JP4944435B2 - Three-dimensional shape measuring method and apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、三次元形状の測定方法およびその装置に関し、さらに詳細には、2値化投影パターンにより空間に対し絶対的なコード値を生成する空間コード化法を利用した三次元形状の測定方法およびその装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for measuring a three-dimensional shape, and more particularly, a method for measuring a three-dimensional shape using a spatial coding method for generating an absolute code value for a space by a binary projection pattern. And to the device.
一般に、光を用いて測定対象物の三次元形状を非接触で計測する技術としては、受動的測定法と能動的測定法とがある。 Generally, there are a passive measurement method and an active measurement method as a technique for measuring the three-dimensional shape of a measurement object using light in a non-contact manner.
ここで、受動的測定法とは、ステレオ法に代表されるように、測定機器側は投光手段を持たずに、環境光を利用して計測するという手法である。 Here, the passive measurement method is a method of measuring using ambient light without having a light projecting unit on the measurement device side, as represented by a stereo method.
一方、能動的測定法とは、測定機器側の投光手段から測定対象物に向けて光を照射して、その反射光を計測するという手法である。 On the other hand, the active measurement method is a method of irradiating light from a light projecting means on the measurement device side toward a measurement object and measuring the reflected light.
また、こうした能動的測定法のなかで、三角測量の原理を用いるものとしては、スリット光投影法や空間コード化法などが知られている。 Among these active measurement methods, the slit light projection method and the spatial encoding method are known as methods using the principle of triangulation.
ここで、空間コード化法とは、測定対象物に対して光透過領域と光非透過領域とよりなるストライプ状の光パターンたる2値化投影パターンを何種類も投影することにより、当該ストライプ状の光パターンを投影された測定対象物上の1点を観察していると、その観察している1点に投影される光線が点滅して符号(コード)を形成するようになるが、そのコードを利用して測定対象物の三次元形状を測定するという手法である。
Here, the spatial encoding method is a method of projecting a plurality of binary projection patterns, which are striped light patterns composed of a light transmission region and a light non-transmission region, onto a measurement object, thereby forming the stripe shape. When one point on the measurement object projected with the light pattern is observed, the light beam projected onto the one point being observed blinks to form a code. This is a technique of measuring the three-dimensional shape of a measurement object using a code.
この空間コード化法においては、コードが示す値(空間コード値)と光線の方向とは一対一の関係で対応しており、測定対象物上における光点の位置から観察位置の視線の方向が判り、また、その光点の空間コード値から光線の方向が判るので、三角測量の原理により測定対象物上における全ての光点までの距離を求めることができ、これにより測定対象物の三次元形状を非接触で計測することができるようになるものである。 In this spatial coding method, the value indicated by the code (spatial code value) and the direction of the light beam have a one-to-one relationship, and the direction of the line of sight of the observation position from the position of the light spot on the measurement object is determined. Since the direction of the light ray is known from the spatial code value of the light spot, the distance to all the light spots on the measurement object can be obtained by the principle of triangulation, and this allows the three-dimensional measurement object to be measured. The shape can be measured in a non-contact manner.
ところで、上記した空間コード化法における3次元形状の測定分解能は、ストライプ状のパターンの幅に依存することが知られている。 By the way, it is known that the measurement resolution of a three-dimensional shape in the above-described spatial coding method depends on the width of the stripe pattern.
従って、空間コード化法においては、ストライプ状のパターンの幅を細くすればするほど測定分解能は向上するが、ストライプ状のパターンの幅を細くするのに伴って、投光側の光の強さや撮影空間ならびに測定対象物での乱反射などによって受光側ではストライプ状のパターンの識別が困難になってしまい、ストライプ状のパターンの幅を細くするにも限界があった。 Therefore, in the spatial encoding method, the measurement resolution improves as the width of the stripe-shaped pattern is reduced. However, as the width of the stripe-shaped pattern is reduced, the intensity of light on the light projecting side is increased. It is difficult to identify the stripe pattern on the light receiving side due to irregular reflection at the imaging space and the measurement object, and there is a limit to narrowing the width of the stripe pattern.
即ち、空間コード化法は、投影機や撮影機の解像度および測定対象物の形状や表面状態の影響でコードの細分化には限界があり、3次元形状の測定分解能をそれほど細かくすることはできないという問題点が指摘されていた。 In other words, the spatial coding method has a limit on the segmentation of the code due to the influence of the resolution of the projector and the photographing machine and the shape and surface state of the measurement object, and the measurement resolution of the three-dimensional shape cannot be made so fine. The problem was pointed out.
そこで、上記した空間コード化法が有する問題点を解決するための手法として、例えば、空間コード化法とマルチスリットイメージエンコーダ法とを組み合わせた手法が、特許文献2として提示する特開2005−3409号公報において提案されている。
Therefore, as a technique for solving the problems of the spatial coding method described above, for example, a technique combining the spatial coding method and the multi-slit image encoder method is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-3409. Proposed in the Gazette.
この特開2005−3409号公報に開示された手法は、コンピュータに接続されたプロジェクタを用いて、まず測定対象物にマルチスリットパターンを投影してその画像を撮影し、その後に、同じプロジェクタを用いて、ストライプの明暗の組み合わせにより空間の絶対位置の同定が可能なようにコード化された複数のストライプパターンを順次投影する。 In the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2005-3409, a projector connected to a computer is used to first project a multi-slit pattern onto a measurement object and photograph the image, and then use the same projector. Thus, a plurality of stripe patterns coded so that the absolute position of the space can be identified by a combination of the brightness and darkness of the stripes are sequentially projected.
その際に、投影パターンを投影方向とは異なる方向からカメラで撮影して、個々の投影パターンに対応する画像を得るものである。 At that time, the projection pattern is photographed with a camera from a direction different from the projection direction, and an image corresponding to each projection pattern is obtained.
ここで、マルチスリットパターンとストライプパターンとの投影パターンに応じて、それぞれの投影画像をマルチスリット投影画像とストライプ投影画像と各々称することとするが、マルチスリット画像については、各画素ごとに各画素の明るさの時間変化をチェックし、その画素が最大輝度を示すタイミングにおけるスリットの相対的投影位置(投光角度)をその画素の値とする相対投光角度画像を生成する。 Here, according to the projection patterns of the multi-slit pattern and the stripe pattern, the respective projection images will be referred to as the multi-slit projection image and the stripe projection image, respectively. A change in brightness over time is checked, and a relative projection angle image is generated with the relative projection position (projection angle) of the slit at the timing when the pixel exhibits the maximum luminance as the value of the pixel.
そして、相対投光角度画像の各画素の値と、パターン投影手段および撮像手段の幾何学的関係とから、三角測量の原理に基づいてストライプパターンの最小幅に対応する領域の精密な部分形状を求める。 Based on the triangulation principle, the precise partial shape of the region corresponding to the minimum width of the stripe pattern is calculated from the value of each pixel of the relative projection angle image and the geometric relationship between the pattern projection means and the imaging means. Ask.
