投射を検出する請求項１の方法。
  20. カラー数値識別子を、複数の第１帯域及び複数の第２帯域の各々へ割り当てるステップをさらに含んでいる請求項１の方法。
  21. カラー数値識別子の各々は固有の数である請求項２０の方法。
  22. 全体の最終領域の一連の値を計算するステップをさらに含んでおり、全体の最終領域値の各々は、第１帯域のカラー数値識別子及び第２帯域のカラー数値識別子の関数で決定される請求項２０の方法。
  23. 異なるターゲットを含む電磁波のパターンで、物体の表面の同じ部分を照明し、該ターゲットを検出することをさらに含んでいる請求項２２の方法。
  24. 異なるターゲットは、白色光を含んでいる請求項２３の方法。
  25. 異なるターゲットは、略丸い形のドットである請求項２３の方法。
  26. 相関関係をもつ領域値を作成するために、異なるターゲットを、全体の最終領域の値と相互に関係づけるステップをさらに含んでいる請求項２３の方法。
  27. 異なるターゲットを全体の最終領域の値と相互に関係づけるステップは、コンピュータプログラムによって行われる請求項２６の方法。
  28. 異なるターゲットを最終領域の値と相互に関係づけるステップは、物体の表面の三次元モデルを作成するために、相関関係をもつ領域値をトライアンギュレートすることを含んでいる請求項２６の方法。
  29. 前記第１帯域の向きと実質的に同じ向きの幅狭の複数の第１帯域であって、その少なくとも１つの幅が前記第１帯域の少なくとも１つの幅よりも小さい幅狭の第１帯域の投射を行なうために、区分化された波長をもつ複数の幅狭の第１帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明し、
    区分化された波長をもつ幅狭の第１帯域の投射を検出し、
    前記第２帯域の向きと実質的に同じ向きの幅狭の複数の第２帯域であって、その少なくとも１つの幅が前記第２帯域の少なくとも１つの幅よりも小さい幅狭の第２帯域の投射を行なうために、区分化された波長をもつ複数の幅狭の第２帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明し、
    区分化された波長をもつ幅狭の第２帯域の投射を検出することをさらに含んでいる請求項１の方法。
  30. 物体は航空機の部品である請求項１の方法。
  31. 物体は船舶の部品である請求項１の方法。
  32. 物体は車の部品である請求項１の方法。
  33. 三次元物体の形状を決定する方法であって、
    広帯域の投射を行なうために、区分化された特性をもつ複数の電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明し、
    区分化された特性をもつ広帯域の投射を検出し、
    前記広帯域と実質的に同じ向きの狭帯域の投射を行なうために、区分化された特性をもつ複数の狭帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明し、
    区分化された特性をもつ狭帯域の投射を検出し、
    検出された広帯域の投射と検出された狭帯域の投射から物体の形状を決定する、ことを含んでいる方法。
  34. 第１帯域について区分化された特性は、区分化された波長を有しており、第２帯域について区分化された特性は、区分化された波長を有している請求項３３の方法。
  35. 広帯域の各々は、均一な外観を有している請求項３３の方法。
  36. 広帯域の各々は、互いに隣接している請求項３３の方法。
  37. 広帯域の各々は、互いに略平行である請求項３３の方法。
  38. 狭帯域の各々は、均一な外観を有している請求項３３の方法。
  39. 狭帯域の各々は、互いに略平行である請求項３３の方法。
  40. 狭帯域の各々は、互いに隣接している請求項３３の方法。
  41. 狭帯域の投射は、広帯域の投射の上に重ね合わされる請求項３３の方法。
  42. 前記広帯域の向きと異なる向きの追加の広帯域の投射を行なうために、区分化された波長をもつ複数の追加の広帯域を含む電磁波で、物体の表面の同じ部分を照明し、
    区分化された波長をもつ追加の広帯域の投射を検出し、
    追加の広帯域の向きと略同じ向きの複数の追加の狭帯域であって、その少なくとも１つの幅が少なくとも１つの追加の広帯域の幅よりも小さい追加の狭帯域の投射を行なうために、区分化された波長をもつ複数の追加の狭帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明し、
    区分化された波長をもつ追加の狭帯域の投射を検出することをさらに含んでいる請求項３３の方法。
  43. 複数の広帯域の向きは、複数の追加の広帯域の向きと略直交している請求項４２の方法。
  44. 複数の広帯域及び複数の追加の広帯域の一方は略垂直方向の向きであり、複数の広帯域及び複数の追加の広帯域の他方は略水平方向の向きである請求項４２の方法。
  45. 広帯域の数は、追加の広帯域の数と等しい請求項４２の方法。
