JP2005509878A - Ｑ値 - Google Patents

Abstract

本発明はコンピュータ視覚システムによって測定された有効な測定結果を不良結果と識別することに関する。本発明の方法によって、いくつかの測定器具の観測ベクトルから計算された値が、Ｑ値を用いて有効な値及び不良な値へ識別され得る。Ｑ値は誤差楕円のパラメータから計算される。誤差楕円は計算された値及び観測ベクトルを用いて形成される。誤差楕円パラメータから計算された値が入力されている閾値を上回ると、そこで、測定結果が拒絶される。
図１

Description

発明の分野

本発明は３次元計測に関する。本発明は不良測定結果と有効な結果とを識別する方法に関する。

発明の背景

コンピュータ視覚システムは様々な計測装置から得られる情報に基づいている。情報は、例えばレーザー装置、計測用ヘッドを用いて、または画像からの認知を介して測定され得る。得られた情報は、例えば、品質管理システムにおいて利用されてもよい。品質管理システムではこの情報に基づいて、物体の形状の正確さ、着色エラー、または用材の節の数を判定することができる。

測定結果の精度は様々な基準に基づいて評価され得る。測定には様々なエラー構成要素が含まれるかもしれない。それゆえ、不良測定結果と良好な測定結果とを識別することが最も重要である。構成要素の精度は精度要因を用いて評価され得る。しかしながら、精度要因を用いて個々の測定の誤りを判定することは不可能である。代わりに、精度要因は一般的なレベルのシステム精度を説明するために用いられる。

三次元コンピュータ視覚システムでは、概して、照射ポイントをレーザーによって物体の表面に生成する。物体の表面に照射されたこれらのポイントを少なくとも２台のカメラを用いて測定することによって、三次元座標系におけるポイントの座標が得られる。しかしながら、普通は、何台かのカメラを用いてポイントの座標を測定する。同一ポイントに対して各々のカメラで測定された画像の座標は、得られた三次元画像に影響を与える。それゆえ、何台かのカメラを用いると、三次元座標の測定精度が測定パラメータに依存していくらかの確率で改善される。他方、明らかに正確な値からはずれている不正確な測定がカメラによって検出された画像の座標の中に含まれていると、三次元測定の精度は、実質的に低下する。

測定結果のＱ値に基づく方法が、経緯儀を用いて実施される測定において用いられてきた。これらの測定では、所定の座標と別の経緯儀で成された観測との整合性が計算される。しかしながら、これらの方法はカメラを用いて実行されるコンピュータ視覚システムに直接用いることができない。なんとなれば、経緯儀測定はレンズエラーを含んでおらず、高さ座標は経緯儀の定位位置から得られるからである。カメラシステムでは、座標の全ての寸法を画像から計算して測定する。

発明の目的

本発明の目的は、上述の欠点を排除し、または少なくとも大幅にそれらを軽減することである。本発明の特定の目的は、カメラの使用に基づく三次元コンピュータ視覚システムにおいて有効な測定結果を不良結果から識別する新しいタイプの方法を開示することである。

発明の短い説明

本発明はコンピュータ／マシン視覚システムにおける測定結果の識別に関する。本発明は不良測定結果と有効な結果とを自動的に識別することを可能にする。本発明の方法を利用するシステムは、少なくともカメラシステム及びデータシステムを含む。さらに、概して、システムは照射装置を含み、照射装置は測定されるべき物体の表面上のポイントを照射するために用いられる。照射されたポイントはカメラシステムによって映され、カメラシステムにおいてカメラが同じ座標系に較正される。カメラによって測定されたポイントはデータシステム内に記憶されてさらに利用される。

カメラは同じ座標系において較正されるが、所定のポイントに対してカメラで測定された座標は、いつもわずかに相互に異なる。同一ポイントを何台かのカメラで測定し、カメラが測定した座標が一致すると、ある値が得られる。その値は最小数のカメラで得られた値よりも正確な値により近い。正しく三次元測定を実施するために、各々のポイントを少なくとも２台のカメラで測定しなければならない。

カメラのうちの１台で測定された座標が不正確で、明らかにもう１台のカメラで生成された結果から離れているならば、そのとき、一組のカメラによる結果を照合させて得られる座標は正確な値にさらに及ばない。本発明の方法によって、所定のポイントに対する測定結果を許容できるかどうかを判定することが可能である。いくつかの異なる方法をポイントを照合させるために用いられてもよい。