一方、ストライプ投影画像については、各画素ごとに各画素の明るさの時間変化をチェックし、ストライプパターンによるコード化を行う。例えば、その明暗変化のシーケンスをコード化して、その画素の値とする絶対投影角度画像を作成する。 On the other hand, with respect to the stripe projection image, the temporal change in the brightness of each pixel is checked for each pixel, and coding is performed using a stripe pattern. For example, the sequence of the light and dark changes is encoded to create an absolute projection angle image having the pixel value.
このようにして、各画素は、そのコードの示す最小幅のストライプ、即ち、投光角度のゾーンと対応づけられる。 In this way, each pixel is associated with the minimum width stripe indicated by the code, that is, the zone of the projection angle.
そして、絶対投光角度画像の各画素の値(投光角度)、パターン投影手段、撮像手段ならびに対象基準面(形状演算の座標系)の幾何学的関係から、三角測量の原理に基づいて被測定対象物表面に投影されたストライプの形状を演算処理することにより求めるものである。 Then, based on the triangulation principle from the geometric relationship between the value of each pixel (projection angle) of the absolute projection angle image, pattern projection means, imaging means, and target reference plane (coordinate system for shape calculation). This is obtained by calculating the shape of the stripe projected on the surface of the measurement object.
従って、特開2005−3409号公報に開示された手法によれば、最小ストライプ幅での概略の全体形状を求めることができる。 Therefore, according to the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-3409, a rough overall shape with the minimum stripe width can be obtained.
しかしながら、上記した特開2005−3409号公報に開示された手法、即ち、空間コード化法とマルチスリットイメージエンコーダ法とを組み合わせた手法では、絶対形状が認識できる空間コード化法で撮影空間をマルチスリットと同じn分割(nコード化)し、各分割ごとにマルチスリットイメージエンコーダ法での高い分解能のデータを合成することで高分解能の三次元形状認識を可能にしているが、空間コード化法のシステムの他に、マルチスリットイメージエンコーダを構成するためのスリット生成機能、ピーク検出と保持機能、投光角度記憶機能あるいは角度・時間変換機能などの複雑な構成が必要となるという問題点があった。
However, in the technique disclosed in the above Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-3409, that is, a technique that combines the spatial coding method and the multi-slit image encoder method, the imaging space can be multi-coded by the spatial coding method that can recognize the absolute shape. The same n-division as the slit (n-coding), and high-resolution 3D shape recognition is made possible by synthesizing high-resolution data using the multi-slit image encoder method for each division. In addition to this system, there is a problem that a complicated configuration such as a slit generation function, a peak detection and holding function, a projection angle storage function, or an angle / time conversion function for configuring a multi-slit image encoder is required. It was.
さらに、こうした複雑な構成を処理するために、中央処理装置(CPU)などの制御システムへの負担が増大するようになるとともに、処理に長時間を要するようになるという問題点があった。
本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成で3次元形状の形状計測の測定分解能を向上することができるようにした三次元形状の測定方法およびその装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the various problems of the conventional techniques as described above, and an object thereof is to improve the measurement resolution of shape measurement of a three-dimensional shape with a simple configuration. It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for measuring a three-dimensional shape that can be used.
上記目的を達成するために、本発明は、解像度の影響を受けない程度の2値化投影パターン、即ち、ストライプ状のパターンの幅が細さの限界に達していない程度の2値化投影パターンをシフトすることで、空間コードを細分化するようにしたものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a binarized projection pattern that is not affected by the resolution, that is, a binarized projection pattern that does not reach the limit of the width of the stripe pattern. The spatial code is subdivided by shifting.
即ち、本発明は、2値化投影パターンにより空間に対し絶対的なコード値を生成する空間コード化法を利用して、2値化投影パターンを任意の移動量でシフトさせることにより高い測定分解能を得ることができるようにしたものである。 That is, the present invention uses a spatial coding method for generating an absolute code value for a space by a binarized projection pattern, and shifts the binarized projection pattern by an arbitrary amount of movement, thereby achieving high measurement resolution. It is something that can be obtained.
こうした本発明によれば、空間コード化法のアルゴリズムをそのまま利用することができるので、ハードウェアやソフトウェアの構成も空間コード化法のものをそのまま利用することが可能となり、簡単な構成で3次元形状の形状計測の測定分解能を向上することができるようになる。 According to the present invention, since the algorithm of the spatial coding method can be used as it is, the hardware and software configurations can be used as they are, and the three-dimensional configuration can be achieved with a simple configuration. The measurement resolution of shape measurement can be improved.
こうした本発明のうち請求項1に記載の発明は、2値化投影パターンを測定対象物に投影し、上記2値化投影パターンを投影された上記測定対象物の画像に基づいて、上記測定対象物の三次元形状を測定する三次元形状の測定方法において、ストライプ状のパターンの幅が細さの限界に達しておらず解像度の影響を受けない幅のストライプ形状で構成されるような所定の2値化投影パターンを、上記所定の2値化投影パターンの光透過領域と光非透過領域との位置が入れ替わる1/2位相反転する範囲までシフトするような所定の移動量で、かつ、上記所定の2値化投影パターンの1周期以内で複数回シフトしながら上記測定対象物に順次投影し、上記シフト毎に上記所定の2値化投影パターンを投影された上記測定対象物の表面を撮影したすべての画像を合成して第1の種類の画像を位相シフトコード値として取得し、上記所定の2値化投影パターンを含む、それぞれ異なるパターンの幅を有する複数の2値化投影パターンを上記測定対象物にそれぞれ投影し、上記それぞれ異なる複数の2値化投影パターンのそれぞれを投影する毎に、上記それぞれ異なる複数の2値化投影パターンをそれぞれ投影された上記測定対象物の表面を撮影したすべての画像を合成して第2の種類の画像を第1の空間コード値として取得し、上記第1の種類の画像と上記第2の種類の画像とを合成し、上記第1の空間コード値よりも細分化された第2の空間コード値として第3の種類の画像を取得し、上記第2の空間コード値を用いて上記測定対象物の三次元形状を取得するようにしたものである。 Among these aspects of the invention, the invention according to claim 1 projects the binarized projection pattern onto the measurement object, and based on the image of the measurement object onto which the binarized projection pattern is projected, the measurement object In a three-dimensional shape measuring method for measuring a three-dimensional shape of an object, the width of the stripe-shaped pattern does not reach the limit of fineness and is configured to have a predetermined stripe shape that is not affected by the resolution . A predetermined amount of movement that shifts the binarized projection pattern to a range in which the phase of the predetermined binarized projection pattern is inverted by a half phase in which the positions of the light transmission region and the light non-transmission region are switched , and Projecting sequentially onto the measurement object while shifting a plurality of times within one cycle of the predetermined binarized projection pattern, and photographing the surface of the measurement object onto which the predetermined binarized projection pattern is projected at each shift did The first type of images acquired as the phase shift code values by combining the images of all, including the predetermined binary projection pattern, the plurality of binarized projection pattern having a width of different patterns respectively Each time each of the plurality of different binarized projection patterns is projected onto the measurement object and each of the different binarized projection patterns is projected, the surface of the measurement object on which the different binarized projection patterns are projected is photographed. All images are combined to obtain a second type of image as a first spatial code value , the first type of image and the second type of image are combined, and the first spatial code A third type of image is acquired as a second spatial code value that is subdivided from the value, and the three-dimensional shape of the measurement object is acquired using the second spatial code value. is there.