  46. 複数の広帯域は、３以上の広帯域を含んでいる請求項４２の方法。
  47. 複数の広帯域は、６〜１２の広帯域を含んでいる請求項４２の方法。
  48. 広帯域の各々は、異なる有色光を含んでいる請求項４２の方法。
  49. 複数の追加の広帯域の各々は、異なる有色光を含んでいる請求項４２の方法。
  50. カラー数値を、広帯域、狭帯域、追加の広帯域及び追加の狭帯域の各々に割り当てることをさらに含んでいる請求項４２の方法。
  51. 広帯域に対するカラー数値と狭帯域に対するカラー数値の各々の数値から第１の最終領域値を作成し、追加の広帯域に対するカラー数値と追加の狭帯域に対するカラー数値の各々の数値から第２の最終領域値を作成することをさらに含んでいる請求項５０の方法。
  52. 第１の最終領域値と第２の最終領域値の各々から、全体の最終領域値を作成することをさらに含んでいる請求項５１の方法。
  53. 異なるターゲットを含む電磁波のパターンで、物体の表面の同じ部分を照明し、異なるターゲットを検出することをさらに含んでいる請求項５２の方法。
  54. 異なるターゲットをもつ電磁波は、ほぼ白色の可視光を含んでいる請求項５３の方法。
  55. 相関関係をもつ領域値を作成するために、異なるターゲットを、全体の最終領域の値と相互に関係づけることをさらに含んでいる請求項５３の方法。
  56. 異なるターゲットと最終領域値との相互の関係づけは、コンピュータプログラムによって行われる請求項５５の方法。
  57. 異なるターゲットと最終領域値との相互の関係づけは、物体の表面部の三次元モデルを作成するために、相関関係をもつ領域値をトライアンギュレートすることを含んでいる請求項５５の方法。
  58. 物体は航空機の部品である請求項３３の方法。
  59. 物体は船舶の部品である請求項３３の方法。
  60. 物体は車の部品である請求項３３の方法。
  61. 三次元物体の形状を決定する方法であって、
    各帯域が投射を行なうための略均一な外観を有し、区分化された特性をもつ複数の帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明し、
    区分化された特性をもつ帯域を含む投射を検出し、
    検出された投射から物体の形状を決定する、ことを含んでいる方法。
  62. 第１帯域の区分化された特性は、区分化された波長を有しており、第２帯域の区分化された特性は、区分化された波長を有している請求項６１の方法。
  63. 複数の帯域の各々は、互いに隣接している位置にある請求項６１の方法。
  64. 複数の帯域の各々は、互いに略平行である請求項６１の方法。
  65. 三次元物体の形状を決定する装置であって、
    第１帯域の投射を行なうために、区分化された特性をもつ複数の第１帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明する照明手段と、
    区分化された特性をもつ第１帯域の投射を検出する検出手段と、
    前記第１帯域とは異なる向きの第２帯域の投射を行なうために、区分化された特性をもつ複数の第２帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明する第２照明手段と、
    区分化された特性をもつ第２帯域の投射を検出する第２検出手段と、
    検出された第１帯域の投射と検出された第２帯域の投射から物体の形状を決定する形状決定手段と、を具えている装置。
  66. 三次元物体の形状を決定する装置であって、
    広帯域の投射を行なうために、区分化された特性をもつ複数の広帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明する照明手段と、
    区分化された特性をもつ広帯域の投射を検出する検出手段と、
    前記広帯域の向きと実質的に同じ向きの複数の狭帯域であって、その少なくとも１つの幅が前記広帯域の少なくとも１つの幅よりも小さい狭帯域の投射を行なうために、区分化された特性をもつ複数の狭帯域を含む電磁波で、物体の表面の同じ部分を照明する手段と、
    区分化された特性をもつ狭帯域の投射を検出する第２検出手段と、
    検出された広帯域の投射と検出された狭帯域の投射から物体の形状を決定する形状決定手段と、を具えている装置。
  67. 三次元物体の形状を決定する装置であって、
    各帯域が投射を行なうための略均一な外観を有し、区分化された特性をもつ複数の帯域を含む電磁波で、物体の表面の少なくとも一部分を照明する照明手段と、
    区分化された特性をもつ帯域を含む投射を検出する検出手段と、
    検出された投射から物体の形状を決定する形状決定手段と、を具えている装置。
  68. 請求項１の方法によって決定された形状を有する物体。
  69. 請求項３３の方法によって決定された形状を有する物体。
  70. 請求項６１の方法によって決定された形状を有する物体。
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