JP2014134426A - Three-dimensional measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば、ステレオカメラを用いた3次元計測装置に関する。 The present invention relates to a three-dimensional measuring apparatus using a stereo camera, for example.
従来、3次元計測装置としては、特開2001−147110号公報(特許文献1)に記載されたものがある。この3次元計測装置は、パターンを対象物に投光して3次元計測を行なう。具体的に述べると、この3次元計測装置は、投光パターン生成手段の生成した投光パターンのパターンとしての適性度を示すパターン適性度指標値を、生成投光パターンに基づいて算出し、この算出したパターン適性度指標値を予め定めた閾値と比較することによって、生成投光パターンが三次元形状計測用の投光パターンとして適性を持つか否かを判定する。 Conventionally, as a three-dimensional measuring apparatus, there is one described in JP 2001-147110 A (Patent Document 1). This three-dimensional measuring device projects a pattern onto an object and performs three-dimensional measurement. More specifically, the three-dimensional measuring device calculates a pattern suitability index value indicating the suitability as a pattern of the light projection pattern generated by the light projection pattern generation means based on the generated light projection pattern, By comparing the calculated pattern suitability index value with a predetermined threshold value, it is determined whether or not the generated projection pattern has suitability as a projection pattern for three-dimensional shape measurement.
ところで、上記従来の3次元計測装置では、対象物をステレオカメラで3次元計測するに当たり左右画像の対応点を得やすくするためにパターンを投影しているが、パターンやテクスチャ(模様)を投影して3次元計測を行なう場合、以下の課題を有する。 By the way, in the conventional three-dimensional measuring apparatus, when a target is three-dimensionally measured with a stereo camera, a pattern is projected to make it easy to obtain corresponding points in the left and right images, but a pattern or texture (pattern) is projected. When performing three-dimensional measurement, there are the following problems.
対象物の所望の部位のみ計測したい場合、対象物全体を計測するよりも所望の部位を特定してその部分のみ計測を行なう事で計測時間が大幅に短縮できる。所望の部位を特定する方法としてテンプレートマッチングという手法がある。所望の部位を登録画像とするテンプレートマッチングを行って画像内の部位の位置を特定し、その部分のみ3次元処理すれば良い。 When it is desired to measure only a desired part of the object, the measurement time can be greatly reduced by specifying the desired part and measuring only that part rather than measuring the entire object. There is a method called template matching as a method for specifying a desired part. Template matching using a desired part as a registered image is performed to specify the position of the part in the image, and only that part may be three-dimensionally processed.
この場合、登録画像としてパターンやテクスチャを投光された画像を準備する場合と投光されない画像を準備する場合が考えられるが、登録画像としてパターンやテクスチャ投光された画像を準備すると、3次元計測時に所望の部位に投光されるパターンやテクスチャの位置と登録画像上のパターンやテクスチャの位置が合うように投光せねばならず、その調整に非常に煩雑な工程が必要となる。 In this case, a case where an image projected with a pattern or texture is prepared as a registered image and a case where an image not projected is prepared are considered. Light must be projected so that the position of the pattern or texture projected on a desired part at the time of measurement matches the position of the pattern or texture on the registered image, and a very complicated process is required for the adjustment.
一方、登録画像としてテクスチャ投光されない画像を準備すると、3次元計測時に所望の部位に投光されるテクスチャがテンプレートマッチングの邪魔となり、正確なマッチング結果が得られなくなる。これを避けるのに、3次元計測時にはテクスチャを投光しない画像を1度撮像してテンプレートマッチングを行い、その後テクスチャ投光した画像を再度撮像して3次元計測を行なう必要がある。即ち、2回撮影を行う必要がある。 On the other hand, if an image that is not texture-projected is prepared as a registered image, the texture that is projected onto a desired part during three-dimensional measurement interferes with template matching, and an accurate matching result cannot be obtained. In order to avoid this, at the time of three-dimensional measurement, it is necessary to pick up an image that does not project texture once and perform template matching, and then to pick up the image that has been texture-projected again and perform three-dimensional measurement. That is, it is necessary to shoot twice.
そこで、この発明の課題は、対象物の部分的な3次元計測を可能とし、計測時間が大幅に短縮されると共に、一度の撮影でテンプレートマッチングと3次元計測が可能となる3次元計測装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a three-dimensional measurement apparatus that enables partial three-dimensional measurement of an object, greatly reduces the measurement time, and enables template matching and three-dimensional measurement with a single photographing. It is to provide.
