JP2005308597A - 三次元画像取得装置および方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 投影装置10は2値パターン光を物体20に投影し,撮像装置14がその光学像を撮像する。エッジ抽出部32が2値パターン光からエッジを抽出する。また投影装置10は多値パターン光を物体20に投影し,撮像装置14がその光学像を撮像する。2値パターン光から抽出したエッジ情報から多値パターンのストライプを同定し,同定したストライプ像と多値パターン光のストライプ光を対応させることにより距離を取得する。
【選択図】 図1
Description
[ステップ2]:ストライプ光が投射された物体を二つの撮像系にて撮像する。
[ステップ3]:撮像された画像にてエッジを抽出する。エッジとエッジの間の領域を1つのストライプ像として抽出する。
[ステップ4]:二つの撮像系の各々にて抽出されたストライプ像の対応を取り,三角法の原理により物体の距離情報を取得する。
J.F.Canny,A Computational Approach to edge detection,IEEE Trans.PAMI Vol.8 No.6,pp.679−698,1986.
S.M.Smith and J.M. Brady.SUSAN−a new approach to low level image,Processing,Int.Journal of Computer Vision,23(1),pp.45−78,May,1997.
C.Rothwell,J.Mundy,W.Hoffman and V.−D.Nguyen,Driving Vision by Topology,Technical Report No.2444,INRIA,1994.
[ステップ2]:撮像装置14により多値パターン光が投射された物体20を撮像し光学像を取得する(図2,光学像参照)。
[ステップ3]:パターン切替制御部35により投影装置10のパターン光形成部12を制御して多値パターン光を2値パターン光に切り替える。
[ステップ4]:投影装置10を用いて2値パターン光を物体に投射する(図3,投射光参照)。
[ステップ5]:撮像装置14により2値パターン光が投射された物体20を撮像し光学像を取得する(図3,光学像参照)。
[ステップ6]:多値パターンの光学像のエッジを抽出し,エッジ情報を取得する(図4,多値パターン光学像参照)。
[ステップ7]:2値パターンの光学像のエッジを抽出し,エッジ情報を取得する(図4,2値パターン光学像参照)。
[ステップ8]:2値パターンのエッジ情報を多値パターンのエッジ情報に付加,あるいは多値パターンのエッジ情報を2値パターンのエッジ情報に入れ替えた合成エッジ光学像を作成する(図5参照)
[ステップ9]:合成エッジ情報のエッジとエッジの間の領域を1つのストライプ像として抽出する。
[ステップ10]:多値パターン光における個々のストライプ光(図2,投射光参照)と,ステップ9にて抽出した個々のストライプ像のうち,対応するストライプを距離計算部37により抽出し物体の三次元形状を取得する。
[ステップS12]:多値パターンが投影された物体20を撮像装置14で撮影する(第1の光学像)。
[ステップS13]:エッジ抽出部32により,撮影した第1の光学像のエッジを抽出する(第1のエッジ情報)。
[ステップS14]:ストライプのエッジが精度よく抽出されているかどうかを判別する。精度よく抽出されていればステップS15へ進む。精度よく抽出されていなければステップS17へ進む。
[ステップS15]:第1の光学像を基に対応点を抽出する。
[ステップS16]:距離計算部37が対応点に基づいて距離情報を算出する。処理を終了する。
[ステップS17]:エッジが精度よく抽出されていない場合には,投影装置10が物体20に2値パターンを投射する。
[ステップS18]:2値パターンが投影された物体20を撮像装置14で撮影する(第2の光学像)。
[ステップS19]:第2の光学像のエッジを抽出する(第2のエッジ情報)。
[ステップS20]:第1のエッジ情報に第2のエッジ情報を付加し,または第1のエッジ情報を第2のエッジ情報に置き換えて,合成エッジ光学像を作成する。
[ステップS21]:合成エッジ光学像を基に対応点を抽出する。
[ステップS22]:距離計算部37が,抽出した対応点に基づいて距離情報を算出して処理を終了する。
[ステップS32]:多値パターンが投影された物体20を撮像装置14で撮影する(第1の光学像)。
