JP2019510227A - イメージに基づいたトリガーを持つ対象物の三次元測定のための装置および方法およびコンピュータプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
さらに、本発明は、対象物の三次元測定の方法に関する。
さらに、本発明は、対象物の三次元測定の方法を実行するためのコンピュータプログラムに関する。
さらに、本発明は、レーザー光セクション三角測量による三次元(3D)測定における自動的な位置決めのための方法および装置に関する。
異なる実施の形態の詳細は、やむを得ない反対理由が存在しない限り、互いに結合できることは、注目すべきである。
図1は、本発明に係る実施の形態による対象物の三次元測定のための概要の装置を示す。対象物の三次元測定のための装置100は、測定カメラからイメージ情報110を取得または検出するように構成される。測定カメラ(ここに図示されていない)は、例えば、装置100の一部である、または、外部の構成物であることが可能である。特に装置100は、トリガー信号を得て、例えば、測定アウトプット、または、測定結果を決定するための評価手段によるイメージ情報の評価をトリガーするように構成される。ここで、トリガー信号は、例えば120で示される。装置100はトリガー手段130を含む。トリガー手段130は、イメージ情報110を測定カメラから得て、イメージ情報のイメージコンテンツに依存して、測定アウトプット(例えば、イメージ情報を、測定結果を決定するための評価手段に転送すること)、または、測定結果を決定するための評価手段によるイメージ情報のさらに詳細な評価をトリガーするように構成される。
による実施の形態が個々にまたは結合して、(または、ここに説明された別の実施の形態と結合して、)使用できる。
・例えば、インクリメンタルエンコーダまたは固定された時間間隔を含むタイマーによって、測定対象物の前進と測定システムとの間での電気的結合は存在しない。
・測定カメラのトリガーは、イメージコンテンツまたはそこから引き出された特徴によって、専ら実行される(または、測定カメラからの測定アウトプットのトリガーは、イメージコンテンツによって専ら続く)。
図2は、本発明のさらなる実施の形態による対象物の三次元測定のための装置の概要図を示す。
装置200は、例えばイメージ情報210およびイメージ情報212を提供できるイメージセンサー208を含む。イメージ情報210は、例えば、アナログイメージセンサー信号の形式のイメージ情報の表現である。イメージ情報212は、例えば、また、イメージセンサーのアナログ信号という形式の表現である。
図3は、本発明の実施の形態に従う対象物の三次元測定のための装置の概要図である。図3による装置はその全体が300で示される。対象物の三次元測定のための装置は、位置決めユニット310を含む。位置決めユニット310は、イメージ情報312を受信し、イメージ情報312に基づき、投影されたラインの位置についての情報314を提供する。位置決めユニット310は、予め決定されたまたは既知の位置の複数のラインによって、投影されたラインの交差を示しているイメージ情報を受信し、受信されたイメージ情報に基づいて、投影されたラインの位置を決定するように構成される。投影されたラインの位置は、例えば、情報314により説明される。
以下において、対象物の三次元測定のための装置は、図4および図5に関連してより詳細に説明される。そして、投射されたラインの位置を決定するプロセスが、図6に基づいて議論される。
図7は、本発明の実施の形態による対象物の三次元測定のための装置のブロック図を示す。図7による装置は、その全体が700で示される。装置700は、例えば上で説明したイメージセンサー208に対応するイメージセンサー708を含む。イメージセンサーは、例えば、アナログイメージセンサー信号210に対応し、および、また、イメージ情報312に対応するアナログイメージセンサー信号710を提供する。さらに、装置700は、例えば、対象物またはキャリア材の上の予め決定されたまたは既知の位置のラインによって、投影されたラインの交差を検出するように構成され、かつ、イメージ情報内の交差の位置についての情報718を提供するように構成されたアナログ前処理716を含む。さらに、装置700は、例えば、キャリア材(サポート)に関連して、または、対象物に関連して、投影されたラインの位置を説明する、イメージ情報中の交差の位置についての情報718に基づいて、位置情報724を提供するように構成された(高速)位置決めユニット722を含む。アナログ前処理716および(高速)位置決めユニット722は、一緒に、位置決めユニット310の機能を満たすことができる。さらに、装置700は、投影されたラインが(投影されたラインの位置は、位置情報724によって説明される)特定の位置を持つことが検出されるとき、トリガー信号720を生成するように構成されたトリガー726を含む。ここで、トリガー信号720が、例えば、トリガー信号220に対応できる。