上記課題を解決するため、この発明の3次元計測装置は、
対象物を撮像する撮像手段と、
上記対象物にテクスチャを投影する照明手段と、
上記対象物の計測ポイントを含む少なくとも一部分を、上記照明手段から上記テクスチャを投影しない状態で、上記撮像手段によって撮像した画像を、登録画像として、格納する画像登録手段と、
上記対象物を上記照明手段から上記テクスチャを投影した状態で上記撮像手段によって撮像した元画像に対して、空間周波数を低下させる処理を施す前処理手段と、
上記前処理手段によって処理された上記元画像内から上記登録画像に対応する位置を検出する画像位置検出手段と、
上記撮像手段によって撮像された上記元画像、および、上記画像位置検出手段によって検出された検出結果に基づいて、上記対象物の3次元情報を算出する3次元処理手段と
を備えることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the three-dimensional measurement apparatus of the present invention
An imaging means for imaging an object;
Illumination means for projecting a texture onto the object;
Image registration means for storing, as a registered image, an image captured by the imaging means in a state in which at least a part including the measurement point of the object is not projected from the illumination means and the texture;
Pre-processing means for performing a process of reducing the spatial frequency on the original image captured by the imaging means in a state where the texture is projected from the illumination means on the object;
Image position detecting means for detecting a position corresponding to the registered image from the original image processed by the preprocessing means;
3D processing means for calculating 3D information of the object based on the original image picked up by the image pickup means and a detection result detected by the image position detection means. .
この発明の3次元計測装置によれば、上記画像登録手段は、テクスチャを投影されていない対象物の登録画像を格納する。上記前処理手段は、テクスチャを投影された対象物の元画像に対して、空間周波数を低下させる処理を施す。上記画像位置検出手段は、前処理手段によって処理された元画像内から登録画像に対応する位置を検出する。上記3次元処理手段は、上記撮像手段によって撮像された元画像、および、上記画像位置検出手段によって検出された検出結果に基づいて、対象物の3次元情報を算出する。 According to the three-dimensional measurement apparatus of the present invention, the image registration means stores a registered image of an object on which no texture is projected. The preprocessing means performs a process of reducing the spatial frequency on the original image of the target object on which the texture is projected. The image position detecting means detects a position corresponding to the registered image from the original image processed by the preprocessing means. The three-dimensional processing means calculates three-dimensional information of the object based on the original image picked up by the image pickup means and the detection result detected by the image position detecting means.
このように、上記登録画像として、テクスチャを投影されない画像を準備するが、上記元画像は、テクスチャを投影された状態であるため、この元画像の空間周波数を低下させる処理にてテクスチャ成分を低減することで、この処理された元画像と登録画像とのテンプレートマッチングを行うことができる。 As described above, an image on which no texture is projected is prepared as the registered image. However, since the original image is in a state in which the texture is projected, the texture component is reduced by the process of reducing the spatial frequency of the original image. Thus, template matching between the processed original image and the registered image can be performed.
したがって、上記対象物の部分的な3次元計測を可能とし、計測時間が大幅に短縮される。また、一度の撮影でテンプレートマッチングと3次元計測が可能となる。 Therefore, partial three-dimensional measurement of the object is possible, and the measurement time is greatly shortened. Also, template matching and three-dimensional measurement can be performed with a single shooting.
また、一実施形態の3次元計測装置では、上記3次元処理手段は、上記画像位置検出手段によって検出された上記対象物の上記計測ポイントに対応する位置およびこの位置の周辺部分についてのみ、上記対象物の3次元情報を算出する。 In the three-dimensional measurement apparatus according to one embodiment, the three-dimensional processing unit is configured to apply the object only to a position corresponding to the measurement point of the object detected by the image position detection unit and a peripheral portion of the position. Calculate three-dimensional information of an object.
この実施形態の3次元計測装置によれば、上記3次元処理手段は、上記画像位置検出手段によって検出された対象物の計測ポイントに対応する位置およびこの位置の周辺部分についてのみ、上記対象物の3次元情報を算出する。これにより、対象物を部分的に3次元計測できて、計測時間を一層短縮できる。 According to the three-dimensional measurement apparatus of this embodiment, the three-dimensional processing unit is configured to detect only the position corresponding to the measurement point of the target detected by the image position detection unit and the peripheral portion of the target. Three-dimensional information is calculated. Thereby, a target object can be partially measured three-dimensionally and measurement time can be further shortened.