[ステップS33]:エッジ抽出部32により,撮影した第1の光学像のエッジを抽出する(第1のエッジ情報)。
[ステップS34]:第1の光学像を基に対応点を抽出する。
[ステップS35]:距離計算部37が対応点に基づいて距離情報を算出する。
[ステップS36]:距離画像の抜けが許容範囲かどうか判別する。許容範囲であれば処理を終了し,許容範囲でなければ,ステップS37へ進む。
[ステップS37]:投影装置10が物体20に2値パターンを投射する。
[ステップS38]:2値パターンが投影された物体20を撮像装置14で撮影する(第2の光学像)。
[ステップS39]:第2の光学像のエッジを抽出する(第2のエッジ情報)。
[ステップS40]:第1のエッジ情報に第2のエッジ情報を付加し,または第1のエッジ情報を第2のエッジ情報に置き換えて,合成エッジ光学像を作成する。
[ステップS41]:合成エッジ光学像を基に対応点を抽出する。
[ステップS42]:距離計算部37が,抽出した対応点に基づいて距離情報を算出して処理を終了する。
[ステップ2]:2つの撮像装置14,15により多値パターン光が投射された物体20を撮像し光学像を取得する(図2,光学像参照)。
[ステップ3]:パターン切替制御部35により投影装置10のパターン光形成部12を制御し投影装置10の多値パターン光を2値パターン光に切り替える。
[ステップ4]:投影装置10を用いて2値パターン光を物体に投射する(図3,投射光参照)。
[ステップ5]:2つの撮像装置14,15により2値パターン光が投射された物体20を撮像し光学像を取得する(図3,光学像参照)。
[ステップ6]:多値パターンの光学像のエッジを抽出し,エッジ情報を取得する(図4,多値パターン光学像参照)。
[ステップ7]:2値パターンの光学像のエッジを抽出し,エッジ情報を取得する(図4,2値パターン光学像参照)。
[ステップ8]:2値パターンのエッジ情報を多値パターンのエッジ情報に付加,あるいは多値パターンのエッジ情報を2値パターンのエッジ情報に入れ替え,これを2つの撮像装置14,15にて実施し,2つの合成エッジ光学像を作成する(図5参照)。
[ステップ9]:合成エッジ光学像のエッジとエッジの間の領域を1つのストライプ像として抽出する。
[ステップ10]:1つの合成エッジ光学像における個々のストライプ像ともう1つの合成エッジ光学像における個々のストライプ像(図5参照)のうち,対応するストライプ像を距離計算部37により抽出して物体の三次元形状を取得する。
[ステップ2]:同主点撮像装置16と非同主点撮像装置14により多値パターン光が投射された物体20を撮像し光学像を取得(図12,光学像参照)。
[ステップ3]:パターン切替制御部35により投影装置10のパターン光形成部12を制御し投影装置10の多値パターン光を2値パターン光に切り替える。
[ステップ4]:投影装置10を用いて2値パターン光を物体20に投射する(図12,投射光参照)。
[ステップ5]:同主点撮像装置16と非同主点撮像装置14により2値パターン光が投射された物体20を撮像し光学像を取得する(図12,光学像参照)
[ステップ6]:同主点撮像装置16により取得した多値パターンの光学像のエッジを抽出し,エッジ情報を取得する(図13,多値パターン光学像参照)。
[ステップ7]:同主点撮像装置16により取得した2値パターンの光学像のエッジを抽出し,エッジ情報を取得(図13,2値パターン光学像参照)。
[ステップ8]:2値パターンのエッジ情報を多値パターンのエッジ情報に付加,あるいは多値パターンのエッジ情報を2値パターンのエッジ情報に入れ替えた合成エッジ光学像を作成する(図14参照)。
[ステップ9]:非同主点撮像装置14により取得した多値パターンの光学像のエッジを抽出し,エッジ情報を取得(図4,多値パターン光学像参照)
[ステップ10]:非同主点撮像装置14により取得した2値パターンの光学像のエッジを抽出し,エッジ情報を取得する(図4,2値パターン光学像参照)。
[ステップ11]:2値パターンのエッジ情報を多値パターンのエッジ情報に付加,あるいは多値パターンのエッジ情報を2値パターンのエッジ情報に入れ替えた合成エッジ光学像を作成する(図5参照)。
[ステップ12]:同主点撮像装置16および非同主点撮像装置14それぞれの合成エッジ光学像のエッジとエッジの間の領域を1つのストライプ像として抽出する。
[ステップ13]:同主点撮像装置16の合成エッジ光学像における個々のストライプ像と非同主点撮像装置14の合成エッジ光学像における個々のストライプ像(図11,13参照)のうち,対応するストライプ像を距離計算部37により抽出し物体20の三次元形状を取得する。
