JP4633101B2 - 立体形状計測装置および立体形状計測方法 - Google Patents
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Description
前記格子は六方格子を含む。
y:前記基準面において前記x座標軸に直交するy座標軸上の座標値、
z:前記基準面に垂直なz座標軸上の座標値、
xp,yp,zp:物体上の一点の座標値、
xc,yc,zc:前記撮像手段の座標値、
xr,yr:前記撮像手段と物体上の一点とを結ぶ線の前記基準面との交点、
xs,ys,zs:前記光源の座標値、
Pxk,Pyk:k番目の格子に対する基準面上の投影縞のx方向、y方向のピッチ、
k:3つの格子を表す数字(k=1,2,3)、
zk:k番目の格子により算出された、物体上の1点のz座標値。
εk:Δφkの端数部分(格子の位置ずれから求められる。)
参考文献1) 格内敏 他、「2ピッチ格子投影による3次元形状計測」、精密工学会誌、58、pp133−138(1992)
参考文献2) Mitsuo Takeda et al. "Frequency-multiplex Fourier-transform profilometry": a single-shot three-dimensional shape measurement of objects with large height discontinuities and/or surface isolations, Vol.36, No.22, APPLIED OPTICS (1997), PP5347-5354.
参考文献3) Koichi IWATA et al., "Consideration of Fractional Fringe Method on the Basis of the Least Squares Method", OPTICAL REVIEW, Vol. 10, No. 4 (2003), pp202-205.
図4を参照して、本実施の形態における合致法のアルゴリズムについて説明する。図4は、光源400と、カメラ中心410と、基準面420と、カメラ面430と、格子300との位置関係を表わす図である。光源400とカメラ中心410と格子300とは、立体形状を計測するための装置に含まれている。
合致法という言葉は以前から使用されていたが、合致法を行なうためのアルゴリズムは整備されていなかった。本発明の実施の形態においては、上記の参考文献3に記載の内容を拡張した合致法を用いている。具体的には、カメラおよび光源を有する計測装置と、被写体とが近接している場合に適用可能な合致法のアルゴリズムを見い出した。このアルゴリズムは、以下の式(1)から式(6)に対応する。なお、3次元の座標は、図4に示す座標を用いる。
nk:Δφkの整数部分(縞次数)、
εk:Δφkの端数部分(格子の位置ずれから求められる。)である。
x:被写体を通る基準面において、前記光源と前記撮影手段の中心を結ぶ方向に一致するx座標軸上の座標値、
y:前記基準面において前記x座標軸に直交するy座標軸上の座標値、
z:前記基準面に垂直なz座標軸上の座標値、
xp,yp,zp:物体上の一点の座標値、
xc,yc,zc:前記撮像手段の座標値、
xr,yr:前記撮像手段と物体上の一点とを結ぶ線の前記基準面との交点、
xs,ys,zs:前記光源の座標値、
Pxk,Pyk:k番目の格子に対する基準面上の投影縞のx方向、y方向のピッチ、
k:3つの格子を表す数字(k=1,2,3)、
zk:k番目の格子により算出された、物体上の1点のz座標値、である。
上記で得られたzを用いて、物体上の一点のx、y座標(xp,yp)は、次式(9)のように表わされる。
図5を参照して、本発明の実施の形態に係る計測装置500の構成について説明する。図5は、計測装置500の外観を表わす図である。計測装置500は、筐体510と、調整ボタン520と、撮影ボタン530と、ファインダ540と、格子550と、レンズ560と、カードリーダ/ライタ570と、インターフェイス580とを備える。計測装置500は、たとえばデジタルカメラ程度の大きさとして実現することができる。
ステップS1242にて、プロセッサ610は、Bの値(式(4))を算出する。
ステップS1248にて、プロセッサ610は、Vの値(式(6))を最小にする縞次数nkを探索する。
ステップS1252にて、プロセッサ610は、その算出したΔφkを用いて被写体の高さzp(式(5))を算出する。
以上のようにして、本発明の実施の形態に係る計測装置500は、多方向の格子を一度に撮影することにより、データを短時間で取得することができる。たとえば、30分の1秒の撮影でもデータを取得することができる。短時間での取得が可能になるため、被験者は長時間同じ姿勢を維持する必要がなくなり、簡易に立体形状を計測することができる。
また、計測装置500は、運動している物体の形状を計測することができる。さらに、計測装置500は、時間の経過に合わせて、当該物体の形状を計測することもできる。
Claims (4)
- 立体形状計測装置であって、
間隔が異なる複数のピッチを有する格子と、
前記格子を通して光を発する光源と、