図8は、対象物の三次元測定のための方法のフローチャートを示す。方法800は、予め決定されたまたは既知の位置の複数のラインを持つ投影されたラインの交差を示すイメージ情報を受信すること810だけでなく、受信イメージ情報に基づいて、計画されたラインの位置を決定すること820を含む。
図9は、対象物の三次元測定のための方法のフローチャートを示す。図9による方法900は、測定カメラからイメージ情報を得ること910、および、イメージ情報のイメージコンテンツに依存して、測定アウトプット、または、測定結果を決定するための評価手段によるイメージ情報の評価をトリガーすること920を含む。
以下において、本発明に係る実施の形態の異なる可能な応用が説明される。
以下において、本発明に係る別の側面は、個々に、または、ここで説明された他の側面と結合して使われる、ことが説明される。
・測定対象物の上のレーザーラインの任意の位置決め−自動走査
・位置エンコーダの独立性
・測定対象物の走査タスクおよび表面/構造に依存する最適解像度
9.1.1トリガー
イメージキャプチャをトリガーするための本発明の解決策は、例えば、固定された時間間隔のためのインクリメンタルエンコーダまたはタイマーによる、測定対象物の搬送と測定システムとの間の電気的結合が存在しない従来技術とは異なる。測定カメラからの測定アウトプットをトリガーすることは、単に、イメージコンテンツによって実行される。これは、測定システムが、適した特徴に基づいて、イメージ分析を恒久的に実行することを意味する。特定の予め決められた基準が満たされるときのみ、イメージがアウトプットされ、すなわち、外から見られるとき、自己トリガー測定結果をアウトプットする。
・レーザー光セクション
o測定対象物があるサポートの表面の上の3Dマーク、および/または、
oレーザーラインに沿った2D光学的特徴
□反射率の変化、および/または、
□ボリューム散乱の変化、および/または、
□色彩語、および/または、
o測定カメラ内の処理チェーンからの一般的特徴
□検出されたラインの信頼性、および/または、
□レーザーラインの局所幅、および/または、
・灰色イメージと事前補正
o平面の照明を持つ、または、平面の照明無し、および/または、
o照明されたレーザーラインの内側または外側のより大きいエリアを横切る光学的特徴、および/または、
o動きの推定のための3Dステレオ再構成の使用、および/または、
o例えば相互関係による前進方向における灰色値の比較、および/または、
oマークおよび色彩語の検出、および/または、
・仰角情報−−クラック/ギャップ/傷
o例えば、特定の局所的拡張によって反射を欠くことによるクラックおよびギャップの説明、および/または、
・異なる方向からの捕捉
oいくつかのカメラまたはいくつかのレーザーライン発生器によって、異なる方向から/に捕捉されるとき、
o異なる方向から検出された特徴の中の差、および/または、
・偏光の変化
o異なる素材の検出
oレーザービームの貫通深さのばらつきの検出
・センサーまたは後処理ユニットの9.1.1において説明された特徴の分析
・ソフトウェアまたは特に開発したハードウェアブロックによるイメージ処理
・待ち時間無しでまたは非常に小さい待ち時間で結果の瞬間的決定
・結果がアウトプットされるかどうか、または、アウトプットが抑制されるかどうかを決定するための評価
・興味の異なる領域でのセンサーフィールドの異なる特徴の評価
・興味の評価された領域の位置を決定するための検出された特徴の使用
・トリガーが決定されることに基づいて、同期または非同期のパラメータのための外部デジタルインタフェースによって特徴の決定を制御すること
・照明をシフトするためのレーザーライン発生器および照明システムのための制御信号の直接的アウトプット
9.1.3.1一般
局所化は、図4に基づいて、より詳細に議論される。図4は、測定対象物に関連して、サポート(キャリア)の上のマーカーによって、レーザーラインの局所化についての構造を示す。座標系の中のレーザーラインの局所化は、測定対象物が、サポートにしっかり接続される、または、サポートの上に置かれるように実行される。それは、1つまたはいくつかの適したマーカーを含む。仮にサポートがレーザーラインにより照明されるならば、それは測定カメラによって再び監視される。