また、一実施形態の3次元計測装置では、上記3次元処理手段は、上記画像位置検出手段によって検出された上記対象物の上記計測ポイントに対応する位置を含む計測エリア内の3次元計測を行い、この計測エリア内の3次元計測値から、上記画像位置検出手段によって検出された上記対象物の上記計測ポイントに対応する位置の3次元計測値を演算する。 In the three-dimensional measurement apparatus according to an embodiment, the three-dimensional processing unit performs three-dimensional measurement in a measurement area including a position corresponding to the measurement point of the object detected by the image position detection unit. Then, from the three-dimensional measurement value in this measurement area, the three-dimensional measurement value of the position corresponding to the measurement point of the object detected by the image position detection means is calculated.
この実施形態の3次元計測装置によれば、上記3次元処理手段は、上記画像位置検出手段によって検出された対象物の計測ポイントに対応する位置を含む計測エリア内の3次元計測を行い、この計測エリア内の3次元計測値から、画像位置検出手段によって検出された計測ポイントに対応する位置の3次元計測値を演算する。 According to the three-dimensional measurement apparatus of this embodiment, the three-dimensional processing means performs three-dimensional measurement in a measurement area including a position corresponding to the measurement point of the object detected by the image position detection means. A three-dimensional measurement value at a position corresponding to the measurement point detected by the image position detection means is calculated from the three-dimensional measurement value in the measurement area.
これにより、画像位置検出手段によって検出された計測ポイントに対応する位置にノイズ等が存在していても、この画像位置検出手段によって検出された計測ポイントに対応する位置のみを3次元計測しないので、ノイズ等の影響を低減することができる。 Thereby, even if noise or the like exists at a position corresponding to the measurement point detected by the image position detection means, only the position corresponding to the measurement point detected by the image position detection means is not three-dimensionally measured. The influence of noise and the like can be reduced.
また、一実施形態の3次元計測装置では、上記前処理手段の上記空間周波数を低下させる処理は、空間フィルタ処理または低解像度化処理である。 In the three-dimensional measurement apparatus according to an embodiment, the process of reducing the spatial frequency of the preprocessing unit is a spatial filter process or a resolution reduction process.
この実施形態の3次元計測装置によれば、上記前処理手段の上記空間周波数を低下させる処理は、空間フィルタ処理または低解像度化処理である。低解像度化処理の場合、処理時間を短縮できる。 According to the three-dimensional measurement apparatus of this embodiment, the process of reducing the spatial frequency of the preprocessing means is a spatial filter process or a resolution reduction process. In the case of low resolution processing, the processing time can be shortened.
また、一実施形態の3次元計測装置では、
上記撮像手段は、2つの2次元カメラを含むステレオカメラであり、
上記前処理手段は、上記ステレオカメラからの上記対象物の上記元画像の右画像又は左画像に対して、空間周波数を低下させる処理を施し、
上記画像位置検出手段は、上記前処理手段によって処理された上記右画像又は上記左画像内から上記登録画像に対応する位置を検出する。
In the three-dimensional measurement apparatus according to the embodiment,
The imaging means is a stereo camera including two two-dimensional cameras,
The preprocessing means performs a process of reducing the spatial frequency on the right image or the left image of the original image of the object from the stereo camera,
The image position detecting means detects a position corresponding to the registered image from the right image or the left image processed by the preprocessing means.
この実施形態の3次元計測装置によれば、上記撮像手段は、ステレオカメラであり、上記前処理手段は、ステレオカメラからの対象物の元画像の右画像又は左画像に対して、空間周波数を低下させる処理を施す。上記画像位置検出手段は、前処理手段によって処理された右画像又は左画像内から登録画像に対応する位置を検出する。これにより、ステレオカメラからの右画像又は左画像に基づいて、対象物の部分的な3次元計測が可能となる。 According to the three-dimensional measurement apparatus of this embodiment, the imaging unit is a stereo camera, and the preprocessing unit calculates a spatial frequency with respect to the right image or the left image of the original image of the object from the stereo camera. Apply processing to reduce. The image position detecting means detects a position corresponding to the registered image from the right image or the left image processed by the preprocessing means. Thereby, based on the right image or the left image from a stereo camera, the partial three-dimensional measurement of a target object is attained.