10a 偏光形成光学系
11 光源
12 パターン光形成部
13 投射レンズ
14,15 撮像装置(非同主点撮像装置)
14a,16a 偏光選択光学系
16 同主点撮像装置
17 同主点配置手段
18 合波器
19 分波器
20 計測物体
101,102 投影装置
20 物体
141,142,161,162 撮像装置
30 計算機
31 多値パターン記憶部
32 エッジ抽出部
33 エッジ記憶部
34 エッジ評価部
35 パターン切替制御部
36 2値パターン記憶部
37 距離計算部
Claims (40)
- コード化された第1パターンを持つ第1パターン光を形成する第1パターン光形成手段と,
上記第1パターンとエッジが対応し光学属性分布が異なるエッジ抽出専用の第2パターンを持つ第2パターン光を形成する第2パターン光形成手段と,
上記第1パターン光および上記第2パターン光を物体に投射する投射手段と,
上記投射手段に対し主点を異なる位置に配置され,上記物体に投射された上記第1パターン光の光学像および上記第2パターン光の光学像を,それぞれの光学像が他の光学像から実質的に影響を受けることなく,撮像する非同主点撮像手段と,
上記非同主点撮像手段により取得された上記第2パターン光の光学像のエッジを抽出するエッジ抽出手段と,
上記第1パターン光と上記エッジ抽出手段により抽出したエッジと上記非同主点撮像手段により取得された上記第1パターン光の光学像とに基づいて対応するパターンを探索することにより距離値を算出する距離算出手段と,
を有することを特徴とする三次元画像取得装置。 - コード化された第1パターンを持つ第1パターン光を形成する第1パターン光形成手段と,
上記第1パターンとエッジが対応し光学属性分布が異なるエッジ抽出専用の第2パターンを持つ第2パターン光を形成する第2パターン光形成手段と,
上記第1パターン光および上記第2パターン光を物体に投射する投射手段と,
上記投射手段に対し主点を異なる位置に配置され,上記物体に投射された上記第1パターン光の光学像および上記第2パターン光の光学像を,それぞれの光学像が他の光学像から実質的に影響を受けることなく,撮像する複数の非同主点撮像手段と,
上記複数の非同主点撮像手段により取得された上記第2パターン光の光学像のエッジを抽出するエッジ抽出手段と,
上記複数の同主点撮像手段により取得された上記第2パターン光の光学像から上記エッジ抽出手段により抽出した複数組のエッジと,上記複数の非同主点撮像手段により取得された複数の上記第1パターン光の光学像とに基づいて対応するパターンを探索することにより距離値を算出する距離算出手段と,
を有することを特徴とする三次元画像取得装置。 - 上記投射手段の主点位置に対し略同主点に配置された同主点撮像手段をさらに有し,上記同主点撮像手段により撮像された上記第1パターン光の光学像と上記非同主点撮像手段により取得された上記第1パターン光の光学像とに基づいて対応するパターンを探索することにより距離値を算出する請求項1または2記載の三次元画像取得装置。
- 上記同主点撮像手段は,分波素子により上記投射手段に対して略同主点に配置される請求項3記載の三次元画像取得装置。
- 上記分波素子はビームスプリッタである請求項4記載の三次元画像取得装置。
- 上記同主点撮像手段は,上記投射手段に対して上記第1パターン光の長さ方向に間隔を置いて配置することにより上記投射手段に対して略同主点に配置される請求項2記載の三次元画像取得装置。
- 上記第1パターン光は多値のパターン光であり,上記第2パターン光は2値のパターン光である請求項1〜6のいずれかに記載の三次元画像取得装置。
- 上記多値のパターン光および上記2値のパターン光は,光の強弱あるいは色の違いを利用して形成される請求項7記載の三次元画像取得装置。
- 上記多値のパターン光および上記2値のパターン光は,ストライプ状あるいは矩形状に整形された光から構成される請求項7または8記載の三次元画像取得装置。
- 上記多値のパターン光および上記2値のパターン光は,それぞれのパターンの形状が同じである請求項7,8または9記載の三次元画像取得装置。
- 上記非同主点撮像手段および上記同主点撮像手段は,時間を前後して上記物体に投射された上記第1パターン光および上記第2パターン光のそれぞれの光学像を別個に撮像する請求項1〜10のいずれかに記載の三次元画像取得装置。