o手動的、および/または、
o機械的可読態様において、例えば、バーコード4207によって
・マーカーを走査すること
oサポートに関連したLLラインの正確な局部化のためのサイドマーカー4106、および/または、
o間にある測定対象物
o独自性は有利である−マーカーに関連したレーザーラインの角度およびシフトを割り当てるオプション
基準は図5に作られる。図5は、サポートの上のマーカーの配置および評価を示す。
・レーザーラインとマーカーとの間の交差を決定すること(図5参照)
oサポートに関連したレーザーラインのシフトおよび回転を決定すること
o移動したスキャンで、レーザーラインの位置の定義された変化のときに輪郭をアウトプット
o位置パラメータとともにレーザーライン輪郭をアウトプットすること
□例えば、サポート(測定対象物)の座標系の中のレーザーの始点と終点
□互いに関して2つの座標系のシフトおよび回転をアウトプットすること
□仰角輪郭を持つ共通の評価のためのレーザーラインとマーカーとの間の交差のア
ウトプット
レーザーライン4105の位置は、サポートに固定された座標系4201に関連して決定される。このため、レーザーラインに固定された座標系4203の座標原点p0と単位ベクトルsが計算されることにおいて、マーカー4106は、好ましくは、サポート上のレーザーライン4105によって最低4つの適した交差4202を形成する、サポート4103の上に載った最低4本の直線的ラインである。前記最低4つの交差4202は、レーザーライン4105に沿って検出され、レーザーラインに固定された座標系4203において局所化されて、形式pi=p0+kis(i∈N、∀i:ki∈R)で説明される。サポートに固定された座標系4201において、これらの交差に割り当てられたマーカー直線4106は、形式ni Tp=ri、(i∈N)の式によって記述される。定数niおよびriは手動で入力され、あるいは、パラメータ/バーコード4207に基づいて決定される。好ましくは、座標原点p0および単位ベクトルsは、以下の式の線形系の解または最小二乗解として決定される。
oサポートおよび測定対象物に関連したレーザーラインの正確な位置をそれぞれ決定すること
oマーカーおよびサポートおよび測定対象物の座標系の仰角データの座標変換を実行すること
o欠陥ポイントの可能な限りの補間
o表面を走査/ラスタリングするためのセンサー構造を持つ表面の複数スイープ
・特定の構造の中の3Dデータの切り離しまたは手動捕捉
o非可動対象物
oインクリメンタルエンコーダによるスキャンを許さない対象物
□サポートまたは測定システムの座標系の中の位置を特徴付けるために適したマー
カーを載せること
・トリガー:外のエリアで対象物をスキャンすること
・レールまたは道路を測定すること
・欠陥位置または特定のエリアを検出および測定すること
oエリアがイメージフィールド内にある限り自動的に高精度測定
いくつかの面が、装置の文脈の中で説明されたけれども、これらの面は、装置のブロックまたは機器が、個々の方法ステップまたは方法ステップの特徴に対応するように、対応する方法の説明も表現していることは明らかである。同様に、方法ステップの文脈の中において説明された面は、対応するブロックの説明、または、対応する装置の詳細または特徴も表現している。いくつかまたは全ての方法ステップが、マイクロプロセッサー、プログラム可能なコンピュータまたは電子回路などの、ハードウェア装置によって(または、ハードウェア装置を使用して)実行されてもよい。いくつかの実施の形態において、最も重要な方法ステップのいくつかが、そのような装置によって実行されてもよい。
プログラムコードは、例えば、機械的に読み取り可能なキャリアに格納される。
110、210、710 イメージ情報
130、230、716、722、726 トリガー手段
212 イメージ情報
240、740 イメージセンサーアナログ信号のデジタル化
242、742 イメージセンサーのデジタルインタフェース
210、710 イメージセンサーアナログ信号 4101 測定カメラ
4102 光源
4105 レーザーライン
4106、4107a、4107b、4107c、4108a、4108b、4108c 表面の上の三次元のマーカー
Claims (23)
- 対象物の三次元測定のための装置(100;200;700)であって、