この発明の3次元計測装置によれば、上記画像登録手段は、テクスチャを投影されていない対象物の登録画像を格納する。上記前処理手段は、テクスチャを投影された対象物の元画像に対して、空間周波数を低下させる処理を施す。上記画像位置検出手段は、前処理手段によって処理された元画像内から登録画像に対応する位置を検出する。上記3次元処理手段は、上記撮像手段によって撮像された元画像、および、上記画像位置検出手段によって検出された検出結果に基づいて、対象物の3次元情報を算出する。これにより、対象物の部分的な3次元計測を可能とし、計測時間が大幅に短縮されると共に、一度の撮影でテンプレートマッチングと3次元計測が可能となる。 According to the three-dimensional measurement apparatus of the present invention, the image registration means stores a registered image of an object on which no texture is projected. The preprocessing means performs a process of reducing the spatial frequency on the original image of the target object on which the texture is projected. The image position detecting means detects a position corresponding to the registered image from the original image processed by the preprocessing means. The three-dimensional processing means calculates three-dimensional information of the object based on the original image picked up by the image pickup means and the detection result detected by the image position detecting means. As a result, partial three-dimensional measurement of the target object is possible, the measurement time is greatly shortened, and template matching and three-dimensional measurement can be performed by one shooting.
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
(第1の実施形態)
図1は、この発明の第1実施形態の3次元計測装置を示すブロック図である。図1に示すように、この3次元計測装置は、撮像手段としてのステレオカメラ10と、照明手段としてのプロジェクタ3と、画像登録手段としての画像登録部26と、前処理手段としてのフィルタ処理部25と、画像位置検出手段としてのテンプレートマッチング処理部27と、3次元処理手段としての3次元処理部28とを備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a three-dimensional measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the three-dimensional measuring apparatus includes a
上記ステレオカメラ10は、左画像用のLカメラ1と右画像用のRカメラ2とを有する。Lカメラ1とRカメラ2は、2次元カメラであり、対象物としてのワーク5を撮像する。カメラ1,2の撮像素子としては、CCD或いはCMOSセンサを用いれば良く、適切なレンズ等の光学系にて像を撮像素子に結像する。
The
上記プロジェクタ3は、Lカメラ1とRカメラ2で撮像するエリアに照明光を投影するものである。Lカメラ1とRカメラ2で撮像された左右画像の各々は、グレースケール化部21に入力され、画像がグレースケール化される。グレースケール化により、カラー画像で処理するよりも情報量を削減出来るので処理負荷が軽くでき、処理部の低コスト化や処理時間短縮が可能となる。なお、処理能力に問題なければ、グレースケール化部21を省略して、カラー画像で以降の処理をしても良い。
The
次に、左右の各グレースケール画像は、平行化処理部22にてレンズ歪みおよびステレオマッチングし易い平行化画像に補正される。ここで得られた左平行化画像23は、フィルタ処理部25でローパスフィルタ処理が実行される。
Next, the left and right grayscale images are corrected to a parallelized image that is easily subjected to lens distortion and stereo matching by the
上記画像登録部26は、テンプレートマッチング用の画像が格納されており、上記テンプレートマッチング処理部27に於いて、フィルタ処理部25で処理された画像内から画像登録部26に格納された画像と最も近い画像の位置を抽出する。
The
上記3次元処理部28では、左平行化画像23及び右平行化画像24からステレオ3次元計測処理を実行する。但し、3次元計測処理実行エリアは、テンプレートマッチングにてマッチングしたエリアのみ実行する。
The three-
計測結果出力部29は、3次元計測結果データを全体制御部30に出力する部分である。ロボットアーム6は、アーム先端に取り付けられたLカメラ1、Rカメラ2及びプロジェクタ3を、ワーク5に対して所定の位置に移動及び固定する為のものである。全体制御部30は、上記各部材の適切なる実行制御を行なう。なお、フィルタ処理部25を実行する画像を左平行化画像としたが、右平行化画像としてもよい。
The measurement
図2は、Lカメラ1、Rカメラ2、プロジェクタ3及びワーク5の配置例を示す。図2に示すように、Lカメラ1、Rカメラ2およびプロジェクタ3は、カメラユニット4を構成する。Lカメラ1およびRカメラ2は、ステレオカメラを構成するために、各カメラ1,2の撮像範囲は、共通の撮像部分が存在するように光軸配置される。また、プロジェクタ3による投影範囲は、Lカメラ1及びRカメラ2の撮像範囲または各カメラ1,2の共通の撮像部分を含むように投影される。プロジェクタ3による照明光は、テクスチャ(模様)を含む図形等が投影される。図3にテクスチャの例を示す。これは、平面内のランダムな位置にドットを配置したテクスチャである。