また、本発明のうち請求項2に記載の発明は、本発明のうち請求項1に記載の発明において、上記2値化投影パターンは、一定の幅を有するとともに上記幅方向と直交する所定の方向に延長する光透過領域と光非透過領域とが交互にストライプ状に連続して形成されるようにしたものである。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the binarized projection pattern has a predetermined width and is perpendicular to the width direction. Light transmitting regions and light non-transmitting regions extending in the direction are formed alternately and continuously in a stripe shape.
また、本発明のうち請求項3に記載の発明は、本発明のうち請求項2に記載の発明において、上記所定の2値化投影パターンを上記測定対象物に対してシフトする方向を、上記幅方向としたものである。
The invention according to
また、本発明のうち請求項4に記載の発明は、本発明のうち請求項2または3のいずれか1項に記載の発明において、上記所定の2値化投影パターンは、上記それぞれ異なる複数の2値化投影パターンの中で上記幅が最も狭い2値化投影パターンであるようにしたものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the second or third aspects of the present invention, the predetermined binarized projection pattern includes a plurality of different pluralities. The binarized projection pattern has the narrowest width among the binarized projection patterns.
また、本発明のうち請求項5に記載の発明は、2値化投影パターンを測定対象物に投影し、上記2値化投影パターンを投影された上記測定対象物の画像に基づいて、上記測定対象物の三次元形状を測定する三次元形状の測定装置において、ストライプ状のパターンの幅が細さの限界に達しておらず解像度の影響を受けない幅のストライプ形状で構成されるような所定の2値化投影パターンを、上記所定の2値化投影パターンの光透過領域と光非透過領域との位置が入れ替わる1/2位相反転する範囲までシフトするような所定の移動量で、かつ、上記所定の2値化投影パターンの1周期以内で複数回シフトしながら上記測定対象物に順次投影し、上記シフト毎に上記所定の2値化投影パターンを投影された上記測定対象物の表面を撮影したすべての画像を合成して第1の種類の画像を位相シフトコード値として取得する第1の画像取得手段と、上記所定の2値化投影パターンを含む、それぞれ異なるパターンの幅を有する複数の2値化投影パターンを上記測定対象物にそれぞれ投影し、上記それぞれ異なる複数の2値化投影パターンのそれぞれを投影する毎に、上記それぞれ異なる複数の2値化投影パターンをそれぞれ投影された上記測定対象物の表面を撮影したすべての画像を合成して第2の種類の画像を第1の空間コード値として取得する第2の画像取得手段と、上記第1の画像取得手段により取得された上記第1の種類の画像と上記第2の画像取得手段により取得された上記第2の種類の画像とを合成し、上記第1の空間コード値よりも細分化された第2の空間コード値として第3の種類の画像を取得する合成手段と、上記合成手段により合成された合成結果である上記第2の空間コード値に基づいて、上記測定対象物の三次元形状を取得する三次元形状取得手段とを有するようにしたものである。
The invention according to
また、本発明のうち請求項6に記載の発明は、本発明のうち請求項5に記載の発明において、上記2値化投影パターンは、一定の幅を有するとともに上記幅方向と直交する所定の方向に延長する光透過領域と光非透過領域とが交互にストライプ状に連続して形成されるようにしたものである。
The invention according to
また、本発明のうち請求項7に記載の発明は、本発明のうち請求項6に記載の発明において、上記所定の2値化投影パターンを上記測定対象物に対してシフトする方向を、上記幅方向としたものである。
The invention described in
また、本発明のうち請求項8に記載の発明は、本発明のうち請求項6または7のいずれか1項に記載の発明において、上記所定の2値化投影パターンは、上記それぞれ異なる複数の2値化投影パターンの中で上記幅が最も狭い2値化投影パターンであるようにしたものである。
Further, the invention according to
本発明は、以上説明したように構成されているので、簡単な構成で3次元形状の形状計測の測定分解能を向上することができるようになるという優れた効果を奏する。 Since the present invention is configured as described above, there is an excellent effect that the measurement resolution of the shape measurement of the three-dimensional shape can be improved with a simple configuration.
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による三次元形状の測定方法およびその装置の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。 Hereinafter, an example of an embodiment of a method and an apparatus for measuring a three-dimensional shape according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1には、本発明による三次元形状の測定装置の実施の形態の一例を表す概略構成説明図が示されている。
FIG. 1 is a schematic configuration explanatory diagram showing an example of an embodiment of a three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention.
即ち、本発明の実施の形態の一例による三次元形状の測定装置(以下、単に「測定装置」と適宜に称する。)10は、バス12aを介して接続された中央処理装置(CPU)12b、CPU12bが実行するプログラムなどを格納したリードオンリメモリ(ROM)12c、データ信号を一時記憶するバッファメモリやCPU12bによるプログラムの実行時に必要な各種レジスタなどが設定されたワーキングエリアとしてのランダムアクセスメモリ(RAM)12d、キーボードやマウスなどの各種の入力装置12eならびにCPU12bの処理結果などを出力して表示する表示装置12fなどを有して構成されるコンピュータ12によりその全体の動作を制御するように構成されており、コンピュータ12の制御により測定対象物14へ複数の2値化投影パターンを投影する投影機16と、投影機16により2値化投影パターンを投影された測定対象物14を撮影する撮影機18とを有して構成されている。
That is, a three-dimensional shape measuring apparatus (hereinafter simply referred to as “measuring apparatus” as appropriate) 10 according to an example of an embodiment of the present invention includes a central processing unit (CPU) 12b connected via a
即ち、測定装置10においては、投影機16はコンピュータ12に接続されていて、測定対象物14の表面に、コンピュータ12で生成される各種の2値化投影パターンを投影することができるように配置にされている。また、撮影機18は、投影機16の投影方向とは異なる方向から測定対象物14の表面を撮影することができるように配置されており、撮影機18で撮影された画像は、デジタル化されてコンピュータ12に取り込まれるようになされている。
That is, in the measuring
ここで、図2(a)(b)(c)(d)には、コンピュータ12で生成される各種の2値化投影パターンの例が示されている。
Here, FIGS. 2A, 2B, 2C, and 2D show examples of various binary projection patterns generated by the
これら2値化投影パターンは、それぞれ一定の幅Wを有するとともに幅W方向と直交する所定の方向に延長するスリット状の光透過領域100aとスリットの枠に相当する光非透過領域100bとが、交互に連続するようにして形成されている。光透過領域100aと光非透過領域100bとの幅Wは、任意の大きさに設定することができる。
Each of these binarized projection patterns includes a slit-like
また、図2(a)(b)(c)(d)に示す2値化投影パターンにおいては、幅Wが最も狭い2値化投影パターンは図2(d)に示すものである。このように、それぞれ異なる複数の2値化投影パターンの中で幅Wが最も狭い2値化投影パターンを「LSBパターン」と一般に称する。 In the binarized projection patterns shown in FIGS. 2A, 2B, 2C, and 2D, the binarized projection pattern having the narrowest width W is as shown in FIG. As described above, the binarized projection pattern having the narrowest width W among a plurality of different binarized projection patterns is generally referred to as an “LSB pattern”.