測定カメラ(4101)からイメージ情報を得て、前記イメージ情報(110;210;710)のイメージコンテンツに依存して、測定アウトプット、または、測定結果を決定するための評価手段による前記イメージ情報の評価をトリガーするように構成されたトリガー手段(130;230;716;722;726)を含む、対象物の三次元測定のための装置。 - 前記測定アウトプットのトリガーは、前記イメージコンテンツに専ら基づいて実行される、請求項1に記載の装置。
- 前記トリガー手段(130;230;716;722;726)は、イメージ分析を実行し、前記イメージ分析に依存して、前記測定アウトプットまたは前記イメージ情報の前記評価をトリガーするように構成される、請求項1または請求項2に記載の装置。
- 前記トリガー手段(130;230;716;722;726)は、イメージセンサーアナログ信号(710)のアナログ前処理を実行し、前記イメージセンサーアナログ信号の前記アナログ前処理に基づいて、前記イメージ情報(212)の転送、または測定結果を決定するための評価手段による前記イメージ情報の前記評価をトリガーするように構成される、請求項1〜請求項3の1つに記載の装置。
- 前記トリガー手段(130;230;716;722;726)は、イメージセンサーアナログ信号のデジタル化(240;740)、および、前記イメージセンサーのデジタルインタフェース(242;742)を介した前記イメージ情報のデジタル化されたバージョンのアウトプットをトリガーするように構成される、請求項1〜請求項3の1つに記載の装置。
- 前記トリガー手段(130;230;716;722;726)は、イメージセンサーアナログ信号(240;740)を閾値と比較し、前記比較の結果に基づいて、前記イメージセンサーのデジタルインタフェース(242;742)を介した前記イメージ情報のデジタル化されたバージョンの前記アウトプットをトリガーするように構成される、もしくは、
前記トリガー手段は、現在のイメージセンサーアナログ信号(210;710)を、アナログメモリに格納されたイメージセンサーアナログ信号と比較して、イメージ情報の時間的な変化を検出し、それに基づいて、前記イメージセンサーのデジタルインタフェース(242;742)を介した前記イメージ情報のデジタル化されたバージョンの前記アウトプットをトリガーするように構成される、もしくは、
前記トリガー手段(130;230;716;722;726)は、複数のイメージセンサーアナログ信号の結合アナログ処理を実行して、前記結合アナログ処理の結果に基づいて、前記イメージセンサーのデジタルインタフェース(242;742)を介した前記イメージ情報のデジタル化されたバージョンの前記アウトプットをトリガーするように構成される、請求項1〜請求項5の1つに記載の装置。
- 前記トリガー手段(130;230;716;722;726)は、レーザー光セクションまたは異なる光セクションを示しているイメージ情報(110;210;710)を分析し、前記分析に基づいて、前記イメージ情報の転送、または測定結果を決定するための前記評価手段による前記イメージ情報の前記評価をトリガーするように構成される、請求項1〜請求項6の1つに記載の装置。
- 前記トリガー手段(130;230;716;722;726)は、レーザー光セクションまたは異なる光セクションを使用することによって、特徴として、表面上の三次元のマーク(4106;4107a;4107b;4107c;4108a;4108b;4108c)、または、レーザーライン(4105)に沿った二次元の光学特性を検出して、検出された特徴に依存して、前記イメージ情報の転送、または測定結果を決定するための前記評価手段による前記イメージ情報の前記評価をトリガーするように構成される、請求項1〜請求項7の1つに記載の装置。
- 前記トリガー手段(130;230;716;722;726)は、ライン検出の信頼度についての情報またはラインの幅についての情報を得て、それに依存して、前記イメージ情報の転送、または測定結果を決定するための前記評価手段による前記イメージ情報の前記評価をトリガーするように構成される、請求項1〜請求項8の1つに記載の装置。
- 前記トリガー手段(130;230;716;722;726)は、前記イメージコンテンツが、基準イメージコンテンツに関して、少なくとも予め決定されたシフトまたは予め決定されたシフトより大きくシフトしたときを検出して、前記シフトの検出に依存して、前記イメージ情報の転送、または、測定結果を決定するための前記評価手段による前記イメージ情報の前記評価をトリガーするように構成される、請求項1〜請求項9の1つに記載の装置。
