JP2022022326A - 3次元形状計測装置、3次元形状計測方法、プログラム及び記録媒体 - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、特許文献1等においては、光パターンを投射するプロジェクタ又は被計測物を撮影するカメラを1つ以上追加することで上記の曖昧性を解消し、立体形状を一意に定めることが行われていた。また、特許文献6等においては、周期の異なる2種類の正弦波パターンをそれぞれ投射することで上記の曖昧性を解消し、立体形状を一意に定めることが行われていた。
本発明の第1実施形態による3次元形状計測装置及び3次元形状計測方法について、図1乃至図5を用いて説明する。
A=A′,B=B′ …(17)
本発明の第2実施形態による3次元形状計測装置及び3次元形状計測方法について、図6A乃至図9Bを用いて説明する。第1実施形態による3次元形状計測装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。
A=A″,B=B″ …(27)
本発明の第3実施形態による3次元形状計測装置について、図10を用いて説明する。第1及び第2実施形態による3次元形状計測装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図10は、本実施形態による3次元形状計測装置の構成例を示す概略図である。
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
被計測物に、第1の周期で輝度が変化する第1の光パターンと、前記第1の周期よりも長い第2の周期で輝度が変化する第2の光パターンと、を投射する1つの投影装置と、
前記第1の光パターン又は前記第2の光パターンが投影された前記被計測物の画像を取得する撮像装置と、
前記撮像装置が取得した前記画像を処理する画像処理装置と、を有し、
前記画像処理装置は、
前記第1の光パターンが投影された前記被計測物の画像の各々の画素における輝度値に基づき、前記各々の画素に対応する前記被計測物の各部における相対位相値を算出する相対位相値演算部と、
前記第2の光パターンが投影された前記被計測物の画像の各々の画素における輝度値及び前記相対位相値に基づき、前記各々の画素に対応する前記被計測物の前記各部における絶対位相値を算出する絶対位相値演算部と、
前記絶対位相値に基づき、前記各々の画素に対応する前記被計測物の前記各部における3次元座標を算出する3次元座標演算部と、を有する
ことを特徴とする3次元形状計測装置。
前記撮像装置は、前記被計測物に投射する前記第1の光パターンの位相を変えて撮影した少なくとも3つの画像と、前記第2の光パターンが投影された前記被計測物を撮影した1つの画像、又は、前記被計測物に投射する前記第2の光パターンの位相を変えて撮影した2つの画像と、を取得する
ことを特徴とする付記1記載の3次元形状計測装置。
前記第1の光パターンは、正弦波パターンである
ことを特徴とする付記1又は2記載の3次元形状計測装置。
前記第2の光パターンは、正弦波パターンである
ことを特徴とする付記1乃至3のいずれか1項に記載の3次元形状計測装置。
前記第2の光パターンは、輝度が線形的に変化する輝度傾斜パターンである
ことを特徴とする付記1乃至3のいずれか1項に記載の3次元形状計測装置。
前記第2の光パターンは、前記画像の画面全体が1周期となるパターンである
ことを特徴とする付記4又は5記載の3次元形状計測装置。
前記投影装置は、同じ光源から発せられた光から前記第1の光パターン及び前記第2の光パターンを生成する
ことを特徴とする付記1乃至6のいずれか1項に記載の3次元形状計測装置。
前記投影装置は、DLPプロジェクタ又は液晶プロジェクタである
ことを特徴とする付記1乃至7のいずれか1項に記載の3次元形状計測装置。
前記被計測物は、動体である
ことを特徴とする付記1乃至8のいずれか1項に記載の3次元形状計測装置。
前記動体は、人物の顔である
ことを特徴とする付記9記載の3次元形状計測装置。
被計測物に、第1の周期で輝度が変化する第1の光パターンを投射し、前記第1の光パターンが投影された前記被計測物の画像を取得するステップと、
前記第1の光パターンの投射に用いる投影装置と同じ投影装置により、前記被計測物に、前記第1の周期よりも長い第2の周期で輝度が変化する第2の光パターンを投射し、前記第2の光パターンが投影された前記被計測物の画像を取得するステップと、
前記第1の光パターンが投影された前記被計測物の画像の各々の画素における輝度値に基づき、前記各々の画素に対応する前記被計測物の各部における相対位相値を算出するステップと、
前記第2の光パターンが投影された前記被計測物の画像の各々の画素における輝度値及び前記相対位相値に基づき、前記各々の画素に対応する前記被計測物の前記各部における絶対位相値を算出するステップと、