なお、こうした2値化投影パターンは、従来より周知の技術であるためその詳細な説明は省略する。 In addition, since such a binarized projection pattern is a conventionally well-known technique, the detailed description is abbreviate | omitted.
次に、図3には、コンピュータ12により実現される測定装置10の制御システムのブロック構成説明図が示されている。
Next, FIG. 3 shows a block configuration explanatory diagram of a control system of the measuring
この制御システムは、投影機16で投影する処理に使用する複数の2値化投影パターンを決定して、当該決定した複数の2値化投影パターンを測定対象物14の表面に投影するとともに、当該決定した複数の2値化投影パターンの中のいずれか1つを幅W方向に所定の移動量だけシフト(移動)させながら測定対象物14の表面に投影するための制御を行う2値化投影パターン投影手段20と、撮影機18が撮影した画像をデジタル化して画像処理手段24(後述する。)へ送る画像入力手段22と、画像入力手段22から送られた画像を処理して測定対象物14の三次元情報を抽出する画像処理手段24とを有して構成されている。
The control system determines a plurality of binarized projection patterns to be used for the process of projecting by the
ここで、2値化投影パターン投影手段20は、図2に示すような2値化投影パターンを生成する2値化投影パターン生成部20aと、2値化投影パターン生成部20aにおいて生成された2値化投影パターンを測定対象物14へ投影するように投影機16を制御する2値化投影パターン投影制御部20bとを有して構成されている。
Here, the binarized projection pattern projecting means 20 includes a binarized projection
即ち、この2値化投影パターン投影手段20においては、2値化投影パターン生成部20aで所定の幅Wの光透過領域100aと光非透過領域100bとからなる複数の2値化投影パターンを生成する。
That is, in the binarized projection pattern projecting means 20, the binarized projection
そして、空間コード画像生成処理(後述する。)を行う場合には、2値化投影パターン投影制御部20bが投影機16を制御して、2値化投影パターン生成部20aが生成した種類の異なる複数の2値化投影パターンを測定対象物14の表面にそれぞれ投影する。この際には、2値化投影パターン投影制御部20bは、測定対象物14の表面に投影する2値化投影パターンを幅W方向へシフトしない。
When a spatial code image generation process (described later) is performed, the binarized projection pattern
一方、位相シフト画像生成処理(後述する。)を行う場合には、2値化投影パターン投影制御部20bが投影機16を制御して、2値化投影パターン生成部20aが生成した複数の2値化投影パターンのいずれか1つを測定対象物14の表面に投影する。この際には、2値化投影パターン投影制御部20bは、測定対象物14の表面に投影する2値化投影パターンを幅W方向に所定の移動量ずつ順次にシフトさせながら投影する。
On the other hand, in the case of performing phase shift image generation processing (described later), the binarized projection pattern
この移動量は任意であり、幅Wよりも小さくてもよいし大きくてもよいが、この移動量が、測定対象物14における3次元形状の形状計測の測定分解能に関する最小分解能となる。
This amount of movement is arbitrary and may be smaller or larger than the width W, but this amount of movement becomes the minimum resolution regarding the measurement resolution of the shape measurement of the three-dimensional shape in the
次に、画像入力手段22は、測定対象物14の表面に投影された2値化投影パターンを撮影機18により撮影し、当該撮影により得られた画像をデジタル化して画像処理手段24へ入力するものである。
Next, the
さらに、画像処理手段24は、画像入力手段22から送られた画像を処理して測定対象物14の三次元情報を抽出するものであり、2値化投影パターン生成部20aが生成した種類の異なる複数の2値化投影パターンを測定対象物14の表面にそれぞれ投影し、撮影機18により2値化投影パターンを投影された測定対象物14の表面を、当該種類の異なる複数の2値化投影パターン毎に撮影した画像を画像入力手段22から送られて、当該送られた画像を合成した画像(以下、「空間コード画像」と適宜に称する。)を生成する空間コード画像処理を行う空間コード画像生成手段24aと、2値化投影パターン生成部20aが生成したいずれか1つの2値化投影パターンを幅W方向に所定の移動量だけ順次にシフトさせながら測定対象物14の表面に投影し、撮影機18により2値化投影パターンを投影された測定対象物14の表面をシフト毎に撮影した画像を画像入力手段22から送られて、当該送られた画像を合成した画像(以下、「位相シフト画像」と適宜に称する。)を生成する位相シフト画像生成処理を行う位相シフト画像生成手段24bと、空間コード画像生成手段24aにより得られた空間コード画像(空間コード値)と位相シフト画像生成手段24bにより得られた位相シフト画像(シフトコード値)とを合成した画像たる位相シフト空間コード画像を生成する位相シフト空間コード画像生成手段24cと、位相シフト空間コード画像生成手段24cにより得られた位相シフト空間コード画像から測定対象物14の3次元形状情報を得る3次元形状情報取得手段24dとを有して構成されている。
Furthermore, the image processing means 24 processes the image sent from the image input means 22 and extracts the three-dimensional information of the
そして、3次元形状情報取得手段24dにより取得された測定対象物14の3次元形状情報は、表示装置12fなどへ出力されて利用に供される。
The three-dimensional shape information of the
なお、位相シフト空間コード画像生成手段24cにより得られた画像たる位相シフト空間コード画像は空間コード画像であるので、3次元形状情報取得手段24dは、空間コード化法のアルゴリズムのままで測定対象物14の3次元形状情報を取得することができる。換言すれば、3次元形状情報取得手段24dは、従来より公知の技術により構築することができ、従来より公知の技術を利用して3次元形状情報が得られる。 Since the phase shift space code image, which is the image obtained by the phase shift space code image generation means 24c, is a space code image, the three-dimensional shape information acquisition means 24d can measure the measurement object without changing the space coding algorithm. 14 three-dimensional shape information can be acquired. In other words, the three-dimensional shape information acquisition unit 24d can be constructed by a conventionally known technique, and three-dimensional shape information can be obtained using a conventionally known technique.
以上の構成において、図4に示すフローチャートを参照しながら、測定装置10の動作について説明する。
In the above configuration, the operation of the measuring
即ち、この測定装置10において測定対象物14の3次元形状情報を得るには、まず、空間をコード化するために、所定の幅Wがそれぞれ異なる複数の2値化投影パターンを生成する(ステップS402)。
That is, in order to obtain the three-dimensional shape information of the
ここで、空間を分割するためのスリットの数をnとすると、log2n枚の異なる2値化投影パターンを用意しなければならない。 Here, if the number of slits for dividing the space is n, log 2 n different binary projection patterns must be prepared.