- 前記トリガー手段(130;230;716;722;726)は、前記イメージコンテンツに基づいて、前記イメージ情報を生成するカメラ(4101)の動き、および/または、前記測定対象物を照射する光源(4102)のシフト、および/または、前記測定対象物の動きを決定または推定するように構成され、前記トリガー手段は、前記シフトの前記決定または前記推定に依存して、前記イメージ情報の転送、または、測定結果を決定するための前記評価手段による前記イメージ情報の前記評価をトリガーするように構成される、請求項1〜請求項10の1つに記載の装置。
- 前記トリガー手段(130;230;716;722;726)は、前記イメージコンテンツの分析の間に、動きの推定のために三次元の再構成を使用し、および/または、前進方向において灰色値の特徴の比較を実行し、および/または、マークを検出し、および/または、色彩語を検出するように構成される、請求項1〜請求項11の1つに記載の装置。
- 前記トリガー手段(130;230;716;722;726)は、前記イメージコンテンツの分析の間に、仰角情報または表面情報を評価するように構成される、請求項1〜請求項12の1つに記載の装置。
- 前記トリガー手段(130;230;716;722;726)は、いくつかの異なる方向から捕捉されたイメージ情報を考慮するように構成される、請求項1〜請求項13の1つに記載の装置。
- 前記トリガー手段(130;230;716;722;726)は、1つまたはいくつかの偏光特性、または、1つまたはいくつかの偏光特性の変化を決定し、それに依存して、前記イメージ情報の転送、または、測定結果を決定するための前記評価手段による前記イメージ情報の前記評価をトリガーするように構成される、請求項1〜請求項14の1つに記載の装置。
- 前記トリガー手段(130;230;716;722;726)は、結果が出力されるかどうか、または、前記アウトプットが抑制されるかどうかを決定するように構成される、請求項1〜請求項15の1つに記載の装置。
- 前記トリガー手段(130;230;716;722;726)は、前記イメージコンテンツの異なる特徴を分析するように構成され、および/または、前記トリガー手段(130;230;716;722;726)は、前記イメージコンテンツの異なるエリアの特徴を分析するように構成される、請求項1〜請求項16の1つに記載の装置。
- 前記トリガー手段(130;230;716;722;726)は、1つまたはいくつかのレーザーライン発生器のために、1つまたはいくつかの制御信号を生成し、および/または、前記イメージ情報のイメージコンテンツに依存して、前記測定対象物の照明を変更するために、1つまたはいくつかの照明手段に対して、1つまたはいくつかの制御信号を生成するように構成される、請求項1〜請求項17の1つに記載の装置。
- 前記トリガー手段(130;230;716;722;726)は、前記イメージ情報の前記イメージコンテンツに基づいて、測定対象物の関心領域が測定できるかどうかを検出し、それに依存して、前記イメージ情報の転送、または、測定結果を決定するための前記評価手段による前記イメージ情報の評価をトリガーするように構成される、請求項1〜請求項18の1つに記載の装置。
- 前記装置は、前記イメージ情報を生成するためのカメラ(4101)、および/または、固定されて誘導されている、測定対象物を照射するための光源(4102)無しで、前記測定対象物を三次元的に走査するように構成される、もしくは、前記イメージ情報を生成するための前記カメラおよび/または前記測定対象物を照射するための光源は、手動誘導のために構成される、請求項1〜請求項19の1つに記載の装置。
- 前記装置は、屋外のエリアの対象物を走査して、移動路を測定する、または、欠陥位置を検出または測定するように構成される、請求項1〜請求項20の1つに記載の装置。
- 対象物の三次元測定のための方法(900)であって、
測定カメラからイメージ情報を受信するステップ(910)と、
前記イメージ情報のイメージコンテンツに依存して、測定アウトプット、または、測定結果を決定するための評価手段による前記イメージ情報の評価をトリガーするステップ(920)とを含む、対象物の三次元測定のための方法。 - コンピュータ上でコンピュータプログラムが作動するとき、請求項22に記載の方法を実行するためのコンピュータプログラム。
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