FIG. 2 shows an arrangement example of the
ここで、プロジェクタ3により投影されるテクスチャの効果について説明する。左右カメラ画像からステレオ計測する場合には、左右画像上の特徴点について計測するが、画像内で特徴点が少ない場合は、計測点が少なくなる。即ち、3次元計測点の平面解像度が粗くなる。平面解像度が粗くなると、十分にワーク5の形状が計測されないことになる。そこで、十分な数の特徴点が得られるように、外部から特徴点となり得るテクスチャを被写体に投影する。これを投影するのがプロジェクタ3である。プロジェクタ3の投影範囲は、Lカメラ1およびRカメラ2の撮像範囲または各カメラ1,2の共通の撮像部分を含むように投影する必要がある。
Here, the effect of the texture projected by the
図4は、3次元処理部28のブロック図を示す。図4に示すように、3次元処理部28は、微分処理部32と対応点探索処理部33と距離画像生成処理部34とを有する。対応点探索処理部33は、プロジェクタ3によって投影されたテクスチャを特徴点として、元画像としての左右平行化画像23,24から同じ特徴点を探索する(対応点探索処理という)。対応点探索処理は、左右画像上の同じ特徴点の座標を特定する処理であり、その方法としては相関ブロックマッチング法等がある。微分処理部32は、対応点探索処理の前に微分処理を実行することで、特徴点となり易いエッジ情報を強調することができ、対応点探索処理の精度確保に効果的となる。
FIG. 4 shows a block diagram of the three-
左右画像上の各特徴点の座標が特定されれば、カメラの光学的仕様からステレオ計測の原理により、各特徴点のカメラからの位置(一般的には左右どちらかのカメラの光学中心を原点とした3次元座標)が、距離画像生成処理部34によって計算され、3次元データ即ち距離画像が、距離画像生成処理部34によって得られる。
Once the coordinates of each feature point on the left and right images are specified, the position of each feature point from the camera (generally, the optical center of either the left or right camera is the origin based on the optical specifications of the camera and the principle of stereo measurement. 3D coordinates) is calculated by the distance image
上記画像登録部26は、登録画像を格納する。この登録画像について、図5を用いて説明する。図5(a)の三面図に示すような形状のものをワーク5とし、このワーク5の中の計測ポイントPと示した点について、カメラ1,2からの3次元位置を計測するものとする。ワーク5に対してカメラ1,2は、図2に示すように、ワーク5の上面を撮影するように配置されるものとする。この場合の登録画像の生成手順例を述べる。
The
まず、第1に、実際のワーク或いはサンプルワークの上面を撮影して、図5(b)の画像を得る。この時、テクスチャ照明下での撮影は行わず、通常照明下とする。第2に、形状の特長を強調する為にエッジ強調処理(微分処理)を施して、図5(c)の画像を得る。第3に、得られた画像から計測ポイントPを含む一部分を切出した図5(d)の画像を、登録画像として、画像登録部26に格納する。ここで、一部分の切出しでは十分な特徴が得られない場合等では、一部分でなく全体を登録画像としても良い。
First, an upper surface of an actual work or a sample work is photographed to obtain an image shown in FIG. At this time, photographing under texture illumination is not performed, and normal illumination is performed. Second, edge enhancement processing (differentiation processing) is performed to enhance the feature of the shape, and the image shown in FIG. 5C is obtained. 3rdly, the image of FIG.5 (d) which cut out the part containing the measurement point P from the obtained image is stored in the
上記登録画像を用いてワーク5の計測ポイントPの3次元位置を計測する方法を、図6を用いて説明する。図2に示すようにワーク5をプロジェクタ3からテクスチャを投影した状態で撮像し、これにより得られた(元画像としての)左平行化画像23が、図6(a)であったとする。この画像23をフィルタ処理部25にてローパスフィルタを実行し、図6(b)の如くテクスチャのコントラストを低減した画像を得る。この時点で、ワーク5の輪郭の鮮鋭度がいくらか低下するが、必要があれば、図6(c)に示すように、鮮鋭化処理を施して、ワーク5の輪郭の鮮鋭度を回復させても良い。但し、テクスチャのコントラストを上げ過ぎないようにする必要がある。
A method for measuring the three-dimensional position of the measurement point P of the
次に、図7に示すように、フィルタ処理部25によるフィルタ処理で得られた画像から、画像登録部26に登録されている画像とのテンプレートマッチング処理を行う。これにより、フィルタ処理で得られた画像、即ち左平行化画像23内から、計測ポイントPに対応する座標を検出できる。計測ポイントPの画像内座標が検出できると、その計測ポイントPについて既に記した3次元計測を実行する事で、計測ポイントPの3次元空間内座標が計測できる。
Next, as shown in FIG. 7, a template matching process is performed with an image registered in the