次に、ステップS402で生成された2値化投影パターンの中で任意の一つを選択して、位相シフト画像を生成する位相シフト画像生成処理を行う(ステップS404)。即ち、投影機16により、選択した2値化投影パターンを幅W方向に所定の移動量だけ順次にシフトさせながら測定対象物14の表面に投影し、撮影機18により2値化投影パターンを投影された測定対象物14の表面をシフト毎に撮影した画像を画像入力手段22から送られて、当該送られた画像を合成して位相シフト画像を生成する。
Next, any one of the binarized projection patterns generated in step S402 is selected, and phase shift image generation processing for generating a phase shift image is performed (step S404). In other words, the selected binarized projection pattern is projected onto the surface of the measuring
つまり、位相シフト画像生成処理においては、後述する空間コード画像生成処理に必要な2値化投影パターンのうちの任意の一つ選択して用いるものであり、この位相シフト画像生成処理で用いる2値化投影パターンを「シフトパターン」と適宜に称することとする。 That is, in the phase shift image generation process, any one of the binarized projection patterns necessary for the spatial code image generation process described later is selected and used, and the binary used in this phase shift image generation process The normalized projection pattern is appropriately referred to as a “shift pattern”.
シフトパターンとしては、原理的にはいずれの2値化投影パターンを用いてもよく、いずれの2値化投影パターンでも同様の効果を得ることが可能であるが、シフト数を考慮すると最も幅Wの狭い2値化投影パターン、即ち、LSBパターンを用いることが好ましいものである。 As a shift pattern, any binarized projection pattern may be used in principle, and any binarized projection pattern can obtain the same effect. However, the width W is the largest in consideration of the number of shifts. It is preferable to use a narrow binarized projection pattern, that is, an LSB pattern.
即ち、シフトパターンとしては、原理的にはいずれの2値化投影パターンを用いても同様な作用効果を得ることができるが、位相シフト画像生成処理においてはシフト毎に2値化投影パターンを投影された測定対象物14の画像を撮影するため、撮影枚数が最も少なくなる、換言すれば、シフト回数が最も少なくなるLSBパターンを用いてそれをシフトすることが好ましい。
That is, in principle, any binary projection pattern can be used as the shift pattern. However, in the phase shift image generation process, a binary projection pattern is projected for each shift. In order to capture the image of the measured
また、シフトパターンをシフトする際のシフト毎の移動量(以下、「シフトピッチ」と適宜に称する。)は、測定装置10のユーザーが希望する測定分解能のピッチでよく、このシフトピッチが最小分解能となる。なお、投影機16の最小ドットピッチを採用すると、投影機16の解像度に影響を受けることなく最も測定分解能が高くすることができる。
Further, the amount of movement for each shift when shifting the shift pattern (hereinafter referred to as “shift pitch” as appropriate) may be the pitch of the measurement resolution desired by the user of the
また、シフトパターンは、そのパターンの1周期以内で複数回シフトするものとする。即ち、シフトパターンのシフト幅は、例えば、LSBパターンの光透過領域100aと光非透過領域100bとの位置が入れ替わる1/2位相反転する範囲までシフトする。
The shift pattern is shifted a plurality of times within one cycle of the pattern. That is, the shift width of the shift pattern is shifted to, for example, a range in which the phase of the LSB pattern is inverted by half phase in which the positions of the
ここで、測定対象物14の表面をシフト毎に撮影した画像を合成して位相シフト画像を生成する際には、シフト毎に撮影した各画像をそれぞれに重み無く(または、同一の重みでもよい。)足し込むことで、シフトピッチを最小分解能とする空間コード画像たる位相シフト画像を生成する。
Here, when a phase-shifted image is generated by synthesizing images obtained by capturing the surface of the
なお、位相シフト画像は、2値化投影パターンのストライプ幅間隔である幅W間隔でコード値が繰り返され、生成される位相シフト画像中に同一コード値が複数存在するようになる。このため、位相シフト画像生成処理においては、撮影空間に対して絶対的なコード値は生成されない。 In the phase shift image, code values are repeated at a width W interval that is a stripe width interval of the binarized projection pattern, and a plurality of the same code values exist in the generated phase shift image. For this reason, in the phase shift image generation process, an absolute code value is not generated for the imaging space.
また、後述するように、2値化投影パターンに「グレイコード」を採用した場合には、足し込みの前にBit演算をすることが望ましい。 Further, as will be described later, when a “gray code” is adopted for the binarized projection pattern, it is desirable to perform a bit calculation before adding.
上記したステップS404の処理を終了すると、ステップS406の処理へ進み、ステップS402で生成された所定の幅Wがそれぞれ異なる複数の2値化投影パターンを用いて、空間コード画像を生成する空間コード画像生成処理を行う。即ち、投影機16により、種類の異なる複数の2値化投影パターンを測定対象物14の表面にそれぞれ投影し、撮影機18により2値化投影パターンを投影された測定対象物14の表面を、当該種類の異なる複数の2値化投影パターン毎に撮影した画像を画像入力手段22から送られて、当該送られた画像を合成して空間コード画像を生成する。
When the process of step S404 is completed, the process proceeds to step S406, and a spatial code image for generating a spatial code image using a plurality of binary projection patterns having different predetermined widths W generated in step S402. Perform the generation process. That is, the
つまり、空間コード画像生成処理においては、例えば、シフトパターンとしてLSBパターンを選択したならば、シフトさせる前のLSBパターンも含めた2値化投影パターンを測定対象物14の表面に投影し、従来より公知の、所謂、空間コード画像を生成する。
That is, in the spatial code image generation process, for example, if an LSB pattern is selected as a shift pattern, a binarized projection pattern including the LSB pattern before the shift is projected onto the surface of the
この空間コード画像の分解能はLSBパターンのストライプ幅であるが、撮影空間に対して絶対的なコードとなる。 The resolution of the space code image is the stripe width of the LSB pattern, but is an absolute code for the shooting space.
次に、ステップS404で生成した位相シフト画像とステップS406で生成した空間コード画像とを合成して、位相シフト空間コード画像を生成する位相シフト空間コード画像生成処理を行う(ステップS408)。この位相シフト空間コード画像は、撮影空間に対して相対的なコード値の画像たる位相シフト画像と撮影空間に対して絶対的なコード値の画像たる空間コード画像との合成であるため、これにより生成された位相シフト空間コード画像は、シフトピッチを測定分解能とし、かつ、撮影空間に対して絶対的なコード値の画像となる。即ち、シフトピッチまで細分化(高分解能化)された絶対的なコード画像(コード値)が生成される。 Next, a phase shift spatial code image generation process for generating a phase shift spatial code image by combining the phase shift image generated in step S404 and the spatial code image generated in step S406 is performed (step S408). This phase-shift space code image is a combination of a phase-shift image that is an image with a code value relative to the shooting space and a space code image that is an image with an absolute code value with respect to the shooting space. The generated phase shift space code image is an image having a shift pitch as a measurement resolution and an absolute code value with respect to the imaging space. That is, an absolute code image (code value) subdivided (high resolution) up to the shift pitch is generated.