本発明の方法では、物体の表面上の照射されたポイントまたはその他の方法で認識できる目標を何台ものカメラで測定する。同一ポイントを何台かのカメラで測定した後に、カメラで測定した観測ベクトルを照合させる。次に、そのポイントの座標を計算する。座標を計算した後に、いわゆる分散共分散行列を行われた観測から計算する。その行列のパラメータが誤差楕円を説明する。Ｑ値は、例えば楕円体の軸長の平均値を計算して得られる。別の方法は、座標軸上へ投射されるときの楕円体の軸長の２乗平均平方根を用いることである。なんとなれば、２乗平均平方根は分散共分散行列から容易に計算されるからである。この平均値はＱ値とも呼ばれる。測定を始める前に、最大受け入れ可能測定値がシステムに入力されていて、所定の閾値を越えるＱ値を有するポイントが測定で検出されると、ポイントは拒絶されるだろう。

本発明の好適実施例では、各々の３次元測定に対するＱ値が、測定結果を拒絶することなく記憶され、記憶されたＱ値は、後に用いられて所望の閾値を用いて一組のポイントをフィルタする。よって、後に、例えば、測定品質に対する新しくて制限の少ない閾値によって測定が評価される。

本発明の方法を用いることによって、誤った測定結果が有効な測定結果から識別される。不良測定結果は拒絶されるか、または再測定されてもよい。測定結果の識別によって測定の信頼性及び精度において大幅な改善がもたらされる。

発明の詳細な説明

以下に、本発明が実施例を参照して詳細に説明される。

図１に示されたシステムは、照射システムＬＡＳＥＲ、２つのカメラＣＡＭ１及びＣＡＭ２から成るカメラシステム、並びにデータシステムであるＤＴＥを含む。さらに、システムは支持板１０を含み、その上に計測されるべき物体１１が配置される。測定開始時に、Ｑ値またはＱ値に割り当てられた閾値がシステムに投入される。

物体を測定するとき、概して、いくつかのポイントが同時に形成される方法で、物体が照射器ＬＡＳＥＲで照射される。照射によって物体１１の表面上にポイントが生成され、ポイントがカメラＣＡＭ１及びＣＡＭ２で測定される。概して、システムの照射器ＬＡＳＥＲはあらかじめカメラと同一の座標系に較正される。データシステムＤＴＥを用いて、カメラＣＡＭ１及びＣＡＭ２の動作を制御し、必要な計算が実施されて座標が確立される。座標が計算されるとすぐに、データシステムＤＴＥが誤差楕円を計算する。誤差楕円のパラメータから計算されたＱ値が閾値より低いかまたは同じであるならば、そのとき、ポイントがデータシステムＤＴＥのメモリに記憶される。

図２は図１に示されたシステムの機能図を示す。この実施例では、ポイントが測定されるべき物体の表面上で最初に照射される。照射されたポイントがカメラで測定され、その後ポイントの座標が観測ベクトルから数学的に計算される（ステップ２１）。利用できる観測ベクトル数が大きくなると、ポイント測定の精度がより高くなる。ポイントの座標が計算された後、誤差楕円が観測ベクトルから計算される。次に、誤差楕円の軸長の２乗平均平方根が計算される。この２乗平均平方根がＱ値として用いられる（ステップ２２）。

計算されたＱ値が測定の開始時に与えられた閾値と比較される（ステップ２３）。計算値が閾値を上回ると、そこで、ポイントは拒絶される（ステップ２４）。アプリケーションを、再びポイントを計測するように変更してもよい。ポイントが受け入れられると、そこで、その座標がデータシステムに記憶される（ステップ２５）。最終的に、チェックが実施されて照射器で照射された全てのポイントが測定されたかどうかが確認される（ステップ２６）。未測定のポイントがあれば、そこで、手順はステップ２１に戻る。そうでなければ、測定が終了される（ステップ２７）。測定が終了した後に、物体を、例えば、新しい位置の方へ向けてこの位置から測定するか、または測定を別の物体で開始してもよい。替わりの手順は、各々の三次元測定結果に関するＱ値を記憶するだけの全ての測定を実施することである。このことによって任意のＱ値の閾値を用いてその後ポイント集団をフィルタすることが可能になる。