前記絶対位相値に基づき、前記各々の画素に対応する前記被計測物の前記各部における3次元座標を算出するステップと
を有することを特徴とする3次元形状計測方法。
前記第1の光パターンが投影された前記被計測物の画像を取得するステップでは、前記被計測物に投射する前記第1の光パターンの位相を変えて撮影した少なくとも3つの画像を取得し、
前記第2の光パターンが投影された前記被計測物の画像を取得するステップでは、前記第2の光パターンが投影された前記被計測物を撮影した1つの画像、又は、前記被計測物に投射する前記第2の光パターンの位相を変えて撮影した2つの画像を取得する
ことを特徴とする付記11記載の3次元形状計測方法。
前記第1の光パターンは、正弦波パターンである
ことを特徴とする付記11又は12記載の3次元形状計測方法。
前記第2の光パターンは、正弦波パターンである
ことを特徴とする付記11乃至13のいずれか1項に記載の3次元形状計測方法。
前記第2の光パターンは、輝度が線形的に変化する輝度傾斜パターンである
ことを特徴とする付記11乃至13のいずれか1項に記載の3次元形状計測方法。
前記第2の光パターンは、前記画像の画面全体において1周期となるパターンである
ことを特徴とする付記14又は15記載の3次元形状計測方法。
前記投影装置は、同じ光源から発せられた光から前記第1の光パターン及び前記第2の光パターンを生成する
ことを特徴とする付記11乃至16のいずれか1項に記載の3次元形状計測方法。
前記投影装置は、DLPプロジェクタ又は液晶プロジェクタである
ことを特徴とする付記11乃至17のいずれか1項に記載の3次元形状計測方法。
前記被計測物は、動体である
ことを特徴とする付記10乃至17のいずれか1項に記載の3次元形状計測方法。
前記動体は、人物の顔である
ことを特徴とする付記19記載の3次元形状計測方法。
コンピュータを、
1つの投影装置を制御して、被計測物に、第1の周期で輝度が変化する第1の光パターン、又は、前記第1の周期よりも長い第2の周期で輝度が変化する第2の光パターンを投射させる手段、
前記第1の光パターンが投影された前記被計測物の画像及び前記第2の光パターンが投影された前記被計測物の画像を取得する手段、
前記第1の光パターンが投影された前記被計測物の画像の各々の画素における輝度値に基づき、前記各々の画素に対応する前記被計測物の各部における相対位相値を算出する手段、
前記第2の光パターンが投影された前記被計測物の画像の各々の画素における輝度値及び前記相対位相値に基づき、前記各々の画素に対応する前記被計測物の前記各部における絶対位相値を算出する手段、
前記絶対位相値に基づき、前記各々の画素に対応する前記被計測物の前記各部における3次元座標を算出する手段、
として機能させるプログラム。
前記画像を取得する手段は、前記被計測物に投射する前記第1の光パターンの位相を変えて撮影した少なくとも3つの画像と、前記第2の光パターンが投影された前記被計測物を撮影した1つの画像、又は、前記被計測物に投射する前記第2の光パターンの位相を変えて撮影した2つの画像と、を取得する
ことを特徴とする付記21記載のプログラム。
付記21又は22記載のプログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記録媒体。
20…投影装置
30…撮像装置
40…画像処理装置
42…投影パターン制御部
44…画像取得部
46…相対位相演算部
48…絶対位相演算部
50…3次元座標演算部
Claims (13)
- 被計測物に、第1の周期で輝度が変化する第1の光パターンと、前記第1の周期と異なる第2の周期で輝度が変化する第2の光パターンと、を投射する1つの投影装置と、
前記第1の光パターン又は前記第2の光パターンが投影された前記被計測物の画像を処理する画像処理装置と、を有し、
前記画像処理装置は、
前記第1の光パターンが投影された前記被計測物の画像の各位置の輝度値に基づき、前記被計測物の前記各位置における相対位相値と、輝度値と位相値との関係を表す関係式のパラメータと、を算出する相対位相値演算部と、
前記第2の光パターンが投影された前記被計測物の画像の前記各位置における輝度値、前記相対位相値及び前記パラメータに基づき、前記各位置に対応する前記被計測物の前記各部における絶対位相値を算出する絶対位相値演算部と、
前記絶対位相値に基づき、前記各位置に対応する前記被計測物の前記各位置における3次元座標を算出する3次元座標演算部と、を有する
ことを特徴とする3次元形状計測装置。 - 前記撮像装置は、前記被計測物に投射する前記第1の光パターンの位相を変えて撮影した第1の数の画像を取得し、前記第2の光パターンが投影された前記被計測物を撮影した前記第1の数よりも少ない第2の数の画像を取得する