上記登録画像の作成時にテクスチャ照明下での撮影は行わず、通常照明下とする理由を述べる。実際に、3次元計測を実施する場合、テクスチャ照明を投光するが、その場合のワークに投影されたテクスチャ位置と登録画像のテクスチャ位置が違うと、テンプレートマッチングがうまく行なわれず、マッチング位置検出が不正確或いは検出不能となる。或いは、ワークに投光されたテクスチャ位置を登録画像と同じ位置に出来ればテンプレートマッチングはうまく行くが、登録画像と同じ位置にテクスチャを投影するには、ワークとプロジェクタとの相対位置の微調整機構やテクスチャ位置の一致度を判断する自動的な仕組み等を要し、非常に複雑な装置となる。それ故、本発明では、登録画像はテクスチャなしの画像とし、計測に使用する画像からテクスチャ成分を低減する方法を採ることにより、テンプレートマッチング処理を可能としている。 The reason for using the normal illumination instead of taking the image under the texture illumination when creating the registered image will be described. Actually, when performing three-dimensional measurement, texture illumination is projected. However, if the texture position projected on the workpiece and the texture position of the registered image are different, template matching will not be performed well, and matching position detection will not be performed. Inaccurate or undetectable. Alternatively, if the texture position projected on the workpiece can be made the same position as the registered image, the template matching will be successful. And an automatic mechanism for determining the degree of coincidence of texture positions is required, resulting in a very complicated device. Therefore, in the present invention, the registered image is an image without a texture, and the template matching process can be performed by adopting a method of reducing the texture component from the image used for measurement.
上記構成の3次元計測装置によれば、上記画像登録部26は、ワーク5の計測ポイントPを含む少なくとも一部分を、プロジェクタ3からテクスチャを投影しない状態で、ステレオカメラ10によって撮像した画像を、登録画像として、格納する。上記フィルタ処理部25は、ワーク5をプロジェクタ3からテクスチャを投影した状態でステレオカメラ10によって撮像した元画像(左右平行化画像23,24)に対して、空間周波数を低下させる処理を施す。上記テンプレートマッチング処理部27は、フィルタ処理部25によって処理された元画像23,24内から登録画像に対応する位置を検出する。上記3次元処理部28は、ステレオカメラ10によって撮像された元画像23,24、および、テンプレートマッチング処理部27によって検出された検出結果に基づいて、ワーク5の3次元情報を算出する。
According to the three-dimensional measurement apparatus having the above configuration, the
このように、登録画像として、テクスチャを投影されない画像を準備するが、元画像23,24は、テクスチャを投影された状態であるため、この元画像23,24の空間周波数を低下させる処理にてテクスチャ成分を低減することで、この処理された元画像23,24と登録画像とのテンプレートマッチングを行うことができる。
As described above, an image on which a texture is not projected is prepared as a registered image. However, since the
したがって、ワーク5の部分的な3次元計測を可能とし、計測時間が大幅に短縮される。また、一度の撮影でテンプレートマッチングと3次元計測が可能となる。
Therefore, partial three-dimensional measurement of the
また、上記3次元処理部28は、テンプレートマッチング処理部27によって検出されたワーク5の計測ポイントPに対応する位置およびこの位置の周辺部分についてのみ、ワーク5の3次元情報を算出する。これにより、ワーク5を部分的に3次元計測できて、計測時間を一層短縮できる。
Further, the three-
(第2の実施形態)
図8は、この発明の第2実施形態の3次元計測装置を示すブロック図である。この第2の実施形態は、上記第1の実施形態とは、画像処理部の構成のみが相違する。この相違する構成のみを以下に説明する。なお、この第2の実施形態において、上記第1の実施形態と同一の符号は、上記第1の実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a block diagram showing a three-dimensional measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention. The second embodiment is different from the first embodiment only in the configuration of the image processing unit. Only this different configuration will be described below. In the second embodiment, the same reference numerals as those in the first embodiment are the same as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.