ステップS408の処理を終了すると、ステップS410の処理へ進み、ステップS408で生成された位相シフト空間コード画像に基づいて、測定対象物14の3次元形状情報を取得する3次元形状情報取取得処理を行う。即ち、位相シフト空間コード画像は空間コード画像であるため、位相シフト空間コード画像を空間コード画像として扱い、従来より公知の技術を用いて測定対象物14の3次元形状情報を取得する。
When the process of step S408 is completed, the process proceeds to the process of step S410, and a three-dimensional shape information acquisition process for acquiring the three-dimensional shape information of the
そして、ステップS410の3次元形状情報取得処理により取得された測定対象物14の3次元形状情報は、表示装置12fなどへ出力されて各種の利用に供される。
Then, the three-dimensional shape information of the
次に、シフトパターンをシフトしながら各シフト毎における測定対象物14の表面へ投影された2値化投影パターン画像を撮影する手法の原理について、以下により詳細に説明することする。
Next, the principle of a technique for photographing a binarized projection pattern image projected onto the surface of the
まず、図5(a)(b)(c)には、光非透過領域(図5においてハッチングで示す領域)が、16分割したシフトピッチ幅で図上左側から右側へシフトパターンをシフトして、光透過領域(図5においてハッチングされていない領域)と光非透過領域とが反転する位置までシフトしたときにおける、各シフトパターンのシフト状態と各シフトピッチに対応するコード値とが示されている。なお、図5(a)(b)(c)において、黒1〜nは、シフトパターンをシフトしたことで光非透過領域がシフトパターンを含めて何回であったかを示している。 First, in FIGS. 5A, 5B, and 5C, the light non-transmission region (the region indicated by hatching in FIG. 5) is obtained by shifting the shift pattern from the left side to the right side with a shift pitch width divided into 16 parts. The shift state of each shift pattern and the code value corresponding to each shift pitch when the light transmission region (the non-hatched region in FIG. 5) and the light non-transmission region are shifted to the reverse position are shown. Yes. In FIGS. 5A, 5B, and 5C, black 1 to n indicate how many times the light non-transmission region includes the shift pattern by shifting the shift pattern.
ここで、図5(a)は、シフトピッチを分解能とした空間に分割するものであり、シフトパターンを撮影した画像と、シフトごとに撮影した各画像の中の同一画素の2値化された値を単純に加算することによって空間を分割する。 Here, FIG. 5A divides the image into a space with the shift pitch as the resolution, and the binarized image of the shift pattern and the same pixel in each image captured for each shift. Divide the space by simply adding values.
例えば、図5(b)に示すように、シフトパターンを予め二分割しておけばシフト回数は1/2になり、撮影枚数ならびに撮影時間ともに1/2となる。 For example, as shown in FIG. 5B, if the shift pattern is divided into two in advance, the number of shifts is halved, and the number of shots and the shooting time are both halved.
同様に、図5(c)に示すように、シフトパターンを4分割にすれば、シフト回数は1/4になり、さらに分割していけば同様に撮影枚数が減り、撮影時間も短縮することができる。 Similarly, as shown in FIG. 5C, if the shift pattern is divided into four, the number of shifts is reduced to ¼, and if further divided, the number of shots is reduced and the shooting time is shortened. Can do.
このことから、シフトパターンとしては、2値化投影パターンの中で最もストライプ幅の小さい、即ち、分割数の多いLSBパターンを選択することがより効率的である。 For this reason, as the shift pattern, it is more efficient to select the LSB pattern having the smallest stripe width among the binarized projection patterns, that is, the number of divisions.
また、図5(b)および図5(c)に示すように、位相シフト画像は、2値化投影パターンのストライプの幅Wの間隔でコード値が繰り返され、生成される位相シフト画像中に同一コード値が複数存在することになる。このため、撮影空間に対して絶対的なコード値は生成されない。
In addition, as shown in FIGS. 5B and 5C, the phase shift image includes code values that are repeated at intervals of the width W of the stripes of the binarized projection pattern. There will be multiple identical code values. For this reason, an absolute code value is not generated for the shooting space.
しかしながら、シフトパターンをシフトさせることによって得られた同一コード値は、シフトパターンの光透過領域と光非透過領域という2値化された値の中では、複数回発生しないという特徴を備えている。 However, the same code value obtained by shifting the shift pattern has a feature that it does not occur a plurality of times in the binarized values of the light transmission region and the light non-transmission region of the shift pattern.
例えば、図5(c)において、「光非透過領域|光透過領域|光非透過領域|光透過領域」という2値化投影パターンで4分割されたパターンをシフトパターンとした場合、「黒1」というコード値は4カ所に発生している。 For example, in FIG. 5C, when the pattern divided into four by the binarized projection pattern “light non-transmission area | light transmission area | light non-transmission area | light transmission area” is used as the shift pattern, “black 1 "Has occurred in four places.
しかしながら、シフトパターンの中の「光透過領域」の中には1カ所しか発生しない。同様に、シフトパターンの中の「光非透過領域」の中にも「黒1」というコード値は1カ所しかない。 However, only one place occurs in the “light transmission region” in the shift pattern. Similarly, there is only one code value “black 1” in the “light non-transmission region” in the shift pattern.
ここで、シフトさせる前のシフトパターンも含めた2値化投影パターンを投影および撮影し空間コード画像を生成すると、当該空間コード画像は分解能はLSBパターンのストライプ幅であるが、撮影空間に対して絶対的なコード値となる。 Here, when a binary code pattern including a shift pattern before shifting is projected and photographed to generate a spatial code image, the spatial code image has a resolution of the stripe width of the LSB pattern. Absolute code value.
即ち、図6に示すように、シフトパターンの「右側の光透過領域」は「空間コード0」、「左側の光非透過領域」は「空間コード3」というように撮影空間を一意にコード化できる。
That is, as shown in FIG. 6, the shooting space is uniquely coded such that “right light transmissive area” of the shift pattern is “
従って、図7に示すように、撮影空間に対して相対的なコード値を持つ位相シフト画像と、絶対的なコード値を持つ空間コード画像との複雑な演算システムを必要としない足し合わせによる合成により、シフトピッチを分解能とし撮影空間に対して絶対的なコード値を持つ位相シフト空間コード画像を生成することができる。 Therefore, as shown in FIG. 7, a composition by adding together a phase shift image having a code value relative to the imaging space and a space code image having an absolute code value is not required. Thus, it is possible to generate a phase shift space code image having a shift pitch as a resolution and an absolute code value with respect to the imaging space.
これにより、例えば空間を16分割するのに16回のシフトや撮影を行わずに撮影枚数を減少させ、撮影時間を短縮することができるようになる。 As a result, for example, when the space is divided into 16, the number of shots can be reduced without performing 16 shifts or shooting, and the shooting time can be shortened.
なお、上記においては、バイナリコードを用いた場合について説明したが、一般に用いられているグレイコードでも原理は同じである。
In the above description, the case where a binary code is used has been described. However, the principle is the same for a commonly used gray code.
ここで、グレイコードで表現した2値化投影パターンを使用し、位相シフト空間コード画像を公知の表計算ソフトウェアを用いて処理した結果を図8に示す。 Here, FIG. 8 shows the result of processing a phase shift space code image using a known spreadsheet software using a binarized projection pattern expressed in Gray code.
