JP2008157797A - 3次元計測方法及びそれを用いた3次元形状計測装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】縞パターンを計測対象物に投影し、その計測対象物を撮像する過程を、位相を一定間隔でシフトさせて複数回実行する撮像画像取得ステップ(S2)と、複数枚の撮像画像における同一点での実測明度の明度変化に基づいて、縞パターンの位相値、バイアス値及び振幅値を演算すると共に、それらを用いて推定明度を計算し、実測明度と推定明度との差の平方値、又は差の絶対値を、撮像画像取得ステップ(S2)を実行した回数だけ加算した信頼性パラメータを演算するステップ(S3)を備え、信頼性パラメータが予め設定された所定値よりも小さい点のみのデータを用いて3次元形状を計測する。
【選択図】図2
Description
本発明の第1の実施形態に係る3次元形状計測方法について説明する。図1は本実施形態の3次元形状計測方法が適用される3次元形状計測システムを示す。本システム1は、位相シフト法を用いた物体の3次元形状を非接触で計測するためのものであって、計測対象物6に縞パターンを投影する縞パターン投影部2と、縞パターンが投影された計測対象物6を撮像する撮像部3と、縞パターン投影部2及び撮像部3を制御すると共に、縞パターン投影部2及び撮像部3から出力された各種データを基に計測対象物6における3次元形状の計測計算を行う3次元計測処理部4と、計算結果及び撮像画像等を表示する表示部5と、を備える。
本発明の第2の実施形態に係る3次元形状計測方法について説明する。本実施形態の3次元形状計測方法が適用される3次元形状計測システムについては、第1の実施形態と同様である(以下、同様)。図6は本実施形態のフローチャートを示す。本実施形態は、第1の実施形態に係る計測手順を複数回繰り返し、計測を行う度に、撮像画像における各点について、信頼性パラメータS(x,y)が前回の計測処理時よりも小さい場合のみ3次元座標計算を行って計測結果を更新する。このように、異なるタイミングで計測された結果の中から信頼性の高い結果のみを最終結果として残すことにより、ランダムノイズの重畳により発生する計測劣化の影響を軽減する効果がある。
本発明の第3の実施形態に係る3次元形状計測方法について説明する。図8は本実施形態のフローチャートを示す。本実施形態は、第1の実施形態に係る3次元形状計測方法の計測手順を、投影する縞パターンの位相値の初期値を一定量Δφずつずらして繰り返し、計測を行う度に、撮像画像における各点について、信頼性パラメータ S(x,y)が前回の計測処理時よりも小さい場合のみ3次元座標計算を行って計測結果を更新する。このように、異なる初期位相位置で計測された結果の中から信頼性の高い結果のみを最終結果として残すことにより、(式5)の位相値φ(x,y) の計算において、分子、分母のどちらかが0に近づきアークタンジェントの計算が不安定になる場合の影響を軽減させる効果がある。
本発明の第4の実施形態に係る3次元形状計測方法について説明する。図11は本実施形態のフローチャートを示す。本実施形態は、第1の実施形態に係る3次元形状計測方法の計測手順を、投影する縞パターンの振幅値を変化させて繰り返し、計測を行う度に、撮像画像における各点について、信頼性パラメータ S(x,y)が前回の計測処理時よりも小さい場合のみ3次元座標計算を行って計測結果を更新する。このように、異なる振幅値で計測された結果の中から信頼性の高い結果のみを最終結果として残すことにより、明度値が飽和または、暗くつぶれて正しい計測ができない場合の影響を軽減させる効果がある。本実施形態では、縞パターンの振幅値を変化させる方法として、縞パターン投影部2の照明部21の明るさの調節と、縞パターン生成部22での振幅 a(u,v) の調整を組み合わせて行う。
本発明の第5の実施形態に係る3次元形状計測方法について説明する。図12は、本実施形態の3次元形状計測方法が適用される3次元形状計測システムを示す。このシステムにおいて、縞パターンの投影方向が2つの場合の構成例を示し、図13は投影方向を4つにした場合の縞パターン投影部2の平面配置例を示す。このように本システム1は、縞パターン投影部2を複数備え、縞パターンの投影方向を増やすことで、計測対象物6の形状が複雑な場合にも、計測の信頼性を高めることができるように構成されている。
2 縞パターン投影部
3 撮像部
4 3次元計測処理部
5 表示部
6 計測対象物
21 照明部
22 縞パターン生成部
23 投影光学部
31 撮像光学部
32 撮像素子
41 縞パターンデータ作成部
42 投影・撮像制御部
43 メモリ
44 演算部
45 信頼性パラメータ演算部
Claims (6)
- 光の明度が正弦波状に変化する縞パターンを計測対象物に投影し、前記縞パターンが投影された前記計測対象物を投影方向と異なる方向から撮像する過程を、前記縞パターンの位相を一定間隔でシフトさせて複数回実行する撮像画像取得ステップと、
前記撮像画像取得ステップにより得られた複数枚の撮像画像における同一点での実測明度の明度変化に基づいて、前記縞パターンの位相値、バイアス値及び振幅値を演算する演算ステップと、を備え、
前記演算ステップにより求まった位相値から各点での前記計測対象物の高さ情報を求め、3次元形状を計測する3次元形状計測方法において、
前記演算ステップにより求まった前記各点における位相毎の位相値、バイアス値及び振幅値を用いて推定明度を計算し、前記実測明度と前記推定明度との差の平方値、又は差の絶対値を、前記撮像画像取得ステップを実行した回数だけ加算した信頼性パラメータを演算するステップを備え、
前記ステップにより得られた信頼性パラメータが予め設定された所定値よりも小さい点のみのデータを用いて、3次元形状を計測することを特徴とする3次元形状計測方法。 - 請求項1に記載の3次元形状計測方法を繰り返し、前記信頼性パラメータが最小値となる点のみのデータを用いて3次元形状を計測することを特徴とする3次元形状計測方法。
- 前記撮像画像取得ステップの際に、前記縞パターンの位相値の初期値を変化させることを特徴とする請求項2に記載の3次元形状計測方法。
- 前記撮像画像取得ステップの際に、前記縞パターンの明度の振幅値を変化させることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の3次元形状計測方法。
- 前記撮像画像取得ステップの際に、前記縞パターンの投影方向を変化させることを特徴とする請求項2に記載の3次元形状計測方法。
- 請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の3次元形状計測方法を用いて3次元形状を計測することを特徴とする3次元形状計測装置。
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