- 上記エッジ抽出手段はエッジ抽出の精度を評価するエッジ評価手段を具備し,上記第1パターン光を先に投射して上記第1パターン光に基づいてエッジを抽出し,上記エッジの抽出精度を上記エッジ評価手段で評価し,評価が所定の評価値に満たない場合に上記第2パターン光を投射して上記第2パターン光に基づいてエッジを抽出する請求項11記載の三次元画像取得装置。
- 上記投射手段は,波長領域が重ならない第1投射素子と第2投射素子とを具備し,上記第1投射素子と第2投射素子とを略同主点に配置し,上記第1投射素子が上記第1パターン光を投射し,上記第2投射素子が上記第2パターン光を投射し,上記非同主点撮像手段および上記同主点撮像手段は,上記第1投射素子の波長領域に感度を有し,上記第2投射素子の波長領域に感度を有さない第1撮像素子と,上記第2投射素子の波長領域に感度を有し,上記第2投射素子の波長領域に感度を有さない第2撮像素子とを具備し,上記第1撮像素子と上記第2撮像素子とを略同主点に配置する請求項1〜12のいずれかに記載の三次元画像取得装置。
- 上記第1投射素子および上記第2投射素子は,合波素子により略同主点に配置される請求項13記載の三次元画像取得装置。
- 上記合波素子はビームスプリッタである請求項14記載の三次元画像取得装置。
- 上記第1投射素子および上記第2投射素子は,上記第1パターン光の長さ方向に間隔を置いて配置することにより略同主点に配置される請求項14記載の三次元画像取得装置。
- 上記第1撮像素子および上記第2撮像素子は,分波素子により略同主点に配置される請求項13〜16のいずれかに記載の三次元画像取得装置。
- 上記分波素子はビームスプリッタである請求項17記載の三次元画像取得装置。
- 上記第1撮像素子および上記第2撮像素子は,上記第1パターン光の長さ方向に間隔を置いて配置することにより略同主点に配置される請求項13〜16のいずれかに記載の三次元画像取得装置。
- 上記第1投射素子および上記第2投射素子と,上記同主点撮像装置は上記第1パターン光の長さ方向に間隔を置いて配置することにより略同主点に配置される請求項13〜19のいずれかに記載の三次元画像取得装置。
- 上記第1パターン光および上記第2パターン光を同時に物体に投射し,上記撮像手段により同時刻に物体を撮像する13〜20のいずれかに記載の三次元画像取得装置。
- 該第1パターン光および該第2パターン光の一方が可視領域の波長を有し,他方が不可視領域の波長を有する請求項13〜21のいずれかに記載の三次元画像取得装置。
- 上記投射手段に偏光光を形成する偏光形成光学系を設け,該撮像手段に偏光方位を選択するための偏光選択光学系をさらに設けた請求項1〜22のいずれかに記載の三次元画像取得装置。
- 第1パターン光形成手段により,コード化された第1パターンを持つ第1パターン光を形成するステップと,
第2パターン光形成手段により,上記第1パターンとエッジが対応し光学属性分布が異なる第2パターンを持つエッジ抽出用の第2パターン光を形成するステップと,
投射手段により,上記第1パターン光および上記第2パターン光を物体に投射するステップと,
上記投射手段に対し主点を異なる位置に配置された,少なくとも1つの撮像手段により,上記物体に投射された上記第1パターン光の光学像および上記第2パターン光の光学像を,それぞれの光学像が他の光学像から実質的に影響を受けることなく,撮像するステップと,
エッジ抽出手段により,上記撮像手段により取得された上記第1パターン光の光学像のエッジおよび上記第2パターン光の光学像のエッジを抽出するステップと,
上記エッジ抽出手段により抽出した上記第1パターンの光学像のエッジに,上記エッジ抽出手段により抽出した上記第2パターンの光学像のエッジを付加して構成した合成エッジ,または,上記エッジ抽出手段により抽出した上記第1パターンの光学像のエッジを,上記エッジ抽出手段により抽出した上記第2パターンの光学像のエッジに置き換えて構成した合成エッジと,上記撮像手段により取得された上記第1パターン光の光学像とに基づいて,距離算出手段により,対応するパターンを探索することにより距離値を算出するステップと,
を有することを特徴とする三次元画像取得方法。 - 第1パターン光形成手段により,コード化された第1パターンを持つ第1パターン光を形成するステップと,
第2パターン光形成手段により,上記第1パターンとエッジが対応し光学属性分布が異なるエッジ抽出用の第2パターンを持つ第2パターン光を形成するステップと,
投射手段により,上記第1パターン光および上記第2パターン光を物体に投射するステップと,