なお、図8において、光透過領域は「1」、光非透過領域は「0」で表され、空間コード値は実際は255までであるが、35までのみが表示されている。 In FIG. 8, the light transmission area is represented by “1”, the light non-transmission area is represented by “0”, and the space code value is actually up to 255, but only up to 35 is displayed.
また、投影機の解像度が、2値化投影パターンにおけるLSBパターンのストライプの幅の4倍であるとしてシフトさせているため、バイナリコードであれば4回のシフトとなるが、グレイコードのため7回シフトとなっている。 Further, since the resolution of the projector is shifted assuming that it is four times the stripe width of the LSB pattern in the binarized projection pattern, the shift is four times if it is a binary code, but it is 7 because it is a gray code. It has been shifted times.
G32〜G1はグレイコードで表現した2値化投影パターンを示し、S1〜S7はG1(LSB)を位相シフトしたパターンを示す。 G32 to G1 indicate binarized projection patterns expressed in gray code, and S1 to S7 indicate patterns obtained by phase shifting G1 (LSB).
足し合わせの覧には、位相シフトを単純に足し込みをした値を示している。ここで、足し合わせを行った位相シフト画像は「0〜3」までの変化でなくてはならないものが、「0〜7」「7〜0」と大きさと変化の方向が一定でなくなっている。 In the list of addition, a value obtained by simply adding the phase shift is shown. Here, the phase shift image that has been added must change from “0 to 3”, but the size and direction of change are not constant, “0 to 7” and “7 to 0”. .
このままでも空間コード画像との合成は可能であるが、三次元情報抽出時の演算が複雑になってしまうので、空間コード画像との合成の前に図9に示すBit演算を行うことで大きさと変化の方向をバイナリコードから生成された空間コード画像に合わせる値で示した。 Although it can be combined with the spatial code image as it is, the calculation at the time of extracting the three-dimensional information becomes complicated. Therefore, by performing the Bit calculation shown in FIG. The direction of change is indicated by a value that matches the spatial code image generated from the binary code.
変換データの覧には、G32〜G1のグレイコードパターンをバイナリコードパターンに変換した値を示す。バイナリ空間コードはバイナリコードから生成された空間コード画像を示す。 The conversion data list shows values obtained by converting the G32 to G1 gray code patterns into binary code patterns. The binary spatial code indicates a spatial code image generated from the binary code.
Bit演算によりグレイコードからバイナリコードに変換された位相シフト画像とバイナリコードから生成された空間コード画像を合成した位相シフト空間コード画像は、図10に示すように、グラフの傾きが階段状になっているバイナリコードから生成された空間コード画像に対し、位相シフト空間コード画像ではグラフの傾きが直線状となり分解能が向上したことがわかる。 As shown in FIG. 10, the phase shift spatial code image obtained by synthesizing the phase shift image converted from the gray code to the binary code by the bit operation and the spatial code image generated from the binary code has a staircase graph as shown in FIG. In contrast to the spatial code image generated from the binary code, the phase shift spatial code image shows that the slope of the graph is linear and the resolution is improved.
上記した測定装置10においては、シフトパターンをシフトする機能および位相シフト画像と空間コード画像とを合成する機能以外の特別な構成を必要とせずに、従来の空間コード化法で用いる構成を用いて、撮影画像の合成だけで高解像度の空間コード画像が生成でき、これにより測定対象物14の3次元形状計測の分解能を向上することができる。
The above-described
また、上記した測定装置10においては、測定分解能はシフトピッチに依存し、2値化投影パターンのストライプの幅Wとは独立しているため、LSBパターンのストライプの幅Wは、投影機16や撮影機18の解像度に応じてLSBパターンのストライプが識別が可能な幅とすることができる。
In the
なお、上記した実施の形態は、以下の(1)乃至(3)に説明するように変形してもよい。
The embodiment described above may be modified as described in the following (1) to (3).
(1)上記した実施の形態においては、位相シフト画像生成処理を行った後に空間コード画像生成処理を行うようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、両者の処理の順番を逆にして、空間コード画像生成処理を行った後に位相シフト画像生成処理を行うようにしてもよい。 (1) In the above-described embodiment, the spatial code image generation process is performed after the phase shift image generation process. However, the present invention is not limited to this, and the order of both processes is not limited. Conversely, the phase code image generation processing may be performed after the spatial code image generation processing.
(2)上記した実施の形態においては、2値化投影パターンを生成するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、記憶手段に幅Wがそれぞれ異なる複数の2値化投影パターンを予め記憶しておき、当該記憶手段に記憶されている2値化投影パターンを適宜に読み出すようにしてもよい。 (2) In the above-described embodiment, the binarized projection pattern is generated. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of binarizations having different widths W are stored in the storage means. The projection pattern may be stored in advance, and the binarized projection pattern stored in the storage unit may be read as appropriate.
(3)上記した実施の形態ならびに上記(1)乃至(2)に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。 (3) You may make it combine the above-mentioned embodiment and the modification shown in said (1) thru | or (2) suitably.
本発明は、工業デザインでの形状取得、人体の形状取得あるいは建築物の形状取得などに利用することができる。 The present invention can be used for shape acquisition in industrial design, human body shape acquisition, or building shape acquisition.
10 三次元形状の測定装置
12 コンピュータ
12a バス
12b 中央処理装置(CPU)
12c リードオンリメモリ(ROM)
12d ランダムアクセスメモリ(RAM)
12e 入力装置
12f 表示装置
14 測定対象物
16 投影機
18 撮影機
20 2値化投影パターン投影手段
20a 2値化投影パターン生成部
20b 2値化投影パターン投影制御部
22 画像入力手段
24 画像処理手段
24a 空間コード画像生成手段
24b 位相シフト画像生成手段
24c 位相シフト空間コード画像生成手段
24d 3次元形状情報取得手段
10 Three-dimensional
12c Read only memory (ROM)
12d random access memory (RAM)
Claims (8)
ストライプ状のパターンの幅が細さの限界に達しておらず解像度の影響を受けない幅のストライプ形状で構成されるような所定の2値化投影パターンを、前記所定の2値化投影パターンの光透過領域と光非透過領域との位置が入れ替わる1/2位相反転する範囲までシフトするような所定の移動量で、かつ、前記所定の2値化投影パターンの1周期以内で複数回シフトしながら前記測定対象物に順次投影し、前記シフト毎に前記所定の2値化投影パターンを投影された前記測定対象物の表面を撮影したすべての画像を合成して第1の種類の画像を位相シフトコード値として取得し、
前記所定の2値化投影パターンを含む、それぞれ異なるパターンの幅を有する複数の2値化投影パターンを前記測定対象物にそれぞれ投影し、前記それぞれ異なる複数の2値化投影パターンのそれぞれを投影する毎に、前記それぞれ異なる複数の2値化投影パターンをそれぞれ投影された前記測定対象物の表面を撮影したすべての画像を合成して第2の種類の画像を第1の空間コード値として取得し、
前記第1の種類の画像と前記第2の種類の画像とを合成し、前記第1の空間コード値よりも細分化された第2の空間コード値として第3の種類の画像を取得し、前記第2の空間コード値を用いて前記測定対象物の三次元形状を取得する
ことを特徴とする三次元形状の測定方法。 A three-dimensional shape measuring method for projecting a binary projection pattern onto a measurement object and measuring a three-dimensional shape of the measurement object based on an image of the measurement object onto which the binary projection pattern is projected In
A predetermined binarized projection pattern having a stripe shape whose width does not reach the thinness limit and is not affected by the resolution is used as the predetermined binarized projection pattern. Shifting a plurality of times within a predetermined period of the predetermined binarized projection pattern with a predetermined movement amount that shifts to a half-phase inversion range where the positions of the light transmitting region and the light non-transmitting region are switched. Then, the first type of image is phase- synthesized by combining all images obtained by sequentially projecting onto the measurement object and photographing the surface of the measurement object on which the predetermined binarized projection pattern is projected for each shift. As a shift code value ,
A plurality of binarized projection patterns each having a different pattern width including the predetermined binarized projection pattern are respectively projected onto the measurement object, and each of the plurality of different binarized projection patterns is projected. For each, a second type of image is obtained as a first spatial code value by synthesizing all images obtained by imaging the surface of the measurement object onto which the plurality of different binary projection patterns are projected. ,
Synthesizing the first type image and the second type image, obtaining a third type image as a second spatial code value subdivided from the first spatial code value; The three-dimensional shape measurement method, wherein the three-dimensional shape of the measurement object is acquired using the second spatial code value .