図３は、測定を３つのカメラＣＡＭ１、ＣＡＭ２及びＣＡＭ３を用いて実施する測定の構成を示す。厳密に言えば、観測ベクトルは同じポイントに集まらない。代わりに、ポイント位置が観測ベクトルの値から計算される。この例では、レンズエラーその他の影響は観測ベクトルから既に排除されている。観測ベクトル及び計算されたポイントが用いられて、誤差楕円を形成する。その軸長は、例えば、生成された画像観測の見積もられたかまたは計算された分散、またはいくつかの既知の（較正された）量に依存して設定されてもよい。楕円体が位置決めされて計算されたポイントが楕円体の中心にある。Ｑ値は楕円体のパラメータから計算される。Ｑ値は例えば、軸長の平均値から、または楕円体の体積から生成されてもよい。しかしながら、概して、Ｑ値は三次元座標軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）上へ投射された軸長の二乗平均平方根として画定される。なんとなれば、これは分散共分散行列から容易に計算され得るからである。

図４は異なった画角から図３の状況に対応する測定を示す。この場合、カメラＣＡＭ１及びＣＡＭ２の観測ベクトルは正確に物体のポイントに集まらず、代わりにその近くの位置の方へ向けられている。カメラによって観測された観測は重みをかけられ、それゆえカメラが必ずしも等しく重要であるすべてとは限らない。

例として用いた実施例では、用いられるＱ値は三次元座標軸上へ投射された楕円体の軸長の二乗平均平方根である。計算されたＱ値が測定の開始時に入力された閾値を上回ると、そこでポイントが拒絶される。二乗平均平方根を以下のスキームに従って計算し得ることが有利である。

ｖ＋ｌ＝Ａｘ 機能モデル
Σ₁₁＝σ²Ｑ₁₁ 確率論的モデル（観測精度）
ｖ 残差ベクトル
ｌ 観測ベクトル
Ａ 構造行列
ｘ パラメータベクトル
Σ₁₁ 観測分散共分散行列
σ 平均観測エラー
Ｑ₁₁ 観測重み行列法
Ｗ＝Ｑ₁₁ ^-1 観測行列
従って、我々は以下のように解くことができる。

Ｑ_xx＝（Ａ^TＷＡ）^-1 パラメータの重み係数
ｘ＝Ｑ_xxＡ^TＷｌ パラメータ
ｖ＝Ａｘ−ｌ 残差

ユニット重みの平均エラー

パラメータｉの平均エラー
ｎ 観測数
ｕ パラメータ数
ｑ₁₁ Ｑｘｘのｉ^th対角線成分
Ｑ値はまた分散共分散行列から他の方法で計算されてもよい。

本発明は上記に説明された実施例に限定されない。代わりに、多くの変化形が請求項に画定された本発明の概念の範囲内で可能である。

本発明のシステムの実施例を示す。 図１によるシステムの機能図を示す。 観測ベクトルの照合を図示する。 図３と異なる視野角度から観測ベクトルの照合を図示する。

Claims (9)

1. コンピュータ視覚システムによって測定された有効な測定結果を不良結果から識別する方法であって、
   所望の物体を測定するステップと、
   前記測定結果を検証するステップと、
   前記測定を受け入れるかまたは拒絶するステップと、
   を含み、
   前記方法はさらに、
   前記測定結果から分散共分散行列を生成するステップと、
   前記分散共分散行列の構成要素からＱ値を計算するステップと、
   前記Ｑ値を閾値と比較するステップと、
   計算された前記Ｑ値が前記閾値を上回ると前記測定を拒絶するステップと、
   をさらに含むことを特徴とする方法。
2. 前記Ｑ値に対する閾値が、前記測定の開始時に入力されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記ポイントの位置が、観測ベクトルから計算されて測定されることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 誤差楕円が前記観測ベクトル及び前記計算されたポイントを用いて形成されることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 前記測定されたポイントは、前記誤差楕円の中心にあることを特徴とする請求項１及び４記載の方法。
6. 前記Ｑ値は前記誤差楕円の軸長の平均値を計算することによって生成されることを特徴とする請求項１及び４記載の方法。
7. 前記Ｑ値は、３次元座標軸上へ投射される前記誤差楕円の前記軸長の前記２乗平均平方根を計算することによって生成されることを特徴とする請求項１及び４記載の方法。
8. 前記測定されたポイントは、前記計算されたＱ値が設定された閾値を上回ると拒絶されることを特徴とする請求項１及び４記載の方法。
9. 各々の三次元測定と関係する前記Ｑ値が前記測定結果を拒絶することなく記憶され、前記記憶されたＱ値が後に用いられて所望の閾値を用いて一組のポイントをフィルタすることを特徴とする請求項１記載の方法。
   

Images