上記投射手段に対し主点を異なる位置に配置された,少なくとも1つの撮像手段により,上記物体に投射された上記第1パターン光の光学像および上記第2パターン光の光学像を,それぞれの光学像が他の光学像から実質的に影響を受けることなく,撮像するステップと,
エッジ抽出手段により,上記撮像手段により取得された上記第2パターン光の光学像のエッジを抽出するステップと,
距離算出手段により,上記エッジ抽出手段により抽出した上記第2パターンの光学像のエッジと,上記撮像手段により取得された上記第1パターン光の光学像とに基づいて,対応するパターンを探索することにより距離値を算出するステップと,
を有することを特徴とする三次元画像取得方法。 - 上記投射手段の主点位置に対し略同主点に配置された同主点撮像手段を設け,上記同主点撮像手段により取得された上記第1パターン光の光学像と上記同主点撮像手段および上記非同主点撮像手段により取得された上記第1パターン光の光学像とに基づいて,対応するパターンを探索することにより距離値を算出する請求項24または25記載の三次元画像取得方法。
- 上記非同主点撮像手段および上記同主点撮像手段は,時間を前後して上記物体に投射された上記第1パターン光および上記第2パターン光のそれぞれの光学像を別個に撮像する請求項24,25または26記載の三次元画像取得方法。
- 上記エッジ抽出手段のエッジ抽出の精度を評価するエッジ評価手段を設け,上記第1パターン光を先に投射して上記第1パターン光に基づいてエッジを抽出し,上記エッジの抽出精度を上記エッジ評価手段で評価し,評価が所定の評価値に満たない場合に上記第2パターン光を投射して上記第2パターン光に基づいてエッジを抽出する請求項27記載の三次元画像取得方法。
- 上記投射手段は,波長領域が重ならない第1投射素子と第2投射素子とを具備し,上記第1投射素子と第2投射素子とを略同主点に配置し,上記第1投射素子が上記第1パターン光を投射し,上記第2投射素子が上記第2パターン光を投射し,上記非同主点撮像手段および上記同主点撮像装置は,上記第1投射素子の波長領域に感度を有し,上記第2投射素子の波長領域に感度を有さない第1撮像素子と,上記第2投射素子の波長領域に感度を有し,上記第2投射素子の波長領域に感度を有さない第2撮像素子とを具備し,上記第1撮像素子と上記第2撮像素子とを略同主点に配置する請求項24〜28のいずれかに記載の三次元画像取得方法。
- 上記第1投射素子および上記第2投射素子は,合波素子により略同主点に配置される請求項29記載の三次元画像取得方法。
- 上記合波素子はビームスプリッタである請求項30記載の三次元画像取得方法。
- 上記第1投射素子および上記第2投射素子は,上記第1パターン光の長さ方向に間隔を置いて配置することにより略同主点に配置される請求項31記載の三次元画像取得方法。
- 上記第1撮像素子および上記第2撮像素子は,分波素子により略同主点に配置される請求項24〜32のいずれかに記載の三次元画像取得方法。
- 上記分波素子はビームスプリッタである請求項33記載の三次元画像取得方法。
- 上記第1撮像素子および上記第2撮像素子は,上記第1パターン光の長さ方向に間隔を置いて配置することにより略同主点に配置される請求項24〜32のいずれかに記載の三次元画像取得方法。
- 上記第1投射素子および上記第2投射素子と,上記同主点撮像装置は上記第1パターン光の長さ方向に間隔を置いて配置することにより略同主点に配置される請求項29〜35のいずれかに記載の三次元画像取得装置。
- 上記第1パターン光および上記第2パターン光を同時に物体に投射し,上記撮像手段により同時刻に物体を撮像する24〜36のいずれかに記載の三次元画像取得方法。
- 該第1パターン光および該第2パターン光の一方が可視領域の波長を有し,他方が不可視領域の波長を有する請求項24〜37のいずれかに記載の三次元画像取得方法。
- 上記投射手段に偏光光を形成する偏光形成光学系を設け,該撮像手段に偏光方位を選択するための偏光選択光学系をさらに設けた請求項24〜38のいずれかに記載の三次元画像取得方法。
- 2値のパターン光を投射し,該2値のパターン光による物体上の光学像を取得し,エッジ抽出手段により該光学像のエッジを抽出し,抽出した上記光学像のエッジを上記物体に付加し,上記光学像のエッジが付加された物体に上記2値のパターンに対応する多値のパターンパターン光を投射し,上記2値のパターンの光学像のエッジが付加された物体上に投影された上記多値のパターン光の光学像を取得し,該光学像に基づいて物体の三次元情報を取得する三次元画像取得方法。
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