図8に示すように、この画像処理部20Aは、上記第1実施形態の画像処理部20のフィルタ処理部25に代えて低解像度化処理部35を有する。
As shown in FIG. 8, the
上記低解像度化処理部35は、左平行化画像23に対して低解像度化処理を行う。画像変化を図9で説明すると、図9(a)のような8×10画素の中に1画素を単位としたテクスチャがあった場合、画像内の隣り合う4画素を1画素として、その画素値は、元の4画素の濃度値の平均とした画像に変換すると、図9(b)のようになる。図9(b)の画素数は、4×5画素に低減されており、元の画像の4画素を単位とするため、空間周波数は低減しており、テクスチャコントラストが低下している。これにより、ローパスフィルタと同じ効果が得られる。また、低解像度化は、画素数を削減できるので、処理時間の短縮化の効果が得られる。
The resolution
(第3の実施形態)
図10は、この発明の第3実施形態の3次元計測装置の3次元処理を説明する説明図である。この第3の実施形態は、上記第1の実施形態とは、3次元処理が相違する。この相違する構成のみを以下に説明する。
(Third embodiment)
FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining the three-dimensional processing of the three-dimensional measuring apparatus according to the third embodiment of the present invention. The third embodiment is different from the first embodiment in three-dimensional processing. Only this different configuration will be described below.
上記第1実施形態では、テンプレートマッチングにより計測ポイントPの画像内座標を検出すると、そのポイントPについて3次元計測を実行したが、何らかの要因でそのポイントP上にノイズ等が存在すると正確な3次元計測値が得られない。 In the first embodiment, when the in-image coordinates of the measurement point P are detected by template matching, three-dimensional measurement is performed for the point P. However, if noise or the like exists on the point P for some reason, the three-dimensional measurement is accurate. The measured value cannot be obtained.
これを防ぐために、検出された計測ポイントPの画像内座標を含む周辺の計測エリアの画素も3次元計測し、その平均値を計測ポイントPの3次元計測値とすることで、ノイズ等の影響を低減することができる。 In order to prevent this, the pixels in the surrounding measurement area including the coordinates of the detected measurement point P in the image are also three-dimensionally measured, and the average value is set as the three-dimensional measurement value of the measurement point P, thereby affecting the influence of noise and the like. Can be reduced.
図10に示すように、計測ポイントPを中心とする所定の計測エリアZを設定し、計測エリアZ内を3次元計測する。得られた各画素の3次元座標から、無効画素MGを抽出する。無効画素MGは、例えば、明らかに距離値としてワーク5の存在位置から外れていると計測された画素とする。残りの有効画素YGの3次元計測値の平均値を計算して、計測ポイントPの計測結果とする。計測エリアZとしては、計測ポイントPに対して距離的に差が小さい部位に留める事が望ましい。
As shown in FIG. 10, a predetermined measurement area Z centering on the measurement point P is set, and the inside of the measurement area Z is measured three-dimensionally. An invalid pixel MG is extracted from the obtained three-dimensional coordinates of each pixel. The invalid pixel MG is, for example, a pixel that is clearly measured to be out of the position where the
要するに、この第3の実施形態の3次元処理部は、テンプレートマッチング処理部27によって検出されたワーク5の計測ポイントPに対応する位置を含む計測エリアZ内の3次元計測を行い、この計測エリアZ内の3次元計測値から、テンプレートマッチング処理部27によって検出された計測ポイントPに対応する位置の3次元計測値を演算する。
In short, the three-dimensional processing unit of the third embodiment performs three-dimensional measurement in the measurement area Z including the position corresponding to the measurement point P of the
これにより、テンプレートマッチング処理部27によって検出された計測ポイントPに対応する位置にノイズ等が存在していても、このテンプレートマッチング処理部27によって検出された計測ポイントPに対応する位置のみを3次元計測しないので、ノイズ等の影響を低減することができる。
As a result, even if noise or the like is present at the position corresponding to the measurement point P detected by the template
なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記第1から上記第3の実施形態のそれぞれの特徴点を様々に組み合わせてもよい。 In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment. For example, the feature points of the first to third embodiments may be variously combined.