前記立体形状計測装置に対する命令の入力を受ける入力手段と、
被写体を撮影して画像データを出力する撮像手段とを備え、前記撮像手段は、前記複数のピッチを有する格子を透過した光により形成される投影縞を撮影可能なように配置されており、
前記画像データを格納する記憶手段と、
前記画像データに基づいて被写体の形状データを算出する演算手段と、
算出結果を出力する出力手段とを備え、
前記撮像手段は、前記複数のピッチを有する格子を透過した光によって前記被写体の表面に形成された投影縞を1回撮影し、
前記演算手段は、
前記1回の撮影によって取得された投影縞の画像データに基づいて、縞次数を算出し、
前記縞次数に基づいて前記被写体の形状データを算出する、立体形状計測装置において、
前記撮像手段は、マトリクス状に配置された複数の撮像素子を含み、
前記複数のピッチが異なる間隔となるように、前記格子は、前記撮像手段と前記光源とを結ぶ方向と、前記格子の底辺とが交差するように構成されており、
前記複数のピッチは、3つのピッチを含み、
前記格子は六方格子を含み、
前記演算手段は、
次の各式に基づいてVを最小にするような縞次数nkを求めて、物体上の1点のz座標を算出し、
前記算出する処理を各前記撮像素子に対して行うことにより前記形状データを算出する、立体形状計測装置。
ただし、
y:前記基準面において前記x座標軸に直交するy座標軸上の座標値、
z:前記基準面に垂直なz座標軸上の座標値、
xp,yp,zp:物体上の一点の座標値、
xc,yc,zc:前記撮像手段の座標値、
xr,yr:前記撮像手段と物体上の一点とを結ぶ線の前記基準面との交点、
xs,ys,zs:前記光源の座標値、
Pxk,Pyk:k番目の格子に対する基準面上の投影縞のx方向、y方向のピッチ、
k:3つの格子を表す数字(k=1,2,3)、
zk:k番目の格子により算出された、物体上の1点のz座標値。
εk:Δφkの端数部分(格子の位置ずれから求められる。)
- 前記出力手段は、前記結果を表示する表示手段と、前記結果を表わすデータを出力するデータ出力インターフェイスとのいずれかを含む、請求項1に記載の立体形状計測装置。
- 撮像装置が立体形状を計測する方法であって、前記撮像装置は、間隔が異なる複数のピッチを有する格子と、前記格子を通して光を発する光源と、前記撮像装置に対する命令の入力を受ける入力装置と、被写体を撮影して画像データを出力するカメラと、メモリと、プロセッサとを備えており、前記カメラは、前記複数のピッチを有する格子を透過した光により形成される投影縞を撮影可能なように配置されており、
前記方法は、
前記カメラが、前記複数のピッチを有する格子を透過した光によって前記被写体の表面に形成された投影縞を1回撮影するステップと、
前記プロセッサが、前記1回の撮影により生成された画像データを前記メモリに格納する記憶ステップと、
前記プロセッサが、前記画像データに基づいて被写体の形状データを算出する演算ステップと、
前記プロセッサが、算出結果を出力する出力ステップとを備え、
前記演算ステップは、
前記1回の撮影によって取得された投影縞の画像データに基づいて、縞次数を算出するステップと、
前記縞次数に基づいて前記被写体の形状データを算出するステップとを含む、立体形状計測方法において、
前記カメラは、マトリクス状に配置された複数の撮像素子を含み、
前記複数のピッチが異なる間隔となるように、前記格子は、前記カメラと前記光源とを結ぶ方向と、前記格子の底辺とが交差するように、構成されており、
前記複数のピッチは、3つのピッチを含み、
前記格子は六方格子を含み、
前記演算ステップは、
次の各式に基づいてVを最小にするような縞次数nkを求めて、物体上の1点のz座標を算出するステップと、
前記算出する処理を各前記撮像素子に対して行うことにより前記形状データを算出するステップとを含む立体形状計測方法。
y:前記基準面において前記x座標軸に直交するy座標軸上の座標値、
z:前記基準面に垂直なz座標軸上の座標値、
xp,yp,zp:物体上の一点の座標値、
xc,yc,zc:前記撮像手段の各座標値、
xr,yr:前記撮像手段と物体上の一点とを結ぶ線の前記基準面との交点、
xs,ys,zs:前記光源の各座標値、
Pxk,Pyk:k番目の格子に対する基準面上の投影縞のx方向、y方向のピッチ、
k:3つの格子を表す数字(k=1,2,3)、
zk:k番目の格子により算出された、物体上の1点のz座標値。
εk:Δφkの端数部分(格子の位置ずれから求められる。)
- 前記出力ステップは、前記結果を表示するステップと、前記結果を表わすデータを前記撮像装置の外部に出力するステップとのいずれかを含む、請求項3に記載の立体形状計測方法。
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JPH10246612A (ja) * | 1997-03-05 | 1998-09-14 | Opton Co Ltd | 3次元形状測定方法 |
JP2002318109A (ja) * | 2001-04-20 | 2002-10-31 | Teruaki Yogo | 3次元形状測定方法 |
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