前記2値化投影パターンは、一定の幅を有するとともに前記幅方向と直交する所定の方向に延長する光透過領域と光非透過領域とが交互にストライプ状に連続して形成されたものである
ことを特徴とする三次元形状の測定方法。 The method for measuring a three-dimensional shape according to claim 1,
The binarized projection pattern is a pattern in which a light transmission region and a light non-transmission region having a certain width and extending in a predetermined direction orthogonal to the width direction are alternately formed in a stripe shape. A method for measuring a three-dimensional shape.
前記所定の2値化投影パターンを前記測定対象物に対してシフトする方向は、前記幅方向である
ことを特徴とする三次元形状の測定方法。 The three-dimensional shape measuring method according to claim 2,
The method of measuring a three-dimensional shape, wherein a direction in which the predetermined binarized projection pattern is shifted with respect to the measurement object is the width direction.
前記所定の2値化投影パターンは、前記それぞれ異なる複数の2値化投影パターンの中で前記幅が最も狭い2値化投影パターンである
ことを特徴とする三次元形状の測定方法。 In the measuring method of the three-dimensional shape of any one of Claim 2 or 3,
The three-dimensional shape measuring method, wherein the predetermined binarized projection pattern is a binarized projection pattern having the narrowest width among the plurality of different binarized projection patterns.
ストライプ状のパターンの幅が細さの限界に達しておらず解像度の影響を受けない幅のストライプ形状で構成されるような所定の2値化投影パターンを、前記所定の2値化投影パターンの光透過領域と光非透過領域との位置が入れ替わる1/2位相反転する範囲までシフトするような所定の移動量で、かつ、前記所定の2値化投影パターンの1周期以内で複数回シフトしながら前記測定対象物に順次投影し、前記シフト毎に前記所定の2値化投影パターンを投影された前記測定対象物の表面を撮影したすべての画像を合成して第1の種類の画像を位相シフトコード値として取得する第1の画像取得手段と、
前記所定の2値化投影パターンを含む、それぞれ異なるパターンの幅を有する複数の2値化投影パターンを前記測定対象物にそれぞれ投影し、前記それぞれ異なる複数の2値化投影パターンのそれぞれを投影する毎に、前記それぞれ異なる複数の2値化投影パターンをそれぞれ投影された前記測定対象物の表面を撮影したすべての画像を合成して第2の種類の画像を第1の空間コード値として取得する第2の画像取得手段と、
前記第1の画像取得手段により取得された前記第1の種類の画像と前記第2の画像取得手段により取得された前記第2の種類の画像とを合成し、前記第1の空間コード値よりも細分化された第2の空間コード値として第3の種類の画像を取得する合成手段と、
前記合成手段により合成された合成結果である前記第2の空間コード値に基づいて、前記測定対象物の三次元形状を取得する三次元形状取得手段と
を有することを特徴とする三次元形状の測定装置。 A three-dimensional shape measuring apparatus that projects a binarized projection pattern onto a measurement object and measures the three-dimensional shape of the measurement object based on the image of the measurement object onto which the binary projection pattern is projected. In
A predetermined binarized projection pattern having a stripe shape whose width does not reach the thinness limit and is not affected by the resolution is used as the predetermined binarized projection pattern. Shifting a plurality of times within a predetermined period of the predetermined binarized projection pattern with a predetermined movement amount that shifts to a half-phase inversion range where the positions of the light transmitting region and the light non-transmitting region are switched. Then, the first type of image is phase- synthesized by combining all images obtained by sequentially projecting onto the measurement object and photographing the surface of the measurement object on which the predetermined binarized projection pattern is projected for each shift. First image acquisition means for acquiring a shift code value ;
A plurality of binarized projection patterns each having a different pattern width including the predetermined binarized projection pattern are respectively projected onto the measurement object, and each of the plurality of different binarized projection patterns is projected. Each time, a second type of image is obtained as a first spatial code value by synthesizing all images obtained by photographing the surface of the measurement object onto which the plurality of different binary projection patterns are projected. A second image acquisition means;
The first type of image acquired by the first image acquisition unit and the second type of image acquired by the second image acquisition unit are combined, and from the first spatial code value Combining means for obtaining a third type of image as a second spatial code value that is also subdivided ;
Three-dimensional shape acquisition means for acquiring a three-dimensional shape of the measurement object based on the second spatial code value which is a synthesis result synthesized by the synthesis means. measuring device.
前記2値化投影パターンは、一定の幅を有するとともに前記幅方向と直交する所定の方向に延長する光透過領域と光非透過領域とが交互にストライプ状に連続して形成されたものである
ことを特徴とする三次元形状の測定装置。 The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 5 ,
The binarized projection pattern is a pattern in which a light transmission region and a light non-transmission region having a certain width and extending in a predetermined direction orthogonal to the width direction are alternately formed in a stripe shape. A three-dimensional shape measuring apparatus.
前記所定の2値化投影パターンを前記測定対象物に対してシフトする方向は、前記幅方向である
ことを特徴とする三次元形状の測定装置。 The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 6 ,
The direction in which the predetermined binarized projection pattern is shifted with respect to the measurement object is the width direction.
前記所定の2値化投影パターンは、前記それぞれ異なる複数の2値化投影パターンの中で前記幅が最も狭い2値化投影パターンである
ことを特徴とする三次元形状の測定装置。 The three-dimensional shape measuring apparatus according to any one of claims 6 and 7 ,
The three-dimensional shape measuring apparatus, wherein the predetermined binarized projection pattern is a binarized projection pattern having the narrowest width among the plurality of different binarized projection patterns.
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