1 Lカメラ
2 Rカメラ
3 プロジェクタ(照明手段)
5 ワーク(対象物)
10 ステレオカメラ(撮像手段)
20,20A 画像処理部
23 左平行化画像(元画像)
24 右平行化画像(元画像)
25 フィルタ処理部(前処理手段)
26 画像登録部(画像登録手段)
27 テンプレートマッチング処理部(画像位置検出手段)
28 3次元処理部(3次元処理手段)
35 低解像度化処理部(前処理手段)
P 計測ポイント
Z 計測エリア
1 L camera 2
5 Workpiece (object)
10 Stereo camera (imaging means)
20, 20A
24 Right parallelized image (original image)
25 Filter processing section (preprocessing means)
26 Image registration unit (image registration means)
27 Template matching processing unit (image position detection means)
28 3D processing unit (3D processing means)
35 Low resolution processing unit (pre-processing means)
P Measurement point Z Measurement area
Claims (5)
上記対象物にテクスチャを投影する照明手段と、
上記対象物の計測ポイントを含む少なくとも一部分を、上記照明手段から上記テクスチャを投影しない状態で、上記撮像手段によって撮像した画像を、登録画像として、格納する画像登録手段と、
上記対象物を上記照明手段から上記テクスチャを投影した状態で上記撮像手段によって撮像した元画像に対して、空間周波数を低下させる処理を施す前処理手段と、
上記前処理手段によって処理された上記元画像内から上記登録画像に対応する位置を検出する画像位置検出手段と、
上記撮像手段によって撮像された上記元画像、および、上記画像位置検出手段によって検出された検出結果に基づいて、上記対象物の3次元情報を算出する3次元処理手段と
を備えることを特徴とする3次元計測装置。 An imaging means for imaging an object;
Illumination means for projecting a texture onto the object;
Image registration means for storing, as a registered image, an image captured by the imaging means in a state in which at least a part including the measurement point of the object is not projected from the illumination means and the texture;
Pre-processing means for performing a process of reducing the spatial frequency on the original image captured by the imaging means in a state where the texture is projected from the illumination means on the object;
Image position detecting means for detecting a position corresponding to the registered image from the original image processed by the preprocessing means;
And a three-dimensional processing unit that calculates three-dimensional information of the object based on the original image captured by the imaging unit and a detection result detected by the image position detection unit. Three-dimensional measuring device.
上記3次元処理手段は、上記画像位置検出手段によって検出された上記対象物の上記計測ポイントに対応する位置およびこの位置の周辺部分についてのみ、上記対象物の3次元情報を算出することを特徴とする3次元計測装置。 The three-dimensional measurement apparatus according to claim 1,
The three-dimensional processing means calculates the three-dimensional information of the object only for a position corresponding to the measurement point of the object detected by the image position detection means and a peripheral portion of the position. 3D measuring device.
上記3次元処理手段は、上記画像位置検出手段によって検出された上記対象物の上記計測ポイントに対応する位置を含む計測エリア内の3次元計測を行い、この計測エリア内の3次元計測値から、上記画像位置検出手段によって検出された上記対象物の上記計測ポイントに対応する位置の3次元計測値を演算することを特徴とする3次元計測装置。 The three-dimensional measuring apparatus according to claim 1 or 2,
The three-dimensional processing means performs three-dimensional measurement in a measurement area including a position corresponding to the measurement point of the object detected by the image position detection means, and from the three-dimensional measurement value in the measurement area, A three-dimensional measurement apparatus, wherein a three-dimensional measurement value of a position corresponding to the measurement point of the object detected by the image position detection means is calculated.
上記前処理手段の上記空間周波数を低下させる処理は、空間フィルタ処理または低解像度化処理であることを特徴とする3次元計測装置。 In the three-dimensional measuring apparatus as described in any one of Claim 1 to 3,
3. The three-dimensional measuring apparatus according to claim 1, wherein the process of reducing the spatial frequency of the preprocessing means is a spatial filter process or a resolution reduction process.
上記撮像手段は、2つの2次元カメラを含むステレオカメラであり、
上記前処理手段は、上記ステレオカメラからの上記対象物の上記元画像の右画像又は左画像に対して、空間周波数を低下させる処理を施し、
上記画像位置検出手段は、上記前処理手段によって処理された上記右画像又は上記左画像内から上記登録画像に対応する位置を検出することを特徴とする3次元計測装置。 In the three-dimensional measuring apparatus as described in any one of Claim 1 to 4,
The imaging means is a stereo camera including two two-dimensional cameras,
The preprocessing means performs a process of reducing the spatial frequency on the right image or the left image of the original image of the object from the stereo camera,
The three-dimensional measuring apparatus, wherein the image position detecting means detects a position corresponding to the registered image from the right image or the left image processed by the preprocessing means.
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001147110A (en) * | 1999-11-22 | 2001-05-29 | Sony Corp | Random pattern generating device and its method, distance image generating device and its method, and program providing medium |
JP2008304225A (en) * | 2007-06-05 | 2008-12-18 | Topcon Corp | Painting surface measuring apparatus and its measuring method |
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