ことを特徴とする請求項1記載の3次元形状計測装置。 - 前記撮像装置は、前記被計測物に投射する前記第1の光パターンの位相を変えて撮影した少なくとも3つの画像と、前記第2の光パターンが投影された前記被計測物を撮影した1つの画像、又は、前記被計測物に投射する前記第2の光パターンの位相を変えて撮影した2つの画像と、を取得する
ことを特徴とする請求項1又は2記載の3次元形状計測装置。 - 前記第2の光パターンは、輝度が線形的に変化する輝度傾斜パターンである
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に又は2記載の3次元形状計測装置。 - 前記第1の光パターン又は前記第2の光パターンが投影された前記被計測物の画像を取得する撮像装置をさらに有する
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の3次元形状計測装置。 - 前記パラメータが、前記投影装置の物理特性に応じたパラメータである
ことを特徴とする請求項5に記載の3次元形状計測装置。 - 被計測物に、第1の周期で輝度が変化する第1の光パターンを投射し、前記第1の光パターンが投影された前記被計測物の画像を取得するステップと、
前記第1の光パターンの投射に用いる投影装置と同じ投影装置により、前記被計測物に、前記第1の周期と異なる第2の周期で輝度が変化する第2の光パターンを投射し、前記第2の光パターンが投影された前記被計測物の画像を取得するステップと、
前記第1の光パターンが投影された前記被計測物の画像の各位置の輝度値に基づき、前記被計測物の前記各位置における相対位相値と、輝度値と位相値との関係を表す関係式のパラメータと、を算出するステップと、
前記第2の光パターンが投影された前記被計測物の画像の前記各位置における輝度値、前記相対位相値及び前記パラメータに基づき、前記各位置に対応する前記被計測物の前記各部における絶対位相値を算出するステップと、
前記絶対位相値に基づき、前記各位置に対応する前記被計測物の前記各位置における3次元座標を算出するステップと
を有することを特徴とする3次元形状計測方法。 - 前記第1の光パターンが投影された前記被計測物の画像を取得するステップでは、前記被計測物に投射する前記第1の光パターンの位相を変えて撮影した第1の数の画像を取得し、
前記第2の光パターンが投影された前記被計測物の画像を取得するステップでは、前記第2の光パターンが投影された前記被計測物を撮影した前記第1の数よりも少ない第2の数の画像を取得する
ことを特徴とする請求項7記載の3次元形状計測方法。 - 前記第1の光パターンが投影された前記被計測物の画像を取得するステップでは、前記被計測物に投射する前記第1の光パターンの位相を変えて撮影した少なくとも3つの画像を取得し、
前記第2の光パターンが投影された前記被計測物の画像を取得するステップでは、前記第2の光パターンが投影された前記被計測物を撮影した1つの画像、又は、前記被計測物に投射する前記第2の光パターンの位相を変えて撮影した2つの画像を取得する
ことを特徴とする請求項7又は8記載の3次元形状計測方法。 - 前記第2の光パターンは、輝度が線形的に変化する輝度傾斜パターンである
ことを特徴とする請求項7乃至9のいずれか1項に記載の3次元形状計測方法。 - 前記パラメータが、前記投影装置の物理特性に応じたパラメータである
ことを特徴とする請求項7乃至10のいずれか1項に記載の3次元形状計測方法。 - コンピュータを、
1つの投影装置を制御して、被計測物に、第1の周期で輝度が変化する第1の光パターン、又は、前記第1の周期と異なる第2の周期で輝度が変化する第2の光パターンを投射させる手段、
前記第1の光パターンが投影された前記被計測物の画像及び前記第2の光パターンが投影された前記被計測物の画像を取得する手段、
前記第1の光パターンが投影された前記被計測物の画像の各位置の輝度値に基づき、前記被計測物の前記各位置における相対位相値と、輝度値と位相値との関係を表す関係式のパラメータと、を算出する手段、
前記第2の光パターンが投影された前記被計測物の画像の前記各位置における輝度値、前記相対位相値及び前記パラメータに基づき、前記各位置に対応する前記被計測物の前記各部における絶対位相値を算出する手段、
前記絶対位相値に基づき、前記各位置に対応する前記被計測物の前記各位置における3次元座標を算出する手段、
として機能させるプログラム。 - 前記パラメータが、前記投影装置の物理特性に応じたパラメータである
ことを特徴とする請求項12に記載のプログラム。
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